骨固定组件及其用图
【技术领域】
[0001]本申请大体上涉及骨科领域，具体而言，本申请涉及用于固定发生骨折的骨的骨科装置，以及使用该装置的方法。
[0002]发明背景
[0003]本申请考虑了本文的“参考文献”章节列出的文献，并通过引用的方式将这些文献整体并入本文。
[0004]外伤导致的骨折或骨质疏松性骨折是常见的。骨折愈合延迟或骨折不连合是骨科临床中的现存挑战(1-4)。由于老年患者或骨质疏松症患者的骨量相对较低，这些患者中较差的骨折修复是骨科临床中最常见和最严重的问题之一。来自临床和动物研究中的数据都表明，骨质疏松症或低骨矿密度(BMD)显著延迟骨干的骨折愈合(5-7)。这种现象会对公众健康造成巨大影响，因为亚洲的许多国家(例如中国)在接下来的几十年中老年人群会显著增加(32)。预计在2050年的美国，65岁以上的男性和女性的数量能达到六千九百万，85岁以上达到一千五百万(8)。在60岁以上的老年人群中，约1/3患有骨质疏松症，而在80岁以上的人群中，骨质疏松症比率超过50%(33)。据报道，目前全世界范围内接近1/3的髋部骨折发生在亚洲，并且该比率在2050年预计会超过50%(9)。换言之，在接下来的40年中骨折的固定会变得越来越重要。
[0005]通过钢或钛(Ti)植入物对长骨骨折的刚性固定具有其明显的缺点，特别是对于骨密度低以及甚至患有骨质疏松症的老年人群。刚性固定中的问题主要在于骨和用于固定的钢或Ti金属板之间在刚度上存在巨大差异。此外，由于取出固定板所导致的骨质疏松性骨的再骨折甚至是更严重的问题(10)。因此，某些生物可降解的和生物活性的基于金属的植入物已经引起了关注，而且能降低应力集中性并且某些还能刺激新骨形成的骨质疏松性骨折的固定是非常理想的。
[0006]100年以来,在骨科和外伤外科手术中已经探索了 Mg和Mg合金制成的生物可降解的植入物(11，12)。Mg的刚度和杨氏模量比不锈钢或钛低得多，但是与人的皮质骨相近
(13)。根据本申请的发明人(14-18)和其他人(2，16，19-23)的报道，Mg还具有非常好的生物相容性，并且其在体内是生物可降解的。由生物可降解材料制成的固定板和螺钉在骨折愈合时可以提供良好的固定，然后会降解，并且随着愈合过程的进行，伴随刚度的降低。骨折裂隙愈合和新骨形成后，可降解材料会完全降解，而无需进行取出植入物的二次手术
(12)。
[0007]在过去，Mg的主要局限性在于纯度低(2N - 99.00%或更低)，其在体内降解过快，因此，如果将Mg开发用于骨折固定，则会过早失去机械支持。由于这个问题，不锈钢以及随后的Ti由于具有良好的机械学性质而代替了 Mg，并成为开发骨科植入物中的常用金属
(11)。目前，由以上两种金属制成的骨科和颌面部植入物联合占据了 28亿美元的市场份额。尽管如此，超过90%的患者将修整和取出手术视为金属植入物的主要缺点。患者非常希望能避免取出手术，而这恰恰是生物可降解植入物的优势(24)。
[0008]随着冶金技术的发展，已经能获得浓度为4N(99.99%纯度)的纯Mg，其降解性质显著降低。纯Mg或其合金不仅在骨科植入物中还在心血管应用中的支架中成为测试的感兴趣的金属。从十九世纪以来，很多人使用不同种类的Mg丝或圆柱体用于血管吻合术、结扎、止血夹和闭合脑部中的血管(12)。在1878年，Mg丝结扎首次成功用于止住出血血管。当今，Mg合金支架由于具有优良的延展性而被用于心血管应用(20，25)。对于骨科应用，我们正面对相似的情况。在1900年，Payr首次推荐Mg植入物用于肌肉骨骼应用，例如固定器针、钉、板和片等。在过去的百年中，利用由不同种类的Mg或Mg合金制成的不同骨科植入物进行的体外实验有很多。尽管如此，目前还没有在世界范围内被批准的用于临床应用的骨科植入物，特别是用于长骨骨折固定。
[0009]本申请的发明人在过去的几年中致力于Mg或Mg合金的研究和开发。根据我们之前的研究，我们发现，Mg能刺激骨形成(2，16-18)，其他人也报道了这一点(11，26-29)。在Mg或Mg合金被植入后，骨的重构和形成过程会显著增强，并且当Mg针被植入股骨的骨髓腔后，在股骨的内部和外部发现更多的新形成的骨样或未矿化组织。
[0010]因此，在骨科领域中需要用于骨的骨折固定的新装置和方法，特别是能够实现Mg的愈合改善效果的新装置和方法。
[0011]发明概述
[0012]第一方面，本申请提供了骨固定组件，其包括锁定板、至少两个钛(Ti)或Ti合金或不锈钢制成的螺钉、以及至少一个镁(Mg)或Mg合金制成的螺钉。
[0013]在一些实施方案中，Mg或Mg合金制成的螺钉的用于接触锁定板的部分和/或锁定板的用于接触Mg或Mg合金制成的螺钉的部分包被有聚合物膜。
[0014]在一些实施方案中，聚合物膜包含一个或多个聚合物层。
[0015]在一些实施方案中，聚合物选自聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚乙醇酸(PGA)、聚乙酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、聚乙二醇(PEG)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
[0016]在一些实施方案中，锁定板由Ti或Ti合金或不锈钢制成。
[0017]在一些实施方案中，Mg或Mg合金制成的螺钉被配置为在使用时被定位在发生骨折的骨的骨折裂隙附近。
[0018]在一些实施方案中，组件适合于固定发生骨折的长骨。
[0019]在一些实施方案中,Mg合金选自Mg合金选自二元Mg合金、三元Mg合金和更多元Mg合金,例如，Mg-Al合金、Mg-Zn合金、Mg-Sr合金、Mg-稀土元素合金、Mg-Li合金、Mg-Ca合金、Mg-Mn合金、Mg-Zr合金或Mg-Ag合金、Mg-Mn-Zn合金、Mg-Al-Zn合金或Ca-Mg-Zn合金。
[0020]在一些实施方案中，Ti合金选自二元Ti合金、三元Ti合金和更多元Ti合金，例如，T1-Al-V合金、T1-Al-Fe合金、T1-Al-Nb合金、T1-Mo系列合金、T1-Nb系列合金、T1-Ta系列合金和T1-Zr系列合金。
[0021]第二方面，本申请提供了本申请的骨固定组件在固定发生骨折的骨中的用途，或制备用于固定发生骨折的骨的骨科装置中的用途。
[0022]第三方面，本申请提供了固定发生骨折的骨的方法，包括以下步骤:
[0023]a)提供骨固定组件，其包括锁定板、至少两个Ti或Ti合金或不锈钢制成的螺钉、以及至少一个Mg或Mg合金制成的螺钉；
[0024]b)使锁定板与发生骨折的骨接触；和
[0025]c)利用至少两个Ti或Ti合金或不锈钢制成的螺钉以及至少一个Mg或Mg合金制成的螺钉将锁定板固定于发生骨折的骨，使得锁定板覆盖发生骨折的骨的骨折裂隙。
[0026]在一些实施方案中，Mg或Mg合金制成的螺钉的用于接触锁定板的部分和/或锁定板的用于接触Mg或Mg合金制成的螺钉的部分包被有聚合物膜。
[0027]在一些实施方案中，聚合物膜包含一个或多个聚合物层。
[0028]在一些实施方案中，聚合物选自聚乳酸(PLA)和聚己内酯(PCL)。
[0029]在一些实施方案中，锁定板由Ti或Ti合金或不锈钢制成。
[0030]在一些实施方案中，固定步骤包括将Mg或Mg合金制成的螺钉定位在发生骨折的骨的骨折裂隙附近。
[0031]在一些实施方案中，发生骨折的骨是发生骨折的长骨。
[0032]附图简要描述
[0033]提供以下附图仅为了说明本申请的一些实施方案，其中相似的元件用相同的参考标记指代。
[0034]图1显示了按照本申请的一个实施方案的T1-Mg骨折固定器，其正用于固定发生骨折的股骨。
[0035]图2显示了用图1所示的T1-Mg骨折固定器(上图)和常规的基于Ti的骨折固定器(下图)固定发生骨折的骨时，愈伤组织形成的比较。
[0036]图3显示了图1所示的T1-Mg骨折固定器已被植入较长的一段时间，Mg螺钉完全降解，并且骨折愈合。
[0037]图4显示了根据本申请的包被有薄层聚合物包膜(用深色标记)的Mg螺钉的两个实施方案，其中螺钉102a在螺钉头部分包被有薄层聚合物包膜(图4中的左图)，螺钉102b在螺钉整体包被有薄层聚合物包膜(图4中的右图)。
[0038]图5显示了 Mg棒上的PLA包被的SEM图像:⑷由水引生的单层包被，⑶由己烷引生的单层包被，(C)由己烷引生的双层包被。
[0039]实施方案的具体描述
[0040]生物可降解的Mg成为感兴趣的用于骨折固定的生物可降解金属材料。Mg的刚度较低，杨氏模量较高，这能减少应力屏蔽效应。但是，基于Mg的植入物的局限性在于其刚度较差并且降解较快，这不符合对于承重长骨骨折的初始稳定固定的要求。根据本申请发明人之前的研究，Mg离子能促进骨间充质干细胞(bMSCs)的分化以及骨膜愈伤组织的形成。但是，根据本申请发明人之前的研究，Mg的强度不足以在新固定时提供机械支持。
[0041]为了克服Mg在医学应用中的缺陷，本申请的发明人开发出新的复合式T1-Mg骨折固定器，例如，其中常规的基于Ti的固定器的一部分不可降解的Ti螺钉被生物活性的且生物可降解的Mg螺钉代替。通过使用这样的新固定器，能够实现下述一个或多个优势:
[0042](I)随着Mg螺钉降解，应力屏蔽效应减小，使得愈合的骨能逐渐承受应力从而进一步刺激愈合过程；
[0043](2)Mg螺钉在降解时释放的Mg离子改善骨折愈合，同时利用Ti螺钉能确保稳定的固定；
[0044](3