一種可注射的骨修復用復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于材料科學領域，具體涉及一種可注射的骨修復用復合材料及其制備方法，該復合材料可廣泛應用于骨科及整形科領域。
【背景技術】
[0002]受損骨組織修復與重建在世界范圍內是整形外科醫生需要面對的重要任務，而修復受損的骨組織就需要用到骨移植材料。在世界范圍內修復受損骨組織使用的黃金標準為人的自體骨組織，即取自病人自身的健康骨組織。自體骨具有修復骨組織需要的全部特性，比如優異的骨誘導性，骨傳導性，成骨性以及安全性。但是，使用自體骨在臨床上具有不可避免的缺陷。由于使用自體骨需要從病人身體的供體部位獲得骨組織，這額外的手術便增加了手術的時間，費用，以及病人恢復的時間。同時，供體部位的病變及供體部位提供骨組織的有限性都是目前面臨的突出問題。
[0003]組織器官基質是由各種復雜的結構蛋白質和功能蛋白質構成的三維立體框架，并含有許多有活性的其他復合物。主要成分包括膠原纖維、糖蛋白、黏蛋白等，其他成分有氨基葡聚糖(透明質酸、硫酸軟骨素)等糖類、一些脂質和生長因子，可以為細胞黏附提供優異的基底，并且在其降解過程中，會釋放大量活性多肽，能夠促進細胞分裂及分化。
[0004]生物活性組織基質作為一種理想的生物材料，具備幾乎一切組織工程及再生醫學材料所需的特質，因而已被廣泛用于各類組織和器官的修復和再生。目前，從各類組織如小腸，皮膚，肝臟，脾臟，膀胱等提取的生物活性基質，由于其各自不同的宏觀微觀結構，生物力學性能，體內降解速率，以及細胞-基質相互作用，被用于不同組織的修復與再生。基本上市場上所有的生物基質產品都是以生物膜的方式存在，大致分為干燥和含水兩類。他們的應用主要集中在皮膚潰瘍，腹腔膜重建，軟組織再生，傷口愈合和腦膜創傷修復。
[0005]磷酸鈣基生物陶瓷，由于和人體骨組織的無機成分相似，具備優異的生物相容性，生物降解性，和骨傳導性能，被長期用于骨修復材料的制備和改性。目前常見的磷酸鈣生物陶瓷包括羥基磷灰石，β相磷酸三鈣，磷酸氫鈣及它們的復合物相陶瓷。大量研究表明磷酸鈣生物陶瓷能夠吸附/富集骨形成所需的蛋白及，促進成骨細胞增殖和分化，從而誘導新骨的生成。近期研究表明，磷酸鈣生物陶瓷降解過程中所釋放的鈣離子和磷酸根離子，能夠積極地影響骨環境中的成骨及破骨細胞，在骨修復及再生過程中扮演重要的角色，因此調控生物陶瓷降解速率也成為一種調控其生物活性的新的途徑，具有重大的潛力。
[0006]目前市面上幾乎所有涉及生物制劑的骨修復材料都使用化學提純的I型膠原蛋白。這一類膠原蛋白的缺點在于提取過程復雜，蛋白在提取過程中變性，無法發揮其最佳生物學性能；此外，其成分相對單一，無法滿足骨修復過程中的復雜的信號通路需求；使用過程中需要使用毒性較大的化學交聯劑，易在植入過程中引起免疫及炎癥反應。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于提供一種可注射的骨修復用復合材料及其制備方法，這種新的復合材料是以這兩種材料為主要成分的，既吸取天然生物基質具有生物活性且能有效調節細胞行為等多方面的優點，又兼備生物陶瓷等無機材料在骨修復過程中的優異成骨能力，具有高度骨誘導性及成骨性的活性生物支架，因此能夠通過多重生物學機理快速在骨缺損處誘導新骨生成。同時，本發明所涉及的材料還規避了大量現存骨修復存在的影響其臨床療效的缺點，因此提供了一種完備的骨缺損修復解決方案。
[0008]本發明的目的是通過以下技術方案來實現:
[0009]—種可注射的骨修復用復合材料，包括以下重量份數的原料:1-7份的生物組織基質材料、1-9份的生物陶瓷和2-8份的生理鹽水或其他等滲水溶液。
[0010]優選地，所述生物組織基質材料為由哺乳動物軟組織制備的、以膠原纖維為主的、保持其天然交聯結構的細胞外基質。
[0011]優選地，所述哺乳動物的軟組織為豬的軟組織、牛的軟組織或人體的軟組織；所述軟組織包括皮膚、真皮、血管、隔膜、肌腱、韌帶、大腸、小腸和神經組織。
[0012]優選地，所述生物組織基質材料呈微纖維狀，微纖維狀的所述生物組織基質材料的直徑為1-1500微米，微纖維狀的所述生物組織基質材料的直徑和長度的比值分布區間為 0.05-0.95。
[0013]優選地，用生物玻璃、含鍶、鋅、鎂、或者硅的礦物質或含鍶、鋅、鎂、或者硅的鹽代替所述生物陶瓷作為增強相所用材料。
[0014]優選地，所述生物陶瓷為羥基磷灰石[Ca5 (P04) 30H]、α -磷酸三鈣、β -磷酸三鈣[a -Ca3(P04)2或 β _Ca 3(Ρ04)2]、磷酸氫鈣[CaHPOj、二水合磷酸氫鈣[CaHP04.2H20]、磷酸二氫鈣[Ca(H2P04)2]、磷酸四媽[Ca4(P04)20]、磷酸八鈣[CasH2 (Ρ04) 6.5H20]、硫酸鈣[CaSOj或碳酸鈣[CaC03]。
[0015]優選地，所述生物陶瓷以顆粒形式分布于所述生物組織基質材料內，生物陶瓷顆粒在所述生物組織基質材料內形成三維的網狀結構。
[0016]優選地，所述生物陶瓷顆粒的粒徑為1-500微米。
[0017]所述的可注射的骨修復用復合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0018]1)微纖維狀的生物組織基質材料的制備，包括以下步驟:
[0019]1.1)收集組織原材料，清洗血污后，切割成寬為0.5-2厘米、長為4-8厘米的長條狀，_20°C保存；
[0020]1.2)消毒滅菌:組織原材料使用質量濃度為0.1 %氨水溶液滅菌，將組織原材料浸泡于溶液中緩慢搖動6-36小時；并用無菌去離子水充分清洗，然后用無菌生理鹽水漂洗；
[0021]1.3)組織破碎:將消毒過的組織原材料用研磨器粉碎，打勻；
[0022]1.4)采用脫細胞液脫去細胞后，采用脫氧核糖核酸酶溶液脫去剩余脫氧核糖核酸；并采用α -半乳糖苷去除液脫去α -半乳糖苷；采用雙氧水，乙酸和過氧乙酸的混合溶液進行病毒滅活；
[0023]1.5)組織基質清洗:用質量濃度為0.9%的生理鹽水對步驟1.5)的產物清洗三遍以上，去除步驟1.4)處理產生的殘余物；
[0024]1.6)清洗:將步驟1.5)的產物用無菌去離子水清洗三次以上；
[0025]1.7)終端滅菌:采用Co60伽瑪射線、X射線或者電子束進行滅菌，將得到的生物組織基質微纖維密封于密閉容器內保存，生物組織基質材料保存于pH值中性的緩沖液內，所述緩沖液包括生理鹽水和磷酸緩沖液；
[0026]2)生物陶瓷微顆粒的制備，包括以下步驟:
[0027]2.1)生物陶瓷根據具體應用，經機械粉碎，高速球磨，以及過篩步驟后，得到粒徑在0.1-500微米范圍的生物陶瓷顆粒，再經高溫高壓消毒，除菌及殺滅病毒；
[0028]2.2)將生物陶瓷微顆粒與無菌生理鹽水以1:1到1:5的比例混合，并經充分攪拌及震蕩，形成均勻的懸濁液；
[0029]3)將步驟1.7)得到的生物組織基質微纖維懸濁在1-5倍重量的生理鹽水中，充分搖勻，形成均勻的生物組織基質微纖維懸濁液；
[0030]4)本發明所述的原料配比，將生物陶瓷顆粒與生物組織基質微纖維混合；
[0031]5)將混合物置于渦旋混合器上充分混合一個小時，直至生物陶瓷顆粒完全吸附于生物組織基質微纖維上；
[0032]6)用離心法以200?lOOOOrpm轉速去除多余水分，并使混合物以固態方式沉積于底部；
[0033]7)加入1-5倍混合物重量的生理鹽水，置于渦旋混合器上形成均勻的流體狀混合物，其中水分含量的質量百分比為20-80% ；
[0034]8)終端滅菌:將得到的流體狀混合物密封于密閉容器內保存，用伽瑪射線、X射線或者電子束進行滅菌。
[0035]優選地，所述步驟1.1)所選用的組織原材料來源于哺乳動物的軟組織，其包括皮膚、小腸、大腸、隔膜、膀胱、胃和肌腱。
[0036]優選地，所述步驟1.4)所述脫細胞溶液為每升含1-10%脫氧膽酸鈉、2-15mM乙二胺四乙酸以及10-50mM 4-羥乙基哌嗪乙磺酸，所述脫細胞溶液pH值為6.8-7.2 ;所述脫氧核糖核酸酶溶液每升含0.5-5毫克脫氧核糖核酸酶、10-50mM 4-羥乙基哌嗪乙磺酸、l-20mM氯化鈣以及l_20mM氯化鎂；所述α -半乳糖苷去除液為每升含0.2-10毫克α -半乳糖苷酶、2-40mM 4-羥乙基哌嗪乙磺酸，所述α -半乳糖苷去除液pH值為5.0-7.5 ;所述用病毒滅活的溶液為濃度為0.10%雙氧水、0.50%乙酸和0.50%過氧乙酸的混合溶液。
[0037]進一步地，用于分散生物陶瓷顆粒和生物組織基質材料的溶液用血液、骨髓或高濃度血小板血漿替代所述步驟7)中的生理鹽水。
[0038]進一步地，一種向骨缺損處輸送干細胞的方法，將骨髓間充質干細胞、脂肪干細胞或者提取自血液的干細胞形成細胞懸液，再與本發明所獲得的骨修復用復合材料混合，作為一種向骨缺損處輸送干細胞的方式。
[0039]本發明的有益效果為:本發明涉及一種基于生物組織材料和生物陶瓷的可注射用的生物復合材料及其制備方法。該復合材料以生物組織材料和生物陶瓷有機結合，形成一種具有三維支架功能的可注射用醫學材料。本發明所涉及的生物組織材料基質為天然交聯結構的微纖維，無需額外涉及物理或化學交聯，生物相容性優良，并且可以在體內被緩慢完全降解。生物組織材料和生物陶瓷可以用多種方式結合。本發明的復合材料中，作為增強相的生物陶瓷與生物組織材料結合后，可以為體內骨組織再生提供良好的模板，能有效地誘導骨生長。本發明制備的可注射材料，可以用以無縫填充任何尺寸的骨缺損，并在過程中添加包括骨髓在內的生物制劑，進一步增強其生物活性。因此，該材料可廣泛用于由于創傷，腫瘤切除，骨壞死及感染等造成的骨缺失。
【附圖說明】
[0040]圖1為生物組織微纖維的差示掃描量熱圖譜；
[0041]圖2為生物組織基質/磷酸氫鈣復合材料的可注射性展示；
[0042]圖3為生物組織基質/磷酸氫鈣復合材料的掃描電鏡照片:
[0043]A.復合材料典型形貌；
[0044]B&C.磷酸氫鈣微顆粒的分布；
[0045]D.微纖維內的膠原蛋白三螺旋結構；
[0046]圖4為生物組織基質/磷酸氫鈣復合材料的頭蓋骨缺損修復的植入實驗:
[0047]A.修復后的小鼠頭蓋骨形貌；
[0048]B.修復后小鼠頭蓋骨的X射線觀察；
[0049]C.骨缺損處組織染色；
[0050]圖5為生物組織基質/磷酸氫鈣復合材料與新鮮骨髓復合后修復小鼠頭蓋骨的植入修復實驗: