一种具有顺序调控功能的骨修复材料及其制备方法与应用

本发明涉及生物医用材料，具体涉及一种具有顺序调控功能的骨修复材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、随着社会人口老龄化，骨质疏松患者越来越多，很多绝经女性受到骨质疏松症的影响。目前，超过2.5亿人患有骨质疏松症，终生骨折的风险高达40％，成为了医学和社会的新威胁。骨本身具有一定的自愈合能力，尺寸较小的缺损可自行愈合，而对超出临界尺寸的骨缺损需要通过手术来治疗。骨移植是治疗骨质流失的重要办法，其中，自体骨移植物被认为是临床上骨修复材料的“金标准”，但自体骨移植物存在抗骨质疏松能力有限，并且可能会导致供体部位的损伤和畸形的缺点。

2、骨质疏松症是一种系统性骨代谢疾病，绝经后的雌激素变化和自然衰老都会影响骨骼的免疫环境和代谢，在雌激素持续缺乏的情况下，机体存在慢性低度炎症。值得注意的是，在ovx小鼠中观察到中性粒细胞浸润增加，其主要负责细胞和碎片吞噬以及吸引其他免疫细胞的细胞因子分泌，已有研究表明，中性粒细胞局部增加不利于重度创伤后的骨修复。因此抑制炎症反应对骨质疏松骨缺损的修复至关重要。绝经后雌激素水平下降，破骨细胞活性增强，骨细胞成骨能力受损，骨稳态被破坏，平衡向骨吸收转变，导致骨重塑异常。目前，骨质疏松骨修复材料中涉及到的调控方式包括：促进巨噬细胞m2表型极化、顺序诱导巨噬细胞m1-m2表型极化、增强合成代谢和抵抗骨吸收。

3、据报道，il-4是目前诱导巨噬细胞m2极化的经典活化因子，m2型巨噬细胞有助于缓解炎症和促进组织修复，其通过产生抗炎因子il-10和tgf-β来抑制炎症，分泌的成骨和成血管相关因子，能够促进基质重塑和血管生成，有利于植入物在宿主组织中的骨整合。骨质疏松症发病的主要原因是骨吸收作用强于骨形成作用而导致骨质流失，骨组织微结构破坏。阿仑膦酸钠是临床上治疗骨质疏松症的有效药物，能够促进成骨细胞分化，抑制破骨细胞活性，增强骨形成。因此，通过设计材料顺序调控骨质疏松骨缺损再生修复进程中的炎症反应和骨重建过程，加速骨修复进程，为解决上述问题提供了一条研究思路。

技术实现思路

1、本发明的首要目的在于提供一种具有顺序调控功能的骨修复材料的制备方法。该方法通过迈克尔加成反应联合物理吸附作用，获得能够顺序调控骨质疏松骨缺损再生修复进程中的早期炎症反应和后期骨重建过程的骨修复材料。同时，本发明还创建包含上述材料的骨质疏松股骨缺损模型，用于评估骨质疏松情况下的骨修复效果。

2、为了实现上述目的和其他相关目的，本发明第一方面提供一种具有顺序调控功能的骨修复材料的制备方法，包括如下步骤：

3、在基体材料表面包覆功能涂层，通过迈克尔加成反应将促进骨再生的小分子药物接枝到功能涂层上，再通过物理吸附负载炎症调节因子，构建得到具有顺序调控功能的骨修复材料。

4、优选的，所述基体材料为无机非金属材料，具体形态包括骨科填充材料、骨科替代物、多孔支架，如人工髋关节假体、人工种植牙、骨缺损填充物。

5、所述无机非金属材料为β-磷酸三钙、羟基磷灰石、生物活性玻璃的任意一种或几种。

6、优选的，所述基体材料由基体材料粉体与一定比例分散剂和粘结剂混合球磨得到打印浆料，打印浆料经打印、高温烧结得到。

7、优选的，所述分散剂为聚丙烯酰胺，所述粘结剂为羟丙基甲基纤维素。

8、所述球磨时间为4～8h，所述打印速度为6～10mm/s；

9、优选的，所述烧结温度为1000～1200℃，保温3～5h。

10、优选的，所述功能涂层为聚酚胺类化合物，小分子药物为带有氨基或巯基的小分子药物。

11、优选的，所述酚胺类化合物为多巴胺、盐酸多巴胺、单宁酸、左旋多巴的任意一种或几种；

12、所述小分子药物为利塞磷酸钠、阿仑膦酸钠、帕米膦酸钠、替鲁膦酸钠、骨形态发生蛋白-2中的任意一种或几种。

13、优选的，所述炎症调节因子为il-4、il-10、il-13、tgf-β的一种或几种。

14、优选的，所述酚胺类化合物的溶液浓度为0.5-5mg/ml，自聚合反应条件为：反应温度为25-60℃，反应时间为12-36h。

15、优选的，所述迈克尔加成反应条件为：反应温度为25-60℃，反应时间为12-36h。

16、优选的，所述小分子药物的载药浓度为10-2-10-9m，炎症调节因子的药物负载量为10-50ng。

17、优选的，所述物理吸附负载是将炎症调节因子的药物配制成溶液后进行滴加。

18、优选的，所述炎症调节因子的药物负载浓度为500ng/ml-2μg/ml。

19、本发明的第二方面在于提供一种具有顺序调控功能的骨修复材料，由上述的制备方法制得。

20、本发明的第三方面在于提供上述具有顺序调控功能的骨修复材料在制备治疗骨质疏松缺损修复材料中的应用。

21、本发明的第四方面在于提供上述具有顺序调控功能的骨修复材料在骨质疏松股骨缺损模型中的应用。

22、在实验鼠的股骨组织上制造骨缺损，采用上述具有顺序调控功能骨修复材料进行修复。

23、优选的，所述实验鼠为双侧卵巢切除后12周的雌性sd大鼠。

24、本发明相对于现有技术，具有以下优点和有益效果：

25、(1)本发明通过迈克尔加成联合物理吸附作用构建了一种可顺序调控骨质疏松骨缺损再生的骨修复材料。该制备方法简单易行，在骨质疏松骨修复领域有较好的应用前景。

26、(2)本发明的多巴胺溶液自聚合可以在任何基体材料表面形成功能涂层，使其适合应用于各种形状复杂的骨植入材料，功能涂层提高了材料的亲水性，促进了骨髓间充质干细胞粘附。

27、(3)短期突释的il-4能够将早期炎症环境中的巨噬细胞极化为m2型，抑制炎症反应；持续释放的阿仑膦酸钠能够促进骨髓间充质干细胞成骨分化，并抑制破骨细胞活性，有利于实现骨质疏松病理环境下骨形成-骨吸收的稳态重建，从而达到加速骨质疏松骨修复进程的目的，现有的支架材料难以实现上述功能。

28、(4)本发明将几种骨修复材料植入骨质疏松大鼠股骨缺损中，可观察到具有顺序调控功能骨修复材料在6周时有更多的新骨生成。

技术特征：

1.一种具有顺序调控功能的骨修复材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利1所述制备方法，其特征在于，所述基体材料为无机非金属材料，所述无机非金属材料为β-磷酸三钙、羟基磷灰石、生物活性玻璃的任意一种或几种。

3.根据权利要求2所述制备方法，所述基体材料由基体材料粉体与一定比例分散剂和粘结剂混合球磨得到打印浆料，打印浆料经打印、高温烧结得到。

4.根据权利1所述制备方法，其特征在于，所述功能涂层由酚胺类化合物的溶液经自聚合反应得到，所述小分子药物为带有氨基或巯基的小分子药物。

5.根据权利4所述制备方法，其特征在于，所述酚胺类化合物为多巴胺、盐酸多巴胺、单宁酸、左旋多巴的任意一种或几种；

6.根据权利1所述制备方法，其特征在于，所述炎症调节因子为il-4、il-10、il-13、tgf-β的一种或几种。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述酚胺类化合物的溶液浓度为0.5-5mg/ml，自聚合反应条件为：反应温度为25-60℃，反应时间为12-36h。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述小分子药物的载药浓度为10-2-10-9m，炎症调节因子的药物负载量为10-50ng。

9.一种具有顺序调控功能的骨修复材料，其特征在于，由权利要求1～8任一项所述的制备方法制得。

10.权利要求9所述的具有顺序调控功能的骨修复材料在制备治疗骨质疏松缺损修复材料中的应用。

技术总结本发明涉及生物医用材料技术领域，公开了一种具有顺序调控功能的骨修复材料及其制备方法与应用，包括如下制备步骤：在基体材料表面包覆功能涂层，通过迈克尔加成反应将促进骨再生的小分子药物接枝到功能涂层上，再通过物理吸附负载炎症调节因子，构建得到具有顺序调控功能的骨修复材料。本发明进一步提供了具有顺序调控功能的骨修复材料及应用，炎症调节因子可在缺损修复早期调控巨噬细胞向M2表型极化，抑制炎症反应；促骨再生小分子药物在后期骨重建过程促进骨髓间充质干细胞粘附分化，抑制破骨细胞活性，重建骨稳态，可针对骨质疏松情况下的骨缺损进行再生修复。技术研发人员：赵娜如,杨艳,刁静静受保护的技术使用者：华南理工大学技术研发日：技术公布日：2024/8/16