[发明专利]可生物降解的生物活性掺锶硫酸钙材料、制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物医用材料，尤其是涉及一种可生物降解的生物活性掺锶硫酸钙材料、制备方法及应用。

背景技术

由于肿瘤、创伤、感染、畸形等原因造成的骨缺损，需要对缺损的部位进行充填和再生修复，以恢复其形态和功能。虽然自体骨移植能够提供新骨生长的支架，并且含有大量具有活性的成骨细胞，从而促进骨生成(Cypher TJ, Grossman JP, J Fooot Ankle Surg. 1996; 35: 413-417)。但是在自体骨移植过程中，骨块内的成骨细胞不一定能够存活，所以临床效果不能完全有效 (Sandhu HS, Grewal HS, Orthop Clin North Am. 1999; 30:685-698)。同时，自体骨移植存在骨量较少、二次创伤等缺点，临床应用受到很大限制。有学者报道在移植部位，8-39%有并发感染、血肿、神经和尿路损伤、骨盘失稳、术后疼痛等。同种异体骨移植和异种骨移植由于受到受体免疫排斥反应的影响，生物相容性相对较差，因此使用比较局限(Stevenson S, Horowitz M, J Bone Joint Surg. 1992;74:939; Asselmeier MA, et al, Am J Sports Med. 1993; 21:170)。

随着生物材料科学与技术的发展，人工骨修复材料已经越来越多的应用在临床领域。目前，植入材料一般由钙磷基（如羟基磷灰石、磷酸三钙、磷酸氢钙）陶瓷和自固化材料、硫酸钙自固化材料、钙硅基材料（如生物活性玻璃、生物活性玻璃陶瓷）等(Van der Stok J, et al, Acta Biomater. 2011; 7:739-750)。与其它人工植入材料相比，硫酸钙的临床应用最为悠久，最早应用于临床的报道是1892年德国的Dreesman将其充填与空腔性骨缺损(Dreesman H, Beitr Klin Chir. 1892, 804-810)。作为一种生物相容性优良的骨缺损填充修复生物材料，硫酸钙拥有较好的理化和生物学性能。譬如，在移植部位能够提供大量的钙离子，抑制了该区域破骨细胞的活性，刺激成骨细胞的增殖和分化，促进类骨基质的合成(Mailland M, et al. Endocrinology. 1997; 138: 3601)。其次，硫酸钙在人体骨骼缺损内被吸收代谢速率较快而且完全，并较少出现炎症反应(Scarano A, et al, Implant Dent. 2007; 16:195；Bahn SL, Oral Surg. Oral Med. Oral Pathol. 1966; 21: 672)。目前硫酸钙已经应用于部分骨缺损的修复领域。

虽然硫酸钙具有理想生物材料的诸多优点，但是该材料的不足是降解速度过快。在骨缺损修复中，硫酸钙过快的被吸收和代谢，不仅造成其生物力学作用丧失，而且骨再生尚未完成，导致部分缺损孔隙仍然存在，造成不能实现缺损完全修复或者修复失败(Hing KA, et al. Spine J. 2007; 7: 475)。因此，纯的硫酸钙自固化材料因其吸收过快的问题在临床中的应用受到制约。其次，硫酸钙的生物活性效应并没有得到广泛认同，仅仅为骨缺损区域提供钙离子并不能显著促进骨再生，尤其是在骨质疏松性骨损伤等病理性骨缺损修复问题。近年来，随着省材料学、组织学以及细胞生物学等学科的发展，不少学者发现通过微量元素掺入引入到人工骨修复材料的方法可以改善材料的生物学性能。微量元素锶作为一种细胞代谢过程的调节因子，在许多生物过程，包括细胞信号传导、核酸合成、骨重建等过程起到重要作用，并能调节骨骼内钙浓度和骨代谢，并显著降低骨质疏松病人骨折发生率的作用。体外实验也证实锶具有促进成骨细胞增殖和抑制破骨细胞活性的作用。中国发明专利200810301291.2公开了一种由α-半水硫酸钙与含锶的化合物机械混合研磨而成的复合物材料，试图用于骨损伤修复应用。这种材料尽管在一定程度上改善了硫酸钙自固化材料的生物活性，但是采用机械混合形成的复合物中各组分均一性、颗粒度控制以及硫酸钙的降解性均难以达到满意的效果。

根据现有专利技术、国内外文献报道来看，迫切需要探索一种能优化和改进硫酸钙自固化材料，从而扩展改善硫酸钙材料的临床应用范围和效果。

发明内容