CN102698317A

CN102698317A - 一种治疗骨缺损的镁或镁合金降解修复单体及修复体

Info

Publication number: CN102698317A
Application number: CN2012101226148A
Authority: CN
Inventors: 王岩; 张强; 谭丽丽
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-04-24
Filing date: 2012-04-24
Publication date: 2012-10-03

Abstract

一种治疗骨缺损的可降解修复单体，由镁或镁合金制成，表面具有控制镁或镁合金的降解速度的改性涂层，若干修复单体构成一种治疗骨缺损的可降解修复体。本发明的修复体制备为体积较小的颗粒，在需要修复的区域填充若干修复单体，由于每个颗粒表面都有控制其降解的涂层，因此整体实现一种缓释的效果，防止在需修复区域只存在一个修复单体时，当表面的涂层消耗尽之后，出现镁的降解速率突然增大的问题。由于骨缺损位于骨表面，镁降解时产生的气体可迅速逸走，因此在本发明的应用环境下来说H₂的排出所产生的影响较小，顺利的实现骨缺损的修复。

Description

一种治疗骨缺损的镁或镁合金降解修复单体及修复体

技术领域

本发明涉及生物医疗器械领域，具体的涉及一种治疗骨缺损的可降解修复体。

背景技术

用人工材料制造的人骨替代品或者骨折固定材料可统称为人工骨。人工骨材料主要有高分子合成材料如聚甲基丙烯酸甲酯、高密度聚乙烯等、无机材料如硫酸钙、磷酸三钙、羟基磷灰石、氧化铝生物陶瓷以及不锈钢、钛合金等金属合金等。

理想的人工骨材料不管是应用于固定还是骨替代或者作为骨缺损的修复体，都应该具有良好的生物相容性和生物可降解性，并能够促进新骨细胞的生成。对于金属合金做骨替代材料或修复体，目前应用的材料大多数可降解性能差，无法平衡骨吸收和新骨生成，不能很好地应用为骨替代或修复体。而PEEK等高分子材料也存在上述问题。磷酸三钙(Tricalciumphosphate)人工骨材料是目前国内外研究和应用较多的骨替代或修复体材料之一，由于其理化性质与骨组织相似，生物相容性良好，具有一定的传导成骨能力，并能在体内进行生物降解，因此得到广泛的研究与应用。但是由于磷酸三钙一般呈颗粒状，在缺损骨组织部位很难成型，力学性能更很大程度上受降解速度影响，因此其应用有一定的局限性。

镁是哺乳动物和人类所必需的微量元素，在人体内起到重要作用。当镁离子浓度控制在一定范围之内时，不但不会产生细胞毒性作用，而且可以促进软骨细胞的增殖和分化，有利于软骨形成。镁合金植入体内后，表面有磷酸盐生成，在磷酸盐与骨组织间有新骨形成。随着镁合金植入时间的延长，磷酸盐层不断向新骨组织转变，这样新骨就在镁合金植入体上生长。另外，镁及镁合金具有金属材料的良好力学性能及良好的加工性能，由镁及镁合金作为人工骨材料，可以使人工骨具有良好的力学支撑作用，按照植入部位的不同可加工成所需形状进行植入。镁及镁合金人工骨在作为骨替代或修复体材料方面具有良好的应用前景。

现有技术中对于金属镁及镁合金作为可降解的骨替代或修复体材料已有报道，例如在锥间融合器和内固定、植入材料中的应用等，但镁的降解速度过快，且降解中会产生大量氢气，导致影响向新骨的转化和溶血率的增加，若在椎间融合器中应用，产生的气体进入脊髓还会导致神经受压等问题。现有技术中报道有采用一定的涂层来控制氢气的降解速度，但并不能实现定量控制，无法实现镁降解和新骨生成的可控转换，镁降解的时间和新骨生成的效果仍然无法预期。因此目前镁及镁合金人工骨的实际应用还有很长一段距离。

发明内容

为克服上述问题，本发明提供一种治疗骨缺损的可降解修复单体、修复体。

本发明的技术方案是：

一种治疗骨缺损的可降解修复单体，由镁或镁合金制成，表面具有控制镁或镁合金的降解速度的改性涂层，其特征在于所述可降解修复体体积为1mm³～8cm³，所述可降解修复单体的降解速率为三个月内降解5-20％。

所述镁合金中镁元素质量分数为50-100％，所述镁合金为AZ31合金、ZK61合金、WE43合金、LAE442合金、Mg-Ca合金、Mg-Zn合金、Mg-Mn-Zn合金、Mg-Zn-Ca合金、Mg-Zn-Mn-Ca合金、Mg-Si-Ca合金、Mg-RE合金、Mg-Y合金、Mg-Y-RE合金或Mg-Nd-Zn-Zr合金。

所述涂层为Ca-P涂层、微弧氧化涂层、氟化物涂层或碱热处理涂层。

所述修复单体为多面体形状。

所述多面体形状为圆柱形、正方形、长方形或五面体。

所述多面体半径、高度或边长为1mm～20mm。

一种治疗骨缺损的可降解修复体，包括经组合后可填充于需修复部位的、若干体积为1mm³～8cm³的上述的修复单体，所述可降解修复体的降解速率为三个月内降解5-20％。

发明效果：

本发明是由具有生物活性及可吸收性的金属镁合金制备而成的多面体状修复单体及修复体，修复应用范围包括各种松质骨压缩复位后造成的骨缺损，及各种骨病灶清除后残留的骨缺损等。本发明的修复单体表面经过改性处理加有涂层，用于控制镁基材料的降解速度，调节镁离子和气体的释放速度和释放周期。本发明的修复体并不按照需修复的空间大小制备，而是制备为体积较小的颗粒，在需要修复的区域填充若干修复单体，由于每个颗粒表面都有控制其降解的涂层，因此整体实现一种缓释的效果，防止在需修复区域只存在一个修复单体时，当表面的涂层消耗尽之后，出现镁的降解速率突然增大的问题。由于骨缺损位于骨表面，镁降解时产生的气体可迅速逸走，因此在本发明的应用环境下来说H₂的排出所产生的影响较小，顺利的实现骨缺损的修复。

本发明的单体的优选涂层厚度和颗粒大小满足三个月降解量5-20％的要求，在此降解速率下，骨骼既能得到镁充分的成骨诱导，又能尽可能快的生长，避免出现镁降解过快无法实现成骨诱导，或者降解过慢影响骨骼在生长的问题。

所述各合金根据成分的不同具有不同的力学强度，可根据欲修复位置的具体需求采用合适的材料制备修复体。

所述各涂层均可以根据调节PH值的原理达到控制镁降解和气体释放速度的目的。

所述修复单体大小及形状依据缺损部位及类型有所不同，并兼顾微创操作要求及降解速度因素。

本发明具有以下特点：

1.本发明的镁或镁合金骨修复体具有更高的成骨诱导活性，促进钙沉积修复骨缺损；

2.本发明的镁或镁合金骨修复体具有良好的力学性能，植入后可起到更好的力学支撑作用；

3.本发明的镁或镁合金骨修复体形状及大小能够实现镁缓释的效果，兼顾诱导成骨及降解速度因素；

4.本发明的镁或镁合金骨修复体具有原材料价格低、控释涂层加工性能优异。

附图说明

图1为实施例1示意图

其中(a)为直径5mm圆柱形镁合金修复体，(b)为修复胫骨近端松质骨缺损操作图，(c)为修复后影像。

具体实施方式

下面根据附图和具体实施方式对本发明作进一步的解释。

实施例1

采用纯度为99.99％的纯镁制备出如图1(a)所示直径为5mm高度为3mm的圆柱形修复体，并采用化学沉积方法在表面制备厚度为18μm的Ca-P涂层。采用广西巴马小型猪制造胫骨近端骨缺损模型(20*10*10mm)，将适量修复单体形成的修复体植入骨缺损内，如图1(b)所示，8W后，CT扫描，观察植入样品周围骨组织修复情况。结果发现，如图1(c)所示在样品周围形成骨组织包绕，皮质区缺损基本愈合，无变形。

实施例2

采用ZK60镁合金制备出五面体修复体，并通过微弧氧化方法在表面制备出厚度为22μm的微弧氧化(MAO)涂层(主要成分为MgO和Mg₂SiO₃)。采用广西巴马小型猪经腰椎椎弓根截骨制造压缩骨折后骨缺损模型(10*10*10mm)，将适量修复单体组成的修复体植入打实，五面体的设计有利于经椎弓根通道植入及植入椎体后面受力承重。结果发现，缺损模型愈合，椎体高度无丢失。

实施例3

采用WE43合金制备出5*5*10mm的长方体修复体，并通过氟化处理方法，在其表面制备出氟化物涂层(主要成分为MgF2)，涂层厚度为1μm。采用比格犬颈椎间盘摘除前路植骨融合模型，以椎间盘为中心制造5*10*5mm槽形骨缺损，将制备好的若干长方体修复单体组成的修复体嵌入打实。结果发现，随着镁合金的降解，骨组织逐渐长入，包绕样品形成的骨壳构成了椎间融合骨桥，实现坚强前路融合。

实施例4

采用Mg-1Ca合金制备出直径为5mm高度为3mm的圆柱形修复体，并采用化学沉积方法在表面制备厚度为18μm的Ca-P涂层。采用广西巴马小型猪制造胫骨近端骨缺损模型(20*10*10mm)，将适量修复单体组成的修复体植入骨缺损内(附图b)，8W后，CT扫描，观察植入样品周围骨组织修复情况。结果发现，在样品周围形成骨组织包绕，皮质区缺损基本愈合。

实施例5

采用Mg-6Zn镁合金制备出五面体修复体，并通过电化学沉积方法在表面制备出厚度为4μm的羟基磷灰石涂层。采用广西巴马小型猪经腰椎椎弓根截骨制造压缩骨折后骨缺损模型(2*10*10mm)，将适量修复单体组成的修复体植入打实，五面体的设计有利于经椎弓根通道植入及植入椎体后面受力承重。结果发现，缺损模型愈合，椎体高度无丢失。

以上实施例证明本发明通过镁合金加以控制释速的涂层制备作为治疗骨缺损的修复体，具有良好的生物相容性和力学性能，能够满足作为修复体所需的要求。以上实施例并不是对本发明的限定，具体的样品形状、涂层和合金成分根据不同的实际情况可进行选择和调整。

Claims

1.一种治疗骨缺损的可降解修复单体，由镁或镁合金制成，表面具有控制镁或镁合金的降解速度的改性涂层，其特征在于所述可降解修复单体体积为1mm³～8cm³，所述可降解修复单体的降解速率为三个月内降解5-20％。

2.根据权利要求1所述的一种治疗骨缺损的可降解修复单体，其特征在于所述镁合金中镁元素质量分数为50-100％，所述镁合金为AZ31合金、ZK61合金、WE43合金、LAE442合金、Mg-Ca合金、Mg-Zn合金、Mg-Mn-Zn合金、Mg-Zn-Ca合金、Mg-Zn-Mn-Ca合金、Mg-Si-Ca合金、Mg-RE合金、Mg-Y合金、Mg-Y-RE合金或Mg-Nd-Zn-Zr合金。

3.根据权利要求1所述的一种治疗骨缺损的镁合金可降解修复单体，其特征在于所述涂层为Ca-P涂层、微弧氧化涂层、氟化物涂层或碱热处理涂层。

4.根据权利要求1所述的一种治疗骨缺损的镁合金可降解修复体，其特征在于所述修复单体为多面体形状。

5.根据权利要求4所述的一种治疗骨缺损的镁合金可降解修复单体，其特征在于所述多面体形状为圆柱形、正方形、长方形和/或五面体。

6.根据权利要求4或5任一所述的一种治疗骨缺损的镁合金可降解修复单体，其特征在于所述多面体半径、高度或边长为1mm～20mm。

7.一种治疗骨缺损的可降解修复体，其特征在于包括若干经组合后可填充于需修复部位的、如权利要求1-6任一所述的修复单体，所述可降解修复体的降解速率为三个月内降解5-20％。