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可植入的修復器件的製作方法

2023-05-10 14:34:31

可植入的修復器件的製作方法
【專利摘要】一種用於修復、增大或置換組織的可植入修復器件,該器件包括絲心蛋白,並且其中,該器件包括平滑表面和多孔表面。平滑表面定義為當該修復器件的樣品通過按照峰值力輕敲模式穿過流體成像而完全水化時,在使用原子力顯微鏡(例如,使用Bruker?Dimension?Icon系統)時具有小於約0.1μm的測定Sa值的表面。還涵蓋一種製備用於修復、增大或置換組織的可植入修復器件或者這種器件的部分或層的方法,該方法包括以下步驟:在模具中由絲心蛋白溶液製備凝膠;通過使凝膠經受一個或多個凝膠冷凍和解凍的步驟而製備材料;和在所述器件上產生至少一個多孔表面,其中,在由絲心蛋白溶液製備凝膠時,調節模具的部分以提供至少一個平滑表面。
【專利說明】可植入的修復器件
【技術領域】
[0001]本發明總體涉及可植入修復器件的領域。更具體而言,且非唯一地,本發明涉及替換、修復和/或再生受損或患病的軟骨的醫療器件,並涉及製作這種器件的方法。本發明更具體而言涉及一種用於置換、部分置換或增大的受損傷關節軟骨,包括,例如,膝關節、髖關節、肩關節、手指關節和踝關節的關節軟骨的器件。
[0002]除非下文明確指明,否則術語「絲心蛋白」用於泛指繭絲的主要結構蛋白,而不論它們是從家養桑蠶(家蠶)或轉基因蠶或是從任何野生蠶,包括但不限於生產蒙加絲、蓖麻蠶絲或柞蠶絲的那些獲得的。此外,術語「絲」用於指代蠶吐出的天然細纖維,其主要包括兩種主要蛋白,絲膠蛋白及絲心蛋白,絲心蛋白是絲中的結構纖維而絲膠蛋白是圍繞絲心蛋白而在蠶繭中將纖維粘在一起的物質。』蠶繭』或』繭』用於指代由蠶幼蟲吐紡出來用於蛹階段期間進行保護的絲外殼。
【背景技術】
[0003]成年哺乳動物體內的軟骨以三種主要形式出現:透明軟骨、白成纖維軟骨;和黃色彈性軟骨。透明軟骨主要作為關節軟骨存在於滑液的動關節,例如膝蓋、臀部和肩膀中、以及長骨之間,在那裡它形成挺括(stiff)而平滑的關節表面。白色成纖維軟骨存在於膝蓋上和下顎顳下頜關節的半月板和椎間盤中。黃色彈性軟骨對會厭、耳咽管和外耳提供支撐。
[0004]三種涉及軟骨損傷的病症是很常見的:關節軟骨的骨關節病、膝蓋半月板的成纖維軟骨受傷;椎間盤塌陷、破裂或突出;和由類風溼性關節炎造成的損傷。骨關節病是由髖關節和膝關節中最常見的關節軟骨漸進損傷和破裂造成的,以及在年輕人和老年人中同樣是疼痛和行動不便的一個重要原因。半月板成纖維軟骨的受損傷是一種常見的運動損傷,並也被看作是道路交通事故和其它創傷的結果。
[0005]關節軟骨是高度專化從而在相對剛性的骨頭之間提供相對無摩擦、高度潤滑、耐磨損表面。它還發揮將由負荷接觸產生的力傳送和分配到周圍軟骨和下層軟骨下的骨小梁的作用。它是一種由主要包含散布於含有II型膠原纖維、蛋白聚糖和其它糖蛋白的固相中的水和電介質的流體相構成的無血管結締組織。後者組分包圍,並由高度專化的間充質細胞、軟骨細胞分泌,這些細胞佔關節軟骨約10%的體積。關節軟骨內的膠原纖維排布於構成法向排布和錨定於骨軟骨交界處的複雜拱廊結構形成柱(column)中。這些柱向上直抵通過深層軟骨,但主要的纖維取向逐漸變化而在淺層軟骨中形成拱廊結構的拱弧。在鄰接關節間隙的表面層中,膠原纖維的網狀結構更加緻密,而原纖幾乎完全與軟骨表面相切。膠原在關節軟骨中的取向對其機械性能是至關重要的。健康的關節軟骨強而硬(模數為l-20MPa)。
[0006] 對於修復骨關節中關節軟骨以及在兩種最常見的受損關節,髖關節和膝關節的情況下進行替換還存在不盡如人意的方法和步驟,人工假體最常用於更換整個關節。雖然這些會增加行動性並減少疼痛,但他們會遭受漸進性磨損、機械故障、不良組織反應、以及這些骨的相間鬆弛。因此,圍繞提供具有超過目前可用假體的改善性能的合適可植入修復材料的領域,人們開展了大量的工作。
[0007]一種這樣的器件描述於W02007/020449A2中,描述了生物相容性的可生物再吸收的三維絲或其它纖維鋪層和具有部分地或基本上填充纖維鋪層間隙的生物相容性的可生物再吸收的基本上多孔絲基的或其它水凝膠的軟骨組織修復器件。
[0008]國際專利申請號PCT/IB2009/051775 (根據W02009/133532A2公開)公開了一種絲心蛋白溶液和能夠用於製作已發現能夠有效用作軟骨修復的植入物的改善絲心蛋白材料的方法。用於製備再生絲心蛋白溶液的方法包括以下這些步驟:(a)用包含氫氧化銨、氯化銨、溴化銨、硝酸銨、氫氧化鉀、氯化鉀、溴化鉀或硝酸鉀中的一種或多種的水性溶液的離子試劑處理絲或絲繭;(b)然後在用離子試劑處理絲或絲繭之後乾燥絲或絲繭;和(C)隨後將絲或絲繭溶解於離液試劑中。
[0009]此外,國際專利申請號PCT/GB2009/050727(根據W02009/156760A2公開)公開了
由絲心蛋白溶液製備修復、增大或置換骨的可植入材料的方法。方法包括:由絲心蛋白溶液製備凝膠;通過將凝膠經受一步或多步凝膠冷凍和解凍的步驟而製備材料,其中由絲心蛋白溶液製備凝膠的步驟在磷酸根離子的存在下進行。材料通常採用鈣離子處理而形成絲心蛋白-磷灰石。進一步的方法步驟包括用異氰酸酯處理材料而形成交聯的步驟。可植入的材料已發現作為骨修復的植入物是有效的。
[0010]本發明的一個目的是提供一種能夠承重並具有與現有骨或軟骨整合(成為整體,一體化,integrate)的改善或增強能力的可植入修復器件。本發明的另一個目的是提供一種適於軟骨置換之後提供關節的改善關節咬合的可植入修復器件。本發明進一步的目的是提供一種具有相對無 摩擦的高度潤滑耐磨表面以最小化對並置組織的損傷且儘可能靠近關節軟骨的能力的器件。

【發明內容】

[0011]在本發明的一個方面中,提供了一種修復、增大或置換組織的可植入修復器件,器件包含絲心蛋白且其中器件包括平滑表面和多孔表面。
[0012]對於「平滑表面」,這是指充分無不規則、粗糙度、或突起而使之具有優良質地的表面,以使表面是相對無摩擦的,並能夠經過潤滑而為相對剛性的骨頭或鄰近組織提供耐磨損的關節運動表面。更具體而言,平滑表面定義為,當修復器件的樣品通過按照峰值力輕敲模式(peak force tapping mode)穿過流體成像完全水化時,在使用原子力顯微鏡(使用,例如,Bruker Dimens1n Icon System)時具有小於約0.1 μ m的測定Sa值的表面。為了清楚起見,上述結果相當於約20 μ mX 20 μ m的樣品尺寸的分析。
[0013]據設想,根據本發明製備的器件可以用於修復、增強或置換各種組織,包括,例如,軟骨、骨、血管組織、心臟組織、胃腸道組織、泌尿生殖組織、韌帶和腱、脊椎盤等,以及某些醫學指徵,如疝氣和瘻管的修復。
[0014]採用這種結構,器件具有的平滑表面顯著比BS IS07206第2部分(比2 μ m Ra更好的平均粗糙度)的關節置換表面顯著「更平滑」。此外,器件具有的平滑表面都在金屬和陶瓷組件的球形關節表面(當根據IS0468:1982中給出的原理測定時使用0.08毫米的臨界值標準,Ra值分別不超過0.05 μ m和0.02 μ m)所要求的標準域內。在這個方面中,值得注意的是Ra和Sa值都是指「平均粗糙度」,並且當Ra值從單個截面軌跡圖進行計算且Sa值是在某個區域內進行計算時,這些值是非嚴謹可比的。
[0015]因此,根據本發明的器件具有的平滑表面、是持久的、相對無摩擦的,並能夠進行潤滑而在相對剛性的骨或鄰近組織之間提供耐磨損關節表面。此外,多孔表面通過提供輔助細胞和組織的進入的表面而有助於與現有的骨骼或軟骨的整合。
[0016]優選平滑表面當如上使用原子力顯微鏡測定時包含小於0.08 μ m的Sa值,更優選小於0.06 μ m的Sa值,更加優選小於0.05 μ m的Sa值且最優選小於0.04 μ m的Sa值。
[0017]優選器件作為包含絲心蛋白的坯體(本體,body)而形成,坯體提供所述平滑表面與所述多孔表面。
[0018]優選平滑表面包含表層(皮膚)的表面。優選還體的第一部分包含表層。優選表層形成整個坯體的第一部分。 [0019]表層可以為約1-約500 μ m厚。優選表層為約50-約300 μ m厚。更優選表層為約80-約200 μ m厚。最優選表層為約100 μ m厚。
[0020]優選坯體的第一部分(帶有具有表層的平滑表面)整體上形成器件坯體的部分。
[0021]另外,表層可以附著於預成形的坯體。表層和預成形的坯體可以通過任何合適的方法,如粘合劑而相互附著。
[0022]另外,表層可以原位形成於預成形的坯體上。例如,表層可以膠凝於預成形的坯體或將構成坯體部分的材料預成形的部分上。
[0023]優選坯體進一步包括第二部分,第一部分包含至少平滑表面且第二部分至少包含多孔表面。因此,優選第一部分還包括表層。優選第二部分除了多孔表面之外包括坯體的一部分。
[0024]第一和第二部分可以各自佔約50%的坯體的體積。可替換地,第二部分可以佔約50% -約99%的坯體體積。優選第二部分佔約95%的坯體體積。因此,最優選第二部分包含多孔表面和進一步的部分且第一部分包括表層和平滑表面。優選第一和第二部分整體形成。
[0025]或者,第一和第二部分可以分別包含彼此固定到一起的離散第一層和第二層。第一層和第二層可以通過任何合適的方法,如使用粘合劑附著於預成形的層,或通過在預成形的層上形成一個層而產生附著。在後者的情況下,優選第一層形成於預成形的第二層上。例如,平滑表面和/或表層可以膠凝於預成形的層上。
[0026]第一和第二層至少之一可以包括適於輔助兩層的相互附著的多孔表面。在一個層是預成形的情況下,僅僅預成形的層可以提供這樣的表面。優選在兩個層都是預成形的情況下,第一和第二層都包括適於促進彼此附著的多孔表面。
[0027]該器件的第二部分(或層)可以部分或完全包括骨材料、或可植入的骨生物材料。
[0028]對於「骨材料」或「骨生物材料」,我們是指任何合適的材料,包括自體植入物、同種異基因植入物或脫礦化骨、磷酸鈣類材料、其它無機複合材料、聚合物-礦物複合材料、多孔骨生物材料或由諸如公開於W02009/156760A2中的方法製成的材料,即由包括以下步驟的方法製備的材料:由絲心蛋白溶液製備凝膠,通過將凝膠經受一步或多步凝膠冷凍和解凍的步驟製備材料,其中由絲心蛋白溶液製備凝膠的步驟是在磷酸鹽離子存在下進行的,並且該材料進一步用鈣離子處理,而形成絲心蛋白-磷灰石。骨材料可以用異氰酸酯進行處理。
[0029]採用W02009/156760的材料,絲心蛋白溶液可以與磷酸根離子一起分散之後才進行由絲心蛋白溶液製備凝膠的步驟。優選由絲心蛋白溶液製備凝膠的步驟包括包含磷酸鹽離子的膠凝劑。尤其良好的結果已經在絲心蛋白溶液使用調節至鹼性pH值的磷酸二氫鈉的水性緩衝溶液進行膠凝時觀察到。尤其良好的結果已經在用交聯劑的處理基本上沒有使用絲心蛋白溶脹劑,例如水、二甲基亞碸或二甲基甲醯胺的情況下獲得。
[0030]優選坯體、或形成坯體的這些層或部分包含再生的絲心蛋白。
[0031]對於「再生的絲心蛋白」,我們是指由再生的絲心蛋白溶液,例如,公開於W02009/133532A2中的,即由包含以下步驟的方法製成的再生絲心蛋白溶液製成的絲心蛋白:(a)用包含氫氧化銨、氯化銨、溴化銨、硝酸銨、氫氧化鉀、氯化鉀、溴化鉀或硝酸鉀中的一種或多種的水性溶液的離子試劑處理絲或絲繭;(b)然後在用離子試劑處理絲或絲繭之後乾燥絲或絲繭;和(c)隨後將絲或絲繭溶解於離液試劑中。
[0032]優選至少部分坯體是多孔的。優選坯體的至少部分第二部分(毗鄰於多孔表面)是多孔的。因此,更優選多孔層是坯體多孔部分的延續。最優選基本上坯體的所有第二部分都是多孔的(例如,非平滑表面和/或表層)。
[0033]這些孔隙直徑範圍可以為約ΙΟμπι-約ΙΟΟΟμπι。平均孔徑範圍可以為約100 μ m-約500 μ m,更具體而言,約200 μ m-約400 μ m。平均孔徑可以為約300 μ m。
[0034]坯體的多孔部件、部分或層可以包含約10% -約95%體積孔隙率。優選坯體包含約60%-約95%體積孔隙率。更優選坯體包含約70%-約95%體積孔隙率。最優選坯體包含約85%體積孔隙率 。
[0035]優選坯體的多孔部件、部分或層包含括相當比例的「開孔」,大多數孔隙都與多孔表面連通(通信,communicating)且每個孔隙都形成枝化的通道結構,這與形成隔離的離散空隙的「封閉孔」相反。
[0036]開孔可以佔所有孔隙的超過約70%的體積,優選所有孔隙的超過約80%的體積,更優選所有孔隙超過約95%的體積且最優選所有孔隙的超過約99%的體積。
[0037]多孔表面可以進行礦化。坯體可以選擇性地進行礦化。對於「選擇性地礦化」我們是指所選的坯體區域進行礦化。最優選坯體的第二部分或第二層,包括多孔表面進行礦化。坯體的第一部分或第一層也可以進行礦化,但不包括表層或平滑表面。
[0038]優選所選的坯體區域用磷酸鈣、最優選用羥基磷灰石進行礦化。優選羥基磷灰石作為納米複合物存在於坯體的整個所選多孔區域內。
[0039]或者,磷酸鈣晶體可以成核於多孔表面上。或者,還有,磷酸鈣晶體可以成核於多孔表面上和整個所選坯體區域上。
[0040]或者,所選的坯體區域用羥基磷灰石或磷酸鈣的顆粒進行礦化。顆粒可以使用粘合劑進行附著或澆鑄到坯體/坯體下層中。
[0041]顆粒直徑可以為約0.2mm-約2mm。優選顆粒直徑為約0.3mm-約1.5mm。顆粒直徑可以介於約0.3mm-約0.7mm,或約0.7mm_l.5mm之間。另外或可替代地,一些或所有這些顆粒都可以以小至140μπι的直徑提供。
[0042]該器件可以包含生物相容性的纖維或纖維鋪層(fibre lay)。
[0043]纖維鋪層可以是三維的。纖維鋪層可以至少部分滲透凝膠。纖維鋪層可以包括纏繞或編織或擰搓的或針織的或編織的(braided)或縫合的或刺繡的纖維、或壓縮的氈、或結合的布層。纖維鋪層可以是網狀的。優選任何纖維鋪層包含絲心蛋白。纖維鋪層可以基本上是要修復的軟骨組織的仿生纖維模式。
[0044]纖維或纖維鋪層可以部分溶解於器件的坯體中,使纖維外層基本上摻混或混合到器件的坯體中。這就與器件的坯體形成更強的粘結而提高了述器件的強度。
[0045]優選該器件作為厚度在約0.2-約6_範圍內的「薄」組件提供從而適用於表面重修的方法步驟。
[0046]或者,該器件可以作為厚度在約6mm-約10mm範圍內的「厚」組件提供從而適用
於置換的方法步驟。
[0047]該器件可以進行成形而仿造預想要進行置換的軟骨組件的形狀和輪廓。例如,盤可以提供用於表面重修操作,而輪廓化的器件可以提供用於置換的方法步驟。
[0048]此外,或可替換地,該器件可以是柔性的從而適應於包括軟骨組件和/或其上定位的骨組件的輪廓。
[0049]在使用中,該器件可以使用銷、平頭針、釘、針刺、箭頭、倒鉤、粘合劑或縫合/縫線附著於體內。
[0050]在本發明的另一方面中,因此,提供了製備修復、增大或置換軟骨的可植入修復器件或這種器件的部分或層的方法,該方法包括以下步驟:在模具中由絲心蛋白溶液製備凝膠;通過將凝膠經受一步或多步凝膠冷凍和解凍的步驟來製備材料;和在所述器件上產生多孔表面,其中在由絲心蛋白溶液製備凝膠時,調節模具的部分從而在所述凝膠上提供至少一個平滑表面。
[0051]對於「模具」,我們是指絲心蛋白溶液和後續的凝膠容納其中的容器。
[0052]優選在所述器件上產生多孔表面包括去除該器件的至少部分表面以暴露其下孔隙的步驟。因此,優選基本上所有的模具都適用於在凝膠上提供平滑表面。
[0053]優選除去表面包括從凝膠上切除的所述表面。任何合適的方法都可用於暴露多孔表面,例如鏟、打磨、或溶解掉所述表面。
[0054]或者,模具可以適於提供多孔表面。在這種情況下,模具的約50%可以適於在凝膠上提供平滑表面,並且模具的約50%可以適於在凝膠上提供多孔表面。或者,模具的約60%可以適於提供平滑表面,以及在其它應用中模具的約20%可以適於提供平滑表面。
[0055]模具的部分可以被拋光。
[0056]優選模具的至少一部分包含透析膜、滲析袋、透析容器或透析表面,並且絲心蛋白溶液倚靠(against)透析膜、袋、容器或透析表面發生膠凝以產生具有平滑表面的表層。該方法可以使用透析膜、袋、容器或包含醋酸纖維素透析膜的表面。
[0057]另外,絲心蛋白溶液可以倚靠玻璃表面或其它平滑表面發生膠凝。
[0058]此外,該方法可以包括使器件經受後成形加工處理以產生平滑表面。
[0059] 優選絲心蛋白溶液通過用一種或多種膠凝劑,如,例如,酸的水性溶液處理絲心蛋白溶液而發生膠凝。舉例而言,使用包含乙酸溶液的膠凝劑已經獲得了尤其良好的結果。再生絲心蛋白溶液可以發生膠凝作用而形成水凝膠。凝膠化可以在約20°C的溫度下使用1%的乙酸溶液進行一段時間而進行,由所需要的凝膠化滲透深度確定所要進行的時間。例如,對於8mm厚的器件,凝膠化時間可以為約2-8個小時,更優選4_6個小時。[0060]任何模具可以在冷凍和解凍步驟之前去除。優選冷凍(但非必要解凍步驟)採用任何合適的模具進行。
[0061]凝膠冷凍可以在任何合適的溫度,例如,在約-1到約_120°C的溫度範圍內進行。優選冷凍在約-10到約-30°c的溫度範圍內進行。更優選冷凍在約-14到-20°c的溫度範圍內進行。例如,在冷凍在約-14到_18°C的溫度下進行的情況下,已經獲得了良好的結果。
[0062]為了增大孔隙直徑,可以進行多個凍融循環。
[0063]該方法可以提供可植入器件的部分或層。然而,優選該方法包括相互整合所述平滑表面和所述多孔表面從而作為整體器件(一體器件,集成器件,integrated device)形成該器件。優選平滑表面作為基本無孔或至少包含小於約Ium級的孔隙的表層的部分而形成。
[0064]或者,該方法可以包括預成形包含表層和平滑表面的第一層和預成形包含多孔表面的第二層,以及將這兩部分附連至一起。該方法可以包括將預成形的層通過任何合適的方法,如粘合劑相互附連至一起。
[0065]在另一個替代實施方式中,該方法可以包括預成形表層和預成形坯體並將這兩部分附連至一起。該方法可以包括將預成形的表層和預成形的坯體通過任何合適的方法,例如粘合劑相互附連至一起。
[0066]在進一步的替代實施方式中,該方法可以包括預成形坯體並將平滑表面和表層形成於預成形的坯體上。因此,該方法可以包括將絲心蛋白溶液膠凝於預成形的坯體上,在這種情況下,平滑表面可以通過根據任何前述方法倚靠適於提供所述平滑表面的模具形成絲心蛋白溶液,或將凝 膠的表面進行後成形加工處理而獲得。
[0067]該方法可以包括形成坯體,或由諸如公開於W02009/133532A2中並在以上詳細討論的再生絲心蛋白溶液預成形這些層或表層。
[0068]當使用再生絲心蛋白溶液時,絲或絲繭可以在用離子試劑處理之前或之後或按需進行脫膠(除去絲膠)。脫膠可以使用蛋白水解酶,如胰蛋白酶,選擇性地除去絲膠,而不會除去絲心蛋白。蠶絲溶解的離液劑可以是至多達9.4M的離液劑和/或持續小於24小時的一段時間,更優選使用約8.0M-9.4M的試劑,甚至更優選在37°C下進行。最優選將蠶絲溶解於離液劑中,可以包含約8.25M-9.0M的溶液,再次優選在37°C下完成。在37°C下,8.5M的離液劑濃度和少於12小時的時間已經獲得良好的結果。優選離液劑是溴化鋰。
[0069]優選該方法包括以下順序的步驟:(a)滲析(透析)再生絲心蛋白溶液從而除去離液劑;(b)在模具中冷凍所滲析的再生絲心蛋白溶液;(c)去除模具;(d)同時解凍和膠凝所滲析的再生絲心蛋白溶液和(e)使凝膠經受一個或多個冷凍/解凍循環。
[0070]在步驟(a)之前,優選在指定的時間段內使用離液劑將單個纖維或纖維鋪層引入到再生絲心蛋白溶液中之後才開始滲析再生絲心蛋白溶液。在各纖維/纖維鋪層包含絲心蛋白,或另一種可溶於離液劑中的材料時,這具有引入受控/部分溶解引入的纖維/纖維鋪層的效應。溶解由在滲析期間開始去除離液劑而停止。這認為是有益的,因為它所起的作用是將未溶解的各纖維/纖維鋪層用再生絲心蛋白溶液整合至一起,致使在後續加工處理步驟之後在各纖維/纖維鋪層和器件坯體的其餘部分之間形成連續區。各纖維/纖維鋪層和器件坯體的其餘部分的整合可以提供改善的機械性能和/或各纖維/纖維鋪層從器件坯體的其餘部分發生脫層的改善耐脫層性。[0071]針對純水進行滲析可以用於除去離液劑並且溶液可以濃縮至約5% -25% w/v。優選在滲析期間,再生絲心蛋白溶液和滲析液應在「溫和振蕩」下攪拌。優選在滲析期間,對滲析液測試離液劑。測試可以包括對透析液進行的硝酸銀測試。然而,優選測試包括檢查滲析液的電導率。因此,優選測試包括使用電導/電解計,將其置於滲析液中。優選再生絲心蛋白溶液的滲析可以在電導率讀數小於或約等於500 μ S/cm(微西門子/cm),更優選100 μ S/cm且最優選50 μ S/cm時進行。在電導率讀數記錄超出所選讀數的情況下,再生絲心蛋白溶液可以進行進一步滲析,但是應理解的是,更高的導電率是可以容許的。測試滲析液中離液劑的含量,提供了絲心蛋白溶液中剩餘離液劑多少的直接指示。
[0072]在步驟(b)中,冷凍有助於在步驟(C)之前保持溶液在模具形狀中的形狀。
[0073]優選步驟(d)包括在上述的條件下進行膠凝作用。通過在凝膠化期間解凍,模具的形狀就得以保留。 [0074]步驟(e)將孔隙引入凝膠中。
[0075]該方法可以包括向器件中併入生物相容性的纖維或纖維鋪層。因此,該方法可以包括通過纏繞或編織或擰搓或針織或編織或縫合或刺繡纖維,或壓縮氈或貼合布層而形成纖維鋪層。纖維鋪層可以形成以使之基本上仿生要修復的軟骨組織的纖維圖案。
[0076]該方法可以包括用凝膠至少部分滲透纖維鋪層。因此,該方法可以包括用絲心蛋白溶液在模具中定位纖維鋪層的附加步驟。
[0077]優選該方法包括在滲析之前將纖維或纖維鋪層加入到溶液中。優選纖維或纖維鋪層部分地溶解於溶液中之後才圍繞纖維/纖維鋪層使溶液凝膠化。這使得纖維的外層基本上與絲心蛋白基質在那圍繞於器件的最終坯體進行共混或混合。
[0078]優選任何纖維鋪層都包含絲心蛋白。
[0079]該方法可以包括至少礦化多孔表面的步驟。因此,優選該方法包括形成所述多孔表面並隨後至少選擇性礦化多孔表面的步驟。
[0080]優選該方法包括隨後用鈣離子處理至少凝膠的多孔表面從而在至少多孔表面上形成羥基磷灰石納米複合物。最優選凝膠的至少第二部分或第二層用鈣離子處理從而在所述第二部分或第二層上形成羥基磷灰石納米複合物。該方法可以採用將具有至少多孔表面的凝膠部分浸沒於鈣離子溶液中或通過連續浸沒於先含磷酸而後含鈣離子的溶液中的步驟。可以使用阻隔裝置(barrier means)以防止鈣離子遷移通過凝膠超過預定點。
[0081]對於「阻隔裝置」,我們是指,例如,通過選擇性地冷凍凝膠的上部分或上層或者凝膠的上下部分或層之間的離子排阻膜而形成的薄聚合物阻隔層或阻隔物的引入或應用。
[0082]該方法可以包括可植入的生物材料,如預成形的下層或預成形的坯體,諸如W02009/156760A2中公開的和上面所討論的。
[0083]或者,該方法可以包括將磷酸鈣晶體成核在至少多孔表面上的步驟。該方法可以採用將具有至少多孔表面的凝膠部分浸沒於磷酸鈣溶液中,或通過連續浸潰於先含磷酸鹽然後是含鈣離子的溶液中的步驟。阻隔裝置(如上)可以用於防止溶液遷移通過凝膠超過預定點。
[0084]或者還有,該方法可以包括在所述多孔表面上包括礦物顆粒的步驟。該方法可以包括在所述顆粒的床上澆鑄第二部分或第二層的至少一個至少表面的步驟。該顆粒床可以鬆散地附著至支撐表面上,或以其它方式暫時固定到支撐表面上。或者,該方法可以包括使用例如固定劑,如粘合劑將顆粒附著至所述多孔表面的後成形多孔表面上的步驟。
[0085]應該將會理解的是,相對於本發明每一上述各方面描述的優選特徵適用於本發明所有的其它方面。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0086]為了更好地理解本發明,並說明示例性實施例如何可以進行實施,現在將參考附圖進行說明,其中:
[0087]圖1是根據本發明示例性實施方式的可植入修復器件截面的平滑表面和多孔坯體的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像(X 54倍放大);
[0088]圖2是圖1中所示的器件的一部分的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像(X110倍放大);
[0089]圖3a是顯示根據本發明一個實施方式製成的可植入修復器件平滑上表面和顆粒(小尺寸)嵌埋下表面的側視圖;
[0090]圖3b是顯示根據本發明一個實施方式製成的另一可植入修復器件的平滑上表面和顆粒(大尺寸)嵌埋下表面的側視圖;
[0091]圖4是顯示圖3a和3b的兩個可植入修復器件的平滑上表面的圖像;
[0092]圖5是顯示圖3a和3b的兩個可植入修復器件的顆粒嵌埋下表面的圖像;
[0093]圖6是證明圖3b的可植入器件的柔性的圖像;
[0094]圖7是證明圖3b的可植入修復器件的柔性的另一個圖像;
[0095]圖8是證明圖3a的其它可植入修復器件的柔性的圖像;
[0096]圖9是證明圖3a的其它可植入修復器件的柔性的另一個圖像;
[0097]圖10是顯示根據本發明另一個實施方式的可植入修復器件的圖;
[0098]圖11是顯示根據本發明另一個實施方式製成的另一個可植入修復器件的平滑上表面和多孔下表面的圖像;
[0099]圖12a/圖12b是顯示製作根據本發明的可植入修復器件的方法步驟的流程圖;
[0100]圖13是根據本發明的器件的20μπιΧ20μπι樣品在完全水化時採用AFM BrukerDimens1n Icon系統通過按照峰值力輕敲模式穿過流體成像的3D表面圖像;
[0101]圖14是圖13的5 μ m χ5 μ m樣品米用AFM Bruker Dimens1n Icon系統通過按照峰值力輕敲模式穿過流體成像的3D表面圖像;
[0102]圖15顯示了圖12和圖13的3D表面質地參數;
[0103]圖16顯示了根據本發明的器件樣品處於部分乾燥狀態時由白光掃描幹涉儀採用20 X放大倍率測定的3D表面映射圖,提供了約ImmX Imm的面積;
[0104]圖17顯示了 根據本發明的器件的第二樣品處於部分乾燥狀態時由白光掃描幹涉儀採用20X放大倍率測定的3D表面映射圖,提供了約ImmX Imm的面積;
[0105]圖18顯示了圖16和圖17的3D表面質地參數;
[0106]圖19顯示了根據本發明一個實施方式引入了纖維鋪層的半月板修復器件的實施例;以及
[0107]圖20a/圖20b在大鼠中用根據本發明一個實施方式引入纖維鋪層的器件通過皮下植入的截面圖。【具體實施方式】
[0108]正如可以在圖10中具體所見,修復、增大或置換關節軟骨的可植入修復器件I包含具有平滑表面3和多孔表面4的坯體2。
[0109]在一個實施方式中,基本上器件I的整個坯體2都是多孔的。這些孔隙2a可以在圖1和圖2的電子顯微照片中詳細可見,其中坯體2具有的孔隙率為至少約85%。此外,至少約95%的這些孔隙2a是「開放」的孔隙,即大部分這些孔隙都與多孔表面通信,而每個孔隙看來都分枝到其自身深入坯體2中的通道2a的網絡中。這與之相對的是提供分布於整個坯體2中的獨立和/或封閉空隙的孔隙。
[0110]有些分枝孔隙可以平分其它孔隙。這些孔隙之間的網絡可以使用雷射或鑽頭、或其它產生孔洞的器件進行擴增。
[0111]平滑表面3為約50 μ m厚,並且可以觀察到完全與多孔的坯體2整合,而作為基本無孔的表層3a(的表面)的部分。當平滑表面3/表層3a與多孔的坯體2整體形成時,坯體2從表面3/表層3a脫層的危險就會降低。
[0112]多孔表面4是多孔坯體2的延續。
[0113]由圖3a和3b中的器件I的兩個不同實施方式可以看出,多孔表面4用磷酸鈣顆粒5進行了礦化,這些顆粒嵌入多孔表面4中並進入器件I的多孔坯體中。顆粒5的尺寸可以進行變化,並且在圖3a(加上圖8和圖9)中,顆粒5的平均直徑為約0.3mm,而在圖3b (加圖6和圖7)中,顆粒5的平均直徑為約1mm。
[0114]在一個替代且 優選的實施方式(圖10)中,多孔礦化的結構具有高含量的磷酸鈣晶體,其以羥基磷灰石納米複合物的形式覆蓋這些孔隙的壁。
[0115]在進一步優選實施方式(圖11)中,多孔表面未礦化。
[0116]圖19中顯示了另一個替代實施方式。這顯示了一個半月板修復器件I。纖維鋪層6清楚地與多孔的坯體2整合到一起。可以觀察到平滑表面3。
[0117]可植入修復器件的特徵
[0118]該器件的平滑表面輔助銜接,而多孔表面有利於器件原位整合。此外,該器件作為薄組件的柔性意味著器件可以捲起在關節鏡下引入。
[0119]如上的多孔生物相容性的基本無熱原的可植入器件是非常有利的,因為它結合了壓縮強度、壓縮彈性模量和壓縮剛度的這些性能,這接近於先前定義的目標值和優異組織再生的性能。這些性能使得該器件適用於所有直接和非直接的承重應用和非承重應用。
[0120]可植入器件的機械性能與天然骨和軟骨的相似性使這種材料能夠直接承載骨頭和軟骨在正常運動中經受的應力,從而避免臥床休息的延長時間之需並且最小化內部或外部支撐的使用。可植入材料因此可以用於承重植入物的部位,而取代整個天然組件或天然部件的一部分。
[0121]可植入的材料高而開放的孔隙率和合適的平均孔徑使細胞、營養物質、組織、體液和發展的毛細血管,例如,能夠遷移到器件中從而促進新肌肉骨骼、或其它組織的沉積。這連同可植入材料的優異生物相容性一起使細胞在器件的這些孔隙中生長和分化從而使天然組織能夠快速從頭產生。
[0122]製作根據本發明的可植入修復器件的方法的綜述[0123]再生絲心蛋白溶液的製備
[0124]?用氨或用含銨離子的水性溶液處理絲或絲繭
[0125]用氨氣、或者氨或銨鹽稀溶液處理絲大大增加絲溶解於溴化鋰溶液或或其它離液劑中的方便備用性。在此步驟中,據信,銨離子起到了「鹽溶」試劑的作用,它通過輔助去除蛋白質鏈周圍的內水殼並通過結合至絲心蛋白帶電胺基酸側鏈而增加蛋白質在離液劑中的後續溶解度。這種處理據發現在直接施用於發生膠合的繭、生絲纖維、或脫膠或部分脫膠的絲時,無論是通過常規工業脫膠方法脫膠或是通過酶促脫膠,都是有效的。氨或銨離子在作為用於酶促脫膠的緩衝劑組分而包含在內時也是有效的。因此,用氨或銨處理使之能夠進行一定範圍的更溫和處理,其中溶液所要求的溫度、離液劑濃度或時間可以單獨改變或組合改變。這些更溫和的處理致使絲心蛋白溶液膠凝時間更快速並且在工藝過程結束時材料變得更強更硬。這在目前認為是具有相同的大小其它離子對,例如,氯化鉀,也將具有相同的效應,並可以用於代替氨。這通過兩路證據得以支持:(I)鉀離子和氯離子的瓊斯-多爾(Jones-Dole)粘度(離液力(chaotropicity)的量度)是相似的,因為正是電荷密度使這些離子形成離子對而有助於除去蛋白的內部水殼(與氯化銨共有的性質);和(2)氯化鉀已經用於在鹽濃度通常範圍為50mM-600mM下「鹽溶」蛋白。合適的離子試劑可以包括氫氧化銨、氯化銨、溴化銨、硝酸銨、氫氧化鉀、氯化鉀、溴化鉀、硝酸鉀、氫氧化銣、氯化銣、溴化銣和硝酸銣的水溶液。
[0126]?絲或絲繭在溫和條件下通過選擇性地除去絲膠蛋白而進行脫膠。這通過酶促切割並用切割絲膠蛋白但幾乎不或不產生絲心蛋白的切割的合適酶去除絲膠蛋白而進行。
[0127]脫膠方法的選擇據發現對於絲心蛋白的膠凝時間和最終材料的剛度和強度是至關重要的。商業繅絲和脫膠工藝過程都使用約100°c的溫度和使用碳酸鈉和/或馬賽肥皂,而據發現繅絲的生絲和脫膠的絲可能因為這種處理而比繭絲不太易於溶解。用商業鹼性蛋白酶(細菌枯草桿菌蛋白酶)脫膠使得脫膠溫度能夠降至60°c。鹼性蛋白酶是絲氨酸S8內蛋白酶家族中的一員,並有可能嚴重降解絲心蛋白,因為它具有廣泛的特異性,優選Pl位置的不帶電荷的較大殘基。家蠶和柞蠶重鏈絲心蛋白具有許多這種酶的預測切割位點。家蠶絲心蛋白對鹼性蛋白酶裂解的易感性通過由鹼性蛋白酶脫膠絲製備的再生絲心蛋白溶液的聚丙烯醯胺凝膠電泳進行了證實。在使用胰蛋白酶脫膠的情況下,相對於傳統高溫脫膠方法,脫膠溫度可以降低到20-40°C而提供凝膠的膠凝時間減少,並改善剛度和強度。與鹼性蛋白酶相反,工具肽切割器(PeptideCleaver)表明,在重複晶體域的共有序列和家蠶絲心蛋白重鏈絲心蛋白的親水性間隔子的共有序列中很少有胰蛋白酶預測切割位點,而在柞蠶重鏈絲心蛋白中的共有序列或親水間隔子中完全沒有。這表明,這可能對於製備再生絲心蛋白溶液在胰蛋白酶中進行絲脫膠是有益的。胰蛋白酶確實據發現對於形成改善的再生絲心蛋白溶液而進行的蠶絲脫膠是高度有利的。用胰蛋白酶脫膠的絲提供再生絲溶液的凝膠化時間較短,並能夠形成比由採用鹼性蛋白酶脫膠的絲製備的再生絲獲得的那些更具剛性的凝膠。用胰蛋白酶脫膠對於一旦暴露於一種膠凝劑、冰乙酸蒸氣而提供膠凝時間小於5分鐘,並也提供最硬最強的材料,這表明胰蛋白酶在這些條件下比鹼性蛋白酶處理產生的鏈切割少得多。應理解的是,其它產生很少或無絲心蛋白裂解的蛋白水解酶也可以有利於製備改善的再生絲心蛋白溶液進行的絲脫膠。家蠶重鏈絲心蛋白含有極少的脯氨酸而這種胺基酸在 絲膠蛋白中卻相對豐富的觀察表明,脯氨酸內肽酶將是選擇性地去除絲膠蛋白同時對絲心蛋白很少或不產生損傷的理想的候選酶。據認為,這可以對使用胰蛋白酶在40°C下碳酸銨緩衝液中脫膠的繭或生絲進一步是有利的。
[0128]?絲或絲繭通過提取水而乾燥。
[0129]?絲或絲繭在低於60°C的一個或多個溫度下和/或溴化鋰溶液濃度低於9.5M和/或小於24h的一段時間內溶解於溴化鋰(離液劑)水性溶液中。
[0130]?離液劑通過使用超純水在約4_50°C的溫度範圍內滲析而除去。絲心蛋白溶液可以進行濃縮。
[0131]針對I 型 mi I IiQ 水(另外稱為超純水,購自 Millipore, 290Concord Road,Billerica, MA01821, US)滲析再生絲心蛋白溶液,而從絲溶液中去除離液劑據發現是高度有益的。應指出,PIPES或Tris緩衝液或去離子水中的雜質在用作滲析液時對最終產品的剛度和強度都會產生不利影響。應指出,在滲析液中包含PIPES或Tris緩衝液或雜質也會提高再生絲溶液的粘度,這可能是因為其通過結合至絲心蛋白而促進絲心蛋白鏈聚結。這在形成強而硬的絲心蛋白凝膠中被認為是不利的。 [0132]A.由再生絲心蛋白溶液製備整體器件
[0133]?含絲心蛋白溶液的滲析袋/膜放置於成型容器中並將滲析袋兩端夾緊以獲得器件的所需形狀。這使袋伸展觸及模具的形狀,是有利的,同時消除了之後將袋子轉移到模具中的需要,這種需要可能會導致膜起皺。或者,將溶液轉移到具有拋光表面或適於在坯體上提供平滑表面的表面的模具中。
[0134]對由盛裝於成型而產生8mm深的組件的滲析容器中的胰蛋白酶脫膠絲製備的8% -10% w/v優化的再生絲心蛋白溶液在室溫下於1%冰乙酸中膠凝至多達6小時,據發現是有利的。在滲析袋中,溶液發生了膠凝。
[0135]據發現,凍結正膠凝的絲心蛋白會導致孔徑降低且材料強度更弱而強烈的過度凝膠化會提供含有由大冰晶產生的低密度大裂紋的無孔凝膠。據發現,暴露的長度和緩衝劑的濃度或最佳凝膠化所需的蒸氣取決於絲心蛋白鑄件的幾何形狀和大小。因此,相比於1mm滲析管,在由20mm直徑的滲析管構成的模具中最佳膠凝絲心蛋白需要更長時間的處理。
[0136]?凝膠經受一個(或可能更多)冷凍循環。每個冷凍循環包括一個冷凍步驟和一個解凍步驟。通過冷凍凝膠會將水滴轉化成構成凝膠中的囊袋(pocket)或孔隙的冰晶。使凝膠經受一個或多個冷凍循環可以引入更大程度的開孔。
[0137]冷凍被認為會導致絲心蛋白富集相(fibroin-rich phase)與絲心蛋白貧相(fibroin-poor phase)發生相分離並在後者中形成冰晶。這兩種機制被認為組合產生了凝膠中的高密度開孔。冷凍步驟還使孔隙壁內的絲心蛋白不溶於水和大多數其它水性溶劑,這表明它已部分轉化為不溶性的絲II狀態,在這種狀態分子內和分子間鍵合的β -摺疊佔優勢。這種向絲II狀態的轉變可以由通過相分離及其對齊排列和拉至一起的組合作用產生的蛋白鏈除水產生,這些組合作用都是由於冰晶形成的所致。因此,不溶性絲II狀態的形成相當接近地模仿也依賴於相分離的蠶吐絲,從絲心蛋白富含相失水和應變依賴性取向以及絲II形成的天然過程。對於單個冷凍循環,冷凍步驟的溫度對孔徑大小具有影響,並且在-12°C到_18°C之間進行冷凍會產生最大的孔隙。改變溫度和在再生蛋白質溶液中包含低濃度防凍劑或糖可以用於改變冰晶的大小和形態,因此改變材料中這些孔隙的大小和形狀。增加冷凍循環的次數會由於冰晶的破壞而出現這些孔隙尺寸增大。這會伴隨著最終材料在剛度和強度上的一些損失。應理解的是,除了凝膠化和冷凍之外的方法可以用於將開孔引入優化的再生絲心蛋白溶液中。僅以舉例而言,這些方法包括鹽浸法和氣體發泡。
[0138]在凝膠化之前其它組分可以引入到絲心蛋白溶液中,包括,例如,纖維鋪層、短粗絨纖維、填料顆粒、藥物、抗腫瘤藥、抗生素、其它生物聚合物和其它活性成分。具體而言,常常在滲析步驟開始時引入纖維,但是纖維也可以在凝膠化之前幾乎任何步驟中引入到坯體中。
[0139]?將材料浸在乙醇水性溶液中從而部分脫水並促進絲心蛋白的絲ΙΙ(β摺疊)形式的形成。
[0140]冷凍後用乙醇水性溶液處理材料,被認為能夠促進絲II (β摺疊)分子間和分子內氫鍵形成,這會改善凝膠的機械穩定性並提高不溶性和酶攻擊耐受性。
[0141]?材料在蒸餾水或生理鹽水中進行再水化並且可以切開以在預想的多孔表面上暴露坯體中的這些孔隙。
[0142]材料可以在某些情況下包括使用未稀釋的異氰酸酯或高度濃縮的異氰酸酯在二甲基亞碸中的溶液或其它有機溶劑中交聯絲心蛋白的附加步驟,在這種情況下,過量的異氰酸酯(和溶劑)隨後除去。這個步驟可以引入到乙醇洗滌和再水化之間。
[0143]B.採用羥基磷灰石納米複合物由再生絲心蛋白溶液製備整體器件
[0144]絲心蛋白溶液按照以上製備方法A進行膠凝,同時通過用含磷酸根離子的濃緩衝溶液處理將磷酸根離子引 入到絲心蛋白溶液中。在優選的實施方式中,緩衝的磷酸鹽溶液包含用2-氨基-2-(羥甲基)丙烷-1,3-二醇(Tris)緩衝液緩衝的磷酸二氫鈉,調節至鹼性pH值。磷酸二氫鈉的濃度在1% Tris緩衝液中為0.9M並且pH調至9.0。
[0145]磷酸二氫鈉的濃度和材料暴露於它的時間長度對於孔徑和所得凝膠的強度和剛度是至關重要的。據發現,通過在磷酸根離子存在下凝膠化溶液使磷酸根離子分散於整個溶液中,因此整體形成到凝膠中。當在後一階段加入鈣離子時這有利於絲心蛋白-磷灰石納米複合物的形成。據發現,如果將凝膠隨後用磷酸根離子處理,則在後續階段加入鈣離子後會獲得磷灰石塗層。雖然優選的實施方式在單個步驟中組合了磷酸根離子的引入和膠凝化絲心蛋白溶液,但是其它膠凝劑或方法也可以用於在引入磷酸根離子之前凝膠化絲心蛋白溶液,包括,僅舉例而言,熱、微波輻射、超聲處理、雷射照射、酸性溶液和酸性蒸汽。
[0146]?絲心蛋白凝膠用含鈣離子的濃緩衝溶液處理而形成絲心蛋白-磷灰石材料。磷灰石作為納米複合物存在於孔隙的壁上。緩衝的鈣溶液包括也用Tris緩衝至鹼性pH的氯化鈣。
[0147]鈣離子與磷酸根離子形成磷灰石。如果磷酸根離子在發生膠凝之前分散於整個絲心蛋白溶液中,則會獲得絲心蛋白-磷灰石納米複合物。然而,如果絲心蛋白溶液首先膠凝,然後用磷酸根離子處理,則會觀察到磷灰石塗層,而不是納米複合物。採用氯化鈣誘導磷灰石一定程度的氯化物取代。這是合乎需要的,因為相比於未取代的羥基磷灰石,認為這加快磷灰石的吸收。進一步的實施方式使用硝酸鈣溶液代替氯化鈣溶液,這避免氯離子存在於磷灰石中以及使得純羥基磷灰石形成,而不是部分氯取代的羥基磷灰石(即,部分氯磷灰石、部分羥基磷灰石)。該材料在鹼性PH值下用鈣離子處理,這避免酸性或非晶磷灰石的形成。當材料在PH約9.0下用鈣離子處理時已經獲得了良好的結果。[0148]?在乙醇中部分脫水之後,通過,例如,真空乾燥或通過乙醇除水,儘可能多地從材料中除去游離水。
[0149]?材料中的絲心蛋白可選地使用未稀釋的異氰酸酯或高度濃縮的異氰酸酯在二甲基亞碸中的溶液或其它有機溶劑中進行交聯。
[0150]交聯作用增加可植入修復器件的剛度,並增加器件的耐酶攻擊性,從而減緩再吸收。據發現,如果使用溶脹劑,則這會引起絲心蛋白膨脹,這就會導致磷灰石與絲心蛋白發生分離。因此,這會導致材料硬度降低,這由此導致材料傾向於彎曲並導致磷灰石從材料中裂片剝落。也據發現,改變絲心蛋白-磷灰石對異氰酸酯交聯劑的暴露時間長度可以用於調節共價交聯密度,從而調節可植入修復器件的剛度。還據發現,改變共價交聯密度可以用於改變絲心蛋白凝膠的耐酶攻擊性,從而以受控的方式延長再吸收時間。使用由文獻Arai,T, Ishikawa,H.,Freddi, Winkler,GS and Tsukada,M(2001)(見前文)描述的公開方案試圖採用含有20%六亞甲基二異氰酸酯的二甲基亞碸(DMSO)溶液將絲心蛋白交聯於材料中並沒有產生令人滿意的可植入修復器件。在已公開方案中,認為這是通過,由於絲心蛋白-磷灰石在DMSO中溶脹導致礦物質與絲心蛋白發生分離。因此,該方法是在不存在水或其它溶脹劑如二甲基亞碸存在下使用異氰酸酯交聯劑。
[0151]?過量的異氰酸酯通過用乾燥溶劑處理材料而除去。
[0152]異氰酸酯交聯不會出現幹擾材料的生物相容性,條件是過量的交聯劑要通過徹底洗滌除去。這是通過在體外在多孔絲心蛋白-磷灰石複合物之上和之內生長人基質細胞並且在體內皮下植入到小鼠中之後建立起來。
[0153]礦化作用提供 了類似現有的人骨骼的承重性能。
[0154]C.採用羥基磷灰石納米複合物部分製備整體器件
[0155]以上方法經過適應而使凝膠器件僅僅具有多孔表面而無平滑表面的第二部分暴露於鈣離子,從而形成羥基磷灰石。這按照以下兩種方式之一而實現。
[0156]在一種方法中,多孔表面和毗鄰多孔表面的第二部分浸沒於鈣離子溶液中,而使具有平滑表面的第一部分不暴露於鈣離子(部分浸沒)。第一部分和平滑表面因此並未利用鈣離子形成羥基磷灰石。
[0157]在第二個實施方式中,其可以以隔離或除了部分浸沒之外進行使用,阻隔裝置提供於具有平滑表面的第一部分和相鄰於多孔表面的第二部分之間。阻隔裝置可以包括任何用於防止鈣離子進入第一部分和/或防止鈣離子與磷酸根離子相互作用的合適裝置。
[0158]P.採用羥基磷灰石納米複合物或其它骨生物材料製備層壓器件
[0159]第一層,沒有礦化,即並未在磷酸根離子存在下發生膠凝並隨後也未暴露於鈣離子或進行交聯,提供於已經預成形的第二層上。
[0160]在一種方法中,第二層使用以上的方法A形成、礦化和發生交聯,而並未對產生平滑表面作任何考慮。或者,任何合適的骨材料可以用作第二層。第二層放置於適於提供平滑表面的模具例如透析膜中。第一層在不存在磷酸根離子時原位膠凝於第二層上,並隨後進行冷凍(和潛在的解凍)步驟而在第一層中提供孔隙,並如上在乙醇中部分脫水和再水化。第一層未礦化。
[0161]在第二種方法中,第一層有孔預先形成,但未暴露於磷酸根離子。具有孔隙的第一層固定/粘附於已經預成形的羥基磷灰石納米複合物的第二層上。或者,任何合適的骨材料可以用作第二層。合適的粘合劑可以用於將兩層固定至一起。
[0162]在第三種方法中,第二層作為已經暴露於磷酸根離子的凝膠而預成形。第二凝膠層轉移到適於提供平滑表面的模具中。第一層在不存在磷酸根離子下膠凝於第二凝膠層上。這兩個層一起經受冷凍和解凍步驟。鈣離子如上引入。當引入鈣離子時,鈣離子只與第二層中的磷酸根離子形成羥基磷灰石納米複合物,因此第一層未礦化。
[0163]E.製備具有礦化多孔表面的器件
[0164]絲心蛋白溶液轉移到模具中,並按照之前在製備方法A中那樣進行膠凝。凝膠如前進行一個或更多冷凍循環。磷酸鈣顆粒在這個過程中以兩種方式之一施加到器件的多孔表面中。
[0165]在一種方法中,絲心蛋白溶液膠凝到磷酸鈣(或其它合適的骨生物材料,如生物陶瓷、生物玻璃、或硫酸鈣顆粒)床上,而使顆粒嵌入坯體中並在凝膠的多孔表面上露面。
[0166]在另一方法中,凝膠可以切開而暴露出這些孔隙和在預定的多孔表面上嵌入坯體的顆粒。
[0167]在另一種方法中,磷酸鈣(或其它合適的骨生物材料,如生物陶瓷、生物玻璃或硫酸鈣顆粒)使用合適的粘合劑固定於多孔表面。
[0168]在任何上述實施方式中,也可以使用纖維或纖維鋪層。纖維或纖維鋪層可以放置於滲析袋內。如果採用絲心蛋白纖維鋪層,則填充的袋可以放置一段時間從而使絲心蛋白纖維的表面發生部分溶解。這是有益的,因為這會在器件發生膠凝時使之形成連續的絲心蛋白纖維基質複合體,這會改善器件的整體強度。纖維鋪層可以由脫膠的桑絲心蛋白纖維製成。
[0169] 在一種方法中,纖維鋪層可以放置於滲析袋中,大致將袋分成上下部分。纖維鋪層的間隙要足夠小,才能防止顆粒穿過纖維鋪層。絲心蛋白(有或無離液劑)和顆粒的混合物置於分隔的滲析袋的下部分中,而絲心蛋白(有或無離液劑)置於滲析袋的上部分。袋和纖維鋪層在袋的兩端夾住,將纖維鋪層固定於縱向穿過滲析袋的位置並將顆粒隔離於器件的下部。器件隨後進行滲析、膠凝、冷凍(如上面)和硬化(通過乙醇脫水),拆除滲析袋並從器件除去下表面而暴露出多孔表面和所嵌入的顆粒。
[0170]或者,顆粒置於兩片以上纖維鋪層之間達到幾個顆粒深度的厚度。其間夾雜顆粒的纖維鋪層隨後縱向放入滲析袋中,並且袋和纖維鋪層兩端夾住而封閉袋並固定住纖維鋪層和夾住顆粒,以使其從中心通過袋。袋隨後填充絲心蛋白溶液(有或無離液劑),纖維鋪層和袋在其另一端夾住,整體隨後放置於成型容器中,並放置一段時間而使纖維鋪層的表面如上發生溶解(但非如此之長而使纖維鋪層的結構受到破壞)。然後整體進行滲析、膠凝和冷凍(如上)以及硬化(用通過乙醇脫水),並拆除滲析袋。在此之後,凝膠縱向通過顆粒中心切下而使顆粒和內部絲心蛋白孔隙暴露出來。這會提供兩個大致相同的器件,每個都具有平滑表面(其並置於滲析袋中)和多孔嵌入顆粒的表面。
[0171]在任何上述情況中,可以採用多個纖維鋪層,以提高所得器件的結構強度。
[0172]可植入修復器件植入方法的概述
[0173]在一個優選實施方式中,器件植入體內,而沒有首先用組織培養細胞接種,但多孔表面毗鄰於患者骨頭或軟骨表面而平滑表面設置於適合接收鉸接組件的合適位置。
[0174]或者,器件可以在植入之前立即與植入前不久從患者收穫的自體或同種異體組織培養細胞或血液、骨髓、富含血小板的血漿或細胞進行接種。
[0175]僅舉例而言,這種組織培養細胞包括骨髓基質細胞、間充質幹細胞、成骨細胞系、或軟骨細胞。作為進一步的替代實施方式,器件可以用這些細胞接種,隨後採用或不採用所施加的循環應變進行組織培養,以加速植入前組織在器件中的形成。
[0176]器件的大小和形狀對於不同應用而不同。因此,解剖學成型的器件可以通過在合適成型的模具中澆鑄材料或通過打磨、切割或以其它機加工較大塊材料而製成。或者,盤型器件可以通過對於重修表面應用的澆鑄或機加工或這些工藝方法的組合而製備。該材料也可以使用手術刀或其它工具在手術室中成型從而使植入物近似於其要裝配其中的所需空間或空腔。
[0177]選擇實施方式的具體方法
[0178]實施例1 由繅出的生絲或絲繭製備優化的再生絲心蛋白溶液和由優化的再生絲心蛋白溶液製備整件的可植入修復器件的方法
[0179]絲供給 [0180]使用生桑蠶絲纖維(家蠶)。優選的規格是巴西源,20/22旦尼爾,單捆,成束,不超過兩歲齡。優選的絲供應商是Silk Opportunities Ltd.[0181]脫膠(圖12a)
[0182]7.1lg碳酸氫銨
[0183]6.75g EDTA
[0184]0.18g豬胰蛋白酶
[0185]1.8g 吐溫-20 溶液
[0186]Milli Q/Elixl 級水(在 25°C 電阻率為 15-18.2ΜΩ.cm)
[0187]60g 絲
[0188]1.選取絲束並連同綁繩扎絲一起切掉。棄去綁繩。
[0189]2.將絲束切成+/-5cm的小段並將其散布於袋中。
[0190]3.在4.6L的盒子中稱取60g所切的絲段。
[0191]4.取600mL玻璃燒杯和塑料稱重皿(boat);向稱重皿中稱入EDTA,碳酸氫銨和吐溫-20 ;將其和600mLMilliQ/Elix水加入玻璃燒杯中:使用磁力攪拌器混合直至溶解。
[0192]5.一旦溶液溶解,就從冰箱中取出胰蛋白酶並稱重。
[0193]6.將胰蛋白酶加入600mL含EDTA、碳酸氫銨和吐溫-20的水中;手動攪拌至溶解。
[0194]7.將第6步的600mL溶液加入到絲段盒子中;並另外加入1200mLMilliQ/Elix水。
[0195]8.攪拌溶液中的絲段,直到徹底溼潤。
[0196]9.密封4.6L盒子並放入搖床培養箱中。
[0197]10.將培養箱定時器設置為37°C下4小時,150rpm。
[0198]11.4小時後通過篩子浙幹溶液而分離出脫膠的絲(絲心蛋白)段。
[0199]洗滌/乾燥(圖12a)
[0200]第11步的脫膠絲心蛋白段
[0201]2mL 吐溫-20
[0202]MilliQ/Elixl 級水(在 25°C 電阻率為 15-18.2ΜΩ.cm)
[0203]自來水[0204]12.打開使自來水衝過篩子5分鐘以衝洗絲心蛋白段。
[0205]13.將絲段放入1.5L防水塑料桶中並加IL含有2mL吐溫20的自來水。
[0206]14.用手充分搖勻並放置5分鐘。
[0207]15.通過篩子浙乾絲心蛋白段。
[0208]16.打開自來水衝過篩子5分鐘以衝洗絲心蛋白段。
[0209]17.將這些絲心蛋白段放入洗衣機。
[0210]18.加入5L溫自來水。將機器置於「甩幹」設置開動15分鐘洗滌循環。
[0211]19.重複步驟18另外三次。
[0212]20.加入5LMilliQ/Elix水。將機器置於「甩幹」設置開動15分鐘洗滌循環。
[0213]21.重複步驟20另外三次。
[0214]22.將絲心蛋白段轉移到洗滌桶的旋轉側。
[0215]23.旋轉5分鐘。
[0216]24.從洗滌桶取出絲心蛋白段並鋪在紙巾上空氣乾燥過夜。
[0217]25.如果絲心蛋白重量低於45g,則其已經足夠乾燥而進行步驟26。如果絲心蛋白重超過45g,則使用真空烘箱進一步乾燥。為了完成這項工作而將絲心蛋白段放入烘箱中。關門並上鎖。打開真空泵,關閉烘箱上的頂部閥門,打開烘箱上的底閥,打開冷阱,蓋上冷阱上的蓋子,檢查烘箱上的壓力表是否達到lOOOmBar。保持I小時。
[0218]絲心蛋白在這個階段可以室溫保持至多達一周。
[0219]溶解(圖12a)
[0220]步驟3的脫膠、洗淨和乾燥的絲心蛋白
[0221]369.09g 溴化鋰(LiBr)
[0222]MilliQ/Elixl 級水(在 25°C 電阻率為 15-18.2ΜΩ.cm)
[0223]26.製備溴化鋰溶液:稱取369.09g溴化鋰,輕輕倒入500mL燒杯中的300mLMilliQ/Elix水中,同時磁力攪拌(注意:反應放熱)。一旦溶解,倒入500mL測量錐形瓶中並用MilliQ/Elix水500ml補足至500mL刻度,而獲得8.5M的溶液。
[0224]27.將步驟25的絲心蛋白重量乘以係數5而獲得所需LiBr的量(以mL計)。
[0225]28.將絲心蛋白移入IL瓶中並加入由步驟26計算的經測定的LiBr溶液。塞上瓶子並置入搖床培養箱中,放到瓶架中。
[0226]29.將培養箱編程為37°C,200rpm達10小時,然後回到10°C,75rpm(標準程序將在下午4點開始溶解過程而在第二天上午10點從培養箱中取出以適應正常工作時間)。
[0227]30.直接進行到步驟31。或者可以將溶解的絲心蛋白/LiBr溶液存儲於4°C冰箱中I天。
[0228]滲析(圖1?)
[0229]步驟30的溶解的絲心蛋白/LiBr溶液
[0230]MilliQ/Elixl 級水(在 25°C 電阻率為 15-18.2ΜΩ.cm)
[0231]31.通過塑料篩將溶解的絲心蛋白/LiBr篩入600mL燒杯中。
[0232]32.將滲析膜切成25cm長,並使其在水中軟化超過5min,打開MilliQ/Elix水衝洗內部。
[0233]33.在軟化的膜一端打上結。[0234]34.將夾子夾在膜上接近打結的上邊。
[0235]35.通過圍繞夾子的非鉸接端反覆繞圈鬆緊帶而擰緊夾子閉鎖物。
[0236]36.使用繞圈的鬆緊帶將Icm塑料筒固定於膜的另一端而保持膜打開,使其更容易向膜中傾倒絲心蛋白/LiBr溶液。
[0237]37.將已軟化的膜沿著模具下部的中間對稱放置並撫平皺摺。
[0238]38.模具向上放置到位,並用螺栓將模具栓到一起而夾住膜(用4個螺栓和4個螺母)。
[0239]39.向注射器中倒入絲心蛋白/LiBr溶液,使氣泡聚集於頂部並去除空氣。
[0240]40.在膜中注入15mL LiBr/絲心蛋白溶液,去除氣泡,並用第二個夾具夾住,使所夾膜中不會截留空氣。用鬆緊帶鎖住夾具,開動水從膜的這端衝洗出並緊接第二個夾具打結。
[0241]41.每個4.6L的盒子放置一個模具並加入3L MilliQ/Elix水。密封盒子。
[0242]42.室溫下靜置2小時。放空並新加3L MilliQ/Elix水。密封盒子。
[0243]43.放置過夜並在次日早晨和傍晚用3L MilliQ/Elix水重複。
[0244]44.放置過夜, 並在早上新加3L MilliQ水(在25 °C電阻率為18.2ΜΩ.cm,Millipore Integral5unit)。
[0245]通過步驟42-44,在多數情況下盒子應該在「微微晃動」下連續攪拌。
[0246]45.如果溴化鋰留在透析液中,則靜置直至下午並隨後進行測試:
[0247]46.取0.5mL滲析液,並在1.5mL Eppendorf移液管中加入0.5mLl %的硝酸銀。
[0248]47.蓋上蓋子,晃蕩並在環境自然光(例如,窗臺)下靜置30min。
[0249]48.黑色沉澱表明仍有LiBr,並需要進行進一步滲析。
[0250]49.用3L MilliQ水新換4.6L盒子並靜置過夜。
[0251 ]或者,對於步驟46-49,對再生絲心蛋白溶液中剩餘LiBr的檢測可以利用導電/電解儀,將其放置於溶液中。如果測定的電導率大於或等於50 μ S/cm(微西門子/cm),則溶液可以進行進一步滲析,但是應該理解到,可以容許更高的導電率。
[0252]50.重複滲析直到滲析液的LiBr潔淨度可接受。
[0253]51.從無溴化鋰的滲析液水中取出模具並放入冰箱中最少4小時或直到凍透。
[0254]膠凝(圖1?)
[0255]步驟51的閉鎖模具中所夾的膜中的絲心蛋白溶液
[0256]冰(100%)乙酸
[0257]MilliQ 水(在 25°C 電阻率為 18.2ΜΩ.cm)
[0258]52.從冷凍膜和絲心蛋白溶液中拆除模具。
[0259]53.用 1.5L MilliQ 水填充 4.6L 盒子。
[0260]54.加入15mL乙酸而獲得I %乙酸溶液。
[0261]55.將冷凍膜和絲心蛋白溶液水平放置於I %乙酸(2個/盒)中。化2分鐘之後閉合模具。密封盒子。
[0262]56.在乙酸溶液中靜置2小時。
[0263]57.從乙酸溶液中取出並放回模具。用螺絲和螺母鎖住模具。
[0264]58.直接進行步驟59。[0265]冷凍(圖12b)
[0266]步驟58鎖住的模具中所夾膜內的絲心蛋白凝膠
[0267]59.將步驟58鎖住的模具中所夾膜內的絲心蛋白凝膠放置於冰箱中。
[0268]60.在-18°C下冷凍至少2天(可以在這個階段不定地儲存)。
[0269]61.模具在12小時後可以拆下來重新使用。
[0270]硬化(圖12b)
[0271]步驟61鎖住模具中所夾的膜內的冷凍絲心蛋白凝膠
[0272]100% 乙醇
[0273]MilliQ 水(在 25°C下電阻率為 18.2ΜΩ.cm)
[0274]62.用 IL Mi 11 iQ 水填充 4.6L 盒子。
[0275]63.加入1L100%乙醇而獲得50%的溶液。
[0276]64.從膜中冷凍的絲心蛋白凝膠器件拆除模具和夾具。
[0277]65.在50%的乙醇中每個盒子放入最多8個在膜中的冷凍絲心蛋白凝膠器件。
[0278]66.密封盒子並室溫下放置2天。
[0279]洗滌(圖12b)
[0280]步驟66的膜內硬化的絲心蛋白凝膠
[0281]MilliQ 水(在 25°C 電阻率為 18.2ΜΩ.cm)
[0282]67.用 3L Mi 11 iQ 水填充 4.6L 盒子。
[0283]68.從乙醇中取出膜內硬化的絲心蛋白凝膠並置入4.6L盒子內的MilliQ水中。
密封盒子。
[0284]69.在24小時後倒掉水並新注入3L MilliQ水。
[0285]70.重複步驟69另兩次。
[0286]切割
[0287]71.使用乾淨的剃鬚刀片切除滲析膜和器件的一個平滑表面而暴露出多孔坯體。棄除滲析膜並抹平切料。
[0288]實施例2:-由優化的絲心蛋白溶液製備具有礦化表面的整體可植入修復器件的
第一方案
[0289]1.按照實施例1中製備10% w/v家蠶優化的再生絲心蛋白水溶液。
[0290]2.多孔骨材料顆粒(與天然和合成的聚合物、生長因子、細胞或其它生物製劑組合),其平均直徑為100 μ m-3mm,與步驟I的溶液進行混合。在實踐中,顆粒可以在實施例1的步驟29/30之後但在步驟41中的溶液滲析之前的任何時間點與絲心蛋白溶液進行混合。
[0291]3.將混合物置於所需尺寸的維斯金(Visking)袋(分子量截止12_14kDa)中。
[0292]4.將維斯金袋置於合適尺寸和形狀的成型容器(例如,通過兩個隔板將兩個平面的平滑表面保持分開而獲得所需厚度的平面器件)中而袋在兩端夾緊封閉。
[0293]5.模具水平放置而使顆粒在重力作用下沉降到維斯金袋底部(隨後要小心而不要在後續處理中妨礙這種排布)。
[0294] 6.有蓋的燒杯中採用或不採用恆定攪拌下混合物針對超純水在5-30°C下滲析最少五個小時而最多三天一按照均隔的時間間隔更換大量過量的超純水至少5次;
[0295]7.滲析後再生絲心蛋白溶液進行以下任一步驟:[0296]1.冷凍以保持絲心蛋白溶液在滲析膜中的形狀並隨後拆除模具,或;
[0297]?.拆除無孔模具並用相同的形狀和足夠多孔以允許實施例1步驟55中所用的凝膠化劑自由進入的模具代替。
[0298]8.透析之後再生絲心蛋白溶液在裝有I % w/v乙酸水溶液的袋中於20°C下膠凝一段最佳時間,該時間取決於維斯金袋的尺寸大小。
[0299]9.本實施例步驟8得到的凝膠樣品轉移到冷凍浴中在-13°C下冷凍24小時以向材料中引入孔隙。
[0300]10.將樣品放置於50%的乙醇中兩天從而將蛋白轉化成絲II狀態。
[0301]11.將樣品用鹽水或超純水水化兩天。
[0302]12.滲析膜從器件上拆除並在同一時間,將器件含顆粒的表面切下或刮削從而削刮或溶解掉表面以露出孔隙。
[0303]實施例3:-由優化的絲心蛋白溶液製備具有礦化表面的整體可植入修復器件的
第二方案
[0304]1.按照實施例1中製備10% w/v家蠶優化的再生絲心蛋白水溶液;
[0305]2.由例如,磷酸鈣、生物玻璃、生物陶瓷、硫酸鈣(上述任何物質與天然和合成聚合物、生長因子、細 胞或其它生物製劑組合)形成的多孔骨置換材料(BRM)、骨替代材料(BSM)或骨移植材料(BGM)的顆粒,平均直徑100 μ m-3mm,放置於不鏽鋼或其它惰性材料的平板表面上並用聚(4-乙烯基吡啶)粘合劑膠接於平板上,但可以使用任何其它合適的粘合劑(將隨後溶解掉)。
[0306]3.將平板放置於大而足以容納它的維斯金袋中並將袋填充絲心蛋白溶液(在實施例I的步驟29/30之後但在步驟41中的溶液滲析之前的任何時間點)。
[0307]4.袋放置於成型的容器中,而平板處於維斯金袋的底部。
[0308]5.在有蓋的燒杯中使用或不使用恆定的攪拌下將混合物針對超純水在5_30°C下滲析最少五個小時且最多三天一按照均隔的時間間隔更換大量過量的超純水至少5次;
[0309]6.滲析後再生絲心蛋白溶液進行以下任一步驟:
[0310]1.冷凍以保持絲心蛋白溶液在滲析膜中的形狀並隨後拆除模具,或;
[0311]i1.拆除無孔模具並用相同的形狀和足夠多孔以允許實施例1步驟55中所用的凝膠化劑自由進入的模具代替。
[0312]7.透析之後再生絲心蛋白溶液在裝有1% w/v乙酸水溶液的袋子中於20°C下膠凝一段最佳時間,該時間取決於維斯金袋的尺寸大小。
[0313]8.本實施例步驟7的所得凝膠樣品轉移到冷凍浴中在-13°C下冷凍24小時從而向材料中引入孔隙。
[0314]9.將樣品放置於50%的乙醇中兩天從而將蛋白轉化成絲II狀態。
[0315]10.滲析膜從器件上拆除並拆除鋼板。
[0316]11.將樣品用鹽水或超純水水化兩天。
[0317]12.將器件含顆粒的表面切下或刮削而削刮或溶解掉表面以露出孔隙。
[0318]植入研究
[0319]對纖維在兩隻大鼠中的皮下(sub-cut)模型中的任何毒副作用進行為期一個月的初步研究。大鼠NPMR皮下植入如圖20a所示而在圖20b中癒合。[0320]圖20a非常清楚地顯示了器件I的多孔坯體2中的這些孔隙2a和平滑表面3。也可以看見通過纖維6的橫截面。在圖20b中,可以看見纖維部分溶解的結果的一個實施例,其中纖維6與器件的包圍體2形成連續體。這種纖維6和坯體2之間的混合界面據認為提高材料的強度,並降低與任何部分溶解的纖維或纖維鋪層發生分層剝離的可能性。
[0321]研究沒有表現出異常的生命行為或臨床觀察,並且樣品耐受性很好。觀察到最小的纖維封裝,而沒有纖維引起的任何負效應的證據。在所採集的八個樣本之一中,觀察到輕度的漿細胞反應。
[0322]總之,研究證實了良好的孔隙結構,厚小梁和明顯與多孔坯體基質充分融合的纖維。
[0323]樣品的初始表面質地的表徵
[0324]已經進行了表面的質地表徵。
[0325]樣品提供用於分析並使用兩種方法進行表徵:
[0326]1.白光掃描幹涉-使用輪廓儀CCI3000
[0327]在測定前將樣品部分乾燥以使其表面能夠穩定,並採用20X的放大倍率進行測定以提供約ImmX Imm的分析區。
[0328]2.原子力顯微鏡一使用Bruker Dimens1n Icon系統
[0329]樣品完全水化並通過按照峰值力輕敲模式穿過流體成像進行測定。
[0330]這些測定之後,計算出這些區域的表面質地參數。
[0331]這兩種測試的結果如下。
[0332]原子力顯微鏡
[0333]在AFM上對20 μ mX 20 μ m和5 μ mX5 μ m的區域進行測量。圖像分別顯示於圖13和14中。
[0334]在20 μ mX 20 μ m尺度下的平均表面粗糙度表明Sa值為40nm(0.04 μ m),而在5「!1^5 4 111的尺度下,5&值為3211111(0.032 4 111)。整套結果如圖15所示。
[0335]對於關節軟骨的表面粗糙度還沒有明確的值,因為它是會由於病症和使用而發生變化的表面,然而,一些研究報告指出,峰至谷底深度為2.5 μ m的表現於大多數關節軟骨的表面上(Ian C Clarke (1971) 「Surface Characteristics of human articularcartilage-a scanning electron microscopy study,,Journal of Anatomy, vl08,PP22-30)。然而,英國BS IS07206第2部分規定,關節置換表面中的聚合物組件應該表現出比2 μ m Ra更好的平均粗糙度。此外,英國BS IS07206第2部分還規定,「在按照IS0468:1982所給定的原理測定時,金屬和陶瓷部件的球形關節表面,使用0.08mm的截止值,應該分別具有不超過0.05 μ m和0.02 μ m的Ra值」。
[0336]Ra和Sa值都是指表面的「平均粗糙度」。Ra是從單個輪廓軌跡計算出來而Sa是在一個區域內進行計算,因此,Sa可以等同於幾個Ra線輪廓軌跡的平均值。Sa是表面更精確的描述符,因為它考慮了 X和I的數據。
[0337]在任何情況下,平均Sa值,對於關節置換表面中的聚合物組件都顯著低於所接受的平均粗糙度,並也介於金屬和陶瓷組件的球形關節表面的可接受值之間。因此,平滑表面對於可植入修復器件被認為是充分光滑而非常有利的。
[0338]白光掃描幹涉法[0339]圖16和圖17的圖像表示樣品來自白光掃描幹涉儀的3D表面映射圖,其中使用高斯多項式擬合技術從這些測量結果中除去了粗形式(gross)。因此,所產生的圖像顯示了包括表面質地和表面「起伏」的表面形態。
[0340]面參數表徵表明,在四個樣品中的平均表面粗糙度(Sa)等於0.68μπι(如圖18中所示),而這些值的範圍為0.647-0.709 μ m。
[0341]再次,即使考慮到表面的「起伏度」,平均Sa顯著低於關節置換表面中的聚合物組件所接受的平均粗糙度,因此,對於可植入修復器件是非常有利的。
[0342]根據本發明的器件已經證實包含合適的平滑表面,這種平滑表面是持久的,相對無摩擦的,並可以經過潤滑而在相對剛性的骨頭或毗鄰組織之間提供超過它們這類型的可植入器件的可接受的IS0468:1982的耐磨關節表面。此外,多孔表面通過提供輔助細胞進入的表面而有助於與現有骨骼或軟骨融合為一體。
[0343]雖然已經顯示和描述了幾個優選的實施方式,但本領域技術人員應理解的是,各種變化和修改都可以作 出而不脫離正如所附權利要求中所定義的本發明的範圍。
【權利要求】
1.一種用於修復、增大或置換組織的可植入修復器件,所述器件包括絲心蛋白,並且其中,所述器件包括平滑表面和多孔表面。
2.根據權利要求1所述的器件,其中,所述平滑表面定義為當所述修復器件的樣品通過按照峰值力輕敲模式穿過流體成像而完全水化時,在使用原子力顯微鏡(使用,例如,Bruker Dimens1n Icon系統)時具有小於約0.1 μ m的測定Sa值的表面。
3.根據權利要求1或2中任一項所述的器件,其中,所述器件作為包括絲心蛋白的坯體形成,所述坯體提供所述平滑表面和所述多孔表面。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的器件,其中,所述平滑表面包括在所述坯體上的表層的表面。
5.根據權利要求4所述的器件,其中,所述坯體的第一部分包括所述表層。
6.根據權利要求4或5中任一項所述的器件,其中,所述表層為約Iμ m至約500 μ m厚。
7.根據權利要求5-6中任一項所述的器件,其中,所述第一部分整體形成為所述器件的所述坯體的部分。
8.根據權利要求1-7 中任一項所述的器件,其中,所述坯體包括第一部分和第二部分,所述第一部分至少包括所述平滑表面並且所述第二部分至少包含所述多孔表面。
9.根據權利要求8所述的器件,當根據權利要求1-6時,其中,所述第一部分和所述第二部分分別包括相互連接的離散的第一層和第二層。
10.根據權利要求8-9中任一項所述的器件,其中,所述器件的所述第二部分(或層)部分或完全包括骨材料或可植入的骨生物材料。
11.根據權利要求3-10中任一項所述的器件,其中,所述坯體包括再生絲心蛋白。
12.根據權利要求3-11中任一項所述的器件,其中,所述坯體的至少一部分所述第二部分是多孔的。
13.根據權利要求3-12中任一項所述的器件,其中,所述坯體的基本上全部所述第二部分是多孔的。
14.根據權利要求12或13中任一項所述的器件,其中,多孔的所述坯體或部分包括相當大比例的「開孔」。
15.根據權利要求1-14中任一項所述的器件,其中,所述多孔表面是礦化的。
16.根據權利要求15所述的器件,其中,所述多孔表面採用羥基磷灰石或磷酸鈣礦化。
17.根據權利要求1-16中任一項所述的器件,其中,所述器件包括生物相容性的單個纖維或纖維鋪層。
18.根據權利要求17所述的器件,其中,所述纖維或纖維鋪層部分溶解在所述器件的所述坯體中。
19.一種製備用於修復、增大或置換組織的可植入修復器件或這種器件的部分或層的方法,所述方法包括以下步驟:在模具中由絲心蛋白溶液製備凝膠;通過使所述凝膠經受一個或多個冷凍和解凍所述凝膠的步驟而製備材料;和在所述器件上產生多孔表面,其中,在由所述絲心蛋白溶液製備所述凝膠時,調節所述模具的一部分以提供至少一個平滑表面。
20.根據權利要求19所述的方法,其中,在所述器件上產生多孔表面包括去除所述器件的表面的至少一部分從而暴露其下的孔隙的步驟。
21.根據權利要求19或20中任一項所述的方法,其中,所述模具的至少一部分包括透析膜、滲析袋、透析容器或透析表面,並且所述絲心蛋白溶液針對所述透析膜、袋、容器或表面發生膠凝以產生具有所述平滑表面的表層。
22.根據權利要求19-21中任一項所述的方法,其中,所述方法包括預成形坯體並將所述平滑表面和表層形成到 所預成形的坯體上。
23.根據權利要求19-22中任一項所述的方法,其中,所述方法包括由再生絲心蛋白溶液形成所述器件。
24.根據權利要求19-23中任一項所述的方法,包括至少礦化所述多孔表面的步驟。
25.根據權利要求19-24中任一項所述的方法,包括將生物相容性的纖維或纖維鋪層併入到所述絲心蛋白溶液中的步驟。
26.根據權利要求25所述的方法,其中,所述方法包括在膠凝之前將所述纖維部分溶解在所述器件中。
27.根據權利要求25或26所述的方法,其中,所述纖維或纖維鋪層包含絲心蛋白。
【文檔編號】A61L27/56GK104039366SQ201280063127
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年10月18日 優先權日:2011年10月19日
【發明者】尼古拉斯·斯克爾 申請人:奧索克斯有限公司

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本發明涉及一種基於加熱模壓的纖維增強pbt複合材料成型工藝。背景技術:熱塑性複合材料與傳統熱固性複合材料相比其具有較好的韌性和抗衝擊性能,此外其還具有可回收利用等優點。熱塑性塑料在液態時流動能力差,使得其與纖維結合浸潤困難。環狀對苯二甲酸丁二醇酯(cbt)是一種環狀預聚物,該材料力學性能差不適合做纖

一種pe滾塑儲槽的製作方法

專利名稱:一種pe滾塑儲槽的製作方法技術領域:一種PE滾塑儲槽一、 技術領域 本實用新型涉及一種PE滾塑儲槽,主要用於化工、染料、醫藥、農藥、冶金、稀土、機械、電子、電力、環保、紡織、釀造、釀造、食品、給水、排水等行業儲存液體使用。二、 背景技術 目前,化工液體耐腐蝕貯運設備,普遍使用傳統的玻璃鋼容

釘的製作方法

專利名稱:釘的製作方法技術領域:本實用新型涉及一種釘,尤其涉及一種可提供方便拔除的鐵(鋼)釘。背景技術:考慮到廢木材回收後再加工利用作業的方便性與安全性,根據環保規定,廢木材的回收是必須將釘於廢木材上的鐵(鋼)釘拔除。如圖1、圖2所示,目前用以釘入木材的鐵(鋼)釘10主要是在一釘體11的一端形成一尖

直流氧噴裝置的製作方法

專利名稱:直流氧噴裝置的製作方法技術領域:本實用新型涉及ー種醫療器械,具體地說是ー種直流氧噴裝置。背景技術:臨床上的放療過程極易造成患者的局部皮膚損傷和炎症,被稱為「放射性皮炎」。目前對於放射性皮炎的主要治療措施是塗抹藥膏,而放射性皮炎患者多伴有局部疼痛,對於止痛,多是通過ロ服或靜脈注射進行止痛治療

新型熱網閥門操作手輪的製作方法

專利名稱:新型熱網閥門操作手輪的製作方法技術領域:新型熱網閥門操作手輪技術領域:本實用新型涉及一種新型熱網閥門操作手輪,屬於機械領域。背景技術::閥門作為流體控制裝置應用廣泛,手輪傳動的閥門使用比例佔90%以上。國家標準中提及手輪所起作用為傳動功能,不作為閥門的運輸、起吊裝置,不承受軸向力。現有閥門

用來自動讀取管狀容器所載識別碼的裝置的製作方法

專利名稱:用來自動讀取管狀容器所載識別碼的裝置的製作方法背景技術:1-本發明所屬領域本發明涉及一種用來自動讀取管狀容器所載識別碼的裝置,其中的管狀容器被放在循環於配送鏈上的文檔匣或託架裝置中。本發明特別適用於,然而並非僅僅專用於,對引入自動分析系統的血液樣本試管之類的自動識別。本發明還涉及專為實現讀