JP2761339B2 - 補綴装置用の新規な表面被覆及びこれによって被覆された補綴装置 - Google Patents

補綴装置用の新規な表面被覆及びこれによって被覆された補綴装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】本発明は補綴装置の新規な被覆、および
この被覆で被覆された補綴装置に関する。補綴装置は、
外科の分野でますます使用されている。たとえば、典型
的な応用として、大腿骨の頸部の骨折、臀部の関節炎の
場合における大腿骨および臀部補綴の整形外科、顔面プ
ラスチック形成外科、整形外科、およびその他の応用に
使用される。
【０００２】ヒト又は動物の生物に導入した何らかの異
物と同様に、補綴装置は生物と一体化する必要があり、
欠陥があるか、または置換えた器官の作用を、迅速に、
信頼性および耐久性をもって、完遂する必要がある。
【０００３】いわゆる生物学的適合性を有する材料であ
って、内植の目的で、補綴装置を作るために広く使用す
る材料として、セラミックス、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｍｏ合金が
あり、なかでもチタンおよびその合金を広く使用する。
このような生物学的適合性を有する材料を使用するの
で、骨補綴装置は、拒絶反応の原因となることが極めて
少ない。
【０００４】しかし特殊な問題がおきた。これらの骨補
綴装置を骨に内植するとき、たとえば大腿骨補綴材を骨
髄内通路に内植して、補綴装置が、迅速に、信頼性およ
び耐久性をもってその機能を有効に完遂し、この補綴材
系の周りの界面で骨が耐久的に成長して補綴装置を骨に
接着させることが必要である。
【０００５】従って、提案されてきた補綴装置の被覆
は、骨と補綴装置との界面において、成長すなわち骨の
応答を促進し、迅速に、信頼性および耐久性をもって骨
を成長させて、骨と一体化することが必要である。
【０００６】このような表面被覆として、多くの材料が
提案され、なかでも小球、アルミナセラミックス、生物
学的活性ガラスを含む。このようなわけで、ＰＣＴ／欧
州特許８６−００２６８が開示する生物学的適合性を有
する多孔性被覆は、チタンを基材とする層であり、これ
は密な層、粗い層、次に中間層および極めて密な表面層
からなる。
【０００７】ドイツ特許Ａ−４ ０２０ ５９８は、セ
ラミックスを基材とし、第１のガラス層の次に、りん酸
カルシウムを基材とする層を有する。欧州特許Ａ−０
３７１ ４９１は、金属を基材とし、金属イオンおよび
体液を透過させないセラミックス材料およびりん酸カル
シウムを基材とする外層を有する。
【０００８】現在まで採用されているこれらの被覆は、
りん酸カルシウムを基材とする。骨は大部分がりん酸カ
ルシウムであり、従ってその性質および化学構造が骨に
類似しているので、表面被覆にりん酸カルシウムを使用
することは自然であろう。りん酸カルシウム塩は多様の
種類があり、ヒドロキシアパタイト（ＨＡ）、りん酸三
カルシウム（ＴＣＰ）、これはα−型（α−ＴＣＰ）と
β−型（β−ＴＣＰ）があり、その他数種のりん酸カル
シウム塩がある。
【０００９】これらのりん酸カルシウム塩は、化学量論
比および結晶学的性質が、相互に異なる。多くの場合、
骨の組成にもっとも近いりん酸カルシウム塩はヒドロキ
シアパタイトである。この化合物は、数十〜数百μm の
厚みで適用する補綴装置用被覆として現在広く使用され
ている。ＴＣＰ、およびＨＡとＴＣＰまたは他のりん酸
カルシウムとの混合物も使用されている。
【００１０】しかし、骨の成長は極めて複雑な現象であ
るので、補綴用のりん−カルシウム系被覆は、現在完全
な満足を広くもたらすものではない。実際、骨の応答
は、この物質を消費しておきるべきものであり、従っ
て、この物質は再吸収、置換およびイオン交換に関して
骨の固有の性質を有する必要がある。
【００１１】術語「生物学的活性」は、このような性質
を示す性質に使用する。特定の物質、たとえば生物学的
ガラスおよびりん酸カルシウム塩のみが、生物学的活性
として分類される性質を有し、被覆による再吸収／置換
によって骨を発生させることができる。再吸収／置換に
よる骨の成長は２つの主要な反応、すなわち化学的反応
と生物組織学的反応とに分けることができる。
【００１２】生物組織学的反応は、まず「浄化」過程を
含み、これは内植材の表面を食菌作用で浄化する大食細
胞の作用によって行う。その後に、生物組織学的反応
が、細胞、たとえば骨芽細胞、腺維芽細胞、上記大食細
胞など、および細胞外流体による表面被覆の形成（colo
nization）によって行われる。細胞外成分は、主として
たんぱく質腺維、たとえばコ ラーゲン腺維を含む。マ
トリックスが沈着して、主としてコラーゲン腺維からな
るときは、著しく分化して骨様の組織を構成する。
【００１３】化学的反応は、まず細胞外の溶解がおき
る。表面被覆に含まれる溶液には、ある結晶から溶出し
たカルシウムとりんとのイオンが多くなる。その後、こ
の溶出したイオンが沈着する。このような沈着は細胞外
流体中でおき、この流体は、イオンが固定されるたんぱ
くを多く含む媒体である。
【００１４】こうして形成された結晶は、骨の結晶と同
一の生物学的アパタイトの針状結晶の形を有する。たん
ぱく質マトリックスが骨様の物質であるときは、イオン
が沈着すると、宿主組織と、補綴材料の表面との間で骨
質の癒着がおこる。こうして得られた表面被覆の表面に
おける骨の発生は、補綴材を構成する生物学的活性物質
を消費して、骨の表面に真正の骨を形成することを特徴
とする。
【００１５】多様な被覆が提案されてきたが、もっとも
多く使用されるのはＨＡである。しかし、この被覆は、
再吸収性が極めて遅く、かつ生物学的活性が僅かである
という不利を有する。ある著者によれば、ＨＡが非再吸
収性物質であり、これは溶解／沈着の過程での分解が極
めて遅いこと、さらにＨＡは最終の目的とするコラーゲ
ンマトリックス上の無機質化を促進しないことを意味す
る。これは真正の骨の形成および成長を遅延させること
になる。
【００１６】ＨＡよりも生物学的活性が優れた、言い換
えれば、半再吸収性の被覆が提案された。これらのう
ち、ＴＣＰがもっとも生物学的活性に富む。しかし、Ｔ
ＣＰは生物学的劣化が速くおき過ぎるので、再吸収が進
み過ぎる。溶解／沈着がおきるときに骨様組織が形成さ
れないままなので、骨を形成することができない。２相
巨大多孔質物質を骨の充填に使用するのと同様に、ＨＡ
の安定性と、ＴＣＰの優れた生物学的活性とを組み合わ
せた混合製品を使用することが必要と認められる。
【００１７】こうして、ＨＡ／ＴＣＰ、またはＢＣＰの
２相系が提案された。６０／４０の比のＢＣＰは、生物
組織学的現象と化学的現象との間の平衡の目的に対応す
る。それでも、ＢＣＰは２つの不利を有する。被覆適用
技術は、プラズマトーチまたは焼結操作と組み合わせた
電気泳動を使用する。そのためＴＣＰの結晶系はβおよ
びα型の間で変化し、α−ＴＣＰはβ型よりも溶解し易
いので、ＢＣＰの性質が変化する。プラズマによって得
られたＢＣＰは生物学的活性が優れている。
【００１８】受入れる骨の内部の内植材の弛緩、または
腐敗性合併症のような２次的合併症をおこす場合は、補
綴材を構成する生物学的適合性物質の表面が急速に露出
することになる。この場合、短期間の繊維状被覆ができ
て、骨と同一化ができなくなる。このようなわけで、迅
速に成長して信頼性および耐久性をもって骨に定着する
という上記の目的を有効に達成することができる被覆
は、現在使用されていない。
【００１９】
【発明の概要】本発明の目的は、分解／置換反応と、骨
の成長動力学とに優れた補綴装置に使用する生物学的活
性を有する新規な被覆を提供することである。従って、
本発明の目的は、補綴装置の表面に直角な方向に沿っ
て、内層の再吸収性がもっとも低いように、再吸収／置
換性が傾斜していることを特徴とする、補綴装置用の被
覆を提供することである。
【００２０】本明細書において、用語「再吸収／置換
性」は、再吸収−または分解−を、溶解／沈着現象によ
って行い、次に骨の組織による置換過程を含む物質の能
力を意味する。再吸収／置換性が高いということは、迅
速な再吸収に対応し、その反対はその逆に対応する。
【００２１】用語「再吸収／置換性の傾斜」は、本明細
書および特許請求の範囲において、再吸収性が内層にお
いてもっとも低いように、内層と外層との間で再吸収／
置換性が相違していることを意味し、この相違は連続で
もよく、または不連続でもよい。内層は、補綴材を構成
する生物学的適合性物質と接触する層であり、外層は補
綴材を受入れる寄主組織の骨と接触する。
【００２２】この相違は、少なくとも３倍とし、単調で
あってもよく、又はなくてもよい。この被覆は、りん−
カルシウム系物質、言い換えればりん酸カルシウムに基
づく物質からなる。１つの実施態様において、被覆は、
再溶解／置換性の傾斜が上記のように相違している、２
つ以上の再溶解／置換層からなる。この場合は、傾斜が
不連続である。
【００２３】被覆は、再吸収／置換性が高い層と、低い
層とからなることが有利である。この再吸収／置換性が
低い層は、非再吸収性物質、言い換えれば、再吸収性が
極めて僅かであって、生物学的吸収性が低い層が好まし
い。非再吸収性物質としてはヒドロキシアパタイト（Ｈ
Ａ）が有利である。
【００２４】また再吸収／置換性が高い層は、半再吸収
性物質とすることが好ましい。この半再吸収性物質は、
ＨＡ／ＴＣＰの２相系である。この２相系は、ＨＡ／Ｔ
ＣＰの重量比が３０／７０〜８０／２０の２相組成物で
ある。
【００２５】この２相からなる被覆の実施態様におい
て、再吸収／置換性が高い層の厚みは、１０〜１００μ
m 、好ましくは２０〜５０μm である。この実施態様に
おいて、再吸収／置換性が低い層は、厚みが１〜４０μ
m 、好ましくは１〜１０μm である。
【００２６】また本発明は、この被覆によって被覆され
た補綴装置に関する。この補綴装置は、大腿骨補綴材、
顔面補綴材その他を含む。本発明の被覆は、通常の手段
たとえばプラズマトーチまたは焼結を伴なう電気泳動に
よって適用することができる。
【００２７】次の例は、本発明を限定するものでなく、
例示の目的で説明するものであって、当業者は容易に変
更することができるであろう。実施例 ４０匹のラビットについて、統計的手法によって性質を
評価した。試験片は小さな円筒形の棒として、軸方向の
引抜き試験および生物組織学的切片解析を行って評価し
た。
【００２８】試験した被覆および表面 Ｔｒ：被覆を再吸収させたコントロール（Ｒａ：２．
２） Ｔｓ：表面にジェット吹付けしたガラス球を有するコン
トロール（Ｒａ：０．７） ＨＡ：ヒドロキシアパタイト１００％＋不純分３％（５
０μm ） ＢＣＰ：ＨＡ６０％／ＴＣＰ４０％の２相系（５０μm
） ＲＳ：本発明の被覆 ＨＡ１００％＋不純分３％，３０μm ＢＣＰ（６０％／４０％），３０μm プラズマトーチを使用して被覆を適用した。操作条件
は、大気の条件で、トーチに通常使用する条件であっ
た。
【００２９】試験試料 試験した試料は、特に引抜きおよび内植が容易にできる
形に設計した。試料は長さ９mm、外径３．５mmの円筒で
あり、内部に直径１mmの円筒形空洞をあけた。この試料
は、（ＡＳＴＭ Ｆ ６２０．７９による）ＴＡ ６Ｖ
チタンであった。
【００３０】試験試料の内植 ラビットは、すべてオスであり、最初の操作において同
一重量（２．７＋０．２Kg）であった。内植は２つの場
所で行い、第１の場所は、脛骨（膝の下方の前面）の上
部骨端領域、第２の場所は大腿骨（膝の上方の矢状面）
の下部骨端領域であった。外科的内植は、内部経路によ
り筋肉塊を動かして後に被覆できるように注意した。穿
孔は、一定速度で、絶えず注水しながら、深さを限定す
る所定の長さで直径が３．５mmの錐先を使用した。次に
この孔に試料を導入した。穿孔圧は手で加減し、穿孔角
は目視により評価した。
【００３１】統計的解析方法 ４０匹のラビットを解析のために使用した。最初の操作
は、１本の後足に２つの試料を内植し、その３週間後に
第２の足に２つの試料を内植した。６週間後に殺して、
３週間および６週間前の内植材をラビットから回収し
て、引抜き試験および生物組織学的解剖による解析を行
った。各試料は、各内植場所および各内植期間に対応し
て６回試験した。その分布を表１に要約する。
【００３２】
【表１】
【００３３】試料の引抜き 内植材の引抜きは次のように操作した。骨を解剖し、試
料端を解剖刀で清掃し、直後に液体窒素で冷凍させ、骨
を試験装置に取りつけ、試料を後方に押して引抜き：試
料の１端に直径３．５mmの円筒形案内部材の端を接触さ
せ、各試料を引抜くのに要する力を測定し、ラジオグラ
フィを使用し目盛板を利用して活性表面を規定した後
に、歪みを計算した。結果を、次の表２にＭＰa で示
す。
【００３４】
【表２】
【００３５】これらの結果は、本発明の被覆のための引
抜き力が、明らかに従来の被覆より著しく高いことを実
証する。
【００３６】生物組織学的解剖 生物組織学的解剖を行った内植材は、次のように処理し
た。ラビットを安楽死させて、直ちに解剖し、解剖中に
筋肉塊を臨床的に観察し、ダイヤモンドディスクまたは
骨用のこぎりで切断して内植材を含む大腿部の試料を採
取し、グルタ−パラホルムアルデヒド混合物で固定し、
標準的歯科用フィルムで試料をＸ線ラジオグラフィ撮影
した。
【００３７】アルコールの強さを増加させて試料を脱水
し、石灰化組織法によりメチルメタクリレート部分を封
入し、炉内で重合させ、ダイヤモンドディスクのこぎり
で切断し、研磨ディスクで薄片とし、ＨＲフィルム上で
マイクロラジオグラフ接触撮影し、顕微鏡スライドの間
に取りつけ、けい光試験用の通常の青色偏光で光学的顕
微鏡観察し、走査電子顕微鏡およびエネルギー分散微量
分析を使用して、各内植材の切片の骨／補綴材界面を研
究した。
【００３８】生物組織学的結果 粉末吹きつけコントロール：Ｔｓ 極めて多くの場合、正しく骨様に接触した骨の再生を観
察した。繊維状の狭い境界または骨様組織が骨と内植材
とを分離しており、骨へのターンオーバーが正しく第６
週から観察された。
【００３９】再吸収された被覆：Ｔｒ これらの試料の表面状態は、極めて粗かった（ショット
吹きつけ）。骨の再生は粉末吹きつけチタンよりも良好
のようであり、繊維状の骨様界面は、殆んど認められな
かった。Havers氏ターンオーバー過程は、内植材と直接
に接触して認められた。
【００４０】ＨＡ被覆 骨の応答が顕著であり、内植材に沿って「短かく」、皮
質から髄質領域に１０分の数mmまであった。骨へのター
ンオーバーは、正しく第３週からおきたようであり、骨
様接触が完全であったが、ＨＡ被覆と接触する髄質領域
は存在し続けた。この領域においては、再吸収過程が現
れているようであるが、その程度は極めて限定されてい
た。
【００４１】ＢＣＰ被覆 顕著な骨様再成長が正しく第３週からおき、内植材は全
体が骨で被われていた。髄質領域において、連続する厚
さ５０〜１００mmの骨の正面が認められ、これは層状を
して、良好に無機質化しており、骨細胞に富んでいた。
再吸収領域が現れず、被覆する「組織」は変化してい
た。偏光の下で強力に拡大すると、有機質マトリックス
成分による浸潤、および無機質への変換がおきたように
見え、（直径数μm の）細胞が認められた。６週間後
に、骨質密度が増加しており、多数の骨様再配列がＢＣ
Ｐと接するまで正しく認められた。しかし多数の人為的
構造が標本作成によって現れたので、沈着した物質は、
極めて壊れ易く、かつ脆いように見えた。
【００４２】サンドイッチ状被覆：ＲＳ ２層を同定することができなかった。生物組織学的検査
の結果、ＢＣＰ被覆を有する試料と同一であったが、標
本および切片の作成による人為的構造の現れ方は少なか
った。従って、サンドイッチ状被覆の強さは、ＢＣＰ単
独よりも良好であり、ＨＡ被覆と同等であるように見受
けられた。他方において、骨質再成長の質と量は、（特
に髄質領域において）ＢＣＰ被覆と同様であった。従っ
て、サンドイッチ状被覆は、生物学的活性（骨の再吸収
／置換）を強力にして、ＨＡより骨様導通を良好にし、
歪みに対する機械的抵抗を通常のＨＡ沈着と同等に保持
することができる。
フロントページの続き (72)発明者 ジョエル デュレクラン フランス国，44000 ナンテ，リュ ケ ルブジャン 17 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) A61F 2/02 A61L 27/00

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 補綴装置の表面に直角な方向に沿って、
    再吸収／置換性が傾斜しており、内層の再吸収性がもっ
    とも低いことを特徴とする、補綴装置用のりん−カルシ
    ウム系被覆。
  2. 【請求項２】 ２つまたはそれより多い層を順次配置し
    てなり、これらの層は再吸収／置換性が相違して、再吸
    収／置換性が傾斜している、請求項１に記載の被覆。
  3. 【請求項３】 再吸収／置換性の高い層と、再吸収／置
    換性の低い層とからなる、請求項１または２に記載の被
    覆。
  4. 【請求項４】 再吸収／置換性の低い層が、非再吸収性
    物質の層である、請求項３に記載の被覆。
  5. 【請求項５】 非再吸収性物質が、ヒドロキシアパタイ
    ト（ＨＡ）である、請求項４に記載の被覆。
  6. 【請求項６】 再吸収／置換性の高い層が、半再吸収性
    物質の層である、請求項３に記載の被覆。
  7. 【請求項７】 半再吸収性物質が、ＨＡ／ＴＣＰの２層
    組成物である、請求項６に記載の被覆。
  8. 【請求項８】 ２層組成物は、ＨＡ／ＴＣＰの重量比が
    ３０／７０〜８０／２０である、請求項７に記載の被
    覆。
  9. 【請求項９】 再吸収／置換性の高い層は、厚みが１０
    〜１００μm である、請求項３および６〜８のいずれか
    に記載の被覆。
  10. 【請求項１０】 再吸収／置換性の高い層は、厚みが２
    ０〜５０μm である、請求項９に記載の被覆。
  11. 【請求項１１】 再吸収／置換性の低い層は、厚みが１
    〜４０μm である、請求項３〜５のいずれかに記載の被
    覆。
  12. 【請求項１２】 再吸収／置換性の低い層は、厚みが１
    〜１０μm である、請求項１１に記載の被覆。
  13. 【請求項１３】 請求項１〜１２のいずれかに記載の被
    覆で被われたことを特徴とする、補綴装置。
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