一种椎体融合应用的支架材料制造技术

本发明专利技术公开了属于医用骨科材料制备技术领域的一种椎体融合应用的支架材料。为解决rhBMP2导致骨溶解的临床问题，所述支架材料为在多孔松质骨中掺入锶元素，并附着rhBMP2的复合材料。本发明专利技术利用锶元素与多孔松质骨中的钙元素存在相似替换的原理，在多孔松质骨中掺入锶元素，再利用rhBMP2分子与骨质胶原的亲和力将之在多孔松质骨中进行渗透、吸附、冻干处理，这种多孔支架在发挥骨传导作用的同时，实现在椎体融合局部区域内同时连续释放rhBMP2分子和锶离子，掺入锶元素的冻干骨具有更强的吸附rhBMP2分子的能力。

【技术实现步骤摘要】
一种椎体融合应用的支架材料
本专利技术属于医用骨科材料制备
，具体涉及一种椎体融合应用的支架材料。
技术介绍
重组骨形成蛋白rhBMP2在大量的临床循证医学结果表明它的有效性和全身安全性后才被FDA批准上市，应用于脊柱手术的植骨融合。rhBMP2的融合成功率与自体骨相当，接近100％，显著高于其它植骨材料的融合率。但是rhBMP2的应用中存在一些较为明显的问题。其中，在腰椎椎间融合应用中植入早期终板骨溶解现象普遍，这种骨溶解易导致融合器发生沉降或者移位，进而影响手术疗效(如图1所示)。JAMA等知名杂志报道早期终板骨溶解发生率44-100％，融合器沉降率25-40.5％，移位率约27％。rhBMP2是促进骨形成和诱导成骨细胞分化最重要的细胞外信号分子之一。骨组织生长、发育、代谢，在组织学上表现为骨的生成和骨的重建，在细胞水平上表现为成骨或破骨细胞的分化、增殖、凋亡和转型。此过程非常复杂，涉及多个信号通路和信号分子的参与。回顾文献研究，在rhBMP2对成骨细胞的作用中，有以下几个重要的调控通路：(1)rhBMP2/Smads/Runx2/Osterix通路Smads/Runx2是rhBMP2发挥作用的一个重要途径。rhBMP2信号主要通过rhBMP2与以异二聚体形式存在的I型和II型苏氨酸/丝氨酸激酶受体结合而传导，激活细胞核上的Smads复合物而调节靶基因；通过Runx2发挥促进成骨的效应。Osterix作为Runx2的下游基因发挥作用，而Runx2作为转录因子还可促进成骨细胞特异性基因，如AKP，OC和一型胶原的表达。(2)rhBMP2/Smads/Msx2/Osterix通路Matsubara等研究发现，Runx2低表达时，rhBMP2也可以上调Msx2，通过Smads信号传导发挥成骨作用。Msx2能够双向调节成骨细胞的分化，通过上调Osterix来发挥成骨作用。同时Msx2也可以增强Wnt信号通路促进骨源细胞向成骨细胞分化。Msx2这种成骨作用不依赖于Runx，而是直接通过Smads信号传导，激活Osterix发挥作用促进成骨细胞特异性基因表达。(3)rhBMP2/p38MAPK/Runx2/Osterix通路此途径是与Smads途径并列存在的途径，rhBMP2分子与BMPR结合后，不经过Smads传导，通过p38MAPK激活Runx2/Osterix发挥促进成骨细胞分化和增殖的作用。rhBMP2对破骨细胞的影响：KanekoH等报道rhBMP2可以激活破骨细胞的骨吸收作用，并且发现在破骨细胞上有rhBMP2的受体。另外，有学者发现在骨膜分离的原代成骨细胞培养过程中，含有少量的破骨前体细胞。在实验开始并没有破骨分子Calcr，Acp5和Mmp-9的表达，但是在rhBMP2加入后Calcr，Acp5，Mmp-9，Rank和Nfatc1的表达就开始显著增加，并出现越来越多的破骨细胞，表现出显著地骨吸收活性。其机制在于rhBMP2可以上调成骨细胞RANKL的表达，改变RANKL/OPG的比例，升高的RANKL水平可以与破骨细胞或其前体细胞作用，促进破骨细胞增殖和分化，增强骨吸收活性。总之，rhBMP2对破骨细胞较确切的影响机制是可以通过RANKL/OPG途径激活并调节破骨细胞活性。由此可见，rhBMP2在激活成骨细胞的成骨功能活性的同时，也激活了破骨细胞的骨吸收作用，这构成了椎间融合手术后椎体溶解、骨吸收的细胞学机制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种椎体融合应用的支架材料。本专利技术的目的还在于提供上述椎体融合应用的支架材料的制备方法。一种椎体融合应用的支架材料，所述支架材料为在多孔松质骨中掺入锶元素，并附着rhBMP2的复合材料。所述掺入锶元素的质量为多孔松质骨的10-15％。所述附着rhBMP2的量为每cm3多孔松质骨表面积吸附1800-2500ug。一种椎体融合应用的支架材料的制备方法，按照如下步骤进行：(1)将同种异体骨(FDB)的供体进行软组织去除，骨块切割，低温冷冻初步去除抗原性，然后进一步去净软组织，进行脱脂、脱水、脱细胞、病毒灭活的步骤，-40℃真空冷冻干燥72h，辐照灭菌待用；(2)将步骤(1)处理好的同种异体骨浸泡入饱和锶溶液中，浸泡12-36小时，取出同种异体骨，采用去离子水冲洗干净，-40℃真空冷冻干燥72h，制成掺锶同种异体骨；(3)将rhBMP2按照2500ug/cm3的比例与步骤(2)制备的掺锶同种异体骨进行浸泡吸附，浸泡吸附12-36小时，用去离子水洗去未完全吸附的蛋白，真空干燥，分装，三层密封包装，辐照灭菌。所述锶溶液为硝酸锶溶液，或者氯化锶溶液。所述脱脂、脱水、病毒灭活的操作步骤为：(1)高压水枪冲洗骨髓油污，采用超临界萃取和超声清洗去脂；(2)无水乙醇浸泡1小时脱水；(3)Triton-X100和乙醚结合脱细胞；(4)碘伏浸泡辅助60℃下水浴6小时进行病毒灭活。步骤(1)所述辐照灭菌的使用剂量为25KGy，步骤(3)所述辐照灭菌的使用剂量为25KGy。本专利技术的有益效果：Sr元素具有更大的原子质量和电子密度，Sr-FDB与rhBMP2之间的稳定吸附量大于普通的FDB，为后者的1.65倍。具有较普通冻干骨更高的负载活性因子的能力。且Sr元素的掺入使得材料的X线阻射性能更好，因而更加适宜于术中微创透视和术后的疗效观察随访。本专利技术制备的BMP2-SrFDB在局部通过逆向的离子交换和降解过程释放Sr元素，在体内结合成骨细胞表面的Sr/Ca受体，激活促进成骨细胞增殖的ERK等信号通路，同时实现了调控RANKL表达的蛋白因子，下调RANKL的水平，在局部途径上成功实现了消除BMP2引起的骨溶解并发症问题。本专利技术促进成骨细胞的功能和活性在体内出现了两者的协同效应，并显著改善了骨生成的效果，在4-8周内实现骨融合。更重要的是尽管细胞内分子作用通路众多，相互交叉，调控繁杂，然而Sr元素和rhBMP2在局部植骨材料中的复合应用，解决了rhBMP2导致骨溶解的临床问题，增进了rhBMP2-松质骨复合材料的成骨效果。附图说明图1为传统L4/5节段椎间融合内固定术后4个月出现骨溶解现象。图2为rhBMP2-FDB的骨诱导活性电镜图。图3为rhBMP2-SrFDB的骨诱导活性电镜图。图4为比格犬腰椎椎间融合实验CT图。图5为比格犬腰椎椎间rhBMP2导致的骨溶解CT图(箭头所示)。图6为CT检查rhBMP2-SrFDB材料植入实现比格犬腰椎椎间骨融合，无骨溶解(6周)。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明。实施例1一种椎体融合应用的支架材料，所述支架材料为在多孔松质骨中掺入锶元素，并附着rhBMP2的复合材料。所述掺入锶元素的质量为多孔松质骨的10-15％。所述附着rhBMP2的量为每cm3多孔松质骨表面积吸附1800-2500ug。一种椎体融合应用的支架材料的制备方法，按照如下步骤进行：(1)将同种异体骨(FDB)的供体进行软组织去除，骨块切割，低温冷冻初步去除抗原性，然后进一步去净软组织，进行脱脂、脱水、病毒灭活的步骤，-40℃真空冷冻干燥72h，辐照灭菌待用；(2)将步骤(1)处理好的同种异体骨浸泡入饱和锶溶液中，浸泡12-36小时，取出同种异体骨，采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种椎体融合应用的支架材料，其特征在于，所述支架材料为在多孔松质骨中掺入锶元素，并附着rhBMP2的复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种椎体融合应用的支架材料，其特征在于，所述支架材料为在多孔松质骨中掺入锶元素和硒元素，并附着rhBMP2的复合材料；所述掺入锶元素的质量为多孔松质骨的10-15％，所述掺入硒元素的质量为多孔松质骨的0.01-1％；所述附着rhBMP2的量为每cm3多孔松质骨表面积吸附1800-2500ug。2.一种椎体融合应用的支架材料的制备方法，其特征在于，按照如下步骤进行：(1)将同种异体骨的供体进行软组织去除，骨块切割，低温冷冻初步去除抗原性，然后进一步去净软组织，进行脱脂、脱水、脱细胞、病毒灭活的步骤，-40℃真空冷冻干燥72h，辐照灭菌待用；(2)将步骤(1)处理好的同种异体骨浸泡入饱和锶溶液和硒溶液中，浸泡12-36小时，取出同种异体骨，采用去离子水冲洗干净，-40℃真空冷冻干燥72h...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵彦涛，韩丽伟，别晓梅，李忠海，衷鸿宾，侯树勋，
申请(专利权)人：中国人民解放军总医院第一附属医院，
类型：发明
国别省市：北京;11