(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リン酸カルシウムと、乳酸／グリコール酸／ε−カプロラクトン共重合体とを含有してなる生体材料に、骨膜を装着したことを特徴とする骨再生誘導材料。
【請求項２】
前記生体材料に、骨膜を縫合または接着により装着したことを特徴とする請求項１に記載の骨再生誘導材料。
【請求項３】
前記骨再生誘導材料の剛性率が４〜４０℃において２００〜２００００ＭＰａであることを特徴とする請求項１ないし請求項２に記載の骨再生誘導材料。
【請求項４】
前記生体材料において共重合体の組成モル比が乳酸：グリコール酸：ε−カプロラクトン＝５〜９０：３〜７５：５〜４０モル％の範囲であることを特徴とする請求項1に記載の骨再生誘導材料。
【請求項５】
前記生体材料においてリン酸カルシウムと共重合体の割合が重量比で１：０．１〜２．０であることを特徴とする請求項１に記載の骨再生誘導材料。
【請求項６】
前記生体材料がリン酸カルシウムと共重合体とを溶融混合させたものであることを特徴とする請求項４ないし請求項５に記載の骨再生誘導材料。
【請求項７】
前記生体材料の溶融混合温度が５０〜２５０℃であることを特徴とする請求項６に記載の骨再生誘導材料。
【請求項８】
前記共重合体の数平均分子量が３００００〜２０００００であることを特徴とする請求項４ないし請求項６のいずれか１項に記載の骨再生誘導材料。
【請求項９】
前記リン酸カルシウムがリン酸三カルシウムであることを特徴とする請求項５ないし請求項６のいずれか１項に記載の骨再生誘導材料。
【請求項１０】
前記リン酸カルシウムが０．１〜２００μｍの粒径であることを特徴とする請求項９に記載の骨再生誘導材料。
【請求項１１】
前記リン酸三カルシウムが６５０〜１５００℃で焼結したものであることを特徴とする請求項９ないし請求項１０のいずれか１項に記載の骨再生誘導材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リン酸カルシウムと乳酸／グリコール酸／ε-カプロラクトン共重合体とを含有してなる生体材料に骨膜を縫合や接着により装着した骨再生誘導材料に関し、特に巨大な骨欠損の迅速な治療に適用され、漸次分解吸収される骨再生誘導材料に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
骨組織、軟骨組織のような硬組織及び上皮組織、結合組織、神経組織のような軟組織の外傷、炎症、腫瘍摘出あるいは整形美容術などにより生じた生体内の欠損部は、従来より種々の方法により補綴され機能回復が行われており、それらに用いられる材料も数多く研究されてきた。
生体内の骨欠損部を補綴する場合、従来より同種骨移植、異種骨移植よりも移植床への生着性がよくウイルス、プリオン等の感染あるいは免疫上の問題の少ない自家骨移植が行われてきた。しかし、自家骨移植では採取可能な量に限界があり、しかも移植骨獲得のための新たな手術創形成による感染への危険性、患者の苦病の長期化などの問題があった。
自家骨移植に代わる方法として、ステンレス、チタン合金等の金属材料を人工生体材料として用いる方法があり、生体材料の目覚ましい発展と材料入手の容易さからこれらが使用されてきた。
しかし、これらの人工材料は、生体組織より物理的、機械的強度が大きくなりすぎることと、腐食による含有金属の生体に対する毒性があり、また、生体親和性も劣っていた。
そこで生体親和性を改良する方法として、金属材料表面にヒドロキシアパタイト等の生体親和性材料による表面処理を施し、周囲組織との親和性を改良する方法も行われているが未だ十分なものではない。
【０００３】
一方、生体親和性材料として、生体内分解性脂肪族ポリエステルである乳酸、グリコール酸、トリメチレンカーボネートあるいはε-カプロラクトン等のラクトン類のポリマー及びその共重合体も修復材料として検討され、また、特開平９−１３２６３８号記載のようなポリ乳酸とポリε−カプロラクトンとポリグリコール酸とのブロック共重合体も検討されている。しかし、これら材料は、生体内に於ける分解時に機械的強度が低下して疲労劣化を生じたり、骨伝導は阻害しないものの骨誘導性に関しての作用は殆ど示さない。
一方、アルミナ、バイオグラス、Ａ−Ｗ結晶化ガラス、ヒドロキシアパタイト等のバイオセラミックスは生体親和性が高く、人工骨、歯科用インプラント等の材料として利用され、生体内に於いて表面に新生骨の形成が認められ、補填機能と骨組織との接着性に優れている。
しかし、これらの材料は生体内において非吸収性の材料であるため、形成された骨組織内に残存し新生骨の成長に影響を与え、骨の強度が低下するという問題がある。リン酸三カルシウムは生体内吸収性材料であり、骨欠損部に使用すると材料表面から吸収、また崩壊して新生骨に置換するが、顆粒状であるため骨移植材の形態付与性及びその維持安定性に乏しく、複雑で広範囲な欠損に対しては充填操作が困難となったり、顆粒流出に伴う治療の遅延等の問題が残る。
これらの問題を解決する方法として、バイオセラミックスとポリマーとを複合化した材料も数多く研究されている。米国特許第４３４７２３４号には、バイオセラミックスとコラーゲンとの複合体が提案されている。しかし、このようなコラーゲンを用いると、コラーゲンが天然由来であるため、その分子量、アミノ酸組成、量、保水量等が一定せず、また、抗原性を有するテロペプタイド部分の完全な除去が困難であることから、生体内に於いて異物反応を起こし、異物巨細胞や他の食細胞等が活性化されるため骨誘導能は発現されない。
【０００４】
コラーゲンに代えて、免疫学的に問題のないポリ乳酸等の脂肪族ポリエステルとヒドロキシアパタイト等とを複合化した材料も数多く提案されている。特開平１０−３２４６４１号公報には重合触媒を失活処理したジオールとジカルボン酸を構成単位に有する乳酸系ポリエステルとリン酸カルシウムからなる吸収性遮断膜が開示されている。また、米国特許第４５９５７１３号にはε−カプロラクトンが主要量を占める乳酸ε−カプロラクトン共重合体とβ−リン酸カルシウム、ヒドロキシアパタイト等の骨形成物質からなる複合体が開示されている。前者は、生体内吸収性であり骨誘導性を有するが、乳酸セグメントとその他の成分がブロック化しているため、リン酸カルシウムの性状が現れ形態の付与と維持安定性が小さい。後者に関しては、適用する組織に対する機械強度は低く、材料分解速度が遅いため骨形成が抑制される。何れの材料もβ−リン酸カルシウムの有する生体内での骨形成量が少ないという問題が解決されていない。このことから骨欠損部の治療箇所の大きさも限界があった。
【０００５】
材料単独では治療効果に限界があることから、骨形成量を補う目的として、骨髄を充填することを利用した補充療法の研究も数多くされている。骨髄には造骨性細胞が多く存在することから骨誘導性は高い。しかし、骨髄の使用は採取量に限界がある。その適用に於いても複雑で広範囲な欠損に対しては充填操作が困難となったり、流出を防ぐための形態付与性及び維持安定性を有する材料は未だ十分なものはない。
一方、骨髄と同様に造骨能を有するものに骨芽細胞が豊富に存在する骨膜がある。骨髄と比較して手術創形成なく容易に膜状として多量に採取可能であり、採取しても再生されるため採取部の骨には侵襲はない。また、骨膜は丈夫な膜であるため骨髄での流出等の問題もない。
このようなことから、骨膜及び骨誘導性を有する材料を適用して、大きな骨欠損部の治療を行うことが期待されているが、膜状の骨膜を維持安定させる十分な性能を有する骨誘導性材料は得られていないのが現状である。
【０００６】
本発明者らは前述の課題を解決すべく、生体内分解性を有し、生体内に於いて異物反応を起こさず、適正な強度と分解性を有し骨組織再生を促進させ、さらに、骨膜の維持安定性に適切な柔軟性を有する生体材料とこれに骨膜を装着した骨再生誘導材料について鋭意研究を重ねた。その結果以下に詳述する本発明を完成したものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち本発明は、リン酸カルシウムと、乳酸：グリコール酸：ε−カプロラクトンの組成モル比が５〜９０：３〜７５：５〜４０モル％の範囲である乳酸／グリコール酸／ε−カプロラクトン共重合体とを含有してなる生体材料に縫合や接着等の手段により骨膜を装着した骨再生誘導材料に関する。
【０００８】
【発明の実施形態】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明に使用する骨膜は、自家骨膜が好ましく、自家骨膜であれば採取に関しては、骨膜採取可能な生体部分の全ての生体部位から採取して使用することができる。例えば骨欠損部位の治療に於ける本来外科手術により摘出される骨膜を使用すれば簡単に多量に入手できる。また術前に採取して保存した骨膜も使用できる。以上の骨膜は生体由来の骨膜であるが、将来人工的に前記生体由来の骨膜と実質的に同等の機能を有する人工骨膜が開発されればこれらの人工骨膜も使用することができる。
骨膜の生体材料への装着は、吸収性縫合糸による縫合、フィブリン接着剤による接着等、要するに骨膜が固定できれば、どのような手段でも良い。骨膜の生体材料への装着形態は、生体材料の形態（繊維、フィルム、ブロック、チューブ等）に応じて自由に設定することができる。例えば骨膜は治療目的に応じて生体材料表面（片面、両面、内周、外周）全域または一部に部分的に装着しても良い。
本発明の好ましい骨再生誘導材料の形態は、フィルム状の生体材料の表面に骨膜を前記手段により装着し、これらをチューブ状に丸めて骨欠損部位に骨膜が接するように固定できるようにした膜状の形態が好ましい。
また本発明の骨再生誘導材料の剛性率は４〜４０℃において２００〜２００００ＭＰａに設定するのが好ましい。２００ＭＰａ未満では剛性が低いため膜状の形態に適用するには柔らかすぎ、２００００ＭＰａを超えると剛性が高くなり膜状の形態には硬すぎるため骨膜を欠損部へ装着することが不可能となるためである。
【０００９】
本発明に使用する乳酸／グリコール酸／ε−カプロラクトン共重合体は、一般的な方法により製造するものであればいずれの方法によるものであってもよい。その一例を挙げれば、ラクチド、グリコリド、ε−カプロラクトンをオクタン酸スズ、塩化スズ、ジラウリン酸ジブチルスズ、アルミニウムイソプロポキシド、チタニウムテトライソプロポキシド、トリエチル亜鉛等の触媒存在下で加熱して、１００〜２５０℃で開環重合を行うことによって製造することができる。
重合に使用する乳酸およびラクチドのモノマーは、Ｄ体、Ｌ体、ＤＬ体のいずれであっても良いし、これらを混合して使用しても良い。しかしながら、得られた共重合体にモノマー、オリゴマーが存在すると、組織反応及び分解が異常に促進され、マクロファージの吸収分解以上に分解切片が生成するため、組織傷害性を生ずる原因となる。したがって、再沈殿化法等の方法で精製して使用するのが好ましい。
【００１０】
本発明に使用する共重合体としては、乳酸：グリコール酸：ε−カプロラクトンの組成モル比が５〜９０：３〜７５：５〜４０モル％の範囲である乳酸／グリコール酸／ε−カプロラクトン共重合体であることが必要である。
この場合に、ε−カプロラクトン含量が５モル％未満では剛性が高く脆いため、骨膜の装着が困難であり、ポリマー切片により生体組織を損傷する可能性があり適当でない。一方、４０モル％を越えると必要な強度が得られず、また、生体分解吸収性が遅くなるため好ましくない。
また、共重合体中の乳酸含量及びグリコール酸含量は任意に変更することができるが、グリコール酸含量が３モル％未満の場合、必要な分解速度が達成されず組織修復を阻害する問題が生じ、７５％を越えると前述した分解切片による組織損傷を生ずることもあるので好ましくない。
さらに、共重合体中の乳酸含量は５〜９０モル％の範囲であるが、この場合に乳酸含量が５モル％未満では、必要な分解速度が達成されず骨組織の修復を阻害する。
また、９０モル％を越えると剛性が高くなりポリマー切片により生体組織を損傷する可能性がある。
【００１１】
このようにして得られる乳酸／グリコール酸／ε-カプロラクトン共重合体の数平均分子量は３００００〜２０００００であることが好ましい。共重合体の分子量がこの範囲を逸脱し、３００００を下回ると乳酸、グリコール酸等のオリゴマーを多含するため、生体組織への刺激性が強くなり問題となるばかりでなく、加水分解を促進し強度低下を生じ、必要な期間の物性が得られない。また逆に、分子量が２００００００を越えると、加水分解速度が低下して骨組織修復を阻害することに加えて、かつリン酸カルシウムとの混合操作が困難となり、共重合体中におけるリン酸カルシウムの分散が不均一となる。
なお、本発明の目的を損なわない範囲であれば、少量の他の共重合体成分を含有してもよい。かかる共重合成分としては、β−ヒドロキシ酪酸、γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン等ヒドロキシカルボン酸を構成する環状モノマーが例として挙げられる。
【００１２】
本発明で使用されるリン酸カルシウムとしては、リン酸三カルシウム、ヒドロキシアパタイト、第二リン酸カルシウム等が例示される。本発明共重合体との関係に於いて、最も望ましいリン酸カルシウムは、共重合体との親和性がよく、生体内で吸収崩壊して新組織と置換され骨組織修復を促進するリン酸三カルシウムである。平均粒径としては、０．１〜２００μｍのリン酸カルシウムを用いる。平均粒径０．１μｍ未満では溶解速度が速いため、材料の崩壊が促進され十分な骨組織修復を示さない。また、平均粒径２００μｍを越えると、材料表面に存在するリン酸カルシウムにより組織修復が遅延する。さらに、本発明の好ましいリン酸三カルシウムは６５０〜１５００℃で焼結されたリン酸三カルシウムである。リン酸三カルシウムは焼結することにより構造が安定化し高密度化するが、焼結温度が６５０℃未満では、リン酸三カルシウム中に水和水が存在する不安定な構造となるため、複合化に際しポリマーの分解を促進する。また、１５００℃を越えるとリン酸三カルシウムの分解により骨組織修復を阻害する成分が生成する。
【００１３】
本発明において、適切な強度及び分解性を有し骨組織修復に有効な骨再生誘導材料を得るためには、リン酸カルシウムと乳酸／グリコール酸／ε−カプロラクトン共重合体との生体材料を製造する必要がある。生体材料は、例えば以下の方法により製造される。
リン酸カルシウムと乳酸／グリコール酸／ε−カプロラクトン共重合体を共重合体の軟化点以上で加熱混練することにより製造される。加熱混練の条件は使用する乳酸／グリコール酸／ε−カプロラクトン共重合体の組成、分子量およびリン酸カルシウムの種類、物性などによって異なるため特定できないが、好ましくは、５０〜２５０℃で、真空中、空気中あるいは窒素雰囲気下で行う。混練時間は５〜６０分程度要する。加熱混練法以外の生体材料の製造方法としては、例えば乳酸／グリコール酸／ε−カプロラクトン共重合体とリン酸カルシウムを溶媒中で混練した後に溶媒を除去する方法、固体混合後加圧プレスあるいは加温プレスする方法等がある。
【００１４】
リン酸カルシウムと乳酸／グリコール酸／ε−カプロラクトン共重合体はいかなる割合でも混合可能であり、得られる複合体は混合割合により引張り強度、分解速度等の物性が異なるが、一般的には、リン酸カルシウムと乳酸／グリコール酸／ε−カプロラクトン共重合体の混合割合が重量比で１：０．１〜２．０であることが好ましい。乳酸／グリコール酸／ε−カプロラクトン共重合体含有量が０．１未満では複合体は脆くなり形態付与性及び維持安定性が低下する。また、乳酸／グリコール酸／ε−カプロラクトン共重合体含有量が２．０を越えると必要な剛性が得られず、骨再生誘導材料としての機能が減少する。
【００１５】
また、本発明で得られる骨再生誘導材料の特徴を損なわない範囲であれば、抗腫瘍剤、抗癌剤、抗炎症剤あるいは活性型ビタミンＤ等のビタミン類、甲状腺刺激ホルモン等のポリペプタイドのような生理活性物質等の薬剤を複合体に添加し、徐放化機能をもたせ骨組織修復を促進させることもできる。更にまた、本発明の骨再生誘導材料は、人工血管、神経修復誘導管としても使用することができる。
このようにして製造された生体材料は、キャスト、射出成形、押出成形、ホットプレス法等公知の方法により成形加工することができ、繊維、フィルム、ブロック、チューブ等任意の形態で使用することができる。また、溶媒からの凍結乾燥等により多孔質体とすることもできる。
また、本発明による骨再生誘導材料は、温水に浸漬する等の方法により加熱することで簡単に変形することができ、複雑な患部への充填を容易に行うことができるという特徴を有する。生体への埋入、充填後、組織が修復するまでの期間、生体材料は体温付近でもその形態、強度を保持しており、体重などの負荷がかかる部位への利用にも極めて有効である。
【００１６】
【実施例】
以下実施例を挙げてさらに本発明を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、特に断らない限り％は全て重量％を示す。
実施例１
骨組織誘導能評価
Ｌ−ラクチド２２０ｇとグリコリド３５ｇとε−カプロラクトン１９６ｇとをオクタン酸スズ０．０１ｇの存在下で１０-3ｍｍＨｇの減圧下１５０℃で２４時間重合反応を行った。反応後、クロロホルムに溶解しメタノール中で析出させることにより精製処理を行い、２７３ｇの乳酸／グリコール酸／ε−カプロラクトン共重合体を得た。
このようにして得られた共重合体の数平均分子量はＧＰＣにより１０００００であり、その組成（モル比）はＨ−ＮＭＲからモル比で乳酸／グリコール酸／ε−カプロラクトン＝６５／８／２７であった。
この乳酸／グリコール酸／ε−カプロラクトン共重合体と８００℃で焼成した平均粒径１０μｍのβ−リン酸三カルシウムとを表１に示す割合により１８０℃で１０分間加熱混練して複合化した。
このようにして得られた生体材料をホットプレス法により成形加工し、２００μｍの厚さを有するフィルムを製造し、エチレンオキサイド滅菌を行った。物性試験の結果を表１に示す。
【００１７】
【表１】
0004374410.tif 000002
【００１８】
細胞培養実験の結果、前記フィルム状の生体材料に使用したリン酸三カルシウム、乳酸／グリコール酸／ε−カプロラクトン共重合体の双方とも複合化前の生体に対する特性を保持していた。
犬の２０ｍｍの脛骨骨欠損の人工欠損動物モデルを用いて評価を行った。欠損部より採取した骨膜を前記フィルム状の生体材料の表面に縫着して膜状の骨再生誘導材料を作製し、この骨再生誘導材料を骨膜が骨欠損部位に接するようにチューブ状に丸めながら、吸収性縫合糸により欠損部を覆うように移植を行い、創外固定器により固定して骨再生経過をＸ線等により観察した。
その結果、Ｘ線写真観察により移植後４週間で骨再生誘導材料が消失し、欠損部分の骨が早期に再生誘導されることが観察された。移植後８週に創外固定器のワイヤーを一部カットしても歩行可能となった。1２週後、切開して目視により骨再生誘導材料の消失、骨欠損部の再生が確認された。２４週経過後、創外固定器を撤去した状態で完全歩行可能となった。
【００１９】
比較例１
実施例１と同様の方法で、乳酸：グリコール酸＝８０：２０の数平均分子量１０００００の二元共重合体を合成した。これを８００℃で焼結した平均粒径１μｍのα−リン酸三カルシウムと７０／３０の重量比で２００℃、１０分間加熱混練して複合体を合成した。
得られた複合体は剛性が高く脆いため、成形が困難であり、吸収性縫合糸により骨膜を装着することも不可能であった。
比較例２
比較例１と同様にして乳酸：ε−カプロラクトン＝７０：３０の数平均分子量１１００００の二元共重合体を合成し、比較例１と同様の方法で複合体を合成した。この複合体をホットプレスにより厚さ約２００μｍのフィルムに形成し、エチレンオキサイド滅菌後、骨膜を吸収性縫合糸により装着して犬の脛骨骨欠損部に移植した。1２週後、切開して目視により複合体の分解速度が遅く残留物が観測され、骨欠損部の再生が阻害されていた。
【００２０】
【発明の効果】
本発明で得られるリン酸カルシウムと乳酸／グリコール酸／ε−カプロラクトン共重合体を含有してなる複合体に骨膜を装着させた骨再生誘導材料は、生体適合性に優れ、適切な剛性及び分解速度を有し、治療部位の形状に応じて任意に調整でき、生体内で該複合体が徐々に分解しリン酸カルシウムを放出し、しかも骨再生時においては治療部位と外部との隔壁になり、周囲軟組織からの繊維芽細胞の侵入を阻止し骨再生に有利な環境を形成すると同時に、骨膜より造血性細胞と該複合体よりリン酸カルシウムを供給して骨再生を促し、骨再生後は生体内で代謝もしくは骨の一部となるので、従来法では完全な治療が不可能とされた大きな骨欠損部の治療にも使用可能であり、骨組織の再生治療に有効に使用することができる。