本發(fā)明涉及骨材料，更具體地，涉及一種用于促進(jìn)骨再生的生物材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

骨缺損是常見癥狀，可由創(chuàng)傷，惡性腫瘤，感染和先天性疾病引起。臨床上，需要骨再生或者擴充以治愈這種骨缺損。盡管多年的發(fā)展，獲得可靠和可預(yù)測的骨重建仍然是個挑戰(zhàn)。自體骨移植物（來自患者體內(nèi)的骨）是治療的黃金標(biāo)準(zhǔn)，但是它們遭受諸如組織可用性有限，手術(shù)時間增加以及供體部位的額外疼痛和化妝品缺陷的問題。同種異體移植物（來自供體或尸體的骨）是最廣泛使用的骨移植物，但是它們遭受高成本，對骨的不確定愈合，疾病轉(zhuǎn)移的風(fēng)險和不期望的宿主免疫反應(yīng)。合成骨移植替代品具有諸如一致的質(zhì)量，安全性和良好的組織耐受性的優(yōu)點，但它們通常用作惰性或僅僅有骨傳導(dǎo)作用的植入物。單獨使用合成生物材料通常不能在臨床上顯著再生出新骨，因為合成生物材料通常缺乏自體骨移植物的骨誘導(dǎo)能力。在實踐中，目前的合成骨替代物通常與自體骨，成骨細(xì)胞或成骨生長因子混合，以實現(xiàn)骨的可靠重建。因此，需要提供一種新的和改進(jìn)的骨誘導(dǎo)生物材料類，其具有誘導(dǎo)骨形成并從而增強骨修復(fù)和再生的能力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，克服傳統(tǒng)材料的缺陷，在單獨使用時，也具有顯著的促進(jìn)新骨再生的功能，另外一個目的在于，提高目前的骨材料的新骨再生的促進(jìn)功能。

根據(jù)以上目的，本發(fā)明首先公開一種用于促進(jìn)骨再生的生物材料，所述的生物材料的表面具有一個或多個凹孔，所述凹孔的深度不小于5微米，所述的凹孔的尺寸在10~5000微米之間。所述生物材料在植入體內(nèi)后，在其內(nèi)凹表面空間內(nèi)，會有明顯的新骨組織形成，并且新生骨組織會沿內(nèi)凹表面徑向方向不斷向外生長。

優(yōu)選的，所述小孔為無規(guī)則形狀或者規(guī)則形狀，所述的生物材料為無定型形狀或者球形。

優(yōu)選的，所述的生物材料為顆粒；所述的生物材料中不少于90%的生物材料會被生物體降解。

優(yōu)選的，所述的生物材料由陶瓷、無機鹽、金屬、同種異體骨、異種骨或高分子聚合物中的一種或多種材料制備而成。

優(yōu)選的，所述的生物材料由鈣鹽組成，優(yōu)選為磷酸鈣鹽、硫酸鈣鹽或硅酸鈣鹽。

更進(jìn)一步地，根據(jù)上述的生物材料的制備方法，包括以下步驟：

s1.制備具有中空結(jié)構(gòu)的生物前體材料或者利用已有的中空結(jié)構(gòu)的生物前體材料，

s2.通過物理或者化學(xué)的方法使得所述的中空結(jié)構(gòu)產(chǎn)生開口，或直接破壞所述中空材料使之產(chǎn)生凹孔。

另外在提供一種上述的生物材料的制備方法，包括以下步驟：

s1.制備、使用具有支持形成具有所需尺寸的磷酸鈣鹽層的能力的前體顆粒，

s2.所述前體顆粒通過在含有磷酸鹽溶液中孵育，自動轉(zhuǎn)化成空心磷酸鈣鹽顆粒，

s3.通過機械或者化學(xué)方法處理所述空心磷酸鈣顆粒，破壞其空心殼的完整性，暴露其內(nèi)凹表面，形成具有開口的并且有內(nèi)凹結(jié)構(gòu)的顆粒材料。

還可以通過這樣的制備方法，制備并使用能夠制造具有內(nèi)凹結(jié)構(gòu)微粒的模具，在模具中填充生物材料，移除模具后，直接獲得用于促進(jìn)骨再生的生物材料。

然后再提供上述的生物材料在促進(jìn)骨再生中的應(yīng)用，優(yōu)選的，單獨使用所述的生物材料來促進(jìn)新骨再生。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1.本發(fā)明提供了具有誘導(dǎo)骨形成的能力的新類型的生物材料，這種誘導(dǎo)骨形成能力產(chǎn)生于本發(fā)明生物材料的特定化學(xué)，物理，幾何和形態(tài)性質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，具有固有骨誘導(dǎo)性的本發(fā)明生物材料可由具有內(nèi)凹表面的開放羥基磷灰石（ha）微球體/顆粒組成。

2.本發(fā)明的生物材料可以取代傳統(tǒng)上臨床使用的患者自身骨、成骨細(xì)胞，異體骨，以及其他活性蛋白質(zhì)例如成骨生長因子。因此，本發(fā)明的生物材料可以促進(jìn)手術(shù)植入過程，并且可以大大減少與使用那些傳統(tǒng)材料相關(guān)的副作用，避免嚴(yán)重的并發(fā)癥，并且降低治療成本。

附圖說明

圖1為光學(xué)顯微鏡照片。

圖2為羊髂非關(guān)鍵尺寸缺陷模型。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明。除非特別說明，本發(fā)明采用的試劑、設(shè)備和方法為本技術(shù)領(lǐng)域常規(guī)市購的試劑、設(shè)備和常規(guī)使用的方法。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，本發(fā)明的制造方法包括以下步驟：i）用組合物選擇和制備前體顆粒，以支持具有所需尺寸的磷酸鈣生物材料殼層的形成，ii）將所述前體顆粒轉(zhuǎn)化成中空ha微球/顆粒，通過在磷酸鹽水溶液中孵育所述前體顆粒，和iii）通過研磨在所述中空ha微球/顆粒中產(chǎn)生開口以暴露內(nèi)凹內(nèi)部區(qū)域。上述前體材料可以是能夠支持在某些溶液中形成磷酸鈣鹽的任何材料。前體材料的一些典型特性包括：i）在水性介質(zhì)中的溶解度;ii）含有鈣（ca），磷（p）或兩者的組合物;雖然該組合物是典型的，但是不含這兩種元素的組合物也是適用的;和iii）所述組合物應(yīng)當(dāng)不含細(xì)胞毒性元素。前體材料顆粒的形狀可以是球形或非球形。在上述磷酸鈣鹽轉(zhuǎn)化步驟中，轉(zhuǎn)化可以通過將微球或顆粒在合適的溶液中孵育來實現(xiàn)。例如，當(dāng)使用具有組成（wt％）：15.0cao，10.6lixo，74.4b2o3的玻璃時，將玻璃微球浸入37℃和ph=9.0的0.02mk2hpo4溶液中。在典型的方法中，將1克玻璃微球體加入到200ml溶液中，并將體系在200rpm下攪拌3天。在轉(zhuǎn)化過程完成后，用蒸餾水然后用乙醇洗滌樣品，在90℃下干燥至少12小時，并儲存在干燥器中以備將來使用。或者，前體微球或顆?？梢越肽M體液（sbf）中，并在37℃下孵育合適的時間，在此期間，磷酸鈣層沉積在微球或顆粒的表面上。然后可以將樣品浸泡在水或適當(dāng)?shù)娜芤褐幸匀芙獾羟绑w核。在上述生產(chǎn)步驟中，研磨中空微球或顆粒以在殼中形成開口。該步驟的目的是在（封閉的）中空微球或顆粒的殼體中產(chǎn)生開口（孔），以便暴露殼體內(nèi)側(cè)上的內(nèi)凹表面。開口的尺寸可以小于或等于中空微球或顆粒的內(nèi)徑?？梢允褂枚喾N合適的方法。在一種方法中，微球或顆?？梢郧度氡胁⒎胖迷谄矫嫔希沟盟蓄w?？梢员痪鶆蜓心ァＴ撗心ゲ襟E的結(jié)果（例如開放微球的產(chǎn)率;孔尺寸的均勻性）隨著微球在平面上的更均勻的嵌入和放置而改善。研磨可以使用任何合適的方法進(jìn)行，例如在我們的工作中使用的在1200砂紙上研磨。磨碎的樣品可以通過浸入水中，收集并在烘箱中干燥而容易地從嵌入的冰塊中釋放。發(fā)明人的研究表明，~50％的（封閉的）ha微球或顆?？梢匀菀椎剞D(zhuǎn)化為開放的微球或顆粒?？梢酝ㄟ^減小原始玻璃微球或顆粒的粒度分布和進(jìn)一步改進(jìn)研磨過程來實現(xiàn)更高的百分比。

圖1.（a）：本發(fā)明內(nèi)凹磷酸鈣材料的光學(xué)顯微鏡照片。刻度：200um。鈣磷酸鈣（μm）微球在缺損中誘導(dǎo)骨生長:（b）與內(nèi)凹部（箭頭）相關(guān)聯(lián)形成的新骨，和微穴磷酸鈣傾向于橋接整個缺陷（d）;相反，沒有內(nèi)凹結(jié)構(gòu)但具有相同化學(xué)性質(zhì)和粒徑的對照組（c）顯示出很少的骨生長。（e）：內(nèi)凹磷酸鈣材料的新骨體積比對照組高大約100％。n=4;誤差線：標(biāo)準(zhǔn)偏差。b-d是pmma包埋切片（?50um），并通過sanderson的快速骨染色進(jìn)行染色。紅色表示骨組織。顱蓋缺損大小為4.6mm，在成年sprague-dawley大鼠上產(chǎn)生;植入時間為10周。*：p<0.05（n=4）。

圖2羊髂非關(guān)鍵尺寸缺陷模型，用于評估μcm在修復(fù)較大的骨缺損方面的有效性。缺陷尺寸為6×8mm（直徑×深度）。對照組是由β-tcp制成的骨填料（vitoss，stryker，在美國臨床上應(yīng)用最廣的產(chǎn)品），作為陽性對照，空白缺陷作為陰性對照。每種材料填滿每個缺陷。6周后，收集樣品并包埋在塑料中，切片并研磨成20-40um，然后用h＆e染色，用于組織學(xué)觀察和組織形態(tài)計量學(xué)定量。n=4。（左上）μcm組的組織學(xué)形態(tài)，虛線勾畫出原始缺陷區(qū)域，高倍圖像（右上圖）顯示了嵌入新骨基質(zhì)中的植入的μcm（箭頭）的殘留物。陽性對照β-tcp（左下）在缺陷中顯示最小的新骨散射，并且大量β-tcp顆粒保留在原位（箭頭，黑暗物質(zhì)）。此外，在β-tcp植入物下面存在的異常大的空隙區(qū)域表明β-tcp在該區(qū)域被吸收后新骨的生長失敗。新骨生長和植入物再吸收速率在β-tcp組中不匹配?？瞻捉M顯示在宿主骨邊緣周圍的典型有限生長并且在缺損中隨機。（b）組織形態(tài)計量分析顯示，與天然髂骨的基準(zhǔn)（測量具有與缺損相同的尺寸并且類似地覆蓋皮質(zhì)和小梁區(qū)域的區(qū)域）相比，μcm將骨恢復(fù)至天然體積，相比之下，對照組β-tcp（vitoss?，stryker）顯示明顯少的新骨。*：p<0.05，與空白比較;＃：p<0.05，與β-tcp對照相比。n=4?？瞻缀挺?tcp之間沒有差異，μcm和基準(zhǔn)值之間沒有差異（p>0.05）。n=4。

所述實施例僅為本發(fā)明的較佳實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。