(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリ−Ｄ，Ｌ−乳酸、Ｌ−乳酸とＤ，Ｌ−乳酸のブロック共重合体、乳酸とグリコール酸の共重合体、乳酸とｐ−ジオキサノンの共重合体、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、これらの混合体、のいずれかの生体内分解吸収性ポリマーの多孔質マトリックス中に、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、天然珊瑚のいずれかの生体活性な全吸収性のバイオセラミックス粉粒が均一に分散し、内部に連続気孔を有し、表面と気孔内面にバイオセラミックス粉粒の一部が露出している有機−無機複合多孔体。
【請求項２】
揮発性溶媒にポリ−Ｄ，Ｌ−乳酸、Ｌ−乳酸とＤ，Ｌ−乳酸のブロック共重合体、乳酸とグリコール酸の共重合体、乳酸とｐ−ジオキサノンの共重合体、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、これらの混合体、のいずれかの生体内分解吸収性ポリマーを溶解し、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、天然珊瑚のいずれかの生体活性な全吸収性のバイオセラミックス粉粒を分散させて調製した懸濁液から不織布状の繊維集合体をつくり、これを加熱下に加圧成形して多孔質の繊維集合成形体となし、揮発性溶媒に繊維集合成形体を浸漬したのち該溶媒を除去して得られる多孔体であって、前記生体内分解吸収性ポリマーの多孔質マトリックス中に前記バイオセラミックス粉粒が均一に分散し、内部に連続気孔を有し、表面と気孔内面に前記バイオセラミックス粉粒の一部が露出している有機−無機複合多孔体。
【請求項３】
気孔率が５０〜９０％であり、連続気孔が気孔全体の５０〜９０％を占めている請求項１又は請求項２に記載の有機−無機複合多孔体。
【請求項４】
連続気孔の孔径が１００〜４００μｍである請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の有機−無機複合多孔体。
【請求項５】
前記バイオセラミックス粉粒の含有率が６０〜９０重量％である請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の有機−無機複合多孔体。
【請求項６】
厚みが１〜５０ｍｍであり、厚い三次元立体形状を有する請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の有機−無機複合多孔体。
【請求項７】
圧縮強度が１〜５ＭＰａである請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の有機−無機複合多孔体。
【請求項８】
酸化処理が施された請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の有機−無機複合多孔体。
【請求項９】
揮発性溶媒にポリ−Ｄ，Ｌ−乳酸、Ｌ−乳酸とＤ，Ｌ−乳酸のブロック共重合体、乳酸とグリコール酸の共重合体、乳酸とｐ−ジオキサノンの共重合体、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、これらの混合体、のいずれかの生体内分解吸収性ポリマーを溶解し、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、天然珊瑚のいずれかの生体活性な全吸収性のバイオセラミックス粉粒を分散させて調製した懸濁液から不織布状の繊維集合体をつくり、これを加熱下に加圧成形して多孔質の繊維集合成形体となし、揮発性溶媒に繊維集合成形体を浸漬したのち該溶媒を除去することを特徴とする有機−無機複合多孔体の製造方法。
【請求項１０】
繊維集合体を加熱下に加圧成形して多孔質の繊維集合成形体とするに際し、まず繊維集合体を加熱、加圧下に固めて連続した空隙を持つ予備成形物をつくり、次いで、予備成形物をつくったときの圧力よりも高い圧力で予備成形物を加圧成形して、連続空隙孔が調整された強度のある多孔質の繊維集合成形体とすることを特徴とする請求項９に記載の製造方法。
【請求項１１】
多孔質の繊維集合成形体を揮発性溶媒に浸漬するに際し、多数の細孔を有する所定の型に繊維集合成形体を充填して形状を保持しながら浸漬することを特徴とする請求項９に記載の製造方法。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載された有機−無機複合多孔体からなる生体硬骨あるいは軟骨組織再生用の足場。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は有機−無機複合多孔体に関し、殊に、生体骨組織再生用の足場(Scaffold)、補綴材、ボーンフィラー、インプラントと生体骨組織との間の介在物、海綿骨の代替物、ＤＤＳ(Drug Deliverly System) の薬物徐放用キャリアなどの用途に適した有機−無機複合多孔体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
医療用途を目的とする無機の多孔体として、例えば、セラミックスを仮焼または焼結(Calcined，Sintered)して得られる多孔性セラミックスが知られている。しかしながら、かかる多孔性セラミックスは、生体骨組織再建用の足場や補綴材などの用途に使用するには硬いが、脆いという欠点があるので、術後のわずかな衝撃による破損が常に危惧される。また、手術現場で多孔性セラミックスの形状を生体骨組織の欠損部の形状に合うように加工、変形することも難しい。
【０００３】
一方、医療用途を目的とする有機の多孔体として、例えば、特公昭６３−６４９８８号に開示されたスポンジ等が知られている。このスポンジは、普通には手術時の止血や生体の軟組織（例えば臓器など）の縫合時の補綴材料として使用されるもので、生体内分解吸収性のポリ乳酸からなる連続気孔を有するスポンジである。かかるスポンジは、ポリ乳酸をベンゼン又はジオキサンに溶解し、そのポリマー溶液を凍結乾燥して溶剤を昇華させる方法によって製造される。
【０００４】
しかしながら、上記のスポンジのように凍結乾燥法によって製造される多孔体は、昇華に長時間を要して、完全には溶剤を除くことが困難であり、その厚さが１ｍｍ以下（通常、数百μｍ程度）と薄く、数ｍｍ以上の厚い多孔体を製造することは現実的に困難である。連続気孔を有する多孔体を造る他の方法としては、上記の凍結乾燥法の他にも種々の方法が検討されているが、いずれも数ｍｍの厚い多孔体を得ることは困難である。このような薄い多孔体を例えば生体組織損傷部位の複雑で比較的大きい三次元空間に形状的にあてはめて、一次的な補綴材としての機能を発揮させながら立体的な損傷部位の組織再建を図る材料とするには困難がある。そこで、厚みが大きく、自由な形状の三次元立方体に術前あるいは術後に細工できるものが求められる。
【０００５】
また、連続多孔体をつくるもう一つの有力な方法として、ポリマーに水溶性である所定の大きさのＮａＣｌなどの可溶性の粉粒を多量に混合し、シート状などの肉薄の成形物をつくった後、水（溶剤）に浸漬して該粉粒を溶出することにより、該粉粒と同じ径の連続孔を形成する溶出法が知られているが、該粉粒を完全に溶出するのは困難であるため、肉薄の連続多孔体に限定される。また、水溶性の粉粒の比率が高くなれば、連続気泡とはなり難い。しかも、この多孔体を生体内埋入材料とするときは、残留する該粉粒の毒性に煩わされるという問題がある。
【０００６】
上記のスポンジのように、生体活性なバイオセラミックス等の無機粉粒を含まない多孔体は、硬骨や軟骨などの生体骨組織との直接の結合性（direct bonding ability to bone）、伝導性（osteoconductivity）、置換性（bone replacement）等が欠乏しているために骨芽細胞ではない軟組織が侵入、介在するので、生体の骨組織が完全に置換して再生されるまでにかなりの長期間を要するか、置換されないままに終わる。
【０００７】
そこで、本出願人は、骨芽細胞を播種されて三次元立方体の足場となり、大きな骨の欠損部に橋わたしのために植付けることのできるところの、内部にバイオセラミックス粉粒が含有された生体内分解吸収性ポリマーからなる連続気孔を有する厚みの大きい多孔体を既に出願した（特願平８−２２９２８０号）。
【０００８】
この多孔体は、溶液沈殿法と称される多孔体の製造方法によるものである。即ち、生体内分解吸収性ポリマーをその溶剤とその溶剤より高沸点の非溶剤との混合溶媒に溶解させると共に、バイオセラミックス粉粒を分散させて懸濁液を調製し、この懸濁液から混合溶媒を溶剤の沸点より低温で気散させて、バイオセラミックス粉粒を内包する生体内分解吸収性ポリマーを沈殿させる方法によるものである。
【０００９】
この溶液沈殿法による多孔体の形成原理は、次の通りである。即ち、上記の懸濁液から混合溶媒を溶剤の沸点より低温で気散させると、沸点の低い溶剤が優先的に気散して沸点の高い非溶剤の比率が次第に上昇し、溶剤と非溶剤がある比率に達すると溶剤はポリマーを溶解できなくなる。そのため、ポリマーが析出・沈殿を開始し、当初から沈降を開始しているバイオセラミックス粉粒を内包し、析出・沈殿したポリマーが高比率の非溶剤により収縮、固化してバイオセラミックス粉粒を含有したまま固定化され、連結したポリマーの薄いセル壁に混合溶媒が内包された状態のセル構造が形成される。そして、残りの溶剤がセル壁の一部を破壊しながら細孔をつくって気散・消失し、沸点の高い非溶剤も該細孔を通じて徐々に気散して、遂には完全に気散・消失する。その結果、ポリマーのセル壁に包まれていた混合溶媒の溜め跡が連続気孔として繋がったバイオセラミックス粉粒含有多孔体が形成されるのである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記の溶液沈殿法は、低発泡倍率から高発泡倍率の厚みの大きい多孔体を形成する画期的な方法であり、数ｍｍないし数十ｍｍの厚さを有するブロック状の三次元多孔体を得ることが可能である。それゆえ、立体形状（三次元立体構造）の骨再生の足場などには頗る有用である。
【００１１】
しかしながら、この方法の欠点は、大量にバイオセラミックス粉粒を含んだ懸濁液では、平均粒径のうちで比較的大きな粒径分布に属するバイオセラミックス粉粒が、溶剤揮散をはじめる当初から沈降を開始し、ポリマーが析出・沈殿を開始したときには、既にかなりのバイオセラミックス粉粒が底部に向けて濃度勾配をもって沈降しているため、得られる多孔体はバイオセラミックス粉粒の含有量が部分的に均一でなく、多孔体の上面側から底面側に近づくにつれて含有量が多くなる。このように含有量が濃度勾配をもっている不均一な多孔体は、骨組織再建用の足場、補綴材あるいはボーンフィラー等の用途には有効に使用し難い。かかる問題は、バイオセラミックス粉粒の沈降速度等をコントロールすることにより、ある程度改善することは可能であるが、完全に解決することはできない。特に、３０重量％以上ものバイオセラミックス粉粒を含有する均質、かつ均等な濃度をもつ三次元の骨再建用の多孔体とするのは困難である。
【００１２】
上記の方法で製造されるバイオセラミックス粉粒の含有量が少ない多孔体は、バイオセラミックス粉粒の大半がポリマーのセル壁に内包されて連続気孔の内面に露出しにくいため、生体内に埋め込んだとき、埋め込み当初からバイオセラミックス粉粒による生体骨組織の伝導作用が発揮され難く、連続気孔内面のスキン層を形成するポリマーの分解に併行して露出したバイオセラミックス粉粒と共に生体活性が発現されるという問題がある。
【００１３】
更に、上記の方法で製造される多孔体は、極細粒を選んだとしてもバイオセラミックス粉粒の含有率をせいぜい３０重量％程度までとする必要があり、これより多量に含有させると、バイオセラミックス粉粒が一層沈降しやすくなるため、得られる多孔体の底面側が多量のバイオセラミックス粉粒を含んで極めて脆くなるという限界がある。
【００１４】
また、上記の方法で製造される多孔体は、通常、連続気孔の占める割合（気孔率）が８０％以上と大きいけれども、一般的に言って、孔径が数μｍないし数十μｍと比較的小さい連続気孔しか得られないので、多孔体内部への骨芽細胞の侵入と成長にとって理想的な孔径、孔の形態を形成しているとは言えない。
【００１５】
本発明は、これらの問題を解決し得る有機−無機複合多孔体と、その製造方法を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る有機−無機複合多孔体は、有機ポリマーの多孔質マトリックス中に無機粉粒が均一に分散し、内部に連続気孔を有する多孔体であって、その表面と気孔内面に無機粉粒の一部が露出したものであり、有機ポリマーとして、ポリ−Ｄ，Ｌ−乳酸、Ｌ−乳酸とＤ，Ｌ−乳酸のブロック共重合体、乳酸とグリコール酸の共重合体、乳酸とｐ−ジオキサノンの共重合体、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、これらの混合体、のいずれかの生体内分解吸収性ポリマーを使用し、無機粉粒として未仮焼、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、天然珊瑚のいずれかの生体活性な全吸収性のバイオセラミックス粉粒を使用したものである。そして、連続気孔は、骨芽細胞が侵入して増殖、安定化するのに好適な１００〜４００μｍ程度の孔径に調節され、無機粉粒は６０〜９０重量％と多量に含有されている。また、多孔体の厚みは１〜５０ｍｍと大きく、三次元立体形状を有している。
【００１７】
このような有機−無機複合多孔体は、本発明の製造方法、即ち、揮発性溶媒に有機ポリマーとして前記の生体内分解吸収性ポリマーを溶解し、無機粉粒として前記の生体活性な全吸収性のバイオセラミックス粉粒を分散させて調製した懸濁液から不織布状の繊維集合体をつくり、これを加熱下に加圧成形して多孔質の繊維集合成形体となし、次いで、揮発性溶媒に繊維集合成形体を浸漬したのち該溶媒を除去する方法によって、製造することができる。懸濁液から不織布状の繊維集合体をつくる手段としては、懸濁液を繊維化しつつスプレーする手段が好ましく採用され、また、揮発性溶媒に繊維集合成形体を浸漬する際には、繊維集合成形体の形状を保持するような外力を加えておくことが望ましく、これにより、機械的強度のある多孔体が得られる。
【００１８】
上記のように、繊維集合体をつくる手段として、調整された懸濁液を繊維化しつつスプレーする手段を採用すると、無機粉粒を含んだ有機ポリマーの繊維が互いに絡み合って相互の接点で溶着し、揮発性溶媒の揮散により繊維が集合固化して、任意の形状の厚肉の不織布状の繊維集合体が形成される。この繊維集合体は、繊維間空隙は細胞状の孔（round cell space）ではないが、溶着固化した繊維相互の間隔が数百μｍ程度の連続した空間をもつものであり、無機粉粒は繊維に包含されて繊維集合体の全体に亘って均一に分散している。この繊維集合体を加熱下に加圧成形して多孔質の繊維集合成形体をつくり、外力を加えながらその形状を保持しつつ揮発性溶媒に浸漬すると、繊維が収縮、融合する。そして実質的に繊維状の形態が消失し、繊維間空隙が丸みを有するセル構造をもった連続気孔体に形態変化した多孔質マトリックスになる。そして、この変態に伴って、多量に含有されている無機粉粒はその一部が気孔内面に露出すると共に、表面にも無機粉粒が容易に脱落しない程度に填まり込んで露出し、目的とする有機−無機複合多孔体、即ち無機粉粒が高含有率で実質的に均一に分散し、その一部が表面や連続気孔の内面に露出した有機−無機複合多孔体が得られる。勿論、条件によって表面にスキン層が形成されたときには、サンディングすることで無機粉粒を露出させてもよい。この複合多孔体は、繊維集合成形体を揮発性溶媒に浸漬する際に、その形状を保持するための外圧を調節することによって、連続気孔の平均孔径を骨芽細胞の侵入と安定化に都合のよい１００〜４００μｍ程度にコントロールできると共に、気孔率を５０〜９０％程度の望ましい条件をもつ気孔形態にすることが望ましい。
【００１９】
本発明の製造方法では、繊維化が可能な範囲内で６０〜９０重量％（平均粒径が３μｍのとき４１〜８１容積％に相当）の無機粉粒を気孔体中に均一に含有させることが可能である。多量に含有させても無機粉粒が沈降する以前に該繊維が溶着するので、前述した溶液沈殿法で得られる多孔体よりも無機粉粒が均一に分散していて含有率が遥かに高い複合多孔体を最終的に得ることができる。但し、あまりに高含有率であれば、バインダーとしてのポリマー量が少なくなり、多孔体は脆くなって形状を維持することが困難になる。
【００２０】
生体骨組織再生用の足場など医療用途を目的とする本有機−無機複合多孔体は、有機ポリマーとして溶剤特性が本製造方法に見合っており、既に実用されて安全性が確認されており、分解が比較的速く、多孔体となっても脆くないポリマーが選択される。即ち、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乳酸のブロック共重合体、乳酸とグリコール酸の共重合体、乳酸とｐ−ジオキサノンの共重合体、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、或は、これらの混合体などの生体内分解吸収性ポリマーが使用される。その粘度平均分子量は、不織布状の繊維集合体を形成しやすいことや、生体内での分解吸収の期間を考慮して、５万〜１００万のものが好ましく使用される。
【００２１】
特に、モノマー比率に起因して非晶性を示すポリ−Ｄ，Ｌ−乳酸、Ｌ−乳酸とＤ，Ｌ乳酸のブロック共重合体、乳酸とグリコール酸の共重合体、乳酸とｐ−ジオキサノンの共重合体などの生体内分解全吸収性ポリマーは、不織布状の繊維集合体を形成するとき、及び、これを加熱下に加圧成形した繊維集合成形体を揮発性溶媒で処理するときの溶媒特性からみて好適であり、これらのポリマーを使用すると、多量の無機粉粒を含んでいても脆くなく、海綿骨なみの圧縮強度（１〜５ＭＰａ程度の圧縮強度）を持ち、セラミックス単体の多孔体とは異なって比較的低温（７０℃程度）で熱変形させることができ、生体内ですみやかに加水分解して６〜１２ケ月で全吸収される、有機−無機複合多孔体を得ることができる。このような特性を有する複合多孔体は、生体骨の欠損部に充填する生体材料として極めて好ましいものである。複合体であるが故に、セラミックスのみの材料と異なり手術中に熱変形させて欠損部に合致するように形を整えることができる熱可塑性ポリマー特有の利点も残している。
【００２２】
生体内分解全吸収性ポリマーの分子量は、加水分解して全吸収されるまでの時間や繊維化の可否に影響を及ぼすので、上記のように５万〜１００万の粘度平均分子量を有するポリマーが使用される。５万より小さい粘度平均分子量を有するポリマーは、オリゴマーないしモノマー単位の低分子までに加水分解される時間は短いけれども、曳糸性が不足するので繊維化しながらスプレーして複合繊維集合体を形成することが困難である。また、１００万より大きい粘度平均分子量を有するポリマーは、完全加水分解するまでに長期間を要するので、生体組織との早期置換を目的とする場合には複合多孔体のポリマーとしては不適当である。ポリマーによって異なるが、その好ましい粘度平均分子量は大略１０万〜３０万であり、この範囲の分子量を有するポリマーを用いると、繊維集合体の形成が容易となり、且つ、適度な加水分解完了時間を有する本発明の複合多孔体を得ることができる。
【００２３】
前述の医療用途を目的とする有機−無機複合多孔体では、無機粉粒として、生体活性があり、良好な骨伝導能（時として骨誘導能を示すとされる）と良好な生体親和性を有するバイオセラミックス粉粒が使用される。そのようなバイオセラミックス粉粒としては、例えば、表面生体活性な焼成、仮焼成ハイドロキシアパタイト、アパタイトウォラストナイトガラスセラミックス、生体活性かつ生体内全吸収性の未仮焼、未焼成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、天然珊瑚等の粉粒が挙げられる。また、これらの粉粒の表面にアルカリ性の無機化合物や塩基性の有機物等を付着させたものも使用可能である。自らの生体組織により全置換が為されて組織再生が行われることは理想的であるとの理由により、これらの中でも、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、活性が最も大きく、骨伝導能に優れ、生体親和性に優れて為害性が低く、短期間で生体に吸収されるので、最適である。
【００２４】
上記のバイオセラミックス粉粒は、粒径が１０μｍ以下のものを使用することが好ましく、これより大きい粒径のバイオセラミックス粉粒を使用すると、該粉粒を混合した懸濁液を繊維化しながらスプレーする際に繊維が短く切断されて、繊維集合体を形成することが困難となり、たとえ繊維集合体を形成できたとしても、繊維が固化するまでにバイオセラミックス粉粒が多少沈降して不均一に分散する恐れがある。２０〜３０μｍを越える大きさのものは、それが全吸収性であっても完全吸収に長時間を要し、その間の組織反応が時として発現するので好ましくない。
【００２５】
バイオセラミックス粉粒の更に好ましい粒径は０．２〜５μｍであり、このようなバイオセラミックス粉粒を使用すると、本発明のように高濃度に該粉粒を混合した懸濁液を１〜３μｍ程度と細く繊維化して繊維集合体を形成する場合でも、繊維が切断され難く、本発明のように高濃度であるときには該粉粒が繊維から露出した状態で繊維に包含されるようになり、繊維集合体を揮発性溶媒で浸漬処理した後に、該粉粒が表面や連続気孔の内面から露出した複合多孔体となる。
【００２６】
バイオセラミックス粉粒の含有率は、再生医工学における足場やＤＤＳのためのキャリアあるいはボーンフィラー、異形状海綿骨（Allograft：同種異植片）の代替物等の医療用途を目的とする有機−無機複合多孔体の場合、６０〜９０重量％とすることはバイオセラミックスの生体活性効果からすると好ましい。本発明のように無機粉粒を含んだ繊維の集合体を形成し、これを加熱下に加圧成形した繊維集合成形体を揮発性溶媒に浸漬して複合多孔体を得る場合は、繊維化が可能な範囲内で多量の無機粉粒を含有させることができるため、上記のようにバイオセラミックス粉粒の含有率を６０〜９０重量％（平均粒径３μｍのときの体積比率は４１〜８１％の高比率に相当する）と高めることができる。バイオセラミックス粉粒の含有率が９０重量％を越えると、繊維化するときに短く切れて満足な繊維にならないため繊維集合体の形成が困難となり、一方、６０重量％を下回ると、バイオセラミックス粉粒が不足し、表面に露出するものが少ないので、生体に埋入した初期からバイオセラミックス粉体に由来する生体活性が発現され難い。
【００２７】
ハイドロキシアパタイト等のセラミックスを焼結して得られる多孔性セラミックスは、硬いけれども脆いため、薄物は外力により容易に割れたり欠けたりするので、インプラントとしては不満足なものである。これに対し、バイオセラミックス粉体を殊に非晶性である生体内分解吸収性ポリマーに含有させた複合多孔体は、バイオセラミックス粉体の含有率が６０〜９０重量％と高い場合でも、そのポリマーの結合（binding） 効果により、可撓性を保持した脆くない海綿骨なみの圧縮強度、具体的には１ＭＰａ〜５ＭＰａ程度の圧縮強度を有するため、海綿骨の代替（同種骨移植用：Allograft boneの代替）、ボーンフィラーや補綴材、再生用の足場やＤＤＳのキャリアとして好適に使用される。
【００２８】
また、別の有力な用途として、生体骨（硬骨、軟骨）用の人工インプラントとの間の介在物が挙げられる。例えば、生体活性かつ生体吸収性の骨接合材であるバイオセラミックス粉入りのポリ乳酸系ポリマーから造られた高濃度を有する人工物を埋入するとき、生体との間に隙間が生ずることは避け難いので、この間に本複合多孔体を介在して直接骨組織と接触させると、骨伝導性が顕著に発現される。これは生体骨の種々の部位で有効に働くが、例えば胸骨正中切開の場合に本多孔体を貫通させた胸骨固定ピンを正中骨に埋入することで、骨粗鬆症（osteoporosis）のはげしい中空化した骨中に骨誘導（サイトカインとの併用）や骨伝導をもたらすことができる。あるいはこの種のプレートの下敷きとして使い、骨との密着を図ることもできる。人工椎間板と椎体終板（endplate）への直接の結合を図るなど、生体と人工物の介在物としての用途は多い。
【００２９】
この有機−無機複合多孔体は、気孔率（全気孔率）が５０％以上であり、技術的には約９０％まで可能であるが、この複合多孔体の物理的強度と骨芽細胞の侵入および安定化の双方を勘案すれば、大略６０〜８０％が良く、また、複合多孔体の中心部までの骨芽細胞の侵入の効率を考えれば、連続気孔が気孔全体の５０〜９０％、なかんずく７０〜９０％を占めることが好ましい。
【００３０】
この有機−無機複合多孔体の連続気孔は、その孔径が大略１００〜４００μｍに調整されている。ポーラスセラミックスの孔径と骨芽細胞の侵入および安定化の研究は既に幾度も為されており、その結果からすると３００〜４００μｍの孔径が最も石灰化に効果的であって、それより離れるに従い効果が薄れることが判っている。それ故、本発明の複合多孔体の孔径は上記のように大略１００〜４００μｍに調節されているが、５０〜５００μｍの範囲の孔径のものを含み、分布中心が２００〜４００μｍであってもよい。
【００３１】
因みに、連続気孔の孔径が４００μｍより大きく、気孔率(全気孔率)が９０％よりも高い場合は、複合多孔体の強度が低下するので生体内埋入中に容易に破壊する恐れが大きい。一方、孔径が１００μｍよりも小さく、気孔率が５０％よりも低い場合は、複合多孔体の強度は向上するが、骨芽細胞の侵入が困難であり、加水分解して完全吸収するまでの時間が長くなる。しかし、このような孔径の小さい低気孔率の複合多孔体は、ＤＤＳのキャリアとしてポリマーの分解と併行する比較的長い時間の徐放性を維持することを望む材料としては場合によって利用可能である。連続気孔のより好ましい孔径は１５０〜３５０μｍであり、より好ましい気孔率（全気孔率）は７０〜８０％である。尚、連続気孔の孔径や、気孔全体に占める連続気孔の比率は、前述したように、繊維集合体を加圧成形して繊維集合成形体となすときの圧縮率の調節や、繊維集合成形体をその形状を保持して揮発性溶媒に浸漬するときの形状保持のための外圧の調節によって、コントロールできる。
【００３２】
以上のような有機−無機複合多孔体は、例えば種々の形状のインプラントとして生体骨の欠損部位に埋め込んで使用できる。その際、有機ポリマーの熱可塑性を利用して複合多孔体を７０℃程度に加熱して欠損部分の形状に合致するように変形させることにより、欠損部分に隙間なく埋め込むことができるので、埋め込み作業を簡単且つ正確に行うことが可能となる。また、有機ポリマーのもつ靱性とセラミックス粉粒の硬さのために、手術中にメスで任意の形状に形崩れなく切断して使うこともできる。
【００３３】
複合多孔体を例えば上記のように生体の骨組織内に埋め込むと、体液が複合多孔体の表面から連続気孔内を通って複合多孔体の内部に速やかに浸透するため、複合多孔体の表面と連続気孔の内部の双方から生体内分解吸収性ポリマーの加水分解が殆ど同時に進行するので、多孔体全体に亘って均一に分解が進行する（但し、生体液との濡れ特性は多量に含有し、表面に露出したバイオセラミックス粉粒の濡れ特性により、ポリマーのみの場合より著しく向上しているか、ポリマーの濡れ特性も改善して増殖すべき細胞の侵入、成長をより効果的にする目的で、多孔体にコロナ放電、プラズマ処理、過酸化水素水処理などの酸化処理を行ってもよい）。そして、骨細胞が存在するか、骨細胞と接触する部位に埋入された複合多孔体は、その表面に露出するバイオセラミックス粉粒の骨伝導能により、複合多孔体の表層部に骨組織がすみやかに伝導形成されて骨の小柱（trabecular  bone）となって成長し、短期間のうちに複合多孔体が生体骨の欠損部位と結合すると共に、気孔内面に露出するバイオセラミックス粉粒の骨伝導能により、骨組織が複合多孔体の内部にも侵入して骨芽細胞が伝導されて成長するので、周囲骨と直接結合する。この現象は、生体内分解吸収性ポリマーの分解の進行に伴って顕著となり、徐々に周囲骨と置換される。そして、最終的にはポリマーが完全に分解吸収され、また、バイオセラミックス粉粒が生体内吸収性である場合はバイオセラミックス粉粒も完全に吸収されて、成長した骨組織によって完全に置換され、骨欠損部の再生が完了する。
【００３４】
また、上記のような全置換を要求される生体再建用の足場として分解吸収される速度に見合って、気孔内に予め充填されるか、ポリマー中に予め溶解して担持させたサイトカイン等の種々の成長因子や、種々の治療のための薬剤、抗菌剤などを徐放させることで、生体再生や病気の治癒を促進したり効果的にしたりすることができる。尚、上記の複合多孔体が当然、先述したように単独又は同種骨（Allograft bone）との組合わせによって欠損組織の充填材や補綴材になることは明らかである。
【００３５】
上記の有機−無機複合多孔体は、全置換又は一部置換型の生体組織再生用の足場、薬剤のキャリア、補綴材、ボーンフィラー、インプラントと生体組織との間の介在物、海綿骨の代替物等の医療用途を目的とするものであるが、他の用途を目的とする有機−無機複合多孔体の場合は、有機ポリマーとしてポリメチルメタクリレート、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、ポリアルキレンオキサイド、その他の揮発性溶媒に可溶な各種の汎用樹脂が用途に応じて適宜選択使用される。そして、無機粉粒も、用途に応じて各種の工業用フィラー、機能性フィラー、セラミックス粉粒、カーボン粉、カーボンナノチューブ等が適宜選択使用される。
【００３６】
次に、本発明の製造方法について説明する。
【００３７】
本発明の製造方法によれば、まず、揮発性溶媒に前述の有機ポリマーを溶解させると共に前述の無機粉粒を均一に分散させて懸濁液を調製する。揮発性溶媒としては、常温よりやや高い温度で揮散しやすい低沸点のジクロロメタン、ジクロロエタン、塩化メチレン、クロロホルム等の溶剤が使用される。また、これらの溶剤に、これらの溶剤よりも沸点が高い非溶剤、例えば、沸点が６０〜１１０℃の範囲にあるメタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、２−ブタノール、ｔｅｒ−ブタノール、ｔｅｒ−ペンタノール等のアルコールのいずれか単独又は二種以上を混合した揮発性の混合溶媒も使用される。
【００３８】
次いで、懸濁液をスプレー器に填装し、窒素ガス等の不活性な高圧噴射ガスでスプレー器の噴射孔から懸濁液を被噴射体に繊維化しながらスプレーする。このようにスプレーすると、揮発性溶媒が揮散しつつ懸濁液が繊維化されて互いに絡み合い、繊維が相互の接点で溶着しながら固化して、不織布状の繊維集合体が形成される。医療用途の生体材料として時として必要な５〜５０ｍｍの厚肉の複合多孔体を得るには、この繊維集合体をスプレーにより形成した後、溶媒が揮散して乾燥するのを待って、再び、その上にスプレーして厚肉化する操作を繰り返して所定の肉厚となるようにすればよい。
【００３９】
被噴射体としては、剥離性の良好なポリエチレンその他のオレフィン系樹脂、フッ素樹脂、シリコン系樹脂等からなる網体や板体が使用される。特に、網体のような通気自在な被噴射体を用いると、スプレーにより懸濁液が繊維化されて網体に当った後、揮発性溶媒が網目を通じて揮散するため、網体側の表面の繊維が融合してスキン層を生じることがなく、溶剤の浸透処理がしやすい繊維集合体を形成できる利点がある。網体としては５０〜３００メッシュのものが好ましく、５０メッシュよりも大きい網目を有する網体は、繊維が網目を通して裏側まで回り込むため、形成された繊維集合体を網体から剥離することが難くなり、３００メッシュよりも小さい網目を有する網体は、揮発性溶媒がスムーズに揮散しにくいため、網体側の繊維が融合してスキン層が形成され易くなる。なお、被噴射体は平坦な網体や板体に限らず、凸曲及び／又は凹曲した立体的な網体や板体を使用してもよい。このような立体的な被噴射体を使用すると、その立体的な形状通りの厚肉の繊維集合体を形成できる利点がある。
【００４０】
上記のように懸濁液を繊維化しながらスプレーして形成される繊維集合体は、繊維間空隙の大きさが数百μｍと大きく、繊維間空隙の占める割合（空隙率）は６０〜９０％程度である。そして、無機粉粒が繊維に包含されて、沈降することなく、繊維集合体の全体に亘って均一に分散している。
【００４１】
この繊維集合体の繊維長は３〜１００ｍｍ程度であることが好ましく、繊維径は０．５〜５０μｍ程度であることが好ましい。この程度の繊維長及び繊維径を有する繊維集合体は、後の溶剤の浸透処理によって繊維が容易に融合し、実質的に繊維が消失した複合多孔体となる。
【００４２】
繊維長は主として有機ポリマーの分子量、懸濁液のポリマー濃度、無機粉粒の含有率や粒径などに依存し、分子量が大きくなるほど、ポリマー濃度が高くなるほど、無機粉粒の含有率が少なくなるほど、無機粉粒の粒径が小さくなるほど、長くなる傾向にある。一方、繊維径は主として懸濁液のポリマー濃度、無機粉粒の含有率、スプレー器の噴射孔の大きさなどに依存し、ポリマー濃度が高くなるほど、無機粉粒の含有率が多くなるほど、噴射孔が大きくなるほど、太くなる傾向にある。また、繊維径は噴射ガスの圧力によっても変化する。従って、上記の繊維長及び繊維径となるように、ポリマーの分子量、ポリマー濃度、無機粉粒の含有率と粒径、噴射孔の大きさ、ガス圧などを調製することが必要である。
【００４３】
上記の繊維集合体は、次いで、加熱下に加圧成形して多孔質の繊維集合成形体とする。その際、まず繊維集合体を加熱、加圧下に固めて連続した空隙を持つ予備成形物をつくり、更に、より高圧下に予備成形物を加圧成形して、連続空隙孔が調整された強度のある多孔質の繊維集合成形体とすることが望ましい。このように加圧成形して多孔質の繊維集合成形体をつくると、最終的に得られる複合多孔体の連続気孔の孔径や気孔率を調節することができ、複合多孔体の強度を向上させることもできる。尚、加圧成形時の加熱は、繊維集合体が少し軟化する程度で充分であり、また、加圧は、最終的に得られる複合多孔体の気孔率が５０〜９０％となるように、且つ、連続気孔の孔径が大略１００〜４００μｍとなるように圧縮できる圧力で行えばよい。
【００４４】
次いで、この繊維集合成形体を揮発性溶媒に浸漬して成形体内部に該溶媒を浸透させた後、この浸透させた溶媒を除去する。繊維集合成形体を揮発性溶媒に浸漬する際には、多数の細孔を有する所定の型に繊維集合成形体を充填し、外側から繊維集合成形体に圧力を加えた状態で形状を保持しながら浸漬することが好ましい。尚、繊維集合成形体の上面に溶媒を流して浸透させるようにしてもよい。また、溶媒を除去する方法としては、繊維集合成形体内部の溶媒を真空吸引する方法などが採用される。
【００４５】
揮発性溶媒としては、前述したジクロロメタン、ジクロロエタン、塩化メチレン、クロロホルム等の溶剤や、これらの溶剤に前述のメタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、２−ブタノール、ｔｅｒ−ブタノール、ｔｅｒ−ペンタノール等のアルコールのいずれか単独又は二種以上を混合したものが好ましく使用される。
【００４６】
上記のように繊維集合成形体を揮発性溶媒に浸漬して成形体内部に溶媒を浸透させると、繊維が表面から溶媒に溶けるため、繊維同士が融合して実質的に繊維が消失し、繊維間空隙が１００〜４００μｍ程度の孔径を有する丸みを持った連続気孔を残した状態で気泡壁を形成する。そして、繊維に含まれた無機粉粒の一部は、繊維の融合に伴って沈降することなく気孔内面（気泡壁面）に露出し、多孔体表面にも露出する。但し、スキン層が表面に形成された場合は、これをサンディングすることで取り除き、表層に存在する無機粉粒を露出させる処置を施せばよい。以上により、孔径が１００〜４００μｍと大きい連続気孔を有し、多量の無機粉粒が均一に分散すると共に、表面と気孔内面に無機粉粒が露出した、目的とする有機−無機複合多孔体が得られる。その場合、５０〜６０℃の加熱下に繊維集合成形体の揮発性溶媒への浸漬処理を行うと、繊維集合成形体を５〜１０分間放置するだけで、繊維同士が充分に融合し、目的とする複合多孔体を効率良く得ることができる。
【００４７】
以上の製造方法によって得られる有機−無機複合多孔体は、既述したように、生体骨組織再建用の足場、補綴材、ボーンフィラー、インプラントと生体骨組織との間の介在物、バルク形状の海綿骨の代替物、薬物徐放用キャリア等として有効に使用されるものであり、従って、この有機−無機複合多孔体よりなる生体骨組織再建用の足場、補綴材、ボーンフィラー、インプラントと生体骨組織との間の介在物、バルク形状の海綿骨の代替物、薬物徐放用キャリアは、いずれも本発明に含まれる。
【００４８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の具体的な実施例を説明する。
【００４９】
［実施例１］
粘度平均分子量が２０万のポリ−Ｄ，Ｌ−乳酸（ＰＤＬＬＡ）（Ｄ−乳酸とＬ−乳酸のモル比５０／５０）をジクロロメタンに溶解したポリマー溶液（濃度：ＰＤＬＬＡ４ｇ／ジクロロメタン１００ｍｌ）と、平均粒径３μｍの未焼成のハイドロキシアパタイト粉粒（ｕ−ＨＡ）をエタノールに混和した混和液とを均一にホモジナイズすることによって、ｕ−ＨＡをＰＤＬＬＡ１００重量部に対して２３０重量部の割合となるように混合した懸濁液を調製した。
【００５０】
スプレー器としてＨＰ−Ｅエアーブラシ（アネスト岩田(株)製）を使用し、これに上記の懸濁液を填装して、１．６ｋｇ／ｃｍ2 の窒素ガスにより、約１２０ｃｍ離れたポリエチレン製の網体（１５０メッシュ）にスプレーして、繊維集合体を形成し、網体から繊維集合体を剥離した。この繊維集合体の繊維径は１．０μｍ程度、繊維長は１０〜２０ｍｍ程度、見掛け比重は０．２であった。
【００５１】
この繊維集合体を適当な大きさに切断して、直径３０ｍｍ、深さ３０ｍｍの円筒雌型に充填し、繊維集合体の見掛け比重が０．５になるように雄型で圧縮することにより、直径３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円板状の繊維集合成形体を得た。
【００５２】
次いで、エタノールを混合したジクロロメタンからなる溶媒に上記の繊維集合成形体を浸漬して該溶媒を成形体内部に浸透させ、６０℃で１０分放置した後、成形体内部の溶媒を真空吸引により除去して、直径３０ｍｍ、厚さ５ｍｍ、ｕ−ＨＡの含有率７０重量％の有機−無機複合多孔体を得た。
【００５３】
この複合多孔体の部分切断面を電子顕微鏡で観察したところ、繊維が融合して消失し、１００〜４００μｍ程度の大きい孔径を有する連続気孔が形成され、ｕ−ＨＡが均一に分散し、気孔内面と表面にｕ−ＨＡが露出していた。この複合多孔体の見掛け比重は０．５、連続気孔の気孔全体に占める率（連続気孔率）は７５％、圧縮強度は１．１ＭＰａであった。
【００５４】
［実施例２］
実施例１と同様にして、直径３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円板状の繊維集合成形体を予備成形物として造り、これをギヤオーブン中で８０℃に加熱した後、直径の大きさが異なる縮径部を有するチャンバーに入れ、下部の直径が１０．６ｍｍの円筒に圧入した。このようにして加熱下に加圧成形された円柱ロッド状の繊維集合成形体の圧縮強度は、約２．５ＭＰａであった。
【００５５】
次いで、この円柱ロッド状の繊維集合成形体を、周囲に孔の開いた同径のシリンジに充填し、その上面と下面から圧力を加えて円柱ロッド状の繊維集合成形体の高さが変わらない程度に圧迫しながら、１５重量％のメタノールを混合したジクロロメタンよりなる溶媒（６０℃）に１０分間浸漬した後、該溶媒を除去して複合多孔体を得た。
【００５６】
この複合多孔体の部分切断面とサンディングした表面の電子顕微鏡写真は、繊維が消失した多孔質の形態をとり、孔径は１５０〜３００μｍ程の混合孔から成っており、ｕ−ＨＡ粒は多孔体表面や気孔内面から露出していた。この複合多孔体の見掛け比重は約０．５５であり、連続気孔率は７０％、圧縮強度は約３．５ＭＰａに上昇していた。本複合多孔体は、ＰＤＬＬＡの粘度平均分子量と、占める量の比率、平均粒径３μｍのｕ−ＨＡのｉｎ  ｖｉｖｏでの生体内分解吸収特性からすると、埋入部位やサイズに依存するが、約６ケ月で完全吸収すると考えられる。
【００５７】
［実施例３］
粘度平均分子量が１０万のＰＤＬＬＡ（Ｄ−乳酸とＬ−乳酸のモル比３０／７０）を合成し、実施例１と同様の方法で平均粒径３μｍ程度のβ−トリカルシウムホスフェート（β−ＴＣＰ）を８０重量％均一に混合して懸濁液を調製した。このβ−ＴＣＰは生体活性かつ生体内吸収性であることが確認されており、機構はｕ−ＨＡとは異なるが、生体内でＨＡ生成による骨伝導性を示すことが知られている。
【００５８】
この懸濁液を用いて、実施例２と同様にスプレー法で作製した繊維集合体を加熱下に圧縮成形して繊維集合成形体となし、これを溶剤浸漬処理することで、見掛け比重が約０．６、連続気孔率が７５％、圧縮強度が４．２ＭＰａの複合多孔体を得た。この複合多孔体のβ−ＴＣＰ粒の体積比率は約６５容量％であり、ｕ−ＨＡが７０重量％（約５５容量％）の実施例１，２の複合多孔体よりもかなり無機粉粒の体積が大きいので、多孔体の表面や気孔内面へのβ−ＴＣＰの露出により、生体活性が顕著に発現される。
【００５９】
この複合多孔体は、不織布状の繊維集合体のときの繊維が消失してバルク状のセル壁にβ−ＴＣＰ粒が埋没した形態に変化しているので、生体内の体液に浸漬しているときも崩壊してこの粉粒が周囲に分散されることは容易に起きず、３〜５ケ月程度で良好な生体活性を示しながら完全に分解吸収されることが確認された。従って、この複合多孔体は良好な硬組織（硬骨、軟骨）用の足場となる。
【００６０】
［実施例４］
Ｄ，Ｌ−乳酸（Ｄ／Ｌのモル比１）とグリコール酸（ＧＡ）を、そのモル比が８：２となるように配合し、既知の方法により粘度平均分子量が１３万の共重合体Ｐ（ＤＬＬＡ−ＧＡ）を合成した。実施例１と同様の方法で、このポリマーにオクタカルシウムホスフェート（ＯＣＰ）を６０重量％均一に混合した懸濁液を調製し、実施例２と同様にスプレー法で作製した繊維集合体を加熱下に圧縮成形して繊維集合成形体となし、これを溶剤浸漬処理することで、最終的に見掛け比重が０．５０の複合多孔体を得た。この複合多孔体は、ＯＣＰの活性度が高く、共重合体の分解吸収がＧＡに起因して速いので、良好な骨伝導（新生骨に変わり易い）を示しながら、３〜４ケ月後にはその大半が吸収されて骨に置換されていた。
【００６１】
［実施例５］
Ｄ，Ｌ−ラクチド（lactide） とパラ−ジオキサノン（ｐ−ＤＯＸ）をそのモル比が８：２となるように配合し、既知の方法で共重合して粘度平均分子量が約１０万の共重合体を得た。ｐ−ＤＯＸのポリマーは揮発性の汎用な良溶媒は見当たらないが、上記の比率ではクロロホルム、ジクロロメタンなどに可溶となるので、前述した実施例と同様の方法で目的とする複合多孔体を得ることができた。また、上記の共重合体は、実施例４のＤ，Ｌ−乳酸とグリコール酸との共重合体Ｐ（ＤＬＬＡ−ＧＡ）よりは可塑性のあるゴム様の性状を示すので、無機粉粒の粒径が３μｍのときに無機粉粒の体積比率が７０容量％（８５重量％）と高くできるため、この複合多孔体は、共重合体の分解生成物による生体反応が極力回避され、生体活性な無機粉粒の活性度が極めて有効に発現される。特に、ｐ−ＤＯＸの特性から、親水性がＰＤＬＬＡよりも高いので、この複合多孔体はEx vivo（体外シャーレ）で細胞を増殖させるための軟骨の再生の足場などに有効と考えられる。
【００６２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の有機−無機複合多孔体は、多量の無機粉粒を有機ポリマー中に均一な分散状態で含有しており、内部に形成された孔径の大きい連続気孔を通じて体液等がすみやかに浸入して、表面や連続気孔の内面に露出したバイオセラミックス等の無機粉粒によって、早期に生体骨との結合や生体(骨)組織の再生を行うことができる場を提供し、医療用途に必要な実用強度も備えるといった効果を奏する。従って、生体骨組織再建用の足場、補綴材、ボーンフィラー、インプラントと生体骨組織との間の介在物、海綿骨の代替物、薬物徐放用キャリアとして実用される。