JP2010125156A

JP2010125156A - 移植材とその製造方法

Info

Publication number: JP2010125156A
Application number: JP2008304503A
Authority: JP
Inventors: Masahito Tamai; 将人玉井; Hiroshi Kakidate; 浩垣立
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2008-11-28
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2010-06-10

Abstract

【課題】高温加熱や特別な製造装置を必要とせず、短時間で簡易に生体親和性の高い移植材製造する。
【解決手段】純マグネシウムまたはマグネシウム合金からなる移植材基材を腐食促進材に浸漬して、該移植材基材の表面に水酸化マグネシウム層を形成するステップＳ１と、水酸化マグネシウム層の表面に付着している腐食促進材を洗浄するステップＳ２と、アパタイトに対して過飽和となる量のカルシウムイオンとリン酸イオンとを含む溶液に浸漬して、水酸化マグネシウム層の表面にアパタイト層を形成するステップＳ４と、アパタイト層が形成された移植材基材をタンパク質を含む溶液に浸漬して、アパタイト層にタンパク質を吸着させるステップＳ５とを含む移植材の製造方法を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、移植材とその製造方法に関するものである。

従来、金属等からなる移植物の生体親和性を向上するために移植物の基材表面にアパタイト層をコーティングする技術が知られている（例えば、特許文献１〜特許文献３参照。）。
特許文献１の技術は、プラズマ溶射による方法あるいはアパタイトペーストを被膜する方法である。特許文献２の技術は、レーザやイオンビームを用いる方法である。特許文献３の技術は、基材表面にシリカゲルを結合させた後に疑似体液に浸漬してアパタイト層を形成するものである。

特開２０００−１２９３１４号公報特開平６−２８５１４９号公報特開平５−１０３８２９号公報

しかしながら、特許文献１の技術は、基材を１０００℃以上に加熱しなければならないという不都合がある。また、特許文献２の技術は、特殊な製造装置が必要となりコストがかかるという不都合がある。また、特許文献３の技術は、上記不都合はないものの、生体親和性に乏しいシリカゲルを用いる必要があり、体内に移植される移植材としては好ましくない。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、生体親和性の高い移植材、および、高温加熱や特別な製造装置を必要とせず、短時間で簡易に上記移植材を製造することができる製造方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、純マグネシウムまたはマグネシウム合金からなる移植材基材を腐食促進材に浸漬して、該移植材基材の表面に水酸化マグネシウム層を形成するステップと、水酸化マグネシウム層の表面に付着している腐食促進材を洗浄するステップと、アパタイトに対して過飽和となる量のカルシウムイオンとリン酸イオンとを含む溶液に浸漬して、水酸化マグネシウム層の表面にアパタイト層を形成するステップと、前記アパタイト層が形成された移植材基材をタンパク質を含む溶液に浸漬して、前記アパタイト層にタンパク質を吸着させるステップとを含む移植材の製造方法を提供する。

本発明によれば、純マグネシウムまたはマグネシウム合金からなる移植材基材を腐食促進材に浸漬することにより、移植材基材の表面の腐食が促進されて水酸化マグネシウム層が形成され、その後、アパタイトに対して過飽和となる量のカルシウムイオンとリン酸イオンとを含む溶液（疑似体液）に浸漬することにより、水酸化マグネシウム層の水酸基を核として表面にアパタイトが析出し、アパタイト層が形成され、さらにその後、タンパク質を含む溶液に浸漬することにより、アパタイト層にタンパク質が吸着される。

純マグネシウムやマグネシウム合金は、ステントや骨固定材を初めとする医療応用が検討されているが、そのまま移植したのでは体内での急激な腐食に伴って多量に発生する水素により移植部位に炎症反応が引き起こされる。これに対して、本発明によれば、表面を被覆するアパタイト層によって急激な腐食が防止され、炎症反応の発生を抑制することができる。そして、本発明によれば、珪素原子のような生体親和性の低い物質を含有させることなく、表面にアパタイト層を備えるとともにタンパク質が吸着されて生体親和性の高い移植材を、特別な製造装置を使用することなく、また高温に加熱することなく、簡易に製造することができる。

上記発明においては、前記腐食促進材は、塩化物イオン、フッ化物イオンまたはリン酸イオンの少なくとも１つを含有することが好ましい。
また、上記発明においては、前記水酸化マグネシウムを形成するステップが、室温以上の腐食促進材に浸漬することが好ましい。
また、上記発明においては、前記アパタイト層を形成するステップが、１０℃〜６０℃の範囲の溶液に浸漬することが好ましい。

また、上記発明においては、前記タンパク質が、アルブミン、コラーゲン、フィブリンまたはフィブロネクチン等の生体親和性を備える水溶性のタンパク質であることが好ましい。
また、上記発明においては、前記タンパク質を吸着させるステップが、０．３ｍｇ／ｍｌ以上の濃度のタンパク質を含む溶液に浸漬することとしてもよい。

また、上記発明においては、前記タンパク質を吸着させるステップが、１０℃〜６０℃の温度範囲の溶液に浸漬することとしてもよい。
さらに、上記発明においては、前記タンパク質を吸着させるステップが、ｐＨ５．０〜８．０の弱酸性域から中性域の溶液に浸漬することとしてもよい。このようにすることで、タンパク質の吸着量を増加させることができる。

また、本発明は、純マグネシウムまたはマグネシウム合金からなる移植材基材の表面に、水酸化マグネシウムからなる中間層を介して、アパタイト層がコーティングされ、該アパタイト層にタンパク質が吸着されている移植材を提供する。
本発明によれば、最表面にコーティングされているアパタイト層によって純マグネシウムまたはマグネシウム合金の急激な腐食が抑制され、水素発生が抑えられるので、移植部位における炎症の発生を抑制することができる。特に、中間層を生体親和性の高い水酸化マグネシウムを採用することで、移植部位に親和させて、体内に異物を残さないようにすることができる。
また、アパタイト層に吸着されたタンパク質によって、生体親和性が増大し、実際の生体組織、例えば、骨組織に近い表面状態を実現することができる。

本発明によれば、高温加熱や特別な製造装置を必要とせず、短時間で簡易に製造することができるという効果を奏する。

以下、本発明の一実施形態に係る移植材１とその製造方法について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る移植材１は、図１に示されるように、マグネシウム合金からなる移植材基材２の表面に、水酸化マグネシウムからなる中間層３を介してアパタイト層４がコーティングされ、アパタイト層４にタンパク質が吸着されることにより構成されている。

本実施形態に係る移植材１は、以下のようにして製造することができる。
すなわち、本実施形態に係る移植材１の製造方法は、図２に示されるように、マグネシウム合金からなる移植材基材２を腐食促進材に浸漬して、該移植材基材２の表面に水酸化マグネシウムからなる中間層３を形成するステップＳ１と、中間層３の表面に付着している腐食促進材を洗浄するステップＳ２と、洗浄された移植材基材２を乾燥させるステップＳ３、アパタイトに対して過飽和となる量のカルシウムイオンとリン酸イオンとを含む溶液（疑似体液）に移植材基材２を浸漬して、中間層３の表面にアパタイト層４を形成するステップＳ４と、アパタイト層４が形成された移植材基材２をタンパク質を含む溶液に浸漬して、アパタイト層にタンパク質を吸着させるステップＳ５とを含んでいる。

腐食促進材としては、塩化物イオン、フッ素イオンまたはリン酸イオンの少なくとも１種類を含む溶液である。例えば、生理食塩水を挙げることができる。中間層３を形成するステップＳ１は、室温、例えば、３７℃で、例えば、２４時間行われる。
このステップＳ１においては、マグネシウム合金からなる移植材基材２の表面が急速に腐食されるため、多量の水素が発生する。しかしながら、このステップＳ１は体外において行われるため、炎症が発生する不都合はない。

洗浄するステップＳ２は、例えば、純水で３回洗浄する。洗浄回数は任意でよい。
乾燥させるステップＳ３は、例えば、自然乾燥で乾燥させる。乾燥方法も、自然乾燥に限られず、強制乾燥させてもよい。

アパタイト層４を形成するステップＳ４は、アパタイトに対して過飽和となる量のカルシウムイオンとリン酸イオンとを含む溶液（疑似体液:ＳＢＦ）に、中間層３が形成された移植材基材２を浸漬する。このステップＳ２は、１０℃〜６０℃の範の温度、例えば、３７℃で２週間にわたって行われる。このステップＳ４においては、移植材基材２の表面を覆う中間層３の水酸基を核として表面にアパタイトが析出し、均一なコーティングとなる。このステップＳ４の温度および時間は任意に設定してよい。

タンパク質を吸着させるステップＳ５は、水溶性のタンパク質であるアルブミン等の０．３ｍｇ／ｍｌ以上の濃度の水溶液に、アパタイト層４が形成された移植材基材２を浸漬する。このステップＳ５は、１０℃〜６０℃の範の温度、例えば、２０℃〜２５℃で３０時間以上にわたって行われる。
アルブミン水溶液は、ｐＨ５．０〜８．０の弱酸性域から中性域の範囲、例えば、ｐＨ６．０〜６．５の弱酸性に調整されている。

本実施形態に係る移植材１の製造方法によれば、従来のように、高温の処理ステップを経ることなく、特殊な製造装置を使用することなく、生体親和性の乏しいシリカゲルを使用することなく、簡易に生体親和性の高い移植材１を製造することができるという利点がある。

また、このようにして製造された移植材１は、移植部位に移植されることにより、体液内に浸漬された状態となっても、内側のマグネシウム合金が、アパタイト層４によって保護されて、急速に腐食することがなく、水素の急激な発生が抑えられて、移植部位の炎症の発生を抑制することができるという利点がある。
この場合に、中間層３である水酸化マグネシウム層も高い生体親和性を有するので、移植後に体内に異物を残さずに済むという利点がある。

さらに、本実施形態に係る製造方法により製造された移植材のアパタイト層４は、図３に示されるような従来の結晶構造とは異なり、図４に示されるように、負に帯電するＣ面が正に帯電するＡ面と比較して優先的に成長した結晶となっている。このため、タンパク質を吸着させるステップＳ５においては、正電荷を帯びた生体高分子であるアルブミンを容易に吸着し、安定的に保持することができる。

なお、本実施形態においては、アパタイト層４に吸着させるタンパク質として、アルブミンを例示したが、生体親和性を有する水溶性のタンパク質であれば、他の任意のタンパク質を吸着させることにしてもよい。例えば、コラーゲン、フィブリンまたはフィブロネクチン等を吸着させることにしてもよい。
また、移植材基材２をマグネシウム合金により構成したが、これに代えて、純マグネシウム合金により構成してもよい。

本発明の一実施形態に係る移植材を示す縦断面図である。本発明の一実施形態に係る移植材の製造方法を示すフローチャートである。従来の方法により析出されるアパタイト層の結晶を示す顕微鏡写真である。図２の製造方法により移植材基材の表面に形成されたアパタイト層の結晶を示す顕微鏡写真である。

符号の説明

１移植材
２移植材基材
３中間層（水酸化マグネシウム層）
４アパタイト層
Ｓ１水酸化マグネシウム層を形成するステップ
Ｓ２洗浄するステップ
Ｓ４アパタイト層を形成するステップ
Ｓ５タンパク質を吸着させるステップ

Claims

純マグネシウムまたはマグネシウム合金からなる移植材基材を腐食促進材に浸漬して、該移植材基材の表面に水酸化マグネシウム層を形成するステップと、
水酸化マグネシウム層の表面に付着している腐食促進材を洗浄するステップと、
アパタイトに対して過飽和となる量のカルシウムイオンとリン酸イオンとを含む溶液に浸漬して、水酸化マグネシウム層の表面にアパタイト層を形成するステップと、
前記アパタイト層が形成された移植材基材をタンパク質を含む溶液に浸漬して、前記アパタイト層にタンパク質を吸着させるステップとを含む移植材の製造方法。
前記腐食促進材は、塩化物イオン、フッ化物イオンまたはリン酸イオンの少なくとも１つを含有する請求項１に記載の移植材の製造方法。
前記水酸化マグネシウムを形成するステップが、室温以上の腐食促進材に浸漬する請求項１または請求項２に記載の移植材の製造方法。
前記アパタイト層を形成するステップが、１０℃〜６０℃の温度範囲の溶液に浸漬する請求項１から請求項３のいずれかに記載の移植材の製造方法。
前記タンパク質が、アルブミン、コラーゲン、フィブリンまたはフィブロネクチン等の生体親和性を備える水溶性のタンパク質である請求項１から請求項４のいずれかに記載の移植材の製造方法。
前記タンパク質を吸着させるステップが、０．３ｍｇ／ｍｌ以上の濃度のタンパク質を含む溶液に浸漬する請求項１から請求項５のいずれかに記載の移植材の製造方法。
前記タンパク質を吸着させるステップが、１０℃〜６０℃の温度範囲の溶液に浸漬する請求項１から請求項６のいずれかに記載の移植材の製造方法。
前記タンパク質を吸着させるステップが、ｐＨ５．０〜８．０の弱酸性域から中性域の溶液に浸漬する請求項１から請求項７のいずれかに記載の移植材の製造方法。
純マグネシウムまたはマグネシウム合金からなる移植材基材の表面に、水酸化マグネシウムからなる中間層を介して、アパタイト層がコーティングされ、さらに該アパタイト層にタンパク質が吸着されている移植材。