專利名稱：可注射絲素蛋白骨修復填充緩釋材料及其制備方法和應用的制作方法
技術領域：
本發明屬于生物醫用材料技術領域，具體涉及ー種可注射絲素蛋白骨修復填充緩釋材料及其制備方法和應用。
背景技術：
傳統的骨缺損修復材料如羥基磷灰石、磷酸三鈣等無機生物陶瓷能夠誘導周圍骨組織生長，并與自體骨形成牢固的化學鍵合，具有良好的骨傳導性，對骨形態發生蛋白具有較強的親和性，無毒副作用，因此被廣泛應用于硬組織修復材料。但是，生物陶瓷的力學性能并不十分完美，盡管其抗壓強度比較高，但其脆性限制了其應用。針對上述無機生物陶瓷的不足之處，學者將有機物引入到骨修復材料中，利用有機物伸展性好的特點，將有機物與無機生物陶瓷復合，彌補單一材料的缺陷。目前，國內外主要通過簡單的物理共混將兩者復合，如有絲素蛋白溶液加入氯化鈣和磷酸氫銨，在絲素蛋白溶液中直接合成羥基磷灰 石，隨后冷凍干燥，得到支架材料。雖然這類方法在一定程度上能夠解決単一材料的力學性能不足問題，而且另一方面可以調節材料的細胞相容性，但是，由于形成的羥基磷灰石屬于納米結構，容易產生團聚現象，造成復合支架的無機相分布不均，直接影響復合支架材料的各種性能。此外，兩種或多種材料的復合，構成每種相的物質因其結構性能不同，在其相界面處表現出不同的特性。而無機-有機復合材料中的界面性質，將直接影響到復合材料的性能。兩相或多相間的結合，即界面作用，現有技術主要應用氫鍵、靜電作用和范德華力等將兩相結合在一起。但簡單的物理共混并不能從本質上對復合材料的性能有所提升，而且現有技術是在體外將支架材料塑形后植入體內，不能完全和體內缺損部位吻合。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術的缺陷，提供ー種可注射絲素蛋白骨修復填充緩釋材料及其制備方法和應用。本發明提供ー種可注射絲素蛋白骨修復填充緩釋材料，其包括低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰石與絲素蛋白脫水化合物和京尼平，其中，所述低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰石中鍶的摩爾含量低于10%。本發明還提供ー種可注射絲素蛋白骨修復填充緩釋材料的制備方法，其包括如下步驟獲得低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰石，其中，所述低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰石中鍶的摩爾含量低于10% ；將所述低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰石與質量濃度為1% 10%的絲素蛋白溶液混合，加熱至30°C 70°C，反應I 4h，獲得混合物，其中，所述低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰石與絲素蛋白的質量比為1:9 9 :1 ;將所述混合物與質量濃度為1% 15%的京尼平水溶液混合，獲得所述可注射絲素蛋白骨修復填充緩釋材料。以及，提供上述可注射絲素蛋白骨修復填充緩釋材料在組織工程和藥物傳遞中的應用。本發明提供的ー種可注射絲素蛋白骨修復填充緩釋材料，其根據仿生原理，在保證力學強度的同時，促進人體自身成骨細胞生長，達到自愈目的。進一歩，該制備方法簡單，條件溫和，具有廣闊的應用前景。該可注射絲素蛋白骨修復填充緩釋材料能夠根據缺損部位形狀直接固化，與缺損部位接合緊密，避免松動，在組織工程和藥物傳遞中具有很大的應用價值。
圖1是本發明實施例的可注射絲素蛋白骨修復填充緩釋材料制備流程和應用。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進ー步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。本發明實施例提供ー種可注射絲素蛋白骨修復填充緩釋材料，其包括低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰石與絲素蛋白脫水化合物和京尼平，其中，所述低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰石中鍶的摩爾含量低于10%。進ー步地，作為本發明優選實施例，在該可注射絲素蛋白骨修復填充緩釋材料還含有治療藥物。治療藥物的用量與藥物的選擇和疾病的用量有關，其通過材料在體內的緩慢降解，將藥物緩慢釋放到人體中，直接作用于病損部位。上述各實施例中，低聚乳酸接枝的摻鍶羥基磷灰石優選為納米級摻鍶羥基磷灰石。鍶取代部分鈣形成的Sr- HA (摻鍶羥基磷灰石)，比傳統的HA (羥基磷灰石)有更好的生物學性能和更好的骨缺損修復能力，鍶含量低于10%的Sr-HA具有很好的組織相容性、骨引導能力及生物降解率，可獲得較滿意的骨缺損修復效果。但是，HA顆粒表面親水而憎油，這與聚合物基質的特性恰恰相反，這種差異引起HA顆粒與聚合物的界面相容性差、結合界面不穩定、顆粒分散均勻性差且易團聚，而且界面結合狀態與顆粒分散的均勻度恰恰是決定復合材料性能的最重要的因素之一。因此，對HA顆粒表面進行有機化改性，改善其余有機聚合物基材的界面相容性是提高復合材料使用性能的關鍵。低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰石不僅可以改善材料的骨結合能力，而且表現出良好的生物相容性。進一歩，對摻鍶羥基磷灰石的改性，接枝上有機官能團后，可以提高無機相與有機相之間的界面接合。絲素蛋白系由富含天冬氨酸的P -折疊片層結構組成的酸性蛋白，其層側面伸展出的-COOH是天然的磷灰石礦化模板，這種結構為仿生合成和自組裝制備新型生物材料提供了可能。京尼平是ー種天然交聯劑，細胞毒性低。相應地，本發明實施例還提供ー種可注射絲素蛋白骨修復填充緩釋材料的制備方法，其包括如下步驟SOl :獲得低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰石，其中，所述低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰石中鍶的摩爾含量低于10% ；
S02 :將所述低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰石與質量濃度為1% 10%的絲素蛋白溶液混合，加熱至30°C 70°C，反應I 4h，獲得混合物，其中，所述低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰石與絲素蛋白的質量比為1:9 9 :1 ;S03 :將所述混合物與質量濃度為1% 15%的京尼平水溶液混合，獲得所述可注射絲素蛋白骨修復填充緩釋材料。步驟SOl中，所述低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰石的摻鍶羥基磷灰石為納米級摻鍶羥基磷灰石。所述低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰石的制備優選選用乳酸在甲苯共沸脫水條件下得到端羧基低聚乳酸，然后繼續在甲苯共沸脫水條件下與羥基磷灰石納米粒子反應，得到表面接枝低聚乳酸的羥基磷灰石納米顆粒。例如，具體地，將200mL L-乳酸與300mL甲苯混合，將混合物緩慢加熱到160°C恒溫反應72h，反應中生成的水通過甲苯共沸除去，所得反應物用氯仿溶解，在冷こ醇中沉降出來，經過60°C真空干燥24h得到端羧基低聚乳酸，整個反應過程不添加任何催化劑。將30g端羧基低聚乳酸溶解在200mL甲苯中，將30g Sr-HA納米粒子分散在溶液中，將懸浮液加熱到150°C恒溫反應10h，反應生成的水通過甲苯共沸除去。將產物離心分離，用氯仿超聲洗滌5次后于60°C真空干燥24h，得到表面接枝低聚乳酸的Sr-HA納米粒子。摻鍶羥基磷灰石的制備方法可以采用現有技術中任何ー種，例如，共沉淀法、溶膠凝膠法或水熱法。具體地，可采用以氯化鈣/氯化鍶和磷酸氫ニ銨為生成羥基磷灰石/摻鍶羥基磷灰石的原料,于不同溫度下反應，氨水和鹽酸調控反應液的pH值7 10，反應2 3小時后，陳化12個小時后過濾干燥得摻鍶羥基磷灰石。其中，按質量比計，Sr和Ca的摩爾比為大于0小于等于1/9。步驟S02中，所述低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰石與質量濃度為1% 10%的絲素蛋白溶液混合，加熱至30°C 70°C，反應I 4h，獲得混合物。聚乳酸中的羧基容易與絲素蛋白中的氨基發生反應，生成穩定的肽鍵，如下方程所示
OH- H7O9 ^
R—C——OH + H-N-R1R—c N—R'所述絲素蛋白的制備可以采取如下方法用lg/L 10g/L Na2CO3水溶液處理家蠶苗絲I 5次，姆次15min 60min,溫度80 11CTC,浴比1:50 1:150。然后將生絲置于lg/L 10g/L的Na2CO3溶液中，浴比1:50 1:150，于98 100°C再處理15min 60min。用蒸餾水充分洗浄，自然干燥，得到純絲素纖維。用CaCl2 = CH3CH2OH:H2O(摩爾比為1:2:1 2:4:5)三元溶劑溶解，溶液與生絲質量比5/1 10/1，于70°C 80°C下攪拌溶解I 2h得到混合溶液，冷卻后得到的溶液注入纖維素透析膜中，在流水中透析I 3d。將透析后的溶液風干濃縮，得到絲素蛋白濃縮水溶液。Na2CO3的濃度非常關鍵，如果濃度太低，無法完成脫膠或者造成脫膠不完全，直接影響后續實驗中絲素蛋白的性能；如果濃度太高，溶液呈堿性，容易影響生成的絲素蛋白性質，可能發生蛋白變性。在所述低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰石與絲素蛋白溶液混合時，可再加入ー些藥物，如四環素等，在其注射到體內后，隨著材料自身的降解，藥物得到釋放，可以起到治療骨髓炎等病癥。步驟S03中，將所述混合物與質量濃度為1% 15%的京尼平水溶液混合，獲得所述可注射絲素蛋白骨修復填充緩釋材料。京尼平與絲素蛋白的質量比例為1:100 1:10。在加入交聯劑前，整個復合材料呈現流動性，加入交聯劑后，在一定時間后，材料才會發生固化，形成水凝膠，可以利用這段時間差，將其加入到注射器中，直接注射到體內，根據缺損部位形狀固化成型。不同的京尼平加入量決定了復合材料的自固化時間，例如，向50mL質量分數為3%的絲素蛋白溶液加入0. 03g/mL的京尼平溶液5mL，在反應開始了 12小時后，交聯度可以達到60%。優選地，京尼平水溶液的質量濃度為5% 10%。本發明通過對摻鍶羥基磷灰石進行改性，接枝有機官能團和與有機物發生反應，生成化學鍵，解決無機/有機相之間的界面相容性問題。同時，制備方法簡單可行，生產成本低，不用添加催化劑。本發明還提供上述可注射絲素蛋白骨修復填充緩釋材料在組織工程和藥物傳遞中的應用，圖1示出該可注射絲素蛋白骨修復填充緩釋材料制備流程和應用。如圖1所示，本發明實施例提供的可注射絲素蛋白骨修復填充緩釋材料是將材料直接注射到體內骨缺損部位，根據缺損部位形狀直接固化，與缺損部位接合緊密，避免松動，影響修復效果。以下結合具體實施例對本發明的具體實現進行詳細描述。實施例1 :以氯化鈣和氯化鍶和磷酸氫ニ銨為生成摻鍶羥基磷灰石，氯化鈣和氯化鍶的摩爾比為12 :1，用氨水和鹽酸調控反應液的pH值7 10，反應2 3小時后，陳化12個小時，過濾干燥得摻鍶羥基磷灰石。 將200mL L-乳酸與300mL甲苯混合，緩慢加熱到160°C恒溫反應72h，反應中生成的水通過甲苯共沸除去，所得反應物用氯仿溶解，在冷こ醇中沉降出來，經過60°C真空干燥24h得到端羧基低聚乳酸，整個反應過程不添加任何催化劑。將30g端羧基低聚乳酸溶解在200mL甲苯中，將30g摻鍶羥基磷灰石納米粒子分散在溶液中，將懸浮液加熱到150°C恒溫反應10h，反應生成的水通過甲苯共沸除去.將產物離心分離，用氯仿超聲洗滌5次后于60°C真空干燥24h，得到表面接枝低聚乳酸的摻鍶羥基磷灰石納米粒子。用5g/L Na2CO3水溶液處理家蠶繭絲5次，每次45min，溫度100°C，浴比1:100。然后將生絲置于5g/L的Na2CO3溶液中，浴比1:100，于100で再處理301^11。用蒸餾水充分洗凈，自然干燥，得到純絲素纖維。用CaCl2:CH3CH2QH:H2O(摩爾比為1:2:1)三元溶劑溶解，溶液與生絲質量比8/1，于78°C下攪拌溶解2h得到混合溶液，冷卻后得到的溶液注入纖維素透析膜中，在流水中透析3d。將透析后的溶液風干濃縮，得到絲素蛋白濃縮水溶液。將改性后的摻鍶羥基磷灰石按照比例(摻鍶羥基磷灰石絲素蛋白質量比為5:1)加入質量濃度為5%的絲素蛋白溶液中，加熱到50°C，反應3小時；向反應好的摻鍶羥基磷灰石-絲素蛋白溶液加入質量濃度為10%的天然交聯劑京尼平溶液，注入到缺損部位，形成具有一定力學強度的水凝膠。實施例2 將低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰石，其中Sr的摩爾百分數為9%，加入質量濃度為1%的絲素蛋白溶液中，加熱到70°C，反應I小時，得混合物，其中，所述低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰石與絲素蛋白的摩爾比為1:9 ;向所述混合物中加入質量濃度為15%的天然交聯劑京尼平溶液(京尼平與絲素蛋白的質量比例為1:100)，注入到缺損部位，形成具有一定力學強度的水凝膠。實施例3 將低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰石，其中Sr的摩爾百分數為1%，加入質量濃度為10%的絲素蛋白溶液中，加熱到30°C，反應4小時，得混合物，其中，所述低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰石與絲素蛋白的摩爾比為9 :1 ;向所述混合物中加入質量濃度為1%的天然交聯劑京尼平溶液(京尼平與絲素蛋白的質量比例為1:10)，注入到缺損部位，形成具有一定力學強度的水凝膠。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任 何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種可注射絲素蛋白骨修復填充緩釋材料，其特征在于，包括低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰石與絲素蛋白脫水化合物和京尼平，其中，所述低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰石中鍶的摩爾含量低于10%。
2.根據權利要求1所述的可注射絲素蛋白骨修復填充緩釋材料的制備方法，其特征在于，還包括治療藥物。
3.根據權利要求1或2所述的可注射絲素蛋白骨修復填充緩釋材料的制備方法，其特征在于，所述低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰石的摻鍶羥基磷灰石為納米級摻鍶羥基磷灰石。
4.一種可注射絲素蛋白骨修復填充緩釋材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟 獲得低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰石，其中，所述低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰石中鍶的摩爾含量低于10% ； 將所述低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰石與質量濃度為1% 10%的絲素蛋白溶液混合，力口熱至30°C 70°C，反應I 4h，獲得混合物，其中，所述低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰石與絲素蛋白的質量比為1:9 9 :1 ; 將所述混合物與質量濃度為1% 15%的京尼平水溶液混合，獲得所述可注射絲素蛋白骨修復填充緩釋材料。
5.根據權利要求4所述的可注射絲素蛋白骨修復填充緩釋材料的制備方法，其特征在于，還包括在將所述低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰石與質量濃度為1% 10%的絲素蛋白溶液混合的過程中再加入治療藥物的步驟。
6.根據權利要求4所述的可注射絲素蛋白骨修復填充緩釋材料的制備方法，其特征在于，所述低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰石選用乳酸在甲苯共沸脫水條件下得到端羧基低聚乳酸，然后繼續在甲苯共沸脫水條件下與羥基磷灰石反應，獲得低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰O
7.根據權利要求6所述的可注射絲素蛋白骨修復填充緩釋材料的制備方法，其特征在于，所述摻鍶羥基磷灰石采用共沉淀方法制備。
8.根據權利要求6所述的可注射絲素蛋白骨修復填充緩釋材料的制備方法，其特征在于，所述摻鍶羥基磷灰石為納米級別的摻鍶羥基磷灰石。
9.根據權利要求4所述的可注射絲素蛋白骨修復填充緩釋材料的制備方法，其特征在于，所述絲素蛋白濃縮水溶液的制備方法為用lg/L 10g/LNa2C03水溶液處理家蠶繭絲I 5次，每次15min 60min，溫度80 110°C，浴比1:50 1:150，然后將其置于lg/L 10g/L的Na2CO3溶液中，浴比1:50 1:150,于98 10CTC再處理15min 60min。用蒸懼水充分洗凈，自然干燥，得到純絲素纖維；用CaCl2:CH3CH20H:H20(摩爾比為1:2:1 2:4:5)三元溶劑溶解，溶液與所述純絲素纖維質量比5/1 10/1，于70°C 80°C下攪拌溶解I 2h得到混合溶液，冷卻后注入纖維素透析膜中，在流水中透析I 3d。將透析后的溶液風干濃縮，獲得所述絲素蛋白濃縮水溶液。
10.根據權利要求1 3任一項所述的可注射絲素蛋白骨修復填充緩釋材料在組織工程和藥物傳遞中的應用。
全文摘要
本發明提供一種可注射絲素蛋白骨修復填充緩釋材料，其包括低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰石與絲素蛋白脫水化合物和京尼平，其中，所述低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰石中鍶的摩爾含量低于10%。本發明還提供其制備方法，包括如下步驟獲得低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰石，其中，所述低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰石中鍶的摩爾含量低于10%；將所述低聚乳酸接枝摻鍶羥基磷灰石與質量濃度為1%～10%的絲素蛋白溶液混合，加熱至30℃～70℃，反應1～4h，獲得混合物；將所述混合物與質量濃度為1%～15%的京尼平水溶液混合，獲得所述可注射絲素蛋白骨修復填充緩釋材料。以及，提供上述可注射絲素蛋白骨修復填充緩釋材料在組織工程和藥物傳遞中的應用。
文檔編號A61L27/54GK103041447SQ201210544070
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月14日 優先權日2012年12月14日
發明者王踐云, 潘浩波 申請人:深圳先進技術研究院