[发明专利]复合生物材料及其制备方法

说明书

本申请是申请日为2004年10月28日、申请号为200480032126.1、名称为“复合生物材料及其制备方法”的发明专利申请的分案申请。 

技术领域

本发明涉及用于生物医学应用的人工骨、牙科材料和再生支架（scaffold）领域，尤其涉及包含胶原蛋白、磷酸钙材料和一种或多种糖胺聚糖的人工骨、牙科材料和再生支架及其前体。 

背景技术

天然骨是胶原蛋白、包括糖胺聚糖的非胶原蛋白有机相和磷酸钙的生物复合体。其复杂的层级结构产生了出色的机械性能，包括高的硬度、强度和断裂韧度，从而使骨能够承受日常活动所产生的生理应力。本领域的研究人员面临的挑战是，如何使合成材料的组成和结构允许天然骨可以生长在人体或动物体中的合成材料里面和周围。 

已经发现，骨通过人体环境中形成的骨状磷灰石层直接连接到人体中的磷酸钙上（称为生物活性的性能）。另一方面，已知胶原蛋白和包含胶原蛋白和例如糖胺聚糖等其它生物有机物质的共聚物是多种细胞附着和增殖的最佳基质，所述细胞包括人体中负责骨的生成和修复的那些细胞。 

羟磷灰石是最通常用作骨替代材料的成分的磷酸钙。但是，与例如透钙磷石、磷酸三钙和磷酸八钙等其它形式的磷酸钙材料相比，羟磷灰石是较难溶的材料。由于该材料在人体中的再吸收速率特别低，所以当制备生物材料时，磷灰石的较低的溶解度是不利的。 

例如羟磷灰石等磷酸钙是机械硬度高的材料。但是，与天然骨相比，它们较脆。胶原蛋白是机械韧性高的材料，但是与天然骨相比，它具有较低的硬度。包含胶原蛋白和糖胺聚糖的共聚物的材料比单独的胶原蛋白具有更高的韧性和硬度，但是，与天然骨相比，仍然具有较低的硬度。 

在现有技术中，在制备机械韧性超过羟磷灰石且硬度超过胶原蛋白和胶原蛋白与糖胺聚糖的共聚物的人工骨替代材料时，先前的尝试包括通过机械混合合并胶原蛋白和磷灰石。这样的机械方法描述在EP-A-0164484中。 

该技术的最新进展包括，通过机械混合羟磷灰石、胶原蛋白和软骨素-4-硫酸酯来制备包含这些组分的骨替代材料。该技术描述在EP-A-0214070中。该文献还描述了软骨素-4-硫酸酯与胶原蛋白的脱水热交联。已经发现，包含磷灰石、胶原蛋白和软骨素-4-硫酸酯的材料具有良好的生物相容性。将磷灰石与胶原蛋白和需要时的软骨素-4-硫酸酯机械混合，实际上形成被胶原蛋白/软骨素-4-硫酸酯包覆的磷灰石颗粒。已经发现，尽管该材料是生物相容性的，但是在人体或动物体内，天然骨在内部的生长极为有限，而且不能重新形成合成材料的磷酸钙相。 

发明内容

本发明旨在解决至少一部分与现有技术相关的问题。 

第一方面，本发明提供一种制备包含胶原蛋白、透钙磷石和一种或多种糖胺聚糖的复合材料的方法，所述方法包括以下步骤： 

提供包含胶原蛋白、钙源和磷源以及一种或多种糖胺聚糖的酸性水溶液；和 

从该水溶液中一起沉淀出胶原蛋白、透钙磷石和一种或多种糖胺聚糖以形成三元共沉淀物。 

术语三元共沉淀物包涵三种化合物的沉淀物，其中，从相同溶液/分散液中基本上同时沉淀出所述化合物。这应与机械混合这些组分形成的材料不同，特别是与例如在不同溶液中单独沉淀出的这些组分不同。共沉淀物的微结构基本上不同于机械混合其组分形成的材料。 

在第一方面中，所述溶液优选具有2.5～6.5的pH，更优选2.5～5.5。更优选地，所述溶液具有3.0～4.5的pH。进而更优选地，所述溶液具有 3.8～4.2的pH。最优选地，所述溶液具有约为4的pH。 

所述钙源优选选自硝酸钙、醋酸钙、氯化钙、碳酸钙、烷氧基钙、氢氧化钙、硅酸钙、硫酸钙、葡萄糖酸钙和肝素的钙盐中的一种或多种。肝素的钙盐可以得自猪的肠粘膜。合适的钙盐可购自Sigma-Aldrich Inc.。 

所述磷源优选选自磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸、二水合磷酸氢二钠(Na₂HPO₄·2H₂O，有时称为GPR Sorensen盐)和磷酸三甲酯、磷酸的碱金属(例如Na或K)盐、磷酸的碱土金属(例如Mg或Ca)盐中的一种或多种。