【発明の詳細な説明】
生物学的互換ヒドロキシアパタイト製剤及びその使用
発明の背景
本発明は、主に、スパーリング的に溶解可能な(sparlingly soluble)、即ち
生体内の成分をあまり消費せずに溶解可能なカルシウムリン酸塩の組み合わせ及
びその用途に関する。より詳細には、カルシウムリン酸塩は、液体と組み合わさ
れて、ヒドロキシアパタイトのペーストあるいはスラリーを形成する。このヒド
ロキシアパタイトは、医学的、歯科的その他多くの用途に用いられる。種々の生
物学的的に許容される、即ち生物適合(biocompatibile)、即ち生物学的適合性
を有する添加剤を、用途に合わせて上記のスラリーやペーストに添加することが
可能である。
従来の技術
ヒドロキシアパタイトは、カルシウムリン酸塩ミネラルであり、主に、人体の
骨や歯の構成成分となっている。ヒドロキシアパタイトは、それぞれリン酸塩に
対するカルシウムの比率、結晶構造、物理特性等が異なる種々のカルシウムリン
酸塩ミネラルのわずか一種に過ぎない。アパタイトは、非常に広範囲の化合物に
対して用いられる一般的な用語であり、一般式M2+ 10(ZO4 3-)6Y- 2で表される。
ただし、この一般式において、Mは金属原子、特にアルカリ又はアルカリ土類金
属であり、ZO4は酸ラジカル、Zはリン酸、ヒ素、バナジウム、硫黄、ケイ素のい
ずれか、あるいは、そのすべてまたは一部が炭酸塩(CO3-)で置換されてもよい。
Yはアニオン、通常はハロゲン化物、ヒドロキシ基、あるいは炭酸塩である。
スパーリング的に可溶なカルシウムリン酸塩の組み合わせ、特に、テトラカル
シウムリン酸塩とその他のスパーリング的に可溶なカルシウムリン酸塩との組み
合わせは、両者が固体、水溶液系又は非水溶液系相での平衡状態又は双方の塩が
過剰の準平衡状態のいずれにおいても、ヒドロキシアパタイト、即ち、Ca5(PO4)3
OHの沈殿が可能である。双方のカルシウムリン酸塩が、同じ飽和溶液の平衡状
態に近く、加えてヒドロキシアパタイトに対して過飽和状態にあるならば、この
組成物からのヒドロキシアパタイトの沈殿が続く。沈殿したヒドロキシアパタイ
トは、"in vivo"即ち生体内の状態でも、あるいは"ex vivo"即ち生体外の状態
でも、形成可能であり、種々の機械的および生物学的特性を有する。例えば、こ
のような特性として、高度、柔軟性、多孔性、溶解性、生物学的吸収,生物学的
分解、組織接着性、及び柔軟な組織や硬い組織による置換等が挙げられる。
ヒドロキシアパタイト及びその変成物等は、骨、歯、及びある種の無脊椎動物
の骨に天然に得られる。ヒドロキシアパタイトの結晶は、骨や歯のマトリクス内
に、セルや組織マトリクス材、例えば架橋コラーゲン等の繊維質プロテイン、及
びミネラル結合プロテイン、例えばglaプロテイン、象牙質、エナメル質と共に
埋め込まれる。
脊椎動物及び自然の歯を有する動物は、すべて、骨や歯のマトリクスのミネラ
ル化が可能である。このミネラル化は、適切な生理学的なpH、温度及びイオン条
件下で、ヒドロキシアパタイト結晶の沈殿を通じて行われる。その結果得られる
組織は、高度に細胞化したものではなく、ある種のユニークな特性、例えば大き
な機械的強度、フレキシビリティ、生理学的活性、連続的自己改造(self-remod
eling)等が見られる。
その独特の特性から、ヒドロキシアパタイトは、非常に生物学的互換性を有す
る物質である。骨の内部にあるこのようなヒドロキシアパタイトの独特の特性か
ら、ヒドロキシアパタイト、セラミクス及びその他の硬いカルシウムリン酸塩ヒ
ドロキシアパタイト、例えばα−及びβ−リン酸トリカルシウム(tricalcium
phosphates)等をインプラント(implant)即ち移植用材料とし用いる研究がな
されている。これらの材料は、形成及び再建手術において、骨の欠損部の修復に
広く用いられており、また、骨に歯を固着するためにも用いられている(例えば
、歯や歯周病の治療や形成外科等に用いられる)。多くの物理的及び化学的な変
更を加えることで、(i)機械的強度を高くして、ヒドロキシアパタイトのみ又は
ヒドロキシアパタイト化合物のインプラントを、負荷のかかる部位における骨の
欠損
部のインプランとに用いるようにする、(ii)多孔率を変えることで、インプラン
ト内への骨の侵入成長即ちイングロウスを促進することで、新しく成長した骨組
織にインプラントが効果的に取り込まれるようにする、(iii)粒状とすることで
、外科的な欠損部分へのパッキングを可能とする、等の試みがなされている。
上記用途に加えて、骨の構造の形成に用いられる種々の細胞を形成及び成長さ
せると信じれられる生物学的な要因も、「誘導的」特性を有するヒドロキシアパ
タイト化合物インプラントの形成に用いられている。
ヒドロキシアパタイトは、その他の用途も知られており、例えば骨の修復や、
歯の再ミネラル化にも用いられている。このような用途は、ブラウン(Brown)等
に付与された米国特許第33,221号や第33,161号等に開示されている
。その例として、歯の損傷部(lesion)や空洞部の修復が挙げられる。歯の表面
に初期損傷や空洞の成長が生じた場合、従来の治療においては、空洞部の充填が
行われていた。この治療処理は、病巣の拡大を抑制することは可能であるが、歯
を元の状態に戻すわけではない。しかし、歯に生じた初期損傷部を再ミネラル化
する技術が研究されている。再ミネラル化の目的は、ヒドロキシアパタイトをカ
リエス空洞に堆積させ、この空洞部の歯のエナメル質構造内にヒドロキシアパタ
イトが取り込ませることである。このようにして、再ミネラル化を行うことで、
歯の損傷の拡大が防がれるとともに、歯の修復もなされる。一般に、再ミネラル
化に用いられる過飽和溶液やスラリーは、リン酸カルシウムの単一フォームから
調製される。しかし、種々の理由から、これらの溶液やスラリーは、満足できる
ものではない。例えば、これらの過飽和溶液内において再ミネラル化に使用可能
であるカルシウムイオンやリン酸イオンは、比較的少なく、したがって必要とな
る流体の体積が大きくなるとともに、繰り返し再ミネラル化を行う必要がある。
単一のリン酸カルシウム、β−Ca3(PO4)2をパルプキャッピング即ち歯髄覆
罩に用いることは、ドリスケル(Driskell)等による「顎顔面用のセラミック及び
セラミック化合物デバイスの改良[Development of Ceramic and Ceramic C
omposite Devices for Maxillofacial Application:J.Biomed.Mat.Res.6:34
5-361(1972)]」において示唆されている。また、Ca4(PO4)2Oを歯髄覆罩剤として
使用可能であるということは、IADRアブストラクトNo.120[IADR Abstract.
NO.120,J.Dent.Res.54:74(1975)]における発明者らによって示唆されている。こ
れらの単一のリン酸カルシウムセメントは、しかしながら、硬くかつ高密度にセ
ッティングすることはできず、また、上述した単一のリン酸カルシウム再ミネラ
ル化剤と同様の難点がある。例えば、pH値をある程度一定に保つことができない
うえ、十分な再ミネラル化容量が得られない。
骨組織の置換用のカルシウム系のインプラントもまた、何年も前から存在する
。これらのインプラントの殆どは、予め製造及び焼結されたヒドロキシアパタイ
トを粒状もしくはブロック形態で用いている。これらの前処理においては、骨の
欠陥とのなじみ難さの他にも、いくつかの難点が存在し、特にブロックの場合、
粒同士の構造一体性に難点がある(粒同士が互いに結合しない)。又、失われた
骨組織の形状に適合した形状を有するインプラントを形成することは困難である
。
ヒドロキシアパタイトの種々の形態や、その製造方法、その他の高分子性物質
との適合性、生物学的骨組織構造成分、例えばコラーゲンとの混合、ある種の診
断薬剤あるいは治療薬との組み合わせの使用、及び生物学的活性タンパク質又は
ポリペプチドとの混合等の技術が、技術文献や特許文献に種々記載されている。
このような文献をすべて挙げるとばく大になるので、本発明に関連する例を以下
に挙げる。米国特許第4,795,467号、第4,865,602号、第4,
992,226号、5,123,925号、及び5,246,457号等には、
骨の修復のためのミネラル-コラーゲン混合物の調製技術が、その滅菌方法も含
めて開示され、この技術では、ミネラル成分は、好適には粒径サイズが約100
−2000μmであるヒドロキシアパタイトまたはリン酸トリカルシウムとから
選択される。また、コラーゲンは、成形性をよくするために添加されるか、ある
いは、セラミック粒子内の多孔性の間隙をコーティングするために用いられる。
米国特許第5,204,382号及び国際特許出願WO93/16657号には
、注射可能な組成物であって、粒径50−250μmの微粒子セラミック材及び
コラーゲン又はその他の生物学的に互換性を有する有機ポリマーが開示されてい
る。これらの組み合わせは、セラミック粒子を残して生物学的に互換性を有する
成分をとばすことで、硬質組織あるいは軟質組織の修復及び増強(augumentatoin
)を行うために用いられている。
この特許文献は、骨の再生に使用される生物学的ファクターをヒドロキシアパ
タイト[ホームズ等による「プラスチック及び再生外科(Plastic and Recons
tructive Surgery Volume 63,page 626,1979)」に開示される珊瑚状ヒド
ロキシアパタイトを含む]あるいはリン酸トリカルシウム粒と混合する技術、及
びこのような製剤の骨の修復への使用が開示されている。これらの開示内容は、
いずれも、ヒドロキシアパタイトの前成物質(オクタカルシウムリン酸塩又はβ
−トリカルシウムリン酸塩)に関するものであり、実質的に均一な一つの形態の
リン酸カルシウム塩を用いるか、このリン酸カルシウム塩から製造されるものと
なっている。このリン酸カルシウム塩には、その原料及び製造方法により起因す
る混入物あるいは不純物が含まれる。
ブラウン(Brown)及びチョウ(Chow)による米国特許第33,221号や第
33,161号等には、リン酸カルシウム塩、例えば無水テトラカルシウムリン
酸塩に可溶なスラリー、パウダー、及びペーストが開示されており、これらは、
室温条件下における広範囲の液相条件でヒドロキシアパタイトを沈殿可能である
。米国特許第4,880,610号、第5,047,031号、第5,053,
212号、第5,129,905号、第5,178,845号及び国際出願番号
WO92/02543号 、EP0,347028A2号、コンスタンツ(Cons
tantz)等によるEP0,416,761A1号には、ある種の生体内原位置、
即ちイン-シツの状態でのカルシウムリン酸塩ミネラル方法、リン酸塩の供給源
が実質的に無水形のリン酸である、カルシウムとリン酸塩との親密混合物、及び
それにより得られる化合物、及びその骨の修復への使用が記載されている。
コンスタンツ等は、また、このような材質を、骨の補綴のコーティングへの使
用が開示されている。また、米国特許第5,164,187号、第5,188,
670号、及び国際特許出願EP0,383,568号A2号をも参照されたい
。米国特許第5,034,059号、5,231,169号、及び国際特許出願
WO93/12736号には、コラーゲンを組み合わせるか、あるいはミネラル
化することにより、物理的に骨に類似する特性を得る技術が開示されている。J
P1,111,762号には、リン酸テトラカルシウムを含有するパウダーある
いはパウダー混合物、及び溶液を混練して、水と接触することでヒドロキシアパ
タ
イトを生成する、硬化組成物を得る技術が開示されている。
EP436,499号は、カルシウムリン酸塩タイプパウダーを、高度にアク
ティブなパウダーとして、また、カルシウムリン酸塩タイプの硬化剤の成分とし
て製造する技術を開示している。これらの材質は、高度に流動性を有して成形性
を有する、マイルドな条件下において硬化する材質である。
コクボ(Kokubo)等に付与された米国特許第5,068,122号には、骨状
のバイオアクティブなヒドロキシアパタイトのフィルムを、熱処理及びある範囲
のCa2+イオン及びHPO4 2-イオンを含有する溶液からヒドロキシアパタイトを沈殿
させることによる、所望基質表面に形成する方法が開示されている。リウ(Liu
)等は、リン酸テトラカルシウムを単独あるいはα-トリカルシウムリン酸塩を
ベースとして用いて、比較的高い表面pHを有するリン酸カルシウムセメントを
製造する方法を開示しており、その生物学的互換性から、整形科、歯科、及び顎
顔面の治療に有用であると考えられる。この点は、米国特許第5,149,36
8号に記載されている。予め調製されたヒドロキシアパタイトとは異なり、カル
シウムリン酸塩セメントは、種々のカルシウムリン酸塩前駆物質を有し、沈殿さ
れるヒドロキシアパタイトに対して、バイオアクティブな基質、例えばプロテイ
ンを取り込むことで、骨等の組織の能動再生を誘導するインプラントの製造が可
能となっている。コラーゲン等の組織マトリクスプロテインを取り込むことで、
骨や軟質組織を含む組織の成長に望ましいマトリクスであるインプラントが提供
されている。しかし、これらの参照文献は、バイオアクティブあるいは生物学的
適合性を有するプロテインの取り込みや、組織修復用途に用いられるインプラン
トとしてのヒドロキシアパタイトの特性の向上手段としての、関連する基質にの
み関するものである。
多くの特許、特許出願及び公報においては、組織挙動(tissue behavior)に
影響を与える方法、装置及びその使用を開示しており、これには、電界及び電磁
場を用いた治療が含まれる。体外に電極を配置する手法に加えて、電極として働
く侵入性インプラントも、選択された組織サイト及びその周辺に電界や電磁場を
直接あるいはパルス状に発生させるために用いられている。上記文献には、骨折
の治癒または増強、筋肉繊維の緩和、柔軟組織の再生等が報告されている。最も
古い関連特許は、米国特許第3,055,372号である。この特許には、特定
の用途における使用に優れた幾つかの特定の設計が開示されており、例えば、ヒ
ドロキシアパタイトインプラントのポア内への骨の内部成長の促進に用いられる
装置が開示されている。例えば、シミズ等による形成リサーチジャーナル6号の
248〜258ページを参照されたい。しかし、これらの文献は、いずれも、ヒ
ーリングを起こすための電気シミュレーションの効果や機械的効果を調整及び/
又は向上するための製剤や装置に関しては開示がない。
現時点での、ヒドロキシアパタイトを用いた技術や製品には、その他、実用上
の制限だけでなく、コンセプト的に、即ち構想的にも制限がある。主な構想的な
制限は、上述した組織置換にヒドロキシアパタイトを用いるフォーカス、即ち病
巣から生じる。通常、インプラントは、組織のボイドを充填して構造的に支持体
となるか、あるいは、修復又は再生時において新しく形成される組織に組み込ま
れるように用いられる。その結果、ヒドロキシアパタイトの生物学的互換特性の
利用や、これを利用した製剤の開発は殆ど研究されていない。従って、生物学的
特性の利用やこれを利用した製剤を開発することで、ヒドロキシアパタイトをあ
る種の合成ポリマーと同様にして吸収または分解し、主に、生理学的活性マテリ
アルを所定のサイトにローカライズするための生物学的互換マトリクスとして機
能させるか、あるいはこのようなマテリアルの生物学的環境内に、コントロール
した状態で存在させることで有用性を増す、というようなことは行われていない
。本発明にかかる新規な製剤を得るうえでの実際場の制限は、幾つかの大きな技
術的制限から発生している。
第1に、現在のヒドロキシアパタイト技術は、苛酷な製造方法により制限され
ている。殆どのヒドロキシアパタイトインプラントは、極端な物理的あるいは化
学的条件において製造されており、その結果、硬いインプラントは、大きく、ラ
ンダムなポアやギャップを有して、大きい熔融されたマクロ結晶より構成され、
これは、自然の骨や骨格構造内に自然に形成されるマテリアルとは異なるもので
ある。
第2に、通常のヒドロキシアパタイト製剤は、組織コンパチビリティや再吸収
性が制限されているという特徴を有する。例えば、結晶構造の硬度や特性によっ
て、柔軟な組織の修復には使用できない場合がある。これらの難点は、製剤の物
理的特性のみならず、生体側で、許容時間範囲内でマテリアルを完全に再吸収す
ることができないという点にも起因する。第3に、公知の製剤は、コフォーミュ
レーション・キャパシティが制限されている、即ち、複数の製剤をまとめて一つ
の製剤とするのには大きな制限がある。細胞成長を促進する生物学的に活性なフ
ァクターや、細胞成長の良好なサポートとなりうる生物学的互換性を有する基質
は、従来のヒドロキシアパタイトインプラントの表面には、スプレー法、フリー
ズドライ法、又はソーキングによってしか適用することができない。なぜなら、
インプラントの製造に用いられる条件においては、生物学的活性が損なわれてし
まうからである。第4に、周知の製剤における乖離特性が、望ましくない場合が
ある。ヒドロキシアパタイトインプラント表面のコーティングに用いられる生物
学的互換または生物活性を有するマテリアルは、生理学的環境において速やかに
洗い流されるおそれがあり、その結果、基質の局部的濃度が急上昇する一方で、
これらの基質の殆どにおいて要求される長期作用にはマテリアルが全くもしくは
殆ど残らない状態となる。その他にも、現在のヒドロキシアパタイト技術におい
ては種々の難点がある。
発明の概要
ヒドロキシアパタイトの生物学的互換性及び室温条件下でヒドロキシアパタイ
ト結晶の沈殿が可能であるという特性によって、生物学的活性を有する基質を含
有可能な、新規なバイオマテリアルが製造されてきている。これらのバイオマテ
リアルは、その他の高分子[例えば、ダクロン(dacron)、ナイロン、ビニル、
テフロン、アクリル酸等]やエレメンタル(例えばカーボン、チタン等)、合金
(例えばスティール)と共製剤化(coformulation)することや、またはこれらの
コーティングを行うことが可能である。機械的及び生物学的特性に基づいて選択
される新規なバイオマテリアルは、カバーリングや組織の充填における構造的支
持に有用であり、また、その他の機械的デバイスの安定化にも有用である。また
、組織構造の修復、再生、増強の促進あるいはサポート、あるいは、予防接種あ
るいは遺伝子療法における遺伝物質や抗原マテリアルのデリバーや離脱、また、
抗
生物質や化学療法剤やホルモン基質等の薬学的活性剤の局部的、長期的、または
調整的デリバリーによる治療効果を容易に向上するためにも用いられる。さらに
は、圧電場の供給による電磁的刺激のデリバー、直接増幅あるいはパルス的刺激
を行うことによる治療あるいは機械的動作の調整等にも有用である。これらは、
生物適合なヒドロキシアパタイト製剤の用途の単なる一例に過ぎない。
使用する際のコンシステンシーや所望のサイトに応じて、本発明に係る製剤や
方法は、種々の治療用途において、(注射、移植、関節鏡検査、パッキング等の)
投与手段に応じて修正可能である。上述したように、ヒドロキシアパタイトの分
子組成によって、生物適合性が非常に高くなる。成体の脊椎動物の体重は、その
相当の量がリン酸カルシウムからなる。骨はアクティブに再生可能な組織である
ことから、リン酸カルシウムが連続的に相当ターンオーバー即ち代謝している。
高カルシウム血症による異常な状態を除いては、生体のほとんどの器官は、生理
学的リン酸カルシウム代謝に耐えることができ、また、主に腎臓によるリン酸カ
ルシウムの排出システムによって、分解されたリン酸カルシウムの処理が可能で
ある。インプラント(または“in-situ”状態即ち生体内でのインプラント形成
が可能なリン酸カルシウム組成物)の製造においてリン酸カルシウムのバイオコ
ンパチビリティの付与は、医薬用途において適用範囲が極めて広い。このインプ
ラントは、アンビエントな状態あるいは生理学的状態条件下でヒドロキシアパタ
イトの沈殿により形成され、種々のレートで体内に吸収される。
このような生物適合なマテリアルによる製剤(formulation)は、ポリメチルメ
タクリレート、ポリグリコール酸、ポリ乳酸及びこれらの基質の共重合体等の、
天然には存在しない合成ポリマーに対して好適である。これらのポリマーは、広
いコンシステンシーの範囲で得られるが、これらのマテリアルの高分子化や解重
合においては、pHや温度に許容できないまでの変化が生じることが多いので、
有毒な有機溶媒の使用が必要になったり、動物や人体に望ましからざる炎症等を
引き起こすおそれがある。
ヒドロキシアパタイト結晶は、特有の圧電特性を有し、細胞の代謝活性や成長
の調整に効果がある。従って、ヒドロキシアパタイト結晶よりなるインプラント
を用いることで、電気的あるいは電磁的刺激による組織の治療やコントロールさ
れた機械的運動の生成が大きく向上する。このようなインプラントは、その他の
、細胞マニプレーションに用いられる生物適合または生物活性を有する基質を用
いることで、更にその性能が向上する。
従って、本発明の目的は、選択された部位に、種々の生物活性あるいは生物適
合な基質をコントロールされた状態で提供し、また、このような基質を局所的に
あるいは所望の期間にわたって全身に徐々にデリバーすることにある。このよう
なデリバーは、このような基質のその他の手段による投与に比較して、臨床上優
れている。
また、本発明の他の目的は、生物適合な添加剤よりなる可変性のデリバーマト
リクスを得ることである。このデリバーマトリクスは、動物や人体への吸収や生
物学的分解速度の変動に応じて修正可能であり、かつ、そのコンシステンシー即
ち粘度や密度を広範囲に変えることができ(例えば、スラリー、ペースト、硬い
粒状、ブロック、パウダー等)、更に、温度やpHをあまり変化させることなく
硬化及び溶解可能である。
更に、本発明は、適切な再吸収特性、細胞成長サポート能、及び圧電コンダク
タンス容量が適切に組み合わされたインプラントまたはインプラント可能な組成
物の製剤を提供し、電気または電磁的刺激の向上に用いられる。
上記及びその他の目的を達成するために、本発明は、ある種のスパーリング的
に溶解可能なカルシウムリン酸塩の組み合わせを提供し、この組み合わせは、生
物学的及び/又はアンビエントな条件下でヒドロキシアパタイトの沈殿が可能で
ある。また、生物適合または生物活性を有するマテリアルが、この沈殿プロセス
の間に取り込まれ、この取り込まれたマテリアルは、製剤を使用するサイトに長
期間にわたって維持されるか、あるいは周囲の生物学的環境に徐々に解離してい
く。本発明に係る製剤に用いられる塩の組み合わせの組成は、得られるヒドロキ
シアパタイト沈殿物の物理特性(有孔率、張力及び曲げ強度、コンシステンシー
等)及び吸収/生物分解特性によって、上記製剤は、取り込まれた生物適合また
は生物活性を有するマテリアルの機能の向上が可能となる。
本発明の一実施形態において、生物適合なヒドロキシアパタイト製剤は、生理
学的条件下(pH、温度、イオン強度等)でのヒドロキシアパタイトの沈殿が可
能であり、かつ、(i)添加された生物適合又は生物活性を有する基質の活性の
保存や、(ii)沈殿された組成全体に、相当均質に基質を含浸させること、が
可能である。この実施形態の一実施例は、それぞれ異なる細胞や組織の形成や成
長をサポートする生物学的にコンパチブルなマテリアルと、このような細胞や組
織の形成を引き起こすかあるいは誘導する生物学的に活性な基質と、を有する製
剤に関する。
他の実施例では、生物学的に活性を有する基質を有する製剤をも予期あるい企
図している。ここでの製剤に含まれる基質は、病んだあるいは望ましくない細胞
や組織を殺し、あるいは、治療において有益な活性を有するある種の活性細胞や
組織を活性化するものである。生物適合なヒドロキシアパタイト製剤は、その他
の技術により用いられるプロダクツやストラクチャーに用いることで、新たな組
み合わせの治療デバイスを得ることも可能である。
他の形態によれば、生物適合なヒドロキシアパタイト製剤の調製方法も提供さ
れる。リン酸カルシウム塩のベースコンビネーション即ちベース混合物が提供さ
れる。液相でも調製される。また、生物適合な添加物も提供される。これらのコ
ンポーネント即ち成分は、その後に組み合わされて混合物が形成される。その後
、生物適合なヒドロキシアパタイト製剤がこの混合物から沈殿される。この混合
物を得るには、上記の成分のうちの任意の二つを適切な方法で組み合わせ、その
後に次の第三の成分を加える。または、上記3つの成分を同時に混合してもよい
。この実施形態の種々の実施例によれば、生物適合な添加物は、成長因子、接着
剤、免疫元、ワクチン、遺伝子、組み替え細胞(recombinant cells)、抗生物
質、薬剤、ホルモン、ファイバー、ゲル、空間占有パーティクル、電気刺激向上
剤等のどの成分を用いてもよく、特別な制限はない。この方法により得られた製
剤は、薬学的に許容されるキャリアを含んでもよい。
他の形態によれば、患者の処置方法も提供される。この実施例では、生物適合
なヒドロキシアパタイト製剤は上述の方法により製造される。その後、製造が患
者に投与される。
本発明の他の目的、利点は、以下の実施形態の説明及び図面により、当業者に
容易に理解されるよう開示される。
図面の簡単な説明
図1は、Ca(OH)2、H3PO4、H2Oの三成分系での25℃におけるCa4(PO4)2O、CaH
PO4・2H2O、CaHPO4、Ca8H2(PO4)6・5H2O、β-Ca3(PO4)2、及びCa5(PO4)3OHの溶解
等温線である。
好適実施形態の説明
本発明は、概してリン酸カルシウム塩の選択的混合物に関し、このリン酸カル
シウム塩は、パウダー、スラリー、又はペーストとして形成され、種々の機械的
特性、多孔率、圧電特性、生物学的吸収特性を有する。これらのマテリアルは、
従来の薬剤で用いられている種々の化学剤に対して、また、糖タンパク質、高分
子炭化水素、脂質、糖脂質、糖質製剤(含水炭素)、タンパク質及び核酸に対し
て、新規なデリバリービークル即ちデリバリー溶剤として働く。加えて、これら
のマテリアルは、組織ヒーリング即ち組織治療における電気または電磁刺激の効
果を増大させる。
得られる新規な組成物は、広範囲の治療用途において有用であり、例えば、免
疫またはワクチン法、遺伝子治療等に有用である。また、細胞の選択的除去また
は変化または基質生理的環境からの基質の除去、生物学的構造マテリアル(例え
ば骨、筋肉、肌、鍵、靭帯等)の修復や再生媒介される治療的理学療法、歯と骨
との固着、補綴デバイスの固定、ブレスト組織即ち胸の組織等の柔軟な組織の増
強等にも有用である。その他の本発明の使用や、種々の組成において予測される
ある種の特定の用途は、以下に記述する。
生物適合なヒドロキシアパタイト製剤の主成分は、スパーリング的に溶解可能
なリン酸カルシウム塩を含む。好ましくは、二つの塩が組み合わされ、そのひと
つは、好適にはリン酸テトラカルシウムである。その他の塩は、CaHPO4・2H2O、C
aHPO4、Ca8H2(PO4)6・5H2O、β-Ca3(PO4)2、α−Ca3(PO4)2、及びCa3(PO4)2の変
性体、例えば、プロトンもしくは約10wt%以下のマグネシウムにより変性され
たリン酸トリカルシウムである。
リン酸テトラカルシウムと混合される第二のスパーリング的に溶解可能なリン
酸カルシウム塩の選択する際の原理は、ブラウンとチョウとによる記述されてい
る。例えば、米国特許第33,221号及び第33,161号、ブラウンとチョ
ウによる「デンタルリサーチジャーナル」[W.E.Brown and L.C.Chow,“J.of
Dental Research",vol.63,p.672(1983)]、「セメントリサーチの進歩」[W.
E.Brown and L.C.Chow,“Cements Research Progress-1986, American Ce
ramic Society,"p.352(1986)]、及びフカセ、イーンズ、タカギ、チョウ、ブ
ラウンによる「デンタルリサーチジャーナル」[Y.Fukase,E.D.Eans,S.Takagi,L.
C.Chow and W.E.Brown,“J.of Dental Researce"vol.69,p.1852(1990)]等に
記載されている。これらの内容は、参照として本願に包含される。
基本的に、各カルシウムリン酸塩は、特徴的な溶解挙動を示し、これは、一定
温度における溶液のpHに対する、飽和点におけるカルシウムイオンの総濃度の
プロットによって示される。同様に、本発明においては、pHに対するリン酸イ
オンの総濃度のプロットを用いることもできる。なぜなら、リン酸イオンの濃度
とカルシウムイオンの濃度は互いにリンクしているからである。得られる曲線は
、等温曲線として示される。
種々のリン酸カルシウム塩における等温線を同じ軸にプロットすると、各リン
酸カルシウム塩の相対的な特性を知ることができる。具体的には、あるリン酸カ
ルシウムの等温線が、与えられたpHにおいて他のリン酸カルシウム塩の等温線
よりも上にきている場合、そのリン酸カルシウム塩は、他に比較して準安定的で
ある。二つのリン酸カルシウム塩の等温線の交点は、特異点(singulara point)
として知られている。二つのリン酸カルシウムに対して飽和している溶液は、ど
ちらのリン酸カルシウムも、特異点においては飽和溶液内で平衡状態になってい
る。このことは、どちらのリン酸カルシウムも沈殿しないが、その等温線が上記
の特異点より下にある第三のリン酸カルシウムは、沈殿が生じることを意味する
。本発明の一つの形態は、ヒドロキシアパタイトに対して過飽和状態にある特異
点溶液を形成するリン酸カルシウム塩類の組み合わせに関連している。
図1は、Ca(OH)2、H3PO4、H2Oの三成分系における25℃での6つのリン酸カ
ルシウム塩の溶解等温曲線を示す。図1のy軸は、カルシウムイオンの総濃度(
モル/1リットル)を示し、x軸はpHの値を示す。ここで、CaHPO4・2H2O、
CaHPO4、β-Ca3(PO4)2、及びCa5(PO4)3OHの等温曲線は、それぞれ、
グレゴリー等による「Ca(OH)2−H3PO4−H2O系の5°,15°,25°及び37.5℃にお
けるCaHPO4・2H2Oの溶解度」[Gregory et al.,“Solubility of CaHPO4・2H2
O in the System Ca(OH)2-H3PO4-H2O at 5°,15°,25° and 37.5℃.,
J.Res. Nat. Bur. Stand. 74A: 461-475(1970)]、
マクドウェル等による「カルシウム水素リン酸塩イオンの溶解度」[McDowell
et al., “Solubility Study of Calcium Hydrogen Phosphate Ion
Pari Formation",Inorg.Chem. 10:1638-1643(1971)]、
グレゴリー等による「Ca(OH)2−H3PO4-H2O系の5°、15°、25°及び37℃にお
けるβ-Ca3(PO4)2溶解度」[Gregory et al.,“Solubility of β-Ca3(PO4)2
in the System Ca(OH)2-H3PO4-H2O at 5°,15°,25° and 37℃.,
J.Res. Nat. Bur. Stand. 78A: 667-674(1974)]、及び、
マクドウェル等による「Ca(OH)2−H3PO4−H2O系の5°、15°、25°及び37.5℃
におけるCa5(PO4)3OHの溶解度」[McDowell et al., “Solubility of Ca5
(PO4)3OH in the System Ca(OH)2−H3PO4-H2O at 5°,15°,25° and
37.5℃., J.Res. Nat. Bur. Stand. 81A: 273-281(1977)]、の各文献
による。
Ca8H2(PO4)6・5H2Oの等温線は、モレノ等により開示された「水溶液中におけ
るリン酸二カルシウムジヒドライドの溶解度及びリン酸オクタカルシウムの溶解
度」["Stability of Dicalcium Phosphate Dihydrate in Aqueous Solut
ions and Solubility of Octacalcium Phosphate," Soil Sci. Soc. A
m. Proc. 21:99-102(1996)]に開示された溶解度プロダクトによる。Ca4(PO4)2
Oの等温曲線は、例えば米国特許第33,221号及び33,161号に開示さ
れる、ブラウンとチョウにより算出された溶解度プロダクトの概算値による。
本発明の好適実施形態では、他の塩に対するリン酸テトラカルシウムの比や、
相対粒径サイズは、所望の機械的特性の基準、吸収性、分解プロファイル等や、
添加剤として含まれる特定の生物活性または生物適合な基質に対して適合するよ
うに、製剤ごとに違ってくる。加えて、塩の組み合わせの量に対する液体相の相
対的な量(好ましくは、水、生理食塩水、弱い酸溶液、生物適合な緩衝液、血清
、
血しょう、及びその他の生体に含まれる溶液)は、硬化時間(setting time)
を変動させるためや、得られる沈殿した生物適合なヒドロキシアパタイト製剤の
コンシステンシーを変動させるために、変動させることができる。生物適合ある
いは生物学的活性を有する添加剤は、好ましくは、液相に溶解もしくは実質的に
均一に混合しておき、その後に、乾燥した塩の組み合わせにこの液相を加え、ヒ
ドロキシアパタイトの沈殿反応を発生させる。
または、液相を最初にリン酸カルシウムと混合した後に、この混合物に添加剤
を加えてもよい。さらにまた、生物学的活性を有する添加剤を最初に塩と混合し
、その後に液相を添加してもよい。さらにまた、塩、添加剤、及び液相を同時に
混合してもよい。液相には、硬化反応調製剤またはヒドロキシアパタイト結晶成
長調製剤を添加してもよく、例えば、プロテオグリカン(例えばヒアルロン酸)
、プロテイン(例えば血清アルブミン)、炭水化物(例えばグラニュー糖)、合
成マテリアル(例えばボリエチレングリコール)、ある種のその他のイオン剤等
が添加可能である。このようなマテリアルの添加剤の代表例が、多数、米国特許
第33,161号、第33,221号に開示されている。
リン酸テトラカルシウム成分は、種々の適当な手法から製造可能である。ある
方法においては、リン酸テトラカルシウムは、リン酸二カルシウムと炭酸カルシ
ウムとの等モル混合物の高温処理(例えば1500℃〜1700℃)での触媒化
によって、固相反応によって得ることができる。このように得られたリン酸テト
ラカルシウムは、その後、所望の量の、スパーリング的に可溶である他のリン酸
カルシウム塩(上述したリン酸塩のうちから選択される)と混合される。または
、α−Ca3(PO4)2とリン酸テトラカルシウムとの混合物は、Ca/Pのモル比が
1.5〜1.8であるヒドロキシアパタイト試料を、1150℃〜1450℃、
減圧下でカ焼することで製造することもできる。この混合物は、更に、適切なス
パーリング的に可溶なリン酸カルシウム塩を加えて調整することで、ヒドロキシ
アパタイト製剤の所望の硬化特性及びコンシステンシーが得られるようにする。
このヒドロキシアパタイト製剤は、生物学的活性を有するか又は生物適合な添加
剤を含有する、増強された液相との混合による沈殿によって得られる。リン酸カ
ルシウム塩及びその混合物は、好ましくは、液相に添加したときに、十分かつ高
品質なヒドロキシアパタイトを沈殿させるために、実質的に無水条件下で製造及
び保管される。
以下の実施例には、上述したリン酸カルシウム塩混合物の製造方法、種々の生
物学的活性を有するかあるいは生物適合な添加剤、これにより得られる製剤、及
びその使用が含まれる。各例において、医薬用途に用いられる、代表的な生物学
的に活性なあるいは生物適合な基質が開示される。当業者であれば、以下の実施
例に記載されたこのような物質を製造することが可能であり、かつ、(好適ある
いは望ましくは)生物学的に活性な又は生物適合な基質を、各実施例に記載され
ている基質に添加あるいは置換することが可能である。また、上述した議論は、
リン酸カルシウム塩混合物、例えばブラウン氏やチョウ氏により開示された混合
物に関して行ったが、本発明の技術は、これに限定されるものではない。本発明
の実施例、特徴及び形態は、その他のリン酸カルシウム塩の組み合わせにも適用
できるものである。更に、生物適合なヒドロキシアパタイト製剤の特性により、
生体内(in vivo)または半ビボ(ex vivo)で、あるいは、部分的に半ビボ、
又は部分的に生体内で沈殿を行うことが可能でる。
1.創傷治癒及び軟質組織修復のための成長因子の組み込み
第1の実施例は、創傷治療及び軟質組織修復に関し、損傷した軟質組織(例え
ば皮膚、筋肉、筋膜、歯肉、歯周組織等)に用いられるマテリアルにおいて主に
必要とされるものであり、損傷した組織を治癒させるか、あるいは治癒の促進(
サポートとは区別される)を目的とする。所望の細胞の成長の誘発や、損傷した
サイトの領域内の未分化(uncommitted)の前駆細胞からこのような細胞を形成す
る場合、種々の生物学的要因が存在する。このようなマテリアルを全身に適用す
る場合、かなりの量が必要となって、この様なアプローチではコストが高くなり
、また、マテリアルの効用性の点からも、実用的ではない。このような問題が遺
伝子組み替え技術により解決されたとしても、これらのマテリアルの調製時に、
特定のサイトを適切な濃度とするのに多量の全身投与を行ってしまうと、上述し
た生物学的要因やコンタミネーションによって、他の活性が出現し、望ましから
ざる副作用が現れるおそれがある。今日までのこのようなマテリアルの局所的使
用
においては、生物分解性メンブランカバーリングタイプのマテリアルのコーティ
ングを行うか、あるいは、時間をおいて何回も投与を行っていた。このような方
法は、効率が悪く、感染のおそれがあり、リスクが高く、扱いにくい。
本発明の第1の実施例は、組織の増強又はガイドされた組織再生の医療用に関
し、生物適合なヒドロキシアパタイト製剤であってひとつ以上の成長因子を含ん
だものに関する。この成長因子は、上皮細胞成長因子、(EGF)、形質転換成長因
子α(TGF-α)、形質転換成長因子β(TGF-β)、ワクシニア成長因子(vaccin
ia growth factor:VGF)、酸又は塩基線維芽細胞成長因子(acidic or basi
c fibroblast growth factor:FGF)、例えばIGF−I又はIGF−II等
のインシュリン様成長因子(IGF)、血小板由来成長因子(PDGF)、軟骨由
来成長因子(CDGF)、インターロイキン-2(interleukin-2)、神経細胞体成
長因子(NCGF)、造血細胞成長因子(HCGF)、リンパ球成長因子(LGF)、
骨形態発生プロテイン(BMP)及びその他創傷治癒因子等の成長因子類である。
更に、造血細胞成長因子は、インターロイキン-3、顆粒球-マクロファージコロ
ニー刺激因子、血管形成因子、マクロファージコロニー刺激因子、顆粒球コロニ
ー刺激因子、及びエリスロポエチン等のうちから選択されてもよい。また、リン
パ球成長因子は、B細胞成長因子、T細胞成長因子、インターロイキン-4、インタ
ーロイキン-5、インターロイキン-6であってもよい。この製剤は、好ましくは、
ペースト状、ヒドロゲル状、フィルム状等の各機械的特性を有する。また、この
製剤は、好ましくは、成長因子の約1日でのリリース量が20%未満であり、約
30日でのリリース量は約90%より大きいである。
更に好ましくは、上記リリースレートは、2日で20%未満、5日で90%以上
とする。成長因子の量は、好ましくは製剤1立方センチメートルあたり約0.1μg
〜約10μgであり、好ましくは、1立方センチメートルあたり約3μg〜6μg
である。
生物適合なヒドロキシアパタイト製剤は、以下のステップにより製造可能であ
る。最初のステップでは、リン酸カルシウム塩のベース混合がなされる。このス
テップは、好ましくは、以下の工程によりなされる。まず、上述した手法によっ
て、リン酸カルシウム塩の混合物を一種以上調製する。その後、無菌化した水、
生理食塩水、生理的に許容される緩衝液等の液体を、例えばヒアルロン酸、架橋
されてないコラーゲン、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセ
リン、ポリリシン等の結晶成長調製剤とともに添加することで液相とする。結晶
成長調製剤によって、硬化時間を変えることが可能となり、コンシステンシーを
所望のものとすることができる。このコンシステンシーは、投与方法によって所
望の値が変動する。次に、得られた液相を一つ以上の塩混合物に添加し、好まし
くは重量比での固体と液体との比が1:1〜5:1となるようにする。この固体
と液体との比は、より好ましくは1.5:1〜4:1とし、もっとも好ましくは、2.5:1
〜3.5:1とする。各ヒドロキシアパタイト試料は、これらの混合物から沈殿され
、これらはそれぞれコンシステンシー及び硬化特性が試験された。その後、各試
料をシート状に硬化し、各シートの厚みは、好ましくは約1mm〜7mmとした。よ
り好ましくは、厚みを3mm〜5mmとした。各硬化したマテリアルの試験片を、実
験動物、例えばラット、モルモット、ウサギ、又は豚等に対し、皮下にインプラ
ントされ、同時に筋内にもインプラントした。その後、所望のリリースレートを
有するヒドロキシアパタイトのベース製剤が選択された。このリン酸カルシウム
塩のベース混合物は、このヒドロキシアパタイトのベース製剤を沈殿可能な混合
物である。
第二のステップにおいては、選択された成長因子を添加することで、液相が強
化された。このステップは、好ましくは、以下の手順により行う。第一に、成長
因子が、好ましくは上述したように選択される。例えば、EGF、TGF-α、TGF-β
、VGFが、組換DNAを用いた技術によって、変質した(transformed)ホスト細
胞基質(例えば哺乳類、微生物、昆虫の細胞培養)から生成され、あるいは、化
学合成や、これらのマテリアルを生成した培養細胞から生成される。純化した試
料を、細胞培養システム内で分析し、細胞成長の促進効力や、レセプタ(EGFR)
との結合性の特異性を測定する。その後、これらは、凍結パウダーとして保管さ
れる。その他の創傷治癒因子は、組換または合成手段によって製造可能であり、
かつ、細胞培養刺激分析及び特異レセプタ結合分析によって、それぞれ効力や特
異性が特徴づけられる。選択された成長因子を一つ以上、量を変動させてとり、
第1ステップで上述した、補給された液相に添加し、選択された成長因子が最終
濃
度範囲となっている一つ以上の増強された液相をそれぞれ得た。次に、各増強さ
れた液相をそれぞれ上述したベース塩混合物に混合して、それぞれ増強された(
augumented)ヒドロキシアパタイトサンプルを得た。好ましくは、この混合物は
、固体と液体との重量比が1:1〜5:1(より好ましくは、1.5:1〜4:1
、特に好ましくは2.5:1〜3.5:1)である。これらのそれぞれ増強された
ヒドロキシアパタイト試料は、その後、厚みが好ましくは約1mm〜7mm(より好
ましくは約3mm〜5mm)シート状に硬化された。あるいは、これらの試料を硬化
してテストブロックとしてもよい。各硬化された試料の試験ポーションは、その
後、水、生理食塩水、または、血清、血漿等の他の生理学的流体に、無菌状態で
約25℃〜約42℃で浸漬され、各試験ポーションを静かに撹拌した。液体メデ
ィアからの試験ポーションは、その後、免疫技術を用いて何回も試験され、リリ
ースされる成長因子の量が測定された。これらの試験結果からリリース速度ダイ
アグラムをプロットすることも可能である。約5日で約30%以下のリリースが
生じた製剤を用いて、生体内(in-vivo)での試験を行った。選択された製剤を
、実験動物の血管化サイトに、皮下及び筋肉にインプラント即ち移植した。各試
料の成長因子のリリースレートは、このインプラント周囲の部位の吸引によって
集められた流体とともに、血清サンプルをも集めることで決定された。その後、
最終的に増強されて上述した所望のリリースレートを有するヒドロキシアパタイ
ト製剤が選択された。この増強された液相は、この最終的に増強されたヒドロキ
シアパタイト製剤の沈殿が可能なものである。
第3のステップでは、増強された液相を、リン酸カルシウム塩ベース混合物と
混合した。そして、第4ステップでは、生物適合なヒドロキシアパタイト製剤が
、この混合物から沈殿された。
2.免疫源の組み込み
免疫源、例えば精製されたプロテイン、グリコプロテイン、脂タンパク質等を
、数週間にわたって免疫源の吸収及びリリースを行う生物適合なインプラントに
組み込むことにより、従来よりも利点が得られる(ただし、これらに限定される
わけではない)。この様な利点としては、追加抗原注射を複数回行う必要がない
点
が挙げられる。追加抗原注射を行う場合、患者が何回も来院する必要がでてしま
う。また、従来のように抗原を種々のアジュバント即ち抗原性捕強剤と混合して
投与した場合に比較して、より潜在的な抗原反応を、より少ない抗原マテリアル
を用いて誘発することが可能となる。加えて、インプラントは、炎症反応が低グ
レードで局所的となるように形成できるので、抗原濃度を高くすることもできる
。また、リリース速度を遅くすることによって、ある程度有毒で従来は抗原化で
きなかったマテリアルの抗原化も可能となる。
本発明の第二の実施例は、従って、免疫源を組み込んだ、生物適合なヒドロキ
シアパタイト製剤に関する。例えば、免疫源は、ウイルス抗原、細菌性抗原、菌
類抗原、寄生性抗原等から選択することが可能である。用いられる抗原は、悪性
−特異的マーカー(malignancy-specific marker)としてもよく、例えば、腫
瘍抗原、腫瘍抗原のペプチドフラグメンツ、転移性特異性抗原とすることができ
る。免疫源は、サブユニットワクチンでもよい。また、免疫源は、ワクチン内に
、活性あるいは不活性状態で組み込まれてもよい。また、ワクチンは、有機的に
得られるかあるいは再組換により合成ワクチンでもよい。その抗原の例としては
、HBVエンベロープ抗原;HIV gp120/gp160/p41;再組換又は精製プロテイン免疫
であって、おたふく風邪、はしか、風疹、または小痘疹(small pox)、完全痘
疱、及びその他の予防接種用の免疫が挙げられる。好ましくは、製剤は、グラニ
ュールあるいはプラグの機械特性(力学的性質)を有する。好ましくは、製剤の
リリースレートは、約1日で約20%以下の免疫源をリリースし、約30日で9
0%以上をリリースする。より好ましくは、リリースレートは、約2日で20%
以下で、約5日で90%以上である。製剤内の免疫源の量は、好ましくは、1立
方センチメートルあたり約50μg〜約500μgである。好ましくは、1立方セ
ンチメートルあたり約100〜400μg、更に好ましくは、1立方センチメー
トルあたり約150〜300μgである。
本発明に係る製剤は、好ましくは、以下のステップにより調製される。第1の
ステップにおいては、リン酸カルシウム塩のベース混合物が調製される。この第
1のステップは、以下の手順によりなされる。最初に、スパーリング的に可溶の
リン酸カルシウム塩の一つ以上の混合物が前述したように調製される。次に、前
述した固体と液体比を有する液相を、前述のようにして得る。以下のいくつかの
サブステップにおいて、上記液相は、塩混合物と混合されてヒドロキシアパタイ
ト製剤を沈殿し、これらは、それぞれ第1実施例と同様にして試験された。上述
したような所望の特性を有する製剤が選択された。これらの製剤は、免疫源を所
望のリリースレートでリリース可能である。
第二のステップにおいては、選択された免疫源を添加することで、液相が強化
された。このステップは、好ましくは以下の手順によりなされる。第一に、免疫
源が選択される。この免疫源は、前述したどの免疫源でもよい。次に、選択され
た免疫源を、量を変えて一種以上を前記第1ステップで述べた液相に添加して、
強化された液相を一つ以上得た。これらは、選択された免疫源を最終濃度範囲で
有している。各強化された液相は、それぞれ上述したベース塩混合物と混合され
て、それぞれ強化されたヒドロキシアパタイト試料が沈殿された。その後に、こ
れらの試料を、第一実施例で述べたようにして試験した。最終的に強化されたヒ
ドロキシアパタイト製剤は、所望のリリースレートが得られるように選択された
。第2実施例における強化された液相は、この選択された最終強化ヒドロキシア
パタイト製剤の沈殿が可能なものである。
第3のステップでは、増強された液相を、リン酸カルシウム塩ベース混合物と
混合した。そして、第4ステップでは、生物適合なヒドロキシアパタイト製剤が
、この混合物から沈殿された。
3.遺伝子の組み込み
本発明の第3の実施例は、遺伝子治療にかんする。近年、疾病における遺伝子
のかかわりの理解が進み、また、医薬分野でも遺伝子機能の操作が革命的に発展
している。人間及びその他の動物の遺伝物質は、デオキシリボ核酸(DNA)よ
りなり、種の違いを超えて、受容細胞に直接移入(direct transfer)させるこ
とが可能である。20年前に、哺乳類(人類も含む)の組織培養した細胞にDN
Aを移入させる方法では、DNA分子をリン酸カルシウムに複合(complexing)
させ、この複合体を所望の受容体細胞に投与する方法が用いられていた。この手
法により、非常に頻度は低いものの、受容細胞がリン酸カルシウム−DNA複合
体を取り込み、DNAのいくつかが染色マテリアル内に組み込まれこれにより、
受容細胞内に、DNAによりエンコードされたプロダクツが生成される。
裸のDNA形態内の遺伝子を無傷の生物(動物又は人間)にデリバーする時の
主な障害は、体液内の酵素を分解するというDNAの感受性が挙げられる。また
、目的となる組織サイト、例えば筋肉組織、において、作用された細胞がある程
度の量に達っする前にDNAが流されてしまうという傾向がある点も挙げられる
。これらの問題を解決するために、ある種のウイルスに由来する遺伝子配列を付
加することで、取り込まれたウイルスの配列によって、受容細胞内のDNAのピ
ースの再生を可能とする試みがなされている。これにより、たとえ少しの細胞に
しか所望のDNAピースが取り込まれなかったとしても、十分なものとなる。こ
れは、受容細胞の後代即ち子孫(progenies)及び細胞から細胞への転移によっ
て、動物(又は人間)にデリバーされたDNA量を増幅し、所望の治療効果が得
られるようになっていると考えられる。しかし、ウイルス由来の配列によって所
望の遺伝子にウイルスと同様の自己複製エレメントを与えると、安全性に関して
問題が生じる。これは、非常に大きな問題である。何故なら、所望の複製能力を
実際に与えることのできるウイルス配列の殆どは、非常に感染性の高いウイルス
に由来するものであり、ある種のウイルスは、AIDSやガン等の致命的な疾病を引
き起こすことが知られているからである。
本発明の第3の実施例によれば、遺伝子治療用の、生物適合なヒドロキシアパ
タイト製剤が得られ、この製剤には、遺伝物質が含まれる。この遺伝物質として
は、例えばDNAやRNA等の核酸(例えばアンチセンス即ち非転写鎖)、タン
パク質、変成タンパク質(例えば酵素、転写因子又はトランスレーション因子)
、所望のタンパク質や核酸を有する細胞等が挙げられる。遺伝物質(例えばDN
A)は、ヒドロキシアパタイトとランダムに、あるいは所定のオーダーにより、
複合される。細胞は、物理的にこの様な複合体に隣接し、このような複合体、従
って遺伝子の取り込みが可能となる。好ましくは、第3の実施例での製剤は、標
識配列やプロモータ配列と動作的にリンクされたコーディング配列を表す精製D
NA分子(例えば、濃縮、サーキュラー、リニアフォーム)を含む。上記精製D
NA分子によって、一種以上の哺乳類の細胞内に所望の遺伝子プロダクツを好適
に出
現させることができる。この製剤は、好適には、柔軟なペーストやスラリー等の
力学的特性を示し、約1日での遺伝物質のデリバー量が20%以下で、約30日
でのデリバー量は90%以上である。より好適には、約2日でのデリバー比率は
約20%以下で、約5日では90%以上である。DNAのレベルは、好ましくは
、本実施例により精製されるデリバリービークル1立方センチメートルあたり約
10μg〜約100μgである。
本実施例に係る生物適合なヒドロキシアパタイト製剤は、好ましくは、以下の
ステップにより製造される。第1のステップにおいて、リン酸カルシウム塩類の
ベース混合物が調製される。これは、上記実施例と同様の以下のステップにより
得られる。まず、一種以上のリン酸カルシウム塩類の混合物を、上述のようにし
て調製する。その後、液相を、上述のようにして調製する。これらの成分の混合
物、好ましくは、固体と液体との比が上述した実施例に記載された比であって、
液体比が上述した実施例に記載された比であるものを、上述のように試験した。
第2のステップにおいて、液相は、所望の遺伝物質を添加することで増強され
る。このステップは、以下の手順により達成される。第1に、ホストに出現させ
ようとするプロダクツをエンコードするための、所望の遺伝子(コーディング配
列)が選択される。この遺伝子を微生物ホスト内で複製、プロパゲート及びエデ
ィットして、広範囲の受容ホスト細胞内に、または組織特異的に出現させる。上
記出現のために必要となり要求される調節エレメントとしては、一般的又は組織
特異的プロモータ配列、スプライス信号(splice signals)、ポリアデニレー
ション信号(polyadenylation signals)、及びエンハンサー配列がある。ヒド
ロキシアパタイト製剤に組み込まれる遺伝構造(genetic construct)は、コー
ディング配列を動作的リンク内の調節エレメントの適切なセットと組み合わせる
ことで得られる。哺乳類の細胞もしくは人間の細胞-指向ウイルス(human cell-
directed virus)に対しての危険な遺伝的配列が混入するおそれを無くすために
、その後、この構造を微生物ホスト内で増殖(propagate)させてもよい。好ま
しくは、遺伝構成のすべてのパーツは、通常の人体の細胞遺伝物質から複製され
、その後に微生物ホストシステム内で変性、エディット、及び増殖される。又は
、ウイルス配列やオンコ配列の出現が望ましいときには(例えば、ある種のガン
やAI
DS等の遺伝子治療を行う場合)、コーディング配列は、適当なウイルス細胞ある
いは腫瘍細胞から得てもよい。場合によっては、コーディング配列は、元の染色
体に由来するマテリアルから「イントロン(introns)」を除去することで得ら
れるか、あるいは、逆転写と呼ばれる、機能メッセンジャーRNAのDNAコピ
ーを行うプロセスにより得られる。他の場合は、所望のポリペプチド又はタンパ
ク質プロダクツのアミノ酸配列が分かっている場合、このようなタンパク質又は
所定の変性がなされたこの様なタンパク質の変形フォームに対するコーディング
配列は、化学的遺伝子合成により得られる。コーディング配列が修正又は合成的
に製造されるという、これらの状況においては、受容細胞内のコーディング配列
によってエンコードされるプロダクツの製造を容易とするために、コーディング
配列の修正においては、新しい接続信号、転写/トランスレーション開始サイト
、及びその他を、所定のとおりに追加してもよい。この実施例の生物適合なヒド
ロキシアパタイト製剤用の精製されたDNAは、好ましくは、上述したリニアま
たはサーキュラーな形状で製造された機能遺伝子構造を、単一コピーあるいは縦
にリンクされた複数のコピー形態、あるいはこれらの形態が混合した状態で有し
てもよい。
所望の遺伝子、例えば精製DNAを、種々の量で用意し、これらを上述の実施
例で記載されたタイプの液相内に溶解させた。所望の遺伝子が細胞の中に含まれ
、かつ、その細胞は、受容細胞であると考えられる。この細胞は、骨髄由来の細
胞、あるいはリンパ球由来の細胞でもよい。この細胞は、組換体プロダクツを出
現させ、例えば(これらに制限される訳ではない)、インシュリン、核酸、ウイ
ルス抗原、バクテリア抗原、菌類抗原、寄生性抗原、サイトカイン、成長因子、
ホルモン、細胞表面タンパク質、及び酵素等が挙げられる。また、タンパク質や
核酸は、液相に直接添加することも可能である。
遺伝物質の液相との混合は、好ましくは、上述した固体-液体の重量比でなさ
れる。これらの増強された液相は、ベース塩混合物と混合されて、増強されたヒ
ドロキシアパタイト試料が精製され、この試料は、上述したように試験される。
最終的に増強されて、所望のデリバリーレートを有するヒドロキシアパタイト製
剤が選択される。増強された液相は、この最終的に増強されたヒドロキシアパタ
イ
ト試験製剤を生成するものである。
第3のステップにおいて、増強された液相は、リン酸カルシウム塩のベース混
合物と混合される。また、第4のステップにおいて、生物適合なヒドロキシアパ
タイト製剤は、この混合物から沈殿される。
4.薬剤のデリバリーの長期化及びコントロール
従来の薬剤に含まれる化学分子は、通常小さく、比較的早く循環系からクリア
されてしまう。このような特質の結果として、所望の薬剤を含んだ化合物の投与
を患者に対して、数日から数週間にわたって繰り返し投与する必要がでてしまう
。また、このように各投与を行う場合においては、最初に溶解した後に、十分な
化合物が循環系内に十分な量存在して所望の薬剤効果が得られるように、多量の
化合物を使用している。これらの問題を解決するための現在のアプローチにおい
ては、機械的方法、例えば、連続静脈内点滴や、インプラント可能なポンプ等の
手法が用いられている。所望の作用物質を有してそれぞれ異なる期間で分解が可
能であり、これにより、上記作用物質や生物適合なイオン、例えばカルシウム及
びリン酸を放出する、インプラント可能な基質(substance)を用いることで、
これらのアプローチを向上することができる。特に、このようなアプローチによ
って、従来の薬剤投与における煩雑さを減少させることができ、また、従来より
安価で、感染のおそれが小さく、患者の満足度も増す。本実施例におけるインプ
ラント可能な基質は、治療の全体で必要とされる薬剤の総量を減少させ、かつ、
従来における各薬剤の投与後において薬剤濃度が高くなることに起因する副作用
のおそれも抑制されている。
従って、第4実施例は、生物適合なヒドロキシアパタイト製剤であって、薬剤
を含有するものに関する。好ましくは、この薬剤は、殺生物剤であり、抗新生物
薬、抗菌物質、抗寄生物質(anti-parasitic agents)のうちから選択される。抗
新生物薬は、シクロフォスファミド、アルキル化剤、プリン類似体、ピリミジン
類似体、ヴィンカ及びヴィンカ類アルカロイド(vinca and vinca-like alka
loides)、エトポサイド及びエトポサイド類ドラッグ(etoposides and etopos
ide-like drugs)、抗生物質、コルチコステロイド、ニトロソ尿素(nitrosoure
as)、代謝拮抗物質、白金ベース細胞毒性ドラッグ、ホルモン拮抗剤、抗エスト
ロゲン、タモキシフェン(tamoxifen)、ドキソルビシン(doxorubicin)、L-アス
パラギナーゼ、デカルバジン(decarbazine)、アムサクリン、(amsacrine)、プロ
カルバジン、ヘキサメチルメラミン、ミトキザントロン(mitoxantrone)から選
択することもできる。抗菌物質は、重金属、抗生物質、又はその他の抗菌物質を
含んでもよい。薬剤は、炎症剤、鎮痛剤、又は他の化学療法基質であってもよい
。他にも、当業者に知られている薬剤がある。生物適合なヒドロキシアパタイト
製剤は、粒状又は柔軟なペーストの機械的特性を示す必要がある。製剤は、1日
のリリース量が20%以下で、約30日で90%以上をリリースする。より好適
には、リリースレートは、約2日で20%以下、約10日以内で90%以上であ
る。好適な薬剤の量は、従来の治療に処方されている総量の約10%〜50%で
ある。
第4の実施例に係る生物適合なヒドロキシアパタイト製剤は、好ましくは、以
下のステップにより製造される。第1のステップにおいては、リン酸カルシウム
塩のベース混合物は、以下のように、前述の実施例と同様にして製造される。
第2のステップにおいて、液相は、所望の薬剤の添加によって増強される。こ
の第2のステップは、好ましくは、以下のようになされる。所望の成分を、前述
した成分の内から選択する。その後に、一つ以上の液相を、前述のようにして調
製し、量の異なる薬剤を添加することで増強する。各増強された液相は、その後
、それぞれベースの塩混合物と混合され、好ましくは、その固体と液体との比が
上述したようにされて、増強された製剤が得られる。各増強された製剤の試料(
薬剤化合物の量がそれぞれ異なる)を、実験動物の皮下、筋内、又は腹腔内にイ
ンプラントし、その特徴、例えば薬剤化合物の血清レベルや、インプラントされ
た製剤の吸収率等が観察された。最終増強製剤は、粒状やペースト状の力学的特
性を有し、かつ、所望の薬剤リリースレートが得られ、かつ、その薬剤レベルは
、現在処方されている総量の約10%〜50%であるものが選択された。増強さ
れた液相は、最終増強試験製剤が得られるものであった。
第3ステップにおいては、リン酸カルシウム塩のベース混合物は、増強された
液相と混合された。また、第4ステップにおいて、生物適合なヒドロキシアパタ
イト製剤は、上記第3ステップの混合物から沈殿された。
本実施例の一例によれば、抗生物質及び抗炎症薬化合物は、ヒドロキシアパタ
イト製剤内に組み込まれ、最終増強製剤は、7〜14日にわたって好適な投与量
となるように選択された。他の例では、化学療法基質(又は他の基質との組み合
わせ)がヒドロキシアパタイト製剤に組み込まれ、化学療法基質を約20〜約3
0日にわたってデリバー可能な増強された製剤が得られるようにした。
5.ホルモンのデリバリーの長期化及びコントロール
小さなペプチドホルモン又はその誘導体は、生理学的作用を特定のターゲット
細胞に(その細胞にメンブレン受容体を結合させることで)及ぼすと信じられる
。従来の薬剤に組み込まれる小さな化学分子の場合と同様に、小さなペプチドは
、循環半減期(circulating half-life)が制限されている。この特性は、この
ような分子を生物分解性ヒドロキシアパタイトマテリアル内に組み込むことで、
大きく改良される。
従って、本発明の第5の実施例では、生物適合ヒドロキシアパタイト製剤は、
ペプチドホルモンやホルモン類剤等のホルモンのデリバリービークルとして提供
される。好ましくは、製剤は、ホルモン又はペプチド因子、例えば調節タイプの
ホルモンを含む。この調節タイプのホルモンとしては、インシュリン、心房ナト
リウム排泄増加因子(ANF)、カルシトニン、バソプレシン、レラキシン等が挙
げられる。ホルモンは、卵胞ホルモン、プロゲステロンホルモン、男性ホルモン
、及びこれらの誘導体の内から選択される性ホルモンとすることも可能である。
製剤は、皮下への配置、及び経皮的な用途に適したペースト状の力学的特性を有
する必要がある。好ましくは、製剤は、ホルモンのデリバーレートが約1日で2
0%以下であり、約30日で約90%以上である。より好ましくは、デリバーレ
ートは、約2日で20%以下であり、約7日で90%以上である。製剤内の活性
マテリアルの濃度は、好ましくは、従来方において約5〜30日の間における予
測累積的投与量の約10〜約50%(投与された製剤1立方センチメートルあた
り)である。
生物適合なヒドロキシアパタイト製剤は、以下のステップにより得られる。第
1のステップでは、好ましくは、第4実施例(即ち、薬剤を組み込んだ実施例)
に記載された手順及びステップと同様にして調製される。第2ステップでは、例
えば前述した実施例に記載されたような液相は、所望のホルモン(又はペプチド
因子又はホルモン類剤)の添加によって増強される。これは、好ましくは、第4
実施例の第3ステップと同様にして行われる。第3ステップにおいては、ベース
塩混合物は、増強された液相と混合される。第4ステップにおいては、生物適合
ヒドロキシアパタイト製剤が、第3ステップの混合物から沈殿される。
6.骨の充填、修復及び再生
骨は、脊椎動物等の高等生物の複雑な組織の中でも、完全に再生する能力があ
るという点で特異である。骨組織は、複雑であり、かつ体の部位によって、骨格
の機能が大きく変わることから、部位によって異なるアプローチをとると、多く
の場合治療効果が高くなる。細胞コンポーネント、マトリクスコンポーネントが
果たすそれぞれの役割、及びこれら骨の二つの相の間の相互作用は、組織の再生
プロセス及び機能に寄与している。骨に特有の、ある種のタンパク質が、その構
造及びミネラル結合特性に関連して同定されている。従って、本発明の第6の実
施例は、骨の充填(replacement)、修復、及び再生に関する。
本実施例の一形態では、骨伝導性原理(osteoconductive principle)を扱う
。この形態では、骨に見られる主構造のミネラル結合タンパク質の存在下で骨の
主なミネラル成分をあらわす生物適合なヒドロキシアパタイト製剤が得られる。
この製剤は、通常の骨のマトリクスに類似するマトリクスを用いた、骨のボイド
の充填剤として用いることが可能である。このような製剤は、骨に適合し、かつ
、徐々に吸収されて、自然のプロセスに沿って再生する新しい骨によって置換さ
れていくという特性を有する。この新規な製剤は、種々の損傷サイトの充填に有
用であり、かつ、種々の補綴デバイスとその周囲の骨組織との間のギャップを充
填するのにも有用であし、従って、骨、歯根、歯の治療等の用途に用いられる、
優れたアタッチメントとなりうる。この製剤は、また、自己移植、異型移植を行
う際に、その通常的に得られる量が十分でないときにも、エクステンダー即ち増
量剤として使用可能である。
従って、この形態によれば、生物適合なヒドロキシアパタイト製剤であって、
骨の成長をサポート可能なものが提供される。好ましくは、この形態による製剤
は、一種以上の接着剤成分を有する。この接着剤成分は、インテグリン(integr
in)、細胞外基質タンパク質、白血球接着タンパク質(leukocyte adhesion p
roteins)、コラーゲン、アルブミン、骨タンパク質、オステオネクチン(osteon
ectins)、細胞表面レセプタタンパク質、骨glaタンパク質、及びマトリクスgla
タンパク質のうちから選択することも可能である。生物適合なヒドロキシアパタ
イト製剤は、インプラントに硬化されるペースト状の力学的特性を示すべきであ
る。このインプラントの圧縮強度は、好ましくは、10MPaより高く、より好ま
しくは約50MPaより高く、更に好ましくは約100MPaより高い。このインプラ
ントの多孔率は約45%で、平均孔径が約15〜約30μmとすべきである。よ
り好ましくは、平均孔径サイズは、約20〜25μmである。更に好ましくは、
平均孔径サイズは、約23μmである。最大孔径サイズは、100μm未満とす
べきであり、好ましくは50μm未満である。この製剤は、好ましくは、約60
日〜約2年で吸収される。より好ましくは、この製剤は、約60〜約90日で吸
収される。骨原性のタンパク質の量は、製剤の総量の約10%〜約40%とすべ
きであり、タンパク質どうしの相対比率(二種以上のタンパク質が用いられてい
る場合)は、治療が行われるサイトにおける骨組織に見られる比率と同様のもの
とすべきである。この生物適合なヒドロキシアパタイト製剤に対して、(a)修復
プロセスの間に局所的に製剤からリリースされるとともに、再生を妨害するおそ
れのある感染症を抑制するための抗生物質基質(b)ホルモン、例えば、修復プロ
セスの間に局所的にリリースされるとともに、骨粗しょう症等のような代謝性の
疾病の進行による骨の損失を抑制するためのカルシトニン、等を添加してもよい
。
第6実施例のこの形態に係る増強されたヒドロキシアパタイト製剤は、好まし
くは、以下に示す方法により得られる。第1のステップでは、リン酸カルシウム
塩のベース混合物が調製される。これは、前述の実施例と同様にして得ることが
できる。
第2のステップでは、骨原性の接着-タイプタンパク質を添加することで、液
相が増強される。これは、以下の手順により行うことが可能である。まず、一種
以
上のタンパク質を、前述したタンパク質から選択する。例えば、人骨のglaタン
パク質、人間のマトリクスglaタンパク質、及び人間のオステオネクチンが、組
換手段及び生成によって製造される。その後、液相が、前述した手法により形成
される。液相には、粒状の糖を添加してもよく、最終生成物における糖の比率が
20重量%以下となるように、ベース塩混合物に対して糖が添加される。選択さ
れたタンパク質は、その後、上記添加がなされた液相に均一に溶解され、増強さ
れた液相が得られた。第4ステップでは、生物適合なヒドロキシアパタイト製剤
が、第3ステップで得られた混合物から沈殿された。
上述のように得られたペーストは、好ましくは、“in vitro”、即ち生体外で
約12時間〜48時間加圧(例えば、約40,000psi〜約80,000psi)され、所望の
型の形状に硬化された。この硬化した製剤を、その後、約50℃〜約70℃の温
水、好ましくは約50℃〜約55℃の温水で処理した。この処理は、約4〜10
時間、好ましくは4〜5時間程度行い、粒状糖のほとんどを除去して、多孔率の
高いマテリアルを得た。このマテリアルを、その後、体内にインプラントし、例
えば選択された骨のボイド部位にインプラントした。
第6実施例の他の形態は、オステオインダクション(osteoinduction)に関する
。ヒドロキシアパタイトインプラント内には、多孔性の形状のものも含めて、骨
の損傷サイトで新しく成長した骨組織が成長する、即ち内殖してくる。その結果
、ヒドロキシアパタイトインプラントは、自然に再生した新しい骨に組み入れら
れることとなる。分化プロセスをアクティブに引き起こすことが可能なヒドロキ
シアパタイトインプラントが提供され、この分化プロセスによって、損傷したサ
イトにおける多能性ステム(stem)細胞による骨の形成、即ち“骨生成”が行わ
れる。従って、優れた治療を行なうことができる。通常骨原性因子、骨形態発生
タンパク質、または軟骨生成因子(chondrogenic factors)と呼ばれる一群の因
子は、このような動物及び人体における現象を媒介することが示されている。
従って、本発明の第6の実施例によれば、生物適合なヒドロキシアパタイト製
剤であって、インプラントに対してアクティブに骨を内殖させることが可能な製
剤が提供される。好ましくは、この製剤は、新しい骨の生成の誘導を発生させる
ことができ、さらに、骨原性因子、骨形態発生タンパク質、及び軟骨生成因子の
うちから選択される一種以上の成長因子を有する。
これらの成長因子は、単独または一種以上の接着性成分と組み合わされる。こ
の接着性成分は、インテグリン、細胞外マトリクスタンパク質、白血球接着性タ
ンパク質、コラーゲン、アルブミン、骨タンパク質、オステオネクチン、細胞表
面受容体タンパク質、骨glaタンパク質、及びマトリクスglaタンパク質のうちか
ら選択することも可能である。これらの製剤は、ペースト状の力学的特性を有す
るべきであり、少なくとも20Mpaの抗張力を有してインプラント内に硬化され
る。より好ましくは、この抗張力は、60MPaより大きく、更に好ましくは、約
70MPaよりも大きい。この製剤は、好ましくは、多孔性であって、上述した平
均孔径及び最大孔径を有する。活性成長因子のレベルは、選択された成長因子の
みを有するデリバリー溶剤1立方センチメートルあたり約10μg〜約100μg
である。または、一種以上の接着性成分を有する場合には、デリバリー溶剤の約
40重量%まで含有される。
最終製剤には、ヘパラナーゼ(heparanase)を添加してもよい。この“ヘパラナ
ーゼ”という用語は、通常、硫酸ヘパリンを分解する酵素か、あるいは、“in v
ivo”、即ち生体内でヘパリンや硫酸ヘパリンを結合した分子のリリースを生じ
させる酵素を意味するように用いられる。この最終製剤は、抗生物質を含んでも
よい。
第6実施例のこの形態に係る製剤は、以下の方法により調製される。第1のス
テップにおいて、スパーリング的に可溶なリン酸カルシウム塩のベース混合物が
、前述したように調製される。第2のステップにおいて、液相は、適切な一種以
上の成長因子及び所望の接着剤成分を添加することで増強される。種々の適切な
因子、例えば前述した例を含めて、従来技術において、遺伝的に研究された哺乳
類の細胞内または微生物ホスト細胞内での製造の組換手段に関して開示がなされ
ている。第3のステップにおいて、増強された液相は、ベース塩混合物と混合さ
れる。好ましくは、この混合物の固体と液体との比は、前述した値となっている
。第4のステップにおいて、生物適合なヒドロキシアパタイト製剤が、上記第3
のステップで得られた混合物から沈殿される。この製剤は、好ましくは、前述し
た特性を有する。最終製剤は、“ex vivo”即ち生体外で用いられるか、あるい
は、
他のインプラントとの接合におけるインプラントやグラウチングマテリアルとし
て開放骨折に用いる場合には、“in vivo”即ち生体内の状態で用いられる。
第6実施例の更に他の形態では、骨の再生を目的とする。骨の欠損においては
、骨格におけるサイトが異なると、それに応じて、骨の再生と短期のバイオメカ
ニカルサポートとのバランスがそれぞれ異なってくる。第6実施例における前述
した形態で説明した製剤は、適度な機械的サポートを提供でき、かつ、長期的機
械的サポートによる新しく生成された骨内にインプラントが速やかに組み込まれ
るよう、効率的な骨の内殖が可能である。更に、これらの製剤は、術後の短期間
において、その機械的強度によって相当な張力耐久力を提供する。他の用途にお
いて、短期負荷耐久力が重要な要因ではない場合(例えば、脊髄固定、橈骨ある
いは尺骨の非癒合骨折等)、短期的にはその他の固定デバイスによりサポートを
提供したうえで、長期的には新しい骨を急速に形成することが必要となる場合も
ある。
従って、本発明の第6実施例の他の形態によれば、小さな損傷における骨の修
復をアクティブに誘発させることのできる、生物適合なヒドロキシアパタイト製
剤が提供される。この製剤は、好ましくは、骨原性因子、骨形態発生タンパク質
、及び軟骨形成因子のうちから選択される成長因子を含有する。この製剤は、一
種以上の接着性成分を含んでもよく、インテグリン、細胞外マトリクスタンパク
質、白血球接着性タンパク質、コラーゲン、アルブミン、骨タンパク質、オステ
オネクチン、細胞表面受容体タンパク質、骨glaタンパク質、及びマトリクスgla
タンパク質のうちから選択することも可能である。これらの製剤は、経皮的に用
いることができるように、ソフトペースト状またはスラリー状の力学的特性を有
する。好ましくは、この製剤は、前述した形態で述べられた吸収性を特徴とし、
好ましくは、製剤中には、選択された成長因子が1立方センチメートルあたり約
50μg〜約500μgである。また、接着成分を含有する場合、その接着成分は
、最終製剤の約40重量%まで含有される。
この製剤は、ヘパラナーゼ(heparanase)を添加してもよい。この“ヘパラナー
ゼ”という用語は、通常、硫酸ヘパリンを分解する酵素か、あるいは、“in vi
vo”、即ち生体内でヘパリンや硫酸ヘパリンを結合した分子のリリースを生じさ
せる酵素を意味するように用いられる。この最終製剤は、抗生物質を含んでもよ
い。この製剤を、この実施例での前述した形態における製剤と比較すると、この
製剤は、十分な機械強度を得ることはあまり意図しておらず、一方、より急速か
つ局所的、短期的に成長因子をデリバーすることを意図している。
第6実施例におけるこの製剤は、以下の方法により調製可能である。第1のス
テップにおいて、スパーリング的に可溶なリン酸カルシウム塩のベース混合物が
、前述したように調製される。第2のステップにおいて、液相は、適切な一種以
上の成長因子及び所望の接着剤成分を添加することで増強される。第3のステッ
プにおいて、増強された液相は、ベース塩混合物と混合される。第4のステップ
において、生物適合なヒドロキシアパタイト製剤が、上記第3のステップで得ら
れた混合物から沈殿される。この製剤は、好ましくは、前述した特性を有する。
また、この混合物は、前述した固体-液体比を有する。好ましくは、最終製剤は
、経皮的に用いられ、“in vivo”即ち生体内で硬化する。
この実施例における前述した形態及びこの形態での例としては、(a)チャイニ
ーズハムスターの卵巣(CHO)細胞内で得られたBMP-2ホモダイマーを組み込んだ
製剤、(b)E大腸菌細胞内(E coli cells)で得られる、COP5又はCOP7又はVglと
呼ばれる分子を用いた製剤(c)遺伝的に得られた(genetically engineered)哺
乳類ホスト細胞内で得られるBMP-4及びBMP-5ヘテロダイマーを組み込んだ製剤が
挙げられる。
7. 骨成長の電気的または電磁的刺激の強化
本発明の第7の実施態様は、電磁的刺激に応じたヒドロキシアパタイトインプ
ラントの周囲および内部の骨形成の強化に関する。電磁的刺激は、骨治癒および
インプラントの平均孔サイズが好ましくは約15μから約30μ(さらに好まし
くは20μ〜25μ、最も好ましくは約23μに等しい)までの範囲であるとき
、ヒドロキシアパタイトインプラントへの骨内部成長の刺激に効果的であること
が報告されている。常磁性、反磁性、伝導性、および絶縁物質をインプラントへ
の組み入れることにより、電磁的刺激を与えた場合のインプラントの近位電界お
よび磁場を増大または減衰することができる。この改良製剤により、骨治癒の速
度を増大し、電磁的刺激に必要な場の強さを低下させることができる。本発明の
こ
の実施態様は、電磁場誘導骨修復および骨形成の効果を強化する磁気特性および
伝導特性が変化した増強ヒドロキシアパタイト製剤に関する。
このため、本発明の第7の実施態様により、電気的刺激増強剤を組み入れる生
体適合性ヒドロキシアパタイト製剤が得られる。この刺激増強剤は、常磁性材料
、反磁性材料、伝導性材料、または絶縁体のうち1つ以上であってよい。常磁性
材料は、鉄、鉄アンモニウムミョウバン、ウラニウム、白金、およびアルミニウ
ムを含む群から選択することができる。反磁性材料は、ビスマス、水銀、銀、炭
素(ダイアモンド)、鉛、および銅を含む群から選択することができる。伝導性
材料は、銀、銅、アルミニウム、およびタングステンを含む群から選択すること
ができる。また、絶縁体は、ガラス、ルーサイト、マイカ、石英、およびポリテ
トラフルオロエチレン(PTFE)を含む群から選択することができる。製剤は
、インプラント周囲の組織における新しい骨内部成長を誘発し、骨形成を促進で
きることが好ましい。製剤は、20MPaを超える(さらに好ましくは60MP
aを超え、最も好ましくは70MPaを超える)引張強度を有するインプラント
に強化するペーストの機械特性を示さなければならない。製剤は、上述した平均
および最大孔サイズの多孔性でなければならない。製剤は、既述した再吸収性を
有することが好ましい(すなわち、60日乃至2年、好ましくは60−90日)
。
第7の実施態様のヒドロキシアパタイト製剤は、次の方法に従って調製するこ
とができる。第1のステップにおいて、スパーリング的に溶解可能なリン酸カル
シウム塩の基本化合物を従来通りに調製する。第2のステップにおいて、既述し
たものから選択される1つ以上の電磁強化剤を添加することにより、液相を増強
する。材料が毒性である場合は、ガラスまたはPTFE内に液相を入れることが
できる。第3のステップにおいて、増強された液相は基本塩化合物と混合する。
また、第4のステップにおいて、生体適合性ヒドロキシアパタイト製剤を第3の
ステップの混合物から沈降させる。
ヒドロキシアパタイト製剤は試験管内で強化し、骨置換として用いることがで
きる。治療例において、この製剤から形成されたインプラントを人体に移植する
ことができる。次に、このインプラントを電気的または磁気的に刺激し、インプ
ラントの内部および周囲の骨成長を誘発する。
8. 材料の局所放出における電気的または電磁的パルスの強化
本発明のいくつかの実施態様は、生体適合性物質を送達するためのヒドロキシ
アパタイト製剤の使用に関する。電磁場の適用により、ヒドロキシアパタイトイ
ンプラントの内部および周囲の骨や組織の成長および血管化を刺激することがで
きる。ヒドロキシアパタイトインプラントまたは移植ヒドロキシアパタイト製剤
を電磁的に刺激することにより、生体適合性、生体適合性物質の送達を調節する
こともできる。電界はその電界に曝露されるマトリックスからの因子の脱着を引
き起こすことがわかっている。直接的放出を引き起こすほか、電磁刺激はインプ
ラントへの組織内部成長をも刺激するため、生体適合性物質と組織との間の接触
を増大する。
このため、本発明の第8の実施態様は、ヒトまたは動物への挿入後に電気的ま
たは電磁的刺激にかける生体適合性ヒドロキシアパタイト製剤に関する。このヒ
ドロキシアパタイト製剤は次の方法に従って調製されることが好ましい。第1の
ステップにおいて、リン酸カルシウム塩の基本化合物を従来通りに調製する。第
2のステップにおいて、1つ以上の生体適合性物質を添加することにより液相を
増強する。生体適合性物資は本明細書中で述べた生体適合性添加物のいずれでも
よい。第3のステップにおいて、増強された液相を基本塩化合物と混合する。第
4のステップにおいて、生体適合性ヒドロキシアパタイト製剤を第3のステップ
の混合物から沈降させる。沈降は生体内で行うことができる。またその代わりに
、沈降は体外で行うことができる。この代替法によれば、沈降ヒドロキシアパタ
イト製剤をヒトまたは動物に移植する場合に追加のステップが必要である。第5
のステップにおいて、インプラントを電気的または電磁的に刺激し、ヒドロキシ
アパタイトインプラントの内部および周囲の骨や組織の成長および血管化を誘発
すると共に、ヒドロキシアパタイト製剤からの生体適合性物質の放出を誘発する
。
9. 二重組織接合面の多重コンポーネント層状装置
誘導された組織再生過程における移植可能装置の使用は、このような装置の1
つの表面が1つの組織型と適合性であると同時に、別の表面がもう1つの組織型
と適合性であるように構成されている場合は、きわめて有利となる。例えば、歯
周欠損の場合、これらの装置は歯肉軟組織および基礎骨構造物の両方と接合する
。
同様に、慢性関節リウマチまたは骨関節症が軟骨や骨の損傷の原因となっている
腰、膝、肘および足関節など関節において、望ましい装置は骨と適合性の1つの
表面および軟骨と適合性のもう1つの表面を有することが必要である。他の実施
例が人体および動物の全体にわたる適用と容易に一致することは、普通の熟練者
にとって自明である。
このため、このような二重組織接合面適用に使用できる第9の実施態様は、合
成ポリマー(例えば、軟組織または軟骨との適合性のために選択されるグリコリ
ド/ラクチド/アクリル材料)を含む第1の層および骨と適合性である生体適合
性ヒドロキシアパタイト製剤の第2の層を有する層状装置を提供する。第2の層
は、既述したようなスパーリング的にリン酸カルシウム塩混合物から形成される
ペーストの適用により生成することができる。この実施態様では、1クラスの製
剤的活性または生体適合性材料を第1の層に組み入れ、軟組織または軟骨の再生
を促進すると共に、ヒドロキシアパタイト層は、先の実施態様において述べた骨
修復を促進する1つ以上の生物学的活性または生体適合性物質を組み入れる。
この実施態様の層状装置における大きな利点は、選択組織の形成を無効にする
生物学的または製剤的活性物質を1つの層に組み入れることができると共に、上
記の形成を促進するその他の物質を別の層に組み入れることができる点である。
これにより、誘導された組織再生過程において生成される二重組織接合面の明ら
かな輪郭が可能となる。例えば、関節の場合、軟骨と適合性であるようにされる
合成ポリマー層は、抗血管原性因子を含み、ヒドロキシアパタイト層で再生され
る骨組織からこの層への骨組織の移動を予防することができる。実施例によれば
、合成ポリマーをII型コラーゲンおよびヒアルロン酸と含浸し、より優れた軟
骨適合性が得られると共に、ヒドロキシアパタイト層をI型コラーゲン、骨グラ
蛋白、オステオネクチン等と含浸し、骨再生を促進する。
10. その他の特徴および態様
上述した実施態様は単に本発明の実施例として意図されたものであり、本発明
はこれらに限定されるものではない。例えば、前述した通り、本明細書中で述べ
た実施態様の多くは、液相を生体適合性添加剤で増強する方法を含む。次に、増
強された液相をリン酸カルシウム塩の基本化合物と混合する。しかし、ヒドロキ
シアパタイトを沈降する混合物の成分は異なる順序で、または同時に結合できる
ことが考えられる。また、さまざまな放出速度が述べられているが、普通の熟練
を有する者であれば、ヒドロキシアパタイト製剤の成分を操作し、特定の適用に
さらに適切である異なる放出速度が得られることを認識であろう。
本発明のさまざまな実施態様の特徴によれば、生体適合性ヒドロキシアパタイ
ト製剤を沈降する混合物の成分はキットの形で提供することができる。例えば、
パッケージはバイアル3本を有するキットからなる。第1のバイアルは測定され
た量の基本リン酸カルシウム塩化合物を含むことが好ましい。第2のバイアルは
、既述した添加剤のいずれでもよい(例えば、成長因子)選択された添加剤を含
むことが好ましい。添加剤および望ましい治療基準により、添加剤はいくつかの
形状のいずれであってもよい。例えば、成長因子は凍結乾燥状態で供給すること
ができる。第3のバイアルは液相を含む。または、キットはバイアル2本を含む
ことがある。第1の2本バイアルのオプションでは、1本のバイアルはリン酸カ
ルシウム塩を含み、もう1本は液相と添加剤の混合物を含むことになる。第2の
2本バイアルのオプションでは、1本のバイアルは添加剤と塩の化合物を含むと
共に、もう1本のバイアルは液相を含む。
キットの特徴の態様によれば、バイアルの中身を組み合わせて生体適合性ヒド
ロキシアパタイト材料のペーストを得ることができる。こうして得られたペース
トは単独で手術部位に適用することができ、またはこれを用いて、創傷の安定化
や閉鎖のために広範囲に使用される縫合糸、鎹、膜(再吸収型または非再吸収型
)等を増強することができる。このペーストを用いて大火傷を覆うために用いら
れる人工皮膚や膜を増強することもできる。
先の実施態様の別の特徴によれば、添加剤を組み入れる沈降生体適合性ヒドロ
キシアパタイト製剤の予め含浸した強化シートを滅菌形態で得ることができる。
これらのシートは望ましい形状に切断することが可能であり、創傷部位を覆い、
または深部創傷を包むために適用可能であることが好ましい。また、こうして適
用されるシートは周知の外科的閉鎖法を用いて安定化することができる。シート
または同様の構造物を得る各種方法はこの実施態様において予測される。
上述した実施態様は、増強されたヒドロキシアパタイト材料の感染を予防する
抗生物質を組み入れることもできる。抗生物質は創傷の感染を予防するために創
傷部位で放出させることもできると共に、材料は適所にある。使用できる抗生物
質の種類の一部には、アミノグリコサイド、アムフェニコール(例えば、クロラ
ムフェニコール)、β−ラクタム系抗生物質、ペニシリン(例えば、アムピシリ
ン)、ペプチド系抗生物質、およびテトラサイクリン系抗生物質(例えば、テト
ラサイクリン)が含まれるが、これらに限定されることはない。
別の特徴によれば、2つ以上の製剤が独立して調製される。例えば、上述した
通り塩、添加剤および液相を混合することにより体外でインプラントを調製し、
ペーストを得ることができる。ペーストは別々に調製した製剤よりも緩徐に再吸
収可能である成分に硬化することができる。このペーストは適切な孔を通じて押
出し、大きなガーゼ皮下針または他の許容注射器機構を通じて適用されるサイズ
の顆粒を得ることができる。第2の製剤を適用時に新しく調製することができる
(例えば、生体内でさらに急速に生分解性インプラントに硬化できる軟性ペース
トが得られる比での基本塩化合物に総使用量の約3分の1の添加剤を含む液相を
添加することにより)。増強された液相を添加する前に、軟性ペーストが一因と
なる免疫原の約3倍を顆粒が占めるように、十分な量の顆粒を基本塩化合物と均
一に混合することができる。顆粒と混合したペーストおよび新しく調製したペー
ストを含むこのようなシステムにより、新しく調製したペーストが選択された添
加剤の第1の用量を比較的急速に放出し、ペーストと顆粒の混合物が長期間にわ
たってさらに緩徐に追加量を送達する2成分システムが得られる。この特徴の態
様によれば、中心核が、さらに急速に再吸収可能な製剤により囲まれるさらに緩
徐に再吸収可能な製剤を含む層状複合物を得ることができる。
これらの実施態様のさらに別の特徴によれば、製剤は添加剤(例えば、DNA
)を送達する場合に、筋内的、静脈内的、皮下的または経皮的に(所望標的組織
に応じて)投与することができる。固液比および液相について本明細書中で開示
された補充物の量は、各種試験製剤を投与すると共に、添加剤の放出およびヒド
ロキシアパタイトの生分解がモニターされる動物評価の結果に基づき選択される
。
本明細書中で開示された特定の実施例に対する他のバリエーションおよび変形
が、本発明の範囲および精神から逸脱することなく容易に達成できることは、関
連技術の普通の熟練を有する者により認められる。したがって、本発明は以下の
請求項によってのみ限定される。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Biocompatible hydroxyapatite formulations and uses thereof
Background of the Invention
The invention is mainly concerned with sparingly soluble, ie,
The combination and dissolution of calcium phosphate that can be dissolved without consuming much
And its use. More specifically, calcium phosphate is combined with a liquid
To form a hydroxyapatite paste or slurry. This hide
Roxyapatite is used for medical, dental and many other applications. Various raw
Physically acceptable, ie, biocompatibile, ie, biocompatible
Additives having the following may be added to the above slurry or paste according to the application.
It is possible.
Conventional technology
Hydroxyapatite is a calcium phosphate mineral and is mainly
It is a constituent of bones and teeth. Hydroxyapatite is converted to phosphate
Various calcium phosphates with different calcium ratio, crystal structure, physical properties, etc.
It is just one type of mineral acid salt. Apatite is a very wide range of compounds
A general term used for the general formula M2+ Ten(ZOFour 3-)6Y- TwoIt is represented by
However, in this general formula, M is a metal atom, particularly an alkali or alkaline earth metal.
Genus, ZOFourIs an acid radical, Z is phosphoric acid, arsenic, vanadium, sulfur, silicon
Or some or all of them are carbonates (CO3-) May be substituted.
Y is an anion, usually a halide, a hydroxy group, or a carbonate.
Combinations of sparingly soluble calcium phosphates, especially tetracalcium
Combination of calcium phosphate with other sparging soluble calcium phosphate
Combination is performed when both are in a solid state, in an aqueous or non-aqueous phase,
In any excess quasi-equilibrium state, hydroxyapatite, i.e., CaFive(POFour)Three
OH precipitation is possible. Both calcium phosphates are in equilibrium with the same saturated solution
State, and if it is supersaturated with hydroxyapatite,
Precipitation of the hydroxyapatite from the composition follows. Precipitated hydroxyapatite
Can be "in vivo" or in vivo, or "ex vivo" or in vitro
However, they can be formed and have various mechanical and biological properties. For example,
Properties such as high, flexibility, porosity, solubility, biological absorption, biological
Degradation, tissue adhesion, replacement with soft or hard tissue, and the like.
Hydroxyapatite and its metabolites include bones, teeth, and certain invertebrates
Obtained naturally in the bones. Hydroxyapatite crystals are found in bone and tooth matrices
Cell and tissue matrix materials, such as fibrous proteins such as cross-linked collagen,
And mineral-bound proteins such as gla protein, dentin, and enamel
Embedded.
Vertebrate animals and animals with natural teeth all have minerals in the bone and tooth matrix.
Is possible. This mineralization is carried out at the appropriate physiological pH, temperature and ionic conditions.
Under the circumstances, through the precipitation of hydroxyapatite crystals. Resulting
Tissue is not highly cellular and has certain unique properties, such as large
Mechanical strength, flexibility, physiological activity, continuous self-remod
eling).
Due to its unique properties, hydroxyapatite is very biocompatible
Substance. Is the unique property of such hydroxyapatite inside bone?
Et al., Hydroxyapatite, ceramics and other hard calcium phosphate
Droxyapatite, such as α- and β-tricalcium phosphate
There are no studies using phosphates, etc. as implants.
Have been. These materials can be used to repair bone defects during plastic and reconstructive surgery.
It is widely used and is also used to fix teeth to bone (eg,
, Used for the treatment of teeth and periodontal disease and plastic surgery). Many physical and chemical variables
By adding further, (i) increasing the mechanical strength, only hydroxyapatite or
Hydroxyapatite compound implants can be used to
Loss
(Ii) by changing the porosity,
Newly grown frameworks by promoting bone ingrowth or ingrowth
(Iii) granulation to ensure that the implant is effectively incorporated into the weave
Attempts have been made to allow packing into surgically defective parts.
In addition to the above uses, it forms and grows various cells used to form bone structures.
Biological factors that are believed to cause
It has been used to form tight compound implants.
Hydroxyapatite is also known for other uses, such as bone repair and
It is also used to remineralize teeth. Such applications include Brown
U.S. Pat. Nos. 33,221 and 33,161 issued to U.S. Pat.
. Examples include restoration of tooth lesions and cavities. Tooth surface
If initial damage or cavity growth occurs during conventional treatment, filling the cavity is
It was done. Although this treatment can suppress the expansion of the lesion,
Is not restored. However, remineralization of the initial damage on the teeth
The technology to do it is being studied. The purpose of remineralization is to use hydroxyapatite
The hydroxyapata is deposited in the cavities of the ridges and is embedded in the enamel structure of the teeth in this cavity.
Is to be taken by the site. By performing remineralization in this way,
The prevention of the spread of tooth damage and the restoration of the teeth are also achieved. Generally, remineralized
Supersaturated solutions and slurries used for
Prepared. However, for various reasons, these solutions and slurries are satisfactory.
Not something. Can be used for remineralization, for example, in these supersaturated solutions
Are relatively low in calcium and phosphate ions,
As the volume of the fluid increases, it is necessary to perform remineralization repeatedly.
Single calcium phosphate, β-CaThree(POFour)TwoThe pulp capping or pulp capping
The use of caps is based on the work of Drskell et al.
Development of Ceramic and Ceramic C
omposite Devices for Maxillofacial Application: J. Biomed.Mat.Res. 6:34
5-361 (1972)]. Also, CaFour(POFour)TwoO as a pulp capping agent
The fact that it can be used means that IADR Abstract No. 120 [IADR Abstract.
NO. 120, J. Dent. Res. 54:74 (1975)]. This
These single calcium phosphate cements, however, are hard and dense.
Cannot be set, and the single calcium phosphate remineralizer described above
It has the same disadvantages as the luting agent. For example, the pH value cannot be kept constant to some extent
In addition, sufficient remineralization capacity cannot be obtained.
Calcium-based implants for bone tissue replacement have also been around for years
. Most of these implants are pre-fabricated and sintered hydroxyapatite
Are used in granular or block form. In these pretreatments, bone
Aside from the incompatibility with flaws, there are several other drawbacks, especially for blocks,
There is a problem in the structural integrity of the grains (the grains do not bond to each other). Also lost
It is difficult to form an implant with a shape that matches the shape of bone tissue
.
Various forms of hydroxyapatite, its production method, and other high molecular substances
Compatibility with biological bone tissue components such as collagen, certain diagnostics
Use in combination with blocking or therapeutic agents, and biologically active proteins or
Various techniques such as mixing with a polypeptide are described in technical literature and patent literature.
Since all such documents are very large, the examples related to the present invention are described below.
Listed in U.S. Pat. Nos. 4,795,467, 4,865,602, 4,
Nos. 992,226, 5,123,925, and 5,246,457,
Preparation technology of mineral-collagen mixture for bone repair, including its sterilization method
In this technique, the mineral component preferably has a particle size of about 100
From hydroxyapatite or tricalcium phosphate of -2000 μm
Selected. Collagen is added or improved to improve moldability.
Alternatively, it is used to coat porous voids in ceramic particles.
No. 5,204,382 and International Patent Application WO 93/16657
An injectable composition comprising a particulate ceramic material having a particle size of 50-250 μm;
Collagen or other biologically compatible organic polymers have been disclosed.
You. These combinations are biologically compatible leaving ceramic particles
By skipping the components, repair and augmentation of hard or soft tissue (augumentatoin
).
This patent document describes hydroxyapa, a biological factor used in bone regeneration.
Tight [Plastic and Recons by Holmes et al.
tructive Surgery Volume 63, page 626, 1979) "
Including roxyapatite] or mixed with tricalcium phosphate granules, and
And the use of such preparations for bone repair. These disclosures are:
In each case, a precursor of hydroxyapatite (octacalcium phosphate or β
-Tricalcium phosphate) and in one form substantially uniform
Use calcium phosphate salts or those made from this calcium phosphate salt
Has become. This calcium phosphate salt is caused by its raw material and production method.
Contaminants or impurities.
U.S. Patent No. 33,221 to Brown and Chow, and
No. 33,161 and the like include calcium phosphate salts such as anhydrous tetracalcium phosphorus.
Disclosed are slurries, powders, and pastes that are soluble in the acid salts,
Hydroxyapatite can be precipitated under a wide range of liquid phase conditions at room temperature
. U.S. Patent Nos. 4,880,610, 5,047,031, 5,053.
212, 5,129,905, 5,178,845 and International Application No.
WO92 / 02543, EP0,347028A2, Konstanz (Cons
EP 0,416,761 A1 by T. Tantz et al.
Calcium phosphate mineral method in-situ, source of phosphate
An intimate mixture of calcium and phosphate, wherein is a substantially anhydrous form of phosphoric acid; and
The resulting compounds and their use in bone repair are described.
Konstanz et al. Also use such materials in the coating of bone prostheses.
Is disclosed. Also, U.S. Patent Nos. 5,164,187 and 5,188,
See also US Patent No. 670, and International Patent Application EP 0,383,568 A2.
. US Patent Nos. 5,034,059, 5,231,169, and International Patent Applications
WO93 / 12736 discloses that collagen is combined with minerals or minerals.
There is disclosed a technique for obtaining characteristics that are physically similar to bones by converting into a bone. J
P1,111,762 has a powder containing tetracalcium phosphate
Or kneading the powder mixture and the solution and contacting it with water
Ta
Techniques for obtaining a cured composition that produces site are disclosed.
EP 436,499 discloses the use of calcium phosphate type powders in highly
Active powder and as a component of calcium phosphate type hardener
It discloses a technology for manufacturing. These materials have high fluidity and formability
It is a material that cures under mild conditions.
U.S. Patent No. 5,068,122 to Kokubo et al.
Heat treatment and a range of bioactive hydroxyapatite films
Ca2+Ions and HPOFour 2-Precipitates hydroxyapatite from solutions containing ions
Thus, a method for forming a desired substrate surface is disclosed. Liu
) Etc. use tetracalcium phosphate alone or α-tricalcium phosphate
Using calcium phosphate cement with a relatively high surface pH as a base
It discloses a method of manufacture, and because of its biocompatibility, orthopedic, dental, and jaw
It may be useful for facial treatment. This point is discussed in US Pat. No. 5,149,36.
No. 8 is described. Unlike pre-prepared hydroxyapatite,
Cium phosphate cements have various calcium phosphate precursors,
Bioactive substrates, such as protein
By implanting implants, it is possible to manufacture implants that induce active regeneration of bone and other tissues.
Noh. By taking in tissue matrix proteins such as collagen,
Provides an implant that is a desirable matrix for the growth of tissue, including bone and soft tissue
Have been. However, these references are not bioactive or biological
Implants for uptake of compatible proteins and tissue repair applications
Of related substrates as a means of improving the properties of hydroxyapatite as
Is concerned.
In many patents, patent applications and publications, tissue behavior
Disclosed are methods, devices, and uses thereof, including electric and electromagnetic fields.
Includes field-based treatment. In addition to the technique of placing electrodes outside the body,
Invasive implants can also create electric and electromagnetic fields at and around selected tissue sites.
It is used for direct or pulsed generation. The above references include fractures
It has been reported that healing or strengthening of muscle, relaxation of muscle fiber, regeneration of soft tissue and the like. most
An older related patent is US Pat. No. 3,055,372. This patent contains certain
Several specific designs have been disclosed that are useful for use in various applications, for example,
Droxyapatite implant used to promote bone ingrowth into pores
An apparatus is disclosed. For example, Shimizu et al.
See pages 248-258. However, none of these references
Adjust the effects of electrical simulations and mechanical effects to cause
Or, there is no disclosure of a formulation or device for improvement.
At present, technologies and products using hydroxyapatite include other practical
In addition to the above restrictions, there are also restrictions on the concept, that is, the concept. Main conceptual
The limitation is the focus on using hydroxyapatite for tissue replacement as described above,
Arising from the nest. Usually, implants are filled with voids in tissue to provide structural support.
Or incorporated into newly formed tissue during repair or regeneration
Used to be As a result, the biocompatible properties of hydroxyapatite
Utilization and development of formulations utilizing this have been little studied. Therefore, biological
Develop hydroxyapatite by utilizing its properties and developing formulations that utilize it.
Absorbs or degrades in a manner similar to some synthetic polymers and is primarily a physiologically active material.
A biocompatible matrix to localize
Control within the biological environment of such materials
There is no such thing as increasing its usefulness by making it exist
. The practical limitations in obtaining the novel formulations according to the present invention are due to several major techniques.
Arising from surgical restrictions.
First, current hydroxyapatite technology is limited by harsh manufacturing methods.
ing. Most hydroxyapatite implants have extreme physical or chemical
Manufactured under physiologic conditions, so that hard implants are large,
Consisting of large fused macrocrystals with random pores and gaps,
This is different from materials that naturally form in natural bones and skeletal structures.
is there.
Second, conventional hydroxyapatite preparations are not tissue compatible or resorbable.
It has the characteristic that the sex is restricted. For example, depending on the hardness and characteristics of the crystal structure,
Therefore, it may not be used for flexible tissue repair. These drawbacks are
Complete reabsorption of the material within the allowable time range on the living body side as well as physical properties
This is also due to the fact that it cannot be done. Third, known formulations are co-formula
Limited capacity, i.e. multiple
There is a major limitation on the formulation. Biologically active files that promote cell growth
Biocompatible substrates that can provide good support for actors and cell growth
The surface of conventional hydroxyapatite implants is sprayed, free
It can only be applied by the dry method or soaking. Because
The conditions used in the manufacture of implants impair biological activity.
Because Fourth, the divergence properties of known formulations may not be desirable.
is there. Organisms used for coating hydroxyapatite implant surfaces
Materials that are biocompatible or biologically active quickly
May be washed away, resulting in a spike in local concentration of the substrate,
The long-term effects required on most of these substrates include no material or
Almost no state remains. In addition, the current hydroxyapatite technology
There are various difficulties.
Summary of the Invention
Biocompatibility of hydroxyapatite and hydroxyapatite under room temperature conditions
The ability to precipitate crystals allows for the inclusion of biologically active substrates.
Possible new biomaterials are being produced. These biomates
Real can be made from other polymers [eg, dacron, nylon, vinyl,
Teflon, acrylic acid, etc.], elemental (eg, carbon, titanium, etc.), alloys
(Eg, steel) and / or coformulation with these
It is possible to carry out a coating. Select based on mechanical and biological properties
New biomaterials will provide structural support for covering and tissue filling.
It is also useful for stabilizing other mechanical devices. Also
Promote or support the repair, regeneration, and enhancement of tissue structure, or vaccination
Or delivery or withdrawal of genetic or antigenic material in gene therapy,
Anti
Local, long-term or pharmaceutically active agents such as biomaterials, chemotherapeutic agents and hormonal substrates
It is also used to easily improve the therapeutic effect of coordinated delivery. further
Is the delivery of electromagnetic stimuli by supplying a piezoelectric field, direct amplification or pulsed stimulation
Is also useful for treatment or adjustment of mechanical operation. They are,
It is only one example of the use of a biocompatible hydroxyapatite formulation.
Depending on the consistency and desired site at the time of use, the formulation according to the present invention and
The method can be used in various therapeutic applications (such as injection, transplantation, arthroscopy, packing, etc.).
Modifications can be made depending on the means of administration. As mentioned above, the amount of hydroxyapatite
The child composition makes the biocompatibility very high. The weight of an adult vertebrate is
A considerable amount consists of calcium phosphate. Bone is an actively renewable tissue
As a result, calcium phosphate is continuously turned over or metabolized considerably.
Except for abnormal conditions caused by hypercalcemia, most organs of the body
Can withstand metabolic calcium phosphate metabolism, and
Discharged calcium phosphate system allows for treatment of decomposed calcium phosphate
is there. Implant (or “in-situ” state, ie, implant formation in vivo)
Calcium Phosphate Composition)
The application of compatibility has a very wide range of application in pharmaceutical applications. This imp
Lant is a hydroxyapatate under ambient or physiological conditions.
It is formed by the precipitation of site and is absorbed into the body at various rates.
The formulation with such biocompatible materials is
Such as tacrylate, polyglycolic acid, polylactic acid and copolymers of these substrates,
Suitable for non-naturally occurring synthetic polymers. These polymers are widely used
Although these materials can be obtained within a high consistency range, these materials can be
In such cases, the pH and temperature often change to an unacceptable level,
Use of toxic organic solvents is required, and undesired inflammation in animals and humans
May cause.
Hydroxyapatite crystals have unique piezoelectric properties, which help cells metabolize and grow.
It is effective for adjusting. Therefore, implants composed of hydroxyapatite crystals
Can be used to treat or control tissue with electrical or electromagnetic stimulation.
The generation of a controlled mechanical movement is greatly improved. Such implants are
Uses biocompatible or biologically active substrates used for cell manipulation
By doing so, the performance is further improved.
Therefore, it is an object of the present invention to provide various biological activities or bioadaptations at selected sites.
Provide a compatible substrate in a controlled manner and provide such a substrate locally.
Alternatively, to gradually deliver the whole body over a desired period. like this
Delivery is clinically superior to the administration of such substrates by other means.
Have been.
Another object of the present invention is to provide a variable delivery system comprising a biocompatible additive.
Is to get Rix. This delivery matrix absorbs and absorbs animals and humans.
It can be modified according to the fluctuation of the physical decomposition rate and its consistency
Can vary viscosity and density over a wide range (e.g., slurry, paste, hard
(Granular, block, powder, etc.)
Can be cured and dissolved.
In addition, the present invention provides suitable resorption properties, cell growth support capabilities, and piezoelectric conductors.
Implant or implantable composition with proper combination of volume
It provides a product formulation and is used to enhance electrical or electromagnetic stimulation.
To achieve the above and other objects, the present invention provides certain sparring
Provide a combination of calcium phosphates that are soluble in
Precipitation of hydroxyapatite under physical and / or ambient conditions
is there. In addition, biocompatible or biologically active materials are
And the captured material is transferred to the site that uses the formulation.
Maintained over time or gradually dissociated into the surrounding biological environment
Good. The composition of the combination of salts used in the formulation according to the invention depends on the resulting hydroxy.
Physical properties of sheapatite precipitate (porosity, tensile and flexural strength, consistency
Etc.) and absorption / biodegradation properties, the formulation may be biocompatible or incorporated.
Can improve the function of biologically active materials.
In one embodiment of the invention, the biocompatible hydroxyapatite formulation is physiologically active.
Of hydroxyapatite under biological conditions (pH, temperature, ionic strength, etc.)
And (i) the activity of the added biocompatible or biologically active substrate
Storage and (ii) impregnation of the substrate throughout the precipitated composition with considerable homogeneity.
It is possible. One example of this embodiment is the formation and formation of different cells and tissues.
Biologically compatible materials that support the length of cells and cells
A biologically active substrate that causes or induces weaving.
Agent.
In other embodiments, formulations with biologically active substrates are also unexpectedly contemplated.
Figure. Substrates in this formulation include diseased or unwanted cells
Certain active cells or cells that have killed tissue or tissue or have beneficial activity in therapy
It activates the tissue. Biocompatible hydroxyapatite preparations include other
New products and structures used by the technology of
It is also possible to obtain a combined treatment device.
According to another aspect, there is also provided a method of preparing a biocompatible hydroxyapatite formulation.
It is. A base combination or base mixture of calcium phosphate salts is provided.
It is. It is also prepared in the liquid phase. Also provided are biocompatible additives. These
The components or components are then combined to form a mixture. afterwards
A biocompatible hydroxyapatite formulation is precipitated from this mixture. This mixture
To obtain a product, any two of the above components are combined in a suitable manner and the
Later, the following third component is added. Alternatively, the above three components may be mixed simultaneously.
. According to various examples of this embodiment, the biocompatible additive may be a growth factor, an adhesive
Drugs, immunogens, vaccines, genes, recombinant cells, antibiotics
Quality, drugs, hormones, fibers, gels, space-occupying particles, electrical stimulation enhancement
Any component such as an agent may be used, and there is no particular limitation. The product obtained by this method
The agent may include a pharmaceutically acceptable carrier.
According to another aspect, a method of treating a patient is also provided. In this example, the biocompatible
A novel hydroxyapatite preparation is produced by the method described above. After that, manufacturing suffered
Is administered to the patient.
Other objects and advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art from the following description of embodiments and drawings.
It is disclosed to be easily understood.
BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Figure 1 shows Ca (OH)Two, HThreePOFour, HTwoCa at 25 ° C in a ternary system of OFour(POFour)TwoO, CaH
POFour・ 2HTwoO, CaHPOFour, Ca8HTwo(POFour)6・ 5HTwoO, β-CaThree(POFour)Two, And CaFive(POFour)ThreeDissolution of OH
Isotherm.
Description of the preferred embodiment
The present invention generally relates to a selective mixture of calcium phosphate salts,
Cium salts are formed as powders, slurries, or pastes,
It has properties, porosity, piezoelectric properties, and biological absorption properties. These materials are
For various chemicals used in conventional drugs, as well as for glycoproteins,
For carbohydrates, lipids, glycolipids, carbohydrate preparations (hydrocarbon), proteins and nucleic acids
And serve as a new delivery vehicle or delivery solvent. In addition, these
Materials are useful for the effects of electrical or electromagnetic stimulation in tissue healing
Increase fruit.
The resulting novel compositions are useful in a wide range of therapeutic applications, for example,
Useful for epidemiology or vaccine methods, gene therapy, etc. Also, selective removal of cells or
Changes or removal of substrates from the physiological environment, biological structural materials (eg,
Bones, muscles, skin, keys, ligaments, etc.) repair and regeneration-mediated therapeutic physiotherapy, teeth and bones
Fixation, fixation of prosthetic device, increase of soft tissue such as breast tissue
It is also useful for strength. Other uses of the invention and anticipated in various compositions
Certain specific uses are described below.
The main component of a biocompatible hydroxyapatite formulation can be dissolved sparringly
It contains various calcium phosphate salts. Preferably, the two salts are combined,
One is preferably tetracalcium phosphate. Other salts are CaHPOFour・ 2HTwoO, C
aHPOFour, Ca8HTwo(POFour)6・ 5HTwoO, β-CaThree(POFour)Two, Α-CaThree(POFour)Two, And CaThree(POFour)TwoStrange
Modified with a substance, for example, a proton or magnesium of about 10% by weight or less.
Tricalcium phosphate.
Second sparringly soluble phosphorus mixed with tetracalcium phosphate
The principle in choosing a calcium acid salt is described by Brown and Butterfly.
You. See, for example, U.S. Patent Nos. 33,221 and 33,161, Brown and Cho.
"Dental Research Journal" by W.E. Brown and L.C. Chow, "J.of
Dental Research ", vol. 63, p. 672 (1983)]," Progress in cement research "[W.
E. Brown and L.C. Chow, “Cements Research Progress-1986, American Ce
ramic Society, "p.352 (1986)], and Fukase, Eane's, Takagi, Butterfly, and Bu
Raun's "Dental Research Journal" [Y. Fukase, E.D.Eans, S. Takagi, L.
C. Chow and W.E.Brown, “J. of Dental Researce” vol.69, p.1852 (1990)]
Are listed. These contents are hereby incorporated by reference.
Basically, each calcium phosphate shows a characteristic dissolution behavior, which is constant
Of the total concentration of calcium ions at the saturation point, relative to the pH of the solution at temperature
Indicated by the plot. Similarly, in the present invention, phosphoric acid
A plot of the total on concentration can also be used. Because the concentration of phosphate ions
This is because the concentrations of and calcium ions are linked to each other. The resulting curve is
, Isotherms.
Plots of isotherms for various calcium phosphate salts on the same axis
The relative properties of calcium acid salts can be known. Specifically, a certain phosphoric acid
The isotherm of Luc is different from that of other calcium phosphates at a given pH.
Above, the calcium phosphate salt is metastable and
is there. The intersection of the two calcium phosphate isotherms is a singulara point
Also known as Which solution is saturated for the two calcium phosphates?
This calcium phosphate is also in equilibrium in a saturated solution at a singular point.
You. This means that neither calcium phosphate precipitates, but its isotherm
Tertiary calcium phosphate below the singularity of indicates that precipitation occurs
. One aspect of the present invention is a unique supersaturated state for hydroxyapatite.
It relates to a combination of calcium phosphate salts forming a point solution.
Figure 1 shows Ca (OH)Two, HThreePOFour, HTwoSix phosphoric acids at 25 ° C in a ternary system of O
3 shows a dissolution isotherm of a lucium salt. The y-axis in FIG. 1 is the total concentration of calcium ions (
Mol / l) and the x-axis shows the value of pH. Where CaHPOFour・ 2HTwoO,
CaHPOFour, Β-CaThree(POFour)Two, And CaFive(POFour)ThreeThe isothermal curves of OH are
`` Ca (OH) by Gregory et al.Two−HThreePOFour−HTwoO, 5 °, 15 °, 25 ° and 37.5 ° C
CaHPOFour・ 2HTwoO solubility ”[Gregory et al.,“ Solubility of CaHPO4.2H2
O in the System Ca (OH) 2-H3PO4-H2O at 5 °, 15 °, 25 ° and 37.5 ° C.,
J. Res. Nat. Bur. Stand. 74A: 461-475 (1970)],
"Solubility of calcium hydrogen phosphate ions" by McDowell et al. [McDowell
et al., “Solubility Study of Calcium Hydrogen Phosphate Ion
Pari Formation ", Inorg. Chem. 10: 1638-1643 (1971)],
According to Gregory et al., `` Ca (OH) 2-H3PO4-H2O system at 5 °, 15 °, 25 ° and 37 ° C
Β-CaThree(POFour)TwoSolubility ”[Gregory et al.,“ Solubility of β-CaThree(POFour)Two
in the System Ca (OH)Two-HThreePOFour-HTwoO at 5 °, 15 °, 25 ° and 37 ° C.,
J. Res. Nat. Bur. Stand. 78A: 667-674 (1974)], and
`` Ca (OH) by McDowell et al.Two−HThreePOFour−HTwo5 °, 15 °, 25 ° and 37.5 ° C for O system
Ca inFive(POFour)ThreeOH solubility ”[McDowell et al.,“ Solubility of CaFive
(POFour)ThreeOH in the System Ca (OH)Two−HThreePOFour-HTwoO at 5 °, 15 °, 25 ° and
37.5 ° C., J. Res. Nat. Bur. Stand. 81A: 273-281 (1977)]
by.
Ca8HTwo(POFour)6・ 5HTwoThe isotherm of O is described in Moreno et al.
Of dicalcium phosphate dihydrate and dissolution of octacalcium phosphate
Degree "[" Stability of Dicalcium Phosphate Dihydrate in Aqueous Solut
ions and Solubility of Octacalcium Phosphate, "Soil Sci. Soc. A
m. Proc. 21: 99-102 (1996)]. Ca4 (PO4) 2
O isotherms are disclosed, for example, in U.S. Patent Nos. 33,221 and 33,161.
Approximate solubility product calculated by Brown and Butterfly.
In a preferred embodiment of the present invention, the ratio of tetracalcium phosphate to other salts,
Relative particle size, desired mechanical properties criteria, absorbency, decomposition profile, etc.,
Compatible with specific biological activities or biocompatible substrates included as additives
As you can see, it depends on the formulation. In addition, the phase of the liquid phase relative to the amount of salt combination
Converse amounts (preferably water, saline, weak acid solutions, biocompatible buffers, serum
,
Plasma and other biological solutions) set time
Of the resulting precipitated biocompatible hydroxyapatite formulation
To vary the consistency, it can be varied. Biocompatible
Or the biologically active additive is preferably dissolved or substantially dissolved in the liquid phase.
This liquid phase is then added to the dried salt combination, and then mixed.
This causes a droxyapatite precipitation reaction.
Alternatively, after the liquid phase is first mixed with calcium phosphate,
May be added. Furthermore, the biologically active additive is first mixed with the salt.
Thereafter, the liquid phase may be added. Furthermore, the salt, additives, and liquid phase are simultaneously
You may mix. The liquid phase contains a curing reaction modifier or hydroxyapatite crystal.
Long preparations may be added, for example proteoglycans (eg hyaluronic acid)
, Proteins (eg, serum albumin), carbohydrates (eg, granulated sugar),
Synthetic materials (eg polyethylene glycol), certain other ionic agents, etc.
Can be added. Many representative examples of additives for such materials are found in U.S. Pat.
Nos. 33,161 and 33,221.
The tetracalcium phosphate component can be manufactured by various suitable techniques. is there
In the method, tetracalcium phosphate is combined with dicalcium phosphate and calcium carbonate.
Catalysis of equimolar mixtures with chromium at high temperatures (eg, 1500 ° C. to 1700 ° C.)
Can be obtained by a solid-phase reaction. Phosphate tet thus obtained
Lacalcium is then added to the desired amount of other phosphoric acid soluble
It is mixed with a calcium salt (selected from the phosphates mentioned above). Or
, Α-CaThree(POFour)TwoAnd the mixture of tetracalcium phosphate have a Ca / P molar ratio of
A hydroxyapatite sample that is 1.5-1.8,
It can also be produced by calcining under reduced pressure. This mixture can also be
By adding and adjusting the paring-soluble calcium phosphate salt,
The desired curing properties and consistency of the apatite formulation are obtained.
This hydroxyapatite formulation has biologically active or biocompatible additives
Obtained by precipitation by mixing with an enhanced liquid phase containing the agent. Phosphoric acid
The calcium salt and its mixture are preferably sufficient and high when added to the liquid phase.
Production and storage under substantially anhydrous conditions to precipitate quality hydroxyapatite
And stored.
In the following examples, methods for producing the above-described calcium phosphate salt mixture, various raw materials
Excipients with physical activity or biocompatibility, the resulting preparations and
And its use. In each case, a representative biology used for pharmaceutical applications
Active or biocompatible substrates are disclosed. If you are skilled in the art,
It is possible and possible to produce such substances as described in the examples and
(Or preferably) a biologically active or biocompatible substrate is described in each example.
It can be added to or substituted for the substrate. Also, the discussion above
Calcium phosphate salt mixtures, such as those disclosed by Brown and Chow
Although the present invention has been performed with respect to an object, the technology of the present invention is not limited to this. The present invention
The examples, features and forms of the above apply to other combinations of calcium phosphates
You can do it. Furthermore, due to the properties of biocompatible hydroxyapatite preparations,
In vivo or ex vivo, or partially ex vivo,
Alternatively, precipitation can be partially performed in vivo.
1. Incorporation of growth factors for wound healing and soft tissue repair
The first example relates to wound treatment and soft tissue repair, where damaged soft tissue (eg,
Materials such as skin, muscle, fascia, gingiva, periodontal tissue)
It is needed to heal damaged tissue or to promote healing (
Support is distinguished). Induce desired cell growth or damage
Form such cells from undifferentiated progenitor cells within the area of the site
If so, there are various biological factors. Apply these materials to the whole body
Requires a significant amount, and such an approach is costly and expensive.
Also, it is not practical in terms of the utility of the material. Such a problem remains
Even when solved by transgenic technology, during the preparation of these materials,
If too much systemic administration is used to reach the appropriate concentration at a particular site,
Due to biological factors and contamination, other activities appear,
Unwanted side effects may appear. The local use of such materials to date
for
In the case of biodegradable membrane covering type materials,
Or had been administered several times at intervals. Such person
The law is inefficient, risky infection, high risk, and cumbersome.
A first embodiment of the present invention relates to the medical use of tissue augmentation or guided tissue regeneration.
Biocompatible hydroxyapatite formulation containing one or more growth factors
About things. This growth factor includes epidermal growth factor (EGF),
Offspring α (TGF-α), transforming growth factor β (TGF-β), vaccinia growth factor (vaccin
ia growth factor (VGF), acid or base fibroblast growth factor (acidic or basi)
c fibroblast growth factor: FGF), such as IGF-I or IGF-II
Insulin-like growth factor (IGF), platelet-derived growth factor (PDGF), cartilage
Growth factor (CDGF), interleukin-2, neuronal cell formation
Long factor (NCGF), hematopoietic cell growth factor (HCGF), lymphocyte growth factor (LGF),
Growth factors such as bone morphogenetic protein (BMP) and other wound healing factors.
In addition, hematopoietic cell growth factors include interleukin-3, granulocyte-macrophage colo
Knee stimulating factor, angiogenic factor, macrophage colony stimulating factor, granulocyte colony
-Stimulating factor, erythropoietin and the like. Also, phosphorus
Papillary growth factor is composed of B cell growth factor, T cell growth factor, interleukin-4,
-Leukin-5 or interleukin-6. The formulation is preferably
It has mechanical properties such as paste, hydrogel, and film. Also this
The formulation preferably has a growth factor release of less than about 20% per day,
The release at 30 days is greater than about 90%.
More preferably, the release rate is less than 20% for 2 days and 90% or more for 5 days
And The amount of the growth factor is preferably about 0.1 μg per cubic centimeter of the preparation.
To about 10 μg, preferably about 3 μg to 6 μg per cubic centimeter.
It is.
A biocompatible hydroxyapatite formulation can be manufactured by the following steps:
You. In the first step, a base mix of the calcium phosphate salt is made. This
Tipping is preferably performed by the following steps. First, the method described above
Thus, one or more mixtures of calcium phosphate salts are prepared. Then sterile water,
Liquids such as saline, physiologically acceptable buffers, etc.
Collagen, ethylene glycol, polyethylene glycol, glyce
A liquid phase is obtained by adding together with a crystal growth preparation such as phosphorus and polylysine. crystal
Growth regulators allow for variable cure times, increasing consistency
It can be as desired. This consistency depends on the mode of administration.
The desired value fluctuates. The resulting liquid phase is then added to one or more salt mixtures, preferably
Alternatively, the ratio of the solid to the liquid by weight is 1: 1 to 5: 1. This solid
The ratio of the liquid to the liquid is more preferably 1.5: 1 to 4: 1, most preferably 2.5: 1.
3.5: 1. Each hydroxyapatite sample was precipitated from these mixtures.
These were tested for consistency and cure properties, respectively. Then each trial
The materials were cured into sheets, and the thickness of each sheet was preferably about 1 mm to 7 mm. Yo
More preferably, the thickness is 3 mm to 5 mm. Test specimens of each cured material
Subcutaneously implanted in test animals such as rats, guinea pigs, rabbits, pigs, etc.
Implanted into the muscle at the same time. Then set the desired release rate
A hydroxyapatite base formulation was selected. This calcium phosphate
The salt base mixture is a mixture that can precipitate this hydroxyapatite base formulation.
Things.
In the second step, the liquid phase is strengthened by adding the selected growth factors.
Was This step is preferably performed according to the following procedure. First, growth
The factors are preferably selected as described above. For example, EGF, TGF-α, TGF-β
, VGF is transformed into host cells by a technique using recombinant DNA.
Produced from cell substrates (eg, cell cultures of mammals, microorganisms, insects)
It is produced from biosynthesis and cultured cells that produce these materials. Purified trial
The material is analyzed in a cell culture system to determine the effect of promoting cell growth and the receptor (EGFR)
The specificity of binding to is determined. These are then stored as frozen powder.
It is. Other wound healing factors can be produced by recombinant or synthetic means,
In addition, cell culture stimulation analysis and specific receptor binding analysis
It is characterized by the opposite sex. Take one or more selected growth factors in varying amounts,
The selected growth factors added to the replenished liquid phase described above in the first step
Dark
One or more intensified liquid phases each in the range of degrees were obtained. Then each augmented
The resulting liquid phases were each mixed with the above-described base salt mixture to enhance each (
augumented) hydroxyapatite sample was obtained. Preferably, this mixture is
, The weight ratio of solid to liquid is 1: 1 to 5: 1 (more preferably, 1. 5: 1 to 4: 1
And particularly preferably 2. 5: 1 to 3. 5: 1). Each of these was enhanced
The hydroxyapatite sample is then preferably about 1 mm to 7 mm thick (more preferably
(Preferably about 3 mm to 5 mm). Alternatively, cure these samples
May be used as a test block. The test portion of each cured sample is
It is then sterilely added to water, saline, or other physiological fluids such as serum, plasma, etc.
Dipped at about 25 ° C to about 42 ° C, each test portion was gently agitated. Liquid
The test portion from the media is then tested multiple times using immunization techniques and released.
The amount of growth factor used was determined. From these test results, the release speed die
It is also possible to plot an agram. Less than 30% release in about 5 days
The resulting formulation was used for in-vivo testing. The selected formulation
Subcutaneously and intramuscularly at the vascularized sites of experimental animals. Each trial
The growth factor release rate of the implant is
It was determined by collecting serum samples along with the collected fluid. afterwards,
Hydroxyapatite with ultimately enhanced desired release rate as described above
The formulation was selected. This enhanced liquid phase is the ultimately enhanced hydroxy.
It can precipitate a sheapatite preparation.
In the third step, the enhanced liquid phase is combined with a calcium phosphate salt based mixture.
Mixed. And in the fourth step, a biocompatible hydroxyapatite formulation
Was precipitated from this mixture.
2. Incorporation of immunogen
Immunogens, such as purified proteins, glycoproteins, lipoproteins, etc.
Biocompatible implants that absorb and release immunogens over weeks
Incorporation provides benefits over the past (but not limited to these)
Do not mean). The advantage is that multiple booster injections are not required
point
Is mentioned. If a booster injection is given, the patient may need to visit more than once.
U. It is also possible to mix the antigen with various adjuvants or antigenic enhancers as before.
More potential antigenic response and less antigen material than when administered
Can be triggered by using In addition, implants have a low inflammatory response.
Because it can be formed to be local with a blade, it is possible to increase the antigen concentration
. In addition, by slowing the release rate, it is somewhat toxic and conventionally
It is also possible to make the material that did not come into antigen.
A second embodiment of the invention is therefore directed to a biocompatible hydroxy, which incorporates an immunogen.
It relates to a sheapatite preparation. For example, immunogens include viral antigens, bacterial antigens, bacteria
It is possible to select from a class of antigens, parasitic antigens and the like. The antigen used is malignant
-May be a malignancy-specific marker, e.g.
Tumor antigen, peptide fragment of tumor antigen, metastatic specific antigen
You. The immunogen may be a subunit vaccine. In addition, the immunogen
, Active or inactive. Vaccines can also be organically
It may be a synthetic vaccine obtained or by recombination. Examples of that antigen
, HBV envelope antigen; HIV gp120 / gp160 / p41; recombination or purified protein immunization
And mumps, measles, rubella, or small pox, smallpox
Blisters, and other vaccination immunizations. Preferably, the formulation is granulated
It has the mechanical properties (mechanical properties) of a tool or plug. Preferably, the formulation
The release rate releases about 20% or less of the immunogen in about 1 day, and 9 days in about 30 days.
Release 0% or more. More preferably, the release rate is 20% in about 2 days
Below, 90% or more in about 5 days. The amount of immunogen in the formulation is preferably
About 50 μg to about 500 μg per square centimeter. Preferably, one cubic centimeter
About 100 to 400 μg per inch, more preferably 1 cubic centimeter
Approximately 150-300 μg per torr.
The formulation according to the invention is preferably prepared by the following steps. First
In the step, a base mixture of a calcium phosphate salt is prepared. This second
Step 1 is performed by the following procedure. First, sparringly soluble
One or more mixtures of calcium phosphate salts are prepared as described above. Next, before
A liquid phase having the stated solid to liquid ratio is obtained as described above. Some of the following
In a sub-step, the liquid phase is mixed with a salt mixture to form hydroxyapatite
The formulations were sedimented and each was tested as in the first example. Above
A formulation having the desired properties as described above was selected. These preparations provide an immunogenic source.
It can be released at the desired release rate.
In the second step, the liquid phase is enhanced by adding the selected immunogen
Was done. This step is preferably performed by the following procedure. First, immunity
Source is selected. The immunogen can be any of the immunogens described above. Then select
Adding at least one of the immunogens to the liquid phase described in the first step in varying amounts,
One or more enhanced liquid phases were obtained. These provide the selected immunogen in the final concentration range.
Have. Each fortified liquid phase is mixed with the base salt mixture described above, respectively.
Each of the fortified hydroxyapatite samples was precipitated. After that,
These samples were tested as described in the first example. Ultimately enhanced chick
The droxyapatite formulation was selected to give the desired release rate
. The fortified liquid phase in the second embodiment comprises the selected final fortified hydroxya.
It is capable of precipitating a Patite preparation.
In the third step, the enhanced liquid phase is combined with a calcium phosphate salt based mixture.
Mixed. And in the fourth step, a biocompatible hydroxyapatite formulation
Was precipitated from this mixture.
3. Gene integration
A third embodiment of the present invention relates to gene therapy. Recently, genes in diseases
Understanding of the relationship has progressed, and the manipulation of gene function has revolutionized the pharmaceutical field.
doing. Human and other animal genetic material is more commonly referred to as deoxyribonucleic acid (DNA).
And transfer directly to recipient cells across species.
And it is possible. Twenty years ago, DNs were added to mammalian (including human) tissue culture cells.
In the method of transferring A, the DNA molecule is complexed with calcium phosphate.
Then, a method of administering the complex to a desired receptor cell has been used. This hand
By the method, the recipient cells, although very infrequently, were found to have calcium phosphate-DNA complex
Take up the body, some of the DNA is incorporated into the staining material,
Products encoded by the DNA are produced in the recipient cell.
When delivering genes in naked DNA form to intact organisms (animals or humans)
A major obstacle is the sensitivity of DNA to degrade enzymes in body fluids. Also
At the target tissue site, eg, muscle tissue,
There is also a tendency that DNA is washed away before reaching the amount of degrees
. In order to solve these problems, gene sequences derived from certain viruses have been added.
In addition, depending on the sequence of the virus taken up, the DNA
Attempts have been made to allow the regeneration of the source. This allows even a few cells
Even if only the desired DNA piece is taken in, it will be sufficient. This
This is due to the progeny or progeny of the recipient cell and its transfer from cell to cell.
To amplify the amount of DNA delivered to the animal (or human) to achieve the desired therapeutic effect.
It is thought that it is becoming possible. However, depending on the sequence from the virus,
Given a self-replicating element similar to a virus,
Problems arise. This is a very big problem. Because the desired replication ability
Most of the viral sequences that can actually be given are highly infectious viruses
Certain viruses cause fatal diseases such as AIDS and cancer.
Because it is known to wake up.
According to a third embodiment of the present invention, there is provided a biocompatible hydroxyapa for gene therapy.
A tight preparation is obtained, which contains the genetic material. As this genetic material
Are nucleic acids such as DNA or RNA (eg, antisense or non-transcribed strands),
Proteins, denatured proteins (eg enzymes, transcription factors or translation factors)
And cells having a desired protein or nucleic acid. Genetic material (eg DN
A) is a combination of hydroxyapatite randomly or in a predetermined order
Be compounded. Cells are physically adjacent to such complexes, and
Thus, the gene can be taken up. Preferably, the formulation in the third embodiment is
Purified D representing a coding sequence operatively linked to the recognition and promoter sequences
NA molecules (eg, enriched, circular, linear forms). Purification D
NA molecule allows for the desired gene product in one or more mammalian cells
Out to
Can be manifested. The formulation is preferably a soft paste or slurry.
Shows mechanical properties, with less than 20% of genetic material delivered in about 1 day, about 30 days
Is 90% or more. More preferably, the delivery ratio in about 2 days is
It is less than about 20% and 90% or more in about 5 days. The level of DNA is preferably
, About 1 cubic centimeter of the delivery vehicle purified by this embodiment
10 μg to about 100 μg.
The biocompatible hydroxyapatite preparation according to this example is preferably
Manufactured by steps. In the first step, the calcium phosphate salts
A base mixture is prepared. This is achieved by the following steps similar to the above embodiment.
can get. First, a mixture of one or more calcium phosphate salts is added as described above.
To be prepared. Thereafter, the liquid phase is prepared as described above. Mixing these components
Wherein the ratio of solid to liquid is the ratio described in the examples above,
Where the liquid ratio was the ratio described in the above example, it was tested as described above.
In the second step, the liquid phase is enhanced by adding the desired genetic material.
You. This step is achieved by the following procedure. First, let the host appear
The desired gene (coding sequence) for encoding the product to be
Column) is selected. This gene can be replicated, propagated and edited in the microbial host.
It appears in a wide range of recipient host cells or tissue-specifically. Up
Regulatory elements required and required for the appearance may be general or tissue
Specific promoter sequence, splice signals, polyadenylation
There are polyadenylation signals and enhancer sequences. Hid
The genetic construct incorporated into roxyapatite preparations is
The coding sequence with the appropriate set of regulatory elements in the operative link
Obtained by: Human cells or human cells
To eliminate the risk of contamination with dangerous genetic sequences against directed virus)
The structure may then be propagated in the microbial host. Like
Alternatively, all parts of the genetic makeup are replicated from normal human cellular genetic material.
, Then denatured, edited, and propagated in the microbial host system. Or
When the appearance of viral or onco sequences is desired (eg,
And AI
When performing gene therapy such as DS), the coding sequence must be a suitable virus cell
Alternatively, it may be obtained from tumor cells. In some cases, the coding sequence is
Obtained by removing "introns" from body-derived material
Or a DNA copy of a functional messenger RNA, called reverse transcription.
The process. In other cases, the desired polypeptide or protein
If the amino acid sequence of a protein product is known, such a protein or
Coding for such modified forms of proteins with certain denaturations
The sequence is obtained by chemical gene synthesis. Modified or synthetic coding sequence
In these situations, the coding sequence in the recipient cell
Coding to facilitate the production of products encoded by
For sequence correction, a new connection signal, transcription / translation initiation site
, And others may be added as predetermined. Biocompatible hide of this example
The purified DNA for the roxyapatite formulation is preferably a linear or
Or a single copy or vertical copy of a functional gene structure produced in circular form.
Multiple copy forms linked to or a mixture of these forms
You may.
A desired gene, for example, purified DNA is prepared in various amounts, and these are prepared as described above.
It was dissolved in a liquid phase of the type described in the examples. The desired gene is contained in the cell
And the cell is considered a recipient cell. These cells are derived from bone marrow-derived cells.
Vesicles or cells derived from lymphocytes. This cell leaves the recombinant product
Such as (but not limited to) insulin, nucleic acids,
Rus antigens, bacterial antigens, fungal antigens, parasitic antigens, cytokines, growth factors,
Hormones, cell surface proteins, enzymes and the like. Also, proteins and
Nucleic acids can also be added directly to the liquid phase.
The mixing of the genetic material with the liquid phase preferably takes place in the solid-liquid weight ratio described above.
It is. These enhanced liquid phases are mixed with the base salt mixture to enhance the
A droxyapatite sample is purified and the sample is tested as described above.
Made of hydroxyapatite that is ultimately enhanced to have the desired delivery rate
The agent is selected. The enhanced liquid phase is the ultimately enhanced hydroxyapat
I
G) to produce a test formulation.
In a third step, the augmented liquid phase is a base blend of calcium phosphate salt.
Mixed with the compound. In the fourth step, the biocompatible hydroxyapa
Tight formulations are precipitated from this mixture.
4. Prolonged drug delivery and control
Chemical molecules in conventional drugs are usually small and clear relatively quickly from the circulatory system
Will be done. As a result of these attributes, administration of the compound containing the desired drug
Need to be administered repeatedly to patients over several days to several weeks
. In addition, when each administration is performed in this manner, after dissolving first, sufficient
Large amounts of the compound should be present in the circulation to provide the desired drug effect.
Uses compounds. The current approach to solving these problems is
Mechanical methods, such as continuous intravenous infusion or implantable pumps
A technique is used. Degradable for different periods of time with the desired active substance
The active substance and the biocompatible ions such as calcium and
By using an implantable substance that releases phosphoric acid,
These approaches can be improved. In particular, this approach
Thus, the complexity of conventional drug administration can be reduced, and
It is cheaper, less prone to infection, and increases patient satisfaction. Imp in this embodiment
A lantable substrate reduces the total amount of drug needed throughout the treatment, and
Conventional side effects due to high drug concentration after administration of each drug
Is also suppressed.
Accordingly, a fourth embodiment is directed to a biocompatible hydroxyapatite formulation,
Which contains Preferably, the agent is a biocide, an antineoplastic
It is selected from drugs, antibacterials, and anti-parasitic agents. Anti
Neobiologics include cyclophosphamide, alkylating agents, purine analogs, pyrimidines
Analogues, vinca and vinca-like alkaloids (vinca and vinca-like alka
loides), etoposide and etoposide drugs (etoposides and etopos)
ide-like drugs), antibiotics, corticosteroids, nitrosoure
as), antimetabolites, platinum-based cytotoxic drugs, hormone antagonists, anti-est
Logen, tamoxifen, doxorubicin, L-as
Paraginase, decarbazine, amsacrine, (amsacrine), pro
Choose from carbazine, hexamethylmelamine, mitoxantrone
You can also choose. Antibacterial substances include heavy metals, antibiotics, or other antibacterial substances.
May be included. The drug may be an inflammatory, analgesic, or other chemotherapeutic substrate
. There are other drugs known to those skilled in the art. Biocompatible hydroxyapatite
The formulation should exhibit the mechanical properties of a granular or soft paste. Formulation is one day
Releases less than 20% and releases more than 90% in about 30 days. More suitable
The release rate is less than 20% in about 2 days and more than 90% in less than 10 days.
You. The preferred amount of drug is about 10% to 50% of the total amount prescribed for conventional treatment.
is there.
The biocompatible hydroxyapatite preparation according to the fourth embodiment is preferably
It is manufactured by the following steps. In the first step, calcium phosphate
A salt base mixture is prepared in the same manner as in the previous example, as follows.
In the second step, the liquid phase is enhanced by the addition of the desired drug. This
The second step is preferably performed as follows. Desired components
Choose from among the ingredients listed. Thereafter, one or more liquid phases are prepared as described above.
And enhanced by the addition of different amounts of drug. Each augmented liquid phase is then
, Each mixed with a base salt mixture, preferably with a ratio of solid to liquid
As described above, an enhanced formulation is obtained. Samples of each augmented formulation (
Different amounts of drug compound) were injected subcutaneously, intramuscularly, or intraperitoneally into experimental animals.
Implants and their characteristics, such as serum levels of drug compounds,
The absorption rate of the preparation was observed. The final augmentation product has mechanical properties in the form of granules or paste.
And the desired drug release rate is obtained, and the drug level is
And those that are about 10% to 50% of the total amount currently prescribed. Augmented
The resulting liquid phase was the one from which the final enhancement test formulation was obtained.
In the third step, the base mixture of calcium phosphate salt was enhanced
It was mixed with the liquid phase. In the fourth step, a biocompatible hydroxyapata is used.
The kit formulation was precipitated from the mixture of the third step.
According to one example of this embodiment, the antibiotic and anti-inflammatory compound is hydroxyapatase.
The final augmentation formulation is incorporated into the dosage form over a period of 7-14 days.
Was chosen to be In other instances, chemotherapeutic substrates (or combinations with other substrates)
Is incorporated into the hydroxyapatite formulation and provides about 20 to about 3 chemotherapeutic substrates.
An enhanced formulation deliverable over day 0 was obtained.
5. Prolonged and controlled hormonal delivery
Small peptide hormones or their derivatives can target physiological effects to specific targets
Believed to have an effect on cells (by binding membrane receptors to the cells)
. As with small chemical molecules incorporated into conventional drugs, small peptides are
Circulating half-life is limited. This property is
By incorporating such molecules into biodegradable hydroxyapatite material,
It is greatly improved.
Thus, in a fifth embodiment of the present invention, the biocompatible hydroxyapatite formulation comprises
Provided as a delivery vehicle for hormones such as peptide hormones and hormones
Is done. Preferably, the formulation is a hormone or peptide factor, such as a regulatory type
Contains hormones. Insulin, atrial nato
Such as uranium excretion increasing factor (ANF), calcitonin, vasopressin, and relaxin.
I can do it. Hormones, estrogen, progesterone hormone, male hormone
Or a sex hormone selected from these derivatives.
The formulation has paste-like mechanical properties suitable for subcutaneous placement and transdermal applications.
There is a need to. Preferably, the formulation has a delivery rate of the hormone of about 2 per day.
0% or less and about 90% or more in about 30 days. More preferably, the delivery
The rate is less than 20% in about 2 days and more than 90% in about 7 days. Activity in the formulation
Preferably, the concentration of the material is conventionally estimated between about 5 to 30 days.
About 10 to about 50% of the measured cumulative dose (1 cubic centimeter
).
A biocompatible hydroxyapatite formulation is obtained by the following steps. No.
In one step, preferably the fourth embodiment (ie the embodiment incorporating the drug)
Prepared in a manner similar to the procedure and steps described in In the second step, an example
For example, the liquid phase as described in the previous example may be used to prepare the desired hormone (or peptide).
Factors or hormones). This is preferably the fourth
This is performed in the same manner as in the third step of the embodiment. In the third step, the base
The salt mixture is mixed with the enhanced liquid phase. The fourth step is biocompatibility
A hydroxyapatite formulation is precipitated from the mixture of the third step.
6. Bone filling, repair and regeneration
Bone has the ability to completely regenerate in the complex tissues of higher organisms such as vertebrates.
Is unique. Bone tissue is complex and, depending on the body part,
Because the function of changes greatly, different approaches depending on
In the case, the therapeutic effect is high. Cell components and matrix components
Each role they play, and the interaction between the two phases of these bones, is
Contributes to processes and functions. Certain proteins specific to bone are responsible for their structure.
Have been identified in terms of structural and mineral binding properties. Therefore, the sixth embodiment of the present invention
Examples relate to bone replacement, repair, and regeneration.
One embodiment of the present embodiment deals with the osteoconductive principle.
. In this form, the presence of mineral-binding proteins in the main structure found in bone
A biocompatible hydroxyapatite formulation that represents the main mineral components is obtained.
This formulation uses a bone void with a matrix similar to the normal bone matrix.
Can be used as a filler. Such a formulation is compatible with bone and
Replaced by new bone, which is gradually absorbed and regenerates along natural processes
It has the characteristic that it goes away. This new formulation is useful for filling various damage sites.
And fills the gap between the various prosthetic devices and the surrounding bone tissue.
It is also useful for filling, and is therefore used in applications such as bone, root and tooth treatment,
It can be an excellent attachment. The formulation is also autologous and atypical
The extender or increase when the normally available amount is not sufficient.
It can be used as a bulking agent.
Thus, according to this aspect, a biocompatible hydroxyapatite formulation,
What can support bone growth is provided. Preferably, a formulation according to this form
Has one or more adhesive components. The adhesive component is an integrin
in), extracellular matrix protein, leukocyte adhesion protein
roteins), collagen, albumin, bone protein, osteonectin (osteon
ectins), cell surface receptor proteins, bone gla proteins, and matrix gla
It is also possible to select from proteins. Biocompatible hydroxyapata
Site preparations should exhibit paste-like mechanical properties that cure to the implant.
You. The compressive strength of this implant is preferably higher than 10 MPa, more preferably
Or higher than about 50 MPa, more preferably higher than about 100 MPa. This implant
Should have a porosity of about 45% and an average pore size of about 15 to about 30 μm. Yo
More preferably, the average pore size is about 20-25 μm. More preferably,
The average pore size is about 23 μm. Maximum pore size should be less than 100 μm
And preferably less than 50 μm. This formulation is preferably about 60
Absorbed in about two years from the day. More preferably, the formulation absorbs in about 60 to about 90 days.
Will be collected. The amount of osteogenic protein should be from about 10% to about 40% of the total formulation.
And the relative ratio of proteins (when two or more
Is similar to that found in bone tissue at the site where treatment is performed
Should be. (A) Restoration of this biocompatible hydroxyapatite preparation
It is locally released from the product during the process and may interfere with regeneration.
Antibiotic substrates (b) hormones, such as repair
It is released locally during the athlete's cessation and has metabolic properties such as osteoporosis.
Calcitonin for suppressing bone loss due to disease progression may be added.
.
The enhanced hydroxyapatite formulation of this form of the sixth embodiment is preferred.
More specifically, it can be obtained by the following method. In the first step, calcium phosphate
A base mixture of the salt is prepared. This can be obtained in the same way as in the previous embodiment.
it can.
In the second step, the addition of an osteogenic adhesion-type protein results in a fluid
The phases are strengthened. This can be performed by the following procedure. First, a kind
Less than
The above proteins are selected from the proteins described above. For example, human bone gla tan
Protein, human matrix gla protein, and human osteonectin
It is manufactured by means of conversion and production. Thereafter, a liquid phase is formed by the method described above.
Is done. Granular sugar may be added to the liquid phase, and the ratio of sugar in the final product is reduced.
Sugar is added to the base salt mixture so as to be 20% by weight or less. Selected
The added protein is then uniformly dissolved in the liquid phase to which the above-mentioned addition has been made, and enhanced.
A liquid phase was obtained. In the fourth step, a biocompatible hydroxyapatite formulation
Was precipitated from the mixture obtained in the third step.
The paste obtained as described above is preferably “in vitro”, ie in vitro.
Pressurized (e.g., about 40,000 psi to about 80,000 psi) for about 12 to 48 hours, and
Cured to the shape of the mold. The cured formulation is then heated to a temperature of about 50 ° C to about 70 ° C.
Treated with water, preferably warm water at about 50C to about 55C. This process takes about 4 to 10
Time, preferably about 4 to 5 hours, to remove most of the granular sugar,
High material was obtained. This material is then implanted into the body and
For example, the implant was implanted in a selected bone void site.
Another form of the sixth embodiment relates to osteoinduction.
. Within hydroxyapatite implants, including porous forms,
Newly grown bone tissue grows at the damaged site, ie, ingrowths. as a result
Hydroxyapatite implants are incorporated into new, naturally regenerated bone
It will be. Hydroxides that can actively trigger the differentiation process
A sheapatite implant is provided and this differentiation process results in damaged
Bone formation by pluripotent stem cells in plants, or "bone formation"
It is. Therefore, excellent treatment can be performed. Usually osteogenic factors, bone morphogenesis
A group of factors called proteins or chondrogenic factors
Offspring have been shown to mediate such phenomena in animals and humans.
Thus, according to a sixth embodiment of the present invention, a biocompatible hydroxyapatite
Agent that can actively ingrow bone into the implant
An agent is provided. Preferably, the formulation produces an induction of new bone formation
And osteogenic factors, bone morphogenetic proteins, and chondrogenic factors.
It has one or more growth factors selected from among them.
These growth factors are alone or in combination with one or more adhesive components. This
The adhesive components of integrin, extracellular matrix protein, leukocyte adhesive
Protein, collagen, albumin, bone protein, osteonectin, cell surface
Among surface receptor proteins, bone gla proteins, and matrix gla proteins
It is also possible to select from. These formulations have paste-like mechanical properties
Should be hardened in the implant with a tensile strength of at least 20 MPa
You. More preferably, the tensile strength is greater than 60 MPa, even more preferably about
It is larger than 70MPa. The formulation is preferably porous and has the above-described flatness.
It has a uniform pore size and a maximum pore size. The level of active growth factor is
About 10 μg to about 100 μg per cubic centimeter
It is. Or, if it has one or more adhesive components, about
It is contained up to 40% by weight.
Heparanase may be added to the final formulation. This "Heparana
The term “ase” usually refers to an enzyme that degrades heparin sulfate or “in v
ivo ”, that is, release of heparin or heparin sulfate bound molecules in vivo.
Used to mean an enzyme that causes This final formulation may contain antibiotics
Good.
The preparation according to this embodiment of the sixth example is prepared by the following method. 1st
In Tep, a sparging soluble base mixture of calcium phosphate
, Prepared as described above. In the second step, the liquid phase is converted to one or more suitable
It is enhanced by adding the above growth factors and the desired adhesive components. Various suitable
Factors such as those genetically studied in the prior art, including the examples described above,
Disclosures have been made with respect to recombinant means of production in cells of the class
ing. In a third step, the enhanced liquid phase is mixed with the base salt mixture.
It is. Preferably, the ratio of solids to liquids of the mixture is as described above.
. In a fourth step, the biocompatible hydroxyapatite formulation is added to the third
From the mixture obtained in the step. The formulation is preferably as described above.
It has characteristics. The final formulation may be used "ex vivo", i.e.
Is
As an implant or grouting material for joining with other implants
When used for open fractures, it is used "in vivo", i.e., in vivo.
Yet another embodiment of the sixth embodiment is directed to bone regeneration. In bone loss
Different sites in the skeleton, and accordingly, bone regeneration and short-term biomechanics
The balance with the dental support will be different. The above in the sixth embodiment
The formulation described in the described form can provide adequate mechanical support and
Immediate implantation of the implant into the newly created bone with mechanical support
Thus, efficient bone ingrowth is possible. In addition, these preparations can be used for a short period after surgery.
Provides considerable tensile endurance due to its mechanical strength. For other uses
And short-term load tolerance is not an important factor (eg, spinal cord fixation, radius
Or non-union fractures of the ulna), and in the short term support with other fixation devices
In some cases, it may be necessary to rapidly form new bone in the long run
is there.
Thus, according to another aspect of the sixth embodiment of the present invention, bone repair for minor injuries.
Made of biocompatible hydroxyapatite that can actively induce reversion
An agent is provided. The formulation is preferably an osteogenic factor, a bone morphogenetic protein
, And a chondrogenic factor. This formulation
May contain more than one type of adhesive component, including integrins, extracellular matrix proteins
Quality, leukocyte adhesion protein, collagen, albumin, bone protein,
Onectin, cell surface receptor protein, bone gla protein, and matrix gla
It is also possible to select from proteins. These preparations are used transdermally
Have soft paste or slurry-like mechanical properties so that
I do. Preferably, the formulation is characterized by the absorbency described in the form above,
Preferably, in the formulation, the selected growth factor is about
50 μg to about 500 μg. Also, when containing an adhesive component, the adhesive component
, Up to about 40% by weight of the final formulation.
The formulation may include heparanase. This “Heparan
The term “ze” usually refers to an enzyme that degrades heparin sulfate or “in vi
vo ”, that is, the release of heparin or heparin sulfate bound molecules in vivo.
Used to mean an enzyme that causes This final product may contain antibiotics.
No. This formulation is compared with the formulation in the form described earlier in this example.
The formulation is not intended to achieve sufficient mechanical strength, while
It is intended to deliver growth factors locally and in the short term.
This preparation in the sixth example can be prepared by the following method. 1st
In Tep, a sparging soluble base mixture of calcium phosphate
, Prepared as described above. In the second step, the liquid phase is converted to one or more suitable
It is enhanced by adding the above growth factors and the desired adhesive components. The third step
In the step, the enhanced liquid phase is mixed with the base salt mixture. Fourth step
Wherein the biocompatible hydroxyapatite preparation is obtained in the third step
From the mixed mixture. The formulation preferably has the properties described above.
This mixture also has the solid-liquid ratio described above. Preferably, the final formulation is
It is used transdermally and cures "in vivo", i.e., in vivo.
Examples of the above-described embodiment and this embodiment in this embodiment include (a) Chinai
Incorporated BMP-2 homodimer obtained in hamster ovary (CHO) cells
Formulation, (b) obtained in E. coli cells (E coli cells), COP5 or COP7 or Vgl
Formulations using molecules called (c) genetically engineered
Formulations incorporating BMP-4 and BMP-5 heterodimers obtained in milk host cells
No.
7. Enhanced electrical or electromagnetic stimulation of bone growth
A seventh embodiment of the present invention is directed to a hydroxyapatite imp
For enhancing bone formation around and inside the runt. Electromagnetic stimulation can cause bone healing and
The average pore size of the implant is preferably from about 15μ to about 30μ (more preferably
Or 20μ to 25μ, most preferably equal to about 23μ)
Is effective in stimulating bone ingrowth into hydroxyapatite implants
Have been reported. Paramagnetic, diamagnetic, conductive, and insulating materials to implants
The proximal electric field and the implant's proximal electric field when subjected to electromagnetic stimulation.
And the magnetic field can be increased or attenuated. This improved formulation speeds bone healing
The degree can be increased and the field strength required for electromagnetic stimulation can be reduced. Of the present invention
This
Embodiments have magnetic properties and enhance the effects of electromagnetic field guided bone repair and bone formation
The present invention relates to an enhanced hydroxyapatite formulation having altered conduction properties.
Thus, according to a seventh embodiment of the present invention, a method for incorporating an electrical stimulation enhancer is provided.
A biocompatible hydroxyapatite formulation is obtained. This stimulation enhancer is a paramagnetic material
, A diamagnetic material, a conductive material, or an insulator. Paramagnetic
Materials are iron, iron ammonium alum, uranium, platinum, and aluminum
Can be selected from the group containing Diamagnetic materials are bismuth, mercury, silver, charcoal
It can be selected from the group comprising diamond, lead, and copper. Conductivity
Material should be selected from the group including silver, copper, aluminum, and tungsten
Can be. Insulators include glass, lucite, mica, quartz, and polyethylene.
It can be selected from the group comprising trafluoroethylene (PTFE). The formulation is
Induces new bone ingrowth in the tissue surrounding the implant and promotes bone formation
Preferably. Formulations should exceed 20 MPa (more preferably 60 MPa
a) tensile strength (above 70, and most preferably above 70 MPa)
Must exhibit the mechanical properties of the paste to be strengthened. The formulation is the average
And must be porous with maximum pore size. The formulation has the previously described resorbability
Preferably (i.e. 60 days to 2 years, preferably 60-90 days)
.
The hydroxyapatite preparation of the seventh embodiment can be prepared according to the following method.
Can be. In a first step, a sparringly soluble phosphate
The base compound of the calcium salt is prepared conventionally. In the second step,
Liquid phase by adding one or more electromagnetic enhancers selected from
I do. If the material is toxic, put the liquid phase in glass or PTFE.
it can. In a third step, the enhanced liquid phase is mixed with the base salt compound.
In the fourth step, the biocompatible hydroxyapatite preparation is added to the third step.
Settle from the mixture of steps.
Hydroxyapatite preparations can be fortified in vitro and used for bone replacement.
Wear. In a treatment case, implant the implant formed from this formulation into the human body
be able to. The implant is then stimulated electrically or magnetically to
Induces bone growth in and around the runt.
8. Enhancement of electrical or electromagnetic pulses in local release of materials
Some embodiments of the present invention provide a method for delivering a biocompatible material.
It relates to the use of apatite preparations. By applying electromagnetic field, hydroxyapatite
Can stimulate the growth and vascularization of bone and tissue inside and around the implant
Wear. Hydroxyapatite implant or implanted hydroxyapatite preparation
Regulate the delivery of biocompatible, biocompatible substances by electromagnetically stimulating
You can also. The electric field induces the desorption of factors from the matrix exposed to the electric field.
I know it will happen. In addition to causing direct release, electromagnetic stimuli
Contact between biocompatible material and tissue to also stimulate tissue ingrowth into the runt
Increase.
For this reason, the eighth embodiment of the present invention provides an electrical connection after insertion into a human or animal.
Or a biocompatible hydroxyapatite formulation subjected to electromagnetic stimulation. This chick
The droxyapatite preparation is preferably prepared according to the following method. First
In a step, the basic compound of the calcium phosphate salt is prepared conventionally. No.
In step 2, the liquid phase is added by adding one or more biocompatible substances.
Strengthen. The biocompatible material can be any of the biocompatible additives described herein.
Good. In a third step, the enhanced liquid phase is mixed with the base salt compound. No.
In the fourth step, the biocompatible hydroxyapatite preparation is added to the third step.
Settle out of the mixture. Sedimentation can be performed in vivo. And instead
, Settling can be done outside the body. According to this alternative, the precipitated hydroxyapat
Additional steps are required when implanting the kit formulation into humans or animals. Fifth
In the step, the implant is stimulated electrically or electromagnetically,
Induces growth and vascularization of bone and tissue inside and around apatite implants
And induce the release of biocompatible substances from hydroxyapatite preparations
.
9. Multi-component layered device with dual tissue interface
The use of implantable devices in the guided tissue regeneration process is one of such devices.
One surface is compatible with one tissue type while another surface is compatible with another tissue type
It is very advantageous if it is configured to be compatible with. For example, teeth
In the case of periodontal defects, these devices interface with both gingival soft tissue and underlying bone structures
.
Similarly, rheumatoid arthritis or osteoarthritis causes damage to cartilage and bone
For joints such as the hip, knee, elbow and ankle joints, a desirable device is one that is compatible with bone.
It is necessary to have another surface that is compatible with the surface and cartilage. Other practices
It is common knowledge that the examples are easily consistent with the application across the human body and animals.
Is self-evident.
Therefore, a ninth embodiment that can be used for such dual tissue interface applications is a
A synthetic polymer (eg, Glycoli selected for compatibility with soft tissue or cartilage)
Biocompatibility that is compatible with the first layer and bone including
A layered device having a second layer of a hydrophilic hydroxyapatite formulation is provided. Second layer
Is formed from a calcium phosphate salt mixture in a sparring manner as previously described.
It can be produced by applying a paste. In this embodiment, one class of
Incorporating a pharmacologically active or biocompatible material into the first layer to regenerate soft tissue or cartilage
In addition to promoting bone growth, the hydroxyapatite layer provides the bone described in the previous embodiment.
Incorporate one or more biologically active or biocompatible agents that promote repair.
A great advantage of the layered device of this embodiment is that it counteracts the formation of selective tissue.
Biological or pharmaceutical actives can be incorporated in one layer and
Other materials that promote the formation of the note can be incorporated into separate layers.
This allows for the clarification of the double tissue interface created during the induced tissue regeneration process.
Kana contours are possible. For example, in the case of a joint, it is made compatible with cartilage
Synthetic polymer layer contains anti-angiogenic factors and is regenerated with hydroxyapatite layer
The migration of bone tissue from the bone tissue into the layer can be prevented. According to the embodiment
, Impregnated the synthetic polymer with type II collagen and hyaluronic acid to provide better softness
In addition to obtaining osteocompatibility, the hydroxyapatite layer is made of type I collagen, bone
Impregnate with proteins, osteonectin, etc. to promote bone regeneration.
10. Other features and aspects
The embodiments described above are only intended as examples of the present invention, and
Is not limited to these. For example, as described above,
Many of the embodiments include methods of augmenting the liquid phase with a biocompatible additive. Next,
The strengthened liquid phase is mixed with the base compound of the calcium phosphate salt. However, hydroxy
The components of the mixture that settle the sheapatite can be combined in a different order or simultaneously
It is possible. Also, various release rates are mentioned, but ordinary skilled
If you have a
It will be appreciated that different release rates are obtained which are more appropriate.
According to features of various embodiments of the present invention, a biocompatible hydroxyapatite
The components of the mixture that settle the formulation can be provided in kit form. For example,
The package consists of a kit with three vials. The first vial is measured
It is preferred to include a large amount of the basic calcium phosphate compound. The second vial is
And any of the additives described above (eg, growth factors), including selected additives.
Preferably. Depending on the excipient and the desired therapeutic criteria, the excipient may
Any shape may be used. For example, growth factors should be supplied in lyophilized form
Can be. The third vial contains the liquid phase. Alternatively, kit contains two vials
Sometimes. In the first two vial option, one vial contains phosphoric acid
It will contain the lucium salt and the other will contain the mixture of liquid phase and additives. Second
In the two vial option, one vial contains the additive and salt compound
Together, another vial contains the liquid phase.
According to an aspect of the kit features, the contents of the vial are combined to provide a biocompatible hide.
A paste of a roxyapatite material can be obtained. The pace thus obtained
Can be applied alone to the surgical site or used to stabilize the wound
Sutures, crimps, membranes (resorbable or non-resorbable) that are widely used for
) Etc. can be enhanced. Used to cover large burns with this paste
It can also enhance artificial skin and membranes.
According to another feature of the previous embodiment, a precipitated biocompatible hydrogel incorporating an additive.
A pre-impregnated reinforced sheet of the xiapatite formulation can be obtained in sterile form.
These sheets can be cut into the desired shape, cover the wound site,
Or it is preferably applicable for wrapping deep wounds. In addition,
The sheet used can be stabilized using well-known surgical closure techniques. Sheet
Or various methods of obtaining similar structures are contemplated in this embodiment.
The embodiments described above prevent enhanced hydroxyapatite material infection
Antibiotics can also be incorporated. Antibiotics are used to prevent wound infection.
The material can also be released at the wound site and the material is in place. Available antibiotics
Some types of quality include aminoglycosides, amphenicol (eg, chlora
Mufenicol), β-lactam antibiotics, penicillin (eg, ampicillin)
), Peptide antibiotics, and tetracycline antibiotics (eg,
Lacyclin), but is not limited thereto.
According to another feature, two or more formulations are prepared independently. For example, as described above
Preparing implants in vitro by mixing salt, additives and liquid phase,
A paste can be obtained. Paste reabsorbs more slowly than separately prepared formulations
It can be cured to a component that is retrievable. Press this paste through the appropriate holes.
Get out and apply through a large gauze hypodermic needle or other acceptable syringe mechanism
Granules can be obtained. The second formulation can be freshly prepared at the time of application
(Eg, a soft pace that can harden more rapidly into a biodegradable implant in vivo)
A liquid phase containing about one-third of the total amount of the additive is added to the basic salt compound in such a ratio that the
By addition). Before adding the augmented liquid phase, the soft paste may contribute
A sufficient amount of the granules with the basic salt compound so that the granules account for about three times the
Can be mixed together. Paste mixed with granules and freshly prepared page
Such a system, including a paste, allows the newly prepared paste to be
The first dose of the excipient is released relatively quickly, and the mixture of paste and granules is dispersed over a long period of time.
A two-component system is thus obtained which delivers an additional dose more slowly. State of this feature
According to the method, the central nucleus is more slowly surrounded by a more rapidly resorbable formulation.
A layered composite comprising a slowly resorbable formulation can be obtained.
According to still further features in these embodiments, the formulation comprises an excipient (eg, a DNA
) Is delivered intramuscularly, intravenously, subcutaneously or transdermally (desired target tissue
Can be administered). Disclosure of solid-liquid ratio and liquid phase herein
The amount of replenisher added will depend on the release of excipients and
Roxyapatite biodegradation selected based on results of animal evaluation
.
Other variations and modifications to the specific embodiments disclosed herein
Can readily be accomplished without departing from the scope and spirit of the invention.
Recognized by those of ordinary skill in the art. Therefore, the present invention provides the following
It is limited only by the claims.
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フロントページの続き
(31)優先権主張番号 08/471,216
(32)優先日 1995年6月6日
(33)優先権主張国 米国(US)
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L
U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF
,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,
SN,TD,TG),AP(KE,LS,MW,SD,S
Z,UG),UA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD
,RU,TJ,TM),AL,AM,AT,AU,AZ
,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CZ,
DE,DK,EE,ES,FI,GB,GE,HU,I
L,IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LK
,LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,
MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,R
U,SD,SE,SG,SI,SK,TJ,TM,TR
,TT,UA,UG,UZ,VN
(72)発明者 セン,アラップ
アメリカ合衆国テキサス州75209,ダラス,
ウエスト・ビバリー・ドライブ 3845────────────────────────────────────────────────── ───
Continuation of front page
(31) Priority claim number 08 / 471,216
(32) Priority date June 6, 1995
(33) Priority country United States (US)
(81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE,
DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, L
U, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF)
, CG, CI, CM, GA, GN, ML, MR, NE,
SN, TD, TG), AP (KE, LS, MW, SD, S
Z, UG), UA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD
, RU, TJ, TM), AL, AM, AT, AU, AZ
, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CZ,
DE, DK, EE, ES, FI, GB, GE, HU, I
L, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LK
, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK,
MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, R
U, SD, SE, SG, SI, SK, TJ, TM, TR
, TT, UA, UG, UZ, VN
(72) Inventor Sen, Arup
Texas, United States 75209, Dallas,
West Beverly Drive 3845