一种骨材表面原位修饰金属有机框架的方法及其骨修复应用技术

本发明专利技术涉及一种骨材表面原位修饰金属有机框架的方法，具体步骤为在碱性条件下，将经过超纯水洗涤后的骨材与多巴胺溶液混合搅拌反应，洗涤纯化，合成聚多巴胺修饰的骨材；加入金属盐离子预反应，再向反应体系中加入咪唑类水溶液和生长因子于室温在碱性条件下进行金属有机框架原位反应，得到骨材表面原位修饰的金属有机框架。该方法简单易行，绿色经济，重复性强。获得的骨材表面具有多面体金属有机框形态且化学稳定性及生物相容性好。同时，在形成金属有机框架的过程中，利用聚多巴胺的邻苯二酚与金属及咪唑三者之间相互配位效应，将其它药物分子或生长因子原位封装到金属有机框架中，为其进一步在骨修复中及其它的生物学应用奠定了基础。

A method of in situ modification of metal organic framework on bone surface and its application in bone repair

【技术实现步骤摘要】
一种骨材表面原位修饰金属有机框架的方法及其骨修复应用
本专利技术属于生物材料制备
，涉及一种骨材表面原位修饰金属有机框架的方法及其在骨修复中的应用。
技术介绍
骨组织有着良好的内在愈合能力,但临界尺寸的骨缺损(Critical-sizedbonedefects)常不能形成生理修复，其处理仍是临床骨科一大挑战，往往需要骨移植术来帮助缺损部位重建形态和功能。目前，全球每年骨移植术已超过200万例，骨移植术已成为仅次于输血的第二大移植术。因此，临床对骨移植材料的需求量亦在不断增大。目前，自体骨移植仍是临床治疗骨缺损的“金标准”，但其具有来源有限、供区损伤、增加手术时间及风险等缺点。随着技术的发展，通过骨组织工程技术设计和研发的新型同种异体骨及人工骨可以很好的克服以上缺点，势必成为未来临床治疗骨缺损的首选材料。然而研究发现：同种异体骨及人工骨在骨诱导、骨传导及骨整合等方面仍存在不足。因此，开发和利用新的骨组织修复材料，对促进骨组织工程技术发展具有重要意义。目前骨组织工程修复材料主要包括：自体骨、同种异体骨及人工骨等。其中，同种异体骨修复材料具有来源相对广泛、无供区损伤等优势，是仅次于自体骨的第二大常用骨修复材料，其用量已占到所有骨修复材料的三分之一。然而研究发现：相对于自体骨，同种异体骨制备过程中会损失掉大量生长因子，导致其骨诱导性有所不足，因而使用同种异体骨修复骨缺损时失败率更高。而同种异体骨促进骨缺损愈合主要是通过其骨传导特性发挥作用，为骨前体细胞的迁移及黏附提供条件，进而分泌生长因子以促进骨形成。当骨痂形成的理想环境受到干扰时，生长因子的分泌就会缺失，从而影响到骨的愈合。因此，生长因子在骨缺损的修复中具有重要作用。虽然目前生长因子已广泛运用于各种骨组织修复材料，大大提高了修复材料的骨诱导性。但对于生长因子的使用仍存在诸多亟待解决的问题，新的生长因子递送载体还有待进一步开发。因此，开发新的生长因子递送载体，降低生长因子使用剂量以预防相关并发症，并且可以起到缓慢释放生长因子而长效维持其生物学效应的作用，同时避免生长因子降解、失活以增强其生物学效应，对骨组织工程技术的发展具有重要意义。金属-有机框架(Metal-organicframeworks,MOFs)是一种新兴的兼有无机和有机两种特性的复合多孔材料，由有机配体和金属离子或团簇通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙的有机-无机杂化材料。由于具有良好的孔径及药物装载能力、多样的结构/化学特性、良好的生物相容性及生物可降解性等特性，在生物医学领域引起了广泛关注。以MOFs为载体用于药物、蛋白或酶的递送等，已进行了大量研究。通过MOFs装载蛋白质，除了具有缓释效应以外，还具有维持甚至提高蛋白质活性的作用，从而为生长因子长期高效的发挥其生物学效应提供了条件。但目前尚未骨表面原位聚合修饰金属有机框架的任何文献报道。
技术实现思路
有鉴于此，针对目前临界骨缺损修复存在的难愈性及复杂性的关键问题，本专利技术提供一种骨材表面原位修饰具有多种功能的金属有机框架的方法，该方法简单易行，绿色经济，重复性强，生物相容性好。获得的骨材表面具有多面体金属有机框形态且稳定性好。同时，在形成金属有机框架的过程中，利用聚多巴胺的邻苯二酚与金属及咪唑三者之间相互配位效应，将其它药物分子或促骨生长因子原位封装到金属有机框架中，为临界骨缺损修复提供可能。本专利技术的目的之一在于提供由上述方法得到骨材表面原位修饰具有多种功能的金属有机框架；本专利技术的目的之二在于提供上述所得封装生长因子的金属有机框架在骨修复中的应用。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：1.一种骨材表面原位修饰金属有机框架的方法，过程及原理图如图1所示，包括如下步骤：a.在碱性条件下，将骨材与多巴胺溶液混合搅拌反应12h以上，洗涤纯化，合成聚多巴胺修饰的骨材；b.加入金属盐离子预反应，再向反应体系中加入咪唑类水溶液和生长因子于室温在碱性条件下进行金属有机框架原位反应，纯水洗涤去除未反应的无机离子和未反应的咪唑类，得到骨材表面原位修饰的金属有机框架。在形成金属有机框架的过程中，利用聚多巴胺的邻苯二酚与金属及咪唑三者之间相互配位效应，将药物分子或生长因子原位封装到金属有机框架中，可在进一步应用中缓慢释放出来，达到治疗或修复作用。进一步，所述碱性条件为pH＝8-10的Tris缓冲液，氢氧化钠溶液，氢氧化钾溶液或氨水。进一步，所述骨材为脱钙骨基质，人工骨或同种异体骨。进一步，所述生长因子为rhBMP-2，IGF，TGF-p。进一步，所述金属盐离子为硝酸镁，氯化镁，硝酸锌或硫酸锌。进一步，所述咪唑类水溶液为2-甲基咪唑或4-甲基咪唑。进一步，所述多巴胺溶液浓度为0.1～10mg/ml，金属盐离子溶液浓度为1～10mg/ml，咪唑类水溶液浓度为0.5～15mg/ml。进一步，所述多巴胺溶液浓度为1～5mg/ml，金属盐离子溶液浓度为1～5mg/ml，咪唑类水溶液浓度为0.5～5mg/ml。进一步，所述搅拌为500～1500r/min条件下搅拌。进一步，多巴胺修饰骨材反应时间为12～24h，金属盐离子预反应时间为10-60min，金属有机框架原位反应时间为0.5-2h。进一步，所有反应均为室温(20-25℃)。2.由所述的方法进行的骨材表面原位修饰金属有机框架。3.所述骨材表面原位修饰金属有机框架封装促骨生长因子在骨修复中的应用。本专利技术的有益效果在于：本专利技术公开了骨材表面原位修饰金属有机框架的方法。一方面，通过对体系的简易调控，成功实现了在骨材表面原位进行金属有机框架的修饰，获得的骨材表面具有多面体金属有机框形态，化学稳定性及生物相容性好。另一方面，在金属有机框架形成的过程中，可将药物分子或生长因子原位封装于金属有机框架中，为其在骨修复中的应用奠定了基础；最后，本专利技术反应简单易行，绿色经济，重复性强。由本专利技术制备得到的新型骨修复材料无细胞毒性，且对骨缺损的修复效果明显。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为骨材表面原位修饰金属有机框架的过程图；图2为Mg-MOF及BMP-Mg-MOF合成示意及表征图；图3为DBM、PDA-DBM及BMP@MOF-DBM大体及扫描电镜图；图4为BMP@MOF-DBM材料制备的浸提液对BMSCs细胞活力的分析研究图；图5为SD大鼠颅骨临界性骨缺损造模图；图6为BMP@MOF-DBM材料修复临界性骨缺损硬组织切片VonKossa硝酸银染色图；图7为BMP@MOF-DBM材料修复临界性骨缺损HE染色、固绿—番红O染色图；图8为BMP@MOF-DBM材料修复临界性骨缺损Micro-CT图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种骨材表面原位修饰金属有机框架的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：/na.在碱性条件下，将骨材与多巴胺溶液混合搅拌反应12h以上，洗涤纯化，合成聚多巴胺修饰的骨材；/nb.加入金属盐离子预反应，再向反应体系中加入咪唑类水溶液和生长因子于室温在碱性条件下进行金属有机框架原位反应，纯水洗涤去除未反应的无机离子和未反应的咪唑类，得到骨材表面原位修饰的金属有机框架。/n

【技术特征摘要】
1.一种骨材表面原位修饰金属有机框架的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
a.在碱性条件下，将骨材与多巴胺溶液混合搅拌反应12h以上，洗涤纯化，合成聚多巴胺修饰的骨材；
b.加入金属盐离子预反应，再向反应体系中加入咪唑类水溶液和生长因子于室温在碱性条件下进行金属有机框架原位反应，纯水洗涤去除未反应的无机离子和未反应的咪唑类，得到骨材表面原位修饰的金属有机框架。


2.根据权利要求1所述一种骨材表面原位修饰金属有机框架的方法，其特征在于，所述碱性条件为pH＝8-10的Tris缓冲液，氢氧化钠溶液，氢氧化钾溶液或氨水。


3.根据权利要求1所述一种骨材表面原位修饰金属有机框架的方法，其特征在于，所述骨材为脱钙骨基质，人工骨或同种异体骨，所述生长因子为rhBMP-2，IGF，TGF-p。


4.根据权利要求1所述一种骨材表面原位修饰金属有机框架的方法，其特征在于，所述金属盐离子为硝酸镁，氯化镁，硝酸锌或硫酸锌。

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊利，曾一平，阳章友，曾伟南，张胜利，彭静，曹代桂，
申请(专利权)人：重庆市人民医院，
类型：发明
国别省市：重庆;50