一种适用于骨修复的复合骨水泥及其制备方法

本发明涉及生物医学工程中骨损伤修复和组织工程，具体涉及一种适用于骨修复的复合骨水泥及其制备方法。

背景技术：

1、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)骨水泥虽然被广泛应用于骨科手术，但也存在一些缺陷，其中包括生物活性差和弹性模量过高等问题，这些缺陷限制了它的应用效果和适用范围。

2、pmma骨水泥的缺点具体罗列如下：

3、1、长期稳定性差：一旦植入体内，就难以被吸收和代谢，可能会对周围组织产生不良反应。长期使用pmma骨水泥可能会导致周围骨组织的退化和破坏，从而增加植入物的松动风险。

4、2、弹性模量过高：在椎体成形手术中使用的pmma骨水泥固化体的抗压弹性模量范围为2000～3700mpa，明显高于健康椎体松质骨抗压弹性模量的范围(50～800mpa)。尤其是对于骨质疏松患者，他们的松质骨弹性模量更低，因此填充pmma骨水泥的椎体硬度与相邻正常椎体的差异更加显著。

5、3、热损伤：在pmma骨水泥固化过程中会产生热量，可能会对周围骨组织产生热损伤，使手术难度增加。在手术中，医生需要控制骨水泥的固化速度和温度，以避免热损伤的发生。

6、为了克服这些问题，研究人员在国内外进行了大量的工作，改善和优化pmma骨水泥的性能，以期望得到更适合临床应用的骨水泥材料。

7、在国内的研究中，添加纳米材料、生物活性物质和仿生材料是常见的改进pmma骨水泥的方法。例如，向pmma骨水泥中添加纳米氧化锆或纳米羟基磷灰石等纳米材料，可以显著提高其生物相容性和力学性能。这些纳米材料具有高表面积和活性位点，有助于增强骨水泥与周围骨组织的结合力和生物活性。同时，添加骨形态发生蛋白、β-磷酸三钙等生物活性物质可以促进pmma骨水泥与周围骨组织的结合和生物活性，提高治疗效果。另外，改变骨水泥的制备工艺(如使用不同的硬化剂、改变硬化时间等)，也可以改善其性能。

8、在国外的研究中，针对pmma骨水泥的改良方法包括添加纳米颗粒、生物活性物质以及使用可吸收材料等。如添加纳米材料，如纳米二氧化钛、纳米羟基磷灰石等。这些纳米材料的加入可以增强pmma骨水泥的机械强度、硬度和刚度，并提高其生物相容性和生物降解性。另外，研究者们也探索了将纤维素纤维添加到pmma骨水泥中的方法。这些纤维素纤维可以形成纤维网，增加pmma骨水泥的内部结构和力学性能。研究者们还尝试将天然骨基质成分添加到pmma骨水泥中，如胶原蛋白、透明质酸等。这些天然骨基质成分可以提高pmma骨水泥的生物相容性和生物降解性，因为它们是人体组织的重要成分。此外，修改pmma骨水泥的配方也是改良的方法之一。研究者们可以调节pmma和甲基丙烯酸甲酯(mma)单体的比例，或者添加聚醚等，从而提高其在骨科手术中的适应性。

9、总体而言，pmma骨水泥的改良研究已经有了一些进展。尽管通过添加纳米材料、生物活性物质等方法可以提高其生物相容性和力学性能，而仿生材料、可吸收材料等新型方法也表现出很大的潜力。但是，这些改良方法仍不能完全满足临床使用的要求，或存在制备难度等问题。因此，有必要进一步探索pmma骨水泥的改性方法，以满足临床应用的需求。

技术实现思路

1、本发明提供了一种适用于骨修复的复合骨水泥的制备方法，所述适用于骨修复的复合骨水泥是一种矿化小肠粘膜下层(msis，其中sis指小肠粘膜下层)复合pmma骨水泥材料，具有较高机械强度，其组成、结构可以替换骨组织的材料，具有优异的促进干细胞及骨细胞黏附、生长，诱导骨的再生的作用，可应用于骨组织的再生修复。

2、一种适用于骨修复的复合骨水泥的制备方法，包括步骤：

3、(1)向sis粉末悬液或sis水凝胶中加入氯化钙充分混匀后再加入磷酸和/或可溶性磷酸盐，或者，向sis粉末悬液或sis水凝胶中加入磷酸和/或可溶性磷酸盐混匀后再加入氯化钙，然后调节ph为7～8，反应温度36.5～37.5℃，使其自矿化作用在sis表面和纤维之间形成纳米级弱结晶的羟基磷灰石晶体生长，反应完成后收集固体洗涤、干燥、研磨，得到粉状msis；

4、(2)混合所述粉状msis、pmma预混粉剂和液态mma试剂，固化得到所述适用于骨修复的复合骨水泥(本发明中亦称之为msis-pmma骨水泥或msis-pmma)。

5、本发明将sis制备成悬液或水凝胶，并按照一定比例依次加入钙盐以及磷酸和/或可溶性磷酸盐，并且使其在接近人体内环境的条件下进行仿生自矿化，以制备具有生物活性的msis材料。本发明使用msis来增强骨修复材料的成骨活性和细胞活性，pmma骨水泥提供快速成型和力学稳定支撑结构，而msis则作为成骨活性成分，促进成骨并提供骨传导孔径。与原有sis相比，msis不仅包含成骨所需的钙磷等无机盐和i型胶原，还包含多种细胞活性因子，可以提高骨修复材料的生物活性。在不损失多种细胞活性因子的同时，实现骨修复所具有的钙磷等无机盐和i型胶原的成分的提升，将极大的促进骨修复效果。

6、本发明首次实现矿化sis的制备，得到矿化沿sis分布的矿化sis，保留原有sis的生物活性物质，且扩展有骨组织的结构特性，更有利于骨生长和骨组织的修复。在此基础上，本发明进一步实现msis-pmma的制备，通过调试不同比例的msis，制备了msis-pmma骨水泥，实现了msis-pmma的弹性模量具有梯度化的下降以及生物活性的上升。

7、本发明先向sis粉末悬液或sis水凝胶中加入氯化钙使ca2+与sis预先充分结合，然后再以sis上的ca2+为核心结合磷酸根、羟基，使羟基磷灰石可沉积在sis上并沿sis分布，羟基磷灰石与sis形成紧密结合。试验发现，如果先向sis粉末悬液或sis水凝胶中加入磷酸得到酸性sis溶液后再加入氯化钙并进行ph调节，则难以使羟基磷灰石有效沉积在sis上。

8、在一优选例中，步骤(1)中，所述sis粉末悬液通过以下方法制备得到：新鲜猪空肠在冰水中洗净后分切，然后在4℃工作台上去除小肠段的多余组织，仅保留黏膜下层和固有层，所得组织经洗涤后置于100毫摩尔/升的edta溶液中，调节ph为11～12，浸泡后将组织洗净，并将其置于含有1-10毫摩尔/升hcl和1-10毫摩尔/升nacl的溶液中，调节ph为0～1，浸泡后将组织置于ph为7～7.4的10毫摩尔/升pbs缓冲液和1-10毫摩尔/升nacl的混合溶液中继续浸泡，接下来将组织用无菌水冲洗，然后将其置于ph为7～7.4的10毫摩尔/升pbs缓冲液中浸泡，再次用无菌水冲洗组织，接着将组织置于含0.1wt％过氧乙酸的20wt％乙醇溶液中浸泡，最后，将组织置于含0.05wt％叠氮化钠的pbs缓冲液中浸泡，将处理后的组织用无菌水洗净后置于-80℃的冰箱中冷冻，然后冷冻干燥、破碎、均匀分散于水中得到所述sis粉末悬液。

9、在一优选例中，步骤(1)中，所述sis水凝胶通过以下方法制备得到：用研磨棒在0.01m的盐酸中研磨小肠黏膜下层直至无肉眼可见颗粒，并调整小肠黏膜下层浓度为100mg/10ml，加入胃蛋白酶消化，胃蛋白酶与小肠黏膜下层的质量比例为1:10，持续搅拌充分，然后在4℃加入1/10体积的0.1m氢氧化钠溶液调节ph至7.2-7.4，加入1/9体积10xpbs缓冲液调节渗透液至等渗，获得sis水凝胶。

10、步骤(1)中，所述磷酸和/或可溶性磷酸盐与所述氯化钙优选按p/ca摩尔比0.3～3:1添加，进一步优选按p/ca摩尔比3:5(即羟基磷灰石中的p/ca摩尔比)添加，所述氯化钙中的ca与所述sis粉末悬液中的sis的质量比优选为1～1.2:1。

11、在一优选例中，步骤(2)中，所述pmma预混粉剂中含有pmma、baso4和过氧化苯甲酰。

12、所述pmma预混粉剂中，pmma、baso4和过氧化苯甲酰的质量比优选为25～30:10～15:1。

13、在一优选例中，步骤(2)中，所述液态mma试剂中含有mma、n,n-二甲基对甲苯胺和对苯二酚。

14、所述液态mma试剂中，以mma和n,n-二甲基对甲苯胺的质量之和为100％计，mma的质量百分含量优选为60.0％～99.2％，n,n-二甲基对甲苯胺的质量百分含量优选为0.8％～40.0％，对苯二酚的质量占比优选为50～100ppm。

15、步骤(2)中，以所述粉状msis和所述pmma预混粉剂的质量之和为100％计，所述粉状msis的质量百分含量优选为1％～80％，进一步优选为13％～15％。

16、步骤(2)中，所述粉状msis和所述pmma预混粉剂的质量之和与所述液态mma试剂质量之比优选为1:1～8。

17、本发明还提供了所述的制备方法制备得到的适用于骨修复的复合骨水泥。

18、本发明与现有技术相比，有益效果有：本发明首次实现矿化sis的制备，得到矿化沿sis分布的矿化sis，保留原有sis的生物活性物质，且扩展有骨组织的结构特性，更有利于骨生长和骨组织的修复。在此基础上，本发明进一步实现msis-pmma的制备，通过调试不同比例的msis，制备了msis-pmma骨水泥，实现了msis-pmma的弹性模量的下降以及生物活性的上升。