CN105749356B

CN105749356B - 活性多糖复合骨修复材料

Info

Publication number: CN105749356B
Application number: CN201610116453.XA
Authority: CN
Inventors: 曹建新
Original assignee: Zhejiang Ruigu Biotechnology Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Ruigu Biotechnology Co Ltd
Priority date: 2016-03-02
Filing date: 2016-03-02
Publication date: 2019-03-19
Anticipated expiration: 2036-03-02
Also published as: CN105749356A

Abstract

本发明公开了一种生物相容性好、可塑性强、有一定机械强度、体内降解速度适中，能满足临床需求的活性多糖复合骨修复材料，该复合材料包含A瓶和B瓶，所述的A瓶包含磷酸四钙、磷酸氢钙、壳聚糖、磷酸二氢钠、羟丙甲纤维素的粉末，所述的B瓶包含甘露醇、MES水溶液及rhBMP‑2的生物活性因子冻干品。该材料在体内生物活性因子可诱导新骨的形成，形成活性组织，且具有相容性好，且易塑形等优点，无毒性反应，固化后与骨质紧密连接。

Description

活性多糖复合骨修复材料

技术领域

本发明属于材料科学与生物医学的交叉领域，涉及一种可用作填充、修复和替换人体骨组织的活性多糖复合骨修复材料。

背景技术

骨移植在骨科领域中主要用于修复创伤、肿瘤、炎症及各种畸形造成的骨缺损、骨不连等手术。骨修复是骨科领域中长期未解决的问题，现在临床上对骨缺损、骨不连、骨折延迟愈合的治疗主要通过骨移植来完成，包括自体骨移植、异体骨移植、有机聚合骨水泥及生物陶瓷等方法。

自体骨移植是取自体某一部位骨移植至自体另一部位。自体骨最常取自髂骨、胫骨和腓骨，分别提供松质骨、皮质骨，或全骨。自体骨移植无排斥反应，生物学潜能最大，骨诱导作用最强，效果也最满意。但由于自体骨来源有限，取骨增加病人创伤，有一定并发症，而且自体骨移植虽无排斥反应，但因无血供，植骨块大部会死亡，影响新骨形成及骨愈合。

同种异体骨移植是指同一种属内，两个体之间的骨组织移植，即移植骨取自他人；取自近亲者称为同源移植或同血统移植。人体内有两种可以成骨的前体细胞：定向成骨前体细胞（DOPC）和诱导成骨前体细胞（IOPC）。前者位于骨髓间质和骨表面，是可以转化为成骨细胞的干细胞。骨移植术后，植骨片中存活的DOPC靠爬行替代，实现骨缺损愈合称为骨传导作用（osteoconduction）；IOPC是位于骨外结缔组织中的间叶成分，也可能来自血流，只有当存在诱导因子时才能成骨，即称为骨诱导作用（osteoinduction）。同种骨移植的意义主要在于诱导宿主细胞形成新骨。同种骨移植与宿主的愈合不同于自体骨移植。异体骨移植的新骨形成缓慢，血管穿透慢，分布稀疏。其效果欠佳的主要原因是免疫排斥反应。

免疫反应对于组织移植的成活关系重大。未经处理的同种骨，可激发免疫反应，导致移植骨被排斥或被吸收。

异种骨移植指不同种属个体之间的骨组织移植，常用处理过的小牛骨作为骨移植材料，在临床上具有重要意义。动物骨来源广，取材方便，可避免自体骨移植二次手术可能引起的并发症，也可缩短手术时间，且没有同种异体骨移植可能导致的传染病。但是对任何异体器官或组织移植而言，免疫排斥反应是移植术取得成功的主要障碍。异种骨移植后，移植局部有炎性渗出，伤口破溃，移植骨受排斥，最终导致手术失败，这是近百年来异种骨移植面临的主要难题。

使用人工骨修复材料来对骨缺损进行修复，目前进入临床应用的人工骨主要是羟基磷灰石、磷酸三钙等生物陶瓷类材料，其特点是组织相容性良好，新骨容易长入，但不具有诱导成骨活性，仅起载体支架作用，且绝大多数产品降解缓慢，长期占位，妨碍骨组织的塑型重建，且材料是在体外固化后再移植至骨缺损部位，往往要进行开创性手术，远远达不到理想植骨材料的要求。

骨折延迟愈合及骨不连、骨缺损的修复是骨科领域长期待解决的重大问题，骨移植是治疗骨缺损的主要手段和方法，骨移植主要包括自体骨移植、同种异体骨移植、异种骨移植、骨水泥及生物陶瓷等方法。自体骨移植效果是明显的，但由于期来源有限，以创作治疗的方式去治疗，因而病人必须承受二次手术痛苦以及可能引起的并发症；异体骨移植（包括同种异体骨移植和异种骨移植）在不同程度上存在潜在的病源传播危险和免疫排斥反应。羟基磷酸灰石陶瓷生物相容性虽好，但由于其塑形困难，且不能在体内降解等缺点，限制了它在临床上的应用。因此，近来来材料界和医学界一直在寻找更好的骨修复材料，其理想特征是：生物相容性好、可塑性强、有一定机械强度、体内降解速度适中，以满足临床需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物相容性好、可塑性强、有一定机械强度、体内降解速度适中，能满足临床需求的活性多糖复合骨修复材料。

本发明的实施的技术方案如下：活性多糖复合骨修复材料，该复合材料包含A瓶和B瓶，所述的A瓶包含磷酸四钙、磷酸氢钙、壳聚糖、磷酸二氢钠、羟丙甲纤维素的粉末，所述的B瓶包含甘露醇、MES水溶液及rhBMP-2的生物活性因子冻干品。

进一步地，所述的A瓶的各组份的量为磷酸氢钙40%-50% w/w、磷酸四钙30%-40%w/w、壳聚糖10%-20% w/w、磷酸二氢钠1%-10% w/w、羟丙甲纤维素2%-5% w/w。

进一步地，所述的B瓶以rhBMP-2为基准配制，B瓶中各成分的量为甘露醇1%-10%w/w、MES水溶液的浓度为30-50m mol/L，rhBMP-2的浓度为0.3-0.8mg/ml，配置后冷冻干燥。

作为其中一种优选，B瓶具体成份为：2%(w/w)甘露醇、50m mol/L MES水溶液及500ug/ml的rhBMP-2，经冷冻干燥而成。

较佳地，所述的A瓶中磷酸四钙与磷酸氢钙的摩尔比为1:1-1:3。

较佳地，所述的A瓶与B瓶的质量体积比为1mg：0.9ml。

进一步地，活性多糖复合骨修复材料的制备方法，其特征是通过以下操作实现：按照上述比例称取A瓶粉末原料置于玛瑙钵中研磨1h混匀，然后取B瓶冻干样品用蒸馏水溶解，将A瓶与B瓶按质量体积比P：L=1mg：0.9mL在室温下进行混合，塑形凝固。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1) 材料的配方是模拟骨组织的成分、结构与性质，能够满足植入部位的力学要求；

(2) 具有良好的骨传导性，有利于临近骨组织爬行替代；

(3) 具有良好的生物相容性．不引起植入部位排斥反应，无细胞毒性；

(4) 可降解，能够逐渐被生物体自身骨组织替代；

(5) 具有多孔结构，适当的孔径与孔隙率利于物质交换，能够为细胞生长提供足够空间；

(6) 里面含有生物活性因子――骨形态发生蛋白－2，形成的材料载体能够调节生物活性因子的缓释；

(7) 材料中加入了壳聚糖同时增加了产品的多孔形成能力和抗菌性能的优点。

本发明在体内生物活性因子可诱导新骨的形成，形成活性组织，而使用的磷酸钙骨水泥固体在体内可降解，降解成分可为新骨形成提供所需要的钙源和磷源，加速骨组织的形成，该材料能根据骨缺损部位任意塑形，在人体环境下自行水化固化，其最终形成羟基磷灰尘石；它拥有羟基磷灰石陶瓷生物相容性好，且易塑形等优点，且材料植入动物体内无毒性反应、生物相容性好，固化后与骨质紧密连接，加入一定量的羟丙甲纤维素，使之具有可注射性；植入缺损部分后逐步被吸收且能引导新骨长入，植入后材料降解速度与新骨形成速度对等；加入我们公司自行研发的骨形态发生蛋白－2（rhBMP-2），能大大改进骨形成速度。

附图说明：

图1为本发明活性多糖复合骨修复材料（A+B）在动物体内使用后的组织切片图；

图2为本发明活性多糖复合骨修复材料（A）在动物体内使用后的组织切片图。

具体实施例

以下结合实施例对本发明作进一步具体描述。应该指出的是，以下具体说明都是示例，旨在对本发明进行进一步的描述；除非另外指明，本发明所使用的术语均于所属技术领域人员通常理解的含义相同。

实例1：

按质量比取磷酸氢钙40%、磷酸四钙35%、壳聚糖15%、磷酸二氢钠8%、羟丙甲纤维素2%混合成粉剂A瓶，按如下比例甘露醇（w/w）：MES水溶液（m mol/L）：rhBMP-2（mg/ml）=1%：50：0.3，配置后冷冻干燥成为B瓶。

将A瓶用2ml注射用水溶解后，与含有0.5g材料的B瓶充分调和均匀，做成圆柱状，放置10分钟，待材料水化硬化后，植入小鼠肌袋中，加入小量抗生素后，缝全小鼠。正常饲养21天后，在植入部位取出。切片观察，发现有骨细胞生成。

将A瓶用2ml注射用水溶解后，做成圆柱状，放置10分钟，待材料水化硬化后，植入小鼠肌袋中，加入小量抗生素后，缝全小鼠。正常饲养21天后，在植入部位取出。切片观察，无骨细胞生成。

实施例2

按质量比取磷酸氢钙45%、磷酸四钙30%、壳聚糖15%、磷酸二氢钠5%、羟丙甲纤维素5%混合成粉剂A瓶，按如下比例甘露醇（w/w）：MES水溶液（m mol/L）：rhBMP-2（mg/ml）=5%：40：0.5，配置后冷冻干燥成为B瓶。

将A用3ml注射用水溶解后，与含有0.75g 材料的B瓶充分调和均匀，做成圆柱状，放置10分钟，待材料水化硬化后，植入大鼠肌袋中，加入小量抗生素后，缝全大鼠。正常饲养21天后，在植入部位取出。发现有骨组织存在，经切片后染色观察，发现有骨细胞生成。

将A瓶用3ml注射用水溶解后，做成圆柱状，放置10分钟，待材料水化硬化后，植入小鼠肌袋中，加入小量抗生素后，缝全小鼠。正常饲养21天后，在植入部位取出。切片观察，无骨细胞生成。

实例3：

按质量比取磷酸氢钙50%、磷酸四钙30%、壳聚糖10%、磷酸二氢钠7%、羟丙甲纤维素3%混合成粉剂A瓶，按如下比例甘露醇（w/w）：MES水溶液（m mol/L）：rhBMP-2（mg/ml）=6%：35：0.6，配置后冷冻干燥成为B瓶。

实施例4

按质量比取磷酸氢钙46%、磷酸四钙32%、壳聚糖16%、磷酸二氢钠1%、羟丙甲纤维素5%混合成粉剂A瓶，按如下比例甘露醇（w/w）：MES水溶液（m mol/L）：rhBMP-2（mg/ml）=10%：30：0.8，配置后冷冻干燥成为B瓶。

加入材料后（A+B），饲养21天后，在植入部位取出。组织切片图（有骨细胞）见图1。加入材料后（A瓶），饲养21天后，在植入部位取出。组织切片图（无骨细胞）见图2。

上述技术方案仅体现了本发明的优选实施方式，不能理解为对本发明准许范围的限制，凡根据本发明做出的变形和改进，均属于本发明保护范围。

Claims

1.活性多糖复合骨修复注射材料，其特征在于：该复合材料由A瓶和B瓶组成，所述的A瓶由磷酸四钙、磷酸氢钙、壳聚糖、磷酸二氢钠、羟丙甲纤维素的粉末组成，所述的B瓶由甘露醇、MES水溶液及rhBMP-2的生物活性因子冻干品组成，其中，所述的A瓶各成分的质量比为磷酸氢钙40％-50％、磷酸四钙30％-40％、壳聚糖10％-20％、磷酸二氢钠1％-10％、羟丙甲纤维素2％-5％；所述的B瓶中甘露醇(w/w):MES水溶液(mmol/L):rhBMP-2(mg/ml)＝(1％-10％):(30-50):(0.3-0.8)，配置后冷冻干燥；所述的A瓶中磷酸四钙与磷酸氢钙的摩尔比＝1:1-1:3；所述复合材料制备时，按上述比例称取A瓶粉末原料研磨1h混匀，取B瓶冻干样品用蒸馏水溶解，将A瓶与B瓶按质量体积比＝1mg:0.9ml在室温下进行混合，塑形凝固。