一种骨修复n-HACS多孔支架及制备方法和应用与流程

一种骨修复n
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ha/cs多孔支架及制备方法和应用
技术领域
1.本发明涉及一种医用多孔支架，具体涉及一种骨修复n
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ha/cs多孔支架及制备方法和应用。


背景技术：

2.骨髓炎是由微生物感染引起的一种严重的骨科疾病，病情漫长。常导致局部骨缺损甚至坏死。调查数据显示，开放性骨关节损伤的感染率可高达5％
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25％，由此带来的创伤性骨髓炎发病率也大为增加。同时，在临床常规手术中，骨折切开复位和钢板内固定术的术后伤口感染以及骨外露等并发症也屡见不鲜，这种由于医源性因素引起的局部骨组织感染是创伤性骨髓炎增多的另一个重要原因。一旦感染骨髓炎，如不及时治疗或治疗不彻底则会发展成慢性骨髓炎，最终导致化脓性关节，骨膜脓肿，脓性肌炎，深静脉血栓，肢体永久性损伤，菌血症或多脏器衰竭等，严重时需要截肢甚至会导致死亡。
3.临床上骨髓炎的治疗方式包括手术清除感染组织，消灭死腔，骨稳定性重建并联合应用抗生素，但手术清除死骨会导致骨的支撑作用减弱，并且由于骨髓炎患者局部骨及软组织血供差导致病变骨质缺血硬化，通过口服和注射全身应用抗生素显然已很难有效的治疗。因此，外科清创手术联合局部抗生素载体的应用成为临床上研究的热点。
4.早期，人们局部应用富含抗生素的聚甲基异丁烯酸(polymethylmethacrylate,pmma)串珠防治骨及软组织感染，但由于其不能被机体吸收，需二次手术取出，并且本身无成骨作用，不能对骨缺损进行修复。而现有的载药人工骨虽大多可以在体内缓慢降解而不需手术取出，在塑型过程中不产生热量，但受体系设计和工艺技术的限制，存在结构单一、可塑性差，药物长期缓释作用有限，且对骨修复的复杂空间结构缺乏足够研究等缺陷，已无法满足临床上个体化治疗的要求。
5.近年来，3d打印支架因其在组织再生工程中的独特优势而受到广泛关注。运用3d打印技术可对三维多孔支架材料的形状、尺寸和外观进行辅助设计，对支架的孔隙结构进行微米级的调控。通过3d打印技术，能够得到与骨缺损大小和尺寸相匹配并且孔的尺寸、形状、空间走向和分布较理想的支架，解决了传统加工方法遇到的问题。
6.因此，有必要提供一种结构可调且能负载药物或生长因子的功能性3d打印骨修复支架。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种骨修复n
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ha/cs多孔支架及制备方法和应用，解决了传统的多孔骨修复支架结构单一、可塑性差的问题，并为药物或功能性生长因子的负载及缓控释提供了依据。
8.为了达到上述目的，本发明提供了一种骨修复n
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ha/cs多孔支架，该多孔支架以n
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ha/cs多孔支架为基础结构，在该n
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ha/cs多孔支架表面经多巴胺修饰形成多巴胺涂层，且在多巴胺涂层表面接枝经戊二醛交联的壳聚糖微球。
9.本发明以壳聚糖作为药物载体材料，其在体内可以被溶解酶分解，且其降解产物无毒性、无致敏性及无致癌性，具有良好的生物相容性、生物降解性、生物粘附性的作用。采用的n
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ha具有良好的骨传导性能，能促进骨再生。
10.优选地，所述n
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ha/cs多孔支架是通过将n
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ha粉末与壳聚糖乙酸溶液混合并搅拌获得。
11.优选地，所述n
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ha浆料与壳聚糖乙酸溶液的质量比为3：7。
12.优选地，所述戊二醛交联壳聚糖微球是通过将壳聚糖乙酸溶液与液体石蜡、span80、tween80在室温条件下搅拌并加入戊二醛溶液而获得的。
13.优选地，所述戊二醛溶液的浓度为50％。
14.本发明的另一目的是提供一种所述的骨修复n
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ha/cs多孔支架的制备方法，该方法包含：
15.(1)将壳聚糖乙酸溶液加入到液体石蜡中，在室温条件下搅拌形成白色乳状w/o乳液，向该w/o乳液中加入戊二醛溶液，搅拌，洗涤，干燥后，得到戊二醛交联的壳聚糖微球；
16.(2)将n
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ha粉末与壳聚糖乙酸溶液以质量比3：7混合并搅拌至具有适当粘度的复合浆料；
17.(3)通过3d打印，调试三维打印机的参数，并设置需要的支架形状、结构和尺寸后，在一定压力下将料筒内浆料挤出，获得n
‑
ha/cs多孔支架；
18.(4)将n
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ha/cs多孔支架浸入含有戊二醛交联壳聚糖微球的多巴胺溶液中，室温避光搅拌，获得表面接枝cs微球的n
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ha/cs多孔支架；
19.优选地，所述壳聚糖乙酸溶液中壳聚糖的质量分数为2wt％。
20.优选地，所述洗涤剂为石油醚和异丙醇。
21.优选的，所述干燥方式为加热鼓风干燥。
22.优选地，所述n
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ha为干燥粉末。
23.优选地，所述多巴胺溶液为，以10mmol/l tris
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hcl缓冲液为溶剂配制的2mg/ml的多巴胺溶液。
24.本发明的另一目的是提供一种所述的骨修复n
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ha/cs多孔支架的用途，所述骨修复n
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ha/cs多孔支架用于作为骨修复材料。
25.本发明的骨修复n
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ha/cs多孔支架及制备方法和应用，解决传统的多孔骨修复支架结构单一、可塑性差的问题，并为药物或功能性生长因子的负载及缓控释提供了依据，具有以下优点：
26.本发明的n
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ha/cs骨修复支架原料配方简单，成分安全，具有良好的生物相容性、生物降解性，以及促成骨和血管化等功能，在骨缺损重建过程中能有效促进骨修复。
27.本发明的壳聚糖微球可作为药物或生长因子载体材料，为进一步构建一种可进行局部药物/生长因子控释的功能性骨修复体系提供了基础。壳聚糖在体内可以被溶解酶分解，且其降解产物无毒性、无致敏性及无致癌性，具有良好的生物相容性、生物降解性、生物粘附性等作用。
28.本发明可利用3d设计和3d打印技术，制备的n
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ha/cs具有高贯通性，个性化的多孔骨修复材料复合多孔支架，能够通过调节材料的孔隙率或者贯通性等方法提高材料的骨传导性，增加自体骨向骨修复材料内部生长，实现骨修复材料与自体骨的融合而起到固定和
支撑的作用。
附图说明
29.图1为本发明的骨修复n
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ha/cs多孔支架的制备示意图。
30.图2为本发明的骨修复n
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ha/cs多孔支架的作用示意图。
31.图3为本发明的骨修复n
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ha/cs多孔支架植入新西兰大白兔股骨髁部位的实验流程图。
32.图4为本发明的骨修复n
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ha/cs多孔支架植入新西兰大白兔股骨髁部位9w后的样本图。
33.图5为本发明的骨修复n
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ha/cs多孔支架植入新西兰大白兔股骨髁部位9w后的x光图。
具体实施方式
34.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。
35.实施例1
36.一种骨修复n
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ha/cs多孔支架的制备方法，参见图1，该方法包含：
37.(1)戊二醛交联壳聚糖微球的制备
38.用质量分数1.5wt％的乙酸溶液配制一定量的壳聚糖乙酸溶液，该壳聚糖乙酸溶液中壳聚糖的质量分数为2wt％。
39.取28.0g壳聚糖乙酸溶液加入到84.0g液体石蜡、1.6g span80和0.4g tween80中，在室温下快速搅拌30min，形成白色乳状w/o乳液，向该w/o乳液中加入2ml戊二醛溶液(50％)，继续搅拌2～3h，用石油醚和异丙醇充分洗涤，离心分离，于45℃烘干过夜，制得棕色戊二醛交联壳聚糖微球粉末。
40.(2)载cs微球n
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ha/cs多孔支架的制备
41.将壳聚糖(cs)溶于质量分数1.5wt％的乙酸溶液中配置得到壳聚糖乙酸溶液，该壳聚糖乙酸溶液中壳聚糖的质量分数为2wt％。
42.取质量比3：7的n
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ha粉末与壳聚糖乙酸溶液进行共混，得到n
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ha/cs复合浆料。
43.将上述复合浆料加入到3d打印机料筒内，调试三维打印机的参数，并设置需要的支架形状、结构和尺寸后，在一定压力下将料筒内材料挤出，制得n
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ha/cs多孔支架。利用3d设计和3d打印技术，通过调试3d打印机的参数，并设置需要的支架形状、结构和尺寸，对材料的微观结构进行精确控制，保证多孔支架的表面结构、孔隙率和贯通性能，孔隙率大于30％，孔径大小为200～500μm，使其有利于细胞的黏附，组织和血管的长入。
44.(3)多巴胺修饰的载cs微球的n
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ha/cs多孔支架制备
45.用多巴胺对上述n
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ha/cs多孔支架进行表面修饰，以10mmol/ltris
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hcl缓冲液为溶剂配制2mg/ml的多巴胺溶液；将n
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ha/cs多孔支架浸入50ml该含有戊二醛交联壳聚糖微球的多巴胺溶液中，在1000r/min下(在该转速下能够促进多巴胺溶液完全渗入支架内部)
室温避光(防止多巴胺氧化变质)磁力搅拌24h后，蒸馏水反复冲洗去除未聚合的多巴胺，于60℃烘干过夜，得到表面接枝cs微球的n
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ha/cs多孔支架。
46.试验例1骨缺损模型建立
47.将7只饲养观察2周后的新西兰大白兔称重后固定于实验手术台，自耳缘静脉注射3％戊巴比妥钠注射液(每公斤注射1ml)，在股骨髁手术区域附近备皮，常规消毒铺巾。于股骨髁内侧切开长约1cm的切口，制造φ5mm深6～7mm的缺损，于左右两侧分别植入材料，植入材料后用骨蜡封闭，逐层缝合后使用聚维酮碘消毒。术后一天，注射青霉素钠溶液防止因感染导致动物死亡，并允许实验动物自由活动，所有动物单笼饲养。
48.试验例2生物学效应试验
49.对实施例1制备的骨修复n
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ha/cs多孔支架进行生物学效应试验，具体如下：
50.将试验例1构建的7只新西兰兔的骨缺损模型，a、b组各3只，剩余1只为c组，a组、b组、c组植入的材料具体如下：
51.a组：植入n
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ha/cs多孔支架；
52.b组：植入表面接枝cs微球的n
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ha/cs多孔支架；
53.c组：空白组，不植入任何材料。
54.将试验例1所构建骨缺损模型，按照上述分组植入材料。
55.植入材料3w，6w和9w后处死实验兔，a组和b组每个时间点各随机处死1只，空白组于最后一个时间点处死。分离股骨与胫骨连接处软组织，暴露股骨髁，在离股骨髁下端约1cm处截取样本，用4％多聚甲醛浸泡保存，进行大体观察与x光检测。
56.样本(9w)大体观察照片如图4所示，从左至右依次为a、b、c组。样本(9w)的x光照片如图5所示，从左至右依次为a、b、c组。从大体观察照片和x光图片可以看到，三组样本均具有较好的骨修复效果，x光照片显示缺损区域有大量新骨生成，几乎完全覆盖缺损区，这表明支架具有很好的引导骨组织再生的作用。其中b组的修复效果较a组更佳，说明微球的加入并未影响骨缺损的修复，反而还起到了促进作用。这可能是由于壳聚糖本身就具有一定的骨传导性和一定的骨诱导能力，同时微球载于支架表面，增加了支架表面的粗糙程度，更有利于细胞的黏附和长入。
57.综上所述，本发明制备的表面接枝cs微球的骨修复n
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ha/cs多孔支架具有高贯通性，是个性化的骨修复材料复合多孔支架，能够通过调节材料的孔隙率或者贯通性等方法提高材料的骨传导性，增加自体骨向骨修复材料内部生长，实现骨修复材料与自体骨的融合而起到固定和支撑的作用，动物实验表明，该支架能有效修复骨缺损。同时，表面接枝的cs微球为进一步的药物或生长因子的负载和缓控释提供了可能，为进一步构建一种可进行局部药物/生长因子控释的功能性骨修复体系提供了基础，使该支架在骨组织工程领域具有了更广阔的应用前景。
58.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

技术特征：
1.一种骨修复n
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ha/cs多孔支架，其特征在于，该多孔支架以n
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ha/cs多孔支架为基础结构，在该n
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ha/cs多孔支架表面经多巴胺修饰形成多巴胺涂层，且在多巴胺涂层表面接枝戊二醛交联的壳聚糖微球。2.根据权利要求1所述的骨修复n
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ha/cs多孔支架，其特征在于，所述n
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ha/cs多孔支架是通过将n
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ha粉末与壳聚糖乙酸溶液混合获得的。3.根据权利要求2所述的骨修复n
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ha/cs多孔支架，其特征在于，所述n
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ha粉末与壳聚糖乙酸溶液的质量比为3：7。4.根据权利要求1所述的骨修复n
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ha/cs多孔支架，其特征在于，所述戊二醛交联壳聚糖微球是通过将壳聚糖乙酸溶液与液体石蜡、span80和tween80在室温条件下搅拌并加入戊二醛溶液而获得的。5.根据权利要求4所述的骨修复n
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ha/cs多孔支架，其特征在于，所述戊二醛溶液的浓度为50％。6.一种如权利要求1
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5中任意一项所述的骨修复n
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ha/cs多孔支架的制备方法，其特征在于，该方法包含：(1)将壳聚糖乙酸溶液加入到液体石蜡、span80和tween80的混合体系中，在恒温条件下搅拌形成白色乳状w/o乳液，向该w/o乳液中加入戊二醛溶液，搅拌，洗涤，干燥处理后，得到戊二醛交联的壳聚糖微球；(2)将n
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ha粉末与壳聚糖乙酸溶液以质量比3：7混合并搅拌至具有适当粘度的复合浆料；(3)通过3d打印，调试三维打印机的参数，并设置需要的支架形状、结构和尺寸后，在一定压力下将料筒内浆料挤出，获得n
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ha/cs多孔支架；(4)将n
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ha/cs多孔支架浸入含有戊二醛交联壳聚糖微球的多巴胺溶液中，室温避光搅拌，获得表面接枝cs微球的n
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ha/cs多孔支架。7.根据权利要求6所述的骨修复n
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ha/cs多孔支架的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖乙酸溶液中壳聚糖的质量分数为2wt％。8.根据权利要求6所述的骨修复n
‑
ha/cs多孔支架的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖微球的洗涤剂为石油醚和异丙醇。9.根据权利要求6所述的骨修复n
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ha/cs多孔支架的制备方法，其特征在于，所述多巴胺溶液为，以10mmol/l tris
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hcl缓冲液为溶剂配制的2mg/ml的多巴胺溶液。10.一种如权利要求1
‑
5中任意一项所述的骨修复n
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ha/cs多孔支架的用途，其特征在于，所述n
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ha/cs多孔支架用于作为骨修复材料。
技术总结
本发明公开了一种骨修复n


技术研发人员：邹琴 李玉宝 林明玥 王晨鑫 李泰赫
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：2021.03.25
技术公布日：2021/6/29