生物材料制造技术

一种用于制备包含无机材料和有机材料的复合生物材料的方法，所述方法包括：（ａ）提供第一浆组合物，其包含液体载体、无机材料和有机材料；（ｂ）提供用于所述浆的模具；（ｃ）使所述浆沉淀在所述模具中；（ｄ）将沉淀在所述模具中的浆冷却至所述液体载体转化为多个固体晶体或颗粒的温度；（ｅ）通过升华和／或蒸发移除所述多个固体晶体或颗粒的至少一些，以留下含有无机材料和有机材料的多孔复合材料；和（ｆ）从所述模具中取出所述材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于生物医学应用的合成骨材料领域，具体涉及用于组 织工程的包含胶原蛋白、磷酸钓和任选的糖胺聚糖的多孔整体式和多孔 分层式支架。
技术介绍
天然骨是胶原蛋白、包括糖胺聚糖的非胶原蛋白有机相、和磷酸钓 的复合生物材料。其复合的分层结构产生了特殊的机械性质，包括高的 硬度、强度和断裂韧性，这些性质使骨可以承受日常经受的生理应力。 本领域的研究人员面临的挑战是制备组成和结构会使得天然骨在人体 或动物体内在合成材料内部或周围生长的合成材料。已经发现，骨通过身体环境中形成的骨类磷灰石层直接结合人体内 的磷酸钓(称为生物活性的性质)。另一方面，已知胶原蛋白和包括胶原蛋白和其它生物有机物例如糖胺聚糖的共聚物是多种细胞类型附着 和增殖的最佳基质，所述多种细胞类型包括人体内负责骨的生成和维持 的那些细胞。羟磷灰石是最普遍用作骨替代材料中的成分的磷酸钙。但是，和例 如透钓磷石、磷酸三钧和磷酸八钾等其它形式的磷酸钓材料相比，羟磷 灰石是相对不可溶的材料。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，磷灰石相对低的溶解度是不利的。例如羟磷灰石的磷酸钙是机械上的刚性材料。但是，和天然骨相比， 它们是相对脆性的。胶原蛋白是机械上的韧性材料，但是与天然骨相比 具有相对较低的刚性。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刚性，但是，与天然骨相比，仍然具有较 低的刚性。之前制备机械韧性高于羟磷灰石且硬度超过胶原蛋白及胶原蛋白 与糖胺聚糖共聚物的人工骨替代材料的尝试包括通过机械混合结合胶原蛋白和罅灰石。这种机械方法记载于EP-A-0164 484中。最新的进展包括，通过机械混合羟磷灰石、胶原蛋白和4-硫酸软骨 素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 4-硫酸软骨素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4-硫酸软骨素的材料具有良好的生物相容性。将 磷灰石与胶原蛋白和任选的4-硫酸软骨素机械混合，基本上形成胶原蛋 白/4-硫酸软骨素包覆的磷灰石颗粒。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产生有限的天然骨内生长，而且不能重 建合成材料的磷酸钾相。由外伤、畸形或疾病所损伤的骨部位的修复给骨科医生带来了特殊 的挑战，这是因为与皮肤、神经和大多数其它组织类型中的缺损不同， 骨骼的缺损包括多种截然不同的组织类型(即骨、软骨、腱和韧带)， 涉及承受通常机械负荷的部位，并跨越矿化组织至未矿化组织之间的界 面(例如韧带插入点，骨/软骨界面的潮标)。现有的临床方法或使用非可再吸收的修复植入物、自体同源的或异 源的组织移植物、化学药剂、细胞移植或这些方法的组合来解决骨骼缺 损的修复。虽然这些方法在单一组织类型的治疗中取得了一些成功，但 是在涉及矿化和未矿化组织之间的界面例如关节连接处缺损的情况下，例如会导致至多是不完全的愈合。此外，即使最成功的现有治疗也要求 或从供体部位获得组织和/或缝合骨、软骨、韧带或腱。前者方法遭受供体部位缺乏和供体部位发病之苦，而后者则难于实施，并且产生为缝 合孔形式的另外的缺损。术语复合支架(composite scaffold)和分层支架(layered scaffold) 是同义的，指的是包括两层或多层的支架，其中每层的材料組成基本上 与其相邻层的材料组成不同。术语单层支架(single-layered scaffold) 或整体式支架(monolithic scaffold )是同义的，指的是只包含一层的支 架，其中每层内的材料组成大体上是整体均匀的。少数最新的尝试试图开发采用多孔的分层支架治疗或只涉及软骨 或同时涉及骨和软骨的关节连接处缺损的组织工程策略。这些构想试图 同时诱导骨和软骨的再生，但是对每个使用单独的支架(Niederauer etal., 2000; Schaefer et al 2000; Gao et al 2001; Gao et al 2002; Schaefer et al 2002; Sherwood et al 2002; Hung et al., 2003; Hunziker and Driesang, 2003 )。分层支架的附加特征是它们拥有通过将骨层直接固定到软骨下的 骨板上来实现无缝合固定的潜力。如果软骨部保持牢固地固定至骨部， 就不需要另外的固定。无缝合固定也可以使得涉及腱和韧带到骨的插入 点的缺损治疗成为可能。尽管这种新方法有前景，但是有两个缺点可能限制迄今为止所报告 的分层支架的有效性。第一个缺点涉及用于该支架各层的材料。可再吸 收的合成聚合物是用于软骨层的唯一材料，其通常也是许多这些支架中 骨部的成分。尽管容易制造，但是已知合成聚合物对细胞附着和增殖的 促进不及如胶原等天然聚合物，并且当其降解时会释放出高浓度的酸。 此外，对于必需修复腱或韧带的应用，不管其交联的方式如何，可再吸 收的合成聚合物没有足够的强度和刚性来承受机能恢复训练期间施加 的甚至是减少的负荷。常规的分层支架的第二个缺点涉及各层之间的界面。天然的关节连 接处和腱/韧带插入点的特征在于矿化和未矿化区之间胶原纤维蛋白的 连续性。得到的平滑过渡的系统(软界面)给这些部位提供内在的机械 稳定性，使得它们承受生理负荷而没有机械故障。与此相反，大多数现 有的分层支架含有硬界面，其在两种不同材料之间形成明显边界。缝合 (Schaefer et al 2000 )、用纤维蛋白粘合剂粘接(Gao et al 2001 )和 其它技术(Gao et al.， 2002; Hung et al., 2003 )已经用来强化该界面。 但是，在甚至是对照动物模型中仍然报道界面剥离。这些缝合和粘接方 法复杂，重现性差。之前的工作已经开发出通过其可以控制冷冻干燥方案的参数以生 产胶原蛋白和一种或多种糖胺聚糖(GAGs )的多孔支架的方法(Yannas et al 1989; O'Brien et al 2004; O'Brien et al 2005; Loree et al 1989 )。 这些技术允许支架的特征例如孔径大小和长宽比以受控方式改变，已知 该参数对外伤或伤口部位的愈合反应具有显著的影响。但是，对于涉及 骨骼和肌骨骼缺陷的损伤的治疗，必需开发技术来生产材料组成和机械 特征与骨的材料组成和机械特征紧密配合的多孔支架，这与未矿化的胶原蛋白-GAG支架相反。
技术实现思路
本专利技术旨在解决至少一些与现有技术相关的问题。 一种制备包含无机材料和有机材料的复合生物材料的方法，其包括(a) 提供第一浆组合物，其包含液体载体、无机材料和有机材料；(b) 提供用于所述浆的模具；(c) 使所述浆沉积在所述模具中；(d) 将沉积在所述模具中的浆冷却至所述液体载体转化为多个固体 晶体或颗粒的温度；(e) 优选通过升华和/或蒸发移除至少一些所述多个固体晶体或颗 粒，以留下含有无机材料和有机材料的多孔复合材料；和(f) 将所述材料从所述模具中移走。此处所用的术语生物材料指的是可与人体或动物体生物相容的材料。此处所用的术语浆包括浆、溶液、悬浮液、胶体和分散体。 所述无机材料会通常包括磷酸钓材料。所述有机材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备包含无机材料和有机材料的复合生物材料的方法，所述方法包括：　　　　（ａ）提供第一浆组合物，其包含液体载体、无机材料和有机材料；　　　　（ｂ）提供用于所述浆的模具；　　　　（ｃ）使所述浆沉积在所述模具中；　　　　（ｄ）将沉积在所述模具中的浆冷却至所述液体载体转化为多个固体晶体或颗粒的温度；　　　　（ｅ）通过升华和／或蒸发除去至少一些所述多个固体晶体或颗粒，以留下含有无机材料和有机材料的多孔复合材料；和　　　　（ｆ）从所述模具中取出所述材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】GB 2005-3-7 0504673.51.一种用于制备包含无机材料和有机材料的复合生物材料的方法，所述方法包括(a)提供第一浆组合物，其包含液体载体、无机材料和有机材料；(b)提供用于所述浆的模具；(c)使所述浆沉积在所述模具中；(d)将沉积在所述模具中的浆冷却至所述液体载体转化为多个固体晶体或颗粒的温度；(e)通过升华和/或蒸发除去至少一些所述多个固体晶体或颗粒，以留下含有无机材料和有机材料的多孔复合材料；和(f)从所述模具中取出所述材料。2. 根据权利要求l的方法，其中所述无机材料包括磷酸钩材料。3. 根据权利要求2的方法，其中所述磷酸钓材料包括透钙磷石。4. 根据权利要求l-3任一项的方法，其中所述有机材料包含胶原蛋白 (包括重组人(rh)胶原蛋白)、糖胺聚糖、白蛋白、乙酰透明质酸、壳聚糖、和包含胶原蛋白的部分多肽序列的合成多肽中的一种或多种。5. 根据权利要求l-4任一项的方法，其中所述无机材料包括磷酸钩材 料，所述有机材料包括胶原蛋白和任选的糖胺聚糖，和其中所述多孔复 合材料包含所述磷酸钓材料和胶原蛋白以及任选的糖胺聚糖。6. 根据权利要求5的方法，其中所述第一浆包含胶原蛋白和所述磷酸 钙材料的共沉淀物。7. 根据权利要求5的方法，其中所述第一浆包含胶原蛋白、所述磷酸 钙材料和糖胺聚糖的三元共沉淀物。8. 根据权利要求5-7任一项的方法，其中所述磷酸钩材料包括透钙磷 石。9. 根据前述权利要求任一项的方法，还包括提供第二浆组合物，其包含液体载体和有机材料以及任选的无机材料； 和在所述冷却步骤之前，在沉积所述第一浆组合物之前或之后将所述第二 浆组合物沉积在所述模具中。10. 根据权利要求9的方法，其中所述有机材料包含胶原蛋白(包括重 组人(rh)胶原蛋白)、糖胺聚糖、白蛋白、乙酰透明质酸、壳聚糖、 和包含胶原蛋白的部分多肽序列的合成多肽中的一种或多种。11. 根据权利要求9或10的方法，其中所述第二浆组合物包含无机材料， 优选磷酸钩材料。12. 根据权利要求9-ll任一项的方法，其中所述第二浆组合物包含液体 载体、胶原蛋白、任选的磷酸钾材料和任选的糖胺聚糖。13. 根据权利要求12的方法，其中所述第二浆组合物包含胶原蛋白和糖 胺聚糖的共沉淀物，或胶原蛋白和磷酸钾材料的共沉淀物，或胶原蛋白、 糖胺聚糖和磷酸钙材料的三元共沉淀物。14. 根据权利要求12或13的方法，其中所述第二浆组合物包含为透钙 磷石的磷酸钩材料。15. 根据权利要求9-14任一项的方法，其中所述第一和第二浆组合物作 为第 一和第二层沉积在所述模具中。16. 根据权利要求12-15任一项的方法，其中所述方法导致多层材料的 形成，其中至少一层包含含有胶原蛋白、磷酸鈣材料和任选的糖胺聚糖 的多孔复合材料。17. 根据权利要求16的方法，其中由所述第二浆组合物得到的层是多孔 的。18. 根据权利要求9-17任一项的方法，其中在将所述第一和第二浆组合 物沉积在所述模具中后，在冷却步骤之前，静置所述模具的内含物长达 24小时。19. 根据权利要求18的方法，其中静置所述模具的内含物的步骤在1~ 200 kPa，优选50 150kPa，更优选50 - 101.3 kPa的压力下进行。20. 根据前述权利要求任一项的方法，其中所述液体载体包括水。21. 根据前述权利要求任一项的方法，其中在所述冷却步骤之前沉积在 所述模具中的浆的温度为2到40n，优选4到37C，更优选20到37x:。22. 根据前述权利要求任一项的方法，其中冷却沉积在所述模具中的浆 的步骤进行到< o C的温度。23. 根据权利要求22的方法，其中冷却沉积在所述模具中的浆的步骤进 行到-100到0C、优选-80到-10n、更优选-40到-20C的温度。24. 根据前述权利要求任一项的方法，其中以0.02到1ox:/分钟，优选 0.02到6.0C/分钟，更优选0.2到2.7t:/分钟的冷却速率，进行冷却沉 积在所述模具中的浆的步骤。25. 根据前述权利要求任一项的方法，其中沉积在所述模具中的浆的厚 度为0.1到500 mm,优选0.5到20 mm，更优选1.0到10 mm。26. 根据前述权利要求任一项的方法，其中在沉积到所述模具中之前， 所述浆的粘度为0.1到50 Pa's,优选0.1到10 Pa*s,更优选0.5到5 Pa-s。27. 根据前述权利要求任一项的方法，其中在0到0.08kPa，优选0.0025 到0.08kPa，更优选0.0025到0.04 kPa的压力下，进行通过升华除去至少 一些所述固体晶体或颗粒的步骤。28. 根据前述权利要求任一项的方法，其中通过升华除去至少一些所述 固体晶体或颗粒的步骤进行长达120小时，优选12到72小时，更优选24 到36小时。29. ...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁K林恩，威廉邦菲尔德，洛娜J吉普森，扬尼斯V扬纳斯，布伦丹A哈莱，
申请(专利权)人：剑桥有限公司，麻省理工学院，
类型：发明
国别省市：GB[英国]