[发明专利]由人BMP-2蛋白的模拟肽接枝的骨替代物

说明书

本发明属于旨在用于硬组织(例如骨、关节和牙齿)的重建骨手术的替代材料领域。

本发明涉及可用于所有骨手术应用并且具有快速且强烈地表现骨诱导性质的骨替代材料。该材料由以受控密度进行共价官能化的磷酸钙支持物与肽构成，所述肽是人BMP-2蛋白的模拟物。获得这种材料的方法也是本发明的一个主题。

用于骨组织修复的常规治疗方法基于手术并且包括插入植入物并且还使用填充水泥(cimentsdecomblement)。这些骨替代物通常是由磷酸钙化合物生产的，所述骨替代物是可再吸收或不可再吸收的、预成形的固体植入物或者由颗粒或粉末与溶剂混合制备的或多或少呈糊状的材料并且在将其注射到待治疗区域中之后固化。

实际上，这些化合物广泛用于骨手术，因为其提供了与金属植入物相比具有更大机械柔韧性的植入物，并且可将其配制成固体物品或填充水泥。其还因在新的矿物骨基质的形成中的细胞相容性和有益作用而受到重视。

然而，骨愈合(consolidation)可能需要数月。因此，在许多情况下，观察损伤、组织再生缺陷或其他的骨生长不足以获得所期望的结果。为了解决这个问题，已经在使用骨形态发生蛋白(BMP)来加速骨再生方面进行了研究。

BMP蛋白是已知通过体内间充质细胞的分化来诱导软骨组织形成(软骨发生)和骨组织形成(骨发生)的一组生长因子。其与存在于细胞表面上的特异性受体相互作用，这导致所述受体的活化。

在迄今为止所鉴定的多种BMP中，BMP-2表现出最佳的成骨能力。然而，虽然BMP-2蛋白对动物具有有前景的效果，但是对于所获得的效果，对人类进行的临床试验的结果是有争议的(CarrageeEJ，HurwitzEL，WeinerBK.Acriticalreviewofrecombinanthumanbonemorphogeneticprotein-2trialsinspinalsurgery：emergingsafetyconcernsandlessonslearned.SpineJ.2011，11，471-KangJD.AnothercomplicationassociatedwithrhBMP-2.SpineJ.2011；11，517)。

其使用还引起了其他问题。特别地，因为BMP-2蛋白具有短半衰期且被迅速代谢，所以为了在长期治疗期间诱导足够的骨发生，需要注射相对较高的剂量。在向患者施用期间，这增加了免疫反应的风险，可能会导致不期望的毒性水平。在此期间，BMP-2蛋白的大规模生产是时间过长的且非常昂贵的。最后，特别地，临床试验已经示出与作为诱导骨缝合过程的物质直接施用之功效相矛盾的结果。

目前采用了两种方法来克服这些困难。第一种包括将bmp-2基因转染到间充质干细胞中，然后通过转基因细胞使BMP-2蛋白得以表达。然而，含有bmp-2基因的载体大多是腺病毒，其可能对宿主细胞有害。此外，对于宿主基因存在突变的风险。使用非病毒载体消除了这种风险，但是随后BMP-2蛋白的表达降低。

第二种方法包括在体内使用长度比完整蛋白质短的合成肽，模仿BMP-2蛋白的成骨活性。通过寻找负责成骨活性的片段，并通过任选地修饰氨基酸序列来调节、加强并巩固该活性，从而基于蛋白质的已知序列来设计所述肽。可以以多种方式和多种形式来将这些肽带到待治疗的区域。

文献US7754683描述了通过将化学基团添加至对应于受体II(20个氨基酸)的BMP-2的天然序列所获得的三个小肽(少于30个氨基酸)。根据作者所述，其改善的骨诱导活性来自促进矿化的活性阴离子基团的存在。可将其配制成溶液并直接注射到待治疗的区域中，或将其包封在逐渐释放的聚合物微球中，或者将其整合到可生物降解的聚合物的链中以形成可生物降解的共聚物，将其引入到待愈合的区域中。在该施用方式下，所述肽一旦释放，便迅速分散并降解，这意味着使用的量仍然过大。令人担心的是不受控制的异位骨形成，而不幸的是，在这样的系统中这得以证实。

还提出了使用合成的移植物或填充水泥来模拟发生在天然组织中的骨诱导性质。那么，在骨手术中使用的生物材料可包含生长因子，例如骨形态发生蛋白(BMP)以促进骨再生。