JP2009291304A - 骨補填材 - Google Patents

Abstract

【課題】生体内で適度な吸収期間を有し、かつ骨伝導能が高い骨補填材を提供する。
【解決手段】炭酸基含有アパタイトと骨誘導因子とを含有することを特徴とする骨補填材とする。骨誘導因子としてはＢＭＰ（骨形成因子），ＧＤＦ（成長分化因子）, ＴＧＦ−β（形質転換成長因子），ＦＧＦ（線維芽細胞成長因子），ＩＧＦ（インスリン用成長因子），ＰＤＧＦ（血小板由来成長因子），ＢＤＮＦ（脳由来神経成長因子），ＮＧＦ（神経成長因子）から成る群から選ばれた少なくとも１種であることが好ましく、骨補填材は連通気孔を有し、気孔率が２０〜８０％，気孔径５０〜１０００μｍの気孔と気孔径５μｍ以下の気孔のいずれか若しくは両方を有することが好ましい。
【選択図】 なし

Description

本発明は、骨腫瘍や骨髄炎等により患部を摘出した後の欠損部や、歯科用インプラント埋入のための顎骨の補強や補填に用いられる骨補填材に関する。

整形外科や歯科の領域において骨欠損の修復に骨補填材が用いられている。骨補填材としては、人工材料としてハイドロキシアパタイト，β−リン酸三カルシウム等のリン酸カルシウム系材料が用いられ、欠損部に充填して骨再生を誘導する治療が行われる（例えば、特許文献１参照）。

リン酸カルシウム系材料は生体活性材料であり、骨と直接結合して骨再生を誘導する。しかし、例えば大規模な骨欠損に対しては、その骨補填材の骨伝導能だけでは充分な修復は困難であり、その場合には骨伝導能のより高い自家骨を使用せざるを得なかった。しかしながら、自家骨の使用は採取量に限りがあるので適用には制限があり、また、健全骨から採取するので健全な採取部に不要な負担を強いるという問題がある。そこで、人工材料である骨補填材に、更に骨形成を誘導する能力を付与させた細胞増殖因子とリン酸カルシウム系材料を複合化した骨補填材が開発されている（例えば、特許文献２参照。）。

このハイドロキシアパタイトと増殖因子が複合された骨補填材は、その骨伝導能の高さから大規模な骨欠損に対しても補填材周囲の骨形成に対して優れている。しかし、ハイドロキシアパタイトは、体内において吸収されずそのまま残るため、荷重部位に使用した場合に周囲骨と比較して脆いハイドロキシアパタイトの部位から骨折してしまう虞があった。また、非吸収性のため経年後での感染源となる虞もあった。

β−リン酸三カルシウムと増殖因子が複合された骨補填材は、β-リン酸三カルシウムがアパタイトと比較して骨伝導能が低い欠点があるため、成長因子はその骨伝導能の低さを補うに過ぎず、大規模な骨欠損を修復させるのにはまだ不十分であった。更に、生体内での吸収機序が物理的溶解や異物巨細胞によるので、老齢による骨形成能が劣る場合の症例に関して骨形成よりもβ−リン酸三カルシウムの吸収がより早く進行してしまい、欠損部が望んでいない線維性結合組織で覆われてしまう問題があった。

特開平５−２３７１７８公報 特開２００１−１３７３２８号公報

そこで本発明は、生体内で適度な吸収期間を有し、かつ骨伝導能が高い骨補填材を提供することを課題とする。

本発明者は前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、ハイドロキシアパタイトと同等の骨伝導能を有する炭酸基含有アパタイトと増殖因子を複合化させた材料を骨補填材として用いると、大規模な骨欠損においても充分な骨再生がなされ、更に、炭酸基含有アパタイトの生体吸収機序が生体骨のリモデリング同様破骨細胞によるものであるため、骨補填材の吸収とのバランスがとれた骨形成がなされることに着目して本発明を完成した。

即ち本発明は、炭酸基含有アパタイトと骨誘導因子とを含有することを特徴とする骨補填材である。骨誘導因子としてはＢＭＰ（骨形成因子），ＧＤＦ（成長分化因子）,ＴＧＦ−β（形質転換成長因子），ＦＧＦ（線維芽細胞成長因子），ＩＧＦ（インスリン用成長因子），ＰＤＧＦ（血小板由来成長因子），ＢＤＮＦ（脳由来神経成長因子），ＮＧＦ（神経成長因子）から成る群から選ばれた少なくとも１種であることが好ましく、骨補填材は連通気孔を有し、気孔径５０〜１０００μｍの気孔と気孔径０．００１〜５μｍの気孔のいずれか若しくは両方を有する気孔率が２０〜８０％の骨補填材であることが好ましい。また、炭酸基の含有量が２〜２０重量％であることが好ましい。

本発明は、生体内で適度な吸収期間を有し、かつ骨伝導能が高い優れた骨補填材である。

本発明で用いる炭酸基含有アパタイトは、生体に安全であり一定期間体内でその形状を維持できれば特に限定することなく用いることができる。本発明に係る骨補填材の使用時の大きさは、直径が２０μｍ以上の顆粒状や一辺が２０μｍ以上のブロック状が望ましい。それぞれ２０μｍ未満では貪食細胞による炎症反応が起きる虞がある。

本発明に係る骨補填材の気孔は連通気孔であり、その製造方法にもよるがマクロポアとミクロポアに分けられる。マクロポアは主に細胞の侵入や血管新生に寄与するためその気孔径は５０〜１０００μｍであり、５０〜５００μｍであることがより好ましい。５０μｍ未満では骨補填材中に細胞や新生血管の侵入が困難となる虞があり、１０００μｍを超えると骨補填材の強度が低下する虞がある。また、ミクロポアの気孔径は０．００１〜５μｍであり、０．０１〜２μｍであることがより好ましい。０．００１μｍ未満では骨誘導因子を骨補填材の細部まで含有させ難く、５μｍを超えると含有させた骨誘導因子を保持させるのが困難である。なお、気孔径は走査型電子顕微鏡写真やその画像処理像から測定することができる。

本発明に係る骨補填材の気孔率は２０〜８０％が望ましく、２０％未満であると骨誘導因子を充分に含有させることが難しくなり、８０％を超えると骨補填材の強度が低下する傾向がある。本発明での気孔率とは、水銀圧入法による細孔分布測定によって求めるものとする。

炭酸基含有アパタイトにおける炭酸基の含有量は、アパタイト全体の２〜２０重量％が望ましく、２重量％未満であると生体内で適度な吸収期間を得難い。一方、２０重量％を超えた炭酸基を含有する所望の大きさの炭酸基含有アパタイトを調製することは製造上困難である。

本発明で使用する炭酸基含有アパタイトの製造方法は、ブロック状のカルシウム原料と、リン酸原料を含有する溶液の、少なくとも一方が炭酸基を含有しており、該ブロック状のカルシウム原料と該リン酸原料を含有する溶液とを接触させる方法がある。また、他の方法として、所定の条件下でカルシウム原料，リン酸原料，炭酸原料を混合し、所謂湿式法にてハイドロキシアパタイトのリン酸基の一部を炭酸基に置き換えた炭酸基含有アパタイト粉末を作製した後、焼成して作製する方法等がある。

ブロック状のカルシウム原料と、リン酸原料を含有する溶液の、少なくとも一方が炭酸基を含有しており、該ブロック状のカルシウム原料と該リン酸原料を含有する溶液とを接触させる方法は、ブロック状のカルシウム原料を作製し、それをリン酸原料が含まれた溶液中に浸漬させる。このときにブロック状のカルシウム原料かリン酸原料を含有する溶液の少なくとも一方に炭酸基を含有しておくことで気孔径０．００１〜５μｍのミクロポアを有した炭酸基含有アパタイトを作製する。ブロック状のカルシウム原料を調製する他の方法としては、ポリウレタンフォーム等のスポンジ状材料をカルシウム原料スラリーに浸漬してスポンジ骨格にカルシウム原料を付着させ、それを所定の温度で焼成させればウレタンフォームが焼却されることで連通孔を有し気孔率の高いフォーム状のカルシウム原料が得られる。これらのブロック状のカルシウム原料をリン酸原料が含まれた溶液に浸漬させて気孔径５０〜１０００μｍのマクロポアと気孔径０．００１〜５μｍのミクロポアを有した炭酸基含有アパタイトを作製する。

所定の条件下でカルシウム原料，リン酸原料，炭酸原料を混合して炭酸基含有アパタイト粉末を混合し、所謂湿式法にて炭酸基含有アパタイト粉末を作製した後、焼成する方法は、例えば、周知の方法で作製された炭酸基含有アパタイト粉末を加圧成形し、焼結させることで気孔径０．００１〜５μｍのミクロポアを有した炭酸基含有アパタイトを作製する。

カルシウム原料は、カルシウムを含有する化合物であり、例えば、炭酸カルシウム，リン酸三カルシウム，リン酸四カルシウム，リン酸八カルシウム，硝酸カルシウム，リン酸水素カルシウム，水酸化カルシウム，酸化カルシウム，塩化カルシウム，ケイ酸カルシウム，フッ化カルシウム等のハロゲン化カルシウム、酢酸カルシウム等の有機酸カルシウム、更に、水素化カルシウムや金属カルシウム等がある。

リン酸原料は、リン酸基を含有する化合物であり、例えば、リン酸水素二ナトリウム，リン酸二水素ナトリウム，リン酸三ナトリウム，リン酸水素二アンモニウム，リン酸二水素アンモニウム，リン酸三アンモニウム，リン酸水素二カリウム，リン酸二水素カリウム，リン酸三カリウム，リン酸三マグネシウム，リン酸ジメチル等の有機リン酸、リン酸銅等のリン酸金属塩、更にリン酸も使用できる。

炭酸原料は、炭酸基を含有する化合物や物質であり、例えば、炭酸カルシウム，炭酸アンモニウム，炭酸水素アンモニウム，炭酸ナトリウム，炭酸水素ナトリウム，炭酸カリウム，炭酸水素カリウム，炭酸水，炭酸ガス等が例示される。

本発明に係る骨補填材は、前記の炭酸基含有アパタイトと骨誘導因子とを含有していることを特徴とする。骨誘導因子としては、特にＢＭＰ，ＧＤＦ，ＴＧＦ−β，ＦＧＦ，ＩＧＦ，ＰＤＧＦ，ＢＤＮＦ，ＮＧＦから成る群から選ばれた少なくとも１種であると骨誘導活性の点から好ましい。ＢＭＰとしてはＢＭＰ−２、４、５、７、１２が、ＦＧＦとしてｂＦＧＦが、いずれも高い骨誘導活性を示すので好ましい。

骨補填材中の骨誘導因子の量は、使用する因子により異なるが、骨補填材に対して通常、１μｇ／ｇ〜１００ｍｇ／ｇである。

炭酸基含有アパタイトと骨誘導因子とを含有する方法は、骨誘導因子の活性を失わせず、均一に分散させることのできる方法であれば特に制限されるものではなく、例えば、骨誘導因子が含有・懸濁されたリン酸緩衝液を炭酸基含有アパタイトに浸漬，含浸，噴霧，塗布，滴下等の方法により添加し、続いて、乾燥（好ましくは減圧または凍結乾燥）して容易に所望の移植体を得ることができる。好適には減圧下に含浸させた後に凍結乾燥する。骨誘導因子を複合する際、生体内で分解吸収されるアテロコラーゲン，ヒアルロン酸，フィブリン糊，カルボキシメチルセルロース，ゼラチンなどをリン酸緩衝液に０．１〜１０重量％で溶解させて調整したゲル化材を添加して複合すると、骨誘導因子の保持性が更に高まるので好ましい。これらのゲル化材の量は、０．５ｍｌ／ｇ〜３ｍｌ／ｇである。

＜骨補填材の作製１＞
９ｇの水酸化カルシウム粉末を２０ｋｇ/ｃｍ^２の軸圧で直径３０ｍｍの円形金型を用いて一軸加圧成形し、得られた圧粉体に相対湿度１００％の二酸化炭素気流下で炭酸化を行い、φ３０ｍｍ×高さ約１０ｍｍの炭酸カルシウムブロックを得た。この炭酸カルシウムブロックをφ５００〜３００μｍの顆粒状に粉砕し、それらを１００℃の１モル濃度のリン酸水素二ナトリウム水溶液に２週間浸漬した。水洗・乾燥後、φ５００〜３００μｍの顆粒状で炭酸基含有量が約１２重量％、気孔径が約０．１μｍ，気孔率が約３２％の炭酸基含有アパタイトを得た。この炭酸基含有アパタイト１ｇを５００μｇのｒｈ−ＢＭＰ−２を溶解させたリン酸緩衝液中に浸漬させた後、取り出し、凍結乾燥させることで骨補填材とした。なお、凍結乾燥前後の重量測定により炭酸基含有アパタイト中には４００μｇのｒｈ−ＢＭＰ−２が含有されていた。

＜骨補填材の作製２＞
α型リン酸三カルシウムを蒸留水に１：１の重量比で混合した懸濁液を調整し、その中に１辺１０ｍｍの立方体のポリウレタンフォームを浸漬させ、乾燥させることで骨格にα型リン酸三カルシウムが付着したポリウレタンフォームを作製した。それを１５００℃で５時間焼成させることで、ポリウレタンフォームを焼却し除去し、焼結されたフォーム状のα型リン酸三カルシウムを得た。これらを炭酸ナトリウムとリン酸水素二ナトリウムを懸濁させた水溶液に浸漬し、２００℃で４８時間水熱処理し、水洗・乾燥後、１辺１０ｍｍの立方体のフォーム状で炭酸基含有量が約６重量％、気孔径が約４００μｍの連通マクロポアと約０．３μｍの連通ミクロポアを有し、気孔率が約７５％の炭酸基含有アパタイトを得た。この炭酸基含有アパタイト１ｇと５００μｇのｂＦＧＦをカルボキシメチルセルロースを１重量％でリン酸緩衝液に溶解させたゲル化材１ｍｌに混合し、骨補填材とした。

＜骨補填材の作製３＞
０．６モルリン酸水素ナトリウム水溶液に３モルの炭酸水素ナトリウムを溶解させた溶液１Ｌと１モル酢酸カルシウム水溶液の１Ｌとを同時に８０℃の温度に保持された超純水中に５００ｍｌ/Ｈｒの滴下速度で滴下した。その間、かかる超純水中のｐＨを１Ｎ水酸化ナトリウムで９．０〜９．５の範囲内に制御した。滴下後、溶液を８０℃のまま１２時間放置し、ろ過、続いて洗浄を繰り返し、炭酸基含有アパタイト粉末を得た。この炭酸基含有アパタイト粉末をジルコニアポットを用いて２４時間湿式粉砕し、平均粒径約０．５μｍとした。得られた平均粒径約０．５μｍの炭酸基含有アパタイト粉末１ｇを成形用金型に充填し、２５ＭＰａで予備成形した後、ＣＩＰ圧６００ＭＰａにてＣＩＰ成形した。得られた成形体に対し、５℃/ｍｉｎ．の割合で昇温させ、７５０℃で２時間保持することで焼結させ炭酸基含有量が約７重量％、気孔径が０．５μｍの連通ミクロポア有し、気孔率が約２１％の炭酸基含有アパタイトを得た。この炭酸基含有アパタイト１ｇと５００μｇのｒｈ−ＢＭＰ−７をアテロコラーゲンを２重量％でリン酸緩衝液に溶解させたゲル化材１ｍｌに混合し骨補填材とした。

Claims (4)

1. 炭酸基含有アパタイトと骨誘導因子とを含有することを特徴とする骨補填材。
2. 骨誘導因子がＢＭＰ，ＧＤＦ,ＴＧＦ−β，ＦＧＦ，ＩＧＦ，ＰＤＧＦ，ＢＤＮＦ，ＮＧＦから成る群から選ばれた少なくとも１種である請求項１に記載の骨補填材。
3. 連通気孔を有し、気孔径５０〜１０００μｍの気孔と気孔径０．００１〜５μｍの気孔のいずれか若しくは両方を有する気孔率が２０〜８０％の請求項１または２に記載の骨補填材。
4. 炭酸基の含有量が２〜２０重量％である請求項１ないし３の何れか一項に記載の骨補填材。