親水性的含有磷酸根基團(tuán)的脫水且部分純化的骨骼置換材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及ー種具有限定的等滲溶液吸入能力并含有易子充當(dāng)羥基磷灰石前體 的磷酸根基團(tuán)的親水性脫水且部分純化的骨骼置換材料，以及制備親水性脫水且部分純化 的骨骼置換材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 骨骼缺陷部位可能由感染、疾病、創(chuàng)傷、發(fā)育畸形、惡性腫瘤、手術(shù)或其他因素引 起。通常需要產(chǎn)生一定尺寸的骨骼體積，例如，増加患病頒的體積。在這種情況下，優(yōu)選使 用可以額外被穩(wěn)定化的固體移植物。由于只有在分散部分和周圍骨骼之間沒有或僅有非常 有限的移動(dòng)時(shí)才會(huì)自然愈合，顆粒形式的填充物受限于小空腔。
[0003] 已知有數(shù)種技術(shù)來置換患病或缺失部分，例如使用天然或合成來源的填充材料或 移植物。由于其天然結(jié)構(gòu)，骨骼是非常多孔的。通常，骨骼置換材料試圖模仿人骨骼的化學(xué) 和微觀結(jié)構(gòu)。某些物理-化學(xué)參數(shù)，例如材料的結(jié)晶度、溶解度、粒徑、孔隙率、孔隙結(jié)構(gòu)和 孔隙大小至關(guān)重要，并且可以極大地影響骨相容性和骨整合。這些參數(shù)的不適當(dāng)?shù)慕M合會(huì) 導(dǎo)致骨骼修復(fù)的失敗。已知孔隙大小會(huì)影響細(xì)胞向內(nèi)生長和増殖、血管化和/或細(xì)胞粘附 過程。鑒于這些發(fā)現(xiàn)，可以強(qiáng)調(diào)，天然來源的骨骼置換材料相對(duì)于合成材料具有ー些重要優(yōu) 勢(shì)。雖然自體骨骼被廣泛認(rèn)為是黃金標(biāo)準(zhǔn)，但其應(yīng)用有若干缺點(diǎn)，并且自體和異體骨骼僅以 有限量可用。
[0004] 近年來，大量關(guān)注集中于保留動(dòng)物骨骼的生物力學(xué)性質(zhì)的同時(shí)滿足開發(fā)動(dòng)物來源 的骨骼置換材料的嚴(yán)格控制的生物和化學(xué)-物理要求。
[0005] 市售的骨骼置換材料是TUTOBONE?，它是牛松質(zhì)骨塊（可從TutogenMedical 購買）。它是很大程度上保持了原生機(jī)械強(qiáng)度的脫水且部分純化的骨骼移植物。
[0006] 美國專利6, 942,961號(hào)描述了將生物組織脫水以用于制造具有保留的骨骼結(jié)構(gòu) 的移植物（例如TUTOBONE?)的兩步法。第一歩中，將組織用有機(jī)、水混溶性溶劑部分脫 水。第二步中，將組織通過凍干進(jìn)ー步脫水。
[0007] TUTOB.ONE?，像其它市售的具有保留的骨骼結(jié)構(gòu)和機(jī)械強(qiáng)度的動(dòng)物來源的脫 水且部分純化的骨骼置換材料一祥，未提供令人滿意的親水性和骨整合特性。為了克服市 售的動(dòng)物來源的骨塊的低親水性，外科醫(yī)生必須在手術(shù)之中或之前用生理鹽水沖洗骨塊。 此類骨塊必須通過將它們放置在例如空的注射器中來潤濕并用生理鹽水沖洗數(shù)次。這是耗 時(shí)的，并且在手術(shù)中或醫(yī)院環(huán)境里不實(shí)用。此外，不能保證這種處理過的骨塊完全潤濕并且 不含氣泡。這樣的氣泡可能會(huì)阻止骨骼置換材料的快速整合。在空氣-血液界面不能進(jìn)行 生長或再生。周圍活組織和骨骼置換材料之間的直接的結(jié)構(gòu)和功能聯(lián)系不足?；颊叩难骸?血液成分和細(xì)胞需要在植入后迅速整合移植物材料。
[0008] 因此，需要具有足夠親水性以容易被潤濕和再水化的具有保留的骨骼結(jié)構(gòu)和機(jī)械 強(qiáng)度的動(dòng)物來源的脫水且部分純化的骨骼置換材料。
[0009] 美國專利6, 293, 970號(hào)和US2010/0030340披露了塑化的承重骨骼移植物，其包括 用一種或多種增塑劑浸漬的清潔的（即部分純化的）未脫礦物質(zhì)化承重骨骼移植物，所述 增塑劑主要是糖，如葡萄糖、蔗糖和D-半乳糖，以及C2至C7多元醇，如丙三醇、阿東糖醇、山 梨糖醇、核糖醇、半乳糖醇、甘露糖醇和木糖醇，并且骨骼移植物是"從供體（例如人或動(dòng)物 和/或尸體供體）獲得的任何骨骼或其骨板"。術(shù)語"塑化的"在這里是指骨骼組織中的游 離和松散結(jié)合的水合水被增塑劑置換，且不改變膠原纖維和關(guān)聯(lián)的礦物相的取向，由此保 留天然骨骼的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)。據(jù)教導(dǎo)增塑劑用于穩(wěn)定骨骼移植物，從而防止儲(chǔ)存過程中、 植入過程中或植入后裂縫或微裂縫發(fā)展或傳播，并防止疾病傳播的風(fēng)險(xiǎn)：沒有提到使用增 塑劑作為潤濕劑，這些文件中完全沒有涉及骨骼移植物的親水性問題。在美國專利6293970 號(hào)中，披露了增塑劑以骨骼的3重量％~30重量％使用，并允許骨骼移植物僅在無菌等滲 鹽水中簡(jiǎn)單沖洗以除去"與移植物的直接表面相連的增塑劑"之后或在用等滲鹽水長時(shí)間 沖洗（大約一小吋）以除去"盡可能多的增塑劑"之后直接植入患者體內(nèi)（詳見第8欄第 14-62行和第12欄第10-27行）。在US2010/0030340中，披露了增塑劑的用量為"最小 量"，這是指置換骨骼組織中的水合水的最小量，使用含有超過70體積％增塑劑的增塑組合 物，選擇不經(jīng)再水合植入塑化移植物或在植入前在無菌等滲鹽水中迅速?zèng)_洗植入物（具體 參見[0035]和[0126])，從而如美國專利6293970號(hào)所述，只能除去與移植物的外表面相連 的增塑劑。
[0010] 在上述美國專利文件中，增塑劑置換水合的天然水而不改變膠原纖維和關(guān)聯(lián)的礦 物相的取向：因此，它嵌入骨骼移植物的結(jié)構(gòu)中從而難以在植入前通過用無菌等滲鹽水洗 滌而清除。用等滲鹽水快速漂洗后保留在塑化的部分純化的材料中的塑化劑的有效量難以 估計(jì)：可能的是，當(dāng)相對(duì)于置換的水合的天然水來說增塑劑沒有過量時(shí)，存在的大部分的增 塑劑保留在塑化的部分純化的材料中。在體內(nèi)，增塑劑將僅慢慢地被生理流體洗掉。
[0011] 可能的不能耐受骨骼置換材料（在體內(nèi)植入異體）的患者，在臨床植入中經(jīng)常是 ー個(gè)潛在的問題，特別是如果骨骼置換材料含有大量非生理物質(zhì)的如增塑劑或潤濕劑等添 加劑。
[0012] 本發(fā)明的ー個(gè)目的是提供一種容易被潤濕和水合的天然來源的親水性脫水且部 分純化的骨骼置換材料，其不具有現(xiàn)有技術(shù)、特別是美國專利6942961號(hào)（TUTOBONE? ) 和美國專利6293970號(hào)和US2010/0030340中的骨骼置換材料的缺點(diǎn)，并提供了骨骼置換材 料的支架中改善的新骨骼形成能力。
[0013] 該目的通過如所附權(quán)利要求所限定的發(fā)明達(dá)到。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明提供了ー種具有提高的親水性和骨骼整合性的天然來源的親水性脫水且 部分純化的骨骼置換材料，其中，基本上所有的非膠原有機(jī)材料被除去，而天然骨骼的無 機(jī)、多孔骨結(jié)構(gòu)和膠原結(jié)構(gòu)基本上被保留，其含有0. 〇5w/w%~I. 5w/w%的糖或糖醇中的 至少ー種和〇. 7w/w%~5. 6w/w%的易于與生理流體中的媽離子反應(yīng)產(chǎn)生羥基磷灰石的前 體的磷酸根基團(tuán)，該磷酸根基團(tuán)是生理上可接受的鹽的一部分。
[0015] 本發(fā)明還提供了制造上述具有提高的親水性和骨整合性的天然來源的親水性脫 水且部分純化的骨骼置換材料的方法。
[0016] 如通過等滲溶液吸入能力測(cè)試顯示（主要參見實(shí)施例3和圖IA和1B)，本發(fā)明的 脫水且部分純化的骨骼置換材料是親水的，并從而易子立刻整合到周圍組織中，而沒有形 成氣泡的風(fēng)險(xiǎn)。由于它的糖或糖醇（非生理物質(zhì)）的含量低，它將最小地?cái)_亂人體功能，從 而最大程度被患者耐受。
[0017] 如通過在與含有鈣離子的生理流體類似的介質(zhì)中溫育本發(fā)明的脫水且部分純 化的骨骼置換材料塊的體外實(shí)驗(yàn)顯示（特別參見實(shí)施例4和圖2)，釋放的磷酸根基團(tuán)與 鈣離子反應(yīng)，從而在材料塊的膠原纖維上產(chǎn)生磷酸鈣的白色沉淀，這些磷酸鈣是羥基磷 灰石的前體。這顯示，在體內(nèi)，如在天然系統(tǒng)中那樣（見S.Gajjeramanetal.200"7The JournalofBiologicalChemistry282,2,pp. 1193-1204andS.Bodhaketal. 2009Acta Biomaterialia5,pp. 2178-2188)，骨骼礦物生成物的成核和生長將發(fā)生在親水性脫水且 部分純化的骨骼置換材料的膠原基質(zhì)上，磷酸根基團(tuán)參與了這些過程。
[0018] 因此磷酸根基團(tuán)在促進(jìn)骨骼形成中扮演重要角色。在對(duì)各種動(dòng)物、特別是大鼠和 狗的植入時(shí)，本發(fā)明的親水性脫水且部分純化的骨骼置換材料顯示出極佳的新骨骼形成能 力，且沒有或很少有不良組織病理事件（炎癥或異物反應(yīng)）。
【附圖說明】
[0019] 圖IA顯示了根據(jù)本發(fā)明的8種不同的含有0. 35w/w%山梨糖醇和I.4w/w% (HP0廣和H2PO4O的馬來源的親水性脫水且部分純化的骨骼置換材料塊、根據(jù)現(xiàn)有技 術(shù)的3種不同的天然來源的脫水且部分純化的骨骼置換材料塊和市售牛骨替代材料 TUTOBONE?(TutogenMedicalGmbH)的時(shí)間相關(guān)的等滲溶液吸入能力（液體吸入以mg計(jì)）的比較。
[0020] 圖IB顯示了與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的3種不同的天然來源的脫水且部分純化的骨骼置 換材料塊，和市售牛骨替代材料TUTOBONE?(TutogenMedicalGmbH)相比的根據(jù)本發(fā) 明的8種不同的含有0. 35重量％山梨糖醇和I. 4w/w% (HP042_和H2PO4O的馬來源的親水 性脫水且部分純化的骨骼置換材料塊的時(shí)間相關(guān)的相對(duì)等滲溶液吸入能力（液體吸入和 脫水的材料塊的重量比以％表示）。
[0021] 圖2顯示了在含有10 %FCS(胎牛血清）的DMEM(達(dá)爾伯克氏改良伊格爾培養(yǎng)基） 中溫育后，根據(jù)本發(fā)明的8種不同的含有0. 35w/w%山梨糖醇和I. 4w/w% (HP042_和H2PO4O 的馬來源的親水性脫水且部分純化的骨骼置換材料塊的表面的SEM(掃描電子顯微鏡）顯 微圖像。
[0022] 圖3示意性展示了根據(jù)ー個(gè)實(shí)施方式的骨塊。
[0023] 圖4示意性展示了根據(jù)ー個(gè)實(shí)施方式的骨栓。
[0024] 圖5不意性展不了根據(jù)ー個(gè)實(shí)施方式的骨板。
[0025] 圖6示意性展示了根據(jù)ー個(gè)實(shí)施方式的骨錐形鍵（taperedkey)。
[0026] 圖7示意性展示了根據(jù)ー個(gè)實(shí)施方式的骨棒。
[0027] 圖8示意性展示了根據(jù)ー個(gè)實(shí)施方式的骨粒。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 本發(fā)明提供了天然來源的親水性脫水且部分純化的骨骼置換材料，其中，基本上 所有的非膠原有機(jī)物被除去，而天然骨骼的無機(jī)、多孔骨結(jié)構(gòu)和膠原結(jié)構(gòu)基本上被保留， 其特征在于，骨豁置換材料含有0. 05w/w%~I. 5w/w%的糖