一种骨巨细胞瘤挖除术后骨缺损部位填充物及其制备方法与流程

本发明涉及医学工程领域，尤其涉及一种骨巨细胞瘤挖除术后骨缺损部位填充物及其制备方法。

背景技术：

骨巨细胞瘤是最常见的原发性骨肿瘤之一，约占原发性骨肿瘤的20％，其临床表现为活动性疼痛，骨皮质破坏较严重者易发生病理性骨折。目前认为，骨巨细胞瘤肿瘤细胞对全身性化疗并不敏感，仅在出现转移时可术前控制肿块大小。骨巨细胞瘤一般治疗方式为病灶囊内的刮除植骨术，可较完好的保留关节功能。骨水泥是目前已使用的骨巨细胞瘤刮除术后骨缺损填充物，但骨水泥使用过程中向周围释放的单体成分会损伤周围正常组织，且存在过敏风险，不利于年轻患者骨缺损的远期愈合。然而病灶内刮除术只能达到囊内的外科边界，可能在骨内遗留一些微小病灶，因此存在局部复发风险，复发率高达20％-50％。双磷酸盐类药物，以其抗骨质吸收特性应用于临床骨巨细胞瘤切除术后的辅助治疗，具有较好的抗肿瘤效果，然而静脉或口服给药存在骨痛、发热、颌骨坏死、肾脏毒性或胃肠道反应较重等副作用。为充分利用唑来膦酸的治疗优势和并克服其不足，局部给药是更为理想的选择。然而现有技术中复合双磷酸盐的生物制品只有骨水泥，目前正处于起步阶段且有明显的局部细胞毒性，市场上尚未有相关产品。

金属材料是骨科领域应用历史最悠久的生物材料，传统金属植入物在临床应用方面通常都存在一定的局限性，而镁及其合金是一类具有潜在医用价值的可降解金属材料。与传统医用金属材料相比，其具有可降解性、生物安全性高、生物力学相容性及成本低等优势，在骨科内植入物领域的初步研究表明，镁及其合金材料有望替代传统的骨科植入物，完成骨固定或填充功能，避免患者二次手术的痛苦。然而，镁在生理环境中过快的降解速度是限制其在临床快速推广应用的一个主要因素。

技术实现要素：

一方面，本发明为克服现有技术的不足而提供了一种骨巨细胞瘤挖除术后骨缺损部位填充物，其可用于治疗骨巨细胞瘤术后骨缺损的重建，降低肿瘤复发率。

本发明采用的技术方案为：一种骨巨细胞瘤挖除术后骨缺损部位填充物，包括镁合金基体以及设于所述镁合金基体表面的钙磷涂层，所述钙磷涂层上负载有双磷酸盐。

本发明的骨巨细胞瘤挖除术后骨缺损部位填充物以镁合金材料为基体，其上设置钙磷涂层和双磷酸盐双膜层，将其作为骨巨细胞瘤挖除术后瘤腔填充物，可达到病灶处药物释放的目的，实现双磷酸盐类药物抑制肿瘤缺损处骨破坏，防止骨吸收的效果，同时达到可降解镁合金修复骨缺损的效果，可以治疗骨巨细胞瘤术后骨缺损的重建，降低肿瘤复发率。

在上述技术方案中，通过在镁合金基体表面构建钙磷涂层，可提高基体的生物相容性及与骨组织的化学键合，诱导骨组织在基体表面沉积，促进骨生长及骨修复，缩短骨缺损修复的周期。利用双磷酸盐类药物与钙离子螯合的特性，可在钙磷涂层的镁合金表面沉积双磷酸盐涂层，将镁合金作为药物释放载体，将双磷酸盐类药物释放于病灶处，也即通过镁合金的可降解特性，逐步释放填充物表面负载的唑来磷酸药物。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述双磷酸盐包括唑来膦酸、阿伦磷酸钠、帕米磷酸钠、利塞膦酸钠中的至少一种。优选地，所述双磷酸盐为唑来膦酸，相较于其他双磷酸盐，唑来膦酸抑制骨转移和抗骨吸收的作用最为突出。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述镁合金基体与所述钙磷涂层之间设有化学转化膜；化学转化膜可为镁合金基体提供保护膜，减缓基体的腐蚀速率，并为之后钙磷涂层的形成提供形核和生长平台，提高钙磷涂层与镁基体的结合强度。优选地，所述化学转化膜为氟转化膜。氟转化膜可控制镁锶基体的降解速度，并可改善钙磷涂层与基体的结合强度，有利于保持其生物相容性和骨诱导性能。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述镁合金基体为镁锶合金基体；

优选地，所述镁锶合金基体中，锶的重量百分含量为1.5％。本发明适用于目前所研究的不同类型的医用镁合金，但镁合金基体的使用效果更佳。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述钙磷涂层和双磷酸盐形成的双膜层的厚度约为10-20μm，该厚度的涂层具有优异的结合力。

另一方面，本发明还提供了以上所述的骨巨细胞瘤挖除术后骨缺损部位填充物的制备方法。

本发明采用的技术方案为：一种骨巨细胞瘤挖除术后骨缺损部位填充物的制备方法，其包括以下步骤：

(1)对所述镁合金基体进行预处理，在其表面形成化学转化膜，得预处理后的镁合金基体；

(2)将步骤(1)得到的预处理后的镁合金基体在磷酸盐混合液中浸泡，在所述化学转化膜表面形成钙磷涂层，得设有钙磷涂层的镁合金基体；

(3)将步骤(2)得到的设有钙磷涂层的镁合金基体在双膦酸盐溶液中浸泡，即得所述骨巨细胞瘤挖除术后骨缺损部位填充物。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述步骤(1)中，预处理在氟化钾溶液中进行。优选地，氟化钾溶液的浓度为0.1M，此浓度可使得化学转化膜的性能更稳定。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述步骤(2)中，浸泡温度为35～40℃，浸泡时间为20～30h。优选地，浸泡温度为37℃，浸泡时间为24h。恒温37℃浸泡24h时Ca/P原子比约为1，可保持材料表面良好的生物活性。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述步骤(3)中，浸泡温度为35～40℃，浸泡时间为20～30h。优选地，浸泡温度为37℃，浸泡时间为24h。恒温37℃浸泡24h时，钙可与唑来膦酸充分结合。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述步骤(2)中，磷酸盐混合液包括60g/L NaNO₃、15g/L Ca(H₂PO₄)₂·H₂O及20mL/L H₂O₂。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述步骤(3)中，双膦酸盐溶液的浓度为10^-2μM～10^-4μM，其中以10^-2μM抑瘤效果最为显著。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

本发明的骨巨细胞瘤挖除术后骨缺损部位填充物具有表面生物活性涂层，该涂层由钙磷盐和唑来膦酸双膜层组成，可降低填充物基体的腐蚀速度，也具有良好的生物相容性，同时可抑制骨巨细胞瘤细胞的活力，预防填充后骨巨细胞瘤复发。

附图说明

图1为本发明实施例1中骨巨细胞瘤挖除术后骨缺损部位填充物的膜层的SEM图；

图2为本发明实施例1中骨巨细胞瘤挖除术后骨缺损部位填充物膜层的EDS图谱；

图3为本发明实施例1中骨巨细胞瘤挖除术后骨缺损部位填充物的膜层界面SEM图谱；

图4为本发明实施例1中骨巨细胞瘤挖除术后骨缺损部位填充物的对骨巨细胞瘤细胞活性抑制效果图。

具体实施方式

为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

将镁锶合金(Mg-1.5wt.％Sr)基体切割至合适大小，在220号砂纸上打磨至无氧化层，再依次在800目氧化铝耐水砂纸合2000目的SiC水砂纸上打磨。将打磨后的镁合金基体依次在丙酮和酒精中超声清洗30分钟，蒸馏水清洗后干燥备用。将试样浸泡于0.1M氟化钾溶液中24小时进行氟化预处理，接着将预处理的镁锶合金浸泡于含有60g/L NaNO₃,15g/L Ca(H₂PO₄)₂·H₂O及20mL/LH₂O₂的磷酸盐混合液中24小时，表面形成钙磷涂层。将设有钙磷涂层的镁锶合金基体浸泡于5mL的10^-2μM唑来磷酸溶液中，37℃孵育24小时，通过唑来磷酸与钙离子的螯合作用，在镁合金基体表面形成唑来磷酸涂层。扫描电镜观察发现，在Mg-Sr基体上形成的钙磷涂层均匀分布，无明显缺陷，且基底表面有放射状分布的结晶(图1a)。当表面装载唑来膦酸(10^-2mol/L)时，涂层表面的结晶变细成针状微晶，且微晶分布更加均匀整齐(图1b)。相应的EDS能谱分析可显示涂层表面的元素组成演变，单纯CaP涂层的放射状结晶底部主要分布着Ca、P、O和Mg(point a，元素比例如图2a1、2a2)，唑来膦酸装载后，微晶涂层表面的针状微晶(图2b1、2b2)的Ca/P比值与块状微晶(图2b3)的Ca/P比值不同，针状结晶表面Ca的原子百分比显著降低，这可能是由于唑来膦酸通过与钙的螯合作用(钙耗尽)引发涂层表面CaP的部分溶解。涂层截面的SEM观察可见，唑来膦酸装载前(图3a)与装载后(图3b)基体表面涂层的厚度没有明显差异(约20μm)，而唑来膦酸装载后基体表面的涂层更加致密且与合金基体结合良好。细胞增殖实验证明，同等条件下，相对于钙磷涂层，唑来膦酸装载后的表面双膜层结构的镁锶合金具有显著抑制骨巨细胞瘤细胞生长的能力(图4a)，应用于缺损填充时可预防肿瘤挖除术后的肿瘤复发及转移等。

实施例2

将镁锶合金(Mg-1.5wt.％Sr)基体切割至合适大小，在220号砂纸上打磨至无氧化层，再依次在800目氧化铝耐水砂纸合2000目的SiC水砂纸上打磨。将打磨后的镁合金基体依次在丙酮和酒精中超声清洗30分钟，蒸馏水清洗后干燥备用。将试样浸泡于0.1M氟化钾溶液中24小时进行氟化预处理，接着将预处理的镁锶合金浸泡于60g/L NaNO₃,15g/L Ca(H₂PO₄)₂·H₂O及20mL/L H₂O₂中24小时，表面形成钙磷涂层。将钙磷涂层镁锶合金浸泡于5mL的10^-2μM帕米膦酸钠溶液中，37℃孵育24小时，通过帕米膦酸钠与钙离子的螯合作用，在镁合金基体表面形成双磷酸盐涂层。细胞增殖实验证明，同等条件下，相对于钙磷涂层，帕米膦酸钠装载后的表面双膜层结构的镁锶合金具有显著抑制骨巨细胞瘤细胞生长的能力(图4b)，应用于缺损填充时可预防肿瘤挖除术后的肿瘤复发及转移等。

实施例3

将镁锶合金(Mg-1.5wt.％Sr)基体切割至合适大小，在220号砂纸上打磨至无氧化层，再依次在800目氧化铝耐水砂纸合2000目的SiC水砂纸上打磨。将打磨后的镁合金基体依次在丙酮和酒精中超声清洗30分钟，蒸馏水清洗后干燥备用。将试样浸泡于0.1M氟化钾溶液中24小时进行氟化预处理，接着将预处理的镁锶合金浸泡于60g/L NaNO₃,15g/L Ca(H₂PO₄)₂·H₂O及20mL/L H₂O₂中24小时，表面形成钙磷涂层。将钙磷涂层镁锶合金浸泡于5mL的10^-2μM阿伦磷酸钠溶液中，37℃孵育24小时，通过阿伦磷酸钠与钙离子的螯合作用，在镁合金基体表面形成双磷酸盐涂层。细胞增殖实验证明，同等条件下，相对于钙磷涂层，阿伦磷酸钠装载后的表面双膜层结构的镁锶合金具有显著抑制骨巨细胞瘤细胞生长的能力(图4c)，应用于缺损填充时可预防肿瘤挖除术后的肿瘤复发及转移等。

实施例4

将镁锶合金(Mg-1.5wt.％Sr)基体切割至合适大小，在220号砂纸上打磨至无氧化层，再依次在800目氧化铝耐水砂纸合2000目的SiC水砂纸上打磨。将打磨后的镁合金基体依次在丙酮和酒精中超声清洗30分钟，蒸馏水清洗后干燥备用。将试样浸泡于0.1M氟化钾溶液中24小时进行氟化预处理，接着将预处理的镁锶合金浸泡于60g/L NaNO₃,15g/L Ca(H₂PO₄)₂·H2O及20mL/L H₂O₂中24小时，表面形成钙磷涂层。将钙磷涂层镁锶合金浸泡于5mL的10^-2μM利塞膦酸钠溶液中，37℃孵育24小时，通过利塞膦酸盐与钙离子的螯合作用，在镁合金基体表面形成双磷酸盐涂层。细胞增殖实验证明，同等条件下，相对于钙磷涂层，利塞膦酸盐装载后的表面双膜层结构的镁锶合金具有显著抑制骨巨细胞瘤细胞生长的能力(图4d)，应用于缺损填充时可预防肿瘤挖除术后的肿瘤复发及转移等。

实施例5

除了使用的是镁钙合金基体(Mg-1wt.％Ca)之外，其余同实施例1。细胞毒性实验证明，同等条件下，相对于钙磷涂层，唑来磷酸装载后的表面双膜层结构的镁锶合金对骨巨细胞瘤细胞呈现出明显的细胞毒性(图4e)，应用于缺损填充时可预防肿瘤挖除术后的肿瘤复发及转移等。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。