CN109999223A - 一种用于修复牙槽骨的可调控人工骨修复系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于修复牙槽骨的可调控人工骨修复系统，属于医疗器械领域及骨修复材料领域，具体涉及一种可用于修复牙槽骨的可调控人工骨修复系统。所述系统由4部分组成，包括：①可降解天然聚合物，②可降解人工聚合物，③生物陶瓷，④金属。本发明可根据缺失骨组织的性质，为缺损部位制作与其形态、生物活性、机械性能、降解/成骨速率等相符的的骨替代物。该骨修复系统主要用于牙槽骨修复，也可用于牙种植体制作，颅骨修复，腿骨修复，软骨修复等。本发明通过添加不同的组份，调整不同组份的比例，实现满足不同患者，不同骨组织缺陷的骨替代物的目标。本发明所述可调控人工骨修复系统适用于3D打印系统。

Description

一种用于修复牙槽骨的可调控人工骨修复系统

技术领域

本发明属于医疗器械领域及骨修复治疗领域，具体涉及一种由多种材料复合制作而成的可调控人工骨修复系统及其制备方法。

背景技术

目前，由于事故和疾病等原因造成的人体硬组织损伤逐年增加，骨修复材料是作为骨替代物治疗骨组织损伤的重要医用材料。根据骨损伤部位的性质不同，所需的骨修复材料的性质也不一样，如牙槽骨修复需要机械强度高，生物相容性好，降解速率与骨再生速率相适应的的修复材料如羟基磷灰石复合材料等。目前已有3D打印技术能根据骨缺失部位的实际形貌，进行专人定制骨替代物，但还没有能根据缺失部位的骨性质进行配制的骨修复材料。

目前用于牙槽骨修复的材料主要有自体骨、异体骨（Liu J , 2016）以及骨替代品（磷酸钙生物材料，生物陶瓷、可降解聚合物）等。由于自体骨会引起人体额外损伤，异体骨材料缺乏，单一骨替代品性质单一，不能满足对骨修复材料的综合需求。因此出现了不同材料混合使用的情况，例如姜凌云等在壳聚糖修饰的羟基磷灰石-磷酸三钙修复犬牙槽骨缺损的实验研究一文中利用壳聚糖（CS）溶液修饰羟基磷灰石-磷酸三钙（HA-TCP）的复合材料修复犬牙槽骨的实验证明：CS修饰后的HA-TCP符合材料修复犬牙槽骨缺损效果优于单纯HA-TCP修复牙槽骨缺损。鲁敬雄研究了钙镁作为骨再生材料的生物活性，研究结果清晰的显示了材料逐步降解，新骨逐渐生成的过程。

以“alveolar bone”为关键词检索美国专利局和欧洲专利局网站，共检索到17篇相关专利，其中3篇相关度较高。专利【US 20150165088 A1】提供了一种再生牙槽骨的方法，其中骨组织在种植体或牙根和牙槽骨之间的间隙中再生，该方法包括在牙龈中围绕嵌入牙槽骨的种植体或在牙根进行切口，将第一空气吹入种植体和牙根之间的间隙中以及肺泡骨中，以去除间隙中存在的部分受感染的肉芽组织，并用激光照射该间隙使留在该间隙中的受感染的肉芽组织变性，然后将含有钙的第二空气微粒和水吹入该间隙，以去除该变性的肉芽组织。感染的肉芽组织，用湿微粒填充空隙。专利【US 20140199657 A1】所述为一种用于肺泡骨再生的膜，通过一个中心孔将植入物插入肺泡骨，其通过适应填充骨缺损区域的骨移植材料来引导骨的生成。专利【US6019764A】所述为一种修复牙龈组织下牙槽骨缺损的方法，将一层柔性高密度聚四氟乙烯（PTFE）材料覆盖在牙槽骨缺损上，位于缺损周围的骨和牙龈组织之间。以“牙槽骨”为关键词搜索中国专利局网站，共得到342项相关专利，其中有6篇相关度较高。专利【CN 109289092 A】所述材料包括中间层（仿牙釉质层和仿牙本质层）、最外层（由磷酸钙、羟基磷灰石、磷酸钙骨水泥等材料混合而成），中间层与最外层之间由生物活性玻璃颗粒填充而成，在临床植入牙槽骨之前将成牙本质细胞、成纤维细胞、组织细胞和未分化间充质干细胞分别依次注入中间层的空腔，形成最内层。由青岛慧生惠众生物科技有限公司申请的发明专利【CN107469151 A】中公开了一种由骨粉、金属盐与氨基糖组成的牙槽骨修复材料，该牙槽骨具有较好的成骨引导和促进作用。北京爱康宜诚医疗器械股份有限公司公布的专利号为【CN 104587529 A】的发明专利提出了一种牙槽骨修复材料，该牙槽骨修复材料主要来源于哺乳动物的脊骨、股骨的松质骨部分，成分中主要包括羟基磷灰石和β-磷酸三钙。北京大清生物技术有限公司在专利号为【CN 101366973 B】的发明专利中提出了一种由复合骨粉和支架材料构成的修复材料，支架材料的主要成分是含羧基的高分子材料和含氨基的高分子材料。专利【CN109199615A】所述牙槽骨再生材料包括三层，最外层由可生物降解的聚合物纤维、陶瓷多孔材料以及生物活性玻璃颗粒混合而成。中间层主要材质包括羟基磷灰石、碳酸钙、胶原蛋白等，最内层由成牙本质细胞、成纤维细胞、组织细胞和未分化的间充质干细胞混合而成。专利【CN 106512104 A】所述矿化胶原基牙槽骨修复材料包括胶原溶液、钙离子水溶液、磷酸根离子水溶液等，并通过冷冻干燥等技术成型。以“Artificial alveolar bone”为关键词所搜PubMed数据库，共搜索到1699篇相关文献，按照Best Match排序，有2篇相关度较高。其中有Carmo ABXD等在【Alveolar bonerepair with strontium- containing nanostructured carbonated hydroxyapatite】一文中利用纳米碳酸磷灰石/钠与含5%锶微球的纳米碳酸磷灰石/钠材料修复大鼠牙槽骨缺损，结果证明两者均具有良好的生物相容性，骨引导性能及可生物吸收性能。同时也暗示了其在临床骨替代物中应用的潜在可能性。Tomoki Nampo等在【A New Method for AlveolarBone Repair Using Extracted Teeth for the Graft Material】一文中提出用拔除的牙齿作为治疗牙槽骨缺损的材料。研究表明，8周时植牙材料产生的新骨量与髂骨材料产生的相当，术后6周和8周，牙和髂骨移植材料均表达骨桥蛋白。

本发明所述一种用于修复牙槽骨的可调控人工骨修复系统，可根据牙槽骨缺损患者的年龄，骨龄，以及牙槽骨的位置，个性化调配与缺损部位机械强度、骨生成/骨降解速率相适应的修复材料，然后应用3D打印技术成型。本发明主要应用于牙槽骨修复，也可应用于颅骨修复、腿骨修复以及软骨和牙种植体的制作。

发明内容

本发明提出了一种利用可降解天然聚合物、可降解人工聚合物、生物陶瓷、金属等多种材料制成的可调控人工骨修复系统。该骨修复系统能根据骨缺损部位的性质，提供相对应的具有骨诱导能力，良好生物相容性，适宜的机械强度及降解速率的骨替代物。能根据实际需要进行个性化配制，达到专属定制的目的。该骨修复系统的各组份可根据缺失部位的骨性质进行灵活调整，各组份粒径大小在1nm-10µm之间。该复合材料适用于3D打印制造技术。

本发明可通过调整不同组份的含量来适应缺损部位的骨性质，完美的契合了3D打印制造技术个性化定制的理念。天然聚合物自身的细胞相容性和亲水性较好但缺乏生物活性，机械强度弱以及降解速率过快；人工聚合物具有适宜的降解速率及稳定的机械性能，且能够批量生产，效期长、成本低，但人工聚合物多为脂肪族聚酯，本身是疏水的，亲和力低，且在降解过程中会产生酸性副产物；生物陶瓷主要包括羟基磷灰石磷酸三钙等，具有良好的生物活性和骨诱导性能，但机械性能较低；金属主要有不可降解的钛合金及可降解的镁合金、锌合金，优点是机械强度高，但降解速率较低，生物学性能较低。本发明可通过调整各组份材料的比例，使其性能相互补充，能为骨缺损部位进行个性化配制。

以下实施例有助于更好的理解本发明。

实施例1

将系统组份设定为：①组份比例为40%，其中胶原蛋白：壳聚糖为30%：70%；②组份是PLGA，所占比例为10%；③组份比例为47%，其中羟基磷灰石：双相磷酸钙为60%:40%；④组份是钛合金：可降解锌合金为85%:15%，所占比例为3%。制得样品厚度为1mm，宽度为1cm，长度为5cm。实测该系统拉伸强度为7.1MPa，生物相容性良好，体外实验细胞毒性为0级，降解速率约为12mm³/月。该系统可应用于牙槽骨修复。

实施例2

将系统组份设定为：①组份比例为5%，其中胶原蛋白：壳聚糖为90%：10%；②组份是PLA，所占比例为1%③组份是活性玻璃，所占比例为40%；④组份是钛合金：可降解锌合金为85%:15%，所占比例为54%。制得样品厚度为1mm，宽度为1cm，长度为5cm。实测该系统弯曲强度为161MPa，生物相容性良好，体外实验细胞毒性为0级，降解速率约为7mm/年。该系统可应用于颅骨修复。

实施例3

将系统组份设定为：①组份比例为5%，其中胶原蛋白：藻酸盐为80%：20%；②组份是PCL，所占比例为2%；③组份是活性玻璃，所占比例为10%；④组份是钛合金：可降解锌合金为70%:30%，所占比例为83%。制得样品厚度为1mm，宽度为1cm，长度为5cm。实测该系统拉伸强度为130MPa，生物相容性良好，体外实验细胞毒性为0级，降解速率约为3.5mm/年。该系统可应用于腿骨修复。

实施例4

将系统组份设定为：①组份比例为1.2%，全部为胶原蛋白；②组份是0；③组份是活性玻璃，所占比例为6%；④组份是钛合金：可降解锌合金为98%:2%，所占比例为92.8%。制得样品厚度为1mm，宽度为1cm，长度为5cm。实测该系统拉伸强度为201MPa，生物相容性良好，体外实验细胞毒性为0级，降解速率约为0.01mm/年。该系统可应用于牙种植体制作。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种可用于修复牙槽骨的可调控人工骨修复系统，其特征在于由以下部分组成：①可降解天然聚合物，②可降解人工聚合物，③生物陶瓷，④金属。

2.根据权利要求1所述的可调控人工骨修复系统，其特征在于可降解天然聚合物优选胶原蛋白、壳聚糖、藻酸盐。

3.根据权利要求1所述的可调控人工骨修复系统，其特征在于可降解人工聚合物优选PCL、PLA、PGA、PLGA。

4.根据权利要求1所述的可调控人工骨修复系统，其特征在于生物陶瓷材料优选磷酸三钙、羟基磷灰石（结晶态及非结晶态）、双相磷酸钙、活性玻璃。

5.根据权利要求1所述的可调控人工骨修复系统，其特征在于金属优选不可降解金属例如：钛及钛合金、不锈钢，可降解金属例如铁、镁及镁合金、锌及锌合金。

6.根据权利要求1所述的可调控人工骨修复系统，其特征在于各组分比例可根据实际骨缺陷的特征进行实时调整。

7.根据权利要求1所述的可调控人工骨修复系统，其特征在于所依据的骨缺陷的特征包括：骨形态、骨密度、骨机械强度、骨降解/骨再生速度。

8.一种可用于修复牙槽骨的可调控人工骨修复系统，其特征在于主要用于牙槽骨修复，也可用于颅骨修复、腿骨修复，以及软骨和牙种植体的制作。

9.根据权利要求8所述的可调控人工骨修复系统，其特征在于主要通过调整不同组份的比例实现修复不同骨组织的功能。

10.权利要求8所述的可调控人工骨修复系统，其特征在于适用于3D打印成型技术。

11.权利要求8所述的可调控人工骨修复系统，其特征在于组份①-④为粉末状，且粉末粒径为10nm-200μm。

12.权利要求1-10所述可调控人工骨修复系统，其特征在于用于牙槽骨修复时，①和②总量在30%-50%之间，③和④总量在50%-70%之间。

13.权利要求1-10所述可调控人工骨修复系统，其特征在于用于颅骨修复时，①和②总量在1%-20%之间，③和④总量在80%-99%之间。

14.权利要求1-10所述可调控人工骨修复系统，其特征在于用于腿骨修复时，①和②总量在10%-30%之间，③和④总量在70%-90%之间。