| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202410791557.5 | 申请日 | 2024-06-19 |
| 公开(公告)号 | CN118743784A | 公开(公告)日 | 2024-10-08 |
| 申请人 | 哈尔滨工业大学; | 申请人类型 | 学校 |
| 发明人 | 赵伟; 刘彦菊; 张月驰; 冷劲松; | 第一发明人 | 赵伟 |
| 权利人 | 哈尔滨工业大学 | 权利人类型 | 学校 |
| 当前权利人 | 哈尔滨工业大学 | 当前权利人类型 | 学校 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：黑龙江省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：黑龙江省哈尔滨市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：150000 |
| 主IPC国际分类 | A61L27/20 | 所有IPC国际分类 | A61L27/20 ; A61L27/54 ; A61L27/52 ; A61L27/50 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 北京隆源天恒知识产权代理有限公司 | 专利代理人 | 闵业冰; |
| 摘要 | 本 发明 涉及 生物 医学技术领域，具体而言，涉及一种基于 形状记忆材料 的骨缺损填充 支架 ；该骨缺损填充支架包括骨架和载药填充物，所述载药填充物填充于所述骨架的内部，所述载药填充物包括载体和负载于所述载体上的药物；所述载体为 水 凝胶或气凝胶，所述骨架的制备材料包括形状记忆 聚合物 ；所述骨架通过加 热能 够在第一形状和第二形状之间切换，所述第一形状的体积小于所述骨缺损的体积，所述第二形状的体积大于所述骨缺损的体积。本发明提供的骨缺损填充支架能够实现与骨缺损的紧密贴合，且不易引发 炎症 和感染等问题。 | ||
| 权利要求 | 1.一种基于形状记忆材料的骨缺损填充支架，用于骨缺损修复，其特征在于，包括骨架和载药填充物，所述载药填充物填充于所述骨架的内部，所述载药填充物包括载体和和负载于所述载体上的药物；所述载体为水凝胶或气凝胶，所述骨架的制备材料包括形状记忆聚合物；所述骨架通过加热能够在第一形状和第二形状之间切换，所述第一形状的体积小于所述骨缺损的体积，所述第二形状的体积大于所述骨缺损的体积。 |
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| 说明书全文 | 一种基于形状记忆材料的骨缺损填充支架技术领域背景技术[0002] 骨移植是临床上大体积骨缺损的主要治疗方法，自体骨移植被誉为骨移植的金标准，但自体骨移植存在着骨来源短缺和二次伤害的风险；异体骨移植又存在疾病的传播、感染和排斥风险。因而，人工骨支架成为了骨缺损技术领域的重要研究方向。然而，传统的人工骨支架的规格固定，往往不能实现与病患的不规则骨缺损的紧密贴合，并且人工材料植入人体，有可能引发炎症和感染等问题，不利于患者恢复。 发明内容[0003] 本发明解决的技术问题是：传统的人工骨支架的规格固定，往往不能实现与病患的不规则骨缺损的紧密贴合，人工材料植入人体，有可能引发炎症和感染等问题，不利于患者恢复。 [0004] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为： [0005] 一种基于形状记忆材料的骨缺损填充支架，用于骨缺损修复，包括骨架和载药填充物，所述载药填充物填充于所述骨架的内部，所述载药填充物包括载体和负载于所述载体上的药物；所述载体为水凝胶或气凝胶，所述骨架的制备材料包括形状记忆聚合物；所述骨架通过加热能够在第一形状和第二形状之间切换，所述第一形状的体积小于所述骨缺损的体积，所述第二形状的体积大于所述骨缺损的体积。 [0006] 较佳地，所述第一形状的体积与所述骨缺损的体积之比为0.98‑0.99，所述第二形状的体积与所述骨缺损的体积之比为1.01‑1.02。 [0007] 较佳地，所述骨架为由负泊松比结构单元排列组成的立方体结构。 [0008] 较佳地，所述载药填充物为三周期极小曲面结构。 [0010] 较佳地，所述骨架的制备材料还包括磁性填料或光热响应填料。 [0014] 较佳地，所述载体与药物的质量比为(10‑20)：1。 [0015] 与现有技术相比，本发明提供的骨缺损填充支架中，骨架的制备材料包括形状记忆聚合物，将该骨缺损填充支架植入人体前，可先将骨架赋形为第一形状(体积小于骨缺损体积)，然后将植入患者的骨缺损部位，再通过加热的方式使其形状变为第二形状(体积大于骨缺损体积)，从而实现骨缺损填充支架与骨缺损紧密贴合；另外，本发明提供的骨缺损填充支架的制备材料均具有较好的生物相容性，不易引发炎症和感染等问题，而且骨缺损填充支架上还通过水凝胶或气凝胶负载有药物，也能进一步起到预防炎症和感染的问题。附图说明 [0016] 图1为本发明实施例中基于形状记忆材料的骨缺损填充支架的结构示意图； [0017] 图2为本发明实施例中骨架的结构示意图； [0018] 图3为本发明实施例中载药填充物的结构示意图。 具体实施方式[0019] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。 [0020] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例中的特征可以相互组合。术语“包含”、“包括”、“含有”、“具有”的含义是非限制性的，即可加入不影响结果的其它步骤和其它成分。以上术语涵盖术语“由……组成”和“基本上由……组成”。如无特殊说明的，材料、设备、试剂均为市售。 [0021] 如图1所示，本发明实施例提供了一种基于形状记忆材料的骨缺损填充支架，用于骨缺损修复，包括骨架和载药填充物，所述载药填充物填充于所述骨架的内部，所述载药填充物包括载体和负载于所述载体上的药物；所述载体为水凝胶或气凝胶，所述骨架的制备材料包括形状记忆聚合物；所述骨架通过加热能够在第一形状和第二形状之间切换，所述第一形状的体积小于所述骨缺损的体积，所述第二形状的体积大于所述骨缺损的体积。 [0022] 需要说明的是，形状记忆聚合物具有以下特点：常温下，材料具有高模量，通过将该材料加热升高温度至材料的玻璃化转变温度(Tg)以上时，材料的模量降低，可将其赋形为临时形状，并在降低温度至材料的玻璃化转变温度(Tg)以下后依然保持该形状。当升高材料的温度至玻璃化转变温度(Tg)以上时，材料可以回复至初始形状。另外，形状记忆聚合物还可以其它外界刺激进行形状切换，例如磁、光信号等。 [0023] 与现有技术相比，本发明实施例提供的骨缺损填充支架中，骨架的制备材料包括形状记忆聚合物，将该骨缺损填充支架植入人体前，可先将骨架赋形为第一形状(体积小于骨缺损体积)，然后将植入患者的骨缺损部位，再通过加热的方式使其形状变为第二形状(体积大于骨缺损体积)，从而实现骨缺损填充支架与骨缺损紧密贴合；另外，本发明实施例提供的骨缺损填充支架的制备材料均具有较好的生物相容性，不易引发炎症和感染等问题，而且骨缺损填充支架上还通过水凝胶或气凝胶负载有药物，也能进一步起到预防炎症和感染的问题。 [0024] 为了实现骨缺损填充支架与骨缺损部分较完美的贴合，所述第一形状的体积应略小于所述骨缺损的体积，所述第二形状的体积应略大于所述骨缺损的体积，且第一形状、骨缺损形状和第二形状的形状相似，也就是说，三者之间可以通过等比例缩放实现转换。示例性地，本发明的一些实施例中，所述第一形状的体积与所述骨缺损的体积之比为0.98‑0.99，所述第二形状的体积与所述骨缺损的体积之比为1.01‑1.02。 [0025] 本发明的一些实施例中，如图2所示，所述骨架为由负泊松比结构单元排列组成的立方体结构。立方体支骨架具有足够的机械性能，在受到拉力、压力、弯转力的时候，可以保证骨架内部填充的水凝胶或气凝胶的完整性和连续性。骨架的负泊松比结构，可使骨架在横向及纵向拥有负泊松比效应，并具有负泊松比结构特殊的力学性能，骨架在植入人体后，在驱动条件(加热)下，可使骨架在横向和纵向同时变形，从而使得骨架进行形状切换时的变形过程更均匀，以减少骨架形状的扭曲变形。 [0026] 本发明的一些实施例中，如图3所示，所述载药填充物为三周期极小曲面结构。三周期极小曲面结构的内部曲面曲率为零，光滑且连续，与松质骨骨小梁的生物结构具有高度相似性，有利于缺损处的新骨生长，而且三周期极小曲面的孔隙形状和密度等参数都能够通过改变构造函数表达式中的参数来控制，便于针对不同位置、不同骨龄情况的骨骼进行个性化的结构调整。 [0027] 本发明的一些实施例中，所述形状记忆聚合物包括聚乳酸、聚乙交酯、聚乙丙交酯、聚对二氧杂环已酮、聚己内脂和聚氨酯中的至少一种。 [0028] 本发明的一些实施例中，所述骨架的制备材料还包括功能填料，所述功能填料为磁性填料或光热响应填料，所述形状记忆聚合物和所述功能填料的质量之比为(3‑5)：1。所述磁性填料包括γ‑三氧化二铁、四氧化三铁、钕铁硼、羰基铁和镍锌铁氧体中的至少一种；所述光热响应填料包括金纳米颗粒、炭黑、氧化石墨烯和黑磷中的至少一种。骨架的制备材料中添加功能填料后，可使其能够在光和磁的刺激下，实现形状的切换，不受传统热驱动形状记忆聚合物玻璃化转变温度和空间的限制。 [0029] 本发明的一些实施例中，所述水凝胶或气凝胶包括壳聚糖、纤维素、透明质酸、肝素、藻酸盐、聚丙烯酸、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺中的至少一种，所述载体与药物的质量比为(10‑20)：1。水凝胶具有更好的稳定性、更高的封装有效性、更优异的生物相容性和生物降解性，可在患处持续释放药物。此外，这些特定的水凝胶具有应激响应性能，使得载药填充物可响应于pH、光、磁、温度、特定离子或酶等外部刺激，从而进一步控制药物释放速率，显著提高药物输送的便利性和输送效率。气凝胶的孔隙结构可设计，内部连通率为100％，光滑且连续，与松质骨骨小梁的生物结构具有高度相似性，有利于缺损处的新骨生长，而且其孔隙形状和密度等参数，都能够通过改变合成条件来控制，便于针对不同位置、不同骨龄情况的骨骼进行个性化的结构调整。需要说明的是，本发明中使用的水凝胶和气凝胶都可以通过壳聚糖、纤维素、透明质酸、肝素、藻酸盐、聚丙烯酸、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺等材料采用不同的工艺制成。例如，水凝胶可以通过自由基聚合发、温度敏感法、离子交换法、微乳化法和光聚合法等方法获得；气凝胶可以超临界干燥法、凝胶柱模法、真空浸渍法和气。相沉积法等方法获得。 [0030] 本发明的一些实施例中，药物选择抗肿瘤药物、抗感染药物、抗病毒药物、抗真菌药物，抗炎镇痛药物、免疫增强剂中的一种或几种。骨支架植入后与患者骨缺损处的压力、摩擦等会造成患者不适甚至感染，加入抗癌药物、抗感染药物、抗炎镇痛药物、免疫增强剂等药物的骨支架在患者的患病骨缺损处释放药物，达到抑制癌细胞生长扩散、预防或治疗伤口感染、抗炎镇痛或提高免疫力等疗效。 [0031] 更具体地，抗肿瘤药物为奥沙利铂、异常春花碱、紫杉醇、多西他赛、吉西他滨、卡培他滨、利妥昔单抗、羟基喜树碱、吡柔比星或表柔比星中的一种或几种；抗感染药物为β内酰胺类抗生素、氨基糖苷类抗生素、大环内酯类抗生素或喹诺酮类中的一种或几种；抗病毒药物为利巴韦林、阿昔洛韦或更昔洛韦中的一种或几种；抗炎镇痛药物为阿司匹林、对乙酰氨基酚、吲哚美辛、萘普生、萘普酮、双氯芬酸、布洛芬、尼美舒利、罗非昔布或塞来昔布等中的一种或几种；抗真菌药物为克霉唑或酮康唑等；免疫增强剂为化学合成药物(如左旋咪唑、异丙肌苷)、人或动物免疫产物(如胸腺素、转移因子、干扰素、白介素)、微生物来源的药物(如卡介苗)、真菌多糖类(如香菇多糖等)或中药有效成分中的一种或几种。 [0032] 本发明的一些实施例中，所述基于形状记忆材料的骨缺损填充支架，通过4D打印方式制得。 [0033] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。 [0034] 实施例1 [0035] S1、诊断骨缺损部位的大小和形状，设计骨缺损填充支架的三维结构模型，骨缺损填充支架的三维结构模型如图1所示；其中，如图2所示骨架为由负泊松比结构单元排列组成的立方体结构，如图3所示，载药填充物为三周期极小曲面结构，载药填充物填充于立方体骨架中。 [0036] S2、确定骨架的成分配比：其中，形状记忆聚合物和功能填料的质量比为3：1；载药填充物由抗感染药物和壳聚糖制成的水凝胶组成，其中，抗感染药物和壳聚糖的质量比为1：10。 [0037] S3、按照上述配方，通过4D打印方式获得如图1所示的骨缺损填充支架。 [0038] 实施例2 [0039] 与实施例1的区别之处在于，形状记忆聚合物和功能填料的质量比为4：1。 [0040] 实施例3 [0041] 与实施例1的区别之处在于，形状记忆聚合物和功能填料的质量比为5：1。 [0042] 实施例4 [0043] 与实施例1的区别之处在于，形状记忆聚合物和功能填料的质量比为5：1，抗感染药物和壳聚糖的质量比为1：15。 [0044] 实施例5 [0045] 与实施例1的区别之处在于，形状记忆聚合物和功能填料的质量比为5：1，抗感染药物和壳聚糖的质量比为1：20。 [0046] 实施例6 [0047] 与实施例1的区别之处在于，步骤S2中，载药填充物由抗感染药物和壳聚糖制成的气凝胶组成，其中，抗感染药物和壳聚糖的质量比为1：10。 |
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