CN1821143A - 一种磷酸钙复合骨水泥的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种磷酸钙骨水泥复合材料的制备方法,由以下步骤实现:(1)固相部分:采用磷酸钙、碳酸钙和磷酸氢钙为起始原料,经高温固相反应合成制得仅含有羟磷灰石和α-磷酸三钙两晶相的粉剂,粉末按质量比2∶1掺入蔗糖晶体混匀;(2)液相部分:丙烯酸-衣康酸共聚液;(3)固相和液相按重量比3∶1称取,在清洁干燥的玻璃板上用不锈钢调拌刀调和,填入磨具成形,在磷酸钙骨水泥调和过程中在每个模具中掺入人类基因重组骨形成蛋白-2,即可得到复合BMP-2的磷酸钙骨水泥材料。本发明增强了磷酸钙骨水泥的效果,使作为骨修复材料的磷酸钙复合骨水泥具有成骨诱导活性。
Description
技术领域
本发明属于材料科学与生物医学的交叉领域,具体涉及一种磷酸钙复合骨水泥的制备方法,其磷酸钙复合骨水泥可用作充填、修复、替换人体骨组织的材料。
背景技术
磷酸钙骨水泥(Calcium phosphate Cement,CPC)是一种具有生物活性的新型非陶瓷型羟基磷灰石类人工骨材料。CPC是由固相部分(一种或几种磷酸盐的粉末加上HA的晶体)和液相部分(稀酸或生理盐水)调和后经过水化结晶反应而成的一种新型自固化型人工骨替代材料,最初是作为牙科材料而开发出来的。由于它克服了传统陶瓷型羟基磷灰石不能任意塑型和难以降解的缺点,很快成为了骨充填和修复的常用材料。与传统的陶瓷型羟基磷灰石(Hydroxyapatite,HA)相比具有制备简易、任意塑形和缓慢降解等优点;与普通骨水泥相比,生物相容性良好,在固化结晶过程中不产热,是较理想的骨修复材料。CPC除具有良好的骨传导性和生物力学性能外,还是多种药物理想的缓释载体。但CPC只具有骨传导性而缺乏成骨诱导活性,CPC骨替代过程是它的缓慢降解和伴随传导成骨综合作用的结果。
发明内容
本发明的目的是提供一种磷酸钙复合骨水泥的制备方法,该方法不仅可制备出强度高、可塑性好、具有良好生物相容性和可降解性的复合材料,且该复合材料还具有成骨诱导活性。
本发明包括如下步骤:
(1)固相部分:采用磷酸钙、碳酸钙和磷酸氢钙为起始原料,经高温固相反应合成制得仅含有羟磷灰石(HA)和α-磷酸三钙(α-TCP)两晶相的粉剂,粉末按质量比2∶1掺入蔗糖晶体混匀。
(2)液相部分:液剂组成为丙烯酸-衣康酸共聚液。
(3)磷酸钙复合骨水泥的制备:固相和液相按重量比3∶1称取,在清洁干燥的玻璃板上用不锈钢调拌刀调和,填入直径6mm,高8mm的圆柱形磨具成形。在CPC调和过程中,在每个模具中掺入3.5mg人类基因重组骨形成蛋白-2(recombinant human Bone Morphogenetic Protein 2,rhBMP-2)。环境温度控制在23℃左右,调和时间30~60min。
所述的固相部分是以磷酸钙、碳酸钙和磷酸氢钙为起始原料,经高温固相反应合成制得仅含有羟磷灰石(HA)和α-磷酸三钙(α-TCP)两晶相的粉剂,并且在粉末中按质量比2∶1掺入蔗糖晶体均匀混合。所述的液相部分为丙烯酸-衣康酸共聚液。固相和液相在清洁干燥的玻璃板上用不锈钢调拌刀调和,再填入磨具成形,在调和过程中掺入rhBMP-2。
本发明将BMP-2与CPC进行复合旨在使复合材料获得骨诱导性活性。BMP-2是具有高效骨诱导活性的局部诱导骨形成的生长因子,但单纯的BMP在体内扩散太快,也易被蛋白酶分解,在有效的时间内不能作用于更多的靶细胞,其诱导活性难以充分发挥;另外,对于较大的骨缺损,BMP不能发挥支架作用,因此在获得高活性和高纯度的BMP后,须选用合适的生物材料为载体,使其免受蛋白水解。CPC除具有良好的骨传导性和生物力学性能外,还是多种药物理想的缓释载体,将CPC与BMP-2进行复合是一种优势互补的方法。
本发明在CPC制备过程中掺入BMP-2是一种简易有效的物理复合方法,避免了复杂的复合方法对BMP-2活性的影响。复合载体材料植入肌袋后可诱导形成新骨,表明了其具备骨诱导活性。显然,复合BMP-2的CPC材料较之于单纯的CPC材料所具有的骨诱导活性是根本的原因所在。BMP-2对于缺损区新骨生长的促进作用能够充分而持久的发挥有赖于CPC对其的缓释作用。CPC是均匀基质释放系统,BMP-2是从其微孔通过弥散作用释放出来的,释放速度与BMP-2在CPC中的弥散程度和其分子大小、立体结构以及局部的环境有关。
力学强度是评价骨修复材料的重要指标。CPC固化后4h可基本达到最大的抗压强度,目前所见报道多为30-50MPa,本实验材料也于此范围。CPC材料的制备工艺可使其获得天然的微孔结构,它虽使材料具有骨传导性,但也影响力学性能。孔径越大,孔隙率越小,材料的强度越小,当孔隙率达到63%时,CPC的抗压强度为0,这不利于修复的效果。另一方面,较小的孔径,较低的孔隙率虽然可使材料获得更高的力学强度,却不利于新骨的长入。故为使材料具有良好的骨传导性,同样不应盲目地降低孔隙率,缩小孔径。本实验在固相中掺入一定比例的蔗糖作为占位剂,目的在于使材料在长期的降解和骨替代的过程中,获得一定的空隙率。
本发明制备的磷酸钙复合骨水泥,可用作充填、修复、替换人体骨组织的材料。
附图说明
图1.扫描电镜结果显示复合材料表面粗糙,分布大小不等的孔隙。
图2.4W时,材料表面形成包绕的新生骨质。
图3.新生骨呈编织骨形态,包绕复合材料,HE染色,40×。
图4.骨缺损区新骨与CPC/BMP-2嵌合,材料表面轻度降解,甲苯胺蓝染色,40×。
具体实施方式
本发明结合实施例和附图作进一步的说明。
实施例一
采用磷酸钙、碳酸钙和磷酸氢钙为起始原料,经高温固相反应合成制得仅含有羟磷灰石(HA)和α-磷酸三钙(α-TCP)两晶相以质量比为6∶4组成的粉剂,该粉剂由上海生物材料研究测试中心提供。液剂组成为丙烯酸-衣康酸共聚液,由上海青浦齿科材料厂提供。rhBMP-2,基因工程重组(大肠杆菌),分子量12000,购于军事医学科学院基础研究所生化研究室。蔗糖,分析纯,购于Sigma公司。
一种磷酸钙复合骨水泥的制备方法,包括如下步骤:
(1)固相部分:采用磷酸钙、碳酸钙和磷酸氢钙为起始原料,经高温固相反应合成制得仅含含有羟磷灰石(HA)和α-磷酸三钙(α-TCP)两晶相的粉剂,粉末按质量比2∶1掺入蔗糖晶体混匀。
(2)液相部分:液剂组成为丙烯酸-衣康酸共聚液。
(3)磷酸钙复合骨水泥的制备:固相和液相按重量比3∶1称取,在清洁干燥的玻璃板上用不锈钢调拌刀调和,填入直径6mm,高8mm的圆柱形磨具成形。在CPC调和过程中,在每个模具中掺入3.5mg rhBMP-2(recombinant humanBone Morphogenetic Protein 2,人类基因重组骨形成蛋白-2)。环境温度控制在23℃左右,调和时间30~60min。
本实施例所得到的复合物的凝固时间为10min。抗压强度为48.9Mpa,抗折强度为8.74Mpa。XRD物相分析:复合材料粉剂的X线衍射曲线显示仍为两个晶相:羟磷灰石和高温型磷酸三钙(α-TCP)。表面结构:扫描电镜结果显示复合材料表面粗糙,分布大小不等的孔隙,孔径为50-300μm,孔隙率为30-50%(见图1)。
异位成骨组织学检查:4W时,复合材料表面形成包绕的新生骨质(见图2)。组织学检查发现新生软骨、骨及少量类骨质,呈编织骨形态,与材料结合紧密.表明复合载体有较好的骨诱导活性(见图3)。单纯CPC材料植入肌袋仅被纤维组织膜包裹,未见软骨及骨组织,表明单纯的CPC材料不具备骨诱导性。
实施例二
填充下颌骨缺损的实验研究:
在兔下颌部以电钻造成直径6mm的圆形洞穿性缺损,实验组将CPC/BMP复合载体填入缺损;对照组将单纯CPC填入缺损。两组均于8W后取材,对标本进行检测。
界面生物力学检测:两组材料骨界面推出强度结果见表1,实验组大于对照组,有显著性差异,表明实验组复合材料与宿主骨结合更紧密。
表1.两组材料-骨界面力学检测(x±S,)
例数 | 推出强度(MPa) | |
对照组实验组 | 65 | 13.79±2.176.47±0.42* |
P=0.047
组织学检查:硬组织切片显示实验组材料骨界面中新骨形成较多,材料表面可见降解,新骨侵入材料表面的裂隙,与之嵌合(见图4);对照组材料骨界面中见骨质与材料紧密结合,但结合面积较小。
界面新骨计量:两组界面新骨计量结果表明,实验组骨量多于对照组,有显著性差异,参见表2。
表2.两组材料-骨界面新骨计量(x±S,mm2)
例数 | 新骨量(mm2) | |
对照组实验组 | 55 | 0.606±0.2290.089±0.011* |
P=0.046
Claims (4)
1.一种磷酸钙复合骨水泥的制备方法,包括固相部分、液相部分、固相与液相两部分的调配以及磷酸钙复合骨水泥的形成,其特征在于:
(1)固相部分:采用磷酸钙、碳酸钙和磷酸氢钙为起始原料,经高温固相反应合成制得仅含有羟磷灰石(HA)和α-磷酸三钙(α-TCP)两晶相的粉剂,粉末按质量比2∶1掺入蔗糖晶体混匀,
(2)液相部分:液剂组成为丙烯酸-衣康酸共聚液,
(3)磷酸钙复合骨水泥的制备:固相和液相按重量比3∶1称取,在清洁干燥的玻璃板上用不锈钢调拌刀调和,填入直径6mm,高8mm的圆柱形磨具成形,在磷酸钙骨水泥调和过程中,在每个模具中掺入3.5mg人类基因重组骨形成蛋白-2,环境温度控制在20~25℃,调和时间30~60min。
2.如权利要求1所述的一种磷酸钙复合骨水泥的制备方法,其特征在于:所述的固相部分是以磷酸钙、碳酸钙和磷酸氢钙为起始原料,经高温固相反应合成制得仅含有羟磷灰石和α-磷酸三钙两晶相的粉剂,并且在粉末中按质量比2∶1掺入蔗糖晶体均匀混合。
3.如权利要求1所述的一种磷酸钙复合骨水泥的制备方法,其特征在于:所述的液相部分为丙烯酸-衣康酸共聚液。
4.如权利要求1所述的一种磷酸钙复合骨水泥的制备方法,其特征在于:固相和液相在清洁干燥的玻璃板上用不锈钢调拌刀调和,再填入磨具成形,在调和过程中掺入人类基因重组骨形成蛋白-2。
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PB01 | Publication | ||
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C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |