CN101417148A - 一种生物活性可降解羟基磷灰石人工骨及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种微胶囊食品防腐剂。本发明属于医用生物材料技术领域，尤其是涉及一种生物活性可降解羟基磷灰石人工骨及其制备方法，以可降解羟基磷灰石为支架材料，并在其上复合了具有强诱骨活性的细胞因子人骨形成蛋白－2成熟肽。该材料是以天然珊瑚为原料，通过水热反应所获得，并通过控制反应程度实现了降解时间的可控，该人工骨体内降解时间为一年，珊瑚羟基磷灰石作为植骨材料具有极好的骨传导活性，再复合了具有强诱骨活性的人骨形成蛋白－2成熟肽，使得该人工骨同时具备了促使新骨再生所需的骨传导和骨诱导活性，能加快骨愈合，并在自体骨形成的过程中被逐步吸收，具有非常显著的骨移植效果，是一种优秀的骨移植替代物。
Description
技术领域：
本发明属于医用生物材料技术领域，尤其是涉及一种生物活性可降解羟基磷灰石人工骨及其制备方法。
背景技术：
骨缺损的病人在骨科患者中占有很高的比例，这类病人无法通过肌体自身恢复机制修复缺损，因此必须进行骨移植治疗。目前，主要应用于临床骨缺损修复的方法有自体骨移植和异体骨移植，但自体骨移植存在材料来源有限、供骨部位的损伤以及塑形困难等问题；异体骨移植也有潜在的疾病传播隐患以及移植排斥反应等严重后果，因此无论自体骨移植还是异体骨移植均无法完全满足需求，而移植材料的严重短缺则成为困扰了骨科医生和患者几十年的难题，临床迫切呼唤一种安全、高效、廉价、来源充足且便于操作和保存的骨移植替代物的出现。
理想的骨移植替代物，需要同时具备骨传导和骨诱导活性。珊瑚和由珊瑚衍生而成的羟基磷灰石材料拥有与人体骨相似的孔隙结构，作为支架材料被广泛用于骨缺损的填充，因其具有良好三维立体结构和生物力学性能，因此表现出优秀的骨传导活性，但新生骨的诱导能力不足，成骨过程缓慢，尤其对于大截段骨缺损和大面积骨缺损无法取得满意的疗效。另外，珊瑚主要成分CaCO3，植入体内很快被降解，不足以维持整个成骨过程，而羟基磷灰石在体内降解速度极慢，影响自身组织的替代；骨形成蛋白-2是肌体内拥有最强诱导骨形成能力的细胞因子之一，骨形成蛋白-2的使用可以加速骨折愈合和新骨形成过程，但骨形成蛋白-2做为小分子蛋白质，缺乏稳定的力学结构，容易扩散，不能够在需要成骨的区域内持续发挥骨诱导作用，因此细胞因子虽然拥有良好的诱骨活性，单独使用却仍无法在骨缺损的修复过程中发挥明显效果。因此，对于组织工程人工骨而言，单一要素的使用已很难满足临床上对骨移植替代物的需求，目前研究和应用已逐步转向了多要素的复合使用，以构建更有效更合理的人工骨。
发明内容：
本发明的目的在于针对现有技术的不足，而提供一种复合人骨形成蛋白-2成熟肽的生物活性可降解羟基磷灰石人工骨及其制备方法。
本发明的目的通过下述方法得以实现：
一种生物活性可降解羟基磷灰石人工骨，该人工骨由以下组成成分组成：支架材料、诱骨活性细胞因子、缓释剂，其中所述的支架材料为可降解羟基磷灰石；所述的诱骨活性细胞因子为重组人骨形成蛋白-2成熟肽，所述的缓释剂包含胶原、纤联蛋白、透明质酸、壳聚糖、几丁质、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或者多种。
所述的诱骨活性因子的浓度为0.5～5mg/cm3。
所述的缓释剂的浓度为0.1～0.5％。
一种生物活性可降解羟基磷灰石人工骨的制备方法，由以下步骤组成：
(1)、热液不完全交换法制备可降解羟基磷灰石的制备
热液不完全交换法制备可降解羟基磷灰石取珊瑚进行切割打磨，制备成所需尺寸、形状，先用超声清洗，后用流水冲洗，清洗干净后，放入烘箱在50℃～100℃下干燥3～4h，然后与(NH4)2HPO4放入高压反应釜，反应12小时，之后用去离子水煮沸4小时，每半小时换去离子水一次，去除无机离子，再用γ射线照射消毒，最后干燥分装西林瓶；
(2)、重组人骨形成蛋白-2成熟肽与缓释剂复合配制
大肠杆菌表达系统生产的重组人骨形成蛋白-2成熟肽纯化复性后定量，配制成终浓度3～5mg/ml溶液，向其中加入0.1％～0.5％缓释剂，低温下低速搅拌至完全溶解，溶液静置至室温后，以0.22μm滤膜将溶液进行过滤，消毒容器收集，成为重组人骨形成蛋白-2成熟肽与缓释剂的均匀溶液；
(3)、复合人骨形成蛋白-2成熟肽与可降解羟基磷灰石复合：
根据可降解羟基磷灰石材料大小按照1～5mg/cm3加入重组人骨形成蛋白-2成熟肽与缓释剂的混合液，低温负压使重组人骨形成蛋白-2成熟肽与缓释剂的混合液充分进入可降解羟基磷灰石孔隙内，-30℃以下抽真空冷冻干燥，密封，-20℃长期保存。
所述的步骤(1)中珊瑚与(NH4)2HPO4的比例为95％～75％：5％～25％。
所述的步骤(1)中反应釜的温度为270℃～280℃，压力为4～9MPa，制得的可降解羟基磷灰石空隙率为35％～45％，孔径为80～200nm。
所述的步骤(2)中低温温度为2℃～6℃，低速搅拌转速为50～150转/min。
所述的步骤(3)中低温温度为1～5℃，负压为-0.01～-0.05MPa。本发明有益效果：本发明所得复合人骨形成蛋白-2成熟肽的生物活性可降解羟基磷灰石人工骨，具有以下突出优点：
1、本发明所得复合人骨形成蛋白-2成熟肽的生物活性可降解羟基磷灰石人工骨，同时具备良好的骨传导活性和骨诱导活性，既拥有羟基磷灰石做为支架材料的良好生物力学特性、与自体骨相似的孔隙结构和很好的组织相容性，又能够充分发挥骨形成蛋白-2的诱导新生骨形成的能力。拥有良好的骨缺损修复能力，是一种理想的骨移植替代物。
2、本发明所得复合人骨形成蛋白-2成熟肽的生物活性可降解羟基磷灰石人工骨，所使用的支架材料为可降解羟基磷灰石，与传统羟基磷灰石材料不同，该材料可在体内逐渐降解，最终被自体骨组织所替代，降解产物可被自身成骨过程所利用，并且降解速度与自身成骨过程能够保持同步。
3、本发明所得复合人骨形成蛋白-2成熟肽的生物活性可降解羟基磷灰石人工骨，其中骨形成蛋白-2成熟肽首先与缓释剂相复合，在植入体内后骨形成蛋白-2成熟肽能够被缓慢释放，从而不易流失能够在新骨形成局部长期作用，促进缺损区域局部新骨快速形成。
4、本发明所得复合人骨形成蛋白-2成熟肽的生物活性可降解羟基磷灰石人工骨，为复合冻干产品，可以在—20℃保存3年以上，4℃保存2年以上，室温保存1.5年以上，普适性广，便于操作和运输。
具体实施方式：
为了更好的理解本发明，现结合具体实施例和实例进行详尽的阐述；
实施例1
一种生物活性可降解羟基磷灰石人工骨，由以下组成成分组成：支架材料、诱骨活性细胞因子、缓释剂，其中所述的支架材料为可降解羟基磷灰石；所述的诱骨活性细胞因子为重组人骨形成蛋白-2成熟肽，复合浓度为2mg/cm3；所述的缓释剂为浓度为0.3％胶原。
一种生物活性可降解羟基磷灰石人工骨的制备方法，由以下步骤组成：
(1)、热液不完全交换法制备可降解羟基磷灰石的制备取珊瑚进行切割打磨，制备成所需尺寸、形状，先超声清洗，后用流水冲洗20分钟，以去除珊瑚表面和内部孔隙中有机成分和珊瑚碎屑，清洗干净后，放入烘箱在60℃下干燥4h，然后取100克处理好的珊瑚与8.1克的(NH4)2HPO4与1L去离子水一起放入2L的高压反应釜，在温度为280℃，压力为7MPa下，反应12小时，取出产品，之后用去离子水煮沸4小时，每半小时换去离子水一次，去除无机离子，再用γ射线照射消毒，最后干燥分装西林瓶；
(2)、重组人骨形成蛋白-2成熟肽与缓释剂复合配制
大肠杆菌表达系统生产的重组人骨形成蛋白-2成熟肽纯化复性后定量为100ml，配制成终浓度4mg/ml溶液，向其中加入0.3％胶原，低温温度为4℃，低速搅拌转速为100转/min搅拌至完全溶解，溶液静置至室温后，以0.22μm滤膜将溶液进行过滤，消毒容器收集，成为重组人骨形成蛋白-2成熟肽与缓释剂的均匀溶液；
(3)、复合人骨形成蛋白-2成熟肽与可降解羟基磷灰石复合：根据可降解羟基磷灰石材料大小按照2mg/cm3加入重组人骨形成蛋白-2成熟肽与缓释剂的混合液，并将其放入无菌真空干燥器中，4℃条件下抽吸10分钟，使人骨形成蛋白-2成熟肽与缓释剂的复合溶液完全被吸入长方体可降解羟基磷灰石中。将该盛有可降解羟基磷灰石和人骨形成蛋白-2成熟肽复合物的西林瓶转移至冻干机内，—35℃真空冷冻干燥，真空加塞，并以铝塑盖密封。产品—20℃保存。
实施例2
一种生物活性可降解羟基磷灰石人工骨，由以下组成成分组成：支架材料、诱骨活性细胞因子、缓释剂其中所述的支架材料为可降解羟基磷灰石；所述的诱骨活性细胞因子为重组人骨形成蛋白-2成熟肽，复合浓度为3mg/cm3；所述的缓释剂为浓度为0.4％透明质酸。
其制备方法与实施例1相同。
本发明的应用实例：
取成年新西兰种大白兔6只，在其颅骨顶端人为制造一个直径1.5厘米的圆形缺损区，实验组植入按照实施例1和3所制得的，打磨成薄片形状的直径约1.5厘米的复合人骨形成蛋白-2成熟肽的生物活性可降解羟基磷灰石人工骨，术后进行缝合，3个月后再次进行手术，观察愈合情况，实验组颅骨缺损愈合良好，对照组缺损区无新骨形成。取下新生骨组织，X射线观察可见：复合人骨形成蛋白-2成熟肽的生物活性可降解羟基磷灰石人工骨修复的颅骨缺损区域内有大量新骨形成，新生骨与周围骨组织融合良好，复合人骨形成蛋白-2成熟肽的生物活性可降解羟基磷灰石人工骨填充区域内，边缘区域的可降解羟基磷灰石支架材料已全部被吸收由新生骨组织所替代，仅中心区域内尚有零星材料残留，康复效果好。
Claims (8)
1、一种生物活性可降解羟基磷灰石人工骨，其特征在于：该人工骨由以下组成成分组成：支架材料、诱骨活性细胞因子、缓释剂，其中所述的支架材料为可降解羟基磷灰石；所述的诱骨活性细胞因子为重组人骨形成蛋白-2成熟肽，所述的缓释剂包含胶原、纤联蛋白、透明质酸、壳聚糖、几丁质、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或者多种。
2、根据权利要求1所述的一种生物活性可降解羟基磷灰石人工骨，其特征在于：所述的诱骨活性因子的浓度为0.5～5mg/cm3。
3、根据权利要求1所述的一种生物活性可降解羟基磷灰石人工骨，其特征在于：所述的缓释剂的浓度为0.1～0.5％。
4、一种生物活性可降解羟基磷灰石人工骨的制备方法，其特征在于：由以下步骤组成：
(1)、热液不完全交换法制备可降解羟基磷灰石的制备
取珊瑚进行切割打磨，制备成所需尺寸、形状，先用超声清洗，后用流水冲洗，清洗干净后，放入烘箱在50℃～100℃下干燥3～4h，然后与(NH4)2HPO4放入高压反应釜，反应12小时，之后用去离子水煮沸4小时，每半小时换去离子水一次，去除无机离子，再用γ射线照射消毒，最后干燥分装西林瓶；
(2)、重组人骨形成蛋白-2成熟肽与缓释剂复合配制
大肠杆菌表达系统生产的重组人骨形成蛋白-2成熟肽纯化复性后定量，配制成终浓度3～5mg/ml溶液，向其中加入0.1％～0.5％缓释剂，低温下低速搅拌至完全溶解，溶液静置至室温后，以0.22μm滤膜将溶液进行过滤，消毒容器收集，成为重组人骨形成蛋白-2成熟肽与缓释剂的均匀溶液；
(3)、复合人骨形成蛋白-2成熟肽与可降解羟基磷灰石复合：
根据可降解羟基磷灰石材料大小按照1～5mg/cm3加入重组人骨形成蛋白-2成熟肽与缓释剂的混合液，低温负压使重组人骨形成蛋白-2成熟肽与缓释剂的混合液充分进入可降解羟基磷灰石孔隙内，-30℃以下抽真空冷冻干燥，密封，-20℃长期保存。
5、根据权利要求4所述的一种生物活性可降解羟基磷灰石人工骨的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中珊瑚与(NH4)2HPO4的比例为95％～75％∶5％～25％。
6、根据权利要求4所述的一种生物活性可降解羟基磷灰石人工骨的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中反应釜的温度为270℃～280℃，压力为4～9MPa，制得的可降解羟基磷灰石空隙率为35％～45％，孔径为80～200nm。
7、根据权利要求4所述的一种生物活性可降解羟基磷灰石人工骨的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中低温温度为2℃～6℃，低速搅拌转速为50～150转/min。
8、根据权利要求4所述的一种生物活性可降解羟基磷灰石人工骨的制备方法，其特征在于：所述的步骤(3)中低温温度为1～5℃，负压为-0.01～-0.05MPa。
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