CN102940905A

CN102940905A - 具有抗结核活性的多孔骨修复材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102940905A
Application number: CN2012103992565A
Authority: CN
Inventors: 张胜民; 董军峰
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2013-02-27

Abstract

本发明公开了一种具有抗结核活性的多孔骨修复材料及其制备方法，该材料主要由类骨钙磷材料、有机高分子和抗结核药物组成,该材料能够逐步释放出抗结核药物，具有抗结核修复效果。其制备方法是将类骨钙磷材料与造孔剂按比例均匀混合后置于模具中，将抗结核药物与有机高分子共同溶解于溶剂后浇筑到上述模具中，自然风干后洗去造孔剂，然后冻干即得。本发明方法得到的具有抗结核活性的多孔骨修复材料，不但具有较好的生物相容性、孔间连通性及较高的孔隙率，而且在利用其成骨活性，发挥填充修复骨缺损功能的同时，还能通过逐步将抗结核药物缓慢稳定释放至周围组织中，保持有效药物浓度，从而具备良好抗结核及抗菌活性。

Description

具有抗结核活性的多孔骨修复材料及其制备方法

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，涉及一种多孔抗结核活性植入材料及其制备方法，更具体地说，涉及一种用于骨组织缺损修复的、同时具有抗结核活性的多孔骨内植入材料及其制备方法。

背景技术

骨缺损是临床治疗常见的棘手病症，多因为肿瘤、创伤、骨髓炎以及多种先天性疾病所致。骨移植是临床上修复骨缺损最传统而有效的方法。其中自体骨移植疗效最为确切，但其材料来源有限；且供区手术部位存在10%的外科并发症，如局部感染、疼痛等不适。同种异体骨移植存在着不同程度的免疫排异反应及骨诱导性差的缺陷。因此，运用再生医学和组织工程的基本原理，发展新型人工合成材料作为骨替代及修复材料，是骨缺损修复的发展趋势。

骨、关节结核是最常见的肺外结核病之一，80～91%继发于肺结核，约占结核病人总数的13%,其中脊柱结核(Pott’s disease)占骨关节结核的 50～75％以上，随着近年来肺结核疫情的恶化，中国脊柱结核、耐药脊柱结核的发病率亦逐年增高。脊柱结核如延误治疗，在后期，极易累及椎管，10%的患者因脊髓、神经压迫而出现截瘫。由于手术时机选择、病灶清除范围界定问题、耐药菌株的出现、病灶周围药物浓度不够理想、病灶清除术后骨缺损重建困难、依从性差、术后不规律的化疗等因素都给脊柱结核的治疗带来了极大困难，目前脊柱结核术后不愈及复发率仍高达13～26%。

目前针对骨结核后期导致的寒性脓肿及死骨形成，病灶清除后遗留的结核性骨缺损的重建处理上主要以自体骨移植或以钛网、骨水泥重建，同时于局部喷撒粉剂或针剂的抗结核药物。自体骨移植，取骨量有限，缺损填充不完全，往往少量的自体骨短期内被吸收。单纯钛网重建，虽有较好的机械支撑强度，但钛没有骨诱导性和成骨活性，晚期容易出现钛网的下沉和松动，后凸畸形矫正角度后期容易再丢失，同时残存的结核杆菌极易粘附在钛合金表面形成固定的感染源，不易被药物所杀灭。PMMA骨水泥重建操作时有大量的热源产生，极易灼伤周围组织，特别是在胸椎结核前路手术中，极易发生危险并发症。骨水泥单体有细胞毒性, 抑制局部巨噬细胞对细菌的吞噬和杀菌作用。文献报道其副作用有一过性血压下降或上升, 心率加快, 严重者可产生心跳骤停。如术中操作不当，极易因骨水泥压迫脊髓和神经而产生医源性截瘫。术中常规抗结核药物短期内被代谢掉，病灶局部有效药物浓度维持时间过短；尽管术后仍口服给药，但药物不易到达病灶周围，因而术后骨结核复发率极高，同时长期服用抗结核药物，极易引起肝肾功能损害。

因此，在脊柱结核临床治疗实践中迫切需要研制出一种既能抗结核，又有一定机械强度和诱导骨再生能力的新型骨修复填充材料来配合钛网使用。同时，具备能纠正后凸畸形维持椎体高度的良好机械性能；又具备较强抗结核特性；并具备一定骨诱导活性，能促进与骨质的快速融合，防止后期植入物下沉和脱落的修复结核性骨缺损的新型内固定植入物，日益成为国内外许多学者研究临床硬组织修复的重点和热点之一。

骨缺损修复材料的无菌状态是植入手术成功的前提和关键，赋予材料一定的抗结核及抗菌能力亦为治疗上述骨关节结核所必需。临床研究表明：若植入部位感染，则修复效果不佳，对于累及脊柱的骨关节结核，如若发生感染，其危害是不言而喻的。此外因为骨关节结核切除术不彻底，易导致旧病复发、病灶转移，从而使得单纯的植入材料用于该类治疗的效果不佳。基于此因，将具有抗结核活性的药物（异烟肼、利福平、吡嗪酰胺、乙胺丁醇、链霉素等）通过各种手段引入到植入材料中，使得材料在履行填充修复职能的同时，具有进一步的抑制炎症及结核复发的功效。目前具有抗结核的植入材料在临床研究和应用较多的主要有以下几种。

孙建英等制备了RFP/磷酸八钙骨水泥(octacalcium phosphate，OCP)药物缓释体系的骨修复材料。通过X射线衍射、红外光谱、场发射扫描电镜分析、万能电子试验机及紫外可见分光光度计等测试方法，研究RFP对OCP的相组成、抗压强度的影响及其释药行为。结果表明：在OCP中添加适量药物并不会影响最终产物的物相；对于药物含量一定的载体，药物释放时间在5d 后，强度变化趋于稳定；对于药物含量不同的载体，药物含量越高越容易导致载体的孔隙率增大，强度变小；药物含量分别为60mg/g与40mg/g的载体的释放特性都符合 Higuchi扩散释放模型，而前者的相关性更好。

王德平等以磷酸钙为主体的多孔微晶玻璃搭载利福平后进行体外试验，发现玻璃基药物载体能够长期释放高浓度药物,可起到缓释的效果，药物的释放速度与载体材料的孔隙率密切相关。

钱志松等将乙胺丁醇-磷酸钙骨水泥复合体植入兔臀肌和股骨，发现乙胺丁醇-磷酸钙骨水泥复合体能在体内持续缓慢释放乙胺丁醇，对治疗骨结核可能是一有效植入式缓释剂。

发明内容

针对骨结核，尤其是脊柱结核性骨缺损修复重建治疗的难点问题及现有技术的不足，本发明提供了一种具有抗结核活性的多孔骨修复材料及其制备方法，通过本发明方法实施得到的抗结核多孔骨修复材料，不但具有较好的生物相容性、孔间连通性及较高的孔隙率，而且在发挥其骨缺损填充修复功能的同时，还能逐步将抗结核药物释放至周围组织细胞中，并保持一定的有效药物浓度，从而具有较好的抗结核活性及一定的抗菌活性。

本发明的一种具有抗结核活性的多孔骨修复材料，主要由类骨钙磷材料、有机高分子和抗结核药物组成,该材料能够逐步释放出抗结核药物，具有抗结核修复效果。

本发明的多孔骨修复材料中，类骨钙磷材料：有机高分子：抗结核药物的质量比为1-4:10:1-2。

本发明的多孔骨修复材料中，所述的类骨磷灰石为磷酸三钙、磷酸四钙、磷酸八钙、磷酸氢钙、羟基磷灰石及其元素取代衍生物中的一种或它们的混合物。

本发明的多孔骨修复材料中，所述的有机高分子为聚乳酸、聚乙醇酸、聚丙交酯与乙交酯复合物、聚己内酯、聚羟基丁酸中的一种或它们的混合物。这些有机高分子为美国FDA批准广泛用于临床、为生物医药产业的安全有机物。

本发明的多孔骨修复材料中，所述的抗结核药物为异烟肼、利福平、吡嗪酰胺、乙胺丁醇、链霉素中的一种或它们的无禁忌配伍的组合。

本发明的具有抗结核活性的多孔骨修复材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、浇筑液的配制：

将有机高分子与抗结核药物加入到有机溶剂中，有机高分子与抗结核药物的质量之比为10:0-2;然后利用磁力搅拌器充分搅拌，直至完全溶解，得澄清溶液a;

步骤2、注模：

取类骨磷灰石粉末与造孔剂完全混合均匀后加入到模具中，稍微震荡使其紧密堆积，其中类骨磷灰石与步骤1所述有机高分子的质量之比为0-4:10，造孔剂与步骤1所述有机高分子的质量之比为1:8；然后将步骤1所述的澄清溶液a徐徐浇筑到上述模具中后，置于37℃烘箱中干燥成型, 其中所述的造孔剂为盐粒或果糖微球中的一种;

步骤3、材料成型及后处理；

将步骤2中成型物从模具中取出，置于去离子水中浸泡48h，期间每12h换一次水，至检验不出Cl^-离子或果糖完全溶出后取出，然后冻干得到具有抗结核活性的多孔骨修复材料。

本发明的多孔骨修复材料的制备方法中，所述的造孔剂的直径为100μm-400μm。

本发明的多孔骨修复材料的制备方法中，所述的有机溶剂为二氯甲烷、氯仿、丙酮、二氧六环、乙酸乙酯中的一种，所述有机溶剂的用量为15-20ml/克有机高分子。

本发明的具有抗结核活性的多孔骨修复材料应用于骨组织工程领域制备多孔支架。

采用本发明提供的制备方法，可以得到三维疏松多孔的抗结核活性骨修复材料。扫描电镜确认无机钙磷材料均匀分布在有机高分子与药物共同构成的腔隙间隔中；且孔隙均匀、连通率高，有利于成骨细胞的长入，便于骨缺损的修复；同时亦保证了药物伴随材料降解而稳定释放，从而达到长效抗结核的作用。

附图说明

图1是抗结核活性的多孔骨修复材料的整体形貌图。

图2是抗结核活性的多孔骨修复材料的扫描电镜（SEM）照片。

图3是抗结核活性的多孔骨修复材料的X射线衍射（XRD图谱）。

图4是抗结核活性的多孔骨修复材料的傅里叶变换红外图谱（FT-IR）。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明的具有抗结核活性的多孔骨修复材料及其制备方法。

实施例1

将1.0g聚乳酸（PLA，Mw=50000）与0.2g利福平（rifampin）加入到12ml二氯甲烷（DCM）中，然后利用磁力搅拌器充分搅拌，直至完全溶解，得澄清溶液。然后取0.2g羟基磷灰石（hydroxyapatite）与粒径为200-300μm的盐粒充分混合均匀后加入到模具中，稍微震荡使其紧密堆积；再将前述配置的澄清溶液徐徐浇筑到堆积羟基磷灰石和盐粒的模具中，置于37℃烘箱中干燥成型后从模具中取出，置于去离子水中浸泡48h，期间每12h换一次水，至检验不出Cl^-离子后取出，然后冻干得到具有抗结核活性的多孔骨修复材料。

对制备的新型抗结核生物生物材料进行性能表征：表观尺寸高为8mm，直径为12mm的圆柱形，孔隙率约为66.7%，药物包封率为86.2%，载药率为12.31%。所制备的抗结核生物活性材料的多孔支架的SEM照片见附图1。

实施例2

将1.0g聚乳酸（PLA，Mw=100000）与0.2g异烟肼加入到12ml丙酮（Acetone）中，然后利用磁力搅拌器充分搅拌，直至完全溶解，得澄清溶液。然后取0.2g磷酸钙（CPC）与粒径为100-400μm的盐粒充分混合均匀后加入到模具中，稍微震荡使其紧密堆积；再将前述配置的澄清溶液缓慢浇筑到堆积羟基磷灰石和盐粒的模具中，置于37℃烘箱中干燥成型后从模具中取出，置于去离子水中浸泡48h，期间每12h换一次水，至检验不出Cl^-离子后取出，然后冻干得到具有抗结核活性的多孔骨修复材料。

实施例3

将1.0g聚乳酸（PLA，Mw=30000）与0.1g利福平（rifampin）加入到15ml二氯甲烷（DCM）中，然后利用磁力搅拌器充分搅拌，直至完全溶解，得澄清溶液。然后取0.4g羟基磷灰石（hydroxyapatite）与粒径为100-400μm的盐粒充分混合均匀后加入到模具中，稍微震荡使其紧密堆积；再将前述配置的澄清溶液缓慢浇筑到堆积羟基磷灰石和盐粒的模具中，置于37℃烘箱中干燥成型后从模具中取出，置于去离子水中浸泡48h，期间每12h换一次水，至检验不出Cl^-离子后取出，然后冻干得到具有抗结核活性的多孔骨修复材料。

实施例4

将1.0g聚己内酯（PCL，Mw=50000）与0.2g乙胺丁醇加入到12ml乙酸乙酯（DCM）中，然后利用磁力搅拌器充分搅拌，直至完全溶解，得澄清溶液。然后取0.3g羟基磷灰石（hydroxyapatite）与粒径为100-400μm的盐粒充分混合均匀后加入到模具中，稍微震荡使其紧密堆积；再将前述配置的澄清溶液缓慢浇筑到堆积羟基磷灰石和盐粒的模具中，置于37℃烘箱中干燥成型后从模具中取出，置于去离子水中浸泡48h，期间每12h换一次水，至检验不出Cl^-离子后取出，然后冻干得到具有抗结核活性的多孔骨修复材料。

实施例5

将1.0gPLGA，Mw=100000与0.1g链霉素加入到10ml氯仿（CHCl₃）中，然后利用磁力搅拌器充分搅拌，直至完全溶解，得澄清溶液。然后取0.1g磷酸八钙与粒径为100-400μm的果糖微球充分混合均匀后加入到模具中，稍微震荡使其紧密堆积；再将前述配置的澄清溶液缓慢浇筑到堆积羟基磷灰石和盐粒的模具中，置于37℃烘箱中干燥成型后从模具中取出，置于去离子水中浸泡48h，期间每12h换一次水，至果糖完全溶出后取出，然后冻干得到具有抗结核活性的多孔骨修复材料。

实施例6

将1.0g聚乳酸（PLA，Mw=50000）与0.1g吡嗪酰胺加入到12ml二氯甲烷（DCM）中，然后利用磁力搅拌器充分搅拌，直至完全溶解，得澄清溶液。然后取0.4g羟基磷灰石（hydroxyapatite）与粒径为100-400μm的果糖球充分混合均匀后加入到模具中，稍微震荡使其紧密堆积；再将前述配置的澄清溶液缓慢浇筑到堆积羟基磷灰石和盐粒的模具中，置于37℃烘箱中干燥成型后从模具中取出，置于去离子水中浸泡48h，期间每12h换一次水，至果糖完全溶出后取出，然后冻干得到具有抗结核活性的多孔骨修复材料。

实施例7

将1.0g聚己内酯（PCL，Mw=80000）与0.3g乙胺丁醇加入到10ml二氯甲烷（DCM）中，然后利用磁力搅拌器充分搅拌，直至完全溶解，得澄清溶液。然后取0.1g锌取代羟基磷灰石（hydroxyapatite）与粒径为100-400μm的果糖球充分混合均匀后加入到模具，稍微震荡使其紧密堆积；再将前述配置的澄清溶液缓慢浇筑到堆积羟基磷灰石和盐粒的模具中，置于37℃烘箱中干燥成型后从模具中取出，置于去离子水中浸泡48h，期间每12h换一次水，至果糖完全溶出后取出，然后冻干得到具有抗结核活性的多孔骨修复材料。

实施例8

将1.0g聚乳酸（PGA，Mw=50000）与0.1g利福平（rifampin）加入到12ml丙酮（Acetone）中，然后利用磁力搅拌器充分搅拌，直至完全溶解，得澄清溶液。然后取0.2g硅取代羟基磷灰石（hydroxyapatite）与粒径为100-400μm的盐粒充分混合均匀后加入到模具中，稍微震荡使其紧密堆积；再将前述配置的澄清溶液缓慢浇筑到堆积羟基磷灰石和盐粒的模具中，置于37℃烘箱中干燥成型后从模具中取出，置于去离子水中浸泡48h，期间每12h换一次水，至检验不出Cl^-离子后取出，然后冻干得到具有抗结核活性的多孔骨修复材料。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落于本发明的保护范围。

Claims

1.一种具有抗结核活性的多孔骨修复材料，其特征在于:主要由类骨钙磷材料、有机高分子和抗结核药物组成,该材料能够逐步释放出抗结核药物，具有抗结核修复效果。

2.根据权利要求1所述的具有抗结核活性的多孔骨修复材料，其特征在于:类骨钙磷材料：有机高分子：抗结核药物的质量比为1-4:10:1-2。

3.根据权利要求1所述的具有抗结核活性的多孔骨修复材料，其特征在于:所述的类骨磷灰石为磷酸三钙、磷酸四钙、磷酸八钙、磷酸氢钙、羟基磷灰石及其元素取代衍生物中的一种或它们的混合物。

4.根据权利要求1所述的具有抗结核活性的多孔骨修复材料，其特征在于:所述的有机高分子为聚乳酸、聚乙醇酸、聚丙交酯与乙交酯复合物、聚己内酯、聚羟基丁酸中的一种或它们的混合物。

5.根据权利要求2所述的具有抗结核活性的多孔骨修复材料，其特征在于:所述的抗结核药物为异烟肼、利福平、吡嗪酰胺、乙胺丁醇、链霉素中的一种或它们的无禁忌配伍的组合。

6.如权利要求1所述的具有抗结核活性的多孔骨修复材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、浇筑液的配制：

将有机高分子与抗结核药物加入到有机溶剂中，有机高分子与抗结核药物的质量之比为10:0-2；然后利用磁力搅拌器充分搅拌，直至完全溶解，得澄清溶液a;

步骤2、注模：

取类骨磷灰石粉末与造孔剂完全混合均匀后加入到模具，稍微震荡使其紧密堆积，其中类骨磷灰石与步骤1所述有机高分子的质量之比为0-4:10，造孔剂与步骤1所述有机高分子的质量之比为1:8；然后将步骤1所述的澄清溶液a徐徐浇筑到上述模具后，置于37℃烘箱中干燥成型, 其中所述的造孔剂为盐粒、果糖微球中的一种;

步骤3、材料成型及后处理；

将步骤2中成型物从模具中取出，置于去离子水中浸泡48h，期间每12h换一次水，至检验不出Cl-离子或果糖完全溶出后取出，然后冻干得到具有抗结核活性的多孔骨修复材料。

7.根据权利要求6所述的具有抗结核活性的多孔骨修复材料的制备方法，其特征在于，所述的造孔剂的直径为100μm-400μm。

8.根据权利要求6所述的具有抗结核活性的多孔骨修复材料的制备方法，其特征在于：所述的有机溶剂为二氯甲烷、氯仿、丙酮、二氧六环、乙酸乙酯中的一种，所述有机溶剂的用量为15-20ml/克有机高分子。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的具有抗结核活性的多孔骨修复材料的应用，其特征在于：应用于骨组织工程领域制备多孔支架。