(57)【要約】【課題】細胞の侵入、付着容易性に優れており、かつ、優れた強度特性を有するセラミックスからなる部材であって、任意の大きさ、形状で容易に構成することができる生体用部材を提供する。【解決手段】ハイドロキシアパタイトからなる多孔質セラミックス部品と、ハイドロキシアパタイトからなる緻密質セラミックス部品とが組み合わせ可能に形成され、かつ、前記多孔質セラミックス部品と緻密質セラミックス部品とが、任意の形状に組み合わされ、緊締または焼結させることにより一体化された生体用部材を用いる。【選択図】　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイドロキシアパタイトからなる多孔質セラミックス部品と、ハイドロキシアパタイトからなる緻密質セラミックス部品とが組み合わせ可能に形成され、かつ、前記多孔質セラミックス部品と緻密質セラミックス部品とが、任意の形状に組み合わせされて一体化されていることを特徴とする生体用部材。
【請求項２】
前記多孔質セラミックス部品は、気孔率が６５％以上８５％以下であることを特徴とする請求項１記載の生体用部材。
【請求項３】
前記多孔質セラミックス部品は、撹拌起泡により形成されたものであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の生体用部材。
【請求項４】
前記緻密質セラミックス部品は、気孔率が１０％以下であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の生体用部材。
【請求項５】
組み合わされた前記多孔質セラミックス部品と緻密質セラミックス部品とは、外周が緊締されて一体化されていることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の生体用部材。
【請求項６】
組み合わされた前記多孔質セラミックス部品と緻密質セラミックス部品とは、焼結により一体化されていることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の生体用部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体用部材に関し、より詳細には、多孔質セラミックスと緻密質セラミックスとが一体化され、任意の形状を構成することができ、人工骨等に好適に用いることができる生体用部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
傷病等による骨の欠損部位を補填する目的で、従来から、セラミックスを用いた人工骨の開発が行われている。
前記セラミックスのうち、強度や生体為害性がない等の観点から、アルミナ、ジルコニア等の人工骨が既に実用化されている。
さらに、人工骨は、自家骨等との適合性を有し、また、経時的な生体組織への吸収により定着する等の特性を有していることが好ましいことから、本来の骨の主な組成成分であるリン酸カルシウム系化合物からなるセラミックスが、より好適な材料として実用されるようになった。
【０００３】
このリン酸カルシウム系化合物としては、例えば、リン酸三カルシウム、リン酸四カルシウム、ハイドロキシアパタイト等があり、これらの材料からなるセラミックスのうち、特に、気孔率が高く、かつ、各気孔が全体にわたって連通している構成からなる多孔質セラミックスが好適であるとの提案が既になされている（例えば、特許文献１および２参照）。
【０００４】
人工骨は、施術後、生体骨組織が前記多孔質セラミックスに付着することによって、上記のように、生体組織内に定着するものである。
したがって、骨を形成する細胞が中まで侵入しやすく、また、該細胞に栄養分等を十分に供給することができ、しかも、強度が比較的大きい、上記のような多孔質セラミックスは、人工骨に好適な材料として、その有用性が期待されている。
【０００５】
しかしながら、前記多孔質セラミックスは、比較的強度が大きいとは言っても、実際の骨の圧縮強度が約２００ＭＰａであるのに対して、一般に、その１／１０にも満たないものであり、破損やひび割れ等を生じやすく、荷重負担が大きい部位の補填用人工骨として、単独で用いることは困難であった。
【０００６】
このように、多孔質セラミックスは、強度の点で劣るという欠点を有しており、この欠点は他の部材を用いて補うことが必要となる。
このため、強度の向上を図るために、例えば、多孔質セラミックスの表層の少なくとも一部を緻密質セラミックスやチタン等の金属で覆って一体化させたり、逆に、芯部等の内部に、強度が高い緻密質材を設けること等が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−３０２５６７号公報
【特許文献２】
特開２００２−１７８４６号公報
【特許文献３】
特開２００２−１０２３２８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、多孔質セラミックスと緻密質セラミックス等を一体化させる場合、特に、大型品においては、両者の強固な接合が困難であり、使用中の衝撃等で、多孔質の部分と緻密質の部分とが分離してしまう場合があった。
また、セラミックスは、大型成形品の均質な焼成は困難であり、安定した品質の部材を得るためには、７〜８ｃｍ程度の大きさが限界であり、例えば、腓骨等の長さ２０ｃｍにもなる長管骨の場合には、複数の部材に分断して製造した部材をワイヤやボルト等により接合させるような構成としなければならなかった。
【０００９】
しかしながら、複数の部材により構成した大型の人工骨は、施術後、骨が再生される間に、各部材間でズレが生じたり、ボルトによるひび割れが生じる場合があり、形状が維持されず、早期再生が阻害されることがあった。
【００１０】
このように、特に、大型品においては、多孔質部分と緻密質部分とが安定的に一体化された部材を製造することは困難であった。
しかも、医療機関からの細かい要求に対応するためには、その製造方法は複雑となり、精度の高い部材を供給することは非常に困難であった。
【００１１】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、細胞の侵入、付着容易性に優れており、かつ、優れた強度特性を有するセラミックスからなる部材であって、任意の大きさ、形状で容易に構成することができる生体用部材を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る生体用部材は、ハイドロキシアパタイトからなる多孔質セラミックス部品と、ハイドロキシアパタイトからなる緻密質セラミックス部品とが組み合わせ可能に形成され、かつ、前記多孔質セラミックス部品と緻密質セラミックス部品とが、任意の形状に組み合わせされて一体化されていることを特徴とする。
このような構造により、本発明に係る生体用部材は、緻密質セラミックスが強度確保のための支持材としての役割を果たし、かつ、多孔質セラミックスにより、細胞等の侵入、付着容易性、生体吸収性等が担保されるため、様々な用途、適用部位等に応じた生体用部材とすることができる。
【００１３】
前記多孔質セラミックス部品は、気孔率が６５％以上８５％以下であることが好ましい。
本発明に係る生体用部材中への細胞の侵入、付着容易性および適度な強度を担保する観点から、前記多孔質セラミックス部品の気孔率は、上記範囲内とすることが好ましい。
【００１４】
また、前記多孔質セラミックス部品は、撹拌起泡により形成されたものであることが好ましい。
撹拌気泡によれば、上記のような生体用部材として好適な高気孔率、気孔性状等を均質かつ容易に制御することができるため好ましい。
【００１５】
一方、前記緻密質セラミックス部品は、気孔率が１０％以下であることが好ましい。
本発明に係る生体用部材が、人工骨、特に、長管骨等の大型の人工骨として用いられる場合にも、荷重に耐えられる強度を担保するため、前記緻密質セラミックス部品は、できる限り緻密であることが好ましい。
【００１６】
前記生体用部材は、組み合わされた前記多孔質セラミックス部品と緻密質セラミックス部品とが、外周が緊締されて一体化されているものであることが好ましい。
生体為害性のないチタンベルトまたはポリ乳酸糸等のようなものを用いて緊締することにより、強固に一体化され、各部品同士が分解することを防止することができる。
【００１７】
また、前記生体用部材は、組み合わされた前記多孔質セラミックス部品と緻密質セラミックス部品とが、各部品の接合面間に微量のハイドロキシアパタイト粉末等を介して、焼結させることにより、強固に一体化させることもできる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、一部図面を参照して、より詳細に説明する。
本発明に係る生体用部材は、ハイドロキシアパタイトからなる多孔質セラミックス部品と、ハイドロキシアパタイトからなる緻密質セラミックス部品とが組み合わせ可能に形成され、かつ、前記多孔質セラミックス部品と緻密質セラミックス部品とが、任意の形状に組み合わせされて一体化されているものである。
このように、高強度を要求される箇所には、緻密質セラミックス部品を配置し、細胞等の導入が特に要求される箇所には、多孔質セラミックス部品を配置することにより、任意の大きさおよび形状の部材を自在に製造することができ、かつ、利便性にも優れた生体用部材を容易に得ることができる。
【００１９】
図１〜図４に、本発明に係る生体用部材の実施態様を例示する。
図１に示した生体用部材は、ほぼ同等のサイズの直方体状の多孔質セラミックス部品１および緻密質セラミックス部品２を、それぞれ多数、設計、準備し、必要な長さ、太さ、強度等に応じて、これらの部品を適宜組み合わせて、角柱状に一体化させたものである。
このように所望の形状に組み合わせたものは、各部品同士が分解しないように、その外周を、例えば、チタンベルトまたはポリ乳酸糸等のように生体為害性のない材料からなるベルト状または糸状のものを用いて、しっかりと緊締して用いられる。
【００２０】
また、図２に示すように、隣接する多孔質セラミックス部品１および緻密質セラミックス部品２のそれぞれの接合箇所は、同一面とならないように、互いにずらして一体化させることが好ましい。
このようにすることにより、接合箇所における分離をより防止することができる。
【００２１】
また、各部品の接合は、上記のような緊締により一体化させる方法以外にも、各部品の接合面間に微量のハイドロキシアパタイト粉末等を介して、焼結させることにより一体化させることも可能である。このとき、各部品が反ったり、ずれたりすることを防止するために、荷重をかけて焼結させることが好ましい。
さらに、上記焼結による接合および緊締の両方を併用することにより、より一層強固に一体化させることができる。
【００２２】
図３は、円柱状の生体用部材の例を示したものである。このような円柱状の場合にも、図１および図２に示したような角柱状の場合と同様に、各部品のサイズ、形状等を予め設計、準備しておき、これらを適宜組み合わせることにより形成することができる。
また、前記生体用部材は、図３に示すように、生体用部材両端の側面またはボルトが挿入される箇所に、緻密質セラミックス部品２が配置されるように形成することが好ましい。
このような構成とすることにより、該生体用部材は、緻密質セラミックス部品２により強度が担保されるため、大きな荷重のかかる部位に適用することや、自家骨等にボルトにより固定すること等が可能となる。
【００２３】
なお、このとき、前記生体用部材は、多孔質セラミックス部品１が緻密質セラミックス部品２により、完全に覆われた状態とならないようにする必要がある。細胞等が該生体用部材内部に侵入可能であるように、多孔質セラミックス部品１の少なくとも一部が、好ましくは２カ所以上において、外部に通じた状態となるように形成する。
【００２４】
また、前記生体用部材が、大きな荷重のかかる部位に適用される場合、生体骨等にボルトにより固定される場合等には、図４に示すように、生体用部材の中央部にチタン製等のロッド４を芯状に通すようにしてもよい。このロッド４により、該生体用部材にかかる荷重を支えることができる。
さらに、前記ロッド４に、ボルト孔金具５を設けておけば、生体用部材に直接ボルト６を挿入することによる部材の破損やひび割れ等を防止することができる。
このように、前記生体用部材は、腓骨、脛骨等の長管骨用とする場合にも十分な強度を備えており、好適に用いることができる。
【００２５】
本発明に係る生体用部材を構成するセラミックスの材質には、多孔質セラミックス部品および緻密質セラミックス部品のいずれも、ハイドロキシアパタイト（Ｃａ５（ＰＯ４）３ＯＨ）が用いられる。
ハイドロキシアパタイトは、生体骨の主組成成分であり、強度等の機械的特性にも比較的優れており、生体為害性もなく好適な材質である。また、該生体用部材を人工骨として用いる場合、経時的に徐々に生体組織に吸収され、生体骨との代替性にも優れている。
なお、前記ハイドロキシアパタイトは、その一部の水酸基またはリン酸基の一部が、炭酸基で置換されたものであってもよい。
【００２６】
本発明に係る生体用部材を構成する多孔質セラミックス部品は、気孔率が６５％以上８５％以下であることが好ましい。
前記気孔率が６５％未満である場合は、本発明に係る生体用部材中に、細胞が侵入し、十分に行き渡り、付着することが困難となる。
一方、前記気孔率が８５％以上である場合は、多孔質セラミックス部品の十分な強度が得られず、破損しやすくなる。
【００２７】
また、前記多孔質セラミックス部品は、細胞等の侵入容易性、吸着性、強度等の観点から、複数の隣接する気孔が、該気孔を区画する骨格壁部において３次元的に連通しており、連球状開気孔を形成しており、かつ、平均気孔径は５０μｍ以上８００μｍ以下、好ましくは、８０μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。
さらに、前記連球状開気孔は、細胞の吸収速度、培養速度等の促進を図る観点から、その連通部分の平均孔径は３μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上であり、かつ、外部に連通する気孔が、前記多孔質セラミックス部品の体積の４０％以上を占めることが好ましく、より好ましくは、５５％以上を占める。
なお、この連通気孔の体積は、水銀ポロシメータにより測定することができる。
【００２８】
前記多孔質セラミックス部品は、ハイドロキシアパタイト粉末のスラリーの撹拌起泡により、その気孔が形成されることが好ましい。
撹拌気泡によれば、上記のような生体用部材に好適な高気孔率、気孔性状等を均質かつ容易に制御することができる。
【００２９】
撹拌起泡による多孔質セラミックス部品の具体的な製造方法を以下に示す。
例えば、まず、分散剤が添加された水に、ハイドロキシアパタイト粉末と、ポリエチレンイミン等の架橋性樹脂を添加し、撹拌混合して、原料スラリーを調製する。
さらに、ポリオキシエチレンラウリルエーテル等の起泡剤を添加し、撹拌起泡させて、気泡の均質化および安定化を図り、泡沫スラリーを調製する。
次に、この泡沫スラリーに、ソルビトールポリグリシジルエーテル等の架橋剤（ゲル化剤）を添加して、撹拌混合して、多孔質スラリーを調製する。
そして、この多孔質スラリーを注型して成形し、泡構造を維持した状態の多孔質ゲル化体（架橋体）とした後、焼成することにより、多孔質セラミックス部品が得られる。
【００３０】
一方、上記多孔質セラミックス部品と一体化される前記緻密質セラミックス部品は、本発明に係る生体用部材が、人工骨、特に、長管骨等の大型の人工骨として用いられる場合にも、荷重に耐えられる強度を担保するため、気孔率１０％以下の緻密質であることが好ましい。
【００３１】
前記緻密質セラミックス部品の製造方法は、特に限定されるものではなく、通常のセラッミックス材の製造方法を用いることができる。
例えば、上記した多孔質セラミックス部品の製造方法において、ハイドロキシアパタイト粉末のスラリーに起泡剤を添加せずに、架橋剤（ゲル化剤）のみを添加して、撹拌混合して、緻密質スラリーとしたものを、成形、焼成することにより、緻密質セラミックス部品が得られる。
【００３２】
なお、前記生体用部材における多孔質セラミックス部品と緻密質セラミックス部品との体積比は、特に制限されず、用途に応じて適宜調整されるが、上記のように、細胞等の侵入および付着容易性等の機能を十分に発揮させるためには、多孔質セラミックス部品が、生体用部材の全体積の５０％以上であることが好ましく、より好ましくは、７０％以上である。
【００３３】
上記のように、本発明に係る生体用部材は、ハイドロキシアパタイトからなり、強度を確保する支持材としての役割を果たす緻密質セラミックス部品と、細胞等の侵入、付着容易性、生体吸収性等に優れた多孔質セラミックス部品とが一体化されているものである。
したがって、本発明に係る生体用部材は、細胞の侵入、付着容易性等に優れており、生体内での定着性および生体骨との代替性に優れており、しかも、十分な強度を有していることから、人工骨として好適に用いることができ、特に、脊椎、腰椎等の荷重のかかる部位の補填用人工骨、長管骨等の大型の人工骨にも好適に用いることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明に係る生体用部材は、多孔質セラミックスと、緻密質セラミックスとが一体化されたものであり、多孔質セラミックスの細胞の侵入、付着容易性と、緻密質セラミックスの高強度とを兼ね備えた部材として優れた機能を発揮することができる。
また、本発明に係る生体用部材は、任意の大きさ、形状で容易に構成することができるため、利便性にも優れている。
したがって、本発明に係る生体用部材は、人工骨として好適であり、特に、脊椎、腰椎等の荷重のかかる部位の補填用人工骨、長管骨等の大型の人工骨にも好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る生体用部材の第１の実施態様を示した図である。
【図２】本発明に係る生体用部材の第２の実施態様を示した図である。
【図３】本発明に係る生体用部材の第３の実施態様を示した図である。
【図４】本発明に係る生体用部材の第４の実施態様を示した図である。
【符号の説明】
１　多孔質セラミックス部品
２　緻密質セラミックス部品
３　チタンベルトまたは乳酸ポリマー糸
４　ロッド
５　ボルト孔金具
６　ボルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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