CN107261214A - 一种含琼脂糖醋酸酯的骨修复材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含琼脂糖醋酸酯的骨修复材料及其制备方法，该方法将琼脂糖醋酸酯与无机非金属生物材料结合起来，通过致孔剂法将致孔剂分散在琼脂糖醋酸酯溶液中，并浇铸成形，待溶剂挥发后，浸入水中沥去致孔剂，制备琼脂糖醋酸酯/无机非金属生物材料的多孔支架，用作骨组织修复的复合生物材料，从而克服临床应用中单一骨修复材料的缺点，提升骨修复的应用价值。本发明方法得到的骨修复材料，可使愈合区组织的营养供应不受影响，维持组织的正常愈合机制，同时其降解产物具有促进细胞增殖和表达基质的作用，而该材料在组织愈合的同时降解消失，使其真正起到促进组织修复的效果。

Description

一种含琼脂糖醋酸酯的骨修复材料及其制备方法
技术领域
本发明属于生物医学材料领域，具体涉及一种含琼脂糖醋酸酯的骨修复材料及其制备方法。
背景技术
有数据表明，在美国，每年实施45万例骨移植手术；2002年，欧洲的骨移植手术有40万例。据统计，中国每年新增骨缺损和骨损伤患者近300万人，并且每年以10％的比例在增加。骨缺损修复重建一直是骨外科、整形外科等领域的常见难题，因此骨修复材料是解决这一问题的研究重点。
骨组织修复材料中，生物陶瓷(羟基磷灰石、β-磷酸三钙、偏硅酸钙、珊瑚、珍珠)、生物活性玻璃、骨水泥等无机非金属生物材料具有良好的力学性能和生物相容性，已在多个医疗领域获得丰硕的研究和应用成果，如鼻梁骨、颌面替换，人工股骨头等。但是无机非金属生物材料存在加工困难、降解吸收速度慢等缺点。
琼脂糖醋酸酯具有良好的生物相容性，可降解，能够提供连续的结构，易于成型，可实现高孔隙率和高表面积，有望成为骨组织工程领域中理想的修复材料。目前关于将琼脂糖醋酸酯作为骨修复材料的研究还未见报道。
发明内容
为了克服现有无机非金属类骨修复材料的缺陷，本发明的首要目的在于提供一种含琼脂糖醋酸酯的骨修复材料的制备方法，该方法将琼脂糖醋酸酯与无机非金属生物材料结合起来，通过致孔剂法将致孔剂分散在琼脂糖醋酸酯溶液中，并浇铸成形，待溶剂挥发后，浸入水中沥去致孔剂，制备琼脂糖醋酸酯/无机非金属生物材料的多孔支架，用作骨组织修复的复合生物材料，从而克服临床应用中单一骨修复材料的缺点，提升骨修复的应用价值。
本发明的另一目的在于提供上述方法制得的骨修复材料，其具有三维多孔层间结构，能保障组织正常愈合所需要的营养供应，同时降解产物具有促进细胞增殖和表达基质的作用，而该支架在组织愈合的同时降解消失，使其真正起到促进骨修复的效果。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种含琼脂糖醋酸酯骨修复复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将琼脂糖醋酸酯溶解于有机溶剂中，质量浓度为5～50％；再加入颗粒状无机非金属生物材料，质量浓度为1～70％；搅拌均匀后，超声1～30min；
所述的有机溶剂优选二甲基亚砜、丙酮、N,N-二甲基乙酰胺、二氯甲烷或三氯甲烷中的一种以上。
所述的琼脂糖醋酸酯，分子量优选5～400kDa；若琼脂糖醋酸酯分子量太小，说明琼脂糖降解比较厉害，在溶剂中粘性太小，不易成型；琼脂糖醋酸酯的乙酰基含量达到40％时(即羟基完全被取代)，其分子量不超过400kDa。
所述的颗粒状无机非金属生物材料优选羟基磷灰石、β-磷酸三钙、石珊瑚、珍珠、聚甲基丙烯酸甲酯、磷酸钙、生物活性玻璃或偏硅酸钙中的一种以上。
(2)取致孔剂加入到步骤(1)的反应体系中，致孔剂与琼脂糖醋酸酯的质量比为1:30～30:1，搅拌均匀后形成不流动的软面团状琼脂糖醋酸酯溶液/致孔剂混合物；将上述混合物填充至特定形状的模具中，待溶剂完全挥发后脱模，室温下将得到的材料浸泡在蒸馏水中缓慢搅拌溶去致孔剂，若干小时换一次水，直至致孔剂完全溶解，将得到的多孔材料真空干燥后，灭菌，得到骨修复复合材料；
所述的致孔剂优选水溶性无机盐、糖类或冰粒子中的一种以上。
所述的水溶性无机盐优选氯化钠、酒石酸钠或碳酸氢铵的一种以上。
所述的糖类优选葡萄糖或蔗糖。
所述的致孔剂，粒径优选1μm～1000μm。粒径小于1μm，制备出的多孔支架孔径太小，不能够为细胞黏附、生长和增殖提供较大的比表面积和足够的空间，不利于营养物质的输送和代谢产物的排出；粒径大于1000μm，多孔支架孔径过大，不利于细胞的黏附、生长和增殖；同时支架的力学性能太低，不易成型。
所述的灭菌，采用环氧乙烷灭菌或者辐照灭菌。
由上述方法制得的骨修复材料，具有三维多孔层间结构，能保障组织正常愈合所需要的营养供应，同时其降解产物具有促进细胞增殖和表达基质的作用，而该材料在组织愈合的同时降解消失，使其真正起到促进骨修复的效果，可以作为支架应用在骨修复过程中。
本发明将琼脂糖醋酸酯与无机非金属生物材料结合起来，通过致孔剂法将致孔剂分散在琼脂糖醋酸酯溶液中，并浇铸成形，待溶剂挥发后，浸入水中沥去致孔剂，致孔剂所占的空间变为孔隙，即制备出含琼脂糖醋酸酯的骨修复材料。这既有助于提高琼脂糖醋酸酯的力学强度和材料的成骨活性，又有助于上述无机非金属材料的加工。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明方法得到的骨修复材料，可使愈合区组织的营养供应不受影响，维持组织的正常愈合机制，同时其降解产物具有促进细胞增殖和表达基质的作用，而该材料在组织愈合的同时降解消失，使其真正起到促进组织修复的效果。
(2)本发明方法简便易操作，适用范围广，通过改变琼脂糖醋酸酯和致孔剂的比例、致孔剂的尺寸等即可对支架的孔隙率、比表面积、孔径大小等进行调节。
(3)本发明方法成本低，同时提高了琼脂糖及其衍生物的附加价值，有助于大型海藻的种植(琼脂糖从大型海藻中提取)，有利于近海海域富养的生态修复。
(4)本发明的骨修复材料应用时操作方便，兼具良好的机械性能和生物相容性，降解时间与骨组织修复时间相匹配。
附图说明
图1为实施例1所制得的骨修复材料的SEM图。
图2为实施例2所制得的骨修复材料培养细胞的SEM图。
图3为实施例3所制得的骨修复材料修复SD大鼠颅骨缺损修复8周后micro-CT三维重建图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图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
一种骨修复材料的制备方法，包括以下步骤：
1、将琼脂糖醋酸酯溶解于二甲基亚砜和丙酮的混合溶剂中，质量浓度为10％，其中二甲基亚砜与丙酮的体积比为1:1。
2、称取β-磷酸三钙加入到琼脂糖醋酸酯溶液中，其质量浓度为20％，搅拌均匀后，超声1min～30min。
3、称取氯化钠粒子(筛分后的尺寸为100μm～500μm)加入上述溶液中，氯化钠与琼脂糖醋酸酯的质量比为1:1，搅拌均匀后形成不流动的软面团状醋酸酯溶液/氯化钠粒子混合物。
4、填充至所需形状的模具中，待溶剂完全挥发后脱模，室温下将得到的支架浸泡在蒸馏水中缓慢搅拌溶去氯化钠粒子，每5h换一次水，并用AgNO3溶液检验残余的氯化钠，至不再有白色沉淀产生为止。
5、得到的多孔支架真空干燥24h后，环氧乙烷灭菌备用。所制得的骨修复材料的SEM图见图1。
实施例2
一种骨修复材料的制备方法，包括以下步骤：
1、将琼脂糖醋酸酯溶解于N,N-二甲基乙酰胺和丙酮的混合溶剂中，质量浓度为20％，其中N,N-二甲基乙酰胺与丙酮的体积比为1:2。
2、称取羟基磷灰石加入到琼脂糖醋酸酯溶液中，其质量浓度为30％，搅拌均匀后，超声1min～30min。
3、称取酒石酸钠粒子(筛分后的尺寸为200μm～400μm)加入上述溶液中，酒石酸钠与琼脂糖醋酸酯的质量比为1:30，搅拌均匀后形成不流动的软面团状醋酸酯溶液/酒石酸钠粒子混合物。
4、填充至所需形状的模具中，待溶剂完全挥发后脱模，室温下将得到的支架浸泡在蒸馏水中缓慢搅拌溶去酒石酸钠粒子，每5h换一次水，至不再有酒石酸钠粒子存在为止。
5、得到的多孔支架真空干燥24h后，辐照灭菌备用。
扩增SD大鼠骨髓间充质干细胞100万，种于支架上，风干3～4小时细胞粘附后加细胞培养液(低糖DMEM+10％FBS+1％双抗)，结果如图2，一周后骨髓间充质干细胞生长良好。
实施例3
一种骨修复材料的制备方法，包括以下步骤：
1、将琼脂糖醋酸酯溶解于二甲基亚砜和丙酮的混合溶剂中，质量浓度为20％，其中二甲基亚砜与丙酮的体积比为1:3。
2、称取石珊瑚粉末加入到琼脂糖醋酸酯溶液中，其质量浓度为40％，搅拌均匀后，超声1min～30min。
3、称取氯化钠粒子(筛分后的尺寸为200μm～500μm)加入上述溶液中，氯化钠与琼脂糖醋酸酯的质量比为30:1，搅拌均匀后形成不流动的软面团状醋酸酯溶液/氯化钠粒子混合物。
4、填充至所需形状的模具中，待溶剂完全挥发后脱模，室温下将得到的支架浸泡在蒸馏水中缓慢搅拌溶去氯化钠粒子，每5h换一次水，并用AgNO3溶液检验残余的氯化钠，至不再有白色沉淀产生为止。
5、得到的多孔支架真空干燥24h后，辐照灭菌备用。
SD大鼠颅骨缺损模型，颅骨缺损直径8mm，植入本实施例制得的石珊瑚复合支架，结果如图3，8周后复合支架具有良好的骨引导和骨诱导作用，加快骨修复的进程，有效改善骨修复的质量。
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 (6)

1.一种含琼脂糖醋酸酯骨修复复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将琼脂糖醋酸酯溶解于有机溶剂中，质量浓度为5～50％；再加入颗粒状无机非金属生物材料，质量浓度为1～70％；搅拌均匀后，超声1～30min；
所述的颗粒状无机非金属生物材料是羟基磷灰石、β-磷酸三钙、石珊瑚、珍珠、聚甲基丙烯酸甲酯、磷酸钙、生物活性玻璃或偏硅酸钙中的一种以上；
(2)取致孔剂加入到步骤(1)的反应体系中，致孔剂与琼脂糖醋酸酯的质量比为1:30～30:1，搅拌均匀后形成不流动的软面团状琼脂糖醋酸酯溶液/致孔剂混合物；将上述混合物填充至特定形状的模具中，待溶剂完全挥发后脱模，室温下将得到的材料浸泡在蒸馏水中缓慢搅拌溶去致孔剂，若干小时换一次水，直至致孔剂完全溶解，将得到的多孔材料真空干燥后，灭菌，得到骨修复复合材料；
所述的致孔剂是水溶性无机盐、糖类或冰粒子中的一种以上。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的有机溶剂是二甲基亚砜、丙酮、N,N-二甲基乙酰胺、二氯甲烷或三氯甲烷中的一种以上。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的琼脂糖醋酸酯，分子量是5～400kDa。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述的水溶性无机盐是氯化钠、酒石酸钠或碳酸氢铵的一种以上；
所述的糖类是葡萄糖或蔗糖。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的致孔剂，粒径是1μm～1000μm。
6.一种含琼脂糖醋酸酯骨修复复合材料，其特征在于：是由权利要求1-5任一项所述的方法制得。
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