JP2001231848A - 生体活性セメント組成物 - Google Patents

生体活性セメント組成物

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JP2001231848A
JP2001231848A JP2000043305A JP2000043305A JP2001231848A JP 2001231848 A JP2001231848 A JP 2001231848A JP 2000043305 A JP2000043305 A JP 2000043305A JP 2000043305 A JP2000043305 A JP 2000043305A JP 2001231848 A JP2001231848 A JP 2001231848A
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powder
cement composition
reinforcing material
bioactive cement
bioactive
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Satoshi Yoshihara
聡 吉原
Kiyoyuki Okunaga
清行 奥長
Yoshiaki Kitamura
嘉朗 北村
Ken Choju
研 長寿
Seiichi Morita
誠一 森田
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Nippon Electric Glass Co Ltd
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Nippon Electric Glass Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 生体活性が有り、生体内に長期間埋入した場
合でも機械的強度が劣化し難く、また、作業性の良い生
体活性セメント組成物を提供することである。 【解決手段】 リン酸カルシウム系結晶粉末と、ポリメ
タクリレート系粉末と、メタクリレート系モノマーと、
重合開始剤と、重合促進剤と、補強材とからなることを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、整形外科分野や口
腔外科分野等で用いられるインプラント材料の接着固定
や骨欠損部の充填、脳神経外科分野における頭蓋骨欠損
部の再建等に使用される生体活性セメント組成物に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来、整形外科分野や口腔外科分野等で
用いられるインプラント材料の接着固定や骨欠損部の充
填、脳神経外科分野における頭蓋骨欠損部の再建等に使
用されるセメントとして、PMMAセメントが広く知ら
れている。ところがPMMAセメントには生体活性がな
いため、自然骨と化学的に直接結合することができな
い。そこで近年、ジメタクリレート系モノマー(Bis
−GMA等)にCa含有ガラス等の生体活性フィラーを
添加した生体活性セメントが提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記生体活性セメント
は、生体内で硬化すると、硬化体表面に露出したフィラ
ー粉末からCaイオンが溶出し、体液と反応して硬化体
表面にアパタイト層を形成する結果、自然骨と化学的に
直接結合することができる。ところが、Ca含有ガラス
は長期間にわたってCaイオンを放出するために粉末自
体が劣化し、セメント硬化体の機械的強度が劣化する。
また、硬化が急激におこるために成形し難く、作業性は
あまり良くないのが現状である。本発明の目的は、生体
活性が有り、生体内に長期間埋入した場合でも機械的強
度が劣化し難く、また、作業性の良い生体活性セメント
組成物を提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の生体活性セメン
ト組成物は、リン酸カルシウム系結晶粉末と、ポリメタ
クリレート系粉末と、メタクリレート系モノマーと、重
合開始剤と、重合促進剤と、補強材とからなることを特
徴とする。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明において生体活性フィラー
として含まれるリン酸カルシウム系結晶粉末は、ハイド
ロキシアパタイト(HAp)、α−リン酸三カルシウム
(α−TCP)等からなる。これらはCaを含んだ結晶
で、それぞれ自然骨と同じ成分又はそれに近い成分であ
るので骨と化学的に直接結合する。また、これらの材料
は、ガラスではなく結晶構造を有しているため、Caイ
オンの溶出がほとんどなく、機械的強度も劣化し難い。
その上、リン酸カルシウム系結晶粉末は補強材となじみ
がよいため補強材を多量に含有することができ、材料設
計がし易いことがわかった。リン酸カルシウム系結晶粉
末の含有量は5〜80質量%の範囲にあることが好まし
い。生体活性フィラー粉末の含有量が、5質量%より少
ないと生体活性が不十分となり、80質量%を超えると
セメントの作業性が悪くなるとともに、モノマーが重合
し難くなって機械的強度が低下する。また、その表面を
シランカップリング処理しておくと、メタクリレート系
モノマーとの馴染みがよくなってセメント硬化体の強度
が大きくなるとともに、粉末表面が疎水基を持つため血
液の阻害性がなくなり、セメントが硬化しやすくなる。
なおシランカップリング処理を施すに当たっては、弱酸
〜中性領域(pH5〜8程度)で行うことが好ましい。
これは、pHが5より低いとリン酸カルシウム系結晶表
面が浸食され、pHが8より高いとシランカップリング
処理が困難になるためである。
【0006】ところで、セメントの硬化体で一番重要な
ことは、長期信頼性に優れていることである。すなわち
セメントの硬化体が長期間体内に埋入されていても機械
的強度劣化が生じないことである。そのため、本発明に
おいては補強材を使用する。なお補強材の形態は、球
形、ウイスカー状、フレーク状等と特に限定されない
が、球形の形態を有する補強材を使用すると、セメント
内に発生した応力集中を防止することができるので,更
にセメント硬化体の機械的強度を向上させることができ
る。また球形であるがゆえにモノマーとの馴染みがよく
良好な流動性を示すため、作業性のよいセメント材料を
得ることができる。補強材の含有量は、0.1〜60質
量%の範囲にあることが好ましい。補強材の含有量が
0.1質量%より少ないと補強材としての効果が得難く
なり、また60質量%を超えると、生体活性が大幅に低
下する。好ましい補強材の含有量は質量%で10〜50
%である。補強材としては機械的強度が高く化学的に安
定なアルミナ(Al23)、ジルコニア(ZrO2)、
チタニア(TiO2)、シリカ(SiO2)等を使用す
る。なお、アルミナは、α、γ、δ、θ、ε型があるが
何れのアルミナも補強材として使用することができる。
【0007】ポリメタクリレート系粉末は、メタクリレ
ート系モノマーの重合に必要な成分であり、その含有量
は5〜80質量%であることが好ましく、これより多く
なると相対的にリン酸カルシウム系結晶粉末が少なくな
るために生体活性が低下し、逆に少なすぎるとメタクリ
レート系モノマーが重合し難くなって機械的強度が低下
する。なお、ポリメタクリレート系粉末としては、ポリ
メチルメタクリレート(PMMA)粉末やメタクリレー
トとスチレンの共重合体粉末を使用することができる。
【0008】メタクリレート系モノマーは、2次元重合
するモノマーであり、ジメタクリレート系モノマーほど
硬化時に急激に粘性が増大しないため作業性に優れる。
また、硬化後は、体内で長期にわたって安定し、機械的
強度が低下しがたい。メタクリレート系モノマーとして
は、現在整形外科領域で使用されているメチルメタクリ
レート(MMA)が最も好ましいが、これ以外にもエチ
ルメタクリレート等が使用可能である。なお、メタクリ
レート系モノマーの含有量は10〜60質量%が好まし
い。
【0009】なお、リン酸カルシウム系結晶粉末、ポリ
メタクリレート系粉末、補強材粉末からなる粉末成分
と、メタクリレート系モノマーからなる液体成分の粉液
比は、質量比で50:50〜90:10であることが望
ましい。
【0010】さらに本発明の生体活性セメント組成物
は、重合開始剤と重合促進剤を含有する。
【0011】重合開始剤は粉末成分に添加して使用す
る。添加量は粉末成分100質量部に対して、0.1〜
8質量部が好ましく、0.1質量部より少ないと効果が
ほとんどなく、8質量部より多いと硬化時間が速くなり
すぎて操作性が悪くなりやすい。なお、重合開始剤とし
ては。過酸化ベンゾイル、トリ−n−ブチルボラン等を
使用することができる。
【0012】重合促進剤は液体成分に添加して使用す
る。添加量はモノマー100質量部に対して0.1−8
質量部が好ましい。重合促進剤が0.1質量部より少な
いとモノマーを重合させる際に100℃以上に加熱しな
ければ硬化しないので実際の手術場では使用できない。
また、8質量部より多いと硬化時間が速くなりすぎて操
作性が悪くなりやすい。なお,重合促進剤としては、ジ
メチル−P−トルイジン等の第3級アミンを使用するこ
とができる。
【0013】また、本発明の生体活性セメント組成物
は、上記成分以外にも、薬剤、骨形成因子、重合抑制
剤、重合禁止剤等種々の成分を必要に応じて添加するこ
とができる。
【0014】なお、本発明の生体活性セメント組成物の
提供形態は、粉末−液体系であり、ユーザーは粉末と液
体を混合して使用すればよい。粉末−液体系で提供され
る本発明の生体活性セメント組成物は、粉末と液体を混
合し、練和すると重合反応がおこり、3〜15分で程度
の時間で硬化が完了するが、ジメタクリレート系モノマ
ーの場合に比べて重合時の粘性変化が緩やかに起こる。
従って、作業性がよく、硬化までの時間内に所望の形状
に自由に成形できる。
【0015】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明
する。
【0016】
【表1】
【0017】
【表2】
【0018】
【表3】
【0019】
【表4】
【0020】表1〜3は本発明の実施例(試料No.1
〜11)、表4は比較例(試料No.12〜14)を示
すものである。
【0021】各試料は次のようにして調製した。
【0022】まず、リン酸カルシウム系結晶粉末、補強
材及びポリメタクリレート系粉末を用意した。
【0023】生体活性フィラー粉末としてのリン酸カル
シウム系結晶粉末は、ハイドロキシアパタイト(HA
p)、α−リン酸三カルシウム(α−TCP)の平均粒
径4μmの粉末を用意し、一方、Ca含有ガラスは、質
量%でCaO50%、SiO235%、P2515%の
組成を有するガラスを溶融、粉砕して平均粒径4μmの
粉末に調整し、それぞれpH6に調製したシランカップ
リング剤を用いて表面処理を施した。
【0024】補強材は、α−アルミナ、γ―アルミナ、
δ―アルミナ、ジルコニア、チタニア及びシリカの平均
粒径4μmの球状品を使用した。
【0025】ポリメタクリレート系粉末としては、PM
MA(平均粒径4μm、分子量27万)を用意した。
【0026】次にリン酸カルシウム系結晶粉末、ポリメ
タクリレート系粉末及び補強材を表に示す割合で秤量
し、さらに重合開始剤として過酸化ベンゾイルを添加し
て混合した。
【0027】また、モノマーとしてはMMAを用意し
た。MMAは表に示す粉液比の割合で秤量し、さらに重
合促進剤としてジメチル−P−トルイジンを添加して混
練した。
【0028】このようにして粉末−液体系の試料を得
た。
【0029】なお、過酸化ベンゾイル、ジメチル−p−
トルイジンの添加量は、約7分で硬化するように、それ
ぞれモノマーの総量100質量部に対して2質量部及び
1.4質量部とした。
【0030】各試料の曲げ強度、周囲骨との結合の有無
についての評価結果は表1〜4に示す。
【0031】なお、曲げ強度は3点曲げ強度試験にて評
価したものであり、各試料はセメント硬化体から大きさ
3×4×20mmの試料片を作製して初期強度を測定
し、さらに、ラット皮下に埋入した後、6ヶ月経過後に
取り出して測定を行った。周囲骨の有無については、ラ
ット脛骨髄腔内に試料を埋入した後、4週間後に埋入部
位から取り出し、試料と自然骨が直接結合している部分
が存在するかどうかを評価した。これは埋入した試料片
の表面を電子顕微鏡の反射電子線像もしくはギムザ染色
にして確認した。
【0032】表から明らかなように、本発明の実施例で
あるNo.1〜11の試料の曲げ強度は、初期強度が1
20MPa以上、6ヶ月経過後115MPa以上であ
り、強度劣化し難いことがわかった。さらに各試料とも
周囲骨との結合が認められた。
【0033】一方、比較例である試料No.12、13
は周囲骨との結合が認められるものの、6ヶ月経過後の
曲げ強度が初期強度に比べて大幅に低い値すなわち85
MPaと50MPaを示した。試料No.14は、高い
曲げ強度を維持したが、周囲骨との結合が認められなか
った。
【0034】
【発明の効果】このように本発明の生体活性セメント組
成物は、自然骨と化学的に直接結合し、また、実用上十
分な機械的強度を有し、しかも作業性に優れたものであ
る。それゆえ整形外科分野、脳神経外科分野、口腔外科
分野等の領域におけるインプラント材料の接着固定用、
骨欠損部の充填用、頭蓋骨欠損部の再建用等として好適
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C04B 14/36 C04B 26/06 26/06 A61L 25/00 A (72)発明者 長寿 研 滋賀県大津市晴嵐2丁目7番1号 日本電 気硝子株式会社内 (72)発明者 森田 誠一 滋賀県大津市晴嵐2丁目7番1号 日本電 気硝子株式会社内 Fターム(参考) 4C081 AB04 AB06 AC04 BA13 BA15 BB08 BC02 CA081 CA272 CE08 CE11 CF011 CF021 CF031 CF061 CF122 CF132 CF142 CF152 DA11 DB06 DC03 DC12 DC13 4C089 AA06 BA03 BA04 BA05 BA06 BA13 BA16 BC06 BC08 BD01 BD02 BE03 CA07 CA08 CA09

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リン酸カルシウム系結晶粉末と、ポリメ
    タクリレート系粉末と、メタクリレート系モノマーと、
    重合開始剤と、重合促進剤と、補強材とからなることを
    特徴とする生体活性セメント組成物。
  2. 【請求項2】 リン酸カルシウム系結晶粉末がハイドロ
    キシアパタイト、α−リン酸三カルシウム、β−リン酸
    三カルシウムのうち1種あるいは2種以上からなること
    を特徴とする請求項1の生体活性セメント組成物。
  3. 【請求項3】 ポリメタクリレート系粉末がポリメチル
    メタクリレートであることを特徴とする請求項1の生体
    活性セメント組成物。
  4. 【請求項4】 メタクリレート系モノマーがメチルメタ
    クリレートであることを特徴とする請求項1の生体活性
    セメント組成物。
  5. 【請求項5】 補強材がアルミナ、ジルコニア、チタニ
    ア、シリカのうち1種あるいはそれ以上からなることを
    特徴とする請求項1の生体活性セメント組成物。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005097891A1 (ja) * 2004-04-08 2005-10-20 Sumitomo Pharmaceuticals Company Limited 人工骨成形体の成形に用いる粉末組成物および板状成形体
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KR20140130701A (ko) * 2012-02-17 2014-11-11 알크레스타, 인크. 식이 지방산 수요를 공급하기 위한 방법들, 조성물들 및 디바이스들

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