[发明专利]生物陶瓷和生物聚合物复合材料

说明书

相关申请的相互参考

本申请请求2008年5月30日提交的美国临时申请案第61/129,003号的权益，该案的全部内容以引用方式并入本文。

技术背景

发明领域：本发明主要涉及生物陶瓷移植物及其制造方法，该生物陶瓷移植物或单独或与药剂组合用作矫形外科和牙科领域的骨替代物。

本文论及的任何出版物或参考文献是用来描述发明的背景以及提供关于其实施的更多细节。在本文中不应该解释为承认发明人由于现有发明而没有权利先于这些公开内容。

矫形外科重塑手术常规地包括外科引入提供骨骼功能、坚硬固定和骨整合的结构移植物。当被植入到结构性载入部位时，由这些装置引起的高应力历史上曾限制了材料对金属性的和挑选的聚合物配方的选择。虽然机械要求达到了，但这些惰性材料并不参与有条理地重塑骨骼，因而可能遭受长期排斥。

当前，替换受损或患病骨骼的最常见实践是使用自体移植物(从患者中移取的骨骼)。然而，供体部位的高发病率、使人痛苦的二次“获得性”外科手术的必要性、以及大量可骨移植物骼的缺乏损害患者的结果。与异体移植物(从尸体上取下的骨骼)和异种移植物(从动物中获得的骨骼)有关的包括：(1)传播疾病，(2)难以获取和处理，(3)不确定的免疫反应，和(4)早期吸收(premature resorption)。

由于与“自然”移植物相关的限制，开发人工骨移植物具有显著的优势，人工骨移植物具有潜在的重要优势，包括：消除疾病传染的风险；不利免疫反应发生的降低；没有使人痛苦的“获得性”手术；相对低的成本；无限制地供应；以及合入加速骨骼复原过程药剂的能力。

然而，人工骨移植物要成为有效的骨替代物，这些材料应该具有合适的物理结构和机械性能。对包括高结构载荷的应用尤其关注的是经得住生理状况而不发生移物植损坏或降解的能力。

矫形性移植物的机械固定会导致结构损坏以及颗粒残留物的无意识释放。此外，可移植装置可以要求一定程度的几何校正以适应移植物位置的特殊限制。因此，能够经受塑形、钻孔和穿插而不片断化的高性能骨替代物具有临床优势。

生物聚合物与生物陶瓷的结合具有将钙基生物陶瓷的强度、硬度和骨传导性与高分子相(polymeric phase)的韧性和可控生物降解性结合的潜力。制作的方法通常包括将生物聚合物注入生物陶瓷网络中的孔隙空间中，如US 2004/0043051 A1所描述的方法。

存在各种生产多孔生物陶瓷网络的技术；参考，例如，美国专利第3,899,556号、3,929,971号、4,654,314号、4,629,464号、4,737,411号、4,371,484号、5,282,861号、5,766,618号、5,863,984号和国际专利第WO 95/32008号以及第WO99/19003号。生产多孔陶瓷体常用的技术包括如美国专利第4,629,464号、4,654,314号、3,899,556号、和国际专利第WO 95/32008号描述的成孔剂的使用。

尽管生产多孔生物陶瓷组份的上述技术成功地产生了生物聚合物可以渗透其中的开口孔隙度(open porosity)，但就结构骨架载荷而言，这些复合材料装置的总结构性能是低的。

由于骨间隙或缺损的修复或替换是部位特异的，药剂，如骨生长因子必需通过合适的载体被局部地递送。可生物降解聚合物曾经被用作药物递送载体，因为它们可以被直接植入修复部位，并且它们的降解速率可以被控制，因而药物递送的速率也可以被控制。然而，这样的可生物降解聚合物并不具有适合硬组织替换的机械性能。因此，对聚合物/陶瓷复合材料的兴趣有所增加，如，例如U.S.5,766,618和国际专利第WO 99/19003号所公开的。

因此，发展生物陶瓷和生物聚合物复合材料将是有利的，生物陶瓷和生物聚合物复合材料具有必要的生物学性能和机械性能以在骨骼的高载荷区域能成功操作。这样的复合材料应该允许对移植物的塑形、钻孔和穿插以使手术替换和手术固定过程中移植专用技术(implant customization technique)有广泛的范围。此外，生物聚合物相会使药剂逐步释放以刺激并促进移植区中进行的生物学过程。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了高性能多孔生物陶瓷，其具有增强的抗拉强度和抗压强度，这归应于其烧结前在高载荷下压缩形成生物陶瓷前体和成孔剂的能力。同样也提供了多孔生物陶瓷的制作和使用方法。