(57)【要約】本発明は、医学及び医療技術の分野、すなわち骨インプラントに関し、手術、整形外科、歯科で使用することができる。緻密な耐久性のある繊維状または微細結晶構造を有するケイ酸塩鉱物集合体及び岩石からなる骨インプラントは、高強度、割れ目形成に対する耐性、低電気化学的活性、高い生物学的適合性及び骨組織に統合する能力を有する。その技術の結果 - 骨組織へのインプラントのための医療具の分野を拡大する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
骨インプラントであって、
前記インプラントまたは前記インプラントの少なくとも一部が翡翠から製造され、
前記翡翠は、密度が高く、耐久性があり、絡み合った繊維状または微細結晶構造を有する骨結合のケイ酸塩鉱物集合体または岩石である、ことを特徴とする骨インプラント。
【請求項２】
前記翡翠が次の群の鉱物集合体及び岩石から選択される：翡翠輝石、ネフライト翡翠、ゾノトライト翡翠、ベスブ石翡翠、ペクトライト翡翠、ボーウェナイト翡翠、ハイドログロシュラー翡翠、であることを特徴とする請求項１記載の骨インプラント。
【請求項３】
前記インプラントは、骨組織の置換のためのインプラント、骨組織欠陥の充填のための組成物に含まれる顆粒状の形態の体積充填剤、くさび状の骨インプラント、骨の融合のためのインプラント、インプラントのためのピン固定インプラントまたは固定ピン、頭蓋再建用インプラント、股関節インプラント、膝関節インプラント、腕関節インプラント、肘関節インプラント、手首関節インプラント、足首関節インプラント、下視門関節インプラント、中足関節インプラント、指関節インプラント、または、全体として、関節インプラント、脊髄インプラント、径骨のインプラント、親指インプラント、骨切れ用インプラント(脛骨の高骨切除術)のためのインプラントを含むグループから選択される、ことを特徴とする請求項１記載の骨インプラント。
【請求項４】
前記インプラントが、脚の内部外部人工補綴、脚の内部人工補綴、手の内部外部人工補綴、指の内部外部人工補綴、美容外科手術用の内部外部人工補綴を含む経皮性の骨結合インプラント(内部外部人工補綴)からなる群より選択される、ことを特徴とする請求項１記載の骨インプラント。
【請求項５】
前記インプラントまたはその一部が、歯科用の物からなるグループから選択され、このグループには、歯科インプラント、歯科用の支台歯、歯科用クラウン、統合された支台歯とクラウンを伴う歯科インプラント、歯科用ビーム、歯科用インサート、歯科用ピンが含まれる、ことを特徴とする請求項１記載の骨インプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医学及び医療技術の分野、すなわち骨インプラントに関する。これらは、骨組織を置換または補うか、骨の部分を接続するインプラントであり、典型的には骨組織に完全または部分的に固定されている。
【背景技術】
【０００２】
骨インプラントとして最も一般的に使用されている無機材料のインプラントは、2つの主要なグループに分けることができ- 金属インプラントと特に酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素などの酸化材料から成るインプラントである。 
【０００３】
金属インプラントは、チタンの骨結合の発見後に広く使用されている(Branemark,1969)。純粋なチタンとその合金(V、Al、Nb、Zrを有するTi)は、未だにインプラントの基礎として最も頻繁に使用されている。生体適合性を改善するために、チタンインプラントの表面はしばしば改善される。サンドブラスト、エッチング、酸化は、チタンインプラントの表面の微小粗さと親水性を増加させ、骨結合の速度の増加に到る。 
【０００４】
酸化物系材料で作られたインプラントの利点は、耐薬品性となる。多結晶、特にセラミック、ならびに単結晶及びガラス酸化材料は、インプラントの製造に使用される。多結晶アルミナを含むセラミックスで作られたインプラントが知られている(Hemke, 1975)。また、単結晶アルミナインプラント(平林、1978)も知られている。単結晶アルミナの圧縮強度と引張強度と耐薬品性は非常に高い。 
【０００５】
ZrO2ベースの酸化セラミックスから作られたインプラントは、高強度と高い美的品質を有する。それらはチタンインプラントの後の第二の適用の頻度である。イットリウム安定化ジルコニア系材料は、化学的及び生物学的安定性が高く、強度が高く、ヤング率が比較的低い(Yilmaz, 2007)。 
【０００６】
ケイ素酸化物をベースとした骨インプラントは、45S5バイオガラスの組成物SiO2-P2O5-CaO-Na2O(Hench, 1971)以降において知られている。バイオガラスは、骨欠損を埋める骨の充填剤として粉末形態で使用することができる。骨結合のバイオガラスは、後に生きた骨組織に置き換えられる。それは、元々は、骨結合が、バイオガラスの組成を骨組織のヒドロキシアパタイト組成物に近づける45S5バイオガラスからのP2O5及びCaOによって誘導されると仮定された。しかしながら、P2O5及びCaOの無いケイ酸塩ガラスの両方が骨誘導性を有することがさらに分かっている(Hench, 1979)。 
【０００７】
また、ケイ酸塩材料の増加された強度及び減少された再吸収性が、リチウム二珪酸ガラスセラミックス(バレット、1980)とアパタイ酸ウォラストナイトガラスセラミックス(吉田、1985)で作られた人工歯としてまた知られている。このような組成物のケイ酸塩バイオセラミックスは、バイオガラスのそれよりもはるかに高い、周囲の組織との互換性と高い強度を有する。 
【０００８】
シリカ含有インプラントの生体適合性及び骨結合能力は、チタンと同様に、表面構造に依存する。シリコン酸化物材料の様々な表面上のヒドロキシアパタイト結晶の形成を決定する実験(Li,1992)は、サンプルをSBF溶液(SBF- simulated body fluid)に入れることによって行われた。SBF試験は、材料の生物学的互換性の指標として、骨結合の可能性を評価するためによく使用される。ヒドロキシアパタイト層は、開発された粗い表面を有するシリカゲル表面上のSBFに形成されているが、これは滑らかな表面を有するシリカガラスの場合ではないことが判明した。 
【発明の概要】
【０００９】
本発明において、本発明の骨インプラントは、一般名"翡翠"の名で知られているケイ酸塩岩石、又は密に絡み合った繊維状または微細結晶構造を有する天然または人工の鉱物集合体から全体または部分的に作られる。
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
技術的な問題
その適用の成功に影響を与える骨インプラントの最も重要な特性は、機械的強度、化学的耐性、生体適合性、低電気化学的活性、ヤング率、骨結合(osseointegration)の能力である。
【００１１】
チタンインプラントは優秀な強さ、骨結合能力、確立された医学プロトコル及び長期使用を有する。チタンインプラントを含む金属インプラントの欠点は、チタン及びその合金のインプラントの使用中に、異なる合併症を引き起こす可能性のある金属の電気化学的活性である(Pozhitkov, 2015)。 
【００１２】
チタンインプラントの表面をヒドロキシアパタイトまたはバイオガラスでコーティングすると、インプラントの骨形成性が向上し、電気化学的活性が低下する可能性があるが、この効果は、適用された表面層の吸収により短命で貧弱である。 
【００１３】
アルミナは非常に耐久性があるが、生物学的に不活性であり、高ヤング率と生理学的pHで正のゼータ電位を有する。これは、インプラントの長期使用と時間の経過とともに骨結合と骨吸収の困難に繋がる。
【００１４】
水性環境下でのジルコニアセラミックスの老化は、長期使用時のジルコニアインプラントの安定性の信頼性の低い予後を作る。 
【００１５】
ケイ酸塩バイオガラスは、高い骨電気誘導及び骨伝導特性を有するが、強度が低く、壊れやすく、骨内に長期滞在して吸収することが疑わしい。これらの特性は、非吸収性骨インプラントとしてそれらを使用することが困難になる。リチウム二珪酸及びアパタイ酸ウラストナイトケイ酸バイオセラミックスは、バイグラスのそれよりも高い強度を有するが、長期使用に関しては未明の予後を有する。
【００１６】
これらのデータは、医学におけるケイ酸塩材料からの骨インプラントの使用の可能性を示しているが、そのような材料の多くからのインプラントの特性は、その適用範囲を制限する。 
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明において、骨組織への移植のための医療器具の範囲を拡大し、骨結合の可能な高強度インプラントを得るため、骨インプラントは、一般名"翡翠"の名で知られている密に絡み合った繊維状または微細結晶構造を有するケイ酸塩鉱物集合体及び岩石から作られる。
【００１８】
翡翠（jade）は知られているように、とりわけ、以下の鉱物が凝集し岩石化する: 翡翠輝石Na(Al,Fe)Si2O6、ネフライト翡翠Ca2(Mg,Fe)5Si8O22(OH)2、ゾノトライト(ゾノトライト翡翠) Ca6 (Si6O17(OH)2), ベスビアナライト (カリフォルニア翡翠) Ca10(Mg,Fe)2Al4((OH)4(SiO4)5(Si2O7)2) ボーウェナイト (新翡翠)(Mg,Fe)3(OH)4Si2O5、ペクトライト(アラスカ翡翠)NaCa2(Si3O8(OH))、ハイドログロシュラー(経大翡翠)Ca3Al2(SiO4)2(OH)4。 
【００１９】
多くの鉱物、鉱物集合体及び岩石と同様に、翡翠は同型の現象による形成条件(結晶構造及び物質特性を維持しながら組成の変動性)、及び堆積場所に応じてわずかに異なる組成を有する可能性がある。翡翠は、天然に発生する巨大で耐久性のある鉱物集合体とケイ酸塩岩、または同様の構造と組成の合成材料である。予想外なものとして判明し、これらの材料のインプラントは、骨組織への統合のための最適な特性を有する。 
【００２０】
これらの鉱物集合体及び岩石は、亀裂に対して耐性があり、高密度の丈夫な構造を有し、比較的低い弾性率と組み合わせて高強度を提供する。翡翠輝石を除いて、他のヒスイは水化ケイ酸塩である。それらは半透明で、薄い層で半透明で、通常は特徴的な粗いマット表面を獲得する。古来以来、石切のような産業ではヒスイが高く評価され、たくさんの道具(ナイフ、斧)、芸術物(カメオ、小像、宝石)が翡翠から作られた。これらの鉱物集合体の機械的特性は、チタン及び鋼と競合することができ、圧縮強度は、多くの合金よりも優れている。しかしながら、骨組織への統合の可能性に関連する翡翠の性質は、研究者の注目を集めなかった。
【００２１】
翡翠の組成には酸化ケイ素が含まれており、これから生物学的適合性と骨結合能力の面で有望である。これらのケイ酸塩の繊維構造は、骨組織との強い結合を形成するために必要な弾力性及び微小粗さを提供する。誘電体としての翡翠は電気化学反応に関与せず、親水性であり、生理的条件下で負のゼータ電位を有する。翡翠の特性のセットの考慮は、我々が、本発明による翡翠で作られた骨インプラントの高品質を望むことを許容する。 
【００２２】
骨インプラント用材料としての翡翠の適用可能性を評価する際に、その高強度が実験的に確認された。割れ、含有物及び他の欠陥を含まない洗練された翡翠のサンプルが試験で使用された。翡翠は高い圧縮強度(100MPa以上)、曲げ強度(50MPa以上)、高衝撃強度、高破壊耐久性(2MPa/m1/2以上)を有することが確認された。翡翠のヤング係数は比較的低く、チタンの弾性率(100-250 GPa)と同等である。
【００２３】
水溶液中の材料の特性のテストは、翡翠が90度未満の湿潤角度で親水性であることを示した。ゼータ電位は翡翠中で負の値であり、これは骨結合が可能な材料にとっての典型である。
【００２４】
これらの結果は、骨インプラントの生産に翡翠を使用するという可能性を示している。しかしながら、これらのケイ酸塩と骨組織との相互作用は、これまで検討されていなかった。次の結果は、翡翠でできたインプラントが、予期せず良好な生物学的適合性及び骨結合能力を有することを示した。 
【００２５】
翡翠の生体適合性の初期評価のために、手順に従ってSBF溶液に入れた(Li,1992)。実験開始の1〜4週間後、翡翠の表面にヒドロキシアパタイト結晶が形成され、このように、本発明による翡翠インプラントの生物学的適合性の見通し、及び骨結合の可能性を確認した。 
【００２６】
翡翠インプラントの生体適合性をインビトロで試験するために、マウスの骨芽細胞との相互作用が検討された。翡翠インプラントは細胞に毒性効果を生じないことが判明しており、骨芽細胞は翡翠の表面に付着して増殖する。 
【００２７】
骨組織への翡翠インプラントの移植を行い、骨結合の確証を実行した。翡翠で作られた円筒形のインプラントは、モルモットの脛骨の穴に配置された。前記インプラントの端には、トルクを測定するために使用される小面があった。6週間の実験の後、インプラントの破壊に必要なトルクが測定され、インプラントの生着後のトルクが、インプラントを当該骨組織に接種した直後のトルクを超えることがわかった(5N/cm以上)。これらのデータは、本発明によるインプラントの骨結合能力を確証している。 
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る翡翠からなる骨インプラントは、高い機械的性質、高い親水性、高い生物学的適合性、オセオテインテクトする能力、低電気化学的活性、高い審美的特性を有する。翡翠インプラントのその他の利点は、その誘電特性である。低い導電性は、MRI、CT及び電気信号を使用する他の医療処置の問題を軽減する。翡翠インプラントに固有の特性は、外科、整形外科、歯科での使用の約束を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明に係る翡翠インプラントの例示的かつ非限定的なリストは、骨組織の置換のためのインプラント、骨組織欠陥を充填するための組成物に含まれる顆粒状の体積バルクフィラー、骨ネジ、骨融合のためのインプラント、インプラントまたはインプラントのためのピン固定、頭蓋再建用インプラント、整形外科インプラント、経皮手術、インプラントを含む。
【００３０】
整形外科インプラントの場合、翡翠の高強度は特に重要であり、インプラントの関節及び内部の人工補綴の頑丈な部分での使用を可能にする。整形外科インプラントのグループには、股関節のインプラント、膝関節のインプラント、肩関節のインプラント、肘関節のインプラント、手首関節のインプラント、足首関節のインプラント、サブタラー関節のインプラント、中足関節のインプラント、指の関節のインプラント、または一般的には関節のインプラント、脊椎骨と椎骨間、毛状骨の頭部のインプラント、親指インプラント、骨切れ(高脛骨切除術)のためのインプラントを含む。特に好ましい整形外科インプラントは、関節のインプラント、特に、股関節及び膝関節のインプラントである。股関節のインプラントは、頭部の人工補綴及び骨幹(子宮内耳の茎または大腿骨のジアフィシス)の人工補綴、及びコチロイド腔人工補綴がある。膝関節インプラントは、膝関節の脛骨の成分及び大腿部の成分を含むことができる。 
【００３１】
本発明に係る翡翠インプラントの次のグループは、片方の関節の遠位部分の骨に統合された経皮性の骨結合インプラント(内皮性)であり、インプラントの骨外部分は組織及び患者の皮膚を通って体を越えて広がり、インプラントの外的部分は外部の外部人工補綴の固定に使用される。内耳人工補綴だけでなく整形外科インプラントのために、翡翠インプラントの高強度は非常に価値がある。翡翠から作られた内部外部人工補綴の重要な利点は、低電気化学活性及びそのようなインプラントの絶縁特性である。経皮性骨結合インプラントのグループには、脚の内部人工補綴、手の内部外部人工補綴、指の内部外部人工補綴、美容外科手術用の内部外部人工補綴が含まれる。 
【００３２】
歯科インプラントのグループは歯科インプラント自体(螺線形、円筒形、円錐形または薄片形)、歯科の支台歯、統合された支台歯付きの歯科インプラント、歯科用クラウン、統合された支台歯及びクラウン付きの歯科インプラント、歯科用ビーム、歯科用インサート、歯科用ピンを含んでいる。 
【００３３】
インプラント本体の構造及び色は、スマイルゾーンの歯科インプラントのために非常に重要である。本発明による翡翠インプラントの色は、翡翠の組成、その形成条件、その源に応じて大きく変化する可能性があることを留意すべきである。古くからの翡翠は通常、緑のトーンを持っているが、それはほとんどすべての色にすることができる。白い翡翠も一般的で、緑よりも多くの場合評価される。"マトン脂肪"の色を持つ天然白いヒスイは、よく知られており、いくつかの国で高価である。それは、ハイエンドの宝石類の生産に広く使用されている。自然の中には、白い翡翠、ゾノトライト、ベスブ石、ボーウェナイト、ペクトライトの翡翠も存在する。合成翡翠は、白を含む任意の色のことができる。 
【００３４】
翡翠の歯科インプラントは、らせん状、円筒形、円錐形、または板状の形状、取り外し可能、または支台歯と組み合わせることができる。取り外し可能なインプラントでは、歯科インプラントの根への歯科の付着のアンカーは、しばしば内部ネジによって実行される。翡翠インプラントの誘電性及び機械的特性は、体内の生体液からの内部締めネジの電気化学的分離を提供する。この絶縁材は、チタンだけでなく、取り外し可能な歯科インプラントの締結部分のための鋼または他の合金から作られた、異なる材料のネジの使用を可能にする。歯用クラウン、歯科用インサート、歯科用ピンなどの他の歯科用ヒスイ製品は、歯または顎の骨組織との骨の統合の利点を得ることができる。歯科用根インプラント、支台歯及びクラウンはまた患者の歯の色調に合わせて白い翡翠から成ることができる。スマイル領域、特に化粧品のための白い翡翠のインプラントの消費者嗜好は、金属性インプラントの消費者嗜好を超えている。 
【００３５】
好ましい歯科インプラントは、歯槽プロセスへの付着のためのグレサムから作られた骨結合ビームである。ビームの形状及び寸法は患者により選択され、骨組織とビームを接触させる歯槽プロセス上にプラットフォームがなされ、ビームの下部の形状に対応する凹部を作ることができる。締結用の開口部があるビームは、1つまたは複数のネジ付属インプラントまたは骨ネジの準備されたセットによって、提供された穴を通して骨に固定されることができる。結果として生じる骨の結合は、ビーム複合体及びネジインプラントまたは骨ネジの結合の内側の骨の骨膜下インプラント又はサブペリレストをもたらす。組み合わされたインプラントは歯槽のプロセスにしっかり取り付けられ、骨のプラスチックは最小にすることができる。このインプラントは歯の人工補綴を締める基盤として使用され、骨とビームの接触の区域に咀嚼負荷を均一に分配する。このような構造の適用は、大臼歯領域に移植する場合、または3または4の骨組織の場合、または肺胞プロセスの体積の内臓移植に不十分な場合に正当化される。好ましい歯科インプラントは、歯槽骨への付着のために適切に調節された骨結合可能な翡翠ビームである。ビームの形状及び大きさは患者のために個人的に選択され、歯槽の骨はビームと骨組織の接触領域のために用意され、骨の形状調整は、ビームの底部の形状に対応する。締結用の穴を持つビームフレームワークは、1つ以上の内側の骨のインプラントまたは骨ネジの準備されたセットを備えた穴を通して骨に固定される。ビームの骨結合は、結合されたビームとヘリカルインプラントまたは骨ネジを組み合わせた複雑なサブペリレストまたは内側の骨の骨膜下のインプラントに導く。このように、結合されたインプラントは歯槽骨にしっかり固定され、骨の移植は最小にすることができる。このインプラントは、歯科補装を固定するため、顎骨とのビームの接触領域に負荷を均等に分配する咀嚼のための基盤としてさらに使用され得る。このような構造の使用は、臼歯領域の移植の場合、または骨タイプの3または4の場合、または内側の骨の移植のための歯槽骨の量が不十分な場合に正当化される。 
【００３６】
特に好ましい歯科インプラントは１ステップのプロトコルインプラントで適用することができる統合された支台歯を伴う歯科インプラントである。クラウンは、インプラント直後またはインプラントの治癒に成功した後に固定することができる。統合された支台歯のインプラントの使用は医者のための便利及び患者のための人工補綴の信頼性を高める。インプラントデザインの更なる単純化は、ホワイト翡翠の一片の人工歯であり、ここで、内側の歯のインプラント、支台歯及び歯科クラウンがこの一片の医療具に結合される。このようなインプラントは、標準サイズの製品であり得て、局所的に調整され、または特定の患者のために個別に作製することができる。 
【実施例】
【００３７】
実施例１．アラスカ翡翠としても知られているペクトライト翡翠から製造された骨形成術のためのフィラーの顆粒。この顆粒は滅菌され、自家骨チップと混合され、合意された上記プロトコルに従って骨組織欠損に充填剤として埋め込まれる。 
【００３８】
実施例２．椎間板インプラントは、カリフォルニア翡翠とも呼ばれるベススヴィアナイトで作られています。それは、必要な形状及びサイズに応じて製造され、殺菌され、合意された上記プロトコルに従って埋め込まれる。 
【００３９】
実施例３．新しい翡翠としても知られているボーウェナイトから製造された頭蓋再建のためのインプラントである。それは、CAD / CAM技術を使用して必要な形状とサイズに従って製造され、滅菌され、合意された上記プロトコルに従って埋め込まれる。 
【００４０】
実施例４．ネフライト翡翠から製造された股関節のコチロイド腔の内部人工補綴。それは必要な形及びサイズに従って製造され、殺菌され、合意された前記プロトコルに従って埋め込まれる。 
【００４１】
実施例５．翡翠輝石から製造された股関節内側人工補綴の必須頭部及び茎。それは、必要な形状及びサイズに応じて製造され、殺菌され、合意された前記プロトコルに従って埋め込まれる。 
【００４２】
実施例６．ソノットライト翡翠から製造された膝関節内側人工補綴の大腿骨成分。それは、必要な形状及びサイズに応じて製造され、殺菌され、合意された前記プロトコルに従って埋め込まれる。 
【００４３】
実施例７．経膜翡翠とも呼ばれるヒドログロシラから製造されたヘリカルサブギンジバル内部の骨の歯科インプラント。それは必要な形及びサイズに従って製造され、殺菌され、合意された前記プロトコルに従って埋め込まれる。インプラントは2段階のプロトコルに従って歯槽プロセスへの注入のインプラントのための人工歯根として使用される。 
【００４４】
実施例８．ホワイトネフライトから製造された統合された支台歯が付いている歯科ネジの内部の骨のインプラント。それは、必要な形状とサイズに応じて製造され、殺菌され、1ステップのプロトコルに従って、スマイルゾーンに埋め込まれる。 
【００４５】
実施例９．内部の骨のインプラント、支台歯、及び歯用クラウンが組み合わされる単一ブロックの人工歯。それは、ホワイトネフライトから必要な形状とサイズに応じて製造され、殺菌され、１ステッププロトコルに従ってスマイルゾーンに埋め込まれる。そのクラウンは所定の位置に調整される。 
【００４６】
実施例１０．白いソノットライトの骨結合可能なビーム。CAD/CAM技術を使用して、必要な形状とサイズに応じて製造される。ビームはソノットライトのネジのインプラントを使用してビームの穴を通して歯槽の骨に固定される。ビームは骨組織の溝に固定され、これはビームの下部の形状に応じて調製される。ビームは、スマイルゾーンにおける骨組織の不足を補い、入れ歯の基礎となる。 
【００４７】
翡翠から成る骨インプラントは、外科手術、整形外科、外傷学、口腔内科のような医学の分野で適用することができる。
引用文献
【００４８】
引用リストは以下：特許文献
【００４９】
Heimke 1975 米国特許 3919723
【００５０】
平林 1978米国特許4122605
【００５１】
Hench 1979米国特許4171544
【００５２】
Barrett 1980米国特許4189325
【００５３】
吉田 1985米国特許4560666
非特許文献
【００５４】
Branemark 1969 Scand. J. Plast. Reconstr. Surg., 3, 81-100
【００５５】
Hench 1971 J. Biomed. Mater. Res. Symposium No. 2 (Part 1), 117-141
【００５６】
Li 1992 J. Am. Ceram. Soc., 75 (S) 2094-2097
【００５７】
Yilmaz 2007 J. Prosth. Dent., 98, 120-128
【００５８】
Pozhitkov 2015 Plos One, 10 (10): e0140393
【国際調査報告】
2021509312.tif 000002
2021509312.tif 000003