一种骨科用组织填充材料的制作方法

本发明涉及医用材料生产，特别涉及一种骨科用组织填充材料。

背景技术：

1、骨移植是仅少于输血的常见组织移植，自体骨移植是骨缺损修复的金标准，原因是自体骨修复的三要素包括细胞、活性蛋白及矿化细胞外基质支架，主体成分为羟基磷灰石，包括其他离子如mg、fe、si、zn、mn、 cu 、na、k，f、s、c、cl等元素。骨移植替代材料的研究、开发是目前医学研究的重点之一。在人骨矿化过程中存在广泛的同质替换行为，人骨具有复杂的组成及结构。在骨移植替代材料（人工骨）或骨组织工程支架的设计过程中，关键要考虑人骨这种严重矿化组织的复杂组成、结构（独特的三维互通网孔结构及天然纳米晶体结构）及理化特性如亲水性等。

2、人骨不能被单一材料所提供的有限特性所完全替代，更为重要的是，理想人工骨或骨组织工程支架必须为骨组织的再生提供三维多孔微结构，为成骨相关细胞提供粘附及生理活动提供空场所，同时支架必须拥有类似人体骨矿的组成成分，支架的溶降包括理化、细胞两方面的溶降能象自体骨矿化细胞外基质支架溶降时一样提供钙磷离子及其他成骨活性离子如钙、镁离子等，形成高钙富成骨活性离子的微环境。

3、钙磷是人骨骨矿的主体成分，也是目前临床上最为常见的骨移植替代材料成分。目前临床缺少理想的骨移植替代材料，主要表现在理想三维互通网孔结构、极大的孔隙率及比表面积、适当的降解性，良好的亲水性、骨传导性、骨诱导性及力学强度等理想特性多不能兼而有之。理想三维互通网孔结构是骨组织工程支架或骨移植替代材料的最基本要求。临床已经应用的具有较为理想三维互通网孔微结构的人工骨均为动物材料转化而来：其中两个来源于牛松质骨经过高温烧结工序制备的多孔羟基磷灰石陶瓷骨，包括在我国销售最好的瑞士盖氏人工骨材料，特点是其成分、结构及孔径与人类松质骨矿化细胞外基质高度类似，具有良好的生物相容性、良好的骨传导性等；植入机体内有利于骨修复细胞募集、活性因子的粘附、氧气与组织液的交换、血管的形成与进入，为骨修复细胞提供良好的黏附支持及生理活动空间；其巨大的缺点是高温烧结牛松质骨得到的骨矿—羟基磷灰石太过稳定，在体内降解比较慢长，在钙磷类植骨材料中溶解度最低，降解速度远远不能与新骨形成速度匹配，亦不能持续释放较高浓度钙磷等成骨有益离子、因此缺乏良好的成骨活性。钙磷骨移植替代材料生物活性的核心机制是离子产物在体内的部分溶解和释放，提高局部钙、磷酸盐离子浓度，并在陶瓷表面沉淀生物磷灰石。磷酸八钙（ocp）一般形成于ph<9.25环境, 而hap在ph值较高时优先形成。

4、硫酸钙是应用最早的也是目前应用仅次于钙磷材料的骨移植替代材料，硫酸钙有良好的降解特性，能形成局部高钙环境具潜在成骨活性，但其强度不能构建三维互通支架，而且一般说来降解快于骨修复速度，在骨移植替代时不利于对骨修复过程提供足够时空的支持与引导。而且其溶降过程形成偏酸性环境，而微碱性环境才更利于促进新骨形成。

5、近十年有关人工骨研究出现了另外一个热点：一些金属离子的掺杂影响成骨活性的研究。一篇综述总结了一些金属离子对干细胞增殖、成骨分化，成骨细胞生理活动及分化、骨形成、矿化及抑制破骨细胞分化，还有血管内皮细胞等骨形成骨修复的各个主要环节而促进或抑制来调节骨形成。

6、钙是人体最常见的矿物质，主要储存在骨骼中。钙稳态是由甲状旁腺激素(pth)和降钙素紧密调控的，通过刺激(pth)或抑制(降钙素)介导的骨吸收来调节血清钙水平破骨细胞。在骨重塑过程中，骨吸收破骨细胞会产生局部浓度细胞外钙离子可达40mol/l。这些微环境的钙增加抑制破骨细胞的吸收活性和促进间叶细胞的增殖和分化为基质细胞和成骨细胞。在20世纪80年代，细胞外钙被证明能激活细胞外钙蛋白偶联受体，称为钙传感器受体(casr)。关于骨细胞对细胞外钙的高反应性，钙水平升高可促进骨细胞的增殖、趋化和成骨分化，通过激活casr，以剂量依赖的方式激活骨髓来源的间充质基质细胞。

7、锶（sr）是人体内的一种重要微量元素，是骨骼和牙齿的重要组成部分，参与骨的形成，具有刺激骨形成和抑制骨吸收的作用|。在人骨的微量金属中，锶是唯一一种和骨抗压强度相联系的金属元素，约占骨质量的0.01％，人类成年个体约含320 mg。锶在元素周期表中与钙(ca)同族，二者的化学性质相似，均为亲骨性元素。虽然sr离子在体内的含量远低于ca离子，但其成骨作用已被证实：sr离子可以促进成骨细胞的增殖并有抑制破骨细胞的分化和功能，具有促进骨的形成，减缓骨的吸收，改善骨微细结构的作用。

8、镁离子目前研究较热且已经应用于临床的成骨活性离子。镁在自然界广泛存在，人类成年个体约含有 25g 镁，镁在人体骨形成和所有生长过程、维护骨 细胞结构与功能、骨代谢及重塑方面具有重要作用。低含镁量的磷酸镁钙基骨水泥能够显著提高细胞的粘附能力。掺镁磷酸钙骨水泥因为可促进植入材料与骨组织间骨性界面生成，成为日益受到重视的新型骨修复生物材料：掺镁骨水泥较容易配制，新西兰等国家已有 73% b-磷酸三钙/21%磷酸二氢钙/5%磷酸氢镁配方的骨水泥在临床上应用。复合配方含镁的骨水泥具备降解性，可释放钙、磷、镁等骨形成有益元素，移植后在机体内能 进行降解、离子交换，但不具备三维互通网孔结构而阻碍修复细胞及血管早期深入移植物内部。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种骨科用组织填充材料，可为新骨形成提供空间，并形成稳定的高钙高锶富镁等成骨活性离子的微碱性环境。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种骨科用组织填充材料，制备原料包括墨鱼骨骨矿粉、牛或猪松质骨骨矿颗粒以及硫酸钙，墨鱼骨骨矿粉：硫酸钙的质量比为1:1-10，墨鱼骨骨矿粉+硫酸钙的总质量与牛或猪松质骨骨矿颗粒的质量比为1:1-5。通过加酸（草酸、盐酸、柠檬酸等）调节，骨科用组织填充材料提浸液的ph值可稳定在8-12区间，适用于骨组织缺损填充。

4、墨鱼骨在中医中作为补钙制酸剂，可收敛止血、制酸敛疮。在民间墨鱼骨骨粉较常用于创口止血，可显著促进伤口愈合。我们的研究发现：高温煅烧墨鱼骨矿可得到物理性状良好的墨鱼骨骨矿粉，粉末衍射成分主要氧化钙、少量氢氧化钙及焦磷酸钙。高温煅烧墨鱼骨矿浸提液元素分析（其中一组数据）其钙达成人血清钙正常值的数十倍以上31.10（1.15-2.10）mmol/l（括号内的数值为人血清正常值，下同）、锶离子含量更可达成人血清锶正常值的数千倍以上92190.06（10-45.00）ug/l，同时富含镁1.72 （0.60—1.20）mmol/l，富锂621.73（<72）ug/l，富铬35.67（<10）ug/l等成骨活性离子。高温煅烧墨鱼骨矿极易溶降，适当掺入骨科用组织填充材料可形成稳定的高钙高锶富镁的微碱性环境。

5、本发明继续针对现有骨移植替代材料难以兼具良好三维互通网孔结构、机械 强度、可降解性及成骨活性等问题，利用高度类似于人类松质骨矿化细胞基质结构及成分的牛或猪松质骨骨矿颗粒与墨鱼骨骨矿粉和硫酸钙作为主体成分，构建以牛或猪松质骨骨矿多孔颗粒为主体结构以硫酸钙与墨鱼骨骨矿粉为复合涂层的复合颗粒材料，目标是保持牛（猪）松质骨骨矿理想的多孔结构的同时，利用硫酸钙与墨鱼骨骨矿涂层溶降较快，可形成微碱性、高钙高锶富镁等有利于成骨的局部环境，使复合材料体内移植时能为骨修复细胞粘附及成骨活动提供空间同时具有成骨活性的生化基础。

6、墨鱼骨骨矿粉、硫酸钙和调和液搅拌混匀形成涂层浆料后再与牛或猪松质骨骨矿颗粒搅拌混凝、分粒形成骨科用组织填充材料；

7、或墨鱼骨骨矿粉、硫酸钙和调和液搅拌混匀形成涂层浆料后再与部分牛或猪松质骨骨矿颗粒搅拌混凝、分粒形成表面有墨鱼骨骨矿粉与硫酸钙涂层的颗粒，表面有墨鱼骨骨矿粉与硫酸钙涂层的颗粒再与剩余的牛或猪松质骨骨矿颗粒混匀形成骨科用组织填充材料。

8、墨鱼骨骨矿粉+硫酸钙总质量：调和液=1g：0.7-1.5ml，调和液为生理盐水或蒸馏水。

9、所述硫酸钙为半水硫酸钙。

10、所述牛或猪松质骨骨矿颗粒的粒径为0.2-6mm。

11、所述牛或猪松质骨骨矿颗粒的制备方法为：

12、（1）将牛或猪股骨髁松质骨切割成厚1-4cm的骨块得原料骨；

13、（2）原料骨置于蒸馏水内在高压锅内蒸煮35-45min，然后用50-70℃水清洗干净；重复本步骤5-6次；

14、（3）将步骤（2）处理后的原料骨在80-120℃干燥12-24小时，然后置于煅烧炉内，900-1200℃煅烧6-12小时，冷却后得牛煅烧松质骨骨矿，用粉碎后过筛得牛或猪松质骨骨矿颗粒。粉末衍射成分分析牛（猪）松质骨骨矿成分为羟基磷灰石ca5( p o4)6( o h )。

15、所述墨鱼骨骨矿粉的制备方法为：

16、（1）墨鱼骨50-70℃水清洗干净，然后在80-120℃下干燥12-24小时，接着去外壳后取墨鱼骨内芯；

17、（2）将墨鱼骨内芯置于坩埚内，再置于煅烧炉内，800-1200℃煅烧3-6小时，冷却后经搅拌得到颗粒均匀的墨鱼骨骨矿粉。粉末衍射成分分析墨鱼骨骨矿粉主要成分为氧化钙，其余为氢氧化钙、焦磷酸钙。

18、该组织填充材料以牛或猪松质骨骨矿颗粒为三维骨架材料，墨鱼骨骨矿粉和硫酸钙的混合物作为可降解的涂层材料。

19、作为优选，硫酸钙与牛或猪松质骨骨矿颗粒的质量比为1:1-8。

20、本发明的有益效果是：以牛（猪）松质骨骨矿多孔颗粒为主体结构以硫酸钙与墨鱼骨骨矿粉为涂层，保持了牛（猪）松质骨骨矿多孔特性的同时，利用硫酸钙与墨鱼骨涂层溶降较快，可形成局部高钙及富成骨活性离子镁的微环境，使复合材料体内移植时具有成骨活性的生物化学基础上，同时为骨修复细胞粘附及成骨活动提供空间，为新骨重新矿化提供物质基础如高钙富镁离子及碱性环境。

21、本发明在模拟体液溶降实验中其涂层可较快溶降，形成稳定的微碱性（ph值8-12）、高钙11.50-33.00（1.15-2.10mmol/l）（括号内的数值为人血清正常值，下同）、高锶（2100-58800（10-45.00）ug/l）、富镁0.90-2.50（0.60-1.20mmol/l）的局部体液环境。

22、本发明在模拟体液溶降实验中溶降率5-55%范围，溶降率的通过调控墨鱼骨骨矿和硫酸钙涂层在材料中的的质量比实现。

23、本发明在含磷模拟体液中沉积实验时有良好钙磷沉积；沉积物粉末衍射成分分析主要是为羟基磷灰石、其次为磷酸八钙、焦磷酸钙等。