KR20190018671A

KR20190018671A - 다공성 금속성 구조물에 의한 단백질 전달

Info

Publication number: KR20190018671A
Application number: KR1020197000395A
Authority: KR
Inventors: 제프리 웰치; 에릭 반더플로그; 크리스토퍼 윌슨; 존 워즈니
Original assignee: 바이오벤터스 엘엘씨
Priority date: 2016-06-10
Filing date: 2017-06-12
Publication date: 2019-02-25
Also published as: EP3468626A1; CN109310801A; US10646347B2; CA3026660A1; WO2017214614A1; AU2017278294A1; JP2019518550A; US20170354504A1; IL263578A

Abstract

다공성 금속성 매트릭스에 골유도성 단백질이 로딩된 골전도성 합성 골 이식편이 제공된다. 특정 실시양태에서, 이식편은 매트릭스 내에 침착된 다공성 세라믹 과립을 포함한다.

Description

다공성 금속성 구조물에 의한 단백질 전달

관련 출원

본 출원은 2016년 6월 10일에 출원된 표제 "PROTEIN DELIVERY WITH POROUS METALLIC STRUCTURE"의 미국 가출원 일련 번호 62/348,163에 대한 우선권을 주장한다.

발명의 분야

본 출원은 의료 장치 및 생물학적 요법, 및 보다 특히 골 조직의 복구 및/또는 대체에 사용되는 이식물에 관한 것이다.

골 이식편은 매년 대략 2백만건의 정형외과 절차에서 사용되고, 일반적으로 3가지 형태 중 1가지를 취한다. 전형적으로 환자의 한 부위로부터 수거된 골로 이루어진, 동일한 환자의 또 다른 부위로 이식될 자가이식편은, 이들 물질이 동시에 골전도성 (새로운 골 성장을 위한 스캐폴드로서의 역할을 함), 골유도성 (골모세포의 발생을 촉진함) 및 골형성성 (새로운 골을 형성하는 골모세포를 함유함)이기 때문에 골 이식 물질에 대한 벤치마크이다. 그러나, 자가이식편의 공급에 있어서의 한계는 사체-유래 동종이식편의 사용을 필요로 하였다. 그러나, 동종이식편은 숙주-이식편 면역 반응을 도출할 수 있거나 또는 감염성 또는 프리온 질환을 옮길 수 있고, 종종 멸균되거나 세포를 제거하기 위해 처리됨으로써 그의 골형성성이 제거되기 때문에, 이들 물질은 자가이식편보다 덜 이상적이다.

인간-유래 골 이식편 물질의 단점을 고려하여, 관련 기술분야에서 합성 골 이식편 물질에 대한 장기간-지속된 필요가 있었다. 합성 이식편은 전형적으로 고체 또는 과립상 이식물, 페이스트 또는 퍼티의 형태로 전달되는 칼슘 세라믹 및/또는 시멘트를 포함한다. 이들 물질은 골전도성이기는 하지만, 골유도성 또는 골형성성은 아니다. 그의 효능을 개선시키기 위해, 합성 칼슘-함유 물질에 골유도성 물질, 특히 골 형태발생 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)를 로딩하였다. 그러나, 유의한 기술적 과제들이 합성 골 이식편 대체물에의 골유도성 물질의 효율적인 혼입을 막고 있고, 이는 다시 고품질 골유도성 합성 골 이식편 물질의 개발을 제한하고 있다.

하나의 이러한 과제는 단일의 짧은 폭발적인 방출보다는 시간의 경과에 따라 골유도성 물질을 전달하고 새로운 골 성장을 지지하는 적절한 물리적 특징을 갖는 이식편 매트릭스의 개발이었다. 적절한 물리적 특징을 갖는 물질의 생성은, 특히, 이러한 물질이 이식 동안 및 이식 후에 이식편에 적용될 로드를 견디기에 충분히 강성이어야 하는 요건과, 세포 및 조직 침윤을 가능하게 하기에 충분히 다공성을 유지하고 새로운 골에 의한 이식편의 대체를 가능하게 하는 속도로 분해되거나 용해될 수 있어야 하는 요건, 및 골 생성에 적절한 시간 및 공간적 방식으로 골유도성 물질을 용리해야 하는 별개의 요건이 균형을 이루게 하는 것을 수반한다. 새로운 골 형성 및 궁극적 치유를 촉진하는 최적의 이식편 매트릭스를 생성할 것은 상기 설계 기준을 조합한 것만이 유일하다. 예를 들어, 현재 상업적으로 입수가능한 BMP-용리 합성 골 이식편은 이들 요건 중 1개 이상을 충족하지 못하고, 골유도성 물질, 예컨대 BMP의 전달에 최적화된 골 이식편 물질에 대한 필요가 존재한다.

본 발명은 최적의 물리적 특징과 조합된, 골유도성 단백질의 용리가 개선된 합성 골 이식편 물질, 뿐만 아니라 그의 제조 및 사용 방법을 제공함으로써, 관련 기술분야의 중요한 미충족 필요를 다룬다. 한 측면에서, 본 발명은 50 내지 500 마이크로미터 범위의 평균 크기를 갖는 복수의 마이크로세공을 갖는 다공성 생체적합성 매트릭스, 및 골유도성 단백질을 포함하는 조성물에 관한 것이다. 바람직한 실시양태에서, 골유도성 단백질은 BMP-GER-NR 또는 BMP-GER이다. 일부 실시양태에서, 골유도성 단백질은 BMP 예컨대 BMP-2, BMP-7 등이거나, 또는 BMP 단백질의 조합, 예컨대 예를 들어 BMP-2 또는 BMP-7과 BMP-GER-NR 또는 BMP-GER의 조합이다. 일부 실시양태에서, 조성물은 생체적합성 매트릭스와 접촉하는 칼슘 세라믹 과립 (임의로 30 m²/g 초과의 비표면적을 갖지만, 반드시 그러한 것은 아님)을 포함하고, 과립은 과립 내부의 적어도 1개의 표면을 규정하는 마이크로세공의 상호연결된 네트워크를 갖는다. 본 발명의 조성물은 골유도성 단백질로 로딩되고 적어도 50%의 이러한 골유도성 단백질이 환자에의 이식 후 7일 이상 동안 보유되도록 구성될 수 있다.

특정 실시양태에서, 생체적합성 이식물은 다공성 금속 매트릭스, 예컨대 스테인레스 스틸, 티타늄 및 티타늄 합금, 코발트-크롬 합금, 탄탈럼 등을 포함한다. 바람직한 실시양태에서, 본 발명은 니켈-티타늄 (NiTi 또는 Ti-Ni)을 포함하는 매트릭스, 보다 바람직하게는 58%-68%의 다공성 및 50 내지 500 마이크로미터의 평균 세공 크기를 갖는 복수의 마이크로세공을 갖는 Ti-Ni 매트릭스; 및 골유도성 단백질을 포함하는 생체적합성 이식물을 제공한다.

특정 실시양태에서, 다공성 매트릭스는 50 내지 500 마이크로미터 범위의 평균 크기를 갖는 복수의 마이크로세공에 더하여, 적어도 1-2 밀리미터의 평균 직경을 갖는 1개 이상의 개구를 특징으로 한다. 다른 실시양태에서, 1개 이상의 개구는 1 내지 10 밀리미터, 바람직하게는 5 내지 10 밀리미터의 평균 크기를 갖거나, 또는 바람직하게는 10-20 밀리미터 크기의 단일 개구를 갖는다. 또 다른 측면에서, 본 발명은 환자의 골 조직을 본 발명의 조성물과 접촉시키는 단계를 포함하는, 환자를 치료하는 방법에 관한 것이다.

또 다른 측면에서, 본 발명은 유체가 골유도성 단백질에 첨가되어 용액을 형성할 수 있는 형태로 골유도성 단백질을 보유하는 용기 및 담체를 포함하는, 환자를 치료하기 위한 키트에 관한 것이다. 담체는 본 발명의 다공성 생체적합성 매트릭스, 및 임의로, 다공성 생체적합성 매트릭스와 접촉된 칼슘 세라믹 과립을 포함한다. 골유도성 단백질을 보유하는 용기에 유체를 첨가하는 것에 의해 용액이 형성되고, 이는 담체를 습윤화하기 위해 적합화되며, 이에 의해 골유도성 단백질이 조성물에 포함될 수 있는 생체적합성 매트릭스 및 과립의 내부의 적어도 1개의 표면과 회합되어 이식물을 형성한다.

본 발명의 특정 실시양태를 첨부 도면으로 예시한다. 도면이 반드시 축적에 맞는 것은 아니라는 것, 및 본 발명의 이해에 필요하지 않거나 다른 세부사항을 인지하기 어렵게 하는 세부사항은 생략될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 발명이 반드시 본원에 예시된 특정한 실시양태로 제한되지는 않는다는 것을 이해할 것이다.
도 1은 본 발명에 사용된 다공성 금속성 매트릭스의 75x, 300x 및 1500x 배율 (좌에서 우로)에서의 스캐닝 전자 현미경사진을 보여준다.
도 2는 본 발명의 매트릭스에 의한 BMP-GER-NR의 시험관내 방출을 콜라겐 스폰지, 세라믹 과립 및 세라믹-콜라겐 복합 매트릭스와 비교하여 보여준다.
도 3은 본 발명에 사용된 다공성 금속성 매트릭스에 의한 BMP-GER-NR의 생체내 체류를 래트 근육내 이식물 모델에서 콜라겐과 비교하여 보여준다.
도 4는 BMP 함유 용액과 접촉되고 래트의 사두근 근육 내로 14일 동안 이식된 본 발명의 매트릭스의 조직학적 영상을 보여준다. 이식물 매트릭스의 세공 공간 주위의 새로운 골 형성 및 그 내에서의 새로운 골 형성이 입증된다.
도 5는 1-2mm 개구의 어레이를 갖는 다공성 금속성 매트릭스를 보여주는 본 발명의 한 실시양태의 개략도이다.

골유도성 조성물

본 발명의 합성 골 이식편 (또한 본원에서 "이식물", "구축물" 및 "스캐폴드"와 상호교환가능하게 언급됨)은 일반적으로 적어도 2종의 성분: 골유도성 물질 예컨대 골 형태발생 단백질, 및 다공성 금속을 포함하는 생체적합성 매트릭스를 포함한다. 특정 실시양태에서, 본 발명의 이식편은 또한 골전도성 물질 예컨대 칼슘 세라믹을 과립 또는 다른 고체 미네랄 바디 형태로 포함한다. 본원에 사용된 골전도성 물질은 골모세포, 전골모세포, 전구골모세포, 중간엽 줄기 세포, 및 골격 조직을 합성하고/거나 유지하는 세포로 분화할 수 있거나 또는 달리 그의 발생을 촉진할 수 있는 다른 세포를 포함한 골모 세포의 내성장 또는 성장을 촉진하는 임의의 물질을 지칭한다.

골유도성 물질은 일반적으로 전구체 세포의 집단으로부터 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 목적상 본원에 참조로 포함되는 표제 "Designer Osteoinductive proteins"의 미국 특허 번호 8,952,131 (Berasi et al.)에 기재된 디자이너 BMP 예컨대 BMP-GER 또는 BMP-GER-NR 키메라 BMP이다. 특정 실시양태에서, 골유도성 단백질의 조합, 예를 들어 BMP-2 및 BMP-7 또는 BMP-GER-NR 또는 BMP-GER 및 또 다른 BMP의 조합이 본 발명의 이식물에 사용될 수 있다. 다른 실시양태에서, 골유도성 물질은 섬유모세포 성장 인자, 인슐린-유사 성장 인자, 혈소판-유래 성장 인자, 소분자, 뉴클레오티드, 지질, 또는 본원에 열거된 인자 중 1종 이상의 조합이다. 골유도성 단백질은 예를 들어 임의의 공급원, 예를 들어 인간 또는 재조합 단백질로부터 수득될 수 있는 것으로 이해된다.

본 발명에 따른 이식물은 생체적합성 매트릭스를 포함하고, 이는 이식되었을 때 그에 가해지는 로드를 견디기에 충분한 강성 및/또는 칼럼 강도를 나타내고, 과도한 염증 (즉, 새로운 골의 형성 또는 골절의 치유를 억제하거나 막기에 충분한 염증)을 유발하지 않고, 골모세포의 증식을 억제하거나 또는 달리 골유도성 물질의 활성을 방해하지 않고, 규정된 구역 내에 새로운 골의 침착을 허용하기에 적절한 기간에 걸쳐 충분한 응집력을 갖는 임의의 적합한 생체적합성 물질일 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 생체적합성 매트릭스는 다공성 금속성 물질 예컨대 티타늄-니켈 (Ti-Ni) 합금을 포함한다. 예시적 실시양태에서, 생체적합성 매트릭스는 예컨대 퓨전 메탈(Phusion Metal)™ 써비칼 케이지 (포르오스테온 인크.(PorOsteon Inc.), 캘리포니아주 멘로 파크)에 사용된, 모든 목적상 본원에 참조로 포함되는 미국 특허 번호 7,604,870에 기재된 다공성 Ti-Ni 금속간 물질을 포함한다. 이러한 물질은 바람직하게는 53-73%, 및 보다 바람직하게는 58-68%의 상호연결된 다공성을 갖는다. 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 사용되는 Ti-Ni 합금은 0.96:1 내지 1.13:1의 다양한 Ni:Ti 원자 비를 갖고, 10 원자 퍼센트의 산소의 최대 농도를 포함하며, 나머지가 Ni 및 Ti이고, 여기서 니켈 농도는 53 원자 퍼센트로 제한된다. 바람직한 실시양태에서, Ti-Ni 매트릭스는 다공성 구조를 갖고, 여기서 세공의 5 vol% 미만은 50 마이크로미터 크기 미만이고, 세공의 75 vol% 초과는 50-500 마이크로미터 크기이고, 나머지 세공은 500 마이크로미터 크기 초과이다. 특정 실시양태에서, 다공성 매트릭스는 복수의 마이크로세공에 더하여 적어도 1-2 밀리미터의 평균 크기를 갖는 1개 이상의 개구를 특징으로 한다. 일부 실시양태에서, 미세다공성 매트릭스는 5-10 mm의 평균 크기를 갖는 1개 이상의 개구, 일명 이식편 윈도우(들) 또는 10-20 mm의 단일 중앙 개구를 갖는 "케이지"를 포함할 수 있다.

Ti-Ni 금속간 매트릭스 물질을 포함하는 실시양태에서, 매트릭스는 바람직하게는 자기-증식 고온 합성 반응, 또는 그 전문이 본원에 참조로 포함되는 미국 특허 번호 7,604,870에 기재된 바와 같은, 목적하는 다공성 구조를 생성하는 다른 공지된 과정 예컨대 소결을 사용하여 제조된다.

바람직한 실시양태에서, 본 발명의 이식물은 과립 내에 또는 과립 상에 로딩된 골유도성 물질의 지속 방출을 제공하도록 적합화된 골전도성 칼슘 포스페이트 세라믹을 포함하는 과립을 포함한다. 일부 경우에, 과립은 상호연결된, 복잡한 다공성 구조를 포함한다. 사용 시, 골유도성 물질 (예컨대 BMP)이 과립 내에 로딩된 후 과립이 매트릭스 내에 로딩된다. 다른 실시양태에서, 골유도성 물질은 과립을 사용하지 않고 매트릭스 내에 직접 로딩된다. 본 발명자들이 발견한 예시적인 과립은 본 발명의 구축물, 시스템 및 방법에 사용하기에 최적화된 BMP 결합 및 용리 특징을 나타내고, 이는 전체 개시내용이 모든 목적상 본원에 참조로 포함되는 미국 특허 출원 번호 14/983,008 (Vanderploeg et al.)에 기재되어 있다. 이들 과립은 관련 기술분야에 공지된 방법에 의해 골유도성 물질 예컨대 BMP와 회합 (또는 "로딩")된다.

과립은 일반적으로 본 발명의 이식물이 적소에 유지되고 골의 형성 및 치유에 최적인 시간 기간 (예를 들어 수주 또는 수개월)에 걸쳐 골유도성 물질을 방출하는 것을 가능하게 하는 적절한 조성 및 아키텍처를 갖는 임의의 적합한 골전도성 물질로 제조된다. 이들 특징은 적용분야 사이에 달라질 수 있지만, 과립은 일반적으로 비제한적으로 모노칼슘 포스페이트 1수화물, 디칼슘 포스페이트, 디칼슘 포스페이트 탈수화물, 옥토칼슘 포스페이트, 침전된 히드록시아파타이트, 침전된 무정형 칼슘 포스페이트, 모노칼슘 포스페이트, 알파-트리칼슘 포스페이트 (α-TCP), 베타-트리칼슘 포스페이트 (β-TCP), 소결된 히드록시아파타이트, 옥시아파타이트, 테트라칼슘 포스페이트, 히드록시아파타이트, 칼슘-결핍 히드록시아파타이트, 및 그의 조합을 포함한다.

본 발명의 이식물은 일반적으로 골 성장 및 치유의 촉진을 위해 조정된, 현재 입수가능한 합성 골 이식 물질에 의해서는 나타나지 않는 특징을 갖는다. 본 발명에 따른 이식물의 관련 특징은 적어도: (a) 적용에 적절한 골유도성 물질의 방출 동역학, (b) 새로운 골 형성을 동반하는 새로운 혈관 조직을 포함한 세포 및 조직의 침윤을 가능하게 하는 거대다공성, (c) 치료량의 골유도성 단백질의 매트릭스 표면 상에의 혼입 및 골유도성 단백질의 충분한 체류 및 주위 조직으로의 방출 속도를 촉진하는 매트릭스의 미세다공성, 및 (d) 이식물에 적용되는 로드를 견디기에 충분한 강성 및/또는 내압축성을 포함한다.

골유도성 분자의 체류

어떠한 이론에 얽매이는 것을 원하지는 않지만, BMP는 주로, 골 외피 또는 주위 연부 조직 외피의 복구 부위에 상주하는 골모세포 전구체의 분화를 자극함으로써 골 형성을 유도하는 것으로 생각된다. 생리학적 골 복구는 골의 미네랄 상에 저장되어 있는 피코그램/펨토그램 양의 BMP의 방출에 의해, 및 복구 부위의 골 전구 세포에 의해 분비되는 새로이 합성된 BMP로부터 자극된다. BMP의 이들 두가지 공급원은 복구 부위에서의 BMP 농도를 성공적인 골 복구를 유도하는데 적절한 시간량 동안 생리학적 수준으로 유지시킨다.

이러한 생리학의 관점에서, 외인성 BMP는 이상적으로는 생리학적 BMP 반응을 모방한 양으로 그러한 기간에 걸쳐 BMP를 용리하는 구축물로 전달된다. 외인성 BMP는 BMP의 액체 용액을 적용하고 BMP가 구축물 상에 및/또는 구축물 내에 흡착되게 함으로써 이식물 구축물에 첨가될 수 있다. 대안적으로, BMP는 이식 전에 구축물 내에 포획되거나 구축물과 회합되도록 이식물 구축물의 제조 과정에 혼입될 수 있다. 그러나, 일반적으로 세포 수준에서 생리학적 BMP 농도를 달성하고 적절한 시간량 동안 생리학적 농도를 유지하기 위해서는, 훨씬 더 큰 약리학적 BMP 농도의 투여가 필요하다는 것이 주목될 것이다. 이는 완전히 이해되어 있지 않은 인자들의 조합에 기인한다. 어떠한 이론에 얽매이는 것을 원하지는 않지만, 이들 구축물에서 초-생리학적 BMP 농도에 대한 필요를 야기하는 하나의 인자는 골로부터의 내인성 BMP 및 세포로부터의 새로이 형성된 내인성 BMP의 생리학적 국소 방출의 효능을 모방하지 못하는 외인성 BMP의 불능일 수 있다. 또한, rhBMP는 일반적으로 생리학적 pH에서 불용성이어서, (역시 어떠한 이론에 얽매이는 것을 원하지는 않지만) 많은 외인성으로 전달되는 BMP가 생리학적으로 이용가능하지 않을 수 있다.

골 복구를 자극하는데 필요한 외인성 rhBMP의 양은 종 의존성인 것으로 보인다. 경험적 데이터는 개, 양 및 염소를 포함한 보다 큰 동물과 비교하여 설치류 및 토끼와 같은 소형 동물에서 골 형성을 자극하는데 보다 낮은 외인성 rhBMP 농도가 필요하다는 것을 시사한다. 비인간 영장류 및 인간은 골 복구를 자극하기 위해 가장 높은 외인성 rhBMP 농도를 필요로 하는 것으로 보인다. 예를 들어, 개에서의 골 복구를 위해 흡수성 콜라겐 스폰지 (ACS)로 전달되는 rhBMP-2의 FDA 승인 농도는 0.2 mg/mL이며, 이는 인간에서의 1.5 mg/mL와 비교된다.

유사하게, BMP가 조직에 최적으로 전달되는 기간은 종에 따라 다르며: 설치류 및 토끼에서의 복구를 위한 BMP 체류 시간은 그의 신속한 고유 골 형성 속도로 인해 수일만큼 짧을 수 있는 반면, 비인간 영장류 및 인간 환자는 일반적으로 수주의 BMP 체류 시간을 필요로 한다. 어떠한 이론에 얽매이는 것을 원하지는 않지만, 영장류 및 인간에서 관찰되는 보다 긴 기간은 수술 또는 외상에 의해 유발되는 초기의 이화 염증 단계로부터, 골모세포 전구체 및 융합/복구 과정을 지지하는 회합된 새로운 혈관 단위의 이동 및 분화를 수반하는 동화 단계로 전이되는 치유 과정 동안의 시간량과 관련이 있는 것으로 보인다. 설치류에 최적인 짧은 BMP 체류 시간은, 보다 느린 골 형성 속도를 갖는 동물에서 골 복구를 자극하는데 충분한 시간량 동안 생리학적 BMP 수준을 유지하지 못할 수 있다. 반대로, 신속한 고유 골 형성 속도를 갖는 동물에서, 보다 긴 체류 프로파일을 갖는 담체로부터는 골 형성을 자극하기에 충분한 양으로 BMP가 방출되지 못할 수 있다.

한 예로서, 완충제 용액 중에서 복구 부위로 국부 전달되는 BMP의 체류 시간은 극도로 짧고, 심지어 상대적으로 다량의 BMP가 용액 중으로 전달되는 경우에도, 충분한 골 반응은 설치류 모델에서만 자극된다. 비-인간 영장류 및 인간 환자에서의 적용의 경우, 수주의 기간 동안 치료 부위에 BMP를 국재화하기 위해, 연장-방출 담체가 바람직하게 사용된다.

연장된 국부 BMP 방출을 제공하기 위한 하나의 전략은 내인성 세포외 매트릭스에 대한 BMP의 결합을 모방하는 담체를 사용하는 것이다. 한 예로서, 칼슘 포스페이트 매트릭스 (CPM)를 포함하는 세라믹 담체는 골로부터 BMP가 생리학적으로 방출되는 매우 긴 체류 시간을 보다 근접하게 모방한다. 세라믹 담체로부터의 BMP의 방출은 골로부터의 BMP 방출에서 관찰되는 것과 동일한 파골세포 흡수를 필요로 할 수 있다. 이러한 독특한 특성에 기초하여, 본 발명에서 사용되는 바와 같은 복합 담체 내에 포매되거나 그와 회합된 세라믹 성분을 포함하는 이식물은 다른 자연 발생 및 합성 생체적합물질과 비교하여 BMP 전달을 위한 뛰어난 비히클일 수 있다.

예시적인 구축물

본 발명은 상기 논의된 설계 기준을 충족시키는 다수의 복합 구축물을 포괄한다. 표 1은 본 발명의 다양한 실시양태에 따른 여러 구축물을 제시하며, "설계 1"은 상기 논의된 바와 같은 과립을 포함하고, "설계 2"는 이러한 과립이 부재하는 것이다. 또한, "설계 3"은 매트릭스 도처에 다수의 1-2mm 직경의 개구를 또한 포함한다. 이들 설계는 본원에 기재된 바와 같은, 골유도성 단백질의 로딩에 적합한 실시양태를 제공한다. 이러한 목록은 포괄적인 것이라기 보다는 예시적인 것이고, 상기 설계 기준을 충족시키는 다른 구축물이 본 발명의 범주 내에 포함된다는 것이 인지될 것이다.

표 1: 예시적인 구축물

실시예 1

퓨전 메탈™ 써비칼 케이지 (포르오스테온 인크., 캘리포니아주 멘로 파크)를 대표하는 Ti-Ni 매트릭스의 샘플을 검사하고, 그 전문이 본원에 포함되는 미국 특허 번호 8,952,131에 기재된 BMP-GER-NR을 로딩하였다.

매트릭스의 스캐닝 전자 현미경사진을 도 1에 제시하며, 이는 100 nm만큼 작은 크기의 특색과 함께, 매우 거친 짜임새의 표면을 입증하였다. 단백질 용액 (pH 4 완충제 용액 중 0.3 mg/mL)을 매트릭스 내 세공 공간의 대략 40-60%와 동등한 부피로 전체 매트릭스에 직접 적용함으로써 BMP-GER-NR을 매트릭스에 로딩하였다. 로딩된 매트릭스가 적어도 15분 동안 정치되게 하여 용액이 매트릭스를 완전히 침투할 수 있게 한 다음, 염수 및 혈청으로 구성된 생리학적 유체를 모방한 방출 완충제에 넣었다. ELISA를 사용한 벤치탑 체류 검정을 사용하여 다양한 시점에 방출 완충제 중 BMP-GER-NR을 검출하였다. 초기 로딩된 BMP-GER-NR의 대략 34%가 2시간 후에 방출되었고, 또 다른 19%는 72시간 후에 방출되었다. 비교상, 유사하게 로딩된 흡수성 콜라겐 스폰지 (ACS) 단독, 칼슘-결핍 히드록시아파타이트 (CDHA) 과립 단독, 및 CDHA 과립이 로딩된 식물계 콜라겐 매트릭스 (미국 일련 번호 62/333,571에 기재된 바와 같음, 이는 모든 목적상 본원에 참조로 포함됨)는 2시간 후 BMP의 80%, 15% 및 30%를 방출하였다. 이들 데이터를 도 2에 제시하며, 이는 Ti-Ni 다공성 매트릭스가 CDHA 과립, 및 CDHA 과립이 로딩된 콜라겐 매트릭스와 유사한 방출 속도로 BMP를 보유한다는 것을 입증한다.

실시예 2

래트 근육내 이식물 모델에서 생체내 연구를 수행하여 Ti-Ni 매트릭스에 의한 BMP-GER-NR의 체류를 CDHA 과립이 로딩된 식물계 콜라겐 매트릭스 (미국 일련 번호 62/333,571에 기재된 바와 같음)와 비교하였다. 동등량의 방사성표지된 BMP-GER-NR 용액을 Ti-Ni 샘플 및 콜라겐 매트릭스에, 매트릭스에의 흡수를 가능하게 하는데 충분한 시간 동안 적용한 다음, 래트의 사두근 근육낭에 이식하였다. 수술 직후, 및 후속해서 24 및 72시간 후에 정량적 섬광조영을 수행하였다. 도 3에 제시된 바와 같이, BMP 체류는 콜라겐 스폰지 및 Ti-Ni 금속 매트릭스의 경우 24 및 72시간에 둘 다 유사하였다. 이들 데이터는 Ti-Ni 매트릭스의 세공 구조 속성 및 표면 특징이 생체내에서 임상적으로 유효한 기간 동안 BMP-GER-NR를 매트릭스 상에서 또는 그 근처에서 보유하는데 효과적이라는 것을 나타낸다.

실시예 3

상기 기재된 바와 같은 용액을 매트릭스에 직접 적용함으로써 개별 Ti-Ni 이식물에 BMP-GER-NR 또는 BMP-2를 0.1 mg/cc의 농도로 로딩한 다음, 이를 래트의 근육내 공간에 14일 동안 이식하였다. 이들 샘플을 조직학적으로 처리하여 새로운 골 형성을 평가하였다. 도 4에 제시된 바와 같이, 이식물 주위에서 새로운 골이 발견되었고, 이는 이식물의 다공성 공간 내로 통합되었다. 이들 결과는 시험된 모든 이식물에서 일관되었다. 추가적으로 임상 골 복구 적용분야에서 사용되는 많은 합성 물질과 달리, 이식물을 캡슐화하는 섬유층의 증거 없이, 골이 Ti-Ni 이식물에 바로 인접하여 관찰되었다. 이들 발견은 Ti-Ni 매트릭스가 임상적으로 유효한 시간 길이 동안 이식 부위에서 BMP (여기서는 BMP-GER-NR 및 BMP-2로 입증됨)를 보유할 수 있고, 매트릭스 그 자체가 골 복구에 통합될 수 있다는 것을 시사한다.

Claims

58%-68%의 다공성 및 50 내지 500 마이크로미터의 평균 세공 크기를 갖는 Ti-Ni를 포함하는 매트릭스; 및
골유도성 단백질
을 포함하는 생체적합성 이식물.
제1항에 있어서, 상기 골유도성 단백질이 BMP-GER-NR인 생체적합성 이식물.
제1항에 있어서, 상기 골유도성 단백질이 BMP-GER인 생체적합성 이식물.
제1항에 있어서, 상기 골유도성 단백질이 BMP-2인 생체적합성 이식물.
제1항에 있어서, 상기 골유도성 단백질이 BMP-7인 생체적합성 이식물.
제1항에 있어서, 상기 매트릭스에서 니켈 대 티타늄의 원자 비가 0.96:1 내지 1.13:1인 이식물.
제1항에 있어서, 상기 매트릭스가 적어도 1-2 밀리미터의 평균 직경을 갖는 1개 이상의 개구를 특징으로 하는 것인 이식물.
제1항에 있어서, 상기 매트릭스가 5 내지 10 밀리미터의 평균 크기를 갖는 1개 이상의 개구를 특징으로 하는 것인 이식물.
제1항에 있어서, 상기 매트릭스가 10 내지 20 밀리미터의 평균 크기를 갖는 단일 개구를 특징으로 하는 것인 이식물.
58%-68%의 다공성 및 50 내지 500 마이크로미터의 평균 세공 크기를 갖는 Ti-Ni를 포함하는 매트릭스; 및
BMP-GER-NR을 포함하는 골유도성 단백질
을 포함하는 생체적합성 이식물.
58%-68%의 다공성 및 50 내지 500 마이크로미터의 평균 세공 크기를 갖는 Ti-Ni를 포함하는 매트릭스; 및 BMP-GER을 포함하는 골유도성 단백질
을 포함하는 생체적합성 이식물.
제1항의 이식물을 포함하는 키트.
제12항에 있어서, 골유도성 단백질이 동결건조되고, 용기에 제공되는 것인 키트.
제10항의 이식물을 포함하는 키트.
제14항에 있어서, 골유도성 단백질이 동결건조되고, 용기에 제공되는 것인 키트.
제11항의 이식물을 포함하는 키트.
제16항에 있어서, 골유도성 단백질이 동결건조되고, 용기에 제공되는 것인 키트.
환자의 골 조직을 생체적합성 이식물과 접촉시키는 단계를 포함하는 환자를 치료하는 방법이며, 상기 이식물은
58%-68%의 다공성 및 50 내지 500 마이크로미터의 평균 세공 크기를 갖는 Ti-Ni를 포함하는 매트릭스; 및
골유도성 단백질
을 포함하는 것인 방법.
제10항에 있어서, 매트릭스가 1 내지 2 밀리미터의 평균 크기를 갖는 1개 이상의 개구를 추가로 포함하는 것인 생체적합성 이식물.
제11항에 있어서, 매트릭스가 1 내지 2 밀리미터의 평균 크기를 갖는 1개 이상의 개구를 추가로 포함하는 것인 생체적합성 이식물.
58%-68%의 다공성 및 50 내지 500 마이크로미터의 평균 세공 크기를 갖는 Ti-Ni를 포함하는 매트릭스;
골유도성 단백질; 및
매트릭스의 세제곱 센티미터당 과립 150-310 밀리그램의 비로 매트릭스의 개구 영역 내에 침착된 복수의 다공성, 칼슘 세라믹 과립
을 포함하는 생체적합성 이식물.
제21항에 있어서, 상기 골유도성 단백질이 상기 과립과 회합된 것인 이식물.
제21항에 있어서, 상기 골유도성 단백질이 상기 매트릭스와 회합된 것인 이식물.
제21항에 있어서, 상기 매트릭스에서 니켈 대 티타늄의 원자 비가 0.96:1 내지 1.13:1인 이식물.
제21항에 있어서, 상기 과립이 225 내지 800 마이크로미터의 범위 내의 평균 크기를 갖는 것인 이식물.
제21항에 있어서, 상기 매트릭스가 1-2 밀리미터의 평균 크기를 갖는 개구를 특징으로 하는 것인 이식물.
제21항에 있어서, 상기 칼슘 세라믹 과립이 칼슘 결핍 히드록시아파타이트를 포함하는 것인 이식물.
제21항에 있어서, 상기 골유도성 단백질이 BMP-GER-NR인 이식물.
제21항에 있어서, 상기 골유도성 단백질이 BMP-GER인 이식물.
제21항에 있어서, 상기 골유도성 단백질이 BMP-2인 이식물.
제21항에 있어서, 상기 골유도성 단백질이 BMP-7인 이식물.