CN115444989B - 一种含bmp低钙羟基磷灰石人工骨的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含BMP低钙羟基磷灰石人工骨的制备方法，包括配置打印原料、3D打印、干燥处理、浸泡、洗涤和封装灭菌。本发明的有益效果是：PVA溶液的温度交联和α‑TCP的水合硬化作用具有叠加效应，加强了材料的强度但却不影响生长因子BMP的活性；通过3D生物打印技术，人工骨样品一次成型，避免BMP与载体材料的“二次”复合问题，所打印的人工骨样品的BMP与载体材料的复合属深度均匀复合；对于所打印的人工骨样品，BMP均匀分布于载体材料结构的内部和外表面，植入人体后不仅材料表面复合的BMP可以发挥作用，材料结构内部的BMP随着材料的降解缓慢释放，持续发挥其骨诱导作用，BMP可持续发挥作用，减少BMP的使用量降低成本，也消除了过量使用BMP存在的潜在风险。

Description

一种含BMP低钙羟基磷灰石人工骨的制备方法
技术领域
本发明涉及一种人工骨制备方法，具体为一种含BMP低钙羟基磷灰石人工骨的制备方法，属于人工骨制备技术领域。
背景技术
BMP是迄今为止发现的作用作为肯定、功能最为强大的骨生长因子，但是，BMP半衰期短，暴露于体内微环境中易被降解清除，因此需要缓释载体缓慢释放。
现有技术方案，包括Infuse产品、重组合异种骨及瑞邦骨泰，其载体和因子复合均是表面吸附法，产品植入人体骨损伤部位后多数BMP因挤压或过早暴露于人体微环境等原因而流失、被降解，因此该产品最大的问题是骨生长因子BMP缓释性能一般，复合时需要的浓度大，产品成本高；其次，infuse产品因胶原海绵和BMP两个独立包装，使用时再行吸附复合，因此使用不方便；重组合异种骨复合时要对BMP进行一次“变性-复性”的过程，这一过程也会使部分BMP活性丧失，降低其效价；第三，上述产品生物力学强度普遍较差，使用受限；第四，羟基磷灰石类产品多数为化学计量的人工合成的羟基磷灰石，其钙磷比为1.67，高于天然骨中的钙磷比，作为植入物植入体内，降解缓慢，不利于骨的再生修复。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述至少一个技术问题而提供一种含BMP低钙羟基磷灰石人工骨的制备方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种含BMP低钙羟基磷灰石人工骨的制备方法，包括以下步骤
步骤一、配置打印原料，将15％PVA溶液、α-TCP粉末和rhBMP2按照重量比800:2000:2.65的比例混匀，制备打印原料；
步骤二、3D打印，室温条件下，通过3D生物打印技术，根据预设的打印指令打印，将所制备的打印原料打印成具有理想的形状结构和孔隙大小人工骨样品，且完成后将样品迅速置入-80℃的深低温冰箱预冷冻2小时；
步骤三、干燥处理，取出预冷冻后的样品，并将样品置入冷冻干燥机中进行干燥处理；
步骤四、浸泡，将干燥后的样品在37℃条件下放置于标准PBS溶液中浸泡24小时；
步骤五、洗涤，从PBS溶液中取出样品后，使用去离子水洗涤三遍，并将洗涤后的样品放置在温箱中，并在70℃条件下放置72小时后取出；
步骤六、封装灭菌，对样品进行封装并灭菌处理。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤一中，所制备打印原料中的PVA溶液为生物粘接剂，且在较低温度下交联以增强原料的强度。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤一中，所制备打印原料中的α-TCP在生理温度下水合作用转变为CDHA。
作为本发明再进一步的方案：所述PVA溶液的温度交联和α-TCP的水合硬化作用具有叠加效应。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤二中，通过3D生物打印技术，人工骨样品一次成型。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤二中，对于所打印的人工骨样品，BMP均匀分布于载体材料结构的内部和外表面。
本发明的有益效果是：
1、相比目前上市销售主流产品均是先制备载体，再二次复合BMP的制备工艺，本发明将BMP与载体原材料材料PVA和α-TCP均匀混合，通过3D生物打印技术一次成型，不仅工艺简便，而且BMP与载体材料的复合属深度均匀复合，而非现有技术的表面复合；
2、与目前上市销售产品相比，本发明所制备的产品其活性成分BMP随着材料的降解缓慢释放，从而持续发挥其骨诱导能力，而现有产品，均因属于表面复合，BMP的释放属于“爆发式”释放，鉴于BMP较短的半衰期特性，该类产品需要复合较多的BMP，一者，成本高，二者过量使用BMP存在一定的安全风险，而本技术则因具有缓释性能，BMP可持续发挥作用，即减少了BMP的使用量降低成本，也消除了过量使用BMP存在的潜在风险。
3、本技术方案中除BMP外，PVA和α-TCP各具特色，将这些特色和3D生物打印有机整合，制备了兼具高活性、缓释放、可持续、高强度、易降解、可调谐的一种新型骨修复材料。PVA不仅是一种良好的生物粘接剂，同时也可以在较低温度下交联以增强材料的强度；α-TCP生理温度下水合作用转变为CDHA的过程使得材料的机械强度成倍增加，PVA的温度交联和α-TCP水合硬化作用叠加效应大大加强了材料的强度但却不影响生长因子BMP的活性；生物打印在保证BMP在材料中均匀分布的同时，其活性不受任何影响，同时，3D打印技术可以根据需要调节打印参数打印理想的形状结构和孔隙大小；借助α-TCP水合作用转变为更为接近生物骨中羟基磷灰石成分的低钙羟基磷灰石的特性，产品更加仿生且克服了化学合成的羟基磷灰石体内降解缓慢的缺陷，使材料降解和新骨生成更加匹配。
附图说明
图1为本发明流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1所示，一种含BMP低钙羟基磷灰石人工骨的制备方法，包括以下步骤
步骤一、配置打印原料，将15％PVA溶液、α-TCP粉末和rhBMP2按照重量比800:2000:2.65的比例混匀，制备打印原料；
步骤二、3D打印，室温条件下，通过3D生物打印技术，根据预设的打印指令打印，将所制备的打印原料打印成具有理想的形状结构和孔隙大小人工骨样品，且完成后将样品迅速置入-80℃的深低温冰箱预冷冻2小时；
步骤三、干燥处理，取出预冷冻后的样品，并将样品置入冷冻干燥机中进行干燥处理；
步骤四、浸泡，将干燥后的样品在37℃条件下放置于标准PBS溶液中浸泡24小时；
步骤五、洗涤，从PBS溶液中取出样品后，使用去离子水洗涤三遍，并将洗涤后的样品放置在温箱中，并在70℃条件下放置72小时后取出；
步骤六、封装灭菌，对样品进行封装并灭菌处理。
在本发明实施例中，所述步骤一中，所制备打印原料中的PVA溶液为生物粘接剂，且在较低温度下交联以增强原料的强度。
在本发明实施例中，所述步骤一中，所制备打印原料中的α-TCP在生理温度下水合作用转变为CDHA，使得材料的机械强度成倍增加。
在本发明实施例中，所述PVA溶液的温度交联和α-TCP的水合硬化作用具有叠加效应，加强了材料的强度但却不影响生长因子BMP的活性。
实施例一
如图1所示，一种含BMP低钙羟基磷灰石人工骨的制备方法，包括以下步骤
步骤一、配置打印原料，将15％PVA溶液、α-TCP粉末和rhBMP2按照重量比800:2000:2.65的比例混匀，制备打印原料；
步骤二、3D打印，室温条件下，通过3D生物打印技术，根据预设的打印指令打印，将所制备的打印原料打印成具有理想的形状结构和孔隙大小人工骨样品，且完成后将样品迅速置入-80℃的深低温冰箱预冷冻2小时；
步骤三、干燥处理，取出预冷冻后的样品，并将样品置入冷冻干燥机中进行干燥处理；
步骤四、浸泡，将干燥后的样品在37℃条件下放置于标准PBS溶液中浸泡24小时；
步骤五、洗涤，从PBS溶液中取出样品后，使用去离子水洗涤三遍，并将洗涤后的样品放置在温箱中，并在70℃条件下放置72小时后取出；
步骤六、封装灭菌，对样品进行封装并灭菌处理。
在本发明实施例中，所述步骤二中，通过3D生物打印技术，人工骨样品一次成型，避免了BMP与载体材料的“二次”复合问题，且所打印的人工骨样品的BMP与载体材料的复合属深度均匀复合。
在本发明实施例中，所述步骤二中，对于所打印的人工骨样品，BMP均匀分布于载体材料结构的内部和外表面，植入人体后不仅材料表面复合的BMP可以发挥作用，材料结构内部的BMP随着材料的降解缓慢释放，持续发挥其骨诱导作用，BMP可持续发挥作用，即减少了BMP的使用量降低成本，也消除了过量使用BMP存在的潜在风险。
工作原理：除BMP外，在材料中加入PVA和α-TCP，将这些特色和3D生物打印有机整合，制备了兼具高活性、缓释放、可持续、高强度、易降解、可调谐的一种新型骨修复材料，生长因子BMP持续作用时间延长，叠加增强的力学强度和良好的降解性能在提高骨修复能力的同时使用量下降，即排除过量使用BMP潜在的安全风险，也使产品成本更低；借助3D打印技术，即可制备通用型产品，亦可个性化订制。
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。

Claims (6)

1.一种含BMP低钙羟基磷灰石人工骨的制备方法，其特征在于：包括以下步骤
步骤一、配置打印原料，将15％PVA溶液、α-TCP粉末和rhBMP2按照重量比800:2000:2.65的比例混匀，制备打印原料；
步骤二、3D打印，室温条件下，通过3D生物打印技术，根据预设的打印指令打印，将所制备的打印原料打印成具有理想的形状结构和孔隙大小人工骨样品，且完成后将样品迅速置入-80℃的深低温冰箱预冷冻2小时；
步骤三、干燥处理，取出预冷冻后的样品，并将样品置入冷冻干燥机中进行干燥处理；
步骤四、浸泡，将干燥后的样品在37℃条件下放置于标准PBS溶液中浸泡24小时；
步骤五、洗涤，从PBS溶液中取出样品后，使用去离子水洗涤三遍，并将洗涤后的样品放置在温箱中，并在70℃条件下放置72小时后取出；
步骤六、封装灭菌，对样品进行封装并灭菌处理。
2.根据权利要求1所述的一种含BMP低钙羟基磷灰石人工骨的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，所制备打印原料中的PVA溶液为生物粘接剂，且在较低温度下交联以增强原料的强度。
3.根据权利要求1所述的一种含BMP低钙羟基磷灰石人工骨的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，所制备打印原料中的α-TCP在生理温度下水合作用转变为CDHA。
4.根据权利要求1所述的一种含BMP低钙羟基磷灰石人工骨的制备方法，其特征在于：所述PVA溶液的温度交联和α-TCP的水合硬化作用具有叠加效应。
5.根据权利要求1所述的一种含BMP低钙羟基磷灰石人工骨的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，通过3D生物打印技术，人工骨样品一次成型。
6.根据权利要求1所述的一种含BMP低钙羟基磷灰石人工骨的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，对于所打印的人工骨样品，BMP均匀分布于载体材料结构的内部和外表面。
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