CN104689373A - 含接骨木的生物活性骨修复材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含接骨木的生物活性骨修复材料及其制备方法和应用，属于骨修复材料领域。本发明中含接骨木的生物活性骨修复材料的制备方法，包括以下步骤：将4g的PLGA和2g的TCP加入40ml的1,4-二氧六环中，溶解搅拌24小时；将2mg-0.4g的接骨木活性成分加入10ml的1,4-二氧六环中溶解后，将1ml的接骨木溶解液加入得到的溶液中，再搅拌2小时，获得含接骨木的生物活性骨修复材料。所述的含接骨木的生物活性骨修复材料通过低温熔融沉积制造成型技术三维打印形成人工骨。获得的人工骨材料在吸收过程中能释放类雌激素的中药接骨木，能延缓骨质疏松患者的骨流失的速度；同时具有生物相容性和骨诱导能力。

Description

含接骨木的生物活性骨修复材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于骨修复材料领域，特别涉及一种含接骨木的生物活性骨修复材料及其制备方法和应用。

背景技术

骨缺损和相关疾病的治疗一直是医学领域的挑战。骨缺损按照缺损的形状和部位可以分为腔隙性、节段性骨缺损。目前，对骨缺损的修复，腔隙性缺损主要是采用填充的方法进行，利用其周围骨的传导修复骨缺损。对于节段性缺损，一般需要植入块状骨修复材料。

骨缺损修复材料有自体骨、异体骨和人工骨等三种，其中自体骨具有骨传递、骨生成和骨诱导等优点成为目前骨修复材料的金标准。其主要的缺点是来源有限、创伤大、患者供区有限、损伤大、植入体吸收快。异体骨的主要优点是具有可能的骨诱导性、骨传导性等优点，最大的诟病是可能的疾病传播。人工骨由于来源不受限制、无抗原性、无疾病传播、方便对结构和外形进行设计从而得到所需要的性能，主要的人工骨修复材料包括无机骨修复材料、有机骨修复材料和复合骨修复材料等。无机骨修复材料主要有羟基磷灰石(HA)、β-磷酸三钙(β-TCP)、HA/β-TCP等。其主要的缺点是缺乏骨诱导活性和形状，采用传统方法，其形状和内部结构无法控制。采用基于解剖数据的计算机辅助设计和辅助制造(computer aided design/computer aided manufacture,CAD/CAM)可以对材料的制备进行个性化的控制，使其内部空隙结构和外部形状满足成骨细胞的生长和血管的长入。

发明内容

为克服现有技术中存在的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种含接骨木的生物活性骨修复材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述制备方法获得的含接骨木的、生物活性骨修复材料。

本发明的再一目的在于提供上述含接骨木的生物活性骨修复材料的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种含接骨木的生物活性骨修复材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将4g的PLGA和2g的TCP加入40ml的1,4-二氧六环中，溶解搅拌24小时；

2)将2mg-0.4g的接骨木活性成分加入10ml的1,4-二氧六环中溶解后，将1ml的接骨木溶解液加入步骤1)得到的溶液中，再搅拌2小时，得到含PLGA/TCP/接骨木的浆料，即获得含接骨木的生物活性骨修复材料。

步骤1)所述的PLGA的分子量为10万，其中乳酸与乙醇酸的摩尔比为70：30，购自山东医疗器械研究所。

步骤2)所述的接骨木活性成分为暨南大学药学院提供。接骨木活性成分的提取方法如下，接骨木茎枝采用60％乙醇提取，经D101大孔树脂乙醇—水(0、30％、50％和95％)梯度洗脱，选取50％的流分为接骨木活性成分(利用UMR106细胞实验和去卵巢大鼠实验确定其有效部位为50％的流分)。

一种含接骨木的生物活性骨修复材料由上述制备方法获得。

上述制备获得的含接骨木的生物活性骨修复材料可通过低温熔融沉积制造成型技术三维打印形成人工骨。

所述的低温熔融沉积制造成型技术属于快速成型技术的一种，优选为清华大学制造的CLRF-2000-II或其以后的改进机型完成。

采用“快速成型(Rapid prototyping)技术”，在计算机管理和控制下，根据计算机辅助设计，控制材料的内部结构和外部形状，采用材料堆积的方法进行材料的生产，使用一种基于离散/堆积成型原理的新型制作方法。本方法可用的快速成型技术包括熔融沉积制造成型、三维印刷成型、自动注浆成型技术(Robocasting)、分层实体制作成型系统等。在本方案的设计方案中，使用的快速成型系统为熔融沉积制造系统或三维打印系统。

本发明解决的技术问题为：本发明研制出用于三维打印技术的骨修复新材料。从不同比例的聚乳酸/乙醇酸共聚物(poly lactic-co-glycolic acid,PLGA)和磷酸三钙(Tricalcium phosphate,TCP)构成的三维打印支架的孔径和孔隙率、生物相容性、生物力学性能和降解速率等筛选出本发明的配方。添加接骨木(Sambucus williamsii HANCE)构成的PLGA/TCP/Sambucus三维打印支架的含接骨木生物活性骨修复材料。本发明获得的含接骨木生物活性骨修复材料对骨质疏松患者的治疗效果，由于该材料的吸收过程中能释放类雌激素的中药“接骨木”，因此植入该可吸收性骨修复材料能延缓骨质疏松患者的骨流失的速度、 促进其成骨。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1.含接骨木的生物活性支架能刺激骨的生长，对于骨缺损患者，采用含接骨木的支架进行骨修复，可以增加其成骨的效果、速度和成功率。可以用于骨科、整形外科、口腔颌面外科以及颅脑外科等。

2.可以作为药物对骨质疏松症患者进行治疗，如骨质疏松患者的治疗、中老年女性对骨质疏松症的预防等。

3.通过控制接骨木的量，获得适宜的接骨木的释放量和释放速度，获得最适宜的成骨的速度和量。

4.采用三维打印支架的支架可以按照骨缺损的外形、部位进行个性化设计，按照支架的成骨要求对其孔隙率、直径进行个性化设计，使之满足不同的作用部位、疾病和患者个体情况对支架的要求。

5.本发明获得的含接骨木生物活性骨修复材料对骨质疏松患者的治疗效果，由于该材料的吸收过程中能释放类雌激素的中药“接骨木”，因此植入该可吸收性骨修复材料能延缓骨质疏松患者的骨流失的速度、促进其成骨。

6.本发明获得含接骨木的生物活性骨修复材料制备的人工骨对细胞没有毒性，细胞能在人工骨生物活性支架表面生长，支架释放的接骨木可以促进细胞的成骨分化，碱性磷酸酶的分泌升高，表明本发明的生物复合材料具有优良的生物相容性和一定的骨诱导能力。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种含接骨木的生物活性骨修复材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将4g的PLGA和2g的TCP加入40ml的1,4-二氧六环中，溶解搅拌24小时；

2)将2mg–0.4g的接骨木活性成分加入10ml的1,4-二氧六环中溶解后，将1ml的接骨木溶解液加入步骤1)得到的溶液中，再搅拌2小时，得到含PLGA/TCP/接骨木的浆料，即获得含接骨木的生物活性骨修复材料。

步骤1)所述的PLGA的分子量为10万，其中乳酸与乙醇酸的摩尔比为70：30，购自山东医疗器械研究所。

步骤2)所述的接骨木活性成分为暨南大学药学院提供。接骨木活性成分的提取方法如下，接骨木茎枝采用60％乙醇提取，经D101大孔树脂乙醇—水(0、30％、50％和95％)梯度洗脱，选取50％的流分为接骨木活性成分(利用UMR106细胞实验和去卵巢大鼠实验确定其有效部位为50％的流分)。

一种含接骨木的生物活性骨修复材料由上述制备方法获得。

上述制备获得的含接骨木的生物活性骨修复材料可通过低温熔融沉积制造成型技术三维打印形成人工骨。

所述的低温熔融沉积制造成型技术属于快速成型技术的一种，优选为清华大学制造的CLRF-2000-II或其以后的改进机型完成。

具体实施为： 

按照CLRF-2000-II的说明，将上述获得的含接骨木的生物活性骨修复材料16ml加入20ml注射器中，安装到机器，固定后调节成型温度为-25℃；电脑控制和成型，打开软件poppy(poppy.exe)，设置喷头参数，喷头1和2，网格6，后改为9，反转3x 0.1mm，正转3x 0.1mm，其他不变，开始造型，制成2x2x1cm大小的立方体；将支架的孔隙率控制位70％，孔隙平均直径为300μm。

采用AT3C3和兔间充质干细胞对支架进行生物相容性检测，发现该支架对AT3C3细胞没有大的毒性，细胞能在生物活性支架表面生长，支架释放的接骨木可以促进AT3C3和MSC细胞的成骨分化，碱性磷酸酶的分泌升高，只表明本发明的生物复合材料具有优良的生物相容性和一定的骨诱导能力。

采用“快速成型(Rapid prototyping,RP)技术”，在计算机管理和控制下，根据缺损部位的解剖信息(如CT、MRI的扫描数据)在计算机辅助设计软件的帮助下(Mimics或者Pro/E或者Solidworks)，控制材料的内部结构和外部形状，采用材料堆积的方法进行材料的生产，使一种基于离散/堆积成型原理的新型制作方法。本方法可用的快速成型技术包括熔融沉积制造成型、三维印刷成型、自动注浆成型技术(Robocasting)、分层实体制作成型系统等。在本方案的设计方案中，使用的快速成型系统为熔融沉积制造系统或三维打印系统。

本发明解决的技术问题为：本发明研制出用于三维打印技术的骨修复新材料。从不同比例的聚乳酸/乙醇酸共聚物(poly lactic-co-glycolic acid,PLGA)和磷酸三钙(Tricalcium phosphate,TCP)构成的三维打印支架的孔径和孔隙率、生物相容性、生物力学性能和降解速率等筛选出本发明的配方。添加接骨木(Sambucus williamsii HANCE)构成的PLGA/TCP/Sambucus三维打印支架的含 接骨木生物活性骨修复材料。本发明获得的含接骨木生物活性骨修复材料对骨质疏松患者的治疗效果，由于该材料的吸收过程中能释放类雌激素的中药“接骨木”，因此植入该可吸收性骨修复材料能延缓骨质疏松患者的骨流失的速度、促进其成骨。

上述获得的含接骨木的生物活性骨修复材料的人工骨支架能刺激骨的生长，对于骨缺损患者，采用含接骨木的支架进行骨修复，可以增加其成骨的效果、速度和成功率。可以用于骨科、整形外科、口腔颌面外科以及颅脑外科等。可以作为药物对骨质疏松症患者进行治疗，如骨质疏松患者的治疗、中老年女性对骨质疏松症的预防等。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种含接骨木的生物活性骨修复材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将4g的PLGA和2g的TCP加入40ml的1,4-二氧六环中，溶解搅拌24小时；

2)将2mg-0.4g的接骨木活性成分加入10ml的1,4-二氧六环中溶解后，将1ml的接骨木溶解液加入步骤1)得到的溶液中，再搅拌2小时，获得含接骨木的生物活性骨修复材料。

2.根据权利要求1所述的含接骨木的生物活性骨修复材料的制备方法，其特征在于：步骤1)所述的PLGA的分子量为10万，其中乳酸与乙醇酸的摩尔比为70：30。

3.根据权利要求1所述的含接骨木的生物活性骨修复材料的制备方法，其特征在于：步骤2)所述的接骨木活性成分的提取方法如下，接骨木茎枝采用60％乙醇提取，经D101大孔树脂乙醇—水梯度洗脱，选取50％的流分为接骨木活性成分。

4.一种含接骨木的生物活性骨修复材料由权利要求1～3任一项所述的制备方法获得。

5.权利要求4所述的含接骨木的生物活性骨修复材料通过低温熔融沉积制造成型技术三维打印形成人工骨。