JP2009240413A - Bone connecting material - Google Patents
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Description
本発明は、骨に対する高い親和性を有し、かつ、降伏点後も破断点まで更に高いトルクをかけていくことができる機械的性質を有する骨接合材料に関する。 The present invention relates to an osteosynthesis material having a high affinity for bone and a mechanical property capable of applying a higher torque to the breaking point even after the yield point.
生体に大きな外力が加わり骨折をした場合、骨の損傷が小さく外部からの固定のみで自然に治癒することもあるが、骨折した骨の断端が大きく離れてしまった場合や、複雑に折れてしまったときには、もはや外部からの固定のみでは自然に治癒することは望めない。このような場合に、ピン、プレート、スクリュー等の骨接合材料を用いて骨折部位を一定期間固定して、骨が癒合して治癒した後にこれらの材料を取り除くという治療方法をとることが一般的である。 When a fracture is caused by a large external force applied to the living body, the bone damage is small, and it may heal spontaneously only by external fixation, but if the fractured bone stump is far apart or it breaks complicatedly When it dies, it can no longer be healed naturally by external fixation alone. In such a case, it is common to use a treatment method in which the fracture site is fixed for a certain period using osteosynthesis materials such as pins, plates, screws, etc., and these materials are removed after the bone has healed and healed. It is.
これらの骨接合材料としては、強度の問題から金属材料が用いられてきた。しかしながら、金属材料を長期間生体内に埋入することによって材料が腐食し、生体へ悪影響を与えることが懸念される。従って、骨折治癒後には骨接合材料を除去する為の再手術が必要となり、患者にとって肉体的、精神的負担も大きい。 As these osteosynthesis materials, metal materials have been used from the viewpoint of strength. However, there is a concern that the material is corroded by burying the metal material in the living body for a long period of time and adversely affects the living body. Therefore, after the fracture is healed, it is necessary to perform a reoperation for removing the osteosynthesis material, and there is a great physical and mental burden on the patient.
特許文献1には、脂肪族ポリエステル、特にポリ−L−乳酸からなる生体内分解吸収性の骨接合材料が記載されている。生体内分解吸収性の骨接合材料は、骨折治癒後に徐々に分解吸収されていくことから、再手術により除去する必要がない。
しかしながら、これらの生体内分解吸収性の骨接合材料にも、骨組織と材料との界面接着性が低いために骨固定が不充分となることがある、分解吸収されるまでの期間が長期であるために材料が吸収された後にも骨孔が残存してしまうことがある等の問題点が指摘されている。
Patent Document 1 describes a biodegradable and resorbable osteosynthesis material made of aliphatic polyester, particularly poly-L-lactic acid. Since the biodegradable and resorbable osteosynthesis material is gradually decomposed and absorbed after healing of the fracture, there is no need to remove it by re-operation.
However, these biodegradable and resorbable osteosynthesis materials may have insufficient bone fixation due to low interfacial adhesion between the bone tissue and the material. For this reason, it has been pointed out that bone holes may remain after the material is absorbed.
これに対して、生体内分解吸収性ポリマーからなるマトリックス中に、骨との親和性が高いハイドロキシアパタイト等バイオセラミックス微粒子が分散させた骨接合材料が検討されている(特許文献2〜4)。このようなバイオセラミックス微粒子を含有することにより、骨接合材料と周囲の骨との融合を促進させ、かつ、骨接合材料の分解とともに骨を形成する細胞が材料の存在していた部位に浸入し、最終的には骨組織と置き換わることが期待されている。
On the other hand, osteosynthesis materials in which bioceramics particles such as hydroxyapatite having high affinity with bone are dispersed in a matrix composed of a biodegradable and absorbable polymer have been studied (
しかしながら、生体内分解吸収性ポリマーとバイオセラミックス微粒子とは、親和性が低いことが知られている。生体内分解吸収性ポリマーとバイオセラミックス微粒子とを複合化した材料の機械的性質は、生体内分解吸収性ポリマー単体からなる材料と全く異なるものとなる。 However, it is known that the biodegradable absorbable polymer and the bioceramic fine particles have low affinity. The mechanical properties of the material in which the biodegradable absorbable polymer and the bioceramic fine particles are combined are completely different from those of the material composed of the biodegradable absorbable polymer alone.
例えば、図1に、ポリ−L−乳酸のみからなる骨接合材料(丸棒状)と、ポリ−L−乳酸からなるマトリックス中にハイドロキシアパタイト微粒子を分散させた骨接合材料(丸棒状)とについて、トルク試験を行った場合のグラフを模式的に示した。
図1より、ポリ−L−乳酸のみからなる骨接合材料は、一方の端を固定し他方の端にトルクをかけてねじっていったときに、比較的低いトルクでいったん降伏するものの(降伏点)、降伏点後も破断点まで更に高いトルクをかけていくことができる(以下、このような性質を「粘りがある」ともいう)。一方、ポリ−L−乳酸からなるマトリックス中にハイドロキシアパタイト微粒子を分散させた骨接合材料は、降伏点こそ高いものの、いったん降伏してしまった後は、それ以上の高いトルクをかけることができない(以下、このような性質を「粘りがない」ともいう)。
For example, FIG. 1 shows an osteosynthesis material (round bar shape) composed only of poly-L-lactic acid and an osteosynthesis material (round bar shape) in which hydroxyapatite fine particles are dispersed in a matrix composed of poly-L-lactic acid. A graph in the case of performing a torque test is schematically shown.
From FIG. 1, the osteosynthesis material composed only of poly-L-lactic acid once yields with a relatively low torque (yield point) when one end is fixed and the other end is twisted with torque. ), Even after the yield point, higher torque can be applied to the breaking point (hereinafter, such a property is also referred to as “sticky”). On the other hand, an osteosynthesis material in which hydroxyapatite fine particles are dispersed in a matrix made of poly-L-lactic acid has a high yield point, but once it yields, it cannot apply a higher torque ( Hereinafter, such a property is also referred to as “non-sticky”).
機械的性質は、特に骨接合材料をスクリューとして用いる場合に大きく影響する。即ち、上記ポリ−L−乳酸のみからなる骨接合材料をスクリューとして用いた場合、骨にねじ込んでいくときにトルクがかかりすぎてスクリューが破損したときにも、「粘り」があるので更に高いトルクをかけることができる。従って、容易に破損したスクリューを取り外して、再度新しいスクリューをねじ込むことができる。しかしながら、ポリ−L−乳酸からなるマトリックス中にハイドロキシアパタイト微粒子を分散させた骨接合材料であるスクリューを用いた場合、いったんスクリューが破損してしまうと、「粘り」がなく容易には取り外すことができない。このような機械的性質の相違は、手術現場においては決定的であった。
本発明は、上記現状に鑑み、骨に対する高い親和性を有し、かつ、降伏点後も破断点まで更に高いトルクをかけていくことができる機械的性質を有する骨接合材料を提供することを目的とする。 In view of the above-mentioned present situation, the present invention provides an osteosynthesis material having a high affinity for bone and having mechanical properties capable of applying a higher torque to the breaking point even after the yield point. Objective.
本発明は、生体内分解吸収性ポリマーからなるマトリックス中にバイオセラミックス微粒子が分散している骨接合材料であって、前記バイオセラミックス微粒子は、含水率が1.0%以下である骨接合材料である。
以下に本発明を詳述する。
The present invention relates to an osteosynthesis material in which bioceramic fine particles are dispersed in a matrix composed of a biodegradable absorbable polymer, wherein the bioceramic fine particles are an osteosynthesis material having a water content of 1.0% or less. is there.
The present invention is described in detail below.
本発明者らは、鋭意検討の結果、バイオセラミックス微粒子として含水率が1.0%以下であるものを用いた場合には、生体内分解吸収性ポリマーのみからなるものと同様の「粘りのある」機械的性質を有する骨接合材料が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
この理由については現時点では明らかではない。配合するバイオセラミックス微粒子に含まれる水分が、生体分解吸収性ポリマーの加水分解を促進させその分子量を低下させるおそれがあることは、例えば、特許文献4の段落番号[0030]においても指摘されている。しかしながら、「粘りのある」機械的性質を有する骨接合材料は、高分子量の生体分解吸収性ポリマーを用いても得られない。このことは、単純な加水分解だけが原因ではないことを示唆している。原因は不明であるものの、含水率が1.0%以下であるバイオセラミックス微粒子を用いた場合にのみ、「粘り」のある骨接合材料を得ることができる。
As a result of intensive studies, the present inventors have determined that when bioceramic fine particles having a water content of 1.0% or less are used, the same “stickiness” as that comprising only a biodegradable absorbent polymer. It has been found that an osteosynthesis material having mechanical properties can be obtained, and the present invention has been completed.
The reason for this is not clear at this time. It has also been pointed out in paragraph number [0030] of Patent Document 4, for example, that water contained in the bioceramic fine particles to be blended may promote hydrolysis of the biodegradable absorbent polymer and lower its molecular weight. . However, osteosynthesis materials with “sticky” mechanical properties cannot be obtained using high molecular weight biodegradable polymers. This suggests that simple hydrolysis is not the only cause. Although the cause is unknown, a “sticky” osteosynthesis material can be obtained only when bioceramics particles having a water content of 1.0% or less are used.
本発明の骨接合材料は、生体内分解吸収性ポリマーからなるマトリックス中にバイオセラミックス微粒子が分散しているものである。
上記生体内分解吸収性ポリマーとしては、生体内において加水分解されて生体に吸収されるものであれば特に限定されないが、例えば、ポリ−L−乳酸、ポリ−D−乳酸、ポリ−D,L−乳酸、L−乳酸とD−乳酸の共重合体、ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸をブレンドしてなるステレオコンプレックス、ポリグリコール酸、グリコール酸とL−乳酸との共重合体、グリコール酸とD−乳酸との共重合体等の脂肪族ポリエステルが好適である。なかでも、強度及び強度保持性に優れていることから、ポリ−L−乳酸、L−乳酸を主体とするL−乳酸とD−乳酸の共重合体、L−乳酸を主体とするポリ−D,L−乳酸がより好ましい。これらの生体内分解吸収性ポリマーは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
In the osteosynthesis material of the present invention, bioceramic fine particles are dispersed in a matrix composed of a biodegradable polymer.
The biodegradable absorbable polymer is not particularly limited as long as it is hydrolyzed in vivo and absorbed by the living body. For example, poly-L-lactic acid, poly-D-lactic acid, poly-D, L -Lactic acid, a copolymer of L-lactic acid and D-lactic acid, a stereocomplex formed by blending poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid, a polyglycolic acid, a copolymer of glycolic acid and L-lactic acid, An aliphatic polyester such as a copolymer of glycolic acid and D-lactic acid is preferred. Especially, since it is excellent in strength and strength retention, poly-L-lactic acid, a copolymer of L-lactic acid and D-lactic acid mainly composed of L-lactic acid, and poly-D mainly composed of L-lactic acid. , L-lactic acid is more preferable. These biodegradable absorbable polymers may be used alone or in combination of two or more.
上記バイオセラミックス微粒子としては特に限定されず、例えば、ハイドロキシアパタイト、トリカルシウムホスフェイト、テトラカスシウムホスフェイト等が挙げられる。なかでも、骨伝導性や骨新生能に優れることから、ハイドロキシアパタイトが好適である。これらのバイオセラミックス微粒子は単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 The bioceramic fine particles are not particularly limited, and examples thereof include hydroxyapatite, tricalcium phosphate, tetracassium phosphate and the like. Of these, hydroxyapatite is preferred because it is excellent in osteoconductivity and osteogenic ability. These bioceramics fine particles may be used alone or in combination of two or more.
上記バイオセラミックス微粒子の形状としては特に限定されず、球状、板状、繊維状、チューブ状等いずれであってもよい。なかでも、埋入後に材料が分解されたときに生体への物理刺激が少ないことから、球状のものが好適である。 The shape of the bioceramic fine particles is not particularly limited, and may be any of a spherical shape, a plate shape, a fiber shape, a tube shape, and the like. Of these, spherical materials are preferred because there is little physical irritation to the living body when the material is decomposed after implantation.
上記バイオセラミックス微粒子の粒子径としては特に限定されないが、好ましい上限は30μmである。30μmを超えると、上記生体内分解吸収性ポリマーからなるマトリックス中に分散させたときに、生体内分解吸収性ポリマーとの接触面積が小さくなって高い機械的性質を発揮できないことがある。より好ましい上限は10μm以下である。粒子径の下限については特に限定されないが、一般的には0.5μm程度が限界であろう。 Although it does not specifically limit as a particle diameter of the said bioceramics microparticles | fine-particles, A preferable upper limit is 30 micrometers. When it exceeds 30 μm, when dispersed in a matrix composed of the biodegradable absorbable polymer, the contact area with the biodegradable absorbable polymer may become small and high mechanical properties may not be exhibited. A more preferable upper limit is 10 μm or less. The lower limit of the particle diameter is not particularly limited, but generally about 0.5 μm will be the limit.
上記バイオセラミックス微粒子は、含水率が1.0%以下である。1.0%を超える場合には、「粘り」のある骨接合材料を得ることはできない。より好ましくは0.8%以下、更に好ましくは0.7%以下である。
なお、上記バイオセラミックス微粒子の含水率は、熱分析装置(TG/DTA;TGとは雰囲気温度の上昇(下降)によるサンプルの重量変化を、時間(温度)に対して記録したものをTG曲線とすること、DTAとはサンプルホルダーに設けられた熱電対の起電力により、リファレンスとサンプルとの温度差を検出し、DTA曲線とすること)を用いて、窒素気流下、10℃/分の割合で温度を上昇させることにより測定することができる。
The bioceramic fine particles have a water content of 1.0% or less. If it exceeds 1.0%, it is not possible to obtain a “sticky” osteosynthesis material. More preferably, it is 0.8% or less, More preferably, it is 0.7% or less.
The water content of the bioceramics fine particles is a thermal analyzer (TG / DTA; TG is a TG curve obtained by recording the change in weight of the sample with the rise (fall) of the ambient temperature with respect to time (temperature). DTA is to detect the temperature difference between the reference and the sample by the electromotive force of the thermocouple provided in the sample holder, and to make a DTA curve), using a nitrogen stream, at a rate of 10 ° C / min Can be measured by increasing the temperature.
このような低含水率のバイオセラミックス微粒子は、バイオセラミックス微粒子を焼成することにより得ることができる。焼成条件については、上記含水率を達成できるものであれば特に限定されないが、例えば、上記バイオセラミックス微粒子がハイドロキシアパタイトである場合には、好ましくは500℃以上、より好ましくは800℃以上で焼成することが好ましい。ただし、ハイドロキシアパタイトの場合、焼成温度が1200℃を超えると、骨伝導能が劣ることがある。
なお、焼成後のバイオセラミックス微粒子は、一定期間は低含水率を保つことができるが、保存条件によっては焼成後数ヶ月程度で吸水してしまうことがある。そのような場合には、再度焼成を行って含水率を低減させることが好ましい。
Such bioceramic fine particles having a low water content can be obtained by firing the bioceramic fine particles. The firing conditions are not particularly limited as long as the water content can be achieved. For example, when the bioceramic fine particles are hydroxyapatite, firing is preferably performed at 500 ° C. or higher, more preferably 800 ° C. or higher. It is preferable. However, in the case of hydroxyapatite, if the firing temperature exceeds 1200 ° C., the osteoconductivity may be inferior.
In addition, although the bioceramic fine particles after firing can maintain a low water content for a certain period of time, depending on storage conditions, water may be absorbed in several months after firing. In such a case, it is preferable to perform firing again to reduce the water content.
本発明の骨接合材料における上記生体内分解吸収性ポリマーとバイオセラミックス微粒子との配合量としては特に限定されないが、骨接合材料全体に対するバイオセラミックス微粒子の配合量の好ましい下限は10重量%、好ましい上限は50重量%である。10重量%未満であると、骨伝導や骨新生等のバイオセラミックスに起因する優れた効果が得られないことがあり、50重量%を超えると、得られる骨接合材料の強度が劣ることがある。より好ましい下限は20重量%、より好ましい上限は40重量%である。特にバイオセラミックス微粒子の配合量が30重量%以上である場合には、得られる骨接合材料はX線造影性に優れたものとなる。 The blending amount of the biodegradable absorbable polymer and the bioceramic particles in the osteosynthesis material of the present invention is not particularly limited, but the preferred lower limit of the blending amount of the bioceramics particles relative to the entire osteosynthesis material is 10% by weight, and the preferred upper limit. Is 50% by weight. If it is less than 10% by weight, excellent effects due to bioceramics such as bone conduction and osteogenesis may not be obtained, and if it exceeds 50% by weight, the strength of the resulting bone cement material may be inferior. . A more preferred lower limit is 20% by weight, and a more preferred upper limit is 40% by weight. In particular, when the blending amount of the bioceramic fine particles is 30% by weight or more, the obtained osteosynthesis material is excellent in X-ray contrast properties.
本発明の骨接合材料を製造する方法としては特に限定されず、上記生体内分解吸収性ポリマーと含水率が1.0%以下であるバイオセラミックス微粒子とを上記生体内分解吸収性ポリマーの融点以上の温度にて混練した後、押出し成形法等の従来公知の成形方法により成形する方法等が挙げられる。
このような本発明の骨接合材料を製造方法もまた、本発明の1つである。
The method for producing the osteosynthesis material of the present invention is not particularly limited, and the biodegradable absorbable polymer and the bioceramic particles having a water content of 1.0% or less are equal to or higher than the melting point of the biodegradable absorbable polymer. After kneading at the above temperature, a method of molding by a conventionally known molding method such as an extrusion molding method may be used.
Such a method for producing the osteosynthesis material of the present invention is also one aspect of the present invention.
本発明の骨接合材の用途としては特に限定されず、例えば、ピン、プレート、スクリュー等が挙げられる。
本発明の骨接合材は、上記構成よりなることから、丸棒状に加工したものの一方の端を固定し他方の端にトルクをかけてねじっていったときに、降伏点後も破断点まで更に高いトルクをかけていくことができるという優れた機械的性質を発揮することができる。従って、特にスクリューとしたときに高い性能を発揮する。
It does not specifically limit as a use of the bone cement of this invention, For example, a pin, a plate, a screw etc. are mentioned.
Since the bone joining material of the present invention has the above-described configuration, when one end of a round bar-shaped one is fixed and the other end is twisted by applying torque, it is further increased to the breaking point after the yield point. An excellent mechanical property that a high torque can be applied can be exhibited. Therefore, high performance is exhibited especially when a screw is used.
本発明によれば、骨に対する高い親和性を有し、かつ、降伏点後も破断点まで更に高いトルクをかけていくことができる機械的性質を有する骨接合材料を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it has the high affinity with respect to a bone, and can provide the osteosynthesis material which has the mechanical property which can apply still higher torque to a fracture | rupture point after a yield point.
以下に実施例を挙げて本発明の態様を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例にのみ限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
(実施例1)
平均粒子径が30μmのハイドロキシアパタイト微粒子を800℃にて2時間焼成して焼成ハイドロキシアパタイトを得た。得られた焼成ハイドロキシアパタイト微粒子の含水率を、島津製作所社製TG/DTA測定装置DTG−60を用い、10℃/分の割合で室温から1000℃まで昇温させて測定したところ、0.39%であった。
Example 1
Hydroxyapatite fine particles having an average particle size of 30 μm were calcined at 800 ° C. for 2 hours to obtain calcined hydroxyapatite. The water content of the obtained calcined hydroxyapatite fine particles was measured by raising the temperature from room temperature to 1000 ° C. at a rate of 10 ° C./min using a TG / DTA measuring device DTG-60 manufactured by Shimadzu Corporation. %Met.
焼成ハイドロキシアパタイト微粒子とポリ−L−乳酸(重量平均分子量20万)とを、焼成ハイドロキシアパタイト微粒子の配合比が30重量%となるように二軸延伸押出装置に投入し、180℃の温度で混練してから押し出して、ペレットを得た。得られたペレットを溶融押出機を用いて押出し、平均直径7mmの丸棒を得た。この丸棒を65℃で3倍に延伸して延伸棒を作製した。延伸棒を切削して直径3.0mm、長さが5.0mmのロッド状成形体を得た。 The calcined hydroxyapatite fine particles and poly-L-lactic acid (weight average molecular weight 200,000) are put into a biaxial stretching extruder so that the blending ratio of the calcined hydroxyapatite fine particles is 30% by weight, and kneaded at a temperature of 180 ° C. And then extruded to obtain pellets. The obtained pellets were extruded using a melt extruder to obtain a round bar having an average diameter of 7 mm. This round bar was stretched 3 times at 65 ° C. to prepare a stretched bar. The drawn rod was cut to obtain a rod-shaped molded body having a diameter of 3.0 mm and a length of 5.0 mm.
(実施例2)
含水率が0.70%であるハイドロキシアパタイト微粒子を用いた以外は、実施例1と同様にしてロッド状成形体を得た。
(Example 2)
A rod-shaped molded body was obtained in the same manner as in Example 1 except that hydroxyapatite fine particles having a water content of 0.70% were used.
(比較例1)
焼成していない未焼成ハイドロキシアパタイト微粒子を用いた以外は実施例1と同様にしてロッド状成形体を得た。
なお、この未焼成ハイドロキシアパタイト微粒子の含水率は4.36%であった。
(Comparative Example 1)
A rod-shaped molded body was obtained in the same manner as in Example 1 except that unfired hydroxyapatite fine particles that were not fired were used.
The unburned hydroxyapatite fine particles had a water content of 4.36%.
(比較例2)
含水率が5.86%であるハイドロキシアパタイト微粒子を用いた以外は、実施例1と同様にしてロッド状成形体を得た。
(Comparative Example 2)
A rod-shaped molded body was obtained in the same manner as in Example 1 except that hydroxyapatite fine particles having a water content of 5.86% were used.
(評価)
得られたロッド状成形体の一方の端を固定し、他方の端を1rpmの速度で回転させてトルクをかけてねじっていったときの降伏点及び破断点におけるトルクを測定した。実験は、各々について3回ずつ行った。回転角度を横軸にトルクを縦軸にとったときのトルク試験のチャートを図2、3、4、5に示した。
なお、降伏点及び破断点は、以下の観点により判断した。即ち、チャートにおいてトルクを加えた後に最初に現れた最大値を降伏点とし、その後トルクを加え続けてゆき、材料が破断(急激に値が減少した点)した時に現れた最大値を破断点とした。
結果を表1に示した。
(Evaluation)
One end of the obtained rod-shaped molded body was fixed, and the torque at the yield point and the breaking point when the other end was rotated at a speed of 1 rpm and twisted with torque was measured. The experiment was performed three times for each. FIGS. 2, 3, 4, and 5 show torque test charts with the rotation angle on the horizontal axis and the torque on the vertical axis.
In addition, the yield point and the breaking point were judged from the following viewpoints. That is, the maximum value that appears first after applying torque in the chart is taken as the yield point, and then the torque is continuously applied, and the maximum value that appears when the material breaks (a point where the value suddenly decreases) is taken as the break point. did.
The results are shown in Table 1.
本発明によれば、骨に対する高い親和性を有し、かつ、降伏点後も破断点まで更に高いトルクをかけていくことができる機械的性質を有する骨接合材料を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it has the high affinity with respect to a bone, and can provide the osteosynthesis material which has the mechanical property which can apply still higher torque to a fracture | rupture point after a yield point.
Claims (4)
An osteosynthesis comprising a step of kneading a biodegradable absorbable polymer and bioceramic fine particles having a water content of 1.0% or less at a temperature not lower than the melting point of the biodegradable absorbable polymer. Material manufacturing method.
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