(57)【要約】【課題】皮質骨と海綿骨の一体物からなる生体骨の代替としての生体内活性かつ生体内全吸収性のインプラント材料を提供する。【解決手段】内部に連続気孔を有し且つ生体活性なバイオセラミックス粉体を含んだ生体内分解吸収性ポリマーよりなるブロック状の多孔体１の表面の一部に、生体活性なバイオセラミックス粉体を含んだ生体内分解吸収性ポリマーよりなる緻密質の表皮層２を重ねて一体に設けた構成のインプラント材料とする。海綿骨の役割を果たす多孔体１が速やかに分解吸収されて骨組織と置換され、皮質骨の役割を果たす表皮層２も最終的には分解吸収されて骨組織と置換される。【選択図】　図１
2004121301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に連続気孔を有し且つ生体活性なバイオセラミックス粉体を含んだ生体内分解吸収性ポリマーよりなるブロック状の多孔体の表面の一部に、生体活性なバイオセラミックス粉体を含んだ生体内分解吸収性ポリマーよりなる表皮層を重ねて一体に設けたことを特徴とするインプラント材料。
【請求項２】
多孔体の気孔率が５０〜９０％であって、連続気孔が気孔全体の５０〜９０％を占め、連続気孔の孔径が略１００〜略４００μｍである請求項１に記載のインプラント材料。
【請求項３】
多孔体におけるバイオセラミックス粉体の含有率が６０〜９０重量％である請求項１又は請求項２に記載のインプラント材料。
【請求項４】
表皮層におけるバイオセラミックス粉体の含有率が１０〜６０重量％である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のインプラント材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同種移植骨片（Ａｌｌｏｇｒａｆｔ　ｂｏｎｅ）や自己（家）移植骨片（Ａｕｔｏｇｒａｆｔ　ｂｏｎｅ）の代替品等として使用される生体内活性かつ分解吸収性のインプラント材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、骨補填材として、生体活性であるハイドロキシアパタイト（ＨＡ）、トリカルシウムフォスフェート（ＴＣＰ）等のセラミックス製のインプラント材料が使用されている。また、最近では、死体骨を切断、加工した同種移植骨片を使用する手術法や、大きな骨欠損を補填する目的で、小さな骨の摘出後も強度に支障なくやがては再生治癒される骨盤や肋骨などの大きな骨の部位から自家移植骨片を摘出して使用する手術法が、日常的に行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、セラミックス製のインプラント材料を骨欠損箇所に埋設すると、骨欠損箇所の皮質骨の部分も海綿骨の部分も一様に硬いセラミックスで補填されるという問題があり、しかも、このセラミックスが半永久に残る（骨と置換すると言われているが、極めて遅く２０年以上も要して尚残るとの危惧があるとされる）ため、骨欠損箇所を自らの骨組織で再建できないという問題があった。
【０００４】
これに対し、同種移植骨片は海綿骨の表面の一部に皮質骨を備えたブロック状のものであり、骨欠損箇所の皮質骨の部分を該骨片の皮質骨によって補填することができ、骨欠損箇所の海綿骨の部分を該骨片の海綿骨によって補填することができる。けれども、この同種移植骨片は死体骨を切断、加工したものであるから、原料の死体骨を大量に入手して必要かつ十分な量の移植骨片を提供することが容易でないという問題があり、しかも、加工可能な形状が大幅に制限されるという問題があった。また、同種移植骨片といえども、移植された該骨片は自らの骨組織とは異なる骨組織であり、埋入条件によっては自然吸収して消滅したり、強度の不足や低下が危惧される。その上、他人の死体骨であるので滅菌処理が必要であるが、その条件によっては死体骨の変性が生ずるので、十分な滅菌条件のコントロールが必要である。しかし、時として不十分であるために、埋入後に死に至る重大な事故の発生が知らされることがある。術中に摘出された自家移植骨片ではこの種の事故は免れるが、何としても量の不足は否めない。
【０００５】
本発明は、上記の問題を解決し得る、皮質骨と海綿骨の一体物からなる生体骨の代替としての生体内活性かつ生体内全吸収性のインプラント材料を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係るインプラント材料は、内部に連続気孔を有し且つ生体活性なバイオセラミックス粉体を含んだ生体内分解吸収性ポリマーよりなるブロック状の多孔体の表面の一部に、生体活性なバイオセラミックス粉体を含んだ生体内分解吸収性ポリマーよりなる緻密質な表皮層を重ねて一体に設けたことを特徴とするものであって、皮質骨と海綿骨の一体物からなる生体骨を代替するものである。
【０００７】
このインプラント材料は、ブロック状の多孔体が海綿骨の役割を果たし、強度の大きい表皮層が皮質骨の役割を果たすため、同種移植骨片や自家移植骨片の代替品として該インプラント材料を骨欠損箇所に埋設して、骨欠損箇所の海綿骨の部分をブロック状の多孔体で補填すると共に、骨欠損箇所の皮質骨の部分を表皮層で補填すると、あたかも骨欠損箇所の海綿骨の部分が海綿骨で補填され、皮質骨の部分が皮質骨で補填されたようになる。
【０００８】
上記のように本発明のインプラント材料で骨欠損箇所を補填すると、ブロック状の多孔体には体液が連続気孔を通じて内部まで浸透し、加水分解が速やかに進行すると共に、バイオセラミックス粉体の骨伝導能により骨芽細胞が多孔体の内部に侵入して骨組織が伝導形成されるため、ブロック状の多孔体は比較的短期間のうちに骨組織と置換される。一方、表皮層はブロック状の多孔体よりも遅れて表面から加水分解が徐々に進行し、ブロック状の多孔体が骨組織とある程度置換されるまでの期間、十分な強度を維持し、最終的には骨組織と置換して消失する。このように、本発明のインプラント材料は、特異な生体反応がなく、非特異的に分解、吸収、排出される途中で周囲の生体骨の侵入、置換により自家骨となり得るものである。つまり、ブロック状の多孔体も表皮層も分解吸収されて骨組織に置換され、異物として生体内に残ることがないため、従来のセラミックス製の骨補填材に懸念されたような生体内での長期残存による為害性の発現の危惧を払拭することができ、置換された自らの骨組織によって骨欠損箇所を修復、再建することができる。
【０００９】
また、本発明のインプラント材料は生体内分解吸収性ポリマーを原料とするものであるから、死体骨を原料とする従来の同種移植骨片のように原料の獲得不足の心配がなく、必要かつ十分な量のインプラント材料を必要なだけ制限なく量産することが可能であり、成形や切削加工等によって所望の形状及び大きさのものを作製することができる。
【００１０】
また、本発明のインプラント材料における表皮層は、バイオセラミックス粉体を含んでいるが、生体内分解吸収性ポリマーからなるものであるため、焼成されたセラミックス製のインプラント材料のように硬すぎて脆いという欠点がなく、靱性を有して容易に割れることがないものであり、必要な場合には加熱変形も可能である。そして、ブロック状の多孔体もバイオセラミックス粉体を多量に含むが、生体内分解吸収性ポリマーを原料とする多孔体であるため、気孔率が高くても、高倍率の多孔質セラミックスのように非常に脆くて埋入時にもポロポロと破片が脱落するようなことがなく、必要な場合には加熱変形も可能である。このように、本発明のインプラント材料は脆さがなく十分な実用強度を有し、加熱変形も可能で取扱い性に優れたものである。
【００１１】
本発明のインプラント材料におけるブロック状の多孔体としては、その気孔率が５０〜９０％であって、連続気孔が気孔全体の５０〜９０％を占め、連続気孔の孔径が略１００〜略４００μｍであるものが、分解吸収性や骨組織の伝導置換性などの点から望ましい。そして、このブロック状の多孔体におけるバイオセラミックス粉体の含有率は、６０〜９０重量％とすることが望ましく、かかる含有率にすると、これより含有率の低い多孔体よりも骨伝導能が十分に発揮されて、比較的短期間のうちに多孔体が骨組織と置換される。また、骨伝導能を有しない分解吸収性ポリマーの加水分解により生ずる細片の周囲への異物反応がより回避される。
【００１２】
本発明のインプラント材料においては、表皮層のバイオセラミックス粉体の含有率を１０〜６０重量％とすることが望ましく、かかる含有率にすると、表皮層が脆弱化することなく十分な骨伝導能を発揮できるようになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の具体的な実施形態を説明する。
【００１４】
図１は本発明の一実施形態に係るインプラント材料の斜視図である。
【００１５】
このインプラント材料は、ブロック状の多孔体１の凸湾曲した側面に、表皮層２を重ねて一体に設けたものである。ブロック状の多孔体１は、内部に連続気孔を有し且つ生体活性なバイオセラミックス粉体を含んだ生体内分解吸収性ポリマーからなるものであって、多孔体１の表面や連続気孔の内面にはバイオセラミックス粉体が一部露出している。
【００１６】
このブロック状の多孔体１は次の方法によって作製されるものである。まず、揮発性溶媒に生体内分解吸収性ポリマーを溶解すると共にバイオセラミックス粉体を混合して懸濁液を調製し、この懸濁液をスプレー等の手段で繊維化して繊維の絡み合った繊維集合体を形成する。次に、この繊維集合体を加熱、加圧して、図１に示すようなブロック状の多孔質の繊維融着集合体となし、この繊維融着集合体を揮発性溶剤に浸漬することによって、繊維を収縮、融合させながら実質的に繊維状の形態を消失させてマトリクス化し、繊維間空隙が丸みを有する連続気孔となった多孔体に形態変化させて作製する。この多孔体１の形状はブロック状であれば特に限定されるものではなく、補填すべき骨欠損箇所に応じて種々の形状に作製される。
【００１７】
上記の多孔体１は、物理的な強度、骨芽細胞の侵入及び安定化などを考慮すると、その気孔率が５０〜９０％（好ましくは６０〜８０％）で、連続気孔が気孔全体の５０〜９０％（好ましくは７０〜９０％）を占め、連続気孔の孔径が略１００〜略４００μｍ（好ましくは１５０〜３５０μｍ）であることが望ましい。気孔率が９０％を上回り、孔径が４００μｍより大きくなると、多孔体１の物理的な強度が低下して脆くなる。一方、気孔率が５０％を下回ると共に、連続気孔が気孔全体の５０％を下回り、孔径が１００μｍよりも小さくなると、体液や骨芽細胞の浸入が困難となり、多孔体１の加水分解や骨組織の成長が遅くなって、多孔体１が骨細胞と置換するのに要する時間が長くなる。
【００１８】
上記の多孔体１は海綿骨の役割を果たすもので、皮質骨の役割を果たす表皮層２のような強度が必要でなく、比較的速やかに分解して、バイオセラミックス粉体により伝導形成される骨組織と置き換わることが必要なものである。従って、多孔体１の原料となる生体内分解吸収性ポリマーとしては、安全で、分解が比較的速く、あまり脆くない、非晶質あるいは結晶と非晶の混在したポリ−Ｄ，Ｌ−乳酸、Ｌ−乳酸とＤ，Ｌ−乳酸の共重合体、乳酸とグリコール酸の共重合体、乳酸とカプロラクトンの共重合体、乳酸とエチレングリコールの共重合体、乳酸とパラ−ジオキサノンの共重合体などが適しており、これらは単独で、或は、２種以上混合して使用される。これらのポリマーは、繊維化による繊維集合体の形成のし易さや、生体内での分解吸収の期間などを考慮すると、５万〜１００万程度の粘度平均分子量を有するものが好ましく使用される。
【００１９】
多孔体１の生体内分解吸収性ポリマーに含有させるバイオセラミックス粉体としては、生体活性があり、良好な骨伝導能と良好な生体親和性を有する、未仮焼、未焼成のハイドロキシアパタイト、ジカルシウムホスフェート、トリカルシウムホスフェート、テトラカルシウムホスフェート、オクタカルシウムホスフェート、カルサイト、セラバイタル、ジオプサイト、天然珊瑚等の粉体が使用されるが、その中でも生体内で全吸収され骨組織と完全に置換される生体内全吸収性のバイオセラミックス粉体が好ましく、特に、未仮焼、未焼成のハイドロキシアパタイト、トリカルシウムホスフェート、オクタカルシウムホスフェートは、生体活性が極めて高く、骨伝導能に優れ、為害性が低く、短期間で生体に吸収されるので、最適である。これらのバイオセラミックス粉体は、１０μｍ以下の粒径を有するものが好ましく使用され、特に、０．２〜５μｍ程度の粒径を有するものは、スプレー等の手段で繊維化して繊維集合体を形成する際に、繊維が短く切断されないので極めて好ましく使用される。
【００２０】
多孔体１のバイオセラミックス粉体の含有率は、６０〜９０重量％とすることが望ましく、９０重量％を越えると、スプレー等の手段で繊維化して繊維集合体を形成する際に繊維が短く切れるという不都合を生じ、一方、６０重量％を下回ると、骨組織の伝導形成が遅くなって多孔体１が骨組織と置換するのに時間がかかりすぎるようになる。バイオセラミックス粉体の更に好ましい含有率は、６０〜８０重量％である。
【００２１】
また、多孔体１には各種の骨形成因子、成長因子、薬剤などを適量含有させることが好ましい。主な骨形成因子としてはＢＭＰ、主な成長因子としては、ＩＬ−１，ＴＮＦ−α，ＴＮＦ−β，ＩＦＮ−γ等のモノカインやリンフォカイン、或は、コロニー刺激因子、或は、ＴＧＦ−α，ＴＧＦ−β，ＩＧＦ−１，ＰＤＧＦ，ＦＧＦ等のいわゆる生長分化因子が挙げられる。また、薬剤としては、骨の成長に係る薬物（ビタミンＤ，プロスタグランジン類、或は抗（制）癌剤など）、抗菌剤等が任意に選択できる。上記の生長因子を多孔体１に含有させると、多孔体１の内部で骨形成が著しく促進され、早期に多孔体１が骨組織と置換されて、骨欠損箇所の大部分が速やかに修復、再建されるようになる。そして、上記の薬剤を含有させると、薬剤が骨欠損箇所に吸収されて薬効が十分に発揮される。
【００２２】
更に、この多孔体１の表面（表皮層２が設けられていない表面）には、コロナ放電、プラズマ処理、過酸化水素処理などの酸化処理を施してもよく、かかる酸化処理を施すと、多孔体１表面の生体内分解吸収性ポリマーの濡れ特性が改善されて、骨芽細胞が多孔体１の内部に一層効果的に浸入して成長するようになるので、骨組織との置換が更に促進される利点がある。また、表皮層２に同様の酸化処理を施してもよい。
【００２３】
一方、皮質骨の役割を果たす表皮層２は、生体活性なバイオセラミックス粉体を含んだ生体内分解吸収性ポリマーからなる緻密質な強度のある層である。この表皮層２は、図１に示すインプラント材料においてはブロック状の多孔体１の凸湾曲した側面に重ねて一体に設けられているが、多孔体１の他の側面、上面、底面のいずれかに重ねて設けてもよく、また、図２に示すインプラント材料のように多孔体１の二つの側面に重ねて設けたり、他の二面ないし三面以上に重ねて設けてもよいものである。要するに、この表皮層２は、ブロック状の多孔体１の表面の一部に重ねて設けてあればよい。
【００２４】
この表皮層２の厚みは特に限定されるものではないが、インプラント材料を埋設する骨欠損箇所を考慮して１．０〜５．０ｍｍの範囲内で適宜設定することが好ましい。１．０ｍｍより薄くなると表皮層２の強度不足を招く恐れがあり、５．０ｍｍより厚くなると、表皮層２が分解吸収されて骨組織と置換するのに長期間を要するといった不都合が生じる。
【００２５】
この表皮層２は、ブロック状の多孔体１よりも大きい強度が要求されるので、原料の生体内分解吸収性ポリマーとしては、結晶性のポリ−Ｌ−乳酸やポリグリコール酸などが好ましく使用され、特に、粘度平均分子量が１５万以上、好ましくは２０万〜６０万程度のポリ−Ｌ−乳酸を用いた高強度の表皮層２は好適である。
【００２６】
この表皮層２に含有させるバイオセラミックス粉体は、前述の多孔体１に含有させるバイオセラミックス粉体と同じものが使用されるが、その含有率は１０〜６０重量％の範囲とすることが好ましい。６０重量％を越えると表皮層２が脆弱化し、１０重量％を下回るとバイオセラミックス粉体による骨伝導形成が不充分になるといった不都合を生じる。
【００２７】
上記の表皮層２は、バイオセラミックス粉体を含んだ生体内分解吸収性ポリマーを射出成形したり、或は、バイオセラミックス粉体を含んだ生体内分解吸収性ポリマーの成形ブロックを切削加工するなどの方法によって作製されるが、後者の方法において成形ブロックを圧縮成形や鍛造成形等の手段でポリマー分子や結晶を配向させたブロックとなし、これを切削加工して得られる表皮層２は、緻密質でポリマー分子や結晶が三次元に配向して強度が一段と向上するため極めて好適である。その他、延伸成形した成形ブロックを切削加工して得られる表皮層も使用できる。
【００２８】
このインプラント材料は、上記の方法で製作した表皮層２を、前記の方法で作製したブロック状の多孔体１の凸湾曲した一側面に重ね、熱溶着等の手段により分離不能に一体化して得られるものである。表皮層２と多孔体１を一体化する手段は熱溶着に限定されるものではなく、例えば、接着により一体化したり、表皮層２と多孔体１との接触面のいずれか一方にアリ溝を、他方にアリを形成し、このアリをアリ溝に嵌着する等の手段によって一体化してもよい。
【００２９】
以上のような構成のインプラント材料を骨欠損箇所に埋設して、骨欠損箇所の海綿骨の部分をブロック状の多孔体１で補填すると共に、骨欠損箇所の皮質骨の部分を表皮層１で補填すると、ブロック状の多孔体１が海綿骨の役割を果たし、強度の大きい表皮層２が皮質骨の役割を果たすため、あたかも骨欠損箇所の海綿骨の部分が海綿骨で補填され、皮質骨の部分が皮質骨で補填されたようになる。
【００３０】
本発明のインプラント材料で上記のように骨欠損箇所を補填すると、ブロック状の多孔体１には体液が連続気孔を通じて内部まで浸透し、加水分解が速やかに進行すると共に、バイオセラミックス粉体の骨伝導能により骨芽細胞が多孔体の内部に侵入して骨組織が伝導形成される。そのため、ブロック状の多孔体１は比較的短期間のうちに骨組織と置換される。一方、表皮層２はブロック状の多孔体１よりも遅れて表面から加水分解が徐々に進行し、ブロック状の多孔体１が骨組織とある程度置換されるまでの期間、十分な強度を維持し、最終的には骨組織と置換して消失する。このように、本発明のインプラント材料は、ブロック状の多孔体１も表皮層２も分解吸収されて骨組織に置換され、異物として生体内に残ることがないため、従来のセラミックス製の骨補填材に懸念されたような生体内での長期残存による為害性の発現の危惧を払拭することができ、置換された自らの骨組織によって骨欠損箇所を修復、再建することができる。
【００３１】
ブロック状の多孔体１と表皮層２との複合体よりなる本発明のインプラント材料は、外科用代替品として多用途に使用可能であるが、殊に、現在頓に使用されるようになったが幾つかの問題が明らかにされるようになった頸椎や腰椎の椎体の補綴材やスペーサーとして有効である。
【００３２】
図２は本発明の他の実施形態に係るインプラント材料の斜視図である。
【００３３】
このインプラント材料は、上下寸法が徐々に減少する略直方体形状の多孔体１の両側面に、表皮層２，２を重ねて一体に設けたものである。多孔体１および表皮層２は既述したものと同じであるから、説明を省略する。このようなインプラント材料は、例えば椎体間スペーサーとして椎体間に挿入され、表皮層２が上下の椎体の圧力を受け止めながら、多孔体１が既述したように骨組織と速やかに置換して上下の椎体を癒合、固定し、表皮層２も最終的には骨組織と置換する。
【００３４】
図３は本発明の更に他の実施形態に係るインプラント材料の斜視図である。
【００３５】
このインプラント材料は、腸骨スペーサーとして使用されるもので、湾曲した略方形板状の多孔体１の片面に表皮層２を重ねて一体に設けたものである。多孔体１および表皮層２は既述したものと同じであるから、説明を省略する。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のインプラント材料は、皮質骨と海綿骨の一体物からなる生体骨の代替品として、骨補填材や椎体間スペーサーその他の用途に使用され、骨補填材として使用する場合は、海綿骨の役割をするブロック状の多孔体によって骨欠損箇所の海綿骨の部分を補填し、皮質骨の役割をする強度の大きい表皮層によって骨欠損箇所の皮質骨の部分を補填することができる。そして、多孔体が速やかに分解吸収されて骨組織と比較的短期間のうちに置換され、全分解吸収までが遅い表皮層も最終的には分解吸収されて骨組織と置換されるので、従来のセラミックス製の骨補填材のように異物として体内に長期残存することによる為害性の発現の危惧を確実に解消することができ、置換された自らの骨組織によって骨欠損部分を修復、再建することができる。また、椎体間スペーサーとして使用する場合は、多孔体も表皮層も骨組織と置換して上下の椎体を癒合、固定することができる。
【００３７】
しかも、本発明のインプラント材料は生体内分解吸収性ポリマーを原料とするものであるから、死体骨を原料とする従来の同種移植骨片や、自家骨より摘出した移植骨片のように原料の獲得不足の心配がなく、必要かつ十分な量のインプラント材料を量産することが可能であり、成形や切削加工等によって所望の形状及び大きさのものを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るインプラント材料の斜視図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係るインプラント材料の斜視図である。
【図３】本発明の更に他の実施形態に係るインプラント材料の斜視図である。
【符号の説明】
１　ブロック状の多孔体
２　表皮層
【図１】
2004121301.tif 000003
【図２】
2004121301.tif 000004
【図３】
2004121301.tif 000005