一种多孔可注射的磷酸钙骨水泥复合物的制作方法

本发明涉及一种磷酸钙骨水泥复合物，特别涉及一种以硫酸软骨素颗粒作为致孔剂的多孔可注射磷酸钙骨水泥复合物。

背景技术：

随着全球进入老龄化时代，由于肿瘤、老龄退行性变化、外伤、先天发育等原因造成的人体骨缺损呈迅猛增长趋势，对骨缺损修复充填和支架材料的需求亦相应倍增，鉴于人体骨组织形态、结构及功能的复杂性所致，目前各种人工骨替代材料在不同方面上均存在各种缺陷，研究制备具有高生物活性、优良机械性能及仿生结构的新型骨生物替代材料，是目前医学临床的迫切需要。

磷酸钙骨水泥(Calcium Phosphate Cement，CPC)是一种高分子可降解的骨替代材料，由粉体材料和反应液构成。具有流动性，可塑性，可注射性，及生物相容性，骨传导性，自固化过程无高热，无毒副作用。粉剂液剂混合后成糊状物20min内初凝，24h后达终凝，形成弱结晶的羟基磷灰石或者透钙磷石晶体网络，和天然骨组织的无机成分类似，但是材料的降解成骨非常有限。为了解决这个难题，研究者们采用发泡剂法、溶剂法、失颗粒法、添加固体颗粒、体外预成支架法等方法增加CPC的孔隙率，从而使CPC形成有利于材料降解的多孔结构。目前常采用增加CPC的孔隙率方法包括致孔剂法、发泡法和快速成型法：(1)致孔剂法：基质中添加可降解高分子聚合物颗粒，主要有聚乳酸-羟基乙酸(PLGA)、明胶、藻酸钠、壳聚糖等，致孔法的缺点是材料成分不是人体天然成分，生物活性不高，降解成骨性能有待加强；(2)发泡法：即利用发泡剂促进泡沫发生，形成闭孔或联孔结构材料的物质，主要缺点是孔隙尺寸分布难以控制，没有可注射性和可塑性；(2)体外预成支架快速成型技术(Rapid prototype，RP)，根据RP技术中溶融沉积造型(Fused depositionmodeling，FDM)的工艺制作，RP技术在孔隙的大小，分布方面可以实现较好的可控性，主要缺点是所制作的支架材料无流动性，无法塑性，不能注射。

软骨内成骨是骨骼形成的主要方式之一，软骨内成骨过程包括软骨雏形形成和骨形成，首先聚集的骨髓间充质细胞分化为软骨细胞，然后软骨细胞增殖、分化和凋亡，凋亡的肥大软骨细胞随新生的血管一同进入成骨细胞，最终以矿化的软骨基质区为中心开始成骨过程。而骨的生成是一系列的生物化学发展进程，可分为骨细胞增殖、细胞外基质的聚集和骨组织矿化三个时期，其中细胞外基质分子在组织生长和细胞分化过程中起着重要作用，而硫酸软骨素(Chondroitin Sulfate，CS)作为细胞外基质分子的重要组成部分，对许多不同类型细胞的分化、发育、运动和增殖产生影响，有效地促进成骨细胞的活动。且硫酸软骨素具有吸附钙离子的能力，为软骨基质的钙化储存库。有学者等将质量分数为5‰的CS固态物混入羟基磷灰石/胶原复合物(HA/Col)中，复合物的机械性能有所提高，但是CS添加量小，对复合物孔隙率的改善不明显，体外固化后再植入体内，材料没有可塑性。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明为解决现有骨水泥在人体内不完全降解，无骨诱导活性，在生理环境中或植入体内后常有单体释放和其他降解产物生成，对人体造成不利影响的缺陷，提供一种改善磷酸钙复合骨水泥降解的方法，在已开发出并已广泛应用的磷酸钙无机骨水泥基础上，将具有良好生物相容性及可降解性的硫酸软骨素微粒以致孔剂的形式与磷酸钙骨水泥复合，增加了复合物的孔隙率可加速CPC的降解，同时又发挥硫酸软骨素在成骨过程中的活性作用，促进磷酸钙骨水泥降解成骨。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种多孔可注射的磷酸钙骨水泥复合物，以硫酸软骨素颗粒作为致孔剂，与固相磷酸钙骨水泥混合均匀，得到的混合物再与液相磷酸钙骨水泥混合搅拌均匀，即得多孔可注射磷酸钙骨水泥复合物；其中，所述的硫酸软骨素颗粒的量占固相磷酸钙骨水泥与硫酸软骨素颗粒总质量的10％～30％。

其中，所述的固相磷酸钙骨水泥与液相磷酸钙骨水泥混合比为每克固相磷酸钙骨水泥加入0.4ml的液相磷酸钙骨水泥。

其中，所述的固相磷酸钙骨水泥为磷酸钙粉末，所述的液相磷酸钙骨水泥为质量分数4％的Na₂HPO₄溶液。

其中，所述的硫酸软骨素的制备方法为：采用酶解-树脂提取工艺硫酸软骨素，收集动物软骨，然后依次进行粉碎、酶解、过滤、溶解、离子交换、乙醇沉淀、离心、收集沉淀、干燥，制备得到纯度较高的硫酸软骨素。

其中，所述的硫酸软骨素分子量为1万～3万，粒径50um～100um。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明制备的多孔可注射磷酸钙骨水泥复合物内部孔径大小为10um～50um，孔隙率达60％左右，可形成良好的孔隙连通性，加速骨水泥的降解；且具有良好的生物相容性和骨修复能力，可作为人体骨组织的一种新型仿生骨修复材料。

附图说明

图1是单纯的磷酸钙骨水泥的扫面电镜图。

图2是实施例1制备所得多孔可注射磷酸钙骨水泥复合物的扫面电镜图。

图3是实施例2制备所得多孔可注射磷酸钙骨水泥复合物的扫面电镜图。

具体实施方式

下面结合附图具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

硫酸软骨素的制备：

采用酶解-树脂提取工艺制备硫酸软骨素，将动物软骨绞碎，用蛋白酶55℃保温水解20h，再加盐酸中和至近中性，过滤，调整滤液中氯化钠浓度达到0.5mol/L后，将溶液通过离子交换树脂柱吸附完毕，用0.5mol/L的氯化钠溶液洗涤，再用1.8mol/L的氯化钠溶液洗脱，流速2L/h，洗脱液乙醇沉淀，收集沉淀，干燥，即可制备得到纯度较高的硫酸软骨素，将上述制备的硫酸软骨素采用150和300目的筛网，分离粒径为50um～100um的硫酸软骨素颗粒备用；其中，硫酸软骨素分子量为1万～3万。

实施例1

一种多孔可注射的磷酸钙骨水泥复合物，以上述备用的硫酸软骨素颗粒作为致孔剂，按照硫酸软骨素颗粒的量占固相磷酸钙骨水泥与硫酸软骨素颗粒总质量的20％，分别称取上述备用的硫酸软骨素颗粒和固相磷酸钙骨水泥，然后将硫酸软骨素颗粒与固相磷酸钙骨水泥混合摇匀，得到混合物，按照每克固相磷酸钙骨水泥加入0.4ml的液相磷酸钙骨水泥的量，向混合物种加入液相磷酸钙骨水泥混合搅拌均匀，即得多孔可注射磷酸钙骨水泥复合物；其中，固相磷酸钙骨水泥为磷酸钙粉末，液相磷酸钙骨水泥为质量分数4％的Na₂HPO₄溶液。

实施例2

一种多孔可注射的磷酸钙骨水泥复合物，以上述备用的硫酸软骨素颗粒作为致孔剂，按照硫酸软骨素颗粒的量占固相磷酸钙骨水泥与硫酸软骨素颗粒总质量的10％，分别称取上述备用的硫酸软骨素颗粒和固相磷酸钙骨水泥，然后将硫酸软骨素颗粒与固相磷酸钙骨水泥混合摇匀，得到混合物，按照每克固相磷酸钙骨水泥加入0.4ml的液相磷酸钙骨水泥的量，向混合物种加入液相磷酸钙骨水泥混合搅拌均匀，即得多孔可注射磷酸钙骨水泥复合物；其中，固相磷酸钙骨水泥为磷酸钙粉末，液相磷酸钙骨水泥为质量分数4％的Na₂HPO₄溶液。

实施例3

一种多孔可注射的磷酸钙骨水泥复合物，以上述备用的硫酸软骨素颗粒作为致孔剂，按照硫酸软骨素颗粒的量占固相磷酸钙骨水泥与硫酸软骨素颗粒总质量的30％，分别称取上述备用的硫酸软骨素颗粒和固相磷酸钙骨水泥，然后将硫酸软骨素颗粒与固相磷酸钙骨水泥混合摇匀，得到混合物，按照每克固相磷酸钙骨水泥加入0.4ml的液相磷酸钙骨水泥的量，向混合物种加入液相磷酸钙骨水泥混合搅拌均匀，即得多孔可注射磷酸钙骨水泥复合物；其中，固相磷酸钙骨水泥为磷酸钙粉末，液相磷酸钙骨水泥为质量分数4％的Na₂HPO₄溶液。

检测：

将上述实施例1～2制备所得磷酸钙骨水泥复合物分别进行检测，取各实施例制备所得磷酸钙骨水泥复合物预固化24h后，置入60℃的干燥箱中干燥24h，再放入高温电炉中，650℃下煅烧2h。按公式￡＝(1-M/V×ρ)100％可计算孔隙率。公式中M为样品煅烧后的质量、V为样品煅烧后的体积、ρ为羟基磷灰石的密度。

另外，将煅烧后的样本断裂后，经真空镀膜仪表面喷金后抽真空，扫描电镜观察断面微观结构。

检测结果：按照上述检测办法检测后，计算得到实施例1制备所得磷酸钙骨水泥复合物孔隙率为60％，扫描电镜图可观察到内部孔径大小约在10um～50um范围内；实施例2制备所得磷酸钙骨水泥复合物孔隙率为53％，可观察到内部孔径大小约在10um～50um范围内。

本方法将磷酸钙骨水泥与硫酸软骨素颗粒混合得到复合物，具有良好的生物安全性；本发明使用的硫酸软骨素是一种天然的促成骨材料，在细胞外基质中CS能与TGF(转移生长因子)发生粘附促进成骨细胞的成熟；促进钙化矿化，加速骨创的愈合，促软骨内成骨本发明使用方法简单易用，即将磷酸钙骨水泥固相与硫酸软骨素颗粒混合均匀得到复合物，与磷酸钙骨水泥液相调拌后可应用于骨缺损的修复，具有良好的流动性，可塑性，可注射性及生物安全性，骨诱导活性，其凝固时间和力学性能测定结果良好。

本发明随着硫酸软骨素降解，CPC内部形成孔径大小为10um～50um多孔的结构，符合利于骨形成的理想大小的孔径结构，总的孔隙率可达60％左右，可形成良好的孔隙连通性，为组织长入提供通道，增加新生组织与CPC接触面积，促进CPC的降解，在对强度影响不大的前提下改善其孔隙率,并有效的激活细胞介导的生物降解过程,从而改善CPC的降解速度,使之与成骨过程相互匹配。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。