(57)【要約】【課題】  骨形成促進機能を持ち、手術における広い適応性・時間短縮が可能となる生体吸収性骨充填材及びその製造方法を提供する。【解決手段】  ケイ素溶出型炭酸カルシウムを含有する生分解性高分子繊維からなり、生分解性高分子繊維の表面上に微細な水酸アパタイトを略均一に点在するように析出させたケイ素及びカルシウム徐放性綿状物であり、ケイ素溶出型炭酸カルシウムと生分解性高分子との複合体を作製する工程と、複合体と溶媒を混合した紡糸溶液をエレクトロスピニング法により綿状物に形成する工程と、綿状物をカルシウム水溶液とリン酸水溶液とに交互に浸漬して繊維表面上に微細な水酸アパタイトを略均一に点在するように析出させる工程を経て製造される。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケイ素溶出型炭酸カルシウムを含有する生分解性高分子繊維からなり、生分解性高分子繊維の表面上に水酸アパタイトを略均一に点在するように析出させたことを特徴とするケイ素及びカルシウム徐放性綿状物。
【請求項２】
生分解性高分子は、ポリ乳酸及びポリ乳酸とポリグリコール酸との共重合体からなる群から選ばれた高分子である請求項１に記載のケイ素及びカルシウム徐放性綿状物。
【請求項３】
ケイ素溶出型炭酸カルシウムがバテライト相である請求項１又は２に記載のケイ素及びカルシウム徐放性綿状物。
【請求項４】
ケイ素溶出型炭酸カルシウムと生分解性高分子を加熱混練して複合体を作製する工程と、
複合体と溶媒を混合した紡糸溶液をエレクトロスピニング法により綿状物に形成する工程と、
綿状物をカルシウム水溶液とリン酸水溶液とに交互に浸漬して繊維表面上に水酸アパタイトを略均一に点在するように析出させる工程とを包含することを特徴とするケイ素及びカルシウム徐放性綿状物の製造方法。
【請求項５】
生分解性高分子は、ポリ乳酸及びポリ乳酸とポリグリコール酸との共重合体からなる群から選ばれた高分子である請求項４に記載のケイ素及びカルシウム徐放性綿状物の製造方法。
【請求項６】
ケイ素溶出型炭酸カルシウムがバテライト相である請求項４又は５に記載のケイ素及びカルシウム徐放性綿状物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、骨折など外傷や腫瘍の摘出、脊椎手術、人工関節などにより生じる骨欠損に対する治療のために必要とされている骨充填材、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超高齢化社会における健康維持において、運動能力の維持確保は極めて重要であり、骨欠損には一刻も早い治癒が望まれている。現在使われている人工骨は、ブロックや顆粒、ペーストのような形状のものが大半である。既に市販されているリン酸カルシウムなどのセラミックスの場合、人間の様々な骨の形状に対応して加工するのは容易でない。また、顆粒、ペースト状の材料を充填する場合、欠損部の状態によっては漏出の危険性も伴う。骨欠損に対するより良い治療のためには、骨再生を促進させる機能を持ち、かつ徐々に骨と置換し吸収される素材を綿状にしたものが好適である。弾力性のある綿球状であれば、大きな欠損部でも極めて短時間で簡単に確実に充填できてフィッティング性もよく脱落も起こらない、また、骨が進入するのに十分なスペースも確保されると考えられる。
【０００３】
生分解性高分子の綿状構造物及びその製造方法がいくつか提案されている。例えば、溶融したポリ乳酸を遠心力を利用して微細な隙間から押し出し、空気で冷却することで得られる綿状加工物（特開平７−２６８７５１号）、綿状の形態である生体吸収性有機材料およびリン酸カルシウム化合物の組み合わせからなることを特徴とする複合型骨充填材（特開２０００−２６２６０８）、エレクトロスピニング法を用いて製造される高分子ファイバーの海綿状立体構造体（特開２００８−２６１０６４）などがある。また、生分解性高分子繊維に薬剤を含有させ、生体内にて放出することで治療することができる綿状構造物も提案されている（特表２００３−５０６４０１、特開２００９−２６１４４８）。しかし、現状では優れた骨形成性かつ生体吸収性を有した素材で、綿状のような三次元立体構造で、骨組織の進入するスペースを確保できる材料は報告されていなかった。
【０００４】
現在、骨成形能を向上させるために生体吸収性材料にDNAや骨形成性タンパクを含有させる試みが多数報告されているが、非常に高価なうえに取り扱いが容易でなく、長期間効果を維持させることが難しい。一方、極微量のケイ素イオンは骨芽細胞に遺伝子的に刺激を与えて骨形成を促進することが報告されている（非特許文献１）。このような無機因子を利用できれば、安価で長期間の効果が期待できる。また、炭酸カルシウム（バテライト）とポリ乳酸（PLA）の複合体を擬似体液（SBF）に浸漬させると、短時間で骨似アパタイトがその表面に生成すること（非特許文献２）やケイ素溶出型炭酸カルシウムとPLAからなる不織布は動物実験において骨形成能を有すること（非特許文献３）が示されている。これらのことから、ケイ素、バテライト、PLAを組み合わせた素材を綿状にすることが、優れた骨形成機能かつ生体吸収性を有し、臨床側の要求に応えられる理想的な骨充填材を提供するための重要な手段となると考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２６８７５１号公報
【特許文献２】特開２０００−２６２６０８公報
【特許文献３】特開２００８−２６１０６４公報
【特許文献４】特表２００３−５０６４０１公報
【特許文献５】特開２００９−２６１４４８公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】I.D.Xynoset al, Biochem. Biophys. Res. Comm., 276, 461 (2000)
【非特許文献２】H.Maeda  et al , J.Ceram.Soc.Japan, 112, S804 (2004)
【非特許文献３】A.Obataet al, Acta Biomaterialia, 6, 1248 (2010)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
よって本発明の目的は、骨形成促進機能を持ち、手術における広い適応性・時間短縮が可能となる生体吸収性骨充填材及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明はケイ素溶出型炭酸カルシウムを含有する生分解性高分子繊維からなり、生分解性高分子繊維の表面上に水酸アパタイトを略均一に点在するように析出させたケイ素及びカルシウム徐放性綿状物を提供する。ケイ素溶出型炭酸カルシウム含有生分解性高分子繊維の表面は水酸アパタイトがほぼ均一に点在しており、水酸アパタイトで全面的に被覆されていない。そのため、骨形成に必要なケイ酸イオン（ＨＳｉＯ３−）等のケイ素を含むイオン（以下「ケイ素種イオン」と称す。）及びカルシウムイオンの供給を効果的に行い、かつ水酸アパタイトによる細胞の初期接着性も確保することができる。このような綿状物は、ケイ素溶出型炭酸カルシウムと生分解性高分子との複合体を作製する工程と、複合体と溶媒を混合した紡糸溶液をエレクトロスピニング法により綿状物に形成する工程と、綿状物をカルシウム水溶液とリン酸水溶液とに交互に浸漬して繊維表面上に水酸アパタイトをほぼ均一に点在するように析出させる工程とを含む製造方法により製造できる。綿状物をカルシウム水溶液とリン酸水溶液に交互に浸漬する交浸法を利用することで、水酸アパタイトを繊維表面上にほぼ均一に点在するように析出させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る綿状物はケイ素種イオンとカルシウムイオンの徐放作用により高い骨形成効果を安定的に持続することができ、また、弾力性のある綿状であることにより様々な形状の骨欠損部に容易に充填でき、しかも脱落しにくい生体吸収性骨充填材として利用できることが期待される。本発明に係る綿状物の製造方法によれば、上記のように優れた骨形成促進機能を有し、使い勝手の良好な骨充填材を容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態によれば、ケイ素溶出型炭酸カルシウムは、例えば特開2008-100878公報に記載された方法で調製できるSi含有量が2wt%のバテライト（以下「2SiV」と称す。）を用いる。生分解性高分子は、好ましくはポリ乳酸又はポリ乳酸とポリグリコール酸との共重合体であり、好ましくは分子量が１５〜３０万である。2SiVとポリ乳酸とは、例えば加熱ニーダーで加熱混練されることにより、複合体が作製される。2SiVの含有量は綿状にしたときの弾力性を考慮すると30〜40wt%が好ましい。この複合体をクロロホルム（CHCl3）のような溶媒とさらに混合し、得られた紡糸溶液をエレクトロスピニング法により綿状物に形成する。すなわち、紡糸溶液にプラス高電圧を印加すると、電界中、溶媒を揮発させながら繊維となって容器中のアースされたエタノールに向かい、エタノール中で綿状化する。この際、紡糸条件（紡糸溶液の濃度や溶媒の種類や供給速度、紡糸時間、印加電圧、ノズルとエタノールの距離など）変えることによって所望の綿状物にすることが可能である。エタノール中の綿状物を採集、乾燥、エタノールでの親水化後、塩化カルシウム（CaCl2）水溶液のようなカルシウム水溶液とリン酸水素二ナトリウム（Na2HPO4）のようなリン酸水溶液を用いた交浸法で水酸アパタイトを繊維表面上に均一に点在するように析出させる。
【実施例】
【００１１】
以下、本発明に係る綿状物の製造方法の実施例について説明する。以下の実施例についての説明は本発明をより深く理解するためのものであって、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００１２】
実施例では以下に示す原料、薬品を使用した。
・2SiV：
消石灰（純度96%以上  矢橋工業株式会社）、メタノール（特級試薬  純度99.8%以上  キシダ化学株式会社）、γ‐アミノプロピルトリエトキシシラン（TSL8331  純度98%以上  モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社）、炭酸ガス（高純度液化炭酸ガス  純度99.9%  大洋化学工業株式会社）を用いて調製されたSi含量：2wt%のバテライト
・ポリ乳酸（PLA）：Poly(L-lactide) 分子量20-30万  PURAC biochem
・クロロホルム（CHCl3）：特級試薬  純度99.0%以上  キシダ化学株式会社
・エタノール：特級試薬  純度99.5%以上  キシダ化学株式会社
・塩化カルシウム（無水）（CaCl2）：特級試薬  純度95.0%以上  キシダ化学株式会社
・リン酸水素二ナトリウム（無水）（Na2HPO4）：特級試薬  純度99.0%以上  キシダ化学株式会社
・トリス緩衝液：0.05mol/L  トリス−塩酸緩衝液（pH7.6）  和光純薬工業株式会社
【００１３】
形態は走査型電子顕微鏡（SEM）TSM-6301F（日本電子）により観察した。析出物の同定にはフーリエ変換赤外分光光度計（FTIR）FT/IR-4100（日本分光）で得られた赤外（IR）吸収スペクトルを用いた。炭酸カルシウムのSi含有量は蛍光Ｘ線分析装置（FX）ZSX PrimusＩＩ（理学電機工業）により、トリス緩衝液中のSiとCa濃度は高周波プラズマ発光分析装置（ICP）ICPS-7510（島津製作所）により測定した。なおエレクトロスピニング装置は、高電圧電源：High
Voltage Power Supplier  HARb-40P0.75（Matsusada Precision Inc.）とシリンジポンプ：インフュージョンポンプ  FP-W-100型（メルクエスト（有））を用いて自作した。
【００１４】
（実施例１）
PLA:42gと2SiV:18gを加熱ニーダーで200℃、45分間混練して2SiVを30wt%含有する複合体を調製した。複合体:1gに対してCHCl3:9.3gを混合した紡糸溶液を準備した。この紡糸溶液を用いて、エレクトロスピニング法により綿状物を作製した。
[作製条件]
紡糸溶液供給速度：0.2ml/min、印加電圧：17kV、ノズルとコレクター（容器に入れられたエタノール）の距離：約20cm、ノズル：注射針18G 
作製した綿状物を交浸法である以下の手順で繊維表面に微細な水酸アパタイトを均一に点在するように析出させた。
綿状物：0.05gをエタノール：10mlに浸漬して親水化、超純水で洗浄、室温のCaCl2水溶液（濃度：0.2mol/L）：50mlに約10秒間浸漬、超純水で洗浄、37℃のNa2HPO4水溶液（濃度：0.12mol/L）：50mlに1時間浸漬、超純水で洗浄、50℃で乾燥した。
【００１５】
図１に得られた試料１の外観を示す。試料１が、綿状物であることが確認できる。図２に繊維表面のSEM写真を示す。繊維表面には微細な析出物が均一に点在しているのが観察される。図３に試料１のIR吸収スペクトルを示す。リン酸PO4グループを示す吸収ピーク（565, 601cm-1）が認められ、析出物が水酸アパタイトであることを示唆するものである。試料１：0.25gをトリス緩衝液：50mlに浸漬して37℃に保持された恒温器に静置した。所定時間浸漬させた後、固液分離して液中のSiとCa濃度をICPにて測定した。図４にトリス緩衝液へのSiとCaの溶出特性をそれぞれ示す。SiとCaの両方が徐々に溶出していく傾向が認められる。
【００１６】
（比較例１）
実施例１と同等の作製条件にて綿状物を作製後、交浸法を実施しなかった試料２の繊維表面のSEM写真を図５に示す。多孔質状のポリ乳酸面には析出物は観察されず、図３にもリン酸PO4グループを示す吸収ピークは認められない。  試料２：0.25gをトリス緩衝液：50mlに浸漬して37℃に保持された恒温器に静置した。所定時間浸漬させた後、固液分離して液中のSiとCa濃度をICPにて測定した。図６にトリス緩衝液へのSiとCaの溶出特性をそれぞれ示す。Siのみが徐々に溶出していく傾向が認められる。
【００１７】
（比較例２）
実施例１と同等の作製条件にて綿状物を作製し、これを37℃の1.5倍濃度のSBFに24時間浸漬した。図７に得られた試料３の繊維表面を示す。表面が析出物で全面的に被覆されているのが観察される。図３に試料３のIR吸収スペクトルを示す。リン酸PO4グループを示す吸収ピーク（565, 601cm-1）が認められ、析出物が水酸アパタイトであることを示唆するものである。試料３：0.25gをトリス緩衝液：50mlに浸漬して37℃に保持された恒温器に静置した。所定時間浸漬させた後、固液分離して液中のSiとCa濃度をICPにて測定した。図８にトリス緩衝液へのSiとCaの溶出特性をそれぞれ示す。Caのみが徐々に溶出していく傾向が認められる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、実施例１で作製した試料１の外観写真である。
【図２】図２は、実施例１で作製した試料１の繊維表面のSEM写真である。
【図３】図３は、試料１，２，３のIR吸収スペクトルである。
【図４】図４は、実施例１で作製した試料１のトリス緩衝液へのSiとCaの溶出特性である。
【図５】図５は、比較例１で作製した試料２の繊維表面のSEM写真である。
【図６】図６は、比較例１で作製した試料２のトリス緩衝液へのSiとCaの溶出特性である。
【図７】図７は、比較例２で作製した試料３の繊維表面のSEM写真である。
【図８】図８は、比較例２で作製した試料３のトリス緩衝液へのSiとCaの溶出特性である。
【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６】
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【図７】
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【図８】
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