CN110755686A - 一种注射型可诱导骨修复材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物医用材料领域,具体涉及一种注射型可诱导骨修复材料及其制备方法和应用。所述注射型可诱导骨修复材料由固相和液相两部分组成,所述固相为可诱导冻干骨颗粒,所述液相为天然高分子及其衍生物溶液。本发明以天然高分子及其衍生物为基材,采用辐射交联负载DBM,所得可诱导骨修复材料不仅具有良好的生物相容性、骨诱导和骨传导性,还具有可注射性,有效解决了可诱导冻干骨颗粒的难微创化和易损失性;本发明采用辐射交联,未添加任何交联剂,无交联剂残留隐患和无毒副作用,且辐射本为产品生产过程中的灭菌工艺,降低了生产工艺的复杂程度;本发明制备的可诱导骨修复材料产品形式多样。
Description
技术领域
本发明属于生物医用材料领域,具体涉及一种注射型可诱导骨修复材料及其制备方法和应用。
背景技术
尽管近年来BMP的研究层出不穷,性能上都有较大的突破,市面上各种骨诱导人工骨产品仍较少。因此脱矿骨基质(Demineralized Bone Matrix,DBM)作为国内外公认的骨诱导产品,其地位仍是不可撼动。国内的DBM产品仍以颗粒产品为主,由于脱矿骨颗粒小且密度小,临床使用较为麻烦,操作过程中也会出现浪费。因此,国外生产厂家追求DBM便利化和最大利用化,逐步衍生出众多含DBM的复合型产品,这些产品不仅使DBM适用便利化和最大利用化,更是将DBM推向微创化,其中典型产品包括:Depuy Synthes和 MusculoskeletalTransplant Foundation的DBX;Allosource的AlloFuse;Zimmer Biomet的 Intergro DBM;Medtronic的Grafton DBM和Progenix DBM;Wright的Allomatrix等等,这些产品自上市以来,已有几十年的临床应用,均有较为优良的骨诱导和骨修复作用。而国内在这方面的产品仍为空白,而由于人种的区别,国外的DBM相关产品几乎未进口中国,因此对该类注射型可诱导骨修复材料的研究具有重要意义。
天然高分子及其衍生物,如羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙甲纤维素、海藻酸钠、羧甲基壳聚糖、透明质酸钠、明胶、胶原等,为常用的药用辅料或是FDA批准的安全物质,其溶液经过交联后可形成凝胶,常被用于药物缓释及材料载体,因此广泛用于组织工程医疗产品的开发。
辐射灭菌作为最常见的医疗器械灭菌方法,广泛应用于各类医疗器械的最终灭菌。辐射既可以导致天然高分子及其衍生物的降解,也可以诱导天然高分子及其衍生物溶液的交联。在一定条件下,辐射导致交联的概率大于降解的概率时,就会导致天然高分子及其衍生物溶液的交联,形成具有良好溶胀性能的凝胶。该交联方法不需添加任何化学交联剂,后期无除去交联剂的过程,是一种较为环保和无害的交联方法。
发明内容
本发明针对现有技术的不足,目的在于提供一种注射型可诱导骨修复材料及其制备方法和应用。
为实现上述发明目的,本发明所采用的技术方案为:
一种注射型可诱导骨修复材料,由固相和液相两部分组成,所述固相为可诱导冻干骨颗粒,所述液相为天然高分子及其衍生物溶液。
上述方案中,所述可诱导冻干骨颗粒占可诱导骨修复材料总质量的30%~60%;优选为 30%~50%。
上述方案中,所述可诱导冻干骨颗粒由脱矿骨颗粒和非脱矿骨颗粒组成,所述脱矿骨颗粒占可诱导冻干骨颗粒质量的50%~90%;优选为60%~80%。
上述方案中,所述可诱导冻干骨颗粒的形貌为颗粒状,颗粒的尺寸<2000μm,优选尺寸<900μm。
上述方案中,所述天然高分子及其衍生物选自以下高分子中的一种或多种:羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙甲纤维素、海藻酸钠、羧甲基壳聚糖、透明质酸钠、明胶和胶原。
上述方案中,所述天然高分子及其衍生物溶液的溶剂为纯化水、注射用水、生理盐水、磷酸盐缓冲溶液、或甘油水溶液;优选为注射用水、生理盐水、或甘油水溶液。
上述方案中,所述天然高分子及其衍生物溶液的质量浓度为2%~20%,优选3%~10%。
上述注射型可诱导骨修复材料的制备方法,包括如下步骤:取一定量的天然高分子及其衍生物、可诱导冻干骨颗粒和溶剂共混,制成混合溶胶,然后密封于预灌封注射器中,进行辐射交联,形成凝胶状的骨修复材料。
上述方案中,所述辐射交联采用γ射线或电子束辐射。
上述方案中,所述辐射剂量为11.0~40.0kGy。
上述注射型可诱导骨修复材料在生物医药领域的应用。
本发明所述注射型可诱导骨修复材料中可以添加/不添加生长因子或药物,其用量根据具体要求而定;所述生长因子可选择常用的成纤维生长因子、转化生长因子、神经生长因子等可以促进骨修复的生长因子;所述药物可选择抗生素等药物,如万古霉素、妥布霉素、甲硝唑、阿霉素等。
本发明所制备的注射型可诱导骨修复材料可依据制品用途进行相应的后处理工序。如将注射型可诱导骨修复材料进行冷冻干燥,制备成多孔支架,冷冻温度为-40℃。又如将多孔支架浸入含生长因子和/或药物的水溶液中,制备含生长因子和/或药物的材料。
本发明的有益效果:
(1)本发明以天然高分子及其衍生物为基材,采用辐射交联负载DBM,得到的可诱导骨修复材料具有良好的骨诱导、骨传导性、生物相容性以及可注射型;
(2)本发明采用辐射交联,未添加任何交联剂,无交联剂残留隐患和无毒副作用,且辐射本为产品生产过程中的灭菌工艺,降低了生产工艺的复杂程度;
(3)本发明既保留可诱导冻干骨颗粒良好的骨诱导和骨传导性,又赋予产品良好的可注射性,有效解决了可诱导冻干骨颗粒的难微创化和易损失性;
(4)本发明制备的可诱导骨修复材料产品形式多样,可做成注射型满足微创需求,也可手动塑型植入材料,亦可做成具有一定形态的冷冻干燥型海绵状产品。
附图说明
图1为注射型可诱导骨修复材料制备机理图。
图2为注射型可诱导骨修复材料辐射前后照片,左图是辐射前,右图是辐射后。
图3为纯高分子凝胶和注射型可诱导骨修复材料经冷冻干燥后的照片,左图为纯凝胶,右图为注射型可诱导骨修复材料。
图4为纯高分子凝胶和注射型可诱导骨修复材料经冷冻干燥后的扫描电镜图,左图为纯凝胶,右图为注射型可诱导骨修复材料。
图5为DBM和注射型可诱导骨修复材料植入SD大鼠肌肉4w的样品照片,左图为注射型可诱导骨修复材料,右图为纯脱矿骨颗粒。
图6为注射型可诱导骨修复材料植入SD大鼠肌肉4w的组织学切片,左图为注射型可诱导骨修复材料,右图为纯脱矿骨颗粒。
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。
以下实施例中所使用的脱矿骨颗粒和非脱矿骨颗粒均由湖北联结生物材料有限公司提供,其制备方法如下:取SD大鼠四肢长骨骨干,去掉干骺端及骨膜,取皮质骨,在冰上研磨粉碎,不锈钢筛分筛,得到直径<2000μm鼠骨粉,将骨粉分为两份,1:对骨粉进行脱脂、清洗处理,即得到非脱矿骨颗粒;2:对骨粉进行脱脂、脱钙、清洗处理,即得脱矿骨颗粒。
实施例1
将羧甲基纤维素粉末与注射用水配置成5%的羧甲基纤维素溶液,取1.6g脱矿骨颗粒和 0.4g非脱矿骨颗粒,加入2.0g羧甲基纤维素溶液,搅拌均匀,装入注射器中,脱除气泡,密封后用剂量为11.0~40.0kGy的60Coγ射线辐射灭菌,得到注射型可诱导骨修复材料。
本实施例制备的注射型可诱导骨修复材料经过冷冻干燥后在生理盐水中的吸水倍率约为2.0g/g。注射型可诱导骨修复材料基本无细胞毒性,且无明显皮内刺激及致敏反应,且具备良好的异位诱导成骨性能。
实施例2
将羧甲基纤维素粉末与70%甘油水溶液混合,配制成3%羧甲基纤维素的甘油水溶液,、取1.0g脱矿骨颗粒与1.5g羧甲基纤维素溶液,搅拌均匀,装入注射器中,脱除气泡,密封后用11.0~40.0kGy的60Coγ射线辐射灭菌,得到注射型可诱导骨修复材料。
本实施例制备的注射型可诱导骨修复材料经过冷冻干燥后在生理盐水中的吸水倍率约为1.5g/g。注射型可诱导骨修复材料基本无细胞毒性,且无明显皮内刺激及致敏反应,且具备良好的异位诱导成骨性能。
实施例3
将1.0g羧甲基纤维素/羟丙甲纤维素质量比为4:1的粉末与3.0g脱矿骨颗粒,搅拌均匀,加入10mL生理盐水搅拌均匀后,装入注射器中,脱除气泡,密封后用11.0~40.0kGy的60Co γ射线辐射灭菌,得到注射型可诱导骨修复材料。
本实施例制备的注射型可诱导骨修复材料经过冷冻干燥后在生理盐水中的吸水倍率约为13g/g,注射型可诱导骨修复材料基本无细胞毒性,且无明显皮内刺激及致敏反应,且具备良好的异位诱导成骨性能。
实施例4
将1.0g羧甲基纤维素/海藻酸钠质量比为3:2的粉末与3.0g脱矿骨颗粒,搅拌均匀,加入10mL生理盐水搅拌均匀后,装入注射器中,脱除气泡,密封后用11.0~40.0kGy的60Coγ射线辐射灭菌,得到注射型可诱导骨修复材料。
本实施例制备的注射型可诱导骨修复材料经过冷冻干燥后在生理盐水中的吸水倍率约为10g/g。注射型可诱导骨修复材料基本无细胞毒性,且无明显皮内刺激及致敏反应,且具备良好的异位诱导成骨性能。
实施例5
将1.0g羟丙甲纤维素粉末与2.0g脱矿骨颗粒,搅拌均匀,加入10mL生理盐水搅拌均匀后,装入注射器中,脱除气泡,密封后用11.0~40.0kGy的电子束辐射灭菌,得到注射型可诱导骨修复材料。
本实施例制备的注射型可诱导骨修复材料经过冷冻干燥后在生理盐水中的吸水倍率约为10g/g。注射型可诱导骨修复材料基本无细胞毒性,且无明显皮内刺激及致敏反应,且具备良好的异位诱导成骨性能。
实施例6
将实施例1~5中制得的注射型可诱导骨修复材料,经过冷冻干燥可得多孔支架材料(如图3),浸入一定浓度的转化生长因子溶液中一段时间后取出,即可制得含转化生长因子的可诱导骨修复材料。
本发明所述注射型可诱导骨修复材料的制备机理图如图1所示,图中以一种天然高分子或其衍生物与DBM为例:天然高分子或其衍生物在溶剂中溶胀,而DBM在溶剂中均匀分散,通过γ射线辐射或电子束辐射使高分子部分断裂,且在自由基的影响下,一部分形成新的化学键从而交联。由于DBM的主要成分为胶原,因此在辐射条件下,胶原分子也会与高分子形成新的化学键,因此也会发生部分交联作用。
所述注射型可诱导骨修复材料经辐射交联前后的照片如图2所示,左图为辐射前,右图为辐射后。图3为辐射后,经过冷冻干燥的样品照片,其中左侧为纯凝胶,右侧为注射型可诱导骨修复材料:可见凝胶成白色海绵状;注射型可骨修复材料呈黄色,这是因为DBM(黄色)均匀分散在凝胶中。
本发明还可以将注射型可诱导骨修复材料进行冷冻干燥得到多孔支架材料(见图3和图 4),与纯高分子凝胶冷冻干燥相比,本发明所述注射型可诱导骨修复材料冷冻干燥后,可见大体凝胶的网状结构仍存在,而DBM颗粒有效嵌入凝胶的网状结构中,这种网状结构给 DBM提供了良好的支架作用,也为后期BMP的释放提供了缓释的作用。
对本发明所述注射型可诱导骨修复材料进行异位诱导成骨性能测试,图5为植入SD大白鼠背部肌袋中,术后4w取出的材料,其中左侧为注射型可诱导骨修复材料,右侧为纯脱矿骨颗粒。与图5对应的图6为材料进行固定、包埋、切片及HE染色后的组织学照片。图 6中,两组切片中可见成骨细胞,及成熟的骨细胞,其中逐渐钙化的骨基质呈蓝紫色,这说明注射型可诱导骨修复材料具有和脱矿骨一样的骨诱导作用。
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 (10)
1.一种注射型可诱导骨修复材料,其特征在于,由固相和液相两部分组成,所述固相为可诱导冻干骨颗粒,所述液相为天然高分子及其衍生物溶液。
2.根据权利要求1所述的注射型可诱导骨修复材料,其特征在于,所述可诱导冻干骨颗粒占可诱导骨修复材料总质量的30%~60%。
3.根据权利要求1所述的注射型可诱导骨修复材料,其特征在于,所述可诱导冻干骨颗粒由脱矿骨颗粒和非脱矿骨颗粒组成,所述脱矿骨颗粒占可诱导冻干骨颗粒质量的50%~90%;所述可诱导冻干骨颗粒的形貌为颗粒状,颗粒的尺寸<2000μm。
4.根据权利要求1所述的注射型可诱导骨修复材料,其特征在于,所述天然高分子及其衍生物选自以下高分子中的一种或多种:羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙甲纤维素、海藻酸钠、羧甲基壳聚糖、透明质酸钠、明胶和胶原。
5.根据权利要求1所述的注射型可诱导骨修复材料,其特征在于,所述天然高分子及其衍生物溶液的溶剂为纯化水、注射用水、生理盐水、磷酸盐缓冲溶液、或甘油水溶液。
6.根据权利要求1所述的注射型可诱导骨修复材料,其特征在于,所述天然高分子及其衍生物溶液的质量浓度为2%~20%。
7.权利要求1~6任一所述注射型可诱导骨修复材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:取一定量的天然高分子及其衍生物、可诱导冻干骨颗粒和溶剂共混,制成混合溶胶,然后密封于预灌封注射器中,进行辐射交联,形成凝胶状的骨修复材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述辐射交联采用γ射线或电子束辐射。
9.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述辐射剂量为11.0~40.0kGy。
10.权利要求1~6任一所述注射型可诱导骨修复材料在生物医药领域的应用。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20200207 |