(57)【要約】  本発明は、好適な表面粗度と微小孔度とを示す相互連結した微小孔性フィラメントを含む三次元マクロ多孔性フィラメント構築物を製造する方法に関する。本方法は、ａ）所定の材料の粒子、液体溶媒、１つ又は複数の結合剤、及び任意で１つ又は複数の分散剤を含む懸濁液を調製する工程と、ｂ）所定の三次元パターンにおいてフィラメント形態で、好ましくは非溶媒形態で該懸濁液を堆積させ、それにより三次元フィラメントベースの多孔性構造体を作製する、堆積させる工程と、ｃ）転相を誘導する工程であって、該フィラメントが、フィラメント堆積中、該フィラメントを非溶媒蒸気及び液体非溶媒に曝露することによって液体から固体に変換される、転相を誘導する工程と、ｄ）工程ｃ）の構造体を、該構造体をか焼及び焼結することによって熱処理する工程とを含む。本発明は、特異的な表面粗度と微小孔度とを示す、相互連結した微小孔性フィラメントを含む三次元マクロ多孔性フィラメント構築物をさらに提供する。本発明は、生物医学製品、例えば合成骨インプラント又は骨移植片の製造のための構築物の使用を含む、構築物の様々な使用にも関する。【選択図】なし
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互連結した微小孔性フィラメントと好適な形態とを有する三次元マクロ多孔性フィラメント構築物を製造する方法であって、
ａ）所定の材料の粒子、液体溶媒、１つ又は複数の結合剤、及び任意で１つ又は複数の分散剤を含む懸濁液を調製する工程と、
ｂ）所定の三次元パターンにおいてフィラメント形態で前記懸濁液を堆積させ、それにより三次元フィラメントベースの多孔性構造体を作製する、堆積させる工程と、
ｃ）転相を誘導する工程であって、前記フィラメントが、フィラメント堆積中、該フィラメントを非溶媒蒸気及び液体非溶媒に曝露することによって液体から固体に変換される、転相を誘導する工程と、
ｄ）工程ｃ）の構造体を、該構造体をか焼及び焼結することによって熱処理する工程とを含む、方法。
【請求項２】
工程ｂ）を非溶媒環境下で実施する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
工程ｃ）が、
ｃ１）前記フィラメント堆積中、該フィラメントを非溶媒蒸気に接触させることによって転相を誘導する工程と、
ｃ２）液体非溶媒に工程ｃ１）の構造体を浸漬させることによって転相を完了させ、それにより好適なフィラメント形態を有するフィラメントベースの多孔性構造体を作製する、完了させる工程とを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記フィラメントベースの多孔性構造体中の前記フィラメントが、４μｍを超える平均表面粗度（Ｒａ）を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記フィラメントベースの多孔性構造体中の前記フィラメントが１％〜５０％、好ましくは５％〜３０％の微小孔を有し、該微小孔が、細孔径が１００μｍ以下の孔から成る、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記所定の材料が、金属、セラミック材料又は複合材料を含む群から選択され、好ましくはＴｉ又はＴｉ合金である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記結合剤が、１つ又は複数の転相結合剤と、１つ又は複数のレオロジー変性結合剤との混合物を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記懸濁液が、総量が１ｖｏｌ％〜３０ｖｏｌ％の結合剤を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記非溶媒環境が、相対非溶媒蒸気が少なくとも１０％の環境である、請求項２〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記非溶媒環境が、加湿環境又は相対湿度が少なくとも５０％の周囲空気である、請求項２〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記非溶媒環境が、水蒸気の気流によって作り出される、請求項２〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
フィラメント形態での前記懸濁液の堆積を、ダイレクトライティング法、ラピッドプロトタイピング法、分注法又は押出法によって行う、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
フィラメント形態での前記懸濁液の堆積を、プロファイルされた内面を有するノズルを通した該懸濁液の押出によって行う、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
フィラメントの堆積を、ノズル（１）の分離した内側部（３）と外側部（２）を通した異なる懸濁液（Ｐ１、Ｐ２）の共押出によって行い、それにより内域と外鞘とを示すフィラメントを形成する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記フィラメント中の前記微小孔の量が前記内域と前記外鞘とで異なる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記液体溶媒が、非揮発性液体、揮発性液体又はその混合物である、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記液体非溶媒が水、アルコール又は酸である、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記液体溶媒が、前記非溶媒に可溶性又は混和性である、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記転相結合剤が、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、酢酸セルロース、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレン−コ−ビニルアルコール及び／又はそれらの組合せを含む群から選択される１つ又は複数のポリマーを含み、前記レオロジー変性結合剤が、親水コロイド、セルロース誘導体及び／又はそれらの組合せを含む群から選択される、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
か焼が、４００℃〜６００℃の温度、及び５℃／時間〜５０℃／時間の速度で工程ｃ）の構造体を加熱することを含む、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
焼結が、
１２００℃〜１５００℃の温度、及び１℃／分〜１０℃／分の速度で前記構造体を加熱すること、
１時間〜５時間の期間、前記構造体を前記温度に維持すること、及び
その後室温まで２０℃／分の速度で前記構造体を冷却することを含む、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
か焼後、且つ焼結前に前記構造体を、９００℃〜１０００℃の温度に加熱することによって該構造体を予備焼結することをさらに含む、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
１％〜５０％、好ましくは５％〜３０％の相互連結した微小孔を有するフィラメントを含む三次元マクロ多孔性フィラメント構築物であって、該微小孔が、細孔径が１００μｍ以下の孔から成り、フィラメントが４μｍを超える平均表面粗度（Ｒａ）を有し、該構築物を請求項１〜２２のいずれか一項に記載の方法によって得ることができる、構築物。
【請求項２４】
骨促進タンパク質（ＢＭＰ）、幹細胞、骨芽細胞、薬物及び／又は金属、セラミック材料又は複合材料、好ましくはＴｉ又はＴｉ合金を含む群から選択される所定の材料で構成されるこれらの混合物に接着する三次元マクロ多孔性フィラメント構築物であって、該構築物が、４μｍを超える平均表面粗度（Ｒａ）を有し、且つ１％〜５０％、好ましくは５％〜３０％の相互連結した微小孔を有するフィラメントを含み、該微小孔が、細孔径が１００μｍ以下の孔から成る、三次元マクロ多孔性フィラメント構築物構築物。
【請求項２５】
５０％〜９５％、好ましくは６０％〜８５％のマクロ孔を有し、該マクロ孔が、細孔径が１００μｍを超える孔から成る、請求項２３又は２４に記載の構築物。
【請求項２６】
細孔径が１００μｍ〜２０００μｍのマクロ孔を有する、請求項２３〜２５のいずれか一項に記載の構築物。
【請求項２７】
３ＧＰａ未満の圧縮率を有する、請求項２３〜２６のいずれか一項に記載の構築物。
【請求項２８】
３％〜１０％、好ましくは５％〜１５％の延性を有する、請求項２３〜２７のいずれか一項に記載の構築物。
【請求項２９】
内域と外鞘とを示すフィラメントを含み、該フィラメント中の前記微小孔の量が、該内域と該外鞘とで異なり、好ましくは該外鞘よりも該内域で少なくなる、請求項２３〜２８のいずれか一項に記載の構築物。
【請求項３０】
前記フィラメントが、前記外鞘において１％〜５０％、好ましくは５％〜３０％の微小孔を有し、且つ前記内域において１％〜１０％、好ましくは１％〜５％の微小孔を有する、請求項２９に記載の構築物。
【請求項３１】
請求項２３〜３０のいずれか一項に記載の構築物を含み、且つ骨促進タンパク質（ＢＭＰ）、幹細胞、骨芽細胞、薬物及び／又はこれらの混合物をさらに含む組成物。
【請求項３２】
（生物）医学製品、例えば合成骨インプラント又は骨移植片、組織工学スカフォールド、薬剤送達装置の製造のための請求項２３〜３０のいずれか一項に記載の構築物、又は請求項３１に記載の組成物の使用。
【請求項３３】
請求項２３〜３０のいずれか一項に記載の構築物、又は請求項３１に記載の組成物を含む、合成骨インプラント又は骨移植片、組織工学スカフォールド、薬剤送達装置等の生物医学製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィラメントが相互連結した微小孔度と粗面トポグラフィとを有する、三次元マクロ多孔性フィラメント構築物を製造する方法に関する。本方法は、完全な微小孔性フィラメントストラット又は微小孔性外鞘を有するフィラメントストラットを含む多孔性構造体の合成に使用することができる。本方法は、特定の粉末ペーストの３Ｄフィラメント堆積と、その後の転相工程との組合せを含み、これにより相互連結した微小孔性形態と、構築物のフィラメントストラットに対する表面粗度トポグラフィとが与えられる。本発明は、整形外科的インプラント材料及び組織工学マトリクスとして適用することができる高多孔性構築物の製造に用いることができる。これにより本発明は２つのレベルでの多孔度、即ちフィラメント間で細孔径分布が調整可能な相互連結したマクロ多孔度、及びフィラメント状のストラット内での相互連結した微小孔度を与える。表面粗度の増大が、かかる構築物を骨伝導性にし、それらの骨誘導挙動を促進する。特にＴｉ及びＴｉ合金に関して本明細書中で記載の方法は実際は、全ての金属と、セラミック及び複合材料とに用いることができる。
【背景技術】
【０００２】
高多孔性構築物は、整形外科的インプラント及び骨組織工学で非常に重要である。細孔径が大きい、好ましくは１００μｍを超える、相互連結した孔構造体が骨内部成長に必須である。
【０００３】
異なる製造経路が、細孔径が１００μｍ〜１０００μｍに及ぶ、高多孔性の、高分子スカフォールド、セラミックスカフォールド又は金属スカフォールドに適用されている。
【０００４】
様々な発泡プロセスを用いた特注の生物適合性金属スカフォールドの作製に対する近年の発展には例えば、特許文献１に記載のような主にポリウレタンスポンジを粉末懸濁液で被覆することによるテンプレート法、特許文献２に記載のような粉末懸濁液の直接発泡、特許文献３に記載のようなスペースホルダによる処理、特許文献４に記載のような炭素発泡体上の化学蒸着（ＣＶＤ）、又は特許文献５に記載のようなＳＨＳ法（自己増殖高温合成）によって得られるＴｉ−Ｎｉ発泡体が含まれる。
【０００５】
周期構造体の固体自由形状（solid free form）（ＳＦＦ）作製のために様々な直接書き込みプロセスを用いた特注の生物医学スカフォールドの作製に対する近年の発展が、例えば特許文献６及び特許文献７に開示されるようなロボキャスティングとも称される押出ベースの自動蒸着；例えば特許文献８に開示されるようなバイオプロッターとも称される３Ｄ線維蒸着装置を用いた三次元印刷、ラピッドプロトタイピングによって作製される多孔性スカフォールド（非特許文献１）；例えばレーザー処理（非特許文献２）、又は特許文献９に開示のような電子ビーム溶解に基づき、多孔性構築物をもたらした。
【０００６】
例えば、非特許文献３は、ロボキャスティング（直接書き込み）法を用いて、３Ｄ多孔性のリン酸三カルシウム（β−ＴＣＰ）スカフォールドを作製する方法を開示している。この文献は、分散剤及び凝集剤の存在下で蒸留水中のβ−リン酸三カルシウム粉末の安定懸濁液としてのインクの調製を開示している。それから、調製されたインク粉末を、溶媒環境、特に非湿潤油浴中で直接蒸着する。溶媒環境下での蒸着は、蒸着したインクの乾燥を避けるのを目的とする。
【０００７】
別の例において、特許文献１０が、３Ｄ構造体を製造する様々なキャスティング法を開示し、予備成形鋳型におけるポリマーの溶媒、融液及びスラリーキャスティングを含む。例えば、予備成形されたセラミック３Ｄ鋳型におけるポリマー材料のキャスティングが記載されている。この文献は、鋳型形成中に、又は鋳型でのポリマー材料のキャスティング中に適用される必要がある特定の条件には特に言及していない。
【０００８】
高マクロ多孔度を有し、且つ細孔径が１００μｍを超えるのが好ましい相互連結した孔構造体の必要性に加えて、多孔性構造体において相互連結した孔を分離するフィラメントストラットの形態、より具体的には微小孔度及び表面粗度も極めて重要である。
【０００９】
高密度インプラントの表面を粗面処理するのには多くの様々な方法、例えば酸腐食及びブラスト処理が知られている。また、例えばスパッタリング、蒸着、レーザー蒸着又は溶射に基づく幾つかの被覆法を適用することができる。最も広範に用いられる方法は、チタンプラズマ溶射（ＴＰＳ）の使用を伴う。ＴＰＳは、インプラントを粗面処理すると同時に被覆する。しかしながら、ほとんどの他の被覆法又は粗面処理法と同様に、ＴＰＳは、多孔性基材の内部に達することができないので、高密度の表面にのみ適用可能であるｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｇｈｔ法である。このため、多孔性基材の内部を変えずに、外部のみに作用する。
【００１０】
上記に関して、フィラメント粗度と（微小）孔性とが改善されたフィラメント状のインプラント構築物を提供することが、当該技術分野において必要であることは明らかである。これまでのところ、出願人の知る限りでは、所望の多孔度、特に微小孔度と共に、所望の表面粗度を有する構築物の調製を可能にする技法は報告されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】欧州特許第１３６２１２９号明細書
【特許文献２】欧州特許第１７３１２４７号明細書
【特許文献３】欧州特許第１５２３３９０号明細書
【特許文献４】米国特許第６，０８７，５５３号明細書
【特許文献５】欧州特許第１６６３３３０号明細書
【特許文献６】米国特許第６，９９３，４０６号明細書
【特許文献７】米国特許第６，４０１，７９５号明細書
【特許文献８】欧州特許第１２７４５５９号明細書
【特許文献９】欧州特許第１５８３６２８号明細書
【特許文献１０】（国際出願）国際公開第０３／０００４８０号パンフレット
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Jia Ping Li et al. Biomaterials 27（2006） 1223-1235
【非特許文献２】Laoui & Santos, Proceedings of the Lane 2004, page 475-484
【非特許文献３】Miranda et al.（Acta biomaterialia, 2, 457-466, 2006）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、フィラメント形態が改善された多孔性のフィラメント状構築物を提供することを目的とする。本発明は、上述の課題と、現在利用可能な構築物の欠点との少なくとも幾つかを改善しようとしており、従来技術に対する他の利点を与える。本発明は、相互連結及び制御された微小孔度と粗面トポグラフィとを組み合わせたフィラメントで構成される三次元マクロ多孔性フィラメント構築物を調製する方法を提供することを目的とする。
【００１４】
本発明は、所望の粗面トポグラフィを、微小孔度の制御と組み合わせた三次元マクロ多孔性フィラメント構築物を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
したがって本発明は、転相によって誘導される制御可能な微小孔性フィラメント形態を有する三次元マクロ多孔性フィラメント構築物を製造する方法を提供する。本方法は、完全な微小孔性フィラメントストラット、微小孔性外鞘を有するフィラメントストラット、又はフィラメント内側と外側とで異なる微小孔度を有するフィラメントストラットを含む多孔性構造体の調製に用いることができる。
【００１６】
本発明は、特定の粉末ペーストの３Ｄフィラメント堆積と、その後の改善された所望の形態及びトポグラフィを、構造体のフィラメントストラットに与える（creating）転相工程との組合せから成る。本発明は、整形外科的インプラント材料及び組織工学マトリクスとして適用することができる高多孔性構築物の製造に用いることができる。高多孔性構造体は、フィラメント間で細孔径分布が調整可能なマクロ多孔度と、フィラメント自体で相互連結した微小孔度とを特徴とし、このことがこれらの材料を、骨誘導及び骨伝導を最適化するのに好適にする。
【００１７】
特にＴｉ及びＴｉ合金に関して本明細書中で記載の方法は全ての金属と、さらにはセラミック材料及び複合材料とに用いることができる。
【００１８】
より具体的には第１の態様では、本発明は、相互連結した微小孔度と好適な形態とを有するフィラメントを含む三次元マクロ多孔性フィラメント構築物を製造する方法であって、
ａ）所定の材料の粒子、液体溶媒、１つ又は複数の結合剤、及び任意で１つ又は複数の分散剤を含む懸濁液を調製する工程と、
ｂ）所定の三次元パターンにおいてフィラメント形態で上記懸濁液を堆積させ、それにより三次元フィラメントベースの多孔性構造体を作製する、堆積させる工程と、
ｃ）転相を誘導する工程であって、上記フィラメントが、フィラメント堆積中、該フィラメントを非溶媒蒸気及び液体非溶媒に曝露することによって液体から固体に変換される、転相を誘導する工程と、
ｄ）工程ｃ）の構造体を、該構造体をか焼及び焼結することによって熱処理する工程とを含む、方法を提供する。
【００１９】
言い換えると、本発明の工程ｃ）は、フィラメント堆積中、該フィラメントを非溶媒蒸気及び液体非溶媒に曝露する工程を伴い、それにより、堆積フィラメントが固化され、表面粗度及び微小孔度が得られる。
【００２０】
好ましい実施の形態では、工程ｂ）を非溶媒環境下で実施する。
【００２１】
さらに別の好ましい実施形態において、工程ｃ）が、
ｃ１）フィラメント堆積中、上記フィラメントを非溶媒蒸気に接触させることによって転相を誘導する工程と、
ｃ２）液体非溶媒に工程ｃ１）の構造体を浸漬させることによって転相を完了させ、それにより好適なフィラメント形態を有するフィラメントベースの多孔性構造体を作製する、完了させる工程とを含む。
【００２２】
特に、工程ｃ）が、ｃ１）フィラメント堆積中、上記フィラメントを非溶媒蒸気に接触させる工程と、ｃ２）液体非溶媒に工程ｃ１）の構造体を浸漬させ、それにより好適なフィラメント形態を有するフィラメントベースの多孔性構造体を作製する、浸漬させる工程とを含む。
【００２３】
本発明の方法）のフィラメント堆積中で既に転相を誘導すること（工程ｃ１）により、固体３Ｄ構造体を与えるのに十分な剛性及び強度を有するフィラメントの作製が可能になる。この工程中に、フィラメントの外層が剛性になる。その利点としては、３Ｄ構造体においてフィラメントによって形成される架橋がたわまず、互いに接触したフィラメント間で良好な接着が得られることが挙げられる。本発明の方法の工程ｃ１）により、表面での転相によって好適な表面粗度を有するフィラメントの作製が可能になる。
【００２４】
転相は、液体非溶媒において構造体を浸漬することによって、本発明の方法）の次の工程（工程ｃ２）で完了させることができる。工程ｃ１）を省略すると、互いに接着しないフィラメントが生じ、好適な３Ｄ構造体が与えられない。本発明の方法の工程ｃ２）により、大部分のフィラメントで転相を完了させることによって、好適な相互連結した微小孔度を有するフィラメントの作製がさらに可能になる。
【００２５】
工程ｄ）後に得られた焼結フィラメントベースの多孔性構造体におけるフィラメントは、４μｍを超える平均表面粗度（Ｒａ）を含む。その上、工程ｄ）後に得られた焼結フィラメントベースの多孔性構造体におけるフィラメントは、１％〜５０％、好ましくは５％〜３０％の微小孔度も有する（焼結後）。言い換えれば、本発明は、フィラメントベースの多孔性構造体におけるフィラメントが、１％〜５０％、好ましくは５％〜３０％の微小孔を有し、該微小孔が、細孔径が１００μｍ以下の孔から成る、方法を提供する。
【００２６】
本発明による転相法の適用は、フィラメントに好適な微小孔度を与え、この微小孔度は、
１）溶媒と非溶媒とを交換する転相の結果として相互連結し、
２）細孔径及び量に関して制御可能であり、
３）フィラメント、例えば外層での特定の位置で与えられ得る。
【００２７】
これらの３つの特性の組合せを考慮すると、転相は、セラミック材料又は金属材料において好適な微小孔度を与える新規の技法と見なされる。
【００２８】
第２の態様において、本発明は、相互連結した微小孔度を有し、且つ好適な形態を有するフィラメントを含む三次元マクロ多孔性フィラメント構築物であって、本発明の方法を実施することによって得ることができる、構築物を提供する。より具体的には、本発明は、１％〜５０％、好ましくは５％〜３０％の相互連結した微小孔を有するフィラメントを含む三次元マクロ多孔性フィラメント構築物であって、該微小孔が、細孔径が１００μｍ以下の孔から成り、フィラメントが４μｍを超える平均表面粗度（Ｒａ）を有し、該構築物を本発明による方法によって得ることができる、構築物を提供する。
【００２９】
本発明はまた、骨促進タンパク質（ＢＭＰ）、幹細胞、骨芽細胞、薬物、及び／又は金属、セラミック材料又は複合材料、好ましくはＴｉ又はＴｉ合金を含む群から選択される所定の材料で構成されるこれらの混合物に接着する三次元マクロ多孔性フィラメント構築物であって、４μｍを超える平均表面粗度（Ｒａ）を有するフィラメントを含む、三次元マクロ多孔性フィラメント構築物を提供する。好ましくは該構築物におけるフィラメントは、１％〜５０％、好ましくは５％〜３０％の相互連結した微小孔度を有する。したがって本発明の構築物は、４μｍを超える平均表面粗度（Ｒａ）を有し、且つ１％〜５０％、好ましくは５％〜３０％の相互連結した微小孔を有するフィラメントを含み、該微小孔が、細孔径が１００μｍ以下の孔から成ることを特徴とする。本発明の構造体は特に、表面粗度が４μｍを超えると共に、１％〜５０％の微小孔度を有することを特徴とすることが強調されるものとする。本発明の技術分野における従来技術を考慮すると、特にこの分野における従来技術では、単一構築物における表面粗度及び微小孔度のこれらのパラメータの両方を有する可能性が報告されていないので、かかる構築物は非従来型及び独自のものであると見なすことができる。
【００３０】
予想外なことに本発明は、一スカフォールドと組み合わせて、両方のパラメータを有する三次元マクロ多孔性フィラメント構築物を提供することを可能にする。さらにこれらの２つのパラメータは、本発明の方法によって得られる改善を反映している。このため本発明の構築物の特徴が、即ちフィラメント堆積中、上記フィラメントを非溶媒蒸気及び液体非溶媒に曝露することによって、転相法を適用するという本発明の考えに結び付く。指定のパラメータの両方を有する構造体は、出願人の知る限り既知の作製法を用いて作製することができない。
【００３１】
第３の態様において、本発明は、本明細書中で開示されるような構築物を含み、且つ骨促進タンパク質（ＢＭＰ）、幹細胞、骨芽細胞、薬物及び／又はこれらの混合物をさらに含む組成物を提供する。
【００３２】
第４の態様において、本発明は、生物医学製品、例えば合成骨インプラント又は骨移植片、組織工学スカフォールド、薬剤送達装置の製造のための、本明細書中に開示されるような構築物又は組成物の使用に関する。
【００３３】
したがって、第５の態様において、本発明はまた、本明細書中に開示されるような構築物又は組成物を含む、合成骨インプラント又は骨移植片、組織工学スカフォールド、薬剤送達装置等の生物医学製品を提供する。
【００３４】
本発明の方法に従って製造された転相フィラメント状構築物（ＰＩＦＣ）は、３μｍを超える、好ましくは４μｍを超えるフィラメント平均表面粗度（Ｒａ）を有する。特定の処理パラメータに基づき、焼結後にフィラメント内で誘導される微小孔度は、本発明で得られる表面粗度に関連し、且つ指状、スポンジ型又は指−スポンジ型の組合せであり得る。粗面処理された表面は、インプラントと周囲の骨との骨一体化を容易にし、また埋植時にインプラントの機械的保定を助ける。また表面粗度が、インプラントと相互作用する細胞の活性を調整し、それにより組織治癒及び移植の成功に影響する。さらに、インプラントの表面トポグラフィが、ｉｎ  ｖｉｔｒｏ及びｉｎ  ｖｉｖｏでの骨細胞応答に重要な役割を果たす。ｉｎ  ｖｉｔｒｏでの骨芽細胞の増殖及び分化、並びにマトリクス産生は、チタンの表面トポグラフィによる影響を受けることが示されている。チタン股関節ステムをｉｎ  ｖｉｖｏで移植する場合、表面トポグラフィが、結合する骨インプラントの付着率及び付着強度に影響する。チタンの滑面が線維組織を誘導する一方で、粗面が骨形成を誘導する。組織形成の型が、再生組織の質及び結合する組織インプラントの強度の両方に影響する。結合する組織インプラントの強度は、移植の臨床的成功において主要な役割を果たす。
【００３５】
また本発明の方法に従って製造された転相フィラメント状構築物（ＰＩＦＣ）は、高い利用可能な表面積を有し、従来技術の構築物、例えば非転相構築物に利用可能な表面に比べて少なくとも約２倍以上増大している。利用可能な表面積は、接着細胞数と、構築物−骨界面の安定性とに影響する。また比表面積及び形態が、治療的及び再生的に活性のある固定のための被覆及び細胞付着にも影響する。
【００３６】
フィラメント間の孔に由来する上記構築物のマクロ多孔度に加えて、本発明の方法に従って製造された転相フィラメント状構築物（ＰＩＦＣ）は、フィラメント内で相互連結した高度の微小孔度も有する。焼結後にフィラメントで誘導された微小孔度は、（１）転相プロセス中の溶媒と非溶媒との置き換えによって直接誘導された多孔度と、（２）固化転相ポリマーのか焼と、（３）焼結中の孔の収縮との組合せである。該フィラメント（微小）孔度は、１％〜５０％、好ましくは５％〜３０％である。特に、該フィラメントは１％〜５０％、好ましくは５％〜３０％の微小孔を有し、該微小孔は、細孔径が１００μｍ未満の孔から成る。これにより本発明は２つのレベルでの多孔度、即ちフィラメント間で細孔径分布が調整可能な相互連結したマクロ多孔度、及びフィラメント状のストラット内で相互連結した微小孔度を与える。フィラメント内で相互連結した微小孔は、栄養素の移動及びシグナル伝達分子のための経路を与え、宿主骨の成長を維持し、且つ骨誘導及び骨伝導を容易にする。
【００３７】
特に生物医学製品、例えば合成骨インプラント又は骨移植片、組織工学スカフォールド、又は薬剤送達装置として使用する場合、好適な相互連結した微小孔度を有するフィラメントを含む、本発明によるフィラメントベースの構築物は、以下のものを提供する利点を有する：
１）灌流の改善及び構築物を通した栄養素の移動の改善、
２）周囲の（骨）組織との構築物（インプラント）の摩擦係数の増加及び微動の低減（骨−インプラント界面での相対的な動きである、高度の微動は、骨内部成長を低減し、且つ線維組織の形成をもたらす因子として認識される。摩擦係数は、インプラントの機械的安定性と、周囲骨とのその相対的な動きとに影響する）、
３）より良好な細胞分化及び線維組織の代わりの本物の骨組織の形成、
４）より良好な細胞付着、並びに
５）より簡単なフィラメント上でのさらなる被覆（複数可）の適用。
【００３８】
得られた構築物の上記の形態、及び特にフィラメントの表面粗度及び微小孔度、構築物の表面利用可能性により、栄養素のスカフォールド内部への送達に対する影響を有するウィキング速度が骨接合部（a.o.）で求められる。さらに、本発明の方法により、摩擦係数が増加し、且つ弾性率が低下した構築物が得られ、構造体−骨界面の安定性に対する影響を有する。
【００３９】
上記を考慮して、本発明の構築物は、整形外科的インプラント材料及び／又は組織工学マトリクスとして使用するのに特に好適にする特徴を有することが明らかである。したがって本発明は、フィラメントと、制御可能な及び相互連結した微小孔度を有し、且つ表面粗度が増大したフィラメント状のストラットとの間で調整可能な細孔径分布を有する高多孔性構築物を提供し、このことがかかる構築物を骨伝導性にさせ、それらの骨誘導挙動を促進させる。
【００４０】
本発明の他の利益、利点及び使用は、以下の所定の明細書及び添付の図面を読み取ると明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明による一般的な方法のフローチャートを示す図である。
【図２】結合剤としてポリスルホンＰＳｆを用いて、（Ａ）転相しない、及び（Ｂ）転相した、フィラメント表面パターンの詳細な画像（表面形状測定装置）を有するＴｉ−多孔性スカフォールドを示す図である。
【図３】結合剤としてポリスルホンＰＳｆを用いて、（Ａ）転相しない、及び（Ｂ）転相した、フィラメント形態及び相互連結した微小孔度の詳細な画像（ＳＥＭ）のＴｉ−多孔性スカフォールドを示す図である。
【図４】本発明の実施例２に従って、０．００％（Ａ）から２．７８％（Ｂ）、２．９６％（Ｃ）、４．７２％（Ｄ）、８．７％（Ｅ）及び１１．３９％（Ｆ）とポリスルホン結合剤％（Ｔｉ上のポリスルホンＰＳｆ（ｗｔ％））を変えて得られたフィラメントの断面図のＳＥＭ画像を示す図である。
【図５】本発明の実施例３に従って、酢酸セルロース結合剤を用いて、転相によって得られたフィラメントの断面図のＳＥＭ画像を示す図である。
【図６Ａ】本発明の方法に従って用いるのに好適な共押出ノズル１を示す図である。
【図６Ｂ】本発明の方法に従って用いることができる異なるノズル４の斜視図である。本発明による方法で図示したノズル４を用いることにより、プロファイルされたフィラメントの形成が可能になる。
【図６Ｃ】図６Ｂで示されたようなノズルを通した押出によって得られた異なるフィラメントの斜視図である。
【図７】（Ａ）共押出構築物の断面、及び（Ｂ）その中の単一フィラメントの横断面との顕微鏡画像を示す図である。
【図８】本発明による方法で得られたチタンマクロ多孔性フィラメント構築物の一例を示す図である。
【図９】本発明による方法で得られたヒドロキシアパタイトマクロ多孔性フィラメント構築物の一例を示す図である。
【図１０】本発明による構築物におけるフィラメントの表面粗度（Ｒａ）に対するポリスルホン転相結合剤の量（ＰＳｆ（ｗｔ％））の影響を示す図である。
【図１１】本発明による構築物におけるフィラメントの微小孔度（％）に対するポリスルホン転相結合剤の量（ＰＳｆ（ｗｔ％））の影響を示す図である。
【図１２】本発明による構築物におけるフィラメントの比表面積（ＳＳＡ、ｍ２／ｇ）に対するポリスルホン転相結合剤の量（ＰＳｆ（ｗｔ％））の影響を示す図である。
【図１３】本発明による構築物におけるフィラメントの延性（％）に対するポリスルホン転相結合剤の量（ＰＳｆ（ｗｔ％））の影響を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
本発明は、好適な微小孔性フィラメント形態を有する三次元マクロ多孔性構築物を製造するための転相に基づく方法を提供する。本発明による方法で得られた焼結構築物は相互連結した微小孔性構造体と粗面処理された表面とを有するフィラメントストラットを含む。
【００４３】
本明細書中で用いられるような「転相」という用語は、ポリマーを、例えばフィラメント形態で堆積して制御により液体から固体へと変換させるプロセスを伴う。このプロセスは、好適な溶媒／転相結合剤混合物中で構築物になるように、所定の材料の懸濁液又は溶液を作製すること、懸濁液又は溶液を所望の形状に成形すること、及び、懸濁液又は溶液を非溶媒に曝露することであって、懸濁液又は溶液から転相結合剤を析出させ、所望の形状で構築物を成形する、曝露することを含む。転相法は、固体マトリクスが形成されるように、非溶媒中での転相結合剤の析出又は固化を伴う。「転相」という用語は、多孔性構築物を製造する技術分野で既知であり、例えばMulder M., Kluwer Academic Publishers, 1996からの"Basic Principlesof membrane Technology"と題したテキストブックではっきりと定義されている。
【００４４】
本明細書中で用いられるような「多孔度」という用語は、焼結後の材料における空間（void spaces）の評価基準であり、本明細書中で０％〜１００％のパーセントとして測定される。
【００４５】
本明細書中で用いられるような「マクロ多孔度」又は「マクロ多孔性」又は「高多孔性」という用語は、細孔径が直径１００μｍを超えるマクロ孔を有する構築物の多孔度を表す。本発明の実施形態によっては「マクロ多孔度」又は「マクロ孔」という用語は同義語であると見なされる。したがってマクロ多孔度という用語は、本発明の構築物の細孔径が直径１００μｍを超えるマクロ孔を有することを示す。
【００４６】
「微小孔度」又は「微小孔性」という用語は、焼結後のフィラメント自体の多孔度を表し、細孔径が１００μｍ以下の微小孔を含む。本発明の実施形態によっては「微小孔度」又は「微小孔」という用語はという用語は同義語であると見なされる。したがって微小孔度という用語は、本発明のフィラメントが、細孔径が直径１００μｍ以下、例えば０．１μｍ〜１００μｍ、又は０．５μｍ〜１００μｍ、又は１μｍ〜３０μｍ、及び例えば細孔径が９０μｍ、８０μｍ、７０μｍ、６０μｍ、５０μｍ、４０μｍ、３０μｍ、２０μｍ、１５μｍ、１０μｍ、５μｍ、１μｍ未満の微小孔を有することを示す。
【００４７】
「ストラットフィラメント」、「ストラット」又は「フィラメント」という用語は本明細書中で同義語として用いられ、本明細書中で規定するように、フィラメントの形態で、例えば（共）押出によって堆積される懸濁液又は溶液を表す。
【００４８】
「相互連結した」微小孔度という用語は、微小孔性フィラメントに関して本明細書中で用いられ、本発明に従って所定の３Ｄパターンで堆積される様々なフィラメントの（微小）孔が、互いに連結され、それ自体が構築物内に、及び本発明によるフィラメント間で、例えば栄養素の移動及びシグナル伝達分子のための経路を提供することを示す。
【００４９】
「相互連結した」マクロ多孔度という用語は、マクロ多孔性構築物に関して本明細書中で用いられ、構築物の（マクロ）孔が、互いに連結され、それ自体が本発明による構築物内に、例えば栄養素の移動及びシグナル伝達分子のための経路を提供する。
【００５０】
「粗面処理」という用語及びその同語源語は、およそミクロンの表面質感を表すと意図される。表面の粗面処理は、スレッド等のインプラントのより大きい特徴を表すとは意図されない。
【００５１】
本明細書中で用いられるような「表面粗度」という用語は、ＩＳＯ標準４２８７−１：１９８４（表面粗度−専門用語−第１部：表面及びそのパラメータ）によっても定義される。表面粗度は例えば、干渉分光法に基づく非接触型の光形状測定によって測定することができる（VEECO, Wyko NT3300 - A.G. Olszak, J. Schmit, M. G. Heaton,"Interferometry: Technology and Applications," Veeco Instruments,Inc., 2650 E. Elvira Road, Tucson, AZ 85706, 2001）。
【００５２】
本発明の実施形態によっては、「構築物」及び「構造体」及び「スカフォールド」という用語は同義語として用いられることに留意されたい。本発明の実施形態によっては、「懸濁液」、「溶液」及び「ペースト」という用語は同義語として用いられる
【００５３】
Ａ．方法
本発明は、所望の形態を有する相互連結した微小孔性フィラメントを含む三次元マクロ多孔性フィラメント構築物を製造する方法を提供する。
【００５４】
工程ａ）
かかる方法での第１の方法は、所定の材料の粒子、液体溶媒、１つ又は複数の結合剤、及び１つ又は複数の分散剤を含む、１つ又は複数の懸濁液又はペーストを調製することを含む。
【００５５】
使用することができる所定の材料としては、セラミック、例えばアルミナ、ムライト、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化亜鉛、チタン酸バリウム、チタン酸バリウムストロンチウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、カオリン、リン酸カルシウム、ヘキサアルミネート；金属及び合金、例えばチタン、チタン−６アルミニウム−４バナジウム、タンタル、タングステン、銀、モリブデン及びステンレス鋼；ポリマー、厚膜ペースト、エポキシ、ゾル−ゲル材料、並びに複合材料、例えばＡｌ２Ｏ３／ＴｉＣｕＳｉｌ、Ａｌ２Ｏ３／Ａｌ、Ａｌ２Ｏ３／Ｍｏ、ジルコニア／ムライト、多孔性／高密度ＰＺＴ材料、多孔性／高密度アルミナ及びＰＺＴ／ポリマー材料が挙げられるが、これらに限定されない。好ましい実施形態では、該所定の材料は、金属、セラミック材料又は複合材料である。特に好ましい実施形態では、該所定の材料はＴｉ又はＴｉ−合金、好ましくは粉末状である。以下で本方法を、所定の材料としてのＴｉ及びＴｉ合金の使用に関して記載する。しかしながら、本発明の方法は、上記で与えられるような全ての金属、並びにさらにはセラミック及び複合材料に使用することができることは明らかであろう。
【００５６】
粒子は粉末状で与えられるのが好ましい。上記の所定の材料の粒子は、好ましくは１００μｍ未満、より好ましくは例えば１μｍ〜１０μｍ、１μｍ〜２０μｍ、１０μｍ〜５０μｍ又は１μｍ〜１００μｍの粒径を有する。
【００５７】
本発明の懸濁液は、２０ｗｔ％〜９０ｗｔ％、好ましくは２５ｗｔ％〜８５ｗｔ％、例えば５０ｗｔ％〜８５ｗｔ％の所定の材料を含むのが好ましい。
【００５８】
本発明は、上記液体溶媒が非揮発性液体、揮発性液体又はそれらの混合物である方法を提供する。好適な溶媒としては、Ｎ−メチル−ピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチル−アセトアミド（ＤＭＡｃ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ｓ−カプロラクタム、４−ブチロラクトン、メチルエチルケトン、アセトン、酢酸、ホルミルピペリジン、モルホリン、クロロホルム及びジオキサンが挙げられるが、これらに限定されない。好ましくは、該非揮発性液体がＮ−メチル−２−ピロリドンであり、該揮発性液体がアセトンである。
【００５９】
好ましい実施形態において、上記液体溶媒は、本明細書中で規定のように、非溶媒に可溶性又は混和性である。本明細書中で規定の非溶媒は、液相又は蒸気相中に非溶媒を含み得る。本明細書中で用いられるような液体非溶媒は水、アルコール、酸又はそれらの混合物を含むように意図される。液体非溶媒は、上記溶媒との混合物中で使用することができる（下記を参照されたい）。
【００６０】
好ましい実施形態において、上記結合剤は、１つ又は複数の転相結合剤と１つ又は複数のレオロジー変性結合剤との混合物を含む。
【００６１】
本明細書中で用いられるような「転相結合剤」という用語は、好適な非溶媒媒体、例えば水、アルコール、酸若しくはそれらの混合物、又は非溶媒と溶媒との混合物を含む好適な媒体中で転相させることができる結合剤を表す（下記を参照されたい）。本発明によれば、転相結合剤は、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、酢酸セルロース、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレン−コ−ビニルアルコール、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミド及び／又はそれらの組合せを含む群から選択されるポリマーの１つ又は複数を含むのが好ましい。
【００６２】
本明細書中で用いられるような「レオロジー変性結合剤」という用語は、本明細書中で規定の懸濁液のレオロジー又は流動性を変えることができる結合剤を表す。本発明によれば、レオロジー変性結合剤は、親水コロイド、セルロース誘導体及び／又はそれらの組合せを含む群から選択されるのが好ましい。
【００６３】
特に好ましい実施形態において、本発明の懸濁液は、粉末の種類、例えばその密度、粒径、比表面積に応じて、総量が１ｖｏｌ％〜３０ｖｏｌ％、好ましくは３ｖｏｌ％〜３０ｖｏｌ％、例えば５ｖｏｌ％、７ｖｏｌ％、１０ｖｏｌ％、１２ｖｏｌ％、１５ｖｏｌ％、１８ｖｏｌ％、２０ｖｏｌ％、２２ｖｏｌ％、２５ｖｏｌ％、２８ｖｏｌ％の結合剤、即ち転相結合剤及びレオロジー変性結合剤を含む。別の好ましい実施形態では、本明細書中で規定の懸濁液は、２％〜３０％、好ましくは２％〜１５％の転相結合剤と、１％〜３０％、好ましくは１％〜１５％のレオロジー変性結合剤とを含む。
【００６４】
別の実施形態において、本発明は、１つ又は複数の分散剤を含む懸濁液を提供する。有用な分散剤としては、ダルバン、タルゴン、トリトンが挙げられるが、これらに限定されない。好ましくは、該分散剤は、０．０１％〜５％、好ましくは０．５％〜３％の量で適用される。
【００６５】
懸濁液の有機部分の総体積％は、粉末粒子の密度、粒径分布、形態及び比表面積によって変わる。好ましくは、熱処理後の灰残渣を最小にするために、ペーストの組成を明らかにする。６重量％未満のレオロジー変性結合剤、可塑剤及び／又は分散剤を添加するのが好ましい。
【００６６】
本明細書中で用いられるような「可塑剤」という用語は、懸濁液の可撓性及び可塑性を改善するのに好適な１つ又は複数の有機添加物を表す。かかる可塑剤としては、フタル酸ジブチル、フタル酸ジヘキシル、フタル酸トリフェニル等のフタル酸塩、（ジプロピレングリコール）ブチルエーテル、モノリシノール酸ジエチレングリコール、セチルアルコール、ステアリルアルコール、セトステアリルアルコール、蜜蝋、カンデリラワックス、セラックワックス、カルナバワックス若しくは石油蝋、又はそれらの混合物を含む群から選択される天然又は合成ワックス、及び／又はそれらの組合せが挙げられ得るが、これらに限定されない。好ましくは可塑剤は、１０ｗｔ％未満、好ましくは５ｗｔ％未満の量で適用される。
【００６７】
一例では、粉末ペーストは、溶媒中で、２０ｗｔ％〜８５ｗｔ％のＴｉ粉末又はＴｉ合金粉末を結合剤、可塑剤及び分散剤と混合することによって調製することができる。別の例では、本発明に従って押出される懸濁液混合物は、１ｖｏｌ％〜３０ｖｏｌ％の有機材料と、４０ｗｔ％〜８５ｗｔ％の所定の材料とを含み、残りは溶媒である。本明細書中で用いられるような「有機材料」という用語は、所定の材料に添加される添加物を表し、結合剤（複数可）、可塑剤（複数可）及び分散剤（複数可）を含むように意図される。
【００６８】
別の好ましい実施形態において、本発明の懸濁液は、１ｓ−１のせん断率及び１００Ｐａ〜１０００Ｐａの降伏点で１００Ｐａ  ｓ〜１００００Ｐａ  ｓの粘度を有する。
【００６９】
好ましい実施形態において、本発明は、異なる種類の懸濁液の調製を提供する。例えば調製は、以下を伴い得る：
Ａ）所定の材料、液体溶媒、１つ又は複数の転相結合剤、１つ又は複数のレオロジー変性結合剤、及び１つ又は複数の分散剤を含む、「転相懸濁液」、即ち好適な非溶媒媒体中で転相を起こすことができる懸濁液の調製、及び／又は
Ｂ）Ａと同様のものであるが、Ａでの懸濁液よりも低い量、好ましくは１０％、２０％、３０％、４０％、５０％低い量の転相結合剤による「転相懸濁液」の調製、及び／又は
Ｃ）本明細書中で規定の懸濁液を含むが、転相結合剤のない「非転相懸濁液」、即ち好適な非溶媒媒体中で転相を起こすことができない懸濁液の調製。
【００７０】
有益なことに上記の懸濁液は、共押出法を用いて本発明に従ってフィラメントを堆積するのに使用することができる（以下の方法工程ｂを参照されたい）。
【００７１】
工程ｂ）
本発明の方法における次の工程は、所定の三次元パターンにおいてフィラメント形態で本明細書中で規定の懸濁液を堆積し、それにより三次元フィラメントベースの多孔性構造体を作製することを含む。好ましくは、懸濁液を非溶媒環境下で堆積する。フィラメント形態での該懸濁液の堆積は、ダイレクトライティング法、ラピッドプロトタイピング法、分注法又は押出法によって行うことができる。
【００７２】
本明細書中で用いられるような「非溶媒環境」という用語は、相対非溶媒蒸気が少なくとも１０％、好ましくは少なくとも１５％、２０％又は２５％である環境を表す。
【００７３】
好ましい実施形態において、上記の非溶媒環境は、加湿環境又は相対湿度が少なくとも５０％の周囲空気である。
【００７４】
より好ましい実施形態において、上記の非溶媒環境は、水蒸気の気流によって作り出される。
【００７５】
上述のように、フィラメント形態での調製懸濁液の堆積は、ノズル（複数可）を通した調製懸濁液の押出を含む様々な技法によって行うことができる。
【００７６】
本発明によれば、本明細書中で異なる型及び配置のノズルを用いることができる。
【００７７】
本発明によるノズル４又はノズルヘッド４は、ボディ４として規定することができ、ノズルチューブ６に接続することができる。ノズル４は、内面７がプロファイルされていても又はプロファイルされていなくてもよい外壁１２を特徴とする。
【００７８】
一実施形態において、フィラメント形態での上記懸濁液の堆積は、プロファイルされていない内面を有するノズルを通した該懸濁液の押出によって行う。「プロファイルされていない内面」という用語は、本発明による押出法における使用のためのノズルが、比較的平滑な内面を有し、凸凹（indents）、溝又は同様の構造がないことを示す。
【００７９】
別の実施形態において、フィラメント形態での上記懸濁液の堆積は、プロファイルされた内面を有するノズルを通した該懸濁液の押出によって行う。「プロファイルされた内面」又は「プロファイルされたノズル」という用語は、幾何学的構造、例えば凸凹、溝、ライン又は他の構造を備えた内面を有するノズルを表す。言い換えれば、該ノズルの外壁は、幾何学的構造を示す内面を有する。図６Ｂは、本発明の方法に従って用いることができるプロファイルされたノズル４の幾つかの例を示す。図示したノズル４をノズルチューブ６に取り付け、ノズル４に、その内面７上の溝及び／又はリブ等のプロファイル又は構造を与える。参照番号５はアパーチャを表し、それを通って本明細書中で規定の懸濁液がノズル４から出る。本発明による方法において、図示したノズル４を用いて、図６Ｃで示したような溝９及びリブ１０等の幾何学的構造を示すフィラメント８を製造することができる。
【００８０】
好ましい実施形態では、プロファイルされた又は構造化されたノズルは、幾何学的構造を有し、好ましくは例えば深さ（ｄ）が０．１μｍ〜５０μｍ、例えば１０μｍ〜５０μｍであり、幅（ｗ）が０．１μｍ〜５０μｍ、例えば１０μｍ〜５０μｍである溝又は同様の構造を示す。
【００８１】
別の好ましい実施形態において、かかるプロファイルされた又は構造化されたノズルを用いて、溝９及びリブ１０を示す、図６Ｃで図示されるようなプロファイルされたフィラメント８を製造することができる。プロファイルされたノズルを用いることにより、「プロファイルされたフィラメント」、即ちその表面上に、例えば縦方向及び／又は半径（radial）方向に走る溝及びリブ又は同様の構造等の幾何学的パターン又は幾何学的構造を示すフィラメントの堆積が可能になる。プロファイルされたフィラメントには、規定の表面粗度及び微小孔度に加えて、有益には幾何学的な粗度を有するという利点がある。「幾何学的な粗度」は、本発明に従って、例えば縦方向及び／又は半径方向における或る特定の幾何学的なパターン又は構造、例えばリブ、溝、凸凹等による粗度と規定することができる。表面粗度、微小孔度及び幾何学的な粗度の上記の特徴を組み合わせて、プロファイルされたフィラメントに基づき調製した構築物は、生組織及び／又は細胞に対する結合／接着特性を改善している。
【００８２】
好ましい実施形態において、本発明は、プロファイルされたフィラメント８を有する構築物であって、該フィラメントが、高さ（ｈ）が０．５μｍ〜５０μｍ、例えば１μｍ〜２５μｍであり、幅（ｘ）が０．５μｍ〜５０μｍ、例えば１μｍ〜２５μｍである溝９を有する、構築物を提供する。
【００８３】
別の好ましい実施形態において、本発明は、プロファイルされたフィラメント８を有する構築物であって、該フィラメントが、高さ（ｙ）が０．５μｍ〜５０μｍ、例えば１μｍ〜２５μｍであり、幅（ｚ）が０．１μｍ〜５０μｍ、例えば１μｍ〜２５μｍであるリブ１０を有する、構築物を提供する。
【００８４】
別の実施形態において、本発明は、フィラメント形態での上記懸濁液の堆積を、ノズルの分離した内側部と外側部を通した、異なる組成物を有する懸濁液の共押出によって行い、それにより内域と外鞘とを示すフィラメントを形成する方法を提供する。共押出は、高い機械的強度が要求される用途の場合に有益であり、このため２つ以上の異なる懸濁液の組合せによる単一フィラメント構造体への共押出を行うことができる。かかる実施形態では、フィラメント径内の多孔度勾配を、異なる懸濁液中で２つ以上の異なる濃度の転相結合剤を用いることによって作り出すことができる。好ましくは、フィラメントの外鞘は、より高濃度の転相結合剤を含有する懸濁液の押出によって得られ、外鞘では微小孔度が増大する。これにより本発明は、該フィラメントにおける該微小孔の量が該内域と該外鞘とで異なる方法を提供する。好ましくは、本発明は、フィラメントが、外鞘で１％〜５０％、好ましくは５％〜３０％の微小孔を有し、且つ内域で１％〜１０％、好ましくは１％〜５％の微小孔を有する、構築物を製造する方法を提供する。ノズルの内側部を通って押出される懸濁液中の転相結合剤の濃度を下げることにより、フィラメントの中心部における微小孔の量が減少する。この種の用途に用いることができるノズルの型は、例えば図６Ａで図示される。
【００８５】
かかる実施形態において、少なくとも１つ又は複数の転相懸濁液と、任意で非転相懸濁液とを含む異なる懸濁液を適用することができる。共押出法を用いると、上記フィラメントの微小孔度が内域と外鞘とで異なる。本方法は、予め規定した微小孔性フィラメント鞘が作製される可能性を与える。好ましい実施形態では、本方法は、フィラメントの外層と内層との直径の比が異なり得るフィラメントの堆積を含む。
【００８６】
有益には上記の工程ａ）で示された懸濁液は、共押出法を用いて本発明に従ってフィラメントを堆積するのに使用することができる。フィラメントは、フィラメントの内域が転相結合剤を全く又はほとんど含有しない懸濁液（例えば懸濁液Ｂ又は懸濁液Ｃ）で構成され、フィラメントの外鞘が転相結合剤を含有する懸濁液（例えば懸濁液Ａ）で構成されるように堆積することができる。
【００８７】
好ましい実施形態において、上記フィラメントの内域は、転相を起こすことができない非転相懸濁液の押出によって得られ、フィラメントの外鞘は、転相を起こすことができる転相懸濁液の押出によって得られる。かかる実施形態では、内域は微小孔度を有さず、微小孔性構造がフィラメントの表面で作製される。図６Ａを参照すると、本発明に従ってフィラメントを堆積する共押出法で用いることができるノズルが図示される。フィラメントは、ノズル１の分離した内側部３と外側部２とを通って異なる懸濁液Ｐ１、懸濁液Ｐ２を共押出しすることによって堆積し、それにより内域（直径はＤ１である）と外鞘（厚さはＤ２である（Ｄ２＝｛（フィラメントの総径−Ｄ１）／２｝）とを示すフィラメントを形成する。例えば、懸濁液Ｂ又は懸濁液Ｃで構成される、直径がＤ１の内域と、懸濁液Ａで構成される、厚さがＤ２の外鞘とを有するフィラメントを堆積することができる。図７Ｂは、上述の共押出法によって得られ、直径がＤ１の内域と厚さがＤ２の外鞘とを示すフィラメントの断面図である。図７Ｂから示され得るように、フィラメントの内域及び外鞘の微小孔度は異なる。
【００８８】
直径Ｄ１及び厚さＤ２に好適な値は、ノズルの大きさ及び操作、懸濁液の組成等の因子によって変わり、当業者によって容易に求めることができる。好ましい実施形態では、Ｄ２とＤ１との比は０．３〜２、好ましくは０．５〜１である。
【００８９】
共押出法を用いて、本発明により、フィラメントの外鞘における微小孔とは異なる内核における微小孔の分布（程度）を示す、特に内域よりも外鞘における微小孔度が高いフィラメントを有する構築物の調製が可能になる。これは、例えば部分焼結後に得られたフィラメント、即ち本明細書中で規定されるようなものであるが、焼結工程に関しては本明細書中で規定されるものよりも低い温度及び／又は短い期間で焼結工程を適用した場合に得られたフィラメントとは対照的である。後者の場合、部分焼結フィラメントは典型的に、フィラメント全体にわたって均一に分布される微小孔を有し、フィラメントの内域と外鞘との間に微小孔の分布における有意な差異はなく、このため内域よりも外鞘でより多くの微小孔が存在することはない。
【００９０】
さらに別の実施形態において、本発明は、プロファイルされたノズルを用いた、本明細書中に規定の懸濁液の共押出も含み得る。共押出法における使用のためのノズル又はノズルヘッドは典型的に、ノズルチューブに接続することができるボディ１を特徴とする。ボディ１は、外壁１２及びノズルを外側部２と内域３とに分ける内壁１３を有する。かかるノズルの外壁の内面１１は本明細書中に規定のようにプロファイルしてもよい。またこの型のプロファイルされたノズルを用いて得られたフィラメントには、上記で説明したように、表面粗度と微小孔度と幾何学的粗度とを組合せた利点が含まれる。
【００９１】
本発明の方法は、設計されたパターンに従った、非溶媒環境での、例えば押出フィラメントの制御堆積による３Ｄ構造体又はスカフォールドの製造を含む。フィラメントの必要な固化は、ノズルチップと堆積層との間の空隙、非溶媒環境、温度及びサンプルを流れる気流（蒸気誘導性の転相−以下を参照されたい）、及び／又は浸漬浴の温度及び組成（浸漬誘導性の転相−以下を参照されたい）の最適化によって達成される。ペーストの粘度に応じて（１ｓ−１のせん断率及び１００Ｐａと１０００Ｐａの間の降伏点での１００Ｐａ・ｓ〜１００００Ｐａ・ｓの粘度）、以下を含む幾つかの堆積パラメータが最適化される：
「空隙」（ノズルと構築物の表面との距離を意味する。典型的にこの空隙は例えば、０ｍｍ〜５ｍｍ、例えば約２ｍｍである）、
初期蒸気誘導性の転相を作り出す非溶媒環境、
０．５ｍ／分〜５ｍ／分、例えば約２ｍ／分のノズル運動速度、及び
１ｂａｒ〜１０ｂａｒの気圧、
好ましくは１０℃〜４５℃の環境温度、
堆積中のサンプルを流れる気流、
浸漬の際の非溶媒浴の組成及び温度。
【００９２】
これらのパラメータを慎重に調整することによって、変形がなく、且つ層間で良好に接触したフィラメントの堆積を得ることができる。
【００９３】
好ましい実施形態において、本方法は、室温での所定のパターンにおける懸濁液のフィラメント堆積である。好ましい実施形態では、所定のパターンは、０／９０（９０度）、即ち互いに垂直に交差するフィラメントの並行列を形成するパターン、０／４５（４５度）、即ち互いに斜めに交差するフィラメントの並行列を形成するパターン、捩れ（６０度）、即ち６０°の角度で互いに交差するフィラメントの並行列を形成するパターン、十字パターン等であり得る。
【００９４】
別の好ましい実施形態において、本発明は、フィラメントにおける懸濁液の堆積を提供し、これにより上記所定のパターンが柱格子構造体をもたらす。
【００９５】
実際には、ペーストを、シリンジ容器とノズルとから成る分散ユニットに入れることができる。このユニットは、ＣＮＣ機器に取り付け、ペースト流を調節するために、気圧プランジャーに接続することができる。共押出のために、二重円筒シリンジ容器と二重円筒ノズルとを有するシステムを用いることができる（例えば図６Ａを参照されたい）。ペーストフィラメントの堆積をＣＮＣ機器のソフトウェアプログラムによって制御することができる。ペーストの粘度に応じて、堆積パラメータ、例えばノズルの距離、試料表面、気圧、ノズル運動速度等を調節することができる。
【００９６】
さらなる実施形態において、本方法は、最終構造体又は構築物における大きな欠陥（巨大隙）を生じるペーストにおける気泡形成をなくすためのペーストの脱気を含む。
【００９７】
工程ｃ）
本発明の方法における次の工程は、フィラメントを非溶媒と接触させることによる転相プロセスを含む。好ましくは、転相は、フィラメント堆積中、フィラメントを非溶媒蒸気及び液体非溶媒に曝露することによって誘導される。好ましい実施形態では、堆積中、非溶媒蒸気をフィラメント上に吹き付ける（工程ｃ１）。完了したら、構造体を液体非溶媒に浸漬し（工程ｃ２）、これによりさらなる転相を誘導することにより、好適なフィラメント形態を有するフィラメントベースの多孔性構造体を作製する。
【００９８】
蒸気誘導性の転相は、非溶媒環境を作り出すこと、及びフィラメント堆積中、フィラメント上に好適な非溶媒蒸気を流すこと（工程ｃ１）によって行う。
【００９９】
浸漬誘導性の転相、及びこれによる特定のフィラメント表面形態を有する微小孔性フィラメント構造体の作製は、転相結合剤（ポリマー）のために未処理構造体を液体非溶媒に浸漬させること（工程ｃ２）によって行う。「未処理」構造体は、熱処理を受けていない構造を表す。好適な液体非溶媒としては、水、アルコール、酸又はそれらの混合物が挙げられる。アルコールの好適な例としては、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソ−プロパノール、ｎ−ブタノール、オクタノールを含むが、これらに限定されない。酸の好適な例としては酢酸を含むが、これに限定されない。また非溶媒／溶媒混合物もこの工程に使用することができる。構造体の形態を最適化するために、本明細書中に規定の（液体）溶媒の非溶媒への添加は、フィラメント構造体の形態を変えることができる。
【０１００】
フィラメントにおいて微小孔度及び表面粗度を作り出すために、転相を起こすことができる上記で規定の懸濁液組成物を用いる。正常な焼結条件を実施することができ、これにより制御可能な微小孔度の程度及び細孔径分布、フィラメント内で多孔度の勾配を作り出す可能性、微小孔性構造体を製造する従来の方法である部分焼結の場合よりも高い強度を有する構造体が生じる。
【０１０１】
溶媒を非溶媒に置き換えた場合、ポリマー（結合剤）の熱分解によって微小孔度が作り出されるため、微小孔度は本質的に相互連結する。焼結中、構築物の収縮が起こり、それにより総多孔度及び細孔径が低下する。
【０１０２】
この転相を最適化し、したがってフィラメント構造体を調整するパラメータは、懸濁液の組成、押出パラメータ、浸漬速度、非溶媒中の滞留時間、非溶媒の種類、溶媒の非溶媒への添加及び温度である。
【０１０３】
工程ｄ）
本発明の方法のさらなる工程において、工程ｃ）の構造体を該構造体をか焼及び焼結することによって熱処理する。
【０１０４】
好ましくは、減圧下でか焼及び焼結の前に、工程ｃ）の構造体を乾燥する。例えば、乾燥は空気乾燥では室温で又は制御雰囲気（温度、湿度）下で行い得る。
【０１０５】
本方法は、本方法の工程ｃ）後に得られた未処理構造体を、５℃／時間〜５０℃／時間の速度で２００℃〜６００℃、例えば４００℃〜６００℃、好ましくは５００℃未満に加熱する加熱工程を含むか焼工程を含むのが好ましい。好ましくは、特に懸濁液においてＴｉ又はＴｉ合金粉末粒子を使用する場合、か焼をアルゴン等の不活性雰囲気、又は低圧、好ましくは１０−３ｍｂａｒ未満の圧力下で行う。この工程中に、ほとんどの有機材料が熱分解される。
【０１０６】
本発明の方法は、か焼工程と焼結工程との間に、温度が９００℃〜１０００℃に達するまで構築物を加熱することを含む予備焼結工程をさらに含む。懸濁液においてＴｉ又はＴｉ合金粉末粒子を使用する場合、予備焼結により、既にＴｉ又はＴｉ合金粉末粒子を同時に焼結し始める構造体が生じ、これにより構造体の操作が可能になる。好ましくはこの工程は、Ｙ２Ｏ３被覆基材上で、不活性雰囲気又は少なくとも１０−４ｍｂａｒの減圧下で行う。
【０１０７】
次に、特に懸濁液においてＴｉ又はＴｉ合金粉末粒子を使用する場合、得られる構造体をＹ２Ｏ３被覆基材又はＹ２Ｏ３粉末床上で焼結し、これにより構造体のさらなる収縮を可能にする。さらに、不活性雰囲気、又は１０−４ｍｂａｒを超える高減圧が用いられる。焼結は、１℃／分〜１０℃／分の加熱速度で、１０００℃〜１５００℃、例えば１２００℃〜１５００℃の温度に加熱し、該構造体を１時間〜５時間の規定の期間、該温度に維持することによって行うのが好ましく、その後例えば２０℃／分の速度に従って、室温まで冷却する。
【０１０８】
寸法要件に応じて、最終機械処理工程、例えば穴あけ、切断を行うことができる。
【０１０９】
Ｂ．３Ｄマクロ多孔性フィラメント構築物の特徴
本発明によれば、形態が好適な相互連結した微小孔を有するフィラメントを含む三次元マクロ多孔性フィラメント構築物が得られる。
【０１１０】
好ましくは本発明は、金属、セラミック材料又は複合材料、好ましくはＴｉ又はＴｉ合金を含む群から選択される所定の材料で構成され、４μｍを超える平均表面粗度（Ｒａ）を有するフィラメントを含む三次元マクロ多孔性フィラメント構築物を提供する。別の好ましい実施形態では、フィラメントは、１％〜５０％、好ましくは５％〜３０％の相互連結した微小孔度を有する。
【０１１１】
より好ましくは本発明は、骨促進タンパク質（ＢＭＰ）、幹細胞、骨芽細胞、薬物、及び／又は金属、セラミック材料又は複合材料、好ましくはＴｉ又はＴｉ合金を含む群から選択される所定の材料で構成されるこれらの混合物に接着する三次元マクロ多孔性フィラメント構築物であって、該構築物が、４μｍを超える平均表面粗度（Ｒａ）を有し、且つ１％〜５０％、好ましくは５％〜３０％の相互連結した微小孔を有するフィラメントを含み、微小孔が、細孔径が１００μｍ以下である、構築物を提供する。
【０１１２】
上記のように、表面粗度及び微小孔度のこれらのパラメータの両方が単一構築物で与えられる構築物は報告されておらず、したがって非従来型及び独自のものである。
【０１１３】
別の好ましい実施形態では、本発明は、少なくとも１ｍ２／ｇ、好ましくは少なくとも１．５ｍ２／ｇの比表面積を有する三次元マクロ多孔性フィラメント構築物を提供する。  
【０１１４】
好ましい実施形態において、上記三次元マクロ多孔度フィラメント構築物は、少なくとも５０％、好ましくは５０％〜９５％、より好ましくは６０％〜８５％の範囲のマクロ多孔度を有する。言い換えれば、細孔径が１００μｍを超える孔から成るマクロ孔を５０％〜９５％、好ましくは６０％〜８５％有する構築物が提供される。
【０１１５】
別の実施形態において、上記三次元マクロ多孔性フィラメント構築物は、細孔径が１００μｍ〜２０００μｍ、例えば２００μｍ〜１０００μｍのマクロ孔を有する。
【０１１６】
さらに別の実施形態において、上記三次元マクロ多孔性フィラメント構築物は、好ましくは懸濁液においてＴｉ又はＴｉ合金粉末粒子で構成される場合、３ＧＰａ未満、好ましくは２ＧＰａ〜３ＧＰａの弾性率（Ｅ率）を有する。
【０１１７】
別の実施形態において、上記三次元マクロ多孔性フィラメント構築物は、好ましくは懸濁液においてＴｉ又はＴｉ合金粉末粒子で構成される場合、３％〜２０％、好ましくは５％〜１５％の延性を有する。延性は一般的に、材料が張力の適用下で容易に変形する能力、又は材料が破断、破壊若しくは破砕（fracturing：割れ）することなく塑性変形に耐える能力と規定される。また延性は、曲げ性及び粉砕性に関するものであると考えることができる。延性材料は、破砕前に大きな変形を示す。延性の喪失は脆性と呼ばれることが多い。延性は、従来技術で既知の圧縮試験法を用いて測定することができる（例えばテキストブック"MetalFoams"（Ashby et al., Ed. By Butterworth-Heinnemann, 2000）を参照されたい）。
【０１１８】
一例において、本発明の方法により、延性Ｔｉ（又はＴｉ合金）高多孔性（少なくとも５０％のマクロ多孔度）スカフォールドであり、且つ破断することなく圧縮下で７％を超えて変形し得る上記多孔性構造体が得られる。
【０１１９】
別の好ましい実施形態において、本発明による三次元マクロ多孔性フィラメント構築物は、好ましくは懸濁液においてＴｉ又はＴｉ合金粉末粒子で構成される場合、限定濃度の汚染物質、例えば０．８ｗｔ％以下の量のＯと、０．５ｗｔ％以下の量のＮと、０．０３ｗｔ％以下の量のＣと、０．１ｗｔ％以下の量のＦｅと、０．１ｗｔ％以下の量のＳｉとを有する。
【０１２０】
本発明はまた、上記フィラメント表面がコラーゲン又はリン酸カルシウム被覆で修飾される構築物にも関する。
【０１２１】
さらに別の実施形態において、本発明は、内域と外鞘とを示すフィラメントを含み、該フィラメントにおける上記微小孔の量が該内域と該外鞘とで異なる構築物を提供する。好ましくは、特にフィラメントの機械的強度の理由で、該微小孔の量が外鞘よりも内域で低くなる、該内域と該外鞘とを示すフィラメントを含む構築物が与えられる。好ましくはフィラメントが外鞘で１％〜５０％、好ましくは５％〜３０％の微小孔と、内域で１％〜１０％、好ましくは１％〜５％の微小孔とを有する構築物が与えられる。
【０１２２】
さらに本発明は、内域と外鞘とを示すフィラメントを含み、該フィラメントにおける上記微小孔の量が、該内域と該外鞘（sheathn）とで異なり、フィラメントが、本明細書中で規定のようにプロファイルされたフィラメントである構築物をさらに提供し得る。好ましくは、特にフィラメントの機械的強度の理由で、該微小孔の量が外鞘よりも内域で低くなる、該内域と該外鞘とを示すプロファイルされたフィラメントを含む構築物が与えられる。好ましくは、プロファイルされたフィラメントが外鞘で１％〜５０％、好ましくは５％〜３０％の微小孔と、内域で１％〜１０％、好ましくは１％〜５％の微小孔とを有する構築物が与えられる。
【０１２３】
Ｃ．用途及び使用
本発明は、整形外科的インプラント材料及び組織工学マトリクスとして適用することができる高多孔性構築物の製造に用いることができる。ストラット内で調整可能な細孔径分布と制御可能な微小孔度とを有する高多孔性構造体により、これらの材料が骨誘導及び骨伝導を最適化するのに好適となる。
【０１２４】
好ましい実施形態において、本発明は、本発明による方法によって得ることができる合成骨材料を提供する。
【０１２５】
別の好ましい実施形態において、本発明は、本明細書中で規定の３Ｄマクロ多孔性フィラメント構築物を含み、且つ骨促進タンパク質（ＢＭＰ）、幹細胞、骨芽細胞、薬物及び／又はこれらの混合物をさらに含む組成物を提供する。好適な薬物の非限定的な例としては、例えばゲンタマイシン、バンコマイシン等の抗生物質が挙げられ得る。
【０１２６】
本発明は、生物医学製品、例えばこれらに限定されないが、合成骨インプラント、合成骨材料、又は骨移植片、組織工学スカフォールド、薬剤送達装置の製造のための本明細書中で規定の構築物又は組成物の使用をさらに提供する。本明細書中で言及される生物医学製品としては例えば、疾患、又は化学的作用を通してはその主要な意図される目的が達成されない、またその主要な意図される目的の達成に関して代謝されることに依存しない他の症状の診断、治療又は予防における使用で意図される、機器、装置、インプラント等が挙げられ得る。
【０１２７】
このため本発明は、本明細書中に規定の構築物又は組成物を含む、合成骨インプラント又は骨移植片、組織工学スカフォールド、薬剤送達装置等の生物医学製品も提供する。例えば、本発明に従って、開始材料及びプロセスパラメータの慎重な制御及び選択によって、延性が高く、且つ整形外科的材料、より好ましくは生物医学用途における使用に特異的な合成骨材料として好適な微小孔度及びマクロ多孔度と形態パラメータとを有する規則的な又は不規則なＴｉ又はＴｉ合金多孔性構造体が得られる。骨インプラント、骨移植片又は組織工学スカフォールドとして用いられる場合、本発明の構築物又は組成物は、これらの細胞において不要な効果を全く誘起することなく、又は患者において不要な局所反応又は全身反応を全く誘導することなく組織再生を最適化するために、分子の及び機械的なシグナル伝達系の促進を含む、適切な細胞活性を支持する基材として働くことができる。
【０１２８】
さらに、本明細書中で規定の３Ｄマクロ多孔性フィラメント構築物又は組成物の使用は（生物）医学用途に限定されない。本発明の構築物の他の適用、例えば非医学的適用も可能である。例えば本明細書中で規定の本発明の３Ｄマクロ多孔性フィラメント構築物は、触媒支持体、フィルタ、軽量構造体、機械的減衰装置、センサ、電極、熱交換器又は電荷担体として使用することができる。
【０１２９】
本発明は、以下の実施例及び図面によってさらに例示される。
【実施例】
【０１３０】
実施例１：本発明による方法
本発明は、相互連結した微小孔性フィラメントと粗面トポグラフィとを有する三次元マクロ多孔性フィラメント構造体を製造する方法に関する。該方法は、図１で図示されるように以下の工程を含む：
医学画像及び予め規定されたソフトウェアパターンに基づき、焼結中のスカフォールドの収縮を考慮して、スカフォールドのニアネットシェイプ設計をボックス１で作製する。最終的に、形状の幾らかの過度の寸法決定（over-dimensioning）又は簡素化を予測することができ、これにより要求される寸法及び耐性を得るために最終機械加工を行うことが可能となる。
それから、例えば溶媒中で、２０重量％〜８５重量％のＴｉ（又はＴｉ合金）粉末と、結合剤、可塑剤及び分散剤の混合物とを混合することによって、ボックス２で粉末ペーストを調製する。結合剤は、転相結合剤とレオロジー変性結合剤との混合物である。ペーストは、シリンジ容器とノズルとから成る分散ユニットに入れる。ユニットは、ＣＮＣ機器に取り付け、ペースト流を調節するために、気圧プランジャーに接続する。適合系を用いて、共押出を行うことができる。
ＣＮＣ機器は、既に規定のパターンと既に規定の形態とに従って動くようにプログラミングする。ＣＮＣ機器は、予め規定のパターンにおいて層ごとに連続してフィラメントを堆積するようにプログラミングする。この適用で予測されるフィラメントの厚さに応じて、正しいダイアフラム開口を有するノズルが、例えば０．１ｍｍ〜２ｍｍで選択される。堆積パラメータ、例えばノズルと構造体の表面との間の距離、フィラメントを固化するための蒸気誘導性の転相に関する非溶媒環境、ノズル運動速度、環境の気圧及び温度及び気流等を調節する。プログラミングされたパターン、及び要求される寸法に従って、層ごとにフィラメントを堆積することによって、ボックス３で３Ｄ構造体を構築する。
堆積中、フィラメントを非溶媒環境に接触させると、フィラメントストラットの微小孔度が作り出され（ボックス４）、その後スカフォールドを乾燥する。
それから、ボックス５における不活性雰囲気又は減圧下でのか焼、及びボックス６における不活性雰囲気又は減圧下での焼結によって、構造体を熱処理にかける。
寸法要件に応じて、最終機械加工工程をボックス７で行うことができる。
【０１３１】
実施例２：本発明の懸濁液におけるＰＳｆ結合剤の量の影響
以下の実施例は、単一フィラメントの表面上で測定される表面粗度；フィラメントにおける微小孔度；比表面積（ＳＳＡ）；及び延性を含む、本発明による構築物の微細構造的特性及び機械的特性に対する本発明による懸濁液で用いられる転相結合剤（ＰＳｆ）の量の影響を示す。実験は、参照測定結果と比較し、転相結合剤を懸濁液に全く添加せずに作製されるサンプルで行う。
【０１３２】
構築物は、Ｔｉ粉末（５５ｗｔ％〜９５ｗｔ％）、エチルセルロース（０．１ｗｔ％〜３ｗｔ％）、Ｎ−メチルピロリドン（５ｗｔ％〜３０ｗｔ％）、フタル酸ジブチル（１．４ｗｔ％）及び０．１ｗｔ％〜１ｗｔ％のワックスを含む懸濁液に基づき、本発明の方法に従って作製した。転相結合剤の量は、０．５ｗｔ％〜２０ｗｔ％（Ｔｉ基準で）で変化した。
【０１３３】
図１０は、本発明による構築物におけるフィラメントの表面粗度（Ｒａ）に対するポリスルホン転相結合剤の量（ＰＳｆ（ｗｔ％））の影響を示す。表面粗度は、干渉分光法に基づく非接触型の光形状測定によって測定することができる（VEECO, Wyko NT3300 - A.G. Olszak, J. Schmit, M. G. Heaton,"Interferometry: Technology and Applications," Veeco Instruments,Inc., 2650 E. Elvira Road, Tucson, AZ 85706, 2001）。
【０１３４】
図１０は、漸増量のＰＳｆがこの方法によって堆積される懸濁液中に存在する場合の単一フィラメントの表面上で測定される粗度における傾向を表す。値は、全く転相結合剤が存在しないペーストから堆積されたフィラメントの粗度と比較する。本実験は、本発明によるフィラメントにおける微小孔度の誘導により、たとえ少量のＰＳｆ結合剤を懸濁液に添加した後であっても、フィラメントの粗面処理された表面が生じることを示した。
【０１３５】
フィラメント内の多孔度（微小孔度）は、ＳＥＭ画像で画像解析を用いて測定される。濃淡値の差異に基づき、ソフトウェア（ＫＳ  ４００、C. Zeiss）は多孔度を表すピクセルと、材料を表すピクセルとの比を計測することが可能である。図１１は、本発明による構築物におけるフィラメントの微小孔度（％）に対するポリスルホン転相結合剤の量（ＰＳｆ（ｗｔ％））の影響を示す。堆積される懸濁液における転相結合剤の量の増大により、フィラメント内の微小孔度の増大が起こる（図１１を参照されたい）。同様の傾向が、０．００％（Ａ）から２．７８％（Ｂ）、２．９６％（Ｃ）、４．７２％（Ｄ）、８．７％（Ｅ）及び１１．３９％（Ｆ）とポリスルホン結合剤％（Ｔｉ上のポリスルホンＰＳｆ（ｗｔ％））を変えて得られたフィラメントの断面図のＳＥＭ画像を示す図４で観察される。
【０１３６】
比表面積は、気体吸着によって測定される（Quantochrome、Ｎ２吸着）。図１２は、本発明による構築物の比表面積（ＳＳＡ（ｍ２／ｇ））に対するポリスルホン転相結合剤の量（ＰＳｆ（ｗｔ％））の影響を示す。図１２は、構築物を形成するのに用いられる懸濁液における漸増量の転相結合剤を有する、焼結構造体の比表面積の発展を表す。フィラメント内での微小孔度の誘導により、フィラメント及び構築物自体の表面積の増大が起こることが示される。
【０１３７】
延性は、圧縮の際に破断することのない、構造体の塑性変形の程度である。図１３は、本発明による構築物におけるフィラメントの延性（％）に対するポリスルホンの量（ＰＳｆ（％））の影響を示す。図１３は、懸濁液における漸増量の転相結合剤（ＰＳｆ）を有する、本発明によって形成された構築物の延性の発展を表す。本発明によるマクロ多孔性構造体の延性は、本発明による懸濁液で適用された転相結合剤の種類及び量に応じて制御することができる。
【０１３８】
実施例３：本発明の懸濁液における酢酸セルロース結合剤の効果
本発明の実施例３は、代替的な転相結合剤の使用を含む。本実施例で押出される懸濁液の組成は、転相結合剤としての酢酸セルロース（ＣＡ）に基づく。ＣＡに対する溶媒としては、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）が選択された。懸濁液は、Ｔｉ粉末（８０ｗｔ％）、酢酸セルロース（４．８ｗｔ％）、ＤＭＦ（１３ｗｔ％）、エチルセルロース（０．１５ｗｔ％）及びワックス（１．５ｗｔ％）を含む。
【０１３９】
懸濁液を分散ユニットに入れ、本発明の実施例１に記載されたように完全手順に従った。さらに、水を非溶媒として選択した。
【０１４０】
焼結後、フィラメント内で得られる微小孔度に、断面図のＳＥＭ画像で言及する（図５）。断面図のＳＥＭ画像に対する画像解析により、フィラメント内で多孔度が７．９（±０．２）％であることが明らかになった。
【０１４１】
表１は、本発明による構築物を調製する方法における転相法の適用の影響を示す。
【０１４２】
【表１】
2010537679.tif 000003
【０１４３】
１  は、転相結合剤なしで製造されるサンプルに言及した；「＋」＝増大、「−」＝低減；「ｎｉ」＝影響なし
２  は、走査電子顕微鏡法−画像解析
３  は、マイクロコンピュータ化断層撮影
【０１４４】
上記の特徴を測定する方法及び技法は、材料技術の現行分野で既知であり、そのため本明細書中では詳細に説明していない。
【０１４５】
実施例４：制御された微小孔性フィラメント外鞘による共押出
実施例４は、特別に設計されたノズルを通る２つの組成的に異なるＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ（Ｔｉ合金）ベースのペーストの押出に関する（図６Ａで図示されるように）。図６Ａで図示されるように、ノズルは、それぞれが異なるシリンジによって供給される２つの同心のアパーチャから成り、これにより２つのペーストの共押出が可能になる。この構成により、内側部（直径はＤ１である）と外層（厚さはＤ２である）から成るフィラメントが得られる。両方のペーストの組成が異なるので、フィラメントの外層と比較してフィラメントの内側部で異なる微細構造を得ることができる。ノズル開口を変えることで、Ｄ１及び／又はＤ２の変更が可能となる。
【０１４６】
実施例４において、フィラメントの内側部は、転相結合剤を含まないペーストに由来する一方で、フィラメントの外層は、転相結合剤を含有するペーストに由来する。結果として、フィラメントの外層のみで転相が起こり、これにより局所的に高度の微小孔度が生じる。フィラメントの内側部は転相を起こすことができず、非常に低度の微小孔度が生じる。
【０１４７】
フィラメントの内側部でのペーストは、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ粉末（８７ｗｔ％）、メチルセルロース（０．４ｗｔ％）、フタル酸ジブチル（１．４ｗｔ％）、ワックス（０．５ｗｔ％）及び水（１０．５ｗｔ％）を含有する。フィラメントの外層でのペーストは、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ粉末（８２ｗｔ％）、メチルセルロース（１ｗｔ％）、ポリスルホン（２ｗｔ％）及びＮ−メチルピロリドン（１５ｗｔ％）を含有する。ノズルの内側部でのペーストの押出に用いられる圧力は６ｂａｒであり（図６でＰ１）、ノズルの外側部でのペーストの押出では３ｂａｒであった（図６でＰ２）。
【０１４８】
堆積中、フィラメントの外層で転相プロセスを開始するため、高湿度の雰囲気を構造体上に吹き付けた。完全な構造体を堆積した後、サンプルを液体水に浸し、フィラメントの外層で転相プロセスを完了させた。
【０１４９】
乾燥後、サンプルをか焼及び焼結した。
【０１５０】
光学顕微鏡を用いてサンプルの微細構造を研究した。図７Ａは、フィラメントの縦断面と横断面との両方を示し、これにより実質的にフィラメントの外層でのみ存在する高度の微小孔度（黒色点）を明らかにする。フィラメントの内側部は、ペーストに閉じ込められた残気に実質的に由来する低度の多孔度を特徴とする。本実施例では、フィラメントの外層での多孔度は１４．４％であるが（図７Ｂ−Ｄ２域）、フィラメントの内側部での多孔度はわずか１．８％である（図７Ｂ−Ｄ１域）。
【０１５１】
結論として、本発明は、新規の且つ革新的な方法によって製造されたマクロ多孔性構築物を提供する。本発明の構築物は、インプラントとしての使用に特に適しており、最大の骨細胞分化を与える。マクロ多孔性構築物は、完全に相互連結したフィラメント間及びフィラメント内の多孔度、制御されたフィラメント形態、迅速な骨内部成長に好適な微小孔度、均一に分布した微小孔、及び高い延性を特徴とする。その上、本発明の構築物は欠陥がなく、最適化されたフィラメント表面を有する。本発明の方法は、フィラメントへの直接的な懸濁液の押出を特徴とし、室温で完全に実施することができる。本発明は、骨接合金属及びセラミック材料に適用することができ、二重同軸微小孔性（例えばフィラメントの内核と外鞘とで異なる微小孔度）を得ることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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