CN101966348B - 掺锶羟基磷灰石胶原复合材料及其应用和制备方法 - Google Patents
掺锶羟基磷灰石胶原复合材料及其应用和制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101966348B CN101966348B CN201010290734.XA CN201010290734A CN101966348B CN 101966348 B CN101966348 B CN 101966348B CN 201010290734 A CN201010290734 A CN 201010290734A CN 101966348 B CN101966348 B CN 101966348B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- collagen
- strontium
- doped hydroxyapatite
- composite materials
- preparation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
本发明涉及一种掺锶羟基磷灰石胶原复合材料，该复合材料利用掺锶羟基磷灰石同胶原形成海绵状的诱导成骨材料，具有可塑性强、诱导成骨效率高的特点，可广泛应用在骨组织缺损修复领域。此外，本发明还涉及一种掺锶羟基磷灰石胶原复合材料的制备方法。
Description
【技术领域】
本发明涉及骨组织工程领域，尤其涉及一种掺锶羟基磷灰石胶原复合材料及其应用和制备方法。
【背景技术】
羟基磷灰石作为成骨材料近年来已经得到了广泛的应用，在临床方面具有良好的生物相容性。掺锶的羟基磷灰石是指在传统的羟基磷灰石当中加入锶，不仅提高了生物相容性，有利于细胞的黏附和增殖，而且增强了体内和体外骨诱导能力，可以引起新生骨量的增多。有研究也表明，锶元素可以增强成骨细胞的活性，抑制破骨细胞的活性。一些物理和化学试验还证明，羟基磷灰石中加入锶元素后，羟基磷灰石的晶型发生变化，溶解度提高，从而解决了传统羟基磷灰石溶解度低的缺点。
传统的大多数掺锶羟基磷灰石都是用稀酸溶液配比成骨水泥样状态使用，这样制备的成骨材料比较致密，没有规则的孔径，不利于间充质细胞或成骨细胞与诱导材料表面的充分接触，新生骨与成骨材料界面的接触比表面积也较小，从而降低了骨诱导生成的效率。
【发明内容】
基于此，有必要提供一种骨诱导生成效率较高的成骨材料及其制备方法。
一种掺锶羟基磷灰石胶原复合材料，该复合材料为海绵状的多孔结构，材料中包括掺锶羟基磷灰石及胶原。
优选的，胶原为I型胶原。
优选的，所述掺锶羟基磷灰石与所述胶原的重量比例为40∶1。
优选的，上述掺锶羟基磷灰石胶原复合材料还包括掺杂在复合材料中的细胞因子或化学药物中的至少一种物质。
上述掺锶羟基磷灰石胶原复合材料由于锶元素及胶原的存在，具有可塑性强、骨诱导生成效率高的特点，可作为诱导成骨材料的广泛应用在骨组织缺损的治疗领域。
一种掺锶羟基磷灰石胶原复合材料的制备方法，包括如下步骤：首先按缓冲液与液态胶原的体积比为1∶4～9的比例向液态胶原中加入缓冲液对液态胶原进行稀释处理，得到胶原稀释液；然后以每10mL胶原稀释液加入1～4g掺锶羟基磷灰石的比例向胶原稀释液中加入掺锶羟基磷灰石，混合均匀，并调节酸碱度至pH为7.2～7.5后形成平衡溶液；将平衡溶液置于25～40℃，湿度为90～98％的环境下孵育直至形成胶样结构体；将胶样结构体置于-10～-30℃环境中冰冻处理6～15h后形成凝胶，再将凝胶抽干水分即得到海绵状多孔结构的掺锶羟基磷灰石胶原复合材料。
优选的，还包括向平衡溶液中加入细胞因子或化学药物中的至少一种物质的步骤。
优选的，还包括在形成胶样结构体后将胶样结构体转移至与骨缺损形状对应的模具中的步骤，再将含有胶样结构体的模具进行冰冻处理。
优选的，还包括将冰冻处理后的胶样结构体转移至-80℃环境中处理1h以进行加速凝胶形成的步骤。
优选的，缓冲液为磷酸盐缓冲液。
上述采用胶原和掺锶羟基磷灰石构建的复合成骨材料，胶原在体内降解的同时可以形成有效孔径，促使细胞与材料接触，材料中锶离子解离于细胞也可以有效诱导成骨，从而可以有效提高骨诱导生成的效率。此外，由于胶原的存在，材料的可塑性提高，可以填补不规则形状的骨缺损，从而该成骨材料可广泛应用于骨缺损修复领域。并且，上述制备方法原理简单，便于推广应用。
【附图说明】
图1a、图1b分别为掺锶羟基磷灰石胶原复合材料与传统的羟基磷灰石的扫描电镜图。
图2为一实施例掺锶羟基磷灰石胶原复合材料的柱状成骨材料样品示意图。
图3为掺锶羟基磷灰石胶原复合材料的制备流程示意图。
图4a、图4b分别为掺锶羟基磷灰石胶原复合材料与传统的羟基磷灰石进行骨修复后的微型CT(microCT)图。
【具体实施方式】
下面主要结合附图及具体实施例对掺锶羟基磷灰石胶原复合材料及其制备方法和应用作进一步的说明。
如图1a所示，本实施方式的掺锶羟基磷灰石(Sr-Hydroxyapatite，Sr-HA)胶原复合材料为海绵状的多孔结构，其中包括重量比例为40∶1的掺锶羟基磷灰石及胶原。图1b为传统的羟基磷灰石(Hydroxyapatite，HA)形成的相对致密的复合材料扫描电镜图。结合图1a和图1b，可以看出本实施例的掺锶羟基磷灰石胶原复合材料较传统的羟基磷灰石复合材料晶型有明显的改变，本实施方式的复合材料中单个晶体的体积明显增大，晶体比表面积大，可以有效形成诱导成骨的界面。同时，相对疏松的海绵状的多孔结构更有利于细胞或有机成分的通过，促进损伤部位骨组织的修复。
掺锶羟基磷灰石胶原复合材料中由于胶原的存在，材料的可塑性提高，可以形成不同的形状，如图2所示的柱状成骨材料样品，从而可以用于填补不规则形状的骨缺损。此外，胶原在体内可以降解，从而形成更多的孔径，促使细胞与复合材料的有效接触，复合材料中的锶离子解离作用于细胞液中可以有效诱导成骨，从而实现修复骨缺损和体内诱导成骨的目的。
考虑到不同类型的胶原物理性质，优选的，采用I型胶原同掺锶羟基磷灰石形成复合材料。I型胶原在4℃以下为液态，室温下为凝胶状，因此可以利用I型胶原同掺锶羟基磷灰石在室温下形成胶样结构体，再对胶样结构体进行成型及抽干处理即得到所需的成骨材料样品。
如图3所示，本实施方式的掺锶羟基磷灰石胶原复合材料的制备方法包括如下步骤：
首先，按缓冲液与液态胶原的体积比为1∶4～9的比例向液态胶原中加入缓冲液对液态胶原进行稀释处理，得到胶原稀释液。优选的，使用磷酸盐缓冲液进行稀释处理。
然后，以每10mL胶原稀释液加入1～4g掺锶羟基磷灰石的比例向胶原稀释液中加入掺锶羟基磷灰石，混合均匀，并调节酸碱度至pH为7.2～7.5后形成平衡溶液。
再将平衡溶液置于25～40℃，湿度为90～98％的环境下孵育直至形成胶样结构体。
最后，将胶样结构体置于-10～-30℃环境中冰冻处理6～15h后形成凝胶，再将凝胶抽干水分即得到海绵状多孔结构的掺锶羟基磷灰石胶原复合材料。
优选的，为进一步提高骨诱导生成效率，可以向上述掺锶羟基磷灰石胶原复合材料中加入细胞因子及化学药物等其中的一种或两种物质。针对不同形状的骨缺损，可以预先制成相应形状的模具，再将上述形成的胶样结构体转移至该模具中，以形成与缺损处形状相对应的成骨材料。此外，为进一步加速复合材料的凝胶化进程，在对胶样结构体进行冰冻处理后，再将其转移到-80℃冰箱中处理约1h。
以下为掺锶羟基磷灰石胶原复合材料的制备及具体应用实施例部分。
实施例1掺锶羟基磷灰石胶原复合材料的制备
首先采用1mL磷酸盐缓冲液稀释9mL液态下的I型胶原得到胶原稀释液。然后，向上述胶原稀释液中加入1g掺锶羟基磷灰石粉末混匀，再滴加氢氧化钠溶液，调节酸碱度至pH为7.2～7.5后形成平衡溶液。将上述平衡溶液于25℃，湿度为98％下孵育直到形成胶样结构体，将该胶样结构体转移到一定形状的模具中并放置于-20℃冰箱中冰冻8小时，然后转移到-80℃冰箱1小时，以加速复合材料凝胶的形成过程。最后用冰冻抽干机抽干，从而形成多孔样结构的掺锶羟基磷灰石胶原复合材料。
实施例2掺锶羟基磷灰石胶原复合材料的制备
首先采用1mL磷酸盐缓冲液稀释9mL液态下的I型胶原得到胶原稀释液。然后，向上述胶原稀释液中加入2g掺锶羟基磷灰石粉末混匀，再滴加氢氧化钠溶液，调节酸碱度至pH为7.2～7.5后形成平衡溶液。将上述平衡溶液于37℃，湿度为95％下孵育直到形成胶样结构体，将该胶样结构体转移到一定形状的模具中并放置于-20℃冰箱中冰冻12小时，然后转移到-80℃冰箱1小时，以加速复合材料凝胶的形成过程。最后用冰冻抽干机抽干，从而形成多孔样结构的掺锶羟基磷灰石胶原复合材料。
实施例3掺锶羟基磷灰石胶原复合材料的制备
首先采用2mL磷酸盐缓冲液稀释8mL液态下的I型胶原得到胶原稀释液。然后，向上述胶原稀释液中加入4g掺锶羟基磷灰石粉末混匀，再滴加氢氧化钠溶液，调节酸碱度至pH为7.2～7.5后形成平衡溶液。将上述平衡溶液于30℃，湿度为90％下孵育直到形成胶样结构体，将该胶样结构体转移到一定形状的模具中并放置于-30℃冰箱中冰冻15小时，然后转移到-80℃冰箱1小时，以加速复合材料凝胶的形成过程。最后用冰冻抽干机抽干，从而形成多孔样结构的掺锶羟基磷灰石胶原复合材料。
实施例4大鼠颅骨缺损修复试验
为评估掺锶羟基磷灰石胶原复合材料的体内成骨促进作用，本实施例采用了大鼠颅骨缺损模型。骨缺损形成后分别移植：
对照组：普通羟基磷灰石+胶原；
实验组：掺锶的羟基磷灰石+胶原。
通过Micro-CT观察颅骨缺损修复情况，并取骨缺损周围组织进行HE(hematoxylin-eosin staining)、Masson染色(用于显示组织中纤维的染色方法之一)，检测新生胶原和新生骨在两组动物之间的差异，从而评价掺锶羟基磷灰石复合I型胶原的诱导成骨效率。
如图4a及图4b中箭头所示区域，实验结果显示掺锶的复合材料修复效果最好，同对照组(图4b)比较，microCT显示实验组(图4a)骨密度明显增强，新骨形成量明显增多。上述实验结果表明掺锶羟基磷灰石与I型胶原混匀制备成一种海绵状填充材料可以完全修复大鼠颅骨缺损，即掺锶羟基磷灰石与I型胶原混匀制备的海绵状填充材料是一种良好的骨缺损修补生物材料。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种掺锶羟基磷灰石胶原复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
首先按缓冲液与液态胶原的体积比为1:4～9的比例向所述液态胶原中加入缓冲液对所述液态胶原进行稀释处理，得到胶原稀释液；
然后以每10mL胶原稀释液加入1～4g掺锶羟基磷灰石的比例向所述胶原稀释液中加入掺锶羟基磷灰石，混合均匀，并调节酸碱度至pH为7.2～7.5后形成平衡溶液；
将所述平衡溶液置于25～40℃、湿度为90～98%的环境下孵育直至形成胶样结构体；
将所述胶样结构体置于-10～-30℃环境中冰冻处理6～15h后形成凝胶，再将所述凝胶抽干水分即得到海绵状多孔结构的掺锶羟基磷灰石胶原复合材料。
2.如权利要求1所述的掺锶羟基磷灰石胶原复合材料的制备方法，其特征在于，还包括向所述平衡溶液中加入细胞因子或化学药物中的至少一种物质的步骤。
3.如权利要求1或2所述的掺锶羟基磷灰石胶原复合材料的制备方法，其特征在于，还包括在形成胶样结构体后将所述胶样结构体转移至与骨缺损形状对应的模具中的步骤，再将含有胶样结构体的模具进行冰冻处理。
4.如权利要求3所述的掺锶羟基磷灰石胶原复合材料的制备方法，其特征在于，还包括将所述冰冻处理后的胶样结构体转移至-80℃环境中处理1h以进行加速凝胶形成的步骤。
5.如权利要求1所述的掺锶羟基磷灰石胶原复合材料的制备方法，其特征在于，所述缓冲液为磷酸盐缓冲液。
6.如权利要求1所述的掺锶羟基磷灰石胶原复合材料的制备方法，其特征在于，所述胶原为I型胶原。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201010290734.XA CN101966348B (zh) | 2010-09-21 | 2010-09-21 | 掺锶羟基磷灰石胶原复合材料及其应用和制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201010290734.XA CN101966348B (zh) | 2010-09-21 | 2010-09-21 | 掺锶羟基磷灰石胶原复合材料及其应用和制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101966348A CN101966348A (zh) | 2011-02-09 |
| CN101966348B true CN101966348B (zh) | 2014-03-26 |
Family
ID=43545609
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201010290734.XA Active CN101966348B (zh) | 2010-09-21 | 2010-09-21 | 掺锶羟基磷灰石胶原复合材料及其应用和制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101966348B (zh) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014032800A1 (en) * | 2012-08-29 | 2014-03-06 | Straumann Holding Ag | Bioresorbable membrane |
| EP2703015A1 (en) * | 2012-08-29 | 2014-03-05 | Straumann Holding AG | Bioresorbable membrane |
| CN103041447B (zh) * | 2012-12-14 | 2015-04-22 | 深圳先进技术研究院 | 可注射丝素蛋白骨修复填充缓释材料及其制备方法和应用 |
| CN104117095B (zh) * | 2014-07-29 | 2015-12-30 | 复旦大学附属华山医院 | 锶/丝蛋白仿生涂层修饰人工韧带的制备方法 |
| CN107050505A (zh) * | 2017-04-12 | 2017-08-18 | 湖南云平环保科技有限公司 | 抗菌型骨质修复材料及其制备方法 |
| CN108744061B (zh) * | 2018-06-28 | 2021-05-11 | 广州贝奥吉因生物科技有限公司 | 一种负载bmp-2的掺锶羟基磷灰石/丝素蛋白/肝素复合支架及其制备方法和应用 |
| CN113694254A (zh) * | 2021-09-06 | 2021-11-26 | 北京博辉瑞进生物科技有限公司 | 骨修复材料及骨修复材料的制备方法、应用 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9132208B2 (en) * | 2008-08-07 | 2015-09-15 | Lifenet Health | Composition for a tissue repair implant and methods of making the same |
| CN101229394B (zh) * | 2007-01-24 | 2013-05-22 | 张立海 | 钛合金-胶原—羟基磷灰石骨修复材料及其制备方法 |
| EP1964583A1 (en) * | 2007-02-09 | 2008-09-03 | Royal College of Surgeons in Ireland | Process for producing a collagen/hydroxyapatite composite scaffold |
| WO2008133618A1 (en) * | 2007-04-27 | 2008-11-06 | Unigene Laboratories, Inc. | Methods and compositions for fostering and preserving bone growth |
| CN101322858B (zh) * | 2008-07-14 | 2013-06-12 | 昆明理工大学 | 一种引导骨组织再生修复的可降解多孔支架材料及其制备方法 |
| CN101628124A (zh) * | 2009-08-20 | 2010-01-20 | 同济大学 | 一种锶羟基磷灰石的制备方法及其应用 |
-
2010
- 2010-09-21 CN CN201010290734.XA patent/CN101966348B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101966348A (zh) | 2011-02-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101966348B (zh) | 掺锶羟基磷灰石胶原复合材料及其应用和制备方法 | |
| Weir et al. | Human bone marrow stem cell-encapsulating calcium phosphate scaffolds for bone repair | |
| Zhong et al. | 3D printing of metal–organic framework incorporated porous scaffolds to promote osteogenic differentiation and bone regeneration | |
| CN1302821C (zh) | 可在体内降解成孔的磷酸钙骨水泥的制备方法 | |
| Mahmoud et al. | In vitro and in vivo study of naturally derived alginate/hydroxyapatite bio composite scaffolds | |
| CN106806943B (zh) | 原位成型可注射生物活性复合水凝胶及其制备方法和应用 | |
| US9770533B2 (en) | Fabrication of bone regeneration scaffolds and bone filler material using a perfusion flow system | |
| Green | Tissue bionics: examples in biomimetic tissue engineering | |
| Weir et al. | Culture human mesenchymal stem cells with calcium phosphate cement scaffolds for bone repair | |
| Ferreira et al. | Titanium-enriched hydroxyapatite–gelatin scaffolds with osteogenically differentiated progenitor cell aggregates for calvaria bone regeneration | |
| CN111214705B (zh) | 软骨复合支架及其制备方法 | |
| Xia et al. | Maxillary sinus floor elevation using a tissue-engineered bone with rhBMP-2-loaded porous calcium phosphate cement scaffold and bone marrow stromal cells in rabbits | |
| Du et al. | Macroporous scaffolds developed from CaSiO3 nanofibers regulating bone regeneration via controlled calcination | |
| CN106620840A (zh) | 一种丝素蛋白改性的骨水泥多孔支架及制备和应用 | |
| CN102085392A (zh) | 纳米钙磷盐/胶原复合支架及其制备方法与应用 | |
| Ghiacci et al. | “Over-inlay” block graft and differential morphometry: a novel block graft model to study bone regeneration and host-to-graft interfaces in rats | |
| Biazar et al. | Bone formation in calvarial defects by injectable nanoparticular scaffold loaded with stem cells | |
| Farmani et al. | Preparation and in vitro osteogenic evaluation of biomimetic hybrid nanocomposite scaffolds based on Gelatin/Plasma Rich in Growth Factors (PRGF) and lithium-doped 45s5 bioactive glass nanoparticles | |
| CN112076350B (zh) | 具有纳米-微米复合结构和高矿物质密度的仿生矿化水凝胶及其制备方法与及应用 | |
| Paré et al. | Standardized and axially vascularized calcium phosphate-based implants for segmental mandibular defects: A promising proof of concept | |
| Wang et al. | Microencapsulated rBMMSCs/calcium phosphate cement for bone formation in vivo | |
| Aly et al. | Influence of autologus adipose derived stem cells and PRP on regeneration of dehiscence-type defects in alveolar bone: A comparative histochemical and histomorphometric study in dogs | |
| Arima et al. | Evaluation of bone regeneration by porous alpha-tricalcium phosphate/atelocollagen sponge composite in rat calvarial defects | |
| Liang et al. | Hierarchically patterned triple-layered gelatin-based electrospun membrane functionalized by cell-specific extracellular matrix for periodontal regeneration | |
| Zhang et al. | Multifunctional silicon calcium phosphate composite scaffolds promote stem cell recruitment and bone regeneration |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |