CN109985275A - 可塑形dbm骨诱导自固化植骨材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种可塑形DBM骨诱导自固化植骨材料及其制备方法。所述植骨材料由粉体和固化液按照1：0.8～1.5的比例组成，所述粉体的各组分按质量百分比计为：硫酸钙盐20％～40％、磷酸钙盐5％～40％、有机添加剂2％～15％和DBM骨粉20％～60％；所述硫酸钙盐为半水硫酸钙和二水硫酸钙；所述磷酸钙盐为α‑磷酸三钙、β‑磷酸三钙、或羟基磷灰石。本发明所述植骨材料具有优秀的骨诱导性、骨传导性及抗溃散性能，能够在体内固化，使DBM固定在骨缺陷区域，同时使DBM缓慢降解，持续释放生长因子；本申请可以通过控制液固比制备成不同的剂型，可满足病人的各种需求。

Description

可塑形DBM骨诱导自固化植骨材料及其制备方法
技术领域
本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种可塑形DBM骨诱导自固化植骨材料及其制备方法。
背景技术
在全球范围内，骨移植是仅次于输血的第二大组织移植。目前，用于治疗骨缺损的三种材料主要是自体骨，同种异体骨以及人工骨。其中自体骨始终作为骨移植的金标准，治疗效果最好，但是手术过程较为复杂，需要从病人身体取骨，导致术后疼痛和并发症。同种异体骨，如脱钙骨基质(DBM)，不会额外给人造成痛苦，同时具有较好的骨诱导性，促进成骨细胞生长，但是材料来源不足，且难以满足微创治疗，需要以其他材料为载体实现微创治疗。人工骨具有来源广泛，产品多样化的优势，可实现微创治疗，结合人工骨和同种异体骨的优势，可制备出一种可塑形DBM骨诱导自固化植骨材料。
硫酸钙作为一种传统的骨修复材料，具有良好的生物相容性、骨传导性和可注射性，已在临床上取得较优异的成果。但是，硫酸钙类骨修复材料存在降解时间过快，缺乏骨诱导活性等缺点。磷酸钙具有良好的生物活性、生物相容性和可注射性，能够提供人体成骨所需的钙离子和磷酸根离子；但是磷酸钙类植骨材料可降解性能差，阻碍骨组织的生长；而解决这一缺点的普遍手段为制作多孔生物陶瓷，利于成骨细胞和生长因子的长入和吸附，但是这类产品力学强度较差，同时难以满足微创治疗。由单一材料制备的人工骨由于自身材料的缺陷，往往难以满足多方面的要求。所以，选用两种或者两种以上材料，综合材料各方面的优势，避免材料的缺点，共同达到临床上各方面的要求就显得尤为重要。
结合材料各方面优势，美国Wright公司研发了一种以α-半水硫酸钙和DBM为主要原料的产品ALLOMATRIX Putty，为了克服硫酸钙降解过快的缺陷，进而研发了一种α-半水硫酸钙，β-TCP和DBM为主要原料的产品PRO-STIM。该类产品必须依托医用级的α-半水硫酸钙，否则其力学性能和降解性能都会受到一定影响，同时，其中β-TCP不能够自固化，仅仅起到了减慢降解速度，提供钙源磷源的作用，所以在硫酸钙降解后，而骨缺损还未完全愈合的情况下，缺少力学支撑的作用。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种可塑形DBM骨诱导自固化植骨材料及其制备方法。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：
一种可塑形DBM骨诱导自固化植骨材料，由粉体和固化液按照1：0.8～1.5的比例组成，所述粉体的各组分按质量百分比计为：硫酸钙盐20％～40％、磷酸钙盐5％～40％、有机添加剂2％～15％和DBM骨粉20％～60％。
上述方案中，所述固化液为磷酸盐溶液、灭菌注射用水、或生理盐水。
上述方案中，所述硫酸钙盐为半水硫酸钙和二水硫酸钙。
上述方案中，所述半水硫酸钙为α-半水硫酸钙或β-半水硫酸钙。
上述方案中，所述半水硫酸钙和二水硫酸钙的质量比为1:0.01～1。
上述方案中，所述磷酸钙盐为α-磷酸三钙、β-磷酸三钙、或羟基磷灰石。
上述方案中，所述有机添加剂为海藻酸钠、透明质酸、壳聚糖、纤维素、明胶和聚乳酸中的一种或几种。
上述方案中，所述DBM骨粉为同种异体骨粉，尺寸为100μm～900μm。
上述可塑形DBM骨诱导自固化植骨材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)称取硫酸钙盐、磷酸钙盐、有机添加剂，在常温下机械研磨混合均匀，得到粉体；
(2)取一定量粉体和固化液，按照固液质量比1：0.8～1.5混合搅拌均匀，得到浆料；
(3)将DBM颗粒添加到步骤(2)所得混合均匀的浆料中，继续搅拌，使得DBM骨粉在泥浆中分散均匀，得到可塑形DBM骨诱导自固化植骨材料。
上述方案中，步骤(1)所述机械研磨混合的时间为10～120min。
上述方案中，采用不同的固液质量比可制备得到注射型产品、泥状产品或预成型产品，所述预成型产品是通过将植骨材料在恒温恒湿的条件下固化成型、冷冻干燥得到。
本发明得到的植骨材料应用于骨修复领域，可塑形，可以制作为注射型、泥状和预成型产品，产品固化后DBM包覆在无机相中。由于无机相是分布均匀的硫酸钙和磷灰石两相结构，降解速度较硫酸钙慢，能够使DBM缓慢降解，持续释放生长因子，诱导成骨。
植骨材料在降解的过程中，其中硫酸钙相会优先降解，提供大量的钙源，同时形成大量的空隙，促进成骨以及成骨细胞的长入，与此同时，磷灰石相可以起到一定的力学支撑作用，同时在后期提供钙源和磷酸根离子，在成骨的过程中保证钙源的存在，这样可以避免硫酸钙降解过快或者磷灰石降解过慢而不利于成骨的缺点。
本发明的有益效果：相比较于现有产品，本发明所用硫酸钙不局限于医用级α-半水硫酸钙，拓宽了原料来源，同时所述植骨材料还具有以下优点：1)具有优异生物相容性，骨传导性和骨诱导性；2)所述植骨材料能够持续诱导成骨；3)本申请可以通过液固比制备成不同的剂型，其中注射型可用于微创，泥状产品可任意塑形，可满足病人的各种需求；4)本发明所述注射型产品的可注射时间大于20min，能够满足临床需求，且混合简单，方便临床操作；5)本发明所述注射型产品可注射性好，具有较好的抗溃散性能；6)本发明所述植骨材料能原位固化，起到一定力学支撑的作用，且后期硫酸钙优先降解，能够形成多孔结构，一方面能够起到骨传导作用，另一方面有助于成骨细胞的长入，快速成骨。
附图说明
图1为本发明所述植骨材料异位诱导成骨实验的组织学切片图，其中(a)为植骨材料在大鼠肌肉中植入3周组织学切片图(HE×40)，(b)为植骨材料在大鼠肌肉中植入6周组织学切片图(HE×40)，(c)为植骨材料在大鼠肌肉中植入12周组织学切片图(HE×40)。
图2为本发明所述植骨材料大鼠颅骨植入实验的组织学切片图，其中(a)为大鼠颅骨植入(6周)部位的图片，(b)为植入部位的组织学切片，(c)为HE×40的组织学切片图。
图3为本发明所述植骨材料注射到生理盐水中的形貌，其中(a)为注入到生理盐水中，(b)为放置1天后的形貌。
图4为本发明所述植骨材料在生理盐水中降解不同时间后的XRD曲线图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
一种可塑形DBM骨诱导自固化植骨材料(注射型)，通过如下方法制备方法：将β-半水硫酸钙20份，二水硫酸钙10份，α-TCP 30份，羧甲基纤维素钠5份，通过机械研磨20min，使粉体混合均匀，然后按照固液比1:1添加2wt％磷酸氢二钠溶液，搅拌成泥状，然后添加35份DBM，所述DBM骨粉为同种异体骨粉，尺寸为100μm～900μm，继续搅拌1min，使DBM分散均匀。将样品转移到注射器中，注射到生理盐水中，放置一天不溃散；注射到模具中，然后放到恒温恒湿箱(温度37℃，湿度98％)中固化成型，固化3d后，抗压强度为3.2MPa。
实施例2
一种可塑形DBM骨诱导自固化植骨材料(面泥型)，通过如下方法制备方法：将α-半水硫酸钙39份，二水硫酸钙1份，β-TCP 20份，羟丙基甲基纤维素5份，通过机械研磨15min，使粉体混合均匀，然后按照固液比1:0.9添加注射用水，搅拌成泥状，然后添加35份DBM，所述DBM骨粉为同种异体骨粉，尺寸为100μm～900μm，继续搅拌1min，使DBM分散均匀。将样品转移到注射器中，注射到生理盐水中，放置一天不溃散；注射到模具中，然后放到恒温恒湿箱(温度37℃，湿度98％)中固化成型，固化3d后，抗压强度为3.0MPa。
实施例3
一种可塑形DBM骨诱导自固化植骨材料(预成型)，通过如下方法制备方法：将β-半水硫酸钙20份，二水硫酸钙10份，α-TCP 30份，羧甲基纤维素钠5份，通过机械研磨20min，使粉体混合均匀，然后按照固液比1:1添加2wt％磷酸氢二钠溶液，搅拌成泥状，然后添加35份DBM，所述DBM骨粉为同种异体骨粉，尺寸为100μm～900μm，继续搅拌1min，使DBM分散均匀。将样品填充到模具中，在恒温恒湿箱(温度37℃，湿度98％)中固化成型，固化3d后，经冷冻干燥，得到预成型产品，抗压强度为3.9MPa。
实施例4
一种可塑形DBM骨诱导自固化植骨材料(注射型)，通过如下方法制备方法：将α-半水硫酸钙15份，二水硫酸钙10份，α-TCP 25份，透明质酸钠1份，羟丙基甲基纤维素6份，通过机械研磨20min，使粉体混合均匀，然后按照固液比1:1.1添加3wt％磷酸氢二钠溶液，搅拌成泥状，然后添加43份DBM，所述DBM骨粉为同种异体骨粉，尺寸为100μm～900μm，继续搅拌1min，使DBM分散均匀。将样品转移到注射器中，注射到生理盐水中，放置一天不溃散；注射到模具中，然后放到恒温恒湿箱(温度37℃，湿度98％)中固化成型，固化3d后，抗压强度为2.5MPa。
实施例5
一种可塑形DBM骨诱导自固化植骨材料(注射型)，通过如下方法制备方法：将α-半水硫酸钙20份，二水硫酸钙15份，α-TCP 29份，羟丙基甲基纤维素6份，通过机械研磨20min，使粉体混合均匀，然后按照固液比1:0.9添加3wt％磷酸氢二钠溶液，搅拌成泥状，然后添加30份DBM，所述DBM骨粉为同种异体骨粉，尺寸为100μm～900μm，继续搅拌1min，使DBM分散均匀。将样品转移到注射器中，注射到生理盐水中，放置一天不溃散；注射到模具中，然后放到恒温恒湿箱(温度37℃，湿度98％)中固化成型，固化3d后，抗压强度为4.8MPa。
图1为本发明所述植骨材料异位诱导成骨实验的组织学切片图，其中(a)为植骨材料在大鼠肌肉中植入3周组织学切片图(HE×40)，(b)为植骨材料在大鼠肌肉中植入6周组织学切片图(HE×40)，(c)为植骨材料在大鼠肌肉中植入12周组织学切片图(HE×40)。从图中可以看出：植入3周后，可观察到成骨细胞；植入6周后，可观察到骨细胞和骨髓，植骨材料成骨明显；植入12周后，可观察软骨细胞，说明材料能够持续诱导成骨。
图2为本发明所述植骨材料大鼠颅骨植入实验的颅骨植入部位图片和组织学切片图，其中(a)为大鼠颅骨植入(6周)部位的图片，可以看到材料完全与颅骨融合，成骨效果显著，(b)为植入部位的组织学切片，同样可以看到材料与颅骨完全融合，(c)为HE×40的组织学切片图，可以观察到大量的成骨细胞和骨细胞，体现了良好的成骨效果。
图3为本发明所述植骨材料注入到生理盐水中(a)和放置1天后的形貌(b)，从图中可以看出，样品能够均匀的注射出，放置一天后没有溃散，具有良好的抗溃散性能。
图4为本发明专利所述植骨材料在生理盐水中降解不同时间后的XRD曲线图，从图中可以看出，28天时硫酸钙完全降解，仅剩下磷酸钙盐。
本发明所述植骨材料由于含有DBM，具有良好的骨诱导能力，促进成骨。硫酸钙和磷酸钙的存在，一方面会提供钙源和磷酸根离子，帮助成骨；另一方面起到骨传导的作用，硫酸钙会优先降解，形成大量空隙，促进成骨细胞的长入；同时，剩余的磷酸盐不仅会持续包覆DBM，减缓DBM的降解速度，使其缓慢释放生长因子，持续诱导成骨，还会持续提供钙源和磷酸根离子，防止材料降解过快形成孔洞。
本申请通过调节液固比制备成不同剂型，其中注射型可用于微创，泥状产品可任意塑形，可满足病人的各种需求；本发明所述注射型产品的固化时间大于20min，能够满足临床需求，且混合简单，方便临床操作；本发明所述注射型产品可注射性好，具有较好的抗溃散性能。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可塑形DBM骨诱导自固化植骨材料，其特征在于，由粉体和固化液按照1：0.8~1.5的比例组成，所述粉体的各组分按质量百分比计为：硫酸钙盐20%~40%、磷酸钙盐5%~40%、有机添加剂2%~15%和DBM骨粉20%~60%。
2.根据权利要求1所述的可塑形DBM骨诱导自固化植骨材料，其特征在于，所述固化液为磷酸盐溶液、注射用水、或生理盐水。
3.根据权利要求1所述的可塑形DBM骨诱导自固化植骨材料，其特征在于，所述硫酸钙盐为半水硫酸钙和二水硫酸钙。
4.根据权利要求1所述的可塑形DBM骨诱导自固化植骨材料，其特征在于，所述磷酸钙盐为α-磷酸三钙、β-磷酸三钙、或羟基磷灰石。
5.根据权利要求1所述的可塑形DBM骨诱导自固化植骨材料，其特征在于，所述有机添加剂为海藻酸钠、透明质酸、壳聚糖、纤维素、明胶和聚乳酸中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的可塑形DBM骨诱导自固化植骨材料，其特征在于，所述DBM骨粉为同种异体骨粉，尺寸为100μm~900μm。
7.权利要求1~6中任一所述可塑形DBM骨诱导自固化植骨材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）称取硫酸钙盐、磷酸钙盐、有机添加剂；在常温下机械研磨混合均匀，得到粉体；
（2）取一定量粉体和固化液，按照固液质量比1：0.8~1.5混合搅拌均匀，得到浆料；
（3）将DBM颗粒添加到步骤（2）所得浆料中，继续搅拌，使得DBM骨粉在浆料中分散均匀，得到可塑形DBM骨诱导自固化植骨材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述机械研磨混合的时间为10~120min。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，采用不同的固液比可制成注射型产品、泥状产品或预成型产品，所述预成型产品是通过将植骨材料在恒温恒湿的条件下固化成型、冷冻干燥得到。
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