一種用於骨再生的可模壓的生物材料的製作方法

2023-05-27 23:14:16 1

專利名稱：一種用於骨再生的可模壓的生物材料的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種可模壓的生物材料，其包括微粒狀固體多孔材料和 可生物降解的糊狀物材料。所述糊狀物材料和微粒狀固體多孔材料形成用於骨取代或骨增長的 基質。在各種實施例中，所述基質具有高度的結構完整性，植入後不會 立刻或短時間內塌陷為無確定形態的無孔物質，並在植入後保持多孔性， 植入後顯示兩階段的降解和/或當該基質應用於溼的開放的移植部位時， 具有良好的抗洗出能力。活性劑，例如骨生長因子，能被添加到本發明的可模壓的生物材料中。本發明還提供了成套組件(kit)、植入體、製備方法以及醫學應用。
技術背景脊柱融合術或脊柱關節固定術(例如，腰部脊柱融合術)通常作為 由脊骨退變和不穩而導致慢性下腰疼痛病人的"最終手段"使用。用於 治療由推間盤開裂或退變、推間盤塌陷和退變脊推關節的關節變形而導 致的腰痛的 一種建議的方法是去除推間盤而由多孔的裝置取代，其允許 骨頭的生長和相鄰推骨的融合。這種融合技術包括前路腰推推間融合術 (ALIF )、後^各腰推推間融合術(PLIF )、除後外側融合術之外的經推間孔 入路腰推推間融合術(TLIF),在後外側融合術中，融合裝置放置在更後 外側而不是取代推間盤。源自髂嵴的自體骨移植物是用於脊推融合術的黃金標準材料。但是， 使用迴腸作為獲得自體骨的部位呈下降趨勢是由於病人產生了另外的問 題。這些問題包括常規的術後切口疼痛、由於可能形成神經瘤導致的復 雜性局部疼痛疾病、感染、術後局部血肺、對骶骨關節的損傷、對骨盆韌帶的損傷以及骨盆軟組織問題。此外，自體骨移植物具有有限的可獲 得性和不一致的骨質量。因此，自體移植物的使用將由使用骨替代物結合生長因子的方法取代，所述生長因子例如是包括BMP-2 、 BMP-7和GDF-5 的TGF-(3 /BMP族的那些生長因子。這些因子結合下述物質一起使用膠原質、膠原質和羧甲基纖維素， 諸如OP-l( 0sigraf t ( 0P-1植入體)/0P-l灰泥)、Infuse ( InductOs )、 膠原複合羥基磷灰石、磷酸鈣粘結劑(Bone source )、陶瓷化骨、|3-TCP、 p-TCP/羥基磷灰石複合物(TCP/HA 15:85， TCP/HA 40:60 )、 |3-TCP聚 合物複合材料，其包括PLA-DX-PEG共聚凝膠，或水凝膠。W094/15653 /^開了包括磷酸三4丐(TCP )、 TGF-p和膠原質的配方。 TCP已被^Hf作為TGF- |3的運送載體。EP1150726描述了用於誘導新骨生長的成骨海綿體，其包括可再吸收 的海綿體材料、成骨因子和礦物微粒。在PCT/EP2005/006204中，本發明的發明人提供了一種原位硬化的 糊狀物，其包括增塑劑、不溶於水的聚合物和不溶於水的固體填充物， 以及任選的成孔劑，所述成孔劑在與諸如水或體液的水性液體接觸後變 硬。但是，傳統的融合裝置或生物材料存在許多缺點，例如，它們不耐 壓，需要非生理學的高濃度的骨生長促進物質，如所描述的膠原基材料， 伴隨產生不需要的副作用的風險。其它複合物(例如，粘結劑)在植入 後立即或短時間內塌陷成無確定形態的無孔物質，且不會保持多孔基質 的物理完整性。可生物降解的植入體材料，諸如WO03/043673中描述的 p-磷酸三鉤顆粒或HA納米懸浮物，當被用於溼潤的開放的部位時，如 嚴重出血的環境時，易於被洗出或碎裂。諸如羥基磷灰石的生物材料是 非生物降解或部分生物降解，其長時間地保留在體內。變硬材料的另 一個限制因素是硬化過程與應用之間短的時間範圍以 及缺乏多孔性(參見例如經典磷酸釣粘結劑(CPC ),例如Biobon (a -BSM, US2005/0089579) 、 Biocement D和H、 Biofill 、 Bonesource 、 Calcibon⑧、Cementek⑧、Mimics Biopex⑧和Norian SRS ; 更多的例子在PCT/EP2005/006204中有描述，該文獻通過引用全部併入本文)。大 部分這些可獲得的CPC配方是由在相互混合時能進行反應並變硬的兩種 成分組成。在應用前立即將粉末狀的成分與水溶液混合以形成可注射的 糊狀物，有些水溶液包括加速劑或促進劑。這些糊狀組合物很難以糊狀 粘稠度保存超過幾小時至一周或多周而不變硬，在大多數情況下，甚至 不超過20分鐘至約60分鐘或達到約15分鐘，這取決於發生自固化反應 的溫度。包括這些含有脫鈣骨基質(DBM)的CPC,例如在US2005/0084542 中描述的，使用兩種無才幾成分以進行骨水泥反應(cement reaction), 在加入生理學的水性流體之後，用於體內的支架形成。預混合的糊狀配方的另一個缺點是必須無菌製備，因為使用常規的 最終滅菌方法，如伽瑪滅菌，對最終產品進行滅菌是不可能的。因此， 一個原因是活性劑的破壞。因而製造是精細且高成本的。發明內容總之，儘管有諸如陶瓷化材料的生物材料，如|3-TCP、羥基磷灰石 或兩者的混合物、骨粘合劑、包括基於聚合物的材料，或如上描述的膠 原質的存在，但仍有進一步改進生物材料和用於包括脊推融合、顱頜面 再造、關節再造和骨折修復的適應症中提高骨增長的方法的需求。存在 對提高生物相容性和生物可降解性的組合物的需求，所述組合物在體內 提供多孔支架用於細胞的浸潤和遷移以通過骨性結構取代生物材料，同 時減輕了機體的負擔。優選地，所述組合物應是克服了現有技術中傳統 融合裝置或生物材料存在的如上所述的一個或多個缺點的生物材料或裝 置。另 一個目的是提供一種改進生物相容性和生物可降解性的組合物， 所述組合物被調整至缺損部位，並在體內提供多孔支架用於細胞浸潤和 骨取代。本發明的另一個目的是提供原位硬化的生物材料，其適於通過在放 入缺損部位後能形成大孔支架的組合物而移植入需要骨增長的受治療 者，所述生物材料在體內硬化。-6本發明的另一個目的是提供一種原位硬化的生物材料，其適於通過 在放入缺損部位後能形成大孔支架的組合物而移植入需要骨增長的受治 療者，所述生物材料在體內硬化，其中可模壓的生物材料不是含鈣的粘 合劑。本發明的另 一個目的是提供一種原位硬化生物材料，其適於通過在 放入缺損部位後能形成大孔支架的組合物而移植入需要骨增長的受治療 者，所述生物材料在體內硬化，且具有改良的多孔性和/或機械強度。本發明的另一個目的是提供一種原位硬化生物材料，其適於通過在 放入缺損部位後能形成大孔支架的組合物而移植入需要骨增長的受治療 者，所述生物材料在體內硬化，其易於製備且顯示了改良的儲存穩定性。本發明的另一個目的是提供一種改良的生物相容的和生物可降解的 組合物，並持續釋放活性劑。本發明的另一個目的是提供一種改良的生物相容的和生物可降解的 組合物，其適於作為允許與傳統的裝置相比更低劑量的活性劑的傳送系 統。本發明的另 一個目的是提供一種設計用於諸如長骨融合或脊推融合 的骨融合的改良的骨移植取代物材料。本發明的另一個目的是提供一種脊推植入物，其包括一種生骨成分， 以促進相鄰推骨之間的骨融合。本發明的另 一個目的是提供一種用於骨增長的改良的骨移植取代物 材料，所述骨增長包括上頜面骨增長和牙周再生。令人驚訝地，本發明的發明人能夠提供一種能實現這些目的的可模 壓的生物材料以及用於生產所述生物材料的相應方法。於是，本發明的發明人提供一種可模壓生物材料，其包括具有平均粒徑為100-4000|nm的顆粒狀固體多孔材料以及可生物降解的糊狀物材料。所述糊狀物材料和固體顆粒多孔材料形成一種基質，其尤其有利於 骨的取代或增加。所述基質在移植後的至少約兩至三天的時間內保持其 結構的完整性，並且在植入發生骨取代的生理環境後保持其多孔結構。"結構完成性"是指基本保持被植入基質的形狀和大小。這是由於所述兩 種成分體系，其中所述固體顆粒多孔材料形成具有高機械強度的結構， 所述糊狀物材料使固體顆粒多孔材料保持在一起。本發明可模壓生物材料的結構完整性與諸如陶瓷化的或納米結晶羥 基磷灰石懸浮物的現有技術組合物的其它糊狀物相比，所述現有技術糊 狀物的結構在植入後立即或在短時間內塌陷為無確定形態的無孔物質。 本發明的可模壓生物材料的基質的優點還在於在植入後保持其多孔性， 這對於骨取代或骨增長過程很重要。本發明的可模壓生物材料是一種雙成分體系，其在移植後在體內顯 示為兩階段降解，即，每一種組分，顆粒狀固體多孔材料和可生物降解 糊狀材料形成不同的降解動力學。由於所述的兩階段降解，本發明的可 模壓生物材料在植入後保持多孔結構，以提高骨形成。另外，所述的兩 階段降解能使改善諸如骨生長誘導劑的活性劑的持續釋放或運輸。優選地，本發明可模壓生物材料具有該組分之一 的兩階段降解模式， 其在植入體內後最終成為雙組分體系的三階段降解^t式。所述三階段降 解模式可以分別由顆粒狀固體多孔材料、可生物降解糊狀物材料的聚合 物組分以及可生物降解糊狀物材料的陶資化組分的不同的降解動力學導 致的。本發明的可模壓生物材料的一個優點在於，其具有可模壓粘結稠度， 其易於被使用的部位接納並保留在使用的部位。與諸如P-磷酸三鈣顆粒或HA納米懸浮物的其它可生物降解的植入物材料相比，當本發明的植入 物用於溼潤的開放的植入部位，如嚴重出血環境時，其具有很好的抗洗 出能力。本發明的另 一個優點在於，有機溶劑對包含在植入材料中的活性物 質的負面影響可通過將包含有機溶劑的可生物降解的糊狀物材料與包含 諸如(3 -磷酸三釣顆粒的顆粒狀固體多孔材料的活性物質分隔開而被消 除。本發明的再一個優點在於，與傳統的糊狀組合物相比，可壓模生物 材料增加了多孔性，減少了聚合物含量，從而減輕了機體的負擔。此外，與傳統的糊狀組合物相比，可模壓生物材料的機械穩定性增強了 。通過提供一種包含本發明可模壓生物材料的兩種單獨的組分的成套 組件，使兩種組分在使用前立即進行混合成為可能。在使用本發明的可 模壓生物材料之前，立即將含有陶瓷材料的活性物質與含有有機溶劑的 可生物降解的糊狀材料混合，與已處於儲存條件下的含有有機溶劑和活 性劑的配方相比，進一步增加了諸如骨生長誘導蛋白的活性劑的保存期 限。成套組件的另一個優點在於，由於兩種組分被分隔開，可生物降解 的糊狀物材料能夠進行最終的滅菌，例如通過伽瑪滅菌。本發明的一個方面是，與諸如PCT/EP2005/006204中的糊狀物的聚 合物糊狀物相比，儘管植入材料的聚合物含量降低了，但令人驚訝的是， 所述植入物材料在2小時之後顯示的硬度比沒有添加多孔陶資材料的聚 合物糊狀物的硬度高2. 5倍。本發明的其它效果或優點將在下文中描述。本發明的實施方案為U)—種可模壓生物材料，其包括a) 平均粒徑為100-4000ium的顆粒狀固體多孔材料，以及b) 可生物降解的糊狀物材料。(la )優先地，所述顆粒狀固體多孔材料形成所述可模壓生物材料的 內部結構，並構成機械強度，而所述可生物降解的糊狀物材料使顆粒狀 固體多孔材料處於一起。所述可生物降解的糊狀物材料進一步增強固體 顆粒多孔材料的機械強度。由於本發明，在前的顆粒狀固體多孔材料被 併入單一的結構體中，所述結構體具有，與固體顆粒多孔材料(例如， 自由流動的陶資顆粒)和可生物降解的糊狀物材料相比，改進的機械特 性。(lb)更優選地，所述可一莫壓生物材料是一種骨取代材料。(lc)進一步優選地，所述可模壓生物材料是無水的。(ld)最優選地，所述可生物降解的糊狀物材料包括非膠原質基聚合物。(le)在另一個實施方案中，所述可生物降解的糊狀物材料包括一種 合成聚合物。(If )在另一個實施方案中，所述可模壓生物材料的聚合物含量少於 35wt%,優選少於25wt。/。，少於15w"/。，最優選約10-15wt%。(lg)在另一個實施方案中，所述可模壓生物材料的顆粒狀固體多孔材料以及水不溶的固體填充物的含量超過50wt。/。，優選超過55wty。，最優選約58-62wt%。(lh)在另一個實施方案中，可模壓生物材料內的固體材料的量至少 為55wt%，優選在55wt。/。至80wt。/。之間，在55wt。/。至70wt。/。之間，在55wt% 至65wty。之間，在58wt。/。至62wty。之間。優選可模壓生物材料內的固體材 料和/或固體顆粒多孔材料選自硫酸4丐、磷酸4丐和源自牛的骨移植替代物 材料。(2 )實施方案1的可模壓生物材料，其中 所述可生物降解的糊狀物材料是一種糊狀物，其包括i. 一種增塑劑，其是可溶於水的或可與水混合的生物相容的有機液體；ii. 一種不溶於水的聚合物，其可溶於所述可塑劑，並是生物相容 的、可生物降解的，和/或可生物再吸收的；以及iii. 一種不溶於水的固體填充物，其不溶於所述可塑劑， 其中所述糊狀物優選是可注射的。(2a)實施方案1的可模壓生物材料，其中a )所述顆粒狀固體多孔材料包括由磷酸釣或硫酸鈣，優選磷酸三鈣， 最優選p-磷酸三鉤製成的顆粒，優選陶瓷化顆粒，其平均粒徑為 100-4000nm， 100-3000nm, 100-2000|im, 100-1500|Lim, 500-4000pm， 500-3000jim, 500-2000(am, 500-1500(im，或500-1000|_im,以及 b)所述可生物降解的糊狀物材料是一種糊狀物，其包括 i. 一種增塑劑，其是可溶於水的或可與水混合的生物相容的有機液體；ii. 一種不溶於水的聚合物，其可溶於所述增塑劑，並是生物相容的、可生物降解的，和/或可生物再吸收的；以及iii. 一種不溶於水的固體填充物，其不溶於所述可塑劑， 其中所述糊狀物一方面優選是可注射的。(2b)任選地，所述可生物降解的糊狀物材料是可注射的且在其包裝 中是穩定的，且一旦與水性媒介或體液接觸後，能夠在原部位硬化以形 成固體才直入體。(2c)本發明的所述顆粒狀固體多孔材料是可生物降解的、可生物再 吸收的，和/或生物相容的，優選大孔的和/或微孔的生物材料，其具有 骨傳導性，加入諸如骨生長促進物質的活性劑或其結合物同樣具有骨傳 導特性。它可增加可模壓生物材料的機械穩定性，並在諸如聚合物成分 的b)中可生物降解糊狀物材料降解後，留下作為用於細胞浸潤和隨後的 骨取代的基質。優選地，所述固體多孔材料具有相互連接的孔。優選地，所述的顆粒狀固體多孔材料是一種無機釣化合物或諸如生 物玻璃的二氧化矽基材料。更優選地，所述顆粒狀固體多孔材料是磷酸 鈣，最優選磷酸三鈣，0-磷酸三鈣、a-磷酸三鈣、磷灰石、含有磷酸 鈣的粘合劑、磷酸四鈣、兩階段磷酸三鈣/羥基磷灰石材料(TCP/HA)或 其組合物或混合物，最優選P-磷酸三4丐。優選地，所述顆粒狀固體多孔材料具有顆粒狀外觀，更優選作為自 由流動的顆粒。所述顆粒狀固體多孔材料優選的平均粒徑及其優選的實 施方案為100-4000jum ， 100-3000jum, 100-2000nm, 100-1500pm, 500-4000|Lim， 500-3000|am, 500-2000pm, 500-1500，或500-1000jim。另外，所述顆粒狀固體多孔材料任選是活性劑的載體，如下文中實 施方案6中描述的。優選地，所述活性劑至少部分均勻地或均勻地分布 於顆粒狀固體多孔材料上。最優選地，所述顆粒狀固體多孔材料均勻或 隨機的塗敷有諸如形態發生蛋白的活性劑，其包括但不限於BMP-2、 BMP-7 或GDF-5。所述包括BMP-2、 BMP-7或GDF-5的活性劑可以現有寺支術中已 知的活性形式使用，包括它們的成熟蛋白或生物活性片段或其變異體(例如，帶有N-末端丙氨酸延伸的成熟人類BMP-2蛋白)。(2d)在一個實施方案中的所述可生物降解的糊狀物材料內的所述不 溶於水的固體填充物包括a) —種無機化合物，和/或b) —種有機化合物。 這個實施方案中的無機化合物優選是釣化合物、氧化鎂、氫氧化鎂、從、碳酸鎂、二氧化矽或其組合物或混合物，更優選硫酸鈣、碳酸鈣或 磷酸鈣，最優選磷酸三鈣、p-磷酸三鈣、a-磷酸三鈣、磷灰石、含有 磷酸鈣的粘結劑、磷酸四鈣、兩階段磷酸三鈣/羥基磷灰石材料(TCP/HA) 或其組合物或混合物。所述有機化合物包括殼聚糖、膠原質、藻酸4丐、聚(2-曱基丙烯酸羥 乙酯)、透明質酸或其衍生物、纖維素或其衍生物，或澱粉或其衍生物。在(2d)中提及的一種或多種化合物的組合物也包括在內。任選地，可生物降解的糊狀物材料包括至少一種另外的含有鈣的不 溶於水的固體填充物，優選選自硫酸4丐、碳酸4丐、磷酸氬釣或羥磷灰石。(2e) —個實施方案中的可生物降解的糊狀物材料內的所述不溶於水 的聚合物包括聚(a-羥酸)、聚原酸酯、聚酸酐、聚胺基酸、聚乙醇酸 (PGA )、聚乳酸(PLLA )、聚(D， L)-乳酸(PDLLA )、聚(乳酸-共-羥基乙 酸)(PLGA)、聚(乳酸-共-羥基乙酸)聚乙二醇(PLGA-PEG)共聚物、 聚(3-羥基丁酸)(P(3-HB))、聚(3-羥基戊酸)(P(3-HV))、聚對二氧雜 環己酮(PDS)、聚U-己內酯)(PCL)、聚酸酐(PA)聚原酸酯、 polyglactine,或其共聚物、三元共聚物、嵌段共聚物、組合物或混合 物。優選地，所述不溶於水的聚合物是PLGA,優選不溶於水的聚合物具 有乳酸/羥基乙酸的比少於75: 25,優選50: 50。同樣優選地，所述不溶於水的聚合物是封端聚合物。封端聚合物包 括修飾的，但不含有自由羧基末端基團，與非封端的聚合物相比，其導 致極性的變化。優選地，所述不溶於水的聚合物是非封端的聚合物或帶有自由羧基末端基團的聚合物。與封端的聚合物相比，這樣的聚合物能更好地與極 性的，優選帶正電的活性劑相互作用。這就產生了與封端的聚合物相比 更好地持續釋放的優點。一方面，所述可生物降解的糊狀物材料的不溶於水的聚合物的含量等於或少於40wt°/。。在另 一個實施方案中，所述可生物降解的糊狀物材料組合物的密度 等於或大於1. 21g/ml,優選在1. 3g/ml至1. 5g/ml之間。(2f ) —個實施方案中的所述可生物降解的糊狀物材料內的所述增塑 劑包括聚乙二醇(PEG) 400、 PEG200、 PEG300、 PEG600、 1， 3-丁二醇、 蓖麻油、N-曱基-2-吡咯烷酮、2-吡咯烷酮、C2至C6烷醇、丙二醇、丙 酮縮甘油、丙酮、乙酸曱酯、乙酸乙酯、乳酸乙酯、曱基乙基酮、二曱 基甲醯胺、二曱亞碸、二曱碸、四氫呋喃、癸基甲基亞碸 (decylmethylsulfoxide)、油酸、碳酸丙烯酯、N， N-二乙基-m-曱苯醯胺、 l-正十二烷基氮雜環庚烷-2-酮或其混合物。優選地，所述可生物降解的糊狀物材料內的增塑劑包括聚乙二醇 (PEG) 400。優選地，所述可生物降解的糊狀物材料的可塑劑含量為40-95wt°/。， 更伊G選為40-55wt%。(2g )在所述可生物降解的糊狀物材料中，不溶於水的固體填充物與 不溶於水的聚合物的比(即重量比)優選1: 1至5: 1，更優選1: 1至3: 1, 進一步優選為1.5:1，如在一混合物中含有少於50wt%，優選30-36wt°/。 的不溶於水的固體填充物和少於40wt%，優選20-25w"/。的不溶於水的聚 合物。(3)實施方案1或2的任一的可模壓生物材料，其具有可模壓粘稠 度，優選其一旦與水性媒介或體液接觸後，能夠原部位硬化以形成固休 植入體，優選為固體多孔植入體。(3a)更優選地，上述實施方案中的任一種的可模壓生物材料，其中 所述固體植入物具有相互連接的孔。13(4)實施方案1-3中任一種的可才莫壓生物材料，其中，組分a)和b) 按一定配比使用，以形成粘合產品，優選比例為1: 0. 3wt。/。至1: 2wt%，優 選1: lwt。/。至1: 2wt°/。，更優選1: 1. 3wt。/。至1: 1. 7wt%，最優選1:1.4至 1: 1. 6wt%。在一個優選實施方案中，可模壓生物材料的結構是a)和b)的兩組分 體系。顆粒固體多孔材料在體內變硬後增強體系的機械強度，而可生物 降解的糊狀物材料提供粘合的半固體結構，其使顆粒狀固體多孔材料在 應用前和應用中保持在一起。在應用至移才直部位後，所述半固體粘合材 料硬化，並通過在體內的顆粒之間形成至少部分固體橋而將固體多孔顆 粒連接到一起。因此，通過兩種組分的結合而產生了粘合的可模壓材料， 與諸如P-TCP的顆粒材料不同，所述可模壓材料是一種局部固定的生物 材料。這種粘合的可模壓材料在水溶液或體液內原部位硬化後將轉變成 用於細胞浸潤和隨後的骨形成的粘合支架。生物材料的可模壓特性有利 於填充各種裝置或諸如骨材料填充、臨界大小缺損、長骨缺損和脊推融 合的各種應用中的骨形成。優選地，採用a)和b)的比例為1:0. 3wt% 至1: 2wt%,優選1: lwt。/。至1: 2wt%，更優選1: 1. 3wt。/。至1: 1. 7wt°/。，最優 選1: 1. 4wt。/。至1: 1. 6wt°/。。這些比例允許陶資化顆粒理想地結合成粘合體 系，反之亦然，獲得用於諸如脊推融合的適應症的具有最大孔隙度的最 終植入材料。最終可模壓生物材料內的糊狀物材料與陶瓷顆粒之間的比 例調節原部位硬化後的生物材料的總孔隙度，並避免材料的塌陷以促進 再生過程。即使在聚合物組分降解後，顆粒狀固體多孔材料的多孔支架 仍保留在應用位置，隨後它將被新形成的組織，如骨或軟骨取代。(5 )實施方案1-4中任一個的可模壓生物材料，其中組分b )的糊狀 物包括溶於水的降解調節劑。(5a)在一個實施方案中，可模壓生物材料中的所述溶於水的降解調 節劑包括下述物質中的一種或多種(a) 溶脹劑，優選纖維素衍生物；(b) 表面活性劑，優選環氧乙烷和環氧丙烷的嵌段共聚物，如Pluronics⑧或Tween⑧80; 或(c) 致孔劑，如海藻糖、甘露醇、蔗糖、山梨糖醇、生理學的 胺基酸，例如氨基乙酸、穀氨醯胺、精氨酸、檸檬酸鈉、琥珀酸鈉和磷 酸鈉、氯化鈉、聚乙烯吡咯酮(PVP)、固體PEG,如PEG4000、 PEG10000、 碳酸氬鈉、硫酸釣或殼聚糖；或(d) 氣體或氣體形成劑，如碳酸釣或碳酸氫鈉。10wt%，優選少於5wt。/。，更優選l-4wt%,進一步優選1. 5-3. 5wt°/。，最優 選2-3. 5wt%,基於組分b)的糊狀物的總重量。(5c )可生物降解的糊狀物材^F中的溶於水的降解調節劑優選是羧曱 基纖維素，更優選羧甲基纖維素少於10wt%，優選少於5wt°/。，更優選 l-4wt%,進一步優選1. 5-3. 5wt%，最優選2-3. 5wt%,基於組分b)的可生 物降解的糊狀物材料的總重量。(5d)可生物降解的糊狀物材料中的溶於水的降解調節劑的平均粒徑 優選小於lOO(Vm，優選25-1000)im,更優選50-500jim，最優選100-300|um, 優選具有1500-2500mPa*s的粘度，優選具有0. 2至1. 3的耳又代度，更優 選0. 6至1,最優選約0. 7。(6)實施方案1-5中任一個的可模壓生物材料，進一步包括c)活性劑，優選治療有效量的活性劑，最優選，所述活性劑是一種 組織再生劑、骨生長因子、骨誘導劑或軟骨誘導劑。(6a )可;f莫壓材料中的活性劑優選塗敷在顆粒狀固體多孔材料上或處 於固體顆粒多孔材料內。(6b)另一方面，所述活性劑塗敷在不溶於水的固體填充物上或溶解或懸浮在增塑劑中，優選均勻地塗敷在可生物降解的糊狀物材料的不溶 於水的固體填充劑上。(6c )優選地，不含活性劑的或優選含有活性劑的可模壓生物材料具 有體內骨誘導和/或骨傳導，軟骨或牙周韌帶再生特性。(7) 實施方案1-6中任一個的可模壓生物材料，其中所述活性劑選 自激素、細胞因子、生長因子，優選骨生長因子、抗生素和小分子。(7a) —方面，所述活性劑是曱狀旁腺激素(PTH)和/或PTH 1-34肽。(7b)另一方面，所述活性劑是骨誘導或軟骨誘導蛋白。 (7c )另 一方面，所述活性劑是TGF- |3族的或BMP或GDF族的，優 選選自BMP-1、 BMP-2、 BMP-3、 BMP-4、 BMP-5、 BMP-6、 BMP-7、 BMP-8、 BMP-9、 BMP-IO、 BMP-ll、 BMP-12、 BMP-13、 BMP-14、 BMP-15或BMP-16; GDF-l, GDF-2, GDF-3， GDF-4， GDF-5, GDF-6， GDF-7, GDF-8, GDF-9， GDF-lO或GDF-ll。如果適合，在這方面，這些活性劑的兩種或多種的組 合物也被包括在內。(7d)另一方面，所述活性劑是軟骨再生軟骨源性視黃酸敏感蛋白 (CD-RAP )。(7e)優選地，所述活性劑選自BMP-2、 BMP-7和GDF-5。(8) 實施方案1-7中任一個的可模壓生物材料，每毫升生物材料含 有5(ig-2mg活性劑，優選每毫升250fig-2mg,最優選每毫升250|iig-lmg。(9) 實施方案1-8中任一個的可模壓生物材料，其顯示原位兩階段 降解。本發明的優點之一在於，聚合物和固定不動的顆粒狀固體多孔材料 形成組合物基質，所述基質尤其有利於骨取代或骨增長。在約兩至三天 後，在期間保持所述基質的生理學完整性，聚合物降解增加了，並且在 超過幾周的時間，在生物材料被新形成的骨所取代發生的環境裡，保持 固體多孔陶瓷的基質結構。術語"兩階段的降解"是指有兩個階段的降解，聚合物的初期降解 和第二降解階段，其中固體顆粒多孔材料將被例如細胞，如破骨細胞再 吸收，且被新形成的骨頭所取代。所述第二降解階段可允許活性劑的進一步釋放以加速重塑過程。這個降解模式產生能被分為不同的或連續的 釋放階段的釋放模式。這樣的釋放階段可以例如由初期釋放，降解時的 進一 步釋放和/或從聚合物擴散以及聚合物組分分解時的最終釋放組成。(10)實施方案l-9中任一個的可模壓生物材料，所述生物材料在原 部位硬化後至少2-3天的時間內保持物理完整性，和/或在聚合物組分降 解後保持多孔顆粒結構。(10a) —個優選實施方案中的可模壓生物材料包括(a) (3-磷酸三鈣(b) i. PEG 400ii. PLGAiii. 磷酸鈣，選自含有磷酸釣的粘結劑、碳酸釣、羥磷 灰石、磷酸氫鈣、p-磷酸三鈣和a-磷酸三鈣，或 其混合物；以及iv. 任選地羧曱基纖維素鈉鹽。(10b)進一步優選的實施方案中的可模壓生物材料包括(a)平均粒徑為500-1000nm的13-TCP顆粒，優選總孔隙度 為20-70%;(b) i. PEG 400: 40-50wt%，優選40-45wt%;ii. PLGA: 20-25wt%,優選22-25w"/。；iii. 磷酸4丐，選自含有磷酸4丐的粘結劑和p-磷酸三 4丐25-40wt%， 4尤選30-35wt°/。；以及iv. 任選地羧曱基纖維素鈉鹽。實施方案(10a)和(10b)中的任選的羧曱基纖維素鈉鹽組分含量 優選少於10wt。/。，優選少於5wty。，更優選l-4wty。，最優選2-3. 5wt%,基 於組分b)的糊狀物的總重量。根據本發明的總孔隙度是指諸如P -TCP的合成生物材料的大孔隙度 和/或微孔隙度。孔隙度能通過本領域技術人員已知的方法，如水銀孔隙 度儀和顯微CT法進行測定。優選地，P-TCP是純相P-TCP，以避免在生物材料降解過程中不希 望的副作用。相純度能通過如TadicandEpple， (2004)， Biomaterials 25: 98 7-994中描述的高分辨X射線衍射法等方法進行測定。(11) 成套組件，其包括如實施方案1-10中任一個的可模壓生物材 料的隔離的組分a)和b)，或如實施方案6-10中任一個的可模壓生物材 料的隔離的組分a)、 b)和c)。由於本發明，兩種組分a)和b)相隔離，a)、 b)和c)相隔離，或b) 和c)相隔離，提高了活性劑隨時間的穩定性，從而增強了可模壓生物材 料的再生潛力。這有利於長時間的儲存以及最終產品的經濟有效性。此外，可通過使用一種或多種初級包裝組件，如水泡眼、玻璃小並瓦， 進一步延長糊狀物材料的穩定性，避免水吸收或擴散進入可生物降解的 糊狀物材料，所述包裝組件通常用於藥物製備且為本領域技術人員所熟 知。與準備使用的產品(例如單一成分產品)相比，兩種組分相隔離的 另一個優點在於，可模壓生物材料的工業製備顯著地簡化了 (例如，通 過最終滅菌)，並且與其它工業製備方法，如無菌製備工藝相比，成本降 低了。(lla)在一個優選的實施方案中，所述成套組件還可包括使用的設 備，例如，注射器、敷藥器、注射槍、附加裝置、脊推融合設備、糹鼓創 應用設備、調藥刀、坩堝，或其組合。(12) —種植入體，其包括如實施方案1-10中任一個所述的可模壓 生物材料的組分a)和b),或如實施方案6-10中任一個所述的可模壓生 物材料的組分a)、 b)和c)，優選變硬的植入體， 一旦與水性溶液接觸即 獲得所述變硬植入體。(13) —種製備可模壓生物材料的方法，其包括將一種糊狀物與平均 粒徑為100-4000)^n的顆粒多孔材料混合，優選上述實施方案中所描述的 顆粒多孔材料，其中所述糊狀物包括18i. 增塑劑，其是溶於水或易與水混合的生物相容性有機液體；ii. 增塑劑，其是溶於水或易與水混合的生物相容性有機液體;iii. 不溶於水的固體填充物，其不溶於所述增塑劑， 使得混合物具有可模壓粘稠度，其一旦與水性媒介或體液接觸能夠在原位石更化形成固體多孔植入體。(14) 實施方案13的方法，其中將所述可生物降解的糊狀物材料幹 燥以減少水雜質和/或採用不含水的組分i、 ii和/或iii製備。製備步驟的優點在於，進一步增加了糊狀物和各可模壓生物材料的 穩定性，例如以避免太早硬化、可模壓生物材料的聚合物化學轉化或鏈 斷裂。(15) 實施方案1-10中任一個所述的可模壓生物材料的應用，實施 方案11的成套組件的應用，或實施方案12的植入體的應用，用於製備 藥物組合物或醫療設備，以用於各種適應症，例如，脊推融合、長骨缺 損、臨界大小缺損、骨折不癒合、關節再定位，優選膝蓋或臀部再定位、 骨折修復、軟骨修復、全部厚度或部分厚度缺損、上頜面再造、上顎竇 提升術、牙周修復、牙周病、腰推間盤退化症、脊推前移症、骨組織填 充。(15a)優選地，所述藥物組合物或醫療設備用於融合相鄰的推骨。 在這個實施方案中，藥物組合物或醫療設備優選被插入相鄰的推骨之間， 任選地在諸如脊推融合籠器或隔片的脊推植入體內。用於脊推手術的脊推植入體是本領域:忮術人員熟知的，並以各種不 同的外形使用，所述外形包括圓柱或圓錐形籠(螺紋籠)、盒形或長方形 籠(非螺紋籠)、水平圓柱體(例如BAK籠)、垂直環(例如Harms籠)、 開i文式盒子(例如Brantigan籠)、固體長方形平^f亍管狀隔片，例如 LT-Cage Lumbar Tapered Fusion Device、 INTER FIX 和INTER FIX Threaded Fusion Devices,以及可生物再吸收的籠子，例如帶有或沒有 推弓根螺4丁的TelamonPeekTM和TelamonHydrosorbTM，以及固定設備(脊推融合進展(Advances in spinal fusion )、 分子科學(Molecular Science)、生4勿力學(Biomechanics )和臨床處J裡(Clinical Management )， 馬塞爾德克(Marcel Dekker ), Inc NewYork 2004 )。上文進一步描述了 不同的融合技術，且為本領域技術人員所熟知。優選地，上述實施方案中的可模壓生物材料被填充至脊推植入物內， 使得所述材料填充了空間或中空的結構，以避免纖維組織形成而不是骨 形成。任選地，所述^皮填充的植入物在應用至身體或組織前的短時間內 能萍皮浸漬、浸溼或潤溼於水性液體、體液或氯化鈉溶液中，乂人而形成對 於細胞遷移和組織再生最佳的多孔支架。或者，所述藥物組合物或醫療i更備也可用於有或沒有內部固定的一 節段或多節段的後外側融合。在這個實施方案中，所述藥物組合物或醫 療設備優選^皮嵌入推骨的後外側，任選有或沒有內部固定。(15b)這個實施方案考慮了實施方案1-10中任一個的、實施方案11 的套件的、或實施方案12的植入物的可模壓生物材料可被用於脊推融合 方法中、治療長骨缺損、治療臨界大小缺損、治療骨折、治療骨折不愈 合、治療腰推間盤退化症、治療骨推前移、治療骨缺損或融合相鄰推骨 的方法中，包括在相鄰推骨之間嵌入實施方案1-10中任一個所述的、實 施方案11的成套組件的構件的、或實施方案12的植入體的可模壓生物 材料，所述可模壓生物材料位於諸如脊推融合籠或隔片的脊推植入體內。這個實施方案還考慮了實施方案1-10中任一個所述的、實施方案11 的套件的、或實施方案12的植入物的可模壓生物材料可用於骨和/或軟 骨誘導方法中，包括嵌入實施方案1-10中任一個所述的、實施方案11 的成套組件的構件的、或實施方案12的植入體的可模壓生物材料。(16 )由實施方案13或14的方法製備的可壓模生物材料。(17) —種藥物組合物，其包括實施方案1-10中任一個所述的、實 施方案11的成套組件的、或實施方案12的植入體的可模壓生物材料。(18 )實施方案1-10中任一個所述的、實施方案11的成套組件的、 或實施方案12的植入物的可模壓生物材料在製備用於骨增長的藥物組合 物中的應用。(18a)在一個優選實施方案中，所述的骨增長跟隨著外傷的、惡性 的或人工缺損，或是隨後設置植入體的先決條件。(19) 實施方案1-10中任一個所述的、實施方案11的成套組件的、 或實施方案12的植入物的可模壓生物材料在製備用於治療骨缺損的藥物 組合物中的應用。(19a)在一個優選實施方案中，所述骨缺損是長骨缺損、臨界大小 缺損、骨折不癒合、關節再定位，如膝和臀部再定位後的缺損、上頜面 區域缺損或伴隨前齒根尖切除術的骨缺損、嚢腫或腫瘤的切除、拔牙、 顱骨缺損、腦顱或面顱的骨缺損、骨質疏鬆或手術移除殘留牙齒。(20) 實施方案1-10中任一個所述的、實施方案11的成套組件的、 或實施方案12的植入體的可模壓生物材料在製備用於治療退化、外傷腰 推間盤疾病、脊推融合、脊推體骨折、脊推成形和脊推後凸成形的藥物 組合物中的應用。(21) 實施方案1-10中任一個所述的、實施方案11的成套組件的、 或實施方案12的植入體的可模壓生物材料在製備用於治療骨裂開的藥物 組合物中的應用。(22 )實施方案1-10中任一個所述的、實施方案11的成套組件的、 或實施方案12的植入體的可模壓生物材料在製備用於上顎度提升術或萎 縮的上頜骨或下頜槽峰的增高的藥物組合物中的應用。(23)實施方案1-10中任一個所述的、實施方案11的成套組件的、 或實施方案12的植入物的可模壓生物材料在製備用於填充空腔、牙周病中的再生和/或牙周病中的支撐引導組織再生的藥物組合物中的應用。(24) 實施方案1-10中任一個所述的、實施方案11的成套組件的、 或實施方案12的植入物的可模壓生物材料在製備用於促進軟骨形成的藥 物組合物中的應用。(25) 實施方案1-10中任一個所述的、實施方案11的成套組件的、 或實施方案12的植入物的可模壓生物材料在製備用於治療至少一種軟骨 疾病的藥物組合物中的應用。優選地，所述骨疾病選自如下的涉及骨髓間質幹細胞軟骨分化的疾 病骨關節炎、風溼性關節炎、外傷引起的關節軟骨損傷、骨軟骨缺損、 全厚度或部分厚度缺損、自體軟骨細胞移植中的軟骨細胞表型特徵的維 持、耳、氣管或鼻軟骨的再造、肱骨內髁軟骨炎(osteochondritis dissecans),推間盤或半月一反的再生、骨折和/或源自軟骨的骨生成。
具體實施方式
現在將參照如下定義以及對本發明附圖的描述詳細描述本發明。重要技術術語的定義為了有利於理解本發明的原理，將會涉及某些實施方案以及描述這 些實施方案的具體語言。然而，可以理解，意在不構成對本發明範圍的 限制，此處闡明的本發明的原理的改變、其它應用和改進能^皮預期，如 同本發明所涉及領域的技術人員常想到的。A可模壓生物材料術語"可模壓的生物材料，，是指易於採用任何形狀和形式以例如填 充缺損位置或植入體內的中空空腔或孔穴的生物材料。它包括懸浮、分 散或液體的組合物，優選所述組合物能夠通過微創應用或注射使用。它 還包括可塑的糊狀物材料。優選地，所述可^t壓生物材料能在溼潤環境下硬化，優選在人體內或在與人體液接觸時，即，能夠原部位硬化。本 發明的可模壓生物材料區別於其它傳統的生物材料，例如在使用諸如鹽溶液或體液的水溶液之前可4莫壓的CPC。與傳統的自硬化或自凝固反應組 合物，如粘合劑組合物或結晶度較低的磷灰石(PCA )磷酸鈣植入物材料 完全不同，本發明的可模壓生物材料優選包括具有骨架特性的顆粒狀固 體多孔材料，而不是用於化學粘結劑固化反應的 一種或多種反應組分。 優選地，所述可模壓生物材料不包含脫釣骨基質(DBM)，優選結合磷酸 4丐。術語"無水的"是指可模壓生物材料含有少於5wt%,優選少於3wt%， 更優選少於2wt%,最優選少於lwty。的水，由諸如卡爾費休法的方法測定。 優選地，術語"無水的"是指可模壓生物材料中僅有痕量的自由水(例 如非結合水)存在。自由水的含量的減少可降低聚合物，如PLGA的降解 速率，從而延長可模壓生物材料的保存期限。痕量的水是指水的量不能通過本領域技術人員已知的標準製備方法 進一步減少，所述方法例如是乾燥各組分的方法、減壓乾燥或升溫乾燥、 預先熱處理組分的方法、真空乾燥、冷凍乾燥，以及如果適合，通過分 子篩以及使用用於包裝對水分敏感的藥物製品的帶有乾燥劑的包裝系 統。術語"顆粒"，如顆粒材料，是指生物材料的離散的固體顆粒，例如 沙子、穀粒或至少1lam的4分末，優選至少50(im，最優選至少100|im。術語"粘合"是指粘在一起或黏著。它也包括至少部分例如顆粒多 孔材料的^f鼓粒狀顆粒通過可生物降解的糊狀物材料連接至少部分其相鄰 的顆粒形成橋，以使固體顆粒多孔材料保持在一起。本發明的術語"原部位硬化"是指，在有機溶劑分散到體外環境以 及如人或動物體或組織的生物體內後，在與水性糹某介，如水、生理溶液 或體液接觸後形成固體基質。根據適應症和可模壓生物材料的應用，這 樣的固體基質還將包括基質，優選植入體，所述基質在與周圍體液接觸 後，至少具有更高的機械強度。B顆粒狀固體多孔材料術語"顆粒狀固體多孔材料"是指可生物降解的、可生物再吸收的 和/或生物適合的，優選大孔和/或微孔生物材料，其是骨傳導的。它還 指細小顆粒的固體材料，如磷酸鈣。在上文中的實施方案中有更詳細的 描述。C可生物降解的糊狀物材料如前所述，本發明一般提供一種包括至少如下三種組分的可生物降 解的糊狀物材料增塑劑，其是溶於水或易與水混合的生物相容的有機液體；不溶於水的聚合物，其是生物相容的、可生物降解的和/或可生物再吸收的且可溶於所述增塑劑中；以及不溶於水的固體填充物，其不溶 於所述可塑劑，其中所述糊狀物優選是可注射的且在其包裝內是穩定的， 並且在被放置在缺損處後硬化。優選地，預混合的可生物降解的糊狀物材料在包裝內的穩定性至少 持續幾周，更優選幾個月，最優選至少一年。穩定性可理解為各預混合 物的粘稠度和模壓性隨著時間沒有顯著變化。包裝包括通常使用的防水 包裝，如通常用於藥物應用中的非腸道應用的包裝。本發明中使用的術語"糊狀物"是指柔軟的、平滑的、粘稠的混合 物或材料，或可處理的優選使用注射器或微創應用的糊狀物(即，能通 過16-至18-號(gauge)注射器)，其包括至少三種組分，優選至少四種 組分，如本說明書中所描述的。優選地，所述可生物降解的糊狀物材料 應該是與活性劑相容的，以避免不必要的降解和/或活性劑的失活。至少 在一些實施方案中，所述糊狀物是懸浮、分散或液體。在一個優選實施方案中，本發明的可生物降解的糊狀物材料以及可 模壓生物材料不含毒性物質。優選地，這些毒性物質在生產過程中已經 避免了，因為它們的生產要求由生產過程中的所需的去除步驟而產生的 額外的花費，並且要求用於高靈敏度化學分析的必須的昂貴設備。術語"毒性物質"尤其包括現有技術方法中所使用的那些有毒有機 溶劑和添加劑，ICH將其歸類於2級溶劑(ICH主題Q3C雜質殘留溶劑)，例如，二氯甲烷。此外，治療用蛋白開發的國際指南(the international guidance for the development of therapeutic proteins )要求,在 製備過程中應避免有害和有毒物質(詳見國際協調會(International Conference on Harmonization ) (ICH), 主題Q3C; www.emea.eu.int/)。 但是，有利地，本發明的糊狀物不含有所述1類毒性物質。而且，本發 明僅含有ICH主題Q3C歸類為3類的溶劑，因此，治療上是很好接受的， 並滿足管理機構的要求。此外，在另一個優選實施方案中，本發明的可生物降解的糊狀物材 料以及可模壓生物材料不含傳染性材料。優選地，對於溶劑的相同要求通常對於下述物質也是有效的可生 物降解的糊狀物的可塑劑、不溶於水的固體添加物和/或溶於水的降解調 節劑，以及可生物降解的糊狀物本身和本發明的可模壓生物材料。本發明的可生物降解的糊狀物以及可模壓生物材料的濃度的變化導 致通過糊狀物或可模壓生物材料的粘稠度、原部位硬化時間、孔隙率和 最終植入物的機械特性的改變而適應於具體的醫學應用。另外，這些參 數的變化是通過改變不溶於水的聚合物的降解行為適應活性劑的釋;^丈動 力學的有效方法。D增塑劑本發明的術語"增塑劑，，是指藥學上可接受的、溶於水或易與水混 合的有機液體或溶劑或其混合物。增塑劑的功能是溶解不溶於水的可生 物降解的、生物相容的和/或可生物再吸收的聚合物，以使溶於水的固體 填充材料懸浮；或溶解使不溶於水的固體填充物懸浮的不溶性聚合物。 這些功能取決於活性劑的性質。優選地，可塑劑的功能是降低不溶於水的可生物降解的、生物相容 的和/或可生物再吸收的聚合物的玻璃化轉變溫度低於生物材料變得可 模壓的溫度，更優選地，不溶於水的可生物降解的、生物適合的和/或可 生物再吸收的聚合物的玻璃化轉變溫度低於室溫。在優選的接觸水性媒介或體液的原部位硬化過程中，增塑劑從糊狀物中擴散溶出，留下小孔並導致形成穩定的組合物設備或原位植入物。 因此，聚合物的玻璃化轉變溫度升高，聚合物凝固並將生物材料轉變成 機械穩定的植入體。在一個優選的實施方案中，所述可塑劑是溶於水或易與水混合的溶劑。它可以是液體；優選可塑劑是溶於水的聚合物。優 選地，增塑劑對原位硬化的植入物中的不溶於水的聚合物的玻璃化轉變 溫度的影響較低，並與活性劑相容。取決於不溶於水的聚合物，選自下 文中進一 步限定的可塑劑的可塑劑在放置後應以對聚合物的玻璃化轉變 溫度影響最小的方式使用。術語"溶解的"是指物質溶解或懸浮於液體中，使得物質均勻分散 在液體中。優選地，所述可塑劑是生物相容的。更優選地，所述增塑劑選自聚 乙二醇(PEG) 400、 PEG200、 PEG300、 PEG600、 1， 3-丁二醇、荒麻油、 C2至C6烷醇、丙二醇、丙酮縮甘油、丙酮、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乳酸 乙酯、曱基乙基酮、二甲基曱醯胺、二曱亞碸、二甲碸、四氫呋喃、癸 基曱基亞碸、油酸、碳酸丙烯酯、N，N-二乙基-m-曱苯醯胺、1-正十二烷 基氮雜環庚烷-2-酮或其混合物。優選本發明的可生物降解的糊狀物含有少於60%的增塑劑，更優選少 於55%,進一步更優選少於50%,最優選40°/。至45%。術語"生物相容的"是指材料在具體應用中進行適當的宿主反應的 能力。而且，術語"生物相容的"是指材料不顯示任何毒性，並在應用 後不會導致任何免疫或炎症反應。術語"可生物降解的"具體是指這樣的材料，例如聚合物，其隨體 內擴散的大分子降解而分解，但沒有從體內去除的證據存在。體內可生 物降解的材料量的減少是被動過程的結果，其被宿主組織內的物理化學 條件(例如，溼度、pH值)催化。術語"可生物再吸收的"具體是指這樣的材料，例如聚合物材料， 其經過降解並進一步在體內再吸收；即，聚合物，由於降解副產物的簡 單過濾或新陳代謝後，其通過自然途徑去除。因此，生物再吸收是指這 樣一個概念，其反映初始外來材料的全部消除。在一個優選的實施方案中，所述可生物再吸收的聚合物是這樣一種聚合物，其由於水性環境中 的大分子降解而進行鏈斷裂。術語"再吸收"描述一個主動過程。E不溶於水的聚合物術語"不溶於水的聚合物"是指不溶解於水中的聚合物，即當與水 混合時不能形成均相，其能溶於所述增塑劑中，並能在水性媒介中固化 以形成固體植入體，在其中， 一旦除去可塑劑，不溶於水的固體填充物 被加入至周圍組織。優選地，所述不溶於水的聚合物是"生物相容的"、 "可生物降解的"和/或"可生物再吸收的"聚合物。更優選地，所述不 溶於水的聚合物是一種脂肪族聚合物，純聚合物的玻璃化轉變溫度高於 3(TC。本發明聚合物的特性粘度(25°C, 0. "/。氯仿中測得的粘度)為約 0. ldl/g至5dl/g,優選約0. ldl/g至ldl/g。在另一個實施方案中，所述聚合物是合成的聚合物。 或者，所述不溶於水的聚合物選自聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚 對苯二甲酸乙二酯(PET )、聚丙交酯乙交酯(polyglact ine )、聚醯胺(PA )、 聚甲基丙烯酸曱酯(P畫A)、聚羥甲基丙烯酸甲酯(PHEMA)、聚氯乙烯 (PVC)、聚乙烯醇(PVA)、聚四氟乙烯(PTFE)聚醚醚酮(PEEK)、聚頑L (PSU)、聚亞胺酯、聚矽氧烷或其混合物。更優選地，所述聚合物選自聚(a-羥酸)、聚原酸酯、聚酸酐、聚氨 基酸、聚乙醇酸(PGA)、聚乳酸(PLLA)、聚(D,L)-乳酸(PDLLA)、聚(D，L-丙交酯-共-乙交酯)或聚(L-丙交酯-共-乙交酯)(PLGA)、聚(乳酸-共 -羥基乙酸)聚乙二醇(PLGA-PEG)共聚物、聚(3-羥基丁酸)(P(3-HB))、 聚(3-羥基戊酸)(P(3-HV))、聚對二氧雜環己酮(PDS)、聚(s-己內 酯)(PCL)、聚酸酐(PA)，其共聚物、三元共聚物、嵌段共聚物、組合物 或〉'昆合物。在本發明的另一個實施方案中，不溶於水的聚合物是封端聚合物。 術語"封端聚合物"是指線性聚合物鏈的自由羧基基團已被醇酯化。在本發明的另一個實施方案中，不溶於水的聚合物是PLGA-PEG共聚 物，優選PLGA-PEG雙嵌段或三嵌段共聚物。27F不溶於水的固體填充物術語"不溶於水的固體填充物"是指不溶於水和增塑劑的化合物， 即，當與水或增塑劑混合時不形成均相。一旦可模壓生物材料硬化，所述不溶於水的固體填充物作為可生物 降解的糊狀物材料內的基質。而且，所述不溶於水的固體填充物能進一 步增加生物相容性(例如，細胞粘附)，以在聚合物降解過程中穩定局部 的pH值。優選地，所述不溶於水的固體填充物是無機或有機化合物。 術語"磷酸4丐"包括含有如下離子的化合物4丐離子(Ca2+)、磷酸 根離子(P033—),任選地，其它離子，如氫氧根離子(0H—)、碳酸根例子 (CO,)或鎂離子(Mg2+)或適合於本發明不溶於水的固體填充劑的其它離 子。G溶於水的降解調節劑術語"溶於水的降解調節劑"是指藥學上可接受的且在諸如水或體 液的水性液體中可膨脹或溶解的化合物，當被添加至可生物降解的糊狀 物材料時，其可增加體外或機體內的可模壓生物材料的孔隙度。例如， 形成的固體植入物的孔隙度的增加取決於所用溶於水的降解調節劑的 量。優選地，溶於水的降解調節劑增加孔，優選足夠尺寸的大孔的數量， 所述孔用於進入原部位硬化材料中的活細胞在內生長。更優選地，溶於解。另一方面，降解調節劑能在缺損處固定或富集內生生長因子，進一 步促進再生過程，例如但不限於骨增長。另外，降解調節劑(例如，溶 脹劑)當與水接觸時能形成可模壓生物材料內的水凝膠，其類似於自然 形成的血凝塊的性質。本發明的溶於水的降解調節劑包括，例如，藻酸鈉、澱粉酶、支鏈 澱粉、澱粉、透明質酸、透明質酸鈉、膠質、膠原質、羧甲基纖維素、 曱基纖維素、羧曱基纖維素鈣鹽、羥丙基曱基纖維素、羥丁基曱基纖維素、羥乙基纖維素，或曱基羥乙基纖維素，及其衍生物。在另一個實施方案中，溶於水的降解調節劑是表面活性劑，優選環氧乙烷/山梨聚糖和環氧丙烷的嵌段共聚物，如Pluronics⑧或Tween 80 (例如，聚山梨醇酯80、 Montanox 80、聚氧乙烯山梨醇酐油酸酯)。更優選地，溶於水的降解調節劑是羧曱基纖維素鹽，最優選羧甲基 纖維素鈉鹽，任選地，粒徑小於1000|Lun,更優選粒徑為25-1000|im。優 選地，羧曱基纖維素鈉鹽的重量百分比小於10wt%,優選小於5wt%,更 優選l-4wt。/。，最優選2-3. 5wt%,基於生物材料糊狀物組分的總重量。本發明的術語"粒徑"是指微米級(|xm)的諸如磷酸三鈣或羧曱基 纖維素的材料直徑的平均分布，可通過篩析或雷射衍射進行測定。材料 的具體粒徑範圍例如可通過篩選獲得。H活性劑術語"活性劑"包括多肽或小分子藥物。可以理解，活性劑優選不會因為植入後的沉澱或微量沉澱而聚集和 部分或全部失活。例如，這可以通過在固體顆粒多孔材料上均勻塗敷而 實現，如WO03/043673所描述的。術語"均勻塗敷"或"均勻分布"是指活性劑被均勻地分布在顆粒 狀固體多孔材料的內表面和/或外表面。均勻分布有利於活性劑有效釋放且保持活性進入植入位置周圍的組 織。而且，可以理解，活性劑不會因為沉澱或微量沉澱而聚集和部分或 全部失活，通過均勻塗敷實現了生物活性的、非聚集的蛋白的附著。術語"骨傳導，，是指提供用於血管入口細胞浸潤和吸附、軟骨形成 和軟骨組織沉積的良好的多孔支架的物質。骨傳導材料可以通過支架效 果支撐骨的生成。術語"骨誘導"是指將細胞骨髓間充質幹細胞轉變為造骨細胞和軟 骨細胞的能力。骨誘導的先決條件是一個信號，其通過可模壓生物材料 分布到周圍組織中，在周圍組織中如前所述的造骨細胞前體激活。此處 所用的骨誘導包括間質細胞分化為骨前體細胞，造骨細胞。而且，骨誘導還包括所述造骨細胞分化為骨細胞，成熟的骨細胞。而且，骨誘導還 包括間質細胞分化為軟骨細胞。尤其在長骨中，存在於骨的軟骨膜中的 成軟骨細胞和軟骨細胞也能分化為骨細胞。因此，骨誘導要求不分化的 或較少分化的細胞分化為能形成骨頭的骨細胞。因此，骨誘導的先決條 件是一個信號，其通過可模壓生物材料分布進入周圍組織，在周圍組織 中通常存在如前所述的骨細胞前體。術語"骨形成"描述由造骨細胞合成新的骨頭。根據本發明，移植 處的或可模壓生物材料的周圍的預先存在的骨細胞或祖細胞形成採用硬 化的可模壓生物材料結構的硬化的可模壓生物材料，尤其在硬化過程中 形成，作為細胞(例如，骨細胞)能依附於其上的基質。包括於本發明的可模壓生物材料中的蛋白質和肽優選具有體內骨誘導特性。例如，本領域熟知的轉化生長因子-P (TGF-P )超家族包括具 有骨誘導特性的成員。所述TGF-P超家族的成員在下文中列出。總之， 在被從載體釋放後的本發明可模壓生物材料的骨誘導蛋白質或肽作為可 模壓生物材料的移植位置周圍組織的骨前體細胞的骨誘導信號。術語"骨誘導多肽"是指多肽，例如轉化生長因子-P (TGF-(3 )超 家族的成員，其具有骨誘導特性。在本發明可模壓生物材料的另一個優選實施方案中，所述骨誘導蛋 白質是TGF-P族的成員。TGF- P族的生長和分化因子已顯示涉及包括骨形成在內的多種生物 學過程。所述族的所有成員是含有特徵疇結構的分泌多肽。在N-末端， TGF-P族成員包括信號肽或分泌腱(secretion leader )。，該序列通過 前結構域(prodomain )和成熟多肽序列接在C-末端。成熟多肽序列包括 七個保守的半胱氨酸，其中六個用於分子內二硫鍵的形成， 一個用於兩 個多肽的二聚。生物活性TGF-(3族成員是二聚物，優選由兩個成熟多肽 組成。TGF- P族成員分泌為包括除了成熟序列之外的前結構域的蛋白質。 所述前結構域在細胞外分裂且不是信號分子的一部分。在本發明中，術語"TGF-(3族成員"或下面提及的所述族的蛋白質 包括所述蛋白質或成員的所有生物活性變體和所有變體以及它們的非活性前體。因此，僅包含成熟序列的蛋白質以及包含成熟序列和前結構域 的蛋白質或成熟蛋白質、前結構域和前導序列，以及生物活性片段或其變體均在本發明的範圍內。TGF- P族成員片段是否具有生物活性能通過 現有技術描述的生物檢測方法而容易地測定。更優選地，TGF- P超家族成員是BMP或GDF亞族的成員。 本發明的骨i秀導多肽優選選自BMP-1、 BMP-2、 BMP-3、 BMP-4、 BMP-5、 BMP-6、 BMP-7、 BMP-8、 BMP-9、 BMP-IO、 BMP-ll、 BMP_12、 BMP-13、 BMP-14、 BMP-15、 BMP-16、 GDF-1， GDF-2, GDF-3， GDF-4, GDF-5, GDF-6, GDF-7， GDF-8， GDF-9， GDF-10和GDF-ll。最優選地，所述骨誘導多肽選自BMP-2、 BMP-7和GDF-5。出版物公開的骨誘導多肽包括0P-1和0P-2 :美國專利 No. 5, 011, 691、美國專利No. 5， 266, 683,0zkaynak等人，(1990 )EMB0 L 9: 2085-2093; 0P-3: WO94/10203 (PCT US93/10520 ); BMP2、 BMP3、 BMP4: WO88/00205, Wozney等人，(1988 ) Science 242: 1528-1534; BMP5和 BMP6: Celeste等人，(1991) PNAS 87: 9843-9847; Vgr-l: Lyons等人， (1989 ) PNAS 86: 4554-4558; DPP: Padgett等人，(1987 ) Nature 325: 81-84; Vg-1: Weeks (1987) Cell 51: 861-867; BMP-9: WO95/33830 (PCT/US95/07084 ); BMP—10: W094/26893 (PCT/US94/05290); BMP—11: W094/26892 (PCT/US94/05288); BMP-12: WO95/16035 (PCT/US94/14030); BMP-13: WO95/16035(PCT/US94/14030); GDF-1: W092/00382(PCT/US91/ 04096)和Lee等人(1991) PNAS 88: 4250-4254; GDF-8: W094/21681 (PCT/US94/03019); GDF-9: W094/15966 (PCT/US94/00685); GDF-10: W0 95/10539 (PCT/US94/11440); GDF—11: W096/01845 (PCT/US95/08543); BMP-15: W096/36710 (PCT/US96/06540); MP121: W096/01316 (PCT/EP95/ 02552); GDF—5 (CDMP—1, MP52): W094/15949 (PCT/US94/00657)以及 W096/14335 (PCT/US94/12814)以及W093/16099 (PCT/EP93/00350); GDF -6 (CDMP-2, BMP13): W095/01801 (PCT/US94/07762)以及W096/14335 以及W095/10635 (PCT/US94/14030); GDF-7(CDMP-3，BMP—12): W095/優選地，BMP或GDF亞族的活性劑，例如BMP-2、 BMP-7或GDF-5， 分別是指預前體(preproform)、前體(proform )或成熟的(例如，BMP-2-、 BMP-7-或GDF-5-)肽。此外還包括具有基本相同的生物活性，優選骨誘 導特性的所述蛋白質的片段和變體。包括在本發明之內的還有所述蛋白質的變體，例如具有基本相同的 生物活性的BMP-2變體，其包含例如成熟BMP-2蛋白質序列和前文提到 的多肽的截短形式，所述成熟BMP-2蛋白質序列包括諸如N-末端的丙氨 酸延伸的N-端延伸,如Ruppert等人，(1996 ) Eur. J. Biochem. , 237: 295-302中所描述的。優選地，所述活性劑是未糖基化的蛋白質，更優選地源自E. coli的 重組蛋白。未糖基化蛋白質的優點在於，例如，在缺損處延長固定和/或 降低了諸如rhBMP-2的活性劑的需要量。本發明還包括這樣的實施方案，其中所述活性劑選自激素、細胞因 子、生長因子、抗生素和其它天然和/或合成的藥物，如類固醇、前列腺 素等。優選地，所述活性劑是甲狀旁腺素(PTH)和/或PTH1-34肽。 在本發明的另一個實施方案中，所述活性劑是"軟骨誘導"或"軟 骨再生"蛋白質。優選地，軟骨誘導蛋白質是MIA/CD-RAP(MIA，黑色素 瘤抑制活性、庫欠骨源性3見黃酸壽丈感蛋白，EP0710248, EP1146897)、 0T0R (源自纖維細胞的蛋白質,FDP,類MIA (MIA-like), MIAL )和TANG0130 (Bosserhoff等人，(2004 )， Gene Expr. Patterns. 4:473-479 ; Bosserhoff和Buettner (2003)， Biomaterials 24: 3229-3234; Bosserhoff等人(1997 ), Dev. Dyn. 208: 516-525; WO00/12762 ),更優 選地人類MI A/CD-RAP 。I ^v體所述"植入物"是指醫療設備、整形外科設備或生物材料。優選地， 所述植入物是脊推植入物、骨折修復植入物、用於長骨缺損、臨界大小 缺損和骨折不癒合的植入物、用於軟骨修復、上頜面再造和關節再造的植入物、牙周缺損植入物、用作骨空腔填充物的植入物或其它整形外科 手術使用的植入物，如籠、板、螺絲釘、銷釘、固定設備。 術語"脊推植入物"在上文中有詳細描述。對圖的描述結合圖l-5詳細描述本發明的各方面。

圖1示出了在水性環境中原位硬化後本發明兩組分可模壓生物材料 的內部和外部孔隙度。圖中示出的組合物如下P-磷酸三釣顆粒 (40. Owt%)、聚合物糊狀物(60. Owt%),所述聚合物糊狀物包括乳酸/羥 基乙酸的比為50:50且分子量為13.6kDa的聚(乳酸-共-羥基乙酸) (22.2wt%)、聚乙二醇400 ( 44. 4wt%)、 P-磷酸三釣粉末(33. 3wt% )。圖像A示出了原位硬化後本發明兩組分可模壓生物材料的外表面， 顯示有孔，所述孔尤其基於p-磷酸三釣顆粒之間的空穴。圖像B示出了材料的內部，顯示直徑大於100ium的孔，其是在周圍組 織內的植入物材料的整體性的基本要求。本發明兩組分可模壓生物材料的優點在於其具有可模壓的粘合粘稠 度，易於適合於應用位置並保留在應用位置。與其它可生物降解的植入 物材料，如(3-磷酸三鈣顆粒或HA納米懸浮物相比，本發明的植入物在 用於溼潤的開放環境，例如外科領域，如嚴重出血環境時，它具有很好 的抗洗出能力。另外，植入材料能夠容易地用於填充到如市場上出現的 各種脊稚融合器的植入體中，而不會洩漏材料和被洗出。此外，所述材 料在植入後具有粘結支架的特性，其經得住周圍組織的機械壓力。與其 它可注射生物材料相比的另 一個優點是在體內或組織內原部位石更化後才直 入物材料的多孔結構，以及與諸如膠原質基植入物相比的耐壓力。形成多孔基質的較大整體的生物材料的缺點是，由於它們的硬度， 其不能與中空的植入體，如脊推融合器一起使用(瓶頸)。由於可模壓粘 稠度和方便的應用，本發明植入物有利於用作骨移植替代物生物材料， 以填充脊推植入體，如各種形狀的脊推融合器，其在原部位硬化後在籠 內形成植入體材料的整體結構。圖2示出了原位硬化後本發明兩組分可模壓生物材料的另外的外部 孔隙率，所述另外的外部孔隙度是通過在糊狀物組分中加入羧甲基纖維 素而膨脹獲得的。所用的組合物如下p-磷酸三鈣顆粒(40. Owt%)、聚 合物糊狀物(60. Owt%)，所述聚合物糊狀物包括乳酸/羥基乙酸的比為 50: 50且分子量為13. 6kDa的聚(乳酸-共-羥基乙酸)(21. 6wt°/。)、聚乙二 醇400 ( 43. lwt°/。 )、 P -磷酸三釣粉末(32. 3wt% )以及羧曱基纖維素鈉鹽 (3. Owt%)。圖像A示出了本發明兩組分可模壓生物材料的外表面，顯示了與圖1 的植入物材料相比的額外的孔，所述孔是由羧甲基纖維素鈉鹽的膨脹而 形成的。這些孔具有大於100jim的直徑，滿足了細胞在內生長的基本要 求。加入溶脹劑如羧曱基纖維素鈉鹽的優點在於，增加植入物材料的外 表面的孔隙度，而內部孔隙度(圖像B)在加入溶脹劑時不會必然增加。 內部孔隙度是通過諸如P -磷酸三鈣的固體填充物的顆粒床的形成並通 過溶劑交換出可降解的糊狀物材料而建立的。圖3示出了在原位硬化2小時後聚合物糊狀物的機械穩定性與本發 明兩組分可才莫壓生物材料的機械穩定性的對比。白色柱代表根據實施例2 製備的聚合物糊狀物，其具有如下組合物乳酸/羥基乙酸的比為50:50 (RG502H)且分子量為13. 6kDa的聚(乳酸-共-羥基乙酸)(21.6wt%)、 聚乙二醇400 ( 43. lwt%)、 |3-磷酸三4丐粉末(32. 3wt%)以及羧甲基纖維 素鈉鹽(3. Owt%)。黑色柱代表根據實施例3製備的植入物材料，其具有 如下組合物根據實施例1製備的P-磷酸三鈣顆粒(40. Owt%)和根據 實施例3結合白色柱描述的聚合物(可生物降解的)糊狀物(60. Owt% )。本發明的一方面是，儘管與聚合物糊狀物相比，植入物材料的聚合 物含量降低了，但植入物材料令人驚訝地顯示了 2小時後的硬度，其比 沒有加入多孔陶瓷材料的聚合物糊狀物硬度高2. 5倍。圖4示出了取決於用於製備可生物降解的糊狀物的有機溶劑，即本 發明可才莫壓生物材料的組分b)的蛋白質穩定性。圖4所示的糊狀物由下 述實施例6所描述的方法製備。A表示對照樣品，B是聚乙二醇400， C是N-曱基吡咯烷酮，D是二甲基亞碸，E是四氫槺醇聚乙二醇醚。該圖突出了有機溶劑與蛋白質之間的接觸能促使後者的(部分)降解。如圖所示，降解率(白色柱)在48小時後能達到所用蛋白質初始量 的75%。本發明的一個優點在於，有機溶劑對植入體材料中含有的活性物質 上的負面影響，能夠通過在儲存期間將含有有機溶劑的聚合物糊狀物和 含有諸如P -磷酸三鈣顆粒的陶瓷材料的活性物質分隔開而被消除。在將 植入體材料應用於患者之前，通過將含有陶資化材料的活性物質與含有 有機溶劑的糊狀物立即混合，與蛋白質和含有有機溶劑的基質結合的相 比，活性物質如骨生長誘導蛋白質的活性能夠被保存。圖5表示本發明可模壓生物材料的糊狀物組分內的聚合物的水解度 的變化。水解度通過中和1克可模壓生物材料的糊狀物組分的酸性降解 產物所需的氫氧化鈉溶液的量測定。在圖5中，PGLA共聚物用作可生物 降解的糊狀物材料的聚合物組分(見實施例7)。其中灰色三角形表示可模壓生物材料的糊狀物組分，由乳酸/羥基乙 酸的比為50: 50且分子量為13. 6kDa的聚(乳酸-共-羥基乙酸X 33. 3wt%) 和聚乙二醇400 ( 66. 6wt°/。)組成；白色方形表示本發明可模壓生物材料 的糊狀物組分，由乳酸/羥基乙酸的比為50: 50且分子量為13. 6kDa的聚 (乳酸-共-羥基乙酸)(22. 2wt%)、聚乙二醇400 ( 44. 5wt%)和P-石粦酸三 鈣粉末(33. 3wt°/。)組成；黑色方形表示本發明可模壓生物材料的糊狀物 組分，由乳酸/羥基乙酸的比為50: 50且分子量為13. 6kDa的聚(乳酸-共-羥基乙酸)(21.6wt%)、聚乙二醇400 ( 43. lwt%)、 P-磷酸三釣粉末 (32. 3wt%)以及羧甲基纖維素鈉鹽(3. Owt°/。)組成。三個樣品的滴定曲線顯示，不溶於水的無機填充物(此處指P-磷酸 三4丐)的添加令人驚訝地加速了聚合物(此處指PLGA共聚物)的降解。另外，溶於水的降解調節劑的高濃度，如圖5中所用的約3%的羧曱 基纖維素，加速了植入體材料中的聚合物的降解，從而改變了活性組分 的釋》文曲線。本發明的一個優點在於，糊狀物組分，即可生物降解的糊狀物材料和顆粒狀固體多孔材料，如顆粒狀磷酸鉤礦物，形成複合基質，其尤其 有利於骨取代或骨增長。所述基質在植入後至少兩至三天的時間內保持 其結構(物理)完整性，並在幾周內在發生骨取代的生物環境中保持磷 酸4丐顆粒的多孔結構。結構(物理)完整性是指基本保持被植入的基質 的形狀和大小。這與在植入後立即或短時間內塌陷成無確定形態的無孔 物質的組合物相對比。所述基質的優點在於保持其孔隙度，這對於骨取 代或骨增長過程很重要。由於兩階段的降解，本發明植入物材料保持了用於提高骨形成的多 孔結構。另外，兩階段的降解使活性物質如骨生長誘導劑受控釋放或將 其傳送至周圍組織。原部位硬化的本發明可模壓生物材料的糊狀物組分 中的聚合物的第 一 階段降解導致的釋放能夠隨不溶於水的固體填充物和 /或溶於水的降解調節劑的變化而變化。圖6示出了束綽於各種生物材料的rhBMP-2的回收。 如圖6所示，僅含有P -TCP顆粒的樣品顯示幾乎與rhBMP-2 (A co//) 無相互作用，即從上層清液(A)幾乎100%回收rhBMP-2。由於rhBMP-2 是帶正電荷的，因而本發明的可模壓生物材料中的帶負電荷的基團可導 致回收的減少。它顯示對於觸發和/或促進rhBMP-2活性劑吸附至本發明可模壓生物 材料，非封端的聚合物和CMC是適合方式。改進的活性劑的吸附與在體 內使用時從本發明可模壓生物材料持續釋放活性劑的延長相關。由於每個樣品的|3 -TCP顆粒的絕對量是相等的，且僅含有P -TCP顆 粒的樣品顯示幾乎與rhBMP-2 (A co7/)無相互作用，觀察到的吸附至其它 載體的蛋白質的吸附必須分別由通過非封端的PLGA共聚物和CMC引入的 羧基陰離子觸發。實際上，實驗顯示觀察到的吸附至其它載體的蛋白質的吸附(B至D ) 分別由通過非封端的PLGA共聚物和CMC引入的羧基陰離子觸發。這個結 論，即含有封端的PLGA共聚物的配方(D)比含有非封端的PLGA共聚物 的配方(B和C)產生升高的回收率，得到了觀測結果的支持。圖7示出了隨時間流逝兩種不同生物材料的聚合物的降解。A代表根36據實施例2Resomer RG504 (44.0 wt%) 、 PEG 400 (22.0 wt%) 、 Biocement D (20.6 wt°/。)、乾燥的無水硫酸鉤(20. 6wt%)和羧甲基纖維素鈉鹽(1.0wt%)。 B 示出了實施例8的可模壓生物材料的降解。數據顯示，與B相比，A的生物材料中的聚合物隨時間流逝的降解延 長了，從而導致材料B較早的再吸收。數據還代表性地顯示了本發明可 模壓生物材料的三階段降解動力學(見圖7B，下降階段0-1天，2-4天 和7-10天)。實施例實施例1:製備塗敷了活性劑的固體顆粒多孔材料本實施例使用塗敷了 P-TCP的顆粒作為固體多孔材料而rhGDF-5作 為活性劑。替代方案可以類似地製備。原材料必須以適當方式滅菌。最初將500mg|3-TCP ( 500-1000|Lim顆 粒大小)以乾燥形式放置於2R-玻璃杯內。將rhGDF-5原液(3. 4mg/ml 於10mM HC1中)用相應的包,皮緩沖液稀釋至0. 54)dg/ml。用吸管將由上 述方法獲得的475|iU的rhGDF-5溶液移液至P -TCP上並被吸收。溼潤的 顆粒狀物在25。C下培養1小時，然後凍幹。塗敷(3-TCP的其它實施例在 WO 03/043673和PCT/EP2005/006204中有描述。實施例2:製備可生物降解的糊狀物材料初始聚合物(RG502H; PLGA;聚合物組合物48-52mol°/。 D，L-丙交 酯和48-51mol。/。乙交酯；特性粘度0. 16-0. 24dl/g, 25°C, 0. 1°/。於CHC13 中；Boehringer, Ingelheim)加入至瓷坩堝中的必需量的有機溶劑(PEG 400 )中。這兩種組分均質化，並在約60。C加熱直至聚合物完全溶解於有 機溶劑中。隨後，無機填充物(P-磷酸三釣粉末)和任選的其它賦形劑 (例如，降解調節劑，如羧曱基纖維素鈉鹽)分散至聚合物溶液中。實施例3:包括多孔含4丐陶乾的原部位硬化的可模壓生物材料實施例1的塗敷了的P -磷酸三鈣顆粒和實施例2的可生物降解的糊 狀物材料在坩堝中用例如消過毒的勺子柔和地混合均勻，以形成粘稠的 可模壓的材料。製備p-磷酸三釣顆粒和聚合物糊狀物的比例(wt°/。/wt%) 各不相同的植入體材料a) P-TCP:聚合物糊狀物的比例為1: 1. 3; b) P -TCP:聚合物糊狀物的比例為1: 1. 4; c) P -TCP:聚合物糊狀物的比例為 1: 1. 5;以及d) (3 -TCP:聚合物糊狀物的比例為1: 1. 7。對於要求可生物降解的糊狀物材料或可模壓生物材料處於其硬化後 形狀的所有實驗，所述材料轉移至48-孔板的孔中(每孔250-300mg)。 所述孔板然後在含有PBS-緩衝液的浴中培養，其中溫度固定在37。C。所 述浴以150mir^的頻率不斷糹展動。實施例4:機械測試由實施例2製備的可生物降解的糊狀物材料的變硬的溼潤樣品和實 施例3製備的原部位硬化的可生物降解的糊狀物材料(植入物材料)，轉 移至96孔板的孔中(每孔150-200mg,每個時間點三個孔和樣品)。隨後 含有樣品的所述孔板轉移至培養浴中，浴的溫度始終保持在37°C,以模 擬生理條件，其中PBS-緩衝液作為培養媒介。在每指定的時刻，96孔板 從培養浴中移出，以進行機械測試。樣品的硬度採用TH2730 (FaThuemler)測試。該機器主要由能在樣 品上施加壓力的金屬衝孔工具和用於控制和測量施加的力以及確定在測 量過程中被覆蓋的距離的LVDT-傳感器組成。在測試不同樣品之前，需確 定不含有任何樣品的孔的高度(lh)。因此，用於下述測量的衝孔工具的 啟動點被固定。樣品硬度的實際測定包括兩個步驟。在第一步測量中必 須確定具體樣品的高度(h2),其中衝孔工具的十字頭速度(crosshead velocity)是每分鐘40mm，施加的力限制為0. 2N。進行第二步測量是測 量30秒的時間內衝孔工具在樣品中^皮覆蓋的距離(d)，其中施加的力一 直保持為20N。樣品的硬度計算如下硬度(％) = (h2-d) /h2x 100%所描述的方法基於根據Shore (DIN53505 )的硬度測定。實施例5:製備用於SEM-分析根據本領域技術人員已知的標準程序，變硬的且真空乾燥的樣品用 金賊射。應用20kV的電壓完成SEM-顯微照片。用於這些分析的目標結構 是植入體材料的顆粒狀樣品的表面和核心以及尤其是通過這些結構顯示 的孔隙度實施例6:不同有4幾溶劑中的rhGDF-5的穩定性使用諸如聚乙二醇400、 N-曱基吡咯烷酮、二曱基亞碸和四氫槺醇聚 乙二醇醚的溶劑。通過在500mg |3 -TCP上塗敷rhGDF-5製備樣品和參照 物，以得到最終濃度為500pg/g的P-TCP。隨後，將666pl各自的溶劑 加入至每份樣品中，而參照物不做處理。在25。C下培養24小時後，樣品 和參照物均採用3ml提取緩衝液在4。C提取1小時，所述緩沖液由尿素 (8M)、 Tris (lOraM)和EDTA (100mM)組成，其pH值用鹽酸調節至6. 7。 在提取步驟後，所有樣品和參照物以4500rpm離心分離3分鐘。隨後， 上層清液用1: 1比例的溶劑A ( 0. 15%三氟乙酸和20%乙腈於水中)稀釋。 溶劑B為在水中的0. 15°/。三氟乙酸和84°/。乙腈。採用Vydac C18，規格為 2. lx 250mm,流速為0. 3ml/min，測定蛋白質的特性。通過測定220nm 處的吸光率記錄洗脫圖。rhGDF-5、 rhBMP-2和它們的降解產物的量由 220nm處的峰面積計算。實施例7:測定聚合物的降解實施例2製備的可生物降解的糊狀物材料在6R-Vail中精確稱重， 在其中加入約3mlPBS-緩衝液。為了顯示樣品的pH值，在樣品中加入20ial 溴百裡酚藍，其中深藍色指示中性pH值。聚合物(此處指PLGA共聚物) 的降解引起pH值的降低，這由從深藍色到黃色的顏色變化顯示出來。到 指定的時間點，樣品的上層清液採用0. 04M氫氧化鈉溶液滴定，直至樣 品的pH值達到中性，這由指示劑的深藍色指示。到每一個時間點，消耗的氫氧化鈉的總量求和，並通過考慮PLGA共聚物的使用量而標準化。實施例8:測定隨時間流逝的體外聚合物降解和可模壓生物材料中聚合物 的含量將10. OgP-TCP顆粒與15. 0g可生物降解的糊狀物材料(Resomer RG502H) (22. 2wt%)、聚乙二醇400 ( 44. 5wt% )、 P-TCP粉末(20. 8wt% ) 和乾燥的二水硫酸釣(12. 5wt%)混合。取l.Og所得到的粘稠物質以形 成圓柱形樣品，其隨後轉移至裝有50ml生理磷酸緩沖液的50ml聚丙烯 反應管中。在指定的時間點(培養1天、2天、4天、7天、10天、14天、21 天后)，樣品被取出並真空乾燥。在1.5ml聚丙烯反應管中精確稱量約 75mg真空乾燥的組合物材料。隨後，加入1. Oml四氫呋喃。在持續水平 攪動(300min_1)下於室溫將樣品培養10分鐘。通過以13000rpm離心分 離5分鐘而將不溶的無機成分從聚合物溶液中分離出來。然後，所獲得 的上層清液經組合尺寸排阻色譜多角度光散射儀進行分析，所述儀器尤 其由HPLC設備、尺寸排阻柱(7. 8mm x 30. Ocm)和順次結合折光率檢測 器的多角度散射檢測器組成。為測定從各自樣品中提取出來的聚合物的分子量，注入200(_il上層 清液。採用四氫呋喃以恆定流速l.Oml/min洗脫聚合物。柱溫度增加至 40°C。為了使所用的軟體能計算出絕對分子量和所分析的聚合物的絕對 注入量，各聚合物的不同微分折射率(dn/dc )通過記錄各聚合物濃度的 折射率信號曲線下的面積預先測定。通過類似地繼續處理有機增塑劑，本方法允許測定隨時間流逝的可模壓生物材料的相關組分。實施例9: rhBMP-2 U co7/)與可才莫壓生物材料各種組分的相互作用75mg P -TCP顆粒與根據上述實施例製備得到的112. 5mg可生物降解的糊狀物材料混合，以得到可模壓的生物材料。隨後使用如下各種生物材料的變體A) & -TCP顆粒B) P-TCP顆粒+可生物降解的糊狀物材料，所述可生物降解的糊狀 物材料由PEG400( 44. 5wt% )、 p -TCP粉末(33. 3wt% )和Resomer RG502H(非封端的，22.2wt%，購至Boehringer Ingelheim)C) P -TCP顆粒+可生物降解的糊狀物材料，所述可生物降解的糊狀 物材衝+由PEG400 ( 43. Owt%)、 P-TCP粉末(32. 4wt% )、 Resomer RG502H(非封端的,21.6wt%，購至Boehringer Ingelheim)和 DS為0.7且粒徑為100-200|_im的羧甲基纖維素鈉鹽(CMC) (3. Owt% )D) P -TCP顆粒+可生物降解的糊狀物材料，所述可生物降解的糊狀 物材才+由PEG400( 44. 5wt% )、 P -TCP粉末(33. 3wt% )和Resomer RG502 (佳於端的，22.2wt%，購至Boehringer Ingelheim)為了區分可生物降解的糊狀物材料對與rhBMP-2 (A co/2')相互作用 的程度的影響以及P-TCP顆粒的分布對整個蛋白質吸附的差別，採用 75mg P -TCP作為參照載體(A )。將每份樣品轉移至15ml聚丙烯反應管中，所述反應管中填充有15ml 水性緩衝液(於20mM嗎啉乙磺酸一水合物(MES)溶液中的60mM氯化鈣、 0. 01wt。/。聚山梨醇酯80、 0. 02wty。疊氮化鈉,pH6. 2)。所有樣品用30jug rhBMP-2C51. co/i)加標。在指定的時間點(1天、2天、4天、7天、10 天)，4吏用250mm x 4. 6mm C4柱(Vydac )通過RP-HPLC測定各樣品上層 清液中的rhBMP-2 co")濃度。於水中的20wt。/。乙腈和0. 15wt。/。三氟乙酸以及於水中的84wt。/。乙腈和 0. 15wty。三氟乙酸分別作為洗脫液。流速增加至0. 8ml/min。通過340nni(激 發280nm)處的螢光檢測而測定濃度。相對於時間點為"零"處的上層清 液中的r固P-2的量(100%回收),測定上層清液中的r固P-2的量。4權利要求
1.一種可模壓的生物材料，包括a)一種顆粒狀固體多孔材料，其粒徑為100-4000μm，以及b)一種可生物降解的糊狀物材料。
2. 根據權利要求1所述的可模壓生物材料，其中a) 所述顆粒狀固體多孔材料包括陶資化顆粒，所述陶瓷化顆粒由 平均粒徑為100-4000 iam的磷酸三釣製成；以及b) 所述可生物降解的糊狀物材料是一種糊狀物，其包括i. 一種增塑劑，其是一種溶於水或易與水混合的生物相容的有機液體；ii. 一種不溶於水的聚合物，其溶於所述增塑劑且是生物相容 的、可生物降解的和/或可生物再吸收的；以及iii. 一種不溶於水的固體填充物，其不溶於所述可塑劑。
3. 根據權利要求1或2任一所述的可模壓的生物材料，其具有可模 壓的粘稠度，且一旦與水性媒介或體液接觸，能夠在原部位硬化以形成 固體植入體。
4. 根據權利要求1-3中任一項所述的可模壓的生物材料，其中所述 組分a )和b )以能形成粘合產物的比例使用。
5. 根據權利要求1-4中任一項所述的可模壓的生物材料，其中組分 b)的糊狀物包括可溶於水的降解調節劑，其是羧甲基纖維素。
6. 根據權利要求1-5中任一項所述的可模壓的生物材料，進一步包括c) 一種活性劑。
7. 根據權利要求1-6中任一項所述的可模壓的生物材料，其中所述活性劑是骨生長因子。
8. 才艮據權利要求1-7中任一項所述的可模壓的生物材料，其中所述 活性劑選自由BMP-2、 BMP-7和GDF-5組成的組。
9. 根據權利要求1-8中任一項所述的可模壓的生物材料，其顯示在原部位的兩階段的降解。
10. 根據權利要求1-9中任一項所述的可模壓的生物材料，其在原 位硬化後至少2-3天的時間內保持物理完整性，並在聚合物組分降解後 保持多孔顆粒狀結構。
11. 一種包括權利要求1-10中任一項所述的可模壓的生物材料的單 獨的組分a)和b)或權利要求6-10中任一項所述的可模壓的生物材料 的相隔離的組分a)、 b)和c)的成套組件。
12. —種包括權利要求1-10中任一項所述的可模壓的生物材料的組 分a )和b )或權利要求6-10中任一項所述的可;^莫壓的生物材料的組分a )、 b )和c )的植入體。
13. —種製備可模壓的生物材料的方法，所述方法包括將糊狀物與 磷酸4丐或硫酸釣混合，使得所述混合物具有可模壓的粘稠度，其一旦與 水性媒介或體液接觸能夠在原部位硬化，以形成固體多孔植入體，其中 所述糊狀物包括i. 一種增塑劑，其是一種溶於水或易與水混合的生物相容的有機液體；ii. 一種不溶於水的聚合物，其溶於所述增塑劑且是生物相容的、 可生物降解的和/或可生物再吸收的；以及iii. 一種不溶於水的固體填充物，其不溶於所述增塑劑。
14. 根據權利要求13所述的方法，其中所述糊狀物是水被乾燥了的 和/或是採用無水組分(i )、 ( U )和/或(i H )製備的。
15. 權利要求1-10中任一項所述可模壓的生物材料的應用，權利要 求11所述的成套組件的應用，或權利要求12所述的植入物的應用，用 於製備藥物組合物或醫療設備，以用於脊推融合、長骨缺損、臨界大小 缺損、骨折不癒合、關節再定位，優選膝蓋或臀部再定位、骨折修復、 軟骨修復、上頜面再造、牙周修復、腰推間盤退化症、脊推前移症、骨 組織填充。
16. 由權利要求13或14所述的方法製備得到的一種可模壓的生物 材料。
全文摘要
本發明涉及一種可模壓的生物材料，其包括顆粒狀固體多孔材料和可生物降解的糊狀物材料。所述糊狀物材料和顆粒狀固體多孔材料形成一種用於骨取代或骨增長的基質。在各種實施方案中，所述基質具有高的結構整體性，其不會在植入後立即或短時間內塌陷為無確定形態的無孔物質，其在植入後保持其多孔性，在植入後顯示兩階段的降解和/或當被應用於溼潤的開放的植入部位時，具有很好地抗洗出能力。活性劑，如骨生長因子，能被添加至本發明的可模壓的生物材料中。本發明還提供成套組件、植入物、製備方法以及醫學應用。
文檔編號A61L27/56GK101330934SQ200680046926
公開日2008年12月24日 申請日期2006年12月14日 優先權日2005年12月14日
發明者克勞澤·黑勒布蘭德, 安德烈斯·許茨, 米夏埃多·西德勒, 薩布裡納·克呂格爾 申請人:Scil技術有限公司