CN101862230A - 控释型多层载药人工骨及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控释型多层载药人工骨及其制备方法，该控释型多层载药人工骨由加载有药物的人工骨载体材料构成的逐层包裹的多层结构物，或者是由加载有药物的人工骨载体材料与未加载药物的人工骨载体材料相间构成的逐层包裹的多层结构物，其外形可以为圆柱体形、长方体形、正方体形或者不规则形，处于不同层的加载有药物的人工骨载体材料所含药物相同或不相同。该控释型多层载药人工骨采用三维立体打印快速成形技术制备，分布在不同层的药物由外到内逐层释放，可以实现多药联合作用、调控药物的释放次序及时间，选择承载合适药物可达到个体化治疗目的，本发明可应用于骨科各种感染、结核及肿瘤等病灶清除术后局部药物治疗及填充修复骨缺损。

Description

控释型多层载药人工骨及其制备方法

技术领域

本发明属于医用材料领域，具体涉及外科用载药人工骨及其制备方法。

背景技术

开放性骨折软组织损伤、创口污染，容易发生软组织感染或骨髓炎，常导致骨折延迟愈合甚至不愈合，因此开放性骨折的软组织感染和创伤后骨髓炎一直是重要的临床问题。常规的处理方法是：严格清创，恰当固定，尽量早期闭合创口，全身应用足量、广谱、强效抗生素防治感染。但长期全身应用抗生素有可能带来一系列副反应如：肝肾功能损害等，而且存在药物难以进入缺乏血供病灶区，局部药物浓度不高，药物利用率低的弊端。骨结核、骨肿瘤在临床治疗上同样存在着全身用药副作用大，局部疗效差的问题。

自1980年Klemm^[1]首次局部应用庆大霉素-PMMA珠链防治骨及软组织感染获得成功后，载药人工骨的局部持续高药物浓度、全身血药浓度低、药物副作用小以及能同时修复骨缺损等优点获得广泛认可。因此众多研究者们不断开发改良各种缓释体系，并应用于骨科临床，取得了一定的疗效。郑启新^[2]等用可降解人工骨移植材料磷酸三钙承载第三代喹诺酮类广谱抗生素环丙沙星缓释药丸并检测其体外抑菌能力及植入兔股骨大转子后释药行为，结果环丙沙星缓释药丸对金葡菌、大肠杆菌、绿脓杆菌等骨科感染常见疾病菌有强大且持久的抑菌能力。Kwasny^[3]等应用胶原抗生素缓释系统治疗的90例创伤后感染的病例，41例软组织感染者经清创及应用胶原抗生素缓释系统，伤口一期闭合，其中39例获得一期愈合，治愈率为94.8％，随访20个月，无一例复发；另外49例骨髓炎患者中有45例获一期愈合，治愈率为91％。Tahara等^[4]将载有10％顺铂的磷酸钙骨水泥植入到成年家兔的骨骼中，检测局部铂的浓度，发现6周后植入部位骨髓、肾脏、肝脏中的药物浓度分别为3200，≤3，≤2μg/g，而静脉注射给药各器官中药物浓度的依次为0.2，3.5，2.1μg/g。说明载抗肿瘤药物的磷酸钙骨水泥不仅可使局部维持高药物浓度，产生持续的抑瘤效果，并且副作用低。

目前国内外载药人工骨方面的研究主要有载体材料和制造工艺两个研究发展方向。载体材料的开发研究相对较多，主要集中在开发寻找具有更好生物相容性、适宜的机械强度和可降解性能、具有良好骨诱导性和骨传导性的新型材料和复合材料。现有的载体材料^[5]主要有天然材料(胶原，脱钙骨基质，几丁等)，高分子合成多聚物(聚乳酸，聚乙醇酸，乳酸-羟基乙酸共聚物共聚物等)，生物陶瓷(有羟基磷灰石陶瓷，β-磷酸三钙)，磷酸钙骨水泥，以及新开发的钛合金等合成材料，如多孔Ti6Al4V合金^[6]等。对制备工艺的研究相对较少，现有的载药人工骨制备工艺主要有直接灌装法、溶剂浇铸法，压模成形法，熔融成型法等。

直接灌装法是指将载体材料制成一端开放的中空管状的主体结构和尾盖，再根据需要将合适药物灌入其中，然后利用合适的粘结物将尾盖与主体封合在一起而构成整体的载药人工骨。所含药物的释放速率由管壁的厚薄、长度、表面积、微孔及空袭率等因素决定。郑启新等^[2]将磷酸三钙制成中空圆柱状主体和尾盖两部分，装载盐酸环丙沙星药粉，并用α-磷酸三钙骨水泥将尾盖与主体封合在一起制成磷酸三钙/环丙沙星缓释药丸，对金葡菌、大肠杆菌、绿脓杆菌等骨科感染常见疾病菌有强大且持久的抑菌能力。

溶剂浇铸法是将聚合物载体和药物在惰性溶剂中形成溶液或者是悬浮液，然后注入特定的模具中，溶剂在常温或低温缓慢挥发，形成植入体。该法最初应用于制备多孔细胞支架，制备出高孔隙率、高比表面积、孔隙尺寸和材料结晶度可控的组织工程用多孔细胞支架。可用于制备PLA、PLGA等可溶于有机溶剂(如氯仿和二氯甲烷)的高分子聚合物多孔细胞支架。该法可以方便的控制植入体的空隙、尺寸和形态，因而受到广泛的关注，在载药植入体的制备研究中大量用于实验室中。

压模成形法，这是应用较多的一种方法，药物和载体的粒径及温度、压力等因素都直接影响药物的释放率。Hurley等^[7]人介绍了用生物降解性材料多聚α-羟基酸为载体的异烟肼皮下埋植剂的制备方法，观察了不同粒径的药物和载体在不同温度、压力下对药物释放的影响。结果表明，较小的聚合物粒径、较大的异烟肼粒径，在70℃温度下以345000kPa压模10分钟为最理想的制备条件。不同药物制备条件不尽相同，卡莫司汀的植入式给药系统是将药物和载体(聚酸酐)共溶于二氯甲烷后形成溶液，经喷雾干燥，形成粒度极小的固体粉末，用液压机在极高的压力下(206844kPa)于活塞形模具内压成圆片。由于无需高温条件，避免了药物和聚合物之间的相互作用，适合于热不稳定性药物的成形。汤谷平等^[8]以乙酰水杨酸为模型药物，以共价键键合于高分子材料后压制成棒状，抑制了突释现象。

熔融成形法将载体与药物物理混合后，在高于聚合物熔点10℃左右熔融，然后注入模具压模成形。熔融成形法通过改变模具的几何形状和规格大小可制备各种形状的剂型，这是其它制备工艺无法比拟的。顾忠伟等^[9]采用了熔融混药，再经熔融挤出机挤出成形的方法分别制备了LNG与Melanotan-I的植入式给药系统。也有将药物直接熔融后注入硅橡胶管，制成管型植入式给药系统。以聚缩肽为载体，采用熔融法制备圆柱状和三明治形状的植入式给药系统，体内实验表明，圆柱状植入剂每日释药量逐渐下降，直至植入6周后释放结束；

上述方法操作简单，能达到一定的药物缓释目的，但不同程度上存在制造的载药人工骨结构简单，通常仅加载一种药物，释药方式单一。而随着骨结核和多细菌混合感染引起的骨髓炎的增多以及日益严重的细菌耐药性，现有的载药人工骨制备工艺(如直接灌装法、压模成形法等)虽然方法简单，能达到一定的药物缓释目的，但不同程度上存在制造的载药人工骨结构简单，仅加载一种药物)，释药方式单一；而且现有载药人工骨一般均为厂商批量生产，所载药物通常固定，可选范围小，更不可能做到对每个患者病原菌敏感，因此不能很好的满足临床多药物联合治疗的需要和个体化治疗要求。

因此，在这种条件下，需要开发一种新型的、能够满足以下条件的载药人工骨：具有复杂内部结构，能够承载多种药物，有一定的药物释放调控能力，可以根据患者病原菌的药敏试验加载合适的药物(即个体化治疗)。

三维打印技术是指在计算机的控制下，根据物体的CAD模型或CT等数据，不借助其他设备，通过材料的精确堆积，制造原型的一种基于离散、堆积成型原理的新的数字化成型技术。美国麻省理工学院(MIT)首先提出的三维打印技术依据“逐层打印，层层叠加”的概念来制备具有特殊外型或复杂内部结构的物体。该技术依据计算机内的三维数据模型进行分层切片得到各层截面的轮廓数据，计算机据此信息控制三维打印机上的打印头，有选择性的喷涂一层液体粘合剂在预先铺好的一层粉末上，使部分粉末粘结起来，形成具有一个微小厚度的片状实体轮廓，一层粉末成型完成后，进行下一层粉末的粘结，如此循环，再采用粘结手段使其逐层堆积成一体，便可以制造出所设计的新产品样件、模型或模具，最终得到样件。成型过程中不产生热，对生成具有复杂空间结构的给药系统具有独特的优势，具有加载药物精确可控，制备工艺自动化高的特点，而且设备简单、材料便宜、成本低、体积小、工作过程无污染、成型速度快。目前三维打印技术主要应用于组织工程支架制备，器官模型制备，以及外科手术术前指导模拟操作及口服给药方面研究较多，Wu等^[10]于1996年首先引入三维打印技术对给药装置的制备进行了初步的探索性研究，katstra等^[11]采用三维打印技术工艺，以乳糖作载体，荧光素钠作为模型药物，制备了用于口服的药物控释给药系统，但在载药人工骨方面，三维打印技术尚无相关报道。

发明内容

本发明的任务是提供一种控释型多层载药人工骨，同时提供该控释型多层载药人工骨的制备方法。

本发明提供的这种控释型多层载药人工骨，是由加载有药物的人工骨载体材料构成的逐层包裹的多层结构物，或者是由加载有药物的人工骨载体材料与未加载药物的人工骨载体材料相间构成的逐层包裹的多层结构物。所述的载体材料可以由聚乳酸、聚ε-己内酯、乳酸/乙烯酸聚合物、羟基磷灰石和β-磷酸三钙中的一种或多种构成，处于不同层的加载有药物的人工骨载体材料所含药物相同或不相同。加载有药物的人工骨载体材料中所含药物可以是抗生素、抗结核药物、化疗药物或/和细胞因子。所述的多层结构的层数为2至4层或更多层，其外形可以为圆柱体形、长方体形、正方体形或不规则形。

本发明提供的控释型多层载药人工骨的制备方法包括以下步骤：

a.选取人工骨载体材料，将载体材料碾磨成粉末备用；

b.选取与所用人工骨载体材料相配合的人工骨载体材料粘结液；

c.按治疗需要选取药物，在只有一种药物的情况下，将所选药物按设定浓度溶于粘结液中，将溶有该药物的粘结液装入打印墨盒备用；在有多种药物的情况下，分别将所选的不同的药物按设定浓度溶于粘结液中，将各溶有不同药物的粘结液分别装入不同打印墨盒备用；

d.三维打印：(1)在计算机三维立体成型机控制软件中输入所需制备的载药人工骨的外形轮廓数据、药物分布层次及各环层内外径、打印层厚和打印次数等打印参数；(2)先在工作平台上铺一层上述步骤a所述的载体材料粉末，三维打印机上的打印喷头在计算机控制下，按照该层截面的轮廓数据在X-Y平面上运行，含有不同药物的各个打印喷头在含相应药物的区域开始工作喷涂粘结载体材料的同时加载相应的药物；(3)将工作平台下降一层的厚度，再重复上述步骤(2)的操作，直至完成整个控释型多层载药人工骨的打印制备过程；(4)将打印制备的控释型多层载药人工骨室温静置干燥12小时，真空干燥7天去除有机溶剂。

当所选取的人工骨载体材料以聚乳酸或聚ε-己内酯为主要成分时，可以使用由丙酮、蒸馏水、乙醇、甘油、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠、氯化钠按70～80ml∶10～20ml∶0～10ml∶0.5～2ml∶0.5～2g∶0.5～2g∶0.2～0.5g的比例组成的混合液作为粘结液。还可以在上述步骤(a)制备的载体材料粉末中加入赋型剂，以促进人工骨的成型，赋型剂可以使用聚乙烯吡咯烷酮K30和羟丙基甲基纤维素E50。

本发明提供的控释型多层载药人工骨为多层结构，层次数目与外形轮廓根据病情和治疗需要确定，层次可以为2层、3层、4层或者更多层，外形可以为圆柱体、长方体、正方体或者不规则形等。图1～7所示的是外形为圆柱体形，层数为4层的本发明控释型多层载药人工骨，其结构为同心圆柱体，由外到内分为4层，各层可以承载不同药物成分，整体支架结构由载体材料构成，载体材料可以为下述材料中的一种或几种：聚乳酸、聚ε-己内酯、乳酸/乙烯酸聚合物，羟基磷灰石，β-磷酸三钙等各种生物材料。所载药物可以为临床使用的各种抗生物、抗结核药物、化疗药物以及各种细胞因子等；该载药人工骨整体支架为多孔结构，可以由三维打印制备过程自然形成，也可以在载体材料粉末中加入制孔剂，促进多孔结构的形成，该制孔剂可为氯化钠、氯化钾、聚乙二醇、低分子聚乙烯醇、明胶或丙甲基纤维素等。

本发明选取具有了良好生物相容性、可降解(具有合适降解速度)以及良好的骨诱导与骨传导的生物材料作为载体材料，如聚乳酸、羟基磷灰石、聚ε-己内酯、乳酸/乙烯酸聚合物、羟基磷灰石、β-磷酸三钙等各种生物材料，可生物降解无需二次取出，降解产物可吸收或生理排出、对组织无损害，同时可为骨细胞爬行替代、修复骨缺损；将载体材料碾磨成粉末备用；

选取合适药物，可以根据患者病情，如根据药敏结果或者肿瘤细胞类型等，选取一种或多种合适的药物，分布在不同的层次，达到单一药物脉冲式释放或多药序贯式联合治疗。所选药物可为临床各种抗生物、抗结核药物、化疗药物以及各种细胞因子等，将所选药物按设定浓度分别溶于粘结液中，装入不同打印墨盒备用；

图8为本发明使用的三维打印制备工作原理，具体操作是：

(1)在计算机三维立体成型机控制软件中输入所需制备的载药人工骨的打印参数，包括外形轮廓数据、药物分布层次及各环层内外径、打印层厚、打印次数等；

(2)先在工作平台上铺一层上述步骤1所述的载体材料粉末，三维打印机上的打印喷头在计算机控制下，按照该层截面的轮廓数据在X-Y平面上运行，含有不同药物的各个打印喷头在含相应药物的区域开始工作喷涂粘结液粘结载体材料的同时加载相应的药物。

(3)将工作平台下降一层的厚度，再重复上述步骤(2)的操作，直至完成整个控释型多层载药人工骨的打印制备过程；

(4)将打印制备的控释型多层载药人工骨室温静置干燥12小时，去除多余的支撑粉末，真空干燥7天去除有机溶剂。

图13为本发明控释型多层载药人工骨实施例各层截面打印参数，图13中A，B，C，D各含药粘结液可为同一种药物，也可为各种不同药物，各粘结液打印次数可以调整来承载不同药物含量。

所使用粘结剂需与所选载体材料相配合，不同载体材料所需粘结液不同，如丙酮、蒸馏水、乙醇、甘油、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠、氯化钠按70～80ml∶10～20ml∶0～10ml∶0.5～2ml∶0.5～2g∶0.5～2g∶0.2～0.5g构成的混合液是聚乳酸、聚ε-己内酯等良好的粘结剂，且容易挥发，不易残留影响载药人工骨生物相容性。

本发明根据三维打印机能在计算机控制逐层叠加制造具有复杂结构物件的特性，运用三维打印技术制备了具有多层同心圆柱体结构的控释型多层载药人工骨。该载药人工骨具有病灶局部药物浓度高、作用时间长、血药浓度低、药物副作用小、同时填充修复骨缺损，也可以在各个层次可以承载不同的药物，实现：多种药物搭配联合治疗模式；调控药物的释放次序及时间，如单药脉冲式释放、双药交叉释放式、多药序贯释放式等等；根据患者病情，选择承载合适药物达到个体化治疗目的。适用于骨科临床常见疾病：骨髓炎，尤其是混合细菌感染或者具有耐药性的细菌感染，可以根据药敏试验，选择合适药物个体化治疗或者不同作用机理的抗生素联合应用增强疗效；骨结核，可以承载利福平、异烟肼等多药联合治疗，降低药物副作用；骨结核与细菌混合感染，可以承载抗生素和抗结核药物联用；骨肿瘤，可以根据肿瘤细胞种类，按化疗方案设置针对不同细胞周期的化疗药物按特定顺序依次释放。本发明控释型多层载药人工骨，具有多层结构，各层可以承载不同药物，其层次数目与外形轮廓可以根据需要进行调整，各层可以承载多种药物，实现多药联合作用；不同层次承载特定的药物，逐一释放，具有一定调控释放能力；可以根据患者病原菌药敏试验或肿瘤细胞种类选择合适药物，给予个性化治疗，克服细菌耐药性或增强化疗药物对肿瘤细胞的杀灭能力。该控释型多层载药人工骨较现有的有更好的多药联合释放，药物控释以及个体化治疗等性能，适合于骨科各种感染、结核及肿瘤等病灶清除术后局部药物治疗及填充修复骨缺损。

附图说明

图1为本发明控释型多层载药人工骨一个实施例的外观图，其外形为圆柱体形；

图2为图1所示本发明控释型多层载药人工骨实施例的立体结构示意图，其外形为圆柱体形，层数为4层，即图中标识的1、2、3、4层；

图3为图1所示本发明控释型多层载药人工骨实施例的正中纵切面图；

图4为图1所示本发明控释型多层载药人工骨实施例的a-a’水平横截面图；

图5为图1所示本发明控释型多层载药人工骨实施例的b-b’水平横截面图；

图6为图1所示本发明控释型多层载药人工骨实施例的c-c’水平横截面图；

图7为图1所示本发明控释型多层载药人工骨实施例的d-d’水平横截面图；

图8为本发明控释型多层载药人工骨制备过程中使用的三维打印技术工作原理示意图；

图9为本发明制备的异烟肼-利福平控释型多层载药人工骨外观及横截面实物图，其外形为圆柱体形，层数为4层；

图10为本发明制备的异烟肼-利福平控释型多层载药人工骨截面扫描电镜图；

图11为本发明制备的异烟肼-利福平控释型多层载药人工骨体外药物释放实验；

图12为本发明制备的异烟肼-利福平控释型多层载药人工骨体内药物释放实验(骨与血浆药物浓度)；

图13为本发明控释型多层载药人工骨实施例各层截面打印参数。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步的说明。

以下用一些具体的实施例子来说明本发明，但本发明不仅仅局限于下述各例。

实施例1

异烟肼-利福平控释型载药人工骨的制备

1)选取左旋聚乳酸(分子量为100k/GPC)作为载体材料，粉碎机粉碎，筛选粒径约为150μm的粉粒，与赋型剂聚乙烯吡咯烷酮K30和羟丙基甲基纤维素E50按96∶2∶2(质量比)充分混匀备用；

2)选取异烟肼和利福平两种不同作用机理的抗结核药备用，(设计上将此两种药物分别置放在第2、4层和1、3层，设计为双药序贯式释放，也称为双药双峰值释放，分层结构见图2；)

3)取80ml丙酮、8ml乙醇、12ml蒸馏水和0.5ml甘油与容器中混合后，再加入1g聚乙烯吡咯烷酮、1.5g十二烷基硫酸钠和0.2g氯化钠充分溶解，配制成粘结液，取20ml加入利福平3g，配制成150mg/ml的含药粘结液注入打印头1备用，另取上述粘结液20ml，加入异烟肼3g，配制成150mg/ml含药粘结液，注入打印头2备用；

4)清洁三维打印机工作平台(使用LTY型立体打印式快速成形机，上海富奇凡机电科技有限公司生产)，按附图13在三维打印机控制软件上设置好打印参数，附图13中药物A和药物C均为异烟肼，即打印头2(含异烟肼墨盒)，药物B和药物D均为利福平，即为打印头1(含利福平墨盒)，附图13中截面图中的白色区域为异烟肼分布区域，灰色区域为利福平分布区域；

5)由计算机CAD发出指令开始制备，根据所设计的结构，先铺一层200μm厚的载体材料粉末，打印头2喷涂10遍粘结形成一个直径8mm圆面；

6)再将工作平台下降一层，重复第5步骤，粘结5个打印层，完成图13中第1～5打印层的结构制备；

7)然后再铺粉，根据图13中第6～10打印层的截面图形，在计算机控制下打印头2在白色区域(即异烟肼分布区域)工作，喷涂异烟肼的粘结液，粘结载体粉末形成外径8mm、内径6mm的圆环，然后打印头1在灰色区域(即利福平分布区域)工作，喷涂含利福平的粘结液，粘结形成直径6mm的圆面；

8)再工作平台下降一层，重复第7步骤，打印头1和打印头2各自在计算机控制下分别在灰色区域(利福平分布区)和白色区域(即异烟肼分布区域)工作，完成第6～10打印层的制备；

9)类似于第5～8步骤的制备过程，打印头1和打印头2分别在计算机控制下根据图13设置的各层截面药物分布区域特点分别在灰色区域(利福平分布区)和白色区域(即异烟肼分布区域)工作，喷涂粘结液，最终完成所有层次的打印粘结制备，形成2、4层含有异烟肼，1、3层含有利福平的双药序贯释放式载药人工骨。

该异烟肼-利福平控释型载药人工骨的外形及截面如图9所示，截面电镜扫描图见图10，药物将按分布的层次由外到内逐一释放。图11为本发明制备的异烟肼-利福平控释型多层载药人工骨体外药物释放实验；图12为本发明制备的异烟肼-利福平控释型多层载药人工骨体内药物释放实验(骨与血浆药物浓度)；实验结果显示：早期即出现异烟肼大量释放，出现第一个峰值(第4层释放)，然后异烟肼释放量下降，开始出现利福平释放，随后达峰值(第3层释放)，之后再出现异烟肼较大量释放，出现异烟肼释放的第2个峰值(第2层释放)，最后出现利福平的第2个释放峰(第1层释放)，即异烟肼和利福平交替出现药物释放峰值。

本发明制备的异烟肼-利福平控释型多层载药人工骨的立体结构示意图见图2，其为高8mm，直径8mm的圆柱体，正中横截面药物分布层现同心多环结构，环形厚度为1mm，见图7、图13。该载药人工骨的微观结构利用环境扫描电镜进行观察，其步骤：先将载药人工骨于真空干燥器中充分干燥后，沿中心切开得到横截面，然后喷金，电镜观察显示：该载药人工骨为多孔结构，微孔孔经约为100μm，见图10。

体外药物释放试验：本发明制备的异烟肼-利福平控释型载药人工骨为药物释放试验样品进行检测，参考2000年版药典释放度测定法(中国药典2000年版二部附录XD第一法)，得到载药人工骨的体外释放数据。释放介质为PBS，温度为37.0±0.5℃。每48h测定一次，然后更换等量的释放介质。结果显示：异烟肼和利福平依序间隔释放，两者峰值交替出现，药物持续释放(异烟肼-INH，利福平-RFP；Time单位：Day；药物浓度单位：μg/ml)，见图11。

体内药物释放试验：取上述异烟肼-利福平-控释型载药人工骨为药物释放试验样品进行检测，将载药人工骨植入家兔股骨，定期取动脉血样、植入处局部骨组织样品，高效液相色谱法测定药物浓度。结果显示：异烟肼和利福平释放顺序与体外释放试验一致，植入处局部骨组织药物浓度远远高于动脉血中药物浓度，药物持续释放(异烟肼-INH，利福平-RFP；Time单位：Day；药物浓度单位：骨-μg/mg，动脉血-μg/ml)。见图12。

实施例2

左氧氟沙星单药脉冲式控释型载药人工骨的制备

选取左旋聚乳酸(分子量为100k/GPC)作为载体材料，粉碎机粉碎，筛选粒径约为150μm的粉粒，与赋型剂聚乙烯吡咯烷酮K30和羟丙基甲基纤维素E50按96∶2∶2(质量比)充分混匀备用。选取左氧氟沙星作为代表药物，分别置放在第2，4层，设计为单药脉冲式释放。取80ml丙酮、8ml乙醇、12ml蒸馏水和0.5ml甘油与容器中混合后，再加入1g聚乙烯吡咯烷酮、1.5g十二烷基硫酸钠和0.2g氯化钠充分溶解，配制成粘结液，取20ml注入打印头1(即空白墨盒)备用，另取上述粘结液20ml，加入左氧氟沙星3g，配制成150mg/ml含药粘结液，注入打印头2(即含左氧氟沙星墨盒)。

清洁三维打印机工作平台，设置好打印参数，如附图13所示，其中药物A和药物C均为左氧氟沙星，即打印头2，药物B和药物D均为空白，即为打印头1。由计算机CAD发出指令开始制备，根据所设计的结构，先铺一层200μm厚的载体材料粉末，打印头2喷涂10遍粘结形成一个直径8mm圆面，再工作平台下降一层，重新铺粉、喷涂，直至粘结5个打印层，然后再铺粉，打印头2粘结形成外径8mm、内径6mm的圆环，然后打印头1粘结形成直径6mm的不含药的圆面，再反复粘结5个打印层，如此打印头1和打印头2各自在计算机控制下粘结特定部位，最终形成2、4层含有左氧氟沙星，1、3层为空白层的单药脉冲式释放多载药人工骨，左氧氟沙星将按分布的层次由外到内逐一释放：早期即出现大量释放，出现第一个峰值(第4层释放)，然后下降，当第2层药物开始释放药物时出现第2个峰值，即单药脉冲式释放模式。

实施例3

左氧氟沙星-妥布霉素控释型载药人工骨的制备

选取左旋聚乳酸(分子量为100k/GPC)作为载体材料，粉碎机粉碎，筛选粒径约为150μm的粉粒，与赋型剂聚乙烯吡咯烷酮K30和羟丙基甲基纤维素E50按96∶2∶2(质量比)充分混匀备用。选取左氧氟沙星和妥布霉素两种不同作用机理的抗生素作为代表药物，分别置放在第2、4层和1、3，设计为双药序贯式释放(也称为双药双峰值释放)。取80ml丙酮、8ml乙醇、12ml蒸馏水和0.5ml甘油与容器中混合后，再加入1g聚乙烯吡咯烷酮、1.5g十二烷基硫酸钠和0.2g氯化钠充分溶解，配制成粘结液，取20ml加入妥布霉素3g，配制成150mg/ml的含药粘结液注入打印头1备用，另取上述粘结液20ml，加入左氧氟沙星3g，配制成150mg/ml含药粘结液，注入打印头2备用。

清洁三维打印机工作平台，设置好打印参数，如附图13所示，其中药物A和药物C均为左氧氟沙星，即打印头2，药物B和药物D均为妥布霉素，即为打印头1。打印过程同实施例子1，最终形成2、4层含有左氧氟沙星，1、3层含有妥布霉素的双药序贯释放式载药人工骨，药物将按分布的层次由外到内逐一释放：早期即出现左氧氟沙星大量释放，出现第一个峰值(第4层释放)，然后左氧氟沙星释放量下降，开始出现妥布霉素释放，随后达峰值(第3层释放)，之后再出现左氧氟沙星较大量释放，出现左氧氟沙星释放的第2个峰值(第2层释放)，最后出现妥布霉素的第2个释放峰(第1层释放)，即左氧氟沙星和妥布霉素交替出现药物释放峰值。

实施例4

异烟肼-妥布霉素控释型载药人工骨的制备

选取左旋聚乳酸(分子量为100k/GPC)作为载体材料，粉碎机粉碎，筛选粒径约为150μm的粉粒，与赋型剂聚乙烯吡咯烷酮K30和羟丙基甲基纤维素E50按96∶2∶2(质量比)充分混匀备用。选取异烟肼和妥布霉素两种不同作用机理的抗结核药作为代表药物，分别置放在第2、4层和1、3，设计为抗生物和抗结核药物连用的双药序贯式释放载药人工骨。取80ml丙酮、8ml乙醇、12ml蒸馏水和0.5ml甘油与容器中混合后，再加入1g聚乙烯吡咯烷酮、1.5g十二烷基硫酸钠和0.2g氯化钠充分溶解，配制成粘结液，取20ml加入妥布霉素3g，配制成150mg/ml的含药粘结液注入打印头1备用，另取上述粘结液20ml，加入异烟肼3g，配制成150mg/ml含药粘结液，注入打印头2备用。

清洁三维打印机工作平台，设置好打印参数，如附图13所示，其中；药物A和药物C均为异烟肼，即打印头2，药物B和药物D均为妥布霉素，即为打印头1。制备过程同实施例子1，最终形成2、4层含有异烟肼，1、3层含有妥布霉素的双药序贯释放式载药人工骨，药物将按分布的层次由外到内逐一释放：早期即出现异烟肼大量释放，出现第一个峰值(第4层释放)，然后异烟肼释放量下降，开始出现妥布霉素释放，随后达峰值(第3层释放)，之后再出现异烟肼较大量释放，出现异烟肼释放的第2个峰值(第2层释放)，最后出现妥布霉素的第2个释放峰(第1层释放)，即异烟肼和妥布霉素交替出现药物释放峰值。

实施例5

异烟肼-利福平-左氧氟沙星-妥布霉素控释型载药人工骨的制备

选取左旋聚乳酸(分子量为100k/GPC)作为载体材料，粉碎机粉碎，筛选粒径约为150μm的粉粒，与赋型剂聚乙烯吡咯烷酮K30和羟丙基甲基纤维素E50按96∶2∶2(质量比)充分混匀备用。选取异烟肼、利福平两种抗结核药和左氧氟沙星、妥布霉素两种抗生素作为代表药物，分别置放在第2、4层和1、3，设计为多药序贯式释放时载药人工骨。取80ml丙酮、8ml乙醇、12ml蒸馏水和0.5ml甘油与容器中混合后，再加入1g聚乙烯吡咯烷酮、1.5g十二烷基硫酸钠和0.2g氯化钠充分溶解，配制成粘结液，各取20ml加入4支试管中，分别加入异烟肼、利福平、左氧氟沙星和妥布霉素配制成150mg/ml含药粘结液，依序注入打印头2、4、1和3。

清洁三维打印机工作平台，设置好打印参数，如附图13所示，其中药物A利福平，即打印头4，为药物C均为异烟肼，即打印头2，药物B为妥布霉素，即为打印头3，药物D均为左氧氟沙星，即为打印头1。制备过程同实施例子1，打印头1、2、3和4在计算机控制下分别在相应药物分布区域工作喷涂、粘结，同时加载药物，最终形成利福平、妥布霉素、异烟肼、左氧氟沙星由外到内依次分布各层的多药序贯释放式载药人工骨，药物将按分布的层次由外到内逐一释放：利福平、妥布霉素、异烟肼、左氧氟沙星依次出现峰值。

参考文献

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Claims (10)

1.一种控释型多层载药人工骨，其特征在于，它是由加载有药物的人工骨载体材料构成的逐层包裹的多层结构物，或者是由加载有药物的人工骨载体材料与未加载药物的人工骨载体材料相间构成的逐层包裹的多层结构物。

2.根据权利要求1所述的控释型多层载药人工骨，其特征在于，所述的载体材料由聚乳酸、聚ε-己内酯、乳酸/乙烯酸聚合物、羟基磷灰石和β-磷酸三钙中的一种或多种构成。

3.根据权利要求1所述的控释型多层载药人工骨，其特征在于，处于不同层的加载有药物的人工骨载体材料所含药物相同或不相同

4.根据权利要求1所述的控释型多层载药人工骨，其特征在于，加载有药物的人工骨载体材料中所含药物是抗生素、抗结核药物、化疗药物或/和细胞因子。

5.根据权利要求1所述的控释型多层载药人工骨，其特征在于，所述的多层结构的层数为2至4层或更多层。

6.根据权利要求1所述的控释型多层载药人工骨，其特征在于，它的外形为圆柱体形、长方体形、正方体形或不规则形。

7.一种控释型多层载药人工骨的制备方法，包括以下步骤：

a.选取人工骨载体材料，将载体材料碾磨成粉末备用；

b.选取与所用人工骨载体材料相配合的人工骨载体材料粘结液；

c.按治疗需要选取药物，在只有一种药物的情况下，将所选药物按设定浓度溶于粘结液中，将溶有该药物的粘结液装入打印墨盒备用；在有多种药物的情况下，分别将所选的不同的药物按设定浓度溶于粘结液中，将各溶有不同药物的粘结液分别装入不同打印墨盒备用；

d.三维打印：(1)在计算机三维立体成型机控制软件中输入所需制备的载药人工骨的外形轮廓数据、药物分布层次及各环层内外径、打印层厚和打印次数等打印参数；(2)先在工作平台上铺一层上述步骤a所述的载体材料粉末，三维打印机上的打印喷头在计算机控制下，按照该层截面的轮廓数据在X-Y平面上运行，含有不同药物的各个打印喷头在含相应药物的区域开始工作喷涂粘结载体材料的同时加载相应的药物；(3)将工作平台下降一层的厚度，再重复上述步骤(2)的操作，直至完成整个控释型多层载药人工骨的打印制备过程；(4)将打印制备的控释型多层载药人工骨室温静置干燥12小时，真空干燥7天去除有机溶剂。

8.根据权利要求7所述的控释型多层载药人工骨的制备方法，其特征在于，当所选取的人工骨载体材料以聚乳酸或聚ε-己内酯为主要成分时，所用的粘结液是由丙酮、蒸馏水、乙醇、甘油、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠、氯化钠按70～80ml∶10～20ml∶0～10ml∶0.5～2ml∶0.5～2g∶0.5～2g∶0.2～0.5g的比例组成的混合液。

9.根据权利要求7所述的控释型多层载药人工骨的制备方法，其特征在于，当所选取的人工骨载体材料以聚乳酸或聚ε-己内酯为主要成分时，所用的粘结液是80ml丙酮、12ml蒸馏水、8ml乙醇和0.5ml甘油于容器中混合后，再加入1g聚乙烯吡咯烷酮、1.5g十二烷基硫酸钠和0.2g氯化钠组成的混合液。

10.据权利要求7所述的控释型多层载药人工骨的制备方法，其特征在于，在步骤(a)制备的载体材料粉末中加入赋型剂。

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