JP2010046249A - Hard tissue filling material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、歯や骨等の硬組織を復元させるための補填材として用いられる硬組織補填材に関するものである。 The present invention relates to a hard tissue filling material used as a filling material for restoring hard tissues such as teeth and bones.
長管骨、顎骨、頭蓋骨などの骨欠損部に対して骨補填材を用いた組織修復が行われている。骨補填材の材質としては、優れた生体親和性及び骨伝導能を有していることが必要であるため、β‐リン酸三カルシウム(β‐TCP)、ハイドロキシアパタイト(HAp)を初めとするリン酸カルシウム系セラミックスなどがよく用いられている。 Tissue repair using a bone filling material is performed on bone defects such as long bones, jawbones, and skulls. Bone prosthetic materials are required to have excellent biocompatibility and osteoconductivity, so β-tricalcium phosphate (β-TCP), hydroxyapatite (HAp) and others Calcium phosphate ceramics are often used.
β‐リン酸三カルシウム(β‐TCP)は骨伝導能を有し、骨補填材として使用した場合、生体内において破骨細胞によるβ‐TCPの吸収と骨芽細胞による骨新生、いわゆるリモデリングが行われる。すなわち生体内で分解され徐々に新生骨に置換するという特徴を有している。 β-Tricalcium Phosphate (β-TCP) has osteoconductivity, and when used as a bone filling material, β-TCP is absorbed by osteoclasts and osteogenesis by osteoblasts in vivo, so-called remodeling Is done. That is, it is characterized by being decomposed in vivo and gradually replaced with new bone.
しかしながら、これらのセラミックスをバルク塊状形成物として骨欠損に埋入すると、しばしば、その中心部での感染の危険性が高く、また、セラミックスの分解が遅く新生骨との置換の点から問題となることが多い。そのため、セラミックスを塊ではなく小さな粒状で利用することが考えられている。しかしながら、粒状物質を欠損部にとどめることは難しく、その取り扱いにも工夫の余地が残されている。 However, when these ceramics are embedded in a bone defect as a bulk mass formation, there is often a high risk of infection in the center, and the decomposition of the ceramics is slow, causing problems in terms of replacement with new bone. There are many cases. Therefore, it is considered to use ceramics in a small granular form instead of a lump. However, it is difficult to keep the granular material in the defective part, and there is still room for ingenuity in its handling.
この問題を解決するためには、粒状セラミックスにバインダーとなる材料を合わせて用いることが必要となる。すなわち、セラミックス多孔質顆粒とバインダー材料とを混合することによってハイドロゲル状に形成できるような材料の研究開発が強く望まれている。 In order to solve this problem, it is necessary to use a granular ceramic together with a material that serves as a binder. That is, research and development of a material that can be formed into a hydrogel by mixing ceramic porous granules and a binder material are strongly desired.
これに対し、β‐TCP多孔質顆粒とバインダーとしての有機材料と組み合わせることにより、多孔体の気孔内部や顆粒間に新生骨を形成させる骨補填材が提案されている。また、口腔内への骨充填材としてハイドロキシアパタイト顆粒、アルギン酸ナトリウム、患者自身から採取した多血小板血漿とを混合した移植材の作製方法も報告されている(特許文献1)。しかし、多血小板血漿の採取は患者からの採血と煩雑な手技を必要とし、使用できる容積も限られるので、大きな骨欠損部への適用は難しい。加えて、アルギン酸ナトリウムは、生体吸収性ではなく、骨組織に残存するという問題がある。 On the other hand, there has been proposed a bone filling material that forms new bone inside the pores of the porous body or between the granules by combining β-TCP porous granules with an organic material as a binder. In addition, a method for producing a graft material in which hydroxyapatite granules, sodium alginate, and platelet-rich plasma collected from a patient himself are mixed as a bone filler in the oral cavity has been reported (Patent Document 1). However, collection of platelet-rich plasma requires blood collection from the patient and complicated procedures, and the volume that can be used is limited, so that it is difficult to apply to large bone defects. In addition, sodium alginate is not bioabsorbable and remains in bone tissue.
患者からの多血小板血漿採取手技の煩雑さの問題を解決する方法として、塩基性線維芽細胞増殖因子(bFGF)をアルギン酸カルシウムより徐放させる方法も検討されている(特許文献2)。しかし、アルギン酸カルシウムは生体内での分解性を調節することが困難であり、骨形成に必要な細胞のスキャホールド内への進入を妨げることや、残存による組織の炎症の惹起が懸念される。 As a method for solving the problem of the complexity of the procedure for collecting platelet-rich plasma from patients, a method in which basic fibroblast growth factor (bFGF) is gradually released from calcium alginate has been studied (Patent Document 2). However, it is difficult for calcium alginate to regulate the degradability in the living body, and there is a concern that the entry of cells necessary for bone formation into the scaffold may be hindered and inflammation of the tissue due to residual may be caused.
一方、バインダーとしては、生体吸収性と生体適合性、特に細胞親和性の優れた材料が望まれる。このような材料としてはコラーゲン、ゼラチンなどが知られている(特許文献3)。さらにバインダー材料から、bFGFなどの細胞成長因子の徐放化が可能となればよりよい骨新生が期待できる。これに関して、ゼラチンはbFGFなどの成長因子を徐放化させ、その生物活性を増強させ、様々な組織再生を促進することが知られている(特許文献4、非特許文献1)。しかしながら、この文献はゼラチンを単に徐放基材として用いているだけであって、バインダーとして使用することは記載も示唆もしていない。
本発明は、骨欠損部の補填性、及び骨組織再生能とこれを促進する薬効成分の徐放機能を有する新規な硬組織補填材を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a novel hard tissue filling material having a bone defect filling ability, a bone tissue regeneration ability, and a sustained release function of a medicinal component that promotes this.
上記課題を解決するため発明者らは鋭意検討し、生体吸収性でかつ高い細胞親和性をもつゼラチンをバインダーとして用いることを考えた。そして、セラミックス顆粒にゼラチンハイドロゲル水溶液を混合し、凍結乾燥後、熱架橋反応を行って複合体を形成させることにより、欠損部の補填性と機械的特性、ならびに薬剤徐放性に優れた硬組織補填材が得られることを見出し、本発明を完成させた。 In order to solve the above-mentioned problems, the inventors have intensively studied and considered to use gelatin having bioabsorbability and high cell affinity as a binder. Then, a gelatin hydrogel aqueous solution is mixed with the ceramic granules, freeze-dried, and then subjected to a thermal crosslinking reaction to form a composite, thereby forming a hardened body with excellent defect filling and mechanical properties and sustained drug release. The present inventors have found that a tissue filling material can be obtained and completed the present invention.
すなわち本発明は、セラミックス顆粒と、架橋された酸性又は塩基性ゼラチンハイドロゲルからなる複合体を含む硬組織補填材であって、前記複合体が、セラミックス顆粒と酸性又は塩基性ゼラチンハイドロゲルを混合し、凍結乾燥した後、熱架橋反応により複合体を形成させてなるものである、硬組織補填材とその製造方法に関する。 That is, the present invention is a hard tissue filling material comprising a composite comprising ceramic granules and a crosslinked acidic or basic gelatin hydrogel, wherein the composite is a mixture of ceramic granules and acidic or basic gelatin hydrogel. In addition, the present invention relates to a hard tissue filling material and a method for producing the same, which are formed by freeze-drying and then forming a composite by a thermal crosslinking reaction.
本発明の硬組織補填材は、さらに少なくとも1種の薬効成分を含んでいてもよい。前記薬効成分は、硬組織補填材を構成する複合体に含浸させることによって、複合体に組み込まれる。本発明の硬組織補填材を構成するゼラチンハイドロゲルは、生体内での分解にしたがって、前記薬効成分を徐放させるため、所望の期間にわたり当該薬効成分の効果を持続させることができる。 The hard tissue filling material of the present invention may further contain at least one medicinal component. The medicinal component is incorporated into the composite by impregnating the composite constituting the hard tissue filling material. Since the gelatin hydrogel that constitutes the hard tissue filling material of the present invention releases the medicinal component gradually as it decomposes in vivo, the effect of the medicinal component can be maintained over a desired period.
前記薬効成分としては、骨形成因子又は骨成長因子が好ましく、たとえば、FGF、BMP、TGF‐β、IGF及びPDGFを利用することができる。 As the medicinal component, a bone morphogenetic factor or a bone growth factor is preferable. For example, FGF, BMP, TGF-β, IGF and PDGF can be used.
前記セラミックスとしては、ハイドロキシアパタイト、炭酸アパタイト、フッ素アパタイト、塩素アパタイト、β‐TCP、α‐TCP、メタリン酸カルシウム、リン酸四カルシウム、リン酸水素カルシウム、第二リン酸カルシウム、リン酸八カルシウム、リン酸水素カルシウム二水和物、リン酸カルシウム系ガラス、及びこれらリン酸カルシウムの混合物、アルミナ、ならびにジルコニアから選ばれる少なくともいずれか1種を用いることができる。なかでも、骨伝導能を有するβ‐TCPが好ましい。 Examples of the ceramic include hydroxyapatite, carbonate apatite, fluorapatite, chlorapatite, β-TCP, α-TCP, calcium metaphosphate, tetracalcium phosphate, calcium hydrogen phosphate, dicalcium phosphate, octacalcium phosphate, hydrogen phosphate. Calcium dihydrate, calcium phosphate glass, a mixture of these calcium phosphates, alumina, and at least one selected from zirconia can be used. Of these, β-TCP having osteoconductivity is preferable.
セラミックス顆粒は、平均径1μm〜3mm程度の大きさであることが好ましい。
また、セラミックス顆粒と酸性又は塩基性ゼラチンハイドロゲルは、体積比で1/1000〜1/10の割合、とくに1/600〜1/60の割合で含まれていることが好ましい。
The ceramic granules preferably have an average diameter of about 1 μm to 3 mm.
The ceramic granules and the acidic or basic gelatin hydrogel are preferably contained in a volume ratio of 1/1000 to 1/10, particularly 1/600 to 1/60.
本発明の硬組織補填材は、生体への補綴材としてセラミックス顆粒を利用するときの移植部位からの漏出を防ぎ、骨形成因子や骨成長因子等の薬効成分の徐放も可能である。本発明の硬組織補填材は、ゼラチンハイドロゲルによってセラミックス間の空隙が確保され、血流及び細胞が進入しやすい状態を保ちつつ、その分解に伴って成長因子等の薬効成分を放出することで、骨再生を促進する。 The hard tissue prosthetic material of the present invention prevents leakage from the transplant site when using ceramic granules as a prosthetic material for a living body, and can also gradually release medicinal components such as bone forming factors and bone growth factors. The hard tissue prosthetic material of the present invention has a gap between ceramics secured by gelatin hydrogel, and keeps blood flow and cells easily entering, while releasing medicinal components such as growth factors along with its decomposition. , Promote bone regeneration.
本発明のセラミックス顆粒とゼラチンハイドロゲル水溶液の複合体は、骨形成因子や骨成長因子等の徐放性効果と安定化効果を有し、その機能を少量で長時間にわたって発揮させ得る。そのため、局所投与した部位において、これら薬剤の血管新生促進機能及び骨新生機能が効果的に発揮される。 The composite of the ceramic granule and the gelatin hydrogel aqueous solution of the present invention has a sustained release effect and a stabilization effect such as a bone formation factor and a bone growth factor, and can exert its function for a long time in a small amount. Therefore, the angiogenesis promoting function and the osteogenic function of these drugs are effectively exhibited at the site of local administration.
1.セラミックス顆粒
本発明にかかる「セラミックス」とは、焼結した無機固体材料であって、具体的には、ハイドロキシアパタイト、炭酸アパタイト、フッ素アパタイト、塩素アパタイト、β‐TCP、α‐TCP、メタリン酸カルシウム、リン酸四カルシウム、リン酸水素カルシウム、第二リン酸カルシウム、リン酸八カルシウム、リン酸水素カルシウム二水和物、リン酸カルシウム系ガラス、これらリン酸カルシウム混合物、アルミナ、ジルコニア等が例示される。
1. “Ceramics” according to the present invention is a sintered inorganic solid material, specifically, hydroxyapatite, carbonate apatite, fluorapatite, chlorapatite, β-TCP, α-TCP, calcium metaphosphate, Examples include tetracalcium phosphate, calcium hydrogen phosphate, dicalcium phosphate, octacalcium phosphate, calcium hydrogen phosphate dihydrate, calcium phosphate glass, a mixture of these calcium phosphates, alumina, zirconia, and the like.
本発明にかかる「セラミックス顆粒」は、”顆粒”という用語に限定されず、粒、小ブロック、粉砕状体等の小体すべてを包含し、それぞれ均一、不均一何れでもよい前記小体の集合物を意味する。なお、好ましくは、顆粒は球形に近い形状であることが製造上、強度、充填率の調整、再現性、操作性等の点で、好適である。 The “ceramic granule” according to the present invention is not limited to the term “granule”, but includes all small bodies such as grains, small blocks, and pulverized bodies, each of which may be uniform or non-uniform. Means a thing. In addition, it is preferable that the granules have a shape close to a spherical shape in terms of manufacturing, adjustment of strength, filling rate, reproducibility, operability, and the like.
本発明では、上記セラミックス顆粒をゼラチンハイドロゲルとともに複合体を形成させ、骨欠損部等の硬組織補填材あるいは薬剤徐放基材として用いる。したがって、複合体は骨新生に必要な細胞が入り込み易い状態に形成されることが望ましく、それゆえ、セラミックス顆粒間の間隙が、3〜350μm、好ましくは100〜300μmとなるように、セラミックス顆粒の直径も選択される。すなわち、顆粒一粒の寸法は、平均粒径3μm〜5mm、好ましくは500〜850μmである。 In the present invention, the ceramic granule is formed into a composite with gelatin hydrogel and used as a hard tissue filling material such as a bone defect or a drug sustained-release base. Therefore, it is desirable that the composite is formed so that cells necessary for osteogenesis can easily enter. Therefore, the gap between the ceramic granules is 3 to 350 μm, preferably 100 to 300 μm. The diameter is also selected. That is, the size of one granule is an average particle size of 3 μm to 5 mm, preferably 500 to 850 μm.
2.セラチンハイドロゲル
本発明にかかる「ゼラチンハイドロゲル」とは、ゼラチンに熱反応等を与えることによりゼラチン分子間に架橋を形成させて得られるハイドロゲルのことである。
ここで「ゼラチン」とは、熱湯処理等によりコラーゲンのペプチド連鎖間の塩類結合や水素結合が開裂して、非可逆的に水溶性蛋白質に変化した変性コラーゲンを意味する。
2. Seratin hydrogel The “gelatin hydrogel” according to the present invention is a hydrogel obtained by forming a cross-link between gelatin molecules by giving a thermal reaction or the like to gelatin.
Here, “gelatin” means denatured collagen that has been irreversibly changed to a water-soluble protein by cleaving a salt bond or a hydrogen bond between peptide chains of collagen by hot water treatment or the like.
本発明で用いられるゼラチンは、酸性ゼラチン及び塩基性ゼラチンのいずれであってもよい。本明細書において「酸性ゼラチン」とは、コラーゲンをアルカリ処理して調製した等電点が7.0未満2.0以上のゼラチン、好ましくは6.5以下4.0以上、より好ましくは5.5以下4.5以上のものが意図される。また「塩基性ゼラチン」とは、コラーゲンを酸処理して調製した等電点が7.0以上13.0以下のゼラチン、好ましくは7.5以上10.0以下、より好ましくは8.5以上9.5以下のものが意図される。たとえば、「酸性ゼラチン」としては、新田ゼラチン社の試料等電点(IEP)5.0等を使用することができ、塩基性ゼラチンとしては同じく新田ゼラチン社の試料IEP9.0等を使用することができる。 The gelatin used in the present invention may be either acidic gelatin or basic gelatin. In the present specification, “acidic gelatin” means gelatin having an isoelectric point prepared by alkali treatment of collagen and having an isoelectric point of less than 7.0 and not less than 2.0, preferably not more than 6.5 and not less than 4.0, more preferably 5. 5 or more and 4.5 or more are intended. The “basic gelatin” is gelatin having an isoelectric point of 7.0 or more and 13.0 or less prepared by acid treatment of collagen, preferably 7.5 or more and 10.0 or less, more preferably 8.5 or more. Less than 9.5 is contemplated. For example, Nitta Gelatin's sample isoelectric point (IEP) 5.0 or the like can be used as “acidic gelatin”, and Nitta Gelatin's sample IEP 9.0 or the like can be used as basic gelatin. can do.
いずれのゼラチンを用いるかは、配合する薬効成分や用途に応じて適宜選択される。たとえば、bFGFは酸性条件下で安定であるため、こうした薬剤を配合する場合には、酸性ゼラチンが用いられる。一方、塩基性条件下で安定な薬剤を配合する場合には、塩基性ゼラチンが用いられる。 Which gelatin is used is appropriately selected according to the medicinal component to be blended and the use. For example, bFGF is stable under acidic conditions, so acidic gelatin is used when formulating such drugs. On the other hand, when gelatin is formulated that is stable under basic conditions, basic gelatin is used.
ゼラチンの架橋度は、所望の含水率、すなわちハイドロゲルの生体吸収性のレベルに応じて適宜選択することができる。架橋は、ゼラチンを構成するコラーゲンのどの部分を架橋するものであってもよいが、特にカルボキシル基と水酸基、カルボキシル基とε-アミノ基、ε-アミノ基同士を架橋することが好ましい。こうして架橋を導入することにより、複合体は所望の機械的強度特性を有するようになる。また、架橋の導入率によって、生体内での分解速度(残存期間)も制御することができる。一般に、ゼラチン及び架橋剤の濃度、架橋時間が増大するとともにハイドロゲルの架橋度は増加し、生体吸収性は低くなる。 The degree of crosslinking of gelatin can be appropriately selected according to the desired water content, that is, the level of bioabsorbability of the hydrogel. The cross-linking may be any part of the collagen constituting the gelatin, but it is particularly preferable to cross-link the carboxyl group and the hydroxyl group, the carboxyl group and the ε-amino group, or the ε-amino group. By introducing cross-linking in this way, the composite has the desired mechanical strength properties. Further, the degradation rate (remaining period) in the living body can also be controlled by the introduction rate of crosslinking. In general, as the concentration of gelatin and the crosslinking agent and the crosslinking time increase, the degree of crosslinking of the hydrogel increases and the bioabsorbability decreases.
ゼラチンの架橋度は含水率を指標として評価することができる。含水率とは膨潤ハイドロゲルの重量に対するハイドロゲル中の水の重量パーセントである。含水率が大きければハイドロゲルの架橋度は低くなり、分解されやすくなる。好ましい徐放性効果を示す含水率としては約80〜99w/w%であり、さらに好ましいものとしては、約95〜98w/w%のものが挙げられる。 The degree of crosslinking of gelatin can be evaluated using the water content as an index. The water content is the weight percent of water in the hydrogel relative to the weight of the swollen hydrogel. If the water content is large, the degree of crosslinking of the hydrogel is low and it is easily decomposed. The water content showing a preferable sustained-release effect is about 80 to 99 w / w%, and more preferably about 95 to 98 w / w%.
架橋は、熱反応、架橋剤や縮合剤を用いた化学的架橋、γ線、紫外線、電子線等を用いた物理的架橋などの方法で行うことができる。化学的架橋の場合、用いられる架橋剤としては、例えば、グルタールアルデヒド、ホルムアルデヒド等のアルデヒド系架橋剤;ヘキサメチレンジイソシアネート等のイソシアネート系架橋剤;1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩等のカルボジド系架橋剤;エチレングリコールジエチルエーテル等のポリエポキシ系架橋剤;トランスグルタミナーゼ等が挙げられ、添加する架橋剤の量は、用いる架橋剤によって適宜設定される。 Crosslinking can be performed by a method such as thermal reaction, chemical crosslinking using a crosslinking agent or a condensing agent, physical crosslinking using γ rays, ultraviolet rays, electron beams, or the like. In the case of chemical crosslinking, examples of the crosslinking agent used include aldehyde-based crosslinking agents such as glutaraldehyde and formaldehyde; isocyanate-based crosslinking agents such as hexamethylene diisocyanate; 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) Examples thereof include carbozide-based crosslinking agents such as carbodiimide hydrochloride; polyepoxy-based crosslinking agents such as ethylene glycol diethyl ether; transglutaminase and the like. The amount of the crosslinking agent to be added is appropriately set depending on the crosslinking agent to be used.
熱反応により架橋を形成させる場合、具体的には、真空状態下で140℃から160℃にて、6時間から72時間の範囲の条件で行うことができ、その条件設定によりゼラチンハイドロゲルの生体内での分解速度(残存期間)を制御することが可能である。 When the crosslink is formed by a thermal reaction, specifically, it can be carried out under a vacuum condition at 140 ° C. to 160 ° C. for 6 hours to 72 hours. It is possible to control the degradation rate (remaining period) in the body.
3.複合体の製造方法
本発明にかかる硬組織補填材は、前記したセラミックス顆粒と架橋された酸性又は塩基性ゼラチンハイドロゲルを含む複合体からなる。前記複合体において、ゼラチンハイドロゲルはセラミックス顆粒のバインダーとして機能するとともに、薬効成分の徐放基材として機能する。
3. Method for Producing Composite The hard tissue filling material according to the present invention is composed of a composite containing an acidic or basic gelatin hydrogel crosslinked with the above-described ceramic granules. In the composite, the gelatin hydrogel functions as a binder for ceramic granules and also functions as a sustained-release base for medicinal components.
前記複合体は、セラミックス顆粒にゼラチンハイドロゲル水溶液を混合し、凍結乾燥後、架橋反応を行うことにより作成される。 The composite is prepared by mixing an aqueous gelatin hydrogel solution with ceramic granules, and performing a crosslinking reaction after lyophilization.
まず、セラミックス顆粒と酸性又は塩基性ゼラチンハイドロゲル水溶液を混合する。このとき、最終的な両者の配合比率は、体積比として、セラミクス/ゼラチン水溶液=1/1000〜1/10、好ましくは1/600〜1/60となるようにする。 First, ceramic granules and an acidic or basic gelatin hydrogel aqueous solution are mixed. At this time, the final mixing ratio of the two is such that the volume ratio of ceramics / gelatin aqueous solution is 1/1000 to 1/10, preferably 1/600 to 1/60.
つぎに、上記混合物を常法に従い凍結乾燥させる。この凍結乾燥工程によって、複合体内に無数の気孔が形成され、所望の気孔率と気孔径を有する多孔質複合体が得られる。 Next, the mixture is freeze-dried according to a conventional method. By this lyophilization process, countless pores are formed in the composite, and a porous composite having a desired porosity and pore diameter is obtained.
次いで、凍結乾燥した複合体に架橋を施す。架橋は、前述したように、熱反応、架橋剤や縮合剤を用いた化学的架橋、γ線、紫外線、電子線等を用いた物理的架橋などの方法で行うことができるが、本発明においては熱架橋を施すことが好ましい。化学架橋を行うと架橋剤がセラミック表面に付着して残存したり、複合体の表面のみ架橋されて均一な架橋ができない可能性があるからである。これに対し、熱架橋の場合、ゼラチンハイドロゲル全体に均一な架橋が形成され、所望の徐放効果が達成される。 The lyophilized composite is then crosslinked. As described above, the crosslinking can be performed by a method such as a thermal reaction, chemical crosslinking using a crosslinking agent or a condensing agent, physical crosslinking using γ rays, ultraviolet rays, electron beams, etc. Is preferably subjected to thermal crosslinking. This is because when the chemical crosslinking is performed, the crosslinking agent may remain attached to the ceramic surface, or only the surface of the composite may be crosslinked and uniform crosslinking may not be performed. On the other hand, in the case of thermal crosslinking, uniform crosslinking is formed in the entire gelatin hydrogel, and a desired sustained release effect is achieved.
ゼラチンハイドロゲルの分解性は架橋度によって制御される。その分解性は動物体内、例えばマウス皮下組織で3日〜4ヶ月の範囲でコントロールが可能である。本発明では分解性が早すぎると補填剤としての役割が果たせず、予期しない組織、軟組織が侵入増殖してしまう(骨組織よりも再生スピードが大きいため)。逆に遅いとその残存が物理的に組織再生を邪魔する。そこで分解性としては1〜6週間、好ましくは2〜4週間に設定した。 The degradability of gelatin hydrogel is controlled by the degree of crosslinking. Its degradability can be controlled within the range of 3 days to 4 months in the animal body, for example, mouse subcutaneous tissue. In the present invention, if the degradability is too fast, the role as a filling agent cannot be fulfilled, and unexpected tissues and soft tissues invade and proliferate (because the regeneration speed is higher than that of bone tissues). On the other hand, if it is slow, its remaining physically interferes with tissue regeneration. Therefore, the degradability was set to 1 to 6 weeks, preferably 2 to 4 weeks.
上記凍結乾燥及び架橋工程によって、複合体は一定の形状に成型される。また、ゼラチンハイドロゲルが乾燥された状態になるため、長期間の保存が可能になる。複合体の形状は、特に限定されないが、例えば、円柱状、角柱状、シート状、ディスク状、球状、粒子状などを挙げることができる。円柱状、角柱状、シート状、ディスク状のものは、埋込片として用いるのに適しており、あるいは細かく砕いて粒子状にして用いることも可能である。また、球状、粒子状、ペースト状のものは注射投与も可能である。 The composite is formed into a certain shape by the freeze-drying and crosslinking steps. Further, since the gelatin hydrogel is in a dried state, it can be stored for a long time. The shape of the composite is not particularly limited, and examples thereof include a columnar shape, a prismatic shape, a sheet shape, a disk shape, a spherical shape, and a particle shape. A cylindrical shape, a prismatic shape, a sheet shape, or a disk shape is suitable for use as an embedded piece, or can be finely pulverized into particles. In addition, spherical, particulate, and paste-like materials can be administered by injection.
4.硬組織補填材
上記方法によって得られた複合体は、連通孔を有し、各構成成分がともに生分解性であるため、細胞の侵入性が良好で、かつ、骨伝導性に優れている。しかも、架橋によって機械的強度特性と生体内滞留性(適度な生体内分解速度)を制御することができる。従って、骨充填剤等の整形外科領域や歯科領域で用いられる硬組織補填材(インプラント)に適している。
4). Hard tissue prosthetic material The composite obtained by the above method has communication holes, and each constituent component is biodegradable, so that the invasion property of the cells is good and the bone conductivity is excellent. In addition, mechanical strength characteristics and in vivo retention (appropriate in vivo degradation rate) can be controlled by crosslinking. Therefore, it is suitable for a hard tissue filling material (implant) used in an orthopedic region such as a bone filler or a dental region.
本発明の硬組織補填材は、必要に応じて、その他の成分を含有させることもできる。かかる成分としては、St、Mg、CO3等の無機塩、クエン酸、リン脂質等の有機物、骨形成因子や骨成長因子、抗ガン剤等の薬効成分が挙げられる。後述するように、薬効成分を含有させた場合、硬組織補填材を構成する複合体はその徐放基材として機能する。 The hard tissue filling material of the present invention can contain other components as necessary. Examples of such components include inorganic salts such as St, Mg and CO 3 , organic substances such as citric acid and phospholipids, and medicinal components such as bone morphogenetic factors, bone growth factors and anticancer agents. As will be described later, when a medicinal component is contained, the composite constituting the hard tissue filling material functions as a sustained release substrate.
また、ゼラチンハイドロゲルの安定性や薬効成分放出の持続性等の目的に応じて、アミノ糖あるいはその高分子量体やキトサンオリゴマー、塩基性アミノ酸あるいはそのオリゴマーや高分子量体、ポリアリルアミン、ポリジエチルアミノエチルアクリルアミド、ポリエチレンイミン等の塩基性高分子等を加えてもよい。
本発明の硬組織補填材は、骨欠損部へ充填される骨充填材の他、歯科インプラント埋入やその他硬組織に関連する手術時の顎骨への過度の損傷を与えた場合や、応急処置を必要とする場合に用いられる仮の補綴材として用いても良い。
In addition, depending on the purpose such as the stability of gelatin hydrogel and the sustained release of medicinal components, amino sugar or its high molecular weight or chitosan oligomer, basic amino acid or its oligomer or high molecular weight, polyallylamine, polydiethylaminoethyl Basic polymers such as acrylamide and polyethyleneimine may be added.
The hard tissue prosthetic material of the present invention is a bone filler filled in a bone defect part, dental implant placement, and other cases where excessive damage to the jaw bone at the time of surgery related to hard tissue is performed, or emergency treatment It may be used as a temporary prosthetic material used when it is necessary.
5.薬剤徐放性基材
本発明で得られるセラミックス顆粒と、ゼラチンハイドロゲル水溶液の複合体は、これを凍結乾燥させた後、熱架橋反応を行うことで、 ゼラチンハイドロゲルが乾燥された状態になり、長期間の保存が可能になる。再びシリンジ後部より骨形成因子や骨成長因子等の薬効成分を含浸させることにより、薬剤徐放効果を付与した補填材を得ることができる。
5). Sustained drug release substrate The composite of the ceramic granule obtained in the present invention and the gelatin hydrogel aqueous solution is freeze-dried and then subjected to a thermal crosslinking reaction, whereby the gelatin hydrogel is dried. Long-term storage is possible. By again impregnating medicinal components such as bone formation factors and bone growth factors from the back of the syringe, it is possible to obtain a filling material imparted with a sustained drug release effect.
本発明における薬効成分としては、例えば、抗腫瘍剤、抗菌剤、抗炎症剤、抗ウイルス剤、抗エイズ剤、ホルモンなどの低分子薬物、骨形成因子又は骨成長因子を含む生理活性ペプチド、蛋白質、糖蛋白質、多糖類、核酸等が挙げられる。特に50,000以下程度の分子量を持つものが好ましい。これらの薬効成分は天然から得られる物質でも合成により製造される物質でもよい。 Examples of the medicinal component in the present invention include an antitumor agent, an antibacterial agent, an anti-inflammatory agent, an antiviral agent, an anti-AIDS agent, a low molecular drug such as a hormone, a bioactive peptide or protein containing a bone morphogenetic factor or a bone growth factor. , Glycoproteins, polysaccharides, nucleic acids and the like. Particularly preferred are those having a molecular weight of about 50,000 or less. These medicinal ingredients may be natural substances or synthetically produced substances.
具体的には、上皮成長因子(EGF)、線維芽細胞成長因子(FGF)、血小板由来成長因子(PDGF)、肝細胞成長因子(HGF)、トランスフォーミング成長因子(TGF)、インスリン様増殖因子(IGF)、などの細胞増殖因子、特に骨再生に関してはBMP−2、BMP−4、BMP−5、BMP−6、BMP−7(OP−1)及びBMP−8(OP−2)等の骨形成タンパク質(BMP)、グリア誘導神経栄養因子(GDNF)、神経栄養因子(NF)、歯科臨床でひろく用いられている多数の細胞増殖因子を含む多血小板血漿(PRP)、インターフェロン、インターロイキン-2、イフォスファミドなどの抗がん剤、ストレプトマイシン、ゲンタマイシン、ガチフロキサシンなどの抗生物質、アトルバスタチン(atorvastatin)、プラバスタチン(pravastatin)、シンバスタチン(simvastatin)のようなコレステロール低下剤、リドカイン、硫酸プロタミン、ヨウ化ヒプル酸ナトリウム、ヨウ化スルホプロモフタレイン、ヘパリンナトリウム、ブドウ糖、ノルエピネフリン、デキストラン、チオペンタールナトリウム、クロム酸ナトリウム注、キシリトール、塩酸プロカイン、塩酸テトラカイン、塩化ツボクラリン、塩化スキサメトニウム、無晶性インシュリン亜鉛、亜硝酸アミル、アジマリン等が例示される。 Specifically, epidermal growth factor (EGF), fibroblast growth factor (FGF), platelet derived growth factor (PDGF), hepatocyte growth factor (HGF), transforming growth factor (TGF), insulin-like growth factor ( BGF-2, BMP-4, BMP-5, BMP-6, BMP-7 (OP-1) and BMP-8 (OP-2) and other bone growth factors such as IGF) Forming protein (BMP), glial-induced neurotrophic factor (GDNF), neurotrophic factor (NF), platelet-rich plasma (PRP) containing many cell growth factors widely used in dentistry, interferon, interleukin-2 , Anticancer drugs such as ifosfamide, antibiotics such as streptomycin, gentamicin, gatifloxacin, atorvastatin, Cholesterol-lowering agents such as pravastatin, simvastatin, lidocaine, protamine sulfate, sodium iodohypurate, iodosulfopromophthalein, heparin sodium, glucose, norepinephrine, dextran, thiopental sodium, sodium chromate injection Xylitol, procaine hydrochloride, tetracaine hydrochloride, tubocurarine chloride, squismethonium chloride, amorphous insulin zinc, amyl nitrite, azimarin and the like.
なかでも、FGF、BMP、TGF‐β、IGF及びPDGFを含む骨形成因子又は骨成長因子が好ましい。 Of these, bone morphogenetic or bone growth factors including FGF, BMP, TGF-β, IGF and PDGF are preferred.
上記薬効成分は、セラミックス顆粒とゼラチンハイドロゲル水溶液からなる複合体を形成した後、前記複合体に含浸させればよい。複合体の一方の面から薬効成分を含む溶液を滴下するか、又はディフュージョンチャンバ等の装置を用いて、濃度の異なる薬効成分溶液の入ったセルの間に複合体を配置して薬物を含浸させれば、複合体に薬効成分の濃度勾配を形成することもできる。 The medicinal component may be impregnated in the composite after forming a composite composed of ceramic granules and an aqueous gelatin hydrogel solution. Drop the solution containing the medicinal component from one side of the complex or use a device such as a diffusion chamber to place the complex between cells containing medicinal component solutions of different concentrations and impregnate the drug. Then, a concentration gradient of medicinal components can be formed in the complex.
ゼラチンハイドロゲル(複合体)に対する薬効成分の配合比は、モル比で約5倍量以下であることが好ましい。さらに好ましくは、約5〜約1/104倍量のモル比である。この含浸操作は、通常、4−37℃で15分間−1時間、好ましくは4−25℃で15−30分間で終了し、その間にゼラチンハイドロゲルは薬効成分を含む溶液で膨潤し、ゼラチンハイドロゲルと物理化学的相互作用によって複合化され、ハイドロゲル内に固定される。薬効成分とゼラチンハイドロゲルとの結合には、クーロン力、水酸結合力、疎水性相互作用などの物理学的相互作用の他、薬物の官能基又は金属とハイドロゲル上の官能基との間の配位結合などが単独あるいは複合的に関与していると考えられる。 The compounding ratio of the medicinal component to the gelatin hydrogel (composite) is preferably about 5 times or less in terms of molar ratio. More preferably, the molar ratio is about 5 to about 1/10 4 times. This impregnation operation is usually completed at 4-37 ° C. for 15 minutes to 1 hour, preferably at 4-25 ° C. for 15-30 minutes, during which time the gelatin hydrogel swells with a solution containing a medicinal component, It is combined with the gel by physicochemical interaction and fixed in the hydrogel. In addition to the physical interaction such as Coulomb force, hydroxyl bond strength, and hydrophobic interaction, the medicinal component and gelatin hydrogel can be bonded between the functional group of the drug or the metal and the functional group on the hydrogel. It is considered that a coordination bond of is involved alone or in combination.
薬効成分は、ゼラチンハイドロゲルが生体内で分解されるに従って複合体外部へと徐々に放出される。この放出速度は、使用するゼラチンハイドロゲルの生体における分解及び吸収の程度、ならびに複合体内での薬効成分とゼラチンハイドロゲルとの結合の強さの程度及び安定性により決定される。ゼラチンハイドロゲルの生体における分解及び吸収の程度は、ハイドロゲル作製時における架橋の程度を調節することにより調節することができる。 The medicinal component is gradually released out of the complex as the gelatin hydrogel is degraded in vivo. This release rate is determined by the degree of degradation and absorption in the living body of the gelatin hydrogel used, and the degree and stability of the bond strength between the medicinal ingredient and the gelatin hydrogel in the complex. The degree of degradation and absorption of gelatin hydrogel in the living body can be adjusted by adjusting the degree of crosslinking during the preparation of the hydrogel.
本発明において、薬効成分として核酸等の負に荷電した物質を用いる場合には、薬効成分とゼラチンハイドロゲルとの安定な複合体が形成されるよう、ゼラチンハイドロゲルが正に荷電していることが好ましい。薬効成分の有する負の電荷と、ゼラチンハイドロゲルの有する正の電荷とが強力に結合(イオン結合)することによって安定なゼラチンハイドロゲル複合体が形成される。ゼラチンハイドロゲルを正に荷電させるためには、ゼラチンハイドロゲルに予めアミノ基等を導入することによってカチオン化することができる。このことにより、ゼラチンハイドロゲルと薬効成分との結合力が増し、より安定したゼラチンハイドロゲル複合体を形成することができる。 In the present invention, when a negatively charged substance such as nucleic acid is used as the medicinal component, the gelatin hydrogel is positively charged so that a stable complex of the medicinal component and the gelatin hydrogel is formed. Is preferred. A stable gelatin hydrogel complex is formed by a strong bond (ionic bond) between the negative charge of the medicinal component and the positive charge of the gelatin hydrogel. In order to positively charge the gelatin hydrogel, it can be cationized by previously introducing an amino group or the like into the gelatin hydrogel. This increases the binding force between the gelatin hydrogel and the medicinal component, and a more stable gelatin hydrogel complex can be formed.
カチオン化の工程は、生理条件下でカチオン化する官能基を導入し得る方法であれば特に限定されないが、ゼラチンの有する水酸基あるいはカルボキシル基等に1、2又は3級のアミノ基又はアンモニウム基を温和な条件下で導入する方法が好ましい。例えばエチレンジアミン、N,N−ジメチル−1,3−ジアミノプロパン等のアルキルジアミンや、トリメチルアンモニウムアセトヒドラジド、スペルミン、スペルミジン又はジエチルアミド塩化物等を、種々の縮合剤、例えば1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩、塩化シアヌル、N,N’−カルボジイミダゾール、臭化シアン、ジエポキシ化合物、トシルクロライド、ジエチルトリアミン−N,N,N’,N’’,N’’−ペンタン酸ジ無水物等のジ無水物化合物、トリシルクロリド等を用いて反応させる方法がある。中でもエチレンジアミンを反応させる方法が簡便且つ汎用性があり好適である。 The cationization step is not particularly limited as long as it is a method capable of introducing a functional group that can be cationized under physiological conditions, but a 1, 2 or tertiary amino group or ammonium group is added to the hydroxyl group or carboxyl group of gelatin. A method of introducing under mild conditions is preferred. For example, alkyldiamines such as ethylenediamine, N, N-dimethyl-1,3-diaminopropane, trimethylammonium acetohydrazide, spermine, spermidine, diethylamide chloride, and the like can be used with various condensing agents such as 1-ethyl-3- (3 -Dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride, cyanuric chloride, N, N'-carbodiimidazole, cyanogen bromide, diepoxy compound, tosyl chloride, diethyltriamine-N, N, N ', N ", N" -pentane There exists the method of making it react using dianhydride compounds, such as an acid dianhydride, trisyl chloride, etc. Of these, the method of reacting ethylenediamine is preferred because it is simple and versatile.
本発明の薬効成分含有硬組織補填材は任意の方法で生体に投与することができるが、目的とする特定部位で薬効成分を方向性をもって持続的に放出させるためには局所投与が特に好ましい。また必要に応じて製剤上許容し得る担体(安定化剤、保存剤、可溶化剤、pH調整剤、増粘剤等)と混合してもよい。さらに徐放効果を調節する各種添加剤を含めてもよい。なお、製剤化にあたっては、除菌濾過等の無菌化工程を経ることが望ましい。 The medicinal component-containing hard tissue filling material of the present invention can be administered to a living body by an arbitrary method, but local administration is particularly preferable in order to continuously release the medicinal component at a specific target site with directionality. If necessary, it may be mixed with a pharmaceutically acceptable carrier (stabilizer, preservative, solubilizer, pH adjuster, thickener, etc.). Further, various additives for adjusting the sustained release effect may be included. In addition, it is desirable to pass through sterilization processes, such as sterilization filtration, in formulation.
本発明の硬組織補填材は、薬効成分の徐放性効果と安定化効果を持つため、所望の部位において薬効成分を制御された方向性をもって長時間にわたって放出することができる。そのため、薬効成分の作用が病巣部位内で効果的に発揮される。 Since the hard tissue filling material of the present invention has a sustained release effect and a stabilization effect of a medicinal component, the medicinal component can be released at a desired site with a controlled direction for a long time. Therefore, the action of the medicinal component is effectively exhibited within the lesion site.
本発明の硬組織補填材は、簡単な製造方法と、生体硬組織へ補綴可能な程度の強度を備えながら、薬剤徐放用の生体埋入基材としても有用性が高い。本発明の硬組織補填材は、セラミックス顆粒とゼラチンとが混合され、所望により骨形成因子や骨成長因子等の薬効成分を含むため、セラミックス内における細胞の増殖が促進され、迅速に生体組織の再生を図ることが可能となる。さらに、架橋されたゼラチンハイドロゲルが薬効成分を徐放させるための担体材料として機能し、成長因子を安定化させるとともに、生物活性をもつ因子を長期間にわたって放出させ、生体組織細胞の増殖を促進することができる。これにより、より大きな容積をもつ生体組織の迅速な再生と再生組織の維持が実現できる。 The hard tissue prosthetic material of the present invention is highly useful as a biological implant base material for sustained drug release, while having a simple manufacturing method and strength sufficient to be prosthetic to a biological hard tissue. The hard tissue filling material of the present invention is a mixture of ceramic granules and gelatin, and optionally contains medicinal ingredients such as bone formation factors and bone growth factors. Reproduction can be achieved. Furthermore, cross-linked gelatin hydrogel functions as a carrier material for sustained release of medicinal ingredients, stabilizes growth factors, releases bioactive factors over a long period of time, and promotes the growth of biological tissue cells can do. Thereby, rapid regeneration of a living tissue having a larger volume and maintenance of the regenerated tissue can be realized.
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited by these Examples.
実施例1:顆粒状セラミックスとゼラチンハイドロゲルからなる硬組織補填材
(1)β−TCPからなる顆粒状のセラミックスは、直径0.5〜1.5mmのオスフェリオンG1(登録商標)を用いた。シリンジの先端部を切断し、填入した顆粒状のセラミックス材が漏出しないようパラフィルム(登録商標)のような薄いシート材で覆った。さらに、余剰なゼラチンハイドロゲル水溶液を排出するためにシート材に穴を開け成型用容器を作製した。
(2)酸性ゼラチン(等電点5.0)は、新田ゼラチン(大阪)から入手した。ゼラチン0.5gと超純水(Milli Q)4.5gをビーカーに入れ、30分間室温で静置した。その後、40℃に加温しながら、30分間撹拌し、10wt%ゼラチン水溶液を作製した。
(3)成型用容器に顆粒状セラミックス0.2gを填入し、10%ゼラチンハイドロゲル水溶液300μLをピストン後部から注入し攪拌した後、先端から顆粒状セラミックス材が漏れ出ないようにゼラチンハイドロゲル水溶液のみを押し出す。その際、シート材も一緒に押し出されないように、手でおさえるか、固定バンド等で固定する等の手段を用いる等して抑える。室温にて30分間静置した。
(4)凍結乾燥 作製した複合体を成型容器のままプラスチックトレイに入れ、−80℃のフリーザーで凍結した。その後凍結した複合体を常法に従い凍結乾燥した。
(5)熱架橋 真空状態140℃で36時間加熱することによりゼラチン分子が架橋され、筒状に成型された状態で得られた(図1)。
Example 1: Hard tissue filling material composed of granular ceramic and gelatin hydrogel (1) As the granular ceramic composed of β-TCP, Osferion G1 (registered trademark) having a diameter of 0.5 to 1.5 mm was used. The tip of the syringe was cut and covered with a thin sheet material such as Parafilm (registered trademark) so that the filled granular ceramic material did not leak. Further, in order to discharge the excess gelatin hydrogel aqueous solution, a hole was formed in the sheet material to produce a molding container.
(2) Acidic gelatin (isoelectric point 5.0) was obtained from Nitta Gelatin (Osaka). 0.5 g of gelatin and 4.5 g of ultrapure water (Milli Q) were placed in a beaker and allowed to stand at room temperature for 30 minutes. Then, it stirred for 30 minutes, heating at 40 degreeC, and produced 10 wt% gelatin aqueous solution.
(3) 0.2 g of granular ceramics is filled in a molding container, 300 μL of 10% gelatin hydrogel aqueous solution is injected from the rear of the piston and stirred, and then the gelatin hydrogel is prevented from leaking from the tip. Extrude only the aqueous solution. At that time, it is suppressed by using a means such as holding by a hand or fixing with a fixing band or the like so that the sheet material is not pushed out together. The mixture was allowed to stand at room temperature for 30 minutes.
(4) Freeze-drying The produced composite was put into a plastic tray as a molded container and frozen in a freezer at -80 ° C. Thereafter, the frozen complex was lyophilized according to a conventional method.
(5) Thermal cross-linking Gelatin molecules were cross-linked by heating at 140 ° C. for 36 hours in a vacuum state and obtained in a state of being molded into a cylindrical shape (FIG. 1).
実施例2:顆粒状セラミックスとゼラチンハイドロゲルからなる硬組織補填材の構造
実施例1で作製した顆粒状セラミックスとゼラチンハイドロゲルからなる硬組織補填材の、表面及び割断面を走査型電子顕微鏡SEMにて観察した。その結果、硬組織補填材内のβ-TCP顆粒の間隙に気孔を持った網目状のゼラチンの構造が観察され、その平均気孔径は340μmであった。このことから、本発明のセラミックス顆粒と、ゼラチンハイドロゲル水溶液の複合体は連通気孔構造を有し、細胞の増殖とその後の骨組織形成に有利な構造をもつことが示された(図2)。
Example 2: Structure of hard tissue filling material composed of granular ceramic and gelatin hydrogel Scanning electron microscope SEM of the surface and fractured surface of the hard tissue filling material composed of granular ceramic and gelatin hydrogel prepared in Example 1 Observed. As a result, a network-like gelatin structure having pores in the gaps between the β-TCP granules in the hard tissue filling material was observed, and the average pore diameter was 340 μm. From this, it was shown that the composite of the ceramic granule of the present invention and the gelatin hydrogel aqueous solution has a continuous pore structure and a structure advantageous for cell proliferation and subsequent bone tissue formation (FIG. 2). .
実施例3:顆粒状セラミックスとゼラチンハイドロゲルからなる硬組織補填材の細胞接着能
実施例1で作製した顆粒状セラミックスとゼラチンハイドロゲルからなる硬組織補填材の、細胞接着能を検討した。比較対象として、アルギン酸カルシウムを用いた球状セラミックス複合体を用いて各材料間における細胞接着能の差を細胞増殖活性(MTTアッセイ)の測定にて検討した。
Example 3: Cell adhesion ability of hard tissue filling material comprising granular ceramic and gelatin hydrogel The cell adhesion ability of the hard tissue filling material comprising granular ceramic and gelatin hydrogel prepared in Example 1 was examined. As a comparison object, the difference in cell adhesion ability between each material was examined by measuring the cell proliferation activity (MTT assay) using a spherical ceramic composite using calcium alginate.
アルギン酸カルシウムを用いた球状セラミックス複合体は以下の様に作製した。すなわち、直径500〜700μmのβ-TCPからなる球状に成形したセラミックスをビーカー中で1%塩化カルシウム水溶液に30秒浸し、60℃の乾燥機中で水分を蒸発させコーティングを行った。コーティングされたセラミックスを、先端がカットされたシリンジに装填し、セラミックス材が漏出せず、アルギン酸ナトリウム水溶液が通過できる程度の間隙ができるようにパラフィルム(登録商標)のような薄いシート材で覆った後、1%アルギン酸ナトリウム水溶液をシリンジのピストン側から注ぎいれアルギン酸ナトリウム水溶液のみを押し出すことによって、塩化カルシウムによりアルギン酸ナトリウムをゲル化させ、筒状に成型された球状セラミックス/アルギン酸複合体を作製した。 A spherical ceramic composite using calcium alginate was prepared as follows. Specifically, a spherically shaped ceramic made of β-TCP having a diameter of 500 to 700 μm was immersed in a 1% calcium chloride aqueous solution for 30 seconds in a beaker, and water was evaporated in a dryer at 60 ° C. for coating. Load the coated ceramics into a syringe with a cut end, and cover with a thin sheet material such as Parafilm (registered trademark) so that the ceramic material does not leak out and a gap that allows sodium alginate aqueous solution to pass through. After that, 1% sodium alginate aqueous solution was poured from the piston side of the syringe and only the sodium alginate aqueous solution was extruded to gel the sodium alginate with calcium chloride, thereby producing a spherical ceramic / alginate composite molded into a cylindrical shape. .
各複合体を細胞培養基材上に圧接し、3万個/mlの濃度のマウス頭蓋冠由来骨芽細胞様細胞を播種し、37℃で3時間培養後の細胞増殖活性をMTTアッセイにて測定し、付着細胞数とした。 Each complex was pressed onto a cell culture substrate, seeded with mouse calvaria-derived osteoblast-like cells at a concentration of 30,000 cells / ml, and cell proliferation activity after 3 hours of culture at 37 ° C. was determined by MTT assay. Measured and taken as the number of adherent cells.
結果を図3に示した。図3において、controlは培養皿群、gelatinは顆粒状セラミックスとゼラチンハイドロゲルからなる硬組織補填材群、alginateはアルギン酸カルシウムを用いた球状セラミックス複合体=アルギン酸群を表す。その結果、3時間後における初期細胞接着数は、アルギン酸群に対して有意に高い値を示した。このことから本発明は、アルギン酸カルシウムを用いた顆粒状セラミックス複合体に比べより高い細胞接着能と生体適合性を有する骨補填材であることが示された。 The results are shown in FIG. In FIG. 3, control represents a culture dish group, gelatin represents a hard tissue filling material group composed of granular ceramics and gelatin hydrogel, and alginate represents a spherical ceramic composite = alginic acid group using calcium alginate. As a result, the initial cell adhesion number after 3 hours was significantly higher than that of the alginic acid group. From this, it was shown that the present invention is a bone grafting material having higher cell adhesion ability and biocompatibility than granular ceramic composites using calcium alginate.
実施例4:バインダー材料の分解と薬物の徐放性の検討−マウス皮下における徐放性試験
実施例1で作製した顆粒状セラミックスとゼラチンハイドロゲルからなる硬組織補填材の薬物徐放能を検討した。
Example 4: Examination of degradation of binder material and sustained release of drug-Sustained release test in mice Subcutaneous study of sustained release of hard tissue filling material made of granular ceramic and gelatin hydrogel prepared in Example 1 did.
方法
(1)放射線標識にはクロラミンT法を用いた。すなわち、1mg/mlの bFGF水溶液10μlに0.5M pottasium phosphate buffer(KPB:pH 7.5)を190μl加え、5μlのNa125I(740Mbq/ml in 0.1 N NaOH)を混和した。続いて0.2mg/mlのクロラミンT溶液100μlを加え2分間撹拌反応させた後、4mg/mlの二亜硫酸ナトリウム100μlで反応停止させた。反応物をカラムに添加し、その上から1500μlのPBSを加え、500μlずつPBSをカラムに滴下することで放射線標識されたbFGF水溶液を回収した。
(2)上記で作製した顆粒状セラミックスとゼラチンハイドロゲルからなる硬組織補填材に、(1)により得られた20μlの放射線標識bFGF水溶液を4℃で一夜かけて含浸させた。
(3)放射線標識bFGF水溶液を含む顆粒状セラミックスとゼラチンハイドロゲルからなる硬組織補填材のγ線量をそれぞれ測定した後、1群あたり3匹のマウス(ddy系雄性マウス(日本エスエルシー株式会社、京都)、6週齢、体重22〜24g)の背部皮下に埋入した。1日、4日、7日、10日後に皮下のゼラチンハイドロゲルを回収してγ線量を測定し、埋入前のγ線量と比較することでbFGF水溶液の残存率を算出した。なお、γ線量はガンマカウンター(ARC-301B,Aloka Co.,Ltd)にて計測した。
Method (1) Chloramine T method was used for radiolabeling. That is, 190 μl of 0.5 M pottasium phosphate buffer (KPB: pH 7.5) was added to 10 μl of 1 mg / ml bFGF aqueous solution, and 5 μl of Na 125 I (740 Mbq / ml in 0.1 N NaOH) was mixed. Subsequently, 100 μl of a 0.2 mg / ml chloramine T solution was added and allowed to react with stirring for 2 minutes, and then the reaction was stopped with 100 μl of 4 mg / ml sodium disulfite. The reaction product was added to the column, 1500 μl of PBS was added from above, and 500 μl of PBS was added dropwise to the column to recover the radiolabeled bFGF aqueous solution.
(2) The hard tissue filling material composed of the granular ceramic and gelatin hydrogel prepared above was impregnated with 20 μl of the radiolabeled bFGF aqueous solution obtained in (1) at 4 ° C. overnight.
(3) After measuring the γ dose of the hard tissue filling material composed of granular ceramics and gelatin hydrogel containing radiolabeled bFGF aqueous solution, 3 mice per group (ddy male mice (Japan SLC, Inc., Kyoto), 6 weeks old, body weight 22-24 g) was implanted subcutaneously in the back. Subcutaneous gelatin hydrogels were collected after 1, 4, 7, and 10 days to measure the γ dose, and the residual rate of the bFGF aqueous solution was calculated by comparing with the γ dose before implantation. The γ dose was measured with a gamma counter (ARC-301B, Aloka Co., Ltd).
結果
結果を図4に示した。埋入時の放射線量に対して経時的に線量値の低下が認められた。このことは生体内における酵素によるゼラチンの分解に伴うbFGF水溶液の生体組織への放出、すなわち硬組織補填材からのbFGFの徐放が確認された。このことから、本発明がタンパク質からなる骨形成を促す成長因子、薬剤等を徐放することが出来る性質をもつ、薬物徐放性骨充填材として使用可能であることが確認された。
Results The results are shown in FIG. The dose value decreased over time with respect to the radiation dose at the time of implantation. This confirms the release of the bFGF aqueous solution to the living tissue accompanying the degradation of gelatin by the enzyme in the living body, that is, the sustained release of bFGF from the hard tissue filling material. From this, it was confirmed that the present invention can be used as a sustained-release drug-filling material having the property of allowing sustained release of growth factors, drugs and the like that promote bone formation consisting of proteins.
実施例5:バインダー材料の生体適合性と分解性の検討
実施例1で作製した顆粒状セラミックスとゼラチンハイドロゲルからなる硬組織補填材の生体適合性と分解能について、ウサギ尺骨欠損モデルにて検討した。
Example 5: Examination of biocompatibility and degradability of binder material The biocompatibility and resolution of the hard tissue filler composed of granular ceramics and gelatin hydrogel prepared in Example 1 were examined in a rabbit ulna defect model. .
方法
(1)New Zealand White系ウサギ(雄性、3.0〜4.0kg、清水実験材料株式会社、京都)の尺骨中央部に、スチールバーを用い、8.0mmの全層骨欠損部を作製し、30μgのbFGF水溶液を含浸させた硬組織補填材を欠損部に填塞した。その後、絹糸(MANI社製)にて骨膜及び皮膚を縫合した。また、対照として尺骨に欠損部を作製し、bFGFを含まない硬組織補填材を填塞し縫合した群を設けた。なお、1群当たり3羽のウサギを使用した。
(2)治癒期間を4週間とし、組織を回収した。回収した組織は組織切片を作製しH-E染色を行った。
Method (1) Create a 8.0 mm full-thickness bone defect using a steel bar at the center of the ulna of a New Zealand White rabbit (male, 3.0-4.0 kg, Shimizu Experimental Materials Co., Ltd., Kyoto) The defect portion was filled with a hard tissue filling material impregnated with a bFGF aqueous solution. Thereafter, the periosteum and the skin were sutured with silk thread (mani). In addition, as a control, a defect part was prepared in the ulna, and a hard tissue filling material not containing bFGF was filled and sutured. Three rabbits were used per group.
(2) The healing period was 4 weeks, and the tissue was collected. The collected tissue was subjected to HE staining by preparing a tissue section.
結果
図5に示す様に、顆粒状セラミックスの間隙においてゼラチンハイドロゲルの残存及び炎症性変化は認められず、硬組織補填材料の分解に伴う新生骨の形成がセラミックス顆粒に接する様に認められた。図5において、TCPはβ-TCP顆粒、NBは新生骨を表す。
この結果から、本発明は生体組織内において速やかに分解することにより組織形成能を促進させることができる、生体適合性と生体吸収性を有した骨補填材であることが明らかとなった。
Results As shown in FIG. 5, no gelatin hydrogel remained and no inflammatory changes were observed in the gap between the granular ceramics, and the formation of new bone accompanying the decomposition of the hard tissue filling material was observed to be in contact with the ceramic granules. . In FIG. 5, TCP represents β-TCP granules, and NB represents new bone.
From this result, it became clear that the present invention is a bone prosthetic material having biocompatibility and bioresorbability, which can promote tissue formation ability by rapidly decomposing in living tissue.
本発明は、整形外科や歯科における硬組織補填材、特に骨欠損に使用する骨充填材としての用途、骨内、皮下に埋入して使用される薬物徐放担体(基材)として利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as a hard tissue filling material in orthopedics and dentistry, especially as a bone filling material used for bone defects, and as a sustained drug release carrier (base material) used by being implanted in bone or subcutaneously. It is.
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