JP2006174985A - Calcium phosphate/polymer hybrid material - Google Patents

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Madoka Ito
まどか 伊藤
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Coorstek KK
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a calcium phosphate/polymer hybrid material which is a biological material combining easiness in invasion into the cells, tissues and the like as a porous body while improving the brittleness or the strength of the calcium phosphate based porous body and is especially excellent in osteogenesis and osteoinduction. <P>SOLUTION: In the hybrid material comprising a calcium phosphate based ceramics porous body and a biodegradable polymer, the calcium phosphate based ceramics material comprises a porous structure with spherical pores communicating therethrough entirely. The porosity of the porous body is 60% or more to 80% or less, the average pore diameter is 100 μm or more to 300 μm or less, the diameter of the communication part between the pores is 20 μm or more to 100 μm or more. The porous body is filled with the biodegradable polymer at a rate of 85% or more to 95% or less of the pores to hybridize. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、優れた生体親和性を有するリン酸カルシウム系セラミックスおよび生分解性ポリマーを複合させた生体用部材に好適なリン酸カルシウム/ポリマーハイブリッド材に関する。   The present invention relates to a calcium phosphate / polymer hybrid material suitable for a biomaterial in which a calcium phosphate ceramic having excellent biocompatibility and a biodegradable polymer are combined.

ハイドロキシアパタイト(HAp)やリン酸三カルシウム(β−TCP)をはじめとするリン酸カルシウム系のセラミックスは、本来の骨の組成に近い材質であることから、現在、外科、歯科等の治療において、人工骨、人工関節、人口歯根等に適した材料として、臨床応用されている。
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、生体親和性に優れており、生体内に埋入すると、該セラミックスを足場とした迅速な骨修復が行われ、新生骨と直接結合し、または、生体内で分解され、徐々に新生骨と置換するという特性を有す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。
特に、多孔質構造とすることにより、そのリン酸カルシウム系セラミックスの内部にまで細胞等が侵入しやすくなり、より優れた自家骨への置換性が発揮される。
Since calcium phosphate ceramics such as hydroxyapatite (HAp) and tricalcium phosphate (β-TCP) are close to the original bone composition, artificial bones are currently used in surgical and dental treatments. It is clinically applied as a material suitable for artificial joints, artificial tooth roots and the like.
This calcium phosphate ceramic is not harmful to the living body and is excellent in biocompatibility, and when it is embedded in the living body, rapid bone repair is performed using the ceramic as a scaffold, and directly bonded to the new bone, Alternatively, it has been recognized that it has the property of being degraded in vivo and gradually replacing new bone. 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.
In particular, by adopting a porous structure, cells and the like can easily enter into the calcium phosphate ceramics, and more excellent substituteability for autologous bone is exhibited.

しかしながら、リン酸カルシウム系セラミックス多孔体は、高い気孔率により、生体骨に近い弾性率を有するものの、緻密体に比べて、脆く、強度に劣り、インプラント等における取り扱い時に、角部や端部、手術糸を通す孔の周囲等の負荷がかかる部分において、欠落、破損等を生じやすいという欠点を有していた。   However, although the calcium phosphate ceramic porous body has an elastic modulus close to that of living bone due to its high porosity, it is brittle and inferior in strength compared to a dense body. In a portion where a load is applied, such as around a hole through which it passes, there is a drawback that it is likely to be lost or damaged.

したがって、リン酸カルシウム系セラミックス多孔体からなる人工骨においては、内部への細胞、組織等の侵入が容易な構成を有していることが必要である一方、ある程度の強度を有していることも求められていた。   Therefore, an artificial bone made of a calcium phosphate-based ceramic porous body needs to have a structure that allows easy entry of cells, tissues, etc. into the inside, but also requires a certain degree of strength. It was done.

そこで、リン酸カルシウム系多孔体を上記のような人工骨に適した構成とするために、例えば、特許文献1,2等に開示されているような、リン酸カルシウム系多孔体または多孔質顆粒の表面を生体吸収性有機材料または生体適合性の高い材料で被覆したり、濃縮体液を付与する方法等が提案されている。
特開2003−10310号公報 特開2004−159971号公報
Therefore, in order to make the calcium phosphate porous body suitable for the artificial bone as described above, for example, the surface of the calcium phosphate porous body or the porous granule as disclosed in Patent Documents 1 and 2 and the like is placed on the living body. A method of coating with an absorbent organic material or a highly biocompatible material or applying a concentrated body fluid has been proposed.
JP 2003-10310 A JP 2004-159971 A

しかしながら、上記特許文献1に記載されているリン酸カルシウム系多孔体は、頭蓋骨の骨欠損部を補填するために用いられる粒径が数mm程度の顆粒状の充填材であり、一部材として骨欠損部に埋入させるものではなく、強度面が考慮されているものではなかった。
また、特許文献2に記載されたセラミックス多孔体も、気孔の周囲における強度の向上が十分に図られているものではなかった。
However, the calcium phosphate based porous material described in Patent Document 1 is a granular filler having a particle size of about several millimeters used for filling the bone defect portion of the skull, and the bone defect portion is used as one member. It was not intended to be embedded in the material, and strength was not considered.
Moreover, the ceramic porous body described in Patent Document 2 has not been sufficiently improved in strength around the pores.

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、リン酸カルシウム系多孔体の脆さ、強度の改善を図るとともに、多孔体としての内部への細胞、組織等の侵入容易性をも兼ね備えた生体用部材であって、特に、骨形成、骨誘導促進作用に優れたリン酸カルシウム/ポリマーハイブリッド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 to solve the above technical problem, and is intended to improve the brittleness and strength of the calcium phosphate porous body, and to facilitate the entry of cells, tissues, etc. into the porous body. In particular, an object of the present invention is to provide a calcium phosphate / polymer hybrid material excellent in bone formation and osteoinduction promoting action.

本発明に係るリン酸カルシウム/ポリマーハイブリッド材は、リン酸カルシウム系セラミックス多孔体および生分解性ポリマーからなり、前記リン酸カルシウム系セラミックス多孔体は、球状の気孔が全体にわたって連通した多孔質構造からなり、気孔率が60%以上80%以下、平均気孔径が100μm以上300μm以下、各気孔間の連通部の径が20μm以上100μmであり、前記気孔の85%以上95%以下が前記生分解性ポリマーで充填されていることを特徴とする。
このように、リン酸カルシウム系セラミックス多孔体と生分解性ポリマーとを複合化することにより、インプラント時における多孔体の脆さおよび強度が改善され、インプラント初期の骨形成、骨誘導が促進される。
The calcium phosphate / polymer hybrid material according to the present invention comprises a calcium phosphate ceramic porous body and a biodegradable polymer, and the calcium phosphate ceramic porous body has a porous structure in which spherical pores are communicated with each other, and has a porosity of 60. % To 80%, the average pore diameter is 100 μm to 300 μm, the diameter of the communication part between each pore is 20 μm to 100 μm, and 85% to 95% of the pores are filled with the biodegradable polymer. It is characterized by that.
Thus, by combining the calcium phosphate ceramic porous body and the biodegradable polymer, the brittleness and strength of the porous body at the time of implantation are improved, and bone formation and bone induction at the initial stage of the implant are promoted.

前記リン酸カルシウム系セラミックスは、HApまたはβ−リン酸三カルシウムβ−TCPであることが好ましい。
HApおよびβ‐TCPはいずれも、生体親和性、生体適合性に優れており、細胞の足場としても好適であり、骨補填材として好適な材料である。
The calcium phosphate ceramic is preferably HAp or β-tricalcium phosphate β-TCP.
Both HAp and β-TCP are excellent in biocompatibility and biocompatibility, are also suitable as cell scaffolds, and are suitable materials as bone prosthetic materials.

また、前記リン酸カルシウム/ポリマーハイブリッド材全体の気孔率は、5%以上10%以下であることが好ましい。
全体の気孔率は前記生分解性ポリマーの充填率と関係するものであり、気孔率は小さい方が好ましいが、微小気孔内に生分解性ポリマーを完全に充填することは困難であり、全体の気孔率が上記範囲内であれば、十分な強度を得ることができる。
The porosity of the calcium phosphate / polymer hybrid material as a whole is preferably 5% or more and 10% or less.
The overall porosity is related to the filling rate of the biodegradable polymer, and it is preferable that the porosity is small. However, it is difficult to completely fill the biodegradable polymer in the micropores. If the porosity is within the above range, sufficient strength can be obtained.

さらに、前記生分解性ポリマーは、コラーゲンであり、前記コラーゲン中に、細胞外マトリックス成分、骨形成因子、骨成長因子のうちの少なくともいずれか1種が導入されていることが好ましい。
細胞外マトリックス成分等を前記コラーゲン中に導入しておくことにより、該ハイブリッド材中における細胞移動、結合組織の形成促進等の作用効果をより一層高めることができる。
Furthermore, it is preferable that the biodegradable polymer is collagen, and at least one of an extracellular matrix component, a bone morphogenetic factor, and a bone growth factor is introduced into the collagen.
By introducing an extracellular matrix component or the like into the collagen, effects such as cell migration and connective tissue formation promotion in the hybrid material can be further enhanced.

また、前記生分解性ポリマーは、分子量が10000以上50000以下であることが好ましい。
充填される生分解性ポリマーの分子量は、大きいほど、セラミックス多孔体の強度は向上するが、生体内での分解速度が遅くなり、多孔体の特性を十分に活かすことが困難となるため、上記範囲内であることが好ましい。
The biodegradable polymer preferably has a molecular weight of 10,000 to 50,000.
As the molecular weight of the biodegradable polymer to be filled increases, the strength of the ceramic porous body improves, but the degradation rate in vivo becomes slow, and it becomes difficult to fully utilize the characteristics of the porous body. It is preferable to be within the range.

上述したとおり、本発明に係るリン酸カルシウム/ポリマーハイブリッド材は、リン酸カルシウム系多孔体の脆さ、強度の改善が図られ、しかも、多孔体としての内部への細胞、組織等の侵入容易性をも兼ね備えており、特に、骨形成、骨誘導促進作用に優れたものである。
したがって、前記リン酸カルシウム/ポリマーハイブリッド材は、骨補填材をはじめとする生体用部材に好適に用いることができる。
As described above, the calcium phosphate / polymer hybrid material according to the present invention improves the brittleness and strength of the calcium phosphate based porous body, and also has the ease of entry of cells, tissues, etc. into the porous body. In particular, it has excellent bone formation and bone induction promoting action.
Therefore, the calcium phosphate / polymer hybrid material can be suitably used for biomedical members including bone prosthetic materials.

以下、本発明について、より詳細に説明する。
本発明に係るリン酸カルシウム/ポリマーハイブリッド材は、リン酸カルシウム系セラミックス多孔体の気孔内に、生分解性ポリマーが充填されているものである。
リン酸カルシウム系セラミックス多孔体および生分解性ポリマーはいずれも、生体為害性のない材質であり、前記ハイブリッド材は、生体用部材として好適に用いることができる。
また、前記生分解性ポリマーは、インプラント初期の段階で分解、吸収されるため、前記セラミックス多孔体内部への新生骨、生体組織等の侵入が可能となり、多孔体としての特徴を維持しているものである。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
The calcium phosphate / polymer hybrid material according to the present invention is such that a biodegradable polymer is filled in the pores of a calcium phosphate ceramic porous body.
Both the calcium phosphate ceramic porous body and the biodegradable polymer are materials that are not harmful to living organisms, and the hybrid material can be suitably used as a living body member.
In addition, since the biodegradable polymer is decomposed and absorbed at the initial stage of implant, new bone, living tissue and the like can enter the porous ceramic body, and maintain the characteristics as a porous body. Is.

前記リン酸カルシウム系セラミックス多孔体の内部は、多数の球状の気孔が三次元的に分布し、隣接する気孔同士が相互に連通した気孔を有する構造となっている。
気孔同士が連通していることにより、該多孔体の内部への細胞等の侵入が促進されるため、骨の形成促進を図ることができる。
なお、球状の気孔とは、厳密な真球状に限定されるものではなく、真球がやや扁平したり、歪んだりした形状等の気孔も含む。
The inside of the calcium phosphate ceramic porous body has a structure in which a large number of spherical pores are distributed three-dimensionally and pores in which adjacent pores communicate with each other.
Since the pores communicate with each other, the invasion of cells and the like into the porous body is promoted, so that the formation of bone can be promoted.
The spherical pores are not limited to strictly spherical shapes, but also include pores having a shape such as a shape in which the true sphere is slightly flattened or distorted.

また、前記リン酸カルシウム系セラミックス多孔体としては、多孔体中の表面積、血液や体液等の浸透性、細胞等の侵入および付着容易性等の観点から、気孔率が60%以上80%以下、平均気孔径が100μm以上300μm以下のものを用いる。
前記平均気孔径が100μm未満である場合は、該多孔体の内部に、細胞や組織等が侵入しにくくなり、気孔内部での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300μm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、気孔内部での骨の形成促進効果は不十分となる。
The calcium phosphate ceramic porous body has a porosity of 60% or more and 80% or less in terms of surface area in the porous body, permeability of blood and body fluids, invasion and adhesion of cells, etc. A thing with a hole diameter of 100 micrometers or more and 300 micrometers or less is used.
When the average pore diameter is less than 100 μm, it becomes difficult for cells, tissues and the like to enter the inside of the porous body, and it is not possible to sufficiently promote the formation of bone inside the pores.
On the other hand, when the average pore diameter exceeds 300 μm, since the space is too large, the cells that have entered the pores are difficult to be anchored, and it is difficult to sufficiently settle. In this case, too, bone formation inside the pores The promotion effect is insufficient.

また、前記多孔体の隣接する気孔間の連通部の径は、20μm以上100μm以下であることが好ましい。
上記範囲内の大きさを有する連通部であれば、細胞や生体組織が侵入可能であり、多孔体内部での骨の形成促進を図ることができる。
なお、この気孔間の連通部の径は、水銀ポロシメータを用いた細孔径分布測定から求めることができる。
Moreover, it is preferable that the diameter of the communication part between the adjacent pores of the porous body is 20 μm or more and 100 μm or less.
If it is a communication part which has the magnitude | size within the said range, a cell and a biological tissue can penetrate | invade and it can aim at formation promotion of the bone inside a porous body.
In addition, the diameter of the communicating part between the pores can be obtained from pore diameter distribution measurement using a mercury porosimeter.

前記リン酸カルシウム系セラミックスは、HApまたはβ−TCPであることが好ましい。
HAp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、早期回復および比較的高強度である等の観点から好ましい。また、細胞の足場としても好適である。
同様に、β−TCPも、生体親和性、生体適合性に優れた好適な材料である。
The calcium phosphate ceramic is preferably HAp or β-TCP.
HAp is a main component of bone, and application to the human body has already been recognized, and is preferable from the viewpoints of assimilation with bone, adhesion, early recovery, and relatively high strength. It is also suitable as a cell scaffold.
Similarly, β-TCP is also a suitable material excellent in biocompatibility and biocompatibility.

上記のような多孔質構造を有するリン酸カルシウム系セラミックス多孔体は、リン酸カルシウム系セラミックス原料を含むスラリーを撹拌起泡させる方法によって、容易に作製することができる。
なお、このようにして製造されたHAp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 calcium phosphate ceramic porous body having the porous structure as described above can be easily produced by a method of stirring and foaming a slurry containing a calcium phosphate ceramic material.
In addition, the porous body which consists of a HAp sintered compact manufactured in this way is marketed by the product name of 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 handle. Furthermore, it has excellent characteristics such as a large surface area per unit volume and a suitable property as a scaffold for invading cells.

そして、前記セラミックス多孔体の気孔内には、生分解性ポリマーが85%以上95%以下の充填率で充填されている。
このようにリン酸カルシウム系セラミックス多孔体と生分解性ポリマーとを複合化することによって、インプラント時における多孔体の脆さおよび強度が改善され、インプラント初期の骨形成、骨誘導が促進される。
The pores of the ceramic porous body are filled with a biodegradable polymer at a filling rate of 85% to 95%.
Thus, by combining the calcium phosphate ceramic porous body and the biodegradable polymer, the brittleness and strength of the porous body at the time of implantation are improved, and bone formation and bone induction at the initial stage of the implant are promoted.

前記生分解性ポリマーの充填率が85%未満の場合は、例えば、3点曲げ強度が30MPa未満となり、インプラント時に必要とされる十分な強度が得られない。
このため、前記充填率は高い方が好ましいが、微小気孔内に生分解性ポリマーを100%充填することは困難であり、95%程度が限界である。
When the filling rate of the biodegradable polymer is less than 85%, for example, the three-point bending strength is less than 30 MPa, and sufficient strength required at the time of implantation cannot be obtained.
For this reason, it is preferable that the filling rate is high, but it is difficult to fill 100% of the biodegradable polymer into the micropores, and about 95% is the limit.

上記のようにして、生分解性ポリマーが充填されて得られたリン酸カルシウム/ポリマーハイブリッド材は、全体の気孔率が5%以上10%以下であることが好ましい。
全体の気孔率は前記生分解性ポリマーの充填率と関係するものであり、同様の理由から、全体の気孔率が上記範囲内であれば、十分な強度を得ることができる。
As described above, the calcium phosphate / polymer hybrid material obtained by filling the biodegradable polymer preferably has a total porosity of 5% to 10%.
The overall porosity is related to the filling rate of the biodegradable polymer. For the same reason, if the overall porosity is within the above range, sufficient strength can be obtained.

また、気孔内に充填される生分解性ポリマーとしては、例えば、コラーゲン、ポリ乳酸、カプロラクトン、ポリビニルアルコール等が挙げられる。これらの中でも、生体に対する安全性が高いことから、コラーゲンが好適に用いられる。
また、コラーゲンは、構造タンパク質であり、細胞外マトリックス繊維成分として代表的なものでもある。
Examples of the biodegradable polymer filled in the pores include collagen, polylactic acid, caprolactone, and polyvinyl alcohol. Among these, collagen is preferably used because of its high safety against living bodies.
Collagen is a structural protein and is also a typical extracellular matrix fiber component.

細胞外マトリックスには、フィブロネクチン、ビドロネクチン、ラミニン等の細胞接着性糖タンパク質、プロテオグリカン、グリコサミノグリカン等の複合糖質のもの等もあり、細胞移動、結合組織の形成促進等のため、これらを前記コラーゲン中に導入しておいてもよい。   Extracellular matrices include cell adhesion glycoproteins such as fibronectin, bidronectin, and laminin, and complex carbohydrates such as proteoglycan and glycosaminoglycan, which are used to promote cell migration and connective tissue formation. It may be introduced into the collagen.

また、前記コラーゲンには、前記細胞外マトリックスの他、骨形成因子、成長因子等を担持させておいてもよい。
ここで、骨形成因子、成長因子とは、骨の形成、成長を促進するための細胞や活性化物質である。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)等が挙げられる。
これらは、1種類でもよく、また、複数種類を用いてもよい。
また、前記コラーゲンには、感染症対策のための抗生物質等の薬剤を担持させておくこともできる。
In addition to the extracellular matrix, the collagen may carry bone forming factors, growth factors, and the like.
Here, the bone morphogenetic factor and the growth factor are cells and activated substances for promoting bone formation and growth. 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) ) And the like.
These may be one type or a plurality of types.
In addition, the collagen may be loaded with a drug such as an antibiotic for infectious disease countermeasures.

また、前記生分解性ポリマーは、分子量が10000以上50000以下であることが好ましい。
前記生分解性ポリマーの分子量が10000未満の場合は、前記セラミックス多孔体の強度の向上が十分に図られない。
前記分子量は、前記セラミックス多孔体の強度の向上を図るためには、より大きい方が好ましいが、前記分子量が50000を超える場合、生体内での分解速度が遅くなり、多孔体の特性を十分に活かすことが困難となる。
The biodegradable polymer preferably has a molecular weight of 10,000 to 50,000.
When the molecular weight of the biodegradable polymer is less than 10,000, the strength of the ceramic porous body cannot be sufficiently improved.
The molecular weight is preferably larger in order to improve the strength of the ceramic porous body. However, when the molecular weight exceeds 50000, the degradation rate in vivo becomes slow, and the characteristics of the porous body are sufficiently obtained. It becomes difficult to make use of it.

前記生分解性ポリマーのリン酸カルシウム系セラミックス多孔体の気孔内への充填方法は、上記範囲内の充填率およびハイブリッド材全体の気孔率等を満たすことができる方法であれば、特に限定されない。
例えば、生分解性ポリマーとしてコラーゲンを用いる場合、上述した細胞外マトリックス成分等を導入したコラーゲンゲルを作製し、これをセラミックス多孔体とともに、真空凍結および自然解凍を繰り返して、セラミックス多孔体の気孔内にコラーゲンゲルを導入させることにより充填させて、ハイブリッド材とすることができる。
なお、上記方法においては、充填後、架橋処理等を施すことにより、コラーゲンゲルの流出を防止し、安定したハイブリッド材とすることが好ましい。
The filling method of the biodegradable polymer into the pores of the calcium phosphate ceramic porous body is not particularly limited as long as it can satisfy the filling rate within the above range and the porosity of the entire hybrid material.
For example, when collagen is used as the biodegradable polymer, a collagen gel into which the extracellular matrix component described above is introduced is prepared, and this is repeatedly vacuum-frozen and spontaneously thawed together with the ceramic porous body, It can be filled by introducing a collagen gel into a hybrid material.
In the above method, it is preferable that after the filling, a cross-linking treatment or the like is performed to prevent the collagen gel from flowing out and to obtain a stable hybrid material.

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。
[実施例1]
平均粒子径1μmのHAp原料粉末400.00gに、分散媒として15重量%ポリエチレンイミン水溶液327.27gを加え、ボールミルで48時間混合してスラリーを調製した。
得られたスラリー100.00gに気泡剤としてポリオキシエチレンラウリルエーテル0.24gを添加し、機械的撹拌により泡沫状のスラリーを得た。
この泡沫状スラリーに、架橋剤としてソルビトールポリグリシジルエーテル1.96gを添加し、混合した後、型に鋳込み、脱型して多孔質ゲル化体を得た。
脱型した多孔質ゲル化体を30℃、湿度90%の加湿乾燥機内で一昼夜乾燥させ、成形体(乾燥体)を得た。
この成形体を1200℃で1時間焼成し、セラミックス多孔体を得た。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example, this invention is not restrict | limited by the following Example.
[Example 1]
A slurry was prepared by adding 327.27 g of a 15 wt% polyethyleneimine aqueous solution as a dispersion medium to 400.00 g of HAp raw material powder having an average particle diameter of 1 μm and mixing for 48 hours by a ball mill.
As a foaming agent, 0.24 g of polyoxyethylene lauryl ether was added to 100.00 g of the obtained slurry, and a foamy slurry was obtained by mechanical stirring.
To this foamy slurry, 1.96 g of sorbitol polyglycidyl ether as a crosslinking agent was added and mixed, then cast into a mold and demolded to obtain a porous gelled body.
The demolded porous gelled body was dried overnight in a humidified dryer at 30 ° C. and 90% humidity to obtain a molded body (dried body).
This molded body was fired at 1200 ° C. for 1 hour to obtain a ceramic porous body.

一方、コラーゲンを0.5M酢酸に溶解して、0.5wt%酸性コラーゲン溶液を調製し、これに塩化ナトリウムを添加してゲル化させ、ラミニン、骨形成因子であるBMP−2を導入して、コラーゲンゲルを得た。   On the other hand, collagen is dissolved in 0.5 M acetic acid to prepare a 0.5 wt% acidic collagen solution, and sodium chloride is added to this to gel, laminin and BMP-2 which is an osteogenic factor are introduced. A collagen gel was obtained.

このコラーゲンゲルおよび前記セラミックス多孔体をフラスコに入れ、真空ライン内で10-2Torrまで減圧し、液体窒素を用いて凍結させた。減圧状態のまま自然解凍した後、常圧に戻した。この操作を3回繰り返し、セラミックス多孔体の気孔内の脱気およびコラーゲンゲルの導入を行った。
その後、グルタールアルデヒドによる架橋処理を行い、リン酸カルシウム/ポリマーハイブリッド材を作製した。
The collagen gel and the ceramic porous body were placed in a flask, depressurized to 10 −2 Torr in a vacuum line, and frozen using liquid nitrogen. After natural thawing in a reduced pressure state, the pressure was returned to normal pressure. This operation was repeated three times to deaerate the pores of the ceramic porous body and introduce a collagen gel.
Thereafter, a crosslinking treatment with glutaraldehyde was performed to prepare a calcium phosphate / polymer hybrid material.

前記ハイブリッド材を、上底10mm、下底15mm、高さ5mmの正四角錐台状であり、高さ半分の位置に直径1mmの貫通孔を形成した試験片を作製し、該試験片10点について、引張強度試験を行った。
試験においては、ハイブリッド材試験片の貫通孔に手術糸を通して結び、試験片を固定して、前記糸を斜め方向に引っ張り、試験片の破壊強度を測定した。
また、3点曲げ強度の測定も行った。
A test piece having a square pyramid shape having an upper base of 10 mm, a lower base of 15 mm, and a height of 5 mm, and a through-hole having a diameter of 1 mm formed at a half height, is prepared from the hybrid material. A tensile strength test was conducted.
In the test, a surgical thread was tied through the through hole of the hybrid material specimen, the specimen was fixed, the thread was pulled in an oblique direction, and the breaking strength of the specimen was measured.
In addition, three-point bending strength was also measured.

[比較例1]
ブランクとして、実施例1におけるセラミックス多孔体のみからなる同形状の試験片について、実施例1と同様の強度試験を行った。
[Comparative Example 1]
As a blank, the same strength test as in Example 1 was performed on a test piece having the same shape made only of the ceramic porous body in Example 1.

上記強度試験の結果、引張強度は、多孔体のみの試験片(ブランク)についての平均値が3kgであったのに対して、ハイブリッド材試験片は平均8kgであった。
また、3点曲げ強度は、ブランクについては10MPaであったのに対して、ハイブリッド材試験片は50MPaであった。
As a result of the strength test, the average tensile strength of the porous specimen alone (blank) was 3 kg, while the hybrid specimen was an average of 8 kg.
The three-point bending strength was 10 MPa for the blank, whereas it was 50 MPa for the hybrid material specimen.

上記試験結果から、ハイドロキシアパタイトセラミックス多孔体に生分解性ポリマーであるコラーゲンを導入して複合化することにより、引張強度が向上し、手術糸が多孔体に食い込んだり、ハイブリッド材の角の欠落や破損等が生じることを防止することができることが認められた。
また、前記ハイブリッド材は、椎体等の大きな荷重のかかる部位の骨補填材としても適用可能な高い機械的強度を示すことが認められた。
From the above test results, the tensile strength is improved by introducing collagen, which is a biodegradable polymer, into the hydroxyapatite ceramic porous body, the surgical thread bites into the porous body, the corners of the hybrid material are missing, It was recognized that damage or the like can be prevented.
Further, it was confirmed that the hybrid material exhibits high mechanical strength that can be applied also as a bone filling material in a portion where a large load is applied such as a vertebral body.

[実施例2]
実施例1と同様にして作製したリン酸カルシウム/ポリマーハイブリッド材を、直径6mm、高さ10mmの円柱状に加工して骨補填材とし、体重3kg前後の日本白色成熟家兎の大腿骨に埋め込んだ。
術後1,3,6週経過後、再び切開して大腿骨を摘出し、前記骨補填材周辺の組織から非脱灰研磨標本を作製して、HE染色による組織学的な評価を行った。
[Example 2]
A calcium phosphate / polymer hybrid material produced in the same manner as in Example 1 was processed into a columnar shape having a diameter of 6 mm and a height of 10 mm to obtain a bone grafting material, which was embedded in the femur of a Japanese white mature rabbit weighing approximately 3 kg.
After 1, 3 and 6 weeks after the operation, the incision was made again to remove the femur, and a non-decalcified polished specimen was prepared from the tissue around the bone prosthesis, and histological evaluation was performed by HE staining. .

術後1週目には、骨補填材の表層でコラーゲンが溶出し、その周囲での新生骨の形成が一部で観察された。
3週目には、骨補填材の多孔体内部でコラーゲンが溶出し、その周囲での活発な新生骨の形成が観察されたが、新生骨髄の形成は見られなかった。
6週目には、骨補填材の多孔体深部でのコラーゲンの溶出が観察され、多孔体深部でも活発な新生骨および新生骨髄の形成が確認された。
In the first week after the operation, collagen was eluted from the surface layer of the bone grafting material, and formation of new bone around it was partially observed.
At 3 weeks, collagen was eluted inside the porous material of the bone grafting material, and active formation of new bone was observed around it, but formation of new bone marrow was not observed.
At 6 weeks, collagen elution was observed in the deep part of the porous material of the bone grafting material, and active formation of new bone and new bone marrow was confirmed even in the deep part of the porous material.

[参考例]
実施例1におけるセラミックス多孔体について、実施例2と同様にして骨補填材とし、家兎の大腿骨に埋め込み、術後1,3,6週経過後、該骨補填材周辺の組織の評価を行った。
術後1週目には、骨補填材の多孔体の気孔内部に新生骨が侵入し、実施例2よりも多くの新生骨の侵入が観察された。
3週目には、骨補填材の多孔体深部での骨形成が観察され、一部では新生骨髄の形成を確認することができた。
6週目には、骨補填材の多孔体深部での新生骨髄を伴う新生骨の形成が確認され、経時的に新生骨の量が増加していく様子が観察された。
[Reference example]
The porous ceramic body in Example 1 was used as a bone prosthetic material in the same manner as in Example 2, embedded in the femur of a rabbit, and after 1, 3, and 6 weeks after the operation, the tissue around the bone prosthetic material was evaluated. went.
In the first week after the operation, new bone entered into the pores of the porous material of the bone filling material, and more new bone was invaded than in Example 2.
In the third week, bone formation was observed in the deep part of the porous material of the bone filling material, and formation of new bone marrow could be confirmed in part.
In the sixth week, formation of new bone with new bone marrow was confirmed in the deep part of the porous material of the bone grafting material, and it was observed that the amount of new bone increased over time.

以上の結果から、コラーゲンを導入して複合化したハイブリッド材(実施例2)は、セラミックス多孔体単独の場合(参考例)よりも、インプラント初期の骨形成は若干遅れるものの、インプラント時におけるセラミックス多孔体の破損を防止することができ、また、生分解性ポリマーであるコラーゲン部分は、初期の段階で分解、吸収されるため、多孔体内部への新生骨および生体組織等の侵入が可能であることが認められた。
また、コラーゲンに骨形成因子や成長因子を担持させたことにより、術後6週目では、多孔体単独の場合(参考例)と同等の骨形成能を示すことが認められた。
From the above results, the hybrid material in which collagen was introduced and composited (Example 2) was slightly delayed in bone formation at the initial stage of the implant compared to the case of the ceramic porous body alone (Reference Example). The body can be prevented from being damaged, and the collagen part, which is a biodegradable polymer, is decomposed and absorbed at an early stage, so that new bone and living tissue can enter the porous body. It was recognized that
In addition, it was confirmed that the bone forming ability equivalent to that in the case of the porous body alone (reference example) was shown in the sixth week after the operation by loading the bone forming factor and the growth factor on the collagen.

Claims (5)

リン酸カルシウム系セラミックス多孔体および生分解性ポリマーからなり、
前記リン酸カルシウム系セラミックス多孔体は、球状の気孔が全体にわたって連通した多孔質構造からなり、気孔率が60%以上80%以下、平均気孔径が100μm以上300μm以下、各気孔間の連通部の径が20μm以上100μmであり、前記気孔の85%以上95%以下が前記生分解性ポリマーで充填されていることを特徴とするリン酸カルシウム/ポリマーハイブリッド材。
It consists of a calcium phosphate ceramic porous body and a biodegradable polymer,
The calcium phosphate-based ceramic porous body has a porous structure in which spherical pores communicate with each other, and has a porosity of 60% or more and 80% or less, an average pore size of 100 µm or more and 300 µm or less, and a diameter of a communication portion between the pores. A calcium phosphate / polymer hybrid material, which is 20 μm or more and 100 μm, and 85% or more and 95% or less of the pores are filled with the biodegradable polymer.
前記リン酸カルシウム系セラミックスが、ハイドロキシアパタイトまたはβ−リン酸三カルシウムであることを特徴とする請求項1記載のリン酸カルシウム/ポリマーハイブリッド材。   2. The calcium phosphate / polymer hybrid material according to claim 1, wherein the calcium phosphate ceramic is hydroxyapatite or β-tricalcium phosphate. 全体の気孔率が5%以上10%以下であることを特徴とするリン酸カルシウム/ポリマーハイブリッド材。   A calcium phosphate / polymer hybrid material having a total porosity of 5% to 10%. 前記生分解性ポリマーがコラーゲンであり、前記コラーゲン中に、細胞外マトリクックス成分、骨形成因子、骨成長因子のうちの少なくともいずれか1種が導入されていることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかに記載のリン酸カルシウム/ポリマーハイブリッド材。   The biodegradable polymer is collagen, and at least one of an extracellular matrix component, an osteogenic factor, and a bone growth factor is introduced into the collagen. The calcium phosphate / polymer hybrid material according to claim 3. 前記生分解性ポリマーは、分子量が10000以上50000以下であることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれかに記載のリン酸カルシウム/ポリマーハイブリッド材。   The calcium phosphate / polymer hybrid material according to any one of claims 1 to 4, wherein the biodegradable polymer has a molecular weight of 10,000 to 50,000.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010063872A (en) * 2008-08-12 2010-03-25 Ngk Spark Plug Co Ltd Bioabsorbable implant and method for manufacturing the same
JP2011189052A (en) * 2010-03-16 2011-09-29 Meiji Univ Calcium phosphate/biodegradable polymer hybrid material, method for producing same, and implant using the hybrid material
KR102348227B1 (en) * 2021-05-25 2022-01-07 주식회사 씨케이바이오메드 A POROUS SCAFFOLD COMPRISING A β-TRICALCIUM PHOSPHATE, A COLLAGEN, AND A POLYCARPROLACTON FOR REGENERATING THE PERIODONTAL COMPLEX, AND METHOD FOR PREPARING THE SAME

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