(57)【要約】【課題】処理が複雑で不安定であったチタン製インプラントの従来の表面改質に代えて、早期に且つ簡単確実に骨結合を得ることが可能な表面改質を行ったチタン製インプラント及びその表面処理方法を提供する。【解決手段】チタン製インプラントの表面を、リン酸化したアミノ酸（リン酸化チロシン，リン酸化セリン，リン酸化スレオニンが好ましい）及び／又はリン酸化したペプチド（アルギニン−グリシン−アスパラギン酸の順に配列したペプチドの末端基がリン酸化されたものが好ましい）でコーティングする。チタン製インプラントの表面のコーティング処理は、濃度が０．０５〜５重量％であるペルオキソ二硫酸ナトリウム（Ｎａ２Ｓ２Ｏ８）の水溶液，０．０１Ｎ以上の硫酸（Ｈ２ＳＯ４）水溶液，０．０１Ｎ以上の塩酸（ＨＣｌ）水溶液の中から選ばれた少なくとも１種の水溶液により表面を洗浄した後に行うことが好ましい。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
リン酸化したアミノ酸及び／又はリン酸化したペプチドで表面がコーティングされていることを特徴とするチタン製インプラント。
【請求項２】
リン酸化したアミノ酸が、リン酸化チロシン，リン酸化セリン又はリン酸化スレオニンである請求項１に記載のチタン製インプラント。
【請求項３】
リン酸化したペプチドが、アルギニン−グリシン−アスパラギン酸の順に配列したペプチドの末端基がリン酸化されたものである請求項１に記載のチタン製インプラント。
【請求項４】
リン酸化したアミノ酸及び／又はリン酸化したペプチドでチタン製インプラントの表面をコーティング処理することを特徴とするチタン製インプラントの表面処理方法。
【請求項５】
チタン製インプラントの表面のコーティング処理を、濃度が０．０５〜５重量％であるペルオキソ二硫酸ナトリウム（Ｎａ２Ｓ２Ｏ８）の水溶液，０．０１Ｎ以上の硫酸（Ｈ２ＳＯ４）水溶液，０．０１Ｎ以上の塩酸（ＨＣｌ）水溶液の中から選ばれた少なくとも１種の水溶液により表面を洗浄した後に行う請求項４に記載のチタン製インプラントの表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、骨結合を得るためのチタン製インプラント及びその表面処理方法に関するものであり、更に詳しくはリン酸化アミノ酸及び／又はリン酸化ペプチドでその表面をコーティング処理されたチタン製インプラント及びその表面処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インプラント治療は歯科補綴治療の一選択肢として広く普及している。この歯科補綴治療法における成否の主要因として「骨結合」の獲得の良否があり、骨結合によりインプラントのフィクスチャーは顎骨と一体化され、その後フィクスチャー上部に歯科補綴物が固定されて歯科補綴機能を果たす。しかしながら、骨結合を得るには下顎で３〜４ヶ月、上顎で６ヶ月の長期間に亘りフィクスチャーを歯肉下で安静状態に置くことが必要とされている。現在、患者を中心に考えるインプラント治療への気運が高まる中で骨結合を得るために要するこの３〜６ヶ月の期間を短縮することが課題となっている。
【０００３】
そのためには骨結合を早期に達成させることが極めて重要であり、この達成のためにインプラント材料表面の改質が技術的中心となっている。現在、インプラント材料として臨床で最も広く応用されているチタンの生体適合性は、表面に生成された緻密で強固な不動態膜と呼ばれる酸化膜（ＴｉＯ２）に起因すると考えられており、化学的侵襲に対して耐腐蝕性が高いだけでなく生体組織との強固な結合を得るのに充分な誘電率も有している。このチタンの性質を維持したまま早期に骨結合を得るための表面性状の改良、即ち「表面改質」は現在までに金属イオン処理（例えば、特許文献１〜４参照。），プラズマコーティング（例えば、非特許文献１参照。），リン酸カルシウムコーティング（例えば、非特許文献２参照。），サンドブラストと酸処理の併用（例えば、非特許文献３参照。），水熱アルカリ処理（例えば、非特許文献４参照。）などがある。しかしながら、これらの従来の表面改質ではコーティング材料とチタンとの界面が破壊してしまったり、コーティング材料自体が破壊を起こしてしまうなどの問題があり、必ずしも充分な骨結合が早期に達成されているとは言えなかった。
【０００４】
そこで最近では、細胞接着性タンパク質や構造タンパク質などの組織再生を誘導する生体機能性タンパク質によるチタン表面改質が注目を集めている。例えば、骨芽細胞を表面にコーティングしたり（例えば、特許文献５参照。）、カルシウム又はリンと酵素でコーティングしたり（例えば、特許文献６参照。）、チタン表面にシラン処理を行った上でペプチドを結合させたり（例えば、非特許文献５参照。）、シラン処理を行った上で生体吸収性高分子材料を結合させたり（例えば、非特許文献６参照。）、チタン表面に金蒸着を行った上でペプチドを結合させたり（例えば、非特許文献７参照。）、チタン表面に生体吸収性高分子材料をコーティングした上でペプチドを結合させる方法（例えば、非特許文献８参照。）が行われた。しかしながら、これらの試みはいずれも処理過程が複雑な上に表面をコーティングしただけで化学的に結合していないため不安定であるなどの問題があり、接着因子をチタン表面に確実に結合させるには至っていない。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−２８５２１２号公報
【特許文献２】
特開平５−２８５２１３号公報
【特許文献３】
特開平８−２９９４２９号公報
【特許文献４】
特開平１０−１０８９０５号公報
【特許文献５】
特開２００１−３３３９７４号公報
【特許文献６】
特開平５−２３３６１号公報
【非特許文献１】
Ｆｉｌｉａｇｇｉ，  Ｍ．Ｊ．，  Ｃｏｏｍｂｓ，  Ｎ．Ａ．  ａｎｄ  Ｐｉｌｌｉａｒ，  Ｒ．Ｍ．：  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｐｌａｓｍａ−ｓｐｒａｙｅｄ  ＨＡ  ｃｏａｔｉｎｇ／Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ  ｉｍｐｌａｎｔ  ｓｙｓｔｅｍ．  Ｊ．  Ｂｉｏｍｅｄ．  Ｍａｔｅｒ  Ｒｅｓ．  ２５，  １２１１−１２２９，  １９９１．
【非特許文献２】
Ｈｕｌｓｈｏｆｆ，  Ｊ．Ｅ．Ｇ．，  ｖａｎ  Ｄｉｊｋ，  Ｋ．，  ｄｅ  Ｒｕｉｊｔｅｒ，  Ｊ．Ｅ．，  Ｒｉｅｔｖｅｌｄ，  Ｆ．Ｊ．Ｒ．，  Ｇｉｎｓｅｌ，  Ｌ．Ａ．  ａｎｄ  Ｊａｎｓｅｎ，  Ｊ．Ａ．  Ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ  ｐｈｅｎｏｍｅｎａ：  Ａｎ  ｉｎ  ｖｉｔｒｏ  ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  ｃａｌｃｉｕｍ  ｐｈｏｓｐｈａｔｅ  （Ｃａ−Ｐ）  ｃｅｒａｍｉｃ  ｏｎ  ｂｏｎｅ  ｆｏｒｍａｔｉｏｎ．  Ｊ．  Ｂｉｏｍｅｄ．  Ｍａｔｅｒ  Ｒｅｓ．  ４０，  ４６４−４７４，  １９９８
【非特許文献３】
Ｃａｒｌｓｓｏｎ，  Ｌ．，  Ｒｏｅｓｔｌｕｎｄ，  Ｔ．，  Ａｌｂｒｅｋｔｓｓｏｎ，  Ｂ．  ａｎｄ  Ａｌｂｒｅｋｔｓｓｏｎ，  Ｔ．：  Ｒｅｍｏｖａｌ  ｔｏｒｑｕｅｓ  ｆｏｒ  ｐｏｌｉｓｈｅｄ  ａｎｄ  ｒｏｕｇｈ  ｔｉｔａｎｉｕｍ  ｉｍｐｌａｎｔｓ．  Ｉｎｔ．  Ｊ．  Ｏｒａｌ  Ｍａｘｉｌｌｏｆａｃ．  Ｉｍｐｌａｎｔｓ  ３，  ２１−２４，  １９８８．
【非特許文献４】
Ｙａｎ，  Ｗ．Ｑ．，  Ｎａｋａｍｕｒａ，  Ｔ．，  Ｋｏｂａｙａｓｈｉ，  Ｍ．，  Ｋｉｍ，  Ｈ−Ｍ．，  Ｍｉｙａｊｉ，  Ｆ．  ａｎｄ  Ｋｏｋｕｂｏ，  Ｔ．：  Ｂｏｎｄｉｎｇ  ｏｆ  ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ  ｔｒｅａｔｅｄ  ｔｉｔａｎｉｕｍ  ｉｍｐｌａｎｔｓ  ｔｏ  ｂｏｎｅ．  Ｊ．  Ｂｉｏｍｅｄ．  Ｍａｔｅｒ  Ｒｅｓ．  ３７，  ２６７−２７５，  １９９７．
【非特許文献５】
Ｘｉａｎｏ，  Ｓ．Ｊ．，  Ｔｅｘｔｏｒ，  Ｍ．，  Ｓｐｅｎｃｅｒ，  Ｎ．Ｄ．，  Ｗｉｅｌａｎｄ，  Ｍ．，  Ｋｅｌｌｅｒ，  Ｂ．  ａｎｄ  Ｓｉｇｒｉｓｔ，  Ｈ．：  Ｉｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｃｅｌｌ−ａｄｈｅｓｉｖｅ  ｐｅｐｔｉｄｅ  Ａｒｇ−Ｇｌｙ−Ａｓｐ−Ｃｙｓ  （ＲＧＤＣ）  ｏｎ  ｔｉｔａｎｉｕｍ  ｓｕｒｆａｃｅｓ  ｂｙ  ｃｏｖａｌｅｎｔ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ．  Ｊ．  Ｍａｔｅｒ  Ｓｃｉ：  Ｍａｔｅｒ  Ｍｅｄ．  ８，  ８６７−８７２，  １９９７．
【非特許文献６】
Ｂｅａｒｉｎｇｅｒ，  Ｊ．Ｐ．，  Ｃａｓｔｎｅｒ，  Ｄ．Ｇ．，  Ｇｏｌｌｅｄｇｅ，  Ｓ．Ｌ．，  Ｒｅｚａｎｉａ，  Ａ．，  Ｈｕｂｃｈａｋ，  Ｓ．  ａｎｄ  Ｈｅａｌｙ，  Ｋ．Ｅ．：  Ｐ（ＡＡｍ−ｃｏ−ＥＧ）  ｉｎｔｅｒｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ  ｇｒａｆｔｅｄ  ｔｏ  ｏｘｉｄｅ  ｓｕｒｆａｃｅｓ：  Ｓｕｒｆａｃｅ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ，  ｐｒｏｔｅｉｎ  ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ，  ａｎｄ  ｃｅｌｌ  ｄｅｔａｃｈｍｅｎｔ  ｓｔｕｄｉｅｓ．  Ｌａｎｇｍｕｉｒ  １３，  ５１７５−５１８３，  １９９７．
【非特許文献７】
Ｆｅｒｒｉｓ，  Ｄ．Ｍ．，  Ｍｏｏｄｉｅ，  Ｇ．Ｄ．，  Ｄｉｍｏｎｄ，  Ｐ．Ｍ．，  Ｇｉｏｒａｎｎｉ，  Ｃ．Ｗ．，  Ｅｈｒｌｉｃｈ，  Ｍ．Ｇ，  ａｎｄ  Ｖａｌｅｎｔｉｎｉ，  Ｒ．Ｆ．：  ＲＧＤ−ｃｏａｔｅｄ  ｔｉｔａｎｉｕｍ  ｉｍｐｌａｎｔｓ  ｓｔｉｍｕｌａｔｅ  ｉｎｃｒｅａｓｅｄ  ｂｏｎｅ  ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｖｉｖｏ．  Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ  ２０，  ２３２３−２３３１，  １９９９．
【非特許文献８】
Ｋｅｎａｕｓｉｓ，  Ｇ．Ｌ．，  Ｖｏｅｒｏｅｓ，  Ｊ．，  Ｅｌｂｅｒｔ，  Ｄ．Ｌ．，  Ｈｕａｎｇ，  Ｎ．，  Ｈｏｆｅｒ，  Ｒ．，  Ｒｕｉｚ−Ｔａｙｌｏｒ，  Ｌ．，  Ｔｅｘｔｏｒ，  Ｍ．，  Ｈｕｂｂｅｌｌ，  Ｊ．Ａ．  ａｎｄ  Ｓｐｅｎｃｅｒ，  Ｎ．Ｄ．：  Ｐｏｌｙ（Ｌ−１ｙｓｉｎｅ）−ｇ−ｐｏｌｙ  （ｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｇｌｙｃｏｌ）  Ｉａｙｅｒｓ  ｏｎ  ｍｅｔａｌ  ｓｕｒｆａｃｅｓ：  ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍ  ａｎｄ  ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  ｐｏｌｙｍｅｒ  ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ  ｏｎ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｔｏ  ｐｒｏｔｅｉｎ  ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ．  Ｊ．  Ｐｈｙ  Ｃｈｅｍ．  Ｂ  １０４，  ３２９８−３３０９，  ２０００．
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本研究は、処理が複雑で不安定であったチタン製インプラントの従来の表面改質に代えて、早期に且つ簡単確実に骨結合を得ることが可能な表面改質を行ったチタン製インプラント及びその表面処理方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、生体機能性タンパク質やペプチドなどを細胞接着因子として用いてチタン表面の改質を行った場合には、細胞接着因子が生体内でチタン表面から剥がれてしまい標的となる細胞に先に結合し、その結果細胞が材料表面へ接着することを妨げられるか、又はこれらの細胞接着因子と細胞とが共に材料表面から剥がれしまい生体内でインプラントの表面改質の効果が十分に発揮されない可能性が高いと考えた。そこで、従来の生体機能性タンパク質やペプチドなどの細胞接着因子に比べて分子量の小さいアミノ酸や分子量の小さい（又は三次元構造を有さない、又は結合しているアミノ酸の数が大凡３０以下の）ペプチドであればその合成純度が高く三次元構造にも依存しないこと及びリン酸基がチタンに対して結合性が高いことに着目し、接着性タンパク質の構成分子であるアミノ酸をリン酸化するか又はペプチドをリン酸化してチタン表面に化学的に結合させることで課題は解決可能であることを究明して本発明を完成したのである。
【０００８】
即ち本発明は、リン酸化したアミノ酸及び／又はリン酸化したペプチドで表面がコーティングされていることを特徴とするチタン製インプラントと、リン酸化したアミノ酸及び／又はリン酸化したペプチドでチタン製インプラントの表面をコーティング処理することを特徴とするチタン製インプラントの表面処理方法とに関するものである。
【０００９】
そして、リン酸化したアミノ酸としては、リン酸化チロシン，リン酸化セリン又はリン酸化スレオニンが、リン酸化したペプチドとしては、アルギニン−グリシン−アスパラギン酸の順に配列したペプチドの末端基がリン酸化されたものが好ましいことも究明したのである。
【００１０】
またこのようなチタン製インプラントの表面処理方法においては、チタン製インプラントの表面のコーティング処理を、濃度が０．０５〜５重量％であるペルオキソ二硫酸ナトリウム（Ｎａ２Ｓ２Ｏ８）の水溶液，０．０１Ｎ以上の硫酸（Ｈ２ＳＯ４）水溶液，０．０１Ｎ以上の塩酸（ＨＣｌ）水溶液の中から選ばれた少なくとも１種の水溶液により表面を洗浄した後に行うことが好ましいことも究明したのである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明で言うチタン製インプラントとは、チタン又はチタン合金により構成された生体内で使用するための成形体を意味する。チタン製インプラントは生体内で使用するために必要な物性と安全性とを有するものであれば、形状、使用形態などを特に問わない。例えば、人工骨金属材料としては柱状，板状，ブロック状，シート状，繊維状，ペレット状など任意の形状のものが使用できる。また、人工股関節用ステム材，骨補填材，人工椎体，人工歯根，人工椎間板，骨プレート，骨スクリューなどの製品形態をしていてもよい。
【００１２】
本発明に係るチタン製インプラントの表面処理は、リン酸化したアミノ酸及び／又はリン酸化したペプチドで表面処理を行うのに先立って、チタン製インプラントの表面を洗浄することが好ましい。洗浄は酸処理が好ましく、中でも濃度が０．０５〜５重量％であるペルオキソ二硫酸ナトリウム（Ｎａ２Ｓ２Ｏ８）の水溶液，０．０１Ｎ以上の硫酸（Ｈ２ＳＯ４）水溶液，０．０１Ｎ以上の塩酸（ＨＣｌ）水溶液の中から選ばれた少なくとも１種の水溶液で行うのが好ましい。特に、塩酸で処理した場合にはリン酸化したアミノ酸及やリン酸化したペプチドのチタン表面への結合が著しく向上するので最も好ましい。
【００１３】
前記したように必要により酸処理による表面洗浄を行った後、リン酸化したアミノ酸、好ましくはリン酸化チロシン，リン酸化セリン，リン酸化スレオニンと、リン酸化したペプチド、好ましくはアルギニン−グリシン−アスパラギン酸の順に配列したペプチドの末端基がリン酸化されたものの中から選ばれた少なくとも１種で表面にコーティング処理を行う。各リン酸化したアミノ酸及びリン酸化したペプチドは水溶液の状態でチタン製インプラントの表面にコーティング処理することが好ましく、その濃度は５ｍＭ以上であることが好ましい。５ｍＭ未満であると表面処理に時間が必要となるのは勿論、リン酸化したアミノ酸及びリン酸化したペプチドのコーティング層の安定性が低下する虞がある。表面処理は０〜１２０℃の範囲で行うことができるが、アミノ酸及びペプチドの熱変性を考慮すると４２℃以下であることが好ましく、表面処理の効率から考えて２０℃未満での処理は現実的ではない。特に好ましくは２５〜３７℃である。
【００１４】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００１５】
実施例１
チタン製インプラントの材料としてＪＩＳＨ４６５０（チタン棒）の２種であって、直径５．８ｍｍ，厚さ２ｍｍのチタンディスクを用いた。このチタンディスクを１０Ｎ塩酸（片山化学工業社製）水溶液中で３０分間超音波洗浄処理後、超純水中にて３０分間超音波洗浄処理した。結合させるアミノ酸としてリン酸化したＬ−スレオニン（Ｏ−Ｐｈｏｓｐｈｏ−Ｌ−ｔｈｒｅｏｎｉｎｅ：シグマ社製）（以下、Ｐ−Ｔｈｒと表記する）を用いた。チタンディスクを５０ｍＭに調整したＰ−Ｔｈｒ溶液中に３７℃，１２時間浸漬して表面にコーティング処理を行った。
【００１６】
Ｐ−Ｔｈｒとチタンディスク表面との結合の度合いを評価するためにＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）装置（ＡＸＩＳ−ＨＳ，Ｋｒａｔｏｓ社製）を用いてチタンディスク表面のＰ−ＴｈｒのＰ２ｐのナロースペクトルにおける結合エネルギーを測定し、Ｐ−Ｔｈｒのみの値との間の有意差について一元配置分散分析法及び多重比較Ｔｕｋｅｙ法を用いて有意水準１％及び５％統計学的分析を行った。
【００１７】
＜Ｐ２ｐスペクトルの結合エネルギーの評価＞
Ｐ−Ｔｈｒ粉末単体及び表面処理したチタンディスク表面上のＰ−ＴｈｒのＰ２ｐのナロースペクトルを図１に示した。表面処理したチタンディスク表面上のＰ−ＴｈｒのＰ２ｐの結合エネルギーは１３３．７ｅＶを示し、粉末単体の１３４．ＯｅＶと比較して有意に０．３ｅＶ低エネルギー側にシフトしていることが確認でき（Ｐ＜０．０５）、Ｐ−Ｔｈｒがチタン表面に化学的に結合していることが確認された。また、この結合は蒸留水，生理食塩水などの水や、エタノール，アセトン中で解離することが無く極めて安定であることを別途確認した。
【００１８】
実施例２
実施例１と同様なチタンディスクを実施例１と同じ方法で洗浄処理後、結合させるアミノ酸としてリン酸化したＬ−セリン（Ｏ−Ｐｈｏｓｐｈｏ−Ｌ−Ｓｅｒｉｎｅ：シグマ社製）を用いた。チタンディスクを５０ｍＭに調整したＬ−セリン溶液中に３０℃，１２時間浸漬して表面にコーティング処理を行った。
【００１９】
実施例３
実施例１と同様なチタンディスクを１０Ｎ硫酸（片山化学工業社製）水溶液中で３０分間超音波洗浄処理後、超純水中にて３０分間超音波洗浄処理した。結合させるアミノ酸として実施例１と同じリン酸化したＬ−スレオニンを用いて、実施例１と同様にして表面にコーティング処理を行った。
【００２０】
実施例２及び実施例３において、リン酸化したアミノ酸がチタンディスク表面に結合している割合を実施例１と同様に評価した。その結果、結合エネルギーが有意に低エネルギー側にシフトしていることが確認され、チタン表面に化学的に結合していることが確認できた。
【００２１】
【発明の効果】
以上から明らかなように本発明に係るチタン製インプラントの表面処理方法で表面処理されたチタン製インプラントは、細胞接着因子である特定のアミノ酸やペプチドをリン酸化することでチタン製インプラント表面に簡単且つ確実に結合させコーティングされたものであり、その結果、簡単にインプラントの早期の骨結合を得ることができるのでチタン製インプラントを用いる医療分野に貢献する価値の非常に大なるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｐ−Ｔｈｒ粉末単体及び表面処理したチタンディスク表面上のＰ−ＴｈｒのＰ２ｐのナロースペクトル図である。
【図１】
2004329423.tif 000002