一种包埋载药硅质体的磷酸钙骨水泥及其制备方法和应用与流程

本发明涉及一种生物医用材料技术领域的方法，特别是涉及一种包埋载药硅质体磷酸钙骨水泥及其制备方法和应用。

技术背景

骨肿瘤(bonetumor)是发生于骨骼或其附属组织(血管、神经、骨髓等)的肿瘤，是常见病。同身体其它组织一样，其确切病因不明。肿瘤分为良性肿瘤和恶性肿瘤。良性肿瘤容易清除干净，一般不转移，不复发，对器官、组织只有挤压、阻塞作用；恶性肿瘤破坏组织、器官的结构和功能，一起坏死出血并感染，严重威胁人类生命。骨肿瘤或瘤样病变以手术刮除或切除为主。肿瘤手术力求彻底，以免复发或引起恶变，手术切除后以填充人工合成骨修复材料进行填充并治疗。手术虽然可以快速切除原发病灶，但如果切除不干净，癌细胞还会继续扩散，然而化疗药物如紫杉醇、盐酸阿霉素、柔红霉素、长春新碱等在治愈患者或明显延长患者生命方面有效作用，但对人体正常细胞也有相当大的毒副作用。将抗癌药物制剂化减少毒副作用便成为研究重点。

硅质体药物载体材料，即通过溶胶/凝胶法和自组装过程形成的一种新型运载材料，硅质体中si的含量低于4%，脂质层中形成一层原子厚度的硅氧网络结构，增加了稳定性，解决了稳定性差的问题。与脂质体一样，硅质体具有脂质双层膜囊泡结构，生物相容性好，并且可以生物降解，不会残留在生物体内。它不仅可以包埋亲水性、亲油性药物，甚至还可两亲性药物。利用硅质体作为药物载体可以输送小分子抗癌药物、蛋白质药物、基因以及磁性颗粒等各种不同功能的物质，从而实现多种药物或多种治疗方法的联合，使之成为诊断癌症和杀死癌细胞的有力工具。通过调控硅质体表面si-o-si的缩合度，可控制内载药物的释放速率。研究证明，随着si-o-si缩合度增加，药物释放速率降低。

本发明结合药物硅质体包埋技术和可注射性无机磷酸钙骨水泥材料相结合，能在体内注射后形成以人工骨，alpha-磷酸三钙水化后将硅质体药物固定于人工骨内部，药物又会随着壳层的逐步降解得到缓慢释放和降解，进而安全地代谢出体外。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本发明提供一种包埋载药硅质体磷酸钙骨水泥的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现，：

一种包埋载药硅质体磷酸钙骨水泥的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

（1）将自固化组分和制热的纳米材料混合，得到改性的骨水泥固相粉末，其中alpha-磷酸三钙材料包裹运载作用，紫杉醇@硅质体起到抗癌的作用；

（2）以磷酸钠为主体，以磷酸化壳聚糖、羟丙基甲基纤维素、明胶为改性剂，制备中性骨水泥固化液，改善了配方可注射性；

（3）将骨水泥固相粉末与固化液混合，增加了固化产物主要成分羟基磷灰石，紫杉醇@硅质体在生物体内具有很好的降解能力。

步骤（2）所述的磷酸溶液中磷酸钠的质量分数为10-20%，磷酸化壳聚糖的质量分数为0.01-1%，羟丙基甲基纤维素的质量分数为0.01-1%，明胶的质量分数为0.01-1%；配制方式为室温溶解或60℃以下加热助溶，还可以辅以机械搅拌或磁力搅拌。

步骤（1）所述的紫杉醇@硅质体质量分数为0.1-1%。

alpha-磷酸三钙粒径为15-100nm，紫杉醇@硅质体为100-200nm；混合方式为使用玛瑙研钵将粉末在干燥环境中充分研磨。

具体步骤如下：

（1）硅质体原料的制备：

三颈瓶中加入十六烷胺和乙醇溶剂，充分溶解后加入1/2摩尔量的溴代十六烷，加入催化剂无水碳酸钠，回流120h后停止反应，反复精制得到双十六烷胺；将双十六烷胺与琥珀酸酐加入干燥的四氢呋喃中，充分反应24h，浓缩，用氯仿溶解后依次用10%柠檬酸及饱和氯化钠分液洗涤，溶剂蒸发后得粗产品，然后用乙腈重结晶精制；精制后的产物在1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（edc）催化下，与氨丙基三乙氧基硅烷反应，制备得到硅质体粗原料，柱层析精制得到硅质体精原料；

（2）载紫杉醇硅质体的制备：

将步骤（1）中得到的组分用氯仿溶解，旋转蒸发去除溶剂，加水溶液至脂质膜中，超声分散并在水浴60℃旋转震荡，得混悬液；挤压过50nm孔径大小的碳酸脂膜，得到粒径大小均匀的硅质体；载药时，将各组分用氯仿溶解，旋转蒸发去除溶剂，再加入紫杉醇等药物，加水溶液至脂质膜中，超声分散并在水浴60℃旋转震荡，得混悬液，挤压过50nm孔径大小的碳酸脂膜，得到载药型粒径大小均匀的靶向性硅质体，并使用冷冻干燥得到固态粉末；

（3）药物运载硅质体骨水泥的制备：

配制质量分数为10%的磷酸二氢钠溶液，配制方式可为室温溶解或超声助溶，还可以辅以机械搅拌或磁力搅拌；

按照固化液配方向该溶液中加入磷酸化壳聚糖，配制成质量分数为0.01-1%的磷酸化壳聚糖溶液；

按照固化液配方向磷酸钠-磷酸化壳聚糖溶液中添加羟丙基甲基纤维素、明胶，得到最终质量分数为0.01-1%的羟丙基甲基纤维素和0.01-1%的明胶改性的固化液；

将硫酸钙骨水泥与步骤（2）制得的载紫杉醇硅质体以质量比1000:1、500:1、200：1或100:1混合，混合方式为使用玛瑙研钵将粉末在干燥环境中充分研磨；

将骨水泥粉末与固化液按所需固液比进行调和，即可得到固化时间合适、可注射性较好的包埋载药硅质体磷酸钙骨水泥。

若固化液长期不用，将其保存于4℃环境，使用前预溶。所述预溶方式为在37℃以下加热使固化液成为易流动的液体.

一种包埋载药硅质体磷酸钙骨水泥，其特征在于，根据上述任一所述方法制备得到。

一种包埋载药硅质体磷酸钙骨水泥的应用。

本发明的优点在于：

1.制备方法简便，所用原料简单，适于大量生产。

2.所研制的载药新配方改善了原骨水泥的生物相容性，通过加入具有热疗作用的紫杉醇@硅质体，包埋载药的硅质体磷酸钙骨水泥可注射性有所提高。

附图说明

1、图1为实施例1、2、3、4中需求的硅质体载体和紫杉醇@硅质体的sem照片。

2、图2为实施例1制备含有硅质体的骨水泥固化后得到的sem照片。

3、图3为实施例1、2、3、4固化的骨水泥骨块的力学曲线。

4、图4为实施例4中制热型骨水泥和普通骨水泥抑制肿瘤细胞的对比曲线。

具体实施方式

以下实施例以发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于下述的实施例。

实施例1

将alpha-磷酸三钙分散在无水乙醇中配置成40g/l溶液，以400rpm混合进行液相研磨4h，然后在该溶液中加入1000:1的紫杉醇@硅质体，再加入0.5%的明胶，继续在球磨机中球磨15min，将所得溶液旋转蒸发后得粉末。其中alpha-磷酸三钙：紫杉醇@硅质体=1000:1

称取0.1g磷酸化壳聚糖、0.15g明胶、0.1g羟丙基甲基纤维素，溶解于19.65g磷酸氢钠溶液中，制备得到20%磷酸氢钠、1%磷酸化壳聚糖、1.5%明胶、1%羟丙基甲基纤维素的骨水泥固化液。

将骨水泥粉末与固化液按2-2.5g/ml的固液比进行调和，参照标准astmc191测定初凝时间为11min。

实施例2

将alpha-磷酸三钙分散在无水乙醇中配置成40g/l溶液，以400rpm混合进行液相研磨4h，然后在该溶液中加入500:1的紫杉醇@硅质体，再加入0.5%的明胶，继续在球磨机中球磨15min，将所得溶液旋转蒸发后得粉末。其中alpha-磷酸三钙：紫杉醇@硅质体=500:1

称取0.1g磷酸化壳聚糖、0.15g明胶、0.1g羟丙基甲基纤维素，溶解于19.65g磷酸氢钠溶液中，制备得到20%磷酸氢钠、1%磷酸化壳聚糖、1.5%明胶、1%羟丙基甲基纤维素的骨水泥固化液。

将骨水泥粉末与固化液按2-2.5g/ml的固液比进行调和，参照标准astmc191测定初凝时间为15min。

实施例3

将alpha-磷酸三钙分散在无水乙醇中配置成40g/l溶液，以400rpm混合进行液相研磨4h，然后在该溶液中加入200:1的紫杉醇@硅质体，再加入0.5%的明胶，继续在球磨机中球磨15min，将所得溶液旋转蒸发后得粉末。其中alpha-磷酸三钙：紫杉醇@硅质体=200:1

称取0.1g磷酸化壳聚糖、0.15g明胶、0.1g羟丙基甲基纤维素，溶解于19.65g磷酸氢钠溶液中，制备得到20%磷酸氢钠、1%磷酸化壳聚糖、1.5%明胶、1%羟丙基甲基纤维素的骨水泥固化液。

将骨水泥粉末与固化液按2-2.5g/ml的固液比进行调和，参照标准astmc191测定初凝时间为16min。

实施例4

将alpha-磷酸三钙分散在无水乙醇中配置成40g/l溶液，以400rpm混合进行液相研磨4h，然后在该溶液中加入100:1的紫杉醇@硅质体颗粒，再加入0.5%的明胶，继续在球磨机中球磨15min，将所得溶液旋转蒸发后得粉末。其中alpha-磷酸三钙：紫杉醇@硅质体颗粒=100:1

称取0.1g磷酸化壳聚糖、0.15g明胶、0.1g羟丙基甲基纤维素，溶解于19.65g磷酸氢钠溶液中，制备得到20%磷酸氢钠、1%磷酸化壳聚糖、1.5%明胶、1%羟丙基甲基纤维素的骨水泥固化液。

将骨水泥粉末与固化液按2-2.5g/ml的固液比进行调和，参照标准astmc191测定初凝时间为18min。

所制备得到的骨水泥固化后材料如图2所示，骨水泥固化后，alpha-磷酸三钙发生了水化反应，颗粒在水化过程中长成针状，针结构互相交织，具有一定的力学强度，硅质体颗粒固化在材料中，整体上并不影响骨水泥的形貌和性能。

将实施例1-4中掺杂紫杉醇@硅质体的骨水泥固化后的骨块，如图3所示。实施例1中，在硅质体在极低含量时（质量分数千分之一）。直到实施例4中，硅质体在含量提高到质量分数百分之一时，与空白对比组相比，其固化后的力学性能没有降低。

将实施例4中的固化后的骨水泥骨架放入含有mg骨肉瘤细胞的培养皿中，对比24小时的细胞生存率，结果如图4所示。空白组为填充硅质体的骨水泥，观测结果说明没有明显的细胞毒性，实施例1-实施例4中为填充紫杉醇@硅质体的骨水泥固化组，发现实施例1中细胞生存率为92.7%，实施例2中细胞生存率为84.4%，实施例3中细胞生存率为72.3%，实施例4中细胞生存率为59.3%。结果说明包埋紫杉醇的块状骨水泥具有良好的癌细胞杀伤效能。