复合微球在制备用于治疗骨缺损的药物中的应用

摘要

本发明公开了一种复合微球在制备用于治疗骨缺损中的应用，所述复合微球包括生物陶瓷制成的大球、高分子材料制成的小球，所述小球载于大球的表面，所述小球的粒径小于大球粒径的1/10，大球、小球的表面均为多孔结构，所述大球上载有抗炎症药物，所述小球上载有促血管生长因子。复合微球控释的抗炎症药物和促血管生长因子能够有效促进血管形成以及骨组织再生，缩短骨愈合的时间。

说明书

技术领域

本发明涉及生物陶瓷材料技术领域，更为具体地，涉及一种复合微球在 制备用于治疗骨缺损的药物中的应用。

背景技术

创伤、肿瘤及感染等原因所致的大段骨缺损是骨科面临的难题。近年来 迅猛发展的骨组织工程和再生医学为骨缺损修复带来的光明前景已初见端 倪。目前本领域的研究多聚焦于骨质替代材料的改进、良好种子细胞的选择 以及相应的复合技术的开发等，但从骨创伤愈合的机制出发，通过分析材料 植入体内后引起的宿主反应，从而有针对性地构建能刺激细胞成骨分化的材 料，以之为切入点的研究较少。从骨愈合机制上探讨骨修复材料的制备并应 用于组织工程骨的构筑，有可能为骨缺损的治疗带来新的思路。

植入材料作为异物进入体内后，首先会引起组织的炎症反应，而炎症反 应持续存在会延长骨愈合的时间。随着材料的降解和骨组织的再生，新生组 织内血管会逐渐形成，能够促进血管形成的材料对骨再生也会起到良好的促 进作用。因此，在具有能够促进成骨再生的材料上控释抗炎症药物和促血管 生长因子将会对成骨再生有重要的意义。

相比于块体材料，微球材料具有突出的优点，微球是骨修复用生物材料 领域一种重要的材料形式，与常规形式的生物材料相比，微球具有如下特点 和性能：1)具有微/纳米尺寸的微球，由于具有较小的尺寸和较大的比表面积， 已被广泛用作药物控释载体。2)通过微球表面修饰，微球可以对环境温度、 pH、磁场、超声、辐射等因素产生快速的响应。3)微球可以作为致孔剂，提 高传统块体支架材料的孔隙率，有利于组织的长入，同时改善材料的力学性 能。4)微球作为微反应器，诱导磷灰石在其表面矿化，有利于骨组织再生。 5)微球本身固有的球形属性使其具有良好的可注射性，可用于微创治疗，并 在修复复杂部位的骨缺损失时容易成型。6)在微球内制作较大直径的孔道， 使之可容纳细胞生存，微球即为一种组织工程支架，作为可注射支架材料应 用于微创治疗。因此，微球材料是目前生物材料领域发展较快以及应用前景 较好的材料类型之一。

基于上述分析，发展一种双重载药的微球材料用于骨修复具有重要的意 义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种复合微球在制备用于 治疗骨缺损的药物中的应用，复合微球的大球上载有抗炎症药物，小球上载 有促血管生长因子，能够有效促进血管形成以及骨组织再生，缩短骨愈合的 时间。本发明制备的微球材料适应骨缺损的复杂部位，骨修复微球作为一种 填充材料可以很好的塑形，可以直接填充缺损部位，通过两种药物的缓慢释 放从而快速地修复骨缺损。

本发明的目的是这样实现的：

一种复合微球在制备用于治疗骨缺损的药物中的应用，其特征在于：所 述复合微球包括生物陶瓷制成的大球、高分子材料制成的小球，所述小球载 于大球的表面，所述小球的粒径小于大球粒径的1/10，大球、小球的表面均 为多孔结构，所述大球上载有抗炎症药物，所述小球上载有促血管生长因子。

为了使抗炎症、促血管生长的效果更好，优选地，所述抗炎症药物为DEX， 所述促血管生长因子为VEGF。

为了使机体内具有合适的药物浓度，有效地对机体进行消炎，促进血管 恢复，优选地，所述DEX的药物浓度为5-15mg·mL^-1；所述VEGF的药物浓 度为50-200ng·mL^-1。

为了使大球可以吸附更多的抗炎症药物，以及更好地起到组织工程支架 材料的作用，优选地，所述大球为空心球。

为了实现合适的药物释放量以及释放时间，优选地，所述大球的直径为 400-600μm，所述小球的直径为20-40μm。

进一步优选地，所述大球的直径为500μm，所述小球的直径为30μm。

优选地，所述大球的材料采用硅酸钙、羟基磷灰石、磷酸三钙中，以及 羟基磷灰石/酸酸三钙双相陶瓷的其中一种。硅酸钙、羟基磷灰石、磷酸三钙 陶瓷和羟基磷灰石/酸酸三钙双相陶瓷本身具有良好的骨传导性，其降解后产 生的硅、钙、磷等成分能够刺激干细胞向成骨细胞转化。因此，将具有开孔 结构的硅酸钙、羟基磷灰石、磷酸三钙陶瓷、羟基磷灰石/酸酸三钙双相陶瓷 空心微球作为药物控释载体，同时还会起到组织工程支架材料的作用。

优选地，所述小球的材料采用PLGA。PLGA由两种单体——乳酸和羟 基乙酸随机聚合而成，是一种可降解的功能高分子有机化合物，具有良好的 生物相容性、无毒、良好的成囊和成膜的性能，被广泛应用于制药、医用工 程材料和现代化工业领域。在美国PLGA通过FDA认证，被正式作为药用辅 料收录进美国药典。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

通过大球与小球结合载不同的药物，在大球表面控释抗炎症的DEX，可 以抑制植入过程中的炎症反应，通过嫁接在大球表面的小球控释促血管再生 作用的VEGF。大球释放DEX速率较快，在修复前期能快速起到抗炎症的作 用；而PLGA降解较慢，后期持续地释放VEGF，能促进新生血管的生成， 两种药物的双重控释，大球同时可起到骨组织工程支架材料的作用，将共同 促进骨组织再生，为大段骨缺损修复提供新的思路。

本发明相对于现有技术具有如下优点：

1.和普通微球的使用方法一样，使用非常便利；

2.通过两种药物的双重控释，能维持正常的血药浓度，不引起药物积累中 毒，对正常细胞、组织的毒副作用小；

3.血药浓度稳定，提高疗效、安全迅速。

附图说明

图1为本发明的复合微球SEM图片。

具体实施方式

参见图1，为一种复合微球在制备用于治疗骨缺损的药物中的应用，所述 复合微球包括生物陶瓷制成的大球、高分子材料制成的小球，所述大球的材 料优选为硅酸钙、羟基磷灰石、磷酸三钙、羟基磷灰石/酸酸三钙双相陶瓷中 的其中一种，所述小球的材料优选为聚乳酸-羟基乙酸共聚物 (poly(lactic-co-glycolic acid)，PLGA)。所述小球的粒径小于大球粒径的1/10， 所述大球的直径为400-600μm，优选为500μm，所述小球的直径为20-40μm， 优选为30μm。所述小球载于大球的表面，所述大球为空心球，大球、小球的 表面均为多孔结构，所述大球上载有抗炎症药物，优选为地塞米松 (Dexamethasone,DEX)，所述DEX的药物浓度为5-15mg·mL^-1。所述小球上载 有促血管生长因子，优选为血管内皮生长因子(Vascular endothelial growth  factor,VEGF)，所述VEGF的药物浓度为50-200ng·mL^-1。

大球载小球的结构可以同时释放两种药物，结合陶瓷微球作为组织工程 支架，利用其良好的生物相容性，可以共同起到促进骨组织再生的作用。陶 瓷微球与高分子微球的有效组装构建的大球载小球的复合微球的上述性能， 本发明提供的大球载小球的复合微球可以作为骨缺损填充材料，可以显著地 提高骨创伤和缺损愈合的能力，是一种新型的骨修复填充材料。

复合微球的制备方法如下：

步骤1)制备大球，通过双重乳液法制备小球，大球通过表面吸附载抗炎 症药物，小球通过双重乳化包裹载促血管生长因子；然后将小球表面使用聚 醚酰亚胺(Polyetherimide,PEI)改性，PEI的浓度为0.01-0.5％，将小球在PEI 溶液中搅拌7-17小时。

步骤2)将改性后的小球与大球混合组装，小球与大球混合的时间为2-6 小时，即得到大球载小球的复合微球。

实施例一

本实施例采取以下技术方案：制备表面吸附有DEX的硅酸钙空心微球作 为复合微球的大球。称取5-15mg载有VEGF的多孔PLGA微球作为复合微球 的小球,并加入5ml的0.01-0.5％PEI溶液，在速度为120rpm的摇床上振荡 4h，混合均匀，使PLGA微球表面均匀吸附PEI。然后将混合物用二次水离心， 控制离心速度7000rpm、离心时间10min，反复离心3次，除去未牢固吸附的 PEI。将洗涤干净的PLGA微球移入离心管中，加入约1ml二次水，加入 50-120mg吸附有DEX的硅酸钙空心微球，然后置于摇床上振荡4h，离心后 冷冻干燥，即可将PLGA嫁接到硅酸钙微球表面，即可制备双重载药微球。 本微球在使用时可以直接填充于骨缺损部位，制备的大球载小球的多级复合 微球可以缓慢地释放抗炎症的DEX和促进血管生长的VEGF，能起到抗炎症 和加速骨缺损修复的作用。

实施例二

制备表面吸附有DEX的羟基磷灰石空心微球复合微球的大球。称取 5-15mg载有VEGF的多孔PLGA微球作为复合微球的小球,并加入5ml的 0.01-0.5％PEI溶液，在速度为120rpm的摇床上振荡4h，混合均匀，使PLGA 微球表面均匀吸附PEI。然后将混合物用二次水离心，控制离心速度7000rpm、 离心时间10min，反复离心3次，除去未牢固吸附的PEI。将洗涤干净的PLGA 微球移入离心管中，加入约1ml二次水和50-120mg羟基磷灰石空心微球，然 后置于摇床上振荡4h，离心后冷冻干燥，即可将PLGA嫁结到羟基磷灰石微 球表面，即可制备双重载药微球。本微球在使用时可以直接填充于骨缺损部 位，制备的大球载小球的多级复合微球可以缓慢地释放抗炎症的DEX和促进 血管生长的VEGF，能起到抗炎症和加速骨缺损修复的作用。

实施例三

制备表面吸附有DEX的磷酸三钙空心微球作为复合微球的大球。称取 10mg载有VEGF的多孔PLGA微球5-15mg作为复合微球的小球,并加入5ml 的0.01-0.5％PEI溶液，在速度为120rpm的摇床上振荡4h，混合均匀，使PLGA 微球表面均匀吸附PEI。然后将混合物用二次水离心，控制离心速度7000rpm、 离心时间10min，反复离心3次，除去未牢固吸附的PEI。将洗涤干净的PLGA 微球移入离心管中，加入约1ml二次水和50-120mg羟基磷灰石空心微球，然 后置于摇床上振荡4h，离心后冷冻干燥，即可将PLGA微球嫁结到磷酸三钙 微球表面，即可制备双重载药微球。本微球在使用时可以直接填充于骨缺损 部位，制备的大球载小球的多级复合微球可以缓慢地释放抗炎症的DEX和促 进血管生长的VEGF，能起到抗炎症和加速骨缺损修复的作用。

实施例四

制备表面吸附有DEX的羟基磷灰石/酸酸三钙双相陶瓷空心微球作为复 合微球的大球。称取5-15mg载有VEGF的多孔PLGA微球作为复合微球的小 球,并加入5ml的0.01-0.5％PEI溶液，在速度为120rpm的摇床上振荡4h，混 合均匀，是PLGA微球表面均匀吸附PEI。然后将混合物用二次水离心，控制 离心速度7000rpm、离心时间10min，反复离心3次，除去未牢固吸附的PEI。 将洗涤干净的PLGA微球移入离心管中，加入约1ml二次水和50-120mg羟基 磷灰石空心微球，然后置于摇床上振荡4h，离心后冷冻干燥，即可将PLGA 微球嫁结到磷酸三钙微球表面，即可制备双重载药微球。本微球在使用时可 以直接填充于骨缺损部位，制备的大球载小球的多级复合微球可以缓慢地释 放抗炎症的DEX和促进血管生长的VEGF，能起到抗炎症和加速骨缺损修复 的作用。

如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明提出的大球载小球的复合 微球。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的大球载小 球的复合微球，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进，因此， 本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。