複合性骨水泥的製作方法
2023-06-16 00:34:41 1
複合性骨水泥的製作方法
【專利摘要】本發明提出一種複合性骨水泥，其包含一粉劑及一水劑，其中該粉劑包含硫酸鈣及一鈣磷酸鹽；該水劑包含水、膠原蛋白及有效量的一醫藥成分。透過添加膠原蛋白及該醫藥成分於骨水泥的水劑中，能夠使該醫藥成分具備緩釋的效果，且有助於硬骨細胞分化及骨缺損的修補。
【專利說明】複合性骨水泥
【技術領域】
[0001]本發明系關於一種骨水泥，尤指一種可作為醫藥成分載體的複合性骨水泥。
【背景技術】
[0002]臨床上常見由外傷或腫瘤移除所造成的骨缺陷，以及骨質疏鬆症造成的骨基質流失，都會讓骨頭失去支撐的強度，進而影響患者的日常生活。為使上述問題能得到解決，目前已開發出骨填補材料用於植入骨缺陷以加速骨組織修補，達到恢復健康骨組織正常功能的目的。
[0003]好的骨替代物應具備骨傳導性、骨誘導性、生物兼容性、生物可吸收、與骨組織結構類似、容易使用，並且價格低廉。由鈣鹽類所組成的陶瓷材料從1980年代開始被應用於牙科與骨科，良好的生物兼容性與機械性質是其主要優點。其中較常被使用的鈣鹽類包含三|丐磷酸鹽(tricalciumphosphate)、氫氧基磷灰石(hydroxylapatite)以及硫酸鈣(calcium sulfate)。陶瓷的立體孔洞結構讓它能夠攜帶並釋放生物活性物質,例如生長因子與藥物。目前已有文獻顯示可使用磷酸鈣骨水泥作為抗癌藥物(cisplatinum及methotrexate)的載體。作為載體的磷酸鈣骨水泥，一般被認為藥物是吸附在其孔洞結構表面，達到延長釋放時間的效果。
[0004]具生物降解性的高分子，例如聚乳酸、明膠、幾丁質，可作為陶瓷骨水泥的添加輔劑。藉由添加輔劑，可以調整陶瓷骨水泥的降解及藥物釋放能力。因為天然骨組織的組成物包含礦物質與蛋白質，因此複合蛋白質的骨水泥已廣泛被研究。其中最常被使用的蛋白質為膠原蛋白(collagen)。膠原蛋白是人體內含量最多的蛋白質，也有許多研究者單純利用膠原蛋白開發出骨替代物，較常見的作法是將骨水泥與膠原蛋白混合，達到較佳的應用性與生物活性。其中，第一型膠 原蛋白的添加可以促進骨重建(bone remodeling),並加強骨水泥的機械性質，若將骨母細胞培養於複合第一型膠原蛋白的骨水泥上，可以觀察到細胞的增生與分化將有所改變。
[0005]添加膠原蛋白於骨水泥中的方法，目前最簡單可被使用的是將膠原蛋白粉末直接添加於骨水泥粉劑中，然而此膠原蛋白粉末缺乏重組能力，較近似於明膠(已變性的膠原蛋白)。另一種較新的添加方式，是將鈣鹽礦化沉積於已重組的膠原蛋白纖維上，並藉由離心濃縮、再冷凍乾燥，所得的礦化膠原蛋白再經過研磨過篩，即可添加於骨水泥的粉劑中。透過上述兩種方法製備的骨水泥，膠原蛋白含量由2.5wt%到22.5wt%都有，但皆不具備與人體內自然重組的膠原蛋白相同的纖維結構，因此其生物活性較差。
[0006]骨質疏鬆症是一種慢性骨骼代謝異常的疾病，隨年紀增長，蝕骨細胞和成骨細胞之間的作用失衡，導致骨骼密度減少而形成骨質疏鬆。其發生主因共有三類，分別為甲狀腺素及副甲狀腺素脂分泌不平衡、鈣的吸收降低以及活性維他命D的不足，而其中一種常見的治療方法即為施用抑鈣素。
[0007]抑鈣素是一種甲狀腺素製造的荷爾蒙，可防止鈣自骨骼中流失，並促進胃腸道和腎小管吸收鈣而降低血鈣濃度，亦可抑制蝕骨細胞作用，防止骨質再吸收而增加骨質密度，為廣泛使用於治療骨質疏鬆症的醫藥成分。臨床上抑鈣素的使用通常以肌肉注射方式進行，此一方式除了操作較不方便外，藥物於血液中的濃度波動也較容易引發副作用。因此，若能將抑鈣素與特定的骨填補材料結合，其於骨缺損或骨質疏鬆症的治療上將具有一定潛力。然而過去對於將植入物作為藥物投遞系統的研究多關於心血管疾病或糖尿病的管理，其在骨科相關的應用仍在初期階段。
[0008]綜上所述，仍需要一種能夠做為骨科醫藥成分的載體、具備高度生物活性，且可有效縮短骨缺陷癒合時間的複合性骨水泥。
【發明內容】
[0009]本案提出一種複合性骨水泥，其包含一粉劑及一水劑，其中該粉劑包含硫酸鈣及一鈣磷酸鹽；該水劑包含水、膠原蛋白及有效量的一醫藥成分。
[0010]根據上述構想，其中該醫藥成分較佳為一多肽。
[0011]根據上述構想，其中該醫藥成分更佳為抑鈣素。
[0012]根據上述構想，其中該醫藥成分以長效釋放或控制釋放的形式自該複合性骨水泥中釋出。
[0013]前述長效釋放指該醫藥成分的釋放時間高於口服或注射的作用時間；控制釋放指該醫藥成分的釋放速率可調整，並維持在穩定速率一段時間。
[0014]根據上述構想，其中膠原蛋白於該水劑中的重量百分濃度為0.01%至0.1%。
[0015]根據上述構想，其中該粉劑重量與該水劑體積的比例為2公克重:1毫升至3公克
重:1毫升。
[0016]根據上述構想，其中該水劑進一步包含生理食鹽水。
[0017]本案另提出一種具有骨缺損修補能力的骨水泥，其包含一粉劑及一水劑，其中該粉劑包含硫酸鈣及一鈣磷酸鹽；該水劑包含水及膠原蛋白。
[0018]根據上述構想，其中膠原蛋白於該水劑中的重量百分濃度為0.01%至0.1%。
[0019]根據上述構想，其中該粉劑重量與該水劑體積的比例為2公克重:1毫升至3公克
重:1毫升。
[0020]根據上述構想，其中膠原蛋白較佳為第一型膠原蛋白。
[0021]根據上述構想，其中該水劑進一步包含有效量的一醫藥成分。
[0022]根據上述構想，其中該醫藥成分較佳為一多肽。
[0023]根據上述構想，其中該多肽較佳為抑鈣素。
[0024]根據上述構想，其中抑鈣素以長效釋放或控制釋放的形式自該骨水泥中釋出。
[0025]根據上述構想，其中該鈣磷酸鹽選自由氫氧基磷灰石、磷酸鈣、磷酸二鈣、磷酸三鈣、磷酸四鈣、磷酸八鈣及其組合所組成的群。
[0026]根據上述構想，其中該鈣磷酸鹽較佳為氫氧基磷灰石。
[0027]本發明以膠原蛋白預先添加於骨水泥的水劑中做為醫藥成分的載體，存在於水劑中的膠原蛋白分子具備與人體內自然重組的膠原蛋白相同的纖維結構，因此其生物活性較高。將前述水劑與粉劑混合固化後，所得的骨填補材料一方面更近似於人體骨骼組成，另一方面亦可有緩慢釋放當中醫藥成分的效果。
[0028]透過添加膠原蛋白及抑鈣素於骨水泥的水劑中，待與粉劑混合後所形成的骨水泥能夠使抑鈣素具備緩釋的效果，且有助於硬骨細胞分化及骨缺損的修補，其治療效果高於一般骨水泥，具有臨床應用的潛力。
[0029]本發明所提供的骨水泥可作為攜帶抑鈣素的骨填補材料，在此骨填補材料緩慢分解的過程中，可產生孔洞讓骨細胞長入，同時抑鈣素的緩慢釋放可長效性地活化骨細胞且抑制蝕骨作用，使鈣沉積的效率提高，有效加速骨缺陷的癒合。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]圖1顯示各骨水泥樣本的體外降解測試結果。
[0031]圖2顯示各骨水泥樣本的X光繞射圖譜。
[0032]圖3A顯示抑鈣素自骨水泥樣本中釋放的曲線。
[0033]圖3B是將第3圖A轉換至對數坐標軸上呈現的結果。
[0034]圖4A顯示以各骨水泥樣本萃取液培養的細胞其WST-1測試結果。
[0035]圖4B顯示以各骨水泥樣本萃取液培養的細胞ALP活性。
[0036]圖5A為動物實驗第4周時膠原蛋白組的硬骨切片外觀圖。
[0037]圖5B為動物實驗第4周時膠原蛋白組的新生骨螢光觀察結果圖。
[0038]圖5C為動物實驗第4周時膠原蛋白組的新生骨螢光觀察結果的局部放大圖。
[0039]圖為動物實驗第4周時膠原蛋白組的切片X光分析結果圖。
[0040]圖5E為動物實驗第4周時膠原蛋白複合抑鈣素組的硬骨切片外觀圖。
[0041]圖5F為動物實驗第4周時膠原蛋白複合抑鈣素組的新生骨螢光觀察結果圖。
[0042]圖5G為動物實驗第4周時膠原蛋白複合抑鈣素組的新生骨螢光觀察結果的局部放大圖。
[0043]圖5H為動物實驗第4周時膠原蛋白複合抑鈣素組的切片X光分析結果圖。
[0044]圖51為動物實驗第12周時膠原蛋白組的硬骨切片外觀圖。
[0045]圖5J為動物實驗第12周時膠原蛋白組的新生骨螢光觀察結果圖。
[0046]圖5K為動物實驗第12周時膠原蛋白組的新生骨螢光觀察結果的局部放大圖。
[0047]圖5L為動物實驗第12周時膠原蛋白組的切片X光分析結果圖。
[0048]圖5M為動物實驗第12周時膠原蛋白複合抑鈣素組的硬骨切片外觀圖。
[0049]圖5N為動物實驗第12周時膠原蛋白複合抑鈣素組的新生骨螢光觀察結果圖。
[0050]圖50為動物實驗第12周時膠原蛋白複合抑鈣素組的新生骨螢光觀察結果的局部放大圖。
[0051]圖5P為動物實驗第12周時膠原蛋白複合抑鈣素組的切片X光分析結果圖。
[0052]圖6顯示以放射線分析動物實驗組織切片的硬骨鈣化程度。
【具體實施方式】
[0053]本案「 複合性骨水泥」將可透過以下的實施例說明而讓在本領域的技術人員了解其創作精神，並可據以完成。本案的實施並非由下列實施方式而限制其實施型態。
[0054]為確認本發明所提出的骨水泥組成物具有骨誘導能力及其它有利性質，對於骨水泥的物理性質，諸如凝固時間、機械強度、孔隙度、晶體結構、吸水力、體外降解速率等，進行實驗確認。而骨水泥中抑鈣素的釋放速度，以及其萃取液對幹細胞硬骨分化的影響亦有所探討。最後進行動物實驗，將無抑鈣素與複合抑鈣素的骨水泥同時並分別植入骨缺損中，於一定時間後取出骨組織評估硬骨修補的速率。其中各骨水泥樣本的配置方式如下所述。
[0055]作為物性及生物活性測試，各樣本使用了不含抑鈣素的第一型膠原蛋白(Type ICollagen)生理食鹽水劑，依照膠原蛋白於水劑中重量百分濃度的不同，可分為未添加、添加膠原蛋白0.01%,0.05%及0.1%等幾組，以及含抑鈣素(3200IU/ml,等於0.5mg/ml)的膠原蛋白(重量百分濃度0.1%)生理食鹽水劑。粉劑中則含有75%的硫酸鈣與25%的氫氧基磷灰石。其中氫氧基磷灰石的粒徑為5至15微米，硫酸鈣的粒徑為15至35微米。粉劑與水劑的混和比例為2.2克粉劑添加1毫升水劑。
[0056]凝固時間測試
[0057]凝固時間測試是根據美國材料試驗協會(ASTM C266-08el)所制定的規範來操作。首先將混合好的骨水泥塗抹於平坦玻璃片上，厚度約0.5公分，再使用吉爾摩氏試驗儀測試初凝與終凝時間。初凝時間使用粗針(0.3MPa)測試，最初於骨水泥平面上無壓痕出現的時間即為初凝時間，並連續測試三點不同位置確認。終凝時間以細針(5MPa)測試，最初於骨水泥平面上無壓痕出現的時間即為終凝時間，並連續測試三點不同位置確認。測試環境為溫度25°C,溼度60%。各骨水泥樣本的凝固時間測試結果如下表一所不，其中標註a的項目與無相同符號者間的P值(P-value)小於0.001，標註b的項目與無相同符號者間的P值小於0.05，標註c的項目與無相同符號者間的P值小於0.001。
[0058]表一、各骨水泥樣本的凝固時間測試結果
[0059]
【權利要求】
1.一種複合性骨水泥，其包含一粉劑及一水劑，其中該粉劑包含硫酸鈣及一鈣磷酸鹽；該水劑包含水、膠原蛋白及有效量的一醫藥成分。
2.如權利要求1所述的複合性骨水泥，其特徵在於，該醫藥成分為一多肽。
3.如權利要求1所述的複合性骨水泥，其特徵在於，該醫藥成分為抑鈣素。
4.如權利要求1至3中任一權利要求所述的複合性骨水泥，其特徵在於，該醫藥成分以長效釋放或控制釋放的形式自該複合性骨水泥中釋出。
5.如權利要求4所述的複合性骨水泥，其特徵在於，膠原蛋白於該水劑中的重量百分濃度為0.01%至0.1%。
6.如權利要求4所述的複合性骨水泥，其特徵在於，該粉劑重量與該水劑體積的比例為2公克重:1毫升至3公克重:1毫升。
7.如權利要求4所述的複合性骨水泥，其特徵在於，該水劑進一步包含生理食鹽水。
8.一種具有骨缺損修補能力的骨水泥，其包含一粉劑及一水劑，其中該粉劑包含硫酸鈣及一鈣磷酸鹽；該水劑包含水及膠原蛋白。
9.如權利要求8所述的骨水泥，其特徵在於，膠原蛋白於該水劑中的重量百分濃度為0.01% 至 0.1%。
10.如權利要求8所述的骨水泥，其特徵在於，該粉劑重量與該水劑體積的比例為2公克重:1毫升至3公克重:1毫升。
11.如權利要求8所述的骨水泥，其特徵在於，膠原蛋白為第一型膠原蛋白。
12.如權利要求8至11中任一權利要求所述的骨水泥，其特徵在於，該水劑進一步包含有效量的一醫藥成分。
13.如權利要求12所述的骨水泥，其特徵在於，該醫藥成分為一多肽。
14.如權利要求13所述的骨水泥，其特徵在於，該多肽為抑鈣素。
15.如權利要求14所述的骨水泥，其特徵在於，抑鈣素以長效釋放或控制釋放的形式自該骨水泥中釋出。
16.如權利要求12所述的骨水泥，其特徵在於，該鈣磷酸鹽選自由氫氧基磷灰石、磷酸鈣、磷酸二鈣、磷酸三鈣、磷酸四鈣、磷酸八鈣及其組合所組成的群。
17.如權利要求16所述的骨水泥，其特徵在於，該鈣磷酸鹽為氫氧基磷灰石。
【文檔編號】A61L27/12GK103656759SQ201210396521
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年10月17日 優先權日:2012年8月28日
【發明者】張至宏, 許元銘, 方旭偉 申請人:醫療財團法人徐元智先生醫藥基金會亞東紀念醫院