THE ANALYSIS OF BONE CALCIUM PHOSPHATES CONTAINED IN BIOACTIVE COMPOSITIONS PRODUCED BY “TYANSHI” CORPORATION

Abstract


The bone calcium phosphates of biologically active compositions produced by “Tyanshi” corporation (Tiens, China) have been investigated with the help of XRD, SEM, LRSMA, IRS methods. It was proved, that the main inorganic compound of the powders “High calcium content” is hydroxyapatite, which does not belong to nanocrystalline material though. In accordance with elemental analysis and IRS, the powders contain organic substances, but declared in commercial advertising microelements (magnesium, iron, iodine, copper, manganese, selenium etc.) were not found. The analyzed composition has been chosen as an impregnating component of bone implants for the future experiments.

Актуальность. Применение фосфатов кальция для восстановления костной ткани является одной из актуальных проблем репаративной медицины [1-6]. К сожалению, биокерамические и композиционные материалы на основе фосфатов кальция уступают костной ткани не только по уровню структурной организации, но и по целому ряду физико-механических и биологических показателей. С другой стороны, существует целый ряд альтернативных имплантатов, соответствующих костной ткани по прочности, но абсолютно биоинертных. Одним из них является наноуглеродный имплантационный материал «ГАРГО» [7-9]. Идея насыщения (импрегнирования) пористых имплантов соединениями, стимулирующими образование и рост костной ткани, не является новой [10-12]. Возможно, использование фосфатов кальция, микроэлементов, витаминов и белков-факторов роста откроет новые возможности для более активного восстановления костной ткани. В данной работе уделяется внимание биологически активным композициям компании «Тяньши» (Tiens) как потенциально возможным импрегнирующим смесям и\\или среде для выращивания кристаллов на самих имплантах. Выбор анализируемого материала продиктован следующими соображениями. Компания «Tiens» много лет работает с европейскими дистрибьюторами и хорошо зарекомендовала себя на российском рынке. В интернете содержатся противоречивые сведения о результатах применения добавок этой корпорации, что, в принципе, вполне естественно и зачастую продиктовано обычными предрассудками. Однако не вызывает сомнения тот факт, что многие с удовольствием пользуются этой продукцией и единственное, что сдерживает в данном случае увеличение объема продаж - это цена. При сравнении различных рекламных материалов компании обнаружены несоответствия, касающиеся состава продукции, при этом в научной литературе и интернете отсутствуют результаты научных исследований и данные химических анализов. Известно, что к БАДам предъявляются те же требования, что к пищевым продуктам, а химический и физико-химический анализ БАДов является серьезной проблемой ввиду отсутствия дорогостоящего оборудования, стандартных образцов, отработанных и зарегистрированных методик, и т.д. Таким образом, для планирования дальнейших экспериментов в области усовершенствования костных имплантатов и кальцийфосфатных порошковых материалов, применяемых в стоматологии и восстановительной хирургии, требуется проведение научного исследования, результаты которого могут быть интересны как медикам, так и материаловедам-разработчикам новой медицинской продукции, а также обычным потребителям, и, возможно, самой компании. Материалы и методы исследования. Для проведения испытаний были подготовлены образцы порошков «Тяньши с высоким содержанием кальция» (далее «образец №1»). С целью удаления органических веществ часть материалов выдерживали 1 час при температуре 400°, затем охлаждали в эксикаторе (далее «образец №2»). Согласно рекламным материалам компании, включающим брошюры и информацию на сайтах [13], 10г БАД «Тяньши с высоким содержанием кальция» содержат: порошок кальция (?) - 2400,0 мг, сухое обезжиренное молоко - 3180,0 мг; растительные сливки - 500,0 мг; какао-порошок - 200 мг, мультивитамины (ретинол (витамин А) - 0,16 мг, холекальциферол (витамин D3) - 0,002 мг, L-аскорбиновая кислота (витамин С)); аспартам (Е 951) - 40,0 мг) и микроэлементы - магний, железо, йод, медь, марганец, кремний, фосфор, калий, селен и др. БАД рекомендуются в качестве дополнительного источника кальция и витаминов. Согласно другим данным, в состав порошков входят и другие важные компоненты: витамины (В1, В2, В5, В6, В12, E, фолиевая кислота), белки, аминокислоты (8 видов) и 17 микроэлементов. В качестве основных преимуществ кальциевых продуктов торговой марки «Тяньши» (TIENS) выступают высокая биологическая усвояемость, биодоступность, безопасность применения. Следует отметить, что рекламные материалы содержат ошибки (сохранены также в описании) и нуждаются в коррекции. Дифрактограммы образцов получены на автоматическом дифрактометре PANalytical EMPYREAN с использованием излучения Cu Kα1 (гибридный Ge{111} монохроматор на первичном пучке) и позиционно-чувствительного детектора PIXcel1D Измерение проводили в режиме отражения, θ/2θ сканирование с шагом 0.02° по 2θ. Диапазон измерения 10 - 60° 2θ. Расчет межплоскостных расстояний и интегральных интенсивностей проводился по данным профильного анализа (метод Паули) экспериментальных дифрактограмм с использованием комплекса программ HighScore Plus, Version:3.0.t (3.0.5), Date 30-01-2012. Produced by: PANalytical B.V. Amelo, The Netherland. Для получения СЭМ-изображений и проведения элементного анализа использовали растровый электронный микроскоп JSM-6380 (фирма JEOL) с системой рентгеновского энергодисперсионного анализа INCA-260 (Oxford Analytical). ИК-спектры в интервале 4000-400 см-1 снимали на ИК-спектрометрах Инфралюм ФТ-02, Спекорд-IR-75, образцы прессовали в таблетки с КВr. Полученные результаты и их обсуждение. Результаты анализа экспериментальных порошковых дифрактограмм исследованных соединений №1-2 показывают, что исследованные образцы содержат большое количество аморфной составляющей, при этом основной кристаллической фазой является гидроксиапатит, имеющий характерные рефлексы от плоскостей с d= 3.44, 2.82, 2.78, 2.72, 2.63, 2.26, 1.94, 1.84 Å на фоне галодиффузионного рассеяния (см. рис.1, 2 с таблицами пиков спектра). Координаты пиков Pos. [°2Th.] Height [cts] FWHM Left [°2Th.] d-spacing [Å] Rel. Int. [%] 10.7891 99.79 0.0900 8.19350 5.64 20.6503 141.34 0.0900 4.29772 7.98 21.4445 510.67 0.1872 4.14031 28.84 21.7578 107.51 0.0900 4.08140 6.07 22.8401 90.22 0.0900 3.89039 5.09 23.8218 139.19 0.0900 3.73225 7.86 25.8480 632.22 0.1560 3.44409 35.70 28.0881 112.13 0.0900 3.17430 6.33 28.9187 171.23 0.0900 3.08499 9.67 31.7537 1770.86 0.1872 2.81573 100.00 32.1560 1084.09 0.1560 2.78141 61.22 32.8920 1112.45 0.1872 2.72083 62.82 34.0289 392.72 0.2496 2.63248 22.18 39.1726 124.65 0.0900 2.29785 7.04 39.7869 492.16 0.1248 2.26377 27.79 41.9665 108.35 0.0900 2.15110 6.12 43.0110 65.54 0.0900 2.10125 3.70 43.8165 95.84 0.0900 2.06447 5.41 45.2763 87.20 0.0900 2.00124 4.92 46.6748 602.54 0.1248 1.94449 34.03 48.0190 177.80 0.3744 1.89315 10.04 49.4465 586.03 0.1560 1.84178 33.09 50.4617 278.09 0.2496 1.80708 15.70 51.2454 201.25 0.2496 1.78127 11.36 Рис. 1. Дифрактограмма образца №1 с таблицей пиков спектра Координаты пиков Pos. [°2Th.] Height [cts] FWHM Left [°2Th.] d-spacing [Å] Rel. Int. [%] 10.8040 177.52 0.1139 8.18221 6.89 18.7396 91.58 0.0960 4.73140 3.55 21.4256 1006.13 0.1248 4.14394 39.04 21.7480 197.37 0.0960 4.08322 7.66 22.8218 151.90 0.0960 3.89346 5.89 23.7743 315.39 0.1248 3.73959 12.24 25.3565 91.64 0.0960 3.50973 3.56 25.8356 1021.56 0.1560 3.44572 39.64 28.0995 256.09 0.1151 3.17303 9.94 28.4213 306.99 0.1151 3.13783 11.91 28.6530 201.84 0.1151 3.11298 7.83 28.9040 388.34 0.1151 3.08652 15.07 31.7392 2577.23 0.1560 2.81698 100.00 32.1454 1531.08 0.1560 2.78230 59.41 32.8718 1597.72 0.1248 2.72246 61.99 34.0172 569.20 0.1248 2.63337 22.09 35.4390 93.95 0.0936 2.53091 3.65 39.1529 126.42 0.0936 2.29896 4.91 39.7690 593.57 0.1248 2.26475 23.03 40.6212 118.27 0.0936 2.21919 4.59 41.9685 108.20 0.0936 2.15100 4.20 43.8341 126.47 0.0936 2.06368 4.91 45.2851 113.85 0.0936 2.00087 4.42 46.6540 797.41 0.1248 1.94531 30.94 48.0425 324.42 0.1248 1.89228 12.59 48.5845 136.54 0.0936 1.87243 5.30 49.4353 824.22 0.1248 1.84217 31.98 50.4485 440.15 0.1248 1.80753 17.08 51.2305 276.41 0.1560 1.78176 10.73 52.0459 321.49 0.1560 1.75574 12.47 53.1419 407.99 0.1248 1.72209 15.83 55.8393 111.31 0.0936 1.64512 4.32 Рис.2. Дифрактограмма образца №2 с таблицей пиков спектра Сравнивая дифрактограммы гидроксиапатита, входящего в состав исследованных композитов, с аналогичными данными для костных материалов следует отметить, что порошки «Тяньши» содержат гораздо меньшее количество аморфной составляющей, гидроксиапатит при этом не является нанокристаллическим и приготовлен по особой технологии, являющейся, по-видимому, секретом компании. ИКС подтверждает наличие характерных для гидроксиапатита полос валентных колебаний гидроксильной группы при ν=3617 см-1, валентных и деформационных колебаний фосфатной группы при ν=1047, 604, 569 см-1, однако анализ спектров затруднен присутствием колебаний органических функциональных групп. При этом обнаружено, что образцы №2 после прокаливания все еще содержат органические вещества, т.е. необходимо увеличить температуру и\\или время для более полного удаления заявленных компонентов (рис. 3). Элементный анализ показывает, что соотношение Са:Р = 1.78 - 1.80, что превышает стехиометрическое соотношение кальция и фосфора в гидроксиапатите, равное 1.67, порошки не содержат микроэлементов, заявленных в рекламных материалах (магний, железо, йод, медь, марганец, селен и др.). Отсутствие азота однозначно указывает на отсутствие аминокислот и белков (таблица 1). образец №1 образец №2 Рис.3. Микрофотография поверхности образцов Таблица 1. Результаты ЛРСМА образцов образец №1 образец №2 Элемент Весовой % Атомный % Весовой % Атомный % С 57,53 69.71 35,39 44.33 O 25.71 23.39 54.81 51.54 Na 1.27 0.80 0.57 0.37 Si 0.19 0.10 - - P 3.40 1.60 2.32 1.13 Cl 1.04 0.43 0.46 0.20 K 3.00 1.12 1.03 0.40 Ca 7.85 2.85 5.42 2.03 Итоги 100.0 100.0 100.0 100.0 Выводы. Проведенные исследования БАД «Тяньши с высоким содержанием кальция» показали, что основным неорганическим компонентом порошков является гидроксиапатит, приготовленный по особой технологии: материал не является нанокристаллическим, содержит хорошо сформированные кристаллы с размерами порядка 500нм. Порошки содержат органические компоненты, однако микроэлементы (магний, железо, йод, медь, марганец, селен и др.) в пробах отсутствуют. На основании проведенных испытаний предложено использовать данную продукцию компании «Tiens» для импрегнирования костных имплантационных материалов и/или для выращивания кристаллов гидроксиапатита на пористых углеродных имплантах.

T D Poprygina

Voronezh State Medical University

N I Ponomareva

Voronezh State Medical University

  1. Баринов С.М. Биокерамика на основе фосфатов кальция / С.М. Баринов, В.С. Комлев. - М.: Наука, 2005. - 204с.
  2. Фадеева И.В. Медицинская керамика из замещенных фосфатов кальция / И.В. Фадеева. - М.: Университет, 2016. - 141с.
  3. Базикян Э.А. Современные остеопластические материалы / Э.А. Базикян. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2018. - 96с.
  4. Dorozhkin S.V. Multiphasic calcium orthophosphate bioceramics and their biomedical applications / S.V. Dorozhkin // Ceramics International. - 2016. - Vol. 42, Issue 6. - P. 6529-6554.
  5. Путляев В.И. Современные биокерамические материалы / В.И. Путляев // Соровский образовательный журнал. - 2004. - Т.8., №1. - С. 44-50.
  6. Dorozhkin S.V. Calcium orthophosphates: occurence and properties / S.V. Dorozhkin // Progress in biomaterials. - 2016. - Vol. 5, Issue 1. - P. 9-70.
  7. Борзунов Д.Ю. Анализ опыта применения углеродных наноструктурных имплантов в травматологии и ортопедии / Д.Ю. Борзунов, В.И. Шевцов, М.В. Стогов, Е.Н. Овчинников // Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Пирогова. - 2016. - №2. - С.77-81.
  8. Рудской А.И. Углеродные наноструктурные импланты для замещения костных дефектов и технология их изготовления / А.И. Рудской, И.М. Белов, С.К. Гордеев // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2018. - №1 (751) - С. 20-25.
  9. Резник Л.Б. Результаты применения различных видов имплантов при замещении остеомиелитических дефектов длинных костей в эксперименте / Л.Б. Резник, И.В. Стасенко, Д.А. Негров // Гений ортопедии. - 2016. - №4. - С. 81-87.
  10. Полесский М.Г. Экспериментальное обоснование применения лиофилизата комплекса аутогенных тромбоцитарных факторов роста (АУТОЛТФР) для лечения больных с ложными суставами трубчатых костей нижней конечности. / М.Г. Полесский, В.Г. Самодай, С.В. Рябинин // Вестник ВГУ. Серия: химия, биология, фармация. - 2016. - №1. - С. 109-111.
  11. Попрыгина Т.Д. Биологически активные композиции на основе гидроксиапатита / Т.Д.Попрыгина, Н.И.Пономарева // Тез.докл. VII Междунар.науч.-метод.конф. «Пути и формы совершенствования фармацевтического образования. Актуальные вопросы разработки и исследования новых лекарственных средств». - Воронеж, 2018. - С. 572-575.
  12. Беляев М.В. Использование многофункциональных углеродных имплантов в хирургии воспалительных заболеваний позвоночника / М.В. Беляев, В.Н. Гусева, А.Ю. Мушкин // Хирургия позвоночника. - 2010. - №1. - С. 57-61.
  13. http://tiens5.com.ua/katalog-produkcii/badi/poroshok-vysokim-soderzhaniem-kalciya-tianshi

Views

Abstract - 4

PDF (Russian) - 1

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies