(57)【要約】本発明は骨移植材組成物及びその製造方法に関し、より具体的には、特定量のポロキサマーとＨＰＭＣの組み合わせを含むヒドロゲルを含有する、優れた物性を有する骨移植材組成物、及びその製造方法に関するものである。
2016515422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａ)３０〜５５重量％のリン酸カルシウム化合物粒子；及び
Ｂ)ヒドロゲル１００重量部に対してポロキサマー２５〜３５重量部及びヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）０．５〜２重量部を含む生分解性ヒドロゲル４５〜７０重量％を含有する、骨移植材組成物。
【請求項２】
前記組成物が１５００〜４０００ｇ/ｃｍ２の降伏強度を有する、請求項１に記載の骨移植材組成物。
【請求項３】
前記ポロキサマーが４〜３５℃のゾル-ゲル転移温度を有する、請求項１に記載の骨移植材組成物。
【請求項４】
前記組成物が、相互に密集しているリン酸カルシウム化合物の粒子間にヒドロゲルが充填されている、請求項１に記載の骨移植材組成物。
【請求項５】
前記リン酸カルシウム化合物が、リン酸三カルシウム（TCP）、リン酸一カルシウム、リン酸四カルシウム、リン酸二カルシウム、ヒドロキシアパタイト又はその２つ以上の組み合わせである、請求項１に記載の骨移植材組成物。
【請求項６】
前記リン酸三カルシウムがβ-リン酸三カルシウム（β-TCP）である、請求項５に記載の骨移植材組成物。
【請求項７】
前記β-ＴＣＰがミクロスフェアの形態である、請求項６に記載の骨移植材組成物。
【請求項８】
前記β-ＴＣＰは、β-ＴＣＰ粉末を噴霧乾燥し１０５０〜１２５０℃の温度で焼結した後、前記焼結した粉末を４５〜７５μｍの範囲で篩分けして取得したものである、請求項７に記載の骨移植材組成物。
【請求項９】
前記ポロキサマーがポロキサマー４０７である、請求項１に記載の骨移植材組成物。
【請求項１０】
前記ＨＰＭＣが１,０００〜１００,０００ｃｐｓの粘度を有する、請求項１に記載の骨移植材組成物。
【請求項１１】
骨形成タンパク質（BMP）をさらに含む、請求項１に記載の骨移植材組成物。
【請求項１２】
前記骨形成タンパク質が、ＢＭＰ-２、ＢＭＰ-３、ＢＭＰ-３ｂ、ＢＭＰ-４、ＢＭＰ-５、ＢＭＰ-６、ＢＭＰ-７、ＢＭＰ-８、ＢＭＰ-９、ＢＭＰ-１０、ＢＭＰ-１１、ＢＭＰ-１２、ＢＭＰ-１３、ＢＭＰ-１４、ＢＭＰ-１５、ＢＭＰ-１６、ＢＭＰ-１７、ＢＭＰ-１８、又はその２つ以上の組み合わせである、請求項１１に記載の骨移植材組成物。
【請求項１３】
１）ヒドロゲル１００重量部に対してポロキサマー２５〜３５重量部及びヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）０．５〜２重量部を含む生分解性ヒドロゲルの製造段階；及び
２）３０〜５５重量％のリン酸カルシウム化合物粒子及び４５〜７０重量％の前記生分解性ヒドロゲルの混合段階を含む、骨移植材組成物の製造方法。
【請求項１４】
前記骨形成タンパク質（BMP）をさらに添加して混合する（段階２）、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記骨形成タンパク質が、ＢＭＰ-２、ＢＭＰ-３、ＢＭＰ-３ｂ、ＢＭＰ-４、ＢＭＰ-５、ＢＭＰ-６、ＢＭＰ-７、ＢＭＰ-８、ＢＭＰ-９、ＢＭＰ-１０、ＢＭＰ-１１、ＢＭＰ-１２、ＢＭＰ-１３、ＢＭＰ-１４、ＢＭＰ-１５、ＢＭＰ-１６、ＢＭＰ-１７、ＢＭＰ-１８、又はその２つ以上の組み合わせである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の骨移植材組成物、及び注入器具を含む、骨移植用キット。
【請求項１７】
前記注入器具がシリンジ又はチューブである、請求項１６に記載のキット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、骨移植材組成物及びその製造方法に関し、より詳細には、所定量のポロキサマー（PEO-PPO-PEOブロック共重合体）とヒドロキシプロピルメチルセルロース（Hydroxy-Propyl Methyl-Cellulose、HPMC）の組み合わせを含むヒドロゲル、及びリン酸カルシウム化合物粒子を含有し、優れた物性を有する、骨移植材組成物及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
骨移植材生体材料は、開発初期段階では生体内において不活性であるという特徴を有するが、移植後に、周辺組織で発生する感染及び炎症反応によってその使用は大きな制限されてきた。その後、セラミック及び高分子材料を基にした生体材料技術の急速な発展に伴い生体不活性よりはむしろ生体適合性を有する材料が設計及び開発されることにより、部位と使用目的に大きく依存する骨組織再生のための生体活性支持体の開発に至った。このような骨組織再生のための生体活性支持体は、移植部位（location of graft placement）に依存して異なる物性を有すること、周辺組織に対して毒性を示さないこと、また、他の人工臓器と比べて比較的高い機械的特性を有することが求められている。このような骨移植材のための生体活性支持体は、原料の特性とその使用目的によって様々な生体材料として販売及び開発されてきた。
【０００３】
人体に移植される全ての材料、特に、骨組織再生のための高分子材料は優れた加工適性及び成形性、又はin-situ重合（in-situ polymerization）の特性を有さなければならない。これらの材料は、細胞の接着、成長及び分化のための好適環境を提供することが求められており、その分解生成物もまた生体適合性が求められている。特に、骨移植材の圧縮強度と降伏強度が低すぎる場合、骨移植材の注入又は緻密に充填した後の縫合又は移植段階において、骨移植材がその位置を固定する能力を維持することや、外形を維持することが困難である。さらに、骨移植材の付着性が高すぎると、手術中の手術器具に付着し易くなり、骨欠損部位への充填が困難であり、その結果、作業性が低下することになる。
【０００４】
従って、骨欠損部位における移植に適した生体適合性及び物性を有し、また、移植後、一定期間製剤の維持性を有する骨移植材組成物の開発が求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような背景の下、本発明者らは、一定含量のポロキサマーとＨＰＭＣの組み合わせを含むヒドロゲル、及びリン酸カルシウム化合物粒子を用いて骨移植材組成物を製造し、前記組成物が骨移植材としての使用に適した物性を有することを確認し、本発明を完成するに至った。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的は、優れた物性を有する骨移植材組成物を提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、優れた物性を有する骨移植材組成物の製造方法を提供することである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によると、一定量のポロキサマーとＨＰＭＣの組み合わせを含むヒドロゲルを使用することによって本発明で特定された範囲外の量のポロキサマー及びＨＰＭＣを含む、ポロキサマー単独のヒドロゲル又はヒドロゲルに比べて、圧縮強度、降伏強度及び付着性の面においてより優れた骨移植材組成物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】様々な濃度におけるポロキサマー４０７ヒドロゲルの圧縮強度の測定結果を示す。
【図２】骨移植材に使用されるヒドロゲルの分散性及び粘弾性を改善することのできる補助成分を選別するために、キトサン、ＨＰＭＣ又はアルジネートをポロキサマーに添加した後の粘度変化の測定結果を示す。
【図３ａ】ＨＰＭＣとポロキサマーを様々な含量比で組み合わせてヒドロゲルを製造した後、圧縮強度テストを行った結果を示す。
【図３ｂ】ＨＰＭＣとポロキサマーを様々な含量比で組み合わせてヒドロゲルを製造した後、圧縮強度テストを行った結果を示す。
【図４ａ】β-ＴＣＰ粉末の含量に応じた骨移植材組成物の物性の変化を示す。具体的には、β-ＴＣＰ粉末の含量が７０重量％である場合を示す。
【図４ｂ】β-ＴＣＰ粉末の含量に応じた骨移植材組成物の物性の変化を示す。具体的には、β-ＴＣＰ粉末の含量が６０重量％である場合を示す。
【図４ｃ】β-ＴＣＰ粉末の含量に応じた骨移植材組成物の物性の変化を示す。具体的には、β-ＴＣＰ粉末の含量が５０重量％である場合を示す。
【図４ｄ】β-ＴＣＰ粉末の含量に応じた骨移植材組成物の物性の変化を示す。具体的には、β-ＴＣＰ粉末の含量が４５％である場合を示す
【図４ｅ】β-ＴＣＰ粉末の含量に応じた骨移植材組成物の物性の変化を示す。具体的には、β-ＴＣＰ粉末の含量が４０重量％である場合を示す。
【図４ｆ】β-ＴＣＰ粉末の含量に応じた骨移植材組成物の物性の変化を示す。具体的には、β-ＴＣＰ粉末の含量が３０重量％である場合を示す。
【図５】実施例１と比較例１の骨移植材組成物の形態を示す図である。
【図６】実施例１と比較例１の骨移植材組成物の耐水性を測定した結果を示す。
【図７】実施例１と比較例１の骨移植材組成物の耐水性を測定した結果を示し、比較例１の骨移植材組成物に対する結果を示す。
【図８】実施例１と比較例１の骨移植材組成物の物性を測定した結果を示す。
【図９】実施例１と比較例１の骨移植材組成物の物性を測定した結果を示す。
【図１０】骨移植材組成物を用いて行った手術中に実施例１の骨移植材組成物が手術用手袋に付着しないことを示す画像である。
【図１１】実施例１と比較例１の各骨移植材組成物の製剤が動物の骨欠損部位に移植後、詰め込み（cramming）によって維持されるレベルを観察した結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
前記課題を解決するために、本発明は、
Ａ)３０〜５５重量％のリン酸カルシウム化合物粒子；及び
Ｂ)ヒドロゲル１００重量部に対してポロキサマー２５〜３５重量部及びヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）０．５〜２重量部を含む４５〜７０重量％のヒドロゲルを含有する、骨移植材組成物を提供する。
【００１１】
本発明は、所定量のポロキサマーとＨＰＭＣの組み合わせを含むヒドロゲルをリン酸カルシウム化合物粒子と混合することによって優れた物性を有する骨移植材組成物を提供できることを特徴とする。具体的に、ヒドロゲルとリン酸カルシウム化合物粒子の混合物は注入可能であり、不定形の骨欠損部位に高密度に充填可能である。
【００１２】
すなわち、本発明は、生分解性高分子であるポロキサマーとＨＰＭＣを含むため、骨移植後、時間の経過に伴い生分解され得る骨移植材組成物を提供することができる。また、前記骨移植材組成物は、所定量のポロキサマーとＨＰＭＣの組み合わせを含むヒドロゲルを含有しているため、高い圧縮強度と降伏強度を有し、従って、骨移植後に体温領域で体積を維持する優れた能力を有する。さらに、骨移植材組成物は、ヒドロゲルとリン酸カルシウム化合物粒子を好適な配合比率で含むため、ヒドロゲルとリン酸カルシウム化合物粒子の凝集によって生じるパテ状の物質のような製剤を有することがある。同時に、骨移植材は、付着性が低く、手術中に手術器具に付着しないため、骨欠損部位に充填する場合、優れた作業性を有するという利点を持つ。
【００１３】
本発明における用語「骨移植材組成物」とは、骨欠損部位に使用する材料であって、すなわち、骨欠損部位に移植されて、充填される組成物を意味する。具体的に、本発明における「骨移植材組成物」とは、リン酸カルシウム化合物を基にした骨移植材組成物を意味する。
【００１４】
本発明の骨移植材組成物は、主にリン酸カルシウム化合物粒子とヒドロゲルから構成される。
【００１５】
本発明の骨移植材組成物の第１構成要素として、リン酸カルシウム化合物粒子は、天然骨と類似しており、骨再生と骨成長を誘導する機能を有する。
【００１６】
本発明における用語「リン酸カルシウム化合物」とは、リン酸とカルシウムを含む化合物を意味する。
【００１７】
本発明において、前記リン酸カルシウム化合物は、リン酸三カルシウム（TCP）、リン酸一カルシウム、リン酸四カルシウム、リン酸二カルシウム、ヒドロキシアパタイト又はその２つ以上の組み合わせであってもよいが、それに限定されるものではない。
【００１８】
好ましくは、前記リン酸三カルシウムはβ-リン酸三カルシウム（β-ＴＣＰ、Ca3(PO4)2）であってもよい。
【００１９】
本発明の一実施例では、骨伝導性に優れていることから、β-ＴＣＰを使用した。
【００２０】
本発明において、前記β-ＴＣＰは好ましくはミクロスフェアの形態であってもよい。
【００２１】
本発明において、前記β-ＴＣＰは、β-ＴＣＰ粉末を噴霧乾燥し、前記乾燥した粉末を１０５０〜１２５０℃の温度で焼結した後、前記焼結した粉末を４５〜７５μｍの範囲で篩分けして取得したものであってもよい。より具体的に、前記β-ＴＣＰは、β-ＴＣＰ粉末を噴霧乾燥することで球形に形成され、前記球形のβ-ＴＣＰ粉末を１０５０〜１２５０℃で焼結することで前記粉末の気孔率を上げることができる。より均一な骨移植材組成物を得るために、前記焼結したβ-ＴＣＰ粉末を４５〜７５μｍの範囲で篩分けしてもよい。焼結は１〜３時間行ってもよく、最も好ましくは２時間行ってもよい。
【００２２】
前述のように得られた最終β-ＴＣＰ粒子は、４５〜７５μｍの直径を有するミクロスフェア形態の粒子であってもよい。さらに、最終β-ＴＣＰ粒子は、前述の噴霧乾燥及び焼結の工程を行った結果から６０％以上の気孔率を有することができる。
【００２３】
従って、本発明の好ましい一態様として、本発明では、
Ａ）ミクロスフェア形態の３０〜５５重量％のリン酸カルシウム化合物粒子；及び
Ｂ）ヒドロゲル１００重量部に対してポロキサマー２５〜３５重量部及びヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）０．５〜２重量部を含む４５〜７０重量％のヒドロゲルを含有する、骨移植材組成物を提供する。
【００２４】
本発明の骨移植材組成物の第２構成要素として、前記ヒドロゲルは、ゾル-ゲル転移特性を有する高分子が水中に分散されることにより形成されたゲルであって、前記リン酸カルシウム化合物粒子を凝集する機能をして骨移植に適合する製剤を形成する。
【００２５】
本発明では、生体適合的であると共に移植後に優れた維持能力を有する骨移植材組成物を提供するために、体温より低いゾル-ゲル転移温度を有し、体温領域においてゲル形態を維持できる生分解性高分子としてポロキサマー及びヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）を使用することを特徴とする。
【００２６】
本発明における用語「ポロキサマー」とは、ポリプロピレングリコール（polypropylene glycol、PPG）の中心の鎖に２つのポリエチレングリコール（polyethylene glycol、PEG）鎖が結合しているトリブロック共重合体（PEO-PPO-PEO）を意味する。一般的に、ポロキサマー内のＰＥＧ/ＰＰＧの比率は、１：９〜８：２の範囲で様々であってもよい。ポリキサマの分子量は、１,１００〜１４,０００ｇ/ｍｏｌｅの範囲であってもよい。ポロキサマーは温度感受性の高分子である。本発明において、ポロキサマーは、骨移植材に対して注入可能性と成形性を付与する役割をするだけでなく、骨欠損部に充填された後、急速に分解され、リン酸カルシウム系の骨移植材成分のみが残留することになる。室温領域における注入容易性と成形性及び室温における貯蔵と運送中の製剤の安定性を維持するために、相対的に低いゾル-ゲル転移温度及び高い粘度を有する高分子量のポロキサマーが好ましく用いられる。より好ましくは、本発明におけるポロキサマーは、約３７℃（体温領域）のゲル状態を維持できるように、４〜３５℃のゾル-ゲル転移温度を用いてもよい。最も好ましくは、本発明において、約３７℃（体温領域）のゲル状態を維持する優れた能力を有するポロキサマー４０７を使用してもよい。
【００２７】
本発明における用語「ヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）」とは、パイプロメロースとも呼ばれる半合成、非活性、粘弾性高分子を意味する。本発明において、ＨＰＭＣは、ヒドロゲルの弾性を改善する役割をする。特に、ヒドロゲルの粘弾性が増加するほど、骨欠損部位に充填の際、骨移植材の位置を固定する能力が改善されるため、骨移植材の外部への流出を最小化できるという利点がある。
【００２８】
従って、本発明において、前記ＨＰＭＣの粘度は、好ましくは１,０００〜１００,０００ｃｐｓであってもよく、最も好ましくは１００,０００ｃｐｓであってもよい。本発明のＨＰＭＣは、高粘度及び高弾性を誘導するために、微量を添加し、その粘度が増加するほど、骨移植材の位置を固定する能力と、骨移植材の充填密度を高めることができ、骨移植材の手術器具と手袋などへの付着を最小化することができる。従って、微量で添加される場合、最も高い粘度を示す１００,０００ｃｐｓを有するＨＰＭＣを使用することが最も好ましい。
【００２９】
本発明において、前記骨移植材組成物は骨形成タンパク質（bone morphogenetic protein、BMP）をさらに含んでもよい。
【００３０】
本発明において、前記骨形成タンパク質は、ＢＭＰ-２、ＢＭＰ-３、ＢＭＰ-３ｂ、ＢＭＰ-４、ＢＭＰ-５、ＢＭＰ-６、ＢＭＰ-７、ＢＭＰ-８、ＢＭＰ-９、ＢＭＰ-１０、ＢＭＰ-１１、ＢＭＰ-１２、ＢＭＰ-１３、ＢＭＰ-１４、ＢＭＰ-１５、ＢＭＰ-１６、ＢＭＰ-１７、ＢＭＰ-１８、又はその２つ以上の組み合わせであってもよいが、これに限定されるものではない。
【００３１】
本発明において、前記パテ（Putty）状の骨移植材組成物をシリンジ又はチューブなどの注入器具に詰めて所望の位置に注入してもよい。注入後、前記骨移植材組成物は、骨移植材組成物の粘弾特性のため、骨欠損部に高密度に充填されるように手術器具で詰めてもよい。 
【００３２】
本発明によると、前述の所定量のポロキサマーとＨＰＭＣの組み合わせを含むヒドロゲルを使用することによって、ポロキサマー単独を含むヒドロゲル又は前述の範囲外量のポロキサマーとＨＰＭＣを含むヒドロゲルに比べて、圧縮強度、降伏強度及び付着性の面においてより優れた骨移植材組成物を提供する。
【００３３】
特に、本発明の骨移植材組成物は降伏値が１５００〜４０００ｇ/ｃｍ２の範囲を有してもよい。本発明の骨移植材組成物が前述した範囲内の降伏値を有する場合、最も優れた粘弾性を示すため、移植の際に骨欠損部位に容易に充填することができ、これは、骨移植材としての使用に適した特性を示すことを提示する。
【００３４】
本発明における用語「圧縮強度」とは、「強度」と混用され、外力によって骨移植材組成物の外形が変わる強度を意味する。前記用語「降伏強度」とは、骨移植材組成物の弾性と関連した物理的特性であって、外力によって骨移植材組成物が変形されない最大強度を意味する。従って、骨移植材組成物の圧縮強度及び降伏強度が増加するほど、骨移植材組成物の注入又は高密度に充填した後、移植の植え込み段階を固定する骨移植組成物の能力と外形維持特性を維持することができる。
【００３５】
本発明における用語「付着性」とは、ステインレス鋼の特性を意味する。これは、圧縮強度に対して反対に作用する力であって、（−）方向のみを意味する。付着性の高絶対値は、ステインレス鋼に付着した骨移植材組成物製剤をはがす付着性の絶対値が高いほど大きな力を要することを意味する。さらに、付着性の絶対値は、骨移植材組成物製形がステインレス鋼素材の手術器具だけでなく樹脂素材の手袋に骨移植材組成物製剤の付着程度を意味してもよい。
【００３６】
本発明で測定される物理的強度である圧縮強度、降伏強度及び付着性は、一般的にレオメーターを用いて測定することができる。
【００３７】
前述のように、本発明の骨移植材組成物は、相互に密集しているリン酸カルシウム化合物粒子間に充填されているヒドロゲルを含む。骨欠損部位に骨移植組成物の移植後、前記ヒドロゲルは、分解され放出された後、前記リン酸カルシウム化合物粒子が密集した形態のまま維持され、ヒドロゲルが放出された後のリン酸カルシウム化合物粒子間の空間で骨が成長する。
【００３８】
本発明は、骨移植のための骨移植材組成物の用途を提供する。
【００３９】
また、本発明は、
１）ヒドロゲル１００重量部に対してポロキサマー２５〜３５重量部及びヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）０．５〜２重量部を含む生分解性ヒドロゲルを製造する段階（段階１）、及び
２）３５〜５５重量％のリン酸カルシウム化合物粒子と４５〜７０重量％の生分解性ヒドロゲルを混合する段階（段階２）を含む、骨移植材組成物の製造方法を提供する。
【００４０】
段階１）は、ヒドロゲル１００重量部に対してポロキサマー２５〜３５重量部及びヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）０．５〜２重量部を含む、生分解性ヒドロゲルを製造する段階である。この段階において、所定量のポロキサマーとＨＰＭＣが水に分散され生分解性ヒドロゲルが製造される。
【００４１】
好ましくは、段階１）において、まず、ＨＰＭＣは水に分散されＨＰＭＣゲルを形成し、ＨＰＭＣが完全に分散されると、前記ＨＰＭＣゲルにポロキサマーを添加し分散させることによって、ポロキサマーとＨＰＭＣを含むヒドロゲルを製造することができる。
【００４２】
ＨＰＭＣは高粘弾性であるため、ゲル状態では溶解されないので、前述の方法のように、前記ヒドロゲルは、まず、ＨＰＭＣを水に入れてゲル状にした後、そこに、ポロキサマーを添加する方法により製造することが好ましい。仮に、ＨＰＭＣをポロキサマーゲルに加えると、ＨＰＭＣが凝集しゲル状に分散しない。さらに、ＨＰＭＣをはじめにゲル化させる場合も水を少しずつ加えながら溶解させる場合のみ、容易にゲル状を形成することができる。
【００４３】
従って、好ましくは、段階１）は、
ａ）全体使用量の１/４〜１/２に相応する水にＨＰＭＣを添加した後、真空状態で３００〜５００ｒｐｍの速度で攪拌し、硬いゲルを形成する段階、
ｂ）残余量の水を２〜４等分に均等に分けた後、段階的に添加しゲルを希釈する段階；及び
ｃ）ポロキサマーをＨＰＭＣゲルに一度に加えた後、真空状態で３００〜５００ｒｐｍの速度で攪拌する段階を含んでもよい。
【００４４】
ポロキサマー及びＨＰＭＣの種類は、前記骨移植材組成物に関して説明したとおりある。
【００４５】
段階２は、３０〜５５重量％のリン酸カルシウム化合物粒子と４５〜７０重量％の生分解性ヒドロゲルを混合する段階である。この段階において、段階１）により製造された所定量のヒドロゲルと所定量のリン酸カルシウム化合物粒子を混合し骨移植材組成物を取得することができる。
【００４６】
前記リン酸カルシウム化合物粒子の特徴及び方法は、前記骨移植材組成物に関して説明したとおりである。
【００４７】
本発明の好ましい一具体実施例において、前記リン酸カルシウム化合物粒子は下記方法により製造することができる。
【００４８】
純粋なβ-ＴＣＰ粉末を噴霧乾燥し球形粉末に製造する。その後、前記球形のβ-ＴＣＰ粉末を１０５０℃の温度で焼結し、その後、前記焼結した粒子を４５〜７５μｍの範囲で篩分けする。
【００４９】
段階２）において、骨形成タンパク質（BMP）をさらに添加して混合することができる。
【００５０】
前記骨形成タンパク質（BMP）の種類は、前記骨移植材組成物に関して説明したとおりである。
【００５１】
本発明の好ましい一具体実施例において、前記骨移植材組成物は下記方法により製造することができる。
【００５２】
まず、１ｇのＨＰＭＣと１０ｍＬの精製水を高速真空ミキサーに入れ４００ｒｐｍの速度で均等に混合する。その後、１０ｍＬの精製水を半透明のゼリー状のＨＰＭＣゲルに加え、同じ速度で混合する。その後、１４ｍＬの精製水をＨＰＭＣゲルに添加した後、均等に混合する。その後、１５ｇのポロキサマー４０７をＨＰＭＣゲルに加え、４００ｒｐｍの速度で混合する（３０重量％のポロキサマー及び２ 重量％のＨＰＭＣヒドロゲル）。５０ｇのβ-ＴＣＰミクロスフェアを最終産物のゲルに加えた後、２００ｒｐｍ以下の低速度で均等に混合する。
【００５３】
本発明において、前述のように製造されたパテ状の骨移植材組成物をシリンジに入れて所望の位置に注入することができる。
【００５４】
また、本発明は、
Ａ）３０〜５５重量％のリン酸カルシウム化合物粒子；及び
Ｂ）ヒドロゲル１００重量部に対してポロキサマー２５〜３５重量部及びヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）を含む４５〜７０重量％の生分解性ヒドロゲルを含有する、骨移植に使用される組成物を提供する。
【００５５】
より好ましくは、本発明は、
Ａ）ミクロスフェア形態の３０〜５５重量％のリン酸カルシウム化合物粒子；及び
Ｂ）ヒドロゲル１００重量部に対してポロキサマー２５〜３５重量部及びヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）を含む４５〜７０重量％の生分解性ヒドロゲルを含有する、骨移植に使用される組成物を提供する。
【００５６】
また、本発明は、
Ａ）３０〜５５重量％のリン酸カルシウム化合物粒子；及び
Ｂ）ヒドロゲル１００重量部に対してポロキサマー２５〜３５重量部及びヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）を含む４５〜７０重量％の生分解性ヒドロゲルを含有する骨移植材組成物、及び注入器具を含む骨移植用キットを提供する。
【００５７】
本発明において、前記注入器具は、シリンジ又はチューブなどであってもよい。
【実施例】
【００５８】
以下、本発明は実施例により、より詳細に説明するものとする。しかし、これらの実施例は、例示的な記載であって、本発明の範囲を制限するためのものではないことを理解すべきである。
【００５９】
製造例１：β-ＴＣＰミクロスフェアの製造
純粋なβ-ＴＣＰ粉末（Cerectron  Co.，Ltd.，韓国）を噴霧乾燥し球形粉末を製造した。その後、前記球形のβ-ＴＣＰ粉末を１０５０℃の温度で焼結し、その後、前記焼結された粒子を４５〜７５μｍの範囲で篩分けした。
【００６０】
実験例１：ポロキサマーの濃度選定
骨移植材に使用されるヒドロゲル中のポロキサマーの最適濃度を選定するために、ポロキサマー濃度による物性変化を調べた。
具体的に、まず、ポロキサマー４７０（BASF, Pluronic F-127）及び精製水を高速真空ミキサーに入れて様々な濃度で均等に混合し、ポロキサマーヒドロゲルを製造した。その後、製造された各ヒドロゲルの強度、硬度、付着性及び最大応力を調べた。ここで、各ヒドロゲルの圧縮強度、降伏強度及び付着性は、３７℃の温度でレオメーター(COMPAC-100, SUN SCIENTIFIC, 日本)により測定した。
【００６１】
その結果、２０重量％以下のポロキサマーの濃度を有するヒドロゲルの全ての特性は、３０重量％のポロキサマー濃度を有するヒドロゲルに比べ、著しく劣っていることを確認し、３５重量％以上のポロキシマー濃度を有するヒドロゲルの場合は、３０重量％のポロキシマー濃度を有するヒドロゲルに比べ、著しく改善されたことを確認した。
【００６２】
具体的に、２５重量％、３０重量％及び３５重量％のポロキシマー濃度を有する各ヒドロゲルの物性を調べた結果を下記図１及び表１に示した。
【００６３】
図１は、様々な濃度におけるポロキサマー４０７ヒドロゲルの圧縮強度の測定結果を示す図である。
【００６４】
【表１】
2016515422.tif 000003
【００６５】
図１及び表１の結果から、３０〜３５重量％範囲のポロキサマー濃度が最適濃度であることを確認することができた。
【００６６】
実験例２：分散性及び粘弾性改善の補助成分及びその含量の選定
骨欠損部位に骨移植材を充填する場合、周辺の血流によりヒドロゲルが希釈され製剤が分解され得る。血流により生じる分散を最小化するために、骨移植材に使用されるヒドロゲルの分散性及び粘弾性を改善することが要求される。特に、ポロキサマーが水と接触すると、その接触表面が急速に分解されるため、血流により生じる分散性と粘弾性を改善し得る補助成分を追加する必要がある。その例として、キトサン、ＨＰＭＣ及びアルジネート(alginate)を選択した。
【００６７】
前記予備的に選択されたキトサン、ＨＰＭＣ及びアルジネートを同量（０．５重量％）添加し、微量が添加された各補助的なヒドロゲルによる粘度変化を測定した。粘度測定は、高粘度用粘度計（Viscometer DV II+ Pro, Brookfield, アメリカ）を使用し、２０ｒｐｍの速度及び３７℃の温度で行った。
【００６８】
その測定結果を図２に示した。図２の結果から、ＨＰＭＣの添加は、キトサン又はアルジネートの添加に比べ、粘度特性が著しく改善されることを確認することができた。
従って、ＨＰＭＣをヒドロゲルの補助成分として選択した。
【００６９】
さらに、ＨＰＭＣの最適含量を調べるために、ＨＰＭＣをポロキサマーと様々な含量比率で組み合わせてヒドロゲルを製造した後、製造されたヒドロゲルに対する圧縮強度試験を行った。ＨＰＭＣを添加して高弾性のヒドロゲルを製造する場合は、回転型高粘度用粘度計でヒドロゲルの物性を測定することは不可能である。このような理由から、圧縮強度により物性を評価し、レオメーター(COMPAC-100, SUNSCIENTIFIC、日本)を用いて３７℃で分析した。
【００７０】
ＨＰＭＣを３５重量％のポロキサマーヒドロゲルを有するヒドロゲルに添加した場合、ＨＰＭＣの凝集が観察された。このような理由から、下記圧縮強度試験において、下記表２に示すように、様々な量のＨＰＭＣをそれぞれ２５重量％のポロキサマーを有するヒドロゲル及び３０重量％のポロキサマーを有するヒドロゲルに添加した。
【００７１】
【表２】
2016515422.tif 000004
【００７２】
前記圧縮強度試験の結果を図３に示した。図３の結果から、それぞれ２５重量％のポロキサマーヒドロゲル及び３０重量％のポロキサマーヒドロゲルに様々な量のＨＰＭＣ（０．５重量％、１重量％及び２重量％）を添加すると、３０重量％のポロキサマーヒドロゲルの圧縮強度が、２５重量％のポロキサマーヒドロゲルに比べ、約１．５倍ほど高いことが分かった。
【００７３】
従って、ポロキサマーの含量を３０重量％に固定し、様々な量のＨＰＭＣを含むヒドロゲルを製造した後、これらの物性を調べた。ＨＰＭＣが２重量％以上の場合は、８０℃で長時間の溶融を要するので、これによって、作業性が低下することが示された。従って、下記試験において、０．５重量％、１重量％及び２重量％の様々なＨＰＭＣ含量を有するヒドロゲルを製造した後、その物性を分析した。その分析結果を下記表３に示した。
【００７４】
【表３】
2016515422.tif 000005
【００７５】
表３の結果から、２重量％のＨＰＭＣを有するヒドロゲルの物性が最も優れていることを確認することができた。ＨＰＭＣを２重量％以上添加すると、前記ヒドロゲルの粘弾性が増加しすぎて、ポロキサマーを混合できなくなるため、前記ＨＰＭＣの最大含量を２重量％に設定した。
【００７６】
従って、実験例１及び２の結果から、ヒドロゲルは３０重量％含量のポロキサマー、２重量％含量のＨＰＭＣ及び７０重量％含量の水を有する場合に最も好ましいことが分かった。
【００７７】
実験例３：β-ＴＣＰの含量決定
実験例１及び２により最適含量として決定された３０重量％含量のポロキサマー、２重量％含量のＨＰＭＣ及び７０重量％含量の水を有するヒドロゲルを製造した後、製造例１により製造された異なる量のβ-ＴＣＰを有するヒドロゲルを混合することにより骨移植材組成物を製造し、その物性を分析した。
【００７８】
その結果を図４ａ〜図４ｆに示した。具体的に、図４ａはβ-ＴＣＰミクロスフェアの含量が７０重量％である場合、図４ｂはβ-ＴＣＰミクロスフェアの含量が６０重量％である場合、図４ｃはβ-ＴＣＰミクロスフェアの含量が５０重量％である場合、図４ｄはβ-ＴＣＰミクロスフェアの含量が４５重量％である場合、図４ｅはβ-ＴＣＰミクロスフェアの含量が４０重量％である場合、図４ｆはβ-ＴＣＰミクロスフェアの含量が３０重量％である場合を示す。
【００７９】
図４ａ〜図４ｂの結果から、前記ヒドロゲルは、ゲルの含量不足により生じる粉末形態を示し、注入が不可能であることを確認することができた。それに反して、図４ｃ〜図４ｆの結果から、ヒドロゲルはゲルの十分な含量により注入可能なパテ状を示すことを確認することができた。
【００８０】
特に、β-ＴＣＰ粉末が５０重量％である骨移植材組成物を示し、すなわち、ゲルとミクロスフェアの含量が１：１である図４ｃの場合、パテ状の骨移植材組成物は低い付着性を示すため、手に付着せず作業性が改善されたことを示す。さらに、ゲルとミクロスフェアの含量が１：１の場合、骨移植材組成物の最大応力が高く、よって、前記組成物は、外力に対する高い抵抗力を有する。従って、この場合、縫合の際、材料の損失を防ぐことができ、手術部位の切開表面における出血によって材料が解けることを防ぐことができる。さらに、骨移植材は低い付着性を有するので、手術中に手だけでなく、器具にも付着しない。
【００８１】
従って、前記結果は、β-ＴＣＰミクロスフェアの最適含量が５０重量％であり、注入可能性を考慮してβ-ＴＣＰミクロスフェアが３０〜５５重量％の範囲の量で使用できることを示している。
【００８２】
実施例１：本発明の骨移植材組成物の製造
実験例１〜３の結果を基に、骨移植材組成物は下記方法により製造された。まず、１ｇのＨＰＭＣと１０ｍＬの精製水を高速真空ミキサーに入れ、４００ｒｐｍの速度で均等に混合した。その後、１０ｍＬの精製水を半透明なゼリー状のＨＰＭＣゲルに添加し、同じ速度で混合した後、１４ｍＬを精製水のさらに添加し、前記ＨＰＭＣゲルを均等に混合した。その後、１５ｇのポロキサマー４０７をＨＰＭＣゲルに添加した後、４００ｒｐｍの速度で混合した（３０重量％のポロキサマー及び２重量％のＨＰＭＣヒドロゲル）。５０ｇのβ-ＴＣＰミクロスフェアを最終産物のゲルに加えた後、２００ｒｐｍ以下の低速度で均等に混合することによって骨移植材組成物を取得した。
【００８３】
比較例１：ＢＭＰ-２を有しＨＰＭＣは含まない骨移植材組成物の製造
まず、３５ｇのポロキサマー４０７を含むシリンジと６５ｇの精製水を４℃で混合し完全溶解させて、３５重量％のポロキサマー４０７を含むゲルを製造した。前記３５重量％のポロキサマー４０７を含むゲルをルアーロックタイプのシリンジに入れた。
０．３５ｍＬ（７０重量％のβ-TCP）のＢＭＰ-２溶液を、前記製造例１により製造された０．５ｇのβ-ＴＣＰミクロスフェアを含むシリンジに注射針を用いて吸収させた。
ポロキサマー４０７ゲルを含むシリンジと、ＢＭＰを吸収させたβ-ＴＣＰマイクロスフェアを含むシリンジを３ｗａｙコネクターに連結した後、前記連結された２つのシリンジの内容物をコネクターを用いて均等に混合し、骨移植材組成物を取得した。
【００８４】
比較例２：ＨＰＭＣを含まない骨移植材組成物の製造
ＢＭＰ-２溶液を使用していないことを除いては、比較例の記述と同様の方法により骨移植材組成物を製造した。すなわち、前記ＢＭＰ-２溶液をβ-ＴＣＰミクロスフェアに吸収させる過程を除いて骨移植材組成物の製造を行った。
【００８５】
実験例４：本発明の骨移植材組成物の外形及び骨移植材組成物の耐水性の調査
図５は、実施例１及び比較例１の骨移植材組成物の形態を示す。
具体的に、図５ａは実施例１の骨移植材組成物の形態を示し、図５ｂは比較例１の骨移植材組成物の形態を示す。
図５ａ及び図５ｂの形態から、本発明の骨移植材組成物は高弾力と硬い形態を有することが確認された。
さらに、実施例１及び比較例１の骨移植材組成物の耐水性を検討した。
具体的に、実施例１及び比較例１の骨移植材組成物を３７℃の水に浸し、その外形が時間の経過に伴い維持されるか否かを観察した。
【００８６】
前記観察結果を図６と図７に示した。図７ａは比較例１の骨移植材組成物の結果を示し、図７ｂは実施例１の骨移植材組成物の結果を示している。図６と図７に示すように、本発明の骨移植材組成物は、耐水性を有することから比較例１の骨移植材組成物より少なくとも２倍以上の長くその外形を維持することができる。特に、比較例１の骨移植材組成物は、３７℃の水中で３分後から製剤を固定する能力を消失し、３０分以後、水中における分散が激しくなることから、骨移植材組成物の消失が発生することを示し、一方、実施例１の骨移植材組成物では３０分間その外形を安定に維持することから、血液中における低分散性を有することを示す。
【００８７】
実験例５：本発明の骨移植材組成物の物性試験
実施例１及び比較例１と２の骨移植材組成物の物性を調べた。
その調査結果を下記表４及び図８と図９に示した。
【００８８】
【表４】
2016515422.tif 000006
【００８９】
表４及び、図８と図９に示すように、実施例１の骨移植材組成物は、比較例１と２の骨移植材組成物より優れた物性を有する。特に、実施例１の骨移植材組成物は強度が高いため、適用される外力に対する高い抵抗力を有することから、縫合の際、材料の損失を防ぐことができ、手術部位の切開表面における出血によって材料が解けることを防ぐことができるということを示す。さらに、実施例１の骨移植材組成物は、高弾性の特性を有するので高い降伏強度を示すが、比較例１の骨移植材組成物は弾性がないので圧縮強度とほとんど同様の降伏値を示す。
【００９０】
さらに、実施例１の骨移植材組成物は低い付着性を有するので図１０に示すように、手術用手袋に付着しない。
【００９１】
実験例６：本発明の骨移植材組成物の動物試験
実施例１と比較例１の各骨移植材組成物を動物の骨欠損部位に移植した後、詰め込みによる製剤の維持レベルを調べた。
【００９２】
その評価結果を図１１に示した。特に、図１１ａは注入直後の比較例１の骨移植材組成物を示し、図１１ｂは注入直後の実施例１の骨移植材組成物を示し、図１１ｃは注入直後に詰め込んだ比較例１の骨移植材組成物を示し、図１１ｄは注入直後に詰め込んだ実施例１の骨移植材組成物を示す。
【００９３】
図１１に示すように、比較例１の骨移植材組成物は注入直後に湿潤が発生し、詰め込み後、周辺に分散するのに対し、実施例１の骨移植材組成物は注入直後、湿潤抵抗性を示し、詰め込み後に組織周辺に流れないことを確認した。
【図１】
2016515422.tif 000007
【図２】
2016515422.tif 000008
【図３ａ】
2016515422.tif 000009
【図３ｂ】
2016515422.tif 000010
【図４ａ】
2016515422.tif 000011
【図４ｂ】
2016515422.tif 000012
【図４ｃ】
2016515422.tif 000013
【図４ｄ】
2016515422.tif 000014
【図４ｅ】
2016515422.tif 000015
【図４ｆ】
2016515422.tif 000016
【図５】
2016515422.tif 000017
【図６】
2016515422.tif 000018
【図７】
2016515422.tif 000019
【図８】
2016515422.tif 000020
【図９】
2016515422.tif 000021
【図１０】
2016515422.tif 000022
【図１１】
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【国際調査報告】
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