CN1511595A - 骨组织填充材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种骨组织填充材料，由牛松质骨经无机化处理后于焦磷酸钠溶液中浸泡，再经干燥后高温煅烧制煅烧牛松质骨骨组织填充材料，将此煅烧牛松质骨骨组织填充材料于氯化锌悬浊液中浸泡、干燥后进行复合锌高温煅烧即得到本发明含锌煅烧牛松质骨多孔骨组织填充材料，具有价格低廉，生物相容性好，微孔均匀而互相交通，具有一定的力学强度，能有效促进骨生长等特点，适用于骨缺损的填充、脊柱融合及作为骨组织工程中的细胞支架等。
Description
技术领域
本发明属于生物医学工程材料，特别涉及骨组织填充材料。
背景技术
骨缺损的修复、脊柱融合及骨组织工程中的细胞支架都要用到骨组织填充材料，传统使用的骨组织填充材料存在生物相容性不好、价格较贵、力学强度不够、不能有效促进骨生长等不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种骨组织填充材料，使其具有价格低廉，生物相容性好，微孔均匀而互相交通，具有一定的力学强度，能有效促进骨生长等特点。同时本发明还提供该骨组织填充材料的植被方法。
本发明提供的骨组织填充材料，由牛松质骨经无机化处理后于焦磷酸钠溶液中浸泡，再经干燥后高温煅烧制成，此为煅烧牛松质骨骨组织填充材料。将此煅烧牛松质骨骨组织填充材料于氯化锌悬浊液中浸泡、干燥后进行复合锌高温煅烧即得到本发明含锌煅烧牛松质骨多孔骨组织填充材料。
其无机化处理包括煮沸、氢氧化钠、双氧水浸泡后冲洗、干燥和无机化高温煅烧。
本发明骨组织填充材料的制备方法依次包括以下步骤：
(1)取牛松质骨对其进行无机化处理；
(2)将经过无机化处理的牛松质骨于焦磷酸钠溶液中浸泡后干燥；
(3)将经过无机化处理、焦磷酸钠溶液浸泡、干燥后的牛松质骨进行高温煅烧；
(4)将高温煅烧后的牛松质骨于氯化锌悬浊液中浸泡后干燥；
(5)将经过氯化锌悬浊液浸泡、干燥后的牛松质骨进行复合锌高温煅烧即得到发明骨组织填充材料。
无机化处理包括煮沸、氢氧化钠、双氧水浸泡后冲洗、干燥和无机化高温煅烧。
煮沸是将将牛松质骨放入水中煮沸10-13小时；于氢氧化钠、双氧水中浸泡是将煮沸过的牛松质骨放入1％氢氧化钠、1％双氧水中浸泡1小时；冲洗是用大量水洗去化合物，至PH＝7；干燥是用滤纸吸去多余水分，将骨条置干燥箱70℃干燥72小时；无机化高温煅烧是将经煮沸、经氢氧化钠、双氧水浸泡、冲洗和干燥后的牛松质骨放入硅-碳棒电炉中煅烧，缓慢升温，每分钟升高10℃，直至800℃，维持6小时。
于焦磷酸钠溶液中浸泡是将经无机化处理后的牛松质骨浸入0.09M焦磷酸钠溶液中，70℃水浴72小时；于焦磷酸钠溶液浸泡后的干燥是用滤纸吸去牛松质骨上多余水分，置干燥箱70℃干燥72小时；
经焦磷酸钠溶液浸泡、干燥后的高温煅烧是将经无机化处理和经焦磷酸钠溶液浸泡、干燥后的牛松质骨放入硅-碳棒电炉中煅烧，缓慢升温，每分钟升高2.5℃直至1200℃，维持1小时，断电后缓慢降至室温。
氯化锌悬浊液浸泡是浸入0.26M的氯化锌悬浊液液中，70℃水浴半小时，水浴时不断搅拌；经氯化锌悬浊液浸泡后的干燥是用滤纸吸去多余水分，置干燥箱70℃干燥2小时；
复合锌高温煅烧是放入硅-碳棒电炉中煅烧，缓慢升温，每分钟升高10℃直至1200℃，维持2小时，断电后缓慢降至室温。
牛松质骨具有天然的互相交通的微孔，结构及矿物成分均与人骨相似，材料价廉易得，具有作为细胞支架材料的可能。但是牛骨为异种骨，所含的有机成分具有强烈的抗原性。为克服该缺点，本发明采用高温煅烧的方法，去除有机成分，保留矿物成分，该矿物成分主要为羟基磷灰石(HAP)。
虽然羟基磷灰石具有良好的生物相容性，但较之β-磷酸三钙(β-TCP)，β-TCP则相对容易降解，同时也具有良好的生物相容性。为将HAP转变为β-TCP，本发明将材料浸入焦磷酸钠(NP)溶液中后，再高温煅烧。高温下，HAP和NP反应，生成β-TCP。制得β-TCP型煅烧牛松质骨。
组织工程中细胞支架一般无刺激成骨的能力，要额外加入细胞因子，而细胞因子价格昂贵。锌离子具有刺激成骨细胞增殖的能力，将锌离子与β-TCP型煅烧牛松质骨复合后，材料可缓慢而长久的释放出锌离子，促进新骨的生长。锌离子的最佳含量为0.316～1.2wt％。本发明将材料浸入氯化锌悬浊液后，再高温煅烧，高温下，氯化锌与β-TCP型煅烧牛松质骨形成相对稳定的复合结构[Ca3-xZnx(PO4)2]。
本发明各步骤归纳如下：
| 目的 | 措施 | 结果 |
| 初步脱脂、脱蛋白 | 煮沸、用氢氧化钠、双氧水浸泡 | 松质骨内的脂质蛋白被初步脱去 |
| 完全去除骨中的有机成分，并防止骨碎裂 | 高温煅烧、缓慢升温 | 骨中有机成分被去除剩余主要成分为HAP |
| 使HAP转化为β-TCP | 将煅烧后的骨条入足够浓度NP溶液中充分浸泡后，高温下反应 | HAP转化为β-TCP |
| 在β-TCP中加入微量锌 | 将β-TCP浸入一定浓度(0.26-0.78M)氯化锌溶液中后，高温下，锌离子与β-TCP型煅烧牛松质骨形成相对稳定的复合结构[Ca3-xZnx(PO4)2] | β-TCP骨条中含有可缓释的微量锌(0.4％wt-1.2％) |
本发明的含锌煅烧牛松质骨多孔材料价格低廉，生物相容性好，微孔均匀而互相交通(开口微孔)，具有一定的力学强度，具有刺激成骨的能力，适用于非承重区骨缺损的填充、脊柱融合及作为骨组织工程中的细胞支架等。
本发明材料应用的动物实验资料
一、材料与方法
1.煅烧骨的制备 以上述本发明方法分别制成含锌(0.4％wt)和不含锌的长10mm、直径为4mm煅烧骨圆柱体。消毒后备用。
2.实验动物与方法
选用健康新西兰大白兔20只，雌雄不限，每只体重1.8-2.2kg，月龄4-6个月，25mg/kg氯胺酮麻醉，无菌条件下造成桡骨中段10mm长缺损，左侧植入含锌煅烧骨，右侧植入不含锌煅烧骨，作自身对照研究。
二、观察指标
1.一般情况术后动物的一般情况及伤口愈合情况。
2.放射学检查分别于术后4、8、12、20周于同等条件下前肢拍片，观察成骨情况。评价参考Chyun评分方法(Chyun YY，Dacid JS，Renaud L.The heal ing of combiningfreeze-dried and demineralized allogeneic bone in rabbits.Clin Orthop，1994，298：286-295.)。
3.组织学观察术后12周处死受体兔，标本为植入材料连同两端各0.5cm受体骨，10％福尔马林固定48h后，5％硝酸脱钙8小时，纵形切开，作组织学切片，每个标本切3张，HE染色。
评价参考Kingsbury组织学评分法(Kingsbury GH，Samuel WC，Chares HH，et al.Acomparative study of the heal ing process following different type of bonetransplantation.J Bone Joint Surg，1963，45-A：1593-1612.)。
4.血清锌离子浓度测定分别于术前、术后2、4、8、12周抽血1ml，分离血清测锌离子浓度。
三、实验结果
1.术后动物活动、进食正常，伤口I级愈合，无红肿、渗液等。
2.射学检查从X线片观察，4周时，左侧骨痂丰富，骨间隙较模糊，右侧骨痂较左侧为少，间隙多较明显。8周时左侧断端多已结合，骨痂开始塑型，但材料无明显吸收，右侧骨痂较前增多，间隙模糊。12周时左侧与骨结合区的材料有少量吸收，右侧材料无明显吸收。X线评分显示第4、8、12、20周时，左侧评分均明显高于右侧(P＜0.05)。
3.组织学检查大体观，第12周时，左侧材料基本完全被包裹，新骨髓腔再通，右侧材料尚未完全包裹。切片见双侧材料与骨端均紧密结合，但左侧成骨量明显多于右侧，且左侧与骨端结合处的材料有吸收现象，而右侧未见明显吸收。组织学评分示左侧评分明显高于右侧(P＜0.05)。
4.血清锌离子浓度测定显示各组间无明显差异(P＞0.05)。
四、结论
结果表明含有一定比例锌的煅烧牛松质骨植入后可以刺激新骨的形成，成骨量明显高于不含锌材料，证明该材料有助于骨缺损的修复。植入后血清锌离子浓度无明显升高，说明该材料释放的锌离子只在局部发挥作用，对机体无不良反应。是一种理想的骨缺损修复材料。
具体实施方式
实施例：
取小牛骨松质骨部分，锯成0.7*0.7*1.5cm3骨条，将500g骨条放入2000ml水中，煮沸13小时；将骨条放入1％氢氧化钠、1％双氧水2000ml中浸泡1小时；用大量水洗去化合物，至PH＝7，用滤纸吸去多余水分，将骨条置干燥箱70℃干燥72小时；将骨条放入硅-碳棒电炉中煅烧，缓慢升温，每分钟升高10℃直至800℃，维持6小时；将骨条浸入1000ml、0.09M焦磷酸钠溶液中，70℃水浴72小时，用滤纸吸去多余水分，置干燥箱70℃干燥72小时；将骨条放入硅-碳棒电炉中煅烧，缓慢升温，每分钟升高2.5℃直至1200℃，维持1小时；断电后缓慢降至室温，将骨条浸入1000ml、0.26M的氯化锌悬浊液中，70℃水浴半小时，水浴时不断搅拌，用滤纸吸去多余水分，置干燥箱70℃干燥2小时。将骨条放入硅-碳棒电炉中煅烧，缓慢升温，每分钟升高10℃直至1200℃，维持2小时，断电后缓慢降至室温，即得到发明骨组织填充材料，即含锌煅烧牛松质骨多孔材料，含锌量为0.4wt％。其将材料高压蒸汽灭菌，聚乙烯薄膜密封保存等用。
Claims (10)
1.一种骨组织填充材料，其特征在于，该骨组织填充材料由牛松质骨经无机化处理后于焦磷酸钠溶液中浸泡，再经干燥后高温煅烧制成。
2.根据权利要求1所述的骨组织填充材料，其特征在于所说的无机化处理包括煮沸、氢氧化钠、双氧水浸泡后冲洗、干燥和无机化高温煅烧。
3.根据权利要求2所述的骨组织填充材料，其特征在于所说的煮沸是将牛松质骨放入水中煮沸10-13小时；所说的于氢氧化钠、双氧水中浸泡是将煮沸过的牛松质骨放入1％氢氧化钠、1％双氧水中浸泡1小时；所说的冲洗是用大量水洗去化合物，至PH＝7；所说的干燥是用滤纸吸去多余水分，将骨条置干燥箱70℃干燥72小时；所说的无机化高温煅烧是将经煮沸、经氢氧化钠、双氧水浸泡、冲洗和干燥后的牛松质骨放入硅-碳棒电炉中煅烧，缓慢升温，每分钟升高10℃，直至800℃，维持6小时。
4.根据权利要求1、2或3所述的骨组织填充材料，其特征在于所说的于焦磷酸钠溶液中浸泡是将经无机化处理后的牛松质骨浸入0.09M焦磷酸钠溶液中，70℃水浴72小时；所说的于焦磷酸钠溶液浸泡后的干燥是用滤纸吸去牛松质骨上多余水分，置干燥箱70℃干燥72小时；
5.根据权利要求1、2或3所述的骨组织填充材料，其特征在于所说的经焦磷酸钠溶液浸泡、干燥后的高温煅烧是将经无机化处理和经焦磷酸钠溶液浸泡后的牛松质骨放入硅-碳棒电炉中煅烧，缓慢升温，每分钟升高2.5℃直至1200℃，维持1小时，断电后缓慢降至室温。
6.根据权利要求4所述的骨组织填充材料，其特征在于所说的经焦磷酸钠溶液浸泡、干燥后的高温煅烧是将经无机化处理和经焦磷酸钠溶液浸泡后的牛松质骨放入硅-碳棒电炉中煅烧，缓慢升温，每分钟升高2.5℃直至1200℃，维持1小时，断电后缓慢降至室温。
7.一种骨组织填充材料，其特征在于它由权利要求1所述的骨组织填充材料经氯化锌悬浊液浸泡和干燥后再经复合锌高温煅烧制成。
8.根据权利要求7所述的骨组织填充材料，其特征在于所说的经氯化锌悬浊液浸泡是浸入0.26M的氯化锌悬浊液液中，70℃水浴半小时，水浴时不断搅拌；所说的干燥是用滤纸吸去多余水分，置干燥箱70℃干燥2小时；所说的复合锌高温煅烧是放入硅-碳棒电炉中煅烧，缓慢升温，每分钟升高10℃直至1200℃，维持2小时，断电后缓慢降至室温。
9.一种骨组织填充材料的制备方法，其特征在于依次包括以下步骤：
(1)取牛松质骨对其进行无机化处理；
(2)将经过无机化处理的牛松质骨于焦磷酸钠溶液中浸泡后干燥；
(3)将经过无机化处理、焦磷酸钠溶液浸泡、干燥后的牛松质骨进行高温煅烧；
(4)将高温煅烧后的牛松质骨于氯化锌悬浊液中浸泡后干燥；
(5)将经过氯化锌悬浊液浸泡后干燥的牛松质骨进行高温煅烧。
10.根据权利要求9所述的骨组织填充材料的制备方法，其特征在于所说的无机化处理包括煮沸、氢氧化钠、双氧水浸泡后冲洗、干燥和无机化高温煅烧。
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