CN104707182B - 椎间植入物 - Google Patents

Abstract

一种椎间植入物，特别是指一种利用多孔氢氧基磷灰石为支架模型填入金属粉体后经烧结成形，组成局部可降解的氢氧基磷灰石/金属块材的椎间植入物，随植入人体时间氢氧基磷灰石结构逐步进行降解，并引导骨组织攀附于多孔金属内部，形成稳固上部与下部骨头融合效果。

Description

椎间植入物

技术领域

本发明涉及一种医疗植入体技术领域，具体而言是指一种局部可降解且呈多孔型态的椎间植入物，藉以组成局部可降解的氢氧基磷灰石及金属混合块材，从而引导骨再生且形成稳固上、下部骨头融合的效果。

背景技术

按，腰椎椎间融合术，意指从两节脊椎中取出椎间盘，然后把二者融合起来。这个步骤又名为「脊柱融合术」。通常用于治疗由脊椎退化、椎间盘突出等脊柱病而引致的持续背痛、坐骨神经痛或双腿酸软无力等病患。脊柱融合也是矫正脊柱畸形(如脊柱侧弯、脊椎滑脱或脊柱创伤等)手术的其中重要环节。

如果修复骨组织的种植体(或用以修复骨组织之植入物)在提供支撑功能的同时是生物可吸收的，在实际应用上会有极大的好处。现有的脊柱融合装置是由一个金属骨架和置于其内的生物可吸收材料组成的，例如美国专利号5,645,598所示的装置。惟，该些用以修复骨组织之种植体系置于两节脊椎骨之间，却碍于该种植体本身硬度不足及相对体积小于该脊椎骨，致使该种植体产生下沉现象，反而相互磨损甚至破坏了脊椎骨与脊椎骨之间的骨组织，特别是对脊椎骨的末端平面更是带来严重伤害。

另，目前用于组织工程学技术的支架(大部分由可生物降解的聚合物制成)具有多孔的结构可以允许细胞培养过程中活体细胞(通常取自治疗中的患者)渗入结构内。经过一段时间的细胞培养，此种有细胞的支架被植入去除免疫系统的动物(例如大鼠)或患者本人体内(为便于后续操作通常是在皮下)。在此期间(数周到数月)细胞吸收动物或患者体内提供的营养成分而迅速繁殖，同时支架本身逐渐溶解吸收。之后，就从动物或患者的皮下取出种植体(一个真正的骨组织)，重新植入需要治疗的(受伤或患病)部位。例如US6,139,578；US6,200,606；US5,306,303和US6,132,463等案所描述者。

但，如果用于组织工程技术的支架可被生物吸收、有充足的孔隙同时又可以提供支持，那么这样的材料就有很大的优越性。其中如中国专利CN 119346A：一种含有成孔剂的多孔磷酸钙骨水泥，其特征在于是由常规的磷酸钙骨水泥和成孔剂所组成，所说的成孔剂为微溶性盐、酸式盐和碱式盐或表面活性剂中的一种或一种以上。但其为无固定型态骨水泥，其机械强度差，无法单独使用作为骨融合物。

又如中国专利CN 101099873A：一种多孔镁/羟基磷灰石的生产工艺方法，其特征是将羟基磷灰石粉和镁粉按比例混合，冷压成型，然后进行烧结，镁在高温下发生汽化、被蒸发，使羟基磷灰石形成多孔状。惟镁高温移除后，仅剩多孔氢氧基磷灰石本体，一样存在有机械强度差的问题。

另如中国专利CN 101797400A：一种含有HA奈米粉多孔可降解镁合金骨支架材料，其特征在于，所述的多孔可降解镁合金骨支架材料由加入微量细化Zn晶粒的镁粉、HA奈米粉，以及造孔剂组成，期中，镁锌合金粉微50～80％，HA奈米粉为10～20％，造孔剂组成，其中，镁锌合金粉微50～80％，HA奈米粉为10～20％，造孔剂为10～30％。惟镁高温移除后，仅剩多孔氢氧基磷灰石本体，一样存在有机械强度差的问题。

再者，常规高温(通常>1000℃)烧结的孔状羟基磷灰石(HA)材料不具备足够的微米/纳米级的孔隙并且难以被生物体吸收。另一方面，常规用于骨架的可生物降解聚合物又有强度相对较低和溶解速率太高的缺点。换言之在考虑轻量化、增加生物性结合的前题下，有必要发展能促进骨引导之连通多孔金属医材。

本案发明人鉴于上述公知促进骨引导的连通多孔金属医材所衍生的各项缺点，乃亟思加以改良创新，终于成功研发完成本件一种椎间植入物。

发明内容

本发明之目的即在于提供一种椎间植入物，藉以能组成局部可降解的氢氧基磷灰石/金属块材的椎间植入物，随植入人体时间氢氧基磷灰石结构逐步进行降解，并引导骨组织攀附于多孔金属内部，形成稳固上部与下部骨头融合效果。

本发明之次一目的在于提供一种椎间植入物，为使用陶瓷材料或金属材料的可降解高分子材料或复合物，按照仿生原理设计制造具有优异性能和结构的材料，并具有调节材料的降解速率。

本发明之另一目的在于提供一种具备细胞的生物学行为和培养效率的支架材料，当椎间植入物移植后能与人体腔洞具有很好的适应、结合和修复的椎间植入物。

本发明之又一目的在于提供一种具有良好的生物兼容性的椎间植入物，该椎间植入物在体外培养时具备无细胞毒性，植入人体内时不会引起人体骨的排斥反应的优点。

本发明之再一目的在于提供一种椎间植入物，该椎间植入物具有三维立体结构，且具有高度多孔状结构，该椎间植入物具有很大的内表面积，以有利于细胞的植入、粘附，又有利于细胞营养成份的渗入和代谢产物的排出。

本发明之他一目的在于提供一种椎间植入物，该椎间植入物具有良好的表面活性，能促进细胞的粘附并为细胞在其表面的增殖提供良好的微环境。

可达成上述发明目的之一种椎间植入物，为利用多孔氢氧基磷灰石为支架模型填入金属粉体后经烧结成形，组成局部可降解之氢氧基磷灰石/金属块材的椎间植入物，其制备方法，包括如下步骤：

步骤a、混合：将可于人体内产生降解作用的可降解生物材与胶黏剂液体进行搅拌，而形成一种微黏稠液体；

步骤b、沾覆：以多孔性的高分子支架沾覆上述微黏稠液体，使得该高分子支架表面及/或其腔洞状的空间内披覆有该微黏稠液体；

步骤c、烘干定型：且在完成沾覆后进行烘干，使微黏稠液体紧密的披覆于高分子支架与腔洞状空间上，并依高分子支架与腔洞状空间原始多孔排列不同，紧密披覆于表层而呈现相同的多孔排列；

步骤d、烧结移除：以大气炉体进行高温烧结，而将高分子支架与胶黏剂移除，以获得多孔排列的一可降解生物材支架；以及

步骤e、填充绕结：利用该可降解生物材支架为支架模型填入金属粉体，并进行真空高温烧结，以获得由可降解生物材与金属粉体相互嵌合的一椎间植入物。

藉此，透过上述技术手段的具体实现，使得本发明可透过氢氧基磷灰石生物材料具有良好生物兼容性、骨传导性和生物降解性，氢氧基磷灰石/金属块材的椎间植入物内后可逐渐发生溶解和生物降解，一定时间后非生命的氢氧基磷灰石椎间植入物逐渐溶解消失，被有生命的新生骨组织所取代，亦使用氢氧基磷灰石/金属块材的椎间植入物植入人体腔洞，在氢氧基磷灰石/金属块材的椎间植入物植入人体腔洞内后逐渐引导骨组织长入腔洞状空间，同时阻止软组织的长入，从而实现氢氧基磷灰石/金属块材的椎间植入物在人体骨内牢固的机械结合，且能有效增加产品的附加价值，并提升其经济效益。

附图说明

图1为本发明一种椎间植入物的简要流程示意图；

图2为该一种椎间植入物的步骤制成示意图；

图3～图6为细胞平摊于多孔金属结构表面显示皆为正常状态细胞行为之作用图。

具体实施方式

请参阅图1，本发明所提供的一种椎间植入物，其是由金属粉体与可降解生物材共同构成；其中，该可降解生物材经烧结而具有复数连通孔，该金属粉体则填充于该复数连通孔内，并经烧结而与该可降解生物材相互嵌合。藉此，该椎间植入物所含有的可降解生物材遂可通过体液溶解和细胞介导的生物降解，一部分参与骨组织植入局部或远程的骨组织重建，另一部分逐渐被代谢系统排出体外，最终使缺损部位完全被新生的骨组织替代，而该金属支架同时起到永久支架作用，即骨组织工程支架材料。基于此，该可降解生物材亦可选择由可吸收生物材所取代，以据相同原则达成如前所述之功效。

续参图1及2，该椎间植入物由下列步骤制成，包含：步骤a、混合：将可于人体内产生降解作用的可降解生物材与胶黏剂液体进行搅拌，其搅拌温度1100～1300℃，搅拌混合时间为10～60min，而形成一种微黏稠液体；其中，该可降解生物材可以选择为氢氧基磷灰石，且该胶黏剂则可以选择为聚乙酸乙烯酯(也称作聚醋酸乙烯酯，简称PVA、PVAc)，其属于一种有弹性的合成聚合物，较佳者，本实施例系由氢氧基磷灰石混和聚乙酸乙烯酯，以形成如图2所示之氢氧基磷灰石/PVA浆料；

步骤b、沾覆：以多孔性之高分子支架(high-molecular support)与上述微黏稠液体进行沾覆作业而于高分子支架表面及/或腔洞状的空间内披覆有该微黏稠液体；其中该高分子支架为陶瓷材料或金属材料所制成，其皆如图2所示的高分子支架具有复数腔洞状空间；

步骤c、烘干定型：且在完成沾覆后于烘箱进行烘干，烘干温度50～100℃，烘干定型时间为8～24hr，使微黏稠液体紧密的披覆于高分子支架表面及/或腔洞状空间上，并依高分子支架及/或腔洞状空间原始多孔排列不同，紧密披覆于表层而呈现相同多孔排列；较佳者，本实施例以该高分子支架沾附氢氧基磷灰石/PVA浆料后，系使得该高分子支架表面及其腔洞状空间内均披覆有前述之浆料，且呈多孔型态排列；

步骤d、烧结移除：以大气炉体进行高温烧结，高温烧结温度1100～1300℃，而将高分子支架与胶黏剂移除，进而获得多孔排列的可降解生物材支架，详参图2；以及

步骤e、填充绕结：利用多孔可降解生物材支架为支架模型(supportmountingmodel)填入金属粉体，其中该可降解生物材支架的支架模型可呈连通孔立体结构，且该可降解生物材支架的支架模型的线径结构宽度为10μm～200μm，而金属粉体可选自能以烧结成形方式制备之钛、钛合金、锆、锆合金、钽、钽合金之其一或其一以上混合，且金属粉体烧结后其呈现均一金属球体结构大小，并等同于未烧结前金属粉体粒径，又金属粉体粒径介于10μm～100μm之间；待金属粉体填入该高分子支架后，随之进行真空高温烧结，真空高温烧结温度较家系控制于1100～1300℃，烘干定型时间为1～3h，以获得该可降解生物材与金属粉体相互嵌合的该椎间植入物；较佳者，本实施例系获得可如图2之氢氧基磷灰石与金属共同烧结而成的块材结构(即图面之一种局部可降解引导股再生之多孔金属结构)，该块材即为本发明之呈多孔型态的椎间植入物。

藉此，透过上述的制备方法可获得氢氧基磷灰石/金属块材的椎间植入物植入人体腔洞来保证椎间植入物植入后骨组织能逐渐长入腔洞状空间，其中氢氧基磷灰石植入于人体中为可降解之材质，氢氧基磷灰石材料中的物质结构是决定其生物降解性的关键因素，氢氧基磷灰石的钙磷比率(Ca/P)为1.65～1.75，烧结后仍保持磷灰石(apatite)物质结构，在新骨形成过程中产生骨引导作用，藉由植入时间之增加而缓慢进行降解，其慢速降解过程中，能利用氢氧基磷灰石优秀的骨引导功效，引导新骨组织从宿主骨沿氢氧基磷灰石/金属块材之椎间植入物进入氢氧基磷灰石/金属块材的椎间植入物内部，达到上部与下部骨组织稳固愈合与实现牢固的机械固定之功效。

综上所述，透过前述的结构设计，本发明能制备出一种多孔金属结构，藉以能组成局部可降解之氢氧基磷灰石/金属块材的椎间植入物，随其植入人体的时间，使其中氢氧基磷灰石结构逐步进行降解，并在降解过程中，引导骨组织攀附于多孔金属结构内部，使植入部形成稳固的上部与下部之骨头融合效果，令其进一步具有轻易化及增加生物性结合的功效。

本发明所提供的一种椎间植入物，与前述引证案及其它习用技术相互比较时，更具有下列优点：

该氢氧基磷灰石/金属块材的椎间植入物具有生物可降解性，椎间植入物在骨组织形成过程中应逐渐被降解，并且不影响新生成骨组织的结构和功能。

该氢氧基磷灰石/金属块材的椎间植入物具有可塑性，可被加工成所需要的形状并具有一定的机械强度，在椎间植入物内后的一定时间内仍可保持其形状，并使新形成的组织具有符合设计的外形。

上列详细说明系针对本发明之一可行实施例之具体说明，惟该实施例并非用以限制本发明之专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所为之等效实施或变更，均应包含于本案之专利范围中。

综上所述，本案不但在空间型态上确属创新，并能较习用物品增进上述多项功效，应已充分符合新颖性及进步性之法定发明专利要件，爰依法提出申请，恳请贵局核准本件发明专利申请案，以励发明，至感德便。

Claims (3)

1.一种椎间植入物，其特征在于：其是由金属粉体与可降解生物材共同构成；

其中，该可降解生物材经烧结而具有复数连通孔，该金属粉体则填充于该复数连通孔内，并经烧结而与该可降解生物材相互嵌合；

该可降解生物材为氢氧基磷灰石与胶黏剂经烧结所形成的支架模型，该支架模型具有该复数连通孔；该支架模型的线径结构宽度为10μm～200μm；

该金属粉体经烧结后呈现均一金属球体结构大小，且等同于未烧结前金属粉体粒径，该金属粉体粒径介于10μm～100μm之间。

2.根据权利要求1所述的椎间植入物，其特征在于：该金属粉体选自钛、钛合金、锆、锆合金、钽和钽合金中至少一种。

3.一种制备如权利要求1所述椎间植入物的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

步骤a、混合：将可于人体内产生降解作用的可降解生物材与胶黏剂液体进行搅拌，而形成一种微黏稠液体；

步骤b、沾覆：以多孔性的高分子支架沾覆所述微黏稠液体，使得该高分子支架表面及/或其腔洞状的空间内披覆有该微黏稠液体；

步骤c、烘干定型：且在完成沾覆后进行烘干，使微黏稠液体紧密的披覆于高分子支架表面及/或腔洞状空间上，并依高分子支架表面及/或腔洞状空间原始多孔排列不同，紧密披覆于表层而呈现相同的多孔排列；

步骤d、烧结移除：以大气炉体进行高温烧结，而将高分子支架与胶黏剂移除，以获得多孔排列的一可降解生物材支架；以及

步骤e、填充绕结：利用该可降解生物材支架为支架模型填入金属粉体，并进行真空高温烧结，以获得由可降解生物材与金属粉体相互嵌合的一椎间植入物；该可降解生物材为氢氧基磷灰石，由该氢氧基磷灰石与该胶黏剂烧结而成的支架模型具有复数连通孔，且该支架模型的线径结构宽度为10μm～200μm。