專利名稱：骨移植系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及骨移植系統(tǒng)(bone graft system)且具體涉及包含凝膠組分的骨移植系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
由于疾病或創(chuàng)傷，外科醫(yī)生需要替換骨組織。他們?cè)谑中g(shù)期間可使用骨移植物(自體移植物或同種異體移植物)或合成材料來替換骨。在用于替換骨的合成材料類型中，外科醫(yī)生使用金屬(例如不銹鋼髖或膝植入物)、聚合物(例如在髖臼窩中的聚乙烯)、陶瓷(例如作為大孔骨移植物的輕磷灰石(hydroxyapatite))或無機(jī)_有機(jī)復(fù)合材料(例如用于固定板的羥磷灰石-聚(乳酸)復(fù)合材料)。這些合成性骨替換材料中的多種在體內(nèi)是不可再吸收的(在適于愈合期的時(shí)間內(nèi))且不刺激新骨在植入物周圍或在植入物內(nèi)形成。已經(jīng)特別引人關(guān)注的材料包括合成性磷酸鈣(CaP)骨移植替代物。該類材料能夠以遞送系統(tǒng)的形式被遞送到所需要的骨再生部位，所述遞送系統(tǒng)包含摻合在作為載體的有機(jī)聚合物凝膠例如水凝膠(例如基于羧甲基纖維素即CMC的水凝膠)中的顆粒。上述遞送系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成改善對(duì)CaP顆粒的加工(handling)和便于將骨移植物置于手術(shù)部位。載體在體內(nèi)快速再吸收或溶解(通常在3-30天內(nèi))以暴露CaP顆粒用于移植物-骨相互作用。針對(duì)載體的加工性、安全性和在體內(nèi)快速再吸收或溶解的能力對(duì)用在這些遞送系統(tǒng)中的載體進(jìn)行選擇。通常，在所選載體中的聚合物為天然聚合物(例如膠原或明膠)或被批準(zhǔn)的合成聚合物例如羧甲基纖維素(CMC)。載體在骨修復(fù)中不發(fā)揮活性作用(例如在羧甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素或甘油的情況下)。載體作為加工助劑將活性CaP顆粒攜帶到骨再生部位，然后溶解 或再吸收。在此提及的載體作為凝膠。通常，凝膠的定義是以重量計(jì)主要由液體組成的膠凍狀物質(zhì)，但是其以固體形式存在且在穩(wěn)態(tài)下不顯示出流動(dòng)性。在凝膠中，聚合物鏈(凝膠的“固相”)存在于凝膠的“液相”中并通過在聚合物鏈之間的化學(xué)交聯(lián)(例如共價(jià)結(jié)合)和/或物理相互作用(例如氫鍵結(jié)合或范德華力結(jié)合)而相互作用。在聚合物鏈之間的這些相互作用促成凝膠的結(jié)構(gòu)和粘彈性。水凝膠是一種具體類型的凝膠，其中水構(gòu)成液相。通常，固相(即聚合物)在適于形成具體水凝膠的條件下分散在水中。例如，酸溶性I型膠原可在稀酸性條件(例如乙酸)下分散(溶解)在水中且當(dāng)溫?zé)嶂?7°C時(shí)將形成凝膠(溶液用合適的堿預(yù)中和或不預(yù)中和)。因?yàn)槟z的形成(膠凝)僅在特定的條件下發(fā)生，所以凝膠成分的混合物實(shí)際上可能不是凝膠形式。這種未經(jīng)歷膠凝的溶液在本申請(qǐng)中稱為“凝膠溶液”。凝膠溶液經(jīng)歷膠凝以形成凝膠。已經(jīng)證實(shí)硅在骨形成和骨代謝中發(fā)揮重要作用。因此，已經(jīng)進(jìn)行了試圖形成含有硅的骨移植材料的研究工作。替換有硅的羥磷灰石材料的合成參見W098/08773和相應(yīng)的US6, 312，468。盡管已經(jīng)在動(dòng)物研究和人體臨床研究中證實(shí)這些材料加快骨愈合速率，但是這些替換有硅的材料仍是非常難溶的。一些合成性CaP生物材料摻合呈硅酸鹽形式的硅離子。實(shí)例包括生物活性玻璃、磷灰石-硅灰石玻璃陶瓷、替換有硅的羥磷灰石和替換有硅的磷酸三鈣。Guth等人，_Engineering Materials, Bioceramics, 2006, 309-311,第 117-120 頁表明，低水平的娃從替換有娃的輕磷灰石中釋放到組織培養(yǎng)基中。報(bào)道了最大約O. 5 μ g/ml娃。Gough等人，Biomaterials, 2004，25，第2039-2046頁報(bào)道了發(fā)泡的含有硅的生物活性玻璃，將其在培養(yǎng)基中孵育24小時(shí)。在所得條件培養(yǎng)基(純的(neat)或用培養(yǎng)基以1:1或1:4進(jìn)行稀釋)中培養(yǎng)細(xì)胞。在純的洗脫物中報(bào)道的硅釋放為230 μ g/ml，當(dāng)在培養(yǎng)基中以1:1進(jìn)行稀釋時(shí)報(bào)道的硅釋放為120 μ g/ml及當(dāng)在培養(yǎng)基中以1:4進(jìn)行稀釋時(shí)報(bào)道的硅釋放為47 μ g/ml o Xynos 等人,Biochem. Biophys. Res. Commun. , 2000, 276,第 461-465 頁報(bào)道了含有45%Si02w/w的生物活性玻璃Bioglass45S5。將l%w/v該玻璃的粒子(直徑為710-300 μ m)在達(dá)爾伯克改良伊格爾培養(yǎng)基(DMEM)中在37°C孵育24小時(shí)并過濾除去剩余的粒子。然后在95%空氣濕度和5%C02中在37°C為培養(yǎng)基補(bǔ)充10%胎牛血清、2mM1-谷氨酰胺、50U/ml青霉素G、50 u g/ml鏈霉素B和O. 3 μ g/ml兩性霉素B。韓、娃、憐和納在該溶液中的兀素含量通過電感耦合等離子體分析來確定。Xynos等人報(bào)道Si的含量在對(duì)照DMEM中為O. 19ppm+/-0. 01 及在 Bioglass45S5 條件 DMEM 中為 16. 58ppm+/_l· 78。PCT/GB2009/002954(尚未公開)描述了較易溶解的替換有硅酸鹽的磷酸鈣羥磷灰石，其Ca/P比為2. 05-2. 55且Ca/(P+Si)摩爾比小于1. 66。這些替換有硅的羥磷灰石與羥磷灰石陶瓷或先前報(bào)道的替換有硅的羥磷灰石陶瓷相比顯示出高水平的溶解性且當(dāng)浸泡在溶液中時(shí)釋放高水平的硅。例如，與先前報(bào)道的替換有硅的羥磷灰石相比，從PCT/GB2009/002954所描述的替換有硅酸鹽的羥磷灰石中釋放約10-100倍的硅。

發(fā)明內(nèi)容
出于清楚原因，將硅摻合到材料中被本領(lǐng)域技術(shù)人員稱為替換有硅或替換有硅酸鹽。這些術(shù)語可互換使用。類似地，“含有硅”、“含有硅酸鹽”、“替換有硅”和“替換有硅酸鹽”可互換使用。在使用術(shù)語“硅離子”的情況下，其是指硅酸鹽離子，包括‘硅酸’陰離子即Si044_及可存在于溶液中的硅酸鹽離子例如硅酸陰離子的二聚、三聚或寡聚形式。在一個(gè)方面，本發(fā)明提供骨移植系統(tǒng)，其包含作為骨移植材料的固體無機(jī)組分；和水凝膠，其中所述水凝膠含有>2ppm的硅離子，以每百萬份所述水凝膠的水性組分的Si的重量份(parts by weight of Si per million of the aqueous component of thehydrogel)計(jì)。在本申請(qǐng)中，離子在水凝膠中的‘百萬分?jǐn)?shù)’(ppm)是指相對(duì)于水凝膠的水性組分的百萬分?jǐn)?shù)。對(duì)于大多數(shù)水凝膠，水性組分為水凝膠的90-99wt%。硅或硅酸鹽離子的濃度以每百萬份所述水凝膠的水性組分的Si的重量份計(jì)。在以該方式表達(dá)娃離子的量中，忽略可按其它形式存在于組合物中例如存在于骨移植材料中的硅。在計(jì)算中，僅使用硅本身的重量。也就是說，若存在Si044_離子，則使用一個(gè)Si原子的重量而非I個(gè)Si原子+4個(gè)O原子的重量。本發(fā)明骨移植系統(tǒng)通過按以下兩種方式遞送有效的離子而提供有利的骨愈合性質(zhì)從水凝膠中釋放硅離子和固體無機(jī)組分對(duì)細(xì)胞行為進(jìn)行刺激(例如通過顆?；瘜W(xué)和/或形態(tài)學(xué))。細(xì)胞由此被刺激以在可被稱為‘多階段’骨修復(fù)過程的過程中產(chǎn)生新骨。硅離子包含在水凝膠(其作為載體)中的重要性是，硅在骨形成中的刺激活性可直接得自水凝膠而無需依賴于先前難溶的含有硅的CaP生物材料。該刺激活性僅當(dāng)相當(dāng)多的非痕量的硅離子存在于水凝膠中時(shí)才實(shí)現(xiàn)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在水凝膠中>2ppm的硅離子水平是有效的。優(yōu)選>3ppm的水平。特別優(yōu)選> 5ppm的水平。硅離子在水凝膠的水(液相)中的水平通常大于或等于2ppm且小于或等于2000ppm,優(yōu)選大于或等于5ppm且小于或等于lOOOppm。本發(fā)明骨移植系統(tǒng)的水凝膠通常在約3-30天內(nèi)溶解在身體中。在植入部位局部釋放的硅離子水平取決于該降解速率及植入部位的性質(zhì)(就流體在該部位的擴(kuò)散速率而言)。硅離子從凝膠中的每日釋放由凝膠的溶解所致且隨溶解速率和包含在凝膠中的硅離子量而變化。例如，含有5ppm硅離子且耗時(shí)10天溶解的凝膠可提供每日釋放O. 5ppm的硅。通常，硅離子從凝膠中的每日釋放可為約O. 5_200ppm,優(yōu)選約 2-100ppm。在本發(fā)明中，作為骨移植材料的固體無機(jī)組分與水凝膠的比例(體積％)可為99:1-1:99。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述比例為95:5-20:80。更優(yōu)選地，其為90:10至50:50。優(yōu)選地，本發(fā)明骨移植系統(tǒng)按體積計(jì)大于或等于50%固體無機(jī)組分。 在本發(fā)明一些實(shí)施方案中，所述比例為50:50-80:20。在一些實(shí)施方案中，所述比例為 70:30-80:20。當(dāng)所述骨移植物遞送系統(tǒng)的聚合物載體(水凝膠)溶解時(shí)，包含在其中的硅離子被釋放并可在手術(shù)部位刺激骨再生。先前的組合物已經(jīng)包含單純用于加工改善的載體。針對(duì)載體與身體相互作用的無能性及載體的快速溶解性或再吸收性對(duì)這些載體進(jìn)行選擇。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)濃度的硅離子在體外對(duì)骨細(xì)胞(成骨細(xì)胞)增殖、分化、蛋白質(zhì)表達(dá)和基因表達(dá)具有刺激作用。例如，使原代人成骨細(xì)胞在含有10%FBS和各種濃度即0、0. 56,7. O、14. O和28. Oppm的硅離子(以ppm計(jì)并使用硅酸鈉溶液加到培養(yǎng)基中)的細(xì)胞培養(yǎng)基中培養(yǎng)生長(zhǎng)。將細(xì)胞培養(yǎng)7或14天并使用商業(yè)測(cè)定對(duì)在細(xì)胞裂解物中的DNA總量進(jìn)行量化。圖1和2示出了對(duì)于這些不同的硅離子濃度分別在培養(yǎng)7和14天時(shí)總DNA的變化。與對(duì)照(Oppm娃離子)相比，7-28ppm的娃離子水平在這兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)都導(dǎo)致DNA的大量增加且該結(jié)果表明這些硅離子濃度對(duì)所存在的細(xì)胞數(shù)目即細(xì)胞生長(zhǎng)具有積極的作用。這在骨修復(fù)中具有意義，因?yàn)榧?xì)胞數(shù)目的增加可與較大量的由這些細(xì)胞產(chǎn)生的新骨基質(zhì)相關(guān)。本申請(qǐng)描述的骨移植系統(tǒng)和凝膠可使用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)方法例如Y輻射來消毒。固體無機(jī)組分本發(fā)明骨移植物遞送系統(tǒng)的固體無機(jī)組分通常以顆粒或粉末的形式被包含。例如，固體無機(jī)組分可按顆粒的形式被包含，所述顆粒的直徑為O. OOl-1Omm,更優(yōu)選為O. 5-5mm且最優(yōu)選為1_2_。該直徑使固體無機(jī)組分具有增加的表面積,從而提高骨愈合能力。

在一些實(shí)施方案中，固體無機(jī)組分以分布在整個(gè)水凝膠基質(zhì)中的粒子形式存在。所述粒子通過水凝膠的聚合物基質(zhì)來保持。固體無機(jī)組分可為合成或非合成的，例如同種異體移植物或DBM(去礦化骨基質(zhì))。當(dāng)然，可存在不止一種骨移植材料且各自獨(dú)立選擇。例如，本發(fā)明骨移植系統(tǒng)可包含兩種固體無機(jī)組分，其中一種為合成的及另一種為非合成的。合適的 固體無機(jī)組分包括雙相磷酸I丐(biphasic calcium phosphate, BCP)、碳酸鈣、羥磷灰石、替換有離子的羥磷灰石、磷酸三鈣、硫酸鈣、硅酸鈣、磷酸八鈣、無定形磷酸鈣、磷酸氫鈣(brushite)、三斜磷鈣石、磷酸四鈣、焦磷酸鈣、生物玻璃(bioglass)、硅酸鈣玻璃、基于硅酸鈣的玻璃、磷酸鈣玻璃、基于磷酸鈣的玻璃、基于硅酸鈣的玻璃-陶瓷、基于磷酸鈣的玻璃-陶瓷、生物活性玻璃、生物活性玻璃-陶瓷、生物相容性玻璃、生物相容性玻璃-陶瓷、氧化招(alumina)和氧化錯(cuò)(zirconia)。雙相磷酸鈣的實(shí)例包括羥磷灰石(Caltl (PO4) 6 (OH) 2)和β _磷酸三鈣(Ca3 (PO4) 2)。這些組分的包含比例可為變化的。例如，雙相磷酸鈣可為50%羥磷灰石和50%磷酸三鈣。也可使用其它比例。含有硅的玻璃或玻璃陶瓷的合適實(shí)例包括但不限于基于XO-Y2O-SiO2或XO-Y2O-SiO2-P2O5系統(tǒng)的組合物，其中X通常為Ca (鈣)和/或Mg (鎂)和/或Sr (鍶)及Y通常為Na(鈉)和/或K(鉀)。在這些組合物中，每個(gè)X可獨(dú)立選自Ca、Mg和Sr。每個(gè)Y可獨(dú)立選自Na和K。基于硅酸鈣的合適組合物包括結(jié)晶硅酸鈣相，例如CaSiO3(硅灰石)或在CaO-SiO2系統(tǒng)中的無定形硅酸鈣玻璃組合物。優(yōu)選的固體無機(jī)組分包括羥磷灰石和含有硅的羥磷灰石。羥磷灰石的實(shí)例為Caltl(PO4)6(OH)215含有硅的羥磷灰石的實(shí)例為Ca9.85 (PO4) 4 (SiO4) 2 (OH) y，其中J表示0H_離子的存在量及通常為0_1。y理想地為0，但是反應(yīng)條件可導(dǎo)致0H_離子的可變存在量(其中形成一些Si2O廣而非SiO44O。特別優(yōu)選用作本發(fā)明骨移植系統(tǒng)的固體無機(jī)組分的材料是含有硅的羥磷灰石，其Ca/P 比為 2. 05-2. 55 且 Ca/ (P+Si)摩爾比小于1. 66。該類材料參見 PCT/GB2009/002954。這些材料與其它已知的羥磷灰石材料相比具有改善的溶解性。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)浸泡在細(xì)胞培養(yǎng)基中(O. 5g/50ml)的該類含有硅的羥磷灰石在浸泡I小時(shí)后釋放17ppm的娃離子。優(yōu)選地，上述固體組分的娃原子含量為2. 9_6wt%。在一個(gè)實(shí)施方案中，上述固體組分通過式(I)來表示Ca10_s (P04)6_x (SiO4)x (0H)2_X (I)其中1.1≤X≤2. 0，及δ表示Ca缺乏(Ca deficiency),從而使Ca/(P+Si)摩爾比的值小于1. 667。優(yōu)選地，1. 2 ≤ X ≤2. O,更優(yōu)選地，1. 4 ≤X ≤ 2. O且最優(yōu)選地，1. 6≤x≤2. O。通常理想的是，上述固體組分含有氫氧根離子(hydroxyl ion)。上述材料的實(shí)例為如上所述的Ca9.85 (PO4)4 (SiO4)2(OH)ytl已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些類型的含有硅的羥磷灰石與羥磷灰石陶瓷或先前報(bào)道的替換有硅的羥磷灰石陶瓷相比呈現(xiàn)高水平的溶解性并當(dāng)浸泡在溶液中時(shí)釋放高水平的硅。
含有硅的羥磷灰石的較高硅原子含量是理想的，從而當(dāng)所述組分存在于水凝膠中時(shí)釋放較大量的硅離子。在一些實(shí)施方案中，所述硅原子含量?jī)?yōu)選為至少2. 9wt%，更優(yōu)選為至少3. 5wt%且最優(yōu)選為至少5wt%。在PCT/GB2009/002954所描述的替換有硅的羥磷灰石類型中，這些值分別等價(jià)于至少9. 5wt%、至少11. 5wt%和至少16wt%的娃酸鹽(SiO4)含量。所述硅原子含量?jī)?yōu)選為3. 5-6wt%(ll. 5-20wt%硅酸鹽)且更優(yōu)選為5-6wt%(16_20wt%硅酸鹽)。在PCT/GB2009/002954所描述的替換有硅的羥磷灰石類型中，鈣與含磷離子的摩爾比(Ca/P比)高于在化學(xué)計(jì)量的羥磷灰石中觀察到的鈣與含磷離子的摩爾比(其為10:6或1:0. 6或大小為1. 67的Ca/P比)或在磷酸鈣摻有硅酸鹽的現(xiàn)有技術(shù)材料中觀察到的鈣與含磷離子的摩爾比。在其中本發(fā)明骨移植系統(tǒng)的固體組分為PCT/GB2009/002954所描述的替換有硅的羥磷灰石類型的一個(gè)實(shí)施方案中，該羥磷灰石的Ca/P摩爾比為至少2. 05。優(yōu)選地，所述Ca/P摩爾比為至少2.1，更優(yōu)選為至少2. 2且最優(yōu)選為至少2. 3。最大所述Ca/P摩爾比為2. 55，優(yōu)選為2. 5。因此，所述Ca/P摩爾比可為2. 05-2. 55，優(yōu)選為2. 1-2. 55，更優(yōu)選為2. 2-2. 5或最優(yōu)選為2. 3-2. 5。在PCT/GB2009/002954所描述的替換有硅的羥磷灰石類型中，Ca/(P+Si)的摩爾比小于1. 66，優(yōu)選不超過1. 65，其顯著低于其它含有硅的羥磷灰石組合物的Ca/(P+Si)摩爾比即1.667。優(yōu)選地，所述Ca/(P+Si)摩爾比為1. 50-1. 65，更優(yōu)選為1. 60-1. 65，更優(yōu)選為1. 60-1. 64。水凝膠在本發(fā)明中，水凝膠用作載體。它可為任何合適的類型，例如包含天然聚合物例如膠原或明膠或生物相容性合成聚合物例如羧甲基纖維素。優(yōu)選的水凝膠包括具 有聚合物組分的那些水凝膠，所述聚合物組分為羧甲基纖維素、膠原、明膠、甘油、羥 丙基甲基纖維素或合成烯烴或氧化烯烴聚合物。一個(gè)實(shí)例為氧化乙
烯/氧化丙烯嵌段共聚物(例如PjuiOniex F127或F68，BASF SE)。典型的羧甲基纖維素組分具有中等粘度或高粘度。凝膠溶液的實(shí)例包含5重量％的羧甲基纖維素。一些合適的凝膠溶液包含5-40重量％且優(yōu)選為20-30重量％的氧化乙烯/氧化丙烯嵌段共聚物(例如PlumnieR:F127或F68，BASF SE)。也可使用具有不同鏈長(zhǎng)的其它聚合物。水凝膠也可含有上述組分的組合。例如，水凝膠可含有羧甲基纖維素和甘油。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在本發(fā)明中甘油的加入改善CMC水凝膠的加工性。凝膠溶液的實(shí)例含有5重量％的羧甲基纖維素和10重量％的甘油。凝膠的形成可通過已知方法來實(shí)現(xiàn)。例如，可將含有羧甲基纖維素的凝膠溶液加熱至約50°C以溶解羧甲基纖維素，然后冷卻至室溫以進(jìn)行膠凝?？蓪⒑心z原的凝膠溶液
在約40°C (例如37°C)陳化過夜直到發(fā)生膠凝?？蓪⒑衟iulOnieK'.共聚物的凝膠溶液在約5°C (例如4°C )攪拌過夜以溶解Pluronic、R，然后溫?zé)嶂良s40°C (例如37°C )過夜以允許發(fā)生膠凝?？蛇x擇地，可在約70°C _80°C形成含有pjulOnieK'的凝膠溶液，然后冷卻至20°C -400C以進(jìn)行膠凝。硅離子保持在水凝膠的水性組分(即凝膠的液相)中，從而當(dāng)凝膠在體內(nèi)溶解、降解或再吸收時(shí)釋放硅離子。然后它們可發(fā)揮作用以有助于骨修復(fù)、愈合等。從水凝膠中遞送離子的這種‘降解時(shí)釋放’機(jī)制也適用于可存在于水凝膠中的其它離子。以下更詳細(xì)地討論了這些任選的其它添加劑。水凝膠可單獨(dú)形成，然后將硅離子與其混合以形成上述含有硅的凝膠?？墒褂煤铣尚怨且浦膊牧?，其當(dāng)與水性聚合物相(水凝膠)混合時(shí)將適當(dāng)水平的硅離子釋放到所述水性聚合物相(水凝膠)中?？蛇x擇地，可將硅離子源(所述硅離子源也可為含有硅的骨移植材料例如本申請(qǐng)描述的那些含有硅的骨移植材料(能夠在體外釋放適當(dāng)水平的硅離子))浸泡在水性溶液(aqueous solution)中以釋放娃離子。然后該含有娃的水性溶液可用于制備所述水凝膠。在所述水凝膠中的離子組分在本發(fā)明骨移植系統(tǒng)中，水凝膠包含硅離子。硅離子可通過任何合適的方法來摻合，例如將水凝膠與能夠?qū)⒐桦x子釋放到水凝膠中的含有硅的合成性骨移植物混合，將硅離子源溶解在水性溶液中且然后使用該水性溶液制備水凝膠，或在水性溶液中浸泡能夠在體外釋放硅離子的含有硅的骨移植材料且然后使用該水性溶液制備水凝膠。硅離子可通過任何合適的離子性硅源來摻合。本申請(qǐng)討論了將硅離子由硅離子源摻合到水凝膠中的幾種方法。將硅離子摻合到凝膠載體中的一種方法是通過由硅離子源直接釋放所述離子，直接釋放到水凝膠中，或釋放到水性溶液中且然后使用所述水性溶液制備水凝膠。例如，硅酸鈉或硅酸鈣可用作硅離子源。
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在使用硅酸鹽的情況下，多種形式是合適的，例如(就硅酸鈉而言)Na4Si04、Na2SiO3^ Na2Si2O5^ Na2Si3O7、這些娃酸鈉類的水合形式、娃酸鈉的無定形組合物等。用作硅離子源的優(yōu)選硅酸鹽是Na2Si03。在使用Na2SiO3的情況下，在水中5_2000ppm的最終濃度可如下得到將O. 0011-0. 436g Na2SiO3溶解在50ml水中。這在以下實(shí)施例7(表I)中示出?？蓪⒐杷徕c例如Na2SiO3溶解在水中以形成含有硅離子的溶液，然后使用所述含有硅離子的溶液制備水凝膠。另一個(gè)實(shí)例是使用含有硅的玻璃或玻璃陶瓷或基于硅酸鈣的組合物作為硅離子源。含有硅的玻璃或玻璃陶瓷的合適實(shí)例包括但不限于以XO-Y2O-SiO2或XO-Y2O-SiO2-P2O5系統(tǒng)為基礎(chǔ)的組合物，其中X通常為Ca (鈣)和/或Mg (鎂)和/或Sr (鍶)及Y通常為Na(鈉)和/或K(鉀)。在這些組合物中，每個(gè)X可獨(dú)立選自Ca、Mg和Sr。每個(gè)Y可獨(dú)立選自Na和K?；诠杷徕}的合適組合物包括結(jié)晶硅酸鈣相，例如CaSiO3(硅灰石)或在CaO-SiO2系統(tǒng)中的無定形硅酸鈣玻璃組合物。用作娃離子源的優(yōu)選材料為含有娃的輕磷灰石，其Ca/P比為2. 05-2. 55且Ca/(P+Si)摩爾比小于1. 66。該類材料參見PCT/GB2009/002954。這些材料與其它已知的羥磷灰石材料相比具有改善的溶解性。
這些材料及其優(yōu)選的特征如以上當(dāng)它們作為本發(fā)明骨移植系統(tǒng)的固體組分而被包含時(shí)所述?？蓪⑸鲜霾牧辖菰谒?，從而將硅離子釋放到水中。然后可使用由此得到的含有硅離子的溶液制備水凝膠。在一些實(shí)施方案中，可將其它離子摻合到水凝膠中，尤其是鈣離子和/或磷酸根離子。也就是說，水凝膠可包含硅離子和鈣離子、包含硅離子和磷酸根離子或包含硅離子、鈣離子和磷酸根離子。已知鈣離子和磷酸根離子促進(jìn)骨再生。本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的是，磷酸根離子以多種形式存在而不限于PO/-。磷酸根離子的任何形式可包含在本發(fā)明水凝膠中。另外，所述水凝膠可包含其它組分。水凝膠可包含加強(qiáng)骨愈合應(yīng)答和/或呈現(xiàn)抗菌作用的離子，例如鍶離子、鎂離子、鉀離子、銅離子、鈷離子、鎳離子、鋅離子、硒離子、銀離子或氟離子。另外，所述水凝膠可包含活性生物分子，例如生長(zhǎng)因子蛋白(例如成骨蛋白)、抗生素(例如慶大霉素)或其它藥用藥物、細(xì)胞因子或抗體。

方法本發(fā)明另一個(gè)方面是制備骨移植系統(tǒng)的方法，所述方法包括以下步驟將硅離子源與水凝膠混合。在一些實(shí)施方案中，該方法包括其它步驟將作為骨移植材料的固體無機(jī)組分與水凝膠混合。對(duì)硅離子源進(jìn)行選擇，從而使適當(dāng)水平的硅離子(如上所述)由其釋放到水凝膠中。例如，可使用以下替換有娃的磷酸I丐，其能夠在體外釋放>2ppm(優(yōu)選>3ppm且更優(yōu)選^ 5ppm)的硅離子?？蛇x擇地，含有硅的玻璃或玻璃陶瓷或基于硅酸鈣的組合物可在該方法中用作硅離子源。以上更詳細(xì)地討論了合適的硅離子源。在本發(fā)明一些實(shí)施方案中，硅離子源本身不是骨移植材料。因此，作為骨移植材料的固體無機(jī)組分還包含在含有硅的凝膠中以形成本發(fā)明骨移植系統(tǒng)。在其它實(shí)施方案中，硅離子源本身為骨移植材料并在其已經(jīng)將硅離子釋放到水凝膠中后繼續(xù)作為骨移植材料?；旌衔锟捎米鞅旧暾?qǐng)描述的骨移植系統(tǒng)而不作其它變化?？蛇x擇地，可將其它固體無機(jī)組分(骨移植材料)加到所述混合物中。因此，可將與硅離子源相同或不同且作為骨移植材料的固體無機(jī)組分加到所得混合物中以形成本發(fā)明骨移植系統(tǒng)。本發(fā)明另一個(gè)方面為制備骨移植系統(tǒng)的方法，所述方法包括以下步驟(a)在水性溶液中浸泡或溶解合適的硅離子源以形成包含>2ppm硅離子的溶液；(b)使所得水性溶液與聚合物混合以形成凝膠溶液；(c)允許所述凝膠溶液發(fā)生膠凝以形成水凝膠；和(d)將固體無機(jī)組分與所得水凝膠混合以制備所述骨移植系統(tǒng)。本發(fā)明另一個(gè)方面提供制備骨移植系統(tǒng)的方法，所述方法包括以下步驟(a)在水性溶液中浸泡或溶解合適的硅離子源以形成包含>2ppm硅離子的溶液；(b)將所得水性溶液與聚合物混合以形成凝膠溶液；(c)將固體無機(jī)組分與所述凝膠溶液混合；和(d)允許所述凝膠溶液發(fā)生膠凝以形成所述骨移植系統(tǒng)。也就是說，凝膠溶液(含有硅離子和聚合物的水性混合物)的膠凝可在加入固體無機(jī)組分前發(fā)生或可在加入該組分后發(fā)生。因?yàn)槟z凝僅在某些條件下發(fā)生，所以可控制膠凝時(shí)間以允許這種變化。在一些實(shí)施方案中，在步驟(a)中使用的硅離子源為含有硅的骨移植材料。優(yōu)選地,娃離子源能夠在體外釋放>2ppm、優(yōu)選>3ppm且更優(yōu)選> 5ppm的娃離子。娃離子在最終聚合物中的水平應(yīng)該>2ppm,優(yōu)選>3ppm且更優(yōu)選> 5ppm。與水凝膠混合的固體無機(jī)組分可與浸泡在最初水性溶液中的硅離子源相同或相似，或其可為不同的固體無機(jī)組分?？上氲降氖?，寬范圍的固體無機(jī)組分/水凝膠組合可用在該方法中。在一些實(shí)施方案中，硅離子源為硅酸鈉。以上更詳細(xì)地討論了合適的硅離子源。在一些實(shí)施方案中，硅離子源為Na2Si03。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，硅離子源為含有硅的羥磷灰石，其Ca/P比為
2.05-2. 55 且 Ca/ (P+Si)摩爾比小于1. 66。該類材料參見 PCT/GB2009/002954。證實(shí)浸泡在細(xì)胞培養(yǎng)基中(O. 5g/50ml)的上述含有硅的羥磷灰石在浸泡I小時(shí)后釋放17ppm的硅離子。將適量的上述材料在水中浸泡適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，這將由于硅離子從所述材料中釋放而得到含有所需硅離子濃度的溶液。然后該含有硅離子的水可通過加入所需聚合物(例如羧甲基纖維素)而用于制備凝膠溶液。然后可將例如呈顆粒或粉末形式的固體無機(jī)組分(合成性骨移植材料)與凝膠溶液混合(若在膠凝前加入)或與所得凝膠混合(若在膠凝后加入)。在本發(fā)明一些實(shí)施方案中，所述硅離子源選自Na2SiO3和在PCT/GB2009/002954中描述的Ca/P比為2. 05-2. 55且Ca/(P+Si)摩爾比小于1. 66的替換有硅酸鹽的磷酸鈣羥磷灰石類型。所述固體無 機(jī)組分可獨(dú)立選自羥磷灰石和在PCT/GB2009/002954中描述的Ca/P比為2. 05-2. 55且Ca/(P+Si)摩爾比小于1. 66的替換有硅酸鹽的磷酸鈣羥磷灰石類型。預(yù)包裝本發(fā)明另一個(gè)方面提供骨移植物預(yù)包裝(pre-pack)，其包含(i)固體無機(jī)組分，所述固體無機(jī)組分為骨移植材料；(ii)脫水水凝膠；和(iii)含有>2ppm硅離子的水性溶液。將所述固體無機(jī)組分(例如合成性骨移植物)、所述脫水水凝膠(例如凍干的(Iyophilised)/冷凍干燥的(freeze-dried)含有羧甲基纖維素的水凝膠)和所述水性溶液混合以形成骨移植物遞送系統(tǒng)，所述骨移植物遞送系統(tǒng)包含所述固體無機(jī)組分和含有所需水平的硅離子的水凝膠。如上所述，然后這些離子當(dāng)水凝膠在體內(nèi)降解時(shí)被釋放。在該方法中，對(duì)不含有硅離子的水凝膠進(jìn)行凍干/冷凍干燥。上述水凝膠可含有或可不含有固體無機(jī)組分。然后干燥的組分包含固體無機(jī)組分和水凝膠的聚合物(例如羧甲基纖維素)，若固體無機(jī)組分存在于水凝膠中，則水凝膠的聚合物(例如羧甲基纖維素)粘附于固體無機(jī)組分的粒子(例如顆粒)。該冷凍干燥的組分可使用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)方法例如Y輻射來消毒。然后其可使用適當(dāng)體積的含有硅離子的水性溶液來再水化，所述水性溶液為例如無菌水、無菌鹽水溶液或骨髓抽出物(bone marrow aspirate),例如在實(shí)施例7中描述的含有IOOppm硅離子的溶液?？蛇x擇地，對(duì)如上所述的含有硅的骨移植系統(tǒng)進(jìn)行凍干/冷凍干燥，從而使水凝膠的聚合物組分(例如羧甲基纖維素)和硅離子粘附于固體無機(jī)組分的粒子(例如顆粒)。也就是說，干燥的組分包含固體無機(jī)組分、水凝膠的聚合物和水凝膠的硅離子。該冷凍干燥的組分可使用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)方法例如Y輻射來消毒。然后其可使用適當(dāng)體積的水性溶液來再水化，所述水性溶液為例如無菌水、無菌鹽水溶液或骨髓抽出物。因此，本發(fā)明另一個(gè)方面提供骨移植物預(yù)包裝，其包含(i)固體無機(jī)組分，所述固體無機(jī)組分為骨移植材料；(ii)含有一定量硅離子的脫水水凝膠；和(iii)水性溶液；其中硅離子在脫水水凝膠中的量使當(dāng)與水性溶液混合時(shí)形成含有>2ppm硅離子的水凝膠，以每百萬份所述水凝膠的水性組分的Si的重量份計(jì)。上述預(yù)包裝允許在適于使用者的時(shí)間和地點(diǎn)通過混合這些組分來產(chǎn)生所需骨移植系統(tǒng)。在適當(dāng)?shù)那闆r下，上述本發(fā)明骨移植系統(tǒng)的所有特征(包括任選和優(yōu)選的特征)在本發(fā)明骨移植物預(yù)包裝中也是適用的。因此，本發(fā)明另一個(gè)方面提供由如上所述的骨移植物預(yù)包裝制備骨移植系統(tǒng)的方法，所述方法包括以下步驟混合組分(i)、(ii)和(iii)。在上述每種方法中，僅明確地討論了硅離子的摻合。然而，如本申請(qǐng)所述，水凝膠可包含其它組分，例如鈣離子或磷酸根離子。這些物質(zhì)可使用與上述類似的方法來摻合到骨移植系統(tǒng)中，例如在水性溶液中浸泡鈣釋放組分或通過混合。


圖1 :該圖示出了用0、0. 56、7、14和28 111硅離子對(duì)含有109^^5和各種濃度的硅離子的細(xì)胞培養(yǎng)基進(jìn)行的補(bǔ)充在培養(yǎng)7天后對(duì)存在于細(xì)胞裂解物中的DNA量(ng)的作用。圖2 :該圖示出了用 0、0. 56、7、14和28ppm硅離子對(duì)含有10%FBS和各種濃度的硅離子的細(xì)胞培養(yǎng)基進(jìn)行的補(bǔ)充在培養(yǎng)14天后對(duì)存在于細(xì)胞裂解物中的DNA量(ng)的作用。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施方案和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)在參考以下非限制性實(shí)施例和附圖來說明本發(fā)明。實(shí)施例1含有硅離子的羥磷灰石-羧甲基纖維素凝膠將結(jié)晶硅酸鈉(Na2SiO3)粉末(O. 218g且其相當(dāng)于O. 05g硅)溶解在50ml去離子水中(得到含有IOOOppm硅離子的溶液)。測(cè)量pH并按需通過加入IMHCl溶液而調(diào)節(jié)至7-7.8。向所得溶液中加入2. 5g(5wt%)羧甲基纖維素(CMC，鈉鹽，高粘度)且將混合物在50°C攪拌和加熱直到CMC已經(jīng)溶解。然后將5ml該水凝膠溶液與15ml多孔性(總孔隙率為75%)羥磷灰石(Caltl(PO4)6(OH)2)顆粒(直徑為l_2mm)混合，然后冷卻至室溫以進(jìn)行膠凝，形成由羥磷灰石顆粒和CMC水凝膠構(gòu)成的合成性骨移植替代物-有機(jī)聚合物載體系統(tǒng)。將該骨移植系統(tǒng)貯存在密封容器中直到進(jìn)一步使用。該含有硅離子的羥磷灰石-CMC凝膠可使用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)方法例如Y輻射來消毒。實(shí)施例2含有硅離子的羥磷灰石-膠原凝膠
將結(jié)晶硅酸鈉(Na2SiO3)粉末(O. 218g且其相當(dāng)于O. 05g硅)溶解在25ml去離子水中(得到含有2000ppm硅離子的溶液)。測(cè)量pH并按需通過加入IMHCl溶液而調(diào)節(jié)M 7-7. 8ο 將酸溶性牛 I 型膠原(acid soluble bovine collagen typel) (lg, 4wt%)加到25ml0. 5M乙酸中并溶解。將該溶液與上述25ml硅離子溶液混合，得到含有IOOOppm硅離子的2wt%膠原溶液。使用IM NaOH將混合物的pH調(diào)節(jié)至pH為約7.4。然后將5ml該水凝膠溶液與15ml多孔性(總孔隙率為75%)羥磷灰石(Caltl(PO4)6(OH)2)顆粒(直徑為l_2mm)混合，形成由羥磷灰石顆粒和膠原水凝膠溶液構(gòu)成的合成性骨移植替代物-有機(jī)聚合物載體系統(tǒng)并將其在37°C陳化過夜直到發(fā)生膠凝。將該骨移植系統(tǒng)貯存在密封容器中直到進(jìn)一步使用。該含有硅離子的羥磷灰石-膠原凝膠可使用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)方法例如Y輻射來消毒。實(shí)施例3含有娃離子的羥磷灰石-PluiOnicfjMIi將結(jié)晶硅酸鈉(Na2SiO3)粉末(O. 218g且其相當(dāng)于O. 05g硅)溶解在50ml去離子水中(得到含有IOOOppm硅離子的溶液)。測(cè)量pH并按需通過加入IMHCl溶液而調(diào)節(jié)至7-7. 8。將該溶液冷卻至4°C并加入PlulOnie r):F-127 (10g, 20wt%)。將溶液在4°C攪拌過夜
以溶解PimOnieli聚合物。然后將5ml該水凝膠溶液與15ml多孔性(總孔隙率為75%)羥
磷灰石(Caltl(PO4)6(OH)2)顆粒(直徑為l-2mm)混合,形成由輕磷灰石顆粒和水
凝膠溶液構(gòu)成的合成性骨移植替代物-有機(jī)聚合物載體系統(tǒng)并將該混合物溫?zé)嶂?7°C過夜以進(jìn)行膠凝。將該骨移植系統(tǒng)貯存在密封容器中直到進(jìn)一步使用。該含有硅離子的羥磷灰石-P丨UiOiiie"凝膠可使用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)方法例如Y輻射來消毒。實(shí)施例4 含有硅離子的雙相磷酸鈣-羧甲基纖維素凝膠將結(jié)晶硅酸鈉(Na2SiO3)粉末(O. 218g且其相當(dāng)于O. 05g硅)溶解在50ml去離子水中(得到含有IOOOppm硅離子的溶液)。測(cè)量pH并按需通過加入IMHCl溶液而調(diào)節(jié)至7-7.8。向所得溶液中加入2. 5g(5wt%)羧甲基纖維素(CMC，鈉鹽，高粘度)且將混合物在50°C攪拌和加熱直到CMC已經(jīng)溶解。然后將5ml該水凝膠溶液與15ml多孔性(總孔隙率為75%)雙相磷酸鈣(50%羥磷灰石(Caltl(PO4)6(OH)2) ; 50% β-磷酸三鈣(Ca3(PO4)2))顆粒(直徑為1-2_)混合，然后冷卻至室溫以進(jìn)行膠凝，形成由雙相磷酸鈣顆粒和CMC水凝膠構(gòu)成的合成性骨移植替代物-有機(jī)聚合物載體系統(tǒng)。將該骨移植系統(tǒng)貯存在密封容器中直到進(jìn)一步使用。該含有硅離子的雙相磷酸鈣-CMC凝膠可使用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)方法例如Y輻射來消毒。實(shí)施例5含有硅離子的雙相磷酸鈣-膠原凝膠將結(jié)晶硅酸鈉(Na2SiO3)粉末(O. 218g且其相當(dāng)于O. 05g硅)溶解在25ml去離子水中(得到含有2000ppm硅離子的溶液)。測(cè)量pH并按需通過加入IMHCl溶液而調(diào)節(jié)至7-7. 8。將酸溶性牛I型膠原(lg，4wt%)加到25ml0. 5M乙酸中并溶解。將該溶液與上述25ml硅離子溶液混合，得到含有IOOOppm硅離子的2wt%膠原溶液。使用IM NaOH將混合物的PH調(diào)節(jié)至pH為約7. 4。然后將5ml該水凝膠溶液與15ml多孔性(總孔隙率為75%)雙相磷酸鈣(50%羥磷灰石(Caltl(PO4)6(OH)2) ; 50% β-磷酸三鈣(Ca3(PO4)2))顆粒(直徑為l-2mm)混合，形成由雙相磷酸鈣顆粒和膠原水凝膠溶液構(gòu)成的合成性骨移植替代物-有機(jī)聚合物載體系統(tǒng)并將其在37°C陳化過夜直到膠凝。將該骨移植系統(tǒng)貯存在密封容器中直到進(jìn)一步使用。該含有硅離子的雙相磷酸鈣-膠原凝膠可使用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)方法例如Y輻射來消毒。實(shí)施例6含有硅離子的雙相磷酸鈣-PlUronicR'凝膠將結(jié)晶硅酸鈉(Na2SiO3)粉末(O. 218g且其相當(dāng)于O. 05g硅)溶解在50ml去離子水中(得到含有IOOOppm硅離子的溶液)。測(cè)量pH并按需通過加入IMHCl溶液而調(diào)節(jié)至7-7. 8。將該溶液冷卻至4°C并加入PjLHOnk^F-UTaOg，20wt%)。將溶液在4°C攪拌過
夜以溶解Pluronir聚合物。然后將5ml該水凝膠溶液與15ml多孔性(總孔隙率為75%)雙相磷酸鈣(50%羥磷灰石(Caltl(PO4)6(OH)2) ; 50% β-磷酸三鈣(Ca3(PO4)2))顆粒(直徑為l_2mm)混合，形成由雙相磷酸鈣顆粒和P|utOmeR:水凝膠溶液構(gòu)成的合成性骨移植替代物-有機(jī)聚合物載體系統(tǒng)并將該混合物溫?zé)嶂?7°C過夜以進(jìn)行膠凝。將該骨移植系統(tǒng)貯存在密封容器中直到進(jìn)一步使用。該含有硅離子的雙相磷酸鈣-PlulOnieR.凝膠可使用標(biāo)準(zhǔn)工
業(yè)方法例如Y輻射來消毒。實(shí)施例7 含有硅離子的含硅羥磷灰石-CMC凝膠將結(jié)晶硅酸鈉(Na2SiO3)粉末(O. 218g且其相當(dāng)于O. 05g硅)溶解在50ml去離子水中(得到含有IOOOppm硅離子的溶液)。測(cè)量pH并按需通過加入IMHCl溶液而調(diào)節(jié)至7-7. 8。向該溶液中加入2. 5g(5wt%)羧甲基纖維素(CMC，鈉鹽，高粘度)且將混合物在50°C攪拌和加熱直到CMC已經(jīng)溶解。然后將5ml該水凝膠溶液與15ml多孔性(總孔隙率為75%)含硅羥磷灰石(Caa85(PO4)4(SiO4)2(OH)y)顆粒(直徑為l_2mm且含有約5. 2wt%硅離子)混合，然后冷卻至室溫以進(jìn)行膠凝，形成由含硅羥磷灰石顆粒和CMC水凝膠構(gòu)成的合成性骨移植替代物-有機(jī)聚合物載體系統(tǒng)。將該骨移植系統(tǒng)貯存在密封容器中直到進(jìn)一步使用。該含有硅離子的含硅羥磷灰石-CMC凝膠可使用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)方法例如Y輻射來消毒。實(shí)施例8含有硅離子的含硅羥磷灰石-膠原凝膠將結(jié)晶硅酸鈉(Na2SiO3)粉末(O. 218g且其相當(dāng)于O. 05g硅)溶解在25ml去離子水中(得到含有2000ppm硅離子的溶液)。測(cè)量pH并按需通過加入IMHCl溶液而調(diào)節(jié)至7-7. 8。將酸溶性牛I型膠原(lg，4wt%)加到25ml0. 5M乙酸中并溶解。將該溶液與上述25ml硅離子溶液混合，得到含有IOOOppm硅離子的2wt%膠原溶液。使用IM NaOH將混合物的PH調(diào)節(jié)至pH為約7. 4。然后將5ml該水凝膠溶液與15ml多孔性(總孔隙率為75%)含硅羥磷灰石(Ca9.85(P04)4(Si04)2(0H)y)顆粒(直徑為l_2mm且含有約5. 2wt%硅離子)混合，形成由含硅羥磷灰石顆粒和膠原水凝膠溶液構(gòu)成的合成性骨移植替代物-有機(jī)聚合物載體系統(tǒng)并將其在37°C陳化過夜直到發(fā)生膠凝。將該骨移植系統(tǒng)貯存在密封容器中直到進(jìn)一步使用。該含有硅離子的含硅羥磷灰石-膠原凝膠可使用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)方法例如Y輻射來消毒。實(shí)施例9含有娃離子的含娃輕磷灰石-Pluronic1!凝膠將結(jié)晶硅酸鈉(Na2SiO3)粉末(O. 218g且其相當(dāng)于O. 05g硅)溶解在50ml去離子水中(得到含有IOOOppm硅離子的溶液)。測(cè)量pH并按需通過加入IMHCl溶液而調(diào)節(jié)至7-7. 8。將該溶液冷卻至4°C并加入piUIOme.K.: F-127 (10g, 20wt%)。將溶液在4°C攪拌過夜
以溶解PluiOnieu'聚合物。然后將5ml該水凝膠溶液與15ml多孔性(總孔隙率為75%)含硅羥磷灰石(Caa85(PO4)4(SiO4)2(OH)y)顆粒(直徑為l-2mm且含有約5. 2wt%硅離子)混合，形成由含硅羥磷灰石顆粒和piuronie 水凝膠溶液構(gòu)成的合成性骨移植替代物_有機(jī)聚合物載體系統(tǒng)并將該混合物溫?zé)嶂?7°C過夜以進(jìn)行膠凝。將該骨移植系統(tǒng)貯存在密封容器中直到進(jìn)一步使用。該含有硅離子的含硅羥磷灰石-Piuromc^凝膠可使用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)方法例如
Y輻射來消毒。實(shí)施例10含有硅離子的含硅羥磷灰石-CMC-甘油凝膠將結(jié)晶硅酸鈉(Na2SiO3)粉末(O. 218g且其相當(dāng)于O. 05g硅)溶解在50ml去離子水中(得到含有IOOOppm硅離子的溶液)。測(cè)量pH并按需通過加入IMHCl溶液而調(diào)節(jié)至7-7. 8。向該溶液中加入2. 5g(5wt%)羧甲基纖維素(CMC，鈉鹽，高粘度)和5g甘油且將混合物在50°C攪拌和加熱直到CMC已經(jīng)溶解。然后將5ml該水凝膠溶液與15ml多孔性(總孔隙率為75%)含硅羥磷灰石(Ca9.85 (PO4)4 (SiO4)2 (OH)y)顆粒(直徑為l_2mm且含有約
5.2wt%硅離子)混合，然后冷卻至室溫以進(jìn)行膠凝，形成由含硅羥磷灰石顆粒和CMC-甘油水凝膠構(gòu)成的合成性骨移植替代物-有機(jī)聚合物載體系統(tǒng)。將該骨移植系統(tǒng)貯存在密封容器中直到進(jìn)一步使用。該含有硅離子的含硅羥磷灰石-CMC-甘油凝膠可使用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)方法例如Y輻射來消毒。實(shí)施例11含有各種硅離子濃度的骨移植凝膠作為另一個(gè)實(shí)施例，制備一系列含有硅的溶液以如實(shí)施例1-10中任意一個(gè)所描述的那樣制備凝膠溶液。使用在表I中描述的結(jié)晶硅酸鈉(Na2SiO3)粉末的量以制備一系列濃度的含有硅的溶液。將表I中的每種量加到50ml去離子水中，得到硅離子的最終濃度為5、10、50、100、250、500、1000和2000ppm的溶液。測(cè)量每種溶液的pH并按需通過加入IMHCl溶液而調(diào)節(jié)至7-7. 8。然后使用這些溶液如實(shí)施例1-9所描述的那樣制備合成性骨移植替代物-有機(jī)聚合物載體系統(tǒng)。表I Na2SiO3粉末的量(g) Si的等價(jià)量(g) 硅離子在50ml水中的最終濃度(ppm)
0.00110.000255
0.00220.0005IO
0.0"0.002550
0.0220.005100
0.05450.0125250
0.1090.025500
0.2180.051000
0.4360.102000表I示出了待加到50ml去離子水中以制備含有硅離子的溶液的Na2SiO3粉末的量(g)，其中硅離子的濃度為 5、10、50、100、250、500、1000 和 2000ppm。實(shí)施例12`含有來自含硅羥磷灰石的硅離子的羥磷灰石-CMC凝膠將在PCT/GB2009/002954中描述的呈粉末(粒度為75-212 μ m)形式的含有硅的羥磷灰石(Ca9.85(P04)4(Si04)2(0H)y)在去離子水中(O. 5g/50ml)浸泡I小時(shí)，這將約20ppm硅離子釋放到水中。測(cè)量溶液的PH并`按需通過加入IMHCl溶液而調(diào)節(jié)至7-7. 8。向該溶液中加入2. 5g(5wt%)羧甲基纖維素(CMC，鈉鹽，高粘度)且將混合物在50°C攪拌和加熱直到CMC已經(jīng)溶解。然后將5ml該水凝膠溶液與15ml多孔性(總孔隙率為75%)羥磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2)顆粒(直徑為l-2mm)混合，然后冷卻至室溫以進(jìn)行膠凝，形成由羥磷灰石顆粒和CMC水凝膠構(gòu)成的合成性骨移植替代物-有機(jī)聚合物載體系統(tǒng)。將該骨移植系統(tǒng)貯存在密封容器中直到進(jìn)一步使用。該含有硅離子的羥磷灰石-CMC凝膠可使用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)方法例如Y輻射來消毒。該方法也可用于制備如實(shí)施例2、3、5、6、8和9所描述的具有膠原
和PIuiOniesli的骨移植系統(tǒng)。實(shí)施例13含有來自含硅羥磷灰石的硅離子的含硅羥磷灰石-CMC凝膠將在PCT/GB2009/002954中描述的呈粉末(粒度為75-212 μ m)形式的含有硅的羥磷灰石(Ca9.85(P04)4(Si04)2(0H)y)在去離子水中(O. 5g/50ml)浸泡I小時(shí)，這將約20ppm硅離子釋放到水中。測(cè)量溶液的PH并按需通過加入IMHCl溶液而調(diào)節(jié)至7-7. 8。向該溶液中加入2. 5g(5wt%)羧甲基纖維素(CMC，鈉鹽，高粘度)且將混合物在50°C攪拌和加熱直到CMC已經(jīng)溶解。然后將5ml該水凝膠溶液與15ml多孔性(總孔隙率為75%)含硅羥磷灰石(Caa85(PO4)4(SiO4)2(OH)y)顆粒(直徑為l-2mm且含有約5. 2wt%硅離子)混合，然后冷卻至室溫以進(jìn)行膠凝，形成由含硅羥磷灰石顆粒和CMC水凝膠構(gòu)成的合成性骨移植替代物-有機(jī)聚合物載體系統(tǒng)。將該骨移植系統(tǒng)貯存在密封容器中直到進(jìn)一步使用。該含有硅離子的含硅羥磷灰石-CMC凝膠可使用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)方法例如Y輻射來消毒。該方法也可用于
制備如實(shí)施例2、3、5、6、8和9所描述的具有膠原和PluroniC·的骨移植系統(tǒng)。實(shí)施例14含硅羥磷灰石-CMC凝膠將2. 5g(5wt%)羧甲基纖維素(CMC，鈉鹽，高粘度)加到50ml去離子水中且將混合物在50°C攪拌和加熱直到CMC已經(jīng)溶解。然后將5ml該水凝膠溶液與15ml多孔性(總孔隙率為75%)含硅羥磷灰石(Caa85(PO4)4(SiO4)2(OH)y)顆粒(直徑為l_2mm且含有約5. 2wt%硅離子)混合15分鐘，然后冷卻至室溫以進(jìn)行膠凝，形成由含硅羥磷灰石顆粒和CMC水凝膠構(gòu)成的合成性骨移植替代物-有機(jī)聚合物載體系統(tǒng)。硅離子由所述顆粒釋放到所述水凝膠中。將該骨移植系統(tǒng)貯存在密封容器中直到進(jìn)一步使用。該含硅羥磷灰石-CMC凝膠可使用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)方法例如Y輻射來消毒。實(shí)施例15含硅羥磷灰石-CMC凝膠將2. 5g(5wt%)羧甲基纖維素(CMC，鈉鹽，高粘度)加到50ml去離子水中且將混合物在50°C攪拌和加熱直到CMC已經(jīng)溶解。然后將5ml該凝膠溶液與15ml多孔性(總孔隙率為75%)含硅羥磷灰石(Caa85(PO4)4(SiO4)2(OH)y)顆粒(直徑為l_2mm且含有約5. 2wt%硅離子)混合12小時(shí)，然后冷卻至室溫以進(jìn)行膠凝，形成由含硅羥磷灰石顆粒和CMC水凝膠構(gòu)成的合成性骨移植替代物-有機(jī)聚合物載體系統(tǒng)。硅離子由所述顆粒釋放到所述水凝膠中且與實(shí)施例14相比，延長(zhǎng)的混合時(shí)間即12小時(shí)提高了由所述顆粒釋放到所述水凝膠中的硅離子量。將該骨移植系統(tǒng)貯存在密封容器中直到進(jìn)一步使用。該含硅羥磷灰石-CMC凝膠可使用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)方法例如Y輻射來消毒。實(shí)施例16
凍干/冷凍干燥的含硅羥磷灰石-CMC凝膠可對(duì)實(shí)施例7、實(shí)施例10或?qū)嵤├?3-15中任意一個(gè)所描述的由含硅羥磷灰石顆粒和CMC水凝膠構(gòu)成的合成性骨移植替代物-有機(jī)聚合物載體系統(tǒng)進(jìn)行凍干/冷凍干燥以從所述水凝膠中除去水，從而使CMC和硅離子粘附于所述顆粒。該凍干/冷凍干燥的含硅羥磷灰石-CMC凝膠可使用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)方法例如Y輻射來消毒。然后其可使用適當(dāng)體積的水性溶液來再水化，所述水性溶液為例如無菌水、無菌鹽水溶液或骨髓抽出物。實(shí)施例17凍干/冷凍干燥的使用含有硅離子的溶液來再水化的合成性骨移植物-CMC凝膠可對(duì)實(shí)施例1、4、7、10或12-15中任意一個(gè)所描述的由合成性骨移植物顆粒和CMC水凝膠構(gòu)成的合成性骨移植替代物-有機(jī)聚合物載體系統(tǒng)進(jìn)行凍干/冷凍干燥以從所述水凝膠中除去水，從而使CMC粘附于所述顆粒。該凍干/冷凍干燥的含硅羥磷灰石-CMC凝膠可使用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)方法例如Y輻射來消毒。然后其可使用適當(dāng)體積的含有硅離子的水性溶液來再水化，所述水性溶液為例如無菌水、無菌鹽水溶液或骨髓抽出物，例如在實(shí)施例11中描述的含有200ppm硅離子的溶液。實(shí)施例18凍干/冷凍干燥的含硅羥磷灰石-膠原凝膠可對(duì)實(shí)施例8所描述的或可選擇地使用在實(shí)施例13-15中就CMC水凝膠所描述的方法而得到的由含硅羥磷灰石顆粒和膠原水凝膠構(gòu)成的合成性骨移植替代物-有機(jī)聚合物載體系統(tǒng)進(jìn)行凍干/冷凍干燥以從所述水凝膠中除去水，從而使膠原和硅離子粘附于所述顆粒。該凍干/冷凍干燥的含硅羥磷灰石-膠原凝膠可使用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)方法例如Y輻射來消毒。然后其可使用適當(dāng)體積的水性溶液來再水化，所述水性溶液為例如無菌水、無菌鹽水溶液或骨髓抽出物。實(shí)施例19凍干/冷凍干燥的使用含有硅離子的溶液來再水化的合成性骨移植物-膠原凝膠
可對(duì)實(shí)施例2、5或8中任意一個(gè)所描述的或可選擇地使用在實(shí)施例12-15中就CMC水凝膠所描述的方法而得到的由合成性骨移植物顆粒和膠原水凝膠構(gòu)成的合成性骨移植替代物-有機(jī)聚合物載體系統(tǒng)進(jìn)行凍干/冷凍干燥以從所述凝膠中除去水，從而使膠原粘附于所述顆粒。該凍干/冷凍干燥的合成性骨移植物-膠原凝膠可使用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)方法例如Y輻射來消毒。然后其可使用適當(dāng)體積的含有硅離子的水性溶液來再水化，所述水性溶液為例如無菌水、無菌鹽水溶液或骨髓抽出物，例如在實(shí)施例11中描述的含有200ppm硅離子的 溶液。
權(quán)利要求
1.一種骨移植系統(tǒng)，其包含 固體無機(jī)組分，所述固體無機(jī)組分為骨移植材料；和 水凝膠， 其中所述水凝膠含有>2ppm的硅離子，以每百萬份所述水凝膠的水性組分的Si的重量份計(jì)。
2.權(quán)利要求1的骨移植系統(tǒng)，其中所述水凝膠含有>5ppm的硅離子。
3.權(quán)利要求1或2的骨移植系統(tǒng)，其中所述固體無機(jī)組分與所述水凝膠的體積比為90:10 至 50:50。
4.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的骨移植系統(tǒng)，其中所述固體無機(jī)組分呈直徑為O.l-5mm的顆粒形式。
5.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的骨移植系統(tǒng)，其中所述固體無機(jī)組分包括羥磷灰石或含有硅的羥磷灰石。
6.權(quán)利要求5的骨移植系統(tǒng)，其中所述固體無機(jī)組分包括Ca/P比為2.05-2. 55且Ca/(P+Si)摩爾比小于1. 66的含有硅的羥磷灰石。
7.權(quán)利要求5或6的骨移植系統(tǒng)，其中所述固體無機(jī)組分包括含有硅的羥磷灰石，所述含有娃的輕磷灰石的娃原子含量為2. 9_6wt%。
8.權(quán)利要求5-7中任一項(xiàng)的骨移植系統(tǒng)，其中所述固體無機(jī)組分包括由式(I)表示的化合物 Ca10_ “P04) 6_x (SiO4)x (OH)2_x (I) 其中1.1≤X≤2.0，及 δ表示Ca缺乏，從而使所述Ca/(P+Si)摩爾比的值小于1. 667。
9.權(quán)利要求8的骨移植系統(tǒng)，其中1.6 ≤ X ≤ 2. O。
10.權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的骨移植系統(tǒng)，其中所述固體無機(jī)組分包括具有式XO-Y2O-SiO2或XO-Y2O-SiO2-P2O5的化合物，其中每個(gè)X獨(dú)立選自Ca、Mg和Sr及每個(gè)Y獨(dú)立選自Na和K。
11.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的骨移植系統(tǒng)，其中所述水凝膠包含羧甲基纖維素、膠原或氧化乙烯/氧化丙烯嵌段共聚物。
12.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的骨移植系統(tǒng)，其中所述水凝膠還含有鈣離子。
13.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的骨移植系統(tǒng)，其中所述水凝膠還含有磷酸根離子。
14.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的骨移植系統(tǒng)，其中所述水凝膠還含有選自以下一種或多種元素的離子銀、鎂、鉀、銅、鈷、鎳、鋅、硒、銀和氟。
15.制備權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)的骨移植系統(tǒng)的方法，所述方法包括以下步驟將硅離子源與水凝膠混合，形成含有>2ppm硅離子的水凝膠，以每百萬份所述水凝膠的水性組分的Si的重量份計(jì)。
16.權(quán)利要求15的方法，其中所述硅離子源選自 (i)硅酸鈉； ( )硅酸鈣； (iii)具有式XO-Y2O-SiO2或XO-Y2O-SiO2-P2O5的化合物，其中每個(gè)X獨(dú)立選自Ca、Mg和Sr及每個(gè)Y獨(dú)立選自Na和K ;和(iv)輕磷灰石。
17.權(quán)利要求16的方法，其中所述硅離子源選自Na4Si04、Na2SiO3^Na2Si2O5^ Na2Si3O7,這些硅酸鈉類的水合形式和硅酸鈉的無定形組合物。
18.權(quán)利要求17的方法，其中所述硅離子源為Na2Si03。
19.權(quán)利要求16的方法，其中所述硅離子源選自CaSiO3(硅灰石)和在CaO-SiO2系統(tǒng)中的無定形硅酸鈣玻璃組合物。
20.權(quán)利要求16的方法，其中所述硅離子源為含有硅的羥磷灰石，所述含有硅的羥磷灰石的Ca/P比為2. 05-2. 55且Ca/ (P+Si)摩爾比小于1. 66。
21.權(quán)利要求15-20中任一項(xiàng)的方法，所述方法還包括以下步驟將固體無機(jī)組分與所述水凝膠混合，所述固體無機(jī)組分為骨移植材料。
22.制備權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)的骨移植系統(tǒng)的方法，所述方法包括以下步驟 (a)在水性溶液中浸泡或溶解合適的含有硅的骨移植材料，形成包含>2ppm硅離子的溶液； (b)將所得水性溶液與聚合物混合，形成凝膠溶液； (c)允許所述凝膠溶液發(fā)生膠凝，形成水凝膠；和 (d)將固體無機(jī)組分與所得水凝膠混合，制備所述骨移植系統(tǒng)。
23.制備權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)的骨移植系統(tǒng)的方法，所述方法包括以下步驟 (a)在水性溶液中浸泡或溶解合適的硅離子源，形成包含>2ppm硅離子的溶液； (b)將所得水性溶液與聚合物混合，形成凝膠溶液； (c)將固體無機(jī)組分與所述凝膠溶液混合；和 (d)允許所述凝膠溶液發(fā)生膠凝，形成所述骨移植系統(tǒng)。
24.一種骨移植物預(yù)包裝，其包含 (i)固體無機(jī)組分，所述固體無機(jī)組分為骨移植材料； ( )脫水水凝膠；和 (iii)含有>2ppm硅離子的水性溶液。
25.一種骨移植物預(yù)包裝，其包含 (i)固體無機(jī)組分，所述固體無機(jī)組分為骨移植材料； ( )含有一定量硅離子的脫水水凝膠；和 (iii)水性溶液； 其中硅離子在所述脫水水凝膠中的量使當(dāng)與所述水性溶液混合時(shí)形成含有>2ppm硅離子的水凝膠，以每百萬份所述水凝膠的水性組分的Si的重量份計(jì)。
全文摘要
骨移植系統(tǒng)包含固體無機(jī)組分和水凝膠，所述固體無機(jī)組分為骨移植材料。水凝膠含有>2ppm的硅離子，以每百萬份所述水凝膠的水性組分的Si的重量份計(jì)。優(yōu)選地，固體無機(jī)組分包括羥磷灰石或含有硅的羥磷灰石及可為Ca/P比為2.05-2.55且Ca/(P+Si)摩爾比小于1.66的含有硅的羥磷灰石。骨愈合通過遞送從水凝膠中釋放的硅離子并通過固體無機(jī)組分對(duì)細(xì)胞行為的刺激來促進(jìn)。
文檔編號(hào)A61L27/52GK103068416SQ201180041002
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2011年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者I.R.吉布森, J.M.S.斯卡科勒, J.C.康韋, B.安娜茲 申請(qǐng)人:阿伯丁大學(xué)理事會(huì)