生物復(fù)合材料及其制備方法和用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物復(fù)合材料，更具體地，涉及一種結(jié)合有生物活性分子的高分子聚合物復(fù)合材料。本發(fā)明還涉及生物復(fù)合材料的制備方法以及其用途。
【背景技術(shù)】
[0002]骨缺損是骨外科治療中的難點。導(dǎo)致骨缺損的因素包括創(chuàng)傷、疏松性骨性骨折、月中瘤以及骨壞死等。特別是骨壞死導(dǎo)致的骨缺損發(fā)病率較高，對人類的健康和生活質(zhì)量構(gòu)成很大的威脅。
[0003]骨壞死在早期出現(xiàn)不完全性修復(fù)，引起不完全性修復(fù)的原因包括骨髓干細胞池的活性下降，骨細胞凋亡以及松質(zhì)骨基質(zhì)的降解。因此應(yīng)該提供充足的成骨前體細胞和/或提高壞死區(qū)域細胞的成骨能力來防止這種不完全性修復(fù)。在骨壞死早期的治療中，最常用的方法是髓腔減壓，減壓后會在壞死局部形成骨缺損，為了加強手術(shù)的治療效果，往往還伴有其它治療方法，包括骨植入治療、生長分化因子治療和基因治療。
[0004]單純的髓腔減壓能夠有利于骨壞死的治療，但是如果減壓過程中去除過多的死骨，就會導(dǎo)致壞死區(qū)域相對大的骨缺損，往往會加速關(guān)節(jié)塌陷。自體骨移植增加了患者的額外創(chuàng)傷機會，且來源有限。異體骨移植避免了自體骨的缺點，但是存在潛在的感染機會和排異反應(yīng)。骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)是一種生長分化因子，可以用來促進局部骨生長，但是這種蛋白降解很快，需要大劑量才能保持其效果，導(dǎo)致費用昂貴；理化性質(zhì)不穩(wěn)定，與其它的載體混合時難以保持其活性；在壞死區(qū)域停留時間短暫?；蛑委熞蚱浒踩詥栴}只是處于動物實驗階段，目前還無法應(yīng)用于臨床。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]第一方面，提供了一種生物復(fù)合材料，其包含生物可降解的聚乳酸/乙醇酸共聚物(poly lactic-co-glycolic acid，PLGA)和磷酸三 1? (tricalcium phosphate，TCP)以及有效量的淫羊藿素(icaritin)。
[0006]優(yōu)選地，所述生物復(fù)合材料由生物可降解的聚乳酸/乙醇酸共聚物、磷酸三鈣和有效量的淫羊藿素組成(PLGA/TCP/淫羊藿素)，其中所述淫羊藿素結(jié)合在聚乳酸/乙醇酸共聚物和磷酸三鈣形成的多孔支架材料中。
[0007]在一些實施方案中，所述淫羊藿素能夠從支架材料中緩慢釋放，作用于靶部位發(fā)揮作用。
[0008]第二方面，提供了人工骨支架，其由本發(fā)明所述的生物復(fù)合材料制備，具有三維多孔結(jié)構(gòu)，其中孔徑為約250-450 μ m，孔隙率為60% -80%。
[0009]第三方面，提供了制備本發(fā)明所述的生物復(fù)合材料的方法，其包括如下步驟:
[0010](I)將聚乳酸/乙醇酸共聚物和磷酸三鈣溶于第一有機溶劑中；
[0011](2)將淫羊藿素溶于與所述第一有機溶劑相同或不同的第二有機溶劑中；
[0012](3)將步驟(2)得到的溶液加入步驟(I)得到的溶液中，混勻，制得包含聚乳酸/乙醇酸共聚物、磷酸三鈣和淫羊藿素的漿料；以及
[0013](4)利用快速成型技術(shù)使步驟(3)得到的漿料成型，得到所述的生物復(fù)合材料。
[0014]第四方面，提供了本發(fā)明所述的生物復(fù)合材料在制備治療骨缺損的人工骨支架中的用途。
[0015]本發(fā)明所述的生物復(fù)合材料可以用于治療局部組織缺損，特別是治療骨缺損。其中，生物復(fù)合材料中的聚乳酸/乙醇酸共聚物和磷酸三鈣為骨長入提供支架平臺，而中藥活性分子淫羊藿素從支架中持續(xù)釋放，長期在骨缺損局部保持療效，促進骨的生長。
【附圖說明】
[0016]圖1顯示了淫羊藿素的結(jié)構(gòu)。A圖是淫羊藿素的二維結(jié)構(gòu)；B圖是淫羊藿素的三維結(jié)構(gòu)。
[0017]圖2顯示了利用快速成型法制備本發(fā)明的生物復(fù)合材料的技術(shù)路線圖。
[0018]圖3顯示了淫羊藿素從生物復(fù)合材料中累積釋放的曲線。
[0019]圖4顯示了骨髓間充質(zhì)干細胞在本發(fā)明所述的生物復(fù)合材料表面的生長，其中骨髓間充質(zhì)干細胞染成綠色。
[0020]圖5是生物復(fù)合材料植入兔肌肉6周后的顯微CT(MicroCT) 二維圖像。A圖是由PLGA和TCP組成的復(fù)合材料(PLGA/TCP)的圖像，顯示了復(fù)合材料的均質(zhì)背景；B圖是由PLGA、TCP和淫羊藿素組成的復(fù)合材料(PLGA/TCP/淫羊藿素)的圖像，在孔腔周圍顯示了較高的密度。
[0021]圖6顯示了生物復(fù)合材料植入兔股骨髁12周后，骨隧道內(nèi)新骨生成的MicroCT三維圖像。A圖，植入由PLGA和TCP組成的復(fù)合材料(PLGA/TCP)的骨隧道成骨圖像；B圖，植入由PLGA、TCP和淫羊藿素組成的復(fù)合材料(PLGA/TCP/淫羊藿素)的骨隧道成骨圖像。
【具體實施方式】
[0022]第一方面，提供了一種生物復(fù)合材料，其包含生物可降解的聚乳酸/乙醇酸共聚物(PLGA)、磷酸三鈣(TCP)和淫羊藿素。
[0023]淫羊藿素是從中藥材淫羊藿(Herba Epimedii)中提取的一種活性成分，屬黃酮醇類化合物，具有植物雌激素樣作用。在本發(fā)明中使用的淫羊藿素可以是從中藥飲片中提取的天然淫羊藿素，也可以是其它來源的淫羊藿素，例如合成的淫羊藿素或具有其活性的衍生物。圖1A示例性顯示了淫羊藿素的二維化學(xué)結(jié)構(gòu)，圖1B示例性顯示了淫羊藿素的三維結(jié)構(gòu)。
[0024]聚乳酸/乙醇酸共聚物與磷酸三鈣都是具有良好生物相容性的可生物降解材料，適于人或動物體內(nèi)的應(yīng)用。因此，本發(fā)明提供了一種可植入的生物復(fù)合材料，例如可直接植入到組織缺損部位，諸如骨缺損和周圍神經(jīng)缺損部位，且該復(fù)合材料攜帶的中藥活性分子淫羊藿素能夠直接作用于缺損部位發(fā)揮作用。
[0025]在優(yōu)選的實施方案中，本發(fā)明的生物復(fù)合材料由PLGA、TCP和有效量的淫羊藿素組成。理想地，本發(fā)明所述的生物復(fù)合材料為多孔的三維支架材料，其中所述淫羊藿素結(jié)合在PLGA和TCP形成的多孔支架中。
[0026]在一實施方案中，本發(fā)明所述的生物復(fù)合材料具有直徑約250-450 μπι的相互連通的孔，所述相互連通的孔徑優(yōu)選為250-350 μ m，更優(yōu)選為約300 μ m。
[0027]在本發(fā)明的實施方案中，生物復(fù)合材料中的聚乳酸/乙醇酸共聚物和磷酸三鈣的重量配比范圍為1:1-4:1，優(yōu)選為4:1。
[0028]在一實施方案中，本發(fā)明所述的生物復(fù)合材料包含的高分子聚合物聚乳酸/乙醇酸共聚物的分子量范圍為3萬-10萬，優(yōu)選為6萬-10萬，更優(yōu)選為10萬。乳酸與乙醇酸的摩爾比是70:30。
[0029]本發(fā)明所述的“有效量”指能夠?qū)崿F(xiàn)特定生物學(xué)效應(yīng)的量，例如，能夠促進骨生長的量，或有效治療骨缺損的量。在本發(fā)明的一實施方案中，以重量比計，生物復(fù)合材料中的淫羊藿素的含量為lmg-10g/100g生物復(fù)合材料。
[0030]本發(fā)明所述的中藥活性分子淫羊藿素是從生物復(fù)合材料中緩慢釋放的，這有利于淫羊藿素在靶部位持續(xù)發(fā)揮作用，例如，在較長時間內(nèi)促進骨髓間充質(zhì)干細胞向成骨細胞的分化和/或促進骨的形成等。淫羊藿素第I天從所述生物復(fù)合材料中釋放的累積量占其總量的0% -15%，優(yōu)選約5%到15%之間，一般不超過15% ;第14天時釋放的累積量為25% -55%，優(yōu)選為25% -50%，更優(yōu)選在35% -45%之間，最優(yōu)選為約40%左右。
[0031]此外，淫羊藿素從本發(fā)明所述的生物復(fù)合材料中釋放的百分累積量在第2天為0% -約25%，優(yōu)選約5%到約22%。淫羊藿素第7天的百分累積釋放量為約10%到約40%，優(yōu)選約15%到約32%。
[0032]另外，本發(fā)明所述的生物復(fù)合材料還可包含有效量的下述細胞生長因子的一種或多種:bFGF (堿性成纖維細胞生長因子)、VEGF (血管內(nèi)皮生長因子)、I3DGF (血小板衍化生長因子)、IGF (胰島素樣生長因子)、TGF- β (轉(zhuǎn)化生長因子)、BMP (骨形態(tài)形成/發(fā)生蛋白)、ANG(血管生長素)等。此外，所述的生物復(fù)合材料還可包含具有活性的細胞，包括，但不限于，骨髓間充質(zhì)干細胞等。這些細胞因子和/或細胞與本發(fā)明所述的中藥活性小分子淫羊藿素共同作用，促進組織缺損的修復(fù)，如骨缺損的修復(fù)。
[0033]第二方面，提供了人工骨支架，其由本發(fā)明的生物復(fù)合材料制備。本發(fā)明所述的“人工骨支架”是指是用于骨修復(fù)的人工合成材料，其構(gòu)成具有相互連通的孔的三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，具有生物相容性和骨傳導(dǎo)性，對新骨的生成起到引導(dǎo)作用。在本發(fā)明的實施方案中，所述人工骨支架的孔徑為約250-450 μ m，優(yōu)選為250-350 μ m，更優(yōu)選為約300 μ m?？紫堵蕿?0-80%。
[0034]在本發(fā)明的實施方案中，人工骨支架中的聚乳酸/乙醇酸共聚物和磷酸三鈣的重量配比為優(yōu)選為1:4，兩者形成人工骨支架的多孔結(jié)構(gòu)，這種多孔結(jié)構(gòu)利于毛細血管和骨組織的長入，為骨長入提供支架平臺；同時攜帶的中藥活性分子淫羊藿素從人工骨支架中緩慢釋放，持續(xù)作用于骨缺損部位，促進新骨的生成。因此，由本發(fā)明的生物復(fù)合材料制備的這種人工骨支架是具有骨引導(dǎo)和促進骨生長作用的理想支架。
[0035]第三方面，提供了本發(fā)明所述的生物復(fù)合材料的制備方法，該方法包括如下步驟:
[0036](I)將聚乳酸/乙醇酸共聚物和磷酸三鈣溶于第一有機溶劑中；
[0037](2)將淫羊藿素溶于與步驟⑴相同或不同的第二有機溶劑中；
[0038](3)將步驟⑵得到的溶液加入步驟⑴得到的溶液中，混勻，得到含PLGA、TCP和淫羊藿素的漿料；以及
[0039](4)利用快速成型技術(shù)使上述漿料成型，得到所述的生物復(fù)合材料。
[0040]在本發(fā)明的實施方案中，所述第一有機溶劑可以是二氧六環(huán)、二氯甲烷、氯仿、二甲基亞砜等。在優(yōu)選的實施方案中，所述第一有機溶劑是二氧六環(huán)。
[0041]在本發(fā)明的實施方案中，所述第二有機溶劑可以是二氧六環(huán)、二氯甲烷、氯仿、二甲基亞砜等。在優(yōu)選的實施方案中，所述第二有機溶劑是二氧六環(huán)。
[0042]在制備本發(fā)明的生物復(fù)合材料的過程中，所述聚乳酸/乙醇酸共聚物的成漿濃度為10% -30%，優(yōu)選為10% -20%，更優(yōu)選為12% -15%。
[0043]在制備本發(fā)明的生物復(fù)合材料的過程中，聚乳酸/乙醇酸共聚物和磷酸三鈣的重量之比為1:1-4:1，優(yōu)選為4:1。
[0044]在根據(jù)本發(fā)明所述的制備生物復(fù)合材料的方法得到的漿料中，淫羊藿素的濃度范圍為ΙΟ,Μ-ΙΟ?，優(yōu)選為10-6M-10_2M。更優(yōu)選地，所述淫羊藿素的濃度為10_4-1()1。
[0045]在本發(fā)明的實施方案中，以重量計，淫羊藿素在成型后的生物復(fù)合材料中的含量為lmg-10g/100g生物復(fù)合材料。本發(fā)明所述的淫羊藿素是一種黃醇酮化合物，在制