CN114306733B - 具有塑形支撑性能的可降解复合引导骨再生膜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了具有塑形支撑性能的可降解复合引导骨再生膜。该膜主要由可降解的金属和可降解的聚合物复合而成，还可以含有生物功能性组分和物理机械性能调控组分，上下表面为不同的图案化设计。该膜具有良好的塑形性，能够适应不同骨缺损的形态；塑形后，具有一定的支撑性能，可维持骨再生所需空间。上下表面可分别满足软硬组织的不同再生需求。聚合物的降解周期匹配骨再生周期，有效发挥屏障功能。该膜具备了塑形、支撑和屏障等多重作用，同时又能按需促进不同软硬组织再生。

Description

具有塑形支撑性能的可降解复合引导骨再生膜

技术领域

本发明涉及引导骨再生膜的制备技术，具体涉及一种可塑性支撑的体内降解引导骨再生膜及其制备方法。

背景技术

引导骨再生技术是指利用屏障膜特性，阻止来自周围软组织的成纤维细胞，让骨面处的成骨细胞有足够的时间增殖，最终达到组织再生、定向修复的目的。在口腔医学中，引导骨再生技术常用于牙周和种植手术中，其中引导性骨再生膜（以下简称“再生膜”）是关键材料。现有再生膜主要包括可降解膜和不可降解膜两类。

可降解膜是指植入体内后，可以自行生物降解，无需取出的一种膜。临床常用动物源的猪皮、牛皮以及心包等的胶原膜。该类再生膜生物降解性好，亲水性好，并有一定的促进成骨细胞增殖、黏附和分化的能力。此外，体内自行降解，无需取出，临床操作简单，应用广泛。但是，该再生膜缺乏塑性支撑性能，即使填充大量骨粉，也难以避免变形和骨量不足等问题。此外，动物源产品的批次质量一致性不易控制，免疫性难题也一直存在。人工合成聚合物材料如聚乳酸、聚乙交酯等可降解材料构建的再生膜在临床也有应用，虽然具有一定的塑性支撑性，但是其塑性能力和支撑强度仍无法满足临床需求。此外，该类材料的疏水性表面影响了软硬组织的再生。

不可降解膜是指植入体内完成骨引导后无法降解，必须进行二次手术取出的一种膜。临床常用钛网、聚四氟乙烯膜或二者配合等。该类再生膜具有良好的支撑性能并可以长期稳定的发挥屏障作用。但是，亲水性差，诱导骨组织再生性能不足，而且二次手术取出影响临床操作效率，术区感染风险高，增加了患者的痛苦和费用。

再生膜的表面性质包括拓扑结构图案和亲疏水性等直接影响细胞的黏附、增殖和分化。目前市场上常用的可降解膜如胶原膜都是一面是粗糙化，用于引到骨组织再生，另一面为光滑化，防止软组织快速长入。但是，该设计主要是采用了猪皮、牛皮和心包膜等的天然组织自身的粗糙和光滑面。无法进行表面结构的有效控制，对于软硬诱导性能的效果也不显著。对于人工合成聚合物材料，还没有表面处理方案，直接影响了临床效果。因此，研发同时具有塑形支撑性能、体内降解性能和诱导软硬组织再生特性的再生膜具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有塑形、支撑、屏障和诱导性能的可降解复合再生膜的设计、制备及其应用。该再生膜可以根据骨缺损形态进行塑性，塑性后具有支撑强度和维持空间形态的能力；该再生膜具有骨再生相匹配的降解周期，既可以完全发挥屏障作用，又不会影响后期的进一步其他治疗；该再生膜具有特定的上下表面特性，分别诱导调控对应的软硬组织再生。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种具有塑形支撑性能的可降解复合再生膜，主要由可降解的金属和可降解的聚合物复合而成，还可以进一步含有生物功能性组分和物理机械性能调控组分等。

所述可降解的金属是指植入体内后可以自行降解的金属材料，易塑形且塑性后具有支撑强度。包括但不限于镁、锌、铁、钙、锂及其合金，优选镁及其合金。优选膜片状结构，厚度10~1000微米，具有网孔状等形态结构。

所述可降解的聚合物是指植入体内后可以自行降解的聚合物，具有屏障作用和与骨再生相匹配的体内降解周期。包括但不限于聚乳酸、聚已内酯、聚乙交酯、聚二氧六环、聚氨酯、聚乙二醇等的均聚物和共聚物。优选膜状结构，厚度5~1000微米。

所述复合是指通过一定方式将金属和聚合物有效结合到一起，成为一个整体。包括但不限于两层叠加、三明治结构和多层复合结构等。

所述生物功能性组分是指诱导软硬组织再生的组分，包括但不限于生长因子、胶原、磷酸三钙、羟基磷灰石等。

所述生物功能性组分是指调控材料组织相容性和诱导性组分，包括但不限于表面亲水改进剂如胶原、透明质酸、明胶、聚乙二醇等。

所述机械性能调控组分是指改善聚合物加工和塑性应用性能的试剂。包括但不限于乙酰基柠檬酸三丁酯、柠檬酸三乙酯、甘油、聚乙二醇等。

本发明还包括该再生膜的制备方法。主要包括以下步骤：

①金属膜的制备：利用轧制、锻造、切割、3D打印等工艺制备所需厚度和形态如多孔网状结构等的膜片，对于大片金属膜，孔状结构的存在一方面降低了再生膜的重量，另一方面增强与聚合物膜的复合强度；

②聚合物膜的制备：将聚合物和其它组分通过溶液混合或者熔融混合的方法制成均匀混合物，利用吹塑、压塑、挤塑或溶液涂覆挥发成膜；

③金属膜和聚合物膜的复合：利用物理嵌合或者化学结合的方式把金属膜和聚合物做成一个整体，包括但不限于热压、涂层、粘合等。所述热压是指在通过热和力的作用将金属和聚合物结合到一起；所述涂层是指配置聚合物的溶液后，涂布到金属表面，挥发溶剂后成型；所述粘合是指利用生物降解性胶黏剂将金属和聚合物粘在一起；

④再生膜表面的微米图案化：制备一面为微米图案，另一面为光滑表面的金属模具，将再生膜放入模具两面之间，一定温度下热压成型，冷却定型后取下，得到下表面为微米图案，上表面为光滑面的再生膜；

⑤再生膜表面纳米图案化：再生膜浸入碱液一段时间，进行纳米刻蚀，上下表面同时构建了亲水性基团和无规纳米图案。碱液与聚合物的聚酯基团反应并溶解使聚合物表面的疏水性酯键变为亲水性的羧基和羟基；由于聚集态结构的不同，有的部位刻蚀的快就变成了凹的纳米结构，有的部位刻蚀的慢就变成了凸的纳米结构。

本发明还包括该再生膜的用途，用于作为种植体及牙周骨缺损保护膜、鼻中隔补膜、引导骨再生术及引导组织再生术等。

本发明相比现有技术具有以下优点：

本发明提供了一种具有塑形支撑性能的可降解复合再生膜的设计、制备及其用途。其特征在于，具有良好的塑形性，匹配不同骨缺损的形态；金属膜易塑形且提供良好的支撑性能，持续维持骨再生所需空间，同时释放促进骨组织再生的金属离子，解决了聚合物膜无塑形支撑性能的问题；聚合物膜提供良好的屏障性能，其降解周期匹配骨再生周期，解决了金属膜体内降解腐蚀速率过快和无法有效屏障的问题；物理机械性能调控组分赋予再生膜良好的加工成型性能和塑性应用性；再生膜含有生物功能性组分并具有特定的上下表面微纳米特性，解决了膜上下软硬组织不同的再生需求。

该再生膜具有良好的塑形性，匹配不同骨缺损的形态；金属膜易塑形且提供良好的支撑性能，持续维持骨再生所需空间，同时释放促进骨组织再生的金属离子；聚合物膜提供良好的屏障性能，其降解周期匹配骨再生周期；物理机械性能调控组分赋予良好的加工性和组织相容性；上下表面的针对性处理和生物功能性组分促进软组织和骨的再生性能。聚合物膜的复合解决了金属膜体内降解腐蚀速率过快和无法有效屏障等问题；金属膜的复合解决了聚合物膜无塑形支撑能力的问题；再生膜上下表面的特性表面分别促进软组织和骨组织的再生。

附图说明

图1 具有塑形支撑性能的可降解复合再生膜的形态示意图。

图1（a）为一字型金属膜的再生膜，图1（b）为米字型金属膜的再生膜，图1（c）为方型金属膜的再生膜。

1—可降解金属膜；2—可降解聚合物膜；3—可降解金属上的孔。

图2 再生膜植入3只大鼠颅骨缺损16周后的Micro-CT结果

其中，图2（a）-图2（c）分别代表了3只不同的大鼠颅骨

CK—对照组，使用实施例3的再生膜，SY—实验组。

具体实施方式

实施例1

选取医用级镁锌合金1切割为厚度50微米的膜片，激光切割为图1（a）的含有φ0.3mm通孔的形状3。选取商品化的可降解聚酯类产品2如德国Evonik公司的RESOMER® LPt 46，其主要组成是聚（乙二醇-丙交酯）。商品化的胶原产品，如无锡贝迪生物工程有限公司的来源于牛跟腱的I型胶原。六氟异丙醇溶解聚酯，去离子水溶解胶原，将两者混合后加入乙酰基柠檬酸三丁酯和纳米羟基磷灰石，配成溶液。

在特定尺寸聚四氟乙烯的模具中加入上述一部分溶液后放入金属膜，然后再加入另一部分溶液。真空37℃除泡并挥发成膜。制得厚度100微米的再生膜。

将再生膜放入一面为菱形图案的金属模具，65℃真空热压30min后，冷却到30℃以下后静置30min定型后取下；再生膜整体浸入5M NaOH溶液10min，取出，水洗至中性，37℃干燥，备用。如图1（a）所示

实施例2

选取医用级镁钙合金1，锻造为厚度250微米的金属膜，激光切割为图1（b）的含有φ0.5mm通孔的形状3。

选取商品化的可降解聚酯类产品2如德国Evonik公司的RESOMER® RG 502 H，其主要组成是聚（D，L-丙交酯-乙交酯）。商品化的聚乙二醇PEG-400。商品化的镁粉，如SIGMA公司的氧化镁粉。在双螺杆混炼机中将各组分混合均匀并挤出为100微米的聚合物膜。

将金属膜和聚合物膜复合，即聚合物膜—金属膜—聚合物膜三层结构。110℃热压10min，冷却到室温，制得厚度350微米的再生膜，如图1（b）所示。

将再生膜放入一面为圆形图案的金属模具，80℃真空热压15min后，冷却到30℃以下后静置40min定型后取下；再生膜整体浸入3M KOH溶液20min，取出，水洗至中性，37℃干燥，备用。

实施例3

选取商品化的可降解聚酯类产品2，如荷兰Corbion公司的PURASORB PDL 20，其主要组成是聚（D，L-丙交酯）。商品化的透明质酸产品，如华熙福瑞达生物医药有限公司的透明质酸。二氧六环溶解聚酯，去离子水溶解透明质酸，将两者混合后加入纳米磷酸三钙和甘油，配成溶液。真空37℃除泡后，65℃挥发成25微米的聚合物膜。

将金属膜和聚合物膜复合，即聚合物膜—金属膜—聚合物膜—金属膜—聚合物膜的多层结构。130℃热压5min，冷却到室温，制得厚度150微米的再生膜。

将再生膜放入一面为混合图案的金属模具，50℃真空热压60min后，冷却到30℃以下后静置35min定型后取下；再生膜整体浸入6M NaOH溶液3min，取出，水洗至中性，37℃干燥，备用。如图1（c）所示。

实施例4

选取医用级镁锌钙合金1，3D打印为图1（c）的含有φ0.2mm通孔的形状3。

选取可降解聚酯类产品2，如可降解聚氨酯。四氢呋喃溶解PDLA，去离子水溶解商品化的明胶和生长因子VEGF，将两者混合后加入纳米羟基磷灰石和柠檬酸三乙酯，配成溶液。真空37℃除泡后，65℃挥发成75微米的聚合物膜。

将金属膜和聚合物膜复合，即聚合物膜—金属膜—聚合物膜的三层结构。在层间点胶（可降解聚氨酯粘合剂），压30min至完全固化，制得厚度250微米的再生膜，如图1（c）所示。

将再生膜放入一面为混合图案的金属模具，75℃真空热压15min后，冷却到30℃以下后静置120min定型后取下；再生膜整体浸入3M KOH溶液5min，取出，水洗至中性，37℃干燥，备用。如图1（c）所示。

实施例5

取健康8周龄SD大鼠，雄性，3只。所有SD大鼠均于SPF级实验室饲养，正常摄食，自由饮水，采取术前适应性喂养。实验动物静脉注射麻醉后，消毒，切开皮肤，暴露颅骨，用骨钻在颅骨两侧制备基本一致的骨缺损（φ6mm），将再生膜适度塑形后覆盖于骨缺损区域，缝合，消毒。

一侧为空白组CK，使用实施例2的再生膜；另一侧为实验组SY。制备骨缺损后直接缝合。所有创口均愈合良好，无感染、血肿或坏死现象发生。术后16周，Micro-CT结果显示实验组SY缺损区大部分为新生骨组织充填，而空白组CK缺损区有少量新生骨组织形成，纤维结缔组织包裹缺损区域；说明再生膜起到了支撑并阻挡软组织长入缺损区的作用，有利于促进新生骨组织生长，见图2。

Claims (10)

1.一种具有塑形、支撑和屏障性能的可降解复合引导骨再生膜，其特征在于：该再生膜由可降解的金属和可降解的聚合物复合而成，含有诱导组织再生和调控组织相容性的生物功能性组分，含有改善加工和应用性能的物理机械性能调控组分，具有分别诱导调控对应的软硬组织再生的特定上下表面微纳米图案；

所述再生膜的表面的处理方法包括下步骤：

①表面微米图案化：制备一面为微米图案，另一面为光滑表面的金属模具，将再生膜放入模具两面之间，一定温度下热压成型，冷却定型后取下，得到下表面为微米图案，上表面为光滑面的再生膜；

②表面纳米图案化：再生膜浸入碱液一段时间，进行纳米刻蚀，上下表面同时构建了亲水性基团和无规纳米图案。

2.根据权利要求1所述的再生膜，其特征在于，上下表面为不同的微纳米图案特性，上表面为纳米无规图案，下表面为菱形、圆形或混合形的微米图案和纳米无规图案。

3.根据权利要求1所述的再生膜，其特征在于，所述可降解的金属选自镁、锌、铁、钙、锂及其合金，膜状结构，厚度10～1000微米。

4.根据权利要求3所述的再生膜，其特征在于，所述可降解的金属选择网孔状形态以降低了再生膜的重量和增强与聚合物膜的复合强度。

5.根据权利要求1所述的再生膜，其特征在于，所述可降解的聚合物选自聚乳酸、聚己内酯、聚乙交酯、聚二氧六环、聚氨酯、聚乙二醇的均聚物和共聚物，膜状结构，厚度5～1000微米。

6.根据权利要求1所述的再生膜，其特征在于，所述生物功能性组分是指诱导组织再生的组分选自生长因子、胶原、磷酸三钙或羟基磷灰石；调控组织相容性的组分选自透明质酸、胶原、明胶或聚乙二醇。

7.根据权利要求1所述的再生膜，其特征在于，所述物理机械性能调控组分是指改善聚合物加工和塑性应用性能的组分，选自乙酰基柠檬酸三丁酯、柠檬酸三乙酯、甘油或聚乙二醇。

8.根据权利要求1所述的再生膜，其特征在于，下表面为菱形图案、圆形图案或混合图案的微米图案复合纳米粗糙面，上表面为纳米粗糙面。

9.权利要求1所述的再生膜的复合制备方法，其特征在于，包括下步骤：

①金属膜的制备：利用轧制、锻造、切割、3D打印的工艺制备所需厚度和形态结构的金属膜；

②聚合物膜的制备：将聚合物和其它组分通过溶液混合或者熔融混合的方法制成均匀混合物，利用吹塑、压塑、挤塑、溶液涂覆挥发成聚合物膜；

③金属膜和聚合物膜的复合：利用物理嵌合或者化学结合的方式把金属膜和聚合物膜做成一个整体。

10.权利要求1-8任一项所述的再生膜在制备生物医疗器械中的应用，其特征在于，所述应用包括作为种植体、牙周骨缺损保护膜或鼻中隔补膜。

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