可吸收性聚合物组合物、植入剂和制备植入剂的方法 【发明领域】
本发明涉及可用于制备医用植入剂的新聚合物组合物。更具体而言，本发明的实施方案涉及具有成骨性能的聚合物组合物。所述聚合物组合物是生物可降解的或生物可吸收的，它们可以制成用于植入身体繁荣医用植入剂。本发明还公开了具有成骨性能的植入剂以及制备所述植入剂的方法。
【发明背景】
骨的愈合过程是复杂的级联事件。迅速并多样的事件被骨折或骨切开术激活，以便减少失血并引发细胞迁移，导致修复。现有观点提示：这些细胞事件在很大程度上受到生长因子、低分子量糖蛋白的控制，诱导适当的亚类细胞在骨折部位的迁移、增殖和分化。
尽管有大量已知细节，但骨愈合总体上仍是一个不甚了解的过程。基于信息和实验资料不足，研究已揭示了数种促进骨生长的方法，如机械刺激、电磁场、低强度超声、骨传导材料例如羟基磷灰石、磷酸三钙、生物活性玻璃等，以及骨诱导材料如生长因子。
骨诱导是这样一种过程：其中任何物质、刺激等可启动或增强细胞响应，导致骨形成过程。生长因子是已知具有所述作用的一大族分子。根据现有知识，骨形态形成蛋白(BMP)是已知通过诱导未分化的间质细胞分化为成骨细胞来异位诱导骨形成的唯一的生长因子。因此，多种BMP当以补充剂量给予时可促进骨愈合过程。
例如，美国专利No.5,725,491公开了作为多种治疗剂如BMP的递送系统地生物可降解薄膜敷料。治疗剂以一定和控释的速度自薄膜敷料中递送。但是，BMP通过基因工程制备，仍然相当昂贵。而且，递送正确剂量的BMP很困难，这为将来提出了巨大挑战。
已知的材料、方法和植入剂的价格昂贵，限制了这些材料、方法和植入剂的利用。
发明概述
本发明的目的是提供具有成骨性能的新的可吸收性聚合物组合物，以便克服以上缺点。另一目的是提供具有成骨性能的新的可吸收性植入剂。再一目的是提供制备具有成骨性能的可吸收性植入剂的方法。
这些目的通过提供可吸收性聚合物组合物、可吸收性植入剂和制备可吸收性植入剂的方法实现，所述植入剂包含包括一种或多种可吸收性聚合物或共聚物的聚合物骨架的基质材料以及N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)。
根据本发明的一项实施方案，聚合物骨架包含组成为80/10/10的聚丙交酯/聚乙交酯/碳酸亚丙基酯共聚物(PLA/PGA/TMC)。
根据本发明的另一项实施方案，聚合物骨架包含组成为55/40/5的聚D，L-丙交酯/聚L-丙交酯/碳酸亚丙基酯共聚物(PLDLA/PLA/TMC)。
根据本发明的第三项实施方案，聚合物骨架包含80重量％的P(L/DL)LA(70/30)和20重量％的PLLA/TMC(70/30)。
根据本发明的第四项实施方案，植入剂是膜。
根据本发明方法的一项实施方案，所述方法包括如下步骤：选择植入剂聚合物骨架的一种或多种聚合物或共聚物、将所述一种或多种聚合物或共聚物混合以形成聚合物骨架、自所述聚合物骨架形成植入剂，并向植入剂中加入可赋予所述植入剂成骨性能量的NMP。
根据本发明方法的另一项实施方案，所述方法包括如下步骤：选择植入剂聚合物骨架的一种或多种聚合物或共聚物、向聚合物骨架中加入可赋予植入剂成骨性能量的NMP，并自所述聚合物骨架和NMP的混合物形成植入剂。
本发明的聚合物组合物、植入剂和方法的优势在于：与已知增强骨愈合的方案相比，获得了十分便宜的产品。
附图简介
下面将参照附图通过优选实施方案更详细地描述本发明，其中：
图1a是在兔颅盖骨处所致缺损的组织切片的显微图象，其中所述缺损被实施例1所述的用NMP处理的(PLA/PGA/TMC)80/10/10膜覆盖，
图1b是在兔颅盖骨处所致缺损的组织切片的第二个显微图象，其中所述缺损被OsseoQuest膜覆盖，
图1c是在兔颅盖骨处所致缺损的组织切片的第三个显微图象，其中所述缺损处没有任何膜，和
图2是显示兔颅盖骨缺损修复的图表。
发明详述
本发明涉及N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)和可吸收性聚合物或共聚物的组合。本发明基于这样的意外发现：通过将可吸收性基质材料和NMP以一定比例组合，得到了具有成骨性能的植入剂。植入剂由于聚合物组合物的成骨性能而可诱导骨生长并增强骨切开术和骨折后的骨愈合。
植入剂的形式包括但不局限于膜、薄膜、板、网眼板、螺杆(screw)、螺丝攻(tap)或其它成形片。
植入剂可以由以下物质制备：例如聚乙交酯、聚丙交酯、聚己酸内酯、聚碳酸亚丙基酯、聚羟基丁酸酯、聚羟基戊酸酯、聚二噁烷酮(polydioxanone)、聚原酸酯、聚碳酸酯、聚酪氨酸碳酸酯、聚原碳酸酯、聚草酸亚烃酯、聚琥珀酸亚烃酯、聚(苹果酸)、聚(马来酐)、多肽、聚缩肽(polydepsipeptide)、聚乙烯醇、聚酰胺酯、聚酰胺、聚酐、聚氨基甲酸酯、聚磷腈、聚氰基丙烯酸酯、聚富马酸酯、聚(氨基酸)、修饰多糖(如纤维素、淀粉、葡聚糖、壳多糖、脱乙酰壳多糖等)、修饰蛋白质(如胶原、酪蛋白、纤维蛋白等)以及它们的共聚物、三元共聚物或其组合或混合物或共混聚合物。高度优选的聚合物是聚乙交酯、L-丙交酯-乙交酯共聚物、D，L-丙交酯-乙交酯共聚物、聚(L-丙交酯)、聚(D，L-丙交酯)、L-丙交酯-D，L-丙交酯共聚物、聚己酸内酯、L-丙交酯-己酸内酯共聚物、D，L-丙交酯-己酸内酯共聚物、聚碳酸亚丙基酯、L-丙交酯-碳酸亚丙基酯共聚物、D，L-丙交酯-碳酸亚丙基酯共聚物、聚二噁烷酮以及其共聚物、三元共聚物和共混聚合物。
实施例1
将组成为80/10/10的聚丙交酯/聚乙交酯/碳酸亚丙基酯共聚物(PLA/PGA/TMC)颗粒压模以形成厚度为0.2mm的薄膜。所用的压制温度为180℃，压力为130巴。自薄膜切割10个矩形片，每片宽度为20mm。
用精确度为1mg的天平测量单个薄膜片的重量。然后将薄膜片逐个浸入NMP中达30秒。浸入后将薄膜片风干20分钟，并再次测量片的重量。
浸入NMP前后的薄膜片重量如表1所示。扩散入聚合物薄膜的NMP的平均量为44.19％。
表1.浸入NMP前后的薄膜片重量 浸入NMP之 前的重量(mg) 浸入NMP之 后的重量(mg) NMP含量 (mg) 聚合物含量 (％) NMP含量 (％) 56.41 98.95 42.54 57.01 42.99 67.29 115.40 48.11 58.31 41.69 60.22 105.40 45.18 57.13 42.87 59.77 101.35 41.58 58.97 41.03 56.48 110.25 53.77 51.23 48.77 66.62 118.52 51.9 56.21 43.79 64.16 114.42 50.26 56.07 43.93 62.58 114.24 51.66 54.78 45.22 56.29 104.32 48.03 53.96 46.04 62.53 114.82 52.29 54.46 45.54
用在此所述的方法制备GTR膜，用于实施例2中所公开的家兔对比研究。
实施例2
所述家兔研究显示了用NMP处理时的PLA/PGA/TMC和PLDLA/PLA/TMC膜的成骨作用。供试膜的详细情况可见于下表2。
表2.实施例2中的材料和代码代码 材料E1M-11NMP PLA/PGA/TMC(80/10/10)，用NMP处理(参见实施例1)E1M-11 PLA/PGA/TMC(80/10/10)E1M-3NMP PLDLA/PLA/TMC(55/40/5)，用NMP处理(类似实施例1)E1M-3 PLDLA/PLA/TMC(55/40/5)OsseoQuest PLA/PGA/TMC供应商W.L.GORE&Associates公司有孔的E1M-11 PLA/PGA/TMC(80/10/10)，具有用激光制造的孔TMC/PLA PLA/TMC(70/30)
研究设计包括8只家兔，每只家兔具有四个6mm的人造颅骨切开术缺损。用表2中所示的生物可降解膜和市售生物可降解OsseoQuest膜处理所述缺损。同时包括未经任何膜处理的对照。表2中还给出了可吸收性膜的骨架。
手术后4周将家兔处死，切下颅盖骨。进行彻底的组织学分析以便评价骨再生的程度和种类。
图1a至1c显示了一些得自缺损中部的组织切片的实例。其清楚地证明：在4周的修复期间所形成的骨较表层骨的骨质更为疏松。未观察到细胞与膜的相互作用。
图2显示了兔颅盖骨缺损全层修复的百分比。对颅盖骨中直径6mm的缺损中截面进行了评价。修复百分比通过以下公式测定：
被骨充盈的缺损的像素数×100/缺损区的像素数不同的膜用名称标出。“对照”意指未施用膜的缺损。
对骨缺损的全层修复水平的评价揭示：膜的使用改善了骨愈合。未使用膜的、即“对照”的修复百分比是缺损中截面面积的31.3±4.1％。用OsseoQuest(55.78±9.9％)和E1M-11NMP(77.6±8.8％)实现了与对照相比的骨愈合的实质改善。直接比较被OsseoQuest和E1M-11NMP增强的骨愈合表明：用E1M-11NMP所达到的愈合明显更好。另外，E1M-3NMP显示出与OsseoQuest基本相似的愈合功效。
如图2所示，本发明的膜即E1M-3NMP和E1M-11NMP与不包含NMP的具有相同聚合物组成的膜即E1M-3、E1M-11相比，可显著增强缺损的愈合反应。
实施例3
根据本发明方法的一项实施方案，将NMP加入已经制成医用植入剂形式的聚合物骨架中。
聚合物组合物如下制备：将市售可得的颗粒状基质材料与市售可得的共聚物添加剂干燥混合。材料组成为80重量％的P(L/DL)LA(70/30)和20重量％的PLLA/TMC(70/30)。按照所需重量比称量各成分，加入容器中，然后将其于Turbula T2F振荡混合器中旋转30分钟，直至获得均匀的干混合物。之后将形成的混合物在60℃下真空干燥8至12小时，然后熔融混合并注射模制成板形供试片。所用的注模机是全电动Fanuc RoboshotAlpha i30A注模机，合模力为300kN。注射装置配有高速(最大66cm3/s至330mm/s)、高压(最大2500巴)注射选件。机简直径为16mm，且装配有三带加热圈、标准形抗腐蚀螺杆和具有2.5mm孔的标准开放式喷嘴。在工序的计量阶段，材料的挤压机熔融混合和均匀化条件包括背压40至60巴、螺杆速度60至100rpm以及机筒温度160至230℃。注射模制条件包括喷嘴温度180至230℃、注射速度80至300mm/s、最大注射压力2500巴、填压(pack pressure)1000至2300巴，持续3至8秒、冷却时间10至22秒以及模具温度20至30℃。总周期20至40秒，由一个注射模制工序循环中的以下阶段组成：合模、将熔融的聚合物注射入模具中、填压、冷却，同时在冷却阶段挤压机计量下一循环、开模和将成品从模具中顶出。
用标示剂量为25kGy的γ射线将所述板灭菌。灭菌后，将板浸没在NMP(1-甲基-2-吡咯烷酮，99％，Acros Organics公司，美国)中达30秒。浸没后，在20℃、室内条件下将板在塑料托架上放置30分钟。在浸没之前和其后30分钟测量板的厚度、长度和质量。用游标卡尺测量尺寸，用分析天平测量质量。另外，在将板浸没后的30、60和120分钟，将其弯曲45°角查看板的软化和弯曲特性。用SmartScope Flash光学三维测量仪分析NMP的扩散深度。从板的边缘切下约1mm材料。于浸没后120分钟由板的切断横截面测量扩散深度。浸没30分钟后NMP扩散的结果如表3所示。
表3.在NMP中浸没之前和之后板的质量和尺寸 片的质量 (mg) 片中NMP 的质量(mg) 厚度(mm) 外层厚度 (mm) 长度(mm)初始时 470.8 - 1.01 0 23.5浸没后30分钟 575.7 104.9 1.15 0.15 23.6
由于板在NMP中浸没，片的厚度增加了13％，其质量增加了22％。可以将质量增加视为NMP向板内的扩散。厚度增加是由于板外层的膨胀。板的膨胀外层的厚度为约0.15mm。长度没有因为浸没而改变。此外，浸没后30分钟，片被软化，可以用手弯曲。
当浸入NMP中时，可吸收性聚合物骨架吸收NMP。其后，载有NMP的植入剂被植入身体，在一定时间内NMP被逐渐释放。如果释放速度合适，NMP就具有成骨性能。几乎与任何药物一样，NMP的浓度必须在一定限度内，该限度称为治疗窗。在治疗窗以下，NMP无效。相应地，超出治疗窗，NMP通过抑制某些蛋白、其它分子或细胞系而产生不良事件。NMP含量优选为0.05至50重量％、更优选0.1至10重量％。
根据本发明方法的一项优选实施方案，在聚合物骨架被制成医用植入剂形式之前将NMP与聚合物骨架或它的组分之一混合。混合可以在挤压机、混合机或本身已知的类似设备中进行。
通过将所述植入剂包装在在生产过程中已含有NMP的容器中，也可将NMP施加于植入剂。NMP在贮存于所述容器期间将被吸收入植入剂的聚合物骨架中。
本发明的聚合物组合物可通过本领域技术人员所熟知的注模法、压模法、挤出法或另一种熔模法被制成植入剂。
实施例4
实施例4给出了本发明的一项优选实施方案，其中植入剂是引导性组织再生术(GTR)中的屏障膜，用于治疗牙周缺损。
所述膜包含PLA/PGA骨架聚合物。所述膜被包装于包装的开槽如塑料泡罩中。作为外科手术的一个阶段，膜的制备如下进行：
1.打开包装后，将适量的NMP倒入膜的狭槽中。膜被完全浸入NMP中持续足够的时间，例如30秒至3分钟、优选30秒。
2.将膜从开槽中取出。
3.使NMP向膜的聚合物骨架中扩散15至20分钟。
4.该膜备用作齿龈软组织和愈合骨组织和/或牙周组织之间的屏障，以便防止齿龈软组织充盈缺损边。在正常的手术室温度和湿度条件下，膜可以保持韧性达数小时。
本发明的植入剂可以例如在引导性骨再生应用中使用，其中要求载有NMP的屏障膜的功效是避免软组织在需要新骨形成的区域的向内生长，并增强骨再生。
显然，对于本领域技术人员而言，随着技术进步，本发明构思可以以多种方式实施。本发明和其实施方案并不仅局限于上述实施例，而是可以在权利要求范围内变动。