Материал для имплантации (варианты), зубной имплантат, сосудистый имплантат и тканевый имплантат для заместительной пластики мягких тканей

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ИМПЛАНТАЦИИ (ВАРИАНТЫ),ЗУБНОЙ ИМПЛАНТАТ, СОСУДИСТЫЙ ИМПЛАНТАТ И ТКАНЕВЫЙ ИМПЛАНТАТ ДЛЯ ЗАМЕСТИТЕЛЬНОЙ ПЛАСТИКИ МЯГКИХ ТКАНЕЙ(71) Заявитель Доста Анатолий Дмитриевич(72) Автор Доста Анатолий Дмитриевич(73) Патентообладатель Доста Анатолий Дмитриевич(56)97/24084 1.2010/139041 1.7691141 2, 2010. МЕДВЕДЕВ А.Ю. Сравнительная оценка применения полипропиленовых и политетрафторэтиленовых имплантов при плановом устранении паховых грыж Автореф. дис. - Тверь, 2009. С. 5-8.2270640 1, 2006.11482 1, 2008.2011/006228 1.(57) 1. Материал для имплантации, полученный из смеси свободно-сыпучего политетрафторэтилена с размерами гранул от 100 до 300 мкм и несвободно-сыпучего политетрафторэтилена с размерами гранул до 20 мкм, имеющий пористую поверхностнообъемную структуру в виде трехмерного тела, содержащую открытые сквозные поры и тупиковые поры, равномерно распределенные по внутренней поверхности открытых пор и сообщенные с ней, причем суммарный объем открытых пор больше суммарного объема тупиковых пор, а средний размер тупиковых пор составляет 0,01-1,0 среднего размера открытых пор. 18179 1 2014.04.30 2. Материал по п. 1, отличающийся тем, что выполнен с порами, размер которых случайным образом распределен в диапазоне 150-300 мкм. 3. Материал по п. 1, отличающийся тем, что часть поверхности трехмерного тела выполнена в виде барьерного слоя, который представляет собой слой пористого политетрафторэтилена, в котором все поры выполнены закрытыми. 4. Материал по п. 1, отличающийся тем, что содержит армирующий элемент. 5. Материал по п. 4, отличающийся тем, что армирующий элемент выполнен в виде плетеной или витой объемной структуры из титановой проволоки. 6. Материал для имплантации, полученный из смеси свободно-сыпучего политетрафторэтилена с размерами гранул от 100 до 300 мкм и несвободно-сыпучего политетрафторэтилена с размерами гранул до 20 мкм, имеющий пористую поверхностно-объемную структуру в виде трехмерного тела, содержащую открытые сквозные поры и тупиковые поры, равномерно распределенные по внутренней поверхности открытых пор и сообщенные с ней, причем суммарный объем открытых пор больше суммарного объема тупиковых пор, а средний размер тупиковых пор составляет 0,01-1,0 среднего размера открытых пор, и часть поверхности трехмерного тела выполнена в виде барьерного слоя, который представляет собой слой пористого политетрафторэтилена, в котором все поры выполнены закрытыми. 7. Материал по п. 6, отличающийся тем, что выполнен с порами, размер которых случайным образом распределен в диапазоне 150-300 мкм. 8. Материал по п. 6, отличающийся тем, что содержит армирующий элемент. 9. Материал по п. 8, отличающийся тем, что армирующий элемент выполнен в виде плетеной или витой объемной структуры из титановой проволоки. 10. Зубной имплантат, включающий опору для формирования зубного протеза, каркас с расположенной на нем биологически совместимой металлической пористой структурой для врастания костной ткани и насадку для врастания мягкой ткани десны, размещенную между опорой для формирования зубного протеза и биологически совместимой металлической пористой структурой, отличающийся тем, что насадка для врастания мягкой ткани десны выполнена из материала по любому из пп. 1-5 или 6-9. 11. Сосудистый имплантат, выполненный в виде трубчатого тела заданного диаметра,отличающийся тем, что выполнен из материала по любому из пп. 6-9, причем барьерный слой выполнен на внутренней поверхности трубчатого тела. 12. Тканевый имплантат для заместительной пластики мягких тканей, отличающийся тем, что выполнен из материала по любому из пп. 1-5 или 6-9. Заявляемое изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам,которые могут быть использованы в производстве имплантатов для эндопротезирования мягких или сосудистых тканей, замещения соответствующей ткани в кардиологии, сосудистой хирургии, травматологии и ортопедии, в стоматологии. Известны полимерные пористые поверхностно-объемные структуры 1, 2. Известна пористая поверхностно-объемная структура из политетрафторэтилена 3,выполненная в виде трехмерного тела и выбранная в качестве прототипа как для первого,так и для второго варианта заявленной структуры. Недостатками известной пористой поверхностно-объемной структуры является недостаточная способность к врастанию мягких тканей, отсутствие препятствия к осаждению на нее и к проникновению внутрь нее клеток живой ткани, в частности микроорганизмов. Наиболее близким к заявленному зубному имплантату является имплантат, описанный в 4, включающий опору для формирования зубного протеза и соприкасающуюся с костной тканью поверхность, имеющую биологически совместимую металлическую пористую зону для врастания костной ткани и насадку для врастания мягкой ткани десны в виде пористой поверхностно-объемной структуры из политетрафторэтилена, размещен 2 18179 1 2014.04.30 ную между опорой зубного протеза и биологически совместимой металлической пористой зоной. Недостатком известного имплантата является недостаточная способность к врастанию ткани десны, а также недостаточная защита от проникновения микроорганизмов в зону контакта костной ткани и металлической пористой зоны, что служит причиной длительного приживления имплантата, а в некоторых случаях - его отторжения. Наиболее близкий к заявленному сосудистый имплантат описан в 5, выполнен из пористого политетрафторэтилена типа ГОРАТЕКС в виде трубчатого тела заданного диаметра. Однако, как признает фирма-заявитель (и изготовитель материала ГОРАТЕКС), известные сосудистые имплантаты провоцируют осаждение клеток крови и образование тромбов. Наиболее близкий к заявленному тканевый имплантат для заместительной пластики мягких тканей (передней брюшной стенки реципиента), выполненный из монокомпонентной политетрафторэтиленовой пленки с увеличенным диаметром микроперфораций до 5070 мкм и отсутствием среднего непористого слоя, описан в 6, имеет преимущества перед бикомпонентными имплантами с размерами микроперфораций 5-50 мкм за счет улучшенной интеграции в ткани. Недостатком известного тканевого имплантата является недостаточная проницаемость для элементов крови и клеток мягкой ткани, что приводит к медленному его приживлению. В основу заявляемого изобретения положена задача создания поверхностно-объемной структуры из политетрафторэтилена с повышенной способностью к врастанию мягких тканей, или сочетающей в себе свойства повышенной способности к врастанию мягких тканей и препятствия к осаждению клеток живой ткани, а также усовершенствованных зубного имплантата, сосудистого имплантата и тканевого имплантата для заместительной пластики мягких тканей. Поставленная задача в первом варианте выполнения материала для имплантации,имеющего пористую поверхностно-объемную структуру из политетрафторэтилена, выполненную в виде трехмерного тела, решена за счет того, что она содержит открытые сквозные поры и тупиковые поры, равномерно распределенные по внутренней поверхности открытых пор и сообщенные с ней, и выполнена из смеси свободно-сыпучего политетрафторэтилена с размерами гранул от 100 до 300 мкм и несвободно-сыпучего политетрафторэтилена с размерами гранул до 20 мкм. Предпочтительно пористая структура выполнена с порами, размеры которых случайным образом распределены в диапазоне 150-300 мкм. Суммарный объем открытых пор предпочтительно больше суммарного объема тупиковых пор, а средний размер тупиковых пор может составлять 0,01-1,0 среднего размера открытых пор. Предпочтительно, чтобы хотя бы одна из поверхностей трехмерного тела была снабжена барьерным слоем, который в особенно предпочтительном варианте исполнения представляет собой слой пористого политетрафторэтилена, в котором все поры выполнены закрытыми. Пористая структура может быть снабжена армирующим элементом, предпочтительно в виде плетеной или витой объемной структуры из титановой проволоки. Поставленная задача во втором варианте материала для имплантации, имеющего пористую поверхностно-объемную структуру из политетрафторэтилена, выполненную в виде трехмерного тела, решена за счет того, что содержит открытые сквозные поры и тупиковые поры, равномерно распределенные по внутренней поверхности открытых пор и сообщенные с ней, и выполнена из смеси свободно-сыпучего политетрафторэтилена с размерами гранул от 100 до 300 мкм и несвободно-сыпучего политетрафторэтилена с размерами гранул до 20 мкм, причем хотя бы одна из поверхностей трехмерного тела снабжена барьерным слоем. 3 18179 1 2014.04.30 Барьерный слой в особенно предпочтительном варианте исполнения представляет собой слой пористого политетрафторэтилена, в котором все поры выполнены закрытыми. Предпочтительно пористая структура выполнена с порами, размеры которых случайным образом распределены в диапазоне 150-300 мкм. Суммарный объем открытых пор предпочтительно больше суммарного объема тупиковых пор, а средний размер тупиковых пор может составлять 0,01-1,0 среднего размера открытых пор. Пористая структура может быть снабжена армирующим элементом, предпочтительно в виде плетеной или витой объемной структуры из титановой проволоки. Наличие дополнительно тупиковых пор, равномерно распределенных по внутренней поверхности открытых пор таким образом, что они сообщаются с ней, позволяет дополнительно увеличить поверхность контакта имплантата и ткани, стимулируя ее рост и увеличивая прочность сцепления уже в начальный период. Этому же способствует и исполнение открытых пор сквозными по всем направлениям, что устраняет препятствие кровотоку через структуру в каком-либо направлении и позволяет установить его наиболее естественным образом, что интенсифицирует питание растущей ткани и уменьшает вероятность рецессии. Исполнение пористой структуры при соотношении суммарных объемов открытых и тупиковых пор больше 1 позволяет сохранить невысокое сопротивление структуры потоку крови при дополнительном увеличении поверхности контакта ткани с пористой структурой. Средний размер тупиковых пор составляет 0,01-1,0 среднего размера открытых пор для обеспечения повышенного капиллярного давления в первых, способствующего улучшению гидродинамики потока крови, а следовательно, лучшему питанию растущей ткани. В то же время следует отметить, что заявленная пористая структура может не обладать достаточной для некоторых применений прочностью. Для таких вариантов использования она может быть снабжена армирующим элементом, предпочтительно в виде плетеной или витой объемной структуры из титановой проволоки. Такая структура армирующего элемента не влияет на свойства заявленной пористой структуры (невысокое сопротивление структуры потоку крови при дополнительном увеличении поверхности контакта ткани с пористой структурой, увеличение прочности сцепления уже в начальный период, отсутствие препятствий кровотоку через структуру), увеличивая ее прочность и дополнительно обеспечивая возможность надежного зацепления шовного материала при подшивании ткани, например десны, к пористой структуре. Поставленная задача в зубном имплантате, включающем опору для формирования зубного протеза и соприкасающуюся с костной тканью поверхность, имеющую биологически совместимую металлическую пористую зону для врастания костной ткани и насадку для врастания мягкой ткани десны в виде пористой поверхностно-объемной структуры из политетрафторэтилена, размещенную между опорой зубного протеза и биологически совместимой металлической пористой зоной, решена за счет того, что насадка для врастания мягкой ткани десны выполнена из заявленной пористой поверхностно-объемной структуры. Насадка для врастания мягкой ткани десны имеет высоту, соответствующую толщине мягкой ткани десны. Объясняется это тем, что происходит полное врастание эпителиальных клеток в пористую поверхностно-объемную структуру насадки из политетрафторэтилена и образуется герметичное соединение имплантата с мягкими тканями, создавая надежную преграду для проникновения патогенных микробов в область имплантации из ротовой полости и способствуя более надежной фиксации и прочности посадки имплантата в челюстной кости. Поставленная задача в сосудистом имплантате, выполненном из пористого политетрафторэтилена в виде трубчатого тела заданного диаметра, решена за счет того, что указанным материалом является пористая поверхностно-объемная структура по второму варианту реализации, причем поверхностью, снабженной барьерным слоем, является внутренняя поверхность трубчатого тела. 4 18179 1 2014.04.30 Поставленная задача в тканевом имплантате для заместительной пластики мягких тканей,изготовленном из политетрафторэтилена, решена за счет того, что он изготовлен из пористой поверхностно-объемной структуры по первому или второму варианту исполнения. Сущность заявляемых изобретений поясняется неограничивающими фигурами, где на фиг. 1, 2 изображены первый и второй варианты пористой структуры соответственно на фиг. 3 - фрагмент заявленной пористой структуры, в разрезе в масштабе 10001, где- средние размеры открытых пор,- средние размеры тупиковых пор на фиг. 4 схематично показан общий вид зубного имплантата с заявленной пористой объемной структурой на фиг. 5 схематично показано поперечное сечение сосудистого имплантата, выполненного в виде цилиндра из заявленной пористой объемной структуры по второму варианту исполнения фиг. 6 иллюстрирует зубной имплантат после извлечения из челюсти экспериментального животного в ходе клинических испытаний, увеличение 6,3 на фиг. 7 А-7 Г представлены микрофотографии гистологических препаратов, иллюстрирующие взаимодействие тканей десны с пористым политетрафторэтиленом, увеличение А - 50 Б - 100 В, Г - 400. Пористую структуру 1 выполняют любых размеров и формы, исходя из требований,например, остеосинтеза (фиг. 1-2). Существенными являются трехмерность и соизмеримость (т.е. размеры структуры по трем координатам должны быть одного порядка), а также отсутствие непроницаемой преграды в виде сердечника или подложки на пути кровотока. Все открытые поры 2 структуры сквозные и равнонаправлены. На внутреннюю поверхность открытых пор 2 дополнительно выходят тупиковые поры 3 (фиг. 3), Средний размертупиковых пор 3 составляет 0,01-1,0 среднего размераоткрытых пор 2. Такую структуру можно получить различными технологиями, например вспениванием и термофиксацией раствора полимера. Еще одним вариантом получения структуры является прессование и спекание порошков полимера. Образование тупиковых пор 3 на поверхности открытых 2, а также соотношение их размеров и объемов обеспечивают регулированием параметров технологии изготовления и соотношением количеств свободно-сыпучего политетрафторэтилена с размерами гранул от 100 до 300 мкм и несвободно-сыпучего политетрафторэтилена с размерами гранул до 20 мкм в смеси, из которой выполнена заявленная пористая структура. Второй вариант исполнения заявленной пористой структуры представлен на фиг. 2 и отличается наличием барьерного слоя 4, в данном примере на верхней поверхности структуры 1. Барьерный слой 4 представляет собой слой пористого политетрафторэтилена, в котором все поры закрыты. Такой слой образуют, например, при изготовлении структуры методом прессования и спекания порошков полимера. При этом он образуется как на верхней, так и на нижней поверхности структуры, которая может быть разделена по горизонтали на два изделия, каждое - с барьерным слоем. Барьерный слой может быть, при необходимости, удален с одной или с обеих поверхностей структуры. Как показано в примерах на фиг. 1 и 2, заявленная пористая структура снабжена армирующим элементом в виде объемной структуры 5, например вязаной из титановой проволоки. Одна из форм реализации заявляемого зубного имплантата представлена на фиг. 4. Зубной имплантат изготовлен из биосовместимого материала, такого как титан, и имеет форму цилиндрического тела, имеющего проксимальный конец и дистальный конец. В рамках данного описания термин проксимальный обозначает направленный при имплантации в сторону отверстия в челюстной кости, а термин дистальный - направленный в сторону ротовой полости при имплантации. Представленный зубной имплантат содержит контактирующую с костной тканью биологически совместимую металлическую зону,представляющую собой объемную пористую структуру 6 цилиндрической формы с закруглением на проксимальном конце в виде полусферы. Объемная пористая структура 6 5 18179 1 2014.04.30 изготовлена из напрессованного на каркас 7 порошка титана, образующегося из титановой губки, например, методом гидростатического прессования 7. Зубной имплантат имеет насадку 8 для врастания мягкой ткани десны, выполненную в виде втулки, размещенной между металлической объемной пористой структурой 6 и опорой 9 для формирования зубного протеза. Изготовлена насадка 8 из пористой поверхностно-объемной структуры 1 из политетрафторэтилена, в данном примере по второму варианту исполнения. При этом структура ориентирована так, что поверхность, представляющая собой барьерный слой 4,является верхней поверхностью насадки 8. После помещения такого импланта в соответствующее гнездо в челюсти мягкую ткань десны подшивают к торцу насадки 8, а ее верхняя поверхность - барьерный слой 4 - не позволяет микроорганизмам проникать внутрь насадки и далее к металлической объемной пористой структуре 6 и создавать препятствие для врастания в нее костной ткани. Исполнение пористой структуры с армирующими элементами по изобретению позволяет дополнительно фиксировать пористую структуру на имплантате, организовывать поток крови через поры в анатомичном направлении, повышать прочность сцепления ткани с пористой структурой. После прорастания губчатой костной ткани в поры металлической объемной пористой структуры 6, а ткани десны - в поры насадка 8 из пористой поверхностно-объемной структуры и надежной фиксации имплантата на опору 9 (например, винт или резьбовую втулку) устанавливают протез зуба. Одна из форм реализации сосудистого имплантата по изобретению представлена на фиг. 5. Заявленный имплантат выполнен в виде трубчатого тела заданного диаметра. Материалом, из которого выполнен сосудистый имплантат, является пористая поверхностнообъемная структура по второму варианту реализации, причем поверхностью, снабженной барьерным слоем, является внутренняя поверхность трубчатого тела. Материал пористой структуры обладает полной биосовместимостью. При установке имплантата известным образом в поврежденный сосуд пористая наружная поверхность плотно прилегает к внутренней поверхности сосуда. Как и в описанном выше случае, заявленная пористая структура обеспечивает вживление клеток внутренней стенки сосуда в пористую структуру. В то же время, внутренняя поверхность имплантата - барьерный слой 4 - препятствует осаждению элементов крови на ней, препятствует образованию атеросклеротических бляшек и тромбов. Тканевый имплантат для заместительной пластики мягких тканей по настоящему изобретению может быть изготовлен в виде структуры, показанной на фиг. 1 или 2. При этом пористой структуре придают форму и размеры, примерно соответствующие участку,подлежащему удалению при последующем хирургическом вмешательстве и определяемому по рентгенограмме. Затем, после разреза мягких тканей, удаляют поврежденный участок, имплантируют пористую структуру и фиксируют ее. Рану послойно зашивают. Достижение заявленного технического результата было проверено на примере стоматологического имплантата в процессе клинических испытаний. Исследование проведено на двух беспородных собаках массой 25-30 кг в возрасте 3-х и 4-х лет. Собаки были здоровы, полость рта - без признаков воспаления. На проведение операций получено соответствующее разрешение этического комитета. Под общим обезболиванием после обработки операционного поля, после рассечения мягких тканей десны обнажены места имплантации в зоне верхней и нижней челюсти. В ложа для имплантатов были имплантированы семь дентальных имплантатов. Вставки, выполненные в виде кольца из пористой структуры по настоящему изобретению, окружающие шейку имплантата, фиксировались отдельными швами к ткани десен. Через 50 дней после начала эксперимента произведено извлечение трех имплантатов в условиях операционной под общим обезболиванием. Макроскопическому и микроскопическому исследованию было подвергнуто три зубных имплантата. Во время их удаления вместе с имплантатом извлекался фрагмент мягких тканей, плотно фиксированный в об 6 18179 1 2014.04.30 ласти политетрафторэтиленового кольца, окружающего шейку имплантата. Объем тканей,связанных с кольцом, варьировал в широком диапазоне. В одном из исследованных образцов контуры кольца были различимы, в другом толщина прилежащей ткани 10 примерно в два раза превышала толщину кольца (фиг. 6). Остальные фрагменты имплантата были свободны от тканей. Результаты взаимодействия тканей десны с заявленной пористой структурой проиллюстрированы микрофотографиями гистологических препаратов, представленными на фиг. 7 А-7 Г, где цифрами обозначены 1 - политетрафторэтилен (не воспринимает красители) 2 - волокнистая соединительная ткань 3 - многослойный плоский неороговевающий эпителий. Микрофотографии выполнены с увеличением А - 50 Б - 100 В, Г - 400. При гистологическом исследовании установлено, что с кольцом вокруг шейки зуба взаимодействует плотная волокнистая соединительная ткань. При этом она прилежит к поверхности кольца, а также заходит в поры материала, из которого оно изготовлено(фиг. 7 А, 7 Б). На гистологических препаратах, окрашенных гематоксилином и эозином, на большом увеличении отчетливо выявляются пучки коллагеновых волокон, а также большое количество фибробластов (фиг. 7 В). В изученных образцах обнаружено присутствие фрагментов многослойного неороговевающего эпителия, взаимодействующего с политетрафторэтиленовой вставкой зубного имплантата (фиг. 7 Г). После имплантации в тканях десны всегда развивается реактивное воспаление. К моменту гистологического исследования признаки активного воспалительного процесса сохранились в одном из изученных образцов. По всей видимости, причиной этого является микроорганизмы, проникающие из полости рта через открытопористую поверхность первого варианта заявленной пористой структуры. Применение второго варианта пористой структуры по изобретению благодаря выполнению верхней поверхности в виде барьерного слоя, в котором все поры выполнены закрытыми, исключает проникновение микроорганизмов из внешней среды и, следовательно, исключает возникновение воспалительного процесса. Использование пористой структуры заявляемой конструкции в кардиологии, сосудистой хирургии, травматологии и ортопедии, в стоматологии позволяет увеличить удельную поверхность контакта регенерируемой ткани и имплантата, увеличить характеристики вросшей ткани, ускорить врастание ткани в структуру, а также уменьшить вероятность рецессии и снизить срок реабилитации больного. Источники информации 1.2005/107829, 2005 2. 20050112397, 2005 3.97/24084, 1997 (прототип). 4.2010/139041, 2010 (прототип). 5. Патент США 76911141, 2010 (прототип). 6. Медведев А.Ю. Сравнительная оценка применения полипропиленовых и политетрафторэтиленовых имплантов при плановом устранении паховых грыж Автореф. дис.,2009 (прототип). 7. Витязь П.А. и др. Пористые порошковые материалы и изделия из них. - Минск Вышейшая школа, 1987. - С.115. Фиг. 6 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 8