(57)【要約】本発明は、骨の修復および／または患者の回復に影響を及ぼす天然または合成化合物の部位特異的導入のためのバイオポリマーキャリヤーを組み込んだ生体鉱質に基づくセメントに関する。本発明はさらに、薬物送達のためのそのような二相性リン酸カルシウムセメントを生成するための方法に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凝固可能な二相性組成物であって、以下のもの：
複数の個々のリン酸カルシウム粒子、ここで、そのリン酸カルシウム粒子はホスフェートがケイ素で置換された部分を有する；
リン酸カルシウムの沈殿を支持することができる液体；および
ポリマーの吸収の際のその組成物中への組織の内殖を可能にする濃度の生体吸収性ポリマー、ここで、その二相性組成物の硬化の間にその生体吸収性ポリマーの周りにリン酸カルシウム粒子が沈着する；
を含む、前記凝固可能な二相性組成物。
【請求項２】
その組成物が骨セメントである、請求項１に記載の凝固可能な二相性組成物。
【請求項３】
そのリン酸カルシウム粒子が少なくとも６５％リン酸三カルシウムである、請求項２に記載の凝固可能な二相性組成物。
【請求項４】
さらにリン酸ナトリウムまたはリン酸カリウムを含む、請求項１に記載の凝固可能な二相性組成物。
【請求項５】
その生体吸収性ポリマーがポリエチレングリコールまたはデキストランを含む、請求項４に記載の凝固可能な二相性組成物。
【請求項６】
さらに１種類以上の療法剤を含む、請求項５に記載の凝固可能な二相性組成物。
【請求項７】
その療法剤がＢＭＰ−２、ＢＭＰ−７、ＴＧＦβ、ＧＤＦ−５、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項６に記載の凝固可能な二相性組成物。
【請求項８】
その療法剤が鎮痛剤または抗微生物剤を含む、請求項６に記載の凝固可能な二相性組成物。
【請求項９】
そのバイオポリマーおよびリン酸カルシウム粒子が液体構成要素の添加の前に一緒に混合され、そのバイオポリマーがその生体吸収性ポリマーおよびリン酸カルシウム粒子の混合物の７５重量％未満で存在する、請求項１に記載の凝固可能な二相性組成物。
【請求項１０】
リン酸カルシウム組成物の生成のための方法であって、その方法が以下：
ケイ素置換リン酸カルシウム粉末、生体分解性ポリマー、および凝固促進剤を、療法剤および水溶液と混合し；そして
その中に分布した療法剤を有するケイ素置換リン酸カルシウム組成物を生成する
ことを含む、前記方法。
【請求項１１】
生体分解性ポリマーがポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
その凝固促進剤がリン酸ナトリウムまたはリン酸カリウムを約０．５重量％〜約１５重量％の濃度で含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
そのケイ素置換リン酸カルシウム粉末がケイ素でドープしたリン酸カルシウム粉末を約１０００℃〜約１３００℃の温度で焼結させることを含むプロセスにより調製される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
そのケイ素置換リン酸カルシウム粉末が約５重量パーセントまでのケイ素を有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
そのケイ素置換リン酸カルシウム粉末が約０．５〜約２．０重量パーセントのケイ素を有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
そのケイ素置換リン酸カルシウム粉末の約３５重量パーセント未満の可溶性バイオポリマーを添加することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
ケイ素置換リン酸カルシウムセメントキットであって、以下のもの：
第１容器中のケイ素置換リン酸カルシウム粒子、生体適合性ポリマー、および凝固促進剤；
第２容器中の水溶液；ならびに
第３容器中の凍結乾燥された療法剤、ここで、そのケイ素置換リン酸カルシウム粒子、生体適合性ポリマーおよび水溶液を混合して凝固可能なケイ素置換リン酸カルシウムペーストを形成する；
を含む、前記キット。
【請求項１８】
その療法剤がＢＭＰ−２、ＢＭＰ−７またはＧＤＦ−５を含む、請求項１７に記載のケイ素置換リン酸カルシウムセメントキット。
【請求項１９】
さらに塩化カルシウム、クエン酸カルシウム、炭酸カルシウム、グルコン酸カルシウム、リン酸カルシウム、硫酸カルシウムおよびそれらの組み合わせからなる群より選択されるカルシウム塩を含む、請求項１８に記載のケイ素置換リン酸カルシウムセメントキット。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
[001]  新しい骨組織の方向付けられた形成を含む整形外科の手順は、その修復プロセスを刺激し、誘導する生体材料の埋め込みから利益を得ている。組成および構造の点での生体材料の物理的特性は新しい骨組織の早期の統合に影響を及ぼし、理想的にはインプラント部位における生物学的または構造的な不適合無しで天然の骨での進行性の置き換えを可能にする。さらに、療法剤を生体材料と共に並行して送達することは、骨形成プロセスの加速、骨の質の向上、痛みの同時低減、感染の予防的制御および他の臨床的利益を通して向上した臨床成果を提供する。
【０００２】
[002]  整形外科医は歴史的に、外傷または疾患により損傷した骨格の領域を修復するために選ばれる生体材料として自家移植片（患者から取り出した骨）を用いてきた。歯の構造および齲食に関する論考, Proc R Soc Med. 1946 August; 39(10): 637-645。しかし、採取部の罹患の高い発生率、痛みを伴う第２の“採取する”外科的手順の必要性、および移植のために入手可能な大量の骨が存在しないことは、患者の予後を損なう。同種移植片（死体から得た骨）および異種移植片（動物から得た骨）の形の骨組織の代わりの天然の源も利用されてきた。しかし、以下のことに関する重要な懸念のため、これらは理想的な選択肢では無い：（１）疾患の伝染、（２）調達および加工の困難、（３）不確かな免疫応答、および（４）早すぎる再吸収。
【０００３】
[003]  天然の骨組織の源の限界を認めて、天然の骨の有益な特徴を真似る一方でマイナスの作用を排除することを試みる合成的代用物の開発において、重要な革新が起きた。天然の骨組織の性能の利点を再現することは、整形外科的修復の成功の促進においてその組織の化学的性質、生物学的性質および構造が全て影響を及ぼすため、やりがいがある。Uchida, A. et al., 骨の置き換えのためのセラミックスの使用, The Journal of Bone and Joint Surgery, 66-B, 269-275 (1984)。
【０００４】
[004]  生体鉱質（ｂｉｏｍｉｎｅｒａｌ）に基づくインプラントの臨床性能は、インプラントと骨の接触面の化学的性質はリン酸カルシウムまたは類似の無機性組成物を用いる材料の使用により向上されることを示した。骨の主な無機性構成要素は高度に置換されたリン酸カルシウムアパタイトで構成されるため、合成の骨の代用物の開発に関わる研究者らは、リン酸カルシウムの様々な形に集中した。これらにはヒドロキシアパタイト、炭酸含有アパタイト、フルオロアパタイト、αおよびβリン酸三カルシウム、リン酸四カルシウム、リン酸八カルシウム、ならびにそれらの組み合わせが含まれる。一般に、これらの物質は生体適合性かつ骨伝導性であることが証明されており、宿主組織により十分に許容される。Anna Rita Calafiori et al., リン酸カルシウム充填剤の製造のための低温法, BioMedical Engineering OnLine, 3:8 (2004);およびFranz-Xaver Huber et al., 新規ナノ結晶性ヒドロキシアパタイトペーストＯＳＴＩＭ（登録商標）のヒト海綿状骨における組み込みに関する最初の組織学的観察, BMC Musculoskeletal Disorders, 7:50 (2006)。
【０００５】
[005]  生体鉱質化学の重要な役割が米国特許第６，３２３，１４６号において強調されており、それはケイ素置換リン酸カルシウムからなる合成生体材料化合物（Ｓｋｅｌｉｔｅ（商標））を開示している。広範囲にわたる試験は、それが：（１）１００％合成による、（２）生体適合性である、（３）体の天然の骨再形成プロセスに参加することができる、および（４）製造が比較的安価であるため、この化合物が骨代用材料としての使用に理想的に適していることを示した。
【０００６】
[006]  整形外科的および／または歯科的適用のためにいくつかの他のセメント配合物が開発された。例えば、米国特許第５，０９２，８８８号は、１．６７より低いＣａ／Ｐ原子比率を有するリン酸四カルシウムおよびリン酸カルシウムの混合物で構成される粉末構成要素ならびに水性媒体中に分散した固体コロイド粒子を含むコロイド性水溶液で構成される液体構成要素を含む硬化材料を提供している。また、米国特許第５，１８０，４２６号は、α−リン酸三カルシウムおよびリン酸四カルシウムの少なくとも一方で構成される粉末ならびにカルボキシメチルキチン、グリコールキチン、プルラン（ｐｕｌｌａｌａｎ）、高メトキシ−ペクチンおよびキトサンからなる群より選択される少なくとも１種類の多糖類を含む水性酸性凝固（ｓｅｔｔｉｎｇ）溶液を含むリン酸カルシウム型凝固材料を提供している。米国特許第６，９４９，２５１号は、０．１〜２ｍｍの粒径を有し、２０〜５００μｍの孔の直径の大きさを有しており壁により仕切られた相互に接続されていない単独の別個の空隙である多数の孔を含む、多孔性β−リン酸三カルシウム顆粒を含む組成物を提供している。米国特許第５，１５２，８３６号は、第３級ホスフェートおよび第二級リン酸カルシウムを１．４００〜１．４９８のＣａ／Ｐのモル比で含むリン酸カルシウムセメントを提供している。
【０００７】
[007]  整形外科用インプラントにおける多孔性の存在は、多くの研究者により価値があるものとして認識されてきた。これは、新しい組織の内殖を可能にする大きさの多孔性を与えることができる様々なバイオセラミックインプラントをもたらしており、例えば米国特許第号３，８９９，５５６号；第３，９２９，９７１号；第４，６５４，３１４号；第４，６２９，４６４号；第４，７３７，４１１号；第４，３７１，４８４号；第５，２８２，８６１号；第５，７６６，６１８号；および第５，８６３，９８４号を参照。
【０００８】
[008]  多孔性セラミック体を製造するための一般的な技法には、そのセラミック体の埋め込みの前に除去される孔形成剤の使用が含まれる；例えば、米国特許第４，６２９，４６４号；第４，６５４，３１４号；第３，８９９，５５６号；および国際特許公開第ＷＯ９５／３２００８号を参照。
【０００９】
[009]  米国特許第４，６２９，４６４号は、熱分解可能な粉末状物質（結晶質セルロース）をヒドロキシアパタイト（ＨＡ）粉末と混合し、乾式加圧成形して望まれる形にする方法を開示している。続いて熱処理を用いてＨＡ粒子を焼結して一緒にし、増大した強度を提供し、結晶質セルロース物質の分解によりＨＡ母材中に孔を作り出す。
【００１０】
[0010]  この技法の変形が米国特許第４，６５４，３１４号において開示されており、ここで、泡立たせた卵白をリン酸カルシウム粉末と混合し、望まれる形状の型の中に注いだ。それに続く熱処理はその卵白孔形成剤を硬化、炭化、および揮発させ、焼結された多孔性リン酸カルシウムセラミックを生成した。
【００１１】
[0011]  米国特許第３，２９９，９７１号は、硬組織の置き換えにおける使用のための多孔性合成材料を製造する方法を開示している。この方法において、海洋生物（珊瑚）の多孔性カーボネート骨格物質をホスフェートとの水熱化学交換により多孔性ヒドロキシアパタイト物質に変換する。変換されたヒドロキシアパタイト物質の最終的な微細構造は、それからそれが形成された珊瑚の微細構造と本質的に同じである。結果として、孔の大きさは用いられる珊瑚のタイプに依存する。これらの多孔性構造は硬組織の内殖に適した孔の大きさおよび孔の接続度を有するが、その構造は選択される珊瑚の構造に限定され、従って（例えば皮質骨または長骨に典型的な）多孔性の網目構造を中実の殻が取り囲むインプラントの製造は得ることができない。加えて、この技法を用いて製造された骨移植片は乏しい機械的特性により特性付けられ、取り扱う、および形造るのが難しく、標準的な固定技法を用いてしっかり固定することができない。
【００１２】
[0012]  米国特許公開第２００６／０１９８９３９号は、多孔性リン酸カルシウム母材をポリマーでコートしてその母材の機械的安定性を高め、リン酸カルシウム母材が砕け、破片が分離するのを防ぐ方法を開示している。
【００１３】
[0013]  米国特許第６，４８５，７５４号は、陽イオン性抗生物質を含有するヒドロキシアパタイトに基づく骨セメントを開示している。
[0014]  バイオセラミックインプラントにおいて多孔性を形成するための技法は確立されているが、これらの技法は、その物質が変形して手術部位の外形に調和するのを可能にするためにその成形可能な特性を維持しなければならないカルシウムに基づくセメントには適用できない。セメントが、泡を発生させそれが最終的にインプラント部位において多孔性を生成する発泡剤と混合された、発泡性セメントが報告されている（米国特許公開第２００７／０２８３８４９号）。このアプローチに関する課題は、そのインプラント発泡剤が頻繁に埋め込みの前に消耗され、最終的な製品が望まれる孔の大きさおよび／または密度を欠くことにつながることである。
【００１４】
[0015]  適切な化学的性質、幾可学的形状、構造的強度および骨の統合を有するセメントに基づくインプラントの形成の他に、修復プロセスを助ける療法剤の同時送達のために整形外科用インプラントを利用する願望がある。
【００１５】
[0016]  前記の先行技術から、生体鉱質組成物を利用する骨セメントを製造するために様々な方法が開発されてきたことは明らかである。しかし、現在の方法およびインプラントは、結果として生じるインプラントの機能を新しい組織の形成、インプラントの安定性および長期の天然の骨によるインプラントの置き換えの点で満足に満たないものにするいくつかの欠点を有する。さらに、これらのインプラントは、患者に関する臨床状態を向上する療法剤を有効に送達する能力を提供しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】米国特許第６，３２３，１４６号
【特許文献２】米国特許第５，０９２，８８８号
【特許文献３】米国特許第５，１８０，４２６号
【特許文献４】米国特許第６，９４９，２５１号
【特許文献５】米国特許第５，１５２，８３６号
【特許文献６】米国特許第３，８９９，５５６号
【特許文献７】米国特許第３，９２９，９７１号
【特許文献８】米国特許第４，６５４，３１４号
【特許文献９】米国特許第４，６２９，４６４号
【特許文献１０】米国特許第４，７３７，４１１号
【特許文献１１】米国特許第４，３７１，４８４号
【特許文献１２】米国特許第５，２８２，８６１号
【特許文献１３】米国特許第５，７６６，６１８号
【特許文献１４】米国特許第５，８６３，９８４号
【特許文献１５】国際特許公開第ＷＯ９５／３２００８号
【特許文献１６】米国特許第３，２９９，９７１号
【特許文献１７】米国特許公開第２００６／０１９８９３９号
【特許文献１８】米国特許第６，４８５，７５４号
【特許文献１９】米国特許公開第２００７／０２８３８４９号
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】歯の構造および齲食に関する論考, Proc R Soc Med. 1946 August; 39(10): 637-645
【非特許文献２】Uchida, A. et al., 骨の置き換えのためのセラミックスの使用, The Journal of Bone and Joint Surgery, 66-B, 269-275 (1984)
【非特許文献３】Anna Rita Calafiori et al., リン酸カルシウム充填剤の製造のための低温法, BioMedical Engineering OnLine, 3:8 (2004)
【非特許文献４】Franz-Xaver Huber et al., 新規ナノ結晶性ヒドロキシアパタイトペーストＯＳＴＩＭ（登録商標）のヒト海綿状骨における組み込みに関する最初の組織学的観察, BMC Musculoskeletal Disorders, 7:50 (2006)
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１８】
[0017]  本発明は、骨格の埋め込みの部位における療法剤の局所的薬物送達に理想的である二相性の生体鉱質およびバイオポリマーに基づくセメントを提供する。特に、その製品の配合および適用は、先行技術を超える以下の利点を提供する：
ａ）そのセメントの生体鉱質相の化学的性質が新しい骨組織の沈着を促進し、インプラントの拒絶反応を妨げる生体適合性接触面を提供する；
ｂ）セメント内のバイオポリマー相または網目構造の組み込みが、骨格の修復および患者の全体的な回復に影響を与える療法剤の制御放出を可能にする；ならびに
ｃ）そのバイオポリマーの網目構造の幾可学的形状および埋め込み後のその網目構造の進行性の溶解が、結果としてそのセメントを通る相互に接続された経路の進行性の形成をもたらし、新しい組織の統合を可能にする。
【００１９】
[0018]  本発明は、リン酸カルシウムに基づく生体鉱質相およびバイオポリマーを含む少なくとも１種類の乾燥した構成要素ならびに液体が組み合わせられて、凝固して固体の二相性リン酸カルシウムセメントになることができる流動性のペースト様の物質を形成する、リン酸カルシウムセメントも提供し、それは整形外科、頭蓋顎顔面、歯科、および関連する領域において構造材料として用いることができる。加えて、そのリン酸カルシウムセメントは療法剤を含むことができる。本発明のリン酸カルシウムセメントは、そのバイオポリマーがリン酸カルシウムに取り囲まれて実質的に二相性の相互に接続された物質を形成する組成物を提供する。本発明は、一度二相性組成物が生成したら加熱を受けない二相性の相互に接続されたリン酸カルシウムセメントも提供する。別の典型的な態様において、本発明は、６ヶ月未満、４ヶ月未満、３ヶ月未満、２ヶ月未満、１ヶ月未満、２週間未満、または７日未満のインビボでの吸収速度を有する急速吸収性バイオポリマー、療法剤、および液体との組み合わせでの、ケイ素置換リン酸カルシウムに基づく生体鉱質相を提供し（米国特許第６，３２３，１４６号参照、ここで、ホスフェートの一部がケイ素で置換されている）、ここで、その生体鉱質相およびバイオポリマーは液体と組み合わせられて（その療法剤は液体または粉末（生体鉱質およびバイオポリマー相）のどちらの中に存在していてもよい）凝固して固体の二相性リン酸カルシウムセメントになることができる流動性のペースト様の物質を形成し、それは整形外科、頭蓋顎顔面、歯科、および関連する領域において骨充填剤または骨成長物質として用いることができる。
【００２０】
[0019]  別の典型的な態様において、本発明は、６ヶ月未満、４ヶ月未満、３ヶ月未満、２ヶ月未満、１ヶ月未満、２週間未満、または７日未満のインビボでの再吸収速度を有する急速再吸収性バイオポリマー、療法剤、および液体との組み合わせでの、ケイ素置換リン酸カルシウムに基づく生体鉱質相を提供し、ここで、その生体鉱質相およびバイオポリマーは液体と組み合わせられて（その療法剤は液体または粉末（生体鉱質およびバイオポリマー相）のどちらの中に存在していてもよい）凝固して固体の二相性リン酸カルシウムセメントになることができる流動性のペースト様の物質を形成し、それは整形外科、頭蓋顎顔面、歯科、および関連する領域において構造材料として用いることができる。
【００２１】
[0020]  本発明は、第１容器中のケイ素で安定化されたリン酸カルシウム粒子および６ヶ月未満、４ヶ月未満、３ヶ月未満、２ヶ月未満、１ヶ月未満、２週間未満、または７日未満のインビボでの再吸収速度を有する急速再吸収性バイオポリマーを有する粉末、凍結乾燥されたタンパク質を含有する第２容器、ならびに液体を含有する第３容器を含む、ケイ素で安定化されたリン酸カルシウムセメントのキットも提供し、ここでその液体をその凍結乾燥されたタンパク質と組み合わせて液体中でタンパク質を溶解させ、次いでその組み合わせられたタンパク質／液体を粉末と組み合わせて流動性のペースト様の物質を形成し、それは凝固してケイ素で安定化されたリン酸カルシウムとバイオポリマーの混合物を含む本質的に二相性のセメントになる。
【００２２】
[0021]  その二相性リン酸カルシウムセメントは、整形外科、頭蓋顎顔面、歯科、および関連する領域において骨成長誘導材料として用いることができる。加えて、そのケイ素で安定化されたリン酸カルシウムセメントは、そのバイオポリマーおよび／または生体鉱質相と関連して療法剤を含んでいてよい。典型的な態様において、リン酸カルシウムの沈殿を生成し、望まれる量のケイ素でドープし、噴霧乾燥して水分を除去し、望まれる粒径を生成し、その粒子を製粉して、またはふるいにかけて粒径を制御することができ、次いで得られたリン酸カルシウム粒子を焼結して生体鉱質相のケイ素で安定化されたリン酸カルシウム粒子を生成し、それをさらに製粉する、および／またはふるいにかけることができる。そのケイ素で安定化されたリン酸カルシウム粒子は約０．５重量％〜約５重量％のケイ素、約１重量％〜約２．５重量％のケイ素、または約１重量％〜約２重量％のケイ素を含み、ここでそのリン酸カルシウムおよびシリカは約９００℃〜約１，５００℃、約１，０００℃〜約１，４００℃、約１，０００℃〜約１，３００℃、約１，１００℃〜約１，３００℃、約１，１００℃〜約１，２００℃、および／または約１１７５℃の温度で焼結してよい。別の典型的な態様において、そのリン酸カルシウム相は、約５０〜約３５０μｍの大きさの範囲の中にふるい分けられた微粒子物質を含む。
【００２３】
[0022]  生体鉱質相のケイ素で安定化されたリン酸カルシウムは、α−リン酸三カルシウム（α−ＴＣＰ）を二相性セメント中に存在するリン酸カルシウムの約５０％〜約１００％、約７０％〜約９０％、または約７５％〜約８５％の量で含んでいてよい。残りのリン酸カルシウムは実質的にヒドロキシアパタイトの形であってよいが、他の形も存在していてよい。
【００２４】
[0023]  そのバイオポリマーは、約５重量％〜約７５重量％、約１０重量％〜約５０重量％、約１５重量％〜約３０重量％の濃度で存在していてよい。
[0024]  本発明は、複数の個々のリン酸カルシウム粒子、リン酸カルシウムの沈殿を支持することができる液体、および生体吸収性ポリマーを含む、凝固可能な生体鉱質組成物にも関し、ここでその生体吸収性ポリマーは、生体吸収性ポリマーが最終的な組成物の凝固の間にその周りにリン酸カルシウム粒子が沈着する流動的に接続された網目構造を形成する濃度で存在する。別の典型的な態様において、その凝固可能な生体鉱質組成物はケイ素置換リン酸カルシウム粒子を含む。別の典型的な態様において、そのリン酸カルシウム粒子は少なくとも５０％がリン酸三カルシウムである。さらに別の典型的な態様において、そのバイオポリマーは１種類以上の療法剤、例えば増殖因子、鎮痛剤および／または抗微生物剤を含有する。
【００２５】
[0025]  本発明は、医師または医療専門家がその組成物を望ましい形状に形作ることを可能にするのに十分な時間の間練り粉（ｄｏｕｇｈ）の様な硬さを保持する、凝固可能な生体鉱質組成物にも関し、ここでその組成物は続いて硬化してリン酸カルシウム相および生体吸収性ポリマー相を含む二相性インプラントを形成し、ここでそれぞれの相は、分離しているが絡み合った格子構造を形成する。別の典型的な態様において、その組成物はケイ素置換リン酸カルシウム粒子を含む。別の典型的な態様において、その二相性組成物は約６０分以内、約３０分以内、約２０分以内、約１５分以内、約１０分以内、約５分以内、または約３分以内に凝固する。さらに別の典型的な態様において、そのバイオポリマーは１種類以上の療法剤、例えば増殖因子、鎮痛剤および／または抗微生物剤を含有する。
【００２６】
[0026]  本発明は、ケイ素置換リン酸カルシウム粒子を含む乾燥した構成要素、液体構成要素、ならびに生体吸収性ポリマーがその乾燥した構成要素および液体構成要素を混合してセメントを生成した後にその周りにリン酸カルシウム粒子が結合する流動的に接続された網目構造を形成する濃度の生体吸収性ポリマーを有するキットにも関する。
【００２７】
[0027]  別の典型的な態様において、本発明は、二相性リン酸カルシウムセメントの生成のための方法であって、ケイ素置換リン酸カルシウム粉末、バイオポリマーおよび水溶液を混合し、インビボで凝固可能な二相性リン酸カルシウムセメントを生成することを含む方法を提供する。別の典型的な態様において、本発明は、その化合物中に置換された約５重量パーセントまでのケイ素を有するケイ素置換リン酸カルシウム微粒子に関する。別の典型的な態様において、そのバイオポリマーの網目構造は、そのケイ素置換リン酸カルシウム微粒子の約３５重量パーセント未満、または約２５重量パーセント未満で存在する。別の典型的な態様において、そのバイオポリマーの網目構造は、そのケイ素置換リン酸カルシウム微粒子の２重量パーセントより大きく３５重量パーセント未満の量で存在する。
【００２８】
[0028]  別の典型的な態様において、そのバイオポリマーは生体鉱質相の安定性を向上させず、その生体鉱質相は最終的な生成物中で約３５％または２５％ヒドロキシアパタイトよりも多くなく、その最終的な生成物中のバイオポリマーの網目構造は水性環境中で急速に溶解せず、その生体鉱質相の最終的なリン酸カルシウム粒子は本発明のキットまたは組成物中への組み込みの前に焼結されており、その組成物または粉末相はリン酸二カルシウムおよび／または炭酸カルシウムの添加を排除し、および／または有効量の発泡剤を排除する。
【００２９】
[0029]  別の典型的な態様において、そのバイオポリマーの網目構造は療法剤を含んでいてよく、例えば、そのバイオポリマーの網目構造は、ポリエチレングリコールまたは多糖類、例えばデキストラン、アルギネートおよび／またはキトサンに基づくポリマーを、ＢＭＰタンパク質ファミリーのメンバー、例えば骨原性において活性な形のＯＰ−１、ＯＰ−２、ＯＰ−３、ＢＭＰ−２、ＢＭＰ−３、ＢＭＰ−４、ＢＭＰ−５、ＢＭＰ−６、ＢＭＰ−９、ＢＭＰ−１０、ＢＭＰ−１１、ＢＭＰ−１３、ＢＭＰ−１５、ＧＤＦ−１、ＧＤＦ−３、ＧＤＦ−５、ＧＤＦ−６、ＧＤＦ−７、およびそれらのアミノ酸配列変種を含むがそれらに限定されない１種類以上の療法剤との組み合わせで含んでいてよい。米国特許公開第２００８／００１４２５０号および第２００９／００４８４１２号参照。特に好都合な療法剤には、前駆細胞を誘導して軟骨および／または骨を形成させることができる形態形成タンパク質、鎮痛剤および／または抗生物質が含まれる。
【００３０】
[0030]  別の典型的な態様において、その療法剤はケイ素で安定化されたリン酸カルシウムセメントの上に凍結乾燥されない。さらに別の典型的な態様において、そのバイオポリマーは２種類以上の分子的に類似していないポリマーを含んでおり、例えば１種類のポリマーは機械的強度を提供することができ、第２のポリマーは療法剤に望ましい放出特性を与えることができる。別の例において、１種類のポリマーはセメント中の空隙の急速な形成を可能にするために高度に可溶性であることができ、それは骨の統合を促進する。
【００３１】
[0031]  典型的な態様において、本発明は、第１容器中の凍結乾燥されたタンパク質、例えばＢＭＰ−２、水性の液体、例えばリン酸ナトリウムに基づく緩衝液を有する第２容器、およびケイ素で安定化されたリン酸カルシウムを含む粉末を有する第３容器を有するキットを含む。そのバイオポリマーは第２容器または第３容器のどちらの中に存在していてもよいが、そのバイオポリマーが水性の液体の容器の中に存在する場合、そのバイオポリマーはそのような水性の液体中で不溶性でなければならない。場合により、その第３容器は塩化カルシウムも含有していてよい。凍結乾燥されたタンパク質を含有する二相性リン酸カルシウムセメントは、そのタンパク質を第２容器からの水性の液体中で再水和させ、次いで水性の液体とタンパク質の混合物を第３容器中に含有される粉末と混合して骨セメントを形成することにより、作ることができる。
【００３２】
[0032]  典型的な態様において、本発明は、第１容器中の凍結乾燥されたタンパク質、例えばＢＭＰ−２、水性の液体を有する第２容器、ならびにケイ素で安定化されたリン酸カルシウム、ＰＥＧおよびリン酸ナトリウムを含む粉末を有する第３容器を有するキットを含む。場合により、そのキットはカルシウム塩も含有していてよい。凍結乾燥されたタンパク質を含有する二相性リン酸カルシウムセメントは、そのタンパク質を第２容器からの水性の液体中で再水和させ、次いでその水性の液体とタンパク質の混合物を第３容器中に含有される粉末と混合して骨セメントを形成することにより、作ることができる。例えば、再構成の際、ｒｈＢＭＰ−２溶液の各ミリリットルは以下のものを含有する：
１．５ｍｇのｒｈＢＭＰ−２；
５．０ｍｇ  スクロース；
２５ｍｇ  グリシン；
３．７ｍｇ  Ｌ−グルタミン酸；
０．１ｍｇ  塩化ナトリウム；
０．１ｍｇ  ポリソルベート８０；および
１．０ｍＬの滅菌水。
【００３３】
それを約１グラムのＰＥＧおよび４グラムのケイ素で安定化されたリン酸カルシウム粒子を含む粉末と混合してよく、それは場合によりリン酸ナトリウムも含有していてよい。
[0033]  別の典型的な態様において、本発明は、水性の液体、例えばリン酸ナトリウムまたはリン酸カリウムに基づく緩衝液の第１容器、ならびにケイ素で安定化されたリン酸カルシウム、療法剤、例えばＢＭＰ−２、およびバイオポリマーを含む粉末を有する第２容器を有するキットを含む。二相性リン酸カルシウムセメントは、そのキットの液体および粉末構成要素を混合して成形可能な練り粉の様な硬さを有する組成物を生成することにより作られてよい。別の典型的な態様において、本発明は、リン酸ナトリウムまたはリン酸カリウムに基づく緩衝液およびアミノ酸修飾デキストランを含む水性の液体の第１容器、ならびにケイ素で安定化されたリン酸カルシウムおよびカルシウム塩、例えば塩化カルシウムを含む粉末を有する第２容器を有するキットを含み、場合によりその粉末は凍結乾燥されたタンパク質、例えばＢＭＰ−２、および／またはバイオポリマーも含んでいてよい。さらに別の典型的な態様において、本発明は、リン酸ナトリウムまたはリン酸カリウムに基づく緩衝液およびアミノ酸修飾デキストランを含む水性の液体の第１容器、ならびにリン酸カルシウム、例えばリン酸三カルシウムおよび／またはケイ素で安定化されたリン酸カルシウムを含有する第２容器を有するキットを含む。その粉末および／または液体のいずれも、療法剤、例えばＢＭＰ−２、および／またはバイオポリマーも含んでいてよい。これらの典型的な態様において、そのバイオポリマーが粉末中に存在しない場合、それは水性の液体中に存在する。
【００３４】
[0034]  別の典型的な態様において、本発明は、水性の液体、例えばリン酸ナトリウムに基づく緩衝液の容器、ならびにケイ素で安定化されたリン酸カルシウムおよびその中に組み込まれた療法剤を含有するバイオポリマーを含む粉末を有する容器を有するキットを含む。例えば、そのバイオポリマーは、親水性アミノ酸および疎水性の繰り返す酸を有する線状のペプチド結合したポリアミノ酸ならびにそれと会合した療法剤を含む小粒子を含む安定なコロイド性懸濁液であってよい。骨セメントは、その水性の液体、バイオポリマーおよび粉末を混合して骨セメントを形成することにより作ることができる。
【００３５】
[0035]  別の典型的な態様において、本発明は、水性の液体、例えばリン酸ナトリウムに基づく緩衝液の第１容器、ならびにケイ素で安定化されたリン酸カルシウムおよびそれと会合した療法剤を含有するバイオポリマーを含む粉末を有する第２容器を有するキットを含む。例えば、そのバイオポリマーは、少なくとも１種類の架橋された不溶化されたデキストラン誘導体およびそれと会合した療法剤で構成される固体支持体物質であってよい。骨セメントは、その第１容器の内容物を第２容器の内容物と混合して骨セメントを形成することにより作ることができる。
【００３６】
[0036]  本発明のバイオポリマーは好ましくはインビボで急速に吸収され、それにより、捕えられた療法剤の４０％より多く、５０％より多く、６０％より多く、７０％より多く、または８０％より多くを約３０日間の期間にわたって放出する。
【００３７】
[0037]  本発明は、乾燥した構成要素、例えばリン酸カルシウムに基づく生体鉱質相およびバイオポリマーを含む第１容器、ならびに液体構成要素を含む第２容器を含むキットも提供し、ここでその乾燥した構成要素および液体構成要素を一緒に混合して流動可能なペースト様の物質を形成することができ、次いでそれが凝固して固体のリン酸カルシウムセメントになる。場合により、凝固促進剤、例えばリン酸ナトリウムまたはリン酸カリウムを、追加のカルシウム塩、例えば塩化カルシウムと共に、またはそれ無しで、その粉末および／または液体に添加することができ、同様に療法剤をその粉末および／または液体に添加することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】[0038]  図１は、典型的な組成物の極限荷重（ｕｌｔｉｍａｔｅ  ｌｏａｄ）を１３００Ｃ焼結工程を利用する場合のセメント前駆体製造プロセスの間のケイ素添加の重量％の関数として図説する。
【図２】[0039]  図２は、極限荷重を１１７５Ｃ焼結工程を利用する場合のセメント前駆体製造プロセスの間のケイ素添加の重量％の関数として図説する。
【図３】[0040]  図３は、極限荷重を１．０重量％のケイ素および１１７５Ｃ焼結工程を利用する場合のセメント前駆体中のα−ＴＣＰの％の関数として図説する。
【図４】[0041]  図４は、極限荷重を２．０重量％のケイ素添加の場合のセメント前駆体製造プロセスの間のセメント前駆体の焼結温度の関数として図説する。
【図５】[0042]  図５は、進行性の療法剤の放出および新しい組織の統合を可能にする組み込まれたバイオポリマーの網目構造を有する、本発明の二相性リン酸カルシウムセメントを示す。
【図６】[0043]  図６は、極限荷重をＰＥＧ添加の体積％の関数として図説する。
【図７】[0044]  図７は、極限荷重がＰＥＧ、リン酸カルシウム粒子およびリン酸ナトリウムを予め混合することにより悪影響を受けないことを図説する。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
[0045]  本開示のため、以下の定義を提供する。
[0046]  本明細書で用いられる際、“生体鉱質相”はリン酸カルシウムを含む組成物を意味し、それは追加の元素、例えばケイ素、マグネシウム、および／またはアルミニウムで置換されていて、もしくはそれを増加させられていてよく、またはそうでなくてもよい。
【００４０】
[0047]  本明細書で用いられる際、“バイオポリマー”は、体内で溶解される、および／または分解される生体適合性分子または分子の混合物を意味し、例にはポリエチレングリコール、デキストランおよびヒトの体に十分に許容されるそれらのあらゆる修飾が含まれる。本明細書で用いられるバイオポリマーは、生きた生物により生成されるポリマーである必要は無いが、そうであってもよい。
【００４１】
[0048]  本明細書で用いられる際、“バイオポリマーの網目構造”は、実質的に生体鉱質相により取り囲まれており、１つ以上の隣接するバイオポリマー粒子またはバイオポリマー粒子のクラスターと流動的に連絡しているバイオポリマー粒子を意味するが、組成物全体にわたる直接的なバイオポリマー粒子間の接触は必要としない。
【００４２】
[0049]  本明細書で用いられる際、“二相性リン酸カルシウムセメント”、“二相性の生体鉱質に基づくセメント”および類似の語句は、少なくとも２つの別個の混ざり合った相である生体鉱質相およびバイオポリマー相を含む凝固可能な組成物を意味するが、一部の態様において療法剤を第３の相と考えることができる事実から明らかであろうように、その語句はその組成物を２つの相のみに限定することを意図しない。
【００４３】
[0050]  本明細書で用いられる際、“リン酸カルシウムの粉末”、“粉末”またはそれらの派生語は、リン酸カルシウムを小さいさらさらした（ｌｏｏｓｅ）粒子の形で、および他の化合物を乾燥した、または実質的に乾燥した状態で含む固体物質を意味する。
【００４４】
[0051]  本明細書で用いられる際、“凝固時間”および他のそのような語句は、そのセメントが実質的に硬化しているがまだ完全には堅くなく、例えば本明細書で記述される４のランキングを有することを意味する。
【００４５】
[0052]  本明細書で用いられる際、“療法剤”は、骨の成長または治癒を促進、誘導、増大、または加速する、望ましくない細菌または菌類の増殖を減少させる、または防ぐ、患者における痛みの感覚を低減させる、または排除する薬剤、および／または患者または対象に有益な作用を提供する他の薬剤を意味する。適切な療法剤には以下のものが含まれるが、それらに限定されない：抗生物質、例えばテトラサイクリン類（例えば、ミノサイクリン（ｍｉｎｏｃｙｃｌｉｎｅ））、リファマイシン類（例えば、リファンピン（ｒｉｆａｍｐｉｎ））、マクロライド類（例えば、エリスロマイシン（ｅｒｙｔｈｒｏｍｙｃｉｎ））、ペニシリン類（例えば、ナフシリン（ｎａｆｃｉｌｌｉｎ））、セファロスポリン類（例えば、セファゾリン（ｃｅｆａｚｏｌｉｎ））、他のβ−ラクタム系抗生物質（例えば、イミペネム（ｉｍｉｐｅｎｅｍ）、アズトレオナム（ａｚｔｒｅｏｎａｍ））、アミノグリコシド類（例えば、ゲンタマイシン（ｇｅｎｔａｍｉｃｉｎ））、クロラムフェニコール、スルホンアミド類（例えば、スルファメトキサゾール（ｓｕｌｆａｍｅｔｈｏｘａｚｏｌｅ））、グリコペプチド類（例えば、バンコマイシン（ｖａｎｃｏｍｙｃｉｎ））、キノロン類（例えば、シプロフロキサシン（ｃｉｐｒｏｆｌｏｘａｃｉｎ））、フシジン酸、トリメトプリム、メトロニダゾール、クリンダマイシン（ｃｌｉｎｄａｍｙｃｉｎ）、ムピロシン（ｍｕｐｉｒｏｃｉｎ）、ポリエン類（例えば、アンホテリシンＢ（ａｍｐｈｏｔｅｒｉｃｉｎ  Ｂ））、アゾール類（例えば、フルコナゾール（ｆｌｕｃｏｎａｚｏｌｅ））、およびベータ−ラクタム系阻害剤（例えば、スルバクタム（ｓｕｌｂａｃｔａｍ））；鎮痛剤、例えばアセトアミノフェン、アスピリン、クロニジン、フルルビプロフェン、インドプロフェン、ナプロキソール（ｎａｐｒｏｘｏｌ）、ペンタゾシン（ｐｅｎｔａｚｏｃｉｎｅ）、プロキサゾール（ｐｒｏｘａｚｏｌｅ）、トラマドール（ｔｒａｍａｄｏｌ）、ベリロパム（ｖｅｒｉｌｏｐａｍ）、ボラゾシン（ｖｏｌａｚｏｃｉｎｅ）、キシラジン（ｘｙｌａｚｉｎｅ）、ズカプサイシン（ｚｕｃａｐｓａｉｃｉｎ）、フェニルヒダントイン（ｐｈｅｎｙｈｙｄａｎｔｏｉｎ）、フェノバルビタール（ｐｈｅｎｏｂａｒｂｉｔａｌ）、プリミドン（ｐｒｉｍｉｄｏｎｅ）、カルバマゼピン（ｃａｒｂａｍａｚｅｐｉｎｅ）、エトスクシミド（ｅｔｈｏｓｕｘｉｍｉｄｅ）、メトスクシミド（ｍｅｔｈｓｕｘｉｍｉｄｅ）、フェンスクシミド（ｐｈｅｎｓｕｘｉｍｉｄｅ）、トリメタジオン（ｔｒｉｍｅｔｈａｄｉｏｎｅ）、ジアゼパム、ベンゾジアゼピン類、フェナセミド（ｐｈｅｎａｃｅｍｉｄｅ）、フェネツリド（ｐｈｅｎｅｔｕｒｉｄｅ）、アセタゾラミド（ａｃｅｔａｚｏｌａｍｉｄｅ）、スルチアム（ｓｕｌｔｈｉａｍｅ）、モルヒネ、ヘロイン、ヒドロモルフォン（ｈｙｄｒｏｍｏｒｐｈｏｎｅ）、メトポン（ｍｅｔｏｐｏｎ）、オキシモルフォン（ｏｘｙｍｏｒｐｈｏｎｅ）、レボルファノール（ｌｅｖｏｒｐｈａｎｏｌ）、コデイン、ヒドロコドン（ｈｙｄｒｏｃｏｄｏｎｅ）、オキシコドン（ｏｘｙｃｏｄｏｎｅ）、ナロルフィン（ｎａｌｏｒｐｈｉｎｅ）、ナロキソン（ｎａｌｏｘｏｎｅ）、ナルトレキソン（ｎａｌｔｒｅｘｏｎｅ）、サリチレート類、フェニルブタゾン、インドメタシン、およびフェナセチン（ｐｈｅｎａｃｅｔｉｎ）；抗サイトカイン類；サイトカイン類；抗インターロイキン１構成要素（抗ＩＬ−１）；抗ＴＮＦアルファ；自律または同種間葉系幹細胞、骨髄吸引液、および／または脂肪組織由来間質細胞を含む幹細胞；ＶＥＧＦ−Ａ、ＶＥＧＦ−Ｂ、ＶＥＧＦ−Ｃ、ＶＥＧＦ−ＤおよびＶＥＧＦ−Ｅを含む血管内皮増殖因子類（ＶＥＧＦ類）；ＣＴＧＦ−１、ＣＴＧＦ−２、およびＣＴＧＦ−３を含む結合組織増殖因子類（ＣＴＧＦ類）；線維芽細胞増殖因子類（ＦＧＦ類）；ＰＤＧＦ−Ａ、ＰＤＧＦ−Ｂ、ＰＤＧＦ−Ｃ、およびＰＤＧＦ−Ｄを含む血小板由来増殖因子類（ＰＤＧＦ類）；ｒｈＧＤＦ−５を含む増殖分化因子類；インスリン関連増殖因子−Ｉ（ＩＧＦ−Ｉ）；インスリン関連増殖因子−ＩＩ（ＩＧＦ−ＩＩ）；線維芽細胞増殖因子（ＦＧＦ）；ベータ−２−ミクログロブリン（ＢＤＧＦ  ＩＩ）；ＢＭＰ−２、ＢＭＰ−７およびＢＭＰ−１２を含む骨形成タンパク質類（ＢＭＰ類）；ＴＧＦ−β−１、ＴＧＦ−β−２、およびＴＧＦ−β−３を含む形質転換増殖因子ベータ類（ＴＧＦ−β類）；Ｎｅｌｌ−１タンパク質；ＬＩＭミネラル化タンパク質およびペプチド（米国特許公開第２００５／０１９６３８７号参照）；マトリックスメタロプロテイナーゼ（ＭＭＰ）阻害因子類；ならびにそれらの組み合わせ。例えば、そのバイオポリマーおよび／または二相性リン酸カルシウムセメントはゲンタマイシンおよびｒｈＢＭＰ−２を含有していてよい。
【００４６】
[0053]  用語“療法上有効量”は、患者または対象に投与された場合に結果としてその対象の状態の改善をもたらすのに十分な療法剤の量を意味する。その改善は様々な方法で決定されてよい。加えて、その改善は治癒を意味せず、その対象の状態のわずかな変化のみを含んでよい。
【００４７】
[0054]  本発明は、局所的な骨の修復および／または全身性の処置を促進するための進行性の療法剤の放出を可能にする生体鉱質相内のバイオポリマーの網目構造を含む二相性リン酸ナトリウムセメントに向けられている。
【００４８】
[0055]  そのバイオポリマーの網目構造の役割は３重である：
ａ）そのバイオポリマーは、その二相性リン酸ナトリウムセメントの最初の形成の際のインプラントの取り扱い特性を向上させる；
ｂ）そのバイオポリマーは、骨格の移植部位に存在する条件の下で可溶性および／または分解可能であり、結果として、そのバイオポリマーの進行性の溶解／分解が、そのバイオポリマーの中に組み込まれているか、または主にそのバイオポリマーが除去された際にアクセス可能である第３の相として存在するかのどちらかである療法剤または療法剤の組み合わせを放出する。
【００４９】
ｃ）溶解／分解によるバイオポリマーの進行性の除去は、リン酸カルシウム相を通る相互に接続された孔の拡大する網目構造を生成し、続いてそれが天然の骨組織で満たされ、それによりそのインプラントを骨格の修復の領域の中に安定化させ、統合させる。
【００５０】
[0056]  本発明に従う二相性リン酸ナトリウムセメントの調製において、重要なことは外科的埋め込みの時点でのその製品の取り扱いに結びついている。二相性リン酸ナトリウムセメントは、手術室においてその物質を損傷した骨の外形に調和するように成形し、形作ることを可能にするために、可鍛性であるのが理想的である。一度挿入され、望まれる最終的な形状に作られると、そのセメントは硬化および機械的特性の強化により位置および形状を維持する必要があり、それは典型的には凝固と記述される。本発明の配合物は、反応性リン酸カルシウム相およびその組成物が凝固するのを可能にする液体の相を含む２要素組成物として混合することができる。その組成物は、その粉末の水和の後に短期の結晶化作用（すなわち凝固）へのそれらの特異的な影響に基づいてその凝固反応の促進剤または阻害剤として機能する追加の凝固剤を含んでいてよい。典型的な薬剤は文献、例えばDriessens et al. (1993), J Mater Sci Mater Med 4:503に記述されている。その２要素組成物は隔離された構成要素の形での貯蔵の間は安定であり、混合された際にのみ凝固反応を経て、それは典型的には手術の時である。
【００５１】
[0057]  バイオポリマーの網目構造の生体鉱質相中への組み込みは、既知の幾何学的特性および生体鉱質相と比較した体積比を有するバイオポリマー粒子の添加により達成することができる。粒子充填理論は２相混合物に関する体積比の同定を助け、それにより凝集した相の粒子が接続されて第２の分布した相全体にわたる連続的な網目構造を形成する。従って、バイオポリマー粒子の２要素セメント組成物への、確立された閾値より上の体積比での添加は、結果としてセメント全体にわたって分散したバイオポリマー粒子の網目構造をもたらす。
【００５２】
[0058]  バイオポリマーの選択は、混合特性、外科的据え付けの時の取り扱い、凝固の後の機械的性能、および療法剤放出プロフィールに関する３要素混合物（すなわち生体鉱質相、凝固剤およびバイオポリマーの網目構造）の特性に影響を及ぼす。理想的なバイオポリマーは、そのバイオポリマーの生体鉱質相中への容易な組み込みおよびそれに続く組み込まれた療法剤の望ましいプロフィールに従う進行性の放出を可能にする。バイオポリマーに関する１つのそのような候補はポリエチレングリコール（ＰＥＧ）であり、別のバイオポリマーは修飾デキストラン、例えば米国特許第６，９４６，４４３号、第７，１０１，８６３号、および第６，９４６，４４３号において開示されている修飾デキストランであり、別のバイオポリマーはトリプトファン、フェニルアラニン、またはチロシンにより修飾されたカルボキシメチルデキストランを含む、米国特許公開第２００９／００４８４１２号を参照。代わりの好ましいポリマーはアルギネート、コラーゲン、ゼラチンおよびポリカプロラクトンである。好ましいバイオポリマーの特徴は、骨の統合のプロセスの早期において孔の形成を可能にする比較的高い溶解性、毒性の分解生成物を含まないこと、療法剤の添加を支持する能力、および１５〜６０分間の凝固時間を促進する特性である。
【００５３】
[0059]  本発明において用いることができる追加のバイオポリマーには、ラクトースに基づく粒子、ヒアルロネート、修飾デキストラン類、ポリ（アクリル酸）、ポリ（シアノアクリレート類）、ポリ（アミノ酸）、ポリ（無水物）、ポリ（デプシペプチド）、ポリ（エステル類）、例えばポリ（乳酸）またはＰＬＡ、ポリ（乳酸−ｃｏ−グリコール酸）またはＰＬＧＡ、ポリ（ヒドロキシブチレート）、（ジオキサノン）；ポリ（エチレングリコール）、ポリ（ヒドロキシプロピル）メタクリルアミド、ポリ（オルガノ）ホスファゼン、ポリ（オルトエステル類）、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（ビニルピロリドン）、無水マレイン酸−アルキルビニルエーテルコポリマー類、ｐｌｕｒｏｎｉｃポリオール類、アルブミン、セルロースおよびセルロース誘導体、フィブリン、オリゴ糖類（ｏｌｉｇｏｓａｃｃａｒｉｄｅｓ）、グリコサミノグリカン類（ｇｌｙｃａｍｉｎｏｇｌｙｃａｎｓ）、硫酸化多糖類（ｐｏｌｙｓａｃｃａｒｉｄｅｓ）、ＰＬＡ−ＰＥＧ粒子、それらのブレンドおよびコポリマーが含まれるが、それらに限定されない。本発明のバイオポリマーはケイ素置換リン酸カルシウム母材の物理的強度を弱めるため、そのバイオポリマーをケイ素置換リン酸カルシウム母材に関して３０重量％未満の濃度で維持するのが有益である。典型的な態様において、そのバイオポリマーはそのセメント中に約１００μｍ〜約４００μｍ、約１００μｍ〜約３００μｍ、約１００μｍ〜約２００μｍである孔を生成するように処理される。例えば、乾燥したＰＥＧを製粉して、ひいて粉にして、および／またはふるいにかけて、約２００μｍの平均粒径を得ることができる。
【００５４】
[0060]  ＰＥＧおよび／またはデキストランのバイオポリマーとしての使用はいくつかの利点を有する。例えば、その療法剤がタンパク質である場合、そのタンパク質をＰＥＧおよび／またはデキストラン沈殿により溶液から回収することができ、それは場合によりそのタンパク質を安定化するための追加のマンニトールおよび／またはトレハロースを含有していてよく、その沈殿を場合によりさらに乾燥させることができ、次いで二相性リン酸カルシウムセメントの配合物中で単独で用いる、または追加のバイオポリマーと組み合わせることができる。D.H. Atha and K.C. Ingham (1981), ポリエチレングリコールによるタンパク質の沈殿の機構, J. Biol. Chem. 256(23):12108-12117およびSharma VK, Kalonia DS. (2004), ポリエチレングリコールに誘導されるインターフェロンアルファ−２ａの沈殿およびそれに続く真空乾燥：乾燥した安定な粉末を得るための新規プロセスの開発, AAPS PharmSci. 6 (1): 論文4. DOI: 10.1208/ps060104。あるいは、療法剤／バイオポリマーの組み合わせを療法剤−ＰＥＧ水性混合物の凍結乾燥により作り出すことができ、例えば、ｒｈＢＭＰ−２−ＰＥＧ混合物を凍結乾燥して得られた物質を適切な大きさの粒子に成形することができる。国際公開第ＷＯ／２００３／００００１４号。
【００５５】
[0061]  ＰＥＧおよびデキストランの共溶液（ｃｏ−ｓｏｌｕｔｉｏｎ）を徐々に凍結させて、その凍結した溶液を凍結乾燥させ、その連続的な相（ＰＥＧ）をジクロロメタンまたはアセトニトリル中で再溶解させた後、デキストラン粒子を生成することができる。このプロセスを用いて、ＰＥＧおよびデキストランの分子量、共溶液の濃度、およびＰＥＧ／デキストラン比率を選択することにより、直径が２００ｎｍ〜１０μｍの範囲の粒子を作り出すことができる。例えば、アミノ酸修飾デキストランのようなバイオポリマー（米国特許公開第２００９／０４８４１２号参照）はその中に封入された（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ）、またはそれと会合した療法剤も含んでいてよい。W. Yuana, F. Wua, Y. Genga, S. Xuaand T. Jin (2007), 凍結に誘導される相の分離によるデキストランのガラス質粒子の調製, Intern. J. Pharm. 339(1-2):76-83, doi:10.1016/j.ijpharm.2007.02.018。
【００５６】
[0062]  生体鉱質相内のバイオポリマーの網目構造の組み込みは、療法剤の送達において大きな柔軟性を与える。１種類以上の療法剤を前駆体バイオポリマー粒子の中に、その前駆体粒子の調製の時に組み込むことができる。バイオポリマーおよび療法剤の特性に基づき、療法剤を含有する粒子の延長された貯蔵寿命に関する機会が存在する。例えば、療法剤、例えばタンパク質（例えばＢＭＰ−２、ＢＭＰ−１２、Ｏｐ−１、および／またはＧＤＦ−５）の水溶液をＰＥＧを用いて沈殿させ、得られた沈殿物を乾燥させ、場合により望まれる大きさに製粉して、療法剤を組み込んだバイオポリマーの網目構造を形成することができる。
【００５７】
[0063]  そのバイオポリマー粒子を、療法剤により占有されることができる内部容積を含有する中空の殻として成形することも可能である。バイオポリマーの療法剤に対する相対的な体積が低くてよく、結果としてそのバイオポリマーの溶解／分解速度が二相性リン酸カルシウムセメント内の療法剤の比較的速い放出を可能にすることができるため、このアプローチは急速な放出を可能にすることができる。
【００５８】
[0064]  療法剤の選択は、単一の療法または療法の組み合わせに基づいてよい。さらに、網目構造の構成はその薬剤の放出速度を強める、または遅らせるように調節することができる。
【００５９】
[0065]  ｒｈＢＭＰ−２の骨修復の促進剤としての使用は、科学的および臨床的研究において十分に文書で裏付けられてきた。そのような薬剤の送達は、バイオポリマーの網目構造および生体鉱質相の使用により達成することができる。さらに、放出の速度および期間をバイオポリマーの網目構造の特性に基づいて調節することができる。
【００６０】
[0066]  整形外科手術は一般に手術後の痛みをもたらす。疼痛処理剤の組み込みは、結果として局所的な痛みの部位の軽減および第２の全身性の疼痛処理作戦による全体的な疼痛処理においてより大きな柔軟性をもたらすことができる。
【００６１】
[0067]  整形外科手術は観血的であり、従って微生物感染の危険性があり、抗微生物薬を療法剤として導入してよい。従って、本発明の療法剤には骨形成タンパク質、鎮痛剤、抗微生物剤および他のそのような薬剤が含まれる。
【００６２】
[0068]  療法剤の組み合わせも可能であり、ここで一緒に使用できる薬物が準備プロセスの一部として一緒に混合され、次いで移植の後に同時に送達される。
[0069]  療法剤の組み合わせを送達することもでき、それによりある薬剤がバイオポリマーの網目構造を形成する物質の内部に統合され、第２の薬剤がそのバイオポリマーと生体鉱質相の間に捕えられる。
【００６３】
[0070]  バイオポリマーの網目構造と組み合わせた生体鉱質相の部位特異的送達のために多数の選択肢が利用可能である。凝固前に容易に成形可能であるセメントに関して、その組成物は注射、カニューレまたはカテーテルにより送達することができる。高い粘性を示すセメントに関して、移植部位への適用は直接的な外科的なアクセスによってよく、またはペレットを予め形成し、続いてそれを骨格の損傷の領域の近くに配置することによってよい。凝固時間は、歯科用リン酸亜鉛セメントに関する国際標準ＩＳＯ１５６６に従って測定されてよい。
【００６４】
[0071]  典型的な態様において、本発明はケイ素置換リン酸カルシウム粉末および水性の液体をバイオポリマーと一緒に提供する。そのバイオポリマーはその粉末または液体構成要素のどちらの中に存在していてもよいが、そのバイオポリマーを混合の前に粉末構成要素中に存在させるのが望ましい可能性がある。セメントの凝固における主な反応は水による水和であり、それはその粉末中のケイ素置換リン酸カルシウム粒子の表面積により影響を受けるため、その粉末の物理的状態、例えばその粒子の大きさの分布は、反応性に影響を及ぼすように改変されてよい。典型的な態様において、そのケイ素置換リン酸カルシウム粒子は約３μｍ〜７μｍの大きさの分布を有し、そのバイオポリマーは約２００μｍの大きさの分布を有し、ここでそのバイオポリマーはそのバイオポリマービーズ、顆粒、薄片または線維の周りでセメントが凝固する間不活性であり、その液体構成要素は促進剤、例えばＮａ２ＨＰＯ４、ＮａＨ２ＰＯ４、ＫＨ２ＰＯ４、Ｋ２ＨＰＯ４、またはそれらの混合物を、その液相に基づいて０．５〜５％（重量／体積）の濃度で含む。
【００６５】
[0072]  適用の時のポリマーの架橋に関して改変することができる、バイオポリマーの使用に関する追加の選択肢が存在する。
[0073]  要約すると、本発明はバイオポリマーの網目構造と組み合わせた生体鉱質相を提供し、それは先行技術を超える数多くの利点ならびに整形外科および歯科の領域における有益な用途を有する。その二相性リン酸カルシウムセメントは、骨格の欠損を修復するのに必要な正確な形状へと成形することができる、整形外科用インプラントのための足場を提供する。さらに、そのセメントは、新しい骨の沈着を促進するカルシウムおよびリンの両方の元素を含有する。加えて、その二相性リン酸カルシウムセメントは、インプラントの再形成および天然の骨組織による進行性の置き換えを活発に刺激する組成物を含めて製造することができる。その組成物のバイオポリマーの網目構造は、そのバイオポリマーの溶解／分解により、そのセメントを通る通路の進行性の形成を提供する。そのような通路の形成はそのセメント全体にわたる進行性の骨組織の統合を可能にし、結果として増進された骨の再生および治癒をもたらす。そのバイオポリマーは、そのバイオポリマーの溶解／分解の一部として制御された方式で放出される１種類以上の療法剤を追加で組み込むことができる。
【００６６】
[0074]  上記の開示は本発明を一般的に記述している。以下の具体的な実施例への参照により、より完全な理解を得ることができる。これらの実施例は説明のためだけに記述されているのであり、本発明の範囲を限定することを意図していない。形式の変更および均等物での置換は、状況が手段を示唆する、または与えることができるものとして意図される。具体的な用語が本明細書において用いられてきたが、そのような用語は説明的な意味であり、限定のためではないことが意図されている。
【００６７】
[0075]  この開示および実施例において参照されているが、明確に記述されていない、化学の方法およびセラミックに関する一般的な処理方法は、科学的な文献において報告されており、当業者に周知である。
【実施例】
【００６８】
実施例１−二相性リン酸カルシウムセメントの調製
[0076]  二相性リン酸カルシウムセメント前駆体を湿式化学プロセスにより開始した。アンモニア処理された（ａｍｍｏｎｉａｔｅｄ）リン酸アンモニウム溶液を硝酸カルシウムの水溶液に滴加してリン酸カルシウム（Ｃａ−Ｐ）沈殿を形成し、続いてそれを撹拌条件下で２２時間経過させ、その反応が完了まで進行したことを確実にした。最終的な生体鉱質組成物の生物学的活性を増進させるため、ケイ素を微細に分散させたヒュームドシリカとして添加した。続いてシリカでドープしたＣａ−Ｐ沈殿を遠心分離し、デカントして噴霧乾燥した。得られたケイ素で安定化されたリン酸カルシウムの粉末（米国特許第６，３２３，１４６号）をアルミナのるつぼの中でか焼して水および残留した前駆体反応物を除去した。
【００６９】
[0077]  セメントを形成するため、上記の生体鉱質を緩衝溶液（Ｎａ２ＨＰＯ４）と混合した。緩衝溶液を含ませるのに加えて、可溶性のバイオポリマーをポリエチレングリコール（ＰＥＧ）の形で添加した。その構成要素の比率は、以下の特性に影響を及ぼす：
ａ）凝固前の混合物の粘性（注入可能からパテ状へ）
ｂ）可溶性のバイオポリマー相の溶解後の内部の多孔度
ｃ）凝固プロセス後のセメントの機械的特性
ｃ）総薬物送達能力。
【００７０】
実施例２−二相性リン酸カルシウムセメントの機械的性能の最適化
[0078]  性能を最大化するセメント配合物を選択するための手段として、そのセメントの特性に影響を及ぼす重要なパラメーターの評価を行った。実施例１で概説されている手順に従って、一連のセメントを調製した；しかし、最適化された性能の追求において特定のパラメーターを調節した。
【００７１】
[0079]  図１および２において明示されているように、その二相性リン酸カルシウムセメント（凝固プロセス後）の極限荷重は、その生体鉱質前駆体の製造の間に添加されたケイ素の重量％に依存する。
【００７２】
[0080]  図３は、その二相性リン酸カルシウムセメントの極限荷重はその生体鉱質相の生成のために用いられた前駆体Ｃａ−Ｐ粉末の相混合物により影響を受けることを示している。
【００７３】
[0081]  図４において注目されるように、生体鉱質相への前駆体のか焼／焼結における異なる熱的プロフィールの使用も機械的性能に影響を及ぼす。
実施例３−二相性リン酸カルシウムセメントの機械的性能の最適化
[0082]  バイオポリマーの網目構造と組み合わせたセメントの特性に影響を及ぼす重要なパラメーターの評価を行い、混合物構成要素の異なる比率の機械的性能および相互に接続された網目構造を達成する能力への作用を評価した。
【００７４】
[0083]  一連のバイオポリマー粒子を含有するセメントを調製し、極限荷重および構造に関して評価した。
[0084]  図５はセメントを通る破面（ｆｒａｃｔｕｒｅ  ｆａｃｅ）のＳＥＭであり、それは模擬生物流体（ＳＢＦ）中で３７℃で２４時間保温した後の凝固したセメント中の孔の網目構造の形成を図説している。
【００７５】
[0085]  バイオポリマーの網目構造のその組成物の極限荷重への影響を、図６で強調する。バイオポリマーのレベルが増大すると、そのセメントは堅い構造を形成することができず、組成物は最小の構造的性能を有する。骨格の構造的安定性に本質的でない骨の空隙の充填には特別な強度の要求は無いが、強度の測定は、インプラントが最終的に生理的荷重を受ける整形外科的適用において利益になる。
【００７６】
実施例４−セメント中への療法剤の組み込み
[0086]  ４ｇのＳｋｅｌｉｔｅ（ケイ素置換リン酸カルシウム粒子）、１ｇのＰＥＧ、１．５ｇのＮａ２ＨＰＯ４を一緒に粉末混合物としてブレンドし、次いでそれをＩｎｆｕｓｅキットからの１．５ｍＬのｒｈＢＭＰ−２溶液と組み合わせた；ここで、そのｒｈＢＭＰ−２溶液の各ミリリットルは以下のものを含有する
１．５ｍｇのｒｈＢＭＰ−２；
５．０ｍｇ  スクロース；
２５ｍｇ  グリシン；
３．７ｍｇ  Ｌ−グルタミン酸；
０．１ｍｇ  塩化ナトリウム；
０．１ｍｇ  ポリソルベート８０；および
１．０ｍＬの滅菌水。
【００７７】
[0087]  上記の配合および調製によるセメント試料を、ウサギ腰椎横突間突起融合モデルにおいて骨の再生を促進するそれらの能力に関して評価した。外科的手順において、横突起（ＴＰ）を切断する。次いで高速バーでＬ５およびＬ６のＴＰを剥皮する。手術の時にセメントを混合した後、片側あたりおおよそ３．０ｃｃの移植物質をＴＰの間に埋め込む。その動物を手術の８週間後に評価して、完全に橋渡しされている腰椎横突間突起脊椎融合の存在を評価する。
【００７８】
実施例５−促進剤の濃度
[0088]  代わりの配合物を比較するため、ランキングシステムを考案し、ここで、加速剤の５種類の濃度を利用し、以下の尺度に対して評価した（全てのランキングの評価は主観的であったことを特筆する）：
【００７９】
【表１】
2013500140.tif 000003
【００８０】
[0089]  水和レベル（および対応するＮａ２ＨＰＯ４の量）を調節して、結果として最初の混合の後に一貫した“パテ”様の特徴をもたらした。一連のＮａ２ＨＰＯ４溶液をＭｉｌｌｉ−Ｑ水を用いて調製し、次いでケイ素置換リン酸カルシウムおよびＰＥＧの組み合わせに添加した。その粉末混合物（４ｇの粉末にした（１２時間製粉された）ケイ素置換リン酸カルシウムおよび約１５０〜２１２ミクロンの粒径を有する１ｇのＰＥＧ２００００）および液体を約１．５分間混合し、次いで様々な時点で上記の尺度に従ってランク付けした。
【００８１】
【表２】
2013500140.tif 000004
【００８２】
２０％緩衝剤濃度（試料５）ではＮａ２ＨＰＯ４のレベルが溶解性の点（solubility point）を超えていることを特筆する。
実施例６−粉末中の促進剤
[0090]  Ｎａ２ＨＰＯ４を乾燥した形で粉末に添加し、その組み合わせた粉末を水に添加した際のセメントに関する凝固時間。その粉末混合物および液体を約１．５分間混合し、次いで様々な時点で上記の尺度に従ってランク付けした。リン酸カルシウムおよびＰＥＧの比率も実施例５と同じであった。
【００８３】
【表３】
2013500140.tif 000005
【００８４】
２０％緩衝剤濃度（試料５）ではＮａ２ＨＰＯ４のレベルが溶解性の点を超えていることを特筆する。
実施例７−療法剤と組み合わせた粉末中の促進剤
[0091]  ＩＮＦＵＳＥ（登録商標）と共に供給された緩衝液中でＢＭＰ−２と混合し、粉末中で供給されたＮａ２ＨＰＯ４と混合した場合のセメント配合物に関する凝固時間。ＩｎＦｕｓｅ（登録商標）キットからのＢＭＰ−２を、供給された緩衝液中で再水和し、次いでケイ素置換リン酸カルシウム、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）およびリン酸ナトリウム粉末と組み合わせてセメントを作った（４ｇのケイ素置換リン酸カルシウム、約１５０〜２１２ミクロンの粒径を有する１ｇのＰＥＧ２００００、および示したようなＮａ２ＨＰＯ４）。
【００８５】
【表４】
2013500140.tif 000006
【００８６】
２０％緩衝剤濃度（試料５）ではＮａ２ＨＰＯ４のレベルが溶解性の点を超えていることを特筆する。ＩｎＦｕｓｅ（登録商標）キットは１．５ｍｇ／ｍｌのｒｈＢＭＰ−２、５ｍｇ／ｍｌスクロース、２５ｍｇ／ｍｌグリシン、３．７ｍｇ／ｍｌ  Ｌ−グルタミン酸、０．１ｍｇ／ｍｌポリソルベートおよび０．１ｍｇ／ｍｌ  ＮａＣｌを有する溶液を提供する。
【００８７】
実施例８−圧縮強度
[0092]  ケイ素置換リン酸カルシウムセメントに関する機械的圧縮強度を分析した。６種類の試料を、本明細書で記述したように、水をケイ素置換リン酸カルシウム、リン酸ナトリウム（Ｎａ２ＨＰＯ４）、およびＰＥＧの粉末混合物と組み合わせることによるか、またはケイ素置換リン酸カルシウムおよびＰＥＧの粉末混合物をリン酸ナトリウム（Ｎａ２ＨＰＯ４）を含有する水と組み合わせることによるかのどちらかで調製した。次いで調製された混合物を円筒形のテフロンの型（１０ｍｍ  Ｄ．  ×  １２ｍｍ  Ｈ）の中に入れ；その型を模擬体液（ＳＢＦ）溶液（この場合はＰＢＳ）中に浸し、恒温器中で３７℃で２４時間保った。その後試料を型から取り外し、万能試験機（ＭＴＳ）を用いて機械的に試験した。試験する標本を機械のテーブルの上に置き、標本に０．１ｍｍ／秒の速度で一定軸圧縮変位を、荷重−変位曲線における急激な低下により示される試料の破損に達するまで適用した。
【００８８】
[0093]  その試験は、性能に影響を及ぼすこと無く粉末構成要素を予め混合することができることを確証する（図７）。
【００８９】
【表５】
2013500140.tif 000007
【００９０】
実施例９−粉末中の促進剤
[0094]  Ｎａ２ＨＰＯ４およびＣａＣｌ２を乾燥した形で粉末に添加し、次いで組み合わせた粉末を水に添加する場合のセメントに関する凝固時間を測定する。その粉末混合物および液体を約１．５分間混合し、次いで様々な時点で上記の尺度に従ってランク付けする。実施例５および／または６で見出された凝固時間と比較して凝固時間が増大することが分かったが、療法剤の溶解速度は減少することが分かった。
【００９１】
[0095]  本発明の好ましい態様が本明細書において詳細に記述されているが、本発明の精神から逸脱することなくそれに変更を加えてよいことは当業者には理解されるであろう。
【００９２】
[0096]  この明細書において特定された、公開された論文、特許および特許出願のそれぞれを、本明細書にそのまま援用する。
【図１】
2013500140.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図５】
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【国際調査報告】
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