药物控释功能磷酸钙骨水泥及其在临床上的应用 【技术领域】
本发明属于生物医用材料领域，涉及一种用于硬组织修复兼药物治疗的控释载药磷酸钙骨水泥及其应用。背景技术
由于外伤、肿瘤等原因引起的骨缺损是临床治疗的棘手问题。长期以来，骨缺损的修复主要采用自体骨移植结合同种异体骨移植的方法，但两种方法均有各自的缺点：自体骨受来源数量限制，且取骨手术至少存在10％的外科并发症，植入后需要较长时间的爬行替代过程；异体骨存在不同程度的免疫排异反应及潜在的病源传播危险。而人工合成替代材料则能避免生物源修复材料的缺陷，是一种较理想的骨缺损修复材料。
植入部位的无菌状态是植骨成功的前提和关键。临床研究表明：若待植入部位感染，则治疗效果不佳，尤其是对于骨科大中型手术(如脊柱手术等)，一旦发生感染，其危害将是灾难性的；另外，因骨瘤切除后肿瘤细胞可能清除不干净，发生局部转移，从而使得单纯的生物材料用于骨缺损修复治疗不彻底，以致旧病复发。基于此，将抗癌或消炎等药物引入生物材料中，使材料在填充修复的同时也具有进一步药物治疗地功效。因此，载药生物材料的研究和应用特别引人注目，近年来发展迅速，目前在临床研究和应用涉及较多的有以下几种：
1970年Buchholz和Engelbrecht首先报道了应用载药庆大霉素的骨水泥(PMMA)治疗全髋成形术后感染并且效果显著；1974年Klemm第一个报道了应用庆大霉素药株来治疗慢性骨髓炎并取得了一定疗效；然而发现药物在体内存在爆发式释放效应，药效周期短且易引起全身系列副作用。文献(Salvati E A，Callaghen JJ，Brause B D，Klein R F，Small RD.Clin Orthop，1986，207：83～94)也报道了将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥与抗生素的结合用于靶向给药治疗骨与深部软组织的感染已取得了明显疗效。但随着基础研究的进一步深入和临床应用的进一步扩大，发现PMMA载药系统存在许多缺点：组织相容性差、固化过程强放热容易引起周围组织灼伤和坏死、单体对人体有毒性、材料不降解、在体内长期异物存在(或治疗时逐个提出，病人十分痛苦)、药物释放不完全等，使治疗结果很难如意，应用受到限制，然而这一功能材料的设计是值得借鉴的。
文献(孙伟张等，华西药学杂志，1997，vol14(3)，p172-174)报道了多孔羟基磷灰石陶瓷(HAP)作为药物载体制备的人工骨，实验发现载药HAP人工骨在骨修复过程中具有明显的药物缓释治疗作用。但发现材料脆性大、弹性强度差且在体内吸收困难、易引起骨溶解。同时药物是通过多孔HAP陶瓷浸泡后表面吸附的，吸附量少，在体内缓释时间不长。
综上可见，优良的药物载体以及药物与生物材料载体间的有效复合方法是载药生物材料真正达到骨缺损修复和药物治疗的双重目的、实现承载药物的持续、稳定和高效缓释的关键。发明内容
本发明需要解决的技术问题是公开一种药物控释功能自固化磷酸钙骨水泥，以克服现有技术(如药物载体、药物与载体复合方法等)存在的上述缺陷，满足慢性骨髓炎、治疗部位感染预防、肿瘤复发预防等的需要。
本发明还涉及所述载药人工骨在临床上的应用。
本发明的构思是这样的：
磷酸钙骨水泥(CPC)是一种新型的骨修复材料，由几种磷酸钙组成(Chow，US 5525148，5545254，1996)，能在人体环境和温度下自行固化、准确塑型和生物降解，并最终转化为羟基磷灰石。CPC作为目前唯一能自行固化并产生再生效果的硬组织修复材料，以其高生物相容性、可生物降解和任意塑性特性的统一，得到了国际材料界和医学界的重视，成为当今生物材料的研究热点之一。体外实验表明(黄粤，华东理工大学硕士学位论文，1999)CPC作为药物载体是可行的。本发明利用CPC包埋微胶囊化药物，形成载药磷酸钙骨水泥固化体，避免待植入部位感染或预防肿瘤细胞清创不彻底而引起的复发，通过控制微胶囊壁材厚度、药物含量、固化体孔隙率、固液比等参数，实现磷酸钙骨水泥定点可控缓释抗癌抗炎药物，赋予材料兼具填充修复与治疗的双重功效。本发明利用载药多孔磷酸钙骨水泥固化体微胶囊壁材可在体液(或模拟体液)中具有一定的降解性制备可控缓释功能的载药磷酸钙骨水泥，把药物微胶囊均匀地包埋在磷酸钙骨水泥粉末中。当多孔磷酸钙骨水泥固化时，药物微胶囊占据多孔固化体的部分空间，从而形成一个独立的单元，植入人体后，经过体液的不断流蚀和渗透，微胶囊壁材不断降解，药物囊芯受微胶囊壁材厚度、药物含量、固化体孔隙率、固液比等参数影响得以定点可控一级缓释到多孔固化体后，继而通过固化体的多孔微观结构实现二级可控缓释，使得材料在修复的同时具有抗肿瘤复发、消炎杀菌作用，用于慢性骨髓炎的治疗和植入部位的感染预防。
本发明详细的技术方案如下所述：
本发明所说的具有可控缓释功能的载药磷酸钙骨水泥主要由多孔磷酸钙骨水泥和治疗有效量的药物微胶囊组成，优选的比例为：
多孔磷酸钙骨水泥∶药物微胶囊＝100∶(0.5～20)，质量比；
所说的多孔磷酸钙骨水泥是由磷酸钙骨水泥粉末(CPC)和成孔剂按一定比例所组成，可以按(刘昌胜，ZL98110645.5)公开的方法配制。其中：所说的CPC粉末由几种磷酸钙盐按一定的比例混合的混合物，可以按(US5525148，US5545254)公开的方法配制，可以是磷酸三钙(α型或β型)、磷酸四钙中的一种或两者的混合物；磷酸八钙、磷酸二氢钙、羟基磷灰石、氟磷灰石中的一种或它们的混合物。
所说的成孔剂可以为无毒的微溶性盐、酸式盐和碱式盐、可溶性无毒高分子或无毒的表面活性剂中的一种或一种以上。
所说的药物微胶囊为采用医药学上可接受的壁材包埋囊芯(药物)的包埋物，其中：
所说的囊芯(药物)包括抗菌药(如妥布霉素、万古霉素、泰能、罗氏芬、吡哌酸、头孢类、甲硝唑等)、抗肿瘤药(如甲氨蝶呤、阿霉素、氟尿嘧啶、氟硝丁酰胺、环己亚硝脲等)、抗消炎镇痛药(如萘普生钠、环孢苷、消炎痛等)、抗结核药(如利福平)以及在无配伍禁忌情况下两种或两种以上药物的混合物；壁材与所述药物的比例为：1∶1～1∶20；
所说的壁材包括可溶性淀粉、羟丙基纤维素、乙基纤维素、明胶或壳聚糖等中的一种，以乙基纤维素为佳；
所说的微胶囊可采用界面凝聚法、原位法、聚合法、喷雾干燥法、溶剂蒸发法进行制备，以溶剂蒸发法为佳。
本发明所说的骨水泥是按下述方法进行制备和应用的：
将壁材和囊芯按壁材∶囊芯＝1∶(1～20)，质量比的比例，采用溶剂蒸发法制备成粒径为100～400μm的药物微胶囊，再将直径为5～20μm的多孔磷酸钙骨水泥粉末与该微胶囊以多孔磷酸钙骨水泥∶药物微胶囊＝100∶(0.5～20)(质量比)混合包埋，即获得具有可控缓释功能的多孔载药磷酸钙骨水泥。
用生理盐水或其它盐溶液作为固化液，按固液比为(1.5∶1～5∶1)的比例与其混合均匀，即可植入体内；所说的其它盐溶液为浓度为7～25wt％的磷酸盐水溶液。
所说的壁材包括可溶性淀粉、羟丙基纤维素、乙基纤维素、明胶、壳聚糖等，以乙基纤维素为佳；
所说的囊芯包括(药物)包括抗菌药(如妥布霉素、万古霉素、泰能、罗氏芬、吡哌酸、头孢类、甲硝唑等)、抗肿瘤药(如甲氨蝶呤、阿霉素、氟尿嘧啶、氟硝丁酰胺、环己亚硝脲等)、抗消炎镇痛药(如萘普生钠、环孢苷、消炎痛等)、抗结核药(如利福平)以及在无配伍禁忌情况下两种或两种以上药物的混合物；
发明人对本发明所说的可控缓释载药自固化磷酸钙骨水泥进行了体外模拟试验和临床试用：
将上述制备的控释载药多孔磷酸钙骨水泥置于37℃、100％湿度环境中固化48h，然后再于模拟缓冲溶液中浸泡，以适当时间间隔取样，用紫外分光光度法测定药物浓度，表明载药多孔磷酸钙骨水泥在体外释放药物的程度是较为充分的，24小时内释放最快，在6周内一直维持有效的药物水平，8周后释放近80％。
一期清创二期应用上述制备的控释载药多孔磷酸钙骨水泥治疗慢性绿脓杆菌骨髓炎，骨缺损达8cm×4cm。应用20gCPC粉末分别加万古霉素0.5g、哌拉西林0.5g，制成椭圆形颗粒，用40℃温热纱布包裹15分钟，混合植入缺损处。行皮瓣术、引流，近端接负压吸引器，远端注射妥不霉素8万单位，每日一次，持续一周。发现术后2周创面完全愈合，术后3个月X线片复查可见少量骨痂生成。术后一年移植骨愈合良好，病灶未复发。术后跟踪1年，尚未复发迹象，可认为已临床治愈。
本发明所说的可控缓释载药自固化磷酸钙骨水泥具有十分显著的优点：
将药物微胶囊化后，再与多孔磷酸钙骨水泥非均相复合，减免了药物对CPC固化的影响，延长了载药系统释放有效药物浓度的时间。通过控制微胶囊壁材种类和厚度、药物含量、固化体孔隙率、固液比等参数，实现载药磷酸钙骨水泥定点可控二级缓释(壁材本征结构决定的降解性实现一级缓释和固化体微观多孔结构实现的二级缓释)，使得制备出的载药磷酸钙骨水泥固化体不仅骨修复作用，而且兼达到治疗的目的，用于慢性骨髓炎的治疗、植入部位感染预防以及肿瘤切除后的预防复发。同时，药物微胶囊缓释后所形成的微孔有利于骨组织的长入，加速材料的降解，促进骨的快速愈合，是一种性能优异的新一代人体硬组织修复材料。附图说明
图1为载药磷酸钙骨水泥药物释放图。具体实施方式
下面将结合实施例进一步阐明本发明的内容，但这些实施例并不限制本发明的保护范围。
实施例1
称50mg乙基纤维素，在水浴条件下溶于丙酮，待其完全溶解后，加入100mg妥布霉素，搅拌均匀后，倒入2g含有8ml司班80的液体石蜡，在60℃下循环水恒温、搅拌、抽滤、洗涤，烘干，即制得妥布霉素微胶囊。
称量成孔剂(200～350μm)0.1g、磷酸氢钙、磷酸四钙、羟基磷灰石组成的粒径小于20μm的CPC粉末3g，同时加入制备好的妥布霉素微胶囊，在研钵中分散均匀，加入1.2g生理盐水，用牙科调制刀调和均匀成泥团，置于37℃、100％湿度环境中固化48h，然后再于模拟缓冲溶液中浸泡，以适当时间间隔取样，用紫外分光光度法测定妥布霉素浓度，表明载药多孔磷酸钙骨水泥在体外释放药物的程度是较为充分的，24小时内释放最快，在6周内一直维持有效的药物水平，8周后释放近80％。
实施例2
称乙基纤维素50mg，在水浴条件下溶于丙酮，待其完全溶解后，加入100mg萘普生钠，搅拌均匀后，倒入2g含有8ml司班80的液体石蜡，在60℃下循环水恒温、搅拌、抽滤、洗涤，烘干，即制得萘普生钠微胶囊。称量成孔剂(200～350μm)0.1g、磷酸氢钙、磷酸四钙、羟基磷灰石组成的粒径小于20μm的CPC粉末3g，同时加入制备好的萘普生钠微胶囊，在研钵中分散均匀，加入1.2g生理盐水，用牙科调制刀调和均匀成泥团，置于37℃、100％湿度环境中固化48h，然后再于模拟缓冲溶液中浸泡，以适当时间间隔取样，用紫外分光光度法测定萘普生钠浓度，表明载药多孔磷酸钙骨水泥在体外释放药物的程度是较为充分的，24小时内释放最快，在6周内一直维持有效的药物水平，8周后释放近80％。
实施例3
称乙基纤维素50mg，在水浴条件下溶于丙酮，待其完全溶解后，加入100mg利福平，搅拌均匀后，倒入2g含有8ml司班80的液体石蜡，在60℃下循环水恒温、搅拌、抽滤、洗涤，烘干，即制得利福平微胶囊。称量成孔剂(200～350μm)0.1g、磷酸氢钙、磷酸四钙、羟基磷灰石组成的粒径小于20μm的CPC粉末3g，同时加入制备好的利福平微胶囊，在研钵中分散均匀，加入1.2g生理盐水，用牙科调制刀调和均匀成泥团，置于37℃、100％湿度环境中固化48h，然后再于模拟缓冲溶液中浸泡，以适当时间间隔取样，用紫外分光光度法测定利福平浓度，表明载药多孔磷酸钙骨水泥在体外释放药物的程度是较为充分的，24小时内释放最快，在6周内一直维持有效的药物水平，8周后释放近80％。
实施例4
称乙基纤维素50mg，在水浴条件下溶于丙酮，待其完全溶解后，加入100mg阿霉素，搅拌均匀后，倒入2g含有8ml司班80的液体石蜡，在60℃下循环水恒温、搅拌、抽滤、洗涤，烘干，即制得阿霉素微胶囊。称量成孔剂(200～350μm)0.1g、磷酸氢钙、磷酸四钙、羟基磷灰石组成的粒径小于20μm的CPC粉末3g，同时加入制备好的阿霉素微胶囊，在研钵中分散均匀，加入1.2g生理盐水，用牙科调制刀调和均匀成泥团，置于37℃、100％湿度环境中固化48h，然后再于模拟缓冲溶液中浸泡，以适当时间间隔取样，用紫外分光光度法测定阿霉素浓度，表明载药多孔磷酸钙骨水泥在体外释放药物的程度是较为充分的，24小时内释放最快，在6周内一直维持有效的药物水平，8周后释放近90％。
实施例5
称乙基纤维素50mg，在水浴条件下溶于丙酮，待其完全溶解后，加入50mg妥布霉素和50mg万古霉素，搅拌均匀后，倒入2g含有8ml司班80的液体石蜡，在60℃下循环水恒温、搅拌、抽滤、洗涤，烘干，即制得复合药物微胶囊。称量成孔剂(200～350μm)0.1g、磷酸氢钙、磷酸四钙、羟基磷灰石组成的粒径小于20μm的CPC粉末3g，同时加入制备好的复合药物微胶囊，在研钵中分散均匀，加入1.2g生理盐水，用牙科调制刀调和均匀成泥团，置于37℃、100％湿度环境中固化48h，然后再于模拟缓冲溶液中浸泡，以适当时间间隔取样，用紫外分光光度法测定复合药物浓度，表明载药多孔磷酸钙骨水泥在体外释放药物的程度是较为充分的，24小时内释放最快，在6周内一直维持有效的药物水平，8周后释放近85％。
实施例6
称壳聚糖30mg，溶于0.1％冰乙酸，待其完全溶解后，加入10mg阿霉素，搅拌均匀后，倒入2g含有8ml司班80的液体石蜡，在60℃下循环水恒温、搅拌、抽滤、洗涤，烘干，即制得阿霉素微胶囊。称量成孔剂(200～350μm)0.1g、磷酸氢钙、磷酸四钙、羟基磷灰石组成的粒径小于20μm的CPC粉末3g，同时加入制备好的阿霉素微胶囊，在研钵中分散均匀，加入1.2g生理盐水，用牙科调制刀调和均匀成泥团，置于37℃、100％湿度环境中固化48h，然后再于模拟缓冲溶液中浸泡，以适当时间间隔取样，用紫外分光光度法测定阿霉素浓度，表明载药多孔磷酸钙骨水泥在体外释放药物的程度是较为充分的，24小时内释放最快，在6周内一直维持有效的药物水平，8周后释放近80％。
实施例7
称壳聚糖30mg，溶于0.1％冰乙酸，待其完全溶解后，加入100mg利福平，搅拌均匀后，倒入2g含有8ml司班80的液体石蜡，在60℃下循环水恒温、搅拌、抽滤、洗涤，烘干，即制得利福平微胶囊。称量成孔剂(200～350μm)0.1g、磷酸氢钙、磷酸四钙、羟基磷灰石组成的粒径小于20μm的CPC粉末3g，同时加入制备好的利福平微胶囊，在研钵中分散均匀，加入1.2g生理盐水，用牙科调制刀调和均匀成泥团，置于37℃、100％显度环境中固化48h，然后再于模拟缓冲浴液中浸泡，以适当时间间隔取样，用紫外分光光度法测定利福平浓度，表明载药多孔磷酸钙骨水泥在体外释放药物的程度是较为充分的，24小时内释放最快，在6周内一直维持有效的药物水平，8周后释放近80％。
实施例8
称30mg壳聚糖，溶于0.1％冰乙酸，待其完全溶解后，加入100mg妥布霉素，搅拌均匀后，倒入2g含有8ml司班80的液体石蜡，在60C下循环水恒温、搅拌、抽滤、洗涤，烘干，即制得妥布霉素微胶囊。
称量成孔剂(200～350μm)0.1g、磷酸氢钙、磷酸四钙、羟基磷灰石组成的粒径小于20μm的CPC粉末3g，同时加入制备好的妥布霉素微胶囊，在研钵中分散均匀，加入1.2g生理盐水，用牙科调制刀调和均匀成泥团，置于37℃、100％湿度环境中固化48h，然后再于模拟缓冲溶液中浸泡，以适当时间间隔取样，用紫外分光光度法测定妥布霉素浓度，表明载药多孔磷酸钙骨水泥在体外释放药物的程度是较为充分的，24小时内释放最快，在6周内一直维持有效的药物水平，8周后释放近80％。如图1所示。
实施例9
称壳聚糖30mg，溶于0.1％冰乙酸，待其完全溶解后，加入100mg萘普生钠，搅拌均匀后，倒入2g含有8ml司班80的液体石蜡，在60℃下循环水恒温、搅拌、抽滤、洗涤，烘干，即制得萘普生钠微胶囊。称量成孔剂(200～350μm)0.1g、磷酸氢钙、磷酸四钙、羟基磷灰石组成的粒径小于20μm的CPC粉末3g，同时加入制备好的萘普生钠微胶囊，在研钵中分散均匀，加入1.2g生理盐水，用牙科调制刀调和均匀成泥团，置于37℃、100％湿度环境中固化48h，然后再于模拟缓冲溶液中浸泡，以适当时间间隔取样，用紫外分光光度法测定萘普生钠浓度，表明载药多孔磷酸钙骨水泥在体外释放药物的程度是较为充分的，24小时内释放最快，在6周内一直维持有效的药物水平，8周后释放近80％。
实施例10
称壳聚糖30mg，溶于0.1％冰乙酸，待其完全溶解后，加入10mg复阿霉素和50mg万古霉素，搅拌均匀后，倒入2g含有8ml司班80的液体石蜡，在60℃下循环水恒温、搅拌、抽滤、洗涤，烘干，即制得复合药物微胶囊。称量成孔剂(200～350μm)0.1g、磷酸氢钙、磷酸四钙、羟基磷灰石组成的粒径小于20μm的CPC粉末3g，同时加入制备好的复合药物微胶囊，在研钵中分散均匀，加入1.2g生理盐水，用牙科调制刀调和均匀成泥团，置于37℃、100％湿度环境中固化48h，然后再于模拟缓冲溶液中浸泡，以适当时间间隔取样，用紫外分光光度法测定复合药物浓度，表明载药多孔磷酸钙骨水泥在体外释放药物的程度是较为充分的，24小时内释放最快，在6周内一直维持有效的药物水平，8周后释放近80％。
上述实施例表明载药自固化磷酸钙骨水泥中药物微胶囊化后降低了药物对CPC固化过程的影响，延长了药物释放时间。制备出的磷酸钙骨水泥固化体不仅能用于骨缺损的填充修复，而且可持续缓释药物，达到进一步制了得目的，如慢性骨髓炎的治疗、植入部位感染的预防以及骨肿瘤切除后的复发预防。同时含药物微胶囊缓释后所形成的微孔有利于骨组织的长入，加速材料的降解，促进骨的快速愈合，是一种性能优异的新一代人体硬组织修复材料。