一种骨组织多孔支架材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种骨组织多孔支架材料及其制备方法，所述骨组织多孔支架材料的原料包括20～40%钙镁磷酸盐水泥粉末、60～80%致孔剂和0～30%固化液，所述的百分比为重量百分比。所述制备方法包括步骤：（1）将原料混合均匀，加入模具挤压成型后脱模，得样条；（2）将（1）所得的样条于35～38℃、50～100%湿度的条件下固化24～72h后置于水中浸泡48～72h，中间换水3次，然后于60～120℃干燥，即得。本发明的骨组织多孔支架材料具有良好的孔连通性，抗压强度高；大孔和微孔共同构成贯通的多级孔径结构，有利于材料和体液充分接触，也使材料本身具有良好的细胞相容性，能够支持细胞在其表面粘附和生长。
【专利说明】一种骨组织多孔支架材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种骨组织多孔支架材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 组织工程研究主要包括四个方面：干细胞、生物材料、构建组织和器官的方法和技 术以及组织工程的临床应用。生物材料组织工程是目前研究最为广泛的组织工程方法，其 三大要素是细胞、生物材料支架及讯息因子.
[0003] 细胞是生物工程的核心。细胞是生物体内最基本的功能单位，所以生物材料自身 不能独立修复组织，而是需要帮助或者调控细胞工作进而使细胞修复组织。目前研究最多 的是干细胞（stem cell)，可以分化成所有功能的细胞。传统的生物材料组织工程是将相关 细胞植入生物材料支架内进行体外培养，等组织在体外发展到一定程度之后再将其植入体 内。这种方法便于控制细胞在支架内的发展，可以使用相关的讯息因子进行体外控制。这 种方法的问题就是等组织在体外发展好了再植入体内的时候，可能会发生排异现象。因为 体外环境和体内环境有很大差异，不同的环境会严重影响组织发展。最新的生物材料组织 工程不并用任何细胞，仅将材料植入体内。体内伤口处有大量的细胞具有回复组织的功能， 如果材料适合这些细胞生长，这些细胞会迁移到支架内部，开始分泌细胞外组织，并最终修 复组织。这种方法解决了前者排异性的问题，但是对材料本身的性质要求也大大提高。
[0004] 生物材料可分为非可降解材料(惰性陶瓷，金属合金，不可降解高分子）和可降解 材料(可降解高分子，水凝胶，生物玻璃)两大类。其核心是建立由细胞和生物材料构成的三 维空间复合体，这与传统的二维结构(如细胞培养）有着本质的区别。其最大优点是可形成 具有生命力的活体组织，对病损组织进行形态、结构和功能的重建并达到永久性替代；用最 少的组织细胞通过在体外培养扩增后，进行大块组织缺损的修复；可按组织器官缺损情况 任意塑形，达到完美的形态修复。非可降解材料将永远才留在体内，而且生物材料往往不能 完全替代生物组织的全部功能，比如自我更新，新陈代谢，随外界因素自我优化等。可降解 材料如果实现降解速度和组织回复速度平衡，将有望完全回复原来的生物组织及其全部功 能，是最为理想的生物工程材料。目前还没有这样的理想的生物材料能够完全的回复生物 组织。
[0005] 细胞工作需要靠讯息因子的调控才能正常的工作。目前的生物材料主要靠植入后 吸附讯息因子及运载讯息因子(植入前在体外载入，植入后缓慢释放，或者按照一定形式释 放）两种方法通过讯息因子调控细胞工作从而修复生物组织。
[0006] 骨缺损修复一直是骨科领域的难题之一，近年来，随着组织工程学的发展，利用骨 组织工程的方法修复骨缺损被认为是最有前途的手段。理想的骨组织工程支架材料应具有 以下五个条件：（1)良好的生物相容性，在体外培养时无细胞毒性，植入体内时不会引起炎 症和排斥反应；（2)具有三维立体结构，有适当的孔隙率和孔径，有利于细胞生长、营养物 质传输和代谢产物的排出；（3)良好的表面活性，适宜细胞粘附和增殖；（4)良好的降解性 能，支架在组织形成过程中应逐渐被降解吸收，并且不影响新生组织的结构和功能；（5)具 有可塑性，可被加工成所需要的形状并保持一定的机械强度。
[0007] 磷酸钙骨水泥（CPC)是目前研究较多的一种骨组织工程支架材料。CPC可在生理 条件下自行固化并最终转化为羟基磷灰石，但其内部仅含有一些微孔结构，孔径尺寸大小 在微米以下至数微米之间，不利于细胞的长入，影响了其在体内的降解和吸收速度。磷酸四 钙和磷酸氢钙体系的CPC固化产物是化学计量的羟基磷灰石（HA)，钙磷比（Ca/P)为1. 67， 此类羟基磷灰石在体内的降解和吸收速度比较缓慢。
[0008] 对于骨组织工程支架而言，材料的多孔性十分重要。多孔结构可以为种植细胞提 供较大的粘附面，有利于细胞粘附，并允许血管组织向内生长；多孔结构也可增加材料的表 面积，有利于材料和体液的充分接触，从而加快材料的降解；同时，多孔结构也为大量细胞 种植、生长及分泌细胞外基质提供足够的空间，有助于营养成份的渗入和代谢产物的排出。
[0009] 因此，为了满足临床应用的需求，迫切需要研究开发新型的骨组织多孔支架材料。
【发明内容】
[0010] 本发明所要解决的技术问题是为了克服现有的骨组织多孔支架材料降解速度太 慢(一年以上）的缺陷，而提供一种新型的骨组织多孔支架材料及其制备方法。
[0011] 本发明提供的技术方案之一是：一种骨组织多孔支架材料，其原料包括20?40% 钙镁磷酸盐水泥粉末、60?80%致孔剂和0?30%固化液，所述的百分比为重量百分比，其 由包括如下步骤的制备方法制备而得：
[0012] (1)将所述原料混合均匀，加入模具挤压成型后脱模，得样条；
[0013] (2)将步骤（1)所得的样条于35?38°C、50?100%湿度的条件下固化24?72h 后置于水中浸泡12?24h，中间换水3次，然后于60?120°C干燥，即得。
[0014] 本发明中，所述的I丐镁磷酸盐水泥粉末为由CPC (Calcium phosphate cement, CPC)粉末和MPC (Magnesium phosphate cement，MPC)粉末按摩尔比2 : 3混合制得。所 述的致孔剂为本领域常规，较佳地选自硝酸钙、蔗糖、碳酸钠和氯化钠中的任一种，优选氯 化钠。所述的固化液为本领域常规，优选氯化钠饱和水溶液。
[0015] 本发明中，较佳地，所述的骨组织多孔支架材料，其原料包括25?35%钙镁磷酸盐 水泥粉末、65?75%致孔剂和10?30%固化液，所述的百分比为重量百分比，其由包括如下 步骤的制备方法制备而得：
[0016] (1)将所述原料混合均匀，加入模具挤压成型后脱模，得样条；
[0017] (2)将步骤（1)所得的样条于36?37°C、60?90%湿度的条件下固化36?48h 后置于水中浸泡15?20h，中间换水3次，然后于80?100°C干燥，即得。
[0018] 本发明中，更佳地，所述的骨组织多孔支架材料，其原料包括30?35%钙镁磷酸盐 水泥粉末、70?75%致孔剂和15?25%固化液，所述的百分比为重量百分比，其由包括如下 步骤的制备方法制备而得：
[0019] (1)将所述原料混合均匀，加入模具挤压成型后脱模，得样条；
[0020] (2)将步骤（1)所得的样条于37°C、80?90%湿度的条件下固化45?48h后置于 水中浸泡18?20h,中间换水3次,然后于90?100°C干燥，即得。
[0021] 本发明提供的技术方案之二是：一种骨组织多孔支架材料的制备方法，其包括如 下步骤：
[0022] (1)将所述原料混合均匀，加入模具挤压成型后脱模，得样条；
[0023] (2)将步骤（1)所得的样条于35?38°C、50?100%湿度的条件下固化24?72h 后置于水中浸泡12?24h，中间换水3次，然后于60?120°C干燥，即得。
[0024] 本发明中，较佳地，所述的制备方法包括如下步骤：
[0025] (1)将所述原料混合均匀，加入模具挤压成型后脱模，得样条；
[0026] (2)将步骤（1)所得的样条于36?37°C、60?90%湿度的条件下固化36?48h 后置于水中浸泡15?20h，中间换水3次，然后于80?100°C干燥，即得。
[0027] 本发明中，更佳地，所述的制备方法包括如下步骤：
[0028] (1)将所述原料混合均匀，加入模具挤压成型后脱模，得样条；
[0029] (2)将步骤（1)所得的样条于37°C、80?90%湿度的条件下固化45?48h后置于 水中浸泡18?20h,中间换水3次,然后于90?100°C干燥，即得。
[0030] 本发明提供的技术方案之三是：上述骨组织多孔支架材料作为骨修复材料的应 用。
[0031] 在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实 例。
[0032] 本发明所用试剂和原料均市售可得。
[0033] 本发明的积极进步效果在于：
[0034] 本发明的骨组织多孔支架材料具有良好的孔连通性，其孔隙率可达71%，抗压强度 可达4MPa ;大孔分布较均匀，大孔的孔壁上还有许多5 μ m左右的微孔，大孔和微孔基本上 是贯通的。大孔和微孔共同构成贯通的多级孔径结构，有利于材料和体液充分接触，以加快 材料的降解，也有利于细胞粘附和增殖以及血管和神经组织的长入，还有助于营养成份的 渗入和代谢产物的排出。体外细胞培养结果表明，本发明的骨组织多孔支架材料具有良好 的细胞相容性，能够支持细胞在其表面粘附和生长。
【专利附图】
【附图说明】
[0035] 图1 (a)和图1 (b)为不同孔径的CMPC多孔支架的扫描电镜图片。
[0036] 图2 (a)?图2 (d)是不同孔隙率的CMPC多孔支架的扫描电镜图片。
[0037] 图3 (a)?图3 (d)是不同放大倍数下CMPC多孔支架的扫描电镜图片。
[0038] 图4 (a)和图4 (b)是CMPC多孔支架材料细胞培养的倒置显微镜图片。
[0039] 图5 (a)和图5 (b)是CMPC多孔支架材料细胞培养的扫描电镜图片。
【具体实施方式】
[0040] 下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实 施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商 品说明书选择。
[0041] 实施例1骨组织多孔支架材料的制备
[0042] CPC粉末由等摩尔的磷酸四钙和磷酸氢钙(磷酸四钙和磷酸氢钙自制）组成。
[0043] MPC粉末的制备过程：将碱式碳酸镁在1500°C下煅烧5小时，球磨后过筛，选取处 于一定目数段的氧化镁粒子作为配制MPC所需的原料。将制得的氧化镁粒子和磷酸二氢铵 按照摩尔比1 : 2.5混合均匀，充分混合后即得到MPC粉末。
[0044] 将CPC粉末和MPC粉末按照质量比2 : 3混合均匀，即得到钙镁磷酸盐水泥粉末。
[0045] 固化液为去离子水。选用氯化钠晶体作为致孔剂，将其筛分为300?400μηι, 400?500 μ m的颗粒备用。
[0046] 将钙镁磷酸盐水泥粉末、氯化钠晶体和固化液按一定比例放入调盘内调和均匀， 把调和好的浆体填入到高H=10mm，直径D=6mm的不锈钢模具中，用力挤压成型，脱模。将样 条放入37°C，100%湿度环境中固化三天，取出样条，置于去离子水中浸泡12小时后，50°C烘 箱中干燥，即得到支架。
[0047] 实施例2理化性能的测定
[0048] 1、抗压强度的测定
[0049] 将多孔支架材料两端磨平，用材料力学性能万能试验机测量其抗压强度，施加载 荷速度为lmm/min。
[0050] 2、孔隙率的测定
[0051] 用排乙醇法测定钙镁磷酸盐水泥支架材料的孔隙率。
[0052] 3、微观结构观察
[0053] 用扫描电镜观察钙镁磷酸盐水泥支架材料的微观形貌。
[0054] 4、孔的连通性检测
[0055] 在钙镁磷酸盐水泥支架和CPC支架表面分别滴加5ml亚甲基蓝溶液，观察材料染 色的面积和均匀性，并计时。
[0056] 5、化学组成分析
[0057] 将钙镁磷酸盐水泥支架材料压成粉末，作XRD分析，以确定其化学组成。
[0058] 实施例3细胞相容性检测
[0059] 1、细胞培养实验
[0060] 制备圆盘形钙镁磷酸盐水泥支架样品（Φ5_Χ2_)，超声清洗、高温高压消毒备 用。然后在无菌条件下将样品放于6孔板底部，每孔加入MG63细胞悬液（5X104个/孔）。 置于37°C恒温箱中培养，一定时间后取出用于观察及检测。用倒置镜观察细胞生长及与材 料附着情况；样品取出后用PBS冲洗，经3%戊二醛固定4小时，50%?100%乙醇梯度脱水， 醋酸异戊酯浸泡，干燥镀金后，扫描电镜观察。
[0061] 2、细胞增殖实验
[0062] 用MTT (二甲基噻唑二苯基四唑溴盐）法测定细胞在材料上的增殖情况。实验组为 钙镁磷酸盐水泥支架，对照组为MPC和CPC支架。按5 X 103个/孔将MG63细胞接种于96 孔细胞培养板中，培养24小时，待细胞贴壁后弃去原培养液和未贴壁细胞，分组加培养基 200 μ 1，每6孔为一组。细胞培养条件如前，每隔2天加入一对实验组和对照组。分别培养 1、4、7天后加入ΜΤΤ，继续培养4小时后，弃去孔内液体，用PBS清洗两遍，每孔加入200μ 1 二甲基亚砜（DMS0)，轻轻振摇10分钟，用酶标仪在490nm波长下测定每孔的0D值。采用 SPSS统计软件处理数据，所有数据以均数土标准差（X土s)表示。采用方差分析，各组间进 行q检验，p〈〇. 05为有统计学意义。
[0063] 3、结果分析
[0064] (1)致孔剂用量与钙镁磷酸盐水泥支架孔隙率的关系
[0065] 实验测定结果表明，随着致孔剂/钙镁磷酸盐水泥粉末用量比的增大，CMPC多孔 支架的孔隙率逐渐提高。也就是说，在钙镁磷酸盐水泥粉末数量一定的情况下，致孔剂用 量越多，钙镁磷酸盐水泥支架的孔隙率就越高。当致孔剂/钙镁磷酸盐水泥粉末用量比率 为1. 5:1时，钙镁磷酸盐水泥支架的孔隙率可达到约73%。因此，可以通过控制致孔剂的用 量来控制钙镁磷酸盐水泥支架的孔隙率，制备出具有适当孔隙率的钙镁磷酸盐水泥支架材 料。
[0066] (2)钙镁磷酸盐水泥支架的抗压强度与孔隙率的关系
[0067] 实验测定结果表明，随着孔隙率的增大，钙镁磷酸盐水泥支架的抗压强度不断降 低。当钙镁磷酸盐水泥支架的孔隙率为40%时，其抗压强度约为4MPa。当孔隙率增大到53% 左右时，钙镁磷酸盐水泥支架的抗压强度约为3. 2MPa。可见，钙镁磷酸盐水泥支架的孔隙率 对其抗压强度有明显的影响。
[0068] ( 3 )钙镁磷酸盐水泥支架的微观形貌
[0069] 图1是不同孔径的CMPC多孔支架的扫描电镜图片。图1 (a)所示的支架孔径大小 约为450 μ m，图1 (b)所示的支架孔径大小约为350 μ m。
[0070] 制备多孔支架时，通过控制致孔剂的尺寸，可以调控支架的孔径大小。孔径大小 已被证明对新生血管、血管周围组织以及新生骨组织的长入有重要影响，较合适的孔径为 100?600 μ m，直径过大或过小者，均不利于细胞或骨组织的长入。
[0071] 图2是不同孔隙率的钙镁磷酸盐水泥支架的扫描电镜图片。制备钙镁磷酸盐水泥 支架时，通过控制致孔剂的用量，可以调控支架的孔隙率高低，使之具有所需要的孔隙率。 从图2可以看出，多孔支架的孔隙率越高，孔与孔之间的连通性就越好。多孔支架的孔越贯 通，其内比表面积就越大，越有利于细胞粘附和生长，有利于血管和神经组织的长入，也有 助于营养成份的渗入和代谢产物的排出。
[0072] 图3是不同放大倍数下钙镁磷酸盐水泥支架的扫描电镜图片。从图3(a)中可以 看出，氯化钠晶体溶出后留下了一些圆孔，孔径约为450μπι，这些大孔的分布比较均匀。 在更高的放大倍数下观察图3(a)中黑色箭头所示区域后发现，如图3(b) (c) (d)所示，大孔 的孔壁上有许多微孔，这些微孔是钙镁磷酸盐水泥在水化过程中产生的。由于这些微孔的 存在，材料内部的大孔和微孔基本上是完全连通的。大孔和微孔共同构成贯通的多级孔径 结构，不仅有利于材料的降解和细胞粘附，也为营养物质的交换和代谢产物的排出提供了 通道。
[0073] (4)钙镁磷酸盐水泥支架的孔连通性
[0074] 实验测定结果表明，钙镁磷酸盐水泥支架材料具有良好的孔连通性，孔与孔之间 是相互连通的。与CPC支架相比，钙镁磷酸盐水泥支架的染色速度快，染色效果好，说明其 具有更好的孔连通性。
[0075] (5)钙镁磷酸盐水泥支架的化学组成分析
[0076] 从钙镁磷酸盐水泥支架的XRD衍射图谱中可以看出，钙镁磷酸盐水泥支架的主要 成份为NH4MgP04 · 6H20和羟基磷灰石（HA)，也有少量未反应的MgO和磷酸四钙（TTCP)。 CMPC多孔支架的化学组成与普通型钙镁磷酸盐水泥固化体基本一致，二者的XRD图谱之间 没有明显差异。
[0077] (6)钙镁磷酸盐水泥支架的细胞相容性
[0078] 图4是钙镁磷酸盐水泥支架材料细胞培养的倒置显微镜图片。由图4(a)可见， 培养4天时细胞附着于材料表面，形态多样，材料的相应边缘都可见细胞附着，有多个分散 的细胞群。随着培养时间的延长，材料边缘附着的细胞数量逐渐增加。培养7天时，由图 4 (b)可见，细胞数量明显增多，呈长梭形，显示出良好的生长趋势，细胞生长良好，未见死亡 现象。说明CMPC多孔支架材料对细胞生长没有不良影响，具有良好的细胞相容性。
[0079] 图5是钙镁磷酸盐水泥支架材料细胞培养的扫描电镜图片，其中（a)是细胞培养 了 4天的样品，（b)是培养了 7天的样品。由图可见，细胞牢固地粘附在材料表面，细胞铺 展且增殖良好，细胞突起和伪足伸展到材料表面的颗粒间，随着培养时间的延长，细胞分泌 大量细胞外基质并连接成网，细胞与材料之间的相容性良好。实验结果表明钙镁磷酸盐水 泥支架材料具有良好的细胞相容性，能够支持细胞在其表面粘附和生长。
[0080] 体外细胞培养的MTT法测定发现，在三种材料上培养的细胞的光密度（0D)值都随 培养时间的延长而增加。说明三种材料都具有良好的细胞相容性，对细胞的生长无不良影 响，细胞能够在材料上粘附、生长和增殖。比较在不同材料上培养的细胞的光密度值，培养 了 4天和7天后，在实验组钙镁磷酸盐水泥上培养的细胞的光密度值明显高于在对照组CPC 和MPC上培养的细胞的光密度值。与CPC、MPC相比，钙镁磷酸盐水泥对成骨细胞增殖的促 进作用更加明显。这可能是由于复合材料能够释放适当浓度的Ca2+和Mg2+离子，这两种 离子的协同效应可能会促进细胞的生长和增殖。一些研究表明，适当浓度的Ca2+、Mg2+离 子能够促进细胞增殖、分化。
[0081] 实施例4动物骨内植入测试实验
[0082] 1、原料制备
[0083] CPC粉末由等摩尔的磷酸四钙和磷酸氢钙组成（自制）。根据文献的描述，将碱式 碳酸镁在1500°C下煅烧5小时，球磨后过筛，选取处于一定目数段的氧化镁粒子作为配制 MPC所需的原料。将制得的氧化镁粒子和磷酸二氢铵按照一定的摩尔比混合均匀，再加入适 量的缓凝剂，充分混合后即得到MPC粉末。将CPC粉末和MPC粉末按照质量比2:3混合均 匀，即得到钙镁磷酸盐水泥粉末。固化液为去离子水。
[0084] 2、植入标准件的制作
[0085] 将钙镁磷酸盐水泥粉末、氯化钠晶体和固化液按一定比例放入调盘内调和均匀， 把调和好的楽体填入到4. 5_DX3. 2mmH的娃胶模具中，以2kg重物压平以尽可能赶走气 泡，脱模。将样条放入37°C，100%湿度环境中固化三天，取出样条，置于去离子水中浸泡12 小时后，50°C烘箱中干燥，两端磨平，作为钙镁磷酸盐水泥支架植入标准件备用。植入前所 有标准件均经过灭菌消毒处理。
[0086] 3、骨缺损模型的建立及实验分组修复
[0087] 实验动物为12只体重约为3kg的健康新西兰大白兔，雌雄不限，相同条件下饲养 7天后手术。
[0088] 将大白兔按俯卧位固定于兔板上，3%戊巴比妥钠静脉麻醉。无菌操作下，切开股骨 外髁处，暴露股骨外髁。以骨科钻孔器从外向内横行钻孔，造成直径约4. 5mm，深约3mm的骨 洞，无菌生理盐水冲洗至无骨屑残留，湿纱布填塞止血后，将预制的4. 5mmDX3mmH标准件 填入骨洞中，逐层紧密缝合，以抗生素软膏涂抹伤口，手术完毕。术后连续3天注射抗生素， 将大白兔置于相同条件下饲养，下肢活动不受限制。
[0089] 4、大体观察
[0090] 术后观察实验动物的饮食、活动及伤口情况。分别在术后不同时间将动物处死 (每组各3只），并对伤口进行观察。
[0091] 5、影像学检查
[0092] 分别在术后不同时间对大白兔手术部位进行X线摄片检查，观察骨缺损的修复情 况。
[0093] 6、组织学观察
[0094] (1)脱钙切片观察
[0095] 分别在术后不同时间将动物处死，在手术部位取材，剥除肌肉组织，对骨组织进行 初步观察并拍照后，浸入10%的中性甲醛内固定，EDTA内脱钙，制石蜡切片，厚度约5 μ m，HE 染色，倒置显微镜下观察材料与骨界面情况、材料内有无新骨长入。
[0096] (2)新生骨含量测定
[0097] 每组时间点、每个髁部缺损标本分别随机取3张非脱钙切片，倒置显微镜下观察 成骨情况，应用Image ProPlus 5.0图像分析系统进行组织计量学测定。以新生骨的面积 百分比来表示新生骨含量水平，根据以下公式计算：新生骨面积百分比=新生骨面积/骨 缺损面积X 1〇〇%。采用SPSS统计软件处理数据，所有数据以均数土标准差（X土s)表示。
[0098] 7、结果分析
[0099] (1)术后动物一般情况
[0100] 所有实验用新西兰大白兔无一死亡，按组按时取材。无切口感染、术后骨折等并发 症发生。
[0101] (2)大体观察结果
[0102] 所有动物在取材时均未有局部组织红肿或分泌物，植入材料处未见异常组织增 生。植入1个月后，钙镁磷酸盐水泥植入体与周围骨质界限不清楚；植入2个月后，骨缺损 面积较1个月时略有减小，但依然存在；植入3个月后，骨缺损面积显著减小，钙镁磷酸盐水 泥植入体的尾端已被新生骨覆盖。
[0103] (3)影像学检查结果
[0104] 术后1个月时，由X射线片见钙镁磷酸盐水泥支架材料的影像密度较高，边缘清 晰，与周围松质骨对比明显。植入2个月后，钙镁磷酸盐水泥植入体密度略有减低，边缘较 模糊，与周围松质骨之间形成渐变的密度过渡区。植入3个月后，钙镁磷酸盐水泥植入体密 度显著降低，边缘已很模糊，与周围松质骨均匀过渡。
[0105] (4)组织学评价
[0106] a、脱钙切片观察
[0107] 钙镁磷酸盐水泥支架植入兔股骨髁1个月后，与周围骨组织结合紧密，界面处未 见纤维组织，呈骨性结合。钙镁磷酸盐水泥植入体边缘已出现轻微降解，呈凹凸不齐状。无 明显炎性细胞聚集。
[0108] 钙镁磷酸盐水泥支架植入兔股骨髁2个月后，材料已出现明显的降解迹象，但与 周围骨组织的结合仍然紧密，结合处无纤维组织存在。新生骨小梁沿材料降解后产生的空 隙向植入体内部长入，少量未降解的材料被新生骨所包围。未见明显炎性细胞聚集。
[0109] 钙镁磷酸盐水泥支架植入兔股骨髁3个月后，材料的降解更加明显。植入体周围 新生骨向内长入明显，材料内部亦出现新生的骨组织，呈条状或岛状。材料边缘与新生骨结 合紧密。未见明显炎性细胞聚集。
[0110] b、新生骨含量定量分析
[0111] 术后不同时间段，新生骨含量定量分析结果表明：植入钙镁磷酸盐水泥支架1个 月后，骨缺损部位已有约12%的新生骨长入；植入2个月后，约有26%的新生骨长入；植入3 个月后，骨缺损部位约有49%的新生骨长入。
[0112] 作为骨缺损修复材料，磷酸钙骨水泥（CPC)有许多优点：可任意塑型，在体内自行 固化，固化过程中不产生热量，有良好的生物相容性，有可降解性和骨传导性等。CPC的固化 产物为羟基磷灰石，它虽然含有微孔结构，但孔径尺寸大小在微米以下至数微米之间，不能 允许细胞及血管的透过和生长，CPC植入生物体后较稳定，材料的吸收和降解仅发生在材料 表面且吸收速率很缓慢，骨爬行替代时间也较长。研究发现，CPC只具有单纯的骨传导作用 (Osteoconductivity)，即在自身降解的同时只为新骨的生长和替代提供一种支架作用，周 围的骨质只有在CPC降解后留下新空间的时候，才能产生新的组织包括骨组织来填充之。 因此，要想加快新骨替代的速度，就必须加快CPC的降解速度。
[0113] 磷酸镁骨水泥（MPC)具有与CPC类似的性能，也能在人体的生理环境下自行固化， 水化产物为磷酸镁铵。研究表明，MPC具有快速凝结、胶粘性好及早期强度高等特性。动物 实验显示，MPC具有良好的生物相容性和生物降解性能，植入家兔骨内2个月时已完全降解 吸收。
[0114] 钙镁磷酸盐水泥综合了 CPC和钙镁磷酸盐水泥的优点，克服了单种材料的不足， 具有快凝、高早强的特点，这些性能非常适合于临床应用修复骨缺损。又根据骨组织工程的 发展需要，对钙镁磷酸盐水泥进行改性，制备出了钙镁磷酸盐水泥多孔支架材料。实验结果 证明，该新型支架材料具有优良的理化性能，大孔和微孔共同构成贯通的多孔结构，有利于 细胞的粘附、增殖以及血管和神经组织的长入，也有助于营养成份的渗入和代谢产物的排 出。体外细胞培养结果证明，钙镁磷酸盐水泥支架材料具有良好的细胞相容性，能够支持细 胞在其表面粘附、生长和增殖。
[0115] 通过动物骨内植入实验研究钙镁磷酸盐水泥支架材料在动物体内的生物相容性 以及新骨替代和材料降解情况。结果显示，钙镁磷酸盐水泥支架植入兔股骨髁后，与周围骨 组织紧密结合，未引起异物反应或炎症反应，显示出良好的生物相容性。钙镁磷酸盐水泥支 架具有较快的降解速度和良好的成骨性能，对兔股骨髁的骨缺损有明显修复作用。
[0116] 钙镁磷酸盐水泥支架不仅具有优良的理化性能，还具有良好的生物相容性、成骨 性能以及优良的降解性能，是一种理想的骨组织工程支架材料。
【权利要求】
1. 一种骨组织多孔支架材料，其特征在于，其原料包括20?40%钙镁磷酸盐水泥粉末、 60?80%致孔剂和0?30%固化液，所述的百分比为重量百分比，其由包括如下步骤的制备 方法制备而得 ： (1) 将所述原料混合均匀，加入模具挤压成型后脱模，得样条； (2) 将步骤（1)所得的样条于35?38°C、50?100%湿度的条件下固化24?72h后置 于水中浸泡48?72h，中间换水3次，然后于100?120°C干燥，即得。
2. 如权利要求1所述的骨组织多孔支架材料，其特征在于，所述的钙镁磷酸盐水泥粉 末为由CPC粉末和MPC粉末按摩尔比2 : 3混合制得；所述的致孔剂选自硝酸钙、蔗糖、碳 酸钠和氯化钠中的任一种；所述的固化液为氯化钠饱和水溶液。
3. 如权利要求1所述的骨组织多孔支架材料，其特征在于，所述的骨组织多孔支架材 料的原料包括25?35%钙镁磷酸盐水泥粉末、65?75%致孔剂和10?30%固化液，所述的 百分比为重量百分比，其由包括如下步骤的制备方法制备而得： (1) 将所述原料混合均匀，加入模具挤压成型后脱模，得样条； (2) 将步骤（1)所得的样条于36?37°C、60?90%湿度的条件下固化36?48h后置 于水中浸泡5?10h,中间换水3次,然后于80?100°C干燥，即得。
4. 如权利要求1所述的骨组织多孔支架材料，其特征在于，所述的骨组织多孔支架材 料的原料包括30?35%钙镁磷酸盐水泥粉末、70?75%致孔剂和15?25%固化液，所述的 百分比为重量百分比，其由包括如下步骤的制备方法制备而得： (1) 将所述原料混合均匀，加入模具挤压成型后脱模，得样条； (2) 将步骤（1)所得的样条于37°C、80?90%湿度的条件下固化45?48h后置于水中 浸泡18?20h，中间换水3次，然后于90?100°C干燥，即得。
5. -种骨组织多孔支架材料的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤： (1) 将如权利要求1所述的原料混合均匀，加入模具挤压成型后脱模，得样条； (2) 将步骤（1)所得的样条于35?38°C、50?100%湿度的条件下固化24?72h后置 于水中浸泡12?24h,中间换水3次,然后于60?120°C干燥，即得。
6. 如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括如下步骤： (1) 将如权利要求1所述的原料混合均匀，加入模具挤压成型后脱模，得样条； (2) 将步骤（1)所得的样条于36?37°C、60?90%湿度的条件下固化36?48h后置 于水中浸泡15?20h，中间换水3次，然后于80?100°C干燥，即得。
7. 如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括如下步骤： (1) 将如权利要求1所述的原料混合均匀，加入模具挤压成型后脱模，得样条； (2) 将步骤（1)所得的样条于37°C、80?90%湿度的条件下固化45?48h后置于水中 浸泡18?20h，中间换水3次，然后于90?100°C干燥，即得。
8. 如权利要求1?4任一项所述的骨组织多孔支架材料作为骨修复材料的应用。
【文档编号】A61L27/56GK104107454SQ201310132112
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年4月16日 优先权日:2013年4月16日
【发明者】牛云飞, 何大为, 李明, 安晓飞, 魏杰, 郭列平 申请人:中国人民解放军第二军医大学