一种可吸收颈椎椎间融合器及其制备方法

摘要

本发明公开了一种可吸收颈椎椎间融合器及其制备方法，该融合器是一个由纳米羟基磷灰石和聚富马酸丙二醇酯聚合物复合材料制成的仿生椎间融合器；该融合器的制备方法为按比例配制PPF/DEF混合溶液，加入BAPO，再加入纳米羟基磷灰石，将制得的混合溶液注入融合器有机玻璃模具中，经紫外光照射聚合后制成融合器原型，最后对其打孔造齿。本发明的融合器具有骨诱导活性和体内可吸收性，能在体内逐渐降解至人体完全吸收，同时能通过X线观察术后融合情况，适用于颈椎前路椎间融合固定病例。本发明的制备方法简单，能保证无机组分和高分子材料之间有较好的界面结合，所得聚合物机械强度高于热交联法，使其机械强度和弹性模量更接近人体松质骨。

说明书

技术领域

本发明属于医学领域，涉及一种医用手术植入物，具体涉及一种可吸收颈椎椎间融合器及其制备方法。

背景技术

颈椎病是颈椎椎间盘退行性改变及其继发病理改变刺激或压迫邻近组织而引起的各种症状和体征，是当今社会困扰办公一族的常见病和多发病。随着疾病的逐渐发展，会导致长期疼痛，神经压迫，甚至瘫痪等严重后果。对保守治疗无效的患者，通常需要椎间融合手术治疗。椎间融合的常用植骨材料有自体骨、异体骨、融合器辅助植骨等。自体骨取材有限，而且存在取骨区的并发症，使其临床应用受到极大的限制。异体骨存在疾病传播、免疫排斥、爬行替代不全等问题。目前临床上主要采用融合器辅助植骨的方式来进行颈椎的椎间融合手术。

现如今，临床上应用的融合器主要有金属、碳纤维和聚醚醚酮（PEEK）融合器。其中，金属融合器因弹性模量与人体松质骨差异较大，而且存在不透X线的缺点临床应用较少；碳纤维融合器因为碳纤维磨损微颗粒的危害较大，临床已基本停止应用；目前临床应用最多的是聚醚醚酮融合器，但是也存在弹性模量与人体松质骨不匹配、生物惰性、不可吸收、磨损颗粒在局部引起炎症反应等缺点。

因此寻求一种与人体松质骨弹性模量相近、具备生物活性、可吸收的颈椎融合手术用的融合器，是近年椎间融合领域的研究热点。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供了一种可吸收颈椎椎间融合器及其制备方法，该融合器采用纳米羟基磷灰石增强聚富马酸丙二醇酯聚合物制成，具有一定的骨生物诱导活性，弹性模量与人体松质骨相近，在人体内可完全降解吸收。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种可吸收颈椎椎间融合器，所述融合器为一个采用纳米羟基磷灰石增强聚富马酸丙二醇酯聚合物材料制成的仿生椎间融合器，所述融合器的横断面设置有允许进行骨移植材料充填以促进椎间融合的弧形中空结构；所述融合器的下贴骨面为一平面，所述融合器的上贴骨面为有一定弧度的凸面，所述融合器的上贴骨面与上位椎体的下骨面解剖生理弧度相吻合；所述融合器前高后低，且具有5°的仿生锥度，与人体生理椎间隙相吻合；所述融合器的上贴骨面和下贴骨面均设有用于防止所述融合器滑动的锥形锯齿结构；所述融合器的四周侧壁上设置有利于术后与周边组织建立血运和代谢物质吸收的小孔；所述融合器的前壁设置有利于融合器植入体内时与相关把持器链接的大孔。

进一步的，所述纳米羟基磷灰石增强聚富马酸丙二醇酯聚合物材料由聚富马酸丙二醇酯聚合物和纳米羟基磷灰石制备而成。

优选的，所述纳米羟基磷灰石的形状结构为一种平均粒径为20nm的针状结构。

优选的，所述聚富马酸丙二醇酯聚合物和所述纳米羟基磷灰石的质量比为6:4。

进一步的，所述聚富马酸丙二醇酯聚合物由聚富马酸丙二醇酯（poly(propylenefumarate), PPF）、交联剂富马酸二乙酯（Diethyl fumarate, DEF）和引发剂过氧化苯甲酰（bis(2,4,6-trimethylbenzoyl) phenylphosphine oxide，BAPO）制备而成。

优选的，所述聚富马酸丙二醇酯的分子量为1637±64的范围内，PI值为1.06~1.07，其制备方法可以参照Shanfeng Wang等人报道的PPF合成方法（Bone Tissue-Engineering Material Poly(propylene fumarate): Correlation between MolecularWeight, Chain Dimensions, and Physical Properties. Biomacromolecules. 2006 ;7(6): 1976–1982. doi:10.1021/bm060096a）。羟基磷灰石的制备方法可以参照XuejinWang等人报道的方法（Biomaterials，2002:23（24）：4787-4791）。

优选的，所述聚富马酸丙二醇酯与所述富马酸二乙酯的质量比为3:1。

优选的，所述过氧化苯甲酰的质量为所述聚富马酸丙二醇酯与所述富马酸二乙酯质量之和1.5%。

一种可吸收颈椎椎间融合器的制备方法，包括以下步骤：

步骤1）按质量比为PPF：DEF = 75%：25%的比例配制溶液，然后将配制的溶液置于80℃温箱，每小时翻转容器1次，过夜后，PPF完全溶解，制得PPF/DEF混合溶液；

步骤2）将步骤1）制得的PPF/DEF混合溶液从温箱中取出，冷却后加入质量为PPF/DEF混合溶液总质量1.5%的BAPO（引发剂），超声分散1小时，制得PPF/DEF/BAPO反应体系，4°C冰箱避光保存，备用；

步骤3）按质量比为PPF/DEF/BAPO反应体系：纳米羟基磷灰石 = 60%：40%的比例称取纳米羟基磷灰石，然后向步骤2）制得的PPF/DEF/BAPO反应体系中加入所称取的纳米羟基磷灰石，超声分散均匀，制得纳米羟基磷灰石增强聚富马酸丙二醇酯聚合物溶液，4°C冰箱避光保存，备用；

步骤4）将步骤3）所制备的纳米羟基磷灰石增强聚富马酸丙二醇酯聚合物溶液注入融合器透明有机玻璃模具中，距离紫外光灯10cm距离的紫外光照射4小时聚合，加工制成椎间融合器原型；

步骤5）在机床上对所述椎间融合器原型进行加工，在所述椎间融合器原型的四壁打上有利于术后与周边组织建立血运代谢物质吸收的小孔；在所述椎间融合器原型的前壁打上有利于融合器植入体内时与相关把持器链接的大孔；以及在所述椎间融合器原型的上贴骨面和下贴骨面上造上用于防止融合器滑动的锥形锯齿后，制得所需的可吸收颈椎椎间融合器。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明的融合器与金属、聚醚醚酮等不可吸收融合器相比，其弹性模量与人体松质骨相近，不会产生应力遮挡现象；本发明的融合器内有40%（质量比）的纳米羟基磷灰石，为人体骨骼无机组成成分，改善了聚富马酸丙二醇酯聚合物生物活性，并可在融合器吸收-成骨过程中作为成骨基质成分；本发明所采用的复合材料具有骨诱导活性和体内可吸收性，能在体内逐渐降解至人体完全吸收，同时能通过X线观察术后融合情况，并具有MR/CT的兼容性，适用于颈椎前路椎间融合固定病例。

2、本发明的融合器与自体骨相比，没有取骨的并发症；本发明的融合器与异体骨相比，没有传播疾病和免疫排斥的风险，而且可以完全吸收。

3、本发明的制备方法简单，能保证无机组分和高分子材料之间有较好的界面结合，与聚富马酸丙二醇酯聚合物热交联聚合方法比，紫外光交联法交联充分，所得聚合物机械强度高于热交联法，使其机械强度和弹性模量更接近人体松质骨。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明可吸收颈椎椎间融合器的正视图；

图2为本发明可吸收颈椎椎间融合器的侧视图；

图3为本发明可吸收颈椎椎间融合器的后视图；

图4为本发明可吸收颈椎椎间融合器的俯视图；

图5为本发明可吸收颈椎椎间融合器的仰视图；

图6为本发明可吸收颈椎椎间融合器的轴侧图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

参见图1-6所示，一种可吸收颈椎椎间融合器，所述融合器为一个采用纳米羟基磷灰石增强聚富马酸丙二醇酯聚合材料制成的仿生椎间融合器，所述融合器的横断面设置有弧形中空结构，以允许进行骨移植材料充填以促进椎间融合的；所述融合器的下贴骨面为一平面，所述融合器的上贴骨面为有一定弧度的凸面，所述融合器的上贴骨面与上位椎体的下骨面解剖生理弧度相吻合；所述融合器前高后低，且具有5°的仿生锥度，与人体生理椎间隙相吻合；所述融合器的上贴骨面和下贴骨面均设有锥形锯齿结构，以防止所述融合器滑动；所述融合器的四周侧壁上设置有小孔，利于术后与周边组织建立血运和代谢物质吸收；所述融合器的前壁设置有大，孔利于融合器植入体内时与相关把持器链接。

进一步的，所述纳米羟基磷灰石增强聚富马酸丙二醇酯聚合物材料由聚富马酸丙二醇酯聚合物和纳米羟基磷灰石制备而成。

优选的，所述纳米羟基磷灰石的形状结构为一种平均粒径为20nm的针状结构。

优选的，所述聚富马酸丙二醇酯聚合物和所述纳米羟基磷灰石的质量比为6:4。

进一步的，所述聚富马酸丙二醇酯聚合物由聚富马酸丙二醇酯（poly(propylenefumarate), PPF）、交联剂富马酸二乙酯（Diethyl fumarate, DEF）和引发剂过氧化苯甲酰（bis(2,4,6-trimethylbenzoyl) phenylphosphine oxide, BAPO）制备而成。

优选的，所述聚富马酸丙二醇酯的分子量为1637±64的范围内，PI值为1.06~1.07，其制备方法可以参照Shanfeng Wang等人报道的PPF合成方法（Bone Tissue-Engineering Material Poly(propylene fumarate): Correlation between MolecularWeight, Chain Dimensions, and Physical Properties. Biomacromolecules. 2006 ;7(6): 1976–1982. doi:10.1021/bm060096a）。羟基磷灰石的制备方法可以参照XuejinWang等人报道的方法（Biomaterials，2002:23（24）：4787-4791）。

优选的，所述聚富马酸丙二醇酯与所述富马酸二乙酯的质量比为3:1。

优选的，所述过氧化苯甲酰的质量为所述聚富马酸丙二醇酯与所述富马酸二乙酯质量之和1.5%。

一种可吸收颈椎椎间融合器的制备方法，包括以下步骤：

步骤1）按质量比为PPF：DEF = 75%：25%的比例配制溶液，然后将配制的溶液置于800℃温箱，每小时翻转容器1次，过夜后，PPF完全溶解，制得PPF/DEF混合溶液；

步骤2）将步骤1）制得的PPF/DEF混合溶液从温箱中取出，冷却后加入质量为PPF/DEF混合溶液总质量1.5%的BAPO（引发剂），超声分散1小时，制得PPF/DEF/BAPO反应体系，4°C冰箱避光保存，备用；

步骤3）按质量比为PPF/DEF/BAPO反应体系：纳米羟基磷灰石 = 60%：40%的比例称取纳米羟基磷灰石，然后向步骤2）制得的PPF/DEF/BAPO反应体系中加入所称取的纳米羟基磷灰石，超声分散均匀，制得纳米羟基磷灰石增强聚富马酸丙二醇酯聚合物溶液，4°C冰箱避光保存，备用；

步骤4）将步骤3）所制备的纳米羟基磷灰石增强聚富马酸丙二醇酯聚合物溶液注入融合器透明有机玻璃模具中，距离紫外光灯10cm距离的紫外光照射4小时聚合，加工制成椎间融合器原型；

步骤5）在机床上对所述椎间融合器原型进行加工，在所述椎间融合器原型的四壁打上有利于术后与周边组织建立血运代谢物质吸收的小孔；在所述椎间融合器原型的前壁打上有利于融合器植入体内时与相关把持器链接的大孔；以及在所述椎间融合器原型的上贴骨面和下贴骨面上造上用于防止融合器滑动的锥形锯齿后，制得所需的可吸收颈椎椎间融合器。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。