专利名称：一种具有抗结核菌作用的人工骨填充缓释材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及医用人工骨移植材料的技术领域，具体涉及一种可用于抗结核的术后骨填充缓释复合材料，及其制备方法。
背景技术：
骨关节结核是肺外结核中最常见的一种，近年来发病率有明显回升的趋势。骨结核的治疗往往采用全身早期、规律、全程、联合、适量的原则进行药物治疗。病灶清除手术去除感染坏死组织是局部治疗的重要手段，骨关节结核患者行感染病灶清除术后主要依靠全身抗结核药物治疗，往往术后也立即在病灶局部放置抗结核药物来加强抗感染治疗。不幸的是，由于全身抗结核药物治疗到达病灶局部的药物浓度较低，而病灶局部给药作用范围不均匀且难以持续维持有效药物浓度，加上术后骨缺损局部存在炎性病灶，结核分支杆菌对抗结核药物的抵抗能力强，这些都极大地增加了骨结核复发和骨缺损移植物修复失败的风险，最终增加了患者的痛苦和的经济负担，延长康复时间。因此如何最大化降低术后局部结核病灶的复发以及促进缺损骨组织的修复是当前骨科医生面临的困境。目前临床上对于结核病灶清除术后的骨组织缺损尽量采用自体骨移植或软组织填塞并缓慢钙化来治疗，自体骨移植虽然生物相容性好，融合率高，但来源有限，而且由于局部炎症反应容易导致移植失败；而异体骨、陶瓷、组织工程骨由于生物相容性的因素更易导致局部炎症的加重，而且极易成为结核杆菌的寄存地。另外，感染病灶清除术后骨组织缺损局部区域仍存在炎症反应，而且由于结核杆菌抗结核药物的抵抗能力强，往往需要长时间持续给药才能杀灭结核杆菌或抑制其生长。因此理想的治疗策略就是设计具有促进骨缺损组织修复作用并且同时可以长效缓释抗结核药物的人工骨填充缓释材料，这样就可以在促进骨组织再生修复骨缺损的同时维持局部有效的抗结核药物浓度，有助于骨移植物周围骨组织再生同时抑制局部结核杆菌的繁殖，从而避免局部结核病灶的复发，促进患者的康复。综上所述，现有文献的报导中，尚未见有关既促进骨缺损组织修复作用，并且同时可以长效缓释抗结核药物的人工骨填充缓释材料的相关研究报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可用于抗结核的术后骨填充缓释复合材料及其制备方法。本发明的技术方案，是以磷酸钙骨水泥(CPC)为载体附着物，通过海藻酸钠/抗结核药物溶液与氯化钙溶液接触形成凝胶药物包埋层，并通过生物可降解聚酯类化合物在最外层包封，形成具有长期缓释作用的抗结骨填充材料，以实现既促进骨缺损组织修复作用， 又抑制局部结核病灶复发。本发明提供了一种具有抗结核菌作用的人工骨填充缓释材料，该材料以磷酸钙骨水泥(CPC)为载体附着物，孔径50-500微米，孔隙率大于50%，通过海藻酸钠水溶液和氯化钙水溶液双组份处理形成凝胶将抗结核菌药物负载于CPC中，然后在表面涂覆生物可降解聚合物。所述的抗结核菌药物，为链霉素、异烟肼、利福平等中的一种或两种以上的组合。所述的生物可降解聚合物，为聚己内酯(PCL)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、 聚乳酸(PLA)等。本发明还提供了一种具有抗结核菌作用的人工骨填充缓释材料的制备方法，该方法包括如下步骤A、将磷酸钙骨水泥(CPC)人工骨浸没于海藻酸钠与抗结核菌药物配成的水溶液中；B、将吸附了海藻酸钠与抗结核菌药物水溶液的CPC人工骨与氯化钙水溶液浸没接触，通过海藻酸钠与钙离子的凝胶化作用，将负载的抗结核药物包封在CPC人工骨内；C、将CPC人工骨浸没于生物可降解聚合物溶液中，最后取出干燥，去除溶剂。本发明步骤A中，海藻酸钠水溶液的浓度为O. l-2mg/ml, CPC支架浸入海藻酸钠水溶液的浸没时间为O. 5-48小时。抗结核菌药物在海藻酸钠水溶液中的浓度为 O. 25-lmg/ml。本发明步骤B中，氯化I丐水溶液的浓度l-5mg/ml,CPC支架浸入氯化I丐水溶液的浸没时间为5-60秒。本发明步骤C中，用于配制生物可降解聚合物溶液的溶剂为极性易挥发溶剂，具体为氯仿、二氯甲烷、甲醇、乙醇、丙醇、六氟丙醇、乙酸乙酯、丙酮中的一种或两种以上的混合物，生物可降解聚合物溶液浓度为3-20% (质量百分比)。本发明的优点负载在人工骨(CPC)材料中的抗结核药物，术后植入体内可长时间缓慢释放，维持局部有效的抗结核药物浓度，有助于骨移植物周围骨组织再生同时抑制局部结核杆菌的繁殖，从而避免局部结核病灶的复发，促进患者的康复。
图I是利福平(lmg/ml)在不同浓度海藻酸钠溶液(O. 25-lmg/ml)处理后的缓释曲线；图2是利福平(O. 25-2. 5mg/ml)在相同浓度海藻酸钠溶液(lmg/ml)处理后的缓释曲线；图3是本发明的兔股骨缺损模型修复效果，左图为通过手术将载药支架植入所构建的兔股骨缺损模型中(缺损尺寸2XlXlcm);空白组实验动物未放入任何支架；PLGA 组分别在植入四周和八周后，处死试验模型动物，进行组织学分析；PLA组分别在植入四周和八周后，处死试验模型动物，进行组织学分析。
具体实施例方式现结合实施例和附图，对本发明作进一步描述，但本发明的实施并不仅限于此。实施例I将孔径为150微米，孔隙率为85%的CPC，浸没于海藻酸钠和利福平配成的水溶液中24小时，海藻酸钠的质量百分比浓度为O. 5mg/ml，利福平的浓度为lmg/ml。然后将该
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CPC浸没于lmg/ml的氯化钙水溶液中30秒取出晾干,然后再浸入PLGA的氯仿溶液5分钟， PLGA的质量百分比浓度为5%。最后将其取出晾干，挥发除去溶剂，即可得到产品。实施例2将孔径为250微米，孔隙率为90%的CPC，浸没于海藻酸钠和利福平配成的水溶液中12小时,海藻酸钠的质量百分比浓度为O. 5mg/ml，链霉素的浓度为O. 5mg/ml。然后将该 CPC浸没于O. 5mg/ml的氯化钙水溶液中20秒取出晾干,然后再浸入PCL的二氯甲烷溶液3 分钟，PCL的质量百分比浓度为10%。最后将其取出晾干，挥发除去溶剂，即可得到产品。实施例3将孔径为300微米，孔隙率为90%的CPC，浸没于海藻酸钠和利福平配成的水溶液中48小时，海藻酸钠的质量百分比浓度为I. 5mg/ml，异烟肼的浓度为lmg/ml。然后将该 CPC浸没于lmg/ml的氯化钙水溶液中30秒取出晾干,然后再浸入PLA的氯仿溶液3分钟， PLA的质量百分比浓度为10%。最后将其取出晾干，挥发除去溶剂，即可得到产品。实施例4将孔径为200微米，孔隙率为87%的CPC，浸没于海藻酸钠和利福平配成的水溶液中24小时，海藻酸钠的质量百分比浓度为lmg/ml，异烟肼的浓度为O. 5mg/ml，利福平的浓度为O. 25mg/ml。然后将该CPC浸没于lmg/ml的氯化钙水溶液中30秒取出晾干，然后再浸入PLGA的氯仿溶液5分钟，PLGA的质量百分比浓度为5%。最后将其取出晾干，挥发除去溶剂，即可得到产品。实施例5 :本发明的支架药物缓释实验试验采用体外模拟释放，并结合紫外分光光度计测量药物浓度的实验方法进行。 将如实施例中所描述的载药支架，置于30ml PBS缓冲液中，分别在不同时间点(2、5、10、30 小时等)，取Iml进行紫外吸光光度值得测定，然后用相同体积的新鲜PBS溶液补充用于测试所取出的溶液。如图I所示，相同药物浓度下(利福平lmg/ml)不同浓度海藻酸钠溶液 (O. 25-lmg/ml)处理后的药物缓释曲线。实验结果说明随着海藻酸钠溶液浓度的提高，支架所负载药物的缓释速率逐步降低。如图2所示，相同浓度海藻酸钠溶液(lmg/ml)，不同药物浓度(利福平 O. 25-2. 5mg/ml)处理后的药物缓释曲线。实验结果说明在海藻酸钠溶液浓度不变的条件下，随着药物浓度的提高，支架所负载药物的缓释速率逐步提高，与药物浓度呈正相关线性增长。统筹考虑实施例I中处理方式和载药浓度具有较好的控释效果。实施例6 :本发明的兔动物模型治疗效果兔模型动物试验在同济大学动物试验中心进行，选择新西兰白兔，通过手术在兔左右两侧股骨，制造尺寸为(2XlXlcm)的骨缺损模型。兔股骨缺损模型修复效果如图3所示，左图为通过手术将载药支架植入所构建的兔股骨缺损模型中(缺损尺寸2XlXlcm)； 空白组实验动物未放入任何支架；PLGA组分别在植入四周和八周后，处死试验模型动物， 进行组织学分析；PLA组分别在植入四周和八周后，处死试验模型动物，进行组织学分析。 实验结果说明将负载了利福平药物，经PLA和PLGA处理的两组支架(利福平的药物负载
5浓度为lmg/ml ;海藻酸钠处理液的浓度为O. 5mg/ml)通过手术植入兔股骨缺损动物模型中，评估其修复效果。通过四周和八周两个阶段的培养，可以通过X光透视，发现空白对照组无新的骨组织生成，而治疗组均形成了密度较高的骨组织。
权利要求
1.一种具有抗结核菌作用的人工骨填充缓释材料，该材料以磷酸钙骨水泥为载体附着物，其特征在于，该磷酸钙骨水泥的孔径为50-500微米，孔隙率大于50%，通过海藻酸钠水溶液和氯化钙水溶液双组份处理形成凝胶将抗结核菌药物负载于磷酸钙骨水泥中，然后在磷酸钙骨水泥表面涂覆生物可降解聚合物；其中的抗结核菌药物为链霉素、异烟肼或利福平中的一种或两种以上。
2.根据权利要求I所述的一种具有抗结核菌作用的人工骨填充缓释材料，其特征在于，其中的生物可降解聚合物为聚己内酯、聚乳酸-羟基乙酸共聚物或聚乳酸。
3.—种如权利要求I所述的具有抗结核菌作用的人工骨填充缓释材料的制备方法，该方法包括如下步骤A、将磷酸钙骨水泥支架浸没于海藻酸钠与抗结核菌药物配成的水溶液中；B、将吸附了海藻酸钠与抗结核菌药物水溶液的磷酸钙骨水泥支架与氯化钙水溶液浸没接触，通过海藻酸钠与钙离子的凝胶化作用，将负载的抗结核药物包封在磷酸钙骨水泥支架内；C、将磷酸钙骨水泥支架浸没于生物可降解聚合物溶液中，最后取出干燥，去除溶剂。
4.根据权利要求3所述的具有抗结核菌作用的人工骨填充缓释材料的制备方法，其特征在于该方法的步骤A中，海藻酸钠水溶液的浓度为O. l_2mg/ml，磷酸钙骨水泥支架浸入海藻酸钠水溶液的浸没时间为O. 5-48小时，抗结核菌药物在海藻酸钠水溶液中的浓度为O.25-lmg/ml。
5.根据权利要求3或4所述的具有抗结核菌作用的人工骨填充缓释材料的制备方法， 其特征在于该方法的步骤B中，氯化钙水溶液的浓度l_5mg/ml，磷酸钙骨水泥支架浸入氯化钙水溶液的浸没时间为5-60秒。
6.根据权利要求3或4所述的具有抗结核菌作用的人工骨填充缓释材料的制备方法， 其特征在于该方法的步骤C中，用于配制生物可降解聚合物溶液的溶剂为氯仿、二氯甲烷、 甲醇、乙醇、丙醇、六氟丙醇、乙酸乙酯、丙酮中的一种或两种以上，生物可降解聚合物溶液浓度质量百分比为3-20%。
全文摘要
本发明涉及医用人工骨移植材料的技术领域。骨关节结核是肺外结核中最常见的一种，如何最大化降低术后局部结核病灶的复发以及促进缺损骨组织的修复是当前骨科医生面临的困境。本发明的目的在于提供一种可用于抗结核的术后骨填充缓释复合材料及其制备方法。本发明以磷酸钙骨水泥(CPC)为载体附着物，通过海藻酸钠和氯化钙溶液将具有结核菌抑制作用的药物负载于CPC中，然后在表面涂覆生物可降解聚合物，形成具有长期缓释作用的抗结骨填充材料，以实现既促进骨缺损组织修复作用，又抑制局部结核病灶复发。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，并可通过所负载药物的控释实现对结核菌的长期抑制。
文档编号A61L27/34GK102580161SQ20121006561
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月13日 优先权日2012年3月13日
发明者何海龙, 叶晓健, 薛敏涛, 袁文 申请人:中国人民解放军第二军医大学