專利名稱：一種具有治療作用的拼接式人工骨填充緩釋材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種具有治療作用的拼接式人工骨填充緩釋復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
骨缺損指骨的結(jié)構(gòu)完整性被破壞，是臨床常見病。創(chuàng)傷、感染、腫瘤、骨髓炎手術(shù)清倉IJ、以及各種先天性疾病是導(dǎo)致骨缺損的主要原因。較小的骨缺損(通常指8_以下)，對于一個健康的非吸煙者來說，有可能自行愈合；但骨缺損過大，或者是在較小的骨頭上的骨缺損，很難完全愈合，需要手術(shù)的干預(yù)，目前主要方法有以下幾種:
1、骨移植，又分為自體骨移植，同種異體骨移植，異種骨移植。自體骨移植雖有明顯的優(yōu)點，如無排斥反應(yīng)、無污染、材料成本低、可以完全吸收、能誘導(dǎo)骨重建。但存在極大缺點，如取骨的量較少、需要額外的取骨手術(shù)部位、增加了麻醉及手術(shù)的時間、并發(fā)癥相對較高、取骨部位可能有長達半年或更長時間的疼痛或不適感。同種異體骨移植取自尸體骨，骨組織經(jīng)過處理后已滅活，具有來源較自體骨豐富，免疫源性低，可提供結(jié)構(gòu)支撐等優(yōu)點；與自體骨比較，不能誘導(dǎo)骨愈合，同時也存在引起免疫反應(yīng)、血源性疾病傳播的可能性。異種骨移植取自動物的骨骼制成，由于不能100%確定這些材料無傳染性污染物，有可能引起免疫反應(yīng)。2、人工骨:包括骨水泥(如磷酸鈣骨水泥及丙烯酸酯類骨水泥)和生物陶瓷(如羥基磷灰石)。磷酸鈣骨水泥是一種新型的骨修復(fù)材料，雖有較好的組織相容性，及可作為抗生素載體，在植入感染性骨缺損處發(fā)揮持續(xù)抗感染作用，但機械強度較低，不能用于負(fù)重骨的修復(fù)。丙烯酸酯類骨水泥能夠及時塑形，且具有較好的力學(xué)性能；但生物相容性較差，缺乏骨傳導(dǎo)性，聚合過程會發(fā)熱引起周圍骨壞死，在骨-水泥界面形成纖維組織，及不利于吸收，也不利于骨組織的長入。羥基磷灰石是生物相容性很好的骨修復(fù)材料，其修復(fù)主要體現(xiàn)在骨傳導(dǎo)方面，可以為新骨的形成提供支架。但羥基磷灰石在體內(nèi)降解的速度慢，不利于新骨的長入。3、骨搬運技術(shù)。利用Ilizarov的牽張-成骨原理，在外固定架的輔助下，在骨缺損的近端或遠(yuǎn)端截骨，并將游離骨段搬運至骨缺損處的方法。在搬運的過程中，截骨處會長出新生的骨組織。雖不存在生物污染或生物相容性等問題，且適合任何類型骨缺損，但是需要的時間較長，期間需要患者及家屬的積極配合。4、組織工程骨，利用組織工程的手段，構(gòu)建、培育活的骨組織，以修復(fù)或重建骨的結(jié)構(gòu)，該技術(shù)目前仍處于研究階段。綜上所述，現(xiàn)有文獻的報導(dǎo)中，尚未有關(guān)于本發(fā)明中所述的生物相容性及生物可降解納米材料為載體附著物，通過靜電紡絲技術(shù)制成納米纖維薄膜，與特制粉末共同壓制形成具有長期緩釋作用并可進行快速拼接人工骨填充材料，以實現(xiàn)不同治療作用及增強修復(fù)骨部位的耐牽拉性，防止患肢肌肉萎縮功能退 化的相關(guān)研究報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有治療作用的拼接式人工骨骨填充緩釋復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明提出的具有治療作用的拼接式人工骨骨填充緩釋復(fù)合材料的制備方法，具體步驟如下:
以生物相容性且生物可降解納米材料為載體附著物，添加具有不同治療作用的藥物通過靜電紡絲技術(shù)紡成薄膜，所得薄膜與特制粉末交替放到模具里壓制成可相互拼接且具有長期藥物緩釋作用的人工骨填充緩釋復(fù)合材料；其中:控制靜電紡絲的電壓為10-15kv，流量為0.1-lml/h，時間為l-5h ;所述以生物相容性且生物可降解性納米材料采用殼聚糖、甲殼素、葡聚糖、聚己內(nèi)酯(PCL)、聚乳酸(PLA)或聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)等的一種或幾種。本發(fā)明中，所述具有不同治療作用的藥物為硫酸鏈霉素、青霉素、異煙肼、利福平、β -TCP、HA或促進骨生長的骨誘導(dǎo)生長因子等的一種或幾種的組合。本發(fā)明中，所述特制粉末為β -磷酸三鈣(β-TCP)、羥基磷灰石(HA)、氯化鈉(NaCl)、骨形態(tài)發(fā)生蛋白2 (BMP2)或聚己內(nèi)酯(PCL)等的一種或幾種。本發(fā)明中，通過對薄膜進行層壓或者片壓得到有機物和無機物的復(fù)合體人工骨。本發(fā)明中，對薄膜進行層壓或片壓時的壓力為5KPa_20KPa，時間為0.5_5min。本發(fā)明中，壓制成的人工骨置于50-85°C下2_30min使表面粉末進一步固化。本發(fā)明中，壓制產(chǎn)生的人工骨在二維 或三維空間進行上下或者左右相互拼接成一個平面或者立體，可根據(jù)病人的不同需求將人工骨拼接成不同形狀。本發(fā)明中，根據(jù)不同病人的需要可以將納米纖維薄膜壓制成特異的可相互拼接人工骨。本發(fā)明中，首次提出了拼接式人工骨，臨床上可根據(jù)不同的形狀的骨缺損拼接成不同的形狀對缺損進行填充。本發(fā)明以生物相容性及生物可降解納米材料作為載體附著物，利用靜電紡絲技術(shù)將負(fù)有藥物的混合溶液紡成薄膜，薄膜與特制粉末交替間隔壓制成形，得到具有藥物長期緩釋，并可進行相互拼接的具有治療作用的人工骨填充物。通過本發(fā)明方法制得的人工骨填充緩釋材料:1、包含殼聚糖，甲殼素，葡聚糖，聚己內(nèi)酯，聚乳酸，聚乳酸-羥基乙酸共聚物等的一種或幾種的組合，具有生物相容性及生物可降解性，隨著骨細(xì)胞的長入人工骨填充物可逐漸被吸收，最后全被新生骨細(xì)胞代替；2、通過添加具有不同治療作用的藥物可發(fā)揮不同的治療作用，如加入硫酸鏈霉素，利福平，異煙肼和HA等的一種或幾種組合制得的人工骨可發(fā)揮抗骨結(jié)核作用，如加入青霉素和BMP2，β -TCP中的任意兩種組合或者三種組合制得的人工骨填充物可發(fā)揮抗感染及促進骨再生的作用；3、目前臨床所用的人工骨絕大多數(shù)需要裁剪，這不但延長了手術(shù)的時間也增加了患者的感染風(fēng)險；裁剪出來的人工骨一整個填充進缺損處，骨細(xì)胞較難長入中間替代人工骨，導(dǎo)致修復(fù)時間加長，病人康復(fù)時間慢；已成型的人工骨大多數(shù)脆性大，術(shù)后病人長時間不能進行正?；顒?，稍有不慎將發(fā)生人工骨碎裂，導(dǎo)致手術(shù)失敗及感染，這于病人及其家庭都是莫大的精神及經(jīng)濟負(fù)擔(dān)。本發(fā)明的方法制得的人工骨比較小，并且可根據(jù)病人的缺損不同而拼成不同的形狀，臨床使用起來也比較方便，縮短手術(shù)時間，降低感染率；植入病人體內(nèi)的人工骨由多個小部分組成，骨細(xì)胞可通過每個小部分的間隙深入成骨，有利于修復(fù)，縮短病人康復(fù)時間；植入的人工骨通過拼圖式相互嵌合拼接而成增加了人工骨的韌性，根據(jù)拼接的方向不同可從各個方向增強人工骨的耐牽拉性，可能實現(xiàn)病人術(shù)后不久即可正?；顒?，避免患肢長時間不運動長生的肌肉萎縮，減輕病人的精神和經(jīng)濟負(fù)擔(dān)。本發(fā)明通過層壓法或片壓法制得人工骨，隨著人工骨的降解可長時間釋放具有不同治療作用的藥物。本發(fā)明的優(yōu)點:負(fù)載在人工骨材料中的藥物不同可發(fā)揮不同的治療作用，術(shù)后植入體內(nèi)可長時間緩慢釋放，維持局部有效的藥物治療濃度，有助于骨移植物周圍骨組織再生同時發(fā)揮治療作用；通過本發(fā)明方法所得的人工骨可拼接填充，手術(shù)現(xiàn)場可根據(jù)病人的不同要求進行不同的拼接；每個拼接的部分都很小，有利于骨細(xì)胞滲透長入，可快速修復(fù)缺損；植入的人工骨進行拼圖式拼接，根據(jù)拼接方向不同，可從不同方向增強修復(fù)處的耐牽拉性，縮短骨修復(fù)時間，防止患肢肌肉萎縮功能退化，促進患者的康復(fù)。


圖1負(fù)藥溶液靜電紡絲薄膜電鏡圖。圖2不同藥物釋藥圖，骨損傷修復(fù)周期一般為2-3個月，藥物釋放圖充分說明了按本發(fā)明所得到的產(chǎn)品能保證在骨修復(fù)期間具有良好的藥物控釋功能，促進骨修復(fù)的加速進行。圖3人工骨的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
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圖4人工骨拼接示意圖，其中:為拼接方式示意圖，b)為局部拼接圖。圖5為特制粉末中不同含量的PCL制成的人工骨的儲能模量。隨著PCL含量降低，人工骨的儲能模量呈增大趨勢，在PCL占10%時，人工骨的儲能模量最大，測試表明PCL含量為10%時人工骨的儲能模量最高，證明此時人工骨具有良好的力學(xué)性能。圖6 動物實驗圖，a)為 PCL/HA/ β -TCP, b)為 PCL/HA, C)為 PCL/ β -TCP, d)為空白對照。通過各組的動物實驗圖對比可知，存在PCL/ΗΑ/β -TCP情況下比空白組具有顯著好的修復(fù)效果，證明了通過本發(fā)明得到的人工骨具有良好骨再生能力。圖2，圖5，圖6的實驗證明本發(fā)明得到的產(chǎn)品具有:1、優(yōu)良的力學(xué)性能；2、良好的藥物控釋作用；3、動物實驗所體現(xiàn)的良好骨再生能力。
具體實施例方式下面通過實施例進一步說明本發(fā)明。實施例1
精密稱定分子量為8萬的PCL 0.24g，利福平粉末0.012g，加入PCL與利福平的總量100/7倍的氯仿，得到的溶液在電壓為15kv，流量為0.5ml/h的條件下紡絲4h，得到含利福平的藥膜。精密稱定分子量為8萬的PCL 0.24g，異煙肼粉末0.012g，加入PCL與異煙肼總量的100/7倍的混合液(氯仿:DMF=9:1)，得到的溶液在電壓為15kv，流量為0.5ml/h的條件下紡絲4h，得到含異煙肼的藥膜。將粉末按TCP:HA:PCL = NaCl= (0.4:0.6:1:8)的比例混合研磨均勻，得到特制粉末。精密稱定特制粉末0.1g放置于模具中，加入與模具大小相符的異煙肼藥膜，加入特制粉末0.1g,加入與模具大小相符的利福平藥膜，加入特制粉末0.lg，加入與模具大小相符的異煙肼藥膜，加入特制粉末0.lg，加入與模具大小相符的利福平藥膜，加入特制粉末0.lg，加入與模具大小相符的異煙肼藥膜，加入特制粉末0.lg，加入與模具大小相符的利福平藥膜，加入特制粉末0.lg。連同模具置于85°C下20分鐘，取出，在IOKPa壓力下，壓制2分鐘，取出，放置去離子水中浸泡72h，除去NaCl，取出，晾干，得到
女口
實施例2
精密稱定殼聚糖0.24g，青霉素粉末0.012g，加入殼聚糖與青霉素的總量100/7倍的氯仿，得到的溶液在電壓為12kv，流量為lml/h的條件下紡絲3h，得到含青霉素的藥膜。將粉末按BMP2:HA:PCL:NaCl= (0.4:0.6:1:8)的比例混合研磨均勻，得到特制粉末。精密稱定特制粉末0.1g放置于模具中，加入與模具大小相符的異煙肼藥膜，加入特制粉末0.1g,加入與模具大小相符的藥膜，加入特制粉末0.1g,加入與模具大小相符的藥膜，加入特制粉末0.lg，加入與模具大小相符的藥膜，加入特制粉末0.lg，加入與模具大小相符的藥膜，力口入特制粉末0.lg，加入與模具大小相符的藥膜，加入特制粉末0.lg。連同模具置于80°C下20分鐘，取出，在8KPa壓力下，壓制3分鐘，取出，放置去離子水中浸泡72h，除去NaCl，取出，晾干，得到產(chǎn)品。`
權(quán)利要求
1.一種具有治療作用的拼接式人工骨填充緩釋復(fù)合材料的制備方法，其特征在于具體步驟如下 以生物相容性且生物可降解納米材料為載體附著物，添加具有不同治療作用的藥物通過靜電紡絲技術(shù)紡成薄膜，所得薄膜與特制粉末交替放到模具里壓制成可相互拼接且具有長期藥物緩釋作用的人工骨填充緩釋復(fù)合材料；其中控制靜電紡絲的電壓為10-15kv，流量為O. 1-lml/h，時間為l-5h ;所述以生物相容性且生物可降解性納米材料采用殼聚糖、甲殼素、葡聚糖、聚己內(nèi)酯、聚乳酸或聚乳酸-羥基乙酸共聚物的一種或幾種。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有治療作用的拼接式人工骨填充緩釋復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述具有治療作用的藥物為硫酸鏈霉素、青霉素、異煙肼、利福平或促進骨生長的骨誘導(dǎo)生長因子的一種或幾種的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有治療作用的拼接式人工骨填充緩釋復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述特制粉末為β -磷酸三鈣、羥基磷灰石、氯化鈉、骨形態(tài)發(fā)生蛋白2或聚己內(nèi)酯的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有治療作用的拼接式人工骨填充緩釋復(fù)合材料的制備方法，其特征在于通過對薄膜進行層壓或者片壓得到有機物和無機物的復(fù)合體人工骨。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有治療作用的拼接式人工骨填充緩釋復(fù)合材料的制備方法，其特征在于對薄膜進行層壓或片壓時的壓力為5KPa-20KPa，時間為O. 5_5min。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有治療作用的拼接式人工骨填充緩釋復(fù)合材料的制備方法，其特征在于壓制產(chǎn)生的人工骨在二維或三維空間進行上下或者左右相互拼接成一個平面或者立體，根據(jù)病人的不同需求將人工骨拼接成不同形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述可用于拼接式人工骨填充緩釋復(fù)合材料的制備方法，其特征在于壓制成的人工骨置于50-85°C下2-30min使表面粉末進一步固化。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述可用于拼接式人工骨填充緩釋復(fù)合材料的制備方法，其特征在于根據(jù)不同病人的需要可以將納米纖維薄膜壓制成特異的可相互拼接人工骨。
全文摘要
本發(fā)明屬于納米生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種具有治療作用的拼接式人工骨填充緩釋材料的制備方法。本發(fā)明以生物相容性及生物可降解納米材料作為載體附著物，利用靜電紡絲技術(shù)將負(fù)有藥物的混合溶液紡成薄膜，薄膜與特制粉末交替間隔壓制成形，得到具有藥物長期緩釋，并可進行相互拼接的具有治療作用的人工骨填充物。通過本發(fā)明方法制得的人工骨填充緩釋材料，具有良好的生物相容性，生物將可降解性，并可通過所負(fù)載藥物的控釋實現(xiàn)治療作用，加之人工骨可進行相互拼接，方便臨床根據(jù)骨缺損的不同拼接成不同的形狀。根據(jù)不同的拼接方法，可實現(xiàn)在不同的方向增強人工骨受力強度和耐牽拉性。
文檔編號A61L27/02GK103251983SQ20131017022
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月10日
發(fā)明者趙鵬, 鄧翠君, 林超, 文學(xué)軍 申請人:同濟大學(xué)