JP2003019195A

JP2003019195A - 生体用部材

Info

Publication number: JP2003019195A
Application number: JP2002088669A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Ochi; 隆弘越智
Original assignee: MMT Co Ltd; Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK; MMT Co Ltd
Priority date: 2000-05-19
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2003-01-21

Abstract

(57)【要約】【課題】細胞侵入が非常に早く、術後に優れた回復力
が望める生体用部材を提供する。【解決手段】略球状の気孔１を多数有するリン酸カル
シウム系焼結体の多孔体であって、その気孔率は５５％
以上８５％以下であり、かつ、平均気孔径が５０μｍ以
上８００μｍ以下であり、かつ、最大気孔径が該平均気
孔径の３倍以内であり、平均気孔径以上の大きさの気孔
11が、ひとつあたり平均して直径５μｍ以上の連通孔２
を３点以上有し、かつ、３点以上の連通孔２のうち、直
径２５μｍ以上の連通孔２が平均１点以上形成されてお
り、かつ、平均気孔径以上の大きさの気孔11が有する連
通孔２の開口合計面積は、その気孔表面積の５０％以下
の割合を占め、乾燥状態で、水および血液の滴下により
全体を濡らすことが可能となるように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、生体内において、
骨を形成するために補助的に用いる部材であって、詳し
くは傷病等により骨が欠損した場合に、その部位に補填
し、再び自分の骨に再生するための生体用部材に関す
る。また、徐放剤としての利用も可能なものである。

【０００２】

【従来の技術】傷病による骨の欠損に対して、従来より
金属、セラミックスを用いた人工的な骨、関節などが研
究されている。そして、セラミックスとしてはアルミ
ナ、ジルコニアなどが、強度および生体為害性がないこ
とから実用化されている。また加工性に優れる金属では
生体為害性がない等の点からチタンなどが実用化されて
いる。

【０００３】しかし、アルミナ、ジルコニア、チタンな
どはあくまでも骨を可能な限り無害な部材で置き換えた
ものであり、いつまで経っても生体になじまない死組織
であることはかわりない。この様な組織は、成長期や老
齢期など患者の加齢に合わせて変化するものではなく、
つまり、成長期の患者に用いても当然成長せず、老齢期
の患者に用いても他の骨に合わせて変形せず、患者が苦
痛を感じる場合がある。また、長年の使用により、為害
性がないといってもイオンの放出などは生じることが予
想され、不安要因が無いわけではなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】その後、リン酸三カル
シウム、リン酸四カルシウム、ハイドロキシアパタイト
など本来の骨の組成に近いリン酸カルシウム系セラミッ
クス焼結体が実用化されるに至った。リン酸カルシウム
系セラミックスは、生体為害性が無く、また、生体内で
馴染みやすく、徐々に自分の組織と結合したり、リン酸
カルシウム系セラミックスを破骨細胞が浸食し、その
後、浸食部に自分の骨が形成されたりすることがわかっ
ている。

【０００５】つまり、一度手術で挿入するだけで、その
後、完全に自分の骨に入れ替わることも可能という優れ
た特徴を有している。ところが、そのリン酸カルシウム
系セラミックスは、緻密体としなければ強度が弱い。

【０００６】しかし、緻密体にすると生体に馴染むのに
非常に長い時間がかかったり、そのまま体内に残るなど
して、本来の特徴を生かせない。リン酸カルシウム系セ
ラミックスを自分の骨に置換するためには、多孔体で用
いることが望ましいが多孔体では強度が小さく、使用が
難しい場合がある。

【０００７】そこで、本発明は、有る程度の強度が有
り、生体との、あるいは、血液などの体液との接触面積
が格段に大きく、細胞がとりつきやすく、内部への細胞
侵入が非常に早く、術後に優れた回復力が望める生体用
部材を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明は、略球状の気孔を多数有するリン酸カル
シウム系焼結体の多孔体であって、その気孔率は５５％
以上８５％以下であり、かつ、平均気孔径が５０μｍ以
上８００μｍ以下であり、かつ、最大気孔径が該平均気
孔径の３倍以内であり、該平均気孔径以上の大きさの気
孔が、ひとつあたり平均して直径５μｍ以上の連通孔を
３点以上有し、かつ、３点以上の該連通孔のうち、直径
２５μｍ以上の連通孔が平均１点以上形成されており、
かつ、上記平均気孔径以上の大きさの気孔が有する連通
孔の開口合計面積は、平均してその気孔表面積の５０％
以下の割合を占め、乾燥状態で、水および血液の滴下に
より全体を濡らすことを可能に構成した。

【０００９】さらに、気孔内に、骨形成細胞、自家骨髄
細胞、同種骨髄細胞、胎児骨髄細胞、未分化幹細胞、活
性因子の遺伝子導入した骨形成細胞、活性因子の遺伝子
導入した自家骨髄細胞、活性因子の遺伝子導入した同種
骨髄細胞、活性因子の遺伝子導入した胎児骨髄細胞、活
性因子の遺伝子導入した未分化幹細胞のいずれか１種以
上を導入した。

【００１０】また、気孔内表面に、活性物質を導入し
た。また、気孔内表面に、活性物質を導入するととも
に、気孔内に、骨形成細胞、自家骨髄細胞、同種骨髄細
胞、胎児骨髄細胞、未分化幹細胞、活性因子の遺伝子導
入した骨形成細胞、活性因子の遺伝子導入した自家骨髄
細胞、活性因子の遺伝子導入した同種骨髄細胞、活性因
子の遺伝子導入した胎児骨髄細胞、活性因子の遺伝子導
入した未分化幹細胞のいずれか１種以上を導入した。ま
た、気孔内に薬剤を貯えて全体を徐放剤とした。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、実施の形態を示す図面に
基づいて本発明を詳説する。

【００１２】本発明の生体用部材は、多孔質のリン酸カ
ルシウム系焼結体からなり、生体為害性がなく、また、
多孔質であっても比較的強度がある。その気孔率が、５
５％以上８５％以下のものが強度を保ちつつ、気孔の表
面積を大きくすることが可能であり、生体用部材として
好適である。好ましくは、６５％以上８５％以下であ
る。

【００１３】また、その気孔径が平均５０μｍ以上８０
０μｍ以下のものが用いられる。５０μｍ未満では細胞
の侵入が困難であり、８００μｍを越えると、強度低下
と気孔の表面積の減少が生じてしまう。好ましくは、平
均気孔径は１００μｍ以上６００μｍ以下であり、さら
に好ましくは１００μｍ以上３５０μｍ以下である。

【００１４】例として、ハイドロキシアパタイト１００
％からなり、かつ、その平均気孔径が３００μｍの生体
用部材の断面の顕微鏡写真を図１に、平均気孔径が１５
０μｍのものを図12に示す。また、図２には、図１の断
面に存在する主な気孔１を図示し、図３には、図２中の
平均気孔径以上の気孔11のみを図示する。そして、図４
には、図３の気孔11の内表面において、他の気孔１と連
通して開口している部分（連通孔２）を二次元的にハッ
チングで示す。なお、図２〜図４中、符号８はハイドロ
キシアパタイトを示す。

【００１５】これらの図から明らかなように、本発明の
生体用部材は、多数の気孔１…を有し、気孔１は、全体
的に略球状に形成される。球状の気孔１は方向性が無く
強度を保ちやすい。また、気孔１は、略球状に形成され
ているが、隣の気孔１と接してその界面に連通孔２を形
成する場合は、平面形状が二つの円を一部重ねて描いた
ときの輪郭のような形状となる。

【００１６】この様な形状を用いるのは、表面積を大き
くする目的からである。生体用部材の気孔１，１同士の
境目である連通孔２は、焼結後であっても連通孔２の円
周上にエッジ（開口）が鋭く残されている。ただし、エ
ッジは血液など体液を流通させやすくする目的でエッチ
ングなどにより若干であれば落としても良い。

【００１７】さらに、気孔１…の内、（上述した）平均
気孔径以上の大きさを有する気孔11…が、ひとつあたり
平均して直径５μｍ以上の連通孔２を３点以上有してい
る───平均して３点以上の割合で直径５μｍ以上の連
通孔２を有している───ので、隅々まで体液が浸潤す
る。なお、１個の連通孔２の直径を「平均して」５μｍ
等と言うのは、連通孔２の横断面形状を同一横断面積の
真円に置換えた場合の直径を指すものと、定義する。ま
た、平均３点以上の該連通孔２…のうち、直径２５μｍ
以上の連通孔２が平均１点以上形成されているので、気
孔11内に体液に加えて細胞が侵入しやすくなる。

【００１８】一般にヒトの細胞は１０μｍ近くの大きさ
があり、また成人の赤血球も８〜９μｍであるから２５
μｍの連通孔２があれば、酸素や栄養が行き渡り、細胞
が通るのにも十分な大きさとなる。このように大きな連
通孔２を持ち、多くの気孔11と三次元的に連通すること
で生体用部材内全体の体液の循環を良くし、細胞も生体
用部材の深部まで侵入しやすくなる。なお、連通孔２
は、４０μｍ以上とすることにより、循環の良さは、各
段に向上するので、そのように設定することが好まし
い。

【００１９】好ましくは、平均気孔径以上の気孔11が、
ひとつあたり平均してその内表面に直径５μｍ以上の連
通孔２を４点以上有し、そのうち５０μｍ以上の直径の
連通孔２を平均１点以上有することが望ましい。さらに
好ましくは、平均気孔径以上の気孔11がひとつあたり平
均して直径１０μｍ以上の連通孔２を平均６点以上有
し、そのうち５０μｍ以上の直径の連通孔２を平均２点
以上有することにより、気孔11内への体液の循環が活発
となる。なお、前記の（平均２点以上の）５０μｍ以上
の直径の連通孔２は、その直径が８０μｍ以上であれば
特に好ましい。

【００２０】しかしながら、前記の大きな連通孔２を有
しながら、平均気孔径以上の大きさの気孔11は、その気
孔内表面積のうち５０％以下の割合において、連通孔２
として開口している（言い換えると、平均気孔径以上の
大きさの気孔11が有する連通孔２…の開口合計面積は、
平均してその気孔表面積の５０％以下の割合を占めてい
る）ことが好ましい。連通孔２として失われる気孔内表
面積が５０％より大きくなると細胞が付着するための表
面積が小さくなりすぎてしまう。また、強度にも影響を
及ぼすようになる。好ましくは４０％以下である。

【００２１】以上のような条件を備えたものにおいて、
さらに、体液や細胞が侵入し易いように水または血液で
気孔内表面を細部に渡って濡らすことができなければな
らない。この点に関し、本発明は、上述のように、気孔
11が特定の状態のものを用いているので、また、内部に
わたって構造が均一なので、焼結体を必要により加工
し、その後、洗浄、乾燥したものが、前処理をおこなう
ことなく、乾燥状態であっても例えば、水（純水）の中
に一部を浸漬すると毛細管現象で水を吸い上げることが
できる。また、水を垂らすと内部を流れるようにして底
部まで行き着くことができるという特性を備える。血液
（全血）についても水と同様であれば特に好ましい。

【００２２】なお、「乾燥状態で」とは、界面活性剤を
塗布したり、呼び水で予め濡らすなどの処理をしないこ
とを言い、生体用に、前処理をおこなうことなく、用い
ることが可能となる。しかし、この表現は、実際の使用
方法を制限する意味ではない。また、平均気孔径以上の
大きさの気孔11について各種限定したのは、実際に気孔
としては平均気孔径付近より大きな気孔11のほうが効果
などの面において影響が極めて大きいからである。

【００２３】ところで、本発明でいう平均気孔径は、例
えば樹脂包埋（樹脂を気孔１内に充填すること）により
測定することができる。そして、その５０％体積気孔径
（すなわち大きな気孔（または小さな気孔）から体積を
積算していき、その値がちょうど気孔全体の５０％にな
ったときの気孔の径）を平均気孔径としている。なお、
樹脂３を気孔１に充填した様子を図５および図６に示
す。測定の結果、図５は平均気孔径１９０μｍ、図６は
平均気孔径３００μｍであった。

【００２４】また、任意の平らな断面において、平面的
に気孔１の様子を観察すると、平均気孔径以上の気孔11
が平面積の２５％以上６０％以下であることが好まし
い。すなわち、図３に示す気孔11の面積の合計が、図３
全体の面積の２５％以上６０％以下になるということで
ある。２５％未満では気孔部が小さくなり、細胞侵入が
難しくなり、６０％より大きいと強度的に弱くなりやす
い。より好ましくは、３５％以上５５％以下である。さ
らに好ましくは、４０％以上５０％以下である。

【００２５】本発明の生体用部材は、平均気孔径以上の
大きさの気孔11と気孔11が重なり合って形成される連通
孔２の円周部すなわち前述のエッジ（開口）が、リン酸
カルシウム粒子ひとつの厚み程度に鋭く薄く形成され、
表面積を広げているため、その薄く形成された部分（エ
ッジ）が、いち早く骨に置換されると考えられる。

【００２６】このような気孔１(11)の特徴は、スラリー
原料を撹拌し起泡させ、その後乾燥し、焼成することに
より得られるものである。ポリスチレンなどの球状粒子
を利用して焼抜きによる気孔形成ではないため、加圧成
形も必要なく、気孔１（11）が扁平になるなどの方向性
が無く、かつポリスチレンの接点が開口するのに比べ
て、本発明では各段に連通孔２が大きくなり、かつ同時
に表面積も大きくできる。なお、スラリー原料中のリン
酸カルシウム粒子は、平均粒径がサブミクロンオーダー
（すなわち、０．１μｍ以上１μｍ未満）であることが
好ましく、最大粒径もサブミクロンオーダーであること
が好ましい。

【００２７】なお、例えば、特開平１０−１６７８５３
号にも連通孔の円周部が鋭く形成された多孔体が開示さ
れているが、焼き抜きによるため、やはり連通孔が１０
μｍ以下と小さく、細胞が通過しにくい。

【００２８】本発明の生体用部材は、必要な形状に加工
することができ、かつ、生体内に固定することにより、
血液などが内部に浸入し、酸素や栄養分が十分に行き渡
る。血液など体液が循環すれば細胞が部材内壁面に付着
し始める。本発明の生体用部材は表面積が大きく細胞が
付着する機会が多い。また、平均気孔径以上の大きな気
孔11が２５μｍ以上の開口部を有するので血液などが入
り込みやすい。この開口部は、４０μｍ以上とすること
により各段に血液などが入り込みやすくなる。

【００２９】気孔１…同士が互いに繋がっているので部
材の内部の部位においても迅速に骨に置換され始める。
平均気孔径以上の気孔11を中心に迅速に全体に血液が行
き渡るので、平均気孔径以下の小さな気孔１においても
大きな気孔11と同様に血液などが行き渡る。

【００３０】本発明の生体用部材は、その最大気孔径が
平均気孔径の３倍以内であることが好ましい。局所的に
大きすぎる気孔は強度、細胞付着性の面から好ましくな
い。好ましくは、２倍以内である。図13のグラフ図は、
平均気孔径が３００μｍの焼結体の気孔の累積体積分率
である。また、図14のグラフ図は、平均気孔径が１９０
μｍの焼結体の気孔の累積体積分率である。いずれも、
平均気孔径の±３０％の範囲内に全気孔の５０％以上が
含まれている。

【００３１】本発明では、このように、平均気孔径から
±３０％の範囲内に全気孔の５０％以上が含まれるのが
好ましい。また、２０μｍ以下の気孔の累積体積分率
は、ほぼ０であることが好ましく、加えて、リン酸カル
シウム多孔体の骨格表面を微視的に観察しても、殆ど気
孔が無く、リン酸カルシウム粒子の丸味による凹凸のみ
が存在することが好ましい。

【００３２】本発明の請求項１に記載したような生体用
部材は、特に強度においてすぐれているハイドロキシア
パタイトからなることが好ましい。その純度も９８％以
上が好ましく、１００％であれば特によい。このような
部材は、例えば東芝セラミツクス株式会社から入手する
ことができる。

【００３３】また、本発明は、このように内部に血液な
どが全体的に浸入しやすい特徴、連通孔が大きい特徴、
及び、表面積が大きいことを利用して、気孔内表面に各
種の骨を形成するに適するものなどをコーティング等す
ることができる。コーティング等させるものとしては、
細胞接着促進物質、細胞増殖促進物質、骨形成促進物
質、骨吸収抑制物質、血管新生促進物質などの活性物質
や細胞および遺伝子組換えを施した細胞などである。

【００３４】これらは、液状にし、また、培養液中で培
養したものを、本発明の生体用部材の特性を利用し、隅
々まで浸透させる。一般には浸漬すれば容易に全体に行
き渡るが、細胞培養などで細胞が大きな場合や粘性の大
きな場合などは、生体用部材のある面に負圧をかけて吸
引することができる。

【００３５】いずれにしても、全体に対する浸透性の良
さと表面への付着性の良さの両方を兼ね備える請求項１
の生体用部材を利用することにより、従来の製品ではで
きなかった厚肉な部材であっても中心部まで一様に行き
渡らせることができる。

【００３６】ハイドロキシアパタイトは吸着性が強く、
特にタンパク質や足場依存性（anchorage dependent ）
細胞は、容易にハイドロキシアパタイト表面に吸着され
る。なお、単なる接触で吸着されづらい場合には、予め
ハイドロキシアパタイトにラミニン等の細胞接着性タン
パク質やヘパリンなどを加えた後に、付着すべき活性物
質や細胞を添加すればより好ましい。

【００３７】その活性物質は細胞接着促進物質であって
も良い。細胞接着促進物質は、「細胞外マトリックスの
構成要素」及び「接着分子」を含む用語として使用す
る。その細胞外マトリックス構成要素には、（１）基底
膜、（２）コラーゲン、エラスチン等の繊維性タンパク
質、（３）フィブロネクチン、ラミニン、ビトロネクチ
ン等の細胞接着性糖タンパク質、（４）ヘパリン、ヒア
ルロン酸、コンドロイチン硫酸を含むグリコサミドグリ
カン等の複合糖質が含まれるが、これらに限定されな
い。

【００３８】また、接着分子は、細胞接着分子、接着因
子、及び接着タンパク質と同義であり、Ｅ−セレクチ
ン、Ｐ−セレクチン、ＩＣＡＭ−１（＝intercellular
adhesion molecule-1 ）、ＶＣＡＭ−１、ＣＤ−１８、
ＣＤ−４４などが含まれるが、これらに限定されない。

【００３９】さらに、活性物質は細胞増殖促進物質であ
っても良い。細胞増殖促進物質とは、細胞の成長、分
裂、分化および機能促進などの生理活性を示す物質を意
味し、「増殖因子」及び「分裂促進因子」を含む。その
増殖因子は、成長因子と同義であり、ＴＧＦ−βスーパ
ーファミリー、ＨＧＦ（＝hepatocyte growth factor）
などを含むがこれに限定されない。また、分裂促進因子
は、マイトジェンと同義であり、コンカナバリンＡなど
のレクチンを含むがこれらに限定されない。

【００４０】また、活性物質は骨形成促進物質であって
も良い。骨形成促進物質（骨形成因子とも言われる）と
は、ＢＭＰファミリー、ＴＧＦ−βスーパーファミリ
ー、ＳＡＭＰ８などである。また、活性物質は骨吸収抑
制物質であっても良い。その骨吸収抑制物質とは、カル
デクリンなどである。

【００４１】あるいは、活性物質は血管新生促進物質で
あってもよい。血管新生促進物質とは、ＶＥＧＦ（＝va
scular endothelial growth factor）、ＰＤＧＦ（＝pl
atelet-derived growth factor）、ｂ−ＦＧＦ（b - fi
broblastic growth factor）、ＶＥＧＦ受容体（Flt-1
(VEGFR-1)、Flk-1(VEGFR-2)、Flt-4(VEGFR-3)）、ａｎ
ｇｉｏｐｏｉｔｉｎｆａｍｉｌｙ受容体、ｔｒｅｈａ
ｌｏｓｅ６，６’−ｄｉｍｙｃｏｌａｔｅ（= ＴＤＭ、
TIE2/TEK、TIE1）などである。

【００４２】そして、活性物質が細胞接着促進物質、細
胞増殖促進物質、骨形成促進物質、骨吸収抑制物質、血
管新生促進物質の内の２種以上の組み合わせであっても
良い。活性物質は液状にして、生体用部材を浸漬または
接触させることにより容易に気孔表面に膜状に形成させ
ることができる。その後乾燥させても良いし、冷凍また
は低温保存にて長期に渡り保存できる。もちろん保存せ
ずにすぐに使用することもできる。

【００４３】また、気孔１(11)内に骨形成細胞を導入し
ても良い。骨形成細胞は骨芽細胞であっても良いし、軟
骨細胞を含んでいても良い。生体から取り出したまま
の、または、ｉｎ−ｖｉｖｏ、ｉｎ−ｖｉｔｒｏにて骨
形成細胞を予め、請求項１記載の生体用部材に導入し、
そのまま、または、骨形成細胞を更に培養したものを患
者に適用するのである。これにより、術後、数日から数
週間の間に体内で患者自らの力によらなければならない
回復が予め体外で行われることになる。

【００４４】あるいは、気孔１(11)内に自家骨髄細胞を
導入しても良い。特に自家骨髄細胞を用いれば、当然拒
絶反応はなく、また、肝炎などの病気に感染する恐れが
ない。ただし、老人の場合など患者の細胞自体に活力が
ない場合は、あまり効果が望めない場合がある。

【００４５】また、気孔１(11)内に同種骨髄細胞を導入
しても良い。他人の細胞を導入する同種骨髄細胞を用い
れば、本人の細胞に活力がない場合でも施術部の細胞に
活力を持たせることができる。

【００４６】さらに、気孔１(11)内に胎児骨髄細胞を導
入してもよい。あるいは、気孔内に未分化幹細胞を導入
しても良い。未分化幹細胞とは、例えばＥＳ細胞（＝Em
bryonic stem cell 胚性幹細胞）、ＥＧ細胞（＝Embryo
nic germ cell 胚性生殖細胞）などがある。

【００４７】また、前記活性物質を１または２種以上付
着させた部材に骨形成細胞、自家骨髄細胞、同種骨髄細
胞、胎児骨髄細胞、未分化幹細胞を導入すると、いっそ
う細胞の働きを活発化することができる。

【００４８】あるいは、気孔１(11)内に活性因子の遺伝
子導入した骨形成細胞を導入しても良い。活性因子と
は、ＴＧＦ−β、ＢＭＰ、ＨＧＦ、ＥＧＦなどのよう
に、細胞の成長、分裂、分化の活性化および機能促進な
どが可能となるものであり、必要に応じて適するものを
選択する。これらを遺伝子レベルで細胞へ組み込むこと
により、骨形成細胞が活発に活動するようになる。

【００４９】そして、気孔１(11)内に活性因子の遺伝子
導入した自家骨髄細胞を導入しても良い。自家骨髄細胞
であれば、拒絶反応や感染の恐れがないことは前述の通
りであるが、遺伝子を組換えれば、老人であっても自ら
の細胞を活発に働かせるようにすることができる。

【００５０】また、気孔１(11)内に活性因子の遺伝子導
入した同種骨髄細胞を導入しても良い。気孔１(11)内に
活性因子の遺伝子導入した胎児骨髄細胞を導入しても良
い。あるいは、気孔１(11)内に活性因子の遺伝子導入し
た未分化幹細胞を導入しても良い。

【００５１】さらに、前記活性物質を１または２種以上
付着させた部材に、活性因子の遺伝子導入した自家骨髄
細胞、活性因子の遺伝子導入した同種骨髄細胞、活性因
子の遺伝子導入した胎児骨髄細胞、活性因子の遺伝子導
入した未分化幹細胞を導入しても良い。これらの組み合
わせは、本発明の中でも最も効果大である。

【００５２】また、請求項１の生体用部材の気孔内表面
に薬剤を、例えば、浸漬、含浸、吸引などの方法により
充填やコーティング等をすることにより、徐放剤とする
ことができる。このとき、リン酸カルシウム焼結体は、
徐放完了後、体外に取出しても良いし、可能であれば、
骨として再生させても良い。

【００５３】

【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。

【００５４】実験例１：気孔率が75％で、図１、図12と
同様の気孔形状を有する平均気孔径が３００μｍ及び１
５０μｍのアパタイト100 ％焼結体からなる生体用部材
角柱体（１０×２０×４０ｍｍ）をそれぞれ準備し、血
液を１ｃｃ滴下したところ、スポンジ上に滴下したよう
に瞬時にすべてを吸収した。

【００５５】実験例２：気孔率７５％で平均気孔径が１
５０μｍ、３００μｍ、６００μｍのφ１０×６ｍｍ
（直径１０ｍｍ、長さ６ｍｍ）の本発明のハイドロキシ
アパタイト製生体用部材と、同じくハイドロキシアパタ
イトから成る気孔率５０％、平均気孔径１００μｍのφ
１０×６ｍｍの市販されているＡ製薬製の部材（比較
例）の４種類の円柱を用意し、それぞれに約２００μｌ
の培養液（アミノ酸や様々なサイトカインを含んだ血漿
が入っている液体で粘性は水に近い）を滴下したとこ
ろ、本発明の生体用部材は３種類ともにスポンジの如く
すべてを吸収した。そして、（比較例の）Ａ製薬製の部
材は全く培養液を吸収しなかった。

【００５６】実験例３：平均気孔径３００μｍのφ１０
×６ｍｍの本発明のハイドロキシアパタイト製生体用部
材に骨芽細胞を含んだ細胞浮遊液を滴下したところ、ス
ポンジ上に滴下したように瞬時に吸収した。その後３７
℃、５％ＣＯ₂ の条件下にて２日間培養し、円柱の内部
を観察したところ、内部に無数の細胞の接着を認めた。
図７に、気孔１(11)内に細胞４が付着した状態を示す。

【００５７】実験例４：気孔率７５％で平均気孔径が１
５０μｍ、３００μｍ、６００μｍの３種類の本発明の
ハイドロキシアパタイト製生体用部材を、φ６×１５ｍ
ｍの円柱体でそれぞれ準備した。

【００５８】それらをラビットの大腿骨に埋込み、術後
１週間、３週間、６週間後に取出し、ホルマリン固定、
脱灰処理後、ヘマトキシリン・エオジン染色し、光学顕
微鏡にてハイドロキシアパタイト内の組織侵入、骨新生
の様子を観察した。その結果を以下の〜に示す。

【００５９】術後１週間後には平均気孔径１５０μ
ｍ、３００μｍ、６００μｍの３種類ともに内部の気孔
すべてに血管を伴う肉芽組織を認めた。骨新生は、ハイ
ドロキシアパタイト表層にわずかに認めるのみであっ
た。

【００６０】術後３週間後にはφ６ｍｍの円柱のほ
ぼ最深部（中央部）まで気孔の辺縁に張付くように骨新
生が見られ、骨新生部の表面積を測定したところ、平均
気孔径が６００μｍよりは３００μｍが、３００μｍよ
りは１５０μｍのほうが有意差は認めないものの上回っ
ていた。

【００６１】術後６週間後にはの骨新生に加えて
全ての気孔径において気孔内に骨髄細胞が観察され、造
血機能をもち、ハイドロキシアパタイトを埋込む前の骨
髄に近い状態になったと考えられる。さらに、この段階
でハイドロキシアパタイトの強度を測定したところ、埋
込み前の約２倍まで強度が向上していた。図８に、気孔
１(11)内に小血管５が形成され始めた状態を示す（ただ
し、細胞の様子は省略）。

【００６２】実験例４に対する比較例：φ６×１５ｍｍ
の前述の特性を有するＡ製薬製の部材を、ラビットの大
腿骨に埋込み、術後３週間、６週間後に観察したとこ
ろ、アパタイト表面での母床骨との接着は認めたが、内
部への組織の侵入は全く認めなかった。

【００６３】以上の（実験例１〜実験例４、及び、比較
例の）結果等から、細胞定着や骨の再生は、平均気孔径
１００〜６００μｍ程度の平均気孔径が有効であり、中
でも平均気孔径１００μｍ以上３５０μｍ以下と比較的
小径の方が好ましいと考えられる。特に、平均気孔径１
２０μｍ以上２２０μｍ以下のものが優れていると思わ
れる。

【００６４】実験例５：気孔径３００μｍのφ１０×６
ｍｍの円柱を (a)成長因子なし (b)ＶＥＧＦ血管内皮増
殖因子３μｇ／ｂｌｏｃｋを添加の２種類をマウスの広
背筋筋膜下に移植した。移植後３週間後に取出し、アパ
タイト内の組織を観察した。その結果を、以下のに
示す。

【００６５】成長因子なしでは細胞の侵入がアパタ
イトの表層から約１ｍｍ程度にすぎなかった。ＶＥＧＦを添加したものでは、アパタイトの中心部
にまで細胞の侵入を認めた（表層から３ｍｍ〜４ｍｍ以
上細胞が侵入していることとなる）。

【００６６】図９は、気孔１(11)内に活性物質６を付着
させた状態を示す。活性物質６は、付着の様子をわかり
やすくするために誇大して図示しているが、実際にはタ
ンパク質などがコーティングされても殆ど厚みとしては
見えない場合もある。なお、コラーゲンなどであれば、
ある程度の厚みを確認することができる。

【００６７】図10は、図９の部材で動物実験により細胞
４が活性物質上に付着した様子を示す。図11は、図９の
部材に細胞４を導入し、培養により気孔１(11)内にたく
さんの細胞４を増殖させた状態を示す。なお、図７、図
10、図11における細胞の数は、それぞれの特徴が相対的
に理解できるように示したものであり、実際の様子を正
確に表現したものではない。実際には細胞はもう少し小
さく見え、その数ももっと多くなる。

【００６８】図13は、図１の生体用部材の気孔の分布の
様子を示したものであり、図14は、図１と同様の気孔を
持つ平均気孔径１９０μｍの生体用部材の気孔の分布の
様子を示したものである。累積体積分率５０％の気孔径
からそれより３０％気孔径の大きな範囲（すなわち、平
均気孔径３００μｍなら、３００μｍから３９０μｍの
気孔径の範囲）に含まれる累積体積分率が２５％以上で
あるように平均気孔径付近に気孔が集中していることが
好ましく、３０％以上が特に好ましい。これらの気孔
は、本発明の効果を得るのに最も重要な気孔となるから
である。

【００６９】例えば７０才ほどの老人であれば、骨折部
位、程度にもよるが、回復まで、一般に数ケ月から１年
の時間がかかる。特に大腿骨などを骨折すると時間がか
かり、臥床期間が長いと寝たきりになる傾向が高くな
る。

【００７０】これに対し、本発明の生体用部材を用いれ
ば細胞培養の様子から癒合にかかる時間は半分程度とな
り、さらに遺伝子組換え技術を用いれば、さらに早まる
ばかりか、骨密度が低下し日常生活に支障をきたすよう
な患者の場合であっても再び回復させることが望める。
また、骨粗鬆症に対する治療にも十分応用できる。

【００７１】この様に、本発明の生体用部材では、ほぼ
球状の気孔１(11)ができ、連通孔２以外ではその球状気
孔が維持されているため、連通孔２が確保されていなが
ら単位体積当たりの表面積が格段に大きく、毛細管現象
によって内部まで体液が行き渡り、血液と接触する割合
が高く、より多くの細胞４が付着しやすい。

【００７２】さらに、活性物質６などを全体に行き渡ら
せることができ、また、表面に付着させやすいため、種
々の活性物質６を付着させたものや細胞導入をしたもの
が作製しやすく、さらにその後の培養も容易で、それを
患者に用いることにより術後の著しい回復が可能となる
ものである。

【００７３】本発明の生体用部材は、骨に欠損が生じた
場合に用いるのみならず、生体内に留置し、長期に渡っ
て薬剤を放出する徐放剤にも応用可能である。また、生
体用部材の中心部や外表面などの一部に強度向上などを
目的として緻密な生体用部材を適宜配置しても良い。そ
のようにしてもそのまわりの多孔質の部分だけで体液の
循環が可能なため、本発明の効果は十分に期待できる。
さらに、本発明の部材は、その形状は、様々なものであ
って良く、当然、必要な場合は顆粒状としても良い。

【００７４】

【発明の効果】（請求項１によれば）多孔質のリン酸カ
ルシウム系焼結体からなるため、生体への馴染み性が良
好で生体為害性がなく、また、気孔率を適切な値に設定
したことにより、骨の欠損部の補填用として必要な強度
を充分に確保することができる。そして、適宜、必要な
形状に加工することができ、しかも、内部にわたって構
造が均一となり品質むらが発生せず、信頼性が高い。

【００７５】その気孔11…同士が、連通孔２で連通され
るため、単位体積当たりの表面積を大きくとれ、すぐれ
た毛細管現象によって、内部まで体液が行き渡り、血液
と接触する割合が高く、より多くの細胞４を付着させる
ことができ、生体への一体化が速やかにおこなわれる。

【００７６】また、強度の向上などを目的として、その
中心部に緻密な部材を適宜配置しても、まわりの多孔質
の部分だけで体液の循環が可能となるため、症状に応じ
た幅広い適用が可能となる。

【００７７】さらに、骨に欠損が生じた場合のみでな
く、生体内に留置し、長期に渡って薬剤を放出するため
の徐放用部材にも応用可能である。この場合、生体への
一体化が可能であるため、摘出のための再手術は不要で
ある。

【００７８】（請求項２によれば）気孔１内に、骨形成
細胞を導入するので、術後、数日から数週間の間に体内
で患者自らの力によらなければならない回復が予め体外
で行われるため、速やかな回復を期待できる。気孔１内
に、自家骨髄細胞を導入するので、拒絶反応がなく、ま
た、肝炎などの病気に感染する恐れがなくなる。気孔１
内に、同種骨髄細胞を導入するので、本人の細胞に活力
がない場合でも施術部の細胞に活力を持たせることがで
きる。気孔１内に、胎児骨髄細胞を導入するので、細胞
の働きを一層活発化することができる。気孔１内に、未
分化幹細胞を導入するので、細胞の働きを一層活発化す
ることができる。気孔１内に、活性因子の遺伝子導入し
た骨形成細胞を導入するので、細胞の成長、分裂、分化
の活性化および機能促進などが可能となり、これらを遺
伝子レベルで細胞へ組み込むことにより、骨形成細胞が
活発に活動するようになる。気孔１内に、活性因子の遺
伝子導入した自家骨髄細胞を導入するので、拒絶反応や
感染の恐れがなく、遺伝子を組換えれば、老人であって
も自らの細胞を活発に働かせるようにすることができ
る。気孔１内に、活性因子の遺伝子導入した同種骨髄細
胞を導入するので、本人の細胞に活力がない場合でも施
術部の細胞に活力を持たせることができる。気孔１内
に、活性因子の遺伝子導入した胎児骨髄細胞を導入する
ので、細胞の働きを一層活発化することができる。気孔
１内に、活性因子の遺伝子導入した未分化幹細胞を導入
するので、細胞の働きを一層活発化することができる。

【００７９】（請求項３によれば）気孔１内表面に、活
性物質６を付着させれば、細胞を吸着させやすくなる。
活性物質６が、細胞接着促進物質であれば、細胞を接着
（吸着）させやすくなる。活性物質６が、細胞増殖促進
物質であれば、細胞の増殖が促進される。活性物質６
が、骨形成促進物質であれば、骨の形成が促進される。
活性物質６が、骨吸収抑制物質であれば、骨の吸収が抑
制される。活性物質６が、血管新生促進物質であれば、
血管の新生が促進される。活性物質６が、細胞接着促進
物質、細胞増殖促進物質、骨形成促進物質、骨吸収抑制
物質、血管新生促進物質の内の２種以上の組み合わせか
らなれば、細胞の吸着や増殖が盛んとなり、また、骨の
形成が促進され、あるいは、骨の吸収が抑制され、ま
た、血管の新生が促進される。

【００８０】（請求項４によれば）気孔１内表面に活性
物質６を付着させ、骨形成細胞を導入するので、術後、
数日から数週間の間に体内で患者自らの力によらなけれ
ばならない回復が予め体外で行われるため、速やかな回
復を期待できる。自家骨髄細胞を導入するので、拒絶反
応がなく、また、肝炎などの病気に感染する恐れがなく
なる。同種骨髄細胞を導入するので、本人の細胞に活力
がない場合でも施術部の細胞に活力を持たせることがで
きる。気孔１内に胎児骨髄細胞を導入するので、細胞の
働きを一層活発化することができる。気孔１内に未分化
幹細胞を導入するので、細胞の働きを一層活発化するこ
とができる。気孔１内に活性因子の遺伝子導入した骨形
成細胞を導入するので、細胞の成長、分裂、分化の活性
化および機能促進などが可能となり、これらを遺伝子レ
ベルで細胞へ組み込むことにより、骨形成細胞が活発に
活動するようになる。気孔１内に活性因子の遺伝子導入
した自家骨髄細胞を導入するので、拒絶反応や感染の恐
れがなく、遺伝子を組換えれば、老人であっても自らの
細胞を活発に働かせるようにすることができる。気孔１
内に活性因子の遺伝子導入した同種骨髄細胞を導入する
ので、本人の細胞に活力がない場合でも、施術部の細胞
に活力を持たせることができる。気孔１内に活性因子の
遺伝子導入した胎児骨髄細胞を導入するので、細胞の働
きを一層活発化することができる。気孔１内に活性因子
の遺伝子導入した未分化幹細胞を導入するので、細胞の
働きを一層活発化することができる。

【００８１】（請求項５によれば）徐放剤として使用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態を示す生体用部材の断面
を示す拡大写真図である。

【図２】図１に於ける主な気孔を示す説明図である。

【図３】図１に於ける平均気孔径以上の気孔を示す説明
図である。

【図４】図１と図３に於ける気孔と連通孔を示す説明図
である。

【図５】気孔に樹脂を包埋した拡大写真図である。

【図６】気孔に樹脂を包埋した拡大写真図である。

【図７】生体に埋設した生体用部材の説明図である。

【図８】生体に埋設した生体用部材の説明図である。

【図９】活性物質をコーティングした生体用部材の説明
図である。

【図10】活性物質をコーティングし生体に埋設した生体
用部材の説明図である。

【図11】活性物質をコーティングし細胞導入し、人工環
境で培養した生体用部材の説明図である。

【図12】他の実施の形態を示す生体用部材の断面を示す
拡大写真図である。

【図13】平均気孔径が３００μｍの他の実施の形態に於
ける気孔分布の様子を示すグラフである。

【図14】平均気孔径が１９０μｍの他の実施の形態に於
ける気孔の分布の様子を示すグラフである。

【符号の説明】

１気孔２連通孔６活性物質８ハイドロキシアパタイト 11 （平均気孔径以上の）気孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者越智隆弘兵庫県神戸市須磨区須磨寺町１−３−７Ｆターム(参考） 4C060 LL20 4C081 AB02 AB04 AB05 BA12 BA13 BA16 BC02 CD27 CD28 CD29 CD34 CF011 DA01 DB05 DB06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】略球状の気孔１…を多数有するリン酸カ
ルシウム系焼結体の多孔体であって、その気孔率は５５
％以上８５％以下であり、かつ、平均気孔径が５０μｍ
以上８００μｍ以下であり、かつ、最大気孔径が該平均
気孔径の３倍以内であり、該平均気孔径以上の大きさの
気孔11が、ひとつあたり平均して直径５μｍ以上の連通
孔２を３点以上有し、かつ、３点以上の該連通孔２…の
うち、直径２５μｍ以上の連通孔２が平均１点以上形成
されており、かつ、上記平均気孔径以上の大きさの気孔
11が有する連通孔２…の開口合計面積は、平均してその
気孔表面積の５０％以下の割合を占め、乾燥状態で、水
および血液の滴下により全体を濡らすことを可能に構成
したことを特徴とする生体用部材。
【請求項２】気孔１内に、骨形成細胞、自家骨髄細
胞、同種骨髄細胞、胎児骨髄細胞、未分化幹細胞、活性
因子の遺伝子導入した骨形成細胞、活性因子の遺伝子導
入した自家骨髄細胞、活性因子の遺伝子導入した同種骨
髄細胞、活性因子の遺伝子導入した胎児骨髄細胞、活性
因子の遺伝子導入した未分化幹細胞のいずれか１種以上
を導入した請求項１記載の生体用部材。
【請求項３】気孔１内表面に、活性物質６を導入した
請求項１記載の生体用部材。
【請求項４】気孔１内表面に、活性物質６を導入する
とともに、気孔１内に、骨形成細胞、自家骨髄細胞、同
種骨髄細胞、胎児骨髄細胞、未分化幹細胞、活性因子の
遺伝子導入した骨形成細胞、活性因子の遺伝子導入した
自家骨髄細胞、活性因子の遺伝子導入した同種骨髄細
胞、活性因子の遺伝子導入した胎児骨髄細胞、活性因子
の遺伝子導入した未分化幹細胞のいずれか１種以上を導
入した請求項１記載の生体用部材。
【請求項５】気孔１内に薬剤を貯えて全体を徐放剤と
した請求項１記載の生体用部材。