CN104274250A - 上颌窦生物凝胶种植体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种上颌窦生物凝胶种植体及其制备方法，采用3D打印技术和CNC方法联合制造为表面多孔结构和内部中空结构，其中储藏有大量具有骨诱导因子的生物凝胶。生物凝胶种植体包括植入部、基台、中央螺丝、生物凝胶、无菌包装瓶，植入部顶端与基台通过螺丝连接在一起，顶部设有外沿帽，颈部设有微螺纹；植入部的下部为表面多孔和内部中空结构，其孔壁具有纹理表面，多孔结构与内部中空结构相连通，可储藏有大量具有骨诱导因子的生物凝胶，其浓度和释放时间远远优于目前的生物涂层种植体。本发明具有能够诱导骨组织主动长入种植体的类似骨骼中空结构，能大幅度提高种植体-新骨融合面积和成骨强度，适用于骨质疏松条件下的上颌窦种植手术。

Description

上颌窦生物凝胶种植体及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种牙科种植体，具体涉及一种解决上颌窦骨质疏松条件下的具有骨诱导因子凝胶的表面多孔内部中空结构的牙科种植体及其制备方法，属于口腔种植牙领域。

背景技术

在上颌窦区域，本身是窦腔结构为主，窦底的骨数量和质量一般欠佳。上颌窦底随后牙的缺失，牙槽突和牙槽骨基底部严重吸收或者完全吸收，窦底随之下降，严重者可变为与剩余牙槽嵴水平一致，造成上颌骨严重萎缩。自1965年开展世界上第一颗种植牙以后，上颌窦种植被排除在创始人Branmark教授制定的严格适应证之外，长期被视为手术禁区。1980年，Boyne和James首先报道了上颌窦外提升技术，掌握颌面外科手术技巧的医师开始涉猎这一领域，但通常都需要大量充填人工骨粉。然而，上颌窦底骨质以第三、四类松软的骨质为主，极易形成骨质疏松，在上颌窦骨质疏松条件下，非涂层种植体容易失败、各种涂层种植体远期效果不佳。

对于非涂层种植体，由于表面骨融合效果不佳，在骨质疏松条件下，很难形成稳定的固位力，造成绝大部分种植体在1年左右就会失败。目前，非涂层种植体已经被禁止应用于上颌窦第三、四类松软骨质区域。

对于涂层种植体，为了提高骨融合率，将纳米磷灰石或者骨形成蛋白表面BMP与非涂层种植体结合，其骨融合效果明显优于非涂层种植体，如CN 1903140A、CN 201119919Y等专利披露的设计。在正常的条件下，涂层种植体能够取得较佳的远期效果，但是在骨质疏松条件下涂层种植体远期效果仍然不佳，这主要是由于涂层只限于实心种植体表面，其作用有限，形成的新骨数量有限，成骨强度受限。特别是BMP，其浓度和数量受限较大，难于发挥更佳的药效作用。尽管目前有尝试转化生长因子-β(TGF-β)、胰岛素样生长因子-1(IGF-1)、miRNA、siRNA作为种植涂层，如CN102579145A等专利披露的设计，但均由于同样原因，难于发挥更佳的药效作用；BMP等生物涂层种植体还有一个显著的缺点，就是涂层的保存时间一般在9个月内，过期使用就会导致骨诱导能力的显著下降，失去效能作用。

另外，曾有人有尝试中空种植体，希望骨组织能够长入其内部，如专利US 6918766B1、US 20070292820A1、US 2004081941A1、US 2003224328A1、US 2006014120A1、JP2005342157A、CN 101366664B等披露的设计，但由于缺乏骨诱导生长因子支持，仅仅依靠被动的骨组织长入，难于在骨质疏松条件下进行应用，因而仍未能形成商业化种植体，或者现在已经被淘汰，如1974年瑞士Schroeder和Sutter研制开发的中空开口圆柱状ITI种植体。而且，以上的中空种植体，即使采用中空设计，如CN 101366664B、CN 202875504U等专利所示，但由于其仅仅采用CNC(数控机床)制造技术，无法形成密集弯曲的中空结构，无法储存大量的骨诱导生长因子，因此，即使实现了商业化生产，也存在较高的失败风险。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种能够储存大量骨诱导生长因子凝胶的表面多孔内部中空结构的种植体，可极大地提高种植体与新骨融合面积和成骨强度，解决目前上颌窦骨质疏松条件下各种种植体远期效果不佳的世界性难题。

本发明的技术方案如下：

上颌窦生物凝胶种植体及其制备方法，所述种植体采用3D打印技术和CNC方法联合制造为表面多孔结构和内部中空结构，多孔结构和中空结构中储藏有大量具有骨诱导因子的生物凝胶。

所述种植体包括植入部、基台、螺丝、凝胶和无菌包装瓶，植入部为中空结构，植入部顶端与基台通过螺丝连接在一起，其特征在于，牙科种植体和凝胶共同包装在无菌包装瓶中，所述植入部的顶部设有外沿帽，植入部的颈部设有微螺纹，植入部的下部表面为多孔结构，其孔壁具有纹理表面，所述多孔结构与内部中空结构相连通。

进一步地，所述植入部先由3D打印技术生成，然后植入部的上部与螺丝和基台连接处采用CNC方法二次加工而成。

所述凝胶的PH值为6-8。

所述骨诱导因子包括BMP、TGF-β、IGF、miRNA、siRNA中的一种或多种。

所述生物凝胶采用超声震荡方式，排出种植体内的气泡，通过表面多孔结构进入内部中孔结构内。

所述植入部的外直径≥5mm，植入部的长度≥11mm；所述外沿帽的直径与植入部外直径之间的径差为0.625mm。

本发明种植上述种植体的上颌窦内提升手术器械，具有微步止停功能，提升杆的头部形状与所述种植体的下部形状一致。

进一步地，所述提升杆的头部设有多个。

相比现有技术，本发明的有益效果如下：

1.本发明采用了能够存储凝胶的类似骨骼的多孔中空结构：现有的涂层种植体，起骨诱导作用的涂层，仅仅局限于种植体表面，其浓度和数量受到局限，因而形成的新骨十分有限。本发明通过3D打印技术，设计了特殊的多孔结构，通过这种密集的类哈弗氏小管设计，大幅度增加孔的面积和体积，并可存储凝胶。

2.结合本发明的多孔结构采用了含骨诱导因子的凝胶技术，而非涂层技术。凝胶技术在浓度和数量方面远远高于涂层技术，并且凝胶更容易保存生物活性，而现有的涂层技术会在9个月内生物活性失效。含有骨诱导因子的凝胶可诱导新骨的形成，增强骨-种植体的融合，特别是在多孔壁表面与新骨形成的骨融合，并与外部的新骨形成一体，极大地提高了种植体与新骨融合面积和成骨强度。此外，本发明的骨诱导因子凝胶包括BMP、TGF-β、IGF、miRNA、siRNA等，优选BMP，其分离纯化产品结合酶解、真空浓缩、定量混合和精微超滤等技术，保存于特制的PH中性凝胶中，PH值6-8之间，可在常温条件下长期进行保存，并保持较高生物活性。

3.同现有技术比较而言，种植体的骨诱导能力由强至弱的依次排序为：本发明的生物凝胶种植体≥生物涂层种植体≥物理或化学涂层种植体≥非涂层种植体。

4.本发明的种植体必须配合特殊结构的Microstep上颌窦内提升手术器械才能完成种植手术。常规手术器械无法在上颌窦区域进行使用，将损伤窦膜，产生严重的并发症。目前为止，Microstep上颌窦内提升手术器械是相对最安全的手术器械，可最小幅度的减少损伤窦膜机会和并发症的可能。对于本发明的多根3D打印种植体，必须使用本发明的具有多头的上颌窦内提升手术器械，这是一种目前国内外还没有的器械。

附图说明

图1本发明的整体示意图。

图2本发明中的植入部的整体示意图。

图3本发明中的植入部(a)中下部的表面示意图，(b)剖面示意图。

图4本发明在临床中完成手术后的整体剖面示意图。

图5本发明的特殊定制Microstep上颌窦内提升手术器械。

其中，1-植入部，2-基台，3-中央螺丝，4-凝胶，5-无菌包装瓶，6-外沿帽，7-微螺纹结构，8-类似骨小梁结构，9-中空结构，10-多孔结构，11-烤瓷冠，12-牙龈，13-上颌骨，14-人工骨粉，15-提升杆的头部。

具体实施方式

为了更清楚地描述本发明，下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的种植体包括植入部1、基台2、中央螺丝3、凝胶4、和无菌包装瓶5。植入部1顶端与基台2通过中央螺丝3连接在一起，植入部1和凝胶4共同包装在无菌包装瓶5中，通过振荡器排除气泡，使得凝胶4浸润整个种植体的类似骨骼中空结构，并存储在多孔结构10和中空结构9里面，使用的时候，开瓶即用，比涂层种植体的浓度和数量大大提高。种植体在人体内，凝胶4中的骨诱导因子会缓慢释放出来，诱导骨组织主动长入类骨骼中空结构中，形成新骨与种植体的紧密融合，这种设计极大地提高了新骨与种植体融合面积和成骨强度。

凝胶最佳保质期的PH值为6-8，前期与种植体结合的时候，流动度较高，经过24到48小时，流动度变低，可在常温条件下保存至少2年，并保持较高生物活性。相比现有BMP生物涂层只有9个月的保存期限，提高了实用性。

如图2所示，植入部1，其中下部是通过3D打印技术，将钛合金粉末在1500-1600℃生成类似骨小梁结构8的支架，骨小梁结构8的表面具有纹理结构，并形成许多可存储凝胶的中空结构9；其颈部由传统的CNC加工成微螺纹结构7；其顶端有0.625mm径差外沿帽6，可防止手术时种植体不慎落入上颌窦腔中而造成手术失误。

如图3所示，(a)表面示意图显示了类似骨小梁结构8和类似哈弗氏小管(即多孔结构10)；(b)剖面示意图显示了类似骨小梁结构8、类似哈弗氏小管(即多孔结构10)、储胶池(即中空结构9)。中空结构9中含有凝胶4，凝胶4中含有丰富的骨诱导因子，骨诱导因子包括BMP、TGF-β、IGF、miRNA、siRNA中的一种或多种混合物。凝胶4中的骨诱导因子可诱导新骨的形成，增强新骨-种植体的融合，特别是在中空壁表面与新骨形成的骨融合，并与外部的新骨形成一体。

如图4所示，是本发明的种植体在临床完成手术后的情况：主要由植入部1、基台2、烤瓷冠11、牙龈12、上颌骨13、人工骨粉14组成，植入部1通过基台2与烤瓷冠11联接，植入部1的中下部深入上颌骨13中。

植入部1的外直径5mm以上、长度11mm以上，采用单根或多根设计，需要采用特殊定制的Microstep上颌窦内提升手术器械才能完成种植手术，越长越粗的种植体设计可保证更大的咬合力、更长期的成功率，可适用于骨质疏松条件下的上颌窦种植手术。本发明牙科种植体需要的上颌窦内提升手术器械的结构示意图如图5所示，提升杆的头部15可设为多个(本实施例采用两个)，以满足植入部1为多根条件下种植手术的要求。头部15形状与种植体1的下部形状一致。该上颌窦内提升手术器械具有微步止停功能，提升杆的具体结构可参见WO2011/116517A1的专利文献记载。

Claims (9)

1.上颌窦生物凝胶种植体及其制备方法，其特征在于，所述种植体采用3D打印技术和CNC方法联合制造为表面多孔结构和内部中空结构，多孔结构和中空结构中储藏有大量具有骨诱导因子的生物凝胶。

2.根据权利要求1所述的上颌窦生物凝胶种植体及其制备方法，其特征在于，所述种植体包括植入部、基台、螺丝、凝胶和无菌包装瓶，植入部为中空结构，植入部顶端与基台通过螺丝连接在一起，其特征在于，牙科种植体和凝胶共同包装在无菌包装瓶中，所述植入部的顶部设有外沿帽，植入部的颈部设有微螺纹，植入部的下部表面为多孔结构，其孔壁具有纹理表面，所述多孔结构与内部中空结构相连通。

3.根据权利要求2所述的上颌窦生物凝胶种植体及其制备方法，其特征在于，所述植入部先由3D打印技术生成，然后植入部的上部与螺丝和基台连接处采用CNC方法二次加工而成。

4.根据权利要求1所述的上颌窦生物凝胶种植体及其制备方法，其特征在于，所述凝胶的PH值为6-8。

5.根据权利要求1或4所述的上颌窦生物凝胶种植体及其制备方法，其特征在于，所述骨诱导因子包括BMP、TGF-β、IGF、miRNA、siRNA中的一种或多种。

6.根据权利要求1或4所述的上颌窦生物凝胶种植体及其制备方法，其特征在于，所述生物凝胶采用超声震荡方式，排出种植体内的气泡，通过表面多孔结构进入内部中孔结构内。

7.根据权利要求2或3所述的上颌窦生物凝胶种植体及其制备方法，其特征在于，所述植入部的外直径≥5mm，植入部的长度≥11mm；所述外沿帽的直径与植入部外直径之间的径差为0.625mm。

8.种植如权利要求2所述一种上颌窦生物凝胶种植体的上颌窦内提升手术器械，具有微步止停功能，其特征在于，提升杆的头部形状与所述种植体的下部形状一致。

9.根据权利要求8所述的上颌窦内提升手术器械，其特征在于，所述提升杆的头部设有多个。