JP2012533352A - 哺乳類の組織再生用の微量元素含有スキャフォールド - Google Patents
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Abstract
Description
本発明によれば、B、Cu、F、Fe、Mn、Mo、Si、Srおよび/またはZnなどの微量元素が、哺乳類の表面および表面下に移植できる生体適合性組成物のスキャフォールドに取り込まれる。スキャフォールド組成物は、哺乳類によって生物学的に使用されるイオンを提供する。これらの元素は、血管形成に有用になりうる内皮細胞遊走の効果などの有用な効果を有し、そして組織再生にとって重要である。このようにして、これらの微量元素は血管形成を促進しており、それは、例えば創傷治癒などの組織の成長を促進する重要な機能である。このことは、骨誘導性(osteoconductivity)の促進と区別され、それは骨の成長を促進するためにサイトに骨成長因子を提供することである。血管分布を増加すること、即ち血管成長を含む血管形成は、骨誘導性とは異なる。
所望の圧縮強さはまた、耐力本体部(load-bearing body part)または非耐力部(non-load-bearing part)の修復のためであろうとなかろうと、衝撃または著しい動きにさらされるもののため、移植後に全体を保持するのに必要な強度を提供するように選ばれる。いくつかの好ましい実施形態では、スキャフォールド本体の圧縮強さは少なくとも約5MPaであり、さらに、より大きな剛性が必要とされる他の実施形態では、圧縮強さは少なくとも約20MPa、例えば約20〜約200MPaである。
B2O3 40〜80
Na2O 0〜25
Li2O 0〜25
K2O 0〜25
Rb2O 0〜25
CaO 0〜40
MgO 0〜25
SrO 0〜40
BaO 0〜50
Li2O+Na2O+K2O+Rb2O 累積で0〜50
MgO+SrO+BaO+CaO 累積で0〜50
P2O5 0〜10
SiO2 0〜18
Al2O3 0〜3
F 0〜4
遷移金属元素 累積で0〜10
を含み、特記しない限り、記載された全てのパーセンテージは重量基準である。これらの実施形態で特定のものにおけるK2OおよびMgOの濃度は、それぞれ約1〜約25重量%である。大部分の実施形態において、Li2O、Na2O、K2OおよびRb2Oの1種以上は、累積濃度(cumulative concentration)で約1〜約50重量%、例えば約5〜約20重量%存在し、そして、MgO、SrO、BaOおよびCaOの1種以上は累積濃度で約1〜約50重量%、例えば約5〜約40重量%存在する。Cuが微量元素である場合、この組成は、さらに、0.05〜5重量%または0.01〜2.5重量%のCuを、CuO、Cu2Oまたは他のCu化合物として含む。遷移金属元素は、d−バンドが、1原子あたりの最大電子数の10電子より少ない数の電子を含む元素であって、中でもCoおよびNiを含んでいる。実際のところ、本発明で使用された特定の微量元素、例えばZnおよびFeは、遷移金属である。そこで、これらの微量元素の微量元素濃度が、例えば約0.1〜約2.5重量%などの特定の範囲にあると記載された処方においては、当然のことながら、遷移元素が微量元素に含まれ得るという事項とは関係なく微量元素濃度はその範囲内にあり、例えばZnおよびFeが2.5重量%を越える量で存在する場合には、それらは微量元素ではない。
B2O3 40〜80
Na2O 0〜25
Li2O 0〜25
K2O 0〜25
Rb2O 0〜25
MgO 0〜25
SrO 0〜40
BaO 0〜25
Li2O+Na2O+K2O+Rb2O 累積で0〜50
MgO+SrO+BaO 累積で0〜50
P2O5 0〜10
SiO2 0〜18
Al2O3 0〜3
F 0〜4
遷移金属元素 累積で0〜10
を含む。
更に、材料は、CuO、Cu2Oまたは他のCu化合物および/または他の微量元素として、Cuを0.05〜5重量%または0.01〜2.5重量%の濃度で含む。これらの実施形態のいくつかは、上述したように低レベルのCaを含むが、その一方、他の実施形態は実質的にCaフリーであり、Caを本質的に含まないか、またはCaを0.1重量%未満で含む。
他の実施形態は、本質的には、約40〜約80重量%のB2O3と、Li2O、Na2O、K2OおよびRb2Oからなる群から選ばれる2種以上のアルカリ酸化物と、MgO、SrO、BaOおよびCaOからなる群からの2種以上のアルカリ土類酸化物とに、Cuを含む化合物を加えたものから成る。例えば、表2の組成Aは、本質的には、約40〜約80重量%のB2O3と、累積して5〜25重量%の、Li2O、Na2O、K2OおよびRb2Oからなる群から選ばれる2種以上の混合アルカリ酸化物、および累積して8〜25重量%の、MgO、SrO、BaOおよびCaOからなる群から選ばれるから2種以上から成る。他の実施形態は、任意で、1種以上のP2O5、SiO2、Al2O3、Fおよび遷移金属元素を含む。
多孔率は、例えば、繊維の方向、粒子または微小球体の形状、および元素(または要素:element)を一体に結合するために用いられる熱処理(時間/温度)などの多くのファクターに依存し、または当該多くのファクターによって制御される。このバルクの多孔率とは独立して、相互接続性(interconnectivity)は本発明のスキャフォールドにおいても重要である。組織修復は、スキャフォールドの中への体液の流れによって強く影響されるので、スキャフォールド内部の細孔が高いレベルで相互接続性を有し、低いレベルで閉鎖細孔を有することが好ましい。すなわち、大部分の細孔が他の細孔に連絡していること、そして、大部分の細孔からスキャフォールドの外側表面まで直接的または間接的な経路があることが重要である。ある実施形態では、スキャフォールドの細孔容積の少なくとも約80容量%、例えば少なくとも約90%は、スキャフォールド外部から他の細孔を通じて直接的または間接的にアクセス可能であり、従って、体液にアクセス可能である。
0.4重量%CuOを有するスキャフォールドは、0.00028gCuO/スキャフォールド(これは0.00022gのCu/スキャフォールドに対応する)を含んでいた。Cuのモル数は0.00022g/(63.55g/モル)と計算され、これは3.52E−6モルのCuに等しい。スキャフォールドが42日間にわたる直線的反応速度ですべての銅を完全に放出すると仮定すると、Cu放出速度は、8.387E−8モル/日であった。これは、1.2E−6モルのCu/グラムのガラス/日に等しい。
<B3 Cu−1(0.1重量%のCuO)>
B3 Cu−1スキャフォールドについて同様の計算を用いて、銅について計算した放出速度は、2.095E−8モル/日であった。同等の速度は、3.0E−7モルのCu/グラムのガラス/日である。
ラットの皮下脂肪組織の血流速度は、0.1〜0.4ml/分/グラムで測定され、HerdらによってBlood flow rates through adipose tissue of unanesthetized rats. American journal of physiology, 1968. 214: p. 263-268.に報告された。上述のB3 Cu−1およびB3 Cu−3スキャフォールドについてのCu放出速度を用いて、ラット体液のCu濃度を計算した。ラット体液中のCu濃度についての計算値は、Huらによって、Copper Stimulates Proliferation of Human Endothelial Cells Under Culture. Journal of Cellular Biochemistry, 1998. 69: p. 326-335に報告された、生体外(in-vitro)での内皮細胞増殖を促進し、McAuslanらによってEndothelial Cell Phagokinesis in Response to Specific Metal Ions. Experimental Cell Research, 1980. 130: p. 147-157に報告されたように、生体外(in-vitro)での内皮細胞遊走速度を向上させた、Cuドープ細胞培養培地のCu濃度の範囲内であった。
Claims (23)
- 哺乳類に移植して、身体組織の修復、再生および/または増殖における血管成長を促進するためのスキャフォールドであって、
前記スキャフォールドは、繊維、中空繊維、チューブ、リボン、中実球、中空球、粒子、結合した粒子、およびそれらの組合せからなる群から選ばれる物理的形態にされた生体適合性材料のスキャフォールド本体を含み、
前記生体適合性材料は、約40〜約80重量%のB2O3を含み、
前記生体適合性材料は、約0.05〜10重量%の濃度で生体適合性材料に化学的に溶解しているCu、Fe、SrおよびZnからなる群から選ばれる1種以上の微量元素を含むことを特徴とするスキャフォールド。 - 前記生体適合性材料が、
約40〜約80重量%のB2O3と、
Li2O、Na2O、K2O、およびRb2Oからなる群から選ばれる1種以上のアルカリ酸化物と、
MgO、SrO、BaOおよびCaOからなる群から選ばれる1種以上のアルカリ土金属酸化物と、を含むことを特徴とする請求項1に記載のスキャフォールド。 - 生体適合性組成物が、
約40〜約80重量%のB2O3と、
約1〜約50重量%のLi2O、Na2O、K2O、およびRb2Oからなる群から選ばれる1種以上のアルカリ酸化物と、
約1〜約50重量%のMgO、SrO、BaOおよびCaOからなる群から選ばれる1種以上のアルカリ土金属酸化物と、を含むことを特徴とする請求項1に記載のスキャフォールド。 - 生体適合性組成物が、
約40〜約80重量%のB2O3と、
約5〜約20重量%のLi2O、Na2O、K2O、およびRb2Oからなる群から選ばれる1種以上のアルカリ酸化物と、
約5〜約40重量%のMgO、SrO、BaOおよびCaOからなる群から選ばれる1種以上のアルカリ土金属酸化物と、を含むことを特徴とする請求項1に記載のスキャフォールド。 - 生体適合性組成物が、
約40〜約80重量%のB2O3と、
Li2O、Na2O、K2O、およびRb2Oからなる群から選ばれる1種以上のアルカリ酸化物と、
MgO、SrO、BaOおよびCaOからなる群から選ばれる1種以上のアルカリ土金属酸化物と、
約0.1〜2.5重量%の濃度のCuと、を含むことを特徴とする請求項1に記載のスキャフォールド。 - 生体適合性組成物が、
約40〜約80重量%のB2O3と、
Li2O、Na2O、K2O、およびRb2Oからなる群から選ばれる1種以上のアルカリ酸化物と、
MgO、SrO、BaOおよびCaOからなる群から選ばれる1種以上のアルカリ土金属酸化物と、
約0.05〜5重量%の濃度のFeと、を含むことを特徴とする請求項1に記載のスキャフォールド。 - 生体適合性組成物が、
約40〜約80重量%のB2O3と、
Li2O、Na2O、K2O、およびRb2Oからなる群から選ばれる1種以上のアルカリ酸化物と、
MgO、SrO、BaOおよびCaOからなる群から選ばれる1種以上のアルカリ土金属酸化物と、
約0.05〜5重量%の濃度のSrと、を含むことを特徴とする請求項1に記載のスキャフォールド。 - 生体適合性組成物が、
約40〜約80重量%のB2O3と、
Li2O、Na2O、K2O、およびRb2Oからなる群から選ばれる1種以上のアルカリ酸化物と、
MgO、SrO、BaOおよびCaOからなる群から選ばれる1種以上のアルカリ土金属酸化物と、
約0.05〜5重量%の濃度のZnと、を含むことを特徴とする請求項1に記載のスキャフォールド。 - 哺乳類へ移植して、身体組織の修復、再生および/または増殖における血管成長を促進するためのスキャフォールドであって、該スキャフォールドは、
繊維、中空繊維、チューブ、リボン、中実球、中空球、粒子、結合した粒子、およびそれらの組合せからなる群から選ばれる物理的形態の生体適合性材料のスキャフォールド本体であって、前記生体適合性材料はB2O3、SiO2、P2O5およびそれらの組合せからなる群から選ばれたガラス形成剤を含み、また前記生体適合性材料は哺乳類の体液中で生分解性である、スキャフォールド本体と、
約0.05〜10重量%の濃度で前記生体適合性材料に化学的に溶解している、Cu、F、Fe、Mn、Mo、Ni、SrおよびZnからなる群から選ばれる1種以上の微量元素と、を含み、
前記ガラス形成剤は、生体適合性材料重量の(相対)標準偏差25%、母集団サイズ10でラット試験によって求めたときに、9〜11週間の年齢で、体重200〜300gのFisher344ラットに皮下移植して6週以内に、生体適合性材料の少なくとも約20重量%が生分解するように、生分解性を付与すべくバランスされた濃度を有していることを特徴とするスキャフォールド。 - 組成物は、繊維または結合された粒子の形態であることを特徴とする請求項9に記載のスキャフォールド。
- 組成物が、0.1重量%以下のCaを含むことを特徴とする請求項9または10に記載のスキャフォールド。
- 前記生体適合性材料は、リンを含有する前記哺乳類の体液中で、骨前駆体リン酸カルシウム化合物に転化されないことを特徴とする請求項9〜11のいずれかに記載のスキャフォールド。
- 前記1種以上の微量元素が、Cu、Fe、SrおよびZnからなる群から選ばれることを特徴とする請求項9〜12のいずれかに記載のスキャフォールド。
- 組成物は、繊維または結合した粒子の形態であることを特徴とする請求項13に記載のスキャフォールド。
- 組成物は、繊維または結合した粒子の形態であり、前記微量元素が約0.05〜5重量%の濃度のCuであることを特徴とする請求項13に記載のスキャフォールド。
- 前記微量元素が、約0.05〜5重量%の濃度のCuであることを特徴とする請求項13に記載のスキャフォールド。
- 前記微量元素が約0.05〜5重量%の濃度のCuであり、組成物は繊維の形態であり、スキャフォールドはCu約0.5〜約100E−7モル/ガラスg/日の放出速度を有することを特徴とする請求項13に記載のスキャフォールド。
- 生体適合性組成物が、
約40〜約80重量%のB2O3と、
Li2O、Na2O、K2O、およびRb2Oからなる群から選ばれる1種以上のアルカリ酸化物と、
MgO、SrO、BaOおよびCaOからなる群から選ばれる1種以上のアルカリ土金属酸化物と、
約0.1〜約2.5重量%の濃度のCuと、を含むことを特徴とする請求項13に記載のスキャフォールド。 - 生体適合性組成物が、
約40〜約80重量%のB2O3と、
Li2O、Na2O、K2O、およびRb2Oからなる群から選ばれる1種以上のアルカリ酸化物と、
MgO、SrO、BaOおよびCaOからなる群から選ばれる1種以上のアルカリ土金属酸化物と、
約0.05〜約5重量%の濃度のFeと、を含むことを特徴とする請求項13に記載のスキャフォールド。 - 生体適合性組成物が、
約40〜約80重量%のB2O3と、
Li2O、Na2O、K2O、およびRb2Oからなる群から選ばれる1種以上のアルカリ酸化物と、
MgO、SrO、BaOおよびCaOからなる群から選ばれる1種以上のアルカリ土金属酸化物と、
約0.05〜約5重量%の濃度のSrと、を含むことを特徴とする請求項13に記載のスキャフォールド。 - 生体適合性組成物が、
約40〜約80重量%のB2O3と、
Li2O、Na2O、K2O、およびRb2Oからなる群から選ばれる1種以上のアルカリ酸化物と、
MgO、SrO、BaOおよびCaOからなる群から選ばれる1種以上のアルカリ土金属酸化物と、
約0.05〜約5重量%の濃度のZnと、を含むことを特徴とする請求項13に記載のスキャフォールド。 - 哺乳類へ移植して、身体組織の修復、再生および/または増殖における血管成長を促進するためのスキャフォールドであって、該スキャフォールドは、
繊維、中空繊維、チューブ、リボン、中実球、中空球、粒子、結合した粒子、およびそれらの組合せからなる群から選ばれる物理的形態の生体適合性材料のスキャフォールド本体であって、前記生体適合性材料はB2O3、SiO2、P2O5およびそれらの組合せからなる群から選ばれたガラス形成剤を含み、また前記生体適合性材料は哺乳類の体液中で生分解性である、スキャフォールド本体と、
約0.05〜10重量%の濃度で前記生体適合性材料に化学的に溶解している、Cu、F、Fe、Mn、Mo、Ni、SrおよびZnからなる群から選ばれる1種以上の微量元素と、を含み、
前記生体適合性材料は、リンを含有する前記哺乳類の体液中で、骨前駆体リン酸カルシウム化合物に転化されないことを特徴とするスキャフォールド。 - 哺乳類の身体組織の修復、再生および/または増殖における血管の成長を促進する方法であって、請求項1〜22のいずれかに記載のスキャフォールドを哺乳類に移植することを含む方法。
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