(57)【要約】      （修正有）【課題】整形外科適用における複合材料としての骨-補強ポリマーマトリクス複合物の提供、およびその合成法の提供。【解決手段】骨-補強ポリマーマトリクス複合物の骨の供給源は、自家であっても、同種であっても、異種であっても、これらのいくつかの組み合わせであってもよく；1つ以上の皮質骨、癌性骨、皮質-癌性骨から得られる骨粒子は、脱鉱物化骨粒子であっても、非脱鉱物化骨粒子であっても、脱鉱物化骨粒子と非脱鉱物化骨粒子の両方の混合物であってもよく；該複合体の合成は、骨粒子を提供する工程、そして生分解性ポリマー、非生分解性ポリマー、生分解性ポリマーのコポリマー、非生分解性ポリマーのコポリマー、および生分解性ポリマーと生分解性ポリマーのコポリマー等におけるポリマー前駆体と骨粒子を合わせる工程、そしてポリマー前駆体を重合する工程よりなる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
骨ポリマー複合物を生成する方法であって、該方法は、以下：
複数の骨粒子を提供する工程；
生体適合性ポリマーの前駆体と該骨粒子とを合わせる工程；および
ポリマー前駆体を重合する工程
を包含する、方法。
【請求項２】
前記ポリマー前駆体を重合する工程が、ポリマー前駆体を架橋する工程、ポリマー前駆体の分子量を増大する工程、および重合したポリマー前駆体と骨粒子とを共有結合する工程の1つ以上を包含する、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記ポリマー前駆体が、モノマー、プレポリマー、流動性ポリマー、および部分的に重合したポリマーからなる群より選択される、請求項1に記載の方法。
【請求項４】
前記ポリマー前駆体および前記骨粒子の侵入型構造物を血管に浸透させる工程をさらに包含する、請求項1に記載の方法。
【請求項５】
前記骨粒子が、脱鉱物化されていない骨粒子、脱鉱物化された骨粒子、およびそれらの混合物からなる群より選択される、請求項1に記載の方法。
【請求項６】
前記骨粒子が、皮質骨、海綿質、皮質-海綿骨およびそれらの混合物からなる群のメンバーより選択される、請求項1に記載の方法。
【請求項７】
前記骨粒子が、自家骨、同種骨、異種骨およびそれらの混合物からなる群のメンバーより得られる、請求項1に記載の方法。
【請求項８】
前記骨粒子が、前記複合物の約1重量％〜約25重量％である、請求項1に記載の方法。
【請求項９】
前記骨粒子が、前記複合物の約26重量％〜約50重量％である、請求項1に記載の方法。
【請求項１０】
前記骨粒子が、前記複合物の約51重量％〜約75重量％である、請求項1に記載の方法。
【請求項１１】
前記骨粒子が、前記複合物の約76重量％〜約99重量％である、請求項1に記載の方法。
【請求項１２】
前記骨粒子の少なくとも約60％が伸長する、請求項1に記載の方法。
【請求項１３】
前記骨粒子の表面を改変する工程をさらに包含する、請求項1に記載の方法。
【請求項１４】
表面を改変する工程が、前記骨粒子にシランカップリング剤を添加する工程を包含し、ここで該シランカップリング剤が、前記重合したポリマー前駆体に取り込まれる活性基を含む、請求項13に記載の方法。
【請求項１５】
前記活性基が、単官能性または他官能性である、請求項14に記載の方法。
【請求項１６】
前記改変する工程が、生体分子、低分子、生理活性因子、非生物活性物質、無機物質、鉱物、および上記の任意の組み合わせからなる群より選択される部分を前記骨粒子に付着させる工程を包含する、請求項13に記載の方法。
【請求項１７】
前記表面を改変する工程が、シランカップリング剤を前記骨粒子に付着させる工程、および生体分子、低分子、生理活性因子、非生物活性物質、無機物質、鉱物、および上記の任意の組み合わせからなる群より選択される部分を、シランカップリング剤に付着させる工程を包含する、請求項13に記載の方法。
【請求項１８】
前記シランカップリング剤が、非生体適合性脱離基を含む、請求項17に記載の方法。
【請求項１９】
前記部分が、共有結合相互作用および非共有結合相互作用のメンバーによって、前記重合したポリマー前駆体に取り込まれるか、または連結される、請求項16または17に記載の方法。
【請求項２０】
前記表面を改変する工程が、前記骨粒子の表面でコラーゲン線維を露出する工程を包含する、請求項13に記載の方法。
【請求項２１】
前記露出されたコラーゲン線維を擦り滅らす工程をさらに包含する、請求項20に記載の方法。
【請求項２２】
前記露出されたコラーゲン線維を架橋する工程をさらに包含する、請求項20に記載の方法。
【請求項２３】
前記露出されたコラーゲン線維を、生体分子、低分子、生理活性因子、非生物活性物質、無機物質、鉱物、および上記の任意の組み合わせからなる群より選択される部分で誘導体化する工程をさらに包含する、請求項20に記載の方法。
【請求項２４】
前記表面を改変する工程が、前記骨粒子をリン酸中で洗浄する工程を包含する、請求項13に記載の方法。
【請求項２５】
前記重合したポリマー前駆体が、生分解性ポリマー、非生分解性ポリマー、生分解性ポリマーのコポリマー、非生分解性ポリマーのコポリマー、および生分解性ポリマーと生分解性ポリマーのコポリマーからなる群より選択されるポリマーである、請求項1に記載の方法。
【請求項２６】
前記モノマーまたはプレポリマーが、ポリ（リン酸エステル）、ポリスルホン、ポリフマレート、ポリホスファジン、ポリ（アルキレンオキシド）、ポリ（アリーレイト）、ポリ（無水物）、ポリ（ヒドロキシ酸）、ポリエステル、ポリ（オリトエステル）、ポリカーボネート、ポリ（プロピレンフマレート）、ポリ（カプロラクトン）、ポリアミド、ポリアミノ酸、ポリアセタール、ポリラクチド、ポリグリコリド、ポリ（ジオキサノン）、ポリヒドロキシブチレート、ポリヒドロキシバリレート、ポリ（ビニルピロリドン）、生分解性ポリシアノアクリレート、生分解性ポリウレタン、多糖類、チロシンベースのポリマー、ポリ（ピロール）、ポリ（アニリン）、ポリ（チオフェン）、ポリスチレン、非生分解性ポリウレタン、ポリ尿素、ポリ（エチレン酢酸ビニル）、ポリプロピレン、ポリメタクリレート、ポリエチレン、ポリ（エチレンオキシド）、ならびにそれらの混合物、付加物およびコポリマーからなる群より選択されるポリマーを形成する、請求項1に記載の方法。
【請求項２７】
前記骨粒子／ポリマー前駆体混合物を重合の前に型に配置する工程をさらに包含する、請求項1に記載の方法。
【請求項２８】
請求項1に記載の方法であって、以下：
前記ポリマー前駆体を部分的に重合する工程；
該部分的に重合した物質で型を充填する工程；および
重合を完了して、前記骨ポリマー複合物を形成する工程、
をさらに包含する、方法。
【請求項２９】
前記骨粒子／ポリマー前駆体混合物を、骨、骨の切片、シート、プレート、粒子、球、鎖、コイル状の鎖、毛細管様構造、フィルム、線維、メッシュ、ディスク、円錐体、ピン、ネジ、チューブ、カップ、歯、歯根、支材、くさび、くさびの一部、シリンダー、ネジ込みシリンダー、およびロッドからなる群より選択される形状に成形する工程をさらに包含する、請求項1に記載の方法。
【請求項３０】
前記ポリマー前駆体を部分的に重合する工程、移植部位に該部分的に重合した混合物を配置する工程および重合を完了する工程をさらに包含する、請求項1に記載の方法。
【請求項３１】
重合の前に前記ポリマー前駆体粒子混合物を移植部位に配置する工程をさらに包含する、請求項1に記載の方法。
【請求項３２】
重合の後に前記複合物の表面を改変する工程をさらに包含する、請求項1に記載の方法。
【請求項３３】
前記表面を改変する工程が、該表面の少なくとも一部を酸化する工程、該表面の少なくとも一部を荒削りする工程、該表面の少なくとも一部をエッチングする工程、該表面上に生体分子を保持する工程、該表面上に低分子を保持する工程、該表面表に生理活性因子を保持する工程、該表面上に無機物質を保持する工程、該表面上に鉱物を保持する工程、および上記の任意の組み合わせからなる群のメンバーを包含する、請求項32に記載の方法。
【請求項３４】
重合工程の後に前記複合物をある形状に機械加工する工程をさらに包含する、請求項1に記載の方法。
【請求項３５】
前記形状が、骨、骨の切片、シート、粒子、球、鎖、コイル状の鎖、毛細管様構造、フィルム、線維、メッシュ、プレート、ディスク、円錐体、ピン、ネジ、チューブ、カップ、歯、歯根、支材、くさび、くさびの一部、シリンダー、ネジ込みシリンダー、およびロッドからなる群より選択される、請求項34に記載の方法。
【請求項３６】
複数の機械加工された複合物の片を固定する工程をさらに包含する、請求項34に記載の方法。
【請求項３７】
前記機械加工された片が、接着剤、機械的ファスナー、超音波結合剤、および上記の任意の組み合わせのメンバーと一緒に固定される、請求項36に記載の方法。
【請求項３８】
前記複合物を重合の後に粒子に機械加工する工程、および粒子を圧縮して骨移植片を形成する工程をさらに包含する、請求項1に記載の方法。
【請求項３９】
前記複合物粒子が、約1000psiよりも大きい力で圧縮される、請求項38に記載の方法。
【請求項４０】
前記複合物粒子が、約2500と約60,000psiとの間の力で圧縮される、請求項38に記載の方法。
【請求項４１】
前記圧縮された複合物粒子が、32％以下の空隙容積を有する、請求項38に記載の方法。
【請求項４２】
圧縮工程の前に前記複合物粒子を、湿潤剤、生体適合性結合剤、充填剤、線維、可塑剤、生物静力剤／殺生剤、表面活性剤、生体分子、低分子、生理活性因子および上記の任意の組み合わせのメンバーと合わせる工程をさらに包含する、請求項38に記載の方法。
【請求項４３】
前記圧縮された複合物粒子が、骨、骨の切片、シート、粒子、球、鎖、コイル状の鎖、毛細管様構造、フィルム、線維、メッシュ、プレート、ディスク、円錐体、ピン、ネジ、チューブ、カップ、歯、歯根、支材、くさび、くさびの一部、シリンダー、ネジ込みシリンダーおよびロッドからなる群より選択される形状を有する、請求項38に記載の方法。
【請求項４４】
前記複合物を粒子に機械加工する工程、および該粒子を湿潤して、骨移植片を形成する工程をさらに包含する、請求項1に記載の方法。
【請求項４５】
前記複合物の少なくとも一部を、前記ポリマーが流れる温度まで加熱する工程をさらに包含する、請求項1に記載の方法。
【請求項４６】
前記少なくとも部分的に溶解した複合物を、該複合物が冷却する前に移植部位に移植する工程をさらに包含する、請求項45に記載の方法。
【請求項４７】
前記複数の骨粒子を、それらと前記ポリマー前駆体を合わせた後に、所定の形状に圧縮する工程をさらに包含する、請求項1に記載の方法。
【請求項４８】
前記圧縮された骨粒子が、32％以下の空隙容積を有する、請求項47に記載の方法。
【請求項４９】
前記骨粒子を、湿潤剤、生体適合性結合剤、充填剤、線維、可塑剤、生物静力剤／殺生剤、表面活性剤、生体分子、低分子、生理活性因子および上記の任意の組み合わせのメンバーと圧縮工程の前に合わせる工程をさらに包含する、請求項47に記載の方法。
【請求項５０】
前記圧縮された骨粒子が、骨、骨の切片、シート、粒子、球、鎖、コイル状の鎖、毛細管様構造、フィルム、線維、メッシュ、プレート、ディスク、円錐体、ピン、ネジ、チューブ、カップ、歯、歯根、支材、くさび、くさびの一部、シリンダー、ネジ込みシリンダーおよびロッドからなる群より選択される形状を有する、請求項47に記載の方法。
【請求項５１】
以下：
複数の骨粒子；および
モノマー、プレポリマー、流動性の生体適合性ポリマーおよび部分的に重合した生体適合性ポリマーから選択されるポリマー前駆体
を含む組成物であって、ここで：
該組成物が、該ポリマー前駆体が重合される場合、該骨粒子の一部が重合ポリマー前駆体に共有結合されるか、該骨粒子の間質性構造および血管性構造の少なくとも一部が、重合されることによって浸潤されるか、またはその両方がなされるように適応されそして構築される、
組成物。
【請求項５２】
前記骨粒子の少なくとも一部が、前記ポリマー前駆体に共有結合される、請求項51に記載の組成物。
【請求項５３】
前記骨粒子の前記間質性構造および血管性構造の少なくとも一部が、前記ポリマー前駆体で浸潤される、請求項51に記載の組成物。
【請求項５４】
前記骨粒子が、非鉱質除去骨粒子、鉱質除去骨粒子およびその混合物からなる群より選択される、請求項51に記載の組成物。
【請求項５５】
前記骨粒子が、以下：皮質骨、海綿質、皮質-海綿骨およびその混合物からなる群より選択される、請求項51に記載の組成物。
【請求項５６】
前記骨粒子が、以下：自家性骨（autogenous bone）、同種異系骨（allogenic bone）、異種骨およびその混合物からなる群のメンバーから得られる、請求項51に記載の組成物。
【請求項５７】
前記骨粒子が、前記複合物の約1重量％〜約25重量％である、請求項51に記載の組成物。
【請求項５８】
前記骨粒子が、前記複合物の約26重量％〜約50重量％である、請求項51に記載の組成物。
【請求項５９】
前記骨粒子が、前記複合物の約51〜約75重量％である、請求項51に記載の組成物。
【請求項６０】
前記骨粒子が、前記複合物の約76〜約99重量％である、請求項51に記載の組成物。
【請求項６１】
前記骨粒子の少なくとも約60％が伸長する、請求項51に記載の組成物。
【請求項６２】
前記骨粒子の表面が改変される、請求項51に記載の組成物。
【請求項６３】
前記骨粒子の前記表面が、該骨粒子に対するシランカップリング剤で誘導体化され、ここで該シランカップリング剤が、重合ポリマー前駆体に取り込まれる活性基を含む、請求項62に記載の組成物。
【請求項６４】
前記活性基が、単官能性または多官能性である、請求項63に記載の組成物。
【請求項６５】
前記骨粒子の前記表面が、生体分子、低分子、生理活性因子、非生物活性物質、無機物質、鉱物および上記の任意の組み合わせからなる群より選択される部分で該骨粒子を誘導体化される、請求項62に記載の組成物。
【請求項６６】
前記骨粒子の前記表面が、シランカップリング剤で誘導体化され、ここで、該カップリング剤は、生体分子、低分子、生理活性因子、非生物活性物質、無機物質、鉱物および上記の任意の組み合わせからなる群より選択される部分で誘導体化される、請求項62に記載の組成物。
【請求項６７】
前記部分が、重合ポリマー前駆体に取り込まれ、そして共有結合相互作用、非共有結合作用および上記の任意の組み合わせのメンバーによって重合されたポリマー前駆体に連結される、請求項65または66に記載の組成物。
【請求項６８】
コラーゲン線維が、前記骨粒子の前記表面で露出される、請求項62に記載の組成物。
【請求項６９】
前記露出されたコラーゲン線維が擦り減らされる、請求項68に記載の組成物。
【請求項７０】
前記露出されたコラーゲン線維が架橋される、請求項68に記載の組成物。
【請求項７１】
前記露出されたコラーゲン線維が、生体分子、低分子、生理活性因子、非生物活性物質、無機物質、鉱物および上記の任意の組み合わせからなる群より選択される部分で誘導体化される、請求項68に記載の組成物。
【請求項７２】
前記骨粒子が、リン酸カルシウムのコーティングを含む、請求項62に記載の組成物。
【請求項７３】
前記重合したポリマー前駆体が、生分解性ポリマー、非生分解性ポリマー、生分解性ポリマーのコポリマー、非生分解性ポリマーのコポリマー、および生分解性ポリマーと生分解性ポリマーのコポリマーからなる群より選択されるポリマーである、請求項51に記載の組成物。
【請求項７４】
前記ポリマーが、ポリ（リン酸エステル）、ポリスルホン、ポリフマレート、ポリホスファジン、ポリ（アルキレンオキシド）、ポリ（アリーレイト）、ポリ（無水物）、ポリ（ヒドロキシ酸）、ポリエステル、ポリ（オリトエステル）、ポリカーボネート、ポリ（プロピレンフマレート）、ポリ（カプロラクトン）、ポリアミド、ポリアミノ酸、ポリアセタール、ポリラクチド、ポリグリコリド、ポリ（ジオキサノン）、ポリヒドロキシブチレート、ポリヒドロキシバリレート、ポリ（ビニルピロリドン）、生分解性ポリシアノアクリレート、生分解性ポリウレタン、多糖類、チロシンベースのポリマー、ポリ（ピロール）、ポリ（アニリン）、ポリ（チオフェン）、ポリスチレン、非生分解性ポリウレタン、ポリ尿素、ポリ（エチレン酢酸ビニル）、ポリプロピレン、ポリメタクリレート、ポリエチレン、ポリ（エチレンオキシド）、ならびにそれらの混合物、付加物およびコポリマーからなる群より選択される、請求項73に記載の組成物。
【請求項７５】
前記複数の骨粒子が、所定の形状に圧縮される、請求項51に記載の組成物。
【請求項７６】
前記圧縮された粒子が、32％以下の空隙容積を有する、請求項75に記載の組成物。
【請求項７７】
生体適合性結合剤、充填剤、線維、可塑剤、生物静力剤／殺生剤、表面活性剤、生体分子、低分子、生理活性因子および上記の任意の組み合わせのメンバーをさらに含む、請求項75に記載の組成物。
【請求項７８】
前記形状が、骨、骨の切片、シート、粒子、球、鎖、コイル状の鎖、毛細管様構造、フィルム、線維、メッシュ、プレート、ディスク、円錐体、ピン、ネジ、チューブ、カップ、歯、歯根、支材、くさび、くさびの一部、シリンダー、ネジ込みシリンダーおよびロッドからなる群より選択される形状から選択される、請求項75に記載の組成物。
【請求項７９】
耐力骨移植片であって、該骨移植片は、生体適合性ポリマーおよび骨粒子を含む複合物を含み、ここで：
前記骨粒子の少なくとも一部が、ポリマーに共有結合され、そして
前記生体適合性ポリマーがシラン改変芳香族ポリマーでない、
骨移植片。
【請求項８０】
以下：
複数の骨粒子を提供する工程；
該骨粒子を生体適合性ポリマーの前駆体と合わせる工程；および
該ポリマー前駆体を重合し、ポリマーと該骨粒子の複合物を形成する工程、
によって生成される耐力骨移植片。
【請求項８１】
前記ポリマー前駆体を重合する工程が、該ポリマー前駆体を架橋する工程、該ポリマー前駆体の分子量を増大する工程、および該重合したポリマー前駆体と前記骨粒子とを共有結合する工程の1つ以上を包含する、請求項80に記載の骨移植片。
【請求項８２】
前記ポリマー前駆体が、モノマー、プレポリマー、流動性ポリマーおよび部分的に重合されたポリマーから選択される、請求項80に記載の骨移植片。
【請求項８３】
前記ポリマー前駆体が重合される前に、前記骨粒子の血管性構造および間質性構造の少なくとも一部が、該ポリマー前駆体で浸潤される、請求項80に記載の骨移植片。
【請求項８４】
前記骨粒子が、脱鉱物化されていない骨粒子、脱鉱物化骨粒子およびそれらの混合物からなる群より選択される、請求項79または80に記載の骨移植片。
【請求項８５】
前記骨粒子が、皮質骨、海綿質、皮質-海綿骨およびそれらの混合物からなる群より選択される、請求項79または80に記載の骨移植片。
【請求項８６】
前記骨粒子が、自家骨、同種骨、異種骨およびそれらの混合物からなる群のメンバーから得られる、請求項79または80に記載の骨移植片。
【請求項８７】
前記骨粒子が、前記複合物の約1重量％〜約25重量％である、請求項79または80に記載の骨移植片。
【請求項８８】
前記骨粒子が、前記複合物の約26重量％〜約50重量％である、請求項79または80に記載の骨移植片。
【請求項８９】
前記骨粒子が、前記複合物の約51重量％〜約75重量％である、請求項79または80に記載の骨移植片。
【請求項９０】
前記骨粒子が、前記複合物の約76重量％〜約99重量％である、請求項79または80に記載の骨移植片。
【請求項９１】
前記骨粒子の少なくとも約60％が伸長する、請求項79または80に記載の骨移植片。
【請求項９２】
前記骨粒子の表面が改変される、請求項79または80に記載の骨移植片。
【請求項９３】
前記骨粒子の前記表面が、該骨粒子に対するシランカップリング剤で誘導体化され、ここで該シランカップリング剤が、前記ポリマーに取り込まれる活性基を含む、請求項92に記載の骨移植片。
【請求項９４】
前記活性基が、単官能性または多官能性である、請求項93に記載の骨移植片。
【請求項９５】
前記骨粒子の前記表面が、生体分子、低分子、生理活性因子、非生物活性物質、無機物質、鉱物および上記の任意の組み合わせからなる群より選択される部分で前記骨粒子を誘導体化される、請求項92に記載の骨移植片。
【請求項９６】
前記骨粒子の前記表面が、シランカップリング剤で誘導体化され、ここで、該カップリング剤は、生体分子、低分子、生理活性因子、非生物活性物質、無機物質、鉱物および上記の任意の組み合わせからなる群より選択される部分で誘導体化される、請求項92に記載の骨移植片。
【請求項９７】
前記部分が、重合ポリマー前駆体に取り込まれ、そして共有結合相互作用、非共有結合作用および上記の任意の組み合わせのメンバーによってポリマーに連結される、請求項95または96に記載の骨移植片。
【請求項９８】
コラーゲン線維が、前記骨粒子の前記表面で露出される、請求項92に記載の骨移植片。
【請求項９９】
前記露出されたコラーゲン線維が擦り減らされる、請求項98に記載の骨移植片。
【請求項１００】
前記露出されたコラーゲン線維が架橋される、請求98に記載の骨移植片。
【請求項１０１】
前記露出されたコラーゲン線維が、生体分子、低分子、生理活性因子、非生物活性物質、無機物質、鉱物および上記の任意の組み合わせからなる群より選択される部分で誘導体化される、請求項98に記載の骨移植片。
【請求項１０２】
前記骨粒子が、リン酸カルシウムのコーティングを含む、請求項92に記載の骨移植片。
【請求項１０３】
前記ポリマーが、生分解性ポリマー、非生分解性ポリマー、生分解性ポリマーのコポリマー、非生分解性ポリマーのコポリマー、および生分解性ポリマーと生分解性ポリマーのコポリマーからなる群より選択される、請求項79または80に記載の骨移植片。
【請求項１０４】
前記ポリマーが、ポリ（リン酸エステル）、ポリスルホン、ポリフマレート、ポリホスファジン、ポリ（アルキレンオキシド）、ポリ（アリーレイト）、ポリ（無水物）、ポリ（ヒドロキシ酸）、ポリエステル、ポリ（オリトエステル）、ポリカーボネート、ポリ（プロピレンフマレート）、ポリ（カプロラクトン）、ポリアミド、ポリアミノ酸、ポリアセタール、ポリラクチド、ポリグリコリド、ポリ（ジオキサノン）、ポリヒドロキシブチレート、ポリヒドロキシバリレート、ポリ（ビニルピロリドン）、生分解性ポリシアノアクリレート、生分解性ポリウレタン、多糖類、チロシンベースのポリマー、ポリ（ピロール）、ポリ（アニリン）、ポリ（チオフェン）、ポリスチレン、非生分解性ポリウレタン、ポリ尿素、ポリ（エチレン酢酸ビニル）、ポリプロピレン、ポリメタクリレート、ポリエチレン、ポリ（エチレンオキシド）、ならびにそれらの混合物、付加物およびコポリマーからなる群より選択される、請求項103に記載の骨移植片。
【請求項１０５】
前記形状が、以下：骨、骨の切片、シート、プレート、ディスク、円錐体、ピン、粒子、球、鎖、コイル状の鎖、毛細管様構造、フィルム、線維、メッシュネジ、チューブ、カップ、歯、歯根、支材、くさび、くさびの一部、シリンダー、ネジ込みシリンダーおよびロッドからなる群より選択される形状から選択される、請求項79または80に記載の骨移植片。
【請求項１０６】
前記複合物の表面の少なくとも一部が改変されている、請求項79または80に記載の骨移植片。
【請求項１０７】
前記表面の一部が、酸化された表面、荒削りされた表面、エッチングされた表面、生体分子と会合された表面、低分子と会合された表面、生理活性因子と会合された表面、無機物質と会合された表面、鉱物と会合された表面、および上記の任意の組み合わせの表面からなる群のメンバーである、請求項106に記載の骨移植片。
【請求項１０８】
前記骨移植片が、所定の形状に固定された複数片の複合物を含む、請求項79または80に記載の骨移植片。
【請求項１０９】
前記複合物の片が、接着剤、機械的ファスナー、超音波接着および上記の任意の組み合わせのメンバーで固定される、請求項108に記載の骨移植片。
【請求項１１０】
前記複合物が、粒子として成形され、該粒子が所定の形状に圧縮される、請求項79または80に記載の骨移植片。
【請求項１１１】
前記圧縮された複合物粒子が、32％以下の空隙容積を有する、請求項110に記載の組成物。
【請求項１１２】
前記圧縮工程の前に、生体適合性結合剤、充填剤、線維、可塑剤、生物静力剤／殺生剤、表面活性剤、生体分子、低分子、生理活性因子および上記の任意の組み合わせのメンバーをさらに含む、請求項110に記載の組成物。
【請求項１１３】
骨移植片であって、該骨移植片は、以下：
複数の骨粒子：および
生体適合性ポリマーであって、該骨粒子の界面が、該骨粒子の血管性構造および間質性構造の少なくとも一部を含む生体適合性ポリマー
を含む、骨移植片。
【請求項１１４】
組成物であって、該組成物は、モノマー、プレポリマー、流動性の生体適合性ポリマーおよび部分的に重合した生体適合性ポリマーから選択されるポリマー前駆体でコートされた少なくとも1つの個々の骨粒子を含む、組成物。
【請求項１１５】
前記骨粒子が、ポリマー前駆体に共有結合される、請求項114に記載の組成物。
【請求項１１６】
前記骨粒子の前記血管性構造および前記間質性構造が、前記ポリマー前駆体と少なくとも部分的に浸潤である、請求項114に記載の組成物。
【請求項１１７】
骨粒子組成物を調製する方法であって、該方法は、第1のポリマー前駆体で少なくとも1つの個々の骨粒子をコーティングする工程を包含する、方法。
【請求項１１８】
第2のポリマー前駆体と複数の骨粒子を合わせる工程、および第1および第2のポリマー前駆体を重合して、複合物を形成する工程をさらに包含する、請求項117に記載の方法。
【請求項１１９】
前記ポリマー前駆体が、モノマー、流動性の生体適合性ポリマー、プレポリマーおよび部分的に重合した生体適合性ポリマーから選択される、請求項117に記載の方法。
【請求項１２０】
コーティングする工程が、スプレーコーティングする工程、タンブリングする工程、浸漬する工程、または流動床を使用する工程を包含する、請求項117に記載の方法。
【請求項１２１】
前記骨粒子の血管性構造および間質性構造の少なくとも一部を前記ポリマー前駆体で浸潤する工程をさらに包含する、請求項117に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、2002年8月12日に出願された米国仮出願番号の優先権を主張し、その全内容は、本明細書中に参考として援用される。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、整形外科適用における使用のための複合材料の合成に関し、より具体的には、骨-補強ポリマーマトリクス複合物の合成に関する。
【背景技術】
【０００３】
（発明の背景）
脊椎骨は、不純なヒドロキシアパタイト、コラーゲンおよび種々の非コラーゲン性タンパク質ならびに方埋された接着細胞から構成される複合材料である。脊椎骨は、例えば、細胞を除去し、細胞外マトリクスを後に残すことによって、移植可能な生体材料（例えば、同種移植片）へと加工され得る。加工された骨生体材料は、適用される特定の加工および処理に依存して、種々の特性を有し得、そして、合わせられる他の生体材料の特徴を組み込み得る。例えば、骨由来の生体材料は、患者の骨を支持および一体化する耐力（load-bearing）鉱物化移植片へと加工され得るか、または、代替的に、細胞の治癒応答を誘導する能力を有する、軟らかい鋳造可能または流動性を有する脱鉱物化骨生体材料へと加工され得る。
【０００４】
整形外科医療における骨移植片および骨置換材料の使用は周知である。骨創傷は、瘢痕組織を形成することなく再生し得るが、骨折および他の整形外科損傷は、治癒に長い時間がかかり、この間、骨は、生理的負荷を支持し得ない。金属製のピン、ねじおよびメッシュが、しばしば、損傷した骨の機械的機能に取って代わるために必要とされる。しかし、金属は、骨よりもかなり固い。金属移植片の使用は、ストレス遮蔽物に起因して、移植片の周りの骨密度を減少させ得る。さらに、金属移植片は、耐久性であり、生理学的再構築に参加し得ない。
【０００５】
骨と協調する骨芽細胞による骨組織形成と破骨細胞による移植片の再吸収を使用する、骨の細胞治癒プロセスは、骨移植片および特定の骨置換材料が、オリジナルとほとんど区別できない内因性の骨へと再構築することを可能にする。しかし、骨移植片の使用は、移植片の利用可能な形状および大きさ、ならびに、機械的強度および再吸収の速度の両方を最適化することへの望みによって制限される。骨置換材料および骨チップは、急速に再構築されるが、即座には機械的支持を提供し得ない。対照的に、皮質性の骨移植片は、生理学的ストレスを支持し得るが、ゆっくりと再構築する。
【０００６】
米国特許第6,294,187号、同第6,332,779号、同第6,294,041号、同第6,123,731号、同第5,899,939号、同第6,478,825号、同第6,440,444号および同第5,507,813号（これらの全ての内容は、本明細書中に参考として援用される）は、耐力整形外科適用において使用するための同種骨を含む複合物を調製するための方法を記載する。マトリクス材料との相互作用の強度を増加することによって骨補強複合物の強度を増加することが望ましい。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（発明の要旨）
1つの局面において、本発明は、骨-ポリマー複合物の生成方法である。この方法は、複数の骨粒子を提供し、この骨粒子をポリマー前駆物質と合わせ、そして、重合する工程を包含する。骨粒子は、脱鉱物化骨粒子であっても、非脱鉱物化骨粒子であっても、脱鉱物化骨粒子と非脱鉱物化骨粒子の両方の混合物であってもよい。骨粒子は、1つ以上の皮質骨、癌性骨、皮質-癌性骨から得られ得る。さらに、骨の供給源は、自家であっても、同種であっても、異種であっても、これらのいくつかの組み合わせであってもよい。1つの実施形態において、骨粒子は、約1〜25重量％、約26〜50重量％、約51〜75重量％または約76重量％〜99重量％の複合物である。あるいはまたはさらに、約60％の粒子が伸長され得る。
【０００８】
骨粒子の表面は修飾され得る。例えば、シランカップリング剤が骨粒子に接着され得る。シランカップリング剤としては、重合化モノマーに組み込まれる活性基が挙げられる。代替的な実施形態において、生体分子、低分子、生体活性因子、非生物学的活性物質、無機物質、鉱物または上記の任意の組み合わせが、直接またはシランカップリング剤を介してのいずれかで骨粒子に接着され得る。さらに、骨粒子に付加される部分は、重合した前駆物質に組み込まれ得るか、または、共有相互作用もしくは非共有相互作用によってそこに結合され得る。別の実施形態において、骨粒子の表面のコラーゲン線維が露出される。コラーゲン線維は、ほぐれさせ得るか、または架橋され得る。露出されたコラーゲン線維は、生体分子、低分子、生物活性因子、非生物学的活性物質、無機物質、鉱物またはこれらのいくつかの組み合わせを用いて誘導体化され得る。骨粒子はまた、リン酸中で洗浄され得る。あるいは、骨粒子は、大量のポリマー前駆物質と合わせられる前に、ポリマー前駆物質でコーティングされ得る。骨粒子の脈管および間質性の構造の少なくとも部分が、ポリマー前駆物質で浸透され得る。
【０００９】
ポリマー前駆物質は、生体分解性もしくは非生体分解性のポリマーもしくはコポリマー、または、生体分解性ポリマーと非生体分解性ポリマーのコポリマーを形成し得る。前駆物質と骨粒子の混合物は、重合の前、または、重合は開始したが、前駆物質が完全には重合されていないときに型に入れられ得る。あるいは、ポリマー前駆物質と骨粒子との混合物は、重合の前、または、ポリマー前駆物質が部分的に重合された後に移植片部位に入れられ得る。1つの実施形態において、真空または溶媒の浸透、圧力または熱を使用して、ポリマー前駆物質の骨粒子への浸透を増強する。
【００１０】
複合物の表面は、重合の後に修飾され得る。例えば、表面の一部が、酸化、エッチングまたは粗化され得る。生体分子、低分子、生物活性因子または上記のいくつかの組み合わせが、酸化もしくは粗化の代わりに、または、これに加えて、表面上に保持され得る。複合物は、重合の後に予め決められた形状に機械加工され得る。複数の機械加工された片が、例えば、接着剤、機械的留め具、超音波結合、または上記のいくつかの組み合わせを用いて、一緒に留められ得る。代替的な実施形態において、複合物が粒子へと機械加工され、圧縮されて、骨移植片を形成し得る。圧縮力は、1,000psiよりも大きくてもよい。例えば、約2,500psiと約3,000psiとの間。1つの実施形態において、圧縮された複合物粒子は、32％より多くない空隙容積である。圧縮する前に、複合物粒子が、生体適合性の結合剤、充填剤、線維、可塑剤、生物静力剤、殺菌剤、表面活性剤、生体分子、低分子、生物活性剤、または上記の任意の組み合わせと合わせられ得る。複合物粒子はまた、湿った下塗りによって骨移植片へと形成され得る。代替的な実施形態において、複合物の少なくとも部分が、ポリマーが流れる温度まで加熱される。少なくとも部分的に溶けた複合物が、冷却する前に移植部位に置かれ得る。
【００１１】
別の局面において、本発明は、複数の骨粒子およびポリマー前駆物質（例えば、モノマー、プレポリマー、流動性を有するポリマーまたは部分的に重合した生体適合性ポリマー）を含む組成物であり、骨粒子の少なくとも部分は、ポリマー前駆物質に共有結合されるか、または、重合の後に、重合したポリマー前駆物質に共有結合される。
【００１２】
本発明は、添付の図面のいくつかの図を参照して記載される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】図1Aは、本発明の例示的な実施形態に従って、骨粒子上の化学部分をポリマーに組み込む2つの方法の概略図である。
【図１Ｂ】図1Bは、本発明の例示的な実施形態における使用のためのシランテザーの概略図である。
【００１４】
（定義）
「生体分子」：用語「生体分子」は、本明細書中で使用される場合、その分子自体が天然に存在するものであっても、（例えば、合成方法または組換え方法によって）人工的に作製されたものであっても、細胞および組織において通常見られる分子のクラス（例えば、タンパク質、アミノ酸、ペプチド、ポリヌクレオチド、ヌクレオチド、炭化水素、糖、脂質、核タンパク質、糖タンパク質、リポタンパク質、ステロイドなど）をいう。例えば、生体分子としては、酵素、レセプター、神経伝達物質、ホルモン、サイトカイン、細胞応答調節因子（例えば、増殖因子および化学走性因子）、抗体、ワクチン、ハプテン、毒素、インターフェロン、リボザイム、アンチセンス因子、プラスミド、DNAおよびRNAが挙げられるがこれらに限定されない。
【００１５】
「生体適合性」：用語「生体適合性」は、本明細書中で使用される場合、インビボでの投与の際に、望ましくない長期の効果を誘導しない物質を記載することを意図する。
【００１６】
「生体分解性」：本明細書中で使用される場合、「生体分解性」材料は、生理的条件下で分解して、器官を損傷することなく、代謝または排泄され得る産物を形成する材料である。生体分解性材料は、必ずしも加水分解的に分解性でなく、完全に分解するために酵素の作用を必要とし得る。生体分解性材料としてはまた、細胞内で崩壊する材料も挙げられる。
【００１７】
「鉱物」：本明細書中で使用される場合、「鉱物」は、規定された結晶構造を有する天然に存在する無機固形物、および、その組成において正確もしくは可変であり得る化学組成物、または、天然に存在する固形要素である。
【００１８】
「ポリヌクレオチド」、「核酸」または「オリゴヌクレオチド」：用語「ポリヌクレオチド」、「核酸」または「オリゴヌクレオチド」は、ヌクレオチドのポリマーを指す。用語「ポリヌクレオチド」、「核酸」および「オリゴヌクレオチド」は、交換可能に使用され得る。代表的に、ポリヌクレオチドは、少なくとも3つのヌクレオチドを含む。DNAおよびRNAは、ポリヌクレオチドである。ポリマーとしては、天然のヌクレオシド（すなわち、アデノシン、チミジン、グアノシン、シチジン、ウリジン、デオキシアデノシン、デオキシチミジン、デオキシグアノシンおよびデオキシシチジン）、ヌクレオシドアナログ（例えば、2-アミノアデノシン、2-チオチミジン、イノシン、ピロロ-ピリミジン、3-メチルアデノシン、C5-プロピニルシチジン、C5-プロピニルウリジン、C5-ブロモウリジン、C5-フルオロウリジン、C5-ヨードウリジン、C5-メチルシチジン、7-デアザアデノシン、7-デアザグアノシン、8-オキソアデノシン、8-オキソグアノシン、O（6）-メチルグアニンおよび2-チオシチジン）、化学的に修飾した塩基、生物学的に修飾した塩基（例えば、メチル化塩基）、境界塩基、修飾糖（例えば、2’-フルオロリボース、リボース、2’-デオキシリボース、アラビノースおよびヘキソース）、または修飾リン酸基（例えば、ホスホロチオエートおよび5’-N-ホスホロアミダイド結合）が挙げられる。
【００１９】
「ポリペプチド」、「ペプチド」または「タンパク質」：本発明に従って、「ポリペプチド」、「ペプチド」または「タンパク質」は、ペプチド結合によって互いに結合された少なくとも3つのアミノ酸の鎖を含む。用語「ポリペプチド」、「ペプチド」および「タンパク質」は、交換可能に使用され得る。ペプチドは、個々のペプチドまたはペプチドのコレクションを指し得る。本発明のペプチドは、好ましくは、1つの天然アミノ酸を含むが、代替的に、非天然アミノ酸（すなわち、天然には存在しないが、ポリペプチド鎖に組み込まれ得る化合物；例えば、http：／／www.cco.caltech.edu／〜dadgrp／Unnatstruct.gif（首尾よく機能的なイオンチャネルに組み込まれた非天然アミノ酸の構造を示す）を参照のこと）および／または当該分野で公知のアミノ酸アナログが使用され得る。また、本発明のペプチドにおける1つ以上のアミノ酸は、例えば、化学実体（例えば、炭化水素基、リン酸基、ファルネシル基、イソファルネシル基、脂肪酸基、結合体化のためのリンカー）の付加、官能化、または他の改変などによって、改変され得る。好ましい実施形態において、ペプチドの改変は、より安定なペプチド（例えば、インビボでの半減期が長い）をもたらす。これらの改変としては、ペプチドの環化、Dアミノ酸の組込みなどが挙げられ得る。これらの改変のいずれもが、ペプチドの所望の生物学的活性と実質的に干渉しないはずである。
【００２０】
「多糖」、「炭水化物」または「オリゴ糖」：用語「多糖」、「炭水化物」、または「オリゴ糖」は、糖のポリマーを指す。用語「多糖」、「炭水化物」または「オリゴ糖」は、交換可能に使用され得る。代表的に、多糖は、少なくとも3つの糖を含む。ポリマーとしては、天然糖（例えば、グルコース、フルクトース、ガラクトース、マンノース、アラビノース、リボースおよびキシロース）および／または修飾糖（例えば、2’-フルオロリボース、2’-デオキシリボースおよびヘキソース）が挙げられ得る。
【００２１】
「低分子」：本明細書中で使用される場合、用語「低分子」は、天然に存在するものであっても、（例えば、化学合成を介して）人工的に作製されたものであっても、比較的低い分子量を有する分子を指すために使用される。代表的に、低分子は単量体であり、約1500g／mol未満の分子量を有する。好ましい低分子は、動物（好ましくは、哺乳動物、より好ましくはヒト）において局所的または全身的な効果を生じるという点で生物学的に活性である。特定の好ましい実施形態において、低分子は、薬物である。好ましくは、必ずしもではないが、薬物は、適切な政府機関または行政体により、使用が安全かつ有効であると既にみなされているものである。例えば、21 C.F.R.§§330.5,331〜361および440〜460の下、FDAにより列挙されるヒトの使用のための薬物；21 C.F.R.§§500〜589（本明細書中に参考として援用される）の下、FDAにより列挙される獣医学の使用のための薬物は全て、本発明に従って使用するために受け入れ可能であるとみなされる。
【００２２】
「生物活性因子」：本明細書中で使用される場合、「生物活性因子」は、生物学的事象または化学的事象を変更、阻害、活性化または他の方法で影響を与える、化合物または実体を指すために使用される。例えば、生物活性因子としては、抗AIDS物質、抗癌物質、抗生物質、免疫抑制剤、抗ウイルス物質、酵素インヒビター（プロテアーゼおよび逆転者酵素インヒビターが挙げられるがこれらに限定されない）、融合インヒビター、神経毒、オピオイド、睡眠薬、抗ヒスタミン剤、潤滑剤、精神安定剤、抗痙攣剤（anti-convulsants）、筋肉弛緩剤および抗パーキンソン物質、抗痙攣剤（anti-spasmodics）および筋肉収縮剤（チャネルブロッカーを含む）、縮瞳薬および抗コリン作動薬、抗緑内障化合物、抗寄生虫化合物および／または抗原虫化合物、細胞外マトリクス相互作用のモジュレーター（細胞増殖インヒビターおよび抗接着分子を含む）、血管拡張剤、DNA、RNAまたはタンパク質合成のインヒビター、抗高血圧薬、鎮痛薬、抗発熱薬、ステロイド性および非ステロイド性の抗炎症剤、抗血管新生因子、抗分泌因子、抗凝集および／または抗血栓剤、局所麻酔薬、点眼剤、プロスタグランジン、抗鬱剤、抗精神病物質、抗催吐剤、ならびに造影剤が挙げられるがこれらに限定されない。特定の好ましい実施形態において、生物活性因子は薬物である。
【００２３】
本発明における使用に適した生物活性因子および特定の薬物のより完全な列挙は、Axel KleemannおよびJurgen Engelによる「Pharmaceutical Substances. Syntheses, Patents, Applications」（Thieme Medical Publishing, 1999）；「Merck Index：An Encyclopedia of Chemicals, Drugs, and Biologicals」（Susan Budavariら編、CRC Press, 1996）ならびにUnited States Pharmacopeia-25／National Formulary-20（United States Pharmcopeial Convention, Inc., Rockville MD出版、2001）に見出され得る（これらは全て、本明細書中に参考として援用される）。
【００２４】
（特定の好ましい実施形態の詳細な説明）
本発明は、ポリマーの合成または重合時に、骨をポリマーマトリクスと一体化することによって、骨-ポリマー複合物を合成する方法である。骨は、加工されて予め決められた大きさの片を形成し、モノマーと合わされ、ついで、これが重合される。重合された複合物は、即座に使用され得るか、または、さらに加工されて骨移植片を形成し得る。1つの実施形態において、骨粒子（例えば、図1Aの骨粒子2）の表面上の化学基Xは、ポリマー4の骨格に組み込まれるか、または、重合の間にポリマー4に結合される。例えば、Xは、シラン8の末端における活性基6であり得る（図1B）。
【００２５】
本発明の複合物は、骨置換材料として機能し得、構造的な重量を有する移植片を提供し、骨の部分または骨全体を置き換え得るか、または、例えば、本発明者らが共有する米国特許第6,294,187号、同第6,294,041号および同第5,507,813号の技術、ならびに、骨粒子を開発する他の技術を使用して、骨移植片を作製する際に使用するための骨由来の粒子の簡便な供給源を提供し得る。骨粒子は、移植片に成形するために正確な大きさおよび形状の片に加工するためか、または、耐力適用における使用のためのいずれかに簡便または有用な形状で、常に利用可能なわけではない。本発明の技術は、任意の供給源由来ならびに任意の大きさおよび任意の形状の骨粒子を使用して、骨移植片を生成することを可能にする。当業者は、骨粒子の大きさが、いくつかの因子（移植片の大きさおよび形状、所望の分解速度、機械的強度、弾性、および周囲の組織の他の機械的ト癖穎、予測される負荷の大きさおよび方向、ならびに、周囲の組織との所望の相互作用が挙げられるがこれらに限定されない）に従って最適化されるべきであることを認識する。
【００２６】
（骨の調製）
骨粒子含有組成物の調製において使用する骨粒子は、自己供給源、同種異系供給源、および／または異種供給源由来であり得る皮質、海綿質、および／または皮質海綿質の骨から取得され得る。好ましくは、骨粒子は、同種異系供給源の皮質骨から取得され得る。ブタおよびウシの骨が、特に有用なタイプの異種骨組織であり、これらは、骨粒子の供給源として個々にまたは組み合わせて使用され得る。粒子は、全骨を製粉して線維を生成するか、全骨を小片化（chipping）するか、全骨を切断するか、液体窒素中で全骨を粉砕するか、または他の手段で骨組織を分解することにより形成される。粒子は必要に応じてふるいにかけられ、特定のサイズの粒子にされる。
【００２７】
この組成物において使用する骨粒子は、比較的細かい粉末から粗い粒（それよりも大きい小片もあり得る）の範囲にわたる広い範囲の粒子サイズを有する粉末骨粒子であり得る。1つの実施形態において、粉末骨粒子は、約0.05〜約1.2mmの平均粒子サイズの範囲であり得、かつ約1：1〜約3：1の、（平均中央長）対（平均中央厚）比を有し得る。所望の場合、粉末骨粒子は、異なるサイズに類別され得、存在し得る任意の望ましくないサイズの粒子が減少または排除され得る。骨粒子が小さければ小さいほど、移植片の機械的強度に対するそれらの寄与は小さくなり、かつ充填剤としての機能は向上する。さらに、骨粉末とポリマーの組み合わせは、移植片を調製するのに必要とされる骨の量を減少させ、かつ（ポリマーは所望の形状に成型され得るので）骨自身に対する形状的束縛を排除する。
【００２８】
あるいは、または上述の骨粉末と組み合わせて、細長であり、比較的高い（中央長）対（中央厚）比を有すると全般的に特徴付けられる骨粒子が、本発明において使用され得る。このような細長粒子は、いくつかの方法のいずれか1つによって（例えば、骨全体または骨の比較的大部分の表面を製粉または削り取ることによって）容易に取得され得る。製粉技術を用いると、例えば、約2〜約200mmまたはそれ以上の中央長、約0.05〜約2mmの中央厚、および約1mm〜約20mmの中央幅を有する細長骨粒子を少なくとも60重量％含む細長骨粒子集団を取得することが可能である。このような細長骨粒子は、少なくとも約50：1〜約500：1までまたはそれ以上の（中央長）対（中央厚）比、および約10：1〜約200：1の（中央長）対（中央幅）比を有し得る。製粉プロセスは最適化され、骨粒子のサイズおよびサイズ分布が調節され得る。移植片の機械的強度、弾性係数、および異方性は、この組成物において用いられる骨粒子の種々の形状（細長、粒子状等）の重量％を調節することによって、変更され得る。1〜100％の間の任意の重量％（例えば、1〜25％、約26〜50％、約51〜75％、または約75〜99％）が使用され得る。
【００２９】
細長骨粒子（特に、約100mm長までの骨片に有用な骨粒子）を得るための別の手順は、同一人に譲渡された米国特許第5,607,269号（この文献の全内容を本明細書中で参考として援用する）に記載される骨処理用ミルである。この骨用ミルを使用すれば、直ちに縦にカールし管状様骨粒子を提供する、長くて細いストリップが生成される。所望の場合、細長骨粒子は、異なるサイズに類別され、存在し得る任意の所望でないサイズの粒子が減少または排除される。全体的な見た目について、細長骨粒子は、フィラメント、線維、スレッド、スレンダーストリップ、または細いストリップ等と描写され得る。
【００３０】
必要に応じて、骨粒子は、それらの無機鉱物含量を減少させるために、公知の従来手順に従って鉱物除去される。鉱物除去法は、酸溶液を用いることにより、骨の無機鉱物成分を除去する。このような方法は、当該分野で周知である。例えば、Reddiら, Proc. Nat. Acad. Sci., 1972, 69：1601-1605を参照のこと（この文献の内容を本明細書中で参考として援用する）。酸溶液の強度、骨粒子の形状、および鉱物除去処理の時間が、鉱物除去の程度を決定する。これに関して、Lewandrowskiら, J. Biomed. Mater. Res., 1996, 31：365-372が参照され得る（この文献の内容を本明細書中で参考として援用する）。
【００３１】
好ましい鉱物除去手順において、骨粒子は、脱脂／殺菌工程に供され、その後、酸による鉱物除去工程に供される。好ましい脱脂／殺菌溶液は、エタノール水溶液である。エタノールは、脂質に対して好ましい溶媒であり、水は、その溶液がより深くまで骨粒子に浸透することを可能にする好ましい親水性キャリアである。必要に応じて、短期間での最適な脂質除去および殺菌を生じるために、少なくとも約10〜約40重量％の水（すなわち、約60〜約90重量％の脱脂剤（例えば、エタノール））が、脱脂／殺菌溶液中に存在するべきである。脱脂溶液の好ましい濃度範囲は、約60〜約85重量％アルコールであり、最も好ましくは、約70重量％アルコールである。脱脂後、骨粒子は、それらの鉱物除去が達成される時間、酸に浸される。酸はまた、ウイルス、植物微生物、および胞子を死滅させることによって、骨を殺菌する。この工程において用いられ得る酸としては、塩酸のような無機酸および過酢酸のような有機酸が挙げられる。酸処理後、鉱物除去された骨粒子は、残留する酸を除去するために滅菌水でリンスされ、それによって、pHを上昇させる。骨粒子は、好ましくは、複合物に組み込まれる前に乾燥される（例えば、凍結乾燥によって）。骨粒子は、使用するまで無菌条件下で保存されるか、またはモノマーと組み合わせる直前に公知の方法を用いて滅菌され得る。
【００３２】
本明細書中で使用される場合、骨粒子に適用されるフレーズ「表面的に鉱物除去された」は、それらの本来の無機鉱物含量の少なくとも約90重量％を有する骨粒子をいう。骨粒子に適用されるフレーズ「部分的に鉱物除去された」は、それらの本来の無機鉱物含量の約8〜約90重量％を有する骨粒子をいい、骨粒子に適用されるフレーズ「十分に鉱物除去された」は、それらの本来の無機鉱物含量の約8重量％未満、好ましくは約1重量％未満を有する骨粒子をいう。骨粒子に適用される、修飾されていない用語「鉱物除去された」は、上記タイプの鉱物除去された骨粒子のいずれか1つまたは組み合わせを網羅することを意図している。
【００３３】
上記タイプの骨粒子の1つ以上の混合物または組み合わせが用いられ得る。例えば、上記タイプの鉱物除去された骨粒子の1つ以上は、鉱物除去されていない骨粒子（すなわち、鉱物除去プロセスに供されていない骨粒子）と組み合わせて使用され得る。破砕に対する強靭性を向上するために、この複合物は、張った状態で強靭でなければならない。この複合物の粒子は、負荷が骨からポリマー等に移動され得るように、マトリクス中で結合されなければならない。それらが結合されていない場合、負荷は移動しない。結合は、負荷が移動され得る連結を提供するため、圧縮強度および引張り強度を向上する。
【００３４】
この複合物中の骨粒子はまた、生物学的役割も果たす。鉱物除去されていない骨粒子は、骨の前面が粒子表面に結合する骨伝導（osteoconduction）による新規の骨の内部成長を誘発する。同様に、鉱物除去した骨粒子は、骨細胞が宿主組織から動員されて移植部位で骨を再生する骨伝導による新規の骨の内部成長をもたらす上で生物学的役割を果たす。両方のタイプの骨粒子は、徐々に再モデル化され、そしてポリマーの分解および移植骨粒子の再モデル化が経時的に進行するのに伴い新規の宿主の骨により置換される。
【００３５】
（骨粒子の表面修飾）
骨粒子は、必要に応じて、それらのポリマーとの相互作用を向上させるため、または粒子表面に何らかの特性を与えるために処理され得る。いくつかの骨粒子は、モノマーと容易に相互作用し、ポリマーマトリクスに共有結合するが、骨粒子の表面は、骨に十分に結合しないポリマー（例えば、ポリラクチド）への組み込みを容易にするために修飾され得る。表面修飾は、骨の表面に強力に結合する（好ましくは、共有結合により）化学物質を提供する。
【００３６】
1つの実施形態において、モノマーまたはイニシエーター分子を骨表面に連結するために、シランカップリング剤が使用される。シランは、少なくとも2つの部分、3つの脱離基および活性基のセットを有する。活性基は、細長テザー基（tether group）によりシラン中のケイ素原子に連結され得る。例示のシランカップリング基は、Union Carbide製の3-トリメトキシシリルプロピルメタクリレートである。3つのメトキシ基は脱離基であり、メタクリレート活性基は、プロピルテザー基によりケイ素原子に連結される。好ましい実施形態において、脱離基はアルコキシ基（例えば、メトキシまたはエトキシ）である。カップリング剤を骨に結合するのに使用される溶媒に依存して、水素またはアルキル基（例えば、メチルまたはエチル）が、脱離基として機能し得る。テザーの長さは、ポリマーマトリクスと骨粒子との間の連結の親密性を決定する。骨粒子と活性基との間にスペーサーを提供することによって、テザーはまた、粒子表面の化学基と活性基との間の競合を減少し、重合の間の活性基のモノマーに対する活性基のアクセシビリティを向上する。
【００３７】
1つの実施形態において、活性基は、ポリマーマトリクスのモノマーのアナログである。例えば、アミン活性基は、ポリアミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、およびポリマーがアミンを含まない場合でさえアミンと反応するモノマーベースの他のポリマークラスに組み込まれる。ヒドロキシ末端シランは、ポリアミノ酸、ポリエステル、およびヒドロキシル化モノマーを含む他のポリマークラスに組み込まれる。芳香族活性基または二重結合を有する活性基は、ビニルポリマーおよびラジカル重合により成長する他のポリマーに組み込まれる。活性基が単官能性である必要はない。実際、重合工程を通じてポリマーに組み込まれる活性基は、二機能性であることも可能である。2つのアミンを有する（1つが第二級アミンである場合でさえも）シランは、ポリマー鎖を終結させず、2つの異なるポリマー鎖の末端と反応し得る。あるいは、活性基は、中心的な位置に2つの反応基を提供するよう分枝され得る。
【００３８】
本発明において使用され得るシランの例は、表1に列挙されている。シランは、Union Carbide, AP Resources Co.（Seoul, South Korea）、およびBASFのような会社から入手可能である。シランが、活性基として潜在的に非生体適合性の部分を含む場合、非生体適合性部分が脱離基である反応を用いて骨粒子に生体適合性化合物を拘束するのに使用されるべきである。シランが生体適合性であるかないかに関わらず、シランを骨粒子に結合する前にシランに生体適合性化合物を結合することが望ましくあり得る。誘導体化シランは、ポリマーに直接組み込まれ得るシランと混合され、骨粒子と反応されて、骨粒子が「生体活性」シランおよび「モノマー」シランの混合物でコーティングされ得る。米国特許第6,399,693号は、シラン修飾ポリ芳香族ポリマーおよび骨の複合物を開示する。シラン誘導体化ポリマーは、骨粒子を最初にシラン化する代わりとなり得るか、またはそれに追加され得る。
【００３９】
（表1）
N-β-（アミノエチル）-γ-アミノプロピルメチルジメトキシシラン
N-β-（アミノエチル）-γ-アミノプロピルメチルトリメトキシシラン
γ-アミノプロピルメチルジエトキシシラン
γ-アミノプロピルトリエトキシシラン
γ-アミノプロピルトリメトキシシラン
ビス（3-トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド
γ-クロロプロピルトリエトキシシラン
γ-クロロプロピルトリメトキシシラン
γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン
γ-メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン
メチルトリアセトキシシラン（MTAS）
メチルトリメトキシシラン（MTMS）
メチルトリス-（ブタノンオキシム）シラン（MOS）
メチルオキシミノシラン（MOS）
メチルトリス-（メチルエチルケトキシモ）シラン（MOS）
フェニルトリス-（ブタノンオキシム）シラン（POS）
フェニルオキシモシラン（POS）
フェニルトリス-（メチルエチルケトキシモ）シラン（POS）
テトラエトキシシラン（TEOS）
テトラ（メチルエチルケトキシモ）シラン（TOS）
テトラメトキシシラン（TMOS）
ビニルトリエトキシシラン
ビニルトリメトキシシラン
ビニルトリス-（ブタノンオキシム）シラン（VOS）
ビニルオキシモシラン（VOS）
ビニルトリス-（メチルエチルケトキシモ）シラン（VOS）
シランの活性基は、ポリマーに直接組み込まれ得るか、または第2の化学基を骨粒子に結合するために使用され得る。例えば、特定のモノマーが、シランとして市販されていない官能基を通じて重合する場合、そのモノマーは、活性基として結合され得る。
【００４０】
非シランリンカーもまた、本発明の複合物を製造するのに使用され得る。例えば、イソシアネートは、ヒドロキシアパタイトセラミックの表面上のヒドロキシル基と共有結合を形成する（de Wijnら, 「Grafting PMMA on Hydroxyapatite Powder Particles using Isocyanatoethylmethacrylate」, Fifth World Biomaterials Congress, May 29-June 2, 1996, Toronto, CA）。シランに関して記載されているのと同様のテザー基および活性基を有するイソシアネートアンカーは、骨粒子にモノマーアナログを結合するため、またはポリマー側鎖基と共有結合または非共有的に結合する化学基を結合するために使用され得る。ポリアミン（1つ以上の第一級、第二級、または第三級アミンを含む有機化合物）もまた、骨粒子表面ならびに多くのモノマーおよびポリマーの側鎖基に結合する。ポリアミンおよびイソシアネートは、Aldrichから入手できる。
【００４１】
あるいは、生体分子、低分子、または生体活性因子のような生物学的に活性な化合物が、シランを通して骨粒子に結合される。例えば、メルカプトシランは、タンパク質中の硫黄原子と反応し、それらを骨粒子に結合する。アミノ化シラン、ヒドロキシル化シラン、およびカルボキシル化シランは、広範な種々の官能基と反応する。当然、シランは、骨粒子に結合される化合物について最適化され得る。
【００４２】
生物学的に活性な分子は、分解されるように複合物の非機械的特性を改変し得る。例えば、薬物を骨粒子に固定化することで、複合物が分化するのに伴い、薬物が移植部位で徐々に放出される。この複合物中に埋め込まれた抗炎症化合物は、複合物移植に対する初期応答後の細胞応答の長さを制御する。例えば、複合物の一部が移植数週間後に分解する場合、固定化された化合物は、任意の炎症応答の強度を低下させ、この複合物は、加水分解プロセスを通じて分解し続ける。特定の代謝応答を誘発するよう、または移植部位に細胞を結合するよう設計された化合物もまた、骨に固定化され得る。
【００４３】
いくつかの生体分子、低分子、および生体活性因子もまた、ポリマーマトリクス中に組み込まれ得る。例えば、多くのアミノ酸は、反応性側鎖を有する。チロシン上のフェノール基は、ポリカーボネート、ポリアリーレイト（arylate）、およびポリイミノカーボネートを形成するために使用され得る（Pulapuraら, 「Tyrosine-derived polycarbonates：Backbone-modified「pseudo」-poly（amino acids）designed for biomedicalapplications」, Biopolymers, 1992, 32：411-417；およびHooperら, 「Diphenolic monomers derived from the natural amino acidα-L-tyrosine：an evaluation of peptide coupling techniques」, J Bioactive and Compatible Polymers, 1995, 10：327-340を参照のこと（これらの文献の全内容が、本明細書中で参考として援用される））。リジン、アルギニン、ヒドロキシルリジン、プロリン、およびヒドロキシプロリンのようなアミノ酸もまた、反応基を有し、かつ本質的に三官能性である。バリンのような、イソプロピル側鎖を有するアミノ酸はさらに、二官能性である。このようなアミノ酸は、シランに結合され得、そして依然として、1つ以上の活性基が、ポリマーへの組み込みのために利用可能である。
【００４４】
生物学的に非活性な物質もまた、骨粒子に結合され得る。例えば、放射線不透過性粒子、発光粒子、または磁気的に活性な粒子が、上記技術を用いて骨粒子に結合され得る。物質（例えば、金属原子またはクラスター）が、シラン基またはリン酸カルシウムセラミックと反応する他の基として生成され得ない場合、骨粒子表面上にキレート剤が固定化され得、この原子またはクラスターとのキレートが形成される。骨が再吸収される場合、これらの非生物学的分解性物質がさらに、天然の代謝プロセスにより組織部位から除去され、ポリマーの分解および骨粒子の再吸収が、標準的な医学的診断技術を用いて追跡される。
【００４５】
代替の実施形態において、骨粒子の表面は、モノマーで誘導体化されるかまたはモノマーと組み合わせられる前に化学的に処理される。例えば、非鉱物除去骨粒子は、1〜15分間、リン酸の5〜50重量％溶液中でリンスされ得る。当業者は、骨粒子およびリン酸溶液（または骨粒子を処理するのに使用される任意の他の溶液）の相対量が、表面処理の所望のレベルに依存して最適化され得ることを認識している。攪拌もまた、個々の粒子に沿った処理、および粒子サンプル全体にわたる処理の均一性を向上する。リン酸溶液は、骨の鉱物成分と反応し、この粒子をリン酸カルシウムでコーティングして、無機カップリング剤（例えば、シラン）に対する、およびこの複合物のポリマー成分に対する表面の親和性を向上し得る。上述のように、表面は、部分的に鉱物除去され、粒子表面にコラーゲン線維を露出させ得る。
【００４６】
鉱物除去によって露出されたコラーゲン線維は代表的に、比較的不活性であるが、反応に関与し得るいくつかの露出したアミノ酸残基を有する。コラーゲンは、コラーゲンの三次元らせん構造をすり減らして（fraying）、露出表面積および露出するアミノ酸残基の数を増加させることによってより反応性を与えられる。これは、化学反応に利用可能な表面積を増加させるだけでなく、ポリマーとの機械的相互作用に利用可能な表面積も増加させる。アルカリ溶液中で部分的に鉱物除去された骨粒子をリンスすることで、コラーゲン線維がすり減らされる。例えば、骨粒子は、pH約10で、約8時間、水に懸濁され得、その後、この溶液は中和される。当業者は、この時間が、すり減らしの程度を調節するために増加または減少され得ることを認識している。例えば、超音波浴槽中での攪拌は、処理時間を減少させる。あるいは、粒子は、水、界面活性剤、アルコール、またはこれらのいくつかの組み合わせと共に超音波処理され得る。
【００４７】
あるいは、コラーゲン線維は架橋され得る。医療適用に適切な種々の架橋技術は、当業者に周知である。例えば、1-エチル-3-（3-ジメチルアミノプロピル）カルボジイミドヒドロクロリドのような化合物は、単独またはN-ヒドロキシスクシンイミド（NHS）と組み合わせて、生理学的pHまたはわずかに酸性のpH（例えば、pH5.4 MES緩衝液）でコラーゲンを架橋する。天然の二環式化合物（カルボキシル基およびヒドロキシル基の両方を含む）であるアシルアジドおよびゲニピンをまた使用して、コラーゲン鎖を架橋し得る（Simmonsら、「Evaluation of collagen cross-linking techniques for thestabilization of tissue matrice」Biotechnol. Appl. Biochem., 1993, 17：23-29；PCT公報W098／19718（これらの両方の内容は、本明細書中に参考として援用される）を参照のこと）。あるいは、コラーゲンのヒドロキシルメチルホスフィン基は、隣接鎖の一級アミンおよび二級アミンと反応され得る（米国特許第5,948,386号（この内容全体は、本明細書中で参考として援用される）を参照のこと）。標準的な架橋剤（例えば、モノアルデヒドおよびジアルデヒド、ポリエポキシ化合物）、タンニング剤（多価の金属酸化物、有機タンニンおよび他の植物誘導化フェノール酸化物を含む）、ヒドラジドと反応し、活性化アシルアジド基、ジシクロヘキシルカルボジイミドおよびその誘導体を形成するカルボキシル基ならびに他のヘテロ二官能性架橋剤、ヘキサメチレンジイソシアネートおよび糖が、コラーゲンを架橋するために使用され得る。次いで、骨粒子は洗浄され、全ての浸出可能な微量のこの物質を除去する。当業者は、架橋剤の最適な濃度および所望の程度の架橋のためのインキュベーション時間を容易に決定し得る。
【００４８】
擦り減らされたコラーゲン線維および擦り減らされていないコラーゲン線維の両方は、コラーゲン線維の反応性アミノ酸（例えば、リシン、アルギニン、ヒドロキシリシン、プロリンおよびヒドロキシプロリン）を介して、モノマー、プレポリマー、開始剤、および／または生物学的に活性な化合物もしくは生物学的に不活性な化合物で誘導体化され得、これらとしては、以下が挙げられるが、これらに限定されない：生体分子、生理活性因子、低分子、無機物質、鉱物。重合工程を介して連結するモノマーは、これらが重合する同じ反応を介してこれらのアミノ酸と反応し得る。鎖重合化によって重合するビニルモノマーおよび他のモノマーは、二重結合でこれらのアミノ酸と反応し得る。鎖重合化によって重合するビニルモノマーおよび他のモノマーは、重合のためにビニル基を残したままこれらの反応性のペンダント基（pendant group）を介してこれらのアミノ酸と
反応し得る。
【００４９】
さらにまたはあるいは、上記の表面処理またはエッチングのような処理を使用して、骨粒子の表面積または表面粗度を増加し得る。このような処理は、骨粒子およびポリマーの界面連結および／または機械的連結の界面強度を増加する。
【００５０】
好ましくは、骨粒子の表面処理は、複合物の骨粒子とポリマーマトリクスとの間の共有結合を増強するのに最適である。代替の実施形態において、表面処理は、骨粒子とポリマーマトリクスとの間の非共有相互作用を増強するように設計され得る。非共有相互作用の例としては、静電気的相互作用、水素結合、ファンデルワールス作用および機械的連結が挙げられる。例えば、タンパク質または多糖類が骨粒子上に固定化される場合、ポリマーマトリクス鎖は、それらが重合するので生物学的ポリマーの長い鎖に物理的にからむようになる。基本溶液中で骨粒子を洗浄することによって生成された、骨の表面上の荷電したリン酸部位は、多くの生体適合性ポリマー（特にアミノ酸さに基づくポリマー）に存在するカルボニル基およびカルボキシル基と相互作用する。骨粒子に固定された芳香族基上のpi軌道は、ポリマーマトリクス中の二重結合および芳香族基と相互作用する。
【００５１】
（ポリマー前駆体と骨粒子の混合）
複合物を形成するために、骨粒子は、ポリマー前駆体と混合される。例示的なポリマー前駆体としては、モノマー、部分的に重合されたポリマー、流動性ポリマーまたはプレポリマーが挙げられる。ポリマーは流動性であり得る。なぜなら、融点を超えて加熱されるか、極度に低分子を有するからである。このような前駆体は、骨粒子との混合の後に、さらに架橋されるかまたは重合されることによって重合され、ポリマーが骨粒子に共有結合される複合物を形成する。プレポリマーは、成長重合（growth polymerization）工程を介して代表的に生成された低分子量オリゴマーである。プレポリマーは、過剰な二官能性の成分の1つを用いて形成され、同じ基で全て終結される分子を生成する。例えば、ジオールおよび過剰のジイソシアネートは重合され、ジオールと混合され得るイソシアネート終結プレポリマーを生成し、ポリウレタンを形成する。
【００５２】
モノマーと骨粒子との混合は、微細構造およびマクロ構造の両方を考慮する必要がある。微細構造の考慮は、骨内のポリマーの浸潤の程度に関する。マクロ構造の考慮は、ポリマー内の骨粒子の整列に関する。
【００５３】
（微細構造の考慮）
組織学において、浸潤によって顕微鏡的観察のための薄い切片に組織を切り出すことが容易になる。しかし、本明細書中で使用される骨粒子は、強い界面相互作用を有するポリマーに取り込まれ得、鉱物化されたコラーゲン線維の間の割れ目にポリマーを浸潤する必要がない。本発明で使用のために示唆されるモノマーおよび他のポリマー前駆体の多くは、海綿質（または皮質骨の鉱物化された原線維）に浸透しない場合でさえ、チャネルおよび骨要素を取り囲む海綿質の穴を介して浸透するのに十分流動性である。例示的な実施形態において、ポリマー前駆体は、骨粒子の血管性構造および／または間質性構造の一部を湿潤し得る。骨の血管性構造は、骨細胞裂孔、ハヴァーズ管、ホルクスマン管（Volksmann’s canals）、小管、および類似の構造のようなこのような構造を含む。骨粒子の間質性構造は、小柱の間の空間および類似の特徴を含む。従って、重合開始前の期間に、ニートモノマーまたは他のポリマー前駆体中の骨粒子をインキュベートすることのみが必要とされ得る。
【００５４】
真空浸潤を使用して、ポリマー前駆体が裂孔およびチャネル、ならびに所望である場合、小管を浸潤するのを助け得る。実際に、複合物のポリマーマトリクスが、例えば、皮質骨の鉱物化線維を完全に浸潤する場合、骨粒子の機械的特性は、周りのマトリクスの特性と大きく異なることはない。なぜなら、マトリクスは骨の一部であるからである。骨粒子の微細構造チャネルの浸透は、粒子とポリマーマトリクスとの間の海綿の表面積を最大化し、そして複合物（例えば、小柱の間）における捕捉から溶媒と空気を防止する。適切な場所での真空浸潤はまた、複合物から空気を除去するのを助ける。
【００５５】
別の実施形態において、浸潤は、溶媒浸潤を使用して達成され得る。真空浸潤は、高揮発性のモノマーに不適当であり得る。浸潤に使用される最も一般的な溶媒の多くが毒性であるので、浸潤に使用される溶媒は注意して選択されるべきである。アセトンの高揮発性溶媒は、浸潤の間にエバポレートされ、それらがポリマーに取り込まれ、そして身体に移植される危険性を減少する。本発明での使用のための例示的な溶媒としては、以下が挙げられるが、これらに限定されない：ジメチルスルホキシド（DMSO）およびエタノール。当業者に公知のように、溶媒浸潤は、ポリマー前駆体を有する溶媒の溶液を骨粒子と混合し、非常に薄い溶液で開始し、そしてより濃縮された溶液および最終的にニート前駆体まで進めることによって達成される。
【００５６】
当業者は、他の標準的な組織学的技術（圧力および加熱を含む）を認識し、そして骨粒子へのポリマー前駆体の浸潤を増大するために使用され得る。次いで、浸潤された骨粒子は、複合物の重合および形成のためのある量の新しいポリマー前駆体と混合され得る。真空浸潤および圧力浸潤のための自動装置としては、Tissue Tek VIP Vacuum浸潤プロセッサーE150／E300（Sakura Finetek, Incから入手可能）が挙げられる。
【００５７】
骨粒子とポリマーとの相互作用はまた、骨粒子をバルク前駆体と混合する前にポリマー前駆体で個々の骨粒子をコートすることによって増強され得る。コーティングは、骨粒子と複合物のポリマー成分の結合を増強する。例えば、個々の骨粒子は、モノマーまたはプレポリマーでスプレーコートされ得る。あるいは、個々の骨粒子は、タンブラーを使用してコートされ得、骨粒子および固体ポリマー前駆体は、粒子をコートとするために一緒に回転される。流動層コーター（coater）をまた使用して、粒子をコートし得る。さらに、粒子は、簡単に液体に浸漬されるか、またはポリマー前駆体を粉末化され得る。これらの全ての技術は、当業者に知られている。
【００５８】
（マクロ構造の考慮）
骨粒子がモノマーで先ず浸潤されてもされなくても、骨粒子が標準的な複合物プロセス技術に従ってモノマーと混合され得る。例えば、規則正しく形成された粒子は、モノマー中に簡単に懸濁され得る。モノマーは、粒子を分配するために機械的に撹拌され得るか、またはガスで泡立てられ得、好ましくは、酸素を含まずかつ湿気を含まないモノマーである。
【００５９】
伸長された骨粒子は、ポリマーマトリクス中で整列され得るか、またはランダムに配向され得る。粒子を整列するために、粒子モノマー混合物は巻かれ得るか、押出され得るか、曲げられ得るかまたは他の方法で機械的に整列され得る。あるいは、伸長された粒子は、それらが生成される場合、モノマーに堆積され得る。例えば、おろした骨粒子または製粉した骨粒子は、互いにおよそ整列された装置を抜け出す傾向にある。回収する代わりに、粒子は、ミルからモノマーに直接送達され得、平らなおろし金を通るチーズのようにおよそ同じ芳香に落ちる。ランダムな配向で粒子を生成することは、大変難しい。機械的撹拌は、通常局所的な整列の領域を生成する。泡立てることは、わずかな上向きの方向を与えるが、しかし他の方法は粒子の配向を効果的にランダム化し得る。凝集はまた、配向をランダム化するのに効果的であり得る。
【００６０】
鉱質除去されていない骨について、伸長された粒子および規則正しく形成された粒子は、ポリマーマトリクスの硬直および粉砕の強靭性を増大する。規則正しく形成された粒子について、機械的応答は、一般的に等方性である。伸長された粒子について、複合物の機械的特性に対する粒子の効果は、ポリマーマトリクス内の粒子の方向に依存する。粒子がランダムに方向付けされる場合、ポリマーマトリクスの機械的特性に対する効果は、充填方法に依存しない。粒子が整列される場合、またはほとんど整列されている場合、複合物の機械的特性への寄与は、充填方法および充填方向の両方に依存する。
【００６１】
好ましい実施形態において、ポリマーマトリクス強化することよりもむしろ、複合物中の骨粒子は充填されるが、ポリマーマトリクスはその場所で粒子を保持する。例えば、骨の大きな片は、骨片の周りを流れるプレフォームおよびモノマー中で別のものを上部に積み重ねる。これは、骨の不規則に形成された片から生成される所望の形の構造移植片を可能にする。骨は非常に高い圧縮強度を有する；しかし、ブリックとして、骨片の間のポリマー充填境界で発揮された力は、剪断成分ならびに張力成分または圧縮成分を有する。結果として、複合物の圧縮強度は、骨の圧縮強度によってのみ決定されるのではなく、複合物の剪断強度によっても決定される。この剪断強度は、骨粒子へのポリマーの共有結合によって増大され、これはポリマー鎖の移動を制限する。代替の実施形態において、骨粒子の表面は、鉱質除去され、そして骨粒子の露出したコラーゲンは、本発明者らの一般的に所有する米国特許第6,123,731（表題、Osteoimplant and Method for its Manufacture（この内容の全体は、本明細書中で参考として援用される））の技術を使用して化学的に連結される。
【００６２】
好ましい実施形態において、複合物は、ポリマーの約25〜30重量％である。移植部位、骨粒子の形ならびにマトリクスの機械的特性および分解特性に依存して、複合物中のポリマー高重量画分または低重量画分を使用することが所望され得る。当業者は、ポリマーの容積画分がポリマーの密度に依存することを認識する。
【００６３】
（マトリクスの重合）
骨粒子がポリマー前駆体と合わされた後、マトリクスは重合される。例えば、流動性（flowable）ポリマーはさらに、重合または架橋され得る。重合の間に、ポリマーは、好ましくは、骨粒子に共有結合される。重合前駆体がリン酸カルシウム化合物に結合しない場合、骨粒子は、上述のように、モノマーと合わされる前に表面処理され得る。
【００６４】
本発明に従う複合物を形成するため、任意の生体適合性ポリマーが使用され得る。ポリマー生体材料、制御薬物放出、および組織エンジニアリングの分野において、多くの生分解性および非生分解性の生体適合性ポリマーが公知である（例えば、Vacantiに対する米国特許第6,123,727号；同第5,804,178号；同第5,770,417号；同第5,736,372号；同第5,716,404号；Shastriに対する米国特許第6,095,148号；同第5,837,752号；Ansethに対する米国特許第5,902,599号；Nikosに対する米国特許第5,696,175号；同第5,514,378号；同第5,512,600号；Barreraに対する米国特許第5,399,665号；Dombに対する米国特許第5,019,379号；Ronに対する米国特許第5,010,167号；d’Amoreに対する米国特許第4,946,929号；およびKohnに対する米国特許第4,806,621号；同第4,638,045号を参照のこと；Langer, Acc. Chem. Res. 33：94, 2000；Langer, J：Control Release 62：7, ,1999；およびUhrichら, ,Chem. Rev. 99：3181, 1999もまた参照のこと；これらの文献は全て、本明細書中で参考として援用する）。
【００６５】
好ましくは、ポリマーマトリクスは生分解性である。例示的な生分解性物質としては、ポリ（アリーレイト）、ポリ（無水物）、ポリ（ヒドロキシ酸）、ポリエステル、ポリ（オルトエステル）、ポリ（酸化アルキレン）、ポリカーボネート、ポリ（プロピレンフマレート）、ポリ（カプロラクトン）、ポリアミド、ポリアミノ酸、ポリアセタール、ポリラクチド、ポリグリコリド、ポリ（ジオキサノン）、ポリヒドロキシブチレート、ポリヒドロキシバリレート、ポリ（ビニルピロリドン）、生分解性ポリシアノアクリレート、生分解性ポリウレタン、および多糖類が挙げられる。1つの実施形態において、分解産物としては、生体活性物質、生体分子、低分子、または代謝プロセスに関与する他のこのような物質が挙げられる。チロシンベースのポリマー（ポリアリーレイトおよびポリカーボネートが挙げられるがこれらに限定されない）のためのモノマーは、L-チロシン誘導体化ジフェノール化合物をホスゲンまたは二酸と反応させることにより調製され得る（Hooper, 1995；Pulapura, 1992）。同様の技術が、反応性側鎖を有する他のアミノ酸のアミノ酸ベースモノマー（イミン、アミン、チオール等が挙げられる）を調製するのに使用され得る。非生分解性ポリマーもまた、同様に使用され得る。例えば、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、およびそれらの誘導体は、内在性の骨から移植物に電位を移動させ得る有用な電気活性ポリマーである。他の非生分解性（しかし、生体適合性である）ポリマーとしては、ポリスチレン、非生分解性ポリウレタン、ポリ尿素、ポリ（エチレンビニル酢酸）、ポリプロピレン、ポリメタクリレート、ポリエチレン、およびポリ（酸化エチレン）が挙げられる。これらのポリマーのいずれかを生成するために使用されるモノマーは、Polysciences、Sigma、およびScientific Polymer Productsのような会社から容易に購入できる。当業者は、これが例示であって、非包括的な、インビボ適用に適したポリマーの列挙であることを認識する。上記ポリマーのコポリマー、混合物、および添加物もまた、本発明において使用され得る。
【００６６】
複合物のポリマーは、段階的重合（step polymerization）または連鎖重合（chain polymerization）により形成され得る。当業者は、重合の際のいかなる量的変化も、含まれる骨粒子に対する機械的ストレスに影響を及ぼさないように、重合速度が制御されるはずであることを認識している。ラジカルイニシエーター（例えば、光活性イニシエーター（例えば、UVまたは赤外線）、熱活性イニシエーター、または化学的イニシエーター）の量および種類または用いる熱もしくは光の量は、反応速度を制御するため、または分子量を変更するために使用され得る。所望の場合、反応速度を増加するかまたは分子量を変更するために、触媒が使用され得る。例えば、強酸が、段階的重合のための触媒として使用され得る。三官能性モノマーおよび他の多官能性モノマーまたは架橋剤もまた、架橋密度を増加するために使用され得る。連鎖重合については、モノマー-骨粒子混合物中の化学的イニシエーターの濃度は、最終分子量を操作するために調節され得る。
【００６７】
例示的なイニシエーターは、George OdianのPrinciples of Polymerization（第三版、1991, New York, John Wiley and Sons）に列挙されており、PolysciencesおよびSigmaのような会社から入手可能である。あるいは、重合化した物質または部分的に重合化した物質は、UV光、マイクロ波、または電子ビームに曝され得、鎖内反応のためのエネルギーが提供される。当業者は、複合物の分解速度および剛度を制御するためにどの程度架橋密度を変更するかを認識している。重合速度および生成物の分子量を制御するための例示的な方法もまた、Odian（1991）に記載されている（この文献の内容全体を本明細書中で参考として援用する）。
【００６８】
この複合物は、任意の形状で重合され得る。例示の形状としては、シート、プレート、粒子、球形、ストランド、コイルストランド、キャピラリーネットワーク、フィルム、線維、メッシュ、ディスク、円錐体、ロッド、カップ、ピン、ねじ、管状、歯、歯根、骨または骨の一部、くさびまたはくさびの一部、円柱形、およびねじ状円柱形が挙げられるがこれらに限定されない。1つの実施形態において、複合物は、所望の移植物の形状を有する鋳型の中で重合される。例えば、鋳型は、骨の一部として、または置換される骨全体として成形され得る。この形状は、骨幹移植物、中間移植物、または骨髄内移植物を包含し得る。本発明の技術を用いて置換され得る例示的な骨としては、篩骨、前頭骨、鼻骨、後頭骨、頭頂骨、側頭骨、下顎骨、上顎骨、頬骨、頚椎骨、胸椎骨、腰椎骨、仙骨、肋骨、胸骨、鎖骨、肩甲骨、上腕骨、橈骨、尺骨、手根骨、中手骨、指節骨、腸骨、坐骨、恥骨、大腿骨、脛骨、腓骨、膝蓋骨、踵骨、足根骨、および中足骨が挙げられる。
【００６９】
1つの実施形態において、この複合物は、プレートまたは類似の支持体（骨内欠損（intra-bony defect）のために歯の間の配置されるI型、単一部位使用のための三日月型エプロン、頬側および舌側の両方の歯槽突起を含む欠損のための長方形ビブ、中和プレート（neutralization plate）、スプーンプレート、顆状プレート、クローバーリーフプレート、圧縮プレート（compression plate）、ブリッジプレート、ウェーブプレート等が挙げられるがこれらに限定されない）として成型される。部分管状体および平坦プレートが、本発明の複合物を用いて組み立てられ得る。この複合物はまた、臀部移植物（基部カップ、頭部カップ、および／または寛骨臼カップを含む）の一部または全てを形成するために機械加工され得る。カップのために使用される場合、機械加工された移植物は、所望の関節材料（例えば、プラスチックまたは金属）を縫い付けられ得る。他の関節置換デバイスもまた、本発明の教示から利益を享受し得る。
【００７０】
あるいは、この複合物は、以下に記載されるように、重合後に所望の形状に機械加工されるブロックであり得る。
【００７１】
代替の実施形態において、モノマーは移植部位に充填され、インサイチュで重合される。あるいは、モノマーは、混合後に部分的に重合されてプレポリマーを形成し得、次いで、鋳型または移植部位に注がれるかまたは注射されて、そこで重合が完了する。モノマーは、プレポリマーが半固体パテとなるまで重合され得る。プレポリマーは、標準的な骨置換材料と同様、創傷部位に挿入され得る。重合が完了した後、創傷部位は「配置」され、移植部位に複合物を保持するためにさらなるカバーまたはラッピングを必要としない。
【００７２】
（複合物の重合後処理）
重合後、この複合物は、鋳型から取り除かれ得、すぐに使用されるかまたは化学的もしくは機械的に操作されるかのいずれかである。例えば、移植物の表面は、溶媒またはガスを用いて酸化されてポリマー鎖のいくつかが破壊され、移植物の初期分解が促進される。移植物の表面は、標準技術を用いて粗くされ、その表面上での骨の成長が促進される。例えば、移植物の表面は、砂で処理されるか（sanded）、やすりで処理されるか（filed）、プラズマエッチングされるか、化学エッチングされるか、または機械的に窪みを作られ得る。
【００７３】
例えば、所望の移植物の形状を有する複合物はさらに、所望の細胞応答を促進するよう表面処理され得る。生体適合性ポリマーに増殖因子および他の生分子を付着させる技術は当業者に周知である。例えば、この複合物は、プラズマエッチングされて、表面がより反応性にされ得る。生分子、低分子、または生体活性因子は、この反応性表面に直接付着され得るか、またはエッチングされた表面に付着されたシランカップリング剤に付着され得る（米国特許第6,033,582号および同第6,119,028号を参照のこと；これらの全内容を、本明細書中に参考として援用する）。例えば、抗炎症剤または抗生物質が、移植物の表面に付着されて、炎症および感染の危険を低下され得る。あるいは、増殖因子が付着されて、骨芽細胞を移植部位に誘導するかまたはコラーゲン産生が刺激され得る。
【００７４】
あるいは、この複合物は、所望の化合物の溶液中に浸され得、イオン交換、拡散、または当業者に公知の他の機構によって表面上に吸着される。複合物の表面は、例えば、プラズマエッチングまたは酸化によって処理され得、化合物に対するその親和性が増大されるかまたは表面積が増加される。化合物は、静電気的相互作用によって複合物上に保持される。化合物は、移植後直ちに脱着し得るが、移植物に対する初期の生理学的応答に影響するよう選択した。従って、生理学的環境における迅速な脱着が望ましい。
【００７５】
移植物はまた、プラスチックの機械加工の当業者に周知の技術に従って機械加工され得る。例えば、移植物にドリルで穴が開けられ得、骨の内部成長が促進されるか、または組織を移植物に縫合するためのチャネルが提供される。あるいは、ブロック形状の複合物は、所望の形状（上記列挙した形状のいずれかが挙げられる）に機械加工され得る。コンピューター制御されるラテおよび他の機器により、ブロックを、複雑な三次元形状（曲線、窪み、および他の輪郭が挙げられる）にすることができる。このような形状は、特定の移植部位に適合するようカスタマイズされ得る。これらの機械加工された要素は、機械的ファスナー（例えば、ドエル、ピン、およびネジ）を用いて互いに取り付けられ得、これらは全て、本発明の複合物から製造され得る。機械加工されたピースが製造される場合、従来のジョイント（例えば、舌および溝（tongue-and-groove）、ありつぎ（dovetail）またはほぞ穴およびほぞ（mortise-and-tenon））が、使用され得る。
【００７６】
あるいは、または加えて、機械加工されたピースは、互いに化学的に付着され得る。例えば、生体適合性接着剤が、機械加工されたピースを互いに付着するのに使用され得る。例えば、例示の生体適合性接着剤としては、生体適合性シアノアクリレート、エポキシベースの化合物、歯科用樹脂密封剤、歯科用樹脂セメント、硝子イオノマーセメント、ポリ（メチルメタクリレート）（例えば、骨セメント）、ゲラチン-レゾルシノール-ホルムアルデヒド接着剤、コラーゲンベースの接着剤、無機結合剤（例えば、リン酸亜鉛、リン酸マグネシウム、および他のリン酸ベースのセメント、カルボン酸亜鉛、およびタンパク質ベースの結合剤（フィブリン接着剤およびイガイ類由来接着タンパク質が挙げられるがこれらに限定されない）が挙げられる。超音波接合もまた、複合体の機械加工されたピースを別のピースに付着させるために利用され得る。
【００７７】
化学的結合はまた、機械的ピースを互いに架橋することによって達成され得る。複合物の表面に骨粒子が存在する場合、これらは、脱塩後に必要に応じて、標準的な架橋技術を用いて互いに連結され得る。あるいは、機械加工されたピースは、プラズマエッチングまたは酸化され得、次いで、その反対表面は、複合物の2つのピースの間に架橋を形成される。
【００７８】
複合物内の骨粒子の配置が異方性の場合、複合物のスライスが層状にされ得、骨粒子の配向方向が、層間でオフセットになっている。層は、30、60、90、またはいくつかの他の角度だけオフセットであり得、その結果、骨粒子は、積み重ねられた層を通じてらせんを形成しているように見える。この層は、連続層（continuous ply）配置または連続する層が前の層からいくらかの特定の角度またはランダムな角度だけ連続的にオフセットとなった回転層（rotated ply）配置であり得る。
【００７９】
別の実施形態において、複合物材料のブロックは、上記の表題「骨の調製」の節において概説される技術に従って、製粉（mill）または挽かれ得る（ground）。削った（shaved）、挽いた、または製粉した複合物粒子は、所望の形状または構成（上記の形状のいずれかが挙げられる）を有する鋳型に合わされ得、そして圧縮されて米穀特許第6,294,187号（その内容全体を本明細書中に参考として援用する）の教示に従い固体を形成される。好ましい実施形態において、圧縮された形状に組み込まれた複合物粒子は、187号特許に記載される大きさおよび形状を有する。複合物粒子は、複合物粒子を圧縮する前、その最中、またはその後に、さらなる生体適合性成分（生体適合性結合剤、充填剤、線維、可塑剤、生体静力／殺生剤、表面活性剤（例えば、界面活性剤）、生分子、低分子、生体活性剤等）と混合され得る。
【００８０】
この複合物の粒子はまた、米国特許第5,507,813号（その内容全体を本明細書中に参考として援用する）の教示に従い湿潤積層化（wet-laying）することにより移植物から再構成され得る。複合物粒子は、適切な液体中でスラリー状にされ、平坦シート、メッシュスクリーン、または三次元鋳型のような形状にされる。この液体は、上記のように、さらなる生体適合性成分を含みえる。湿潤積層化プロセスは、最終移植物がその形状を保持するのを補助する粒子の絡み合い（particle entanglement）を生じる。複合物粒子間のさらなる接着は、液体中に接着剤を含ませることによるか、または超音波結合を使用することにより達成され得る。次いで、湿潤積層化された塊は、減圧またはエバポレーションにより、絡み合った塊から液体を除去することにより乾燥される。あるいは、または加えて、複合物粒子の絡み合った塊は、湿潤積層化の間もしくはその後および／または粒子の塊が乾燥されている間、圧縮力に供され得る。
【００８１】
代替の実施形態において、完成した複合物は再溶解され、所望の形状に成型される。熱可塑性ポリマーは、加熱しながら流され、機械加工することなく再形成され得る。ポリマーは、上述のように、回転されるかまたは押し出されて、特定の形状が形成されるか、または所望の移植物の形状に成型され得る。代替の実施形態において、複合物は、少なくとも部分的に溶解され、そして冷却前に移植部位に挿入される。あるいは、機械加工されたポリマーは、簡単に加熱され、機械加工の間のせん断により生じる表面の負荷が低減され得る。
【００８２】
本発明の他の実施形態は、本明細書中に開示される本発明の説明または実施を考慮することで当業者に明らかとなる。この説明および実施例は、例示のみであるとみなされ、本発明の範囲および意図は、添付の特許請求の範囲により示されることが意図される。
【図１Ａ】
2011172953.tif 000002
【図１Ｂ】
2011172953.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成23年5月18日(2011.5.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
骨ポリマー複合物を生成する方法であって、該方法は、以下：
複数の骨粒子を提供する工程；
生体適合性ポリマーの前駆体と該骨粒子とを合わせる工程；および
ポリマー前駆体を重合する工程
を包含する、方法。