专利名称：具有预塑性天然骨修复材料的制备方法
技术领域：
本发明属于组织工程学生物医学材料技术领域，具体涉及一种具有预塑性的天然 骨修复材料的制备方法。
背景技术：
外伤、骨肿瘤等疾病会造成各部位不同程度的骨缺损，而骨移植是治疗骨缺损的 主要方法之一，通常自体骨移植的效果最好。但由于自体骨的来源受限，且会增加病人的痛 苦及手术并发症，因此采用一些人工骨移植材料应用于临床治疗。例如高分子多聚体、生物 陶瓷、磷酸钙骨水泥、及金属材料等，而这些材料都有不同的缺点，限制了它们在临床上的 应用。高分子多聚体由于在人体内的降解速度过快，不能与骨的重建速度相适应，并且 会产生酸性降解产物，造成炎性反应，不利于骨组织愈合。金属材料是最传统的骨修复材料，以其优越的机械性能，在大段的骨缺损修复中 广泛使用。其弊端也是显而易见的，由于材料本身不降解，长期作为异物存在于体内，影响 患者的生活质量；材料溶解出的金属离子，会造成人体生理功能的紊乱；并且须按患者缺 损的情况临床制备样品，进行个性治疗，无法大规模的产业化生产。生物陶瓷类材料，主要有羟基磷灰石、磷酸三钙；这类材料是利用自身能够提供组 织矿化所必须的钙离子来刺激骨组织的重建。由于材料成分与正常人骨成分的差异较大 (人骨无机成分为碳酸根丰富的弱结晶羟基磷灰石)，不能够模拟体内正常骨的重建过程， 影响骨愈合；且这类材料为颗粒状或块状产品，颗粒状材料只能松散地填充到缺损部位，缺 损位点材料的不稳定会导致移植失败；块状产品需在临床使用时削切成缺损部位的形状， 由于材料本身不具有弹性，不能与植床很好地吻合，且块状材料中心部位因体液流通不畅， 有形成坏死腔的可能，随着临床要求的提高，这类材料将被逐渐淘汰。为了使移植材料能与植床很好地吻合，生物陶瓷类材料与骨水泥混合形成的磷酸 钙骨水泥材料，在临床使用中能够按患者骨缺损部位的形状塑形，方便了临床使用，具有移 植位点材料稳定、能与植床很好吻合的优点。但该类材料并没有改变磷酸钙陶瓷的成分，还 引入了骨水泥，其降解会产生酸性的微环境，产生非菌性炎性反应，不利于骨组织重建；实 验证实，该类材料参与的骨重建速度并未有显著改善。本发明人研究发现，理想的骨移植材料应该与天然人骨成分一致，在体内降解速 度应与骨重建速度相匹配；且能在缺损部位自我稳定，具有很好的亲水性，能够吸附周围血 液形成血凝块(血凝块是骨形成的第一步)，加速骨形成；在临床使用中能按患者缺损部位 的实际形状快速塑形，便于操作；并有诱导新骨形成的活性蛋白分子。
发明内容
针对以上现有技术的不足，本发明的目的是提供一种具有预塑性的天然骨修复材 料的制备方法；所制备的骨修复材料是由天然成分组成，使材料的降解速度能够与新骨的形成速度相匹配，并能够诱导新骨形成，提高成骨效率；所制备材料结构的疏松，使用中可 根据需要任意切割塑形，在植入缺损位点后能够吸附周围组织的血液，形成血凝块，加速成 骨；其稳定性有利于快速形成新骨。本发明所提出具有预塑性天然骨修复材料的制备方法，其特征在于，是将煅烧骨 颗粒与骨胶原溶液混勻后，经低温冻干制备而成；所述的骨胶原溶液中加有促进骨形成的 蛋白和生长因子；通过调整骨颗粒与骨胶原的质量比能改变骨修复材料的强度。其具体方 法包括以下步骤步骤一、煅烧骨颗粒制备1)去除有机质将动物股骨或椎骨的松质骨去除表面软组织，机械粉碎成粒径 1 5mm大小的碎骨块，用纯水清洗；以碎骨块2倍体积的乙醚溶液震荡清洗20分钟，再用 浓度为0. 5 2g/L的胰酶溶液消化1 3天，用纯水清洗后在IM尿素溶液中搅拌清洗6 小时，接着在IM的NaOH溶液中超声波处理2 4小时，每0. 5 1小时更换NaOH溶液，纯 水清洗至中性，37°C干燥12小时。2)煅烧并制备骨颗粒将干燥后的碎骨块置于马弗炉中，升温到500 900°C后恒 温煅烧2 6小时(煅烧温度与时间以能将骨块完全煅烧至白色，根据煅烧的量选择煅烧 温度与时间，一般低温煅烧时间长，高温时间短)，自然降温后机械粉碎为粒径0. 1 0. 5mm 的颗粒，备用；步骤二、配制骨胶原缓释溶液将骨胶原用浓度的乙酸溶液配制成5 40mg/ ml的骨胶原溶液，在其中加入骨形态发生蛋白50 200 μ g/ml，血小板衍生生长因子5 20ng/ml ；步骤三、骨胶原与煅烧骨颗粒复合调整骨胶原溶液的PH值至7. 4 ；按骨颗粒与骨 胶原溶液的质量/体积比(g/ml)为9 2 1的比例，将制备好的煅烧骨颗粒加入骨胶原 溶液中，充分混勻，在37°C条件下放置，待骨胶原溶液凝固后，放入-80°C环境预冻半小时， 再经低温真空冻干骨胶原与煅烧骨复合材料，得到块状天然骨修复材料。本发明制备的天然骨修复材料由天然骨无机矿化成分、天然骨胶原成分及能够促 进骨形成的活性蛋白成分组成；其中的天然矿化成分是由动物松质骨经过理化处理后煅烧 而成，天然骨胶原成分是由动物长骨组织提取获得，胶原中加入商品化的骨源性活性蛋白。 本发明制备的天然骨修复材料中的胶原成分相互连接形成立体网状结构，天然无机骨颗粒 被紧密包裹在这个立体网中，这种空间结构赋予该材料一定的抗压强度和空间稳定性。胶 原形成的三维立体网结构，具有较大的吸水性，材料含水后呈现海绵样形态，能够根据临床 病人骨缺损区域的实际形状，任意塑形，方便医生操作，也使材料能够充分与植床整合，有 利于骨组织重建。本发明所制备的骨修复材料来自于动物骨组织，具有与人骨一致的天然骨成分， 材料的降解速度与人骨重建的速度相契合；骨胶原形成的三维网状结构与天然无机骨紧密 结合，保证了材料的空间稳定性，植入缺损部位后能够自我稳定；骨胶原的三维网状结构赋 予该材料一定的弹性、韧性，能够根据需要塑形，方便临床操作；所制备材料中含有骨形态 发生蛋白、血小板衍生生长因子两种具有促进骨形成作用的活性蛋白，骨胶原提供了缓释 成骨活性因子的三维空间结构，能够长时间持续释放成骨活性因子。本发明方法通过煅烧骨颗粒与骨胶原溶液不同的质量/体积比来控制材料的力
4学性状，在质量比大于5 1时，材料具有较高的力学强度，可支撑缺损位点，亲水后性状类 似海绵，可任意切割塑形，具有弹性；在质量比低于5 1时，材料亲水后性状类似软泥，可 直接填塞至缺损位点，操作方便。本发明制备的材料中，胶原成分与天然无机骨成分紧密结合，保证了材料在移植 区域的稳定性，有利于快速形成新骨。通过大量的动物实验证实，本发明所制备材料的骨修 复速度明显快于其他人工骨修复材料。本发明制备方法简单，原料来源广泛且低廉，适于大规模的产业化生产，降低医疗 成本，减轻患者的经济负担。附图及其说明附
图1为采用本发明方法制备的天然骨修复材料的大体照片，照片中为 1X1X0. 5cm规格的白色块状天然骨修复材料外观。附图2为图1所示材料局部扫描的电子 显微镜微观照片，可见片状的骨胶原成分所形成三维连接的网状整体，将块状的天然无机 骨包裹在其中。附图3为大鼠颅骨左右两侧各8mm直径的圆形缺损修复后6个月microCT 观察照片；左侧为空白对照组，即制造8mm直径缺损后未进行任何方式修复；右侧为材料修 复组，即采用本发明制备的天然骨修复材料进行修复；可见材料修复组的骨缺损已全部愈 合，而空白对照组的未见明显的骨愈合。
具体实施例方式以下结合实例对本发明技术方案作进一步的详细说明。实施例1、1.去除有机质取牛股骨骨骺端松质骨，去除表面的软组织后，机械加工成粒径 1 5mm大小碎骨块，纯水搅拌清洗30分钟；以骨块2倍体积的乙醚溶液震荡清洗20分钟， 再将碎骨块置入浓度为0. 5g/L胰酶溶液常温下消化70h，纯水搅拌清洗10分钟后置于IM 尿素溶液中搅拌清洗6小时，接着在IM的NaOH溶液中超声波清洗2小时，每半小时更换溶 液一次，纯水搅拌清洗至中性，37°C干燥箱内12小时。2.煅烧并制备骨颗粒将干燥后的碎骨块放入坩埚中，在马弗炉中煅烧；升温到 800°C后恒温煅烧3小时，将炉内温度降至室温，取出煅烧骨，机械粉碎为粒径0. 1 0. 25mm 的颗粒，备用。3.配制骨胶原溶液将骨胶原溶于浓度(V/V)的乙酸溶液中，配制成10mg/ml 骨胶原溶液，在骨胶原溶液中加入骨形态发生蛋白50 μ g/ml，血小板衍生生长因子IOng/ ml ο4、骨胶原与煅烧骨颗粒复合采用IM的NaOH溶液调整骨胶原溶液的pH值到7. 4， 将制备的煅烧骨颗粒加入骨胶原溶液中，充分混勻。骨颗粒与骨胶原溶液的质量/体积比 为3 1，在37°C放置20分钟，待骨胶原溶液凝固后，放入-80°C低温冰箱预冻；半小时后， 再经低温真空冻干骨胶原与煅烧骨复合材料，灭菌消毒后，即得到可在临床使用的具有预 塑性的骨修复材料。此方法制备的骨修复材料，亲水后，性状似泥巴，可用于由骨肿瘤引起的缺损修 复，将材料直接填充至缺损位点，通过按压使材料与植床充分吻合，操作方便，材料植入后 能够迅速吸收周围血液形成血凝块。
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实施例2、1.去除有机质取牛股骨骨骺端松质骨，去除表面软组织后，机械加工成粒径1 3mm大小碎骨块，纯水清洗30分钟；以骨块2倍体积的乙醚溶液震荡清洗20分钟，再将碎 骨块置入浓度为lg/L胰酶溶液常温下消化46h，纯水清洗10分钟后置于IM尿素溶液中搅 拌清洗6小时，接着在IM的NaOH溶液中超声波清洗3小时，每半小时更换溶液一次，纯水 搅拌清洗至中性，37°C干燥箱内干燥12小时。2.煅烧并制备骨颗粒将干燥后的碎骨块放入坩埚，在马弗炉中煅烧；升温到 600°C后恒温煅烧5小时，将炉内温度自然降至室温，取出煅烧骨，机械粉碎为粒径0. 25 0. 5mm的颗粒，备用。3.配制骨胶原溶液将骨胶原溶于浓度(V/V)的乙酸溶液中，配制成20mg/ml 骨胶原溶液，在骨胶原溶液中加入骨形态发生蛋白100μ g/ml，血小板衍生生长因子15ng/ ml ο4、骨胶原与煅烧骨颗粒复合采用IM的NaOH溶液调整骨胶原溶液的pH值到 7. 4，将制备好的煅烧骨颗粒加入骨胶原溶液中，充分混勻骨颗粒与骨胶原溶液，骨颗粒与 骨胶原溶液的质量/体积比为7 1，在37°C条件下放置15分钟，待骨胶原溶液凝固后，放 入-80°C低温冰箱预冻；半小时后，再经低温真空冻干骨胶原与煅烧骨复合材料，灭菌消毒 后，即得到可在临床使用的具有预塑性的骨修复材料。此方法制备的骨修复材料，亲水后，性状似海绵，弹性较好，具有一定的抗压强度， 可用于拔牙窝填充，使用时根据拔牙窝的形状修剪材料；材料的弹性能够使其与周围组织 充分接触，并吸附周围血液形成血凝块，加速骨组织重建；手术后4 6个月，拔牙窝位置形 成大量的骨组织，这时，可在拔牙窝位置植入种植体，然后装备义齿。而未经材料填充的拔 牙窝会发生骨质吸收，严重影响后期的种植体植入。
权利要求
一种具有预塑性天然骨修复材料的制备方法，采用有煅烧骨颗粒，其特征在于，是将煅烧骨颗粒与骨胶原溶液混匀后，经低温冻干制备而成；所述的骨胶原溶液中加有促进骨形成的蛋白和生长因子；通过调整骨颗粒与骨胶原的质量比改变骨修复材料的强度。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤步骤一、煅烧骨颗粒制备1)去除有机质将动物股骨或椎骨的松质骨去除表面软组织，机械粉碎成粒径1 5mm 大小的碎骨块，用纯水清洗；以碎骨块2倍体积的乙醚溶液震荡清洗20分钟，再用浓度为 0. 5 2g/L的胰酶溶液消化1 3天，用纯水清洗后在IM尿素溶液中搅拌清洗6小时，接 着在IM的NaOH溶液中超声波处理2 4小时，每0. 5 1小时更换NaOH溶液，纯水清洗 至中性，37°C干燥12小时；2)煅烧并制备骨颗粒将干燥后的碎骨块置于马弗炉中，升温到500 900°C后恒温煅 烧2 6小时，自然降温后粉碎为粒径0. 1 0. 5mm的颗粒；步骤二、配制骨胶原缓释溶液将骨胶原用浓度的乙酸溶液配制成5 40mg/ml的 骨胶原溶液，在其中加入骨形态发生蛋白50 200 μ g/ml，血小板衍生生长因子5 20ng/ ml ；步骤三、骨胶原与煅烧骨颗粒复合调整骨胶原溶液的PH值至7. 4 ；按骨颗粒与骨胶原 溶液的质量/体积比为9 2 1的比例，将制备好的煅烧骨颗粒加入骨胶原溶液中，充分 混勻，在37°C条件下放置，待骨胶原溶液凝固后，放入-80°C环境预冻半小时，再经低温真 空冻干骨胶原与煅烧骨复合材料，得到块状天然骨修复材料。
全文摘要
一种具有预塑性天然骨修复材料的制备方法，本发明是将煅烧骨颗粒与骨胶原溶液混匀后，经低温冻干制备而成；并在骨胶原溶液中加有促进骨形成的蛋白和生长因子。本发明所制备的骨修复材料为天然无机成分，胶原成分与天然骨成分紧密结合，保证了材料在移植区域的稳定性，有利于快速形成新骨；所制备的材料能够长时间持续释放成骨活性因子，具有一定的弹性、韧性，能够根据需要任意切割塑形，方便临床操作；经动物实验证实，本发明制备材料的骨修复速度明显快于其他人工骨修复材料。本发明制备方法简单，原料来源广泛且低廉，适于大规模产业化生产，降低医疗成本，减轻患者的经济负担。
文档编号A61L27/54GK101954122SQ20101028030
公开日2011年1月26日 申请日期2010年9月13日 优先权日2010年9月13日
发明者杨鹭, 王爱军 申请人:陕西瑞盛生物科技有限公司