[发明专利]矿化胶原复合骨粘合及填充材料

说明书

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，涉及一种骨粘合及填充材料，具体涉及一种矿化胶原复合聚甲基丙烯酸甲酯骨粘合及填充材料。

背景技术

聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate，PMMA）是骨科手术中普遍应用的一种骨粘合及填充材料，也被称为骨水泥，例如用于人工关节置换术中假体的固定、经皮椎体成形术（percutaneous vertebroplasty，PVP）治疗椎体压缩性骨折等等。PMMA骨水泥已经被用于临床几十年，其安全性、有效性和长期效果已经获得大量理论研究证明和临床实践证实。

然而，国内外陆续有报道称PMMA骨水泥在手术后会引起一些并发症，如PVP术后造成相邻椎体再骨折、关节置换术后骨水泥损坏假体关节柄等。这些并发症主要是由PMMA骨水泥的机械性能和生物相容性两方面因素共同造成的。机械性能方面，现有PMMA骨水泥产品的固化体弹性模量过高，会使与骨水泥接触的自体骨或植入假体产生磨损甚至碎裂。例如PVP用PMMA骨水泥固化体弹性模量通常可达2 ~ 3 GPa，远高于人椎体松质骨弹性模量的0.05 ~ 0.8 GPa。生物相容性方面，PMMA的生物相容性源于其生物惰性，因此PMMA骨水泥与自体骨组织无法形成骨性结合，骨水泥固化体在植入部位易发生松动甚至脱落。例如PVP术后，骨水泥固化体在椎体内产生游离，甚至脱离出椎体外。因此，现有PMMA骨水泥产品在临床应用中还存在较大缺陷，易导致多方面并发症的产生，最终不得不通过二次手术进行翻修。

目前，人们已经在PMMA骨水泥改性研究方面进行了一些探索。有研究者使用羟基磷灰石（hydroxyapatite，HA）及含锶羟基磷灰石对PMMA骨水泥进行改性，在生物相容性上获得了一定改善；然而HA的掺入使得PMMA骨水泥机械性能大幅下降，掺入的HA达到20%会使PMMA骨水泥抗压强度下降超过35%，从而低于ISO 5833规定的PMMA骨水泥固化体最小抗压强度70 MPa。有研究者从改变PMMA骨水泥的单体成分入手进行改性研究，在骨水泥的液体组分中添加N-甲基吡咯烷酮（N-methyl pyrrolidone，NMP），然而该改性方法在显著下调骨水泥固化体弹性模量的同时，也严重影响了其抗压强度，无法满足临床要求，且NMP的掺入存在引发中枢神经系统病变的风险，产品生物安全性还有待进一步评价。还有研究者使用生物玻璃和壳聚糖对PMMA骨水泥进行改性，获得了较好的生物相容性改善效果，然而却使骨水泥固化体抗压强度降至50 MPa以下，不符合ISO标准的规定和临床要求。

综上所述，目前临床使用的PMMA骨水泥产品存在固化体弹性模量太高、生物相容性不佳等缺点，现有研究对PMMA骨水泥机械性能和生物相容性的改性效果不理想，尚不能提供兼具高抗压强度和低弹性模量，且生物相容性较单纯PMMA骨水泥得到显著改善的骨水泥产品。

发明内容

针对上述现有PMMA骨水泥产品的不足，本发明提供一种矿化胶原复合PMMA骨粘合及填充材料。矿化胶原（mineralized collagen，MC）采用体外仿生矿化技术制备而成，具有纳米钙磷盐和胶原分子自组装而成的化学组成和结构，从而具备与人体天然骨相似的仿生矿化结构和机械性能、良好的生物相容性和成骨活性，以及可生物降解性。利用矿化胶原与PMMA复合制备新型骨粘合及填充材料，其固化体的弹性模量较现有PMMA骨水泥产品显著降低，并具有更好的生物相容性和骨整合能力。

本发明提供的矿化胶原复合PMMA骨粘合及填充材料，包括粉剂和液体两部分。其中，粉剂包括矿化胶原、预聚合PMMA粉末、聚合反应引发剂，液体包括甲基丙烯酸甲酯（methyl methacrylate，MMA）单体、聚合反应促进剂、稳定剂。粉剂还可以包括造影剂、着色剂，液体还可以包括着色剂。所述粉剂和液体的比例为1.5 ~ 3 g/mL。

所述粉剂中，

矿化胶原的含量为所述粉剂的5 ~ 30 wt%，

预聚合PMMA粉末的含量为所述粉剂的70 ~ 95 wt%，

聚合反应引发剂的含量为所述粉剂的0.3 ~ 0.8 wt%；

所述液体中，

MMA单体的含量为所述液体的98 ± 1 vol%，

聚合反应促进剂的含量为所述液体的2 ± 1 vol%，

稳定剂在所述液体中的含量为10 ~ 100 ppm。

当所述粉剂中包括造影剂时，

造影剂的含量为所述粉剂的5 ~ 40 wt%。