JP2005526541A

JP2005526541A - 表面改質インプラント

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Publication number: JP2005526541A
Application number: JP2003559567A
Authority: JP
Inventors: ゲー．スタイネマン，サミュエル; パーシバルシンプソン，ジェイムズ
Original assignee: ストラウマンホールディングアクチェンゲゼルシャフト
Priority date: 2002-01-21
Filing date: 2003-01-14
Publication date: 2005-09-08
Also published as: SE0401722L; GB2401074A; DE10390085D2; SE528674C2; WO2003059407A1; AU2003235688A1; CH695985A5; GB0416223D0; SE0401722D0; US20050064007A1; GB2401074B

Abstract

本発明は、改善された骨結合特性をもつ骨形成インプラントに関する。前記インプラントは、チタン又はチタンベースの合金から成り、そして少なくとも部分的に粗化された表面をもつ。水酸化された状態にある、前記表面は、ポリペプチド、すなわちトランスフォーミング成長因子（ＴＧＦ）又は全身性ホルモンにより、あるいは当該化合物の混合物により少なくとも部分的にコートされている。

Description

本発明は、骨内に挿入するために用いられ、著しく改善された骨結合特性を示す表面改質された骨形成インプラント、及びその生産用プロセスに関する。

例えば、腰又はひざの関節プロテアーゼ又は入れ歯を構築するため顎にネジ込むべきピンは、それ自体既知である。このようなインプラントは好ましくは、例えばチタン又はチタンベースの合金例えばチタン／ジルコン合金から成り、この合金はさらにニオブ、タンタル又はその他の組織適合性金属付加物を含むことができる。当該インプラントの中心的特性は、骨内の定着強度と結合が達成される時限にある。従って骨結合というのは、インプラント表面と骨組織の間の摩擦的に頑丈で永久的な連結を意味する。

骨内のインプラントの定着の強固さは、機械的測定によって、すなわち骨内に定着されたインプラントをその定着からひき抜くか又はネジ抜きするためつまりインプラントの表面とそれに連結された骨の物質の間の接着の破断をもたらすために必要である、引張り、押出し、せん断又はトルクのいずれとしてのものであれ力を測定することによって立証できる。当該測定方法は、それ自体例えばBrunski、臨床材料、第１０巻１９９２、ｐ１５３−２０１の中で記述されている。測定では、骨内での平滑な表面構造をもつチタンインプラントのごくわずかな定着しか示されなかったが、一方粗化された表面をもつインプラントは、それらの頑強さとの関係において著しく改善された骨−インプラント連結を提供する。

従ってＥＰ０３８８５７６号は、第１段階において、インプラント表面に対し、サンドブラストにより巨視的粗度を適用し、その後酸浴中での処理を用いてこの巨視的粗面の上に微視的粗度を重ね合わせることを提案している。このようにして、インプラントの表面を、サンドブラストを用いて粗化し、その後、例えばフッ化水素酸又は塩酸／硫酸混合物といったエッチング剤で処理することができる。この要領で規定の粗度が備わった表面は、次に溶剤と水で清浄され、殺菌処理に付される。

チタン及びチタンベースの合金の表面の化学的状態は複雑である。チタン金属の表面は空気と水の中で自然発生的に酸化し、次に水との反応が表面上すなわち酸化物の最も外側の原子層の上で起こり、これにヒドロキシル基の形成が伴うことが仮定されている。ヒドロキシル基を含むこの表面は、文献において「水酸化された」表面と呼ばれている。H.P.Boehmの水酸化された金属酸化物表面の酸性及び塩基性特性、Discussions Faraday Society、第５２巻、１９７１、ｐ２６４−２７５を参照のこと。

表面酸化済みチタン金属又は酸化済みチタンベース合金の水酸化された表面は、金属異物が骨組織と摩擦連結を形成することから、生物活性特性を有するということが、現在発見されている。驚くべきことに、（ｉ）例えばトランスフォーミング成長因子ベータ（ＴＧＦ−β）といったトランスフォーミング成長因子又は骨形成成長ペプチド（ＯＧＰ）又は（ｉｉ）全身性ホルモンを表わすポリペプチド又は当該化合物の混合物でこの水酸化された表面が処理されたか又はこの表面が当該化合物又はその混合物で少なくとも部分的に被覆された時点で、当該水酸化された生物活性表面は、より長時間にわたりその活性を保持し、骨物質と一体化して、本発明に従って処理されず通常空気中で乾燥される同一の表面よりもはるかに迅速に強い連結を提供する、ということが判明した。このようにして、改善した骨結合特性そして特にそれと共に加速化された定着反応をも備えた骨形成インプラントが得られ、本発明に従って処理された水酸化されたインプラント表面の生物活性は、インプラントが挿入されるまで実質的に変化のない状態にとどまる。

本発明は、特許請求の範囲内で定義づけされている。本発明は、生体適合性材料で作られている骨形成インプラントにおいて、トランスフォーミング成長因子（ＴＧＦ）及び全身性ホルモンから成る群から選択されたポリペプチド又は当該化合物の混合物で表面が少なくとも部分的に被覆されている、骨形成インプラントに関する。本発明は特に、改善された骨結合特性又は改善された骨結合を伴う表面改質された骨形成インプラントにおいて、チタン金属、チタンベース合金、セラミック材料、特に酸化物セラミックから成り、かつ好ましくは、トランスフォーミング成長因子（ＴＧＦ）又は全身性ホルモンを表わすポリペプチド又は当該化合物の混合物で処理された少なくとも部分的に粗化された表面をもち、この水酸化された表面が少なくとも部分的に当該化合物又は当該化合物の混合物で被覆されているインプラントに関する。

トランスフォーミング成長因子（ＴＧＦ）というのは、特に、（ｉ）トランスフォーミング成長因子ベータ（ＴＧＦ−β）のグループ（サブグループ）及び骨形成タンパク質（ＢＭＰ）のグループ（サブグループ）として理解されるべきである。例えば、骨形成タンパク質は、オステオネクチン、骨シアロタンパク（ＢＳＰ）、オステオポンチン、オステオカルシン、オステオスタチン、オステオゲニン及びオステオ成長ペプチド（ＯＧＰ）である。

この表面は好ましくは、気密性及び液密性エンベロープ内で、インプラント表面に対して不活性である、すなわちインプラント表面の生物活性を損なう能力をもつ化合物がエンベロープの内部に全く存在しない雰囲気内に封入された状態で保管される。

エンベロープの内部は好ましくは、インプラント表面にとって不活性の気体、すなわち例えば酸素、窒素、希ガス又は当該気体の混合物で満たされている。しかしながらエンベロープの内側は同様に、任意には添加剤を含む純水が少なくとも部分的に満たされていてもよく、このような場合には、存在する水の量は、少なくとも、粗化されたインプラント表面の湿潤化が確保されるようなものである。エンベロープの内部に残った容積は、インプラント表面に対して不活性な、例えば酸素、窒素、希ガス又は当該気体の混合物といった気体で満たすことができる。

エンベロープ内部に存在する純水は、好ましくは、単数又は複数の添加剤として、トランスフォーミング成長因子（ＴＧＦ）又は全身性ホルモンを表わす少なくともポリペプチド又は当該化合物すなわち本発明に従って処理及びインプラント表面の少なくとも部分的な被覆のために用いられる少なくとも１つの化合物の混合物を含んでいる。

本発明は同様に、本発明に従ったインプラントを製造するためのプロセス及び、本発明に従って製造されたインプラントにも関する。

本発明に従ったインプラントは、好ましくはチタンベースの合金、好ましくはチタン／ジルコン合金から成り、このチタン／ジルコン合金は、さらにニオブ、タンタル又はその他の組織適合性金属添加物を含むことが可能である。セラミック材料、特に酸化物セラミック、特に好ましくは酸化ジルコニウムベースのセラミックも同様に使用可能である。このタイプのインプラント、それらの特性及びそれらを製造するために用いられる金属材料はそれ自体既知であり、例えばJ.Black, G.Hastings, 生体材料特性便覧、ｐ１３５〜２００（Chapman & Hall出版、London, １９９８）の中で記述されている。セラミック材料は例えばＵＳ６，１６５，９２５号の中で記述されている。本発明は、特に、歯科用インプラントすなわち、入れ歯を構築するために顎内にネジ込むべきピンのために有利に適用可能である。

本発明は同様に、顎骨の窩洞内に少なくとも部分的に円筒形形状をもつ骨形成インプラントを導入するためのプロセスにおいて、窩洞の部域内の骨の表面が、トランスフォーミング成長因子（ＴＧＦ）及び全身性ホルモンから成るグループの中から選択されたポリペプチド又は当該化合物の混合物と少なくとも部分的に接触させられるプロセスにも関する。これは例えば、トランスフォーミング成長因子（ＴＧＦ）及び全身性ホルモンのグループから選択されたポリペプチド又は当該化合物の混合物を含むヒドロゲルを使用することによって行なうことができる。当該ヒドロゲルは例えば、特にインプラントの記述された表面処理に加えて顎骨の窩腔内及び／又はインプラントに対して塗布できる。このようにして、さらに改善された骨結合を達成することができる。

調査により、骨内のインプラントの適切な定着がインプラントの表面特性、特に粗度に大きく依存しているということが示されてきた。本発明に従うと、本発明に従って処理された表面の生物活性は、表面粗度の基本的に物理的な効果を相乗的に補足し、その結果、骨結合を著しく改善する。本発明に従った歯のインプラントは好ましくは、例えば、機械的処理及び構造化、ショットピーニング又はサンドブラストによって得ることのできる表面中のリセス又はネジ山といったような巨視的粗度を有する。さらにこの粗化された表面は好ましくは、重ね合わされた微視的粗度を有し、この微視的粗度は好ましくは表面の化学エッチング又は電気化学（電解）処理又はこれらのプロセスの組合せによって生成される。こうして、水酸化されると同時に親水性でもある表面が結果として得られる。この水酸化された表面は、トランスフォーミング成長因子（ＴＧＦ）又は全身性ホルモンを表わすポリペプチド又は当該化合物の混合物で、本発明に従って処理され、この水酸化された表面は少なくとも部分的に当該化合物又はその混合物で被覆される。

水酸化された表面は、例えば、特に当初ショットピーニング、サンドブラスト及び／又はプラズマ技術を使用した粗化をインプラント表面に施しその後、水酸化された親水性表面が生成されるまで電解又は化学プロセスで機械的粗化済み表面を処理することにより所望の粗度又は肌理をもつ表面を提供することによって、生み出すことができる。インプラントは好ましくは、無機酸又はその混合物、好ましくはフッ化水素酸、塩酸、硫酸、硝酸又は当該酸の混合物でエッチングされるか、又は表面は１：１：５の重量比の塩酸、過酸化水素及び水で処理される。

手順は好ましくは以下の通りである：
− インプラントを、ショットピーニングし、その後室温で希フッ化水素酸でエッチングし、ＣＯ₂を含まない純粋精製水で洗浄する；又は
− インプラントを、例えば０．１〜０．２５mm又は０．２５〜０．５mmの平均粒度をもつアルミナ粒子でのサンドブラストに付し、その後、高温で塩酸／硫酸混合物で処理し、ＣＯ₂を含まない純粋精製水で洗浄する。
− インプラントを、粗い粒子、例えば以上で定義した粒子混合物でサンドブラストし、その後塩酸／硝酸混合物で処理し、ＣＯ₂を含まない純粋精製水で洗浄する；又は
− インプラントを、約１：１：５の重量比の塩化水素、過酸化水素及び水の混合物で処理し、ＣＯ₂を含まない純粋精製水で洗浄する；又は
− インプラントをプラズマ技術を用いて粗化し、その後、約１：１：５の重量比の塩化水素、過酸化水素及び水の混合物中で水酸化し、ＣＯ₂を含まない純粋精製水で洗浄する。
− 表面が適宜予め機械的に粗化された状態で、インプラントを電解プロセス内で処理し、その後、ＣＯ₂を含まない純粋精製水で洗浄する。

全てのケースにおいて、インプラント又はその水酸化された表面は、本発明に従って、トランスフォーミング成長因子（ＴＧＦ）又は全身性ホルモンを表わすポリペプチド又は当該化合物の混合物で直接処理される。特にインプラント又はその水酸化された表面はアルコール、アセトン又はもう１つの有機溶剤又は殺菌剤で処理されたり、親水性の水酸化された表面に対し不活性でなく例えば親水性表面特性を低減又は破壊することになるような例えば炭化水素といった気体物質又は大気にさらされたりしない。

洗浄に用いられる「純」水は、好ましくは、数回精製されたか又は逆浸透により調整された水、好ましくは不活性雰囲気中すなわち例えば窒素又は希ガス雰囲気内で減圧下で調製された水である。特に、純水は、少なくとも２mohmcmの電気抵抗（電気抵抗＞２mohmcm）及び１０ｐｐｂを上回らない（≦１０ｐｐｂ）合計有機炭素含有量（合計有機炭素（ＴＯＣ））を有する。

洗浄プロセスの後、結果として得られたインプラントを好ましくは、任意には添加剤を含みうる純水中で保管する。結果として得られたインプラントは、好ましくは、例えば窒素、酸素又は希ガス、例えばアルゴンといったインプラント表面に対して不活性である気体で満たされた閉鎖したエンベロープ内で、及び／又は任意には添加剤を含有している純水の中で、本発明に従ったさらなる処理まで保管される。エンベロープは好ましくは事実上気体及び液体を通さない。

水酸化された表面をもつインプラントつまりインプラントの水酸化された表面は、本発明に従うと、トランスフォーミング成長因子（ＴＧＦ）又は全身性ホルモンを表わすポリペプチドか又は当該化合物の混合物で水酸化された表面で処理され、少なくとも部分的に当該化合物又はその混合物で被覆されている。

すでに言及したように、トランスフォーミング成長因子（ＴＧＦ）は、特に、（ｉ）トランスフォーミング成長因子ベータ（ＴＧＦ−β）のグループ及び（ｉｉ）骨形成タンパク質（ＢＭＰ）のグループとして理解されるべきである。骨形成タンパク質（ＢＭＰ）は、例えばオステオネクチン、骨シアロタンパク（ＢＳＰ）、オステオポンチン、オステオカルシン、オステオスタチン、オステオゲニン及びオステオ成長ペプチド（ＯＧＰ）である。

トランスフォーミング成長因子ベータ（ＴＧＦ−β）のグループの中からのタンパク質及びポリペプチドの例としては、例えば、A.B. Roberts, M.B. Sporn, 実験薬学便覧、９５（１９９０），ｐ４１９〜４７２内、又はD.M.Kingsley, 遺伝子と開発８（１９９４），ｐ１３３〜１４６内、及びその中で引用されている研究の中で記述されている因子ＴＧＦ−β１、ＴＧＦ−β２、ＴＧＦ−β３、ＴＧＦ−β４及びＴＧＦ−β５がある。これらの化合物は、本書に参考として内含されている。

骨形成タンパク質（ＢＭＰ）のグループからの例としては、J.M. Wozney et al., Sience ２４２（１９８８）、ｐ１５２８−１５３４；A.J. Celeste及びal., Proc. Natl. Acad. Sci. USA ８７（１９９０）、ｐ９８４３−９８４７；E.Ozkaynak及びal., J. Biol.Chem. ２６７（１９９２）、ｐ２５２２０−２５２２７；Takao et al., Biochem. Biophys. Res. Com. ２１９（１９９６）、ｐ６５６−６６２；ＷＯ９３／００４３２；ＷＯ９４／２６８９３；ＷＯ９４／２６８９２；ＷＯ９５／１６０３５，及びその中で引用されている研究の中で記述されているタンパク質ＢＭＰ−２（ＢＭＰ−２ａ）、ＢＭＰ−３、ＢＭＰ−４（ＢＭＰ−２ｂ）、ＢＭＰ−５、ＢＭＰ−６、ＢＭＰ−７（ＯＰ−１）、ＢＭＰ−８（ＯＰ−２）、ＢＭＰ−９、ＢＭＰ−１０、ＢＭＰ−１１、ＢＭＰ−１２、ＢＭＰ−１３がある。これらの化合物は本書の中に参考として内含されている。

オステオカルシンの例としては、以下のものがある；
オステオカルシン（７〜１９）（ヒト）：Ｈ−Ｇｌｙ−Ａｌａ−Ｐｒｏ−Ｖａｌ−Ｐｒｏ−Ｔｙｒ−Ｐｒｏ−Ａｓｐ−Ｐｒｏ−Ｌｅｕ−Ｇｌｕ−Ｐｒｏ−Ａｒｇ−ＯＨ；
オステオカルシン（３７〜４９）（ヒト）：Ｈ−Ｇｌｙ−Ｐｈｅ−Ｇｌｎ−Ｇｌｕ−Ａｌａ−Ｔｙｒ−Ａｒｇ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｔｙｒ−Ｇｌｙ−Ｐｒｏ−Ｖａｌ−ＯＨ；
（Ｔｙｒ³⁸、Ｐｈｅ^42,46）オステオカルシン（３８〜４９）：Ｈ−Ｔｙｒ−Ｇｌｎ−Ｇｌｕ−Ａｌａ−Ｐｈｅ−Ａｒｇ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｇｌｙ−Ｐｒｏ−Ｖａｌ−ＯＨ；
オステオカルシン（１〜４９）（ヒト）：Ｈ−Ｔｙｒ−Ｌｅｕ−Ｔｙｒ−Ｇｌｎ−Ｔｒｐ−Ｌｅｕ−Ｇｌｙ−Ａｌａ−Ｐｒｏ−Ｖａｌ−Ｐｒｏ−Ｔｙｒ−Ｐｒｏ−Ａｓｐ−Ｐｒｏ−Ｌｅｕ−Ｇｌａ−Ｐｒｏ−Ａｒｇ−Ａｒｇ−Ｇｌａ−Ｖａｌ−Ｃｙｓ−Ｇｌａ−Ｌｅｕ−Ａｓｎ−Ｐｒｏ−Ａｓｐ−Ｃｙｓ−Ａｓｐ−Ｇｌｕ−Ｌｅｕ−Ａｌａ−Ａｓｐ−Ｈｉｓ−Ｉｌｅ−Ｇｌｙ−Ｐｈｅ−Ｇｌｎ−Ｇｌｎ−Ａｌａ−Ｔｙｒ−Ａｒｇ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｔｙｒ−Ｇｌｙ−Ｐｒｏ−Ｖａｌ−ＯＨ（Ｇｌａ＝ガンマ−カルボキシ−Ｌ−グルタミル）。

骨形成成長ペプチド（ＯＧＰ）は既知である。１４個のアミノ酸をもつ当該ペプチドは、例えば次の構造式に対応する：Ｈ−Ａｌａ−Ｌｅｕ−Ｌｙｓ−Ａｒｇ−Ｇｌｎ−Ｇｌｙ−Ａｒｇ−Ｔｈｒ−Ｌｅｕ−Ｔｙｒ−Ｇｌｙ−Ｐｈｅ−Ｇｌｙ−Ｇｌｙ−ＯＨ。

全身性ホルモンはそれ自体既知であり、それ自体既知の形態で使用できる。例えば全身性ホルモンは、１．２５−（ＯＨ）₂Ｄ₃又は１α，１，２５（ＯＨ）₂Ｄ₃又は２４，２５−（ＯＨ）₂Ｄ₃と呼ばれる化合物である。このような全身性ホルモンは、例えば、Boyan B. D. et al., 生化学ジャーナル、２６４，ｐ１１８７９−１１８８８（１９８９）の中で記述されている。そこで言及されている全身性ホルモンは、本書に参考として内含される。

トランスフォーミング成長因子（ＴＧＦ）又は全身性ホルモンを表わすポリペプチドのうち、例えばプロリン（Ｐro）、ヒドロキシプロリン（Ｈypro）、トリプトファン（Ｔry）又はヒスチジン（Ｈis）残基といった、複素環を伴うアミノ酸の少なくとも１つの残基を含むものが好まれる。

金属表面を特徴づけし分析するための方法は、それ自体既知である。これらの方法は同様に、被覆密度を測定し検査又は監視するためにも使用可能である。それ自体既知であるこのような分析方法としては、例えば、赤外分光法、レーザー脱離質量分析（ＬＤＭＳ）、Ｘ線励起光電子分光法（ＸＰＳ）、マトリックス支援レーザー脱離質量分析（ＭＡＬＤＩ）、飛行時間型二次イオン質量分析（ＴＯＦＳＩＭＳ）、電子及びイオン微量分析、光導波路光モード分光法（ＯＷＬＳ）又はＸ線光電子回折（ＸＰＤ）がある。これは、例えば金属表面上で利用可能なヒドロキシル基又はチタン原子を測定するために使用可能である。金属表面上で利用可能な金属原子又はヒドロキシル基は、通常単分子層（「単層」）での表面の最大被覆密度を提供する。上述のそれ自体既知である分析方法は、特に金属表面の化学組成、その前処理及び化学吸着された化合物によって左右される単分子層の厚み及び濃度を測定するために使用可能である。かくして例えば、酸化チタンは、表面積１nm²あたり酸性又は塩基性反応を伴う約４〜５個の反応基を有する。このことはすなわち、酸化チタンの表面が、表面積１nmあたり約４個のアミノ酸又はポリアミノ酸分子で被覆され得るということを意味する。本発明に従うと、記述された化合物の単分子層での金属表面の最大被覆率に基づいてわずか約５％〜７％の被覆率しか存在しないことが好ましい。本発明に従うと、単分子層での金属表面の最大被覆率に基づいて、被覆率が約８％〜５０％、特に約８％〜２０％であることが特に好ましい。この意味で、金属表面は、残りの「遊離」ヒドロキシル基を通して少なくとも部分的に水酸化された状態にとどまり続け、かくして２つの効果の組合せが非常に優れた骨結合特性をインプラントに付与することになる。

骨形成成長ペプチド（ＯＧＰ）又はトランスフォーミング成長因子（ＴＧＦ）又はオステオカルシンを表わすポリペプチド又はこれらの化合物の混合物は、例えば水溶液からか又は有機溶剤その他から、純粋化合物又はその混合物を用いた噴霧によってといったような適切な方法でインプラントの水酸化された表面に塗布される。かくしてこの化合物は水酸化された表面により吸着され結合される。ここで結合されたという語は、水洗いによって直接除去できないことを意味する。この関係において、所望の被覆率を生み出すためには、およそ０．０１μmol／ｌ（１リットルあたりのマイクロモル）以上、例えば０．０１μmol／ｌ〜約１００μmol／ｌ、好ましくは０．１μmol／ｌ〜約１０μmol／ｌ、好ましくは約１μmol／ｌの濃度で、その化合物に応じたひじょうに低い濃度の水溶液又は有機溶液内で水酸化された金属表面と化合物を接触させるだけで充分である。しかしながら、これらの濃度限界は、それほど重要なものではない。前記化合物で達成される表面の被覆密度は、特に、液体担体内のその濃度、接触時間及び接触温度及び使用される酸価により決定される。

この意味で、本発明は同様に、ショットピーニング、サンドブラスト及び／又はプラズマ技術を用いた粗化をインプラントの表面に施すことによって、本発明に従ったインプラントを製造するプロセスにおいて、その後、
（ｉ）機械的に又はプラズマ技術により粗化された表面は、水酸化された表面が生成されるまで、好ましくは無機塩又は無機酸混合物、好ましくはフッ化水素酸、塩酸、硫酸、硝酸又は当該酸の混合物、又は塩化水素、過酸化水素及び水の約１：１：５重量比での混合物を用いて電解又は化学エッチングプロセスの処理を受け、
（ｉｉ）表面は、骨形成成長ペプチド（ＯＧＰ）又はトランスフォーミング成長因子（ＴＧＦ）又はオステオカルシンを表わすポリペプチド又は当該化合物の混合物で処理され少なくとも部分的に被覆される、
プロセスにも関する。

前記化合物又はその混合物での水酸化された金属表面の被覆率は、化学吸着又は化学結合により説明がつく。このことはすなわち、付加される化合物のそれぞれのグループが、例えば≡ＴｉＯＨ＋ −ＣＨ₂Ｃ（Ｏ）ＯＨ → ≡ＴｉＯＣ（Ｏ）ＣＨ₂− ＋Ｈ₂Ｏ（なお式中≡Ｔｉ−は金属表面上の金属イオンである）という式に従って、金属表面上に存在するヒドロキシル基との凝縮反応に入るということを意味している。両性という特徴は、表面がそれをとり囲む電解質の酸価に左右されるせいであるとすることができるが、これは、酸化物表面上の塩基性反応を伴うヒドロキシと電解質中の酸の間、又は酸化物内の酸性反応を伴うヒドロキシルと電解質中のアニオンの間の相互作用が存在するためである。表面の反応は、共有結合の形成、静電効果及び／又は水素架橋の形成を通して説明できる。しかしながら、本発明はこれらの説明に結びつけられるものではない。決定的な事実は、ここで記述されている表面処理が、水酸化された表面の生物活性を保存し改善することにある。

ポリペプチドを金属表面に結合するための手順は、好ましくは、化合物が水溶液又は有機溶液、好ましくは水溶液から、表面に対する加湿又は純粋化合物の噴霧によって塗布されることになるようなものである。該当する場合、適宜圧力下で約４０℃〜７０℃の温度までの加熱が存在する。表面に対する化合物の結合は同様にして、紫外線により促進され得る。さらなる方法は、化合物の性質に応じて、酸性又は塩基性溶液から表面に対し化合物を塗布することから成る。この場合、溶液は好ましくは、２〜４又は８〜１１の酸価（ｐＨ値）を有する。インプラントはその後、適宜紫外線で処理することができる。

本発明に従ったインプラント又は少なくとも本発明に従ったその被覆された表面は、好ましくは、気密性かつ液密性のエンベロープ内に封入されており、エンベロープの内部には、インプラント表面の生物活性を損なう、すなわちインプラント表面に対して不活性である化合物は全く存在しない。この気密性及び液密性エンベロープは好ましくは、ガラス、金属、合成重合体又はもう１つの気密性及び液密性材料又はこれらの材料の組合せでできた密封したアンプルである。金属は好ましくは薄い金属シートの形をしており、適切な包装材料を提供するべく重合体材料と金属シートを、それ自体既知の要領で互いに組合せることが可能である。

エンベロープの内部には不活性雰囲気が存在し、それが不活性ガス及び／又は少なくとも部分的に任意には添加剤を含んでいる純水で満たされていることが好ましい。インプラントの保管を改善するために純水に対し本発明に従って添加できる適切な添加剤としては、特に骨形成成長ペプチド（ＯＧＰ）又はトランスフォーミング成長因子（ＴＧＦ）又はオステオカルシンを表わすポリペプチド、又は当該化合物の混合物、特にインプラント表面を被覆したものと同じ化合物又はその混合物がある。この場合、純水は、前記化合物又はその混合物を、好ましくは約０．０１μmol／ｌ〜１００μmol／ｌ（リットルあたりのマイクロモル数）、好ましくは約０．１μmol／ｌ〜１０μmol／ｌの範囲内の濃度、そして好ましくは約１μmol／ｌの濃度で含有している。

本発明に従って純水に添加できるさらなる適切な添加物としては、例えば塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩素酸ナトリウム又はカリウム、硝酸ナトリウム又はカリウム、リン酸ナトリウム又はカリウム又は当該塩の混合物といったような無機塩の形で適切なアニオンを伴う、Ｎａ⁺又はＫ⁺又はＮａ⁺及びＫ⁺の混合物といった一価のアルカリ金属カチオンがある。同様にして、水溶性無機塩の形で２価のカチオンを添加することも可能である。適切なカチオンとしては、特にその塩化物、塩素酸塩、硝酸塩又はそれらの混合物の形をしたＭｇ⁺²、Ｃａ⁺²、Ｓｒ⁺²及び／又はＭｎ⁺²がある。適切な無機アニオンとしては同様に、リン酸塩及びホスホン酸塩があり、これらには、各ケースにおいて、言及されたカチオンと組合された状態でのモノオルトリン酸塩アニオン及びジオルトリン酸塩アニオン及びモノオルトホスホン酸塩アニオン及びジオルトホスホン酸塩アニオンの意味がある。臨床的利用分野では、アンプル内に封入されたこのようなインプラントは、さらなる処理無しで直接使用可能である。

好ましい無機カチオン及びアニオンは、体液中に、特にそれぞれの生理学的濃度で、かつ好ましくは４〜９の範囲内の生理学的酸価そして好ましくは６〜８の範囲内の酸化ですでに発生しているものである。好ましいカチオンはＮａ⁺、Ｋ⁺、Ｍｇ⁺²及びＣａ⁺²である。好ましいアニオンは、Ｃｌ^-である。前記カチオン及びアニオンの合計量は、好ましくは各ケースにおいて、約５０ｍＥｑ／ｌ〜２５０ｍＥｑ／ｌ、好ましくは約１００ｍＥｑ／ｌ〜２００Ｅｑ／ｌの範囲内にあり、好ましくは約１５０ｍＥｑ／ｌである。ここでＥｑ／ｌは（式）当量を意味し、Ｅｑ／ｌは、式単位の原子量を価数で除したものに対応する。ｍＥｑ／ｌは、１リットルあたりのミリ当量を意味する。エンベロープが２価のカチオン特にＭｇ⁺²、Ｃａ⁺²、Ｓｒ⁺²及び／又はＭｎ⁺²を単独で又は言及された一価のカチオンと組合せた形で含有している場合には、存在する２価のカチオンの合計量は、好ましくは１ｍＥｑ／ｌ〜２０ｍＥｑ／ｌの範囲内にある。同様にして、上述の有機化合物が純水中に溶解した上述の無機塩との混合物の形で存在することも可能であり、その場合、存在する添加物の上述の濃度はなおも適用され、通常それで充分である。

金属体の有効表面積を測定する方法は、それ自体既知である。かくして、例えば、電気化学的測定方法が知られており、P.W.Atkins, 物理化学、Oxford University Press, １９９４の中で詳述されている。ハイブリッドパラメータＬｒの２乗すなわち、プロフィール−長さ比の２乗として、粗度測定値から有効表面積を得ることも可能である。パラメータＬｒは、展開された２次元プロフィール長さ及び測定された距離の比としてＤＩＮ規格４７６２の中で定義されている。しかしながら、後者の測定のための前提条件は、測定方法の垂直方向及び側方向の分解能が１μｍ未満であり、実際には０．１μｍに近いということである。

これら全ての測定方法のための基準部域は、平坦で研磨済みの金属表面である。平坦で研磨済みの表面に比べた粗化された表面についての測定値は、粗化表面が平坦な研磨表面と比べてどれほど大きいかを表わしている。骨細胞でのインビトロ調査及び本発明に従ったインプラント上のin vivo組織形態計測調査は、粗化表面が匹敵する平坦な研磨表面の好ましくは少なくとも１．５倍、好ましくは少なくとも２倍の広さを有する場合に本発明に従ったインプラントの骨形成特性が特に高いということを示している。

実験所及び診療所で処理するためのチタン及びチタン合金の工業的に生産された表面積は、通常、基本的に炭素化合物及び微量の窒素、カルシウム、硫黄、リン及びケイ素から成る不純物を有している。これらの不純物は、最も外側の金属酸化物層の中に集中している。水酸化された親水性のインプラント表面は好ましくは、ＸＰＳ又はＡＦＳ又はそれ自体既知のその他の分光法といったような分光法によって測定された２０原子％以下の炭素を含有している。

以下の実施例は、本発明を例示するものである。
実施例１
Ａ）直径４mm、長さ１０mmのネジの形をした従来の形態の歯のインプラントを製造した。基本形態は、それ自体既知の要領で円筒形予備成形物を旋削し、フライス加工することで材料を除去することによって得られた。骨内に挿入すべき表面に対し、このとき、平均粒度０．２５〜０．５０mmの粒度でそれをサンドブラストすることによってＥＰ０３８８５７６に記述されている通りに巨視的粗度を具備させた。その後、約５分間８０℃を上回る温度で２：１：１のＨＣｌ：Ｈ₂ＳＯ₄：Ｈ₂Ｏ比で塩酸水／硫酸混合物を用いて、粗化表面（巨視的粗度）を処理し、結果として、（０．１モルのＮａ₂Ｓ０₄電解質内のインピーダンス分光分析によって測定された３．９という比に対応する）０．１５ＭのＮａＣｌを伴う水性電解質内でのボルタンメトリーにより測定された３．６という粗化インプラント表面対匹敵する研磨表面の比が得られた。このようにして形成されたインプラントを純水中で洗浄した。

Ｂ）その後、Ａ節で得たインプラントを２４時間窒素下で１リットルあたり１００μmolの濃度でＨ−Ａｌａ−Ｌｅｕ−Ｌｙｓ−Ａｒｇ−Ｇｌｎ−Ｇｌｙ−Ａｒｇ−Ｔｈｒ−Ｌｅｕ−Ｔｙｒ−Ｐｈｅ−Ｇｌｙ−Ｇｌｙ−ＯＨという構造式の骨形成成長ペプチド（ＯＧＰ）を含む純水から成る溶液中に放置した。インプラントを取り出し、窒素下で純水を用いて洗浄した。測定により、金属表面の約１０％の被覆率が明らかになった。その後インプラントを、
ａ）純水で満たされたガラスアンサンブル内に直接密封し、４週間後に開いて移植した；
ｂ）０．２Ｍの純炭酸ナトリウムでｐＨ＝９に調整され１μmol／ｌの濃度でＧｌｙ−Ａｒｇ−Ｇｌｙ−Ａｓｐ−Ｓｅｒを含む純水が満たされたガラスアンプル内に直接密封した。ガラスアンプルを４週間後に開いて、等張食塩水中で簡単に洗浄し、移植した。
ｃ）Ａ節にある通りに処理を完了した後、大気中で乾燥させ、移植した（比較試験）。試験ａ）、ｂ）及びｃ）にあるように得られたインプラントを、ミニ豚の上顎内に移植した。２週間後、３週間後、４週間後にＮcm単位の弛緩トルクとして定着を測定した。試験ａ）及びｂ）内の結果（発明に従ったインプラント）及び上述の取込み時間についての対応する弛緩トルクは、より短かい取込み時間及び加速された骨結合を示す試験ｃ）のものよりも明らかに高い。

実施例２
Ｂ節で使用される骨形成成長ペプチド（ＯＧＰ）をＨ−Ｇｌｙ−Ａｌａ−Ｐｒｏ−Ｖａｌ−Ｐｒｏ−Ｔｙｒ−Ｐｒｏ−Ａｓｐ−Ｐｒｏ−Ｌｅｕ−Ｇｌｕ−Ｐｒｏ−Ａｒｇ−ＯＨという構造式のオステオカルシン（７〜１９）（ヒト）で置換するという条件で、実施例１をくり返した。実施例１、Ｂ節に従ったものと類似の結果が得られた。

実施例３
実施例１、Ａ節に従った酸処理の後に、０．１５mol／ｌのＮａＣｌ及び該当する場合には０．００５モル／ｌのＣａＣｌ₂を含む純水の中に導入することを条件として、実施例１をくり返した。この電解質に対して１００マイクロモル／ｌの濃度で、Ｈ−Ｇｌｙ−Ａｌａ−Ｐｒｏ−Ｖａｌ−Ｐｒｏ−Ｔｙｒ−Ｐｒｏ−Ａｓｐ−Ｐｒｏ−Ｌｅｕ−Ｇｌｕ−Ｐｒｏ−Ａｒｇ−ＯＨという構造式の骨形成成長ペプチド（ＯＧＰ）又はオステオカルシン（７−１９）（ヒト）を添加した。窒素下でガラスアンプル内に全体を密封した。４週間後にガラスアンプルを開き、得られたインプラントをとり出し、さらなる処理無くつまり乾燥も洗浄もなくミニ豚の上顎内に移植した。２週間、３週間、そして４週間後にＮｃｍ単位の弛緩トルクとして（平均値）定着を測定した。実施例１に従ったものと類似の結果が得られた。

Claims

生体適合性材料から作られた骨形成インプラントであって、トランスフォーミング成長因子（ＴＧＦ）及び全身性ホルモンから成る群から選択されるポリペプチド又は当該化合物の混合物によってその表面が少なくとも部分的に覆われている前記骨形成インプラント。
骨結合特性が改良されている、請求項１に記載の骨形成インプラントであって、チタン金属又はチタンベースの合金から成り、かつ、少なくとも部分的に粗化された表面を有し、そして上記表面は、水酸化された状態で、トランスフォーミング成長因子（ＴＧＦ）及び全身性ホルモンから成る群から選択されるポリペプチド又は当該化合物の混合物によって少なくとも部分的に覆われている前記骨形成インプラント。
セラミック材料、特にセラミック酸化物を含む、請求項１に記載の骨形成インプラント。
チタン／ジルコン合金から成り、適宜、ニオブ、タンタル、又はその他の組織適合性金属付加物をさらに含む、請求項１又は２に記載のインプラント。
巨視的粗度及び当該巨視的粗度上に重層された微視的粗度を有し、上記微視的粗度が表面の化学エッチングによって及び／又は電解処理を用いて、好ましくは無機酸又は無機酸混合物、好ましくはフッ化水素酸、塩酸、硫酸、硝酸又は当該酸の混合物でのエッチングによって、あるいは約１：１：５の重量比の塩酸、過酸化水素及び水を用いて上記表面を処理することによって生成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のインプラント。
前記トランスフォーミング成長因子（ＴＧＦ）が、（ｉ）トランスフォーミング成長因子ベータ（ＴＧＦ−β）から成る群、及び／又は（ｉｉ）骨形成タンパク質（ＢＭＰ）から成る群から選択される、請求項１〜５のいずれか１項に記載のインプラント。
前記トランスフォーミング成長因子ベータ（ＴＧＦ−β）が、ＴＧＦ−β１、ＴＧＦ−β２、ＴＧＦ−β３、ＴＧＦ−β４及びＴＧＦ−β５といった因子を含む群から選択される、請求項６に記載のインプラント。
前記骨形成タンパク質（ＢＭＰ）が、ＢＭＰ−２（ＢＭＰ−２ａ）、ＢＭＰ−３、ＢＭＰ−４（ＢＭＰ−２ｂ）、ＢＭＰ−５、ＢＭＰ−６、ＢＭＰ−７（ＯＰ−１）、ＢＭＰ−８（ＯＰ−２）、ＢＭＰ−９、ＢＭＰ−１０、ＢＭＰ−１１、ＢＭＰ−１２及びＢＭＰ−１３といったタンパク質を含む群から選択される、請求項６に記載のインプラント。
前記骨形成タンパク質（ＢＭＰ）が、オステオネクチン、骨シアロタンパク（ＢＳＰ）、オステオポンチン、オステオカルシン、オステオスタチン、オステオゲニン及び骨形成成長ペプチド（ＯＧＰ）を含む群から選択される、請求項６に記載のインプラント。
前記オステオカルシンが、以下の式：
Ｈ−Ｇｌｙ−Ａｌａ−Ｐｒｏ−Ｖａｌ−Ｐｒｏ−Ｔｙｒ−Ｐｒｏ−Ａｓｐ−Ｐｒｏ−Ｌｅｕ−Ｇｌｕ−Ｐｒｏ−Ａｒｇ−ＯＨ、
に相当する、請求項９に記載のインプラント。
前記オステオカルシンが、以下の式：
Ｈ−Ｇｌｙ−Ｐｈｅ−Ｇｌｎ−Ｇｌｕ−Ａｌａ−Ｔｙｒ−Ａｒｇ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｔｙｒ−Ｇｌｙ−Ｐｒｏ−Ｖａｌ−ＯＨ、
に相当する、請求項９に記載のインプラント。
前記オステオカルシンが、以下の式：
Ｈ−Ｔｙｒ−Ｇｌｎ−Ｇｌｕ−Ａｌａ−Ｐｈｅ−Ａｒｇ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｇｌｙ−Ｐｒｏ−Ｖａｌ−ＯＨ、
に相当する、請求項９に記載のインプラント。
前記オステオカルシンが、以下の式：
Ｈ−Ｔｙｒ−Ｌｅｕ−Ｔｙｒ−Ｇｌｎ−Ｔｒｐ−Ｌｅｕ−Ｇｌｙ−Ａｌａ−Ｐｒｏ−Ｖａｌ−Ｐｒｏ−Ｔｙｒ−Ｐｒｏ−Ａｓｐ−Ｐｒｏ−Ｌｅｕ−Ｇｌａ−Ｐｒｏ−Ａｒｇ−Ａｒｇ−Ｇｌａ−Ｖａｌ−Ｃｙｓ−Ｇｌａ−Ｌｅｕ−Ａｓｎ−Ｐｒｏ−Ａｓｐ−Ｃｙｓ−Ａｓｐ−Ｇｌｕ−Ｌｅｕ−Ａｌａ−Ａｓｐ−Ｈｉｓ−Ｉｌｅ−Ｇｌｙ−Ｐｈｅ−Ｇｌｎ−Ｇｌｎ−Ａｌａ−Ｔｙｒ−Ａｒｇ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｔｙｒ−Ｇｌｙ−Ｐｒｏ−Ｖａｌ−ＯＨ、
に相当する、請求項９に記載のインプラント。
前記骨形成成長ペプチド（ＯＧＰ）が、以下の式：
Ｈ−Ａｌａ−Ｌｅｕ−Ｌｙｓ−Ａｒｇ−Ｇｌｎ−Ｇｌｙ−Ａｒｇ−Ｔｈｒ−Ｌｅｕ−Ｔｙｒ−Ｇｌｙ−Ｐｈｅ−Ｇｌｙ−Ｇｌｙ−ＯＨ、
に相当する、請求項９に記載のインプラント。
前記のトランスフォーミング成長因子（ＴＧＦ）又は全身性ホルモンに相当するポリペプチドが、複素環を伴うアミノ酸の少なくとも１つの残基、好ましくはプロリン残基（Ｐｒｏ）、ヒドロキシプロリン残基（Ｈｙｐｒｏ）、トリプトファン残基（Ｔｒｙ）又はヒスチジン残基（Ｈｉｓ）を含む、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のインプラント。
前記全身性ホルモンが、１,２５−（ＯＨ）₂Ｄ₃、１α,１,２５（ＯＨ）₂Ｄ₃又は２４,２５−（ＯＨ）₂Ｄ₃といった化合物である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のインプラント。
前記金属表面が、単分子層による金属表面の最大被覆率に基づいて５％〜７０％、好ましくは８％〜５０％、そして特に約８％〜２０％の割合で化合物により覆われている、請求項１〜１６のいずれか１項に記載のインプラント。
前記インプラント又は少なくともその被われた表面が、インプラント表面に対して不活性である気体、好ましくは窒素、酸素又は希ガスによって、及び／又は少なくとも一部が、場合により添加物を含む純水によって満たされた気密及び液密性エンベロープ内に封入される、請求項１〜１７のいずれか１項に記載のインプラント。
前記エンベロープ内の純水が、トランスフォーミング成長因子（ＴＧＦ）又は全身性ホルモンに相当するポリペプチド又は当該化合物の混合物、好ましくはインプラント表面を覆っているものと同じ化合物又は化合物の混合物を含む、請求項１８に記載のインプラント。
前記純水が、０．０１μmol／ｌ〜１００μmol／ｌ、好ましくは０．１μmol／ｌ〜１０μmol／ｌの、そして好ましくは約１μmol／ｌの濃度でポリペプチド又はポリペプチド混合物を含む、請求項１９に記載のインプラント。
前記純水が、１価のアルカリ金属カチオンの形の無機塩、好ましくはＮａ⁺又はＫ⁺、又はＮａ⁺及びＫ⁺の混合物を、水溶性無機塩の形の適切なアニオン及び／又は２価カチオン、好ましくは塩化物、塩素酸塩、硝酸塩、リン酸塩及び／又はホスホン酸塩の形のＭｇ⁺²、Ｃａ⁺²、Ｓｒ⁺²及び／又はＭｎ⁺²と共に含む、請求項１８に記載のインプラント。
前記純水が、各々のケースにおいて５０ｍＥｑ／ｌ〜２５０ｍＥｑ／ｌ、好ましくは１００ｍＥｑ／ｌ〜２２０ｍＥｑ／ｌの前記カチオン及びアニオンの総量、そして好ましくは約１５０Ｅｑ／ｌの量で無機塩を含む、請求項１８又は２１に記載のインプラント。
ショットピーニング、サンドブラスト及び／又はプラズマ技術を用いた粗化をインプラントの表面に施すことによる請求項１〜１７のいずれか１項に記載のインプラントの製造方法であって、続いて、以下のステップ：
（ｉ）上記の機械的に又はプラズマ技術により粗化された表面を、水酸化された表面が生成されるまで、電解エッチング法、あるいは好ましくは無機塩又は無機酸混合物、好ましくはフッ化水素酸、塩酸、硫酸、硝酸若しくは当該酸の混合物、又は塩化水素、過酸化水素及び水の約１：１：５の重量比での混合物を用いて化学エッチング法により処理し；そして、
（ｉｉ）上記表面を、骨形成成長ペプチド（ＯＧＰ）若しくはトランスフォーミング成長因子（ＴＧＦ）又はオステオカルシンに相当するポリペプチド、あるいは当該化合物の混合物によって少なくとも部分的に覆う、
を含む前記製造方法。
前記化合物を、少なくとも１０μmol／ｌ（マイクロモル／リットル）の濃度で水性溶液中、水酸化された金属表面と接触させる、請求項２３に記載の方法。
請求項２３又は２４に記載のとおり製造されたインプラント。
歯科用インプラントである、請求項１〜２２のいずれか１項に記載のインプラント。
顎骨の窩洞内への、少なくとも一部に円筒形形状をもつ骨形成インプラントの導入方法であって、上記窩洞領域内の骨表面を、トランスフォーミング成長因子（ＴＧＦ）若しくは全身性ホルモンから成る群から選択されるポリペプチド又は当該化合物の混合物と、少なくとも部分的に接触させる前記導入方法。