CN113367787A - 一种防止假体松动及肿瘤术后复发的肿瘤骨切缘填充器的制备方法 - Google Patents

一种防止假体松动及肿瘤术后复发的肿瘤骨切缘填充器的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种防止假体松动及肿瘤术后复发的肿瘤骨切缘填充器的制备方法包括如下生产步骤：(1)制造出含有镁元素的金属颗粒，并进行清洗处理；(2)分别按比例称量骨水泥粉剂和金属颗粒质量；(3)对步骤2中称重的混合粉剂装入包装袋中进行独立真空包装，消毒；(4)使用时，将混合粉剂和骨水泥液剂共同加入到无菌的真空混合碗中；(5)防止镁颗粒在空气中氧化，对步骤4中混合试剂在真空搅拌器中混合；(6)当搅拌一定时间，将骨水泥与镁颗粒混合剂植入髓腔内，等待固化，固定假体。该肿瘤骨切缘填充器的使用降低了二次手术的风险，极大地提高病人术后的生活质量，节省人力物力，适合推广使用。

Description

一种防止假体松动及肿瘤术后复发的肿瘤骨切缘填充器的制 备方法
技术领域
本发明属于生物医用材料领域，涉及一种骨科植入材料及其制备方法，特别涉及一种假体固定且抑制骨肿瘤术后复发的植入材料及其制备方法。
背景技术
传统治疗骨肿瘤的方法是对肿瘤及其周边正常组织进行广泛切除，通过人工关节假体置换的方法进行保肢治疗。但是国内外研究表明，无菌性松动和局部复发常常导致人工关节假体置换手术失败。因此，为了提高骨肿瘤保肢成功率，亟需开发出新的治疗手段，以促进假体-骨整合，避免假体松动，同时抑制肿瘤复发和转移。
常用的固定假体的材料是骨水泥，但是该材料不具有促进假体连接部的骨生长，也无法消除残余的肿瘤细胞。医用可降解镁金属具有良好的生物相容性，与骨相近的力学性能。镁离子是骨骼平衡和代谢的重要组成部分，镁离子修饰的生物材料显示出卓越的成骨能力。此外，已有文献报道镁金属降解产物可以促进骨缺损周围新生骨形成，治疗骨质疏松，抑制肿瘤细胞的生长和转移。因此，在骨水泥中掺杂镁及镁合金可以促进术后骨缺损周围新生骨形成，且新生骨可以生长在降解的镁金属多孔中，提高假体-骨整合，防止假体松动。降解产生的镁离子和氢气可抑制残余的骨肿瘤复发，提高手术成功率，避免病人复发后二次手术的风险，改善病人的术后生活质量。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种将镁金属或者镁合金颗粒与骨水泥粉剂混合，注射骨水泥液剂后植入体内塑形凝固，从而制备一种防止假体松动及肿瘤术后复发的肿瘤骨切缘填充器。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：该一种防止假体松动及肿瘤术后复发的肿瘤骨切缘填充器的制备方法包括如下生产步骤：
(1)制造出含有镁元素的金属颗粒，并进行清洗处理；
(2)分别按比例称量骨水泥粉剂和金属颗粒质量；
(3)对步骤2中称重的混合粉剂装入包装袋中进行独立真空包装，消毒；
(4)使用时，将混合粉剂和骨水泥液剂共同加入到无菌的真空混合碗中；
(5)防止镁颗粒在空气中氧化，对步骤4中混合试剂在真空搅拌器中混合；
(6)当搅拌一定时间，将骨水泥与镁颗粒混合剂植入髓腔内，等待固化，固定假体。
作为优选，步骤(1)中制造出的所述金属颗粒分别在正己烷，丙酮，100％乙醇溶液和70％乙醇溶液中超声清洗10-25分钟，然后室温干燥。
作为优选，步骤(1)所述金属颗粒为纯镁，镁合金，纯镁或镁合金与其他物质的混合物。
作为优选，使用镁金属颗粒直径为0.1-2mm，颗粒长度为0.1-5mm。
作为优选，步骤(2)中的骨水泥包括聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥(polymethyImethacrylate cement,PMMA)和磷酸钙骨水泥(Calcium Phosphate Cement,CPC)。
作为优选，所述步骤(2)中骨水泥粉剂与镁合金颗粒质量比从1:1到20:1。
作为优选，所述步骤(3)中每包骨水泥粉剂和镁合金颗粒的重量从30克到100克，并通过伽马射线进行辐照灭菌。
作为优选，所述步骤(4)中骨水泥液剂的添加体积从15毫升到45毫升。
作为优选，所述步骤(5)中骨水泥和镁颗粒混合试剂在真空混合系统中进行混合，其中混合系统应快速建立足够的真空环境，绝对压力约200mbar，混合时间在30秒至3分钟。
本发明的有益效果在于：本发明方法所需的肿瘤骨切缘填充器是骨肿瘤病人术后假体固定的必须植入材料，此肿瘤骨切缘填充器的使用方式同时满足促进假体固定又防止肿瘤复发转移，是目前临床使用骨水泥无法达到的功能。且镁是人体必须元素，具有良好的生物相容性和植入安全性，能够克服如化疗、放疗等治疗手段给病人带来的副作用。与传统的骨水泥相比，含有镁金属的骨水泥在假体周围降解原位释放镁离子可以促进新生骨在骨水泥中生长，促进了假体-骨融合，降低了假体无菌性松动的风险，该肿瘤骨切缘填充器的使用降低了二次手术的风险，极大地提高病人术后的生活质量，节省人力物力，适合推广使用。
本发明中，镁降解产生的氢气可选择性地杀死肿瘤细胞，而不影响正常组织器官的功能，这也可解决目前临床面临的肿瘤药物具有很强的毒副作用的难题。
附图说明
图1为本发明的操作步骤流程图。
图2为实施例1方法肿瘤骨切缘填充器对骨肉瘤MG63细胞的增殖抑制效果。
图3为实施例2方法肿瘤骨切缘填充器对骨肉瘤MG63细胞的转移抑制效果。
图4为实施例3方法培养后的肿瘤骨切缘填充器对裸鼠体内肿瘤组织的抑制效果。
具体实施方式
该一种防止假体松动及肿瘤术后复发的肿瘤骨切缘填充器的制备方法流程如图1所示，它包括如下生产步骤：
(1)制造出含有镁元素的金属颗粒，并进行清洗处理；
(2)分别按比例称量骨水泥粉剂和金属颗粒质量；
(3)对步骤2中称重的混合粉剂装入包装袋中进行独立真空包装，消毒；
(4)使用时，将混合粉剂和骨水泥液剂共同加入到无菌的真空混合碗中；
(5)防止镁颗粒在空气中氧化，对步骤4中混合试剂在真空搅拌器中混合；
(6)当搅拌一定时间，将骨水泥与镁颗粒混合剂植入髓腔内，等待固化，固定假体。
具体来说，步骤(1)中制造出的所述金属颗粒分别在正己烷，丙酮，100％乙醇溶液和70％乙醇溶液中超声清洗10-25分钟，然后室温干燥。步骤(1)所述金属颗粒为纯镁，镁合金，纯镁或镁合金与其他物质的混合物其中一种，上述材料根据不同的使用需要具体选择。使用镁金属颗粒直径为0.1-2mm，颗粒长度为0.1-5mm。
在具体实施时，步骤(2)中的骨水泥包括聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥(polymethyImethacrylate cement,PMMA)和磷酸钙骨水泥(Calcium Phosphate Cement,CPC)。所述步骤(2)中骨水泥粉剂与镁合金颗粒质量比从1:1到20:1。
具体加工时，所述步骤(3)中每包骨水泥粉剂和镁合金颗粒的重量从30克到100克，并通过伽马射线进行辐照灭菌。所述步骤(4)中骨水泥液剂的添加体积从15毫升到45毫升。
具体操作时，所述步骤(5)中骨水泥和镁颗粒混合试剂在真空混合系统中进行混合，其中混合系统应快速建立足够的真空环境，绝对压力约200mbar，混合时间在30秒至3分钟。
下面结合实施例对本发明进一步说明，其中各实施例具体的操作步骤流程如下：
实施例1：
一种防止假体松动及肿瘤术后复发的肿瘤骨切缘填充器的制备方法，所述对骨肉瘤细胞增长影响包括如下步骤：
(1)制备直径为0.26mm，长度1mm的高纯镁颗粒。将制备的镁金属颗粒分别在正己烷，丙酮，100％乙醇溶液和70％乙醇溶液中超声清洗10-25分钟，然后室温干燥。
(2)经过清洗的镁金属颗粒与骨水泥粉剂混合，混合的质量比为骨水泥粉剂：高纯镁颗粒是10:1；
(3)称取3.3克的混合粉剂，装入包装袋中进行真空包装，并在伽马射线下辐射15分钟；
(4)通过针管将1.5毫升骨水泥液剂和混合粉剂倒入无菌的真空混合碗中，并在真空混合系统中进行混合30秒；
(5)取出混合试剂，等待骨水泥固化，形成肿瘤骨切缘填充器；
(6)该肿瘤骨切缘填充器浸泡在MEM细胞培养液中在条件为5％CO2，37℃细胞培养箱中静置24h，获得浸提液；
(7)将数量为5×105骨肉瘤细胞MG63种植在12孔板中，共种植8个孔。然后放入条件为5％CO2，37℃细胞培养箱中等待细胞粘附在孔板底面；
(8)等待细胞粘附后，其中四个孔中的培养液换成1毫升浸提液，剩余4个孔换成完全培养基；
(9)经过48小时后换液，通过CCK-8试剂盒进行细胞增殖检测，测试肿瘤骨切缘填充器对骨肉瘤细胞生长的影响；
所述步骤(5)，步骤(6)，步骤(7)，步骤(8)和步骤(9)中都需要在无菌超净台中操作，所有操作都是在无菌环境中，涉及到的试剂和器械也都应是经过灭菌处理过的。
所述步骤(6)中的浸提液可在灭菌的50mL离心管中获得。
所述步骤(6)，步骤(7)和步骤(8)中细胞培养和培养液更换需要工作者佩戴无菌防护手套，避免细胞受到污染。
实验结果如图2所示，从该结果可见，该肿瘤骨切缘填充器具有抑制骨肿瘤增殖的作用。
实施例2：
一种防止假体松动及肿瘤术后复发的肿瘤骨切缘填充器的制备方法，所述对骨肉瘤细胞转移影响包括如下步骤：
(1)制备直径为0.26mm，长度1mm的高纯镁颗粒。将制备的镁金属颗粒分别在正己烷，丙酮，100％乙醇溶液和70％乙醇溶液中超声清洗10-25分钟，然后室温干燥。
(2)经过清洗的镁金属颗粒与骨水泥粉剂混合，混合的质量比为骨水泥粉剂：高纯镁颗粒是10:1；
(3)称取3.3克的混合粉剂，装入包装袋中进行真空包装，并在伽马射线下辐射15分钟；
(4)通过针管将1.5毫升骨水泥液剂和混合粉剂倒入无菌的真空混合碗中，并在真空混合系统中进行混合30秒；
(5)取出混合试剂，等待骨水泥固化，形成肿瘤骨切缘填充器；
(6)该肿瘤骨切缘填充器浸泡在MEM细胞培养液中在条件为5％CO2，37℃细胞培养箱中静置24h，获得浸提液；
(7)将数量为5×105骨肉瘤细胞MG63种植在孔径为8微米的6孔板的嵌入皿小室中，共种植6个孔。然后放入条件为5％CO2，37℃细胞培养箱中等待细胞粘附在孔板底面；
(8)等待细胞粘附后，其中三个孔中的培养液换成1毫升浸提液，剩余三个孔换成完全培养基；
(9)经过24小时后换液，嵌入皿上方细胞刮除，膜下方细胞通过4％多聚甲醛固定，然后用结晶紫进行染色，在光学显微镜在观察肿瘤骨切缘填充器对骨肉瘤细胞转移的影响；
所述步骤(5)，步骤(6)，步骤(7)，步骤(8)和步骤(9)中都需要在无菌超净台中操作，所有操作都是在无菌环境中，涉及到的试剂和器械也都应是经过灭菌处理过的。
所述步骤(6)中的浸提液可在灭菌的50mL离心管中获得。
所述步骤(6)，步骤(7)和步骤(8)中细胞培养和培养液更换需要工作者佩戴无菌防护手套，避免细胞受到污染。
实验结果如图3所示，从该结果可见，该肿瘤骨切缘填充器具有抑制骨肿瘤转移的作用。
实施例3：
一种防止假体松动及肿瘤术后复发的肿瘤骨切缘填充器的制备方法，所述对骨肉瘤细胞系来源的异种移植肿瘤模型生长影响，包括如下步骤：
(1)准备2×106个MG63细胞注射到无胸腺裸鼠的皮下构建骨肉瘤细胞系来源的异种移植肿瘤模型；
(2)等肿瘤的长度达到5mm时，准备进行肿瘤骨切缘填充器体内植入；
(3)制备直径为0.1mm，长度1mm的高纯镁颗粒。将制备的镁金属颗粒分别在正己烷，丙酮，100％乙醇溶液和70％乙醇溶液中超声清洗10-25分钟，然后室温干燥。
(4)经过清洗的镁金属颗粒与骨水泥粉剂混合，混合的质量比为骨水泥粉剂：高纯镁颗粒是10:1；
(5)称取11克的混合粉剂，装入包装袋中进行真空包装，并在伽马射线下辐射15分钟；
(6)通过针管将5毫升骨水泥液剂和混合粉剂倒入无菌的真空混合碗中，并在真空混合系统中进行混合30秒；
(7)将丝状的骨水泥混合物填充在肿瘤表面等待其固化。没有掺杂镁颗粒的骨水泥作为对照组；
(8)每天测量肿瘤的尺寸，包括肿瘤的长和宽，观察肿瘤骨切缘填充器在体内环境下对骨肉瘤细胞生长的影响；
(9)等待骨水泥植入24天后，通过眼眶取血对裸鼠进行血常规和血生化检测，考察肿瘤骨切缘填充器对裸鼠的正常组织功能的影响；
(10)取血后对裸鼠进行安乐死处理，并收集肿瘤组织以及心、肝、脾、肺和肾组织进行切片包埋，并使用苏木精—伊红染色法考察病理变化和肿瘤转移；
所述步骤(1)中的细胞收集在超净台之后弄操作，避免细胞染菌。
所述步骤(1)和步骤(7)在SPF级动物实验室标准中进行，避免裸鼠受到细菌感染。
实验结果如图4所示，从该结果可见，该肿瘤骨切缘填充器在体内具有抑制骨肿瘤生长的作用。
实施例4
一种防止假体松动及肿瘤术后复发的肿瘤骨切缘填充器的制备方法，所述对假体松动和肿瘤转移的体内影响，包括如下步骤：
(1)在兔子股骨中制造15mm长的缺陷，构建骨缺损模型；
(2)准备1毫升的1×107个VX2细胞悬液注射到钛金属支架上，植入到骨缺损部位，构建股骨缺损肿瘤模型；
(3)制备直径为0.1mm，长度1mm的高纯镁颗粒。将制备的镁金属颗粒分别在正己烷，丙酮，100％乙醇溶液和70％乙醇溶液中超声清洗10-25分钟，然后室温干燥。
(4)经过清洗的镁金属颗粒与骨水泥粉剂混合，混合的质量比为骨水泥粉剂：高纯镁颗粒是10:1；
(5)称取33克的混合粉剂，装入包装袋中进行真空包装，并在伽马射线下辐射15分钟；
(6)通过针管将15毫升骨水泥液剂和混合粉剂倒入无菌的真空混合碗中，并在真空混合系统中进行混合30秒；
(7)将丝状的骨水泥混合物填充在假体周围等待其固化。没有掺杂镁颗粒的骨水泥作为对照组；
(8)每周测量肿瘤的尺寸，包括肿瘤的长和宽，观察肿瘤骨切缘填充器在体内环境下对骨肉瘤细胞生长的影响；
(9)每周取出钛合金支架及骨水泥周边组织进行micro-CT测试，观察骨缺损部位新生骨生长情况；
(10)钛合金支架植入12周后将兔子安乐死，并收集肿瘤组织以及心、肝、脾、肺和肾组织进行切片包埋，并使用苏木精—伊红染色法考察病理变化和肿瘤转移；
所述步骤(2)中的细胞收集在超净台之后弄操作，并与胶原混合后注射。
结果发现该肿瘤骨切缘填充器可以很好地促进假体周围新生骨形成，降低了假体松动的风险，并抑制肿瘤细胞复发和转移。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种防止假体松动及肿瘤术后复发的肿瘤骨切缘填充器的制备方法包括如下生产步骤：
(1)制造出含有镁元素的金属颗粒，并进行清洗处理；
(2)分别按比例称量骨水泥粉剂和金属颗粒质量；
(3)对步骤2中称重的混合粉剂装入包装袋中进行独立真空包装，消毒；
(4)使用时，将混合粉剂和骨水泥液剂共同加入到无菌的真空混合碗中；
(5)防止镁颗粒在空气中氧化，对步骤4中混合试剂在真空搅拌器中混合；
(6)当搅拌一定时间，将骨水泥与镁颗粒混合剂植入髓腔内，等待固化，固定假体。
2.根据权利要求1所述的一种防止假体松动及肿瘤术后复发的肿瘤骨切缘填充器的制备方法，其特征在于：步骤(1)中制造出的所述金属颗粒分别在正己烷，丙酮，100％乙醇溶液和70％乙醇溶液中超声清洗10-25分钟，然后室温干燥。
3.根据权利要求1所述的一种防止假体松动及肿瘤术后复发的肿瘤骨切缘填充器的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述金属颗粒为纯镁，镁合金，纯镁或镁合金与其他物质的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种防止假体松动及肿瘤术后复发的肿瘤骨切缘填充器的制备方法，其特征在于：使用镁金属颗粒直径为0.1-2mm，颗粒长度为0.1-5mm。
5.根据权利要求1所述的一种防止假体松动及肿瘤术后复发的肿瘤骨切缘填充器的制备方法，其特征在于：步骤(2)中的骨水泥包括聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥和磷酸钙骨水泥。
6.根据权利要求1所述的一种防止假体松动及肿瘤术后复发的肿瘤骨切缘填充器的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中骨水泥粉剂与镁合金颗粒质量比从1:1到20:1。
7.根据权利要求1所述的一种防止假体松动及肿瘤术后复发的肿瘤骨切缘填充器的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中每包骨水泥粉剂和镁合金颗粒的重量从30克到100克，并通过伽马射线进行辐照灭菌。
8.根据权利要求1所述的一种防止假体松动及肿瘤术后复发的肿瘤骨切缘填充器的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中骨水泥液剂的添加体积从15毫升到45毫升。
9.根据权利要求1所述的一种防止假体松动及肿瘤术后复发的肿瘤骨切缘填充器的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中骨水泥和镁颗粒混合试剂在真空混合系统中进行混合，其中混合系统应快速建立足够的真空环境，绝对压力约200mbar，混合时间在30秒至3分钟。
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