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1、(10)授权公告号 CN 103027740 B (45)授权公告日 2014.12.24 CN 103027740 B (21)申请号 201310018015.6 (22)申请日 2013.01.17 A61B 17/86(2006.01) A61L 31/04(2006.01) A61L 31/16(2006.01) (73)专利权人 中奥汇成科技有限公司 地址 100085 北京市海淀区上地信息路 26 号中关村创业大厦 913 (72)发明人 李众利 傅仰木 金攻 李玲玲 王刚 王美娜 (74)专利代理机构 北京维澳专利代理有限公司 11252 代理人 王立民 (54) 发明名称 一。
2、种具有缓释生物因子的可吸收骨螺钉及其 制备方法 (57) 摘要 本发明公开了一种具有缓释生物因子的可吸 收骨螺钉， 其在在所述螺纹牙底上和 / 或所述螺 纹牙上距离螺纹牙根部三分之一以下部位设有 1um50um 孔状结构， 所述孔状结构中载有缓释生 物因子 rhBMP-2。本发明还公开了一种制备所述 具有缓释生物因子的可吸收骨螺钉的方法。本发 明成功解决了可吸收骨螺钉表面负载组织再生生 物因子易脱落损失的难题， 具有很强的实用价值。 本发明提供的可吸收骨螺钉复合 rhBMP-2 微球具 有长时间缓释， 早期促进骨长入的作用， 可广泛用 于固定肌腱的界面螺钉、 肩关节铆钉。 (51)Int.Cl。
3、. 审查员 任春颖 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 (10)授权公告号 CN 103027740 B CN 103027740 B 1/1 页 2 1. 一种具有缓释生物因子的可吸收骨螺钉， 包括螺杆， 在螺杆外周设有螺纹， 所述螺纹 包括螺纹牙和牙底， 其特征在于， 在所述螺纹牙底上和所述螺纹牙上距离螺纹牙根部三分 之一以下部位设有 1um 50um 孔状结构， 所述孔状结构中载有缓释生物因子 rhBMP-2。 2. 根据权利要求 1 所述的骨螺钉， 其特征在于， 所述 rhBMP。
4、-2 为粒度为 1um， 包封率为 大于 98.86的微球。 3. 一种制备权利要求 1 或 2 所述具有缓释生物因子的可吸收骨螺钉的方法， 其特征在 于， 包括以下步骤 ： (1) 制备表面具有 1um 50um 孔状结构的骨螺钉 ； (2) 制备粒度为 1um， 包封率为大于 98.86的 rhBMP-2 微球 ； (3) 将步骤 (2) 所得的 rhBMP-2 微球灌入步骤 (1) 所得的骨螺钉中。 4. 根据权利要求 3 所述方法， 其特征在于， 步骤 (1) 制备表面具有 1um 50um 孔状结 构的骨螺钉， 具体包括以下步骤 : 1a) 将氯化钠颗粒研磨筛分， 获得所需的与孔尺寸。
5、相对应的、 粒度在 1 微米 -50 微米颗 粒， 并按 50 200g/L 的比例分散在有机溶剂二氧六环中， 形成分散液 A ； 1b) 将骨螺钉浸在步骤 1a) 所得分散液 A 中， 以 10 30 厘米 / 分钟的速度提拉出溶 液， 并烘干 ； 1c) 将步骤 1b) 所得骨螺钉在 130 180的烘箱中存放 2 20 分钟后取出， 以与螺 纹牙底形状一致， 且最大宽度不大于螺纹牙三分之一高度处宽度的金属辊沿螺纹牙底和螺 纹压牙根部滚压 ； 1d) 以压缩空气吹去骨螺钉表面未被压入的氯化钠颗粒， 之后将骨螺钉浸入去离子水 溶液中去除氯化钠颗粒， 烘干后即得所述表面可承载组织再生活性因子的。
6、骨螺钉。 5. 根据权利要求 3 所述方法， 其特征在于， 步骤 (2) 中所述制备方法采用水包油包水 (W/O/W) 超声复乳法。 6. 根据权利要求 5 所述方法， 其特征在于， 所述超声复乳法的制备过程中选用玻璃容 器、 全程冰浴、 调整转速为 5600rpm。 7.根据权利要求3所述方法， 其特征在于， 步骤(3)还包括向所得的rhBMP-2微球中加 入医用胶。 8.根据权利要求7所述方法， 其特征在于， 所述rhBMP-2微球与所述医用胶的质量体积 比为 5:1mg/mL。 权 利 要 求 书 CN 103027740 B 2 1/5 页 3 一种具有缓释生物因子的可吸收骨螺钉及其制。
7、备方法 技术领域 0001 本发明属于骨组织修复用的复合材料表面处理方法， 特别是涉及一种具有缓释生 物因子的可吸收骨螺钉及其制备方法。 背景技术 0002 骨螺钉用于固定受损的骨组织或骨组织与肌腱。通常的骨螺钉为金属骨螺钉， 其 作为外体存在于骨组织中， 只能通过骨整合与骨组织结合， 无法随着骨再生被生理性的骨 组织所取代。近年采用有聚乳酸为代表的可吸收高分子聚合物制备骨螺钉发展很快， 其主 要特点是可随着骨组织的再生， 骨螺钉本身逐渐被吸收， 并最终被新生的骨组织所取代。 如 高强度可吸收骨螺钉组合 :201120074842.3, 可吸收接骨螺钉 :200720005227.0。但是， 。
8、可 吸收骨螺钉吸收过程中， 骨组织再生速度较慢， 易造成骨缺损修复缓慢等问题。 0003 中国矫形外科杂志， 2001 年 2 期公开了 ： 骨修复中重组人骨形态发生蛋 白 -2(rhBMP-2) 成骨机理的研究及其应用现状。采用微球技术， 将 BMP 制备成活性稳定、 长时间缓释的剂型。然而将 rhBMP- 制成缓释剂的现有报道中， 缓释剂的包封率低， 一般为 84%， 其缓释效果也达不到患者的病理需求。另外， 在骨螺钉表面可通过涂层方式引入组织 再生活性因子层， 但由于螺钉旋入过程中的磨擦， 组织再生活性因子涂层易于脱落， 难以起 到定时定域释放的作用。 发明内容 0004 为了解决可吸收。
9、骨螺钉表面负载组织再生生物因子易脱落损失的难题， 本发明的 目的在于提供生物可吸收骨螺钉表面的、 可负载缓释组织再生活性因子的骨螺钉。 0005 本发明的另一目的在于提供一种制备上述骨螺钉的制备方法。 0006 为了实现本发明的目的， 本发明的技术方案如下 ： 0007 一种具有缓释生物因子的可吸收骨螺钉， 包括螺杆， 在螺杆外周设有螺纹， 所述螺 纹包括螺纹牙和牙底， 其中， 在所述螺纹牙底上和 / 或所述螺纹牙上距离螺纹牙根部三分 之一以下部位设有 1um50um 孔状结构， 所述孔状结构中载有缓释生物因子 rhBMP-2。 0008 优选的， 所述 rhBMP-2 为粒度为 1um， 包。
10、封率为大于 98.86% 的微球。 0009 进一步地， 本发明提供了制备上述具有缓释生物因子的可吸收骨螺钉的方法， 包 括以下步骤 ： 0010 （1） 制备表面具有 1um50um 孔状结构的骨螺钉 ； 0011 （2） 制备粒度为 1um， 包封率为大于 98.86% 的 rhBMP-2 微球 ； 0012 （3） 将步骤 （2） 所得的 rhBMP-2 微球灌入步骤 （1） 所得的骨螺钉中。 0013 其中， 步骤 （1） 制备表面具有 1um50um 孔状结构的骨螺钉， 具体包括以下步骤 : 0014 1a） 将氯化钠颗粒研磨筛分， 获得所需的与孔尺寸相对应的、 粒度在1微米50微米。
11、 颗粒， 并按 50200g/L 的比例分散在有机溶剂二氧六环中， 形成分散液 A ； 0015 1b） 将骨螺钉浸在步骤 1a） 所得分散液 A 中， 以 1030 厘米 / 分钟的速度提拉出溶 说 明 书 CN 103027740 B 3 2/5 页 4 液， 并烘干 ； 0016 1c） 将步骤 1b） 所得骨螺钉在 130180的烘箱中存放 220 分钟后取出， 以与螺 纹牙底形状一致， 且最大宽度不大于螺纹牙三分之一高度处宽度的金属辊沿螺纹牙底和螺 纹压牙根部滚压 ； 0017 1d） 以压缩空气吹去骨螺钉表面未被压入的氯化钠颗粒， 之后将骨螺钉浸入去离 子水溶液中去除氯化钠颗粒， 。
12、烘干后即得所述表面可承载组织再生活性因子的骨螺钉。 0018 其中， 所述 （2） 制备粒度为 1m， 包封率大于 98.86% 的 rhBMP-2 微球， 优选的， 采 用水包油包水 （W/O/W） 超声复乳法。 0019 所述超声复乳法是指参考文献 Diederik 等在 Biomaterials 29(2008)32453252 发 表 的 Retention of in vitro and in vivo BMP-2 bioactivities in sustained delivery vehicles for bone tissue engineering 中提到的超声复乳法。 0。
13、020 具体的， 本发明中超声复乳法制备步骤如下 ： 0021 2a） 50g rhBMP-2 加入 150l PBS 液 （PH7.40.01） ， 吸液枪吸出 1l 置于 1mL 玻璃离心管内， 留待 ELISA 测定 （其中含 rhBMP-20.33g） ， 400mg PLGA( 分子量 1 万， 75/25 末端为 COOH) 溶于 1mL CH2CL2中， 作为油相 ； 用移液枪将内水相加至油相中， 超声 30 秒， 形 成白色均匀的 W/O 一级乳， 立即将其用 1mL 注射器 16 号针头吸入， 换 9 号针头加至 60mL 在 高速匀浆器 5600rpm 条件下搅拌 2%PV。
14、A 中 （冰浴） 1 分钟， 形成二级乳， 磁力搅拌器低速挥发 3h。离心、 留取上清液 （共 4 次上清液） 。 0022 2b） 在真空干燥器内， 先加入无水 P2O5作为干燥剂， 抽真空后置于 4冰箱， 得均匀 粉末状的 rhBMP-2 微球。 0023 本发明采用水包油包水 （W/O/W） 超声复乳法， 其转速为 5600rpm， 制备出粒度在 1 微米左右 rhBMP-2 微球， 以往文献报道 rhBMP-2 粒径为 20-30 微米， 本发明制备的 1 微米微 球， 更适合骨钉表面多孔的涂层。本发明制备过程中选用玻璃容器 （防止塑料对蛋白的吸 附） 、 全程冰浴、 调整合适的转速等。
15、， 采用酶联夹心法， 测得包封率高达 98.86%， 较以往文献 报道均高。 0024 其中， 步骤 （3） 还包括向所得的rhBMP-2微球中加入医用胶 ； 优选的， 所述rhBMP-2 微球与所述医用胶的质量体积比为 5:1mg/mL。其中所述医用胶为康派特医用胶， 利用该医 用胶良好的流动性， 按比例将 rhBMP-2 微球加入该医用胶中， 制备成混悬液， 并利用其良好 的流动性， 将该混悬液灌入骨钉的微孔中。本发明使用的康派特医用胶成胶后具有多孔结 构和很强的粘附力， 其能够控制 rhBMP-2 微球的突释， 使 rhBMP-2 微球 8 小时内释放 20% 左 右， 总的缓释时间达 。
16、1 个月。 0025 本发明的有益效果如下 ： 0026 本发明利用氯化钠颗粒压入法在可吸收骨螺钉螺纹高度下三分之一以下包括螺 纹底部的表面上制备造多孔结构， 该方法操作简单、 方便， 其使用的氯化钠对骨钉没有任何 负面影响， 所得的多孔结构均匀、 孔洞小， 可承载和缓释组织再生活性因子。 同时， 由于孔结 构处于螺纹底部， 较少在螺钉旋入过程中与组织产生磨擦， 可有效引入组织再生活性因子， 进行缓释。此外， 螺纹上部仍保持原有的光滑状态， 易于骨螺钉的旋入。 0027 另外， 本发明 rhBMP-2 微球粒径小仅为 1 微米左右， 包封率高达 98.86% 以上， 更适 合骨钉表面多孔的涂层。
17、。本发明使用康派特医用胶控制 rhBMP-2 微球的突释， 8 小时内释 说 明 书 CN 103027740 B 4 3/5 页 5 放 20% 左右， 且达长时间缓释， 约 1 个月， 使本发明的可吸收骨螺钉对固定的骨组织或肌腱 起到了更好的修复作用。 0028 总之， 本发明成功解决了可吸收骨螺钉表面负载组织再生生物因子易脱落损失的 难题， 具有很强的实用价值。本发明提供的可吸收骨螺钉复合 rhBMP-2 微球具有长时间缓 释， 早期促进骨长入的作用， 可广泛用于固定肌腱的界面螺钉、 肩关节铆钉。 附图说明 0029 图 1 为本发明骨螺钉的螺纹局部剖面示意图 （其中代表螺纹牙的高度， 。
18、为离 螺纹牙根部三分之一以下部位的微孔位置） 。 0030 图中标号如下 ： 0031 螺纹牙 1， 牙底 2， 孔状结构 3， 螺纹牙根部 11， 螺纹牙顶部 12。 具体实施方式 0032 下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例 仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例， 本领域普通技术 人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。 0033 本发明所涉及到的药品， 如二氧六环等， 均为商业购买 ； 所用的仪器， 如超声仪、 烘 箱、 移液枪、 匀浆器等， 均为市场上购买到的常规实验仪器。
19、 ； 实验所涉及到的方法， 如研磨、 搅拌、 提拉法等， 若无特殊说明都为本领域技术人员常规使用方法。 0034 实施例 1 0035 （1） 制备表面具有 10um 孔状结构的骨螺钉 ； 0036 1a） 将氯化钠颗粒研磨筛分， 获得所需的与孔尺寸相对应的、 平均粒度在 10 微米 左右的颗粒， 并取 25g 氯化钠加入到 500mL 有机溶剂二氧六环中， 形成 50g/L 的分散液 A ； 0037 1b） 将骨螺钉浸在步骤 1a） 所得分散液 A 中， 以 10 厘米 / 分钟的速度提拉出溶液， 并烘干 ； 0038 1c） 将步骤 1b） 所得骨螺钉在 130的烘箱中存放 10 分钟后。
20、取出， 以与螺纹牙底 2 形状一致， 且最大宽度不大于螺纹牙 1 三分之一高度处宽度的金属辊沿螺纹牙底 2 和螺纹 牙根部 11 滚压 ； ( 如图 1 所示 ) 0039 1d） 以压缩空气吹去骨螺钉表面未被压入的氧化钠颗粒， 之后将骨螺钉浸入去离 子水溶去氧化钠颗粒， 烘干后即得所述表面孔径在 10 微米左右孔状结构 3( 如图 1 所示 ) 并且可承载组织再生活性因子的骨螺钉。 0040 （2） 制备粒度为 1um， 包封率为大于 98.86% 的 rhBMP-2 微球 ； 0041 2a） 50g rhBMP-2 加入 150l PBS 液 （PH7.4 0.01） ， 吸液枪吸出 1。
21、l 置于 1mL 玻璃离心管内， 留待 ELISA 测定 （其中含 rhBMP-2 0.33g） ， 400mgPLGA( 分子量 1 万， 75/25 末端为 COOH) 溶于 1mL CH2CL2中， 作为油相 ； 用移液枪将内水相加至油相中， 超声 30 秒， 形 成白色均匀的 W/O 一级乳， 立即将其用 1mL 注射器 16 号针头吸入， 换 9 号针头加至 60mL 在 高速匀浆器 5600rpm 条件下搅拌 2%PVA 中 （冰浴） 1 分钟， 形成二级乳， 磁力搅拌器低速挥发 3h。离心、 留取上清液 （共 4 次上清液） 。 0042 2b） 在真空干燥器内， 先加入无水 P。
22、2O5作为干燥剂， 抽真空后置于 4冰箱， 得均匀 说 明 书 CN 103027740 B 5 4/5 页 6 粉末状的 rhBMP-2 微球。 0043 本发明采用的水包油包水 （W/O/W） 超声复乳法， 其转速为 5600rpm， 制备出粒度在 1微米左右rhBMP-2微球。 本发明制备过程中选用玻璃容器 （防止塑料对蛋白的吸附） 、 全程 冰浴、 调整合适的转速等， 采用酶联夹心法， 测得包封率高达 98.86%。 0044 （3） 将步骤 （2） 所得的 rhBMP-2 微球灌入步骤 （1） 所得的骨螺钉中。 0045 利用康派特医用胶良好的流动性， 取 5mg 采用上述制备的 r。
23、hBMP-2 微球加入 1ml 医用胶中， 制备成混悬液， 利用其良好的流动性， 灌入骨钉的微孔中。 0046 本实施例获得的骨螺钉， 如图 1 所示， 其包括螺杆， 在螺杆外周设有螺纹， 所述螺 纹包括螺纹牙 1 和牙底 2， 其中， 在所述螺纹牙底 2 上和 / 或所述螺纹牙 1 上距离螺纹牙根 部三分之一以下部位设有10um孔状结构3， 所述孔状结构中载有缓释生物因子rhBMP-2。 实 验证明， 该复合 rhBMP-2 的骨螺钉， 8 小时内释放 20% 左右， 且缓释时间可达长 1 个月。 0047 实施例 2 0048 （1） 制备表面具有 20um 孔状结构的骨螺钉 ； 0049。
24、 1a） 将氯化钠颗粒研磨筛分， 获得所需的与孔尺寸相对应的、 平均粒度在 20 微米 左右的颗粒， 并取25g氯化钠加入到300mL有机溶剂二氧六环中， 形成83.3g/L的分散液A ； 0050 1b） 将骨螺钉浸在步骤 1a） 所得分散液 A 中， 以 15 厘米 / 分钟的速度提拉出溶液， 并烘干 ； 0051 1c） 将步骤 1b） 所得骨螺钉在 150的烘箱中存放 15 分钟后取出， 以与螺纹底部 形状一致， 且最大宽度不大于螺纹三分之一高度处宽度的金属辊沿纹底部滚压。 0052 1d） 以压缩空气吹去骨螺钉表面未被压入的氧化钠颗粒， 之后将骨螺钉浸入去离 子水溶去氧化钠颗粒， 烘。
25、干后即得所述表面孔径在 20 微米左右孔状结构 3( 如图 1 所示 ) 并且可承载组织再生活性因子的骨螺钉。 0053 （2） 制备粒度为 1um， 包封率为大于 98.86% 的 rhBMP-2 微球 ； 0054 （3） 将步骤 （2） 所得的 rhBMP-2 微球灌入步骤 （1） 所得的骨螺钉中。 0055 步骤 （2） 、（3） 同实施例 1。 0056 本实施例获得的骨螺钉， 如图 1 所示， 其包括螺杆， 在螺杆外周设有螺纹， 所述螺 纹包括螺纹牙 1 和牙底 2， 其中， 在所述螺纹牙底 2 上和 / 或所述螺纹牙 1 上距离螺纹牙根 部三分之一以下部位设有20um孔状结构3，。
26、 所述孔状结构中载有缓释生物因子rhBMP-2。 实 验证明， 该复合 rhBMP-2 的骨螺钉， 8 小时内释放 20% 左右， 且缓释时间可达长 1 个月。 0057 实施例 3 0058 （1） 制备表面具有 2um 孔状结构的骨螺钉 ； 0059 1a） 将氯化钠颗粒研磨筛分， 获得所需的与孔尺寸相对应的、 平均粒度在 2 微米左 右的颗粒， 并取 20g 氯化钠加入到 200mL 有机溶剂二氧六环中， 形成 100g/L 的分散液 A ； 0060 1b） 将骨螺钉浸在步骤 1a） 所得分散液 A 中， 以 20 厘米 / 分钟的速度提拉出溶液， 并烘干 ； 0061 1c） 将步骤。
27、 1b） 所得骨螺钉在 140的烘箱中存放 8 分钟后取出， 以与螺纹底部形 状一致， 且最大宽度不大于螺纹三分之一高度处宽度的金属辊沿纹底部滚压。 0062 1d） 以压缩空气吹去骨螺钉表面未被压入的氧化钠颗粒， 之后将骨螺钉浸入去离 子水溶去氧化钠颗粒， 烘干后即得所述表面孔径在 2 微米左右孔状结构 3( 如图 1 所示 ) 并 说 明 书 CN 103027740 B 6 5/5 页 7 且可承载组织再生活性因子的骨螺钉。 0063 （2） 制备粒度为 1um， 包封率为大于 98.86% 的 rhBMP-2 微球 ； 0064 （3） 将步骤 （2） 所得的 rhBMP-2 微球灌入。
28、步骤 （1） 所得的骨螺钉中。 0065 步骤 （2） 、（3） 同实施例 1。 0066 本实施例获得的骨螺钉， 如图 1 所示， 其包括螺杆， 在螺杆外周设有螺纹， 所述螺 纹包括螺纹牙 1 和牙底 2， 其中， 在所述螺纹牙底 2 上和 / 或所述螺纹牙 1 上距离螺纹牙根 部三分之一以下部位设有 2um 孔状结构 3， 所述孔状结构中载有缓释生物因子 rhBMP-2。实 验证明， 该复合 rhBMP-2 的骨螺钉， 8 小时内释放 20% 左右， 且缓释时间可达长 1 个月。 0067 实施例 4 0068 （1） 制备表面具有 35um 孔状结构的骨螺钉 ； 0069 1a） 将氯化。
29、钠颗粒研磨筛分， 获得所需的与孔尺寸相对应的、 平均粒度在 35 微米 左右的颗粒， 并取 40g 氯化钠加入到 500mL 有机溶剂二氧六环中， 形成 80g/L 的分散液 A ； 0070 1b） 将骨螺钉浸在步骤 1a） 所得分散液 A 中， 以 30 厘米 / 分钟的速度提拉出溶液， 并烘干 ； 0071 1c） 将步骤 1b） 所得骨螺钉在 180的烘箱中存放 5 分钟后取出， 以与螺纹底部形 状一致， 且最大宽度不大于螺纹三分之一高度处宽度的金属辊沿纹底部滚压。 0072 1d） 以压缩空气吹去骨螺钉表面未被压入的氧化钠颗粒， 之后将骨螺钉浸入去离 子水溶去氧化钠颗粒， 烘干后即得。
30、所述表面孔径在 35 微米左右孔状结构 3( 如图 1 所示 ) 并且可承载组织再生活性因子的骨螺钉。 0073 （2） 制备粒度为 1um， 包封率为大于 98.86% 的 rhBMP-2 微球 ； 0074 （3） 将步骤 （2） 所得的 rhBMP-2 微球灌入步骤 （1） 所得的骨螺钉中。 0075 步骤 （2） 、（3） 同实施例 1。 0076 本实施例获得的骨螺钉， 如图 1 所示， 其包括螺杆， 在螺杆外周设有螺纹， 所述螺 纹包括螺纹牙 1 和牙底 2， 其中， 在所述螺纹牙底 2 上和 / 或所述螺纹牙 1 上距离螺纹牙根 部三分之一以下部位设有35um孔状结构3， 所述孔。
31、状结构中载有缓释生物因子rhBMP-2。 实 验证明， 该复合 rhBMP-2 的骨螺钉， 8 小时内释放 20% 左右， 且缓释时间可达长 1 个月。 0077 对所公开的实施例的上述说明， 使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的， 本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下， 在其它实施例中实现。 因此， 本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例， 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。 说 明 书 CN 103027740 B 7 1/1 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 103027740 B 8 。