一种仿椎间盘脊椎融合器及其制备方法.pdf

本发明公开的仿椎间盘脊椎融合器包括环形圆柱支架，在环形圆柱支架的内圆柱中充满芯层，环形圆柱支架的上、下表面分别有定位盲孔，沿环形圆柱支架的外圆周嵌有镁丝，所述的环形圆柱支架是孔隙率为0-40%的壳聚糖，芯层是孔径在50-500μm，孔隙率为60-95%的壳聚糖多孔结构，多孔结构的孔壁具有干扰素、骨形态发生蛋白和纳米羟基磷灰石复合物。该仿椎间盘脊椎融合器在椎间融合手术中，充当融合支架，无需自体骨和同种异体骨，快速诱导骨融合，支架能够安全降解无需二次手术。

权利要求书
1.  一种仿椎间盘脊椎融合器，其特征在于包括环形圆柱支架（3），在环形圆柱支架（3）的内圆柱中充满芯层（2），环形圆柱支架（3）的上、下表面分别有定位盲孔（1），沿环形圆柱支架（3）的外圆周嵌有镁丝（4），所述的环形圆柱支架（3）是孔隙率为0-40%的壳聚糖，芯层（2）是孔径在50-500μm，孔隙率为60-95%的壳聚糖多孔结构，多孔结构的孔壁具有干扰素、骨形态发生蛋白和纳米羟基磷灰石复合物。

2.  制备如权利要求1所述的仿椎间盘脊椎融合器的方法，其特征在于包括如下步骤：
1) 将壳聚糖溶于质量浓度2%-5%的醋酸水溶液中，配制质量浓度3%-10%的壳聚糖醋酸溶液，充入环形模具中，再用质量浓度3%-10%氢氧化钠凝胶化后，水洗烘干，得环形圆柱支架；
2) 将壳聚糖溶于质量浓度2%-5%的醋酸水溶液中，配制质量浓度1%-10%的壳聚糖醋酸溶液，充入环形圆柱支架的内圆柱中，再用质量浓度3%-10%氢氧化钠凝胶化，水洗，在-20℃至-60℃冷冻，干燥，得到孔隙率为60-95%，孔径50-500μm的壳聚糖多孔结构芯层；
3)将干扰素、骨形态发生蛋白溶于PBS溶液中，再加入纳米羟基磷灰石，得到混合分散液，使混合分散液中干扰素的浓度为10-500ng/mL，骨形态发生蛋白的浓度为5-200ng/mL，纳米羟基磷灰石的浓度为0.1-1g/mL，将步骤2)制得的壳聚糖多孔结构芯层浸泡于该混合分散液中1h，冻干；
4)在环形圆柱支架的上、下表面分别均布钻若干个直径4-6 mm，深度1-2 mm的孔，沿环形圆柱支架的外圆周开设宽1mm、深1mm的槽，嵌入镁丝。

说明书一种仿椎间盘脊椎融合器及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种具有诱导成骨能力的可降解仿椎间盘脊椎融合器及其制备方法。
背景技术
临床治疗腰椎间盘病变，最为有效的方法是椎间融合术。即人工植入支撑支架，然后在支架中放置自体骨或同种异体骨，诱导脊椎相互融合。
现阶段已经临床使用的椎间融合器无成骨诱导性和降解性。取患者自体骨痛苦性极大，同种异体骨获取途径困难。融合器无降解性，使得病人必须承受二次痛苦，炎症感染风险增大。
目前已研发和临床试验的生物可降解支架材料有聚乳酸（PLA），羟基磷灰石（HA），金属镁，聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA），纤维素和壳聚糖（CS）几种。其中PLA和PLGA支架，降解产物乳酸会引起体内炎症反应。羟基磷灰石难以单独成支架，且在体内降解速度极慢。金属镁支架，降解速率难以控制，植入后会因快速腐蚀而导致结构损坏。纤维素支架成型困难，降解周期难以调控。壳聚糖为虾蟹壳改性产物，力学性能好，生物相容性优良，降解性能可调控，安全可靠。
发明内容
本发明的目的是针对目前椎间融合器技术的不足，提出一种仿椎间盘脊椎融合器及其制备方法
本发明的仿椎间盘脊椎融合器包括环形圆柱支架，在环形圆柱支架的内圆柱中充满芯层，环形圆柱支架的上、下表面分别有定位盲孔，沿环形圆柱支架的外圆周嵌有镁丝，所述的环形圆柱支架是孔隙率为0-40%的壳聚糖，芯层是孔径在50-500μm，孔隙率为60-95%的壳聚糖多孔结构，多孔结构的孔壁具有干扰素、骨形态发生蛋白和纳米羟基磷灰石复合物。
本发明的仿椎间盘脊椎融合器的制备方法，包括如下步骤：
1) 将壳聚糖溶于质量浓度2%-5%的醋酸水溶液中，配制质量浓度3%-10%的壳聚糖醋酸溶液，充入环形模具中，再用质量浓度3%-10%氢氧化钠凝胶化后，水洗烘干，得环形圆柱支架；
2) 将壳聚糖溶于质量浓度2%-5%的醋酸水溶液中，配制质量浓度1%-10%的壳聚糖醋酸溶液，充入环形圆柱支架的内圆柱中，再用质量浓度3%-10%氢氧化钠凝胶化，水洗，在-20℃至-60℃冷冻，干燥，得到孔隙率为60-95%，孔径50-500μm的壳聚糖多孔结构芯层；
3)将干扰素、骨形态发生蛋白溶于PBS溶液中，再加入纳米羟基磷灰石，得到混合分散液，使混合分散液中干扰素的浓度为10-500ng/mL，骨形态发生蛋白的浓度为5-200ng/mL，纳米羟基磷灰石的浓度为0.1-1g/mL，将步骤2)制得的壳聚糖多孔结构芯层浸泡于该混合分散液中1h，冻干；
4)在环形圆柱支架的上、下表面分别均布钻若干个直径4-6 mm，深度1-2 mm的孔，沿环形圆柱支架的外圆周开设宽1mm、深1mm的槽，嵌入镁丝。
本发明中所述的干扰素可以IFN-α、IFN-β或IFN-γ。所述的骨形态发生蛋白可以是BMP-2或BMP-7。
本发明的仿椎间盘脊椎融合器具有和人脊椎椎间盘相似的三维结构，环形圆柱支架孔隙率较低，具有较高的抗压强度和机械稳定性，能够提供椎间融合过程中的支撑力。上、下表面的定位盲孔使得支架在放置后保持位置稳定，不在椎间平面内移动。嵌入环形圆柱支架的镁丝，使得支架在放置过程中对X光有显影效果，方便手术操作，确保支架放置位置准确。
本发明的优点在于：
具有仿生结构的椎间融合器在提供椎间愈合过程中必须的支撑外，椎内成骨细胞可在支架内芯的诱导下，进入支架内部贴附并增殖，进而形成骨组织，能够快速诱导骨组织修复再生，实现椎间骨融合。由于不使用自体骨和同种异体骨，极大地减少了手术痛苦，简化了手术过程。在骨组织形成后，支架可以在体内降解，患者无需接受二次手术取出支架，避免痛苦，使并发症和炎症概率大大降低。使用本椎间融合器，可使患者在接受手术后愈合时间减少。因而本椎间融合器具有良好的临床使用效果。
附图说明
图1是仿椎间盘脊椎融合器示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实例进一步说明本发明。
实施例中所述的浓度均指质量浓度。
参照图1，本发明的仿椎间盘脊椎融合器包括环形圆柱支架3，在环形圆柱支架3的内圆柱中充满芯层2，环形圆柱支架3的上、下表面分别有定位盲孔1，沿环形圆柱支架3的外圆周嵌有镁丝4，所述的环形圆柱支架3是孔隙率为0-40%的壳聚糖，芯层2是孔径在50-500μm，孔隙率为60-95%的壳聚糖多孔结构，多孔结构的孔壁具有干扰素、骨形态发生蛋白和纳米羟基磷灰石复合物。
实例1
1) 称取9克壳聚糖粉末，加入到300毫升浓度2%醋酸水溶液中，机械搅拌2小时，得到均一透明的壳聚糖溶液。将其倒入环形模具中，浸没在浓度3%氢氧化钠水溶液中2小时凝胶化后，水洗烘干，得到环形圆柱支架；
2) 称取1g壳聚糖溶于100g 浓度2%的醋酸水溶液中，配制浓度1%的壳聚糖醋酸溶液，充入环形圆柱支架的内圆柱中，再用浓度3%氢氧化钠凝胶化，水洗，在-20℃冷冻干燥，得到孔隙率为95%，孔径500μm的壳聚糖多孔结构芯层；
3)将干扰素、骨形态发生蛋白溶于PBS溶液中，再加入纳米羟基磷灰石，得到混合分散液，使混合分散液中干扰素的浓度为10ng/mL，骨形态发生蛋白的浓度为5ng/mL，纳米羟基磷灰石的浓度为0.1g/mL，将步骤2)制得的壳聚糖多孔结构芯层浸泡于该混合分散液中1h，冻干；
4)在环形圆柱支架的上、下表面分别均布钻6个直径4 mm，深度1 mm的孔，沿环形圆柱支架的外圆周开设宽1mm、深1mm的槽，嵌入镁丝。
实例2：
1）称取15克壳聚糖粉末，加入到300毫升浓度3%醋酸水溶液中，机械搅拌2小时，得到均一透明的壳聚糖溶液。将其倒入环形模具中，浸没在浓度3%氢氧化钠水溶液中2小时凝胶化后，水洗烘干，得到环形圆柱支架；
2) 称取3g壳聚糖溶于100g 浓度2%的醋酸水溶液中，配制质量浓度3%的壳聚糖醋酸溶液，充入环形圆柱支架的内圆柱中，再用浓度4%氢氧化钠凝胶化，水洗，在-40℃冷冻干燥，得到孔隙率为90%，孔径350μm的壳聚糖多孔结构芯层；
3)将干扰素、骨形态发生蛋白溶于PBS溶液中，再加入纳米羟基磷灰石，得到混合分散液，使混合分散液中干扰素的浓度为100ng/mL，骨形态发生蛋白的浓度为50ng/mL，纳米羟基磷灰石的浓度为0.3g/mL，将步骤2)制得的壳聚糖多孔结构芯层浸泡于该混合分散液中1h，冻干；
4)在环形圆柱支架的上、下表面分别均布开钻6个直径4 mm，深度1.5 mm的孔，沿环形圆柱支架的外圆周开设宽1mm、深1mm的槽，嵌入镁丝。
实例3：
1）称取20克壳聚糖粉末，加入到300毫升浓度4%醋酸水溶液中，机械搅拌2小时，得到均一透明的壳聚糖溶液。将其倒入环形模具中，浸没在浓度5%氢氧化钠水溶液中2小时凝胶化后，水洗烘干，得到环形圆柱支架；
2) 称取5g壳聚糖溶于100g 浓度3%的醋酸水溶液中，配制浓度5%的壳聚糖醋酸溶液，充入环形圆柱支架的内圆柱中，再用浓度5%氢氧化钠凝胶化，水洗，在-40℃冷冻，干燥，得到孔隙率为85%，孔径270μm的壳聚糖多孔结构芯层；
3)将干扰素、骨形态发生蛋白溶于PBS溶液中，再加入纳米羟基磷灰石，得到混合分散液，使混合分散液中干扰素的浓度为300ng/mL，骨形态发生蛋白的浓度为100ng/mL，纳米羟基磷灰石的浓度为0.5g/mL，将步骤2)制得的壳聚糖多孔结构芯层浸泡于该分散液中1h，冻干；
4)在环形圆柱支架的上、下表面分别均布开钻6个直径5 mm，深度1.5 mm的孔，沿环形圆柱支架的外圆周开设宽1mm、深1mm的槽，嵌入镁丝。
实例4：
称取25克壳聚糖粉末，加入到300毫升浓度5%醋酸水溶液中，机械搅拌2小时，得到均一透明的壳聚糖溶液。将其倒入环形模具中，浸没在浓度8%氢氧化钠水溶液中2小时凝胶化后，水洗烘干，得到环形圆柱支架；
2) 称取8g壳聚糖溶于100g 浓度5%的醋酸水溶液中，配制浓度8%的壳聚糖醋酸溶液，充入环形圆柱支架的内圆柱中，再用浓度8%氢氧化钠凝胶化，水洗，在-60℃冷冻，干燥，得到孔隙率为70%，孔径100μm的壳聚糖多孔结构芯层；
3)将干扰素、骨形态发生蛋白溶于PBS溶液中，再加入纳米羟基磷灰石，得到混合分散液，使混合分散液中干扰素的浓度为400ng/mL，骨形态发生蛋白的浓度为180ng/mL，纳米羟基磷灰石的浓度为0.7g/mL，将步骤2)制得的壳聚糖多孔结构芯层浸泡于该混合分散液中1h，冻干；
4)在环形圆柱支架的上、下表面分别均布开钻4个直径5 mm，深度2 mm的孔，沿环形圆柱支架的外圆周开设宽1mm、深1mm的槽，嵌入镁丝。
实例5：
1)称取30克壳聚糖粉末，加入到300毫升浓度5%醋酸水溶液中，机械搅拌2小时，得到均一透明的壳聚糖溶液。将其倒入环形模具中，浸没在浓度10%氢氧化钠水溶液中2小时凝胶化后，水洗烘干，得到环形圆柱支架；
2) 称取10g壳聚糖溶于100g 浓度5%的醋酸水溶液中，配制浓度10%的壳聚糖醋酸溶液，充入环形圆柱支架的内圆柱中，再用浓度10%氢氧化钠凝胶化，水洗，在-60℃冷冻，干燥，得到孔隙率为60%，孔径50μm的壳聚糖多孔结构芯层；
3)将干扰素、骨形态发生蛋白溶于PBS溶液中，再加入纳米羟基磷灰石，得到混合分散液，使混合分散液中干扰素的浓度为500ng/mL，骨形态发生蛋白的浓度为200ng/mL，纳米羟基磷灰石的浓度为0.1g/mL，将步骤2)制得的壳聚糖多孔结构芯层浸泡于该混合分散液中1h，冻干；
4)在环形圆柱支架的上、下表面分别均布开钻6个直径6 mm，深度2 mm的孔，沿环形圆柱支架的外圆周开设宽1mm、深1mm的槽，嵌入镁丝。