專利名稱：醫(yī)用制劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)用制劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
特別地，本發(fā)明涉及移植用骨材的制備。應該理解，使用骨移 植或骨置換的最終目的是引發(fā)愈合應答，所述愈合應答將在需要新骨 的區(qū)域中產(chǎn)生新骨作為最終產(chǎn)物。
現(xiàn)在參照涉及為內(nèi)部骨松質(zhì)(spongy bone)的松質(zhì)骨(cancellous bone)的骨移植材料來著述本說明書。相反，皮質(zhì)骨占骨骼質(zhì)量的大 部分，并且其是結(jié)構(gòu)骨。
浸漬鈦(和/或其他金屬，例如鋁和釩)的骨移植材料之前已用于 取代皮質(zhì)骨的缺陷或提供結(jié)構(gòu)支持以允許愈合。
然而，人們顯著地關(guān)注這些移植體的毒性，特別是如果涉及適 合皮質(zhì)骨的內(nèi)部的松質(zhì)骨而使用類似物時更是如此。
在松質(zhì)骨或皮質(zhì)骨受到損害或失去時，通常使用骨移植術(shù)作為 外科修復骨或骨缺乏的一部分。正確的孔隙率和內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)已表明可 極大地增強體內(nèi)的愈合、再生過程。這就是期望使用基于骨的、具有 類似的結(jié)構(gòu)的移植體而不是合成等效物的原因。
一種方法是使用自體骨，其時從患者自身中取出的骨。采取這 種選擇，患者通常經(jīng)歷兩個單獨的外科手術(shù)過程-一個過程是除去健 康的骨，然后另一個過程是將其移植到損害的區(qū)域中。
因為與患者具有高的相容性，因此自體骨是理想的移植體，具 有長期的匹配性并具有需要的強度和生物功能。特別地，所述優(yōu)點包 括
優(yōu)異的成骨能力
貢獻能夠立即形成骨的細胞 允許骨受到移植床的誘導，在所述移植床中非骨組織被影響 從而改變其細胞功能并變?yōu)槌晒?br> 缺少組織相容性差別或免疫問題
容易加入
缺少疾病傳播
由于活的骨細胞、膠原蛋白、礦物質(zhì)、和基質(zhì)蛋白、以及結(jié) 合在一起作為新骨形式的大的有小梁表面區(qū)域，自體松質(zhì)骨具有成骨 性、骨誘導性和骨傳導性
然而，該方法具有許多限制，例如
另外的切口或更大的暴露、延長的操作時間、和增加的血液 損失和損傷
來自疼痛和潛在的傳染或殘疾的增加的手術(shù)后發(fā)病率 犧牲正常的結(jié)構(gòu)并削弱供體骨 顯著并發(fā)癥的風險
尺寸、形狀、數(shù)量和質(zhì)量(供給源受到限制，特別是兒童) 中的局限性
另一種選擇是使用尸體骨，它們是從己經(jīng)死亡并且選擇捐獻他 們的身體組織和器官的其他人中獲得的。不幸的是，在使用這些骨的 情況下，人們關(guān)注產(chǎn)品的供給和純度。例如，外科醫(yī)生或供體銀行可 能忽略骨內(nèi)的潛在的疾病，例如HIV、癌癥和肝炎，然后這可能傳播 到接受者。此外，在使用這些來源的骨的情況下患者可能具有心理問 題或宗教問題。
市場上可獲得大量的合成材料，然而人少材料具有與人骨類似 的物理性能、零疾病風險、生物相容性、可通過該方法獲得的骨再生 (骨誘導性)和骨傳導性的結(jié)合。
合成產(chǎn)品的一個例子是VitOSS⑧塊。它們是由(3-磷酸三鈣制成， 其在體外是高水溶性材料，這是不期望的。在使用這樣的材料時，其 具有與自然骨不相同的結(jié)構(gòu)整體性。另外，與自然骨相比，這些產(chǎn)品 制備起來非常貴。
合成產(chǎn)品的其他例子包括Cerabone⑧和Endobon⑧移植體。它們不像VitOSS⑧一樣經(jīng)歷相同的降解，并且具有保持初始骨的互相連接 的孔結(jié)構(gòu)的優(yōu)點。然而，在用作骨移植體時它們?nèi)跃哂腥秉c，例如無 法提供生物功能，例如由自體骨移植體所提供的骨誘導。
發(fā)現(xiàn)合適的松質(zhì)骨移植體的另一種嘗試在PCT/GB1989/01020 中有所描述。該專利說明書公開了一種將牛骨碾碎、然后與明膠混合 以制得移植體的方法。然而，該產(chǎn)品沒有保持自然骨的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所 述內(nèi)部結(jié)構(gòu)增強了體內(nèi)的整合、愈合和再生過程。
另外，將骨磨碎、然后將磨碎的骨再聚集到移植體中的步驟是 費時和昂貴的方法。
另外，使用多個骨塊意味著移植體具有更低的強度，更難整合 到體內(nèi)，并且更難制備。
因為不必是無朊病毒材料，因此明膠的使用也受到關(guān)注。
考慮到BSE的發(fā)生率，具有無朊病毒材料是相當重要的。這是 容易來源的自然骨材(牛骨)盡管作為肉廠的"廢料"十分豐富但它 們卻未被廣泛使用的一個原因。如果可以使用牛(或許其他動物)材 料，那么這能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中的許多問題，即，發(fā)現(xiàn)與骨足夠相似 的材料，從而在體內(nèi)賦予足夠的強度、結(jié)構(gòu)和整合性。
歐洲專利No. 1338291使用牛骨和豬骨來嘗試制備抑制中使用 的骨基質(zhì)。然而，如PCT/GB 1989/01020中所公開的發(fā)明那樣，其依 靠磨碎骨以形成海綿體，然后將該海綿體和明膠混合以形成可以被移 植的海綿體團塊。其也沒有與自然骨相同的結(jié)構(gòu)或強度。
所有的參考文獻，包括本說明書中引用的任何專利或?qū)＠暾垼?都以引入的方式并入本文。不承認任何參考構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。參考的論 述陳述了其作者的主張，且申請人保留對所引用文獻的準確性和相關(guān)
性質(zhì)疑的權(quán)利。顯然將了解，盡管本文提到許多現(xiàn)有技術(shù)公開案，但 此參考并不構(gòu)成對這些文獻中的任一者形成現(xiàn)有技術(shù)中、新西蘭或任 何其它國家的常見普通知識的一部分的承認。
應了解，術(shù)語"包含"在變化的準則下可表示專門或包含性意 義。出于本說明書的目的，且除非另外注明，否則術(shù)語"包含"應具 有包含性意義，即，其將意味著不僅包含其直接參考的所列組件，而且包含其它未指定的組件或元件。當相對于方法或過程中的一個或多 個步驟而使用術(shù)語"包含"時，也將使用此基本原理。
本發(fā)明的目的是處理上述問題或至少提供公眾有用的選擇。 從只通過實施例給出的下面的描述，本發(fā)明的另外的方面和優(yōu) 點將是明顯的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種骨基質(zhì)，其包含 骨基質(zhì)材料，其被除去了有機材料，以及 取代所述有機材料的取代材料，
其特征在于所述骨基質(zhì)材料是由單塊骨形成的。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種制備骨基質(zhì)的方法，所述方 法包括下列步驟
a) 從單塊骨基質(zhì)材料中除去所述初始有機材料，以及
b) 使用取代材料的溶液滲透所述加工的骨基質(zhì)材料，
該方法的特征在于下列步驟
C)在所述加工的骨材料內(nèi)部固化所述取代材料。
在優(yōu)選的實施方案中，本發(fā)明的骨基質(zhì)可被用作骨移植體，并 且在本文中應該這樣稱呼。
然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地意識到本發(fā)明的骨基質(zhì)也能用 于其他目的，例如骨基質(zhì)可用于填充其他結(jié)構(gòu)中的空隙(或增加物)。
此外，盡管與骨不相關(guān)，但是所述材料可以被成形以用作眼睛 移植體。
在優(yōu)選的實施方案中，骨基質(zhì)材料可以是能夠用于取代體內(nèi)的 松質(zhì)骨的類型的骨基質(zhì)材料。然而，本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員將理解在某 些情況下本發(fā)明還可具有涉及取代皮質(zhì)骨的用途。
在優(yōu)選的實施方案中，骨基質(zhì)材料可以是自然骨，并且在本文 中應該這樣稱呼。
應該明白，骨基質(zhì)材料通過其初始加工而保持大量的大孔和大 孔腔之間的互相連接的通道，這允許細胞在生物材料的中心快速地定居。
合適的多孔結(jié)構(gòu)對于獲得能夠被骨細胞降解、進而被新骨取代
的骨代替品而言是必須的。
在優(yōu)選的實施方案中，骨基質(zhì)材料可以是松質(zhì)骨。 在優(yōu)選的實施方案中，骨基質(zhì)材料的堆密度可以基本上為或大
于0.8 g/cm、其是通過重量(立方體的重量)分析和立方體的物理尺寸
來測定的)。
在該水平的堆密度值下，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)燒結(jié)骨的內(nèi)在機械強度較小。
在優(yōu)選的實施方案中，骨基質(zhì)材料可以是源自多種來源(包括 豬、鹿、綿羊和人尸體)的骨。
在特別優(yōu)選的實施方案中，骨基質(zhì)材料可以源自牛，并且在本 文中應該這樣稱呼。
使用牛源骨基質(zhì)材料的一個原因是存在大量供給，特別是來自 屠宰場和動物/肉類加工廠。
使用牛源骨的另一個明顯的優(yōu)點是本發(fā)明的重要方面是使用 單塊骨來制備移植體。
牛骨的尺寸足夠大，從其上可以切下樣品，根據(jù)本發(fā)明來進行 處理，然后切成尺寸和形狀而不需要多塊骨來這樣做。另外，處理的 骨善的任何的殘留物都可以用作填孔劑。
本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員將明白原料骨可以在加工以除去有機材料 并使用取代材料將有機材料取代前或后被切割和成形為所需的移植 體的尺寸和形狀。
然而，這不應該被理解為限定，因為大量的其他骨基質(zhì)材料也 可用于本發(fā)明，例如來自馬或其他更大動物的骨基質(zhì)材料。
應該明白一些骨移植體可能并不大，因此從其他動物來源來取 得骨基質(zhì)材料可能也是可行的。
使用牛骨的明顯的問題是在許多國家爆發(fā)了 BSE(牛海綿狀腦
病)，也稱為瘋牛病。這可能通過攝取或?qū)@得自牛肉產(chǎn)品的稱為朊 病毒的蛋白引入體內(nèi)而傳染給人。人形式的這類疾病被稱為克-雅氏病(CJD)。
在本發(fā)明的優(yōu)選的實施方案中，骨材源自經(jīng)鑒定無BSE的國家，
新西蘭和澳大利亞。
源自新西蘭的牛骨是無BSE的。源自經(jīng)鑒定無BSE的國家的牛 骨是表面上更便宜的材料，這是因為繁重的農(nóng)業(yè)措施和大量的牛骨稱 為屠宰場和肉類加工廠的廢物。
牛骨通常被用作低級肥料?？蛇x擇地，所述骨必須是被丟棄到 環(huán)境中的。
來自經(jīng)鑒定無BSE的國家的牛骨可以源自主流牛群和肉類加工 廠。這是明顯有利的，因為不需要去發(fā)展"安全的"牛群來供應純凈 的無BSE的骨。
如果骨源自BSE國家，例如歐洲或者甚至是美國，存在許多缺 點，這些缺點包括下面方面
在獲得骨材時需要更加小心以確保其是使用安全的。這將明 顯地增加成本、時間和需要的勞動力、以及用于安全的稅務執(zhí)行費用。
在從骨基質(zhì)材料中除去有機材料的步驟中需要更加小心和更 多的質(zhì)量控制。盡管該步驟應當確保骨材是純凈并且無朊病毒的，但 是如果骨源自已知具有BSE的國家，將需要更嚴格的程序、試驗和 質(zhì)量控制。此外，這將顯著地增加生產(chǎn)成本。
廢骨材的使用還提供了降低處置成本和減少必需處置的廢物的 體積的優(yōu)點。
不論骨源(人、牛、或無論那一種)如何，本發(fā)明人意識到骨內(nèi)的 所有有機材料都應該被除去，這樣不僅減少了對于含有朊病毒的材料 的關(guān)注，而且除去了其他潛在的疾病，例如HIV、癌癥和肝炎。
有機材料可以通過許多方式來除去。
在本發(fā)明的一個實施方案中，所述骨可在水性介質(zhì)中進行加熱 和加壓以除去液體有機材料中的大部分蛋白。
在優(yōu)選的實施方案中，然后骨(加熱和加壓加工過)可被燒結(jié) 以燒盡任何剩余的有機材料。
本發(fā)明已發(fā)現(xiàn)該方法有效地對骨進行滅菌，從而確保為完全沒有朊病毒和任何其他疾病的產(chǎn)品。
應該明白這僅是除去有機材料的優(yōu)選方法。
本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員將容易地明白其他方法可用于從骨基質(zhì)材 料中除去有機材料。例如，這些方法可包括使用化學試劑或溶劑(例 如氫氧化鈉、過氧化氫或丙酮)進行處理，盡管據(jù)認為單獨的這些方 法無法提供需要的滅菌程度。
已認識到加入除去有機物的骨基質(zhì)材料通常在一致性上白堊化 并且相應地強度較低。除去形成部分有機材料的膠原蛋白強化了骨基 質(zhì)并提供了骨生長的框架。
盡管骨(除去有機材料)需要多孔結(jié)構(gòu)，但是其沒有這樣的內(nèi)部材 料，該內(nèi)部材料允許骨移植體和植入移植體的身體的生理學容易地整 合。
因此，本發(fā)明包括使用取代材料來代替初始有機材料。 理想地，取代材料是具有一定程度上模擬自體骨功能的取代材 料。例如，取代材料可賦予骨基質(zhì)強度并起到加強材料的作用?？蛇x 擇地或另外地，取代材料可賦予與自體骨的生物學功能類似的生物學 功能。
這是因為骨移植體起到機械和生物學的雙重功能。理想地，一 定的機械強度是重要的-主要是對于處理而言。然而，最終是生物學 活性允許引入移植接受體骨中。
各種取代材料可用于本發(fā)明。這些取代材料包括合成磷酸鈣(例
如|3磷酸三鈣)、合成羥基磷灰石、或甚至藻類或珊瑚衍生的羥基磷 灰石。
已知磷酸鈣(羥基磷灰石)衍生的材料是生物相容的并且能夠與 骨化學結(jié)合。它們廣泛地用作人類外科手術(shù)中的骨修復材料，這是因 為它們的化學組成類似于骨的化學組成。這是優(yōu)選的取代材料。
由于生物相容性，已知磷酸鈣磷灰石(CPA)是最重要的移植性材 料中的一種。自然骨為的CPA (包含羥基磷灰石(HAP))為約70重 量％和50體積％。
在優(yōu)選的方案中，取代材料可以是基于有機材料的基質(zhì)，因為其相對于合成源產(chǎn)品具有許多優(yōu)點。這些優(yōu)點包括下列方面 首先，有機基質(zhì)不可能具有毒性的問題。 其次，有機基質(zhì)賦予骨結(jié)構(gòu)附加的強度。
另外，有機材料可能夠、提高或促使所述骨整合到被移植者的 體內(nèi)。即，據(jù)信機體能夠斷裂有機結(jié)構(gòu)并且使用膠原蛋白纖維來將其 取代，另外強化骨移植體在體內(nèi)的位置和骨移植體的全部強度。
有許多可用于本發(fā)明的合適的有機基質(zhì)材料。這些材料包括(但 不限于)
衍生自毛類的角蛋白，
可源自甲殼類、軟骨類(例如鯊魚骨骼)、和在一些情況下谷物 的葡糖胺，
源自純的動物軟骨的軟骨素，或
也衍生自動物的明膠，
骨髓穿刺液(優(yōu)選自體的)。
應該明白使用動物源取代材料的一個問題是可能存在重新引入 一些疾病(其已經(jīng)通過首先從骨基質(zhì)材料中除去初始有機材料而除 去)的風險。當取代材料源自陸地類動物時特別是這樣的情況。如果 加強材料源自動物，這必須考慮進去并且進行足夠的試驗以確保使用 的是無菌材料。對加強材料進行嚴格的處理確保它們是無菌的可能增 加生產(chǎn)的成本和骨基質(zhì)產(chǎn)品的成本。
使用動物源加強材料(例如鯊魚源材料)的另一個關(guān)注的問題 是它們可能具有與它們所含有的高水平的重金屬(其可能隨后引入患 者中)有關(guān)的毒性問題。。
在另一個實施方案中，加強材料可衍生自植物，例如氧化纖維素。
在優(yōu)選的實施方案中，取代材料還可以是生物活性的或含有生 物活性材料。即，取代材料能促使或增強骨基質(zhì)整合到患者體內(nèi)。這 顯著減少了恢復時間并增加了強度和移植體的整合。
例如，取代材料在其內(nèi)可具有大量幫助骨更容易地整合到機體 內(nèi)和/或促進骨的愈合的生物活性成分，例如骨形成蛋白、骨和生長激素、或自體細胞(例如源自受體骨髓的細胞)。
在一個特別優(yōu)選的實施方案中，優(yōu)選的有機材料可以是衍生自 甲殼類的殼的殼聚糖。
殼聚糖特別適于本發(fā)明，因為一些人相信其是生物活性的，機 體可以斷裂并且使用膠原蛋白纖維來取代。
在另一個實施方案中，取代材料可以是合成的。合適的合成材 料的一個例子是聚己酸內(nèi)酯(PCL)，其是衍生自原油的化學合成法的 生物降解性、熱塑性聚合物。盡管該材料是合成的，但是其具有下列 優(yōu)點其已經(jīng)被用于代替鈦來修復頭骨中的孔，因此已知是骨相容性 的。
在另一個可選擇的實施方案中，取代材料可以是上述成分的組 合、或者這些材料中的一種(或多種)與其他生物相容成分的組合。
本發(fā)明的重要的方面是使用單塊骨來制備骨基質(zhì)(移植體)。這是 因為與其相關(guān)的強度、生物相容性和加工性能。
然而，使用更大塊的骨具有固有的問題，這是本發(fā)明人為了完 成本發(fā)明而需要解決的。
比現(xiàn)有技術(shù)中使用的骨(其通常利用磨碎的骨)更大的骨的一個 明顯的問題是取代材料需要浸漬整個自然骨結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)有技術(shù)中使用的磨碎的骨相對容易達到這點，因為孔的天然 擴散過程和更大的可達性。
然而，取代材料在較大骨內(nèi)、并通過自然骨結(jié)構(gòu)運行的較長的 距離使得難以獲得完全的穿透和所需的強度，并且還使得沖洗整個骨 的雜質(zhì)成為挑戰(zhàn)。
一種解決該問題的方式是降低取代材料的粘度，使得其更容易 流過多孔骨結(jié)構(gòu)。然而，這也導致降低強度和取代材料從骨中倒出來。
因此，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供在骨內(nèi)固化加強材料的步驟。
本文中使用的術(shù)語"固化"應該是指任何確保取代材料能夠在 骨內(nèi)定形的過程。
因此，"固化"過程更可能是在取代材料滲透骨的多孔結(jié)構(gòu)后使其改變粘度的過程。
取決于灌輸?shù)牟牧?，所述固化過程可以通過多種方式來完成。 例如，在一個實施方案中，使用真空法將取代材料足夠快速地
拉過骨，使得材料在其有時間定形/固化之前穿透骨。
取代材料的定形(例如)可以是溶劑的蒸發(fā)、固化劑的作用、禾口/
或施加熱的結(jié)果。
很明顯本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)具有更多的優(yōu)點，這些優(yōu)點包括
避免需要使用自體骨和與其相關(guān)的困難，例如來自獲取操作、
血液損失、傳染幾率、以及更長的住院和恢復時間的慢性、通常是衰
弱的痛苦。第二外科手術(shù)還大量增加了經(jīng)濟成本，本發(fā)明不需要第二
外科手術(shù)位點。
保持增強體內(nèi)愈合和再生過程所需要的正確的多孔性和內(nèi)部 孔結(jié)構(gòu)。組織生長到骨基質(zhì)中所需要的組織結(jié)構(gòu)也是存在的，這就不 需要通過人工方法來產(chǎn)生該結(jié)構(gòu)。
異源移植消除了第二外科手術(shù)的需要，然而移植的骨可與移 植接受體骨不相容并最終被拒絕。異源移植還具有輕微但是麻煩地將 多種病毒(包括AIDS或肝炎)引入患者中的風險。異源移植體可用 本發(fā)明來處理，從而確保無菌產(chǎn)品。源自牛骨的骨基質(zhì)也是無菌的。
在至少下列應用中的用途
整個髖部修復中填充錯誤 脊柱灌注
手和腳的外科手術(shù) 簡單和復雜的骨折修復
關(guān)節(jié)重建
非結(jié)合關(guān)節(jié)或假關(guān)節(jié)、關(guān)節(jié)固定術(shù)和截骨術(shù)
假肢修復外科手術(shù)
脊柱灌注
包囊治療
肢的救治
更少的加工時間，因為單塊骨不需要被斷裂和然后再聚集。 無疾病的移植。本發(fā)明的骨基質(zhì)可以確保沒有病原體和朊病 毒，這對于接受移植的終端患者而言是期望的和有助市場化的。
被移植者體內(nèi)的需要的強度和整合性。
在骨內(nèi)固化材料的過程能夠使用更大塊的骨，其具有上述所 有的優(yōu)點。
與未修飾的燒結(jié)骨產(chǎn)品相比，通過將加強材料滲透到骨基質(zhì) 結(jié)構(gòu)中， 一般認為引入一些加強。
在新西蘭，牛骨是無BSE的主流牲畜群中容易得到和相對便 宜的。
骨基質(zhì)被加工(即燒結(jié))為使得任何有害的蛋白質(zhì)成分都被燃 盡，從而使傳播朊病毒的風險減小為零。
有機材料是用天然源材料(例如殼聚糖)取代的。因此，骨基質(zhì)
不必使用牛、或人、或其他CJD-癡呆傾向動物的膠原蛋白(潛在的朊
病毒源)重新滲透。
通過使用生物活性成分，增強了取代骨的整合性。
因此，該方法在世界上任何地方都容易使用，即使使用受朊
病毒支配的牛骨也是這樣。
該方法不需要培養(yǎng)控制的獸群，因此源材料的價格更加便宜。
骨基質(zhì)可容易成形為需要的形狀。這是由于為單塊骨形式的
骨基質(zhì)材料被燒結(jié)和白堊化(在其加工的初始階段)，其可被成形為需
要的幾何形狀，然后再被滲透。
本發(fā)明的方法使用骨基質(zhì)材和加強材料副產(chǎn)物的材料(即屠宰
廢物和甲殼硬組織)，否則它們將進入垃圾。
滲透材料可改變以包含藥物，從而幫助骨的愈合(例如成骨蛋白)。
附圖簡要說明
從參照附圖只通過實施例給出的下面描述，本發(fā)明的另外的方
面將是明顯的，其中


圖1示出了燒結(jié)松質(zhì)骨(SCBB)和使用有機加強材料滲透的SCBB的骨移植體的樣品；
圖2示出了原料骨、加強燒結(jié)骨和燒結(jié)骨的應力對應變的圖； 圖3示出了在蒸餾水中洗滌數(shù)小時后，樣品中的氨氮的平均總
摩爾數(shù)。對照樣品示出了不存在氨氮；以及
圖4示出了在蒸餾水中洗滌數(shù)小時后，樣品中的CL的平均摩爾
數(shù)；以及
圖5示出了 Log,。韌性對Log,。表觀密度之間的關(guān)系。
實施本發(fā)明的最佳方式
理想的骨基質(zhì)移植材料包括下列特性，這些特征中的許多是物 理性的，并且被競爭性產(chǎn)品所表征。
組成(羥基磷灰石和殼聚糖的比例)
優(yōu)點控制骨的取代率。
益處新形成的骨與自然骨的質(zhì)量相同，在吸收動力學適 于人骨的重作。
孔隙率％
優(yōu)點骨生長和機械性能之間的平衡。
益處骨生長快速的、容易使用的材料。
大孔隙率％
優(yōu)點骨細胞定居在生物材料的中心。
益處材料中均勻的骨生長。
小孔隙率
優(yōu)點生物流體擴散到替代品中。
益處允許材料的營養(yǎng)成分的擴散、細胞廢物的排泄、支 持離子交換(溶出-沉淀)。
互相連接
優(yōu)點快速的細胞在生物材料中心的定居。
益處快速的骨的生長。
耐壓強度〉10MPa
優(yōu)點機械性能。益處通過外科手術(shù)容易使用材料。替代品的穩(wěn)定性。 一種嘗試獲得這點的方法如下所示。 將得自新西蘭肉廠(已知無朊病毒)的松質(zhì)牛骨作為廢物原料。 將骨樣切成所需的形狀和尺寸，然后在水性介質(zhì)中經(jīng)歷加熱和 加壓以除去大部分蛋白和液體有機材料。
隨后將加工的骨在100(TC下燒結(jié)3小時以燒盡剩余的有機材 料，其是一種滅菌方式(通過焚化)以確保產(chǎn)品為完全沒有朊病毒的材 料。
結(jié)果，白堊化的骨的強度較低。 實施例1
通過下列步驟來制備取代材料將2.5 g殼聚糖和1.5 g CaHP04 溶解在250 ml用HCL酸化的水中，從而制得1 % w/v的殼聚糖溶液 和0.6 % w/v的磷酸氫鈣溶液。
通過下列方式將粘度稍大于水的粘度的溶液滲透到多孔燒結(jié)松 質(zhì)牛骨(SCBB)中將SCBB置于能夠抽真空的容器中，然后產(chǎn)生真 空。 一旦達到足夠的真空，則真空管線關(guān)閉并且滲透管線開啟，從而 允許液體流到燒結(jié)骨中。殼聚糖溶液進入SCBB的孔中，并且還進入 SCBB的結(jié)構(gòu)橫隔片內(nèi)的微小裂縫中。
在滲透后，將樣品除去并按照下面列出的固化方案置于NH3(g) 的氣氛中，然后按照下面列出的洗滌方法進行洗滌。
將樣品空氣干燥以產(chǎn)生機械加強的骨取代生物移植體，其是生 物相容的和生物吸收的，同時保留與活骨組織相當?shù)目讖胶蛢?nèi)部孔結(jié) 構(gòu)。
正確的孔隙率和內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)已表明極大地增強體內(nèi)的愈合、再 生過程。
殼聚糖滲透材料本身已表明在置于體內(nèi)時不引起抗原反應，使 得成為與骨取代生物材料那樣的理想的候選者[ll]。
盡管滲透這些殼聚糖的SCBB樣品在壓縮應變下的屈服強度往 往小于原料骨的屈服強度，但是它們隨后的壓縮應力對應變曲線表示骨的特征。
滲透程度通過掃描電子顯微法、染色示蹤法和和紅外線顯微法 來建立。
圖1示出了 SCBB和兩個滲透的燒結(jié)骨樣品。
通過在Instron instrument上進行壓縮試驗來測試機械強度。對 純燒結(jié)骨、原料骨和處理樣品之間的屈服強度、楊氏模量、和應力/ 應變曲線進行比較。由于原料(SCBB)的結(jié)構(gòu)和密度的內(nèi)在自然的可 變性，所以需要統(tǒng)計方法來在該材料和滲透的加強樣品之間進行比 較。
該統(tǒng)計分析在一系列步驟中進行。首先，對許多未處理的SCBB 樣品的進行壓縮試驗。通過將樣品的質(zhì)量除以體積來簡單地計算"表 觀"密度。由該數(shù)據(jù)和壓縮試驗數(shù)據(jù)，制得最大應力對表觀密度的相 關(guān)圖。
將隨后的加強樣品試驗結(jié)果與該基線值比較作為計量物理性能 改善的方法。初始結(jié)果表明一些有機基質(zhì)導致稍微更高的最大應力 值。明顯地應力/應變曲線開始類似于原松質(zhì)骨而不是圖2中所示的 燒結(jié)骨。曲線表明在引起應力失敗后，加強燒結(jié)骨仍然保持一些機械 強度。這與燒結(jié)骨形成鮮明地對照，所述燒結(jié)骨表明在失敗后完全失 去機械強度。
實施例2
通過與上述類似的方法制備其他SCBB樣品，但沒有上述使用 NaOH溶液的"固化"過程。
將聚己酸內(nèi)酯(PCL)溶解在四氫呋喃(THF)中，然后滲透到SCBB 中。然后使THF溶劑蒸發(fā)以產(chǎn)生加強燒結(jié)骨樣品。PCL是在體內(nèi)斷 裂成非毒性副產(chǎn)物的生物相容性聚合物。
其他加強材料(例如氧化纖維素和衍生自羊毛纖維的角蛋白) 可以通過所述方法實際上滲透到SCBB中。
最后，便宜、更容易得到的原料(廢牛骨)被轉(zhuǎn)移到高度生物相容 性骨取代生物移植材料中，賦予未改性的燒結(jié)骨優(yōu)異的機械性能并且沒有任何傳播骨源朊病毒的風險。
生物相容性
通過引用[l]示出以前在體內(nèi)表明為生物相容性的燒結(jié)牛骨，其 中在脊椎外科手術(shù)中已經(jīng)成功地使用了燒結(jié)骨。
另外，未被燒結(jié)但是己被去蛋白質(zhì)的牛松質(zhì)骨已經(jīng)表明在綿羊 和狗模型內(nèi)是骨傳導性的[2, 3]。
另外，加強材料(例如可用于本發(fā)明的聚己酸內(nèi)酯、殼聚糖和 硅石)在以前報道的基礎(chǔ)上已經(jīng)表明分別是生物相容性的(或在用于
雜種材料中時有助于生物相容性)[4-6]。
加強材料的范圍
在固化過程中，下列取代材料被用于試驗。
殼聚糖
殼聚糖+磷酸鈣(共沉淀的)
殼聚糖+TEOS 殼聚糖+京尼平
殼聚糖+京尼平+磷酸鈣(共沉淀的) 殼聚糖+四異丙氧基鈦 聚己酸內(nèi)酯
固化方式
通過置于從濃NH^q)中產(chǎn)生的NH3(g)的氣氛中來固化樣品。
NH3(g)擴散并溶解到滲透液中，從而占據(jù)骨基質(zhì)的孔，其中其水 解以形成氫氧化物。然后氫氧化物發(fā)揮作用以固化殼聚糖并且在存在 時伴隨材料。
對于直徑為12 mm、高度為15 mm的尺寸的樣品，將看到在1 小時內(nèi)發(fā)生。通常，僅將樣品在NH3(g)的氣氛靜置過夜，從而確保完 全的固化。洗滌過程
在固化后，將樣品在蒸餾水中洗滌以除去多余的氨、和用于溶 解殼聚糖和其他化合物的酸的銨鹽。
通過將樣品置于具有輕微攪拌的水的容器中來進行洗滌。使用
400 mL蒸餾水/樣品，并且每隔1小時進行換水。
發(fā)現(xiàn)需要重復3次以除去殘余的氨和其他殘余物，從而恢復至
合適的對照水平或者能夠檢測到這些雜質(zhì)的水平?jīng)]有進一步的降低。
圖3和4示出了在1小時洗滌循環(huán)后樣品中保留的氨/銨(總氨 氮)和氯化物(由于使用HCL以溶解殼聚糖)的水平。
特別地，圖3示出了在蒸餾水中洗滌數(shù)小時后，樣品中的氨氮 的平均總摩爾數(shù)。對照樣品示出了不存在氨氮；
圖4示出了在蒸餾水中洗滌數(shù)小時后，樣品中的CL的平均摩爾數(shù)。
骨基質(zhì)的優(yōu)選的性能
骨基質(zhì)的優(yōu)選的性能是松質(zhì)牛骨的堆密度大于0.8 g/cm、其是 通過重量(立方體的重量)分析和立方體的物理尺寸來測定的)。 在該堆密度值下，燒結(jié)骨被證明具有小的內(nèi)在機械強度。
骨清潔方法
推薦在水中在15psi下高壓蒸氣滅菌6小時，每隔2小時換水。 接著干燥，然后在膛式爐中在IOO(TC下燒結(jié)3小時。
機械數(shù)據(jù)
圖5示出了稱為基質(zhì)B和C(分別包含殼聚糖和殼聚糖/磷酸鈣作 為加強材料)的滲透的樣品，其證明了比等同的未滲透的燒結(jié)牛骨和 聚己酸內(nèi)酯滲透的燒結(jié)骨表面上更高的Log,o韌性值。
特別地，圖5示出了 Log,o韌性對Log,o表觀密度之間的關(guān)系。參考文獻
1. Minamide, A., et al" The use of sintered bone in spinal surgery-European Spine Journal, 2001. 10(0): p. S185-S188.
2. Worth, A丄，et al., Combined xeno/auto-grafting of a benign osteolytic lesion in a dog, using a novel bovine cancellous bone biomaterial. Clinical Communication, In Press.
3. Worth, A., et al., The evaluation of processed cancellous bovine bone as a bone graft substitute. Clinical Oral Implant Research, 2005. 16: p. 379-386.
4. VandeVord, P. J., et al" Evaluation of the biocompatibility of a chitosan scaffold in mice. Journal of Biomedical Materials Research, 2002. 59(3): p.585-590.
5. Gough, J. E., et al" Craniofacial osteoblast responses to polycaprolactone produced using a novel boron polymerisation technique and potassium fluoride post-treatment. Biomaterials, 2003. 24(27): p. 4905-4912.
6. Koo, H. -J., et al., Antiinflammatory effects of genipin, an active principle of gardenia. European journal of pharmacology 2004. 495(2-3): p. 201-208.
7. Madihally， S. V. and H. W. T. Matthew (1999). "Porous chitosan scaffolds for tissue engineering." Biomaterials 20: 1133-1142.
本發(fā)明的方面只通過實施例來描述，并且應該明白在不偏離所 附權(quán)利要求的范圍的情況下可以進行修改和增加。
權(quán)利要求
1.一種骨基質(zhì)，包含骨基質(zhì)材料，其被除去了有機材料，以及取代所述有機材料的取代材料，其特征在于所述骨基質(zhì)是由單塊骨形成的。
2. 如權(quán)利要求1所要求的骨基質(zhì)，其中所述骨基質(zhì)材料是能夠 用于取代松質(zhì)骨的類型的骨基質(zhì)材料。
3. 如權(quán)利要求1或2所要求的骨基質(zhì)，其中所述骨基質(zhì)材料為自然骨。
4. 如權(quán)利要求1至3中任意一項所要求的骨基質(zhì)材料，其中所 述骨基質(zhì)材料為牛骨。
5. 如權(quán)利要求4中所要求的骨基質(zhì)材料，其中所述牛骨來自經(jīng) 鑒定無BSE的國家。
6. 如權(quán)利要求1至5中任意一項所要求的骨基質(zhì)材料，其中所 述骨基質(zhì)材料的堆密度為基本上0.8 g/crr^或更高。
7. 如權(quán)利要求1至6中任意一項所要求的骨基質(zhì)，其中所述取 代材料選自合成磷酸鈣、聚己酸內(nèi)酯、合成羥基磷灰石、或藻類衍 生的羥基磷灰石。
8. 如權(quán)利要求1至6中任意一項所要求的骨基質(zhì)，其中所述取 代材料為基于有機材料的基質(zhì)。
9. 如權(quán)利要求8中所要求的骨基質(zhì)，其中所述取代材料包含下列組分中的一種或多種角蛋白、葡糖胺、軟骨、軟骨素、明膠、氧 化纖維素或殼聚糖、骨髓穿刺液、骨生長激素、和骨形成蛋白。
10. 如權(quán)利要求1至9中任意一項所要求的骨基質(zhì)，其中所述取 代材料浸漬整個所述骨。一種制備骨基質(zhì)的方法，該方法包括下列步驟a) 從單塊骨基質(zhì)材料中除去所述初始有機材料，以及b) 使用取代材料的溶液滲透所述加工的骨基質(zhì)材料，該方法的特征在于下列步驟C)在所述加工的骨材料內(nèi)部固化所述取代材料。
11. 如權(quán)利要求10中所要求的方法，其中通過在水性介質(zhì)中進 行加熱和加壓處理來除去初始有機材料。
12. 如權(quán)利要求10或11中所要求的方法，其中所述除去所述初始有機材料的步驟包括燒結(jié)。
13. 如權(quán)利要求10至12中任意一項所要求的方法，其中所述使用取代材料滲透所述加工的骨基質(zhì)材料是在真空下進行的。
14. 如權(quán)利要求10至13中任意一項所要求的方法，其中固化步 驟作為溶劑蒸發(fā)、固化劑的作用和/或施加熱的結(jié)果而發(fā)生。
15. —種基本上如本文所述和參照所附實施例所示的骨基質(zhì)。
16. —種基本上如本文所述和參照所附實施例所示的方法。
全文摘要
一種骨基質(zhì)，包含被除去了有機材料的骨基質(zhì)材料和取代所述有機材料的取代材料，所述骨基質(zhì)的特征在于所述骨基質(zhì)是由單塊骨形成的。
文檔編號A61L27/40GK101668553SQ200780050457
公開日2010年3月10日 申請日期2007年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月8日
發(fā)明者D·F·萊雅德, M·R·穆卡羅, S·N·G·P·J·迪亞斯 申請人:威凱托大學