CN101332134B - I型胶原人工肌腱、韧带的制备及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种带有缝合线的具有纵向特定大小孔隙的柱状人工韧带/肌腱以及孔隙致密的片状薄膜用于连接与包裹损伤缝合部位的医用胶原蛋白材料及其制备方法和应用，具有结构稳定、生物相容性好、可降解吸收，再生组织以及减少/防止组织粘连的特点。
Description
技术领域
本发明涉及医学，医学生物材料学，以及医学组织工程学等技术领域，具体涉及到一种在肌腱、韧带损伤缺损后替代的人工肌腱、韧带内置物，使其再生正常的肌腱/韧带组织，同时提供一种防止术后组织粘连的人工肌腱，韧带复合物的制备及应用。
背景技术
二十世纪末随着整体医学的高速发展，细胞生物学，分子生物学，遗传基因学以及组织工程学也随之不断的进步与发展。具有良好性能的生物材料也同时被迅速的发现与利用。近年来组织工程学在医学临床中的快速掘起就证明了这一点。使用I型胶原蛋白做为组织修复再生支架的组织工程产品获得了显著的发展与应用。如中国专利号为021212779，名称为医用胶原蛋白材料及其制造工艺的专利就公开了一种高纯度的医用胶原蛋白材料，该文献在此全文引用作为参考。以牛肌腱组织为基料，经除杂，清洗，酸，碱，酶处理，硫酸软骨素交联、冷冻干燥及环氧乙烷灭菌等工序制成的具有特定大小孔隙的片状的医用胶原蛋白材料，其具有结构稳定、生物相容性好、可吸收的特点。做为细胞外间质是一种很好的材料。目前，已在临床上用于硬脑膜、硬脊膜的再生修复和防止粘连。
肌腱、韧带的损伤及缺损是骨科临床上非常常见的一种疾病。任何的工伤，交通事故，运动创伤，以及肢体的畸形，肌腱，韧带的肿瘤等都可以原发或继发的造成肌腱、韧带的急、慢性损伤和缺损。由于肌腱、韧带的特殊组织结构和功能，在通常的情况下，多数损伤的肌腱、韧带组织很自行愈合，修复与再生，不能形成自身相同的组织。因手部和膝关节的外伤所造成的手部屈指肌腱和膝关节前十字韧带的损伤更是十分的常见，而且治疗更加困难，预后不佳造成手部活动障碍以及诱发膝关节的骨性关节炎的形成。手部外伤在我国手外科手术之中占有很大的比例，术后的肌腱修复通常是以瘢痕形势愈合并伴之粘连更是造成手部功能恢复欠佳的主要原因，通常需要进行二次手术松解。随着国民身体素质的不断提高，运动性创伤越发常见，膝关节的前十字韧带的损伤更是居此类创伤中的首位，由于其特殊的解剖部位和功能，通常损伤后不能自行修复愈合，从而造成关节的不稳定，继而造成关节软骨的损伤，造成关节软骨的早期退行性变，形成 骨性关节炎，对年轻人未来的生活质量造成极大的影响。
目前，临床应用激素，某些生物制剂以及某些手术治疗方法其效果均不明显，不能有效的使肌腱、韧带再生修复，也不可能防止粘连的形成。
发明内容
本发明的一个方面提供了一种人工肌腱或韧带，其特征在于其为具有单一纵向孔隙的柱状胶原蛋白体，并且其中含有固定缝合线。
本发明的另一个方面提供了上述人工肌腱或韧带的制备方法和应用。
本发明的另一个方面，上述人工肌腱或韧带的孔隙大小为80-200微米。
本发明的另一个方面，上述人工肌腱或韧带由I型胶原蛋白和硫酸软骨素复合制备得到。
本发明的另一个方面，上述人工肌腱或韧带由下述方法制备得到：将浓度为0.5％-5％的，纯度为96％以上的I型胶原蛋白加以硫酸软骨素混合制成复合悬浊液。将复合悬浊液置于预先固定了可吸收缝合线的模具内，模具内径为1-10毫米，缝线的长度为5-50厘米，经1-2毫米/分的速度垂直冷冻于-60到-110摄氏度的冷冻容器内，制成直径1-10毫米，具有单一纵向排列孔隙为80-200微米的柱状胶原物，其后将所述柱状胶原取出，再经17-23小时的二次常规冷冻干燥程序，制成直径1-10毫米，长1-15厘米，保持80-200微米单一纵向孔隙的有固定缝合线的柱状胶原人工肌腱或韧带。
所述缝线规格为1-0、2-0、3-0、4-0，、5-0或6-0，其中1-0到6-0数字代表缝线的粗细和拉力强度大小，为国际公知的单位。1-0最粗拉力最大，依次递减。
在制备过程中，经不同的速度和不同的低温条件相匹配就可以达到80-200μm大小的纵向排列的孔隙。优选孔隙大小为95-165μm，更优选110-150μm，最佳优选值为125μm。
上述I型胶原蛋白的浓度优选为0.5％，1.5％，2％，2.5％，3％，4％和5％。上述硫酸软骨素浓度优选0.27％-20％。
另外，非特定说明外，本发明所述所有百分值单位均为质量/容积。
任选地，本发明所述人工肌腱或韧带还包括片状胶原膜。该片状胶原膜用于包裹缝合后的人工肌腱和/韧带或单纯的包裹直接缝合后的肌腱和/韧带，以减少和防止术后组织的粘连。其制备方法为：将浓度为0.5％-5％的，纯度为98％以上的I型胶原蛋白和硫酸软素经17-23小数的常规的冷冻干燥方法制成厚度为0.5-3毫米，具有40-180μm无规则孔隙的胶原生物膜。
上述I型胶原蛋白的浓度优选为0.5％，1.5％，2％，2.5％，3％，4％和5％。上述硫酸软骨素浓度优选0.27％-20％。
本发明的另一个方面，上述人工肌腱或韧带在制备用于肌腱或韧带的再生修复和/或减少或防止术后组织粘连的材料中的应用。
本发明的另一个方面，上述片状胶原膜在制备用于包裹缝合后的人工肌腱和/韧带或单纯的包裹直接缝合后的肌腱和/韧带，以减少和防止术后组织粘连的材料中的应用。
本发明的另一个方面，提供一种带有缝合线的且具有单一纵向孔隙的柱状胶原蛋白体(人工韧带或肌腱)，用于肌腱或韧带的再生修复；以及用于包裹缝合后的肌腱或肌腱的片状胶原膜，这两种医用胶原蛋白材料具有结构稳定、生物相容性好、可降解吸收、帮助肌腱，韧带的修复再生以及减少/防止术后组织粘连的特点。
本发明所述人工韧带或肌腱以及片状胶原膜可在一定时间内(6-9个月)降解，并被机体内的组织所吸收替代。
附图说明
图1：应用I型胶原制作的人工韧带，肌腱复合假体的侧视图。
图2：应用I型胶原制作的人工韧带，肌腱复合假体的俯视图。
图3：缺损的肌腱韧带处植入由I型胶原制作的人工复合假体缝合后，将具有单一纵向孔隙的带有固定缝合线的柱状胶原予以手术固定和缝合。
图4：缺损的肌腱韧带处植入由I型胶原制作的人工复合假体缝合后，在柱状胶原复合物内充满血液或者骨髓血或者经注射生长因子等物质后，再在其外包裹另一个薄的胶原膜。
具体实施方式
实施例1：制备人工肌腱或韧带
应用98％纯度的I型胶原蛋白制成0.5％浓度的胶原蛋白悬浊液，在含有1-0缝线的器皿内置于-60摄氏度的低温状态下制成1.0毫米直径，10毫米长的柱状胶原体，孔隙为80μm的带有固定缝线的I型胶原人工韧带或肌腱。
实施例2：制备人工肌腱或韧带
应用98％纯度的I型胶原蛋白制成0.5％浓度的胶原蛋白悬浊液，在含有6-0缝线的器皿置于-100摄氏度的低温状态下制成内制成10毫米直径，150毫米长的柱状胶原体，孔隙为200μm的带有固定缝线的I型胶原人工韧带或肌腱。
实施例3：制备人工肌腱或韧带
应用98％纯度的I型胶原蛋白制成0.5％浓度的胶原蛋白悬浊液，在含有3-0缝线的器皿置于-80摄氏度的低温状态下制成内制成5毫米直径，125毫米长的柱状胶原体，孔隙为125μm的带有固定缝线的I型胶原人工韧带或肌腱。
实施例4：制备片状胶原膜
将浓度为0.5％，纯度为98％的I型胶原蛋白和硫酸软素经17小数的常规的冷冻干燥方法制成片状胶原膜。
实施例5：制备片状胶原膜
将浓度为5％的，纯度为98％的I型胶原蛋白和硫酸软素经23小数的常规的冷冻干燥方法制成片状胶原膜。
实施例6：制备片状胶原膜
将浓度为3％的，纯度为98％的I型胶原蛋白和硫酸软素经23小数的常规的冷冻干燥方法制成片状胶原膜。
实验方法和结果：取5～10毫升自体的骨髓血/或周边血，用手术方法将人工肌腱或韧带的缝线紧密固定缝合于具有新鲜创面的两残端上(必须使旧创面变成新创面)，紧密接触，在人工肌腱/韧带固定后，将采集的骨髓血液缓慢滴注在人工肌腱或韧带内；再在被植入的人工肌腱或韧带的外面再完全充分覆盖一层三维孔隙结构的片状胶原膜。
肌腱，韧带，半月板，椎间盘，关节软骨，在正常功能时，其内和表面具有某种特殊润滑的基因蛋白-表面区域蛋白(SZP)/润滑蛋白(PRG4)，可以使组织间处于正常的润滑摩擦，减少损伤，可是在其组织受损瘢痕形成时，表面区域蛋白/润滑蛋白的分泌量将随之减少同时在损伤部位表面上的分布因损伤而增加，引起组织间的不易愈合。同时上述组织因其具有的特殊组织结构和特殊的营养供给方式，其生存在血液供给差的内环境中，损伤后的关节内和指腱鞘内的滑膜/滑液均受到不同程度的影响，使其组织在受损后正常愈合和再生都受到很大影响。
柱状胶原假体和外层的包裹生物膜及其内的骨髓干细胞、凝血纤维可促进组织断端的新鲜创面的紧密接触，使受损肌腱或韧带组织可借助胶原的纵向孔隙向其内分化生长，延伸。同时保障肌腱或韧带生长的内环境相对的稳定，减少蛋白生长因子的丢失。同时干细胞，凝血纤维元可以协同支持受损组织内的腱细胞的生长与转化，从而促进损伤组织内新生的肌腱组织的再生。网状结构的支架同时可以干扰非肌腱或韧带在组织内的形 成增生，减少了内部瘢痕组织的形成。同时膜状胶原假体又隔绝了受损组织与外周组织的直接接触减少外周组织斑痕的形成，从而形成新的肌腱或韧带组织。
实施例7：有关人工韧带，肌腱复合物的动物实验
细胞胶原膜的一期动物实验-胶原膜的单一应用的动物实验：30只雌性北京蓝羽鸡分4组进行为期15周的手术生存试验。在切断右中段趾屈肌腱后，端对端地吻合后将胶原膜充分的包裹在受损肌腱或韧带修复部位表面，缝合伤口，石膏固定。
四组动物实验组中包含内植物/活动组；内植物不/活动组，未置内植物/活动组(对照组)和内植物/自体滑膜移植/活动组。活动组中将鸡的手术趾在术后进行定期的被动功能活动2周。
术后除2只因饲养原因死亡外，其余28支健康生存，所有成活的动物伤口感染率为零。100％无免疫排斥反应。在解除石膏固定后95％的动物行走步态正常，无跛行。其中单纯行胶原膜内置包裹的实验组中，右爪在不受力的情况下，85％的动物的中趾曲屈和背伸的活动范围和健侧对比，其活动恢复达到正常范围。
在15周后处死动物，将肌腱组织取出，经固定，切片染色进行组织学分析。在HE，三珞胶原纤维以及免疫组织生化染色中85％-90％的组织切片中显示在受损肌腱或韧带的接触断端部位可见20％-80％数量不等的正常肌腱或韧带组织通过了断端连接面形成新的肌腱或者韧带束。在单纯行胶原膜内置包裹/活动的实验组中，免疫组织生化染色显示40％的新生的肌腱或者韧带的表面和束间可见少量的表面区域蛋白，其证明了肌腱的修复再生和肌腱束间的润滑功能的恢复。
本发明提供一种高纯度的I型胶原蛋白和硫酸软骨素复合成分的人工肌腱或韧带，可以促进肌腱或韧带的细胞在提供的胶原组织上分化生长，转移，干扰非肌腱或韧带组织的增生，减少斑痕的形成，提供良好的肌腱或韧带再生环境，再生修复受损的肌腱或韧带组织，有效的治疗了因外伤和肿瘤造成的肌腱或韧带损伤，使病人的功能得到改善与恢复。
Claims (14)
1.一种人工肌腱或韧带，其特征在于所述人工肌腱或韧带为具有单一纵向孔隙的柱状胶原蛋白体，并且柱状胶原蛋白体中配有固定缝合线。
2.如权利要求1所述的人工肌腱或韧带，其中所述人工肌腱或韧带的孔隙大小为80-200微米。
3.如权利要求1或2所述的人工肌腱或韧带，其中所述人工肌腱或韧带由I型胶原蛋白和硫酸软骨素复合制备得到。
4.如权利要求1-2任一项所述的人工肌腱或韧带，所述人工肌腱或韧带由下述方法制备得到：将浓度为0.5％-5％的，纯度为96％以上的I型胶原蛋白加以硫酸软骨素混合制成复合悬浊液；将复合悬浊液置于预先固定了可吸收缝合线的模具内，模具内径为1-10毫米，缝合线的总长度为5-50厘米，经1-2毫米/分的速度垂直冷冻于-60到-110摄氏度的冷冻容器内，制成直径1-10毫米，具有单一纵向排列孔隙为80-200微米的柱状胶原蛋白体，其后将所述柱状胶原蛋白体取出，再经17-23小时的二次常规冷冻干燥程序，制成直径1-10毫米，长1-15厘米，保持80-200微米单一纵向孔隙的配有固定缝合线的柱状胶原人工肌腱或韧带。
5.如权利要求3所述的人工肌腱或韧带，所述人工肌腱或韧带由下述方法制备得到：将浓度为0.5％-5％的，纯度为96％以上的I型胶原蛋白加以硫酸软骨素混合制成复合悬浊液；将复合悬浊液置于预先固定了可吸收缝合线的模具内，模具内径为1-10毫米，缝合线的总长度为5-50厘米，经1-2毫米/分的速度垂直冷冻于-60到-110摄氏度的冷冻容器内，制成直径1-10毫米，具有单一纵向排列孔隙为80-200微米的柱状胶原蛋白体，其后将所述柱状胶原蛋白体取出，再经17-23小时的二次常规冷冻干燥程序，制成直径1-10毫米，长1-15厘米，保持80-200微米单一纵向孔隙的配有固定缝合线的柱状胶原人工肌腱或韧带。
6.如权利要求1-2，5任一项所述的人工肌腱或韧带，其中所述缝合线规格为1-0、2-0、3-0、4-0、5-0或6-0。
7.如权利要求3所述的人工肌腱或韧带，其中所述缝合线规格为1-0、2-0、3-0、4-0、5-0或6-0。
8.如权利要求4所述的人工肌腱或韧带，其中所述缝合线规格为1-0、2-0、3-0、4-0、5-0或6-0。
9.如权利要求1-2，5，7-8任一项所述的人工肌腱或韧带，其中I型胶原蛋白的浓度为0.5％，1.5％，2％，2.5％，3％，4％或5％，硫酸软骨素浓度为0.27-20％。
10.如权利要求3所述的人工肌腱或韧带，其中I型胶原蛋白的浓度为0.5％，1.5％，2％，2.5％，3％，4％或5％，硫酸软骨素浓度为0.27-20％。
11.如权利要求4所述的人工肌腱或韧带，其中I型胶原蛋白的浓度为0.5％，1.5％，2％，2.5％，3％，4％或5％，硫酸软骨素浓度为0.27-20％。
12.如权利要求6所述的人工肌腱或韧带，其中I型胶原蛋白的浓度为0.5％，1.5％，2％，2.5％，3％，4％或5％，硫酸软骨素浓度为0.27-20％。
13.一种制备如权利要求1-12任一项所述人工肌腱或韧带的方法，其特征在于：将浓度为0.5％-5％的，纯度为98％以上的I型胶原蛋白加以硫酸软骨素混合制成复合悬浊液；将复合悬浊液置于预先固定了可吸收缝合线的模具内，模具内径为1-10毫米，缝合线的总长度为5-50厘米，经1-2毫米/分的速度垂直冷冻于-60到-110摄氏度的冷冻容器内，制成直径1-10毫米，具有单一纵向排列孔隙为80-200微米的柱状胶原蛋白体，其后将所述柱状胶原蛋白体，再经17-23小时的二次常规冷冻干燥程序，制成直径1-10毫米，长1-15厘米，保持80-200微米单一纵向孔隙的配有固定缝合线的柱状胶原人工肌腱或韧带。
14.如权利要求1-12任一项所述的人工肌腱或韧带在制备用于肌腱或韧带的再生修复和/或减少或防止组织粘连的材料中的应用。
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