CN102697548B

CN102697548B - 一种制备新型个体化可降解人工骨髓内支架的方法

Info

Publication number: CN102697548B
Application number: CN201210207760.0A
Authority: CN
Inventors: 闫宏伟
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-06-21
Filing date: 2012-06-21
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2032-06-21
Also published as: CN102697548A

Abstract

本发明公开了一种制备新型个体化可降解人工骨髓内支架的方法，属于生物医药技术领域。本发明利用快速成型技术制作与管状骨大段粉碎性骨折节段骨髓腔形态一致的光固化树脂模具，用复合材料浇铸人工骨髓内支架。使用该支架治疗管状骨大段粉碎性骨折手术操作简单易行、疗效可靠、骨愈合速度较快且并发症少，特别是可以治疗一些管状骨干骺端的粉碎性骨折，具有很高的潜在临床应用价值。

Description

一种制备新型个体化可降解人工骨髓内支架的方法

技术领域

本发明属生物医药技术领域，是涉及管状骨缺损修复治疗的技术，具体说是一种制备新型个体化可降解人工骨髓内支架的方法。

背景技术

高能量创伤导致四肢管状骨的粉碎性骨折，造成管状骨的节段性骨缺损。管状骨大段粉碎性骨折的治疗，不仅难度极大，而且需要很大的植骨量，还要求满足术后承重等各项生物学功能，尤其是涉及到干骺端的这类骨折临床处理难度更大，术后骨折不愈合及发生患肢短缩等畸形的机率很大，故在骨科领域里管状骨大段粉碎性骨折一直是一个极富有挑战性的课题，对管状骨大段粉碎性骨折的治疗方法研究也一直是一个研究热点。

目前对其治疗方法较多，但因各种方法都存在其临床应用的局限性，效果参差不齐。先简单介绍如下：

1、髓内钉内固定. 目前较为常用的内固定方式，特别是带锁髓内钉，具有适应症广、手术创伤小、固定牢靠、抗扭转能力强、应力遮挡作用小等优点，从而得到广泛的应用和推广。但是髓内钉技术仍有各种各样的缺陷尚待解决，例如：术中可能发生医源性骨折、远端置钉困难等，对于管状骨的大段粉碎性骨折，使用髓内钉技术不仅使远端置钉更加困难、术后感染的发生率也较高，而且术后很容易造成肢体短缩。如若是波及到干骺端的这类骨折，髓内钉技术尚无办法进行治疗。

2、钢板内固定技术.种类繁多，为了适应各种各样的骨折类型，设计了大量各种特点的钢板，例如：动力加压髁钢板(DCS)、解剖型钢板(AP)、锁定加压钢板(LCP)等，故钢板内固定技术使用范围很广。但是对于管状骨大段粉碎性骨折常因缺乏必要的支撑结构（包括为众多粉碎骨折块复位提供立体几何机构支撑和为两骨折断端间提供力学支撑）及无法一期重建巨大骨缺损而无法实施，即使使用超长钢板，也会因为骨膜剥离过多，应力遮挡作用，损伤过大等原因致使治疗时间漫长，骨愈合速度缓慢，甚至引起陈旧性大段骨缺损。

3、骨移植技术. 骨移植主要是针对骨缺损的治疗，在其治疗过程中给予植骨有利于骨折的愈合，还可满足管状骨骨折术后早期负重的力学要求。目前的骨移植技术有一下几种： 1）自体骨移植虽然有极大的优越性，但自体骨量的不足及供区感染、术后疼痛等原因在很大程度上限制了自体骨移植的使用。2）异体骨虽然已建立各种骨库，解决了来源问题，但免疫原性的残存和病原菌的漏诊是不可避免的，再加上在处理过程中对成骨活性的破坏，致使术后骨愈合缓慢，并发症较多。3）人工骨无免疫排斥反应、可塑性强、有良好的生物兼容性，但是无成骨活性，骨愈合缓慢是其致命弱点。多种人工骨的复合材料的研究和生长因子(如BMP、FGFs、TGF2等)的加入使骨愈合速度得到较大的改善，但至今为止，仍未找到一种满意的人工骨替代材料。

发明内容

鉴于现有技术的上述问题，本发明提供一种制备新型个体化可降解人工骨髓内支架的方法，在此支架基础上尽量保留骨折碎片骨膜的前提下，将破碎的骨折碎片在此髓内支架上按原骨组织解剖结构予以原位复位重建。

本发明的技术解决方案是：一种制备新型个体化可降解人工骨髓内支架的方法，包括以下步骤：

（1）对管状骨大段粉碎性骨折部位行CT扫描，将CT扫描数据导入三维重构软件中处理，从而导出骨髓腔的三维立体形态；

（2）应用计算机辅助设计软件对图像进行编辑、修改，建立髓内支架最终形态：主体（1）与除去皮质骨后的管状骨大段粉碎性骨折的骨缺损形态大小完全一致，在骨髓腔位置上下端分别设有一个高于骨缺损最上缘0.2cm～0.5cm及一个低于骨缺损最下缘0.2cm～0.5cm且直径小于骨髓腔并可插入骨髓腔的圆柱形突起（2），在主体（1）上下两端各保留2～4个高度、厚度均与皮质骨厚度相同的三棱锥样支撑结构（3）；

（3）将设计好的骨髓内支架CAD模型转化成快速成型文件格式输入快速成型机，即可得到骨髓内支架光固化树脂模具；

（4）选用复合骨形态发生蛋白-2（BMP-2）的壳聚糖/PVA/CPC复合材料，调成浆体状，将浆体灌入模具中通过振荡使模具被复合材料填充密实，待其完全干燥、固化后，去除模具，得到复合BMP-2的壳聚糖/PVA/CPC的材料制作的人工替代骨髓内支架。

所述的复合BMP-2的壳聚糖/PVA/CPC复合材料由以下步骤制备：

（1）将可降解高分子聚合物聚乙烯醇（PVA）溶入250ml～500ml磷酸盐缓冲溶液中，充分搅拌使PVA完全溶解，配制成PH=6.8～7.1，质量分数为1％～5%的PVA/KH₂PO₄/Na₂HPO₄混合体系调和液，继续搅拌10～20min；

（2）吸取2ml～4ml混合体系调和液，将骨形态发生蛋白-2（BMP-2）以10μg：1.0ml～15μg：1.0ml的比例溶于混合体系调和液中，继续搅拌10～20min；

（3）将壳聚糖纤维剪成小段与自固化磷酸钙骨水泥（CPC）粉末以质量比1：20～1：30的比例混合均匀，再将混合有壳聚糖纤维的CPC粉末与混合体系调和液以固液比1：0.6g/ml～1：0.9g/ml调成浆体状。

由以上的技术方案可见，本发明制得的个体化可降解人工骨髓内支架提供了一个可以进行自体骨重建的可降解髓内支架，并使整个手术复位固定操作过程较原先的手术复位固定操作过程更为简单易行。利用个体化人工骨髓内支架将原先破碎的骨折片进行骨组织原位重建，可最大限度增加骨折的接触面，在手术中尽量保留骨折碎片骨膜的完整，使骨折修复更快。管状骨干骺端的大段粉碎性骨折一直是该类型骨折治疗难点，用该方法也可得到相应的解决，这是常用的髓内钉技术所无法达到的。可降解人工骨CPC具有良好的药物、生长因子载体功能，可以使药物或生长因子在骨折部位缓慢释放，加快骨愈合。

附图说明

图1、本发明用于管状骨缺损修复可降解人工骨髓内支架结构示意图，其中图1 (a)是可降解人工骨髓内支架正视图；图1(b) 是可降解人工骨髓内支架俯视图。

图2、可降解人工骨髓内支架的应用示意图。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，现将结合实施例对本申请的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

如图1所示，该可降解人工骨髓内支架包括：支架主体1、支架主体两端圆柱形突起2和主体支撑结构3。

图2为本申请实施例提供的可降解人工骨髓内支架的应用示意图。如图2所示，大段粉碎性骨折管状骨4在骨折断端植入本发明制得的个体化可降解人工骨髓内支架5，得到管状骨与个体化可降解人工骨髓内支架的复合体6。

下面结合该骨髓内支架的制作过程，对本申请实施例提供的可降解人工骨髓内支架进行进一步的说明：

（1）利用医学CT对患者管状骨大段粉碎性骨折部位行CT扫描，获得大段粉碎性骨折的骨折后的轮廓数据，对与骨折部位相对的健侧行CT扫描，作为粉碎性骨折的位置数据。将CT扫描数据导入三维重构软件Mimics中处理，从而导出大段粉碎性骨折节段的骨髓腔的三维立体形态。

（2）用三维CAD软件的实物构建功能对图像进行编辑、修改，以达到我们所设计的髓内支架的形态。本实验设计的髓内支架最终形态为：主体1与除去皮质骨后的粉碎性骨折的骨缺损形态大小完全一致，在骨髓腔位置上下端分别增加一个高于骨缺损最上缘0.3cm及一个低于骨缺损最下缘0.3cm，直径小于骨髓腔并可插入骨髓腔的圆柱形突起2，在主体上下两端各保留2～4个（可按髓腔粗细程度而改变）高度、厚度均与皮质骨厚度相同的三棱锥样支撑结构3，三棱锥底面形态与骨折处相吻合。

（3）设计完成的图像数据在计算机进行重新分层，分层间距控制在0.1～0.2mm，以保证各层树脂能够紧密粘结，利用快速原型数据准备软件RpData将所需的模型数据转化成STL格式。将准备完毕的数据输入快速成型机，从而制作出满足我们设计要求的髓内支架光固化树脂模具。

（4）称取PVA 2.5g加入250ml去离子水中，用立式磁力搅拌机加热搅拌，使PVA完全溶解，待完全冷却后，再称取3.4gKH₂PO₄和10.6gNa₂HPO₄混合后加入该液，调至pH为6.9，质量分数为1％的PVA/KH₂PO₄/Na₂HPO₄混合体系调和液。吸取2ml混合调和液，将BMP-2以10μg：1.0ml的比例溶于混合调和溶液中，将壳聚糖纤维剪成小段与CPC粉末以1：20的比例混合均匀，再将混合有壳聚糖纤维的CPC粉末与混合调和溶液以固液比1：0.6g/ml调成浆体状，将浆体灌入模具中，通过振荡、按压等手段使模具被复合材料填充密实，待其完全干燥、固化后，去除模具，从而得到以复合了壳聚糖纤维、BMP-2、PVA和CPC的材料制作的人工替代骨髓内支架。

Claims

1.一种制备新型个体化可降解人工骨髓内支架的方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)对管状骨大段粉碎性骨折部位进行CT扫描，将CT扫描数据导入三维重构软件中处理，从而导出骨髓腔的三维立体形态；

(2)应用计算机辅助设计软件对图像进行编辑、修改，建立髓内支架最终形态：主体(1)与除去皮质骨后的管状骨大段粉碎性骨折的骨缺损形态大小完全一致，在主体(1)上下端分别设有一个高于骨缺损最上缘0.2cm～0.5cm及一个低于骨缺损最下缘0.2cm～0.5cm且直径小于骨髓腔并可插入骨髓腔的圆柱形突起(2)，在主体(1)上下两端各保留2～4个高度、厚度均与皮质骨厚度相同的三棱锥样支撑结构(3)；

(3)将设计好的骨髓内支架CAD模型转化成快速成型文件格式输入快速成型机，即可得到骨髓内支架光固化树脂模具；

(4)选用复合骨形态发生蛋白-2(BMP-2)的壳聚糖/PVA/CPC复合材料，调成浆体状，将浆体灌入模具中通过振荡使模具被复合材料填充密实，待其完全干燥、固化后，去除模具，得到复合BMP-2的壳聚糖/PVA/CPC的材料制作的人工替代骨髓内支架。

2.根据权利要求1所述的一种制备新型个体化可降解人工骨髓内支架的方法，其特征在于：所述的复合BMP-2的壳聚糖/PVA/CPC复合材料由以下步骤制备：

(1)将可降解高分子聚合物聚乙烯醇(PVA)溶入250ml～500ml磷酸盐缓冲溶液中，充分搅拌使PVA完全溶解，配制成PH＝6.8～7.1，质量分数为1％～5％的PVA/KH2PO4/Na2HPO4混合体系调和液，继续搅拌10～20min；

(2)吸取2ml～4ml混合体系调和液，将骨形态发生蛋白-2(BMP-2)以10μg：1.0ml～15μg：1.0ml的比例溶于混合体系调和液中，继续搅拌10～20min；

(3)将壳聚糖纤维剪成小段与自固化磷酸钙骨水泥(CPC)粉末以质量比1：20～1：30的比例混合均匀，再将混合有壳聚糖纤维的CPC粉末与混合体系调和液以固液比1：0.6g/ml～1：0.9g/ml调成浆体状。