一種人工椎間盤及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種人工椎間盤及其制備方法，尤其是指一種與頸椎骨骼的優(yōu)良匹配 且術(shù)后恢復(fù)效果更佳的人工椎間盤及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 椎間盤置換術(shù)（Total Disc Replacement,TDR)在國(guó)外開展較早，椎間盤假體的概 念在1956年由法國(guó)學(xué)者Van Steenbrugghe提出，他設(shè)想用椎間盤假體替代退變的椎間盤， 在解除患者癥狀的同時(shí)，保持手術(shù)節(jié)段的穩(wěn)定性和活動(dòng)性。1973年，Urbaniak等報(bào)道了第 一例人工椎間盤置換的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。從此，各種各樣的椎間盤假體相繼出現(xiàn)。2000年1月，世 界首例頸椎人工椎間盤在美國(guó)植入人體，2004年6月美國(guó)食品及藥物管理局（FDA)正式批 準(zhǔn)使用頸椎人工椎間盤的人體使用。目前，頸椎人工椎間盤在全世界范圍內(nèi)取得了較好治 療的效果。頸椎人工椎間盤設(shè)計(jì)目標(biāo)是恢復(fù)、維持椎間盤切除術(shù)后的正常頸椎活動(dòng)度。頸人 工椎間盤有固定和相對(duì)活動(dòng)兩種，其材料除具備一般植入物的要求外，必須耐磨，耐腐蝕， 目前絕大多數(shù)使用鈷鉻合金和超高分子量聚乙烯。頸人工椎間盤即刻固定取決于周圍軟組 織張力和機(jī)械方式，長(zhǎng)期固定依靠骨的長(zhǎng)入。自上世紀(jì)就90年代以來，特別是最近幾年，人 工椎間盤假體設(shè)計(jì)和臨床研究發(fā)展逐漸成熟。目前已進(jìn)入臨床試驗(yàn)的頸人工椎間盤類型有 Prestige、Bryan、Prodisc_C、PCM、CerviCore等。其中Bryan假體的應(yīng)用最為廣泛，臨床數(shù) 量最多，美國(guó)的一份關(guān)于Bryan椎間盤的使用報(bào)告顯示，自2000年1月Bryan頸椎間盤臨 床試用到2002年，除美國(guó)以外有17個(gè)國(guó)家使用了 2000多個(gè)Bryan椎間盤假體。2004年6 月美國(guó)食品及藥物管理局（FDA)正式批準(zhǔn)使用頸椎人工椎間盤的人體使用。目前，頸椎人 工椎間盤在全世界范圍內(nèi)取得了較好治療的效果。
[0003] 我國(guó)約在2003年左右引進(jìn)人工椎間盤置換手術(shù)，主要使用進(jìn)口產(chǎn)品，其中植入 Bryan型人工椎間盤假體的病例數(shù)最多，也有使用Link SB Charit6I_II型等其他型的人工 椎間盤，累計(jì)已經(jīng)有1000例人工椎間盤置換手術(shù)病例。
[0004] 關(guān)于人工椎間盤植入后患者頸椎恢復(fù)效果的臨床跟蹤評(píng)價(jià)，以及對(duì)其生物力學(xué)評(píng) 價(jià)已經(jīng)逐漸見諸研究論文報(bào)道，但是，目前使用國(guó)產(chǎn)人工椎間盤尚未見諸報(bào)道。在我國(guó)，對(duì) 國(guó)產(chǎn)人工椎間盤的研發(fā)幾乎是空白。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)是，國(guó)外人工椎間盤的設(shè)計(jì)是按照歐洲人種的頸椎解剖特征設(shè)計(jì) 的，而中國(guó)人體型相對(duì)歐洲人種較小，頸椎也相對(duì)較小，國(guó)外人工椎間盤的尺寸系列不能很 好的適應(yīng)中國(guó)人種頸椎特征，因?yàn)闆]有根據(jù)針對(duì)的國(guó)產(chǎn)品牌設(shè)計(jì)而勉強(qiáng)置換，手術(shù)效果將 大大折扣，不利于置換者長(zhǎng)久的康復(fù)。并且現(xiàn)行技術(shù)里普遍缺少通過固定活性物質(zhì)的表面 改性技術(shù)。
[0006] 活性物質(zhì)中人重組骨形態(tài)發(fā)生蛋白2(rhBMP-2)是一種局部性促生長(zhǎng)和分化因子， 目前大量研究表明rhBMP-2可以明顯促進(jìn)椎骨融合率，加速脊柱融合。從大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和 臨床至今近千例病人資料觀察，rhBMP-2用于脊柱融合是安全的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種與頸椎骨骼優(yōu)良匹配且術(shù)后恢復(fù)效果佳 的人工椎間盤以及制備該人工椎間盤的方法。
[0008] 解決本發(fā)明的技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種人工椎間盤的制備方法， 其包括以下步驟：
[0009] 一種人工椎間盤的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0010] 步驟一、提供使用可植入級(jí)聚醚醚酮材料制作的人工椎間盤假體；
[0011] 步驟二、將該人工椎間盤假體置于丙酮溶液中超聲清洗，去離子水清洗，滅菌消 毒；
[0012] 步驟三、將步驟二中處理完畢的人工椎間盤假體浸漬于1 μ g/ml-lmg/ml的酸溶 性膠原蛋白的PBS溶液中，1-3天后將吸附有膠原蛋白的人工椎間盤假體輕輕取出，浸入 0. 1%-5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基）-碳化二亞胺和N-羥基琥珀酰亞胺 的PBS溶液中，調(diào)節(jié)pH > 7. 4,然后取出，在人工椎間盤假體的上下終板輕輕滴加1 μ g/ ml-lmg/ml的rhBMP-2的PBS溶液形成一層水膜，真空干燥，再將人工椎間盤假體緩慢浸入 0.1 M的Na2HPO4溶液中，然后取出并用PBS溶液清洗；
[0013] 步驟四、將步驟三中處理完畢的人工椎間盤假體置于干燥、滅菌，即可得到人工椎 間盤。
[0014] 優(yōu)選地，在步驟二中，超聲清洗時(shí)間為30分鐘，用去離子水清洗至少三遍。
[0015] 優(yōu)選地，在步驟三中，浸漬步驟用以下步驟替換：
[0016] 直接lmg/ml-3mg/ml酸溶性膠原蛋白的PBS溶液的液膜覆蓋、真空干燥。
[0017] 優(yōu)選地，在步驟三中，1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基）_碳化二亞胺和N-羥基琥 珀酰亞胺替換為戊二醛、1，6-己二異氰酸酯、京尼平、環(huán)氧化合物、二苯基磷酸鹽、1，4-二 (3, 4_羥基苯）_2, 3_二甲基丁燒。
[0018] 優(yōu)選地，在步驟三中，所述酸溶性膠原蛋白的分子量大于100KD。
[0019] 優(yōu)選地，在步驟四中，將人工椎間盤假體置于真空干燥箱中常溫干燥，環(huán)氧乙烷滅 菌。
[0020] 解決本發(fā)明的技術(shù)問題所采用的另一技術(shù)方案是：利用上述人工椎間盤的制備方 法制備的人工椎間盤。
[0021] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的人工椎間盤使用植入級(jí)聚醚醚酮（PEEK)根據(jù)設(shè)計(jì)加工 出一定尺寸的人工椎間盤假體，并在上下表面與椎骨接觸部分采用I型膠原蛋白結(jié)合重組 人骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2 (rhBMP-2)的表面修飾技術(shù)對(duì)人工椎間盤做表面改性，實(shí)現(xiàn)與頸椎骨 骼的優(yōu)良匹配，術(shù)后恢復(fù)效果更佳。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明的人工椎間盤的立體圖。
[0023] 圖2為本發(fā)明的人工椎間盤的俯視圖。
[0024] 圖3為本發(fā)明的人工椎間盤在表面改性前后水接觸角的變化示意圖。
[0025] 圖4為本發(fā)明的人工椎間盤在表面改性前的掃描電鏡圖。
[0026] 圖5為本發(fā)明的人工椎間盤在表面改性后的掃描電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0028] 本發(fā)明基于CT圖像頸椎三維模型，確定中國(guó)人頸椎椎間盤統(tǒng)計(jì)參數(shù)，采用計(jì)算機(jī) 輔助設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)頸椎人工椎間盤結(jié)構(gòu)。選用聚醚醚酮材料，聚醚醚酮材料具有與皮質(zhì)骨 相仿的彈性模量，此外具有良好的生物相容性、放射線透過性、磁共振掃描不會(huì)產(chǎn)生偽影等 優(yōu)點(diǎn)，是非常好的骨材料。由于無表面改性的人工椎間盤假體常會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)、下沉等現(xiàn)象， 嚴(yán)重影響了人工椎間盤假體的植入效果并引發(fā)頸椎疼痛，疼痛迫使患者進(jìn)行二次手術(shù)，改 用椎間融合的方式消除疼痛。而用具有生物活性的蛋白質(zhì)進(jìn)行表面固定，使人工椎間盤的 上下面表面可以更快的與骨融合，達(dá)到更佳的術(shù)后恢復(fù)效果。
[0029] 椎間盤使用聚醚醚酮（PEEK)為主要材料，并在上下表面與椎骨接觸部分采用I型 膠原蛋白結(jié)合重組人骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2 (rhBMP-2)的表面修飾技術(shù)對(duì)人工椎間盤做表面 改性，實(shí)現(xiàn)與頸椎骨骼的優(yōu)良匹配，術(shù)后恢復(fù)效果更佳。
[0030] 為了構(gòu)建人體頸椎脊柱的三維模型，首先利用CT對(duì)志愿者脊柱進(jìn)行掃描，采集得 到志愿者頸椎的CT數(shù)據(jù)，基于這些CT數(shù)據(jù)，使用軟件MMICS通過設(shè)定閾值分割選擇頸椎， 然后計(jì)算三維模型，最后獲得從CT數(shù)據(jù)提取出的頸椎三維模型。對(duì)三維模型進(jìn)行測(cè)量，得 椎體之間距離與椎體橫截面最大距。對(duì)多有志愿者數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。根據(jù)中國(guó)人CT數(shù)據(jù) 建立人工椎間盤，能更好與中國(guó)人的頸椎匹配，提升了手術(shù)效果，利于置換者長(zhǎng)久的康復(fù)。
[0031] 假體的制作是基于病人的CT數(shù)據(jù)和重建模型，可以基于中國(guó)人頸椎一般尺寸批 量制造，亦可用于病人的個(gè)性化定制，滿足單節(jié)段及多節(jié)段植入需求。
[0032] 根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)，確定人工椎間盤的基本尺寸，設(shè)計(jì)人工椎間盤三維模型(如圖 1所示)。該人工椎間盤10的上下表面分別布置六個(gè)截面為三角形的凸起12,通過人工椎 間盤與周圍骨質(zhì)結(jié)合利用手術(shù)即刻固定。
[0033] 該人工椎間盤10為可拆卸結(jié)構(gòu)：上下終板結(jié)構(gòu),上終板結(jié)構(gòu)具有FemstrSm球結(jié) 構(gòu)，下終板中有與上終板半球配合的凹槽，該結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)椎間盤的一定的活動(dòng)度，并經(jīng)過 有限元分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化，這個(gè)活動(dòng)自由度和人的椎體活動(dòng)自由度相似。
[0034] 本發(fā)明也提供一種人工椎間盤的制備方法，包括以下步驟：
[0035] 步驟一、提供使用可植入級(jí)聚醚醚酮材料制作的人工椎間盤假體；
[0036] 步驟二、將聚醚醚酮人工椎間盤假體置于丙酮溶液中超聲清洗30min，去離子水清 洗數(shù)遍(至少3遍)，濕熱滅菌消毒；
[0037] 步驟三、將聚醚醚酮假體浸漬于1 μ g/ml-lmg/ml的酸溶性膠原蛋白的PBS溶 液中，1-3天后將吸附有膠原蛋白的假體輕輕取出（此處的浸漬步驟也可采用直接Img/ ml-3mg/ml酸溶性膠原蛋白的PBS溶液的液膜覆蓋、真空干燥)，浸入0. 1%-5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的 1-乙基-3- (3-二甲基氨丙基）-碳化二亞胺（EDC)和N-羥基琥珀酰亞胺（NHS)的PBS溶 液中（調(diào)節(jié)pH > 7. 4)，Ih后取出，在人工椎間盤假體的上下終板輕輕滴加1 μ g/ml-lmg/ml 的rhBMP-2的PBS溶液形成一層水膜，真空干燥后，再將人工椎間盤假體緩慢浸入0.1 M的 Na2HPO4溶液中，IOmin后取出，PBS溶液清洗4次，每次30min ;
[0038] 步驟四、將假體置于真空干燥箱中常溫干燥，環(huán)氧乙烷滅菌、即可得到人工椎間 盤，然后用滅菌袋包裝，4°C保存。
[0039] 優(yōu)選地，1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基）_碳化二亞胺（EDC)和N-羥基琥珀酰 亞胺（NHS)可替換為其他類似交聯(lián)劑，如戊二醛（GTA)、1，6-己二異氰酸酯（HDI)、京尼平 (Genipin)、環(huán)氧化合物（EC)、二苯基磷酸鹽（DPPA)、1，4-二（3, 4-羥基苯）-2, 3-二甲基丁 烷（NDGA)等蛋白質(zhì)交聯(lián)劑。優(yōu)選地，該酸溶性膠原蛋白的分子量大于100KD。
[0040] 以下通過具體實(shí)施例進(jìn)一步具體描述該人工椎間盤的制備方法以及其他特征。
[0041] 實(shí)施例一：
[0042] 步驟一、提供使用可植入級(jí)聚醚醚酮材料制作的人工椎間盤假體；
[0043] 步驟二、將該人工椎間盤假體置于丙酮溶液中超聲清洗30分鐘（min)，去離子水 清洗數(shù)遍，濕熱滅菌消毒；
[0044] 步驟三、將該人工椎間盤假體浸漬于lmg/ml的酸溶性膠原蛋白的PBS溶液中，1天 后將吸附有膠原蛋白的該人工椎間盤假體輕輕取出，浸入1%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的EDC/NHS的PBS溶 液中，Ih后取出，在該人工椎間盤假體上下終板輕輕滴加10 μ g/ml的rhBM