生物活性多孔骨移植植入物的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开内容大体上涉及骨移植物材料，以及将此材料用作骨组织再生长的植入物的方法。更具体而言，本公开内容涉及适用于骨组织再生和/或修复的各种形式的生物活性多孔骨移植植入物，以及使用方法。
【背景技术】
[0002]临床应用中的骨移植材料有助于骨的愈合的作用已经记录了多年。然而，当前可用的大多数骨移植材料不能带来使这些材料在重建外科手术中进行常规治疗应用所需的预期结果。因此，可产生可靠且一致的结果的形成骨组织植入物的改进的骨移植材料仍是需要且期望的。
[0003]近年来，为了识别产生理想骨移植植入物和贡献带来成功骨组织生长的作用机制的理论所需的关键特征，对骨移植材料进行了深入研究。至少一个最近的研究提出了成功的骨组织支架应考虑待治疗的骨的物理化学性质、形态和降解动力。("Bone tissueengineering: from bench to bedside (骨组织工程学:从工作台到床边)〃，Woodruff 等人，Materials Today, 15 (10): 430- 435(2012))。根据该研究，需要多孔性来允许血管化，且期望的支架应当具有带针对细胞附着、转移、增殖和变异而优化的表面性质的多孔的互连孔网络。同时，支架应当为生物相容的，且允许营养物和新陈代谢废物的流动输送。重要的是支架能够提供可控的生物降解速度来与细胞和/组织生长和成熟互补。最后，模拟和/或定制支架的外部尺寸和形状来允许针对单独患者的定制配合的能力具有相等的重要性。
[0004]Woodruff等人还提出了支架的降解速率必须与骨组织形成、重构和成熟的速率相容。最近的研究显示出初始骨组织向内生长并未与组织成熟和重构相同。根据该研究，大多数当前的骨移植植入物构成为一旦出现新组织就降解，且在新骨组织能够成熟更快的速率下，导致了不太期望的临床结果。
[0005]其它研究人员强调了作为理想骨移植植入物的核心特征的不同方面。例如，很多人相信植入物针对新的细胞活动提供足够的结构支承或机械完整性的能力是实现临床成果的主要因素，而其它强调多孔性作用关键特征。促进骨的血管再形成、愈合和重构的多孔性、孔径和孔径分布的作用很久以来都被认作是成功骨移植植入物的重要影响因素。许多研究已经提出了实现骨移植成功的多孔性和孔径分布的理想范围。然而，在示出临床结果时，具有针对新骨生长的正确结构和结构完整性或具有所需的多孔性和孔分布的生物相容骨移植物并未单独地确保良好的临床结果。从该研究集合体清楚的是，理想骨移植植入物应当拥有结构和功能特征的组合，其随时间前进协同作用来允许骨移植植入物支持生物活性和有效作用机制。
[0006]当前可用的骨移植植入物不足满足这些要求。S卩，许多骨移植植入物趋于存在前文提到的一个或更多个问题，而其它可具有不同的负面相关的并发症或不足。此移植植入物的一个实例为自体移植植入物。自体移植植入物具有可接受的物理和生物性质，且呈现出对于骨生长适合的机械结构和完整性。然而，使用自体的骨需要患者经历多次或延长的外科手术，因此增加了患者处于麻醉下的时间，且导致较大的疼痛，增大了感染和其它并发症的风险，以及供体部位的病症。
[0007]当提到合成骨移植替代物时，很快扩张的种类由基于硫酸钙、羟磷灰石和磷酸三钙的产物构成。不管是可注射水泥、块或片形式，都得到了这些材料选择是临床应用的有效的安全骨移植替代物的记录。最近，例如生物活性玻璃("BAG")的新材料变为自然的骨衍生的移植物材料的日益可行的备选物或补充物。相比于自体移植植入物，这些新的合成植入物具有避免患者上的疼痛和本身有风险的取得程序的优点。另外，这些合成的非骨衍生材料的使用可减小疾病传播的风险。类似于自体移植和异体移植的植入物，这些新的人工植入物可用作促进骨再生长的骨引导支架。优选地，移植植入物可吸收，且最终用新的骨组织替换。
[0008]现今可用的许多人工移植物包括具有类似于自然骨的性质的材料，诸如含有磷酸钙的植入物。示例性磷酸钙植入物含有B型碳酸化羟基磷灰石，其成分大体上可描述为(Ca5(P04)3x(C03)x(0H))。磷酸钙陶瓷以包括但不限于定形的本体和水泥的各种形式制造和植入哺乳动物中。不同化学计算的植入物诸如羟磷灰石(HA)、磷酸三钙(TCP)、磷酸四钙(TTCP)和其它磷酸钙(CaP)盐，以及矿物都用于尝试匹配天然的骨的适应性、生物相容性、结构和强度。尽管基于磷酸钙的材料是广泛接受的，但它们缺乏便利处理、灵活性和用作用于较宽组合的临床应用所需的液体载体/储存介质所需的能力。磷酸钙材料本身是刚性的，且为了便于处理，大体上提供为与载体材料混合的一部分；此混合物通常具有大约50:50的活性磷酸钙成分与载体的体积比，且可具有低到10:90的比率。
[0009]如前文所述，促进骨的血管再形成、愈合和重构的多孔性、孔径和孔径分布的作用已经认作是成功骨移植的重要影响因素。但当前可用的骨移植植入物仍没有对于理想移植植入物所需的化学和物理性质。例如，当前可用的移植植入物趋于很快再吸收(例如，几星期内)，而一些由于植入物的化学成分和结构耗时很久(例如，几年)来再吸收。例如，由羟磷灰石制成的某些植入物趋于耗时很久来再吸收，而由硫酸钙或β-TCP制成的植入物趋于很快地再吸收。此外，如果植入物的多孔性很高(例如，大约90%)，在发生再吸收来支持骨传导之后存在不足的基础材料留下。相反，如果植入物的多孔性较低(例如，10%)，则必须再吸收很多材料，导致较长的再吸收率。此外，过多材料意思是可能存在不足的空间留在残余的移植植入物中来用于细胞渗入。在其它情况下，移植植入物可很软，使得在临床使用期间施加到它们上的所有类型的物理压力引起它们失去由它们保持的流体。
[0010]因此，继续需要较好的骨移植植入物。例如，将期望的是提供改善的骨移植植入物来提供所述的利益，且为甚至更容易处理的形式，且允许更好的临床结果。本公开内容的实施例解决了这些及其它需要。
【发明内容】
[0011]本公开内容提供了由这些材料形成的骨移植材料和植入物，该材料设计有结构和功能特征的组合，它们协同作用来允许一定时间内的骨移植植入物支持细胞增殖和新组织生长。植入物用作细胞支架，以提供所需的多孔性和孔径分布，以允许适当的血管化、最佳细胞附着、转移、增殖和变异。植入物由合成材料形成，合成材料为生物相容的，且提供所需的机械完整性来在整个愈合过程中支持持续的细胞增殖。此外，材料构成为改善临床处理，且允许容易模拟和/或定制外部尺寸和形状来产生用于解剖部位的定制植入物。
[0012]在一个实施例中，提供了一种多孔复合骨移植植入物。植入物可包括包含生物活性玻璃的第一组分和包括生物活性材料的第二组分。各个组分均可具有不同于其它组分的再吸收能力。植入物还可包括包含特征为范围从大约100纳米到大约1毫米范围的孔直径的孔的孔径分布。生物活性玻璃可包括生物活性玻璃纤维、生物活性玻璃颗粒，或它们的组合。第二组分可包括生物活性玻璃或玻璃陶瓷材料。
[0013]在另一个实施例中，提供了多孔的复合骨移植植入物。植入物可包括包含生物活性玻璃纤维的第一组分，以及包括生物活性玻璃或玻璃陶瓷材料的第二组分。各个组分均可具有不同于其它组分的再吸收能力。植入物还可包括包含特征为范围从大约100纳米到大约1毫米范围的孔直径的孔的孔径分布。植入物还可包括生物活性玻璃颗粒。第二组分可包括包绕第一组份的各个生物活性玻璃纤维的涂层。第二组分还可包括包绕纤维第一组分的涂层。
[0014]在又一个实施例中，提供了多孔复合骨移植植入物。植入物可包括包含生物活性玻璃颗粒的第一组分，以及包括生物活性玻璃或玻璃陶瓷材料的第二组分。各个组分均可具有不同于其它组分的再吸收能力。植入物还可包括包含特征为范围从大约100纳米到大约1毫米范围的孔直径的孔的孔径分布。植入物还可包括生物活性玻璃纤维。第二组分可包括包绕第一组分的各个生物活性玻璃颗粒的涂层。第二组分还可包括包绕第一组分的多个颗粒的涂层。
[0015]在又一个实施例中，提供了复合骨移植植入物。植入物可包括生物活性玻璃材料，以及载体材料。植入物可包括包含特征为范围从100纳米到大约1毫米范围的孔直径的孔的孔径分布。生物活性玻璃可包括生物活性玻璃纤维、生物活性玻璃颗粒，或它们的组合。植入物可包括灰泥或泡沫。
[0016]将理解的是，之前的总体描述和以下详细描述两者仅为示例性且说明性的，且并未限制本公开内容。本公开内容的附加特征将在以下描述中部分地阐释，或可通过实践本公开内容了解到。
【附图说明】
[0017]并入本说明书中且构成本说明书的一部分的附图示出了本公开内容的若干实施例，且连同描述用于阐释本公开内容的原理。
[0018]图1A示出了本公开内容的骨移植植入物的示例性实施例的透视图，其中植入物包括两种不同的纤维材料。
[0019]图1B为图1A的植入物的一部分的放大视图。
[0020]图1C示出了本公开内容的骨移植植入物的另一个示例性实施例的局部视图，其中植入物包括具有不同直径的两种不同的纤维材料。
[0021]图2示出了本公开内容的骨移植植入物的又一个示例性实施例的局部示图，其中植入物包括熔化的纤维。
[0022]图3示出了以生物活性材料涂布的独立的生物活性纤维的截面视图。
[0023]图4示出了具有生物活性材料的熔化涂层的独立生物活性纤维的截面视图。
[0024]图5A示出了本公开内容的骨移植植入物的示例性实施例的局部断面视图，其中植入物包括包围在生物活性外壳中的纤维基质。
[0025]图5B示出了本公开内容的骨移植植入物的又一个示例性实施例的局部断面视图，其中植入物包括包围在硬化生物活性外壳中的纤维基质。
[0026]图5C示出了本公开内容的骨移植植入物的又一个示例性实施例的局部视图，其中植入物包括包围在硬化的生物活性外壳中的硬化的纤维基质。
[0027]图6A示出了本公开内容的骨移植植入物的示例性实施例的局部视图，其中植入物包括与纤维束组合的纤维基质。
[0028]图6B示出了本公开内容的骨移植植入物的另一个示例性实施例的局部视图，其中植入物包括与颗粒组合的纤维基质。
[0029]图6C示出了本公开内