CN114917397B - 一种骨粘合剂的固相组合物及骨粘合剂 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种骨粘合剂组合物固相组分及骨粘合剂，属于医用粘合剂技术领域。本发明提供的骨粘合剂的固相组合物，包括：磷酸四钙、磷酸丝氨酸类物质和羧甲基化改性的多糖。本发明骨粘合剂的固相组合物，能够提供在干燥和湿润条件下的粘合和粘结强度，并在固化后表现出显著的粘合强度，能够有效抵御骨折出血部位对反应生成的粘胶状产物的稀释作用，应用于粘合剂时能更好地保持粘合剂在潮湿环境中的粘结效果，并且使粘合剂操作时间可控，给医生的临床操作带来更大的便利；降解速率可控，降解时间能够和新骨成骨速度相匹配，更加有利于新骨的生长。

Description

一种骨粘合剂的固相组合物及骨粘合剂

技术领域

本发明属于医用粘合剂技术领域，具体涉及一种骨粘合剂的固相组合物，特别地，还涉及一种骨粘合剂。

背景技术

目前粉碎性骨折的治疗方法主要是通过钢板、螺钉、钢针、钢丝等内固定物对骨碎块固定，这常导致骨碎块固定不稳，畸形愈合等问题，且内固定物需要二次手术取出。因此，粉碎性骨折的固定是创伤骨科一个亟需解决的重点难题。使用医用粘合剂应用于粉碎性骨折的固定，在术中可有效复位骨碎块，减少手术难度也将减少骨缺损、骨不愈合和骨不连等并发症的发生，是一种具有巨大潜在价值的治疗手段。

医用胶的种类繁多，按照用途可分为软组织用粘合剂、牙科用粘合剂、骨水泥和皮肤压敏胶等，按材料性质分为化学粘合剂和生物粘合剂。正在国外进行临床的通过仿生原理研制的骨粘合剂Tetranite^TM是通过磷酸丝氨酸中的官能团来影响分子对基底表面的粘合强度，磷酸丝氨酸或者结构类似于磷酸丝氨酸、含有反应性磷酸盐或磷酸盐和具有COOH官能团的化合物能够与磷酸四钙内的Ca²⁺相互作用，这些官能团的组合(例如亚磷与COOH之间链长)是分子影响对基底表面例如骨和金属的粘合强度水平的唯一方面。

医疗级骨粘合剂的要求是具有挑战性的，根据国家药品监督管理局(NMPA)分类目录，骨粘合剂属于第三类医疗器械。临床上可用骨粘合剂须满足(1)无菌医疗器械和生物相容性，(2)稳定骨折足够，(3)不影响骨折愈合和应该(4)容易应用即使在难以到达的地区，和(5)理想的降解完成后骨愈合没有形成有毒代谢物。然而由于各自的缺陷，目前临床上还没有能够满足上述要求的骨科粘合剂。因此，有必要对骨科粘合剂进行研究改进。

发明内容

本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：

目前医用骨粘合剂在骨折固定上的应用其实并不广泛，其原因主要是因为医用骨粘合剂的粘合力较低、生物相容性、机械性能较差、骨传导性能较差和促进骨愈合效果不理想等。

美国专利US 8，232，327 B2中提供的骨粘合剂有三大缺点，第一，在体内的降解时间长达一年以上；第二，固化较快，给医生的临床造操作带来了极大的不便；第三，虽然在干燥的环境中具有优异的粘结强度，但在潮湿的环境下粘合度明显降低，无法达到临床使用的需求。

公开号为CN102307941A的中国专利申请公开了一种由磷酸四钙和有效结构上类似于磷酸丝氨酸的物质反应生成具有粘性的胶状物质，该胶状物质是起粘结骨头作用的主要成分。上述胶状物质虽然在体外能够非常有效地进行骨头的粘结，但在动物试验中，当该骨粘合剂和血液接触后，其粘合性能大打折扣。此外，一年时间内该粘合剂在动物体内降解仅为70％，该降解速率与成骨速率不相匹配，影响新骨的生成。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种骨粘合剂的固相组合物及骨粘合剂，能够提供在干燥和湿润条件下的粘合和粘结强度，并在固化后表现出显著的粘合强度，该粘合剂具有良好的生物相容性，对于粉碎性骨折等临床适应症具有良好的应用前景。

本发明实施例的骨粘合剂的固相组合物，包括：磷酸四钙、磷酸丝氨酸类物质和羧甲基化改性的多糖。

根据本发明实施例的骨粘合剂的固相组合物带来的优点和技术效果，1、本发明实施例中，在固相组合物中引入羧甲基化改性的多糖，羧甲基化改性的多糖中羧酸上的氧原子所含的孤对电子能够和磷酸四钙中的Ca²⁺形成离子配位化合物，从而形成网络结构；同时，磷酸四钙中的Ca²⁺还可以与有效结构类似于磷酸丝氨酸的物质形成带有粘性的离子配位化合物，形成网络结构，两个体系的网络结构互相贯穿；2、本发明实施例中，羧甲基化改性的多糖在与水混合后形成的粘稠状物质还可以把磷酸四钙和磷酸丝氨酸类物质反应生成的粘胶状物质通过物理作用镶嵌在其粘稠的材料体系中，当涂抹在出血的骨折断面处时能够有效吸收和封堵断面出血，从而更好地发挥骨粘合剂的抗溃散作用和粘结作用，防止粘胶状物质被骨折断面所出的血液冲散，同时能够封堵骨面出血，减少骨粘合处的潮湿性；3、本发明实施例的固相组合物，在应用于骨粘合剂时，降解时间和降解速率可控，能实现降解时间和新骨形成时间相匹配，更加有利于新骨的生长，具有优异的生物相容性，并且，操作时间可以在一定范围内调控，给医生的临床操作带来极大的便利，易于临床应用。

在一些实施例中，所述固相组合物中，所述羧甲基化改性的多糖的质量含量为1-20％。

在一些实施例中，所述羧甲基化改性的多糖包括羧甲基淀粉钠、羧甲基纤维素钠、羧甲基壳聚糖、羧甲基茯苓多糖、羧甲基葡聚糖、羧甲基大豆多糖、羧化聚氨多糖中的至少一种。

在一些实施例中，所述固相组合物还包括缓凝剂。

在一些实施例中，所述缓凝剂包括蛋白质、氨基酸、海藻酸钠、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。

在一些实施例中，所述氨基酸包括赖氨酸、精氨酸、组氨酸中的至少一种。

在一些实施例中，所述固相组合物中，所述缓凝剂的质量含量为0.1～10％。

在一些实施例中，所述磷酸丝氨酸类物质包括磷酸丝氨酸、聚磷酸丝氨酸、磷酸化多肽中的至少一种。

在一些实施例中，所述固相组合物中，所述磷酸四钙的质量含量为10-80％，所述磷酸丝氨酸类物质的质量含量为20-70％。

本发明实施例还提供了一种骨粘合剂，包括本发明实施例的骨粘合剂固相组合物和液相组分。

在一些实施例中，所述液相组分为纯化水、磷酸盐缓冲液、NaCl溶液中的任意一种。

本发明实施例的骨粘合剂具有的优点和技术效果，本发明实施例的骨粘合剂中包括本发明实施例的骨粘合剂固相组合物，其具备本发明实施例的骨粘合剂固相组合物能够带来的所有优点，在此不再赘述。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，以下实施例是示例性的，旨在对本发明的技术方案进一步解释，而不能理解为对本发明的限制。

本发明实施例的骨粘合剂的固相组合物，包括：磷酸四钙、磷酸丝氨酸类物质和羧甲基化改性的多糖。

根据本发明实施例的骨粘合剂的固相组合物，在固相组合物中引入羧甲基化改性的多糖，羧甲基化改性的多糖中羧酸上的氧原子所含的孤对电子能够和磷酸四钙中的Ca²⁺形成离子配位化合物，从而形成网络结构；同时，磷酸四钙中的Ca²⁺还可以与有效结构类似于磷酸丝氨酸的物质形成带有粘性的离子配位化合物，形成网络结构，两个体系的网络结构互相贯穿；本发明实施例中，羧甲基化改性的多糖在与水混合后形成的粘稠状物质还可以把磷酸四钙和磷酸丝氨酸类物质反应生成的粘胶状物质通过物理作用镶嵌在其粘稠的材料体系中，当涂抹在出血的骨折断面处时能够有效吸收和封堵断面出血，从而更好地发挥骨粘合剂的抗溃散作用和粘结作用，防止粘胶状物质被骨折断面所出的血液冲散，同时能够封堵骨面出血，减少骨粘合处的潮湿性；本发明实施例的固相组合物，在应用于骨粘合剂时，降解时间和降解速率可控，能实现降解时间和新骨形成时间相匹配，更加有利于新骨的生长，具有优异的生物相容性，并且，操作时间可以在一定范围内调控，给医生的临床操作带来极大的便利，易于临床应用。

在一些实施例中，所述固相组合物中，所述羧甲基化改性的多糖的质量含量为1-20％，进一步优选为3-10％；优选地，所述羧甲基化改性的多糖包括羧甲基淀粉钠、羧甲基纤维素钠、羧甲基壳聚糖、羧甲基茯苓多糖、羧甲基葡聚糖、羧甲基大豆多糖、羧化聚氨多糖中的至少一种，进一步优选为羧甲基淀粉或羧甲基纤维素钠中的至少一种。本发明实施例中，优选了羧甲基化改性的多糖，其具有抗溃散和止血作用，有利于防止粘合剂被骨面液体及血液冲散，进一步降低了潮湿性。

在一些实施例中，所述固相组合物还包括质量含量为0-10％的缓凝剂，优选为0.1-10％，进一步优选为2-10％；进一步优选地，所述缓凝剂包括蛋白质、氨基酸、海藻酸钠、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种；更优选地，所述氨基酸包括赖氨酸、精氨酸、组氨酸中的至少一种。本发明实施例中，通过添加缓凝剂能够使骨粘合剂的操作时间可控，给医生的临床操作带来更大的便利。特别地，缓凝剂优选采用氨基酸，磷酸丝氨酸类物质和磷酸四钙的比例与反应时间呈正相关，当磷酸丝氨酸类物质添加比例到达一定量时，粘合剂的粘流态与油灰态时间相应提高至临床适宜使用的时间，但由于磷酸丝氨酸类物质的强酸性，使得反应后产物的pH较高，粘合剂植入后，由于酸碱度低于人体适宜的pH环境，导致细胞增值率降低，产生细胞毒性，本发明实施例在满足临床使用时间及生物相容性的同时添加赖氨酸、精氨酸、组氨酸等碱性氨基酸复合磷酸丝氨酸类物质及磷酸四钙体系提高了反应体系的pH，减缓了两种物质酸碱反应速率，通过配方调控制备出满足临床时间使用需求的粘结剂同时，使粘结剂具备优异的生物相容性；同时带正电荷的碱性氨基酸与带负电荷的磷酸丝氨酸类物质通过电荷相互作用加剧体系反应，从而提高了粘合剂的内聚力，增强了粘合剂的粘接性能。

在一些实施例中，所述磷酸丝氨酸类物质包括磷酸丝氨酸、聚磷酸丝氨酸、磷酸化多肽中的至少一种；优选地，所述固相组合物中，所述磷酸四钙的质量含量为10-80％，所述磷酸丝氨酸类物质的质量含量为20-70％。本发明实施例中，对磷酸丝氨酸类物质没有特别的限制，只要其有效结构类似于磷酸丝氨酸的物质均可以采用，本发明实施例进一步优选了磷酸四钙和磷酸丝氨酸类物质的含量，有利于进一步提高和调控固相组合物的性能。

本发明实施例还提供了一种骨粘合剂，包括本发明实施例的骨粘合剂固相组合物和液相组分。所述液相组分优选为纯化水、磷酸盐缓冲液、NaCl溶液中的任意一种，优选地，每1000mg所述的骨粘合剂固相组合物中加入的液相组分用量为为250～600μL。本发明实施例的骨粘合剂中包括本发明实施例的骨粘合剂固相组合物，其具备本发明实施例的骨粘合剂固相组合物能够带来的所有优点，在此不再赘述。

下面结合实施例详细描述本发明。

实施例1

将骨粘合剂组合物固相粉体按如下比例进行配比：磷酸丝氨酸500mg，磷酸四钙400mg，羧甲基纤维素钠100mg。

骨粘合剂的制备方法：使用研钵或铲将骨粘合剂固相粉体混合至均匀不分层，加入液相三级纯化水250μL，快速混合均匀，形成糊状的骨粘合剂。

实施例2

将骨粘合剂组合物固相粉体按如下比例进行配比：磷酸丝氨酸600mg，磷酸四钙200mg，羧甲基纤维素钠200mg。

骨粘合剂的制备方法：使用研钵或铲将骨粘合剂固相粉体混合至均匀不分层，加入磷酸缓冲液300μL，快速混合均匀，形成糊状的骨粘合剂。

实施例3

将骨粘合剂组合物固相粉体按如下比例进行配比：磷酸丝氨酸450mg，磷酸四钙450mg，羧甲基纤维素钠50mg，羧甲基淀粉钠50mg。

骨粘合剂的制备方法：使用研钵或铲将骨粘合剂固相粉体混合至均匀不分层，加入液相三级纯化水400μL，快速混合均匀，形成糊状的骨粘合剂。

实施例4

将骨粘合剂组合物固相粉体按如下比例进行配比：磷酸丝氨酸600mg，磷酸四钙320mg，羧甲基纤维素钠30mg，海藻酸钠50mg。

骨粘合剂的制备方法：使用研钵或铲将骨粘合剂固相粉体混合至均匀不分层，加入液相三级纯化水350μL，快速混合均匀，形成糊状的骨粘合剂。

实施例5

将骨粘合剂组合物固相粉体按如下比例进行配比：磷酸丝氨酸700mg，磷酸四钙170mg，羧甲基淀粉钠30mg，聚乙烯吡咯烷酮100mg。

骨粘合剂的制备方法：使用研钵或铲将骨粘合剂固相粉体混合至均匀不分层，加入磷酸缓冲液290μL，快速混合均匀，形成糊状的骨粘合剂。

实施例6

将骨粘合剂组合物固相粉体按如下比例进行配比：磷酸丝氨酸400mg，磷酸四钙500mg，羧甲基淀粉钠70mg，赖氨酸30mg。

骨粘合剂的制备方法：使用研钵或铲将骨粘合剂固相粉体混合至均匀不分层，加入磷酸缓冲液290μL，快速混合均匀，形成糊状的骨粘合剂。

实施例7

将骨粘合剂组合物固相粉体按如下比例进行配比：磷酸丝氨酸450mg，磷酸四钙420mg，羧甲基纤维素钠30mg，赖氨酸100mg。

骨粘合剂的制备方法：使用研钵或铲将骨粘合剂固相粉体混合至均匀不分层，加入磷酸缓冲液450μL，快速混合均匀，形成糊状的骨粘合剂。

实施例8

将骨粘合剂组合物固相粉体按如下比例进行配比：磷酸丝氨酸550mg，磷酸四钙400mg，聚乙烯吡咯烷酮20mg，羧甲基纤维素钠30mg。

骨粘合剂的制备方法：使用研钵或铲将骨粘合剂固相粉体混合至均匀不分层，加入磷酸缓冲液480μL，快速混合均匀，形成糊状的骨粘合剂。

实施例9

将骨粘合剂组合物固相粉体按如下比例进行配比：磷酸丝氨酸550mg，磷酸四钙400mg，羧甲基淀粉钠50mg。

骨粘合剂的制备方法：使用研钵或铲将骨粘合剂固相粉体混合至均匀不分层，加入磷酸缓冲液480μL，快速混合均匀，形成糊状的骨粘合剂。

对比例1

与实施例1的方法相同，不同之处在于不加入羧甲基纤维素钠，将骨粘合剂组合物固相粉体按如下比例进行配比：磷酸丝氨酸500mg，磷酸四钙500mg。

对比例2

与实施例7的方法相同，不同之处在于不引入羧甲基纤维素钠，将骨粘合剂组合物固相粉体按如下比例进行配比：磷酸丝氨酸450mg，磷酸四钙420mg，赖氨酸130mg。

将实施例1-9以及对比例1-2制得的骨粘合剂进行油灰时间、湿骨下拉伸粘结强度以及降解率测试。

一、湿骨粘接强度测试

分别取新鲜牛胫骨与股骨制备皮质骨样件与松质骨样件，骨样件尺寸为15*8*25mm，骨样件一端表面使用600目的砂纸打磨平整，另一端上方制孔使用万能关节或金属丝链接拉伸测试。骨样件在室温下经PBS浸泡24h，浸泡后取出，将打磨端用实施例1-11以及对比例1-2制备的糊状粘结剂均匀涂抹于待粘结骨界面处，可以借助模具完成截面对准粘合，从粘结开始后对骨两端施加10N压力，不施加任何不良应力，90秒内将被粘结物转移至37℃的磷酸盐缓冲液中，固化24h得待测物。将待测物放置于夹具中，使用MTS Model E43电子万能试验机进行测试，十字头以0.75mm/min速度测试骨件粘接强度，上下骨件沿截面断开时，记录最大载荷P，并根据F＝4P/πd²计算湿骨拉伸粘接强度，式中F为粘结强度(粘接强度为单位面积S的受力P)，P为最大载荷，d为粘接面的直径，根据F＝P/S计算，其中S＝π(d/2)²，得到公式F＝4P/πd²。测试结果见表1。

表1骨粘合剂的油灰时间和粘结强度

从表1的试验数据中可以看出，采用本发明中实施例的配方得到的骨粘合剂，具有优异的皮质骨粘接强度和松质骨粘接强度，且油灰时间可以在较大的范围内进行调节，有利于医生在临床操作中的使用。实施例1和7同对比例1和2相比，引入了羧甲基纤维素钠，有效提高了湿骨环境下皮质骨粘接强度和松质骨粘接强度。

二、骨粘合剂体外降解质量变化测试

分别将1g固化后的骨粘合剂样品加入50mL、37℃、pH7.4的磷酸盐缓冲溶液中，每七天更换一次磷酸盐缓冲溶液。取6个同批次样品，使用滤纸除去表面水分，真空干燥3天后，计算降解百分率＝[(初重-现重)/初重]×100％。测试结果见表2。

表2骨粘合剂的降解速率

骨愈合时间一般在8～16周之间，尽管这一比例取决于损伤的类型、部位以及患者的年龄和健康状况。骨粘合剂的降解速率应该是可调的，以使内聚力和粘结强度接触足够长的时间，以确定足够的固定。由于骨重塑阶段仅在3-4周后开始，骨粘合剂至少应在这段时间内保持稳定，然后真正开始降解。随后，粘合剂应以可控的方式降解。相对于爆发型降解剖面，渐进降解率更安全，以避免由高浓度降解副产物引起的毒性和由于pH变化引起的局部炎症反应。

从上表2的试验数据可以看出，本发明的实施例中制备的骨粘合剂，在前4周骨粘合剂的降解百分率均小于7％，最小可以降至2.24％，能够使骨粘合剂的内聚力和粘接强度保持足够长的时间，保证足够的固定。4周之后，骨粘合剂开始逐渐快速降解，在12周的时候骨粘合剂的降解百分率可以达到40～57％，减少了对新骨生长的影响，不影响骨折的愈合。实施例3和9同对比例1和2相比，引入了羧甲基纤维素钠，不仅能够降低骨粘合剂4周内的降解速率，而且还提高了12周时的降解速率。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种骨粘合剂的固相组合物，其特征在于，包括：磷酸四钙、磷酸丝氨酸类物质、羧甲基化改性的多糖和缓凝剂，所述缓凝剂包括氨基酸，其中，所述氨基酸包括赖氨酸、精氨酸、组氨酸中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的骨粘合剂的固相组合物，其特征在于，所述固相组合物中，所述羧甲基化改性的多糖的质量含量为1-20％。

3.根据权利要求1所述的骨粘合剂的固相组合物，其特征在于，所述羧甲基化改性的多糖包括羧甲基淀粉钠、羧甲基纤维素钠、羧甲基壳聚糖、羧甲基茯苓多糖、羧甲基葡聚糖、羧甲基大豆多糖、羧化聚氨多糖中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的骨粘合剂的固相组合物，其特征在于，所述缓凝剂还包括蛋白质、海藻酸钠、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的骨粘合剂的固相组合物，其特征在于，所述固相组合物中，所述缓凝剂的质量含量为0.1～10％。

6.根据权利要求1所述的骨粘合剂的固相组合物，其特征在于，所述磷酸丝氨酸类物质包括磷酸丝氨酸、聚磷酸丝氨酸、磷酸化多肽中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的骨粘合剂的固相组合物，其特征在于，所述固相组合物中，所述磷酸四钙的质量含量为10-80％，所述磷酸丝氨酸类物质的质量含量为20-70％。

8.一种骨粘合剂，其特征在于，包括权利要求1-7中任一项所述的骨粘合剂固相组合物和液相组分。

9.根据权利要求8所述的骨粘合剂，其特征在于，所述液相组分为纯化水、磷酸盐缓冲液、NaCl溶液中的任意一种。