[发明专利]一种生物活性磷酸钙多孔颗粒材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种掺杂微量元素的生物活性磷酸钙多孔颗粒材料及其制备方 法和应用，属于人体骨齿组织病变和损伤修复治疗的生物医用材料和再生医学 领域。

背景技术

因肿瘤和炎症所致的骨组织坏死、骨质疏松所致的骨流失和骨折、机械力 所致的骨缺损等一系列骨损伤的快速、完全再生修复是目前临床医学的治疗难 题。上世纪60年代末，Larry Hench教授首先发现了一种由CaO、SiO₂、P₂O₅和Na₂O组分的化合物烧制而成的玻璃粉末在骨损伤组织内诱导类骨磷灰石沉 积，能与活体骨组织形成骨性化学键合，并发展成为临床应用的骨修复材料(商 品名：45S5)。这一材料的发现，研究者对生物活性的内涵以及生物活 性材料的设计获得了全新的认识。迄今为止，人们已经发现不少以钙-硅 (CaO-SiO₂)和钙-磷(CaO-P₂O₅)为基质的无机材料能与骨组织直接骨性结合，不 会出现以往惰性材料-组织界面间的非黏连纤维隔膜。现有技术中，各种磷酸钙 材料如羟基磷灰石(Ca₅(PO₄)₃·(OH)₂)、磷酸三钙(Ca₃(PO₄)₂·H₂O)、磷酸四钙 (Ca₄(PO₄)₂O)或者无水磷酸钙(CaHPO₄)等以烧结致密或多孔块体、生理液调和形 成的糊状物或者与骨基质胶原蛋白复合的仿生骨材料被应用于临床。通常，临 床骨缺损填充用羟基磷灰石颗粒或者块状材料制品降解极为缓慢，传导骨再生 能力相当有限，应用大大受限。磷酸三钙也被广泛研究报道，其陶瓷材料目前 已经在骨缺损填充修复中得到应用。但是，这种材料损伤修复以爬行替代为主， 也存在降解缓慢、修复期长等问题。近来，中国专利CN1338315公开的一种羟 基磷灰石/胶原复合物材料在组成和结构上模仿了天然骨基质中的主要无机和有 机成分，为成骨细胞在材料表面附着和生长创建与人体骨组织内相似的微环境， 但是该类材料在调控成骨相关(干)细胞快速增殖分化和骨形成相关基因和蛋白 表达方面不足，无机成分羟基磷灰石主要依赖细胞吞噬等途径被吸收；中国专 利CN1456534公开的一种多孔磷酸钙陶瓷旨在提高新生骨组织长入速度并加速 材料降解，但是成骨相关(干)细胞对材料响应性差等根本问题尚未解决，新生组 织长入孔道以爬行替代为主，骨缺损再生修复时间长。

在现有技术中，45S5尽管在诱导类骨磷灰石沉积能力、与宿主骨 组织键合强度和促进成骨细胞增殖分化方面显示优良的效果，而且溶出的硅、 钙和磷离子还能激活成骨细胞中大量转录因子和细胞周期调节因子表达，并促 进碱性磷酸酶和骨钙蛋白等与骨形成相关的蛋白快速地表达，但是以45S5 为代表的生物活性玻璃类材料降解与组织再生速率不能很好协同匹 配。又如中国专利CNl389184A公开了一种以无机元素硅为主要活性诱导物质、 钙和磷元素为协同活性物质、有机聚合物为载体的多孔块体材料，这种材料显 示出主动诱导人体成骨细胞增殖、分化和骨形成相关基因和蛋白表达，骨形成 速度加快等效果。但是在制备方法上通过对含硅、钙、磷等成分的不同物质进 行机械组合筛选，并通过机械球磨方式制备不同尺度的无机粉体颗粒，这样的 制备方法难以控制材料微颗粒度、材料制品的降解速度和生物活性离子的溶出 速度，很难获得对成骨细胞产生最佳刺激所需成分配伍的活性材料。