JP2010532692A - 複合材料骨修復材料 - Google Patents

Abstract

本発明は、多孔質のブロック状のセラミック足場及びその中に配された安定化ポリマーを含む、薄切り可能な複合材料骨修復材料に関する。該セラミック足場は合成セラミック材料又は天然由来の材料である。更に、該足場は相互結合したマクロ孔を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、多孔質のブロック状の合成セラミック足場及びその中に配された安定化ポリマーを含む、複合材料骨修復材料に関する。

骨欠損の修復は、自然骨の損失が起こった欠損部位に一時的代用として骨修復材料を埋め込むことにより容易となり得る。骨修復材料は自然骨構造を選択的に促進しそして再生を導くことを目的とする。

天然由来及び合成的に製造された骨修復材料のどちらもそのような欠損を修復するために使用されてきた。天然由来の材料は、骨から製作された移植片を含む。その骨は、自家移植片ベースの方法として、その患者から直接採取され得、又は、同種移植片又は異種移植片ベースの方法として好適な提供者、代理人、又は死体から採取され得る。天然由来の骨修復材料は、通常、石化した構成材の大部分の酸抽出により製造され、その結果、いわゆる脱塩骨マトリックス（ＤＢＭ）と呼ばれる。天然由来の材料の例としては、ウシ骨の鉱質部分のＢｉｏ−Ｏｓｓ（登録商標）又は藻類の多孔質リン酸カルシウム材料であるＡｌｇｉｐｏｒｅ（登録商標）である。自家骨は、移植材料の理想的な原材料であり、その生体適合性によるものだけでなく、自然骨移植片は欠損部位への患者自身の骨組織の内部成長を促進し又は誘導することにより損傷部位の再骨化を促進することによる。自家骨材料は、本質的に骨伝導性及び骨誘導性を表し、２つの特性は自然骨構造の再生を促進する。しかし、自家移植骨インプラント手技は、典型的には、提供者側における有意の死亡率の原因となり得る、移植材料の採取のための更なる外科手術を必要とするため、これらはコストがかかりそして、患者の更なる苦痛の原因となる。自家移植片はまた、顕著な吸収を示し得、予測不可能な増生の結果をもたらす。同種骨修復材料はまた、骨伝導性及び骨誘導性特性を一体化するが、それらの源は病原性の転移の可能性及び倫理的問題をひき起こす。同様な懸念が異種移植材料に対しても指摘される。

あるいは、天然由来の骨修復材料が、如何なる有機残渣も含まない完全な合成骨修復材料と置換され得る。天然由来の骨修復材料と比較して、合成骨修復材料はしばしば骨伝導性が低くそして骨誘導性を殆ど有さない。それにもかかわらず多くの研究が、改善された合成骨修復材料へ向けられてきており、そして未だ向けられている。

口腔外科及び整形外科において、ヒドロキシアパタイト（ＨＡ）及び／又はリン酸三カルシウム（ＴＣＰ）ベースの合成骨修復材料は広く用いられている。これらの指摘により、これらは顆粒又は作成済みのブロックとして適用され得る。米国特許第６，５１１，５１０号明細書は、焼成工程により得られたリン酸カルシウムからの多孔質のセラミック材料に関する。顆粒状の材料の使用は、広範な適応症の処置を可能とする。顆粒状の材料のために、セラミックブロック材料は、摩擦、強打及びその後の篩い分けのような工程により処理される（国際公開第０４／０５４６３３号パンフレット）。顆粒材料は、サイズ及び場所の点で広範な適応症へ適用されるが、それらは移動しそしてその結果封入される傾向があるため、大きな骨損傷を処置するためのそれらの適合性は限界がある。適用された顆粒により特徴付けられる拡張した容量は、崩壊しそしてその原寸へ骨の再生を導かないかもしれない。米国特許第７，０１２，０３４号明細書は、多孔質のβ−リン酸三カルシウムに基づくブロック状の骨拡張材料について記載している。

異なるアプローチにより、骨様機械的特性を有する材料を提供する問題は取り組まれてきた。米国特許第６，９９４、７２６号明細書において、人工骨インプラントが、荷重の
大部分に耐える高密度皮質部を含む主要な層としてのアパタイト層、そして急速な血液／体液透過率及び組織内部成長を可能とする多孔性網状部分を有する硬化リン酸カルシウムセメントで作成されている。あるいは、欧州特許出願公開第１４５７２１４号明細書は、改善された強度を有する分解性ポリマーで作成された重畳皮膚層を有するブロック状の有機−無機複合体多孔質製品を開示している。該複合体は、主に椎体の間に挿入されるよう設計される。

骨修復材料の荷重負荷特性を一般的に改善するために、複合材料が開発されてきた。欧州特許出願公開第１３７４９２２号明細書は、ヒドロキシアパタイト又はリン酸三カルシウムの多孔質のバイオセラミックマトリックス及びそこへ圧縮成形により配されるポリマーを含む骨欠損の修復において使用される生体へ再吸収可能な構造を開示している。国際公開第９７／３４５４６号パンフレットは、強化した生体へ再吸収可能なポリマー材料を含む、多数の充填されたチャネルを有するセラミックブロックについて記載している。これらの再生能を改善するために、骨修復材料は、骨増殖誘発剤で補完されてきた。米国特許出願第１０／２７１，１４０号明細書（米国特許出願公開第２００３／０１４３２５８Ａ１号明細書）は、安定化生体分解性ポリマー及び骨増殖因子と混合された脱塩骨マトリックスを含む複合材料を示唆している。

典型的な歯周の外科的骨修復手技において、切開は、歯肉組織において行われ、骨欠損隣接部位を歯根まで露出させる。一旦、骨欠損部位及び歯根が切除されると、好適な担体中に浮遊された骨修復材料が置かれる。歯肉組織が次ぎに閉じられ、修復材料が所定の位置に保持される。所望により、バリア剤が利用され、欠損部位と接触する修復製剤を保持する。したがって、歯周手術における骨修復材料は、欠損部位のサイズ及び形に容易に成形され得る成形体が要求される。国際公開第２００４／０１１０５３号パンフレットは、パテの硬さを有する成形体を示唆している。同様に、欧州特許出願公開第１４９０１２３号明細書は、混練可能でそして柔軟な顆粒状リン酸カルシウム及びヒドロゲルベースの骨置換材料を記載している。欠損部位への適用の場合、該成形体は移動又は過度の膨張なしにそれへ付着したままでいる。これらのコンセプトはしかしながら、固体の代用骨材料を提供するものである。

米国特許第６，５１１，５１０号明細書 国際公開第０４／０５４６３３号パンフレット 米国特許第７，０１２，０３４号明細書 米国特許第６，９９４，７２６号明細書 欧州特許出願公開第１４５７２１４号明細書 欧州特許出願公開第１３７４９２２号明細書 国際公開第９７／３４５４６号パンフレット 米国特許出願第１０／２７１，１４０号（米国特許出願公開第２００３／０１４３２５８号明細書）

本発明の課題は、したがって、骨伝導性及び骨誘導性を有しそして取り扱いが容易で大きな口腔の骨欠損の治療に好適な、骨修復材料を提供することにある。

この課題は、請求項１による複合材料骨修復材料により解決された。さらに好ましい実施態様は従属請求項２乃至１９の対象である。

驚くべきことに、本発明による複合材料骨修復材料は、自家移植と並ぶ骨伝導性及び骨誘導性を有することが見出された。さらに、多孔質ブロック状の合成セラミック足場とそれに配される安定化ポリマーの組み合わせにより、該複合材料は十分な安定性を有しグラフト材料の動きを防ぎ、そして移植側内の力に耐えるのに十分な強度、即ち、機械的ストレスへの抵抗性がある。さらに、該材料は脆くなくそしてしたがって切断可能である。このことは、執刀医が、骨修復材料をそれを外科用メスで切ること又は歯牙切削用バーにより処理することにより望ましい形状にし得ることを意味する。本発明による骨修復材料はしたがって、自然治癒しない口腔への適用における重篤な大きさの欠損のような、大きな骨欠損の治療において使用され得る。より詳細には、本発明の骨修復材料は、中度又は重度の歯周炎からの骨量減少のような骨欠損、歯茎、抜歯側、含気化した（ｐｎｅｕｍａｔｉｚｅｄ）（拡大した）膿瘻の骨欠損の治療を増進するために特に好ましい。

本発明による複合材料骨修復材料は、多孔質のブロック状の足場及びその中に配された安定化ポリマーを含む。該多孔質のブロック状足場は合成セラミック材料又は天然由来の材料であり得る。好ましい実施態様において、該多孔質のブロック状足場、合成セラミック足場は、リン酸カルシウムを含む。更に好ましい実施態様において、該合成セラミック材料はアパタイト及びリン酸三カルシウム又はその混合物からなる群より選ばれるリン酸カルシウムを含む。さらに、該セラミック足場は、相互接続したマクロ孔を含む。

リン酸カルシウム、即ちアパタイト及びリン酸三カルシウム（ＴＣＰ）又はその組み合わせからなるセラミック足場材料は骨内部成長を増強する好適な骨代用物質である。いずれは、該材料は、骨により吸収され置換される。ヒドロキシアパタイト及びβ−リン酸三カルシウム、及びその組み合わせが特に好ましい。これらの材料は、サイズ及び多孔質のわりには確実に再生できる形態に製造され得る（図１参照）。

本発明の足場材料は多孔質の形態を有する。該セラミック足場材料は、自然骨の急速な内部成長を可能とするサイズ幅の相互接続した細孔を有する高度に多孔質のリン酸カルシウムである。多孔性に関するリン酸カルシウムブロックを特徴づけるための方法はＢｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，２００５年、１１月号；２６（３０）：６０９９−１０５頁に記載されている。

図１に表される足場材料の２つのサンプルをマイクロコンピューター断層撮影（ｍｉｃｒｏ−ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）（μＣＴ）により分析した。形態学的評価を表１にまとめる。

表１：２つのサンプルの形態学的評価

本発明による好ましい足場材料のために、全孔隙率は７５乃至９５％の範囲、好ましくは８０乃至９５％の範囲にある。多孔性は、通常は、足場材料の容量単位あたりの空間の百分率を表す。高い多孔性は、材料全体にわたって第一の液体の吸収そしてタンパク質の
吸収を増す重要な特性の1つである大きな特有の面密度を生じる。特有の面密度は、足場
容量あたりの足場表面として定義される。本発明による好ましい足場材料は、少なくとも２０／ｍｍ、より好ましくは３０／ｍｍを超える特有の表面密度を有する。さらに、好ましいセラミック足場材料は、最適な栄養素及び酸素供給、新血管形成、細胞移動、コロニー形成及び骨沈着を促進する。最後に、該材料は新たに形成した骨に統合されそして最終的に分解されそして自然骨に置き換えられる。

多孔質構造は、種々の方法により得られ得る。通常は、セラミック粉末を水溶液懸濁させスラリーを得る。多孔質構造を形成させるために、細孔形成剤が添加され得る。あるいは、決定されている細孔構造又は球状物体を有するスポンジ様ポリマーマトリクスは、スラリーでコートされる。スラリーの乾燥後、該セラミック材料は、所望の結晶化度の度合いに応じて８００℃乃至１３００℃の高温において焼結処理を受ける。焼結の間、細孔形成材料は焼き切られそして多孔質のセラミック足場が残る（図１）。工程及び細孔形成剤又は材料に依存して、セラミックブロック状材料の多孔性は、調節され得、望ましい分布で種々のサイズの細孔の相互連結性を得る。これらはナノ細孔（直径１μｍ未満）、ミクロ細孔（直径１乃至１００μｍ）及びマクロ細孔（直径１００μｍより大きい）に分類され得る。組織再生の目的のために、相互連結されたミクロ細孔及びマクロ細孔のかなりの量が、細胞が足場材料へ移動するのを可能とするために望まれる。ミクロ細孔は、栄養物及び代謝産物輸送を可能とするのに十分である。本発明の好ましい実施態様において、細孔の直径は０．０５乃至７５０μｍの範囲にある。より好ましくは、ミクロ細孔の直径は５乃至１００μｍであり、そしてマクロ細孔の直径は１００乃至１０００μｍである。

最も好ましくは、ミクロ細孔の直径は１０乃至７０μｍであり、そしてマクロ細孔の直径は１００乃至７５０μｍである。本発明による好ましい足場材料の多孔性は、３００乃至６００μｍの平均直径を有する。好ましい実施例はさらに、高度に相互連結された細孔を有する。相互連結性は、Ｂｏｎｅ、１９９３年、３月−４月号；１４（２）：１７３−８２頁に記載されている連結密度（連結性（ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ）又は相互連結性（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄｎｅｓｓ）に相当）として定義され得る。本発明による足場材料は、２０／ｍｍ³より大きい連結性を有する。相互連結性の比及び容量あたりの
細孔の数に相当する、細孔あたりの連結の観点において、本発明の足場材料は、少なくとも２、より好ましくは３より大きい、細孔あたりの連結性を有する。上記のように、多孔性は不規則な分布である必要はないが、しかし細管のような十分に繰り返された空間構造により得られ得る。高度な機械的強度が必要とされる場合には、好適な安定化ポリマーを有する管状構造が好ましいものであり得る。

組成及び多孔性に加えて、ブロック状のセラミック足場材料の好適な構造は、さらに骨再生を増強し及び取り扱い特性を改善し得る。増強する必要がある残存する骨へ対向するブロックの第一の部分は、好ましくは高い比率のマクロ細孔を有する網状構造を有し、これにより、骨組織への統合を促進する。周囲の軟組織に対向するブロック状セラミック足場材料の第二の部分は、骨増生の領域への軟組織の内部成長のリスクを減少させるために、高密度構造を有する。したがって、本発明に従うセラミック足場材料は、好ましくは、その多孔性及び／又は結晶化度及び／又はセラミック組成において勾配を含むように製造される。

口腔外科において、大きな骨欠損における骨再生は、骨ブロック固定法により行われる。そのような固定法は典型的には、欠損部位においてドリルで孔を開けそしてねじで自家骨ブロックを固定することを含む。自家骨のものと同様の物理的特性を有する合成骨ブロックを備えることも望ましく、そして従来の固定法が適用され得る。したがって、ブロック状セラミック足場材料の第２の部分は、好ましくはまた、天然骨の皮質部と同様に増強された機械的強度、約１１０乃至１７０ＭＰａまでの耐圧を有し、そして、ねじで固定さ
れるのに十分剛体なものであり得る。本発明の実施態様の基本的な形態において、セラミック足場材料は、セラミック骨修復材料の所望の第２のスラリーへ該部分を浸漬することにより得られる、表面部分上の少なくとも1つの剛体層を有する。末梢部は、１つ又は幾
つかの予め形成された固定穴部を含み得る。

本発明によるセラミック足場材料は、ブロック状であり、そして、如何なる大きな骨欠損に対しても適用され得、そして優れた取り扱い特性を有する。本発明の複合材料骨修復材料は、予め製造されたブロック状のセラミック足場材料に基づく。ブロック状は、セラミック足場材料が、従来の口腔適用のための粒状骨修復材料の寸法を上回る固形物に基づき、そして骨欠損を実質的に埋めるために設計されたものであることを意味する。ブロック状は、骨欠損の治療をする臨床家に望まれる如何なる寸法及び外形も包含する。添加された又は埋め込まれた安定化ポリマーにより、該複合材料骨修復材料は、手術中に外科用メス又は歯科用バーを用いて個々の欠損サイズ及び形に調節され得る。このことは本発明による複合材料骨修復材料は薄切り可能であり、そして従来の材料とは異なり脆いものではなく、それは非常に大きな利点であること意味する。外側（水平側）及び垂直側顎骨頭部欠損における使用のために、１０ｃｍ³の容量まで、好ましくは０．１乃至４ｃｍ³、典型的には約６×６×１２ｍｍの寸法が大部分の欠損に好適であることが証明された。あるいは、ブロック状複合材料骨修復材料の数単位が、異なるサイズのブロックを用いたビルディングブロック方式でのキットに使用され得る。

上記したように、本発明による骨修復材料は安定化ポリマーを含む。該安定化ポリマーは、天然由来又は合成的に製造され得る。一つの実施態様において、該ポリマーは、タンパク質、好ましくは複合材料メッシュが移植されることとなる患者に天然に存在するタンパク質の形態より形成される。コラーゲン及びゼラチンのようなその他のタンパック質から製造されたポリマーも使用され得るが、特に好ましい天然重合性タンパク質はフィブリンである。ヒアルロン酸又は糖タンパク質のような多糖類もまた使用され得、重合性マトリックスを形成する。

好適な合成ポリマーは、ポリオキシアルキレン、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（エチレン−コ−ビニルアルコール）、ポリ（ウレタン）、ポリ（ヒドロキシアルキルアクリレート）、ポリ（ヒドロキシアルキルメタクリレート）、ポリ（アクリル酸）、ポリ（メタクリル酸）、ポリ（エチレン−コ−アクリル酸）、ポリ（アルキルオキサゾリン）、ポリ（ビニルピロリドン）、ポリ（エチレン−コ−ビニルピロリドン）、ポリ（マレイン酸）、ポリ（エチレン−コ−マレイン酸）、ポリ（アクリルアミド）、及びポリ（エチレンオキシド）−コ−（プロピレンオキシド）ブロックコポリマーを含む。

特に好ましいポリマー又は前駆体物質は、直線又は分枝のポリエチレングリコールである。ろう状の粘度を有する好適な分子量の直線ポリエチレングリコール（ＰＥＧ））ポリマーに浸漬される、本発明によるセラミック足場材料は、良好な取り扱い特性を有する複合素材をもたらすことを示すことができた。直線状ＰＥＧの濃度は、望ましい粘度を得るよう調節される。分子量が約１ｋＤａの短い直線状のＰＥＧ分子を用いた場合、１００％までの濃度が必要とされ得る。分子量が１０００ｋＤａＰＥＧまでの大きな直線状ＰＥＧ分子のためには、１０％の水溶液で十分である。骨足場材料はもはや脆いものではないが、しかし展性のある硬さを有し、外科用メスで成形し得るこのことは骨欠損部位へブロックを適合させるために施術者に評価されるものである。さらに、水で膨張し、架橋されたＰＥＧマトリックス（ＰＥＧヒドロゲル）はさらに骨足場材料の機械的特性を改善し、適用が容易であることが示され得る。理想的には、骨足場材料は重合化反応に先立ち安定化ポリマーの前駆体物質に浸漬される。骨足場材料の多孔質の構造内での重合化はそして２つの材料の複合材メッシュを形成する。

ポリマーネットワークをもたらす機構は、イオン的、共有結合的、又はその任意の組み合わせ、又は、１種又はそれ以上の重合性材料の膨張、又は物理的架橋、例えば、相又は溶解性の違いによって末端ブロックの凝集を通じて形成される架橋点によって、であり得る。

しかし、本発明による好ましい安定化ポリマーは、欧州特許出願公開第１６０９４９１号明細書に記載されているような、２種の前駆体の間の自己選択的付加反応により形成された、架橋ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）ヒドロゲルである。

本発明における複合材料骨修復材料におけるＰＥＧヒドロゲルの使用は多くの利点を有している。ＰＥＧヒドロゲルは、その優れた生体適合性及びその親水性が良く知られている。そのようなヒドロゲルは、水溶性の体液に透過性があり、そしてしたがって、組織の再生に必要な栄養素の拡散を可能とする。

本発明における安定化ポリマーとして好ましいヒドロゲルは、第１前駆体Ａの共役不飽和基又は共役不飽和結合と第２前駆体Ｂのチオール基の間の、塩基触媒マイケル型付加に基づく。得られた架橋は不安定であり、そして水との接触で加水分解される。加水分解反応の速度は、温度及び殆どの組織において７．４であるｐＨの値に依存する。十分な結合が加水分解された場合、架橋ネットワークが劣化するか又は破壊される。したがって、ネットワークの劣化の時間は容量の単位あたりに存在する加水分解され得る結合の数に影響され得る。

安定化ポリマーを形成する前駆体は、水溶液に溶解又は懸濁される。如何なる有機溶媒も必要でないため、水溶液及び／又は懸濁液のみが存在する。これらは、取り扱いが容易であり、そしてもし有機溶媒が存在していた場合なら必要であるような、如何なる面倒な安全上の注意を必要としない。さらに、有機溶媒は、これらの溶媒に曝露されるスタッフ及び患者の健康の更なるリスクとなる。本発明は該リスクを取り除くものである。安定化ポリマーのゲル化は、混合の時間において開始し、数分以内で完結する。

以下に、前駆体ＡとＢの反応により生成される、ＰＥＧからの好ましい安定化ポリマーをより詳細に記載する。第１の前駆体Ａは、鎖の最後の２０原子の何れかに結合した共役不飽和基又は共役不飽和結合を有するｎ鎖を担持するコアを含む。好ましい実施態様において、前記共役不飽和基又は共役不飽和結合は末端である。第１前駆体Ａのコアは、炭素原子又は窒素原子のような単一の原子、又は、エチレンオキシド単位、アミノ酸又はペプチド、糖、ペンタエリトリトール、Ｄ−ソルビトール、グリセロール又はヘキサグリセロールのようなオリゴグリセロールのような多機能性アルコールのような小分子であり得る。該鎖は線状ポリマー、又はヘテロ原子、アミド基又はエステル基を所望により含む線状又は分枝アルキル鎖である。好ましくは、該鎖は、ポリエチレングリコールである。該鎖の他に、前駆体Ａのコアは、直鎖又は分枝アルキル残基又は共役不飽和基又は結合を有しないポリマーでさらに置換され得る。好ましい実施態様において、第１前駆体Ａは２乃至１０個の鎖、好ましくは２乃至８、より好ましくは２乃至６、最も好ましくは３乃至６の鎖を有する。該共役不飽和結合は好ましくは、式Ｉａ又はＩｂのアクリレート、アクリルアミド、キニーネ、２−又は４−ビニルピリジニウム、ビニルスルホン、マレイミド又はイタコン酸のエステルであり、

式中、Ｒ₁及びＲ₂は独立して、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基又はブチル基を表し、Ｒ₃は直鎖又は分枝の炭素原子数１乃至１０の炭化水素鎖、好ましくは、メチル
基、エチル基、プロピル基又はブチル基を表す。好ましくは、前駆体Ａは、２乃至６個の鎖を有するＰＥＧ−アクリレート（２−アーム型乃至６−アーム型のＰＥＧ−アクリレート）である。

第２前駆体Ｂは、鎖の末端から２０原子の何れかに結合したチオール又はアミン基をそれぞれ有する複数のｍ鎖を担持するコアを含む。例えば、システイン残基が該鎖に取り込まれ得る。好ましくは、チオール基は末端である。第２前駆体Ｂのコアは、炭素原子又は窒素原子のような単一の原子、又は、エチレンオキシド単位、アミノ酸又はペプチド、糖、ペンタエリトリトール、Ｄ−ソルビトール、グリセロール又はヘキサグリセロールのようなオリゴグリセロールのような多機能性アルコールのような小分子であり得る。該鎖は線状ポリマー、又はヘテロ原子、エステル基又はアミド基を所望により含む線状又は分枝アルキル鎖である。好ましくは、該鎖は、ポリエチレングリコールである。好ましい実施態様において、第２前駆体Ｂは２乃至１０個の鎖、好ましくは２乃至８、より好ましくは２乃至６、最も好ましくは２乃至４の鎖を有する。好ましくは、前駆体Ｂは２乃至４個の鎖を有するＰＥＧ−チオール（２−アーム型乃至４−アーム型のＰＥＧ−チオール）である。

第１前駆体Ａ化合物はｎ鎖を有し、そのため、ｎは２か又はそれ以上であり、そして第２前駆体Ｂ化合物はｍ鎖を有し、そのため、ｍは２か又はそれ以上である。第１前駆体Ａ及び／又は第２前駆体Ｂは、官能化されていない更なる鎖を含み得る。

第１及び第２前駆体の官能性鎖の合計、ｍ＋ｎを意味するもの、は５か又はそれ以上である。好ましくはｍ＋ｎの合計は６か又はそれ以上であり、良好に形成された三次元ネットワークが得られる。そのようなコア及び２個か又はそれ以上の末端基を有する分子はまた、マルチ−アーム型ポリマーと呼ばれる。

鎖の数の他に、その長さは、本発明に係る骨複合材料の機械的特性を調節するために、極めて重要なパラメーターである。２つの隣接した架橋点に結合する骨格中の原子の数は、少なくとも約２０原子、好ましくは５０乃至５０００原子、そしてより好ましくは約５０乃至２０００原子、そして理想的には１００乃至７５０原子である。架橋点は、ポリマーネットワークの３又はそれ以上の骨格鎖が結合する点としてここに定義される。

骨複合材料の機械的強度は、１種又はそれ以上の更なる安定化ポリマー、カルボキシメチルセルロース、アルギン酸塩、キサンタンゴム等のような繊維又はフィラメント状の補助剤を組み込むことによりさらに増強され得る。

本発明の更なる実施態様において、安定化ポリマーは、酵素的に劣化する部分による分解性が備わっている。内部に成長する細胞がポリマーの合成構造と置き換わるために存在していなければ、適宜に設計されたポリマーは劣化せずその安定化機能を失わない。この実施態様において、前駆体Ｂのコアは１つ又はそれ以上の酵素的劣化部分を含むペプチドを含む。好ましい酵素的劣化ヒドロゲルは、国際公開第０３０４０２３５号パンフレットに詳細が記載されるような、加水分解に不安定な結合ではなくその骨格に一体化されるメタロプロテイナーゼオリゴペプチドを含む。

ＰＥＧヒドロゲルのようなそのような安定化ポリマーは、好ましくは、室温においてブロック型合成セラミック足場をＰＥＧヒドロゲル製剤で浸漬することにより骨ブロックの細孔に取り込まれる。そうすることのひとつの可能性は、ヒドロゲル前駆体を混合すること、そして次に、ゲル点に達する前にブロックにその混合物を適用し、そしてブロックと
ブロックの細孔内部のゲルによってそれが吸着することを可能とすることである。この手順は、ブロックを望ましい形態に適合させる前に外科医によって行われ得る。

本発明の更なる実施態様において、合成セラミック足場に配された安定化ポリマーは、同時に、複合材料骨修復材料の骨伝導性及び／又は骨誘導性を促進する、１種又は幾つかの生物活性剤の保持された放出のためのマトリックスである。
ここで用いられる生物活性剤は、その由来や製造された方法により限定されるものではないが、それゆえ抽出され得、合成的か又は組み替えて製造され得、そして、接合、断片化、酵素的分割又は化学的変性等であるがこれらに限定されない更なる処理又は精製にかけられ得る。

好適な生物学的活性剤の例はＢＭＰｓ、ＰＴＨ、ＶＥＧＦ、エナメルマトリックス誘導体（ＥＭＤ），ＴＧＦ−ベータ、ＩＧＦ，デントニン（Ｄｅｎｔｏｎｉｎ）、アドレノメデュリン（Ａｄｒｅｎｏｍｅｄｕｌｌｉｎ）（ＡＤＭ）、ＦＧＦ，ＰＤＧＦＢＢ，ＩＧＦ，ＰＧＥ２，ＥＰ２、Ｌ１（及び誘導体）、ＨＩＦ−１αΔＯＤＤ（酸素非依存性ドメイン）、ＲＧＤ、ＫＲＳＲ、Ｈ−Ｇｌｙ−Ｃｙｓ−Ｇｌｙ−Ａｒｇ−Ｇｌｙ−Ａｓｐ−Ｓｅｒ−Ｐｒｏ−Ｇｌｙ−ＮＨ₂又はその誘導体のような細胞認識配列である。

また、フィブロネクチン、コラーゲン、ラミニンのような細胞外マトリクスタンパクが生物活性剤として使用され得る。これらのペプチド及びタンパクは、更にシステインを含み得るか含み得ない。そのようなシステインは、ぺプチド及びタンパクが上記安定化ポリマーの好ましい形態への共有結合を促進する。

特に好ましいものは、ＰＴＨの最初の３４つのアミノ酸を含むペプチドである。このペプチドは、複合材料骨修復材料へペプチドの共有結合を促進するシステインをさらに含み得る。さらに好ましい実施態様において、生物活性剤は、アメロゲニン、アメリン、タフテリン、アメロブラスチン、エナメリン及びデンチンからなるＥＭＤｓの群より選ばれる。

前記好ましい安定化ポリマーはまた、送達のために又は生物活性剤に好ましいものであり得る。該生物活性剤は、安定化ポリマーと共有結合され得、例えば、これは、混合の際に、前駆体Ａ中に存在する共役不飽和基又は結合と反応する生物活性剤中に存在するチオール部分により達成され得る。チオール部分は、例えば、アミノ酸のシステイン中に存在する。このアミノ酸は、ペプチド、オリゴペプチド又はタンパク質中へ容易に導入され得る。この生物活性剤は、不安定な架橋が加水分解されるため、その後に安定化ポリマーから放出される。

あるいは、上記安定化ポリマーの好ましい実施態様は、活性剤を複合材料骨修復材料へ単純に取り込まれるか、又は沈殿されることを可能とする。該生物活性剤は、組成物のその他の成分を混合する場合に添加され得る。該生物活性剤はそしてヒドロゲルの劣化の後に拡散することにより放出される。セラミック足場材料上の生物活性剤を、第１前駆体Ａと第２前駆体Ｂを含む溶液への浸漬に先立ち吸着させることもまた可能である。

キットもまた、本発明の範囲に含まれる。該キットは、少なくとも（ｉ）ブロック状セラミック足場、及び（ｉｉ）安定化ポリマーを含む。さらなる実施態様において、該キットは少なくとも（ｉ）ブロック状セラミック足場、それぞれ個別に貯蔵される（ＩＩ）マルチ−アーム型ＰＥＧ−アクリレートのような前駆体Ａ、そして（ＩＩＩ）マルチ−アーム型ＰＥＧ−チオールのような前駆体Ｂを含む。その他のキットは（Ｉ）ブロック状セラミック足場、（ＩＩ）安定化ポリマー、そして（ＩＩＩ）生物活性剤を含む。さらに、前駆体及び／又は生物活性剤によって必要であれば、キットはさらに１種又は幾つかを含む
。好適な活性剤は、トリエタノールアミンをＨＣｌを用いてｐＨ７．４乃至９．０とした水溶液であり得る。該キットはまた、１種以上の生物活性剤及び２種以上の前駆体を含み得る。該キットは、プレミックスの形態の一定の成分を含むこともまた可能である。該キットは、乾燥形態又は好適な溶媒（例えば、０．０４％酢酸）中に貯蔵され得る。好適な緩衝液溶液は、適用に先立ち迅速に添加される。前駆体は、好ましくは乾燥形態で貯蔵される。生物活性剤は、セラミック足場に（前もって）吸着され得る。さらに、生物活性剤は、乾燥（凍結乾燥）形態又は好適に緩衝された水溶液中で貯蔵され得る。

図１は、セラミック足場材料のスポンジ様の構造を示す図である。 図２は、ブロック状のセラミック足場材料を示す図である。 図３は、安定化ポリマーなしのセラミック足場材料を外科用メスで切断した図である。 図４は、ＰＥＧを含む、重合化後のセラミック足場材料を外科用メスで切断した図である。 図５は、ヒドロキシアパタイトの緻密層を有するセラミック足場材料を示す図である。 図６は、安定化ＰＥＧポリマーからの生物活性剤としてのＰＴＨの保持及び放出を示す図である。

実施例１
メルク Ｓ．Ａ．より得られた十分に分散したヒドロキシアパタイトのスラリーをアルコール／結合剤／可塑剤溶液中に調製し、そしてポリウレタンフォームをこのスラリーに含浸した。結合剤／可塑剤ミックスの組成は以下のとおりである：９０ｇポリエチレングリコール♯６０００；１５０ｇポリ−ビニル ブチラール；２４０ｇ無水エタノール；６００ｇトリクロロエチレン。このスラリーを以下のバッチ組成を用いて製造した：７０ｇヒドロキシアパタイト；５０ｇ 無水エタノール；１ｇ エムフォス（ｅｍｐｈｏｓ）ＰＳ−２１Ａ解膠剤；３６ｇ結合剤／可塑剤ミックス。市販の高多孔質の、低密度ポリウレタンフォームを使用した（ベルギー、レクティセル（Ｒｅｒｃｔｉｃｅｌ）社製）。
フォームを先ずスラリーへ浸漬しそして圧縮及び膨張を繰り返し、全ての細孔壁の完全な被覆を確実にした。この余剰のスラリーを次に除去し、そして被覆されたフォームを乾燥させた。セラミック加工品を、全ての有機物質を完全に焼き切ることを確実にするためにステージ中の含浸したフォームを加熱することにより、そして最後に以下の焼成過程を用いてヒドロキシアパタイトを焼結することにより形成した：９０℃／時間で２５０℃まで、２時間保持；５０℃／時間で６５０℃まで、５時間保持；２００℃／時間で１２００℃まで、２時間保持、２００℃／時間で常温まで冷却。
このセラミック足場材料を１×１×２ｃｍ³のブロックに切り分けた。

実施例２
この実施例の目的は、固定部分を有するブロック状のセラミック足場材料を製造するためのものである。ブロックを、最終の焼成工程の前にブロックの一方を純粋なヒドロキシアパタイトのスラリーへ約１ｍｍの深さで浸漬した点が異なるが実施例１に基づき製造した。その結果、スポンジの浸漬した側の細孔は完全にスラリーで充填された（図４）。

実施例３
６５．５ｍｇ（０．０３３６ｍｍｏｌチオール）のＨＳ−ＰＥＧ−ＳＨ ３．４ｋ（米国アラバマ州ハンツビル、ネクター（Ｎｅｋｔａｒ）社製）を０．６８５ｍｌの０．０５％酢酸に溶解し、そして、１３０．５ｍｇ（０．０３３０ｍｍｏｌアクリレート）の４−アーム型ＰＥＧ−アクリレート １５ｋ（米国アラバマ州ハンツビル、ネクター社製）を
、０．６２０ｍｌの１００ｐｐｍのメチレンブルーを含む０．０５％酢酸に溶解した。両方のＰＥＧ溶液を０．５００ｍｌの０．４Ｍトリエタノールアミン／ＨＣｌ緩衝液（ｐＨ８．８５）と混合し、そして１×１×２ｃｍ³に計測した実施例１からの骨ブロックへピ
ペットでゆっくりと取った。この液体は、多孔質のブロックに殆ど充填されそして２５℃において約３分でブロックの細孔中にゲルを形成した。このブロックは外科用メスで容易に切ることができそして清浄な切断面を得た。空の細孔を有するブロックを切断した場合は、粉々になることとなった（図４）。

実施例４
３２．４ｍｇ（０．０１６４ｍｍｏｌチオール）のＨＳ−ＰＥＧ−ＳＨ １．８ｋ（（米国アラバマ州ハンツビル、ネクター社製）を０．４７０ｍｌの０．１０Ｍトリエタノールアミン／ＨＣｌ ｐＨ７．４中に溶解しそして、５０μｌの１０ｍｇ／ｍｌのｈＰＴＨ_1-34と混合した。ゲル化工程を、０．１０Ｍトリエタノールアミン／ＨＣｌ ｐＨ７．４に溶解した６６．０ｍｇ（０．０１６６ｍｍアクリレート）のＰＥＧ−アクリレートを用いて開始した。５００μｇのＰＴＨを含む、４ｍｌのＰＢＳを添加し最終インキュベーション容量を５ｍｌ（１００μｇＰＴＨ／ｍｌ）とした。この溶液を３７℃（回転攪拌機）でインキュベートしそして同じ試験管（１５ｍｌ、プラスチック標準試験管）から５０μｌのサンプルを直接ＨＰＬＣ分析（単回分析）に供するために収集（１．５ｍｌマイクロチューブ、７２．６９０．２００、ザルスタッド（Ｓａｒｓｔｅｄｔ）社製）した。全ての実験の間、サンプル容量のロスを補充するために如何なる緩衝液も加えなかった。陽性及び陰性対照を全てのテスト溶液を分析する前と後に分析した。
サンプルは、ＨＰＬＣシステム（ｐｕ８８０、日本分光（ＪＡＳＣＯ）株式会社製）から送達される流速０．３ｍｌ／分における移動相（３０％アセトニトリル［ｃｏ３ｃ１１ｘ、ラボスキャン（Ｌａｂｓｃａｎ）］、０．９％ＮａＣｌ）において、ＴＳＫ ＳＳＷ２０００（１８６７４、４．６×３００ｍｍ、４μｍ、ドイツ、トーソーハース、ゲーエムベーハ（ＴｏｓｏＨａａｓ，Ｇｍｂｈ）製）において分析（５μｌ）した。ピークを２１５ｎｍにおける吸光度を測定することにより検出（オンラインＵＶ−検出器、Ｊａｓｃｏ１５７５）し、そしてピーク面積を積分した。

表２．ＰＴＨの保持（ＨＰＬＣからの生データ）

データは、ＰＴＨ（１−３４）がシュトラウマンＰＥＧ−ゲルにより、８０時間後に５０％、そして３００時間後に３０％保持されることを示した。インキュベーションは、水平回転攪拌機で行った（図６）。

Claims (19)

1. 多孔質のブロック状の足場及びその中に配された安定化ポリマーを含む、薄切り可能な骨修復物質複合材料であって、前記足場は、合成セラミック材料又は天然由来の材料からなる群より選ばれる骨置換材料を含み、そして、前記足場は相互結合したマクロ孔を含む、複合材料骨修復材料。
2. 前記足場が、リン酸カルシウムを含む合成セラミック材料である、請求項１に記載の複合材料骨修復材料。
3. 前記リン酸カルシウムが、ヒドロキシアパタイト及びリン酸三カルシウム又はその混合物からなる群より選ばれる、請求項２に記載の複合材料骨修復材料。
4. 前記安定化ポリマーが、ポリエチレングリコールを含む、請求項３に記載の複合材料骨修復材料。
5. 前記安定化ポリマーが、分解性ポリエチレングリコールヒドロゲルである、請求項４に記載の複合材料骨修復材料。
6. 前記ヒドロゲルが、少なくとも２種の前駆体分子の架橋反応により形成される、請求項５に記載の複合材料骨修復材料。
7. 前記架橋反応が、マイケル型付加である、請求項６に記載の複合材料骨修復材料。
8. 前記セラミック足場が、７５％乃至９５％の全孔隙率を有する、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の複合材料骨修復材料。
9. 前記セラミック足場が、皮質骨と同様の改良された機械的強度を有する少なくとも１種の第２の部分を有する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の複合材料骨修復材料。
10. 生物活性剤をさらに含む、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の複合材料骨修復材料。
11. 前記生物活性剤が安定化ポリマーから放出される、請求項６に記載の複合材料骨修復材料。
12. 前記生物活性剤がＰＴＨ，ＢＭＰ及びＥＭＤからなる群から選ばれる、請求項１０又は請求項１１に記載の複合材料骨修復材料。
13. 口腔骨欠損の治療のための装置を製造するための、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の複合材料骨修復材料の使用。
14. 以下の工程：
    ａ）多孔質のブロック状の合成セラミック足場を製造すること；
    ｂ）マルチ−アーム型ＰＥＧ−チオールの水溶液を、マルチ−アーム型ＰＲＧ−アクリレートの水溶液と混合することであり、前記アームの合計数が５か又はそれより多いものである；
    ｃ）セラミック骨ブロックを混合物と浸漬すること；
    を含む、請求項６に記載の複合材料骨修復材料を製造する方法。
15. 前記工程ｂ）の混合物に生物活性剤を添加する、請求項１４に記載の方法。
16. 多孔質のブロック状のセラミック足場及び安定化ポリマーを含む、請求項１に記載の複合材料骨修復材料を製造するキット。
17. ａ）多孔質のブロック状の合成セラミック足場；
    ｂ）マルチ−アーム型ＰＥＧ−チオール；
    ｃ）マルチ−アーム型ＰＥＧ−アクリレートであって、前記アームの合計の数は、５か又はそれより多いものである；
    ｄ）マルチ−アーム型ＰＥＧ−チオール及びマルチ−アーム型ＰＥＧ−アクリレートのための緩衝液；
    を含む請求項１６に記載のキット。
18. 生物活性剤をさらに含む、請求項１６又は１７に記載のキット。
19. マルチ−アーム型ＰＥＧ−チオール又はマルチ−アーム型ＰＥＧ−アクリレートの何れかとプレミックスされた生物活性剤をさらに含む請求項１７に記載のキット。
    

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