專利名稱：：一種新型的骨科藥物載體系統及其制備方法
技術領域：
：本發明屬于生物材料領域，涉及具有骨誘導性和完全可降解的骨科藥物載體系統及其制備方法。
背景技術：
：植入式藥物緩釋系統是將藥物加載入某種載體中，而后將藥物載體直接植入感染區，通過載體的特殊結構(通常有整體型和儲庫型二種結構形式)，持續而均勻地并長期地釋放藥物達到殺滅靶的處細菌的一種方法。該法能夠避免多次給藥，藥物釋放速度波動大的缺點，使藥物在靶的處達到、并持續較高的濃度，而非受藥部位保持較低的全身血藥濃度，從而消除了傳統治療中全身用藥引發毒副作用的弊端，而且克服了藥物難以進入缺乏血供病灶(例如骨髓處)的難點。長久以來，植入式藥物緩釋系統被認為是治療骨感染或骨缺損的修復和防止術后病灶擴散的有效方法之一，引起了人們廣泛的關注。70年代Klemm發明聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥載慶大霉在治療骨髓炎中取得了一定的療效，但PMMA骨水泥結合屬于放熱過程而且溫度較高，只可應用于耐高溫的有限劑量的抗生素。此外，此類材料質地致密，沒有骨引導和骨誘導作用，而且沒有降解性能，單作藥物治療時需要二次手術取出。為改善藥物載體的生物相容性，減少聚合時產生熱量人們利用具有低發熱量的自固化骨填充材料磷酸鈣骨水泥作為藥物載體。2003年，中國專利CN1446589A公開了利用磷酸鈣骨水泥迸行藥物控釋的方法。磷酸鈣骨水泥是一類以各種磷酸鈣鹽粉末為主要成分的無機材料，它具有較好的生物相容性，但是該類材料不具有骨誘導性，同時降解速度較慢，不能較快地被新生骨替代。2005年，中國專利CN1686557A公開了使用硫酸鈣作為藥物載體的方法，該類材料有良好的生物相容性，相比磷酸轉類材料有較快的降解速度，不需要二次手術取出載體，但沒有骨傳導性和骨誘導性，植入部位仍有缺陷，仍是骨的薄弱部位。2001年美國專利USP6197342公開了采用生物活性玻璃陶瓷為基體的藥物緩釋系統的制備方法，該類材料具有良好的骨誘導性，但其主要以氧化硅為網絡主體，在體內降解較為緩慢且不能完全降解，同時制備過程相對骨水泥較為復雜。理想的藥物載體系統除了能均勻地長期地釋放藥物之外，還應當具有良好的生物活性的，可以和骨組織相結合，具有骨傳導性和骨誘導性，逐漸被降解吸收，由新骨組織代替，最終以自體骨組織的生長修復在給藥和骨手術過程中留下的創傷，恢復骨的所有功能。基于此，提出一種新型的骨科藥物的負載材料顯然很有必要。
發明內容本發明的目的在于提供一種具有骨誘導性的可完全降解的新型骨科藥物緩釋載體系統及其制備方法。以該法制備的藥物載體系統具有藥物緩釋功能和完全的生物降解功能，能均勻地，長期地，局部地釋放，然后載體自行消失；該系統還具有良好的生物活性，在給藥處生長出新骨。為了達到上述目的，本發明的解決方案是一種新型的骨科藥物載體系統，其具備在骨患處提供均勻地、長期地給藥的功能，還具備生物活性、骨誘導性和完全生物降解功能。所述的給藥功能是指能對靶的部位供給無熱穩定限制的各種抗生素、骨生長因子、抗結核藥、抗腫瘤藥以及無配伍禁忌情況下兩種或兩種以上藥物的混合物；所說的均勻地、長期地給藥是指在給藥數小時至一天后，給出藥物的濃度趨向穩定，釋放濃度保持恒定310天。所說的有生物活性，骨誘導性是指藥物載體系統能夠與活體骨產生化學鍵合并且能夠誘導新骨生長，完全生物降解性是指藥物載體系統在體內給藥時，同時能夠與組織液發生降解反應，藥物釋放完畢，載體最終自行消失。進一步，該系統是整體形式的載體與藥物復合系統，它是由含硼生物活性玻璃凝固體以及治療骨科疾病的藥物組成。兩者可通過機械方法混合，在玻璃膠體凝固時，藥物被包埋其中，構成整體形式的載藥系統，其中治療藥物與玻璃凝固體的質量比例為(0.1-15):100。所述的含硼生物活性玻璃凝固體由高反應活性的以氧化硼為網絡主體的生物活性玻璃粉和固化緩沖液組成，其中生物活性玻璃粉與固化緩沖液的比例為lg(玻璃粉)(0.1~2)ml(液體)。所述以氧化硼為網絡主體的生物活性玻璃粉，其組成以氧化硼為網絡主體，兼含氧化硅或氧化磷或其他網絡氧化物的含鈣玻璃。其中各類網絡形成氧化物分子含量總和為30~90%，氧化鈣的分子含量為5~60%，其它網絡間隙堿金屬，或堿土金屬，或過渡金屬，或稀土金屬氧化物的分子含量總和為5~80%。按組成選取相應的原料，經在9001350。C，熔制0.5-4小時，淬冷后獲得玻璃塊，粉碎成粉末，尺寸為ltun30(^m。也可按組成選取相應的醇化物，或相應的硝酸鹽，或相應的草酸鹽或其它的可溶性相應的鹽，采用溶膠一凝膠法，低溫合成玻璃，經過熱處理獲得玻璃塊，經粉碎后，也同樣可制取生物活性玻璃粉。所述的固化緩沖液，其能使玻璃粉末發生反應且能在0.1~4小時內粘結成塊體的化合物，并不與所載的相應藥物發生反應。典型的固化緩沖液有，磷酸緩沖液，檸檬酸緩沖液，以及其它各種多元酸的緩沖液。上述藥物載體系統的制備方法，包括(1)含硼生物活性玻璃粉末的制備含硼生物活性玻璃的組成是以氧化硼為網絡主體，兼含氧化硅或氧化磷或其他網絡氧化物的含鈣玻璃。其中各類網絡形成氧化物分子含量總和為3090%，氧化鈣的分子含量為5~60%，其它網絡間隙堿金屬，或堿土金屬，或過渡金屬，或稀土金屬等氧化物的分子含量總和為580%。根據上述組成制得配合料，配合料是由分析純原料，硼酸、磷酸氫二鈉、氧化硅和碳酸鈣及其它相應的各種碳酸鹽或氧化物原料混合得到，經900-1350°C0.5~4小時熔制配合料成玻璃熔體，淬冷后獲得無析晶的透明玻璃塊體。將淬冷的玻璃塊粉碎，篩分得到lnm300Hm玻璃粉末，用于制備玻璃凝固體。也根據上述組成，選取它們的相應的醇化物，或相應的硝酸鹽，或相應的草酸鹽以及相應的可溶性鹽，完全溶解在乙醇中，在常溫下，加水進行水解，制成溶膠，再經過一定時間陳化與干燥，待溶劑揮發后，形成凝膠玻璃。再經過適當熱處理，可獲得無析晶的透明玻璃塊體，經粉碎和篩分得到1pm300pm玻璃粉末，用于制備玻璃凝固體。(2)固化緩沖液制備由玻璃粉末與固化緩沖液反應得到玻璃膠體。固化緩沖液是指能使玻璃粉末發生反應且在規定時間內能粘結成塊體的化合物。典型的固化緩沖液有磷酸緩沖液、擰檬酸溶液和其它多元酸緩沖溶液。磷酸固化緩沖液的組成(按重量)與配制方法取2~4g磷酸氫二銨和0.51g磷酸二氫銨溶于4~8ml去離子水中，分別用氨水或磷酸調節酸堿度pH為7.0~8.5之間。檸檬酸固化緩沖液的組成(按重量)與配制方法取檸檬酸l~9g，葡萄糖卜3g和0.1-0.2g殼聚糖溶于68ml去離子水中，緩沖液的酸堿度pH為2.54.5之間，并攪拌均勻。固化緩沖液與生物活性玻璃粉末混合，反應成為生物活性玻璃膠體的混合比例為，1g(生物活性玻璃粉末)0.12ml(固化緩沖液)。(3)整體型藥物載體系統的制備將生物活性玻璃凝固體在未凝固前與藥物粉末(顆粒尺寸小于45jim)混合，充分攪拌均勻，注入模成型，經固化后養護處理0.148h，得到具有一定強度的整體型藥物載體系統。為了使藥物在系統中均勻分布，也可將藥物粉木與玻璃粉末混合，再將固化緩沖液滴加到此固體混合粉末中，充分攪拌均勻，在固體粉末凝固前澆到成形模中，養護成整體型藥物載體系統。另外，也可將藥物溶解于固化緩沖液中，以含藥物的固化緩沖液的溶液形式，加到玻璃粉末中，充分混合，同樣也能制得整體型藥物載體系統。藥物的裝載量為lg玻璃粉裝載2300mg藥物。在固體混合物膠體填入成型模具時，可加壓成形，或不加壓成形。加壓030MPa，加壓強度與膠體中固化液和生物活性玻璃粉末的比例，以及載藥系統的成形要求有關。成形后的載藥系統置于濕度為>95°/。，溫度為在模擬體溫37oc環境中進行養護，最終得到有一定強度的整體型的藥物載體系統。本發明所提出的以氧化硼為玻璃網絡主體的新型的骨科藥物的負載材料，具有高反應活性，能夠在較低溫度與固化緩沖液發生固化反應，幾乎不產生熱量，也與大多數藥物不發生反應。各個玻璃顆粒通過表面反應層互相連接成網狀結構，網結構的間隙可承載無熱穩定限制的多種抗生素、骨生長因子、抗結核藥、抗腫瘤藥等藥物。該材料與藥物形成整體型載藥系統，它能均勻地，長期地給藥。該材料具備良好的生物可降解性能，在降解的同時形成多孔結構為藥物釋放提供擴散通道，以達到藥物緩釋效果。釋藥完畢，載體完全降解，最終自行消失。它還具有良好的生物相容性、生物活性和骨誘導性，在給藥處長出新骨，修復在治療和給藥時留下的缺陷，可應用于骨科各種疾病的治療。圖1為本發明實施例的一種新型的骨科藥物載體系統的整體型結構示意簡圖(l一藥物粉末，2—生物活性玻璃顆粒，3—玻璃表面反應層)。圖2為本發明實施例術后當天和IO周后的X光片對比圖。(a)術后當天X片照片，l一植入材料的陰影，(b)術后IO周X片照片，2—同一部位未見陰影。圖3為本發明實施例對照組和藥物載體組術后10周脛骨比較照片。(a)對照組截面照片，l一脛骨截面，顯示為空腔，(b)藥物載體組的截面照片2—脛骨截面，顯示骨髓腔內有新生骨形成。圖4為本發明實施例藥物載體系統釋放曲線圖。圖5為本發明實施例藥物載體在生理模擬液中浸泡前和浸泡20d后的XRD圖。具體實施方式實施例l生物活性玻璃基萬古霉素藥物載體用分析純Na2C03，CaC03，H3B03，Na2HP04為原料，按照表1的玻璃組成，制備配合料，將配合料混合均勻后，在1100115(TC于鉑坩堝中熔制2小時后，獲得無氣泡的玻璃液，最后將熔融玻璃液淬冷，得到透明無析晶玻璃塊體。粉碎塊體，研磨篩取25~50pm間玻璃粉末。表l生物活性玻璃的化學組成<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>另將40mg萬古霉素溶于0.2ml磷酸固化緩沖液中，充分攪拌均勻，加入1g篩得玻璃粉末，繼續攪拌均勻后填入模具之中。加壓10MPa維持15s,脫模后放入濕度>95%，溫度為37QC環境中養護5h得到藥物載體。藥物載體強度為30~50MPa。使用若干組新西蘭大白兔作治療骨髓炎的藥物載體系統的動物體內實驗模型，將上述萬古霉素藥物載體系統填充入感染的脛骨髓腔中，定義為藥物載體組，另以硫酸鈣取代生物活性玻璃作為藥物載體作同樣治療，定義為對照組。IO周后，手術時取出脛骨標本，作藥物殘存檢查，并作細菌培養，觀察是否有還存在致病菌金葡菌生長；對脛骨截面觀察并對藥物載體組與對照組治療效果進行對比，考察是否有骨的生長和生長狀況；在術后當天及10周后拍攝X線片作比較，考察載藥系統在體內是否完全降解。對上述幾組的臨床動物實驗結果作了鑒定IO周后，脛骨處均已無萬古霉素殘存，細菌培養結果均為陰性。表明載藥系統中藥物己釋放完畢，骨髓炎得到了有效的控制。X光照片如圖2所示，術后當天的照片2(a)與術后10周2(b)的對比表明，藥物載體組的載藥系統在動物體內IO周內已經達到全部降解。從與對照組治療結果如圖3(a)的空腔對比顯示，10周后藥物載體組的載藥系統的降解引起了骨腔內部新骨的生成，如圖3(b)所示，說明了藥物載體組載藥系統的載體有良好的骨誘導性能。實施例2生物活性玻璃基利福平藥物載體用分析純Na2C03，CaC03，H3B03,Si02，Na2HP04為原料，按照見表2的玻璃組成制備配合料。將配合料混和均勻后，在1200~1250。C于鉑坩堝中熔制2h后，獲得無氣泡的玻璃液，最后將熔融玻璃液淬冷，得到透明無析晶玻璃。研磨篩取25~50pm間玻璃粉末。將40mg利福平與700mg玻璃粉末充分混合，滴入0.2ml的磷酸固化緩沖液，充分攪拌均勻后填入模具之中。不施加壓力，自由成形。將模具放入濕度>95%，溫度為37。C環境中無菌養護5h,脫模得到藥物載體。藥物強度為1520MPa。表2生物活性玻璃的化學組成化學組成(wt%)Na20CaOB203Si02P205102440206將載有利福平藥物載體系統于烘箱中烘干，準確稱取試樣的重量。將藥物載體按照質量與溶液體積比為lg:lOOml浸泡于生理模擬液中。將浸泡液置于37。C恒溫箱中，每隔24h換液一次。用紫外分光光度計檢測藥物濃度。浸泡20d后，取出藥物載體，在烘箱中烘干，準確稱取重量W2，藥物載體失重率S由下式表示K，用XRD檢測浸泡前后藥物載體的物相變化。藥物載體在模擬液中藥物釋放曲線如圖4所示，在第一個24h釋放速率最快達到總藥量的50%，但是自第三天后，釋藥量趨向穩定，每天的釋藥量略有遞減，20d后藥物釋放的總量達90%。藥物載體的失重率S達68%左右，而通過理論計算藥物載體系統完全轉化為羥基磷灰石的失重率為72%，說明20d后，接近完全降解。XRD的物相鑒定結果如圖5，表明降解產物為羥基磷灰石相，說明藥物載體具有生物活性，能轉化成骨的無機礦物組成，羥基磷灰石。上述體內和體外實例說明，所發明的生物活性玻璃基藥物載體系統，成型方便，成型溫度低，具有持續緩釋藥物性能，而且能夠發生降解生成羥基磷灰石具有良好的生物活性和骨誘導性，是一種性能優越的骨科藥物載體系統。上述的對實施例的描述是為便于該
技術領域：
的普通技術人員能理解和應用本發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限于這里的實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，對于本發明做出的改進和修改都應該在本發明的保護范圍之內。權利要求1.一種新型的骨科藥物載體系統，其特征在于其具備在骨患處提供均勻地、長期地給藥的功能，還具備生物活性、骨誘導性和完全生物降解功能。2.根據權利要求l所述的新型的骨科藥物載體系統，其特征在于所述給藥功能是指能對靶的部位供給無熱穩定限制的各種抗生素、骨生長因子、抗結核藥、抗腫瘤藥以及無配伍禁忌情況下兩種或兩種以上藥物的混合物；所說的均勻地，長期地給藥是指在給藥數小時至一天后，給出藥物的濃度趨向穩定，釋放濃度保持恒定310天。3.根據權利要求1所述的新型骨科藥物載體系統，其特征在于所述的有生物活性，骨誘導性是指藥物載體系統能夠與活體骨產生化學鍵合并且能夠誘導新骨生長；所述的完全生物降解性是指藥物載體系統在體內給藥時，同時能夠與組織液發生降解反應，藥物釋放完畢，載體最終自行消失。4.根據權利要求1至3中任一所述的新型的骨科藥物載體系統，其特征在于該系統是整體形式的載體與藥物復合系統，由含硼生物活性玻璃凝固體以及治療骨科疾病的藥物組成。5.根據權利要求4所述的新型的骨科藥物載體系統，其特征在于該含硼生物活性玻璃凝固體由高反應活性的以氧化硼為網絡主體的生物活性玻璃粉和固化緩沖液組成。6.根據權利要求5所述的新型的骨科藥物載體系統，其特征在于該以氧化硼為網絡主體的生物活性玻璃粉，其組成以氧化硼為網絡主體，兼含氧化硅或氧化磷或其他網絡氧化物的含鈣玻璃。7.權利要求1至3中任一所述的新型的骨科藥物載體系統的制備方法，其特征在于包括(1)含硼生物活性玻璃粉末的制備；(2)固化緩沖液制備；(3)整體型藥物載體系統的制備。8.根據權利要求7所述的新型的骨科藥物載體系統的制備方法，其特征在于步驟(1)中含硼生物活性玻璃的組成是以氧化硼為網絡主體，兼含氧化硅或氧化磷或其他網絡氧化物的含鈣玻璃；其中各類網絡形成氧化物分子含量總和為3090%，氧化鈣的分子含量為5~60%，其它網絡間隙堿金屬，或堿土金屬，或過渡金屬，或稀土金屬等氧化物的分子含量總和為5~80%;可選擇(1)根據上述組成制得配合料，配合料是由分析純原料，硼酸、磷酸氫二鈉、氧化硅和碳酸鈣及其它相應的各種碳酸鹽或氧化物原料混合得到，經卯0B50°C0.5-4小時熔制配合料成玻璃熔體，淬冷后獲得無析晶的透明玻璃塊體；將淬冷的玻璃塊粉碎，篩分得到1pm~300pm玻璃粉末，用于制備玻璃凝固體；或，(2)根據上述組成，選取它們的相應的醇化物，或相應的硝酸鹽，或相應的草酸鹽以及相應的可溶性鹽，完全溶解在乙醇中，在常溫下，加水進行水解，制成溶膠，再經過一定時間陳化與干燥，待溶劑揮發后，形成凝膠玻璃；再經過適當熱處理，可獲得無析晶的透明玻璃塊體，經粉碎和篩分得到1^un300pm玻璃粉末，用于制備玻璃凝固體。9.根據權利要求7所述的新型的骨科藥物載體系統的制備方法，其特征在于-步驟(2)中固化緩沖液是指能使玻璃粉末發生反應且在規定時間內能粘結成塊體的化合物，包括磷酸緩沖液、檸檬酸溶液和其它多元酸緩沖溶液；對于磷酸固化緩沖液取24g磷酸氫二銨和0.51g磷酸二氫銨溶于48ml去離子水中，分別用氨水或磷酸調節酸堿度pH為7.0~8.5之間；對于檸檬酸固化緩沖液取檸檬酸卜9g，葡萄糖13g和0.1-0.2g殼聚糖溶于68ml去離子水中，緩沖液的酸堿度pH為2.54.5之間，并攪拌均勻；將固化緩沖液與生物活性玻璃粉末混合，比例為lg生物活性玻璃粉末0.12ml固化緩沖液，反應得到玻璃凝固體。10.根據權利要求7所述的新型的骨科藥物載體系統的制備方法，其特征在于步驟(3)中將生物活性玻璃凝固體在未凝固前與藥物粉末混合，充分攪拌均勻，注入模成型，經固化后養護處理，得到具有一定強度的整體型藥物載體系統；或，為了使藥物在系統中均勻分布，也可將藥物粉末與玻璃粉末混合，再將固化緩沖液滴加到此固體混合粉末中，充分攪拌均勻，在固體粉末凝固前澆到成形模中，養護成整體型藥物載體系統；或，也可將藥物溶解于固化緩沖液中，以含藥物的固化緩沖液的溶液形式，加到玻璃粉末中，充分混合，同樣也能制得整體型藥物載體系統；可進一步采用的條件包括:該藥物粉末顆粒尺寸小于45固化后養護處理時間為0.1~48h;藥物的裝載量為1g玻璃粉裝載2300mg藥物；在固體混合物膠體填入成型模具時，可加壓成形，如加壓030Mpa;或不加壓成形；成形后的載藥系統置于濕度為>95%，溫度為在模擬體溫37GC環境中進行養護，最終得到有一定強度的整體型的藥物載體系統。全文摘要本發明公開了一種具有骨誘導性的可降解骨科藥物載體系統及其制備方法，該藥物載體系統主要由以生物活性玻璃凝固體為載體材料和被載的治療藥物所組成，而其中的載體材料由高反應活性的含硼生物活性玻璃經與固化緩沖液反應，并快速固化而得到具有一定強度的凝固體載體材料。該載體材料能夠承載應用于治療骨科疾病的抗生素、骨生長因子、抗結核藥、抗腫瘤藥等各種無熱穩定限制的藥物，構成整體型藥物載體系統。藥物載體系統在體內與人體組織液的作用，能夠自行發生降解，降解時會留下多孔結構，為藥物持續釋放提供擴散通道，達到長期地均勻地釋放藥物的效果。該藥物載體系統具有良好的生物相容性、生物活性和骨誘導性，可應用于骨科各種疾病的治療。文檔編號A61K47/02GK101259277SQ20081003662公開日2008年9月10日申請日期2008年4月25日優先權日2008年4月25日發明者欣劉,萘周,姚愛華,王德平,黃文旵申請人:同濟大學