壳聚糖组合物的制作方法

专利名称：：壳聚糖组合物的制作方法
技术领域：
：本发明涉及壳聚糖组合物，特别是用于整形外科用途的组合物。
背景技术：
：骨骼代用品可用于多种场合，如骨折修复，植入物矫正，在肺瘤和嚢肿切除之后填充间隙，以及用在脊堆内。中年以上的，仍然活跃的人群主要构成了需要骨骼代用品的外科手术的日益增加的数量。若干年前，整形外科医生在大部分移植手术中采用患者自身的骨骼(自体移植)，不过，目前专业人员更多地依赖于尸体骨骼(同种移植)，这些骨骼可以从商业化骨库中获得或者从医院中回收。对同种移植的依赖存在两种缺点。首先，存在病毒污染的风险，尽管这种风险不大，但必须采用费用昂贵的测试方法来确保患者的安全。其次，对同种异体产品的需求超过了供应。综合以上因素，为合成骨骼代用材料提供了空间。另一个相关领域是骨折固定装置。将金属板，螺钉，钉子，金属丝，插销，棒体用于固定骨骼。所述固定在某种程度上必须是刚性的，以便治愈骨折。然而，过于刚性的固定可能妨碍愈合的完成，因为在固定装置和骨骼的弹性之间存在错配。与骨骼相比，用不锈钢和钛制成的固定装置具有明显更高的杨氏模量。正常情况下，这些金属植入物在愈合之后留在身体内，不过，有时候它们可能导致患者疼痛和不适，并且必须通过二次手术取出。为了减少装置和骨骼之间刚性的错配，使用了诸如骨粘固粉一类聚合物。为了进一步减少这种错配，业已设计了多种新材料。需要新的和更好的材料和治疗方法的第三个领域是软骨修复。业已尝试了多种方法，不过，迄今为止只取得了有限的成功。业已研究了活细胞转移和基于多种不同材料的新支架，并且所述研究是非常深入的。软骨修复感兴趣的主要细胞是软骨细胞，将软骨细胞直接或在支架内接种到受损部位。用于软骨细胞的支架的例子是，例如，透明质酸和壳聚糖。在骨骼填充，骨骼固定和软骨修复领域，正进行着深入研究和材料开发。在骨骼填充领域，主要存在三种类型的材料，无机陶瓷样材料，合成聚合物和各种混合物，其中，某些材料包括同种移植。例如，参见US6，376，573，US6，458，375，US6，696，073，US6，767，369，US6，793，725，US6，372，257，WO02/080992，US2002/032488，KR2001/103306，US2003/124172，DE19724869，WO99/47186，US6，378，527,US5，624，463和WO03/008007。骨骼形成细胞，成骨细胞在壳聚糖支架上的培养披露于以下文献中WOOl/"2"和Macromol.Biosci.2004，4，811-819。WO01/46266披露了松散连接的壳聚糖网络形式的壳聚糖珠，而来自Macromol.Biosci.的文章披露了壳聚糖纤维。羟磷灰石被用于多种不同的组合物中。它是生物相容性，骨传导，无毒的和非免疫原性的。不过，颗粒状羟磷灰石在它与患者血液混合时是不稳定的，能够向周围的组织中转移。磷酸钙粘接剂可符合空腔的形状，并且在原位硬化，以便形成固体羟磷灰石。由多孔陶瓷植入物提供的潜在优点是它的惰性与在骨骼生长到陶瓷孔中时形成的高度悬绕的界面的机械稳定性的组合。某些珊瑚的微结构构成了用于获得具有高度可控孔径结构的几乎完美的材料。业已发现珊瑚适用于某些整形外科用途，其中，机械要求不太重要，因为珊瑚被认为是脆的并且缺乏抗拉强度。在骨骼填充领域，业已试验了大量有机聚合物。业已使用了天然存在的材料，如蛋白，例如胶原和多糖，例如，透明质酸，壳聚糖，几丁质和合成聚合物，例如，聚交酯和聚乙交酯。无机和有机材料的混合物通常与脱矿物化的骨駱组合用于多种目的。根据使用部位，所述材料在硬度，生物可降解性和多孔性方面具有特定的特性。诸如用于进一步促进骨骼形成的不同生长因子，骨形态发生蛋白的添加剂和抗细菌剂在所述混合物中是常用的。在机械特性最为重要的骨骼固定装置上，基于乳酸或乙醇酸的生物可降解的聚合物的合成材料是最常用的，目前市场上可以找到由这些制备的若干种产品。业已研究了PLA和PGA及其共聚物比任何其他可降解的聚合物的更多的用途。对所述材料的兴趣并非是基于它们出色的材料特性，而主要是基于所述聚合物业已被成功地在所有发达国家应用在多种得到批准的医学植入物上以及被管理机构认为是安全的，生物相容性，和无毒的这一事实。因此，用PLA，PGA，或其共聚物制备的可植入的装置可以在较短时间内推向市场，并且比用新型的生物相容性尚未得到证实的聚合物制备的类似装置的成本低。现有的并且得到批准的产品包括缝合线，牙科用GTR薄膜，骨针，和可植入的药物输送系统。在设计血管和泌尿外科支架和皮肤代用品，以及作为组织工程和组织重建支架方面对所述聚合物进行了广泛研究。在上述多种用途中，PLA,PGA，及其共聚物业已取得了中度至高度的成功。不过，仍然存在没有解决的问题首先，在组织培养实验中，大部分细胞不能够结合在PLA或PGA表面上，并且不能象在其他材料表面上那样活跃生长，这表明所述聚合物是用于体外细胞生长的较差的物质。其次，PLA和PGA的降解产物是较强的酸(乳酸和乙醇酸)。当这些降解产物在移植部位积累时，在植入之后数月至数年会出现延迟的炎症反应。在植入装置之后，会出现吸附和吸收过程，直接与体液接触的聚合物表面吸收蛋白类成分，而主体开始吸收可溶性成分，如水，蛋白和脂类。细胞分子随后结合在所述表面上，并且启动化学过程。采用生物相容性材料，通过生物材料的表面特性，植入物的形式，以及生应。例如，高表面积-体积比植入物，如织物或多孔材料在植入物部位比较光滑的表面植入物具有更高的巨噬细胞和异物巨细胞，它将会纤维化(纤维包裹)，作为植入物部位的主要成分。一般，纤维化通过它的界面异物反应包裹生物材料或植入物，将植入物和异物反应与局部组织环境隔离，并且显著降低它的降解速度。最新的发现业已表明，材料的模量对于包囊化来说是重要的，并且业已提出了新材料应当具有接近周围组织的模量，以便降低包裹化层的厚度。向细胞中转移养分和从细胞中转移废物对于细胞的增殖能力以及在第二个步骤中在体内人工支架上定居的能力来说是重要的。对于软骨细胞来说，这一目的是通过扩散实现的，而对于成骨细胞和大部分其他细胞来说，这一目的是通过新的血管向内生长进入所迷支架实现。因此，用于骨骼再生的材料应当具有允许血管生成的开放的和多孔的结构。通过优化植入物的孔径，模量和表面特性可以对材料进行定制，使它允许细胞向内生长，血管生成，与此同时，不会导致强烈的炎性反应，这种反应对于手术结果来说是有害的。从整形外科角度来看，所述材料通常可有效地分成两部分第一部分，重点在于材料能够促进新骨骼的生长，而物理强度不是很重要。第二部分，重点是承重特性和机械强度，以及植入的骨骼代用品的作用是稳定骨折或缺陷，并且尽可能快的使患者活动。业已试验了若干种方法，不过，迄今为止只取得了有限的成功。合成材料具有较差的操作特性，以至坚硬或脆弱，或在材料降解之后导致不希望的副作用。这些缺陷体现在骨骼代用材料的现有美国市场数据中(2001)。总的市场为5亿7千8百万USD,其中，96%(552MUSD)来自同种移植，其余4%(26MSUD)来自合成骨骼代用材料。因此，仍然需要具有改善了的操作和稳定特性的材料。
发明内容因此，本发明提供了整形外科组合物，包括悬浮在液体介质中的多孔壳聚糖颗粒，其中，所述液体介质还包括生物相容性聚合物。本发明解决了与壳聚糖材料相关的问题，及其在诸如整形外科用途中的使用。本发明的新型壳聚糖材料允许高载荷率，理想的弹性特性，良好的细胞附着性和细胞增殖。所述材料可以表现出各种孔径特征，并且可以用超饱和壳聚糖混合物制成，它的至少一部分是固体材料形式的。所述材料的特征是包括与基质结合在一起的固体颗粒，所述基质是用液体或凝胶制剂制备的，随后干燥所得到的糊状物，以便形成最终材料。在一种实施方案中，所述固体颗粒在结合到一起之前可以形成多孔，得到双重或多重多孔材料，例如，使一种大小的孔分布在所述颗粒中，并且使不同大小的孔分布在所述颗粒之间。通过使用本专利申请所披露的方法，可以定制为了各种用途而设计的材料，例如，骨骼填充或骨骼固定装置。用于骨骼填充的材料较软，但仍然具有某种载荷承受特性，而用于固定的材料更为牢固，并且能够以常用形式成型，例如柱塞，螺钉，板材等。为了进一步提高所述颗粒的刚性，可以使用离子化的或共价结合的交联。根据本发明的一种实施方案，所述双重或多重多孔材料可以用作医学装置的涂层材料，例如，所述医学装置是用不锈钢或钛制成的。本发明的另一个目的是提供具有类似于天然骨骼或组织的物理特性，即载荷率和柔性的材料。本发明的另一个目的是提供能促进和支持新骨骼生长的多孔材料。本发明的另一个目的是提供可以控制孔径以便获得优化特性，例如，生物学特性，像炎症，包裹化和其他生物学反应的材料。本发明的另一个目的是提供双重或多重多孔材料，使所述孔在颗粒内和在颗粒之间的基质中。本发明的另一个目的是提供具有可控制生物可降解性的材料，例如，使用具有不同N-脱乙酰作用程度的壳聚糖或所述壳聚糖的混合物。或者，可以通过在所述基质结构中包括添加成分而影响生物可降解性，例如，通过添加具有不同降解速度的聚合物。本发明的另一个目的是提供能产生无毒降解产物的材料。本发明的另一个目的是提供可以通过添加其他生物活性分子，例如，生长因子，生长因子刺激剂，抗微生物剂，基因片段，维生素，镇痛药物等提供其他特性的材料。本发明的另一个目的是提供具有固有的抗菌特性的材料。本发明的另一个目的是提供便于操纵的材料。本发明的另一个目的是提供能够以吸引人的物理形式和形状制备的用于各种目的的材料。本发明的另一个目的是提供不会传播疾病的材料。本发明的另一个目的是提供可用作骨碎片的材料。本发明的另一个目的是提供可用于制作骨楔和骨柱塞的材料。本发明的另一个目的是提供可用于软骨修复的材料。本发明的另一个目的是提供允许血管生成的材料。本发明的另一个目的是提供可以预先接种活细胞的材料。下面将结合附图对本发明进行说明，其中图1和2显示通过风干本发明的组合物制备的材料；图3和4显示冷冻干燥的材料；图5a和b显示(a)冷冻干燥的和(b)风干的相同材料，和图6a和6b显示(a)冷冻干燥的材料和(b)风干的材料的压缩数据。本发明总体上涉及用壳聚糖制成的材料，例如，可用于人类和兽医目的。更具体地讲，本发明的目的是整形外科领域的产品，特别是用于骨折愈合，软骨组织愈合和骨骼缺陷或牙科手术的产品。所述产品还可用于美容或整形手术。几丁质仅次于纤维素是地球上最丰富的多糖。发现在坚硬结构和牢固材料中，它起着强化杆的作用。与钙盐、蛋白、脂类一起，其构成了海洋生物，如甲壳动物和节肢动物的外骨骼。还发现它存在于某些细菌和海绵的细胞壁中，在昆虫的硬壳和翼中积累。在商业上，几丁质是从曱壳动物的外壳中分离的，所述外壳是来自渔业的废物。壳聚糖是线性多糖，由l，4-p-连接的D-葡糖胺和N-乙酰基-D-葡糖胺残余物组成。几丁质本身不是水溶性的，这极大限制了它的用途。不过，用强碱处理几丁质，产生部分脱乙酰化的和水溶性的衍生物壳聚糖，它能够被加工成多种不同的物理形式，例如，薄膜，海绵，珠，水凝胶，薄膜。碱形式的壳聚糖，特别是高分子量，和/或高N-脱乙酰作用程度的壳聚糖实际上不溶于水，不过，它与一价酸形成的盐倾向于是水溶性的。葡糖胺残余物的平均pKa为大约6.8，所述聚合物与诸如HC1，乙酸和乙醇酸的酸形成水溶性盐。用于本发明的壳聚糖可以是任何脱乙酰化的壳聚糖。不过，所述壳聚糖优选具有的脱乙酰作用程度为至少33%,更优选至少40%,最优选至少50°/。；优选100%或以下，更优选95%或以下，最优选90%或以下。一般，脱乙酰作用程度越低，在与体液接触时壳聚糖降解的就越快。所述壳聚糖可以是药用等级的或具有相当的质量，例如，由CarmedaAB，Sweden提供的Chitech⑧品质。壳聚糖不应当包含过量水平的重金属，蛋白，内毒素或其他潜在毒性污染物。在很多用途中，所述壳聚糖应当基本上不含所述化合物。用于多孔壳聚糖颗粒中的以及用作生物相容性聚合物的壳聚糖可能具有不同的脱乙酰作用程度。壳聚糖的分子量没有特别限制。不过，它的分子量优选为至少5kD，更优选至少10kD，最优选至少15kD;优选1500kD或以下，更优选1000kD或以下，最优选500kD或以下。用于多孔壳聚糖颗粒中的和用作生物相容性聚合物的壳聚糖可以具有不同分子量。与几丁质类似，壳聚糖是非常牢固的聚合物，并且它同样具有若干种吸引人的生物学特性。壳聚糖的体内降解是通过酶促裂解聚合物链进行的。存在于几乎所有体液中的溶菌酶是最出色的壳聚糖降解酶。溶菌酶裂解的先决条件是在多糖链上残留了乙酰基，并且，乙酰基越多，降解速度越快。壳聚糖能降解成无毒化合物，这些成分粘在活组织上，并且具有抗菌特性。这些特性使得它在开发医药产品方面非常诱人。例如，它被用于控制药物释放的产品，细胞培养的基质，疫苗栽体和用于伤口愈合的产品，这仅仅是其中的一些例子。业已在若干项体内研究中证实了壳聚糖的良好生物相容性，并且还证实了骨细胞，成骨细胞，可以在由壳聚糖形成的基质上培养。长期以来就提出了壳聚糖在整形外科用途中的潜力，它的生物学和物理学特性是鲜明的，但是，迄今为止还没有人能生产出牢固到足以用作骨骼代用品或用作骨餘固定装置的材料。壳聚糖还可以被用作具有不同N-脱乙酰作用程度的壳聚糖的混合物。还可以使用壳聚糖衍生物，其中，重复单位被生物相容性取代基所取代。壳聚糖衍生物的例子包括硫酸壳聚糖，N-羧甲基壳聚糖，O-羧甲基壳聚糖和N，O-羧甲基壳聚糖。本发明的整形外科组合物是由悬浮在液体介质中的包括壳聚糖的颗粒制成的。因此，液体介质的粘度要足以将.壳聚糖颗粒维持在悬浮液中，即壳聚糖颗粒不会沉降。所述介质在本领域中通常被称为"凝胶"。这一目的是通过将生物相容性聚合物掺入液相实现的。优选的是，所述生物相容性聚合物是多糖或蛋白。例子包括壳聚糖及其衍生物，纤维素及其衍生物，透明质酸，葡聚糖硫酸软骨素，肝素，藻酸，胶原，纤维蛋白，组织密封剂。所述生物相容性聚合物可以是带电荷的(阳离子或阴离子)聚合物或不带电荷的聚合物。更优选的是，所述生物相容性聚合物是阳离子聚合物，最优选壳聚糖或衍生物。所述生物相容性聚合物可以溶解或悬浮在液体介质中，并且通常形成凝胶。所述液体介质优选是水。尽管粘度随着组合物的性质而改变，所述粘度优选至少为50mPas，更优选至少100mPas，更优选至少250mPas，更优选至少500mPas，更优选至少1000mPas，最优选至少1500mPas。粘度的上限仅仅受组合物处理要求的限制。所存在的生物相容性聚合物的数量将取决于聚合物的性质，因为聚合物的性质决定了液体介质的粘度增加。所需要的粘度还取决于多孔壳聚糖颗粒的大小和性质，因为不同的颗粒需要不同的粘度，以便使所述颗粒保持在溶液中。不过，生物相容性聚合物的数量通常占液体介质重量(即不包括多孔壳聚糖颗粒)的至少0.1%，更优选至少1%;不超过20%，更优选不超过15%，更优选不超过10%，最优选不超过5%。优选的是，所述液体介质是用生物相容性聚合物过饱和的。当生物相容性聚合物是壳聚糖时，在酸性环境中制备凝胶和水溶液时，存在由特定壳聚糖的溶解度确定的实际限制，这取决于它的分子量和它的N-脱乙酰作用程度。不过，壳聚糖在水介质中的数量通常占液体介质重量的1-10°/。，优选l-5%,如果使用低分子量壳聚糖的话，所述用量倾向于该范围的上限。所述悬浮液或糊状物可以直接使用，不过，最常见的是塑造成需要的形式并且干燥。因此，本发明提供了用于制备固体或半固体整形外科材料的方法，包括干燥本文所披露的整形外科组合物。半固体表示没有完成干燥形成固体的材料。例如，干燥可以通过蒸发液体介质进行，例如，通过风干或在减压条件下干燥，或通过冷冻干燥，以便得到需要的材料。本发明还提供了固体或半固体整形外科材料，这种材料可以通过这种方法获得。干燥条件对由糊状材料形成的基质具有重大影响，其中，组合物的颗粒彼此结合的紧密或松散。风干得到的具有较小孔的更密集的材料，得到了具有更高机械强度的材料。冷冻干燥在每一个多孔壳聚糖颗粒之间的基质中引入了更大的孔，以便提供强度较低，但是柔韧性更高的材料，并且它适用于，例如，细胞和血管的向内生长。通过冷冻干燥产生的孔的直径为大约50jnm至若干毫米(最高可达大约1cm),通过风干产生的孔的直径为大约50-200Hm。具体地讲，这提供了除糊状物中多孔壳聚糖颗粒的多孔性外获得理想基质多孔性的可能性。可以针对特定用途对千燥材料的特性进行定制。另外，所述材料的特性可以通过添加常用于药用组合物中的添加剂，例如防腐剂，润滑剂或增塑剂，例如，甘油来改变。诸如甘油的增塑剂倾向于提高干燥材料的柔韧性，并且可用于提供柔软的，有延展性的糊状物，它可用于填充骨骼缺陷。还可以对所述干燥材料进行进一步加工或雕塑，例如增加螺紋或钻孔，或研磨成片状。还可以将该糊状物涂在其他材料表面，例如，涂在不锈钢或钛上，以便提供粗糙的半固体，抗微生物保护作用。在附图中可以看出上述某些特性。图l显示平板形式的干燥材料，具有拧入所述平板的螺钉。所述平板是通过风干制备的，在组合物中添加了少量甘油，正如在下面的例1中所披露的。从照片中也可以看出所述平板的密集的微结构。图2同样示出了风干的材料。成型杆包括位于它的外表面上的螺紋。图3和4显示冷冻干燥的材料。大孔是通过冷冻干燥工艺除去水获得的。所述水除去，但是保留了三维结构，提供更多的多孔，但是强度较弱的材料。图5a和b显示用不同方式干燥的相同的材料，参见下面的例4:8-4:9。图5a中的柱塞是冷冻干燥的(冻干的)，直径为12mm，长度为13mm。图5b中的柱塞是风干的，直径为7mm,长度为13mm。包括壳聚糖的颗粒可以用多种方法生产。一种方法是研磨通过蒸发壳聚糖溶液获得的固体残余物。另一种方法是研磨壳聚糖纤维，或壳聚糖薄片，它们是大部分壳聚糖生产方法的产物。多孔壳聚糖颗粒或珠可以通过使用诸如聚磷酸盐的交联剂制备或用含有洗涤剂的溶液制备。在壳聚糖材料中产生孔的另一种方法是使用致孔剂。一般，致随后可以将所述分子除去，例如通过洗涤除去。，典型的致孔剂是低聚糖，低分子量聚乙二醇，甘油等。在壳聚糖材料上引入大孔的另一种方法是使用诸如二氧化硅颗粒的颗粒作为致孔剂。它们在第二个步骤中通过用碱性溶液洗涤而被除去。令人吃惊的是，业已发现，例如，如果将无机盐，例如，氯化钠，氯化钾，氯化钾，和氯化镁，最优选氯化钠，或高分子量聚乙二醇(例如，Mw至少为10kD,优选20kD)用作致孔剂，蒸发之后的残余物是脆性的，并因此容易磨碎。不希望受理论的约束，据信，这是由于"盐效应"。业已发现，即使以某种程度将其他分子，例如，其他糖胺聚糖(GAGs),生长因子，蛋白添加到含有致孔剂的壳聚糖糊状物中，在将液体蒸发之后所述材料仍然能被研磨。壳聚糖和致孔剂之间的比例可以为1:1-1:10，更优选为1:2-1:5，这取决于希望的多孔性。这与以前公知的材料，如在上面所提到的WO01/46266和Macromol.Biosci.2004，4，811-819中所披露的材料相反，这些材料不能被磨碎，因为它们倾向于附聚，导致不希望的发热，这有可能化学降解所因此，本发明还提供了用于制备多孔壳聚糖颗粒的方法，包括制备含有壳聚糖和能诱导壳聚糖结晶性的致孔剂的溶液，将所述溶液干燥成固体残余物，并且研磨所述固体残余物，以便形成多孔壳聚糖颗粒。本发明还提供了通过该方法获得的多孔壳聚糖颗粒。所述颗粒是掺入本发明的整形外科组合物中的特别优选的颗粒。随后可以除去致孔剂，例如，通过在碱性緩冲液中中和含有致孔剂的颗粒，随后充分洗涤。最后，通过干燥获得多孔颗粒。如果必要，可以对所述颗粒进行进一步分离，例如，通过筛分，以便得到具有不同大小或特殊用途所需大小的颗粒。本发明的多孔壳聚糖颗粒的多孔性随致孔剂数量的增加而增加。这一点通过用电子显微镜观察颗粒并且与颗粒的总的截面积相比分析百分孔隙体积发现。壳聚糖与氯化钠的1:1的比例所提供的计算的％孔隙体积为44.7。壳聚糖与盐的1:2，1:3，1:4，1:5和1:10的比例通过类似计算得到的孔隙体积分别为62%，71%，78%，80%和89%。优选的是，多孔壳聚糖颗粒的％孔隙体积为至少40%，更优选至少60%,更优选至少65%，最优选至少70°/。；不超过95%，更优选不超过90%，更优选不超过85%，最优选不超过80%。除了壳聚糖之外，壳聚糖颗粒还可以含有其他材料，不过，一定量壳聚糖是必须存在的。优选的是，所述颗粒包括至少50%壳聚糖，更优选50-90%壳聚糖。所述颗粒的其余部分包括壳聚糖衍生物，和/或其他多糖和/或蛋白。壳聚糖颗粒可以与其他颗粒材料，例如，含有延緩或控制释放所需化合物的药物，例如抗生素，抗炎或止痛物质的颗粒，或含有能促进细胞生长的分子的颗粒，例如，生长因子或已知能稳定生长因子的分子的颗粒组合使用。当研磨的材料被用作骨碎片时，它可以与同种移植骨碎片以任意比例混合。活的造骨细胞，成骨细胞可以添加到骨碎片中。本发明的产物可以含有不同大小，不同孔径，不同组合物和/或不同壳聚糖质量，例如，具有不同脱乙酰作用程度的壳聚糖的壳聚糖颗粒。然后将颗粒或颗粒混合物添加到凝胶或溶液中，它的浓度使得该溶液相对壳聚糖过饱和，就是说即使使所述溶液呈酸性，所述壳聚糖仍然至少在某种程度上保持颗粒形式。对所述颗粒进行酸处理，得到了质子化了的壳聚糖表面，它是凝胶样的和粘性的。在制备用于生产颗粒的壳聚糖溶液时，可以将壳聚糖溶解在酸性，即pH低于7的环境中。优选的酸是乙酸，氢氯酸和ot-羟基酸，例如，乙醇酸。通过将所述颗粒与上文所述液体介质组合，可以对材料进行定制，以便获得需要的特性和形式。这一特性可以通过使用具有不同大小和/或不同多孔性的颗粒实现。影响所迷材料性质的其他参数是添加到糊状物中的颗粒的浓度，以及对糊状物进行干燥的方式，正如上文所披露的。令人吃惊的是，发现了通过改变上述参数，可以生产出骨骼样材料。在制备颗粒，液体介质或这两者时，可以单独或以混合物形式添加生物活性分子，例如，生长因子，生长因子刺激剂，抗微生物剂，基因片段，维生素，镇痛药等。所述生物活性分子的例子是骨形态发生蛋白，例如重组人骨形态发生蛋白-2(rhBMP-2)或重组人骨形态发生蛋白-7(rhBMP-7)，成纤维细胞生长因子(FGF),血小板衍生的生长因子(PDGF)，转化生长因子-b，生长激素和胰岛素样生长因子，庆大霉素，利福平，氟氯西林，万古霉素，环丙沙星，氧氟沙星，青霉素，头孢菌素，灰黄霉素，杆菌肽，多粘菌素B，两性霉素B,红霉素，新霉素，链霉素，四环素，水杨酸盐，布洛芬，曱氧萘丙酸，吗啡，度冷丁，丙氧酚(propoxyphen),双氯芬酸，diflunical,依托度酸，非诺洛芬，消炎痛，酮洛芬，酮洛酸，曱氯灭酸盐，metenamicacid，ecopan，oxaproein，舒林酸，托耳米丁，维生素A，维生素B，维生素C，维生素D，维生素E,维生素K。还可以将活细胞添加到本发明的材料中。所述细胞的例子有成骨细胞和软骨细胞。还可以定制本发明的材料，以便满足任何需要。通过改变颗粒的孔径，可以定制物理特性。较大的孔能够提供更柔软的弹性更大的材料，而小孔可以提供较坚硬的材料。生物活性分子可以掺入所述多孔颗粒，以便在材料降解时提供所述分子的緩慢释放。可进一步改变孔径，以便获得适合作为培养骨骼和软骨形成细胞的基质的材料。壳聚糖本身能刺激成骨细胞和软骨细胞生长，并且通过生产具有最佳孔径的颗粒，本发明的材料能够成为用于细胞培养的最佳支架。所述凝胶可以包含除了所述颗粒以外的其他壳聚糖，例如，较低N-脱乙酰作用程度的壳聚糖，以便所述凝胶的降解速度比颗粒的降解速度快。最初，所述材料是牢固的，不过，经过一段时间之后降解，仅留下向内生长的细胞很容易进入的颗粒。本发明产品的一种例子是如上文所述的含有壳聚糖颗粒的糊状物，它可以分布用于局部使用，在这里它可以干燥或基本上干燥成具有理想形状的物体。产品的另一种例子是通过干燥方法获得的干燥材料。本发明的干燥材料在水溶液中膨胀，并且可以定制膨胀程度，以便满足不同用途的要求，例如，通过改变所使用的壳聚糖的脱乙酰作用程度。因此，本发明的固体或半固体整形外科材料可用作骨骼代用材料，骨粘固粉和组织支架。还可以生产固体整形外科材料，以便形成用于骨缝合术的材料，如螺钉，插销，平板，定位针，铆钉，栓，销钉，螺栓，大头钉，钉，卡钳，夹子，夹板销子，锚定器，捆扎装置，钩，锚，绷带，带子，楔，柱塞，钉子，金属丝，环，环状固定器，和垫圏。通过以下实施例对本发明进行说明，但是并非以任何方式限定本发明。具体实施方案实施例在实施例中使用了以下材料，除非另有说明壳聚糖购自Primex，Norway,145kD,和85%N-脱乙酰作用程度。较低N-脱乙酰作用程度的壳聚糖大体上是按照在以下文献中披露的原理制备的San訓T，KuritaK，IwakuraY.StudiesonChitin，1.DieMakromolekulareChemie1975;0:1191-5，SannanT,KuritaK,IwakuraY.StudiesonChitin,2.Makromol.Chem.1976;0:3589-600，GuoX，Kikuch，MatahiraY，SakaiK，0gawaK.WatersolubleChitinoflowdegreeofdeacetylation.JournalofCarbohydratechemistry2002;21:149-61和WO03011912。透明质酸购自Pharmacia,甘油购自Fluka，Germany,NaCl购自Merck,MgCl2购自Merck,HC1购自Merck,Watermillipore。例1将4g壳聚糖(N-脱乙酰作用程度85%，MW145kD)溶解在133g水中，用稀HC1将pH调节到4.5。向搅拌的壳聚糖溶液中添加溶解在50g水中的12gNaCl的水溶液。然后将凝胶样糊状物分散在扁平塑料表面上并且风干，以便提供松脆的残余物，将所述残余物进一步研磨成颗粒(250Mm)。然后在碱性緩沖液中中和所述颗粒，并且用水充分洗涤，以便得到不含盐的多孔壳聚糖基质。干燥之后，将0.3g多孔颗粒添加到由4y。壳聚糖(N-脱乙酰作用程度85%,145kD)pH4.5，和0，4g甘油组成的凝胶(1.2g)中。让所述糊状物在室温下膨胀2分钟，分散在塑料平面上，并且形成平板形状(20x20x2mm)。在401C下干燥之后，获得了具有较小弹性的坚固的平板。例2将3g壳聚糖(N-脱乙酰作用程度50%，MW200kD)溶解在134g水中，用稀HCl将pH调节到4.5。向搅拌的壳聚糖溶液中添加12gNaCl和0.3g透明质酸的50g水溶液。将凝胶样糊状物分散在扁平塑料表面上并且风干至干燥，并且研磨成颗粒(250jnm)。然后中和所述颗粒，用水洗涤，干燥并且研磨成颗粒。然后将O.3g干燥的多孔颗粒与1.2g4%壳聚糖溶液/凝胶，pH4.5充分混合(N-脱乙酰作用程度50%,MW200kD)，以便提供糊状物。让所述糊状物在室温下膨胀2分钟，并且通过将所述糊状物装入管中进行模制，来形成棒状物。所述填充的管的冷冻干燥和随后取出所述管，得到了含有壳聚糖/透明质酸复合物的牢固的多孔棒。例3将4g壳聚糖(N-脱乙酰作用程度85%,MWl"kD)溶解在l"g水中，用稀HCl将pH调节到4.5。然后向壳聚糖溶液中添加溶解在43g水中的20gMgCl2。将凝胶样糊状物分散在扁平塑料表面上风干，并且研磨成颗粒(lmm)。在碱性緩冲液中中和所述颗粒/薄片，用水洗涤并且干燥。然后将0.3g干燥的多孔颗粒添加到pH4.5的1.0g4%壳聚糖溶液/凝胶(N-脱乙酰作用程度85%，MW145kD)中，并且充分混合成糊状物，让所述糊状物在室温下膨胀2分钟。在膨胀之后，通过在短管(0=5咖，h=10mm)中模制糊状物将所述糊状物成型为柱塞。对所述管进行冷冻干燥，并且取出所述管，得到牢固的壳聚糖柱塞。业已用类似方法生产出了其他材料，其中，改变了颗粒的大小和浓度，以及干燥工艺。例4制备壳聚糖颗粒将18.31g壳聚糖(N-脱乙酰作用程度85%,匿145kD)溶解在570g水中，用稀HCl将pH调节到4.5。用水将重量调整到600g。将54gNaCl溶解在171g水中。例4:1制备壳聚糖颗粒将上述150g壳聚糖溶液添加到上述37.5gNaC1-溶液中，并且添加37.5g水。搅拌所述混合物，直到它变均匀。将该混合物分散在扁平塑料表面上，并且风干。使用装配有250ym环形筛的RetschZM200磨以14000rpm的速度研磨获得的干燥薄片。用1NNaOH溶液中和所述颗粒，用水洗涤(5x300ml)并且风干。例4:2制备壳聚糖颗粒将450g上述壳聚糖溶液添加到168.8g上述NaCl-溶液中。搅拌该混合物直到它变均勻。将该混合物分散在扁平塑料表面上，并且风干。使用分别装配有80，120和250jum环形筛的RetschZM200磨以14000rpm的速度研磨获得的干燥薄片。用1NNaOH溶液中和所述颗粒，用水洗涤并且风干。例4:3制备壳聚糖颗粒将l50g上述壳聚糖溶液添加到75.0g上述NaCl-溶液中，并且添加5g水。搅拌该混合物直到它变均匀。将该混合物分散在扁平塑料表面上，并且风干。使用配置有250nm环形篩的RetschZM200磨以14000rpm的速度研磨获得的干燥薄片。用1NNaOH溶液中和所述颗粒，用水洗涤并且风干。例4:4制备壳聚糖凝胶将21.0g壳聚糖(N-脱乙酰作用程度85%,MW145kD)溶解在650g水。用4NHCl将pH调节到3.5。将重量调整到700g，以便提供3%壳聚糖溶液。例4:5制备壳聚糖凝胶将25.0g壳聚糖(N-脱乙酰作用程度85%，MW145kD)溶解在450g水中。用4NHC1将pH调节到5.1.将重量调整到500g，以便提供5%壳聚糖溶液。例4:6制备壳聚糖柱塞将3g例4:2的80|am壳聚糖颗粒与15g例4:5的5%壳聚糖凝胶混合。将所形成的糊状物放入直径为13mm的圆筒形模具中，并且将样品风干或冻干，以便提供固体材料，对所述材料作进一步的机械加工，以得到具有在表2和3中所示典型尺寸的壳聚糖柱塞。例4:7-4.22按照上述方法制备了表1所示壳聚糖柱塞。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>例5测试了按照例4方法制备的壳聚糖柱塞的断裂点和压缩模量。冻干和风干的柱塞的压缩数据和断裂点是用装配有10kN测力传感器的Sintech20D装置测定的，该装置是以1咖/分钟的压缩速度工作的。柱塞的大小如表中所示。在表2和图6a中提供了冻干的柱塞的数据，在表3和图6b中提供了风干的柱塞的数据。图6a以图表形式示出了样品4:7的压缩分析。图6b以图表形式示出了样品4:6的压缩分析。含有甘油的冻干的柱塞和风干的柱塞没有断裂点，因此仅提供了压缩模量数据。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage24</column></row><table>样品4:7-4:21与不含任何壳聚糖颗粒的样品4:22相比产生了更高的压缩模量。实际上，本发明的干燥材料的压缩模量与用除了不含多孔壳聚糖颗粒之外各方面都相同的干燥材料获得的压缩模量相比至少提高了100%。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage25</column></row><table>权利要求1.整形外科组合物，包括悬浮在液体介质中的多孔壳聚糖颗粒，其中，所述液体介质还包括生物相容性聚合物。2.如权利要求1的整形外科组合物，其中，所述颗粒的粒度为10|im-2mm。3.如权利要求1或2的整形外科组合物，其中，所述颗粒由壳聚糖与壳聚糖的衍生物、多糖和/或蛋白的混合物組成。4.如权利要求3的整形外科组合物，其中，所述衍生物选自硫酸壳聚糖，N-羧甲基壳聚糖，O-羧甲基壳聚糖和N，0-羧甲基壳聚糖。5.如上述权利要求中任意一项的整形外科组合物，其中，所述颗粒包括至少50%壳聚糖。6.如上述权利要求中任意一项的整形外科组合物，其中，所述颗粒包括50-90%壳聚糖。7.如上迷权利要求中任意一项的整形外科组合物，其中，所述液体介质还包括增塑剂。8.如权利要求7的整形外科組合物，其中，所述增塑剂是甘油。9.如上述权利要求中任意一项的整形外科组合物，其中，所述生物相容性聚合物是多糖或蛋白。10.如上述权利要求中任意一项的整形外科组合物，其中，所述生物相容性聚合物是带电荷的聚合物。11.如权利要求10的整形外科组合物，其中，所述生物相容性聚合物是阳离子聚合物。12.如权利要求11的整形外科组合物，其中，所述生物相容性聚合物是壳聚糖。13.如上述权利要求中任意一项的整形外科组合物，其中，所述生物相容性聚合物溶解在液体介质中。14.如上述权利要求中任意一项的整形外科组合物，其中，所述液体介质是水介质。15.用于制备固体或半固体整形外科材料的方法，包括干燥上述权利要求中任意一项的整形外科组合物。16.如权利要求15的用于制备固体或半固体整形外科材料的方法，其中，干燥是通过冷冻干燥进行的。17.如权利要求15的用于制备固体或半固体整形外科材料的方法，其中，干燥是通过蒸发液体介质进行的。18.—种固体或半固体整形外科材料，可以通过权利要求15-17中任意一项的方法获得。19.如权利要求18的固体或半固体整形外科材料，其中，所述材料包括多孔壳聚糖颗粒之间的直径为50jLim-lcm的孔。20.将权利要求18或19的固体或半固体整形外科材料用作骨骼代用材料的用途。21.将权利要求18或19的固体或半固体整形外科材料用作骨粘固粉的用途。22.将权利要求18或19的固体或半固体整形外科材料用作组织支架的用途。23.用于制备多孔壳聚糖颗粒的方法，包括制备含有壳聚糖和能诱导壳聚糖结晶性的致孔剂的溶液，将所述溶液干燥成固体残余物，并且研磨所述固体残余物，以便制备多孔壳聚糖颗粒。24.如权利要求23的方法，其中，所述溶液包括壳聚糖与壳聚糖的衍生物、多糖和/或蛋白的混合物。25.如权利要求23或24的方法，其中，所述衍生物选自硫酸壳聚糖，N-羧甲基壳聚糖，O-羧甲基壳聚糖和N，0-羧甲基壳聚糖。26.如权利要求24或25的方法，其中，所述混合物包括至少50%壳聚糖。27.如权利要求26的方法，其中，所述混合物包括50-90%壳聚28.如权利要求23-27中任意一项的方法，其中，所述致孔剂选自生物相容性无机盐或分子量至少为10kD的聚乙二醇。29.如权利要求28的方法，其中，所迷致孔剂是生物相容性无机盐，所述盐选自氯化钠，氯化钾，氯化钩，和氯化镁。30.如权利要求29的方法，其中，所述盐是氯化钠。31.如权利要求23-30中任意一项的方法，其中，所述壳聚糖或壳聚糖与壳聚糖的衍生物、多糖和/或蛋白的混合物与致孔剂的比例为1:10。32.如权利要求31的方法，其中，所述比例为1:2-1:5。33.通过权利要求23-32中任意一项的方法获得的多孔壳聚糖颗粒。34.如权利要求1-14中任意一项的整形外科组合物，其中，所述多孔壳聚糖颗粒是如权利要求33所述的多孔壳聚糖颗粒。全文摘要本发明涉及整形外科组合物，包括悬浮在液体介质中的多孔壳聚糖颗粒，其中，所述液体介质还包括生物相容性聚合物。本发明还提供了通过干燥整形外科组合物用于制备固体或半固体整形外科材料的方法。所得到的固体或半固体整形外科材料可用做骨骼代用材料，骨粘固粉和组织支架。还披露了通过掺入能诱导结晶性的致孔剂，制备本发明合适的多孔壳聚糖颗粒的方法。文档编号A61L27/56GK101098718SQ200580046061公开日2008年1月2日申请日期2005年12月20日优先权日2004年12月20日发明者M·安德森申请人:卡博格拉夫特有限公司