本发明专利技术公开了一种制备纳米酶改性的骨科用聚合物的方法及其产品和应用，包括以下步骤：通过在聚合物中原位生长纳米酶以得到改性聚合物；对改性后的聚合物进行机械加工成型，制备聚合物植入物；将改性聚合物植入物用于骨科疾病的治疗、缓解和/预防。本发明专利技术制备的纳米酶改性的骨科用聚合物植入物可减少术后用药剂量，降低药物不良反应和经济负担；增强机械性能，减少植入后并发症；延长对机体的保护作用；避免生理毒性；可调控设计多酶活性，针对疾病个性化定制。病个性化定制。病个性化定制。
【技术实现步骤摘要】
一种制备纳米酶改性的骨科用聚合物的方法及其产品和应用
[0001]本专利技术涉及一种制备纳米酶改性的骨科用聚合物的方法及其产品和应用，属于生物医学工程与功能材料的交叉领域。
技术介绍
[0002]骨组织为身体提供了结构支持，保持骨组织的健康和完整对于人体的正常生活和运动至关重要。然而，随着全球老龄化程度的加深和人们生活方式的变化，骨科疾病的发病率呈现出上升趋势，造成患者的骨组织功能受损。针对这一现象，聚合物因其良好的生物相容性、可加工性和机械性能被广泛用于骨科疾病的治疗中，作为一种可植入的医疗器械起到修复、增强和代替骨组织功能或充当人造软骨的支撑物或锚定物的作用。
[0003]骨组织通过成骨作用和破骨作用之间的动态平衡维持骨组织的功能稳定，即骨代谢平衡。骨组织的功能缺损通常由物理损伤或长期积累的骨代谢失衡造成。造成骨组织功能严重受损的骨科疾病包括晚期关节炎、骨质疏松、骨肿瘤、骨髓炎、大段骨缺损和锥体骨折等，其特征在于机体本身的骨代谢失衡且药物治疗失效，需要使用手术对病灶区域进行管理。在这种情况下，理想的聚合物植入物不仅需要发挥力学层面上的支撑作用，还需要尽可能的辅助机体恢复骨代谢平衡，帮助患者实现良好的术后愈合和功能恢复。然而，常规的骨科用聚合物往往无法实现良好的骨整合和术后骨代谢平衡的恢复，导致这种现象的原因是多方面的：
[0004]1、植入物引起的异物反应。
[0005]尽管聚合物植入物具备良好的生物相容性和生物惰性，但是其作为非宿主组织在植入后会立刻引起机体免疫系统的反应：免疫细胞被激活并聚集到植入物周围，释放活性氧(Reactive oxygen species，ROS)以试图对植入物进行吞噬和清除。然而这种吞噬往往是不成功，这进而造成了过量活性氧的堆积和大量细胞因子的释放，最终在宿主和植入物界面处形成过度的炎症反应并对周围组织造成破坏，如骨组织的吸收和瘢痕组织的形成。更为甚者，为了隔离和包裹植入物，机体会在植入物周围形成纤维组织构成的包膜，以限制植入物和组织的接触，这种纤维包膜的形成会导致植入物稳定性下降同时限制其骨整合效果。因此，降低聚合物植入物引起的异物反应对于提高其体内功能稳定性至关重要。
[0006]2、植入物的微环境调节能力不足。
[0007]接受植入手术的患者通常本身患有严重的骨科疾病，其骨代谢失衡严重，通常伴随着炎症、自身免疫疾病、肿瘤等复杂的情况，往往导致病理微环境中ROS含量的上升。植入手术可以帮助清除坏死的组织，但是无法彻底扭转疾病的发展，在这种情况下，仅靠常规的聚合物植入物无法有效调节病灶区域微环境。尽管可以通过使用双膦酸盐、非甾体抗炎药、免疫拮抗剂等药物进行术后药物管理，但长期的全身给药会造成包括肾脏损伤、消化系统不良、心血管系统损伤、恶性肿瘤等严重的副作用，且加重了患者的经济负担。因此，对植入物进行改性以增强其病理微环境调节能力是一种安全、经济的设计思路，实现对病灶区域局部的免疫调节，降低全身给药的频次和剂量。目前有研究通过在植入物表面形成涂层，并
通过涂层搭载、缓释生物活性物质，如细胞因子、抗氧化剂和抗炎药物等，以提高植入物的病理微环境调控能力。但是在使用过程中涂层会发生降解，搭载的生物活性物质也会随着时间的推移逐渐耗散，难以维持长期的微环境调节作用。因此，开发出新的改性方式使聚合物植入物具备长期的生理微环境调节能力对于患者术后的骨代谢平衡恢复有积极作用。
[0008]3、植入物机械功能退化。
[0009]根据骨科用聚合物在骨组织中扮演的角色以及所需的力学性能，可以分为承重型聚合物材料和非承重型聚合物材料。承重型聚合物材料用于承担负载，常用于骨修复和替代手术中，例如人工关节垫片、骨融合器和骨板等，这些材料通常具有高强度、刚性和耐磨性。然而，承重型聚合物植入物仍会在长期的载重作用下出现机械性能退化的问题，表现为强度降低、韧性下降、颗粒掉落、甚至发生裂纹和断裂。机械性能的退化不仅导致植入物无法发挥正常的功能作用，甚至会给患者带来严重的健康风险。比如在关节置换手术后，约有10％的患者因为无菌松动需要在术后10
‑
20年进行翻修手术，聚合物衬垫在长期负荷下掉落的颗粒是造成无菌松动的主要原因。掉落的颗粒会激活宿主的免疫系统，导致ROS的大量堆积，造成破骨细胞的过度活化和植入物周围骨溶解，最终导致假体的松动甚至是周围骨折。由此可见，保持聚合物植入物长期的机械性能完好是保证其长期发挥功能作用的重要手段。
[0010]归纳目前骨科用聚合物植入物的不足，可以发现理想的骨科用聚合物植入物的改性方向如下：(1)降低植入物引起的异物反应；(2)长期稳定的病理微环境调节能力；(3)长期稳定的机械性能。
[0011]ROS是参与细胞信号传到和细胞功能调节的氧代谢产物，但是在炎症、自身免疫疾病、肿瘤、异物植入、感染等病理情况下，过量ROS会导致氧化应激，这反过来加剧了疾病。已有广泛的研究将消除过量ROS作为调控炎症消退和恢复骨代谢平衡的手段。但是常规的抗氧化剂以牺牲性的方式消除ROS，其作用效果会随着时间下降。天然酶虽然可以通过非化学剂量依赖的形式高效清除ROS，但其不稳定性限制了实际应用。
[0012]掺杂纳米填料是一种增强聚合物的机械性能的有效方法，纳米材料可以通过高比表面积效应、界面增强效应、纳米尺寸效应显著改善聚合物的力学性能、热稳定性和耐磨性等。但其增强效果受限于纳米填料在聚合物基质中的分散情况，直接将纳米填料和聚合物进行机械共混后成型往往会造成纳米填料的团聚，这反而降低了聚合物的机械性能。因此，与传统物理混合相比，在聚合物中原位生长的纳米颗粒，通常具有更好的分散性和更佳的机械增强效果。
[0013]纳米酶是具有类酶催化性质的纳米材料，兼具类酶的活性中心和纳米材料本身的理化性质。纳米酶具有包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)在内的多种酶活性，已被广泛用于多种疾病模型的抗氧化治疗。同时，纳米酶具有高稳定性、可调控性，可以适用于多种天然酶无法耐受的苛刻工作环境。
[0014]专利(申请号：2021104391305)公开了一种基于纳米酶修饰的骨植入材料及其制备方法和应用，所述基于纳米酶修饰的骨植入材料是将纳米酶或纳米酶的前驱体(可原位制备纳米酶)对骨植入材料进行修饰得到。但是，该专利对聚乙烯的改性停留在原料层面，没有进行产品的加工和力学性能测试，因此无法确定其改性方式是否会对植入物的加工、成型和力学性能产生影响；所提出的聚乙烯改性方式适用于分子量200万的聚乙烯，其改性
方式无法满足临床实际使用的超高分子量聚乙烯(分子量≥500万)。该专利中提出的改性方式单次产量为毫克级别，难以满足实际产品制备所需的原料用量。此外，该专利的改性方法中对得到的改性聚乙烯进行了液氮降温和破碎，这种方式会降低聚乙烯的分子量，进一步导致成品的机械性能下降。而且，该专利中所提出的纳米酶改性钛合金植入物修饰方式是在钛合金表面进行纳米酶改性以形成涂层。鉴于钛合金假体在人工关节植入物中常用于制备关节面、股骨头球头等产品，其抗本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种制备纳米酶改性的骨科用聚合物的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)使用聚合物粉料溶解于辅助聚合物溶胀和/或溶解的A溶剂中，在加热状态下进行溶胀和/或溶解；(2)将一种或多种纳米酶或纳米酶前体分散或溶解于其良溶剂B溶剂，并将B溶剂打入溶胀和/或溶解后的聚合物中；(3)使用与A溶剂不互溶的C溶剂对得到的纳米酶改性的聚合物进行溶剂置换，之后进行清洗干燥；所述A溶剂与C溶剂的介电常数相差30以上。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述聚合物粉料包括超高分子量聚乙烯、低分子量聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚醚醚酮、聚乳酸
‑
共
‑
羟基乙酸、聚乳酸、聚乳酸乙醇酸、乙烯
‑
醋酸乙烯共聚物、聚碳酸酯、聚氨酯、聚己内酯、聚乳酸
‑
共
‑
己内酯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种；所述A溶剂包括异戊烷、正戊烷、十氢萘、石油醚、己烷、环己烷、异辛烷、三氟乙酸、三甲基戊烷、环戊烷、庚烷、三氯乙烯、甲苯、对二甲苯、氯苯、邻二氯苯、苯、异丁醇、二氯甲烷、丁醇、正丙醇、四氢呋喃、乙醇、乙酸乙酯、石油醚、环己烷、氯仿、苯、甲苯、二氯甲烷、乙醚、乙酸乙酯、异丙醇、氯仿、吡啶、丙酮、乙酸、乙腈、苯胺、二甲基甲酰胺、甲醇、乙二醇、二甲基亚砜或水中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述纳米酶包括氧化物基纳米酶、硫化物基纳米酶、硒化物基纳米酶、碲化物基纳米酶、氮化物基纳米酶、磷化物基纳米酶、金纳米酶、铜纳米酶、银纳米酶、铂纳米酶、钯纳米酶、铑纳米酶、钌纳米酶、合金纳米酶、铁基金属有机框架纳米酶、锌基金属有机框架纳米酶、铜基金属有机框架纳米酶、锆基金属有机框架纳米酶、铪基金属有机框架纳米酶、钒基金属有机框架纳米酶、金属掺杂的金属有机框架米酶、硼类共价有机框架纳米酶、亚胺类共价有机框架纳米酶、三嗪类的共价有机框架纳米酶、富勒烯基纳米酶、碳纤维基纳米酶、碳纳米管基纳米酶、石墨烯基纳米酶或其他纳米酶的一种或者多种；优选地，所述氧化物基纳米酶含有金属元素，所述金属元素包括锂元素、镁元素、铝元素、钾元素、钙元素、钪元素、钛元素、钒元素、铬元素、锰元素、铁元素、钴元素、镍元素、铜元素、锌元素、镓元素、锗元素、铷元素、锶元素、铱元素、锆元素、铌元素、钼元素、钌元素、铑元素、钯元素、银元素、锡元素、锑元素、铈元素、铪元素、铱元素、铂元素、金元素或铋元素的一种或多种；优选地，所述纳米酶前体包括有机金属盐、氯化金属盐、溴化金属盐、硝酸金属盐、醋酸金属盐、硫酸...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏辉，刘淑杰，郑力铭，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。