Инъецируемый кальций-фосфатный цемент в форме апатита, высвобождающий ингибитор резорбции костной ткани - RU2465922C2

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к макропористому, рассасывающемуся и инъецируемому кальций-фосфатному цементу в форме апатита с высокой прочностью на сжатие, полезному в качестве костного цемента и высвобождающему ингибитор резорбции костной ткани.

Уровень техники

Кость представляет собой сложный материал из биополимеров, преимущественно, коллагена, и неорганического компонента, идентифицированного, как карбонатный гидроксиапатит, приблизительно отвечающий формуле (Ca,Mg,Na,M)₁₀(PO₄,CO₃,HPO₄)₆(OH,Cl)₂.

Дерегуляция жизнедеятельности кости человека является причиной многих патологий кости, таких как остеопороз, болезнь Педжета или остеолитические опухоли. Принимая во внимание, в частности, увеличение продолжительности человеческой жизни, остеопороз стал проблемой в здравоохранении, и были предприняты значительные исследования для его лечения. Поскольку при внимательном рассмотрении патологии кости вызываются разбалансировкой переконструирования костной ткани для улучшения активности остеокластов, один из предлагаемых путей лечения состоит в снижении активности остеокластов, чтобы замедлить разрушение материала кости.

Исследования, проведенные на различных гем-бисфосфоновых кислотах, показали их ингибирующее действие на активность остеокластов (G.A.Rodan и др., Therapeutic Approaches to Bone Diseases (Терапевтические подходы к заболеваниям кости), 1 Sep. 2000, Vol.289, Science, pp.1508-1514). Использование некоторых из них в качестве медикаментов, особенно этидроната (etidronate), клодроната (clodronate), памидроната (pamidronate), алендроната (alendronate), ризедроната (risedronate), тилудроната (tiludronate) и ибандроната (ibandronate) было одобрено в различных странах. Были опубликованы данные для других соединений типа гем-бисфосфоновых кислот, особенно для золедроната (zoledronate), инкадроната (incadronate), олпадроната (olpadronate) и неридроната (neridronate). Гем-бисфосфоновые кислоты, которые используются в настоящее время для лечения поражений кости, используются систематически, и в результате вызывают ряд нежелательных побочных эффектов. Они могут вызвать нарушение работы почек и челюстной остеонекроз (Eckert A.W., Cancer Treatment Reviews, 2006, в печати) при внутривенном применении и патологические процессы пищеварительной системы, особенно язвы пищевода или желудка при оральном введении [(Lin J.Н., Bone 1996; 18; 75-85) или (Thiebauld D. и др., Osteoporos Int. 1994; 76-73)]. Другой недостаток орального введения заключается в низком уровне поглощения активного компонента костным материалом.

До настоящего времени использовалось широкое разнообразие материалов, чтобы вылечить, восстановить или нарастить кость. Наиболее обычно используемые имплантаты включают аутологическую кость, синтетические полимеры и инертные металлы. Протоколы, использующие данные материалы, имеют существенные недостатки, которые могут включать болезненные ощущения пациентов, риск инфекции во время операций, недостаточную биосовместимость, стоимость и риск того, что вставленные технические средства, кроме того, могут повредить кость. Поэтому основная цель ученых, работающих в области биоматериалов, состоит в том, чтобы разработать новые заменители кости, которые могут использоваться в качестве альтернатив к этим обычным способам восстановления скелета.

Костные цементы, такие как цементы, основанные на полиметилметакрилате (РММА), предлагают некоторые преимущества, заключающиеся в том, что устранено использование твердых имплантатов, но они также имеют несколько недостатков. Известно, что метакрилаты и метакриловая кислота являются раздражителями для живых тканей, и при отверждении цементов на основе РММА in vivo генерируются свободные радикалы, которые могут повредить окружающие ткани. Более того, реакция полимеризации данных материалов является сильно экзотермической, и высокая температура, развивающаяся при отверждении, может повредить ткани. Кроме того, данные материалы не являются биоразлагаемыми.

Концепция и потенциальные преимущества цемента на основе апатита или фосфата кальция (calcium phosphate cement, СРС) как возможного восстановительного материала впервые представил LeGeros и др. в 1982 г. (“Apatitic Calcium Phosphates: Possible Restorative Materials” («Фосфаты кальция в форме апатита: возможные восстановительные материалы»), J Dent Res 61 (Spec Iss):343).

В настоящее время существует несколько коммерческих продуктов на основе СРС. СРС имеет следующие преимущества: пластичность, позволяющая ему адаптироваться к месту и форме дефекта. Введение инъецируемых цементов на основе фосфата кальция значительно улучшило обращение и доставку данных цементов и открыло области новых применений для СРС.

Системы СРС состоят из порошкообразного и жидкого компонентов. Порошкообразный компонент обычно составляют из одного или более соединений на основе фосфата кальция с дополнительными солями кальция или без них. Другие добавки включают в небольших количествах, чтобы регулировать время схватывания, повысить способность к инъецированию, уменьшить сцепление или время разбухания и/или ввести макропористость.

Такие материалы раскрыты, например, в EP 0416761, US 4880610, US 5053212, EP 0664133, EP 0543765, WO 96/36562 и WO 2004/000374.

FR-2715853 описывает составы для биоматериалов для резорбции/замещения опорных тканей, включающие минеральную фазу, составленную из ВСР или фосфата кальция-титана, и жидкую водную фазу, включающую водный раствор полимера на основе целлюлозы. Данные инъецируемые составы не содержат активного компонента.

Также известны неинъецируемые заменители кости, которые существуют в форме имплантатов. Например, H.Denissen и др. (J. Periodontal, Vol.71, No.2, February 2000, pp.280-296) описывает имплантаты из гидроксиапатита, модифицированного при помощи абсорбции специфической гем-бисфосфоновой кислоты, а именно (3-диметиламино-1-гидроксипропилиден)-1,1-бисфосфоновой кислоты, или олпадроната. Высвобождение in situ данной кислоты, как считают, промотирует восстановление кости. Однако сам гидроксиапатит имеет тот недостаток, что является очень плохо рассасывающимся.

Международная заявка WO 03/074098 описывает модифицированное фосфокальциевое соединение, полученное добавлением гем-бисфосфоновой кислоты или ее соли с щелочным металлом или щелочноземельным металлом к суспензии предшественника фосфокальциевого соединения в ультрачистой воде, перемешиванием реакционной смеси при комнатной температуре и затем извлечением гранулы центрифугированием, промыванием гранулы ультрачистой водой с последующим фильтрованием и высушиванием на воздухе при комнатной температуре. WO 03/074098 описывает также суспензию полученного таким образом модифицированного фосфокальциевого соединения в растворе или гидрогель и использование полученного таким образом инъецируемого состава для лечения остеопороза и остеолитических опухолей. Авторы WO 03/074098 рекомендуют, таким образом, местное введение гем-бисфосфоновой кислоты, причем фосфокальциевая фаза предоставляет источник кальция и фосфата, необходимых для стимуляции реконструкции костной ткани.

Раскрытие изобретения

Авторы настоящей заявки в настоящее время неожиданно нашли способ получения кальций-фосфатного костного цемента, т.е. самоотверждающегося цемента, имеющего прочность на сжатие, близкую к прочности на сжатие кости, являющегося рассасываемым для его замещения новым костным материалом и обеспечивающего высвобождение гем-бисфосфонового соединения, т.е. бисфосфоновой кислоты или ее соли, которые позволяют регулировать реконструирование костной ткани.

Во-первых, авторы настоящего изобретения показали, что является возможным получать самоотверждающийся кальций-фосфатный цемент, включающий гем-бисфосфоновое соединение, со временем отверждения, подходящим для хирургического использования, в то время как указанное гем-бисфосфоновое соединение проявляет активность ингибитора отверждения. Действительно, фосфонатные группы гем-бисфосфоновых соединений конкурируют с фосфатными группами цементной пасты в последующей реакции отверждения. Следовательно, конечный продукт, его время отверждения и прочность являются модифицируемыми.

Предлагаемый механизм

В присутствии жидкой фазы исходное соединение фосфата кальция является частично гидролизованным. Высвобождаются ионы Ca²⁺ и PO₄^2-. Бисфосфоновые соединения хелатируют ионы Ca²⁺ и могут препятствовать осаждению апатита (см. реакцию ниже):

α-Ca₃(PO₄)₂(α-TCP)+H₂O→Ca²⁺+PO₄^2-+(Ca,Na)₁₀(PO₄,НРO₄)₆(OH)₂(CDA).

Во-вторых, авторы настоящего изобретения показали, что является возможным получать рассасывающийся кальций-фосфатный цемент, включающий гем-бисфосфоновое соединение. Это является неожиданным техническим эффектом, поскольку, как полагали, введение гем-бисфосфонового соединения, в целом, снижает потенциал способности к рассасыванию фосфокальциевых соединений.

В-третьих, авторы настоящего изобретения показали, что является возможным получать кальций-фосфатный цемент, высвобождающий гем-бисфосфоновое соединение, которое, таким образом, способно проявлять свое ингибирующее действие на остеокласты локально. Это позволяет решить проблему вторичных эффектов при оральном введении. Более того, дозировка, используемая в данном цементе (например, 4 мг/имплантированный участок) является намного меньшей, чем дозировка, используемая при оральном введении (10-70 мг/день в течение нескольких месяцев). Кроме того, показано (Clin Cancer Res. 2006 15; 12(20 Pt 2):6222s-6230s, ChemMedChem. 2006 Feb; 1(2): 267-73), что кость имеет очень высокое сродство к гем-бисфосфоновым соединениям. Таким образом, гем-бисфосфоновые соединения, высвобожденные цементом согласно настоящему изобретению, будут немедленно поглощаться костью непосредственно вокруг участка имплантации, и вся высвобожденная доза будет уловлена.

Определения

«Цемент» представляет собой результат отверждения пасты, получающейся при смешивании порошкообразной твердой фазы и жидкой фазы.

«Отверждение» цемента означает самопроизвольное самоотверждение при комнатной температуре или температуре тела пасты, получающейся при смешивании твердой фазы и жидкой фазы.

«Инъецируемый цемент» обозначает цементную пасту, достаточно жидкую, чтобы протекать сквозь иглу диаметром несколько миллиметров, предпочтительно, от 1 до 5 мм.

«Кальций-фосфатный цемент» представляет собой цемент, в котором порошкообразная твердая фаза изготовлена из соединения фосфата кальция или смеси соединений кальция и/или фосфата.

Цемент из фосфата кальция в форме «апатита» кристаллизуется в гексагональной системе, имеющей формулу Ca_5х(PO₄)_3x,(OH,Cl,F)_x, где x≥1.

Способы приготовления

Таким образом, настоящее изобретение относится к способу приготовления инъецируемого кальций-фосфатного костного цемента в форме апатита, высвобождающего гем-бисфосфоновое производное, который включает добавку гем-бисфосфонового соединения, или предшественника кальция, модифицированного гем-бисфосфоновым производным, в твердую фазу или в жидкую фазу, в котором количество гем-бисфосфонового производного составляет до 2,5 масс.% по отношению к массе твердой фазы.

Количество гем-бисфосфонового производного и способ введения его в способе приготовления согласно настоящему изобретению является существенным признаком, чтобы обеспечить цемент согласно настоящему изобретению исходным временем отверждения, подходящим для хирургического использования, т.е. менее чем 1 ч, предпочтительно - менее чем 30 мин.

Бисфосфоновые кислоты или их соли, которые могут быть использованы, как гем-бисфосфоновые соединения, соответствуют формуле

(OY)(OX)P(O)-CR₁R₂-P(O)(OX)(OY),

где Х или Y представляют собой, независимо друг от друга, H или катион щелочного металла или щелочноземельного металла и любой биологически интересный органический или неорганический катион,

R₁ представляет собой Н, ОН или галоген, и

R₂ представляет собой водород или галоген, алкильный радикал, аминоалкильный радикал, в котором аминогруппа необязательно несет алкильный заместитель, алкиламино-радикал, алкильный радикал, несущий ароматический заместитель, содержащий, по меньшей мере, один атом N, алкильный радикал, несущий ароматическую простую тиоэфирную группу.

Когда R₁ и/или R₂ представляет собой галоген, Cl является особенно предпочтительным.

Когда R₂ представляет собой алкильный радикал, алкилы, содержащие от 1 до 6 атомов углерода, являются предпочтительными.

Когда R₂ представляет собой аминоалкильный радикал, радикалы NH₂(CH₂)_n-, в которых n меньше, чем 6, являются предпочтительными.

Когда R₂ представляет собой алкиламиноалкильный радикал, предпочтительными радикалами являются радикалы R'R''N(CH₂)_m-, в которых R' и R'' представляют собой, независимо друг от друга, Н или алкильный радикал, содержащий до 5 атомов углерода, и m меньше 6.

Когда R представляет собой алкиламино-радикал, радикалы RCNH-, в которых RC представляет собой циклоалкил, содержащий от 3 до 7 атомов углерода, являются предпочтительными.

Когда R₂ представляет собой алкильный радикал, несущий ароматический заместитель, включающий, по меньшей мере, один атом N, алкилы, содержащие до 3 атомов углерода и несущие одну пиридильную или имидазолильную группу, являются предпочтительными.

Когда R² представляет собой алкильный радикал, несущий ароматическую простую тиоэфирную группу, алкилы, содержащие до 3 атомов углерода и несущие фенилтио-группу, в которой фенильная группа необязательно несет галогеновый заместитель, являются предпочтительными.

Среди данных гем-бисфосфоновых соединений можно упомянуть:

- этидронат (R₁-ОН, R₂-СН₃),

- клодронат (R₁-Cl, R₂-Сl),

- памидронат (R₁-ОН, R₂-CH₂CH₂NH₂),

- алендронат (R₁-ОН, R₂-(CH₂)₃NH₂),

- ризедронат (R₁-ОН, R₂-СН₂-3-пиридин),

- тилудронат (R₁-Н, R₂-CH₂-S-C₆H₄-Cl),

- ибандронат (R₁-ОН, R₂-CH₂-CH₂-N(CH₃)пентил),

- золедронат (R₁-ОН, R₂-СН₂-имидазол),

- инкадронат (R₁-Н, R₂-NH-(циклогептил)),

- олпадронат (R₁-ОН, R₂-CH₂-CH₂-N(CH₃)₂),

- неридронат (R₁-ОН, R₂-(CH₂)₅NH₂).

Соль бисфосфоновой кислоты может быть органической или минеральной солью, предпочтительно солью щелочного металла или щелочноземельного металла.

В предпочтительном варианте воплощения гем-бисфосфоновое соединение, используемое в способе по настоящему изобретению, выбрано из группы, состоящей из этидроната, клодроната, памидроната, алендроната, ризедроната, тилудроната, ибандроната, золедроната, инкадроната, олпадроната и неридроната.

Чтобы приготовить цемент по настоящему изобретению, могут быть использованы три способа:

- гем-бисфоновое производное растворяют в жидкой фазе цемента; или

- гем-бисфоновое производное добавляют в порошкообразную твердую фазу; или

- гем-бисфоновое производное химически связывают с предшественником кальция и добавляют в твердую или жидкую фазу.

Когда гем-бисфоновое производное растворяют в жидкой фазе цемента, количество гем-бисфосфонового производного составляет, предпочтительно, до 0,3 масс.% по отношению к массе твердой фазы.

Когда гем-бисфоновое производное добавляют к порошкообразной твердой фазе, количество гем-бисфосфонового соединения составляет, предпочтительно, до 5 масс.% по отношению к массе твердой фазы.

Когда гем-бисфоновое производное химически связывают с предшественником кальция и добавляют в твердую или жидкую фазу, количество гем-бисфосфонового соединения составляет, предпочтительно, до 0,15 масс.% по отношению к массе твердой фазы.

Химическое связывание гем-бисфосфонового соединения может быть достигнуто добавлением гем-бисфосфоновой кислоты или ее соли с щелочным металлом или щелочноземельным металлом или/и любым органическим или неорганическим катионом, представляющим биологический интерес, к суспензии предшественника фосфокальциевого соединения в растворителе, предпочтительно, водной среде (например, ультрачистой воде), перемешиванием реакционной смеси при комнатной температуре и затем извлечением образованного соединения центрифугированием. Затем данное соединение может быть очищено промыванием ультрачистой водой с последующим фильтрованием и высушиванием на воздухе при комнатной температуре. Предшественник кальция выбирают:

i) из ортофосфатов кальция. В качестве примера могут быть упомянуты альфа- или бета-трикальцийфосфат (обозначаемые, в общем, как α-ТСР, β-ТСР), CDA, который представляет собой кальций-дефицитный гидроксиапатит (полученный, например, щелочным гидролизом кислого ортофосфата кальция), гидроксиапатит (НА), безводный дикальцийфосфат (DCPA), CaHPO₄; дигидрат дикальцийфосфата (DCPD), CaHPO₄·2H₂O, тетракальцийфосфат (ТТСР), Ca₄P₂O₉; аморфный фосфат кальция (АСР), Ca_x(PO₄)_y·H₂O; моногидрат монокальцийфосфата (МСРН), CaH₄(PO₄)₂·Н₂O; и

ii) нефосфатных солей кальция, например, CaCO₃, CaSO₄.

«Ультрачистая вода» обозначает воду, имеющую удельное сопротивление в области 18 МОм·см. Перемешивание при комнатной температуре поддерживают, предпочтительно, в течение периода от 1 ч до 72 ч, например 48 ч. На соотношение гем-бисфосфонового соединения, которое может быть привито, могут влиять природа перемешивания и размер частиц предшественника кальция. Таким образом, является предпочтительным, когда данный размер частиц для предшественника кальция выбран так, чтобы отрегулировать перемешивание таким образом, чтобы не изменить указанный размер частиц.

Более предпочтительно, чтобы предшественник кальция, модифицированный гем-бисфосфоновым соединением и используемый в способе по настоящему изобретению, являлся кальций-дефицитным апатитом (CDA), α-ТСР, DCPD или CaCO₃.

Цементы

Настоящее изобретение относится, кроме того, к инъецируемому кальций-фосфатному костному цементу в форме апатита, высвобождающему гем-бисфосфоновое соединение, доступному согласно способу по настоящему изобретению, как описано выше.

Цементы на основе фосфата кальция (СРС) представляют собой материалы, состоящие из жидкой фазы, являющейся водой или водным раствором, и порошкообразной твердой фазы, содержащей один или более твердых соединений солей кальция и/или фосфата, так что, если жидкая и твердая фазы смешаны в соответствующем отношении, они формируют пасту, которая при комнатной температуре или температуре тела отверждается с помощью осаждения одного или более другого твердого соединения, из которых, по меньшей мере, одно представляет собой фосфат кальция.

СРС по настоящему изобретению представляют собой тип CDHA (кальций-дефицитного гидроксиапатита).

СРС по настоящему изобретению являются инъецируемыми. Действительно, в последние годы распространение остеопорозных переломов резко возросло. Принимая во внимание отсутствие адекватного лечения и увеличение количества пожилых людей, ожидают, что данная тенденция продолжится. Остеопорозные переломы часто являются очень трудными для восстановления, потому что кость является очень слабой. Поэтому является невозможным вставить штифты, чтобы закрепить пластины для остеосинтеза. Способ решить эту проблему состоит в том, чтобы инъецировать СРС в остеопоретическую кость, чтобы укрепить ее.

Соединения кальция и/или фосфата, полезные в настоящем изобретении в качестве компонента твердой фазы, включают гидроксиапатит (НА) Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂; аморфный фосфат кальция (АСР), Ca_x(PO₄)_у·H₂O; моногидрат монокальцийфосфата (МСРН), CaH₄(PO₄)₂·H₂O; дигидрат дикальцийфосфата (DCPD), CaHPO₄·2H₂O, называемый также брушитом; безводный дикальцийфосфат (DCPA), CaHPO₄; осажденный или кальций-дефицитный апатит (CDA), (Ca,Na)₁₀(PO₄,HPO₄)₆(OH)₂; альфа- или бета-трикальцийфосфат (α-ТСР, β-ТСР), Ca₃(PO₄)₂; тетракальцийфосфат (ТТСР), Ca₄P₂O₉ и карбонат кальция CaCO₃.

Легко рассасывающиеся соединения фосфата кальция являются предпочтительными.

Порошкообразная твердая фаза, включающая одно или более соединение кальция и/или фосфата, выбранное из группы, состоящей из НА, α-ТСР, β-ТСР, АСР, МСРН, DCPA, CDА, СаСО₃ и их смесей, является предпочтительной.

Согласно специфическому варианту воплощения, твердая фаза может включать также, по меньшей мере, один синтетический полимер или биополимер (например, НРМС).

Порошкообразная твердая фаза, включающая α-ТСР, является более предпочтительной. α-ТСР имеет формулу α-Ca₃(PO₄)₂. α-ТСР легко преобразуется в кальций-дефицитный гидроксиапатит (CDA) в водном растворе. Данное свойство используют, чтобы образовать апатитные формы СРС. Предпочтительное количество α-ТСР заключается от 5 до 100%, более предпочтительно - от 30 до 80% и наиболее предпочтительно - от 30 до 70% твердой фазы.

Предпочтительная порошкообразная твердая фаза состоит из смеси α-ТСР, DCPA, CDA и CaCO₃.

Другая предпочтительная порошкообразная твердая фаза состоит из смеси α-ТСР, DCPD, CDA, МСРН и биополимера, такого как НРМС (гидроксипропилметилцеллюлоза). Жидкая фаза может состоять из одного или более водных растворов, содержащих один или несколько из компонентов Таблицы I, в которой указанный компонент, который может быть выбран среди соответствующих соединений, является смесью компонентов, показанных в Таблице I.

Предпочтительно, концентрации водных растворов соединений, описанных выше в качестве жидких фаз, находятся между, приблизительно, 0,1 и, приблизительно, 5 масс.%.

Предпочтительная жидкая фаза состоит из водного раствора Na₂HPO₄, водного раствора NaH₂PO₄ или водного раствора лимонной кислоты. Более предпочтительно, жидкая фаза состоит из водного раствора Na₂HPO₄. Например, могут использоваться раствор, приблизительно, от 0,5 до, приблизительно, 5 масс.% Na₂HPO₄ в дистиллированной воде, раствор, приблизительно, от 0,5 до, приблизительно, 5 масс.% NaH₂PO₄ в дистиллированной воде или раствор, приблизительно, от 0,5 до, приблизительно, 5 масс.% лимонной кислоты в дистиллированной воде.

pH жидкой фазы должен быть, приблизительно, от 5 до, приблизительно, 10, предпочтительно - от, приблизительно, 5 до, приблизительно, 9, наиболее предпочтительно - от, приблизительно, 5 до, приблизительно, 7.

Предпочтительно, отношение (L/S) жидкая фаза/твердая фаза составляет от, приблизительно, 0,20 до, приблизительно, 0,9 мл/г, более предпочтительно - от, приблизительно, 0,25 до, приблизительно, 0,8 мл/г, еще более предпочтительно - от, приблизительно, 0,25 до, приблизительно, 0,45 мл/г, наиболее предпочтительно - от, приблизительно, 0,30 до, приблизительно, 0,45 мл/г.

Предпочтительно, отношение (L/S) жидкая фаза/твердая фаза составляет от, приблизительно, 0,25 мл/г до, приблизительно, 0,9 мл/г; более предпочтительно - от, приблизительно, 0,30 мл/г до, приблизительно, 0,45 мл/г, причем жидкая фаза представляет собой водный раствор Na₂HPO₄.

Предпочтительно, отношение (L/S) жидкая фаза/твердая фаза составляет от, приблизительно, 0,25 мл/г до, приблизительно, 0,9 мл/г; более предпочтительно - от, приблизительно, 0,30 мл/г до, приблизительно, 0,45 мл/г, причем жидкая фаза представляет собой водный раствор NaH₂PO₄.

Предпочтительно, отношение (L/S) жидкая фаза/твердая фаза составляет от, приблизительно, 0,20 мл/г до, приблизительно, 0,8 мл/г; более предпочтительно - от, приблизительно, 0,25 мл/г до, приблизительно, 0,30 мл/г, причем жидкая фаза представляет собой водный раствор лимонной кислоты.

Время отверждения СРС зависит от состава порошкообразного и жидкого компонентов, отношения порошка к жидкости, доли компонентов фосфата кальция и размеров частиц порошкообразных компонентов. Время отверждения цемента является важным свойством цемента. Если время отверждения слишком короткое, у хирурга нет времени, чтобы использовать цемент до того, как он затвердеет. Если время отверждения является слишком длительным, хирург должен ждать, пока он/она не сможет закрыть рану.

Время отверждения обычно измеряют на сформированном образце с помощью игольчатого устройства Гиллмора (Gillmore needle apparatus). Данное испытание, в основном, проводят, когда паста гидратирующегося цемента достигает некоторого конечного значения сопротивления проникновению. Оно определяет время начала отверждения и время окончания отверждения на основании времени, при котором игла определенных размера и массы либо проникает в образец цементной пасты на определенную глубину, либо не в состоянии проникнуть в образец цементной пасты. Игольчатое устройство Гиллмора содержит две иглы с различным диаметром и различной массой. Первая игла с наибольшим диаметром и наименьшей массой определяет время начала отверждения, и вторая игла с наименьшим диаметром и наибольшей массой определяет время окончания отверждения (стандарт С266 ASTM).

Время начала отверждения цемента по настоящему изобретению является подходящим для хирургического использования, т.е. составляет меньше чем 1 ч, предпочтительно меньше, чем, приблизительно, 45 мин. Предпочтительно, оно составляет от, приблизительно, 10 мин до, приблизительно, 45 мин, более предпочтительно - приблизительно, от 15 мин до, приблизительно, 40 мин, наиболее предпочтительно - от, приблизительно, 20 мин до, приблизительно, 35 мин.

Время окончания отверждения цемента по настоящему изобретению заключается, приблизительно, от 40 мин до 3 ч, предпочтительно - от, приблизительно, 40 мин до 2 ч, наиболее предпочтительно - от, приблизительно, 40 мин до 1 ч.

В предпочтительном варианте воплощения прочность на сжатие отвержденного цемента по настоящему изобретению выше, приблизительно, 10 МПа, предпочтительно - выше, приблизительно, 20 МПа.

Для того чтобы предотвратить какое-либо просачивание цемента в ткани, окружающие кость, очень важно визуализировать цемент. Наиболее легкий способ состоит в том, чтобы повысить рентгеноконтрастность цемента, например, посредством контрастных средств. Например, могут использоваться металлические порошки тантала, титана или вольфрама. Может быть предпочтительным использовать жидкие агенты в частично биорассасываемых цементах, такие как соединения йода, как йопамидол (iopamidol), йогексол (iohexol) и йотролан (iotrolan). Предпочтительно используется сульфат бария.

Применение

Дальнейшей целью настоящего изобретения является применение инъецируемого СРС по настоящему изобретению, чтобы заполнять костные дефекты или переломы, вызванные травмой, остеопорозом, остеолитическими опухолями и операциями протезирования суставов и органов ротовой полости. Это включает стадию операции, но инъецируемые СРС по настоящему изобретению могут быть доставлены к недоступным частям тела и являются подходящими для процедур малоинвазивной хирургии, которые предназначены для снижения повреждения и страдания при сокращении времени, необходимого для возвращения к функционированию. Данный способ лечения включает введение в костный дефект или перелом через иглу инъецируемого СРС по настоящему изобретению.

Например, они могут применяться в чрескожной вертебропластике. Она состоит в способе чрескожной пункции, чтобы стабилизировать и выправить уплощение тела позвонка грудного и поясничного отделов позвоночника, что происходит наиболее часто в результате остеопороза.

При остеопорозе может происходить очень болезненное уплощение тела позвонка в области грудного (TSC) и поясничного (LSC) отделов позвоночника в результате пониженной способности нести нагрузку скелетного остова. Это приводит к более или менее явной деформации позвонков и даже к уплощению тела позвонка. Оба случая являются легко распознаваемыми с помощью рентгенодиагностики. Возможны даже полное уплощение тела позвонка и явная деформация всего позвоночника.

Под местной анестезией или, если желательно, под полным наркозом, тонкую пункционную иглу вводят к позвонку, например, под рентгенологическим контролем. В определенной точке позвонка (так называемом отростке) кость без риска может быть проколота иглой. Затем текучий жидкий цемент инъецируют в позвонок через пункционную иглу; после того, как цемент затвердеет, позвонок является стабилизированным (вертебропластика). Если позвонок является сильно деформированным (например, в случае клинообразного образования), уплощенный позвонок выправляют до введения цемента. Для этого в позвонок через пункционную иглу вводят баллон и раздувают текучей средой под высоким давлением. После успешного выправления баллон удаляют, и полученную полость заполняют костным цементом (баллонная кифопластика).

Еще одной целью настоящего изобретения является применение инъецируемого СРС по настоящему изобретению для заполнения дефектов зубов.

Дополнительной целью настоящего изобретения является комплект для приготовления инъецируемого кальций-фосфатного костного цемента, высвобождающего гем-бисфосфоновое производное, по любому из пп.8-10 формулы изобретения, включающего гем-бисфосфоновое производное или предшественник кальция, модифицированный гем-бисфосфоновым соединением, твердую фазу и жидкую фазу.

Далее настоящее изобретение будет проиллюстрировано при рассмотрении следующих фигур и примеров.

Краткое описание фигур

Фигура 1: Спектр VACP MAS ЯМР на ядрах³¹Р модифицированного CDA [10,4 масс.% алендроната], показывающий компонент алендроната, связанный с CDA (см. Пример 1). Спектры были записаны при частоте вращеия 12 кГц и напряженности магнитного поля 7,0 Тл.

Фигура 2: Спектр MAS на ядрах³¹Р цементов (см. Пример 5) после времени отверждения в течение одной недели. Образец сравнения = без добавления алендроната, твердое вещество = порошкообразный алендронат, смешанный с твердыми компонентами цемента, раствор = алендронат, растворенный в жидком компоненте цемента, CDA = алендронат, химически связанный с компонентом CDА.

Фигура 3: (верхнее изображение) одноимпульсный спектр MAS ЯМР на ядрах³¹Р модифицированного α-ТСР [4,7 масс.% алендроната], (нижнее изображение) спектр VACP MAS ЯМР на ядрах³¹Р модифицированного α-ТСР [4,7 масс.% алендроната] (см. Пример 2).

Фигура 4: Изображение, полученное методом сканирующей электронной микроскопии (наблюдение методом обратного рассеяния электронов) тела позвонка овцы, имплантированного дозой 3 г незагруженного СРС, 12 недель после имплантации.

Фигура 5: Изображение, полученное методом сканирующей электронной микроскопии (наблюдение методом обратного рассеяния электронов) тела позвонка овцы, имплантированного дозой 3 г алендронат-загруженного СРС, содержащего 0,13 масс.% алендроната, 12 недель после имплантации (см. Пример 8).

Примеры осуществления изобретения

Пример 1: Приготовление CDA, модифицированного алендронатом

Суспензию фосфата кальция готовили введением 100 мг CDA в 8,75 мл ультрачистой воды, смешанной с 1,25 мл водного раствора натрий-алендроната концентрацией 0,02 моль/л. Суспензию помещали в пробирку, поддерживаемую при комнатной температуре, и перемешивали с помощью роторной мешалки при 16 об/мин в течение 5 дней. Затем суспензию центрифугировали и большую часть слоя жидкости удаляли. Твердый остаток отфильтровывали, несколько раз промывали небольшими порциями ультрачистой воды и затем высушивали при комнатной температуре. Получающийся твердый продукт содержал 7,4 масс.% алендроната.

Пример 2: Приготовление α-ТСР, модифицированного алендронатом

В дополнение к Примеру 1, бисфосфонат также может быть химически связан с одним из других компонентов твердой фазы (CaCO₃, DCPA, α-ТСР, …). Например, в случае α-ТСР суспензию кальций-фосфатного носителя готовили введением 100 мг α-ТСР в 8,75 мл ультрачистой воды, смешанной с 1,25 мл водного раствора натрий-алендроната концентрацией 0,02 моль/л. Суспензию помещали в пробирку, поддерживаемую при комнатной температуре, и перемешивали с помощью роторной мешалки при 16 об/мин в течение 2 дней. Затем суспензию центрифугировали, и большую часть слоя жидкости удаляли. Твердый остаток отфильтровывали, несколько раз промывали небольшими порциями ультрачистой воды и затем высушивали при комнатной температуре. Получающийся твердый продукт содержал 4,7 масс.% алендроната.

Пример 3: Приготовление DCPD, модифицированного алендронатом

В дополнение к Примеру 1, бисфосфонат также может быть химически связан с одним из других компонентов твердой фазы. Например, в случае DCPD суспензию кальций-фосфатного носителя готовили введением 100 мг DCPD в 9 мл ультрачистой воды, смешанной с 1 мл водного раствора натрий-алендроната концентрацией 0,02 моль/л. Суспензию помещали в пробирку, поддерживаемую при комнатной температуре, и перемешивали с помощью роторной мешалки при 16 об/мин в течение 2 дней. Затем суспензию центрифугировали и большую часть слоя жидкости удаляли. Твердый остаток отфильтровывали, несколько раз промывали небольшими порциями ультрачистой воды и затем высушивали при комнатной температуре. Получающийся твердый продукт содержал 5,3 масс.% алендроната.

Пример 4: Приготовление CaCO₃, модифицированного алендронатом

В дополнение к Примеру 1, бисфосфонат также может быть химически связан с одним из других компонентов твердой фазы. Например, в случае CaCO₃ суспензию кальций-фосфатного носителя готовили введением 100 мг CaCO₃ в 8,5 мл ультрачистой воды, смешанной с 1,5 мл водного раствора натрий-алендроната концентрацией 0,02 моль/л. Суспензию помещали в пробирку, поддерживаемую при комнатной температуре, и перемешивали с помощью роторной мешалки при 16 об/мин в течение 2 дней. Затем суспензию центрифугировали и большую часть слоя жидкости удаляли. Твердый остаток отфильтровывали, несколько раз промывали небольшими порциями ультрачистой воды и затем высушивали при комнатной температуре. Получающийся твердый продукт содержал 5,0 масс.% алендроната.

Пример 5: Приготовление инъецируемого СРС, высвобождающего алендронат

Твердая фаза цемента состояла из третичного фосфата кальция в альфа-форме, α-ТСР, CaHPO₄, CaCO₃ и небольшого количества осажденного гидроксиапатита CDA. Состав твердой фазы являлся одинаковым для всех образцов:

- 62,4 масс.% (249,6 мг) α-ТСР,

- 26,8 масс.% (107,2 мг) DCPA (CaHPO₄),

- 8,8 масс.% (35,2 мг) CaCO₃,

- 2 масс.% (8 мг) CDА.

α-ТСР готовили, используя соответствующую смесь CaHPO₄ и CaCO₃, нагреванием ее при 1300°C в течение, по меньшей мере, 6 ч и быстрым охлаждением ее на воздухе до комнатной температуры.

Чтобы объединить алендронат с образцами цемента, использовали три способа:

- алендронат растворяли в жидкой фазе цемента (до 1,2 мг в 120 мкл, см. Таблицу IV); или

- алендронат добавляли к твердой фазе (0,1-10 мг на 400 мг, см. Таблицу IV); или

- алендронат химически связывали с (i) CDA, как описано в Примере 1, частично замещая CDA твердой фазы (см. Таблицу II); (ii) α-ТСР, как описано в Примере 2, частично замещая α-ТСР твердой фазы (см. Таблицу III).

Использовали семь концентраций алендроната:

- 0,100 масс.% (0,40 мг);

- 0,060 масс.% (0,25 мг);

- 0,025 масс.% (0,10 мг);

- 0,25 масс.% (1 мг);

- 0,3 масс.% (1,2 мг);

- 2,5 масс.% (10 мг);

- 3,9 масс.% (15,7 мг).

Чтобы приготовить различные рецептуры цемента, были выбраны три жидкие фазы: 2,5 масс.% Na₂HPO₄ в воде, 2,5 масс.% NaH₂PO₄ в воде или 85 мМ раствор лимонной кислоты в воде.

Отношение L/P жидкость/порошок цементов, которое было взято, составляло или 0,30 мл/г для образцов, приготовленных с Na₂HPO₄ и NaH₂PO₄, и 0,25 мл/г для образцов, приготовленных с лимонной кислотой.

Порошки тонко измельчали в течение 10 минут.

Затем по каплям добавляли жидкую фазу и две фазы смешивали с помощью шпателя или пестика.

Смесь отверждали в формах.

Пример 6: Испытания времени отверждения образцов по Примеру 5

Времена отверждения определяли с помощью игл Гиллмора, следуя стандарту ASTM С266-89.

Результаты суммированы в Таблицах II, III и IV.

Примечание a: После одной недели инкубации наблюдалась полная трансформация α-ТСР, и полученный цемент показывал хорошие механические свойства.

Примечание b: После одной недели инкубации самоотверждение цемента было очень слабым, в то время как рентгеновская дифракция дала доказательства, что трансформация α-ТСР была очень низкой.

Примечание c: После одной недели инкубации наблюдалась полная трансформация α-ТСР, и полученный цемент показывал весьма хорошие механические свойства, хотя цемент был слегка более рыхлым, чем в случае Примечания а.

Примечание d: После одной недели инкубации самоотверждение цемента было очень слабым, в то время как рентгеновская дифракция дала доказательства, что трансформация α-ТСР была очень низкой. Из Примечаний b и d можно вывести, что если с помощью бисфосфоната модифицирован весь компонент α-ТСР, свойства самоотверждения цемента сильно ингибируются.

Примечание a: В этом случае количество трансформированного α-ТСР является низким, и после одной недели инкубации материал получен, как каучукообразная паста с плохими механическими свойствами.

Примечание b: В этом случае количество трансформированного α-ТСР является низким, и после одной недели инкубации материал получен, как мягкая паста с очень плохими механическими свойствами.

Примечание c: В условиях инкубации наблюдалось вспучивание препарата, и после одной недели инкубации наблюдались плохие механические свойства для материала, который являлся ломким и рассыпчатым, хотя рентгеновская дифракция свидетельствовала о полной трансформации α-ТСР.

Пример 7: ЯМР-испытания (образцов по примеру 5)

Образцы цемента, полученные после 7 дней инкубации, были изучены, используя спектроскопию ЯМР в твердом образце с вращением под магическим углом (magic angle spinning, MAS NMR spectrometry). Эксперименты выполняли на спектрометре Bruker Advance 300, работающем при 7,0 Тл (ларморовские частоты¹H и³¹P - 300 и 121,5 МГц), используя 4-мм датчики MAS для двойного и тройного резонанса.

MAS-эксперименты с перекрестной поляризацией (cross-polarisation, CP)³¹P-{¹H} выполняли, используя скользящую перекрестную поляризацию (ramped cross polarisation) с временем контакта 1 мс. Развязку от¹H проводили, используя последовательность SPINAL64 при частоте нутации¹H 70 кГц. Задержку (delay) повторения цикла устанавливали 2 с. Были измерены времена продольной релаксации T₁ для ядер³¹P в образцах модифицированного α-ТСР, и найдено, что они изменяются от 10 до 300 с (ν₀(³¹P)=121,5 МГц). Таким образом, были получены спектры на ядрах³¹P при однократном импульсе при записи однократной развертки после задержки 600 с.

Пример 8: Приготовление второго типа инъецируемых СРС, высвобождающих алендронат

Твердая фаза цемента состоит из третичного фосфата кальция в альфа-форме α-ТСР, DCPD, МСРН, НРМС и небольшого количества осажденного гидроксиапатита CDA. Состав твердой фазы является одинаковым для всех образцов:

- 78 масс.% (7,8 г) α-ТСР;

- 5 масс.% (0,5 г) DCPD (CaHPO₄·2H₂O);

- 5 масс.% (0,5 г) МСРН (Ca(H₂PO₄)₂·H₂O);

- 10 масс.% (1 г) CDA;

- 2 масс.% (0,2 г) НРМС (гидроксипропилметилцеллюлоза).

α-ТСР готовили, используя соответствующую смесь CaHPO₄ и CaCO₃, нагреванием ее при 1300°C в течение, по меньшей мере, 6 ч и быстрым охлаждением ее на воздухе до комнатной температуры.

Чтобы объединить алендронат с образцами цемента, использовали три способа:

- алендронат растворяли в жидкой фазе цемента (до 40 мг в 5 мл, см. Таблицу V);

- алендронат добавляли к твердой фазе (13,3-40 мг на 10 г, см. Таблицу V);

- алендронат химически связывали (i) с CDА, как описано в Примере 1, частично замещая CDA твердой фазы (см. Таблицу VI); (ii) с α-ТСР, как описано в Примере 2, частично замещая α-ТСР твердой фазы (см. Таблицу VII); с DCPD, как описано в Примере 3, частично замещая DCPD твердой фазы (см. Таблицу 8).

Использовали три концентрации алендроната:

- 0,133 масс.% (13,3 мг);

- 0,266 масс.% (26,6 мг);

- 0,4 масс.% (40,0 мг).

Жидкая фаза, которая была выбрана для того, чтобы приготовить различные рецептуры цемента, представляла собой раствор Na₂HPO₄ в воде концентрацией 5 масс.%. Отношение L/P жидкость/порошок цементов, которое было взято, составляло 0,5 мл/г.

Порошки тонко измельчали в течение 30 минут.

Затем по каплям добавляли жидкую фазу, и две фазы смешивали с помощью шпателя или пестика.

Смесь отверждали в формах.

Пример 9: Испытания времени отверждения, относящиеся к Примеру 8

Свойства цементов были изучены, используя способ микроуглублений Викерса (максимальная прочность на сжатие), рентгеновскую дифракцию порошка и ЯМР в твердом теле на ядрах³¹Р (доля трансформации α-ТСР в CDА) и анализ текстуры (оценка времени начала отверждения). Последний способ состоит в измерении силы сжатия, необходимой, чтобы экструдировать цементное тесто (время начала отверждения = времени, необходимому, чтобы достичь величины силы >25 Ньютон), в зависимости от времени.

Результаты суммированы в Таблицах V, VI, VII и VIII.

Примечание a: В этом случае после двух дней инкубации материал получен, как хрупкий рассыпчатый материал, приводящий к невоспроизводящимся результатам.

Примечание b: Присутствие алендроната определено на основании спектров³¹Р -¹Н VACP ЯМР, как широкий сигнал, приблизительно, при 18 м.д., очень похожий на тот, который представлен на Фигуре 1, подтверждая, таким образом, что бисфосфонат является химически сорбированным на поверхности CDA, приводя к трансформации компонента α-ТСР.

Примечание а: Присутствие алендроната определено на основании спектров³¹Р-¹Н VACP ЯМР, как широкий сигнал, приблизительно, при 18 м.д., очень похожий на тот, который представлен на Фигуре 1, подтверждая, таким образом, что бисфосфонат является химически сорбированным на поверхности CDA, приводя к трансформации компонента α-ТСР.

Для различных случаев, соответствующих Таблицам V-VIII (0,133 масс.% алендроната по отношению к твердой фазе), цементные блоки, полученные после 2 часов инкубации, погружали в водный раствор NaCl концентрацией 0,9 масс.% при 37°C на 5 дней. Затем, перед наблюдением при помощи сканирующей электронной микроскопии SEM, блоки высушивали и разрезали. Во всех случаях наблюдались гомогенно распределенные макропоры (от 20 до 100 мкм), получающиеся при разложении компонента НРМС.

Пример 10: In vivo испытания на овцах, относящиеся к Примеру 8

Для данного эксперимента использовали шесть 10-летних овец. Животные имели свободный доступ к нормальному питанию. Животные случайным образом были подвергнуты имплантированию с использованием СРС, содержащего алендронат или ненагруженного им. Дозы массой 3 г содержащего алендронат СРС были приготовлены согласно Примеру 8 с помощью 4 мг алендроната, химически связанного с CDA (см. Пример 1).

Каждая овца получила 3 × 3-граммовые дозы (распределенные внутри 3 тел позвонков) либо содержащего алендронат, либо ненагруженного им СРС. Животных умерщвляли через 3 месяца после имплантации. Каждое тело позвонка, подвергнутое имплантации, было проанализировано, используя:

1. Сканирующую электронную микроскопию (наблюдение методом обратного рассеяния электронов).

2. Микро-СТ сканирование (гистоморфометрические измерения).

Автоиндуцированную макропористость, поверхность непосредственного раздела с костью и значительную поверхностную проницаемость кости наблюдали на изображениях SEM как в случае СРС, так и в случае СРС, содержащего алендронат (Фигуры 4 и 5). Для имплантатов на основе СРС, содержащих алендронат, наблюдали значительную резорбцию имплантатов и объемную остеокондуктивность (Фигура 5).

Сравнительный гистоморфометрический анализ трабекулярных структур кости, окружающих имплантаты на основе СРС и СРС, содержащего алендронат, ясно продемонстрировал (N=18, p<0,05), что архитектура кости является усиленной имплантатами на основе СРС, содержащего алендронат (см. ниже).

Реферат

Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности и представляет собой способ приготовления инъецируемого кальций-фосфатного костного цемента в форме апатита, высвобождающего гем-бисфосфоновое соединение, причем указанный способ включает добавление бисфосфоновой кислоты или ее соли или твердого предшественника кальция, модифицированного бисфосфоновой кислотой или ее солью, в твердую фазу цемента или в жидкую фазу цемента, причем указанный твердый предшественник кальция выбирают из ортофосфатов кальция и нефосфатных солей кальция, таких как CaCO3 или CaSO4. Изобретение обеспечивает получение кальций-фосфатного костного цемента, характеризующегося временем отверждения, подходящим для хирургического использования; имеющего прочность на сжатие, близкую к прочности на сжатие кости; являющегося рассасываемым для его замещения новым костным материалом; обеспечивающего высвобождение ингибитора резорбции костной ткани. 5 н. и 16 з.п. ф-лы, 5 ил., 8 табл., 10 пр.

Формула