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基于三斜磷钙石以及其它生物活性钙和 硅化合物的组合的 骨再生材料

阅读：1007发布：2020-06-01

专利汇可以提供基于三斜磷钙石以及其它生物活性钙和硅化合物的组合的骨再生材料专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及用于骨再生的新材料、它们的制造方法、以及在创伤外科术、颌面外科术、牙外术、正颌外科术、牙髓病学、眼科学、神经外科学和/或骨质疏松过程、以及在需要骨再生的其它适应症中的应用。特别地，本发明结合了具有按质量计20％至95％，优选地40％至90％的三斜磷钙石[Ca1-xMxHPO4，其中0≤x≤0.05，并且其中M可以是二价金属离子 ]的合成材料，并且在它们的最终组合物中这些合成材料结合了按质量计5％至80％，优选地0％至60％的选自磷酸钙类的生物活性的钙化合物，以及按总质量计5％至80％的选自硅酸钙类和/或生物活性的石英玻璃类以及凝胶类的生物活性的硅化合物。，下面是基于三斜磷钙石以及其它生物活性钙和硅化合物的组合的骨再生材料专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种合成材料，所述合成材料包括：
a.按总质量计20％至95％的三斜磷钙石[Ca1-XMXHPO4]，其中0≤x≤0.05，并且其中M是二价金属离子，
b.按总质量计5％至80％的生物活性的硅化合物，
c.按总质量计0％至60％的除了三斜磷钙石之外并且选自磷酸钙类的生物活性的钙化合物，
d.以及，可选地，生物相容性药剂、药理学药剂、和/或保护剂。
2.根据权利要求1所述的合成材料，其中，所述三斜磷钙石 Ca1-XMXHPO4]部分按总质量计为40％至90％。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的材料，其中，“x”等于零。
4.根据权利要求1或2中任一项所述的材料，其中，所述二价金属离子(M)是镁、锶、钡、铁、和/或锌。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的材料，其中，所述生物活性的钙化合物是选自透磷钙石、磷酸三钙、羟基磷灰石和磷酸八钙以及它们的组合中的磷酸钙类。
6.根据权利要求5所述的材料，其中，所述磷酸钙类是透磷钙石[CaHPO4·2H2O]。
7.根据权利要求5所述的材料，其中，所述磷酸钙是磷酸三钙[β-Ca3(PO4)2、α-Ca3(PO4)2]，和/或无定形磷酸三钙[Ca3(PO4)2]。
8.根据权利要求5所述的材料，其中，所述磷酸钙是磷酸八钙[Ca8H2(PO4)6·5H2O]。
9.根据权利要求5所述的材料，其中，所述磷酸钙是羟基磷灰石[Ca10(PO4)6(OH)2]。
10.根据权利要求5所述的材料，其中，所述磷酸钙是羟基磷灰石[Ca10(PO4)6(OH)2]，其中钙被钠、钾、锶、镁和/或锌部分地替换，磷酸根被磷酸氢根、碳酸根、硅酸根部分地替换；
和/或羟基被氟、氯或碳酸根部分地替换。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的材料，其中，所述生物活性的硅化合物选自硅灰石、混合的偏硅酸钙、原硅酸钙、硅酸三钙、和生物活性的石英玻璃以及凝胶和/或它们的组合。
12.根据权利要求11所述的材料，其中，所述生物活性的硅化合物是α-硅灰石和/或β-硅灰石[α-或β-CaSiO3]。
13.根据权利要求11所述的材料，其中，所述生物活性的硅化合物是包含选自镁、锶、钡、铁和/或锌的二价金属离子(M)的硅酸钙[CaM(SiO3)2]。
14.根据权利要求11所述的材料，其中，生物活性的钙硅化合物是下面系统中的生物活性玻璃：SiO2-CaO、SiO2-CaO-P2O5、SiO2-CaO-ZnO、SiO2-CaO-MgO、SiO2-CaO-P2O5-ZnO、和/或SiO2-CaO-P2O5-MgO。
15.根据权利要求11所述的材料，其中，生物活性的硅化合物是硅胶。
16.根据前述权利要求1至15中任一项所述的材料，所述材料在它们的组成中结合了生物相容性药剂。
17.根据权利要求16所述的材料，其中，所述生物相容性药剂选自白蛋白、透明质酸、琼脂糖、藻酸盐、酪蛋白、胶原、纤维素、弹性蛋白、纤维蛋白、明胶、壳聚糖、丝、或是合成来源，例如聚乳酸、聚乙醇酸、聚氨酯、聚丙烯、聚己内酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚酰胺、聚碳酸酯和/或聚四氟乙烯。
18.根据前述权利要求16或17中任一项所述的材料，其中，所述生物相容性药剂是均匀分散的。
19.根据前述权利要求16或17中任一项所述的材料，其中，所述生物相容性药剂为纤维、粒料或颗粒的形式。
20.根据权利要求19所述的材料，其中，所述生物相容性药剂为具有10μm至2000μm直径的纤维的形式。
21.根据前述权利要求1至20中任一项所述的材料，所述材料在它们的组成中结合了药理学药剂。
22.根据权利要求21所述的材料，其中，所述药理学药剂是细胞生长因子、抗生素、消炎药、抗肿瘤药剂、和/或核酸。
23.根据前述权利要求21或22中任一项所述的材料，其中，所述药理学药剂是骨形态发生因子。
24.根据前述权利要求21或22中任一项所述的材料，其中，所述药理学药剂是二膦酸盐。
25.根据前述权利要求1至24中任一项所述的材料，所述材料具有可达60％的诱导的孔隙。
26.根据权利要求25所述的材料，其中，孔具有在1μm至1000μm之间的直径。
27.根据前述权利要求25或26中任一项所述的材料，其中，所述孔隙是互连的。
28.根据前述权利要求1至27中任一项所述的材料，所述材料为粒料的形式。
29.根据权利要求28所述的材料，所述材料为50μm至4000μm的粒料的形式。
30.根据权利要求29所述的材料，所述材料为200μm至2000μm的粒料的形式。
31.根据前述权利要求1至27中任一项所述的材料，所述材料为三维整块料的形状，其中所述形状和大小由骨缺损来确定。
32.一种用于获得根据前述权利要求1至31中任一项所述的材料的方法，所述方法包括：
在含水介质中进行酸碱反应，其中酸性组分是正磷酸或它的碱金属或碱土金属的一元盐，并且碱性组分由一种或多种生物活性的硅化合物、以及可选地由生物活性的钙化合物构成，所述生物活性的钙化合物过量存在；
通过热处理使由所述酸碱反应获得的透磷钙石部分而分解成三斜磷钙石。
33.根据权利要求32所述的用于获得材料的方法，其中，所述酸碱反应包括延迟所述酸碱反应的试剂和/或改善由所述酸碱反应的组分的混合物产生的糊剂的操作的试剂。
34.根据权利要求33所述的用于获得材料的方法，其中，用于延迟所述酸碱反应的试剂是柠檬酸或它的碱性盐或铵盐，硫酸或它的碱性盐、碱土金属盐或铵盐，乙醇酸或它的碱性盐或铵盐，乙酸或它的碱性盐或铵盐，和/或焦磷酸或它的碱性盐或铵盐。
35.根据权利要求32至34中任一项所述的用于获得材料的方法，其在酸碱反应中结合了生物相容性药剂，所述生物相容性药剂调节所获得的材料的生物可降解性、骨诱导性、骨传导性、生物力学性能、和/或孔隙率。
36.根据权利要求35所述的用于获得材料的方法，其中，所述生物相容性药剂是白蛋白、透明质酸、琼脂糖、藻酸盐、酪蛋白、胶原、纤维素、弹性蛋白、纤维蛋白、明胶、壳聚糖、丝、或是合成来源，例如聚乳酸、聚乙醇酸、聚氨酯、聚丙烯、聚己内酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚酰胺、聚碳酸酯和/或聚四氟乙烯。
37.根据权利要求35或36中任一项所述的用于获得材料的方法，其中，所述生物相容性药剂以颗粒、粒料或纤维的形式被结合到所述酸碱反应中。
38.根据权利要求32至37中任一项所述的用于获得材料的方法，其在所述酸碱反应中结合了药理学药剂。
39.根据权利要求38所述的用于获得材料的方法，其中，所述药理学药剂是抗生素、消炎药、抗肿瘤药、二膦酸盐、核酸和/或细胞生长因子。
40.根据权利要求38或39中任一项所述的用于获得材料的方法，其结合了用于所述药理学药剂的稳定剂。
41.根据权利要求32至40中任一项所述的用于获得材料的方法，其在所述酸碱反应中结合了成孔剂。
42.根据权利要求41所述的用于获得材料的方法，其中，所述成孔剂是碳酸钙、碳酸氢钙、碳酸氢钠和/或过氧化氢。
43.根据权利要求42所述的用于获得材料的方法，其中，在所述酸碱反应之后通过溶出将所述成孔剂去除。
44.根据权利要求43所述的用于获得材料的方法，其中，所述成孔剂是糖、糖醇、氨基酸、蛋白质、多糖、聚合物、和/或有机或无机盐。
45.根据权利要求32至44中任一项所述的用于获得材料的方法，其中，所述酸碱反应在模具中进行。
46.根据权利要求45所述的用于获得材料的方法，其中，所述模具具有通过设计来提供孔隙的形状。
47.根据权利要求32至46中任一项所述的用于获得材料的方法，其中，整块料通过三维构象程序来生产。
48.根据权利要求47所述的用于获得材料的方法，其具有通过设计的孔隙。
49.一种组合物，包括根据权利要求1至31中任一项所述的材料，所述组合物结合了动物或人类细胞。
50.根据权利要求1至31中任一项所述的材料，或权利要求51中的组合物在用于制造骨再生材料中的应用。
51.根据权利要求50所述的材料或组合物在创伤外科术、颌面外科术、牙外科术、正颌外科术、牙髓病学、眼科学、神经外科学和/或骨质疏松过程中用于制造用于骨再生的异体移植物中的应用。

说明书全文

基于三斜磷钙石以及其它生物活性钙和 硅化合物的组合的

骨再生材料

技术领域

[0001] 本发明涉及生物材料的领域，更具体地说，涉及对骨再生具有积极贡献的磷酸钙生物材料的领域。基于本发明的材料的合成的三斜磷钙石(monetite)可用于在医学和兽医学领域中在创伤外科术、颌面外科术、牙外科术、正颌外科术、牙髓病学、眼科学、神经外科学和/或骨质疏松过程、以及在需要骨再生的其它适应症中的多种骨再生治疗。

背景技术

[0002] 骨量和骨质量的损失是一个严重的健康问题，其在老年患者中可能更是如此。在牙科治疗中的干预之后，通常存在骨量的损失，其导致并发症和病状。例如，这发生在拔牙之后的牙槽吸收中以及牙周病中。另一方面，在创伤术中以及在其它外科干预中，骨量的损失是一个严重的健康问题，该问题甚至可以导致患者的死亡。

[0003] 生物材料已经被使用了几乎一个世纪，用于修复或替换肌肉骨骼系统的骨段。来自患者自身的自体骨移植物通常被用来填充骨腔以及用于外科重建术中。然而，存在有限的骨来源并且这些程序使患者遭受额外的创伤以获得移植物。另一个选择是供体同种异体移植物。然而，这些具有更慢的骨再吸收和新生物，减少的血管形成和成骨能力，以及更大的免疫应答和病原体传播的风险。一种备选方案是由牛骨制造的材料，例如BioOss 、GenOx Inorg 以及Orthoss ，其通常被用于牙科中。然而，基于生物材料的这些产品的使用具有可能被传染源污染的问题，并且需要严格的质量控制。为了避免这些问题，已经开发了合成基质。研究用于骨修复的新合成生物材料的目的在于通过人工等效物将对于骨移植物的需要量降低至最低，该人工等效物被及时再吸收和/或整合邻近的骨，并且还用作用于骨质疏松性骨折的支架。这种人工骨材料的力学性能应当尽可能接近于松质骨。该材料还必须有助于骨折的稳定性并且足以耐受固定或外部支持所需要的时间的减少。该替换材料必须是生物可降解的、生物相容的和骨诱导性的，即它应当将间充质细胞吸引到植入物附近并且有利于它们分化成成骨细胞，并且还应当是骨传导性的，即作为用于形成新骨的引导件。

[0004] 磷酸钙在骨再生中具有特别的兴趣，因为它们与天然骨的无机相类似，并且它们容许骨重塑和再吸收。最经常使用的磷酸钙类包括羟基磷灰石、磷酸三钙以及透磷钙石的基质。这些材料可以以粘结的糊剂、可植入的固体或颗粒或粉末配方的形式来给予。

[0005] 在骨再生基质的开发中，应该特别提及通过结合一定程度的孔隙(孔隙率)而要求改进的骨再生的产品。将孔隙引入系统中显著地增加了植入部位处该材料的表面积以及容许与周围组织的细胞相互作用的表面。珊瑚起源的多孔羟基磷灰石的实例包括Interpore 以及ProOsteon 。此外，合成羟基磷灰石的实例包括Apafill-G 或ENGIpore。其它商品化的颗粒状的β磷酸三钙的合成基质包括chronOs 以及Cerasorb 。后者被商品化为根据需要具有150μm至2000μm之间不同大小的颗粒，并且通常在与患者的血液混TM合之后用于牙槽再生。另一个类似的产品是Bi-Ostetic ，该产品是由1000μm至2000μm之间的颗粒形成的，这些颗粒由羟基磷灰石和磷酸三钙的混合物构成。此外，Collagraft是基于羟基磷灰石和磷酸三钙的另一种颗粒材料，该材料还结合胶原。被结合在商品化产TM
品(例如CalMatrix )中的其它合成的骨诱导性材料包括硫酸钙。

[0006] 在材料领域中在骨再生方面日益感兴趣的是矿物学名称为“透磷钙石”的磷酸氢钙二水合物[CaHPO4·2H2O]，其可以在自然界中找到或通过磷酸钙类的酸碱反应而合成生产(LeGeros et al.1982 J.Dental Res.61：343；Brown WE y Chow LC.1983 J.Dental Res.62：672)。在透磷钙石的使用的领域中，已经有对由使用过量的磷酸三钙的制造过程产生的透磷钙石和磷酸三钙的组合的最新描述。已经表明与商品化的牛羟基磷灰石BioOss 相比，由按质量计87％的透磷钙石和按质量计17％的β磷酸三钙组成的颗粒材料是更可降解的并且导致更大的骨形成(Tamimi F.et al.2006 J.Clin.Periodontol 33：922-928)。

[0007] 矿物学名称为“三斜磷钙石”的磷酸氢钙[CaHPO4]是与透磷钙石显著不同的一种材料，它可以在自然界中以矿物的形式被发现，直接或通过透磷钙石的分解反应来合成。在三斜磷钙石用于骨再生方面存在几个先例，例如与患者的血液混合的天然三斜磷钙石矿物的用途(Getter L，et al.1972 J.Oral Surg.30：263-268)或它结合到蛋白溶液(WO98/58602)或可生物降解的聚合物(US2005209704)中的描述。最近，已经在骨再生的动物模型中对三斜磷钙石进行了评估(Tamimi F.et al.2008 J.Biomed.Mater.Res.87A：980-988)。然而，三斜磷钙石在骨再生中的用途还没有被开发，因为它已经被认为不是对于骨再生最适宜的材料(因为它的快速溶解以及低的机械强度)。其实例可以在透磷钙石粒料(颗粒剂)的配方(制剂)中找到(Tamimi F.et al.2007 J.Biomed.Mater.Res.81A：
93-102)，其中导致透磷钙石转化成三斜磷钙石的高温被有意避免。

发明内容

[0008] 本发明描述了合成的三斜磷钙石基质，这些基质通过结合其它生物活性的钙化合物得以改善，所述钙化合物调节所得的材料的降解时间，促进骨再生，并且改善它们的骨诱导性、骨传导性以及生物力学性能。

[0009] 本发明结合了用于骨再生和修复的多种新材料，它们的制造方法、以及在创伤外科术、颌面外科术、牙外科术、正颌外科术、牙髓病学、眼科学、神经外科学和/或骨质疏松过程、以及在需要骨再生的其它适应症中的应用。

[0010] 所述材料是基于生物相容的、生物可降解的、骨传导的以及骨诱导的元素(要素)的组合。特别地，本发明结合了具有按总质量计20％至95％，优选地40％至90％的三斜磷钙石[Ca1-xMxHPO4，其中0≤x≤0.05，并且其中M可以是二价金属离子]的合成材料，并且在它们的最终组合物中这些合成材料结合了按总质量计0％至80％之间，优选地0％至60％的生物活性的钙化合物，以及按总质量计5％至80％的生物活性的硅化合物。这些生物活性的钙和/或硅化合物的结合允许三斜磷钙石基质的降解速度以及骨传导性、骨诱导性以及强度的调节。生物活性的钙化合物包括磷酸钙类，并且生物活性的硅化合物类包括硅酸钙类，和/或生物活性的石英玻璃类以及凝胶类。此外，本发明的材料可以在溶液中结合多种药理学药剂和/或生物相容药剂，和/或保护剂，或作为有利于促进骨再生的颗粒或粒料(粒剂)，具有特殊的治疗活性，调节降解时间，或有助于改善机械强度。这些材料可以通过酸碱反应来制造，这些反应导致包含透磷钙石的材料，以及其它反应产物和剩余的反应物。通过热处理将透磷钙石部分转化成三斜磷钙石导致期望的材料。这些材料可以以粉末、粒料或整块料(单块)结构的形式来制造，这些结构具有由模具或由三维构象方法确定的形状和大小，并且它们的最终形状可以通过雕刻、腐蚀或粉碎来修改。这些材料可以被制造成包含有利于骨再生的生物相容药剂和/或药理学药剂，并且可以使用不同的机械耐受性、孔隙的程度来获得，该孔隙可以是互连的或不互连的，并且具有不同的孔径大小。

具体实施方式

[0011] 本发明结合了用于骨再生的多种新材料，用于它们制造的方法，以及它们在动物和人类健康中在创伤外科术、颌面外科术、牙外科术、正颌外科术、牙髓病学、眼科学、神经外科学和/或骨质疏松过程、以及在需要骨再生的其它适应症中的应用。所述材料是基于生物相容的、生物活性的、生物可降解的、骨传导的以及骨诱导的元素(要素)。在本发明中，所描述的材料是指下面的化学式和定义：

[0012] -三斜磷钙石：磷酸二钙[CaHPO4]的矿物学名称，它还结合部分取代的三斜磷钙石[Ca1-xMxHPO4，其中0＜x≤0.05，并且其中M是二价金属离子，例如，尤其是Mg、Sr、Ba、Fe、Zn]。

[0013] -透磷钙石：磷酸氢钙二水合物[CaHPO4·2H2O]的矿物学名称，它还结合部分取代的透磷钙石[Ca1-xMxHPO4·2H2O，其中0＜x≤0.05，并且其中M是二价金属离子，例如尤其是Mg、Sr、Ba、Fe、Zn]。

[0014] -磷酸二氢钙(monocalcium phosphate)：[Ca(H2PO4)2]。

[0015] -磷酸二氢钙一水合物：[Ca(H2PO4)2·H2O]。

[0016] -磷酸三钙[Ca3(PO4)2]：不显著地，它的稳定结晶的多晶型物、β-磷酸三钙[β-Ca3(PO4)2]或α-磷酸三钙[α-Ca3(PO4)2]、以及无定形的磷酸三钙中的任一种。

[0017] -磷酸八钙：[Ca8H2(PO4)6·5H2O]。

[0018] -羟基磷灰石：具有化学式[Ca10(PO4)6(OH)2]的化合物家族的矿物学名称，其中Ca可以被Na、K、Sr、Mg、Zn部分地取代，PO4可以被HPO4、CO3、SiO4部分地取代，并且OH可以被F、Cl、CO3.部分地取代。这些可以从高度结晶的到难以结晶的。

[0019] -硅灰石：偏硅酸钙[CaSiO3]，不显著地，α-硅灰石[α-CaSiO3]或β-硅灰石[β-CaSiO3]。

[0020] -混合的偏硅酸钙：[CaM(SiO3)2]，其中M可以是金属二价离子，例如Mg、Sr、Ba、Fe、Zn。

[0021] -原硅酸钙：[Ca2SiO4]，不显著地，α-原硅酸钙[α-Ca2SiO4]、β-原硅酸钙[β-Ca2SiO4]、或γ-原硅酸钙[γ-Ca2SiO4]。

[0022] -硅酸三钙：[Ca3SiO5]。

[0023] -生物活性的石英玻璃：通过熔化法或通过溶胶-凝胶获得的玻璃质材料，在它们的组成中包括Si和Ca，并且这些玻璃质材料还可以尤其是包含这样浓度的P、Na、Mg、Sr，使得可以获得生物活性材料。生物活性的石英玻璃包括体系SiO2-CaO、SiO2-CaO-P2O5、SiO2-CaO-ZnO、SiO2-CaO-MgO、SiO2-CaO-P2O5-ZnO、和/或SiO2-CaO-P2O5-MgO。

[0024] -水合的硅胶：[-Si(OH)2-O-]n。

[0025] 特别地，本发明结合了包含按总质量计20％至95％，优选地40％至90％的三斜磷钙石[Ca1-xMxHPO4，其中0≤x≤0.05，并且其中M是二价金属离子，例如尤其是Mg、Sr、Ba、Fe、Zn]的合成材料，并且在它们的最终组合物中这些合成材料结合了按总质量计0％至80％，优选地0％至60％的其它生物活性的钙化合物，以及按总质量计5％至80％的生物活性的硅化合物。三斜磷钙石是一种骨传导性材料，由于它的低机械强度以及在生物体中或在生物介质中的快速溶解，该材料没有成为用于骨再生的良好的材料。生物活性的钙化合物结合到本发明的三斜磷钙石基质中允许调节所得到的材料的降解速率并且改善它们的骨传导性、骨诱导性以及生物力学性能。

[0026] 显然，本发明中所描述的合成材料不限于这些组分并且可以包括另外的组分。

[0027] 被结合到三斜磷钙石基质中的“生物活性的钙化合物”包括除了三斜磷钙石之外的磷酸钙类，尤其是透磷钙石、磷酸三钙、羟基磷灰石以及磷酸八钙。

[0028] “生物活性的硅化合物”尤其包括硅灰石、混合的偏硅酸钙、原硅酸钙、硅酸三钙、以及生物活性的石英玻璃类和凝胶类。石英玻璃包括可以通过熔化或溶胶-凝胶法获得的玻璃，在它们的组成中这些玻璃具有Si和Ca，并且还可以包含尤其是这样浓度的P、Na、Mg、Sr，以便获得生物活性材料。

[0029] 如实例1-13中无限制地所说明的，这些生物活性的钙化合物和生物活性的硅化合物可以被结合到由多相的酸碱反应生成的三斜磷钙石基质中，这些反应导致随后被降解成三斜磷钙石的透磷钙石。

[0030] 在合成本发明的材料中的第一步骤涉及一种酸碱反应，在该酸碱反应中，酸性组分是正磷酸[H3PO4]或它的碱金属或碱土金属(优选Ca或Mg)的一元盐(例如磷酸二氢钙(一代磷酸钙)或磷酸二氢钙一水合物)的溶液，并且碱性组分是固体生物活性的钙化合物和/或生物活性的硅化合物。过量的碱性固体组分加入到反应混合物中导致一种透磷钙石基质，作为该反应的产物，该基质包含未反应的过量的生物活性的钙化合物和/或生物活性的硅化合物。使用作为碱性组分的过量的生物活性的钙化合物和/或生物活性的硅化合物的该酸碱反应的结果产生了取决于该酸碱反应的初始配方的包含按质量计24％至96％的透磷钙石以及按质量计4％至76％的未反应的生物活性的钙化合物和/或生物活性的硅化合物的固体。在该酸碱反应的配方中，碱性固体组分通常具有0.01μm至300μm之间，优选地0.05μm至100μm之间的粒径，并且以0.4ml/g至3ml/g之间，优选地0.8ml/g至2ml/g之间的液体/固体比例而存在。混合酸碱反应组分产生了快速凝固的糊剂(paste)，具有其中容纳它的模具的形状(由于该反应的透磷钙石产物的沉淀)。当该反应混合物中的碱性组分之一是硅灰石、混合的偏硅酸钙、原硅酸钙、硅酸三钙、和/或生物活性的石英玻璃时，除了透磷钙石之外，该酸碱反应的产物之一是水合的硅胶，该硅胶包埋(嵌入)所得的固体基质。

[0031] 为了减慢该酸碱反应并且允许更好地操作糊剂，优选地使水溶液结合阻滞剂，该阻滞剂包括，尤其是但不限于，柠檬酸[C6H8O7]，或它的碱性盐(碱式盐，碱金属盐)或铵盐、硫酸[H2SO4]或它的碱性盐(碱式盐，碱金属盐)、碱土金属盐或铵盐、乙醇酸[C2H4O3]或它的碱性盐(碱式盐，碱金属盐)或铵盐、乙酸[C2H4O2]或它的碱性盐或铵盐、以及焦磷酸[H4P2O7]或它的碱性盐(碱式盐，碱金属盐)或铵盐。

[0032] 在合成本发明的材料中的第二步骤涉及在40℃至400℃之间，优选地在40℃至200℃之间的温度下通过热处理将该透磷钙石部分分解成三斜磷钙石。该热处理可以在第二步骤中实施，或可以被同时执行以形成由该酸碱反应产生的透磷钙石。透磷钙石部分的分解导致本发明的材料，这些材料包含按质量计20％至95％，优选地40％至90％的三斜磷钙石，以及按质量计0％至80％，优选0％至60％的活性钙化合物以及按总质量计5％至
80％的活性硅化合物。

[0033] 如实施例6、7和13中没有限制地所说明的，这种合成方法还允许制造三斜磷钙石基质，所述基质包含多于一种的生物活性的钙化合物和/或生物活性的硅化合物，例如透磷钙石、磷酸三钙、磷酸八钙、羟基磷灰石类、硅灰石和/或生物活性的石英玻璃类和凝胶类。将这些生物活性的钙化合物中的多于一种包括到该酸碱反应中导致三斜磷钙石基质，这些三斜磷钙石基质在它们的最终组成中包含不同比例的这些生物活性的钙化合物。5％至80％的生物活性的硅化合物的存在表示本发明的优选的实现方式。这些生物活性的硅化合物包括硅灰石、混合的偏硅酸钙、原硅酸钙、硅酸三钙、以及生物活性的石英玻璃类和凝胶类。这些生物活性的硅化合物的结合导致了具有更大表面积和孔隙(孔隙率)，以及更高的内聚力和机械强度的材料。生物活性的硅化合物的结合缓冲了由基质中三斜磷钙石和其它生物活性的钙化合物的溶解和后面转化成磷灰石而产生的酸性pH(这提供了被成骨细胞快速定植的基质)并且导致快速和完全的骨结合。

[0034] 因此，本发明的一个优选的实现方式结合了这样的合成材料，该合成材料包括按总质量计20％至95％，优选地40％至90％的三斜磷钙石，以及按总质量0％至80％，优选地0％至60％的其它生物活性的钙化合物，以及按总质量计5％至80％的生物活性的硅化合物，以及通过过量的一种或多种碱性反应物的酸碱反应的它们的所得物，并且当必要时，将获得的透磷钙石部分转化成三斜磷钙石。

[0035] 如实施例8中没有限制地所说明的，本发明的三斜磷钙石基质可以结合用二价金属离子(M)(例如，镁、锶、铁、或锌)的取代，这刺激了骨再生或细胞定植或分化。这些取代结合到三斜磷钙石部分中可以通过加入相应的磷酸二氢盐类(例如Mg(H2PO4)2、Zn(H2PO4)2、Sr(H2PO4)2、或这些盐的前体，例如相应的氧化物类、氢氧化物类、或碳酸盐类)以及等量的正磷酸通过将这些金属离子结合到该反应中来实现。在金属离子存在的情况下，磷酸二氢钙与一种或多种过量的碱性磷酸钙的酸碱反应导致部分取代的透磷钙石或三斜磷钙石的沉淀。该部分取代的透磷钙石的随后的分解导致部分取代的三斜磷钙石基质，该三斜磷钙石基质包含其它生物活性的钙化合物和/或生物活性的硅化合物。所述材料可以使用不同比例的三斜磷钙石、部分取代的三斜磷钙石、以及其它生物活性的钙化合物和/或生物活性的硅化合物来制造。在本发明的一个实现方式中，该部分取代的三斜磷钙石可以构成最终材料的大部分。在本发明的一个实现方式中，该三斜磷钙石部分中用二价离子原子取代钙离子是低于5％，并且优选地在2％至4％之间，如式[Ca1-XMXHPO4]所表示的，其中0≤x≤0.05，并且其中M是二价金属离子。这些材料表明与未取代的三斜磷钙石相比，改善的骨诱导性、骨传导性以及显著降低的生物降解。因此，在本发明的一个优选的实施方案中，该三斜磷钙石部分被Mg、Zn、和/或Sr部分取代。在实施例13中没有限制地所说明的本发明的一个甚至更优选的实施方案结合了生物活性的硅化合物以及用Mg、Zn、和/或Sr部分取代的三斜磷钙石。在体外和体内生物的骨再生能力以及增加的一致性和硬度方面，这些材料比未取代的材料和不含硅的材料显示出显著的优点。

[0036] 如实施例9和10中不受限制地所说明的，本发明的材料可以结合“生物相容性药剂”，这些生物相容性药剂调节了生物降解、有利于骨形成、和/或增加了该材料的耐受性，例如并且不限于此：白蛋白、透明质酸、琼脂糖、藻酸盐、酪蛋白、胶原、纤维素类、弹性蛋白、纤维蛋白、明胶、壳聚糖、丝、或合成来源，例如聚乳酸、聚乙醇酸、聚氨酯、聚丙烯、聚己内酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚酰胺类、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、以及它们的衍生物或混合物。如实施例9中不受限制地所说明的，在它们的制造期间，通过将它们溶解在该酸碱反应的水相中这些生物相容性药剂中的一些可以被结合到三斜磷钙石基质中。在这种情况下，溶液中的药剂被均匀分布在三斜磷钙石基质中，这在它们再生骨和/或生物降解的能力中提供了更大的强度和/或改进。在本发明的一个实现方式中，可溶性材料的浓度是按质量计低于15％，优选地低于7％，并且尤其低于5％的包含三斜磷钙石的材料。

[0037] 如实施例10中不受限制地所说明的，在本发明的另一个实现方式中，生物相容性药剂在含水介质中是溶解较差的并且以悬浮液、乳液、沉淀、粉末、粒料或纤维的形式被结合在该酸碱反应中。在纤维形式的内含物的情况下，这些纤维可以具有这样的直径，该直径可以在10μm至2000μm之间，优选地在50μm至1000μm之间变化，并且按体积计可以占到包含三斜磷钙石的材料的70％。在体内纤维快速溶解有利于互连孔的形成以及由骨祖细胞的侵入而产生的材料的细胞定植。

[0038] 这些生物相容性药剂的结合不但为三斜磷钙石基质提供了更高的耐受性而且还改善了糊剂的流变学并且有助于更大的再生骨的能力。这属于在通过三维构象方法或者通过具有根据预期的应用和/或患者需求的形状和大小的模具来制造整块料方面的具体应用。

[0039] 如实施例11中不受限制地所说明的，本发明的材料还可以被配制成包含“药理学药剂”，这些药理学药剂有利于骨再生过程。这些药理学药剂包括，但不限于，促进骨再生过程和/或具有治疗作用的合成或生物化合物或大分子。这些药理学药剂包括抗生素类，消炎药以及抗肿瘤药剂，二膦酸盐(二膦酸酯)，核酸类，以及细胞生长因子类，例如血小板衍生的生长因子(PDGF)、血管内皮生长因子(VEGF)、骨形态发生蛋白(BMP)、转化生长因子-β(TGF-β)、生长激素(GH)、胰岛素样生长因子-1(IGF1)、胰岛素样生长因-2(IGF2)、和/或成纤维细胞生长因子(FGF)。

[0040] 这些药理学药剂可以以粉末或粒料的形式被结合到该酸碱反应中。尤其是，该酸碱反应的水相可以包含稳定剂和/或保护剂以提高生物活性药剂的稳定性，例如但不限于，海藻糖、蔗糖、棉子糖、甘露醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、白蛋白、胶原和/或明胶。在用于使透磷钙石转变成三斜磷钙石的热处理期间加入这些稳定剂和/或保护剂避免了该药理学药剂的降解，并且提供了长期稳定性。可替换地，通过浸渍由该酸碱反应产生的产物或者在用于将该透磷钙石部分转化成三斜磷钙石的热处理之后浸渍最终产物，可以将这些药理学药剂结合到本发明的材料中。稳定剂和/或保护剂的结合避免了在浸渍、热处理、干燥和/或存储期间药理学药剂的降解。

[0041] 如实施例12中不受限制地所说明的，包含三斜磷钙石的材料可以被配制成具有不同程度的孔隙(孔隙率)以及不同尺寸的孔，这些孔可以是分离的或连通的。这可以通过结合导致在该酸碱反应期间气体释放的药剂以及硬化糊剂来实现。这些孔诱导剂(生孔剂)的实例包括但不限于碳酸钙、碳酸氢钙、碳酸氢钠或过氧化氢。气体的释放产生了这样的材料，在硬化之后该材料具有除了该材料的固有孔隙(孔隙率)之外的按体积计可达60％的诱导的孔隙(孔隙率)，并且具有可以在1μm至1000μm之间变化的孔径。此外，还可以通过将添加剂结合到该酸碱反应中来增加材料的孔隙(孔隙率)，在这些混合物的硬化并且通过溶解将它们去除之后这导致孔的形成。这些添加剂的实例包括但不限于有机或无机盐类、糖类、糖醇类、氨基酸类、蛋白类、多糖类或可溶性聚合物类。尤其是，可以通过进行酸碱反应并且将糊剂在模具中硬化来以设计的孔隙(孔隙率)制造本发明的材料，一旦将该模具移开，则产生限定的大孔隙(大孔隙率)，该大孔隙被定义为具有大于200μm直径的孔或通道。

[0042] 本发明的材料可以被制成粉末、粒料、或具有由模具预先限定的形状、尺寸和大孔隙的整块料的形式。还可以将反应物结合到构象系统中，例如用于制造具有期望的形状、尺寸以及孔结构的三维整块料的三维印刷或挤出。此外，在作为酸碱反应的结果的糊剂硬化之后，可以通过碎裂、磨损、锉削、和/或粉碎来修改所得的固体的形状和尺寸。可以在透磷钙石部分转化成三斜磷钙石之前或之后来执行该程序。由本发明的材料制造的整块料具有用于外科干预的应用，在这些外科干预中有必要重建或融合具有给定形状和尺寸的骨量。

[0043] 在本发明的另一个优选的实现方式中，该材料是以粒料的形式来生产的。粒度大小可以在50μm至4000μm之间，优选地，粒度大小在200μm至2000μm之间。这种颗粒形式在牙槽重建以及在有必要使新骨在空腔内形成的地方的其它适应症中是特别感兴趣的。

[0044] 包含本发明中所述的三斜磷钙石以及其它生物活性的钙化合物类和/或生物活性的硅化合物类的材料是生物相容的、生物可降解的、骨诱导性的以及骨传导性的，并且在制造具有医学和兽医学应用的材料中，在创伤外科术、颌面外科术、牙外科术、正颌外科术、牙髓病学、眼科学、神经外科学和/或骨质疏松过程中具有特别的兴趣和应用。此外，如实施例5中所说明的，本发明的材料对于体外培养自体细胞是有用的，当与本发明的材料一起被植入到患者体内时，这些自体细胞加速了骨再生过程。

[0045] 通过下面的13个实施例进一步说明本发明，这些实施例意味着是说明性的并且不旨在局限于它们的范围内。

[0046] 实施例

[0047] 实施例1：三斜磷钙石和磷酸三钙材料

[0048] 为了获得由三斜磷钙石和磷酸三钙[Ca3(PO4)2]制造的材料，将不同量的反应物、α或β磷酸三钙以及磷酸二氢钙[Ca(H2PO4)2](表1中所示)充分混合。向该粉末的混合物中加入2.0ml的0.8M的柠檬酸溶液。将得到的糊剂快速混合1分钟并且然后在室中在100％相对湿度和50-60℃的温度下保留静置24小时，以便完成该酸碱反应并且使形成的透磷钙石分解成三斜磷钙石。在100-110℃下将硬化的糊剂干燥并且压碎并且使用筛子来分类从而收集具有期望的粒度的部分。通过X-射线衍射(定性的)以及热重量分析(定量的)来确定获得的颗粒的最终的相组成，并且示于表1中。

[0049] 表1

[0050]

[0051] 实施例2：三斜磷钙石和磷酸八钙材料

[0052] 为了获得由按质量计80-85％的三斜磷钙石和按质量计15-20％的磷酸八钙[Ca8H2(PO4)6.5H2O]组成的材料，将0.60g的磷酸二氢钙和1.62g的磷酸八钙充分混合。向该粉末的混合物中加入2.0ml的0.8M的柠檬酸溶液。将得到的糊剂快速混合1分钟并且然后在室中在100％相对湿度和50-60℃的温度下保留静置24小时，以便完成该酸碱反应并且使形成的透磷钙石分解成三斜磷钙石。将硬化的糊剂进行空气干燥并且压碎并且使用筛子来分类从而收集具有期望的粒度的部分。使用25kGyγ 辐射的剂量对得到的颗粒进行灭菌。

[0053] 实施例3：三斜磷钙石和羟基磷灰石材料

[0054] 为了获得由按质量计80-85％的三斜磷钙石和按质量计15-20％的羟基磷灰石[Ca10(PO4)G(OH)2]组成的材料，将0.88g的磷酸二氢钙和1.34g的羟基磷灰石充分混合。向该粉末的混合物中加入2.0ml的0.8M的柠檬酸溶液。将得到的糊剂快速混合1分钟并且然后在室中在100％相对湿度和50-60℃的温度下保留静置24小时从而完成该酸碱反应并且使形成的透磷钙石分解成三斜磷钙石。将硬化的糊剂进行空气干燥并且压碎并且使用筛子来分类从而收集具有期望的粒度的部分。使用25kGyγ辐射的剂量对得到的颗粒进行灭菌。

[0055] 实施例4：包含生物活性的钙化合物的不同三斜磷钙石材料的溶解度。

[0056] 为了确定包含不同比例的三斜磷钙石和不同生物活性的钙化合物的三斜磷钙石基质的溶解速率，将以前研磨成粒度小于100μm的100mg的各材料置于小瓶中。向各小瓶中加入100mL的pH 6.0的缓冲溶液(100mMKCOOCH3；用KOH和/或HCOOCH3调节)。将这些小瓶塞住并且在36.5℃下置于轨道摇动器中持续30分钟。然后使上清液过滤通过特氟纶膜(0.45μm)并且通过电感耦合等离子体原子发射光谱来确定滤液中的钙(Ca)浓度。对于每种材料实施3个复制品。在缓冲液中孵化之后各材料的溶解的Ca的平均浓度示于表2中。对于不同的磷酸钙中的每一种而言，从这些颗粒中溶解的Ca的量，以及因此该材料的溶解度直接取决于三斜磷钙石/磷酸钙的比率。对于在三斜磷钙石基质中包含不同磷酸钙的材料而言，溶解度取决于下面顺序的磷酸钙的类型：磷酸八钙＞α-磷酸三钙＞β-磷酸三钙＞羟基磷灰石。

[0057] 表2

[0058]

[0059] 实施例5：包含生物活性的钙化合物的三斜磷钙石材料的细胞定植和骨再生[0060] 为了确定包含生物活性的钙化合物的不同的三斜磷钙石基质的骨再生能力，在兔骨髓干细胞存在的情况下，将这些基质进行孵化。简言之，将骨髓细胞回收并且悬浮在10ml的具有谷氨酰胺和非必需氨基酸并且添加有1mM丙酮酸钠、1.5g/L碳酸氢钠、60mg/ml硫酸5
卡那霉素以及15％胎牛血清的Earls最低基础培养基中。将10 个细胞的悬浮液加入到包含0.5g测试材料(处于200μm至2000μm之间直径的颗粒形式)的孔中。孵化7天之后通过MTT间接染色法(根据Mosman T 1983J.Immunol.Meth.65：55-63)来确定材料的细胞定植。此外，为了确定骨形成能力，将不同的材料植入它们的颅骨中具有1cm直径孔口的兔模型中。植入后6周随后将该动物处死并且进行尸体解剖来对该材料进行评估。这些细胞聚集的材料之一也被植入骨再生模型中。表3显示了细胞定植模型的数据以及包含生物活性的钙化合物的不同的三斜磷钙石基质的体内评估。可以将观察到的效应分类为：″非常大量：+++++″、″大量：++++″、″中等：+++″、″稀少：++″、″无：+″。生物活性钙化合物的结合导致了支持细胞生长的能力以及骨再生能力的改进。

[0061] 表3

[0062]

[0063] 实施例6：具有或不具有β-磷酸三钙的三斜磷钙石、硅灰石以及水合的硅胶材料[0064] 为了获得由按质量计38-43％的三斜磷钙石、按质量计34-39％的α-硅灰石[α-CaSiO3]以及按质量计21-26％的水合的硅胶[-Si(OH)2-O]n组成的材料，将2.66ml的正磷酸(3.5M)和柠檬酸(0.8M)的水溶液加入到2.22g的具有小于50μm粒度的α-硅灰石中。将这些组分充分混合1分钟从而获得糊剂。可替换地，为了获得具有按质量计38-43％的三斜磷钙石、按质量计33-38％的β-磷酸三钙、按质量计0-2％的α-硅灰石、以及按质量计21-26％的水合的无定形硅胶的材料，将2.66ml的正磷酸(3.5M)和柠檬酸(0.8M)的水溶液加入到包含1.11g的α-或β-硅灰石和1.11g的β-磷酸三钙(两者都是具有小于50μm粒度的粉末)的混合物中。将组分充分混合1分钟从而获得糊剂。

[0065] 由不同组成产生的糊剂被倒入20mm直径和5mm深的盘形状的硅酮模具中。将在该糊剂硬化之后得到的盘形状在室中在20-30℃以及100％相对湿度下保留24小时从而完成该酸碱反应。在100-110℃下在烘箱中将盘干燥从而使透磷钙石分解成三斜磷钙石并且消除了被硅胶吸收的水。通过X射线衍射以及热分析来确定获得的固体的相组成(如表4中所示)。

[0066] 将得到的材料的体外生物活性与由按质量计40％的三斜磷钙石和按质量计60％的β-磷酸三钙组成的具有相同盘形状的材料进行比较。为此，将盘在模拟的生理流体(pH7.3，36.5℃)中孵化不同的时间，并且对用球形磷灰石覆盖表面的第一信号、以及整个覆盖的时间进行记录(根据Kokubo and Takadama 2006 Biomaterials 27：2907-29)。α-硅灰石和水合的硅胶结合到三斜磷钙石基质中导致得到的材料的体外生物活性增加(如表4中所示)。

[0067] 表4

[0068]

[0069] 实施例7：具有或不具有β-磷酸三钙的三斜磷钙石、生物活性玻璃、以及水合的硅胶材料

[0070] 为了获得由按质量计41-45％的三斜磷钙石、26-30％的组成70SiO2-30CaO的生物活性玻璃以及27-31％的水合的硅胶[-Si(OH)2-O-]n组成的材料，将1.54g的具有低于100μm粒度的生物活性玻璃，以及0.96g的磷酸二氢钙混合。向该粉末的混合物中加入
2.71ml的1.0M乙醇酸的水溶液，并且充分混合1分钟从而获得糊剂。

[0071] 可替换地，为了获得由按质量计41-45％的三斜磷钙石、12-16％的β-磷酸三钙、12-16％的生物活性玻璃，以及27-31％的水合的无定形硅胶组成的材料，将1.27g组成为70SiO2-30CaO并且小于100μm粒度的生物活性玻璃，0.40g的具有小于100μm粒度的β-磷酸三钙，以及1.40g的磷酸二氢钙混合。向该粉末的混合物中加入2.71ml的0.8M柠檬酸的水溶液，并且充分混合1分钟从而获得糊剂。

[0072] 将得到的糊剂倒入20mm直径和5mm深的盘形状的硅酮模具中。将填充的模具在室中在50-60℃以及100％相对湿度下保留48小时从而完成该酸碱反应并且使得到的透磷钙石分解成三斜磷钙石。将硬化的盘从模具中取出并且在100-110℃下在烘箱中进行干燥从而消除被硅胶吸收的水。通过X-射线衍射以及热分析来表征得到的固体。将由两种材料获得的盘在模拟的生理流体(pH 7.3，36.5℃)中孵化不同的时间，并且对用球形磷灰石覆盖表面的第一信号和整个覆盖的时间进行记录(根据Kokubo and Takadama 2006 Biomaterials 27：2907-29)。如表5中所示，对于包含生物活性玻璃的材料而言体外生物活性是较大的。

[0073] 表5

[0074]

[0075] 实施例8：用金属离子部分取代的三斜磷钙石材料和磷酸三钙

[0076] 为了获得由按质量计80-85％的用镁或锌部分取代的三斜磷钙石，以及由按质量计15-20％的β-磷酸三钙组成的材料，将0.68g的磷酸二氢钙和1.54g具有小于100μm粒度的β-磷酸三钙密切地混合。向该粉末的混合物中加入2.0ml的1.0M的乙醇酸溶液以及0.4M Mg(H2PO4)2或Zn(H2PO4)2。将得到的糊剂充分混合1分钟并且倒入15mm直径和3mm深的盘形状的硅酮模具中，从而得到具有这些尺寸的盘。将这些盘在室中在50-60℃以及100％相对湿度下保留24小时从而完成该酸碱反应并且使生成的透磷钙石分解成三斜磷钙石。将这些盘从模具中取出并且放置以进行空气干燥。根据X-射线衍射分、热重量分析、扫描电子显微镜镜以及通过X射线能量分散型光谱的微量分析，得到的这些材料是由按质量计80-85％的被镁或锌部分取代的三斜磷钙石、以及按质量计15-20％的β-磷酸三钙组成的。根据该相的颗粒的微量分析，在三斜磷钙石网状物中Ca被Mg和Zn取代分别导致4％的Ca被Mg原子取代以及3％的Ca被Zn原子取代。

[0077] 通过Alamar Blue分析(根据Nakayama et al.1997 J.Immunol.Methods 204：205-208).确定用Zn或Mg取代的材料促进细胞附着的能力。简言之，用γ辐射(25kGy)将这些盘灭菌，并且将这些材料中的每种的四个盘(用Zn或Mg取代或无取代)或四个等直TM 5
径的Thermanox 盘(作为对照)置于24孔板的孔中。向各孔中加入1ml的1.4x 10 细胞/mL原代人成纤维细胞培养物的完全MEM(最低基础培养基)中的悬浮液。将板在37±1℃下孵化一天并且将培养基与仍然保留在悬浮液中的那些细胞一起去除。向包含这些盘以及附着的细胞的孔中加入1ml的Alamar Blue(Alamar Blue的1∶10稀释物，Serotec，BUFO12A，含有MEM不含有酚红)溶液并且将板在37±1℃下孵化4小时。对于各读数点，通过用1ml的Alamar Blue溶液替换细胞悬浮液来包括空的空白。将4等分部分的100μl从各孔中转移到96孔板的孔中从而使用630nm的参考波长来确定570nm处的光密度。用磷酸盐缓冲生理盐水溶液清洗包含材料以及附着细胞的孔，并且加入1ml完全MEM以在37±1℃下继续孵化直至下一个读取时间点。在第1、4、7、14、以及21天进行读取。所测量的光密度与附着在测试材料的表面上的有活力的细胞的数量成正比。表6显示了对于各样品以及孵TM
化期的光密度读数。与Thermanox 相比，三个测试的材料显示60％的初始细胞附着，并且在孵化时间期间显示显著的增殖。对于所有的时间期间而言，发现最大的细胞数量与用Mg取代的材料相关联，随后是用Zn取代的材料，并且较小程度的是未取代的材料。

[0078] 表6

[0079]

[0080] 实施例9：包含结合在溶液中的生物相容性药剂的材料

[0081] 为了获得结合不同的可溶性生物相容性药剂的材料，将I型胶原、透明质酸钠、或壳聚糖以按质量计0.5％的浓度溶解在0.8M的柠檬酸溶液中。向这些溶液中加入磷酸二氢钙[Ca(H2PO4)2]与β-磷酸三钙[β-Ca3(PO4)2]的不同比例、羟基磷灰石[Ca10(PO4)6(OH)2]或透辉石[CaMg(SiO3)2]。将得到的糊剂充分混合1分钟并且置于5mm直径和12mm深，或15mm直径和3mm深的硅酮模具中，从而制造这些尺寸的圆柱体和盘。将圆柱体和盘在室中在20-30℃以及100％相对湿度下保留24小时从而完成酸碱反应。将盘放置以进行空气干燥并且从硅酮模具中取出。为了得到最终材料，通过在60℃下干燥热处理2小时将这些得到的材料的透磷钙石部分转化成三斜磷钙石。

[0082] 在双轴InstronTM 8511设备上在5mm直径圆柱体上确定压缩强度。测试在室温下并且在1mm/分钟的速度下进行直至该样品损坏。

[0083] 维持细胞生长的能力的确定是通过在15mm直径盘上成骨细胞样HOS细胞系(ECACC no.87070202)的细胞培养、以及通过显微镜对细胞定植进行观察以及MTT还原测定(根据Mosman T 1983 J.Immunol.Meth.65：55-63；y Slater T.F.et al.1963 Biochim.Biophys.Acta 77：383-93)来实现的。这些观察是在不同的时间点在7天内实施的。

[0084] 再生骨的能力的确定是通过在大鼠的胫骨中植入人为骨缺陷并且随后在7天、30天和120天处死这些动物之后对包含植入物位点的骨段进行组织学评估来实现的。用于植入的材料由片段获得，所述片段是由在压碎成具有200μm至2000μm大小的颗粒并且用γ辐射(25kGy)进行灭菌之后耐受压缩测定而产生的。

[0085] 获得的材料，它们的压缩强度、维持细胞生长的能力以及在动物模型中再生骨的能力示于表7中。这些生物相容性药剂结合到三斜磷钙石基质中导致它们的维持细胞生长和再生骨的能力的提高。可以将观察到的效应分类为：″非常大量：+++++″、″大量：++++″、″中等：+++″、″稀少：++″、″无：+″。

[0086] 表7

[0087]

[0088]

[0089] 实施例10：包含三斜磷钙石以及生物相容性药剂的纤维的整块料

[0090] 为了获得结合作为纤维的不同有机生物相容性药剂的材料，由I型胶原或可替换地由聚丙交酯-聚乙醇酸(50∶50)通过电纺丝技术(对于胶原从水溶液中并且对于聚丙交酯-聚乙醇酸从二甲基甲酰胺溶液中)来制造不同的纤维。这些纤维具有10μm至1000μm之间的最终直径，这取决于在它们的制造中所使用的参数。将这些纤维与1.55g的磷酸二氢钙[Ca(H2PO4)2]以及1.45g的α-硅灰石[α-CaSiO3]或可替换地1.46g组成为
70SiO2-30CaO(mol％)的生物活性玻璃、以及0.30g的β-磷酸三钙[β-Ca3(PO4)2]密切地混合，并且向这些混合物中分别加入3.0ml以及1.9ml的0.8M柠檬酸溶液。将得到的糊剂充分混合1分钟，并且倒入硅酮模具中以形成骨的形状并且在室中在100％相对湿度以及20-30℃的温度下保留24小时。一旦硬化，将不同的材料放置以进行空气干燥。为了得到最终产物，通过在100℃下热处理2小时将这些材料的透磷钙石部分转化成三斜磷钙石。
得到的材料包含按质量计55-65％的三斜磷钙石、按质量计15-30％的硅胶以及22-23％的α-硅灰石或9-12％的生物活性玻璃(70SiO2-30CaO)，以及按体积计约20％的I型胶原或聚丙交酯-聚乙醇酸纤维。这些纤维的结合导致更大的机械耐受性并且有利于细胞定植。

[0091] 实施例11：具有抗生素的三斜磷钙石和β-磷酸三钙材料。

[0092] 为了获得具有抗生素的三斜磷钙石和β-磷酸三钙材料，将2.11g的具有低于100μm粒度的β-磷酸三钙、0.11g的头孢曲松钠、以及25mg的海藻糖充分混合。向该混合物中加入1.53ml的2.0M正磷酸溶液并且将得到的糊剂充分混合1分钟并且压实到15mm直径和3mm深度的硅酮模具中从而制成这些尺寸的盘。将盘在具有100％相对湿度和50-60℃的温度的室中保留在模具中24小时从而完成该酸碱反应并且使形成的透磷钙石分解成三斜磷钙石。从模具中取出盘并且用γ射线进行灭菌。

[0093] 为了研究抗生素的释放，将盘置于小瓶中。在1∶10的固体/液体体积比率下，向盘的一半中加入pH 7.4的磷酸盐缓冲液(8mM K2HPO4、2mMKH2PO4、2.7mM KCl、137mM NaCl)并且向另一半中加入pH 4.0的磷酸盐缓冲液(1mM KH2PO4、137mM NaCl、2.7M KCl)。在研究的15天期间内将小瓶置于设定在37℃下的轨道摇动器上。释放到介质中的头孢曲松量的确定是通过UV光谱以及与标准曲线进行比较来实现的。在研究的第一个七小时期间，每1小时进行这些确定，对于第二至第四天而言，每24小时进行这些确定，并且在剩余期间内是最多每3天进行这些确定。对于各测定而言，将所有的液体移出并且用新鲜的缓冲剂来替换。在pH 4.0和7.4下头孢曲松的释放分布示于表8中。

[0094] 表8

[0095]

[0096] 实施例12：具有胶原和诱导的孔隙的整块料

[0097] 为了获得具有按质量计80-85％的三斜磷钙石、按质量计15-20％的β磷酸三钙、按质量计0.45％的胶原、以及不同程度的诱导的孔隙(孔隙率)的材料，将按质量计0.1％至3％的碳酸钙作为成孔剂(生孔剂)加入到1.42g的β-磷酸三钙和0.80g的磷酸二氢钙的混合物中。向该粉末的混合物中加入2.0ml的0.8M的包含0.5％质量/体积的I型胶原的柠檬酸溶液。将得到的糊剂充分混合1分钟，倒入3mm直径和6mm深的圆柱形模具中并且在具有100％相对湿度以及20-30℃温度的室中保留静置12小时。一旦硬化，将不同的材料放置以进行空气干燥。为了得到最终产物，通过在45℃下热处理2小时将得到的材料的透磷钙石部分转化成三斜磷钙石。得到的材料显示出可达50％的除了该材料的天然微孔隙(孔隙率)之外的诱导的孔隙(孔隙率)，并且孔径在50μm至800μm之间。得到的材料维持细胞生长的能力的评估是通过成骨细胞样细胞系HOS (ECACC no.87070202)细胞培养7天，对细胞定植进行显微观察以及MTT还原测定(根据Mosman T 1983 J.Immunol.Meth.65：55-63；y Slater T.F.et al.1963 Biochim.Biophys.Acta 77：383-93)来实现的。观察是在不同的时间在7天内来实现的。

[0098] 此外，在骨再生中得到的材料的疗效是在大鼠胫骨中在人为骨缺陷中来评估的。为此，使用90只健康的大鼠(Rattus norvegicus，Holtzman，约200g)。对于各时间点(7天、30天以及120天)，使用了30只动物的组。在胫骨的中段(骨干)中产生的3mm缺损中每组三只动物接受同一实验材料的双侧植入。在每组的三只动物中，这些人为缺陷不进行处理作为对照。在7天、30天以及120天之后，通过用硫喷妥钠的致死注射来处死动物，并且回收包含对照和植入物位点的骨段。将这些骨段在Bouin溶液中固定、清洗、脱钙、脱水并且包埋在石蜡中。切下一系列6μm厚的切片并且用苏木精和曙红进行染色以用于组织学检查。对新骨形成的程度进行评估并且分类为：″非常大量：+++++″、″大量：++++″、″中等：+++″、″稀少：++″、″无：+″。获得的材料，它们的维持细胞增殖的能力以及在大鼠动物模型中它们的再生骨的能力的评估示于表9中。孔隙结合到材料中导致支持细胞增殖和再生骨的增加的能力。

[0099] 表9

[0100]

[0101] 实施例13：包含生物活性的硅化合物和/或生物活性的钙化合物的用或不用Mg、Zn和Sr取代的三斜磷钙石材料

[0102] 为了确定结合生物活性的硅化合物的有益效应，生产表10中列出的用或不用Mg、Zn以及Sr取代的不同的三斜磷钙石基质并且关于它们的体内行为与不含生物活性的硅化合物的基质进行比较。简言之，通过由β磷酸三钙和/或α硅灰石和/或组成为70SiO2-30CaO的生物活性玻璃组成的碱性组分与磷酸的酸性溶液之间以化学计量的量或不足的量进行反应从而得到三斜磷钙石基质。对于合成用Zn或Mg离子取代的三斜磷钙石，将必要量的2ZnCO3.3Zn(OH)2、4MgCO3.Mg(OH)2或SrCO3分别溶解在磷酸溶液中。使用0.8至1.2之间的液体/粉末比率。在将该液体加入到该粉末中之后，将得到的糊剂充分混合
30秒并且在具有100％相对湿度的室中在60℃下保留静置24小时。一旦硬化，在60℃下将不同的材料干燥。将这些材料手动地研磨并且筛分。将250μm至1000μm之间的颗粒部分用于体内测定。在将它们植入之前，将这些材料在121℃下在1个大气压超压下灭菌
20分钟。

[0103] 对于体内测定，将颗粒植入绵羊的骨中。在所有绵羊的右侧和左侧肱骨、胫骨以及股骨中钻出6个13mm深×8mm直径的孔。使用了总共12只绵羊。各实验材料被随机地植入6个骨缺损以及6个随机选择的孔中(保留未处理并且用作对照)。在每个缺损中植入材料的骨再生和再吸收是通过植入之后12周的X射线、核磁共振、以及组织学检查来评估的。对新骨形成、骨再生的程度进行评估并且分类为：″非常大量：+++++″、″大量：++++″、″中等：+++″、″稀少：++″、″无：+″，并且示于表10中。硅化合物结合到包含本发明的基质的三斜磷钙石中，并且特别是在其中该三斜磷钙石被Mg、Zn或Sr部分取代的那些中，在骨再生方面具有明显的有益效应。

[0104] 为了确定形成的颗粒的一致性以及它们硬化的某种程度，将2g直径范围在250μm至1000μm之间的颗粒放到包含橡胶球的聚乙烯瓶内。将这些瓶在轨道摇动器中摇动30分钟并且将得到的材料筛分以确定小于250μm颗粒的部分。具有大于250μm剩余颗粒的最高比例的材料被认为具有较高的一致性和硬度。这些材料的一致性、以及间接地硬度的程度被分类为：″非常一致：+++++″、″一致：++++″、″中等一致：+++″、″软：++″、″非常软：+″，并且示于表10中。硅化合物和用Mg、Zn或Sr离子部分取代三斜磷钙石基质的结合显示对得到的材料的一致性和硬度具有积极贡献。

[0105] 表10

[0106]

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基于三斜磷钙石以及其它生物活性钙和硅化合物的组合的骨再生材料

基于三斜磷钙石以及其它生物活性钙和硅化合物的组合的

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