[發明專利]含鍶硅酸鈣生物陶瓷及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201310439715.2
• 申請日: 2013-09-25
• 公開（公告）號: CN104436295A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 常江;林開利;金曉剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: A61L27/10
• 分類號: A61L27/10;A61L27/56;A61L27/50;A61L27/54;C04B35/16;C04B35/622;C04B38/06
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

技術領域

本發明涉及含鍶硅酸鈣生物陶瓷及其制備方法、以及作為骨質疏松骨缺損修復材料的應用，屬生物材料領域。

背景技術

由于人口老齡化進程的快速到來，我國已成為世界上骨質疏松癥患者最多的國家。據不完全統計，患者總數已達到總人口數的7％。而每年因骨質疏松癥而并發骨折的發病率已超過9％，因而已成中老年骨病及致殘的主要原因之一。特別是骨質疏松導致髖關節骨折，一年內病死率高達20％，生存一年以上者約25％喪失基本活動能力。然而，由于骨質疏松導致骨的脆裂性和極低的骨量使傳統骨折內固定技術根本無法實現。到目前為止，其預防和治療的手段仍然令人十分失望。因此，骨質疏松類骨缺損修復材料的研究和開發越來越受到該領域專家學者的重視。

研究表明，硅酸鹽基生物材料如生物活性玻璃和生物活性陶瓷具有良好的成骨性能，其優良的生物活性和降解性通過兩方面的表達促進新骨的再生：降解釋放的硅（Si）組分能促進成骨細胞的增殖和誘導基因表達，其次通過堿性離子的釋放調控局部pH值偏堿性，因而促進羥基磷灰石的沉積，這兩方面的誘導作用是材料具有特殊生物活性的關鍵因素[Biomaterials,2004;25:2941-8；J.Mater.Sci.:Mater.Med.,2006;17:967-978.]，并在臨床應用中得到驗證。

我們近期的研究結果顯示：硅酸鈣生物陶瓷的生物活性和降解性明顯優于傳統臨床應用的磷酸鈣類生物陶瓷，并具有明顯的刺激成骨細胞和骨髓干細胞增殖和分化的能力，并通過堿性離子的釋放能對周邊溶液的pH值進行調控，因而誘導類骨磷灰石的沉積[J.Biomed.Mater.Res.,2007;80B:174-83.]；動物實驗結果已表明硅酸鈣生物陶瓷具有良好的生物相容性、骨誘導活性和骨修復性能，且其降解性和骨修復性能明顯優于臨床應用中的磷酸鈣類生物陶瓷、其優良的生物活性具有促進成骨細胞增殖和骨組織再生的性能[Biomaterials,2008;29(17):2588-2596.；Biomaterials,2013;34(1):64-77.;Acta?Biomaterialia,2012;8:350-360.]。此外，硅酸鈣生物陶瓷降解導致的材料周邊局部升高的pH值可能對調控和中和由于機體老化而引起的體內酸性代謝產物的累積起到積極作用。據報道[J?Cell?Biochem2008;105:655-62.]，破骨細胞往往在酸性環境下被激活，但隨著pH的升高而喪失活性。Kaunitz和Yamaguchi特別指出[J?Cell?Biochem2008;105:655-62.]，骨重建過程中的局部堿性環境（pH>9）很有可能存在，因為堿性磷酸酶依賴于堿性的微觀環境，同時這種堿性的環境直接誘導羥基磷灰石的沉積。同時據美國衛生研究院（NIH）報道，素食主義者發生骨質疏松的概率要明顯低于其他人群，這種現象被歸結于堿性食物對體內pH值的調控作用。而對于骨質疏松類骨流失的骨重建，提高局部pH值很有可能是一個關鍵的重要環節。而硅酸鈣材料的降解往往由于堿性離子的釋放而提供堿性的微環境，因而有助于改變由于體制酸化而導致的局部微環境失衡，因而可以看作是一種潛在的局部pH值調控材料，有助于局部中和由于酸性體質而導致的骨流失，并通過調控成骨細胞與破骨細胞通道，進而恢復細胞間的平衡。

鍶（Sr）作為人體微量元素能明顯抑制骨吸收，同時促進新骨的形成。因而含鍶的口服藥(如：Strontium?Renalate,SrR)已被廣泛研究和報道，尤其對絕經后中老年婦女骨質疏松癥有特別的療效。其機理在于鍶不僅能促進成骨細胞的增殖，更關鍵在于對破骨細胞有明顯的抑制作用，從而不僅能促進骨再生、還具有延緩骨吸收的功效。研究還表明鍶組分能夠起到促進骨蛋白和DNA的合成、提高堿性磷酸酶含量、促進骨的成長和礦化，并有效地抑制骨吸收，從而達到進一步增進骨密度的效果[Biomaterials,2005,26:4073-83.；Bone,1996;18:253-8.；J?Biomed?Mater?Res,2006;77B:409-15.]。

因此，在硅酸鈣具有良好生物活性、降解性、降解釋放形成堿性微環境、以及降解釋放的硅離子還具有特異的促進骨系細胞的增殖和成骨分化的基礎上，將具有抑制破骨細胞活力和促進成骨細胞活力的鍶離子摻雜引入硅酸鈣材料體系，制備獲得的含鍶硅酸鈣生物陶瓷有望在治療伴隨骨質疏松癥的骨缺損修復領域中具有廣闊的應用前景。