骨再生材料及其制造方法
阅读：43发布：2021-01-09
专利汇可以提供骨再生材料及其制造方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及包括以下步骤的方法：使含羟基 磷灰石 和有机物质的骨材料与提取液 接触 ，以产生第一液相和第二羟基磷灰石固相，所述第一液相含有所述有机物质以及可选的来自所述骨材料的杂质，所述第二羟基磷灰石固相含有所述羟基磷灰石；以及使所述液相和所述羟基磷灰石固相分离。所述提取液为加热至150℃和300℃之间且处于150kPa和350kPa之间压 力 下的 水 性提取液。，下面是骨再生材料及其制造方法专利的具体信息内容。
1.一种制造骨再生材料的方法，所述方法包括：
使含羟基磷灰石和有机物质的骨材料与提取液接触以产生第一液相和第二羟基磷灰石固相，所述第一液相含有所述有机物质以及可选的来自所述骨材料的杂质，所述第二羟基磷灰石固相含有所述羟基磷灰石；以及
使所述液相和所述羟基磷灰石固相分离；
其特征在于，所述提取液为加热至150℃和300℃之间且处于1500kPa和3500kPa之间压力下的水性提取液，并且分离出的所述羟基磷灰石固相形成所述骨再生材料。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：额外的干燥步骤，对所述羟基磷灰石固相进行干燥以得到干燥的羟基磷灰石固相。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述水性提取液为水或碱性pH的水性浓缩液，所述碱性pH的水性浓缩液含有浓度在0.5N和1N之间，优选在0.6N和0.9N之间的强碱。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述羟基磷灰石固相的所述第一分离步骤之后且在所述干燥步骤之前，所述方法包括：第二接触步骤，在150℃和300℃之间的温度下以及500kPa和1000kPa之间的压力下，使所述羟基磷灰石固相与碱性pH的水性稀释液接触，所述碱性pH的水性稀释液含有浓度在0.05N和0.4N之间，优选在0.1N和
0.3N之间的强碱；在所述第二接触步骤之后，进行第二液相和第二固相之间的第二分离步骤；随后干燥所述第二固相。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在进行干燥之前，用水清洗所述羟基磷灰石固相。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，在与所述提取液的第一接触步骤之前，所述方法包括所述骨材料的脱脂和去肉步骤。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述干燥步骤之后，所述方法包括所述干燥的羟基磷灰石固相的灭菌步骤。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述骨材料为天然动物来源的。
9.一种利用根据权利要求1至8中任一项所述的方法直接得到的骨再生材料，所述骨再生材料含有由天然来源的骨材料得到的羟基磷灰石固相并且具有与所述骨材料相同的晶体结构和形态。
10.根据权利要求9所述的材料，其中，所述骨材料为天然动物来源的。
11.根据权利要求9或10所述的材料，其中，所述有机物质的含量低于150ppm，并且所述有机物质包括含量小于130ppm的蛋白。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的材料在哺乳动物，优选人的缺损部位的骨形成、骨再生或骨修复中作为植入物或假体的应用。
13.一种包含根据权利要求9至12中任一项所述骨再生材料的医疗器械。
骨再生材料及其制造方法
技术领域
背景技术
[0002] 该类型的骨再生材料尤其在修复手术或美容手术的不同领域中用于治疗骨缺损。
[0005] 这些材料包括利用直接沉淀方法或溶胶-凝胶型方法由磷酸和钙盐合成制备的人造材料。
[0006] 然而，前述合成方法并不能够得到这样的骨再生材料：在该骨再生材料中，羟基磷灰石具有与在自然状态中骨基质中发现的结构相似的多孔立体结构。
[0007] 这就使得越来越多的关注天然来源的羟基磷灰石的使用，该天然来源的羟基磷灰石具有的优点是：其呈现出与天然状态的骨材料相同的晶体结构和形态。
[0008] 具体地，一旦在清除骨样品的有机物质(包括由诸如朊病毒的蛋白、肽和脂质所形成组中的至少一种成分)之后，源自骨样品的天然羟基磷灰石能够得到与人造类似物相比，使其自身更好地进行骨再生的基质。
[0009] 必要的是，例如在植入状态的情况下，应当清除骨再生材料任何痕量的有机物质，从而在植入后，该骨再生材料能够良好地整合至体内，并且该骨再生材料是生物相容的，并且与其经由骨传导来放置其内的生物环境相互反应。
发明内容
[0010] 在这种情况下，本发明涉及一种制造骨再生材料的方法，所述方法包括：
[0011] 使含羟基磷灰石和有机物质的骨材料与提取液接触以产生液相以及含羟基磷灰石固相，所述液相含有所述有机物质以及来自所述骨材料的可选的杂质，所述羟基磷灰石固相含有所述羟基磷灰石；以及
[0012] 使所述液相和所述羟基磷灰石固相分离。
[0013] 例如，可由文献US5417975和WO96/12509知晓该类型的方法。更具体地，文献US5417975公开了天然来源的熟知骨再生材料 的制备方法，文献WO96/12509公开了骨传导性材料的制备方法。
[0014] 除了改进天然骨再生材料的骨传导性之外，它们的生产还能够回收屠户和屠宰场处的有机废弃物，这些有机废弃物形成了具有大量骨材料的低成本来源。
[0015] 在US5417975的方法中，首先对骨材料进行脱脂，随后将其放置在伯胺或氨的热的水性溶液中(优选地温度在80℃和200℃之间)，其中，有机物质被降解并且通过在加热至20℃和60℃之间的温度且有利地在至少10cm/小时的水流速下的去离子水中的后续的冲洗而溶解为最终的提取液。
[0017] 根据US5417975，骨材料和所述加热的水性溶液之间的接触时间取决于材料的粒度，伯胺或氨溶液的反应性以及该水性溶液被加热的温度。通常来讲，该时间在2小时和200小时之间。例如，对于在118℃下用乙二胺水性溶液处理直径为1cm的骨材料样品，需要至少50小时的处理时间来得到令人满意的有机物质的降解度(使得在冲洗后，有机物质的保留含量低于150ppm)。
[0018] 随后，在250℃和600℃之间的温度下对如此处理的骨材料进行空气干燥，直至材料的重量稳定在恒定值。为了得到高纯度的骨再生材料，即，在该骨再生材料中，有机物质的含量低于150ppm，利用去离子水的冲洗步骤必须连续地进行5天至25天。
[0019] 遗憾地是，所述方法具有若干限制。首先，该方法使用有机溶剂进行处理，而在处理后剩余的有机溶剂不能回收且必须处理。接下来，该方法涉及在60℃的胺浴中处理超过50小时，随后用持续流动的去离子水冲洗至少5天。明显地，该方法的漫长时间(至少5天)以及涉及利用必须被处理的污染性有机产品就意味着所述方法在工业规模是昂贵且难以实施的。
[0020] 本发明的目的是通过提供一种能够较快制造不含任何痕量有机物质的骨再生材料的方法来克服现有技术中的不足，该方法易于实施，并且该方法的步骤限制了对环境的不利影响，并且所产生的副产品易于处理。
[0021] 此外，本发明的目的是提出一种生产骨再生材料的方法，在所述方法中，所有的步骤能够以工业规模连续地或半连续地在单一反应器中进行。由于本发明的方法在产率、能耗方面尤其有效并且仅使用相对低成本的试剂，诸如，水和氢氧化钠，此外能够实现“绿色”方法，即环境友好的方法，因此容易得到该工业适用性。
[0022] 在实践中，所述方法必须使在利用本发明的制造方法得到的骨再生材料中，有机物质的含量低于150ppm。
[0023] 有利地，所述方法必须使所制得的骨再生材料含有含量低于130ppm的蛋白并且完全不含完整的蛋白质或肽，特别是朊病毒。
[0024] 为了解决该问题，本发明提供了如上所述的方法，其特征在于，所述提取液为加热至150℃和300℃之间且处于1500kPa和3500kPa之间压力下的水性提取液，并且分离出的所述羟基磷灰石固相形成所述骨再生材料。
[0025] 据观察，已经令人惊奇地是，在所谓“强化的”条件下，即在150℃和300℃之间的温度以及1500kPa和3500kPa之间的压力下，使骨材料与水性提取液接触而将所有不期望的有机物质和其它不期望的杂质提取在液相中，来允许生产仅含有形成骨材料的羟基磷灰石的羟基磷灰石固相。对于其它不期望的有机物质和其它不期望的杂质，如果它们存在于固相中，则将损害羟基磷灰石的生物相容性，并且在作为骨植入物插入时，增加排斥的可能性。在强化条件下，水的特性使其既作为溶剂又作为试剂。在所述方法中使用的高温即150℃和
300℃之间的温度具有如下影响：增加的水的解离(以及因此增加其反应性)；使各个反应加速，尤其是水解反应；并且显著降低溶剂的粘度。当使用液体试剂处理不溶性多孔固体时，由于固体基质中液体的扩散速率决定了效率和化学交换速率，所以降低溶剂的粘度这一性质是有利的。
300℃之间的温度具有如下影响：增加的水的解离(以及因此增加其反应性)；使各个反应加速，尤其是水解反应；并且显著降低溶剂的粘度。当使用液体试剂处理不溶性多孔固体时，由于固体基质中液体的扩散速率决定了效率和化学交换速率，所以降低溶剂的粘度这一性质是有利的。
[0026] 在这一完全出乎意料的情况下，作为本发明的一部分已经表明，在本发明的温度和压力条件下所进行的提取和冲洗步骤只需约2小时至5小时的时间，这与现有技术不同，尤其是在其中该时间接近50小时(即，高10倍)的文献US5417975不同。更具体地，根据本发明，提取步骤本身小于1小时，这就大大限制了能耗并且使得本发明的方法更加有效和工业上适用。
[0027] 此外，温度和压力的这些条件使得在正常温度和压力条件下不溶于水的有机化合物增溶。同时，羟基磷灰石在该强化条件下在水相中保持不溶。
[0028] 任选地，在所述干燥步骤之前，使第一接触步骤和所述分离步骤重复若干次。
[0029] 有利地，本发明的方法进一步包括：额外的干燥步骤，对所述羟基磷灰石固相进行干燥以得到干燥的羟基磷灰石固相。
[0030] 有利地，在利用本发明的方法处理之前，所述羟基磷灰石固相的重量对应于所述骨材料的重量的55％和65％之间，优选57％和62％之间。
[0031] 优选地，在220℃和250℃之间，有利地低于240℃的温度下，使骨材料与水性提取液接触。
[0032] 据观察，有效地是，对于本发明的部分，在这些温度下，所述方法实现了最佳效率，即，所述方法允许制造在其中蛋白含量严格低于130ppm的骨再生材料，较高的温度导致有机物质中所含的蛋白以及它们的初始水解残余物的过快分解，也即促进不溶固体有机残余物形成在羟基磷灰石相中，其中，该有机残余物不能经提取液提取，而其存在可能损害再生材料的生物相容性。
[0033] 可替代地，在2500kPa和3000kPa的压力下，使骨材料与水性提取液接触。
[0034] 有利地，所述水性提取液为水或碱性pH的水性浓缩液，该碱性pH的水性浓缩液例如由浓度在0.5N和1N之间，优选在0.6N和0.9N之间的强碱(优选碱性氢氧化物)溶解在水中来形成。
[0036] 此外，在高于7的pH值下，羟基磷灰石的溶解度仍然非常低。因此，通过在碱性pH下进行提取步骤，能够确保羟基磷灰石的不溶于提取液。
[0037] 在本发明方法的一个具体实施方式中，所述干燥步骤为在100℃和300℃之间，优选在120℃的温度的干热中进行的烘箱干燥步骤。
[0038] 优选地，在所述羟基磷灰石固相的所述第一分离步骤之后且在所述干燥步骤之前，本发明的方法包括：第二接触步骤，在150℃和300℃之间，优选在150℃的温度下以及99kPa和1000kPa之间，优选在500kPa的压力下，使所述羟基磷灰石固相与碱性pH的水性稀释液接触；在所述第二接触步骤之后，进行第二液相和第二固相之间的第二分离步骤；随后干燥所述第二固相。
[0039] 有利地，所述碱性pH的水性稀释液通过将强碱溶解在水中来形成，例如浓度在0.05N和0.4N之间，优选在0.1N和0.3N之间的碱性氢氧化物。
[0040] 任选地，在进行干燥之前，用水预先冲洗所述羟基磷灰石固相。
[0041] 在一个优选实施方式中，本发明的方法的特征在于：在与所述提取液的第一接触步骤之前，所述方法包括所述骨材料的脱脂和去肉(décharnage)步骤。
[0042] 优选地，在100℃或更高，优选在100℃和200℃下的温度下通过使所述骨材料与所述水性溶液，优选碱性pH的水性溶液接触来进行该脱脂和去肉步骤。
[0043] 优选地，在该脱脂和去肉步骤之后，进行从骨材料上刮削肉、骨髓和软骨的残余物的步骤。
[0044] 有利地，在所述干燥步骤之后，本发明的方法包括所述干羟基磷灰石固相的灭菌步骤。
[0045] 在本发明方法的一个具体实施方式中，例如通过在密封含氟聚合物袋中将所述干羟基磷灰石相在120℃下加热14小时来进行所述灭菌步骤。优选地，干燥温度为100℃和300℃之间，时长在5小时和20小时之间，优选在10小时至15小时之间。
[0047] 通常来说，骨材料来自于屠户的废弃物，这意味着本发明的方法具有回收大量可利用废弃物的优点。
[0049] 本发明还涉及利用本发明的方法直接得到的骨再生材料，所述骨再生材料含有由天然来源的骨材料得到的羟基磷灰石固相并且具有与所述骨材料相同的晶体结构和形态。
[0050] 有利地，所述固相仅包括由天然来源的骨材料得到的羟基磷灰石。
[0051] 优选地，所述骨材料来自于牛或小牛的骨骺或干骺端。
[0052] 在一个具体实施方式中，骨再生材料包括含量低于150ppm的有机物质，所述有机物质含有含量低于130ppm的蛋白。
[0054] 此外，已经表明，根据本发明骨再生材料具有的晶体结合和形态类似于的晶体结构和形态。
[0055] 因此，利用本发明的方法得到的再生材料如 一样为多孔材料，该多孔材料具有直径为50微米或更大，优选50微米和100微米之间的孔。
[0056] 在所附权利要求中示出了本发明的方法的其它实施方式。
[0057] 本发明还涉及包含本发明的骨再生材料的医疗器械。
[0059] 由于下文给出的非限制性以及下文中涉及比较例的描述，本发明的其它特征和优点将更加明显。
[0060] 图1示出了利用本发明的方法得到的再生材料(a)与 (b)的叠置红外光谱(IR)。
[0061] 图2示出了利用本发明的方法得到的再生材料(a)与用本发明的方法处理之前的骨材料(b)的叠置红外光谱(IR)。
[0062] 图3示出了利用本发明的方法得到的再生材料(a)、用本发明的方法处理之前的骨材料(b)以及参照蛋白：玉米醇溶蛋白(c)的叠置IR光谱。
[0064] 图5给出了在0微米至50微米的尺度以及0微米至100微米的尺度上，在利用本发明的方法由牛骨骺得到的骨再生材料上获得的两张SEM图像。
[0065] 图6给出了在0微米至100微米的尺度上，在利用本发明的方法由小牛干骺端得到的骨再生材料上获得的两张SEM图像。
[0066] 图7给出了在0微米至50微米的尺度上，在利用本发明的方法由牛干骺端得到的骨再生材料上获得的SEM图像。
[0067] 图8给出了在0微米至100微米的尺度上，在800℃下煅烧从牛骨骺得到的骨再生材料上获得的两张SEM图像。
具体实施方式
[0068] 以下提供的实施例并不用于限制本发明的说明。
[0069] 在下列实施例中，通过在水中持续地煮沸来预先对骨材料进行脱脂和去肉，随后通过刮削来去除肉、骨髓和软骨的残余物。
[0070] 实施例1
[0071] 在无搅拌器的釜式反应器中，使50g的脱脂去肉骨材料(含羟基磷灰石)、400ml的去离子水以及10g的强碱(NaOH)混合，随后利用电热套经由外部加热至220℃±2℃的温度。使反应器的升压至2500kPa。在这些温度和压力的条件下维持1小时的时段。
[0072] 使该反应器冷却至室温，并且减压至大气压，通过倾析从反应器中移除均匀液相，从而仅在反应器中保留固相，随后向反应器中加入由5g的NaOH溶解在400ml的去离子水所形成的溶液。
[0073] 随后，在大气压下(约100kPa)，使釜式反应器升温至150℃，并持续1小时的时段。
[0074] 再一次使该反应器冷却至室温，倾析反应器内容物，并且用去离子水冲洗固相、羟基磷灰石固相，并且随后在120℃的温度下在烘箱中进行干燥直至其重量稳定在一固定值。
[0075] 在图1中示出了与 相比，形成骨再生材料的羟基磷灰石固相的IR光谱。IR光谱是相同的，这表明了利用本发明的方法得到的骨再生材料与 相同。
[0076] 图2示出了利用本发明得到的再生材料的IR光谱(a)与用本发明的方法处理之前骨材料(b)的IR光谱(b)的叠置。
[0077] 该叠置示出了骨材料中蛋白对本发明的再生材料的IR光谱的组成的贡献。该贡献-1 -1 -1 -1主要特征是：在3500cm 和3000cm 之间以及1750cm 和1500cm 之间非常强的吸收带，而在利用本发明的方法得到的再生材料中观察不到该吸收带。
[0078] 图3示出了去肉脱脂骨材料以及参照蛋白：玉米醇溶蛋白之间IR光谱的对比。在3500cm-1和3000cm-1之间以及1750cm-1和1500cm-1之间电磁波谱区域中的特征峰之间的对应证实了在去肉脱脂之后，骨材料中几乎仅不含蛋白。
[0079] 图4为 结构的SEM图像，证实了其多孔结构。在阅读该图的基础上，能够清楚地看出该材料具有包括两种类型孔的结构：直径约50微米的孔，对应于蛋白的提取物；以及在该骨材料的结构中所固有的直径约100微米的孔。
[0080] 图5至图7为分别由牛骨骺(图5)、小牛干骺端(图6)和牛干骺端(图7)得到的骨再生材料结构的SEM图像。
[0081] 在根据实施例1制备的不同骨再生材料中，由小牛干骺端得到的材料显示出的多孔结构类似与 的多孔结构。
[0082] 实施例2
[0083] 在无搅拌器的釜式反应器中，使100g的脱脂去肉骨材料(含羟基磷灰石)、400ml的去离子水以及10g的NaOH混合，随后利用电热套经由外部加热至230℃±2℃的温度。使反应器的升压至2500kPa。在这些温度和压力的条件下维持2小时的时段。
[0084] 使该反应器冷却至室温，并且减压至大气压，通过倾析从反应器中移除均匀液相，从而仅在反应器中保留固相，随后向反应器中加入由3g的NaOH溶解在400ml去离子水所形成的溶液。
[0085] 随后，在大气压下(约100kPa)，使釜式反应器升温至150℃，并持续2小时的时段。
[0086] 再一次使该反应器冷却至室温，倾析反应器内容物，并且用去离子水冲洗固相、羟基磷灰石固相5次，并且随后在120℃的温度下在烘箱中进行干燥直至其重量稳定在一固定值。
[0088] 实施例3
[0089] 在无搅拌器的釜式反应器中，使100g脱脂去肉牛骨骺(含羟基磷灰石)、400ml的去离子水以及15g的NaOH混合，随后利用电热套经由外部加热至230℃±2℃的温度。使反应器的升压至2500kPa。在这些温度和压力的条件下维持2小时的时段。
[0090] 使该反应器冷却至室温，并且减压至大气压，通过倾析从反应器中移除第一均匀液相，从而仅在反应器中保留固相，随后用去离子去冲洗保留在反应器中的固相。
[0091] 再一次，使固相与400ml的去离子水以及10g的NaOH混合，并且再一次进行上述处理。
[0092] 通过倾析从反应器中移除第二均匀液相，从而仅在反应器中保留固相，随后向反应器中加入由1g的NaOH溶解在400ml的去离子水所形成的溶液。随后，在大气压下(约100kPa)，使釜式反应器升温至150℃，并持续2小时的时段。
[0093] 再一次使该反应器冷却至室温，倾析反应器内容物，并且用去离子水冲洗羟基磷灰石固相5次，并且在120℃的温度下在烘箱中进行干燥直至其重量稳定在一固定值。
[0094] 研磨由此所得到的羟基磷灰石固相，并且筛分成0.25毫米至1.0毫米单一部分。
[0095] 实施例4
[0096] 在马弗炉中以800℃±2℃的温度煅烧100g的骨材料1小时直至该材料完全脱色。
[0097] 冷却后，研磨由此所得到的羟基磷灰石固相，并且筛分成0.25毫米至1.0毫米以及0.08毫米至0.25毫米的两部分，并且随后在密封含氟聚合物袋中于120℃下灭菌14小时。
[0098] 图8示出了根据实施例4的方案得到的固相的SEM图像中的多孔结构。如在该图中所示，在800℃下煅烧该骨材料产生具有结构不同于 的羟基磷灰石固相，这是由于羟基磷灰石晶格的初始崩塌导致结构的孔隙率降低，此外还伴随有约20微米大小的裂缝的出现。
[0099] 该实施例的结构趋向于表明在高温下处理羟基磷灰石使形态劣化，并且因此劣化了骨再生材料的骨传导性。
[0100] 温度增加至800℃显示出羟基磷灰石结构的孔体积的降低，该降低可能归因于发生烧结。
[0101] 实施例5
[0102] 在本实施例中所描述的实施方式中，与前述实施例中所描述的实施方式相反，在溶解有5gNaOH而形成水性碱溶液的3升水内的两个连续的煮沸步骤中对1.7Kg的小牛干骺端进行2小时的清理，并且在每个步骤后更换该水性碱溶液。
[0103] 在每一煮沸步骤之后，对材料进行刮削以去除肉、骨髓和软骨的残余物。
[0104] 将如此处理的骨材料切成厚度5毫米。在无搅拌器的釜式反应器中，使100g该材料、400ml的去离子水以及10g的NaOH混合，随后利用电热套经由外部加热至230℃±2℃的温度。使反应器的升压至2500kPa。在这些温度和压力的条件下维持2小时的时段。
[0105] 使该反应器冷却至50℃的温度，并且减压至大气压，通过倾析从反应器中移除均匀液相，从而仅在反应器中保留固相，随后向反应器中加入由3g NaOH溶解在400ml去离子水所形成的溶液。
[0106] 随后，在大气压下(约100kPa)，使釜式反应器升温至150℃，并持续2小时的时段。
[0107] 再一次使该反应器冷却至室温，倾析反应器内容物，并且用去离子水冲洗羟基磷灰石固相5次，并且随后在120℃的温度下在烘箱中进行干燥直至其重量稳定在一固定值。
[0108] 研磨由此所得到的羟基磷灰石固相，并且筛分成1.0毫米至2.0毫米、0.25毫米至1.0毫米以及小于0.25毫米的三部分。
[0109] 上述实施方式并不以任何方式构成对本发明的限制，并且在所附权利要求的范围内，可对本发明进行多种改动。
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