[發明專利]一種生物活性仿生磷酸鈣納米材料及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 200910097451.0
• 申請日: 2009-03-30
• 公開（公告）號: CN101518659A
• 公開（公告）日: 2009-09-02
• 發明（設計）人: 茍中入;高欣
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: A61L27/12
• 分類號: A61L27/12;C01B25/32;A61K6/033
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本發明涉及一種含至少兩種微量元素并具有顯著促進骨齒損傷再生修復的 仿生磷酸鈣納米材料及其制備方法和用途，屬于生物醫用材料技術領域。

背景技術

中老年人體內因骨質疏松造成骨量顯著下降和骨折等骨損傷并發癥；其次， 因其它病變(如骨腫瘤)、手術(如開顱術)和機械損傷(如工傷、交通事故)等造成 的骨齒缺損等的快速、完全再生修復是目前臨床醫學的難題。目前，由CaO、 SiO₂、P₂O₅和Na₂O組成的玻璃粉末材料(商品名：45S5?Bioglass)具有優良的生 物活性，能誘導類骨磷灰石沉積和與活體骨組織形成骨性化學鍵合。不僅如此， 45S5?Bioglass溶出的硅、鈣和磷離子還能激活成骨細胞中大量轉錄因子和細胞 周期調節因子表達，并促進堿性磷酸酶和骨鈣蛋白等與骨形成相關的蛋白快速 地表達，但是生物玻璃類材料降解與組織再生速率不能很好協同匹配，并且一 年期降解率不到50％(Hamadouche?M.，et?al.J?Biomed.Mater?Res.2001；54：560)。 通常，臨床骨齒缺損填充用羥基磷灰石(Ca₅(PO₄)₃·(OH)₂)顆粒或者塊狀材料制品 降解極為緩慢，傳導骨再生能力相當有限，應用大大受限。磷酸三鈣 (Ca₃(PO₄)₂·H₂O)也被廣泛研究報道，其陶瓷材料目前已經在骨缺損填充修復中得 到應用。但是，這種材料損傷修復以爬行替代為主，并存在存在降解緩慢、修 復期長等系列問題(Handschel?J.，et?al.Biomaterials?2002；23：1689)。

隨著材料學化學、組織病理學、細胞分子生物學以及營養學等的發展，人 們發現，人體生理代謝所必需的一些微量元素，如硅能激活成骨細胞基因表達 (Xynos?I.D.，Biochem.Biophys.Res.Commun.2000，276，461)；鍶能調節骨骼內鈣 濃度和骨代謝(Marie?PJ.，Calcif.Tissue?Int.2001，69，121)；鎂攝入不足引起鈣代謝 失調并造成骨強度下降(Heroux?O.，Can.J.Pharmacol.1975，53，304)；鋅能增加 堿性磷酸酶活性并提高DNA含量、改善骨骼強度(Ovesen?J.，Bone，2001，29，565； Yamaguchi?M.，Biochem.Pharmacol.1986，35，773)，還顯示出抑制細菌感染和破 骨細胞骨吸收活性等效應(Peters?WJ.，J.Biomed.Mater.Res.1974，8，53；Moonga BS.，J.Bone?Miner?Res.1995，10，453)。其次，一些研究也發現，硅、鍶、鋅或鎂 等微量元素被單一摻入磷酸鈣材料后能改善材料的生物活性、生物降解性和骨 缺損修復效果(Pietal?A.M.，Biomaterials?2007，28，4023；Wong?C.T.，J?Biomed. Mater?Res.2004，513；Ishikawa?K.，Biomaterials?2002，23，423；Serre?C.M.，J Biomed.Mater.Res.1998，42，626)。但是，相關研究結果也證實硅、鍶、鋅或鎂 等單一微量元素對成骨細胞活性和骨組織代謝調節存在顯著劑量依賴關系，從 植入材料中釋放過高劑量的硅、鍶、鎂或鋅會引起細胞毒性或者造成其它離子 代謝失調(Dahl?S.G.，Bone?2001，28，446；Gough?J.E.，Biomaterials?2004，25，2039； Ito?A.，Mater.Sci.Eng.C?2002，22，21；Saravanapavan?P.，Key?Eng.Mater.2004， 254-256，785)；反之，骨組織中長期缺乏這些微量元素將造成組織畸變甚至嚴重 疾病?，F有技術中，不少研究者試圖通過摻雜等途徑在磷酸三鈣或者羥基磷灰 石中引入硅、鍶、鎂或鋅等單一生物活性物質，提高材料的細胞誘導活性，促 進細胞增殖和基因表達，加快骨缺損再生修復和材料降解速度。常規濕化學工 藝合成中，微量元素往往抑制磷酸鈣晶粒成核和生長，微量元素摻雜率受到嚴 重限制。高溫燒結技術盡管能方便調節微量元素的摻雜率，但在任意調控材料 中活性物質釋放速度反面存在嚴重制約(Ito?A.，J.Biomed.Mater.Res.2000，50， 178；Li?Y.W.，J.Biomed.Mater.Res.2000，52，164-170；Reid?J.W.，Biomaterials 2005，26，2887；Ito?A.，J.Biomed.Mater.Res.2000，60，224)。在迄今磷酸鈣類材料 的生物活性改性研究中，尚未有運用仿生礦化技術實現二元到多元微量元素協 同摻雜來實現對磷酸鈣材料的生物活性和降解性進行顯著改進的報道。