(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫酸カルシウムからなる制御可能な溶解速度を有するペレットであって、
(a)α-硫酸カルシウム半水和物からなる第１の粉末及び、任意に、β-硫酸カルシウム半水和物からなる第２の粉末を水を含む溶液と混合して混合物を形成し、
(b)前記混合物をペレットに成形すること、
を含む方法により製造され、
前記第１の粉末が、98重量%硫酸カルシウム半水和物より高い純度、0.4m2/g〜0.9m2/gの範囲のBET表面積、2.73〜2.80g/cm3の範囲の密度、16μm〜22μmの平均粒子サイズを有し、
前記第１の粉末の90〜95重量%が、1μm〜45μmの粒子サイズ分布を有するものであり、
前記第２の粉末が、98重量%硫酸カルシウム半水和物より高い純度、4.5m2/g〜7.5m2/gの範囲のBET表面積、2.5g/cm3〜2.6g/cm3の範囲の密度、及び10μm〜15μmの平均粒子サイズを有し、
該溶解速度が、第１の粉末に対する第２の粉末の重量比を０〜３に変化させることにより制御される、前記ペレット。
【請求項２】
硫酸カルシウム及び薬剤からなる制御可能な溶解速度を有するペレットであって、
(a)α-硫酸カルシウム半水和物からなる第１の粉末及び薬剤並びに、任意に、β-硫酸カルシウム半水和物からなる第２の粉末を水を含む溶液と混合して混合物を形成し、
(b)前記混合物をペレットに成形すること、
を含む方法により製造され、
前記第１の粉末が、98重量%硫酸カルシウム半水和物より高い純度、0.4m2/g〜0.9m2/gの範囲のBET表面積、2.73〜2.80g/cm3の範囲の密度、16μm〜22μmの平均粒子サイズを有し、
前記第１の粉末の90〜95重量%が、1μm〜45μmの粒子サイズ分布を有するものであり、
前記第２の粉末が、98重量%硫酸カルシウム半水和物より高い純度、4.5m2/g〜7.5m2/gの範囲のBET表面積、2.5g/cm3〜2.6g/cm3の範囲の密度、及び10μm〜15μmの平均粒子サイズを有し、
該溶解速度が、第１の粉末に対する第２の粉末の重量比を０〜３に変化させることにより制御される、前記ペレット。
【請求項３】
硫酸カルシウム及び塩化ナトリウムからなる制御可能な溶解速度を有するペレットであって、
(a)α-硫酸カルシウム半水和物からなる第１の粉末及び、任意に、β-硫酸カルシウム半水和物からなる第２の粉末を、水及び塩化ナトリウムを含む溶液と混合して混合物を形成し、
(b)前記混合物をペレットに成形すること、
を含む方法により製造され、
前記第１の粉末が、98重量%硫酸カルシウム半水和物より高い純度、0.4m2/g〜0.9m2/gの範囲のBET表面積、2.73〜2.80g/cm3の範囲の密度、16μm〜22μmの平均粒子サイズを有し、
前記第１の粉末の90〜95重量%が、1μm〜45μmの粒子サイズ分布を有するものであり、
前記第２の粉末が、98重量%硫酸カルシウム半水和物より高い純度、4.5m2/g〜7.5m2/gの範囲のBET表面積、2.5g/cm3〜2.6g/cm3の範囲の密度、及び10μm〜15μmの平均粒子サイズを有し、
該溶解速度が、第１の粉末に対する第２の粉末の重量比を０〜３に変化させることにより制御される、前記ペレット。
【請求項４】
硫酸カルシウム、薬剤及び塩化ナトリウムからなる制御可能な溶解速度を有するペレットであって、
(a)α-硫酸カルシウム半水和物からなる第１の粉末及び薬剤並びに、任意に、β-硫酸カルシウム半水和物からなる第２の粉末を、水及び塩化ナトリウムを含む溶液と混合して混合物を形成し、
(b)前記混合物をペレットに成形すること、
を含む方法により製造され、
前記第１の粉末が、98重量%硫酸カルシウム半水和物より高い純度、0.4m2/g〜0.9m2/gの範囲のBET表面積、2.73〜2.80g/cm3の範囲の密度、16μm〜22μmの平均粒子サイズを有し、
前記第１の粉末の90〜95重量%が、1μm〜45μmの粒子サイズ分布を有するものであり、
前記第２の粉末が、98重量%硫酸カルシウム半水和物より高い純度、4.5m2/g〜7.5m2/gの範囲のBET表面積、2.5g/cm3〜2.6g/cm3の範囲の密度、及び10μm〜15μmの平均粒子サイズを有し、
該溶解速度が、第１の粉末に対する第２の粉末の重量比を０〜３に変化させることにより制御される、前記ペレット。
【請求項５】
薬剤が、抗生物質、化学療法剤、増殖因子または鎮痛薬である、請求項２または４に記載のペレット。
【請求項６】
抗生物質が、テトラサイクリン塩酸塩、バンコマイシン、トブラマイシン、ゲンタマイシンまたはセファロスポリンである、請求項５に記載のペレット。
【請求項７】
化学療法剤がシスプラチナム、イホスファミド、メトトレキセートまたはドキソルビシン塩酸塩である、請求項５に記載のペレット。
【請求項８】
増殖因子が、トランスフォーミング増殖因子β、骨形成タンパク質、塩基性線維芽細胞増殖因子、血小板由来増殖因子またはその他のポリペプチド増殖因子である、請求項５に記載のペレット。
【請求項９】
鎮痛薬が、リドカイン塩酸塩、ビピバカイン塩酸塩またはケトロラックトロメタミンである、請求項５に記載のペレット。
【請求項１０】
骨に移植するためのものである、請求項１〜９のいずれか１項に記載のペレット。
【請求項１１】
α-硫酸カルシウム半水和物からなる第１の粉末の表面積が、0.4m2/g〜0.7m2/gの範囲にある、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のペレット。
【請求項１２】
α-硫酸カルシウム半水和物からなる第１の粉末の平均粒子サイズが、18μm〜22μmの範囲にある、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のペレット。
【請求項１３】
β-硫酸カルシウム半水和物からなる第２の粉末の表面積が、5m2/g〜6m2/gの範囲にある、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のペレット。
【請求項１４】
β-硫酸カルシウム半水和物からなる第２の粉末の平均粒子サイズが、13μm〜14μmの範囲にある、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のペレット。
【請求項１５】
α-硫酸カルシウム半水和物からなる第１の粉末に対するβ-硫酸カルシウム半水和物からなる第２の粉末の比率が0〜0.33の範囲である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のペレット。
【請求項１６】
α-硫酸カルシウム半水和物及びβ-硫酸カルシウム半水和物に対する水の重量比が0.22〜1の範囲である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のペレット。
【請求項１７】
α-硫酸カルシウム半水和物及びβ-硫酸カルシウム半水和物に対する水の重量比が0.27〜0.30の範囲である、請求項１６に記載のペレット。
【請求項１８】
Sprague Dowleyラットの皮下組織に移植されると少なくとも1週間持続的に薬剤を放出することができる、請求項２もしくは４、または請求項５〜９のいずれか１項、あるいは、請求項２もしくは４、または請求項５〜９のいずれか１項を引用する請求項１０に記載のペレット。
【請求項１９】
少なくとも2週間持続的に薬剤を放出することができる、請求項１８に記載のペレット。
【請求項２０】
圧力をかけることにより混合物をペレットに成形する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のペレットの製造方法。
【請求項２１】
型成形することにより混合物をペレットに成形する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のペレットの製造方法。
【請求項２２】
16μm〜22μmの平均粒子サイズを有するα-硫酸カルシウム半水和物を水と接触させることにより製造される、硫酸カルシウムからなる、制御可能な溶解速度を有する組成物。
【請求項２３】
16μm〜22μmの平均粒子サイズを有するα-硫酸カルシウム半水和物および薬剤を水と接触させることにより製造される、硫酸カルシウムおよび薬剤からなる、制御可能な溶解速度を有する組成物。
【請求項２４】
骨に移植するためのものである、請求項22または23に記載の組成物。
【請求項２５】
α-硫酸カルシウム半水和物の90〜95%が、1μm〜45μmの粒子サイズを有する、請求項22〜24のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項２６】
α-硫酸カルシウム半水和物が、98重量%硫酸カルシウム半水和物より高い純度を有する、請求項22〜24のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項２７】
α-硫酸カルシウム半水和物が、2.73〜2.80g/cm3の密度を有する、請求項22〜24のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項２８】
α-硫酸カルシウム半水和物に対する水の重量比が0.22〜1である、請求項22〜24のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項２９】
α-硫酸カルシウム半水和物に加えてβ-硫酸カルシウム半水和物を水と接触させることにより製造され、かつ、溶解速度がα-硫酸カルシウム半水和物に対するβ-硫酸カルシウム半水和物の重量比を０〜３に変化させることにより制御される、請求項22または請求項22を引用する請求項24に記載の組成物。
【請求項３０】
α-硫酸カルシウム半水和物および薬剤に加えてβ-硫酸カルシウム半水和物を水と接触させることにより製造され、かつ、溶解速度がα-硫酸カルシウム半水和物に対するβ-硫酸カルシウム半水和物の重量比を０〜３に変化させることにより制御される、請求項23または請求項23を引用する請求項24に記載の組成物。
【請求項３１】
α-硫酸カルシウム半水和物の90〜95%が、1μm〜45μmの粒子サイズを有する、請求項29または30に記載の組成物。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は硫酸カルシウムマトリックスの制御された放出、並びに薬剤または農薬のようなマトリックスへの添加剤の制御された放出に関する。in vivoにおける薬剤の放出を制御することは多くの研究の主題となっている。種々の方法及び放出試薬が報告され、試験され、市販されている。硫酸カルシウムは、骨により自発的に吸着され置換されるので、骨小腔の充填剤として用いられてきた。半水和物から形成されている硫酸カルシウムが、放出制御試薬として、骨小腔の充填のために単独で使用され、また薬剤や農薬のような添加剤と共に使用されてきた。硫酸カルシウムは生体適合性があり、身体に徐々に吸収されるので二次的な外科的手術の必要がないため、in vivoにおいて薬剤のキャリヤーとして有用である。
硫酸カルシウム放出制御剤の1つの用途としてin vivoにおける薬剤の局所的デリバリーがある。局所的薬剤デリバリーシステムの理想的な特徴としては、（1）生分解性、（2）生体適合性、（3）長時間の薬剤放出（最低4〜6週間）、（4）再現性、（5）予測可能な薬物動力学、及び（6）制御可能性がある。用途としては、骨の感染症に対する抗生物質のデリバリー、手術が実際的ではないかあるいは不可能な場合の化学療法、増殖因子や鎮痛薬のデリバリー等がある。薬物デリバリーについて現在許容されている方法はある程度限界があり、予測できないものである。静脈内抗生物質療法は最も効果的な経路であるが、感染部位で十分に高い濃度を達成するためには薬剤の高い血清濃度が必要である。このため、腎臓や肝臓のような臓器の重大な合併症につながる可能性がある。抗生物質の経口的デリバリーは、必要な場所に必要量の薬剤が摂取されるためには、胃腸による吸収という予測不能な性質に支配される。移植ポンプによるデリバリーはもう1つの方法ではあるが、このポンプは侵襲的であり、除去されなければならず、身体が感染部位で異物の存在に反応する可能性がある。局所的なデリバリーの最も普及した現行の方法は、抗生物質を含浸させたポリメチルメタクリレート（骨セメント）の使用である。この方法は、全身を害することなく、薬剤の高組織濃度の達成を可能にする。しかし、骨セメントは非常に稠密な物質であり、短時間には限られた量の薬剤をデリバリーすることしかできず、これもまた限界を有している。これに加えて骨セメントは非生分解性であるため、後日外科的に取り除くことが必要であり、他の合併症にかかりやすい感染部位において異物として作用する。このため、生体適合性及び漸進的吸収性を有する硫酸カルシウムを薬剤のキャリアーとして使用することは非常に望ましい。
しかしながら、硫酸カルシウムをキャリアーとして使用することの不利な点は、in vivoであるとないとにかかわらず溶解速度が大きく、溶解速度の制御が不可能であり、その結果としていかなる添加剤の放出速度の制御も不可能なことである。速度を制御する様々な方法、例えば硫酸カルシウムマトリックスの密度または質量を変化させること等が試みられてきたが、これらの方法はあまり効果的ではなかった。
従って本発明の目的は、硫酸カルシウムの制御された放出を提供することである。また、硫酸カルシウムマトリックスに混合することができる薬剤や農薬のような添加剤の制御された放出を提供することも目的とする。さらに、任意に添加剤を含む硫酸カルシウムのペレットを製造する方法も目的とする。
発明の要旨
本発明の目的は制御可能な溶解速度を有するペレットにより達成され、前記ペレットは硫酸カルシウムを含み、
（a）実質的にα-硫酸カルシウム半水和物からなる粉末及び、任意に、実質的にβ-硫酸カルシウム半水和物からなる粉末を水を含む溶液と混合して混合物を形成し、
（b）前記混合物をペレットに成形すること、
を含む方法により製造され、
前記の実質的にα-硫酸カルシウム半水和物からなる粉末は、98重量%硫酸カルシウム半水和物より高い純度、約0.4m2/g〜約0.9m2/gの範囲のBET表面積、約2.73〜約2.80g/cm3の範囲の密度、約16μm〜約22μmの平均粒子サイズを有し、実質的にα-硫酸カルシウム半水和物からなる粉末の90〜95重量%は約1μm〜約45μmの粒子サイズ分布を有するものであり、
前記の実質的にβ-硫酸カルシウム半水和物からなる粉末は、98重量%硫酸カルシウム半水和物より高い純度、約4.5m2/g〜約7.5m2/gの範囲のBET表面積、約2.5g/cm3〜約2.6g/cm3の範囲の密度、及び約10μm〜約15μmの平均粒子サイズを有し、
溶解速度は、実質的にβ-硫酸カルシウム半水和物からなる粉末の実質的にα-硫酸カルシウム半水和物からなる粉末に対する重量比を0〜約3に変化させることにより制御される。
α-及びβ-硫酸カルシウム半水和物の粉末はそれぞれ実質的にα及びβ結晶形態からなる。硫酸カルシウム二水和物のような不純物が存在してもよいが、但しペレットの溶解速度を制御することに重要ではない範囲である。α-硫酸カルシウム半水和物粉末の表面積の好適な範囲は、約0.4m2/g〜約0.7m2/gであり、β-硫酸カルシウム半水和物粉末の表面積の好適な範囲は、約5m2/g〜約6m2/gである。α-硫酸カルシウム半水和物粉末の平均粒子サイズは約18μm〜約22μmであることが好ましく、β-硫酸カルシウム半水和物粉末では約13μm〜約14μmが好ましい。ほとんどの薬剤の放出制御に対して、β-硫酸カルシウム半水和物粉末のα-硫酸カルシウム半水和物粉末に対する好適な重量比は0〜約0.33の範囲である。この比より狭い範囲として、例えば、0〜約0.11、0〜約0.05、あるいは0〜約0.02であってもよい。増殖因子を含ませるために使用する場合は、β-硫酸カルシウム半水和物粉末のα-硫酸カルシウム半水和物粉末に対する重量比は約3:1までの範囲とすることができる。
本発明は、薬剤や農薬のような添加剤を含むペレット、及び薬剤を用いたペレットを製造し、それをヒトや動物に移植することによりin vivoで薬剤をデリバリーする方法も提供する。これらのペレットは、他の調製物によっては成功しなかった場合における放出制御マトリックスとして有望である。
【図面の簡単な説明】
本発明の利点は、以下の詳細な説明を読み、添付の図面を参照することにより明らかとなるであろう。
図1は、種々の硫酸カルシウム半水和物粉末（”CSH”）混合コンシステンシーについて、経時的な硫酸カルシウム（”CS”）ペレットの溶解重量を示す。
図2は、経時的なCSペレット溶解についての湿潤重量の減量（重量損失）率を示す。
図3は、日毎のCSペレットの溶解重量を示す。
図4は、CSペレット溶解速度をサンプルの空隙率に対して示す。
図5は、塩水中でのCSペレットの溶解速度の比較を示す。
図6は、円柱形及び立方体のペレットの比較を示す。
図7は、37℃の生理食塩水中でのペレットの日毎の平均重量を示す。
図8は、37℃の生理食塩水中でのCSペレットの一日当たりの物質の平均減量を示す。
図9は、37℃の生理食塩水中での物質溶解の累積パーセントを示す。
図10は、実施例1及び2の物質の溶解速度の比較を示す。
図11は、血清及び組織中のトブラマイシンの日毎のレベルを示す。
図12は、全インプラントについての平均組織トブラマイシンレベルを示す。
図13は、全インプラントについての平均血清トブラマイシンレベルを示す。
図14は、プレス成形インプラントと型成形インプラントについて初期のトブラマイシン組織レベルを示す。
図15は、プレス成形インプラントと型成形インプラントの定常状態のトブラマイシン組織レベルを示す。
図16は、プレス成形インプラントと型成形インプラントの初期のトブラマイシン血清レベルを示す。
図17は、プレス成形インプラントと型成形インプラントの定常状態のトブラマイシン血清レベルを示す。
図18は、インプラント表面積対時間を示す。
図19は、in vivo及びin vitroにおける、α-硫酸カルシウム半水和物粉末を用いて製造されたペレットの溶解速度の比較を示す。
発明の詳細な説明
本発明の硫酸カルシウムペレットは、単独であるいは添加剤用のマトリックスとして、前記硫酸カルシウムマトリックス及び／または添加剤の放出速度を制御するために使用することができる。
前記ペレットは、α-硫酸カルシウム半水和物粉末及び、任意に、β-硫酸カルシウム半水和物粉末を実質的に水からなる溶液中で混合し、型成形することによりまたはプレスすることにより形成される。溶液は塩化ナトリウムも含むことができ、即ち塩溶液であってもよい。硫酸カルシウム半水和物粉末に対する水の重量比は約0.22〜約1の範囲であり、好ましくは約0.27〜約0.30の範囲である。硫酸カルシウム半水和物粉末のコンシステンシー（即ち、mL溶液／グラム硫酸カルシウム半水和物）はその表面積に比例し、結晶の形態に依存している。粉末の表面積が大きくなるほど必要とする水も多くなり、低コンシステンシーでは混合しないかあるいは硬化しなくなる。水または塩水をα-又はβ-硫酸カルシウム半水和物粉末と接触させると、半水和物は二水和物に変化する。
添加剤が所望される場合は、それらは粉状形態の硫酸カルシウムと混合した後に水を含む溶液と混合するか、またはそのような溶液中に溶解してその後硫酸カルシウム粉末に含浸させることができる。添加剤はペレットの0〜約25重量%を占め、好適には約2重量%〜約10重量%、最も好適には約2重量%〜約5重量%を占める。硫酸カルシウムマトリックス中に混合できる添加剤の例としては薬剤または農薬がある。硫酸カルシウムマトリックスと混合できる薬剤の例としては、抗生物質、化学療法剤、増殖因子、鎮痛薬等がある。抗生物質の例としては、テトラサイクリン塩酸塩、バンコマイシン、セファロスポリン及びトブラマイシンやゲンタマイシンのようなアミノグリコシドがある。化学療法剤の例としては、シスプラチナム、イホスファミド、メトトレキセート、ドキソルビシン塩酸塩（Adriamycin▲Ｒ▼）等がある。増殖因子の例としては、トランスフォーミング増殖因子β（TGF-β）、骨形成タンパク質（BMP）、塩基性線維芽細胞増殖因子、血小板由来増殖因子、及びその他のポリペプチド増殖因子がある。鎮痛薬の例としては、リドカイン塩酸塩（Xylocaine▲Ｒ▼）、ビピバカイン塩酸塩（Marcaine▲Ｒ▼）のような麻酔薬、及びケトロラックトロメタミン（ketorolac tromethamine）（Toradol▲Ｒ▼）のような非ステロイド抗炎症剤がある。
型成形またはプレス成形によって製造されるペレットは、、in vivoにおいてほぼ同等の放出プロフィール及び溶解速度を示す。これにより特定の用途の要請に合わせて作られる材料の能力を多様なものとすることができる。この材料は容易に使用できるように予め形成しておいてもよく、あるいは手術室で外科医により決められる特定の放出速度またはプロフィールに合うように混合あるいはブレンドすることができる。
以下の実施例は、α-硫酸カルシウム半水和物粉末と、任意にβ-硫酸カルシウム半水和物粉末とから製造されたペレットが、in vivo及びin vitroのいずれにおいても、有効なデリバリー媒体である放出制御系であることを示す。これらの実施例はまた、この系がin vivoでの使用に安全であり、薬剤を制御しながら局所的にデリバリーするのに有効であることを示す。低く安全な全身作用を維持しながら、長期間にわたって抗生物質の高い組織レベルを達成することができた。再現性、生分解性及び生体適合性といったその他の利点も、これをきわめて魅力的なin vivo系とするものである。ペレットは分解吸収性であるため、材料の除去のための侵襲的な手術を行う必要が実質的になく、また理論的にはすべての薬剤をその適用に使用できる。
実施例1
特定の特性を有するα-硫酸カルシウム半水和物粉末を使用し、特定の特性を有するβ-硫酸カルシウム半水和物粉末を使用しまたは使用しないで製造した硫酸カルシウムペレットにより、ペレットの溶解速度を低下させ得ることを示すための実験を行った。
硫酸カルシウム（”CS”）ペレットを、100gの硫酸カルシウム半水和物粉末当たり、27及び37mLの生理食塩水と混合したα-硫酸カルシウム半水和物粉末、及び100gの硫酸カルシウム半水和物粉末当たり、65、80及び100mLの生理食塩水と混合したβ-硫酸カルシウム半水和物粉末を使用して製造した。混合物は60秒間濡らし、その後スパチュラで30秒間激しく混合した。スラリーを円筒形の型（直径2cm×高さ2cm）に注ぎ、残りのスラリーについて300gのビカー硬化を測定した。ビカー硬化とは、針の上に置かれた特定の荷重、例えば300gを支えることができるように混合物が硬化するのに要する時間を測定するものである。サンプルはビカー硬化を越えて約10分間水和させ、その後離型して重量を測定した。重量が安定するまでサンプルを45℃のオーブン中で乾燥した。各実験は3つのサンプルについて行った。サンプルの平均初期湿潤重量、乾燥重量及びビカー硬化時間（300g）を表1に示す。
0004294091.tif 000002
ペレットを塩溶液中に置き、定期的にその溶液から取り出して重量を測り、ペレットの溶解速度を試験した。試験溶液は塩化ナトリウムを脱イオン水に加えて製造した生理食塩水とした。この生理食塩水を、ヒーター／スターラープレート上で撹拌し、約37.8℃に加熱した。200mLの温められた生理食塩水をポリエチレン瓶に入れ、1個の円柱形のペレットを入れてペレットがその平坦な表面ではなく曲面で瓶に接触するように置いた。瓶にラベルを付して37℃に保った水浴中に置いた。1日に1回、約24時間の間隔（+/-90分）でペレットを瓶から取り出し、ペーパータオル上で余分な水分を除去し、重量を最も近いミリグラムまで記録した。使用した生理食塩水を捨て、前述のように製造した新しい生理食塩水を各瓶に入れた。ペレットを瓶に戻し、瓶を浴に戻した。
図1は各サンプルの日毎の平均重量を示す。図2は（当初湿潤重量からの）平均累積減量率を示し、溶解は時間と実質的に直線的な関係にあることを示している。減量における直線性の例外が初日に見られ、サンプルの大きな部分の溶解が生じている。初日における大きな減量は、生理食塩水に浸す前にサンプルを重量が安定するまで乾燥させたことにより、いくらか大きい外部ペレット表面積を生じたことによるものであり得る。
減量速度の減少は特に100コンシステンシーサンプルにおける最後の20%の溶解において顕著である。図3は、各コンシステンシーのサンプルについての日毎の平均減量を示す。初日以降に減量がほぼ一定になることが明らかである（但しやはり例外が認められ、特に後期の100コンシステンシーのサンプルについて認められる）。表2は各コンシステンシーのサンプルについて2日〜18日までの1日当たりの平均減量及びサンプル標準偏差を示す。表2から、コンシステンシーの高いサンプルほど、日毎の絶対減量が大きく、かつ図2に見られるように日毎の平均減量率が大きくなることが明らかである。偏差はコンシステンシーが高くなるほど大きくなるようである。
0004294091.tif 000003
水中での硫酸カルシウム二水和物（”CSD”）の溶解度は、対象となる温度範囲では約0.0140Mである。これは水200mL当たり0.482gのCSDに対応する。25℃では、CSD溶解度は純水に関して30%上昇することが見いだされている。これにより200mLの生理食塩水当たり0.627gの溶解度となる。測定されたサンプルの重量の減少は、65コンシステンシーのサンプルで平均0.744gの最大減量が見られた初日を除いては実質的にこの数字未満であった。この減量は自由水成分並びにCSD成分を含むものである。上記に記載した溶解度は温度に対して補正されていない。この結果は、観測された溶解速度に飽和効果が関与していないことを示している。
溶解速度は図2の勾配から最もよくわかる。切片は、初日に観察される大きな溶解のため、ゼロから幾分ずれている。最初の18日の溶解からの減量率のデータの直線回帰分析を表3に示す。
0004294091.tif 000004
コンシステンシーの増加に伴う溶解速度の増加は、有効表面積が同時に変化していることを示唆している。これは驚くべき結果ではない。しかし、これらの結果の直線的な性質は、合理的に仮定された飽和効果の不在下においては、サンプルが半分以上溶解した後でもサンプルの有効表面積が一定のままであることを示唆している。そしてこの結論は、溶解速度が37℃の生理食塩水溶液の拡散速度により制御されていることを示唆するものである。約80%のサンプルが溶解した後にのみ、実際の有効表面積が溶解速度を減少させ始める。g/日で表した絶対溶解速度と空隙率との間の関係を図4にグラフにより示す。（空隙率は、平均乾燥サンプル密度のCSD理論密度に対する比を1から減ずることにより計算される。）
関連する実験において、α-硫酸カルシウム半水和物及びβ-硫酸カルシウム半水和物を含む工業用石膏から製造されたCSDサンプルの水及び塩水の両者における溶解を種々のコンシステンシーで観察した。40mL/100g CSHより大きいコンシステンシーはβ-硫酸カルシウム半水和物を用いて製造し、40mL/100g CSH未満のコンシステンシーはα-硫酸カルシウム半水和物を用いて製造した。サンプルは5.08cmの立方体とした。6リットルの0.85%塩水を使用し、温度を23.9℃に制御した。図5は、2つの実験について塩水中におけるサンプル溶解速度を混合コンシステンシーの関数として比較するものである。既に上記で示唆されているように、拡散が速度制御事象であるとすると、観測された差は本研究で使用されたより高い温度によるものと考えられる。しかし、サンプル総表面積の体積に対する比は、正円の円柱形においては立方体よりも本質的に大きい。これは溶解速度比を高めることにもなる。2組の実験のデータを100コンシステンシーのそれぞれのサンプルの各溶解速度に対して標準化すると、結果の内在的一致は明らかである。この標準化データを直線最小自乗法のフィットラインと共に図6に示す。
これらのデータは、絶対的及び相対的のいずれの減量速度もCSH混合コンシステンシーに依存していること、即ちコンシステンシーが高くなるほど、速度が大きいことを示している。従って、有効表面積は相対溶解速度の重要な要因であると思われる。時間に対する溶解の直線性は、サンプルがほとんど消失するまで有効表面積がサンプルの大きさには依存しないこと、及び溶液中で溶解された固体の拡散が、使用した実験プロトコールにおける速度を制御することを示唆するものである。
実施例2
体内環境に近い条件での、吸収速度に対する混合コンシステンシーのin vitro効果を測定するための実験を行った。サンプルの温度はヒト体温に維持した。水は生理食塩水濃度を有するものとした。
α-硫酸カルシウム半水和物（”α-CSH”）及びβ-硫酸カルシウム半水和物粉末（”β-CSH”）の種々の混合物と硫酸カルシウム二水和物（”CSD”）粉末で硫酸カルシウム（”CS”）ペレットを製造した。粉末を生理食塩水または脱イオン水と混合し、60秒間湿潤させ、激しく混合してスラリーを形成した。その後スラリーをプラスチック型中にスプーンで取り、材料を高さ4cm、直径1.2cmの円柱形のペレットに固めた。残りのスラリーは、手混合ビカー硬化時間（300g）を測定するために使用した。サンプルの製造に使用した粉末と溶液は以下の通りである。
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ビカー硬化時間の約10分後、型を開けてペレットを取り出した。1時間再水和した後、重量が安定するまでペレットを45℃のオーブン中に置いた。その後メートル法のカリパスによりペレットの大きさを測定し、重量を記録した。
ペレットを塩溶液中に置き、実施例1に記載した方法によりそれらを溶液から定期的に取り出すことにより溶解速度を試験した。
表4に、乾燥ペレットの重量、高さ、直径及び密度を示す。表5に日毎の平均重量、減量及び累積パーセント減量を挙げる。表5の値は、図7、8及び9に示す。
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全てのペレットを37℃で維持するためには2つの水浴を必要とした。実験11日目に、一つの浴において50℃に温度が上昇したことによる失敗があった。その結果、サンプルＥ及びＦについて図7、8及び9で見られるように、物質の溶解が増加した。問題が解決された後は、図中の勾配から判るようにペレットの溶解速度は最初のものに戻った。試験の終了近くにおいて、週末の期間に溶液を交換せずに物質を放置したための中断が見られる。塩水を交換した後は、勾配と速度はやはり開始時と同じ「ペース」に戻った。
実施例1でそうであったように、各ペレットの減量の最初の80%においては物質の溶解は直線的であり、残りの20%においては速度はいくらか低下する傾向を示した。表6は、6種類のペレットの各々の一日平均減量と溶解の最初の80%についてのパーセント減量の直線回帰を示す。これはさらに、β-CSHを含むかあるいは含まないα-CSHを使用して製造した本発明のペレット（サンプルＢ、Ｃ及びＤ）が、β-CSHで（サンプルＡ）あるいはα-CSH及びCSD（サンプルＥ及びＦ）で製造されたペレットよりもいかに長期の溶解プロフィールを有するかを示している。
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図10は、この試験の結果をさらに、円柱形の型成形物の37℃の0.9%塩水中での溶解速度を評価した実施例1の結果と比較するものである。2つの試験の間の有意な差は、評価した半水和物塩基と円柱型成形物の表面積対体積比だけである。勾配は明らかに同じであり、2組のデータの相関係数は実際に1.00である。
全ての配合物は、実験を通して一貫した予測できる挙動を示した。この結果によれば、β-CSH物質を含むまたは含まないα-CSH物質を使用して製造したペレットは、溶解速度を制御するために、即ちin vivo及びin vitroにおける任意の添加物の放出速度を制御するために特定の仕様で設計でき、in vivoにおける吸収を、医薬品級のベース物質と使用するコンシステンシーの特定の選択により特定の仕様に合致するようにできることが示されている。
実施例3
in vitro試験：テトラサイクリン塩酸塩
硫酸カルシウム半水和物粉末がαのみからなり、薬物を含み、塩水の代わりに純水の溶液を使用したことを除いて実施例1の手順により1グラムのペレットを製造した。α-硫酸カルシウム半水和物粉末（800mg）を、約200mgのテトラサイクリン塩酸塩と乾燥混合した。その後乾燥混合物を0.25mLの純水に加え、加圧（約50psiを約5分間）することによりペレットに形成した。ペレットは80wt.%のα-硫酸カルシウム半水和物粉末と20wt.%のテトラサイクリン塩酸塩からなるものであった。ペレットを、37℃の水浴中に入れたプラスチック瓶中の120mLの脱イオン水中に置いた。水は定期的に交換した。水を交換するときpHを測定し、アリコートサンプルを採取して可視/紫外線吸光度分光分析により溶液中のテトラサイクリンの量を測定した。
アリコート浸漬時間、累積浸漬時間、pH、テトラサイクリンのミリグラム、当初のテトラサイクリンのパーセント、及びテトラサイクリンの累積パーセントを表7に示す。357ナノメートルにおける吸光度ピークを使用し、標準と比較することによってテトラサイクリンの濃度を決定した。pHの変化により、示したパーセンテージはある程度不正確なものとなっている。
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これらの結果は、硫酸カルシウムマトリックスからの局所的な領域における薬物の徐放が長期間にわたって得られることを示している。
実施例4
in vivo試験：ラット中のトブラマイシン硫酸塩
薬物をトブラマイシン硫酸塩としたことを除いて実施例3の手順により14のペレットを製造した。表8に各ペレットの物理的寸法、重量及び密度を示す。標準偏差から判るように、再現性は実験的方法に許容できるものと考えられる。
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ペレットを3匹のSprague Dowleyラットに移植し、トブラマイシンの血清及び組織レベルをモニターした。実験の結果を図11に示す。放出の持続は、この種類の薬物投与における必要性に十分に適合している。低い全身（血清）レベルと高い局所（組織）濃度が得られることから、これは外科的修復あるいは組織除去における抗生物質の放出の特に満足な方法、あるいは移植手術における補足手段となる。
実施例3及び4の結果は、α-硫酸カルシウム半水和物粉末を使用してテトラサイクリン塩酸塩及びトブラマイシン硫酸塩の徐放及び放出制御のための硫酸カルシウムペレットを形成することができることを示している。これらの結果は、長期間にわたり血中の薬物を非常に低いレベルに維持しながら硫酸カルシウムマトリックスからの局所的領域における薬物の徐放が得られることを示している。
実施例5
In vivo試験：プレス成形インプラント及び型成形インプラント
放出速度がペレットの製造方法に依存するかどうかを見るための試験を行った。プレス成形法及び型成形法によりいずれも37mL水/100g α-硫酸カルシウム半水和物粉末のコンシステンシーにペレットを製造した。
プレス成形ペレット：83.4656グラムのα-硫酸カルシウム半水和物粉末、2.0425グラムのトブラマイシン硫酸塩及び1.0052グラムの新たに粉砕した硫酸カルシウム二水和物を10分間よく混合した乾燥混合物を出発物質としてプレス成形ペレットを製造した。1.75グラムの粉末混合物を472μLの滅菌塩水（Model V200TE可変容量ピペット、Ulster Scientific,Inc.により測定）を加え、均一なコンシステンシーになるまで攪拌し、混合物を5分間休ませ、ペレットパンチとダイを使用してペレットを形成した。次いでCarver Laboratry Press（Model M）を使用してペレットを50psiで、混合物が硬化し（5分）、ダイから離型できるまで圧縮した。最初の水和反応の30分後、ペレットを45℃のオーブンに置き、重量が安定するまで乾燥した。最終的なペレットは、9.63mmの高さと11.15mmの直径の平均の円柱形寸法を有し、2wt.%のトブラマイシン（約40mg）を含んでいた。試験のために合計30のペレットをこのようにして製造した。その後インプラントの重量を個別に測定し、寸法を測定し、包装して、ガンマ照射（2.5メガラド）により二次的に殺菌した。
型成形ペレット：以下に概略を示す方法と混合コンシステンシーを使用して、物質が30分の時点で実質的に水和される（約6分のビカー硬化）ことを温度上昇試験によって確認した。型成形インプラントは動物実験の際に手術室で製造した。この手順のために、50.0グラムのα-硫酸カルシウム半水和物粉末と1.20グラムのバイアルのトブラマイシン硫酸塩を含むパッケージを、プレス成形インプラントに使用したものと同じ対応するロットから得た。これらの物質は、2.5メガラドのガンマ照射に曝すことにより個々のパッケージ中で殺菌した。
ペレットの型成形は以下のようにして行った。水溶性のトブラマイシン硫酸塩の1.20グラムのバイアルを15mLの滅菌水と混合した。次いでα-硫酸カルシウム半水和物粉末の50.0グラムのパッケージを溶液に加え、滑めらかで均一なコンシステンシーが得られるまで小さい混合ボウル中で手操作により混合した。次いでこの混合物を型に入れ、離型できるまで20分間放置した後にインプラントを取り出した。この手順により3つのインプラントを製造し、トブラマイシン硫酸塩の2wt.%の含有量（約170mg／インプラント）を得た。表9に離型直後（混合開始後約20分）の3つのペレットについての試験の結果を示す。
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その後ペレットを45℃で重量が安定するまで乾燥した。結果を表10に示す。
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表9及び10は均一で一貫した製品を示している。
主要動物確認試験（proof-of-principal animal）は以下のプロトコルにより行った。
1）6匹の雑種の雄イヌ（それぞれ約25kg）に、α-硫酸カルシウム半水和物粉末とトブラマイシンから製造したペレットを移植した。
a）3匹のイヌに予め製造したプレス成形ペレットをイヌ1匹あたり4つ使用した。
b）3匹のイヌに先に述べたように手術室中で型成形したペレットを1つ使用した。
2）1、3及び24時間、及び2、3、5、7、14、21、28、35及び42日においてトブラマイシンレベルの測定のために動物から組織及び血清サンプルの両方を採取した。
3）0（手術後）、11、28及び35日にＸ線像を撮影した。
4）42日で実験を終了し、インプラントに対する局所的組織応答を調べた。
各手順を行うのに約30〜40分かかった。手術では左前部上腕骨近位端上に小さい切り込み（約5cm長）を形成し、被覆組織を切除して骨を露出した。骨の長さ方向の軸にパイロットホール（直径約2mm）をドリルにより開けた。その後これを直径13mm、深さ約4〜5cmに拡張し、ペレットを移植するのに十分なスペースを得た。
最初の3匹のイヌに前もって製造した4つのプレス成形ペレットを大きい円柱が形成されるように移植した。ペレットを所定の位置に配置した後、穴の上の軟組織を縫合し、最後に皮膚を縫合することによってインプラントを覆った。前後及び側方のＸ線像を撮り、手術後のインプラントを観察した。3番目のイヌにおいて、2番目に近いペレットが90°回転し、円筒の側面（曲面）が下のペレットの平坦な表面に接触したことがＸ線により明らかにされたことは興味深い。
残りの3匹のイヌについて、プレス成形ペレットについて使用したものと同じ手順を使用して骨インプラント部位へ移植した。但しこの場合のインプラントは先に記載したようにして手順を決めた成型方法を使用してその場で製造した。プレス成形ペレットの場合と同様に手術を行い、同様に手術後のＸ線像を撮影した。使用したインプラントの2つの種類の密度についてＸ線において明確な差違があった。型成形されたインプラントでは、Ｘ線によりいくらかの小さい空隙が認められ得るが、それらが表面及び内部のいずれにあるのかは確認するのが困難であった。
全ての動物について、手術合併症及び有害な作用なく6週間の実験を終えた。実験を通して血清及び組織のトブラマイシンレベルをモニターした。トブラマイシンアッセイは、蛍光、偏光、イムノアッセイ法を使用して行った。血清レベルは、分析用静脈穿刺により肢背部から取った3〜5mLの血液サンプルを試験することにより測定した。サンプルは手術前（コントロールとして）並びに上記した時点で採取した。11日の後、Ｘ線コントロールを使用して、血清及び組織トブラマイシンレベルのためのサンプルを吸引するためのインプラントに対する皮下注射針の位置をモニターした。これは、実験結果の一貫性を維持するためにはサンプル採取方法が重要であることから必要であった。
組織アッセイにおける全ての6匹の動物についての平均のトブラマイシンレベルを図12に示す。時間ゼロから開始して、1時間で60μg/mLを超えるレベルへの組織トブラマイシンの最大の上昇が見られ、3時間及び24時間では約45μg/mLにゆっくりと減少する。24時間から5日まで安定した低下が見られ、実験の期間中に見られたかなり安定した状態が続く（1〜3μg/mL）。血清レベルプロフィール（図13）は組織レベルのものに似ているが、ずっと低いレベルである。時間ゼロから開始して、0.7μg/mLの最大血清レベルに達し、3時間まで維持され、その後5日まで確実に低下する。5〜42日では、0.1μg/mL未満のトブラマイシンが血清中で検出され、検出可能な量が血清中に存在しなかった場合も多かった。
組織レベルでのプレス成形及び型成形インプラントの分解を比較すると、同様なプロフィールを示している。型成形したインプラントは、約90μg/mLまでの高い初期上昇と5日までの安定な低下（図14）から、7〜42日の比較的一定のレベル（図15）まで示す。プレス成形インプラントは同様なプロフィールを示し、約50までの低めの初期上昇と同様な低下及び定常状態を示す。図16及び17は、2つの種類のインプラントについての対応するトブラマイシンの血清レベルを示す。
Ｘ線像を使用して実験の間のインプラントの吸収の傾向をモニターした。測定値は2次元Ｘ線から得、cm2で表した表面積に変換した。画像の倍率により値を正規化し、開始時の既知の寸法に基づいた実際の寸法を反映させた。表面積対時間のプロットを図18に示す。2つの種類のインプラントの吸収プロフィールが実験の期間を通して同じ傾向を示すことが明らかである。
実験は、1〜2グラムの薬剤を移植のための骨セメントに混合する現在の外科療法との比較として、比較的低いレベルのトブラマイシン（約160〜170mg/処置）で行った。より高い薬剤レベル（5wt.%のレベル）を使用してより大きい効果を得ることも可能である。
これらのin vivoの結果を実施例2からのin vitroの結果と比較したものを表11に示す。in vivoインプラントの体積はＸ線像上の寸法から概算し（パーセント残量に変換した）、in vitroでのペレットの重量は実際の測定から求め（パーセント残量に変換した）、従って溶解を時間に対してプロットすることができる（図19）。2組のデータの相関係数は0.923で、比較的良好な相関関係を示している。これらの結果は、長期間にわたり血中の薬物を非常に低いレベルに維持しながら、硫酸カルシウムマトリックスからの局所的領域における薬物の徐放が得られることを示している。
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【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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【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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