JP2021129975A

JP2021129975A - 骨再生材料

Info

Publication number: JP2021129975A
Application number: JP2020120455A
Authority: JP
Inventors: 治鈴木; Osamu Suzuki; 瞭濱井; Ryo Hamai; 尚央宮武; Nao Miyatake; 栄二井樋; Eiji Itoi; 一慈馬場; Kazuyoshi Baba; 樹大泉; Itsuki Oizumi; 智洋林; Tomohiro Hayashi; 元田辺; Hajime Tanabe
Original assignee: Tohoku University NUC; Japan Fine Ceramics Co Ltd
Current assignee: Tohoku University NUC; Japan Fine Ceramics Co Ltd
Priority date: 2020-02-20
Filing date: 2020-07-14
Publication date: 2021-09-09
Also published as: JP2023053301A

Abstract

【課題】優れた骨伝導性を有する骨再生材料を提供する。【解決方法】リン酸八カルシウム（第８リン酸カルシウム）（Ｃａ８Ｈ２（ＰＯ４）６・５Ｈ２Ｏ）（ＯＣＰ）と、乳酸−グリコール酸共重合体（ＰＬＧＡ）とを含むように、骨再生材料を構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、骨再生材料に関する。

ハイドロキシアパタイト（Ｃａ_１０（ＰＯ_４）_６（ＯＨ）_２：以下「ＨＡ」と略記する場合がある）の前駆体であるリン酸八カルシウム（第８リン酸カルシウム）（Ｃａ_８Ｈ_２（ＰＯ_４）_６・５Ｈ_２Ｏ：以下「ＯＣＰ」と略記する場合がある）は、これまでの研究により優れた生体吸収性及び優れた骨再生能を有することが知られている（非特許文献１）。

また、非晶質リン酸カルシウム（Ｃａ_３（ＰＯ_４）_２・ｎＨ_２Ｏ：以下、「ＡＣＰ」と略記する場合がある）は、骨石灰化における別のＨＡの前駆体であると考えられており、生理的条件下でＯＣＰよりも高い溶解度を有することが報告されている（非特許文献２参照）。ＡＣＰはカルシウム及びリン酸の過飽和溶液から生じる最初の無機固体相であり、これがＯＣＰを経由し、続いてＨＡへと変換される。

特許文献１には、リン酸八カルシウム（第８リン酸カルシウム）（Ｃａ_８Ｈ_２（ＰＯ_４）_６・５Ｈ_２Ｏ）と、非晶質リン酸カルシウム（Ｃａ_３（ＰＯ_４）_２・ｎＨ_２Ｏ）、リン酸水素カルシウム（第２リン酸カルシウム無水和物）（ＣａＨＰＯ_４）、リン酸水素カルシウム二水和物（第２リン酸カルシウム２水和物）（ＣａＨＰＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）、低結晶性のハイドロキシアパタイト（Ｃａ_１０（ＰＯ_４）_６（ＯＨ）_２）又は低結晶性のリン酸八カルシウム（第８リン酸カルシウム）（Ｃａ_８Ｈ_２（ＰＯ_４）_６・５Ｈ_２Ｏ）からなる混合リン酸カルシウムを含むことを特徴とする人工骨材について記載している。

一方、骨の治療において、例えば骨接合ピンのような金属製の固定治具が用いられている。また、生体適合性高分子からなる固定治具が用いられている。

特開２０１０−１１０４０４号公報

Suzuki O.et al., Tohoku J. Exp. Med., 1991, 164: 37-50. Meyer JL et al., Calcif. Tissue Res. 1978, 25, 59-68,

しかしながら、上述の金属または生体適合性高分子からなる骨接合ピンといった固定治具は、骨伝導性に劣るものであり、骨の再生という観点からは十分なものとは言えなかった。また、リン八酸カルシウム（第８リン酸カルシウム）（Ｃａ_８Ｈ_２（ＰＯ_４）_６・５Ｈ_２Ｏ）は、非特許文献１に記載されたリン酸カルシウムのなかで最も高い骨伝導性を示したが、骨の再生や成形性の観点から骨再生材料としての改善の余地があった。

本発明は、優れた骨伝導性を有する骨再生材料を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を行った。その結果、ＯＣＰに対して所定量の乳酸−グリコール酸共重合体（以下、「ＰＬＧＡ」と略記する場合がある）を配合して骨再生材料を得ることにより、骨伝導性に優れた骨再生材料を得ることを見出し、本発明を想到するに至った。

すなわち、本発明は以下の通りである。
（１）リン酸八カルシウム（第８リン酸カルシウム）（Ｃａ_８Ｈ_２（ＰＯ_４）_６・５Ｈ_２Ｏ）（ＯＣＰ）と、乳酸−グリコール酸共重合体（ＰＬＧＡ）とを含むことを特徴とする、骨再生材料。
（２）前記ＯＣＰ及び前記ＰＬＧＡの総量を基準として、前記ＯＣＰを２０〜６５質量％、前記ＰＬＧＡを８０〜３５質量％の割合で含有することを特徴とする、（１）に記載の骨再生材料。
（３）多孔構造を有することを特徴とする、（１）又は（２）に記載の骨再生材料。

本発明によれば、ＰＬＧＡが生体吸収性に優れるため、骨伝導性に優れるＯＣＰと混合して骨再生材料とすることにより、ＰＬＧＡの生体吸収性とＯＣＰとの骨伝導性との相乗効果によって、優れた骨伝導性を有する骨再生材料が得られる。

骨再生材料を埋入した際の新生骨面積の割合を示すグラフである。ラットの大腿骨の骨欠損部に骨再生材料を埋入した際の横断面を示すμ‐ＣＴ像である。ラットの大腿骨の骨欠損部に骨再生材料を埋入した際の前頭断面を示すμ‐ＣＴ像である。ＰＬＧＡ／ＯＣＰをリン酸緩衝液に浸漬した場合のｐＨ変化を示すグラフである。ＰＬＧＡ／ＯＣＰをリン酸緩衝液に浸漬した場合の重量変化を示すグラフである。

本発明の骨再生材料において、ＯＣＰとＰＬＧＡとの割合は、特に限定されないが、例えばＯＣＰとＰＬＧＡの総量を基準として、ＯＣＰを２０〜６５質量％、好ましくは２０〜４０質量％含有する。また、ＰＬＧＡを８０〜３５質量％、好ましくは８０〜６０質量％含有する。これにより、ＯＣＰの骨伝導性とＰＬＧＡの生体吸収性とがバランスし、優れた骨伝導性を有する骨再生材料を得ることができる。

本発明の骨再生材料中は、本発明の効果が阻害されない範囲内で、一般的に骨再生材料に含まれる成分を含んでいてもよい。このような成分としては、例えば、コラーゲン、ゼラチン、アルギン酸、ヒアルロン酸、キトサン、生体吸収性高分子（ポリ乳酸、ポリ乳酸−ポリエチレングリコール共重合体など）、生体吸収性リン酸カルシウム（β−リン酸三カルシウム（β−ＴＣＰ）、α−リン酸三カルシウム（α−ＴＣＰ）、リン酸四カルシウム（Ｃａ_４（ＰＯ_４）_２Ｏ；ＴＴＣＰ）、リン酸水素カルシウム（ＣａＨＰＯ_４；ＤＣＰ）、リン酸水素カルシウム二水和物（ＣａＨＰＯ_４・_２Ｈ_２Ｏ；ＤＣＰＤ）、低結晶性ＨＡ、ナノＨＡ、炭酸含有ＨＡなど）、生体非吸収性材料（ＨＡセラミックスなど）が挙げられる。

本発明の骨再生材料は、任意の形態のものを使用可能である。例えば、骨再生材料はＯＣＰ顆粒及びＰＬＧＡ顆粒を混合したもの、ＯＣＰとＰＬＧＡの共沈物等であってよいが、好ましくは多孔構造である。この場合、新生骨が多孔質内にまで埋入するので、骨伝導性に優れた骨再生材料を得ることができる。

多孔構造の骨再生材料は、例えば以下のようにして製造することができる。

市販のＰＬＧＡと、その他の生分解性高分子（ポリカプロラクトン（ＰＣＬ），ポリ−Ｌ−乳酸（ＰＬＬＡ）等）を溶媒である１，４−ジオキサンに４５℃以上で完全に溶解させ、生分解性高分子溶液を得る。ＰＬＧＡ等の分子量は特に指定されないが、好ましくは重量平均分子量が１０，０００以上２００，０００以下、さらに好ましくは２０，０００以上１５０，０００以下のものを使用する。また、ＰＬＧＡにおける乳酸の割合は５〜８５ｍｏｌ％の範囲から選択する。

次に、得ようとする骨再生材料におけるＯＣＰの含有量が例えば２０〜６５質量％となる割合で、上記生分解性高分子溶液に当該ＯＣＰを顆粒の状態で加える。なお、ＯＣＰ顆粒の粒径は例えば５３〜３００μｍである。

次いで、ＯＣＰを加えた生分解性高分子溶液を１０℃以下で１日間撹拌し、ＯＣＰ顆粒を分散させるとともに生分解性高分子溶液を凍結させる。次いで、凍結後、さらに０℃以下で最低一晩冷却する。

次いで、１２時間以上凍結乾燥し、溶媒である１，４−ジオキサンを除去する。これにより、多孔質のＯＣＰ／生分解性高分子複合体からなる骨再生材料を得る。

骨再生材料の孔径は、例えば１０〜５００μｍであり、気孔率は０〜９５％である。

次いで、上述の骨再生材料は、適宜成形して使用することができる。成形手段としては、特に限定されない。例えば、骨再生材料を適当な型に入れて固める方法、固める際に圧力を加える方法が挙げられる。成形体の形状としては、特に限定されない。例えば、ディスク、ブロック、シートが挙げられる。ディスクの大きさとしては、特に限定されない。例えば、直径は、通常３〜２０ｍｍ、好ましくは５〜１０ｍｍである。例えば、厚みは、通常０．５〜５ｍｍ、好ましく１〜２ｍｍである。ブロックの大きさとしては、特に限定されない。例えば、長さ５〜１５ｍｍ、幅５〜５０ｍｍ、高さ５〜１００ｍｍ、好ましくは、長さ８〜１２ｍｍ、幅１０〜３０ｍｍ、高さ１０〜５０ｍｍである。

成形体は、骨欠損部の形状に応じて適宜成形され、例えば、エチレンオキサイドガズ滅菌、放射線滅菌、高圧蒸気滅菌などにより滅菌処理後、骨欠損部に埋入される。ただし、高圧蒸気滅菌は、ＯＣＰあるいはＰＬＧＡの結晶相に影響を及ぼすので、その場合は骨欠損の適用部位を考慮する。

以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。

最初に、上述した製造方法にしたがって、ＰＬＧＡの生分解性高分子溶液を得た。次いで、この溶液中に骨再生材料中のＯＣＰの含有量が２０，３０，４０質量％となるようにＯＣＰ顆粒を含有させ、凍結及び乾燥の後、１，４−ジオキサンを除去し、多孔質のＯＣＰ／生分解性高分子複合体からなる骨再生材料を得た。なお、得られた骨再生材料の気孔率は７５〜８５％であり（ピクノメーターを用いて測定）、平均気孔径は４０〜７０μｍであった（ＳＥＭを用いて測定）。

なお、参考のために、ＯＣＰ顆粒を含有させることなく、ＰＬＧＡのみからなる骨再生材料を得た。この時の気孔率は８４．９％であり（ピクノメーターを用いて測定）、平均気孔径は５８．９±１．９μｍであった（走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて測定）。

次いで、ラット大腿骨に作製した貫通孔（直径３ｍｍ）に、上記骨再生材料（Φ３×５ｍｍ）を４週及び８週間埋入し、μ−ＣＴおよび組織学的に骨再生能を評価した。

図１は、上記骨再生材料をラット大腿骨に埋入し、４週及び８週経過した後の、新生骨面積（％）を示すグラフである。図１から明らかなように、ＰＬＧＡ単体の骨再生材料に比較してＯＣＰを含む骨再生材料は新生骨面積の割合が高く、特にＯＣＰの含有割合が４０質量％の場合に最も高いことが判明した。

図２は、ＯＣＰの含有量が４０％の骨再生材料のμ‐ＣＴ像である。横断面及び前頭断面のいずれにおいても、新生骨が骨再生材料の内部まで侵入し、特に８週後において石灰化組織に起因する不透過性の領域が増大していることが分かる。すなわち、本実施例の骨再生材料は、骨伝導性に優れることが分かる。

図３は、メンブレンフィルターで隔離した４０質量％のＯＣＰと６０質量％のＰＬＧＡ、メンブレンフィルターで隔離した２０質量％のＯＣＰ顆粒と８０質量％のＰＬＧＡ、単独のＰＬＧＡ及び単独のＯＣＰ顆粒（４０質量％相当量のＯＣＰ）をリン酸緩衝液（ＰＢＳ）（ｐＨ７．４、温度３７℃）に浸漬した後の、ＰＢＳ上清のｐＨ値を示すグラフである。図４は、メンブレンフィルターで隔離した４０質量％のＯＣＰと６０質量％のＰＬＧＡ、メンブレンフィルターで隔離した２０質量％のＯＣＰ顆粒と８０質量％のＰＬＧＡ及び、単独のＰＬＧＡをリン酸緩衝液（ＰＢＳ）（ｐＨ７．４、温度３７℃）に浸漬した後の、ＰＬＧＡの重量変化を示すグラフである。

図３から明らかなように、フィルターで隔離した４０質量％もしくは２０質量％のＯＣＰ顆粒とＰＬＧＡを浸漬したＰＢＳは、浸漬時間の経過とともにｐＨ値が減少し、図４から明らかなように、ＯＣＰが共存した状態にあるＰＬＧＡは、ＰＬＧＡ単独の場合よりも浸漬時間の経過とともにその重量を減少させていることが分かる。すなわち、ＰＬＧＡにＯＣＰを含有させて複合体とすることにより、ＰＬＧＡの分解性（吸収性）が増大することが分かる。すなわち、ＰＬＧＡの生体吸収性とＯＣＰとの骨伝導性との相乗効果によって、優れた骨置換性を有する骨再生材料が得られることが分かる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims

リン酸八カルシウム（第８リン酸カルシウム）（Ｃａ_８Ｈ_２（ＰＯ_４）_６・５Ｈ_２Ｏ）（ＯＣＰ）と、乳酸−グリコール酸共重合体（ＰＬＧＡ）とを含むことを特徴とする、骨再生材料。
前記ＯＣＰ及び前記ＰＬＧＡの総量を基準として、前記ＯＣＰを２０〜６５質量％、前記ＰＬＧＡを８０〜３５質量％の割合で含有することを特徴とする、請求項１に記載の骨再生材料。
多孔構造を有することを特徴とする、請求項1又は２に記載の骨再生材料。