JP2018537158A - 骨修復における骨誘導性分子の送達増強のためのマトリックス - Google Patents
骨修復における骨誘導性分子の送達増強のためのマトリックス Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018537158A JP2018537158A JP2018521871A JP2018521871A JP2018537158A JP 2018537158 A JP2018537158 A JP 2018537158A JP 2018521871 A JP2018521871 A JP 2018521871A JP 2018521871 A JP2018521871 A JP 2018521871A JP 2018537158 A JP2018537158 A JP 2018537158A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bmp
- granules
- composition
- granule
- biocompatible matrix
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L24/00—Surgical adhesives or cements; Adhesives for colostomy devices
- A61L24/001—Use of materials characterised by their function or physical properties
- A61L24/0015—Medicaments; Biocides
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L24/00—Surgical adhesives or cements; Adhesives for colostomy devices
- A61L24/001—Use of materials characterised by their function or physical properties
- A61L24/0036—Porous materials, e.g. foams or sponges
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L24/00—Surgical adhesives or cements; Adhesives for colostomy devices
- A61L24/0047—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material
- A61L24/0073—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material with a macromolecular matrix
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/02—Inorganic materials
- A61L27/10—Ceramics or glasses
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/14—Macromolecular materials
- A61L27/22—Polypeptides or derivatives thereof, e.g. degradation products
- A61L27/24—Collagen
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/40—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material
- A61L27/44—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix
- A61L27/46—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix with phosphorus-containing inorganic fillers
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
- A61L27/54—Biologically active materials, e.g. therapeutic substances
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
- A61L27/56—Porous materials, e.g. foams or sponges
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61P—SPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
- A61P19/00—Drugs for skeletal disorders
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
- A61L2300/20—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices containing or releasing organic materials
- A61L2300/252—Polypeptides, proteins, e.g. glycoproteins, lipoproteins, cytokines
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
- A61L2300/40—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices characterised by a specific therapeutic activity or mode of action
- A61L2300/412—Tissue-regenerating or healing or proliferative agents
- A61L2300/414—Growth factors
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
- A61L2430/02—Materials or treatment for tissue regeneration for reconstruction of bones; weight-bearing implants
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Transplantation (AREA)
- Dermatology (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Surgery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physical Education & Sports Medicine (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Pharmacology & Pharmacy (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Medicines That Contain Protein Lipid Enzymes And Other Medicines (AREA)
- Prostheses (AREA)
Abstract
生体適合性マトリックス材料内に組み込むことができる多孔質セラミック顆粒に骨誘導性物質を担持させた骨誘導性合成骨移植片を製造するためのシステム及び方法を提供する。顆粒による担持は、一部の場合、低pH緩衝液及び前処理によって促進される。
【選択図】図1
【選択図】図1
Description
[0001]本願は、2015年10月30日出願の米国仮特許出願第62/248,861号に基づく優先権及び利益を主張し、その全文を引用によって本明細書に援用する。
[0002]本願は、医療デバイス及び生物学的療法に関し、さらに詳しくは、骨セメント、骨パテ及び顆粒−バインダ複合材料に関する。
[0002]本願は、医療デバイス及び生物学的療法に関し、さらに詳しくは、骨セメント、骨パテ及び顆粒−バインダ複合材料に関する。
[0003]骨移植片は、毎年およそ200万件の整形外科的処置に使用されており、一般に三つの形態のうちの一つを取る。自家移植片は、典型的には、患者の一部位から同じ患者の別の部位に移植するために採取された骨からなるもので、これらの材料は骨伝導性である(新生骨成長の足場として働く)と同時に、骨誘導性でもあり(骨芽細胞の発生を促進する)、骨原性でもある(新生骨を形成する骨芽細胞を含有する)ので、骨移植材料の基準(ベンチマーク)である。しかしながら、自家移植片の供給には限りがあるため、死体由来の同種移植片の使用を余儀なくされてきた。しかしながら、同種移植片は、宿主−移植片免疫応答を誘起したり、感染症やプリオン病を伝播しうるので、滅菌されたり又はそれらの骨原性を排除するために細胞除去処理をされることが多く、これらの材料は自家移植片ほど理想的とは言えない。
[0004]ヒト由来骨移植片材料の欠点を考えると、合成骨移植材料の分野には長年にわたる需要があった。合成移植片は、典型的には、カルシウムセラミック及び/又はセメント(ペースト又はパテの形態で送達される)を含む。これらの材料は骨伝導性ではあるが、骨誘導性でも骨原性でもない。それらの効果を改良するために、合成カルシウム含有材料には、骨誘導性材料、特に、骨形成タンパク質(BMP)、例えばBMP−2、BMP−7、又はその他の成長(増殖)因子、例えば、線維芽細胞増殖因子(FGF)、インスリン様成長因子(IGF)、血小板由来増殖因子(PDGF)、及び/又は形質転換成長因子ベータ(TGF−β)を担持(load)させてきた。しかしながら、重大な技術的課題のために合成骨移植片代替物への骨誘導性材料の効率的な組込みができず、それゆえに高品質な骨誘導性合成骨移植片材料の開発が制限されている。
[0005]一つのそのような課題は、骨誘導性材料を1回の短いバースト放出ではなく長期間送達し、かつ新生骨成長を支援する適切な物理的特性を有する移植片マトリックスを開発することであった。適切な物理的特性を備えた材料の製造は、とりわけ、そのような材料が移植の最中及び後に移植片にかかるであろう荷重に耐えられるほどの剛性を有することという要件と、細胞及び組織浸潤を可能にするほど多孔質の状態を保持し、新生骨による移植片の置換を可能にする速度で分解又は溶解するという要件、そして骨生成に適切な時間的及び空間的様式で骨誘導性材料を溶出するという別の要件とのバランスを取ることを必要とする。新生骨形成と最終的な治癒を促進するための最適な移植片マトリックスをもたらすのは、上記設計基準の組合せのみである。例えば、現在商業的に入手可能なBMP溶出合成骨移植片はこれらの要件を満たしていないので、BMPなどの骨誘導性材料を送達するために最適化された骨移植片材料を求めるニーズは存在する。
[0006]本発明は、骨誘導性タンパク質の改良された溶出と共に最適な物理的特性も備えた合成骨移植片材料、ならびにその製造及び使用法を提供することにより、当該分野で未だ満たされていない重要なニーズに対処する。一側面において、本発明は、100〜500ミクロンの範囲の平均サイズを有する複数のミクロ孔を有する多孔質の生体適合性マトリックスと、生体適合性マトリックスに接触しているカルシウムセラミック顆粒(必ずしもそうでなくてもよいが、任意に30m2/gを超える比表面積を有する)とを含み、前記顆粒は、顆粒の内側に少なくとも一つの表面を規定するミクロ孔の相互接続ネットワークを有する組成物に関する。一部の場合において、セラミック顆粒は5.5〜6.0の範囲のpHを有する(顆粒と水又は別の中性非緩衝溶液のスラリー中での測定)。本発明の組成物は、骨誘導性タンパク質を担持し、そのような骨誘導性タンパク質の少なくとも50%を患者への移植後7日間以上保持するように構成できる。この線に沿って、一部の場合においては、組成物は、カルシウムセラミック顆粒の重心付近の骨誘導性タンパク質の濃度がカルシウムセラミック顆粒の外表面上の骨誘導性タンパク質の濃度に類似する(例えば、その約33%を下回らない)ようにするために、顆粒の内側の少なくとも一つの表面に結合(association)された骨誘導性タンパク質を含む。例えば、一部の場合において、重心付近(すなわち、重心から外表面までの平均距離のおよそ20%の半径以内、又は場合によっては10%の半径以内)の内部表面上の骨誘導性タンパク質の濃度は、顆粒の外表面上に見出されるタンパク質の濃度の少なくとも33%でありうる(例えば、重心付近の濃度に対する表面上のタンパク質の濃度比は3未満でありうる)。コラーゲン又は合成ポリマーから形成されうる生体適合性マトリックスは、任意に、1〜2mm範囲の平均直径を有する複数のマクロ孔を含んでいてもよく、任意に又はさらに、50%の線形歪で少なくとも50kPaの圧力に耐える十分な柱強度(column strength)を特徴とする。
[0007]別の側面において、本発明は患者の治療法に関する。該方法は、患者の骨組織を組成物と接触させる工程を含み、該組成物は、(a)多孔質の生体適合性マトリックスであって、前記マトリックスは約100μm〜約500μmの平均サイズを有する複数のマクロ孔を含む多孔質の生体適合性マトリックスと、(b)カルシウムセラミック顆粒であって、前記多孔質の生体適合性マトリックスに接触し、顆粒の内側に少なくとも一つの表面を規定するミクロ孔の相互接続ネットワークを有するカルシウムセラミック顆粒と、そして(c)顆粒の内側の少なくとも一つの表面に結合された骨誘導性タンパク質であって、前記骨誘導性タンパク質は顆粒の重心付近の少なくとも一つの表面の部分と顆粒の外側付近の少なくとも一つの表面の部分に分布している骨誘導性タンパク質とを含む。骨組織は、任意に、骨及び/又は椎骨への外傷部位でもよい。一部の場合において、カルシウムセラミック顆粒は約5.5〜約6.0のpHを有し、そして/又はカルシウムセラミック顆粒の重心付近の骨誘導性タンパク質の濃度はカルシウムセラミック顆粒の外表面上の骨誘導性タンパク質の濃度の約33%を下回らない。生体適合性マトリックスは、コラーゲン又は場合によっては合成ポリマーを含みうる。あるいは又はさらに、該方法は、組成物を骨誘導性タンパク質を含む溶液で湿らせ、それによって骨誘導性タンパク質を少なくとも一つの表面に結合させる工程を含むこともできる。
[0008]さらに別の側面において、本発明は、患者を治療するためのキットにも関し、該キットは、担体と、骨誘導性タンパク質を、骨誘導性タンパク質を流体に加えると溶液が形成できる形態で保持する容器とを含む。担体は、約100μm〜約500μmの平均サイズを有する複数のマクロ孔を含む多孔質の生体適合性マトリックスと、前記多孔質の生体適合性マトリックスに接触するカルシウムセラミック顆粒とを含み、前記顆粒は、顆粒の内側に少なくとも一つの表面を規定するミクロ孔の相互接続ネットワークを有する。骨誘導性タンパク質を保持する容器に流体を添加することによって形成される溶液は、その間に担体を湿らせるように適合される。それによって骨誘導性タンパク質は顆粒の内側の少なくとも一つの表面に結合され、それによってインプラントが形成される。様々な場合において、多孔質の生体適合性マトリックスは、さらに約1mm〜2mmの平均直径を有する複数のマクロ孔を有し、及び/又はコラーゲンから形成され、及び/又は合成ポリマーから形成される。あるいは又はさらに、キットの構成要素から形成されたインプラントは、50%の線形歪で少なくとも50kPaの圧力に耐える十分な柱強度を有する。
[0009]本発明の一定の態様を添付の図面によって説明する。図面は必ずしも正確な縮尺ではないこと、そして本発明の理解に不要な詳細又はその他の詳細の理解を困難にする詳細は省略されうることは理解されるであろう。本発明は、本明細書中に例示された特定の態様に必ずしも限定されないことも理解されるであろう。
骨誘導性組成物
[0019]本発明の組成物を利用する合成骨移植片(互換的に“インプラント”又は“コンストラクト(construct)”とも呼ばれる)は、一般的に3つの構成要素、すなわち、カルシウムセラミック又はその他の固体鉱質体などの骨伝導性材料、骨形成タンパク質などの骨誘導性材料、及びコラーゲンスポンジなどの生体適合性マトリックスを含む。本明細書において、骨伝導性材料とは、骨芽細胞(osteoblast)、前骨芽細胞、骨前駆細胞、間葉幹細胞、及び骨格組織を合成及び/又は維持する細胞に分化できる又はさもなければそのような細胞の発生を促進できるその他の細胞を含む骨芽細胞(osteoblastic cell)の内方成長(ingrowth)又は表面成長(ongrowth)を促進する任意の材料のことを言う。本発明の好適な態様において、骨伝導性材料は、骨伝導性リン酸カルシウムセラミックを含む顆粒で、顆粒上に担持された骨誘導性物質の持続放出を提供するように適応されている。一部の場合において、顆粒は、相互接続された複雑な多孔質構造を含む。発明者らが見出した、BMP結合及び本発明のコンストラクト、システム及び方法に使用するために最適化された溶出特性を示す例示的顆粒は、Vanderploegらによる米国仮特許出願第62/097,393号に記載されており、その全開示内容はすべての目的のために本明細書に取り込まれる。
[0019]本発明の組成物を利用する合成骨移植片(互換的に“インプラント”又は“コンストラクト(construct)”とも呼ばれる)は、一般的に3つの構成要素、すなわち、カルシウムセラミック又はその他の固体鉱質体などの骨伝導性材料、骨形成タンパク質などの骨誘導性材料、及びコラーゲンスポンジなどの生体適合性マトリックスを含む。本明細書において、骨伝導性材料とは、骨芽細胞(osteoblast)、前骨芽細胞、骨前駆細胞、間葉幹細胞、及び骨格組織を合成及び/又は維持する細胞に分化できる又はさもなければそのような細胞の発生を促進できるその他の細胞を含む骨芽細胞(osteoblastic cell)の内方成長(ingrowth)又は表面成長(ongrowth)を促進する任意の材料のことを言う。本発明の好適な態様において、骨伝導性材料は、骨伝導性リン酸カルシウムセラミックを含む顆粒で、顆粒上に担持された骨誘導性物質の持続放出を提供するように適応されている。一部の場合において、顆粒は、相互接続された複雑な多孔質構造を含む。発明者らが見出した、BMP結合及び本発明のコンストラクト、システム及び方法に使用するために最適化された溶出特性を示す例示的顆粒は、Vanderploegらによる米国仮特許出願第62/097,393号に記載されており、その全開示内容はすべての目的のために本明細書に取り込まれる。
[0020]顆粒は、一般的に、本発明のインプラントを所定の位置に保持し、骨誘導性材料を骨の形成及び治癒に最適な時間間隔(例えば数週間又は数ヶ月)にわたって放出することを可能にする適切な組成及び構造を有する任意の適切な骨伝導性材料から製造される。これらの特徴は用途によって変動しうるが、顆粒は、一般的に、リン酸一カルシウム一水和物、リン酸二カルシウム、リン酸二カルシウム二水和物、リン酸オクトカルシウム、沈降ヒドロキシアパタイト、沈降アモルファスリン酸カルシウム、リン酸一カルシウム、アルファ−リン酸三カルシウム(α−TCP)、ベータ−リン酸三カルシウム(β−TCP)、焼結ヒドロキシアパタイト、オキシアパタイト、リン酸四カルシウム、ヒドロキシアパタイト、カルシウム欠損ヒドロキシアパタイト、及びそれらの組合せなどであるが、これらに限定されない。
[0021]骨誘導性材料は、一般的に、前駆細胞の集団から骨芽細胞の生成を刺激するペプチド及び非ペプチド増殖因子を含む。一部の態様において、骨誘導性材料は、形質転換成長因子ベータ(TGF−β)スーパーファミリーのメンバー、例えば、BMP−2、BMP−3、BMP−4、BMP−5、BMP−6、BMP−7、BMP−9、又はBerasiらによる米国付与前出願公開第20120046227 A1号、発明の名称“デザイナー骨誘導性タンパク質(Designer Osteoinductive proteins)”(その全開示内容はすべての目的のために引用によって本明細書に援用する)に記載されているデザイナーBMP、例えばBMP−GER又はBMP−GER−NRキメラBMPである。他の態様において、骨誘導性材料は、線維芽細胞増殖因子、インスリン様成長因子、血小板由来増殖因子、小分子、ヌクレオチド、脂質、又は本明細書中に掲載されている一つ又は複数の因子の組合せである。
[0022]本発明によるインプラント(本明細書においては“コンストラクト”とも呼ばれる)の第三の構成要素は生体適合性マトリックスである。これは、(a)顆粒と共に使用される場合、移植されたときにかかる荷重に耐える十分な剛性及び/又は柱強度を示す、(b)過剰な炎症(すなわち新生骨の形成又は骨折の治癒を阻害又は防止するほどの炎症)を起こさない、骨芽細胞の増殖を阻害しない、又はさもなければ顆粒及び/又は骨誘導性材料の活性を妨害しない、及び(c)規定の領域内で新生骨の沈着を可能にする適切な間隔にわたって十分な凝集性を有する任意の適切な生体適合性材料でありうる。さらに、生体適合性マトリックスは、任意に分解性及び/又は骨伝導性であってもよい。生体適合性マトリックスは、様々な態様において、ヒアルロン酸(HA)、及びその官能化形又は変性形、コラーゲン(動物でも組換えヒトでも)、ゼラチン(動物又は組換えヒト)、フィブリン、キトサン、アルギネート、アガロース、自己集合性ペプチド、全血、多血小板血漿、骨髄穿刺液、ポリエチレングリコール(PEG)及びその誘導体、官能化された又はさもなければ架橋可能な合成生体適合性ポリマー、例えばポリ(ラクチド−コ−グリコリド)、ポリ(カプロラクトン)、ポリ(乳酸)、ポリ(グリコール酸)、ポロキサマー及び当該技術分野で公知のその他の感熱性又は逆感熱性(reverse-thermosensitive)ポリマー及び上記のいずれか一つ又は複数のコポリマー又は混合物である。
インプラント設計の技術的考察
[0023]上記のように骨誘導性材料、顆粒及び生体適合性マトリックスを含む本発明のインプラントは、一般的に、骨の成長及び治癒の促進に適合した、現在入手できる合成骨移植材料によって示されない特徴を有する。本発明によるインプラントの適切な特徴は、少なくとも(a)用途に適した骨誘導性材料の放出動態、(b)新生骨形成を促進するが妨害しない適切な滞留時間、(c)新生骨形成に伴う新血管組織を含む細胞及び組織の浸潤を可能にするマクロ孔性、及び(d)インプラントにかかる荷重に耐える十分な剛性及び/又は耐圧縮性を含む。
[0023]上記のように骨誘導性材料、顆粒及び生体適合性マトリックスを含む本発明のインプラントは、一般的に、骨の成長及び治癒の促進に適合した、現在入手できる合成骨移植材料によって示されない特徴を有する。本発明によるインプラントの適切な特徴は、少なくとも(a)用途に適した骨誘導性材料の放出動態、(b)新生骨形成を促進するが妨害しない適切な滞留時間、(c)新生骨形成に伴う新血管組織を含む細胞及び組織の浸潤を可能にするマクロ孔性、及び(d)インプラントにかかる荷重に耐える十分な剛性及び/又は耐圧縮性を含む。
[0024]BMPは、主に、骨膜(bone envelope)内の修復部位又は周辺軟組織外膜(soft tissue envelope)内のいずれかに存在する骨芽前駆細胞の分化を刺激することによって骨形成を誘導する。生理的骨修復は、骨の鉱質相に貯蔵されているピコグラム/フェムトグラム量のBMPの放出と修復部位の骨前駆細胞によって分泌された新しく合成されたBMPによって刺激される。これら二つのBMP源は、修復部位のBMP濃度を、骨修復の成功に導く適切な期間、生理的レベルに維持する。
[0025]外因性BMPは、生理的BMP応答に似た量及び期間にわたってBMPを溶出するコンストラクトで送達されるのが理想的である。しかしながら、細胞レベルで生理的BMP濃度を達成し、適切な時間にわたって生理的濃度を維持するためには、かなり高い薬理学的BMP濃度の投与が一般的に必要であることに注意すべきである。これは完全には理解されていない要因が重なった結果である。いかなる理論にも拘束されることは望まないが、これらのコンストラクトに超生理学的BMP濃度が必要となる一つの要因は、外因性のBMPが、骨からの内因性BMP及び細胞からの新しく形成された内因性BMPの生理的局所放出の効率を真似できないことであろう。さらに、rhBMPは一般的に生理的pHで不溶性であるので、(ここでもいかなる理論にも拘束されることは望まないが)外因的に送達されたBMPの多くは生理的に利用できないのであろう。
[0026]骨修復の刺激に必要な外因性rhBMPの量は種依存性のようである。実験的データによれば、齧歯類及びウサギなどの小動物では、イヌ、ヒツジ及びヤギなどのより大型動物と比べて、骨形成を刺激するために低い濃度の外因性rhBMPしか必要としないことが示唆されている。ヒト以外の霊長類及びヒトでは、骨修復を刺激するために最高濃度の外因性rhBMPが必要となるようである。例えば、イヌの骨修復のために吸収性コラーゲンスポンジ(ACS)で送達されるrhBMP−2のFDA認可濃度は、ヒトで1.5mg/mLであるのに対し、0.2mg/mLである。繰り返すが、必要な外因性rhBMP濃度におけるこの差に寄与する要因は明確に理解されてはいないが、当業者であれば、動物モデルにおける知見をヒト患者へのその適用性について評価する際に種間差を考慮せねばならないことは分かるであろう。
[0027]同様に、BMPを組織に送達せねばならない期間も種間で変動する。齧歯類及びウサギでは、修復のためのBMP滞留時間は、それらの迅速な固有の骨形成速度のために数日間ほどの短さでよいが、ヒト以外の霊長類及びヒト患者は一般的に数週間のBMP滞留時間を必要とする。いかなる理論にも拘束されることは望まないが、霊長類及びヒトで観察されるより長い期間は、手術又は外傷によって生じた初期の異化炎症相から、骨芽前駆細胞の移動及び分化とそれに伴う癒合/修復過程を支持する新しい血管単位が関与する同化相に移行する治癒過程に要する時間に関係するようである。齧歯類に最適な短いBMP滞留時間だと、骨形成速度が遅い動物では骨修復を刺激するための十分な時間のあいだ生理学的BMPレベルを維持できない。反対に、より長い滞留プロフィールを有する担体からは、迅速な固有の骨形成速度を有する動物では骨形成を刺激するのに足る量でBMPを放出できない。
[0028]一例として、緩衝液に入れて修復部位に局所送達されるBMPの滞留時間は極端に短く、比較的多量のBMPを溶液で送達したとしても、適切な骨応答は齧歯類モデルでしか刺激されない。ヒト以外の霊長類及びヒト患者に適用する場合、数週間にわたって治療部位にBMPを局在化させるために、延長放出担体が使用されるのが好ましい。
[0029]延長された局所BMP放出を提供するための一つの戦略は、内因性細胞外マトリックスへのBMPの結合を模倣した担体を利用することである。一例として、コラーゲン担体は、BMP溶液よりも長いBMP滞留時間を示す。それは、(いかなる理論にも拘束されるのではないが)内因性コラーゲンを含む細胞外マトリックス成分へのBMPの固有の結合性のためである。リン酸カルシウムマトリックス(CPM)を含むセラミック担体は、骨からのBMPの生理的放出をより緊密に模倣し、非常に長い滞留時間を有する。セラミック担体からのBMP放出は、骨からのBMP放出で観察されるのと同じ破骨細胞性吸収を必要としうる。この特有の性質に基づき、本発明で使用されているような複合材料の担体内に包埋されたセラミック成分を含むインプラントは、その他の天然及び合成の生体材料と比べて、BMP送達のための優れたビヒクルとなりうる。
[0030]骨応答を時間的に最適化することに加えて、理想的な担体は、最適な空間的骨応答も提供する。一部の送達システムで見られる一つの効果は、移植部位周囲の血腫/漿液腫の液体中へのBMPの放出で、異所的(heterotopic)又は異所性(ectopic)骨形成に寄与している。BMP−2はヒトでの使用が登録され、腰椎椎体間脊椎固定術では吸収性コラーゲンスポンジ(ACS)を椎体間ケージに配置して、及び開放脛骨骨折修復ではACSスポンジ単独で送達される。ACSは担体の多くの要件に適合するが、ACSからのBMPの放出は迅速で、特に最初の24時間中である。迅速なBMP放出の結果は、INFUSE(登録商標)の使用で観察される異所骨、術後軟組織腫脹/一過性の流体形成、及び一過性の骨吸収といった観察とある程度関連している。
[0031]ここでもいかなる理論にも拘束されることは望まないが、ACSスポンジからのBMPの迅速放出は、主に、コラーゲンよりもBMPに高い親和性を有する血清タンパク質のためであると考えられる。BMPのコラーゲンに対する親和性は、BMPの効率的な担持とBMP/担体から外科的修復部位への移動を可能にする。しかしながら、外科的出血に伴って修復部位内に存在する血清タンパク質とひとたび接触すると、BMPはスポンジから迅速に放出され、修復部位の血腫内に捕捉されてしまう。治癒過程の一部として修復のあと最初の1週間のあいだに血腫が漿液腫に変わると、放出されたBMPは漿液腫の液体と共に利用可能な組織平面への移動が可能となり、異所的又は異所性骨形成に寄与することになる。
[0032]海綿骨吸収の回避に関して、骨幹端骨(metaphyseal bone)内への又は終板が貫通される椎体間固定術に伴う海綿骨へのBMP/ACS投与後のBMPの迅速放出は、相当数の破骨細胞前駆細胞もある場所での骨芽細胞前駆細胞の迅速なアップレギュレーションをもたらす。これら二つの細胞種間の正常なクロストークの結果、十分な成熟破骨細胞が生成し、骨形成前に一過性の海綿骨の吸収を引き起こす。この現象は、INFUSE(登録商標)の使用に伴って椎体間固定術及び骨幹端骨修復で時折観察される骨溶解の原因の一部である。
構造的考察
[0033]時間的及び空間的に最適なBMPの送達を提供するために、本発明の様々な態様による担体は、新しい血管及び骨形成細胞が修復部位に侵入して均一な全厚修復(図1)をもたらすことができるように、好ましくはマクロ孔性である。マクロ孔性でない担体は、修復部位内に十分侵入していない、機械的に劣る骨の殻を表面上に作るような修復をもたらすことが多い。INFUSE(登録商標)でBMP−2の送達に使用される吸収性コラーゲンスポンジ(ACS)は、90%を超える空隙率を有する。しかしながら、ACSの平均孔径は比較的小さい。マクロファージ及び単球などの個々の細胞はスポンジ内に侵入でき、担体の吸収と結合BMPの放出を開始できる。BMPも自由にスポンジの外に拡散できる。しかしながら、孔径は、骨形成の開始に必要な血管単位の侵入を可能にするほど大きくない。その結果、BMP−2/ACSによる処置に応答する骨形成は、一般的に吸収性コラーゲンスポンジの内部ではなく、スポンジの外側の血管の多い肉芽組織で行われる。新しく形成された骨の吸収性ACS周辺での迅速な石灰化は、図1A〜Bに示されているような最適とは言えない中空の仮骨(callus)構造をもたらしうる。これに対し、300umを超えるマクロ孔性を有する顆粒化リン酸カルシウムマトリックス又は担体は、BMP誘導血管の担体内への迅速な侵入を可能にするので、より均一で、機械的にも優れた、誘導された組織修復仮骨コンストラクトをもたらす。
[0033]時間的及び空間的に最適なBMPの送達を提供するために、本発明の様々な態様による担体は、新しい血管及び骨形成細胞が修復部位に侵入して均一な全厚修復(図1)をもたらすことができるように、好ましくはマクロ孔性である。マクロ孔性でない担体は、修復部位内に十分侵入していない、機械的に劣る骨の殻を表面上に作るような修復をもたらすことが多い。INFUSE(登録商標)でBMP−2の送達に使用される吸収性コラーゲンスポンジ(ACS)は、90%を超える空隙率を有する。しかしながら、ACSの平均孔径は比較的小さい。マクロファージ及び単球などの個々の細胞はスポンジ内に侵入でき、担体の吸収と結合BMPの放出を開始できる。BMPも自由にスポンジの外に拡散できる。しかしながら、孔径は、骨形成の開始に必要な血管単位の侵入を可能にするほど大きくない。その結果、BMP−2/ACSによる処置に応答する骨形成は、一般的に吸収性コラーゲンスポンジの内部ではなく、スポンジの外側の血管の多い肉芽組織で行われる。新しく形成された骨の吸収性ACS周辺での迅速な石灰化は、図1A〜Bに示されているような最適とは言えない中空の仮骨(callus)構造をもたらしうる。これに対し、300umを超えるマクロ孔性を有する顆粒化リン酸カルシウムマトリックス又は担体は、BMP誘導血管の担体内への迅速な侵入を可能にするので、より均一で、機械的にも優れた、誘導された組織修復仮骨コンストラクトをもたらす。
[0034]最適なBMP担体は、周辺の軟組織からの妨害なしに新生骨の形成空間を確保するために、好ましくは十分に耐圧縮性でもあるべきである。これは、軟組織が修復部位に突き出る可能性がある部分欠損及び後側方脊椎固定術にとって特に重要である。INFUSE(登録商標)でBMP−2の送達に使用される吸収性コラーゲンスポンジ(ACS)は、上方の軟組織が後側方固定術塊の大きさを制限しないようにするほどの耐圧縮性を提供しない。Medtronic社(ミネソタ州ミネアポリス)が開発したAMPLIFY(登録商標)などの一部の製品は、後側方脊椎固定術に使用するためにHA/TCP顆粒を含浸させたコラーゲンで作られた耐圧縮性コラーゲンマトリックス(CRM)を用いてBMPを送達するが、そのような製品は現時点でヒトへの使用が認可されていない。それでも、リン酸カルシウム顆粒の添加は、ヒトの後側方固定術において効果を示すのに十分な耐圧縮性をAMPLIFY(登録商標)製品に付与しうる。しかしながら、コラーゲン内のマクロ孔性の欠如及びCRM担体の最適とは言えないBPM結合特性のために、より高いBMP濃度が必要となる。
顆粒のタンパク質担持のために溶液及びキット
[0035]本発明のコンストラクトでは、BMPは主にコンストラクト内に包埋されたセラミック顆粒に担持されている。一般に、現行法を用いると、BMPは顆粒の外表面上に蓄積し、本発明の様々な態様で好適に使用される高多孔質構造の顆粒に侵入するというより、タンパク質の“リム (縁、rim)”を作り出す。タンパク質のリムは、コンストラクトの移植後、BMPのバースト放出に寄与しうるが、顆粒内へのBMPの侵入は、顆粒の内表面に結合されたBMPが、移植された顆粒が例えば移植部位における破骨細胞活性のために分解するまで、放出から保護される限り、延長放出プロフィールに寄与しうる。いかなる理論にも拘束されることは望まないが、一般に、BMPは、低pH、低イオン強度の緩衝液に非常に可溶性であると考えられている。これらの特徴を備えた最先端のBMP緩衝液は、一般的に緩衝能が低い。他方、本発明のコンストラクトに使用される顆粒は、一般的にアルカリ性である。この差が、現行法を用いると顆粒へのBMPの侵入が比較的制限されることに寄与していると見られる。
[0035]本発明のコンストラクトでは、BMPは主にコンストラクト内に包埋されたセラミック顆粒に担持されている。一般に、現行法を用いると、BMPは顆粒の外表面上に蓄積し、本発明の様々な態様で好適に使用される高多孔質構造の顆粒に侵入するというより、タンパク質の“リム (縁、rim)”を作り出す。タンパク質のリムは、コンストラクトの移植後、BMPのバースト放出に寄与しうるが、顆粒内へのBMPの侵入は、顆粒の内表面に結合されたBMPが、移植された顆粒が例えば移植部位における破骨細胞活性のために分解するまで、放出から保護される限り、延長放出プロフィールに寄与しうる。いかなる理論にも拘束されることは望まないが、一般に、BMPは、低pH、低イオン強度の緩衝液に非常に可溶性であると考えられている。これらの特徴を備えた最先端のBMP緩衝液は、一般的に緩衝能が低い。他方、本発明のコンストラクトに使用される顆粒は、一般的にアルカリ性である。この差が、現行法を用いると顆粒へのBMPの侵入が比較的制限されることに寄与していると見られる。
[0036]発明者らは、顆粒の内部孔構造へのBMPの侵入を促進する二つの要因を発見した。第一に、発明者らは、顆粒をBMP含有溶液とインキュベーション(“タンパク質担持”工程と呼ばれる)する前に、顆粒を酸溶液(例えば、50mMの塩酸(HCl)又はより好ましくは500mMの酢酸)で前処理すると(顆粒の“エッチング”とも呼ばれる)、顆粒の内部孔構造へのBMPの運搬に役立つことを見出した。第二に、発明者らは、一般的に比較的高い緩衝能を有する緩衝液を含め、ある種の組成物は、顆粒の内部孔へのBMPの輸送を促進することも見出した。これらの要因のそれぞれについては以下で順に議論する。
[0037]タンパク質担持前の顆粒のエッチングに関して、発明者らは、カルシウム欠損ヒドロキシアパタイト(CDHA)顆粒1グラム重量あたり10mLの比率で、酸性溶液、好ましくは500mMの酢酸中で15分間〜4時間インキュベーションすることによって顆粒を前処理すると、BMPの顆粒内への侵入が改良されることを見出した。酸で顆粒を処理することにより、顆粒のpHがpH5.5〜6.0に低下する。エッチングは、緩衝液が十分に高い緩衝能を有し、十分に低いpHである一定の場合において、例えば顆粒の洗浄中にBMPの溶液中への放出増大ももたらしうる。当業者であれば、さらに、顆粒のエッチングによって得られるのと同様のタンパク質担持及び溶出結果は、一部の場合においては、製造されたままの状態で元来低い(例えば7.0未満)pHを持つ顆粒を利用することによっても得られることは分かるであろう。
[0038]新規BMP緩衝液に関し、発明者らは、いくつかの緩衝液の成分及び/又は組成は、顆粒の内部孔へのBMPの改良された侵入をもたらしうることを見出した。本発明による緩衝液の非制限的リスト(ならびに比較のための臨床使用されているrhBMP−2緩衝液)を表1に示す。
[0039]発明者らは、“5X”及び“10X”の緩衝液処方は、以前使用されていたBMP−2緩衝液に比べて顆粒へのBMPの侵入を改良することを見出した。より一般的には、いかなる理論にも拘束されることは望まないが、顆粒とインキュベーションした場合に低pH(例えば5.0未満)を維持するに足る緩衝能を有する弱酸性の緩衝液が、本発明の様々な態様において好適である。具体的には、表1に示されている溶液はグルタミン酸及び/又はグリシンによって緩衝化されているが、本発明のタンパク質担持用溶液には様々なその他の緩衝剤、例えば、乳酸、酢酸、ギ酸、リンゴ酸、マロン酸、アスパラギン酸、クエン酸、酒石酸、リン酸、フマル酸及び/又はコハク酸も有用である。好適な場合において、緩衝剤は約2.3〜4.5のpKaを有するが、緩衝液は全体として好ましくは3.5〜4.0のpHを有する。
[0040]緩衝剤のほかに本発明の溶液は一つ又は複数の添加剤を配合することもできる。制限なしに挙げると0.01%〜0.1%(w/v)のポリソルベート−80、0.5%〜5%(w/v)のスクロース、0.5%〜5%(w/v)のトレハロース、0.5%〜5%(w/v)のソルビトール又は0.5%〜5%(w/v)マンニトールなどである。
[0041]例を挙げると(制限なしに)、本発明による一つの緩衝液は、5mMのグルタミン酸、0.15%(w/v)のグリシン、1%のスクロース、及び水の組成を有し(すなわち本質的にそれらの成分からなり)、pH4.0である。別の緩衝液は、50mMのグルタミン酸、1.5%(w/v)のグリシン、1%のスクロース、及び水で、pHは塩酸で3.0に調整されている。別の適切な緩衝液は、50mMのグルタミン酸、0.75%(w/v)のグリシン、1%のスクロース、及び水でpH3.5である。さらに別の緩衝液は、25mMのグルタミン酸、0.75%(w/v)のグリシン、1%のスクロース、及び水で、pHはHClで3.5に調整されている。別の緩衝液は、25mMのグルタミン酸、0.75%(w/v)のグリシン、1%のスクロース、及び水でpH3.7である。別の緩衝液は、25mMのグルタミン酸、2%(w/v)のグリシン、1%のスクロース、及び水で、pH4.0である。さらに別の適切な緩衝液は、50mMのグルタミン酸、1.5%(w/v)のグリシン、1%のスクロース、及び水でpH3.7である。
[0042]図6は、未処理顆粒(パネルA、B、C)と、タンパク質担持工程中、様々なpH及び緩衝能を有する緩衝液で処理されたエッチング顆粒(パネルE、F、G)の蛍光顕微鏡写真を含む。未処理顆粒では、すべての条件でタンパク質のリムが目で確認でき、未処理及びエッチング顆粒の双方で、緩衝液の緩衝能及び酸性度が増大するに従って顆粒の浸潤が改良された。重要なことには、顆粒へのBMPの侵入は、中間緩衝能の緩衝液が使用された場合エッチングにより改良されたが(パネルB及びE)、良好な浸潤は、高緩衝能の緩衝液中で担持処理された未処理顆粒でも観察された。これらの結果は、顆粒への良好なBMP侵入を達成するためには、高緩衝能、低pHのタンパク質担持用緩衝液と顆粒エッチングとの組合せが厳密には必要ないことを示している。従って、本発明の様々な態様では、エッチング及び/又は改良されたタンパク質担持用緩衝液が利用されている。
[0043]しかしながら、発明者らは、BMP担持顆粒の生理食塩水洗浄液中に溶出したBMPのフラクションから明らかなように、エッチングと緩衝液の様々な組合せは、様々な程度の顆粒とBMP間の見かけ結合をもたらしうることも見出した。図7は、生理食塩水洗浄(濃色バー)とその後の塩化グアニジンタンパク質抽出(淡色バー)で溶出したBMPフラクションを示す。一般に、約20%以下のBMPが生理食塩水洗浄中に溶出するが、10X BMP緩衝液で担持処理されたエッチング顆粒では、ほぼ40%のBMPが洗浄中に溶出する一方、5X BMP緩衝液で担持処理されたエッチング顆粒は、洗浄中にそれらのBMPの10%未満しか放出しなかった。いかなる理論にも拘束されることは望まないが、これらの差は、移植されたコンストラクトによるBMP放出の差と相関しうると考えられるので、本発明は、BMP担持用緩衝液及び/又は顆粒のエッチングを変えることによって調整可能なBMP放出動態を有するコンストラクトを包含する。
[0044]使用に際し、本発明の組成物及び方法を使用して製造されたタンパク質担持顆粒は、患者の治療に使用するための複数部品のコンストラクトの1部品を形成する。前述のように、これらのコンストラクトは、一般的に骨誘導性タンパク質を含み、該タンパク質は、様々なサイズのミクロ孔の複雑かつ相互接続されたネットワークを有する顆粒に好ましくは結合され、該顆粒から溶出する。そして該顆粒は、細胞及び血管の浸潤を促進するマクロ孔構造を有するポリマーマトリックスに包埋され、挿入され、又はさもなければ接触している。そして該マトリックスは、数週間ほどの滞留時間(上で詳述した通り、好都合なことに骨誘導性タンパク質の延長送達を可能にする)と、移植された場合にコンストラクトが無傷状態を保持し、新生骨成長のための構造的支持を提供するに足る剛性及び耐圧縮性を特徴とする。これらのコンストラクトは、典型的には、好ましくはコラーゲンを含む、しかし任意にその他の天然又は合成ポリマーを含んでいてもよい多孔質のポリマーマトリックスを含む。
次世代担体
[0045]さらに別の側面において、本発明は、上記の設計基準を満たす3部品コンストラクトに関する。表1に、包括的というより例示的な、本発明の様々な態様によるコンストラクトを示す。上記設計基準を満たすその他のコンストラクトも本発明の範囲内であることは理解されるであろう。
[0045]さらに別の側面において、本発明は、上記の設計基準を満たす3部品コンストラクトに関する。表1に、包括的というより例示的な、本発明の様々な態様によるコンストラクトを示す。上記設計基準を満たすその他のコンストラクトも本発明の範囲内であることは理解されるであろう。
[0046]表2のコンストラクトは、マクロ孔性の生体適合性マトリックス内に包埋されたBMP担持顆粒を含む。コンストラクトの剛性は、一部の場合においては、一つ又は複数のロッド、ファイバー、又はメッシュもしくは編組(braided)フレームワークなどの一つ又は複数の剛化要素を包含させることにより、増大する。そのような剛化要素が包含されていてもいなくても、本発明の様々な態様によるコンストラクトは、一般的に、移植の最中及び後にコンストラクトにかかる力に耐えられるほどの剛性を有する。
[0047]表2に記載されているコンストラクトは、当該技術分野で既知の方法を用いて形成できる。例えば、McKayによる米国特許第9,163,212号(すべての目的のために引用によって本明細書に援用する)には、成形による“細胞送達マトリックス”の形成法が記載されている。該方法は、一般的には、水又は水溶液(例えば、生理食塩水、デキストラン又はスクロース溶液など)又はグリセロールもしくはグリセロールエステルなどの極性プロトン性溶媒でありうる液体溶媒中にコラーゲンなどのポリマーマトリックス材料とセラミック粒子を含むスラリーから開始される。液体溶媒は、混合スラリーの約5〜70重量%を構成しうる。次に、スラリーを型に入れ、任意に、圧縮、加熱、凍結乾燥及び/又は架橋させる。架橋に関しては、
[0048]本発明のコンストラクトは、BMP担持用溶液、担持用溶液をコンストラクトに適用するための及び/又はコンストラクトを患者の体内に配置するためのアプリケーター、及び本発明の方法を実施するためにキット又はその構成要素の使用について記載された教材の一つ又は複数を含みうるキットに同梱できる。本明細書においては例示的キットを記載するが、他の有用なキットの中味も、本開示に鑑みて当業者には明白であろう。これらのキットのそれぞれも本発明の範囲内に含まれる。
[0048]本発明のコンストラクトは、BMP担持用溶液、担持用溶液をコンストラクトに適用するための及び/又はコンストラクトを患者の体内に配置するためのアプリケーター、及び本発明の方法を実施するためにキット又はその構成要素の使用について記載された教材の一つ又は複数を含みうるキットに同梱できる。本明細書においては例示的キットを記載するが、他の有用なキットの中味も、本開示に鑑みて当業者には明白であろう。これらのキットのそれぞれも本発明の範囲内に含まれる。
[0049]本発明は、それを必要とする患者における骨量の喪失防止及び/又は骨量を増大させる治療のためのキットを含む。キットは、上記のコンストラクトと共に、凍結乾燥形もしくはその他の乾燥形態であるか又は溶液中の骨原性タンパク質を含む。タンパク質が凍結乾燥されているか又は溶液中でないその他の形態の場合、キットは上記の線に沿って希釈剤又は担持用緩衝液も含みうる。キットは、流体をタンパク質容器に加えるため及び/又はコンストラクトを湿らすためのシリンジ(これに限定されない)を含むアプリケーター、又は骨誘導性タンパク質を担持させたコンストラクトを患者の体内に配置するための送達装置も含む。さらに、キットは、任意に、患者における骨喪失の治療又は予防、骨折の癒合又は接合(knitting)の促進、及び/又はさもなければ骨量の増大又は骨状態の治療のためのキットの使用に関する関連情報を示す教材も含みうる。
結論
[0050]本願全体を通じて、“マクロ孔”“ミクロ孔”及びマクロ孔性及びミクロ孔性への言及がなされている。一般に、マクロ孔は100ミクロンを超える断面直径を有するが、ミクロ孔は100nm〜100ミクロンである。100nm未満の孔はナノ孔と呼ぶ。
[0050]本願全体を通じて、“マクロ孔”“ミクロ孔”及びマクロ孔性及びミクロ孔性への言及がなされている。一般に、マクロ孔は100ミクロンを超える断面直径を有するが、ミクロ孔は100nm〜100ミクロンである。100nm未満の孔はナノ孔と呼ぶ。
[0051]注記されている場合を除いて、“患者”又は“対象”は互換的に使用され、ヒト患者及びヒト以外の霊長類などの哺乳動物のほか、ウサギ、ラット及びマウスなどの獣医学対象、及びその他の動物のことを言う。好ましくは、患者はヒトである。
[0052]“有効量”又は“治療上有効量”という用語は、本明細書においては互換的に使用されるが、組織又は哺乳動物、好ましくはヒトに投与された場合に、化合物が不在の場合に検出される応答と比べて、検出可能な治療応答を媒介する量である。線維化の阻害及び/又は低減、骨量又は骨密度の増大など(これらに限定されない)の治療応答は、本明細書中に開示されている方法を含む当該技術分野で承認されている多数の方法によって容易に評価できる。
[0053]本明細書において“治療する”とは、患者を冒している疾患又は状態(例えば、骨密度の低下、骨折、線維化など)の症状の頻度又は重症度を予防又は低減することを意味する。該用語には、疾患の症状、合併症、又は生化学的兆候の開始を防止又は遅延させて、症状を緩和し、又は疾患、状態、もしくは障害の更なる進行を停止又は抑制するために、本明細書中に記載の組成物、システム、及び方法を適用、投与又は使用することが含まれる。治療は、予防的であることも(疾患の開始を防止又は遅延させる、又はその臨床症状もしくは不顕性症状の発現を防止する)、又は疾患発現後の症状の治療的抑制もしくは緩和のこともある。
[0054]本明細書中で使用されている“教材”という用語は、様々な疾患、障害又は状態に作用し、それらを緩和又は治療するためのシステム、装置、組成物、又はそれらの組合せの有用性を伝達するために使用できる出版物、記録、図表、又は任意のその他の表現手段を含む。任意に又はあるいは、教材には、細胞、組織、哺乳動物などにおける疾患又は障害を緩和する一つ又は複数の方法が記載されていてもよい。キットの教材は、例えば、本発明のシステム、装置及び/又は組成物が収容されている容器に添付されても、又はシステム、装置及び/又は組成物が収容されている容器と同送されてもよい。あるいは、受領者が教材と化合物を協調的に使用するものとして、教材を容器とは別送してもよい。
[0055]本明細書中で使用されている“及び/又は”という語句は、そのように結合された構成要素の“いずれか又は両方とも”を意味する、すなわち、ある場合には構成要素が結合的に存在し、他の場合には選言的に存在すると理解されるべきである。“及び/又は”節によって具体的に特定されている構成要素以外に、その他の構成要素も、具体的に特定された構成要素に関連しているいないに関わらず、それに反することが明記されていない限り、任意に存在してもよい。従って、非制限的例として、“A及び/又はB”への言及は、“含む”などの制約のない(オープンエンドな)言語と共に使用されている場合、一態様においてはBを除いてAへの言及(B以外の構成要素が含まれてもよい);別の態様においてはAを除いてBへの言及(A以外の構成要素が含まれてもよい);さらに別の態様においてはA及びBの両方への言及(その他の構成要素が含まれてもよい);などのことでありうる。
[0056]“本質的に〜からなる”という用語は、本明細書において別途定義されていない限り、機能するために寄与するその他の材料を除外することを意味する。それでも、そのようなその他の材料は、集合的に又は個別に微量存在することもある。
[0057]本明細書中で使用されている“実質的に”又は“およそ”という用語は、プラスマイナス10%(例えば重量又は容積)、一部の態様においてはプラスマイナス5%を意味する。本明細書全体を通じて、“一実施例(one example)”、“ある実施例(an example)”、“一態様”、又は“ある態様”への言及は、その実施例に関連して記載されている特定の特徴、構造、又は特性が本技術の少なくとも一つの実施例に含まれることを意味する。従って、本明細書全体を通じて様々な場所で“一実施例”、“ある実施例”、“一態様”、又は“ある態様”という表現が見られる場合、必ずしもすべて同じ実施例を参照しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造、日常的操作(routine)、工程、又は特性は、任意の適切な様式で技術の一つ又は複数の実施例と組み合わせることができる。本明細書で提供されている見出しは便宜的なものに過ぎず、特許請求されている技術の範囲又は意味を制限したり又は解釈することを意図したものではない。
[0058]上に本発明の一定の態様について記載してきた。しかしながら、本発明はそのような態様に限定されるのではなく、むしろ本明細書中で明示的に記載されている事柄への追加及び修正も本発明の範囲内に含まれるものとすることに特に注意する。さらに、本明細書中に記載されている様々な態様の特徴は、相互排他的でなく、様々な組合せ及び並び替えにおいて、たとえそのような組合せ又は並べ替えが本明細書中に表現されていなくても、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく存在しうることも理解されるはずである。実際、当業者であれば、本明細書中に記載されている事柄の変形、修正、及びその他の実施法が、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく思い浮かぶであろう。従って、本発明は、前述の例示的記載によってのみ定義されるものではない。
[0059]特許請求の範囲
Claims (20)
- 組成物であって、
約100μm約〜500μmの平均サイズを有する複数のマクロ孔を有する多孔質の生体適合性ポリマーマトリックスと;
前記多孔質の生体適合性マトリックスに接触しているカルシウムセラミック顆粒であって、前記カルシウムセラミック顆粒は、約425μm〜約800μmの平均直径を有し、当該顆粒の内側に少なくとも一つの表面を規定するミクロ孔の相互接続ネットワークを有するカルシウムセラミック顆粒と
を含む、前記組成物。 - カルシウムセラミック顆粒が約5.5〜約6.0のpHを有する、請求項1に記載の組成物。
- 少なくとも一つの内部表面に結合された骨誘導性タンパク質をさらに含み、カルシウムセラミック顆粒の重心付近の骨誘導性タンパク質の濃度がカルシウムセラミック顆粒の外表面上の骨誘導性タンパク質の濃度の約33%を下回らない、請求項1に記載の組成物。
- 多孔質の生体適合性マトリックスがさらに、約1mm〜2mmの平均直径を有する複数のマクロ孔を有する、請求項1に記載の組成物。
- 多孔質の生体適合性マトリックスがコラーゲンを含む、請求項1に記載の組成物。
- 多孔質の生体適合性マトリックスが合成ポリマーを含む、請求項1に記載の組成物。
- 組成物が50%の線形歪で少なくとも50kPaの圧力に耐える十分な柱強度を有する、請求項1に記載の組成物。
- 骨誘導性タンパク質を担持し、当該骨誘導性タンパク質の少なくとも50%を移植後少なくとも7日間保持するように構成された、請求項1に記載の組成物。
- 患者の治療法であって、
患者の骨組織を組成物と接触させる工程を含み、前記組成物は、
約100μm〜約500μmの平均サイズを有する複数のマクロ孔を含む、多孔質の生体適合性マトリックスと;
前記多孔質の生体適合性マトリックスに接触しているカルシウムセラミック顆粒であって、当該顆粒の内側に少なくとも一つの表面を規定するミクロ孔の相互接続ネットワークを有するカルシウムセラミック顆粒と;そして
当該顆粒の内側の少なくとも一つの表面に結合された骨誘導性タンパク質であって、前記骨誘導性タンパク質は当該顆粒の重心付近の少なくとも一つの表面の部分と当該顆粒の外側付近の少なくとも一つの表面の部分に分布している骨誘導性タンパク質と
を含む方法。 - 骨組織が、骨及び椎骨への外傷部位からなる群から選ばれる、請求項9に記載の方法。
- カルシウムセラミック顆粒が約5.5〜約6.0のpHを有する、請求項9に記載の方法。
- 多孔質の生体適合性マトリックスがコラーゲンを含む、請求項9に記載の方法。
- 多孔質の生体適合性マトリックスが合成ポリマーを含む、請求項9に記載の方法。
- カルシウムセラミック顆粒の重心付近の骨誘導性タンパク質の濃度がカルシウムセラミック顆粒の外表面上の骨誘導性タンパク質の濃度の約33%を下回らない、請求項9に記載の方法。
- 前記組成物を、骨誘導性タンパク質を含む溶液で湿らせ、それによって骨誘導性タンパク質を少なくとも一つの表面に結合させる工程をさらに含む、請求項9に記載の方法。
- 患者を治療するためのキットであって、
担体、すなわち
約100μm〜約500μmの平均サイズを有する複数のマクロ孔を含む、多孔質の生体適合性マトリックス;および
前記多孔質の生体適合性マトリックスに接触しているカルシウムセラミック顆粒であって、当該顆粒の内側に少なくとも一つの表面を規定するミクロ孔の相互接続ネットワークを有するカルシウムセラミック顆粒
を含む担体と;
骨誘導性タンパク質を、当該骨誘導性タンパク質を流体に加えて溶液を形成できる形態で保持する容器と
を含み、前記溶液は、担体を湿らせるように適合され、それによって骨誘導性タンパク質が当該顆粒の内側の少なくとも一つの表面に結合され、それによってインプラントが形成されるキット。 - 多孔質の生体適合性マトリックスがさらに、約1mm〜2mmの平均直径を有する複数のマクロ孔を有する、請求項16に記載のキット。
- 多孔質の生体適合性マトリックスがコラーゲンを含む、請求項16に記載のキット。
- 多孔質の生体適合性マトリックスが合成ポリマーを含む、請求項16に記載のキット。
- インプラントが50%の線形歪で少なくとも50kPaの圧力に耐える十分な柱強度を有する、請求項16に記載のキット。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201562248861P | 2015-10-30 | 2015-10-30 | |
US62/248,861 | 2015-10-30 | ||
PCT/US2016/059782 WO2017075613A1 (en) | 2015-10-30 | 2016-10-31 | Matrix for enhanced delivery of osteoinductive molecules in bone repair |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018537158A true JP2018537158A (ja) | 2018-12-20 |
Family
ID=57281306
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018521871A Pending JP2018537158A (ja) | 2015-10-30 | 2016-10-31 | 骨修復における骨誘導性分子の送達増強のためのマトリックス |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10300172B2 (ja) |
EP (1) | EP3368094B1 (ja) |
JP (1) | JP2018537158A (ja) |
KR (1) | KR20180079368A (ja) |
CN (1) | CN108601864A (ja) |
AU (1) | AU2016344024B2 (ja) |
BR (1) | BR112018008388A2 (ja) |
CA (1) | CA3002565A1 (ja) |
WO (1) | WO2017075613A1 (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SI3697459T1 (sl) * | 2017-10-19 | 2023-02-28 | Genera Istrazivanja D.O.O. | Avtologni nadomestek kostnega presadka |
KR102094987B1 (ko) * | 2019-07-12 | 2020-03-31 | 주식회사 휴덴스 | 합성골 이식재 제조장치 |
US11433159B2 (en) * | 2019-07-26 | 2022-09-06 | Warsaw Orthopedic, Inc. | Hydratable and flowable implantable compositions and methods of making and using them |
US11311647B2 (en) * | 2019-07-26 | 2022-04-26 | Warsaw Orthopedic, Inc. | Implantable calcium phosphate compositions and methods |
US11498880B2 (en) * | 2019-07-26 | 2022-11-15 | Warsaw Orthopedic, Inc. | Calcium phosphate granules and methods of making them |
CN114569732B (zh) * | 2022-01-24 | 2023-09-01 | 国家纳米科学中心 | 一种纳米药物及其制备方法和应用 |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4394370A (en) | 1981-09-21 | 1983-07-19 | Jefferies Steven R | Bone graft material for osseous defects and method of making same |
US5385887A (en) | 1993-09-10 | 1995-01-31 | Genetics Institute, Inc. | Formulations for delivery of osteogenic proteins |
DE59606410D1 (de) | 1996-08-09 | 2001-03-08 | Seib Hans | Computernetzwerk und Verfahren zur Freigabe von Bau- und Konstruktionsplänen |
EP1344538A1 (en) * | 2002-03-14 | 2003-09-17 | Degradable Solutions AG | Porous biodegradable implant material and method for its fabrication |
JP4540969B2 (ja) | 2003-11-27 | 2010-09-08 | Hoya株式会社 | リン酸カルシウムセラミックス多孔体及びその製造方法 |
US7722895B1 (en) * | 2004-09-20 | 2010-05-25 | Warsaw Orthopedic, Inc. | Osteogenic implants with combined implant materials, and materials and methods for same |
GB0502493D0 (en) * | 2005-02-07 | 2005-03-16 | Orthogem Ltd | Bone cement |
JP2009528080A (ja) | 2006-02-27 | 2009-08-06 | エイジェンシー・フォー・サイエンス,テクノロジー・アンド・リサーチ | 硬化性骨セメント |
GB2440721A (en) * | 2006-08-11 | 2008-02-13 | Univ Cambridge Tech | Composite biomaterial formed by cooling a fluid composition on a porous solid and removing solidified crystals of the liquid carrier |
US8048857B2 (en) * | 2006-12-19 | 2011-11-01 | Warsaw Orthopedic, Inc. | Flowable carrier compositions and methods of use |
US20130224277A1 (en) | 2010-08-31 | 2013-08-29 | Institut National De La Sante Et De La Recherche Medicale (Inserm) | Porous polysaccharide scaffold comprising nano-hydroxyapatite and use for bone formation |
AU2011343995A1 (en) | 2010-12-13 | 2013-06-20 | Biomimetic Therapeutics, Llc | Compositions and methods for spine fusion procedures |
EP2678051B1 (en) | 2011-02-25 | 2016-11-09 | DePuy Synthes Products, LLC | Osteogenic promoting implants and methods of inducing bone growth |
GB201113054D0 (en) | 2011-07-29 | 2011-09-14 | Rolls Royce Plc | Flap seal and sealing apparatus |
CN104220046A (zh) | 2012-04-11 | 2014-12-17 | 感应生物制品股份有限公司 | 用于生长因子多相释放的体系和方法 |
-
2016
- 2016-10-31 BR BR112018008388A patent/BR112018008388A2/pt not_active Application Discontinuation
- 2016-10-31 CA CA3002565A patent/CA3002565A1/en not_active Abandoned
- 2016-10-31 US US15/339,834 patent/US10300172B2/en active Active
- 2016-10-31 JP JP2018521871A patent/JP2018537158A/ja active Pending
- 2016-10-31 CN CN201680063582.5A patent/CN108601864A/zh not_active Withdrawn
- 2016-10-31 WO PCT/US2016/059782 patent/WO2017075613A1/en active Application Filing
- 2016-10-31 EP EP16794490.9A patent/EP3368094B1/en active Active
- 2016-10-31 AU AU2016344024A patent/AU2016344024B2/en not_active Ceased
- 2016-10-31 KR KR1020187014811A patent/KR20180079368A/ko unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AU2016344024B2 (en) | 2018-11-22 |
KR20180079368A (ko) | 2018-07-10 |
AU2016344024A1 (en) | 2018-05-10 |
EP3368094B1 (en) | 2021-03-10 |
US10300172B2 (en) | 2019-05-28 |
BR112018008388A2 (pt) | 2018-10-23 |
US20170209623A1 (en) | 2017-07-27 |
EP3368094A1 (en) | 2018-09-05 |
WO2017075613A1 (en) | 2017-05-04 |
CA3002565A1 (en) | 2017-05-04 |
CN108601864A (zh) | 2018-09-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10300172B2 (en) | Matrix for enhanced delivery of osteoinductive molecules in bone repair | |
Agrawal et al. | A review on carrier systems for bone morphogenetic protein‐2 | |
US11452760B2 (en) | Systems and methods for improved delivery of osteoinductive molecules in bone repair | |
Tang et al. | Enhancement and orchestration of osteogenesis and angiogenesis by a dual-modular design of growth factors delivery scaffolds and 26SCS decoration | |
Takahashi et al. | Enhanced osteoinduction by controlled release of bone morphogenetic protein-2 from biodegradable sponge composed of gelatin and β-tricalcium phosphate | |
KR101105890B1 (ko) | 골 재생을 위한 성형성 생체적응재료 | |
WO2009110917A1 (en) | Bone cement compositions for use as growth factor carriers and methods of making same | |
Hsu et al. | Growth factors, carrier materials, and bone repair | |
US20170319750A1 (en) | Composite matrices designed for enhanced bone repair | |
US10646347B2 (en) | Protein delivery with porous metallic structure | |
Petrochenko et al. | Novel approaches to bone grafting: porosity, bone morphogenetic proteins, stem cells, and the periosteum | |
Borges et al. | Microspheres for bone regeneration | |
US20090061002A1 (en) | Calcium phospate based delivery of growth and differentiation factors to compromised bone | |
JP2022525168A (ja) | 骨癒合を増強するための血小板由来増殖因子製剤 | |
Qian et al. | Natural bone collagen scaffold combined with OP‐1 for bone formation induction in vivo | |
Link | Bone cement: Biological properties of biodegradable polymeric microparticles. | |
Takahashi | Material design of biodegradable cell | |
Lee | A Pilot Study to Compare the Activity of Different Bone Morphogenetic Protein Bioimplants In Vivo |