JP2023503755A - 骨親和性骨補填品 - Google Patents
骨親和性骨補填品 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023503755A JP2023503755A JP2021572842A JP2021572842A JP2023503755A JP 2023503755 A JP2023503755 A JP 2023503755A JP 2021572842 A JP2021572842 A JP 2021572842A JP 2021572842 A JP2021572842 A JP 2021572842A JP 2023503755 A JP2023503755 A JP 2023503755A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- autoclave
- bone
- strontium
- fluorine
- osteophilic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000316 bone substitute Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 95
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 claims abstract description 54
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims abstract description 27
- VSIIXMUUUJUKCM-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;fluoride;triphosphate Chemical compound [F-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O VSIIXMUUUJUKCM-UHFFFAOYSA-D 0.000 claims abstract description 25
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims abstract description 23
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 229910052586 apatite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 19
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 14
- 229910021532 Calcite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 claims abstract description 10
- 235000011116 calcium hydroxide Nutrition 0.000 claims abstract description 10
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 claims abstract description 10
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 10
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910001427 strontium ion Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 56
- XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;hydroxide;triphosphate Chemical compound [OH-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D 0.000 claims description 19
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 11
- 241000251539 Vertebrata <Metazoa> Species 0.000 claims description 8
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 7
- LFVGISIMTYGQHF-UHFFFAOYSA-N ammonium dihydrogen phosphate Chemical compound [NH4+].OP(O)([O-])=O LFVGISIMTYGQHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910000387 ammonium dihydrogen phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 235000019837 monoammonium phosphate Nutrition 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 4
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 125000004437 phosphorous atom Chemical group 0.000 claims description 3
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonium chloride Substances [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000005696 Diammonium phosphate Substances 0.000 claims description 2
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 claims description 2
- MNNHAPBLZZVQHP-UHFFFAOYSA-N diammonium hydrogen phosphate Chemical compound [NH4+].[NH4+].OP([O-])([O-])=O MNNHAPBLZZVQHP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910000388 diammonium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000019838 diammonium phosphate Nutrition 0.000 claims description 2
- 238000002803 maceration Methods 0.000 claims description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims description 2
- 102000002260 Alkaline Phosphatase Human genes 0.000 description 27
- 108020004774 Alkaline Phosphatase Proteins 0.000 description 27
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 27
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 25
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 18
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 210000002449 bone cell Anatomy 0.000 description 14
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 14
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 14
- 230000002138 osteoinductive effect Effects 0.000 description 11
- 230000032823 cell division Effects 0.000 description 10
- 235000021317 phosphate Nutrition 0.000 description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 9
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- -1 gallium ions Chemical class 0.000 description 8
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 description 7
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 7
- 210000000963 osteoblast Anatomy 0.000 description 7
- 230000003642 osteotropic effect Effects 0.000 description 7
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 6
- 241000283690 Bos taurus Species 0.000 description 5
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 5
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 5
- 239000001506 calcium phosphate Substances 0.000 description 5
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 5
- QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H tricalcium bis(phosphate) Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 5
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 4
- 241000195493 Cryptophyta Species 0.000 description 4
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 4
- 230000000123 anti-resoprtive effect Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 229910000389 calcium phosphate Inorganic materials 0.000 description 4
- 235000011010 calcium phosphates Nutrition 0.000 description 4
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 4
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 4
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 4
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 4
- 230000011164 ossification Effects 0.000 description 4
- NROKBHXJSPEDAR-UHFFFAOYSA-M potassium fluoride Chemical compound [F-].[K+] NROKBHXJSPEDAR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000030833 cell death Effects 0.000 description 3
- 239000012228 culture supernatant Substances 0.000 description 3
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 3
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 3
- 210000004409 osteocyte Anatomy 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 210000002966 serum Anatomy 0.000 description 3
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 230000001640 apoptogenic effect Effects 0.000 description 2
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 2
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 2
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 2
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005923 long-lasting effect Effects 0.000 description 2
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 2
- 230000000278 osteoconductive effect Effects 0.000 description 2
- 239000011698 potassium fluoride Substances 0.000 description 2
- 235000003270 potassium fluoride Nutrition 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 2
- FVRNDBHWWSPNOM-UHFFFAOYSA-L strontium fluoride Chemical compound [F-].[F-].[Sr+2] FVRNDBHWWSPNOM-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910001637 strontium fluoride Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 2
- 230000009885 systemic effect Effects 0.000 description 2
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 2
- GPRLSGONYQIRFK-MNYXATJNSA-N triton Chemical compound [3H+] GPRLSGONYQIRFK-MNYXATJNSA-N 0.000 description 2
- 241000242757 Anthozoa Species 0.000 description 1
- 241001474374 Blennius Species 0.000 description 1
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 235000014653 Carica parviflora Nutrition 0.000 description 1
- 102000008186 Collagen Human genes 0.000 description 1
- 108010035532 Collagen Proteins 0.000 description 1
- 206010010214 Compression fracture Diseases 0.000 description 1
- 101000599951 Homo sapiens Insulin-like growth factor I Proteins 0.000 description 1
- 238000012404 In vitro experiment Methods 0.000 description 1
- 102100037852 Insulin-like growth factor I Human genes 0.000 description 1
- 241000124008 Mammalia Species 0.000 description 1
- ZQBZAOZWBKABNC-UHFFFAOYSA-N [P].[Ca] Chemical class [P].[Ca] ZQBZAOZWBKABNC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000000735 allogeneic effect Effects 0.000 description 1
- 230000006907 apoptotic process Effects 0.000 description 1
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 1
- 230000003416 augmentation Effects 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 230000008468 bone growth Effects 0.000 description 1
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000024245 cell differentiation Effects 0.000 description 1
- 230000003915 cell function Effects 0.000 description 1
- 230000019522 cellular metabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000003501 co-culture Methods 0.000 description 1
- 229920001436 collagen Polymers 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000012258 culturing Methods 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004053 dental implant Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 239000003102 growth factor Substances 0.000 description 1
- 210000005260 human cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000002163 immunogen Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000003211 malignant effect Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000000399 orthopedic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001582 osteoblastic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002188 osteogenic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001009 osteoporotic effect Effects 0.000 description 1
- 238000003359 percent control normalization Methods 0.000 description 1
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 description 1
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 description 1
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000010076 replication Effects 0.000 description 1
- 230000028327 secretion Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 206010041569 spinal fracture Diseases 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 210000000130 stem cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 1
- 230000014616 translation Effects 0.000 description 1
- 230000000472 traumatic effect Effects 0.000 description 1
- 229910000391 tricalcium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019731 tricalcium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 229940078499 tricalcium phosphate Drugs 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/02—Inorganic materials
- A61L27/12—Phosphorus-containing materials, e.g. apatite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B25/00—Phosphorus; Compounds thereof
- C01B25/16—Oxyacids of phosphorus; Salts thereof
- C01B25/26—Phosphates
- C01B25/32—Phosphates of magnesium, calcium, strontium, or barium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/447—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on phosphates, e.g. hydroxyapatite
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
- A61L2430/02—Materials or treatment for tissue regeneration for reconstruction of bones; weight-bearing implants
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Dermatology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Transplantation (AREA)
- Public Health (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
本発明は、ポルトランダイト、酸化カルシウム、アラゴナイト、方解石および/またはアパタイトを実質的に有する出発材料から骨親和性骨補填材を製造する方法に関する。前記出発物質は、ストロンチウム、フッ素および/またはガリウム源と一緒にオートクレーブに導入され、実質的にポルトランダイト、酸化カルシウム、アラゴナイト、方解石を有する出発物質を使用する場合には、リン酸塩源が導入される。さらに、H2Oを溶剤の一部として前記オートクレーブに添加し、前記オートクレーブ内のpH値を7を超える範囲にする。その後、密閉および充填された前記オートクレーブを少なくとも1時間加熱し、次いで冷却する。このようにして発達された骨親和性骨補填材は、続いて、前記リン、ストロンチウム、フッ素および/またはガリウム源の残留物から洗浄される。さらに、本発明は、実質的にアパタイトからなり、ストロンチウムイオンが結晶格子に組み込まれている骨親和性骨補填材に関する。【選択図】なし
Description
本発明は、ポルトランダイト、酸化カルシウム、アラゴナイト、方解石(例えば石灰被覆藻類の骨格)、および/またはアパタイト(例えばヒドロキシアパタイトとして存在、例えば脊椎動物の骨または合成的な製造から得られる)を実質的に有する出発材料から骨親和性骨補填材(osteotropen Knochenersatz-materials)を製造する方法に関する。さらに、本発明は、本発明に基づく方法によって製造された骨親和性骨材料に関する。
本発明の枠内において、記載された出発物質は、出発物質に類似した構造を有する、将来的に合成的に製造される物質を含むものと理解することもできる。
骨インプラントとして、または骨増強の枠内で骨補填材として用いられる、自己、同種、異種の自然骨、サンゴ、藻類からなる現在使用される多くの骨補填材、または、完全に合成的手段で製造されたヒドロキシアパタイト骨補填材は、骨伝導特性のみを有する。これは、これまで使用されてきたリン酸カルシウムまたはヒドロキシアパタイト骨補填材は、インプラント表面上で骨組織の直接成長に適した生体適合性表面を有することを意味するものであるが、インプラントの直接の骨環境において、新しい骨の形成を直接的に刺激するものではない。ヒドロキシアパタイトまたはリン酸カルシウム材料は一般に、骨伝導の性質のみを有する。したがって、それらは骨成長を可能にするが、それ自身は骨芽細胞またはその前駆細胞のような骨形成を誘導する細胞の増殖や分化を刺激するものではない。本発明の意味において、直接成長とは特に、インプラント表面と骨組織との間に「中間組織層」がない成長と理解することができる。
骨誘導効果を展開するために、骨補填材または有機物質(例えばコラーゲンまたは有機分子)は、従来さらなるタンパク質、ペプチドまたは他の分子が付加されてきた。この例としては、成長因子(例えば、種々のBMP、IGF1/2、FGFなど)、または血清産物である。これに伴う問題は、これらの物質が多くの場合インプラント部位から迅速に洗い流されるかまたは分解されるので、これらの物質の、インプラント中またはインプラント設置位置に残存する期間がしばしば不明瞭なことである。その結果、骨誘導特性は一方では短時間しか存在しないため実際には添加することができず、他方では、一般に意図されていない、生体全体における全身作用が起こり得る。
このような骨補填材の製造方法の例は、欧州特許第230570号明細書および欧州特許第028074号明細書から得ることができる。この場合、石灰被覆海藻に由来するヒドロキシアパタイトからなる骨補填材は、天然に存在する炭酸カルシウム骨格を適切な方法で変換することによって得られる。
しかしながら、すでに述べたように、このような骨補填手段は単に骨伝導性であり、骨誘導性ではない。
さらには、P.Melnikov et al.,Materials Chemistry and Physics 117(1),86-90,(2009)(整形外科に使用するためのガリウム含有ヒドロキシアパタイト)、中国特許出願公開第101928136号明細書(フッ化ヒドロキシアパタイトおよび人工骨の製造のためのその使用)、および欧州特許出願公開第2228080号明細書(歯や骨の欠損を充填するためのアパタイト構造を有するガリウム添加リンカルシウム化合物)から得ることができる。
P.Melnikov et al.,Materials Chemistry and Physics 117(1),86-90,(2009)
したがって、本発明は、長時間活性で局所的な骨親和特性を有する骨補填材を製造するための方法および骨補填材自体を提供することを目的とする。
本発明によれば、この目的は、請求項1の特徴を有する骨親和性骨補填材を製造する方法によって、および請求項15の特徴を有する骨親和性骨補填材によって達成される。
本発明の有利な実施形態は、従属請求項に記載される。
本発明によれば、実質的にポルトランダイト、酸化カルシウム、アラゴナイト、方解石および/またはアパタイト(例えば、ヒドロキシアパタイトとして存在する)を有する出発物質が使用されることが規定される。出発物質は、ストロンチウム、フッ素および/またはガリウム源と一緒にオートクレーブに導入され、ここで、実質的にポルトランダイト、酸化カルシウム、アラゴナイト、方解石を有する出発物質を使用する場合、リン酸塩源が導入される。アパタイトから実質的になる出発物質の場合にはリン酸塩源を導入することもできるが、これは必ずしも必要ではない。さらに、水を溶媒の一部としてオートクレーブに添加する。その後、室温および常圧で、オートクレーブ中のpH値を7を超える範囲にする。次に、密閉され充填されたオートクレーブを少なくとも1時間加熱し、続いて冷却する。最後に、オートクレーブの内容物は、ストロンチウム、フッ素および/またはガリウム源の残留物から洗浄される。リン源を用いた場合も同様である。
本発明によれば、とりわけ、アパタイト構造に組み込まれたストロンチウム、フッ素および/またはガリウムイオンが、骨誘導性またはむしろ骨親和性または抗吸収特性を有することが実現された。
本発明の本質的な態様は、ストロンチウム、フッ素および/またはガリウムイオンをアパタイト中に、特にヒドロキシアパタイト構造中に適切な方法で単に付着させるのではなく、組み込むための、本発明に係る方法である。単なる表面的な付着の場合、付着した物質の分離が起こり得る。しかしながら、本発明に係る方法によって、骨親和性、すなわち骨誘導性、抗吸収特性を有するおよび/または骨組織の形成を促進する上述のイオンが、容易に分離できないような方法で、発達中のアパタイト構造に結合されることが可能になる。
炭酸カルシウム材料(すなわち特にポルトランダイト、酸化カルシウム、アラゴナイト、方解石)からなる出発材料をアパタイトまたはむしろヒドロキシアパタイト構造にうまく転化するためには、リン酸塩源の存在が必須であり、この場合、別リン酸塩を使用することができる。出発材料としてアパタイト材料(例えば脊椎動物の骨)を使用する場合、リン酸塩源の存在は必ずしも必要ではないが、有利であることが判明している。特に、これは、工法中に既存の構造が弱められることを防止する。
本発明の基礎をなす試験によれば、密閉され充填されたオートクレーブが少なくとも30℃、好ましくは190℃を超える温度に加熱される場合に、特に良好な結果を達成することができる。これは、オーブンまたは加熱モジュール内で行うことができる。オートクレーブと一体化された加熱モジュールを設けることも可能である。これらの温度で、出発物質のドープアパタイトへの十分に良好な転化が達成され、さらに、すでに述べたように、前述のイオンが取り込まれ、アパタイトの結晶格子に結合される。オーブンの温度が低ければ低いほど、オートクレーブ中で起こる反応は遅くなる。
本発明に係る方法の意味する範囲内で、加熱キャビネットなどをオーブンとも呼ぶことができる。これに関連して重要なことは、器具が30~数百度の間の所望の温度を、より長い時間にわたって一定のレベルに維持することができるという事実である。
ストロンチウム、フッ素および/またはガリウム源ならびにリン源の残留物からオートクレーブの内容物を洗浄するために、異なる方法が可能である。供給源の選択に応じて、オートクレーブの内容物は、好ましくはフィルター装置を用いて機械的に洗浄することができる。これは、できるだけ大きいか、または溶解性が低い供給源が使用される場合である。
本発明に係る骨補填材の良好な組織寛容性のために、特に機械的性質の洗浄に続いて、8未満のpH値に達するまでオートクレーブの内容物を洗浄することが有利である。
オートクレーブを閉じる前のpH値を7を超える範囲にするために、アルカリ性溶液(特にアンモニア溶液)を使用することができる。例えば、リン酸二水素アンモニウム溶液または別のリン酸塩化合物もこの目的のために使用することができる。
好ましくはストロンチウム、フッ素および/またはガリウム源の導入は出発材料に対して過剰に行われる。有利には、これはリン酸塩源にも当てはまる。言い換えれば、アパタイトの結晶格子への良好な組み込みが高い確実性で達成され得るように、それぞれの材料についての大量のリザーバが利用可能にされる。最終的な、前述の洗浄工程では、ストロンチウム、フッ素および/またはガリウム源ならびにリン源のそれぞれの未使用の出発物質が、製造された材料から除去される。これは、材料が清浄化されることを意味する。
リン源として例えばリン酸二水素アンモニウムまたはリン酸二アンモニウムを使用する場合、これは同時に所望のpH値とするために使用することができる。また、水に溶解したリン酸二水素アンモニウムの使用は添加が特に容易であり、最適な反応環境がオートクレーブ中で達成され得ることが判明した。
好ましくは、オートクレーブ中の全混合物中に、カルシウムおよびリン原子が10:5を超えない比で存在する。そのような比率は、それぞれの骨親和性、すなわち骨誘導性物質および/または抗吸収性効果を有するものが特に良好な結果をもたらす比率で存在するので、得られる骨補填材の骨親和特性にとって有利であることが証明されている。
アパタイトとしては、例えば脊椎動物または哺乳動物の骨を使用することができる。哺乳動物の骨(例えば、ウシやブタ動物に由来する)は、すでにかなりの割合のヒドロキシアパタイトおよび炭酸アパタイトとしてアパタイトを提供している。他方、出発物質として、アラゴナイトまたは方解石、石灰質藻類骨格または燃焼、未燃焼および/または化学的に処理された形態の他の炭酸カルシウム物質を使用することもできる。脊椎動物または哺乳動物の骨を使用する場合、これらは、有利には従来の熱分解または化学的浸軟、すなわち免疫原性物質の除去に供される。
基本的には、密閉され充填されたオートクレーブをより長く加熱することが好ましい。本発明によれば、1~4日後に、発達中の骨親和性骨補填材の非常に良好な結果が達成され、その結果、非常に長い期間加熱することが、必ずしも有意に良好な結果をもたらさないことが見出された。
既に述べたように、オートクレーブ中で加熱し、続いて冷却した後、ストロンチウム、フッ素および/またはガリウム源を、得られた骨親和性骨補填材から、後者を洗浄することによって分離する。ストロンチウム、フッ素および/またはガリウム源として、洗い流しやすい、または水溶性が低い材料が使用されることが好ましい。洗い流すのが容易な材料の使用は、製造された骨親和性骨補填材を洗うとき、容易に洗い流すことができ、したがって、骨親和性骨補填材をより容易に洗浄することができるという利点を有する。あるいは、溶解性の低い(特に、結晶性の粗い)材料は、オートクレーブ中での転化プロセス中に、十分な量のストロンチウム、フッ素および/またはガリウムイオンが利用可能である一方で、後続の洗浄が特に容易な方法で、例えば機械的にも行われ得るという利点を有する。
得られた骨親和性骨補填材の特に容易な洗浄は、ストロンチウム、フッ素および/またはガリウム源が容器内で固体物としてオートクレーブに添加される場合に達成され得る。容器は、固形物を保持したまま、オートクレーブ中に存在する溶媒とストロンチウム、フッ素および/またはガリウム源のイオンを交換できるように設計されている。これは、明らかに、得られる骨親和性骨補填材の最終洗浄を容易にする。
オートクレーブへの導入の前または後に、出発物質および/またはオートクレーブの内容物を、方法の完了後に、熱分解処理および/または化学洗浄に供することが好ましい。熱分解処理および化学洗浄方法は、それぞれ、潜在的に存在するタンパク質または他の有機異物が製造された骨親和性骨補填材から除去され、その結果、人体への骨補填材の移植時に生じる相互作用が最小限に抑えられるか、または排除されるという利点を有する。
さらに、本発明は、前述の本発明に係る方法に従って製造された骨親和性骨補填材に関する。アパタイトを実質的に有する骨親和性骨補填材は、その結晶格子中にストロンチウム、フッ素および/またはガリウムイオンを含有する。これらは、動物またはヒトの体内
への移植後に、骨親和特性を展開する。アパタイト(より具体的にはヒドロキシアパタイト)に加えて、少量のリン酸カルシウム、方解石、アラゴナイトおよびリン酸三カルシウムも存在し得る。本発明によれば、イオンの媒体濃度は、ストロンチウムイオンの場合、約0.51~0.60重量%の媒体濃度を超えるものであり、確立された骨補填材よりわかる。確立された骨補填材としては、脊椎動物または哺乳動物の骨(BioOss(登録商標)(Geistlich(登録商標))、The Graft(登録商標)(Regedent(登録商標))、MinerOss(登録商標)XP(Camlog(登録商標)/BioHorizons(登録商標)):約0.51~0.56重量%)、石灰被覆藻(Algipore(登録商標)(Symbios(登録商標)):約0.60重量%)、または脊椎動物や哺乳動物の天然骨(ウシ動物:約0.58重量%)であるが、特に不純物、追加の給餌、または異なる地質学的-地域条件にもよる。本発明によれば、この場合ストロンチウムイオンの媒体濃度は、少なくとも0.65重量%、好ましくは0.75重量%、特には1.0重量%を超えるものである。
への移植後に、骨親和特性を展開する。アパタイト(より具体的にはヒドロキシアパタイト)に加えて、少量のリン酸カルシウム、方解石、アラゴナイトおよびリン酸三カルシウムも存在し得る。本発明によれば、イオンの媒体濃度は、ストロンチウムイオンの場合、約0.51~0.60重量%の媒体濃度を超えるものであり、確立された骨補填材よりわかる。確立された骨補填材としては、脊椎動物または哺乳動物の骨(BioOss(登録商標)(Geistlich(登録商標))、The Graft(登録商標)(Regedent(登録商標))、MinerOss(登録商標)XP(Camlog(登録商標)/BioHorizons(登録商標)):約0.51~0.56重量%)、石灰被覆藻(Algipore(登録商標)(Symbios(登録商標)):約0.60重量%)、または脊椎動物や哺乳動物の天然骨(ウシ動物:約0.58重量%)であるが、特に不純物、追加の給餌、または異なる地質学的-地域条件にもよる。本発明によれば、この場合ストロンチウムイオンの媒体濃度は、少なくとも0.65重量%、好ましくは0.75重量%、特には1.0重量%を超えるものである。
本発明に係る方法に従って製造された本発明に係る骨親和性骨補填材は例えば、寸法的に安定なブロックの製造に使用することができ、このブロックには、歯のシリンダーインプラントまたは他の金属体も一体化されている。これらのブロックは、将来的に歯インプラント支持体として顎骨に移植することができ、3~6ヶ月の治癒段階に続いて、さらなる二次的介入を必要とせずに直接使用することができる。得られる骨親和性骨補填材が粉末状の形態を有するという事実のために、それから製造される寸法的に安定なブロックは、寸法を測って作製され得、それによって、歯の欠落のような骨欠損に適合され得る。
本発明によるストロンチウム、フッ素および/またはガリウムイオンの埋め込みの結果として、骨補填材は、主に実質的にインプラント部位でのみ生じる局所的な骨親和性効果をさらに加えないことを展開する。したがって、本発明に係る骨補填材は、全身作用を有さない。
別の利点は、本発明に係る骨補填材が移植部位に留まる全期間にわたってその骨誘導性または骨親和性効果を展開し、自己の骨組織によって置換されるとすぐにそのようにすることを止めることにある。このようにして、骨欠損のより迅速かつより持続可能な骨治癒が達成される。
本発明に係る骨親和性骨補填材の別の適用例は、骨粗鬆症、外傷性および/または悪性関連の脊椎骨折または脊椎圧迫骨折の場合の安定化であり得る。別の可能性は、本発明により製造された材料を3-D印刷法のための出発材料として使用することである。
本発明は、図面を参照して、概略的な例示的な実施形態によって、以下により詳細に説明される。
製造方法
以下に、本発明に係る方法に従って実施される、本発明に係る骨親和性骨補填材の例示的な製造を記載する。
以下に、本発明に係る方法に従って実施される、本発明に係る骨親和性骨補填材の例示的な製造を記載する。
この目的のために、150mlの容量を有するテフロン容器が使用される。これには以下の物質が充填されている:
出発物質として、石灰被覆藻類の骨格が、アラゴナイトの例として使用される。CO2を含む出発物質を使用する場合、これらを燃焼させると通常好都合であり、その際、物質の外部組織を保持することが望ましい。しかしながら、記載されるように、本発明に係る方法はアパタイト材料(例えば、出発材料として脊椎動物骨からの)に適用することもでき、この場合、リン酸源の存在は一方では骨親和性イオンの導入に有利であるが、他方では、出発材料の構造を保持するためにも有利であることが証明されている。
テフロン容器に添加する前に、藻類骨格を焼灼して、外来タンパク質、タンパク質などを除去する。さらに、リン酸二水素アンモニウム、フッ化ストロンチウム、フッ化カリウムおよび25%アンモニア溶液を添加する。さらに、脱イオン水も添加される。
添加された物質のそれぞれの重量またはそれぞれの体積は、表から知ることができる。
この場合、リン酸二水素アンモニウムはリン酸塩源として役立つが、記載のように、他のリン酸塩源も可能である。フッ化ストロンチウムは、ストロンチウム源として、またフッ素源としても使用される。フッ化カリウムもフッ化物源として使用される。
物質がテフロン容器に導入され、可能なガス形成が待たれた後、前記容器は閉じられる。その後、テフロン容器をオートクレーブ、例えば加圧分解容器に入れる。この容器は、好ましくはステンレス鋼で作られる。続いて、オートクレーブとなるように、カバーがしっかりとねじ込まれる。
次いで、しっかりと閉じた対応する加圧分解容器を、190℃の温度を有する予熱キャビネットまたは加熱ブロックに入れる。
加圧分解容器は5日間加熱キャビネット内に留まり、その間、190℃の温度が維持される。この時間が経過すると、加熱キャビネットはオフになる。次いで、加圧分解容器は、加熱キャビネットまたは加熱ブロック内でゆっくりと冷却される。これには約1日かかる。
完全に冷却した後、加圧分解容器およびテフロン容器を開き、得られた骨親和性骨補填材を洗浄する。この目的のために、骨親和性骨補填材を水と一緒に濾紙上にかけて、洗浄する。いくつかの洗浄プロセス、例えばリンスプロセスは、8未満のpH値に達するまで実施される。
続いて、骨親和性骨補填材を再び加熱キャビネットに導入するが、40℃でのみ乾燥させる。
その後、骨親和性骨補填材は、さらなる使用に備える。例えば、その後、それを所望の形状に成形したり、滅菌したりできる。
試験および結果
以下では、本発明に係る方法に従って製造された新しい骨親和性骨補填材の効果をより詳細に説明し、試験結果に基づいて骨誘導効果を証明する。結果が示すのは、本発明に係る骨補填材の使用によって、ヒト骨細胞における最も重要な骨形成マーカーであるアルカリホスファターゼが刺激されるという事実により、骨欠損における新しい骨の局所形成がさらに刺激されるであろうことである。
以下では、本発明に係る方法に従って製造された新しい骨親和性骨補填材の効果をより詳細に説明し、試験結果に基づいて骨誘導効果を証明する。結果が示すのは、本発明に係る骨補填材の使用によって、ヒト骨細胞における最も重要な骨形成マーカーであるアルカリホスファターゼが刺激されるという事実により、骨欠損における新しい骨の局所形成がさらに刺激されるであろうことである。
初代ヒト骨芽細胞を用いたインビトロ試験を実施して、初代ヒト細胞と接触した場合の本発明に係る骨親和性骨補填材の直接的影響を試験した。これはまた、細胞死を伴うようなヒト骨細胞について、本発明に係る骨親和性骨補填材の有害な影響を見落とすことを回避するために実施された。
したがって、インビボでの新しい骨補填材の臨床使用の前に、初代ヒト骨芽細胞は、ヒト骨細胞代謝に対する新しい骨補填材の効果を調べるための感受性試験系として適している。
インビトロの細胞(かく初代ヒト骨細胞も)には、4つの考えられる反応態様がある:
・全く反応しない
・アポトーシス(細胞死)
・細胞分裂の増加/減少
・インビボでの新たな骨組織の蓄積およびミネラル化やヒドロキシアパタイトの形成に必要な分化細胞産物(例えば、骨細胞の場合にはアルカリホスファターゼ)の産生の増加/減少。
・全く反応しない
・アポトーシス(細胞死)
・細胞分裂の増加/減少
・インビボでの新たな骨組織の蓄積およびミネラル化やヒドロキシアパタイトの形成に必要な分化細胞産物(例えば、骨細胞の場合にはアルカリホスファターゼ)の産生の増加/減少。
試験を実施するために、初代ヒト骨細胞の共培養を使用した。効果を比較するために、市販の骨補填材と本発明に係る方法に従って製造された骨親和性骨補填材とを使用した。インビトロ実験において、以下の骨補填材を、初代ヒト骨細胞に対するそれらの効果に関して比較試験した:
1.BioOss(登録商標)(ウシ骨顆粒、Geistlich Biomaterials社より市販)
2.Algipore(登録商標)(欧州特許第230570号明細書に基づく、Dentsply社より市販)
3.New Algipore1(=NA1)本発明に係る骨親和性骨補填材
4.New Algipore2(=NA2)本発明に係る骨親和性骨補填材
5.New BioOss1(本発明に係る方法に供されたBioOss(登録商標))
1.BioOss(登録商標)(ウシ骨顆粒、Geistlich Biomaterials社より市販)
2.Algipore(登録商標)(欧州特許第230570号明細書に基づく、Dentsply社より市販)
3.New Algipore1(=NA1)本発明に係る骨親和性骨補填材
4.New Algipore2(=NA2)本発明に係る骨親和性骨補填材
5.New BioOss1(本発明に係る方法に供されたBioOss(登録商標))
初代ヒト骨細胞の細胞機能に対する上記材料の影響を調べるために、以下の判定方法を選択した:
a.アルカリホスファターゼ
b.細胞タンパク質
a.アルカリホスファターゼ
b.細胞タンパク質
1.試験
アルカリホスファターゼ
比較結果は、コントロール+/-標準偏差%で表す。最初に、アルカリホスファターゼの活性を、種々の物質の存在下でのヒト骨細胞の培養後の培地上清中で試験した。コントロールとして、細胞なしで単独で使用された細胞培養増殖培地のアリコートを使用した。これは、細胞を材料に曝露する前の無血清リンスにもかかわらず、培養プレートのキャビティには常に培養培地中に含まれる血清の残留物が残っているからである。血清はまた、常に少量のアルカリホスファターゼを含有する。この最初の試験ではNew BioOss1はまだ入手できなかった。
アルカリホスファターゼ
比較結果は、コントロール+/-標準偏差%で表す。最初に、アルカリホスファターゼの活性を、種々の物質の存在下でのヒト骨細胞の培養後の培地上清中で試験した。コントロールとして、細胞なしで単独で使用された細胞培養増殖培地のアリコートを使用した。これは、細胞を材料に曝露する前の無血清リンスにもかかわらず、培養プレートのキャビティには常に培養培地中に含まれる血清の残留物が残っているからである。血清はまた、常に少量のアルカリホスファターゼを含有する。この最初の試験ではNew BioOss1はまだ入手できなかった。
これらの結果を図1にグラフで示す。
解釈
BioOss(登録商標)は、ヒト骨細胞の骨形成やミネラルに不可欠である酵素アルカリホスファターゼの活性を低下させる傾向にあるが、本発明に係る骨補填材はヒト骨細胞によって分泌されるアルカリホスファターゼの活性の非常に有意な増加をもたらす。
BioOss(登録商標)は、ヒト骨細胞の骨形成やミネラルに不可欠である酵素アルカリホスファターゼの活性を低下させる傾向にあるが、本発明に係る骨補填材はヒト骨細胞によって分泌されるアルカリホスファターゼの活性の非常に有意な増加をもたらす。
したがって、最も重要な骨芽細胞マーカータンパク質としての骨特異的アルカリホスファターゼは、従来の材料の存在下よりも、本発明に係る骨補填材によって、ヒト骨細胞モデルにおいて極めて有意に強い程度に刺激される。アルカリホスファターゼ活性におけるNA1およびNA2の有効性の違いは、NA1と比較するNA2中のフッ化物およびストロンチウム含有量の増加によるものと考えられる。
細胞培養上清中のアルカリホスファターゼの活性を測定する場合、骨芽細胞の微小環境へのアルカリホスファターゼの分泌によって、インビボでのミネラルまたは骨形成が細胞外で起こることを考慮に入れる必要がある。
細胞分裂/細胞タンパク質
細胞分裂に対する骨補填材の効果の指標として、個々の「キャビティ」、すなわち、使用した多孔板の反応チャンバー中のタンパク質含量を分析した。このために、それぞれのキャビティのトリトン抽出物が、BCA法に従ってタンパク質含量を決定するために使用された。個々のキャビティ中のタンパク質含量が高いほど、より多くのタンパク質材料に対応する細胞材料がキャビティ中に存在する必要がある。これは、骨細胞が常に同じサイズであり、タンパク質が骨細胞の細胞内に大量に貯蔵されていないため、細胞数が増加したことを意味するものである。したがって、細胞培養キャビティ、すなわち反応チャンバ内のタンパク質含量の減少は、細胞培養ベース上または骨補填材上に付着する細胞数の減少に等しい(アポトーシス細胞、すなわち死細胞は付着したままではなく、トリトンの添加前に洗い流される)。結果を再びコントロール+/-標準偏差%で示す。
細胞分裂に対する骨補填材の効果の指標として、個々の「キャビティ」、すなわち、使用した多孔板の反応チャンバー中のタンパク質含量を分析した。このために、それぞれのキャビティのトリトン抽出物が、BCA法に従ってタンパク質含量を決定するために使用された。個々のキャビティ中のタンパク質含量が高いほど、より多くのタンパク質材料に対応する細胞材料がキャビティ中に存在する必要がある。これは、骨細胞が常に同じサイズであり、タンパク質が骨細胞の細胞内に大量に貯蔵されていないため、細胞数が増加したことを意味するものである。したがって、細胞培養キャビティ、すなわち反応チャンバ内のタンパク質含量の減少は、細胞培養ベース上または骨補填材上に付着する細胞数の減少に等しい(アポトーシス細胞、すなわち死細胞は付着したままではなく、トリトンの添加前に洗い流される)。結果を再びコントロール+/-標準偏差%で示す。
これらの結果を図2にグラフで示す。
解釈
細胞培養キャビティ中の細胞タンパク質含量に関して、試験した材料間に差異はない。したがって、アポトーシス変性細胞は付着したままではなく離脱し、アッセイ方法の前に洗い流されるので、材料は細胞分裂にも細胞死にも影響を与えない。
細胞培養キャビティ中の細胞タンパク質含量に関して、試験した材料間に差異はない。したがって、アポトーシス変性細胞は付着したままではなく離脱し、アッセイ方法の前に洗い流されるので、材料は細胞分裂にも細胞死にも影響を与えない。
全体像
これらの観察は、本発明に係る方法に従って得られた材料がヒト骨細胞のアルカリホスファターゼ活性に対して非常に肯定的な効果を有することを示す。この観察は、細胞分裂が影響を受ける(すなわち刺激や阻害される)ことなく、インビボで骨ミネラル形成を刺激する、本発明に係る骨補填材の非常に好ましい持続的効果と一致するものである。
これらの観察は、本発明に係る方法に従って得られた材料がヒト骨細胞のアルカリホスファターゼ活性に対して非常に肯定的な効果を有することを示す。この観察は、細胞分裂が影響を受ける(すなわち刺激や阻害される)ことなく、インビボで骨ミネラル形成を刺激する、本発明に係る骨補填材の非常に好ましい持続的効果と一致するものである。
2.試験、本発明に係る方法による従来のBioOss(登録商標)材料の活性化
これまで歯科医学や口腔外科で骨補填材として使用されてきたBioOss(登録商標)材料は、ウシ動物の無機骨組織の天然ヒドロキシアパタイト材料からなるものである。本発明に係る方法によって、天然リン酸カルシウム結晶格子の場合でさえ、ヒドロキシアパタイト結晶中のカルシウムイオンと、ストロンチウムおよびフッ化物イオンとの部分的交換を制御された方法にて行うことができる。この場合、カルシウムおよびリン原子はオートクレーブ正味重量の全混合物中に10:5を超えない比で存在すべきである。
これまで歯科医学や口腔外科で骨補填材として使用されてきたBioOss(登録商標)材料は、ウシ動物の無機骨組織の天然ヒドロキシアパタイト材料からなるものである。本発明に係る方法によって、天然リン酸カルシウム結晶格子の場合でさえ、ヒドロキシアパタイト結晶中のカルシウムイオンと、ストロンチウムおよびフッ化物イオンとの部分的交換を制御された方法にて行うことができる。この場合、カルシウムおよびリン原子はオートクレーブ正味重量の全混合物中に10:5を超えない比で存在すべきである。
初代ヒト骨芽細胞を用いた以下の実験において、アルカリホスファターゼ活性に対する従来のBioOss(登録商標)材料の効果を、本発明に係る方法によって活性化されたBioOss1材料の効果と並行して試験する。
同時に、並行試験バッチにおいて本発明に係る方法によって製造された全ての材料の有効性のランク付けを可能にするために、上記で既に試験された材料も同じ実験で使用された。この場合も、細胞培養上清中のアルカリホスファターゼ活性を、24時間にわたる新しい材料との細胞のインキュベーション時間後に測定した。
この実験は、最初の実験(1.試験)とは別個体の初代ヒト骨細胞を用いて再び実施した。
アルカリホスファターゼ
これらの結果を図3にグラフで示す。
細胞分裂/細胞タンパク質
これらの結果を図4にグラフで示す。
解釈
従来のBioOss(登録商標)材料は、骨補填材と接触がないヒト骨細胞を比較として、細胞培養上清中のアルカリ性ホスファターゼ活性に対して有意な刺激効果を有さないが、本発明に係る方法によって前処理されたBioOss(登録商標)材料(BioOss1)は、ほぼ2倍のアルカリ性ホスファターゼ活性をもたらす。したがって、本発明に係る方法は市販のウシヒドロキシアパタイト材料を活性化するのにも適しており、これまで骨伝導性の性質しかなかったBioOss(登録商標)材料に骨誘導特性を与える。
従来のBioOss(登録商標)材料は、骨補填材と接触がないヒト骨細胞を比較として、細胞培養上清中のアルカリ性ホスファターゼ活性に対して有意な刺激効果を有さないが、本発明に係る方法によって前処理されたBioOss(登録商標)材料(BioOss1)は、ほぼ2倍のアルカリ性ホスファターゼ活性をもたらす。したがって、本発明に係る方法は市販のウシヒドロキシアパタイト材料を活性化するのにも適しており、これまで骨伝導性の性質しかなかったBioOss(登録商標)材料に骨誘導特性を与える。
さらに、この試験は、すでに上記で分析された第1の試験の結果を再現するものである:市販のBioOss(登録商標)は、アルカリホスファターゼの実質的な刺激を示さない一方で、本発明に係る方法によって製造されるBioOss1は、ほぼ2倍高いアルカリホスファターゼ活性の活性化を示す。同様に、本発明に係る方法によって製造された「藻類ヒドロキシアパタイト材料」NA1および特にNA2は、アルカリホスファターゼ活性のさらに強力な刺激を示す。
この比較実験では、試験した骨補填材が反応チャンバーの細胞上清中の細胞総タンパク質産生に有意に異なる影響を与えるという信頼できる指標は、再び得られなかった。(図4を参照のこと)。
3.試験、結果の再現
別のバッチでは、全ての実験を、第3の健康なドナーの異なる初代ヒト骨芽細胞で、もう一度繰り返し、結果を首尾一貫した方法で再現する。したがって、この場合、本発明に係る方法に従ってこれまでに製造されたすべての材料の効果は、別の試験バッチにおいて再び並行して再現され、市販の骨補填材の効果と比較される。
別のバッチでは、全ての実験を、第3の健康なドナーの異なる初代ヒト骨芽細胞で、もう一度繰り返し、結果を首尾一貫した方法で再現する。したがって、この場合、本発明に係る方法に従ってこれまでに製造されたすべての材料の効果は、別の試験バッチにおいて再び並行して再現され、市販の骨補填材の効果と比較される。
アルカリホスファターゼ
これらの結果を図5にグラフで示す。
細胞分裂/細胞タンパク質
これらの結果を図6にグラフで示す。
解釈
この実験においても、本発明に係る方法によって「活性化された」骨補填材NA2およびBioOss1は、市販の骨補填材BioOss(登録商標)およびAlgipore(登録商標)よりも、アルカリホスファターゼ活性の刺激に関して有意に強い効果を有することが証明されている。初期プロセスで処理されたNA1材料は、市販のAlgipore(登録商標)骨補填材に匹敵する効果を示す。
この実験においても、本発明に係る方法によって「活性化された」骨補填材NA2およびBioOss1は、市販の骨補填材BioOss(登録商標)およびAlgipore(登録商標)よりも、アルカリホスファターゼ活性の刺激に関して有意に強い効果を有することが証明されている。初期プロセスで処理されたNA1材料は、市販のAlgipore(登録商標)骨補填材に匹敵する効果を示す。
その結果、本発明に係る製造方法によって「活性化された」あらゆる骨補填材は、骨芽細胞標準骨形成マーカーアルカリホスファターゼの刺激に関して、以前の製品よりも優れていることが証明されている。
したがって、本発明に係る製造方法は、炭酸カルシウムもしくはポルトランダイト、酸化カルシウムおよび方解石の混合物からアパタイト材料への転化プロセス中、および既存のヒドロキシアパタイト材料から直接、ストロンチウムイオンなどの活性化イオンを結晶格子に組み込んで活性骨補填材を製造するのに適している。本発明の枠内で、材料は特に、骨誘導性、骨親和性または抗吸収性も有する活性化されたものと考えることができる。
したがって、本発明に係る方法および本発明に係る方法を使用して製造された骨親和性骨補填材によって、持続的かつ局所的な骨誘導性または骨親和特性を有し、骨組織内のインプラント材料として非常に適した材料が提供される。
Claims (15)
- ポルトランダイト、酸化カルシウム、アラゴナイト、方解石および/またはアパタイト、特にヒドロキシアパタイト、を実質的に有する出発材料から骨親和性骨補填材を製造する方法であって、
前記出発材料が、ストロンチウム、フッ素および/またはガリウム源と共にオートクレーブに導入され、
ポルトランダイト、酸化カルシウム、アラゴナイト、方解石を実質的に有する出発材料を使用する場合には、リン酸塩源が導入され、
H2Oが、溶媒の一部として前記オートクレーブに添加され、
前記オートクレーブ内のpH値を7を超える範囲とし、
密閉および充填された前記オートクレーブが少なくとも1時間加熱され、次いで冷却され、
続いて、前記オートクレーブの内容物が、前記リン、ストロンチウム、フッ素および/またはガリウム源の残留物から洗浄される、方法。 - 密閉および充填された前記オートクレーブが、少なくとも30℃に加熱される、好ましくは190℃を超えて加熱されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記オートクレーブの内容物が、フィルター装置を用いて機械的に洗浄されることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の方法。
- 前記オートクレーブの内容物が、好ましくは8未満のpHに達するまでH2Oで洗われることを特徴とする、請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記オートクレーブ内のpH値を7を超える範囲とするために、アルカリ性溶液、特にアンモニア溶液、が使用されることを特徴とする、請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ストロンチウム、フッ素および/またはガリウム源が、前記出発材料に対して過剰に導入されることを特徴とする、請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の方法。
- リン源として、リン酸二水素アンモニウムまたはリン酸二アンモニウムが添加されることを特徴とする、請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の方法。
- 全混合物中にカルシウムおよびリン原子は、10:5(原子比)を超えない比で存在することを特徴とする、請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ポルトランダイト、酸化カルシウム、アラゴナイトおよび/または方解石は、燃焼、未燃焼および/または化学的に処理された生体骨格の形態で使用されることを特徴とする、請求項1ないし請求項8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記アパタイトとして、熱分解または化学的浸軟後の脊椎動物の骨が使用されることを特徴とする、請求項1ないし請求項9のいずれか一項に記載の方法。
- 密閉および充填された前記オートクレーブが、少なくとも12時間加熱されることを特徴とする、請求項1ないし請求項10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ストロンチウム、フッ素および/またはガリウム源として、洗い流しやすい、または水溶性が低い材料が使用されることを特徴とする、請求項1ないし請求項11のいずれ
か一項に記載の方法。 - 前記ストロンチウム、フッ素および/またはガリウム源が、容器内で固形物として前記オートクレーブに添加され、
前記容器は固形物を保持したまま、前記溶媒と前記ストロンチウム、フッ素および/またはガリウム源のイオンの交換が可能であることを特徴とする、請求項1ないし請求項12のいずれか一項に記載の方法。 - 前記オートクレーブに導入する前または後に、前記出発物質および/または前記オートクレーブの前記内容物を、熱分解処理および/または化学洗浄方法に供することを特徴とする、請求項1ないし請求項13のいずれか一項に記載の方法。
- 実質的にアパタイトを有し、ストロンチウムイオンが前記アパタイトの結晶格子に組み込まれる、特に請求項1ないし請求項14のいずれか一項に記載の方法に基づく、骨親和性骨補填材。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP19192028.9A EP3777904B1 (de) | 2019-08-16 | 2019-08-16 | Osteotroper knochenersatz |
PCT/EP2020/072884 WO2021032628A1 (de) | 2019-08-16 | 2020-08-14 | Osteotroper knochenersatz |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023503755A true JP2023503755A (ja) | 2023-02-01 |
Family
ID=67659183
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021572842A Pending JP2023503755A (ja) | 2019-08-16 | 2020-08-14 | 骨親和性骨補填品 |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20220370681A1 (ja) |
EP (1) | EP3777904B1 (ja) |
JP (1) | JP2023503755A (ja) |
CN (1) | CN115151281A (ja) |
CA (1) | CA3143623A1 (ja) |
DK (1) | DK3777904T3 (ja) |
ES (1) | ES2922210T3 (ja) |
PL (1) | PL3777904T3 (ja) |
WO (1) | WO2021032628A1 (ja) |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4288908A (en) | 1979-10-26 | 1981-09-15 | Amp Incorporated | Cable clamping and orienting apparatus |
DE3542744C1 (de) | 1985-12-03 | 1987-05-27 | Ewers Rolf | Poroeses Hydroxylapatit-Material |
DE3709897A1 (de) * | 1987-03-26 | 1988-10-06 | Ewers Rolf | Verfahren zur herstellung eines hydroxylapatitmaterials |
GB9808189D0 (en) * | 1998-04-17 | 1998-06-17 | Royal Free Hosp School Med | Bone implant |
DE19950113A1 (de) * | 1999-10-18 | 2001-05-03 | Jordanova Spassova Margarita | Tricalciumphosphat-haltiges Hydroxylapatit-Material |
DE10225420A1 (de) * | 2002-06-07 | 2003-12-24 | Sanatis Gmbh | Strontium-Apatit-Zement-Zubereitungen, die daraus gebildeten Zemente und die Verwendung davon |
EP2228080A1 (en) * | 2009-03-03 | 2010-09-15 | Graftys | Galliated calcium phosphate biomaterials |
TW201200172A (en) * | 2010-06-21 | 2012-01-01 | Cheng-Chei Wu | The fluoridated hydroxyapatite composites having an action of enhancing the biological activity of human osteoblast cells, a process for the preparation thereof, and a pharmaceutical composition comprising them |
TW201200471A (en) * | 2010-06-21 | 2012-01-01 | Cheng-Chei Wu | The preparation of fluoridated hydroxyapatites and their applications |
CN101928136A (zh) * | 2010-07-16 | 2010-12-29 | 崔顺玉 | 氟化羟磷灰石制备方法及其用途 |
WO2017021894A1 (en) * | 2015-08-06 | 2017-02-09 | Consiglio Nazionale Delle Ricerche | Large 3d porous scaffolds made of active hydroxyapatite obtained by biomorphic transformation of natural structures and process for obtaining them |
CN105712737A (zh) * | 2016-01-29 | 2016-06-29 | 云南省第一人民医院 | 一种骨修复用多孔锶掺杂羟基磷灰石材料的制备方法 |
-
2019
- 2019-08-16 ES ES19192028T patent/ES2922210T3/es active Active
- 2019-08-16 EP EP19192028.9A patent/EP3777904B1/de active Active
- 2019-08-16 DK DK19192028.9T patent/DK3777904T3/da active
- 2019-08-16 PL PL19192028.9T patent/PL3777904T3/pl unknown
-
2020
- 2020-08-14 JP JP2021572842A patent/JP2023503755A/ja active Pending
- 2020-08-14 CN CN202080044666.0A patent/CN115151281A/zh active Pending
- 2020-08-14 CA CA3143623A patent/CA3143623A1/en active Pending
- 2020-08-14 US US17/619,952 patent/US20220370681A1/en active Pending
- 2020-08-14 WO PCT/EP2020/072884 patent/WO2021032628A1/de active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20220370681A1 (en) | 2022-11-24 |
WO2021032628A1 (de) | 2021-02-25 |
PL3777904T3 (pl) | 2022-08-22 |
CN115151281A (zh) | 2022-10-04 |
CA3143623A1 (en) | 2021-02-25 |
EP3777904A1 (de) | 2021-02-17 |
EP3777904B1 (de) | 2022-04-13 |
ES2922210T3 (es) | 2022-09-09 |
DK3777904T3 (da) | 2022-07-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2491960C9 (ru) | Трехмерные матрицы из структурированного пористого монетита для тканевой инженерии и регенерации кости и способ их получения | |
Katthagen | Bone regeneration with bone substitutes: an animal study | |
CN102316911B (zh) | 基于三斜磷钙石以及其它生物活性钙和硅化合物的组合的骨再生材料 | |
Dorozhkin | Medical application of calcium orthophosphate bioceramics | |
JP5399264B2 (ja) | 骨成長粒子及びそれの骨誘導組成物 | |
US4654464A (en) | Bone substitute material on the base of natural bones | |
Hayashi et al. | Granular honeycombs composed of carbonate apatite, hydroxyapatite, and β-tricalcium phosphate as bone graft substitutes: effects of composition on bone formation and maturation | |
CN101564553B (zh) | 人源化活性煅烧骨的制备方法 | |
JP6588450B2 (ja) | 骨移植片ならびに骨移植片を作製及び使用する方法 | |
Mah et al. | The efficacy of various alloplastic bone grafts on the healing of rat calvarial defects | |
KR20220165240A (ko) | 골조직 공학을 위한 생체 재료들 | |
CN110267688B (zh) | 骨再生材料 | |
EP4023267A1 (en) | Foraminifera-derived bone graft material | |
Mansouri et al. | The role of cuttlebone and cuttlebone derived hydroxyapatite with platelet rich plasma on tibial bone defect healing in rabbit: An experimental study | |
JP2023503755A (ja) | 骨親和性骨補填品 | |
WO2018000793A1 (zh) | 一种可降解含镁和锌的磷酸钙-硫酸钙多孔复合生物支架 | |
US20100098670A1 (en) | Autologous dental pulp stem cell-based bone graft substitute | |
Jamelle et al. | In-vitro properties of calcium phosphate cement as a bone grafting material | |
Pagnutti et al. | An enzymatic deantigenation process allows achieving physiological remodeling and even osteopromoting bone grafting materials | |
KR100362699B1 (ko) | 칼슘 포스페이트 초박막 코팅된 우골 분말 | |
Nishikawa et al. | Calcium phosphate ceramics in Japan | |
AU2012204139B2 (en) | Bone growth particles and osteoinductive composition thereof | |
Manchinasetty | Preparation and characterization of calcium phosphate ceramics and polymer composites as potential bone substitutes | |
CN114848913A (zh) | 一种诱导骨再生修复材料的制备方法及其产品与应用 | |
Chan et al. | Mesenchymal stem cell derived osteogenic cells is superior to bone marrow aspirate impregnated biomaterial complex in posterior spinal fusion |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A529 | Written submission of copy of amendment under article 34 pct |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A529 Effective date: 20211227 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230620 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240417 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240604 |