Способ получения sr-содержащего карбонатгидроксилапатита из модельного раствора синовиальной жидкости человека

Способ получения sr-содержащего карбонатгидроксилапатита из модельного раствора синовиальной жидкости человека

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области медицины и созданию новых материалов биомедицинского назначения, которые могут быть использованы при создании бифазных композитов на основе Sr-содержащего карбонатгидроксилапатита, которые могут быть использованы для адресной доставки лекарственных препаратов.

Известен способ получения карбонатгидроксилапатита, приближенного к неорганическому матриксу костной ткани (патент RU 2526191 C1), из модельного раствора синовиальной жидкости человека, в котором готовят раствор состава: CaCl₂ - 1.3431 г/л, Na₂HPO₄·12H₂O - 7.4822 г/л, NaCl - 2,8798 г/л, MgCl₂·6H₂O - 0.4764 г/л, Na₂SO₄ - 1.6188 г/л, KCl - 0.3427 г/л, осаждение проводят при концентрации карбонат-ионов 24 ммоль/л, температуре 22-25°C, значении pH 7.4+0,05 в течение 30 дней.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ получения Sr-содержащего гидроксилапатита с различным замещением ионов кальция на ионы стронция (Capuccini С, Torricelli Р, Boanini Е, Gazzano М, Giardino R, Bigi А. Interaction of Sr-doped hydroxyapatite nanocrystals with osteoclast and osteoblast-like cells // J Biomed Mater Res A. 2009 Jun; 89(3): 594-600). По данному способу синтез кристаллов Sr-содержащего гидроксилапатита проводили в инертной атмосфере N₂ путем добавления по каплям 50 мл 0,65 М (NH₄)₂HPO₄ раствора к 50 мл 1.08 М Ca(NO₃)₂·4H₂O при pH 10. pH корректировали раствором NH₄OH. Осадок выдерживали в реакционном растворе в течение 5 ч при 90°C при постоянном перемешивании, затем центрифугировали при 10000 оборотах в минуту в течение 10 мин и повторно промывали дистиллированной водой, свободной от CO₂. Продукт сушили при 37°C в течение ночи.

Способ позволяет получать нанокристаллы Sr-содержащего гидроксилапатита с различным содержанием стронция в гидроксилапатите от 0-10% масс. К недостаткам метода следует отнести отсутствие возможности получения Sr-содержащего карбонатгидроксилапатита, на всех этапах синтеза приняты меры, исключающие попадания карбонат-ионов в структуру получаемых кристаллов.

Задачей заявляемого изобретения является разработка способа получения Sr-содержащего карбонатгидроксилапатита из модельного раствора синовиальной жидкости человека, который в дальнейшем может быть использован для адресной доставки лекарственных средств.

Указанный технический результат достигается тем, что предложен способ получения Sr-содержащего карбонатгидроксилапатита из модельного раствора синовиальной жидкости человека, приближенного к неорганическому матриксу кости, включающий получение неорганического вещества, в искусственно созданной среде для этого готовят модельную среду указанного состава: CaCl₂ - 1.3431-0,8059 г/л, Na₂HPO₄·12H₂O - 7.4822 г/л, NaCl - 2,8798 г/л, MgCl₂·6H₂O - 0.4764 г/л, Na₂SO₄ - 1.6188 г/л, KCl - 0.3427 г/л, при концентрация ионов Sr - 0÷0,2686 г/л, проводят осаждение при значении pH 7.4, в течение 7 дней, полученный осадок фильтруют, сушат при температуре 100°C в течение 4 часов.

Синовиальная жидкость является биологической средой, уникальной по биофизическим, физико-химическим свойствам и составу и выполняет в суставах ряд функций: метаболическую (обменную), барьерную (защитную), протекторную (биомеханическую). Метаболическая функция синовиальной жидкости играет большую роль в лечении больных с костными патологиями, выполняя роль носителя различных неорганических и органических ионов, которые могут встраиваться в структуру костного апатита и способствовать изменению его биофизических, структурных и морфологических особенностей. Так, в последнее время на основании экспериментальных и клинических исследований были получены доказательства того, что соединения стронция и препараты на его основе стимулируют процесс образования костной ткани, подавляют процесс ее разрушения.

Синтез Sr-содержащего карбонатгидроксилапатита осуществлялся из модельной среды, приближенной по ионно-электролитному составу, pH, ионной силе к синовиальной жидкости человека. Осаждение из растворов проводилось при значении pH 7.4, что соответствует физиологическому значению кислотности синовии в норме [Лунева С.Н. Биохимические изменения в тканях суставов при дегенеративно-дистрофических заболеваниях и способы биологической коррекции: Дис. … д-ра биол. наук. Курган. 2003. 297 с.]. При это корректировка pH до требуемых физиологических значений осуществлялась путем добавления 20%-ного раствора NaOH или концентрированной HCl. Данные концентрационные диапазоны соответствуют содержанию ионов в синовиальной жидкости человека [Кирсанов А.И. Концентрация химических элементов в разных биологических средах человека. Клиническая лабораторная диагностика. 2001. №3. С. 16-20] представлены в табл. 1.

Для приготовления модельных растворов использовались соли (CaCl₂, Na₂HPO₄·12H₂O, MgCl₂·6H₂O, NaHCO₃, Na₂SO₄, KCl, NaCl, SrCl₂·6H₂O) марки ч.д.а, х.ч. и дистиллированная вода. Соли и их количество подбирались таким образом, чтобы концентрации их ионов в растворе и ионная сила были максимально приближены к данным параметрам моделируемой системы, а именно синовиальной жидкости. Для получения Sr-содержащих материалов на основе карбонатгидроксилапатита в модельные опыты добавляли различное содержание стронция и кальция, при этом их концентрация варьировалась в интервале от 0 до 100 масс. % от максимально возможной концентрации кальция. В качестве источников ионов Sr²⁺ были использованы неорганическая соль SrCl₂6·H₂O. Кристаллизация твердой фазы осуществлялась в течение 7 суток, при t=22-25°C. Осадок высушивали при температуре ~100°C.

Анализ надосадочной жидкости проводился химическими методами для установления остаточных концентраций ионов кальция и фосфат ионов в фильтрате. Соотношение Ca/Р оценивали по разнице начальных и конечных концентраций ионов в системе. На основе данных о содержаниях кальция и фосфора в твердой фазе определяли соотношение Ca/Р. При увеличении содержания стронция в исходном растворе наблюдается закономерное снижение Ca/Р коэффициента, непостоянство стехиометрического отношения можно объяснить возможными изоморфными замещениями в катионной подрешетке.

Согласно результатам РФА полученные материалы в составе содержат гидроксилапатит и брушит. С увеличением количества ионов стронция в твердой фазе происходит увеличение доли брушита и уменьшение доли гидроксилапатита в осадке. В табл. 2 приведены размеры кристаллитов фосфата кальция при варьировании концентраций Sr для образцов, рассчитанные по данным порошковой дифрактометрии с помощью формулы Селякова-Шеррера.

В табл. 3 приведена зависимость удельной поверхности от концентрации стронция в исходном модельном растворе. Для полученных образцов были определены удельные площади поверхности порошков ГА. В интервале концентраций от 0 до 50.0% масс. стронция обнаружено уменьшение удельной поверхности частиц. Это может быть обусловлено образованием брушита, что согласуется с результатами РФА.

Для определения качественного состава синтезированного материала использовалась ИК-спектроскопия. Все ИК-спектры порошков характеризуются наличием полос валентных колебаний OH-групп в области длин волн 3570-3730 см^-1 и деформационных колебаний при 3000-3600 см^-1 - О-H групп, участвующих в образовании водородных связей. Можно также отметить полосы деформационных колебаний υ₄ О-Р-O в P O 4 3- 640-550 см^-1, асимметричных валентных колебаний υ₃ Р-O в P O 4 3- ; 1060-1030 см^-1, деформационных колебаний О-С-O в C O 3 2- 870-879 см^-1.

В табл. 4 представлена зависимость Ca/Р и массы от концентраций кальция и стронция. Из данных табл. 4 видно, что при высоких концентрациях Sr в исходном растворе (60-100 масс. %) преобладает фосфат кальция с соотношением Са/Р≈0,5, при содержании 30-50 масс. % образуется октакальциевый фосфат (Са₈(HPO₄)₂(PO₄)₄·5H₂O с соотношением Са/Р≈1,2, при содержании стронция 20-30 масс. % кристаллизуется кальций-дефицитный гидроксилапатит (Са₉(HPO₄)(PO₄)₅(ОН)) с соотношением Ca/Р<1,67. А при минимальных содержаниях Sr образуется гидроксилапатит (Ca₁₀(PO₄)₆(ОН)₂) с соотношением Ca/Р≈1,67. Таким образом, оптимальным диапазоном концентрации ионов стронция для получения карбонатгидроксилапатита является 0÷0,2686, г/л (W_Sr, масс. % до 20%).

Кроме того, отмечено, что при понижении концентрации кальция и увеличении стронция уменьшается масса образующейся твердой фазы.

В полученных твердых фазах с помощью атомно-эмиссионого анализа было определено содержание стронция. В табл. 5 представлено содержание Sr в полученных осадках. Результаты этого анализа показывают, что в состав полученных образцов входит стронций (табл. 5).

При этом концентрации стронция в осадках прямо пропорционально зависит от концетрации стронций-содержащих агентов в исходном модельном маточном растворе.

Таким образом, заявляемый способ позволяет в условиях, моделирующих синовиальную жидкость, получить Sr-замещенный карбонатгидроксилапатит, приближенный к неорганическому матриксу кости.

Способ получения Sr-содержащего карбонатгидроксилапатита из модельного раствора синовиальной жидкости человека, приближенного к неорганическому матриксу кости, включающий получение неорганического вещества, в искусственно созданной среде для этого готовят модельную среду указанного состава: CaCl₂ - 1.3431 - 0, 8059 г/л, Na₂HPO₄·12H₂O - 7.4822 г/л, NaCl - 2,8798 г/л, MgCl₂·6H₂O - 0.4764 г/л, Na₂SO₄ - 1.6188 г/л, KCl - 0.3427 г/л, при концентрация ионов Sr - 0÷0,2686 г/л, проводят осаждение при значении pH 7.4 в течение 7 дней, полученный осадок фильтруют, сушат при температуре 100°C в течение 4 часов.