基于脱细胞生物组织基质材料的骨修复用复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及基于脱细胞生物组织基质材料的骨修复用复合材料及其制备方法。本发明专利技术中所公开的骨修复用复合材料以微纤维化的动物组织脱细胞基质材料为有机成分和以钙盐生物陶瓷材料或其他无机生物玻璃为无机成分。用本发明专利技术方法制备的骨修复用复合材料无需额外物理或化学交联，具有完全的三维多孔网状结构；生物组织基质材料中的蛋白成分保持天然的三股螺旋结构；具有优秀的生物相容性，完全的生物可降解性，优异的骨传导性，良好的骨诱导性及成骨性；同时具有一定的力学强度及形状记忆功能，可用作具有生物活性的骨填充材料或大面积骨缺损的修复材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料科学领域，具体涉及基于脱细胞生物组织基质材料的骨修复用复合材料及其制备方法，该复合材料可广泛应用于骨科及整形科领域。
技术介绍
受损骨组织修复与重建在世界范围内是整形外科医生需要面对的重要任务，据统计，在2013年中国和美国施行的骨移植手术分别超过60万例和100万例，全球骨移植替代材料销售超过20亿美元。修复受损的骨组织需要用到骨移植材料，在世界范围内修复受损骨组织使用的黄金标准为人的自体骨组织，即取自病人自身的健康骨组织。自体骨具有修复骨组织需要的全部特性，比如优异的骨诱导性，骨传导性，成骨性以及安全性。但是，使用自体骨在临床上具有不可避免的缺陷。由于使用自体骨需要从病人身体的供体部位获得骨组织，这额外的手术便增加了手术的时间，费用，以及病人恢复的时间。同时，供体部位的病变及供体部位提供骨组织的有限性都是目前面临的突出问题。另外，许多需要进行骨移植的老年病人由于自身的骨组织质量随年龄下降，使得自体骨并不是一个很好的选择。因此，开发能替代自体骨的骨再生医学材料(或骨移植替代材料)便是一个亟待解决的课题。临床上骨科医生使用的骨移植替代材料包括异体骨，脱钙骨基质，生长因子，以及合成材料。异体骨来自于他人捐献的骨组织，具有骨传导性且供应相对充足。但是异体骨存在供体组织质量不可控、组织排斥反应、骨愈合时间慢甚至不愈合等问题，以及存在疾病传播的风险。脱钙骨基质由异体骨或者异种骨(动物骨组织)经脱钙处理而获得，具有骨传导性，供应充足且临床使用数据比较丰富。但是脱钙骨基质材料的骨诱导性非常有限，同时也存在疾病传播的风险。骨修复用生长因子如骨形态发生蛋白-2(BMP-2)或骨形态发生蛋白-7(BMP-7或OP-1)具有骨诱导性，然而美国食品药品监督管理局(FDA)仅批准了少数几类含生长因子的骨科医疗器械，如Medtronic公司的(含BMP-2)和Stryker公司的(含BMP-7)在美国市场销售。另外，生长因子本身不具备骨传导性并且价格十分昂贵。同时近年来，有越来越多的临床报道显示生长因子的使用有致癌的风险。由于自体骨，异体骨，脱钙骨基质及生长因子在临床使用上的各种不可避免的缺点，合成材料越来越多的成为骨科医生的选择。临床上骨科医生常用的合成植骨材料可大致分第一代合成材料和第二代合成材料。第一代和第二代合成材料具有良好的骨传导性，通常被用作骨填充材料，用于小面积骨缺损的修复。第一代合成材料包括各类陶瓷材料如磷酸三钙、羟基磷灰石，或者陶瓷、钙磷盐与有机材料如天然与合成高分子的复合材料。国际上这类产品包括Stryker的Medtronic的Biomet的DePuy的Zimmer的等，此类产品不具备骨诱导性和成骨性。第二代合成材料通过引入具有生物活性的无机成分如生物玻璃、硅磷盐等，显示有限的刺激新骨生成的功能。国际上第二代合成材料包括Stryker的BA，Baxter的以及NovaBone的中国市场上仅有为数不多的骨移植替代材料开发和生产机构，比如上海瑞邦生物材料有限公司生产的自固化磷酸钙人工骨材料，北京益而康生物工程开发中心销售的由清华大学研制的瑞福纳米人工骨等。国内厂商生产的骨移植替代材料大体属于以国际上分类标准定义的第一代合成材料。骨组织是脊椎动物体内唯一形成矿化细胞外基质的结缔组织，矿化的细胞外基质提供了骨骼所需的硬度和强度。骨基质由有机和无机两种成分构成，有机成分占骨骼湿重的20％左右而无机成分占骨骼湿重的65％左右。骨骼的有机质成分主要是胶原蛋白，占有机成分的90％左右，并且主要是I型胶原蛋白。在空间结构上，胶原蛋白显示出特殊的三股螺旋缠绕的结构，三条相互独立的胶原蛋白肽链依靠甘氨酸之间形成的氢键维系三股螺旋相互缠绕的结构，此结构赋予胶原蛋白稳定的结构及优异的强度。骨骼的无机质成分主要是羟基磷灰石。为模拟骨组织的结构与性能，在科学研究及临床产品开发上，科学家经常使用I型胶原蛋白，陶瓷材料，或其复合材料作为骨修复用材料。目前国际医疗器械市场及临床上几乎所有涉及胶原蛋白的骨修复材料都使用化学提纯的I型胶原蛋白。美国许多专利技术如US5776193，US5681872，US6764517，US7189263，US7998499，US8303967，US8460686，US8968797，US8613938等均涉及到使用化学提存的I型胶原蛋白为主要原料的骨修复用复合材料。由这些专利转化成的临床产品就包括以及BA等。国内也有许多类似的专利技术如CN1338315，CN1526765，CN102085392，CN103055352，CN103341206等对化学提纯的胶原蛋白与陶瓷的复合材料进行了报道。化学提纯的胶原蛋白的缺点在于提取过程复杂，同时胶原蛋白在提取过程中变性，失去其固有的三股螺旋结构，导致其丧失了原有的生物学性能；此外，从生物组织经化学方法提取胶原蛋白导致最终的材料中失去了原生物基质内的多种有机质成分，致使其成分相对单一，无法满足骨修复过程中的复杂的信号通路需求；同时，化学提纯的胶原蛋白用做骨修复材料一般需要使用毒性较大的化学交联剂如甲醛、2，3-二羟基丙醛、戊二醛、或碳化二亚胺等对胶原蛋白分子链进行交联，以提高胶原蛋白的强度及热稳定性，然而化学交联的胶原蛋白在材料植入体内之后被降解和吸收的过程中会产生有毒性的交联剂小分子，产生细胞毒性并引起炎症及免疫反应。为解决这一潜在问题，中国专利CN101417145报道了一种骨组织工程支架材料，该支架材料通过猪皮脱细胞和脂肪后得到胶原蛋白天然三维网络结构并在其上复合一层羟基磷灰石而得，无需使用额外的化学交联剂对胶原蛋白进行交联。该制备支架材料的方法由于基于胶原蛋白的三维网状结构，因此只局限于使用在钙磷溶液中矿化的方法制备胶原蛋白和羟基磷灰石的复合材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于脱细胞生物组织基质材料的骨修复用复合材料及其制备方法，本专利技术制备的复合材料基于脱细胞的生物组织基质材料，制备所得的生物组织基质材料保持了有机成分天然的交联状态，因此无需使用化学交联剂。本专利技术使用的生物组织基质材料为微纤维状，因此可以与无机材料如钙磷盐等以物理混合的方法或者以生物矿化的方法制备分散均匀的复合材料。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现：基于脱细胞生物组织基质材料的骨修复用复合材料，包括10％-90％的脱细胞生物组织基质材料作为有机相和90％-10％的钙盐作为无机相。优选地，用生本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于脱细胞生物组织基质材料的骨修复用复合材料，其特征在于:包括10％‑90％的脱细胞生物组织基质材料作为有机相和90％‑10％的钙盐作为无机相。

【技术特征摘要】
1.基于脱细胞生物组织基质材料的骨修复用复合材料，其特征在于:包括
10％-90％的脱细胞生物组织基质材料作为有机相和90％-10％的钙盐作为无机
相。
2.根据权利要求1所述的基于脱细胞生物组织基质材料的骨修复用复合材
料，其特征在于：用生物玻璃、生物陶瓷、含锶、锌、镁、或者硅的矿物质或
含锶、锌、镁、或者硅的盐替代所述钙盐作为无机相。
3.根据权利要求1所述的基于脱细胞生物组织基质材料的骨修复用复合材
料，其特征在于：无机相作为分散相以颗粒状分布在作为连续相的有机相中；
无机相可以均匀分布在有机相中，或者以一定的梯度分布在有机相中。
4.根据权利要求1所述的基于脱细胞生物组织基质材料的骨修复用复合材
料，其特征在于：其具有三维多孔网状结构。
5.根据权利要求1所述的基于脱细胞生物组织基质材料的骨修复用复合材
料，其特征在于：所述脱细胞生物组织基质材料来源于哺乳动物的软组织，所
述哺乳动物的软组织包括猪的软组织、牛的软组织和人体的软组织；所述软组
织包括皮肤、真皮、血管、隔膜、肌腱、韧带、大肠、小肠和神经组织。
6.根据权利要求1所述的基于脱细胞生物组织基质材料的骨修复用复合材
料，其特征在于：所述脱细胞生物组织基质材料呈微纤维状，微纤维状的脱细
胞生物组织基质材料的直径为1–250微米、长度为100–4000微米。
7.根据权利要求1所述的基于脱细胞生物组织基质材料的骨修复用复合材
料，其特征在于：所述钙盐为羟基磷灰石、α-磷酸三钙、β-磷酸三钙、磷酸氢
钙、二水合磷酸氢钙、磷酸二氢钙、磷酸四钙、磷酸八钙、硫酸钙或碳酸钙。
8.权利要求1-7任一项所述的骨修复用复合材料的制备方法，其特征在于，
包括以下步骤：
8.1)微纤维状的脱细胞生物组织基质材料的制备，包括以下步骤：
(a)收集组织原材料，清洗血污后，切割成所需规格尺寸，在2℃-10℃低温
下保存；
(b)消毒灭菌：组织原材料在消毒溶液中灭菌，并用无菌去离子水充分清洗，
然后用无菌生理盐水漂洗；
(c)切割：将组织原材料切割成所需尺寸，以便于组织破碎及脱细胞过程；
(d)组织破碎：将消毒过的组织原材料用研磨器粉碎，打匀；
(e)采用脱细胞液浸泡去细胞，采用脱氧核糖核酸酶溶液降解剩余脱氧核糖
核酸；
(f)组织基质清洗：用质量浓度为0.9％的生理盐水对步骤(e)的产物清洗，
用离心法去除步骤(e)处理产生的上清液；
(g)终端灭菌：将步骤(f)中的产物以10-40mg/ml的浓度分散于溶剂中，所
述溶剂为生理盐水或磷酸盐缓冲生理盐水，并对其进行灭菌处理，将得到的脱
细胞生物组织基质微纤维密封于密闭容器内保存；
8.2)生物陶瓷微颗粒的制备，包括以下步骤：<...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖化，俞春华，
申请(专利权)人：廖化，
类型：发明
国别省市：湖北;42