[发明专利]产生具有良性身体应答的磨损颗粒的医疗植入物

说明书

发明背景

发明领域

本发明总体上涉及医疗植入物，特别是产生良性身体应答的医疗植入物。

相关技术描述

超高分子量的聚乙烯(UHMWPE)是全关节置换术中最常用的支承材料，是在20世纪60年代早期由John Charnley引入的(The UHMWPE Handbook，S.Kurtz编辑，Elsevier，2004)。自那时起，由于该材料的高韧性和良好的机械性能，已开发广泛种类的应用用于全关节成形术。UHMWPE是仅有的以纯净形式使用并不含添加剂的聚合物之一(ASTM F 648-07)。

尽管“常规的”UHMWPE具有出色的临床记录，但植入物系统的最长寿命受限于UHMWPE支承表面释放的磨损颗粒(Willert H.G.，Bertram H.，Buchhorn G.H.，Clin Orthop 258，95，1990)。磨损颗粒的负面生物效应被认为是植入物长寿的最重要的限制因素。亚微米大小磨屑释放到人体组织内，导致慢性炎症。UHMWPE颗粒引起的持续炎症激活炎症细胞(巨噬细胞)，其刺激骨再吸收细胞(破骨细胞)并最终导致植入物松动。

在20世纪70年代，已引入高度交联的UHMWPE，意在提高材料的耐磨性(Oonishi H.，Kadoya Y.，Masuda S.，Journal of Biomedical Materials Research，58，167，2001；Grobbelaar C.J.，du Plessis T.A.，Marais F.，The Journal of Bone and Joint Surgery，60-B，370，1978)。以至高100Mrad的高剂量用γ照射UHMWPE材料，这与通常接受2.5-4.0Mrad剂量的γ灭菌的UHMWPE形成对比。使用高剂量是为了促进材料中的交联过程从而增加耐磨性。因此，交联过程导致磨损颗粒减少从而还减少恶性的身体应答反应。高度交联的材料的缺点在于仍有自由基存在于材料中，潜在地导致氧化降解。

γ射线的能量足够使聚乙烯链的一些碳-碳或碳-氢键断裂，导致自由基的形成。这些基团部分重新结合，但其中一些是长久存活的，并能与存在于或扩散到植入物周围包装中的氧气反应(Costa L.，Jacobson K.，Bracco P.，Brach del Prever.E.M.，Biomaterials 23，1613，2002)。氧化降解反应导致材料脆变，由此降低材料的机械性能并可导致植入物的断裂(Kurtz S.M.，Hozack W.，Marcolongo M.，Turner J.，Rimnac C.，Edidin A.，J Arthroplasty 18，68-78，2003)。

早已知晓可在UHMWPE结晶熔化温度之上或之下通过热处理猝灭自由基(S.Kurtz，The UHMWPE Handbook，Elsevier Academic Press，2004，p.112)。因此，在20世纪90年代，已开发在照射过程后热处理(退火或重熔化)从而将增强的磨损和氧化稳定性结合的高度交联的材料，因为在热处理过程期间残余的自由基已被猝灭。

临床研究已经确认，尽管高度交联的UHMWPE的磨损率较低，因而磨损颗粒的体积较小，但骨质溶解并没有完全消失。在几项研究中，已描述对于使用高度交联的UHMWPE的植入物系统的溶骨区域或透亮带(J.A.D′Antonio等，Clinical Orthopaedics and Related Research，441，2005；C.A.Engh等，The Journal of Arthroplasty，21(6 Suppl.2)，2006；G.Digas等，Clinical Orthopaedics and Related Research，417，2003)。因此，即使由高度交联的UHMWPE形成的少量磨损颗粒也能启动炎症反应，最终导致骨质溶解。