專利名稱：聚多糖/磷酸鈣復(fù)合骨水泥及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)用生物材料領(lǐng)域，涉及一種用于填充或注射修復(fù)人體硬組織 缺損的新型有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
骨缺損的修復(fù)治療是長(zhǎng)期困擾外科醫(yī)生的一個(gè)棘手難題，各國(guó)科學(xué)家一直
致力于理想的骨修復(fù)材料的研究與開發(fā)。上世紀(jì)80年代中期美國(guó)的Brown和 Chow發(fā)明了一種自固化型生物活性骨缺損修復(fù)材料一一磷酸鈣骨水泥 (Calcium phosphate cement, CPC)，它能在人體生理環(huán)境下可自行水化固化， 最終轉(zhuǎn)化為與人體骨組成相似的羥基磷灰石(HA)，且固化過(guò)程中放熱量少，可 根據(jù)骨缺損部位形狀任意塑型，因而引起了人們極大的關(guān)注。作為骨替代材料 磷酸鈣骨水泥具有優(yōu)良的性能，主要表現(xiàn)為良好的生物相容性及生物安全性、 良好的生物降解性、引導(dǎo)成骨活性。磷酸鈣骨水泥可轉(zhuǎn)化成與天然骨類似的組 成，植入人體后可參與新陳代謝，通過(guò)骨傳導(dǎo)作用而成骨，在被吸收的同時(shí)可 引導(dǎo)等量的新骨生成(W.J.E.M. Habraken, J. G. C. Wolke， J. A. Jansen,陶 瓷復(fù)合材料用于組織工程藥物傳輸支架材料研究，先進(jìn)藥物傳輸2007, 59， 234-248; HockinH. K. Xu, Michael D. Weir， Elena F. Burguera and Alexis M. Fraser，可注射大孔磷酸鈣水泥支架，生物材料，2006， 27: 4279-4287; Makoto Watanabe， Miyuki Tanaka， Makoto Sakurai and Mioko Maeda， Development of calcium phosphate cement (磷酸!丐7jC泥的研究進(jìn)展) Journal of the European Ceramic Society (歐洲|陶瓷學(xué)報(bào))，2006, 26: 549-552)。
近20年來(lái)磷酸鈣骨水泥的種類、性能及理論研究都獲得了長(zhǎng)足進(jìn)展，作 為骨修復(fù)材料已廣泛應(yīng)用于臨床。但骨水泥自身固有的一些缺點(diǎn)比如磷酸鈣骨 水泥固化時(shí)間偏長(zhǎng)，粘結(jié)性能較差，機(jī)械性能不足，降解較緩慢，使其應(yīng)用受 到一定程度的限制，目前一般只能用于非負(fù)重區(qū)骨的修復(fù)。近年來(lái)許多學(xué)者對(duì) 各種磷酸爭(zhēng)丐骨水泥進(jìn)行深入的改性研究以增加其機(jī)械強(qiáng)度，調(diào)整固化時(shí)間，改 善其流變性和生物降解性(Lisa E. Carey, Hockin H. K. Xu， Jr. ， CarlG.Simon, Shozo Takagi， Laurence C. Chow， Premixed rapid-setting calcium phosphate composites for bone r印air(預(yù)混合快速固化型磷酸鈣復(fù)合骨修 復(fù)材料)，生物材料(Biomaterials)， 2005， 26:5002-5014; Hockin H. K. Xu， Carl G. Simon, Fast setting calcium phosphate - chitosan scaffold: mechanical properties and biocompatibility.(快固化磷酸轉(zhuǎn)7jC泥-殼聚糖 支架機(jī)械性能和生物相容性研究)，Biomaterials(生物材料)，2005， 26: 1337-1348)。
在磷酸f丐骨水泥中添加纖維分子是改善骨水泥抗張、抗沖性能的重要方法 (戴紅蓮，李世普，閆玉華，王欣宇，曹獻(xiàn)英，韓穎超，陳曉明，袁琳，李建
華， 一種磷酸鈣復(fù)合骨水泥的制備方法，公開號(hào)CN1657483A， 2005;李玉寶， 魏杰，醫(yī)用復(fù)合生物骨水泥粉、骨水泥液體及醫(yī)用復(fù)合生物骨水泥，公開號(hào) CN1403168A， 2003)。纖維分子復(fù)合方式可分為交聯(lián)劑復(fù)合、增塑劑復(fù)合、可 吸收纖維復(fù)合、天然纖維復(fù)合等。根據(jù)材料的復(fù)合原理，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中， 纖維承受大部分載荷，在基體與纖維之間起到橋梁作用，并且當(dāng)基體裂紋擴(kuò)展 到纖維與基體界面時(shí)，結(jié)合適當(dāng)?shù)慕缑孀柚沽鸭y擴(kuò)展或使裂紋發(fā)生偏轉(zhuǎn)從而達(dá) 到調(diào)整界面應(yīng)力，阻止裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展的效果。就材料的降解性能而言，纖維 增強(qiáng)可分為非降解型纖維增強(qiáng)和可降解型纖維增強(qiáng)。非降解型纖維是較早被用 于改善磷酸鈣骨水泥力學(xué)性能的增強(qiáng)材料，其增強(qiáng)效果非常顯著。目前常用的 非降解型纖維主要包括碳纖維、玻璃纖維以及高聚物纖維。研究發(fā)現(xiàn)聚氧離子 和血清蛋白的吸附可抑制HAP晶體的生長(zhǎng)，可能導(dǎo)致晶粒尺寸變小，并形成更 加密集交錯(cuò)的微結(jié)構(gòu)，聚合物在多種晶體之間的橋接和通過(guò)塑性流動(dòng)吸收能量 是導(dǎo)致磷酸鈣骨水泥強(qiáng)度增加的原因。復(fù)合兩種不同增強(qiáng)劑的自固化磷酸轉(zhuǎn)骨 水泥比傳統(tǒng)使用一種增強(qiáng)劑的磷酸鈣骨水泥具有更高的協(xié)同增強(qiáng)作用，可用于 承重的顱面和整形外科修復(fù)。研究表明，將聚丙烯、尼龍和碳纖維分別加入磷 酸鈣骨水泥中，雖然可因孔隙率的增加而導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度降低，但卻極大地增加 了磷酸轉(zhuǎn)骨水泥的韌性和抗拉強(qiáng)度，這種復(fù)合骨水泥可用于修復(fù)外形有一定彎 曲度的缺損 (Hockin H. K. Xu， Janet B. Quirm， Shozo Takagi， Laurence C. Chow, Synergistic reinforcement of in situ hardening calcium phosphate composite scaffold for bone tissue engineering(骨組織工程用原位固化 磷酸鈣骨水泥的協(xié)同增強(qiáng)作用)，Biomaterials (生物材料.)，2004: 1029-1037)。孫康寧等將碳長(zhǎng)纖維沿一定方向分散在模具內(nèi)制得仿骨結(jié)構(gòu)的磷酸鈣骨水泥生物復(fù)合材料。該復(fù)合材料具有良好的力學(xué)性能和生物相容性，可 應(yīng)用于醫(yī)療手術(shù)中人工骨的置換和修復(fù)等(孫康寧，趙萍， 一種磷酸鈣骨水
泥生物復(fù)合材料及其制備方法，公開號(hào)CN1559887A， 2005)。但是上述在磷酸 鈣骨水泥中添加纖維分子的不足之處在于，由于無(wú)機(jī)水泥和高分子纖維之間存 在界面問(wèn)題，因此一般只有在纖維加入量很少的情況下才具有增強(qiáng)效果，而增 韌作用往往不明顯；同時(shí)由于這些外加的纖維大多不降解，因此無(wú)法同時(shí)兼顧 復(fù)合材料的機(jī)械性能和降解性能。
利用可降解型纖維材料增強(qiáng)磷酸鈣骨水泥是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型 的骨水泥增強(qiáng)方法。該法的改進(jìn)之處在于所用的可降解型纖維材料可以在骨水 泥復(fù)合體植入人體的初期起到穩(wěn)定和增強(qiáng)的作用，而隨著纖維的逐步降解，其 產(chǎn)生的柱形孔道又有助于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的傳遞及血管、細(xì)胞的快速長(zhǎng)入，并且降解 產(chǎn)物安全無(wú)毒。因此可以說(shuō)，可降解纖維在骨水泥的制備和應(yīng)用中起到了致孔 和增強(qiáng)的雙重作用，避免了因非降解材料長(zhǎng)期置于人體中而產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng) (Lin， et al, Process for producing fast-setting, bioresorbable calcium phosphate cements快速固化可吸收磷酸鈣水泥的制備.美國(guó)專利7,066,999， 2006)。 Xu等采用高分子可吸收長(zhǎng)纖維素對(duì)TTCP/DCPA骨水泥進(jìn)行增強(qiáng)，在磷 酸鈣骨水泥中加入25%的可吸收性纖維，纖維的直徑為322wm,將復(fù)合后的標(biāo) 本置于37。C鹽水中，經(jīng)l、 7、 14、 28、 56天后發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度增加5倍，韌性增加 100倍，隨纖維溶解速度的不同這一強(qiáng)度和韌性可以保持2-4周。研究認(rèn)為， 纖維的加入使磷酸鈣骨水泥在組織再生過(guò)程中保持所必需的強(qiáng)度，纖維溶解后 在磷酸鈣骨水泥中留下的孔隙使新生的血管組織容易長(zhǎng)入，給骨組織再生提供
了良好的環(huán)境；隨著纖維的溶解，磷酸鈣骨水泥中形成了相互貫通的圓柱形大 孔，其抗彎強(qiáng)度仍比無(wú)大孔的磷酸鈣骨水泥高39%，韌性高256% (HockinH. K. Xu, Janet B. Quinn， Calcium phosphate cement containing resorbable fibers for short-term reinforcement and macroporosity.(含可吸收纖維 用于短期增強(qiáng)和形成大孔隙的磷酸鈣水泥)，Biomaterials(生物材料)，2002, 23:193-202)。此外，還可以用有機(jī)生物活性物質(zhì)增強(qiáng)磷酸鈣骨水泥。Bigi等 嘗試了用明膠對(duì)骨水泥的力學(xué)性能進(jìn)行改進(jìn)，結(jié)果表明抗壓強(qiáng)度有了一定的提 高 (A. Bigi， B. Bracci， S. Panzavolta， Effect of added gelatin on the properties of calcium phosphate cement.(明膠對(duì)磷酸！丐水泥性宵g的影口向)， Biomaterials (生物材料)，2004， 25: 2893-2899)。殼聚糖也是一類比較重要
7的用來(lái)改善骨水泥力學(xué)性能的生物活性物質(zhì)。Xu和Takagi等嘗試了將殼聚糖 加入到骨水泥的液相中制備增強(qiáng)型磷酸鈣骨水泥/殼聚糖復(fù)合物的方法，結(jié)果 表明骨水泥的穩(wěn)定性及強(qiáng)度都得到了很大的提高(Hockin H. K. Xu， Carl G. Simon, Fast setting calcium phosphate-chitosan scaffold: mechanical properties and bioco即atibility(預(yù)混合大孔磷酸鈣水泥支架，材料科學(xué)雜 志)，Biomaterials(生物材料)，2007， 18: 1345-1353)。 Wang等也考察了殼聚 糖衍生物對(duì)骨水泥的增強(qiáng)效果，他們發(fā)現(xiàn)在磷酸鈣骨水泥中加入磷酸化的殼聚 糖可以明顯提高其固化后的抗壓強(qiáng)度，并認(rèn)為由于Ca2+同殼聚糖間強(qiáng)烈的鍵合 作用使得新生成的HA顆粒通過(guò)聚合物連接在一起，使抗壓強(qiáng)度得以提高。Dos Santos等在調(diào)和材料時(shí)加入聚酰胺纖維，強(qiáng)度有所提高，同時(shí)發(fā)現(xiàn)纖維周圍材 料基質(zhì)中有放射狀裂隙，顯示了力學(xué)強(qiáng)度再度大幅提高的突破點(diǎn)(Xiaohong Wang, Jianbiao Ma， Yinong Wang， Binglin He， Bone repair in radii and tibias of rabbits with phosphorylated chitosan reinforced calcium phosphate cements(磷酸化殼聚糖增強(qiáng)磷酸鈣水泥用于老鼠脛骨修復(fù)研究，生 物材料)Biomaterials(生物材料)，2002， 23: 4167-4176)。
但是上述現(xiàn)有技術(shù)得到的骨水泥在強(qiáng)度性能上有待進(jìn)一步提高。 由水而引起的微孔是影響磷酸鈣骨水泥力學(xué)強(qiáng)度的一個(gè)非常重要的因素。 Barralet等研究發(fā)現(xiàn)以檸檬酸鈉為代表的a -羥基酸鈉鹽的加入可導(dǎo)致磷酸鈣 骨水泥抗壓強(qiáng)度大幅提高，并認(rèn)為導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度提高的原因在于鈉離子的存在 會(huì)降低固化反應(yīng)過(guò)程中鈣離子與羥基羧酸離子基團(tuán)之間的穩(wěn)定聯(lián)系，從而產(chǎn)生 更多的自由離子，而這些自由離子會(huì)吸附在反應(yīng)物及固化生成物的粒子表面 上，從而增大了它們的4-勢(shì)能，提高了骨水泥流變性能，在保持骨水泥可操 作性的同時(shí)降低了水的含量，進(jìn)而導(dǎo)致骨水泥孔隙率下降，強(qiáng)度提高(JakeE. Barralet， Maryjane Tremayne, Kevin J. Lilley， Uwe Gbureck， Modification of calcium phosphate cement with a-hydroxy acids and their salts (通 過(guò)a-羥基酸及其鹽類改性磷酸鈣水泥).Chein Mater，(材料化學(xué))，2005， 17: 1313-1319， Jake E Barralet， Mike Hofmann, Liam M. Grover， Uwe Gbureck， High-strength apatitic cement by modification with a -hydroxy acid salts(a-羥基酸及其鹽類改性制備高強(qiáng)度磷灰石水泥)，.Adv. Mater.(先進(jìn) 材料)，2003， 15:2091-2094 )。
多種材料協(xié)同增強(qiáng)磷酸鈣骨水泥是近年來(lái)提出的一個(gè)全新的概念。該理念的核心之處在于利用多種增強(qiáng)材料之間相互促進(jìn)、相互作用的關(guān)系達(dá)到提高骨
水泥力學(xué)性能的目的。在此領(lǐng)域的探索中，Xu等開展的研究工作具有一定的代 表性。他們將可降解的網(wǎng)狀纖維與殼聚糖組成增強(qiáng)體系與骨水泥進(jìn)行復(fù)合，結(jié) 果表明，多組分協(xié)同增強(qiáng)的效果要明顯高于單組分增強(qiáng)效果(HockinH.K. Xu, Elena F. Burguera， Lisa E. Carey, Strong, macroporous， and in situ-setting calcium phosphate cement-layered structures. Biomaterials, In Press, Corrected Proof, Available online 2007)。此夕卜, 還有其它多種增強(qiáng)方法，如有機(jī)物增強(qiáng)、晶須及無(wú)機(jī)陶瓷顆粒增強(qiáng)等。Matsuya 等報(bào)道了一種共聚物磷酸鈣骨水泥，該骨水泥是以磷酸四鈣(TTCP)和無(wú)水磷酸 氫鈣(DCPA)的混合物作為固相，以聚甲基乙基醚-馬來(lái)酸共聚物(PMVE-Ma)的水 溶液作為液相，兩者混合后形成磷酸鈣骨水泥復(fù)合體系。PMVE-Ma可以通過(guò)酸 酐基團(tuán)的水解作用而被水溶解，形成相應(yīng)的縮蘋果酸共聚體(PMVA-Ma)，它的 存在使磷酸鈣骨水泥具有較高的力學(xué)強(qiáng)度，并且固化時(shí)間可以延長(zhǎng)至30 min 以上 (Yoko Matsuya， Shigeki Matsuya, Joseph M. Antonucci， Shozo Takagi， Laurence C. Chow， Akifumi Akamine， Effect of powder grinding on hydroxyapatite formation in a polymeric calcium phosphate cement prepared from tetracalcium phosphate and poly (methyl vinyl ether-maleic acid)(粉體粒徑對(duì)由磷酸四鈣和聚(甲基乙烯基醚-馬來(lái)酸)體系制備的聚合 磷酸鈣水泥的影響)，Biomaterials(生物材料，)，1999， 20: 691-697 )。目 前用于增強(qiáng)磷酸鈣骨水泥的晶須和無(wú)機(jī)粒子主要包括氮化硅晶須、碳酸鈣晶 須、碳化硅晶須及其硅垸化物質(zhì)以及氧化鋁、二氧化硅無(wú)機(jī)顆粒等。研究表明 將上述物質(zhì)與磷酸鈣骨水泥復(fù)合后可使其原有強(qiáng)度獲得極大提高，甚至接近大 腦皮質(zhì)骨的強(qiáng)度水平(100-200MPa) (Hockin H. K. Xu, Douglas T. Smith, C.G.Carl G. Simon,(含有納米熔融硅石晶須的高強(qiáng)度生物活性復(fù)合骨修復(fù)材 料)，Biomaterials(生物材料.)，2004， 25: 4615-4626; Ana I. Villacampa, Juan Ma.Garcia—Ruiz，Synthesis of a new hydroxyapatite-silica composite material.(新型羥基磷灰石-硅石復(fù)合材料的合成)，Journal of Crystal Growth(晶體生長(zhǎng)雜志，)，2000， 211: 111-115)。上述骨水泥的不足 之處在于外加的組分降解緩慢或不降解，用于骨修復(fù)會(huì)影響新骨的生成。
綜上所述，理想的骨替代材料應(yīng)該具有很好的生物相容性，能與周圍骨組 織相融合，力學(xué)性能應(yīng)與天然骨接近，具有合適的強(qiáng)度和韌性，并且能夠隨著組織的長(zhǎng)入材料不斷降解，最終為新生骨組織所取代。而磷酸鈣骨水泥是一種 重要的生物活性骨修復(fù)材料，雖然其相關(guān)研究進(jìn)展很快，但目前仍存在一些亟 待解決的問(wèn)題，如強(qiáng)度不足、固化速度偏慢等?，F(xiàn)有常用的增強(qiáng)方法大多引入 纖維或其它外加成分，增強(qiáng)體與基體的界面結(jié)合問(wèn)題是此類復(fù)合材料研究的關(guān) 鍵；大多數(shù)纖維及其它一些外加成分只能在加入量很少時(shí)才具有增強(qiáng)效果，難 以使強(qiáng)度和韌性同時(shí)提高。同時(shí)，由于很多外加組分本身不降解或降解緩慢， 因此要兼顧磷酸鈣骨水泥的機(jī)械性能和降解性能則更為困難。
因此，本領(lǐng)域亟待一種磷酸鈣復(fù)合骨水泥及其制備方法，所述骨水泥強(qiáng)度 高、韌性好、可塑性強(qiáng)、固化快、具有良好生物相容性和可降解性，從而克服 現(xiàn)有磷酸鈣骨水泥材料存在的韌性不足、在人體內(nèi)降解緩慢的缺陷，以及幾種 增強(qiáng)方法存在的缺陷，可更好地滿足手術(shù)使用的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于獲得一種磷酸鈣復(fù)合骨水泥組合物，所述組合物可以得 到強(qiáng)度高、韌性好、可塑性強(qiáng)、固化快、具有良好生物相容性和可降解性的骨 水泥。
本發(fā)明的另一目的在于獲得一種強(qiáng)度高、韌性好、可塑性強(qiáng)、固化快、具
有良好生物相容性和可降解性的骨水泥材料。
本發(fā)明還有一個(gè)目的在于獲得一種制備骨水泥材料的方法。 本發(fā)明再有一個(gè)目的在于獲得一種含有本發(fā)明的骨水泥材料的組織工程
化移植物。
本發(fā)明還有一個(gè)目的在于獲得一種本發(fā)明的骨水泥材料的用途，其用作制 備骨移植物的支架。
在本發(fā)明的第一方面，提供了一種聚多糖/自固化磷酸鈣復(fù)合骨水泥組合 物，其組分和重量百分比含量包括10% 95重量％自固化磷酸鈣骨水泥；以 及5% 90重量％聚多糖。
在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述聚多糖選自天然多糖、天然多糖衍 生物或其組合，
具體地，所述天然多糖選自葡聚糖、殼聚糖、纖維素、海藻酸、淀粉、環(huán)
10糊精、黃原膠、葡甘聚糖或其組合。
在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述天然多糖衍生物選自以天然多糖為 主鏈，帶有反應(yīng)性官能團(tuán)修飾的衍生物；
具體地，所述反應(yīng)性官能團(tuán)選自丙烯酸酯殘基、丙烯酰胺殘基、丙烯酸殘 基、乙烯吡咯烷酮?dú)埢?、冠醚殘基、其它反?yīng)性不飽和基團(tuán)或其組合。
更具體地，所述丙烯酸酯殘基為帶有不飽和雙鍵的甲基丙烯酸縮水甘油酯
殘基、帶有不飽和雙鍵的甲基丙烯酸羥基乙酯殘基、帶有不飽和雙鍵的丙烯酸
磺酸酯殘基或其組合；所述的丙烯酰胺殘基為丙烯酰胺殘基、N-異丙基丙稀酰 胺殘基或其組合；
更具體地，天然多糖衍生物中所述反應(yīng)性官能團(tuán)在天然多糖上的修飾程度 為每100個(gè)天然多糖單元中取代1 30個(gè)反應(yīng)性官能團(tuán)。
在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所說(shuō)的自固化磷酸鈣骨水泥的組分選自 磷酸三^、磷酸四l丐、磷酸八鈣、磷酸氫鈣、羥基磷灰石、氟磷灰石、焦磷酸 ,丐中的一種或其混合物。
本發(fā)明再一方面提供一種本發(fā)明的組合物制得的骨水泥材料，由所述自固 化磷酸鈣骨水泥與所述聚多糖復(fù)合得到所述骨水泥材料。
在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述骨水泥材料由包括以下步驟的復(fù)合 方法得到
提供10% 95重量％自固化磷酸鈣骨水泥以及5。％ 90重量％聚多糖的 混合物；
在水溶性引發(fā)體系存在下，所述混合物中同時(shí)進(jìn)行聚多糖的交聯(lián)反應(yīng)與自 固化磷酸轉(zhuǎn)骨水泥的固化反應(yīng)，形成骨水泥材料。
本發(fā)明還有一個(gè)方面提供一種制備骨水泥材料的方法，所述方法包括如下 步驟
提供10% 95重量％自固化磷酸鈣骨水泥以及5% 90重量％聚多糖的 混合物；所述10% 95重量X自固化磷酸^骨水泥以及5% 90重量％聚多糖進(jìn) 行復(fù)合得到所述骨水泥材料；
具體地，所述復(fù)合方法包括以下步驟在水溶性引發(fā)體系存在下，所述混 合物中同時(shí)進(jìn)行聚多糖的交聯(lián)反應(yīng)與自固化磷酸鈣骨水泥的固化反應(yīng)，形成所 述骨水泥材料。
在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式
中，
所述混合物由如下混合步驟得到配制聚多糖-磷酸氫二鈉溶液作為自固 化磷酸鈣骨水泥的固化液；然后將自固化磷酸鈣骨水泥與固化液混合，得到所 述混合物；
具體地，所述的自固化磷酸鈣骨水泥與固化液的固液比為0. 1 5g/ml，優(yōu) 選范圍為1 3g/ml。
在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述交聯(lián)反應(yīng)和固化反應(yīng)的步驟包括 所述混合物中加入水溶性引發(fā)體系，攪拌均勻，混合成漿體；所述漿體在37士 5'C， 100±10%濕度環(huán)境中放置，直至形成互穿網(wǎng)絡(luò)型生物復(fù)合結(jié)構(gòu)，從而得 到所述骨水泥材料；
具體地，所述水溶性引發(fā)體系為過(guò)硫酸鹽-N，N，N' ，N，-四甲基乙二胺、 硝酸鈰銨、或過(guò)氧化氫-硫酸亞鐵體系；
具體地，所述的水溶性引發(fā)體系的濃度為1X1(T 1X10—W)l/L，其中優(yōu) 選濃度為lX10-3 5Xl(Tmol/L;
具體地，所述漿體凝結(jié)時(shí)間為0.5-60min，固化時(shí)間為4-48小時(shí)，其中優(yōu) 選固化時(shí)間為15-30小時(shí)。
本發(fā)明另一方面提供一種組織工程化移植物，所述的移植物含有本發(fā)明所 述的骨水泥材料和接種于所述骨水泥材料的干細(xì)胞，并且所述干細(xì)胞的接種量 為2X 106-5X 107個(gè)細(xì)胞/cm3骨水泥材料。
本發(fā)明還有一個(gè)方面提供一種骨水泥材料的用途，其用作制備骨移植物的 支架。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明公開了一種含有天然多糖衍生物的自固化磷酸鈣骨水泥復(fù)合材料 及其制備方法。本發(fā)明采用生物相容性好、可降解的天然聚多糖衍生物與磷酸 鈣骨水泥粉末相復(fù)合，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)磷酸鈣骨水泥水化固化與聚多糖衍生物的交 聯(lián)固化，縮短骨水泥的初凝時(shí)間，提高磷酸鈣骨水泥的抗壓強(qiáng)度和韌性等力學(xué) 性能；形成的膏體可以任意塑形，在人體環(huán)境與濕度下自行硬化。本發(fā)明可用 于各種原因引起的骨缺損、骨不連、骨延遲愈合的填充修復(fù)和可注射修復(fù)材料， 是一種具有廣闊應(yīng)用前景的新型有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合人體硬組織修復(fù)材料。
本發(fā)明的術(shù)語(yǔ)"聚多糖/自固化磷酸鈣復(fù)合骨水泥組合物"中，所述"/" 的含義是指二者為"和"的關(guān)系。
本發(fā)明的"天然多糖衍生物"的含義是指，在天然多糖的分子中進(jìn)行反應(yīng) 官能團(tuán)的修飾而得到的化合物。所述修飾方法具體地例如為接枝反應(yīng)。舉例來(lái) 說(shuō)，葡聚糖-丙烯酸酯衍生物是指在葡聚糖分子中接枝有丙烯酸酯官能團(tuán)，從 而構(gòu)成一種聚多糖衍生物。
以下對(duì)本發(fā)明的各個(gè)方面劑型詳述 自固化磷酸鈣骨水泥
本發(fā)明的自固化磷酸鈣骨水泥可以采用本領(lǐng)域傳統(tǒng)的自固化磷酸鈣骨水 泥，具體地例如選自磷酸三f丐、磷酸四鈣、磷酸八鈣、磷酸氫鈣、羥基磷灰石、 氟磷灰石、焦磷酸鈣中的一種或其混合物。所述自固化磷酸鈣骨水泥沒(méi)有具體 限制，只要能在固化液存在下將骨水泥組合物固化成骨水泥材料即可。
所述自固化磷酸鈣骨水泥的含量通常為10% 95重量％，優(yōu)選25% 91 重量％，由所述聚多糖/自固化磷酸鈣復(fù)合骨水泥組合物的總重量計(jì)算。
所述骨水泥的粒徑?jīng)]有具體限制，只要不對(duì)本發(fā)明的發(fā)明目的產(chǎn)生限制即 可。其粒徑包括但不限于10 — 20^m。
聚多糖
本發(fā)明的聚多糖通常選自天然多糖、 具體地，所述天然多糖選自葡聚糖、 糊精、黃原膠、葡甘聚糖或其組合。
天然多糖衍生物或其組合。
殼聚糖、纖維素、海藻酸、淀粉、環(huán)具體地，所述天然多糖衍生物選自以天然多糖為主鏈，帶有反應(yīng)性官能團(tuán) 修飾的衍生物。
更具體地，所述反應(yīng)性官能團(tuán)選自丙烯酸酯殘基、丙烯酰胺殘基、丙烯酸 殘基、乙烯吡咯烷酮?dú)埢⒐诿褮埢?、其它反?yīng)性不飽和基團(tuán)或其組合。
更具體地，所述丙烯酸酯殘基為帶有不飽和雙鍵的甲基丙烯酸縮水甘油酯 殘基、帶有不飽和雙鍵的甲基丙烯酸羥基乙酯殘基、帶有不飽和雙鍵的丙烯酸
磺酸酯殘基或其組合；所述的丙烯酰胺殘基為丙烯酰胺殘基、N-異丙基丙稀酰 胺殘基或其組合。這幾種聚合物的聚多糖主鏈上都帶有不飽和雙鍵，并且有較 高的反應(yīng)活性，可以通過(guò)自由基反應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，并且可以通過(guò) 接入雙鍵的量來(lái)調(diào)節(jié)交聯(lián)反應(yīng)程度。
更具體地，天然多糖衍生物中所述反應(yīng)性官能團(tuán)在天然多糖上的修飾程度 為每100個(gè)天然多糖單元中取代1 30個(gè)反應(yīng)性官能團(tuán)。
對(duì)天然多糖進(jìn)行官能團(tuán)修飾而得到天然多糖衍生物屬于本領(lǐng)域傳統(tǒng)的反 應(yīng)。所述天然多糖衍生物也可以通過(guò)市售獲得。
制取天然聚多糖衍生物的具體例子舉例如下(包括但不限于以下例子)稱 取天然聚多糖溶解于二甲基亞砜(DMSO)中，配成濃度為1%-20% (g/ml)溶液。 加入適量丙烯酸酯或丙烯酰胺，使丙烯酸酯或丙烯酰胺基團(tuán)與聚多糖中吡喃葡 萄糖環(huán)的摩爾比為0.05 1。控制反應(yīng)溫度為20-IO(TC，在氬氣保護(hù)下反應(yīng) 24-72小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，加入異丙醇，抽濾并置于去離子中透析12-72小時(shí)， 經(jīng)冷凍干燥后，得到白色絨毛狀產(chǎn)物。通過(guò)核磁共振氫譜計(jì)算出產(chǎn)物中丙烯酸 酯基或丙烯酰胺的取代程度為5-60%。
所述聚多糖的重量含量為5% 90重量％，優(yōu)選9% 75重量％，由所述 聚多糖/自固化磷酸鈣復(fù)合骨水泥組合物的總重量計(jì)算。
骨水泥材料
本發(fā)明的骨水泥材料由所述自固化磷酸鈣骨水泥與所述聚多糖復(fù)合得到 所述骨水泥材料。
通常，所述骨水泥由包括以下步驟的復(fù)合方法得到
提供10。％ 95重量％自固化磷酸轉(zhuǎn)骨水泥以及5% 90重量％聚多糖的 混合物；
14在水溶性引發(fā)體系存在下，所述混合物中同時(shí)進(jìn)行聚多糖的交聯(lián)反應(yīng)與自 固化磷酸鈣骨水泥的固化反應(yīng)，形成骨水泥材料。
具體地，所述交聯(lián)反應(yīng)和固化反應(yīng)的步驟包括所述混合物中加入水溶性
引發(fā)體系，攪拌均勻，混合成漿體；所述漿體在37士5'C， 100±10%濕度環(huán)境 中放置，直至形成互穿網(wǎng)絡(luò)型生物復(fù)合結(jié)構(gòu)，從而得到所述骨水泥材料；
具體地，所述水溶性引發(fā)體系為過(guò)硫酸鹽-N,N，N' ，N，-四甲基乙二胺、 硝酸鈰銨、或過(guò)氧化氫-硫酸亞鐵體系；
具體地，所述的水溶性引發(fā)體系的濃度為1X10—4 1X10—'mol/L，其中優(yōu) 選濃度為1X10—3 5X10—'mol/L;
具體地，所述漿體凝結(jié)時(shí)間為0. 5-60min，固化時(shí)間為4-48小時(shí)，其中優(yōu) 選固化時(shí)間為15-30小時(shí)。
所述漿體固化時(shí)即形成互穿網(wǎng)絡(luò)型生物復(fù)合結(jié)構(gòu)。
所述聚多糖與自固化磷酸鈣骨水泥的混合方法可以釆用本領(lǐng)域傳統(tǒng)的混 合方法。具體地例如，所述混合物由如下混合步驟得到配制聚多糖衍生物-磷酸氫二鈉溶液(也可以采用其它合適的溶液)作為自固化磷酸鈣骨水泥的固 化液；然后將自固化磷酸鈣骨水泥與固化液混合，得到所述混合物。
所述固化液可以采用本領(lǐng)域傳統(tǒng)的固化液。且固化液的濃度也沒(méi)有具體限 制，只要不對(duì)本發(fā)明的發(fā)明目的產(chǎn)生限制即可。
通常，4%wt磷酸氫二鈉溶液是制備磷酸鈣水泥常用的固化液，在單純磷 酸鈣骨水泥的固化反應(yīng)中，該濃度的固化液被普遍認(rèn)為是較理想的固化體系。 實(shí)際上，并非必須是磷酸氫二鈉而不能是其它物質(zhì)，其濃度也可以有變化。因 此，所述磷酸氫二鈉溶液的濃度沒(méi)有具體限制，只要不對(duì)本發(fā)明的發(fā)明目的產(chǎn) 生限制即可。
所述固化液的配制方法可以采用本領(lǐng)域傳統(tǒng)的方法，具體地例如將聚多糖 衍生物溶解在磷酸氫二鈉溶液中，配制成濃度為O. 1 3 g/ml的聚多糖/磷酸 氫二鈉溶液。
本發(fā)明的固化液中還可以加入其它生物學(xué)上可接受的物質(zhì)。具體地例如， 可適當(dāng)加入促進(jìn)成骨生長(zhǎng)的生物因子，如骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)、 0P-1、 bone gel、骨連接素(osteoconectin)、骨鈣化素(osteocalcin)、骨胳連接因子(SCF)
15或其組合。所述促進(jìn)成骨生長(zhǎng)的生物因子隨所屬動(dòng)物類別不同，添加的量也有
所不同，優(yōu)選與聚合物的質(zhì)量比為0.00625 0. lu g/mg，更優(yōu)選0.01 0.08ug/mg。在本發(fā)明中，生物因子可以在配制聚合物溶液時(shí)加入。如果細(xì)胞和材料復(fù)合共同培養(yǎng)，則還可以在培養(yǎng)液中加入。
具體地，所述的自固化磷酸鈣骨水泥與固化液的固液比為0. 1 5g/ml，優(yōu)選范圍為1 3g/ml。
本發(fā)明的構(gòu)思是這樣的
本發(fā)明選擇合適的高分子材料與磷酸鈣骨水泥復(fù)合，形成雜化網(wǎng)絡(luò)，使水化生成的HAP在成核之初即攀附在高聚物網(wǎng)絡(luò)上，隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行，HAP晶粒在有機(jī)網(wǎng)絡(luò)上生長(zhǎng)，最終形成了以高聚物為"骨架"、羥基磷灰石結(jié)晶為"肌肉"的復(fù)合結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)相對(duì)于以往的單純由水化產(chǎn)物羥基磷灰石組成的骨水泥具有降低初凝時(shí)間、提高抗壓強(qiáng)度、改善韌性以及分級(jí)降解等優(yōu)勢(shì)，可滿足人體負(fù)重部位對(duì)強(qiáng)度的要求。相對(duì)于目前常見(jiàn)的增強(qiáng)方法，本發(fā)明尋求一種新的復(fù)合思路，即采用界面互穿的方法使性能差異較大的組分間產(chǎn)生牢固的界面結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)不同組分性能或功能的互補(bǔ)，使其在宏觀性能上產(chǎn)生特殊的協(xié)同作用。而在增強(qiáng)組分的選擇上，考慮到生物體本身是由蛋白質(zhì)、糖類等生物大分子構(gòu)筑形成的，作為生命有機(jī)體的重要組分，多糖在生物體中廣泛存在，在控制細(xì)胞分裂和分化、調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)和衰老以及維持生命有機(jī)體的正常代謝等方面有重要作用，是組成細(xì)胞外基質(zhì)的重要組分。同時(shí)，多糖也具備作為生物醫(yī)用材料的基本要求，即優(yōu)良的生物相容性并能夠在生物體內(nèi)酶解成易被活體吸收、無(wú)毒副作用的小分子物質(zhì)，是一類生物降解吸收型高分子材料。因而選擇天然多糖作為增強(qiáng)相，既克服了合成高分子材料普遍存在的細(xì)胞親和性不理想的缺點(diǎn)，也避開了選用膠原基質(zhì)所存在的生理學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定和可能引起的免疫反應(yīng)等問(wèn)題，從而使得復(fù)合材料間兼具"硬而韌"，同時(shí)可改善磷酸鈣材料的降解性。
在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，本發(fā)明在聚多糖衍生物雙鍵的自由基聚合反應(yīng)和磷酸鈣鹽的水化反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行的基礎(chǔ)上，通過(guò)兩種交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。從紅外光譜、X-射線衍射光譜等表征來(lái)看，兩個(gè)反應(yīng)都發(fā)生，聚多糖衍生物中的雙鍵消失，同時(shí)有羥基磷灰石生成，這些都說(shuō)明兩種反應(yīng)的進(jìn)行。這種兩種反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行并最終形成復(fù)合物的方法與高分子互穿網(wǎng)絡(luò)相似，因此稱之為互穿網(wǎng)絡(luò)型復(fù)合結(jié)構(gòu)。
由于混合物中無(wú)機(jī)鈣磷鹽存在并在37°C， 100%濕度的環(huán)境中發(fā)生水化反應(yīng)，體系中同時(shí)進(jìn)行各自的交聯(lián)反應(yīng)，因此可形成無(wú)機(jī)/有機(jī)界面互穿的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，良好的兩相界面結(jié)合有利于傳遞和分散應(yīng)力，減少兩相界面缺陷和破壞的可能性，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)的互穿纏結(jié)導(dǎo)致體系交聯(lián)度的增加，可表現(xiàn)出顯著的協(xié)同作用。
在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式
中，本發(fā)明制備聚多糖/磷酸鈣骨水泥雜化互穿網(wǎng)絡(luò)的方法，包括以下幾個(gè)步驟
(1) 稱取天然聚多糖溶解于二甲基亞砜(DMSO)中，配成濃度為1%-20%(g/ml)溶液。加入適量丙烯酸酯或丙烯酰胺，使丙烯酸酯或丙烯酰胺基團(tuán)與
聚多糖中吡喃葡萄糖環(huán)的摩爾比為0.05 1?？刂品磻?yīng)溫度為20-100°C，在氬氣保護(hù)下反應(yīng)24-72小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，加入異丙醇，抽濾并置于去離子中透析12-72小時(shí)，經(jīng)冷凍干燥后，得到白色絨毛狀產(chǎn)物。通過(guò)核磁共振氫譜計(jì)算出產(chǎn)物中丙烯酸酯基或丙烯酰胺的取代程度為5-60%。
(2) 配制1-10Xwt磷酸氫二鈉溶液、1-100mg/ml引發(fā)劑溶液。將聚多糖衍生物溶解在磷酸氫二鈉溶液中，配制成濃度為O. 1 3 g/ml的聚多糖/磷酸氫二鈉溶液，按一定質(zhì)量比加到磷酸鈣骨水泥粉末中?；旌暇鶆?，調(diào)和成糊狀物即可植入體內(nèi)，也可在體外置于37°C、 100%相對(duì)濕度環(huán)境中固化6-48小時(shí)，形成固化體，5(TC干燥，然后植入體內(nèi)。
干細(xì)胞
本發(fā)明的干細(xì)胞的來(lái)源沒(méi)有特別限制，可以是任何來(lái)源的干細(xì)胞，通常，本發(fā)明的干細(xì)胞是自體的、或同種異體的干細(xì)胞。獲取干細(xì)胞的部位也沒(méi)有特別限制，可以是脂肪干細(xì)胞、骨髓基質(zhì)干細(xì)胞或其他干細(xì)胞。此外，成骨細(xì)胞也可替代干細(xì)胞用作骨組織工程化構(gòu)建的種子細(xì)胞。
可用于本發(fā)明的干細(xì)胞可以來(lái)自任何脊椎動(dòng)物，較佳地是哺乳動(dòng)物，更佳地是靈長(zhǎng)類動(dòng)物，尤其是人。
盡管自體的干細(xì)胞是優(yōu)選的，但異體的干細(xì)胞的來(lái)源更為常用。研究已表明，不同生長(zhǎng)、發(fā)育階段的同種異體干細(xì)胞，可以在有組織相容性差異并且具有完全免疫功能的同種異體動(dòng)物體內(nèi)形成干細(xì)胞組織。
17分離和獲得干細(xì)胞的方法是本領(lǐng)域中已知的。 一種優(yōu)選的方法是密度梯度離心法和酶消化法。
干細(xì)胞的培養(yǎng)方法和培養(yǎng)液也是本領(lǐng)域中熟知的。 一種優(yōu)選的方法是將干
細(xì)胞在37°C、飽和濕度、5%C02培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)。合適的培養(yǎng)液包括(但并不限于)l)DMEM培養(yǎng)基((Gibco公司)+5 20%胎牛血清；2)DMEM培養(yǎng)基+5 20%小牛血清；3)DMEM培養(yǎng)基+5 20y。自體(異體)人血清。此外，上述培養(yǎng)液中添加各種生長(zhǎng)因子(例如促進(jìn)干細(xì)胞生長(zhǎng)的細(xì)胞因子等)、各種抗生素、各種誘導(dǎo)因子。
適用于本發(fā)明的干細(xì)胞應(yīng)能在體內(nèi)或體外增殖。 一種優(yōu)選的干細(xì)胞是體外培養(yǎng)的骨髓基質(zhì)干細(xì)胞。
骨移植物
由于本發(fā)明的骨水泥與骨髓基質(zhì)干細(xì)胞和脂肪干細(xì)胞的相容性非常好，因此特別適合作為骨修復(fù)的支架材料。
將體外培養(yǎng)擴(kuò)增的骨髓基質(zhì)干細(xì)胞和/或脂肪干細(xì)胞接種到生物相容性優(yōu)異的骨水泥上形成干細(xì)胞一骨水泥復(fù)合物，將這一 "干細(xì)胞一骨水泥"復(fù)合物植入到缺損部位，隨著骨水泥材料的逐漸降解吸收，新骨形成，達(dá)到修復(fù)骨缺損的目的。
本發(fā)明的組織工程骨移植物的制備方法簡(jiǎn)便，將一定數(shù)量的骨髓基質(zhì)干細(xì)胞和/或脂肪干細(xì)胞接種于骨水泥材料即可。
本發(fā)明的組織工程化骨移植物的形狀沒(méi)有特別限制，可以按照組織缺損的形狀任意塑形。通常，移植物為長(zhǎng)條形。
本發(fā)明組織工程化骨中的骨髓基質(zhì)干細(xì)胞和/或脂肪干細(xì)胞濃度通常約為0.5X107cm3(陶瓷支架體積)至5X107cm3或更高，較佳地為1X107cm3至1X107cm3，更佳地為5X107cm3至5X107cm3多孔陶瓷材料。通常，以培養(yǎng)液調(diào)整骨髓基質(zhì)干細(xì)胞和/或脂肪干細(xì)胞濃度，然后與可降解材料混合。混合時(shí)，培養(yǎng)液與可降解材料的比例沒(méi)有特別限制，但是以該材料能夠吸附的培養(yǎng)液最大量為宜。
此外，在本發(fā)明的組織工程化骨移植物中，還可添加或復(fù)合其他各種細(xì)胞、生長(zhǎng)因子、各種抗生素，從而保持骨髓基質(zhì)干細(xì)胞和/或脂肪干細(xì)胞表型、促進(jìn)骨髓基質(zhì)干細(xì)胞和/或脂肪干細(xì)胞生長(zhǎng)，以及促進(jìn)組織工程化骨在體內(nèi)生
18長(zhǎng)。
除了將組織工程化骨移植物植入體內(nèi)之外，還將其置于體外生物反應(yīng)器內(nèi)培養(yǎng)，從而進(jìn)行組織工程化骨的構(gòu)建，在體外形成具有一定組織學(xué)結(jié)構(gòu)、生化組成與生物力學(xué)強(qiáng)度的組織工程化骨。
用本發(fā)明方法形成的組織工程化骨移植物，可直接植入體內(nèi)的骨缺損處。
本發(fā)明的有益效果在于
(1) 本發(fā)明提供了一種新型的天然多糖/磷酸鈣骨水泥雜化材料的制備方法。選用具有良好生物相容性的天然聚多糖衍生物與鈣磷鹽骨水泥雜化形成的復(fù)合材料具有良好的組織相容性和可降解性，在體內(nèi)不會(huì)造成組織的不良反應(yīng)。
(2) 本發(fā)明中，高分子聚糖和無(wú)機(jī)鈣磷鹽通過(guò)互穿網(wǎng)絡(luò)界面互穿的雜化體系，相比常用的共混法，本發(fā)明提供的復(fù)合材料界面粘合作用更強(qiáng)，相容性更好，有利于通過(guò)兩相之間的協(xié)同作用達(dá)到增強(qiáng)效果。
(3) 本發(fā)明方法制備工藝簡(jiǎn)單、聚合速率快，復(fù)合雜化的過(guò)程在高分子交聯(lián)以及鈣磷鹽水化同時(shí)進(jìn)行時(shí)一步完成，無(wú)需再進(jìn)行下一步復(fù)合工藝，反應(yīng)條件溫和，并且整個(gè)反應(yīng)均在水相中進(jìn)行，避免了使用有機(jī)溶劑。
(4) 單純以無(wú)機(jī)物為成分的固化體，整體的機(jī)械性能較脆，缺乏韌性。當(dāng)承受載荷時(shí)，材料和骨的接觸面會(huì)發(fā)生剛性碰撞，外力傳遞來(lái)的能量無(wú)法吸收，固化體容易崩散。本發(fā)明中高聚物組成的網(wǎng)絡(luò)能夠發(fā)揮彈性緩沖的作用，利用水凝膠網(wǎng)絡(luò)的形變吸收外來(lái)能量、保持固化體的整體完整，從而可以使整個(gè)固化體的抗壓、抗沖擊性能得到有效的提升。
(5) 單純由磷酸藥骨水泥組成的固化體降解速度通常比較慢。本發(fā)明選
用可生物降解性的天然聚多糖物作為復(fù)合材料的高分子部分，在體內(nèi)酶的作用下降解速度比較快，并且由于它是整個(gè)固化體的骨架，當(dāng)高聚物發(fā)生降解后，固化體就會(huì)變得松散，使更多體液可以滲透到固化體中間，這樣原本完整的固化體被分割成小塊，從而加快降解速度。
(6) 可控性。通過(guò)簡(jiǎn)單控制反應(yīng)的組分比以及雜化材料中兩相的比例，可以得到不同雙鍵取代基數(shù)目的高分子多糖，從而控制高分子網(wǎng)絡(luò)的交聯(lián)密度，并調(diào)控雜化材料的強(qiáng)度、降解性和溶脹性。
(7) 適用范圍廣。本發(fā)明制備的雜化材料可用作預(yù)塑形的骨修復(fù)材料，也可作為術(shù)中固化材料，以及作為可注射用骨修復(fù)材料，用于椎體成型等微創(chuàng) 手術(shù)。
(8)本發(fā)明選擇具有良好生物相容性及可降解性、具有一定生物力學(xué)性能 的天然聚多糖衍生物材料，與磷酸鈣骨水泥(CPC)在水溶性引發(fā)體系作用下 反應(yīng)原位形成互穿網(wǎng)絡(luò)型生物復(fù)合材料。本方法利用互穿網(wǎng)絡(luò)具有的特性改善 磷酸鈣骨水泥的抗壓強(qiáng)度，并利用引發(fā)體系比例不同和聚多糖衍生物上的取代 度變化(Degree of Substitution, DS)來(lái)實(shí)現(xiàn)磷酸鈣骨水泥凝結(jié)時(shí)間的可控。
本發(fā)明所提供的化合物可以通過(guò)市售原料和傳統(tǒng)化學(xué)轉(zhuǎn)化方式合成。例如 天然聚多糖葡聚糖、殼聚糖、淀粉、纖維素、環(huán)糊精等都可以通過(guò)市售獲得， 葡聚糖-丙烯酸酯、葡聚糖-異丙基丙烯酰胺、殼聚糖-丙烯酸酯、淀粉-丙烯酰 胺、纖維素-異丙基丙烯酰胺、環(huán)糊精-異丙基丙烯酰胺、海藻酸鈉-異丙基丙 烯酰胺衍生物均可以通過(guò)化學(xué)轉(zhuǎn)化方式合成得到。
本發(fā)明的其他方面由于本文的公開內(nèi)容，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而 易見(jiàn)的。
下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō) 明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方 法，通常按照常規(guī)條件，例如Sambrook等人，分子克隆實(shí)驗(yàn)室手冊(cè)(New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989)中所述的條件，或按照制造廠 商所建議的條件。
除非另有定義或說(shuō)明，本文中所使用的所有專業(yè)與科學(xué)用語(yǔ)與本領(lǐng)域技術(shù) 熟練人員所熟悉的意義相同。此外任何與所記載內(nèi)容相似或均等的方法及材料 皆可應(yīng)用于本發(fā)明方法中。
下面通過(guò)本發(fā)明方法的具體實(shí)施例的詳細(xì)描述來(lái)進(jìn)一步闡述本發(fā)明，但這 些實(shí)例并不用來(lái)限制本發(fā)明。
實(shí)施例l
稱取0. 3克葡聚糖-丙烯酸酯衍生物(葡聚糖分子量4萬(wàn)，DS=12，即每100 個(gè)葡聚糖單體中取代12個(gè)丙烯酸酯，DS通過(guò)核磁共振氫譜測(cè)定得到)溶解于4 Xwt磷酸氫二鈉溶液，配制成O. 5g/ml含葡聚糖的固化液；稱取由磷酸氫鈣、 磷酸四鈣和羥基磷灰石組成的粒徑為10-20 A m的自固化磷酸鈣鹽粉末(上海瑞
20邦生物材料有限公司)1.5克，加入上述葡聚糖/磷酸氫二鈉固化液將其調(diào)成糊狀。
然后加入過(guò)硫酸鹽(50mg/ml) 120wl，N,N，N' ， N，-四甲基乙二胺 (23mg/ml)300wl，混合均勻后填入四氟乙烯模具中制成樣條，置于37°C， 100 %濕度環(huán)境中固化，樣條初凝時(shí)間為2.48rain。完全干燥后抗壓強(qiáng)度達(dá)到 82.82MPa，滿足人體負(fù)重部分的部分強(qiáng)度要求。固化時(shí)間24小時(shí)。
實(shí)施例2
稱取0.3克葡聚糖-丙烯酸酯衍生物(葡聚糖分子量4萬(wàn)，DS=8.8，即每 100個(gè)葡聚糖單體中取代8.8個(gè)丙烯酸酯)溶解于4%wt磷酸氫二鈉溶液，配 制成0.5g/ml含葡聚糖的固化液；稱取由磷酸氫鈣、磷酸四鈣和羥基磷灰石組 成的粒徑10 — 20;/m的自固化磷酸鈣鹽粉末(上海瑞邦生物材料有限公司)1. 5 克，加入上述葡聚糖/磷酸氫二鈉固化液將其調(diào)成糊狀。
然后加入過(guò)硫酸鹽(50mg/ml) 120^1， N，N,N， ， N'-四甲基乙二胺 (23rag/ml)300^1，混合均勻后得到的槳體填入四氟乙烯模具中制成樣條，置于 37°C， 100%濕度環(huán)境中固化，樣條初凝時(shí)間為2.48min。完全干燥后抗壓強(qiáng)度 達(dá)到94.33MPa，滿足人體負(fù)重部分的部分強(qiáng)度要求。
實(shí)施例3
稱取0.3克葡聚糖-異丙基丙烯酰胺衍生物(DS=12，即每100個(gè)葡聚糖單 體中取代12個(gè)異丙基丙烯酰胺)溶解于4%wt磷酸氫二鈉溶液，配制成0. 5g/ml 含葡聚糖的固化液；稱取由磷酸氫鈣、磷酸四鈣和羥基磷灰石組成的10 — 20wm 的自固化磷酸鈣鹽粉末(上海瑞邦生物材料有限公司)3克，加入上述葡聚糖/ 磷酸氫二鈉固化液將其調(diào)成糊狀。
然后加入硝酸鈰氨鹽引發(fā)劑(2mg/ml) 200// 1，混合均勻后得到的漿體填 入四氟乙烯模具中制成樣條，置于37°C， 100%濕度環(huán)境中固化，樣條初凝時(shí) 間為2.48min。完全干燥后抗壓強(qiáng)度達(dá)到43. 95MPa，滿足人體負(fù)重部分的部分 強(qiáng)度要求。
實(shí)施例4
稱取1.5克殼聚糖-丙烯酸酯衍生物(DS=12，即每IOO個(gè)殼聚糖單體中取代12個(gè)丙烯酸酯)溶解于4%wt磷酸氫二鈉溶液，配制成0. 5g/ml含殼聚糖 的固化液；稱取由磷酸氫鈣、磷酸四鈣和羥基磷灰石組成的粒徑10 — 20^m的 自固化磷酸鈣鹽粉末(上海瑞邦生物材料有限公司)0.5克，加入上述葡聚糖/ 磷酸氫二鈉固化液將其調(diào)成糊狀得到混合物。
然后在所述混合物中加入硝酸鈰氨鹽引發(fā)劑(2 mg/ml ) 200wl，混合均 勻后得到的漿體填入四氟乙烯模具中制成樣條，置于37°C， 100%濕度環(huán)境中 固化，樣條初凝時(shí)間為2.48min。完全干燥后抗壓強(qiáng)度達(dá)到80. 24MPa，滿足人 體負(fù)重部分的部分強(qiáng)度要求。
實(shí)施例5
稱取O. 3克淀粉-丙烯酰胺衍生物(DS=12，即每IOO個(gè)淀粉單體分子中取 代12個(gè)丙烯酰胺)溶解于4%wt磷酸氫二鈉溶液，配制成0. 5g/ml含淀粉的 固化液；稱取由磷酸氫鈣、磷酸四鈣和羥基磷灰石組成的粒徑10 — 20wm的自 固化磷酸鈣鹽粉末(上海瑞邦生物材料有限公司)1. 5克，加入上述葡聚糖/磷酸 氫二鈉固化液將其調(diào)成糊狀，得到混合物。
然后向混合物加入硝酸鈰氨鹽引發(fā)劑(2mg/ml) 120/^，混合均勻后得到 的漿體填入四氟乙烯模具中制成樣條，置于37°C， 100%濕度環(huán)境中固化，樣 條初凝時(shí)間為1.33min。完全干燥后抗壓強(qiáng)度達(dá)到76. 14MPa，滿足人體負(fù)重部 分的部分強(qiáng)度要求。
實(shí)施例6
稱取O. 3克纖維素-異丙基丙烯酰胺衍生物(DS二12，即每100個(gè)纖維素單 體分子中取代12個(gè)異丙基丙烯酰胺)溶解于4%wt磷酸氫二鈉溶液，配制成 0.5g/ml含纖維素的固化液；稱取由磷酸氫鈣、磷酸四鈣和羥基磷灰石組成的 粒徑10 — 20wm的自固化磷酸鈣鹽粉末(上海瑞邦生物材料有限公司)3克，加 入上述淀粉/磷酸氫二鈉固化液將其調(diào)成糊狀，得到混合物。
然后在所述混合物中加入過(guò)硫酸鹽(50mg/ml) 120^1， N， N， N' ,N'-四 甲基乙二胺(23mg/ml) 300^1，混合均勻后得到的漿體填入四氟乙烯模具中制 成樣條，置于37°C， 100%濕度環(huán)境中固化，樣條初凝時(shí)間為3.48rain。完全 干燥后抗壓強(qiáng)度達(dá)到50.68MPa，滿足人體負(fù)重部分的部分強(qiáng)度要求。實(shí)施例7
稱取0.3克環(huán)糊精-異丙基丙烯酰胺衍生物(DS=6，即每100個(gè)環(huán)糊精單 體分子中取代6個(gè)異丙基丙烯酰胺)溶解于4%wt磷酸氫二鈉溶液，配制成 0.5g/ml含環(huán)糊精的固化液；稱取由磷酸氫鈣、磷酸四鈣和羥基磷灰石組成的 粒徑10 — 20/zm的自固化磷酸鈣鹽粉末(上海瑞邦生物材料有限公司)3克，加
入上述淀粉/磷酸氫二鈉固化液將其調(diào)成糊狀，得到混合物。
然后在所述混合物中加入過(guò)硫酸鹽(50mg/ml) 120^1，亞硫酸氫鈉50 w 1 混合均勻后得到的漿體填入四氟乙烯模具中制成樣條，置于37°C, 100%濕度 環(huán)境中固化，樣條初凝時(shí)間為5. 68rain。完全干燥后抗壓強(qiáng)度達(dá)到45. 8MPa， 滿足人體負(fù)重部分的部分強(qiáng)度要求。
實(shí)施例8
稱取0.3克海藻酸鈉-異丙基丙烯酰胺衍生物(DS=12，即每100個(gè)天然多 糖單元中取代12個(gè)異丙基丙烯酰胺)溶解于4%wt磷酸氫二鈉溶液，配制成 0.5g/ml含海藻酸鈉的固化液；稱取由磷酸氫鈣、磷酸四鈣和羥基磷灰石組成 的粒徑10 — 20wm的自固化磷酸鈣鹽粉末(上海瑞邦生物材料有限公司)3克， 加入上述淀粉/磷酸氫二鈉固化液將其調(diào)成糊狀，得到混合物。
然后在所述混合物中加入過(guò)硫酸鹽(50mg/ml) 120 a 1， N，N,N， ，N， -四 甲基乙二胺(23mg/ra1)300// 1，混合均勻后得到的漿體填入四氟乙烯模具中制 成樣條，置于37°C， 100%濕度環(huán)境中固化，樣條初凝時(shí)間為3.25min。完全 干燥后抗壓強(qiáng)度達(dá)到48.68MPa，滿足人體負(fù)重部分的部分強(qiáng)度要求。
在本發(fā)明提及的所有文獻(xiàn)都在本申請(qǐng)中引用作為參考，就如同每一篇文獻(xiàn) 被單獨(dú)引用作為參考那樣。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明的上述講授內(nèi)容之后，
權(quán)利要求
1. 一種聚多糖/自固化磷酸鈣復(fù)合骨水泥組合物，其組分和重量白分比含量包括10％～95重量％自固化磷酸鈣骨水泥；以及5％～90重量％聚多糖。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的組合物，其特征在于，所述聚多糖選自天然多糖、 天然多糖衍生物或其組合，具體地，所述天然多糖選自葡聚糖、殼聚糖、纖維素、海藻酸、淀粉、環(huán) 糊精、黃原膠、葡甘聚糖或其組合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的組合物，其特征在于，所述天然多糖衍生物選自 以天然多糖為主鏈，帶有反應(yīng)性官能團(tuán)修飾的衍生物；具體地，所述反應(yīng)性官能團(tuán)選自丙烯酸酯殘基、丙烯酰胺殘基、丙烯酸殘 基、乙烯吡咯烷酮?dú)埢?、冠醚殘基、其它反?yīng)性不飽和基團(tuán)或其組合；更具體地，所述丙烯酸酯殘基為帶有不飽和雙鍵的甲基丙烯酸縮水甘油酯 殘基、帶有不飽和雙鍵的甲基丙烯酸羥基乙酯殘基、帶有不飽和雙鍵的丙烯酸 磺酸酯殘基或其組合；所述的丙烯酰胺殘基為丙烯酰胺殘基、N-異丙基丙稀酰 胺殘基或其組合；更具體地，天然多糖衍生物中所述反應(yīng)性官能團(tuán)在天然多糖上的修飾程度 為每100個(gè)天然多糖單元中取代1 30個(gè)反應(yīng)性官能團(tuán)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，所說(shuō)的自固化磷酸鈣骨 水泥的組分選自磷酸三鈣、磷酸四鈣、磷酸八鈣、磷酸氫鈣、羥基磷灰石、氟 磷灰石、焦磷酸鈣中的一種或其混合物。
5. —種根據(jù)權(quán)利要求1 4任一項(xiàng)所述的組合物制得的骨水泥材料，其特 征在于，由所述自固化磷酸鈣骨水泥與所述聚多糖復(fù)合得到所述骨水泥材料。
6. 如權(quán)利要求5所述的骨水泥材料，其特征在于，所述骨水泥材料由包 括以下步驟的復(fù)合方法得到提供10% 95重量％自固化磷酸1丐骨水泥以及5% 90重量％聚多糖的混合物；在水溶性引發(fā)體系存在下，所述混合物中同時(shí)進(jìn)行聚多糖的交聯(lián)反應(yīng)與自 固化磷酸l丐骨水泥的固化反應(yīng)，形成骨水泥材料。
7、 一種制備骨水泥材料的方法，所述方法包括如下步驟提供10% 95重量％自固化磷酸鈣骨水泥以及5% 90重量％聚多糖的 混合物；所述10% 95重量％自固化磷酸鈣骨水泥以及5% 90重量％聚多糖進(jìn) 行復(fù)合得到所述骨水泥材料；具體地，所述復(fù)合方法包括以下步驟在水溶性引發(fā)體系存在下，所述混 合物中同時(shí)進(jìn)行聚多糖的交聯(lián)反應(yīng)與自固化磷酸鈣骨水泥的固化反應(yīng)，形成所 述骨水泥材料。
8、 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述混合物由如下混合步驟得到配制聚多糖-磷酸氫二鈉溶液作為自固 化磷酸l丐骨水泥的固化液；然后將自固化磷酸鈣骨水泥與固化液混合，得到所 述混合物；具體地，所述的自固化磷酸鈣骨水泥與固化液的固液比為O. 1 5g/ml，優(yōu) 選范圍為1 3g/ml; 或者，所述交聯(lián)反應(yīng)和固化反應(yīng)的步驟包括所述混合物中加入水溶性引發(fā)體 系，攪拌均勻，混合成漿體；所述漿體在37士5'C， 100±10%濕度環(huán)境中放置， 直至形成互穿網(wǎng)絡(luò)型生物復(fù)合結(jié)構(gòu)，從而得到所述骨水泥材料；具體地，所述水溶性引發(fā)體系為過(guò)硫酸鹽-N，N，N' ，N，-四甲基乙二胺、 硝酸鈰銨、或過(guò)氧化氫-硫酸亞鐵體系；具體地，所述的水溶性引發(fā)體系的濃度為1X10—4 1X10—W)l/L，其中優(yōu) 選濃度為1X10—3 5X10—W/L;具體地，所述漿體凝結(jié)時(shí)間為0. 5-60min，固化時(shí)間為4-48小時(shí)，其中優(yōu) 選固化時(shí)間為15-30小時(shí)。
9、 一種組織工程化移植物，其特征在于，所述的移植物含有權(quán)利要求5所述的骨水泥材料和接種于所述骨水泥材料的干細(xì)胞，并且所述干細(xì)胞的接種 量為2X10e-5Xl(f個(gè)細(xì)胞/ci^骨水泥材料。
10.—種如權(quán)利要求5所述的骨水泥材料的用途，其特征在于，用作制備 骨移植物的支架。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種聚多糖/自固化磷酸鈣復(fù)合骨水泥組合物，其組分和重量百分比含量包括10％～95重量％自固化磷酸鈣骨水泥；以及5％～90重量％聚多糖。本發(fā)明的骨水泥組合物可以得到強(qiáng)度高、韌性好、可塑性強(qiáng)、固化快、具有良好生物相容性和可降解性的骨水泥，從而克服現(xiàn)有磷酸鈣骨水泥材料存在的韌性不足、在人體內(nèi)降解緩慢的缺陷，以及現(xiàn)有技術(shù)幾種增強(qiáng)方法存在的缺陷，可更好地滿足手術(shù)使用的要求。
文檔編號(hào)C08L1/00GK101496909SQ200810033420
公開日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2008年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月1日
發(fā)明者劉昌勝, 劉玉飛, 靖 王 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)