專利名稱：一種磷酸鈣復合骨水泥的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料科學與生物醫(yī)學的交叉領(lǐng)域，具體涉及一種磷酸鈣復合骨水泥的制備方法，其磷酸鈣復合骨水泥可用作充填、修復、替換人體骨組織的材料。
背景技術(shù)：
磷酸鈣骨水泥(Calcium phosphate Cement，CPC)是一種具有生物活性的新型非陶瓷型羥基磷灰石類人工骨材料。CPC是由固相部分(一種或幾種磷酸鹽的粉末加上HA的晶體)和液相部分(稀酸或生理鹽水)調(diào)和后經(jīng)過水化結(jié)晶反應(yīng)而成的一種新型自固化型人工骨替代材料，最初是作為牙科材料而開發(fā)出來的。由于它克服了傳統(tǒng)陶瓷型羥基磷灰石不能任意塑型和難以降解的缺點，很快成為了骨充填和修復的常用材料。與傳統(tǒng)的陶瓷型羥基磷灰石(Hydroxyapatite，HA)相比具有制備簡易、任意塑形和緩慢降解等優(yōu)點；與普通骨水泥相比，生物相容性良好，在固化結(jié)晶過程中不產(chǎn)熱，是較理想的骨修復材料。CPC除具有良好的骨傳導性和生物力學性能外，還是多種藥物理想的緩釋載體。但CPC只具有骨傳導性而缺乏成骨誘導活性，CPC骨替代過程是它的緩慢降解和伴隨傳導成骨綜合作用的結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種磷酸鈣復合骨水泥的制備方法，該方法不僅可制備出強度高、可塑性好、具有良好生物相容性和可降解性的復合材料，且該復合材料還具有成骨誘導活性。
本發(fā)明包括如下步驟(1)固相部分采用磷酸鈣、碳酸鈣和磷酸氫鈣為起始原料，經(jīng)高溫固相反應(yīng)合成制得僅含有羥磷灰石(HA)和α-磷酸三鈣(α-TCP)兩晶相的粉劑，粉末按質(zhì)量比2∶1摻入蔗糖晶體混勻。
(2)液相部分液劑組成為丙烯酸-衣康酸共聚液。
(3)磷酸鈣復合骨水泥的制備固相和液相按重量比3∶1稱取，在清潔干燥的玻璃板上用不銹鋼調(diào)拌刀調(diào)和，填入直徑6mm，高8mm的圓柱形磨具成形。在CPC調(diào)和過程中，在每個模具中摻入3.5mg人類基因重組骨形成蛋白-2(recombinant human Bone Morphogenetic Protein 2，rhBMP-2)。環(huán)境溫度控制在23℃左右，調(diào)和時間30～60min。
所述的固相部分是以磷酸鈣、碳酸鈣和磷酸氫鈣為起始原料，經(jīng)高溫固相反應(yīng)合成制得僅含有羥磷灰石(HA)和α-磷酸三鈣(α-TCP)兩晶相的粉劑，并且在粉末中按質(zhì)量比2∶1摻入蔗糖晶體均勻混合。所述的液相部分為丙烯酸-衣康酸共聚液。固相和液相在清潔干燥的玻璃板上用不銹鋼調(diào)拌刀調(diào)和，再填入磨具成形，在調(diào)和過程中摻入rhBMP-2。
本發(fā)明將BMP-2與CPC進行復合旨在使復合材料獲得骨誘導性活性。BMP-2是具有高效骨誘導活性的局部誘導骨形成的生長因子，但單純的BMP在體內(nèi)擴散太快，也易被蛋白酶分解，在有效的時間內(nèi)不能作用于更多的靶細胞，其誘導活性難以充分發(fā)揮；另外，對于較大的骨缺損，BMP不能發(fā)揮支架作用，因此在獲得高活性和高純度的BMP后，須選用合適的生物材料為載體，使其免受蛋白水解。CPC除具有良好的骨傳導性和生物力學性能外，還是多種藥物理想的緩釋載體，將CPC與BMP-2進行復合是一種優(yōu)勢互補的方法。
本發(fā)明在CPC制備過程中摻入BMP-2是一種簡易有效的物理復合方法，避免了復雜的復合方法對BMP-2活性的影響。復合載體材料植入肌袋后可誘導形成新骨，表明了其具備骨誘導活性。顯然，復合BMP-2的CPC材料較之于單純的CPC材料所具有的骨誘導活性是根本的原因所在。BMP-2對于缺損區(qū)新骨生長的促進作用能夠充分而持久的發(fā)揮有賴于CPC對其的緩釋作用。CPC是均勻基質(zhì)釋放系統(tǒng)，BMP-2是從其微孔通過彌散作用釋放出來的，釋放速度與BMP-2在CPC中的彌散程度和其分子大小、立體結(jié)構(gòu)以及局部的環(huán)境有關(guān)。
力學強度是評價骨修復材料的重要指標。CPC固化后4h可基本達到最大的抗壓強度，目前所見報道多為30-50MPa，本實驗材料也于此范圍。CPC材料的制備工藝可使其獲得天然的微孔結(jié)構(gòu)，它雖使材料具有骨傳導性，但也影響力學性能?？讖皆酱螅紫堵试叫?，材料的強度越小，當孔隙率達到63％時，CPC的抗壓強度為0，這不利于修復的效果。另一方面，較小的孔徑，較低的孔隙率雖然可使材料獲得更高的力學強度，卻不利于新骨的長入。故為使材料具有良好的骨傳導性，同樣不應(yīng)盲目地降低孔隙率，縮小孔徑。本實驗在固相中摻入一定比例的蔗糖作為占位劑，目的在于使材料在長期的降解和骨替代的過程中，獲得一定的空隙率。
本發(fā)明制備的磷酸鈣復合骨水泥，可用作充填、修復、替換人體骨組織的材料。


圖1.掃描電鏡結(jié)果顯示復合材料表面粗糙，分布大小不等的孔隙。
圖2.4W時，材料表面形成包繞的新生骨質(zhì)。
圖3.新生骨呈編織骨形態(tài)，包繞復合材料，HE染色，40×。
圖4.骨缺損區(qū)新骨與CPC/BMP-2嵌合，材料表面輕度降解，甲苯胺藍染色，40×。
具體實施例方式
本發(fā)明結(jié)合實施例和附圖作進一步的說明。
實施例一采用磷酸鈣、碳酸鈣和磷酸氫鈣為起始原料，經(jīng)高溫固相反應(yīng)合成制得僅含有羥磷灰石(HA)和α-磷酸三鈣(α-TCP)兩晶相以質(zhì)量比為6∶4組成的粉劑，該粉劑由上海生物材料研究測試中心提供。液劑組成為丙烯酸-衣康酸共聚液，由上海青浦齒科材料廠提供。rhBMP-2，基因工程重組(大腸桿菌)，分子量12000，購于軍事醫(yī)學科學院基礎(chǔ)研究所生化研究室。蔗糖，分析純，購于Sigma公司。
一種磷酸鈣復合骨水泥的制備方法，包括如下步驟(1)固相部分采用磷酸鈣、碳酸鈣和磷酸氫鈣為起始原料，經(jīng)高溫固相反應(yīng)合成制得僅含含有羥磷灰石(HA)和α-磷酸三鈣(α-TCP)兩晶相的粉劑，粉末按質(zhì)量比2∶1摻入蔗糖晶體混勻。
(2)液相部分液劑組成為丙烯酸-衣康酸共聚液。
(3)磷酸鈣復合骨水泥的制備固相和液相按重量比3∶1稱取，在清潔干燥的玻璃板上用不銹鋼調(diào)拌刀調(diào)和，填入直徑6mm，高8mm的圓柱形磨具成形。在CPC調(diào)和過程中，在每個模具中摻入3.5mg rhBMP-2(recombinant humanBone Morphogenetic Protein 2，人類基因重組骨形成蛋白-2)。環(huán)境溫度控制在23℃左右，調(diào)和時間30～60min。
本實施例所得到的復合物的凝固時間為10min?？箟簭姸葹?8.9Mpa，抗折強度為8.74Mpa。XRD物相分析復合材料粉劑的X線衍射曲線顯示仍為兩個晶相羥磷灰石和高溫型磷酸三鈣(α-TCP)。表面結(jié)構(gòu)掃描電鏡結(jié)果顯示復合材料表面粗糙，分布大小不等的孔隙，孔徑為50-300μm，孔隙率為30-50％(見圖1)。
異位成骨組織學檢查4W時，復合材料表面形成包繞的新生骨質(zhì)(見圖2)。組織學檢查發(fā)現(xiàn)新生軟骨、骨及少量類骨質(zhì)，呈編織骨形態(tài)，與材料結(jié)合緊密.表明復合載體有較好的骨誘導活性(見圖3)。單純CPC材料植入肌袋僅被纖維組織膜包裹，未見軟骨及骨組織，表明單純的CPC材料不具備骨誘導性。
實施例二填充下頜骨缺損的實驗研究在兔下頜部以電鉆造成直徑6mm的圓形洞穿性缺損，實驗組將CPC/BMP復合載體填入缺損；對照組將單純CPC填入缺損。兩組均于8W后取材，對標本進行檢測。
界面生物力學檢測兩組材料骨界面推出強度結(jié)果見表1，實驗組大于對照組，有顯著性差異，表明實驗組復合材料與宿主骨結(jié)合更緊密。
表1.兩組材料-骨界面力學檢測(x±S，)

P＝0.047組織學檢查硬組織切片顯示實驗組材料骨界面中新骨形成較多，材料表面可見降解，新骨侵入材料表面的裂隙，與之嵌合(見圖4)；對照組材料骨界面中見骨質(zhì)與材料緊密結(jié)合，但結(jié)合面積較小。
界面新骨計量兩組界面新骨計量結(jié)果表明，實驗組骨量多于對照組，有顯著性差異，參見表2。
表2.兩組材料-骨界面新骨計量(x±S，mm2)

P＝0.04權(quán)利要求
1.一種磷酸鈣復合骨水泥的制備方法，包括固相部分、液相部分、固相與液相兩部分的調(diào)配以及磷酸鈣復合骨水泥的形成，其特征在于(1)固相部分采用磷酸鈣、碳酸鈣和磷酸氫鈣為起始原料，經(jīng)高溫固相反應(yīng)合成制得僅含有羥磷灰石(HA)和α-磷酸三鈣(α-TCP)兩晶相的粉劑，粉末按質(zhì)量比2∶1摻入蔗糖晶體混勻，(2)液相部分液劑組成為丙烯酸-衣康酸共聚液，(3)磷酸鈣復合骨水泥的制備固相和液相按重量比3∶1稱取，在清潔干燥的玻璃板上用不銹鋼調(diào)拌刀調(diào)和，填入直徑6mm，高8mm的圓柱形磨具成形，在磷酸鈣骨水泥調(diào)和過程中，在每個模具中摻入3.5mg人類基因重組骨形成蛋白-2，環(huán)境溫度控制在20～25℃，調(diào)和時間30～60min。
2.如權(quán)利要求1所述的一種磷酸鈣復合骨水泥的制備方法，其特征在于所述的固相部分是以磷酸鈣、碳酸鈣和磷酸氫鈣為起始原料，經(jīng)高溫固相反應(yīng)合成制得僅含有羥磷灰石和α-磷酸三鈣兩晶相的粉劑，并且在粉末中按質(zhì)量比2∶1摻入蔗糖晶體均勻混合。
3.如權(quán)利要求1所述的一種磷酸鈣復合骨水泥的制備方法，其特征在于所述的液相部分為丙烯酸-衣康酸共聚液。
4.如權(quán)利要求1所述的一種磷酸鈣復合骨水泥的制備方法，其特征在于固相和液相在清潔干燥的玻璃板上用不銹鋼調(diào)拌刀調(diào)和，再填入磨具成形，在調(diào)和過程中摻入人類基因重組骨形成蛋白-2。
全文摘要
本發(fā)明提供一種磷酸鈣骨水泥復合材料的制備方法，由以下步驟實現(xiàn)(1)固相部分采用磷酸鈣、碳酸鈣和磷酸氫鈣為起始原料，經(jīng)高溫固相反應(yīng)合成制得僅含有羥磷灰石和α－磷酸三鈣兩晶相的粉劑，粉末按質(zhì)量比2∶1摻入蔗糖晶體混勻；(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稱取，在清潔干燥的玻璃板上用不銹鋼調(diào)拌刀調(diào)和，填入磨具成形，在磷酸鈣骨水泥調(diào)和過程中在每個模具中摻入人類基因重組骨形成蛋白－2，即可得到復合BMP－2的磷酸鈣骨水泥材料。本發(fā)明增強了磷酸鈣骨水泥的效果，使作為骨修復材料的磷酸鈣復合骨水泥具有成骨誘導活性。
文檔編號A61L27/12GK1821143SQ20061004969
公開日2006年8月23日 申請日期2006年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月3日
發(fā)明者徐靖宏, 談偉強, 林軍 申請人:浙江大學