JP2008513100A - 多孔度生体材料−充填剤複合体およびその製法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多孔度生体材料−充填剤複合体、その調製方法、およびその使用に関する。1つの特定の具体例において、本発明は、コラーゲン−無機足場に関する。
30ないし35%の骨は、(乾燥重量ベースで)有機物質でできている。この量のうち、約95%はコラーゲンである。該残りの有機物質は、コンドロイチン硫酸、ケラチン硫酸およびリン脂質である。65ないし70%の骨は、無機物質でできている。これらの無機物質のほとんど全ては、ヒドロキシアパタイトでできている。
少なくとも好ましい具体例において、上記の不利点のうちの少なくとも1つを克服するまたは実質的に改善することが、本発明の目的である。
本発明の第1の態様によると、多孔度生体材料−充填剤複合体が提供され、ここに該複合体は、充填剤を散在させた生体材料を含み、ここに該複合体は天然の骨の多孔度に近い多孔度を有する。
生体材料、液体および充填剤を合わせて混合物を形成し、
該混合物をホモゲナイズしてスラリーを形成し、次いで
該スラリーを凍結乾燥して、多孔度生体材料−充填剤複合体を形成することを特徴とする、多孔度生体材料−充填剤複合体の製法が提供される。
生体材料および液体を合わせて混合物を形成し、
該混合物をホモゲナイズしてスラリーを形成し、
充填剤を該スラリーに添加し;
さらに該スラリーをホモゲナイズし;次いで
該スラリーを凍結乾燥して、多孔度生体材料−充填剤複合体を形成することを特徴とする多孔度生体材料−充填剤複合体の製法が提供される。
充填剤および液体を合わせて混合物を形成し、
該混合物をホモゲナイズしてスラリーを形成し、
生体材料を該スラリーに添加し;
さらに該スラリーをホモゲナイズし;次いで
該スラリーを凍結乾燥して多孔度生体材料−充填剤複合体を形成することを特徴とする、多孔度生体材料−充填剤複合体の製法が提供される。
生体材料、液体および充填剤を合わせて混合物を形成し、
該混合物をホモゲナイズしてスラリーを形成し、次いで
該スラリーを凍結乾燥して多孔度生体材料−充填剤複合体を形成し、ここに該液体は酸であり、該スラリー中の生体材料の量は、最大1000mMの酸の100ml当たり、最大約10gの生体材料の範囲であることを特徴とする多孔度生体材料−充填剤複合体の製法が提供される。
生体材料および液体を合わせて、混合物を形成し、
該混合物をホモゲナイズしてスラリーを形成し、
充填剤を該スラリーに添加し;
さらに該スラリーをホモゲナイズし;次いで
該スラリーを凍結乾燥して、多孔度生体材料−充填剤複合体を形成し、ここに、該液体は酸であり、該スラリー中の生体材料の量は、最大1000mMの酸の100ml当たり、最大約10gの生体材料の範囲であることを特徴とする多孔度生体材料−充填剤複合体の製法が提供される。
充填剤および液体を合わせて、混合物を形成し、
該混合物をホモゲナイズしてスラリーを形成し、
生体材料を該スラリーに添加し;
さらに該スラリーをホモゲナイズし;次いで
該スラリーを凍結乾燥して多孔度生体材料−充填剤複合体を形成し、ここに該液体は酸であり、該スラリー中の生体材料の量は、最大1000mMの酸の100ml当たり、最大約10gの生体材料の範囲であることを特徴とする多孔度生体材料−充填剤複合体の製法が提供される。
以下の定義は、一般的な定義として意図されたものであり、本発明の範囲をそれらの用語のみに制限するものでは全くないが、以下の記載のより良い理解のために記載するものである。
多孔度生体材料−充填剤複合体が本明細書中に提供され、ここに該複合体は充填剤を散在させた生体材料を含む。本発明は、1つの具体例において、生体材料相およびその中に散在させた無機充填剤を含む複合体を提供する。適切に、高分子相は、その中に散在させた無機充填剤を含む。該生体材料および該散在させた充填剤は、相互に化学的に結合し得る。
生体材料、液体および充填剤を合わせて混合物を形成し、
該混合物をホモゲナイズしてスラリーを形成し、次いで
該スラリーを凍結乾燥して多孔度生体材料−充填剤複合体を形成することを特徴とする多孔度生体材料−充填剤複合体の製法が、本明細書中に提供される。
生体材料および液体を合わせて混合物を形成し、
該混合物をホモゲナイズしてスラリーを形成し、
充填剤を該スラリーに添加し;
さらに該スラリーをホモゲナイズし;次いで
該スラリーを凍結乾燥して多孔度生体材料−充填剤複合体を形成することを特徴とする多孔度生体材料−充填剤複合体の製法が、本明細書中に提供される。
充填剤および液体を合わせて混合物を形成し、
該混合物をホモゲナイズしてスラリーを形成し、
生体材料を該スラリーに添加し;
さらに該スラリーをホモゲナイズし;次いで
該スラリーを凍結乾燥して多孔度生体材料−充填剤複合体を形成することを特徴とする多孔度生体材料−充填剤複合体の製法が、本明細書中で提供される。
50mMのリン酸の100ml+2gのコラーゲン+7.5gのCAP(炭酸アパタイト)
50mMのリン酸の100ml+2gのコラーゲン+12gのHAP(ヒドロキシアパタイト)
100mMのリン酸の100ml+2gのコラーゲン+10gのCaCO3(炭酸カルシウム)
50mMのリン酸の100ml+4gのコラーゲン+7.5gのCAP(炭酸アパタイト)
50mMのリン酸の100ml+4gのコラーゲン+12gのHAP(ヒドロキシアパタイト)
500mMのリン酸の100ml+4gのコラーゲン+10gのCaCO3(炭酸カルシウム)
を含む。
除去段階:該濃縮機温度が適切に約0℃および約−105℃の間であるように、使用される冷凍乾燥機を設定してもよい。例えば、約−40および約−75℃の間。使用される該冷凍乾燥機中の真空は、約4.58ないし約0.005トール(約0.61kPaないし約0.00067kPa)の間であるまで、引かれてもよい。例えば、約0.15ないし約0.035トール(約0.012ないし約0.0047kPa)の間。
加熱段階:該冷凍された混合物を、冷凍温度、例えば−20℃から、室温環境に持ってきて、その間、同時に上記の真空に付してもよい。これによって、氷晶を昇華させて、気孔を後に残すことができる。
以下の実施例は、本発明において使用され得るヒドロキシアパタイトの製法の記載である。この方法におけるヒドロキシアパタイトは、ゾルゲル法によって調製される。
Ca(NO3)2.4H2O mw=236.15
(NH4)2HPO4 mw=132.06
以下の実施例は、本発明において使用され得る炭酸アパタイトの製法の記載である。この方法における該炭酸アパタイトは、以下のように、ゾルゲル法によって調製される。
Ca(NO3)2.4H2O mw=236.15
(NH4)2HPO4 mw=132.06
(NH4)HCO3 mw=79.06
図1は、本発明の1つの具体例に従って、足場を生成するための概略図を示す。この具体例において、1型コラーゲンを、図2に示すように使用する。図2は、本発明での使用に適当な乾燥コラーゲンの、x120およびx2.3の解像度での走査電子顕微鏡写真である。該微細構造は、薄いフィルム状シートと混合した、直径が約1.5ないし2μmの原線維を示す。
1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド/N−ヒドロキシスクシンイミド (EDC/NHS)架橋プロトコル − Olde Damink et al., Biomaterials 17 (1996) 765-773のプロトコルから修飾。
EDCは、197g/molの分子量を有するため、例えば、0.276gが100ml当たり使用される。NHSは115g/molの分子量を有するため、例えば、0.064gが100ml当たり使用される。
(2)この後、最終容量の脱イオン水の半分の中に、EDCおよびNHSを溶解する(例えば、100mlの最終容量につき、50mlの滅菌脱イオン水中で溶解)。この溶液は、適当に、各使用につき、新たに作成される。該最終濃度は、0.014M EDCおよび0.005M NHSである;
(3)該EDC/NHS溶液を、0.2mmフィルターを介して、滅菌容器へと(または該水和マトリックスを含有する容器へと直接的に)滅菌ろ過する。適当に、6mmol EDC/gコラーゲンを、5:2のEDC:NHS比で使用する;
(4)室温にて、約2時間、架橋する;
(5)溶液を、有害廃棄物として捨てる;
(6)滅菌PBS(リン酸緩衝生理食塩水)中で、マトリックスを濯ぎ、新しい、滅菌PBSに変え、約2時間インキュベートする;
(7)約2x10分間、滅菌脱イオン水中で二回注ぎ、次いで
(8)使用の前に、1週間まで、4℃で保存する。
(i)微細構造(例えば、気孔特徴)および機械的特性(例えば、圧縮率)に対する冷凍速度の効果;
(ii)微細構造(例えば、気孔特徴)および機械的特性(例えば、圧縮率)および化学的組成物および結晶相上の無機粉末:スラリー比に対する効果;
(iii)微細構造(例えば、気孔特徴)および機械的特性(例えば、圧縮率)に対するEDC/NHSの効果。
本発明によって作成されるコラーゲン−無機足場の種々の顕微鏡写真を入手し、骨梁のものと比較した。
足場生成物のXRDおよびFTIR研究を行った。図9は、実施例1に記載の方法を用いて作成された種々のコラーゲン−炭酸アパタイト(CPCAP)およびコラーゲン−ヒドロキシアパタイト(CPHAP)足場および天然の骨のものに対するXRDパターンを示す。天然の骨との最良の適合は、該同一足場における最適な比率で、CAPおよびHAP粉末を合わせることによって得ることができると予測される。図10は、コラーゲン−炭酸カルシウム足場に対する種々のXRDパターンを示し、ここに該スラリー濃度は、実施例1に記載の一般的な方法を用いて、100mlの100mMのリン酸当たり0.6gのコラーゲンであった。また、ブラッシュ石および炭酸カルシウムに対するXRDパターンが示される。該XRDパターンは、粉末:スラリー比によって変動することが分かる。
MC3T3骨芽細胞によるインビトロ研究は、優れた細胞結合および本発明の物質上の増殖を示す。この実施例において、MC3T3(マウス骨芽)細胞は、1週間、本発明の足場上で、100mlの50mMのリン酸、0.6gのコラーゲンおよび1gのヒドロキシアパタイトから作成された足場を用いて培養した。結果を図12に示す。細胞が、該足場に結合し、その中の気孔部位を占有することが分かる。
SCIDマウスへの足場の60日間の子宮外着床のインビボ研究を、100mlの50mMのリン酸、2gのコラーゲンおよび5gのヒドロキシアパタイトから作成された足場を用いて実施した。全ての動物は、実験の完全な二ヶ月の間、生存し、有害な副作用は観察されなかった。結果を図13に示す。この研究は、SCIDマウスに対する該子宮外インビボ着床を示し、これは、本発明の足場材料における骨、組織および血管形成の証拠を示す。結果は、該足場は生体適合性であり、成長、血管新生、骨単位形成および骨ミネラル化において組織に対して十分な支持を有することを示す。これは、図14ないし17において示された組織学的結果によって確認される。
本発明の多孔度コラーゲン系骨移植片のインビボ荷重負担可能性を決定した。多孔度骨移植片を、骨置き換え目的のために、コラーゲンおよびリン酸カルシウムから合成した。
1.大腿骨骨幹軸の丁度頭方にある曲がった切開;
2.もし切開が該軸の直接上であれば、大腿二頭筋(BF)に当たる;
3.BFを切開しない;
4.BFの頭方にある大腿筋膜を切開する;
5.頭方に外側広筋を縮める;
6.BFを尾方に縮める;次いで
7.大腿を切断する;
1.ピンを、逆行様式で挿入して、転子窩を介して近くに出す;
2.動物の腰を拡張し、大腿を、転子切痕を介して、押しピン上に内転して、坐骨神経を避け、足場を挿入する;次いで
3.8の字形ワイヤ固定を、さらなる支持体に使用する。
本発明の複合体は、多くの歯科用、整形外科用、医薬用、医学用、獣医学用の適用で使用することができ、なかでも、止血剤、組織修復用足場または細胞成長のための支持体として使用することができる。
Claims (33)
- 充填剤を散在させた生体材料を含み、天然の骨の多孔度に近い多孔度を有する多孔度生体材料−充填剤複合体。
- 該複合体が、約100ミクロンを超えるサイズを有する気孔を有し、ここに気孔が約30および50ミクロンの間のサイズおよび小さなナノメートルサイズの気孔を有する請求項1記載の複合体。
- 該複合体が少なくとも約25重量%生体材料を含有する請求項1記載の複合体。
- 該複合体が、約25%ないし約50重量%(乾燥重量)の生体材料を含有し、ここに充填剤の量が約35ないし約75重量%(乾燥重量)の間である請求項1記載の複合体。
- 該複合体が、30ないし35重量%のコラーゲンおよび65ないし70%のヒドロキシアパタイトを含有する請求項1記載の複合体。
- 該充填剤が、既に、ゾルゲル法によって調製されている請求項1記載の複合体。
- 該生体材料が、1以上の胎児組織、皮膚/真皮、筋肉または結合組織から選択される生体組織から抽出された物質である請求項1記載の複合体。
- 該生体材料が生体高分子である請求項1記載の複合体。
- 該生体材料が、1以上の蛋白質、ペプチド、多糖または他の有機物質から選択される請求項1記載の複合体。
- 該生体材料が、1以上の細胞外マトリックス蛋白質、フィブロネクチン、ラミニン、ビトロネクチン、テネイシン、エンタクチン、トロンボスポンジン、エラスチン、ゼラチン、コラーゲン、フィブリリン、メロシン、アンコリン、コンドロネクチン、リンク蛋白質、骨シアロ蛋白質、オステオカルシン、オステオポンチン、エピネクチン、ヒアルロネクチン、アンデュリン、エピリグリン、カリニン、プロテオグリカン、デコリン、デルマタン硫酸プロテオグリカン、ケラチン、ケラチン硫酸プロテオグリカン、アグリカン、コンドロイチン硫酸プロテオグリカン、へパリン硫酸プロテオグリカン、バイグリカン、シンデカン、パールカン、セルグリシン、グリコサミノグリカン、へパリン硫酸、コンドロイチン硫酸、デルマタン硫酸、ケラチン硫酸、ヒアルロン酸、多糖類、へパリン、デキストラン硫酸、キチン、アルギン酸、ペクチン、キシラン、ポリビニルアルコール、サイトカイン、配糖体、糖蛋白質、ポリピロール、アルブミン、フィブリノゲン、またはリン脂質から選択される請求項1記載の複合体。
- 該生体材料がコラーゲンである請求項1記載の複合体。
- 該コラーゲンが、I型コラーゲン、II型コラーゲン、III型コラーゲン、IV型コラーゲン、V型コラーゲン、VI型コラーゲン、VII型コラーゲン、VIII型コラーゲン、IX型コラーゲン、X型コラーゲン、XI型コラーゲン、XII型コラーゲン、XIII型コラーゲン、XIV型コラーゲン、またはその混合物よりなる群から選択される1以上である請求項11記載の複合体。
- 該コラーゲンが1型コラーゲンである請求項12記載の複合体。
- フォーム、ゲル、架橋スポンジ状フォーム、硬質フォームまたは繊維を含む他の構築体の形態である請求項1記載の複合体。
- 足場の形態である請求項1記載の複合体。
- 該充填剤が、1以上の無機化合物を含む請求項1記載の複合体。
- 該充填剤が:
(i)炭酸カルシウムまたはカルシウム含有塩;
(ii)リン酸カルシウム;または
(iii)炭酸カルシウムおよびリン酸カルシウムの組合せを含む請求項16記載の複合体。 - 該リン酸カルシウムが、ブラッシュ石、リン酸三カルシウムまたはリン酸オクタカルシウムである請求項17記載の複合体。
- 該アパタイトが、ヒドロキシアパタイト(HAP)、フルオロアパタイト(FAP)、炭酸アパタイト(CAP)またはジルコニウムヒドロキシアパタイト(ZrHAP)から選択される請求項17記載の複合体。
- 該充填剤が、該ゾルゲル法によって調製された、約8ないし約20nmの間の粒子サイズを有する炭酸アパタイトまたは該ゾルゲル法によって調製された、約40ないし約60nmの間の粒子サイズを有するヒドロキシアパタイトである請求項1記載の複合体。
- 該充填剤が、脱灰骨、骨粉、骨形成蛋白質、硫酸カルシウム、自家骨、ワックスのビーズ、ゼラチンのビーズ、アガロースのビーズ、吸収性高分子またはその混合物である請求項1記載の複合体。
- 該複合体が、充填剤を散在させた生体材料を含み、該複合体が約100ミクロン以上のサイズを有する気孔、約30および約50ミクロンの間のサイズを有する気孔およびナノメートルサイズの気孔を含む多孔度生体材料−充填剤複合体。
- 該複合体が、充填剤を散在させた生体材料を含み、生体材料対充填剤の該乾燥重量比が1:3ないし2:1の範囲である多孔度生体材料−充填剤複合体。
- 該複合体が、乾燥重量が25ないし65重量%の生体材料および35ないし75重量%充填剤を含む請求項23記載の複合体。
- 該複合体が、充填剤を散在させた生体材料を含み、ここに、生体材料の量が、少なくとも約25重量%である多孔度生体材料−充填剤複合体。
- 該複合体が、充填剤を散在させた生体材料を含み、ここに、該複合体充填剤が、ゾルゲル法によって調製されている多孔度生体材料−充填剤複合体。
- 生体材料、液体および充填剤を合わせて、混合物を形成し、該混合物をホモゲナイズしてスラリーを形成し、次いで、該スラリーを凍結乾燥して、多孔度生体材料−充填剤複合体を形成することを特徴とする多孔度生体材料−充填剤複合体の製法。
- 生体材料および液体を合わせて混合物を形成し、
該混合物をホモゲナイズしてスラリーを形成し、
充填剤を該スラリーに添加し;
さらに該スラリーをホモゲナイズし;次いで
該スラリーを凍結乾燥して、多孔度生体材料−充填剤複合体を形成することを特徴とする多孔度生体材料−充填剤複合体の製法。 - 充填剤を液体と合わせて、混合物を形成し、
該混合物をホモゲナイズして、スラリーを形成し、
生体材料を該スラリーに添加し;
さらに該スラリーをホモゲナイズし;次いで
該スラリーを凍結乾燥して、多孔度生体材料−充填剤複合体を形成することを特徴とする多孔度生体材料−充填剤複合体の製法。 - 生体材料、液体および充填剤を合わせて、混合物を形成し、
該混合物をホモゲナイズして、スラリーを形成し、次いで
該スラリーを凍結乾燥して、多孔度生体材料−充填剤複合体を形成し、ここに該液体は酸であり、該スラリー中の生体材料の量は、最大1000mMの酸の100ml当たり最大約10gの生体材料の範囲であることを特徴とする多孔度生体材料−充填剤複合体の製法。 - 生体材料および液体を合わせて、混合物を形成し、
該混合物をホモゲナイズしてスラリーを形成し、
充填剤を該スラリーに添加し;
さらに該スラリーをホモゲナイズし;次いで
該スラリーを凍結乾燥して、多孔度生体材料−充填剤複合体を形成し、ここに、該液体は酸であり、該スラリー中の生体材料の量は、最大1000mMの酸の100ml当たり最大約10gの生体材料の範囲であることを特徴とする多孔度生体材料−充填剤複合体の製法。 - 充填剤および液体を合わせて、混合物を形成し、
該混合物をホモゲナイズして、スラリーを形成し、
生体材料を該スラリーに添加し;
さらに該スラリーをホモゲナイズし;次いで
該スラリーを凍結乾燥して、多孔度生体材料−充填剤複合体を形成し、ここに該液体は酸であり、該スラリー中の生体材料の量は、最大1000mMの酸の100ml当たり最大約10gの生体材料の範囲であることを特徴とする多孔度生体材料−充填剤複合体の製法。 - 請求項27、28、29、30、31または32記載の方法によって調製された複合体。
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