增强骨诱导的植入物表面制造技术

骨科植入物的骨接触表面和自由表面。植入物是添加制造的，然后是机械、化学或机械和化学侵蚀。植入物的至少一些表面包括具有微尺度结构的骨诱导粗糙度和促进和增强骨诱导和成骨的纳米级结构，以及沿间充质干细胞向成骨细胞分化的途径中增强碱性磷酸酶、osterix和骨钙素表达水平。

Enhancement of bone-induced implant surface

Bone contact surface and free surface of Orthopaedic implants. Implants are added and manufactured, followed by mechanical, chemical or mechanical and chemical erosion. At least some surfaces of the implants include osteoinductive roughness with microscale structure and nanostructures that promote and enhance osteoinduction and osteogenesis, as well as enhanced alkaline phosphatase, osterix and osteocalcin expression along the pathway of mesenchymal stem cells differentiation into osteoblasts.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】增强骨诱导的植入物表面相关申请的交叉引用本申请要求2016年8月3日提交的美国临时专利申请号62/370,459的优先权，其内容通过引用结合在本文中。
本专利技术总体涉及骨科植入物领域。特别地，本专利技术涉及用于骨科植入物的金属表面，其在植入体内时刺激间充质干细胞分化成前成骨细胞，并刺激前成骨细胞成熟为成骨细胞，从而促进新骨生长。通过添加制造工艺和二次加工的组合制备表面。
技术介绍
在整个说明书中引用了各种出版物，包括专利、公开的申请、科技文章和学术文章。这些引用的出版物中的每一个都通过引用整体并且出于所有目的并入本文。各种骨科植入物用于矫正骨骼缺陷。在许多情况下，需要将植入物与相邻骨骼整合，但不容易实现。例如，已知通常用于骨科植入物的某些聚合物材料如聚醚醚酮(PEEK)不能与骨结合。即使对于能够与骨结合的钛合金等金属，光滑的表面也能提供缓慢和差的集成。此外，骨科植入物上的整合表面装饰有牙齿、尖刺、凹槽和其他突出表面实际上可以阻止或避免骨整合。在需要整合的地方，整合率直接关系到患者的整体健康状况。整合越快，手术修复区愈合的速度越快，患者恢复生活方式的速度越快，以前受到需要骨科干预的条件的阻碍。因此，非常希望在骨科植入物和相邻骨之间发生整合。因此，本领域仍然需要能够实现快速和高质量骨整合的整合表面。
技术实现思路
为了满足这个和其他需要，并且鉴于其目的，本专利技术的特征在于骨科植入物的骨诱导表面，包括骨接触和自由表面。这些骨诱导表面根据包括添加制造具有一个或多个自由表面并且具有一个或多个适于与骨接触的骨接触表面的骨科植入物的方法生产，然后机械地，化学地，或者机械地和化学地侵蚀一个或多个骨接触表面并且任选地，机械地，化学地，或机械地和化学地侵蚀一个或多个自由表面中的一个或多个，以将包括微尺度结构和纳米级结构的骨诱导粗糙度赋予机械、化学或机械和化学侵蚀的表面。一个或多个骨接触和自由表面中的一个或多个可包括宏观粗糙度。在优选方面，在添加制造之后，该方法包括机械侵蚀然后化学侵蚀一个或多个骨接触表面，并且任选地，机械地，化学地，或机械地和化学地侵蚀一个或多个自由表面中的一个或多个以赋予骨诱导粗糙度。因此，在一个或多个自由表面中的一个或多个被侵蚀的一些优选方面中，一些自由表面被侵蚀并且一些自由表面不被侵蚀。根据该方法产生的骨接触表面和自由表面显著增强、促进和/或上调，包括其速率和程度，骨诱导、成骨、碱性磷酸酶的间充质干细胞表达、osterix的前成骨细胞表达和骨钙素的成骨细胞表达中的一种或多种。当这些表面与骨接触或与间充质干细胞接触时，会发生这种增强、促进和/或上调。这种接触可以是体外、体内或原位接触。当这些其他类型的表面与骨接触或与间充质干细胞接触(这种接触可以是体外、体内或原位接触)时，由根据该方法产生的表面获得的骨诱导、成骨、碱性磷酸酶的间充质干细胞表达、osterix的前成骨细胞表达和骨钙素的成骨细胞表达中的一种或多种的增强显著大于骨科植入物的骨诱导、成骨、间充质干细胞碱性磷酸酶表达、成骨细胞前成骨细胞表达和/或骨钙素成骨细胞表达。在一些方面，这样的其他类型的表面没有包括微尺度结构和纳米级结构的骨诱导粗糙度，例如，未经机械和/或化学侵蚀处理的表面，以赋予包括微尺度结构和纳米级结构的骨诱导粗糙度。在一些方面，根据该方法产生的一个或多个骨接触表面，当与骨接触时，相对于来自比较骨接触表面的骨诱导显著增强骨诱导，所述比较骨接触表面包括宏观粗糙度并且包括骨诱导粗糙度，所述骨诱导粗糙度包括通过机械和化学侵蚀体基底产生的微尺度结构和纳米级结构，当比较表面与骨接触时。在一些方面，根据该方法产生的一个或多个骨接触表面，当与骨接触时，相对于来自比较骨接触表面的成骨显著增强成骨，所述比较骨接触表面包括宏观粗糙度并且包括骨诱导粗糙度，所述骨诱导粗糙度包括通过机械和化学侵蚀体基底产生的微尺度结构和纳米级结构，当比较表面与骨接触时。在一些方面，根据该方法产生的一个或多个骨接触表面，当与骨接触时，相对于来自比较骨接触表面的间充质干细胞的碱性磷酸酶的表达水平显著增强间充质干细胞的碱性磷酸酶的表达水平，所述比较骨接触表面包括宏观粗糙度并且包括骨诱导粗糙度，所述骨诱导粗糙度包括通过机械和化学侵蚀体基底而产生的微尺度结构和纳米级结构，当比较表面与骨接触时。在一些方面，根据该方法产生的一个或多个骨接触表面，当与骨接触时，相对于来自比较骨接触表面的前成骨细胞的osterix表达水平显著增强前成骨细胞的osterix表达水平，所述比较骨接触表面包括宏观粗糙度并且包括骨诱导粗糙度，所述骨诱导粗糙度包括通过机械和化学侵蚀体基底而产生的微尺度结构和纳米级结构，当比较表面与骨接触时。在一些方面，根据该方法产生的一个或多个骨接触表面，当与骨接触时，相对于来自比较骨接触表面的成骨细胞的骨钙素表达水平显著增强成骨细胞的骨钙素表达水平，所述比较骨接触表面包括宏观粗糙度并且包括骨诱导粗糙度，所述骨诱导粗糙度包括通过机械和化学侵蚀体基底而产生的微尺度结构和纳米级结构，当比较表面与骨接触时。添加制造骨科植入物的步骤可包括用电子束熔化(EBM)附加地制造骨科植入物。添加制造骨科植入物的步骤可包括通过选择性激光烧结附加地制造骨科植入物，包括例如直接金属激光烧结(DMLS)。添加制造骨科植入物的步骤可包括用选择性激光熔化附加地制造骨科植入物，包括例如laserCUSINGTM。添加制造骨科植入物的步骤可包括使用熔融沉积成型(FDM)、直接金属沉积、激光工程网成型(LENS)、基于线的定向能量沉积，或使用能源进行熔化的任何其他方法附加地制造骨科植入物。在添加制造骨科植入物的步骤之后，添加制造方法可以进一步包括热等静压(HIP)或对骨科植入物进行应力消除。骨科植入物优选包括金属或陶瓷。金属可包括钴铬合金、钛合金，钛、铝和钒的合金，钛和镍的合金、镍钛合金或不锈钢。本专利技术的特征还在于骨科植入物，该植入物包括一个或多个骨接触表面和一个或多个自由表面，所述自由表面根据本文件中描述或举例说明的任何方法制备。由机械侵蚀、化学侵蚀或机械和化学侵蚀加工而成的这些植入物上的表面包括骨诱导粗糙度，其包括微尺度结构和纳米级结构，其显着增强、促进和/或上调骨诱导，包括其速率和程度，当这些表面与骨接触或与间充质干细胞接触时，例如，在将植入物植入体内之后。应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都是本专利技术的示例性而非限制性的。附图说明当结合附图阅读时，从以下详细描述中可以最好地理解本专利技术。附图中包括几个数字，如下所述。图1A显示了添加制造的表面的扫描电子显微镜(SEM)图像，包括表面20A和表面22A，表面20A是一种直接金属激光烧结(DMLS)产生的表面，其经受应力消除但没有侵蚀，表面22A是DMLS产生的表面，其经受应力消除和机械和化学侵蚀；图1B显示了添加制造表面的SEM图像，包括表面20B和表面22B，表面20B是EBM生产的表面，其经受热等静压(HIP)但没有侵蚀，表面22B是EBM生产的表面，受到HIP和机械和化学侵蚀；图1C显示了添加制造的表面的SEM图像，包括表面20C和表面22C，表面20C是DMLS产生的表面，其经受HIP但没有侵蚀，表面22C是DMLS产生的表面，受到HIP和机械和化学侵蚀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.根据一种方法生产的骨科植入物的骨诱导骨接触表面，所述方法包括添加制造具有一个或多个自由表面并且具有一个或多个适于与骨接触的骨接触表面的骨科植入物，然后机械地、化学地，或机械地和化学地侵蚀一个或多个骨接触表面，而不是一个或多个自由表面，以将包含微尺度结构和纳米级结构的骨诱导粗糙度赋予一个或多个骨接触表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.03 US 62/370,4591.根据一种方法生产的骨科植入物的骨诱导骨接触表面，所述方法包括添加制造具有一个或多个自由表面并且具有一个或多个适于与骨接触的骨接触表面的骨科植入物，然后机械地、化学地，或机械地和化学地侵蚀一个或多个骨接触表面，而不是一个或多个自由表面，以将包含微尺度结构和纳米级结构的骨诱导粗糙度赋予一个或多个骨接触表面。2.根据权利要求1所述的骨科植入物的骨诱导骨接触表面，其中，所述方法包括添加制造具有一个或多个自由表面并且具有一个或多个骨接触表面的骨科植入物，所述一个或多个骨接触表面包括当所述骨接触表面与骨接触时抑制骨科植入物移动的宏观粗糙度，然后依次机械和化学地侵蚀一个或多个骨接触表面，而不是一个或多个自由表面，以将包含微尺度结构和纳米级结构的骨诱导粗糙度赋予一个或多个骨接触表面。3.根据权利要求1或2所述的骨科植入物的骨诱导骨接触表面，其中，如此产生的一个或多个骨接触表面，当与骨接触时，相对于来自比较骨接触表面的骨诱导显着增强骨诱导，当所述比较表面与骨接触时，所述比较骨接触表面包括宏观粗糙度但没有包括微尺度结构和纳米级结构的骨诱导粗糙度。4.根据权利要求1-3中任一项所述的骨科植入物的骨诱导骨接触表面，其中，如此产生的一个或多个骨接触表面，当与骨接触时，相对于来自比较骨接触表面的成骨显着增强成骨，当所述比较表面与骨接触时，所述比较骨接触表面包括宏观粗糙度但没有包括微尺度结构和纳米级结构的骨诱导粗糙度。5.根据权利要求1-4中任一项所述的骨科植入物的骨诱导骨接触表面，其中，如此产生的一个或多个骨接触表面，当与骨接触时，相对于来自比较骨接触表面的间充质干细胞的碱性磷酸酶的表达水平，显着提高间充质干细胞的碱性磷酸酶表达水平，当所述比较表面与骨接触时，所述比较骨接触表面包括宏观粗糙度但没有包括微尺度结构和纳米级结构的骨诱导粗糙度。6.根据权利要求1-5中任一项所述的骨科植入物的骨诱导骨接触表面，其中，如此产生的一个或多个骨接触表面，当与骨接触时，相对于来自比较骨接触表面的前成骨细胞的osterix表达水平，显着提高前成骨细胞的osterix表达水平，当所述比较表面与骨接触时，所述比较骨接触表面包括宏观粗糙度但没有包括微尺度结构和纳米级结构的骨诱导粗糙度。7.根据权利要求1-6中任一项所述的骨科植入物的骨诱导骨接触表面，其中，如此产生的一个或多个骨接触表面，当与骨接触时，相对于来自比较骨接触表面的成骨细胞的骨钙素表达水平，显着提高成骨细胞的骨钙素表达水平，当所述比较表面与骨接触时，所述比较骨接触表面包括宏观粗糙度但没有包括微尺度结构和纳米级结构的骨诱导粗糙度。8.根据权利要求1-7中任一项所述的骨科植入物的骨诱导骨接触表面，其中，添加制造骨科植入物的步骤包括用电子束熔化添加制造骨科植入物。9.根据权利要求1-8中任一项所述的骨科植入物的骨诱导骨接触表面，其中，添加制造骨科植入物的步骤包括用基于激光的添加制造技术添加制造骨科植入物。10.根据权利要求1-9中任一项所述的骨科植入物的骨诱导骨接触表面，其中，添加制造骨科植入物的步骤包括垂直添加制造骨科植入物。11.根据权利要求1-10中任一项所述的骨科植入物的骨诱导骨接触表面，其中，所述方法还包括在添加制造骨科植入物的步骤之后对骨科植入物进行热等静压。12.根据权利要求1-10中任一项所述的骨科植入物的骨诱导骨接触表面，其中，所述方法还包括减轻骨科植入物的应力。13.根据权利要求1-12中任一项所述的骨科植入物的骨诱导骨接触表面，其中，骨科植入物包括金属。14.根据权利要求13中任一项所述的骨科植入物的骨诱导骨接触表面，其中，金属选自钴铬合金、钛合金，钛、铝和钒的合金、钛和镍的合金、镍钛合金和不锈钢。15.根据权利要求1-14中任一项所述的骨科植入物的骨诱导骨接触表面，其中，所述方法包括通过酸蚀刻一个或多个骨接触表面来化学侵蚀一个或多个骨接触表面的步骤，以将纳米级结构赋予一个或多个骨接触表面。16.根据权利要求1-14中任一项所述的骨科植入物的骨诱导骨接触表面，其中，一个或多个自由表面中的一个或多个包括宏观粗糙度。17.根据权利要求1所述的骨科植入物的骨诱导骨接触表面，其中，一个或多个骨接触表面包括宏观粗糙度，当所述骨接触表面与骨接触时，所述宏观粗糙度抑制骨科植入物的移动。18.一种骨科植入物，包括根据权利要求1-17中任一项所述的骨科植入物的骨诱导骨接触表面。19.根据一种方法生产的骨科植入物的骨诱导骨接触和骨诱导自由表面，所述方法包括添加制造具有一个或多个自由表面并且具有一个或多个适于...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·B·加拉赫，M·E·贝格，J·M·施耐德，
申请(专利权)人：泰坦脊椎公司，
类型：发明
国别省市：美国,US