一种加速骨折愈合的骨粘合生物胶水及其应用的制作方法

本发明涉及一种加速骨折愈合的骨粘合生物胶水及其应用。

背景技术：

骨折是一种常见疾病，直接关系到病人生活质量甚至生命安危。目前对于骨折的治疗方法主要通过植入钢板、螺钉等固定方式恢复骨结构，促使机体自我再生修复。然而，上述内固定方法通常还需要手术来取出，给机体造成二次损伤。同时，对于一些粉碎性骨折在应用钢板等固定方式复位后常出现骨缺损，不能很好的复位。如果强行复位，会造成剥离过多造成死骨块，导致术后骨块吸收，骨折愈合不良，延迟愈合，甚至不愈合等情况，这就需要进行二次手术进行治疗。在针对这种情况，临床上常应用植骨的治疗方法，包括自体骨移植和异体骨移植。一般自体骨常取髂骨，在取髂骨的过程中易损伤周围神经和血管，给机体造成损伤，造成取骨处疼痛等不良反应。而异体骨的植入会对引起机体的一定程度的排异反应，同时异体骨成骨能力较低，骨组织形成少，易导致移植治疗失败。

同时，上述的几种对骨折的治疗方式都是通过机体自我再生修复的方式来治疗骨折，再生速度慢且大多需要多次手术，手术操作也较为复杂。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种加速骨折愈合的骨粘合生物胶水其应用，通过骨粘合生物胶水直接粘合骨折碎片和骨折处，改善现有骨折治疗方法愈合速度慢和操作不方便的问题。

本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种加速骨折愈合的骨粘合的方法，该方法包括：提供一种生物胶水，把胶水涂覆在骨折损伤处，然后用一定波长和能量的光对涂覆处照着。

在一些优选的方式中，所述胶水包括光响应交联基团修饰的天然生物大分子、邻硝基苄基类光扳机修饰的天然生物大分子、光引发剂、纳米成骨颗粒。

本发明提供一种加速骨折愈合的骨粘合生物胶水，所述胶水包括光响应交联基团修饰的天然生物大分子、邻硝基苄基类光扳机修饰的天然生物大分子、光引发剂、纳米成骨颗粒。

在一些优选的方式中，其中，该生物胶水包括去离子水。

在一些优选的方式中，所述光响应交联基团修饰的天然生物大分子和/或邻硝基苄基类光扳机修饰的天然生物大分子质量终浓度以去离子水质量计均为0.1～10％。

在一些优选的方式中，所述光引发剂质量终浓度以去离子水质量计为0.001～1％。

在一些优选的方式中，所述纳米成骨颗粒质量终浓度以去离子水质量计为0.001～10％。

在一些优选的方式中，所述光响应交联基团修饰的天然生物大分子中光响应交联基团的接枝取代率为10～90％。

在一些优选的方式中，光响应交联基团为甲基丙烯酰胺或甲基丙烯酸酐。

在一些优选的方式中，所述邻硝基苄基类光扳机修饰的天然生物大分子中邻硝基苄基类光扳机的接枝取代率为1～100％。

进一步，所述邻硝基苄基类光扳机修饰的天然生物大分子如式(i)所示，式(i)中，r1为-h或选自-co(ch2)xch3、-co(ch2ch2o)xch3、-co(ch2)x(ch2ch2o)ych3的酯键类、选自-(ch2)xch3、-(ch2ch2o)xch3、-(ch2)x(ch2ch2o)ych3、的醚键类、选自-coo(ch2)xch3、-coo(ch2ch2o)xch3、-coo(ch2)x(ch2ch2o)ych3的碳酸酯键类、选自-conh(ch2)xch3、-conh(ch2ch2o)xch3、-conh(ch2)x(ch2ch2o)ych3的异氰酸酯键类，其中x和y≥0且为整数；r2为-h或选自-o(ch2)xch3、-o(ch2ch2o)xch3、-o(ch2)x(ch2ch2o)ych3的取代基，其中x和y≥0且为整数；r3选自氨基类连接键-o(ch2)xconh(ch2)ynh-、卤代类连接键-o(ch2)x-和羧基类连接键-o(ch2)xco-，其中x和y≥1且为整数；r4为-h或-conh(ch2)xch3，其中x≥0且为整数；p1为生物大分子；

进一步，优选所述邻硝基苄基类光扳机为邻硝基苄基。

进一步，所述光响应交联基团修饰的天然生物大分子和/或邻硝基苄基类光扳机修饰的天然生物大分子中的天然生物大分子均为透明质酸、明胶、海藻酸钠、硫酸软骨素、丝素、壳聚糖、羧甲基纤维素或胶原中的一种。

进一步，所述光引发剂为2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(2-hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone，i2959)或苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐(lithiumphenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate，lap)中的一种；所述的光引发剂与光响应交联基团接枝改性的天然生物大分子的质量比为1～3:100。

在一些优选的方式中，所述纳米成骨颗粒为纳米无定型磷酸钙(nanoacp)、纳米磷酸三钙(nanotcp)或纳米羟基磷灰石(nanohap)。

在一些优选的方式中，所述纳米成骨颗粒的颗粒大小为1～50nm；

进一步，所述光响应交联基团修饰的天然生物大分子的接枝取代率为10～30％；所述邻硝基苄基类光扳机修饰的天然生物大分子的接枝取代率为1～20％。

进一步，所述光响应交联基团修饰的天然生物大分子为接枝取代率为10％的甲基丙烯酸酐修饰的明胶、接枝取代率为90％的甲基丙烯酰胺修饰的明胶、接枝取代率为40％的甲基丙烯酸酐修饰的明胶、接枝取代率为20％的甲基丙烯酰胺修饰的明胶、接枝取代率为30％的甲基丙烯酸酐修饰的胶原、接枝取代率为90％的甲基丙烯酸酐修饰的硫酸软骨素或接枝取代率为10％的甲基丙烯酰胺修饰的羧甲基纤维素中的一种。

进一步，所述邻硝基苄基类光扳机修饰的天然生物大分子为接枝取代率为100％的邻硝基苄基修饰的透明质酸、接枝取代率为50％的邻硝基苄基修饰的海藻酸钠、接枝取代率为10％的邻硝基苄基修饰的硫酸软骨素、接枝取代率为30％的邻硝基苄基修饰的明胶、接枝取代率为90％的邻硝基苄基修饰的丝素、接枝取代率为100％的邻硝基苄基修饰的胶原或接枝取代率为10％的邻硝基苄基修饰的壳聚糖中的一种。

进一步，所述光响应交联基团修饰的天然生物大分子质量终浓度以去离子水质量计均为3-10％，邻硝基苄基类光扳机修饰的天然生物大分子质量终浓度以去离子水质量计为2-4％，所述光引发剂质量终浓度以去离子水质量计为0.03-0.2％。

本发明还提供一种如前述生物胶水在加速骨折愈合的骨粘合生物胶水在骨折手术中的应用。

本发明利用邻硝基苄基类光扳机在光照激发后产生醛基，产生的醛基和氨基能够反应形成强力化学键的原理，让邻硝基苄基类光扳机修饰的天然大分子与骨组织周边的组织结合(起到组织黏连的主要作用的就是邻硝基苄基类光扳机小分子光照后产生醛基，与组织中的氨基发生化学键合)，强力粘合在骨组织，同时，光响应交联基团修饰的天然生物大分子在光照下迅速固化，达到快速粘合骨碎片与周边骨组织的目的；将骨碎片与骨组织粘合后，纳米成骨颗粒进入光响应交联基团修饰的天然生物大分子的分子间隙孔富集并矿化，加速新骨生成，加速骨折愈合，是一种理想的快速修复骨折的骨生物胶水材料。

与现有技术相比，本发明有益效果主要体现在：

本发明的加速骨折愈合的骨粘合生物胶水的生物粘性，可以通过光照激活来控制。光照激发前，生物胶水中不含醛基，无法与组织上的氨基发生反应，因此没有组织粘性。光照激活后，邻硝基苄基类光板机分子上产生醛基，能够快速与组织上的氨基发生反应，从而使生物胶水具有较好的生物粘性。

纳米成骨颗粒能够进入光响应交联基团修饰的天然生物大分子的分子间隙孔富集并矿化，加速新骨生成。通过增加邻硝基苄基类光扳机修饰的天然生物大分子的浓度，可以增加生物胶水的粘性。本法发明采用光响应交联基团修饰的天然生物大分子和邻硝基苄基类光扳机修饰的天然生物大分子以及纳米成骨颗粒，生物安全性好，用法简单可用于医用骨组织粘合修补领域，可以在1～30秒内成胶，实现快速骨组织修补和加速骨折愈合。

附图说明

图1为本发明实施例1所述胶水成胶前后的照片(1-30秒就可以成胶)。

图2为本发明成胶后纳米成骨颗粒的矿化过程(实施例子1)，光处理后不同时间的矿化结果。成胶后纳米成骨颗粒的矿化过程(上)及透射电镜观察(下)。该图显示的是纳米羟基磷灰石包裹在水凝胶内经过不同时间点的观察，记录其矿化的过程，可以发现水凝胶能够促进纳米羟基磷灰石的矿化，可以在用于骨折修复过程中，加速骨折的愈合

图3为本发明用于大鼠颅骨粉碎性骨折的修复流程照片。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

本发明实施例所述光响应交联基团修饰的天然生物大分子制备参考文献colosic,shinsr,manoharanv,etal.microfluidicbioprintingofheterogeneous3dtissueconstructsusinglow-viscositybioink[j].advancedmaterials,2016,28(4):677-684.中所述的方法合成。

邻硝基苄基类光扳机修饰的天然生物大分子参考专利申请201410698239.0合成。

实施例1

1)将150mg接枝取代率为100％的邻硝基苄基修饰的透明质酸(ha-nb，参考专利申请201410698239.0中实施例1合成)、500mg接枝取代率为10％的甲基丙烯酸酐修饰的明胶(gelma)，10mg的苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐(lap)溶于10ml(即10g)去离子水中和10mg的纳米无定型磷酸钙(nanoacp)于10ml去离子水中，混合均匀，配制成含有质量浓度1.5％的ha-nb、质量浓度5％的gelma，质量浓度0.1％的lap和质量浓度0.1％的nanoacp的光控生物胶水。

2)将步骤1)制备的光控生物胶水用波段为365nm，能量密度为60mw/cm²的光照射1s使生物胶水固化，然后进行生物矿化过程。矿化过程从0h开始记录，24h和72h分别记录，用透射电镜观察，矿化晶体逐渐增加(图2)。

实施例2

1)将100mg接枝取代率为50％的邻硝基苄基修饰的海藻酸钠(alg-nb，参考专利申请201410698239.0中实施例二合成)、200mg接枝取代率为90％的甲基丙烯酰胺修饰的明胶(gelma)，4mg的苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐(lap)溶于10ml去离子水中和4mg的纳米磷酸三钙(nanotcp)于10ml去离子水中，混合均匀，配制成含有质量浓度1％的alg-nb、质量浓度2％的gelma，质量浓度0.04％的lap和质量浓度0.04％的nanotcp的光控生物胶水。

2)将步骤1)制备的光控生物胶水用波段为350nm，能量密度为20mw/cm²的光照射2s使生物胶水固化，然后进行生物矿化过程。

实施例3

1)将300mg接枝取代率为10％的邻硝基苄基修饰的硫酸软骨素(cs-nb，参考专利申请201410698239.0中实施例一合成)、10mg接枝取代率为40％的甲基丙烯酸酐修饰的明胶(gelma)，0.2mg的苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐(lap)溶于10ml去离子水中和5mg的纳米羟基磷灰石(nanohap)于10ml去离子水中，混合均匀，配制成含有质量浓度3％的cs-nb、质量浓度0.1％的gelma，质量浓度0.002％的lap和质量浓度0.05％的nanohap的光控生物胶水。

2)将步骤1)制备的光控生物胶水用波段为450nm，能量密度为150mw/cm²的光照射10s使生物胶水固化，然后进行生物矿化过程。

实施例4

1)将1g接枝取代率为30％的邻硝基苄基修饰的明胶(gel-nb，参考专利申请201410698239.0中实施例一合成)、1g接枝取代率为20％的甲基丙烯酰胺修饰的明胶(gelma)，20mg的苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐(lap)溶于10ml去离子水中和7mg的纳米磷酸三钙(nanotcp)于10ml去离子水中，混合均匀，配制成含有质量浓度10％的gel-nb、质量浓度10％的gelma，质量浓度0.2％的lap和质量浓度0.07％的nanotcp的光控生物胶水。

2)将步骤1)制备的光控生物胶水用波段为385nm，能量密度为20mw/cm²的光照射2s使生物胶水固化，然后进行生物矿化过程。

实施例5

1)将10mg接枝取代率为90％的邻硝基苄基修饰的丝素(silk-nb，参考专利申请201410698239.0中实施例一合成)、600mg接枝取代率为30％的甲基丙烯酸酐修饰的胶原(colma)，12mg的2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(i2959)溶于10ml去离子水中和10mg的纳米羟基磷灰石(nanohap)于10ml去离子水中，混合均匀，配制成含有质量浓度0.1％的silk-nb、质量浓度6％的colma，质量浓度0.12％的lap和质量浓度0.1％的nanohap的光控生物胶水。

2)将步骤1)制备的光控生物胶水用波段为405nm，能量密度为100mw/cm²的光照射5s使生物胶水固化，然后进行生物矿化过程。

实施例6

1)将500mg接枝取代率为100％的邻硝基苄基修饰的胶原(col-nb，参考专利申请201410698239.0中实施例一合成)、500mg接枝取代率为90％的甲基丙烯酸酐修饰的硫酸软骨素(silkma)，10mg的2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(i2959)溶于10ml去离子水中和8mg的纳米无定型磷酸钙(nanoacp)于10ml去离子水中，混合均匀，配制成含有质量浓度5％的ha-nb、质量浓度5％的silkma和质量浓度0.1％的lap和质量浓度0.08％的nanoacp的光控生物胶水。

2)将步骤1)制备的光控生物胶水用波段为385nm，能量密度为120mw/cm²的光照射5s使生物胶水固化，然后进行生物矿化过程。

实施例7

1)将500mg接枝取代率为10％的邻硝基苄基修饰的壳聚糖(cs-nb，参考专利申请201410698239.0中实施例三合成)、500mg接枝取代率为10％的甲基丙烯酰胺修饰的羧甲基纤维素(cmcma)，10mg的2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(i2959)溶于10ml去离子水中和9mg的纳米磷酸三钙(nanotcp)于10ml去离子水中，，混合均匀，配制成含有质量浓度5％的cs-nb、质量浓度5％的cmcma，质量浓度0.1％的lap和质量浓度0.08％的nanotcp的光控生物胶水。

2)将步骤1)制备的光控生物胶水用波段为385nm，能量密度为120mw/cm²的光照射5s使生物胶水固化，然后进行生物矿化过程。

实施例8光控生物胶水应用于大鼠颅骨缺损修复

(1)分组及试剂：

a、光控生物胶水加纳米羟基磷灰石组：5％gelma(接枝率为10％)，1.5％ha-nb(接枝率为7％)，0.05％lap，0.1％纳米羟基磷灰石，溶剂为去离子水；以及实施例子1-7获得的生物胶水(不经过生物矿化过程，即不经过光照处理)。

b、光控生物胶水组：5％gelma(接枝率为10％)，1.5％ha-nb(接枝率为7％)，0.05％lap，溶剂为去离子水。

c、空白对照：用去离子水代替。

(2)实验

采用sd大鼠，每只大鼠均接受头颅顶骨8mm*8mm大小的方形去骨瓣手术，建立颅骨创伤模型。为保持数据可比性，三组实验材料并重复三次：

a、光控生物胶水加纳米羟基磷灰石组以及实施例子1-7；

b、光控生物胶水组；

c、空白对照)，

a组材料混合后，用365nm波段，能量密度60mw/cm²的光照射2s成胶，然后切割成颅骨缺损大小的颅骨补片，然后将颅骨补片置于大鼠的颅骨缺损处，b组材料混合后，用365nm波段，能量密度60mw/cm²的光照射2s成胶，然后切割成颅骨缺损大小的颅骨补片，然后将颅骨补片置于大鼠的颅骨缺损处，c组空白组不做其他处理，然后将头部皮肤分层缝合后继续饲养，每组5只。材料应用5周后收样观察实验效果：

具体结果如下：

从上表可以看出：

a、组颅骨补片之间以及颅骨补片和缺损周围的正常骨已经产生融合，且缺损部位愈合骨的厚度与正常骨厚度一致；实施例子1-7所获得生物胶水与a组的结果类似，没有显著的差异。但是，a组处理于b组处理经过显著性分析呈显著性差异，实施例子1-7也与b组呈显著性差异。

b、组颅骨补片之间以及颅骨补片和缺损周围的正常骨已经产生融合，但缺损部位愈合骨的厚度较正常骨厚度薄；与a组差异显著。

c、组缺损部位仅极少部分新生骨产生，且厚度远小于缺损周围正常骨的厚度。

这就证明本发明的试剂可以加速骨折的愈合，这种试剂中不存在骨头生长的活性蛋白小分子(例如骨形态发生蛋白bmp)，当然，在一些方式中可以添加进去一些其它成分，例如bmp等小分子肽。但是，这种试剂可能让骨折处的骨头连接在一起，加速骨折处活性小分子物质的运转，也可以能是提供骨头生长一个合适的环境，从而在有限的时间内加速骨头的生长，让骨头相比对照变厚，从而加速了骨头折断的愈合。

在缺少本文中所具体公开的任何元件、限制的情况下，可以实现本文所示和所述的发明。所采用的术语和表达法被用作说明的术语而非限制，并且不希望在这些术语和表达法的使用中排除所示和所述的特征或其部分的任何等同物，而且应该认识到各种改型在本发明的范围内都是可行的。因此应该理解，尽管通过各种实施例和可选的特征具体公开了本发明，但是本文所述的概念的修改和变型可以被本领域普通技术人员所采用，并且认为这些修改和变型落入所附权利要求书限定的本发明的范围之内。

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