JP2018019944A - Bone regeneration material comprising biodegradable fiber, and method for producing the same - Google Patents

Bone regeneration material comprising biodegradable fiber, and method for producing the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a safer bone regeneration material, comprising a biodegradable fiber that consists of PLGA and β-phase tricalcium phosphate particles.SOLUTION: This invention relates to a bone regeneration material, comprising a biodegradable fiber, wherein the biodegradable fiber substantially consists only of a poly(lactic-co-glycolic acid) copolymer and β-phase tricalcium phosphate particles. The β-phase tricalcium phosphate particles are prepared such that an amorphous site is high in purity that does not substantially exist, by calcinating amorphous calcium phosphate, the precursor, at substantially last-minute temperature before the β-phase in the tricalcium phosphate is changed into an α-phase. The β-phase tricalcium phosphate particles are dispersed within the biodegradable fiber in such a state that calcium ion and a functional group of the poly(lactic-co-glycolic acid) copolymer are not coordinated.SELECTED DRAWING: Figure 3(2)

Description

本発明は、生分解性繊維からなる骨再生用材料、及び骨再生用材料を製造するための方法に関する。 The present invention relates to a bone regeneration material composed of biodegradable fibers and a method for producing the bone regeneration material.

骨再生医療の分野では、 ポリ乳酸(以下PLAと称する)、ポリ乳酸―グリコール酸共重合体(以下PLGAと称する)等の生分解性樹脂に骨形成因子を含有させて作製した生分解性繊維からなる骨再生材料を骨欠損部に埋め込む方法が実施されている。骨再生材料が体内に埋め込まれた後、体液に接して分解されて、含有された骨形成因子が徐放されると共に、時間の経過とともに体内に吸収されて消失するため、効果的な骨形成が得られると共に、患者の負担が少なくて済む。 In the field of bone regenerative medicine, biodegradable fibers produced by incorporating bone-forming factors into biodegradable resins such as polylactic acid (hereinafter referred to as PLA) and polylactic acid-glycolic acid copolymer (hereinafter referred to as PLGA) A method for embedding a bone regeneration material comprising a bone defect in a bone defect part has been implemented. After the bone regeneration material is implanted in the body, it is decomposed in contact with the body fluid, and the contained bone morphogenetic factors are released gradually, and the bone resorption material is absorbed and disappears over time. Can be obtained and the burden on the patient can be reduced.

骨再生用材料が人の体内に埋め込まれて骨形成活性を発揮するためには、マトリクス樹脂は足場材(scaffold)として骨形成因子を徐放可能に担持できることが求められる。骨形成因子としてはリン三酸カルシウム、特にβ相リン酸三カルシウム(以下β-TCPと称する)が優れた骨形成活性を有するので好適に用いられている。β-TCPによる骨吸収・置換をスムーズに発揮させるためには、マトリクス樹脂は体液と接触してできるだけ早期に加水分解してリン酸三カルシウムの徐放を開始して、その後速やかに分解吸収されて消滅することが望ましい。PLGAは人体にインプラントされた後吸収分解される速度が速いので、β-TCPの早期の吸収と骨置換を促す上で優れている。 In order for the bone regeneration material to be implanted in a human body and exhibit bone forming activity, the matrix resin is required to be able to carry the bone forming factor as a scaffold so that it can be sustainedly released. As an osteogenesis factor, calcium triphosphate, particularly β-phase tricalcium phosphate (hereinafter referred to as β-TCP) has excellent osteogenic activity and is preferably used. In order to smoothly exhibit bone resorption and replacement by β-TCP, the matrix resin is contacted with body fluids and hydrolyzed as soon as possible to start the sustained release of tricalcium phosphate, and then rapidly decomposed and absorbed. It is desirable to disappear. PLGA is excellent in promoting early absorption and bone replacement of β-TCP because it is rapidly absorbed and decomposed after being implanted in the human body.

β-TCPは、一般に前駆体である非晶質リン酸カルシウムを焼結して結晶化させて製造される。焼結温度を800℃〜1100℃とすると、β相のTCPが得られ、それよりも高温にして1200℃近辺とするとTCPの結晶はα相に転移する。α−TCPは体内での吸収速度が速いので、TCPは早期に消失してしまい、骨に置換されないことが多いので、整形外科用の骨欠損部充填材料としては不適である。β-TCPは、α−TCPより体内での吸収速度が遅いので、十分な骨置換が得られるので、整形外科用の骨欠損部充填材料として好適に用いられている。 β-TCP is generally manufactured by sintering and crystallizing a precursor amorphous calcium phosphate. When the sintering temperature is set to 800 ° C. to 1100 ° C., β-phase TCP is obtained, and when the temperature is set higher than 1200 ° C., the crystal of TCP transitions to α-phase. Since α-TCP has a high absorption rate in the body, TCP disappears early and is often not replaced by bone, and thus is not suitable as a bone defect filling material for orthopedics. Since β-TCP has a slower absorption rate in the body than α-TCP, and sufficient bone replacement is obtained, it is preferably used as a bone defect filling material for orthopedics.

β-TCPの多孔体は優れた骨形成活性を有するので骨補填材として用いられているが、製造するにあたってリン酸カルシウムを焼結して結晶相がβからαに転移してしまうことを避けるために焼成温度を1100℃近辺以上に上げられない。その結果、β-TCPの多孔体の骨格部分が十分に焼結せず他のリン酸カルシウム多孔体に比べて機械的強度が弱いという問題がある。しかし、β-TCPを単独で用いるのでなく、生分解性樹脂にβ-TCPを含有させた生分解性繊維からなる骨再生材料として用いるのであれば、β-TCP多孔体の機械的強度の不足が問題となることはない。そこで、近時、β-TCP粒子を含有させた生分解性繊維が有力な骨再生用材料として開発が進められている。 The β-TCP porous material has excellent bone formation activity and is used as a bone filling material. However, in order to avoid the crystal phase from transitioning from β to α by sintering calcium phosphate in manufacturing. The firing temperature cannot be raised above 1100 ° C. As a result, there is a problem that the skeleton portion of the porous body of β-TCP is not sufficiently sintered and the mechanical strength is weaker than that of other porous calcium phosphates. However, if β-TCP is not used alone but is used as a bone regeneration material consisting of biodegradable fibers containing β-TCP in a biodegradable resin, the mechanical strength of β-TCP porous material is insufficient. Will not be a problem. Therefore, recently, biodegradable fibers containing β-TCP particles are being developed as effective bone regeneration materials.

β-TCPを生分解性樹脂に含有させることは、しかし、骨再生用材料の安全性に関して別の課題を提起する。整形外科用の骨再生用材料は人の体内に埋め込まれて用いられるので、材料を構成している化合物の人体に対する安全性を確保することが極めて重要である。生分解性繊維からなる骨再生材料においては、骨形成因子である無機粒子と生分解性樹脂がそれぞれ薬事法上の安全性承認を得ている安全な材料であっても、両者が化学的に結合して化合物を形成している場合には、その化合物を形成した状態の材料の安全性がさらに確認証明されなければならない。 Inclusion of β-TCP in a biodegradable resin, however, poses another challenge regarding the safety of bone regeneration materials. Since an orthopedic bone regeneration material is used by being implanted in a human body, it is extremely important to ensure the safety of the compound constituting the material to the human body. In bone regeneration materials composed of biodegradable fibers, both inorganic particles and biodegradable resins, which are bone-forming factors, are chemically safe even if they are safe materials that have received safety approval under the Pharmaceutical Affairs Law. When bound to form a compound, the safety of the material in the form of the compound must be further verified.

β-TCPと生分解性樹脂の複合体を製造する過程で、リン酸カルシウムのカルシウムがイオン化して、生分解性樹脂の官能基と化学的結合を生じる可能性が指摘されている。「βリン酸カルシウム/ポリ乳酸共重合体複合体中の化学的相互作用 菊池正紀他 Journal of the Ceramic Society of Japan 108[7] 642-645 (2000)」は、β-TCPとCPLAをニーダーを用いて混練して複合体を作製すると、CPLAのカルボニル基がTCPのカルシウムイオンと反応して弱い結合を生じることを開示している。同文献では、Ca(OH)2とH3PO4をstarting materialとして湿式合成法を用いてリン酸カルシウムを合成して、それを1073K (=800℃)、1373K (=1100℃)で焼結してβ-TCP1073, β-TCP1373を調製している。しかし、同文献がIR spectrumでTCPのCa2+とC=Oσ-との間にchemical bondingが存在することを測定しているのは、β-TCP1073についてのみである。 In the process of producing a composite of β-TCP and a biodegradable resin, it has been pointed out that calcium of calcium phosphate may be ionized to form a chemical bond with the functional group of the biodegradable resin. “Chemical Interaction in β-Calcium Phosphate / Polylactic Acid Copolymer Complex” Masaki Kikuchi et al. Journal of the Ceramic Society of Japan 108 [7] 642-645 (2000) ”using β-TCP and CPLA using a kneader It is disclosed that when a composite is produced by kneading, the carbonyl group of CPLA reacts with the calcium ion of TCP to form a weak bond. In this document, calcium phosphate was synthesized using a wet synthesis method using Ca (OH) 2 and H 3 PO 4 as starting materials, and sintered at 1073K (= 800 ° C) and 1373K (= 1100 ° C). β-TCP 1073 and β-TCP 1373 are prepared. However, what measures that the document exists Chemical Bonding between the TCP of Ca 2+ and C = O .sigma. in IR spectrum is only for beta-TCP 1073.

βリン酸カルシウム/ポリ乳酸共重合体複合体中の化学的相互作用 菊池正紀他 Journal of the Ceramic Society of Japan 108[7] 642-645 (2000)Chemical interaction in β-calcium phosphate / polylactic acid copolymer complex Masaki Kikuchi et al. Journal of the Ceramic Society of Japan 108 [7] 642-645 (2000)

生分解性樹脂にβ-TCPを含有した生分解性繊維を骨再生材料として用いる場合、β-TCPと生分解性樹脂との間に何らかの化学的結合が生じていると、その結合を有する状態での人体に対する安全性が確認証明されなければならなくなるので、骨再生材料としての安全性の確保の観点からは化学的結合の存在は望ましくない。しかし、生分解性樹脂はカルボキシル基、カルボニル基等の官能基を有しており、これらの官能基はカルシウムイオンとの結合を生じやすい。特に、生分解性樹脂とβ-TCPの複合体をエレクトロスピニング等の方法を用いて生分解性繊維とする場合には、混練、樹脂溶液との撹拌等の工程を踏む過程で、生分解性樹脂の官能基とβ-TCPのカルシウムイオンとの結合を生じやすいので、実際上重要な問題である。 When biodegradable fiber containing β-TCP in biodegradable resin is used as a bone regeneration material, if there is any chemical bond between β-TCP and biodegradable resin, it has the bond Therefore, the existence of chemical bonds is not desirable from the viewpoint of ensuring safety as a bone regeneration material. However, the biodegradable resin has functional groups such as a carboxyl group and a carbonyl group, and these functional groups are likely to form a bond with calcium ions. In particular, when a biodegradable resin and β-TCP complex is made into a biodegradable fiber using a method such as electrospinning, the biodegradability is achieved in the process of kneading and stirring with the resin solution. This is an important problem in practice because it tends to cause a bond between the functional group of the resin and the calcium ion of β-TCP.

以上のような状況下で、β-TCPと生分解性樹脂を含む生分解性繊維からなる骨再生用材料を商業的に実用可能にするために人体に対する安全性の問題をクリアできる、新たな骨再生用材料、およびその製造方法が求められていた。 Under the circumstances as described above, in order to make the bone regeneration material consisting of biodegradable fibers containing β-TCP and biodegradable resin commercially practical, a new safety issue can be cleared. There has been a demand for a material for bone regeneration and a method for producing the same.

上記の問題を解決するために、本発明の発明者等は実験を重ねて鋭意検討した結果、β-TCPが非晶質相を実質的に含まないように高純度に結晶化していると、生分解性樹脂の官能基とβ-TCPのカルシウムイオンとの間に化学的結合が存在していないことを発見した。その発見に基づいて発明者等は、リン酸カルシウムを高純度にβ相に結晶化したβ-TCPを生分解性樹脂に含有させて生分解性繊維とすることによって、生分解性樹脂の官能基とβ-TCPのカルシウムイオンとが化学的に結合していない生分解性繊維からなる骨再生材料を製造できることに想到した。 In order to solve the above problems, the inventors of the present invention have conducted extensive experiments and as a result, β-TCP is crystallized with high purity so as not to substantially contain an amorphous phase. It was discovered that there was no chemical bond between the functional group of the biodegradable resin and the calcium ion of β-TCP. Based on the discovery, the inventors have made the biodegradable resin functional group of the biodegradable resin by adding β-TCP obtained by crystallizing calcium phosphate into β phase with high purity into the biodegradable resin. It was conceived that a bone regeneration material composed of biodegradable fibers that were not chemically bound to calcium ions of β-TCP could be produced.

本発明の一つの実施態様は、生分解性繊維からなる骨再生用材料であって、前記生分解性繊維は、実質的にPLGA樹脂と、β-TCP微粒子のみからなり、前記β-TCP微粒子は、前駆体である非晶質リン酸カルシウムを、TCPのβ相がα相に転移する実質的に直前の温度で焼成することによって、非晶質部分が実質的に存在していない高純度のβ-TCPとして調製されており、前記β-TCP微粒子は、カルシウムイオンとPLGA樹脂の官能基とが配位していない状態で、前記生分解性繊維中に分散している、生分解性繊維からなる骨再生用材料である。 One embodiment of the present invention is a bone regeneration material comprising biodegradable fibers, wherein the biodegradable fibers are substantially composed only of PLGA resin and β-TCP fine particles, and the β-TCP fine particles Is obtained by firing the precursor amorphous calcium phosphate at a temperature substantially immediately before the transition of the β phase of TCP to the α phase. -TCP is prepared from the biodegradable fiber dispersed in the biodegradable fiber in a state where the calcium ion and the functional group of the PLGA resin are not coordinated. It is a material for bone regeneration.

好ましくは、前記生分解性繊維は、実質的にPLGA約30〜60重量%と、β-TCP微粒子約70〜40重量%のみからなり、前記β-TCP微粒子は、前記生分解性繊維中で凝集せずにほぼ均一に分散している。 Preferably, the biodegradable fiber is substantially composed of about 30 to 60% by weight of PLGA and about 70 to 40% by weight of β-TCP fine particles, and the β-TCP fine particles are contained in the biodegradable fiber. Almost uniformly dispersed without agglomeration.

本発明の一つの実施態様は、生分解性繊維からなる骨再生用材料の製造方法であって、
前駆体である非晶質リン酸カルシウムを、TCPのβ相がα相に転移する実質的に直前の温度で焼成することによって非晶質部分が実質的に存在していない高純度のβ-TCPの微粒子を調製し、
PLGA樹脂をガラス転移点以上の温度でニーダーで加熱して軟化させた後、前記ニーダーに前記β-TCPの微粒子を投入して混合して熱的かつ機械的エネルギーをかけて混練しその後冷却固化することによって前記PLGA樹脂中に前記β-TCP微粒子が分散した複合体を作製し、
前記複合体を溶媒で溶かすことによって紡糸溶液を作製し、
前記紡糸溶液を紡糸することによって、前記β-TCPのカルシウムイオンと前記PLGA樹脂の官能基とが配位していない状態で、前記β-TCP微粒子が分散している生分解性繊維を作製する、
生分解性繊維からなる骨再生用材料の製造方法である。
One embodiment of the present invention is a method for producing a bone regeneration material comprising biodegradable fibers,
A precursor of amorphous calcium phosphate is calcined at a temperature substantially immediately before the transition of the β-phase of TCP to the α-phase. Preparing fine particles,
After the PLGA resin is softened by heating with a kneader at a temperature above the glass transition point, the β-TCP fine particles are put into the kneader, mixed, kneaded by applying thermal and mechanical energy, and then cooled and solidified. To produce a composite in which the β-TCP fine particles are dispersed in the PLGA resin,
Creating a spinning solution by dissolving the composite in a solvent;
By spinning the spinning solution, a biodegradable fiber in which the β-TCP fine particles are dispersed in a state where the calcium ion of the β-TCP and the functional group of the PLGA resin are not coordinated is prepared. ,
This is a method for producing a bone regeneration material comprising biodegradable fibers.

好ましくは、前記ニーダーに前記PLGAが約30〜60重量%、前記β-TCP微粒子が約70〜40重量%となる量投入して混練しその後冷却固化することによって前記PLGA中に前記β-TCP微粒子が略均一に分散した複合体を作製し、
前記複合体を溶媒で溶かすことによって紡糸溶液を作製し、
前記紡糸溶液をエレクトロスピニング法で紡糸することによって、前記β-TCPのカルシウムイオンと前記PLGAの官能基とが配位していない状態で、前記β-TCP微粒子が凝集せずにほぼ均一に分散している生分解性繊維を作製する。
Preferably, the PLGA is added to the kneader in an amount of about 30 to 60% by weight and the β-TCP fine particles are about 70 to 40% by weight, kneaded, and then cooled and solidified. Create a composite with fine particles dispersed almost uniformly,
Creating a spinning solution by dissolving the composite in a solvent;
By spinning the spinning solution by an electrospinning method, the β-TCP fine particles are almost uniformly dispersed without agglomeration in a state where the calcium ion of the β-TCP and the functional group of the PLGA are not coordinated. A biodegradable fiber is produced.

紡糸溶液の作製において、加熱して軟化したPLGA樹脂をニーダーでβ-TCP微粒子と共に熱的かつ機械的エネルギーをかけて混練する工程を経ることで、PLGA約30〜60重量%に対してβ-TCP微粒子約70〜40重量%となる量を粒子を凝集させずにPLGA樹脂中に均一に分散させることが可能になる。混練工程を踏むことは、PLGA樹脂中にβ-TCP微粒子を均一に分散させるためには極めて有効な方法であるが、他面、PLGAの官能基とカルシウムイオンの結合を生じる可能性が高くなる。しかし、TCPがβ相に高純度に結晶化しているため、PLGAの官能基にさらされても、カルシウムイオンとの配位は生じない。 In the preparation of the spinning solution, a process of kneading the heated and softened PLGA resin with β-TCP fine particles together with β-TCP fine particles with heat and mechanical energy is performed, so that β- An amount of about 70 to 40% by weight of TCP fine particles can be uniformly dispersed in the PLGA resin without agglomerating the particles. The kneading step is an extremely effective method for uniformly dispersing β-TCP fine particles in the PLGA resin, but on the other side, the possibility of causing a bond between the functional group of PLGA and calcium ions is increased. . However, since TCP is crystallized in a β phase with high purity, even when exposed to a functional group of PLGA, coordination with calcium ions does not occur.

好ましくは、前記PLGAは、L体のみを含むPLAとPGAとの共重合体である。 Preferably, the PLGA is a copolymer of PLA and PGA containing only L form.

好ましくは、前記PLGAは、L体とD体が混在したPLAとPGAとの共重合体である。 Preferably, the PLGA is a copolymer of PLA and PGA in which L-form and D-form are mixed.

好ましくは、前記PLGAの乳酸とグリコール酸の比率は略85〜50:15〜50である。 Preferably, the ratio of lactic acid to glycolic acid in the PLGA is about 85-50: 15-50.

好ましくは、前記β-TCP粒子の外径は0.5〜4μmである。 Preferably, the outer diameter of the β-TCP particles is 0.5 to 4 μm.

好ましくは、前記生分解性繊維の外径は10〜150μmである。 Preferably, the outer diameter of the biodegradable fiber is 10 to 150 μm.

本発明の骨再生用材料は、薬事法上の承認を得た安全な材料であるβ-TCPとPLGAのみからなり、尚且つ、両者の間に化学的結合が生じていないので、安全性が確保された骨再生用材料として商業的に実用することが可能である。 The material for bone regeneration according to the present invention consists only of β-TCP and PLGA, which are safe materials approved by the Pharmaceutical Affairs Law, and since no chemical bond is formed between the two, safety is ensured. It can be commercially used as the secured bone regeneration material.

本発明の実施例である骨再生用材料の概観写真である。It is an outline photograph of the material for bone regeneration which is an example of the present invention. 本発明の実施例である骨再生用材料の生分解性繊維の概観写真である。It is a general-view photograph of the biodegradable fiber of the material for bone regeneration which is an Example of this invention. サンプル(1)と(2)についてNMR測定した結果を示す。The result of having measured NMR about sample (1) and (2) is shown. 図3(1)のカルボニル基(C=O;〜170 ppm)周辺のフェーズを合わせて拡大し、ピークフィッティングした図を示す。The figure which expanded and matched the peak around the carbonyl group (C = O; -170 ppm) of FIG. 3 (1) is shown. サンプル(3)のNMR測定した結果を示す。The result of having measured the NMR of sample (3) is shown. 図3(3)のカルボニル基(C=O;〜170 ppm)周辺のフェーズを合わせて拡大し、ピークフィッティングした図を示す。The figure which expanded and matched the phase around the carbonyl group (C = O; -170 ppm) of FIG. 3 (3) is shown. 本発明で用いるβ―TCPのXRD測定の結果を示す。The result of the XRD measurement of β-TCP used in the present invention is shown.

以下、本発明の実施態様を図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

<生分解性樹脂>
本発明の骨再生用材料の生分解性繊維の樹脂には、PLA,PLGAを用いることができるが、PLGAが特に好適に用いられる。本発明でPLGAとは、ポリ乳酸とポリグリコール酸の共重合体を広く含む。
<Biodegradable resin>
PLA and PLGA can be used for the biodegradable fiber resin of the bone regeneration material of the present invention, and PLGA is particularly preferably used. In the present invention, PLGA widely includes copolymers of polylactic acid and polyglycolic acid.

本発明の生分解性樹脂としてPLGAを用いる場合、 PLGAの乳酸とグリコール酸の比率は必要に応じて適宜選択され、85対15、75対25、50対50のものを含む。 When PLGA is used as the biodegradable resin of the present invention, the ratio of lactic acid to glycolic acid in PLGA is appropriately selected as necessary, and includes 85:15, 75:25, 50:50.

ポリ乳酸(PLA)には、異性体であるL体のみを重合させたポリ-L-乳酸(PLLA)とD体のみを重合させたポリ-D-乳酸(PDLA)と、D、L両方の乳酸が混在したPDLAがあるが、本発明のPLGAはこれらのいずれのタイプのポリ乳酸とポリグリコール酸との共重合体であっても良い。本出願ではPLLAとPGAの共重合体をPLLGAと称し、PDLAとPGAの共重合体をPDLGAと称する。 For polylactic acid (PLA), poly-L-lactic acid (PLLA) obtained by polymerizing only the L isomer and poly-D-lactic acid (PDLA) obtained by polymerizing only the D isomer, both D and L Although there is PDLA mixed with lactic acid, the PLGA of the present invention may be a copolymer of any of these types of polylactic acid and polyglycolic acid. In this application, a copolymer of PLLA and PGA is referred to as PLLGA, and a copolymer of PDLA and PGA is referred to as PDLGA.

<β-TCP>
本発明の骨再生用材料に用いる骨形成因子には、β-TCPの微粒子を好適に用いる。β―リン酸三カルシウム(β-TCP)は、骨芽細胞系の細胞の増殖と分化のためのscaffoldになる物質として好適である。β-TCPの外見はパウダー状である。パウダーを構成する粒子の径は0.5〜4μmのものが好ましい。本発明の骨再生用材料を構成する繊維の外径が10〜150μmであることからすると、粒子径は4μm以下程度のものが好適である。
<Β-TCP>
Β-TCP fine particles are preferably used as the bone forming factor used in the bone regeneration material of the present invention. β-tricalcium phosphate (β-TCP) is suitable as a substance that becomes a scaffold for proliferation and differentiation of osteoblastic cells. The appearance of β-TCP is powdery. The diameter of the particles constituting the powder is preferably 0.5 to 4 μm. Considering that the outer diameter of the fibers constituting the bone regeneration material of the present invention is 10 to 150 μm, the particle diameter is preferably about 4 μm or less.

本発明のβ-TCPは非晶質リン酸カルシウムを焼成して高純度にβ相に結晶化させて製造したものを用いることが好ましい。 TCPが結晶性であり非晶質相がほとんどないものであれば、 生分解性樹脂との混練を経ても樹脂の官能基との結合が生じない。発明者等は実験検討を重ねた結果、リン酸カルシウムをβ相がα相に転移する直前の高温度で焼成すると、非晶質相がほとんどない高純度のβ-TCPが得られ、それを生分解性樹脂に含有させて複合体とすると、両者間に化学的結合が生じないことを発見した。 As the β-TCP of the present invention, it is preferable to use a product produced by firing amorphous calcium phosphate and crystallizing it into a β phase with high purity. If TCP is crystalline and has almost no amorphous phase, bonding with the functional group of the resin does not occur even after kneading with the biodegradable resin. As a result of repeated experiments, the inventors obtained high-purity β-TCP with almost no amorphous phase when calcium phosphate is calcined at a high temperature immediately before the β phase transitions to the α phase. It was discovered that when it is contained in a functional resin to form a composite, no chemical bond is formed between them.

高純度のβ-TCPを用いると生分解性樹脂との間に化学的結合が生じない理由は発明者等の知見によれば、リン酸カルシウムが非晶質相の場合には、原子配列がランダムであり、結晶よりエネルギーの高い状態にあり、カルシウムはイオンとして存在しているので、一部のカルシウムイオンは動きやすくカルボニル基と配位することでエネルギーを下げると考えられる。これに対して、TCPが結晶相の場合には、原子はきちんと整列して並んでいる状態であるので、原子がその結合を切って生分解性樹脂の官能基と結合を作ることはないことによると考えられる。 According to the knowledge of the inventors, the reason why no chemical bond is formed between the high-purity β-TCP and the biodegradable resin is that the atomic arrangement is random when the calcium phosphate is in an amorphous phase. Yes, it is in a state of higher energy than crystals, and calcium exists as ions, so some of the calcium ions are likely to move and coordinate with a carbonyl group to reduce energy. On the other hand, when TCP is in the crystalline phase, the atoms are in a state of being aligned and aligned, so that the atoms do not cut the bond and form a bond with the functional group of the biodegradable resin. It is thought that.

<生分解性繊維の製造>
本発明の骨再生用材料を形成する生分解性繊維の製造方法は、生分解性樹脂にβ-TCP微粒子を含有した外径が数ミクロン〜数十ミクロンの繊維を紡糸できる限り、特に限定されない。エレクトロスピニング法は、細い外径の生分解性繊維を簡単な設備で商業的に製造できるので、本発明の実施例として好適に用いることができる。
<Manufacture of biodegradable fiber>
The method for producing a biodegradable fiber forming the bone regeneration material of the present invention is not particularly limited as long as a fiber having an outer diameter of several microns to several tens of microns containing β-TCP fine particles in a biodegradable resin can be spun. . The electrospinning method can be suitably used as an embodiment of the present invention because a biodegradable fiber having a thin outer diameter can be produced commercially with simple equipment.

1.エレクトロスピニング法
(1)混練による複合体の作製
ペレット状のPLGA樹脂をニーダーに投入し、 PLGAが十分に軟化する温度まで加熱する。次いで、粉末状のβ-TCP微粒子をニーダーに投入してPLGAと混合して一定時間混錬することで、β-TCP微粒子とPLGAの複合体を作製する。
1. Electrospinning method (1) Preparation of composite by kneading Pellet PLGA resin is put into a kneader and heated to a temperature at which PLGA is sufficiently softened. Next, powdery β-TCP fine particles are put into a kneader, mixed with PLGA, and kneaded for a certain period of time to produce a composite of β-TCP fine particles and PLGA.

複合体の重量比は、PLGAが約30〜60重量%、β-TCP微粒子が約70〜40重量%であることが好ましい。さらに好ましくは、PLGAが約30〜50重量%、β-TCP微粒子が約70〜50重量%である。またさらに好ましくは、 PLGA が約30重量%、β-TCP微粒子にが約70重量%である。
本発明においてPLGAとβ-TCP微粒子の適当な重量比率を一桁の%レベルまで厳密にコントロールするのは困難であるので、上記の数値範囲から前後 5%は範囲内として考慮されるべきである。
The weight ratio of the composite is preferably about 30 to 60% by weight of PLGA and about 70 to 40% by weight of β-TCP fine particles. More preferably, PLGA is about 30 to 50% by weight and β-TCP fine particles are about 70 to 50% by weight. More preferably, PLGA is about 30% by weight and β-TCP fine particles are about 70% by weight.
In the present invention, it is difficult to strictly control an appropriate weight ratio of PLGA and β-TCP fine particles to a single-digit% level, so 5% before and after the above numerical range should be considered as within the range. .

骨再生用材料の骨形成活性を高めるためにはできるだけβ-TCP微粒子の含有量を増やすことが望ましい。しかしエレクトロスピニング法を用いる場合には、β-TCP微粒子の量を70重量%を実質的に超えて、例えば80重量%にすると、複合体から紡糸溶液を調製してエレクトロスピニングで紡糸することが難しくなる。 In order to increase the osteogenic activity of the bone regeneration material, it is desirable to increase the content of β-TCP fine particles as much as possible. However, in the case of using the electrospinning method, if the amount of β-TCP fine particles is substantially over 70% by weight, for example, 80% by weight, a spinning solution can be prepared from the composite and spun by electrospinning. It becomes difficult.

β-TCP微粒子は軟化したPLGAと混合されると凝集を生じるが、一定の粘度のPLGAと共にニーダーで一定時間熱的かつ機械的エネルギーをかけて混練すると、β-TCP微粒子の凝集が物理的に解砕されて、粒子間にポリマーが侵入し、PLGA中にリン酸カルシウム微粒子が実質的に均一に分散した状態を得ることができる。ここで、熱的かつ機械的エネルギーをかけるとは、 PLGA樹脂を加熱することによって軟化させて高粘度状態にした状況で力をかけて練ることをいう。高粘度な状態で練られることによって、樹脂に含有されているβ-TCP微粒子の凝集体が物理的に解砕される。 When β-TCP fine particles are mixed with softened PLGA, they agglomerate. However, when kneaded with PLGA of a certain viscosity with thermal and mechanical energy for a certain time in a kneader, the aggregation of β-TCP fine particles is physically When pulverized, the polymer enters between the particles, and a state in which the calcium phosphate fine particles are dispersed substantially uniformly in the PLGA can be obtained. Here, applying thermal and mechanical energy means that the PLGA resin is softened by heating to knead under high viscosity. By kneading in a highly viscous state, the aggregates of β-TCP fine particles contained in the resin are physically crushed.

本発明で用いるニーダーとしては、高粘度の混練、または固体の粉砕を伴う混練に適したタイプの混練機が好適である。β-TCP微粒子を高粘度のPLGA中で効率的に解砕するには、例えば、2枚のスクリュー型の羽根が切断不等速運動で羽根と壁面により剪断混合され特に強力な粉砕捏和を行うPBV型ニーダーが適している。また、カートリッジヒーター等を備えて、短時間で樹脂の融点まで加熱できるものであることが望ましい。 As the kneader used in the present invention, a kneader of a type suitable for kneading with high viscosity or kneading involving solid grinding is suitable. In order to efficiently disintegrate β-TCP fine particles in high-viscosity PLGA, for example, two screw-type blades are sheared and mixed by blades and walls in a non-uniform motion of cutting, and a particularly strong pulverization kneading is performed. A PBV type kneader is suitable. In addition, it is desirable that a cartridge heater or the like be provided so that the resin can be heated to the melting point of the resin in a short time.

ニーダーでβ-TCP微粒子に熱的・機械的エネルギーをかけるためには、加熱して軟化したPLGAは一定以上の粘度を有することが必要である。適当な粘度とするために必要な加熱する温度は、 PLGAの種類によって異なる。PLLGA(85:15)では、160℃近辺が好ましい。 加熱する温度がより低い温度、(例えばPLLGAで140℃)であっても、 PLGAが軟化してニーダーで練ることが出来る限り、含有する微粒子の凝集体を解砕することが可能である。しかしその場合にはPLGAの粘度が高くなるので、ニーダーで練るためには、より強い力が必要になる。 In order to apply thermal and mechanical energy to β-TCP fine particles with a kneader, it is necessary that PLGA heated and softened has a certain viscosity or more. The heating temperature required to obtain an appropriate viscosity varies depending on the type of PLGA. For PLLGA (85:15), a temperature around 160 ° C. is preferred. Even when the heating temperature is lower (for example, 140 ° C. with PLLGA), it is possible to disintegrate the aggregates of the contained fine particles as long as the PLGA can be softened and kneaded with a kneader. However, in that case, the viscosity of PLGA becomes high, so a stronger force is required to knead with a kneader.

加熱する温度をさらに上げると(例えばPLLGAで160℃近辺からさらに上げて190℃以上にすると)、 PLGAの粘度が下り、その結果混練によって機械的エネルギーがかかりにくくなり、β-TCP微粒子の凝集を解砕しづらくなり、その結果β-TCP微粒子をPLGA中に均一に分散させづらくなる。 If the heating temperature is further increased (for example, if the temperature is increased from around 160 ° C. to 190 ° C. or higher with PLLGA), the viscosity of PLGA will decrease, resulting in less mechanical energy being applied by kneading and agglomeration of β-TCP fine particles. It becomes difficult to disintegrate, and as a result, it becomes difficult to uniformly disperse β-TCP fine particles in PLGA.

本発明ではPLGAを先にニーダーに投入して加熱し、その後TCP微粒子を投入して混練するほか、 PLGAとβ-TCP微粒子を同時にニーダーに投入して混合混練しても良いし、 PLGAとTCP微粒子を混合した混合物をニーダーに投入して混練しても良い。 PLGAの結晶化度が低いものを用いる場合には加熱したときの粘度が低くなるので、PLGAを先に加熱することをせずにTCP粒子と同時にニーダーに投入して混練する方が熱的・機械的エネルギーをかけやすい。 In the present invention, PLGA is first charged in a kneader and heated, and then TCP fine particles are charged and kneaded, and PLGA and β-TCP fine particles may be simultaneously charged in a kneader and mixed and kneaded, or PLGA and TCP A mixture in which fine particles are mixed may be charged into a kneader and kneaded. When using PLGA with low crystallinity, the viscosity when heated is low, so it is better to put PLGA into a kneader and knead it at the same time without heating the PLGA first. Easy to apply mechanical energy.

(2)複合体の冷却、固化
上記で調製された複合体をニーダーから取り出して常温冷却して固化させる。
(2) Cooling and solidifying the composite The composite prepared above is taken out of the kneader and cooled at room temperature to solidify.

ニーダー中で軟化したPLGAとTCP微粒子を混練して熱的かつ機械的エネルギーをかけてβ-TCP微粒子を分散させると、その過程でPLGAの分子の末端部が増えて多数の核サイトが形成されるので、複合体を冷却する過程でその多数の核サイトを起点としてPLGAの結晶成長が進むと考えられる。しかし、ブロック共重合体であるPLGA、特にPDLGAはもともと非晶質性が高く結晶化の速度が遅いので、混練を経て多数の核サイトが形成されていても、β-TCP微粒子を核とする結晶成長はそれほど進まないと考えられる。 When PLGA and TCP fine particles softened in a kneader are kneaded and subjected to thermal and mechanical energy to disperse β-TCP fine particles, the number of PLGA molecule ends increases and many nuclear sites are formed in the process. Therefore, it is considered that PLGA crystal growth proceeds from the many nuclear sites as a starting point in the process of cooling the composite. However, PLGA, especially PDLGA, which is a block copolymer, is originally amorphous and slow in crystallization, so even if many nucleation sites are formed through kneading, β-TCP fine particles are used as nuclei. It is thought that crystal growth does not progress so much.

(3)溶媒による複合体の溶解
上記で製造した複合体を溶媒の溶液中に投入して撹拌して複合体を溶解して紡糸溶液を作製する。エレクトロスピニングの紡糸溶液とするためには複合体は溶媒によってほぼ完全に溶解されていることが必要である。そのために複合体を溶解するには、マグネチックスターラー等を用いて、溶媒液中で4時間以上撹拌することが望ましい。
(3) Dissolution of complex with solvent The complex produced above is put into a solvent solution and stirred to dissolve the complex to prepare a spinning solution. In order to obtain a spinning solution for electrospinning, the composite must be almost completely dissolved by a solvent. Therefore, in order to dissolve the composite, it is desirable to stir in a solvent solution for 4 hours or more using a magnetic stirrer or the like.

本発明で用いる溶媒としては、PLGAに対する溶解性が良く、尚且つエレクトロスピニングの過程で繊維から溶媒を効率的に蒸発させることができる点で、クロロホルムを好適に用いることができる。 As the solvent used in the present invention, chloroform can be suitably used because it has good solubility in PLGA and can efficiently evaporate the solvent from the fiber during the electrospinning process.

溶媒で溶かした紡糸溶液の樹脂濃度は必要に応じて適宜選択調整されるが、8重量%〜12重量%であることがエレクトロスピニングでの紡糸にとって好ましい。 The resin concentration of the spinning solution dissolved in the solvent is appropriately selected and adjusted as necessary, but is preferably 8% by weight to 12% by weight for spinning by electrospinning.

溶媒で溶解されるとPLGAの分子鎖がほどけて分子鎖間の拘束力がなくなり分散し、配列していた分子鎖は自由度が与えられる。その後エレクトロスピニングを経て溶媒を除去された生分解性繊維のPLGAの分子は繊維の固化に伴って再配列されると考えられる。 When dissolved in a solvent, the molecular chains of PLGA are unwound and disperse without any binding force between the molecular chains, and the arranged molecular chains are given a degree of freedom. It is thought that PLGA molecules of biodegradable fibers, which have been solvent-removed through electrospinning, are rearranged as the fibers solidify.

上記で調製された紡糸溶液をエレクトロスピニングの装置のシリンジに充填し、ノズルに電荷をかけて一定の方法/条件下でノズルから紡糸溶液を繊維状に出射することによってエレクトロスピニングで生分解性繊維を紡糸する。 The spinning solution prepared above is filled into a syringe of an electrospinning apparatus, and the spinning solution is ejected into a fiber form under a certain method / condition by applying an electric charge to the nozzle. Spin.

本発明のエレクトロスピニング法としては、乾式-湿式-電界紡糸法(Dry-Jet-Wet-Electrospinning)を好適に用いることができる。乾式-湿式-電界紡糸法は、繊維をノズルから飛ばして、飛行中に溶剤が蒸発して固化した繊維をコレクター漕のエタノール液の液面に入射させて、繊維を液中に沈殿させてコレクター漕内に綿状に堆積させる。生分解性樹脂は、クロロホルムには溶解されてES紡糸溶液となるが、コレクター漕に満たすエタノールには溶解されないので、繊維が液相中に堆積される。乾式-湿式-電界紡糸法については、Study on the Morphologies and Formational Mechanism of Poly(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) Ultrafine Fibers by Dry-Jet-Wet-Electrospinning、Shuqi et al. Journal of Nanomaterials Volume 2012 Hindwi Publishing Corporation October 2012、及び特開2012−161363、米国特許番号8853298等に詳細に開示されている。 As the electrospinning method of the present invention, a dry-wet-electrospinning method can be suitably used. In the dry-wet-electrospinning method, fibers are blown from a nozzle, and the fibers evaporated and solidified during flight are incident on the liquid level of the ethanol liquid in the collector so that the fibers are precipitated in the liquid collector. Deposit in a cotton-like form. The biodegradable resin is dissolved in chloroform to form an ES spinning solution, but is not dissolved in ethanol filling the collector bowl, so that fibers are deposited in the liquid phase. Study on the Morphologies and Formational Mechanism of Poly (hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) Ultrafine Fibers by Dry-Jet-Wet-Electrospinning, Shuqi et al. Journal of Nanomaterials Volume 2012 Hindwi Publishing Corporation October 2012, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-161363, US Pat. No. 8,853298, and the like.

本発明の好ましい実施例では、ノズルから出射された繊維はエタノール液を満たしたコレクター容器に沈殿してコレクター容器のプレート上に堆積される。エタノール液中で生分解性繊維の表面からクロロホルムが除去されて、その結果コレクタープレート上に堆積された繊維同士が互いに接着するのを防ぐことができるので、図1に示すような、ふわふわ感のある綿状物を得ることができる。本発明の生分解性繊維からなる綿状の骨再生用材料は、0.001〜0.1g/cm3程度の嵩密度を有する。好ましくは、0.01〜0.1g/cm3、さらに好ましくは、0.01〜0.04g/cm3である。図3に本発明の骨再生用材料の使用例を示す。本発明の骨再生用材料は、繊維の外径が、10〜150μmの範囲にあり、かつ綿の嵩密度が上記の範囲にあるので取り扱い性が優れている。 In a preferred embodiment of the present invention, the fibers emitted from the nozzle are deposited in a collector vessel filled with ethanol solution and deposited on the plate of the collector vessel. Chloroform is removed from the surface of the biodegradable fiber in the ethanol solution, so that the fibers deposited on the collector plate can be prevented from adhering to each other. A cotton-like product can be obtained. The cotton-like bone regeneration material comprising the biodegradable fiber of the present invention has a bulk density of about 0.001 to 0.1 g / cm 3 . Preferably, it is 0.01-0.1 g / cm < 3 >, More preferably, it is 0.01-0.04 g / cm < 3 >. FIG. 3 shows an example of use of the bone regeneration material of the present invention. The bone regeneration material of the present invention has excellent handleability because the outer diameter of the fibers is in the range of 10 to 150 μm and the bulk density of the cotton is in the above range.

2.生分解性繊維のその他の製造方法
本発明の生分解性繊維の製造方法は、エレクトロスピニング法に限られるわけではなく、それ以外の従来から公知である紡糸方法によっても製造可能である。
2. Other production method of biodegradable fiber The production method of the biodegradable fiber of the present invention is not limited to the electrospinning method, and can be produced by other conventionally known spinning methods.

<生分解性繊維>
図1は、本発明の実施例のエレクトロスピニングを用いて製造された綿状の骨再生用材料の外観を示す。図2は、本発明の実施例のエレクトロスピニングを用いて製造された生分解性繊維の外観写真を示す。繊維の外径はバラつきがあり、大体10〜150μmの範囲にあるが、好ましい平均径は10〜50μmである。エレクトロスピニングで紡糸すると繊維は一般に数μm以下の外径になりやすいが、それと比較すると本発明の骨再生用材の生分解性繊維は太い。繊維の外径が10μm以上とすることで、本発明の綿状多孔体の内部に細胞が侵入していくために必要な繊維と繊維の間のスペース(ギャップ)を作り出すことが可能になる。
<Biodegradable fiber>
FIG. 1 shows the appearance of a cotton-like bone regeneration material manufactured using electrospinning according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a photograph of the appearance of a biodegradable fiber manufactured using electrospinning according to an embodiment of the present invention. The outer diameter of the fibers varies and is generally in the range of 10 to 150 μm, but the preferred average diameter is 10 to 50 μm. When spinning by electrospinning, the fiber generally tends to have an outer diameter of several μm or less, but the biodegradable fiber of the bone regeneration material of the present invention is thicker than that. By setting the outer diameter of the fiber to 10 μm or more, it becomes possible to create a space (gap) between the fibers necessary for cells to enter the inside of the cotton-like porous body of the present invention.

本発明の生分解性繊維で作成した骨再生用材料は加水分解の速度が速く、人の体内にインプラントされた後直ちに分解が開始し、その後数ヶ月以内に体内に吸収されて消滅する。 The bone regeneration material made of the biodegradable fiber of the present invention has a high hydrolysis rate and starts to degrade immediately after being implanted into a human body, and then is absorbed into the body and disappears within a few months.

本発明の骨再生用材料の生分解性繊維は繊維表面には超微細な無数の孔が形成されている。エレクトロスピニングによる紡糸では、ノズルから繊維状に射出された紡糸溶液が揮発する過程で、繊維表面に微細孔が形成される。本発明の骨再生用材料では、生分解性繊維に超微細孔が形成されていることで、含有するセラミック粒子(骨形成因子)と体液との接触面積が著しく増加しており、その結果高い骨形成能が得られる。 The biodegradable fiber of the bone regeneration material of the present invention has numerous fine pores formed on the fiber surface. In spinning by electrospinning, fine pores are formed on the fiber surface in the process of volatilization of the spinning solution injected into the fiber form from the nozzle. In the bone regeneration material of the present invention, the contact area between the contained ceramic particles (bone forming factor) and the body fluid is remarkably increased due to the formation of ultrafine pores in the biodegradable fiber, resulting in high levels. Bone-forming ability is obtained.

<滅菌処理>
本発明の骨再生用材料は、エレクトロスピニングで綿状に形成した後、ピンセット等を用いて所望のサイズ/重量に取り分けた上で、アルミ包装して滅菌処理を施すことが望ましい。滅菌の方法としては、放射線滅菌(ガンマ線、電子線)、酸化エチレンガス滅菌、高圧蒸気滅菌等がある。本発明ではγ線による放射線滅菌を好適に用いる。
<Sterilization treatment>
It is desirable that the bone regeneration material of the present invention is formed into a cotton shape by electrospinning and then sterilized by wrapping in aluminum after being separated into a desired size / weight using tweezers or the like. Sterilization methods include radiation sterilization (gamma rays, electron beams), ethylene oxide gas sterilization, high pressure steam sterilization, and the like. In the present invention, radiation sterilization with γ rays is preferably used.

実験
1)実験の内容
PLGAとβ-TCP からなる生分解性繊維のサンプル(1) 70TCP-30PLGA, (2) 100PLGA, (3) 70TCP-30PLGA(混練なし)を作製し、各サンプルのPLGAとβ-TCPの間の化学的結合の有無をNMR測定で調べた。(1)はPLGA:β-TCPを30:70になるようにニーダーを用いて混練し、エレクトロスピニングで紡糸した繊維であり、(2)はPLGAのみをニーダーで混練し、エレクトロスピニングで紡糸した繊維である。(3)は(1)と同じ組成で、ニーダー工程を行わずに、直接PLGAとβ-TCPをクロロホルムに溶解し、エレクトロスピニングで作製したサンプルである。
Experiment 1) Details of the experiment
Samples of biodegradable fibers consisting of PLGA and β-TCP (1) 70TCP-30PLGA, (2) 100PLGA, (3) 70TCP-30PLGA (without kneading) were prepared, and between each sample's PLGA and β-TCP The presence or absence of chemical bonding was examined by NMR measurement. (1) is a fiber in which PLGA: β-TCP is kneaded with a kneader so as to be 30:70 and spun by electrospinning. (2) is a fiber in which only PLGA is kneaded by a kneader and spun by electrospinning. Fiber. (3) is a sample having the same composition as (1), in which PLGA and β-TCP are directly dissolved in chloroform and not subjected to a kneader process, and prepared by electrospinning.

(1) 70TCP-30PLGA
(2) 100PLGA
(3) 70TCP-30PLGA(混練なし)
(1) 70TCP-30PLGA
(2) 100PLGA
(3) 70TCP-30PLGA (without kneading)

<サンプル作製に用いた材料>
・β-TCP(Ca3(PO4)2):太平化学産業株式会社のβ-TCP-100を用いた。粒径1.7mm以下のものを4μm程度に粉砕したもの(β-TCP粉砕品)を用いた。
実験で用いたβ-TCPについてXRD測定した結果を図4に示す。明確なピークの存在が本発明で用いるβ-TCPが結晶性の純度が高く、アモルファス部分がほとんど存在していない事を示している。
・PLGA: Evonik社製 RESOMER LG855Sを使用した。
<Materials used for sample preparation>
Β-TCP (Ca3 (PO4) 2): β-TCP-100 manufactured by Taihei Chemical Industry Co., Ltd. was used. A product having a particle size of 1.7 mm or less and pulverized to about 4 μm (β-TCP pulverized product) was used.
FIG. 4 shows the result of XRD measurement of β-TCP used in the experiment. The presence of a clear peak indicates that β-TCP used in the present invention has high crystallinity and almost no amorphous portion.
-PLGA: Evonik's RESOMER LG855S was used.

<サンプルの作製条件>
・ニーダー条件
ニーダー: 卓上ニーダー PBV-0.1(株式会社入江商会提供)。
温度: 160℃
時間:サンプル(1)については、PLGAだけで3分半、その後β-TCPを入れて11分、合計で14分半混練した。
サンプル(2)については、PLGAのみで14分半混練した。
サンプル(3)については、ニーダー工程は行わず、PLGAとβ-TCPを直接クロロホルムに入れ、紡糸溶液を作製した。
<Sample preparation conditions>
-Kneader condition kneader: Table kneader PBV-0.1 (provided by Irie Shokai Co., Ltd.).
Temperature: 160 ° C
Time: For sample (1), PLGA alone was mixed for 1.5 minutes, and then β-TCP was added for 11 minutes, for a total of 14 minutes and a half.
Sample (2) was kneaded for 14 and a half minutes only with PLGA.
Sample (3) was not subjected to a kneader process, and PLGA and β-TCP were directly put into chloroform to prepare a spinning solution.

・ES条件
ES装置: NANON (株式会社MECC提供)
溶媒:クロロホルム
溶媒中の樹脂濃度:8wt%
電圧 サンプル(1),(2): 28kV
サンプル(3): 25kV
押し出し速度:15ml/h
針の太さ:18G
ノズルからコレクターまでの飛距離は25cmとした。コレクター容器にはエタノール液を満たして、エレクトロスピニングされた糸を受けて、堆積させた。その後、堆積した生分解性繊維をコレクターから回収し、洗浄後乾燥させることでサンプル(1), (2), (3)を得た。
・ ES condition
ES equipment: NANON (provided by MECC Corporation)
Solvent: Chloroform Resin concentration in solvent: 8wt%
Voltage Sample (1), (2): 28kV
Sample (3): 25kV
Extrusion speed: 15ml / h
Needle thickness: 18G
The flight distance from the nozzle to the collector was 25 cm. The collector vessel was filled with ethanol solution and received and deposited by electrospun yarn. Thereafter, the deposited biodegradable fibers were collected from the collector, washed, and dried to obtain samples (1), (2), and (3).

<NMR測定>
サンプル(1), (2), (3)において、PLGAとTCPのカルシウムイオンとの間に配位を生じているか否かをNMRで調べた。
サンプル(1)と(2)の13C CP/MAS-NMRスペクトルを測定した結果を図3(1)に示す。図3(2)は、図3(1)のカルボニル基(C=O;〜170 ppm)周辺のフェーズを合わせて拡大し、ピークフィッティングしたものである。
また、サンプル(3)の13C CP/MAS-NMRスペクトルを測定した結果を図3(3)に示す。図3(4)は、図3(3)のカルボニル基(C=O;〜170 ppm)周辺のフェーズを合わせて拡大し、ピークフィッティングしたものである。

サンプル(1), (2), (3)とも、太破線で示した幅広のピークと細破線で示した170.4 ppmをトップとするピークに分離(ガウシアン)できた。太破線の分離ピークは、フェーズ合わせに影響するバックグラウンドと考えられること、及び、定かではないが、高いアモルファス性による揺らぎに起因する可能性がある。したがって、カルボニル基のピークとしては細破線の分離ピークで議論できる。いずれも低磁場シフトしたピークは見られず、したがって、カルボニル基(COO-エステル結合部分)にCa2+イオンが配位していることはないと言える。
尚、Ca2+イオンなどの2価イオンが配位した場合には、このピークに加えて低磁場側にシフトしたピークが現れることが報告されている(Asada M, Asada N, Toyoda A, Ando I, Kurosu H. Side-chain structure of poly(methacrylic acid) and its zinc salts in the solid state as studied by high-resolution solid-state 13C NMR spectroscopy. J Mol Struct 1991;244:237-48.)。
<NMR measurement>
In Samples (1), (2), and (3), it was investigated by NMR whether or not coordination occurred between the calcium ions of PLGA and TCP.
FIG. 3 (1) shows the results of measuring 13C CP / MAS-NMR spectra of samples (1) and (2). FIG. 3 (2) is an enlarged view of the peak around the phase around the carbonyl group (C═O; ˜170 ppm) in FIG. 3 (1).
Moreover, the result of having measured the 13C CP / MAS-NMR spectrum of a sample (3) is shown in FIG. 3 (3). FIG. 3 (4) is an enlarged view of the peak around the phase around the carbonyl group (C═O; ˜170 ppm) in FIG. 3 (3).

Samples (1), (2), and (3) were separated (Gaussian) into a broad peak indicated by a thick broken line and a peak topped at 170.4 ppm indicated by a thin broken line. The separation line indicated by the thick broken line is considered to be a background that affects the phase matching and, although not certain, may be caused by fluctuation due to high amorphousness. Therefore, as the peak of the carbonyl group, it can be discussed with the separated peak of the thin broken line. In either case, no low magnetic field shifted peak is observed, and therefore it can be said that no Ca2 + ion is coordinated to the carbonyl group (COO-ester bond portion).
It is reported that when divalent ions such as Ca2 + ions are coordinated, a peak shifted to the low magnetic field side appears in addition to this peak (Asada M, Asada N, Toyoda A, Ando I, Kurosu H. Side-chain structure of poly (methacrylic acid) and its zinc salts in the solid state as studied by high-resolution solid-state 13C NMR spectroscopy. J Mol Struct 1991; 244: 237-48.).

Claims (15)

生分解性繊維からなる骨再生用材料であって、

前記生分解性繊維は実質的にポリ乳酸-グリコール酸共重合体とβ相リン酸三カルシウム微粒子のみからなり、

前記β相リン酸三カルシウム微粒子は、前駆体である非晶質リン酸カルシウムを、リン酸三カルシウムのβ相がα相に転移する実質的に直前の温度で焼成することによって、非晶質部分が実質的に存在していない高純度のβ相リン酸三カルシウムとして調製されており、

前記β相リン酸三カルシウム微粒子は、カルシウムイオンとポリ乳酸-グリコール酸共重合体の官能基とが配位していない状態で、前記生分解性繊維中に分散している、

前記生分解性繊維からなる骨再生用材料。
A bone regeneration material composed of biodegradable fibers,

The biodegradable fiber substantially consists of a polylactic acid-glycolic acid copolymer and β-phase tricalcium phosphate particles,

The β-phase tricalcium phosphate fine particles are obtained by firing the amorphous calcium phosphate as a precursor at a temperature substantially immediately before the β-phase of the tricalcium phosphate transitions to the α-phase. It is prepared as a high-purity β-phase tricalcium phosphate that does not substantially exist,

The β-phase tricalcium phosphate fine particles are dispersed in the biodegradable fiber in a state where calcium ions and the functional group of the polylactic acid-glycolic acid copolymer are not coordinated.

A bone regeneration material comprising the biodegradable fiber.
前記生分解性繊維はエレクトロスピニング法によって製造されたものである、請求項1に記載の骨再生用材料。
The bone regeneration material according to claim 1, wherein the biodegradable fiber is produced by an electrospinning method.
前記生分解性繊維は、実質的にポリ乳酸-グリコール酸共重合体約30〜60重量%と、β相リン酸三カルシウム微粒子約70〜40重量%のみからなり、前記β相リン酸三カルシウム微粒子は、前記生分解性繊維中で凝集せずにほぼ均一に分散している、請求項1又は2に記載の骨再生用材料。
The biodegradable fiber substantially comprises only about 30 to 60% by weight of a polylactic acid-glycolic acid copolymer and about 70 to 40% by weight of β-phase tricalcium phosphate fine particles, and the β-phase tricalcium phosphate The bone regeneration material according to claim 1 or 2, wherein the fine particles are dispersed almost uniformly without being aggregated in the biodegradable fiber.
前記ポリ乳酸-グリコール酸共重合体は、L体のみを含む乳酸とグリコール酸との共重合体である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の骨再生用材料。
The bone regeneration material according to any one of claims 1 to 3, wherein the polylactic acid-glycolic acid copolymer is a copolymer of lactic acid and glycolic acid containing only L-form.
前記ポリ乳酸-グリコール酸共重合体は、L体とD体が混在した乳酸とグリコール酸との共重合体である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の骨再生用材料。
The bone regeneration material according to any one of claims 1 to 4, wherein the polylactic acid-glycolic acid copolymer is a copolymer of lactic acid and glycolic acid in which L and D isomers are mixed.
前記ポリ乳酸-グリコール酸共重合体の乳酸とグリコール酸の比率は略85〜50:15〜50である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の骨再生用材料。
The bone regeneration material according to any one of claims 1 to 5, wherein a ratio of lactic acid to glycolic acid in the polylactic acid-glycolic acid copolymer is about 85-50: 15-50.
前記β相リン酸三カルシウム粒子の外径は0.5〜4μmである、請求項1〜6のいずれか一項に記載の骨再生用材料。
The bone regeneration material according to any one of claims 1 to 6, wherein the β-phase tricalcium phosphate particles have an outer diameter of 0.5 to 4 µm.
前記生分解性繊維の外径は10〜150μmである、請求項1〜7のいずれか一項に記載の骨再生用材料。
The bone regeneration material according to any one of claims 1 to 7, wherein an outer diameter of the biodegradable fiber is 10 to 150 µm.
生分解性繊維からなる骨再生用材料の製造方法であって、

前駆体である非晶質リン酸カルシウムを、リン酸三カルシウムのβ相がα相に転移する実質的に直前の温度で焼成することによって調製し、

ポリ乳酸-グリコール酸共重合体をガラス転移点以上の温度でニーダーで加熱して軟化させた後、前記ニーダーに非晶質部分が実質的に存在していない高純度のβ相リン酸三カルシウムの微粒子を投入して熱的かつ機械的エネルギーをかけて混練しその後冷却固化することによって前記ポリ乳酸-グリコール酸共重合体中に前記β相リン酸三カルシウム微粒子が凝集せずに略均一に分散した複合体を作製し、

前記複合体を溶媒で溶かすことによって紡糸溶液を作製し、

前記紡糸溶液をエレクトロスピニング法で紡糸することによって、前記β相リン酸三カルシウムのカルシウムイオンと前記ポリ乳酸-グリコール酸共重合体の官能基とが配位していない状態で、前記β相リン酸三カルシウム微粒子が分散している生分解性繊維を作製する、

生分解性繊維からなる骨再生用材料の製造方法。
A method for producing a bone regeneration material comprising biodegradable fibers,

The amorphous calcium phosphate precursor is prepared by firing at a temperature substantially immediately before the β phase of the tricalcium phosphate transitions to the α phase,

After the polylactic acid-glycolic acid copolymer is softened by heating with a kneader at a temperature equal to or higher than the glass transition point, a high-purity β-phase tricalcium phosphate containing substantially no amorphous part in the kneader The β-phase tricalcium phosphate fine particles are not homogeneously aggregated in the polylactic acid-glycolic acid copolymer by being thermally kneaded with heat and mechanical energy, and then cooled and solidified. Make a dispersed composite,

Creating a spinning solution by dissolving the composite in a solvent;

By spinning the spinning solution by an electrospinning method, the β-phase phosphorus in the state where the calcium ions of the β-phase tricalcium phosphate and the functional group of the polylactic acid-glycolic acid copolymer are not coordinated. Producing biodegradable fiber in which tricalcium acid fine particles are dispersed,

A method for producing a bone regeneration material comprising biodegradable fibers.
前記ニーダーに前記ポリ乳酸-グリコール酸共重合体約30〜60重量%、前記β相リン酸三カルシウム微粒子約70〜40重量%となる量投入して混練する、請求項9に記載の骨再生用材料の製造方法。
10. The bone regeneration according to claim 9, wherein the kneader is charged with an amount of about 30 to 60 wt% of the polylactic acid-glycolic acid copolymer and about 70 to 40 wt% of the β-phase tricalcium phosphate fine particles and kneaded. Method of manufacturing materials.
前記ポリ乳酸-グリコール酸共重合体は、L体のみを含む乳酸とグリコール酸との共重合体である請求項9又は10に記載の骨再生用材料の製造方法。
The method for producing a bone regeneration material according to claim 9 or 10, wherein the polylactic acid-glycolic acid copolymer is a copolymer of lactic acid and glycolic acid containing only L-form.
前記ポリ乳酸-グリコール酸共重合体は、L体とD体が混在した乳酸とグリコール酸との共重合体である請求項9〜11のいずれか一項に記載の骨再生用材料の製造方法。
The method for producing a bone regeneration material according to any one of claims 9 to 11, wherein the polylactic acid-glycolic acid copolymer is a copolymer of lactic acid and glycolic acid in which L and D isomers are mixed. .
前記ポリ乳酸-グリコール酸共重合体の乳酸とグリコール酸の比率は略85〜50:15〜50である請求項9〜12のいずれか一項に記載の骨再生用材料の製造方法。
The method for producing a bone regeneration material according to any one of claims 9 to 12, wherein a ratio of lactic acid to glycolic acid in the polylactic acid-glycolic acid copolymer is approximately 85 to 50:15 to 50.
前記β相リン酸三カルシウム粒子の外径は0.5〜4μmである請求項9〜13のいずれか一項に記載の骨再生用材料の製造方法。
The method for producing a bone regeneration material according to any one of claims 9 to 13, wherein an outer diameter of the β-phase tricalcium phosphate particles is 0.5 to 4 µm.
前記生分解性繊維の外径は10〜150μmである請求項9〜14のいずれか一項に記載の骨再生用材料の製造方法。 The method for producing a bone regeneration material according to any one of claims 9 to 14, wherein an outer diameter of the biodegradable fiber is 10 to 150 µm.
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