(57)【要約】【課題】骨に対する高い親和性を有し、かつ、降伏点後も破断点まで更に高いトルクをかけていくことができる機械的性質を有する骨接合材料を提供する。【解決手段】生体内分解吸収性ポリマーからなるマトリックス中にバイオセラミックス微粒子が分散している骨接合材料であって、前記バイオセラミックス微粒子は、含水率が１．０％以下である骨接合材料である。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体内分解吸収性ポリマーからなるマトリックス中にバイオセラミックス微粒子が分散している骨接合材料であって、前記バイオセラミックス微粒子は、含水率が１．０％以下であることを特徴とする骨接合材料。
【請求項２】
バイオセラミックス微粒子は、５００℃以上の温度で焼成されたハイドロキシアパタイトであることを特徴とする請求項１記載の骨接合材料。
【請求項３】
生体内分解吸収性ポリマーは、脂肪族ポリエステルであることを特徴とする請求項１又は２記載の骨接合材料。
【請求項４】
生体内分解吸収性ポリマーと、含水率が１．０％以下であるバイオセラミックス微粒子とを、前記生体内分解吸収性ポリマーの融点以上の温度にて混練する工程を有することを特徴とする骨接合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、骨に対する高い親和性を有し、かつ、降伏点後も破断点まで更に高いトルクをかけていくことができる機械的性質を有する骨接合材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体に大きな外力が加わり骨折をした場合、骨の損傷が小さく外部からの固定のみで自然に治癒することもあるが、骨折した骨の断端が大きく離れてしまった場合や、複雑に折れてしまったときには、もはや外部からの固定のみでは自然に治癒することは望めない。このような場合に、ピン、プレート、スクリュー等の骨接合材料を用いて骨折部位を一定期間固定して、骨が癒合して治癒した後にこれらの材料を取り除くという治療方法をとることが一般的である。
【０００３】
これらの骨接合材料としては、強度の問題から金属材料が用いられてきた。しかしながら、金属材料を長期間生体内に埋入することによって材料が腐食し、生体へ悪影響を与えることが懸念される。従って、骨折治癒後には骨接合材料を除去する為の再手術が必要となり、患者にとって肉体的、精神的負担も大きい。
【０００４】
特許文献１には、脂肪族ポリエステル、特にポリ−Ｌ−乳酸からなる生体内分解吸収性の骨接合材料が記載されている。生体内分解吸収性の骨接合材料は、骨折治癒後に徐々に分解吸収されていくことから、再手術により除去する必要がない。
しかしながら、これらの生体内分解吸収性の骨接合材料にも、骨組織と材料との界面接着性が低いために骨固定が不充分となることがある、分解吸収されるまでの期間が長期であるために材料が吸収された後にも骨孔が残存してしまうことがある等の問題点が指摘されている。
【０００５】
これに対して、生体内分解吸収性ポリマーからなるマトリックス中に、骨との親和性が高いハイドロキシアパタイト等バイオセラミックス微粒子が分散させた骨接合材料が検討されている（特許文献２〜４）。このようなバイオセラミックス微粒子を含有することにより、骨接合材料と周囲の骨との融合を促進させ、かつ、骨接合材料の分解とともに骨を形成する細胞が材料の存在していた部位に浸入し、最終的には骨組織と置き換わることが期待されている。
【０００６】
しかしながら、生体内分解吸収性ポリマーとバイオセラミックス微粒子とは、親和性が低いことが知られている。生体内分解吸収性ポリマーとバイオセラミックス微粒子とを複合化した材料の機械的性質は、生体内分解吸収性ポリマー単体からなる材料と全く異なるものとなる。
【０００７】
例えば、図１に、ポリ−Ｌ−乳酸のみからなる骨接合材料（丸棒状）と、ポリ−Ｌ−乳酸からなるマトリックス中にハイドロキシアパタイト微粒子を分散させた骨接合材料（丸棒状）とについて、トルク試験を行った場合のグラフを模式的に示した。
図１より、ポリ−Ｌ−乳酸のみからなる骨接合材料は、一方の端を固定し他方の端にトルクをかけてねじっていったときに、比較的低いトルクでいったん降伏するものの（降伏点）、降伏点後も破断点まで更に高いトルクをかけていくことができる（以下、このような性質を「粘りがある」ともいう）。一方、ポリ−Ｌ−乳酸からなるマトリックス中にハイドロキシアパタイト微粒子を分散させた骨接合材料は、降伏点こそ高いものの、いったん降伏してしまった後は、それ以上の高いトルクをかけることができない（以下、このような性質を「粘りがない」ともいう）。
【０００８】
機械的性質は、特に骨接合材料をスクリューとして用いる場合に大きく影響する。即ち、上記ポリ−Ｌ−乳酸のみからなる骨接合材料をスクリューとして用いた場合、骨にねじ込んでいくときにトルクがかかりすぎてスクリューが破損したときにも、「粘り」があるので更に高いトルクをかけることができる。従って、容易に破損したスクリューを取り外して、再度新しいスクリューをねじ込むことができる。しかしながら、ポリ−Ｌ−乳酸からなるマトリックス中にハイドロキシアパタイト微粒子を分散させた骨接合材料であるスクリューを用いた場合、いったんスクリューが破損してしまうと、「粘り」がなく容易には取り外すことができない。このような機械的性質の相違は、手術現場においては決定的であった。
【特許文献１】特開平５−１６８６４７号公報
【特許文献２】特開２００３−１５９３２１号公報
【特許文献３】特開２００４−３５１１３７号公報
【特許文献４】特開２００２−３２５８３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記現状に鑑み、骨に対する高い親和性を有し、かつ、降伏点後も破断点まで更に高いトルクをかけていくことができる機械的性質を有する骨接合材料を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、生体内分解吸収性ポリマーからなるマトリックス中にバイオセラミックス微粒子が分散している骨接合材料であって、前記バイオセラミックス微粒子は、含水率が１．０％以下である骨接合材料である。
以下に本発明を詳述する。
【００１１】
本発明者らは、鋭意検討の結果、バイオセラミックス微粒子として含水率が１．０％以下であるものを用いた場合には、生体内分解吸収性ポリマーのみからなるものと同様の「粘りのある」機械的性質を有する骨接合材料が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
この理由については現時点では明らかではない。配合するバイオセラミックス微粒子に含まれる水分が、生体分解吸収性ポリマーの加水分解を促進させその分子量を低下させるおそれがあることは、例えば、特許文献４の段落番号［００３０］においても指摘されている。しかしながら、「粘りのある」機械的性質を有する骨接合材料は、高分子量の生体分解吸収性ポリマーを用いても得られない。このことは、単純な加水分解だけが原因ではないことを示唆している。原因は不明であるものの、含水率が１．０％以下であるバイオセラミックス微粒子を用いた場合にのみ、「粘り」のある骨接合材料を得ることができる。
【００１２】
本発明の骨接合材料は、生体内分解吸収性ポリマーからなるマトリックス中にバイオセラミックス微粒子が分散しているものである。
上記生体内分解吸収性ポリマーとしては、生体内において加水分解されて生体に吸収されるものであれば特に限定されないが、例えば、ポリ−Ｌ−乳酸、ポリ−Ｄ−乳酸、ポリ−Ｄ，Ｌ−乳酸、Ｌ−乳酸とＤ−乳酸の共重合体、ポリ−Ｌ−乳酸とポリ−Ｄ−乳酸をブレンドしてなるステレオコンプレックス、ポリグリコール酸、グリコール酸とＬ−乳酸との共重合体、グリコール酸とＤ−乳酸との共重合体等の脂肪族ポリエステルが好適である。なかでも、強度及び強度保持性に優れていることから、ポリ−Ｌ−乳酸、Ｌ−乳酸を主体とするＬ−乳酸とＤ−乳酸の共重合体、Ｌ−乳酸を主体とするポリ−Ｄ，Ｌ−乳酸がより好ましい。これらの生体内分解吸収性ポリマーは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００１３】
上記バイオセラミックス微粒子としては特に限定されず、例えば、ハイドロキシアパタイト、トリカルシウムホスフェイト、テトラカスシウムホスフェイト等が挙げられる。なかでも、骨伝導性や骨新生能に優れることから、ハイドロキシアパタイトが好適である。これらのバイオセラミックス微粒子は単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００１４】
上記バイオセラミックス微粒子の形状としては特に限定されず、球状、板状、繊維状、チューブ状等いずれであってもよい。なかでも、埋入後に材料が分解されたときに生体への物理刺激が少ないことから、球状のものが好適である。
【００１５】
上記バイオセラミックス微粒子の粒子径としては特に限定されないが、好ましい上限は３０μｍである。３０μｍを超えると、上記生体内分解吸収性ポリマーからなるマトリックス中に分散させたときに、生体内分解吸収性ポリマーとの接触面積が小さくなって高い機械的性質を発揮できないことがある。より好ましい上限は１０μｍ以下である。粒子径の下限については特に限定されないが、一般的には０．５μｍ程度が限界であろう。
【００１６】
上記バイオセラミックス微粒子は、含水率が１．０％以下である。１．０％を超える場合には、「粘り」のある骨接合材料を得ることはできない。より好ましくは０．８％以下、更に好ましくは０．７％以下である。
なお、上記バイオセラミックス微粒子の含水率は、熱分析装置（ＴＧ／ＤＴＡ；ＴＧとは雰囲気温度の上昇（下降）によるサンプルの重量変化を、時間（温度）に対して記録したものをＴＧ曲線とすること、ＤＴＡとはサンプルホルダーに設けられた熱電対の起電力により、リファレンスとサンプルとの温度差を検出し、ＤＴＡ曲線とすること）を用いて、窒素気流下、１０℃／分の割合で温度を上昇させることにより測定することができる。
【００１７】
このような低含水率のバイオセラミックス微粒子は、バイオセラミックス微粒子を焼成することにより得ることができる。焼成条件については、上記含水率を達成できるものであれば特に限定されないが、例えば、上記バイオセラミックス微粒子がハイドロキシアパタイトである場合には、好ましくは５００℃以上、より好ましくは８００℃以上で焼成することが好ましい。ただし、ハイドロキシアパタイトの場合、焼成温度が１２００℃を超えると、骨伝導能が劣ることがある。
なお、焼成後のバイオセラミックス微粒子は、一定期間は低含水率を保つことができるが、保存条件によっては焼成後数ヶ月程度で吸水してしまうことがある。そのような場合には、再度焼成を行って含水率を低減させることが好ましい。
【００１８】
本発明の骨接合材料における上記生体内分解吸収性ポリマーとバイオセラミックス微粒子との配合量としては特に限定されないが、骨接合材料全体に対するバイオセラミックス微粒子の配合量の好ましい下限は１０重量％、好ましい上限は５０重量％である。１０重量％未満であると、骨伝導や骨新生等のバイオセラミックスに起因する優れた効果が得られないことがあり、５０重量％を超えると、得られる骨接合材料の強度が劣ることがある。より好ましい下限は２０重量％、より好ましい上限は４０重量％である。特にバイオセラミックス微粒子の配合量が３０重量％以上である場合には、得られる骨接合材料はＸ線造影性に優れたものとなる。
【００１９】
本発明の骨接合材料を製造する方法としては特に限定されず、上記生体内分解吸収性ポリマーと含水率が１．０％以下であるバイオセラミックス微粒子とを上記生体内分解吸収性ポリマーの融点以上の温度にて混練した後、押出し成形法等の従来公知の成形方法により成形する方法等が挙げられる。
このような本発明の骨接合材料を製造方法もまた、本発明の１つである。
【００２０】
本発明の骨接合材の用途としては特に限定されず、例えば、ピン、プレート、スクリュー等が挙げられる。
本発明の骨接合材は、上記構成よりなることから、丸棒状に加工したものの一方の端を固定し他方の端にトルクをかけてねじっていったときに、降伏点後も破断点まで更に高いトルクをかけていくことができるという優れた機械的性質を発揮することができる。従って、特にスクリューとしたときに高い性能を発揮する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、骨に対する高い親和性を有し、かつ、降伏点後も破断点まで更に高いトルクをかけていくことができる機械的性質を有する骨接合材料を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に実施例を挙げて本発明の態様を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例にのみ限定されるものではない。
【００２３】
（実施例１）
平均粒子径が３０μｍのハイドロキシアパタイト微粒子を８００℃にて２時間焼成して焼成ハイドロキシアパタイトを得た。得られた焼成ハイドロキシアパタイト微粒子の含水率を、島津製作所社製ＴＧ／ＤＴＡ測定装置ＤＴＧ−６０を用い、１０℃／分の割合で室温から１０００℃まで昇温させて測定したところ、０．３９％であった。
【００２４】
焼成ハイドロキシアパタイト微粒子とポリ−Ｌ−乳酸（重量平均分子量２０万）とを、焼成ハイドロキシアパタイト微粒子の配合比が３０重量％となるように二軸延伸押出装置に投入し、１８０℃の温度で混練してから押し出して、ペレットを得た。得られたペレットを溶融押出機を用いて押出し、平均直径７ｍｍの丸棒を得た。この丸棒を６５℃で３倍に延伸して延伸棒を作製した。延伸棒を切削して直径３．０ｍｍ、長さが５．０ｍｍのロッド状成形体を得た。
【００２５】
（実施例２）
含水率が０．７０％であるハイドロキシアパタイト微粒子を用いた以外は、実施例１と同様にしてロッド状成形体を得た。
【００２６】
（比較例１）
焼成していない未焼成ハイドロキシアパタイト微粒子を用いた以外は実施例１と同様にしてロッド状成形体を得た。
なお、この未焼成ハイドロキシアパタイト微粒子の含水率は４．３６％であった。
【００２７】
（比較例２）
含水率が５．８６％であるハイドロキシアパタイト微粒子を用いた以外は、実施例１と同様にしてロッド状成形体を得た。
【００２８】
（評価）
得られたロッド状成形体の一方の端を固定し、他方の端を１ｒｐｍの速度で回転させてトルクをかけてねじっていったときの降伏点及び破断点におけるトルクを測定した。実験は、各々について３回ずつ行った。回転角度を横軸にトルクを縦軸にとったときのトルク試験のチャートを図２、３、４、５に示した。
なお、降伏点及び破断点は、以下の観点により判断した。即ち、チャートにおいてトルクを加えた後に最初に現れた最大値を降伏点とし、その後トルクを加え続けてゆき、材料が破断（急激に値が減少した点）した時に現れた最大値を破断点とした。
結果を表１に示した。
【００２９】
【表１】
2009240413.tif 000002
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明によれば、骨に対する高い親和性を有し、かつ、降伏点後も破断点まで更に高いトルクをかけていくことができる機械的性質を有する骨接合材料を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ポリ−Ｌ−乳酸のみからなる骨接合材料と、ポリ−Ｌ−乳酸からなるマトリックス中にハイドロキシアパタイト微粒子を分散させた骨接合材料とについてトルク試験を行った場合のグラフである。
【図２】実施例１で製造したロッド状成形体のトルク試験のチャートである。
【図３】実施例２で製造したロッド状成形体のトルク試験のチャートである。
【図４】比較例１で製造したロッド状成形体のトルク試験のチャートである。
【図５】比較例２で製造したロッド状成形体のトルク試験のチャートである。
【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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