JP2010035834A - 骨形成用キットおよび骨形成用治具 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイドロキシアパタイトの前駆体であるＯＣＰに代表される燐酸カルシウムとコラーゲンに代表される生分解性高分子との複合体を人工骨材料として用い、骨、特に歯科領域の歯槽骨や整形外科領域の長管骨等の皮質骨が達成できるようにする。
【解決手段】前記人工骨材料と、前記骨形成材料を囲繞するものであって、皮膚及び骨膜を縫合したとき、該縫合したことによる圧力を前記骨形成材料が受けない状態で骨形成ができるようにするための保護基材を設けた骨形成用キットを提供することにより、骨、特に歯科領域の歯槽骨や整形外科領域の長管骨等の皮質骨の形成を促す。
【選択図】図３

Description

本発明は、ハイドロキシアパタイトの前駆体である燐酸カルシウムと生分解性高分子との複合体を用いて歯科領域の歯槽骨や整形外科領域の長管骨等の皮質骨を形成することができる骨形成用キットおよび骨形成用治具の技術分野に属するものである。

今日、ハイドロキシアパタイト（Ｃａ_１０（ＰＯ_４）_６（ＯＨ）_２：以下「ＨＡ」と略記する）の前駆体である第８燐酸カルシウム（Ｃａ_８Ｈ_２（ＰＯ_４）_６・５Ｈ_２Ｏ：以下「ＯＣＰ」と略記する）は、優れた骨伝導能を有すること（非特許文献１）、破骨細胞による吸収性を有すること（非特許文献２）、そして用量依存的に骨芽細胞の分化を促進すること（非特許文献３）が知られている。そしてＯＣＰとコラーゲンとの複合体は、形態付与性を備えた歯槽骨形成材料（人工骨材料）であることが知られている（例えば特許文献１参照）。また、ＨＡの前駆体である非晶質燐酸カルシウム（Ｃａ_３（ＰＯ_４）_２・ｎＨ_２Ｏ：以下「ＡＣＰ」と略記する）についてもＯＣＰと同様の性質があることが報告されている（非特許文献１及び非特許文献４参照）。さらにまた、同じくＨＡの前駆体である第二燐酸カルシウム（第２燐酸カルシウム無水物（ＣａＨＰＯ_４：以下「ＤＣＰＡ」と略記する）あるいは第２燐酸カルシウム２水和物（ＣａＨＰＯ_４・２Ｈ_２Ｏ：以下「ＤＣＰＤ」と略記する））についてもＯＣＰと同様の性質があることが報告されている（特許文献２及び非特許文献１及び非特許文献５参照）。
特開２００６−１６７４４５号公報 特許第２７８８７２１号公報 Ｓｕｚｕｋｉ Ｏ． ｅｔ ａｌ．，Ｔｏｈｏｋｕ Ｊ．Ｅｎｇ．Ｍｅｄ．，１６４：３７−５０，１９９１． Ｉｍａｉｚｕｍｉ Ｈ． ｅｔ ａｌ．，Ｃａｌｃｉｆ．Ｔｉｓｓｕｅ Ｉｎｔ．７８：４５−５４，２００６． Ａｎａｄａ Ｔ． ｅｔ ａｌ．，Ｔｉｓｓｕｅ Ｅｎｇ．，１４：９６５−９７８，２００８ Ｍｅｙｅｒ ＪＬ，Ｅａｎｅｓ ＥＤ，ＣＴＩ １９７８ Ｅｉｄｅｌｍａｎ Ｎ． ｅｔ ａｌ．，Ｃａｌｃｉｆ Ｔｉｓｓｕｅ Ｉｎｔ．，４１：１８−２６，１９８７

ところで、歯槽骨に関しては、同じ膜性骨に分類される頭頂骨が実験モデルとして利用されることは公知である。
ところが前記生成したＯＣＰとコラーゲンとの複合体を、ラット頭部の皮膚及び骨膜を切開して作成した皮膚骨膜弁を減張した箇所に施した後、皮膚及び骨膜を縫合して行った実験では頭頂骨が形成されることはなく、このため実際の治療として用いることは未だできないという問題があり、ここに本発明が解決せんとする課題がある。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、人工骨材料と、前記人工骨材料を囲繞して患部に施され、かつ患部周囲の圧力から人工骨材料を保護するための保護基材とからなることを特徴とする骨形成用キットである。
請求項２の発明は、人工骨材料は、ハイドロキシアパタイトの前駆体である燐酸カルシウムと生分解性高分子との複合体であることを特徴とする請求項１記載の骨形成用キットである。
請求項３の発明は、保護基材は、生分解性高分子を素材として製造されたものであることを特徴とする請求項１または２記載の骨形成用キットである。
請求項４の発明は、保護基材は、基材面に複数の貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１記載の骨形成用キットである。
請求項５の発明は、人工骨材料は、歯槽骨形成材料であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１記載の骨形成用キットである。
請求項６の発明は、人工骨材料を囲繞して患部に施され、かつ患部周囲の圧力から前記人工骨材料を保護するための保護基材であることを特徴とする骨形成用治具である。

請求項１または６の発明とすることで、患部に施した人工骨材料を圧力から保護できることになって良好な骨形成を図ることができる。
請求項２の発明とすることで、骨の良好な形成を図ることができる。
請求項３の発明とすることで、良好な骨形成を達成した後の保護基材の再取出しを不要にすることができる。
請求項４の発明とすることで、貫通孔を通して体液が骨形成材料に流れ込むことになって、骨形成速度を促進することができる。
請求項５の発明とすることで、歯槽骨や長管骨の形成を図ることができる。

本発明の発明者等は、ＨＡの前駆体である燐酸カルシウムと生分解性高分子との複合体を骨形成材料としてラットの頭蓋に盛り付けた後、皮膚及び骨膜を縫合して頭頂骨形成（歯槽骨形成のモデル実験系）を試みた場合、何故、頭頂骨形成がなされないかの原因について鋭意検討したところ、患部に施した人工骨材料は、患部周囲にある縫合または再生した皮膚や骨膜が盛り付けた人工骨材料に対して圧力となって押圧し、この押圧力によって人工骨材料が過度に吸収を受けたことが一因ではないかと推論した。そこで頭蓋に盛り付けた人工骨材料の周囲を、例えば、円筒状の保護基材で囲繞して圧力がかからないよう保護した状態で皮膚及び骨膜を縫合して頭頂骨が形成するか否かの実験をしたところ、見事に頭頂骨の形成が観測され、これによって前記推論が正しいことが確認され、本発明が完成するに至った。

本発明は、ＨＡの前駆体であるＯＣＰに代表され燐酸カルシウムについて、アルギン酸やコラーゲンに代表される高分子や多糖類の中から選択される少なくとも１種類の生分解性高分子と複合体を生成したものを好適な人工骨材料として用いることができる。
ＨＡの前駆体である燐酸カルシウムとしては、前述したＯＣＰに限定されず、ＡＣＰ、ＤＣＰＡ、ＤＣＰＤのように骨形成効果が認められるＨＡの前駆体である燐酸カルシウムであれば、本発明に用いることができる。
なお、本発明において骨の「形成」とは、欠損した部分に骨が再生するだけでなく、本来骨が存在しない箇所に骨を存在させるようにする、いわゆる骨の造成も含むものとする。
また、本発明においての「患部周囲」とは、例えば、患部が歯槽骨の欠損部である場合は、遊離歯肉、付着歯肉（歯肉上皮）であり、患部が頭頂骨の場合は、皮膚（頭皮）及び骨膜をいう。

ＨＡの前駆体である燐酸カルシウムの生成条件としては、当業者により適宜設定できるものであり、例えば、ＯＣＰの生成条件としては、Ｙ． Ｈｏｎｄａ ｅｔ． ａｌ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐａｒｔ Ｂ， ＤＯＰ １０．１００２／ｊｂｍｂ， ｐａｇｅ ２８１−２８９を参考にすることができる。

前記燐酸カルシウムと生分解性高分子との複合体の生成手法としては、例えば生分解性高分子の水溶液に燐酸カルシウムを分散させたり析出させたりして得ることができる。
生成される複合体の形態としては、前記生成した複合体を凍結乾燥して得られるスポンジ状のものや多孔質状のもの、乾燥して得られるフイルム状のもの、ゲル化剤（架橋剤）を添加して得られるゲル状のもの、乾燥後、粉砕して得られる粉末状のもの等、各種の形態を例示することができるが、形態付与性の観点からスポンジ状のものが好ましい。
ここで生分解性高分子としては、アルギン酸やコラーゲンに限定されず、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ε−カプロラクトン、ポリリジン、ポリグルタミン酸、キトサン、ヒアルロン酸、コンドロイチン硫酸が例示される。

保護基材の素材としては、生体に悪影響を与えないものであればよく、このようなものとして合成高分子、生分解性高分子を例示することができ、合成高分子としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカルボネート、ポリウレタン、ポリテトラフルオロエチレン等を例示することができる。また生分解性高分子としては、アルギン酸、コラーゲン、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ε−カプロラクトン、ポリリジン、ポリグルタミン酸、キトサン、ヒアルロン酸、コンドロイチン硫酸等を例示することができる。これら高分子を素材として製造された保護基材として、移植後、再取出しをしないですむという観点から生分解性高分子が好ましい。

保護基材の形状としては、欠損部（患部）に施した（埋め込んだ）前記人工骨材料が圧力を受けないように囲繞（被覆）するものであればその形状は特に限定されることはないが、板状、筒形状、屋根形状、箱形状等、各種の形状をあげることができる。
この場合に、保護基材としては、平面、湾曲面、球面、折れ面状を有したものとなるが、これら基材面には、図１、２に示す各実施の形態（保護基材を何れも円筒形状にしたものとして示す）のように、内外を貫通する貫通孔が複数開設されたものとすることができ、このように貫通孔を開設したものを採用した場合には、保護基材で囲繞した人工骨材料に対して、囲繞面を通して体液（血液）が浸入できることになって骨形成の速度が速まることになる。
なお、人工骨材料と保護基材は、個々に包装した態様であってもよく、また、予め人工骨材料を保護部材で囲繞した状態で包装した態様であってもよい。

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。但し、本発明はこれらの実施例に限定して解釈してはならない。

＜実施例１＞ 骨形成用キットの作成
（Ａ）コラーゲン（３ｗｔ％）の水溶液を調製した。次いでこのコラーゲン水溶液に、前記公知の手法で製造したＯＣＰをコラーゲン水溶液に対して１０ｗｔ％となるように分散させた。そして、ポリプロピレン製の容器の中にＯＣＰを分散させたコラーゲン水溶液を充填し、凍結乾燥を行った。次いで減圧下（１ｔｏｒｒ以下）、１５０℃、２４時間の条件で熱脱水架橋反応を施した。このようにして、ＯＣＰ／コラーゲンスポンジを製造した。
（Ｂ）一方、保護基材としては、ポリテトラフルオロエチレン製のリング（内径６ｍｍ、外径９ｍｍ、高さ３ｍｍ）を選択した。そして、このようにして（Ａ）（Ｂ）からなるものを作製して実施例１の骨形成用キットとした。

＜比較例１＞ 骨形成用キットの作製
実施例１の（Ａ）の例に従って、厚さ３ｍｍのＯＣＰ／コラーゲンスポンジ（Ａ）を製造した。
一方、実施例１の保護基材（Ｂ）は用いないものとし、これによって比較例１の（Ａ）だけの骨形成用キットを作製した。

＜比較例２＞ 骨形成用キットの作製
（Ｃ）厚さ３ｍｍのコラーゲンスポンジ（つまり、ＯＣＰを含まない）を製造した。
具体的には、コラーゲン（３ｗｔ％）の水溶液を調製した。そして、ポリプロピレン製の容器の中にコラーゲン水溶液を充填し、凍結乾燥を行った。次いで減圧下（１ｔｏｒｒ以下）、１５０℃、２４時間の条件で熱脱水架橋反応を施した。このようにして、厚さ３ｍｍのコラーゲンスポンジを製造した。
保護基材（Ｂ）は、実施例１と同様にポリテトラフルオロエチレン製のリング（内径６ｍｍ、外径９ｍｍ、高さ３ｍｍ）を選択した。そして保護基材（Ｂ）とコラーゲンスポンジ（Ｃ）とを備えた比較例２の骨形成用キットを作製した。

＜実験例＞ 頭頂骨の形成実験（歯槽骨形成のモデル実験系）
実施例１、比較例１及び２の骨形成用キットを用いて、歯槽骨の形成のモデル実験系として公知である、Ｗｉｓｔａｒ系ラット（オス、１２週齢）の頭頂骨の形成実験を行った。

（１）実施例１の骨形成用キットを用いた頭頂骨の形成実験
ジエチルエーテルおよびネンブタールにてラットに全身麻酔を施した。次に、頭蓋部皮膚を剃毛した後、メスにて皮膚及び骨膜を切開し、皮膚骨膜弁を作成した。十分な減張を行った後、生理食塩水にて洗浄し、内空にＯＣＰ／コラーゲンスポンジ（Ａ）を囲繞した保護基材（Ｂ）を骨膜下に挿入した。皮膚骨膜弁を復位し、ＯＣＰ／コラーゲンスポンジ（Ａ）及び保護基材（Ｂ）を覆うようにして皮膚及び骨膜を縫合した。

（２）比較例１の骨形成用キットを用いた頭頂骨の形成実験
ジエチルエーテルおよびネンブタールにてラットに全身麻酔を施した。次に、頭蓋部皮膚を剃毛した後、メスにて皮膚及び骨膜を切開し、皮膚骨膜弁を作成した。十分な減張を行った後、生理食塩水にて洗浄し、ＯＣＰ／コラーゲンスポンジ（Ａ）を骨膜下に挿入した。皮膚骨膜弁を復位し、ＯＣＰ／コラーゲンスポンジ（Ａ）を覆うようにして皮膚及び骨膜を縫合した。

（３）比較例２の骨形成用キットを用いた頭頂骨の形成実験
ジエチルエーテルおよびネンブタールにてラットに全身麻酔を施した。次に、頭蓋部皮膚を剃毛した後、メスにて皮膚及び骨膜を切開し、皮膚骨膜弁を作成した。十分な減張を行った後、生理食塩水にて洗浄し、内空にコラーゲンスポンジ（Ｃ）を囲繞した保護基材（Ｂ）を骨膜下に挿入した。皮膚骨膜弁を復位し、コラーゲンスポンジ（Ｃ）及び保護基材（Ｂ）を覆うようにして皮膚及び骨膜を縫合した。

（４）実験結果
上記（１）〜（３）のラットを、骨形成用キット埋植１２週後に屠殺し、摘出した頭蓋骨を目視観察及び組織学的分析を行った。組織学的分析は、ＨＥ染色を用いて行った。
その結果、実施例１の骨形成用キットを用いた場合のみ、３ｍｍの頭頂骨の形成が確認された。図３の（Ｘ）に保護基材（Ｂ）を取り外す前の頭頂骨の形成状態を映した図面代用写真を、（Ｙ）に保護基材（Ｂ）を取り外した後の頭頂骨の形成状態を示す図面代用写真をそれぞれ示す。しかも、形成した骨は高密度であった。
一方、比較例１及び比較例２の骨形成用キットを用いた場合は、何れも頭頂骨の形成が確認できなかった。

（Ｘ）（Ｙ）は貫通孔を開設した保護基材の第一、第二の実施の形態のものの斜視図である。 （Ｘ）（Ｙ）は貫通孔を開設した保護基材の第三、第四の実施の形態のものの斜視図である。 （Ｘ）（Ｙ）は本発明が実施された骨形成用キットを用いて頭頂骨の形成をしたものの保護基材（Ｂ）を取り外す前の頭頂骨の形成状態を映した図面代用写真を、保護基材（Ｂ）を取り外した後の頭頂骨の形成状態を示す図面代用写真である。

Claims (6)

1. 人工骨材料と、前記人工骨材料を囲繞して患部に施され、かつ患部周囲の圧力から人工骨材料を保護するための保護基材とからなることを特徴とする骨形成用キット。
2. 人工骨材料は、ハイドロキシアパタイトの前駆体である燐酸カルシウムと生分解性高分子との複合体であることを特徴とする請求項１記載の骨形成用キット。
3. 保護基材は、生分解性高分子を素材として製造されたものであることを特徴とする請求項１または２記載の骨形成用キット。
4. 保護基材は、基材面に複数の貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１記載の骨形成用キット。
5. 前記人工骨材料は、歯槽骨形成材料または長管骨形成材料であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１記載の骨形成用キット。
6. 人工骨材料を囲繞して患部に施され、かつ患部周囲の圧力から前記人工骨材料を保護するための保護基材であることを特徴とする骨形成用治具。