專利名稱：使骨組織和/或結(jié)締組織向內(nèi)生長并生長的物體及制造該物體的方法
SE-B-462,638公開了一種用于固定縱長的假體，諸如股骨干假體于活體組織內(nèi)的裝置，該裝置界定了一個將一段假體安放到其中的腔，其中假體與腔的邊界之間有一個間隙?；旧险麄€間隙用疏松的、但生物相容性材料的壓緊的顆粒填充，所述顆?；ハ嘟绘i。作為一個顆粒材料的例子提到了鈦，該顆粒被規(guī)定應(yīng)該是不規(guī)則形的、基本無彈性的，并且優(yōu)選多孔的材料，后一種特性被認(rèn)為能與已經(jīng)從骨壁生長的骨組織結(jié)合生長。多孔性是通過向熔化的顆粒材料吹氣而獲得的。
US-A-5,217,496公開了一種適合用于活體骨組織內(nèi)的植入體，它包括具有多孔的外表和相連的混合物層的鈦支持體，其中的混合物由碎裂的活體骨組織和鈦粉組成。給這種混合物提供營養(yǎng)以使得碎裂的骨組織生長，并形成使碎裂的骨組織和鈦粉彼此連接并與支持體連接的組織。
US-A-5,676,700公開了一種生物可相容的結(jié)構(gòu)單元，用于修復(fù)、加強和替代骨組織，所述單元被認(rèn)為可在骨組織腔內(nèi)形成骨導(dǎo)或骨誘導(dǎo)基質(zhì)。該單元的材料可以是鈦并且有利地該單元是使自身的骨組織向內(nèi)生長的微孔。
所有上面文獻(xiàn)中提到的生物相容性的材料，除了鈦之外，還可以是羥基-磷灰石、生物陶瓷、生物玻璃。
因此，在上面的文獻(xiàn)中，指出生物相容性材料的多孔性可產(chǎn)生有利于結(jié)合骨組織的優(yōu)勢。
根據(jù)本發(fā)明，令人驚奇地發(fā)現(xiàn)生物相容性材料的多孔性的預(yù)定測量實際上是關(guān)于骨組織生長率的決定性因素。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)表面多孔性確實能夠結(jié)合骨組織時，骨組織的生長率明顯增強，并可獲得大量骨，因此，在下列條件下可明顯改善在生物相容性材料上的骨組織的錨固和強度，-生物相容性材料的物體，例如顆粒是連續(xù)地多孔，-物體的多孔性具有最低限度值。
與骨不能向內(nèi)生長的情況相比，有骨組織向內(nèi)生長的多孔顆粒的強度大得多，由此可得到本發(fā)明的另一個優(yōu)勢。由于有骨組織向內(nèi)生長，所以強度主要由骨組織來負(fù)擔(dān)，這從生物力學(xué)的觀點來看是有利的。
這里所用的“連續(xù)多孔”是指使得骨組織能夠生長到諸如生物相容性材料的顆粒這一類多孔物體內(nèi)的多孔性。根據(jù)本發(fā)明，這種多孔性引起在通過管道、通路互相連接的物體中出現(xiàn)空腔，從而使在物體外表面部分的骨組織的生長能夠穿過該物體及其外表面的其它部分連續(xù)生長?？涨皇侵溉我庑螤畹陌疾?、孔洞、空穴，連接這些空腔的管子和通道可以是任意形狀，并構(gòu)成空腔的一部分。這種結(jié)構(gòu)的實例在實際上可以發(fā)現(xiàn)與珊瑚或滴水石空穴結(jié)構(gòu)一樣。
最低限度值在這里是指凹槽、孔洞、空穴的口，或管子開口具有大于約50微米的寬度。開口的尺寸較小會限制或抑制骨組織的生長，可能是由于營養(yǎng)供應(yīng)被抑制，使得骨不能夠連同所包括的單元按照它的正常結(jié)構(gòu)發(fā)育。實際上，該物體的多孔性沒有上限。上限主要是由物體的強度特性所決定的。
根據(jù)本發(fā)明，空腔可以在物體表面形成孔，這些孔彼此相鄰，并具有敞開的表面孔，使得在一個物體表面的孔形成一個空腔，或者與其它物體的表面孔相通的管道/通路。
根據(jù)本發(fā)明，還發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用這種材料用以修復(fù)、加強或替代天然骨時，易碎的生物相容性材料，如羥基磷灰石不是用于本發(fā)明目的的最佳材料。當(dāng)經(jīng)受負(fù)載，例如，當(dāng)裝有生物相容性物體，例如顆粒的人體或人體的某一部分經(jīng)受負(fù)載，例如過度運動時，這種材料容易分解，這是難免會發(fā)生的。生物相容性材料物體的分解的部分引起令人不適的炎性反應(yīng)，這將抑制骨的形成，并經(jīng)常會導(dǎo)致骨的再吸收。
因此，根據(jù)本發(fā)明，選用金屬材料或不易碎成分，在多孔體材料中可包括諸如羥基磷灰石、生物陶瓷等天然材料作為其中的成分，還可包括另一種成分，例如塑料，以增強其可塑性。根據(jù)本發(fā)明的該物體材料實際上應(yīng)該是可塑的或基本無彈性的材料。彈性過度會壓迫骨組織，引起骨組織破壞。
鈦(二氧化鈦)是優(yōu)選的金屬材料。鈦體的多孔性通過向熔融的鈦吹氣而很容易獲得。這使得可以生產(chǎn)如SE-B-462,638中所提的鈦粒。
然而，如上所述的關(guān)于對多孔性的要求，不是通過向熔融的金屬吹氣就可以自然令人滿意的。因此，根據(jù)本發(fā)明，對以這種方式制備的物體/一個顆粒/多個顆粒的多孔性進(jìn)行了檢驗，以保證它/它們滿足了要求?？衫脽晒忡R，以適當(dāng)?shù)牟ㄩL，和TV接收器以及自動分離(例如從傳送帶)不滿足上述要求的顆粒來進(jìn)行核查。
對于骨組織上述限度值＞約50微米。如果需要結(jié)締組織而不是骨組織的向內(nèi)生長或損害骨組織，則限度值改為＞約50-10微米。
根據(jù)本發(fā)明的一種多孔體，例如顆?？芍踩氲交铙w，例如人體內(nèi)，在體內(nèi)骨組織生長后，作為替代物填充骨腔，也可植入到病腿(風(fēng)濕病、骨質(zhì)疏松癥)內(nèi)或用于固定根據(jù)SE-B-462,638的假體。根據(jù)本發(fā)明的多孔體還可作為體外預(yù)培養(yǎng)骨組織的基板，或在體外用含有其它物質(zhì)，例如生長因子的營養(yǎng)液填充，用于之后的植入到活體組織。在用于填充骨腔的情況下，優(yōu)選該物體是顆?；虿灰?guī)則體，具有小于10毫米的大小，從而使多個和許多顆粒最佳填充到骨腔。
多孔體可以用可降解材料，例如被稱為天然材料的基質(zhì)填充。這種天然材料的實例是膠原、纖維蛋白、淀粉和透明質(zhì)酸的凝膠。根據(jù)本發(fā)明，這種基質(zhì)被降解后由向內(nèi)生長的骨組織替代。如果在這種可降解材料中加入生長-刺激物質(zhì)，首要的是諸如TGF-β(轉(zhuǎn)化生長因子-β)或BGF(骨生長因子)則更可以刺激骨組織向內(nèi)生長。根據(jù)本發(fā)明的物體中的孔，在該材料準(zhǔn)備凝膠化之前，可以用凝膠材料，例如通過抽吸而移動。
根據(jù)本發(fā)明的較小的物體、顆粒可以包裹在一個柔性的或剛性的外殼內(nèi)，用于生產(chǎn)植入體。例如，根據(jù)本發(fā)明的顆粒可以包裹在剛性封套內(nèi)，從而與封套一起形成脊髓植入體，可以參見US-A-5,015,247中的封套。在SE-B-9803078-6中描述了包裹在外殼里的其它可能性。外殼具有開孔以使得生物細(xì)胞材料向或從顆粒向內(nèi)生長并生長穿過外殼。根據(jù)本發(fā)明的顆?？梢耘c可降解生物組織混合。
本發(fā)明的實施方案在附圖中顯示，這些圖是電鏡圖像，其中

圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的多孔結(jié)構(gòu)，圖2顯示另一個根據(jù)本發(fā)明的鈦粒外表面的多孔結(jié)構(gòu)。圖3是具有本發(fā)明的多孔性的鈦粒的薄切片圖像。所有圖像都是用SE-B-462,638中詳細(xì)描述的振動技術(shù)由已經(jīng)從植入到人體的大腿中后取出的不規(guī)則顆粒或珠粒拍攝的。
圖1顯示以一堆石頭形式的結(jié)構(gòu)，圖2顯示珊瑚形式的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)是通過向熔融的鈦吹氣形成的，并使用上述方法進(jìn)行質(zhì)量檢驗。兩個圖像都顯示活體材料，骨組織的前期的灰白色膜，它覆蓋顆粒的外表面，并穿入鈦粒的孔中的空腔和間隙。圖1還顯示了骨細(xì)胞生長橋聯(lián)了結(jié)構(gòu)中的腔/間隙。
圖3顯示互相交叉、穿透本發(fā)明的顆粒的骨組織。
臨床分析證明在根據(jù)圖1-3的顆粒中的骨組織的成分中有95-98％的骨，2％骨髓和0-3％結(jié)締組織，這基本上與顆粒外部附近的骨組織成分相同。
權(quán)利要求
1.一種物體，例如顆粒，用于提供骨組織和/或結(jié)締組織向內(nèi)生長和生長，所述物體由可塑的或基本無彈性的生物相容性材料構(gòu)成，優(yōu)選金屬或金屬合金，其特征在于它是多孔的，并具有下列多孔性特征-多孔是連續(xù)的-空腔/凹槽/孔洞和使它們互聯(lián)的管道/通路的開口對于骨組織具有大于約50微米的寬度，而對于結(jié)締組織具有的寬度大于約10微米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的物體，其特征在于它是由鈦構(gòu)成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的物體，其特征在于它的空腔填充有可降解材料，諸如膠原、纖維蛋白、淀粉和透明質(zhì)酸的凝膠這樣的天然材料基質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項的物體，其特征在于可降解材料含生長-刺激物質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項的物體，其特征在于它具有珊瑚樣結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項的物體，其特征在于它小于10毫米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項的物體，其特征在于它由許多單個的相似物體聚集而成。
8.一種用于制造如權(quán)利要求1-7中任意一項的物體的方法，其特征在于這種由諸如鈦一類金屬構(gòu)成的物體是通過下列步驟制備的向熔融的金屬吹氣，并分離其空腔/凹槽/孔洞以及連接它們的管道/通路的開口小于50微米寬度的物體。
9.在有開口/孔的外殼內(nèi)的如權(quán)利要求7的物體的用途，用于生產(chǎn)植入體。
10.如權(quán)利要求9的用途，其中的外殼是剛性圓柱形封套，用于生產(chǎn)脊髓植入體。
全文摘要
一種物體,例如顆粒,用于提供骨組織和/或結(jié)締組織向內(nèi)生長和生長,該物體由可塑的或基本無彈性的生物相容性材料構(gòu)成,優(yōu)選金屬或金屬合金,它還是多孔的,并具有下列多孔特性:(a)多孔是連續(xù)的,(b)空腔/凹槽/孔洞和使它們互連的管道的開口對于骨組織具有大于約50微米的寬度而對于結(jié)締組織具有大于約10微米的寬度。一種用于制造這種物體的方法,該物體是通過向熔融的金屬吹氣形成的。根據(jù)本發(fā)明的該物體的有利用途是將它包裹在形成有開口的外殼內(nèi),用于制造諸如脊髓植入體一類的植入體。
文檔編號A61L27/56GK1356914SQ0080680
公開日2002年7月3日 申請日期2000年4月28日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月28日
發(fā)明者I·布魯斯, L·布魯斯 申請人:布魯斯醫(yī)學(xué)股份公司