Композиции и их применение в регенерации костей

Изобретение касается частиц биоактивного стекла для регенерации костей, имеющих форму сфер или сжатых сфер и имеющих бимодальное распределение размера частиц, включающее частицы между 90 мкм и 180 мкм и частицы между 355 мкм и 500 мкм, где биоактивное стекло представляет собой 45S5 стекло. Изобретение касается композиции для регенерации костей, имплантируемой в тело млекопитающего, содержащей физиологически приемлемый носитель и частицы биоактивного стекла, имеющие форму сфер или сжатых сфер, при этом указанные частицы биоактивного стекла имеют бимодальное распределение размера частиц, которое включает частицы между приблизительно 90 мкм и приблизительно 180 мкм и частицы между приблизительно 355 мкм и приблизительно 500 мкм; или частицы между приблизительно 180 и приблизительно 355 мкм и частицы между приблизительно 355 мкм и приблизительно 500 мкм. Изобретение касается пористого имплантата для регенерации костей, содержащего полученные спеканием указанные частицы биоактивного стекла. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 12 ил, 2 табл., 3 пр.

 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Для настоящей заявки испрашивается приоритет согласно предварительной заявке на патент США №61/550706, поданной 24 октября 2011 г., которая полностью включена в настоящую заявку посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение направлено на применение по существу сферических частиц биоактивного стекла в материалах, полезных для регенерации костей.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Биоактивное стекло представляет собой хорошо известный хирургический материал, который применяют в качестве материала для костных трансплантатов более 24 лет. Оригинальная 45S5 композиция биоактивного стекла обнаружена Hench и имеет следующий состав: 45% SiO2, 24,5% Na2O, 24, 5% СаО и 6% P2O5 (Hench J. Biomed. Mater. Res. Symp. 117-141(1971)). Как материал для костного трансплантата, биоактивное стекло имеет уникальные свойства формировать слой гидроксикарбаноапатита (НСА) на поверхности стекла при имплантации in vivo. Формирование этого слоя связано с растворением стекла последующим высвобождением ионов кальция (Са) и фосфора (Р), а также образованием Са-Р избыточного слоя на поверхности стекла. Слой в конце концов кристаллизуется в гидроксикарбаноапатит, что приводит к образованию межповерхностной связи между биоактивным стеклом и костью, что улучшает регенерацию кости вокруг частиц биоактивного стекла.

Следуя оригинальному открытию Hench формулы 45S5, оценивают добавочные композиции, но установлено, что только узкий диапазон соотношения CaO-SiO2-Na2O обладает биоактивностью с 45S5 композицией, обеспечивая лучшие результаты. Hench at al. Life Chem Rep 13: 187 (1996).

Работа также ведется в определении оптимального размера частиц. Изначально это фокусировалось на улучшении интраоперационной управляемости с мокрым стеклом во время операции. Low с соавт. (патент США №4851046) исследовал влияние 45S5 размера частиц биоактивного стекла на интраоперационную когезивность и управляемость стекла. Тесты показали, что широкий размер частиц 90-710 мкм имеет лучшую интраоперационную управляемость и формирование in vivo периодонтального дефекта у приматов in vivo.

Schepers и Ducheyne (U.S. 5204106) также исследуют эффекты 45S5 размера частиц биоактивного стекла. Это делают с целью контролирования степени дезинтеграции и растворения частиц биоактивного стекла. Показывают, что имплантация частиц различных размеров в костную ткань челюсти собаки приводит к различным биологическим реакциям на стекло. Эти результаты показывают, что диапазон 280-425 мкм предоставляет наилучшую реакцию формирования кости со стороны опорно-двигательного аппарата.

Хотя результаты первичного исследования кости челюсти показывают субоптимальные реакции для более мелких частиц, это относят к более высокому кровотоку и васкуляризованности челюсти. Это приводит к более быстрой резорбции стекла до развития достаточного роста кости. Добавочный скелет, тем не менее, обладает более низкой васкуляризованностью и минимальным кровотоком по сравнению с челюстью. Следуя своему оригинальному зубному исследованию, Schepers и Ducheyne (U.S. 5658332) обнаруживают, что более мелкие частицы (200-300 мкм) биоактивного стекла, имплантированные в добавочный скелет, не резорбируются так быстро, как это наблюдается в челюсти. Они обнаруживают, что более маленький диапазон размера повышает уровень формирования кости путем предоставления ядер для формирования костной ткани. Тестирование, проводимое на подвздошном гребне кролика, показало, что размер частиц 200-300 мкм поддерживает рост кости на поверхности частиц (остеокондукция) и в пределах центральной области частиц (экскавация). Дополнительно тестирование in vivo различных композиций стекол показало, что 45S5 стекло имеет лучший остеогенез.

Дополнительная работа Yang (U.S. 6228386) касается вопроса стоимости, относящейся к производству узких рядов биоактивного стекла. Работа Yang расширяет 200-300 мкм Schepers и Ducheyne до 200-400 мкм с целью снижения затрат на производство частиц биоактивного стекла. Этот более широкий диапазон частиц протестирован in vivo на модели подвздошного гребня кролика и сравнивается с диапазоном 200-300 мкм Schepers и Ducheyne, а также оригинальным диапазоном 90-710 мкм, раскрытым Low. Хотя результаты являются полуколичественными и основываются на 2 животных в группе, данные показывают, что у более широкого диапазона 200-400 мкм имеются лучшие показания.

Предшествующий уровень техники показывает, что размер частиц оказывает влияние на интраоперационную манипулятивность частиц, растворение стекла, функцию в качестве центра кристаллизации и затраты на производство. Следуя изначальной работе, обнаружено, что новая характеристика стекла вносит главный вклад в регенерацию костей при помощи биоактивного стекла. В исследовании Oonishi, 45S5 биоактивное стекло сравнивают с широко применяемым материалом для костной трансплантации (гидроксиапатит) на модели бедра кролика in vivo (Oonishi с соавт. Clin. Orthop. Rel. Res. 334:316-325 (1997)). Результаты показывают, что биоактивное стекло приводит к более быстрому и более прочному остеогенезу по сравнению с гидроксиапатитом. Oonishi предполагает, что повышенный остеогенез с 45S5 стеклом связан с высвобождением ионов диоксида кремния, кальция и фосфора. Что стимулирует колонизацию и пролиферацию стволовых клеток на поверхности стекла. Это исследование в дальнейшем подтверждают некоторые исследования, которые показывают, что высвобождаемые из биоактивного стекла ионы повышают остеогенез путем усиления клеточной дифференцировки, пролиферации и экспрессии протеина (Xynos с соавт. Biochem Biophys Res Commun 276: 461-465 (2000); Bosetti с соавт. Biomaterials 26: 3873-3879 (2005); Jell с соавт.J. Mater. Sci: Mater. Med. 17:997-1002 (2006)).

Хотя оригинальные оптимизационные данные по биоактивному стеклу оценивают размер частиц стекла, все эта работа основывается на применении частиц неправильной формы стекла и не берет в расчет последние данные, показывающие, что высвобождение ионов оказывает значительное влияние на возможность биоактивного стекла повышать регенерацию кости. Частицы неправильной формы в предшествующем уровне техники фильтруются по диапазонам специфического размера и имеют очень неправильную и случайную форму с неровными и зубчатыми краями. В дополнение изолирование диапазонов конкретных размеров является не полностью точным из-за продолговатых, имеющих форму риса частиц, которые могут пройти или не могут пройти через фильтр во время процесса разделения.

Предшествующий уровень техники также показывает, что биоактивное стекло, которое слишком мало, может быстро растворяться и приводить к всплеску высвобождения ионов, что может оказывать отрицательное влияние на регенерацию кости (патент US №5658332). Напротив, частицы, которые слишком велики, могут высвобождать ионы слишком медленно, и биоактивное стекло не выиграет от краткосрочной ионной стимуляции местных клеток. Более того, инфоляция в предшествующем уровне техники указывает, что важно использовать частицы неправильной формы с неровными краями с микротрещинами с целью достижения положительного ответа в регенерации кости.

Дополнительная оптимизация размера и формы частиц биоактивного стекла для производства новых материалов необходима для дополнительного улучшения ответа в регенерации кости.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение направлено на композиции, имплантируемые в тела млекопитающих, содержащие физиологически приемлемый носитель и по существу сферические частицы биоактивного стекла. Также в объеме изобретения находятся по существу сферические частицы биоактивного стекла, имеющие бимодальное распределение размера частиц. Также описаны предварительно прореагировавшие, механически стабилизированные сферические частицы биоактивного стекла. Кроме того, описаны полученные спеканием, по существу сферические частицы биоактивного стекла.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 демонстрирует растрово-электронное микрофотографическое изображение 45S5 частиц предшествующего уровня техники (32-710 мкм).

Фиг. 2 показывает сравнение однородного шара с одинаковыми радиусами (D1=D2) с частицей неправильной формы предшествующего уровня техники с неравными радиусами (D1≠D2).

Фиг. 3 показывает растрово-электронное микрофотографическое изображение по существу сферических 45S5 частиц изобретения.

Фиг. 4 показывает растрово-электронное микрофотографическое изображение бимодального диапазона размеров частиц одного варианта осуществления изобретения - по существу сферического 45S5 биоактивного стекла.

Фиг. 5 показывает укладку трех сфер, приводящую к поре треугольной формы.

Фиг. 6 показывает плотную укладку частиц неправильной формы предшествующего уровня техники, показывающую области блокированной пористости и низкой пористости.

Фиг. 7 показывает образование НСА слоя на поверхности частицы биоактивного стекла с последующим внешним покрытием слоем механической стабилизации.

Фиг. 8А демонстрирует профиль высвобождения иона диоксида кремния для различных однородных сферических диапазонов размеров (90-180 мкм, 180-355 мкм и 355-500 мкм по существу сферических частиц), демонстрирующих преимущество конкретных вариантов осуществлений изобретения.

Фиг. 8В демонстрирует профиль высвобождения иона диоксида кремния из по существу сферических групп, имеющих бимодальное распределение размеров частиц (90-180/355-500 мкм; и 180-355 мкм/355-500 мкм), и групп неправильного размера (32-710 мкм) предшествующего уровня техники.

Фиг. 9 показывает изображения компьютерной микротомографии на 6 и 12 недели исследование образцов бедра кролика для по существу сферических 45S5 частиц изобретения и группы частиц неправильной формы предшествующего уровня техники. Частицы изобретения демонстрируют повышение формирования кости в центре дефекта.

Фиг. 10 демонстрирует результаты гистологии на 6 и 12 неделе исследования бедра кролика при помощи бимодальных 4 5S5 частиц изобретения.

Фиг. 11 демонстрирует результаты гистоморфометрического анализа исследования бедра кролика со сравнением частиц изобретения с группами частиц неправильной формы предшествующего уровня техники.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

В противоположность раскрытию предшествующего уровня техники о том, что частицы биоактивного стекла неправильной формы необходимы для регенерации кости, сейчас неожиданно обнаружено, что применение по существу сферических частиц биоактивного стекла, в частности 45S5 частиц стекла, значительно улучшает уровень остеогенеза, формирования костной мозоли, регенерации кости. Также сейчас обнаружено, что применение по существу сферических частиц стекла, имеющих, в частности, унимодальный или бимодальный диапазон размера частиц, еще больше улучшает уровень остеогенеза, формирования костной мозоли и регенерации костной ткани. Такие материалы и их применение в биоматериалах, например, в качестве имплантата для восстановления кости, описаны в настоящей заявке.

Материалы изобретения можно применять в качестве имплантируемых костных трансплантатов во всех областях скелета, включая длинные трубчатые кости, позвоночник, челюстно-лицевой скелет, зубную и периодонтальную кость.

Как применяют здесь, «имплантируемый» относится к физиологически приемлемым материалам, которые можно поместить в тело млекопитающего. Такие физиологически приемлемые материалы будут стерильными, непирогенными и неиммуногенными. Млекопитающие, подвергающиеся лечению при помощи композиций и способов изобретения, включают людей и одомашненных животных, таких как собаки, кошки и лошади.

Настоящее изобретение направлено на костные трансплантаты, изготавливаемые из биоактивного стекла, такого как 45S5 биоактивное стекло, боратное стекло, или любого другого подходящего биоактивного стекла. Типичные материалы могут включать комбинации SiO2 и СаО; SiO2, СаО и Р2О5 или SiO2, СаО, Р2О5 и Na2O. Эти материалы, так же как и другие материалы, не включенные в перечисленные комбинации, хорошо известны в данной области техники.

Материалы изобретения включают частицы биоактивного стекла специфической формы и размера, что приводит к более высокой биологической активности и лучшему остеогенезу по сравнению с предшествующими нестандартными частицами биоактивного стекла. По существу сферические частицы биоактивного стекла, имеющие распределение размера частиц, описанное здесь, для применения в изобретении, можно изготовить в соответствии со способами, известными в данной области техники, и можно изготовить по заказу у таких производителей, как Mo-Sci Corporation (Rolla, Missouri).

Один аспект настоящего изобретения состоит в применении частиц биоактивного стекла, которые имеют наиболее однородный профиль высвобождения ионов. Частицы биоактивного стекла, применяемые в объеме изобретения, включают частицы, которые являются «по существу сферическими». Как применяют здесь, «по существу сферические» обозначает частицы, имеющие по существу круглое или овальное сечение и выглядящие как округлые частицы на микроскопическом уровне, например, на растрово-электронном микрофотографическом изображении. Частицы, которые являются сжатыми сферами, такие как частицы, которые представляют собой ротационно-симметричные эллипсоиды с более короткой полярной осью по сравнению с диаметром окружности большого радиуса, чья плоскость разделяет ее, также находятся в объеме «по существу сферических» частиц изобретения.

Являются ли частицы по существу сферическими, можно определить при помощи способов, известных в данной области техники. После производства частиц их исследуют под микроскопом для количественной оценки того, являются ли частицы по существу сферическими. По существу сферические частицы биоактивного стекла изобретения формируют в противоположность типичным частицам из биоактивного стекла, имеющим неправильную форму и неровную поверхность, что основывается на диспергировании или шлифовке стекла вслед за образованием расплава (фиг. 1). Частицы, имеющие неровную поверхность, представляют собой продолговатые сферы с хвостом, сломанные сферические фрагменты или являются частицами, которые сливаются вместе и не считаются по существу сферическими в объеме настоящего изобретения.

По существу сферические частицы биоактивного стекла изобретения предпочтительно включают унимодальное или бимодальное распределение размера частиц. Как применяют здесь, «бимодальное распределение размера частиц» относится к материалам изобретения, где большая часть размера частиц находится в пределах объема распределений размеров двух частиц. Предпочтительный вариант осуществления бимодального распределения изобретения будет включать меньшую часть небольших частиц и большую часть частиц большего размера. Композиции изобретения, содержащие бимодальное распределение размера частиц, могут включать меньшую часть размера частиц, выпадающую за пределы объема любого из двух обозначенных распределений размеров частиц. Предпочтительно по меньшей мере 60-99% частиц по весу окажется в пределах двух обозначенных распределений размера частиц. Более предпочтительно по меньшей мере 80-90%, например 85%, частиц по весу окажется в пределах двух обозначенных распределений размера частиц.

Также наблюдаются мультимодальные распределения размеров частиц. В таких мультимодальных распределениях большинство размеров частиц находится в пределах объема трех или более распределений размеров частиц.

В предпочтительных вариантах осуществления материалы изобретения будут включать по существу сферические частицы биоактивного стекла, имеющие первое распределение размера частиц между 32 и 200 мкм и второе распределение размера частиц между 300 и 800 мкм. Предпочтительно между 5% и 50% частиц, более предпочтительно приблизительно 10% частиц по весу будут иметь размер частиц, попадающий в диапазон от 32 до 200 мкм, более предпочтительно в диапазон от 90 до 180 мкм.

Также предпочтительными являются варианты осуществления, имеющие между 50% и 95% частиц, более предпочтительно приблизительно 90% частиц по весу, с размером частиц, попадающим в диапазон от 300 до 800 мкм, предпочтительно от 355 до 500 мкм.

В конкретных предпочтительных вариантах осуществления материалы изобретения могут включать по существу сферические частицы биоактивного стекла, имеющие первое распределение размера частиц между 90 и 180 мкм, и второе распределение размера частиц между 355 и 500 мкм.

На протяжении настоящего описания термин «по существу сферический» используют для обозначения частиц биоактивного стекла, которые предпочтительны для применения в изобретении по сравнению с частицами, которые не являются предпочтительными. Следует понимать, что определенный термин «по существу сферический» является качественным и трудоизмеримым или определяемым механическими средствами. Соответственно частицы следует считать «по существу сферическими», если их может визуализировать специалист в области техники при помощи микроскопии как в целом сферические в трех измерениях, и если они имеют по существу гладкую поверхность. Следует понимать, что несколько объектов, как природного происхождения, так и созданных человеком, имеют истинно сферическую геометрию. Кроме того, семействами фигур, приближающихся к сферической геометрии, считаются сферические или практически сферические. Таким образом, продолговатые сфероиды, сфероиды, имеющие один или несколько бугорков и выпуклостей, и сфероиды, которые включают один или несколько углублений и вдавлений, при этом стремящиеся к сферичности, включаются в сет «по существу сферических» частиц.

Такую же важность для общей геометрической формы имеет гладкость конкретной поверхности. Поэтому частицы, предпочтительные для применения в настоящем изобретении, следует отличать от тех, которые упоминает предшествующий уровень техники для применения в биоактивном стекле, в том, что предшествующие частицы являются в основном неровными и поломанными, не гладкими. Гладкость, еще раз, является качественной характеристикой частиц изобретения, чьи свойства определяют путем визуализации под микроскопом специалисты в области техники. Следует понимать, что частицы предшествующего уровня техники являются неровными или поломанными, имеют множественные угловые или зубчатые изменения на них. В самом деле, в предшествующей области техники имеют место намеренно вызванные разломы и неровная структура для увеличения площади поверхности. Настоящие частицы в сете «по существу сферических» частиц биоактивного стекла не подвергаются воздействию сил, которые вызывают такую структуру; желательна большая гладкость поверхности.

Не все частицы биоактивного стекла, применяемые в практике одного или более вариантов осуществления настоящего изобретения, нуждаются в том, чтобы быть «по существу сферическими». В объеме настоящего изобретения, где предпочтительны большие проценты по числу частиц, классифицируемых как «по существу сферические», хорошие результаты можно получить с применением частиц числом по меньшей мере 70% по количеству частиц, которые как находятся в диапазоне предпочтительных размеров, так и являются «по существу сферическими». Все же более предпочтительным является применение частиц, которые находятся между 70% и приблизительно 90%, более предпочтительно приблизительно 80% или 85% по числу частиц, которые как находятся в пределах диапазонов предпочтительных размеров, так и являются «по существу сферическими».

Бимодальное распределение размера частиц по существу сферических частиц биоактивного стекла можно создать путем смешивания, например, механическими средствами двух распределений размеров частиц биоактивного стекла. Технику фильтрования, известную в области техники, можно применять для отделения по существу сферических частиц в различные диапазоны размеров. Такая техника является более точной в настоящем изобретении, поскольку частицы имеют более правильную форму по сравнению с предшествующим уровнем техники. Это позволяет уточнять диапазоны размеров для изолирования при помощи частиц изобретения.

Процесс фильтрования позволяет создать комбинации диапазона размера двух или более размеров. Фильтрование является хорошо известной техникой в области техники и описывается, например, в NIST Recommended Practive Guide, Special Publication 960-1, Particle Size Characterization, январь 2001. Применение комбинированного диапазона размера может изменить профиль высвобождения для обеспечения оптимального высвобождения из частиц различных размеров. Пример бимодального диапазона размера, содержащего два по существу сферических размера, показан на фиг. 4. В этом варианте осуществления сферическая смесь биоактивного стекла сформирована путем комбинирования процентов, предпочтительно низких процентов маленьких, по существу сферических частиц биоактивного стекла с процентами, предпочтительно большими процентами больших по размеру, по существу сферических частиц биоактивного стекла.

В материалах изобретения более мелкие частицы обеспечивают начальное контролируемое высвобождение ионов для стимулирования процесса восстановления. Поскольку высвобождение ионов из этих частиц контролируется описанной здесь композицией, его можно контролировать для предотвращения вредного высвобождения избыточного количества ионов биоактивного стекла. Дополнительно присутствие более крупных частиц позволяет им действовать в качестве остова для продолжающегося остеогенеза. Эти частицы рассасываются медленнее и имеют более низкий уровень резорбции и смогут функционировать в качестве остеокондуктивной поверхности во время процесса регенерации.

Частицы биоактивного стекла изобретения используют форму, имеющую наиболее репродуцируемое высвобождение ионов и оптимальную трехмерную укладку. В исследовании различных геометрических форм выбирают сферическую форму из-за в целом постоянного расстояния от центра частицы до края, из-за круглой, в целом универсальной поверхности и из-за возможности формировать полностью взаимосвязанную пористость из-за трехмерной укладки (фиг. 2). По существу сферические частицы биоактивного стекла предоставляют наиболее прочную геометрию частиц и контролируемый профиль высвобождения частиц.

Пример по существу сферической 45S5 частицы биоактивного стекла показан на фиг. 3. После имплантации in vivo поступление биоактивного стекла в жидкости тела инициирует процесс растворения, что высвобождает ионы из стекла. Поскольку процесс растворения зависит от формы частиц, применение единообразных сферических частиц обеспечивает контролируемое высвобождение ионов. Путем изменения размера частиц конечный профиль высвобождения также можно изменять. Тестирование растворения показывает, что более мелкие частицы обеспечивают более быстрое высвобождение, в то время как более крупные обеспечивают более медленное высвобождение.

Другим преимуществом применения сферических частиц является то, что укладка частиц в трехмерном пространстве больше способствует росту костной ткани, чем пористость, полученная при укладке частиц неправильной формы. Укладка по существу сферических частиц приводит к полностью взаимосвязанной пористости с открытыми порами и без их блокирования. Контроль за размером пор обеспечивается применением частиц конкретных диаметров (большие сферы дают большие поры).

Предварительно показано, что рост кости в пористых структурах зависит от размера пор (Hollis с соавт. Encyclopedic Handbook of Biomaterials and Bioengineering Boca Raton: CRC Press стр. 806-807 (1995)). Слишком маленькие поры не пропустят растущую кость в пористую структуру, в то время как слишком большие поры замедлят процесс остеогенеза. Преимуществом сферической укладки является то, что размер пор можно контролировать размером частицы. В дополнение круглая поверхность по существу сферических частиц предотвращает укладку частиц в том положении, которое предотвратит образование порозности, или в том, которое приведет к образованию слишком маленьких пор для роста кости. В сферической укладке самая маленькая пора, которая может быть создана, образуется при укладке трех частиц (фиг. 5). Применяя более крупные сферы, можно избежать формирование слишком маленьких для роста кости пор. В результате, по существу сферические частицы настоящего изобретения могут создать систему пор, которая полностью взаимосвязана и позволяет кости расти через всю пористую систему.

Наоборот, частицы неправильной формы могут упаковываться в плотные структуры с низким % пористости, более мелкими порами и зонами «блокированной» пористости. В частности, плоская поверхность и маленькое соотношение сторон нестандартных частиц позволяет упаковать их так, чтобы создавались зоны с маленькой и отсутствующей пористостью (как показано на фиг. 6). Этот тип плотной укладки снизят количество кости, которая может сформироваться между частицами и в пределах зоны имплантации.

Также в объеме изобретения существуют способы улучшения биоактивности частиц биоактивного стекла. Этот аспект изобретения можно применять ко всем формам биоактивных стекол, включающих частицы неправильной формы, частицы стандартной формы, сферические частицы, волокна и пористые остовы. В этом варианте осуществления изобретения биоактивное стекло инкубируют в ионном растворе, таком как моделируемая жидкость организма (SBF), во время процесса производства для инициации образования слоя гидроксикарбаноапатита (НСА) на поверхности стекла. После имплантации in vivo присутствие слоя НСА предоставит лучшую поверхность для прикрепления и формирования новой кости. Дополнительно, если слой НСА уже присутствует во время имплантации, реакция на восстановление будет усилена из-за элиминации времени, необходимого для формирования слоя in vivo. Это обеспечит более быстрое формирование кости сразу после имплантации.

Хотя предварительное формирование слоя НСА имеет преимущество для восстановления кости, слой, сформированный при помощи процесса in vitro, хрупок и легко отделяем от поверхности биоактивного стекла. Нормальные манипуляции в процессе производства и распределения уберет предварительно подвергнутый реакции слой НСА, и стекло потеряет свое преимущественное покрытие. Для того чтобы обойти эту проблему, слой НСА на биоактивном стекле можно механически стабилизировать путем добавления внешнего слоя (фиг. 7). Этот внешний слой может включать водорастворимые, биорезорбтивные материалы, такие как гиалуроновая кислота, желатин, альгинат, хитозан или другие гидрогели, а также смеси вышеперечисленных веществ. В этих вариантах осуществления биоактивное стекло инкубируют в ионном растворе, таком как SBF, и НСА слой может образовываться. После того, как поверхность практически полностью покрыта НСА, биоактивное стекло можно погрузить в отдельный раствор наружного покрытия, которое высыхает на поверхности стекла. Вслед за этим процессом наружное покрытие стабилизирует НСА слой, снижает его хрупкость и предотвращает его отслаивание во время манипуляций или изготовления. После механической стабилизации покрытые НСА частицы биоактивного стекла помещают в дефект кости, наружный слой рассасывается и обнажает слой НСА для окружающей жидкости и клеток, что позволяет начаться процессу восстановления.

Также в объеме изобретения находится применение по существу сферических частиц биоактивного стекла изобретения в костном трансплантате или цементном материале. Один типичный вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой композицию, которая представляет собой костно-трансплантатное «цементное тесто», который включает по существу сферические частицы биоактивного стекла изобретения в комбинации с физиологически приемлемым носителем для формирования цемента для костной трансплантации. Как применяют здесь, «цементное тесто» представляет собой композицию, имеющую мягкую, пластичную, пастообразную консистенцию. Цемент для костной трансплантации можно изготовить путем смешивания частиц биоактивного стекла изобретения в пластичную «тестообразную» композицию для создания цементного теста.

Поскольку высвобождение ионов активирует водная среда, нельзя применять носители на водной основе. Предпочтительно физиологически приемлемыми носителями, применяемыми здесь, являются неводные вещества, которые являются непирогенными, неиммуногенными, стерилизуемыми и имеют короткий период растворения. Предпочтительно носители, применяемые в костных трансплантатах изобретения, имеют тенденцию к растворению через приблизительно 3-7 дней как in vitro, так и in vivo.

Предпочтительные носители для применения в цементе изобретения включают один или более фосфолипидных, полиэфирных или полигидрокси компонентов. Предпочтительно носителями являются примеси двух и более компонентов.

Преимуществом двух- и мультикомпонентного носителя является то, что он обеспечивает оптимальные свойства носителя для нанесения костного трансплантата. Например, полимеры на основе воска или фосфолипиды могут быть неподходящими в одиночестве для создания пластичного носителя. Путем смешивания их с жидкостью, которая функционирует как размягчитель, тем не менее, можно создать пластичный носитель. Дополнительно изменение концентрации размягчителя позволяет создать многообразие носителей цементного теста. Они включают «пастообразное» цементное тесто для адгезии к другим материалам костного трансплантата и области имплантации, прессуемый цемент, который можно доставить при помощи шприца или канюли, и твердое цементное тесто, которое применяют в качестве отдельного костного трансплантата.

Предпочтительные носители для применения в цементном тесте изобретения включают примеси фосфолипидов, например фосфатидилхолинов, с триглицеридами, моноглицеридами, жирными кислотами, или комбинации вышеперечисленных веществ. Такие материалы известны в области техники сами по себе (per se) и имеются в продаже от таких поставщиков, как Lipoid GmbH (Ludwigshfen, Germany) и American Lecithin Company (Oxford, CT).

В типичном цементном тесте в вариантах осуществления изобретения носитель включает примесь по существу чистых, твердых форм фосфатидилхолина, например Phospholipon 90G (Lipoid GmbH), и солюбилизированную, жидкую форму фосфатидилхолина, например Phosal 53 МСТ (Lipoid GmbH), для создания пластического носителя с примесью. Примесь содержит от 10% до 50%, предпочтительно от приблизительно 20% до приблизительно 40% твердой формы фосфатидилхолина по весу примеси и от 50% до 90%, предпочтительно от приблизительно 60% до приблизительно 80% жидкой формы фосфатидилхолина по весу примеси. Более предпочтительно примесь содержит приблизительно 35% твердой формы фосфатидилхолина на основании веса примеси и приблизительно 65% жидкой формы фосфатидилхолина по весу примеси.

В некоторых применениях цементного теста изобретения может быть желательно более мягкое и прессуемое цементное тесто. Более мягкие формы можно применять с минимально инвазивной хирургией (MIS) и вводить непосредственно в область имплантации. Более мягкие формы цементного теста изобретения можно создать, например, путем повышения количества жидкой формы фосфатидилхолина, присутствующего в примеси. Такие примеси могут включать приблизительно 25% твердой формы фосфатидилхолина по весу примеси и приблизительно 75% жидкой формы фосфатидилхолина по весу примеси.

Биоактивное цементное тесто изобретения можно сформировать путем включения от 60% до 90%, предпочтительно от 70% до 80% по существу сферических частиц изобретения по весу цементной композиции и от 10% до 40%, предпочтительно от 15% до 35% или от 15% до 25% примеси носителя по весу цементной композиции. Предпочтительно цементные композиции содержат приблизительно 80% по существу сферических частиц биоактивного стекла по весу цементной композиции и приблизительно 20% примеси носителя по весу цементной композиции. Другой предпочтительный вариант осуществления включает цементную композицию, содержащую приблизительно 7 5% по существу сферических частиц биоактивного стекла по весу цементной композиции и приблизительно 25% примеси носителя по весу цементной композиции.

Цементное тесто изобретения может включать унимодальные, бимодальные или мультимодальные распределения размеров по существу сферических частиц биоактивного стекла.

Цементные композиции изобретения обладают отличной пригодностью для обработки, и на них не влияет стерилизация. Они являются пластичными и держат форму без приклеивания к хирургическим перчаткам. Примеси носителя, применяемые в цементных композициях, имеют короткий период растворения, не мешают росту кости и являются устойчивыми к увлажнению.

Более жесткие версии цементных композиций изобретения можно создать для создания гибких полос цементного теста. Такие полосы можно применять, например, для спондилодеза. Это достигается путем повешения количества по существу чистой, твердой формы фосфатидилхолина в примеси носителя. Такие примеси носителя могут включать от 50% до 80%, предпочтительно от приблизительно 60% до приблизительно 70% твердой формы фосфатидилхолина по весу примеси носителя и от 20% до 50%, предпочтительно от приблизительно 30% до приблизительно 40% жидкой формы фосфатидилхолина по весу примеси носителя. Например, гибкие полосы цементного теста можно изготовить, используя примесь, содержащую приблизительно 60% твердой формы фосфатидилхолина по весу примеси и 40% жидкой формы фосфатидилхолина по весу примеси.

Такие цементные полосы могут включать от 60% до 90%, предпочтительно от 70% до 80% по существу сферических биоактивных частиц изобретения по весу цементной полосы. Предпочтительно цементные полосы содержат приблизительно 80% по существу сферических частиц биоактивного стекла по весу цементных полос и приблизительно 20% примеси носителя по весу цементных полос. Другой предпочтительный вариант осуществления включает цементные полосы, содержащие приблизительно 75% по существу сферических частиц биоактивного стекла по весу цементной полосы и приблизительно 25% примеси носителя по весу цементных полос.

Цементные полосы изобретения могут включать унимодальные, бимодальные или мультимодальные распределения размеров по существу сферических частиц биоактивного стекла.

Цементные композиции и цементные полосы изобретения могут быть сформированы при помощи механически стабилизированных, покрытых НСА частиц биоактивного стекла, описанных здесь.

В другом варианте осуществления изобретения носитель может включать разорбируемые или нерезорбируемые материалы, которые смешивают во время операции в твердый материал костного цемента. Он включает, но не ограничивается резорбируемыми цементами, включающими сульфат кальция, фосфат кальция, карбонат кальция, и нерезорбируемыми цементами, такими как цементы на основе метакрилата и стеклоиономерные цементы. В этом варианте осуществления по существу сферические частицы биоактивного стекла изобретения предварительно смешивают с сухими материалами цемента. Во время операции раствор для схватывания цемента смешивают с сухим материалом, и имплантат изменяется от состояния пасты до тестообразного цемента, который в конце концов затвердевает до твердой формы. Эти биоактивные цементы можно применять по хирургическим показаниям, например, для лечения перелома, заполнения костного дефекта, синтеза, вертебропластики, кифопластики, реконструктивного восстановления костей и замещения суставов.

В одном примере по существу сферические частицы биоактивного стекла изобретения смешивают с резорбируемым цементом, таким как полугидрат сульфата кальция, например. Смесь биоактивного стекла/полугидрата сульфата кальция далее смешивают со стерильным физиологическим раствором во время операции. Когда полугидрат сульфата кальция реагирует с водой с образованием дигидрата сульфата кальция, цемент утолщается до цементного теста. Цементное тесто далее помещают в костный дефект, где оно окончательно затвердевает. Получившийся твердый имплантат дигидрата сульфата кальция и включенные биоактивные сферы стекла обеспечивают механическую стабильность в области костного трансплантата. После имплантации имплантат поглощает жидкость тела, и начинается растворение биоактивного вещества. Дополнительно дигидрат сульфата кальция также начинает резорбировать и медленно выделять сферы биоактивного стекла на поверхность имплантата. Во время процесса резорбции имплантат замещается новой костью. Применение по существу сферического биоактивного стекла в резорбируемом цементе выгодно, поскольку ионы биоактивного стекла могут диффундировать из цемента для стимулирования восстановления на поверхности имплантата.

В типичном варианте осуществления цемента изобретения биоактивный цемент будет включать примесь полугидрата сульфата кальция (Sigma Aldrich, St. Louis, МО) и по существу сферические частицы биоактивного стекла изобретения. Примесь содержит от 20% до 90%, по существу приблизительно от 50 до приблизительно 80% полугидрата сульфата кальция по весу примеси и от 10% до 80%, предпочтительно от приблизительно 20% до приблизительно 50% по существу сферических частиц биоактивного стекла по весу примеси. Более предпочтительно примесь содержит приблизительно 70% полугидрата сульфата кальция на основании веса примеси и приблизительно 30% по существу сферического биоактивного стекла по весу примеси.

Смесь полугидрата сульфата кальция/биоактивного стекла предоставляется в виде комплекта с отдельным контейнером для схватывающего раствора. Во время операции схватывающий раствор совмещают с сухой примесью полугидрата сульфата кальция/биоактивного стекла. Комплект содержит 1 см3 схватывающего раствора на каждые от 2 г до 6 г, предпочтительно от 3 г до 4 г сухого цементного материала. Более предпочтительно смесь содержит 1 см3 схватывающего раствора на 3,5 г сухого цемента. Схватывающие растворы известны в области техники и могут быть выбраны из воды, физиологического раствора или растворов гидрогеля, таких как желатин, альгинат, хитозан, гиалуроновая кислота.

Другой типичный вариант осуществления настоящего изобретения включает композиции, включающие по существу сферические частицы биоактивного стекла изобретения и носитель, который представляет собой пористый, резорбируемый материал. «Пористые» материалы, как применяют здесь, представляют собой материалы с взаимосвязанной системой пор, которая связывает внешнюю поверхность материалов с внутренней. Такие пористые материалы позволяют костной ткани прорастать через структуры. «Резорбируемые» материалы представляют собой материалы, которые можно расщепить, усвоить и выделить из тел Млекопитающих. Резорбируемые материалы, применяемые для создания пористых костных трансплантатов, известны в области техники и включают, например, коллаген 1 типа, хитозан, альгинат, желатин, гиалуроновую кислоту и резорбируемые полимеры и сополимеры, такие как поли(гидроксикислоты) или комбинации вышеперечисленных веществ.

По существу сферические частицы биоактивного стекла можно включить в пористый резорбируемый материал для формирования пленки при помощи способов, известных в области техники. В этих способах можно использовать применение коллагена 1 типа в качестве носителя и стандартных процессов образования коллагена для формирования пленок. Например, кислотную жидкую массу волокон коллагена 1 типа и частиц биоактивного стекла можно поместить в форму пленки, нейтрализованную и лиофилизированную для устранения всей воды и создания композиции, имеющей взаимосвязанную пористость. Конечная пленка может быть перекрестно-сшитой при помощи стандартных перекрестно-сшивательных способов для коллагена, таких как дегидротермальное сшивание. Пленки изобретения будут включать включенные частицы биоактивного стекла изобретения в пористой коллагеновой сети. В дополнение к коллагену можно применять другие пористые материалы для создания пленок, например волокна полимера или стекла, пенки или меши.

В одном варианте осуществления пленка изобретения включает 50-90% по существу сферических частиц биоактивного стекла изобретения на основании веса пленки и от 10% до 50% пористого резорбируемого материала на основании веса пленки. В других вариантах осуществления пленка содержит 80-90% по существу сферических частиц биоактивного стекла изобретения на основании веса пленки и от 10% до 20% пористого резорбируемого материала на основании веса пленки. Пленки изобретения могут быть выпущены в диапазоне плотности, включающем от 0,2 г/см3 до 0,5 г/см3.

Пленку изобретения можно получить при помощи механически стабилизированных, покрытых НСА частиц биоактивного стекла, описанных здесь.

Другой вариант осуществления настоящего изобретения включает пористые, имеющие формы структуры, содержащие полученные спеканием, по существу сферические частицы биоактивного стекла. В этих вариантах осуществления пористые, полученные спеканием имплантаты биоактивного стекла можно создать путем свободного укладывания по существу сферических частиц в форму и ее нагревания в точки спекания биоактивного стекла. Унимодальные, бимодальные и мультимодальные распределения размеров частиц можно применять в этом варианте осуществления изобретения.

В этих вариантах осуществления, поскольку стекло спекается, а не плавится, нагревание будет термически связывать сферы вместе в их точках соприкосновения, не вызывая коллапса структуры. Конечная структура будет иметь взаимосвязанную пористость, которая создается трехмерной укладкой сфер вместе. Этот способ можно применять для создания многообразия пористых форм, включающих вилки, кубы, клинья, кольца и т.д. Эти формы можно применять для синтеза колена и лодыжки, синтеза суставной поверхности, интеркорпорального спондилодеза, реконструирования сустава, остеосинтеза перелома, остеотомии и других хирургических процедур. Дополнительно спеченный имплантат также может быть погружен в моделируемую жидкость организма для образования НСА слоя. Поскольку внутренняя пористость защищена от внешней поверхности, покрытие может нуждаться или не нуждаться в стабилизации наружным покрытием, например, желатином или гиалуроновой кислотой.

ПРИМЕР 1

Цементные композиции изобретения, содержащие 45S5 частицы биоактивного стекла, производят в соответствии с таблицей 1 и сравнивают с имеющимся в продаже 45S5 биоактивным стеклом цементного теста, имеющего частицы неправильной формы.

В каждой группе носитель удаляется из цементного теста для изолирования частиц. Изолированные частицы инкубируют в растворителе SBF при 37°С. Концентрацию ионов диоксида кремния в растворителе измеряют при помощи оптической эмиссионной спектроскопии с индуктивно сопряженной плазмой.

Результаты изучения растворения показаны на фиг. 8А и 8В. Профиль высвобождения диоксида кремния для унимодальных сферических размеров, применяемых в исследовании (90-180 мкм, 180-355 мкм и 355-500 мкм), показан на фиг. 8А. Данные показывают, что уровень высвобождения диоксида кремния (и конечное растворение 45S5) зависят от размера частиц. Группа 80-180 мкм демонстрирует самое быстрое высвобождение, вслед за ней идет группа 180-355 мкм и группа 355-500 мкм.

Включение профилей высвобождения диоксида кремния из бимодальных сферических групп (сферы 90-180/355-500 мкм и сферы 180-355 мкм/355-500 мкм) и группа неправильного размера 32-710 мкм из предшествующего уровня техники показано на фиг. 8В. Данные показывают, что применение бимодального распределения размера позволяет контролировать уровень высвобождения. В сферических бимодальных группах добавление 90-180 мкм и 180-355 мкм по существу сферических частиц к 355-500 мкм по существу сферических частиц повышает уровень высвобождения диоксида кремния только частиц 355-500 мкм. У обеих бимодальных групп профили высвобождения находятся между группой 180-355 мкм и сферической группой 355-500 мкм.

Данные также показывают, что форма частицы оказывает значимое влияние на растворение, как видно из профиля растворения группы 32-719 мкм частиц неправильной формы на фиг. 8В. Хотя эта группа содержит частицы большие, чем самые большие частицы в группе по существу сферических частиц (355-500 мкм), в группе 32-710 мкм частиц неправильной формы наблюдается более быстрый уровень высвобождения, который сравним с наименьшей по существу сферической группой (90-180 мкм). Хотя этот эффект не связан пока ни с какой практической теорией, его можно отнести к быстрому растворению мелких, частиц неправильной формы и растворению неровных краем крупных частиц неправильной формы.

ПРИМЕР 2

Стерильное цементное тесто производят с 90-180 мкм и 355-500 мкм 45S5 по существу сферическими частицами биоактивного стекла, Phospholipon 90G и Phosal 53 МСТ, и тестируют для определения свойств цементного теста. Растворение носителя определяют путем инкубирования цементного теста в физиологическом растворе при 37°С в течение 7 дней и измеряют потерю веса носителя. Дополнительно обработка цементного теста и устойчивость к увлажнению измеряют путем воздействия предельных высоких и низких температур в течение 2 недель (60°С и -2°С). Данные сравнивают с контролем при комнатной температуре. Это выполняют для имитации экстремальных условий, которые могут иметь место во время распространения продукта.

Результаты исследования растворения носителя показывают, что носитель эффективно удаляется во время процесса водного растворения. Это представлено линейным снижением веса во время исследования. При полном времени растворения в течение приблизительно 5 дней носитель полностью удаляется и не препятствует процессу восстановления кости.

Исследование температуры показывает, что обработка цементного теста, подвергнутая действию различных условий хранения, идентична, и не наблюдаются различия в пластичности, когезивности и клейкости. Все виды цементного теста являются легко пластичными, сохраняют свою форму и не крошатся и не прилипают к хирургическим перчаткам. В исследовании увлажнения цементное тесто полностью помещают в физиологический раствор, и растворение качественно достигается за более чем 60 минут. Во время исследования цементное тесто демонстрирует ничтожно малое растворение и остается полностью интактным без частиц, покидающих образец цементного теста. Это наблюдалось при всех трех условиях хранения. Способность цементного теста противостоять начальному растворению при увлажнении является выгодным свойством носителя, которое снизит миграцию имплантата из-за избыточного увлажнения. На основании этих наблюдений консистенция и устойчивость цементного теста к увлажнению поможет хирургу в размещении частиц биоактивного стекла и позволит имплантату остаться на месте.

ПРИМЕР 3

Содержащее биоактивное стекло цементное тесто (5 имплантатов в группе) помещают в дефект критического размера 6×10 мм в дистальную часть бедра новозеландских белых кроликов. На 6 из 12 неделях собирают результаты и визуализируют при помощи рентгенографии и компьютерной микротомографии (микро-КТ). Бедра далее помещают в полиметилметакрилат и производят секционные серии. Гистологические срезы окрашивают метиленовым синим и фуксином для визуализации имплантата и кости. Гистологические срезы оценивают качественно для определения местной тканевой реакции на имплантат и биоактивности частиц биоактивного стекла. Гистоморфометрический анализ проводят для подсчета количества костной ткани в каждой группе. Применяя программы визуального анализа для определения и подсчета количества кости в области дефекта, подсчитывают средние величины остеогенеза для каждой группы.

Результаты показывают, что у цементного теста с по существу сферическими частицами биоактивного стекла изобретения наблюдается наилучшее восстановление и значительное улучшение остеогенеза по сравнению с неправильными 4 5S5 частицами. Показательные изображение микро-КТ на 6 и 12 неделе для каждой группы показаны на фиг. 9. На 6 неделе изображения группы 32-710 мкм размера частиц неправильной формы показывают рост кости с периферии дефекта по направлению к центру. На краю дефекта кость растет по поверхности частиц и в промежутках между частицами. Восстановление кости не охватывает весь дефект, тем не менее, в центре дефекта наблюдается пустота, заполненная интактными гранулами биоактивного стекла. При сравнении изображения на 6 неделе по существу сферических частиц изобретения показывают по существу больший рост кости в области дефекта. Наилучший остеогенез наблюдается в группе 180-355 мкм, 355-500 мкм и в бимодальных группах. Эти группы показывают значительный остеогенез в области имплантации с полным заполнением дефекта костью. Диапазон размера изобретения 90-180 мкм, тем не менее, не показывает наличия дефекта в кости. Хотя там наблюдается больше кости по сравнению с группой частиц неправильной формы 32-710 мкм, в центре дефекта все еще наблюдается небольшая пустота.

К 12 неделе результаты микро-КТ показывают продолжающийся остеогенез в области дефекта во всех группах. Группа частиц неправильной формы 32-710 мкм показывает перекрывающую кость через наружную надкостницу, тем не менее, имеются частицы без роста кости в центре дефекта. Группа 90-180 мкм показывает заполнение внутреннего дефекта с маленьким промежутком рядом с наружной надкостницей. Сходным образом с результатами 6 недели в группах 180-355 мкм, 355-500 мкм и двух бимодальных групп наблюдается наиболее интенсивный остеогенез, охватывающий весь дефект.

Гистологический анализ образцов показывает, что все группы поддерживают рост кости на поверхности и между частицами биоактивного стекла. Дополнительно гистология показывает, что все группы биоактивны с образованием НСА слоя на поверхности частицы. Качественно гистологический анализ сопоставил данные микро-КТ с большей костью, видимой в группе 180-355 мкм, группе 355-500 мкм и в двух бимодальных группах по сравнению с группой частиц неправильной формы 32-710 мкм и группой по существу сферических частиц 90-180 мкм.

Типичный пример гистологии показан на фиг. 10. Это изображение показывает рост кости на поверхности сфер группы 90-180 мкм/355-500 мкм на 6 и 12 неделе. Как видно на изображении, васкуляризованная кость полностью визуализируется, окружая по существу сферические частицы. В дополнение характеристика НСА области показана в виде белого слоя на наружной поверхности частиц. К 12 неделе остеогенез усиливается и толщина НСА слоя повышается в некоторых более мелких частицах, показывая полную конверсию.

Используя гистологические изображения, оценивают количественно количество кости в пределах дефекта для каждой группы при помощи гистоморфометрии. Результаты гистоморфометрического анализа, сопоставленные с качественными наблюдениями с микро-КТ и гистологического анализа, показаны на фиг. 11. Данные показывают, что в группе 180-355 мкм, группе 355-500 мкм и бимодальных группах наблюдается значительное увеличение среднего количества % кости, обнаруживаемой в области как на 6, так и на 12 неделе. Одни данные образования используют для расчета изменения в остеогенезе по сравнению с группой частиц неправильной формы 32-710 мкм. Резюме данных усиления остеогенеза показано в таблице 2.

Данные показывают, что все по существу сферические группы (за исключением 90-1800 мкм) показывают усиление остеогенеза в обе временные точки. Из результатов очевидно, что улучшенная форма частиц биоактивного стекла ведет к более быстрому и резкому восстановлению кости на протяжении исследования. Данные также показывают, что восстановительная реакция также зависит от размера частиц. Сравнение среди по существу сферических групп показывает, что у бимодальной группы с 10% 90-180 мкм по существу сферических частиц и 90% 355-500 мкм по существу сферических частиц наблюдаются лучшие комбинированные результаты на 6 и 12 неделе.

Напротив, в группе 90-180 мкм наблюдается самый низкий остеогенез среди групп с по существу сферическими частицами. У этой группы имеется профиль высвобождения ионов (из примера 1), сходный с 32-710 90-180 мкм группой частиц неправильной формы. В целом, данные показывают, что контроль за высвобождением ионов через форму частиц и их размер может оказывать благоприятное воздействие на восстановление кости. В противоположность предшествующему уровню техники этот эффект не зависит от формы частиц с неправильной формой с неровной поверхностью, но скорее гладкие, по существу сферические частицы обеспечивают оптимальную пористость и профиль высвобождения ионов.

ПРИМЕР 3

По существу сферические 45S5 частицы изобретения или 45S5 частицы неправильной формы, известные в области техники, можно предварительно обработать моделируемой жидкостью организма для формирования НСА покрытия на поверхности. Моделируемая жидкость организма (SBF) представляет собой искусственный раствор, содержащий ионы, сходный с внеклеточной жидкостью человека. Растворы SBF хорошо известны специалистам в данной области техники и могут содержать разнообразие различных композиций. В одном варианте осуществления биоактивное стекло инкубируют при 37°С в растворе, описанном Kukubo (Kokubo с соавт. J. Biomed. Mater. Res. 24:721-734 (1990)), в течение 7 дней. После формирования НСА слоя стекло аккуратно извлекают из раствора SBF и высушивают.

Получившиеся НСА-покрытые частицы можно далее покрыть окунанием при помощи, например, 3% раствора гиалуроновой кислоты. Желатин также можно применять как наружное покрытие.

Покрытое снаружи биоактивное стекло далее высыхает для создания механически стабилизированной, предварительно подвергнутой реакции формы биоактивного стекла.

В то время как выше описываются типичные варианты осуществления, другие различные модификации и добавления будут очевидны специалистам в данной области техники.

Список литературы:

U.S. 4851046

U.S. 5204106

U.S. 5658332

U.S. 6228386

Hench et al. «Bonding mechanism at the Interfase of Ceramic Prosthetic materials». J. Biomed. Mater. Res. Simp. 117-141(1971).

Oonishi et al. «Particulate 45S5 compared with hydroxyapatite as a bone graft substitute». Clin. Orthop.Rel. Res. 334: 316-325 (1997).

Xynos et al. «Ionic products of bioactive glass dissolution increase proliferation of human osteoblasts and induce insulinlike growth factor II mRNA expression and protein synthesis». Biochem. Biophys. Res. Commun. 276: 461-465 (2000).

Bosetti et al. «The effect of bioactive glasses on bone marrow stromal cell differentiation».

Biomaterials 26: 3873-3879 (2005).

Jell et al. «Gene activation by bioactive glasses». J. Mater. Med. 17:997-1002 (2006).

Hollis et al. «Factors affecting bone in-growth.» In Wise et al. Encyclopedic Handbook of Biomaterials and Bioengineering Vol 1. Boca Raton: CRC Press. Pp. 806-807 (1995).

Kokubo et al. «Solutions able to reproduce in vivo surface-structure changes in bioactive glass-ceramic A-W». J. Biomed. Mater. Res. 24:721-734 (1990).

1. Композиция для регенерации костей, имплантируемая в тело млекопитающего, содержащая физиологически приемлемый носитель и частицы биоактивного стекла, имеющие форму сфер или сжатых сфер, при этом указанные частицы биоактивного стекла имеют бимодальное распределение размера частиц, которое включает частицы между приблизительно 90 мкм и приблизительно 180 мкм и частицы между приблизительно 355 мкм и приблизительно 500 мкм; или частицы между приблизительно 180 и приблизительно 355 мкм и частицы между приблизительно 355 мкм и приблизительно 500 мкм.

2. Композиция по п. 1, где носитель представляет собой примесь по меньшей мере двух неводных соединений.

3. Композиция по п. 2, где соединения представляют собой фосфолипиды, полигидрокси соединения, полиэфиры и смесь вышеперечисленных веществ.

4. Композиция по п. 3, где примесь содержит твердую форму фосфатидилхолина и жидкую форму фосфатидилхолина.

5. Композиция по п. 1, где носителем является пористый резорбируемый материал.

6. Композиция по п. 5, где пористый резорбируемый материал представляет собой физиологически приемлемый полимер.

7. Композиция по п. 5, где пористым резорбируемым материалом является физиологически приемлемый гидрогель.

8. Композиция по п. 5, где пористым резорбируемым материалом является коллаген.

9. Композиция по п. 5, где пористым резорбируемым материалом является коллаген 1 типа.

10. Композиция по п. 1, где носитель представляет собой резорбируемый или нерезорбируемый цемент.

11. Композиция по п. 10, где цемент содержит полугидрат сульфата кальция, фосфат кальция, карбонат кальция или смесь вышеперечисленных веществ.

12. Композиция по п. 10, где цемент содержит метакрилат, стеклоиономер или смесь вышеперечисленных веществ.

13. Композиция по любому из пп. 1-12, где биоактивное стекло представляет собой 45S5 стекло.

14. Композиция по любому из пп. 1-13, где частицы биоактивного стекла покрыты или частично покрыты слоем гидроксикарбаноапатита.

15. Композиция по п. 14, где слой гидроксикарбаноапатита дополнительно покрыт или частично покрыт наружным покрытием.

16. Композиция по п. 15, где наружное покрытие содержит желатин, альгинат, хитозан, гиалуроновую кислоту или другие гидрогели, а также смеси вышеперечисленных веществ.

17. Композиция по любому из пп. 1-16, где композиция имеет свойства цементного теста для костного трансплантата, пасты для костного трансплантата, геля или гибкой пленки.

18. Пористый имплантат для регенерации костей, содержащий полученные спеканием частицы биоактивного стекла, где указанные частицы биоактивного стекла имеют форму сфер или сжатых сфер и имеют бимодальное распределение размера частиц между приблизительно 90 мкм и 180 мкм и между приблизительно 355 мкм и приблизительно 500 мкм; или между приблизительно 180 мкм и приблизительно 355 мкм и между приблизительно 355 мкм и приблизительно 500 мкм.

19. Имплантат по п. 18, где биоактивное стекло представляет собой 45S5 стекло.

20. Частицы биоактивного стекла для регенерации костей, имеющие форму сфер или сжатых сфер и имеющие бимодальное распределение размера частиц, включающее частицы между 90 мкм и 180 мкм и частицы между 355 мкм и 500 мкм, где биоактивное стекло представляет собой 45S5 стекло.

21. Частицы по п. 20, где приблизительно 10% частиц по весу находятся между приблизительно 90 мкм и приблизительно 180 мкм.

22. Частицы по любому из пп. 19, 20, где частицы биоактивного стекла покрыты или частично покрыты слоем гидроксикарбаноапатита.

23. Частицы по п. 22, где слой гидроксикарбаноапатита дополнительно покрыт или частично покрыт наружным покрытием.

24. Частицы по п. 23, где наружное покрытие содержит желатин, альгинат, хитозан, гиалуроновую кислоту или другие гидрогели, а также смеси вышеперечисленных веществ.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к медицине. Описаны имплантируемая структура, способ получения структуры и способ применения структуры, где структура включает комбинацию нерассасывающихся и рассасывающихся компонентов, а имплантируемая структура имеет разупорядоченную однородную матрицу материалов.

Изобретение относится к медицине. Описана имплантируемая структура, способ получения структуры и способ применения структуры, где структура включает в себя комбинацию нерассасывающихся и рассасывающихся компонентов, а имплантируемая структура имеет неупорядоченную однородную матрицу материалов.

Изобретение относится к области медицины, а именно к керамическим и цементным материалам, и раскрывает способ получения биоцемента на основе карбоната кальция для заполнения костных дефектов.

Изобретение относится к регенеративной медицине и тканевой инженерии. Описан биорезорбируемый сетчатый имплантат на основе алифатических полимерных эфиров и мультипотентных стромальных клеток для пластики стенок малого таза и брюшной полости, состоящий из а) высокопористого матрикса-носителя на основе монофиламентных нитей полидиоксанона, б) клеточной культуры мультипотентных стромальных клеток человека, в) импрегнированного в объем резорбируемой полимерной сетки фибринового геля.

Группа изобретений относится к медицине. Описаны биоразлагаемые устройства, такие как имплантаты для контролируемой доставки терапевтических агентов, в частности больших молекул, таких как белки и антитела.

Группа изобретений относится к области медицины, а именно к хирургии и трансплантологии, и предназначена для ферментативной обработки тканевых продуктов с получением бесклеточной тканевой матрицы.

Изобретение относится к области медицины, конкретно к пористым инкубаторам клеточных культур на основе никелида титана, предназначенным для замещения функций поврежденного травмой или заболеванием органа.

Изобретение относится к области медицины, а именно к ортопедии, травматологии и трансплантологии, и предназначено для изготовления протезов, скаффолдов и биоимплантатов для замещения костно-хрящевых дефектов.
Изобретение относится к медицине, в частности к способу получения пористого гидроксиапатит-коллагенового композита, который характеризуется тем, что гидроксиапатит, полученный конденсационным способом с использованием гидроакустического преобразователя, смешивают с коллагеном, полученную гидроксиапатит-коллагеновую смесь гомогенизируют в ультразвуковом поле с частотой (22÷44) кГц, плотностью мощности (1÷10) Вт/см3 в течение (10÷400) с.

Группа изобретений относится к области создания пористых структур для медицинских имплантатов. Способ изготовления пористой структуры включает в себя этап создания модели пористой структуры, а также этап ее изготовления в соответствии с созданной моделью путем воздействия на плавкий материал источником энергии.

Изобретение относится к медицине, в частности к микроструктурированным комбинированным частицам для применения в имплантатах, а также к применению микроструктурированных частиц в качестве добавки, вспомогательного вещества или исходного материала для получения имплантатов и/или вспененных изделий.
Изобретение относится к медицине. Описан композитный материал для пластики грыж передней брюшной стенки, содержащий полипропилен, синтетический сетчатый протез и коллагенсодержащий материал, где на поверхность синтетического сетчатого протеза, направленную к подкожно-жировой клетчатке, уложена мембрана препарата «Коллост», повторяющая контуры и равная площади протеза.
Изобретение относится к области медицины и раскрывает cпособ получения костно-пластического материала. Способ характеризуется тем, что кость очищают, распиливают на фрагменты с размером частиц 0,5-1,5 см, промывают водой, проводят делипидизацию, депротеинизацию, измельчение костных фрагментов и соединение полученной костной массы при температуре 38-40°C с коллагенсодержащим раствором в виде раствора химически чистого желатина, приготовленного на консервирующем растворе с добавлением антибактериального препарата, и стерилизацию.

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано для изготовления протезов желчных протоков. Способ изготовления трехслойного каркаса для протезирования желчного протока из биосовместимых рассасывающихся полимеров в виде трубки заключается в послойном нанесении методом электроформования трех слоев указанных полимеров.

Изобретение относится к медицине и представляет собой слоистый материал для использования в качестве защиты от прокалывания в гибких заполняемых протезах, содержащий базовый и верхний слои, образованные из эластомера, и промежуточный слой, расположенный между базовым и верхним слоем.

Изобретение относится к медицине и заключается в способе получения биоактивного покрытия на титановом имплантате. Покрытие содержит слои из по меньшей мере одного оксида металла, выбранного из оксида титана, оксида циркония, оксида гафния, оксида тантала, оксида ниобия.

Изобретение относится к медицине. Композитный внутренний фиксатор содержит внутренний фиксатор для стягивания перелома.

Изобретение относится к челюстно-лицевой хирургии и травматологии и описывает способ получения лантансодержащего покрытия. При осуществлении способа помещают порошок гидроксиапатита в раствор 0,04 LaCl3, выдерживают порошок на воздухе при комнатной температуре в течение времени, необходимого для качественной пропитки частиц гидроксиапатита раствором LaCl3, отфильтровывают осадок на воронке Бюхнера, который затем промывают горячей водой, высушивают при 200-300°С в течение 4-6 часов и отжигают при 600-700°С в течение 2-3 часов, формирование лантансодержаего покрытия производят сначала напылением титанового подслоя, а затем лантансодержащего порошка гидроксиапатита.

Настоящее изобретение направлено на улучшенный цементный порошок, полезный в качестве костного цемента, включающий органический компонент, состоящий из одного или нескольких биологически совместимых и биорассасываемых полимеров, и неорганический компонент, состоящий из одного или нескольких кальций-фосфатных соединений, в котором указанные кальций-фосфатные соединения включают по меньшей мере около 70% α-ТСР.
Изобретение относится к области медицины и фармакологии и представляет собой биоинженерный коллагеновый конструкт для восстановления или замещения поврежденной ткани, отличающийся тем, что он включает слой очищенного коллагенового тканевого матрикса, полученного из подслизистой оболочки тонкой кишки, при этом упомянутый очищенный коллагеновый тканевый матрикс является обработанным фармацевтически приемлемым противомикробным агентом и обладает противомикробными свойствами.

Изобретение относится к области регенеративной медицины. Предложен способ подготовки матрикса для создания биоинженерной конструкции пищевода в эксперименте.

Изобретение касается частиц биоактивного стекла для регенерации костей, имеющих форму сфер или сжатых сфер и имеющих бимодальное распределение размера частиц, включающее частицы между 90 мкм и 180 мкм и частицы между 355 мкм и 500 мкм, где биоактивное стекло представляет собой 45S5 стекло. Изобретение касается композиции для регенерации костей, имплантируемой в тело млекопитающего, содержащей физиологически приемлемый носитель и частицы биоактивного стекла, имеющие форму сфер или сжатых сфер, при этом указанные частицы биоактивного стекла имеют бимодальное распределение размера частиц, которое включает частицы между приблизительно 90 мкм и приблизительно 180 мкм и частицы между приблизительно 355 мкм и приблизительно 500 мкм; или частицы между приблизительно 180 и приблизительно 355 мкм и частицы между приблизительно 355 мкм и приблизительно 500 мкм. Изобретение касается пористого имплантата для регенерации костей, содержащего полученные спеканием указанные частицы биоактивного стекла. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 12 ил, 2 табл., 3 пр.

Наверх