多孔植入材料和相關方法

2023-06-08 19:15:31 3

多孔植入材料和相關方法
【專利摘要】本發明提供了多孔的生物相容性植入物主體和材料。這些材料適當地包含多個隨機布置的熱塑性部件，其中所述部件中的至少一些彼此粘合。所述植入物主體能夠在室溫下從第一形狀操縱成第二形狀並在大約內部體溫下維持所述第二形狀。還提供了製造此類植入物和將所述植入物安裝到受試者中的相關方法。
【專利說明】多孔植入材料和相關方法
[0001] 相關專利申請
[0002] 本專利申請要求2012年2月10日提交的美國專利申請61/597, 360的權益，其整 個內容以引用方式併入本文以用於任何和所有目的。

【技術領域】
[0003] 本發明涉及生物醫學植入物的領域。

【背景技術】
[0004] 由多孔高密度或超高分子量聚乙烯（K)PE或UIMWPE)製成的整形外科植入物目前 在臨床上用於增張或替換骨，通常是在顱面骨架中的骨。這些產品通常如下製造：熔化或 燒結大致球形的具有受控直徑範圍的聚合物顆粒以形成多孔固體。多孔聚乙烯的一個優點 是,在植入之後，所述孔允許軟組織向內生長進該材料中，這會將該材料錨定就位並將它整 合進體內。聚乙烯還具有類似於天然軟組織的材料性能（例如，密度、柔性）。
[0005] 這些植入物的一個限制是，在它們是柔性的且可以容易地彎曲以匹配骨的輪廓的 同時，它們不容易發生永久彎曲。這些植入物在彎曲過大時也容易破裂，因為將聚合物顆粒 粘合到一起的熔化點是該結構的薄弱點。因為孔隙，多孔材料通常還比類似尺寸的固體聚 乙烯形狀更具柔性。這傾向於限制該材料向不需要顯著剛度或強度的部位的潛在應用。
[0006] 這些限制的一個解決方案是，將鈦網摻入多孔聚乙烯中。鈦網改善了複合材料的 強度和延展性，但是當需要對植入部位進行X-射線或MRI成像時，金屬部件的存在是不希 望的。因此，需要如下改善的植入材料：其具有與當前多孔聚乙烯植入物類似的組織相容 性，但是具有增加的強度和在沒有金屬或其它補強材料存在的情況下在外科手術進行時彎 曲成形型的能力。


【發明內容】

[0007] 在滿足所述的挑戰中，本公開首先提供了生物相容性植入物，所述植入物適當地 包含多孔主體，所述多孔主體包含多個隨機布置的熱塑性部件，所述熱塑性部件中的至少 一些具有在大於1至約1000範圍內的縱橫比，所述熱塑性聚合物部件中的至少一些在多個 部位處粘合至其它熱塑性部件，所述多孔主體能夠在室溫下從第一形狀操縱成第二形狀並 在大約內部體溫下維持所述第二形狀。
[0008] 本公開還提供了形成生物相容性植入物的方法，所述方法包括加熱設置在模具中 的熱塑性部件，以便使熱塑性部件中的至少一些彼此粘合；以及向所述熱塑性部件施加壓 力，以便形成包含粘合的熱塑性部件的多孔主體的植入物。
[0009] 本文還提供了形成生物相容性植入物的方法，所述方法包括使多個聚合物部件與 至少一種溶劑接觸，所述溶劑能夠使所述聚合物部件溶解或溶脹以便軟化所述部件；除去 所述至少一種溶劑；以及向所述多個聚合物部件施加壓力，以便形成具有粘合的聚合物部 件的多孔主體的植入物。
[0010]本公開還提供了將植入物引入哺乳動物中的方法，所述方法包括在哺乳動物內選 擇用於植入物引入的位置；以及將根據權利要求A所述的植入物安裝至所選擇的位置。 [0011] 還公開了將植入物施加至目標解剖位置的方法，所述方法包括操縱根據權利要求 A所述的植入物主體，使得所述植入物主體基本上符合目標解剖位置的形狀；以及將所述 植入物主體安裝在所述目標解剖位置處。
[0012] 還公開了包含多孔主體的生物相容性植入物，所述多孔主體包含多個隨機布置的 熱塑性部件，所述熱塑性部件中的至少一些具有伸長的形狀、不規則形狀或兩者,所述熱塑 性聚合物部件中的至少一些在多個部位處粘合至其它熱塑性部件，所述多孔主體能夠在室 溫下從第一形狀操縱成第二形狀並在大約內部體溫下維持所述第二形狀。
[0013] 另外提供了包含多孔主體的生物相容性植入物，所述多孔主體包含多個隨機布置 的熱塑性長絲，所述熱塑性長絲中的至少一些在多個部位處粘合至其它熱塑性長絲，所述 多孔主體能夠在室溫下從第一形狀操縱成第二形狀並在大約內部體溫下維持所述第二形 狀。
[0014] 還提供了包含多孔主體的生物相容性植入物，所述多孔主體由在加熱下彼此粘合 的多個隨機布置的熱塑性部件形成，所述熱塑性部件中的至少一些具有在大於1至約1000 範圍內的縱橫比，所述多孔主體能夠在室溫下從第一形狀操縱成第二形狀並在大約內部體 溫下維持所述第二形狀。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 當結合附圖閱讀時，將進一步理解本
【發明內容】
以及以下【具體實施方式】。為了舉例 說明本發明的目的，在附圖中顯示了本發明的示例性實施例；但是，本發明不限於所公開的 具體的方法、組合物和裝置。另外，附圖未必按比例繪製。在附圖中：
[0016] 圖1示出了通過用立銑刀從聚合物固體塊機加工製成的多個伸長的UHMWPE薄片 的SB!圖像；
[0017] 圖2示出了對於在30倍的PE銑削薄片，通過用立銑刀從聚合物固體塊機加工制 成的單個伸長的UHMWPE薄片的SEM圖像；
[0018] 圖3示出了對於一個示例性纖維PE片材，通過熱粘合UHMWPE長絲以形成多孔固 體而形成的多孔聚乙烯片材的圖像；
[0019] 圖4示出了對於第二示例性纖維PE片材，熱粘合的多孔UHMWPE片材的表面的特 寫光顯微照片，其顯示了伸長的長絲；
[0020] 圖5示出了對於圖4所示的片材,熱粘合的多孔UHMWPE片材的表面在交給放大率 時的特寫光顯微照片，其顯示了伸長的長絲；
[0021] 圖6示出了從熱粘合的多孔UHMWPE片材製成的頭蓋形植入物；
[0022] 圖7示出了圖6的頭蓋形植入物連同用於使該植入物成形的模具；
[0023] 圖8示出了對照材料和根據本公開所述的樣品的彎曲強度數據；
[0024] 圖9示出了對照材料和根據本公開所述的樣品的彎曲模量數據；
[0025] 圖10示出了對照材料和根據本公開所述的樣品的拉伸強度數據；
[0026] 圖11示出了對照材料和根據本公開所訴的樣品的拉伸模量數據；
[0027] 圖I2示出了由圖2中所示的長絲製成的多孔聚乙烯頭蓋形植入物樣品的4個 微-CT圖像；
[0028] 圖13示出了由圖2中所示的長絲製成的多孔聚乙烯頭蓋形植入物樣品的4個 微-CT圖像。

【具體實施方式】
[0029] 通過結合附圖和實例來參考以下【具體實施方式】可以更容易地理解本發明,所述附 圖和實例形成本公開的一部分。應當理解，本發明不限於在本文中描述和/或顯示的具體 的裝置、方法、應用、條件或參數，並且在本文中使用的術語是用於描述特定實施例的目的， 其僅作為示例且並不旨在限制要求保護的發明。另外，在本說明書（包括所附權利要求） 中使用的單數形式"一個"、"一種"和"所述"包括複數形式，並且對特定數值的提及至少包 括該特定值，除非上下文另外清楚地指明。本文中使用的術語"多個"是指多於一個。當表 述值的範圍時,另一個實施例包括從一個特定值和/或至另一個特定值。類似地，當通過使 用前綴"約"將值表述為近似值時，應該理解，該特定值形成另一個實施例。所有範圍是包 含性的和可組合的。
[0030] 應當理解，還可以在單個實施例中組合地提供為了清楚起見在本文中在單個實施 例的背景下描述的本發明的某些特徵。相反，還可以單獨地或以任意子組合提供為了簡潔 起見在單個實施例的背景下描述的本發明的不同特徵。此外，對在範圍內闡述的值的提及 包括在該範圍內的各個和每個值。在本專利申請中引用的任意和所有文件全文以引用方式 併入本文。
[0031] 在第一方面，本公開涉及生物相容性植入物。所述植入物包括包含多個隨機布置 的熱塑性部件的多孔主體，其中所述熱塑性聚合物部件中的至少一些在多個部位處粘合至 其它熱塑性部件。
[0032] 應當理解，術語"部件"可以指以多種形狀存在的聚合物的量。例如，部件可以是 具有傳統圓柱形形式並具有恆定橫截面尺寸（例如，直徑）的纖維。部件還可以是伸長的 顆粒（例如，長方形或甚至足球形狀）。部件可以具有不規則的幾何形狀。例如，部件可以 具有比另一端更大（例如，更寬）的一端。部件可以具有在1、超過1、10、100或甚至1000 範圍內的縱橫比（S卩，長軸與短軸的比率）。部件在構型上可以是扁平的（例如，平板樣或 薄餅樣）。在某些實施例中，部件可以是紡成的或擠出的纖維。可以將纖維切成相同的長度 或不同的長度。還可以使用通過車床或其它銑削機器生產的長絲。例如，圖1示出了，對於 在20倍的PE銑削長絲，通過用立銑刀從聚合物固體塊機加工製成的多個伸長的UHMWPE薄 片的SEM圖像。這些薄片通過用立銑刀將固體塊切掉切片而製備，這會在加工中使所述材 料彎曲。圖 2示出了對於在3〇倍的PE銑削薄片，通過用立銑刀從聚合物固體塊機加工制 成的單個伸長的UHMWPE薄片的SEM圖像。
[0033]圖12呈現了由與圖2所示的長絲類似的長絲製成的多孔聚乙烯頭蓋形植入物樣 品的4個微-CT圖像。深色區域是空隙，而較亮的區域是聚乙烯。這些圖指示延伸穿過樣 品的整個厚度的均勻的孔隙。在右上圖、左下圖和右下圖中顯示的中央空隙是掃描方法的 偽影。所述掃描是穿過圓頂形植入物與它的基底平行的切片，並且沒有捕獲穹頂的中央。 [0034]圖13顯示了由在圖2中所示的纖維製成的多孔聚乙烯頭蓋形植入物樣品的4個 微-CT圖像。深色區域是空隙，而較亮的區域是聚乙烯聚合物。這些圖示出了延伸穿過樣 品的基本上整個厚度的基本上均勻的孔隙。但是，所公開的材料不一定在各處具有均勻的 孔隙。左上圖像和左下圖像顯示了在垂直面中穿過樣品的切片，所述圖像顯示了延伸穿過 樣品的整個厚度的連續均勻的孔隙。在圖中顯示的圓形中央空隙是掃描方法的偽像。所述 掃描是穿過圓頂形植入物與它的基底平行的切片，並且沒有捕獲穹頂的中央。在圖13下面 的圖解指示，樣品具有約37%的測量孔隙率，如下面的數據表中所提供的：

【權利要求】
1. 一種生物相容性植入物，包含： 多孔主體，其包含多個隨機布置的熱塑性部件， 所述熱塑性部件中的至少一些具有在大於1至約1000範圍內的縱橫比， 所述熱塑性聚合物部件中的至少一些在多個部位處粘合至其它熱塑性部件， 所述多孔主體能夠在室溫下從第一形狀操縱成第二形狀並在大約內部體溫下維持所 述第二形狀。
2. 根據權利要求1所述的生物相容性植入物，其中所述生物相容性植入物包含無孔 表面。
3. 根據權利要求1所述的生物相容性植入物，還包含與所述多孔主體粘合的一種或 多種無孔材料。
4. 根據權利要求3所述的生物相容性植入物，其中所述無孔材料包含熱塑性片材。
5. 根據權利要求4所述的生物相容性植入物，其中所述熱塑性片材包含超高分子量 聚乙烯。
6. 根據權利要求1所述的生物相容性植入物，其中所述多孔主體具有互連的孔隙。
7. 根據權利要求1所述的生物相容性植入物，其中所述多孔主體具有在約10體積％ 至約70體積％範圍內的孔隙率。
8. 根據權利要求1所述的生物相容性植入物，其中所述多孔主體中的大多數孔具有 在約100微米至約1000微米範圍內的特徵性橫截面尺寸。
9. 根據權利要求1所述的生物相容性植入物，其中所述植入物具有在約1mm至約10mm 範圍內的厚度。
10. 根據權利要求1所述的生物相容性植入物，其中所述熱塑性部件中的至少一些具 有在約0. 1mm至約5mm範圍內的平均橫截面尺寸。
11. 根據權利要求1所述的生物相容性植入物，其中所述多個隨機布置的熱塑性部件 包含熱塑性部件的多分散混合物。
12. 根據權利要求11所述的生物相容性植入物，其中所述主體的所述熱塑性部件中 的兩個或更多個在橫截面尺寸、組成或兩者上彼此不同。
13. 根據權利要求1所述的生物相容性植入物，其中所述熱塑性部件的平均縱橫比在 約1至約1000的範圍內。
14. 根據權利要求1所述的生物相容性植入物，其中所述粘合的熱塑性部件彼此熔融 粘合。
15. 根據權利要求1所述的生物相容性植入物，其中所述粘合的熱塑性部件彼此溶劑 粘合。
16. 根據權利要求1所述的生物相容性植入物，其中所述熱塑性部件包含均聚物、共 聚物、或它們的混合物或共混物。
17. 根據權利要求1所述的生物相容性植入物，其中一個或多個熱塑性部件包含聚烯 烴、聚烯烴共聚物、或它們的任何組合。
18. 根據權利要求17所述的生物相容性植入物，其中一個或多個熱塑性部件包含聚 乙烯、聚乙烯共聚物、或它們的混合物或共混物。
19. 根據權利要求18所述的生物相容性植入物，其中所述聚乙烯包含高密度聚乙烯、 超高分子量聚乙烯、或它們的任何組合。
20. 根據權利要求1所述的生物相容性植入物，其中所述多孔主體基本上不含金屬。
21. 根據權利要求1所述的生物相容性植入物，其中所述植入物基本上由所述多孔主 體組成。
22. 根據權利要求1所述的生物相容性植入物，其中至少一個部件包含沿著所述部件 的長度變化的橫截面尺寸。
23. 根據權利要求1所述的生物相容性植入物，其中至少一個部件是纖維、長絲、小 板、薄片、小塊、卵形體、或它們的任何組合。
24. 根據權利要求1所述的生物相容性植入物，其中所述多個部件基本上不含球形部 件。
25. 根據權利要求1所述的生物相容性植入物，其中所述多個部件中的至少一些彼此 纏結。
26. 根據權利要求1所述的生物相容性植入物，還包含設置在所述植入物內的補強材 料。
27. 根據權利要求26所述的生物相容性植入物，其中所述補強材料的至少一部分暴 露於所述植入物的外部環境。
28. 根據權利要求26所述的生物相容性植入物，其中所述補強材料包含長絲、顆粒、 或它們的任何組合。
29. -種形成生物相容性植入物的方法，包括： 加熱設置在模具中的熱塑性部件，以便使所述熱塑性部件中的至少一些彼此粘合；以 及 向所述熱塑性部件施加壓力，以便形成包含粘合的熱塑性部件的多孔主體的生物相容 性植入物。
30. 根據權利要求29所述的方法，還包括將無孔熱塑性片材置於所述熱塑性部件的 頂上，以便形成具有無孔表面的生物相容性植入物。
31. 根據權利要求30所述的方法，其中在加熱之後且在施加壓力之前，將所述無孔熱 塑性片材置於所述模具中。
32. 根據權利要求29所述的方法，還包括將補強材料設置在所述熱塑性部件之間。
33. 根據權利要求32所述的方法，其中所述補強材料被設置成使得所述補強材料的 至少一部分暴露於所述生物相容性植入物的外部。
34. -種形成生物相容性植入物的方法，包括： 使多個聚合物部件與至少一種溶劑接觸，所述至少一種溶劑能夠使所述聚合物部件溶 解或溶脹以便軟化所述部件； 除去所述至少一種溶劑； 向所述多個聚合物部件施加壓力，以便形成包含粘合的聚合物部件的多孔主體的生物 相容性植入物。
35. 根據權利要求34所述的方法，還包括在所述施加壓力的步驟之前，將無孔熱塑性 片材放置成與所述多個聚合物部件接觸，以便形成具有無孔表面的生物相容性植入物。
36. 根據權利要求34所述的方法，還包括在所述部件已被軟化之後，從所述多個聚合 物部件中除去所述至少一種溶劑的至少一部分。
37. 根據權利要求34所述的方法，還包括將補強材料設置在所述聚合物部件之間。
38. 根據權利要求37所述的方法，其中所述補強材料被設置成使得所述補強材料的 至少一部分暴露於所述生物相容性植入物的外部。
39. -種將植入物引入哺乳動物中的方法，包括： 在哺乳動物內選擇用於植入物引入的位置；以及 將根據權利要求1所述的生物相容性植入物安裝至所選擇的位置。
40. -種將生物相容性植入物施加至目標解剖位置的方法，包括： 操縱根據權利要求1所述的生物相容性植入物，使得所述植入物主體基本上符合目標 解剖位置的形狀；以及 將所述生物相容性植入物安裝在所述目標解剖位置處。
41. 一種生物相容性植入物，包含： 多孔主體，其包含多個隨機布置的熱塑性部件， 所述熱塑性部件中的至少一些具有伸長的形狀、不規則形狀或兩者， 所述熱塑性聚合物部件中的至少一些在多個部位處粘合至其它熱塑性部件， 所述多孔主體能夠在室溫下從第一形狀操縱成第二形狀並在大約內部體溫下維持所 述第二形狀。
42. -種生物相容性植入物，包含： 多孔主體，其包含多個隨機布置的熱塑性長絲， 所述熱塑性長絲中的至少一些在多個部位處粘合至其它熱塑性長絲， 所述多孔主體能夠在室溫下從第一形狀操縱成第二形狀並在大約內部體溫下維持所 述第二形狀。
43. 根據權利要求42所述的生物相容性植入物，還包含設置在所述植入物內的補強 材料。
44. 根據權利要求43所述的生物相容性植入物，其中所述補強材料的至少一部分暴 露於所述植入物的外部環境。
45. 根據權利要求44所述的生物相容性植入物，其中所述補強材料包含長絲、顆粒、 或它們的任何組合。
46. -種生物相容性植入物，包含： 多孔主體，其由在加熱下彼此粘合的多個隨機布置的熱塑性部件形成； 所述熱塑性部件中的至少一些具有在大於1至約1000範圍內的縱橫比， 所述多孔主體能夠在室溫下從第一形狀操縱成第二形狀並在大約內部體溫下維持所 述第二形狀。
47. 根據前述權利要求中任一項所述的生物相容性植入物，其中所述多孔主體具有在 約0. 1和約0. 9mL/g汞之間的範圍內的侵入體積。
48. 根據前述權利要求中任一項所述的生物相容性植入物，其中所述多孔主體具有在 約5MPa至約15MPa範圍內的拉伸強度，所述拉伸強度基於所述多孔主體的固體結構百分比 而歸一化。
49. 根據前述權利要求中任一項所述的生物相容性植入物，其中所述多孔主體具有在 約300MPa至約600MPa範圍內的拉伸模量，所述拉伸模量基於所述多孔主體的固體結構百 分比而歸一化。
50. 根據前述權利要求中任一項所述的生物相容性植入物，其中所述多孔主體具有在 約5MPa至約25MPa範圍內的彎曲強度，所述彎曲強度基於固體結構百分比。
51. 根據前述權利要求中任一項所述的生物相容性植入物，其中所述多孔主體具有在 約250MPa至約600MPa範圍內的彎曲模量，所述彎曲模量基於固體結構百分比而歸一化。
【文檔編號】A61L27/16GK104245001SQ201380008694
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年2月1日 優先權日:2012年2月10日
【發明者】H. 科爾 S., 安布拉斯特 D., 薩赫巴 A., 德懷爾 J., C. 雷伯 A. 申請人:新特斯有限責任公司