(57)【要約】【課題】  多孔体の特性である内部への細胞の侵入容易性と、緻密体のような優れた強度特性とを兼ね備えており、特に、自家骨の形成促進を図るために好適に用いることができる生体用部材を提供する。【解決手段】  気孔率が６５％以上８５％以下であり、かつ、平均気孔径が５０μｍ以上８００μｍ以下であり、隣接する気孔間に連通孔が形成されているハイドロキシアパタイト焼結体の多孔体の気孔内に、リン酸カルシウム系セラミックス緻密体を充填させ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】
複数の気孔を有するハイドロキシアパタイト焼結体の多孔体の気孔内に、リン酸三カルシウム緻密体が充填されていることを特徴とする生体用部材。
【請求項２】
前記リン酸三カルシウムが、β‐リン酸三カルシウム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】
前記ハイドロキシアパタイト焼結体の多孔体が、気孔率が６５％以上８５％以下であり、かつ、平均気孔径が５０μｍ以上８００μｍ以下であり、隣接する気孔間に連通孔が形成されてい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】
初期圧縮強度が５０ＭＰａ以上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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体内において、骨を結合するために補助的に用いられる部材であって、特に、傷病等で骨が欠損した場合に、その部位に補填して、自家骨の再生促進のために好適に用いられる生体用部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
傷病による骨の欠損に対する治療のために、従来から、金属、セラミックス等を用いた人工的な骨、関節等の研究が行われている。
前記人工骨等の材料のうち、セラミックスではアルミナ、ジルコニア等、金属ではチタン等が、比較的高強度であり、生体為害性がほとんどないことから、実用化されている。
【０００３】
しかしながら、アルミナ、ジルコニア、チタン等からなる人工骨は、生体為害性がほとんどないと言っても、あくまでも、可能な限り生体に害を及ぼすことの少ない部材によって、骨を置き換えたものにすぎず、長い年月を経ても、生体に馴染まない無機質な組織、すなわち、死組織であることには変わりはない。このような死組織は、成長期や老齢期等の患者の加齢に伴って変化することはない。
したがって、上記のような材料からなる人工骨、人工関節等は、成長期の患者に適用した場合であっても、当然、成長せず、また、老齢期の患者に適用しても、他の骨に合わせて変形するようなことはないため、患者が苦痛を感じる場合がある。
さらに、生体為害性がないと言っても、長年の使用により、イオンの放出等が生じることが予想され、不安要素は払拭しきれなかった。
【０００４】
その後、さらなる研究開発の進展により、人工骨に適した材料として、本来の骨の組成に近い材質であるリン酸カルシウム系セラミックスが実用化されるようになった。
このリン酸カルシウム系セラミックスは、生体為害性がなく、また、生体親和性に優れ、徐々に自己組織と結合したり、破骨細胞により侵食された後、該侵食部に自家骨が形成される等の性質があることが認められている。すなわち、一旦手術において骨欠損部に埋入するのみで、その後、完全に自家骨に置換させることも可能であるという優れた特徴を有している。
【０００５】
さらに、リン酸カルシウム系セラミックスのうち、上記のような優れた特性をより発揮するために、例えば、特許文献１には、形態に着目して、多孔質のセラミックス基材の気孔内部に、粒子結合した多孔質セラミックス多孔体を充填させた態様のものが開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１２１０８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１等に記載されているような多孔質セラミックス多孔体は、生体に埋入した後は、細胞等が侵入しやすいという利点はあるものの、多孔質であるため、脆く、強度に劣るという課題を有していた。
【０００７】
したがって、リン酸カルシウム系セラミックスを用いて、十分な強度を得るためには、緻密体とする必要がある。
しかしながら、その一方で、緻密体は、気孔がないため、内部に細胞等が侵入しにくく、生体に馴染むまでに非常に長い時間を要し、場合によっては、そのままの状態で体内に残留してしまうという難点を有しており、上述したようなリン酸カルシウム系セラミックスとしての本来の特徴を十分に活かすことは困難であった。
【０００８】
したがって、リン酸カルシウム系セラミックスからなる人工骨においては、該リン酸カルシウム系セラミックスを自家骨に置換させるためには、ある程度の強度を有していることが必要であり、かつ、内部への細胞の侵入が容易な構成を有していることが求められていた。
【０００９】
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、多孔体の特性である内部への細胞の侵入容易性と、緻密体のような優れた強度特性とを兼ね備えており、特に、自家骨の形成促進を図るために好適に用い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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る生体用部材は、複数の気孔を有するハイドロキシアパタイト焼結体の多孔体の気孔内に、リン酸三カルシウム緻密体が充填されていることを特徴とする。
このように多孔体と緻密体とを組み合わせることにより、多孔体のみからなる生体用部材に比べて、多孔体の初期強度を大幅に向上させることができ、また、該生体用部材を生体内に埋入した際、リン酸三カルシウムが溶出するのと同時に、多孔体内部に細胞が侵入するため、生体内への埋入時の強度を保持しつつ、自家骨の形成の促進を図ることができる。
【００１１】
前記リン酸三カルシウムは、β‐リン酸三カルシウムであることが好ましい。
リン酸三カルシウムのうち、β‐リン酸三カルシウム（β‐ＴＣＰ）は、生体内における溶出速度の観点から特に好ましく、自家骨の形成促進効果に優れている。
【００１２】
また、前記ハイドロキシアパタイト焼結体の多孔体は、気孔率が６５％以上８５％以下であり、かつ、平均気孔径が５０μｍ以上８００μｍ以下であり、隣接する気孔間に連通孔が形成されていることが好ましい。
本発明に係る生体用部材においては、上記のような気孔率および平均気孔径を有する多孔体が、該多孔体中の表面積、血液や体液等の浸透性、細胞の侵入および付着容易性等の観点から、好適に用いられる。
【００１３】
さらにまた、前記生体用部材は、初期圧縮強度が５０ＭＰａ以上であることが好ましい。
上記範囲の初期強度であれば、生体内に挿入する際に、破損することなく、容易に取り扱うことができるため好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
上述したとおり、本発明に係る生体用部材は、多孔体の特性である内部への細胞の侵入容易性と、緻密体のような優れた強度特性とを兼ね備えたものであるため、骨を結合するための補助的な部材として好適に用いることができる。
特に、本発明に係る生体用部材は、傷病等で骨が欠損した場合に、その部位に直接補填することができる程度の十分な強度を有しているため、破損しにくく、取扱い容易となり、しかも、該部材内における自家骨の再生促進も図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明について、より詳細に説明する。
本発明に係る生体用部材は、複数の気孔を有するハイドロキシアパタイト焼結体の多孔体の気孔内に、リン酸三カルシウム緻密体が充填されていることを特徴とするものである。
このように、ハイドロキシアパタイトに比べて体内への溶出が早いリン酸三カルシウムをハイドロキシアパタイトの焼結体からなる多孔体の気孔内に充填して緻密体とすることにより、多孔体を補強することができ、多孔体のみからなる生体用部材に比べて、多孔体の初期強度を大幅に向上させることができる。
また、該生体用部材を生体内に埋入した際、リン酸三カルシウムが溶出するのと同時に、多孔体内部へ細胞が侵入していくため、生体内への埋入時の強度を保持しつつ、自家骨の形成を促進することができる。
【００１６】
本発明に係る生体用部材の多孔体を構成するハイドロキシアパタイトは、骨の主組成成分であり、人体への適用も既に認められており、骨との同化性、癒着性、早期回復等の観点および比較的高強度であることから、好適な材料である。また、細胞の足場としても好適である。
【００１７】
前記ハイドロキシアパタイト焼結体により構成される多孔体は、多孔体中の表面積、血液や体液等の浸透性、細胞の侵入および付着容易性等の観点から、気孔率６５％以上８５％以下、かつ、平均気孔径５０μｍ以上８００μｍ以下であることが好ましい。
前記平均気孔径が５０μｍ未満である場合は、該生体用部材の内部に、骨細胞または骨細胞となり得る細胞が侵入しにくくなり、気孔内部での自家骨の形成促進を十分に図ることができない。
一方、前記平均気孔径が８００μｍを超える場合は、空間が大きすぎるため、気孔内に侵入した細胞が係留されにくく、十分に定着することが困難となり、この場合も、気孔内部での自家骨の形成促進効果は不十分となる。
【００１８】
また、前記多孔体の隣接する気孔間には、連通孔が形成されていることが好ましい。
気孔が連通孔として形成されていることにより、該生体用部材の内部への細胞の侵入が促進され、また、気孔内に充填されたリン酸三カルシウム緻密体の溶出も促進されるため、該部材全体の自家骨への置換の促進を図ることができる。
【００１９】
上記のような気孔を有する多孔体は、ハイドロキシアパタイトを含むスラリーを撹拌起泡させることにより容易に作製することができる。
なお、上記のようにして製造されたハイドロキシアパタイト焼結体からなる多孔体は、ＮＥＯＢＯＮＥ（登録商標）という製品名で市販されている。
撹拌起泡により気孔が形成された多孔体は、気孔を区画する骨格自体は緻密であり、気孔がほぼ球状となり、高強度を得ることができ、また、毛管現象により、細胞や血液等が浸透しやすい性状が得られる。さらに、単位体積当たりの表面積が大きく、侵入した細胞の足場としても好適な性状となりやすい等の優れた特性を有している。
【００２０】
なお、前記多孔体には、骨の形成の促進を図るために、骨を形成する細胞や活性化物質を導入しておいてもよい。例えば、軟骨細胞、骨芽細胞、繊維芽細胞、内皮細胞、上皮細胞、筋芽細胞、脂肪細胞、肝細胞、神経細胞、または、これらの前駆細胞、間葉系幹細胞または胚性幹細胞（ＥＳ細胞）等のうちの少なくとも１種を導入することができる。
【００２１】
また、本発明に係る生体用部材において、前記多孔体の気孔内に充填されるリン酸三カルシウムは、ハイドロキシアパタイトと同様に、リン酸カルシウム系材料であるが、ハイドロキシアパタイトに比べて体内への溶出が早い。
このため、リン酸三カルシウム緻密体は、該生体用部材を骨の欠損部等に埋入する際には、前記多孔体を補強する役割を果たし、初期強度が必要とされる部位への適用が可能となる。
そして、該生体用部材を生体内に埋入した後は、リン酸三カルシウムが溶出し、その抜けた跡の気孔内に細胞等が侵入することにより、初期強度に近い強度を保持しつつ、自家骨の形成を促進することができる。
【００２２】
前記初期強度は、生体内に挿入する際に、破損することなく、容易に取り扱うことができるためには、圧縮強度において５０ＭＰａ以上であることが好ましい。
【００２３】
また、多孔体の気孔内に充填させるリン酸三カルシウムは、生体への溶出速度を考慮して、特に、β‐ＴＣＰ（β‐リン酸三カルシウム）であることが好ましい。
β‐ＴＣＰを気孔内に充填して緻密体とすることにより、生体内において、より早い溶出および細胞の侵入が行われ、自家骨の形成がより促進される。
【００２４】
上記のような本発明に係る生体用部材は、例えば、以下に示す方法により製造することができる。
まず、上述したように撹拌起泡により作製した所定形状のハイドロキシアパタイト焼結体からなる多孔体を用意し、平均粒径数μｍ〜数十μｍ程度のβ‐ＴＣＰのスラリー中に、該多孔体を浸漬させて、減圧法または遠心分離法等の方法により、前記多孔体の気孔内全体にわたって前記スラリーを充填させる。
この多孔体を乾燥した後、焼結温度は、α‐ＴＣＰへの転位を考慮し、１１００℃程度で焼結させることにより、気孔内にβ‐ＴＣＰの緻密体が形成される。
そして、この焼結体を所定形状に仕上加工することにより、所望の生体用部材が得られる。
上記のような方法により得られる生体用部材は、初期圧縮強度が５０ＭＰａ以上と高い初期強度を有している。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
気孔率７５％、平均気孔径１５０μｍのハイドロキシアパタイト焼結体からなる多孔体を、平均粒径約１μｍのβ‐ＴＣＰスラリー中に浸漬させて、減圧法により、多孔体の気孔内に前記スラリーを充填させた。
この多孔体を乾燥した後、約１１００℃で焼結させて、生体用部材とした。
得られた生体用部材について、圧縮強度を測定したところ、１２３．５ＭＰａであった。