CN1829543A - 新的骨替代组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及能在体内体液中硬化的可注射骨盐替代材料组合物，该组合物包含与水成液混合的至少一种磷酸钙组分和至少一种硫酸钙组分的干混合物以及至少一种加速剂，其中所述的至少一种硫酸钙组分为粒状硬化硫酸钙，它具有指定的粒径以使组合物具有可注射性能。本发明还涉及由该组合物产生的骨盐替代材料及其方法和应用。
Description
技术领域
本发明涉及用于人工骨盐替代材料的组合物以及由其生产的骨盐替代材料。更确切地说，本发明涉及能在体内体液中硬化的可注射骨盐替代材料组合物，该组合物包含与水成液混合的至少一种磷酸钙组分和至少一种硫酸钙组分的干混合物以及至少一种加速剂，其中所述的至少一种硫酸钙组分为粒状硬化硫酸钙，它具有指定的粒径以使组合物具有可注射性能。
背景技术
世界人口的预期寿命在最近50年已惊人地增长。我们的人民比以前活得更长。在下一个十年，已经预测在欧洲60岁以上的人多于不到20岁的人。更多的人将需要用于老年相关性疾病的医疗帮助，这将增加医院的压力。
骨是次于血液的第二种最普通的被移植材料。修复骨缺损最可靠的方法是利用自体骨，即取自身体内其它部位的骨。然而，在植入物被取的第二手术部位可能出现问题。为了避免额外的外伤，可以利用同种异体植入物，即同物种的个体之间的移植骨。同种异体植入物比自体植入物具有较低的成骨能力，且新骨形成的速率可能较低。它们还使接受者具有较高的吸收速率、较强的免疫原性应答和较差的血管再形成。由于病毒的存在，还必须控制异体植入物，因为它们可传递例如HIV和肝炎。利用同种异体植入物是目前骨移植和骨缺损修复最通常的方法。
为了解决供应、强度不可预知和感染危险性的问题，合成的骨替代品已经成为一种现实的选择。因此，对合成骨替代品的需求和应用正迅速增加。
硫酸钙半水合物——CaSO4·_H2O——是作为移植骨替代品研究的首选物质之一。自从1892年以来已经进行研究来证明它可被组织接受且吸收速率快。已经得出结论：植入皮质下骨区域的硫酸钙半水合物在组织中不会产生比通常存在于骨折中更进一步的不良反应。变为硫酸钙半水合物的新骨为正常的骨。在邻近的组织或在远离的器官中没有观察到由于硫酸钙半水合物的移植而引起的副作用。
硫酸钙最重要的优点是其具有极好的生物相容性。缺点是吸收迅速和强度低，这使得它较少用于较大缺损或非包含型(non-contained)缺损以及骨折愈合超过4-6周的情形。
硫酸钙的溶解速率使其适于作为药物释放的载体。在US 5,614,206中公开了硫酸钙半水合物的小丸，其用于药物的控制传送。在植入人或其它动物时，该小丸能向局部位点持续和控制传送25-45天。
另一方面，磷酸钙由于其生物活性，即对活组织具有作用或从活组织获得应答，而适于作为骨替代品。其吸收速率相对较慢，长达数年。
有两种不同种类的磷酸钙：在室温下从水溶液中沉淀得到的CaP(低温CaP)和通过热处理得到的CaP(高温CaP)。
羟基磷灰石(HA)是最稳定的磷酸钙，并且是骨的主要无机组分。市场上的大多数移植骨替代品由羟基磷灰石制成。高温处理的羟基磷灰石为高晶态且具有最小的磷酸钙可溶性。
羟基磷灰石和三磷酸钙为最常见的用于填充骨缺损和作为移植涂层的磷酸钙。它们的吸收速率相对较慢，为6个月至数年。通过增加物质表面积、降低结晶性和晶体完整性以及降低物质中晶体和颗粒的大小来略微提高其降解速率是可能的。优选较高的吸收速率来促使骨形成。
然而，移植的生物学特性和解剖部位对植入物的行为和结果同样重要。生物材料在一个特定应用中的成功并不能保证其在各方面均是被接受的。
骨盐替代材料可制备成能直接注射至骨折部位的糊状物。将该糊状物注入到骨的空隙内，经硬化获得植入物，它顺应空隙的轮廓并支持骨松质。硫酸钙和羟基磷灰石这两种物质作为有助于修复骨质缺损和骨折固定的自体移植骨的可能替换物已经进行了广泛的研究。
在本文中重要的是，在手术期间或之后尽可能快地获得完全稳定性，以防止愈合部位的移动。这尤其适用于骨折，而且当在肿瘤切除期间填充骨腔或替换失去的骨时，愈合被移动抑制且新骨的向内生长被阻止。因此，所注射的物质必须快速固化并紧紧粘附于骨组织。
然而，在手术期间或之后可能出现并发症，如感染。空腔以前还可能被感染，并且必须用例如抗生素处理。
同样重要的是：硬化材料在结构上与骨如此相似，以致它可以逐渐被破骨细胞吸收并被新骨置换。假如硬化胶结物具有可运输营养物并使血管向内生长从而允许新骨形成的孔，那么可能使该方法变得容易。
M.Bohner等人在第六次世界生物材料会议报告(the Sixth WorldBiomaterials Congress Transactions，2000年5月15-20日)中公开了获得大开孔磷酸钙块的方法，该方法利用疏水性脂质(油)在磷酸钙含水胶结糊状物中的乳胶剂或磷酸钙含水胶结糊状物在油中的乳胶剂。在凝固后，将胶结块在1250℃下烧结4小时。同样，CN 1193614公开了用于修复人的硬组织的多孔磷酸钙骨胶结物。该胶结物包含造孔剂，它可以是无毒的表面活性剂或者无毒的微溶性盐、酸性盐和碱性盐。
然而，通常需要高温处理(＞1000℃)以烧尽所加入的物质。因此，该乳胶技术还不能用于制造嵌入体内的骨替代品。已经进行了将甘露醇和蔗糖晶体与磷酸钙混合的试验，以获得两相的骨替代糊状物，其中一相溶解以在凝固材料中提供孔隙。另一获得孔的技术是加入使糊剂在混合过程中产生的气泡稳定的加气剂，由此提供了多孔的凝固物质(Sarda等人，Bioceramics 2002；218(2)：335)。
还对上述骨盐替代材料的混合物进行了研究。US 4,619,655公开了如下定义的骨盐替代材料：其包含硫酸钙半水合物和磷酸钙陶质颗粒的混合物，其中所述的磷酸钙胶结颗粒优选由羟基磷灰石、磷酸三钙或其混合物组成。按照该文献，当由羟基磷灰石/硫酸钙半水合物的50/50混合物组成的材料被植入大鼠下颌骨上经实验产生的缺损中时，硫酸钙半水合物在数周内完全被吸收，并被结缔组织置换。羟基磷灰石不被吸收且一些颗粒最终完全被骨包围。因此可得出如下结论：硫酸钙半水合物作为用于将羟基磷灰石掺入骨中的填充剂和支架剂起作用。
“联合矫形研究协会会议”(Combined Orthopaedic Research SocietiesMeeting，1998年9月28-30日，滨松市，日本)上所做出的研究还显示了与硫酸钙半水合物和羟基磷灰石的混合物有关的附加试验。按照该研究，羟基磷灰石颗粒和硫酸钙半水合物的组合具有一定的粘度，该粘度使得移植材料易于定位并阻止羟基磷灰石颗粒在移植期间和之后转移到周围组织中。该试验表明：硫酸钙半水合物在相对较短的时间内被吸收，易于与羟基磷灰石颗粒一起操作，并且不干扰骨的愈合过程。
WO 9100252公开了在血液中能够在约10-45分钟内硬化的组合物。该组合物基本包含硫酸钙半水合物与少量的硫酸钙二水合物。该组合物中还可以包含有机和无机物质，如羟基磷灰石。硬化后，在硫酸钙胶结物里获得羟基磷灰石颗粒。该硫酸钙胶结物在4周内被含水体液迅速溶解，留下羟基磷灰石的固体颗粒。
同样，通过WO 9117722中公开的方法可获得这种在硫酸钙胶结物里的羟基磷灰石颗粒。这种用作动物植入物的组合物包含硫酸钙半水合物、磷酸钙和硫酸钠。磷酸钙为羟基磷灰石，硫酸钠使得该组合物能够在血液或其它体液的存在下使用。
在WO 200205861中公开了用作骨盐替代材料的可注射组合物。该组合物的干粉包含硫酸钙半水合物、磷酸钙和至少一种加速剂。在完成早期控制骨折片段移动的手术期间，该组合物在与水成液接触时将硬化。提供了稳定持久的植入物，其机械强度比骨小梁高，该植入物随时间迁移获得使骨向内生长的多孔以及不规则结构。
发明内容
本发明的目的是提供用于骨盐替代材料的可注射组合物，它在手术期间在体内体液中硬化，提供稳定的持续一年以上的高机械强度植入物，从而获得尺寸和形成可被控制的多孔结构。
本发明的另一目的是提供用于在骨质疏松的骨中填充缺损和用于在基本上是网状骨质的骨中另外固定骨折的改进的骨盐替代组合物，它在输送时没有高粘性的缺点。
本发明的另一目的是提供骨盐替代组合物，它可经过最低限度侵入的外科技术使用，可在原位硬化，并且使任何缺损几何结构稳定。
本发明的另一目的还是提供具有极好的生物相容性以及有利的生物学和流变学性质的骨盐替代组合物。
本发明的另一目的还是提供可生物降解并可经放射或气体来灭菌而性质没有明显变差的骨盐替代组合物。
为了实现这些目的，赋予本发明的可注射组合物以权利要求1的特征化特征。
根据本发明，提供了用于骨盐替代材料的可注射组合物，它能在体内体液中硬化。该可注射组合物包含至少一种磷酸钙组分和至少一种硫酸钙组分的干混合物以及与该干混合物混合的水成液。所述的至少一种硫酸钙组分是直径小于100μm的粒状硬化硫酸钙，由此组合物的注射性能被保证。该组合物还包含至少一种加速剂。
使该粒状硬化硫酸钙的粒径是小到足以允许组合物可被注射的大小。该粒状硬化硫酸钙的适宜粒径为1-50μm，优选为1-10μm。这意味着该组合物可通过直径为约1-2mm或甚至更小的针头注射。
该粒状硬化硫酸钙应占可注射组合物中干混合物的高达60wt％、优选10-40wt％。
优选该粒状硬化硫酸钙为硫酸钙二水合物(石膏)。
本发明的组合物的注射性能可通过数种方法作进一步的改进。可将降低pH的组分加入本发明的组合物中以增加其注射性能。降低pH的组分例如是抗坏血酸或柠檬酸。这些酸以0.1-5wt％、优选0.5-2wt％的量包含在组合物的无菌液体或无菌粉末中。
另一种进一步改进组合物的注射性能的方法是加入生物相容性油。在这种情形下，油的浓度应当是0.01-5wt％，优选是0.1-2wt％。油或者与无菌粉末混合，或者包含在该组合物的无菌水成液中。适用于本发明的组合物的油为维生素E。优选维生素E为α-生育酚。
本发明的一个主要方面是粒状硬化硫酸钙可包含至少一种添加剂，该添加剂在骨盐替代材料凝固后从中缓慢释放。所述添加剂既可以是非水溶性的液可以是水溶性的。非水溶性添加剂的实例为维生素E。
然而，优选添加剂是水溶性的。水溶性的添加剂可以有若干功能。它例如可以是抗氧化剂、维生素、激素、抗生素、细胞生长抑制剂、双磷酸盐/酯、生长因子或蛋白质。所述的至少一种水溶性添加剂有利地是诱导、刺激和/或促进骨形成的物质，如骨诱导性化合物和/或减少骨转换的化合物。
刺激和/或促进骨形成的适宜的骨诱导性物质是生长因子和激素。优选生长因子及其衍生物，它在局部起作用。
优选使用生长因子，它是自体的，对骨、腱或软骨而言是有效的。这类生长因子例如是转化生长因子(TGF β3)、骨形态发生蛋白(BMP-2)、PTHrP、骨保护素(osteoprotegrin，OPG)、Indian Hedgehog、RANKL、碱性成纤维细胞、胰岛素样生长因子(IgF1)、血小板衍生生长因子以及血管生长因子。这些内源产生的生长因子或者以单一实体或者在生长因子混合物中结合来用作添加剂，以促进骨生长。因此，优选内源产生的生物活性分子用作诱导骨形成的物质。
其它骨刺激性化合物的实例有甲状旁腺素及其衍生物、雌激素、黄体酮、雄激素、睾酮、降钙素、生长调节素以及催产素，同样优选是自体的，但是它们还可以按照本领域已知的方法来生产。
釉基质蛋白amelin-1、amelin-2和成釉蛋白还可作为添加剂包含在粒状硫酸钙中，它或者是自体的，或者由其它物种的组织或细胞提取或生产，或者经合成生产或由其它活细胞或生物体生产。
同样，还可以包含降低胆固醇的化合物抑制素(statin)以诱导、刺激和/或促进骨形成。
适宜的骨破坏抑制剂的实例有双膦酸盐、骨钙蛋白、骨粘连蛋白及其衍生物，它们可以作为添加剂包含在本发明的组合物和所得替代品的粒状硫酸钙中。
此外，影响骨代谢的其它物质还可以包含在从所得人工骨盐替代材料中缓慢释放的粒状硬化硫酸钙组分中。这类物质包括麦角钙化醇、骨化三醇以及其它维生素D类及其衍生物。这些化合物有助于调节钙代谢和体内骨的正常钙化以及影响矿物磷的利用。还可以包括天然或合成产生的前列腺素、前列腺素的前体或代谢物、前列腺素类似物，诱导或抑制内源性前列腺素产生或者诱导或抑制前列腺素代谢的化合物，或者影响前体的产生或活性前列腺素代谢物的进一步代谢的化合物。镇痛药如盐酸利多卡因、盐酸布比卡因以及酮咯酸氨丁三醇还可用作从骨盐替代材料中释放出的添加剂。
优选这类添加剂应在注射后6-8周内从骨盐替代材料中释放出。这可以通过控制骨盐替代材料中粒状硫酸钙的溶出来达到，溶出速率取决于硫酸钙颗粒的大小和形状。
水溶性添加剂还可以是抗感染物质，即具有抑制或杀灭外来侵入性活质的作用的化合物。这类化合物包括天然抗生素以及其它半合成及合成的抗菌或抑菌化合物，它们对抗致病性和/或感染性微生物如葡萄球菌。用于骨感染的抗生素的实例有盐酸四环素、万古霉素、妥布霉素、庆大霉素和头孢菌素。还可使用细胞生长抑制剂如顺铂、异环磷酰胺、甲氨蝶呤、盐酸阿霉素、三氧化二砷、类视色素或其衍生物作为添加剂。类似地，添加剂可以是抗病毒化合物、抗真菌化合物、抗结核菌或杀结核菌化合物或者杀寄生虫化合物。
可以包含在粒状硫酸钙中的水溶性添加剂还可以是非离子型X-射线造影剂。
适宜的这类试剂为常规的水溶性非离子型X-射线造影剂，即碘化芳族化合物，其具有一个或数个至少是三碘取代的芳香核。这类试剂见于US5,695,742中，包括CAS(化学文摘服务社)登记号31112-62-6(甲泛葡胺)、60166-93-0(碘帕醇)、78649-41-9(碘美普尔)、73334-07-3(碘普胺)、877771-40-2(碘佛醇)、66108-95-0(碘海醇)、89797-00-2(碘喷托)、107793-72-6(碘昔兰)、99139-49-8(II-1)、75751-89-2(iogulamide)、63941-73-1(碘葡醇)、63941-74-2(碘葡胺，ioglucamide)、56562-79-9(碘葡苯胺)、76984-84-0(MP-7011)、64965-50-0(MP-7012)、77111-65-0(MP-10007)、79944-49-3(VA-7-88)、79944-51-7(还见于EP 033426)、79211-10-2(碘西胺)、79211-34-0(iocibidol)、103876-29-5(还见于EP0177414)、141660-63-1(碘拉醇)、92339-11-2(碘克沙醇)、79770-24-4(碘曲仑)、71767-13-0(碘酞硫)、81045-33-2(碘地醇)、143200-04-8(还见于WO 92/086中)、143199-77-3(还见于WO 92/08691中)、143200-00-4(还见于WO 92/08691中)、78341-84-1(还见于US 4348377中)、122731-47-9(还见于EP 0308364中)、122731-49-1(还见于EP 0308364中)、99139-65-8(还见于WO 85/01727中)、99139-62-5(还见于WO 85/01727中)和78341-84-1(还见于EP 0023992中)。
其它的这类X-射线造影剂见于US 5,447,711中，包括碘曲仑、碘克沙酸盐/酯、碘西醇以及碘沙考。其它适宜的造影剂为iotusal、碘昔兰(ioxilane)和碘拉醇(iofrotal)。
优选X-射线造影剂为非离子型的，并具有较低的重量摩尔渗透压浓度(osmomolality)，例如碘海醇、碘克沙醇、碘佛醇、碘帕醇以及碘曲仑(iotrolane)。
例如，碘海醇(C19H26I3N3O9)可以有利地用作X-射线造影剂。该物质不影响骨形成并在骨中具有良好的生物相容性。它在医药中用于不同目的。例如它可用于肾衰患者来测定肾的血浆清除率。
含有作为水溶性添加剂的包含在粒状硫酸钙中的非离子型X-射线造影剂本发明的组合物本身可以用作X-射线造影剂。通过本发明的组合物获得了额外的X-射线作用，因为利用了其陶质组分的X-射线造影能力。在组合物中包含至少一种水溶性非离子型X-射线造影剂增加了X-射线密质骨替代品的最初X-射线密度。因此，在本发明的可注射组合物中不再必须包含陶质的放射性造影剂，如硫酸钡和二氧化锆。当这种硬陶质颗粒从骨替代品中脱离时，将磨损关节。在关节处它们将引起物理损坏并最终导致炎症反应。
因此，当本发明的组合物包含水溶性非离子型X-射线造影剂时，可以将它注入邻近于关节处，所得的人工骨盐替代材料可用于与关节相通的骨缺损。这类应用包括骨软骨关节缺损以及涉及关节的骨折或骨缺损的修复。
此外，可以进一步利用X-射线密度的双重来源，例如为了使所注入的组合物定位和为了在本发明的组合物植入人或动物体内后追踪愈合过程。当所得的包含水溶性非离子型X-射线造影剂的人工骨盐替代材料被内生的骨置换时，水溶性试剂将缓慢消失。这导致X-射线密度逐渐降低，密度降低可以被监测。
根据本发明，粒状硬化硫酸钙与粉末化磷酸钙组分混合，所述的粉末化磷酸钙在骨盐替代材料中随后硬化成磷酸钙胶结物。
术语“磷酸钙胶结物”指如下的公认定义(S.E.Gruninger，C.Siew，L.C Chow，A.O′Young，N.K.Tsao，W.E.Brown，J.Dent.Res.63(1984)200)：粉末或粉末混合物在与水或水溶液混合成糊状后于约室温或体温的温度下反应形成沉淀的反应产物，其包含一种或多种磷酸钙晶体，通过沉淀中的晶体缠结而凝固。因此，根据在本发明的可注射组合物(用于骨盐替代材料)中的糊状物中所用的粉末化磷酸钙的组分，在凝固反应过程中可以获得不同的磷酸钙产品(磷酸钙胶结物)。
在本发明的可注射组合物中，所述的至少一种磷酸钙组分是在至少一种加速剂的影响下与水成液反应时能硬化(胶结)为磷酸钙胶结物的粉末化磷酸钙。对每克干混合物而言，水成液应当为0.1-2ml，优选0.2-0.7ml。水成液可以以仅对硬化反应而言是足够的量提供。
水成液可以是蒸馏水和/或包含一种或数种无机盐和/或有机盐的溶液。
在这些条件下，可以满足用于骨盐替代材料的可注射组合物的主要要求，即，它应具有一定的粘度以致于在混合步骤开始1-5分钟后可以将它注入到骨内。此外，初凝时间为5-25分钟，这也是可注射组合物的必要条件。
在用于骨盐替代材料的可注射组合物中，至少一种磷酸钙组分优选硬化成羟基磷灰石(HA)。形成羟基磷灰石、即沉淀羟基磷灰石(PHA)或缺钙羟基磷灰石(CDHA)的反应可以分为三组。第一组包括磷酸钙，它通过在水溶液(1-5当量)中的水解过程转化为羟基磷灰石。
沉淀羟基磷灰石是在pH4.2以上时溶解性最小的磷酸钙。这意味着存在于该pH范围下的水溶液中的任何其它磷酸钙倾向于溶解，而PHA作为产物沉淀出。由于过饱和状态随反应进行而降低，该水解过程(Ca(OH)2-H3PO4-H2O)非常缓慢。
可经水解过程反应生成磷灰石而不生成副产物的唯一的磷酸钙是α-磷酸三钙(6当量)，且在该反应中所形成的磷灰石为缺钙羟基磷灰石。
第二组形成羟基磷灰石、即沉淀羟基磷灰石(PHA)或缺钙羟基磷灰石(CDHA)的反应是TTCP与其它磷酸钙组合。TTCP是唯一的Ca/P-比率高于1.67的磷酸钙。因此，该物质可与其它Ca/P-比率较低的磷酸钙混合，以获得PHA或CDHA而不形成副产物酸类或碱类。理论上，任何比PHA酸性更强的磷酸钙可按照以下化学反应直接与TTCP反应形成HA或CDHA。
在等式(7)和(8)中，形成中间反应产物DCPD，但在反应结束时得到PHA或CDHA。反应(13)、(14)和(15)均非常缓慢。然而，通过采用式(9)-(12)，可能生成在室温或体温以及中性pH下随时间而凝固和硬化的胶结物。
通过使用Ca/P比率低于1.67的磷酸钙混合物，还可能形成最终的硬化产物PHA。这通过使用另外的钙源如Ca(OH)2或CaCO3而非TTCP来完成。一个实例是反应 。最初由DCPD和CaCO3之间的反应所形成的PHA晶体作为β-TCP颗粒间的粘合剂起作用。当DCPD耗尽时，反应在剩余的碳酸钙和β-TCP之间继续进行，生成PHA。然而，似乎后一过程对胶结物的机械强度具有有害作用。
粉状的、当与水成液反应时能硬化为磷酸钙胶结物的至少一种磷酸钙组分优选是磷酸四钙(TTCP)、磷酸一钙一水合物(MCPM)、磷酸二钙二水合物(DCPD)、无水磷酸二钙(DCPA)、磷酸二钙(DCP)、磷酸三钙(TCP)或磷酸八钙(OCP)。优选磷酸钙为α-磷酸三钙。
所述粉状的至少一种磷酸钙组分应当占干混合物的40-98wt％、优选60-90wt％，其中所述的干混合物包含磷酸钙组分和硫酸钙组分。
所述粉状磷酸钙组分必须在注射后15分钟内用限制量的可用水迅速硬化，以提供具有可接受性质的骨替代品。该组分向磷酸钙胶结物的硬化反应可通过本发明的组合物来控制，以在18小时内凝固成强度为约30MPa的骨盐替代材料。
这可以不同方式完成。在本发明的优选实施方案中，水溶性添加剂是用于使粉状磷酸钙与水成液反应时硬化为磷酸钙胶结物的加速剂。这样的加速剂可以是磷酸盐，例如磷酸氢二钠(Na2HPO4)。体内硬化反应的速率可以通过在占总组合物0.01-10wt％之间改变磷酸盐的量来改变，在粒状硬化硫酸钙中包含的盐随后缓慢地从中释放。
磷酸盐还可溶解于水成液中。在这种情形下，加速剂应以0.1-10wt％、优选1-5wt％的浓度存在于水成液中。
粉状磷酸钙组分向磷酸钙胶结物的反应还可通过向本发明的组合物中加入作为加速剂的硬化粒状磷酸钙胶结物来促进。所述的硬化磷酸钙胶结物可为羟基磷灰石(HA)、沉淀羟基磷灰石(PHA)或优选是缺钙羟基磷灰石(CDHA)，或其混合物。其Ca/P比率应当为1.5-2。作为加速剂的粒状磷酸钙胶结物的粒径应低于20μm，优选低于10μm，包含0.1-10wt％、优选0.5-5wt％的将与水成液反应的磷酸钙。
促进磷酸钙向磷酸钙胶结物反应的不同方式可单独使用或组合使用。
因此，可以调整硬化反应使之持续约18小时，以凝固成高强度的材料。在此期间，已经硬化的硫酸盐将赋予植入物最初的强度，当磷酸钙组分向高强度材料的凝固反应完成时，获得最终的强度。人工骨盐替代材料将保持其稳定性达3-4年。
每个硫酸钙二水合物颗粒将包含更大量的硫酸盐晶体。当人工骨盐替代材料在体内被吸收时，血液中的水将最终溶解硬化硫酸盐陶质晶体并释放其中任何的添加剂。应当指出，该反应比磷酸钙组分向磷酸钙胶结物的硬化反应慢得多，达几个数量级。
当体液随时间接触到骨盐替代材料时，与硫酸盐晶体结合的添加剂将在体内与硫酸钙一起释放。因此，孔的形成通过至少一种添加剂在硬化骨替代品中的可控缓释来完成，该骨替代品具有有利的体内性质。水溶性添加剂将释放并溶出，以有效地发挥其在作用部位的效果。
因此，当硫酸盐降解后，将逐渐形成孔、洞和腔，它们象腔隙一样起作用，并且该高强度材料最终凝固和硬化的植入物看起来像正常的骨。优选为长的颗粒。这使得血液与骨盐替代材料中的大多数硬化硫酸钙颗粒接触，所述颗粒在6-12个月内溶出。
还可使用作为单晶聚集物的颗粒，以使各晶体间的距离较小。这种颗粒可以由粒状硫酸钙半水合物提供。在这种情形下，α-型硫酸钙半水合物而非β型是优选的，不仅是由于其增加的机械强度而且还由于其晶体大小。
水溶性及非水溶性添加剂可以在粒状硬化硫酸钙的制备过程中掺入其中。这样，在水溶液中具有适宜浓度的水溶性添加剂与硫酸钙半水合物混合，可以发生以石膏为产物的反应：
石膏的结构包括与Ca2+强结合的交替SO4 2-离子的层，添加剂将与粒状硫酸钙的硫酸盐晶体结合。
当使用硫酸钙半水合物时，水溶性添加剂类似地在粒状硫酸钙的制备过程中包含在其中。在这种情形下，将石膏粉碎并加热至约75％的水蒸发，得到CaSO4·_H2O。然而，两种已知形式(α和β)的硫酸钙半水合物根据下式以不同方式产生：
α型通过在电解质存在下使石膏经水热脱水得到。β型通过在水氛围中于100℃以上的温度下使石膏脱水产生。因此，当这类反应进行时，允许存在在水溶液中具有适宜浓度的水溶性添加剂。
同样，水溶性添加剂将以类似方式通过静电相互作用与粒状硬化硫酸钙的残留结晶水粘附。
生产硫酸钙半水合物的优选方法是利用已经制得的其中包含水溶性添加剂的粒状二水合物。在这种情形下，被粉碎的石膏在例如高压灭菌锅中接受必要的热处理，产生作为粒状硫酸钙使用的晶体。
显然，如果水溶性添加剂包含在欲转化为硫酸钙半水合物的粒状硫酸钙中时，它必须是热稳定的。
为了制备本发明的可注射组合物，有效的混合系统必须是可得到的。混合可在常规的胶结物混合系统中进行，并且组合物通过便利的输送系统注入。混合容器优选是可将水性组分吸入粉末组分中的类型(德国专利4409610)。这种PrepackTM系统是用于与柔韧箔袋中的预包装组分组合传送的密闭混合系统。当然还可以使用其它混合装置，例如两个可适合于输送滚筒的互联软袋。
组合物中气泡的形成可干扰磷酸钙组分的硬化反应并导致手术时植入材料的初始机械强度降低，它可以通过在低于大气压、例如真空的条件下混合本发明的组合物来防止。然而，还可使用大气压。优选组合物的干混合物在与灭菌水成液混合之前通过放射灭菌。
硬化骨盐替代材料可预制成适宜的形状，例如包含至少一种的小丸或球，它允许植入物的附着和/或疾病的治疗等。在本文中，优选水溶性添加剂为生物活性剂。
另一方面，硬化硫酸钙例如以大块形式生产出，它被加工、例如粉碎为具有还适于骨内生的特定尺寸的颗粒。这些块的形状对本发明没有影响。
本发明还涉及由本发明的组合物产生的骨盐替代材料。该植入物可在硬化后引入动物或人体内。
本发明的组合物或骨盐替代材料本身可用于各种各样的应用，例如骨折愈合、假体性植入物以及在其它情形下的外来材料植入物。这样的情形可包括填充缝隙或骨空隙或者预先存在的骨腔，如骨折，截骨术，用于假体或其它外来材料的附着，用于假体修复手术，用于成形手术，用于重建手术，或用于整形手术。
在两种情形下，组合物和骨盐替代材料均适合于在牙套(toothpockets)和/或bifurcatures中局部应用，以治疗牙周炎或与其中包含的其它用于牙周炎的治疗选择，所述治疗选择例如是支撑性基质蛋白或局部起作用的生长诱导因子。
同样，它们可与胶原蛋白或其它支撑物一起使用，它们对于支撑性组织的生长是重要的。
这种可注射组合物还是可模塑的，因此可用于填充上颌窦、额窦、筛窦或蝶窦以允许螺钉、针头等的附着，例如带有栓或螺钉或针头向上穿过上颌窦的牙植入物的附着。
此外，这种可注射组合物可用于填充由矫形螺钉、栓或针头(用于骨折的内部或外部固定)的移去而引起的骨骼缺陷。在这种情形下，优选抗生素作为添加剂包含在组合物中。
这种可注射组合物还可以与用以产生嵌入材料的空间的扩张器一起使用，例如可膨胀的气球或金属扩张器，所述扩张器在组合物或填充有组合物的扩张器、填充有组合物或与骨盐替代材料附着的支架引入之前被移去。
因此，本发明还涉及将骨替代品植入人或非人动物受治疗者的支撑性组织的方法，其中用于骨盐替代材料的可注射组合物被引入所述组织中，所述的可注射组合物能在体内体液中硬化，其包含：
水成液；
至少一种粒状硫酸钙的硫酸钙组分；和
至少一种粉末化磷酸钙的磷酸钙组分，当它在至少一种加速剂的影响下与所述水成液反应时能硬化为磷酸钙胶结物，所述水成液以仅对所述硬化反应而言是足够的量提供；
所述的至少一种磷酸钙组分和所述的至少一种硫酸钙组分以干混合物的形式提供。
当采用本发明的组合物或骨盐替代材料本身时，可进行器械或非器械的非侵入性或侵入性融合手术，例如与脊柱或关节如指关节、椎骨连结、肩关节等有关的融合手术。
本发明的另一实施方案可在上述应用中使用，包括局部注射该组合物并同时用生物活性剂进行全身治疗。这样的全身治疗可以是单一的或持续的治疗。适宜的生物活性剂为上文提及的诱导、刺激和/或促进骨形成或者抑制骨降解的水溶性添加剂，例如骨诱导剂，如甲状旁腺素、生长因子或抑制素。同样，全身治疗可以用抑制骨代谢的治疗剂如双膦酸盐一起应用。
因此，本发明还涉及预防性或治疗性处理人或非人动物受治疗者的与支撑性组织有关的紊乱的方法，该方法包括给所述受治疗者提供能在体内体液中硬化的用于骨盐替代材料的组合物，该组合物包括：
水成液；
至少一种粒状硫酸钙的硫酸钙组分；和
至少一种粉末化磷酸钙的磷酸钙组分，当它在至少一种加速剂的影响下与所述水成液反应时能硬化为磷酸钙胶结物，所述水成液以仅对所述硬化反应而言是足够的量提供；
所述的至少一种磷酸钙组分和所述的至少一种硫酸钙组分以干混合物的形式提供；
同时全身施用预防或治疗量的至少一种生物活性剂。
然而，本发明的优选实施方案包括相应的局部治疗或预防紊乱，可注射组合物包含生物活性剂。该实施方案包括预防性或治疗性处理人或非人动物受治疗者的与支撑性组织有关的紊乱的方法，该方法包括给所述受治疗者提供能在体内体液中硬化的用于骨盐替代材料的组合物，该组合物包括：
水成液；
至少一种粒状硫酸钙的硫酸钙组分；和
至少一种粉末化磷酸钙的磷酸钙组分，当它在至少一种加速剂的影响下与所述水成液反应时能硬化为磷酸钙胶结物，所述水成液以仅对所述硬化反应而言是足够的量提供；
所述的至少一种磷酸钙组分和所述的至少一种硫酸钙组分以干混合物的形式提供；
同时施用预防或治疗量的至少一种水溶性生物活性剂，它包埋在所述粒状硫酸钙中，从其中缓慢释放出。
该方法尤其可用于局部治疗肌骨骼系统的感染或侵染，如由例如细菌引起的骨髓炎。由此获得对骨骼感染的联合支撑性或骨传导性(osteoconductive)治疗和预防，例如在胸骨切开术、假体性植入物、重建外科、创伤手术、癌症手术、整形手术以及口颌手术中。
该方法还可用于用细胞生长抑制剂进行的局部治疗，例如在肌骨骼肿瘤中，如来自乳腺癌或前列腺癌的脊椎转移灶，它们需要用可能同时用肿瘤抑制剂进行局部治疗的支撑性材料进行治疗。此外，它可与增强放射在疾病如肿瘤疾病中的临床效应的治疗剂一起局部应用。
该方法还可用于用抑制骨吸收或刺激骨形成的治疗剂进行的局部和支撑性治疗。
实施例
现在将通过参考以下实施例来进一步描述和解释本发明，这些实施例经过仔细选择以囊括本发明。因此，它们绝不能被认为限制本发明。
实施例1 X-射线造影剂的缓慢释放。
制备本发明的组合物，该组合物含有40wt％羟基磷灰石和60wt％粒状硬化硫酸钙，其中硫酸钙中预先掺有5wt％的非离子型X-射线造影剂碘海醇(12.1g碘海醇/100g颗粒)。
体外跟踪了碘海醇在等渗缓冲液中从基于硫酸钙的材料中的释放。结果如图1所示。
第1天的释放为当天的总释放。总计有94％以上所掺入的药剂被释放。
实施例2.抗生素的缓慢释放。
制备本发明的组合物，该组合物含有80wt％羟基磷灰石和20wt％粒状硬化硫酸钙，其中硫酸钙中预先掺有两种不同浓度(3和6wt％)的抗生素硫酸庆大霉素。
体外跟踪了庆大霉素在等渗缓冲液中从基于硫酸钙的材料中的释放。结果如图2所示。
6wt％庆大霉素的释放(□)比3wt％庆大霉素的释放(×)快。
比较了庆大霉素从仅硬化硫酸钙颗粒中的释放，其中硬化硫酸钙颗粒已经预先掺有上述两种不同浓度的庆大霉素。
体外跟踪了庆大霉素在等渗缓冲液中从硫酸钙颗粒中的释放。结果如图3所示。
实施例3.体内注射
制备本发明的组合物，其粒径分布小于100μm。
将该组合物成功注入狭窄的小猪骨小梁槽以及注入人尸体的脊柱中，原位凝固。
显微照相显示：该组合物已进入并穿透骨的微通道，其大小为200-300μm或更小。
Claims (45)
1.能在体内体液中硬化的用于骨盐替代材料的可注射组合物，该组合物包含至少一种磷酸钙组分和至少一种硫酸钙组分的干混合物、与所述干混合物混合的水成液以及至少一种加速剂，其中所述的至少一种磷酸钙组分是在所述至少一种加速剂的影响下与所述水成液反应时能硬化为磷酸钙胶结物的粉末化磷酸钙，其特征在于所述的至少一种硫酸钙组分为粒径小于100μm的粒状硬化硫酸钙。
2.如权利要求1的可注射组合物，其特征在于所述的粒状硬化硫酸钙的粒径为1-10μm。
3.如权利要求1的可注射组合物，其特征在于所述的粒状硬化硫酸钙为硫酸钙二水合物(石膏)。
4.如权利要求1的可注射组合物，其特征在于所述的粒状硬化硫酸钙占所述干混合物的最高至60wt％、优选10-40wt％。
5.如权利要求1的可注射组合物，其特征在于所述的粒状硬化硫酸钙还包含至少一种非水溶性添加剂。
6.如权利要求1的可注射组合物，其特征在于所述的非水溶性添加剂为维生素E。
7.如权利要求1的可注射组合物，其特征在于所述的粒状硬化硫酸钙还包含至少一种水溶性添加剂。
8.如权利要求7的可注射组合物，其特征在于所述的至少一种水溶性添加剂为诱导、刺激和/或促进骨形成或者抑制骨降解的物质。
9.如权利要求7的可注射组合物，其特征在于所述的诱导物质为内源产生的生物活性分子。
10.如权利要求7的可注射组合物，其特征在于所述的至少一种水溶性添加剂为抗感染物质。
11.如权利要求7的可注射组合物，其特征在于所述的至少一种水溶性添加剂为细胞生长抑制剂。
12.如权利要求7的可注射组合物，其特征在于所述的至少一种水溶性添加剂为非离子型X-射线造影剂。
13.如权利要求12中的可注射组合物，其特征在于所述的非离子型X-射线造影剂为碘海醇。
14.如权利要求7的可注射组合物，其特征在于所述的至少一种水溶性添加剂是用于使所述粉末化磷酸钙与所述水成液反应时硬化为所述磷酸钙胶结物的加速剂。
15.如权利要求14的可注射组合物，其特征在于所述的加速剂为磷酸氢二钠(Na2HPO4)。
16.如权利要求15的可注射组合物，其特征在于所述的磷酸氢二钠占所述组合物的0.01-10wt％。
17.如权利要求1的可注射组合物，其特征在于所述的粉末化的至少一种磷酸钙组分选自磷酸四钙(TTCP)、磷酸一钙一水合物(MCPM)、磷酸二钙二水合物(DCPD)、无水磷酸二钙(DCPA)、磷酸二钙(DCP)、磷酸三钙(TCP)和磷酸八钙(OCP)。
18.如权利要求17的可注射组合物，其特征在于所述的磷酸三钙为α-磷酸三钙。
19.如权利要求1的可注射组合物，其特征在于所述的粉末化的至少一种磷酸钙组分占所述干混合物的40-98wt％、优选60-90wt％。
20.如权利要求1的可注射组合物，其特征在于所述的水成液包括蒸馏水和/或包含一种或数种无机盐和/或有机盐的溶液。
21.如权利要求1的可注射组合物，其特征在于所述的至少一种加速剂溶解于所述水成液中。
22.如权利要求1的可注射组合物，其特征在于所述的至少一种加速剂为磷酸氢二钠(Na2HPO4)。
23.如权利要求1的可注射组合物，其特征在于所述的至少一种加速剂为粒状磷酸钙胶结物。
24.如权利要求23的可注射组合物，其特征在于所述的粒状磷酸钙胶结物的Ca/P比率为1.5至2。
25.如权利要求22或23的可注射组合物，其特征在于所述的至少一种加速剂为所述水成液的0.1-10wt％、优选1-5wt％。
26.如权利要求1的可注射组合物，其特征在于所述的水成液相对于每克所述干混合物为0.1-2ml、优选0.2-0.7ml。
27.如权利要求23的可注射组合物，其特征在于所述的粒状磷酸钙胶结物为羟基磷灰石(HA)、沉淀羟基磷灰石(PHA)或缺钙羟基磷灰石(CDHA)，或其混合物。
28.如权利要求27的可注射组合物，其特征在于所述的羟基磷灰石为沉淀羟基磷灰石(PHA)。
29.如权利要求23的可注射组合物，其特征在于所述的粒状磷酸钙胶结物的粒径小于20μm，优选小于10μm。
30.如权利要求23的可注射组合物，其特征在于所述的粒状磷酸钙胶结物包含0.1-10wt％、优选0.5-5wt％的所述磷酸钙组分。
31.如权利要求1的可注射组合物，其特征在于它还包含生物相容性的油。
32.如权利要求31的可注射组合物，其特征在于所述的生物相容性的油为维生素E。
33.如权利要求1的可注射组合物，其特征在于它还包含降低pH的组分。
34.如权利要求33的可注射组合物，其特征在于所述的降低pH的组分为抗坏血酸或柠檬酸。
35.如权利要求33的可注射组合物，其特征在于所述的降低pH的组分为0.01-5wt％、优选0.1-2wt％。
36.如权利要求1的可注射组合物，其特征在于所述的干混合物是无菌的。
37.由权利要求1-36中任一项所述的组合物生产的骨盐替代材料。
38.生产可注射骨盐替代材料的方法，其中将权利要求1-36中任一项的组合物在密闭的混合和传送体系中混合，优选在低于大气压的条件下混合。
39.如权利要求12或13中的用于人工骨盐替代材料的组合物作为X-射线造影介质的用途。
40.如权利要求39中的用途，所述的X-射线造影介质用作所注射组合物的定位以及监测骨缺损和骨折治愈的手段。
41.如权利要求39的用途，所述的X-射线造影介质用于邻近于关节处。
42.预防或治疗性处理人或非人动物受治疗者的与支撑性组织有关的紊乱的方法，该方法包括给所述受治疗者提供能在体内体液中硬化的用于骨盐替代材料的组合物，该组合物包括：
水成液；
至少一种粒状硫酸钙的硫酸钙组分；和
至少一种粉末化磷酸钙的磷酸钙组分，当它在至少一种加速剂的影响下与所述水成液反应时能硬化为磷酸钙胶结物，所述水成液以仅对所述硬化反应而言是足够的量提供；
所述的至少一种磷酸钙组分和所述的至少一种硫酸钙组分以干混合物的形式提供；
同时全身施用预防或治疗量的至少一种生物活性剂。
43.预防或治疗性处理人或非人动物受治疗者的与支撑性组织有关的紊乱的方法，该方法包括给所述受治疗者提供能在体内体液中硬化的用于骨盐替代材料的组合物，该组合物包括：
水成液；
至少一种粒状硫酸钙的硫酸钙组分；和
至少一种粉末化磷酸钙的磷酸钙组分，当它在至少一种加速剂的影响下与所述水成液反应时能硬化为磷酸钙胶结物，所述水成液以仅对所述硬化反应而言是足够的量提供；
所述的至少一种磷酸钙组分和所述的至少一种硫酸钙组分以干混合物的形式提供；
同时施用预防或治疗量的至少一种水溶性生物活性剂，它包埋在所述粒状硫酸钙中，从其中缓慢释放出。
44.预防或治疗性处理人或非人动物受治疗者的与支撑性组织有关的紊乱的方法，该方法包括给所述受治疗者提供预成形的粒状磷酸钙胶结物的骨盐替代材料，其中的粒状硫酸钙包含预防或治疗量的至少一种水溶性生物活性剂作为包合物，它将从其中缓慢释放。
45.将骨替代品植入人或非人动物受治疗者的支撑性组织的方法，其中用于骨盐替代材料的可注射组合物被引入所述组织中，所述的可注射组合物能在体内体液中硬化，该组合物包含：
水成液；
至少一种粒状硫酸钙的硫酸钙组分；和
至少一种粉末化磷酸钙的磷酸钙组分，当它在至少一种加速剂的影响下与所述水成液反应时能硬化为磷酸钙胶结物，所述水成液以仅对所述硬化反应而言是足够的量提供；
所述的至少一种磷酸钙组分和所述的至少一种硫酸钙组分以干混合物的形式提供。
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