JP2548745B2 - 骨セメント組成物 - Google Patents

骨セメント組成物

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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は,燐酸カルシウム系を用いた骨セメント組成
物に関する。特に,整形外科等の分野において,人工関
節置換術に用いられる骨セメント組成物に関する。
[従来の技術] 今日,人工関節置換術に用いられる人工関節は,その
材質,形状について,種々の研究が行なわれており,臨
床上有用なものとして実用化に至っている。然し乍ら,
これらの人工関節を固定する方法については,骨セメン
トを用いる方法とセメントを用いないセメントレスタイ
プの人工関節を用いる方法があるが,満足できるものは
ない。即ち、骨セメントを用いる方法では,用いられる
セメントが自己重合型のメチルメタクリレート系樹脂が
主流であり,この種のセメントの欠点は,重合時の発熱
により周囲組織を壊死させたり,未反応モノマーが生体
内に溶出することによる生体毒性があることである。こ
れらの欠点により,発熱,人工関節の緩み或いは余病の
併発などを生む原因となる。そのために術後3〜4年経
過後には,人工関節置換の再手術をしなければならず,
他の材料の開発が望まれていた。亦,セメントレスタイ
プの人工関節を用いる場合には,人工関節が直接に骨と
接しており,新生した骨の形成により人工関節が骨と十
分に固着するまでの相当時間,体重免荷の状態にしてお
く必要があり,術後早期の荷重歩行ができないなどの問
題を残している。更に,最近では,歯科用セメントとし
て燐酸カルシウム系セメントが研究開発されているが,
整形外科用としての人工関節固定材(ボーンセメント)
としては,まだ安全性,固定性の面から実用化に至って
いない。
[発明が解決しようとする問題点] 本発明の技術的に解決するための課題は,整形外科領
域における人工関節置換術において人工関節を固定する
際に用いられる骨セメントを提供することである。従っ
て,本発明は,自己硬化性があり,生体組織に為害性の
なく,生体親和性のすぐれた骨セメントを提供すること
を目的にする。また,本発明は,整形外科領域におけて
人工関節置換術に用いられる骨セメントとして,作業性
にすぐれ,人工関節との付着性にすぐれる組成物を提供
することを目的にする。
[発明の構成] [問題点を解決するための手段] 本発明は、上記の技術的な課題を解決するために、カ
ルシウムと燐のモル比が1.66〜1.68であるハイドロキシ
アパタイトを1350℃以上の高温で脱水熱分解させ、粉砕
して得た、燐酸三カルシウムと燐酸四カルシウムからな
る粉末と、カルボキシル基を2個以上有するカルボン酸
の混合物に、カルシウムと不溶性化合物を生成するナト
リウム塩又はカリウム塩の水溶液を添加してなることを
特徴とする骨セメント組成物を提供する。そして、前記
カルボキシル基を2個以上有するカルボン酸は、飽和ジ
カルボン酸、ヒドロキシジカルボン酸、不飽和カルボン
酸、三塩基カルボン酸の単独若しくはその重合体のいず
れかであるものが好適である。更に、前記カルシウムと
不溶性化合物を生成するナトリウム塩又はカリウム塩
は、有機酸塩、燐酸塩、硫酸塩の中から選択される少な
くとも1種からなるものが好適である。
本発明による骨セメント組成は,次のようなものであ
る。即ち,燐酸三カルシウム[α−Ca3(PO4)2]と燐酸
四カルシウム[Ca4O(PO4)2]からなる燐酸カルシウム粉
末とカルボキシル基を2個以上有するカルボン酸との混
合物に,カルシウムと不溶性化合物を生成するナトリウ
ム塩又はカリウム塩の水溶液を添加してなるものであ
る。
即ち,本発明に使用される燐酸三カルシウム[α−Ca
3(PO4)2]と燐酸四カルシウム[Ca4O(PO4)2]からなる
燐酸カルシウム粉末は,モル比が1.66〜1.68のハイドロ
キシアパタイトを大気中,好適には,窒素,アルゴンの
不活性雰囲気で1350℃以上の高温で脱水熱分解させ,こ
の分解生成物を粉砕することにより得ることができる。
これは乾式法によって別々に得られる燐酸三カルシウ
ム,燐酸四カルシウムを混合して用いるものではない。
この原料となるハイドロキシアパタイトは,例えば,
水酸化カルシウムのスラリーに燐酸を滴下して,反応温
度,pHを調節することにより得ることのできる湿式法で
合成することができる。
亦,本発明に使用される燐酸三カルシウムと燐酸四カ
ルシウムの混合割合は,モル比で2対1であり,これ
は,この範囲での反応性が高く,分解生成物を水和反応
させた時に,生体親和性にすぐれたハイドロキシアパタ
イトを完全に生成し,硬化させることができるためであ
る。この混合割合が2対1とする理由は,用いるハイド
ロキシアパタイトのカルシウムと燐のモル比が,1.66〜
1.68にし,1350℃以上の高温で脱水熱分解させると本発
明に適するものとすることができるからである。即ち,
燐酸三カルシウムと燐酸四カルシウムは均一に分散混合
された骨セメントとしたとき均一な反応が生じ,均一な
ハイドロキシアパタイトの生成が認められ,そのため
に,硬化時間の調整が容易であり,かつ賦形性に優れて
いる骨セメントが得られる。これに対して,従来用いら
れた乾式法で得られる燐酸三カルシウムと燐酸四カルシ
ウムを混合した燐酸カルシウムでは,反応速度が異なる
ため,骨セメントとしたときに,均一な反応が起こら
ず,反応硬化時間の調整や賦形性の点で満足するものが
得られなかった。
この場合,本発明で用いられる粉体の原料として,カ
ルシウムと燐のモル比が,1.66〜1.68であるハイドロキ
シアパタイトを用いる理由は,熱分解して得られるα−
Ca3(PO4)2とCa4O(PO4)2の割合が2対1の時,水和反応
後ハイドロキシアパタイトを完全に生成することができ
るためである。
即ち,Ca/P比が1.66未満では,熱分解物の燐酸三カル
シウムと燐酸四カルシウムの比率が2対1以上になる,
即ち,燐酸三カルシウム[α−Ca3(PO4)2]の割合が多
くなり,水和反応後のアパタイト硬化体はカルシウム欠
損型のアパタイトとなる。亦,1.68以上では熱分解物の
中に酸化カルシウムが含まれ,骨セメントとして用いる
際に,この酸化カルシウムは生体に対し刺激が強く,炎
症の原因となることが多く,使用することができない。
以上の理由によりCa/P=1.66〜1.68とする。
この原料ハイドロキシアパタイトを,大気中好ましく
は窒素若しくはアルゴン等の不活性ガス雰囲気中で1350
℃以上,より好適には1500℃以上の高温で脱水熱分解さ
せることにより,得られる燐酸三カルシウムと燐酸四カ
ルシウムの混合物を本発明の骨セメントの主成分とす
る。
即ち,焼成温度が1350℃以上以下では,完全に分解反
応を起こさせ,ハイドロキシアパタイトを含まない燐酸
三カルシウムと燐酸四カルシウムの混合物を得ることが
できない。
この本発明に用いられる燐酸三カルシウムと燐酸四カ
ルシウムからなる粉体は,上記のようなハイドロキシア
パタイトを焼成し,脱水熱分解後に,粉砕機を用いて粉
砕し,特に88μm以下の粒径に粒度調整することが好ま
しい。骨セメントとしたときに,均質で,流動性の良好
で,扱い易いものとするためである。また,この粉砕時
に,予め使用するカルボキシル基を2個以上有するカル
ボン酸を添加しておくことが好適である。
以上のようにして得られる燐酸カルシウム混合物粉末
に,カルボキシル基を2個以上有するカルボン酸を,混
合する。前記カルボキシル基を2個以上有する飽和カル
ボン酸の混合割合は5〜40重量%の範囲であることが好
適である。より好適には10〜30重量%の範囲で混合した
混合物とする。
本発明による上記カルボキシル基を2個以上有するカ
ルボン酸には,例えば,シュウ酸,マロン酸,コハク
酸,グルタル酸などの飽和ジカルボン酸,若しくは,リ
ンゴ酸,酒石酸などのヒドロキシジカルボン酸,若しく
はマレイン酸,フマール酸,アクリル酸などの不飽和カ
ルボン酸,若しくは,クエン酸,イソクエン酸などのカ
ルボキシル基を3個有する飽和カルボン酸を用いること
が好適である。これらのカルボキシル基を2個以上有す
る不飽和カルボン酸は,単独或いは重合体で使用でき
る。また,これらのカルボキシル基を2個以上有するカ
ルボン酸は,上記のように,燐酸三カルシウムと燐酸四
カルシウムの燐酸カルシウム粉体に予め混合しておくこ
とが好適であり,場合により必要でもある。
このカルボキシル基を2個以上有するカルボン酸を混
合することは,本発明の骨セメント組成物が反応硬化す
る際に,このカルボキシル基と,燐酸三カルシウムと燐
酸四カルシウムの混合物から溶出してくるカルシウムと
キレート結合を作り,硬化時間を調節し,その賦形性と
反応時間を調整することを可能にするためである。他の
酸を用いると急激なカルシウムの溶出が生じ,生体毒性
を引き起こす原因となる。
前記のカルボキシル基を2個以上有するカルボン酸の
添加量は,5重量%未満では,反応時間がはやくなり,臨
床適用に困難をきたし,作業性に劣り,40重量%を超え
るとカルシウムの溶出による毒性があるために,好まし
くない。
本発明の骨セメントは,例えば,人工関節置換術にお
ける接着,人工生体材料の欠損部への充填,補填の際の
接着などに適用できる。
次に本発明の骨セメント組成物を具体的に実施例によ
り説明するが,本発明はそれらによって限定されるもの
ではない。
[実施例] 湿式法で合成したハイドロキシアパタイトを,凍結乾
燥した後,アルゴン雰囲気中1500℃で10時間脱水熱分解
し, 燐酸三カルシウム[α−Ca3(PO4)2]と 燐酸四カルシウム[Ca4O(PO4)2]を作った。この混合物
をボールミルで88μm以下に粉砕し,粒度調整して燐酸
三カルシウムと燐酸四カルシウムの混合物を得た。この
混合物100gに対して,クエン酸20g,クエン酸ナトリウム
20g,水25gを加えて混練した。1分間混練した後に,硬
化時間,付着強度,また1時間のカルシウム溶出量を測
定した。
比較例として,クエン酸ナトリウムを添加しない場合
の物性試験を実施した。その結果を第1表に示す。
又,本発明の骨セメントを家兎の大腿骨大転子部から
挿入したキュンチャー棒の固定用に使用した術後2週で
家兎の大腿骨を取り出し,術部位切断面の肉眼的観察,
組織学的に観察したが,本発明による骨セメントと固定
したキュンチャー棒の周辺部には炎症反応は見られず,
また,骨との界面にも繊維組織は観察されず充分付着し
ており,骨セメントとしての機能を充分果たしているこ
とが確認できた。
[発明の効果] 本発明の骨セメント組成物は,以上のように,燐酸三
カルシウム[α−Ca3(PO4)2]と燐酸四カルシウム[Ca4
O(PO4)2]からなる燐酸カルシウム混合物に,カルシウ
ムと不溶性化合物を生成するナトリウム塩,カリウム塩
を添加することにより,以下のような種々の顕著な技術
的効果が得られた。
第1に,作業性にすぐれた,即ち,硬化までの時間を
容易に調整することができ作業性が良好である骨セメン
ト組成物を提供し, 第2に,生体への適応性,親和性にも優れてい,人工関
節との付着性にすぐれる骨セメント組成物を提供するこ
とができ, 第3に,同時に,部位の形状に合わせたすぐれた賦形性
を有し,耐圧強度のすぐれた人工関節用の充填接着材を
提供することができる。
フロントページの続き (72)発明者 宍倉 勉 千葉県千葉市源町208番3号 (56)参考文献 特開 平1−22256(JP,A) 特開 昭62−217969(JP,A) 特開 昭62−72363(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】カルシウムと燐のモル比が1.66〜1.68であ
    るハイドロキシアパタイトを1350℃以上の高温で脱水熱
    分解させ、粉砕して得た、燐酸三カルシウムと燐酸四カ
    ルシウムからなる粉末と、カルボキシル基を2個以上有
    するカルボン酸の混合物に、カルシウムと不溶性化合物
    を生成するナトリウム塩又はカリウム塩の水溶液を添加
    してなることを特徴とする骨セメント組成物。
  2. 【請求項2】前記カルボキシル基を2個以上有するカル
    ボン酸は、飽和ジカルボン酸、ヒドロキシジカルボン
    酸、不飽和カルボン酸、三塩基カルボン酸の単独若しく
    はその重合体のいずれかである特許請求の範囲第1項の
    骨セメント組成物。
  3. 【請求項3】前記カルシウムと不溶性化合物を生成する
    ナトリウム塩又はカリウム塩は、有機酸塩、燐酸塩、硫
    酸塩の中から選択される少なくとも1種からなるもので
    ある特許請求の範囲第1項の骨セメント組成物。
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