專利名稱：一種具有緩釋生物因子的可吸收骨螺釘及其制備方法
技術領域：
本發明屬于骨組織修復用的復合材料表面處理方法，特別是涉及一種具有緩釋生物因子的可吸收骨螺釘及其制備方法。
背景技術：
骨螺釘用于固定受損的骨組織或骨組織與肌腱。通常的骨螺釘為金屬骨螺釘，其作為外體存在于骨組織中，只能通過骨整合與骨組織結合，無法隨著骨再生被生理性的骨組織所取代。近年采用有聚乳酸為代表的可吸收高分子聚合物制備骨螺釘發展很快，其主要特點是可隨著骨組織的再生，骨螺釘本身逐漸被吸收，并最終被新生的骨組織所取代。如高強度可吸收骨螺釘組合201120074842. 3，可吸收接骨螺釘200720005227. O。但是，可吸收骨螺釘吸收過程中，骨組織再生速度較慢，易造成骨缺損修復緩慢等問題。中國矯形外科雜志，2001年2期公開了骨修復中重組人骨形態發生蛋白-2(rhBMP-2)成骨機理的研·究及其應用現狀。采用微球技術，將BMP制備成活性穩定、長時間緩釋的劑型。然而將rhBMP-制成緩釋劑的現有報道中，緩釋劑的包封率低，一般為84%，其緩釋效果也達不到患者的病理需求。另外，在骨螺釘表面可通過涂層方式引入組織再生活性因子層，但由于螺釘旋入過程中的磨擦，組織再生活性因子涂層易于脫落，難以起到定時定域釋放的作用。
發明內容
為了解決可吸收骨螺釘表面負載組織再生生物因子易脫落損失的難題，本發明的目的在于提供生物可吸收骨螺釘表面的、可負載緩釋組織再生活性因子的骨螺釘。本發明的另一目的在于提供一種制備上述骨螺釘的制備方法。為了實現本發明的目的，本發明的技術方案如下—種具有緩釋生物因子的可吸收骨螺釘，包括螺桿，在螺桿外周設有螺紋，所述螺紋包括螺紋牙和牙底，其中，在所述螺紋牙底上和/或所述螺紋牙上距離螺紋牙根部三分之一以下部位設有lunT50um孔狀結構，所述孔狀結構中載有緩釋生物因子rhBMP-2。優選的，所述rhBMP-2為粒度為lum，包封率為大于98. 86%的微球。進一步地，本發明提供了制備上述具有緩釋生物因子的可吸收骨螺釘的方法，包括以下步驟(I)制備表面具有lunT50um孔狀結構的骨螺釘；(2)制備粒度為lum，包封率為大于98. 86%的rhBMP-2微球；(3)將步驟(2)所得的rhBMP-2微球灌入步驟(I)所得的骨螺釘中。其中，步驟(I)制備表面具有lrniT50Um孔狀結構的骨螺釘，具體包括以下步驟Ia)將氯化鈉顆粒研磨篩分，獲得所需的與孔尺寸相對應的、粒度在I微米50微米顆粒，并按5(T200g/L的比例分散在有機溶劑二氧六環中，形成分散液A ；Ib)將骨螺釘浸在步驟Ia)所得分散液A中，以1(Γ30厘米/分鐘的速度提拉出溶液，并烘干；Ic)將步驟Ib)所得骨螺釘在13(T180°C的烘箱中存放2 20分鐘后取出，以與螺紋牙底形狀一致，且最大寬度不大于螺紋牙三分之一高度處寬度的金屬輥沿螺紋牙底和螺紋壓牙根部滾壓；Id)以壓縮空氣吹去骨螺釘表面未被壓入的氯化鈉顆粒，之后將骨螺釘浸入去離子水溶液中去除氯化鈉顆粒，烘干后即得所述表面可承載組織再生活性因子的骨螺釘。其中，所述(2)制備粒度為I μ m，包封率大于98. 86%的rhBMP-2微球，優選的，采用水包油包水(W/0/W)超聲復乳法。所述超聲復乳法是指參考文獻Diederik等在Biomaterials 29 (2008) 3245 3252發表的 Retention of in vitro and in vivo BMP-2 bioactivities in sustaineddelivery vehicles for bone tissue engineering 中提至Ij的超聲復乳法。具體的，本發明中超聲復乳法制備步驟如下2a) 50 μ g rhBMP-2 加入 150 μ I PBS 液(ΡΗ7· 40. 01 )，吸液槍吸出 I μ I 置于 ImL玻璃離心管內，留待ELISA測定(其中含rhBMP-20. 33 μ g),400mg PLGA (分子量I萬，75/25末端為C00H)溶于ImL CH2CL2中，作為油相；用移液槍將內水相加至油相中，超聲30秒，形成白色均勻的W/0 —級乳，立即將其用ImL注射器16號針頭吸入，換9號針頭加至60mL在高速勻漿器5600rpm條件下攪拌2%PVA中(冰浴)1分鐘，形成二級乳，磁力攪拌器低速揮發3h。離心、留取上清液(共4次上清液)。2b)在真空干燥器內，先加入無水P2O5作為干燥劑，抽真空后置于4°C冰箱，得均勻粉末狀的rhBMP-2微球 。本發明采用水包油包水(W/0/W)超聲復乳法，其轉速為5600rpm，制備出粒度在I微米左右rhBMP-2微球，以往文獻報道rhBMP-2粒徑為20-30微米，本發明制備的I微米微球，更適合骨釘表面多孔的涂層。本發明制備過程中選用玻璃容器(防止塑料對蛋白的吸附)、全程冰浴、調整合適的轉速等，采用酶聯夾心法，測得包封率高達98. 86%，較以往文獻報道均高。其中，步驟(3 )還包括向所得的rhBMP-2微球中加入醫用膠；優選的，所述rhBMP-2微球與所述醫用膠的質量體積比為5:lmg/mL。其中所述醫用膠為康派特醫用膠，利用該醫用膠良好的流動性，按比例將rhBMP-2微球加入該醫用膠中，制備成混懸液，并利用其良好的流動性，將該混懸液灌入骨釘的微孔中。本發明使用的康派特醫用膠成膠后具有多孔結構和很強的粘附力，其能夠控制rhBMP-2微球的突釋，使rhBMP-2微球8小時內釋放20%左右，總的緩釋時間達I個月。本發明的有益效果如下本發明利用氯化鈉顆粒壓入法在可吸收骨螺釘螺紋高度下三分之一以下包括螺紋底部的表面上制備造多孔結構，該方法操作簡單、方便，其使用的氯化鈉對骨釘沒有任何負面影響，所得的多孔結構均勻、孔洞小，可承載和緩釋組織再生活性因子。同時，由于孔結構處于螺紋底部，較少在螺釘旋入過程中與組織產生磨擦，可有效引入組織再生活性因子，進行緩釋。此外，螺紋上部仍保持原有的光滑狀態，易于骨螺釘的旋入。另外，本發明rhBMP-2微球粒徑小僅為I微米左右，包封率高達98. 86%以上，更適合骨釘表面多孔的涂層。本發明使用康派特醫用膠控制rhBMP-2微球的突釋，8小時內釋放20%左右，且達長時間緩釋，約I個月，使本發明的可吸收骨螺釘對固定的骨組織或肌腱起到了更好的修復作用。總之，本發明成功解決了可吸收骨螺釘表面負載組織再生生物因子易脫落損失的難題，具有很強的實用價值。本發明提供的可吸收骨螺釘復合rhBMP-2微球具有長時間緩釋，早期促進骨長入的作用，可廣泛用于固定肌腱的界面螺釘、肩關節鉚釘。
圖1為本發明骨螺釘的螺紋局部剖面示意圖(其中h代表螺紋牙的高度，d為離螺紋牙根部三分之一以下部位的微孔位置)。圖中標號如下螺紋牙1，牙底2，孔狀結構3，螺紋牙根部11，螺紋牙頂部12。
具體實施例方式下面對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。本發明所涉及到的藥品，如二氧六環等，均為商業購買；所用的儀器，如超聲儀、烘箱、移液槍、勻漿器等，均為市場上購買到的常規實驗儀器；實驗所涉及到的方法，如研磨、攪拌、提拉法等，若無特殊說明都為本領域技術人員常規使用方法。實施例1
(I)制備表面具有IOum孔狀結構的骨螺釘；Ia)將氯化鈉顆粒研磨篩分，獲得所需的與孔尺寸相對應的、平均粒度在10微米左右的顆粒，并取25g氯化鈉加入到500mL有機溶劑二氧六環中，形成50g/L的分散液A ；Ib)將骨螺釘浸在步驟Ia)所得分散液A中，以10厘米/分鐘的速度提拉出溶液，并烘干；Ic)將步驟Ib)所得骨螺釘在130°C的烘箱中存放10分鐘后取出，以與螺紋牙底2形狀一致，且最大寬度不大于螺紋牙I三分之一高度處寬度的金屬輥沿螺紋牙底2和螺紋牙根部11滾壓；(如圖1所示)Id)以壓縮空氣吹去骨螺釘表面未被壓入的氧化鈉顆粒，之后將骨螺釘浸入去離子水溶去氧化鈉顆粒，烘干后即得所述表面孔徑在10微米左右孔狀結構3(如圖1所示)并且可承載組織再生活性因子的骨螺釘。(2)制備粒度為lum，包封率為大于98. 86%的rhBMP-2微球；2a) 50 μ g rhBMP-2 加入 150 μ I PBS 液(ΡΗ7.4 O. 01 )，吸液槍吸出 I μ I 置于 ImL玻璃離心管內，留待ELISA測定(其中含rhBMP-2 O. 33 μ g),400mgPLGA (分子量I萬，75/25末端為C00H)溶于ImL CH2CL2中，作為油相；用移液槍將內水相加至油相中，超聲30秒，形成白色均勻的W/0 —級乳，立即將其用ImL注射器16號針頭吸入，換9號針頭加至60mL在高速勻漿器5600rpm條件下攪拌2%PVA中(冰浴)1分鐘，形成二級乳，磁力攪拌器低速揮發3h。離心、留取上清液(共4次上清液)。2b)在真空干燥器內，先加入無水P2O5作為干燥劑，抽真空后置于4°C冰箱，得均勻粉末狀的rhBMP-2微球。本發明采用的水包油包水(W/0/W)超聲復乳法，其轉速為5600rpm，制備出粒度在I微米左右rhBMP-2微球。本發明制備過程中選用玻璃容器(防止塑料對蛋白的吸附)、全程冰浴、調整合適的轉速等，采用酶聯夾心法，測得包封率高達98. 86%。(3 )將步驟(2 )所得的rhBMP-2微球灌入步驟(I)所得的骨螺釘中。利用康派特醫用膠良好的流動性，取5mg采用上述制備的rhBMP-2微球加入Iml醫用膠中，制備成混懸液，利用其良好的流動性，灌入骨釘的微孔中。本實施例獲得的骨螺釘，如圖1所示，其包括螺桿，在螺桿外周設有螺紋，所述螺紋包括螺紋牙I和牙底2，其中，在所述螺紋牙底2上和/或所述螺紋牙I上距離螺紋牙根部三分之一以下部位設有IOum孔狀結構3，所述孔狀結構中載有緩釋生物因子rhBMP-2。實驗證明，該復合rhBMP-2的骨螺釘，8小時內釋放20%左右，且緩釋時間可達長I個月。實施例2(I)制備表面具有20um孔狀結構的骨螺釘；Ia)將氯化鈉顆粒研磨篩分，獲得所需的與孔尺寸相對應的、平均粒度在20微米左右的顆粒，并取25g氯化鈉加入到300mL有機溶劑二氧六環中，形成83. 3g/L的分散液A ；
Ib)將骨螺釘浸在步驟Ia)所得分散液A中，以15厘米/分鐘的速度提拉出溶液，并烘干；Ic)將步驟Ib)所得骨螺釘在150°C的烘箱中存放15分鐘后取出，以與螺紋底部形狀一致，且最大寬度不大于螺紋三分之一高度處寬度的金屬輥沿紋底部滾壓。Id)以壓縮空氣吹去骨螺釘表面未被壓入的氧化鈉顆粒，之后將骨螺釘浸入去離子水溶去氧化鈉顆粒，烘干后即得所述表面孔徑在20微米左右孔狀結構3(如圖1所示)并且可承載組織再生活性因子的骨螺釘。(2)制備粒度為lum，包封率為大于98. 86%的rhBMP-2微球；(3 )將步驟(2 )所得的rhBMP-2微球灌入步驟(I)所得的骨螺釘中。步驟(2)、(3)同實施例1。本實施例獲得的骨螺釘，如圖1所示，其包括螺桿，在螺桿外周設有螺紋，所述螺紋包括螺紋牙I和牙底2，其中，在所述螺紋牙底2上和/或所述螺紋牙I上距離螺紋牙根部三分之一以下部位設有20um孔狀結構3，所述孔狀結構中載有緩釋生物因子rhBMP-2。實驗證明，該復合rhBMP-2的骨螺釘，8小時內釋放20%左右，且緩釋時間可達長I個月。實施例3(I)制備表面具有2um孔狀結構的骨螺釘；Ia)將氯化鈉顆粒研磨篩分，獲得所需的與孔尺寸相對應的、平均粒度在2微米左右的顆粒，并取20g氯化鈉加入到200mL有機溶劑二氧六環中，形成100g/L的分散液A ；Ib)將骨螺釘浸在步驟Ia)所得分散液A中，以20厘米/分鐘的速度提拉出溶液，并烘干；Ic)將步驟Ib)所得骨螺釘在140°C的烘箱中存放8分鐘后取出，以與螺紋底部形狀一致，且最大寬度不大于螺紋三分之一高度處寬度的金屬輥沿紋底部滾壓。Id)以壓縮空氣吹去骨螺釘表面未被壓入的氧化鈉顆粒，之后將骨螺釘浸入去離子水溶去氧化鈉顆粒，烘干后即得所述表面孔徑在2微米左右孔狀結構3(如圖1所示)并且可承載組織再生活性因子的骨螺釘。(2)制備粒度為lum，包封率為大于98. 86%的rhBMP-2微球；(3 )將步驟(2 )所得的rhBMP-2微球灌入步驟(I)所得的骨螺釘中。步驟(2)、(3)同實施例1。本實施例獲得的骨螺釘，如圖1所示，其包括螺桿，在螺桿外周設有螺紋，所述螺紋包括螺紋牙I和牙底2，其中，在所述螺紋牙底2上和/或所述螺紋牙I上距離螺紋牙根部三分之一以下部位設有2um孔狀結構3，所述孔狀結構中載有緩釋生物因子rhBMP-2。實驗證明，該復合rhBMP-2的骨螺釘，8小時內釋放20%左右，且緩釋時間可達長I個月。實施例4(I)制備表面具有35um孔狀結構的骨螺釘；Ia)將氯化鈉顆粒研磨篩分，獲得所需的與孔尺寸相對應的、平均粒度在35微米左右的顆粒，并取40g氯化鈉加入到500mL有機溶劑二氧六環中，形成80g/L的分散液A ；Ib)將骨螺釘浸在步驟Ia)所得分散液A中，以30厘米/分鐘的速度提拉出溶液，并烘干；Ic)將步驟Ib)所得骨螺釘在180°C的烘箱中存放5分鐘后取出，以與螺紋底部形狀一致，且最大寬度不大于螺紋三分之一高度處寬度的金屬輥沿紋底部滾壓。Id)以壓縮空氣吹去骨螺 釘表面未被壓入的氧化鈉顆粒，之后將骨螺釘浸入去離子水溶去氧化鈉顆粒，烘干后即得所述表面孔徑在35微米左右孔狀結構3(如圖1所示)并且可承載組織再生活性因子的骨螺釘。(2)制備粒度為lum，包封率為大于98. 86%的rhBMP-2微球；(3 )將步驟(2 )所得的rhBMP-2微球灌入步驟(I)所得的骨螺釘中。步驟(2)、(3)同實施例1。本實施例獲得的骨螺釘，如圖1所示，其包括螺桿，在螺桿外周設有螺紋，所述螺紋包括螺紋牙I和牙底2，其中，在所述螺紋牙底2上和/或所述螺紋牙I上距離螺紋牙根部三分之一以下部位設有35um孔狀結構3，所述孔狀結構中載有緩釋生物因子rhBMP-2。實驗證明，該復合rhBMP-2的骨螺釘，8小時內釋放20%左右，且緩釋時間可達長I個月。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權利要求
1.一種具有緩釋生物因子的可吸收骨螺釘，包括螺桿，在螺桿外周設有螺紋，所述螺紋包括螺紋牙和牙底，其特征在于，在所述螺紋牙底上和/或所述螺紋牙上距離螺紋牙根部三分之一以下部位設有lunT50um孔狀結構，所述孔狀結構中載有緩釋生物因子rhBMP-2。
2.根據權利要求1所述的骨螺釘，其特征在于，所述rhBMP-2為粒度為lum，包封率為大于98. 86%的微球。
3.一種制備權利要求1或2所述具有緩釋生物因子的可吸收骨螺釘的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)制備表面具有lunT50um孔狀結構的骨螺釘；(2)制備粒度為lum，包封率為大于98.86%的rhBMP-2微球；(3)將步驟(2)所得的rhBMP-2微球灌入步驟(I)所得的骨螺釘中。
4.根據權利要求3所述方法，其特征在于，步驟(I)制備表面具有lunT50um孔狀結構的骨螺釘，具體包括以下步驟Ia)將氯化鈉顆粒研磨篩分，獲得所需的與孔尺寸相對應的、粒度在I微米50微米顆粒，并按5(T200g/L的比例分散在有機溶劑二氧六環中，形成分散液A ；Ib)將骨螺釘浸在步驟Ia)所得分散液A中，以1(Γ30厘米/分鐘的速度提拉出溶液， 并烘干；Ic)將步驟Ib)所得骨螺釘在13(T180°C的烘箱中存放2 20分鐘后取出，以與螺紋牙底形狀一致，且最大寬度不大于螺紋牙三分之一高度處寬度的金屬輥沿螺紋牙底和螺紋壓牙根部滾壓；Id)以壓縮空氣吹去骨螺釘表面未被壓入的氯化鈉顆粒，之后將骨螺釘浸入去離子水溶液中去除氯化鈉顆粒，烘干后即得所述表面可承載組織再生活性因子的骨螺釘。
5.根據權利要求3所述方法，其特征在于，步驟(2)中所述制備方法采用水包油包水 (W/0/W)超聲復乳法。
6.根據權利要求5所述方法，其特征在于，所述超聲復乳法的制備過程中選用玻璃容器、全程冰浴、調整轉速為5600rpm。
7.根據權利要求3所述方法，其特征在于，步驟(3)還包括向所得的rhBMP-2微球中加入醫用膠。
8.根據權利要求7所述方法，其特征在于，所述rhBMP-2微球與所述醫用膠的質量體積比為 5: lmg/mLo
全文摘要
本發明公開了一種具有緩釋生物因子的可吸收骨螺釘，其在所述螺紋牙底上和/或所述螺紋牙上距離螺紋牙根部三分之一以下部位設有1um～50um孔狀結構，所述孔狀結構中載有緩釋生物因子rhBMP-2。本發明還公開了一種制備所述具有緩釋生物因子的可吸收骨螺釘的方法。本發明成功解決了可吸收骨螺釘表面負載組織再生生物因子易脫落損失的難題，具有很強的實用價值。本發明提供的可吸收骨螺釘復合rhBMP-2微球具有長時間緩釋，早期促進骨長入的作用，可廣泛用于固定肌腱的界面螺釘、肩關節鉚釘。
文檔編號A61L31/16GK103027740SQ20131001801
公開日2013年4月10日 申請日期2013年1月17日 優先權日2013年1月17日
發明者李眾利, 傅仰木, 金攻, 李玲玲, 王剛, 王美娜 申請人:北京中奧匯成生物材料科技有限公司