生物复合材料及其制备方法和用图
【技术领域】
[0001]本发明涉及生物复合材料，更具体地，涉及一种结合有生物活性分子的高分子聚合物复合材料。本发明还涉及生物复合材料的制备方法以及其用途。
【背景技术】
[0002]骨缺损是骨外科治疗中的难点。导致骨缺损的因素包括创伤、疏松性骨性骨折、月中瘤以及骨坏死等。特别是骨坏死导致的骨缺损发病率较高，对人类的健康和生活质量构成很大的威胁。
[0003]骨坏死在早期出现不完全性修复，引起不完全性修复的原因包括骨髓干细胞池的活性下降，骨细胞凋亡以及松质骨基质的降解。因此应该提供充足的成骨前体细胞和/或提高坏死区域细胞的成骨能力来防止这种不完全性修复。在骨坏死早期的治疗中，最常用的方法是髓腔减压，减压后会在坏死局部形成骨缺损，为了加强手术的治疗效果，往往还伴有其它治疗方法，包括骨植入治疗、生长分化因子治疗和基因治疗。
[0004]单纯的髓腔减压能够有利于骨坏死的治疗，但是如果减压过程中去除过多的死骨，就会导致坏死区域相对大的骨缺损，往往会加速关节塌陷。自体骨移植增加了患者的额外创伤机会，且来源有限。异体骨移植避免了自体骨的缺点，但是存在潜在的感染机会和排异反应。骨形态发生蛋白(BMP)是一种生长分化因子，可以用来促进局部骨生长，但是这种蛋白降解很快，需要大剂量才能保持其效果，导致费用昂贵；理化性质不稳定，与其它的载体混合时难以保持其活性；在坏死区域停留时间短暂。基因治疗因其安全性问题只是处于动物实验阶段，目前还无法应用于临床。
【发明内容】
[0005]第一方面，提供了一种生物复合材料，其包含生物可降解的聚乳酸/乙醇酸共聚物(poly lactic-co-glycolic acid，PLGA)和磷酸三 1? (tricalcium phosphate，TCP)以及有效量的淫羊藿素(icaritin)。
[0006]优选地，所述生物复合材料由生物可降解的聚乳酸/乙醇酸共聚物、磷酸三钙和有效量的淫羊藿素组成(PLGA/TCP/淫羊藿素)，其中所述淫羊藿素结合在聚乳酸/乙醇酸共聚物和磷酸三钙形成的多孔支架材料中。
[0007]在一些实施方案中，所述淫羊藿素能够从支架材料中缓慢释放，作用于靶部位发挥作用。
[0008]第二方面，提供了人工骨支架，其由本发明所述的生物复合材料制备，具有三维多孔结构，其中孔径为约250-450 μ m，孔隙率为60% -80%。
[0009]第三方面，提供了制备本发明所述的生物复合材料的方法，其包括如下步骤:
[0010](I)将聚乳酸/乙醇酸共聚物和磷酸三钙溶于第一有机溶剂中；
[0011](2)将淫羊藿素溶于与所述第一有机溶剂相同或不同的第二有机溶剂中；
[0012](3)将步骤(2)得到的溶液加入步骤(I)得到的溶液中，混匀，制得包含聚乳酸/乙醇酸共聚物、磷酸三钙和淫羊藿素的浆料；以及
[0013](4)利用快速成型技术使步骤(3)得到的浆料成型，得到所述的生物复合材料。
[0014]第四方面，提供了本发明所述的生物复合材料在制备治疗骨缺损的人工骨支架中的用途。
[0015]本发明所述的生物复合材料可以用于治疗局部组织缺损，特别是治疗骨缺损。其中，生物复合材料中的聚乳酸/乙醇酸共聚物和磷酸三钙为骨长入提供支架平台，而中药活性分子淫羊藿素从支架中持续释放，长期在骨缺损局部保持疗效，促进骨的生长。
【附图说明】
[0016]图1显示了淫羊藿素的结构。A图是淫羊藿素的二维结构；B图是淫羊藿素的三维结构。
[0017]图2显示了利用快速成型法制备本发明的生物复合材料的技术路线图。
[0018]图3显示了淫羊藿素从生物复合材料中累积释放的曲线。
[0019]图4显示了骨髓间充质干细胞在本发明所述的生物复合材料表面的生长，其中骨髓间充质干细胞染成绿色。
[0020]图5是生物复合材料植入兔肌肉6周后的显微CT(MicroCT) 二维图像。A图是由PLGA和TCP组成的复合材料(PLGA/TCP)的图像，显示了复合材料的均质背景；B图是由PLGA、TCP和淫羊藿素组成的复合材料(PLGA/TCP/淫羊藿素)的图像，在孔腔周围显示了较高的密度。
[0021]图6显示了生物复合材料植入兔股骨髁12周后，骨隧道内新骨生成的MicroCT三维图像。A图，植入由PLGA和TCP组成的复合材料(PLGA/TCP)的骨隧道成骨图像；B图，植入由PLGA、TCP和淫羊藿素组成的复合材料(PLGA/TCP/淫羊藿素)的骨隧道成骨图像。
【具体实施方式】
[0022]第一方面，提供了一种生物复合材料，其包含生物可降解的聚乳酸/乙醇酸共聚物(PLGA)、磷酸三钙(TCP)和淫羊藿素。
[0023]淫羊藿素是从中药材淫羊藿(Herba Epimedii)中提取的一种活性成分，属黄酮醇类化合物，具有植物雌激素样作用。在本发明中使用的淫羊藿素可以是从中药饮片中提取的天然淫羊藿素，也可以是其它来源的淫羊藿素，例如合成的淫羊藿素或具有其活性的衍生物。图1A示例性显示了淫羊藿素的二维化学结构，图1B示例性显示了淫羊藿素的三维结构。
[0024]聚乳酸/乙醇酸共聚物与磷酸三钙都是具有良好生物相容性的可生物降解材料，适于人或动物体内的应用。因此，本发明提供了一种可植入的生物复合材料，例如可直接植入到组织缺损部位，诸如骨缺损和周围神经缺损部位，且该复合材料携带的中药活性分子淫羊藿素能够直接作用于缺损部位发挥作用。
[0025]在优选的实施方案中，本发明的生物复合材料由PLGA、TCP和有效量的淫羊藿素组成。理想地，本发明所述的生物复合材料为多孔的三维支架材料，其中所述淫羊藿素结合在PLGA和TCP形成的多孔支架中。
[0026]在一实施方案中，本发明所述的生物复合材料具有直径约250-450 μπι的相互连通的孔，所述相互连通的孔径优选为250-350 μ m，更优选为约300 μ m。
[0027]在本发明的实施方案中，生物复合材料中的聚乳酸/乙醇酸共聚物和磷酸三钙的重量配比范围为1:1-4:1，优选为4:1。
[0028]在一实施方案中，本发明所述的生物复合材料包含的高分子聚合物聚乳酸/乙醇酸共聚物的分子量范围为3万-10万，优选为6万-10万，更优选为10万。乳酸与乙醇酸的摩尔比是70:30。
[0029]本发明所述的“有效量”指能够实现特定生物学效应的量，例如，能够促进骨生长的量，或有效治疗骨缺损的量。在本发明的一实施方案中，以重量比计，生物复合材料中的淫羊藿素的含量为lmg-10g/100g生物复合材料。
[0030]本发明所述的中药活性分子淫羊藿素是从生物复合材料中缓慢释放的，这有利于淫羊藿素在靶部位持续发挥作用，例如，在较长时间内促进骨髓间充质干细胞向成骨细胞的分化和/或促进骨的形成等。淫羊藿素第I天从所述生物复合材料中释放的累积量占其总量的0% -15%，优选约5%到15%之间，一般不超过15% ;第14天时释放的累积量为25% -55%，优选为25% -50%，更优选在35% -45%之间，最优选为约40%左右。
[0031]此外，淫羊藿素从本发明所述的生物复合材料中释放的百分累积量在第2天为0% -约25%，优选约5%到约22%。淫羊藿素第7天的百分累积释放量为约10%到约40%，优选约15%到约32%。
[0032]另外，本发明所述的生物复合材料还可包含有效量的下述细胞生长因子的一种或多种:bFGF (碱性成纤维细胞生长因子)、VEGF (血管内皮生长因子)、I3DGF (血小板衍化生长因子)、IGF (胰岛素样生长因子)、TGF- β (转化生长因子)、BMP (骨形态形成/发生蛋白)、ANG(血管生长素)等。此外，所述的生物复合材料还可包含具有活性的细胞，包括，但不限于，骨髓间充质干细胞等。这些细胞因子和/或细胞与本发明所述的中药活性小分子淫羊藿素共同作用，促进组织缺损的修复，如骨缺损的修复。
[0033]第二方面，提供了人工骨支架，其由本发明的生物复合材料制备。本发明所述的“人工骨支架”是指是用于骨修复的人工合成材料，其构成具有相互连通的孔的三维网格结构，具有生物相容性和骨传导性，对新骨的生成起到引导作用。在本发明的实施方案中，所述人工骨支架的孔径为约250-450 μ m，优选为250-350 μ m，更优选为约300 μ m。孔隙率为60-80%。
[0034]在本发明的实施方案中，人工骨支架中的聚乳酸/乙醇酸共聚物和磷酸三钙的重量配比为优选为1:4，两者形成人工骨支架的多孔结构，这种多孔结构利于毛细血管和骨组织的长入，为骨长入提供支架平台；同时携带的中药活性分子淫羊藿素从人工骨支架中缓慢释放，持续作用于骨缺损部位，促进新骨的生成。因此，由本发明的生物复合材料制备的这种人工骨支架是具有骨引导和促进骨生长作用的理想支架。
[0035]第三方面，提供了本发明所述的生物复合材料的制备方法，该方法包括如下步骤:
[0036](I)将聚乳酸/乙醇酸共聚物和磷酸三钙溶于第一有机溶剂中；
[0037](2)将淫羊藿素溶于与步骤⑴相同或不同的第二有机溶剂中；
[0038](3)将步骤⑵得到的溶液加入步骤⑴得到的溶液中，混匀，得到含PLGA、TCP和淫羊藿素的浆料；以及
[0039](4)利用快速成型技术使上述浆料成型，得到所述的生物复合材料。
[0040]在本发明的实施方案中，所述第一有机溶剂可以是二氧六环、二氯甲烷、氯仿、二甲基亚砜等。在优选的实施方案中，所述第一有机溶剂是二氧六环。
[0041]在本发明的实施方案中，所述第二有机溶剂可以是二氧六环、二氯甲烷、氯仿、二甲基亚砜等。在优选的实施方案中，所述第二有机溶剂是二氧六环。
[0042]在制备本发明的生物复合材料的过程中，所述聚乳酸/乙醇酸共聚物的成浆浓度为10% -30%，优选为10% -20%，更优选为12% -15%。
[0043]在制备本发明的生物复合材料的过程中，聚乳酸/乙醇酸共聚物和磷酸三钙的重量之比为1:1-4:1，优选为4:1。
[0044]在根据本发明所述的制备生物复合材料的方法得到的浆料中，淫羊藿素的浓度范围为ΙΟ,Μ-ΙΟ?，优选为10-6M-10_2M。更优选地，所述淫羊藿素的浓度为10_4-1()1。
[0045]在本发明的实施方案中，以重量计，淫羊藿素在成型后的生物复合材料中的含量为lmg-10g/100g生物复合材料。本发明所述的淫羊藿素是一种黄醇酮化合物，在制