CN119424749A - 一种可吸收的止血骨移植材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新型可吸收止血骨移植材料及其制备方法。该材料由矿化胶原复合物（MCC）、聚乙二醇（PEG）和羧甲基纤维素钠（CMC）组成，MCC促进骨再生，PEG提供黏附性和降解性，CMC增强止血和粘合力。制备过程包括合成MCC、混合PEG和MCC、加入CMC以及成型。采用猪、牛皮为原料制备MCC，并通过结合仿生矿化磷灰石优化成骨性能。这种骨移植材料适用于骨科、神经外科或脊柱手术，提供止血和支持骨再生。本发明通过优化制备方法，缩短了制造时间，降低了生产成本，为骨科手术提供了一种创新解决方案。

Description

一种可吸收的止血骨移植材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及生物材料和医疗器械领域，特别是一种可吸收的止血骨移植材料。

背景技术

在外科手术中，尤其是骨科、神经外科和齿科手术中，控制出血和促进骨愈合是至关重要的。传统的骨蜡，由不可吸收的材料如蜂蜡和石蜡组成，虽然在提供临时止血方面效果显著，但存在显著的缺点。这些传统材料无限期地留在手术部位，干扰自然骨愈合，促进炎症，并带来异物反应或感染的风险。此外，不可降解的骨蜡形成了阻碍骨形成的物理屏障，延缓了恢复，并在某些情况下需要手术移除。

为了克服这些限制，已经开发了可吸收的骨蜡和骨移植材料，旨在结合止血和骨再生的优势，而无需移除。然而，目前的可吸收替代品往往在机械强度、生物相容性或止血性能方面存在不足。目前迫切需要一种材料，它不仅能有效地控制出血，而且能与周围骨组织整合，并支持自然骨愈合，同时随着时间的推移而生物降解。

存在的问题

1.现有骨蜡的不可降解性：以蜂蜡为主要成份的骨蜡留在手术部位，可能干扰骨愈合过程，引起慢性炎症反应。

2. 缺乏生物相容性：许多现有的骨移植材料与人体组织的相容性不佳，可能导致不良的免疫反应或感染。

3.止血效果不足：一些生物可降解的止血材料缺乏迅速而有效的止血能力，无法满足手术中对快速止血的需求。

4.骨愈合支持不足：现有的骨移植材料可能缺乏必要的生物活性成分，无法有效促进骨细胞的增殖和分化，导致骨愈合速度慢。

5.骨移植材料所用原料胶原制备成本流程所耗费时间较长，工艺流程复杂，仿生矿化胶原纤维制成的骨修复材料虽然已经在临床上广泛应用，但是其附着能力弱，并不适合作为止血骨移植材料使用，或在临床表现出容易溃散，遇到血流较大的情况填塞附着能力弱，影响临床应用。

发明内容

本发明提供了一种用于手术中的可吸收止血骨移植材料，是一种包含矿化胶原复合物（MCC）、聚乙二醇（PEG）和羧甲基纤维素钠（CMC）的复合材料，该材料旨在提供有效的止血，同时促进骨愈合并随时间生物降解。制备方法包括将胶原纤维与仿生矿化磷灰石处理形成矿化胶原复合物，加热融化PEG与矿化胶原复合物和CMC混合形成基质，以及将混合物成型和固化成所需形状，还包括以猪皮、牛皮为原料制备矿化胶原复合物的方法，以及通过控制pH值在胶原纤维上沉积仿生矿化磷灰石的方法。

技术方案：

（1）材料组成：

矿化胶原复合物（MCC）：作为促进骨再生的结构基质。通过在胶原形成的纤维中复合仿生矿化磷灰石来模拟自然骨细胞外基质的组成和结构。矿化胶原复合物是通过在胶原纤维上原位沉积仿生矿化磷灰石形成，所述仿生矿化磷灰石晶体的平均粒径为50~300nm，且与胶原纤维紧密结合。所述胶原纤维以猪皮、牛皮为原料制备。

聚乙二醇（PEG）：作为提供灵活塑形性能和可调降解性的分散剂，提供材料的柔韧性，并通过调整其分子量来控制材料的降解速率。其中聚乙二醇为低分子量聚乙二醇和高分子量聚乙二醇的混合物，其中低分子量聚乙二醇的分子量为400~600Da，高分子量聚乙二醇的分子量为1000~4000Da，两种聚乙二醇的质量比为1：2~1：5，以提供可控的生物降解性，使用后24~48h的降解速率可通过使用的PEG的分子量和组成比例进行调整。

羧甲基纤维素钠（CMC）：作为凝胶形成剂，结合矿化胶原复合物提供了进一步的吸血能力，胶原和钙盐的组合能引发凝血级联反应，在应用于出血骨面时立即实现止血。羧甲基纤维素钠粘度（2%水溶液）选择为300～3000 mPa·s。

为了保证材料的可塑形和黏附特性，其中MCC与PEG的质量比范围为1:1~1:15，CMC的质量占总组成的5~20%。

（2）制备方法：

仿生矿化磷灰石是通过在含有钙和磷酸盐离子的溶液中与胶原作用来完成的，然后通过控制pH值在9~12的范围内调整，以在胶原纤维上沉积仿生矿化磷灰石，清洗和冻干粉碎后得到仿生矿化磷灰石。随后以猪皮、牛皮为原料，通过将胶原纤维与仿生矿化磷灰石复合处理以形成矿化胶原复合物。

将矿化胶原复合物、CMC以粉末形式与融化的PEG混合并在一定温度下混合搅拌均匀，形成具有所需柔韧性和机械强度的混合物。

成型和固化：将所得混合物反复揉搓塑形，制成所需的形状或形式，定型制成片材，或加入水、温敏凝胶制成糊剂或膏剂。

封装和灭菌，得到止血骨移植材料。无菌处理采用射线灭菌，包括但不限于电子束和伽马射线。

（3）应用

该骨移植材料适用于多种外科手术，包括但不限于骨科手术、神经外科手术和齿科手术。在骨科、神经外科或脊柱手术中将骨移植材料应用于出血的骨表面；允许材料粘附于出血部位，提供止血和支持骨再生。

材料设计为可吸收，其降解速率可通过调整PEG的分子量和交联密度来控制，以适应不同的临床需求。随着时间的推移，允许材料生物降解，同时被新骨组织所取代。

这里提供的技术方案还包括了可吸收的止血骨移植材料的制备方法，包括以下步骤：

(1) 矿化胶原复合物，以猪皮、牛皮为原料，通过醇洗、碱洗、酸洗、酶解、盐析和醇洗系列处理制备胶原纤维与仿生矿化磷灰石共混处理以形成矿化胶原复合物；

(2)构成基质，通过加热融化PEG并与矿化胶原复合物纤维形成灵活的、可吸收的基质；

(3)加入羧甲基纤维素钠（CMC），通过将CMC混合到矿化胶原复合物-PEG基质中以增强止血和粘合特性；

(4)成型和固化，将所得混合物反复揉搓塑形，制成所需的形状或形式，定型制成片材，或加入水、温敏凝胶制成糊剂或膏剂，用作骨移植材料或骨蜡。

上述制备方法中，其中矿化胶原复合物的步骤，包括如下步骤：

（1）将去脂皮切片（1~2cm方片）与异丙醇按质量比1:10~1:50混合搅拌脱水，处理1~2h，沥干得到脱水皮；

（2）将脱水皮加入1~4%氢氧化钠溶液中搅拌碱处理，处理1~2h，沥干，重复此步骤两次，得到碱处理皮；

（3）将碱处理皮加入0.1M乙酸溶液中搅拌，处理1~2h，沥干得到酸化皮；

（4）将酸化皮与纯化水按质量比1:20混合，冷却至2~8℃，机械粉碎处理，得到浆料；

（5）在浆料中按1L加入0.2~2g胃蛋白酶，调节pH至2~3，进行酶解处理，酶解温度4~25℃；

（6）酶解完成后调整pH至中性，得到胶原溶液，加入20%氯化钠溶液中搅拌，盐析产物过滤，取滤饼得到胶原粗品；

（7）将胶原粗品加入0.1M乙酸溶液中搅拌溶解，再次加入20%氯化钠溶液中搅拌，盐析产物过滤，取滤饼得到二次盐析胶原湿品；

（8）将二次盐析胶原湿品加入50~80%乙醇溶液中，加入与滤饼质量比1:5~1：1的仿生矿化磷灰石搅拌形成矿化胶原复合物纤维；

（9）将矿化胶原复合物纤维分装到冻干模具中，-10~-20℃预冻，进行冻干处理得到块状矿化胶原复合物；

（10）将块状矿化胶原复合物在105~140℃下真空热交联处理2~24h，冷却后取出进行机械粉碎，过筛得到粉状矿化胶原复合物。

猪皮、牛皮为原料，通过碱处理、酸处理、酶解、盐析处理后，在50~80%乙醇溶液中与仿生矿化磷灰石搅拌形成胶原复合物纤维，这种处理方式相比于传统的溶液共混，加快了胶原复合物纤维析出的速度，也提高了胶原纤维和仿生矿化磷灰石的结合能力。

上述止血骨移植材料的制备步骤中，仿生矿化磷灰石是通过在含有钙和磷酸盐离子的溶液中与胶原作用来完成的，然后通过控制pH值在9~12的范围内调整，以在胶原纤维上沉积仿生矿化磷灰石，清洗和冻干粉碎后得到仿生矿化磷灰石。也可以采用市售的磷灰石，粒径优选在100nm及以下。

上述止血骨移植材料的制备步骤中，构成基质的步骤是通过在40~60°C的温度下融化聚乙二醇（PEG）混合分散矿化胶原复合物来实现，时间为10分钟至24小时，取决于物料比例与分散装置。

上述止血骨移植材料的制备步骤中，其中羧甲基纤维素钠（CMC）以粉末形式添加，确保均匀分布在整个混合物中，最终组合物在应用前进行灭菌处理。

这种可吸收的止血骨移植材料，可以与温敏高分子（如泊洛沙姆F127）、生长因子、成骨诱导蛋白、抗菌剂或其组合中选择的生物活性剂共混形成组合物，以增强材料植入后促进骨愈合和预防感染的效果。温敏高分子加入后能够起到缓释药物的作用，如生长因子或抗生素，在体内环境下，呈现凝胶特性，改善机械性能，提高粘附性和柔韧性。

这种可吸收的止血骨移植材料的创新组合提供了多个显著优势：

（1）促进骨再生：矿化胶原复合物模仿自然骨基质，提供促进骨细胞附着、增殖和分化的成骨引导性支架。通过将仿生矿化磷灰石矿物纳入胶原基质中，该材料支持新骨组织再生，同时逐渐生物降解，允许自然骨愈合不受阻碍。

（2）增强的止血性能：矿化胶原复合物由于其纳米仿生矿化磷灰石的特性，非常容易与血液中的血小板等作用，有较强的凝血效果；CMC因其出色的凝胶形成和止血特性而闻名，与血液接触时，CMC成分迅速膨胀并形成凝胶，有效封闭出血表面并促进凝血块形成。

（3）生物可降解性：与在手术部位持久存在的传统骨蜡不同，本发明的骨移植材料随时间生物降解，逐渐被新骨替代。这消除了二次手术移除残留材料的需要，并最小化了异物反应或慢性炎症的风险。

（4）可定制的机械性能：使用PEG作为分散剂，可以调节机械强度和降解速率。通过调整PEG的分子量和交联密度，可以针对特定的手术需求定制材料的柔韧性、耐久性和吸收时间。

（5）改善的生物相容性：所有组分——矿化胶原复合物、PEG和CMC——都是生物相容的，并在医疗应用中广泛使用。这确保了材料与周围组织的整合良好，降低了不良反应或并发症的风险，并促进了患者的快速恢复。

（6）添加剂功能的潜力：材料的设计允许纳入额外的生物活性剂，如温敏聚合物、生长因子、成骨诱导蛋白或抗菌剂。这些添加剂可以进一步增强骨愈合，加速恢复或降低术后感染的风险，为复杂的外科情况提供多功能解决方案。

（7）以猪皮、牛皮为原料制备矿化胶原复合物，制备方法的步骤紧凑，通过结合醇洗、碱处理、酸处理、酶处理以及乙醇处理等工艺流程，优化了处理和分离提纯，将仿生矿化磷灰石复合处理与溶剂处理相结合，有效降低了制造成本，能够将矿化胶原的制造流程从传统的40~50天缩短到10~20天，大大降低了生产成本。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

仿生矿化磷灰石（BGHA-01）制备

材料：

（1）I型胶原蛋白：4.0g

（2）无水氯化钙：175.0g

（3）磷酸：105.0g（85%）

（4）氢氧化钠：160.0g

步骤：

1.胶原蛋白溶液的制备：

称取4.0g I型胶原蛋白，将其溶解在4L纯化水中，搅拌至完全溶解，形成均匀的胶原蛋白溶液。

2. 溶液的配制：

将175.0g无水氯化钙溶解在1500ml纯化水中，搅拌至完全溶解，得到氯化钙溶液；将105.0g 85%磷酸溶解在900ml纯化水中，搅拌至完全溶解，得到磷酸溶液；将160.0g氢氧化钠溶解在1000ml纯化水中，搅拌至完全溶解，得到氢氧化钠溶液。

3. 仿生矿化磷灰石的沉淀反应：

将氯化钙溶液缓慢加入胶原蛋白溶液中，持续搅拌以保证均匀混合。加入磷酸溶液，持续搅拌。使用氢氧化钠溶液调节pH至11~11.5，将混合溶液在37℃下保温过夜，以促进仿生矿化磷灰石形成。

4. 清洗处理：

16小时后，通过倒去上清液并加入新鲜纯化水的方式进行清洗，以去除未反应的试剂和副产物。重复清洗步骤共4次，每次均搅拌5分钟，然后静置沉淀，以确保彻底清洗。

5. 过滤与冻干：

将沉淀物通过过滤分离得到滤饼。对滤饼进行预冻处理，然后在冷冻干燥机中进行冻干，以获得仿生矿化磷灰石（BGHA-01）。

6. 干燥和粉碎：

冻干后的仿生矿化磷灰石（BGHA-01）进一步干燥并粉碎过筛，以获得所需粒度（60目）的粉末。

实施例2：

矿化胶原复合物纤维粉（BGHA-02）的制备

材料：

（1）去油猪皮：200.0g

（2）异丙醇：2000ml

（3） 氢氧化钠：40.0g

（4）乙酸：36.0g

（5）胃蛋白酶（1：10000NF）：1.0g

（6）仿生矿化磷灰石（BGHA-01）：12.0g

步骤：

1.脱水处理：

将200.0g去油猪皮切成小片，加入2000ml异丙醇中搅拌脱水2小时，沥干得到脱水皮。

2.碱处理：

使用40.0g氢氧化钠配制2%溶液，将脱水皮加入其中搅拌脱脂1小时。沥干，重复此步骤两次，得到碱处理皮。

3.酸化处理：

将12.0g乙酸溶解在2000ml纯化水中，将脱脂猪皮加入乙酸溶液中搅拌1小时。沥干得到酸化皮。

4.酶解处理：

将酸化皮加入4L纯化水中，冷却至2~8℃，机械粉碎处理，得到浆料。

在浆料加入1.0g胃蛋白酶（1:10000NF），调节pH至2~3，室温下进行酶解处理4小时。

酶解完成后调整pH至中性，得到胶原溶液。

5.盐析处理：

将800.0g氯化钠溶解在4L纯化水中，将胶原溶液加入其中搅拌，盐析产物过滤，取滤饼得到胶原粗品。

6.溶解与二次盐析：

将24.0g乙酸溶解在4L纯化水中，将胶原粗品加入其中搅拌溶解。再将400.0g氯化钠溶解在4L纯化水中，将胶原溶液加入其中搅拌，盐析产物过滤，取滤饼得到二次盐析胶原湿品。

7.洗涤与矿化：

将滤饼加入1200ml乙醇和800ml纯化水配制的60%乙醇溶液中搅拌洗涤。加入12.0g仿生矿化磷灰石（BGHA-01）搅拌形成矿化胶原复合物。

8.冻干与交联：

将矿化胶原复合物纤维分装到冻干模具中，-10℃预冻，进行冻干处理得到块状矿化胶原复合物。 将块状矿化胶原复合物在105℃真空热交联处理2小时。

9.粉碎过筛：

冷却后取出进行机械粉碎，过筛得到粉状矿化胶原复合物MCC（BGHA-02）（12目）。

实施例3：

称取12.0g PEG 1500和3.0g PEG 400，加热至60℃融化后依次加入1.0g粉状矿化胶原复合物MCC（实施例2，BGHA-02）和4.0 g羧甲基纤维素钠（300～800 mPa·s），充分搅拌混合均匀。冷却至室温后，反复揉搓混合，切割包装，Co60辐射灭菌（25kGy），制备成止血骨移植材料。

实施例4

称取12.0g PEG 1500和3.0g PEG 400，加热至60℃融化后依次加入2.5g粉状矿化胶原复合物MCC（实施例2，BGHA-02）和2.5g羧甲基纤维素钠（300～800 mPa·s），充分搅拌混合均匀。冷却至室温后，反复揉搓混合，切割包装，Co60辐射灭菌（25kGy），制备成止血骨移植材料。

实施例5

称取18.0g PEG 1500和4.5g PEG 400，加热至60℃融化后依次加入5.0g粉状矿化胶原复合物MCC（实施例2，BGHA-02），2.0g羧甲基纤维素钠（300～800 mPa·s），充分搅拌混合均匀，再加入2.0g泊洛沙姆F127，充分混合。冷却至室温后，反复揉搓混合，切割包装，Co60辐射灭菌（25kGy），制备成止血骨移植材料。

模拟骨缝填塞试验

将上述实施例材料塑形成适当形状，塞入模型缝隙，模拟临床填塞骨缝止血，随后用流水冲刷，结果发现，上述实施例材料抗流水冲刷效果优异，粘附性能满足临床应用要求。

模拟降解试验

将上述实施例材料切成适当体积小块，在37℃生理盐水中浸泡48小时，观察发现：

实施例3：2h无明显变化，3h后逐渐溶胀变成海绵状，少量溶解，7h无散开现象，48小时后表面覆盖一层半透明凝胶状物质，高度基本不变。

实施例4：2h无明显变化，3h后逐渐溶胀变成海绵状，部分溶解，7h后有少量散开纤维，表层可见纤维，48小时后表面覆盖一层半透明凝胶状物质，高度基本不变。

实施例5：2h无明显变化，3h后开从膏状变成海绵状，部分溶解，48小时后表面覆盖一层半透明凝胶状物质，高度基本不变。

上述模拟降解试验验证了止血骨移植材料在体液中的降解性能，其中低分子量PEG溶出后形成了包裹CMC凝胶的海绵状成骨结构。PEG溶解形成多孔结构，同时暴露出MCC提供了成骨活性，促进骨细胞的长入、增殖和分化，从而加速骨组织修复愈合。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种可吸收的止血骨移植材料，包括如下组合物：

（1）矿化胶原复合物（MCC），作为骨再生结构基质；

（2）聚乙二醇（PEG），作为提供灵活塑形性能和可调降解性的分散剂；

（3）羧甲基纤维素钠（CMC），作为凝胶形成剂，用于增强止血特性和粘合能力；

其中MCC与PEG的质量比范围为1:1~1:15，CMC的质量占总组成的5~20%。

2.权利要求1所述的可吸收的止血骨移植材料，其中所述矿化胶原复合物是通过在胶原纤维上原位沉积仿生矿化磷灰石形成，所述仿生矿化磷灰石晶体的平均粒径为50~300nm，且与胶原纤维紧密结合，所述胶原纤维以猪皮、牛皮为原料制备。

3.权利要求1所述的可吸收的止血骨移植材料，其中聚乙二醇为低分子量聚乙二醇和高分子量聚乙二醇的混合物，其中低分子量聚乙二醇的分子量为400~600Da，高分子量聚乙二醇的分子量为1000~4000Da，两种聚乙二醇的质量比为1：2~1：5，以提供可控的生物降解性，使用后24~48h的降解速率可通过使用的PEG的分子量和组成比例进行调整。

4.权利要求1所述的可吸收的止血骨移植材料，其中羧甲基纤维素钠作为凝胶形成剂结合矿化胶原复合物，提供了进一步的吸血能力，与胶原和钙盐的组合能引发凝血级联反应，在应用于出血骨面时立即实现止血，羧甲基纤维素钠粘度（2%水溶液）选择为300～3000mPa·s。

5.一种制备可吸收的止血骨移植材料的方法，包括以下步骤：

（1）制备MCC，以猪皮、牛皮为原料，通过醇洗、碱洗、酸洗、酶解、盐析和醇洗系列处理制备胶原纤维与仿生矿化磷灰石共混处理以制备MCC；

（2）构成基质，通过加热融化PEG并与MCC形成可快速吸收的基质；

（3）加入CMC，通过将CMC混合到MCC-PEG基质中以增强止血和粘合特性；

（4）成型和固化，将所得混合物反复揉搓塑形，制成所需的形状或形式，定型制成片材，或加入水、温敏凝胶制成糊剂或膏剂；

（5）封装和灭菌。

6.权利要求5所述的方法，其中制备MCC的步骤，包括如下步骤：

（1）将去脂皮切片（1~2cm方片）与异丙醇按质量比1:10~1:50混合搅拌脱水，处理1~2h，沥干得到脱水皮；

（2）将脱水皮加入1~4%氢氧化钠溶液中搅拌碱处理，处理1~2h，沥干，重复此步骤两次，得到碱处理皮；

（3）将碱处理皮加入0.1M乙酸溶液中搅拌，处理1~2h，沥干得到酸化皮；

（4）将酸化皮与纯化水按质量比1:20混合，冷却至2~8℃，机械粉碎处理，得到浆料；

（5）在浆料中按1L加入0.2~2g胃蛋白酶，调节pH至2~3，进行酶解处理，酶解温度4~25℃；

（6）酶解完成后调整pH至中性，得到胶原溶液，加入20%氯化钠溶液中搅拌，盐析产物过滤，取滤饼得到胶原粗品；

（7）将胶原粗品加入0.1M乙酸溶液中搅拌溶解，再次加入20%氯化钠溶液中搅拌，盐析产物过滤，取滤饼得到二次盐析胶原湿品；

（8）将二次盐析胶原湿品加入50~80%乙醇溶液中，加入与滤饼质量比1:5~1：1的仿生矿化磷灰石搅拌形成矿化胶原复合物纤维；

（9）将矿化胶原复合物纤维分装到冻干模具中，-10~-20℃预冻，进行冻干处理得到块状矿化胶原复合物；

（10）将块状矿化胶原复合物在105~140℃下真空热交联处理2~24h，冷却后取出进行机械粉碎，过筛得到粉状矿化胶原复合物。

7.权利要求5所述的方法，其中仿生矿化磷灰石是通过在含有钙和磷酸盐离子的溶液中与胶原作用来完成的，然后通过控制pH值在9~12的范围内调整，以在胶原纤维上沉积仿生矿化磷灰石，清洗和冻干粉碎后得到仿生矿化磷灰石。

8.权利要求5所述的方法，其中构成基质的步骤是通过在40~60°C的温度下融化聚乙二醇（PEG）混合分散矿化胶原复合物来实现，时间为10分钟至24小时，取决于物料比例与分散装置。

9.权利要求5所述的方法，其中羧甲基纤维素钠（CMC）以粉末形式添加，确保均匀分布在整个混合物中，最终组合物在应用前进行灭菌处理。

10.权利要求1所述的可吸收的止血骨移植材料，其中组合物还包括从生长因子、成骨诱导蛋白、抗菌剂或其组合中选择的生物活性剂，以增强骨愈合和预防感染。

11.使用权利要求1所述的可吸收的止血骨移植材料在手术中的方法，包括：

(1) 在骨科、神经外科或脊柱手术中将骨移植材料应用于出血的骨表面；

(2) 允许材料粘附于出血部位，提供止血和支持骨再生；

(3) 随着时间的推移，允许材料生物降解，同时被新骨组织所取代。