專利名稱：摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料及其應(yīng)用和制備方法
摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料及其應(yīng)用和制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及骨組織工程領(lǐng)域，尤其涉及一種摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料及其應(yīng) 用和制備方法。
背景技術(shù)：
羥基磷灰石作為成骨材料近年來已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，在臨床方面具有良好的 生物相容性。摻鍶的羥基磷灰石是指在傳統(tǒng)的羥基磷灰石當(dāng)中加入鍶，不僅提高了生物相 容性，有利于細胞的黏附和增殖，而且增強了體內(nèi)和體外骨誘導(dǎo)能力，可以引起新生骨量的 增多。有研究也表明，鍶元素可以增強成骨細胞的活性，抑制破骨細胞的活性。一些物理和 化學(xué)試驗還證明，羥基磷灰石中加入鍶元素后，羥基磷灰石的晶型發(fā)生變化，溶解度提高， 從而解決了傳統(tǒng)羥基磷灰石溶解度低的缺點。 傳統(tǒng)的大多數(shù)摻鍶羥基磷灰石都是用稀酸溶液配比成骨水泥樣狀態(tài)使用，這樣制 備的成骨材料比較致密，沒有規(guī)則的孔徑，不利于間充質(zhì)細胞或成骨細胞與誘導(dǎo)材料表面 的充分接觸，新生骨與成骨材料界面的接觸比表面積也較小，從而降低了骨誘導(dǎo)生成的效率。
發(fā)明內(nèi)容基于此，有必要提供一種骨誘導(dǎo)生成效率較高的成骨材料及其制備方法。一種摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料，該復(fù)合材料為海綿狀的多孔結(jié)構(gòu)，材料中包 括摻鍶羥基磷灰石及膠原。優(yōu)選的，膠原為I型膠原。優(yōu)選的，所述摻鍶羥基磷灰石與所述膠原的重量比例為40 1。優(yōu)選的，上述摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料還包括摻雜在復(fù)合材料中的細胞因子 或化學(xué)藥物中的至少一種物質(zhì)。上述摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料由于鍶元素及膠原的存在，具有可塑性強、骨 誘導(dǎo)生成效率高的特點，可作為誘導(dǎo)成骨材料的廣泛應(yīng)用在骨組織缺損的治療領(lǐng)域。一種摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟首先按緩沖液與 液態(tài)膠原的體積比為14 9的比例向液態(tài)膠原中加入緩沖液對液態(tài)膠原進行稀釋處 理，得到膠原稀釋液；然后以每IOmL膠原稀釋液加入1 4g摻鍶羥基磷灰石的比例向膠原 稀釋液中加入摻鍶羥基磷灰石，混合均勻，并調(diào)節(jié)酸堿度至pH為7. 2 7. 5后形成平衡溶 液；將平衡溶液置于25 40°C，濕度為90 98%的環(huán)境下孵育直至形成膠樣結(jié)構(gòu)體；將膠 樣結(jié)構(gòu)體置于-10 -30°C環(huán)境中冰凍處理6 15h后形成凝膠，再將凝膠抽干水分即得到 海綿狀多孔結(jié)構(gòu)的摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料。優(yōu)選的，還包括向平衡溶液中加入細胞因子或化學(xué)藥物中的至少一種物質(zhì)的步
馬聚ο優(yōu)選的，還包括在形成膠樣結(jié)構(gòu)體后將膠樣結(jié)構(gòu)體轉(zhuǎn)移至與骨缺損形狀對應(yīng)的模具中的步驟，再將含有膠樣結(jié)構(gòu)體的模具進行冰凍處理。優(yōu)選的，還包括將冰凍處理后的膠樣結(jié)構(gòu)體轉(zhuǎn)移至-80°C環(huán)境中處理Ih以進行加 速凝膠形成的步驟。優(yōu)選的，緩沖液為磷酸鹽緩沖液。上述采用膠原和摻鍶羥基磷灰石構(gòu)建的復(fù)合成骨材料，膠原在體內(nèi)降解的同時可 以形成有效孔徑，促使細胞與材料接觸，材料中鍶離子解離于細胞也可以有效誘導(dǎo)成骨，從 而可以有效提高骨誘導(dǎo)生成的效率。此外，由于膠原的存在，材料的可塑性提高，可以填補 不規(guī)則形狀的骨缺損，從而該成骨材料可廣泛應(yīng)用于骨缺損修復(fù)領(lǐng)域。并且，上述制備方法 原理簡單，便于推廣應(yīng)用。
圖la、圖Ib分別為摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料與傳統(tǒng)的羥基磷灰石的掃描電 鏡圖。
圖2為一實施例摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料的柱狀成骨材料樣品示意圖。圖3為摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料的制備流程示意圖。圖4a、圖4b分別為摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料與傳統(tǒng)的羥基磷灰石進行骨修 復(fù)后的微型CT(microCT)圖。
具體實施方式下面主要結(jié)合附圖及具體實施例對摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料及其制備方法 和應(yīng)用作進一步的說明。如圖Ia所示，本實施方式的摻鍶羥基磷灰石(Sr-Hydroxyapatite，Sr-HA)膠原復(fù) 合材料為海綿狀的多孔結(jié)構(gòu)，其中包括重量比例為40 1的摻鍶羥基磷灰石及膠原。圖Ib 為傳統(tǒng)的羥基磷灰石(Hydr0Xyapatite，HA)形成的相對致密的復(fù)合材料掃描電鏡圖。結(jié)合 圖Ia和圖lb，可以看出本實施例的摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料較傳統(tǒng)的羥基磷灰石復(fù) 合材料晶型有明顯的改變，本實施方式的復(fù)合材料中單個晶體的體積明顯增大，晶體比表 面積大，可以有效形成誘導(dǎo)成骨的界面。同時，相對疏松的海綿狀的多孔結(jié)構(gòu)更有利于細胞 或有機成分的通過，促進損傷部位骨組織的修復(fù)。摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料中由于膠原的存在，材料的可塑性提高，可以形成 不同的形狀，如圖2所示的柱狀成骨材料樣品，從而可以用于填補不規(guī)則形狀的骨缺損。此 夕卜，膠原在體內(nèi)可以降解，從而形成更多的孔徑，促使細胞與復(fù)合材料的有效接觸，復(fù)合材 料中的鍶離子解離作用于細胞液中可以有效誘導(dǎo)成骨，從而實現(xiàn)修復(fù)骨缺損和體內(nèi)誘導(dǎo)成 骨的目的?？紤]到不同類型的膠原物理性質(zhì)，優(yōu)選的，采用I型膠原同摻鍶羥基磷灰石形成 復(fù)合材料。I型膠原在4°C以下為液態(tài)，室溫下為凝膠狀，因此可以利用I型膠原同摻鍶羥 基磷灰石在室溫下形成膠樣結(jié)構(gòu)體，再對膠樣結(jié)構(gòu)體進行成型及抽干處理即得到所需的成 骨材料樣品。如圖3所示，本實施方式的摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料的制備方法包括如下步 驟
首先，按緩沖液與液態(tài)膠原的體積比為1 4 9的比例向液態(tài)膠原中加入緩沖 液對液態(tài)膠原進行稀釋處理，得到膠原稀釋液。優(yōu)選的，使用磷酸鹽緩沖液進行稀釋處理。 然后，以每IOmL膠原稀釋液加入1 4g摻鍶羥基磷灰石的比例向膠原稀釋液中 加入摻鍶羥基磷灰石，混合均勻，并調(diào)節(jié)酸堿度至pH為7. 2 7. 5后形成平衡溶液。再將平衡溶液置于25 40°C，濕度為90 98%的環(huán)境下孵育直至形成膠樣結(jié)構(gòu) 體。最后，將膠樣結(jié)構(gòu)體置于-10 _30°C環(huán)境中冰凍處理6 15h后形成凝膠，再將 凝膠抽干水分即得到海綿狀多孔結(jié)構(gòu)的摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料。優(yōu)選的，為進一步提高骨誘導(dǎo)生成效率，可以向上述摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材 料中加入細胞因子及化學(xué)藥物等其中的一種或兩種物質(zhì)。針對不同形狀的骨缺損，可以預(yù) 先制成相應(yīng)形狀的模具，再將上述形成的膠樣結(jié)構(gòu)體轉(zhuǎn)移至該模具中，以形成與缺損處形 狀相對應(yīng)的成骨材料。此外，為進一步加速復(fù)合材料的凝膠化進程，在對膠樣結(jié)構(gòu)體進行冰 凍處理后，再將其轉(zhuǎn)移到-80°C冰箱中處理約lh。以下為摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料的制備及具體應(yīng)用實施例部分。
實施例1摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料的制備首先采用ImL磷酸鹽緩沖液稀釋9mL液態(tài)下的I型膠原得到膠原稀釋液。然后， 向上述膠原稀釋液中加入Ig摻鍶羥基磷灰石粉末混勻，再滴加氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)酸堿度 至pH為7. 2 7. 5后形成平衡溶液。將上述平衡溶液于25°C，濕度為98%下孵育直到形 成膠樣結(jié)構(gòu)體，將該膠樣結(jié)構(gòu)體轉(zhuǎn)移到一定形狀的模具中并放置于-20°C冰箱中冰凍8小 時，然后轉(zhuǎn)移到-80°C冰箱1小時，以加速復(fù)合材料凝膠的形成過程。最后用冰凍抽干機抽 干，從而形成多孔樣結(jié)構(gòu)的摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料。實施例2摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料的制備首先采用ImL磷酸鹽緩沖液稀釋9mL液態(tài)下的I型膠原得到膠原稀釋液。然后， 向上述膠原稀釋液中加入2g摻鍶羥基磷灰石粉末混勻，再滴加氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)酸堿度 至pH為7. 2 7. 5后形成平衡溶液。將上述平衡溶液于37°C，濕度為95%下孵育直到形 成膠樣結(jié)構(gòu)體，將該膠樣結(jié)構(gòu)體轉(zhuǎn)移到一定形狀的模具中并放置于-20°C冰箱中冰凍12小 時，然后轉(zhuǎn)移到-80°C冰箱1小時，以加速復(fù)合材料凝膠的形成過程。最后用冰凍抽干機抽 干，從而形成多孔樣結(jié)構(gòu)的摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料。實施例3摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料的制備首先采用2mL磷酸鹽緩沖液稀釋SmL液態(tài)下的I型膠原得到膠原稀釋液。然后， 向上述膠原稀釋液中加入4g摻鍶羥基磷灰石粉末混勻，再滴加氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)酸堿度 至pH為7. 2 7. 5后形成平衡溶液。將上述平衡溶液于30°C，濕度為90%下孵育直到形 成膠樣結(jié)構(gòu)體，將該膠樣結(jié)構(gòu)體轉(zhuǎn)移到一定形狀的模具中并放置于-30°C冰箱中冰凍15小 時，然后轉(zhuǎn)移到-80°C冰箱1小時，以加速復(fù)合材料凝膠的形成過程。最后用冰凍抽干機抽 干，從而形成多孔樣結(jié)構(gòu)的摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料。實施例4大鼠顱骨缺損修復(fù)試驗為評估摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料的體內(nèi)成骨促進作用，本實施例采用了大鼠 顱骨缺損模型。骨缺損形成后分別移植對照組普通羥基磷灰石+膠原；
實驗組摻鍶的羥基磷灰石+膠原。通過Micro-CT觀察顱骨缺損修復(fù)情況，并取骨缺損周圍組織進行 HE(hematoxylin-eosin staining)、Masson染色(用于顯示組織中纖維的染色方法之一)， 檢測新生膠原和新生骨在兩組動物之間的差異，從而評價摻鍶羥基磷灰石復(fù)合I型膠原的 誘導(dǎo)成骨效率。如圖4a及圖4b中箭頭所示區(qū)域，實驗結(jié)果顯示摻鍶的復(fù)合材料修復(fù)效果最好， 同對照組(圖4b)比較，microCT顯示實驗組(圖4a)骨密度明顯增強，新骨形成量明顯增 多。上述實驗結(jié)果表明摻鍶羥基磷灰石與I型膠原混勻制備成一種海綿狀填充材料可以完 全修復(fù)大鼠顱骨缺損，即摻鍶羥基磷灰石與I型膠原混勻制備的海綿狀填充材料是一種良 好的骨缺損修補生物材料。
以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并 不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保 護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料，其特征在于，所述復(fù)合材料為海綿狀的多孔結(jié)構(gòu)，包括摻鍶羥基磷灰石及膠原。
2.如權(quán)利要求1所述的摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料，其特征在于，所述膠原為I型膠原。
3.如權(quán)利要求1或2所述的摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料，其特征在于，所述摻鍶羥基 磷灰石與所述膠原的重量比例為40 1。
4.如權(quán)利要求1所述的摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料，其特征在于，還包括摻雜在所 述復(fù)合材料中的細胞因子或化學(xué)藥物中的至少一種物質(zhì)。
5.權(quán)利要求1 4中任意一項所述的摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料作為誘導(dǎo)成骨材料 的應(yīng)用。
6.一種摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟首先按緩沖液與液態(tài)膠原的體積比為14 9的比例向所述液態(tài)膠原中加入緩沖液 對所述液態(tài)膠原進行稀釋處理，得到膠原稀釋液；然后以每IOmL膠原稀釋液加入1 4g摻鍶羥基磷灰石的比例向所述膠原稀釋液中加 入摻鍶羥基磷灰石，混合均勻，并調(diào)節(jié)酸堿度至pH為7. 2 7. 5后形成平衡溶液；將所述平衡溶液置于25 40°C、濕度為90 98%的環(huán)境下孵育直至形成膠樣結(jié)構(gòu)體；將所述膠樣結(jié)構(gòu)體置于-10 -30°C環(huán)境中冰凍處理6 15h后形成凝膠，再將所述凝 膠抽干水分即得到海綿狀多孔結(jié)構(gòu)的摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料。
7.如權(quán)利要求6所述的摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，還包 括向所述平衡溶液中加入細胞因子或化學(xué)藥物中的至少一種物質(zhì)的步驟。
8.如權(quán)利要求6或7所述的摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，還 包括在形成膠樣結(jié)構(gòu)體后將所述膠樣結(jié)構(gòu)體轉(zhuǎn)移至與骨缺損形狀對應(yīng)的模具中的步驟，再 將含有膠樣結(jié)構(gòu)體的模具進行冰凍處理。
9.如權(quán)利要求8所述的摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，還包 括將所述冰凍處理后的膠樣結(jié)構(gòu)體轉(zhuǎn)移至-80°C環(huán)境中處理Ih以進行加速凝膠形成的步 馬聚ο
10.如權(quán)利要求6所述的摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述 緩沖液為磷酸鹽緩沖液。
11.如權(quán)利要求6所述的摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述 膠原為I型膠原。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料，該復(fù)合材料利用摻鍶羥基磷灰石同膠原形成海綿狀的誘導(dǎo)成骨材料，具有可塑性強、誘導(dǎo)成骨效率高的特點，可廣泛應(yīng)用在骨組織缺損修復(fù)領(lǐng)域。此外，本發(fā)明還涉及一種摻鍶羥基磷灰石膠原復(fù)合材料的制備方法。
文檔編號A61L27/56GK101966348SQ20101029073
公開日2011年2月9日 申請日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者屠潔, 楊大志, 楊帆, 王立平 申請人:中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院