(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二相性のリン酸カルシウム／ハイドロキシアパタイト（ＣＡＰ／ＨＡＰ）骨代用材料であって、
焼結されたＣＡＰコアと、
焼結されたＣＡＰコアの上に堆積した、少なくとも１つの均等な閉じられたエピタキシャルに成長したナノ結晶ＨＡＰの層とを含み、
エピタキシャルに成長したナノ結晶は、人の骨塩と同じサイズおよび形態である３０〜４６ｎｍの長さおよび１４〜２２ｎｍの幅を有する、ＣＡＰ／ＨＡＰ骨代用材料。
【請求項２】
エピタキシャルに成長したナノ結晶ＨＡＰの層は、少なくとも１５〜５０ｎｍの厚さを有する、請求項１に記載のＣＡＰ／ＨＡＰ骨代用材料。
【請求項３】
エピタキシャルに成長したナノ結晶ＨＡＰの層は、少なくとも２０〜４０ｎｍの厚さを有する、請求項１に記載のＣＡＰ／ＨＡＰ骨代用材料。
【請求項４】
焼結されたＣＡＰコアとＨＡＰとの比は５：９５と９５：５の間である、請求項１〜３のいずれかに記載のＣＡＰ／ＨＡＰ骨代用材料。
【請求項５】
焼結されたＣＡＰコアとＨＡＰとの比は１０：９０と９０：１０の間である、請求項１〜３のいずれかに記載のＣＡＰ／ＨＡＰ骨代用材料。
【請求項６】
焼結されたＣＡＰコアは本質的にα−ＴＣＰからなる、請求項１〜５のいずれかに記載のＣＡＰ／ＨＡＰ骨代用材料。
【請求項７】
微粒子または顆粒である、請求項１〜６のいずれかに記載のＣＡＰ／ＨＡＰ骨代用材料。
【請求項８】
成形体である、請求項１〜６のいずれかに記載のＣＡＰ／ＨＡＰ骨代用材料。
【請求項９】
ねじ、釘またはピンである、請求項８に記載の成形体。
【請求項１０】
身体の骨部分の輪郭を有する構造である、請求項８に記載の成形体。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載のＣＡＰ／ＨＡＰ骨代用材料を調製するプロセスであって、焼結されたＣＡＰコアは、α−ＴＣＰ（α−Ｃａ３（ＰＯ４）２）および／またはリン酸テトラカルシウム（ＴＴＣＰ、Ｃａ４（ＰＯ４）２Ｏ）を含み、
ａ）α−ＴＣＰ（α−Ｃａ３（ＰＯ４）２）および／またはリン酸テトラカルシウム（ＴＴＣＰ、Ｃａ４（ＰＯ４）２Ｏ）を含む、焼結されたＣＡＰコアを調製するステップと、
ｂ）焼結されたＣＡＰコアを１０℃と５０℃の間の温度で水溶液に浸して、ＣＡＰからＨＡＰへの変換プロセスを開始させ、これにより、均等な閉じられたエピタキシャルに成長したナノ結晶ハイドロキシアパタイトの層が、焼結されたＣＡＰコア表面上に形成されるステップであって、エピタキシャル成長したナノ結晶は人の骨塩と同じサイズおよび形態を有するステップと、
ｃ）少なくとも１つのＨＡＰのナノ結晶層の均等な閉じられたコーティングが存在している時であって、変換プロセスが完全に終了する前に、水溶液から固体材料を分離することによって変換を停止させるステップと、
ｄ）オプションとして、ステップｃ）から得られる分離された材料を滅菌するステップとを含む、プロセス。
【請求項１２】
ステップｂ）においては、水溶液のｐＨが５．５〜９．０の範囲内のままである、請求項１１に記載のプロセス。
【請求項１３】
ステップｂ）における温度は、２５℃と４５℃の間である、請求項１１または１２に記載のプロセス。
【請求項１４】
ステップｂ）における温度は、３５℃と４０℃の間である、請求項１３に記載のプロセス。
【請求項１５】
人または動物の欠損部位における骨形成、骨再生および／または骨修復を促進するための、請求項１〜１０のいずれかに記載のＣＡＰ／ＨＡＰ骨代用材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リン酸カルシウム／ハイドロキシアパタイト（ＣＡＰ／ＨＡＰ：calcium phosphate/hydroxyapatite）に基づいた二重層構造を有する新しい二相性の骨代用材料と、その材料を調製するためのプロセスと、人または動物の欠損部分における骨形成、骨再生、骨修復および／または骨交換を支援するためのインプラントまたはプロテーゼとしてのこの骨代用材料の使用とに関する。
【背景技術】
【０００２】
骨構造の欠損は、外傷、病気および外科手術などのさまざまな状況で発生するものであり、さまざまな外科手術分野では骨欠損の有効な修復が依然として必要とされている。
【０００３】
骨欠損の部位における回復を促進させるために多くの天然材料および合成材料ならびに組成物が用いられてきた。歯周根および顎顔面における骨の欠損時に骨成長を促進する周知の天然の骨伝導性（osteoconductive）骨代用材料として、ガイストリッヒ・ファーマ・アー・ゲー（Geistlich Pharma AG）から販売されているGeistlich Bio-Oss（登録商標）が挙げられる。この材料は米国特許第５，１６７，９６１号に開示されるプロセスによって自然骨から製造され、自然骨の構造およびナノ結晶構造の保存を可能にし、結果として、再吸収されないかまたは非常にゆっくりと再吸収される優れた骨伝導基材が得られる。
【０００４】
リン酸三カルシウム／ハイドロキシアパタイト（ＴＣＰ／ＨＡＰ：Tricalcium phosphate/hydroxyapatite）系および骨代用材料としてのその使用がたとえばＵＳ６，３３８，７５２に記載されており、ここでは、１２００〜１５００℃でリン酸アンモニウムとＨＡＰとの粉末混合物を加熱することによってα−ＴＣＰ／ＨＡＰの二相性のセメントを調製するプロセスが開示されている。
【０００５】
欧州特許ＥＰ−２８５８２６は、α−ＴＣＰの層を適用し、８０〜１００℃でｐＨ２〜７の水との反応によってα−ＴＣＰ層を完全にＨＡＰに変換することによって、インプラント用の金属体および非金属体上にＨＡＰの層を作製するプロセスを開示する。得られる生成物は、ＨＡＰの層で覆われた金属体または非金属体である。
【０００６】
ＷＯ９７／４１２７３は、特に、ハイドロキシアパタイト（ＨＡＰ）または他のリン酸カルシウム（ＣＡＰ）などの基質を、炭酸ハイドロキシアパタイト、すなわち、リン酸イオンおよび／またはヒドロキシルイオンが重炭酸イオンと部分的に置換されているハイドロキシアパタイト、のコーティングでコーティングするプロセスを開示する。このプロセスは、（ａ）５０℃よりも低い温度でカルシウムイオン、リン酸イオンおよび重炭酸イオンを含むｐＨ６．８〜８．０の溶液中に基質を浸すステップと、（ｂ）ｐＨが８を上回るまで、溶液のうち基質に接する部分を５０℃〜８０℃の温度に加熱するステップと、（ｃ）ステップ（ｂ）で得られたアルカリ溶液に基質を接触させたままにして、炭酸ハイドロキシアパタイトコーティングを形成するステップと、（ｄ）溶液から基質を取出してコーティングを乾燥させるステップとを含む。重炭酸イオンはハイドロキシアパタイト結晶成長の阻害剤として作用し、結果として、欠損を有し、より小さな寸法、すなわち長さが１０〜４０ｎｍで幅が３〜１０ｎｍである不定比性結晶が得られるように開示されている（第７頁、１〜７行目を参照）。
【０００７】
リン酸カルシウム／ハイドロキシアパタイト（ＣＡＰ／ＨＡＰ）系の成分、特にＴＣＰ／ＨＡＰ系は、熱力学的安定性が異なっている。この相違のせいで、ＣＡＰ／ＨＡＰ系が哺乳動物、特に人の患者、に埋込まれると、体液中ではＴＣＰおよび他のリン酸カルシウムの溶解度がＨＡＰの溶解度よりも高くなる。リン酸カルシウムとＨＡＰとの溶解度に差があることで、ＣＡＰ／ＨＡＰ系の無秩序な焼結構造の分解がもたらされる。というのも、溶解度の高い化合物ＣＡＰ（たとえば、ＴＣＰ）はＨＡＰよりも早く除去されるからである。高温で生成されたＣＡＰとＨＡＰとの間の焼結された相互結合はまた、生理学的環境における装置の溶解度を高めるのに著しく貢献することとなる。化学的溶解および細胞による生物学的再吸収という２つの異なる種類の反応が、このようなセラミックスの加速度的な生体内分解を特徴付けている。両方のプロセスによりセラミック材料の溶解がもたらされ、さらに、カルシウムイオンが局所的に過飽和し、これにより、吸着されるカルシウムイオンよりも多くのカルシウムイオンが放出される。カルシウムイオンの自然な平衡はもはや、細胞外基質にもインプラントの周囲の組織にも存在しない。カルシウムイオンの過飽和の観点での自然なカルシウム平衡の局所的な乱れは、破骨細胞作用を増大させ、これにより、セラミック材料の再吸収がうまく制御されずに加速され、特に大量の合成骨代用材料を用いる場合には有害な炎症反応のリスクが生じる。
【０００８】
骨代用材料Geistlich Bio-Oss（登録商標）が人の患者に埋込まれる場合、自然なカルシウム平衡は実際には影響を受けず、材料の表面上とその局所環境内とにおけるカルシウムイオンの濃度がほぼ一定のままとなる。したがって、材料の生物学的再吸収が起こらないか、または、この材料の生物学的再吸収が、有害な炎症反応の起こるリスクなしに非常にゆっくりとした速度で進行する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明の目的は、骨代用材料Geistlich Bio-Oss（登録商標）と同様に、生体内に配置された後、材料の表面上とその局所環境内とにおけるカルシウムイオンの濃度をほとんど一定のままにすることを可能にし、このため破骨細胞作用を増大させることのないリン酸カルシウム／ハイドロキシアパタイト（ＣＡＰ／ＨＡＰ）骨代用材料を提供することである。
【００１０】
実際には、最適な骨再生に必要な自然なカルシウム平衡を妨害または消失させてはならない。さらに、再生プロセスが完了するまで、自然なカルシウム濃度の平衡は骨代用材料によって永続的にサポートされなければならない。これらの条件が満たされると、破骨細胞の作用は増大せず、これにより、有害な炎症反応のリスクがなくなる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の目的は、この明細書中に記載されるような特定の条件下で得られる、精密に規定されたバイオミメティックな二重層構造を有する新しい二相性のナノ結晶ＣＡＰ／ＨＡＰ骨代用材料によって達成されることが分かった。
【００１２】
実際には、哺乳動物に埋込まれたこの新しい二相性のナノ結晶ＣＡＰ／ＨＡＰ骨代用材料を螢光顕微鏡法で観察することによって示されるように、インプラントの近傍における破骨細胞作用は検知可能なほどには増加していない。これは、材料の表面上とその局所環境内とにおけるカルシウムイオン濃度が上昇していないことを示している。
【００１３】
新しい二相性のナノ結晶ＣＡＰ／ＨＡＰ骨代用材料は、非常に興味深い生体内特性を呈する。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
このように、本発明は、二相性のリン酸カルシウム／ハイドロキシアパタイト（ＣＡＰ／ＨＡＰ）骨代用材料であって、焼結されたＣＡＰコアと、焼結されたＣＡＰコアの上に堆積した、少なくとも１つの均等な閉じられたエピタキシャル（epitactically）に成長したナノ結晶ＨＡＰの層とを含み、エピタキシャルに成長したナノ結晶は、人の骨塩と同じサイズおよび形態、すなわち３０〜４６ｎｍの長さおよび１４〜２２ｎｍの幅を有する、（ＣＡＰ／ＨＡＰ）骨代用材料に関する。
【００１５】
焼結されたＣＡＰコアは、リン酸三カルシウム（ＴＣＰ）、特にα−ＴＣＰ（α−Ｃａ３（ＰＯ４）２）もしくはβ−ＴＣＰ（β−Ｃａ３（ＰＯ４）２）および／またはリン酸テトラカルシウム（ＴＴＣＰ）Ｃａ４（ＰＯ４）２Ｏを含み得る。
【００１６】
頻繁に用いられる実施態様に従うと、焼結されたＣＡＰコアは本質的にＴＣＰからなり、α−ＴＣＰが好ましい。
【００１７】
エピタキシャルに成長したナノ結晶ＨＡＰの層は、天然の人の骨塩と構造的かつ化学的にほとんど同じである。
【００１８】
エピタキシャルに成長したナノ結晶ＨＡＰの層は、概して、少なくとも１５〜５０ｎｍ、好ましくは少なくとも２０〜４０ｎｍ、より好ましくは少なくとも２５〜３５ｎｍの厚さを有する。その最小厚さは、エピタキシャル配向のＨＡＰナノ結晶の１つの層に相当する。
【００１９】
エピタキシャルに成長したナノ結晶ＨＡＰの層は、エピタキシャル配向のＨＡＰナノ結晶の単層または多重層を含み得る。エピタキシャルに成長したナノ結晶ＨＡＰの層の厚さは、エピタキシャル配向のＨＡＰナノ結晶のこのような層の数に関連付けられるものであり、それぞれ異なって積み込まれた身体の部分へのインプラントまたはプロテーゼとして、骨代用材料の意図した適用に応じて選択されることとなる。本発明の骨代用材料は、実際には、焼結されたＣＡＰコアを、サイズおよび形態が人の骨塩と同様のハイドロキシアパタイトへと徐々に変換させる生体類似システムとして生体内で機能するよう設計される。この変換の速度は、焼結されたＣＡＰコアによるカルシウム放出の速度に従属しており、エピタキシャルに成長したナノ結晶ＨＡＰの層の厚さによってかなりの程度まで制御される。
【００２０】
ＣＡＰ／ＨＡＰ骨代用材料の特性は、エピタキシャルに成長したナノ結晶ＨＡＰの層の厚さによってかなりの程度まで制御される。「特性（properties）」という語は、生体外および生体内における局所環境に一定の濃度のカルシウムイオンを放出するＣＡＰ／ＨＡＰ骨代用物の能力を含む。
【００２１】
エピタキシャルに成長したナノ結晶ＨＡＰの層は、焼結されたＣＡＰコア材料とＨＡＰとの比に関連しており、この比は概して５：９５〜９５：５、好ましくは１０：９０〜９０：１０である。
【００２２】
ＣＡＰ／ＨＡＰ骨代用材料は、所望のサイズおよび形状を有する粒子または顆粒であってもよい。概して、微粒子または顆粒はほぼ球形であり、２５０〜５０００μｍの直径を有する。
【００２３】
ＣＡＰ／ＨＡＰ骨代用材料はまた、成形体であってもよく、たとえばねじ、釘、ピン、または、特に腰、鎖骨、肋骨、下顎骨、頭蓋骨部分などの身体の骨部分の輪郭を有する構造であってもよい。このようなねじ、釘またはピンは、たとえば膝または肘の骨に靭帯を固定するための再建整形外科手術で用いられてもよい。身体の骨部分の輪郭を有するこのような構造は、欠損しているかまたは欠陥のある骨または骨部分を交換するためにプロテーゼとして整形外科手術で用いられてもよい。
【００２４】
本発明はさらに、上に規定されたＣＡＰ／ＨＡＰ骨代用材料を調製するプロセスであって、
ａ）焼結されたＣＡＰコア材料を調製するステップと、
ｂ）焼結されたＣＡＰコア材料を１０℃と５０℃の間の温度で水溶液に浸して、ＣＡＰからＨＡＰへの変換プロセスを開始させ、これにより、均等な閉じられたエピタキシャルに成長したナノ結晶ハイドロキシアパタイトの層が焼結されたＣＡＰコア材料の表面上に形成されるステップであって、エピタキシャルに成長したナノ結晶は人の骨塩と同じサイズおよび形態を有するステップと、
ｃ）ＨＡＰの少なくとも１つのナノ結晶層の均等な閉じられたコーティングが存在している場合であって、変換プロセスが完全に終了する前に、水溶液から固体材料を分離することによって変換を停止させるステップ。
【００２５】
ｄ）オプションとして、ステップｃ）から得られる分離された材料を滅菌するステップとを含む、プロセスに関する。
【００２６】
焼結されたＣＡＰコア材料は、リン酸三カルシウム（ＴＣＰ）、特にα−ＴＣＰ（α−Ｃａ３（ＰＯ４）２）もしくはβ−ＴＣＰ（β−Ｃａ３（ＰＯ４）２）および／またはリン酸テトラカルシウム（ＴＴＣＰ）Ｃａ４（ＰＯ４）２Ｏを含み得る。
【００２７】
頻繁に用いられる実施態様に従うと、焼結されたＣＡＰコア材料は本質的にはＴＣＰからなり、α−ＴＣＰが好ましい。
【００２８】
焼結されたＣＡＰコア材料の調製は、当該技術において公知の方法によって行なわれてもよく、当該方法は、最初に、リン酸水素カルシウム（ＣａＨＰＯ４）、炭酸カルシウムおよび／または水酸化カルシウムの粉末を混合するステップと、次いで、適切な温度範囲内で混合物をか焼して焼結させ、これにより、バルクの焼結されたＣＡＰコア材料を作り出すステップとを含む（たとえば、Mathew M. et al, 1977, Acta. Cryst. B33: 1325; Dickens B. et al., 1974, J. Solid State Chemistry 10, 232; and Durucan C. et al., 2002, J. Mat. Sci., 37:963を参照されたい）。
【００２９】
バルクの焼結されたＴＣＰコア材料は、このように、リン酸水素カルシウム（ＣａＨＰＯ４）、炭酸カルシウムおよび／または水酸化カルシウムの粉末を化学量論比で混合し、１２００〜１４５０℃の範囲の温度、好ましくは約１４００℃でこの混合物をか焼し、焼結させることによって得られてもよい。
【００３０】
バルクの焼結されたＴＴＣＰコア材料はまた、上述のプロセスによって得られてもよい。
【００３１】
このような方法によって調製されるバルクの焼結されたＣＡＰ材料は多孔性であってもよく、孔隙率が２〜８０体積パーセントであり、孔が広く分散されている。孔隙率のパラメータは、ＣＡＰ／ＨＡＰ骨代用材料の意図される適用に応じて選択されることとなる。
【００３２】
ステップｂ）において用いられる焼結されたＣＡＰコア材料は、
−  上述のとおり調製されたバルクの焼結されたＣＡＰコア材料、
−  粉砕（crushing）、粉砕（grinding）および／もしくは粉砕（milling）ならびに篩分けなどの従来の方法を用いることによって、上述のとおり調製されたバルクの焼結されたＣＡＰコア材料から得られる焼結されたＣＡＰコア材料の微粒子もしくは顆粒、または、
−  所望の形状およびサイズを有する焼結されたＣＡＰコア材料の予備成形物、たとえばねじ、釘、ピン、もしくは身体の骨部分の輪郭を有する構造、であり得る。
【００３３】
所望の如何なる形状およびサイズをも有するこのような予備成形物は、ＣＮＣミリングまたは３Ｄ印刷などの周知の試作的技術を用いることによって、上述のとおり調製されたバルクの焼結済みコア材料から得られてもよい（たとえば以下を参照されたい：Bartolo P. et al., 2008, Bio-Materials and Prototyping Applications in Medicine, Springer Science New York, ISBN 978-0-387-47682-7; Landers R. et al., 2002, Biomaterials 23(23), 4437; Yeong W.-Y. et al., 2004, Trends in Biotechnology, 22 (12), 643; and Seitz H. et al., 2005, Biomed. Mater. Res. 74B (2), 782）。
【００３４】
ステップｂ）の水溶液は、純水、模擬的な体液または緩衝剤であってもよい。重要なことは、ステップｂ）の浸し溶液のｐＨ値がほぼ中性であり、変換プロセス全体を通じて、好ましくは５．５〜９．０のｐＨ範囲内で安定していることである。
【００３５】
緩衝剤は、上述のｐＨ範囲の如何なる緩衝剤であってもよいが、好ましくは、カルシウム、マグネシウムおよび／またはナトリウムを含むかまたは含まないリン酸緩衝剤である。
【００３６】
「模擬的な体液（simulated body fluid）」という語は、体液を模倣した如何なる溶液をも指す。好ましくは、模擬的な体液は、血漿と同様のイオン濃度を有する。
【００３７】
ステップｂ）における温度範囲は、概して、１０℃と５０℃の間、好ましくは２５℃と４５℃の間、より好ましくは３５℃と４０℃の間である。
【００３８】
浸すステップｂ）は、第１段階において、ＣＡＰコア材料の一次相転移と、これにより、ＨＡＰナノ結晶の前駆物質の核生成とを引起こす。第２段階中に、第１段階の結果として生じたＨＡＰ前駆物質が成長し、閉じられた（すなわち完全にコーティングした）エピタキシャルなナノ結晶複合層をもたらすこととなる。第１のＨＡＰナノ結晶層は、均等で閉じられていなければならず、焼結されたＣＡＰコア材料にエピタキシャルに結合しなければならない。
【００３９】
第３段階中に、一次相転移が、新しく形成された二重層複合物内で進行して、焼結されたＣＡＰコア材料（ＴＣＰまたはＴＴＣＰ）をナノ結晶ＨＡＰにさらに変換させてもよい。この相転移の第３のステップ中、焼結されたＣＡＰコア材料の一部がナノ結晶ＨＡＰに変換してしまうまで、カルシウムイオンが、ゆっくりとした拡散律速プロセスによって、制御可能な時間にわたって放出されることとなる。変換時間、およびこれにより、カルシウム放出の速度は、ＨＡＰ層の厚さの変化によって制御することができる。
【００４０】
ＣＡＰのＨＡＰへの変換をその完了前に停止させて、適切な厚さを有するエピタキシャルに成長したナノ結晶ＨＡＰ層が生体外で調製される。
【００４１】
ＣＡＰ／ＨＡＰ骨代用材料が生体内に配置されると直ちに、ＣＡＰのＨＡＰへの変換プロセスが体液との接触によって再開され、骨代用材料が、人の骨塩と同様のサイズおよび形態を有する新しいハイドロキシアパタイトを形成する生体類似システムとして機能することとなる。生体内での相変換プロセス中に、移送されたカルシウムイオンが局所環境に放出されることとなり、骨再生プロセスにとって重要かつ有益な局所的なカルシウム平衡をサポートすることとなる。
【００４２】
それぞれ異なって積み込まれた身体の部分におけるそれぞれ異なった骨欠損の再生期間のために、カルシウム放出の速度が制御可能であることは重要である。これは、ハイドロキシアパタイトからなるエピタキシャルに成長した層の厚さの変化によって達成することができる。
【００４３】
したがって、ステップｃ）は非常に重要なステップである。ステップｂ）の水溶液への暴露時間は、所望されるＨＡＰ層の厚さに基づいている。少なくとも１つのエピタキシャル配向のナノ結晶ＨＡＰの層が必要である。ＣＡＰからＨＡＰへの変換を終了させないことが必要不可欠である。
【００４４】
所望される厚さに応じた適切な暴露時間は、リン酸カルシウム、セメントおよびコンクリートの化学の技術分野の当業者に周知のさまざまな熱力学的微分方程式を用いることによって計算することができる。
【００４５】
たとえば以下を参照されたい：Pommersheim, J.C.; Clifton, J.R. (1979) Cem. Conc. Res.; 9:765; Pommersheim, J.C.; Clifton, J.R. (1982) Cem. Conc. Res.; 12:765; and Schlussler, K.H. Mcedlov-Petrosjan, O.P.; (1990): Der Baustoff beton, VEB Verlag Bauwesen, Berlin。
【００４６】
上述の微分方程式の解をＣＡＰ／ＨＡＰ系に当てはめることにより、ＣＡＰからＨＡＰへの相転移および層の厚さを予測することが可能となり、このため、ＨＡＰのエピタキシャル層を安定した再現可能な態様で調製することができるようになる。
【００４７】
水溶液からの固体材料の分離は、通常、当該技術分野において周知の技術を用いてろ過し乾燥させることによって行なわれる。
【００４８】
任意の滅菌ステップｄ）は、ガンマ線照射などの当該技術分野において周知の技術によって行なわれてもよい。
【００４９】
本発明はまた、人または動物の欠損部位における骨形成、骨再生、骨修復および／または骨交換を支援するためのインプラントまたはプロテーゼとしての、概して微粒子または成形体の形状である上述のＣＡＰ／ＨＡＰ骨代用材料の使用に関する。
【００５０】
本発明はまた、概して微粒子または成形体の形状である上述のＣＡＰ／ＨＡＰ骨代用材料を埋込むことによって人または動物の欠損部位における骨形成、骨再生および／または骨修復を促進する方法に関する。
【００５１】
本発明のＣＡＰ／ＨＡＰ骨代用材料の利点
焼結されたＣＡＰコア材料を囲むエピタキシャルに成長したＨＡＰナノ結晶は、サイズおよび形態が、以下の表１に示されるような天然の人の骨塩のアパタイト結晶と同じである。このため、本発明のＣＡＰ／ＨＡＰ骨代用材料は、骨の複合物または微細構造をうまく模倣しており、人の骨塩の生体模倣材料の典型とされる。
【００５２】
【表１】
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【００５３】
カルシウムイオンの濃度が一定であることにより、結果として、骨形成のための適切な比率で骨芽細胞および破骨細胞がＨＡＰ表面に付着するよう改善され、こうして、骨再生のサイクルが定常化する。骨芽細胞および破骨細胞が骨再生のための適切な比率で容易に付着する表面が得られる。
【００５４】
さらに、本発明のＣＡＰ／ＨＡＰ骨代用材料は、高度に制御可能な表面特性を有しているために、特に、骨再生のための成長因子などの細胞外基質タンパク質などの、生物活性分子のための基質として機能し得る。
【００５５】
以下の例では、その範囲を限定することなく本発明を例示する。
【実施例】
【００５６】
実施例１  α−ＴＣＰのバルクの焼結材料の調製
５００ｇ（乾燥重量）の混合物について、３６０ｇのリン酸カルシウム無水粉末、１４４ｇの炭酸カルシウム粉末および２２０ｍｌの脱イオン水を、実験用撹拌器を用いて５００ｒｐｍで７分間混合した。混合プロセスから得られるスラリーは、高温で安定な白金カップに直ちに移した。満杯の白金カップを冷えた炉に配置した。毎時６０℃の加熱率を用いることによって炉を１４００℃に加熱した。加熱プロセスは、炉のスイッチを切ることによって７２時間後に停止させた。試料を炉内で室温に冷却した。バルク焼結材料（純相α−Ｃａ３（ＰＯ４）２）を炉および白金カップから除去した。焼結プロセスから得られたバルク生成物は、４２０ｇの重量（１６．７％の重量損失）を有した。相純度の制御は粉末Ｘ線回折分析を用いて行なった。
【００５７】
実施例２  粒度が０．２５〜２ｍｍである焼結されたα−ＴＣＰの多孔性顆粒の調製
実施例１から得られたバルク生成物は、ジョークラッシャ（スロットサイズ４ｍｍ）を用いることによって粉砕した。粗い顆粒は、２ｍｍおよび０．２５ｍｍの網目開口を有するふるいインサートおよびふるい分け機を用いることによってふるいにかけた。顆粒をふるいにかけた後、顆粒に吸着した微粉の残りを分離するために、浄水を用いて小破片を２回すすいだ。多孔性顆粒は、キャビネットドライヤにおいて１２０℃で１０時間乾燥させた。レーザ回折技術を用いることによって粒度分布の制御を行った。すすぎ後の粒子面の清浄度は、走査型電子顕微鏡法を用いて表面を観察することによって制御した。
【００５８】
実施例３  ＣＮＣミリングによる焼結されたα−ＴＣＰの多孔性円筒（長さ１０ｍｍ、直径６ｍｍ）の調製
実施例１から得られたバルク生成物は、粉砕（grinding）機を用いて、端縁の長さがａ＝３ｃｍ、ｂ＝２ｃｍ、ｃ＝２ｃｍの立方形の工作物になるよう粉砕した。工作物は、３ｍｍの直径を有する丸頭超硬ミリングカッター工具を備えた４軸ＣＮＣミリング機に配置して固定した。円筒は、３ｍｍの半径および０．２５ｍｍの斜面を有する螺旋形のミリング経路を用いることによってミリング加工した。ＣＮＣミリングプロセス中の工作物の主な速度は、毎分１７００回転であり、螺旋形のミリング経路の最大回転速度は、ＣＮＣ機器内の内蔵プロセスによって計算され、平均で毎分１０回転であった。ミリング後、円筒表面に吸着した微粉の残りを分離させるために、浄水を用いて円筒形の予備成形物を２回すすいだ。多孔性円筒はキャビネットドライヤにおいて１２０℃で１０時間乾燥させた。すすぎ後の予備成形物の表面の清浄度は、走査型電子顕微鏡法を用いて表面を観察することによって制御した。予備成形物寸法の正確さはノギスを用いることによって制御した。
【００５９】
実施例４  実施例２から得られる焼結されたα−ＴＣＰの顆粒上におけるエピタキシャルに成長したナノ結晶ＨＡＰコーティングの調製
コーティングおよび相変換プロセスに適した緩衝溶液（１０００ｍｌ）は、１．８２ｍｏｌ／ｌのナトリウム、４．６８ｍｏｌ／ｌの水素、０．９６ｍｏｌ／ｌのリン、５．６４ｍｏｌ／ｌの酸素、０．０１ｍｏｌ／ｌのカルシウムおよび０．７１ｍｏｌ／ｌの塩素を用いることによって調製した。この溶液を４０℃の温度で７．４のｐＨに調整する。実施例１および実施例２に従って生成された顆粒を調製済み溶液に浸し、そして、（ｗ／ｗ）７５％のα−ＴＣＰおよび２５％のハイドロキシアパタイトの相組成と等しい平均２５０ｎｍの層厚さに応じて計算された期間（１０時間）にわたって、十分に調節された水槽（４０℃）に保管した。浸した後、緩衝溶液から残留物を除去するために顆粒を精製水で３回すすいだ。多孔性顆粒はキャビネットドライヤにおいて１２０℃で４時間乾燥させた。顆粒の相組成は、粉末Ｘ線回折データのリートフェルト（Rietveld）分析によって分析し、コーティングプロセスによって得られた結晶相の結晶サイズは、ブラッグ（Bragg）技術に従ってＸ線回折データのサイズ−歪みの改善（size-strain refinement）によって分析した。顆粒の孔隙率は水銀侵入ポロシメトリ（mercury intrusion porosimetry）を用いることによって制御し、コーティング後の表面形態は走査型電子顕微鏡法を用いることによって制御した。
【００６０】
実施例５  実施例３から得られる焼結されたα−ＴＣＰの円筒上におけるエピタキシャルに成長したナノ結晶ＨＡＰコーティングの調製
コーティングおよび相変換プロセスに適した緩衝溶液（１０００ｍｌ）は、１．８２ｍｏｌ／ｌのナトリウム、４．６８ｍｏｌ／ｌの水素、０．９６ｍｏｌ／ｌのリン、５．６４ｍｏｌ／ｌの酸素、０．０１ｍｏｌ／ｌのカルシウムおよび０．７１ｍｏｌ／ｌの塩素を用いることによって調製した。この溶液を４０℃の温度で７．４のｐＨに調整した。実施例１および実施例３に従って生成された多孔性円筒を調製済み溶液に浸し、そして、約８５％（ｗ／ｗ）のα−ＴＣＰおよび１５％（ｗ／ｗ）のハイドロキシアパタイトの相組成と等しい平均２０μｍ（６０時間）の層厚さに応じて計算された期間にわたって、十分に焼戻しされた水槽（４０℃）に保管した。浸した後、緩衝溶液から残留物を除去するために円筒を精製水で３回すすいだ。多孔性円筒はキャビネットドライヤにおいて１２０℃で１０時間乾燥させた。円筒の相組成は、粉末Ｘ線回折データのリートフェルト分析によって分析し、コーティングプロセスによって得られた結晶相の結晶サイズは、ブラッグ技術に従ってＸ線回折データのサイズ−歪みの改善によって分析した。エピタキシャルな成長は、反射率−差（ＲＤ）分光法を用いることによって分析した。円筒の孔隙率は水銀侵入ポロシメトリを用いて制御し、コーティング後の表面形態は走査型電子顕微鏡法を用いて制御した。層厚さは、反射高エネルギ電子回折（ＲＨＥＥＤ：reflection high-energy electron diffraction）および／または光電子分光法（ＸＰＳ：photoelectron spectroscopy）を用いて制御した。
【００６１】
実施例６  層厚さおよび相組成に対する浸し時間の影響
表２および表３は、それぞれ、ほぼ球状の幾何学的形態、１０μｍ〜２０μｍのサイズ、２５〜４０体積％の孔隙率、５０〜６０ｍ２／ｇの比（内）表面積、０．６〜０．８ｇ／ｍｌのかさ密度を有する多孔性α−ＴＣＰ粒子についての、層厚さおよび相組成に対する浸し時間の影響を示す実施例の実験データを示す。
【００６２】
【表２】
0005778139.tif 000003
【００６３】
【表３】
0005778139.tif 000004