一种具有天然骨结构特征的生物支架的制备工艺的制作方法

专利名称：一种具有天然骨结构特征的生物支架的制备工艺的制作方法
专利说明一种具有天然骨结构特征的生物支架的制备工艺 本发明涉及临床中骨缺损、骨不联修复所需的代替物及构建组织工程骨的生物支架材料，具体地说是一种具有天然骨结构特征的生物支架的制备工艺。骨组织缺损修复在临床中经常使用到骨组织替代物，其中包括自体骨组织，人工材料，天然材料及其衍生物，以及它们的复合物。但是，目前公认的对骨组织修复最有效的方法还是自体骨组织修复。这不仅和自体骨组织不存在免疫排斥，良好的生物相容性有关，还和自体骨组织的空间结构即孔隙大小、及其分布，良好的孔间连通与宿主品配有关。因为骨组织是一种不断自我调整自身结构以适应应力的变化的组织，其调整时包括破骨(骨质吸收)和成骨(骨质形成)两个过程，骨缺损部位的替代物也和需改造的骨组织一样被破骨细胞吸收留下孔隙，该部位在成骨细胞作用的作用下形成新的骨组织，达到修复宿主骨缺损的目的。显然，与自身骨组织结构越类似的代替物，越容易完成被宿主新骨代替的过程。其它的相关研究也证实，三维多孔支架材料的结构、气孔率、孔径、孔间的连通性及孔间径大小都对细胞的迁移、生长、黏附、增殖、分化以及细胞外基质的分泌和分布都有重要的影响。因此，生物支架材料的结构、气孔率、孔径、孔间的连通性及孔间径大小是评价生物支架材料的重要指标。
目前常规的制孔技术如真空冷冻干燥法、盐沥滤法、溶剂浇铸法可以制备出孔隙率高达90％以上得多孔生物材料。孔隙率、孔径的大小可以通过控制相应的制作工艺条件而实现，因此，十分常用。但是，这些方法制作得支架孔隙间的连通程度不高，容易形成死孔，难以达到最适合细胞生长的三维多孔连通结构(Biomaterials，1998，19，4105)；此外，由于连通性差，制孔剂在支架内部残留，会导致生物支架力学性能降低，可能还会影响生物支架的生物相容性，同时空间结构也难以和宿主骨的结构相品配，在一定的程度上限制了其的实用价值。
骨骼中大约60％为无机物，40％为有机物。可以通过化学的方法去除有机或无机成分，作为生物支架使用。但是，自体或同种异体骨来源有限，难以商品化；异种骨经理化处理后可以免疫排斥可以达到患者可以承受的范围，但是，异种骨的疾病传播，特别是脘病毒的出现，更增加了疾病传播的风险，难以进入临床推广应用。本发明的目的在于提供制备一种具有天然骨结构特征的生物支架的制备工艺。满足临床各种骨缺损和骨不连的需求，同时为组织工程化骨提供一种良好的生物支架材料。
为实现上述目的，提供一种具有天然骨结构特征的生物支架的制备工艺，通过该工艺制备的生物支架主要分为无机材料的生物支架及有机材料的生物支架两种。
其一.有机生物材料支架的制备工艺，包括以下工艺步骤(1)骨模板的制备取动物或人尸体松质骨切割成特定规格的骨块，先用高压水冲洗去除血水和骨髓成分，然后将经过预处理的骨块用1∶1的三氯甲烷和甲醇溶液处理12-36小时脱脂，再用0.3-5mol/L的盐酸处理0.5-10小时去除骨质中的无机成分，得到天然松质骨的胶原基质，最后将经过上述处理的骨块37℃干燥备用，即完成骨模板的制备；(2)浇铸先将高分子材料溶解于溶剂中，配制成不同浓度的高分子溶液，然后将步骤1所制备的骨模板浸泡在高分子溶液中，同时挤压骨模板，驱赶骨模板中的气泡，使高分子溶液进入骨模板中，再浸泡1-3小时，最后将骨模板取出，漓干，再然后放置在真空干燥箱中于30-80℃的温度条件下干燥12-72小时；(3)去除骨模板将步骤2所制备的骨模板—高分子混合物浸泡在乙二胺溶液(浓度0.1-3mol/L)中48-96小时，去除胶原骨模板，再用蒸馏水洗涤3-5次；(4)干燥在室温的条件下进行干燥，即完成生物支架的制备。
所述的高分子材料为聚羟基乙酸、聚己乙酯、聚乳酸、聚乙醇酸、聚β-羟基烷酸酯类、聚酸酐、聚原酸酯中的一种或从中选取几种进行复配。对于有机生物支架的制备使用的溶剂为氯仿、二氯甲烷、二甲基亚砜中的一种或从中选取几种进行复配，还可以选取其他的有机溶剂。所配制的高分子溶液的浓度为2-40％(w/v)。
而在去除胶原骨模板的过程中还可以使用强碱溶液来代替乙二胺溶液。所使用的强碱溶液的最佳选择为氢氧化钠溶液。
其二.无机生物材料支架的制备工艺，包括以下工艺步骤(1)骨模板的制备取动物或人尸体的骨骼切割成骨块，先用高压水冲洗去除血水和骨髓成分，然后将经过预处理的骨块用1∶1的三氯甲烷和甲醇溶液处理12-36小时脱脂，再用0.3-5mol/L的盐酸处理0.5-10小时去除骨质中的无机成分，得到天然松质骨的胶原基质，最后将经过上述处理的骨块37℃干燥备用，即完成骨模板的制备；(2)灌浆先将生物陶瓷粉体及重量比为生物陶瓷粉体10％-20％的高温粘结剂(如磷酸盐玻璃)一起溶解在溶剂中，然后在室温自然干燥3-12小时，再放置在真空干燥箱中于30-80℃的温度条件下干燥12-72小时；(3)去除骨模板将步骤2制得的骨模板—生物陶瓷混合物置于马弗炉中以700-1200℃的温度条件煅烧1-5小时，煅烧时的升温速率为2-5℃/分钟；(4)冷却将制得的生物支架冷却至室温；(5)包装将冷却的生物支架置入无菌的包装中，保存。
所使用的生物陶瓷的粉体材料为单晶氧化陶瓷或多晶氧化陶瓷或羟基磷灰石陶瓷或生物玻璃材料粉体。而所使用的溶剂可以为蒸馏水或二氧化硅溶胶。
本发明所制备的有机和无机生物支架材料，具备天然骨的结构特征，同时具备很高的机械强度，达到了0.08-4Mpa。更为具体的来分析有机生物支架材料机械强度达到80-420KPa，无机生物支架材料达0.5MPa-4MPa。
本发明同现有技术相比，所制备的生物支架材料具有天然骨的结构特征。比用常规的方法所制得的生物支架材料具有更高的力学强度、孔隙率和更多的连通孔。采用本发明制备的多孔支架材料适用作组织缺损修复材料和组织工程细胞支架材料。例1有机生物支架的制备(1)骨模板的制备取动物尸体的松质骨切割成特定规格的骨块，先用高压水冲洗去除血水和骨髓成分，然后将经过预处理的骨块用1∶1的三氯甲烷和甲醇溶液处理12小时脱脂，再用5mol/L的盐酸处理2小时去除骨质中的无机成分，得到天然松质骨的胶原基质，最后将经过上述处理的骨块37℃干燥备用，即完成骨模板的制备；(2)浇铸先将聚乙醇酸溶解于氯仿溶剂中，配制成高分子溶液，高分子溶液的浓度为10(w/v)。然后将步骤1所制备的骨模板浸泡在上述的高分子溶液中，同时挤压骨模板，驱赶骨模板中的气泡，使高分子溶液进入骨模板中，再浸泡1小时，最后将骨模板取出，在真空干燥箱于50℃的温度条件下干燥24小时；(3)去除骨模板将步骤2所制备的骨模板—聚乙醇酸混合物浸泡在乙二胺溶液(浓度1mol/L)中48小时，去除胶原骨模板，再用蒸馏水洗涤3次；(4)干燥在室温的条件下进行干燥，即完成生物支架的制备。这种制造技术对于专业人员来说还是清楚的。
例2有机生物支架的制备(1)骨模板的制备取动物尸体的松质骨切割成特定规格的骨块，先用高压水冲洗去除血水和骨髓成分，然后将经过预处理的骨块用1∶1的三氯甲烷和甲醇溶液处理24小时脱脂，再用0.5mol/L的盐酸处理6小时去除骨质中的无机成分，得到天然松质骨的胶原基质，最后将经过上述处理的骨块37℃干燥备用，即完成骨模板的制备；(2)浇铸先将聚乳酸溶解于二氯甲烷溶剂中，配制成高分子溶液，高分子溶液的浓度为20(w/v)。然后将步骤1所制备的骨模板浸泡在上述的高分子溶液中，同时挤压骨模板，驱赶骨模板中的气泡，使高分子溶液进入骨模板中，再浸泡2小时，最后将骨模板取出，漓干，放置在真空干燥箱中于30℃的温度条件下干燥48小时；(3)去除骨模板将步骤2所制备的骨模板—聚乳酸混合物浸泡在乙二胺溶液(浓度3mol/L)中72小时，去除胶原骨模板，再用蒸馏水洗涤5次；(4)干燥在室温的条件下进行干燥，即完成生物支架的制备。这种制造技术对于专业人员来说还是清楚的。
例3有机生物支架的制备(1)骨模板的制备取动物尸体的松质骨切割成特定规格的骨块，先用高压水冲洗去除血水和骨髓成分，然后将经过预处理的骨块用1∶1的三氯甲烷和甲醇溶液处理36小时脱脂，再用3mol/L的盐酸处理10小时去除骨质中的无机成分，得到天然松质骨的胶原基质，最后将经过上述处理的骨块37℃干燥备用，即完成骨模板的制备；(2)浇铸先将聚羟基乙酸溶解于二甲基亚砜溶剂中，配制成高分子溶液，高分子溶液的浓度为40(w/v)。然后将步骤1所制备的骨模板浸泡在上述的高分子溶液中，同时挤压骨模板，驱赶骨模板中的气泡，使高分子溶液进入骨模板中，再浸泡3小时，最后将骨模板取出，漓干，放置在真空干燥箱中于80℃的温度条件下干燥12小时；(3)去除骨模板将步骤2所制备的骨模板—聚羟基乙酸混合物浸泡在乙二胺溶液(浓度2mol/L)中96小时，去除胶原骨模板，再用蒸馏水洗涤4次；(4)干燥在室温的条件下进行干燥，即完成生物支架的制备。这种制造技术对于专业人员来说还是清楚的。
例4无机生物支架的制备(1)骨模板的制备取动物尸体的松质骨切割成特定规格的骨块，先用高压水冲洗去除血水和骨髓成分，然后将经过预处理的骨块用1∶1的三氯甲烷和甲醇溶液处理12小时脱脂，再用5mol/L的盐酸处理2小时去除骨质中的无机成分，以得到天然松质骨的胶原基质，最后将经过上述处理的骨块37℃干燥备用，即完成骨模板的制备；(2)灌浆先将羟基磷灰石粉体及重量比为羟基磷灰石粉体10％的高温粘结剂(磷酸盐玻璃)一起溶解在水中，配制成浓度为10％(w/v)的浆液，再将浆液灌注入步骤1所制的骨模板中，然后在室温自然干燥3小时，再在真空干燥箱中于30℃的温度条件下干燥72小时；(3)去除骨模板将步骤2制得的骨模板—生物陶瓷混合物置于马弗炉中以800℃的温度条件煅烧2小时，煅烧时的升温速率为3℃/分钟；(4)冷却将制得的生物支架冷却至室温；(5)包装将冷却的生物支架置入无菌的包装中，保存。这种制造技术对于专业人员来说还是清楚的。
例5无机生物支架的制备(1)骨模板的制备取动物尸体的松质骨切割成特定规格的骨块，先用高压水冲洗去除血水和骨髓成分，然后将经过预处理的骨块用1∶1的三氯甲烷和甲醇溶液处理24小时脱脂，再用0.5mol/L的盐酸处理6小时去除骨质中的无机成分，得到天然松质骨的胶原基质，最后将经过上述处理的骨块37℃干燥备用，即完成骨模板的制备；(2)灌浆先将β-TCP粉体及重量比为β-TCP15％的磷酸盐玻璃溶解在二氧化硅溶胶中，配制成25％(w/v)的浆液，再将浆液灌注入步骤1所制的骨模板中，然后在室温自然干燥7小时，再在真空干燥箱中于50℃的温度条件下干燥36小时；(3)去除骨模板将步骤2制得的骨模板—生物陶瓷混合物置于马弗炉中以1000℃的温度条件煅烧3小时，煅烧时的升温速率为4℃/分钟；(4)冷却将制得的生物支架冷却至室温；(5)包装将冷却的生物支架置入无菌的包装中，保存。这种制造技术对于专业人员来说还是清楚的。
例6无机生物支架的制备(1)骨模板的制备取动物尸体的松质骨切割成特定规格的骨块，先用高压水冲洗去除血水和骨髓成分，然后将经过预处理的骨块用1∶1的三氯甲烷和甲醇溶液处理36小时脱脂，再用3mol/L的盐酸处理10小时去除骨质中的无机成分，得到天然松质骨的胶原基质，最后将经过上述处理的骨块37℃干燥备用，即完成骨模板的制备；(2)灌浆先将45S5玻璃粉体及重量比为45S5玻璃20％的磷酸盐玻璃溶解在二氧化硅溶胶中，配制成40％(w/v)的浆液，再将浆液灌注入步骤1所制的骨模板中，然后在室温自然干燥12小时，再在真空干燥箱中于80℃的温度条件下干燥12小时；(3)去除骨模板将步骤2制得的骨模板—生物陶瓷混合物置于马弗炉中以1200℃的温度条件煅烧5小时，煅烧时的升温速率为5℃/分钟；(4)冷却将制得的生物支架冷却至室温；(5)包装将冷却的生物支架置入无菌的包装中，保存。这种制造技术对于专业人员来说还是清楚的。
权利要求
1.一种具有天然骨结构特征的生物支架的制备工艺，其特征在于包括以下工艺步骤(1)骨模板的制备取动物或人尸体松质骨切割成特定规格的骨块，先用高压水冲洗去除血水和骨髓成分，然后将经过预处理的骨块用1∶1的三氯甲烷和甲醇溶液处理12-36小时脱脂，再用0.3-5mol/L的盐酸处理0.5-10小时去除骨质中的无机成分，得到天然松质骨的胶原基质，最后将经过上述处理的骨块37℃干燥备用，即完成骨模板的制备；(2)浇铸先将高分子材料溶解于溶剂中，配制成不同浓度的高分子溶液，然后将步骤1所制备的骨模板浸泡在高分子溶液中，同时挤压骨模板，驱赶骨模板中的气泡，使高分子溶液进入骨模板中，再浸泡1-3小时，最后将骨模板取出，漓干，然后放置在真空干燥箱内于30-80℃的温度条件下干燥12-72小时；(3)去除骨模板将步骤2所制备的骨模板-高分子混合物浸泡在乙二胺溶液(浓度0.1-3mol/L)中48-96小时，去除胶原骨模板，再用蒸馏水洗涤3-5次；(4)干燥在室温的条件下进行干燥，即完成生物支架的制备。
2.一种具有天然骨结构特征的生物支架的制备工艺，其特征在于包括以下工艺步骤(1)骨模板的制备取动物或人尸体松质骨切割成特定规格的骨块，先用高压水冲洗去除血水和骨髓成分，然后将经过预处理的骨块用1∶1的三氯甲烷和甲醇溶液处理12-36小时脱脂，再用0.3-5mol/L的盐酸处理0.5-10小时去除骨质中的无机成分，以得到天然松质骨的胶原基质，最后将经过上述处理的骨块37℃干燥备用，即完成骨模板的制备；(2)灌浆先将生物陶瓷粉体及重量比为生物陶瓷粉体10％-20％的高温粘结剂一起溶解在溶剂中，配制成不同浓度的浆液，再将浆液灌注入步骤1所制的骨模板中，然后在室温自然干燥3-12小时，再在真空干燥箱中于30-80℃的温度条件下干燥12-72小时；(3)去除骨模板将步骤2制得的骨模板-生物陶瓷混合物置于马弗炉中以700-1200℃的温度条件煅烧1-5小时，煅烧时的升温速率为2-5℃/分钟；(4)冷却将制得的生物支架冷却至室温；(5)包装将冷却的生物支架置入无菌的包装中，保存。
3.根据权利要求1所述的一种具有天然骨结构特征的生物支架的制备工艺，其特征在于所述的高分子材料为聚羟基乙酸、聚己乙酯、聚乳酸、聚乙醇酸、聚β-羟基烷酸酯类、聚酸酐、聚原酸酯中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种具有天然骨结构特征的生物支架的制备工艺，其特征在于所述的溶剂为氯仿、二氯甲烷、二甲基亚砜中的一种或几种。
5.根据权利要求2所述的一种具有天然骨结构特征的生物支架的制备工艺，其特征在于所述的溶剂为蒸馏水或二氧化硅溶胶。
6.根据权利要求1所述的一种具有天然骨结构特征的生物支架的制备工艺，其特征在于所述的高分子溶液的浓度为2-40％(w/v)。
7.根据权利要求1所述的一种具有天然骨结构特征的生物支架的制备工艺，其特征在于步骤3中还可以使用氢氧化钠溶液去除胶原骨模板。
8.根据权利要求2所述的一种具有天然骨结构特征的生物支架的制备工艺，其特征在于所使用的生物陶瓷的粉体材料为单晶氧化陶瓷或多晶氧化陶瓷或羟基磷灰石陶瓷或生物玻璃材料粉体。
9.根据权利要求2所述的一种具有天然骨结构特征的生物支架的制备工艺，其特征在于浆料的浓度为5-40％(w/v)。
10.根据权利要求1或2所述的一种具有天然骨结构特征的生物支架的制备工艺，其特征在于所制备的生物支架的机械强度为0.08-4Mpa。
全文摘要
本发明涉及临床中骨缺损、骨不联修复所需的代替物及构建组织工程骨的生物支架材料，具体地说是一种具有天然骨结构特征的生物支架的制备工艺。本发明所述的生物支架材料可分为两种制备工艺。其一.包括以下工艺步骤(1)骨模板的制备，(2)浇铸，(3)去除骨模板，(4)干燥。其二.(1)骨模板的制备，(2)灌浆，(3)去除骨模板，(4)冷却，(5)包装。本发明同现有技术相比，所制备的生物支架材料具有天然骨的结构特征。比用常规的方法所制得的生物支架材料具有更高的力学强度、孔隙率和更多的连通孔。采用本发明制备的多孔支架材料适用作组织缺损修复材料和组织工程细胞支架材料。
文档编号A61L27/00GK1759816SQ20051002894
公开日2006年4月19日 申请日期2005年8月19日 优先权日2005年8月19日
发明者丁勃元, 麻锦央 申请人:上海赐人合元企业发展有限公司