本申请大体上涉及医用植入物及其制备方法，更具体而言，涉及具有药物涂层的植入物及其制备方法。
背景技术
随着创伤、退变肿瘤、心血管疾病发生率的增高，越来越多的手术需要用到植入物，如骨折需要使用内固定器材、关节置换需要使用人工关节假体、脊柱手术需要使用融合器、大血管的夹层病变或动脉瘤治疗用的支架等。各种骨科植入物为促进创伤后骨愈合、恢复骨与关节的解剖结构、提高骨与关节的稳定性方面起到了重要的作用。支架的使用也减少了原先开放性手术的巨大风险。但植入物的使用也带来了诸多问题，例如感染。
目前临床上对预防植入物相关感染尚缺少理想方法。术前全身应用抗生素是一般常用手段。但由于大部分病变局部存在血运障碍，植入物周围抗生素浓度往往低于外周血和其他组织中的浓度；而要在感染部位达到并维持较高药物浓度，则需提高给药量，使得药物的各种毒副作用发生几率增大。局部使用抗生素如pmma串珠等，一般不作为常规预防手段，并且存在可装载的抗生素种类有限，pmma不能降解导致长期释放的抗生素剂量少等严重缺点。
cn104159635a公开了一种用于耳蜗的具有药物涂层的植入物，包括在涂布颗粒上的第一聚合物涂层和第二聚合物涂层，药物活性成分是以颗粒形式存在并被两层聚合物涂层所覆盖，第一层聚合物涂层是通过浸涂技术或空气悬浮技术或气相沉积技术形成的，第二层聚合物涂层是由聚合物溶液形成，同时要求药物活性成分与聚合物涂层不能具有相同的溶解性(例如不能同为亲水或同为疏水)，复杂的涂层制备方法以及对药物活性成分和聚合物性能的特殊要求限制了此发明的应用。
cn104740692a公开了一种骨内固定植入物及其制备方法，首先采用模压技术或者注塑成型技术制备基体，然后制备含有药物载体和药物的混合溶液，利用雾化喷涂的方式将该混合溶液喷涂于基体上，或采用浸涂法将基体浸入混合溶液中形成药物涂层。该方法的前提是需要制备药物载体和药物的混合溶液，要求药物和药物载体必须同时溶于水或者有机溶剂，限制了药物和药物载体的选择。且涂层中的溶剂(水或者有机溶剂等)残留会导致植入部位感染，从而引起严重的毒副作用。同时溶液法制备药物涂层耗能耗时，且会造成大量的挥发性有机化合物(vod)及废水排放等不利结果。
因此，本领域需要能够解决植入物使用所带来的上述问题或能够实现其它目的和优势的改进的植入物。
技术实现要素：
为克服现有技术的不足，提出了本发明。
第一方面，本申请提供了制备具有药物涂层的植入物的方法，包括以下步骤：(a)提供植入物；(b)将第一材料涂布于植入物，其中第一材料包含药物和第一生物相容性缓释高分子材料；以及(c)将第二材料涂布于步骤(b)中获得的植入物，其中第二材料包含第二生物相容性缓释高分子材料。
在一些实施例中，植入物为金属材质制成。在其他实施实施例中，植入物为非金属材质制成。
在一些实施例中，药物为水溶性药物。在其他实施例中，药物为低水溶性药物或水不溶性药物。在一些实施例中，药物为抗生素，例如万古霉素。在一些实施例中，药物为水溶性抗生素。
在一些实施例中，第一生物相容性缓释高分子材料和第二生物相容性缓释高分子材料选自如下任一或其任意组合：丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸甲酯的共聚物、醋酸乙烯共聚物，丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸甲酯共聚物、乙基纤维素、醋酸纤维素。在一些实施例中，第一生物相容性缓释高分子材料和第二生物相容性缓释高分子材料是相同的材料。在其他实施实施例中，第一生物相容性缓释高分子材料和第二生物相容性缓释高分子材料是不同的材料。
在一些实施例中，药物占第一材料的总重量的10-50％，优选20-30％，和/或第一生物相容性缓释高分子材料占第一材料的总重量的20-60％，优选30-50％。
在一些实施例中，第二生物相容性缓释高分子材料占第二材料的总重量的30-90％，优选50-80％。
在一些实施例中，第一生物相容性缓释高分子材料和所述药物在所述第一材料中以微米级混合物形式存在。
在一些实施例中，本申请的方法中的涂布采用喷涂工艺，优选粉末喷涂工艺，更优选利用静电喷涂枪进行粉末喷涂工艺。
在一些实施例中，在步骤(b)和(c)之间和/或步骤(c)之后包括使材料固化的步骤，优选采用加热，例如，在50至80℃下进行加热。
在一些实施例中，多次交替进行步骤(b)和(c)，优选2-10次，例如2、3、4、5、6、7、8、9和10次。
第二方面，本申请提供了通过上述方法获得的具有药物涂层的植入物。
第三方面，本申请提供了具有药物涂层的植入物，其包含植入物和涂布于植入物上的第一材料层和第二材料层，其中第一材料包含药物和第一生物相容性缓释高分子材料，第二材料包含第二生物相容性缓释高分子材料，其中药物占第一材料的总重量的10-50％，优选20-30％，和/或第一生物相容性缓释高分子材料占第一材料的总重量的20-60％，优选30-50％，和/或第二生物相容性缓释高分子材料占第二材料的总重量的30-90％，优选50-80％。
在一些实施例中，植入物包含多组交替的第一材料层和第二材料层，优选2-10组，例如2、3、4、5、6、7、8、9和10组。
应当理解，在合适的情况下，植入物还包含了第一方面的方法中所述的特征以及特征的组合。
第四方面，本申请提供了植入物涂层，其包含第一材料层和第二材料层，其中第一材料包含药物和第一生物相容性缓释高分子材料，第二材料包含第二生物相容性缓释高分子材料，其中药物占第一材料的总重量的10-50％，优选20-30％，和/或第一生物相容性缓释高分子材料占第一材料的总重量的20-60％，优选30-50％，和/或第二生物相容性缓释高分子材料占第二材料的总重量的30-90％，优选50-80％。
在一些实施例中，植入物涂层包含多组交替的第一材料层和第二材料层，优选2-10组，例如2、3、4、5、6、7、8、9和10组。
应当理解，在合适的情况下，植入物涂层还包含了第一方面的方法中所述的特征以及特征的组合。
第五方面，本申请提供了植入物的使用方法，包括将本申请的植入物植入有需要的个体中。
第六方面，本申请提供了第四方面所述的植入物涂层在制备植入物中的用途。
附图说明
图1示出了本申请的示例性植入物的示意图；
图2示出了利用喷涂工艺将本申请的涂层喷涂到植入物以及固化过程的示意图；
图3a和图3b示出了本申请的具有药物涂层的植入物的示例性实施例，其中图3a所示的植入物包含一组第一材料层和第二材料层，图3b所示的植入物包含两组第一材料层和第二材料层；
图4示出了将本申请的示例性植入物进行释放测试所获得的结果，其中样品1和2代表的植入物包含一组第一材料层和第二材料层，样品3-9代表的植入物包含多组第一材料层和第二材料层；
其中：1-第一材料层，2-第二材料层，3-植入物，4-粉末供给口，5-喷射枪，6-电压线，7-空气线，8-枪头，9-充电粉末粒子，10-充电空间，11-自由离子，12-烘箱。
具体实施方式
下面结合附图1-图4对本发明做进一步详细描述。
第一方面，本申请提供了制备具有药物涂层的植入物的方法，包括以下步骤：(a)提供植入物；(b)将第一材料涂布于植入物，其中第一材料包含药物和第一生物相容性缓释高分子材料；以及(c)将第二材料涂布于植入物，其中第二材料包含第二生物相容性缓释高分子材料。
本文中的术语“植入物”包括全部能够植入人体或动物体内、部分植入人体或动物体内的金属、非金属类材料，包括但不限于，医用钢板、螺钉、髓内钉、人工关节的金属、非金属假体、钢缆、克氏针、斯氏针、血管金属支架、肠道支架、血管夹、同种异体骨、异种骨等，也包括类似的兽用材料。
在一些实施例中，植入物为金属材质制成，例如骨科植入物中常用的钛合金、钴铬合金等。在其他实施实施例中，植入物为非金属材质制成。
应当理解，本申请中对植入物的材质、形状、尺寸等没有特殊的限制，本领域技术人员能够根据具体的应用来选择具有合适性质的植入物。
在一些实施例中，药物为水溶性药物。水溶性好的药物(例如抗生素)比较利于药物的释放。但是应当理解，药物也可以为低水溶性药物或水不溶性药物。在一些实施例中，药物为抗生素，例如万古霉素、头孢呋辛和妥布霉素。可用的抗生素还包括但不限于阿莫西林、克林霉素、多粘菌素、红霉素、链霉素、头孢唑林、替卡西林、林可霉素、甲氧西林、阿米卡星等，这些抗生素由于体外较为稳定，是局部药物缓释研究常用的抗生素。在一些实施例中，药物为水溶性抗生素。
应当理解，药物还可以是用于抗感染以外的目的的药物。例如，在骨科植入物(例如钢板或异体骨)可使用促骨生长药物来促进骨折愈合。在血管支架植入物中可使用雷帕霉素或紫杉醇，用于抑制血管平滑肌细胞增殖，以预防支架的再堵塞。可用的药物还包括但不限于抗炎药物、抗凝药物或抗肿瘤药物等。
本文中的术语“生物相容性缓释高分子材料”包括在制药领域的控释、缓释药物制备中所用的生物相容性高分子材料，并且这样的材料是本领域技术人员公知的。在一些实施例中，第一生物相容性缓释高分子材料和第二生物相容性缓释高分子材料选自如下任一或其任意组合：丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸甲酯的共聚物、醋酸乙烯共聚物，丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸甲酯共聚物、乙基纤维素、醋酸纤维素。可用的高分子材料还包括以下中的一种或多种的混合物：乙烯酸聚合物、丙烯酸聚合物、氟类聚合物、聚氨酯、聚烯烃、乙交酯、丙交酯、乙交酯/丙交酯共聚物、聚乙交酯、聚丙交酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸异丙酯、乳酸丙酯、乳酸丁酯、乳酸辛酯、乳糖醇、乳糖醇混合物、乳酸铝、乳酸铁、乳酸镁、乳酸锰、乳酸锌、聚氨基酸、聚磷酸酯、生物类磷灰石、肝素化聚合物、肝磷脂和聚乳酸(pla)。在一些实施例中，第一生物相容性缓释高分子材料和第二生物相容性缓释高分子材料是相同的材料。在其他实施实施例中，第一生物相容性缓释高分子材料和第二生物相容性缓释高分子材料是不同的材料。
在一些实施例中，药物占第一材料的总重量的10-50％，优选20-30％，例如10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％或50％。在一些实施例中，第一生物相容性缓释高分子材料占第一材料的总重量的20-60％，优选30-50％，例如20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％或60％。
在一些实施例中，第二生物相容性缓释高分子材料占第二材料的总重量的30-90％，优选50-80％，例如30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％或90％。
在一些实施例中，第一生物相容性缓释高分子材料和所述药物在所述第一材料中以微米级混合物形式存在。本申请中的微米级混合物的优势，首先是使得固体粉末喷涂可以形成致密的高分子薄膜。使得在低温(小于60度)条件下固体粉末就可以比较形成具有缓释效果的高分子薄膜。同时微米级混合物形成的高分子薄膜外观光滑美观，强度更大。
在一些实施例中，本申请的方法中的涂布采用喷涂工艺，优选粉末喷涂工艺，更优选利用静电喷涂枪进行粉末喷涂工艺。在一些实施例中，将第一材料和/或第二材料涂布于植入物的全部表面。在其他实施例中，仅对植入物的部分表面涂布第一材料和/或第二材料。
在一些实施例中，在步骤(b)和(c)之间和/或步骤(c)之后包括使材料固化的步骤，优选采用加热，例如，在50至80℃下进行加热。在一些实施例中，在加热固化过程中引入摩擦效果可以进一步提高涂层的致密度，改善涂层表面的均匀度。
本申请中所述的摩擦效果是指在涂层的固化的步骤中引入在已经涂布好的植入物和比较软的纤维体之间进行一定的摩擦，但是不能损坏植入物的涂层。这种比较缓和的摩擦可以帮助形成致密美观的涂层，同时减少固化的时间。
在一些实施例中，在进行步骤(b)和/或(c)之前，还包括向植入物施加增塑剂，例如柠檬酸三乙酯(tec)。
在一些实施例中，为了实现更好的药物缓释速度和浓度，多次交替进行步骤(b)和(c)，优选2-10次，例如2、3、4、5、6、7、8、9和10次。应当理解，在本申请的方法中，(b)和(c)仅代表步骤的编号，而不意图表示步骤实施的先后顺序。此外，还应当理解，本申请中所述的“多次交替进行步骤(b)和(c)”或“多组交替的第一材料层和第二材料层”或其变形短语不仅包括步骤(b)和(c)、第一材料层和第二材料层的连续交替，例如，(a)、(b)、(a)、(b)等，还包括交替方式的任意组合，例如，(a)、(b)、(b)、(a)、(b)、(b)或(a)、(a)、(b)、(a)、(a)、(b)等。
第二方面，本申请提供了通过上述方法获得的具有药物涂层的植入物。
第三方面，本申请提供了具有药物涂层的植入物，其包含植入物和涂布于植入物上的第一材料层和第二材料层，其中第一材料包含药物和第一生物相容性缓释高分子材料，第二材料包含第二生物相容性缓释高分子材料，其中药物占第一材料的总重量的10-50％，优选20-30％，和/或第一生物相容性缓释高分子材料占第一材料的总重量的20-60％，优选30-50％，和/或第二生物相容性缓释高分子材料占第二材料的总重量的30-90％，优选50-80％。
在一些实施例中，植入物包含多组交替的第一材料层和第二材料层，优选2-10组，例如2、3、4、5、6、7、8、9和10组。
图3a和图3b示出了本申请的具有药物涂层的植入物的示例性实施例，其中图3a所示的植入物包含一组第一材料层和第二材料层，图3b所示的植入物包含两组第一材料层和第二材料层。图3a和3b中的阴影部分为植入物，箭头1和2分别指示第一材料层和第二材料层。
应当理解，在合适的情况下，植入物还包含了第一方面的方法中所述的特征以及特征的组合。
第四方面，本申请提供了植入物涂层，其包含第一材料层和第二材料层，其中第一材料包含药物和第一生物相容性缓释高分子材料，第二材料包含第二生物相容性缓释高分子材料，其中药物占第一材料的总重量的10-50％，优选20-30％，和/或第一生物相容性缓释高分子材料占第一材料的总重量的20-60％，优选30-50％，和/或第二生物相容性缓释高分子材料占第二材料的总重量的30-90％，优选50-80％。
在一些实施例中，植入物涂层包含多组交替的第一材料层和第二材料层，优选2-10组，例如2、3、4、5、6、7、8、9和10组。
应当理解，在合适的情况下，植入物涂层还包含了第一方面的方法中所述的特征以及特征的组合。
第五方面，本申请提供了植入物的使用方法，包括将本申请的植入物植入有需要的个体中。
第六方面，本申请提供了第四方面所述的植入物涂层在制备植入物中的用途。
应当理解，以上详细描述仅为了使本领域技术人员更清楚地了解本申请的内容，而并未在任何方面加以限制。本领域技术人员能够对所述实施例进行各种改动和变化。
本公开提供另一个实施例进一步描述本申请，而并非加以任何限制。
材料和方法
本实施例中所用的植入物为金属材质的植入物挂钩(20mm×5mm)，如图1所示。
所用第一材料的配方如下：
a.丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸甲酯的共聚物(eudragitrs)，占第一材料总重量的50％；
b.万古霉素，占第一材料总重量的30％；
c.余量为滑石、二氧化钛等生物相容性材料。
所用第二材料的配方如下：
a.丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸甲酯的共聚物(eudragitrs/eudragitrl)，占第二材料总重量的80％；
b.余量为滑石、二氧化钛等生物相容性材料。
实施例中采用了利用静电喷涂枪的粉末喷涂工艺。图2中示出了喷涂过程以及固化过程的示意图。
具体的喷涂工艺步骤如下：
首先将植入体置于60℃的烘箱中预热(5-10分钟)。预热完成后将植入体接地，利用液体喷枪将适量的柠檬酸三乙酯(tec)喷涂于植入体表面，而后利用静电喷枪(40-80kv)将第一材料层的粉末组合物喷涂于植入体表面，在60℃下经过一段时间(30分钟)加热固化后，形成第一材料层。随后进行第二材料层的喷涂，首先利用液体喷枪将适量的柠檬酸三乙酯(tec)喷涂于植入体表面，而后利用静电喷枪将第二材料层的粉末组合物喷涂于植入体表面，在60℃下经过一段时间(30分钟)加热固化后，形成第二材料层。重复上述步骤使第一材料层和第二材料层分别满足相应的增重要求。
静电喷枪的使用可以大大提高粉末喷涂的均匀性及可控性。喷涂时，施加在喷涂枪前端尖锐的针状电极的高电压(40-80kv)电离空气，使得喷出的粉末颗粒带有负电，同时静电喷枪(40-80kv)与接地的植入体之间建立起一个瞬间高压电场，巨大的电场力使得带有负电的粉末颗粒喷向喷涂基质(植入体)并在其表面形成稳定的沉积层。
静电喷涂制备植入体涂层的优势明显。首先，静电喷涂制备植入体涂层的过程是一个干燥过程，成果地避免了水、有机溶剂等的使用(雾化喷涂技术和浸涂技术完全依赖于水或者有机溶剂等)，从而避免产生废水、挥发性有机化合物的排放等对环境不利的结果，且无需使用流态化热气将水或有机溶剂带走，从而实现制作成本的大幅降低。更为重要的是，在无水无有机溶剂的干燥环境下制备出来的涂层性能更加稳定致密，不会因水或有机溶剂的挥发在涂层上产生气泡从而影响涂层的厚度均匀性。绝对没有水或者有机溶剂的残留，从根本上杜绝了由水或者有机溶剂引起的感染等毒副作用。静电喷涂的另一个巨大优势是可以实现涂层厚度及均匀性的精准调控，通过调整第一材料层和第二材料层粉末组合物的粒径尺度、配方配比、静电喷枪电压等参数精准控制涂层的厚度及均匀性。
制备实施例之-单组喷涂
将植入物在60℃的烘箱中预热(5-10分钟)，首先向植入物表面喷涂适量的液体增塑剂柠檬酸三乙酯(tec)，随后用静电喷枪(50kv)向植入物喷涂第一材料。在60℃下经过一段时间(30分钟)加热固化后，形成第一材料层。喷涂后植入物增重达到0.8-1.0％。然后在相同条件下再喷涂适量的增塑剂tec，然后喷涂第二材料。经过加热固化后(30-60分钟)，形成第二材料层。植入物增重达到2.5-3.2％。
通过上述单组喷涂得到了样品1和2，并在下文提供药物缓释测试。
制备实施例之-多组喷涂
通过在相同条件下重复实施制备实施例之单组喷涂中的过程以进行多组喷涂，得到样品3-9。工艺与样品1和样品2的制备工艺类似，即首先将植入物在60℃的烘箱中预热(5-10分钟)，然后进行静电喷涂过程，即首先向植入物表面喷涂适量的液体增塑剂柠檬酸三乙酯(tec)，随后用静电喷枪(50kv)向植入物喷涂第一材料。在60℃下经过一段时间(30分钟)加热固化后，形成第一材料层。然后在相同条件下再喷涂适量的增塑剂tec，然后喷涂第二材料。经过加热固化后(30-60分钟)，形成第二材料层。重复此喷涂过程使其满足第一材料层和第二材料层的增重要求。
然后将其在下文的测试实施例中进行药物缓释测试。经过多组喷涂后，万古霉素喷涂后增重可以达到2.0-2.5％，缓释高分子材料喷涂后增重达到4.0-5.3％。如果对万古霉素的含量有不同的要求，可以调整第一材料喷涂的次数。同时如果药物缓释的速度也可以通过第二材料喷涂的次数来调整。
将制备好的样品1-9置于ph7.4的pbs缓冲液(10ml)中在37℃下孵育，在不同时间点取样进行hplc分析，检测缓冲液中万古霉素的浓度。实验结果在下文的表1和图4中给出。
表1
实验结果表明，无论是单组喷涂还是多组喷涂均能实现万古霉素的缓释效果，其中多组喷涂的效果更为理想，能够使万古霉素的释放持续一周以上，浓度也达到抗菌要求。
综上所述，以上实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开的各实施例技术方案的范围。