專利名稱：釋放骨吸收抑制劑的可注射型磷酸鈣水泥的制作方法
專利說明釋放骨吸收抑制劑的可注射型磷酸鈣水泥 發(fā)明領(lǐng)域 本發(fā)明涉及具有高抗壓強(qiáng)度的大孔、可再吸收、可注射的磷灰石型磷酸鈣水泥，其可用作骨水泥并釋放骨吸收抑制劑。

背景技術(shù)：
骨是生物聚合物和無機(jī)組分的復(fù)合物，所述生物聚合物主要是膠原蛋白，所述無機(jī)組分經(jīng)確定為碳酸鹽羥磷灰石，近似表示為(Ca，Mg，Na，M)10(PO4，CO3，HPO4)6(OH，Cl)2。
個(gè)體的骨活性反常是導(dǎo)致許多骨病變諸如骨質(zhì)疏松癥、佩吉特病或骨溶性腫瘤的原因。特別是考慮到人類預(yù)期壽命的增長(zhǎng)，骨質(zhì)疏松癥已成為公眾健康問題并且已著手進(jìn)行許多研究用于治療該病。因?yàn)樵诳紤]中的骨病變由歸因于破骨細(xì)胞活性的骨重塑失衡造成，設(shè)想的治療途徑之一是降低破骨細(xì)胞的活性，以便減緩骨物質(zhì)降解。
對(duì)各種偕二膦酸進(jìn)行的研究顯示它們對(duì)破骨細(xì)胞活性具有抑制能力(G.A.Rodan等人，Therapeutic Approaches to Bone Diseases，1 Sep.2000，Vol.289，Science，第1508-1514頁)。它們中的一些、特別是依替膦酸鹽、氯屈膦酸鹽、帕米膦酸鹽、阿侖膦酸鹽、利塞膦酸鹽、替魯膦酸鹽和伊班膦酸鹽作為藥物的應(yīng)用在許多國(guó)家已被批準(zhǔn)。關(guān)于其它偕二膦酸化合物、特別是唑來膦酸鹽、因卡膦酸鹽、奧帕膦酸鹽和奈立膦酸鹽的數(shù)據(jù)已被公開。目前被用來治療骨病變的偕二膦酸類進(jìn)行系統(tǒng)給藥，結(jié)果產(chǎn)生一些不希望的副作用。當(dāng)它們進(jìn)行靜脈內(nèi)給藥時(shí)，可引起腎病和頜骨壞死(Eckert A.W.，CancerTreatment Reviews，2006，正在印刷)，當(dāng)它們被口服給藥時(shí)，引起消化系統(tǒng)疾病，特別是食管或胃潰瘍[(Lin J.H.，Bone 1996；18；75-85)或(Thiebauld D.等人，Osteoporos Int.1994；76-73)]?？诜o藥的另一個(gè)缺點(diǎn)在于被骨物質(zhì)吸收的有效成分的水平低。
迄今為止，已使用多種植入材料進(jìn)行骨的修復(fù)、修補(bǔ)和增強(qiáng)。最常用的植入物包括自體骨、合成聚合物和惰性金屬。使用這些材料的方案具有顯著的缺點(diǎn)，所述缺點(diǎn)可包括患者疼痛，手術(shù)期間的感染風(fēng)險(xiǎn)，缺乏生物相容性，成本高，和被插入的硬件可進(jìn)一步損傷骨的風(fēng)險(xiǎn)。因此，生物材料科學(xué)家的主要目標(biāo)是開發(fā)新型的骨替代物，其可被用作這些常規(guī)技術(shù)的替換物用于骨骼修復(fù)。
骨水泥，諸如基于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的骨水泥，在避免使用固體植入物方面提供了某些優(yōu)點(diǎn)，但是也具有若干缺點(diǎn)。甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酸是已知的活組織的刺激物，并且當(dāng)PMMA基骨水泥在體內(nèi)固化時(shí)，產(chǎn)生可損害周圍組織的自由基。另外，這些材料的聚合反應(yīng)是高度放熱的，并且在固化期間所產(chǎn)生的熱可損害組織。另外，這些材料是不可生物降解的。
磷灰石型骨水泥或磷酸鈣水泥(CPC)作為可能的修復(fù)性材料的概念和潛在優(yōu)點(diǎn)首次由LeGeros等人在1982被提出(″Apatitic CalciumPhosphatesPossible Restorative Materials″，J Dent Res61(Spec Iss)343)。
目前有幾種CPC市售產(chǎn)品。CPC具有以下優(yōu)點(diǎn)延展性使得它們與損傷部位和形狀相適合。可注射型磷酸鈣骨水泥的引進(jìn)大大地改善了骨水泥的操作和遞送并且打開了CPC的新的應(yīng)用領(lǐng)域。
CPC系統(tǒng)由粉末組分和液體組分構(gòu)成。粉末組分通常由一種或多種磷酸鈣化合物與另外的鈣鹽組成或沒有另外的鈣鹽。包含少量的其它添加劑用以調(diào)節(jié)凝固時(shí)間，增加可注射性，降低內(nèi)聚或溶脹時(shí)間，和/或引入大孔隙度。
這些材料例如被公開于EP 0 416 761、US 4 880 610、US 5 053212、EP 0 664 133、EP 0 543 765、WO 96/36562和WO 2004/000374。
FR-2715853描述了用于支撐組織的再吸收/替換的生物材料的組合物，其包括礦物相和含水液相，礦物相組成為BCP或鈣-鈦-磷酸鹽，含水液相包括纖維素基聚合物的含水溶液。這些可注射型組合物不含活性成分。
還已知作為植入物形式的不可注射的骨替代物。例如，H.Denissen等人(J.Periodontal，Vol.71，No.2，F(xiàn)ebruary 2000，第280-296頁)描述了通過吸收特定的偕二膦酸即(3-二甲基氨基-1-羥基丙叉基)-1，1-二膦酸或奧帕膦酸而被改性的羥磷灰石的植入物。據(jù)說所述酸的原地釋放促進(jìn)了骨重建。然而，羥基磷灰石自身具有難以被再吸收的缺點(diǎn)。
國(guó)際申請(qǐng)WO 03/074098描述了通過以下過程被獲得的改性膦酸鈣型(phosphocalcic)化合物將偕二膦酸或其堿金屬鹽或堿土金屬鹽加入到前體膦酸鈣型化合物在超純水中的懸浮液中，通過在室溫下攪拌反應(yīng)介質(zhì)，然后通過離心作用回收小球，用超純水洗滌小球，然后過濾和在室溫下在空氣中進(jìn)行干燥。WO 03/074098還描述了如此獲得的改性膦酸鈣型化合物在溶液或水凝膠中的懸浮液以及如此獲得的可注射型組合物用于治療骨質(zhì)疏松癥和骨溶性腫瘤的應(yīng)用。因此，WO 03/074098的發(fā)明人推薦偕二膦酸類的局部給藥，膦酸鈣相提供了為刺激骨重塑所需的鈣來源和磷酸鹽來源。
本申請(qǐng)人現(xiàn)在令人驚訝地發(fā)現(xiàn)了一種生產(chǎn)磷酸鈣骨水泥即自硬化骨水泥的方法，其具有與骨接近的抗壓強(qiáng)度，其替代時(shí)可被新的骨物質(zhì)再吸收，并且提供偕二膦酸化合物即二膦酸或其鹽的釋放，這允許進(jìn)行骨重塑的調(diào)節(jié)。
首先，本發(fā)明人已表明有可能獲得包含偕二膦酸化合物的自硬化磷酸鈣骨水泥，其具有適用于外科應(yīng)用的凝固時(shí)間并且所述偕二膦酸化合物顯示緩凝劑活性。實(shí)際上，在以下的凝固反應(yīng)中，偕二膦酸化合物的膦酸基與水泥糊狀物中的磷酸基相競(jìng)爭(zhēng)。因此，最終產(chǎn)品、其凝固時(shí)間和硬度得以被調(diào)整。
機(jī)制方案 在液相存在的條件下，最初的磷酸鈣化合物發(fā)生部分水解。Ca2+和PO42-離子被釋放。二膦酸化合物與Ca2+離子螯合并且可能妨礙磷灰石沉淀(參見以下反應(yīng)) α-Ca3(PO4)2(α-TCP)+H2O→Ca2++PO42-+(Ca，Na)10(PO4，HPO4)6(OH)2(CDA) 其次，本發(fā)明人已表明有可能獲得包含偕二膦酸化合物的可再吸收型磷酸鈣骨水泥。這是意想不到的技術(shù)效果，因?yàn)橥ǔＵJ(rèn)為偕二膦酸化合物的引入降低膦酸鈣型化合物的可再吸收能力。
第三，本發(fā)明人已表明有可能獲得釋放偕二膦酸化合物的磷酸鈣骨水泥，因此其能夠具有破骨細(xì)胞的局部抑制劑活性。這使得解決了口服給藥的副作用問題。另外，在骨水泥中使用的劑量(例如4mg/被植入部位)比口服給藥用劑量(10-70mg/天，在若干個(gè)月期間)低得多。另外，已經(jīng)表明(Clin Cancer Res.2006 15；12(20 Pt2)6222s-6230s，ChemMedChem.2006 Feb；1(2)267-73)骨對(duì)偕二膦酸化合物具有極高的親合力。因此，由本發(fā)明的骨水泥釋放的偕二膦酸化合物會(huì)立即被緊鄰植入部位周圍的骨所吸收，并且所有被釋放劑量會(huì)被捕獲。
定義 “骨水泥”由混合粉狀固相和液相所得的糊狀物的凝固產(chǎn)生。
骨水泥的“凝固”是指由混合固相和液相所得的糊狀物在室溫或體溫下的無需手動(dòng)(hand-off)的自硬化。
“可注射型骨水泥”是指具有足夠的流動(dòng)性以流過直徑為幾毫米、優(yōu)選1-5毫米的針的水泥糊狀物。
“磷酸鈣骨水泥”是其中粉狀固相由磷酸鈣化合物或鈣和/或磷酸鹽化合物的混合物組成的骨水泥。
“磷灰石型”磷酸鈣骨水泥結(jié)晶為下式所示的六方晶系Ca5x(PO4)3x，(OH，Cl，F(xiàn))x，x≥1。
制備方法 因此，本發(fā)明涉及用于制備釋放偕二膦酸衍生物的可注射型磷酸鈣骨水泥的方法，包括將偕二膦酸化合物或用偕二膦酸衍生物改性的鈣前體加入到固相或液相中，其中偕二膦酸衍生物的量相對(duì)于固相的重量為最高2.5重量％。
在本發(fā)明的制備方法中，為了提供本發(fā)明的具有適用于外科應(yīng)用的初凝固時(shí)間即低于1小時(shí)、優(yōu)選低于30分鐘的骨水泥，偕二膦酸衍生物的量及其并入方式是實(shí)質(zhì)性特征。
可用作偕二膦酸化合物的二膦酸或其鹽對(duì)應(yīng)于下式 (OY)(OX)P(O)-CR1R2-P(O)(OX)(OY) 其中X或Y彼此獨(dú)立地表示H或堿金屬的陽離子或堿土金屬的陽離子，以及具有生物意義的任何有機(jī)或無機(jī)的陽離子， R1表示H、OH或鹵素，和 R2表示氫或鹵素，烷基，其中氨基任選攜帶烷基取代基的氨基烷基，烷基氨基，攜帶包含至少一個(gè)N原子的芳族取代基的烷基，攜帶芳族硫醚基的烷基。
當(dāng)R1和/或R2表示鹵素，特別優(yōu)選Cl。
當(dāng)R2是烷基時(shí)，優(yōu)選含1-6個(gè)碳原子的烷基。當(dāng)R2是氨基烷基時(shí)，優(yōu)選其中n小于6的基團(tuán)NH2(CH2)n-。
當(dāng)R2是烷基氨基烷基時(shí)，優(yōu)選的基團(tuán)是基團(tuán)R′R″N(CH2)m-，其中R′和R″彼此獨(dú)立地表示H或含最多5個(gè)碳原子的烷基，并且m小于6。
當(dāng)R2是烷基氨基時(shí)，優(yōu)選其中RC是含3-7個(gè)碳原子的環(huán)烷基的基團(tuán)RCNH-。
當(dāng)R2是攜帶包含至少一個(gè)N原子的芳族取代基的烷基時(shí)，優(yōu)選含最多3個(gè)碳原子并攜帶一個(gè)吡啶基或咪唑基的烷基。
當(dāng)R2是攜帶芳族硫醚基的烷基時(shí)，優(yōu)選包含最多3個(gè)碳原子并攜帶苯基硫基的烷基，其中苯基任選攜帶鹵素取代基。
在這些偕二膦酸化合物中，可提及的有 -依替膦酸鹽(R1-OH，R2-CH3)， -氯屈膦酸鹽(R1-Cl，R2-Cl)， -帕米膦酸鹽(R1-OH，R2-CH2CH2NH2)， -阿侖膦酸鹽(R1-OH，R2-(CH2)3NH2)， -利塞膦酸鹽(R1-OH，R2-CH2-3-吡啶)， -替魯膦酸鹽(R1-H，R2-CH2-S-C6H4-Cl)， -伊班膦酸鹽(R1-OH，R2-CH2-CH2-N(CH3)戊基)， -唑來膦酸鹽(R1-OH，R2-CH2-咪唑)， -因卡膦酸鹽(R1-H，R2-NH-(環(huán)庚基))， -奧帕膦酸鹽(R1-OH，R2-CH2-CH2-N(CH3)2)， -奈立膦酸鹽(R1-OH，R2-(CH2)5NH2)。
二膦酸的鹽可以是有機(jī)鹽或無機(jī)鹽，優(yōu)選堿金屬鹽或堿土金屬鹽。
在優(yōu)選方案中，用于本發(fā)明方法中的偕二膦酸化合物選自依替膦酸鹽、氯屈膦酸鹽、帕米膦酸鹽、阿侖膦酸鹽、利塞膦酸鹽、替魯膦酸鹽、伊班膦酸鹽、唑來膦酸鹽、因卡膦酸鹽、奧帕膦酸鹽和奈立膦酸鹽。
可使用三種方法來制備本發(fā)明的骨水泥 ·將偕二膦酸衍生物溶于骨水泥液相中；或 ·將偕二膦酸衍生物加入粉狀固相中；或 ·偕二膦酸衍生物與鈣前體化學(xué)結(jié)合并被加入固相或液相中。
當(dāng)將偕二膦酸衍生物溶于骨水泥液相中時(shí)，偕二膦酸衍生物的量?jī)?yōu)選相對(duì)于固相的重量為最高0.3重量％。
當(dāng)將偕二膦酸衍生物加入粉狀固相時(shí)，偕二膦酸化合物的量?jī)?yōu)選相對(duì)于固相的重量為最高5重量％。
當(dāng)偕二膦酸衍生物與鈣前體化學(xué)結(jié)合并被加入固相或液相中時(shí)，偕二膦酸化合物的量?jī)?yōu)選相對(duì)于固相的重量為最高0.15重量％。
偕二膦酸化合物的化學(xué)結(jié)合可以如下方式獲得在室溫下，通過攪拌反應(yīng)介質(zhì)，將偕二膦酸或其堿金屬鹽或堿土金屬鹽或任何具有生物意義的有機(jī)或無機(jī)的陽離子加入到前體膦酸鈣型化合物在溶劑、優(yōu)選在含水介質(zhì)(例如超純水)中的懸浮液中，然后通過離心回收所形成的化合物。然后用超純水洗滌對(duì)化合物進(jìn)行純化，然后過濾并在室溫下在空氣中干燥。鈣前體選自 i)正磷酸鈣。例如，可為α-或β-磷酸三鈣(一般表示為α-TCP，β-TCP)，CDA，其是乏鈣羥基磷灰石(例如，通過正磷酸氫鈣的堿水解獲得)，羥基磷灰石(HA)，無水磷酸二鈣(DCPA)，CaHPO4；二水磷酸二鈣(DCPD)，CaHPO4.2H2O，磷酸四鈣(TTCP)，Ca4P2O9；無定形磷酸鈣(ACP)，Cax(PO4)y.H2O；一水磷酸一鈣(MCPH)，CaH4(PO4)2.H2O；和 ii)非磷酸鹽型鈣鹽，例如，CaCO3，CaSO4。
“超純水”是指具有18MΩcm左右的電阻率的水。在室溫下的攪拌優(yōu)選持續(xù)1-72小時(shí)，例如持續(xù)48小時(shí)。攪拌性質(zhì)和鈣前體的粒度可能對(duì)可被移植的偕二膦酸化合物的比例具有影響。因此，當(dāng)對(duì)于鈣前體選擇了給定的粒度時(shí)，則優(yōu)選調(diào)整攪拌，以便不改變所述粒度。
更優(yōu)選地，在本發(fā)明中使用的用偕二膦酸化合物改性的鈣前體是乏鈣磷灰石(CDA)、α-TCP、DCPD或CaCO3。
骨水泥 本發(fā)明進(jìn)一步涉及根據(jù)如上所述的本發(fā)明的方法可獲得的釋放偕二膦酸化合物的可注射的磷灰石型磷酸鈣骨水泥。
磷酸鈣骨水泥(CPC)是由作為水的液相或含水溶液與粉狀固相組成的材料，所述粉狀固相包含鈣和/或磷酸鹽的一種或多種固體化合物，從而如果液相和固相以適當(dāng)?shù)谋嚷驶旌蠒r(shí)，它們形成糊狀物，該糊狀物在室溫或體溫下通過一種或多種其它的固體化合物的沉淀發(fā)生而凝固，所述其它的固體化合物中的至少一種是磷酸鈣。
本發(fā)明的CPC屬于CDHA(乏鈣羥基磷灰石)類型。
本發(fā)明的CPC是可注射的。實(shí)際上，在近些年來，骨質(zhì)疏松性骨折事件顯著增加?？紤]到缺乏足夠的治療以及老年人數(shù)的增加，這一趨勢(shì)預(yù)計(jì)將持續(xù)下去。骨質(zhì)疏松性骨折通常很難修復(fù)，因?yàn)楣欠浅４嗳?。因此，不可能插入螺釘以保持骨接合板。解決該問題的一個(gè)方法是注射CPC到疏松骨中以強(qiáng)化該疏松骨。
作為固相的組分可用于本發(fā)明的鈣和/或磷酸鹽化合物包括，羥基磷灰石(HA)Ca10(PO4)6(OH)2；無定形磷酸鈣(ACP)，Cax(PO4)y.H2O；一水磷酸一鈣(MCPH)，CaH4(PO4)2.H2O；二水磷酸二鈣(DCPD)，CaHPO4.2H2O，也被稱為透鈣磷石；無水磷酸二鈣(DCPA)，CaHPO4；沉淀磷灰石或乏鈣磷灰石(CDA)，(Ca，Na)10(PO4，HPO4)6(OH)2；α-或β-磷酸三鈣(α-TCP，β-TCP)，Ca3(PO4)2；磷酸四鈣(TTCP)，Ca4P2O9，和碳酸鈣，CaCO3。
優(yōu)選可容易再吸收的磷酸鈣化合物。
優(yōu)選選自以下的包含一種或多種鈣和/或磷酸鹽化合物的粉狀固相HA，α-TCP，β-TCP，ACP，MCPH，DCPA，CDA，CaCO3及其混合物。
根據(jù)具體實(shí)施方案，固相還包含至少一種合成聚合物或生物聚合物(例如HPMC)。
更優(yōu)選包含α-TCP的粉狀固相。α-TCP由式α-Ca3(PO4)2表示。α-TCP在含水溶液中可容易地被轉(zhuǎn)化為乏鈣羥基磷灰石(CDA)。這一性質(zhì)用于形成磷灰石型CPC。α-TCP的優(yōu)選量是固相的5％到100％，更優(yōu)選30％到80％，最優(yōu)選30％到70％。
優(yōu)選的粉狀固相由α-TCP、DCPA、CDA和CaCO3的混合物組成。
另一個(gè)優(yōu)選的粉狀固相由α-TCP、DCPD、CDA、MCPH和生物聚合物諸如HPMC(羥基丙基甲基纖維素)的混合物組成。
液相可由一種或多種包含表I中的一種或幾種組分的水性溶液組成，其中所述組分可選自表I所示的各自的化合物或其混合物。
表I適當(dāng)?shù)囊合?
優(yōu)選地，作為液相的上述化合物的含水溶液的濃度為約0.1重量％到約5重量％。
優(yōu)選的液相是Na2HPO4含水溶液、NaH2PO4含水溶液或檸檬酸溶液。更優(yōu)選地，液相是Na2HPO4含水溶液。例如，可以使用在蒸餾水中的約0.5重量％到約5重量％的Na2HPO4的溶液，在蒸餾水中的約0.5重量％到約5重量％的NaH2PO4的溶液，或在蒸餾水中的約0.5重量％到約5重量％的檸檬酸的溶液。
液相的pH應(yīng)為約5到約10，優(yōu)選約5到約8，最優(yōu)選約5到約7。
優(yōu)選地，液相/固相(L/S)的比為約0.20到約0.9ml/g，更優(yōu)選為約0.25到約0.8ml/g，仍優(yōu)選為約0.25到約0.45ml/g，最優(yōu)選約0.30到約0.45ml/g。
優(yōu)選地，液相/固相(L/S)的比為約0.25ml/g到約0.9ml/g；更優(yōu)選為約0.30ml/g到約0.45ml/g，液相為含水的Na2HPO4溶液。
優(yōu)選地，液相/固相(L/S)的比為約0.25ml/g到約0.9ml/g；更優(yōu)選為約0.30ml/g到約0.45ml/g，液相為含水的NaH2PO4溶液。
優(yōu)選地，液相/固相(L/S)的比為約0.20ml/g到約0.8ml/g；更優(yōu)選為約0.25ml/g到約0.30ml/g，液相為含水的檸檬酸溶液。
CPC的凝固時(shí)間根據(jù)粉末和液體組分的組成、粉末液相的比、磷酸鈣組分的比例以及粉末組分的粒度的不同而異。骨水泥的凝固時(shí)間是骨水泥的重要性質(zhì)。如果凝固時(shí)間太快，則在硬化之前外科醫(yī)生沒有時(shí)間使用骨水泥，如果凝固時(shí)間太長(zhǎng)，則外科醫(yī)生必須等待其凝固他/她才可以閉合傷口。
通常使用吉爾摩測(cè)針儀器測(cè)量成型樣品來獲得凝固時(shí)間。這一試驗(yàn)基本上測(cè)量了水合骨水泥糊狀物什么時(shí)候達(dá)到一些有限的抗針入值。其根據(jù)具有特定大小和重量的針刺入骨水泥糊狀物樣品達(dá)到所給定的深度或不能刺入骨水泥糊狀物樣品的時(shí)間來定義初凝固時(shí)間和終凝固時(shí)間。吉爾摩測(cè)針儀器包括具有不同直徑和不同重量的兩個(gè)針。具有最大直徑和最低重量的第一個(gè)針測(cè)量初凝固時(shí)間，具有最小直徑和最高重量的第二個(gè)針測(cè)量終凝固時(shí)間(C266 ASTM標(biāo)準(zhǔn))。
本發(fā)明的骨水泥的初凝固時(shí)間適用于外科應(yīng)用，例如，低于1小時(shí)，優(yōu)選低于約45分鐘。優(yōu)選地，其為約10分鐘到約45分鐘，更優(yōu)選約15分鐘到約40分鐘，最優(yōu)選約20分鐘到約35分鐘。
本發(fā)明的骨水泥的終凝固時(shí)間是約40分鐘到約3小時(shí)，優(yōu)選約40分鐘到約2小時(shí)，最優(yōu)選約40分鐘到約1小時(shí)。
在優(yōu)選方案中，本發(fā)明的硬化水泥的抗壓強(qiáng)度大于約10MPa，優(yōu)選大于約20MPa。
為了避免發(fā)生骨水泥向骨周圍組織的外滲，目測(cè)骨水泥非常重要。最容易的方式是增加骨水泥的射線不透性，例如借助于造影劑。例如，可以使用鉭、鈦或鎢的金屬粉末。在部分可生物再吸收的骨水泥中可優(yōu)選使用液體試劑，諸如碘化合物，如碘帕醇、碘海醇和碘曲侖。優(yōu)選使用硫酸鋇。
應(yīng)用 本發(fā)明的其它目的是本發(fā)明的可注射型CPC用于填充由外傷、骨質(zhì)疏松癥、骨溶性腫瘤和關(guān)節(jié)或假牙修復(fù)術(shù)引起的骨缺損或骨折的應(yīng)用。這包括手術(shù)步驟，但是本發(fā)明的可注射型CPC可以到達(dá)身體的難接近的部分并且適合于意在減少損害和疼痛并同時(shí)縮短恢復(fù)功能前的時(shí)間的侵入程度最低的手術(shù)過程。該治療方法包括通過針將本發(fā)明的可注射型CPC引入到骨缺損或骨折中。
例如，它們可以經(jīng)皮椎骨成型術(shù)的形式被使用。其是用來穩(wěn)定和弄直最通常由骨質(zhì)疏松癥導(dǎo)致的胸脊骨和腰脊骨的椎骨塌陷的經(jīng)皮穿刺方法。
在骨質(zhì)疏松期間，由于骨骼結(jié)構(gòu)的負(fù)荷能力降低，很痛的椎骨塌陷可以發(fā)生在胸脊骨(TSC)和腰(LSC)脊骨的區(qū)域。這引起程度不同的椎骨的明顯變形，甚至引起椎骨塌陷。兩種情況都可容易地通過x射線識(shí)別。甚至可能發(fā)生完全椎骨塌陷和整個(gè)脊骨的明顯變形。
在局部麻醉劑的作用下，或者，如果需要，在全麻的條件下，將細(xì)的穿刺針插入到椎骨，例如，在x射線的指導(dǎo)下進(jìn)行。在椎骨的某些點(diǎn)(所謂的椎弓根)，骨可無風(fēng)險(xiǎn)地用針進(jìn)行穿刺。之后，將流體性骨水泥經(jīng)由穿刺針注入到椎骨中；在骨水泥硬化后，椎骨被穩(wěn)定(椎骨成型術(shù))。如果椎骨嚴(yán)重變形(例如，在楔型形式下)，在注射骨水泥之前將塌陷的椎骨弄直。因此通過穿刺針將球囊插入到椎骨中并在高壓下用流體使球囊膨脹。在成功弄直后，除去球囊并將得到的腔用骨水泥填充(球囊-椎體后凸成形術(shù))。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是本發(fā)明的可注射型CPC用于填補(bǔ)牙齒缺損的應(yīng)用。
本發(fā)明的補(bǔ)充性目的是用于制備權(quán)利要求8-10中任一項(xiàng)所述的釋放偕二膦酸衍生物的可注射型磷酸鈣骨水泥的套包，包括偕二膦酸衍生物或用偕二膦酸化合物改性的鈣前體、固相和液相。
本發(fā)明將參考以下的附圖和實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步的說明。



圖1改性CDA[10.4重量％的阿侖膦酸鹽]的31P VACP MAS NMR譜圖，表明與CDA結(jié)合的阿侖膦酸鹽組分(參見實(shí)施例1)。在12kHz的自旋頻率和7.0T的磁場(chǎng)下記錄譜圖。
圖2在一周的凝固時(shí)間后的骨水泥的31P MAS譜圖(參見實(shí)施例5)，參考＝未添加阿侖膦酸鹽，固體＝與骨水泥固體組分混合的阿侖膦酸鹽粉末，溶液＝溶于骨水泥液體組分中的阿侖膦酸鹽，CDA＝與CDA組分化學(xué)結(jié)合的阿侖膦酸鹽。
圖3(上圖)改性的α-TCP[4.7重量％的阿侖膦酸鹽]的31P單脈沖MAS-NMR譜圖，(下圖)改性的α-TCP[4.7重量％的阿侖膦酸鹽]的31PVACP MAS NMR譜圖(參見實(shí)施例2)。
圖4移植后12周植入3g劑量的未負(fù)載阿侖膦酸的CPC的母羊椎體的掃描電子顯微術(shù)視圖(以背散射電子方式觀測(cè))。
圖5移植后12周植3g劑量的負(fù)載有阿侖膦酸鹽的CPC(0.13重量％)的母羊椎體的掃描電子顯微術(shù)視圖(以背散射電子方式觀測(cè))(參見實(shí)施例8)。
實(shí)施例 實(shí)施例1用阿侖膦酸鹽改性的CDA的制備 通過將100mg的CDA引入到與1.25ml的0.02mo l.l-1的阿侖膦酸鈉含水溶液混合的8.75ml的超純水中制備磷酸鈣的懸浮液。將該懸浮液放置于被保持在室溫下的管內(nèi)，并且用旋轉(zhuǎn)攪拌器在16rpm下攪拌5天，然后將懸浮液離心，并除去大部分上清液。將固體殘余物濾出，用小份的超純水洗滌若干次，然后在室溫下干燥，得到的固體包含7.4重量％的阿侖膦酸鹽。
實(shí)施例2用阿侖膦酸鹽改性的α-TCP的制備 除了實(shí)施例1之外，還將雙膦酸鹽化學(xué)結(jié)合于固相的另外的組分(CaCO3、DCPA、α-TCP...)之一。例如，在α-TCP的情況下，通過將100mg的α-TCP引入到與1.25ml的0.02mo l.l-1的阿侖膦酸鈉含水溶液混合的8.75ml的超純水中制備磷酸鈣支持物的懸浮液。將該懸浮液放置于被保持在室溫下的管內(nèi)，并用旋轉(zhuǎn)攪拌器在16rpm下攪拌2天。然后將懸浮液離心，并除去大部分的上清液，將固體殘余物濾出，用小份超純水洗滌若干次，然后在室溫下干燥，得到的固體包含4.7重量％的阿侖膦酸鹽。
實(shí)施例3用阿侖膦酸鹽改性的DCPD的制備 除了實(shí)施例1之外，還將雙膦酸鹽化學(xué)結(jié)合于固相的另外的組分之一。例如，在DCPD的情況下，通過將100mg的DCPD引入到與1ml的0.02mol.l-1的阿侖膦酸鈉含水溶液混合的9ml的超純水中制備磷酸鈣支持物的懸浮液。將該懸浮液放置于被保持在室溫下的管內(nèi)，并用旋轉(zhuǎn)攪拌器在16rpm下攪拌2天。然后將懸浮液離心，并除去大部分的上清液，將固體殘余物濾出，用小份超純水洗滌若干次，然后在室溫下干燥，得到的固體包含5.3重量％的阿侖膦酸鹽。
實(shí)施例4用阿侖膦酸鹽改性的CaCO3的制備 除了實(shí)施例1之外，還將雙膦酸鹽化學(xué)結(jié)合于固相的另外的組分之一。例如，在CaCO3的情況下，通過將100mg的CaCO3引入到與1.5ml的0.02mol.l-1的阿侖膦酸鈉含水溶液混合的8.5ml的超純水中制備磷酸鈣支持物的懸浮液。將該懸浮液放置于被保持在室溫下的管內(nèi)，并用旋轉(zhuǎn)攪拌器在16rpm下攪拌2天。然后將懸浮液離心，并除去大部分的上清液，將固體殘余物濾出，用小份超純水洗滌若干次，然后在室溫下干燥，得到的固體包含5.0重量％的阿侖膦酸鹽。
實(shí)施例5釋放阿侖膦酸鹽的可注射型CPC的制備 骨水泥的固相組成為α三代磷酸鈣α-TCP、CaHPO4、CaCO3和一些沉淀羥基磷灰石CDA。固相組成對(duì)于所有樣品而言是一樣的 ■62.4重量％(249.6mg)α-TCP ■26.8重量％(107.2mg)DCPA(CaHPO4) ■8.8重量％(35.2mg)CaCO3 ■2重量％(8mg)CDA。
使用CaHPO4和CaCO3的適當(dāng)混合物，在1300℃加熱至少6小時(shí)，和在空氣中將其淬火冷卻到室溫，來制備α-TCP。
使用三種方法將阿侖膦酸鹽與骨水泥樣品相組合。
·將阿侖膦酸鹽溶于骨水泥液相(為最高1.2mg，在120μL中，參見表IV)；或者 ·將阿侖膦酸鹽加入到固相(相對(duì)于400mg添加0.1-10mg，，參見表IV)；或者 ·將阿侖膦酸鹽化學(xué)結(jié)合于(i)如實(shí)施例1所述制備的CDA，部分地替換固相的CDA(參見表II)，(ii)如實(shí)施例2所述制備的α-TCP，部分地替換固相的α-TCP(參見表III)。
使用了七種濃度的阿侖膦酸鹽 ■0.100重量％(0.40mg) ■0.060重量％(0.25mg) ■0.025重量％(0.10mg) ■0.25重量％(1mg) ■0.3重量％(1.2mg) ■2.5重量％(10mg) ■3.9重量％(15.7mg) 選擇三種液相來制備不同的骨水泥制劑在水中的2.5重量％的Na2HPO4，在水中的2.5重量％的NaH2PO4，或者在水中的85mM檸檬酸。
骨水泥的液體/粉末比L/P對(duì)于用Na2HPO4和NaH2PO4制備的樣品而言取0.30ml/g，對(duì)于用檸檬酸制備的樣品而言取0.25ml/g。
在10分鐘內(nèi)將粉末磨得很細(xì)。
然后，將該液相滴加到固相中并使用刮鏟或研杵將兩相混合。
混合物在模具中凝固。
實(shí)施例6實(shí)施例5的樣品的凝固時(shí)間試驗(yàn) 凝固時(shí)間根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ASTM C266-89采用吉爾摩測(cè)針進(jìn)行測(cè)定。
表II和III以及IV總結(jié)了結(jié)果。
表II使用化學(xué)結(jié)合于CDA的阿侖膦酸鹽的初凝固時(shí)間和終凝固時(shí)間。

表III使用化學(xué)結(jié)合于α-TCP的阿侖膦酸鹽的初凝固時(shí)間和終凝固時(shí)間。

注釋a在一周培育后，觀察到α-TCP的完全轉(zhuǎn)化，并且得到的骨水泥顯示良好的機(jī)械性質(zhì)。
注釋b在一周培育后，骨水泥的自凝固很差，同時(shí)X射線衍射給出了α-TCP的轉(zhuǎn)化極低的證據(jù)。
注釋c在一周培育后，觀察到α-TCP的完全轉(zhuǎn)化，并且得到的骨水泥顯示非常好的機(jī)械性質(zhì)，盡管骨水泥比注釋a中的情況具有更多的屑粒。
注釋d在一周培育后，骨水泥的自凝固很差，同時(shí)X射線衍射給出了α-TCP的轉(zhuǎn)化極低的證據(jù)。從注釋b和d可以得出結(jié)論如果全部α-TCP組分用雙膦酸鹽改性的話，則骨水泥的自凝固性質(zhì)受到強(qiáng)烈抑制。

注釋a在這種情況下，α-TCP的轉(zhuǎn)化量低，并且在一周的培育后，獲得的材料是具有差機(jī)械性質(zhì)的耐嚼糊狀物。
注釋b在這種情況下，α-TCP的轉(zhuǎn)化量低，并且在一周的培育后，獲得的材料是具有差機(jī)械性質(zhì)的軟糊狀物。
注釋c在培育條件下，觀察到制備物溶脹，并且在一周后，觀察到材料具有差的機(jī)械性質(zhì)，即，易碎和盡是屑粒，盡管通過X射線衍射提供了α-TCP發(fā)生完全轉(zhuǎn)化的證據(jù)。
實(shí)施例7RMN試驗(yàn)(關(guān)于實(shí)施例5的樣品) 使用固態(tài)魔角自旋(MAS)核磁共振譜研究在7天培育后獲得的骨水泥樣品。實(shí)驗(yàn)在Bruker Advance 300分光計(jì)上進(jìn)行，該分光計(jì)在7.0T(1H和31P的拉莫頻率為300和121.5MHz)下，使用4mm雙共振和三共振MAS探針操作。
使用接觸時(shí)間為1毫秒的傾斜交叉極化進(jìn)行31P-{1H}交叉極化(CP)MAS實(shí)驗(yàn)。1H去耦采用1H章動(dòng)頻率為70kHz的SPINAL64程序進(jìn)行。再循環(huán)延遲設(shè)為2秒。測(cè)量了在改性的α-TCP樣品中的31P位置的縱向弛豫時(shí)間T1并且發(fā)現(xiàn)在10到300秒之間變化(ν0(31P)＝121.5MHz)。在延遲600秒后通過記錄單一掃描獲得31P單脈沖譜圖。
實(shí)施例8第二類型的釋放阿侖膦酸鹽的可注射型CPC的制備 骨水泥的固相組成為α三代磷酸鈣α-TCP、DCPD、MCPH、HPMC和一些沉淀羥基磷灰石CDA。
固相組成對(duì)于所有樣品而言是一樣的 ■78重量％(7.8g)α-TCP ■5重量％(0.5g)DCPD(CaHPO4.2H2O) ■5重量％(0.5g)MCPH(Ca(H2PO4)2.H2O) ■10重量％(1g)CDA. ■2重量％(0.2g)HPMC(羥基丙基甲基纖維素)。
使用CaHPO4和CaCO3的適當(dāng)混合物，在1300℃加熱至少6小時(shí)，和在空氣中將其淬火冷卻到室溫，來制備α-TCP。
使用三種方法將阿侖膦酸鹽與骨水泥樣品組合。
·將阿侖膦酸鹽溶于骨水泥液相(為最高40mg，在5mL中，參見表V) ·將阿侖膦酸鹽加入到固相(相對(duì)于10g加入13.3-40mg，參見表V) ·將阿侖膦酸鹽化學(xué)結(jié)合于(i)如實(shí)施例1所述制備的CDA，部分地替換固相的CDA(參見表VI)，(ii)如實(shí)施例2所述制備的α-TCP，部分地替換固相的α-TCP(參見表VII)，(iii)如實(shí)施例3所述制備的DCPD，部分地替換固相的DCPD(參見表VIII)。
使用了三種濃度的阿侖膦酸鹽 ■0.133重量％(13.3mg) ■0.266重量％(26.6mg) ■0.4重量％(40.0mg) 選擇用來制備不同的骨水泥制劑的液相是在水中的5重量％的Na2HPO4。骨水泥的液體/粉末比L/P取0.50ml/g。
在30分鐘內(nèi)將粉末磨得很細(xì)。
然后，將該液相滴加到固相中并使用刮鏟或研杵將兩相混合。
混合物在模具中凝固。
實(shí)施例9關(guān)于實(shí)施例8的凝固時(shí)間試驗(yàn) 使用Vickers微型壓痕實(shí)驗(yàn)(最大抗壓強(qiáng)度)、粉末X射線衍射和31P固態(tài)NMR(α-TCP到CDA的轉(zhuǎn)化比)和質(zhì)地分析(初凝固時(shí)間的評(píng)價(jià))研究骨水泥的性質(zhì)。后面的方法包括相對(duì)于時(shí)間測(cè)量擠出骨水泥團(tuán)所必需的壓縮力(初凝固時(shí)間＝達(dá)到壓力值大于25牛頓的時(shí)間)。
表V、VI、VII和VIII總結(jié)了結(jié)果。
表V將阿侖膦酸鹽溶于液相中或?qū)鲮⑺猁}加入到固相的骨水泥的凝固和機(jī)械性質(zhì)
注釋a在這種情況下，在兩天培育后，獲得的材料是易碎的和盡是屑粒的材料。獲得不可重現(xiàn)的數(shù)據(jù)。
注釋b在31P-1H VACP NMR譜圖上檢測(cè)到阿侖膦酸鹽的存在，作為在大約18ppm處的寬的信號(hào)出現(xiàn)，非常類似于圖1所示，因此暗示了雙膦酸鹽被化學(xué)吸附于CDA的表面上，導(dǎo)致α-TCP組分的轉(zhuǎn)化。
表VI具有與CDA化學(xué)結(jié)合的阿侖膦酸鹽的骨水泥的凝固和機(jī)械性質(zhì)
注釋a在31P-1H VACP NMR譜圖上檢測(cè)到阿侖膦酸鹽的存在，作為在大約18ppm處的寬的信號(hào)出現(xiàn)，非常類似于圖1所示，因此暗示了雙膦酸鹽被化學(xué)吸附于CDA的表面上，導(dǎo)致α-TCP組分的轉(zhuǎn)化。
表VII具有與α-TCP化學(xué)結(jié)合的阿侖膦酸鹽的骨水泥的凝固和機(jī)械性質(zhì)
表VIII具有與DCPD化學(xué)結(jié)合的阿侖膦酸鹽的骨水泥的凝固和機(jī)械性質(zhì)
對(duì)于與表V-VIII相對(duì)應(yīng)的不同的情況(相對(duì)于固相為0.133重量％的阿侖膦酸鹽)，在2小時(shí)培育后獲得的骨水泥型塊被浸漬在37℃的0.9重量％NaCl含水溶液中5天。然后將型塊干燥和切割，然后進(jìn)行SEM(掃描電子顯微術(shù))觀測(cè)。在任何情況下，都觀察到均勻分散的大孔(20到100微米)，由HPMC組分的降解獲得。
實(shí)施例10關(guān)于實(shí)施例8的在母羊中的體內(nèi)試驗(yàn) 使用六只10歲的母羊用于這一實(shí)驗(yàn)。動(dòng)物自由攝取標(biāo)準(zhǔn)的飲食。將動(dòng)物隨機(jī)地植入負(fù)載有阿侖膦酸鹽的CPC或未負(fù)載有阿侖膦酸鹽的CPC。3g劑量的負(fù)載有阿侖膦酸鹽的CPC根據(jù)實(shí)施例8、使用4mg的與CDA化學(xué)結(jié)合的阿侖膦酸鹽(參見實(shí)施例1)制備。每只母羊接受3×3g劑量(在3個(gè)椎體內(nèi)均分)的負(fù)載有阿侖膦酸鹽的CPC或未負(fù)載有阿侖膦酸鹽的CPC。在移植后3個(gè)月將動(dòng)物處死。使用 1.掃描電子顯微術(shù)(以背散射電子方式觀測(cè)) 2.微-CT掃描(組織形態(tài)測(cè)量) 對(duì)每個(gè)被植入的椎體進(jìn)行分析。
在CPC和負(fù)載有阿侖膦酸鹽的CPC的SEM圖像(圖4和圖5)上都觀察到了自誘導(dǎo)的大孔隙度、與骨的直接接觸面和顯著的表面骨傳導(dǎo)。對(duì)于負(fù)載有阿侖膦酸鹽的CPC植入體觀察到了顯著的植入體再吸收和體積性骨傳導(dǎo)(圖5)。
在CPC和負(fù)載有阿侖膦酸鹽的CPC的植入物周圍的小梁骨結(jié)構(gòu)進(jìn)行的比較組織形態(tài)分析清楚地顯示(N＝18，p＜0.05)用負(fù)載有阿侖膦酸鹽的CPC植入物強(qiáng)化的骨結(jié)構(gòu)(參見下表)。

權(quán)利要求
1.制備釋放偕二膦酸化合物的可注射型磷酸鈣骨水泥的方法，所述方法包括將二膦酸或其鹽或者用二膦酸或其鹽改性的鈣固體前體加入到骨水泥固相或骨水泥液相中，所述鈣固體前體選自正磷酸鈣和非磷酸鹽型鈣鹽諸如CaCO3或CaSO4。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中二膦酸或其鹽的量相對(duì)于固相的重量為最高2.5重量％。
3.權(quán)利要求1所述的方法，其中二膦酸或其鹽被溶于骨水泥液相并且二膦酸或其鹽的量相對(duì)于固相的重量為最高0.3重量％。
4.權(quán)利要求1所述的方法，其中二膦酸或其鹽被加入骨水泥固相中并且二膦酸或其鹽的量相對(duì)于固相的重量為最高3.5重量％。
5.權(quán)利要求1所述的方法，其中用二膦酸或其鹽改性的鈣固體前體被加入骨水泥固相中并且二膦酸或其鹽的量相對(duì)于固相的重量為最高0.15重量％。
6.權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其中二膦酸或其鹽選自依替膦酸鹽、氯屈膦酸鹽、帕米膦酸鹽、阿侖膦酸鹽、利塞膦酸鹽、替魯膦酸鹽、伊班膦酸鹽、唑來膦酸鹽、因卡膦酸鹽、奧帕膦酸鹽和奈立膦酸鹽。
7.權(quán)利要求6所述的方法，其中所述二膦酸或其鹽是阿侖膦酸鹽。
8.權(quán)利要求1、2、5、6和7中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述鈣固體前體選自乏鈣磷灰石(CDA)、α-TCP、DCPD和CaCO3。
9.權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述固相包括一種或多種選自以下的鈣和/或磷酸鹽化合物HA、α-TCP、β-TCP、ACP、MCPH、DCPA、CDA、CaCO3及其混合物。
10.權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的方法，其中固相還包括至少一種合成聚合物或生物聚合物。
11.權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述液相是Na2HPO4含水溶液、NaH2PO4含水溶液或檸檬酸含水溶液。
12.權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述液相是NaH2PO4含水溶液。
13.權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的方法，其中液相的pH為5-10，優(yōu)選5-9，最優(yōu)選5-7。
14.權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的方法，其中液相/固相(L/S)的比為0.20到0.9ml/g，更優(yōu)選為0.25到0.8ml/g，仍優(yōu)選為0.25到0.45ml/g，最優(yōu)選0.30到0.45ml/g。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)所述方法可獲得的可注射型磷灰石型磷酸鈣骨水泥。
16.權(quán)利要求15所述的可注射型磷灰石型磷酸鈣骨水泥，其具有高于10MPa的抗壓強(qiáng)度。
17.權(quán)利要求15-16中任一項(xiàng)所述的可注射型磷灰石型磷酸鈣，還包括造影劑，優(yōu)選硫酸鋇。
18.權(quán)利要求15-17中任一項(xiàng)所述的可注射型磷灰石型CPC在制備用于填充骨缺損或骨折的藥物中的應(yīng)用。
19.權(quán)利要求18所述的應(yīng)用，其中所述骨缺損與骨質(zhì)疏松癥有關(guān)。
20.權(quán)利要求15-17中任一項(xiàng)所述的可注射型磷灰石型CPC在制備用于填充牙齒缺損的藥物中的應(yīng)用。
21.用于制備權(quán)利要求15-17中任一項(xiàng)所述的釋放二膦酸或其鹽的可注射型磷酸鈣骨水泥的套包，包括二膦酸或其鹽或者用二膦酸或其鹽改性的鈣固體前體、固相和液相，所述鈣固體前體選自正磷酸鈣和非磷酸鹽型鈣鹽諸如CaCO3或CaSO4。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有高抗壓強(qiáng)度的大孔、可再吸收、可注射的磷灰石型磷酸鈣水泥，其可用作骨水泥并釋放骨吸收抑制劑，及其制備方法和應(yīng)用。
文檔編號(hào)A61L24/00GK101687059SQ200880008857
公開日2010年3月31日 申請(qǐng)日期2008年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月14日
發(fā)明者J-M·布萊, B·比若利, P·讓維耶, I·海魯恩, J-N·阿根森 申請(qǐng)人:格拉夫蒂斯公司, 南特大學(xué), 國(guó)家科研中心