(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体内で自家骨へ吸収置換する球状の粉末状アパタイト／コラーゲン複合体であって、繊維状のアパタイト／コラーゲン複合体を含む混練物を球状に造粒してなることを特徴とする球状の粉末状アパタイト／コラーゲン複合体。
【請求項２】
請求項１に記載の粉末状のアパタイト／コラーゲン複合体において、粒径が10〜2000μmであることを特徴とする粉末状アパタイト／コラーゲン複合体。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の粉末状のアパタイト／コラーゲン複合体において、前記アパタイトが低結晶性のリン酸カルシウムであることを特徴とする粉末状アパタイト／コラーゲン複合体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の粉末状のアパタイト／コラーゲン複合体において、前記アパタイトがヒドロキシアパタイトであることを特徴とする粉末状アパタイト／コラーゲン複合体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の粉末状のアパタイト／コラーゲン複合体と結合材とからなることを特徴とする形状賦形型の人工骨ペースト。
【請求項６】
請求項５に記載の人工骨ペーストにおいて、前記結合材がコラーゲンであることを特徴とする形状賦形型の人工骨ペースト。
【請求項７】
繊維状のアパタイト／コラーゲン複合体を含む懸濁液を、スプレードライヤーで-150〜-250℃の液体窒素又は気体中に噴霧し、液滴を凍結した後、前記液滴を凍結乾燥することにより球状の粉末状アパタイト／コラーゲン複合体を製造する方法。
【請求項８】
繊維状のアパタイト／コラーゲン複合体と水とを、繊維／水が0.5〜１（質量比）で含む混練物を、湿式押出造粒機を用いて造粒し、得られた長さが不揃いの円柱顆粒を球形整粒機で球形化することにより球状の粉末状アパタイト／コラーゲン複合体を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細な骨欠損部にも密に充填しやすいアパタイト／コラーゲン複合体、及び前記複合体と結合材とを混合することにより得られる形状賦形型の人工骨に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、外傷や病気により生じた骨欠損部の治療法として、患者自身の骨を採取して用いる自家骨移植、他人から提供された骨を用いる同種骨移植、チタンなどの金属や水酸アパタイトセラミックスで作られた人工骨の補填などがある。その中でも水酸アパタイトセラミックスは従来の金属、高分子、アルミナセラミックスにはない骨伝導を有し、骨と直接結合するという特徴を持つため、発売開始後、口腔外科、脳神経外科、耳鼻咽喉科、整形外科などの幅広い領域で自家骨に代わる骨修復材料として徐々に普及してきた。しかし、水酸アパタイトセラミックスに代表されるセラミックス人工骨は固くもろいために術中に取り扱いづらいとの問題点があった。これを改善するためにスポンジ状の弾力性を持ったアパタイト／コラーゲン複合体が開発され、材料の取り扱いを容易にすることができたが、複雑な形状で大きさもそれぞれ異なる骨欠損部へ補填不良をきたすことなく補填することは現在存在する材料では困難である。
【０００３】
特開平3-128061には、α型第３リン酸カルシウムと第２リン酸カルシウム２水和物との混合粉体を主成分として含有する、Ca/Pモル比が1.200〜1.498のセメント組成物であって、該組成物の硬化液が少なくとも水溶性の多糖類を含むことを特徴とする水硬性リン酸カルシウムセメント組成物が開示されている。このセメント組成物は適度な稠度及び良好な操作性を有し、狭い箇所や複雑な形状の場所に確実かつ繁密に充填できると記載されている。しかし特開平3-128061に記載のリン酸カルシウムセメント組成物は、生体内で自家骨への吸収置換性が低いという問題があった。
【特許文献１】特開平3-128061号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、本発明の目的は、生体内に埋植した場合に自家骨へ吸収置換される形状賦形型人工骨を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、粉末状のアパタイト／コラーゲンと結合材とからなるペーストが、複雑な形状の骨欠損部への補填性に優れ、自家骨への吸収置換性が良好であることを見出し、本発明に想到した。
【０００６】
すなわち、本発明の粉末状のアパタイト／コラーゲン複合体は、生体内で自家骨へ吸収置換することを特徴とする。
【０００７】
前記粉末状のアパタイト／コラーゲン複合体は、繊維状のアパタイトコラーゲン複合体を含む懸濁液を液滴化し、前記液滴を凍結乾燥してなるのが好ましい。
【０００８】
前記粉末状のアパタイト／コラーゲン複合体は、繊維状のアパタイト／コラーゲン複合体を含む混練物を造粒してなるのが好ましい。
【０００９】
前記粉末状のアパタイト／コラーゲン複合体は、粒径が10〜2000μmであるのが好ましい。
【００１０】
前記アパタイトは低結晶性のリン酸カルシウムであるのが好ましい。前記アパタイトはヒドロキシアパタイトであるのが好ましい。
【００１１】
本発明の形状賦形型の人工骨ペーストは、粉末状のアパタイト／コラーゲン複合体と結合材とからなることを特徴とする。前記結合材はコラーゲンであるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の人工骨ペーストは、複雑な形状で大きさも異なる骨欠損部への補填性に優れ、自家骨への吸収置換性が良好であるので、補填部の形状を選ばず使用することができ、生体への適合性に優れている。このため、人工骨を補填したときの患者への負担が軽減されるとともに、埋植時の人工骨の加工が不要となるため、人工骨を使用する医師への作業性も向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
[1] 粉末状（顆粒状）アパタイト／コラーゲン複合体の製造
本発明の形状賦形型の人工骨ペーストは、粉末状アパタイト／コラーゲン複合体と、コラーゲン等の結合材とからなる。粉末状アパタイト／コラーゲン複合体は、ハイドロキシアパタイトとコラーゲンが自己組織化的に配向し、生体骨に類似の複合体を形成していることが好ましい。本明細書中「自己組織化」とは、コラーゲン繊維に沿って、アパタイト構造を有する水酸化リン酸カルシウム（ハイドロキシアパタイト）が生体骨特有の配向をしていること、すなわちハイドロキシアパタイトのC軸がコラーゲン繊維に沿うように配向していることを意味する。
【００１４】
(1) 原料
アパタイト／コラーゲン複合体は、コラーゲン、リン酸塩、カルシウム塩を原料として製造する。コラーゲンとしては特に限定されず、動物等から抽出したものを使用できる。なお由来する動物の種、組織部位、年齢等は特に限定されない。一般的には哺乳動物（例えばウシ、ブタ、ウマ、ウサギ、ネズミ等）や鳥類（例えばニワトリ等）の皮膚、骨、軟骨、腱、臓器等から得られるコラーゲンが使用できる。また魚類（例えばタラ、ヒラメ、カレイ、サケ、マス、マグロ、サバ、タイ、イワシ、サメ等）の皮、骨、軟骨、ひれ、うろこ、臓器等から得られるコラーゲン様蛋白を使用してもよい。なおコラーゲンの抽出方法は特に限定されず、一般的な抽出方法を使用することができる。また動物組織からの抽出ではなく、遺伝子組み替え技術によって得られたコラーゲンを使用してもよい。
【００１５】
リン酸又はその塩（以下単に「リン酸（塩）」という）としては、リン酸、リン酸水素二ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸二水素カリウム等が挙げられる。またカルシウム塩としては、例えば炭酸カルシウム、酢酸カルシウム、水酸化カルシウム等が挙げられる。リン酸塩及びカルシウム塩はそれぞれ均一な水溶液又は懸濁液の状態で使用するのが好ましい。
【００１６】
本発明に使用するアパタイト／コラーゲン複合体中のアパタイト／コラーゲンの混合比は、機械的強度の面から9/1〜6/4（質量比）であるのが好ましく、8.5/1.5〜7/3（質量比）であるのがより好ましく、約8/2（質量比）であるのが最も好ましい。
【００１７】
(2) 溶液の調製
コラーゲン／リン酸（塩）水溶液、及びカルシウム塩水溶液（又は懸濁液）を調製する。コラーゲン／リン酸（塩）水溶液はコラーゲンとリン酸（塩）を溶解した水溶液で、コラーゲンの濃度は0.1〜1.5質量％が好ましく、約0.85質量％が特に好ましい。またリン酸（塩）の濃度は15〜240 mMが好ましく、約120 mMが特に好ましい。カルシウム塩水溶液（又は懸濁液）の濃度は50〜800 mMが好ましく、約400 mMが特に好ましい。各溶液の濃度を調整することにより、アパタイト／コラーゲン複合体の繊維長を調整することができる。具体的には、各溶液の濃度を高くすると繊維長は短くなり、各溶液の濃度を低くすると繊維長は長くなる。コラーゲンは一般的にはリン酸水溶液の状態で、前述のリン酸（塩）水溶液に加える。コラーゲンのリン酸水溶液としては、コラーゲンの濃度が約0.85質量％、リン酸の濃度が20 mM程度のものを使用するのが好ましい。
【００１８】
(3) アパタイト／コラーゲン複合体の製造
添加するカルシウム塩水溶液又は懸濁液の量とほぼ同量の水に、約40℃でコラーゲンを含有するリン酸（塩）水溶液、及びカルシウム塩水溶液又は懸濁液を同時に滴下することにより、アパタイト／コラーゲン複合体が生成する。滴下条件を制御することにより、アパタイト／コラーゲン複合体の繊維長を制御できる。滴下速度は1〜60 mL/分が好ましく、約30 mL/分がより好ましい。攪拌速度は1〜400 rpmが好ましく、約200 rpmがより好ましい。リン酸（塩）及びカルシウム塩の混合比率は、1：1〜2：5が好ましく、3：5がより好ましい。またコラーゲンとアパタイト（リン酸塩とカルシウム塩の総量）の混合比率は、1：9〜4：6が好ましく、1.5：8.5〜3：7がより好ましい。
【００１９】
反応液中のカルシウムイオン濃度を3.75 mM以下、リン酸イオン濃度を2.25 mM以下に維持することにより、反応液のpHは8.9〜9.1に保つのが好ましい。カルシウムイオン及び／又はリン酸イオンの濃度が上記範囲を超えると、複合体の自己組織化が妨げられる。上記の滴下条件により、自己組織化したアパタイト／コラーゲン複合体の繊維長は、粉末状アパタイト／コラーゲンの原料として好適な２ mm以下となる。
【００２０】
(4) 粉末状（顆粒状）アパタイト／コラーゲン複合体の製造
(a)凍結乾燥による方法
繊維状アパタイト／コラーゲン複合体を水等の溶媒に分散させて、懸濁液とする。繊維と溶媒との比率は、繊維／溶媒が5/95〜1/99（体積比）であるのが好ましい。この懸濁液をスプレードライヤーなどで-150〜-250℃の液体（例えば液体窒素）又は気体中に噴霧し、液滴を凍結した後、凍結乾燥を行い、真空熱脱水架橋処理（例えば、140℃で12時間）を行うことにより、粉末状のアパタイト／コラーゲン複合体を得る。なお、架橋処理としては、グルタールアルデヒド等の薬剤による処理であっても良い。アパタイト／コラーゲン複合体粉末の粒径は10〜2000μmであるのが好ましく、30〜1000μmであるのがより好ましい。粒径は、スプレードライの凍結温度、噴霧条件等を変更することにより調節することができる。上記の操作により繊維状のアパタイト／コラーゲン複合体が凝集し、ほぼ球状の粉末状アパタイト／コラーゲン複合体となる。なお、アパタイトは、高温による熱履歴が無いので、低結晶性のリン酸カルシウム（アパタイト）となる。粉末状アパタイト／コラーゲン複合体は、この状態で骨欠損部へ適用しても良い。
【００２１】
(b)造粒による方法
繊維状アパタイト／コラーゲン複合体を水等の溶媒で混練し、混練物とする。繊維と溶媒との比率は、繊維／溶媒が0.5〜１（質量比）であるのが好ましい。この混練物を湿式押出造粒機を用いて造粒する。湿式押出造粒された長さが不揃いの円柱顆粒は、球形整粒機で球形化するのが好ましい。得られた球状粒子を乾燥し、真空熱脱水架橋処理（例えば、140℃で12時間）することにより、ほぼ球状の粉末状アパタイト／コラーゲン複合体を得る。なお、架橋処理としては、グルタールアルデヒド等の薬剤による処理であっても良い。アパタイト／コラーゲン複合体粉末の粒径は10〜2000μmであるのが好ましく、30〜1000μmであるのがより好ましい。粒径は、前記造粒機のスクリーンの大きさを変えて制御することができる。なお、アパタイトは、高温による熱履歴が無いので、低結晶性のリン酸カルシウム（アパタイト）となる。粉末状アパタイト／コラーゲン複合体は、この状態で骨欠損部へ適用しても良い。
【００２２】
[2]形状賦形型アパタイト／コラーゲン複合体
粉末状アパタイト／コラーゲン複合体、結合材及び生理食塩水を混合することにより、ペースト状アパタイト／コラーゲン複合体が得られる。結合材としてはコラーゲンを用いるのが好ましい。結合材の使用量は、粉末状アパタイト／コラーゲン複合体に対して１〜10質量％が好ましい。ペースト中の固形分（粉末状アパタイト／コラーゲン複合体及び結合材）の濃度は、５〜10体積％が好ましい。
【００２３】
ペースト状アパタイト／コラーゲン複合体に水酸化ナトリウム水溶液を添加し、pHを７程度に調節することにより、結合材の繊維化が進み硬化が起こる。硬化が起こる前にペーストを注射器等で注入することにより骨欠損部を補填することができる。
【実施例】
【００２４】
本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００２５】
実施例１
(1)アパタイト／コラーゲン複合体繊維の作製
120 mMリン酸水溶液400 mlに、コラーゲンのリン酸水溶液（濃度0.97 質量％、20 mMリン酸）を412 g加えて撹拌することにより溶液Iを得た。他方、400 mM水酸化カルシウム溶液（溶液II）を400 ml調製した。200 mlの水（25℃）を入れた容器に溶液I及びIIを同時に滴下し、アパタイト／コラーゲン複合体繊維を含むスラリーを作製した。反応溶液は200 rpmで撹拌し、滴下速度は約30 ml/minであった。反応溶液のpHが8.9〜9.1に保持されるよう、溶液I及び溶液IIの滴下量を調節した。
【００２６】
(2)アパタイト／コラーゲン複合体粉末（顆粒）の作製
得られた複合体繊維に、液体の割合が95体積％となるように水を加え、アパタイト/コラーゲン複合体繊維を含む懸濁液を調製した。懸濁液をスプレードライヤーで、-200℃の液体窒素中に噴霧した後、乾燥してアパタイト／コラーゲン複合体粉末を得た。粉末は、SEMで観察した結果、粒径30〜1000μmの球状の顆粒であった。
【００２７】
(3)形状賦形型アパタイト／コラーゲン複合体の作製
得られた複合体粉末２ gに、生理食塩水12.71mlを加えた後、１NのNaOH水溶液0.1 mlを加えて撹拌しアパタイト／コラーゲン複合体の分散物を得た。この分散物にコラーゲンのリン酸水溶液（濃度0.58質量％、20 mMリン酸）を3.34g加えて撹拌し、粘性（流動性）を有する形状賦形型アパタイト／コラーゲン複合体のペーストを得た。ペーストのイオン強度は約８であり、pHは約７であった。ペースト中の液体（生理食塩水、リン酸水溶液及びNaOH水溶液）の量は95体積％であった。
【００２８】
このペーストを針径が2.1 mmのシリンジ内に充填し押出したところ、スムーズにシリンジ外に押出すことができた。押出されたペーストを37.5℃に加温保持したところ、120分でゲル状（流動性を有さない）の硬化体となった。
【００２９】
実施例２
実施例１(2)で得られたアパタイト／コラーゲン複合体粉末２ gに生理食塩水14.09 mlを加えた後、１NのNaOH水溶液0.06mlを加えて撹拌しアパタイト／コラーゲン複合体の分散物を得た。この分散物にコラーゲンのリン酸水溶液（濃度0.97質量％、20 mMリン酸）を2.00g加えて撹拌し、粘性（流動性）を有する形状賦形型アパタイト／コラーゲン複合体のペーストを得た。ペーストのイオン強度は約８であり、pHは約７であった。ペースト中の液体（生理食塩水、リン酸水溶液及びNaOH水溶液）の添加量は、アパタイト／コラーゲン複合体繊維を含む分散物の95体積％であった。
【００３０】
このペーストを針径が2.1 mmのシリンジ内に充填し押出したところ、スムーズにシリンジ外に押出すことができた。押出された分散物を37.5℃に加温保持したところ、120分でゲル状（流動性を有さない）の硬化体となった。実施例２のペーストは、実施例１のものに比較し、押出し時の流動性が優れていた。
【００３１】
実施例３
実施例１(1)で得られたアパタイト／コラーゲン複合体繊維30 gに、生理食塩水35 gを添加し混練した。この混練物を湿式押出造粒機（スクリーンφ0.7 mm、回転速度60 rpm、負荷電流値2.2 A）を用いて造粒した。湿式押出造粒された長さが不揃いの円柱顆粒を球形整粒機（プレート３ mm、回転速度600 rpm）で球形化し、乾燥した後、架橋処理を行い、粉末状のアパタイト／コラーゲン複合体を得た。この粉末状のアパタイト／コラーゲン複合体はSEMで観察した結果、図１及び２に示すように、粒径300〜500μmの球状であった。
【００３２】
得られた粉末状アパタイト／コラーゲン複合体を用いて、実施例２と同様にして形状賦形型アパタイト／コラーゲン複合体のペーストを作製した。このペーストを用いて実施例２と同様にして、シリンジからの押出し性及び硬化性を評価したところ、実施例２と同様であった。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施例３で作製した粉末状アパタイト／コラーゲン複合体を示す電子顕微鏡写真である。
【図２】実施例３で作製した粉末状アパタイト／コラーゲン複合体顆粒を示す他の電子顕微鏡写真である。
【図１】
0005467554.tif 000002
【図２】
0005467554.tif 000003