[发明专利]基于生物基聚氨酯复合可降解材料的骨水泥及其制备方法

说明书

本发明公开了一种生物基聚氨酯复合可降解材料的骨水泥，由固相粉体材料和液相复合物组成，其中固相粉体主要包含无机物粉体和/或不溶于聚氨酯单体的预聚合有机填料、掺杂增强纤维及其它功能粉末。液相复合物主要包含生物基聚氨酯预聚体、液相单体稀释剂。将液相复合物缓缓加入所述固相粉体材料，并进行充分混合固化后形成骨水泥。该骨水泥可以完全替代市场上的PMMA、磷酸钙、硫酸钙等骨水泥，具有优异的生物活性和促进新骨生成的能力，注入人体骨缺损部位后机械性能优异、聚合反应产热少，并实现骨水泥降解速度与诱导新骨形成速度相匹配，达到自体骨原位再生，保证稳定可控的骨增量。

技术领域

本发明属于骨科修复骨水泥技术领域，涉及一种基于生物基聚氨酯复合可降解材料的骨水泥及其制备方法。

背景技术

骨缺损常因创伤、感染、骨质疏松、肿瘤或先天性畸形等原因所导致，其中，骨质疏松症每年引起全球范围约890万例患者发生骨折，平均每3秒发生一例次，约三分之一50岁以上的女性和五分之一50岁以上的男性在一生中将会发生骨质疏松性骨折。骨质疏松性椎体压缩骨折(Osteoporotic Vertebral Compression Fracture,OVCF)是最常见的骨质疏松性骨折，占比约50％，如何治疗骨缺损及骨功能障碍疾病一直是临床、生物材料学等领域共同面临的难题。

目前临床上使用最多的是以聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥(Polymethylmethacrylate cement,PMMA)为代表的传统丙烯酸酯类骨水泥，磷酸钙骨水泥(Calciumphosphate cement，CPC)和硫酸钙骨水泥(Calcium sulfate cement,CSC)骨修复材料。

PMMA骨水泥为一种由粉剂和液剂组成的室温自凝粘结剂，尽管PMMA骨水泥植入应用广泛，但是PMMA骨水泥本身的缺陷会造成多种并发症。1.PMMA无成骨活性，且不可降解。PMMA属于生物惰性材料，无任何生物活性，其不能与宿主骨组织形成有机的化学界面结合，注入缺损部位后并未与骨组织紧密结合，造成缺损部位周围骨折的长期存在，虽然术后短期内依靠微观绞锁和容积填充两种作用机制达到一定的稳定性，但随着后期骨折界面的骨吸收等反应，远期缺损部位稳定性存在一定的隐患。2.PMMA的不可降解性也给缺损部位退行性疾病的治疗带来了困难，例如，多节段椎体强化术后的患者，由于PMMA注入椎体后内植物(例如椎弓根螺钉)置入困难，限制了其他脊柱疾病的治疗。3.PMMA在固化时的聚合反应会产生大量的热量，过高的热积聚温度易造成周围组织及骨髓损伤，使PMMA在脊柱损伤中的应用受到限制，据报道其热积聚温度最高可达100℃,使原本骨骼表面的细胞纤维化而形成空隙，甚至可能令骨骼逐渐坏死，此类不良反应都会对远期伤椎的稳定性带来不利影响。4.由于PMMA不可降解，植入缺损部位后，因其弹性模量较高，导致应力集中，增加缺损邻近部位骨折风险，大量的临床研究也证实了此类远期并发症的发生并非个案，所以使用PMMA虽然短期疗效值得肯定，但远期疗效仍有待进一步观察。5.PMMA可造成全身性不良反应，即骨水泥植入综合征(Bone Cement Implantation Syndrome，BCIS)，是指由于骨水泥的植入使患者出现一过性或明显的低血压和动脉血氧分压的降低，并使约0.6-1％的病人出现心搏骤停，其原因是PMMA的单体具有毒性，单体入血后导致的全身性反应。由于病情突发性，往往无先兆，救治有一定难度。

磷酸钙骨水泥(calcium phosphate cement，CPC)，它是将两种或两种以上磷酸钙粉体加入液相调和剂,通过磷酸钙盐发生水化硬化,在人体环境和温度下转化为与人体骨组织相似结构的骨水泥。但缺陷在于未经过改性和优化的普通磷酸钙骨水泥通常可注射性能不好,不能满足骨科微创手术的要求，且其拉伸、剪切等机械性能不足，难以应用于脊柱等负重部位，CPC降解速度过快也限制了其临床应用。目前，针对CPC改良研究最多的是通过在其液相或固相中添加某些特殊成分构成复合型CPC。有学者在CPC内添加加强纤维从而增强CPC的机械强度并降低骨水泥本身的脆性，虽然取得了一些进展，使CPC的强度有所提高，但如何完善其整体复合设计以确保此种复合材料中可降解的CPC在体内逐步降解后仍有足够的支撑性能仍有待解决。