CN108379652A

CN108379652A - 兼具诱导降解特性骨水泥及其制备方法

Info

Publication number: CN108379652A
Application number: CN201810404802.7A
Authority: CN
Inventors: 张旗; 张铁
Original assignee: Hubei Joint Biological Material Co Ltd
Current assignee: Hubei Joint Biological Material Co Ltd
Priority date: 2018-04-28
Filing date: 2018-04-28
Publication date: 2018-08-10

Abstract

本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种兼具诱导降解特性骨水泥及其制备方法。所述骨水泥由粉体和固化液按照1：0.3～1.2的比例组成，所述粉体的各组分按质量百分比计为：硫酸钙盐30％～70％、磷酸钙盐20％～60％、无机添加剂0.1％～5％、有机添加剂0.1％～5％和DBM骨粉0％～20％；所述固化液为磷酸盐溶液。本发明所述骨水泥具有优秀的抗压强度，且降解速度与骨生长速度相当；具有优异生物相容性，骨传导性和骨诱导性；本申请可以通过控制液固比制备成不同的剂型，其中注射型产品可用于微创，具有较好的抗溃散性能；泥状产品可任意塑形，可满足病人的各种需求。

Description

兼具诱导降解特性骨水泥及其制备方法

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种兼具诱导降解特性骨水泥及其制备方法。

背景技术

在全球范围内，骨移植是仅次于输血的第二大组织移植。目前，用于治疗骨缺损的三种材料主要是自体骨，同种异体骨以及人工骨。其中自体骨始终作为骨移植的金标准，治疗效果最好，但是手术过程较为复杂，需要从病人身体取骨，导致术后疼痛和并发症；同种异体骨，如脱钙骨基质(DBM)，虽然不会额外给人造成痛苦，同时具有较好的骨诱导性，促进成骨细胞生长，但是材料来源不足；所以相对于自体骨和同种异体骨，人工骨具有来源广泛，产品多样化的优势。

硫酸钙作为一种传统的骨修复材料，具有良好的生物相容性和骨传导性，已在临床上取得较优异的成果。如美国Wright公司研制的第一代骨移植替代产品Osteoset，Osteoset的晶体结构高度一致，植入体内后其吸收速率稳定；以及后续研发生产的可注射骨水泥(MIIG)，克服了Osteoset需预先成型，不能满足完全填充骨缺损腔隙，同时适用于微创手术，减轻病人痛苦。英国Biocomposites公司研发的预成型产品Stimulan和注射型产品Genex，其主要成分同样为高纯度的半水硫酸钙，在临床上同样取得了较好的疗效。但是，硫酸钙骨水泥同时也存在可注射时间较短、降解时间过快，缺乏骨诱导活性等缺点。为了克服硫酸钙骨水泥降解速度过快，同时不具有骨诱导性的缺点，美国Wright公司研发了一种以α-半水硫酸钙，β-TCP和DBM为主要原料的骨水泥产品，该产品具有较好的成骨效果，但是该产品与英国Biocomposites公司相关产品一样，必须依托医用级的α-半水硫酸钙，否则其力学性能和降解性能都会受到一定影响，同时，其中β-TCP不能够自固化，所以仅仅起到了减慢降解速度，提供钙源磷源的作用，所以当硫酸钙降解后，骨水泥难以起到力学支撑的作用。

磷酸钙具有良好的生物活性、生物相容性和可注射性，能够提供人体成骨所需的钙离子和磷酸根离子；但是磷酸钙类骨水泥可降解性能差，阻碍骨组织的生长；而解决这一缺点的普遍手段为制作多孔生物陶瓷，利于成骨细胞和生长因子的长入和吸附，但是这类产品力学强度较差，同时难以满足微创治疗。

由于单一材料制备的人工骨由于自身材料的缺陷，往往难以满足多方面的要求。所以，选用两种或者两种以上材料，综合材料各方面的优势，避免材料的缺点，共同达到临床上各方面的要求就显得尤为重要。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种兼具诱导降解特性骨水泥及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

一种兼具诱导降解特性骨水泥，由粉体和固化液按照1：0.3～1.2的比例组成，所述粉体的各组分按质量百分比计为：硫酸钙盐30％～70％、磷酸钙盐20％～60％、无机添加剂0.1％～5％、有机添加剂0.1％～5％和DBM骨粉0％～20％。

上述方案中，所述固化液为磷酸盐溶液。

上述方案中，所述硫酸钙盐为半水硫酸钙和二水硫酸钙。

上述方案中，所述半水硫酸钙为α-半水硫酸钙和/或β-半水硫酸钙。

上述方案中，所述半水硫酸钙和二水硫酸钙的质量比为1:0.2～2。

上述方案中，所述磷酸钙盐为α-磷酸三钙。

上述方案中，所述无机添加剂为氯化钙、柠檬酸钠和硫酸镁中的一种或几种。

上述方案中，所述有机添加剂为海藻酸钠、透明质酸、壳聚糖、纤维素、明胶和聚乳酸中的一种或几种。

上述方案中，所述DBM骨粉为同种异体骨粉，尺寸为100μm～900μm。

上述兼具诱导降解特性骨水泥的制备方法，包括如下步骤：

(1)按照质量百分比称取30％～70％硫酸钙盐，20％～60％磷酸钙盐，0.1％～5％无机添加剂，0.1％～5％有机添加剂；在常温下机械研磨混合均匀，得到骨水泥粉体；

(2)取一定量骨水泥粉体和固化液，按照固液质量比1：0.3～1.2混合搅拌均匀，得到骨水泥浆；

(3)将质量百分比为0～20％的DBM颗粒添加到步骤(2)所得混合均匀的骨水泥浆中，继续搅拌，使得DBM骨粉在骨水泥浆中分散均匀，得到兼具诱导降解特性的骨水泥。

上述方案中，步骤(1)所述机械研磨混合均匀的时间为10～120min。

上述方案中，采用不同的固液比可制成注射型骨水泥产品、泥状骨水泥产品或预成型骨水泥产品，所述预成型骨水泥产品是通过将骨水泥在恒温恒湿的条件下固化成型、冷冻干燥得到。

本发明得到骨水泥应用于骨修复领域，可塑形，可以制作为注射型、泥状和预成型产品，骨水泥固化后能够形成分布均匀的硫酸钙和磷灰石两相结构，由于成核剂以及促进固化成分的存在，其中硫酸钙相主要为半水硫酸钙转化为二水硫酸钙形成的，磷灰石相为α-TCP转化为缺钙型羟基磷灰石过程中形成的，两相都能起到力学支撑的作用，本发明所述骨水泥固化后，抗压强度能够达到10～30MPa。

骨水泥在降解的过程中，其中硫酸钙相会优先降解，提供大量的钙源，同时形成大量的空隙，促进成骨以及成骨细胞的长入，与此同时，磷灰石相可以起到一定的力学支撑作用，同时在后期提供钙源和磷酸根离子，在成骨的过程中保证钙源的存在，这样可以避免硫酸钙骨水泥降解过快或者磷灰石骨水泥降解过慢而不利于成骨的缺点。此外，DBM骨粉还能起到诱导成骨的效果，进一步提高骨水泥的促进成骨的能力。

本发明的有益效果：相比较于现有产品，本发明所用硫酸钙不局限于医用级α-半水硫酸钙，拓宽了原料来源，同时所述骨水泥还具有以下优点：1)具有优异生物相容性，骨传导性和骨诱导性；2)所述骨水泥具有优秀的抗压强度和降解速率；3)本申请可以通过液固比制备成不同的剂型，其中注射型可用于微创，泥状产品可任意塑形，可满足病人的各种需求；4)本发明所述注射型产品的固化时间为10min～20min，能够满足临床需求，且混合简单，方便临床操作；5)本发明所述注射型产品可注射性好，具有较好的抗溃散性能；6)本发明中硫酸钙相和磷酸钙相都能原位固化，起到力学支撑的作用，且后期能够形成多孔结构，一方面起到力学支撑的作用，另一方面有助于成骨细胞的长入。

附图说明

图1为本发明所述骨水泥在生理盐水中浸泡后的截面SEM图。

图2为本发明所述骨水泥在生理盐水中浸泡后的成分分析XRD图。

图3为本发明所述骨水泥注射到生理盐水中放置三天后的形貌。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

一种兼具诱导降解特性骨水泥(注射型)，通过如下方法制备方法：将β-半水硫酸钙30份，二水硫酸钙10份，α-TCP 55份，羧甲基纤维素钠2份，氯化钙3份，通过机械研磨10min，使粉体混合均匀，然后按照固液比1:0.4添加2wt％磷酸氢二钠溶液，搅拌成泥状，然后转移到注射器中，注射到生理盐水中，三天不溃散，可注射时间为17min，注射到模具中，然后放入恒温恒湿箱(温度37℃，湿度98％)中固化成型，固化3d后，抗压强度为27MPa。

实施例2

一种兼具诱导降解特性骨水泥(注射型)，通过如下方法制备方法：将α-半水硫酸钙20份，二水硫酸钙25份，α-TCP 47份，透明质酸钠2份，柠檬酸钠1份，通过机械研磨20min，使粉体混合均匀，然后按照固液比1：0.5添加2wt％磷酸氢二钠溶液，搅拌成泥状，然后添加5份DBM骨粉，继续搅拌1min，使DBM分散均匀。将样品转移到注射器中，注射到生理盐水中，三天不溃散，可注射时间为16min，注射到模具中，然后放到恒温恒湿箱(温度37℃，湿度98％)中固化成型，固化3d后，抗压强度为21MPa。

实施例3

一种兼具诱导降解特性骨水泥(注射型)，通过如下方法制备方法：将β-半水硫酸钙30份，二水硫酸钙15份，α-TCP 40份，海藻酸钠2份，氯化钙3份，通过机械研磨10min，使粉体混和均匀，然后按照固液比1:0.6添加3wt％磷酸氢二钠溶液，搅拌成泥状，然后添加10份DBM骨粉，继续搅拌1min，使DBM分散均匀。将样品转移到注射器中，注入到生理盐水中，可注射时间为16min，三天不溃散，注射到模具中，然后在恒温恒湿箱(温度37℃，湿度98％)中固化成型，固化3d后，抗压强度为19MPa。

实施例4

一种兼具诱导降解特性骨水泥(面泥型)，通过如下方法制备方法：将半水硫酸钙20份，二水硫酸钙15份，α-TCP 40份，海藻酸钠2份，透明质酸1份，硫酸镁2份，透过机械研磨15min，使粉体混合均匀，然后按照固液比1:0.6添加2wt％磷酸氢二钠溶液，混合成泥状，然后添加20份的DBM骨粉，继续搅拌1min，使DBM分散均匀。所述骨水泥用手可以任意塑形，可塑形时间为13min，放入模具中，在恒温恒湿箱(温度37℃，湿度98％)中固化成型，固化3d后，抗压强度为14MPa。

实施例5

一种兼具诱导降解特性骨水泥(注射型)，通过如下方法制备方法：将半水硫酸钙17份，二水硫酸钙23份，α-TCP 55份，海藻酸钠2份，透明质酸1份，硫酸镁2份，透过机械研磨20min，使粉体混合均匀，然后按照固液比1:0.6添加3wt％磷酸氢二钠溶液，混合成泥状，然后添加8份DBM骨粉，继续混合1min，使DBM骨粉分散均匀。将样品转移到注射器中，注射到生理盐水中，三天不溃散，可注射时间为16min，放入模具中，在恒温恒湿箱(温度37℃，湿度98％)中固化成型，固化3d后，抗压强度为19MPa。

实施例6

一种兼具诱导降解特性骨水泥(预成型)，通过如下方法制备方法：将半水硫酸钙17份，二水硫酸钙23份，α-TCP 55份，羟丙甲纤维素2份，透明质酸1份，硫酸镁2份，透过机械研磨15min，使粉体混合均匀，然后按照固液比1:0.3添加3wt％磷酸氢二钠溶液，混合成泥状。将样品填充到模具中，在恒温恒湿箱(温度37℃，湿度98％)中固化成型，固化3d后，经冷冻干燥，得到预成型产品，抗压强度为29MPa。

图1为本发明所述骨水泥在生理盐水中浸泡后的截面SEM图，即骨水泥的微观形貌，其中(a)为骨水泥样品在生理盐水中浸泡2周的微观形貌，(b)为骨水泥样品在生理盐水中浸泡5周的微观形貌，从图1中可以看出：骨水泥产品在生理盐水里浸泡的过程中，硫酸钙相优先逐渐的降解，同时形成大量的多孔结构，可以促进成骨以及成骨细胞的长入及生长，与此同时，磷灰石相可以起到一定的力学支撑作用。

图2为本发明所述骨水泥在生理盐水中浸泡后的成分分析XRD图，其中(a)为骨水泥样品在生理盐水中浸泡2周后的成分分析，(b)为骨水泥样品在生理盐水中浸泡5周后的成分分析，从图中可以看出：骨水泥产品在生理盐水里浸泡的过程中，会形成以二水硫酸钙和缺钙羟基磷灰石这两相为主的结构，且二水硫酸钙会优先降解。

图3为本发明所述骨水泥注入到生理盐水中放置3天后的形貌，从图中可以看出，骨水泥样品能够均匀的注射出，且具有良好的抗溃散性能。

本发明所述骨水泥在降解的过程中，其中硫酸钙相会优先降解，提供大量的钙源，同时形成大量的空隙，促进成骨以及成骨细胞的长入，与此同时，磷灰石相可以起到一定的力学支撑作用，同时在后期提供钙源和磷酸根离子，在成骨的过程中保证钙源的存在，这样可以避免硫酸钙骨水泥降解过快或者磷灰石骨水泥降解过慢而不利于成骨的缺点；此外，DBM骨粉还能起到诱导成骨的效果，进一步提高骨水泥的促进成骨的能力。

本申请通过调节液固比制备成不同的骨水泥剂型，其中注射型可用于微创，泥状产品可任意塑形，可满足病人的各种需求；本发明所述注射型产品的固化时间为10min～20min，能够满足临床需求，且混合简单，方便临床操作；本发明所述注射型产品可注射性好，具有较好的抗溃散性能。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims

1.一种兼具诱导降解特性骨水泥，其特征在于，由粉体和固化液按照1：0.3~1.2的比例组成，所述粉体的各组分按质量百分比计为：硫酸钙盐30%~70%、磷酸钙盐20%~60%、无机添加剂0.1%~5%、有机添加剂0.1%~5%和DBM骨粉0%~20%。

2.根据权利要求1所述的兼具诱导降解特性骨水泥，其特征在于，所述固化液为磷酸盐溶液。

3.根据权利要求1所述的兼具诱导降解特性骨水泥，其特征在于，所述硫酸钙盐为半水硫酸钙和二水硫酸钙。

4.根据权利要求1所述的兼具诱导降解特性骨水泥，其特征在于，所述磷酸钙盐为α-磷酸三钙。

5.根据权利要求1所述的兼具诱导降解特性骨水泥，其特征在于，所述无机添加剂为氯化钙、柠檬酸钠和硫酸镁中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的兼具诱导降解特性骨水泥，其特征在于，所述有机添加剂为海藻酸钠、透明质酸、壳聚糖、纤维素、明胶和聚乳酸中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的兼具诱导降解特性骨水泥，其特征在于，所述DBM骨粉为同种异体骨粉，尺寸为100μm~900μm。

8.权利要求1~7中任一所述兼具诱导降解特性骨水泥的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）按照质量百分比称取30%~70%硫酸钙盐，20%~60%磷酸钙盐，0.1%~5%无机添加剂，0.1%~5%有机添加剂；在常温下机械研磨混合均匀，得到骨水泥粉体；

（2）取一定量骨水泥粉体和固化液，按照固液质量比1：0.3~1.2混合搅拌均匀，得到骨水泥浆；

（3）将质量百分比0%~20%的DBM颗粒添加到步骤（2）所得混合均匀的骨水泥浆中，继续搅拌，使得DBM骨粉在骨水泥浆中分散均匀，得到兼具诱导降解特性的骨水泥。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述机械研磨混合均匀的时间为10 ~120 min。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，采用不同的固液比可制成注射型骨水泥产品、泥状骨水泥产品或预成型骨水泥产品，所述预成型骨水泥产品是通过将骨水泥在恒温恒湿的条件下固化成型、冷冻干燥得到。