CN107456603A - 一种富集镁离子的骨支架材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生物工程技术领域，尤其涉及一种富集镁离子的骨支架材料及其制备方法。本发明将镁富集到经过脱细胞的生物骨中，分别集合了天然骨与镁离子在骨修复中的作用，同时，由于天然骨的高度空隙结构赋予其较大表面积，便于镁离子附着于生物骨表层，更好的诱导成骨细胞在骨支架上粘附及内生长，不需要额外的以其他方式补充镁元素。

Description

一种富集镁离子的骨支架材料及制备方法
技术领域
本发明涉及生物工程技术领域，尤其是一种富集镁离子的骨支架及制备方法。
背景技术
因严重创伤、骨肿瘤、骨髓炎等多种原因导致的骨缺损十分常见，骨缺损通常的治疗方法是进行骨移植修复手术，作为骨缺损修复及组织工程的基质材料可分为以下几种：天然骨及衍生物；人工合成材料；各种材料组成的复合物等。
现有技术中，脱细胞骨支架是对骨组织进行处理，剔除其中的细胞抗原成分，保留细胞外基质及其三维支架结构，能够为宿主细胞提供生长和代谢的场所，可诱导宿主细胞长入，促进自体成骨细胞在其支架内生长，从而完成对缺损骨组织的修复和重建。它具有良好的组织相容性和力学性能，能够在修复过程中通过骨重塑过程与自体骨完全融合，成为人体骨组织的一部分。
中国发明专利申请公布号为CN 1552467 A，名称为“一种异种脱细胞骨基质材料及制备方法”的专利文献，公开了一种异种脱细胞骨基质材料以及脱细胞的整个过程，脱去了骨材料中的细胞，并消除了原骨材料的抗原。
中国发明专利申请公布号为CN 102580152 A，名称为“一种制备脱细胞骨的方法”的专利文献，公开了一种脱细胞彻底，对骨细胞外基质天然结构损害轻的脱细胞骨及制备方法。该脱细胞骨可供人体组织缺损的修复治疗。
镁元素是人体代谢必需的元素，尤其能刺激新骨生长。现有技术中有采用镁基材料或制备可控降解的镁基合金，用于作为植入材料。
中国发明专利申请公布号为CN 104415403 A，名称为“一种可控降解的镁基金属材料”，公开了一种可控降解的镁基金属材料，是将镁基金属材料表面涂覆改性生物活性玻璃成分，以控制镁基金属材料的降解时间。
中国发明专利申请公布号CN 102652840 A，名称为“一种医用生物可降解镁合金复合材料”，公开了一种医用生物可降解镁合金复合材料，是在医用镁合金材料的表层涂敷或注塑工艺结合在一起，以控制镁合金的降解时间。
从以上可得知，现有技术中，是镁元素与其他辅助的可降解的化学材料制成的可植入的骨支架，是为了防止镁基材中的镁降解速度过快，而采用其他化学材料进行缓释，因此，对辅助可降解化学材料要求较高，镁元素的释放速率也需要精密控制，增加制作成本。
发明内容
本发明为解决以上技术问题，提供了一种富集镁离子的骨支架材料，是将镁富集到经过脱细胞的生物骨中。本发明采用了如下技术方案：
一种富集镁离子的骨支架材料的制备方法，包括，
步骤一，对生物骨进行脱细胞处理，破坏细胞和间质蛋白，去除抗原成分，得到脱细胞失活骨；
步骤二，制备镁离子的水溶液，将脱细胞失活骨浸泡于镁离子的水溶液中，一段时间后取出，失活骨中富集了镁离子；
步骤三，将富集了镁离子的失活骨使用清水清洗，并真空干燥，灭菌，得到富集镁离子的骨支架材料。
优选地，步骤二中，镁离子的水溶液中，镁离子的浓度为0.5mol/L～饱和浓度。
优选地，步骤二中，镁离子的水溶液中，镁离子的浓度为饱和浓度。
更优选地，步骤二中，脱细胞失活骨浸泡于水溶液中，溶液温度为15～95℃。
更优选地，步骤二中，脱细胞失活骨浸泡于水溶液中，温度为90℃。
优选地，步骤三中，灭菌采用辐照，辐照的剂量为25KGy～50KGy。
一种富集镁离子的骨支架材料，应用以上任一所述的方法制备得到，骨支架材料中镁离子的质量分数为0.2～4％。
本发明选取生物骨可为同种骨、异体骨及异种骨等任一种天然骨。
本发明中，生物骨表层具有一种特殊结构，使得生物骨表层能作为离子储存库，所以镁离子能够富集于生物骨表层，而生物骨中大量的孔隙结构，这些孔隙结构既有较大尺寸，如微米级的孔隙，也有较小尺寸，如纳米级的孔隙，这样空隙结构内具有较大的表面积，为镁离子的富集提供了理想的场所，镁离子很容易附着在骨架内，天然骨同时具有类似自体骨的结构，组成和结构符合生理要求，有利于细胞的生长，自体骨与植入骨融合之后无差别，但是，现有植入天然骨在失活处理过程中其骨融合性会受到影响，而镁离子的富集在宏观上会促进植入骨与自体骨的融合；从微观上来看，对骨融合的促进一方面是因为镁离子的存在促进了血管的侵入，从而带来了大量的细胞，另一方面是因为镁离子从镁离子富集骨支架释放出来以后会直接促进细胞的生长分化。
本发明中，可采用任意可溶解于水中的镁的化合物。
本发明中，镁元素能够促进成骨细胞生长分化及骨修复相关蛋白质分泌。
本发明将镁离子富集到脱细胞的生物骨中，分别集合了生物骨与镁离子在骨修复中的作用，同时，由于生物骨具有孔隙，镁离子附着于生物骨表层中，更好的诱导自成骨细胞在骨支架表层的粘附及生长，不需要额外的以其他方式补充镁元素。
本发明中天然骨支架内空隙率高，孔径小，比表面积大，吸附能力强，洗脱作用弱，镁离子吸附于骨支架内，不容易被洗脱，植入体内在体内液体环境内也不容易流失，诱导成骨细胞生长的作用更好。
本发明中，将脱细胞生物骨浸泡于镁离子溶液中，脱细胞生物骨在液体环境中，会通过表层所具有的离子交换功能将周围环境中的镁离子附着在脱细胞生物骨表层。
本发明中，镁离子在水溶液中在一定温度范围内，随着温度的升高，更多的镁离子吸附到骨架内，更增加了镁离子在骨架内富集量；在一定温度范围内，温度升高会赋予离子更高的动能从而加快离子交换的速率；而当温度继续升高时，会破环失活骨的微结构释放更大的表面积，从而使得其镁离子吸附能力增强。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1、
本实施例所采用的原料为牛股骨中的松质骨部分，但实现本发明不仅限于牛骨，任何松质骨均可。实验时，对牛骨依次进行切片、清除油脂、病毒灭活，然后采用胰蛋白酶、激活剂和脱脂剂组成的脱细胞液对牛骨进行脱细胞处理。脱细胞后，对牛骨在真空条件下进行干燥，并称重。将称重后的脱细胞牛骨浸泡于硫酸镁溶液，一段时间后取出，得到了富集有硫酸镁的脱细胞牛骨。然后将该富集有硫酸镁的脱细胞牛骨置于清水中漂洗，0.5小时后取出，在真空条件下干燥，直至质量不再发生变化然后再称重，计算,并采用辐照灭菌，辐照的剂量为25KGy～50KGy。
本实施例分两组实验，第一组实验为测试牛骨富集镁离子的浓度变化，本组实验制备四个不同浓度的镁离子溶液，将同质同量的牛骨分别浸泡其中，4个小时后，分别取出干燥，称取牛骨质量后，用酸液将牛骨溶解并稀释，采用ICP-AES测得稀释液内的镁离子浓度，并计算得牛骨内富集镁离子的数据，具体数值如表1。
表1.
组别 ① ② ③ ④
镁离子溶液初始浓度(mol/L) 0.5 1 1.5 2.5
牛骨富集镁含量(w％) 0.669 0.692 0.708 0.584
从表1的实验可以看出，在一定的浓度范围内，镁离子溶液浓度越高，牛骨内富集镁离子的含量越高，但是镁离子溶液浓度过高时，会影响牛骨内富集镁离子的含量。这是由于镁离子浓度增加会提高溶液粘度，从而影响往微观孔隙结构内渗透，进而降低了镁离子在骨架内富集量。
第二组实验，将牛骨浸泡于初始浓度为1.5mol/L硫酸镁溶液中，测试随着时间的变化，牛骨内富集的镁离子的含量变化，具体实验参数如表2。
表2.
组别 ⑤ ⑥ ⑦ ⑧
时间(h) 0.25 4 24 48
牛骨富集镁含量(w％) 0.628 0.708 0.720 0.727
表2的实验显示，随着时间增加，牛骨内富集的镁离子含量也越大，在前期富集量速度较后期富集速度快。
实施例2
在实施例1中发现，镁离子浓度接近于饱和时，牛骨富集镁离子的含量反而下降，本实施例采用温度变化的方式，在牛骨中富集镁离子。表3为本实施例的实验数据。其中A组为变化组，B组为对照1组，C组为对照2组。
其中A组为溶液初始浓度为2.5mol/L,溶液初始温度为90℃，并且在4小时内溶液温度逐渐降低，由90℃逐渐降低至25℃，牛骨内富集镁离子的量；B组为溶液初始浓度为2.5mol/L,并且溶液温度保持25℃，4小时内牛骨内富集镁离子的量；C组为溶液初始浓度为1.5mol/L,并且溶液温度保持25℃在4小时内牛骨内富集镁离子的量。
表3.
组别 A B C
镁离子溶液初始浓度(mol/L) 2.5 2.5 1.5
牛骨富集镁含量(w％) 0.812 0.584 0.708
从表3中可以看出，镁离子溶液温度升高，会增加牛骨中镁离子的富集量。
在本发明的试验中所限定的温度范围内，镁离子溶解度在15℃～95℃的温度变化范围内，溶解度的变化范围为54～66g/100mL，从实验观察来看，选择合适的镁离子浓度以及合适的温度，牛骨中镁离子的富集量可达到1.5％.
在具体实验过程中，所采用的牛骨，牛骨富集镁离子的含量在0.2％～1.5％的范围内，在使用其他骨，如鼠骨，富集镁离子的含量达到2％～4％，甚至于更高。
并且，在具体实验过程中，发现，如镁离子浓度为饱和浓度时，在骨内富集镁离子的含量超过0.5％，并且随着温度越高镁离子的饱和浓度越高，骨内能富集更多的镁离子。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种富集镁离子的骨支架材料的制备方法，其特征在于：方法包括，
步骤一，对生物骨进行脱细胞处理，破坏细胞和间质蛋白，去除抗原成分，得到脱细胞失活骨；
步骤二，制备镁离子的水溶液，将脱细胞失活骨浸泡于镁离子的水溶液中，一段时间后取出，失活骨中富集了镁离子；
步骤三，将富集了镁离子的失活骨使用清水清洗，并真空干燥，灭菌，得到富集镁离子的骨支架材料。
2.根据权利要求1所述的一种富集镁离子的骨支架材料的制备方法，其特征在于：步骤二中，镁离子的水溶液中，镁离子的浓度为0.5mol/L～饱和浓度。
3.根据权利要求2所述的一种富集镁离子的骨支架材料的制备方法，其特征在于：步骤二中，镁离子的水溶液中，镁离子的浓度为饱和浓度。
4.根据权利要求1所述的一种富集镁离子的骨支架材料的制备方法，其特征在于：步骤二中，脱细胞失活骨浸泡于镁离子的水溶液中，溶液温度为15～95℃。
5.根据权利要求4所述的一种富集镁离子的骨支架材料的制备方法，其特征在于：步骤二中，脱细胞失活骨浸泡于水溶液中，温度为90℃。
6.根据权利要求1所述的一种富集镁离子的骨支架材料的制备方法，其特征在于：步骤三中，灭菌采用辐照，辐照的剂量为25KGy～50KGy。
7.一种富集镁离子的骨支架材料，其特征在于：应用权利要求1～7任一所述的方法制备得到，骨支架材料中镁离子的质量分数为0.2～4％。
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