JP2019072472A - 凝塊ベース生体材料組成物およびその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】特に骨または軟骨の再生のための治癒生体材料の提供。【解決手段】血小板、赤血球、白血球、血漿、骨髄間質、間葉系幹細胞、骨前駆細胞、骨髄造血細胞、赤血球生成細胞、およびそれらの組み合わせのうちの一つ以上と血液流体を含む、凝塊と、骨形成タンパク質等の外因性組み換えタンパク質と、生理活性ガラス、リン酸三カルシウム等のセラミック粒子、コラーゲンファイバ、またはその両方とを含む組成物。【選択図】なし

Description

関連出願の相互参照
本出願は２０１７年９月２７日出願の米国仮特許出願第６２／５６３，６８５号の利益を主張し、すべての目的のために参照としてその全体が本明細書に組み込まれる。

本発明は一般に、骨や組織の治癒生体材料に関し、特に、骨または軟骨の再生のための凝塊ベース組成物に関する。本発明はまた、材料と移植片を作成する方法、および、生体材料または移植片を哺乳動物に投与して哺乳動物における骨や創傷の治癒を促進させる方法に関する。本発明はさらに、生体材料、移植片、またはその成分のうちの一つ以上を含むキットに関する。

骨移植は、欠損骨の置換および／または骨折の修復を行う外科手技である。骨は通常、良好に再生する能力を有するが、それには足場を必要とする場合がある。移植片は、同種移植片（例えば、骨バンクからの死体骨）、自家（例えば、患者自身の体から回収した骨または組織）、または合成のものであり得る。多くの骨移植片は、天然骨が時間と共に治癒するにつれて吸収および置換されることが期待される。

優れた生体材料は、骨伝導性（天然骨の修復成長を導く）、骨誘導性（未分化細胞が活性骨芽細胞になるよう促す）、および／または骨形成性（骨リモデリングに貢献する移植材料中の生細胞）を含み得る。従来の移植片は一定の利点を呈し得るが、従来の同種移植片は、所望される特性を呈さなかったり、取得が困難であったり、または移植に好適な形状または形態ではない場合がある。

これおよび他の必要を満たすために、本明細書に記載の凝塊ベース組成物および生体材料は、骨形成性、骨誘導性、骨伝導性および／または骨刺激性であってよく、このため現在の同種移植片または自家移植片製品の欠点なく、組織、骨、または軟骨の治癒や修復に有利であり得る。凝塊ベース組成物またはそれから調製される移植片は、凝塊（例えば、骨髄穿刺液および／または血液に由来する）、ＢＭＰ−２またはＢＭＰ−６といった外因性組み換えタンパク質、リン酸三カルシウム、生理活性ガラスおよびそれらの組み合わせといったセラミックス、コラーゲンファイバ、および／または、本明細書により詳細にそれぞれが記載される一つ以上のさらなる成分の様々な組み合わせを含み得る。

一実施形態では、組織の再生を助けるための組成物は、血液流体と、外因性組み換えタンパク質と、セラミック粒子とを含む凝塊、コラーゲンファイバ、または両方を含む。別の実施形態では、組織の再生を助けるための組成物は、セラミック粒子、コラーゲンファイバ、およびそれらの混合物のうちの一つ以上を含む足場と、足場を通って分散される血液流体を含む凝塊と、外因性組み換えタンパク質とを含む。

凝塊含有組成物は、以下の特徴のうちの一つ以上を含み得る。凝塊は、患者から由来する体液または組織を含み得、それは、血小板、赤血球、白血球、血漿、骨髄間質、間葉系幹細胞、骨前駆細胞、骨髄造血細胞、赤血球生成細胞、およびそれらの組み合わせのうちの一つ以上を含む。凝塊は、例えば、患者から取得された生存細胞を含み得る。凝塊は、凝固した骨髄穿刺液、凝固した血液、またはそれらの混合物であってもよい。組み換えタンパク質は、ＢＭＰ−２、ＢＭＰ−４、ＢＭＰ−６、ＢＭＰ−７、それらのヘテロ二量体、およびそれらの組み合わせといった、骨形成タンパク質であってもよい。セラミック粒子は、生理活性ガラス、リン酸三カルシウム、およびそれらの混合物を含み得る。セラミック粒子は、サイズが約１〜１０００μｍの範囲であってよく、および／または、セラミック粒子は、孔サイズが約１００〜５００μｍであり、全体の気孔率が約６０〜８０％であってもよい。

さらに別の実施形態では、組織の再生を助けるための移植可能な組成物を調製する方法は、試料を採取するのに抗凝血剤を使用することなく患者から血液流体の試料を取得することと、均質混合物を形成するため、試料を外因性組み換えタンパク質およびセラミック粒子、コラーゲンファイバ、またはその両方と混合させることと、移植可能組成物を形成するのに凝固剤を追加することなく、均質混合物を自然に凝固させるのを可能にすることと、を含み得る。組み換えタンパク質およびセラミック粒子、コラーゲンファイバ、または両方は、試料が凝固する前に血液試料と混合されてもよい。移植可能組成物は、試料を取得した同一患者に投与されてもよい。

別の実施形態では、哺乳動物における骨や創傷の治癒を促進させる方法は、血液流体、外因性組み換えタンパク質、およびセラミック粒子、コラーゲンファイバ、または両方を含む凝塊の混合物を含む組成物を提供することと、標的修復部位において組織の修復または再生を促進させるよう、組成物を標的修復部位内に投与することとを含み得る。標的修復部位は、例えば、脊椎における整形外科的損傷または欠損であり得る。再生されている組織は、骨、軟骨、またはその他の組織であり得る。

さらに別の実施形態では、キットは、本明細書に記載の成分、組成物、または移植片、血液または骨髄穿刺液回収キット、およびトレイ、シリンジ、またはその他の生体材料成分と血液または骨髄穿刺液を組み合わせ、投与するためのその他の成分のうちの一つを含む。例えば、キットは、パウダー、パテ、ゲル、ストリップ、および／または、押出し成形可能なバージョンの組成物を含み得る。キットは、同じかまたは異なるタイプの組成物を含み得る。さらに、キットは、当該技術分野で周知のその他成分、例えば、これらに限るものではないが、担体または足場、ケージ（例えば、チタンおよび／またはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）スペーサー）、同種移植片スペーサー、細胞培地、リン酸緩衝食塩水（ＰＢＳ）、組織培養基材、回収ツール、取込ツール、移植ツール等を含み得る。

本発明は通常、骨形成、骨誘導、骨伝導、および／または、骨刺激特性を呈することができる凝塊ベース生体材料およびこの凝塊ベース生体材料から作成される移植片に関する。本発明はまた、組成物および移植片の作成方法、および生体材料または移植片を哺乳動物に投与することにより哺乳動物における骨または創傷治癒を促進させる方法に関する。本発明はさらに、生体材料、移植片、骨髄穿刺液および／または血液を取得するための回収キット、および成分を混合し組み合わせるためのツールおよびトレイ、およびそれらのその他の成分のうちの一つ以上を含むキットに関する。

本発明の例示的実施形態のさらなる態様、利点および／またはその他の特徴は、以下の詳細な説明を参照すれば明白となるであろう。本明細書において提供される、記載された実施形態は典型的な例に過ぎず、説明のためのものであり、制限的ではないことは、当業者には明白であるべきである。その修正の多数の実施形態は、本開示の範囲およびこれと同等のものの範囲内であると考えられる。

例示的実施施形態の記載においては、明瞭さのために特定の用語が用いられる。しかしながら、実施形態は、この特定の用語に限られることは意図しない。他に示さない限り、技術用語は従来の用法に従って使用される。

本明細書で使用されるように、「１（ａ）」または「１（ａｎ）」は、１以上を意味し得る。本明細書で使用されるように、「別の（ａｎｏｔｈｅｒ）」は、少なくとも二つ目かそれ以上を意味し得る。本明細書で使用されるように、文脈上必要とされない限り、単数形の用語は複数形を含み、複数形の用語は単数形を含む。

本明細書および請求項で使用されるように、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は包括的または非限定的であり、挙げられていない追加の要素、組成の成分、または方法のステップを除外するものではない。したがって、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、より限定的な用語「実質的に成る（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」および「から成る（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」をも包含する。

他に特定しない限り、本明細書において提供される値は全て、〜までの値、および示したエンドポイントの値を含み、組成物の構成物質または成分の値は、その組成物中の各成分の重量パーセントまたは％で表される。

本明細書で使用される各化合物は、その化学式、化学名、略称等について互換的に扱うことができる。例えば、ＢＭＰは、骨形成タンパク質と互換的に使用され得る。

本明細書に記載の実施形態は通常、凝塊ベース組成物、それから作成される移植片、これらを作成する方法、および組織の治癒および／または骨の融合を促進させるためのその使用法に向けられ得る。生体材料または移植片は別々に論じることもできるが、記載の生体材料はそれ自体で用いることができ、または数多くの様々な臨床的成果をあげるべく様々な形状、サイズ、および／または、向きの移植片の作出に使用され得ることは、当業者には理解されるであろう。したがって、生体材料についての考察は移植片について考察に等しく適用可能であり、その逆も同様である。

凝塊ベース組成物は、骨形成性、骨誘導性、骨伝導性、および／または、骨刺激性であり得、組織の治癒および修復に有益であり得る。材料が新しい骨の成長のための表面積を提供する足場としての役割を果たす場合、生体材料は骨伝導性であり得る。生体材料が骨前駆細胞を刺激または間葉系幹細胞を誘導して骨芽細胞に分化させ、新しい骨形成を開始させる場合は、生体材料は骨誘導性であり得る。生体材料が骨再生可能な細胞（例えば、生存細胞）を含む場合、生体材料は骨形成性であり得る。生体材料が骨形成プロセスを加速させる場合は、生体材料は骨刺激性であり得る。組成物はまた「生体適合性」であってもよく、この用語は、特定のアプリケーションにて適切な宿主応答で実行するか、または、少なくとも宿主の生命システムに有毒かさもなければ有害な影響を局所的または全身的に及ぼすことなく実行する能力（例えば、組成物または材料の）のことを指す。生体材料および／または移植片、またはその一部分は、「生物学的に分解可能」であり得るので、材料は、患者の体内における細胞吸収および／または加水分解によって分解され得る。

凝塊ベース組成物は、外因性組み換えタンパク質、すなわち、凝塊においてまだ存在していない組み換えタンパク質を含み得る。組み換え成長因子の送達は、足場における適切な結合部位の欠如のため、困難である。この、適切な結合部位の欠如は、成長因子移植時に成長因子の急速な放出を引き起こし得、移植部位および周辺組織の両方において、過度な骨形成に導き得る。血液または骨髄穿刺液（ＢＭＡ）由来の凝塊の使用により、組み換えタンパク質（例えば、骨形成タンパク質（ＢＰＭ））のために必要な結合部位を提供し、さらに、骨および組織の再生を助ける骨前駆細胞、間葉系幹細胞、および／または造血細胞を提供する。

凝塊ベース組成物は、骨または軟骨の再生を治療するための組み換えタンパク質を送達する自家または他生の担体を提供する。さらなる骨伝導性および／または骨刺激性成分を凝塊に追加することによって、再生プロセスはさらに、機械的な支持および細胞取付部位を介し得る。組み換えタンパク質の放出制御は、以前はこのタイプの技術で見られた副作用を低減させる助けとなるだろう。

一実施形態では、凝塊ベース組成物は、骨、軟骨、またはその他の組織といった組織の修復または再生を促進させるよう構成され得る。特に、凝塊ベース組成物は、標的修復部位での組織の修復または再生を促進させ得る。標的修復部位は、例えば、空隙、間隙、またはその他の欠損もしくは外科医が患者体内の骨、軟骨、骨と骨との間、またはその他の構造または組織位置に作出した開口部であり得る。例えば、生体材料組成物は、患者体内の脊椎、骨盤、手や足、頭蓋、または他の骨、骨と骨との間、または骨性構造における標的修復部位での骨の成長を促進させるよう構成され得る。生体材料組成物はまた、標的修復部位において軟骨の成長を促進させるよう構成され得る。生体材料組成物は、直接的に移植するか、さもなければ標的修復部位に配置したり、これに接触して配置するよう構成され得る。患者および標的修復部位は、ヒト、哺乳動物、またはその他の器官においてであってよい。

生体材料組成物は、血液および／または骨髄穿刺液から由来する凝塊を含む凝塊と、骨形成タンパク質を含む外因性組み換えタンパク質と、リン酸カルシウムまたは生理活性ガラスのようなセラミックと、コラーゲンファイバと、および／または、それぞれが本明細書にさらに詳細に記載される一つ以上のさらなる成分とのうちの一つ以上を含み得る。

生体材料組成物は、凝塊成分を含み得る。凝塊とは、凝固した血液流体である。血液流体は、例えば、患者から採取されたまたは取得された、血液を含むかまたは血液由来の流体を含み得る。例示的実施形態では、凝塊は、凝固した骨髄穿刺液、凝固した血液、または凝固した血液ベースの成分（例えば、凝固した血漿）であってもよい。骨髄穿刺液は、骨の内部またはその成分から取得された骨髄組織を含み得る。血液は、全血、末梢血、またはその成分を含み得る。血液は、例えば、患者の静脈から取得されてもよい。血液流体は、例えば、静脈内抗凝血剤なしといった、抗凝血剤なしで患者から採取されることが好ましい。足場成分（例えば、セラミックおよび／またはコラーゲンファイバ）と混合される前または後に、血液流体は、凝固の自然過程によって凝固が可能とされる。すなわち、凝固を誘発または促進させるためのさらなる凝固因子または凝固剤は血液流体に適用されない。

凝固は凝血（ｃｌｏｔｔｉｎｇ）とも称され得、血液流体が液体からゲルに変化し、それによって凝固物を形成するプロセスである。凝固は、細胞成分（例えば、血小板）とタンパク質成分（例えば、凝固因子または凝血因子）の両方に関連し、それらは、血液流体において元々存在する。凝固は、血液または骨髄穿刺液が患者から回収された後、ほぼ即座に開始し得る。例えば、抗凝血剤なしで回収された自家または他生の全血またはＢＭＡは、約１５秒から１０分の凝血時間を有する。足場成分（例えば、セラミックおよび／またはコラーゲンファイバ）は、凝塊を生産するこの時間の前または最中に血液流体と混合されてもよい。凝塊混合物は患者においてすぐに使用され得、例えば組織治療のための手術部位において適用される。あるいは、凝塊混合物は、後の使用のために梱包し、保管されてもよい。

凝塊とは、凝固した血液流体である。血液流体および結果として生じた凝塊は、体内に生じた細胞および血液流体の成分が結果として生じた凝塊に残留するように、最小限に操作されるのが好ましい。血液流体および／または結果として生じた凝塊は、血小板、赤血球、白血球、血漿、骨髄間質、間葉系幹細胞、骨前駆細胞、骨髄造血細胞、赤血球生成細胞、およびそれらの組み合わせのうちの一つ以上を含み得る。凝塊は生存細胞を含み得、患者からの、体内に生じた生存細胞を含むことが好ましい。すなわち、凝塊は、体内に生じた生存細胞が処理中に損傷されたり害されたりせず、かつ、体内に生じた細胞が患者内に移植されるときに生存可能なままであるように、最小限に操作されるのが好ましい。

骨髄穿刺液が血液流体であるとき、血液流体は、赤血球、血小板、白血球、骨髄幹細胞、骨髄脂肪組織、間質、骨梁、凝血因子（ｂｌｏｏｄ−ｃｌｏｔｔｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ）、線維芽細胞、マクロファージ、脂肪細胞、骨芽細胞、破骨細胞、内皮細胞、間葉系幹細胞、および骨髄のその他の細胞および組織のうちの一つ以上を含み得る。骨髄は、主に造血組織から成る赤色骨髄、および／または、主に脂肪細胞から成る黄色骨髄を含み得る。骨髄は、骨盤、胸骨、頭蓋骨、肋骨、椎骨、および肩甲骨といった平らな骨から、大腿、上腕骨といった長骨の骨端ならびに長骨および短骨の髄内腔における海綿骨において、取り込まれ得る。

血液が血液流体であるとき、血液流体は、血小板（血漿）、エリストサイト（赤血球）、ルーコサイト（白血球）、血小板、血清アルブミン、凝血因子、免疫グロブリン、リポタンパク質、電解質、血液のその他の細胞および組織のうちの一つ以上を含み得る。血液は末梢血を含み得、末梢血は、血液の循環プール内で見られ、リンパシステム、脾臓、肝臓、または骨髄内で分離されない。血液は、患者の静脈から採取されてもよい。他生の源が使用される場合、血液流体の血液タイプが決定されることになり、血液流体は、従来の技術によって適正検査され、適合性のある血液製品が患者に使用されることを確実し得る。

血液流体は、自然の経路に従って、凝固し、凝塊を形成し得る。血液流体は、外因性凝血因子を追加することなく凝固させるための血液流体に必要な凝血因子を自然に含有する。凝固因子は、これらに限るものではないが、以下の因子のうちの一つ以上を含み得る；因子Ｉフィブリノゲン）、ＩＩ（プロトロンビン）、ＩＩＩ（組織因子）、ＩＶ（カルシウム）、Ｖ（プロアクセレリン）、ＶＩＩ（安定因子）、ＶＩＩＩ（抗血友病因子Ａ）、ＩＸ（抗血友病因子Ｂ）、Ｘ（スチュアート−プロワー因子）、ＸＩ（血漿トロンボプラスチン前駆体）、ＸＩＩ（ハーゲマン因子）、ＸＩＩ（フィブリン安定化因子）、フォンヴィレブランド因子、プレカリクレイン、高分子重キニノーゲン（ＨＭＷＫ）、フィブロネクチン、アンチトロンビンＩＩＩ、ヘパリンコファクターＩＩ、タンパク質Ｃ、タンパク質Ｓ、タンパク質Ｚ、タンパク質Ｚ関連分解阻害剤（ＺＰＩ）、プラスミノゲン、アルファ２アンチプラスミン、組織プラスミノゲン活性化物質（ｔＰＡ）、ウロキナーゼ、プラスミノゲン活性化抑制因子１（ＰＡＩ１）、プラスミノゲン活性化抑制因子２（ＰＡＩ２）、および、癌プロコアグラント。凝血因子は血液試料に自然に存在し得るが、凝固を向上させ、促進させることが所望される場合に、外因性凝血因子が使用され得ることが予想される。

血液流体（凝固前）および／または凝塊（凝固後）は、主要成分として最終組成物内に存在してもよい。すなわち、血液流体および／または凝塊は、５０％ｖ／ｖよりも多い量で存在してもよい。さらに特には、血液流体および／または凝塊は、約５０〜９０％ｖ／ｖ、約５０〜８０％ｖ／ｖ、約６０〜８０％ｖ／ｖ、約６０〜７０％ｖ／ｖ、または約６２〜６８％ｖ／ｖの範囲で存在してもよい。例として、５ｃｃの血液流体または凝塊が２〜３ｃｃの足場成分と混合されてもよい。

組成物は、外因性組み換えタンパク質成分を含み得る。血液流体は、一つ以上の自然に生じる組み換えタンパク質を含み得る。組成物は、組成物に追加される外因性組み換えタンパク質を含み得る。組み換えタンパク質成分は、骨形成タンパク質を含み得る。骨形成タンパク質は、ＢＭＰ−２、ＢＭＰ−４、ＢＭＰ−６、ＢＭＰ−７、それらのヘテロ二量体、およびそれらの組み合わせを含み得る。凝塊の血液系タンパク質は、ＢＭＰ−２、ＢＭＰ−４、ＢＭＰ−６、およびＢＭＰ−７といった組み換えタンパク質に結び付く様々なレセプタを提供する。これにより、組み換えタンパク質は、一旦移植されると、制御された方法で放出され得る。組み換えタンパク質は、凝固前に血液またはＢＭＡと混同され、凝塊全体での均一な分配を確実にする。組み換えタンパク質の用量は、例えば、凝塊の約２５μｇ／ｃｃ〜１．５ｍｇ／ｃｃほどの凝塊であり得る。

特定の実施形態では、組成物は、例えば、足場成分として、セラミックの成分を含み得る。例えば、セラミックは、骨形成の促進に有用なセラミックの鉱物または無機充填材を含み得る。セラミックの成分は、これらに限るものではないが、アルファ−リン酸三カルシウム、ベータ−リン酸三カルシウム、テトラ−リン酸三カルシウム、リン酸二カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、ヒドロキシアパタイト（ＨＡ）、二相性リン酸カルシウム（例えば、ＨＡとβ−ＴＯＰ間の複合物）、生理活性ガラス、ならびにその組合せおよび混合物といった、人工的または天然に生じる無機充填材を含み得る。リン酸三カルシウムと生理活性ガラスは、同様の表面特性を共有しており、インビボ設定において増強した骨伝導性を呈する。リン酸三カルシウムはヒドロキシアパタイトと同様の組成を有するが、カルシウム対リン酸塩（Ｃａ／Ｐ）比がより低いため、より早く再吸収する。例えば、ヒドロキシアパタイトは、Ｃａ／Ｐ比が約１．６７であるのに対し、リン酸三カルシウムはＣａ／Ｐ比が約１．５である。

セラミックは、凝固前に混合物に追加され得る。セラミック成分は、細胞取付部位を提供し、骨芽細胞の増殖および分化を刺激することによって、骨伝導性および骨刺激性の成分を構造物に提供し得る。セラミック成分の多孔性、孔サイズ、および孔形状は、特定の組織の再生適用に合わせられ得る。骨組織の再生の場合、１００〜５００μｍの孔サイズが、６０〜８０％の全体の気孔率で標的とされ得る。セラミックはまた、凝塊よりインビボでのより長い再吸収時間を呈し、そのため、骨再生の後段階中に機械的な支持を提供する。

存在すれば、一つ以上のセラミックは、存在するセラミックタイプに応じて、例えば、約５〜５０％ｖ／ｖ、約１０〜５０％ｖ／ｖ、約２０〜５０％ｖ／ｖ、約１０〜４０％ｖ／ｖ、約２０〜４０％ｖ／ｖ、約３０〜４０％ｖ／ｖ、約２０〜３０％ｖ／ｖ、約２５〜３５％ｖ／ｖ、約３０〜３５％ｖ／ｖ、の範囲の量で、組成物内に含まれ得る。例として、５ｃｃの血液流体または凝塊が、約２．５〜３ｃｃのセラミックと混合されてもよい。

特定の実施形態では、セラミックは、ベータ−リン酸三カルシウム（ＴＣＰ）を含む。リン酸カルシウムは、標的修復部位での骨の再成長を促進させるよう構成され得る。いくつかの実施形態では、骨移植組成物のリン酸カルシウムは、骨誘導剤である。このリン酸カルシウムは、生体材料組成物内で混合され、その上に配置、その中に埋込み、さもなければその中に混入するよう構成される。リン酸カルシウムは、任意の好適な形態であり得る。例えば、リン酸カルシウムは、粒子または顆粒形態であり得る。リン酸カルシウムは、約１〜５００μｍ、約２５〜約４５０μｍ、約５０〜約４００μｍ、約７５〜約３００μｍ、または約１００〜約２５０μｍの範囲の粒子サイズを有し得る。リン酸カルシウムは、多孔質または非多孔質であり得る。

セラミックはまた、生理活性ガラスを含み得る。生理活性ガラスはまた、標的修復部位での骨の再成長を促進させるように構成され得る。いくつかの実施形態では、生理活性ガラスは骨伝導剤であり得る。生理活性ガラスは骨刺激特性を有し、これは硬組織の再生に有用であり得る。生理活性ガラスは、生体材料組成物上に配置、その中に埋込み、および／またはその中で混合され得る。生理活性ガラスは、生物学的環境との接触後に骨形成を促進する、アルカリ含有セラミック、ガラス、ガラス−セラミック、または結晶材料のいずれでもあり得る。好適な生理活性ガラスは、ゾル−ゲル由来生理活性ガラス、溶融法由来の生理活性ガラス、石英系生理活性ガラス、ホウ酸系生理活性ガラスやリン酸系生理活性ガラス等の無石英生理活性ガラス、結晶化生理活性ガラス（部分的か全体的のどちらか）、および微量元素または銅、亜鉛、ストロンチウム、マグネシウム、亜鉛等の金属、フッ化物、鉱物学的カルシウム源等を含む生理活性ガラス等を含む。

例示的生理活性ガラスは、バイオガラス４５Ｓ５（４６．１ｍｏｌ％ＳｉＯ_２、２６．９ｍｏｌ％ＣａＯ、２４．４ｍｏｌ％Ｎａ_２Ｏおよび２．５ｍｏｌ％Ｐ_２Ｏ_５）、５８Ｓ（６０ｍｏｌ％ＳｉＯ_２、３６ｍｏｌ％ＣａＯおよび４ｍｏｌ％Ｐ_２Ｏ_５）、７０Ｓ３０Ｃ（７０ｍｏｌ％Ｓｉ０_２、３０ｍｏｌ％ＣａＯ）、または前述のバイオガラスの組合せを含み得る。生理活性ガラスは、ファイバ、顆粒、粒子、またはその組合せの形態をとり得る。生理活性ガラスは、例えば、形状が不規則であり得る。生理活性ガラスは、単峰または２峰粒子サイズ分布を有し得る。生理活性ガラスは、例えば、約１〜１０００μｍ、約５０〜７５０μｍ、または約７５〜５００μｍの範囲の粒子サイズを有し得る。粒子サイズおよび分布は、例えば、ふるい分折またはＢＥＴ（ブルナウアー−エメット−テラーの）試験を含む当該技術分野で周知の定型的技術によって測定され得る。生理活性ガラス粒子は、孔サイズが約１００〜５００μｍであり、全体の気孔率が約６０〜８０％であってもよい。

特定の実施形態では、組成物はコラーゲンを含み得る。凝塊形成プロセス中、補完的な短期間の足場設置のためにコラーゲンが追加されてもよい。コラーゲンは例えば、標的修復部位にて足場として機能する、骨伝導特性を有し得る。細胞取付部位を提供することに加え、コラーゲンは、さらなる弾力および構造で、凝塊の全体的な取扱いを改善し得る。追加されるコラーゲンのタイプは、再生されている組織に特有であり得る。コラーゲンは、可溶性コラーゲン、不溶性コラーゲン、またはその組合せであり得るか、または含み得る。コラーゲンは、タイプＩコラーゲン、タイプＩＩコラーゲン、タイプＩＩＩコラーゲン、タイプＶＩＩコラーゲン、別の好適なタイプのコラーゲン、またはその組合せであり得るか、または含み得る。コラーゲンは、ヒト、ウマ、ウシ、ブタ、マウス、合成、または別の好適な源に由来し得る。一実施形態では、コラーゲンは哺乳動物に由来し、好ましくは、ヒトに由来する。コラーゲンは、ファイバ、粒子、ゲル、または別の好適な形態であり得る。コラーゲンは多孔質または非多孔質であり得る。例示的実施形態では、コラーゲンはファイバの形態である。

存在すれば、コラーゲンは、例えば、約１〜２０％ｖ／ｖ、約１〜１０％ｖ／ｖ、約５〜１０％ｖ／ｖ、約７〜８％ｖ／ｖの範囲の量で、組成物内に含まれ得る。例として、５ｃｃの血液流体または凝塊が、約０．５〜１ｃｃのコラーゲンファイバと混合され得る。

特定の実施形態では、組成物は骨ベースの材料を含み得る。例えば、組成物は脱灰骨基質を含み得る。脱灰骨基質（ＤＢＭとしても知られる）により、骨伝導特性、骨誘導特性および／または骨形成特性を提供し得る。したがって、それは、骨組織の形成を誘導する。本明細書で使用されるように、用語「脱灰骨（ｄｅｍｉｎｅｒａｌｉｚｅｄ ｂｏｎｅ）」、「脱灰骨基質（ｄｅｍｉｎｅｒａｌｉｚｅｄ ｂｏｎｅ ｍａｔｒｉｘ）」、および「ＤＢＭ」は互換的に使用され得る。この脱灰骨は、例えば、ファイバ、チップ、および／または粒子の形態で、生体材料組成物上に配置、生体材料組成物内に埋込み、およびまたは生体材料組成物内に混入できる。

脱灰骨基質は、例えば、シート、ファイバ、ネジ、ストリップ、チップ、破片、細長い粒子、パウダー、または微粒子の形態であり得る。脱灰骨基質は、あらゆる形状、サイズ、厚さ、および規則的、不規則的またはランダムな形状を有する構造の骨片を含み得る。例えば、ファイバは、約２５０ｕｍ〜約２ｍｍ、約２５０マイクロメートル〜約７５０マイクロメートル、約７５０マイクロメートル〜約１．２５ミリメートル、または約１．２５ミリメートル〜約２ミリメートルの平均ファイバ長を有し得る。さらに、ファイバは、約１：１〜約５０：１、約１０：１〜約４０：１、約５：１〜約１０：１、または約２：１〜約５：１のアスペクト比（ファイバ長対直径の比として定義）を有し得る。骨チップは、例えば、最大寸法で約１ｍｍ〜約１０ｍｍ、約１ｍｍ〜約２ｍｍ、約１ｍｍ〜約４ｍｍ、約１ｍｍ〜約６ｍｍ、約２ｍｍ〜約４ｍｍ、約２ｍｍ〜約６ｍｍ、約４ｍｍ〜約６ｍｍ、約６ｍｍ〜約８ｍｍ、または、約８ｍｍ〜約１０ｍｍのサイズを有し得る。骨粒子または微粒子は、例えば、約０．０１〜約２ｍｍ、約０．１ｍｍ〜約１．０ｍｍ、約１００〜約５００ミクロン、または、約１００〜約４００ミクロンの範囲のサイズであり得る。脱灰骨材料の製造にあたり、寸法についてはいくつかのバリエーションが考えられることは理解されるであろう。

いくつかの実施形態では、脱灰骨基質の製造に使用される骨は、自家、同種異系間、異種間または遺伝子組換えに由来する皮質、海綿質、コルチコ−海綿質であり得る。したがって、ファイバ、チップ、または粒子は例えば、皮質、海綿質、またはコルチコ−海綿骨を含み得る。好ましくは、脱灰骨は、皮質骨由来のファイバ、皮質骨由来のパウダー、および／またはコルチコ−海綿骨由来のチップの形態である。

骨基質を調製するには、典型的には骨材料を処理して骨基質を洗浄、脱脂、殺菌、ウイルスを不活化、消毒、脱灰、脱水、および／または乾燥させる。ＤＢＭの調製方法は当業者らに周知であり、これらに限るものではないが、骨を細い削りくずまたはファイバに削ること、および骨をチップまたは粒子等に切削、粉砕、または破砕することを含む。骨の処理前または処理後に、骨材料に脱灰化を行い、無機質含有量を低いレベルに減らす。例えば、脱灰骨は、無機鉱物をヒトまたは動物の骨から酸抽出、熱フリージング、照射、または物理的抽出して生産され得る。酸抽出においては、塩酸もしくはリン酸といった無機酸、または、ギ酸、酢酸、過酢酸、クエン酸、プロピオン酸等といった有機酸が使用され得る。当業者は認識すると考えられるが、骨表面中への脱灰の量および深度は、処理時間、脱灰溶液の温度、脱灰溶液の濃度、処理中の撹拌強度等を調整することにより制御され得る。

用語「脱灰された（ｄｅｍｉｎｅｒａｌｉｚｅｄ）」は、その本来の鉱物含有量（例えば、カルシウム含有量）より少なく含まれる骨または骨材を指し、「実質的に脱灰された（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｄｅｍｉｎｅｒａｌｉｚｅｄ）」、「部分的に脱灰された（ｐａｒｔｉａｌｌｙ ｄｅｍｉｎｅｒａｌｉｚｅｄ）」、および「完全に脱灰された（ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ｄｅｍｉｎｅｒａｌｉｚｅｄ）」骨材を包含し得る。例えば、脱灰された骨は、１０％以下、９％以下、８％以下、７％以下、６％以下、５％以下、４％以下、３％以下、２％以下、または１％以下の骨の本来の鉱物含有量（例えば、カルシウム含有量）を含み得る。

本明細書に記載のその他の足場に加えてまたはこれに代えて、一つ以上の担体、足場材料、または加工添加物を生体材料組成物中に使用し得る。担体はこの材料の全体的な取り扱いに影響し得る。好ましくは、担体は不活性であるか、または組成物の骨形成特性、骨誘導特性、骨伝導特性、および／または骨刺激特性を増強する。好適な担体、足場、または添加物は、これらに限るものではないが、リン脂質、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、グリセリン、グリセロール、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ヒドロゲル、ポロクサマー、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、乳酸−グリコール酸共重合体（ＰＬＧＡ）、同族のその他共重合体、およびそれらの組合せを含み得る。

さらに、生物学的製剤を生体材料または移植片に添加し得る。これら生物学的製剤は、いくつか例を挙げるなら、すべての目的のために全体が本明細書に参照として取り込まれる米国出願第２０１６／０１５９８６９号において例のために記載されているＢＭＰの結合親和性のあるペプチド両親媒質物質（ａｍｐｈｉｐｈｉｌｅｓ）といったペプチドと、例えば血小板由来増殖因子（ＰＤＧＦ）、血管内皮増殖因子（ＶＥＧＦ）、インスリン由来成長因子（ＩＤＧＦ）、ケラチン合成細胞由来成長因子（ＫＤＧＦ）、または繊維芽細胞由来成長因子（ＦＤＧＦ）、幹細胞、および多血小板血漿（ＰＲＰ）といった骨の成長因子とを含み得る。所望であれば、一つ以上の活性医薬成分または薬物は同様に、生体材料または移植片に組み入れられ得る。生物学的製剤は、当該技術分野で周知のあらゆる好適な薬学的に許容可能かつ効果的な量で添加してもよい。

生体材料組成物は、当該技術分野で周知のあらゆる好適な手順および技術を使用して取得され得る。例えば、本明細書に記載の組成物の成分を共に混合し、結果として生じる組成物を形成し得る。成分は、例えば、室温（例えば、約２０および２６℃）で組み合わせられ得る。成分は、凝固前に共に混合され、均一な混合をもたらし得る。成分は、トレイまたは他装置において混合され得、トレイの形状に似ていてもよい。組成物はまた、押出し成形可能であっても、液体形態、パテ形態、ストリップ形態であっても、または手術部位で適用または移植するよう別様に構成されてもよい。

生体材料および／またはそれから形成された移植片は、例えば、損傷や欠損等による骨または軟骨修復部位での適用を意図する。移植片は、広範囲の整形外科、歯周組織、神経外科的、口腔および顎顔面の外科手技に利用され得る。特に、生体材料は、脊椎固定や内固定を含む脊柱の修復、腫瘍手術、例えば、欠損充填、椎間板切除術、椎弓切除術、側弯、脊柱前弯および脊柱後弯の治療に好適であり得る。考えられる臨床応用としては、例えば、脊椎円板変性または疾患、外傷、病理的なもしくは疲労骨折、先天性欠損もしくは骨折、または、体のあらゆる骨または骨と骨の間における機能的欠陥の治療を含み得る。

組成物および移植片は、患者の体内の様々な標的修復部位にて使用され、その中での骨の成長を促進させるよう構成され得る。いくつかの実施形態では、組成物は、患者の脊椎内の標的修復部位にて使用するよう構成される。例えば、組成物は、第一椎骨体と第二椎骨体との間の骨の成長を促進させ、二つの椎骨の椎体間融合を達成することができる。脊椎固定術において、組成物は、一つ以上の機械的な支持（例えば、ケージまたはフレーム、スペーサー、プレート、複数のネジおよび／またはロッド等）と関連して使用され得る。脊椎を記載するが、組成物は、患者の体内の異なる骨または骨性構造の中またはそこにおける標的修復部位の中へかまたはそこで、移植されるよう構成され得る。

用語「治療する（ｔｒｅａｔｉｎｇ）」およびフレーズ「疾患の治療（ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ａ ｄｉｓｅａｓｅ）」および「状態の治療（ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ａ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）」は、疾患または状態の徴候または症状を緩和するための、本明細書における組成物、装置および方法の使用、および／または一つ以上の生体材料の患者（ヒト、正常もしくはそれ以外の場合、またはその他の哺乳動物）への投与を含み得るプロトコルの実行を指す。緩和は、疾患または状態の徴候または症状が現れる前、ならびに後に起こり得る。したがって「治療する（ｔｒｅａｔｉｎｇ）」または「治療（ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）」は、疾患または望ましくない状態を「予防する（ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇ）」または「予防（ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ）」を含む。さらに「治療する（ｔｒｅａｔｉｎｇ）」または「治療（ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）」は、徴候または症状の完全な緩和や病気の治癒を求めない。

さらなる例示的実施形態は、本発明の生体材料および移植片を作成する成分を含むキットに向けたものであり、例えば、担体または足場、ケージ（例えば、チタンおよび／またはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）スペーサー）、同種移植片スペーサー、脱灰骨材料、細胞培地、リン酸緩衝食塩水（ＰＢＳ）、フラスコなどの組織培養基材、トリプシンもしくは混合物、骨移植片取込ツール、骨髄穿刺液回収ツール等が含まれる。さらなる成分、手順および／または装置が含まれてもよい。

以下の実施例は、様々な非限定的実施形態および技術をさらに例解するよう提供される。しかしながら、これら実施例は説明を意図するものであり、請求項の範囲を限定するものではないことを理解されたい。当業者には明白であると考えられるが、本発明の精神と範囲内で多くの変形や修正が包含されることを意図する。

以下に記載される各例では、血液流体は足場材料と混合される。血液流体は、自然に凝固して凝塊を形成することを許可される。骨髄穿刺液および／または末梢血は、従来の方法によって患者から取得されてもよい。骨髄穿刺液および／または末梢血は、抗凝血剤なしで患者から採取されることが好ましい。足場のトレイが提供され、骨髄穿刺液および／または末梢血は直接足場と混合される。次いで、混合物は、骨髄穿刺液および／または末梢血の凝固の自然プロセスによって凝固が可能とされる。すなわち、さらなる凝固因子または凝固剤は混合物に適用されない。次いで、足場を含む凝塊混合物が、すぐに患者に使用され、例えば、脊椎の横方向溝において骨を治癒するよう、手術部位で適用される。

例１ セラミックベースの足場

この例では、セラミックベースの足場は、セラミックの粒子を含む。セラミックの粒子は、生理活性ガラス、リン酸三カルシウム、またはそれらの混合物を含む。

例２ コラーゲンベースの足場

この例では、コラーゲンベースの足場は、コラーゲンのファイバを含む。

例３ セラミックおよびコラーゲンベースの足場

この例では、セラミックおよびコラーゲンベースの足場は、生理活性ガラス、リン酸三カルシウム、またはそれらの混合物を含むセラミックと、コラーゲンのファイバとを含む。

製剤は、以下の表に提供されるように含む。

結果として生じる組成物は、骨または軟骨の再生を治療するための組み換えタンパク質を送達する自家または他生の担体を提供する。さらなる骨伝導性および骨刺激性成分を凝塊に追加することによって、再生プロセスはさらに、機械的な支持および細胞取付部位を介し得る。組み換えタンパク質の放出制御は、以前はＢＭＰ関連技術で見られた副作用を低減させる助けとなるだろう。

本発明を例示的実施形態において記載したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正が成され得ることは当業者に明白であろう。そのため、本明細書の本発明は具体的に説明された以外での実施も可能であることが理解されるべきである。よって、本実施形態は、あらゆる点で、限定的はなく、例示として解釈されるべきである。したがって、そのような変形や修正は、本明細書に添付された請求項によって定義されるような本発明の特許請求の範囲内に包含されることが意図される。

Claims (20)

1. 組織の再生を助けるための組成物であって、
   血液流体を含む凝塊と、
   外因性組み換えタンパク質と、
   セラミック粒子、コラーゲンファイバ、またはその両方と、を含む、組成物。
2. 組織の再生を助けるための組成物であって、
   セラミック粒子、コラーゲンファイバ、およびそれらの混合物のうちの一つ以上を含む足場と、
   足場を通って分散される血液流体を含む凝塊と、
   外因性組み換えタンパク質と、を含む組成物。
3. 前記凝塊が、血小板、赤血球、白血球、血漿、骨髄間質、間葉系幹細胞、骨前駆細胞、骨髄造血細胞、赤血球生成細胞、およびそれらの組み合わせのうちの一つ以上を含む、請求項１に記載の組成物。
4. 前記凝塊が生存細胞を含む、請求項１に記載の組成物。
5. 前記凝塊が凝固した骨髄穿刺液を含む、請求項１に記載の組成物。
6. 前記凝塊が凝固した血液を含む、請求項１に記載の組成物。
7. 前記組み換えタンパク質が骨形成タンパク質を含む、請求項１に記載の組成物。
8. 前記組み換えタンパク質が、ＢＭＰ−２、ＢＭＰ−４、ＢＭＰ−６、ＢＭＰ−７、それらのヘテロ二量体、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載の組成物。
9. 前記セラミック粒子が生理活性ガラス、リン酸三カルシウム、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１に記載の組成物。
10. 前記セラミック粒子が生理活性ガラス粒子を含む、請求項１に記載の組成物。
11. 前記セラミック粒子がリン酸三カルシウム粒子を含む、請求項１に記載の組成物。
12. 前記セラミック粒子が、約１〜１０００μｍの範囲の粒子サイズを有する、請求項１に記載の組成物。
13. 前記セラミック粒子が、約１００〜５００μｍの孔サイズを有し、全体の気孔率が約６０〜８０％である、請求項１に記載の組成物。
14. 組織の再生を助けるための移植可能組成物を調製する方法であって、
    試料を採取するのに抗凝血剤を使用することなく患者から血液流体の試料を取得することと、
    均質混合物を形成するため、前記試料を外因性組み換えタンパク質およびセラミック粒子、コラーゲンファイバ、またはその両方と混合させることと、
    前記移植可能組成物を形成するのに凝固剤を追加することなく、均質混合物を自然に凝固させることを可能にすることと、を含む方法。
15. 前記組み換えタンパク質およびセラミック粒子、コラーゲンファイバ、または両方が、前記試料が凝固する前に前記試料と混合される、請求項１４に記載の方法。
16. 前記血液流体の試料が前記患者から回収された骨髄穿刺液である、請求項１４に記載の方法。
17. 前記血液流体の試料が前記患者から回収された末梢血である、請求項１４に記載の方法。
18. 前記移植可能組成物が、前記試料を取得した同一患者に投与される、請求項１４に記載の方法。
19. 哺乳動物における骨や創傷の治癒を促進させる方法であって、
    血液流体、外因性組み換えタンパク質、およびセラミック粒子、コラーゲンファイバ、または両方を含む凝塊の混合物を含む組成物を提供することと、
    標的修復部位における組織の修復または再生を促進させるよう、前記組成物を前記標的修復部位内に投与することと、を含む方法。
20. 前記標的修復部位が、前記脊椎における損傷または欠損であり、再生されている前記組織が骨である、請求項１９に記載の方法。