DE60223983T2

DE60223983T2 - Verfahren zur Herstellung von niedermolekularem Chitin/Chitosan und Verfahren zur Herstellung eines osteokonduktiven Materials

Info

Publication number: DE60223983T2
Application number: DE60223983T
Authority: DE
Inventors: Michio Ito
Original assignee: Matsumoto Dental University
Current assignee: Matsumoto Dental University
Priority date: 2001-10-24
Filing date: 2002-10-22
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2022-10-23
Also published as: EP1306390A1; US20030078394A1; EP1306390B1; DE60223983D1; US7140882B2; JP2003128704A

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Chitin/Chitosan mit niedrigem Molekulargewicht und ein Verfahren zum Herstellen eines Materials zur Osteokonduktion und insbesondere ein Verfahren zum Herstellen von Chitin/Chitosan mit niedrigem Molekulargewicht durch die Bestrahlung mit ⁶⁰Co γ (Kobalt 60 Gammastrahlen) und ein Verfahren zum Herstellen eines Materials zur Osteokonduktion unter Verwendung des Chitins/Chitosans mit niedrigem Molekulargewicht.
Im allgemeinen wird ein Material zur Osteokonduktion auf dem Gebiet der Dentalbehandlung und Orthopädie verwendet. Das Material zur Osteokonduktion weist eine Beschaffenheit auf, die Bildung eines neuen Knochens zu unterstützen oder zu begünstigen, wenn es in oder um einen Knochen gefüllt wird. Das Material zur Osteokonduktion weist eine ausgezeichnete Affinität zu einem Zahn und einem Knochen in einem menschlichen Körper auf. Das Material zur Osteokonduktion weist einen neutralen ph-Wert auf.
In einem vorhandenen Verfahren zum Herstellen eines Materials zur Osteokonduktion wird Chitin/Chitosan zuerst in einer acidischen wässerigen Lösung gelöst, um eine acidische wässerige Lösung von Chitosan als Chitosansol zu erhalten. Das Chitosansol und Apatitpulver werden miteinander geknetet. Eine Säure, die beim Lösen von Chitin/Chitosan verwendet wird, kann eine Essigsäure, Milchsäure, Apfelsäure, Zitronensäure, Adipinsäure, Weinsäure, Malonsäure, Stearinsäure, Bernsteinsäure, Maleinsäure, Asparaginsäure und Glycin sein.
Das Chitosansol mit dem darin gekneteten Apatitpulver wird durch eine wässerige Lösung neutralisiert, die eine alkalische Verbindung wie CaCO₃, ZnO, CaO und CaOH enthält. Nachdem es neutralisiert ist, wird das Chitosansol in 30 bis 60 Minuten in das Material zur Osteokonduktion mit einem ph-Wert zwischen 7,0 und 10,0 verfestigt. Danach wird das Material zur Osteokonduktion dehydriert und gelagert. Nachdem es dehydriert ist, ist das Material zur Osteokonduktion ein brüchiges Material.
Vor der Verwendung wird destilliertes Wasser oder physiologische Salzlösung im Material zur Osteokonduktion absorbiert, um das Material zur Osteokonduktion in einen elastischen Körper wie Gummi zurückzuversetzen.
Das so hergestellte Material zur Osteokonduktion wird in eine gewünschte Größe geschnitten, die einem erkrankten Teil eines Organismus entspricht. Zum Beispiel wird nach einer Operation einer Periodontitis das Material zur Osteokonduktion zwischen einem Backenknochen und dem Zahnfleisch um eine herausgeschnittene Stelle eingefügt, um den Backenknochen wiederherzustellen oder nachzubilden.
Im Material zur Osteokonduktion, das Apatitpulver enthält, wandert das Apatitpulver weder aus noch geht es verloren. Dies liegt daran, daß das Chitosansol in ein Gel umgewandelt wird, so daß das Apatitpulver im Material zur Osteokonduktion geeignet dispergiert und fest eingeschlossen ist. Bevor Chitin/Chitosan in einem Organismus absorbiert wird, wird effektiv Osteoid gezüchtet und ersetzt einen Knochen.
Jedoch benötigt das vorhandene Material zur Osteokonduktion eine lange Zeit, um einen neuen Knochen zu bilden.
Es wird hier angemerkt, daß Chitosan ein hohes Molekulargewicht aufweist und daher wasserunlöslich und kaum in einem Organismus absorbierbar ist. Es ist vorzuziehen, das Chitosan mit hohem Molekulargewicht in Chitosan mit niedrigem Molekulargewicht zu trennen oder zu zerlegen. Dies liegt daran, daß Chitosan in der Regel durch Zellen absorbiert wird, wenn sein Molekulargewicht abnimmt, und als Ergebnis Osteoblastzellen aktiviert. Zu diesem Zweck wird Chitosan unter Verwendung dichter Salzsäure einer Hydrolyse unterzogen. Jedoch erfordert diese Technik harte und strenge Bedingungen. Zusätzlich ist es schwierig, das Molekulargewicht des Chitosans zu steuern.
Es ist daher eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von Chitosan mit niedrigem Molekulargewicht bereitzustellen, das durch einen einfachen Ablauf zum Trennen oder Zerlegen von Chitosan mit hohem Molekulargewicht in Chitosan mit niedrigem Molekulargewicht in der Lage ist.
Es ist eine andere Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Materials zur Osteokonduktion bereitzustellen, das zur Beschleunigung der Osteokonduktion, d.h. der Bildung eines neuen Knochens imstande ist, um die dafür erforderliche Zeit zu verkürzen.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Herstellen von Chitin/Chitosan mit niedrigem Molekulargewicht bereitgestellt, das den Schritt des Bestrahlens von Chitin/Chitosan mit ⁶⁰Co-γ-Strahlen aufweist, um dadurch Chitin/Chitosan in Chitin/Chitosan mit niedrigem Molekulargewicht zu trennen oder zu zerlegen.
Erfindungsgemäß wird außerdem ein Verfahren zum Herstellen eines Material zur Osteokonduktion bereitgestellt, das die Schritte aufweist: Bestrahlen von Chitin/Chitosan mit ⁶⁰Co-γ-Strahlen, um Chitin/Chitosan mit niedrigem Molekulargewicht herzustellen, Zubereiten von Chitosansol durch Lösen von Chitin/Chitosan mit niedrigem Molekulargewicht in einer acidischen wässerigen Lösung, um eine acidische wässerige Chitosanlösung zu erhalten, und Kneten der acidischen wässerigen Chitosanlösung und Apatitpulver, und Neutralisieren des Chitosansols durch die Verwendung eines Neutralisationsmittels.
Erfindungsgemäß wird außerdem ein Verfahren zum Herstellen eines Materials zur Osteokonduktion in der Form eines Films oder einer Paste bereitgestellt.
1 ist ein Ablaufplan zum Beschreiben eines Verfahrens zum Herstellen von Chitosan mit niedrigem Molekulargewicht und eines Verfahrens zum Herstellen eines Materials zur Osteokonduktion;
2 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Molekulargewicht und dem Entacetylierungsgrad von Chitin/Chitosan zeigt;
3 ist eine graphische Darstellung, die die Knochenwachstumsgeschwindigkeit in dem Fall zeigt, wo ein Material zur Osteokonduktion verwendet wird, das nicht mit ⁶⁰Co-γ-Strahlen bestrahlt ist; und
4 ist eine graphische Darstellung, die die Knochenwachstumsgeschwindigkeit in dem Fall zeigt, wo ein Material zur Osteokonduktion verwendet wird, das mit ⁶⁰Co-γ-Strahlen bestrahlt ist.
Es wird nun eine Beschreibung eines Verfahrens zum Herstellen von Chitin/Chitosan mit niedrigem Molekulargewicht und eines Verfahrens zum Herstellen eines Materials zur Osteokonduktion gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung vorgenommen.
Das Verfahren zum Herstellen von Chitin/Chitosan mit niedrigem Molekulargewicht weist den Schritt des Bestrahlens von Chitin/Chitosan, das ein hohes Molekulargewicht aufweist, mit ⁶⁰Co-γ-Strahlen (Kobalt-60-Gammastrahlen) auf, um Chitin/Chitosan mit hohem Molekulargewicht in Chitin/Chitosan mit niedrigem Molekulargewicht zu trennen oder zu zerlegen. Zum Beispiel wird das Molekulargewicht des Chitins/Chitosans durch eine Bestrahlung mit einer Dosis von 27 kGy gesenkt. Vorzugsweise liegt die Dosis der ⁶⁰Co-γ-Strahlen im Bereich von 0,5 und 80 kGy, was äquivalent zu dem ist, was typischerweise bei der Sterilisierung verwendet wird.
Folglich kann das Molekulargewicht von Chitin/Chitosan durch Bestrahlung mit ⁶⁰Co-γ-Strahlen unterteilt und gesenkt werden, ohne ein chemisches Mittel zu verwenden.
Als nächstes wird eine Beschreibung des Verfahrens zum Herstellen eines Materials zur Osteokonduktion vorgenommen, das den Schritt des Herstellens von Chitin/Chitosan mit niedrigem Molekulargewicht aufweist.
Bezugnehmend auf 1, weist das Verfahren zum Herstellen eines Materials zur Osteokonduktion die Schritte des Zuberei tens einer acidischen wässerigen Lösung von Chitosan durch destilliertes Wasser oder physiologische Salzlösung, Säure und Chitin/Chitosanpulver, um Chitosansol herzustellen (Schritt 1) und des Knetens des Chitosansols und Apatitpulvers (Schritt 2) auf. Danach wird das Chitosansol mit dem darin gekneteten Apatitpulver in einem Behälter aufbewahrt oder bevorratet.
Durch Neutralisieren des Chitosansols mit einer wässerigen Lösung, die eine Verbindung enthält, wird das Material zur Osteokonduktion mit einem ph-Wert zwischen 6,0 und 8,0 erhalten (Schritt 3). Nachdem es durch die wässerige Lösung neutralisiert ist, wird nach dem Ablauf einer Zeitspanne das Material zur Osteokonduktion in der Form eines Films oder einer Paste mit einer vorgegebenen elastischen Festigkeit erhalten. Dann wird das Material zur Osteokonduktion mit ⁶⁰Co-γ-Strahlen bestrahlt, um Chitin/Chitosan mit niedrigem Molekulargewicht herzustellen (Schritt 4).
Zum Beispiel wird das Material zur Osteokonduktion in eine vorgegebene Form geschnitten und in einen erkrankten Teil eines Organismus implantiert. Der Schritt des Bestrahlens mit ⁶⁰Co-γ-Strahlen, um Chitin/Chitosan mit niedrigem Molekulargewicht herzustellen, kann vor dem Schritt 1 des Zubereitens des Chitosansols ausgeführt werden. Mit anderen Worten kann Chitin/Chitosanpulver mit ⁶⁰Co-γ-Strahlen bestrahlt werden.
Für das Apatitpulver kann von chemisch synthetisiertem Hydroxyapatit Gebrauch gemacht werden. Für das Hydroxyapatitpulver kann von α-Trikalziumphosphat oder β-Trikalziumphosphat Gebrauch gemacht werden. Für die Verbindung kann von Natriumchlorid, Natriumbikarbonat, Natriumpolyphosphat und Kalziumoxid Gebrauch gemacht werden.
Das Material zur Osteokonduktion kann dehydriert und danach durch den Gebrauch eines Ethylenoxidgases sterilisiert werden. Jedoch ist das Material zur Osteokonduktion nach der Dehydration brüchig und kann leicht durch eine äußere Kraft beschädigt werden.
In dem Fall, wo das Material zur Osteokonduktion dehydriert wird, muß das Material zur Osteokonduktion vor dem Implantieren in den Organismus in einen elastischen Körper wie Gummi zurückversetzt werden. Insbesondere wird eine Ringer-Lösung, destilliertes Wasser oder eine physiologische Salzlösung im Material zur Osteokonduktion absorbiert. Zum Beispiel wird das Material zur Osteokonduktion für eine vorgegebene Zeitspanne (insbesondere in der Größenordnung zwischen 5 und 10 Minuten) in die Ringer-Lösung mit einem ph-Wert zwischen 6,0 und 10,0 getaucht. Das Material zur Osteokonduktion mit der darin absorbierten Ringer-Lösung ist in einen elastischen Körper wie Gummi zurückversetzt.
Bezugnehmend auf 2, wird das Molekulargewicht von Chitin/Chitosan durch die Bestrahlung von Chitin/Chitosan mit ⁶⁰Co-γ-Strahlen unterteilt und reduziert. In 2 repräsentieren die Abszisse und die Ordinate den Entacetylierungsgrad bzw. das Molekulargewicht. Wie wohlbekannt ist, wird Chitosan durch Entacetylierung von Chitin erhalten. Ein höherer Entacetylierungsgrad repräsentiert eine höhere Reinheit des Chitosans. In der Figur repräsentieren As und Irra unbestrahlte Proben, die nicht mit ⁶⁰Co-γ-Strahlen bestrahlt sind, bzw. bestrahlte Proben, die mit ⁶⁰Co-γ-Strahlen bestrahlt sind. Wie aus 2 zu entnehmen ist, weisen die bestrahlten Proben ein niedrigeres Molekulargewicht als die unbestrahlten Proben auf.
In diesem spezifischen Beispiel wurde das Molekulargewicht des Chitins/Chitosans durch eine Bestrahlung mit einer Dosis von 27 kGy gesenkt. Vorzugsweise liegt die Dosis der ⁶⁰Co-γ-Strahlen im Bereich von 0,5 und 80 kGy, was äquivalent zu dem ist, was typischerweise bei der Sterilisierung verwendet wird.
Danach wurde eine Zubereitung des Chitosansols durch Lösen von Chitin/Chitosan mit einer wässerigen Apfelsäurelösung von 5% vorgenommen. Es wurde von drei Arten von Chitin/Chitosan mit dem Entacetylierungsgrad von 70%, 85% und 99% Gebrauch gemacht. Die wässerige Apfelsäurelösung wurde durch die physiologische Salzlösung von 2 cm³ und der Apfelsäure von 0,1 g zubereitet.
Das Chitosansol wurde mit 0,4 g Hydroxyapatit gemischt und geknetet. Die Mischung wurde in eine Petrischale bis zur Dicke von 0,5 mm gegossen und durch 5% Natriumpolyphosphatlösung neutralisiert, um einen Film herzustellen.
Danach wurde unter Verwendung dieser Filme ein Tierversuch ausgeführt. Im Versuch wurde ein Schädelknochen jeder Ratte aufgebohrt, um eine Aussparung mit der Tiefe von 0,2 mm, der Länge von 3,0 mm und der Breite von 3,0 mm zu bilden. Der Film wurde in die Dicke von 0,2 mm, die Länge von 3,0 mm und die Breite von 3,0 mm geschnitten und in die Aussparung implantiert. Dann wurden die Ratten nach dem Ablauf von einer, zwei, drei, vier und acht Wochen geschlachtet. Aus den Ratten wurden pathologische Proben entnommen und durch ein Mikroskop betrachtet. Das Ergebnis der Betrachtung wird in den 3 und 4 gezeigt. 3 zeigt das Ergebnis in dem Fall, wo der nicht mit ⁶⁰Co-γ-Strahlen bestrahlte Film in den Schädelknochen der Ratte implantiert wurde. 4 zeigt das Ergebnis in dem Fall, wo der mit ⁶⁰Co-γ-Strahlen bestrahlte Film in den Schädelknochen der Ratte implantiert wurde.
In den 3 und 4 repräsentieren 70 As, 85 As, 99 As den Entacetylierungsgrad von 70%, 85% bzw. 99%.
Für die Probe unter Verwendung des Chitosans mit dem Entacetylierungsgrad von 99% war die Aussparung nach dem Ablauf von 8 Wochen vollständig mit einem neuen Knochen gefüllt. Für die Probe unter Verwendung des Chitosans mit dem Entacetylierungsgrad von 85% war die Aussparung nach dem Ablauf von 12 Wochen vollständig mit einem neuen Knochen gefüllt.
Die unbestrahlten Filme wiesen im Vergleich zu den bestrahlten Filmen eine ungenügende Knochenbildung auf.
Daher versteht es sich, daß die Knochenbildung durch Bestrahlung des Films, der Chitosan enthält, mit ⁶⁰Co-γ-Strahlen gefördert wird.
Wie oben beschrieben, kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen von Chitin/Chitosan mit niedrigem Molekulargewicht und dem Verfahren zum Herstellen eines Materials zur Osteokonduktion durch einen einfachen Ablauf des Bestrahlens von Chitin/Chitosan mit ⁶⁰Co-γ-Strahlen ohne Verwendung eines chemischen Mittels Chitin/Chitosan mit hohem Molekulargewicht in Chitin/Chitosan mit niedrigem Molekulargewicht getrennt oder zerlegt werden.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen des Materials zur Osteokonduktion ist es möglich, die zur Knochenbildung benötigte Zeit durch die Bestrahlung von Chitin/Chitosan mit ⁶⁰Co-γ-Strahlen zu verkürzen, um Chitin/Chitosan mit hohem Molekulargewicht in Chitin/Chitosan mit niedrigem Molekulargewicht zu trennen oder zu zerlegen.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Materials zur Osteokonduktion, das die Schritte aufweist: Zubereiten einer acidischen wässerigen Lösung von Chitosan durch destilliertes Wasser oder physiologische Salzlösung, Säure und Chitin/Chitosanpulver, um Chitosansol herzustellen; Kneten des Chitosansols und von Apatitpulver; Neutralisieren des Chitosansols mit einer wässerigen Lösung, die eine Verbindung enthält; nach dem Neutralisieren durch die wässerige Lösung Erhalten des Materials zur Osteokonduktion nach dem Ablauf einer Zeitspanne in der Form eines Films oder einer Paste mit einer vorgegebenen elastischen Festigkeit; und nach Trocknen des Films oder der Paste, Bestrahlen des Materials zur Osteokonduktion mit ⁶⁰Co-γ-Strahlen, um Chitin/Chitosan mit niedrigem Molekulargewicht herzustellen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ⁶⁰Co-γ-Strahlen mit einer Dosis zwischen 0,5 und 80 kGy bestrahlt werden.