[發(fā)明專(zhuān)利]含鍶硅酸鈣生物陶瓷及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310439715.2
• 申請(qǐng)日: 2013-09-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104436295A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 常江;林開(kāi)利;金曉剛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類(lèi)號(hào): A61L27/10
• 分類(lèi)號(hào): A61L27/10;A61L27/56;A61L27/50;A61L27/54;C04B35/16;C04B35/622;C04B38/06
• 代理公司: 上海瀚橋?qū)＠硎聞?wù)所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優(yōu)麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及含鍶硅酸鈣生物陶瓷及其制備方法、以及作為骨質(zhì)疏松骨缺損修復(fù)材料的應(yīng)用，屬生物材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

由于人口老齡化進(jìn)程的快速到來(lái)，我國(guó)已成為世界上骨質(zhì)疏松癥患者最多的國(guó)家。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，患者總數(shù)已達(dá)到總?cè)丝跀?shù)的7％。而每年因骨質(zhì)疏松癥而并發(fā)骨折的發(fā)病率已超過(guò)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(zhì)疏松導(dǎo)致髖關(guān)節(jié)骨折，一年內(nèi)病死率高達(dá)20％，生存一年以上者約25％喪失基本活動(dòng)能力。然而，由于骨質(zhì)疏松導(dǎo)致骨的脆裂性和極低的骨量使傳統(tǒng)骨折內(nèi)固定技術(shù)根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。到目前為止，其預(yù)防和治療的手段仍然令人十分失望。因此，骨質(zhì)疏松類(lèi)骨缺損修復(fù)材料的研究和開(kāi)發(fā)越來(lái)越受到該領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)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(yōu)良的生物活性和降解性通過(guò)兩方面的表達(dá)促進(jìn)新骨的再生：降解釋放的硅（Si）組分能促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖和誘導(dǎo)基因表達(dá)，其次通過(guò)堿性離子的釋放調(diào)控局部pH值偏堿性，因而促進(jìn)羥基磷灰石的沉積，這兩方面的誘導(dǎo)作用是材料具有特殊生物活性的關(guān)鍵因素[Biomaterials,2004;25:2941-8；J.Mater.Sci.:Mater.Med.,2006;17:967-978.]，并在臨床應(yīng)用中得到驗(yàn)證。

我們近期的研究結(jié)果顯示：硅酸鈣生物陶瓷的生物活性和降解性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)臨床應(yīng)用的磷酸鈣類(lèi)生物陶瓷，并具有明顯的刺激成骨細(xì)胞和骨髓干細(xì)胞增殖和分化的能力，并通過(guò)堿性離子的釋放能對(duì)周邊溶液的pH值進(jìn)行調(diào)控，因而誘導(dǎo)類(lèi)骨磷灰石的沉積[J.Biomed.Mater.Res.,2007;80B:174-83.]；動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果已表明硅酸鈣生物陶瓷具有良好的生物相容性、骨誘導(dǎo)活性和骨修復(fù)性能，且其降解性和骨修復(fù)性能明顯優(yōu)于臨床應(yīng)用中的磷酸鈣類(lèi)生物陶瓷、其優(yōu)良的生物活性具有促進(jìn)成骨細(xì)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(dǎo)致的材料周邊局部升高的pH值可能對(duì)調(diào)控和中和由于機(jī)體老化而引起的體內(nèi)酸性代謝產(chǎn)物的累積起到積極作用。據(jù)報(bào)道[J?Cell?Biochem2008;105:655-62.]，破骨細(xì)胞往往在酸性環(huán)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(guò)程中的局部堿性環(huán)境（pH>9）很有可能存在，因?yàn)閴A性磷酸酶依賴(lài)于堿性的微觀環(huán)境，同時(shí)這種堿性的環(huán)境直接誘導(dǎo)羥基磷灰石的沉積。同時(shí)據(jù)美國(guó)衛(wèi)生研究院（NIH）報(bào)道，素食主義者發(fā)生骨質(zhì)疏松的概率要明顯低于其他人群，這種現(xiàn)象被歸結(jié)于堿性食物對(duì)體內(nèi)pH值的調(diào)控作用。而對(duì)于骨質(zhì)疏松類(lèi)骨流失的骨重建，提高局部pH值很有可能是一個(gè)關(guān)鍵的重要環(huán)節(jié)。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(huán)境，因而有助于改變由于體制酸化而導(dǎo)致的局部微環(huán)境失衡，因而可以看作是一種潛在的局部pH值調(diào)控材料，有助于局部中和由于酸性體質(zhì)而導(dǎo)致的骨流失，并通過(guò)調(diào)控成骨細(xì)胞與破骨細(xì)胞通道，進(jìn)而恢復(fù)細(xì)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(shí)促進(jìn)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(bào)道，尤其對(duì)絕經(jīng)后中老年婦女骨質(zhì)疏松癥有特別的療效。其機(jī)理在于鍶不僅能促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖，更關(guān)鍵在于對(duì)破骨細(xì)胞有明顯的抑制作用，從而不僅能促進(jìn)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(jìn)骨蛋白和DNA的合成、提高堿性磷酸酶含量、促進(jìn)骨的成長(zhǎng)和礦化，并有效地抑制骨吸收，從而達(dá)到進(jìn)一步增進(jìn)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(huán)境、以及降解釋放的硅離子還具有特異的促進(jìn)骨系細(xì)胞的增殖和成骨分化的基礎(chǔ)上，將具有抑制破骨細(xì)胞活力和促進(jìn)成骨細(xì)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(zhì)疏松癥的骨缺損修復(fù)領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。