CN101970025A - 镇痛的磷灰石磷酸钙水泥 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可用作骨替代物的组合物，其包含一种或更多种与镇痛剂结合的磷酸钙化合物。本发明还涉及所述组合物的制备方法、包含所述组合物的结合有药物的装置的制备方法、如此获得的结合有药物的装置、包括所述组合物的试剂盒，以及所述组合物用于制备可用于填充因收集自体移植骨而在髂嵴中产生的骨缺损的结合有药物的装置作为组织工程用支架以及产生牙植入体或骨植入体的用途。

Description

镇痛的磷灰石磷酸钙水泥
本申请要求于2008年1月7日提交的美国临时申请US 61/019,446的优先权，该临时申请通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及可生物吸收磷酸钙组合物，其具有镇痛特性，尤其可用作骨替代物，能够减轻与整形手术相关的疼痛，特别是与采集自体移植骨相关的那些疼痛。
背景技术
骨的神经分布丰富而复杂。因此，整形手术经常伴有强烈的疼痛。
大型整形手术之后的疼痛是术后时期中观察到的最强烈的感受之一。在休息期间出现的疼痛在运动时显著增加。在手术之后的48至72小时期间，疼痛为中等至强烈，并且在之后迅速消退。因此其构成了早期操练疗法(re-education)的重要障碍。
术后骨疼痛是由于过度的伤害感受引起的强烈疼痛的模型(外周骨和关节感受器)。因此，手术介入是复杂的炎症过程、实际上为炎症汤(inflammatory soup)的起因，该炎症汤促进外周感受器的平和刺激。
到目前为止，已经开发了治疗或预防这种疼痛的不同方法。
镇痛剂可以通过全身性途径(静脉注射或口服)来使用。在该方法中，通常使用常规的镇痛剂(扑热息痛、曲马多、可待因、奈福泮等)、非类固醇类抗炎药(NSAID)、AINS(酮基布洛芬、吲哚美辛)或者吗啡衍生产品。
但是，通过全身性途径的使用通常意味着大剂量并且因而可能产生副作用。一些患者还可能不符合这种治疗的条件，其原因是他们对所用产品存在禁忌，如胃溃疡或慢性呼吸衰竭。
作为一个替代方案，已经开发了基于通过丸剂或通过导管局部施用局部麻醉剂的技术。
实际上，向非常靠近外科手术部位连续受控施用局部镇痛剂是能够通过将伤害感受阻断在外围而减少伤害感受传入的方法。
在牙科手术中，一些研究已经分析了向骨施用局部麻醉剂以用于牙科保健(6)，其具有引人关注的结果和新颖的施用形式(7)。
在2002年，法国波尔多大学附属医院(UniversiTY Hospital of Bordeaux)的团队对经皮椎体成形过程中骨内注射利多卡因的有效性与包括纳布啡和扑热息痛的镇痛方案进行了比较。他们显示了相当的有效性，而利多卡因的血清水平大大低于中毒标准(8)。
整合技术避免了磷酸钙骨水泥(CPC)或局部麻醉剂(利多卡因或布比卡因)的性质损失。
一直尝试在关节内直接引入局部麻醉剂(9)(10)。在全膝关节置换的末期以手术方式在关节内放置恒流导管。在该研究中，效果差，其可能还与出血和引流管的存在有关。
然而，单独地局部施用镇痛剂(关节内导管)存在额外的感染风险(化脓性关节炎)。
技术问题
本发明的目的是提供一种减轻与整形手术或牙科手术相关的疼痛的手段，其具有有限的副作用和感染风险。
发明内容
根据本发明，提出了一种基于磷酸钙的可吸收组合物，可用作骨或牙替代物，其包含形式为适于原位释放的镇痛剂。
因此，本发明的第一目的涉及用作骨替代物的组合物，其包含与一种或更多种与镇痛剂结合的磷酸钙化合物。
本发明的第二目的涉及根据本发明的组合物的制备过程，其包括以下步骤：
(a)提供磷酸钙粉末、液体和镇痛剂；
(b)混合这些组分以获得悬浮液；和
(c)从悬浮液中除去液体以获得固体；和
(d)任选地将所得固体压缩和研磨成载有镇痛剂的磷酸钙粉末。
本发明的第三目的涉及可根据本发明的过程获得的组合物。
本发明的第四目的涉及结合有药物的装置的制备过程，其包括以下步骤：
(i)将根据本发明的组合物与适量的含水介质混合；
(ii)将该混合物形成为合适的形式；和
(iii)将该混合物固化成结合有药物的固体装置。
本发明的第五目的涉及包含根据本发明组合物的结合有药物的装置。
本发明的第六目的涉及包含根据本发明的组合物、含水介质以及任选的其它一种或更多种磷酸钙化合物的试剂盒。
本发明的第七目的涉及根据本发明的组合物的用途，其用于制备可用于填充因采集自体移植骨而在髂嵴中产生的骨缺损的结合有药物的装置。
本发明的第八目的涉及根据本发明的组合物用作镇痛骨水泥的用途。
本发明的第九目的涉及根据本发明的组合物用作组织工程用支架的体外或离体用途。
本发明的第十目的涉及使用根据本发明的组合物来产生牙植入体或骨植入体的体外或离体用途。
本发明的第十一目的是一种处理方法，其包括将根据本发明的可注射的组合物注射到牙缺损或骨缺损中。
所述组合物允许原位施用镇痛剂，尤其用于减轻整形手术和牙科手术之后的疼痛。
该组合物允许施用低剂量的镇痛剂，由此减小副作用的风险。在与术后疼痛的时间段相当的时间段内，该镇痛剂以受控方式从组合物中原位释放。
这适用于各种镇痛剂，并可望用于多种患者的治疗。
因此，该组合物还供给结合有药物的装置，如骨替代物，其允许在没有任何其它单独介入的情况下进行术后疼痛治疗，由此降低感染的风险并提高患者的舒适度。
定义
本文所用的“可生物吸收的”是指其降解产物在体内代谢或通过自然途径从身体排出。
“生物陶瓷”是一种生物相容的和优选刺激骨生长的陶瓷材料，其可以用于重建性的骨手术和牙植入体。
“水泥”是一种将粉状固体相(solid phase)和含水介质混合而得到的面团状物(dough)以及固化之后获得的硬化材料。
水泥的“固化”是指由固体相和含水介质混合而得到的糊状物在室温或体温条件下自发的(hand-off)自动硬化。
“可注射的水泥”或“适于注射的形式的水泥”是指具有足够的流动性以流过直径几毫米(优选地为1至5mm之间)的针的骨水泥浆状物。
“磷酸钙化合物”是一种化合物，其包含钙离子和正磷酸根(PO4 3-)、偏磷酸根或焦磷酸根(P2O7 4-)、任选的水以及偶然的少量其它离子如氢和氢氧化物。这种磷酸钙化合物包括：羟基磷灰石(HA)，Ca10(PO4)6(OH)2；无定形磷酸钙(ACP)，Cax(PO4)y.H2O；一水磷酸一钙(MCPH)，CaH4(PO4)2.H2O；二水磷酸氢钙(DCPD)，CaHPO4.2H2C(还称为透钙磷石)；磷酸氢钙(DCPA)，CaHPO4；沉淀或缺钙的磷灰石(CDA)，(Ca，Na)10(PO4，HPO4)6(OH)2；α或β磷酸三钙(α-TCP，β-TCP)，Ca3(PO4)2；和磷酸四钙(TTCP)，Ca4P2O9。
“磷灰石的”磷酸钙结晶成六方晶系，并具有分子式Ca10-x(PO4)6-x，(OH，Cl，F，(CO3)1/2)2-x，x≥1。
当固体没有晶体结构时其被称为“无定形的”。
“抗压强度”是试样失效时所承受的最大压力，用MPa来表示。
“微粒”的直径小于1mm，优选为100nm至300nm，优选为1至250μm，更加优选为40至80μm。
“植入体”是引入体内以部分或完全替代生物结构如牙、关节、骨或软骨的医疗装置。
“微创手术”是指不需要大的切口而是几厘米(优选为≤5cm)的切口的外科手术技术。
树枝状大分子是大尺寸的树枝状聚合物，其通过反复的过程从具有至少三个反应活性部位的分子生成。
多糖是一类碳水化合物，如淀粉和纤维素，其由通过糖苷键联结的多个单糖构成。
发明详述
组合物
根据最通用的定义，本发明涉及一种组合物，其包含至少一种与镇痛剂结合的磷酸钙化合物。
磷酸钙水泥(CPC)作为可能的恢复性材料的概念和潜在优点由LeGeros等人在1982年(“Apatitic Calcium Phosphates：Possible Restorative Materials”，J Dent Res.61(Spec lss)：343)首先提出。
CPC具有以下优点：展性，使其能够适应缺损的部位和形状。引入可注射的磷酸钙水泥大幅改善了水泥的处理和递送，并且打开了新的CPC应用领域。
CPC体系由粉末和作为液体组分的含水介质构成。粉末成分通常由具有或没有额外钙盐的一种或更多种磷酸钙化合物构成。包含少量其它添加剂来调节固化时间、提高注射能力、减少凝聚或膨胀时间和/或引入大孔隙度。
液体组分可以包含以下一种或更多种或由其构成：盐水、去离子水、稀释的磷酸、稀释的有机酸(醋酸、柠檬酸、丁二酸)、磷酸钠(碱性或中性)、碳酸钠或碳酸氢盐、海藻酸钠、碳酸氢钠、柠檬酸钠和/或软骨素硫酸钠。
根据本发明的第一目的涉及可用作骨水泥的组合物，其包括或由一种或更多种与镇痛剂结合的磷酸钙化合物构成。
根据本发明的组合物可以是粉末形式，其优选平均直径约为0.2μm至100μm；其也可以是颗粒形式，其优选平均直径约为1mm至5mm。
在使用时，组合物通常与液体混合以形成面团状物，该面团状物随后被制成合适的形式，然后固化成固体，如上所述。
APC在用于多种CPC中的磷酸钙化合物的组中是最可溶的。根据其中掺入的离子，ACP可制成具有或多或少的稳定性(即，或多或少地可溶或或多或少地容易转变成其它磷酸钙)，(LeGeros等人(1973)“Amorphous calcium phosphates：synthetic and biological)。
优选地，用于根据本发明的组合物的磷酸钙化合物选自：ACP、MCPH、DCPD、DCPA、CDA、TTCPα-TCP及其混合物。
特别地，根据本发明的组合物包括选自：CDA、DCPD、DCPA、α-TCP或其混合物的至少一种上述定义的磷酸钙化合物。
在一个优选实施方案中，根据本发明的组合物中的磷酸钙化合物具有根据Brunnauer Emmet Teller方法(11)来测量的比BET面积，其约为500m2.kg-1至300 000m2.kg-1，优选为约1000m2.kg-1至100 000m2.kg-1，更加优选为约5000m2.kg-1至50 000m2.kg-1。
在一个优选实施方案中，根据本发明的组合物包括至少约40wt％、优选为约50wt％、更加优选为约60wt％、更加优选为约70wt％、最优选为约80wt％的α-TCP。
根据本发明的组合物还包含镇痛剂，尤其是与吗啡相关的物质。
优选地，镇痛剂是局部麻醉剂。局部麻醉剂(LA)通过在anonal membrane水平阻断钠通道来停止神经传输(1)。
局部麻醉药主要借助于抑制通过神经元细胞膜中的钠专用离子通道(尤其是所谓的电压门控钠通道)的钠流入来起作用。当钠的流入被中断时，不能产生动作电位，从而抑制了信号传导。受体部位据认为是在钠通道的细胞质(内部)部分处。局部麻醉药更容易结合以“打开”钠通道，这样，正在迅速激发的神经元中的神经元阻断更快发生。这称为状态依赖性阻断。
局部麻醉剂是弱碱(pKa为7，6和8，9之间)，并且通常制成盐酸盐以使得它们是水溶性的。在生理pH值下，质子化和非质子化的分子形式平衡地存在，但是仅有非质子化分子容易扩散穿过细胞膜。一旦进入细胞，局部麻醉剂将处于平衡状态，随着质子化的形成，其不容易反向穿出细胞。这被称为“离子障”。在质子化形式中，分子结合到离子通道内部靠近胞质端的局部麻醉剂结合部位。
临床的局部麻醉剂属于两类之一：酰胺类和酰胺酯。
合成局部麻醉剂在结构上与可卡因有关。它们与可卡因的不同之处主要在于其不存在滥用的可能，并且不作用于交感肾上腺素系统(sympathoadrenergic system)，即它们不产生高血压或局部血管收缩，但产生弱血管收缩的罗哌卡因和马比佛卡因除外。
临床使用的局部麻醉剂包括：酰胺酯，如苯佐卡因、氯普鲁卡因、可卡因、普鲁卡因和丁卡因；酰胺类，如布比卡因、左布比卡因、左旋布比卡因、利多卡因、马比佛卡因、丙胺卡因、罗哌卡因、阿替卡因和美索卡因。
由于非对称的碳原子，这些分子中的一些表现出左旋物和右旋物的形式：布比卡因和罗哌卡因。左旋物形式通常是毒性较低的异构体。
局部麻醉剂的其它作用并不熟知：
局部麻醉剂在骨髓水平抑制P物质在其受体上固定(2)。
局部麻醉剂在白细胞功能上表现出直接抗炎特性。它们通过使用静脉注射而具有止痛的特性，但是存在毒性风险；连续以静脉注射方式使用利多卡因能够减少术后吗啡的摄取量并促进术后早日复原(3)。
利多卡因通常被用作抗心律失常药，并且得到广泛研究，但是其它局部麻醉剂的作用可能类似于利多卡因的作用。
镇痛剂可以简单地混合、吸附到矿物组分的表面，或吸附到其多孔结构中。优选地，镇痛剂至少部分被吸收，因为这样刺激镇痛剂从组合物中长时间受控释放。
包含在根据本发明的组合物中的镇痛剂的比例可以根据应用而大幅变化。
一般而言，根据本发明的组合物包含0.5到20wt％、优选1到10wt％的镇痛剂。
该组合物还可以包括其它组分，如生物陶瓷和聚合物。
在一个优选实施方案中，根据本发明的组合物还包括生物陶瓷。优选地，所述生物陶瓷是选自羟基磷灰石(HA)、α或β磷酸三钙(α-TCP，β-TCP)以及双相磷酸钙(BCP)或其混合物的一种或更多种烧结的磷酸钙化合物。
用于制备磷酸钙生物陶瓷的最常用的方法包括使用从起始化学品的水溶液中制备的粉末。这些粉末在高压(50Mpa至500Mpa)下被压紧，然后在1000℃至1300℃下烧结(参见Jarcho，1986)。在700℃以上烧结缺钙生物磷灰石或合成磷灰石时获得双相磷酸钙(BCP)。当Ca/P比小于纯钙羟基磷灰石的化学计量值1.67时认为磷灰石缺钙。羟基磷灰石的沉淀物可以从Ca(NO3)2和NaH2PO4的水溶液中制得。一种方法使用经过滤并干燥的沉淀物来形成细的微粒粉末。在900℃煅烧3小时之后，粉末被压制成最终形式并在约1050℃至1200℃烧结3小时。
根据本发明的生物陶瓷优选为颗粒或颗粒团的形式。如果它们要用于3D植入物，则其可以优选以锥形、圆柱形和条形的形式存在。
根据本发明的组合物还可以包括一种或更多种生物相容的和可生物吸收的聚合物。根据本发明的组合物的无机组分能够与原生骨紧密结合并具有生骨特性。有机组分能够实现矿物基质中的大孔隙度互连并提高水泥的内聚性、弹性、流变性质和注射能力。
可用于本发明的生物相容的和可生物吸收的聚合物例如包括线型聚酯家族中的聚合物，如聚乳酸、聚乙醇酸或聚(ε)己内酯，及其相关的共聚物，例如，所有丙交酯/乙交酯比的聚(丙交酯-共-乙交酯)，L-丙交酯或D，L-丙交酯；聚磷腈、树枝状大分子和多糖；聚原酸酯、聚酸酐、聚二恶烷酮、透明质酸和聚羟基丁酸酯及它们的盐，及其混合物。
优选聚磷腈、树枝状大分子、多糖、聚(ε)己内酯及和它们的盐及其混合物作为水泥的有机组分。除了其物理特性和良好的抗压强度之外，这些组分可具有适当的吸收速度、亲水特性和可溶性。因此，这允许控制它们的可吸收能力和引导根据本发明的组合物的吸收-替换。
聚磷腈优选选自：聚安息香乙酯磷腈(PN-EOB)、聚安息香丙酯磷腈(PN-POB)、聚[二(羧基苯氧基钠)磷腈](poly[bis(sodiumcarboxylatophenoxy)phosphazene]，Na-PCPP)、聚[二(羧基苯氧基钾)磷腈](poly[bis(potassium carboxylatophenoxy)phosphazene]，K-PCPP)、聚[二(乙基丙氨酸)磷腈](poly[bis(ethyl alanato)phosphazene]，PAIaP)、聚[二(羧基苯氧基)磷腈](poly[bis(carboxylatophenoxy)phosphazene]，酸PCPP)和它们的盐及其混合物。
多糖和它们的盐及其混合物是更优选的用于水泥的有机组分中的聚合物。纤维素醚和它们的盐及其混合物是优选的用于水泥的有机组分中的多糖，其更优选选自羟丙基甲基纤维素(HPMC)、羟甲基纤维素钠(CMC)。
生物相容的和可生物吸收的聚合物可以用作细粉末、纤维或微粒。聚合物微粒可以是微球或微胶囊，优选封装一种或几种赋形剂，如蔗糖、葡萄糖、水、气体(如空气)或一种或几种药物活性物质，如抗生素、抗炎药、抗癌药、抗骨质疏松药、生长因子或其混合物。封装方法对于本领域技术人员来说已知。
有机组分为根据本发明的组合物的总量的0.1到30wt％。
优选地，纤维素醚的量为根据本发明的组合物的总量的0.1到5wt％、优选为1到3wt％、更优选为1至2wt％。
最优选的骨水泥包括由HPMC或CMC或聚(ε)己内酯或其混合物的有机组分。
[制备方法]
本发明的另一目的涉及在磷酸钙化合物中加载镇痛剂以提供根据上述本发明的组合物的制备方法。
优选地，根据本发明的制备方法包括以下步骤：
(a)提供磷酸钙粉末、液体和镇痛剂；
(b)混合这些组分以获得悬浮液；
(c)从悬浮液中除去液体以获得固体；以及
(d)任选地将所得固体优选以等压方式压缩和研磨成载有镇痛剂的磷酸钙粉末。
该使得能够通过吸收而使镇痛剂优选至少部分地结合到磷酸钙的多孔结构中，这可以导致药物从获得的材料中受控释放。
在一个优选实施方案中，步骤(c)通过冷冻干燥来进行。
在一个优选实施方案中，步骤(a)中的所述磷酸钙粉末的比BET面积约为500m2.kg-1至300 000m2.kg-1，优选为约1000m2.kg-1至100 000m2.kg-1，更优选为约5000m2.kg-1至50 000m2.kg-1。
在一个优选实施方案中，步骤(a)中的所述磷酸钙粉末的平均粒径为约0.2μm至100μm，优选为10μm至90μm，更优选为20μm至80μm。
在一个优选实施方案中，步骤(b)中的所述悬浮液包括约0.5至约20wt％、优选为约1至约15wt％、更优选为约2至约10wt％的镇痛剂。
优选地，步骤(d)中固体的压缩在约50Mpa至约500Mpa、更优选为约100Mpa至约200Mpa的压力下进行。
在一个优选实施方案中，在步骤(d)中获得的载有镇痛剂的磷酸钙粉末的粒径为约1μm至约500μm，优选为10μm至400μm，更优选为100μm至200μm。
关于如何以及何时将镇痛剂掺入组合物中存在几种其它的选择。
特别地，在制备水泥面团状物的过程中，可以通过在混合之前将镇痛剂添加到固体组分或液体组分中而在使用之前即时加入该药物。
在药物稳定性可能受溶解影响的情况下，可优选该实施方案。在该实施方案中，药物优选地以粉末形式添加到根据本发明的组合物中。
根据另一个实施方案，在将水泥制成水泥面团状物时直接引入药物。在药物活性可能受与有机组分的相互作用影响的情况下，可优选该实施方案，因为其减少了接触时间。
根据第三实施方案，药物、固体组分和液体组分被同时混合在一起。
本发明的另一个目的涉及可以通过上述制备方法获得的组合物。
[包括组合物的结合有药物的装置的制备方法]
本发明的另一个目的涉及使用根据本发明的组合物来制造结合有药物的装置。
更具体而言，根据本发明的结合有药物的装置的制备方法包括以下步骤：
(i)将粉末形式的本发明组合物与适量的含水介质混合；
(ii)将该混合物形成为合适的形式；以及
(iii)将该混合物固化成结合有药物的固体装置。
优选地，步骤(i)中的混合物为适于注射的形式。在这种情况下，含水介质可以是液体或凝胶。可注射的组合物可以用来被注射到小的闭合骨腔中，其在原位固化。
根据本发明的组合物尤其可用作与镇痛剂结合的磷酸钙水泥(CPC)。
在使用时，根据本发明的组合物与适量的含水介质混合，并通过水凝方式来硬化。
优选地，新制备的混合物具有适于注射的形式。
合适的含水介质包括以下一种或更多种：盐水、去离子水、稀释的磷酸、稀释的有机酸(醋酸、柠檬酸、丁二酸)、磷酸钠、碳酸钠或碳酸氢盐、海藻酸钠、碳酸氢钠、硫酸软骨素钠、Na2HPO4水溶液和/或Na2HPO4/NaH2PO4水溶液。
优选水、Na2HPO4/NaH2PO4水溶液、Na2HPO4水溶液、NaCl溶液或柠檬酸钠溶液。例如，可以使用蒸馏水中含2到3wt％Na2HPO4的溶液或0.9％的NaCl溶液。
含水介质的pH值应该为5至10，优选为5至9，更优选为5至7。
优选地，液相/固相(L/S)比为约0.25至约0.7ml/g，更优选为约0.3至约0.6ml/g，最优选为约0.4或约0.5ml/g。
固化时间通常为约10至约60分钟、优选为约10至约30分钟，取决于粉末和液体组分的组成、粉末与液体比、磷酸钙组分的比例以及粉末组分的粒径。水泥的固化时间尤其是水泥的重要特性，尤其是如果水泥要通过原位注射来使用时。如果固化时间太短，则外科医生在骨水泥硬化之前没有时间来使用它。如果固化时间太长，则外科医生必须等待，直到他/她可以闭合伤口。
在一个优选实施方案中，这些组分中的至少一种包括固化调节剂、固化加速剂或固化抑制剂或两者。
一种非常有效的加速固化时间的方式是在混合溶液中含有高浓度的磷酸根离子。这可以通过两种方式来实现：(i)将可溶性磷酸盐作为粉末加入骨水泥配方中。在与混合溶液接触后，该磷酸盐溶解，因此加速了利用磷酸根的化学反应(LeChatelier原理)；(ii)将可溶性磷酸盐预先溶解在混合液相中。可溶性磷酸盐实例包括Na2HPO4、NaH2PO4、K2HPO4、kH2PO4、NH4H2PO4。混合液相中的典型浓度范围是：0.05至1.00M。加速固化反应的另一种方式是加入用于磷灰石晶体生长的芽(germ)，因为固化反应的成核步骤是限制因素。典型地，可以使用磷灰石晶体，优选地使用缺钙羟基磷灰石或羟基磷灰石粉末。少量(几个重量百分比)就足以显著减少固化时间。
当固化时间太短时，可以添加各种固化添加剂来增加固化时间。典型实例是抑制磷灰石晶体成核和/或生长的化合物。常见实例是焦磷酸盐、柠檬酸盐或镁离子。一种特别引人关注的化合物是碳酸钙。本领域技术人员可以利用常规测定来获得合适的固化时间。
为了追踪骨水泥向骨周围组织的任何外渗，非常重要的是使骨水泥可视化。最简单的方法是例如借助于造影剂来增加骨水泥的辐射不透明度。例如，可以使用钽、钛或钨的金属粉末。可能优选的是，在部分可生物吸收的水泥中使用液体制剂，如碘化合物(如碘帕醇、碘海醇和碘曲伦)。优选地，使用硫酸钡。
本发明的另一个目的是结合有药物的装置，尤其是牙植入体或骨植入体，或者植入体涂层，其包含根据本发明的组合物。
[试剂盒]
本发明的另一个目的是试剂盒，至少包括根据本发明的组合物、含水介质如水凝胶(尤其是纤维素或淀粉衍生的水凝胶)，以及任选的一种或更多种磷酸钙化合物。
可注射的磷酸钙水泥组合物可以被放置到身体上难以接近的部位，并适于在促进恢复功能的同时减少损伤和疼痛的微创手术过程。这种治疗方法包括通过针在骨缺损或骨折处引入合适的磷酸钙骨水泥。
[使用方法]
本发明的另一个目的是根据本发明的组合物的体内、体外或离体用途，其用于与骨修复、增腔、重建、再生以及骨质疏松治疗相关的牙科和医学应用，还用于药物递送，并作为组织工程用支架。
根据本发明的组合物还可以在体内、体外或离体使用以产生牙或骨植入物。
本发明的一个特别优选的目的是通过对根据本发明的组合物进行塑模而获得的牙或骨植入物。
主要的牙科应用是：修复牙周缺损、窦提升、颌面部重建、盖髓材料、颚裂修复以及作为牙植入物的辅材。
另外的医学应用包括：修复大的骨缺损、修复骨折；用于脊柱融合、手术修正、骨增量，并用于与癌症治疗相关的骨重建。
特别地，该组合物可以用于整形外科，如用于膝关节手术：全膝关节修补；膝关节置换；尤其与髂骨的自体移植骨收集相关的切骨手术，前十字韧带重建，脊椎骨折重建，脚部和踝关节手术，拇指外翻关键熔接，肩关节手术如肩关节置换。
本发明的一个具体目的是根据本发明的组合物、优选可注射的组合物的用途，用于制备可用于因收集自体移植骨组合物而在髂嵴中产生的骨缺损进行填充的结合有药物的装置。
髂嵴移植可以按需要在前髂嵴或后髂嵴上进行。前嵴用在患者仰卧的所有情形中。例如，在胫骨假关节治疗或前颈关节固定中。移植骨从前髂嵴的前髂骨棘之后的至少两指宽度处收集。因此皮肤切口使得在骨周围拉扯的肌肉的回缩最小。使用骨剪或窄刃摆锯来收集移植体。传统上，这是皮质/三重皮质疏松骨移植，涉及嵴的前、后、上皮质骨。剩余腔体是规则的，但是现在仅存在底面和前、后壁。在获取纯疏松骨的一些情况下，沿嵴的上沿形成小孔并利用刮器获取疏松骨。因此该腔体的三侧不受影响。
当需要大量的骨时，在脊柱手术中尤其使用后髂嵴。患者处于俯卧位，从一个或两个后嵴中的骶髂关节外侧至少两指宽度处收集骨。通常，获取方式包括“碎片”法，使用骨剪来移除连续的细骨屑。但是也可以采样所描述的用于前嵴的方法。
用以将根据本发明的组合物应用到由骨移植收集导致的髂嵴缺损中的技术依赖于腔体的形状，其限制和体积：当缺损小(1至5cm3)并且壁连续的时候，将根据本发明的组合物引入到缺损中，利用湿压法使表面平滑，并且使软组织(如果能被缝合则优选为骨膜)闭合。在大的缺损(大于5cm3)或无限制腔体的情况下：可以使用由可吸收聚合物形成的补片来重建髂嵴的形状。该补片在硬化时呈现了希望的形状；水泥进而被包含在新形成的密封腔体中。在需要时，由可吸收的聚合物形成的螺钉可以帮助将补片固定到骨上。
已经对针对从髂嵴进行的骨收集的发病进行了广泛描述。主要缺点是通常剧烈的术后疼痛，在获取部位的血肿，以及在更长的时期中美观方面的后果，或者甚至是通过大量的获取而导致的腹部内脏的疝。然而，(前或后)髂嵴构成了真正的自体骨库，其骨传导和生骨质量难以使用其它类型的移植体或替代物来匹配。利用根据本发明的组合物对由自体移植收集引起的髂嵴中的骨缺损的填充限制了移植的发病，并能够实现局部止血，止痛和由于收集产生的缺损的骨重建。
髂嵴移植总是伴随着骨出血，这可能是疼痛的术后血肿的原因，其在一些情况中需要以引流为目的的再介入。应用到收集移植体部位的根据本发明的组合物确保了与骨水泥的粘合特性相关的局部止血。
通过释放根据本发明的组合物中包含的镇痛剂来治疗收集移植体部位的疼痛。该释放在介入之后，即在移植获取的最疼痛阶段期间，有效持续达96小时。
应用根据本发明的组合物还有助于实现两个重要目的：即时重建骨质缺失并在中期补充骨积累。即时重建有助于预防一定量的疼痛、关于骨质缺失的局部并发症(系带困难)以及具有骨折风险的嵴脆化(在极端情况下，能够向后面的骶髂关节放射出下方棘窝之前或其上的髂前上棘)。补充骨质是基本点，因为根据本发明的组合物在其被吸收时有助于重新积累可用骨存量，必要时允许中期从同一部位的其它移植收集。
以下附图和实例用于说明和描述本发明的特定方面和一些优选实施方案。
图1：270nm处的布比卡因的校准；
图2：布比卡因和利多卡因从CDA的释放动力学；
图3：术后恢复：Von Frey单丝法；
图4：术后恢复：神经学评分；
图5：术后恢复：炎症过程；
图6：在结合/从CDA释放之后洗脱的布比卡因的MS谱(Cl+)；
图7：载有布比卡因的磷酸钙水泥的挤出曲线；
图8：载有布比卡因的磷酸钙水泥的抗压强度(MPa)；
图9：布比卡因从磷酸钙水泥的释放动力学。
实施例
实施例1：CDA-布比卡因和CDA-利多卡因的结合
测定一个利多卡因剂量：5％w/w。
测定三个布比卡因剂量：1％、4％和16％w/w，即，0.25mg、1mg和4mg的布比卡因用于25mg的植入体。
有效组分布比卡因首先在乙醇中稀释，将适量的有效组分添加到CDA粉末(根据参考文献12来合成，粒径为40-80μm)中。然后，使用得自Stuart Scientific的旋转混合器STR4、以50rpm的速度在一个小时期间在室温条件下对混合物进行混合。混合之后，使用合适的设备(来自Bioblock Scientific的Christ α1-4)的通过冷冻干燥来除去乙醇。
通过140MPa的等静压缩在冷等静压机(来自NovaSwiss的FF558)上对由此获得的粉末压缩5分钟。该产物被称为“未压缩的CDA-布比卡因”。
所得块的一部分随后在由氧化铝制成的研钵中被压碎至约200nm的平均粒径。所得产物在下文中分别被称为“CDA-布比卡因”和“CDA-利多卡因”
实施例2：镇痛剂释放动力学
测定方法：
首先开发了用于测定布比卡因释放的方法。通过紫外分光光度法对释放的布比卡因进行测定。测试了几种波长。在短波长(200nm)处，该测定更加敏感(约1μg/mL)，但是CDA释放的磷酸根离子的存在可能对结果产生影响。相反，在长波长(262-270nm)处，磷酸根离子的吸收不会干扰布比卡因的吸收。因此，在270nm处对布比卡因进行测定(参见图1)。
同一方法用于确定利多卡因的释放。第一测定证实了组合物中的布比卡因在4℃时保持稳定3个月。
释放动力学：
将如在实例1中制备的200mg的CDA粉末在混合下在37℃引入蒸馏水(15mL)中。在30分钟、2小时30分钟、5小时、24小时、48小时、5天的培养时间之后，去除2mL的液体、过滤，并通过紫外分光光度法进行测定。用2mL的蒸馏水来置换去除的液体。
结果在图2中示出。这些结果指示，CDA-布比卡因和CDA-利多卡因具有相似的释放动力学。但是，利多卡因比布比卡因释放得更快。在前30分钟内，53％的利多卡因被释放，而26％的布比被释放。在48小时中，利多卡因和布比卡因均完全释放。在2小时30分钟内，85.6％重量的布比卡因从“未压缩的CDA-布比卡因”中释放。
实施例3：大鼠中CDA-布比卡因膝关节植入体的术后镇痛效果 动物
使用到达动物实验室时重量为250g至275g的50只Wistar雄性大鼠。在处理以便于使其习惯于研究人员的出现之后，这些动物被分成两组放置在具有无尘木质刨花垫(safe)的聚碳酸酯透明F1型笼子中，自由进食进水，在该动物房间中，受控温度为(21℃±1℃)，湿度测定为(45％±10％)，亮/暗周期为(亮7小时至19小时)。
在5天的调整期之后进行手术。利用识别号在每个动物的尾巴上加标签。手术在法国Nimes的医学院的动物实验室的手术室中进行。
模型的参照质
在实施例1中获得的CDA-布比卡因粉末用于填充直径为3mm、长度为5mm的圆柱状大鼠膝关节缺损。利用无菌椎体将该粉末直接倒入缺损部位中。
止痛测量
Von Frey单丝法(电子版)可以用于确定被唤醒的动物在足弓经受逐渐增加的机械压力时的止痛阈值。该压力由研究人员提供，以克来表示的腿的回缩阈值对应于止痛阈值。利用游标卡尺测量的植入膝关节的中间外侧的距离可以用于直接获得与手术区域的炎症和肿胀程度相关的定量信息。
研究人员对不同的定性观察进行评分，以获得动物止痛状态的估计：
-关节移动；
-保持在腿上；
-腿的位置(背部与足底)；
-腿的位置(旋转与平行)；以及
-植入部位的伤口情况。
对每个参数从0到2评分，其中：
-0：动物的最大不适
-1：动物的部分不适
-2：无不适
因此总分包括在0(严重障碍)到12(正常运动)之间。
试验过程
10只大鼠分5个组，每组进行以下研究：
-第1组：对照群(手术对照)
-第2组：阳性对照群(“裸的”植入体)
-第3组：1mg布比卡因植入群
-第4组：4mg布比卡因植入群
-第5组：16mg布比卡因植入群
过程
Von Frey单丝法：在手术日J0执行机械性痛敏的双边量化4次(在动物恢复之后的30分钟、60分钟、120分钟和240分钟)，然后，在手术之后的3天J1、J2和J3期间每天一次。
植入膝关节的中间外侧距离：对手术膝关节的中间外侧距离的测量在手术日J0第一次进行(术后240分钟)，然后，在手术之后的3天J1、J2和J3期间每天一次。
神经学评分：利用Von Frey单丝法测试对每个动物(非手术腿和手术腿)同时进行神经行为评分，即，在手术日J0动物恢复之后的30分钟、60分钟、120分钟和240分钟，然后，在手术之后的3天J1、J2和J3期间每天一次。
结果
对于每个试验组如下执行及表示动物行为表现计算：
Von Frey单丝法：以克表示的止痛阈值(平均值±S.E.M)(分界点固定在150g)。手术腿恢复相对于非手术腿的平均值的百分比(百分比±S.E.M)。
植入膝关节的中间外侧距离：以mm表示的膝关节的中间外侧距离(平均值±S.E.M)。计算距离变化相对于非手术腿膝关节的距离的平均值的百分比(百分比±S.E.M)。
神经学评分：以得分单位表示的得分(平均值±S.E.M)。计算的得分变化相对于非手术腿得分的平均值的百分比(百分比±S.E.M)。
当对同一试验组中的所有动物的数据进行平均时，通过统计程序用方差分析(ANOVA)来测试所观察的效果的显著性(在不同组之间或在不同治疗方法之间)。该分析涉及对不同动物组的比较。其中全局ANOVA显著，使用Dunnett事后测试来进行合适的组间比较。显著性的阈值设置在95％(p＜0.05)或99％(p＜0.01)(参见图3到图5以及下表1)。
表1：对大鼠的止痛测量
  测量   炎症过程   神经行为评分   Von Frey
  0％vs 1％   NS   NS   ***(10-4)
  0％vs 4％   **(10-3)   ***(10-14)   ***(10-8)
  0％vs 16％   **(10-3)   ***(10-16)   **(10-3)
  1％vs 4％   ***(10-4)   ***(10-8)   ***(10-6)
  4％vs 16％   NS   NS   NS
**p＜0.05
***p＜0.01
死后分析：
手术后的大腿骨被收集用于研究并被送到Nantes的兽医学校进行组织学分析。在大鼠中，与接受不含布比卡因的植入体的动物比较，在可再吸收的植入体上吸附的布比卡因产生显著的剂量依赖性镇痛效果。该效果是短暂的，因为其在术后J+1时消失，并且在机械超敏性方面更强。
实施例4：使用质谱(MS)和高压液相色谱(HPLC)分析结合和从 CDA中释放之后的布比卡因
在37℃将载有布比卡因的CDA(400mg)在5ml的水中搅拌三天。使水溶液通过具有0.22μm微孔尺寸的微滤膜。将该溶液的几份等分试样稀释至HPLC的工作浓度。利用1ml的二氯甲烷(用于HPLC的HiPerSolv，VWR-BDH)提取一等分试样的该溶液(1ml)。有机相通过Na2SO4来干燥以用于进一步的MS研究。HPLC HP 1100(C18柱，Inertsil5 ODS-3)，流量：0.5ml mn-1，溶剂：乙腈/水[80/20]，注射量：10μl，检测：230nm)。通过将HPLC梯度级(VWR-BDH-Prolabo)的乙腈与纯水混合来制备该液相。利用化学电离(CI)，装配有直接试样探针或GC的Thermo Electron Corporation公司的DSQ II台顶式四级质谱仪用于数据获取和处理。
根据HPLC分析，在5.5分钟(布比卡因参考值[5.5分钟])的保留时间内仅检测到一种产物。进一步的MS分析确定不存在载有布比卡因的CDA的降解产物。在GC或直接试样探针模式以及氨的[M+H]+＝289.3的正化学电离(图6)中仅观察到布比卡因。所观察到的主要碎片离子为m/z＝140.1，对应于给出1-丁基哌啶阳离子的-CO泄漏。通过NIST数据库对来自光谱(电子碰撞模式)的原始数据的分析确认了我们先前的观察。
在使用冷等静压制将布比卡因与CDA颗粒结合之后，布比卡因保持不变，这通过对从CDA中释放的布比卡因的HPLC和MS谱与溶液中的天然分子进行比较而得以证实。
实施例5：根据本发明的载有布比卡因的磷灰石磷酸钙水泥的制备
对于2g的试样，测定三个布比卡因剂：4％、16％和25％w/w。
水泥的无机组分由α-TCP(78％w/w)、DCPD(5％w/w)、MCPM(5％w/w)、CDA(10％w/w)组成。水泥的有机组分由HPMC(2％w/w)组成。制备一次的分量为20g。
有效组分布比卡因首先在乙醇中稀释，将适量的有效组分添加到无机组分中。然后，在一个小时期间对混合物进行混合[旋转混合器STR4，得自Stuart Scientific](速度：50rpm)并通过冷冻干燥来去除乙醇[得自Bioblock Scientific的Christ α1-4]。
通过140MPa的等静压缩(来自NovaSwiss的冷等静压机FF558)对由此获得的粉末压缩5分钟，并且将由此获得的块与有机组分一起在由氧化铝制成的研钵中压碎至约1μm的平均粒径。使用Na2HPO4(5％)的水溶液作为液相。
已经制备了液体粉末比为(L/P＝0.5)的2g浆状物试样，并且将其立即放置到3mL的注射器中。然后将注射器固定在质构分析仪(TATX2)中用于挤出测定。得到的曲线在图7中绘出。固化时间随着挤出时间而减少，挤出时间随着骨水泥中布比卡因含量的增加而减少。
实施例6：根据本发明的载有布比卡因的磷灰石磷酸钙水泥的制备
对于500mg的试样，测定四个布比卡因剂：0.1％、0.4％和1.6％和2.5w/w。根据实施例1在CDA中载入布比卡因。将CDA(10％w/w)加到无机和有机粉末组分中(参见实施例4)。使用Na2HPO4(5％)的水溶液作为液相。
已经制备了液体粉末比为(L/P＝0.5)的不同的水泥试样。将无机和有机组分与液相混合，并且将该混合物放置在圆柱形模具中。15分钟之后，在37℃将该模具放置到0.9％的NaCl溶液中。这些条件模拟了体内的条件。孵育时间为2小时(对于释放测定)或48小时(对于机械试验)。在孵育期之后，从模具中取出该圆柱体并对其进行测定。
使用质构分析仪来确定压制强度(参见图8)。根据实施例2，研究了布比卡因从培养的圆柱体中释放的特性(参见图9)。
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Claims (28)

1.一种可用作骨替代物的组合物，其包含一种或更多种与镇痛剂结合的磷酸钙化合物，所述组合物包括至少50wt％的α-TCP。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物为粉末形式。
3.根据权利要求1或2所述的组合物，其中所述组合物具有约1000m2.kg-1至300000m2.kg-1的比BET面积。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的组合物，其中至少一种磷酸钙化合物选自CDA、DCPA、DCPD、TTCP或其混合物。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的组合物，其还包含选自HA、β-TCP和BCP的烧结的磷酸钙化合物。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的组合物，其包括至少80％重量的α-TCP。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的组合物，其中所述镇痛剂是与吗啡有关的物质。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的组合物，其中所述镇痛剂是局部麻醉剂。
9.根据权利要求8所述的组合物，其中所述局部麻醉剂是酰胺或酰胺酯。
10.根据权利要求9所述的组合物，其中所述酰胺酯选自：苯佐卡因、氯普鲁卡因、可卡因、普鲁卡因和丁卡因。
11.根据权利要求9所述的组合物，其中所述酰胺选自：布比卡因、左布比卡因、左旋布比卡因、利多卡因、马比佛卡因、丙胺卡因、罗哌卡因、阿替卡因和美索卡因。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的组合物的制备方法，其包括以下步骤：
(a)提供磷酸钙粉末、液体和镇痛剂；
(b)混合所述组分以获得悬浮液；以及
(c)从所述悬浮液中除去所述液体以获得固体；和
(d)任选地将获得的所述固体压缩并研磨成载有所述镇痛剂的磷酸钙粉末。
13.根据权利要求12所述的方法，其中步骤(c)通过冷冻干燥来进行。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中步骤(d)包括以约50Mpa至约500Mpa的压力压缩所述固体。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中所述液体不含水。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其中步骤(a)中的所述磷酸钙粉末的平均粒径为约0.2μm至约100μm。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的方法，其中步骤(b)中的所述悬浮液包括约0.5至约20wt％的镇痛剂。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的方法，其中在步骤(d)中获得的载有所述镇痛剂的所述磷酸钙粉末的平均粒径为约1μm至约500μm。
19.一种可根据权利要求12至18中任一项所述的方法获得的组合物。
20.一种制备结合有药物的装置的方法，其包括以下步骤：
(i)将根据权利要求1至11以及19中任一项所述的组合物与适量的含水介质混合；
(ii)将所述混合物制成合适的形式；和
(iii)将所述混合物固化成结合有药物的固体装置。
21.根据权利要求20所述的方法，其中步骤(i)中的所述混合物为适于注射的形式。
22.结合有药物的装置，其包含根据权利要求1至11以及19中任一项所述的组合物。
23.根据权利要求1至22所述的结合有药物的装置，其中所述结合有药物的装置是牙植入体或骨植入体或植入体涂层。
24.一种试剂盒，其包括根据权利要求1至11以及19中任一项所述的组合物、含水介质以及任选的其它一种或更多种磷酸钙化合物。
25.根据权利要求24所述的试剂盒，其中所述含水介质是水凝胶。
26.根据权利要求1至11以及19中任一项所述的组合物用于制备结合有药物的装置的用途，所述结合有药物的装置可用于填充因收集自体移植骨而在髂嵴中产生的骨缺损。
27.根据权利要求1至11以及19中任一项所述的组合物用作组织工程用支架的体外或离体用途。
28.根据权利要求1至11以及19中任一项所述的组合物用于产生牙植入体或骨植入体的体外或离体用途。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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