CN112023120B

CN112023120B - 一种可注射预灌装骨修复颗粒及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN112023120B
Application number: CN202010948354.4A
Authority: CN
Inventors: 张旗; 祝超; 于腾波; 蔡林; 孙建森; 施斌; 代春初; 张铁; 胡丽; 叶莹
Original assignee: Hubei Lianjie Biomaterials Co ltd; Affiliated Hospital of University of Qingdao
Current assignee: Hubei Lianjie Biomaterials Co ltd; Affiliated Hospital of University of Qingdao
Priority date: 2020-09-10
Filing date: 2020-09-10
Publication date: 2022-12-13
Anticipated expiration: 2040-09-10
Also published as: CN112023120A

Abstract

本发明公开了一种可注射预灌装骨修复颗粒，它以可诱导冻干骨颗粒、无机钙盐、高分子材料和水为主要原料，经混合制泥、干燥、粉碎和辐射灭菌制成。本发明利用高分子的凝胶化特性、无机盐的分散性以及干燥工艺过程中分子结晶特性等，对可诱导冻干骨颗粒表面进行亲水性改性，所得可注射预灌装骨修复颗粒具有良好的生物相容性和诱导成骨能力，且使用方便，只需现场引入溶剂、静置，即可流畅注射；可有效弥补国内可注射骨诱导产品的空缺。

Description

一种可注射预灌装骨修复颗粒及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于属于生物医用材料技术领域，具体涉及一种可注射预灌装骨修复颗粒及其制备方法和应用。

背景技术

我国骨科医疗器械的市场需求逐步扩大，且微创治疗已成为骨科医疗器械的发展趋势。近年来国外涌现越来越多的微创骨科植入材料，其中典型产品包括：Depuy Synthes和MTF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。而国内注册的此类微创骨修复材料较少，目前只有Hans Biomed Corp.的同种异体骨修复材料ExFuse Bone Graft(国械注进20193130564)、Wright Medical Technology的骨填充物ALLOMATRIX Putty(国械注进20143466163)、上海瑞邦生物材料有限公司的自固化磷酸钙人工骨(国械注准20163462169)、北京鑫康辰医学科技发展有限公司的赋型脱钙骨基质材料(国械注准20203130118)。其中进口的ExFuse Bone Graft主要成分为羧甲基纤维素、骨粉和甘油的水溶液，临床直接使用，但缺点是其中含水，对产品的存储条件有一定要求；ALLOMATRIXPutty主要成分为硫酸钙盐和骨粉，需进行现场调和，后固化；赋型脱钙骨基质材料使用甘油和明胶作为赋形剂，需要在50～60℃条件下进行处理，制备过程过于复杂。因此对该类可注射预灌装骨修复颗粒的配方和生产工艺具有重要意义。

目前，国内外可注射产品为现场调和或预灌装产品，其中现场调和产品操作过程较为复杂，而预灌装产品以富含溶剂的产品为主，因此对产品的灭菌方式有严格的要求，需要在低温条件下低剂量辐射灭菌，甚至是采用无菌加工才能保持产品良好的骨诱导性，且对产品的储存条件有特定要求(10～30℃)。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种可注射预灌装骨修复颗粒，其具有良好的生物相容性和诱导成骨能力，使用方便，只需现场引入溶剂、静置，即可流畅注射；可有效弥补国内可注射骨诱导产品的空缺。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种可注射预灌装骨修复颗粒，它以可诱导冻干骨颗粒、无机钙盐、高分子材料和水为主要原料，经混合制泥、干燥、粉碎和辐射灭菌制成。

上述方案中，所述可诱导冻干骨颗粒、无机钙盐、高分子材料和水的投料比例为(1～3)g:(0～1)g:(1～3)g:(5～40)mL；且根据上述配比所得可注射预灌装骨修复颗粒中各组分及其所占质量百分比包括：可诱导冻干骨颗粒20～80％、无机钙盐0～30％、高分子材料20～80％。

优选的，所述可诱导冻干骨颗粒、无机钙盐、高分子材料和水的投料比例为(1～3)g:(0.1～0.5)g:(1～2)g:(5～15)mL。

上述方案中，所述可诱导冻干骨颗粒为包含脱矿骨颗粒的冻干骨颗粒，其颗粒尺寸＜1600μm；无机钙盐为磷酸三钙、羟基磷灰石、硫酸钙、生物活性玻璃中的一种或几种；高分子材料为泊洛沙姆、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、透明质酸钠中的一种或几种。

优选的，所述可诱导冻干骨颗粒由脱矿骨颗粒和非脱矿骨颗粒混合而成；其中脱矿骨颗粒占可诱导冻干骨颗粒质量的30～100％；脱矿骨颗粒为表面脱矿骨颗粒(钙含量＞8％)和/或全脱矿骨颗粒(钙含量≤8％)。

上述方案中，所述水为纯化水或注射用水。

优选的，所述可注射预灌装骨修复颗粒进一步引入生长因子或药物。

上述方案中，所述干燥步骤采用冷冻干燥工艺，包括预冻、升华干燥和解析干燥步骤。

上述方案中，所述预冻步骤可选择慢速或快速预冻，优选慢速预冻，时间优选12h。

优选的，所述升华干燥包括两个阶段，第一阶段为在-50～-35℃(优选-40℃)下干燥4～8h(优选6h)；第二阶段为在-35～-20℃(优选-30℃)下干燥2～6h(优选3h)。

优选的，所述解析干燥包括两个阶段，第一阶段为在-10～0℃(优选-5℃)下干燥2～8h(优选4h)；第二阶段为在0～10℃(优选5℃)下干燥6～16h(优选12h)。

上述一种可注射预灌装骨修复颗粒的制备方法，包括如下步骤：

1)将可诱导冻干骨颗粒、无机钙盐、高分子材料和水混合均匀，得泥状物；

2)将所得泥状物进行干燥、粉碎、灌装于注射器中，再进行辐射灭菌。

上述方案中，所述可诱导冻干骨颗粒、无机钙盐、高分子材料和水的投料比例为(1～3)g:(0～1)g:(1～3)g:(5～40)mL。

上述方案中，所述可注射预灌装骨修复颗粒在使用时，直接与溶剂混合均匀，即可流畅注射。

上述方案中，所述溶剂为注射用水、生理盐水、磷酸盐缓冲溶液、自体血液等中的一种，优选为生理盐水和自体血液。

上述方案中，所述可注射预灌装骨修复颗粒和溶剂体积比为1:(0.5～2)，优选为1:(0.8～1.2)。

上述方案所述可注射预灌装骨修复颗粒可应用于骨科、口腔科等各类非承重性骨缺损部位，亦可配合其他骨修复材料一起使用。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)本发明利用高分子的凝胶化特性、无机盐的分散性以及干燥工艺过程中分子结晶特性对可诱导冻干骨颗粒表面进行亲水性改性，使得该产品具有良好的润湿性能，以便微创注射；

2)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，又有效解决了可诱导冻干骨颗粒的难微创化和易损失性。

附图说明

图1为原材料的扫描电镜图；其中a为骨粉；b为羟丙甲纤维素；c为生物活性玻璃；d为泊洛沙姆。

图2为可注射预灌装骨修复颗粒和混合颗粒的扫描电镜图；其中a为本发明所得可注射预灌装骨修复颗粒；b为四种原料常规物理混合后的产物。

图3为可注射预灌装骨修复颗粒照片；

图4为可注射预灌装骨修复颗粒复水后注射于37℃左右生理盐水中的照片；

图5为SD大鼠颅骨缺损植入照片；

图6为SD大鼠术后12w颅骨取材照片；

图7为SD大鼠术后12w植入材料组织学切片；其中L为左侧缺损植入；R为右侧缺损植入；

图8为裸鼠骨诱导试验4w植入材料及其组织学切片；

图9为裸鼠骨诱导试验8w植入材料及其组织学切片。

图10为对比例1样品裸鼠骨诱导试验8w植入材料及其组织学切片。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

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，其中骨粉有人同种异体骨骨粉和SD大鼠骨骨粉两类，分别用于骨诱导试验和骨缺损填充试验。

实施例1

一种可注射预灌装骨修复颗粒，其制备方法包括如下步骤：

1)取人同种异体骨骨块，除血液、骨髓等；粉碎后用标准筛筛分，得到直径＜1600μm骨粉；然后对骨粉进行脱脂、脱钙、清洗处理，得脱矿骨颗粒；

2)取0.8g泊洛沙姆、0.2g羟丙甲纤维素粉末与20mL注射用水配置成高分子溶液；取0.2g生物活性玻璃，加入高分子溶液中混合均匀后，加入1.0g脱矿骨颗粒，搅拌均匀得泥状物；

3)将所得泥状物倒入不锈钢盘中，进行冷冻干燥，具体包括如下步骤：将所得泥状物倒入不锈钢盘中，进行冷冻干燥，具体包括如下步骤：将产品置于冷阱中，将冷阱温度设置到-50℃，采用慢速预冻，预冻10h；预冻结束后，将产品置于搁板上，开启真空泵，当真空度＜10Pa，按下加热键，开始升华干燥和解析干燥，具体参数条件为：①升华干燥第一阶段-40℃，6h；②升华干燥第二阶段-30℃，3h；③解析干燥第一阶段-5℃，4h；④解析干燥第二阶段5℃，12h；

4)将步骤3)所得干燥产物粉碎后灌装于注射器中，密封后用⁶⁰Coγ射线辐射(15.0～30kGy)灭菌，即得所述可注射预灌装骨修复颗粒。

应用例

取0.6mL所得可注射预灌装骨修复颗粒(见图2)，加入0.6mL生理盐水水，静置30s左右，待其充分润湿后，可流畅注射(见图3)；将其注射于37℃左右的生理盐水，可至少2h不溃散(见图4)，且所得可注射预灌装骨修复颗粒基本无细胞毒性，无明显皮内刺激及致敏反应。

实施例2

一种可注射预灌装骨修复颗粒，其制备方法包括如下步骤：

1)取SD大鼠骨块，除血液、骨髓等；粉碎后用标准筛筛分，得到直径＜1600μm骨粉；然后对骨粉进行脱脂、脱钙、清洗处理，得脱矿骨颗粒；

2)取0.7g泊洛沙姆、0.3g羟丙甲纤维素粉末与20mL注射用水配置成高分子溶液；取0.5g生物活性玻璃，加入高分子溶液中混合均匀后，加入1.5g脱矿骨颗粒，搅拌均匀得泥状物；

4)将步骤3)所得干燥产物粉碎后灌装于注射器中，密封后用60Coγ射线辐射(15.0～30kGy)灭菌，即得所述可注射预灌装骨修复颗粒。

应用例

1)取0.4mL装的可注射预灌装骨修复颗粒，加入0.3mL注射用水，静置30s左右，待其充分润湿后，可流畅注射；将其注射于37℃左右的生理盐水，可至少2h不溃散，且所得可注射预灌装骨修复颗粒基本无细胞毒性，无明显皮内刺激及致敏反应。

2)SD大鼠颅骨缺损的动物试验

取8w的SD大鼠，喂养3d适应环境后，进行动物试验。术前腹腔麻醉，大鼠头部剃毛后常规消毒铺巾，在无菌条件下切开皮肤，切口长约1.5cm，使用环钻在颅骨左右两侧造孔

在缺损处注射植入预先复水的可注射预灌装骨修复颗粒，将缺损处填平至颅骨高度(见图5)。缝合筋膜皮肤，放回笼内分开养殖，动物苏醒后自由活动，正常喂食。术后12w，处死动物，取植入物及其周围组织为标本(见图6)。

标本经10％福尔马林固定后，常规脱钙、脱水、石蜡包埋、切片、HE染色，观察组织学照片(见图7)。组织学切片中可见右侧缺损基本完全愈合，左侧缺损只有小部分未愈合，这说明可注射预灌装骨修复颗粒具有良好的骨修复能力。

实施例3

一种可注射预灌装骨修复颗粒，其制备方法包括如下步骤：

1)取人同种异体骨骨块，除血液、骨髓等；粉碎后用标准筛筛分，得到直径＜1600μm骨粉；然后将骨粉分为两部分，一部分骨粉进行脱脂、脱钙、清洗处理，得脱矿骨颗粒；一部分骨粉进行脱脂、清洗处理，得非脱矿骨颗粒；

2)取0.2g泊洛沙姆、0.8g羟丙甲纤维素粉末与20mL注射用水配置成高分子溶液；取0.2g生物活性玻璃，加入高分子溶液中混合均匀后，加入0.6g脱矿骨颗粒和0.4g非脱矿骨颗粒，搅拌均匀得泥状物；

应用例

1)取0.4mL装的可注射预灌装骨修复颗粒，加入0.5mL注射用水，静置30s左右，待其充分润湿后，可流畅注射；注射于37℃左右的生理盐水，可至少2h不溃散，且所得注射预灌装骨修复颗粒基本无细胞毒性，无明显皮内刺激及致敏反应。

2)裸鼠骨诱导动物试验

取7w的裸鼠，喂养1w适应环境后，进行动物试验。术前腹腔麻醉，将麻醉后的裸鼠固定在手术板上。在无菌条件下切划开皮肤，切口约1cm左右，用钝性分离的方法沿着肌肉纤维方向制造一个小袋装空隙，将复水的可注射预灌装骨修复颗粒注射进空隙中。缝合肌肉和皮肤。放回笼内分开养殖，动物苏醒后自由活动，术后4w、8w处死动物，取植入物及其周围组织为标本。

标本经10％福尔马林固定后，常规脱钙、脱水、石蜡包埋、切片、HE染色，观察组织学照片。4w植入材料组织学切片(见图8)，可见活跃的软骨组织(软骨及软骨细胞)的形成，并有血管长入。8w植入材料组织学切片(见图9)，可见活跃的骨组织(骨细胞、骨髓和新骨等)的形成，并有血管长入；说明所得可注射预灌装骨修复颗粒具有良好的骨诱导能力。

对比例1

一种骨修复颗粒，其制备方法包括如下步骤：

2)取0.1g泊洛沙姆、0.2g羟丙甲纤维素粉末与20mL注射用水配置成高分子溶液；加入0.6g脱矿骨颗粒和0.4g非脱矿骨颗粒，搅拌均匀得泥状物；(因为无机盐成分起到了分散剂的作用，此处不加入无机盐成分，混合难以快速搅拌均匀；且少了无机盐在骨粉表面的粘附，导致样品降解时间过快，见图10，可见骨粉基本被降解，且形成的新骨明显少于加入生物活性玻璃的样品，见图9)；

4)将步骤3)所得干燥产物粉碎后骨粉和高分子基本分离(高分子呈絮状)，且将样品灌注于注射器中，与溶剂难混合，且无法注射。这是由于混合过程中，高分子含量较低，导致高分子无法有效附着骨粉，以致赋形能力较差。

对比例2

一种骨修复颗粒，其制备方法包括如下步骤：

2)取0.2g泊洛沙姆、0.8g羟丙甲纤维素粉末与80mL注射用水配置成高分子溶液；取0.2g生物活性玻璃，加入高分子溶液中混合均匀后，加入0.6g脱矿骨颗粒和0.4g非脱矿骨颗粒，搅拌均匀得泥状物；

4)将步骤3)所得干燥产物粉碎后骨粉和高分子基本分离(高分子呈絮状)，且将样品灌注于注射器中，与溶剂难混合，且无法注射；这是由于混合过程中，注射用水比例过高，导致形成的泥状物中高分子的分子链完全打开，且凝胶网络结构过大，使得高分子和无机物无法有效包裹和粘附骨粉，且干燥过程由于凝胶空隙过大，导致高分子无法有效附着骨粉。

对比例3

一种骨修复颗粒，其制备方法包括如下步骤：

3)将所得泥状物倒入不锈钢盘中，进行冷冻干燥，具体包括如下步骤：将所得泥状物倒入不锈钢盘中，进行冷冻干燥，具体包括如下步骤：将产品置于冷阱中，将冷阱温度设置到-50℃，采用慢速预冻，预冻10h；预冻结束后，将产品置于搁板上，开启真空泵，当真空度＜10Pa，按下加热键，开始升华干燥和解析干燥，具体参数条件为：①升华干燥第一阶段-20℃，4h；②升华干燥第二阶段-10℃，2h；③解析干燥第一阶段-5℃，2h；④解析干燥第二阶段5℃，10h；

4)将步骤3)所得干燥产物粉碎后骨粉和高分子基本分离(高分子呈絮状)，且将样品灌注于注射器中，与溶剂难混合，且无法注射；这是由于干燥过程中①②温度设置较高且持续时间短，使得升华干燥过程无法有效维持，样品出现部分塌陷，从而使得高分子和骨粉更易分离，样品难以润湿且粘附，因此无法流程注射。

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

1.一种可注射预灌装骨修复颗粒，其特征在于，它以可诱导冻干骨颗粒、无机钙盐、高分子材料和水为主要原料，经混合制泥、干燥、粉碎和辐射灭菌制成；

所述混合过程中可诱导冻干骨颗粒、无机钙盐、高分子材料和水的投料比例为(1~3)g:(0~1)g:(1~3)g:(5~40)mL；

所述干燥步骤采用冷冻干燥工艺，包括预冻、升华干燥和解析干燥步骤；

所述预冻温度设置为-50℃，该过程≥10h；所述升华干燥包括两个阶段，第一阶段为在-50~-35℃下干燥4~8h；第二阶段为在-35~-20℃下干燥2~6h；所述解析干燥包括两个阶段，第一阶段为在-10~0℃下干燥2~8h；第二阶段为在0~10℃下干燥6~16h；

无机钙盐为磷酸三钙、羟基磷灰石、硫酸钙、生物活性玻璃中的一种或几种；高分子材料为泊洛沙姆、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、透明质酸钠中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述的可注射预灌装骨修复颗粒，其特征在于，所述可诱导冻干骨颗粒为包含脱矿骨颗粒的冻干骨颗粒，其颗粒尺寸＜1600μm。

3.根据权利要求1所述的可注射预灌装骨修复颗粒，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混合而成；其中脱矿骨颗粒占可诱导冻干骨颗粒质量的30~100%；脱矿骨颗粒为表面脱矿骨颗粒和/或全脱矿骨颗粒。

4.权利要求1~3任一项所述可注射预灌装骨修复颗粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）将可诱导冻干骨颗粒、无机钙盐、高分子材料和水混合均匀，得泥状物；

2）将所得泥状物进行干燥、粉碎、灌装于注射器中，再进行辐射灭菌。