用于制造骨誘導(dǎo)性磷酸鈣的方法及由此獲得的產(chǎn)物的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及對用作再生醫(yī)學(xué)中的植骨材料的磷酸鈣的表面處理，以及通過此類處 理獲得的骨誘導(dǎo)性磷酸鈣。
【背景技術(shù)】
[0002] 合成骨替代品必須是生物相容性的、骨引導(dǎo)性的、且與天然骨是機(jī)械相容的，以便 成功地用于臨床情況。材料的進(jìn)一步改善通過更快速的骨長入以及甚至刺激身體的骨形成 能力、或骨誘導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)。植入材料的這種性質(zhì)是指其誘導(dǎo)骨生成的能力，或觸發(fā)干細(xì)胞以分 化成形成骨的成骨細(xì)胞的機(jī)制。
[0003] 主要報(bào)導(dǎo)包括下列的磷酸鈣陶瓷亞組的骨誘導(dǎo):羥基磷灰石(HA)、β-磷酸三鈣(β-TCP)、雙相磷酸鈣(BCP)(其表示HA和TCP的混合物）、無水磷酸氫鈣(DCPA)、二水合磷酸氫二 鈣(DCPD)、碳酸磷灰石、焦磷酸鈣(CPP)和HA/碳酸鈣(CC)混合物。盡管迄今為止對描述為骨 誘導(dǎo)性的材料進(jìn)行了完整分析，但是仍不可能描述應(yīng)如何準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)并制造骨誘導(dǎo)性材 料。非常清楚的是，骨誘導(dǎo)性能力可最好通過異位植入，即在骨不自然生長的組織或器官中 植入，例如通過異位植入(即肌內(nèi)植入或皮下植入)來確定。
[0004] 通常，已發(fā)現(xiàn)某些多孔性磷酸鈣展現(xiàn)出骨誘導(dǎo)性。例如，Yamasaki等人，在 Biomaterials 13:308-312( 1992)中描述了在多孔羥基磷灰石陶瓷粒子而不是密集粒子周 圍出現(xiàn)異位骨化(在不正常骨化的組織中形成新骨）。多孔粒子的尺寸范圍為200μπι至600μ m，且具有連續(xù)和互連的微孔率，其孔的直徑范圍為2μπι至ΙΟμπι。
[0005] 美國專利第6,511,510號描述了生物相容和生物可降解的磷酸鈣，其展現(xiàn)出比 Yamasaki等人的多孔羥基磷灰石粒子改善的骨誘導(dǎo)性。生物可降解的磷酸鈣具有20%至 90 %的總孔隙率，且包含尺寸范圍為0.05mm至1.5mm的大孔，以及尺寸范圍為0.05μπι至20μπι 的微孔。生物可降解的磷酸鈣材料通過模鑄來制造并且塊體可隨后被制成顆?；蚯谐筛?尺寸顆粒。當(dāng)植入時(shí)，該材料適于用作骨(臨時(shí))替代品。
[0006] 盡管上述材料可用，但是如果可提供的關(guān)于活組織使用的生物材料具有更好的骨 引導(dǎo)性和骨誘導(dǎo)性，即導(dǎo)致更快的且更深層的骨形成，則將是有利的。如果此類骨誘導(dǎo)性材 料可容易地引入哺乳動(dòng)物的體內(nèi)，最優(yōu)選地使得它們提供用于在骨位點(diǎn)和非骨位點(diǎn)中制造 新骨的可容易植入且有效的支架材料，則也是有利的。此類材料將具有用于制造重新自體 骨的很多用途，其可能隨后用作用于修復(fù)較大骨缺陷的骨替代品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提供具有優(yōu)異的骨誘導(dǎo)性能的磷酸鈣材料。
[0008] 具體地，本發(fā)明提供用于處理磷酸鈣(特別是燒結(jié)磷酸鈣）的方法，其處理方法賦 予所述材料(特別是其表面)比未處理的材料更具骨誘導(dǎo)性。
[0009] 本發(fā)明現(xiàn)提供用于制造骨誘導(dǎo)性磷酸鈣材料的方法，所述方法包括以下步驟:提 供具有由磷酸鈣晶粒組成的表面形貌的燒結(jié)雙相磷酸鈣(BCP)起始材料，使所述燒結(jié)雙相 磷酸鈣起始材料在等于或高于125°C的溫度下經(jīng)受水熱處理達(dá)足以使所述起始材料的表面 上的磷酸鈣晶粒轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿徕}針狀物的持續(xù)時(shí)間。
[0010] 在本發(fā)明的方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，在水熱處理之前的BCP起始材料包含4% 至20 %的磷灰石。更優(yōu)選地，磷灰石為羥基磷灰石。
[0011] 在本發(fā)明的方法的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，在水熱處理之前的磷酸鈣起始材料具 有0 · ΙμL?至3 · Ομπι、更優(yōu)選0 · 2μηι至2 · 5μηι的范圍的平均粒徑，更優(yōu)選中位值粒徑為約0 · 5μηι至 2·2ym，0·75ym至1·5ym 〇
[0012] 預(yù)處理和后處理材料的優(yōu)選特征是多孔的。
[0013] 預(yù)處理和后處理材料的另一個(gè)優(yōu)選特征是，其展現(xiàn)出大孔隙率(孔的尺寸范圍為 0.1 mm至 1.5mm) 〇
[0014] 水熱處理使所述起始材料的表面上的磷酸鈣晶粒轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿徕}針狀物。表面形貌 從晶粒狀變化至針狀形貌與比表面積和總孔面積的增加相關(guān)，因此表面蛋白質(zhì)吸附容量由 于如本文所述的水熱處理而大幅增加。
[0015] 在本發(fā)明的方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，磷酸鈣起始材料的總孔面積在水熱處理 之后相比于未處理的對照材料將增加至少10%至65%?？偪酌娣e可通過壓汞法測量并且以 m2/g表不。
[0016] 在本發(fā)明的方法的又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，磷酸鈣起始材料的總孔面積在水熱處 理之后相比于未處理的對照材料將增加至少100%。
[0017] 在本發(fā)明的方法的又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，磷酸鈣起始材料的蛋白質(zhì)吸附容量在 水熱處理之后相比于未處理的對照材料將增加至少10%至50%。蛋白質(zhì)吸附容量可通過確 定在37°C培養(yǎng)后吸附的血清蛋白或白蛋白的量以及測量在與預(yù)定量的磷酸鈣材料一起培 養(yǎng)預(yù)定時(shí)間段后溶液中剩余的蛋白質(zhì)的量來確定?？墒褂美缍姿?B CA)測定通過 分光光度法來測量蛋白質(zhì)。
[0018] 在本發(fā)明的方法的又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，磷酸鈣起始材料的蛋白質(zhì)吸附容量在 水熱處理之后相比于未處理的對照材料將增加至少50%。
[0019] 在另一方面中，本發(fā)明提供可通過根據(jù)如上所述的本發(fā)明的方法獲得的骨誘導(dǎo)性 磷酸鈣材料。此類骨誘導(dǎo)性磷酸鈣優(yōu)選具有比對比的未處理起始材料高至少 40%的蛋白質(zhì) 吸附容量。據(jù)信該增加的蛋白質(zhì)吸附容量與由處理所致的比表面積增加相關(guān)。實(shí)際上，所述 處理可使磷酸鈣材料的比表面積加倍。
[0020] 本發(fā)明的具有針狀表面形貌的骨誘導(dǎo)性磷酸鈣材料(例如可通過如上所述的方法 獲得)具有比類似組成但包含晶粒狀表面形貌的參照材料大的比表面積以及總孔面積。具 體來說，本發(fā)明的改善的骨誘導(dǎo)性材料具有優(yōu)選至少1.8m 2/g的總孔面積。更優(yōu)選地，本發(fā) 明的改善的骨誘導(dǎo)性材料具有如壓汞法測定的至少1.85m2/g的總孔面積，更優(yōu)選至少 1 · 9m2/g，甚至更優(yōu)選至少2 · 0m2/g、更優(yōu)選超過2 · 5m2/g、2 · 8m2/g、3 · 0m2/g、3 · 5m2/g、4 · 0m2/g 或4.5m2/g。具體來說，本發(fā)明的改善的骨誘導(dǎo)性材料具有優(yōu)選至少0.7m2/g的比表面積。更 優(yōu)選地，本發(fā)明的改善的骨誘導(dǎo)性材料具有如壓汞法測定的超過0.9m 2/g的比表面積，更優(yōu) 選超過I .〇m2/g、l .5m2/g、2.0m2/g、2.5m2/gS3.0m2/g。
[0021] 本發(fā)明的具有針狀表面形貌的骨誘導(dǎo)性磷酸鈣材料(例如可通過如上所述的方法 獲得)具有比類似組成但包含晶粒狀表面形貌的參照材料大的蛋白質(zhì)吸附容量。具體來說， 本發(fā)明的改善的骨誘導(dǎo)性材料具有優(yōu)選至少1.0 ~3. Omg血清蛋白/cc材料(來自2ml的I % FBS)、或至少1000~3500yg BSA/cc材料(來自2ml的400μg/ml BSA)的蛋白質(zhì)吸附容量。
[0022] 可通過本發(fā)明的方法獲得的骨誘導(dǎo)性磷酸鈣材料可具有比起始磷酸鈣材料高或 低(優(yōu)選高）的量的羥基磷灰石。包含10%羥基磷灰石的量的雙相磷酸鈣起始材料可在水熱 處理后呈現(xiàn)出高于30%羥基磷灰石的量。
[0023] 在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，通過本發(fā)明的方法獲得的骨誘導(dǎo)性磷酸鈣材料是雙相磷 酸鈣（BCP)陶瓷，優(yōu)選包含5%至65% (例如50%)的羥基磷灰石（HA)和35%至95 % (例如 50% )的β-磷酸三鈣(β-TCP)。
[0024] 通過本發(fā)明的方法獲得的骨誘導(dǎo)性磷酸鈣材料具有針狀表面形貌。這些針狀物的 直徑尺寸通常為I Onm至1500nm。此外，所述材料優(yōu)選是多孔的。
[0025] 通過本發(fā)明的方法制造的材料主要由于其突出的蛋白質(zhì)吸附容量而在活組織中 展現(xiàn)出優(yōu)異的骨誘導(dǎo)性能。在本發(fā)明的材料的表面處形成骨組織有助于有利地接受由所述 材料制得的植入物。此外，骨組織的形成加速骨結(jié)構(gòu)中的任何損傷的恢復(fù)，其形成應(yīng)用植入 物的理由。
[0026] 本發(fā)明的骨誘導(dǎo)性磷酸鈣優(yōu)選呈微粒形式，其具有約50μπι至約1500μπι的范圍的粒 徑，更優(yōu)選約200μηι至約500μηι，最優(yōu)選212μηι至300μηι。在替代實(shí)施方式中，本發(fā)明的磷酸鈣 優(yōu)選呈粒子形式，其具有優(yōu)選1000 Mi至4000μπι的范圍的粒子尺寸。在另一個(gè)替代實(shí)施方式 中，本發(fā)明的磷酸鈣呈數(shù)立方厘米(例如0.5cm 3、I cm3、1.5cm3、2cm3、2.5cm3、3cm 3)的塊體、呈 預(yù)成形的塊體、或可通過手術(shù)刀或刻石刀(burr)被成形為(骨)缺陷的尺寸的塊體的形狀。
[0027] 本發(fā)明的骨誘導(dǎo)性磷酸鈣陶瓷通常具有比水熱處理前相應(yīng)的磷酸鈣陶瓷起始材 料高〇. 5倍、1倍、1.5倍、2倍、2.5倍或甚至3倍的總孔面積。如通過Hg侵入測量的具有針狀表 面形貌的本發(fā)明的磷酸鈣陶瓷的總孔面積可高達(dá)1.8m 2/g、1.9m2/g、2m2/g、2.5m2/g、2.7m 2/ g、3 · 0m2/g、3 · 5m2/g、3，8m2/g 或甚至 4 · 0m2/g 或更高。
[0028] 本發(fā)明的骨誘導(dǎo)性磷酸鈣陶瓷通常具有比水熱處理前相應(yīng)的磷酸鈣陶瓷起始材 料高〇. 5倍、1倍、1.5倍或甚至2倍的比表面積(BET)。如通過BET測量的具有針狀表面形貌的 本發(fā)明的磷酸鈣陶瓷的比表面積可高達(dá)1.25m 2/g、1.4m2/g、1.5m2/g、2m2/g、2.4m 2/g或甚至 2.5m2/g或更高。
[0029] 呈(微)顆粒或粒子形式的本發(fā)明的骨誘導(dǎo)性材料的優(yōu)點(diǎn)在于其具有優(yōu)異的流動(dòng) 性能。（微)顆粒材料的砂狀組成允許其在無另外的流體載體的情況下注入。因此，所述材料 在此類實(shí)施方式中可用作注射劑，盡管其也可用于與例如流體載體混合。或者，（微)顆?；?粒子可組合成復(fù)合材料以形成固體塊體或半固體塊體，如可適合地用于例如植入。
[0030] 在本發(fā)明的材料的又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，磷灰石針狀物的密度低于0.45/μπι2.
[0031] 在另一方面中，本發(fā)明涉及用作醫(yī)用植入材料或組織支架的本發(fā)明的骨誘導(dǎo)性磷 酸鈣。
[0032] 本發(fā)明的骨誘導(dǎo)性磷酸鈣可適合地用于誘導(dǎo)骨組織在活生物體中形成，如單獨(dú)的 或與生長因子或/和細(xì)胞組合用作用于在非骨位點(diǎn)中制造自體骨的植入材料，或單獨(dú)的或 與生長因子或/和細(xì)胞組合用于制造醫(yī)用植入物或裝置。
[0033] 本發(fā)明的骨誘導(dǎo)性磷酸鈣可適合地用于例如在頌面部手術(shù)或矯形外科手術(shù)中的 骨重建。
[0034] 在另一方面中，本發(fā)明涉及骨誘導(dǎo)性磷酸鈣涂層，其包含含有磷灰石針狀物的外 層和可選地與該外層接觸的內(nèi)層。在這方面的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中