一种具有生物活性的骨水泥及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有生物活性的骨水泥及其制备方法，将异种骨除去细胞、免疫组分后经研磨制成一定粒径的骨粉，将骨粉按一定比例添加到PMMA骨水泥粉剂中。通过改变骨水泥中显影成分和含量(粒径2‑10um，含量10‑35％)的改变、固液比(1.8:1‑2.3:1)的调整、以及催化剂、促进剂(0.5％‑2.5％)的配合，制备出放热温度低于60℃的骨水泥，在保证聚合时放热温度不破坏脱细胞异种骨支架材料的前提下，最大限度的保留其生物活性成分，并将其与PMMA骨水泥的优势进行互补，开发出一种安全、高效的生物活性骨水泥。

A biologically active bone cement and its preparation method

The invention discloses a biologically active bone cement and a preparation method thereof. After removing cells and immune components from xenogeneic bone, the bone powder with a certain particle size is prepared by grinding, and the bone powder is added to PMMA bone cement powder in a certain proportion. Bone cement with exothermic temperature lower than 60 C was prepared by changing the developing composition and content of bone cement (particle size 2 10 um, content 10 35%), adjusting the solid-liquid ratio (1.8:1 2.3:1), and the combination of catalyst and accelerator (0.5%2.5%). The exothermic temperature during polymerization was ensured to keep the biological life of acellular xenogenic bone scaffold materials to the maximum extent without destroying the exothermic temperature. A safe and efficient bioactive bone cement was developed by complementing the advantages of PMMA cement with its sexual components.

【技术实现步骤摘要】
一种具有生物活性的骨水泥及其制备方法研究领域本专利技术涉及骨水泥领域，尤其涉及一种具有生物活性的骨水泥及其制备方法。
技术介绍
PMMA骨水泥是关节置换和椎体强化术中最为常用的骨水泥材料。相比于其他骨水泥，具有固化时间短、力学强度高、生物相容性好、结构性能稳定等优点，广泛应用于骨科临床材料。常规PMMA骨水泥包括一份粉剂(PMMA粉末、显影剂、催化剂，部分含有着色剂和抗生素成分)和一份液剂(MMA、促进剂、阻聚剂，部分含有着色剂)，使用时将粉剂和液剂混合并搅拌，然后通过器械将骨水泥传送或导入至所需部位。混合物经沙湿期、粘稠期、面团期、固化期后固化定型，起到骨填充、关节假体固定等作用。同时，PMMA骨水泥存在固化温度高、易损伤骨水泥周围组织和神经，且单体具有一定毒性等缺点，此外相对于其他类型的骨水泥，最为明显的不足是PMMA骨水泥为生物惰性材料，在体内完全不能被降解吸收。PMMA骨水泥固化后，骨细胞无法在骨水泥表面贴附和生长，更无法长入骨水泥内部，与骨组织难以形成化学键合。PMMA骨水泥在植入部位与患者自体骨组织无法形成骨整合，界面效应非常明显，结合强度差，在循环应力作用下界面相易发生微动，微动产生的细小磨屑会刺激机体的免疫反应，导致植入部位局部发生骨溶解，进而引起无菌性松动并发生炎症，最终导致植入失效。为解决PMMA骨水泥生物惰性问题，专家学者从PMMA骨水泥原材料出发，进行大量的研究，其中骨水泥粉剂中添加生物活性组分是重要的一个方向和方法，如在粉剂中添加生物陶瓷、生物玻璃、胶原、壳聚糖成分等，研究结果表明添加生物组分含量过少，改性PMMA骨水泥的生物活性未见明显提高；添加比例过高时，虽改性骨水泥具备了一定的生物活性如部分降解、利于细胞粘附、生长等，但却直接导致作为基体的PMMA的力学性能大幅下降甚至无法起支撑作用，难以满足临床要求。天然细胞外基质是由不同含量的糖蛋白和蛋白多糖组成的高亲水性网络。其中糖蛋白包括胶原蛋白、纤维连接蛋白、层粘连蛋白等；蛋白多糖包括基膜蛋白多糖和透明血凝素类等，成分如下所示目前，通常采用成熟的脱细胞加工工艺对动物骨依次进行脱脂、脱细胞、脱钙处理制成异种骨支架材料，但该材料由于经脱细胞、脱钙后力学指标缺陷无法起生物学支撑作用，因而限制了其应用。现有技术通过加入具有生物活性的骨支架材料与PMMA骨水泥复合来改变其性能，但PMMA骨水泥聚合过程中会放出大量的热量且放热温度高达90℃以上，在这温度范围内足以使PMMA骨水泥中骨支架材料的活性组份变性而失去生物活性，以致降低复合PMMA骨水泥的生物活性。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种具有生物活性的骨水泥的制备方法，将混有脱细胞异种骨支架材料的骨水泥粉剂和液剂混合，在保证聚合时放热温度不破坏脱细胞异种骨支架材料的前提下，最大限度的保留其生物活性成分，并将其与PMMA骨水泥的优势进行互补，开发出一种安全、高效的生物活性骨水泥。本专利技术采用的技术方案如下：一种具有生物活性的骨水泥的制备方法，包括如下步骤：(1)复合骨水泥粉剂制备：将显影剂、PMMA和BPO混合均匀干燥得到骨水泥粉剂；所述显影剂和PMMA的总质量为20g，显影剂的质量分数为10-30％，PMMA的质量分数为70-90％，所述BPO的量为0.1-0.4g；然后将冷冻干燥的1-5g脱细胞异种骨支架与上述骨水泥粉剂混合，经研磨后得到复合骨水泥粉剂；(2)骨水泥液剂制备：将单体、改性剂按体积比例9:1或8:2混合后，加入0.5-2％体积分数的Dmpt和75ppm的HQ混合均匀后经过滤灭菌得到骨水泥液剂；(3)复合骨水泥成型：将步骤1制得的复合骨水泥粉剂与步骤2制得的骨水泥液剂按质量/体积比为1.8-2.5g/ml混合得到悬浊液，静置3-5分钟后固化10-15分钟获得成型的具有生物活性的骨水泥。进一步地，所述脱细胞异种骨支架制备方法如下：将动物骨用模具制成骨颗粒后加至酒精内并在摇床中振荡处理，再依次在质量浓度为0.5％--2.5％的SDS溶液、体积浓度为1.0％--5.0％的曲拉通溶液中超声震荡24-72h除去颗粒内部的细胞、免疫蛋白免疫原，最后在质量浓度为10％--20％的EDTA2Na和质量浓度为0.5-2.0％的NaOH溶液的混合溶液中，以频率为20KHz--40KHz的超声波清洗3-15h，制得脱细胞异种骨支架。然后在-50℃下冷冻干燥24h得到干燥的脱细胞异种骨支架。进一步地，所述SDS溶液质量浓度为2.5％，曲拉通溶液体积浓度为2.0％，EDTA2Na质量浓度为12.5％，NaOH质量浓度为1.25％。进一步地，所述步骤1中显影剂可以为硫酸钡和氧化锆中的一种。进一步地，所述步骤1中单体可以为MMA、MMA和MA的混合物或MMA和HEMA的混合物，其中，混合物中MMA的体积分数为85％-90％；所述改性剂为MA或者HEMA。本专利技术还涉及上述制备方法制备得到的具有生物活性的骨水泥。本专利技术的有益效果是：本专利技术的制备方法放热温度低于60℃，保证聚合时放热温度不破坏脱细胞异种骨支架材料，最大限度的保留其生物活性成分；并将PMMA骨水泥优良的力学性能与骨支架材料的生物活性优势结合，在PMMA基体中添加一定比例的骨支架材料在体内发生降解形成互穿孔洞结构，有利于细胞的贴附与生长，并能诱导成骨细胞的分化，提高骨水泥与组织的结合强度，赋予常规骨水泥良好的生物活性。本专利技术制备的骨水泥材料兼具良好的力学支撑、生物活性的特点。该方法简单高效，易于推广应用。附图说明图1是复合骨水泥中生物活性成分性能表征图；图2是复合骨水泥中的支架材料扫描图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1将动物骨用模具制成骨颗粒后加至酒精内并在摇床内振荡处理，再依次用质量浓度为2.5％的SDS溶液、体积浓度为2.0％的曲拉通溶液并在超声条件下震荡下24h除去颗粒内部的细胞、免疫蛋白免疫原，最后在质量浓度为12.5％的EDTA2Na和质量浓度为1.25％的NaOH溶液的混合溶液中，以频率为20KHz--40KHz的超声波清洗10h，除去骨颗粒内部的矿化成分制得脱细胞异种骨支架。然后在-50℃下冷冻干燥24h得到干燥的脱细胞异种骨支架。复合骨水泥粉剂制备：称取2g硫酸钡、18gPMMA和0.1gBPO混合均匀干燥得到骨水泥粉剂；然后将冷冻干燥的5g脱细胞骨支架与上述骨水泥粉剂混合，经研磨后得到复合骨水泥粉剂；骨水泥液剂制备：量取9mlMMA、1mlHEMA混合后，加入50ulDmpt和0.75ul的HQ混合均匀后经过滤灭菌得到骨水泥液剂；复合骨水泥成型：将步骤1制得的复合骨水泥粉剂与步骤2制得的骨水泥液剂按质量/体积比为2.0混合，静置4分钟后固化12分钟获得成型的复合骨水泥。异种骨支架材料含有丰富的活性蛋白，但其在高温下会发生变性并失活，而骨水泥聚合放热温度高达90℃，故必须开发低放热型骨水泥，我们通过改变骨水泥中显影成分和含量(粒径2-10um，含量10-35％)的改变、固液比(1.8:1-2.3:1)的调整、以及催化剂、促进剂(0.5％-2.5％)的配合，制备出放热温度低于60℃的骨水泥，以此来保证固化后，骨水泥中的异种骨支架材料的生物活性。图1是复合骨水泥中骨支架材料的生物活性表征图，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有生物活性的骨水泥的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)复合骨水泥粉剂制备：将显影剂、PMMA和BPO混合均匀干燥得到骨水泥粉剂；所述显影剂和PMMA的总质量为20g，显影剂的质量分数为10‑30％，PMMA的质量分数为70‑90％，所述BPO的量为0.1‑0.4g；然后将冷冻干燥的1‑5g脱细胞异种骨支架与上述骨水泥粉剂混合，经研磨后得到复合骨水泥粉剂；(2)骨水泥液剂制备：将单体、改性剂按体积比例9:1或8:2混合后，加入0.5‑2％体积分数的Dmpt和75ppm的HQ混合均匀后经过滤灭菌得到骨水泥液剂；(3)复合骨水泥成型：将步骤1制得的复合骨水泥粉剂与步骤2制得的骨水泥液剂按质量/体积比为1.8‑2.5g/ml混合，静置3‑5分钟后固化10‑15分钟获得成型的具有生物活性的骨水泥。

【技术特征摘要】
1.一种具有生物活性的骨水泥的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)复合骨水泥粉剂制备：将显影剂、PMMA和BPO混合均匀干燥得到骨水泥粉剂；所述显影剂和PMMA的总质量为20g，显影剂的质量分数为10-30％，PMMA的质量分数为70-90％，所述BPO的量为0.1-0.4g；然后将冷冻干燥的1-5g脱细胞异种骨支架与上述骨水泥粉剂混合，经研磨后得到复合骨水泥粉剂；(2)骨水泥液剂制备：将单体、改性剂按体积比例9:1或8:2混合后，加入0.5-2％体积分数的Dmpt和75ppm的HQ混合均匀后经过滤灭菌得到骨水泥液剂；(3)复合骨水泥成型：将步骤1制得的复合骨水泥粉剂与步骤2制得的骨水泥液剂按质量/体积比为1.8-2.5g/ml混合，静置3-5分钟后固化10-15分钟获得成型的具有生物活性的骨水泥。2.如权利要求1所述的一种具有生物活性的骨水泥的制备方法，其特征在于，所述脱细胞异种骨支架制备方法如下：将动物骨用模具制成骨颗粒后加至酒精内并在摇床中振荡处理，再依次在质量浓度为0.5％--2.5％的SDS溶液、体积浓度...

【专利技术属性】
技术研发人员：方明，应胜星，朱伟强，芦雅智，沈晓军，李玉良，
申请(专利权)人：浙江科惠医疗器械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33