CN109847108A - 一种锌基合金引导性骨组织再生膜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种引导性骨组织再生膜，所述材料是纯锌或锌合金。锌基合金屏障膜的力学性能和降解性能均优于传统的GTR/GBR膜，可以避免骨缺损区域膜塌陷带来的屏障作用消失；其性能及价格均优于目前临床采用的GTR/GBR膜，无免疫原性，锌基合金屏障膜在植入一段时间内能维持良好的力学支撑，同时具有可降解性，释放的锌离子又能促进骨再生，提高骨再生的质量和速度，本发明制备的锌基合金屏障膜具备良好的细胞相容性和组织相容性。

Description

一种锌基合金引导性骨组织再生膜

技术领域

本发明涉及一种口腔GTR/GBR膜材料，具体涉及一种锌基合金制成的口腔GTR或GBR膜，可以在引导性骨再生手术中应用。

背景技术

种植修复因具有良好的咀嚼功能、舒适度与美观效果，已逐渐成为缺失牙的首选修复方式。种植修复要求患者具有充足的骨质和骨量，然而，由创伤、肿瘤切除以及炎症等原因造成的种植区牙槽骨严重不足，导致无法植入种植体或种植修复失败。恢复骨缺损区域的牙槽骨组织，提高种植修复的长期成功率，是口腔临床治疗中亟待解决的难题。引导骨再生技术(Guidedboneregeneration，GBR)是解决这一难题的有效方法之一。

在骨缺损部位，周围结缔组织会快速向缺损部位迁移和生长，而骨组织的生长较结缔组织慢。GBR技术的原理是在骨缺损处利用屏障膜的物理屏障作用，阻挡在软组织与骨缺损之间，阻挡结缔组织和上皮组织向骨缺损部位的迁移，确保增殖速度较慢的成骨细胞和血管的生长，给骨缺损创造一个相对稳定的骨再生空间，保护迁移速度较慢的前体成骨细胞进入骨缺损区域，进而获得骨缺损区域的骨再生。其中，屏障膜是此项技术应用的关键所在。

根据屏障膜的降解特性不同，可将其分为二类：不可吸收膜与可吸收膜。临床应用的不可吸收膜主要是聚四氟乙烯(PTFE)与钛膜，可吸收膜主要是动物性胶原膜。不可吸收膜具有良好的生物相容性，能为骨缺损提供良好的空间。然而其为生物惰性材料，在体内不能降解，需要二次手术的取出，不仅增加了患者的痛苦和创伤，也加大了术后感染的可能性；并存在伤口裂开与膜暴露等风险。动物性胶原膜具有良好的生物相容性和组织贴合性，然而起机械性能不足，湿润状态下的强度低，缺乏足够的强度维持骨再生区域的空间；胶原在体内的降解速度过快，在新骨尚未形成之前就已经发生塌陷，骨再生的后期无法起到屏障作用。

发明内容

针对现有屏障膜存在不可降解屏障膜二次手术的问题与可吸收胶原膜降解速过快、机械强度差的问题，本申请提供一种锌基合金引导性骨组织再生膜。

一种引导性骨组织再生膜，所述再生膜是具有一定厚度的锌基合金屏障膜。

优选地，锌基合金为纯锌或锌合金，所述锌合金中的微量元素的质量百分含量小于3％，合金中的的微量元素包括锶、钙、硅、磷、锂、银、锡和稀土元素中的至少一种。

优选地，锌基合金屏障膜的厚度为1～30μm，膜无孔。

优选地，锌基合金屏障膜的厚度为1～30μm，膜上具有10μm～1000μm孔径的孔。

优选地，锌基合金屏障膜上可涂覆有可降解高分子涂层、陶瓷涂层或药物涂层。

优选地，所述可降解高分子涂层的制备材料可为下述1)和2)中至少一种：

1)聚己酸内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)、聚羟基乙酸(PGA)、L-聚乳酸(PLLA)、聚氰基丙烯酸酯(PACA)、聚酸酐、聚膦腈、聚对二氧杂环己烷酮、聚-羟基丁酸酯，聚羟基戊酸酯和壳聚糖中任一种；

2)聚乳酸(PLA)、聚己酸内酯(PCL)、聚羟基乙酸(PGA)、L-聚乳酸(PLLA)、聚氰基丙烯酸酯(PACA)和聚对二氧杂环己烷酮中的任意两种或两种以上的共聚物。

优选地，所述陶瓷涂层的制备材料为羟基磷灰石、磷酸三钙或磷酸氧四钙中的至少一种，所述药物涂层为匹伐他汀、硫酸软骨素、阿仑膦酸钠、雷帕霉素及其衍生物涂层、紫杉醇涂层、依维莫司涂层、西罗莫司涂层、丝裂霉素涂层中的至少一种。

本发明提供了一种引导性骨组织再生膜的制备方法，包括以下步骤：

1)选用原始锌基合金制成30μm厚的屏障膜；

2)步骤1)膜材料依次用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗，25℃下干燥；

3)不打孔或在步骤2)处理后的锌基合金屏障膜材料上制备出10μm～1000μm孔径的孔。

本发明具有如下优点：

(1)本发明锌基合金屏障膜在植入一段时间内能维持良好的力学支撑，同时具有可降解性，释放的锌离子又能促进骨再生，提高骨再生的质量和速度；

(2)本发明制备的锌基合金屏障膜具备良好的细胞相容性和组织相容性，降解产生的锌离子是人和动物正常生长、生殖和延长寿命所必需的微量元素之一；

(3)本发明的锌基合金屏障膜既克服了胶原膜降解过快的问题，又克服了钛膜二次手术的问题，也避免了镁合金屏障膜降解过程中产生氢气的问题；

(4)锌在世界金属产量和消耗量中居第四位，从原材料价格和后期材料制备等方面均远低于目前临床上已有GBR膜的成本，可以降低生产成本以及最终的治疗费用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1锌基合金屏障膜在模拟体液中浸泡不同时间段的扫描电镜图(SEM)。

图2锌基合金屏障膜在模拟体液中浸泡不同时间段的失重率和腐蚀速率。

图3锌基合金屏障膜在模拟体液中浸泡28天和60天后的X射线衍射图谱(XRD)。

图4锌基合金屏障膜在模拟体液中浸泡28天和60天后的傅里叶红外光谱谱图(FTIR)。

图5锌基合金屏障膜对MC3T3-E1细胞作用不同时间后的细胞相对增殖率(*p＜0.05)。

图6锌基合金屏障膜植入大鼠颅骨后6周和10周的micro-CT图。

图7为实施例4制备的锌基合金屏障膜植入大鼠颅骨后的新生骨体积分析结果，*代表P＜0.05，**代表P＜0.005。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

下述实施例中所用的百分含量，如无特别说明，均为质量百分含量。

实施例1、制备不同孔径锌基合金屏障膜

1)选用原始锌基合金制成30μm厚的屏障膜；

2)步骤1)膜材料依次用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗15分钟，25℃下干燥；

3)采用激光打孔工艺，在步骤2)处理后的锌基合金屏障膜材料上制备出孔径300μm，孔间距为1.2mm。

实施例2、锌基合金屏障膜腐蚀性能测试

将实施例1制备的两种锌基合金屏障膜，剪裁制备为10×10×0.03mm尺寸规格，在丙酮、无水乙醇和去离子水中分别超声清洗15分钟后，25℃下干燥。之后浸泡在Hank’s模拟体液(NaCl 8.0g，CaCl₂ 0.14g，KCl 0.4g，NaHCO₃ 0.35g，葡萄糖1.0g，MgCl₂·6H₂O 0.1g，Na₂HPO₄·2H₂O 0.06g，KH₂PO₄ 0.06g，MgSO4·7H₂O 0.06g，溶解于1L去离子水中)中，浸泡不同时间间隔后取出，观察样品表面，图1为无孔锌基合金在Hank’s模拟体液中分别浸泡3，7，14，21，28，60天后的扫描电镜照片，结果表明试样的表面保持完整，且随着浸泡时间的延长，表面沉积大量羟基磷灰石矿物，表明锌基合金屏障膜材料在降解的同时能够诱导骨矿物质的沉积，从而在体内可以促进骨组织的修复。图2为浸泡实验中所测锌基合金屏障膜的失重率和腐蚀速率，可看出，浸泡14天后，材料的失重率显著增加，60天的失重率为74.55±0.243％，腐蚀速率子在浸泡28天后逐渐趋于稳定，60天的腐蚀速率为0.052±0.003毫米/年。

图3为浸泡28天和60天，锌基合金屏障膜表面腐蚀产物的X射线衍射(XRD)图谱结果，图4为相对应的傅里叶红外光谱(FTIR)结果。从结果可以看出，锌基合金屏障膜浸泡生成的腐蚀产物主要包括少量氧化锌，碳酸钙和锌的磷酸盐。

实施例3、锌基合金屏障膜体外细胞相容性实验

按实施例2中所述方法制备相应尺寸规格的锌基合金屏障膜样品，以钛膜作为对照组，经γ射线消毒灭菌，置于无菌培养瓶中，按试样表面积与α-MEM细胞培养基体积之比为1.25cm²/mL的比例加入α-MEM细胞培养基，置于37℃、95％相对湿度、5％CO₂培养箱中72h，得到锌基合金屏障膜浸提液原液，密封，4℃冰箱保存备用。

浸提液与细胞接种培养及结果观察：将MC3T3-E1细胞复苏、传代后，悬浮于α-MEM细胞培养基中，接种于96孔培养板上，使最终细胞浓度为2～5×10⁴/mL。阴性对照组加入α-MEM细胞培养基，试验组加入不同浓度的锌基合金膜材料浸提液(50％浸提液和10％浸提液)和钛膜材料浸提液，置于37℃、5％CO₂培养箱中培养1，3，5天后分别取出培养板，在倒置相差显微镜下观察活细胞的形态并通过CCK8试剂盒进行细胞存活率的测试。

图5为MC3T3-E1细胞在不同浸提液中培养，相对于阴性组的细胞增殖率。结果表明，锌基合金屏障膜材料浸提原液的细胞毒性很大；当浸提液浓度稀释到50％和10％后，对细胞无显著毒性，与钛膜组无显著性差异，表现出良好的细胞相容性。由于在体内环境中存在体液循环，材料降解所产生的降解产物会被体液稀释，所以采用稀释浸提液评估细胞相容性更合理。通过细胞实验发现，本发明锌基合金屏障膜材料对成骨细胞具有良好的生物相容性。

实施例4、锌基合金屏障膜植入材料的制备及动物实验

通过剪裁制备得到尺寸为9×9×0.03mm的试验用膜材料，包括无孔，300μm孔径和1000μm孔径的锌基合金膜，及钛膜材料(编号分别为ZP0，ZP300，ZP1000，Ti)。取所制备的四种膜材料各8片，分别植入8只大鼠颅骨(颅骨缺损直径为6mm)。术后六周，十周后分别进行micro-CT分析(图6)和新生骨组织体积分数计算(图7)。结果表明，锌基合金屏障膜发生缓慢降解，术后十周仍能维持一定原始形貌，能够继续提供骨修复所需要的力学支撑力。术后十周，300μm孔径的锌基合金屏障膜组，新生骨最多，相较于其他组有显著性差异，表现出良好的生物相容性和一定的促骨生成能力。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行局部修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种引导性骨组织再生膜，其特征在于，所述再生膜是具有一定厚度的锌基合金屏障膜。

2.根据权利要求1所述的再生膜，其特征在于，锌基合金为纯锌或锌合金，所述锌合金中的微量元素的质量百分含量小于3％，合金中的微量元素包括锶、钙、硅、磷、锂、银、锡和稀土元素中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的再生膜，其特征在于，锌基合金屏障膜的厚度为1～30μm，膜无孔。

4.根据权利要求1所述的再生膜，其特征在于，锌基合金屏障膜的厚度为1～30μm，膜上具有10μm～1000μm孔径的孔。

5.根据权利要求1所述的再生膜，其特征在于，锌基合金屏障膜上可涂覆有可降解高分子涂层、陶瓷涂层或药物涂层。

6.根据权利要求5所述的再生膜，其特征在于，所述可降解高分子涂层的制备材料可为下述1)和2)中至少一种：

1)聚己酸内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)、聚羟基乙酸(PGA)、L-聚乳酸(PLLA)、聚氰基丙烯酸酯(PACA)、聚酸酐、聚膦腈、聚对二氧杂环己烷酮、聚-羟基丁酸酯，聚羟基戊酸酯和壳聚糖中任一种；

2)聚乳酸(PLA)、聚己酸内酯(PCL)、聚羟基乙酸(PGA)、L-聚乳酸(PLLA)、聚氰基丙烯酸酯(PACA)和聚对二氧杂环己烷酮中的任意两种或两种以上的共聚物。

7.根据权利要求5所述的再生膜，其特征在于，所述陶瓷涂层的制备材料为羟基磷灰石、磷酸三钙或磷酸氧四钙中的至少一种。

8.根据权利要求5所述的再生膜，其特征在于，所述药物涂层为匹伐他汀、硫酸软骨素、阿仑膦酸钠、雷帕霉素及其衍生物涂层、紫杉醇涂层、依维莫司涂层、西罗莫司涂层、丝裂霉素涂层中的至少一种。

9.一种引导性骨组织再生膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)选用原始锌基合金制成30μm厚的屏障膜；

2)步骤1)膜材料依次用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗，25℃下干燥；

3)不打孔或在步骤2)处理后的锌基合金屏障膜材料上激光打孔制备出10μm～1000μm孔径的孔。

10.权利要求1所述的引导性骨组织再生膜在引导性骨再生手术中应用。