專利名稱：摻鍶羥基磷灰石膠原復合材料及其應用和制備方法
摻鍶羥基磷灰石膠原復合材料及其應用和制備方法
技術領域：
本發明涉及骨組織工程領域，尤其涉及一種摻鍶羥基磷灰石膠原復合材料及其應 用和制備方法。
背景技術：
羥基磷灰石作為成骨材料近年來已經得到了廣泛的應用，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的羥基磷灰石當中加入鍶，不僅提高了生物相 容性，有利于細胞的黏附和增殖，而且增強了體內和體外骨誘導能力，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生變化，溶解度提高， 從而解決了傳統羥基磷灰石溶解度低的缺點。 傳統的大多數摻鍶羥基磷灰石都是用稀酸溶液配比成骨水泥樣狀態使用，這樣制 備的成骨材料比較致密，沒有規則的孔徑，不利于間充質細胞或成骨細胞與誘導材料表面 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，從而降低了骨誘導生成的效率。
發明內容基于此，有必要提供一種骨誘導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合材料，該復合材料為海綿狀的多孔結構，材料中包 括摻鍶羥基磷灰石及膠原。優選的，膠原為I型膠原。優選的，所述摻鍶羥基磷灰石與所述膠原的重量比例為40 1。優選的，上述摻鍶羥基磷灰石膠原復合材料還包括摻雜在復合材料中的細胞因子 或化學藥物中的至少一種物質。上述摻鍶羥基磷灰石膠原復合材料由于鍶元素及膠原的存在，具有可塑性強、骨 誘導生成效率高的特點，可作為誘導成骨材料的廣泛應用在骨組織缺損的治療領域。一種摻鍶羥基磷灰石膠原復合材料的制備方法，包括如下步驟首先按緩沖液與 液態膠原的體積比為14 9的比例向液態膠原中加入緩沖液對液態膠原進行稀釋處 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，并調節酸堿度至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%的環境下孵育直至形成膠樣結構體；將膠 樣結構體置于-10 -30°C環境中冰凍處理6 15h后形成凝膠，再將凝膠抽干水分即得到 海綿狀多孔結構的摻鍶羥基磷灰石膠原復合材料。優選的，還包括向平衡溶液中加入細胞因子或化學藥物中的至少一種物質的步
馬聚ο優選的，還包括在形成膠樣結構體后將膠樣結構體轉移至與骨缺損形狀對應的模具中的步驟，再將含有膠樣結構體的模具進行冰凍處理。優選的，還包括將冰凍處理后的膠樣結構體轉移至-80°C環境中處理Ih以進行加 速凝膠形成的步驟。優選的，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建的復合成骨材料，膠原在體內降解的同時可 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成骨，從 而可以有效提高骨誘導生成的效率。此外，由于膠原的存在，材料的可塑性提高，可以填補 不規則形狀的骨缺損，從而該成骨材料可廣泛應用于骨缺損修復領域。并且，上述制備方法 原理簡單，便于推廣應用。
圖la、圖Ib分別為摻鍶羥基磷灰石膠原復合材料與傳統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合材料與傳統的羥基磷灰石進行骨修 復后的微型CT(microCT)圖。
具體實施方式下面主要結合附圖及具體實施例對摻鍶羥基磷灰石膠原復合材料及其制備方法 和應用作進一步的說明。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 合材料為海綿狀的多孔結構，其中包括重量比例為40 1的摻鍶羥基磷灰石及膠原。圖Ib 為傳統的羥基磷灰石(Hydr0Xyapatite，HA)形成的相對致密的復合材料掃描電鏡圖。結合 圖Ia和圖lb，可以看出本實施例的摻鍶羥基磷灰石膠原復合材料較傳統的羥基磷灰石復 合材料晶型有明顯的改變，本實施方式的復合材料中單個晶體的體積明顯增大，晶體比表 面積大，可以有效形成誘導成骨的界面。同時，相對疏松的海綿狀的多孔結構更有利于細胞 或有機成分的通過，促進損傷部位骨組織的修復。摻鍶羥基磷灰石膠原復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則形狀的骨缺損。此 夕卜，膠原在體內可以降解，從而形成更多的孔徑，促使細胞與復合材料的有效接觸，復合材 料中的鍶離子解離作用于細胞液中可以有效誘導成骨，從而實現修復骨缺損和體內誘導成 骨的目的。考慮到不同類型的膠原物理性質，優選的，采用I型膠原同摻鍶羥基磷灰石形成 復合材料。I型膠原在4°C以下為液態，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構體，再對膠樣結構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合材料的制備方法包括如下步 驟
首先，按緩沖液與液態膠原的體積比為1 4 9的比例向液態膠原中加入緩沖 液對液態膠原進行稀釋處理，得到膠原稀釋液。優選的，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，并調節酸堿度至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%的環境下孵育直至形成膠樣結構 體。最后，將膠樣結構體置于-10 _30°C環境中冰凍處理6 15h后形成凝膠，再將 凝膠抽干水分即得到海綿狀多孔結構的摻鍶羥基磷灰石膠原復合材料。優選的，為進一步提高骨誘導生成效率，可以向上述摻鍶羥基磷灰石膠原復合材 料中加入細胞因子及化學藥物等其中的一種或兩種物質。針對不同形狀的骨缺損，可以預 先制成相應形狀的模具，再將上述形成的膠樣結構體轉移至該模具中，以形成與缺損處形 狀相對應的成骨材料。此外，為進一步加速復合材料的凝膠化進程，在對膠樣結構體進行冰 凍處理后，再將其轉移到-80°C冰箱中處理約lh。以下為摻鍶羥基磷灰石膠原復合材料的制備及具體應用實施例部分。
實施例1摻鍶羥基磷灰石膠原復合材料的制備首先采用ImL磷酸鹽緩沖液稀釋9mL液態下的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，調節酸堿度 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 成膠樣結構體，將該膠樣結構體轉移到一定形狀的模具中并放置于-20°C冰箱中冰凍8小 時，然后轉移到-80°C冰箱1小時，以加速復合材料凝膠的形成過程。最后用冰凍抽干機抽 干，從而形成多孔樣結構的摻鍶羥基磷灰石膠原復合材料。實施例2摻鍶羥基磷灰石膠原復合材料的制備首先采用ImL磷酸鹽緩沖液稀釋9mL液態下的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，調節酸堿度 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 成膠樣結構體，將該膠樣結構體轉移到一定形狀的模具中并放置于-20°C冰箱中冰凍12小 時，然后轉移到-80°C冰箱1小時，以加速復合材料凝膠的形成過程。最后用冰凍抽干機抽 干，從而形成多孔樣結構的摻鍶羥基磷灰石膠原復合材料。實施例3摻鍶羥基磷灰石膠原復合材料的制備首先采用2mL磷酸鹽緩沖液稀釋SmL液態下的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，調節酸堿度 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 成膠樣結構體，將該膠樣結構體轉移到一定形狀的模具中并放置于-30°C冰箱中冰凍15小 時，然后轉移到-80°C冰箱1小時，以加速復合材料凝膠的形成過程。最后用冰凍抽干機抽 干，從而形成多孔樣結構的摻鍶羥基磷灰石膠原復合材料。實施例4大鼠顱骨缺損修復試驗為評估摻鍶羥基磷灰石膠原復合材料的體內成骨促進作用，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合I型膠原的 誘導成骨效率。如圖4a及圖4b中箭頭所示區域，實驗結果顯示摻鍶的復合材料修復效果最好， 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明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員 來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保 護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
權利要求
一種摻鍶羥基磷灰石膠原復合材料，其特征在于，所述復合材料為海綿狀的多孔結構，包括摻鍶羥基磷灰石及膠原。
2.如權利要求1所述的摻鍶羥基磷灰石膠原復合材料，其特征在于，所述膠原為I型膠原。
3.如權利要求1或2所述的摻鍶羥基磷灰石膠原復合材料，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.如權利要求1所述的摻鍶羥基磷灰石膠原復合材料，其特征在于，還包括摻雜在所 述復合材料中的細胞因子或化學藥物中的至少一種物質。
5.權利要求1 4中任意一項所述的摻鍶羥基磷灰石膠原復合材料作為誘導成骨材料 的應用。
6.一種摻鍶羥基磷灰石膠原復合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟首先按緩沖液與液態膠原的體積比為14 9的比例向所述液態膠原中加入緩沖液 對所述液態膠原進行稀釋處理，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，并調節酸堿度至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%的環境下孵育直至形成膠樣結構體；將所述膠樣結構體置于-10 -30°C環境中冰凍處理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構的摻鍶羥基磷灰石膠原復合材料。
7.如權利要求6所述的摻鍶羥基磷灰石膠原復合材料的制備方法，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藥物中的至少一種物質的步驟。
8.如權利要求6或7所述的摻鍶羥基磷灰石膠原復合材料的制備方法，其特征在于，還 包括在形成膠樣結構體后將所述膠樣結構體轉移至與骨缺損形狀對應的模具中的步驟，再 將含有膠樣結構體的模具進行冰凍處理。
9.如權利要求8所述的摻鍶羥基磷灰石膠原復合材料的制備方法，其特征在于，還包 括將所述冰凍處理后的膠樣結構體轉移至-80°C環境中處理Ih以進行加速凝膠形成的步 馬聚ο
10.如權利要求6所述的摻鍶羥基磷灰石膠原復合材料的制備方法，其特征在于，所述 緩沖液為磷酸鹽緩沖液。
11.如權利要求6所述的摻鍶羥基磷灰石膠原復合材料的制備方法，其特征在于，所述 膠原為I型膠原。
全文摘要
本發明涉及一種摻鍶羥基磷灰石膠原復合材料，該復合材料利用摻鍶羥基磷灰石同膠原形成海綿狀的誘導成骨材料，具有可塑性強、誘導成骨效率高的特點，可廣泛應用在骨組織缺損修復領域。此外，本發明還涉及一種摻鍶羥基磷灰石膠原復合材料的制備方法。
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 優先權日2010年9月21日
發明者屠潔, 楊大志, 楊帆, 王立平 申請人:中國科學院深圳先進技術研究院