磁性納米復(fù)合生物界面材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種生物醫(yī)學(xué)組織工程用的復(fù)合材料，特別是一種前交叉韌帶重建術(shù)后移植肌腱固定的一種人工生物材料。
【背景技術(shù)】
[0002]膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶ACL損傷是運動創(chuàng)傷中的常見病，其發(fā)病率逐年增高，關(guān)節(jié)鏡下自體肌腱移植重建己成為ACL損傷治療的主要方式，臨床結(jié)果分析表明，無論采用何種手術(shù)方法，相當部分術(shù)后病例會出現(xiàn)不同程度骨道擴大，而這也被認為是ACL重建的重要并發(fā)癥之一，影響著臨床療效。其產(chǎn)生主要與移植物在骨道內(nèi)微動產(chǎn)生的“雨刷效應(yīng)”及“蹦極效應(yīng)”有關(guān)，但深層次原因主要是手術(shù)過程中鉆取骨道導(dǎo)致的骨質(zhì)缺損以及腱-骨之間、材料-骨質(zhì)之間的生物界面愈合問題。研究表明，在存在眾多影響腱骨愈合的因素中，影響最大的是移植物的固定方法及材料。但至今尚未能制造出一種理想的內(nèi)固定材料可同時滿足堅強的內(nèi)固定、促進移植肌腱愈合、預(yù)防骨道擴大的要求。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)最常用的移植物固定方式是股骨端的內(nèi)置紐扣鋼板、橫穿釘系統(tǒng)和脛骨端的可吸收螺釘，包括界面螺釘和Intrafix螺釘。絕大部分臨床使用的界面螺釘材料為從國外進口的聚左旋乳酸一羥基磷灰石復(fù)合界面螺釘PLLA-HA screws，價格昂貴，為人民幣4000到5000元/枚。PLLA-HA復(fù)合界面螺釘雖然在具有很好生物相容性的同時賦予材料骨傳導(dǎo)性和生物降解性，比單一生物材料在使用性能上有所提高，但在臨床實踐中，這種螺釘仍存在著力學(xué)強度差、異物反應(yīng)、降解吸收速度與骨道愈合不匹配等明顯缺點，導(dǎo)致腱-骨、材料-骨界面愈合不良和術(shù)后骨道擴大、韌帶松弛等并發(fā)癥，嚴重影響著患者術(shù)后運動康復(fù)的效果。其主要原因在于:(1) HA涂層吸收緩慢，無法與腱-骨愈合進程相適應(yīng)，進而成為腱-骨愈合的障礙；(2)在HA涂層完全降解后，局部缺乏HA降解產(chǎn)生的堿性離子，而PLLA降解產(chǎn)生的酸性產(chǎn)物增多，導(dǎo)致異物反應(yīng)和骨隧道擴大；(3)PLLA高分子材料親水性差，影響局部骨質(zhì)代謝，進而影響腱-骨愈合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種磁性納米復(fù)合生物界面材料及其制備方法，要解決的技術(shù)問題是具有堅強的內(nèi)固定，促進移植肌腱愈合。
[0005]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種磁性納米復(fù)合生物界面材料，由以下質(zhì)量百分比的材料組成:19.8%納米羥基磷灰石Nano-HA，78.7%聚左旋乳酸聚-天冬氨酸-聚乙二醇PLLA-[ASP-PEG]，0.5%多肽，1 %磁赤鐵礦 γ _Fe203。
[0006]本發(fā)明的多肽固定于PLLA-[ASP-PEG]上。
[0007]本發(fā)明的多肽的C-端半胱氨酸的巰基與PLLA-[ASP-PEG]多元共聚物含活性基團側(cè)鏈的NH2-端共價偶聯(lián)。
[0008]本發(fā)明的Nano-HA為粒徑小于lOOnm、與人工骨組織成分相似的納米級粉末；所述PLLA-[ASP-PEG]為經(jīng)過[ASP-PEG]改性的PLLA，微觀組織結(jié)構(gòu)為三維多孔結(jié)構(gòu)；所述T _Fe203為改性超順納米級磁性鐵粒子。
[0009]—種磁性納米復(fù)合生物界面材料的制備方法，包括以下步驟:
[0010]一、采用現(xiàn)有技術(shù)的納米羥基磷灰石Nano-HA，聚左旋乳酸聚-天冬氨酸-聚乙二醇PLLA-[ASP-PEG]，超順納米級磁性鐵粒子γ _Fe203;多肽序列為:[K] 16-GRGDSPC，C-端的GRGDSPC 含有-RGD-序列；
[0011]二、固定多肽，取2mg多肽以磷酸鹽緩沖液PBS配制成lg/L多肽溶液，取滅菌之PLLA-[ASP-PEG]，以磷酸鹽緩沖液按現(xiàn)有技術(shù)漂洗后，將50mg交聯(lián)劑Sulfo-LC-STOP加入到5000ul超純水中，與漂洗后的PLLA- [ASP-PEG] 一并全部加入到1L的多肽溶液中，室溫下反應(yīng)48h，再加入lg/L多肽溶液反應(yīng)48h，使多肽C-端半胱氨酸的巰基與PLLA- [ASP-PEG]多元共聚物含活性基團側(cè)鏈的NH2-端共價偶聯(lián)，多肽固定于PLLA-[ASP-PEG]上；
[0012]三、制備磁性納米復(fù)合生物界面材料，稱取50克Nano-HA、200克PLLA-[ASP-PEG]和2.5克γ _Fe203混合放入干燒杯中，研磨后加入攪拌機中攪拌2小時，得到均勻混合的Nano-HA、PLLA-[ASP-PEG]、γ _Fe203混合物，將混合物以5度/分鐘的升溫速度從室溫加熱至185°C混合物熔融混合，按50g/分鐘速率，將熔融混合物從噴嘴中擠出，在室溫條件下自然降溫，冷凝至室溫后制得直徑為2mm的絲狀復(fù)合材料，再將絲狀復(fù)合材料剪成長5.0mm的顆粒狀材料，得到Nano-HA/PLLA-[ASP-PEG]/ γ _Fe203復(fù)合材料顆粒，即磁性納米復(fù)合生物界面材料。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，將Nano-HA、PLLA-[ASP-PEG]結(jié)合改性磁性納米γ _Fe203粒子進行復(fù)合制備新型磁性納米復(fù)合生物界面材料，經(jīng)實驗證實細胞復(fù)合前后生長、增殖、分化良好，細胞復(fù)合Nano-HA/PLLA- [ASP-PEG] / γ _Fe203生物界面材料掃描電鏡見細胞貼附生長良好。用上述方法制備的新型磁性納米復(fù)合生物界面材料對肌腱移植術(shù)后腱骨愈合修復(fù)具有很好的作用。我們通過實驗證實實施組肌腱移植12周時腱骨完全愈合，表明，Nano-HA/PLLA- [ASP-PEG] / γ _Fe203生物界面螺釘可作為肌腱移植的內(nèi)固定材料并促進腱骨愈合，是肌腱移植內(nèi)固定的理想方法。
【附圖說明】
[0014]圖1是實施例的磁性納米復(fù)合生物界面材料掃描電鏡觀察照片。
[0015]圖2是實施例應(yīng)用復(fù)合物固定12周后取標本照片。
[0016]圖3是實施例兔籠周圍磁場裝置示意圖。
[0017]圖4是拉伸強度對比圖。
[0018]圖5是抗彎強度對比圖。
[0019]圖6是細胞增值對比曲線圖。
[0020]圖7是降解對比曲線圖。
[0021]圖8是固定多肽的掃描電鏡50倍圖片。
[0022]圖9是固定多肽的掃描電鏡1000倍圖片。
[0023]圖10是固定多肽的掃描電鏡20000倍圖片。
[0024]圖11是本發(fā)明方法采用的轉(zhuǎn)矩流變儀示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。本發(fā)明的磁性納米復(fù)合生物界面材料，由以下質(zhì)量百分比的材料組成:19.8%納米輕基磷灰石Nano-HA，78.7%聚左旋乳酸聚-天冬氨酸-聚乙二醇PLLA- [ASP-PEG]，0.5 %多肽，1 %磁赤鐵礦γ -Fe203，如圖1所示，多肽的C-端半胱氨酸的巰基與PLLA-[ASP-PEG]多元共聚物含活性基團側(cè)鏈的NH2-端共價偶聯(lián)，使多肽固定于PLLA-[ASP-PEG]上。
[0026]Nano-HA為粒徑小于lOOnm、與人工骨組織成分相似的納米級粉末，可在臨床手術(shù)中代替骨組織，修補骨缺損。
[0027]PLLA-[ASP-PEG]為經(jīng)過[ASP-PEG]改性的PLLA，微觀組織結(jié)構(gòu)為三維多孔結(jié)構(gòu)，具有更好的生物相容性，更好的生物相容性意味著細胞與生物界面材料表面生長情況好。
[0028]γ _Fe203為改性超順納米級磁性鐵粒子，作用為促進健骨愈合能力。
[0029]本發(fā)明的磁性納米復(fù)合生物界面材料，具有良好的生物力學(xué)性能，具備良好的骨傳導(dǎo)性、生物相容性，同時可逐漸吸收降解。
[0030]用德國zwickiLine Z2.5TH 059004型電子萬能試驗機檢測美國施樂輝有限公司的 B1RCI 9*25mm 螺釘組(未改性螺釘)與 Nano-HA/PLLA- [ASP-PEG] / γ -Fe203 (本發(fā)明的磁性納米復(fù)合生物界面材料)9*25mm螺釘組(改性螺釘)。如圖4所示，拉伸強度分別為51 ±3.05MPa、38±2.76MPa。如圖5所示，三點抗彎實驗檢測，檢測結(jié)果分別為4.90 ±0.15MPa、3.58 ±0.13MPa。
[0031]如圖6所示，檢測美國施樂輝有限公司的B1RCI 9*25螺釘組與本發(fā)明的磁性納米復(fù)合生物界面材料螺釘組生物相容性，生物相容性檢測方法為將螺釘組材料與軟骨細胞復(fù)合培養(yǎng)，如果細胞與材料生長速率與在培養(yǎng)皿中一樣，則表不生物相容性好。
[0032]如圖7所示，檢測美國施樂輝有限公司的B1RCI 9*25螺釘組與本發(fā)明的磁性納米復(fù)合生物界面材料螺釘組逐漸吸收降解，吸收率的測試方法為將材料放入生理鹽水中，放置共20周，然后檢測4，8，12，16，20周各螺釘流失質(zhì)量的質(zhì)量百分比，即為降解率，逐漸吸收降解。
[0033]種子細胞為第3代的兔骨髓間充質(zhì)干細胞，密度IX 106?5X10 6個/ml。取自兔骨髓，經(jīng)分離，