本发明专利技术涉及包含芯和壳的骨替代物,该芯基于羟基磷灰石(HA)、从至少一种多孔木材获得，或基于胶原纤维和羟基磷灰石；该壳基于羟基磷灰石(HA)或碳化硅(SiC)、从至少一种比该芯的至少一种木材的孔隙率低的木材获得。多孔木材具有60%-95%，优选地65%-85%的总孔隙率，并且它选自藤木、松木、非洲枫树木和轻木。壳的木材具有20%-60%，优选地30%-50%的孔隙率。骨替代物用于骨的替代和再生，优选地用于经受机械负载的骨，例如腿和臂的长骨，优选胫骨、跖骨、股骨、肱骨或桡骨的替代和再生。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于具有得自植物结构转化的分层组织结构的“承重”骨替代物的植入体本专利技术涉及用于经受机械负载(承重(load bearing))的骨部分的替代和再生的生物形态骨替代物。影响骨组织的退行性疾病对社会和经济的影响使得需要发展能够呈现优异生物功能性能的合成骨替代物，尤其是在骨科，其中用于骨重建和再生的外科手术正稳定地增加，且日益地涉及仍具有活力的年轻病人。在这方面，骨替代物所需的生物机械性能是特别重要的，以便它在机械负载下促进新的骨组织的发育和重构，从而使对固定技术的依赖最小，而同时使它通过新形成的骨组织尽可能地多进行整合和再吸收。 天然骨显著的和无法超越的生物机械性能严格地是它的各向异性形态的结果，该各向异性形态在从亚微米至宏观维度的尺度范围内是分层组织的，从而使得骨组织可连续地容纳机械负载的变化。基于这些连续的和变化的应力，骨通过细胞中的机制(其充当由于机械刺激的细胞外液的压力变化的传感器)的方式进行自身重构。这样的机制允许受损骨的去除并且用具有组织的、且因此完全功能的形态的新组织来代替它。该机制对于经受机械负载的骨组织的存活至关重要，且仅在分层组织结构存在时可将其激活。迄今，未发现用于经受机械负载(承重)的骨部分的替代和再生的最佳方案，因为没有已知的骨支架，其同时具有生物活性/生物再吸收性和对身体的某些骨部分，例如腿或臂的长骨(例如跖骨，股骨，胫骨，肱骨和桡骨)所经受的机械负载的耐性。本专利技术克服了该缺点，本专利技术使得可获得用于通常的骨生成，且尤其是用于优选地经受机械负载(承重)的骨部分的再生的骨替代物，如在所附权利要求书中所概述。本专利技术提供的骨替代物具有在三个空间维度上以分层方式组织的形态。从植物结构开始获得骨替代物，该植物结构自身呈现分层组织结构和与骨替代物所需要求相容的孔隙率范围，也就是说，可允许细胞的定殖和增殖、以及形成适合的维管树的大孔性(macroporosity),与可允许培养液与含细胞代谢废物的那些相交换的微孔性(microporosity)互相连接。通过适合的热和化学方法将这样的植物结构转化为无机生物活性/生物再吸收性材料，同时维持它们的初始结构和形态。这些器件(device)，由于它们的属性而定义为生物形态(即，它们详细地再现天然材料的结构)，意欲模仿骨的体内生物机械行为，并且由于它们的化学组成，很好地再现天然骨的化学组成，它们可在细胞水平上诱导(induce)相同的响应，从而引导新的骨组织的形成、增殖和成熟。同时，本专利技术的骨替代物可呈现生物机械行为，使得其可用于经受机械负载(承重)的骨部分，例如腿和臂的长骨的替代和再生。本专利技术的骨替代物也可用于不经受机械负载(承重)的骨部分的替代和再生。事实上，该替代物适合于任何所需的再生。本文参考附图详细描述本专利技术，其中:-图1是本专利技术的生物形态骨替代物的特别实施方案的示意图；-图2是说明本专利技术的生物形态替代物的可能的实施方案的方框图；-图3显示去除过量的硅后，随时间记录的SiC(碳化硅)微观结构的照片；-图4是根据本专利技术实施方案的SiC壳的照片，其中该壳具有空心圆柱体形状；-图5显示数个SiC样品的压缩强度；-图6是在羟基磷灰石(HA)/胶原复合物涂料沉积之前(左)和之后(右)SiC壳的照片；-图7显示证明通过电泳沉积使纳米HA晶体在胶原纤维上成核的TEM图像；-图8显示SiC壳表面的XPS能谱结果，其中突出酸侵蚀后C00_基团的形成；通过在模拟的体液(SBF)中浸溃的方式，在涂覆过程期间该COO—基团用于配位钙离子；-图9显示SiC壳表面的FTIR光谱结果，其中突出酸侵蚀后C00_基团的形成；通过在SBF中浸溃的方式，在涂覆过程期间该COO—基团用于配位钙离子；-图10是通过在SBF中浸溃的方式(如在前面两张图中所指出的，使表面经历酸侵蚀之后)用仿生羟基磷灰石层涂覆的SiC壳的微观结构照片；-图1lA显示根据本专利技术的完成的骨替代物，其中壳是SiC，且芯是用碳酸根和镁取代的羟基磷灰石矿化的胶原；-图1lB显示根据本专利技术的完成的骨替代物，其中壳是SiC，且芯是用碳酸根取代的生物形态羟基磷灰石；-图12显示在羊跖 骨中严重缺陷中的生物形态植入体的X-射线，突出SiC壳的骨整合；-图13显示在羊跖骨中严重缺陷中的生物形态植入体的组织切片，突出SiC壳的骨整合；-图14显示在兔股骨远端区中的松颈骨中，由藤木获得的生物形态HA植入体的显微-CT，突出周围骨中支架的非常好的骨整合。本专利申请的专利技术人已惊奇地发现，通过将从具有高孔隙率的木材获得的、基于羟基磷灰石(HA)的生物形态支架(或基于胶原纤维和羟基磷灰石的支架)，封装在从具有减少的孔隙率的木材获得的、基于羟基磷灰石(HA)或碳化硅(SiC)的生物形态壳内，获得具有机械强度性能以及生物活性和/或生物再吸收性特征的骨替代物。该骨替代物因此可用于经受机械负载(承重)的骨部分的替代和再生，而且也用于不经受机械负载的骨部分的替代和再生。这样的骨部分是腿和臂的长骨，例如胫骨、跖骨、股骨、肱骨和桡骨。因此，本专利技术的骨替代物包含从至少一种多孔木材获得的、基于羟基磷灰石(HA)的芯(或基于胶原和羟基磷灰石)，和从至少一种孔隙率比芯的至少一种木材的孔隙率低的木材获得的、基于羟基磷灰石(HA)或碳化硅(SiC)的壳。用于芯的木材可定义为具有高孔隙率的木材，其中高孔隙率意欲为60%_95%，优选65%-85%的总孔隙率。优选地，具有高孔隙率的木材包含一定量的35%_70%的宽孔，优选地孔的总量的40%-65%。这样的孔优选具有70-400 μ m,优选地为80-300 μ m的直径。具有高孔隙率木材的实例是藤木(rattan),松木(pine),非洲枫树木(abachi)和轻木(balsa)。用于壳的木材可定义为具有减少的孔隙率的木材，其中减少的孔隙率意欲为20%-60%，优选地30%-50%的孔隙率。具有减少的孔隙率的木材的实例是萨纳嘎緬茄木(sipo)，橡木(oak)，花梨木(rosewood)和甘巴?木(kempas)。基于胶原和羟基磷灰石的芯优选地包含用仿生的羟基磷灰石矿化的胶原纤维。在本公开内容的下文中，仿生的羟基磷灰石意欲为使用与用于刺激骨再生过程相关的离子部分取代的羟基磷灰石，该离子优选地为碳酸根、镁、硅和/或锶，更优选地为碳酸根和镁或仅碳酸根离子。得自具有高孔隙率的木材结构，或得自用离子取代的HA矿化的胶原的结构的芯，模拟天然骨的内部海绵状部分，而得自具有减少的孔隙率和高机械强度的木材的壳，模拟骨的皮质部分。在本专利技术的实施方案中，用基于羟基磷灰石(HA)和/或胶原的薄层涂覆壳，以增加细胞的粘合力和增殖，且因此在周围骨组织中的骨整合。优选地，所述层包含用HA或用与用于刺激骨再生过程相关的离子取代的HA矿化的胶原，该离子优选地为碳酸根、镁、硅和/或锶，更优选地为碳酸根(仿生的HA)离子。得自具有高孔隙率木材的羟基磷灰石基芯，优选地包含用与用于刺激骨再生过程相关的离子部分取代的羟基磷灰石，该离子优选地为碳酸根、镁、硅和/或锶离子，更优选地为碳酸根离子，或包含离子取代的羟基磷灰石和β-磷酸三钙(β-TCP ；Ca3(PO4)2)的两相混合物。或者，该芯可包含含用仿生的羟基磷灰石矿化的胶原的混合化合物。得自本文档来自技高网...
【技术保护点】
骨替代物，包含芯和壳，所述芯，基于羟基磷灰石(HA)、从至少一种多孔木材获得，或基于胶原纤维和羟基磷灰石，和所述壳，基于羟基磷灰石(HA)或碳化硅(SiC)，所述壳从至少一种比所述芯的至少一种木材的孔隙率低且孔隙率为20%‑60%的木材获得。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.11.08 IT MI2010A0020701.骨替代物，包含芯和壳，所述芯，基于羟基磷灰石(HA)、从至少一种多孔木材获得，或基于胶原纤维和羟基磷灰石，和所述壳，基于羟基磷灰石(HA)或碳化硅(SiC)，所述壳从至少一种比所述芯的至少一种木材的孔隙率低且孔隙率为20%-60%的木材获得。2.根据权利要求1的骨替代物，其中所述至少一种多孔木材的总孔隙率为60%-95%，优选为 65%-85%。3.根据权利要求1或2的骨替代物，其中所述至少一种多孔木材是藤木、松木、非洲枫树木和轻木。4.根据权利要求1-3任一项的骨替代物，其中所述壳的至少一种木材的孔隙率为30%-50%。5.根据权利要求1-4任一项的骨替代物，其中所述壳的至少一种木材是萨纳嘎緬茄木、橡木、花梨木和甘巴豆。6.根据权利要求1-5任一项的骨替代物，其中所述从至少一种多孔木材获得的羟基磷灰石基芯包含用与刺激骨再生过程相关的离子部分取代的羟基磷灰石，所述离子优选碳酸根、镁、硅和/或锶，更优选碳酸根，或包含离子取代的羟基磷灰石和β-磷酸三钙(β-TCP ；Ca3(PO4)2)的两相混合物。7.根据权利要求1-5任一项的骨替代物，其中基于胶原纤维和羟基磷灰石的所述芯包含用羟基磷灰石矿化的胶原纤维，所述羟基磷灰石用与刺激骨再生过程相关的离子部分取代，...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·坦皮埃里，S·斯普里奥，A·鲁菲尼，J·威尔，P·格雷奥，F·米勒，J·马提尼兹费尔南德兹，C·托里斯拉亚，F·M·瓦利拉菲利亚，J·拉米里兹里科，MF·哈曼德，
申请(专利权)人：国家研究委员会，
类型：发明
国别省市：意大利;IT
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