KR20180079368A - 골 복구에서 골유도 분자의 증진된 전달을 위한 매트릭스 - Google Patents

Abstract

생체적합성 매트릭스 물질 내에 도입될 수 있는 다공성 세라믹 과립에 골유도성 작용제가 로딩되어 있는 골유도성 합성 골 이식편을 제조하기 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 일부 경우에서, 과립의 로딩은 저-pH 완충제의 사용 및 전-처리에 의해 용이해진다.

Description

골 복구에서 골유도 분자의 증진된 전달을 위한 매트릭스

본 출원은 2015년 10월 30일자로 출원된 미국 가출원 일련 번호 62/248,861의 우선권 및 이익을 주장하며, 그의 전문이 본원에 참조로 포함된다.

본 출원은 의료 장치 및 생물학적 치료법, 더 구체적으로는 골 시멘트, 골 퍼티 및 과립-바인더 복합재에 관한 것이다.

매년 대략 2백만회의 정형외과 시술에서 골 이식편이 사용되는데, 일반적으로 세 가지 형태 중 하나를 취한다. 통상적으로 환자의 한 부위에서 수확되어 동일 환자의 또 다른 부위로 이식될 골로 이루어지는 자가이식편은 골 이식 물질의 기준이 되는데, 이와 같은 물질이 동시에 골전도성 (새로운 골 성장을 위한 스캐폴드로 작용함)이며, 골유도성 (골모세포의 발생을 촉진함)이고, 골원성 (새로운 골을 형성하는 골모세포를 함유함)이기 때문이다. 그러나, 자가이식편의 공급에 있어서의 한계는 시신-유래 동종이식편의 사용을 필요로 하게 하였다. 동종이식편은 숙주-이식편 면역 반응을 촉발할 수 있거나 감염성 질환 또는 프리온 질환을 전파할 수 있어서, 종종 멸균되거나 세포를 제거하도록 처리됨으로써 그의 골원성이 제거되므로, 자가이식편에 비해 이들 물질이 보다 덜 이상적이다.

인간-유래 골 이식편 물질의 단점을 고려하여, 관련 분야에서 합성 골 이식편 물질에 대한 장기간-지속된 요구가 있어왔다. 합성 이식편은 통상적으로 페이스트 또는 퍼티의 형태로 전달되는 칼슘 세라믹 및/또는 시멘트를 포함한다. 이들 물질은 골전도성이기는 하지만, 골유도성이거나 골원성이지는 않다. 그의 효능을 향상시키기 위하여, 합성 칼슘-함유 물질에는 골유도성 물질, 구체적으로는 골 형태원성 단백질 (BMP), 예컨대 BMP-2, BMP-7, 또는 다른 성장 인자 예컨대 섬유모세포 성장 인자 (FGF), 인슐린-유사 성장 인자 (IGF), 혈소판-유래 성장 인자 (PDGF), 및/또는 형질전환 성장 인자 베타 (TGF-β)가 로딩되고 있다. 그러나, 적지 않은 기술적 과제들이 합성 골 이식편 대체물에의 골유도성 물질의 효율적인 도입을 막고 있으며, 이는 다시 고-품질 골유도성 합성 골 이식편 물질의 개발을 제한하고 있다.

이러한 과제 중 하나는 한번의 짧은 폭발적인 방출보다는 오랜 시간 동안 골유도성 물질을 전달하며 새로운 골 성장을 지지하는 적절한 물리적 특징들을 가지는 이식편 매트릭스의 개발이었다. 적절한 물리적 특징들을 갖는 물질의 제조는, 다른 것들 중에서, 이러한 물질이 이식 동안 및 이식 후에 이식편에 적용될 하중을 견디기에 충분하게 강성이어야 하는 요구와, 세포 및 조직 침윤을 가능케 하도록 충분히 다공성을 유지하며, 새로운 골에 의한 이식편의 대체를 가능케 하는 속도로 분해되거나 용해되어야 하는 요구, 및 골 생성에 적절한 시간 및 공간적 방식으로 골유도성 물질을 용리하여야 하는 별도의 요구의 균형을 이루는 것을 포함한다. 오직 상기 설계 기준의 조합만이 새로운 골 형성 및 근본적 치유를 촉진하기 위한 최적의 이식편 매트릭스를 결과할 것이다. 예를 들어, 현재 시중에서 구입가능한 BMP-용리 합성 골 이식편은 이들 요건을 충족하지 못하고, 골유도성 물질, 예컨대 BMP의 전달에 최적화된 골 이식편 물질에 대한 필요성이 존재한다.

본 발명은 최적의 물리적 특징들과의 조합으로써 향상된 골유도성 단백질 용리를 나타내는 합성 골 이식편 물질은 물론 그의 제조 및 사용 방법을 제공함으로써, 관련 기술분야의 중요한 비충족 요구를 해소한다. 한 측면에서, 본 발명은 100 내지 500 마이크로미터 범위의 평균 크기를 갖는 복수의 마이크로세공을 갖는 다공성 생체적합성 매트릭스, 및 다공성 생체적합성 매트릭스와 접촉하며 과립의 내부 상의 적어도 하나의 표면을 한정하는 마이크로세공의 상호연결된 네트워크를 갖는 칼슘 세라믹 과립 (반드시는 아니지만, 임의로 30 m²/g을 초과하는 비표면적을 가짐)을 포함하는 조성물에 관한 것이다. 일부 경우에, 세라믹 과립은 5.5 내지 6.0의 범위의 pH를 갖는다 (과립 및 물의 슬러리 또는 또 다른 중성, 비-완충 용액 중에서 측정된 바와 같음). 본 발명의 조성물은 골유도성 단백질을 로딩(loading)하도록 구성되며, 환자에게 이식 후 7일 이상 동안 이러한 골유도성 단백질의 적어도 50%를 유지하도록 구성된다. 이러한 맥락에서, 일부 경우에 칼슘 세라믹 과립의 중심 부근에 골유도성 단백질의 농도가 칼슘 세라믹 과립의 외부 표면 상의 골유도성 단백질의 농도와 유사 (예를 들어 약 33% 이상)하도록 조성물은 과립의 내부 상의 적어도 하나의 표면과 회합된 골유도성 단백질을 포함한다. 예를 들어, 일부 경우에서, 중심 부근 (즉 중심으로부터 외부 표면까지 평균 거리의 대략 20%, 또는 일부 경우에서 10%인 반경 이내) 내부 표면 상 골유도성 단백질의 농도는 과립의 외부 표면 상에서 발견되는 단백질 농도의 적어도 33%일 수 있다 (예를 들어 중심 부근 농도에 대한 표면 상 단백질 농도의 비가 3 미만일 수 있음). 콜라겐 또는 합성 중합체로부터 형성될 수 있는 생체적합성 매트릭스는, 임의로 1-2 mm 범위의 평균 직경을 갖는 복수의 마크로세공을 포함하고, 임의로 또는 추가적으로, 50% 선형 변형률에서 적어도 50kPa의 압력에 저항하기에 충분한 칼럼 강도를 특징으로 한다.

또 다른 측면에서, 본 발명은 환자의 골 조직과 하기를 포함하는 조성물을 접촉시키는 단계를 포함하는, 환자를 치료하는 방법에 관한 것이다: (a) 약 100 μm 내지 약 500 μm의 평균 크기를 갖는 복수의 마크로세공을 포함하는 매트릭스인 다공성 생체적합성 매트릭스; (b) 다공성 생체적합성 매트릭스와 접촉하며, 과립의 내부 상의 적어도 하나의 표면을 한정하는 마이크로세공의 상호연결된 네트워크를 갖는 칼슘 세라믹 과립; 및 (c) 과립의 중심 부근에 적어도 하나의 표면의 부분 및 과립의 외부 부근에 적어도 하나의 표면의 부분 상에 분포되는, 과립의 내부 상의 적어도 하나의 표면과 회합된 골유도성 단백질. 골 조직은 임의로 척추골 및/또는 골의 외상성 손상 부위이다. 일부 경우에, 칼슘 세라믹 과립은 약 5.5 내지 약 6.0의 pH를 갖고/거나 칼슘 세라믹 과립의 중심 부근 골유도성 단백질의 농도는 칼슘 세라믹 과립의 외부 표면 상의 골유도성 단백질의 농도의 약 33% 이상이다. 생체적합성 매트릭스는 일부 경우에 콜라겐 또는 합성 중합체를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 방법은 골유도성 단백질을 포함하는 용액을 사용하여 조성물을 습윤화시키는 단계를 포함하며, 그로 인해 골유도성 단백질을 적어도 하나의 표면과 회합시킬 수 있다.

또 다른 측면에서, 본 발명은 골유도성 단백질이 유체에 첨가되어 용액을 형성할 수 있는 형태로 골유도성 단백질을 보유하는 용기 및 담체를 포함하는, 환자를 치료하기 위한 키트에 관한 것이다. 담체는 약 100 μm 내지 약 500 μm의 평균 크기를 갖는 복수의 마크로세공을 포함하는 다공성 생체적합성 매트릭스, 및 다공성 생체적합성 매트릭스와 접촉하며, 과립의 내부 상의 적어도 하나의 표면을 한정하는 마이크로세공의 상호연결된 네트워크를 갖는 칼슘 세라믹 과립을 포함한다. 한편, 골유도성 단백질을 보유하는 용기에 유체를 첨가함으로써 형성된 용액은 담체를 습윤시키도록 적합화된 것이고, 그로 인해 골유도성 단백질은 과립의 내부 상의 적어도 하나의 표면과 회합되고, 그로 인해 이식물을 형성한다. 다양한 경우에, 다공성 생체적합성 매트릭스는 추가적으로 약 1mm 내지 2mm의 평균 직경을 갖는 복수의 마크로세공을 가지고/거나, 콜라겐으로부터 형성되고/거나, 합성 중합체로 형성된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 키트의 구성요소로부터 형성된 이식물은 50% 선형 변형률에서 적어도 50kPa의 압력에 저항하기에 충분한 칼럼 강도를 갖는다.

첨부 도면으로써 본 발명의 소정 실시양태들을 예시한다. 도면이 반드시 축적에 맞는 것은 아니라는 것, 및 본 발명의 이해에 필요하지 않거나 다른 세부사항을 인지하기 어렵게 하는 세부사항이 생략될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 발명이 반드시 본원에서 예시되는 특정 실시양태로 제한되지는 않는다는 것을 이해할 것이다.
도 1은 8주에 과립화 칼슘 포스페이트 매트릭스 (CPM) 중으로 전달된 BMP-2를 사용한 처리와 비교한, 흡수성 콜라겐 스펀지 (ACS) 중으로 전달된 BMP-2를 사용한 처리에 반응하는 비인간 영장류 비골 절골술 모델에서의 가골 형성의 비교를 나타낸다. 패널 A 및 B에 나타낸 BMP-2/ACS-처리된 절골술은 ACS 담체 내보다는 마이크로다공성 ACS 담체 외부에서의 골 형성에 기인하는 중공 가골 구조를 가진다. 반면, 패널 C 및 D에 나타낸 BMP-2/CPM-처리 복구는 과립화 마크로다공성 담체 사이의 골 형성에 기인하는 훨씬 더 균일한 가골 구조를 가진다.
도 2는 토끼 척골 절골술 모델에서의, 흡수성 콜라겐 스펀지 (ACS) 상에 전달된 0.2 mg/mL, 및 완충제 (0.7 mg/mL) 중으로의 rhBMP-2와 비교한, rhBMP-2/칼슘 포스페이트 매트릭스 (CPM, 0.7 및 4.2 mg/mL)로 주사된 후의 rhBMP-2의 계내 체류 (개시 투여량 중의 %, 평균±SD) 대 시간 (일)을 나타낸다.
도 3은 래트 근육내 파우치 모델에서 미리 형성된 CaP 시멘트 과립의 표면 상에 로딩된 BMP-2 및 흡수성 콜라겐 스폰지 (ACS) 중으로 전달된 BMP-2와 비교한, 칼슘 포스페이트 (CaP) 시멘트 중으로 전달된 BMP-2에 대한 체류 프로파일을 나타낸다. CaP 시멘트 내에 함유된 BMP-2의 체류는 미리 형성된 CaP 시멘트 과립의 표면 상에 로딩된 BMP-2의 체류보다 상당히 더 길다. 표면 코팅된 CaP 시멘트 과립으로부터의 BMP-2 체류는 BMP-2가 ACS 중으로 전달될 때 관찰된 최적의 체류 미만과 유사하다.
도 4는 일수로 나타낸 시간의 함수로서의, 흡수성 콜라겐 스펀지 (ACS)와 비교한, CDHA 다공성 고도 SSA (비표면적) 과립, CDHA 비-다공성 고도 SSA 과립, 마크로다공성 칼슘 포스페이트 시멘트 (CaP), 60:40 HA/TCP 다공성 과립, 15:85 HA/TCP 다공성 과립 중으로 전달된 BMP-2의 시험관내 체류 프로파일 (개시값 중의 %)을 나타낸다. BMP를 BMP 완충제 용액 중 담체 상에 1시간 동안 로딩하였다. 이어서, 생체 내에서의 혈청 단백질에 대한 노출을 모방하기 위하여, 20 % 소 혈청을 함유하는 용액 중에서 BMP-로딩 과립을 인큐베이션하였다. 다공성이 있는 및 없는 고도 비표면적 CDHA 과립 및 CaP 시멘트가, 단독이거나 콜라겐 스펀지 내에 함유된 것 중 어느 하나인 저 SSA 과립 및 ACS에 비해 탁월한 BMP 시험관내 체류를 나타내었다.
도 5A-B는 본 발명의 소정 실시양태에 따른 로딩 완충제가 없는 (A) 및 있는 (B) BMP-기재 골유도성 단백질이 로딩된 과립의 현미경사진을 나타낸다. 5A는 형광 표지된 BMP가 약하게 완충된 용액 중으로 전달될 경우, 단백질이 세라믹 과립의 표면으로 제한된다는 것을 나타낸다. 반면, 형광 표지된 BMP가 충분히 완충된 저 pH 용액 중으로 전달될 경우, 단백질은 세라믹 과립의 내부 표면으로 침투하여 거기에 국재화될 수 있다.
도 6A-F는 다양한 완충제 조성물 중에서의 형광 표지된 BMP가 로딩된 미처리 (A-C) 및 산 전-처리된 ("에칭된") (D-F) 과립의 현미경사진을 나타낸다. 첫 번째 칼럼 (A 및 D)에서는, 낮은 완충 용량의 pH 4.0인 완충제 ("1x dBMP 완충제"; 조성은 표 1 참조) 중에서 단백질을 과립에 로딩하였다. 두 번째 칼럼 (B 및 E)에서는, 중간 완충 용량의 pH 3.5인 완충제 ("5x dBMP 완충제") 중에서 단백질을 과립에 로딩하였다. 세 번째 칼럼에서는, 높은 완충 용량의 pH 3.0인 완충제 ("10x dBMP 완충제") 중에서 단백질을 과립에 로딩하였다. 단백질의 분포는 A 및 D에서 과립 표면에 집중되던 것에서 완충 용량이 증가하고 pH가 감소하면서 더 균일한 분포로 이동하였다 (즉 단백질이 과립의 중심 부근 세공 표면 및 외부 표면 부근을 따라 분포됨). 에칭된 과립과 10x dBMP 완충제의 조합은 가장 균일한 단백질 분포를 제공하였다.
도 7A-B는 BMP-로딩된 과립의 형광 현미경 사진을 나타내고, 도 7C-D는 약한 완충제 (1X dBMP 완충제) 또는 강한 완충제 (1M 아세트산) 중으로 전달될 때 과립 전체에 걸쳐 형광 표지된 BMP 단백질로부터의 신호의 정량화를 나타낸다. 도 7A-C는 약하게 완충된 시스템에서는 거의 대부분의 BMP가 과립의 외부 부근에 제한되는 반면, 강하게 완충된 시스템에서는 BMP가 중심과 외부 둘 다의 사이로 보다 균일하게 분포된다는 것을 입증한다. 주변 대 중심 형광의 비는 총 신호 중 적어도 30%가 중심에서 발견됨으로써, 강한 완충제에서 더 낮았다 (예를 들어 1:1에 더 가까움). 도 8D는 이것이 적어도 부분적으로는 과립 중심에서의 신호의 증가로 인한 것이라는 것을 입증한다.
도 8은 다양한 완충제 조성물 중에서의 미처리 과립 또는 에칭된 과립과의 BMP의 인큐베이션 후의 염수 세척과 구아니딘 HCl 추출 사이의 단백질 분배를 도시한다. 염수 세척의 단백질은 과립에 느슨하게 결합된 것으로 간주되는 반면, 구아니딘 HCl 추출의 단백질은 과립에 견고하게 결합된 것으로 간주된다. 미처리 과립에서, 느슨하게 결합된 BMP의 양은 완충 용량이 증가하고 pH가 감소하면서 (즉 "1x dBMP"로부터 "10x dBMP" 완충제 조건으로) 감소한다. 에칭된 과립의 경우, 높은 완충 용량의 pH 3인 완충제 (10x dBMP) 중으로 BMP가 로딩될 때까지 유사한 패턴이 관찰되었는데, 이 경우에서는 느슨하게 결합된 단백질의 분율이 1x dBMP 및 5x dBMP 조건에서의 것에 비해 급격하게 증가하였다.
도 9는 알칼리성 과립 (예컨대 pH 8.5)에서, BMP가 응집되는 경향이 있으며 (높은 A320 값), 응집 정도는 일반적으로 완충제의 강도가 증가하면서 감소한다 (1X→5x→10x dBMP 완충제)는 것을 나타낸다. 또한, 저 pH 과립 (예컨대 pH 5.2)에서는, BMP가 전체적으로 덜 응집됨으로써, 과립 내부로의 전달을 더 잘 가능케 하는 경향이 있다.

골유도성 조성물

본 발명의 조성물을 이용한 합성 골 이식편 (호환가능하게 "이식물" 또는 "구성체"로도 지칭됨)은 일반적으로 하기 3종의 구성요소를 포함한다: 골전도성 물질, 예컨대 칼슘 세라믹 또는 다른 고체 무기질체, 골유도성 물질 예컨대 골 형태원성 단백질, 및 생체적합성 매트릭스 예컨대 콜라겐 스펀지. 본원에서 사용될 때, 골전도성 물질은 골모세포, 전구-골모세포, 골전구 세포, 중간엽 줄기 세포, 및 골격 조직을 합성하고/거나 유지하는 세포로 분화될 수 있거나 또는 그의 발생을 달리 촉진할 수 있는 기타 세포를 포함한 골모세포성 세포들의 내성장(ingrowth) 또는 표면성장(ongrowth)을 촉진하는 임의의 물질을 지칭한다. 본 발명의 바람직한 실시양태에서, 골전도성 물질은 과립 상에 로딩되는 골유도성 물질의 지속적인 방출을 제공하도록 적합화된 골전도성 칼슘 포스페이트 세라믹을 포함하는 과립이다. 일부 경우에서, 상기 과립은 상호연결된 복잡한 다공성 구조를 포함한다. 본 발명자들이 발견한 예시적인 과립은 본 발명의 구성체, 시스템 및 방법에 사용하기에 최적화된 BMP 결합 및 용리 특성을 나타내고, 그의 전체 개시내용이 모든 목적을 위해 본원에 포함된 반데르플로그(Vanderploeg) 등에 의한 미국 특허 가출원 번호 62/097,393에 기재되어 있다.

상기 과립은 일반적으로 본 발명의 이식물이 계내에서 유지되면서 골의 형성 및 치유에 최적인 시간 기간 (예컨대 수주 또는 수개월) 동안 골유도성 물질을 방출하는 것을 가능케 하는 데에 적절한 조성 및 구조를 가지는 임의의 적합한 골전도성 물질로 제조된다. 이러한 특징들이 적용분야마다 달라질 수 있기는 하지만, 상기 과립은 일반적으로 비제한적으로 모노칼슘 포스페이트 일수화물, 디칼슘 포스페이트, 디칼슘 포스페이트 데히드레이트(dehydrate), 옥토칼슘 포스페이트, 침전 히드록시아파타이트, 침전 비정질 칼슘 포스페이트, 모노칼슘 포스페이트, 알파-트리칼슘 포스페이트 (α-TCP), 베타-트리칼슘 포스페이트 (β-TCP), 소결 히드록시아파타이트, 옥시아파타이트, 테트라칼슘 포스페이트, 히드록시아파타이트, 칼슘-결핍 히드록시아파타이트 및 이들의 조합을 포함한다.

골유도성 물질은 일반적으로 전구 세포의 군집으로부터의 골모세포의 생성을 자극하는 펩티드 및 비-펩티드 성장 인자를 포함한다. 일부 실시양태에서, 골유도성 물질은 형질전환 성장 인자 베타 (TGF-β) 슈퍼패밀리의 구성원, 예컨대 BMP-2, BMP-3, BMP-4, BMP-5, BMP-6, BMP-7, BMP-9, 또는 그의 전체 개시내용이 모든 목적에 있어서 참조로 포함되는 베라시(Berasi) 등의 발명의 명칭이 "Designer Osteoinductive proteins"인 미국 특허-전 출원 공개 번호 US 20120046227 A1에 기재되어 있는 디자이너 BMP 예컨대 BMP-GER 또는 BMP-GER-NR 키메라 BMP이다. 다른 실시양태에서, 골유도성 물질은 섬유모세포 성장 인자, 인슐린-유사 성장 인자, 혈소판-유래 성장 인자, 소형 분자, 뉴클레오티드, 지질, 또는 본원에서 열거되는 인자들 중 하나 이상의 조합이다.

본 발명에 따른 이식물 (본원에서는 "구성체"로도 지칭됨)의 세 번째 구성요소는 생체적합성 매트릭스이며, (a) 과립과 함께 사용될 경우, 이식시 거기에 가해지는 하중을 견디기에 충분한 강성 및/또는 칼럼 강도(column strength)를 나타내며, (b) 과도한 염증 (즉 새로운 골의 형성 또는 부러진 골의 치유를 억제하거나 막기에 충분한 염증)을 야기하거나, 골모세포의 증식을 억제하거나, 달리 과립 및/또는 골유도성 물질의 활성을 방해하지 않고, (c) 한정된 영역 내에서의 새로운 골의 침착을 가능케 하도록 적절한 기간 동안 충분한 응집력(cohesion)을 가지는 임의의 적합한 생체적합성 물질일 수 있다. 또한, 생체적합성 매트릭스는 임의로 분해가능하고/거나 골전도성이다. 다양한 실시양태에서, 생체적합성 매트릭스는 히알루론산 (HA) 및 그의 관능화되거나 변형된 버전, 동물의 것인지 재조합 인간의 것인지에 관계없는 콜라겐, 젤라틴 (동물 또는 재조합 인간), 피브린, 키토산, 알기네이트, 아가로스, 자기-조립 펩티드, 전혈, 혈소판-풍부 혈장, 골수 흡인물, 폴리에틸렌 글리콜 (PEG) 및 그의 유도체, 폴리(락티드-코-글리콜리드), 폴리(카프로락톤), 폴리(락트산), 폴리(글리콜산), 폴록사머 및 관련 기술분야에 알려져 있는 기타 열민감성 또는 역-열민감성 중합체를 포함한 관능화된 또는 달리 가교-결합가능한 합성 생체적합성 중합체, 및 전기 중 임의의 하나 이상의 공중합체 또는 혼합물이다.

이식물 설계의 기술적 고려사항

상기한 바와 같이 골유도성 물질, 과립 및 생체적합성 매트릭스를 포함하는 본 발명의 이식물은 일반적으로 골 성장 및 치유의 촉진에 맞추어 설계되었으며 현재 이용가능한 합성 골 이식 물질은 나타내지 않는 특징들을 가진다. 본 발명에 따른 이식물의 관련된 특성은 적어도 하기를 포함한다: (a) 적용을 위해 적절한 골유도성 물질의 방출 속도, (b) 새로운 골 형성을 촉진하지만 방해하지 않기에 적절한 체류 시간, (c) 새로운 골의 형성을 수반하는 새로운 혈관 조직을 포함하여 세포 및 조직의 침윤을 허용하는 마크로다공성, 및 (d) 이식물에 가해지는 하중에 견디기에 충분한 경도 및/또는 내압축성.

BMP는 주로 골 외피의 복구 부위 또는 주변 연조직 외피에 존재하는 골모세포 전구체의 분화를 자극함으로써 골 형성을 유도한다. 생리학적 골 복구는 골의 무기질 상에 저장되어 있는 피코그램/펨토그램 양의 BMP 방출, 및 복구 부위의 골 전구 세포에 의해 분비되는 새로 합성된 BMP에 의해 자극된다. BMP의 이들 두 가지 공급원은 복구 부위에서의 BMP 농도를 성공적인 골 복구를 유도하는 데에 적절한 시간량 동안 생리학적 수준으로 유지한다.

외인성 BMP는 이상적으로는 생리학적 BMP 반응을 모방하는 양 및 기간으로 BMP를 용리하는 구성체 중으로 전달된다. 그러나, 일반적으로 세포 수준에서 생리학적 BMP 농도를 달성하고 적절한 시간량 동안 생리학적 농도를 유지하는 데에는, 훨씬 더 큰 약학적 BMP 농도의 투여가 요구된다는 것을 알아야 한다. 이는 완전히 알려져 있지 않은 인자들의 조합에 기인한다. 어떠한 이론에 의해서도 얽매이고자 하는 것은 아니나, 이러한 구성체에서의 생리학-초과 BMP 농도에 대한 필요성을 야기하는 한 가지 인자는 골로부터의 내인성 BMP 및 세포로부터의 새롭게 형성되는 내인성 BMP의 생리학적 국소 방출의 효능을 모방하는 외인성 BMP의 능력부재일 수 있다. 또한, rhBMP는 일반적으로 생리학적 pH에서 불용성이어서, (역시 어떠한 이론에 의해서도 얽매이고자 하는 것은 아니나) 많은 외인성으로 전달되는 BMP가 생리학적으로는 이용가능하지 않을 수 있다.

골 복구를 자극하는 데에 요구되는 외인성 rhBMP의 양은 종 의존성인 것으로 보인다. 경험적 데이터는 개, 양 및 염소를 포함한 더 큰 동물에 비해 설치류 및 토끼와 같은 소형 동물에서 골 형성을 자극하는 데에 더 낮은 외인성 rhBMP 농도가 요구된다는 것을 암시하고 있다. 비인간 영장류 및 인간은 골 복구를 자극하는 데에 최고의 외인성 rhBMP 농도를 필요로 하는 것으로 보인다. 예를 들어, 개에서의 골 복구를 위하여 흡수성 콜라겐 스펀지 (ACS) 중으로 전달되는 rhBMP-2의 FDA 승인 농도는 0.2 mg/mL이며, 인간에서의 1.5 mg/mL와 비교된다. 요구되는 외인성 rhBMP 농도에 있어서의 이와 같은 차이에 기여하는 인자들 역시 분명하게 알려져 있지 않으나, 관련 기술분야 통상의 기술자라면, 동물 모델에서의 발견을 인간 환자에 대한 그의 적용가능성에 대하여 평가하는 데에 있어서, 종-간 차이가 고려되어야 한다는 것이 이해될 것이다.

마찬가지로, 조직에 BMP가 전달되어야 하는 기간은 종에 따라 달라지는 바: 설치류 및 토끼에서의 복구를 위한 BMP 체류 시간은 그의 빠른 고유 골 형성 속도로 인하여 수일만큼 짧을 수 있는 반면, 비인간 영장류 및 인간 환자는 일반적으로 수주의 BMP 체류 시간을 필요로 한다. 어떠한 이론에 의해서도 얽매이고자 하는 것은 아니나, 영장류 및 인간에서 관찰되는 더 긴 기간은 치유 과정이 수술 또는 외상에 의해 야기되는 처음의 이화성 염증 단계로부터 골모세포 전구체, 및 융합/복구 과정을 지지하는 회합되어 있는 새로운 혈관 단위의 이동 및 분화를 포함하는 동화 단계로 전이되는 시간량과 관련되어 있는 것으로 보인다. 설치류에 최적인 짧은 BMP 체류 시간은 더 느린 골 형성 속도를 가지는 동물에서는 골 복구를 자극하기에 충분한 시간량 동안 생리학적 BMP 수준을 유지하지 못할 수 있다. 반대로, 빠른 고유 골 형성 속도를 가지는 동물에서, 더 긴 체류 프로파일을 가지는 담체로부터는 골 형성을 자극하기에 충분한 양으로 BMP가 방출되지 못할 수 있다.

한 예로서, 완충제 용액 중에서 복구 부위로 국부로 전달되는 BMP의 체류 시간은 극히 짧아서, 상대적으로 다량의 BMP가 용액 중으로 전달되는 경우에도, 적정한 골 반응은 설치류 모델에서만 자극된다. 비-인간 영장류 및 인간 환자에서의 적용의 경우, 수주의 기간 동안 치료 부위에 BMP를 국재화하기 위하여, 연장-방출 담체가 바람직하게 사용된다.

연장된 국소 BMP 방출을 제공하기 위한 한 가지 전략은 내인성 세포외 매트릭스에 대한 BMP의 결합을 모방한 담체를 이용하는 것이다. 한 예로서, 콜라겐성 담체는 내인성 콜라겐을 포함한 세포외 매트릭스 성분에 대한 BMP의 고유한 결합 특성으로 인하여 (어떠한 이론에 의해서도 얽매이고자 하는 것은 아님) BMP 용액에 비해 더 긴 BMP 체류 시간을 나타낸다. 칼슘 포스페이트 매트릭스 (CPM)를 포함하는 세라믹 담체는 골로부터 BMP가 생리학적으로 방출되는 매우 긴 체류 시간을 밀접하게 모방한다. 세라믹 담체로부터의 BMP의 방출은 골로부터의 BMP 방출에서 관찰되는 것과 동일한 파골성 흡수(osteoclastic resorption)를 필요로 할 수 있다. 이와 같은 독특한 특성으로 인하여, 본 발명에서 사용되는 바와 같은 복합재 담체 내에 삽입된 세라믹 성분을 포함하는 이식물은 다른 자연 발생 및 합성 생체물질에 비해 탁월한 BMP 전달용 비히클이 될 수 있다.

시간적으로 골 반응을 최적화할뿐만 아니라, 이상적인 담체는 최적 공간 골 반응을 제공한다. 일부 전달 시스템에서 나타난 하나의 효과는 이소의 또는 이소성 골 형성에 기여하는 이식의 부위 주변의 혈종/혈청종 유체 내로의 BMP의 방출이다. 요추 체간 척추 융합을 위한 체간 케이지에 위치한 흡수성 콜라겐 스폰지 (ACS), 및 개방 경골 골절 복구를 위한 ACS 스폰지 단독 중으로 전달된 BMP-2는 인간에게 사용하기 위한 것으로 등록되어 있다. ACS가 담체에 대한 복수의 요구사항을 충족시키지만, ACS로부터의 BMP의 방출은 처음 24시간에 특히 신속하다. 신속한 BMP 방출의 결과는 인퓨즈®의 사용으로 관찰된 이소성/이소의 골, 수술후 연조직 종창/일과성 유체 형성, 및 일과성 골 흡수와 어느 정도 연관된다.

다시, 어떠한 이론에 의해서도 얽매이고자 하는 것은 아니나, ACS 스폰지로부터의 BMP의 신속 방출은 주로 BMP에 대해 콜라겐보다 더 높은 친화도를 갖는 혈청 단백질로 인한 것이라고 여겨진다. 콜라겐에 대한 BMP의 친화도는 BMP의 효율적인 로딩 및 BMP/담체의 수술 복구로의 전달을 허용한다. 그러나 일단 외과적 출혈과 연관된 복구부 내에 존재하는 혈청 단백질과 접촉하면, BMP는 신속히 스폰지로부터 방출되고, 복구 부위에서 혈종 내에 포획된다. 치유 과정의 일부로서의, 복구 후 처음 주 동안 혈종의 혈청종으로의 전환은, 방출된 BMP가 혈청종 유체와 함께 이용가능한 조직 판 내로 이동하도록 허용하고, 이는 이소의 또는 이소성 골 형성에 기여한다.

지주골 흡수(trabecular bone resorption)의 회피와 관련하여, BMP/ACS의 투여 후 종판으로 침투되는 체간 융합과 연관되어 있는 중간골(metaphyseal bone) 내 또는 지주골로의 BMP의 빠른 방출은 상당수의 파골세포 전구체 세포도 존재하는 위치에서의 골모세포 전구체 세포의 빠른 상향조절을 초래한다. 이러한 두 가지 세포 유형 사이의 정상적인 상호 신호의 결과로서, 충분한 성숙한 파골세포들이 생성됨으로써, 골 형성 전에 지주골의 일시적인 흡수를 야기한다. 이와 같은 현상은 부분적으로 인퓨즈®의 사용과 연관된 체간 융합 및 중간골 복구에서 때때로 관찰되는 골용해의 원인이다.

구조 고려사항

BMP의 최적 전달을 시간적으로 및 공간적으로 제공하기 위해, 본 발명의 다양한 실시양태에 따른 담체는 바람직하게는 마크로다공성이며, 그들이 복구 부위로의 새로운 혈관 및 골 형성 세포의 침투를 허용하여 균일한 전체 두께 복구를 생성하도록 한다 (도 1). 마크로다공성이 아닌 담체는 복구부 내로 완전히 침투하지 않는, 그의 표면 상의 골의 기계적으로 열등한 쉘을 갖는 복구를 종종 유발한다. 인퓨즈® 중으로 BMP-2를 전달하는데 사용되는 흡수성 콜라겐 스폰지 (ACS)는 90% 초과의 공극 부피를 갖는다. 그러나 ACS의 평균 세공 크기는 비교적 작다. 개별 세포 예컨대 대식세포 및 단핵구는 스폰지에 침투하여 담체의 재흡수 및 결합된 BMP의 방출을 개시한다. BMP는 또한 자유롭게 스폰지에서 확산할 수 있다. 그러나 세공 크기는 골 형성을 개시하도록 요구되는, 혈관 유닛의 침투를 허용하기에 충분히 크지 않다. 그 결과, BMP-2/ACS로의 처리에 대한 반응으로서의 골 형성은 일반적으로 스폰지 내에서보다 흡수성 콜라겐 스폰지 외부에서 고도로 혈관성인 육아 조직에서 발생한다. 도 1A-B에 도시된 바와 같이, 흡수성 ACS의 주변에서 새로 형성된 골의 신속한 무기질화는 최적이 아닌 빈 캘러스 아키텍처(callus architecture)로 이어질 수 있다. 반면에, 과립화된 칼슘 포스페이트 매트릭스 또는 300 um 초과의 마크로다공성을 갖는 담체는 담체 내에 BMP 유도된 혈관의 빠른 침투를 허용하며, 이는 보다 균일하고, 기계적으로 우수한, 유도된 조직 복구 캘러스 구성체로 이어진다.

최적의 BMP 담체는 또한 바람직하게는 충분히 압축 저항성이어서, 주변 연부 조직으로부터 간섭 없이 새로운 골 형성을 위한 공간을 보증해야 한다. 이것은 특히 연부 조직이 복구 부위로 돌출될 수 있는 분절 결함 및 후측부 척추 융합에 중요하다. INFUSE 중으로 BMP-2를 전달하는데 사용되는 흡수성 콜라겐 스폰지 (ACS)는 상부 연부 조직이 후측부 융합 질량의 크기를 제한하는 것을 방지하기 위해 충분한 압축 저항을 제공하지 않는다. 일부 제품, 예컨대 메드트로닉 (미네소타주 미니아폴리스)에 의해 개발된 앰플리파이(AMPLIFY®)가, 척추 융합에 사용하기 위해 HA/TCP 과립이 함침된 콜라겐으로 구성된 압축 저항 콜라겐 매트릭스 (CRM)를 사용하여 BMP를 전달하나, 현재 인간에게 사용되는 제품은 승인된 바 없다. 그럼에도 불구하고, 칼슘 포스페이트 과립의 첨가는 인간에서 후측부 융합에서의 효능을 증명하기 위해 앰플리파이® 제품에의 충분한 압축 저항을 부여할 수 있다. 그러나 콜라겐 내 마크로다공성의 결여 및 CRM 담체의 최적이 아닌 BMP 결합 특성은 보다 높은 BMP 농도를 필요로 했다.

과립의 단백질 로딩을 위한 용액 및 키트

본 발명의 구성체에서, BMP는 주로 구성체 내에 매립된 세라믹 과립에 의해 보유된다. 일반적으로 현행 방법을 사용하면, BMP는 본 발명의 다양한 실시양태에 바람직하게 사용된 과립의 고도로 다공성인 구조를 침투하기보다는 과립의 외부 표면 상에 축적함으로써 단백질 "림(rim)"을 생성시킨다. 상기 단백질 림은 구성체 이식 후의 폭발적인 BMP 방출에 기여할 수 있는 반면, 과립으로의 BMP의 침투는 과립의 내부 표면과 회합되어 있는 BMP가 방출로부터 차폐되어 있는 한, 예를 들면 이식 부위에서의 파골세포 활성으로 인하여 이식된 과립이 분해될 때까지 연장된 방출 프로파일에 기여할 수 있다. 어떠한 이론에 의해서도 얽매이고자 하는 것은 아니나, 일반적으로 BMP는 저 pH, 저-이온 강도의 완충제 중에서 고도로 가용성인데; 이러한 특징을 가지는 현행 기술의 BMP 완충제들은 일반적으로 낮은 완충 용량을 갖는 것으로 여겨진다. 반면, 본 발명의 구성체에 사용된 과립은 일반적으로 알칼리성인데; 이와 같은 차이가 현행의 방법을 사용한 과립으로의 BMP의 상대적으로 제한된 침윤에 기여할 수 있다.

본 발명자들은 과립의 내부 세공 구조로의 BMP의 침투를 촉진하는 하기 두 가지 인자들을 발견하였는데: 먼저, 본 발명자들은 BMP-함유 용액과의 과립의 인큐베이션 ("단백질 로딩" 단계로 지칭됨) 전의 과립을 "에칭(etching)"하는 것으로도 지칭되는 산 용액 (예를 들어 50 mM 염산 (HCl), 또는 보다 바람직하게는 500 mM 아세트산)을 사용한 과립의 전-처리가 과립의 내부 세공 구조로의 BMP의 수송을 돕는다는 것을 발견하였다. 두 번째로, 본 발명자들은 일반적으로 비교적 더 높은 완충 용량 완충제를 갖는 것들을 포함한 특정 조성물들이 또한 과립 내부 세공으로의 BMP의 수송을 촉진한다는 것을 발견하였다. 이들 인자 각각은 하기에서 다시 논의한다:

단백질 로딩 전의 과립의 에칭과 관련하여, 본 발명자들은 칼슘-결핍 히드록시아파타이트 (CDHA) 과립 그램 중량 당 10 mL 비에서의 산성 용액, 바람직하게는 500 mM 아세트산 중에서의 15분-4시간 인큐베이션에 의한 과립의 전-처리가 과립으로의 BMP의 침윤을 향상시킨다는 것을 발견하였다. 산을 사용한 과립의 처리는 과립의 pH를 pH 5.5-6.0으로 낮춘다. 완충제가 충분히 높은 완충 용량 및 충분히 낮은 pH의 것인 특정의 경우에, 에칭은 또한 예컨대 과립의 세척 동안의 용액으로의 BMP의 방출 증가를 초래할 수 있다. 통상의 기술자라면, 일부 경우에서 제조되어진 그대로의 해당 상태에서 원래부터 낮은 (예컨대 7.0 미만) pH를 가지는 과립을 이용하는 것에 의해, 과립의 에칭에 의해 수득되는 것과 유사한 단백질 로딩 및 용리 결과가 수득될 수 있다는 것 또한 알고 있을 것이다.

새로운 BMP 완충제와 관련하여, 본 발명자들은 몇 가지 완충제 성분 및/또는 조성물이 과립 내부 세공으로의 BMP 침윤의 향상을 초래할 수 있다는 것을 발견하였다. 본 발명에 따른 완충제의 비-제한적인 목록 (뿐만 아니라, 비교 목적으로 임상적으로 사용된 rhBMP-2 완충제 포함)을 하기 표 1에 나타내었다:

표 1: 예시적인 완충제 조성물

본 발명자들은 "5X" 및 "10X" 완충제 제제가 이전에 사용된 BMP-2 완충제에 비해 과립으로의 BMP 침윤을 향상시킨다는 것을 발견하였다. 더 일반적으로, 어떠한 이론에 의해서도 얽매이고자 하는 것은 아니나, 과립과 함께 인큐베이션되었을 때 낮은 pH (예컨대 5.0 미만)를 유지하기에 충분한 완충 용량을 가지는 약하게 산성인 완충제 용액이 본 발명의 다양한 실시양태에서 바람직하다. 구체적으로, 표 1에 제시된 용액들이 글루탐산 및/또는 글리신에 의해 완충되기는 하지만, 락트산, 아세트산, 포름산, 말산, 말론산, 아스파르트산, 시트르산, 타르타르산, 인산, 푸마르산 및/또는 숙신산을 포함한 다양한 다른 완충제들이 본 발명의 단백질 로딩 용액에 유용하다. 바람직한 경우에서, 완충 작용제는 약 2.3 내지 4.5의 pKa를 가지는 반면, 전체로서의 완충제는 바람직하게는 3.5 내지 4.0의 pH를 가진다.

완충제 이외에, 본 발명의 용액은 비제한적으로 0.01 %- 0.1 % (w/v)의 폴리소르베이트-80, 0.5 %- 5 % (w/v)의 수크로스, 0.5 %- 5 % (w/v)의 트레할로스, 0.5 %- 5 % (w/v)의 소르비톨 또는 0.5 %- 5 % (w/v)의 만니톨을 포함한 1종 이상의 첨가제를 포함할 수 있다.

예로서 (비제한적으로), 본 발명에 따른 한 가지 완충제 용액은 4.0의 pH와 함께, 5 mM의 글루탐산, 0.15 % (w/v)의 글리신, 1 %의 수크로스 및 물의 조성을 가진다 (즉 본질적으로 이들로 이루어짐). 또 다른 완충제 용액은 염산을 사용하여 3.0으로 조정된 pH를 가지는, 50 mM의 글루탐산, 1.5 % (w/v) 글리신, 1 % 수크로스 및 물이며, 또 다른 적합한 완충제는 3.5의 pH를 가지는, 50 mM의 글루탐산, 0.75 % (w/v) 글리신, 1 % 수크로스 및 물이다. 또 다른 완충제 용액은 HCl을 사용하여 3.5로 조정된 pH를 가지는, 25 mM의 글루탐산, 0.75 % (w/v) 글리신, 1 % 수크로스 및 물이며, 또 다른 것은 3.7의 pH를 가지는, 25 mM의 글루탐산, 0.75 % (w/v) 글리신, 1 % 수크로스 및 물이고, 또 다른 완충제 용액은 4.0의 pH를 가지는, 25 mM의 글루탐산, 2 % (w/v) 글리신, 1 % 수크로스 및 물이다. 또 다른 적합한 완충제 용액은 3.7의 pH를 가지는, 50 mM의 글루탐산, 1.5 % (w/v) 글리신, 1 % 수크로스 및 물이다.

도 6은 단백질 로딩 단계 동안 다양한 pH 및 완충 용량을 가지는 완충제로 처리된 나이브 과립 (패널 A, B, C) 및 에칭된 과립 (패널 E, F, G)의 몇 가지 형광 현미경사진을 포함한다. 나이브 과립에서는, 모든 조건에서 단백질 림을 볼 수 있으며, 나이브 및 에칭된 과립 모두에서, 완충제 용액의 완충 용량 및 산성도가 증가하면서 과립의 침윤이 향상되었다. 중요한 것은 중간 완충 용량의 완충제가 사용된 경우에는 에칭에 의해 과립으로의 BMP 침윤이 향상되었으나 (패널 B 및 E), 고도-완충 용량을 가지는 완충제에 로딩된 나이브 과립에서도 우수한 침윤이 관찰되었다는 것이다. 이러한 결과는 과립으로의 우수한 BMP 침윤을 달성하는 데에 있어서 고도-완충 용량의 저 pH 단백질 로딩 완충제를 과립 에칭과 쌍을 이루게 하는 것이 반드시 필요하지는 않다는 것을 표시하고 있는데; 그에 따라 본 발명의 다양한 실시양태는 에칭 및/또는 향상된 단백질 로딩 완충제를 이용한다.

그러나, 본 발명자들은 BMP 로딩 과립의 염수 세척에서 용리되는 BMP의 분율에 의해 입증되는 바와 같이, 에칭 및 완충의 상이한 조합들이 과립과 BMP 사이의 상이한 정도의 겉보기 결합도를 초래할 수 있다는 것도 발견하였다. 도 7은 염수 세척 (짙은 막대) 및 후속적인 구아니디늄 클로라이드 단백질 추출 (옅은 막대)에서 용리된 BMP 분율들을 도시한다. 10X BMP 완충제가 로딩된 에칭된 과립에서 BMP 중 거의 40%가 세척 동안 용리되기는 하였지만, 일반적으로 BMP 중 약 20% 이하가 염수 세척 동안 용리되는 반면, 5X BMP 완충제로 로딩된 에칭된 과립은 세척 동안 그의 BMP 중 10% 미만을 방출하였다. 어떠한 이론에 의해서도 얽매이고자 하는 것은 아니나, 이러한 차이가 이식된 구성체에 의한 BMP 방출의 차이와 상관될 수 있는 것으로 여겨지므로, 본 발명은 BMP 로딩 완충제 및/또는 과립의 에칭을 변화시키는 것에 의해 조정될 수 있는 BMP 방출 동역학을 가지는 구성체를 포괄한다.

사용시, 본 발명 조성물 및 방법의 사용을 통하여 생성되는 단백질-로딩 과립은 환자를 치료하는 데에 사용하기 위한 다부분 구성체의 일부분을 형성한다. 상기한 바와 같이, 이러한 구성체는 일반적으로 바람직하게는 복잡하고 상호연결된 가변 크기의 마이크로세공 네트워크를 가지는 과립과 회합되어 있으며 그로부터 용리되는 골유도성 단백질을 포함하며, 상기 과립은 다시 세포 및 혈관 침윤을 촉진하기 위한 마크로세공 구조를 가지는 중합체 매트릭스에 매립되거나, 삽입되거나 또는 달리 그와 접촉되고, 수주 수준의 체류 시간 (유리하게는 상기에서 더 구체적으로 기술된 바와 같은 골유도성 단백질의 연장된 전달을 가능케 함), 및 이식되었을 때 구성체가 무손상으로 유지되면서 새로운 골 성장을 위한 구조적 지지를 제공하는 것을 가능케 하기에 충분한 강성 및 압축 내성을 특징으로 한다. 이러한 구성체는 통상적으로 바람직하게는 콜라겐을 포함하나, 임의적으로는 다른 자연-발생 또는 합성 중합체를 포함하는 다공성 중합체 매트릭스를 포함하게 된다.

차세대 담체

또 다른 측면에서, 본 발명은 상기 논의된 설계 기준을 만족시키는 3-부분 구성체에 관한 것이다. 표 1은 본 발명의 다양한 실시양태에 따른, 포괄적이기 보다는 예시적인 구성체를 기재한다. 상기 설계 기준을 충족시키는 다른 구성체가 본 발명의 범주 내에 포함된다는 것을 이해할 것이다.

표 2: 예시적인 구성체

표 2의 구성체는 마크로다공성 생체적합성 매트릭스 내에 매립된 BMP-로딩된 과립을 포함한다. 일부 경우에, 하나 이상의 강화 요소, 예컨대 하나 이상의 로드, 섬유 또는 메쉬 또는 편조 프레임워크의 함유물에 의해, 구성체의 강성은 증가된다. 이러한 강화 요소의 함유물을 사용하거나 사용하지 않으면서, 본 발명의 다양한 실시양태에 따른 구성체는 일반적으로 이식 동안 및 이식 후에 구성체에 적용된 힘에 저항하기에 충분히 강성하다.

표 2에 기재된 구성체는 관련 기술분야에 이미 공지된 방법을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, McKay의 미국 특허 번호 9,163,212 (모든 목적을 위해 그 전문이 본원에 참조로 포함됨)는 성형에 의해 "세포 전달 매트릭스"을 형성하는 과정을 기재하며, 이는 일반적으로 물 또는 수용액 (예를 들어 생리 염수, 덱스트란 또는 수크로스 용액 등) 또는 극성 양성자성 용매 예컨대 글리세롤 또는 글리세롤 에스테르일 수 있는 액체 용매 중에서 중합체 매트릭스 물질 예컨대 콜라겐 및 세라믹 입자를 포함하는 슬러리로 시작한다. 액체 용매는 혼합된 슬러리의 약 5 내지 70 중량%를 구성할 수 있다. 이어서, 슬러리는 몰드에 위치하고, 임의로 압축되고, 가열되고, 냉동건조되고/거나 가교된다. 가교에 관하여,

본 발명의 구성체는 하나 이상의 BMP 로딩 용액, 구성체에 로딩 용액을 적용하기 위한 적용장치 및/또는 환자의 신체에 구성체를 위치시키기 위한 적용장치, 및 본 발명의 방법을 수행하기 위한 키트 또는 그의 구성요소의 사용에 대해 기재하는 지침서를 포함할 수 있는 키트로 포장될 수 있다. 예시적인 키트가 본원에서 기술되기는 하지만, 통상의 기술자라면 본 개시내용에 비추어 다른 유용한 키트의 내용물을 알 수 있을 것이다. 각각의 상기 키트는 본 발명에 포함된다.

본 발명은 그를 필요로 하는 환자에서 골 질량의 손실을 방지하고/거나 그것을 증가시키는 치료용 키트를 포함한다. 키트는 동결건조 또는 다른 건조 형태로, 또는 용액 중에 존재할 수 있는 골유도성 단백질과 함께, 상기 기재된 바와 같은 구성체를 포함한다. 단백질이 동결건조되어 있거나, 또는 달리 용액 중이 아닌 경우, 키트는 상기 기재된 바에 따른 희석제 또는 로딩 완충제를 또한 포함한다. 키트는 또한 비제한적으로 단백질 용기에 유체를 첨가하고/거나 구성체를 습윤화하기 위한 시린지, 또는 골유도성 단백질이 로딩된 구성체를 환자의 신체에 위치시키기 위한 전달 장치를 포함한 적용장치를 포함한다. 또한, 키트는 임의로 환자에서 골 손실을 치료 또는 예방하거나, 골절의 유합 또는 접합을 촉진하거나, 및/또는 달리 골 질량을 증가시키거나 골 이상을 치료하는 데에 있어서의 키트의 사용에 대한 관련 정보를 제시하는 지침서를 포함할 수 있다.

결론

본 전체에 걸쳐, "마크로세공(macropores)", "마이크로세공(micropores)", 및 마크로(macro)- 및 마이크로다공성(microporosity)에 대한 언급이 이루어졌다. 일반적으로, 마크로세공은 100 마이크로미터를 초과하는 단면 치수를 가지는 반면, 마이크로세공은 100 nm 내지 100 마이크로미터이다. 100 nm 미만의 세공은 나노세공으로 지칭된다.

특별히 언급되는 경우를 제외하고는, 용어 "환자" 또는 "대상체"는 상호교환가능하게 사용되며, 포유동물, 예컨대 인간 환자 및 비-인간 영장류, 뿐만 아니라 수의학적 대상체, 예컨대 토끼, 래트, 및 마우스, 및 다른 동물을 지칭한다. 바람직하게는, 환자는 인간을 지칭한다.

본원에서 상호교환적으로 사용되는 용어 "유효량" 또는 "치료학상 유효량"은 조직 또는 포유동물, 바람직하게는 인간에게 투여되었을 때, 화합물의 부재하에서 검출된 반응과 비교하여 검출가능한 치료학적 반응을 매개하는 양이다. 치료학적 반응, 예컨대, 제한하는 것은 아니지만, 섬유증의 억제 및/또는 감소, 골 질량 또는 골 밀도의 증가 등은 예컨대, 본원에 개시된 방법을 비롯한, 관련 기술분야에서 인정되는 다양한 방법에 의해 용이하게 평가될 수 있다.

본원에 사용된 "치료하다"는 질환 또는 상태 (예를 들어, 골 밀도 감소, 골절, 섬유증 등)를 환자가 경험하는 빈도 또는 증상의 중증도를 예방하거나 감소시키는 것을 의미한다. 용어는 적용, 투여 또는 본원에 기재된 조성물, 시스템 및 방법을 사용하여 질환의 증상, 합병증, 또는 생화학적 징후의 개시를 방지 또는 지연시키거나, 증상을 완화시키거나, 또는 질환, 상태, 또는 장애의 추가적인 발달을 저지 또는 억제하는 것을 포함한다. 치료는 예방적 (질환의 개시를 방지하거나 또는 지연시키거나, 또는 그의 임상 또는 준임상 증상의 징후를 방지하기 위함) 또는 질환의 징후 후에 증상의 치료적 억제 또는 완화일 수 있다.

본원에 사용된 용어 "지침서"는 다양한 질환, 장애 또는 상태에 영향을 주거나, 그를 완화시키거나, 또는 치료하기 위한 시스템, 장치, 조성물 또는 그의 조합의 유용성을 알리기 위해 사용될 수 있는 출판물, 기록, 다이어그램, 또는 임의의 다른 표현 매체를 포함한다. 임의로, 또는 대안적으로, 지침서는 세포, 조직 또는 포유류 등에서의 질환 또는 장애를 완화시키는 하나 이상의 방법을 기재할 수 있다. 키트의 지침서는, 예를 들어, 본 발명의 시스템, 장치 및/또는 조성물을 함유하는 용기에 부착되거나 또는 상기 시스템, 장치 및/또는 조성물을 함유하는 용기와 함께 출하될 수 있다. 대안적으로, 지침서는 수취인이 상기 지침서 및 화합물을 협력하여 사용하게 할 의도로 용기와 별도로 출하될 수 있다.

본원에 사용된 어구 "및/또는"은 그와 같이 연계되는 요소들 "중 어느 하나 또는 모두", 다시 말하자면 일부 경우에는 공동으로 존재하며 다른 경우에는 분리되어 존재하는 요소들을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 다른 요소는 명백히 반대로 표시되지 않는 한, 구체적으로 식별된 요소에 관련되든 관련되지 않든, "및/또는" 어구에 의해 구체적으로 식별되는 요소 외에도 임의로 존재할 수 있다. 따라서, 비-제한적인 실시예로서, 예컨대 "포함하는"과 같은 개방형 언어와 함께 사용될 때, "A 및/또는 B"에 대한 언급은, 한 실시양태에서, B가 없는 A (임의로 B 외의 구성요소를 포함); 또 다른 실시양태에서, A가 없는 B (임의로 A 외의 구성요소를 포함); 또 다른 실시양태에서, A 및 B를 모두 (임의로 다른 구성요소를 포함); 등을 지칭할 수 있다.

용어 "본질적으로 이루어지는"은 본원에 다르게 정의되지 않는 한, 기능에 기여하는 다른 물질들을 배제하는 것을 의미한다. 그럼에도 불구하고, 이러한 다른 물질이 총체적으로 또는 개별적으로, 미량으로 존재할 수 있다.

본 명세서에서 사용될 때, "실질적으로" 또는 "대략"이라는 용어는 플러스 또는 마이너스 10 % (예컨대 중량 또는 부피 기준), 일부 실시양태에서는 플러스 또는 마이너스 5 %를 의미한다. 본 명세서 전체에 걸쳐, "한 예", "예", "한 실시양태" 또는 "실시양태"라는 언급은 예와 연계되어 기술되는 구체적인 특징, 구조 또는 특성이 본 발명 기술의 적어도 하나의 예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸친 다양한 위치에서의 "한 예에서", "예에서", "한 실시양태" 또는 "실시양태"라는 구의 출현이 반드시 모두 동일한 예를 언급하는 것은 아니다. 또한, 구체적인 특징, 구조, 루틴, 단계 또는 특성들은 본 발명 기술의 하나 이상 예에서 어떠한 적합한 방식으로도 조합될 수 있다. 본원에서 제공되는 소제목들은 단지 편의성을 위한 것으로써, 청구 기술의 영역 또는 의미를 제한하거나 해석하고자 하는 것은 아니다.

상기에서는 본 발명의 특정 실시양태들을 기술하였다. 그러나, 본 발명이 해당 실시양태들로 제한되는 것은 아니며, 그보다는 본 발명은 본원에서 명시적으로 기술된 것에 대한 추가 및 변형도 발명의 영역 내에 포함되는 것이라는 것을 확실히 알아야 한다. 또한, 본원에서 기술된 다양한 실시양태의 특징들이 상호 배제되는 것은 아니어서, 본원에서 해당 조합 또는 순열이 표현되지 않았다 할지라도, 본 발명의 기술사상 및 영역에서 벗어나지 않고도 다양한 조합 및 순열로 존재할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 실제로, 관련 기술분야의 통상의 기술자에게라면, 본 발명의 기술사상 및 영역에서 벗어나지 않고도 본원에서 기술된 것의 변이, 변형 및 기타 구현들이 떠오르게 될 것이다. 따라서, 본 발명이 앞의 예시적인 설명으로만 한정되어서는 안된다.

Claims (20)

1. 약 100 μm 내지 약 500 μm의 평균 크기를 갖는 복수의 마크로세공을 갖는 다공성 생체적합성 중합체 매트릭스;
   다공성 생체적합성 매트릭스와 접촉하며, 약 425 μm 내지 약 800 μm의 평균 직경을 갖고, 과립의 내부 상의 적어도 하나의 표면을 한정하는 마이크로세공의 상호연결된 네트워크를 갖는 칼슘 세라믹 과립
   을 포함하는 조성물.
2. 제1항에 있어서, 칼슘 세라믹 과립은 약 5.5 내지 약 6.0의 pH를 갖는 것인 조성물.
3. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 내부 표면과 회합된 골유도성 단백질을 추가로 포함하며, 여기서 칼슘 세라믹 과립의 중심 부근 골유도성 단백질의 농도는 칼슘 세라믹 과립의 외부 표면 상 골유도성 단백질 농도의 약 33% 이상인, 조성물.
4. 제1항에 있어서, 다공성 생체적합성 매트릭스는 약 1mm 내지 2mm의 평균 직경을 갖는 복수의 마크로세공을 추가로 갖는 것인 조성물.
5. 제1항에 있어서, 다공성 생체적합성 매트릭스는 콜라겐으로 구성된 것인 조성물.
6. 제1항에 있어서, 다공성 생체적합성 매트릭스는 합성 중합체로 구성된 것인 조성물.
7. 제1항에 있어서, 50% 선형 변형률에서 적어도 50kPa의 압력에 저항하기에 충분한 칼럼 강도를 갖는 조성물.
8. 제1항에 있어서, 골유도성 단백질이 로딩되고, 이식 후에 적어도 7일의 기간 동안 골유도성 단백질의 적어도 50%를 유지하도록 구성된 조성물.
9. 환자를 치료하는 방법이며:
   환자의 골 조직을,
   약 100 μm 내지 약 500 μm의 평균 크기를 갖는 복수의 마크로세공을 포함하는 다공성 생체적합성 매트릭스;
   다공성 생체적합성 매트릭스와 접촉하며, 과립의 내부 상의 적어도 하나의 표면을 한정하는 마이크로세공의 상호연결된 네트워크를 갖는 칼슘 세라믹 과립; 및
   과립의 중심 부근에 적어도 하나의 표면의 부분 및 과립의 외부 부근에 적어도 하나의 표면의 부분 상에 분포되는, 과립의 내부 상의 적어도 하나의 표면과 회합된 골유도성 단백질
   을 포함하는 조성물과 접촉시키는 단계를 포함하는, 방법.
10. 제9항에 있어서, 골 조직은 척추골 및 골에 대한 외상성 손상의 부위로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 방법.
11. 제9항에 있어서, 칼슘 세라믹 과립은 약 5.5 내지 약 6.0의 pH를 갖는 것인 조성물.
12. 제9항에 있어서, 다공성 생체적합성 매트릭스는 콜라겐을 포함하는 것인 방법.
13. 제9항에 있어서, 다공성 생체적합성 매트릭스는 합성 중합체를 포함하는 것인 방법.
14. 제9항에 있어서, 칼슘 세라믹 과립의 중심 부근 골유도성 단백질의 농도가 칼슘 세라믹 과립의 외부 표면 상의 골유도성 단백질 농도의 약 33% 이상인 방법.
15. 제9항에 있어서, 골유도성 단백질을 포함하는 용액을 사용하여 조성물을 습윤시키는 단계를 추가로 포함하며, 그로 인해 골유도성 단백질을 적어도 하나의 표면과 회합시키는 것인 방법.
16. 환자를 치료하기 위한 키트이며:
    약 100 μm 내지 약 500 μm의 평균 크기를 갖는 복수의 마크로세공을 포함하는 다공성 생체적합성 매트릭스; 및
    다공성 생체적합성 매트릭스와 접촉하며, 과립의 내부 상의 적어도 하나의 표면을 한정하는 마이크로세공의 상호연결된 네트워크를 갖는 칼슘 세라믹 과립을 포함하는 담체;
    및
    골유도성 용액이 유체에 첨가되어 용액을 형성할 수 있는 형태로 골유도성 단백질을 보유하는 용기를 포함하고, 상기 용액은 담체를 습윤시키도록 적합화된 것이고, 그로 인해 골유도성 단백질은 과립의 내부 상의 적어도 하나의 표면과 회합되고, 그로 인해 이식물을 형성하는 것인, 키트.
17. 제16항에 있어서, 다공성 생체적합성 매트릭스는 추가적으로 약 1mm 내지 2mm의 평균 직경을 갖는 복수의 마크로세공을 갖는 것인 키트.
18. 제16항에 있어서, 다공성 생체적합성 매트릭스는 콜라겐으로 구성된 것인 키트.
19. 제16항에 있어서, 다공성 생체적합성 매트릭스는 합성 중합체로 구성된 것인 키트.
20. 제16항에 있어서, 이식물은 50% 선형 변형률에서 적어도 50kPa의 압력에 저항하기에 충분한 칼럼 강도를 갖는 것인 키트.

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