CN100473423C - 超高分子量聚乙烯/药物复合人工关节材料及制备方法和由其制得的人工关节 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高分子量聚乙烯/药物复合人工关节材料及制备方法和由其制得的髋关节，材料的组成及重量配比为：超高分子量聚乙烯99.5～90份，具有抑制骨溶解作用的药物0.5～10份。用该种材料制成的人工髋关节臼和人工膝关节中的人工胫塑料盘植入人体后，能有效防止人工髋关节和人工膝关节在正常磨损情况下的骨溶解，防止假体松动的发生，延长人工关节的使用寿命，减轻患者的痛苦和负担。

Description

超高分子量聚乙烯/药物复合人工关节材料及制备方法和由其制得的人工关节

技术领域

本发明涉及一种医用生物材料，尤其涉及一种人工关节材料及其制备方法和用途和由其制得的髋关节。

背景技术

以超高分子量聚乙烯为主要材料之一制成的人工关节置换在临床成功应用，为提高众多骨关节疾病患者的生活质量提供了可能。现在欧美等发达国家，每年仅人工髋、膝关节置换的数量已超过50万人次。中国每年接受人工关节植入手术的患者就有超过3万。经过数十年的努力，人工关节在材料改性，固定方式和机械设计等方面都有了很大的提高。但是，人工关节的使用寿命始终非常有限，目前每年有大量的人工髋关节和人工膝关节(假体)因为后期的松动需要进行翻修，这使无数的患者不得不承受多次痛苦。目前认为，假体松动的主要原因是假体部位发生的骨溶解造成的。

骨溶解是指磨损颗粒在假体-骨界面或骨水泥-骨界面诱导一系列生物反应所致的骨丢失(毛宾尧，司全明等.人工髋关节外科学.人民卫生出版社.2004)。人工关节运动及界面微动，界面之间不可避免地产生大量磨屑，尤其是关节面产生的超高分子量聚乙烯磨屑。这些磨屑随着关节液在关节有效空间内迁移，扩散到假体周围组织中，与假体周围的细胞发生作用，特别是巨嗜细胞的吞噬作用。这些细胞被磨损颗粒激发后可分泌多种促进骨吸收的介质和细胞因子，如前列腺素-2(PGE-2)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-1β(IL-1β)等。这些介质和细胞因子可单独或联合作用，激活破骨细胞，再由破骨细胞引起假体周围骨质的吸收和溶解，最终导致假体松动。

雌激素(Estrogen，E)对骨代谢及维持正常骨量起重要的调节作用。雌激素缺乏将造成破骨细胞(OC)数目及活性增加等，而导致骨量丢失。研究表明，雌激素可通过多种途径直接或间接的作用于破骨细胞，抑制其分化及活性。因此，缺乏雌激素可引起骨吸收大于骨形成，并抑制肠钙吸收和尿钙重吸收，补充雌激素是防治骨溶解的有效途径。

双膦酸类药物是近20年来发展最为迅速的抗代谢性骨病药物，可用于治疗骨溶解、恶性肿瘤骨转移引起的高钙血症、骨痛和变形性骨炎等。从90年代开始相继试制了依替膦酸二钠、氯屈膦酸二钠、帕米膦酸二钠、阿仑膦酸钠、利塞膦酸钠、替鲁膦酸二钠、伊本膦酸钠和英卡膦酸二钠等药物。双膦酸盐可直接抑制成熟破骨细胞，同时亦作用于其前体细胞，减少破骨细胞分化并影响其与骨表面的结合过程。阿仑膦酸钠可特定分布在骨吸收表面，当破骨细胞接近骨表面时，释放酸性物质导致周围环境pH值下降，阿仑膦酸钠就从骨表面分离出来，进入破骨细胞内，通过影响细胞支架来降低破骨细胞的功能，促进破骨细胞的凋亡，从而降低组织中破骨细胞的数量。国内路景涛等在对阿仑膦酸钠对体外破骨细胞性骨吸收影响的研究中指出：阿仑膦酸钠可使破骨细胞吸收陷窝数目、吸收陷窝的表面积明显减少。

但以上的雌激素或双膦酸类药物是通过口服或注射的方式进行治疗，生物利用率低和副作用大，药物在体内产生作用的时间短，不能有效地抑制骨溶解，防止假体松动。

现有的人工关节置换手术中，人工关节的固定有两种方式，骨水泥固定和生物固定(非骨水泥固定)。骨水泥固定就是指，在置换手术过程中，将骨水泥填人髓腔内，利用骨水泥的固化作用，使人工髋关节的柄部固定在骨髓腔中。另一种固定方式是生物固定，又称非骨水泥固定。是指利用生物学既有的特性，依靠骨小梁的生长，进入假体的微孔表面，达到骨—假体间愈合的固定方式。上述两种固定方式，均由于关节的运动、磨损等因素导致人工关节假体松动。因此，在人工关节置换中，如何的防治骨溶解，有效防止假体松动，是一个急待解决的问题。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种超高分子量聚乙烯/药物复合人工关节材料，用该种材料制成的人工关节植入人体后，能有效防止人工关节在正常磨损情况下的骨溶解及假体松动的发生，明显延长人工关节的使用寿命，减轻患者的痛苦和负担。

本发明解决其技术问题，所采用的技术方案为：一种超高分子量聚乙烯/药物复合人工关节材料，其组份及其重量配比为：超高分子量聚乙烯99.5～90份，具有抑制骨溶解作用的药物0.5～10份。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明将超高分子量聚乙烯与具有抑制骨溶解功能的药物复合，得到用于人工制作人工关节的材料。用该材料制得的人工髋关节和人工膝关节，在正常磨损情况下，人工关节中具有抑制骨溶解作用的药物随磨损颗粒释放到关节腔隙人工关节的周围，直接或间接的作用于破骨细胞，抑制破骨细胞的分化及活性，减少破骨细胞引起的骨溶解，从而有效防止假体松动的发生。由于具有抑制骨溶解作用的药物置于人工关节材料内部，直接作用于骨-假体之间，这种局部、直接给药方式，使假体周围骨溶解的治疗效果明显，直接、简单、有效，克服了口服或注射等其它治疗方式的治疗生物利用率低、副作用和作用时间短等缺点，能有效地防治生物固定的人工关节置换后发生的骨溶解，延长人工关节的使用寿命，减少人工关节的翻修、更换频率，从而大大减轻病人的痛苦及经济负担。

上述的超高分子量聚乙烯是直径为60μm～270μm的粉末，且其分子量为200万～500万；具有抑制骨溶解作用的药物为雌二醇或阿仑膦酸钠。

这种超高分子量聚乙烯材料耐磨性好，生物相容性好，可用于人工关节置换材料。雌二醇作为雌激素、阿仑膦酸钠作为双膦酸类药物，均能有效地抑制破骨细胞的形成，减少破骨细胞的数量，促进破骨细胞凋亡，减少骨溶解，既具有良好的骨抑制作用，同时它们还具有良好的热稳定性，能够经受180℃以上的温度，经过含有加热工艺的人工关节制备过程，仍能够保持良好的药效。

本发明的第二个目的是提供上述的超高分子量聚乙烯/药物复合人工关节材料的制备方法。

本发明解决其第二个发明目的，所采用的技术方案是：一种超高分子量聚乙烯/药物复合人工关节材料的制备方法，其做法为：取所述份量的超高分子量聚乙烯、加入所述份量的具有抑制骨溶解作用的药物，均匀混合后；即制得粉末状的复合人工关节材料。

上述的超高分子量聚乙烯粉末与具有抑制骨溶解作用的药物均匀混合后，还用热压机成型，即制得成型的固态复合人工关节材料。

采用以上的方法可以方便地制造出本发明的粉末状或定型的固态复合人工关节材料，并且超高分子量聚乙烯和药物均未经过任何的化学处理，其特性将得到很好的保持。

上述超高分子量聚乙烯粉末或颗粒与具有抑制骨溶解作用的药物均匀混合的一种具体做法为：取上述份量的具有抑制骨溶解作用的药物加入其溶剂中，溶解后加入上述份量的超高分子量聚乙烯粉末，均匀混合后，制成药物均匀分散的悬浊液，真空干燥。

这样将具有抑制骨溶解作用的药物溶解其溶剂中，溶解后再在其中加入超高分子量聚乙烯粉末形成悬浊液，再真空干燥得到固态混合物，使药物更容易与超高分子量聚乙烯混合均匀。

本发明的第三个目的是提供一种由上述的超高分子量聚乙烯/药物复合人工关节材料制备的人工关节。

本发明的解决其第三个目的，所采用的第一种技术方案为：一种由上述的超高分子量聚乙烯/药物复合人工关节材料制备的人工关节，该人工关节为人工髋关节，其中的人工髋关节臼的内表层由上述的超高分子量聚乙烯/药物复合人工关节材料制成，该内表层的厚度为2-4mm；髋关节臼的外表层则为超高分子量聚乙烯制成，厚度为8-10mm。

这样，仅在产生骨磨损的内表层使用本发明的材料，既能有效防止骨溶解，又减少了价格昂贵的抑制骨溶解药物的用量，降低了关节臼的制造成本。

本发明的解决其第三个目的，所采用的第二种技术方案为：一种由上述的超高分子量聚乙烯/药物复合人工关节材料制备的人工关节，该人工关节为人工膝关节，其中的人工胫塑料盘由所述的超高分子量聚乙烯/药物复合人工关节材料制成。

下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明实施例八的人工髋关节中的髋关节臼的剖视结构示意图。

具体实施方式

实施例一

取0.5份雌二醇加入到99.5份、直径为60μm～270μm且分子量为250±50万的超高分子量聚乙烯粉末中，混合均匀后，即得粉末状的复合人工关节材料。

实施例二

取10份雌二醇加入其溶剂——丙酮中，然后加入90份、分子量为450±50万、直径为60μm～270μm的超高分子量聚乙烯粉末混合均匀成悬浊液，真空干燥后，即得粉末状的复合材料。

实施例三

取6份雌二醇阿仑膦酸钠加入蒸馏水中溶解，然后加入94份、分子量为350±50万、直径为60μm～270μm的超高分子量聚乙烯粉末中，混合均匀成悬浊液后，真空干燥后制成均匀分散的混合物，然后放入热压机模具中进行热压，经过预压、加热、保温、降温四个阶段后，取出模具，即得定型的固态复合材料。

实施例四

取10份阿仑膦酸钠加入到90份、直径为60μm～270μm且分子量为250±50万的超高分子量聚乙烯粉末中，混合均匀后放入热压机模具中进行热压。经过预压、加热、保温、降温四个阶段后，取出模具，即得定型的固态复合人工关节材料。

实施例五

取0.5份雌二醇加入其溶剂——二氧六环中，然后加入99.5份、分子量为450±50万、直径为60μm～270μm的超高分子量聚乙烯粉末混合均匀成悬浊液，真空干燥后，即得粉末状的复合材料。

实施例六

取5份阿仑膦酸钠加入蒸馏水中溶解，然后加入95份、分子量为350±50万、直径为60μm～270μm的超高分子量聚乙烯粉末中，混合均匀成悬浊液后，真空干燥后制成均匀分散的混合物，然后放入热压机模具中进行热压，经过预压、加热、保温、降温四个阶段后，取出模具，即得定型的固态复合材料。

实施例七

取8份阿仑膦酸钠加入蒸馏水中溶解，然后加入到92份、分子量为300±50万、直径为60μm～270μm的超高分子量聚乙烯粉末中，混合均匀成悬浊液后，放入热压机模具中进行热压。经过预压、加热、保温、降温四个阶段后，取出模具，即得定型的固态复合材料。

实施例八

本例为采用本发明复合人工关节材料制备人工关节，所制备的人工关节为人工髋关节，其制备方法为现有技术。图1、图2示出，本例的人工髋关节的特点是：其中的髋关节臼的内表层1由以上定型的固态或粉末状的超高分子量聚乙烯/药物复合人工关节材料制成，厚度为2-4mm；髋关节白的外表层2则为单纯的超高分子量聚乙烯制成，厚度为8-10mm。将该髋关节臼与人工髋关节假体其它组件按现有技术组配在一起即构成完整的人工髋关节。

当然，也可全部采用本发明的超高分子量聚乙烯/药物复合人工关节材料制成髋关节臼整体而不分内外表层，只是这样制得的髋关节臼成本更高。

实施例九

本例为采用本发明复合人工关节材料制备人工关节，所制备的人工关节为人工膝关节。人工膝关节中的人工胫塑料盘由上述的定型的固态或粉末状的超高分子量聚乙烯/药物复合人工关节材料制成，其制造方法为现有技术。将该人工胫塑料盘与人工膝关节其它组件按现有技术组合在一起即构成完整的人工膝关节。

本发明所选用的抑制骨溶解药物除临床常用的雌二醇、阿仑膦酸钠外，还可以是其它现有的能抑制骨溶解而且能在180℃不热分解的药物。

Claims (7)

1、一种超高分子量聚乙烯/药物复合人工关节材料，其组份及其重量配比为：超高分子量聚乙烯99.5～90份，具有抑制骨溶解作用的药物0.5～10份。

2、根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯/药物复合人工关节材料，其特征在于：所述的超高分子量聚乙烯是直径为60μm～270μm的粉末，且其分子量为200万～500万；具有抑制骨溶解作用的药物为雌二醇或阿仑膦酸钠。

3、一种制备权利要求1或2所述的超高分子量聚乙烯/药物复合人工关节材料的方法，其做法为：取所述份量的超高分子量聚乙烯、加入所述份量的具有抑制骨溶解作用的药物，均匀混合后；即制得粉末状的复合人工关节材料。

4、根据权利要求3所述的制备超高分子量聚乙烯/药物复合人工关节材料的方法，其特征在于：所述的超高分子量聚乙烯粉末与具有抑制骨溶解作用的药物均匀混合后，还用热压机成型，即制得成型的固态复合人工关节材料。

5、根据权利要求3或4所述的制备超高分子量聚乙烯/药物复合人工关节材料的方法，其特征在于：所述超高分子量聚乙烯粉末与具有抑制骨溶解作用的药物均匀混合的做法为：取所述份量的具有抑制骨溶解作用的药物加入其溶剂中，溶解后加入所述份量的超高分子量聚乙烯粉末，均匀混合后，制成药物均匀分散的悬浊液，真空干燥。

6、一种由权利要求1或2所述的超高分子量聚乙烯/药物复合人工关节材料制备的人工关节，其特征在于：所述的人工关节为人工髋关节，其中的髋关节臼的内表层由所述的超高分子量聚乙烯/药物复合人工关节材料制成，该内表层的厚度为2-4mm；髋关节臼的外表层则为超高分子量聚乙烯制成，厚度为8-10mm。

7、一种由权利要求1或2所述的超高分子量聚乙烯/药物复合人工关节材料制备的人工关节，其特征在于：所述的人工关节为人工膝关节，其中人工胫塑料盘由所述的超高分子量聚乙烯/药物复合人工关节材料制成。

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