(57)【要約】【課題】【解決手段】炭酸カルシウムを含む藻からヒドロキシルアパタイトを製造する方法であって、（ａ）藻が有する多孔性を変えることなく藻に含まれる炭酸カルシウムの少なくとも一部を酸化カルシウムに変換するステップと、（ｂ）ステップ（ａ）で形成された材料をリン酸イオン水溶液と反応させるステップとを含むヒドロキシルアパタイトの製造方法。【選択図】図８
2009537437.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭酸カルシウムを含む藻からヒドロキシルアパタイト（Hydroxylapatite）を製造する方法で、少なくとも
（ａ）藻に含まれる炭酸カルシウムの少なくとも一部を、藻が有する多孔性を変えることなく酸化カルシウムに変換するステップと、
（ｂ）ステップ（ａ）で形成された中間材料をリン酸イオン水溶液と反応させるステップと、を含むヒドロキシルアパタイトの製造方法。
【請求項２】
前記炭酸カルシウムを含む藻は、サンゴモ科の藻と、ミル科の管状緑藻と、有節および無節のサンゴ種の藻ならびに有殻形状および自由生活性の石灰藻球（ミール）形状を含むサンゴ種の藻とを含む群の一つ以上である請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記藻は、サンゴモ（Corallina officinalis）である請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記藻は、マオウカニノテ（Amphiroa ephedraea）である請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項５】
前記藻は、孔径１０から１０００マイクロメートルの範囲の多孔性を有する請求項１から４に記載の製造方法。
【請求項６】
前記（ａ）のステップで、前記炭酸カルシウムを含む藻は熱処理により変換される請求項１から５に記載の製造方法。
【請求項７】
前記熱処理は、６５０℃から７００℃で行う請求項６に記載の製造方法。
【請求項８】
前記熱処理は、大気圧中で行う請求項６および７に記載の製造方法。
【請求項９】
前記炭酸カルシウムを含む藻の炭酸カルシウムから酸化カルシウムへの前記変換は、少なくとも５から１０質量パーセントである請求項１から８に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記炭酸カルシウムを含む藻の炭酸カルシウムから酸化カルシウムへの前記変換は、１５から２５質量パーセントの範囲で、好ましくは１８から２２質量パーセント、より好ましくは１９から２１質量パーセント、さらに好ましくは２０質量パーセントである請求項１から９に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記炭酸カルシウムを含む藻から炭素を除去するステップをさらに含む請求項１から１０に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記炭酸カルシウムを含む藻から、少なくとも９５質量パーセント以上、好ましくは９９質量パーセント以上の炭素を除去する請求項１１に記載の製造方法。
【請求項１３】
前記（ａ）のステップで得られる前記中間材料は、元の藻と同一の多孔性構造を有する請求項１から１２に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記（ｂ）のステップで、前記リン酸イオンは溶液で提供する請求項１から１３に記載の製造方法。
【請求項１５】
前記（ｂ）のステップでの前記反応は、熱処理を伴う請求項１から１４に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記（ｂ）のステップは、リン酸溶液の約１００℃への加熱を伴う請求項１５に記載の製造方法。
【請求項１７】
前記（ｂ）のステップでの前記リン酸イオンは、リン酸水溶液として、好ましくはリン酸水素二アンモニウム（(NH4)2HPO4）の水溶液として提供する請求項１４から１６に記載の製造方法。
【請求項１８】
前記リン酸イオンは、好ましくはマグネシウムイオンを含む請求項１７に記載の製造方法。
【請求項１９】
前記溶液のｐＨ値は、９．０から９．５の範囲である請求項１４から１８に記載の製造方法。
【請求項２０】
請求項１から１９に記載の製造方法で得られるヒドロキシルアパタイト材。
【請求項２１】
請求項１から１９に記載の製造方法で得られる中間材料。
【請求項２２】
炭素を９５質量パーセント以上、好ましくは９９質量パーセント以上除去し、かつ炭酸カルシウムの５〜４０質量パーセント、好ましくは５〜１５質量パーセントを酸化カルシウムに変換するよう処理された炭酸カルシウムを含む藻材。
【請求項２３】
生体組織工学および組織再生足場製作において使用される請求項１から１８に記載の製造方法で得られたヒドロキシルアパタイト材の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒドロキシルアパタイト（Hydroxylapatite）の製造方法、その方法における中間材料、およびその方法により製造されたヒドロキシルアパタイト材に関する。
【背景技術】
【０００２】
現状の臓器不全や臓器移植の治療法において、主に移植用の組織や臓器の入手が困難であることに関する既存の制限を回避する代替え手段として、生体組織工学が浮上してきている。従来の材料技術においては、再生医療・置換医療の分野で明らかな改善がなされている。しかしながら、現状の方法論においての良好な結果にもかかわらず、怪我の多くはその重症度から依然として回復不能であり、世界的に主要な医療問題となっている。
【０００３】
骨組織再生は損傷または罹患した組織を３次元的な組織特異性の細胞足場の形態で交換するという現実的な手法をもたらしている。
【０００４】
足場製作においては、生体材料が細胞培養の成長を後押しするという極めて重要な役割を担っている。理想的には、生体材料がターゲット細胞による特定の接着受容体と成長受容体との相互作用によって宿主組織からの造骨性反応を促進する必要がある。これを実現するには、生体材料は修復部位において養分を配給しガスを拡散する血管形成の維持を可能にする手段が必要となる。海洋サンゴの派生物からの天然ヒドロキシルアパタイト（ＨＡ）は、細胞の接着と増殖を促進する骨誘導構造として機能し得る相互接続された細孔の自然構造を有している。
【０００５】
しかしながら、足場製作に使用する生体材料には、結晶ＨＡには欠けている特性である新骨の骨化に同期した骨吸収率も必要とされる。また、ＨＡの代替物としてβ‐リン酸三カルシウム（βＴＣＰ）があるが、吸収率が非常に速い。しかるに、これをＨＡとＴＣＰとの二相性構造とすることにより、自然骨と類似する特定の吸収率に設定した材料を製造することができる。
【０００６】
特許文献１には、藻を７００℃で２４時間かけて熱分解し、その後、形成された材料をオートクレーブ内で加圧して通常は２３０℃から２５０℃の範囲である１５０℃以上の温度でさらに少なくとも２４時間かけて反応させ、硬い藻組織からリン酸三カルシウムを含むヒドロキシルアパタイト材を製造する方法が開示されている。
【特許文献１】米国特許第２０００２１１４７５５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、さらに効率の良い方法でヒドロキシルアパタイトを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、炭酸カルシウムを含む藻からヒドロキシルアパタイトを製造する方法で、（ａ）藻に含まれる炭酸カルシウムの少なくとも一部を、藻が有する多孔性を変えることなく酸化カルシウムに変換するステップと、（ｂ）ステップ（ａ）で形成された材料をリン酸イオン水溶液と反応させるステップと、を含むヒドロキシルアパタイトの製造方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、従前の供給源からヒドロキシルアパタイトを得る従来の方法に比べ非常に簡略化された方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
炭酸カルシウムを含む藻は、炭酸カルシウムを多量に含むとされる任意の適切な藻でよい。多くの石灰化した種の藻が周知であり、マオウカニノテ（Amphiroa ephedraea）およびその他のサンゴモ科の藻、ならびに一部のミル科の管状緑藻がある。その他のサンゴ種の藻も周知である。特に適した材料のひとつとして、膝状（有節）種のサンゴモ（Corallina officinalis）がある。また、有殻形状および自由生活性の石灰藻球（ミール）形状を含むその他の無節のサンゴ種の藻が周知である。
【００１１】
藻は、全体またはほぼ全体（例えば、７５％以上、８０％以上、８５％以上、９０％、９５％、９７％、または、９８％以上）に、人骨の多孔性と同一または類似の多孔性を持つものとする。これは一般にマイクロメートル単位の微細孔を有することで定義され、その範囲は例えば１０から１０００マイクロメートルである。
【００１２】
ステップ（ａ）において、炭酸カルシウムを含む藻の変換は熱処理により行うことができる。
【００１３】
炭酸カルシウムを基盤とする藻の加熱は、炭化とも呼ばれ、適切な温度管理下で行われる。加熱温度は６００℃から８００℃が好ましく、６３０℃から７２０℃がより好ましく、６５０℃から７００℃がさらに好ましく、この温度が炭酸カルシウムと酸化カルシウムとの比率を変化させるのに適正な条件となる。また、加熱は大気圧中で行われるのが好ましい。
【００１４】
炭酸カルシウムを含む藻の炭酸カルシウムから酸化カルシウムへの変換は、少なくとも５から１０質量パーセントが好ましく、より好ましくは１５から２５質量パーセント、１８から２２質量パーセント、１９から２１質量パーセントで、約２０質量パーセントがさらに好ましい。
【００１５】
ステップ（ａ）において、炭酸カルシウムを含む藻から少なくとも一部の炭素を除去することが好ましい。炭素を９５質量パーセント以上除去することがより好ましく、９９質量パーセント以上がさらに好ましい。
【００１６】
ステップ（ａ）において形成された中間材料は、元の藻材の微細孔構造を有している。しかしながら、元の藻に含まれる１００％の炭酸カルシウムに対し、熱処理により炭酸カルシウムの一部が酸化カルシウムに分解されている。
【００１７】
ステップ（ｂ）において、リン酸イオンは一般的には溶液であるが任意の適切な形態で用意する。多くの溶性のリン化合物が周知である。ステップ（ｂ）においても加熱するのが好ましく、例えば８０℃から１２０℃の範囲である約１００℃にリン酸溶液を加熱する。
【００１８】
ステップ（ｂ）におけるリン酸イオンはリン酸水溶液とし、リン酸水素二アンモニウム（(NH4)2HPO4）と硝酸マグネシウム六水和物（Mg(NO3)2.6H2O）との水溶液とするのが好ましい。溶液のｐＨ値を規制する（リン酸溶液を加える前に）必要があり、例えば水酸化アンモニウム（NH4OH）を使って、ｐＨ値を９．０から９．５の範囲にする。
【００１９】
反応の完了後、ｐＨ値がこの範囲にあることを確認するため、溶液のｐＨ値を測定することが好ましい。
【００２０】
本発明には、上記記載の方法で作られたヒドロキシルアパタイト材も含まれる。
【００２１】
本発明には、炭素を９５質量パーセント以上、好ましくは９９質量パーセント以上除去し、炭酸カルシウムの５から４０質量パーセント、より好ましくは５から１５質量パーセントを酸化カルシウムに変換するよう処理された炭酸カルシウムを含む藻材も含まれる。
【００２２】
本発明には、上記規定の方法で規定されるステップ（ａ）における中間材料、またはステップ（ａ）で形成された材料も含まれる。
【００２３】
本発明には、上記規定のヒドロキシルアパタイト材の製造方法で規定されるステップ（ａ）における中間材料の使用も含まれる。
【００２４】
本発明には、生体組織工学にて使用される上記規定のヒドロキシルアパタイト材の使用、特に組織再生足場製作における使用も含まれる。
【００２５】
添付の図面を参照しながら、本発明の一実施形態を一例として説明する。
【００２６】
実施例１
サンゴモ（Corallina officinalis）およびマオウカニノテ（Amphiroa ephedraea）は、アイルランドのドニゴール州（County Donegal）にて採集した。これらは個々に２つのステップの熱水処理でヒドロキシルアパタイトに変換した。熱処理を伴う最初のステップでは、サンゴモおよびマオウカニノテを６５０℃の大気中で１２時間熱分解し、含有有機物の除去、特に炭素の９９質量パーセント以上の除去を行った。その後、ここで得られた主に酸化カルシウムからなる材料を、周囲温度１００℃の大気圧中で合成させた。これは１リットルの反応フラスコ内において、好ましくはリン酸水素二アンモニウム（(NH4)2HPO4）であるリン酸水溶液中で、毎分１００回転の速度で継続的に攪拌して反応させた。
【００２７】
熱分解処理での最適条件を確定するため、サンゴモおよびマオウカニノテの質量損失を、熱重量分析装置（ＴＧＡ）を使って温度と時間の関数として判定した。（１）有機物分解による質量損失と（２）無機物の相変態による質量損失とを区別するため、非反応性雰囲気（N2中）と反応性雰囲気（空気中）で行った。図１および図２は、それぞれサンゴモおよびマオウカニノテの熱分解を示す。藻材からの水分の解離に起因する第１段階の熱分解が、両種とも２００℃以下の点で起きている。次の段階の熱分解は、２２０℃から６５０℃の間で２つの異なる反応が起きている。窒素ガス（N2）中では、式１で表わされる反応が起こることによる最大分解に漸近する緩やかな傾斜をしている。空気中では、有機物の燃焼に起因する急峻な傾斜がある。６５０℃における２つの傾斜勾配間の質量損失の差は２７％（サンゴモ）と２１％（マオウカニノテ）であり、それぞれの藻の含有有機物の範囲を示唆している。６００℃から８００℃の間では、炭酸カルシウム（CaCO3）内の炭素（C）が酸化によって二酸化炭素（CO2）として放出され、酸化カルシウム（CaO）が残って式２で表わされる反応の結果となる。
式１    Mg, Ca(CO3)2 → CaCO3 + MgO + CO2
式２    CaCO3 → CaO + CO2
【００２８】
Ｘ線回析（ＸＲＤ）の結果である図３および図４は、熱分解における各段階での化学組成を示している。ＴＧＡでの結果によれば、前述のとおり、最適処理条件は６００℃から８００℃の範囲となる。ＸＲＤでの結果からは、酸化カルシウムへの変換における最適レベルは６００℃から７００℃の範囲となる。
【００２９】
２つの藻の構造に対する熱処理の効果は、走査型電子顕微鏡を使って判定された。図５のマオウカニノテの結果から、７００℃を超えると構造的破壊が始まることを示唆している。これはサンゴモについても成り立っている。
【００３０】
図６および図７の顕微鏡写真は、熱処理の前後における２つの藻の断面を比較している。図６ａおよび図７ａでは、細胞壁に有機物が粘着しているのが分かる。６５０℃に加熱後は、この泡状の物質は全く見られないが構造はそのまま残存している。
【００３１】
合成後は、ＸＲＤ（図８）において、３２°（２°シータ）領域にある特徴的な３つのピークによりヒドロキシルアパタイトの存在が確認できる。結果として得られた材料は、マオウカニノテは式３で、サンゴモは式４で表わされる。
式３    Ca5(PO4MOH)2
式４    Ca9.74(P04)6(OH)2.08
【００３２】
結論として、本発明は、ヒドロキシルアパタイトを従来の方法に比べより効率的で簡素化された方法で提供することができる。この方法には、元の藻が有して不可欠な人骨に類似の微細孔構造を保持しつつ、炭酸カルシウム藻をヒドロキシルアパタイトに変換する２つのステップの熱水処理方法が含まれる。またこの方法は、人骨の吸収率を模する適切な吸収率を有し、生体組織工学、特に組織再生足場製作において使用される優れた足場となる生体材料を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、窒素ガスと大気中でのサンゴモ（Corallina officinalis）の非等温解析を示す。
【図２】図２は、窒素ガスと大気中でのマオウカニノテ（Amphiroa ephedraea）の非等温解析を示す。
【図３】図３は、温度を０．５℃／分の傾斜率で変化させて１２時間熱分解した後のサンゴモの化学組成（正規化後）を示す。
【図４】図４は、温度を０．５℃／分の傾斜率で変化させて１２時間熱分解した後のマオウカニノテの化学組成（正規化後）を示す。
【図５】図５は、それぞれ６００℃（図５ａ）、７００℃（図５ｂ）、および８００℃（図５ｃ）で処理後のマオウカニノテの内部断面の顕微鏡写真である。
【図６】図６は、それぞれ孔方向に垂直な面での生の藻（図６ａ、６ｃ）と６５０℃で熱処理後（図６ｂ、６ｄ）のサンゴモの内部形態の顕微鏡写真である。
【図７】図７は、それぞれ孔方向に垂直な面での生の藻（図７ａ、７ｃ）と６５０℃で熱処理後（図７ｂ、７ｄ）のマオウカニノテの内部形態の顕微鏡写真である。
【図８】図８は、マオウカニノテ（図８ａ）およびサンゴモ（図８ｂ）から抽出されたヒドロキシルアパタイトのＸ線回析装置の出力波形を示す。
【図１】
2009537437.tif 000003
【図２】
2009537437.tif 000004
【図３】
2009537437.tif 000005
【図４】
2009537437.tif 000006
【図８】
2009537437.tif 000007
【図５】
2009537437.tif 000008
【図６】
2009537437.tif 000009
【図７】
2009537437.tif 000010
【国際調査報告】
2009537437.tif 000011
2009537437.tif 000012