CN105497988B - 硬组织再生用耐冲洗耐流失组合物及其使用方法和器械套装 - Google Patents

Abstract

本发明涉及硬组织再生用耐冲洗耐流失组合物及其使用方法和器械套装。本发明涉及一种耐冲洗耐流失骨修复组合物，其包括生物相容性或生物活性骨修复材料、和非无规的聚氧化物(如聚氧乙烯等)嵌段共聚物的混合物。也提供用该包括生物相容性或生物活性骨修复材料、和非无规聚氧化烯嵌段共聚物的混合物的组合物来处理具有间隙或缺损的骨的方法。也描述包含该包括生物相容性或生物活性骨修复材料、和非无规聚氧化烯嵌段共聚物的混合物的耐冲洗耐流失骨修复组合物的器械套装。

Description

硬组织再生用耐冲洗耐流失组合物及其使用方法和器械套装

相关申请

本发明是2014年6月26日提交的美国专利申请14/369,119的部分延续申请，其为2013年12月17日提交的国际申请PCT/US2013/075741的§371国家阶段，其根据35U.S.C.§119(e)要求2012年12月18日提交的美国临时专利申请61/738,585和2013年3月15日提交的美国临时专利申请61/787,827的申请日的权利，在此通过引用将其全部引入。

背景技术

骨是具有高强度、刚性和适应变化的负荷的能力等独特性质的胶原、细胞、羟基磷灰石钙晶体以及少量其它蛋白质有机分子的复合物。当骨损伤发生时，有必要填补骨当中的空隙(voids)或间隙(gap)，并且促进骨组织的修复和再生。现今有很多骨缺损修复和再生用的材料。例如，一种对促进此类修复和再生有用的材料是生物活性玻璃(bioactiveglass,BG)。

生物活性玻璃最初是由L.Hench在1969年开发的。此外，生物活性玻璃开发为骨置换材料，并有研究显示生物活性玻璃可诱导或辅助骨发生(Hench等人,J.Biomed.Mater.Res.5:117-141(1971))。生物活性玻璃可与骨形成强且稳定的结合(Piotrowski等人,J.Biomed.Mater.Res.9:47-61(1975))。进一步，从体外和体内模型的研究，不认为生物活性玻璃对骨或软组织有毒性(Wilson等人,J.Biomed.Mater.Res.805-817(1981))。示例性的生物活性玻璃包括45S5、45S5B1、58S和S70C30。最初的生物活性玻璃45S5是熔融法制备的。也可用溶胶-凝胶法生产和制备玻璃，其玻璃材料具有包括使得表面积和生物活性增加的纳米孔。

使用生物活性玻璃或其它(液体、糊剂和固体形式的)材料来填补骨中的空隙或间隙有缺点。液体或糊剂可能不会保持在骨的空隙或间隙的部位。固体可能难以填充(即，施涂)，可能不与骨中的空隙或间隙良好吻合。

这些缺点可通过将材料添加至骨修复组合物中，使得组合物变得耐冲洗耐流失来减少和/或消除。

发明内容

某些实施方案涉及包含生物相容性骨修复材料以及至少一种非无规聚氧化烯嵌段共聚物(即，聚氧化物(如，聚氧乙烯等)嵌段共聚物)和除了该非无规聚氧化烯嵌段共聚物以外的至少一种非离子表面活性剂的混合物的耐冲洗耐流失骨修复组合物。除了非无规聚氧化烯嵌段共聚物以外的非离子表面活性剂或类似材料选自由脂肪醇(例如硬脂醇)、烷氧基化醇(例如Ecosurf LF 45)、烷氧基化烷基酚(例如Triton X-100)、烷氧基化脂肪酰胺(例如聚乙氧基化牛油脂肪胺)、烷氧基化脂肪酯(例如PEG 400单硬脂酸酯)、烷氧基化脂肪醚(例如聚乙二醇月桂基醚(Brij L23))、烷氧基化脱水山梨醇酯(例如Span85(脱水山梨醇三油酸酯))、烷氧基化脱水山梨醇酯(例如聚山梨醇酯(PolySorbate)20和聚山梨醇酯80，也称为Tween 20和Tween 80)、脂肪酸酯或多元醇酯(例如单硬脂酸甘油酯、PEG椰油甘油三酯)、聚亚烷基二醇(例如PEG400和PEG 600)组成的组。组合物中至少一种表面活性剂具有高于室温、并且更加优选高于体温的熔点。骨修复材料可以是任意数目的辅助骨修复和生成的材料。此类材料至少包括生物活性玻璃、双峰粒度分布(bimodal size distribution)的球形生物活性玻璃以及磷酸三钙，例如硅酸盐化的磷酸三钙。

进一步的实施方案涉及包括含有至少一种泊洛沙姆(poloxamer)和至少一种其它表面活性剂的涂层的生物活性玻璃颗粒，以及包括此类由泊洛沙姆和其它表面活性剂涂覆的生物活性玻璃颗粒的膏剂(putty)或糊剂。

进一步的实施方案还涉及使用包含生物相容性骨修复材料以及至少一种泊洛沙姆和至少一种除了非无规聚氧化烯嵌段共聚物以外的表面活性剂的混合物的组合物来处理具有间隙和/或缺损的骨的方法。除了非无规聚氧化烯嵌段共聚物以外的非离子表面活性剂或类似材料选自由脂肪醇(例如硬脂醇)、烷氧基化醇(例如Ecosurf LF 45)、烷氧基化烷基酚(例如Triton X-100)、烷氧基化脂肪酰胺(例如聚乙氧基化牛油脂肪胺)、烷氧基化脂肪酯(例如PEG400单硬脂酸酯)、烷氧基化脂肪醚(例如聚乙二醇月桂基醚(Brij L23))、烷氧基化脱水山梨醇酯(例如Span 85(脱水山梨醇三油酸酯))、烷氧基化脱水山梨醇酯(例如聚山梨醇酯20和聚山梨醇酯80，也称为Tween 20和Tween 80)、脂肪醇、脂肪酸、脂肪酸酯或多元醇酯(例如单硬脂酸甘油酯、PEG椰油甘油三酯)、聚亚烷基二醇(例如PEG 400和PEG600)组成的组。组合物中至少一种表面活性剂具有高于室温、并且更加优选高于体温的熔点。

其它实施方案涉及包含生物相容性骨修复材料、以及至少两种非无规聚氧化烯嵌段共聚物的混合物的耐冲洗耐流失骨修复组合物。此骨修复材料可以是任意数目的辅助骨修复和生成的材料。此类材料至少包括生物活性玻璃、双峰粒度分布的球形生物活性玻璃以及磷酸三钙，例如硅酸盐化的磷酸三钙。

进一步的实施方案涉及包括含泊洛沙姆的涂层的生物活性玻璃颗粒，以及包括此类由泊洛沙姆涂覆的生物活性玻璃的颗粒的膏剂或糊剂。

进一步的实施方案还涉及使用包含生物相容性骨修复材料、和至少两种非无规聚氧化烯嵌段共聚物的混合物的组合物来处理具有间隙和/或缺损的骨的方法。

附图说明

本发明或申请文件含有至少一幅彩色作成的图(彩色照片)。当请求并支付必要费用后，专利局将提供本发明或发明申请公布的含有彩图的副本。

图1示出用于输送耐冲洗耐流失骨修复组合物的示例性的输送系统器械套装(kits)。

图2示出供耐冲洗耐流失骨修复组合物用的适配器(A)和推注枪(B)的示意图。

图3示出输送系统的柱塞的示意图。

图4A示出输送系统用的示例性的出口尖头。

图4B示出输送系统用的示例性的出口尖头。

图5A是供与输送系统一起使用的、填充有耐冲洗耐流失骨修复组合物的管的照片。

图5B示出供与输送系统一起使用的管的示意图。

图6A是耐冲洗耐流失骨修复组合物用的示例性的输送系统的照片。

图6B是耐冲洗耐流失骨修复组合物用的示例性的输送系统的照片。

图7是耐冲洗耐流失骨修复组合物用的示例性的输送系统的照片。

图8是耐冲洗耐流失骨修复组合物用的示例性的输送系统的照片。

图9是耐冲洗耐流失骨修复组合物用的示例性的输送系统的照片。

图10示出组织学染色的IRM图像。

图11示出试验样品的压缩和耐久性(sustainability)结果的图。

图12示出来自样品耐久性试验的图片。

具体实施方式

提供一种包含生物相容性或生物活性骨修复材料、以及至少一种非无规聚氧化烯嵌段共聚物和至少一种除了非无规聚氧化烯嵌段共聚物以外的非离子表面活性剂的混合物(或者两种非无规聚氧化烯嵌段共聚物的混合物)的耐冲洗耐流失骨修复组合物。

具体地，某些实施方案涉及合成的植骨(bone grafting)组合物(又称，骨修复组合物)，例如掺入了非无规氧化乙烯-氧化丙烯(ethylene oxide-propylene oxide,EOPO)嵌段共聚物(在一类称为泊洛沙姆的化合物中)、具有骨传导性(osteoconductive)、骨激发性(osteostimulative)和耐冲洗耐流失性质的骨修复用的膏剂；即，该组合物可在手术伤口(surgical site)猛烈冲洗，而不从手术伤口洗去或流失。组合物包括与例如在处理具有间隙和/或缺损的骨的方法中使用的生物活性玻璃或其它骨传导性盐、玻璃或陶瓷等的生物相容性或生物活性骨修复材料混合的慢溶解的非无规嵌段共聚物。

该组合物在引入骨间隙和/或骨缺损中时促进骨整合(osseointegration)。耐冲洗耐流失特征提供无论暴露于多大量的血液、体液或盐水都保持在手术伤口的位置的材料。耐冲洗耐流失性有利于简化植骨体在缺损部位的施涂，同时又防止冲洗期间和手术伤口闭合之后植体材料的迁移。

骨修复组合物具有耐冲洗耐流失的独特物理性质。骨修复组合物的耐冲洗耐流失性对其在矫形外科和脊柱处置中的预期用途尤其有利，这是由于该材料在安置、冲洗期间和闭合之后将在体内稳定并保持安置和结构。特别地，在使用非固化性膏剂材料的某些实施方案中，骨修复组合物在冲洗和闭合手术伤口期间将不会轻易流失。

此外，骨修复组合物是生物相容性和/或生物活性的，并且包括全合成材料，完全消除了任何为了实现该性质而使用含有源于动物或人的材料或组分而可能产生的疾病传播的风险。

作为耐冲洗耐流失、全合成及生物活性的膏剂，当植入体内时，将保持位置或安置，而不是在冲洗期间熔化为液态解体物，或者一旦闭合手术伤口就流失。这一特性容许植入体更容易地保持在位置上，并建立有利的操作性质。抗流失能力使得更多生物活性剂存留在植入部位，从而在更长的时间段内激发骨生长。作为优选的生物活性剂，生物活性玻璃激发手术伤口中的使前体细胞分化为成骨细胞以及这些细胞后续的增殖所需的基因，同时又经历与周围体液的离子交换，从而形成与天然骨矿物质类似的微晶羟基磷灰石。在一种组合物中这些性质的组合对于骨再生和硬组织修复是必要的。

在一些实施方案中，组合物在5℃下实质上是液体，并且在37℃下实质上是固体。这一效果可由组合物当中聚氧化烯嵌段共聚物的相对量而产生，其相应地决定组合物在室温下以及在体温下的粘度。例如，当温度升高时，组合物变得实质上更加粘滞，从而允许例如生物活性玻璃等骨修复材料更加容易地存留在缺损部位。

骨修复组合物提供新形成骨的速率加快和质量提高。改善的骨愈合可在例如糖尿病患者、吸烟者、肥胖者、年长者、患骨质疏松者、使用类固醇者、和有感染或其它降低愈合速率的疾病者等可能受损的受试者中发生。在骨缺损部位，骨修复组合物的迅速硬化可帮助例如生物活性玻璃等骨修复材料在该部位的定位。

可借助于注射器或其它注射装置向骨缺损部位提供骨修复组合物。在某些实施方式中，骨修复组合物可为足以可注射的液态，又能在骨缺损部位于体温下适当地硬化。例如，如果骨修复组合物在室温下是液体，它可在体温下变成浓稠的凝胶。可选地，可描述为骨修复组合物在施涂于骨缺损时在体温下固化。

在某些实施方案中，骨修复组合物具有就便于向骨缺损部位施涂而言的低粘度、液态组合物易流动的优点。组合物进一步的优点包括更加固态的糊状组合物特征，以及其可在施涂后保持定位在缺损处。组合物在体温下的凝固克服了不展现耐冲洗耐流失行为的其它液态组合物的不利性质。与此同时，由于组合物在室温下不是固体，例如借助注射器等施涂组合物更加方便。组合物不需要借助压力费力地涂抹在骨缺损上或者施涂在骨缺损上。

对于更粘稠的骨修复组合物可使用其它输送模式。这些模式包括将凝胶或糊剂直接涂抹在骨缺损上，或将凝胶或糊剂挤出为珠粒。

在某些实施方案中，如果骨修复组合物在室温下是凝胶，它可在体温下变成糊剂。

在某些其它实施方案中，如果骨修复组合物在室温下是浓稠的凝胶或糊剂，它可在体温下变成膏剂或固体。

如上所述，组合物中聚氧化烯嵌段共聚物的相对量将决定室温下和体温下的粘度。

在某些实施方案中，耐冲洗耐流失组合物包括生物相容性或生物活性骨修复材料，以及至少一种非无规聚氧化烯嵌段共聚物和至少一种除了非无规聚氧化烯嵌段共聚物以外的非离子表面活性剂的混合物。除了非无规聚氧化烯嵌段共聚物以外的非离子表面活性剂或类似材料选自由脂肪酸(例如硬脂酸)、脂肪醇(例如硬脂醇)、烷氧基化醇(例如Ecosurf LF 45)、烷氧基化烷基酚(例如Triton X-100)、烷氧基化脂肪酰胺(例如聚乙氧基化牛油脂肪胺)、烷氧基化脂肪酯(例如PEG 400单硬脂酸酯)、烷氧基化脂肪醚(例如聚乙二醇月桂基醚(Brij L23))、烷氧基化脱水山梨醇酯(例如Span 85(脱水山梨醇三油酸酯))、烷氧基化脱水山梨醇酯(例如聚山梨醇酯20和聚山梨醇酯80，也称为Tween 20和Tween80)、脂肪酸酯或多元醇酯(例如单硬脂酸甘油酯、PEG椰油甘油三酯)、聚亚烷基二醇(例如PEG 400和PEG 600)组成的组。除了非无规聚氧化烯嵌段共聚物以外的表面活性剂的具体实例包括脱水山梨醇三硬脂酸酯、聚山梨醇酯20、聚山梨醇酯80、聚氧乙烯7椰油、甘油酯、PEG 400单硬脂酸酯、PEG 2000单甲醚和PEG 400二硬脂酸酯。组合物中至少一种表面活性剂具有高于室温、并且更加优选高于体温的熔点。

在某些其它实施方案中，可包括至少两种聚氧化烯嵌段共聚物；可选地，可包括至少三种聚氧化烯嵌段共聚物。在某些其它实施方案中，耐冲洗耐流失骨修复组合物也包括至少两种其它表面活性剂；可选地，包括至少三种其它表面活性剂。

在某些优选的实施方案中，耐冲洗耐流失骨修复组合物包括至少两种聚氧化烯嵌段共聚物的混合物。在某些其它实施方案中，耐冲洗耐流失骨修复组合物包括3种、4种、5种以上的聚氧化烯嵌段共聚物的混合物。

在多个实施方案中，聚氧化烯嵌段共聚物可以是泊洛沙姆。泊洛沙姆可以是泊洛沙姆407、泊洛沙姆124、泊洛沙姆188、泊洛沙姆237、泊洛沙姆338和泊洛沙姆407。聚氧化烯嵌段共聚物也是生物相容、非刚性、无定形的，并且没有明确的表面或三维结构特征。

泊洛沙姆是由PEO和PPO单元按下列结构：PEO-PPO-PEO构成的非无规三嵌段共聚物。在本发明的背景中特别有用的泊洛沙姆是泊洛沙姆407(F127)。泊洛沙姆407具有与其它泊洛沙姆相比高的PEO对PPO的比和高的摩尔质量。随着温度从5℃升至37℃，粘度显著增加。在低于25℃的温度下，20重量％的泊洛沙姆407溶液表现得与粘稠液体相似，而在体温(37℃)下，相同的溶液表现得像半固态凝胶。泊洛沙姆407包括亲水性(氧化乙烯)和疏水性(氧化丙烯)两种亚单位的不连续嵌段。

当在无规共聚物上与生物活性玻璃共同使用时，非无规氧化烯共聚物例如泊洛沙姆407等具有进一步的优点。例如，非无规共聚物可容易地在水中混合而获得热可逆的复合物，而无规共聚物单独不能容易地与水调配而获得热可逆的复合物。此处描述的非无规泊洛沙姆可与生物活性玻璃和血液调配。

泊洛沙姆被认为是无毒的。通过使用结构中掺入了碳酸酯键的泊洛沙姆407类型，可改善生物可降解性。

泊洛沙姆407的物理性质在Li等人(Li等人,“Thermoreversible micellizationand gelation of a blend ofpolymers,”Polymer49:1952-1960(2008))中全面描述，在此通过引用将其全部引入。泊洛沙姆407的性质也在Lenaerts等人(Lenaerts等人,“Temperature-dependent rheological behavior ofF127aqueoussolutions,”International Journal of Pharmaceutics,39:121-127(1987))中描述，在此通过引用将其全部引入，以及在Ivanova等人(Ivanova等人,“Effect ofPharmaceutically Acceptable Glycols on the Stability of Liquid CrystallineGels Formed by Poloxamer 407in Water,”Journal of Colloid and InterfaceScience,252:226-235(2002))中描述，在此通过引用将其全部引入。

在本发明的背景中另一特别有用的泊洛沙姆是泊洛沙姆124。泊洛沙姆124也是无毒的，并已被全面研究(“Safety Assessment of Poloxamers 101,105,108,122,123,124,181,182,183,184,185,188,212,215,217,231,234,235,237,238,282,284,288,331,333,334,335,338,401,402,403,and 407,Poloxamer 105Benzoate,and Poloxamer182Dibenzoate and Uses in Cosmetics,”International Journal of Toxicology,27(Suppl.2):93-128,2008)；以及Patel等人,“Poloxamers:A pharmaceutical excipientswith therapeutic behaviors,”International Journal of PharmTech Reasearch,1(2):299-303,2009)。

泊洛沙姆与骨生长因子材料(例如BMP-2)的混合物，此前由Rey-Rico等人(Rey-Rico等人,“Osteogenic efficiency of in situ gelling poloxamine systems withand without bone morphogenetic protein-2,”European Cells and Materials,21:317-340(2011))描述，在此通过引用将其全部引入。

在某些实施方案中，至少两种聚氧化烯嵌段共聚物的混合物，例如泊洛沙姆407和泊洛沙姆124的混合物，可与生物相容性或生物活性骨修复材料调配。

也可使用其它泊洛沙姆，只要泊洛沙姆在室温下实质上是液态，并且在体温下具有更高的粘度即可。通常，此类泊洛沙姆具有高的PEO含量。

可用在耐冲洗耐流失骨修复组合物中的泊洛沙姆的具体实例包括泊洛沙姆P105、泊洛沙姆124、泊洛沙姆188、泊洛沙姆237和泊洛沙姆338。

在某些实施方案中，泊洛沙姆407可与泊洛沙姆124并与生物相容性或生物活性骨修复材料组合。

在某些其它实施方案中，泊洛沙姆105或任何其它泊洛沙姆可与泊洛沙姆407或与任何其他泊洛沙姆组合，从而获得在室温下并且在体温下都最优的粘度。

进一步，使用的泊洛沙姆407或任何其它泊洛沙姆可借助添加官能团来改性。官能团可以是例如羟基末端基团。而且官能团也可带正电，使得改性的泊洛沙姆为阳离子型。

在一些实施方案中，相对于骨修复组合物的重量，至少一种聚氧化烯嵌段共聚物和至少一种除了聚氧化烯嵌段共聚物以外的非离子表面活性剂的混合物的重量比为1％-99％。该重量比可以为1-10％、10-20％、20-30％、30％-40％、40％-50％、50％-60％、60％-70％、70％-80％、80％-90％或90-99％。可选地，该重量比可以是约1％、约2％、约3％、约4％、约5％、约6％、约7％、约8％、约9％、约10％、约11％、约12％、约13％、约14％、约15％、约16％、约17％、约18％、约19％、约20％、约21％、约22％、约23％、约24％、约25％、约26％、约27％、约28％、约29％、约30％、约31％、约32％、约33％、约34％、约35％、约36％、约37％、约38％、约39％、约40％、约41％、约42％、约43％、约44％、约45％、约46％、约47％、约48％、约49％、约50％、约51％、约52％、约53％、约54％、约55％、约56％、约57％、约58％、约59％、约60％、约61％、约62％、约63％、约64％、约65％、约66％、约67％、约68％、约69％、约70％、约71％、约72％、约73％、约74％、约75％、约76％、约77％、约78％、约79％、约80％、约81％、约82％、约83％、约84％、约85％、约86％、约87％、约88％、约89％、约90％、约91％、约92％、约93％、约94％、约95％、约96％、约97％、约98％或约99％。材料可具有固体、凝胶、膏剂或任何其它非液体物质在室温下的稠度。

在一些实施方案中，聚氧化烯嵌段共聚物的重量比相对于至少一种非离子表面活性剂的重量比在约1％-99％对约99％-1％的范围内。特别地，聚氧化烯嵌段共聚物的重量比相对于至少一种非离子表面活性剂的重量比是约1％对99％；可选地，聚氧化烯嵌段共聚物的重量比相对于至少一种表面活性剂的重量比是约50％对50％；可选地，聚氧化烯嵌段共聚物的重量比相对于至少一种表面活性剂的重量比是约99％对1％。

在一些实施方案中，相对于骨修复组合物的重量，至少两种聚氧化烯嵌段共聚物的混合物的重量比是1％至99％。该重量比可以是1-10％、10-20％、20-30％、30％-40％、40％-50％、50％-60％、60％-70％、70％-80％、80％-90％或90-99％。可选地，该重量比可以是约1％、约2％、约3％、约4％、约5％、约6％、约7％、约8％、约9％、约10％、约11％、约12％、约13％、约14％、约15％、约16％、约17％、约18％、约19％、约20％、约21％、约22％、约23％、约24％、约25％、约26％、约27％、约28％、约29％、约30％、约31％、约32％、约33％、约34％、约35％、约36％、约37％、约38％、约39％、约40％、约41％、约42％、约43％、约44％、约45％、约46％、约47％、约48％、约49％、约50％、约51％、约52％、约53％、约54％、约55％、约56％、约57％、约58％、约59％、约60％、约61％、约62％、约63％、约64％、约65％、约66％、约67％、约68％、约69％、约70％、约71％、约72％、约73％、约74％、约75％、约76％、约77％、约78％、约79％、约80％、约81％、约82％、约83％、约84％、约85％、约86％、约87％、约88％、约89％、约90％、约91％、约92％、约93％、约94％、约95％、约96％、约97％、约98％或约99％。材料可具有固体、凝胶、膏剂或任何其它非液体物质在室温下的稠度。

在一些骨修复组合物包含两种聚氧化烯嵌段共聚物的实施方案中，第一种聚氧化烯嵌段共聚物的重量比相对于第二种聚氧化烯嵌段共聚物的重量比在约1％-99％对约99％-1％的范围内。特别地，第一种聚氧化烯嵌段共聚物的重量比相对于第二种聚氧化烯嵌段共聚物的重量比是约1％对99％；可选地，第一种聚氧化烯嵌段共聚物的重量比相对于第二种聚氧化烯嵌段共聚物的重量比是约50％对50％；并且可选地，第一种聚氧化烯嵌段共聚物的重量比相对于第二种聚氧化烯嵌段共聚物的重量比是约99％对1％。组合物可在分子量上不同，并可按10:1至1:10的比例共混。

组合物可进一步包含离子和可能溶解在水中的其它化合物。举例来说，例如PBS等盐的添加可提高泊洛沙姆的凝固和固化性质。二价盐对于改善含有泊洛沙姆混合物和生物活性玻璃材料的组合物以及含有泊洛沙姆和其它固态骨修复材料的组合物的流变性质特别有用。

生物相容性或生物活性骨修复材料可以是骨诱导性(osteoinductive)的、骨传导性的，或者是既骨诱导性又骨传导性的材料。骨修复材料可以是异种的(xenogeneic)、同种异型的(allogeneic)、自体的(autogeneic)和/或异体的(alloplastic)。

在某些实施方案中，生物相容性或生物活性骨修复材料也可是多种治疗性材料的任何组合。

在某些实施方案中，组合物可制备为与生物相容性或生物活性试剂例如含有二氧化硅或硼的生物活性玻璃陶瓷的复合物。陶瓷释放有助于成骨细胞分化和增殖(定义为骨激发)、相应地提高硬组织再生速率的钙和硅酸盐、或者钙和硼离子。

此外，生物活性玻璃组分经历与周围体液的离子交换，以形成与骨矿物质类似的羟基磷灰石。更具体地，生物活性玻璃陶瓷的溶解释放出在植入时激发骨缺损处成骨细胞的负责分化和增殖的基因的钙和硅酸盐、或者钙和硼离子。相信该遗传应答通过引入负责成骨细胞增殖的遗传级联(genetic cascade)而激活，并随后促进硬组织再生速率增加。

在某些实施方案中，骨修复材料是生物活性玻璃。生物活性玻璃可以是熔融法制备的或溶胶-凝胶法制备的。取决于其组成，生物活性玻璃可结合于软组织、硬组织，或与软硬组织都结合。可调节生物活性玻璃的组成来调整生物活性度。此外，可将硼酸盐添加至生物活性玻璃来控制分解速率。

在一些实施方案中，生物活性玻璃含有二氧化硅和/或硼、以及其它离子例如钠和钙。

某些实施方案涉及包括了悬浮在至少两种非无规聚氧化烯嵌段共聚物的混合物中的生物相容性或生物活性骨修复材料的耐冲洗耐流失骨修复组合物。

某些进一步的实施方案涉及进一步包括了选自由Li、Na、K、Mg、Sr、Ti、Zr、Fe、Co、Cu、Zn、Al、Ag、Ga、P、N、S、F、Cl和I组成的组的至少一种元素的耐冲洗耐流失骨修复组合物。例如，少量的碘、氟或银可提供抗微生物性质，而少量的铜可促进血管发生(即，帮助血管的形成)。

优选的实施方案包括非无规氧化乙烯和氧化丙烯嵌段共聚物作为用于熔融和溶胶-凝胶法制备的生物活性玻璃的载体。复合物在非无规EOPO嵌段共聚物的混合物的1至99％的范围内变化，该非无规EOPO嵌段共聚物的混合物反之为1-99％的生物活性玻璃。组合物可在分子量上变化，并可按10:1直至1:10的比例共混。生物活性玻璃的组成、孔隙率(porosity)和粒径可变化。玻璃的组成可包含0-90％的二氧化硅或0-90％的硼酸以及多种其它元素，包括Li、Na、K、Mg、Sr、Ti、Zr、Fe、Co、Cu、Zn、Al、Ag、Ga、P、N、S、F、Cl和I。玻璃颗粒在尺寸上可从0.01μm变化至5mm。所述实施方案取凝胶、膏剂或蜡状固体在室温下的稠度。

在某些实施方案中，生物活性玻璃是颗粒的形式。生物活性玻璃的组成、孔隙率和粒径可变化。在某些优选的实施方案中，玻璃颗粒在尺寸上可从0.01μm变化至5mm。在某些实施方案中，生物活性玻璃包含0-80％的1000-2000μm生物活性玻璃、0-90％的90-710μm生物活性玻璃和0-90％的32-125μm生物活性玻璃。

示例性的组合物在下列表1中提供：

表1

另外的组合物在下列表2和3中提供：

表2

表3

进一步的示例性组合物在下列表4、5和6中提供：

表4

表5

表6

可用作骨修复材料的各种类型的生物活性玻璃此前在美国专利公开US2014/0079789中描述，在此通过引用将其全部内容引入。

具体地，生物活性玻璃材料可存在有二氧化硅、钠、钙、锶、磷和硼，及其组合。在一些实施方案中，相对于生物活性玻璃的重量，钠、硼、锶和钙可各自以约1％至约99％的量存在于组合物中。在进一步的实施方案中，钠、硼、锶和钙可各自按约1％、约2％、约3％、约4％、约5％、约6％、约7％、约8％、约9％或约10％存在于组合物中。在某些实施方案中，二氧化硅、钠、硼和钙可各自按约5至约10％、约10至约15％、约15至约20％、约20至约25％、约25至约30％、约30至约35％、约35至约40％、约40至约45％、约45至约50％、约50至约55％、约55至约60％、约60至约65％、约65至约70％、约70至约75％、约75至约80％、约80至约85％、约85至约90％、约90至约95％或约95至约99％存在于组合物中。一些实施方案可实质上含有钠、钙、锶和硼的一种或两种，而其它(一种或多种)仅为痕量。术语“约”，当其述及组合物中磷酸钙的存在量时，意指+/-0.5％。即，约5％意指5+/-0.5％。

生物活性玻璃材料可进一步包含硅酸盐、硼硅酸盐、硼酸盐、锶或钙的一种或多种，包括SrO、CaO、P₂O₅、SiO₂和B₂O₃。在某些实施方案中，生物活性玻璃包括约15-45％CaO、约30-70％SiO₂、约0-25％Na₂O、约0-17％P₂O₅、约0-10％MgO和约0-5％CaF₂。

示例性的生物活性玻璃是45S5，其包括46.1摩尔％的SiO₂、26.9摩尔％的CaO、24.4摩尔％的Na₂O和2.5摩尔％的P₂O₅。

示例性的硼酸盐生物活性玻璃是45S5B1，其中45S5生物活性玻璃的SiO₂被B₂O₃代替。

其它示例性的生物活性玻璃包括：包括60摩尔％的SiO₂、36摩尔％的CaO和4摩尔％的P₂O₅的58S，以及包括70摩尔％的SiO₂和30摩尔％的CaO的S70C30。

在本发明的任何这些或其它生物活性玻璃材料中，可用SrO替换CaO。

下列表7中提供的、各元素氧化物形式的重量％在所述范围内的下列组合物，将提供可用于形成生物活性玻璃材料的若干种生物活性玻璃组合物中的一种：

表7

生物活性玻璃可以是疏松的玻璃类纤维的三维可压缩体的形式，其中所述纤维包含一种或多种选自由P₂O₅、SiO₂和B₂O₃组成的组的玻璃形成物。纤维中的一些具有在约100nm和约10,000nm之间的直径，以及至少约10的长度:宽度纵横比。生物活性玻璃的pH可按需调节。

生物活性玻璃颗粒、纤维、筛网或片可进一步包含粘合剂、移植的骨组织、体外生成的骨组织、胶原、磷酸钙、稳定剂、抗生素、抗菌剂、抗微生物剂、药物、色素、X-射线造影剂(X-ray contrast media)、填料和其它有助于生物活性玻璃向骨移植的材料的任一种或多种。

生物活性玻璃所释放的二氧化硅和/或钙离子可提高骨激发性基因的表达。二氧化硅和/或钙离子也可增加与此类骨激发性基因相关的蛋白质的量和功效。在若干实施方案中，骨修复材料是骨激发性的，并可带来供硬组织修复和再生的关键的离子浓度，而无需任何治疗性材料或治疗剂。在一些实施方案中，骨修复材料是45S5生物活性玻璃。45S5生物活性玻璃在尺寸上可从1微米至5毫米变化。生物活性玻璃可以是约1-5微米、约5-15微米、约15-50微米、约50-200微米、约200-1,000微米、约1-2毫米、约2-3毫米、约3-4毫米或约4-5毫米。

在一些实施方案中，生物活性玻璃颗粒的直径在约1微米和约2,000微米之间。

在一些实施方案中，骨修复材料是包含钙盐和二氧化硅的组合物。二氧化硅的形式是吸附在钙盐表面上的无机硅酸盐。二氧化硅没有掺入钙盐的结构之内。组合物可以是生物活性的。这些和其它骨修复材料在美国专利公开US 2013/0330410中描述，在此通过引用将其全部内容引入。

在一些实施方案中，骨修复材料是包含悬浮的自体移植骨颗粒和悬浮的生物活性玻璃颗粒的组合物。类似的骨修复材料在2012年5月3日提交的美国临时专利申请61/641,961中描述，在此通过引用将其全部内容引入，以及在2012年4月12日提交的美国临时专利申请61/623,357中描述，在此通过引用将其全部内容引入。

悬浮的生物活性玻璃颗粒可包含SiO₂。可选地，悬浮的生物活性玻璃颗粒可包含P₂O₅、PO₃或PO₄。悬浮的生物活性玻璃颗粒也可包含B₂O₃。在一些实施方案中，悬浮的生物活性玻璃颗粒可包含40-60％的SiO₂、10-20％的CaO、0-4％的P₂O₅和19-30％的NaO。悬浮的生物活性玻璃颗粒可进一步包含选自由羟基磷灰石和磷酸三钙组成的组的载体。

生物活性玻璃颗粒可在包含有血液、经穿刺的骨髓液(bone marrow aspirate)、骨形态发生蛋白质、富血小板血浆和成骨蛋白质中的一种或多种的溶液中预处理。

在多个实施方案中，生物活性玻璃颗粒可不包括任何实质量的聚合物。

在一些实施方案中，骨修复材料可以是用糖胺聚糖涂覆的生物活性玻璃，其中糖胺聚糖结合于生物活性玻璃。这种或其它骨修复材料在美国专利公开US 2014/0079789中描述，在此通过引用将其全部内容引入。糖胺聚糖可借助离子键或共价键结合至生物活性玻璃。糖胺聚糖可以是肝素、硫酸乙酰肝素、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸角质素或透明质酸(hyaluronic acid,HA)。

在某些其它实施方案中，骨修复材料可包括表面固定化肽，如此前在2014年4月3日提交的美国临时申请61/974,818中所述，在此将其全部引入。

在一些进一步的实施方案中，骨修复材料是包含大型生物活性玻璃颗粒和小型生物活性玻璃颗粒的双峰生物活性玻璃组合物。大型生物活性玻璃颗粒具有大致球形和在约90微米和约2,000微米之间的平均直径。小型生物活性玻璃颗粒具有大致球形和在约10微米和约500微米之间的平均直径。

在一些实施方案中，骨修复材料是包含大型生物活性玻璃颗粒、中型生物活性玻璃颗粒和小型生物活性玻璃颗粒的三峰生物活性玻璃组合物。大型生物活性玻璃颗粒具有大致球形和在约500微米和约5,000微米之间的平均直径。中型生物活性玻璃颗粒具有大致球形和在约90微米和约710微米之间的平均直径。小型生物活性玻璃颗粒具有大致球形和在约1微米和约125微米之间的平均直径。

在任何上述实施方案中，小型生物活性玻璃纤维可添加至骨修复材料中。小型生物活性玻璃纤维具有小于2毫米的直径。相对于生物活性玻璃的总重量，可存在上至40重量％的小型生物活性玻璃纤维。在多个实施方案中，小型生物活性玻璃纤维对生物活性玻璃的总重量的重量比可为0-10％、0-5％、5-10％、5-15％、10-15％、10-20％、15-20％、15-25％、20-25％、20-30％、25-30％、25-35％、30-35％、30-40％或35-40％。小型生物活性玻璃纤维对生物活性玻璃的总重量的重量比可为约1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％或40％。

在一些实施方案中，存在的生物活性玻璃的任何子集，例如生物活性玻璃颗粒和/或小型生物活性玻璃纤维可按Verne等人(Verne等人，“Surface functionalization ofbioactive glasses,”J.Biomed.Mater.Res.A.,90(4):981-92(2009))的描述用硅烷来涂覆。硅烷或其它功能性涂覆可接下来使得例如BMP-2等蛋白质结合在生物活性玻璃上。

在一些实施方案中，存在的生物活性玻璃的任何子集，例如生物活性玻璃颗粒和/或小型生物活性玻璃纤维，可有附加的硅酸盐链存在于其上。附加的硅酸盐链可允许生物活性玻璃颗粒和纤维在彼此之间以及与泊洛沙姆上的EO和PO基团相互作用。这些相互作用的效果可以是降低填料的表面积、增加树脂需求，以及允许更高的填料负载。

在一些实施方案中，存在的生物活性玻璃的任何子集，例如生物活性玻璃颗粒和/或小型生物活性玻璃纤维，可有附加的羟基三乙氧基硅烷涂覆在玻璃上。这些硅烷中的一些可从Gelest,Inc.获得。例如，玻璃可用羟基(聚乙烯氧基)丙基三乙氧基硅烷涂覆。此外，玻璃可用对于在涂覆的玻璃和EO/PO载体之间产生相互作用有效的其它有机取代的乙氧基-和甲氧基-硅烷涂覆。

在任何上述实施方案中，耐冲洗耐流失骨修复组合物可用注射器在环境温度下施涂。在37℃下向骨或体内的其它部位施涂之后，骨修复组合物将硬化并具有实质上更低的从施涂部位移走的趋势。

更粘滞的骨修复组合物可通过将组合物涂抹在骨缺损处或附近的部位而施涂。可选地，更粘滞的骨修复组合物可按珠粒的形式挤出到该部位上。

某些实施方案涉及使用耐冲洗耐流失骨修复组合物来处理例如骨等硬组织的方法。

某些其它的实施方案涉及用于处理具有骨缺损的骨的方法，所述方法包括用上述任何实施方案的耐冲洗耐流失骨修复组合物在骨缺损处或附近的部位接触骨。

可采取任意上述材料或方法来处理任意数目的骨缺损。因此，某些进一步的实施方案涉及用于处理具有骨缺损的骨的方法，所述方法包括将上述任一实施方案的耐冲洗耐流失骨修复组合物放置在骨间隙或骨缺损的部位。

骨缺损可包括需要修复的骨结构破坏，或可为骨当中的间隙，或由缺乏足够的骨再生引起。骨缺损可以是空隙，其理解为包括间隙、空腔、孔洞或其它骨或关节结构完整性的实质性破坏在内的三维缺损。骨缺损也可是骨折。骨缺损也可在口腔骨缺损的情况中产生。骨缺损的不同类型对本领域技术人员是显而易见的。间隙可为至少2.5cm并且通常在3-4cm的范围。尺寸足够大，以至于自发的修复不太可能发生和/或完成。示例性的骨缺损包括肿瘤切除、新鲜骨折、颅面畸形、脊柱融合及骨盆中的骨流失等。

本发明的各种实施方案对矫形外科和脊柱处置特别有用，这是因为当材料加热至体温时将变得更加固化而使得材料将稳定并保持更好的结构。

某些进一步的实施方案涉及用于处理具有骨缺损的骨的方法，所述方法包括将上述任一实施方案的耐冲洗耐流失骨修复组合物放置在骨间隙或骨缺损处。

在一些实施方案中，任何上述材料或方法可与自体移植骨碎片(autograft bonechips)组合，用于放置在骨缺损上或其附近。材料可以是悬浮有自体移植骨碎片的室温下的液体或凝胶。一旦放置在骨缺损处或附近，材料将在自体移植骨碎片周围固化，并起到防止自体移植骨碎片从手术伤口移走的作用。

在一些实施方案中，任何上述材料或方法可与含有同种异型或异种骨矿物质的颗粒组合，用于放置在骨缺损上或附近。材料可以是悬浮有颗粒的室温下的液体或凝胶。一旦放置在位于骨缺损处或其附近的手术伤口处，材料将在颗粒周围固化，并起到防止颗粒从手术伤口移走的作用。

在本发明的各种实施方案中，骨修复材料是全合成的。使用此类骨修复材料的优点包括实质上消除疾病传播的所有风险。

在本发明的各种实施方案中，骨修复材料不是天然的骨材料或合成的骨材料。

进一步的实施方案涉及一种器械套装，所述器械套装包含了包括生物相容性或生物活性骨修复材料、以及至少一种非无规聚氧化烯嵌段共聚物和至少一种除了非无规聚氧化烯嵌段共聚物以外的表面活性剂的混合物在内的耐冲洗耐流失骨修复组合物。除了非无规聚氧化烯嵌段共聚物以外的非离子表面活性剂或类似材料选自由脂肪醇(例如硬脂醇)、烷氧基化醇(例如Ecosurf LF 45)、烷氧基化烷基酚(例如Triton X-100)、烷氧基化脂肪酰胺(例如聚乙氧基化牛油脂肪胺)、烷氧基化脂肪酯(例如PEG 400单硬脂酸酯)、烷氧基化脂肪醚(例如聚乙二醇月桂基醚(Brij L23))、烷氧基化脱水山梨醇酯(例如Span85(脱水山梨醇三油酸酯))、烷氧基化脱水山梨醇酯(例如聚山梨醇酯20和聚山梨醇酯80，也称为Tween20和Tween 80)、脂肪酸酯或多元醇酯(例如单硬脂酸甘油酯、PEG椰油甘油三酯)、聚亚烷基二醇(例如PEG 400和PEG 600)组成的组。除了非无规聚氧化烯嵌段共聚物以外的表面活性剂的具体实例包括脱水山梨醇三硬脂酸酯、聚山梨醇酯20、聚山梨醇酯80、聚氧乙烯7椰油、甘油酯、PEG 400单硬脂酸酯、PEG 2000单甲醚和PEG 400二硬脂酸酯。组合物中至少一种表面活性剂具有高于室温、并且更加优选高于体温的熔点。可使用其它合适的表面活性剂材料。

进一步的实施方案涉及一种器械套装，所述器械套装包含了包括生物相容性或生物活性骨修复材料、以及至少两种非无规聚氧化烯嵌段共聚物的混合物在内的耐冲洗耐流失骨修复组合物。

器械套装可进一步包括推注枪(dispensing gun)、注射器、夹壳或其它合适的输送装置以及辅助附件。具体地，参照图1和2A-B，示出了可包括在器械套装内的示例性的推注枪100、适配器110、柱塞120(亦参见图3)、(一条或多条)管130(亦参见图5A和5B)、盖(caps)140和匹配的出口尖头(可选；图4A和图4B)。耐冲洗耐流失骨修复组合物可存放在(一条或多条)管130中作为器械套装的一部分(图5A)。用于输送其它材料的示例性的器械套装，例如生物活性合成植骨膏剂当前按(生物活性合成植骨膏剂MIS筒式输送系统(Bioactive Synthetic Bone Graft Putty MIS CartridgeDelivery System)，NovaBone Products,LLC,Alachua,Fla)出售。

参照图2A-B，推注枪100可包括外盖(cover)150、卡锁160、杆170和手柄180(图2B)。适配器110(亦示于图2A)可在开口111处插入推注枪中。柱塞(未示出)可穿过枪前部插入，并通过枪后部的开口190而得以推动。

图3描绘了包括面向上方的梯度刻度的示例性柱塞120。

图4A-B描绘了供与推注枪一起使用的示例性的出口尖头。出口尖头可以是直型的(图4A)或者呈一角度(图4B)。

图5A是用耐冲洗耐流失骨修复组合物填充的管的图片；图5B是供与器械套装、特别是与上述输送枪一起使用的示例性的管的图示。管具有沿着其全长实质上恒定的内径，使得出口具有与管的其余部分实质上相同的内径。

可选地，可包括“Y”连接件、鲁尔注射器(luer syringe)和管连接件，从而协助生物制剂的同时输送并在运输期间保持位置(如图9所示)。

器械套装的组件可打包并按器械套装出售。器械套装的组件可卡合于包装的(内)托盘(tray)内，并且可将保持件放置在器械套装的组件上，从而在运输期间保持组件的位置。内托盘可支持上至4根预充填有耐冲洗耐流失骨修复组合物并盖封各端部的管。内托盘也可含有用于放置匹配的出口尖头、“Y”连接件、管连接件、注射器和抽骨髓针(aspirationneedle)的模槽(cavity)。

内托盘可用盖子(lid)密封，并放置在同样用盖子密封的外托盘中。为了在医疗应用中使用，将密封的托盘辐射灭菌。然后可将密封的托盘放置在盒中。

临用前，可将器械套装放在手术室，打开外托盘。内托盘由无菌技术员除去，并放置在无菌场所中。

在无菌场所中打开内托盘，并通过将柱塞120的指状抓握件(梯度刻度200面向上方，而齿面向下方)穿过枪100前部的开口而插入、并推动柱塞穿过枪的后部直至柱塞的活塞端部在枪中完全就位，来装配推注枪(见图6A、7和8)。然后将适配器110插入枪100的前部。下一步从内托盘取出预充填的管。从预充填的管除去一个盖。将管穿入适配器，并从管上除去另一个盖(图6B)。可选地，出口尖头可放置在管的末端来引导移植材料的流动。

设备的出口尖头可置于手术伤口内。按压枪的扳机时，柱塞向前用棘轮推动来将植骨材料传递至手术伤口内。推注枪包括手柄，其中通过按压与柱塞的齿咬合的扳机，使滑块向前移动，向前推动活塞，从管中移出材料。通过向上推动推注枪后部的杆而手动松开扳机，使柱塞拉回至开始位置。可将第一根管从适配器除去，而将另外的管按照需要穿到位。

另外的实施方案包括更改适配器来供两根管附接，并且柱塞从单个活塞改为具有每当扳机压缩就同时移动的两个活塞的一个柱塞。随后，柱塞通过静态混合器将材料从两根管中分配，从而在注射入手术伤口期间协助将生物或药物材料添加至非固化植骨材料中。本发明的任何上述方面和实施方案可处于可注射形式。可借助例如注射器等进行注射。当以凝胶或液体式注射入骨间隙或骨缺损中时，组合物特别有用。当置于骨间隙或骨缺损上或其附近处时，注射的凝胶或液体此后将在体温下固化。

可选的实施方案

某些实施方案涉及包含了生物相容性或生物活性骨修复材料、以及至少两种非无规聚氧化烯嵌段共聚物的混合物的耐冲洗耐流失骨修复组合物。在骨修复组合物中，聚氧化烯嵌段共聚物是泊洛沙姆聚合物。在组合物中，聚氧化烯嵌段共聚物选自由泊洛沙姆407、泊洛沙姆124、泊洛沙姆188、泊洛沙姆237和泊洛沙姆338组成的组。在组合物中，相对于骨修复组合物的重量，至少两种聚氧化烯嵌段共聚物的混合物的重量比是1％-99％。在组合物中，相对于骨修复组合物的重量，至少两种聚氧化烯嵌段共聚物的混合物的重量比是1％-20％。在组合物中，相对于骨修复组合物的重量，至少两种聚氧化烯嵌段共聚物的混合物的重量比是20％-30％。在组合物中，相对于骨修复组合物的重量，至少两种聚氧化烯嵌段共聚物的混合物的重量比是30％-40％。在组合物中，相对于骨修复组合物的重量，至少两种聚氧化烯嵌段共聚物的混合物的重量比是40％-50％。在组合物中，相对于骨修复组合物的重量，至少两种聚氧化烯嵌段共聚物的混合物的重量比是50％-60％。在组合物中，相对于骨修复组合物的重量，至少两种聚氧化烯嵌段共聚物的混合物的重量比是60％-70％。在组合物中，相对于骨修复组合物的重量，至少两种聚氧化烯嵌段共聚物的混合物的重量比是70％-80％。在组合物中，相对于骨修复组合物的重量，至少两种聚氧化烯嵌段共聚物的混合物的重量比是80％-99％。在组合物中，骨修复组合物包含两种聚氧化烯嵌段共聚物，并且第一种聚氧化烯嵌段共聚物的重量比相对于第二种聚氧化烯嵌段共聚物的重量比是约1％对99％。在组合物中，骨修复组合物包含两种聚氧化烯嵌段共聚物，并且第一种聚氧化烯嵌段共聚物的重量比相对于第二种聚氧化烯嵌段共聚物的重量比是约50％对50％。在组合物中，骨修复组合物包含两种聚氧化烯嵌段共聚物，并且第一种聚氧化烯嵌段共聚物的重量比相对于第二种聚氧化烯嵌段共聚物的重量比是约99％对1％。组合物是骨传导性的。组合物是骨激发性的。在组合物中，骨修复材料是生物活性玻璃或陶瓷。在组合物中，生物活性玻璃是熔融法制备的生物活性玻璃或溶胶-凝胶法制备的生物活性玻璃。在组合物中，生物活性玻璃处于颗粒的形式。在组合物中，生物活性玻璃颗粒包含SiO₂。在组合物中，生物活性玻璃颗粒包含P₂O₅、PO₃或PO₄。在组合物中，生物活性玻璃颗粒包含B₂O₃。在组合物中，生物活性玻璃颗粒包含约15-45％的CaO、约30-70％的SiO₂、约0-25％的Na₂O、约0-17％的P₂O₅、约0-10％的MgO和约0-5％的CaF₂。可选地，在组合物中，生物活性玻璃颗粒包含约45％的SiO₂、约24.5％的CaO、约6％的P₂O₅和约24.5％的Na₂O。在组合物中，生物活性玻璃颗粒的尺寸在从约0.01μm至约5mm的范围内。在组合物中，生物活性玻璃含有0-80％的1000-2000μm生物活性玻璃、0-90％的90-710μm生物活性玻璃和0-90％的32-125μm生物活性玻璃。在组合物中，骨修复材料是用糖胺聚糖涂覆的生物活性玻璃的一种或多种颗粒，其中糖胺聚糖结合于生物活性玻璃。在组合物中，糖胺聚糖借助离子键与生物活性玻璃结合。在组合物中，糖胺聚糖借助共价键与生物活性玻璃结合。在组合物中，糖胺聚糖选自由肝素、硫酸乙酰肝素、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸角质素和透明质酸组成的组。骨修复组合物进一步包含选自由Li、K、Mg、Sr、Ti、Zr、Fe、Co、Cu、Zn、Al、Ag、Ga、P、N、S、F、Cl和I组成的组的至少一种元素。在组合物中，生物活性玻璃颗粒在包含有血液、骨髓、骨髓浓缩物、骨形态发生蛋白质、富血小板血浆和成骨蛋白质中的一种或多种的溶液中预处理。在组合物中，用于预处理的蛋白质选自由WP9QY(W9)、OP3-4、RANKL、B2A、P1、P2、P3、P4、P24、P15、TP508、OGP、PTH、NBD、CCGRP、W9、(Asp)₆、(Asp)₈和(Asp,Ser,Ser)₆组成的组以及它们的混合。组合物处于膏剂、糊剂、凝胶或蜡状固体的形式。当植入手术伤口时，组合物保持位置，而且在冲洗手术伤口时不流失。骨修复组合物用于处理骨缺损或骨间隙。骨修复组合物用于硬组织的再生。

某些其它实施方案涉及包括上文直接描述的组合物与水、生理盐水、血液或经穿刺的骨髓液(Bone Marrow Aspiration,BMA)混合的耐冲洗耐流失膏剂或糊剂。

某些进一步的实施方案涉及用于处理具有间隙或缺损的骨的方法，其包括使用上文直接描述的骨修复组合物，在骨缺损部位或其附近接触骨。

某些进一步的实施方案涉及包含至少一根装有上述骨修复组合物的管、推注枪、适配器，以及可选地至少一个出口尖头的器械套装。在器械套装中，包含骨修复组合物的管是盖封的。器械套装进一步包含注射器。器械套装进一步包含“Y”连接件、管连接件和抽骨髓针针的至少之一。

实施例1

用于骨修复的泊洛沙姆涂覆的生物活性玻璃颗粒

如下列表8所述，骨修复组合物通过将两种不同的泊洛沙姆与生物玻璃颗粒混合来制备。

表8

实施例2

研究的目的是在兔股骨髁模型中比较膏剂和耐冲洗耐流失基质原型的功效。通过定性和定量组织学分析，在兔远侧股骨模型中以临界大小的缺损来比较材料。初步试验时间是6周。

6只NZW兔经历双侧手术，在远侧股骨髁造成临界大小的缺损。在3只动物中，一条腿接受原型装置(试验品)的一种，并且对侧接受膏剂(对照品)。在剩余的3只动物中，一条腿接受原型装置(试验品)的一种，并且对侧接受不同的原型配件(device)(试验品)。术后39天处死动物并进行尸体剖检。处死时，对所有移植部位和局部淋巴结进行缺损填充和反应性的大致检查。对于剩余的植骨材料和局部淋巴结，通过标准组织学方法评价任意系统毒性。

试验品和对照品以及操作安排：

对照品：NovaBone膏剂

试验品：原型A(EOPO膏剂)

试验品：原型B(含HA的EOPO膏剂)

试验品：原型C(含HA的NovaBone膏剂)

操作的安排在下列表9中概述：

方法：

在手术操作当天，在手术之前即刻将操作部位以及用于芬太尼贴片(fentanylpatch)放置的区域备皮。在进行手术操作当天，诱导麻醉之前2至6小时之间禁食。手术操作的准备中记录术前重要事项，包括粘膜颜色、心率、呼吸频率和体温。对于每只动物，也在手术操作中按约15分钟的间隔以及在手术后按约30分钟的间隔监测重要体征。如下所述给予动物预麻醉以及通过面罩给予常规麻醉。一旦转移至手术台，动物置于仰卧体位，无菌地准备腹部，并以无菌方式铺巾。

手术操作：

按编号顺序选择动物来手术。由于持续时间短，手术操作期间没有提供补充温热。通过用70％异丙醇饱和、用聚维酮碘手术搽剂(surgical scrub)洗涤、用无菌盐水清洗、再次用聚维酮碘手术搽剂洗涤、用无菌盐水清洗、并用外用聚维酮碘溶液涂敷来准备手术伤口。

所有动物经历相同的手术操作。在股骨髁内侧上方作皮肤切口，以暴露股骨的远端侧面。切开骨膜，使用钻头直径从2增加至6mm顺次加大的系列手钻(manual drill)，在冠状面造成横向手术缺损。缺损的最终直径是6mm。缺损约10mm深，从外侧皮质延伸到内侧皮质壁。根据需要施用生理盐水冲洗以从伤口去除任何的残片。

造成缺损之后，实施最后的盐水清洗，以除去任何残余的微粒物质，并塞入纱布来使骨缺损变干。除去纱布，用约0.3至0.4cc适当的移植材料植入该部位。在将材料塞入缺损时加以注意，避免过度压迫。小心确保植入物与切割骨的内侧和近侧边缘之间适当的接触。

为了消除可吸收缝合材料潜在的混淆效果，使用非吸收性缝合线(具有FS-1针头的3.0Ethilon)，在关节囊、内部肌肉组织和皮肤上进行多层缝合。

手术后护理：

(a)强化监护(Intensive Care Monitoring)：

手术后皮下给予一包20mL的乳酸林格氏液。通过以大约30分钟的间隔监测重要体征来进行手术后监测。动物从麻醉中恢复时，将动物置于加热垫上来帮助升高体温。一旦动物采取俯卧(sternal recumbence)，将动物放回其居住笼。为了在最初的恢复时期使手术伤口和动物本身的应激最小化，出于高度谨慎，直至第3天才将动物从其笼中取出。

(b)手术后每天对总体健康的观察：

手术操作后，接下来至少10天每天观察动物。此外，密切监测兔的疼痛、神经系统并发症和行走功能。10天之后按下文描述来进行动物观察。

(c)手术切口部位观察：

手术后接下来至少10天每天观察手术切开部位的伤口愈合和感染迹象。观察切口部位的肿胀、排出物或伤口裂开和/或脓肿。

(d)手术后麻醉：

通过施涂遮盖了一半药输送面的25μg/小时的贴片，获得每小时12.5μg芬太尼的剂量。为提供手术后麻醉在手术前将贴片施涂至各只兔的背侧表面直至第3天为止。将Tegaderm^TM放置在贴片上来确保粘合。手术后将伊丽莎白项圈(Elizabethan collar)放置在动物上来保护贴片。手术操作之后3天，将贴片和项圈除去。

(e)手术后抗生素

没有提供预防性的手术后抗生素。然而，手术后向切口部位局部施涂一次卡文龙(Cavilon)喷雾。如果在任何动物上观察到感染的迹象，遵照兽医指示处理该动物。

(f)拆线

术后12天除去皮肤缝线。

结果

(a)临床动物观察：

手术后为期10天的每天观察结束后，每天(包括周末和节假日)中午之前进行笼边观察。这些观察确认动物的总体健康和活力，记录食物和水的利用度，并包括食物饮水摄入和尿/粪便排出的定性评估。

所有的兔存活至计划的终点。

在每日笼边观察期间没有记录到不利的发现或观察。总体上，在研究进程期间动物增重或表现出正常的较小的体重波动。

对所有动物的手术前的检查，包括粘膜颜色、心率、呼吸频率和体温，都在可接受范围内(见下表)，但例外的是，有两只动物的呼吸频率比最大目标值高，以及有三只动物的体温比目标最低值稍低。

表10：重要体征的目标值/范围

重要体征	目标值
		粘膜颜色	粉红
毛细血管再充盈时间	2秒
		心率	每分钟130-325次
呼吸频率	每10秒钟4-10次呼吸
		血氧饱和度	90％
体温	38-40℃

在呼吸频率高于最大目标值的两起事例中，在手术操作期间记录数据时这些测量值在范围之内。在体温低的事例中，数值与本研究中其它很多动物相似，而且当在手术操作期间的第一间隔记录测量时数值更高，鉴于体温通常随着麻醉给药而降低，表明手术前体温可能是假象。当手术操作推进时，所有动物的体温降低，并且在手术后的恢复中体温通常在送达时的范围之外，然而心率、呼吸频率、血氧饱和度和粘膜颜色保持在可接受的范围内。

(b)尸体剖检

在术后39天，使动物安乐死并进行尸体剖检。兔用氯胺酮/甲苯噻嗪麻醉，并用心内剂量至少150mg/kg的巴比妥钠安乐死。

对各只动物的尸体剖检观察限于各给药部位(股骨)和周围结构以及左侧和右侧腘淋巴结。对缺损部位和周围结构总体评价愈合、和炎症或感染迹象。对局部组织结构，包括邻近的滑膜衬里和关节表面，检查其炎症或颗粒碎片的存在。没有发现炎症/感染的迹象。没有观察到颗粒碎片。在用于收集的操作手册没有指明的组织/器官中没有发现肉眼损害。

收集给药部位(股骨)以及左侧和右侧腘淋巴结，分别保持，环境温度下贮存在10％中性缓冲甲醛液中。股骨在手术伤口近端修整。

(c)组织学：

对所有植入部位：外源的植入材料可见，伴随见到纤维化和/或巨细胞，并包含骨小梁(bony trabeculae)且由其环绕。

血细胞生成增加，尤其在含HA的植入物的骨髓腔内；并且红细胞生成稍微更突出，虽然亦见很多骨髓样成分。例外是EOPO＝HA 13-0082-06L。与对照膏剂(PUTTY)相比，EOPO组中血细胞生成似乎高一个强度级。

在PUTTY组，植入部位中未见唯一炎症灶，而且围绕外源材料的炎症与植入材料一致，这解释为对缺乏见于更成熟的植入物的纤维化和骨小梁的植入物的更早的反应。

详细的组织学结果在下列表11中描述，并示于图10。

总结：

总体上，在研究进程期间动物增重或表现出正常的较小的体重波动。

在术后进行的每日笼边观察期间没有记录到不利的发现或观察。术后39天动物安乐死并进行尸体剖检。所有动物存活至计划的终点。处死时，总体检查所有移植部位的缺损填补。对于剩余的植骨材料和局部淋巴结，通过标准组织学方法评价任意系统毒性。尸体剖检中未见总体观察。

实施例3：

耐冲洗耐流失基质(irrigation resistant matrix,IRM)由不同量的直径变化的生物玻璃、泊洛沙姆124、泊洛沙姆407和透明质酸钠组成。此研究考察改变直径变化的生物玻璃和泊洛沙姆比例的效果。混合19个样品后，进行压缩和耐久性试验。

本研究的目的是考察改变IRM中不同直径的生物玻璃和泊洛沙姆的比例的效果，并观察所得的样品是否在压缩和耐久性试验下表现良好。

样品在不同直径的生物玻璃和泊洛沙姆的添加量上变化。*HA没有向任何样品中添加。

表12提供试验的组合物。

表12：IRM样品的玻璃和泊洛沙姆的量：

试验设备描述

i.IRM压缩试验

ii.力/位移由Shimadzu机械力试验仪测定

IRM耐久性试验

样品在小烧杯中浸没于PBS中，置于培养振动器中。试验在R&D分析实验室中，25至28℃之间的环境条件下进行。

压缩试验：力/位移的值从力达到1牛顿后开始的0-4.0mm的位移值测定。

耐久性试验：耐久性试验之后，创建量表(scale)来评价IRM。

试验步骤：

压缩试验：

a)称取7.5g IRM样品。

b)将样品置于10cc注射器中。将IRM模压入圆筒，并使用压缩气体喷雾罐从注射器中排气。

c)将IRM圆筒置于Shimadzu机械力试验仪中。

d)记录力/位移(即压缩图表中从0-4mm的斜率)

耐久性

a)样品浸没在250cc烧杯中的PBS中，并静置5分钟。

b)烧杯置于培养振动器中，室温下300rpm，3分钟。

c)一旦循环结束，从烧杯中取出样品。向各样品分配评级。

样品6-10通过在添加至泊洛沙姆之前将这些样品用的所有生物玻璃混合在一起而制备。

评价

当总位移等于10mm时，压缩试验结束。在压缩试验的情形中，没有IRM样品用的接受标准(acceptance criterion)。

耐久性试验在三分钟的振动完成后结束。振动循环之后立即拍摄各样品的照片。如果IRM保持球形或在评级量表中至少得4分，则样品是可接受的。

结果

图11示出样品1-19的压缩和耐久性结果。对于IRM样品，刚性值有宽的差异。对照样品(样品15-19)没有比实验组更高或更低的值。

图12示出样品1-19(样品与表9对应)的耐久性试验。样品2、3和8是仅有的耐久性试验失败的样品。重复试验，以及在如下的评级量表中，样品2和4分配得2，且样品3分配得1。

讨论

生物玻璃百分比和泊洛沙姆百分比的变化造成IRM物理性质上的大量变化。可能在较高的力/位移值和较好的耐久性试验性能之间有相关性。这个理论是由耐久性试验失败的样品倾向于具有较低的力/位移值这一事实提出的。耐久性试验失败的样品具有0.1475-0.3871N/mm范围的力/位移值，而所有样品具有0.1475-1.6854N/mm的范围。

结论

某些配方可能根据即将的应用而比其它更优选。如果IRM用在例如注射器中，可使用具有更低的力/位移值的更可成型的样品。对于可能需要IRM被迅速重吸收入身体的应用，可使用较小直径生物玻璃的配方。

纵观本说明书，给出了本发明优选和可选的实施方案的各种提示。然而，上文的详细描述应当作说明性的，而不是限制性的，并且本发明不限于提供的实施方案的任何一个。应理解，意图限定本发明精神和范围的是所附权利要求，包括所有等同方式。

Claims (21)

1.一种耐冲洗耐流失骨修复组合物，其包括：

生物活性玻璃，所述生物活性玻璃为颗粒的形式并且为包含大型生物活性玻璃颗粒、中型生物活性玻璃颗粒和小型生物活性玻璃颗粒的三峰生物活性玻璃组合物，大型生物活性玻璃颗粒具有大致球形和在1000微米和2,000微米之间的平均直径，中型生物活性玻璃颗粒具有大致球形和在90微米和710微米之间的平均直径，小型生物活性玻璃颗粒具有大致球形和在32微米和125微米之间的平均直径，

以及两种非无规聚氧化烯嵌段共聚物和至少一种除了非无规聚氧化烯嵌段共聚物以外的非离子表面活性剂的混合物，其中所述两种非无规聚氧化烯嵌段共聚物为泊洛沙姆407和泊洛沙姆124，

其中所述除了非无规聚氧化烯嵌段共聚物以外的非离子表面活性剂选自由脱水山梨醇三硬脂酸酯、聚山梨醇酯20、聚山梨醇酯80、聚氧乙烯7椰油、甘油酯、PEG 400单硬脂酸酯、PEG 2000单甲醚和PEG 400二硬脂酸酯组成的组中。

2.根据权利要求1所述的骨修复组合物，其中所述混合物的重量相对于所述骨修复组合物的重量之比为1%-99%。

3.根据权利要求1所述的骨修复组合物，其中所述混合物的重量相对于所述骨修复组合物的重量之比为1%-20%；或者所述混合物的重量相对于所述骨修复组合物的重量之比为20%-30%；或者所述混合物的重量相对于所述骨修复组合物的重量之比为30%-40%；或者所述混合物的重量相对于所述骨修复组合物的重量之比为40%-50%；或者所述混合物的重量相对于所述骨修复组合物的重量之比为50%-60%；或者所述混合物的重量相对于所述骨修复组合物的重量之比为60%-70%；或者所述混合物的重量相对于所述骨修复组合物的重量之比为70%-80%；或者所述混合物的重量相对于所述骨修复组合物的重量之比为80%-99%。

4.根据权利要求1所述的骨修复组合物，其中所述聚氧化烯嵌段共聚物的重量比相对于所述至少一种非离子表面活性剂的重量比是1%对99%；或者所述聚氧化烯嵌段共聚物的重量比相对于所述至少一种非离子表面活性剂的重量比是50%对50%；或者所述聚氧化烯嵌段共聚物的重量比相对于所述至少一种非离子表面活性剂的重量比是99%对1%。

5.根据权利要求1所述的骨修复组合物，其中所述组合物是骨传导性的；或者所述组合物是骨激发性的。

6.根据权利要求1所述的骨修复组合物，其中所述生物活性玻璃是熔融法制备的生物活性玻璃或溶胶-凝胶法制备的生物活性玻璃。

7.根据权利要求1所述的骨修复组合物，其中所述生物活性玻璃颗粒含有15-45%的CaO、30-70%的SiO₂、0-25%的Na₂O、0-17%的P₂O₅、0-10%的MgO和0-5%的CaF₂。

8.根据权利要求1所述的骨修复组合物，其中所述生物活性玻璃颗粒含有45%的SiO₂、24.5%的CaO、6%的P₂O₅和24.5%的Na₂O。

9.根据权利要求1所述的骨修复组合物，其中所述生物活性玻璃含有0-80%的1000-2000μm生物活性玻璃、0-90%的90-710μm生物活性玻璃和0-90%的32-125μm生物活性玻璃。

10.根据权利要求1所述的骨修复组合物，其中所述生物活性玻璃是一种或多种用糖胺聚糖涂覆的生物活性玻璃的颗粒，其中所述糖胺聚糖与所述生物活性玻璃连接。

11.根据权利要求10所述的骨修复组合物，其中所述糖胺聚糖选自由肝素、硫酸乙酰肝素、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸角质素和透明质酸组成的组中。

12.根据权利要求1所述的骨修复组合物，其进一步含有选自由Li、K、Mg、Sr、Ti、Zr、Fe、Co、Cu、Zn、Al、Ag、Ga、P、N、S、F、Cl和I组成的组的一种或多种元素。

13.根据权利要求1所述的骨修复组合物，其中所述生物活性玻璃颗粒在含有一种或多种以下物质的溶液中进行了预处理：血液、骨髓、骨髓浓缩物、骨形态发生蛋白质、富血小板血浆和成骨蛋白质。

14.根据权利要求1所述的骨修复组合物，其中所述组合物为膏剂、糊剂、凝胶或蜡状固体的形式。

15.根据权利要求1所述的骨修复组合物，其中当所述组合物植入手术伤口处时，所述组合物保持原位置并且在冲洗和有血流出所述手术伤口处时不会流失。

16.一种耐冲洗耐流失膏剂或糊剂，其包括混合有水、生理盐水、血液或经穿刺的骨髓液的根据权利要求1所述的组合物。

17.根据权利要求1所述的骨修复组合物，其中所述组合物用于处理骨缺损或骨间隙；或者所述组合物用于硬组织的再生。

18.根据权利要求1所述的组合物在制备用于处理具有间隙或缺损的骨的方法的药物中的用途，所述方法包括将所述骨在骨缺损部位或其附近与根据权利要求1所述的骨修复组合物接触。

19.一种器械套装，其包括：

至少一根装有根据权利要求1所述的骨修复组合物的管，

一把推注枪，

一个适配器，和

可选地，至少一个出口尖头。

20.根据权利要求19所述的器械套装，其中装有所述骨修复组合物的所述管是盖封的。

21.根据权利要求19所述的器械套装，其中所述器械套装进一步包括注射器；和进一步包括“Y”连接件、管连接件和抽骨髓针的至少之一。