用于将软组织整合入硬组织的纳米材料的利记博彩app
【专利说明】用于将软组织整合入硬组织的纳米材料
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2013年5月24日提交的名称为"用于将软组织整合入硬组织的纳米材 料"的美国临时申请No. 61 /827164的优先权，其全部内容通过援引加入本文。
[0003] 关于联邦资助的研究或开发的声明
[0004]本发明在美国国家科学基金会批准号0965843的资金支持下开发。美国政府对本 发明具有一定的权利。
【背景技术】
[0005] 已研究将用于骨组织再生的生物材料用于治疗越来越多的患有骨损伤和骨退化 的人群。虽然已经证明了骨缺损的成功再生，但还有相当大的改进余地。理想情况下，用于 组织再生的生物材料应在机械上匹配其植入位置，而且应具有促进细胞粘附、增殖、迀移和 细胞外基质(ECM)形成蛋白的分泌的适宜的化学和形貌性质。磷酸钙基陶瓷和复合物由于 其机械性能和成骨能力，已发现了最广泛的骨应用。
[0006] 接骨点（enthesis)是形成肌腱或韧带与骨的连接的组织部位，提供支持，以及分 散集中在进入到骨中的插入点的应力。接骨点的结构从骨接触处的高矿化纤维软骨梯度变 化(graded)到与韧带或肌腱连接的非矿化纤维软骨。韧带为连接关节处的两块骨的结构， 肌腱为连接肌肉与骨的结构。
[0007] 接骨点缺乏直接的血液供应，且一旦损伤不能再生。据认为，伴随关节重建手术的 接骨点功能损失是造成每年在美国完成的100000例前交叉韧带(ACL)重建手术有5-25%的 失败率的主要因素 （Smith L，Thomopoulos S，US Muscoskeletal Rev.，6(2011)，11-5)。因 此，仍然需要开发能够使临界的肌腱-骨或韧带-骨插入位置再生的人工的生物工程构建体 或装置。
【发明内容】
[0008] 本发明提供用于将例如肌腱或韧带的软组织与例如骨的硬组织连接的复合材料 和包含所述材料的装置。所述复合材料包含聚合物基质，其包含嵌入所述聚合物基质中的 一种或多种类型的无机纳米颗粒。所述基质优选是生物可降解的亲水性聚合物，例如聚(L-乳酸）（PLLA)。所述无机纳米颗粒优选包含下列或由下列组成:氧化镁(MgO)、羟基磷灰石 (HA)或其混合物。例如，可以使用MgO纳米颗粒、HA纳米颗粒、或MgO纳米颗粒与HA纳米颗粒 的混合物。所述纳米颗粒优选与聚合物材料混合成流体悬浮液，然后使其形成期望的形状， 以制成纳米复合材料。然后，将所述纳米复合材料包含到装置中，所述装置在外科手术中被 植入，以形成软组织和硬组织之间的连接，于此其随着时间的推移在连接处产生接骨点组 织的再生。
[0009] 本发明提供的一类装置为组织支架或接骨点再生装置，其可用于在韧带或肌腱与 骨的连接部位使接骨点再生。为了恢复术后接骨点的功能，提供环形支架装置(接骨点装 置）以在外科手术期间植入。所述装置垫在韧带或肌腱到骨的插入点，促进接骨点的产生或 再生。所述装置仅要求对目前的外科手术进行很小的改变，而且促进天然的腱-骨插入 (TBI)的渐变过渡的再生，从而改善关节的稳定性以及提高关节重建手术的成功率。所述装 置优选为环形的(类似于"〇-环"的形状）以紧密地安装(fit)在钻孔的骨隧道内以及允许矫 形外科软组织穿过所述装置的中心。
[0010] 因此，本发明的一方面为包含聚合物基质和多个嵌入所述基质中的纳米微粒化无 机颗粒的复合材料。所述聚合物优选为生物可降解的亲水性聚合物，其形成适于其所植入 的例如人类个体的哺乳动物的细胞渗入或粘附的基质或表面。例如，所述聚合物可以包含 下列或由下列组成：PLLA、聚乳酸聚乙醇酸共聚物（poly(Iactic-co-glycolie acid) (PLGA)、聚己酸内酯(PCL)或胶原。所述无机纳米颗粒可以包含下列或由下列组成:MgO,磷 酸镁(一价(Mg (H2PO4) 2)、二价(MgHPO4)、三价(Mg3 (P〇4) 2)或其任意组合），或能够释放Mg2+离 子的另一种生物相容性无机物质，HA，或其具有组合的组分的任意组合，所述组合的组分混 入单一纳米颗粒群中（即，具有异质组成的纳米颗粒)或存在于分开的纳米颗粒群中（即，具 有均质组成的纳米颗粒）。所述无机纳米颗粒各自以0至约30%的水平（以用于形成所述纳 米复合物的干燥成分的重量计）存在于所述纳米复合材料中，例如约5wt %、IOwt %、 15wt %、20wt %、25wt %或30wt %的水平。所述无机纳米颗粒也可作为一种或多种无机组分 或纳米颗粒贯穿固体纳米复合材料的浓度梯度存在于所述纳米复合物中。
[0011] 本发明的另一方面为包含上述纳米复合材料的接骨点再生装置，其形成具有内表 面和外表面的环形结构。所述环的内表面被配置用来围绕要与骨材料连接的肌腱、韧带或 细胞支架，并且所述外表面被配置用来安装在骨腔中。所述骨腔可以是天然存在于骨中的 或可以是人工产生的，例如在外科手术过程中通过打孔或切割产生。在某些实施方案中，所 述纳米复合材料包含例如MgO和/或HA纳米颗粒的无机纳米颗粒的梯度，所述梯度系从所述 装置的一个或多个表面(所述一个或多个表面在通过外科手术植入时预期与骨接触)处的 较高浓度至一个或多个表面(所述一个或多个表面在通过外科手术植入时预期与软组织 (即肌腱、韧带或细胞支架)接触)处的较低浓度。例如，所述梯度可以是从软组织接触处的 0%到骨接触处的30wt%，或从5%至10%、从5%至15%、从5%至20%、从5%至25%、从5% 至30 %、从10 % 至15 %、从10 % 至20 %、从10 % 至25 %、从10 % 至30 %、从15 % 至20 %、从 15%至25%、从15%至30%、从20%至25%或从20%至30% (所有百分比都是以干燥成分的 重量计）的MgO纳米颗粒、磷酸镁纳米颗粒、HA纳米颗粒或其组合(浓度独立变化）。在所述装 置的某些实施方案中，内径被选择用来提供所述装置与特定的肌腱、韧带或细胞支架的接 触，外径被选择用来提供与骨腔的内表面的接触。因此，所述装置的尺寸可以特别定制，以 满足特定韧带、肌腱或特定患者解剖学上的要求。例如，所述装置可被配制用于人类患者的 前交叉韧带再附着或更换。在这样的应用中，所述环形装置的尺寸可以包括，例如，约IOmm 的内径、约14mm的外径以及约2mm的壁厚。
[0012] 本发明的另一方面为制备上述纳米复合材料的方法。所述方法包括以下步骤：（a) 提供例如聚(L-乳酸）的生物相容聚合物在溶剂中的溶液；（b)将例如MgO纳米颗粒的无机纳 米颗粒悬浮在所述溶液中以形成悬浮液；（c)将所述悬浮液置入模具中；和(d)除去所述溶 剂以形成所述纳米复合材料。在所述方法的某些实施方案中，所述纳米复合物包含MgO纳米 颗粒和HA纳米颗粒两种。在所述方法的某些实施方案中，所述纳米复合物包含MgO纳米颗粒 和HA纳米颗粒的梯度。在某些实施方案中，所述悬浮液通过注射成型或通过倾倒置入所述 模具中。在某些实施方案中，通过加热或通过蒸发去除所述溶剂。在某些实施方案中，所述 模具制备片状材料，或具有对于在重建手术中的使用而言期望的形状(例如环形)的材料。
[0013] 本发明的又一方面为将韧带或肌腱与骨连接的方法。所述方法包括以下步骤：（a) 将上述接骨点再生装置与韧带或肌腱的脱落端连接，藉此所述装置围绕所述脱落端；（b)将 所述韧带或肌腱的脱末端锚定于例如哺乳动物或人类个体的动物的骨中的孔或隧道内；和 (c)使所述装置形成所述骨和所述韧带或肌腱之间的新接骨点。
[0014] 本发明的另一方面为将软组织与硬组织连接的方法。所述方法包括步骤：（a)将包 含上述纳米复合材料的装置与软组织连接；（b)将所述装置和连接的软组织锚定于硬组织； 以及(c)使细胞在所述装置中附着和增殖已将所述软组织与所述硬组织连接。
[0015] 本发明的又一方面为包含上述接骨点再生装置和所述装置的容器的组件(kit)。 所述组件可任选地包含有关在手术重建过程中使用所述装置的说明。在某些实施方案中， 所述组件进一步包含一种或多种在重建手术中帮助将所述装置与组织连接的工具。
[0016] 附图简要说明
[0017] 图1显示本发明的接骨点再生装置的实施方案的示意图。所述装置为嵌入无机纳 米颗粒的环形聚合物基质。两个环放置成围绕着韧带末端，然后将其安装到关节处的两块 相邻骨头中。图的右侧显示所述装置植入所述关节的位置。左下方显示所述装置的剪切片 段，其具有在所述环的骨接触面和韧带接触面之间的以无机纳米颗粒梯度性矿化的聚合物 基质。
[0018] 图2A显示羟基磷灰石纳米颗粒的透射电子显微照片。图2B显示MgO纳米颗粒的透 射电子显微照片。
[0019] 图3A显示羟基磷灰石纳米颗粒的傅里叶变换红外(FTIR)光谱。图3B显示MgO纳米 颗粒的X-射线衍射分析。图3C显示MgO纳米颗粒的FTIR光谱。
[0020] 图4A至图4J显示指定表面的原子力显微照片。图4K和图4L显示通过AFM获得的指 定表面的：rms表面粗糙度，所述指定表面从2μηι X 2μηι(图4K)或40μηι X 40μηι(图4J)扫描获得。 [0021]图5Α至图显示PLLA和指定纳米复合物表面的扫描电子显微照片(SEM)。
[0022]图6A至图6F显示PLLA和指定纳米复合材料的机械测试的结果。
[0023]图7显示用于PLLA和指定纳米复合材料的应力-应变曲线。
[0024] 图8显示指定材料的断裂面的SEM。
[0025] 图9显示无机纳米颗粒对细菌生长的作用。通过562nm处的吸光度，以2分钟的间隔 测定金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)在具有指定纳米颗粒浓度的胰蛋白酶大豆 肉汤(TSB)中的生长。MgO纳米颗粒完全抑制细菌生长。
[0026] 图I