使用多孔金属结构的蛋白递送制造技术

本发明专利技术提供了骨传导合成骨移植物，其中多孔金属基质负载有骨诱导蛋白。在某些实施方案中，移植物包括沉积在基质内的多孔陶瓷颗粒。

Protein delivery using porous metal structures

The present invention provides a bone conduction synthetic bone graft, in which porous metal matrix is loaded with osteoinductive protein. In some implementations, the graft includes porous ceramic particles deposited in the matrix.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用多孔金属结构的蛋白递送相关申请本申请要求2016年6月10日提交的名称为“使用多孔金属结构的蛋白递送(PROTEINDELIVERYWITHPOROUSMETALLICSTRUCTURE)”、序列号为第62/348,163号的美国临时申请的优先权。专利
本申请涉及医疗装置和生物疗法，并且更具体地涉及用于修复和/或替代骨组织的植入物。背景每年在大约两百万个矫形手术中使用骨移植物，并且通常采用三种形式之一。自体移植物，其通常由从患者的一个部位采集以移植到同一患者的另一部位的骨组成，是骨移植材料的基准，因为这些材料同时具有骨传导性(用作新骨生长的支架)、骨诱导性(促进成骨细胞发育)和成骨性(包含形成新骨的成骨细胞)。然而，对自体移植物供应的限制已经使得使用来自尸体的同种异体移植物成为必要。然而，这些材料不如自体移植物理想，因为同种异体移植物可能引发宿主-移植物免疫反应或可能传播感染性疾病或朊病毒疾病，并且通常被灭菌或处理以去除细胞，这消除了它们的成骨能力。鉴于人源骨移植材料的缺点，在本领域中已经存在对合成骨移植材料的长期需求。合成移植物通常包含以固体或颗粒植入物、糊状物或油灰(putty)形式递送的钙陶瓷和/或粘固剂。这些材料是骨传导性的，但不是骨诱导性或成骨性的。为了改善它们的功效，合成含钙材料已经负载了骨诱导材料，特别是骨形态发生蛋白(BMP)，如BMP-2，BMP-7或其他生长因子如成纤维细胞生长因子(FGF)、胰岛素样生长因子(IGF)、血小板衍生生长因子(PDGF)和/或转化生长因子β(TGF-β)。然而，重大的技术挑战已经妨碍了将骨诱导材料有效地掺入合成的骨移植替代物中，这进而限制了高质量骨诱导性合成骨移植材料的开发。一个这样的挑战是开发一种移植物基质，该移植物基质随着时间的推移而不是以单次短暂爆发性释放方式递送骨诱导材料，并且具有适当的物理特性以支持新骨生长。具有适当物理特性的材料的制备，除其他外，还涉及平衡以下要求，这样的材料是足够刚性的以承受在植入期间和植入后将施加到移植物的负荷的要求，和它们保持足够多孔以允许细胞和组织浸润，并可以以允许用新骨代替移植物的速率降解或溶解的要求，以及它们以适合骨生成的时间和空间方式洗脱骨诱导材料的单独要求。只有上述设计标准的组合才能产生用于促进新骨形成和最终愈合的最佳移植物基质。例如，目前商业上可获得的BMP-洗脱合成骨移植物不符合这些要求中的一个或多个，并且存在对经优化以用于递送骨诱导材料如BMP的骨移植物材料的需求。专利技术概述本专利技术通过提供具有与最佳物理特性组合的改进的骨诱导蛋白洗脱的合成骨移植材料，以及其制备和使用方法，解决了本领域中重要的未满足的需求。一方面，本专利技术涉及组合物，其包含具有多个平均尺寸在50至500微米的范围内的微孔的多孔生物相容性基质和骨诱导蛋白。在优选的实施方案中，骨诱导蛋白为BMP-GER-NR或BMP-GER。在一些实施方案中，骨诱导蛋白为BMP，如BMP-2、BMP-7等，或者是BMP蛋白的组合，如BMP-2或BMP-7与BMP-GER-NR或BMP-GER的组合。在一些实施方案中，所述组合物包含接触生物相容性基质的钙陶瓷颗粒(其任选地但不一定具有大于30m2/g的比表面积)，所述颗粒具有限定颗粒内部的至少一个表面的微孔的互连网络。本专利技术的组合物可以被配置用于负载有骨诱导蛋白并且在植入患者后保留至少50％的这样的骨诱导蛋白达7天或更久。在某些实施方案中，生物相容性植入物包含多孔金属基质，如不锈钢、钛和钛合金、钴铬合金、钽等。在一个优选的实施方案中，本专利技术提供了一种生物相容性植入物，其包含含有镍-钛(NiTi或Ti-Ni)的基质，更优选地，Ti-Ni基质具有58％-68％的孔隙率和多个平均孔径为50至500微米的微孔；和骨诱导蛋白。在某些实施方案中，除了多个平均尺寸在50至500微米范围内的微孔以外，多孔基质的特征还在于一个或多个平均直径为至少1-2毫米的开口。在其他实施方案中，一个或多个开口的平均尺寸为1至10毫米，优选为5至10毫米，或单个开口，优选地尺寸为10-20毫米。另一方面，本专利技术涉及治疗患者的方法，包括使患者的骨组织与本专利技术的组合物接触的步骤。又一方面，本专利技术涉及用于治疗患者的试剂盒，其包括载体和以其中可以将流体添加到骨诱导蛋白以形成溶液的形式的容纳骨诱导蛋白的容器。载体包括本专利技术的多孔生物相容性基质，和任选的与多孔生物相容性基质接触的钙陶瓷颗粒。通过向容纳骨诱导蛋白的容器添加流体形成溶液，所述溶液适于润湿载体，由此使骨诱导蛋白与可以包含在组合中的生物相容性基质和颗粒的内部的至少一个表面结合，从而形成植入物。附图说明通过附图对本专利技术的某些实施方案进行说明。将理解的是，附图不一定是按比例的，并且对于理解本专利技术而言不必要或者使得其他细节难以察觉的细节可以省略。将理解，本专利技术不一定限于本文说明的特定实施方案。图1显示本专利技术中使用的多孔金属基质在75x、300x和1500x的放大倍率下(从左至右)的扫描电子显微照片。图2显示与胶原海绵、陶瓷颗粒和陶瓷-胶原复合基质相比，本专利技术的基质对BMP-GER-NR的体外释放。图3显示与大鼠肌内植入物模型中的胶原相比，本专利技术中使用的多孔金属基质对BMP-GER-NR的体内保留。图4显示与含BMP的溶液接触并植入大鼠的股四头肌中14天的本专利技术的基质的组织学图像。在植入物基质的孔隙周围和内部的新骨形成是明显的。图5是本专利技术的一个实施方案的示意图，其显示具有1-2mm开口的阵列的多孔金属基质。详述骨诱导组合物本专利技术的合成骨移植物(本文也可互换地称为“植入物”、“构建体”和“骨架”)通常包含至少两种组分：骨诱导材料，如骨形态发生蛋白，和包含多孔金属的生物相容性基质。在某些实施方案中，本专利技术的移植物还包含骨传导材料，如颗粒形式的钙陶瓷或其他固体矿物体(mineralbody)。如本文所使用的，骨传导材料是指促进成骨性细胞向内生长(ingrowth)或在上面生长(ongrowth)的任何材料，所述成骨性细胞包括成骨细胞、前成骨细胞、骨祖细胞、间充质干细胞和能够分化成合成和/或维持骨骼组织的其他细胞或能够以其他方式促进合成和/或维持骨骼组织的细胞发育的其他细胞。骨诱导材料通常包括刺激由前体细胞群生成成骨细胞的肽和非肽生长因子。在一些实施方案中，骨诱导材料是转化生长因子β(TGF-β)超家族的成员，如BMP-2、BMP-3、BMP-4、BMP-5、BMP-6、BMP-7、BMP-9，或设计的BMP，如Berasi等人的名称为“设计的骨诱导蛋白(DesignerOsteoinductiveproteins)”的第8,952,131号美国专利中描述的BMP-GER或BMP-GER-NR嵌合BMP，出于所有目的将其全部公开内容在此通过引用并入。在某些实施方案中，骨诱导蛋白的组合可以用于本专利技术的植入物，所述组合例如BMP-2和BMP-7或BMP-GER-NR或BMP-GER与另一种BMP的组合。在其他实施方案中，骨诱导材料是成纤维细胞生长因子、胰岛素样生长因子、血小板源性生长因子、小分子、核苷酸、脂质或本文所列的因子中的一种或多种的组合。应理解，骨诱导蛋白可以从任何来源获得，例如人或重组蛋本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物相容性植入物，包括：包含Ti‑Ni的基质，其具有58％‑68％的孔隙率和50至500微米的平均孔径；和骨诱导蛋白。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.10 US 62/3481631.一种生物相容性植入物，包括：包含Ti-Ni的基质，其具有58％-68％的孔隙率和50至500微米的平均孔径；和骨诱导蛋白。2.权利要求1所述的生物相容性植入物，其中所述骨诱导蛋白为BMP-GER-NR。3.权利要求1所述的生物相容性植入物，其中所述骨诱导蛋白为BMP-GER。4.权利要求1所述的生物相容性植入物，其中所述骨诱导蛋白为BMP-2。5.权利要求1所述的生物相容性植入物，其中所述骨诱导蛋白为BMP-7。6.权利要求1所述的植入物，其中所述基质中的镍与钛的原子比为0.96:1至1.13:1。7.权利要求1所述的植入物，其中所述基质的特征在于一个或多个平均直径为至少1-2毫米的开口。8.权利要求1所述的植入物，其中所述基质的特征在于一个或多个平均尺寸为5至10毫米的开口。9.权利要求1所述的植入物，其中所述基质的特征在于平均尺寸为10至20毫米的单个开口。10.一种生物相容性植入物，包括：包含Ti-Ni的基质，其具有58％-68％的孔隙率和50至500微米的平均孔径；和包含BMP-GER-NR的骨诱导蛋白。11.一种生物相容性植入物，包括：包含Ti-Ni的基质，其具有58％-68％的孔隙率和50至500微米的平均孔径；和包含BMP-GER的骨诱导蛋白。12.一种试剂盒，其包含权利要求1所述的植入物。13.权利要求12所述的试剂盒，其中所述骨诱导蛋白被冻干并提供在容器中。14.一种试剂盒，其包含权利要求10所述的植入物。15.权利要求14所述的试剂盒，其中所述骨诱导蛋白被冻干并提供在容器中。16.一种试剂盒，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·韦尔奇，E·范德普卢，克里斯托弗·威尔逊，约翰·沃兹尼，
申请(专利权)人：佰欧维恩图斯有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US