專利名稱：骨修復(fù)用多孔陶瓷材料及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物材料領(lǐng)域和組織工程領(lǐng)域，具體地涉及骨修復(fù)用多孔陶瓷材料及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
陶瓷材料作為骨修復(fù)及骨替代材料，主要缺點是脆性較大，其彈性模量難以與正常骨相匹配，在一定程度上限制了在臨床上的應(yīng)用。六十年代以來，陶瓷材料在骨科應(yīng)用的相關(guān)研究已相當深入，但在臨床應(yīng)用方面仍很局限，主要原因是難以達到臨床滿意的要求。
用于硬組織修復(fù)的生物陶瓷材料包括羥基磷灰石(HAP)、β-磷酸三鈣(TCP)、磷酸鈣骨水泥(CPC)、生物玻璃(bioglass)等多種。其中β-TCP陶瓷分子式為Ca3(PO4)2，鈣磷比為1.5，與正常骨組織的鈣磷比接近。β-TCP的最突出的特點是可在生物體內(nèi)降解。如Renooij W，等在Bioresorption of ceramicstrontium-85-labeled calcium phosphate implants in dog femora.A pilot study toquantitate bioresorption of ceramic implants of hydroxyapatite and tricalciumorthophosphate in vivo.(鍶85標記植入狗腿的磷酸鈣陶瓷的生物吸收；羥基磷灰石和正磷酸鈣陶瓷植入物在體內(nèi)的定量吸收的前沿研究；臨床整形外科相關(guān)研究)Clin Orthop Relat Res.1985 Jul-Aug；(197)272-85.中所公開的，動物實驗發(fā)現(xiàn)β-TCP在植入乳豬腭乳突后24周完全降解，用同位素標記HA和TCP，發(fā)現(xiàn)HA無降解，而TCP在22周降解25％～30％。β-TCP的生物相容性也非常好，在骨與材料之間無纖維組織間隔，骨與材料直接接觸，植入體內(nèi)后僅有輕度的巨噬細胞反應(yīng)。有研究表明，這與β-TCP的降解有關(guān)。β-TCP的骨傳導(dǎo)能力比較強，將β-TCP和HA分別植入羊的下頜骨缺損，β-TCP的骨傳導(dǎo)作用優(yōu)于HA。β-TCP的主要缺點是強度比較低，所以當前的研究和應(yīng)用規(guī)模不及HA。另一方面，材料降解和成骨的速度必需匹配，由于TCP的強度低于其它陶瓷材料，如果沒有迅速的成骨，TCP的骨修復(fù)作用可能會失敗。
不同的材料在骨缺損的修復(fù)中均各有優(yōu)缺點，不同部位和大小的骨缺損對修復(fù)材料的要求也不相同，另外，單純陶瓷材料只有骨傳導(dǎo)作用而無誘導(dǎo)作用，因此，單一的材料在修復(fù)骨缺損時會暴露出不可避免的缺陷。為解決這一問題，將不同的材料和生物因子結(jié)合有可能彌補各種材料的不足，更好地起到骨缺損的修復(fù)作用。如J.C.Brodie，等在Osteoblast interactions with calcium phosphateceramics modified by coating with type I collagen.J.Biomed.Mater.Res.73A409-421，2005(成骨細胞與I型膠原蛋白修飾后的磷酸鈣陶瓷之間的相互作用；生物醫(yī)用材料研究雜志)中所公開的，將HA，TCP及它們的復(fù)合物用膠原蛋白進行表面修飾，可顯著提高早期體外培養(yǎng)中成骨細胞在磷酸鈣基陶瓷上的增殖及成骨整合(osteointegration)。也有如Chun-Hsu Yao等在Calvarial boneresponse to a tricalcium phosphate-genipin crosslinked gelatin composite.(顱骨對磷酸三鈣/京尼平交聯(lián)明膠復(fù)合物的反應(yīng))Biomaterials 26(2005)3065-3074中所公開的，將TCP與明膠復(fù)合修復(fù)顱骨缺損，結(jié)果發(fā)現(xiàn)也有較好的新骨長入情況。
作為組織工程材料，陶瓷大多制成多孔形狀，含有孔隙的材料在骨內(nèi)為新生骨長入提供了空間，使骨和材料接觸緊密，不但可增加材料的骨傳導(dǎo)性還提高了材料在骨內(nèi)的穩(wěn)定性。對于可降解材料，多孔形態(tài)可以增加材料的總面積，促進材料的降解。多孔材料還為血管長入提供了基礎(chǔ)。血管長入帶來了成骨所需的各種因子、間充質(zhì)細胞、及其它骨生長所需的營養(yǎng)。但是，將植入材料制成多孔狀，可明顯削弱材料的強度。用于骨組織工程的材料應(yīng)有很好強度，以便能早期承受各種負荷。另一方面，過高的強度會改變周圍組織的力學(xué)分布，也不利于骨的形成及再塑。
我們在前人的研究基礎(chǔ)上，利用有機泡沫浸漬法也制備出了孔徑在200～500μm，孔隙率大于80％，具有連通孔結(jié)構(gòu)的各種多孔材料，包括多孔β-TCP陶瓷和多孔HAP陶瓷材料。經(jīng)體外研究證實，這種多孔β-TCP陶瓷有利于骨隨基質(zhì)干細胞、脂肪干細胞等多種細胞的粘附生長，動物實驗表明也能很好的引導(dǎo)新骨生成，有很好的成骨活性。但由于這種多孔β-TCP陶瓷孔隙率高，最大抗壓強度僅在0.1Mpa左右，大大限制了它的進一步應(yīng)用。
為了增強多孔陶瓷材料的強度，對TCP陶瓷或其他多孔陶瓷與聚合物復(fù)合進行了很多研究，但其他研究者多是在聚合物的基礎(chǔ)上，添加陶瓷顆?；蚶w維，從而達到增強或復(fù)合的目的。如A.Bigi等在Bonelike apatite growth onhydroxyapatite-gelatin sponges from simulated body fluid.J Biomed Mater Res 59709-714，2002(類骨質(zhì)磷灰石在模擬體液浸泡的羥基磷灰石-明膠海綿上的生長；生物醫(yī)用材料研究雜志).以及Y Zhang等在Cell growth and function oncalcium phosphate reinforced chitosan scaffolds.J Mater Sci Mater Med 15255-260.2004.(細胞在磷酸鈣增強的殼聚糖支架中的生長和功能表達；材料科學(xué)雜志—醫(yī)用材料分冊)中所公開的。這種方法多是以聚合物的性質(zhì)為主，增強效果不明顯。
也有研究者以多孔陶瓷為基礎(chǔ)，通過冷凍干燥方法將聚合物引入多孔支架，從而實現(xiàn)復(fù)合。如Y Zhang，等在Three-dimensional macroporous calciumphosphate bioceramics with nested chitosan sponges for load-bearing bone implants.J Biomed Mater Res 611-8，2002(三維大孔磷酸三鈣生物陶瓷嵌套殼聚糖海綿用于負重骨植入物；生物醫(yī)用材料研究雜志)以及.C Chang，等在Cartilage TissueEngineering on the Surface of a Novel Gelatin-Calcium-Phosphate BiphasicScaffold in a Double-Chamber Bioreactor.J Biomed Mater Res Part BApplBiomater 71B313-321，2004(在雙槽生物反應(yīng)器中，一種新的明膠-磷酸鈣雙相陶瓷支架表面的軟骨組織工程；生物醫(yī)用材料研究雜志B應(yīng)用生物材料)中所公開的。這種方法制備出的復(fù)合材料，有機/無機物的質(zhì)量比較高，增強效果也不太顯著。
綜上所述，本領(lǐng)域缺乏一種強度高、同時又不改變材料性質(zhì)的多孔陶瓷材料及其制備方法。因此，本領(lǐng)域迫切需要開發(fā)一種強度高、成骨傳導(dǎo)能力強、制備方法簡單的多孔陶瓷材料及其制備方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種強度高、成骨傳導(dǎo)能力強、制備方法簡單的多孔陶瓷材料及其制備方法。
在本發(fā)明的第一方面，提供了一種骨修復(fù)用多孔陶瓷材料，所述多孔陶瓷材料的孔徑為200～500μm，孔隙率大于80％，90％～99％的孔是互相連通的，且抗壓強度為300KPa-3MPa；所述陶瓷材料內(nèi)含有以陶瓷材料重量計0.2％～25％的聚合物，所述聚合物為配成溶液后的粘度在0.1～20Pa·S之間的聚合物。
本發(fā)明的一個優(yōu)選例中，所述陶瓷材料為β-磷酸三鈣陶瓷材料。
本發(fā)明的一個優(yōu)選例中，所述的聚合物包括明膠、膠原蛋白、殼聚糖、透明質(zhì)酸、藻酸鹽、纖維蛋白凝膠、聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物、聚乳酸、聚羥基乙酸或其組合。
本發(fā)明另一方面提供骨修復(fù)用多孔陶瓷材料的制備方法，用包括以下步驟的方法制備(a)將所述陶瓷材料浸入0.5～20％(w/v)的粘度為0.1～20Pa·S的聚合物溶液中，得到表面被聚合物溶液浸潤的陶瓷材料；其中所述聚合物溶液中所含聚合物與陶瓷材料的質(zhì)量比為0.003～0.3；(b)將步驟(a)得到的浸潤陶瓷材料取出，濾干，干燥，即獲得表面修飾的陶瓷材料。
本發(fā)明的方法的一個優(yōu)選例中，包括以下步驟(a)將所述陶瓷材料浸入0.5～20％(w/v)的粘度為0.1～20Pa·S的聚合物溶液中，得到表面被聚合物溶液浸潤的陶瓷材料；其中所述聚合物溶液中所含聚合物與陶瓷材料的質(zhì)量比為0.003～0.3；(b)將步驟(a)得到的浸潤陶瓷材料取出，濾干，干燥，即獲得表面修飾的陶瓷材料。
本發(fā)明的方法的一個優(yōu)選例中，步驟(a)所述的聚合物包括明膠、膠原蛋白、殼聚糖、透明質(zhì)酸、藻酸鹽、纖維蛋白凝膠、聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物、聚乳酸或聚羥基乙酸。
本發(fā)明的一個優(yōu)選例中，步驟(a)中的聚合物溶液還加入一定量(如0.00625～0.1μg/mg)促進成骨生長的生物因子。較佳地，所述生物因子選自骨形態(tài)發(fā)生蛋白、骨連接素、骨鈣化素、骨胳連接因子或其組合。
本發(fā)明的方法的一個優(yōu)選例中，步驟(b)得到的陶瓷材料再進行步驟(a)和步驟(b)1～5次，得到表面修飾的陶瓷材料。
本發(fā)明另一方面提供一種組織工程化移植物，所述的移植物含有骨修復(fù)用多孔陶瓷材料和接種于所述陶瓷材料的干細胞，所述多孔陶瓷材料的孔徑為200～500μm，孔隙率大于80％，90％～99％的孔是互相連通的，且抗壓強度為300KPa-3MPa；所述陶瓷材料內(nèi)含有以陶瓷材料重量計0.2％～25％的聚合物，所述聚合物為配成溶液后的粘度在0.1～20Pa·S之間的聚合物，所述干細胞選自骨髓基質(zhì)干細胞或脂肪干細胞，并且所述干細胞的接種量為2×106-5×107個細胞/cm3多孔陶瓷材料。
本發(fā)明還有一方面提供多孔陶瓷材料的用途，用作制備骨移植物的支架。
圖1經(jīng)5％明膠溶液修飾后的多孔β-TCP陶瓷的掃描電鏡照片；圖2經(jīng)2％殼聚糖溶液修飾后的多孔β-TCP陶瓷的掃描電鏡照片；圖3經(jīng)5％明膠溶液修飾，冷凍干燥獲得的β-TCP陶瓷的掃描電鏡照片；圖4表面修飾前，多孔β-TCP陶瓷的掃描電鏡照片；圖5骨髓基質(zhì)干細胞在多孔β-TCP陶瓷中培養(yǎng)7天后的掃描電鏡照片。左表面；右斷面；圖6脂肪干細胞在多孔β-TCP陶瓷中培養(yǎng)5天后的掃描電鏡照片左表面；右斷面。
具體實施例方式
本發(fā)明人經(jīng)過廣泛而深入的研究，對多孔陶瓷材料進行表面修飾，出人意料地以較低的聚合物/多孔陶瓷質(zhì)量比，獲得了具有較高強度、高孔隙率的多孔陶瓷，并發(fā)現(xiàn)修飾后的多孔陶瓷對細胞的粘附、增殖、分化及成骨傳導(dǎo)能力沒有影響甚至有所提高。所述多孔陶瓷材料是通過聚合物溶液表面修飾后得到增強的，而且經(jīng)表面修飾后，不改變多孔陶瓷孔結(jié)構(gòu)，抗壓強度得到顯著提高。在此基礎(chǔ)上完成了本發(fā)明。
本發(fā)明還提出一種表面修飾的方法，使具有高孔隙率的多孔陶瓷有一定的力學(xué)強度，同時表面修飾后的多孔陶瓷能更好的引導(dǎo)骨的再生。
多孔陶瓷材料本發(fā)明所使用的多孔陶瓷材料包括β-磷酸三鈣(TCP)、羥基磷灰石(HAP)、磷酸鈣骨水泥(CPC)、生物玻璃(bioglass)、TCP-HAP雙相陶瓷、或是各種多孔陶瓷的復(fù)合物。
較佳地，多孔陶瓷材料為β-磷酸三鈣(即β-TCP)陶瓷材料。它可以通過一般的多孔材料制備方法制得，如泡沫塑料浸漬法、發(fā)泡法、添加造孔劑法、溶膠-凝膠法，優(yōu)選通過有機泡沫浸漬法制備得到的多孔陶瓷材料。多孔β-TCP陶瓷的孔徑為200～500μm(較佳地，300-500μm)，孔隙率大于80％，具有連通孔結(jié)構(gòu)，其中90％-99％的孔是互相連通的。較佳地，95-98％的孔式互相連通的。多孔β-TCP陶瓷的抗壓強度為60Kpa-150kPa。經(jīng)過修飾后，抗壓強度可以達到300KPa-3MPa。
通過同樣方法可制備得到羥基磷灰石(HAP)多孔陶瓷，抗壓強度為160.958±19.63KPa，經(jīng)1％明膠溶液修飾后的HAP陶瓷，抗壓強度為348.53±17.98KPa；經(jīng)10％明膠溶液修飾后的HAP陶瓷，抗壓強度為2.779±0.483MPa.
聚合物聚合物沒有特別的限制，只要是配成溶液后具有一定粘度，而且易成膜的聚合物均可用來作為表面修飾劑。本發(fā)明適用的聚合物溶液的絕對粘度η的范圍為0.1～2OPa，該粘度通過常規(guī)的旋轉(zhuǎn)式粘度計來測定。
適用的聚合物包括天然聚合物，也包括合成的聚合物。天然的聚合物如明膠、膠原蛋白、殼聚糖、透明質(zhì)酸、藻酸鹽、纖維蛋白凝膠。合成聚合物如Pluronic(聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物)、聚乳酸、聚羥基乙酸等，所述聚合物的分子量為36KDa-100Kda，較佳地，為50KDa-80Kda。
配制聚合物溶液時，可適當加入促進成骨生長的生物因子，如骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)、OP-1、bone gel、骨連接素(osteoconectin)、骨鈣化素(osteocalcin)、骨胳連接因子(SCF)或其組合。所述促進成骨生長的生物因子隨所屬動物類別不同，添加的量也有所不同，優(yōu)選與聚合物的質(zhì)量比為0.00625～0.1μg/mg，更優(yōu)選0.01～0.08μg/mg。在本發(fā)明中，生物因子可以在配制聚合物溶液時加入。如果細胞和材料復(fù)合共同培養(yǎng)，則還可以在培養(yǎng)液中加入。
表面修飾用的聚合物的用量為聚合物/TCP的質(zhì)量比為0.003～0.3，優(yōu)選0.01-0.2；其中聚合物的質(zhì)量是指聚合物溶液中聚合物固體份的質(zhì)量。
聚合物溶液的濃度為0.5～20％(w/v)，優(yōu)選2～10％(w/v)。聚合物濃度過低，則成膜厚度不足，支撐架的作用太弱，達不到本發(fā)明的強度；聚合物濃度過高，則堵塞孔結(jié)構(gòu)，使孔的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。
表面修飾方法本發(fā)明公開了一種可降解多孔β-TCP陶瓷的表面修飾方法。所述多孔陶瓷具有高孔隙率，但強度低，通過表面修飾方法可顯著提高多孔陶瓷的強度。
所述的表面修飾方法是通過以下步驟實現(xiàn)的首先將上述具體實施方式
中所述的聚合物配制為聚合物溶液，用于對多孔陶瓷進行表面處理，然后進行下述步驟；
(a)將多孔β-TCP陶瓷浸入中所述的聚合物溶液中，使聚合物溶液部分或全部浸潤多孔陶瓷表面。較佳地，進行真空除氣，直至無氣泡浮出，保證聚合物溶液全部浸潤多孔陶瓷表面；(b)最后將多孔陶瓷取出，濾干，再進行干燥。樣品的干燥可采用烘干，也可采用冷凍干燥。較佳地，室溫下干燥12～48h或30～60℃下干燥12～48h，或者濾干后-20℃～-80℃冷凍過夜，又或是-50℃下冷凍干燥，即獲得表面修飾后的陶瓷材料。
上述得到的表面修飾后的陶瓷材料可以再反復(fù)進行上述步驟(a)和步驟(b)，例如進行1-5次，較佳地，進行2～3次，得到多次表面修飾的陶瓷材料。
得到的多孔陶瓷材料的強度為300KPa-3MPa，較佳地為800KPa-3MPa。
表面修飾后TCP陶瓷強度提高的機理在于，泡沫浸漬法制備的多孔陶瓷，具有大孔和微孔并存的結(jié)構(gòu)，由于孔隙率較高，陶瓷的抗壓強度較低。經(jīng)聚合物溶液表面修飾后，陶瓷孔壁上的微孔被聚合物膜覆蓋，聚合物膜同時對整個多孔陶瓷也起到了支撐作用，因而陶瓷強度得到顯著提高。聚合物濃度越高，成膜厚度越大，支撐架的作用越強，因而強度也就越高。
干細胞本發(fā)明的干細胞的來源沒有特別限制，可以是任何來源的干細胞，通常，本發(fā)明的干細胞是自體的、或同種異體的干細胞。獲取干細胞的部位也沒有特別限制，可以是脂肪干細胞、骨髓基質(zhì)干細胞或其他干細胞。此外，成骨細胞也可替代干細胞用作骨組織工程化構(gòu)建的種子細胞。
可用于本發(fā)明的干細胞可以來自任何脊椎動物，較佳地是哺乳動物，更佳地是靈長類動物，尤其是人。
盡管自體的干細胞是優(yōu)選的，但異體的干細胞的來源更為常用。研究已表明，不同生長、發(fā)育階段的同種異體干細胞，可以在有組織相容性差異并且具有完全免疫功能的同種異體動物體內(nèi)形成干細胞組織。
分離和獲得干細胞的方法是本領(lǐng)域中已知的。一種優(yōu)選的方法是密度梯度離心法和酶消化法。
干細胞的培養(yǎng)方法和培養(yǎng)液也是本領(lǐng)域中熟知的。一種優(yōu)選的方法是將干細胞在37℃、飽和濕度、5％CO2培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)。合適的培養(yǎng)液包括(但并不限于)1)DMEM培養(yǎng)基((Gibco公司)+5～20％胎牛血清；2)DMEM培養(yǎng)基+5～20％小牛血清；3)DMEM培養(yǎng)基+5～20％自體(異體)人血清。此外，上述培養(yǎng)液中添加各種生長因子(例如促進干細胞生長的細胞因子等)、各種抗生素、各種誘導(dǎo)因子。
適用于本發(fā)明的干細胞應(yīng)能在體內(nèi)或體外增殖。一種優(yōu)選的干細胞是體外培養(yǎng)的骨髓基質(zhì)干細胞。
骨移植物由于本發(fā)明的多孔陶瓷材料，特別是β-磷酸三鈣多孔陶瓷材料與骨髓基質(zhì)干細胞和脂肪干細胞的相容性非常好，因此特別適合作為骨修復(fù)的支架材料。
將體外培養(yǎng)擴增的骨髓基質(zhì)干細胞和/或脂肪干細胞接種到生物相容性優(yōu)異的并可降解多孔陶瓷材料上形成干細胞—多孔陶瓷材料復(fù)合物，將這一“干細胞—多孔陶瓷材料”復(fù)合物植入到缺損部位，隨著多孔陶瓷材料的逐漸降解吸收，新骨形成，達到修復(fù)骨缺損的目的。
本發(fā)明的組織工程骨移植物的制備方法簡便，將一定數(shù)量的骨髓基質(zhì)干細胞和/或脂肪干細胞接種于多孔陶瓷材料如β-磷酸三鈣多孔陶瓷材料即可。
本發(fā)明的組織工程化骨移植物的形狀沒有特別限制，可以按照組織缺損的形狀任意塑形。通常，移植物為長條形。
本發(fā)明組織工程化骨中的骨髓基質(zhì)干細胞和/或脂肪干細胞濃度通常約為0.5×106/cm3(陶瓷支架體積)至5×108/cm3或更高，較佳地為1×106/cm3至1×108/cm3，更佳地為5×106/cm3至5×107/cm3多孔陶瓷材料。通常，以培養(yǎng)液調(diào)整骨髓基質(zhì)干細胞和/或脂肪干細胞濃度，然后與可降解材料混合?；旌蠒r，培養(yǎng)液與可降解材料的比例沒有特別限制，但是以該材料能夠吸附的培養(yǎng)液最大量為宜。
此外，在本發(fā)明的組織工程化骨移植物中，還可添加或復(fù)合其他各種細胞、生長因子、各種抗生素，從而保持骨髓基質(zhì)干細胞和/或脂肪干細胞表型、促進骨髓基質(zhì)干細胞和/或脂肪干細胞生長，以及促進組織工程化骨在體內(nèi)生長。
除了將組織工程化骨移植物植入體內(nèi)之外，還將其置于體外生物反應(yīng)器內(nèi)培養(yǎng)，從而進行組織工程化骨的構(gòu)建，在體外形成具有一定組織學(xué)結(jié)構(gòu)、生化組成與生物力學(xué)強度的組織工程化骨。
用本發(fā)明方法形成的組織工程化骨移植物，可直接植入體內(nèi)的骨缺損處。
下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規(guī)條件，例如Sambrook等人，分子克隆實驗室手冊(New YorkColdSpring Harbor Laboratory Press，1989)中所述的條件，或按照制造廠商所建議的條件。比例和百分比基于重量，除非特別說明。
實施例1配制1％(w/v)濃度的明膠溶液，將燒結(jié)后的多孔β-TCP陶瓷放入明膠溶液中，抽真空除氣，直至沒有氣泡浮出，然后將多孔β-TCP陶瓷取出，濾干，室溫下干燥至少24h，40℃干燥至少12b，即獲得增強的多孔β-TCP陶瓷。
表面修飾后的多孔陶瓷，孔結(jié)構(gòu)顯示于附圖1。多孔β-TCP陶瓷仍擁有連通孔結(jié)構(gòu)，孔徑也沒有改變。通過測定，表面修飾后的多孔β-TCP陶瓷，孔隙率為92.6±1.07％?？箟簭姸仍谛吞枮锳G-1的萬能測試試驗機(Shimadzu，Japan)上進行，經(jīng)1％明膠溶液修飾后的多孔β-TCP陶瓷的強度為387.83±92Kpa。
實施例2配制10％(w/v)濃度的明膠溶液，將多孔β-TCP陶瓷放入明膠溶液中，抽真空除氣，直至沒有氣泡浮出，然后將多孔β-TCP陶瓷取出，濾干，室溫下干燥至少24h，40℃干燥至少12h，即獲得增強的多孔β-TCP陶瓷。
表面修飾后的多孔陶瓷，其孔隙率為90.74±1.99％。抗壓強度在型號為AG-1的萬能測試試驗機(Shimadzu，Japan)上進行，經(jīng)10％明膠溶液修飾后的多孔β-TCP陶瓷的強度為2.05±0.297Mpa。
實施例3配制2％(w/v)濃度的殼聚糖溶液，將多孔β-TCP陶瓷放入明膠溶液中，抽真空除氣，直至沒有氣泡浮出，然后將多孔β-TCP陶瓷取出，濾干，室溫下干燥至少24h，60℃干燥至少12h，即獲得增強的多孔β-TCP陶瓷。
表面修飾后的多孔陶瓷，孔結(jié)構(gòu)顯示于附圖2。多孔β-TCP陶瓷仍擁有連通孔結(jié)構(gòu)，孔徑也沒有明顯改變。通過測定，表面修飾后的多孔β-TCP陶瓷，孔隙率為91.9±1.1％?？箟簭姸仍谛吞枮锳G-1的萬能測試試驗機(Shimadzu，Japan)上進行，經(jīng)2％殼聚糖溶液修飾后的多孔β-TCP陶瓷的強度為484.85±286.5Kpa。
實施例4配制5％(w/v)濃度的明膠溶液，將燒結(jié)后的多孔β-TCP陶瓷放入明膠溶液中，抽真空除氣，直至沒有氣泡浮出，然后將多孔β-TCP陶瓷取出，濾干，-20℃冷凍過夜，然后在-50℃下冷凍干燥直至樣品完全干燥，即獲得增強的多孔β-TCP陶瓷。
通過冷凍干燥方法獲得的多孔陶瓷，孔結(jié)構(gòu)顯示于附圖3。多孔β-TCP陶瓷仍擁有連通孔結(jié)構(gòu)，孔徑也沒有改變?？妆诒砻婵梢姳∧用髂z，由于多孔陶瓷表面附著明膠較少，冷凍干燥法常見的網(wǎng)狀明膠結(jié)構(gòu)不明顯?？箟簭姸仍谛吞枮锳G-1的萬能測試試驗機(Shimadzu，Japan)上進行，經(jīng)5％明膠溶液修飾，冷凍干燥后的多孔β-TCP陶瓷的強度為201.37±17.06Kpa。
實施例5通過有機泡沫浸漬法制備HAP多孔陶瓷，經(jīng)1100℃煅燒后，在型號為AG-1的萬能測試試驗機(Shimadzu，Japan)上進行抗壓強度測試，其抗壓強度為160.958±19.63KPa。配制10％(w/v)濃度的明膠溶液，將多孔HAP陶瓷放入明膠溶液中，抽真空除氣，直至沒有氣泡浮出，然后將多孔HAP陶瓷取出，濾干，室溫下干燥24h，37℃烘箱中干燥至少12h，測其抗壓強度為2.779±0.483MPa。
本發(fā)明的多孔陶瓷材料例如多孔β-磷酸三鈣(β-TCP)陶瓷材料，具有較高孔隙率，孔徑為300～500μm，而且孔內(nèi)連接，適合作為組織工程細胞支架材料(如圖4)。由于本發(fā)明的多孔β-TCP陶瓷材料孔隙率較高，與骨髓基質(zhì)干細胞和脂肪干細胞的相容性較好。在SEM照片(如圖5-6所示)中，可以發(fā)現(xiàn)支架表面及孔隙中都被細胞所覆蓋，而且遍布細胞外基質(zhì)。材料的斷面結(jié)構(gòu)上也顯示出細胞及細胞外基質(zhì)的廣泛分布。由此顯示，骨髓基質(zhì)干細胞和脂肪干細胞能夠在多孔β-TCP陶瓷表面生長良好，而且培養(yǎng)一定時間后，由于多孔陶瓷良好的連通性，細胞也能夠遷移至材料內(nèi)部并分泌出大量的細胞外基質(zhì)，有較好的相容性。對于骨髓基質(zhì)干細胞和脂肪干細胞來講，通過有機泡沫浸漬法制備的多孔β-TCP陶瓷是良好的細胞支架材料，能夠作為組織工程用骨修復(fù)支架材料。
本發(fā)明的主要優(yōu)點在于(1)操作簡單，便于推廣；(2)不改變原有多孔陶瓷的孔結(jié)構(gòu)；(3)有效提高高孔隙率多孔陶瓷材料的強度；(4)操作過程中可加入多種生物活性因子，從而進一步提高作為骨修復(fù)用材料的臨床功效。
在本發(fā)明提及的所有文獻都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻被單獨引用作為參考那樣。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種骨修復(fù)用多孔陶瓷材料，其特征在于，所述多孔陶瓷材料的孔徑為200～500μm，孔隙率大于80％，90％～99％的孔是互相連通的，且抗壓強度為300KPa-3MPa；所述陶瓷材料內(nèi)含有以陶瓷材料重量計0.2％～25％的聚合物，所述聚合物為配成溶液后的粘度在0.1～20Pa·S之間的聚合物。
2.如權(quán)利要求1所述的陶瓷材料，其特征在于，所述陶瓷材料為β-磷酸三鈣陶瓷材料。
3.如權(quán)利要求1所述的陶瓷材料，其特征在于，所述的聚合物包括明膠、膠原蛋白、殼聚糖、透明質(zhì)酸、藻酸鹽、纖維蛋白凝膠、聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物、聚乳酸、聚羥基乙酸或其組合。
4.如權(quán)利要求1至3任意一項所述的陶瓷材料，其特征在于，用包括以下步驟的方法制備(a)將所述陶瓷材料浸入0.5～20％(w/v)的粘度為0.1～20Pa·S的聚合物溶液中，得到表面被聚合物溶液浸潤的陶瓷材料；其中所述聚合物溶液中所含聚合物與陶瓷材料的質(zhì)量比為0.003～0.3；(b)將步驟(a)得到的浸潤陶瓷材料取出，濾干，干燥，即獲得表面修飾的陶瓷材料。
5.一種如權(quán)利要求1所述的陶瓷材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(a)將所述陶瓷材料浸入0.5～20％(w/v)的粘度為0.1～20Pa·S的聚合物溶液中，得到表面被聚合物溶液浸潤的陶瓷材料；其中所述聚合物溶液中所含聚合物與陶瓷材料的質(zhì)量比為0.003～0.3；(b)將步驟(a)得到的浸潤陶瓷材料取出，濾干，干燥，即獲得表面修飾的陶瓷材料。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟(a)所述的聚合物包括明膠、膠原蛋白、殼聚糖、透明質(zhì)酸、藻酸鹽、纖維蛋白凝膠、聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物、聚乳酸或聚羥基乙酸。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟(a)中的聚合物溶液還加入促進成骨生長的生物因子，所述生物因子選自骨形態(tài)發(fā)生蛋白、骨連接素、骨鈣化素、骨胳連接因子或其組合，所述生物因子與聚合物的質(zhì)量比為0.00625～0.1μg/mg。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟(b)得到的陶瓷材料再進行步驟(a)和步驟(b)1～5次，得到表面修飾的陶瓷材料。
9.一種組織工程化移植物，其特征在于，所述的移植物含有權(quán)利要求1所述的多孔陶瓷材料和接種于所述陶瓷材料的干細胞，所述干細胞選白骨髓基質(zhì)干細胞或脂肪干細胞，并且所述干細胞的接種量為2×106-5×107個細胞/cm3多孔陶瓷材料。
10.如權(quán)利要求1所述的多孔陶瓷材料的用途，其特征在于，用作制備骨移植物的支架。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種骨修復(fù)用多孔陶瓷材料一種骨修復(fù)用多孔陶瓷材料，所述多孔陶瓷材料的孔徑為200～ 500μm，孔隙率大于80％，90％～99％的孔是互相連通的，且抗壓強度為300KPa－3MPa；所述陶瓷材料內(nèi)含有以陶瓷材料重量計0.2％～25％的聚合物，所述聚合物為配成溶液后的粘度在0.1～20Pa·S之間的聚合物。本發(fā)明還公開了該多孔陶瓷材料的制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明的多孔陶瓷材料強度高、成骨傳導(dǎo)能力強、制備方法簡單。
文檔編號A61L27/00GK1951866SQ200510030590
公開日2007年4月25日 申請日期2005年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月17日
發(fā)明者曹誼林, 趙莉, 崔磊, 劉偉 申請人:上海國睿生命科技有限公司