JP2010233914A - Artificial bone and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、人工骨とその製造方法に関するものである。 The present invention relates to an artificial bone and a method for manufacturing the same.
従来、アパタイトのようなリン酸カルシウムを含む人工骨は自家骨に対して生体親和性を有するので、整形外科を初めとする種々の分野において臨床応用されている。
しかし、アパタイトのようなセラミックス系の人工骨の機械的特性および生理的性質は、自家骨と同じではなく、セラミックス系人工骨は、自家骨より硬くて脆いという不都合がある。
Conventionally, artificial bone containing calcium phosphate such as apatite has biocompatibility with autologous bone, and thus has been clinically applied in various fields including orthopedics.
However, the mechanical properties and physiological properties of ceramic-based artificial bones such as apatite are not the same as those of autogenous bones, and ceramic-based artificial bones have the disadvantage that they are harder and more brittle than autogenous bones.
この問題を解決するために、セラミックス系の人工骨内にコラーゲンを含ませたアパタイト/コラーゲン複合体が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。このアパタイト/コラーゲン複合体は、該アパタイト/コラーゲン複合体を構成する材料を水に分散させたスラリーを成形型に入れ、凍結及び乾燥した後に、架橋することにより形成し、その後、所望の形状に切断して使用するようになっている。 In order to solve this problem, an apatite / collagen composite in which collagen is contained in a ceramic artificial bone has been proposed (for example, see Patent Document 1). This apatite / collagen composite is formed by putting a slurry in which the material constituting the apatite / collagen composite is dispersed in water into a mold, freezing and drying, and then crosslinking, and then forming a desired shape. It is designed to be used after cutting.
一方、DBM(脱塩水骨基質)のように、骨成長を促進する生理活性機能を有する物質が知られている。したがって、人工骨に生理活性機能を付与するために、コラーゲン複合体にDBMのような生理活性機能を有する物質を含ませることが望まれている。 On the other hand, substances having a physiologically active function for promoting bone growth, such as DBM (demineralized water bone matrix), are known. Therefore, in order to impart a physiologically active function to an artificial bone, it is desired that the collagen complex contains a substance having a physiologically active function such as DBM.
しかしながら、コラーゲン複合体は、機械的強度を高めるとともに、体内に移植された状態でその形状を所望の時間保持し得るように、架橋される必要がある。コラーゲンの架橋は、γ線、紫外線、電子線、熱脱水等を用いた物理的架橋、架橋剤や縮合剤を用いた化学的架橋等の方法を用いて行うことができる。この場合にコラーゲン複合体の製造時に生理活性機能を有する物質が含まれていると、架橋によって生理活性が失われてしまうという不都合がある。 However, the collagen complex needs to be cross-linked so as to increase the mechanical strength and retain its shape for a desired time in a state implanted in the body. Crosslinking of collagen can be performed using methods such as physical crosslinking using γ rays, ultraviolet rays, electron beams, thermal dehydration, and the like, and chemical crosslinking using a crosslinking agent or a condensing agent. In this case, if a substance having a physiologically active function is contained in the production of the collagen complex, there is a disadvantage that the physiological activity is lost due to crosslinking.
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、生理活性機能を有する物質を保持したリン酸カルシウム/コラーゲン複合体からなる人工骨を提供することを目的としている。 This invention is made | formed in view of the situation mentioned above, Comprising: It aims at providing the artificial bone which consists of a calcium-phosphate / collagen composite holding the substance which has a bioactive function.
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、繊維化コラーゲンとβリン酸三カルシウムとを混合して架橋することによりスポンジ状のリン酸カルシウム/コラーゲン複合体を製造する複合体製造ステップと、生理活性物質を含有した未架橋のコラーゲンのゲルまたはキセロゲルを製造する生理活性物質含有ゲル製造ステップと、前記複合体製造ステップにより製造されたリン酸カルシウム/コラーゲン複合体と、前記生理活性物質含有ゲル製造ステップにより製造されたゲルまたはキセロゲルとを積層する積層ステップとを含む人工骨の製造方法を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The present invention provides a composite production step of producing a sponge-like calcium phosphate / collagen composite by mixing and cross-linking fiberized collagen and β-tricalcium phosphate, and an uncrosslinked collagen containing a physiologically active substance. A bioactive substance-containing gel production step for producing a gel or xerogel, a calcium phosphate / collagen complex produced by the complex production step, and a gel or xerogel produced by the bioactive substance-containing gel production step are laminated. A method for producing an artificial bone including a laminating step is provided.
本発明によれば、架橋されたスポンジ状のリン酸カルシウム/コラーゲン複合体と、未架橋のコラーゲンのゲルまたはキセロゲルとが積層され、コラーゲンゲルまたはコラーゲンキセロゲル内に生理活性物質が含有された人工骨が製造される。整理活性物質は未架橋のゲルまたはキセルゲル内に含有されているので、架橋による生理活性の失活が防止され、移植後に生理活性機能を発揮して骨成長を促進することができる。また、架橋されたスポンジ状のリン酸カルシウム/コラーゲン複合体と積層することにより、移植後迅速に生理活性物質が流出してしまう不都合を防止するとともに、機械的強度を維持することができる。 According to the present invention, a crosslinked sponge-like calcium phosphate / collagen complex and an uncrosslinked collagen gel or xerogel are laminated to produce an artificial bone containing a physiologically active substance in the collagen gel or collagen xerogel. Is done. Since the organizing active substance is contained in an uncrosslinked gel or xelgel, the deactivation of the physiological activity due to crosslinking is prevented, and the bone growth can be promoted by exerting the physiologically active function after transplantation. Further, by laminating with a crosslinked sponge-like calcium phosphate / collagen complex, it is possible to prevent inconvenience that the physiologically active substance flows out rapidly after transplantation and maintain mechanical strength.
上記発明においては、前記生理活性物質含有ゲル製造ステップが、コラーゲンゲルに生理活性物質を混合した後に凍結乾燥してもよい。
また、前記複合体製造ステップが、リン酸カルシウム/コラーゲン複合体の表面に凹部を形成し、前記積層ステップが、前記リン酸カルシウム/コラーゲン複合体の前記凹部が設けられた表面に、コラーゲンゲルに生理活性物質を混合したものを配置してもよい。
これにより、コラーゲンゲルに生理活性物質を混合したものを凹部に保持して、さらに流出し難くすることができ、生理活性機能を長時間にわたって維持することができる。
In the said invention, the said bioactive substance containing gel manufacturing step may freeze-dry after mixing a bioactive substance with a collagen gel.
The complex manufacturing step forms a recess on the surface of the calcium phosphate / collagen complex, and the laminating step adds a physiologically active substance to the collagen gel on the surface of the calcium phosphate / collagen complex provided with the recess. A mixture may be arranged.
Thereby, what mixed the bioactive substance with the collagen gel can be hold | maintained to a recessed part, and it can be made hard to flow out, and a bioactive function can be maintained over a long time.
また、上記発明においては、前記複合体製造ステップにおいて2つのリン酸カルシウム/コラーゲン複合体を製造し、製造された2つのリン酸カルシウム/コラーゲン複合体の間に生理活性物質を含有した未架橋のコラーゲンのゲルまたはキセロゲルを挟むことにしてもよい。
また、上記発明においては、前記積層ステップが、リン酸カルシウム/コラーゲン複合体と、前記生理活性物質含有ゲル製造ステップにより製造されたゲルまたはキセロゲルとを積層した後に減圧することにしてもよい。
このようにすることで、減圧により、コラーゲンゲルをスポンジ状のリン酸カルシウム/コラーゲン複合体の気孔内に引き込むことができ、さらに流出し難くすることができ、生理活性機能を長時間にわたって維持することができる。
In the above invention, in the complex production step, two calcium phosphate / collagen complexes are produced, and an uncrosslinked collagen gel containing a physiologically active substance between the produced two calcium phosphate / collagen complexes or You may decide to pinch a xerogel.
Moreover, in the said invention, you may decide to depressurize, after laminating | stacking the said calcium phosphate / collagen composite and the gel or xerogel manufactured by the said bioactive substance containing gel manufacturing step.
By doing so, the collagen gel can be drawn into the pores of the sponge-like calcium phosphate / collagen complex by depressurization, can be made difficult to flow out, and the bioactive function can be maintained for a long time. it can.
また、本発明は、繊維化コラーゲンとβリン酸三カルシウムとを混合して架橋することにより製造されたスポンジ状のリン酸カルシウム/コラーゲン複合体と、生理活性物質を含有した未架橋のコラーゲンのゲルまたはキセロゲルとを積層してなる人工骨を提供する。 The present invention also provides a sponge-like calcium phosphate / collagen complex produced by mixing and crosslinking fiberized collagen and β-tricalcium phosphate, and an uncrosslinked collagen gel containing a physiologically active substance or An artificial bone obtained by laminating xerogel is provided.
本発明によれば、生理活性機能を有する物質を保持したリン酸カルシウム/コラーゲン複合体からなる人工骨を提供することができるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to provide an artificial bone made of a calcium phosphate / collagen complex holding a substance having a physiologically active function.
本発明の一実施形態に係る人工骨1について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る人工骨1は、図1に示されるように、スポンジ状のリン酸カルシウム/コラーゲン複合体からなる2つのスポンジ層2と、コラーゲンのキセロゲルからなるコラーゲン層3とを備え、コラーゲン層3を挟んで両側にスポンジ層2を積層した3層構造に構成されている。
An artificial bone 1 according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the artificial bone 1 according to the present embodiment includes two
スポンジ層2は、繊維化コラーゲンとβリン酸三カルシウムとを混合して線維化コラーゲンを架橋することにより構成されている。架橋は、γ線、紫外線、電子線、熱脱水等を用いた物理的架橋、架橋剤や縮合剤を用いた化学的架橋等の方法を用いて行うことができる。
コラーゲン層3は、生理活性物質を含むコラーゲンを未架橋のまま凍結乾燥することにより得られたコラーゲンのキセロゲルにより構成されている。生理活性物質は、例えば、DBMである。
The
The
本実施形態に係る人工骨1は、以下のようにして製造する。
すなわち、本実施形態に係る人工骨1の製造方法は、図2に示されるように、繊維化コラーゲンとβリン酸三カルシウムとを混合して架橋することによりスポンジ状のリン酸カルシウム/コラーゲン複合体からなるスポンジ層2を製造する複合体製造ステップS1と、生理活性物質を含有した未架橋のコラーゲンのキセロゲルを製造する生理活性物質含有ゲル製造ステップS2と、これらのステップS1,S2により製造された2つのスポンジ層2と、コラーゲン層とを積層する積層ステップS3とを含んでいる。
The artificial bone 1 according to this embodiment is manufactured as follows.
That is, the method for producing the artificial bone 1 according to the present embodiment, as shown in FIG. 2, mixes fiberized collagen and β-tricalcium phosphate and crosslinks to form a sponge-like calcium phosphate / collagen composite. A composite production step S1 for producing a
このように構成された本実施形態に係る人工骨1によれば、スポンジ状のリン酸カルシウム/コラーゲン複合体の線維化コラーゲンが架橋されることにより、機械的強度と柔軟性とを有する自家骨類似の性質を有している。また、スポンジ層2の間に挟まれたコラーゲン層3には、生理活性物質が含有されているので、骨欠損部への移植後に生理活性物質が染み出して生理活性機能を発揮し、骨成長を促進して骨欠損部を迅速に修復することができるという利点がある。
According to the artificial bone 1 according to the present embodiment configured as described above, the fibrillated collagen of the sponge-like calcium phosphate / collagen composite is cross-linked, thereby resembling autologous bone having mechanical strength and flexibility. It has properties. In addition, since the
この場合において、本実施形態によれば、リン酸カルシウム/コラーゲン複合体からなる2つのスポンジ層2と、コラーゲンのキセロゲルからなるコラーゲン層3とを別個のステップS1,S2によって製造することにより、架橋しないコラーゲン層3に生理活性物質を含ませることができる。これにより、生理活性物質が架橋によって失活する不都合の発生を防止して、生理活性機能を維持し、骨成長の促進を図ることができる。
In this case, according to the present embodiment, the two
なお、本実施形態においては、コラーゲン層3を未架橋のまま凍結乾燥してキセロゲルを構成することとしたが、これに代えて、凍結乾燥することなく、ゲル状のままの状態で積層することにしてもよい。
また、本実施形態においては、図3および図4に示されるように、複合体製造ステップS1において、一表面の中央部に凹部4を有するリン酸カルシウム/コラーゲン複合体からなるスポンジ層2を製造することにしてもよい。そして、この場合には、凹部4にコラーゲン層3の一部または全部が収容されるように配置することが好ましい。
In the present embodiment, the
In the present embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, in the complex production step S1, the
このようにすることで、コラーゲン層3がスポンジ層2の凹部4に保持され、生体に移植された状態でのコラーゲン層2の流出を抑制することができる。また、凹部4内にコラーゲン層3の全部を収容することにより、スポンジ状のリン酸カルシウム/コラーゲン複合体層どうしを接触させて、高い機械的強度を得ることができる。
By doing in this way, the
また、本実施形態においては、積層ステップS3において、スポンジ層2と、コラーゲン層3とを積層した後に、所定の圧力まで減圧することにしてもよい。このようにすることで、スポンジ層2の気孔内にコラーゲン層3が入り込むように吸引することができ、スポンジ層2とコラーゲン層3とをより強固に結合することができる。
Moreover, in this embodiment, after laminating the
また、本実施形態においては、スポンジ層3によってコラーゲン層2を挟んだ3層構造の人工骨を例示したが、これに限定されるものではなく、2層構造以上の任意の層数だけ積層したものを採用してもよい。
In the present embodiment, an artificial bone having a three-layer structure in which the
1 人工骨
2 スポンジ層(リン酸カルシウム/コラーゲン複合体)
4 凹部
S1 複合体製造ステップ
S2 生理活性物質含有ゲル製造ステップ
S3 積層ステップ
1
4 Recess S1 Complex production step S2 Bioactive substance-containing gel production step S3 Lamination step
Claims (6)
生理活性物質を含有した未架橋のコラーゲンのゲルまたはキセロゲルを製造する生理活性物質含有ゲル製造ステップと、
前記複合体製造ステップにより製造されたリン酸カルシウム/コラーゲン複合体と、前記生理活性物質含有ゲル製造ステップにより製造されたゲルまたはキセロゲルとを積層する積層ステップとを含む人工骨の製造方法。 A composite production step of producing a sponge-like calcium phosphate / collagen composite by mixing and cross-linking fiberized collagen and β tricalcium phosphate;
A bioactive substance-containing gel production step for producing an uncrosslinked collagen gel or xerogel containing a bioactive substance;
A method for producing an artificial bone, comprising: a laminating step of laminating a calcium phosphate / collagen complex produced by the complex producing step and a gel or xerogel produced by the physiologically active substance-containing gel producing step.
前記積層ステップが、前記リン酸カルシウム/コラーゲン複合体の前記凹部が設けられた表面に、コラーゲンゲルに生理活性物質を混合したものを配置する請求項1または請求項2に記載の人工骨の製造方法。 The complex manufacturing step forms a recess on the surface of the calcium phosphate / collagen complex,
The method for producing an artificial bone according to claim 1 or 2, wherein the laminating step arranges a collagen gel mixed with a physiologically active substance on the surface of the calcium phosphate / collagen complex provided with the recess.
製造された2つのリン酸カルシウム/コラーゲン複合体の間に生理活性物質を含有した未架橋のコラーゲンのゲルまたはキセロゲルを挟む請求項1から請求項3のいずれかに記載の人工骨の製造方法。 Producing two calcium phosphate / collagen complexes in the complex production step;
The method for producing an artificial bone according to any one of claims 1 to 3, wherein an uncrosslinked collagen gel or xerogel containing a physiologically active substance is sandwiched between the two produced calcium phosphate / collagen complexes.
生理活性物質を含有した未架橋のコラーゲンのゲルまたはキセロゲルとを積層してなる人工骨。 A sponge-like calcium phosphate / collagen composite produced by mixing and cross-linking fiberized collagen and β-tricalcium phosphate;
An artificial bone formed by laminating an uncrosslinked collagen gel or xerogel containing a physiologically active substance.
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