一种可降解型生物活性人工骨的制备方法
一、所属领域本发明涉及临床医学应用的一种骨修复材料，特别涉及一种用于临床骨折、骨不连、骨缺损等疾病，并可用于兽医学的以磷酸钙骨水泥为载体的可降解型生物活性人工骨的制备方法。
为了实现上述目的，本发明根据组织工程学原理，自行合成一种钙磷比与生物骨十分接近的CPC，并将其作为骨形态发生蛋白(Bone morphogeneticprotein，BMP)的缓释载体研制成具有生物学活性的CPC/BMP复合人工骨。本发明的构思是，采用酸性条件下的液相沉淀反应制备超细化高纯度的CPC固相成份，并采用高温固—固相反应生成CPC固相体系，通过液相复合的方法将BMP均匀复合在CPC的内部。
本发明采取的技术方案是可降解型生物活性人工骨的制备，按以下方法进行1)利用现有技术的方法，采用酸性条件下的液相沉淀反应制备CPC固相成分中的磷酸二氢钙、磷酸三钙、磷酸四钙和氟磷灰石。
2)根据钙磷比值的计算，准确称取上述成分，配制成钙/磷原子比为1.75∶1的混合物，混合后进行高温固—固相反应，条件为900℃～1200℃温度下烧结2h～4h，反应后制得超细化的CPC固相成分。
3)以双蒸水为溶剂，配成0.05mmol/L的磷酸溶液作为CPC的固化液。
4)取基因工程表达的BMP纯品，用固化液溶解，浓度为4mg/ml～10mg/ml。如果是从动物骨中提取的BMP，由于不能溶解，则用固化液浸泡，经过研磨制成混悬液，浓度为10mg/ml～50mg/ml。
5)称取CPC粉末，与含有BMP的固化液混匀使CPC进行固化，液相∶固相比例为(0.4～0.45)mL∶1g。
6)固化反应进行30min后制得成品。
研究及实验结果表明，这一复合材料具有较好的生物学和力学性能，骨修复能力明显高于单纯的CPC。并且由于BMP的加入改善了CPC材料内部的微观结构，同时也激活了以新骨形成为特征的机体局部代谢，因而降解速度明显加快，显示出很好的临床应用前景。
本发明利用固化液溶解BMP，可以保护BMP的生物学活性，并使BMP能够在固化后的CPC中均匀分布。使不具有骨诱导活性的无机材料具备生物学作用，可以明显提高材料的骨修复能力。同时，扫描电镜观察发现，复合BMP后材料的晶体之间孔隙加大，不仅利于新骨长入，对于材料的降解也起到促进作用。随着新骨的形成和材料的逐步降解，复合在CPC内部的BMP被缓慢释放出来，因此，BMP的释放几乎伴随着新骨形成和骨缺损修复的全过程，试验结果表明这种CPC/BMP复合人工骨比单纯的CPC有更好的骨修复能力。可用于临床骨折、骨不连、骨缺损、骨质疏松等疾病的治疗，并可用于兽医学中伴有骨折的治疗。
发明人给出了以下一些实施例，但并不限于这些实施例。
实施例1按照本发明的技术方案，利用现有技术的方法，采用酸性条件下的液相沉淀反应制备CPC固相成分中的磷酸二氢钙、磷酸三钙、磷酸四钙和氟磷灰石。再进行制备CPC/BMP复合人工骨，按以下方法进行1)取不同的固相粉末，根据计算配制成钙/磷原子比为1.75∶1的混合物。称取该混合物3g备用。
2)称取人工提取的牛BMP50mg，加0.05mmol/L的磷酸溶液1.5ml，4℃放置8小时，使BMP干品软化。无菌条件下研磨成混悬液。
3)将固相混合物与含有BMP的固化液混匀，调和成糊状，室温放置30min制得CPC/BMP复合人工骨。
4)类似方法以不含有BMP的固化液制成单纯的CPC。
5)将CPC和CPC/BMP分别表面喷金，扫描电镜下观察复合BMP前后材料表面微观形态的变化。可见固化后的CPC由不规则的扁平状、颗粒状和棒状晶体构成，晶体互相连接附着，与生物骨极为相近。晶体间充满均匀而又不规则的孔隙，孔隙大小约20μm～100μm(参见
图1)。复合有BMP后的CPC同样由上述形态的晶体构成，晶体上和孔隙间均匀地附着大量的圆球形BMP颗粒，大小为5μm～10μm，晶体间孔径较单纯的CPC明显增大，约为100μm～500μm(参见图2)，非常利于新骨长入。这说明生物因子的加入明显改善了CPC材料内部的微观结构。
实施例2按照本发明的方法制备CPC和CPC/BMP复合人工骨，排水法测定两种孔隙率，结果表明复合BMP后，材料的孔隙率由原来的39.0％提高为44.5％。能量弥散X射线分析(energy dispersion analysis X-ray，EDAX)法测定两种材料的钙磷比，结果表明均为1.75∶1。说明BMP的复合对材料的钙磷比值没有影响。
实施例3按照本发明的方法制备CPC/BMP复合人工骨，植入小鼠股部肌袋内，术后不同时间取材，固定后切片染色，显微镜下观察材料的骨诱导活性和降解特性。结果CPC/BMP植入1周后有大量软骨细胞形成，呈团状，周围有较多正在分化增生的间充质细胞(参见图3)；2周后软骨细胞向编织骨分化，可以见到许多幼稚的编织骨与软骨细胞团相互移行，编织骨与材料之间有少量的纤维组织分割(参见图4)；4周后编织骨向小梁骨转变，有造血骨髓组织出现，仍有少量新生的软骨细胞团；8周后材料与新生骨之间被较厚的纤维组织分割，材料变得不均匀，有崩解现象，内部出现团块状的小颗粒(参见图5)；16周后新骨较成熟，材料被分割成小的团块。
实施例4按照本发明的方法制备CPC/BMP复合人工骨，植入家兔桡骨15mm骨缺损模型中，观察术后不同时间骨缺损修复情况。结果术后2周材料与骨断端连接紧密，界限清晰，X线片无明显新骨形成的表现，材料体积和密度无明显变化；4周后材料与骨交界处界限模糊，出现低密度影，为新形成的软骨和材料的部分溶解吸收所致；8周后植入的材料体积变小，边缘密度降低，吸收降解现象明显；16周后新骨大量形成并钙化，可见到连续性骨膜骨痂，新骨由两端向材料内部长入，并材料有机结合，骨缺损范围变小(参见图6)。
具体应用实例1肱骨中段粉碎性骨折伴有骨缺损，用本修复材料治疗过程如下手法牵引复位，使用适当内固定或石膏外固定，根据损伤范围大小，取本材料5ml～50ml植入骨缺损部位，术后4～6周后，骨折愈合良好，骨缺损得到一期修复。表明本材料能有效地加快骨折愈合速度，改善新骨质量，预防骨延迟愈合或骨不连的发生。
具体应用实例2四肢长骨开放性骨折术后发生骨不连，手术切开，将骨折两端纤维组织刮除，使髓腔敞开，将骨折复位后与骨折端之间植入本材料，使用适当的方式固定，常规方法关闭伤口。临床试用证实在此类创伤治疗中，本材料不仅能够促进骨折愈合，有效地治疗骨不连发生。
权利要求
1.一种可降解型生物活性人工骨的制备，采用酸性条件下的液相沉淀反应制备超细化高纯度的CPC固相成份，其特征在于，并采用高温固—固相反应生成CPC固相体系，通过液相复合的方法将BMP均匀复合在CPC的内部；具体制备按以下方法进行1)利用现有技术的酸性条件下的液相沉淀反应制备CPC固相成分中的磷酸二氢钙、磷酸三钙、磷酸四钙和氟磷灰石；2)根据钙磷比值的计算，准确称取上述成分，配制成钙/磷原子比为1.75∶1的混合物，混合后进行高温固—固相反应，条件为900℃～1200℃温度下烧结2h～4h，反应后制得超细化的CPC固相成分；3)以双蒸水为溶剂，配成0.05mmol/L的磷酸溶液作为CPC的固化液；4)取基因工程表达的BMP纯品，用固化液溶解，浓度为4mg/ml～10mg/ml；如果是从动物骨中提取的BMP，由于不能溶解，则用固化液浸泡，经过研磨制成混悬液，浓度为10mg/m～50mg/ml；5)称取CPC粉末，与含有BMP的固化液混匀使CPC进行固化，液相∶固相比例为(0.4～0.45)mL∶1g；6)固化反应进行30min后制得成品。
全文摘要
本发明公开了一种可降解型生物活性人工骨的制备方法,采用酸性条件下的液相沉淀反应制备超细化高纯度的CPC固相成份,并采用高温固－固相反应生成CPC固相体系。通过液相复合的方法将BMP均匀复合在CPC的内部,可以保护BMP的生物学活性,使BMP能够在固化后的CPC中均匀分布,在移植到体内后随着新骨形成和材料降解而缓慢释放。扫描电镜观察发现,复合BMP后材料的晶体之间孔隙加大,不仅利于新骨长入,对于材料的降解也起到促进作用。由于BMP使CPC从无机材料变成具有强烈诱导成骨作用的生物学活性材料,因此激活了以新骨形成为特征的机体局部代谢,实验观察证明降解速度明显加快,显示出很好的临床应用前景。可用于临床骨折、骨不连、骨缺损、骨质疏松等疾病的治疗,并可用于兽医学中伴有骨折的治疗。
文档编号A61K38/18GK1377711SQ0211452
公开日2002年11月6日 申请日期2002年4月17日 优先权日2002年4月17日
发明者孙明林, 李涤尘 申请人:西安交通大学
文档序号 :
【 1170763 】
技术研发人员：孙明林,李涤尘
技术所有人：西安交通大学
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
声 明 ：此信息收集于网络，如果你是此专利的发明人不想本网站收录此信息请联系我们，我们会在第一时间删除
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