专利名称：一种具有治疗作用的拼接式人工骨填充缓释材料的制备方法
技术领域：
本发明属于纳米生物医学领域，具体涉及一种具有治疗作用的拼接式人工骨填充缓释复合材料的制备方法。
背景技术：
骨缺损指骨的结构完整性被破坏，是临床常见病。创伤、感染、肿瘤、骨髓炎手术清仓IJ、以及各种先天性疾病是导致骨缺损的主要原因。较小的骨缺损(通常指8_以下)，对于一个健康的非吸烟者来说，有可能自行愈合；但骨缺损过大，或者是在较小的骨头上的骨缺损，很难完全愈合，需要手术的干预，目前主要方法有以下几种:
1、骨移植，又分为自体骨移植，同种异体骨移植，异种骨移植。自体骨移植虽有明显的优点，如无排斥反应、无污染、材料成本低、可以完全吸收、能诱导骨重建。但存在极大缺点，如取骨的量较少、需要额外的取骨手术部位、增加了麻醉及手术的时间、并发症相对较高、取骨部位可能有长达半年或更长时间的疼痛或不适感。同种异体骨移植取自尸体骨，骨组织经过处理后已灭活，具有来源较自体骨丰富，免疫源性低，可提供结构支撑等优点；与自体骨比较，不能诱导骨愈合，同时也存在引起免疫反应、血源性疾病传播的可能性。异种骨移植取自动物的骨骼制成，由于不能100%确定这些材料无传染性污染物，有可能引起免疫反应。2、人工骨:包括骨水泥(如磷酸钙骨水泥及丙烯酸酯类骨水泥)和生物陶瓷(如羟基磷灰石)。磷酸钙骨水泥是一种新型的骨修复材料，虽有较好的组织相容性，及可作为抗生素载体，在植入感染性骨缺损处发挥持续抗感染作用，但机械强度较低，不能用于负重骨的修复。丙烯酸酯类骨水泥能够及时塑形，且具有较好的力学性能；但生物相容性较差，缺乏骨传导性，聚合过程会发热引起周围骨坏死，在骨-水泥界面形成纤维组织，及不利于吸收，也不利于骨组织的长入。羟基磷灰石是生物相容性很好的骨修复材料，其修复主要体现在骨传导方面，可以为新骨的形成提供支架。但羟基磷灰石在体内降解的速度慢，不利于新骨的长入。3、骨搬运技术。利用Ilizarov的牵张-成骨原理，在外固定架的辅助下，在骨缺损的近端或远端截骨，并将游离骨段搬运至骨缺损处的方法。在搬运的过程中，截骨处会长出新生的骨组织。虽不存在生物污染或生物相容性等问题，且适合任何类型骨缺损，但是需要的时间较长，期间需要患者及家属的积极配合。4、组织工程骨，利用组织工程的手段，构建、培育活的骨组织，以修复或重建骨的结构，该技术目前仍处于研究阶段。综上所述，现有文献的报导中，尚未有关于本发明中所述的生物相容性及生物可降解纳米材料为载体附着物，通过静电纺丝技术制成纳米纤维薄膜，与特制粉末共同压制形成具有长期缓释作用并可进行快速拼接人工骨填充材料，以实现不同治疗作用及增强修复骨部位的耐牵拉性，防止患肢肌肉萎缩功能退 化的相关研究报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有治疗作用的拼接式人工骨骨填充缓释复合材料的制备方法。本发明提出的具有治疗作用的拼接式人工骨骨填充缓释复合材料的制备方法，具体步骤如下:
以生物相容性且生物可降解纳米材料为载体附着物，添加具有不同治疗作用的药物通过静电纺丝技术纺成薄膜，所得薄膜与特制粉末交替放到模具里压制成可相互拼接且具有长期药物缓释作用的人工骨填充缓释复合材料；其中:控制静电纺丝的电压为10-15kv，流量为0.1-lml/h，时间为l-5h ;所述以生物相容性且生物可降解性纳米材料采用壳聚糖、甲壳素、葡聚糖、聚己内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)或聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)等的一种或几种。本发明中，所述具有不同治疗作用的药物为硫酸链霉素、青霉素、异烟肼、利福平、β -TCP、HA或促进骨生长的骨诱导生长因子等的一种或几种的组合。本发明中，所述特制粉末为β -磷酸三钙(β-TCP)、羟基磷灰石(HA)、氯化钠(NaCl)、骨形态发生蛋白2 (BMP2)或聚己内酯(PCL)等的一种或几种。本发明中，通过对薄膜进行层压或者片压得到有机物和无机物的复合体人工骨。本发明中，对薄膜进行层压或片压时的压力为5KPa_20KPa，时间为0.5_5min。本发明中，压制成的人工骨置于50-85°C下2_30min使表面粉末进一步固化。本发明中，压制产生的人工骨在二维 或三维空间进行上下或者左右相互拼接成一个平面或者立体，可根据病人的不同需求将人工骨拼接成不同形状。本发明中，根据不同病人的需要可以将纳米纤维薄膜压制成特异的可相互拼接人工骨。本发明中，首次提出了拼接式人工骨，临床上可根据不同的形状的骨缺损拼接成不同的形状对缺损进行填充。本发明以生物相容性及生物可降解纳米材料作为载体附着物，利用静电纺丝技术将负有药物的混合溶液纺成薄膜，薄膜与特制粉末交替间隔压制成形，得到具有药物长期缓释，并可进行相互拼接的具有治疗作用的人工骨填充物。通过本发明方法制得的人工骨填充缓释材料:1、包含壳聚糖，甲壳素，葡聚糖，聚己内酯，聚乳酸，聚乳酸-羟基乙酸共聚物等的一种或几种的组合，具有生物相容性及生物可降解性，随着骨细胞的长入人工骨填充物可逐渐被吸收，最后全被新生骨细胞代替；2、通过添加具有不同治疗作用的药物可发挥不同的治疗作用，如加入硫酸链霉素，利福平，异烟肼和HA等的一种或几种组合制得的人工骨可发挥抗骨结核作用，如加入青霉素和BMP2，β -TCP中的任意两种组合或者三种组合制得的人工骨填充物可发挥抗感染及促进骨再生的作用；3、目前临床所用的人工骨绝大多数需要裁剪，这不但延长了手术的时间也增加了患者的感染风险；裁剪出来的人工骨一整个填充进缺损处，骨细胞较难长入中间替代人工骨，导致修复时间加长，病人康复时间慢；已成型的人工骨大多数脆性大，术后病人长时间不能进行正常活动，稍有不慎将发生人工骨碎裂，导致手术失败及感染，这于病人及其家庭都是莫大的精神及经济负担。本发明的方法制得的人工骨比较小，并且可根据病人的缺损不同而拼成不同的形状，临床使用起来也比较方便，缩短手术时间，降低感染率；植入病人体内的人工骨由多个小部分组成，骨细胞可通过每个小部分的间隙深入成骨，有利于修复，缩短病人康复时间；植入的人工骨通过拼图式相互嵌合拼接而成增加了人工骨的韧性，根据拼接的方向不同可从各个方向增强人工骨的耐牵拉性，可能实现病人术后不久即可正常活动，避免患肢长时间不运动长生的肌肉萎缩，减轻病人的精神和经济负担。本发明通过层压法或片压法制得人工骨，随着人工骨的降解可长时间释放具有不同治疗作用的药物。本发明的优点:负载在人工骨材料中的药物不同可发挥不同的治疗作用，术后植入体内可长时间缓慢释放，维持局部有效的药物治疗浓度，有助于骨移植物周围骨组织再生同时发挥治疗作用；通过本发明方法所得的人工骨可拼接填充，手术现场可根据病人的不同要求进行不同的拼接；每个拼接的部分都很小，有利于骨细胞渗透长入，可快速修复缺损；植入的人工骨进行拼图式拼接，根据拼接方向不同，可从不同方向增强修复处的耐牵拉性，缩短骨修复时间，防止患肢肌肉萎缩功能退化，促进患者的康复。
图1负药溶液静电纺丝薄膜电镜图。图2不同药物释药图，骨损伤修复周期一般为2-3个月，药物释放图充分说明了按本发明所得到的产品能保证在骨修复期间具有良好的药物控释功能，促进骨修复的加速进行。图3人工骨的内部结构图。
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图4人工骨拼接示意图，其中:为拼接方式示意图，b)为局部拼接图。图5为特制粉末中不同含量的PCL制成的人工骨的储能模量。随着PCL含量降低，人工骨的储能模量呈增大趋势，在PCL占10%时，人工骨的储能模量最大，测试表明PCL含量为10%时人工骨的储能模量最高，证明此时人工骨具有良好的力学性能。图6 动物实验图，a)为 PCL/HA/ β -TCP, b)为 PCL/HA, C)为 PCL/ β -TCP, d)为空白对照。通过各组的动物实验图对比可知，存在PCL/ΗΑ/β -TCP情况下比空白组具有显著好的修复效果，证明了通过本发明得到的人工骨具有良好骨再生能力。图2，图5，图6的实验证明本发明得到的产品具有:1、优良的力学性能；2、良好的药物控释作用；3、动物实验所体现的良好骨再生能力。
具体实施例方式下面通过实施例进一步说明本发明。实施例1
精密称定分子量为8万的PCL 0.24g，利福平粉末0.012g，加入PCL与利福平的总量100/7倍的氯仿，得到的溶液在电压为15kv，流量为0.5ml/h的条件下纺丝4h，得到含利福平的药膜。精密称定分子量为8万的PCL 0.24g，异烟肼粉末0.012g，加入PCL与异烟肼总量的100/7倍的混合液(氯仿:DMF=9:1)，得到的溶液在电压为15kv，流量为0.5ml/h的条件下纺丝4h，得到含异烟肼的药膜。将粉末按TCP:HA:PCL = NaCl= (0.4:0.6:1:8)的比例混合研磨均匀，得到特制粉末。精密称定特制粉末0.1g放置于模具中，加入与模具大小相符的异烟肼药膜，加入特制粉末0.1g,加入与模具大小相符的利福平药膜，加入特制粉末0.lg，加入与模具大小相符的异烟肼药膜，加入特制粉末0.lg，加入与模具大小相符的利福平药膜，加入特制粉末0.lg，加入与模具大小相符的异烟肼药膜，加入特制粉末0.lg，加入与模具大小相符的利福平药膜，加入特制粉末0.lg。连同模具置于85°C下20分钟，取出，在IOKPa压力下，压制2分钟，取出，放置去离子水中浸泡72h，除去NaCl，取出，晾干，得到
女口
实施例2
精密称定壳聚糖0.24g，青霉素粉末0.012g，加入壳聚糖与青霉素的总量100/7倍的氯仿，得到的溶液在电压为12kv，流量为lml/h的条件下纺丝3h，得到含青霉素的药膜。将粉末按BMP2:HA:PCL:NaCl= (0.4:0.6:1:8)的比例混合研磨均匀，得到特制粉末。精密称定特制粉末0.1g放置于模具中，加入与模具大小相符的异烟肼药膜，加入特制粉末0.1g,加入与模具大小相符的药膜，加入特制粉末0.1g,加入与模具大小相符的药膜，加入特制粉末0.lg，加入与模具大小相符的药膜，加入特制粉末0.lg，加入与模具大小相符的药膜，力口入特制粉末0.lg，加入与模具大小相符的药膜，加入特制粉末0.lg。连同模具置于80°C下20分钟，取出，在8KPa压力下，压制3分钟，取出，放置去离子水中浸泡72h，除去NaCl，取出，晾干，得到产品。`
权利要求
1.一种具有治疗作用的拼接式人工骨填充缓释复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下 以生物相容性且生物可降解纳米材料为载体附着物，添加具有不同治疗作用的药物通过静电纺丝技术纺成薄膜，所得薄膜与特制粉末交替放到模具里压制成可相互拼接且具有长期药物缓释作用的人工骨填充缓释复合材料；其中控制静电纺丝的电压为10-15kv，流量为O. 1-lml/h，时间为l-5h ;所述以生物相容性且生物可降解性纳米材料采用壳聚糖、甲壳素、葡聚糖、聚己内酯、聚乳酸或聚乳酸-羟基乙酸共聚物的一种或几种。
2.根据权利要求I所述的具有治疗作用的拼接式人工骨填充缓释复合材料的制备方法，其特征在于所述具有治疗作用的药物为硫酸链霉素、青霉素、异烟肼、利福平或促进骨生长的骨诱导生长因子的一种或几种的组合。
3.根据权利要求I所述的具有治疗作用的拼接式人工骨填充缓释复合材料的制备方法，其特征在于所述特制粉末为β -磷酸三钙、羟基磷灰石、氯化钠、骨形态发生蛋白2或聚己内酯的一种或几种。
4.根据权利要求I所述的具有治疗作用的拼接式人工骨填充缓释复合材料的制备方法，其特征在于通过对薄膜进行层压或者片压得到有机物和无机物的复合体人工骨。
5.根据权利要求I所述的具有治疗作用的拼接式人工骨填充缓释复合材料的制备方法，其特征在于对薄膜进行层压或片压时的压力为5KPa-20KPa，时间为O. 5_5min。
6.根据权利要求I所述的具有治疗作用的拼接式人工骨填充缓释复合材料的制备方法，其特征在于压制产生的人工骨在二维或三维空间进行上下或者左右相互拼接成一个平面或者立体，根据病人的不同需求将人工骨拼接成不同形状。
7.根据权利要求I所述可用于拼接式人工骨填充缓释复合材料的制备方法，其特征在于压制成的人工骨置于50-85°C下2-30min使表面粉末进一步固化。
8.根据权利要求I所述可用于拼接式人工骨填充缓释复合材料的制备方法，其特征在于根据不同病人的需要可以将纳米纤维薄膜压制成特异的可相互拼接人工骨。
全文摘要
本发明属于纳米生物医学领域，具体涉及一种具有治疗作用的拼接式人工骨填充缓释材料的制备方法。本发明以生物相容性及生物可降解纳米材料作为载体附着物，利用静电纺丝技术将负有药物的混合溶液纺成薄膜，薄膜与特制粉末交替间隔压制成形，得到具有药物长期缓释，并可进行相互拼接的具有治疗作用的人工骨填充物。通过本发明方法制得的人工骨填充缓释材料，具有良好的生物相容性，生物将可降解性，并可通过所负载药物的控释实现治疗作用，加之人工骨可进行相互拼接，方便临床根据骨缺损的不同拼接成不同的形状。根据不同的拼接方法，可实现在不同的方向增强人工骨受力强度和耐牵拉性。
文档编号A61L27/02GK103251983SQ20131017022
公开日2013年8月21日 申请日期2013年5月10日 优先权日2013年5月10日
发明者赵鹏, 邓翠君, 林超, 文学军 申请人:同济大学