专利名称：一种骨移植复合支架材料及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种医学生物材料及制备方法，特别涉及一种用于骨移植的支架材料及制备方法。
背景技术：
骨缺损是临床常见的病症，用于骨缺损修复的植骨术是仅次于输血的组织移植技术。在骨缺损修复中，支架材料的选择是关键。支架材料影响细胞的生物学行为，决定移植后能否与机体很好地适应、结合和修复。理想的骨支架材料的基本要求和特征已经确立，即:①良好的生物相容性和生物降解性骨诱导性和骨传导性；③一定的机械强度；④易于塑形；⑤具有负荷最大量细胞的高渗透性支持骨细胞生长和功能分化的表面化学性质与微结构；⑦可与其他活性分子如骨形态发生蛋白BMP (Bone morphogenetic protein)、
3-转化生长因子TGF-0 (Transforming growth factor-0 )复合共同诱导骨发生；⑧易消毒。而上述特性主要由支架材料的组成基质及及微结构(孔隙率和孔隙特性)来决定。目前，骨支架材料按其来源分为人工合成支架材料和生物衍生支架材料。人工合成支架材料包括无机材料、高分子有机合成材料、纳米材料和复合材料等。无机材料具有良好的生物相容性和骨传导作用，其与材料组成、微观结构有关，但这类材料存在脆性较大、部分不易被吸收等缺点，因而限制了它们在承重部位的应用。高分子有机材料具有优良的可降解性、细胞相容性和易塑形，但它的酸性降解产物对微环境有影响，细胞组织相容性差，机械强度不足，容易引起周围组织非特异性炎症反应和免疫反应等。纳米材料nHAC(羟基磷灰石水泥，Hydroxyapatite cement)具有高比表面积和孔隙率的特点,有利于细胞接种、迁移和增殖，但其脆性大，降解慢，也难以满足骨支架材料的要求。生物衍生支架材料是采用一系列不同理化技术制成的天然骨衍生材料，它抗原性较弱，有良好的组织亲和性和结合力，其天然孔隙结构的 大 小、形状规则，为成骨细胞的黏附、增殖、分化成骨提供了天然的三维空间结构。这类材料 来源丰富，制作简便，并在功能适应性、组织相容性、理化性能、生物降解性、造价等方面优于人工合成材料。但天然生物衍生材料的可塑性差，在大规模生产过程中会出现质量难以控制、性能与结构变化不成比例等问题，目前的处理方法尚不完善，其制备及性能控制还有待进一步研究。因此，支架材料的研究应是向拟生态技术发展，寻求一种结构、功能与人体骨相似，且性能完善的组织工程化人工骨，修复骨缺损和应用临床。磷酸钙水泥CPC (Calciumphosphate cement)基本符合这样的发展趋势,但CPC仍有-个关键问题需要解决，即CPC的力学强度、细胞和细胞因子的附着性和渗透性需要改善。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可改善CPC力学强度、细胞和细胞因子的附着性和渗透性的骨移植复合支架材料。为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的:
—种骨移植复合支架材料，包括磷酸钙骨水泥CPC和纤维蛋白凝胶，所述CPC采用“瑞邦骨泰”，由固体粉末及固化液两部分组成；所述每克固体粉末中加入0.2-0.4ml纤维蛋白凝胶FG后形成CPC-FG复合凝胶，然后再在该复合凝胶中加入0.4ml固化液，置于预制的模具中经自然聚合定型后形成骨移植复合支架材料。前述骨移植复合支架材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤:( I)磷酸钙骨水泥CPC采用“瑞邦骨泰”，由固体粉末及固化液两部分组成；(2)按0.2-0.4mlFG:lg固体粉末的比例，在CPC固体粉末中加入纤维蛋白凝胶FG,混合均匀后形成CPC-FG复合凝胶；(3)按0.4ml固化液=IgCPC固体粉末的比例，在CPC-FG复合凝胶中加入固化液调成糊状，立即置于预制的模具中；(4)在温度为30°C-40°C，相对湿度不小于30%条件下，待自然聚合定型后取出，制备成CPC/FG复合支架材料样本。上述方法中，所述纤维蛋白凝胶FG为“倍秀胶”，包括生物胶主体、生物胶溶解液、催化剂、催化剂溶解液四部分，使用前先将生物胶主体和生物胶溶解液相溶，制成主体胶溶液；催化剂与催化剂溶解液相溶，制成催化剂溶液；然后将主体胶溶液和催化剂溶液按1:1的质量比相混，制成FG凝胶。本发明用磷酸钙骨水泥CPC和纤维蛋白凝胶FG(fibrin glue)体外构建符合骨组织结构的复合支架材料 ，取长补短，充分发挥磷酸钙骨水泥良好的力学性能以及与骨完全一致的无机晶格的优势，利用纤维蛋白凝胶的粘性进一步增强磷酸钙骨水泥的力学性能，同时利用其对种子细胞的吸附及包裹作用，吸附细胞及细胞因子构建成一种新型的骨移植复合支架材料。
图1是实施例1与比较例所得两种材料的XRD谱线。图2是实施例1与比较例所得两种材料的的抗压强度分布曲线。
具体实施例方式材料选择本发明CPC由上海瑞邦生物材料有限公司提供，商品名为“瑞邦骨泰”，包括CPC粉末及固化液两部分。FG由广州倍绣生物技术有限公司提供，商品名为“倍秀胶”，包括生物胶主体、生物胶溶解液、催化剂、催化剂溶解液四部分。实施例1(1)先将生物胶主体和生物胶溶解液相溶，制成主体胶溶液；催化剂与催化剂溶解液相溶，制成催化剂溶液；(2)将主体胶溶液和催化剂溶液按1:1的质量比相混，制成FG凝胶；(3 )按ImlFG凝胶:5gCPC粉末的比例，将CPC粉末与FG凝胶混合均匀，形成CPC-FG
复合凝胶；(4)在CPC-FG复合凝胶中加入2ml固化液调成糊状，立即置于直径5mm，长50mm的圆柱形模具中；
(5)在不施加任何压力，温度为37°C，相对湿度40%条件下，待自然聚合定型后取出，制备成CPC-FG复合支架材料样本。实施例2步骤(3 )中，按2.5mlFG凝胶:5gCPC粉末的比例，将CPC粉末与FG凝胶混合均匀，形成CPC-FG复合凝胶；步骤(5)中，凝固条件:温度为30°C，相对湿度30% ;其余同实施例1o实施例3步骤(3)中，按1.5mlFG凝胶:5gCPC粉末的比例，将CPC粉末与FG凝胶混合均匀，形成CPC-FG复合凝胶；步骤(5)中，凝固条件:温度为40°C，相对湿度50% ;其余同实施例1o实施例4步骤(3 )中，按2mlFG凝胶:5gCPC粉末的比例，将CPC粉末与FG凝胶混合均匀，形成CPC-FG复合凝胶；步骤(5)中，凝固条件:温度为35°C，相对湿度35% ;其余同实施例1。以上实施例1-4的CPC/FG复合物呈乳白色，表面粗糙，质韧，结构紧凑。比较例按0.2ml固化液:IgCPC粉末 的比例，在CPC粉末中加入固化液调成糊状，立即置于直径5mm,长40mm的圆柱形模具中；在温度为37°C,相对湿度40%条件下,待自然聚合定型后取出，制备成纯CPC支架材料样本。本例纯CPC呈白色，表面光滑，质硬，脆性大，结构紧密。与纯CPC样品相比，本发明骨移植替代材料具有如下优点:1、X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)分析显示,复合支架材料并不影响CPC的最终转化，其结晶结构仍是羟基磷灰石结构(图1)。2、FG改变了 CPC的微观结构，提高了 CPC的抗压强度，其最大抗压强度达到14MPa，弹性模量在96.64-269.39MPa之间，孔隙率为38.8% (图2)。与在同样条件下制备的CPC比较，复合支架材料的抗压强度增强了 55.6%，而孔隙率仅下降了 6.9%，变化不大。
权利要求
1.一种骨移植复合支架材料，其特征在于，包括磷酸钙骨水泥CPC和纤维蛋白凝胶FG，所述CPC采用“瑞邦骨泰”，由固体粉末及固化液两部分组成；所述每克固体粉末中加入0.2-0.4ml纤维蛋白凝胶FG后形成CPC-FG复合凝胶，然后再在该复合凝胶中加入0.4ml固化液，置于预制的模具中经自然聚合定型后形成骨移植复合支架材料。
2.一种骨移植复合支架材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤: (1)磷酸钙骨水泥CPC采用“瑞邦骨泰”，由固体粉末及固化液两部分组成； (2)按0.2-0.4mlFG:lg固体粉末的比例，在CPC固体粉末中加入纤维蛋白凝胶FG，混合均匀后形成CPC-FG复合凝胶； (3)按0.4ml固化液=IgCPC固体粉末的比例，在CPC-FG复合凝胶中加入固化液调成糊状，立即置于预制的模具中； (4)在温度为30°C_40°C，相对湿度不小于30%条件下，待自然聚合定型后取出，制备成CPC/FG复合支架材料样本。
3.如权利要求2所述的骨移植复合支架材料的制备方法，其特征在于，所述纤维蛋白凝胶FG采用“倍秀胶”，包括生物胶主体、生物胶溶解液、催化剂、催化剂溶解液四部分，使用前先将生物胶主体和生物胶溶解液相溶，制成主体胶溶液；催化剂与催化剂溶解液相溶，制成催化剂溶液；然后将主体胶溶液和催化剂溶液按1:1的质量比相混，制成FG凝胶。
全文摘要
本发明公开了一种骨移植复合支架材料及其制备方法，其特征在于，采用磷酸钙骨水泥CPC和纤维蛋白凝胶FG体外构建符合骨组织结构的复合支架材料,该复合支架材料并不影响CPC的最终转化，其结晶结构仍是羟基磷灰石结构，而FG改变了CPC的微观结构，与在同样条件下制备的纯CPC比较，复合支架材料的抗压强度增强了55.6%，而孔隙率变化不大。
文档编号A61L27/52GK103170009SQ20131010931
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月29日 优先权日2013年3月29日
发明者胡运生 申请人:中国人民解放军第四军医大学