可视化骨水泥的制备及其在评价骨缺损材料中的应用的制作方法

本发明涉及一种生物医用材料技术领域的方法，涉及一种可视化骨水泥的制备方法及其在评价骨缺损材料中的应用，具体是制备了一种ct下显影的可注射型磷酸钙骨水泥，并构建了一种适合于评价其体内性能的模拟微创手术治疗的骨缺损动物模型。

背景技术：

可注射型骨水泥可用于临床微创手术治疗由事故、感染、肿瘤引起的骨缺损。作为一种体内植入类医疗产品，由于其应用范围较广，可用于多个部位的骨缺损修复，目前还没有统一的规范化的动物模型用于评价该类产品的体内性能。

经皮穿刺椎体成形术(pvp)是一种微创手术，通过向病变的椎体内注入骨水泥达到支撑、固定、强化椎体的作用，可以缓解病患疼痛，防止病变椎体进一步塌陷，常用于治疗脊椎血管瘤、骨髓瘤、溶骨性转移瘤和骨质疏松性椎体压缩骨折等。pvp对骨水泥的性能有一定要求，需要骨水泥注射后能在短时间内固化，减少骨水泥的溃散和渗漏，同时需要骨水泥的抗压强度至少达到松质骨的水平。传统的pvp手术通常使用聚丙烯酸甲酯（pmma）骨水泥，然而，pmma骨水泥生物相容性、生物可降解性较差，无法促进骨缺损的修复。近年来，生物相容性良好的无机钙盐类骨水泥的开发和研究受到了学者们的广泛关注[xuhh,biomaterials,2006]。可注射型磷酸钙骨水泥作为pmma骨水泥的替代材料，在研究和开发过程中，需要一种合适的动物模型来评价骨水泥应用于椎体修复时的手术安全性、骨修复能力方面的性能，为骨水泥配方的筛选提供科学的依据。

基于以上背景，本发明制备了一种ct下显影的可注射型磷酸钙骨水泥，使其适用于微创手术观察，并以猪为实验对象，构建了一种微创手术治疗的脊柱骨缺损模型，模拟由肿瘤、骨质疏松等疾病导致的局部脊柱骨缺损，用于评价骨水泥产品用于微创手术时的体内固化能力、体内免疫反应以及骨修复能力。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种可视化骨水泥的制备方法。

本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备的可视化骨水泥产品在评价骨缺损材料中的应用。

本发明目的通过下述方案实现：一种可视化骨水泥的制备方法，包含以下步骤：

（1）α-tcp粉末按1g/2ml的比例加入质量分数为0.05-0.5%的明胶水溶液，1000-1500rpm高速搅拌后进行冷冻干燥，制备得到明胶改性的骨水泥粉末；

（2）配制质量分数1-5%的磷酸氢钠水溶液，将ct造影剂溶液按体积分数1-10%与其进行混合，制备得到骨水泥固化液；

（3）将骨水泥粉末与固化液按固液比0.35g/ml进行调和，制备得到ct显影的可注射型骨水泥。

其中，步骤（2）所述的ct造影剂为繁影葡胺、碘普罗胺注射液300中的一种。

步骤（3）中，固化液依下述步骤配制：按质量分数为2.5%的磷酸氢二钠水溶液，与60%繁影葡胺溶液按体积分数（9-19）:1混合，作为骨水泥固化液。

或者，步骤（3）中，固化液依下述步骤配制：按质量分数为2.5%的磷酸氢二钠水溶液，与碘普罗胺注射液300按体积分数9:1混合，作为骨水泥固化液。

本发明还提供了一种可视化骨水泥，根据上述的制备方法得到。

又，本发明也提供了一种所述可视化骨水泥在评价骨缺损材料中的应用。

具体的，本发明提供一种可视化骨水泥在评价骨缺损材料中的应用；包括如下步骤：

（1）构建猪椎体骨缺损填充材料植入动物模型

（1-1）将所述猪进行麻醉处理，将其以侧卧位置于手术台上，背部穿刺部位备皮，用1%（w/v）碘伏消毒，覆盖手术洞布；

（1-2）ct监测下确定l1椎体-l5椎体位置，在棘突右侧标记穿刺点，用2ml浓度为1%（w/v）利多卡因逐层麻醉至骨膜；

（1-3）切开穿刺点皮肤0.5cm，将穿刺针穿入，从椎弓根右侧穿入椎体，穿刺套管进入椎体后缘后，拔出穿刺针芯，插入骨钻朝椎体前缘穿刺深度约2-3cm，拔出骨钻后，形成骨缺损空腔；

（2）评价骨缺损材料

（2-1）l1的骨缺损空腔作为对照组不作任何处理，l2-l4撤出骨钻后，分别灌注骨水泥1ml，ct监测下用推杆将骨水泥注入空腔直至填满；

（2-2）根据术后设定的观察时间，将对应组的实验动物进行安乐死，取出试验椎体，缺损部位切割成2cm*2cm*2cm方块，制作硬组织切片，观察骨水泥填充的骨缺损部位材料降解以及新骨生长修复情况。

步骤（1-1）所述的猪年龄为4-5个月，体重为120-150kg。

步骤（1-1）所述的麻醉处理方法为，以0.15ml/kg肌肉注射陆眠宁ii，未深度麻醉个体可加量原剂量的1/5。

步骤（2-2）所述术后观察时间为1、3、6个月。

本发明的目的在于制备一种ct显影的可注射型骨水泥，并提供了一种用于微创手术的骨缺损动物模型的构建方法，利用该模型评价骨水泥的体内性能，为可注射型骨水泥产品的研发和筛选提供可靠的依据。

本发明的优点在于：

1、ct可视化的可注射型骨水泥，提高手术的安全性，术后可全程监测其在动物体内的存在情况。

2、动物模型以哺乳类大动物为试验对象，在缺损部位承重、新骨生长能力等方面与人类更相近。椎体内部骨缺损常发生于骨质疏松、骨肿瘤等疾病，本发明构建的骨缺损动物模型模拟了一种椎体内骨缺损，并通过微创手术治疗评价可注射型骨水泥的体内性能，为评价和筛选该类产品提供可靠依据。

附图说明

图1，ct监测下，向微创手术骨缺损动物模型内灌注骨水泥；

图2，6个月后，光学显微镜下包含骨水泥的试验椎体硬组织切片图；

图3，6个月后，光学显微镜下空白对照的试验椎体硬组织切片图。

具体实施方式

以下实施例以发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于下述的实施例。

实施例1

1、骨水泥的制备

（1）称取0.2g明胶溶解于40ml超纯水中，50℃加热搅拌促进溶解，然后向水溶液中加入20gα-tcp粉末，1500rpm高速搅拌0.5h后用液氮快速冷冻，进行冷冻干燥48h以上，制备得到明胶改性的骨水泥粉末；

（2）配制质量分数为2.5%的磷酸氢二钠水溶液，与60%繁影葡胺溶液按体积分数9:1混合，作为骨水泥固化液；

（3）将骨水泥粉末与固化液按液固比0.35g/ml进行调和，制备得到ct显影的可注射型骨水泥，参照标准astmc191测定初凝时间为8min。

2、动物模型的构建

（1）动物

普通家猪，年龄4-5个月，体重120-150kg。

（2）器械及材料

骨科手术穿刺套件，大型数字平板血管造影机（innova4100），麻醉药品，消毒药品，可注射型磷酸钙骨水泥。

（3）试验步骤

以0.15ml/kg肌肉注射陆眠宁ii进行全身麻醉，未麻醉个体加量原始剂量的1/5。将猪以侧卧位置于手术台上，背部穿刺部位备皮，用1%（w/v）碘伏消毒，覆盖手术洞布。ct监测下确定l1-l5位置，在棘突右侧标记穿刺点，用2ml浓度为1%（w/v）利多卡因逐层麻醉至骨膜。切开穿刺点皮肤0.5cm，将穿刺针穿入，从椎弓根右侧穿入椎体，穿刺套管进入椎体后缘后，拔出穿刺针芯，插入骨钻朝椎体前缘穿刺深度约2-3cm，拔出骨钻后，形成骨缺损空腔。l1的骨缺损空腔作为对照组不作任何处理，l2-l4撤出骨钻后，分别灌注试验骨水泥约1.0ml，ct监测下用推杆将骨水泥注入空腔直至填满，附图1图1，ct监测下，向微创手术骨缺损动物模型内灌注骨水泥。磷酸钙骨水泥在ct下显影良好；拔出穿刺套管后进行穿刺点压迫止血，术后实验动物正常饲养。

1、3、6个月后，试验动物进行影像学检查后，将对应组的实验动物进行安乐死，取出试验脊椎，缺损部位切割成2cm*2cm*2cm方块，制作硬组织切片，观察骨水泥填充的骨缺损部位的材料降解以及新骨生长修复情况。

图2，6个月后，光学显微镜下包含骨水泥的试验椎体硬组织切片图，图中显示新生的骨小梁分布较密，与未降解的磷酸钙骨水泥具有良好的融合。

图3，6个月后，光学显微镜下空白对照的试验椎体硬组织切片图，图中显示未注入骨水泥的骨缺损部位骨小梁生长较稀疏，骨缺损恢复效果不佳。

实施例2

1、骨水泥的制备

称取0.2g明胶溶解于40ml超纯水中，50℃加热搅拌促进溶解，然后向水溶液中加入20gα-tcp粉末，1500rpm高速搅拌0.5h后用液氮快速冷冻，进行冷冻干燥48h以上，制备得到骨水泥粉末。配制质量分数为2.5%的磷酸氢二钠水溶液，与碘普罗胺注射液300按体积分数9:1混合，作为骨水泥固化液。将固化液与骨水泥粉末按液固比0.35ml/g进行调和，参照标准astmc191测定初凝时间为8min。

2、动物模型的构建

（1）动物

实验用猪，年龄4-5个月，体重120-150kg。

（2）器械及材料

骨科手术穿刺套件，大型数字平板血管造影机（innova4100），麻醉药品，消毒药品，可注射型磷酸钙骨水泥。

（3）试验步骤

以0.15ml/kg肌肉注射陆眠宁ii进行全身麻醉，未麻醉个体加量原始剂量的1/5。将猪以侧卧位置于手术台上，背部穿刺部位备皮，用1%（w/v）碘伏消毒，覆盖手术洞布。ct监测下确定l1-l5位置，在棘突右侧标记穿刺点，用2ml浓度为1%（w/v）利多卡因逐层麻醉至骨膜。切开穿刺点皮肤0.5cm，将穿刺针穿入，从椎弓根右侧穿入椎体，穿刺套管进入椎体后缘后，拔出穿刺针芯，插入骨钻朝椎体前缘穿刺深度约2-3cm，拔出骨钻后，形成骨缺损空腔。l1的骨缺损空腔作为对照组不作任何处理，l2-l4撤出骨钻后，分别灌注试验骨水泥约1.0ml，ct监测下用推杆将骨水泥注入空腔直至填满。拔出穿刺套管后进行穿刺点压迫止血，术后实验动物正常饲养。

1、3、6个月后，试验动物进行影像学检查后，将对应组的实验动物进行安乐死，取出试验脊椎，缺损部位切割成2cm*2cm*2cm方块，制作硬组织切片，观察骨水泥填充的骨缺损部位的材料降解以及新骨生长修复情况。

实施例3

1、骨水泥的制备

称取0.2g明胶溶解于40ml超纯水中，50℃加热搅拌促进溶解，然后向水溶液中加入20gα-tcp粉末，1500rpm高速搅拌0.5h后用液氮快速冷冻，进行冷冻干燥48h以上，制备得到骨水泥粉末。配制质量分数为2.5%的磷酸氢二钠水溶液，与60%繁影葡胺溶液按体积分数19:1混合，作为骨水泥固化液。将固化液与骨水泥粉末按液固比0.35ml/g进行调和，参照标准astmc191测定初凝时间为7min。

2、动物模型的构建

（1）动物

成年猪，年龄4-5个月，体重120-150kg。

（2）器械及材料

骨科手术穿刺套件，大型数字平板血管造影机（innova4100），麻醉药品，消毒药品，可注射型磷酸钙骨水泥。

（3）试验步骤

用0.15ml/kg肌肉注射陆眠宁ii进行全身麻醉。将羊以侧卧位置于手术台上，背部穿刺部位备皮，用1%（w/v）碘伏消毒，覆盖手术洞布。ct监测下确定l1-l5位置，在棘突右侧标记穿刺点，用2ml浓度为1%（w/v）利多卡因逐层麻醉至骨膜。切开穿刺点皮肤0.5cm，将穿刺针穿入，从椎弓根右侧穿入椎体，穿刺套管进入椎体后缘后，拔出穿刺针芯，插入骨钻朝椎体前缘穿刺深度约2-3cm，拔出骨钻后，形成骨缺损空腔。l1的骨缺损空腔作为对照组不作任何处理，l2-l4撤出骨钻后，分别灌注试验骨水泥约1.0ml，ct监测下用推杆将骨水泥注入空腔直至填满。拔出穿刺套管后进行穿刺点压迫止血，术后实验动物正常饲养。

1、3、6个月后，试验动物进行影像学检查后，将对应组的实验动物进行安乐死，取出试验脊椎，缺损部位切割成2cm*2cm*2cm方块，制作硬组织切片，观察骨水泥填充的骨缺损部位的材料降解以及新骨生长修复情况。