JP2005329005A

JP2005329005A - Biological member

Info

Publication number: JP2005329005A
Application number: JP2004149874A
Authority: JP
Inventors: Takuji Umezawa; 卓史梅沢
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2004-05-20
Filing date: 2004-05-20
Publication date: 2005-12-02

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a biological member having both easy invasiveness of cells into the inside as the characteristics of a porous material and excellent strength characteristics like a compact material, especially usable for promoting autologous bone formation bone. <P>SOLUTION: The biological member with a calcium phosphate ceramic compact material filled in pores of the porous material made of a sintered hydroxyapatite is used. The porosity of the porous material is from 65% to 85%, and the average diameter of pores is from 50 μm to 800 μm. A communication pore is formed between adjacent pores in the porous material. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、生体内において、骨を結合するために補助的に用いられる部材であって、特に、傷病等で骨が欠損した場合に、その部位に補填して、自家骨の再生促進のために好適に用いられる生体用部材に関する。 The present invention is a member that is used in an in vivo manner to join bones, and in particular, when a bone is lost due to a wound or the like, it is compensated for the site to promote regeneration of autologous bone. The present invention relates to a biomedical member that is preferably used in

傷病による骨の欠損に対する治療のために、従来から、金属、セラミックス等を用いた人工的な骨、関節等の研究が行われている。
前記人工骨等の材料のうち、セラミックスではアルミナ、ジルコニア等、金属ではチタン等が、比較的高強度であり、生体為害性がほとんどないことから、実用化されている。 For the treatment of bone defects due to wounds and diseases, research has been conducted on artificial bones and joints using metals, ceramics, and the like.
Among the materials such as the artificial bone, alumina and zirconia are used for ceramics, and titanium and the like are used for metals because of their relatively high strength and little biological harm.

しかしながら、アルミナ、ジルコニア、チタン等からなる人工骨は、生体為害性がほとんどないと言っても、あくまでも、可能な限り生体に害を及ぼすことの少ない部材によって、骨を置き換えたものにすぎず、長い年月を経ても、生体に馴染まない無機質な組織、すなわち、死組織であることには変わりはない。このような死組織は、成長期や老齢期等の患者の加齢に伴って変化することはない。
したがって、上記のような材料からなる人工骨、人工関節等は、成長期の患者に適用した場合であっても、当然、成長せず、また、老齢期の患者に適用しても、他の骨に合わせて変形するようなことはないため、患者が苦痛を感じる場合がある。
さらに、生体為害性がないと言っても、長年の使用により、イオンの放出等が生じることが予想され、不安要素は払拭しきれなかった。 However, artificial bone made of alumina, zirconia, titanium, etc., is said to have replaced the bone with a member that has little harm to the living body as much as possible, even if it says that there is little harm for the living body, Even after a long period of time, it remains an inorganic tissue that does not fit in the living body, that is, a dead tissue. Such dead tissue does not change with the aging of patients such as the growth period and the old age.
Therefore, artificial bones, artificial joints, and the like made of the above materials do not grow even when applied to patients in the growing period. The patient may feel pain because it does not deform to fit the bone.
Furthermore, even if it is not harmful for living organisms, it is expected that ions will be released after many years of use, and the anxiety factor could not be eliminated.

その後、さらなる研究開発の進展により、人工骨に適した材料として、本来の骨の組成に近い材質であるリン酸カルシウム系セラミックスが実用化されるようになった。
このリン酸カルシウム系セラミックスは、生体為害性がなく、また、生体親和性に優れ、徐々に自己組織と結合したり、破骨細胞により侵食された後、該侵食部に自家骨が形成される等の性質があることが認められている。すなわち、一旦手術において骨欠損部に埋入するのみで、その後、完全に自家骨に置換させることも可能であるという優れた特徴を有している。 Since then, due to further progress in research and development, calcium phosphate ceramics that are close to the original bone composition have been put to practical use as materials suitable for artificial bones.
This calcium phosphate-based ceramic is not harmful to the living body, is excellent in biocompatibility, gradually binds to the self tissue, or after being eroded by osteoclasts, autologous bone is formed in the eroded part. It is recognized that it has properties. That is, it has an excellent feature that it is possible to replace it with autologous bone only after it is once buried in the bone defect part in the operation.

さらに、リン酸カルシウム系セラミックスのうち、上記のような優れた特性をより発揮するために、例えば、特許文献１には、形態に着目して、多孔質のセラミックス基材の気孔内部に、粒子結合した多孔質セラミックス多孔体を充填させた態様のものが開示されている。
特開２００２−１２１０８７号公報 Further, among the calcium phosphate ceramics, for example, in Patent Document 1, particles are bonded inside the pores of the porous ceramic base material, focusing on the form, for example, in order to exhibit the above excellent characteristics. The thing of the aspect filled with the porous ceramic porous body is disclosed.
JP 2002-121087 A

しかしながら、上記特許文献１等に記載されているような多孔質セラミックス多孔体は、生体に埋入した後は、細胞等が侵入しやすいという利点はあるものの、多孔質であるため、脆く、強度に劣るという課題を有していた。 However, the porous ceramic porous body as described in Patent Document 1 and the like has the advantage that cells and the like easily enter after being embedded in a living body, but is porous and brittle, and has strength. Had the problem of being inferior.

したがって、リン酸カルシウム系セラミックスを用いて、十分な強度を得るためには、緻密体とする必要がある。
しかしながら、その一方で、緻密体は、気孔がないため、内部に細胞等が侵入しにくく、生体に馴染むまでに非常に長い時間を要し、場合によっては、そのままの状態で体内に残留してしまうという難点を有しており、上述したようなリン酸カルシウム系セラミックスとしての本来の特徴を十分に活かすことは困難であった。 Therefore, in order to obtain a sufficient strength using calcium phosphate ceramics, it is necessary to form a dense body.
However, on the other hand, the dense body has no pores, so it is difficult for cells and the like to enter inside, and it takes a very long time to adapt to the living body, and in some cases, it remains in the body as it is. It was difficult to make full use of the original characteristics of the calcium phosphate ceramics as described above.

したがって、リン酸カルシウム系セラミックスからなる人工骨においては、該リン酸カルシウム系セラミックスを自家骨に置換させるためには、ある程度の強度を有していることが必要であり、かつ、内部への細胞の侵入が容易な構成を有していることが求められていた。 Therefore, in an artificial bone made of calcium phosphate ceramics, in order to replace the calcium phosphate ceramics with autologous bone, it is necessary to have a certain degree of strength, and cells can easily enter the inside. It was required to have a simple configuration.

本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、多孔体の特性である内部への細胞の侵入容易性と、緻密体のような優れた強度特性とを兼ね備えており、特に、自家骨の形成促進を図るために好適に用いることができる生体用部材を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in order to solve the above technical problem, and has both the ease of entry of cells into the inside, which is a characteristic of a porous body, and excellent strength characteristics such as a dense body, In particular, an object of the present invention is to provide a biological member that can be suitably used to promote the formation of autologous bone.

本発明に係る生体用部材は、複数の気孔を有するハイドロキシアパタイト焼結体の多孔体の気孔内に、リン酸三カルシウム緻密体が充填されていることを特徴とする。
このように多孔体と緻密体とを組み合わせることにより、多孔体のみからなる生体用部材に比べて、多孔体の初期強度を大幅に向上させることができ、また、該生体用部材を生体内に埋入した際、リン酸三カルシウムが溶出するのと同時に、多孔体内部に細胞が侵入するため、生体内への埋入時の強度を保持しつつ、自家骨の形成の促進を図ることができる。 The biomedical member according to the present invention is characterized in that the porous body of a hydroxyapatite sintered body having a plurality of pores is filled with a dense tricalcium phosphate.
By combining the porous body and the dense body in this way, the initial strength of the porous body can be significantly improved compared to a biological member made only of the porous body, and the biological member can be placed in the living body. When embedding, tricalcium phosphate elutes and at the same time, cells enter the porous body, so that it is possible to promote the formation of autologous bone while maintaining the strength when implanted in the living body it can.

前記リン酸三カルシウムは、β‐リン酸三カルシウムであることが好ましい。
リン酸三カルシウムのうち、β‐リン酸三カルシウム（β‐ＴＣＰ）は、生体内における溶出速度の観点から特に好ましく、自家骨の形成促進効果に優れている。 The tricalcium phosphate is preferably β-tricalcium phosphate.
Of the tricalcium phosphates, β-tricalcium phosphate (β-TCP) is particularly preferable from the viewpoint of the dissolution rate in vivo and is excellent in the effect of promoting the formation of autologous bone.

また、前記ハイドロキシアパタイト焼結体の多孔体は、気孔率が６５％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、隣接する気孔間に連通孔が形成されていることが好ましい。
本発明に係る生体用部材においては、上記のような気孔率および平均気孔径を有する多孔体が、該多孔体中の表面積、血液や体液等の浸透性、細胞の侵入および付着容易性等の観点から、好適に用いられる。 Further, the porous body of the hydroxyapatite sintered body has a porosity of 65% or more and 85% or less, an average pore diameter of 50 μm or more and 800 μm or less, and communication holes are formed between adjacent pores. It is preferable.
In the biological member according to the present invention, the porous body having the porosity and the average pore diameter as described above has a surface area in the porous body, permeability of blood, body fluid, etc., cell invasion and adhesion ease, etc. From the viewpoint, it is preferably used.

さらにまた、前記生体用部材は、初期圧縮強度が５０ＭＰａ以上であることが好ましい。
上記範囲の初期強度であれば、生体内に挿入する際に、破損することなく、容易に取り扱うことができるため好ましい。 Furthermore, the biological member preferably has an initial compressive strength of 50 MPa or more.
An initial strength in the above range is preferable because it can be easily handled without being damaged when inserted into a living body.

上述したとおり、本発明に係る生体用部材は、多孔体の特性である内部への細胞の侵入容易性と、緻密体のような優れた強度特性とを兼ね備えたものであるため、骨を結合するための補助的な部材として好適に用いることができる。
特に、本発明に係る生体用部材は、傷病等で骨が欠損した場合に、その部位に直接補填することができる程度の十分な強度を有しているため、破損しにくく、取扱い容易となり、しかも、該部材内における自家骨の再生促進も図ることができる。 As described above, the biomedical member according to the present invention combines the ease of cell entry into the interior, which is a characteristic of a porous body, and excellent strength characteristics such as a dense body, so that bone is bound. It can be suitably used as an auxiliary member for the purpose.
In particular, the biomedical member according to the present invention has sufficient strength so that it can be directly compensated in the case where bone is lost due to injury or the like, so that it is difficult to break and easy to handle, In addition, regeneration of autologous bone within the member can be promoted.

以下、本発明について、より詳細に説明する。
本発明に係る生体用部材は、複数の気孔を有するハイドロキシアパタイト焼結体の多孔体の気孔内に、リン酸三カルシウム緻密体が充填されていることを特徴とするものである。
このように、ハイドロキシアパタイトに比べて体内への溶出が早いリン酸三カルシウムをハイドロキシアパタイトの焼結体からなる多孔体の気孔内に充填して緻密体とすることにより、多孔体を補強することができ、多孔体のみからなる生体用部材に比べて、多孔体の初期強度を大幅に向上させることができる。
また、該生体用部材を生体内に埋入した際、リン酸三カルシウムが溶出するのと同時に、多孔体内部へ細胞が侵入していくため、生体内への埋入時の強度を保持しつつ、自家骨の形成を促進することができる。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
The biomedical member according to the present invention is characterized in that the porous body of the hydroxyapatite sintered body having a plurality of pores is filled with a dense tricalcium phosphate.
In this way, the porous body is reinforced by filling the pores of the porous body made of sintered hydroxyapatite with tricalcium phosphate, which dissolves faster in the body than hydroxyapatite. The initial strength of the porous body can be greatly improved as compared to a biological member consisting only of the porous body.
In addition, when the living body member is embedded in the living body, tricalcium phosphate elutes and at the same time, cells enter the porous body, so that the strength at the time of implantation into the living body is maintained. Meanwhile, the formation of autologous bone can be promoted.

本発明に係る生体用部材の多孔体を構成するハイドロキシアパタイトは、骨の主組成成分であり、人体への適用も既に認められており、骨との同化性、癒着性、早期回復等の観点および比較的高強度であることから、好適な材料である。また、細胞の足場としても好適である。 Hydroxyapatite constituting the porous body of the biomedical member according to the present invention is a main component of bone, and application to the human body has already been recognized. From the viewpoints of assimilation with bone, adhesion, early recovery, etc. And it is a suitable material because of its relatively high strength. It is also suitable as a cell scaffold.

前記ハイドロキシアパタイト焼結体により構成される多孔体は、多孔体中の表面積、血液や体液等の浸透性、細胞の侵入および付着容易性等の観点から、気孔率６５％以上８５％以下、かつ、平均気孔径５０μｍ以上８００μｍ以下であることが好ましい。
前記平均気孔径が５０μｍ未満である場合は、該生体用部材の内部に、骨細胞または骨細胞となり得る細胞が侵入しにくくなり、気孔内部での自家骨の形成促進を十分に図ることができない。
一方、前記平均気孔径が８００μｍを超える場合は、空間が大きすぎるため、気孔内に侵入した細胞が係留されにくく、十分に定着することが困難となり、この場合も、気孔内部での自家骨の形成促進効果は不十分となる。 The porous body constituted by the hydroxyapatite sintered body has a porosity of 65% or more and 85% or less from the viewpoint of the surface area in the porous body, the permeability of blood, body fluid, etc., the invasion and adhesion of cells, and the like. The average pore diameter is preferably 50 μm or more and 800 μm or less.
When the average pore diameter is less than 50 μm, it becomes difficult for bone cells or cells that can become bone cells to enter the living body member, and it is not possible to sufficiently promote the formation of autologous bone inside the pores. .
On the other hand, when the average pore diameter exceeds 800 μm, since the space is too large, the cells that have entered the pores are difficult to be anchored and difficult to settle. In this case, too, the autologous bone inside the pores The formation promoting effect is insufficient.

また、前記多孔体の隣接する気孔間には、連通孔が形成されていることが好ましい。
気孔が連通孔として形成されていることにより、該生体用部材の内部への細胞の侵入が促進され、また、気孔内に充填されたリン酸三カルシウム緻密体の溶出も促進されるため、該部材全体の自家骨への置換の促進を図ることができる。 Further, it is preferable that communication holes are formed between adjacent pores of the porous body.
Since the pores are formed as communication holes, the invasion of cells into the living body member is promoted, and the elution of the tricalcium phosphate dense body filled in the pores is also promoted. It is possible to promote replacement of the entire member with autologous bone.

上記のような気孔を有する多孔体は、ハイドロキシアパタイトを含むスラリーを撹拌起泡させることにより容易に作製することができる。
なお、上記のようにして製造されたハイドロキシアパタイト焼結体からなる多孔体は、ＮＥＯＢＯＮＥ（登録商標）という製品名で市販されている。
撹拌起泡により気孔が形成された多孔体は、気孔を区画する骨格自体は緻密であり、気孔がほぼ球状となり、高強度を得ることができ、また、毛管現象により、細胞や血液等が浸透しやすい性状が得られる。さらに、単位体積当たりの表面積が大きく、侵入した細胞の足場としても好適な性状となりやすい等の優れた特性を有している。 The porous body having pores as described above can be easily prepared by stirring and foaming a slurry containing hydroxyapatite.
In addition, the porous body which consists of a hydroxyapatite sintered compact manufactured as mentioned above is marketed by the product name called NEOBONE (trademark).
The porous body in which pores are formed by stirring and foaming has a dense skeleton that defines the pores, the pores are almost spherical, and high strength can be obtained, and cells, blood, etc. penetrate through capillarity. Easy-to-use properties are obtained. Furthermore, it has excellent characteristics such as a large surface area per unit volume and a suitable property as a scaffold for invading cells.

なお、前記多孔体には、骨の形成の促進を図るために、骨を形成する細胞や活性化物質を導入しておいてもよい。例えば、軟骨細胞、骨芽細胞、繊維芽細胞、内皮細胞、上皮細胞、筋芽細胞、脂肪細胞、肝細胞、神経細胞、または、これらの前駆細胞、間葉系幹細胞または胚性幹細胞（ＥＳ細胞）等のうちの少なくとも１種を導入することができる。 In addition, in order to promote the formation of bone, cells or an activating substance that forms bone may be introduced into the porous body. For example, chondrocytes, osteoblasts, fibroblasts, endothelial cells, epithelial cells, myoblasts, adipocytes, hepatocytes, nerve cells, or precursors thereof, mesenchymal stem cells or embryonic stem cells (ES cells) ) Etc. can be introduced.

また、本発明に係る生体用部材において、前記多孔体の気孔内に充填されるリン酸三カルシウムは、ハイドロキシアパタイトと同様に、リン酸カルシウム系材料であるが、ハイドロキシアパタイトに比べて体内への溶出が早い。
このため、リン酸三カルシウム緻密体は、該生体用部材を骨の欠損部等に埋入する際には、前記多孔体を補強する役割を果たし、初期強度が必要とされる部位への適用が可能となる。
そして、該生体用部材を生体内に埋入した後は、リン酸三カルシウムが溶出し、その抜けた跡の気孔内に細胞等が侵入することにより、初期強度に近い強度を保持しつつ、自家骨の形成を促進することができる。 Further, in the biomedical member according to the present invention, tricalcium phosphate filled in the pores of the porous body is a calcium phosphate material, like hydroxyapatite, but is eluted into the body as compared with hydroxyapatite. fast.
Therefore, the tricalcium phosphate dense body serves to reinforce the porous body when the biomaterial is embedded in a bone defect or the like, and is applied to a site where initial strength is required. Is possible.
And after embedding the biomedical member in the living body, tricalcium phosphate is eluted, and cells and the like enter the pores of the traces that have left, maintaining the strength close to the initial strength, It can promote the formation of autologous bone.

前記初期強度は、生体内に挿入する際に、破損することなく、容易に取り扱うことができるためには、圧縮強度において５０ＭＰａ以上であることが好ましい。 The initial strength is preferably 50 MPa or more in terms of compressive strength so that it can be easily handled without being damaged when inserted into a living body.

また、多孔体の気孔内に充填させるリン酸三カルシウムは、生体への溶出速度を考慮して、特に、β‐ＴＣＰ（β‐リン酸三カルシウム）であることが好ましい。
β‐ＴＣＰを気孔内に充填して緻密体とすることにより、生体内において、より早い溶出および細胞の侵入が行われ、自家骨の形成がより促進される。 The tricalcium phosphate filled in the pores of the porous body is particularly preferably β-TCP (β-tricalcium phosphate) in consideration of the elution rate into the living body.
By filling the pores with β-TCP to form a dense body, faster elution and cell invasion are performed in the living body, and the formation of autologous bone is further promoted.

上記のような本発明に係る生体用部材は、例えば、以下に示す方法により製造することができる。
まず、上述したように撹拌起泡により作製した所定形状のハイドロキシアパタイト焼結体からなる多孔体を用意し、平均粒径数μｍ〜数十μｍ程度のβ‐ＴＣＰのスラリー中に、該多孔体を浸漬させて、減圧法または遠心分離法等の方法により、前記多孔体の気孔内全体にわたって前記スラリーを充填させる。
この多孔体を乾燥した後、焼結温度は、α‐ＴＣＰへの転位を考慮し、１１００℃程度で焼結させることにより、気孔内にβ‐ＴＣＰの緻密体が形成される。
そして、この焼結体を所定形状に仕上加工することにより、所望の生体用部材が得られる。
上記のような方法により得られる生体用部材は、初期圧縮強度が５０ＭＰａ以上と高い初期強度を有している。 The biomedical member according to the present invention as described above can be manufactured by, for example, the following method.
First, a porous body made of a hydroxyapatite sintered body having a predetermined shape prepared by stirring and foaming as described above is prepared, and the porous body is placed in a β-TCP slurry having an average particle diameter of about several μm to several tens of μm. And the slurry is filled throughout the pores of the porous body by a method such as a reduced pressure method or a centrifugal separation method.
After this porous body is dried, the sintering temperature is about 1100 ° C. in consideration of dislocation to α-TCP, thereby forming a dense β-TCP in the pores.
Then, a desired biological member is obtained by finishing the sintered body into a predetermined shape.
The biomedical member obtained by the above method has an initial strength as high as 50 MPa or more.

以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
気孔率７５％、平均気孔径１５０μｍのハイドロキシアパタイト焼結体からなる多孔体を、平均粒径約１μｍのβ‐ＴＣＰスラリー中に浸漬させて、減圧法により、多孔体の気孔内に前記スラリーを充填させた。
この多孔体を乾燥した後、約１１００℃で焼結させて、生体用部材とした。
得られた生体用部材について、圧縮強度を測定したところ、１２３．５ＭＰａであった。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example, this invention is not restrict | limited by the following Example.
A porous body made of a hydroxyapatite sintered body having a porosity of 75% and an average pore diameter of 150 μm is immersed in a β-TCP slurry having an average particle diameter of about 1 μm, and the slurry is put into the pores of the porous body by a decompression method. Filled.
The porous body was dried and then sintered at about 1100 ° C. to obtain a biomedical member.
The compressive strength of the obtained biomedical member was measured and found to be 123.5 MPa.

Claims

A biomedical member, characterized in that a porous tricalcium phosphate is filled in pores of a porous hydroxyapatite sintered body having a plurality of pores.

The biological member according to claim 1, wherein the tricalcium phosphate is β-tricalcium phosphate.

The porous body of the hydroxyapatite sintered body has a porosity of 65% or more and 85% or less, an average pore diameter of 50 μm or more and 800 μm or less, and communication holes are formed between adjacent pores. The biomedical member according to claim 1, wherein the biomedical member is characterized by the following.

The biomedical member according to any one of claims 1 to 3, wherein the initial compressive strength is 50 MPa or more.