CN104940993A - 一种复合微囊化人工细胞的可注射人工骨 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合微囊化人工细胞的可注射人工骨，其特征在于包括固相组分、液相组分和微囊化人工细胞组分，所述固相组分包括碳酸钙、α-磷酸三钙和磷酸氢钙，所述液相组分包括磷酸氢二钠水溶液，所述微囊化人工细胞组分包括微珠胶囊，所述微珠胶囊是由海藻酸钠-聚赖氨酸-海藻酸钠微囊包裹人骨髓间充质干细胞形成的。本发明相比现有技术具有以下优点：可以广泛应用于创伤骨科、脊柱外科、骨肿瘤、口腔科、矫形外科等领域，可经皮注射填充骨缺损替代植骨，微创治疗减小创伤，减轻患者的痛苦，加快受损部位愈合，减少内固定用量，早期稳定骨折块，使患者能早期功能锻炼，避免关节僵硬和骨折块移位。
Description
技术领域
本发明涉及可注射人工骨领域，尤其涉及的是一种复合微囊化人工细胞的可注射人工骨。
背景技术
组织工程化技术可以使无生命的材料复合活的细胞后，变成有生命的移植替代材料，是当今生命科学发展主流方向。
目前，常用骨移植材料有自体骨、异体骨、羟基磷灰石、陶瓷、珊瑚等。这些材料由于是固体，术中需要进行漫长的修剪过程才能适应骨缺损的形状而进行填充，而且应用时需较大的切口暴露才能将骨移植材料填充至骨缺损处，不能进行微创治疗，创伤较大。磷酸钙水泥(calcium phosphate cement,CPC)家族材料是近年来出现的一种新型骨移材料，是由固相粉末和液相水溶液两部分组成的，在室温下将固相与液相按比例混合后，形成糊状，最终固化成固体。磷酸钙人工骨在体内的降解速度相对较慢，如果骨缺损较大，植入体内的磷酸钙人工骨往往数年都不降解。此外此种骨移植材料还存在愈合慢，骨创面恢复速度缓慢的缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种复合微囊化人工细胞的可注射人工骨，用于骨缺损的修复。该人工骨在可注射人工骨的基础上，加入微囊化人工细胞，使无生命的人工骨变成有生命的人工骨，经实验证明，该人工骨在体内降解成骨速度增快，能逐渐降解并为新生骨所替代。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种复合微囊化人工细胞的可注射人工骨，其特征在于包括固相组分、液相组分和微囊化人工细胞组分，所述固相组分包括碳酸钙、α-磷酸三钙和磷酸氢钙，所述液相组分包括磷酸氢二钠水溶液，所述微囊化人工细胞组分包括微珠胶囊，所述微珠胶囊是由海藻酸钠-聚赖氨酸-海藻酸钠微囊包裹人骨髓间充质干细胞形成的。
作为对上述方案的进一步改进，固相组分中还包括硫酸钙。
作为对上述方案的进一步改进，液相组分中还包括羟丙基甲基纤维素。
作为对上述方案的进一步改进，微珠胶囊是通过以下步骤获得的：
步骤一、体外培养人骨髓间充质干细胞，形成人骨髓间充质干细胞混悬液；
步骤二、将3％中黏度的海藻酸钠溶液与步骤一制备的人骨髓间充质干细胞混悬液混匀，移入无菌注射器中；
步骤三、将步骤二中无菌注射器中的混合物滴入CaCl2溶液中，反应5min，形成海藻酸钙微胶珠；
步骤四、用生理盐水洗涤步骤三制备的海藻酸钙微胶珠3次，将洗涤后的海藻酸钙微胶珠加入0.1％的多聚赖氨酸溶液中反应4min，再用生理盐水洗涤3次；再将其加入0.15％的海藻酸钠溶液中反应5min，之后用生理盐水洗涤3次；
步骤五、用50mmol/L柠檬酸钠溶液液化6min，形成微珠胶囊。
作为对上述方案的进一步改进，相组分中碳酸钙、(-磷酸三钙、磷酸氢钙和硫酸钙的质量百分含量分别为：碳酸钙10.4％、α-磷酸三钙62.7％、磷酸二氢钙2.4％和硫酸钙20％。
作为对上述方案的进一步改进，液相组分中磷酸氢二钠与羟丙基甲基纤维素的质量浓度分别为：磷酸氢二钠28.4％、羟丙基甲基纤维素2％。
作为对上述方案的进一步改进，微囊化人工细胞组分中，每个微珠胶囊中含有30个人骨髓间充质干细胞，微珠胶囊在微囊化人工细胞组分中的浓度为30个/毫升。
作为对上述方案的进一步改进，固相组分、液相组分和微囊化人工细胞组分的使用配比为每克固相组分搭0.4毫升组分和0.1毫升微囊化人工细胞组分使用。
本发明还提供一种上述复合微囊化人工细胞的可注射人工骨的使用方法，其特征在于：先按配比将液相组分和微囊化人工细胞组分混合后再与固相组分相混合使用。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明所提供的一种复合微囊化人工细胞的可注射人工骨可以广泛应用于创伤骨科、脊柱外科、骨肿瘤、口腔科、矫形外科等领域，可经皮注射填充骨缺损替代植骨，微创治疗减小创伤，减轻患者的痛苦，减少内固定用量，早期稳定骨折块，使患者能早期功能锻炼，避免关节僵硬和骨折块移位。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种复合微囊化人工细胞的可注射人工骨，包括固相组分、液相组分和微囊化人工细胞组分，固相组分包括碳酸钙、(-磷酸三钙和磷酸氢钙，液相组分包括磷酸氢二钠水溶液，微囊化人工细胞组分包括微珠胶囊，微珠胶囊是由海藻酸钠-聚赖氨酸-海藻酸钠微囊包裹人骨髓间充质干细胞形成的。经测试本发明人工骨可以很轻松地由长25cm，内径1.5mm的注射针完全注射出去，使采用微创法经皮注射填充骨缺损成为可能。微珠胶囊的囊壁上有微孔，且微珠胶囊的囊壁具有一定的抗压机械强度，能够保护微珠胶囊中的人骨髓间充质干细胞不会流失，微珠胶囊内的骨髓间充质干细胞可以通过微孔获取体液中的营养成份，并将代谢物排出，在体内环境中生存，分化为成骨细胞成骨，微珠胶囊的囊壁会慢慢降解，最终释放分化出的骨组织，从而促进骨组织的生长，加快骨创面愈合，可以提高人工骨的降解成骨性能。
微珠胶囊是通过以下步骤获得的：
步骤一、体外培养人骨髓间充质干细胞，形成人骨髓间充质干细胞混悬液；
步骤二、将3％中黏度的海藻酸钠溶液与步骤一制备的人骨髓间充质干细胞混悬液混匀，移入无菌注射器中；
步骤三、将步骤二中无菌注射器中的混合物滴入CaCl2溶液中，反应5min，形成海藻酸钙微胶珠；
步骤四、用生理盐水洗涤步骤三制备的海藻酸钙微胶珠3次，将洗涤后的海藻酸钙微胶珠加入0.1％的多聚赖氨酸溶液中反应4min，再用生理盐水洗涤3次；再将其加入0.15％的海藻酸钠溶液中反应5min，之后用生理盐水洗涤3次；
步骤五、用50mmol/L柠檬酸钠溶液液化6min，形成微珠胶囊。液化操作是为了是液化微珠胶囊的囊心。
微囊化人工细胞组分中微珠胶囊的直径约为400μm，每个微珠胶囊中含有30个的人骨髓间充质干细胞，微珠胶囊浓度为30个/毫升。
固相组分、液相组分和微囊化人工细胞组分的使用配比为每克固相组分搭配0.4毫升液相组分和0.1毫升微囊化人工细胞组分使用。
实施例2
一种复合微囊化人工细胞的可注射人工骨，包括固相组分、液相组分和微囊化人工细胞组分，固相组分包括碳酸钙、α-磷酸三钙和磷酸氢钙，固相组分中还包括硫酸钙，固体相组分中碳酸钙、α-磷酸三钙、磷酸氢钙和硫酸钙的质量百分含量分别为：碳酸钙10.4％、α-磷酸三钙62.7％、磷酸二氢钙2.4％和硫酸钙20％；
液相组分包括磷酸氢二钠水溶液和羟丙基甲基纤维素，液相组分中磷酸氢二钠与羟丙基甲基纤维素的质量浓度分别为：磷酸氢二钠28.4％、羟丙基甲基纤维素2％；
人工骨固相中的四种成份(碳酸钙、α-磷酸三钙、磷酸氢钙、无水硫酸钙)与液相中的磷酸氢二钠发生化学反应，常温下生成含有少量硫酸钙的羟基磷灰石固体产物。在体内降解过程中，通过硫酸钙的快速溶出吸收，在羟基磷灰石固体产物主体形成大量孔洞，使羟基磷灰石降解速度增快。从而给新生骨组织的生长留出空间，促进自体组织快速生长并取代人工骨，达到快速恢复的功效，且愈合后的创面结合牢固。
人工骨的液相中加入的羟丙基甲基纤维素(Hydroxypropyl methyl cellulose,HPMC)，HPMC不参与固化反应，其在固化反应过程中可以明显提高人工骨的流变学性能和防水性能。经测试本发明人工骨可以很轻松地由长25cm，内径1.5mm的注射针完全注射出去，使采用微创法经皮注射填充骨缺损成为可能。此外HPNC还是得本人工骨有非常优异的防水能力，将固相与液相混合后1min时注射到蒸馏水中，看不到稀散现象，进一步采用摇床使蒸馏水持续摇动1min，人工骨仍保持原有的外形，不发生裂解、稀散，固化反应不受影响。这使得人工骨注射进创面后能够进行人工塑形，且在塑形后不会发生变化直至固化反应完成。保证了手术的成功率。
微囊化人工细胞组分包括微珠胶囊，微囊化人工细胞组分中微珠胶囊的浓度为30个/毫升；
其中微珠胶囊是由海藻酸钠-聚赖氨酸-海藻酸钠微囊包裹人骨髓间充质干细胞形成的。微珠胶囊的囊壁上有微孔，微珠胶囊内的骨髓间充质干细胞可以通过微孔获取体液中的营养成份，并将代谢物排出，在体内环境中生存，分化为成骨细胞成骨，从而促进骨组织的生长，加快骨创面愈合，可以提高人工骨的降解成骨性能。微珠胶囊的囊壁具有一定的抗压机械强度，这样使得微珠胶囊在注射和塑形的过程中不会发生破裂使人工骨中的人骨髓间充质干细胞流失。此外，结合硫酸钙的使用在人工骨中快速溶出吸收，在羟基磷灰石固体产物主体形成大量孔洞，使得人体内环境中的体液能够与微珠胶囊充分接触，保证了微珠胶囊内的骨髓间充质干细胞能够与体液环境交口换营养成分与代谢废物，加快骨组织的分化速度，从而能够促进快速愈合。
微珠胶囊是通过以下步骤获得的：
步骤一、体外培养人骨髓间充质干细胞，形成人骨髓间充质干细胞混悬液；
步骤二、将3％中黏度的海藻酸钠溶液与步骤一制备的人骨髓间充质干细胞混悬液混匀，移入无菌注射器中；
步骤三、将步骤二中无菌注射器中的混合物滴入CaCl2溶液中，反应5min，形成海藻酸钙微胶珠；
步骤四、用生理盐水洗涤步骤三制备的海藻酸钙微胶珠3次，将洗涤后的海藻酸钙微胶珠加入0.1％的多聚赖氨酸溶液中反应4min，再用生理盐水洗涤3次；再将其加入0.15％的海藻酸钠溶液中反应5min，之后用生理盐水洗涤3次；
步骤五、用50mmol/L柠檬酸钠溶液液化6min，形成微珠胶囊。
固相组分、液相组分和微囊化人工细胞组分的使用配比为每克固相组分搭配0.4毫升液相组分和0.1毫升微囊化人工细胞组分使用。
实施例3
上述复合微囊化人工细胞的可注射人工骨的使用方法,先将液相组分和微囊化人工细胞组分，再与固相混合，迅速移至注射器中，再通过相应的注射针就可以注射到患处了，这期间水泥可任意塑形。约10min后人工骨达到初步固化，这时就不能进行塑形了，否则会发生碎裂，影响固化后的强度。约15-20min时达到最终固化，人工骨固化达到一定的强度，可以缝合伤口。固化强度在7天时达高峰，与松质骨强度类似，可以应用于干骺端松质骨处的骨折、骨缺损，例如桡骨远端、胫骨近端、股骨远端、跟骨、椎体等部位。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种复合微囊化人工细胞的可注射人工骨，其特征在于包括固相组分、液相组分和微囊化人工细胞组分，所述固相组分包括碳酸钙、α-磷酸三钙和磷酸氢钙，所述液相组分包括磷酸氢二钠水溶液，所述微囊化人工细胞组分包括微珠胶囊，所述微珠胶囊是由海藻酸钠-聚赖氨酸-海藻酸钠微囊包裹人骨髓间充质干细胞形成的。
2.如权利要求1所述一种复合微囊化人工细胞的可注射人工骨，其特征在于：所述固相组分中还包括硫酸钙。
3.如权利要求2所述一种复合微囊化人工细胞的可注射人工骨，其特征在于：所述液相组分中还包括羟丙基甲基纤维素。
4.如权利要求1所述一种复合微囊化人工细胞的可注射人工骨，其特征在于：所述微珠胶囊是通过以下步骤获得的：
步骤一、体外培养人骨髓间充质干细胞，形成人骨髓间充质干细胞混悬液；
步骤二、将3％中黏度的海藻酸钠溶液与步骤一制备的人骨髓间充质干细胞混悬液混匀，移入无菌注射器中；
步骤三、将步骤二中无菌注射器中的混合物滴入CaCl2溶液中，反应5min，形成海藻酸钙微胶珠；
步骤四、用生理盐水洗涤步骤三制备的海藻酸钙微胶珠3次，将洗涤后的海藻酸钙微胶珠加入0.1％的多聚赖氨酸溶液中反应4min，再用生理盐水洗涤3次；再将其加入0.15％的海藻酸钠溶液中反应5min，之后用生理盐水洗涤3次；
步骤五、用50mmol/L柠檬酸钠溶液液化6min，形成微珠胶囊。
5.如权利要求2所述一种复合微囊化人工细胞的可注射人工骨，其特征在于：所述固相组分中碳酸钙、α-磷酸三钙、磷酸氢钙和硫酸钙的质量百分含量分别为：碳酸钙10.4％、α-磷酸三钙62.7％、磷酸二氢钙2.4％和硫酸钙20％。
6.如权利要求3所述一种复合微囊化人工细胞的可注射人工骨，其特征在于：所述液相组分中磷酸氢二钠与羟丙基甲基纤维素的质量浓度分别为：磷酸氢二钠28.4％、羟丙基甲基纤维素2％。
7.如权利要求6所述一种复合微囊化人工细胞的可注射人工骨，其特征在于：所述微囊化人工细胞组分中，每个微珠胶囊中含有30个人骨髓间充质干细胞，微珠胶囊在微囊化人工细胞组分中的浓度为30个/毫升。
8.如权利要求7所述一种复合微囊化人工细胞的可注射人工骨，其特征在于：所述固相组分、液相组分和微囊化人工细胞组分的使用配比为每克固相组分搭配0.4毫升液相组分和0.1毫升微囊化人工细胞组分使用。
9.一种如权利要求1所述一种复合微囊化人工细胞的可注射人工骨的使用方法，其特征在于：先按配比将液相组分和微囊化人工细胞组分混合后再与固相组分相混合。
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