含有涂层的不透射线的颗粒的骨粘固粉及其制备

摘要

一种矫形用丙烯酸不透射线的骨粘固粉包含一种固相和一种液相，该固相包含至少一种基于聚(丙烯酸甲酯)的聚合物、一种自由基聚合反应引发剂和一种或多种对X射线不透明的材料的混合物，该液相基本上包含至少一种单体、一种加速剂和一种稳定剂的混合物。该不透射线的材料包含金属钨和钽颗粒，其化合物或混合物，这些物质上覆盖可与该骨粘固粉相容的聚合物涂层。该不透射线的材料的颗粒的涂层是一种基于聚(甲基丙烯酸甲酯)的丙烯酸聚合物。不透射线的成分的数量占固相的1－20wt％，优选占固相的2wt％－5wt％。该固相还可以包含一种或多种药理学活性物质。它的制备方法是通过用一种聚合物层涂布金属颗粒而制备不透射线的材料，该聚合物可与基质相容，并表现出氧屏障性能，以使该层不完全溶于液相，从而使其氧屏障性能至少保持部分不变。

说明书

发明领域

本发明涉及骨粘固粉领域，具体涉及具有改进的机械特征的不透射线的丙烯酸骨粘固粉和它的制备方法。

因此本发明的骨粘固粉适于有利地应用于要求高度不透射线性和显著的机械强度的外科手术。

更为具体地，本发明涉及一种具体应用于矫形外科的椎骨成形术、颅成形术、上颌面外科手术和固定假肢的骨粘固粉。

背景技术

在矫形外科领域，包含可与骨组织生物相容的树脂的混合物的骨粘固粉是已知的，并一般用于在宽范围的骨胳部位稳定地固定不同类型的假肢或用于恢复组织的连续性。

最常用的树脂属于丙烯酸材料。更为广泛使用的骨粘固粉包含两相，基于上包含加入N，N-二甲基-对甲苯胺作为加速剂和对苯二酚作为稳定剂的甲基丙烯酸甲酯的液相，和包含基本上含有聚(甲基丙烯酸甲酯)与过氧化物，通常为过氧化苯甲酰作为聚合反应引发剂的无水粉末的固相。在使用时，将两相混合，将代表固相的聚合物粉末溶于液相中存在的单体，得到一种液体粘性溶液。同时，N，N-二甲基-对甲苯胺导致过氧化物分解和形成自由基，从而引起聚合反应，导致混合物硬化。

除了聚(甲基丙烯酸甲酯)以外，已知骨粘固粉包含一种固相，该固相含有聚(甲基丙烯酸乙酯)、聚(甲基丙烯酸丁酯)、聚(甲基丙烯酸甲酯/苯乙烯)类型和/或其共聚物的树脂，它们属于丙烯酸树脂类。

骨粘固粉的作用在于完全填充假体和预备用于其移植的骨空腔之间存在的空隙，以确保机械固定和完好地配合骨移植体。

如此得到的硬化粘固粉的机械强度不如原始的骨组织高。实际上，作为相当高的负载的结果或作为高周期数的疲劳应力的结果，骨粘固粉充填物可能丧失和破碎。因此必须能够使用诸如放射学和X射线断层摄影术等技术检测和监测这种填充物随时间的改变，它们的最终剥落和它们的机械削弱。

由于合成的基本树脂对X射线是透明的，因此必须通过加入适宜的无机的生物相容性物质使骨粘固粉变得不透明。

元素的不透射线性基本上与它们的原子量成比例地增加。一般地，特别是对于较重的元素，它们的毒性也增加。在医学中，已知和最常用的对比剂是元素形式或结合形式的碘，碳酸盐形式的铋和硫酸盐形式的钡。

通过使用化合物如盐或氧化物，不透射线的成分仅构成添加剂的一部分。例如，金属总计仅占硫酸钡的58％，其余的材料基本上对X射线透明。

在已知的骨粘固粉中，这种不透射线的材料通常由硫酸钡或氧化锆添加剂组成，其数量大约占干聚合物的10wt％。

这些添加剂引起聚合物的不连续，进一步削弱硬化粘固粉的机械性能，增加失败的风险和破碎或剥落的频率。

为了减少这种缺点，US专利US-A5,795,922的教导提议将不透射线的物质胶囊包封于相容的聚合物材料的微胶囊中，在这种情况下所述物质选自钡盐、氧化锆和铋玻璃。在骨粘固粉形成期间，聚合物材料完全溶于液相，释放它的内容物，不透射线的物质，并通过所形成的聚合物显影。

这些已知的骨粘固粉不适于治疗某些疾病，例如在椎骨成形的情况下。

实际上，在一般肿瘤类型疾病的情况下，产生椎骨结构的空洞，后者丧失其机械强度并在体重下塌陷，导致压破神经末梢，造成患者的剧烈痛苦和运动功能的部分丧失。

目前根据现有技术，这些疾病用假肢、金属盘或通过施用镇痛剂而得到治疗。

关于这些疾病的其它已知的技术是打开椎骨，引入上述类型的骨粘固粉，并再次将其闭合。硬化的骨粘固粉代替丢失的部分椎骨。

最近，已提供一种新的技术，它是用针在椎骨内注射液体骨粘固粉，从而避免上述的侵入性外科手术。

这种技术要求使用低粘度液体骨粘固粉，以能够通过直径甚至小于2mm的针而容易地将其注射。

这种操作是复杂的且不是没有风险，因为粘固粉定位的错误可能导致树脂与脊柱的神经末梢接触，导致患者瘫痪或疼痛大大增加，原因是前突的插入直接与通过脊柱的神经中枢接触。

为了能够绝对安全地完成这种操作，外科医生必须密切关注注射进展的状态，它是通过X射线被实时控制的。由于必须进行监测的时间相当长，通常数小时，辐射接触强度必须非常低。因此，不可能使用涉及大量的辐射剂量的放射学或X射线断层摄影术技术，而必须使用使患者接受低强度X射线的荧光检查技术。

特别适于固定假肢的上述的已知的骨粘固粉证明对低强度X射线的不透明性不足，可视性弱，实际上透明和基本上不适于进行充分安全的注射。

医药科学文献已报道了许多情况，其中外科医生加入的可评价量的不透射线的对比剂硫酸钡高达为30-40wt％，以使所用的粘固粉能充分地不透射线。

另一方面，使用盐形式的金属的结果是仅58wt％的引入的材料具有实际上不透射线的效果。

丙烯酸基质中大量粉状不透射线物的存在增加了引起骨折的可能性，并因而渐渐破坏结构的完整性，并最终(疲劳强度)危及材料的机械强度(骨折强度)。这种现象即使在静态性能与ISO标准5833的最低要求一致的情况下也得到证实。

在任何情况中下，这有益于患者，但手术不能保证预期的结果将长期保持，因为该增强结构是非常弱的。

医药科学文献已描述了其它情况，其中外科医生向含有占干聚合物的大约10wt％的硫酸钡或占干聚合物的大约15wt％的氧化锆的上述类型的骨粘固粉中加入一定数量的总计为大约2wt％的钨粉作为其它的不透射线物。

同样已知将大约9wt％的钽粉加到缺少不透射线物的骨粘固粉。

在所有上述的情况下，由外科医生依据他的职责并使用非认证的材料直接加入，然后立即进行手术。这使得在不过分地降低所得的丙烯酸粘固粉的机械性能的情况下改善不透射线的效果成为可能。

然而，后者骨粘固粉还证明并不是没有缺点。

第一个缺点是与不透明形式的钽相比，根据目前的法规认为钽粉不是生物相容的。钽的生物相容性与氧吸收有关，氧吸收是一种随着丙烯酸粘固粉的有效分散体所需的细分形式的可观比表面积而增大的现象。即使在使用前立即制备粘固粉，几乎不可能防止氧被金属吸收并保持其水平值低于目前的法规(ISO 13782)所要求的300ppm，而且药典禁止氧化钽的使用。

第二个缺点是钽粉必须由外科医生在使用时制备，因为由于上述的无菌和生物相容性的要求，实际上不可能在市场上购得无菌形式的钽粉。

另一个缺点是难以获得形成适于通过注射器注射的细粉的颗粒的直径分布。

另一个缺点是钽粉的分散相具有在骨粘固粉中形成空气包涵物的趋势。

另一个缺点是非常难以在聚合物基质中获得均匀的粉末分散体。

发明内容

本发明的总目的在于通过提供一种表现出不透射线和机械强度性能的丙烯酸骨粘固粉而消除上述现有技术中的缺点。

一个具体的目的是提供一种与过去已知的骨粘固粉相比具有改进的机械强度性能，特别是较好的疲劳表现的丙烯酸骨粘固粉。

一个具体的目的是在不加入仅存在于部分不透射线的添加剂的情况下提供一种具有改进的不透射线性能的丙烯酸骨粘固粉。

本发明的另一个具体的目的在于提供一种在不降低生物相容性的情况下用生物相容材料制备的液体丙烯酸骨粘固粉。

本发明的另一个目的是提供一种使用无菌或容易灭菌的材料以无菌方式制备的液体丙烯酸骨粘固粉。

本发明的另一个目的是提供一种特别适于椎骨成形术的丙烯酸骨粘固粉。

本发明的另一个目的是提供一种用于制备使外科医生较易操作的丙烯酸骨粘固粉的制备方法。

上述的目的和其它目的将在下述中变得更为清晰，它们通过根据权利要求1的矫形用不透射线的丙烯酸骨粘固粉来实现，所述骨粘固粉包含一种固相和一种液相，该固相基本上包含至少一种基于聚(甲基丙烯酸甲酯)的聚合物、一种自由基聚合反应引发剂和一种不透射线的材料的粉末，该液相包含至少一种单体、一种加速剂和一种稳定剂的混合物，该固相能够在与该液相混合时聚合和硬化，以提供骨粘固粉基质，其特征在于该不透射线的材料包含高分子量金属颗粒、其混合物、合金或化合物，这些物质上覆盖可与该基质相容并表现出氧屏障特性的聚合物涂层，该涂层不完全溶于该液相以使其氧屏障特性至少保持部分不变。

这种组合的结果是，通过加入定量的不透射线的对比剂使骨粘固粉表现出相当的不透射线性。

而且，该骨粘固粉具有相当地好于现有技术的机械性能，在现有技术中加入的对比成分不与聚合物基质结合，并构成聚合物破碎的最初成分。

在骨粘固粉的制备方法中，金属聚合物涂层在聚合时在所形成的聚合物链与金属颗粒之间形成化学粘合区。这决定了该复合材料的机械性增加，其中金属颗粒不再是不与聚合物基质结合的成分。

这能够使该金属材料具有与聚合物材料的脆性相比的更高延展性的优点，总体上赋予该复合材料更好的机械性能，特别是更好的韧性和疲劳强度。

本发明的骨粘固粉的另一个优点是该生物相容和可灭菌的聚合物涂层保护混合物中的各单一的钽或钨金属颗粒不与氧接触。这防止氧被吸收，从而避免形成氧化物和克服与氧存在有关的缺点和药理学限制。

即使在将固相加到液相之后，此涂层由于其不完全溶解而保持其作为其中存在的金属的屏障和保护剂的功能。

而且，该骨粘固粉可以在相同的包装中如作为对比剂而递送，并直接由制造商以用于目标应用如无菌医药治疗的最佳数量和直径分布加到固相。

本发明的另一个优点是能够往骨粘固粉中加入原位释放用于治疗可能的疾病的活性物质。

本发明的骨粘固粉的另一个优点是制备形成这样的流动性：可以通过内径小于2mm的套管进行给药。

根据本发明的装置有利地用于通过有限的侵入性的操作，例如使用经皮技术而填充深处和重要的骨孔。而且，该应用可以扩展到要求高度不透射线性和机械性能但已知的骨粘固粉没有满足的领域。

例如，使用本发明的不透射线的丙烯酸骨粘固粉能够在绝对安全的条件下完成椎骨成形手术，并通过给患者施用定量的X射线持续地进行监测操作，并获得一种在行走期间引起的应力方面具有可观的机械强度的硬化的载体而实现的。

附图简述

根据多种优选，但不是排它的不透射线的丙烯酸骨粘固粉的实施方案的详细说明将更为清楚地理解本发明的其它特征和优点，这些实施方案通过非限定性实施例并参照附图提供，其中：

图1显示骨粘固粉的图解表示；

图2显示涂布基于聚(甲基丙烯酸甲酯)的保护性聚合物的不透射线的金属颗粒的部分截面视图；

图3、图4和图5显示在用保护性聚合物涂布之前得到的不透射线的钽金属颗粒的不同放大率，即分别为1000x、3000x和10,000x的SEM(扫描电子显微镜)图；

图6和图7显示涂布保护性聚合物的不透射线的钽金属颗粒的不同放大率，即分别为1000x、3000x和10,000x的SEM(扫描电子显微镜)图。

优选实施方案的详述说明

根据本发明的矫形用不透射线的丙烯酸骨粘固粉主要包含一种溶于液相的固相。

该固相基于上包含至少一种丙烯酸聚合物如基于聚(甲基丙烯酸甲酯)的聚合物、至少一种自由基聚合反应引发剂和至少一种或多种对X射线不透明的物质的混合物。更为具体地，该混合物可以包含聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(甲基丙烯酸甲酯/苯乙烯)、聚(甲基丙烯酸丁酯)及其共聚物和过氧化苯甲酰作为引发剂。而且，该固相混合物可以包含一种或多种药理学活性物质。

该液相基本上包含一种单体、至少一种加速剂和至少一种稳定剂的混合物。更为具体地，该单体可以由一甲基甲基丙烯酸酯组成，而该加速剂可以由N，N-二甲基-对甲苯胺组成。

参照图1，由1整体显示的硬化的骨粘固粉包含聚合物基质2，其中不规则形状的颗粒3包含涂布可与聚合物基质2相容的聚合物的不透射线的成分4，这些颗粒均匀地分散。

图2显示的不规则形状的颗粒3包含完全涂布可与基质2相容并具有不使其在聚合期间完全溶解于液相的厚度6的聚合物层5的不透射线的成分4。

本发明的一个具体的特征是加入大于130道尔顿的高分子量不透射线的成分，它是金属、金属混合物或金属化合物如合金的形式。实际上，许多高原子量，例如大于125道尔顿的元素是高度不透射线的，因而只要它们是无毒或可以无毒形式使用则适于使用。

优选该固相中包含的不透射线的物质含有金属、其化合物或混合物形式的钨和/或钽颗粒，该颗粒上覆盖可与该骨粘固粉相容的聚合物涂层。还可以使用其它高原子量金属如金、钯、铋或铅代替钽或钨。

理想的颗粒涂层是基于聚(甲基丙烯酸甲酯)的丙烯酸聚合物。

有利地，可以通过以下方法获得涂层：将溶于可与水混溶的溶剂的基于聚(甲基丙烯酸甲酯)的聚合物加到一种金属颗粒的水分散体中，该金属颗粒的表面层先前已被除去，然后蒸发溶剂并干燥该层。

钽金属的氧含量优选小于大约300ppm。

涂布聚(甲基丙烯酸甲酯)的不透射线的颗粒的直径为大约1μm至大约150μm。

在沉积涂层之前，不透射线的金属颗粒的直径为大约1μm至大约100μm。

在沉积涂层之前，该不透射线的颗粒可以具有纳米大小，例如直径为大约25纳米至大约1000纳米。通过这种方式，具有大量纳米大小的金属颗粒或纳米大小金属颗粒的聚集体的涂层的不透射线的颗粒的直径为大约20μm至大约60μm，并具有更均匀和更容易地将该颗粒分散在聚合物粉中的显著优点。

理想的纳米大小的金属颗粒可以预熔结。

优选颗粒中钽或钨与聚(甲基丙烯酸甲酯)重量比在大约95/5和大约70/30之间。

颗粒涂层聚合物的分子量可以有利地在大约20,000和大约800,000道尔顿之间。

不透射线的成分的数量可以有利地在占固相的大约1和大约20wt％之间变化，优选占固相的大约2wt％至大约5wt％。

有利地，可以将固相和涂布的不透射线的颗粒包含在相同的包装中。可选择地，可以将固相和涂布的不透射线的颗粒包含在不同的包装中。

在单一包装的情况下，它可以由一个同时含有固相和液相的外壳组成。在临床应用中，打开包含粘固粉的外壳，并将由包含粉末的封套和包含液相的小瓶组成的内容物转移到无菌架子上的无菌操作空间。

在粘固粉的制备中，打开安瓿，将全部液体置于混合筒体，并将所有粉末引入液体。为了使泡沫包涵物最少化，必须通过将刮刀从外面移至筒体中央而将粘固粉混合。由于必须用液体浸润全部粉末，因而小心地用刮刀将任何不被液体浸润的固体残余物浸入湿物质。

在这一点上，可以将液体物质转移到注射器中进行原位注射。

本发明的不透射线的粉末可以与骨粘固粉系统的固相混合。

表1表示少数象征性但不是穷举性的优选制剂的实施例。

表1

 液相(以wt％为单位的值)    固相(以wt％为单位的值)Cemex RX(对照) 甲基丙烯酸甲酯        98.20N，N-二甲基-对甲苯胺  1.80氢醌                  75ppm    聚(甲基丙烯酸甲酯)  88.00过氧化苯甲酰        3.00硫酸钡FU            9.00Cemex XL(对照) 甲基丙烯酸甲酯        98.20N，N-二甲基-对甲苯胺  1.80氢醌                  75ppm    聚(甲基丙烯酸甲酯)  85.00过氧化苯甲酰        3.00硫酸钡FU            12.00实施例1 甲基丙烯酸甲酯        98.20N，N-二甲基-对甲苯胺  1.80氢醌                  75ppm    聚(甲基丙烯酸甲酯)  82.5过氧化苯甲酰        3.00硫酸钡              12.00如所递送的钽        2.50实施例2(对照) 甲基丙烯酸甲酯        98.20N，N-二甲基-对甲苯胺  1.80氢醌                  75ppm    聚(甲基丙烯酸甲酯)  67.00过氧化苯甲酰        3.00硫酸钡FU            30.00实施例3 甲基丙烯酸甲酯        98.20N，N-二甲基-对甲苯胺  1.80    聚(甲基丙烯酸甲酯)  82.00过氧化苯甲酰        3.00

  氢醌                  75ppm    硫酸钡FU            10.00涂布PMMA的钽        5.00实施例4  甲基丙烯酸甲酯        98.20N，N-二甲基-对甲苯胺  1.80氢醌                  75ppm    聚(甲基丙烯酸甲酯)  82过氧化苯甲酰        3.00硫酸钡FU            12.50涂布PMMA的钽        2.50实施例5  甲基丙烯酸甲酯        98.20N，N-二甲基-对甲苯胺  1.80氢醌                  75ppm    聚(甲基丙烯酸甲酯)  87过氧化苯甲酰        3.00涂布PMMA的钽        10.00实施例6  甲基丙烯酸甲酯        98.20N，N-二甲基-对甲苯胺  1.80氢醌                  75ppm    聚(甲基丙烯酸甲酯)  82过氧化苯甲酰        3.00氧化锆              10.00涂布PMMA的钽        5.00实施例7  甲基丙烯酸甲酯        98.20N，N-二甲基-对甲苯胺  1.80氢醌                  75ppm    聚(甲基丙烯酸甲酯)  80过氧化苯甲酰        3.00氧化锆              14.50涂布PMMA的钽        2.50实施例8  甲基丙烯酸甲酯        98.20N，N-二甲基-对甲苯胺  1.80氢醌                  75ppm    聚(甲基丙烯酸甲酯)  86过氧化苯甲酰        3.00硫酸钡FU            8.50涂布PMMA的钨        2.50实施例9  甲基丙烯酸甲酯        98.20N，N-二甲基-对甲苯胺  1.80氢醌                  75ppm    聚(甲基丙烯酸甲酯)  82.00过氧化苯甲酰        3.00硫酸钡FU            10.00涂布PMMA的钨        5.00实施例10  甲基丙烯酸甲酯        98.20N，N-二甲基-对甲苯胺  1.80氢醌                  75ppm    聚(甲基丙烯酸甲酯)  82过氧化苯甲酰        3.00硫酸钡FU            12.50涂布PMMA的钨        2.50

根据ISO标准5833、ASTM标准F451-99和ISO标准527，使用由上述方法和表1所列的配方制备的骨粘固粉，制备少量样品用于测定抗压强度、抗拉强度、抗弯曲强度和断裂的功。后者以MJ/m³为单位表示，计算为在弯曲试验中得到的压力/变形曲线的积分。

表2、3和4列出以MPa为单位表示的所得样品的值。

表2

    压缩  标准偏差  抗拉强度  标准偏差  Cemex RX(对照)    106    7.75    36    4.20  实施例1    108    3.51    38    1.04  实施例3    131    6.68    44    0.14  ISO 5833    ＞70    ＞30^*

^*法规中不存在的限制

表3

    弯曲  标准偏差  弹力模数  标准偏差  Cemex RX(对照)    61    4.78    2974    64  实施例1    62    2.09    2850    334  实施例3    70    5.19    2909    102  ISO 5833    ＞50    ＞1800

表4

断裂变形(％)  标准偏差    断裂功(MJ/m³)    标准偏差  Cemex RX    2.01    0.17    0.88    0.14

  (对照)  实施例2    2.22    0.23    0.79    0.22  实施例3    2.72    0.39    1.11    0.31

这些试验在环境温度和湿度条件下完成。将根据ISO 5833制备的样品在水中于37℃下保持48小时，在试验前数分钟取出，以设定的速度变形：对于抗压测定为20mm/min，对于抗拉测定为10mm/min，而对于抗弯曲应力测定为5mm/min。

本发明的骨粘固粉断裂时的功表现为比常规的骨粘固粉增加26％，比通过加入大量(30％)硫酸钡而制备的不透射线的骨粘固粉增加40％。

根据ISO标准5833：92和ASTM标准F451-99，使用上述方法和表1所列的配方制备的骨粘固粉，测定化学和物理性能值，如粘度、流动表现、揉团时间、凝固时间和最高聚合温度。所得的值列于表5和6。

表5

    粘度η’4(Pa*s)    揉团时间(DT)(min)    凝固时间(ST)(min)  最高温度(℃)  Cemex XL   13,900±2970    4′55″    12′50″    64  实施例4   27,000±1414    9′30″    16′00″    72  ISO 5833    ＜    5′    ＜15′    ＜90

在混合的4’下，在22℃和32％的湿度下测定的表观动力粘度值η’4，通常看成是材料的流变表现的描述参数。

DT、ST和最高聚合温度的测定在控制在23℃±1的实验温度和大于40％的相对湿度下，使用依次在相同条件的恒温箱中放置至少16小时的材料进行的。

表6

  流动表现(g)    标准偏差    wt％    Cemex XL    60.5    0.70    89    实施例4    58    85

流动表现代表粘固粉的质量，以克为单位，表示90℃下在混合开始1分钟30秒后于60秒内从倾斜的筒体流下的量。

本发明的骨粘固粉在所有应力方向表现出非常高的性能，特别是金属添加剂改进了抗压强度。

在所有的情况下，该材料已超出了法规要求的界限，因此从机械的观点来看，它全部落在骨粘固粉种类的范围之内。

钽材料的聚合温度升高，虽然它仍然基本上低于标准要求的值。

必须指出，根据本发明的骨粘固粉可以有利地用于通过经皮原位注射粘固粉而进行的椎骨成形外科手术，或者用于要求高度不透射线性和机械性能的骨缝合外科手术。