(57)【要約】【課題】  セラミックス多孔体の内部まで細胞を浸透させ、栄養分の供給や老廃物の排出をスムーズに行うことができ、かつ、細胞による高い吸収性を確保しながら、新生骨が形成されるまでの間における十分な圧縮強度を確保する。【解決手段】  生体活性ガラスの微粉末を水またはアルコール内に混合してなるガラススラリー内に、ブロック状のセラミックス多孔体を浸漬して、ガラススラリーをセラミックス多孔体の気孔内に浸透させるステップと、ガラススラリーを含浸したセラミックス多孔体を乾燥させるステップと、乾燥したガラス微粉末入りのセラミックス多孔体を加熱して、ガラス微粉末を溶融させるステップと、セラミックス多孔体を冷却して溶融したガラス微粉末を固化させるステップとを含む骨補填材の製造方法を提供する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス多孔体の気孔内面に生体活性ガラスを付着させてなる骨補填材。
【請求項２】
生体活性ガラスの皮膜を気孔内面の少なくとも一部にコーティングしてなる請求項１に記載の骨補填材。
【請求項３】
生体活性ガラスの微粉末を水またはアルコール内に混合してなるガラススラリー内に、ブロック状のセラミックス多孔体を浸漬して、ガラススラリーをセラミックス多孔体の気孔内に浸透させるステップと、
ガラススラリーを含浸したセラミックス多孔体を乾燥させるステップと、
乾燥したガラス微粉末入りのセラミックス多孔体を加熱して、ガラス微粉末を溶融させるステップと、
セラミックス多孔体を冷却して溶融したガラス微粉末を固化させるステップとを含む骨補填材の製造方法。
【請求項４】
前記ガラススラリーをセラミックス多孔体の気孔内に浸透させるステップが、セラミックス多孔体を浸漬させたガラススラリーに超音波振動を付与するステップ、または、セラミックス多孔体を浸漬させたガラススラリーを減圧するステップである請求項３に記載の骨補填材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、骨補填材とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、骨腫瘍摘出や外傷等により生じた骨の欠損部に、骨補填材を補填することにより、骨を再生させて欠損部を修復することが可能になってきている。骨補填材としては、ハイドロキシアパタイト（ＨＡＰ）やリン酸三カルシウム（ＴＣＰ）が知られているが、体内に異物を残さないとする考え方から、例えば、β−ＴＣＰのようなリン酸カルシウム多孔体からなる足場材が使用される。β−ＴＣＰを骨欠損部の骨細胞に接触させておくと、破骨細胞がβ−ＴＣＰを吸収し、骨芽細胞が新しい骨を形成する、いわゆるリモデリングが行われる。すなわち、骨欠損部に補填された骨補填材は、経時的に自家骨に置換されていくことになる（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】植村他２名，「生分解性β−ＴＣＰ多孔材料を用いた骨におけるティッシュエンジニアリング−生体内で強度を増す新しい材料オスフェリオン−」，メディカル朝日，朝日新聞社，２００１年１０月１日，第３０巻，第１０号，ｐ．４６−４９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この場合において、細胞によるリン酸カルシウム多孔体の吸収性を向上するためには、気孔率を増大させる必要がある。また、リン酸カルシウム多孔体の内部にまで細胞を浸透させ、栄養分の補給および老廃物の排出等をスムーズに行わせるには、ある程度大きな気孔を確保しておく必要もある。
しかしながら、気孔率を増大させ、気孔の大きさを大きくするとリン酸カルシウム多孔体自体の強度が低下してしまう不都合がある。
【０００４】
リン酸カルシウム多孔体自体の強度が低下すると、移植時に圧迫等されることによって簡単に崩れてしまうため、取り扱いが困難であるという問題がある。また、移植時に崩壊することなく移植された場合であっても、新生骨が形成されるまでの間の強度が保たれず、生体内において圧迫されて崩壊してしまう不都合も考えられる。
【０００５】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、セラミックス多孔体の内部まで細胞を浸透させ、栄養分の供給や老廃物の排出をスムーズに行うことができ、かつ、細胞による高い吸収性を確保しながら、新生骨が形成されるまでの間における十分な圧縮強度を確保することができる骨補填材とその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明は、セラミックス多孔体の気孔内面に生体活性ガラスを付着させてなる骨補填材を提供する。
本発明によれば、気孔内面に付着した生体活性ガラスによって、セラミックス多孔体の圧縮強度を向上することができる。生体活性ガラスは、セラミックス多孔体内において強度部材として機能し、セラミックス多孔体の圧縮強度を向上することになる。圧縮強度が向上されることにより、移植時に圧迫しても崩壊することがなく、取り扱い性が向上する。また、移植直後においても、生体内において潰れることが防止される。
【０００７】
生体活性ガラスは、セラミックス多孔体と同様、細胞の接着性が高いので、気孔内部にまで浸透した細胞が、生体活性ガラスに容易に接着して成長を開始することができる。そして、生体活性ガラスは接着した細胞が成長する過程において分解、吸収され、骨組織に置き換わる。骨組織が形成されると、新生された骨組織によって圧縮強度が確保されるので、生体活性ガラスが吸収された後も崩壊することなく、細胞が成長するための足場として機能し、健全な骨組織を再生することが可能となる。
【０００８】
上記発明においては、生体活性ガラスの皮膜を気孔内面の少なくとも一部にコーティングしてなることが好ましい。
生体活性ガラスが気孔内面に皮膜状にコーティングされることにより、セラミックス多孔体内の気孔が埋められることが防止され、細胞の浸透性や、栄養分の供給、老廃物の排出を阻害することがない。また、気孔内面に皮膜状に配されることにより、細胞の接着面積も大きく確保される。したがって、セラミックス多孔体の内部から、細胞の健全な成長が促され、骨組織の迅速な再生が促進されることになる。
【０００９】
また、本発明は、生体活性ガラスの微粉末を水またはアルコール内に混合してなるガラススラリー内に、ブロック状のセラミックス多孔体を浸漬して、ガラススラリーをセラミックス多孔体の気孔内に浸透させるステップと、ガラススラリーを含浸したセラミックス多孔体を乾燥させるステップと、乾燥したガラス微粉末入りのセラミックス多孔体を加熱して、ガラス微粉末を溶融させるステップと、セラミックス多孔体を冷却して溶融したガラス微粉末を固化させるステップとを含む骨補填材の製造方法を提供する。
【００１０】
本発明によれば、ガラススラリーがセラミックス多孔体の気孔内に浸透されると、ガラススラリー内に含まれる生体活性ガラスの微粉末が、セラミックス多孔体内部の奥深い所にまで到達する。次いで、乾燥させることにより、ガラススラリーを構成していた水またはアルコールが蒸発してガラス微粉末が気孔内の各所に残される。そして、このようにして製造されたガラス微粉末入りのセラミックス多孔体を加熱することにより、生体活性ガラスが溶融し、気孔内面に皮膜状に付着する。最後に、セラミックス多孔体を冷却して、付着した生体活性ガラスの皮膜を固化させることにより、皮膜状の生体活性ガラスが強度部材として機能して圧縮強度が向上された骨補填材が製造されることになる。
【００１１】
製造された骨補填材は、圧縮強度が高いので、移植時の取り扱い性が向上されるとともに、移植後、新生骨が形成されるまでの期間における強度確保を図ることができる。そして、生体活性ガラスを気孔内面に皮膜状に付着させていることにより、セラミックス多孔体の気孔の機能を維持したまま、圧縮強度を向上し、細胞の接着、成長を阻害することなく、健全な骨細胞の再生を図ることができる。
【００１２】
上記発明においては、前記ガラススラリーをセラミックス多孔体の気孔内に浸透させるステップが、セラミックス多孔体を浸漬させたガラススラリーに超音波振動を付与するステップ、または、セラミックス多孔体を浸漬させたガラススラリーを減圧するステップであることとしてもよい。
このようにすることで、セラミックス多孔体の気孔内にガラススラリー内のガラス微粉末が浸透されやすく、入り組んだ気孔内にもガラス微粉末を進入させて、生体活性ガラスのコーティングを形成することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、セラミックス多孔体の気孔の機能を維持しつつ、圧縮強度を高めて、移植時等の取り扱い性を改善し、移植後、骨形成までの期間においても崩れることなく形態を維持可能な骨補填材を提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
この発明の一実施形態に係る骨補填材とその製造方法について、以下に説明する。
本実施形態に係る骨補填材は、セラミックス多孔体、例えば、β−ＴＣＰ多孔体の気孔内面に生体活性ガラス、例えば、Ｎａ２Ｏ：ＣａＯ：ＳｉＯ２＝１０：４０：５０（wt％）の組成を有するガラスのコーティングを施した構造のものである。
【００１５】
生体活性ガラスは、β−ＴＣＰ多孔体と同様に、細胞に対する接着性、生体吸収性を備えているが、β−ＴＣＰ多孔体と比較して圧縮強度が強く、気孔内面に施されたコーティングによって、β−ＴＣＰ多孔体の圧縮強度を向上することができる。
【００１６】
次に、本実施形態に係る骨補填材１の製造方法について、図１を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る骨補填材１の製造方法は、図１（ａ）に示されるように、水、メチルアルコールまたはエチルアルコール等の媒体２を貯留した容器３内に、生体活性ガラス４の微粉末（例えば、平均粒径約０．１〜１００μｍのもの：以下、ガラス微粉末４とも言う。）を投入して攪拌することにより、ガラススラリー５を調整する（ステップ１）。
【００１７】
媒体２として水またはアルコールを採用したのは、粘性が低くて流動性が高く、後の工程で蒸発させることが可能な物質だからであり、また残留物が残っても、生体に無害だからである。したがって、この条件を満たす限り、これらの材質に限定されるものではない。
【００１８】
ガラススラリー５の濃度は、例えば、約０．５〜１０％である。ガラススラリー５の濃度が０．５％より低いと、β−ＴＣＰ多孔体６の気孔内に付着するガラス微粉末４が少なすぎるからであり、１０％より高いと、流動性が低くなって気孔内に進入しにくくなるからである。
また、ブロック状のβ−ＴＣＰ多孔体６としては、例えば、気孔率５０〜９８％のものを使用する。気孔率が大きいほど本発明の高い効果が得られる。
【００１９】
次に、このようにして調整されたガラススラリー５内に、図１（ｂ）に示されるように、ブロック状のβ−ＴＣＰ多孔体６を投入して浸漬する（ステップ２）。ガラス微粉末４の粒径が十分に小さく、ガラススラリー５の濃度が低い場合には、浸漬させるだけでガラス微粉末４がβ−ＴＣＰ多孔体６の気孔内に十分に浸透する。この場合においても、あるいは、ガラススラリー５の濃度が高い場合やガラス微粉末４の粒径が比較的大きな場合には、ガラス微粉末４の気孔内への浸透性を向上するために、図１（ｃ）のステップ３に示すように、振動装置７によって容器３内のガラススラリー５に振動、例えば超音波振動を加えることが好ましい。
【００２０】
次いで、ガラススラリー５がβ−ＴＣＰ多孔体６内に十分に浸透した状態で、図１（ｄ）に示されるように、容器３内からガラススラリー５が含浸されたβ−ＴＣＰ多孔体６′を取り出す（ステップ４）。
そして、図１（ｅ）に示されるように、β−ＴＣＰ多孔体６′を乾燥させる（ステップ５）。これにより、β−ＴＣＰ多孔体６′に含浸されていたガラススラリー５のうち、該ガラススラリー５を構成する媒体が蒸発させられる。ガラススラリー５の媒体２としてアルコールを使用した場合の方が、蒸発が迅速に行われるので好ましい。
これにより、気孔内にガラススラリー５を構成していた生体活性ガラス４の微粉末が残留した状態のβ−ＴＣＰ多孔体６″が製造される。
【００２１】
次に、このようにして製造されたガラス微粉末４入りのβ−ＴＣＰ多孔体６″を、加熱炉８に投入して、例えば、６００℃で３時間、加熱する（ステップ６）。
生体活性ガラス４の融点が約６５０℃であり、それよりも若干低い温度で加熱することにより、溶融した生体活性ガラス４が流れ落ちてしまうことなく、気孔内壁における付着位置において広がる程度に溶融するようになる。
【００２２】
これにより、気孔内に、気孔内壁に付着して残留していたガラス微粉末４が溶融して広がり、皮膜状のコーティングとして気孔内壁を覆うようになる。ガラススラリー６の濃度を調節することにより、気孔内壁を覆う生体活性ガラス４の皮膜の量を調節することができる。気孔内壁全面を生体活性ガラス４の皮膜によって覆ってもよく、部分的に覆うようにしてもよい。
【００２３】
最後に、加熱ステップの後に、図１（ｇ）に示されるように、得られたβ−ＴＣＰ多孔体を冷却することにより、気孔内部に形成された生体活性ガラス４の皮膜を固化させる（ステップ７）。冷却ステップは、例えば、徐冷または常温放置することにより行われる。
【００２４】
このように、本実施形態に係る骨補填材１の製造方法によれば、固化した生体活性ガラス４の皮膜が強度部材として機能し、圧縮強度を向上した骨補填材１が製造されることになる。
骨補填材１の圧縮強度が高められることにより、骨補填材１の取り扱い時、例えば、梱包時や移植時、あるいは、培養骨の製造時等において、取り扱い中に骨補填材１が崩れてしまうことを防止することができる。また、骨欠損部への移植後に、新生骨の形成が行われる場合、移植後新生骨形成までの間に、隣接組織から受ける内圧等によって骨補填材１が崩れてしまうことを防止することができる。
【００２５】
また、強度部材としての生体活性ガラス４をβ−ＴＣＰ多孔体６に単に埋め込むのではなく、気孔内壁を覆う皮膜状に形成するので、生体活性ガラス４によって気孔を埋めてしまうことがない。すなわち、気孔の機能が損なわれることがない。
【００２６】
したがって、骨欠損部への移植後においても、あるいは、間葉系幹細胞を付着させて行われる培養骨の製造工程においても、細胞を気孔内に浸透させて、β−ＴＣＰ多孔体６の内部から細胞を成長させることができるとともに、培地を介した細胞への栄養分の補給や、細胞から放出された老廃物の排出等を気孔を介してスムーズに行うことができ、細胞の健全な成長を図ることができる。
【００２７】
そして、生体活性ガラス４の皮膜は、新生骨によって強度が確保される移植後４週間程度で、生体内に分解・吸収される。その後は、骨芽細胞はβ−ＴＣＰ多孔体６を足場として骨組織を形成することになり、骨欠損部の迅速な修復が図られていくことになる。
【００２８】
なお、本実施形態においては、気孔内壁を全面または部分的に被覆する皮膜状の生体活性ガラス４を有する骨補填材１について説明したが、これに間葉系幹細胞、または骨芽細胞を付着させ、所定の培養条件下で培養した培養骨を提供することにしてもよい。培養骨によっても、移植後、骨形成がある程度進行するまで骨補填材１自体の圧縮強度によりその形態が安定して保持されるという効果がある。
【００２９】
生体活性ガラス４としては、Ｎａ２Ｏ：ＣａＯ：ＳｉＯ２＝１０：４０：５０（wt％）の組成を有するガラスを例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、Ｎａ２Ｏ：ＣａＯ：ＳｉＯ２＝１〜２０：１０〜５０：４０〜６０（wt％）のような組成を有するものを採用することができる。また、生体活性ガラスの生体適合性向上およびガラス融液の融点降下や粘性を下げる目的で、Ｋ２Ｏ、ＭｇＯまたはＰ２Ｏ５を１〜１０％程度加えてもよい。
また、加熱温度として６００℃を採用したが、５５０℃〜７５０℃の範囲で１〜１０時間加熱することにしてもよい。
【００３０】
また、図１（ｃ）のステップ３においては超音波振動を付与することにより、ガラス微粉末４の気孔内への浸透性を向上することとしたが、これに代えて、図２に示されるように、開放容器３内に貯留したガラススラリー５内にブロック状のセラミックス多孔体６を浸漬させたものを密封容器１０内に収容して減圧ポンプ１１の作動により密封容器１０内を減圧状態とすることにしてもよい。このようにすることで、セラミックス多孔体６の気孔内に閉じこめられている気泡を排出させて、気泡により気孔内部への進入を妨げられていたガラススラリー５を気孔内に浸透させることが可能となる。符号１２はバルブである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明の一実施形態に係る骨補填材の製造方法を示す模式的な工程図である。
【図２】図１の製造方法の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  骨補填材
４  生体活性ガラス
５  ガラススラリー
６，６′，６″  セラミックス多孔体
【図１】
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【図２】
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