JP3517196B2

JP3517196B2 - 生体用部材

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Publication number: JP3517196B2
Application number: JP2000294841A
Authority: JP
Inventors: 隆弘越智
Original assignee: MMT Co Ltd
Current assignee: MMT Co Ltd
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Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2004-04-05
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Also published as: JP2002017846A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、生体内において、
骨を形成するために補助的に用いる部材であって、詳し
くは傷病等により骨が欠損した場合に、その部位に補填
し、再び自分の骨に再生するための生体用部材に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】傷病による骨の欠損に対して、従来より
金属、セラミックスを用いた人工的な骨、関節などが研
究されている。そして、セラミックスとしてはアルミ
ナ、ジルコニアなどが、強度および生体為害性がないこ
とから実用化されている。また加工性に優れる金属では
生体為害性がない等の点からチタンなどが実用化されて
いる。

【０００３】しかし、アルミナ、ジルコニア、チタンな
どはあくまでも骨を可能な限り無害な部材で置き換えた
ものであり、いつまで経っても生体になじまない死組織
であることはかわりない。この様な組織は、成長期や老
齢期など患者の加齢に合わせて変化するものではなく、
つまり、成長期の患者に用いても当然成長せず、老齢期
の患者に用いても他の骨に合わせて変形せず、患者が苦
痛を感じる場合がある。また、長年の使用により、為害
性がないといってもイオンの放出などは生じることが予
想され、不安要因が無いわけではなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】その後、リン酸三カル
シウム、リン酸四カルシウム、ハイドロキシアパタイト
など本来の骨の組成に近いリン酸カルシウム系セラミッ
クス焼結体が実用化されるに至った。リン酸カルシウム
系セラミックスは、生体為害性が無く、また、生体内で
馴染みやすく、徐々に自分の組織と結合したり、リン酸
カルシウム系セラミックスを破骨細胞が浸食し、その
後、浸食部に自分の骨が形成されたりすることがわかっ
ている。

【０００５】つまり、一度手術で挿入するだけで、その
後、完全に自分の骨に入れ替わることも可能という優れ
た特徴を有している。ところが、そのリン酸カルシウム
系セラミックスは、緻密体としなければ強度が弱い。

【０００６】しかし、緻密体にすると生体に馴染むのに
非常に長い時間がかかったり、そのまま体内に残るなど
して、本来の特徴を生かせない。リン酸カルシウム系セ
ラミックスを自分の骨に置換するためには、多孔体で用
いることが望ましいが多孔体では強度が小さく、使用が
難しい場合がある。

【０００７】そこで、本発明は、ある程度の強度が有
り、生体との、あるいは、血液などの体液との接触面積
が格段に大きく、細胞がとりつきやすく、内部への細胞
侵入が非常に早く、術後に優れた回復力が望める生体用
部材を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明は、次のような構成とした。スラリー原料
中のリン酸カルシウム粒子が平均粒径０．１μｍ以上１
μｍ未満のスラリーを攪拌し起泡して形成した略球状の
気孔を多数有するリン酸カルシウム系焼結体の多孔体で
あって、その気孔率が６５％以上８５％以下、平均気孔
径が１００μｍ以上６００μｍ以下で、平均気孔径以上
の大きさの気孔には、一つ当たり平均して直径５μｍ以
上の連通孔が４点以上あり、この４点以上の連通孔のう
ちで直径５０μｍ以上の連通孔が平均１点以上形成さ
れ、さらに上記平均気孔径以上の大きさの気孔に形成さ
れる連通孔の開口合計面積が、平均してその気孔内表面
積の４０％以下の割合を占め、乾燥状態で水および血液
の滴下により全体を濡らすことが可能な多孔体に、さら
に気孔内に次の（イ）〜（ニ）のいずれかを導入したこ
とを特徴とする生体用部材。（イ）骨形成細胞、自家骨髄細胞、同種骨髄細胞、胎児
骨髄細胞、未分化幹細胞のいずれか一種、（ロ）活性因子の遺伝子を導入した骨形成細胞、活性因
子の遺伝子を導入した自家骨髄細胞、活性因子の遺伝子
を導入した同種骨髄細胞、活性因子の遺伝子を導入した
胎児骨髄細胞、活性因子の遺伝子を導入した未分化幹細
胞のいずれか一種、（ハ）細胞接着促進物質、細胞増殖促進物質、骨形成促
進物質、骨吸収抑制物質、血管新生促進物質の一種また
は二種以上と骨形成細胞、自家骨髄細胞、同種骨髄細
胞、胎児骨髄細胞、未分化幹細胞のいずれか一種、（ニ）細胞接着促進物質、細胞増殖促進物質、骨形成促
進物質、骨吸収抑制物質、血管新生促進物質の一種また
は二種以上と活性因子の遺伝子を導入した骨形成細胞、
活性因子の遺伝子を導入した自家骨髄細胞、活性因子の
遺伝子を導入した同種骨髄細胞、活性因子の遺伝子を導
入した胎児骨髄細胞、活性因子の遺伝子を導入した未分
化幹細胞のいずれか一種（請求項１）。さらに、上記請
求項１発明において、それぞれ以下の通りとしたもので
ある。平均気孔径以上の大きさの気孔には、一つ当たり
平均して直径１０μｍ以上の連通孔が６点以上あり、か
つ、６点以上の該連通孔のうち、直径５０μｍ以上の連
通孔が平均２点以上形成されている（請求項２）。

【０００９】また、任意の平らな断面にあらわれる平均
気孔径以上の気孔の平面積の合計を、該断面全体の平面
積の２５％以上６０％以下とした（請求項３）。さら
に、任意の平らな断面にあらわれる平均気孔径以上の気
孔の平面積の合計を、該断面全体の平面積の３５％以上
５５％以下とした（請求項４）。

【００１０】そして、平均気孔径以上の大きさの気孔と
気孔が重なり合って形成される連通孔の円周部の厚さ
を、リン酸カルシウム粒子一つの厚み程度に設定した
（請求項５）。また、リン酸カルシウム系焼結体を、ハ
イドロキシアパタイトとした（請求項６）。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、実施の形態を示す図面に
基づいて本発明を詳説する。

【００１２】本発明の生体用部材は、多孔質のリン酸カ
ルシウム系焼結体からなり、生体為害性がなく、また、
多孔質であっても比較的強度がある。その気孔率が、５
５％以上８５％以下のものが強度を保ちつつ、気孔の表
面積を大きくすることが可能であり、生体用部材として
好適である。好ましくは、６５％以上８５％以下であ
る。

【００１３】また、その気孔径が平均５０μｍ以上８０
０μｍ以下のものが用いられる。５０μｍ未満では細胞
の侵入が困難であり、８００μｍを越えると、強度低下
と気孔の表面積の減少が生じてしまう。好ましくは、平
均気孔径は１００μｍ以上６００μｍ以下であり、さら
に好ましくは１００μｍ以上３５０μｍ以下である。

【００１４】例として、ハイドロキシアパタイト１００
％からなり、かつ、その平均気孔径が３００μｍの生体
用部材の断面の顕微鏡写真を図１に、平均気孔径が１５
０μｍのものを図１２に示す。また、図２には、図１の
断面に存在する主な気孔１を図示し、図３には、図２中
の平均気孔径以上の気孔１１のみを図示する。そして、
図４には、図３の気孔１１の内表面において、他の気孔
１と連通して開口している部分（連通孔２）を二次元的
にハッチングで示す。なお、図２〜図４中、符号８はハ
イドロキシアパタイトを示す。

【００１５】これらの図から明らかなように、本発明の
生体用部材は、多数の気孔１…を有し、気孔１は、全体
的に略球状に形成される。球状の気孔１は方向性が無く
強度を保ちやすい。また、気孔１は、略球状に形成され
ているが、隣の気孔１と接してその界面に連通孔２を形
成する場合は、平面形状が二つの円を一部重ねて描いた
ときの輪郭のような形状となる。

【００１６】この様な形状を用いるのは、表面積を大き
くする目的からである。生体用部材の気孔１，１同士の
境目である連通孔２は、焼結後であっても連通孔２の円
周上にエッジ（開口）が鋭く残されている。ただし、エ
ッジは血液など体液を流通させやすくする目的でエッチ
ングなどにより若干であれば落としても良い。

【００１７】さらに、気孔１…の内、（上述した）平均
気孔径以上の大きさを有する気孔１１…が、一つ当たり
平均して直径５μｍ以上の連通孔２を３点以上有してい
る―平均して３点以上の割合で直径５μｍ以上の連通孔
２を有している―ので、隅々まで体液が浸潤する。な
お、１個の連通孔２の直径を「平均して」５μｍ等と言
うのは、連通孔２の横断面形状を同一横断面積の真円に
置換えた場合の直径を指すものと、定義する。また、平
均３点以上の該連通孔２…のうち、直径２５μｍ以上の
連通孔２が平均１点以上形成されているので、気孔１１
内に体液に加えて細胞が侵入しやすくなる。

【００１８】一般にヒトの細胞は１０μｍ近くの大きさ
があり、また成人の赤血球も８〜９μｍであるから２５
μｍの連通孔２があれば、酸素や栄養が行き渡り、細胞
が通るのにも十分な大きさとなる。このように大きな連
通孔２を持ち、多くの気孔と三次元的に連通することで
生体用部材内全体の体液の循環を良くし、細胞も生体用
部材の深部まで侵入しやすくなる。なお、連通孔２は、
４０μｍ以上とすることにより、循環の良さは、格段に
向上するので、そのように設定することが好ましい。

【００１９】好ましくは、平均気孔径以上の気孔１１
が、一つ当たり平均してその内表面に直径５μｍ以上の
連通孔２を４点以上有し、そのうち５０μｍ以上の直径
の連通孔２を平均１点以上有することが望ましい。さら
に好ましくは、平均気孔径以上の気孔１１が一つ当たり
平均して直径１０μｍ以上の連通孔２を平均６点以上有
し、そのうち５０μｍ以上の直径の連通孔２を平均２点
以上有することにより、気孔１１内への体液の循環が活
発となる。なお、前記の（平均２点以上の）５０μｍ以
上の直径の連通孔２は、その直径が８０μｍ以上であれ
ば特に好ましい。

【００２０】しかしながら、前記の大きな連通孔２を有
しながら、平均気孔径以上の大きさの気孔１１は、その
気孔内表面積のうち５０％以下の割合において、連通孔
２として開口している（言い換えると、平均気孔径以上
の大きさの気孔１１が有する連通孔２…の開口合計面積
は、平均してその気孔内表面積の５０％以下の割合を占
めている）ことが好ましい。連通孔２として失われる気
孔内表面積が５０％より大きくなると細胞が付着するた
めの表面積が小さくなりすぎてしまう。また、強度にも
影響を及ぼすようになる。好ましくは４０％以下であ
る。

【００２１】以上のような条件を備えたものにおいて、
さらに、体液や細胞が侵入し易いように水または血液で
気孔内表面を細部に渡って濡らすことができなければな
らない。この点に関し、本発明は、上述のように、気孔
１１が特定の状態のものを用いているので、また、内部
にわたって構造が均一なので、焼結体を必要により加工
し、その後、洗浄、乾燥したものが、前処理をおこなう
ことなく、乾燥状態であっても例えば、水（純水）の中
に一部を浸漬すると毛細管現象で水を吸い上げることが
できる。また、水を垂らすと内部を流れるようにして底
部まで行き着くことができるという特性を備える。血液
（全血）についても水と同様であれば特に好ましい。

【００２２】なお、「乾燥状態で」とは、界面活性剤を
塗布したり、呼び水で予め濡らすなどの処理をしないこ
とを言い、生体用に、前処理をおこなうことなく、用い
ることが可能となる。しかし、この表現は、実際の使用
方法を制限する意味ではない。また、平均気孔径以上の
大きさの気孔１１について各種限定したのは、実際に気
孔としては平均気孔径付近より大きな気孔１１のほうが
効果などの面において影響が極めて大きいからである。

【００２３】ところで、本発明でいう平均気孔径は、例
えば樹脂包埋（樹脂を気孔１内に充填すること）により
測定することができる。そして、その５０％体積気孔径
（すなわち大きな気孔（または小さな気孔）から体積を
積算していき、その値がちょうど気孔全体の５０％にな
ったときの気孔の径）を平均気孔径としている。なお、
樹脂３を気孔１に充填した様子を図５および図６に示
す。測定の結果、図５は平均気孔径１９０μｍ、図６は
平均気孔径３００μｍであった。

【００２４】また、任意の平らな断面において、平面的
に気孔１の様子を観察すると、平均気孔径以上の気孔１
１が平面積の２５％以上６０％以下であることが好まし
い。すなわち、図３に示す気孔１１の面積の合計が、図
３全体の面積の２５％以上６０％以下になるということ
である。２５％未満では気孔部が小さくなり、細胞侵入
が難しくなり、６０％より大きいと強度的に弱くなりや
すい。より好ましくは、３５％以上５５％以下である。
さらに好ましくは、４０％以上５０％以下である。

【００２５】本発明の生体用部材は、平均気孔径以上の
大きさの気孔１１と気孔１１が重なり合って形成される
連通孔２の円周部すなわち前述のエッジ（開口）が、リ
ン酸カルシウム粒子ひとつの厚み程度に鋭く薄く形成さ
れ、表面積を広げているため、その薄く形成された部分
（エッジ）が、いち早く骨に置換されると考えられる。

【００２６】このような気孔１（１１）の特徴は、スラ
リー原料を撹拌し起泡させ、その後乾燥し、焼成するこ
とにより得られるものである。ポリスチレンなどの球状
粒子を利用して焼抜きによる気孔形成ではないため、加
圧成形も必要なく、気孔１（１１）が扁平になるなどの
方向性が無く、かつポリスチレンの接点が開口するのに
比べて、本発明では格段に連通孔２が大きくなり、かつ
同時に表面積も大きくできる。なお、スラリー原料中の
リン酸カルシウム粒子は、平均粒径がサブミクロンオー
ダー（すなわち、０．１μｍ以上１μｍ未満）であるこ
とが好ましく、最大粒径もサブミクロンオーダーである
ことが好ましい。

【００２７】なお、例えば、特開平１０−１６７８５３
号にも連通孔の円周部が鋭く形成された多孔体が開示さ
れているが、焼き抜きによるため、やはり連通孔が１０
μｍ以下と小さく、細胞が通過しにくい。

【００２８】本発明の生体用部材は、必要な形状に加工
することができ、かつ、生体内に固定することにより、
血液などが内部に浸入し、酸素や栄養分が十分に行き渡
る。血液など体液が循環すれば細胞が部材内壁面に付着
し始める。本発明の生体用部材は表面積が大きく細胞が
付着する機会が多い。また、平均気孔径以上の大きな気
孔１１が２５μｍ以上の開口部を有するので血液などが
入り込みやすい。この開口部は、４０μｍ以上とするこ
とにより格段に血液などが入り込みやすくなる。

【００２９】気孔１…同士が互いに繋がっているので部
材の内部の部位においても迅速に骨に置換され始める。
平均気孔径以上の気孔１１を中心に迅速に全体に血液が
行き渡るので、平均気孔径以下の小さな気孔１において
も大きな気孔１１と同様に血液などが行き渡る。

【００３０】本発明の生体用部材は、その最大気孔径が
平均気孔径の３倍以内であることが好ましい。局所的に
大きすぎる気孔は強度、細胞付着性の面から好ましくな
い。好ましくは、２倍以内である。図１３のグラフ図
は、平均気孔径が３００μｍの焼結体の気孔の累積体積
分率である。また、図１４のグラフ図は、平均気孔径が
１９０μｍの焼結体の気孔の累積体積分率である。いず
れも、平均気孔径の±３０％の範囲内に全気孔の５０％
以上が含まれている。

【００３１】本発明では、このように、平均気孔径から
±３０％の範囲内に全気孔の５０％以上が含まれるのが
好ましい。また、２０μｍ以下の気孔の累積体積分率
は、ほぼ０であることが好ましく、加えて、リン酸カル
シウム多孔体の骨格表面を微視的に観察しても、殆ど気
孔が無く、リン酸カルシウム粒子の丸味による凹凸のみ
が存在することが好ましい。

【００３２】本発明の請求項１〜６に記載したような生
体用部材は、特に強度においてすぐれているハイドロキ
シアパタイトからなることが好ましい。その純度も９８
％以上が好ましく、１００％であれば特によい。このよ
うな部材は、例えば東芝セラミツクス株式会社から入手
することができる。

【００３３】また、本発明は、このように内部に血液な
どが全体的に浸入しやすい特徴、連通孔が大きい特徴、
及び、表面積が大きいことを利用して、気孔内表面に各
種の骨を形成するに適するものなどをコーティング等す
ることができる。コーティング等させるものとしては、
細胞接着促進物質、細胞増殖促進物質、骨形成促進物
質、骨吸収抑制物質、血管新生促進物質などの活性物質
や細胞および遺伝子組換えを施した細胞などである。

【００３４】これらは、液状にし、また、培養液中で培
養したものを、本発明の生体用部材の特性を利用し、隅
々まで浸透させる。一般には浸漬すれば容易に全体に行
き渡るが、細胞培養などで細胞が大きな場合や粘性の大
きな場合などは、生体用部材のある面に負圧をかけて吸
引することができる。

【００３５】いずれにしても、全体に対する浸透性の良
さと表面への付着性の良さの両方を兼ね備える本発明の
生体用部材を利用することにより、従来の製品ではでき
なかった厚肉な部材であっても中心部まで一様に行き渡
らせることができる。

【００３６】ハイドロキシアパタイトは吸着性が強く、
特にタンパク質や足場依存性（anchorage dependent ）
細胞は、容易にハイドロキシアパタイト表面に吸着され
る。なお、単なる接触で吸着されづらい場合には、予め
ハイドロキシアパタイトにラミニン等の細胞接着性タン
パク質やヘパリンなどを加えた後に、付着すべき活性物
質や細胞を添加すればより好ましい。

【００３７】その活性物質は細胞接着促進物質であって
も良い。細胞接着促進物質は、「細胞外マトリックスの
構成要素」及び「接着分子」を含む用語として使用す
る。その細胞外マトリックス構成要素には、（１）基底
膜、（２）コラーゲン、エラスチン等の繊維性タンパク
質、（３）フィブロネクチン、ラミニン、ビトロネクチ
ン等の細胞接着性糖タンパク質、（４）ヘパリン、ヒア
ルロン酸、コンドロイチン硫酸を含むグリコサミドグリ
カン等の複合糖質が含まれるが、これらに限定されな
い。

【００３８】また、接着分子は、細胞接着分子、接着因
子、及び接着タンパク質と同義であり、Ｅ−セレクチ
ン、Ｐ−セレクチン、ＩＣＡＭ−１（＝intercellular
adhesion molecule-1）、ＶＣＡＭ−１、ＣＤ−１８、
ＣＤ−４４などが含まれるが、これらに限定されない。

【００３９】さらに、活性物質は細胞増殖促進物質であ
っても良い。細胞増殖促進物質とは、細胞の成長、分
裂、分化および機能促進などの生理活性を示す物質を意
味し、「増殖因子」及び「分裂促進因子」を含む。その
増殖因子は、成長因子と同義であり、ＴＧＦ−βスーパ
ーファミリー、ＨＧＦ（＝hepatocyte growth factor）
などを含むがこれに限定されない。また、分裂促進因子
は、マイトジェンと同義であり、コンカナバリンＡなど
のレクチンを含むがこれらに限定されない。

【００４０】また、活性物質は骨形成促進物質であって
も良い。骨形成促進物質（骨形成因子とも言われる）と
は、ＢＭＰファミリー、ＴＧＦ−βスーパーファミリ
ー、ＳＡＭＰ８などである。また、活性物質は骨吸収抑
制物質であっても良い。その骨吸収抑制物質とは、カル
デクリンなどである。

【００４１】あるいは、活性物質は血管新生促進物質で
あってもよい。血管新生促進物質とは、ＶＥＧＦ（＝va
scular endothelial growth factor）、ＰＤＧＦ（＝pl
atelet-derived growth factor）、ｂ−ＦＧＦ（b - fi
broblastic growth factor）、ＶＥＧＦ受容体（Flt-1
(VEGFR-1)、Flk-1(VEGFR-2)、Flt-4(VEGFR-3)）、ａｎ
ｇｉｏｐｏｉｔｉｎｆａｍｉｌｙ受容体、ｔｒｅｈａ
ｌｏｓｅ６，６’−ｄｉｍｙｃｏｌａｔｅ（=ＴＤＭ、T
IE2/TEK、TIE1）などである。

【００４２】そして、活性物質が細胞接着促進物質、細
胞増殖促進物質、骨形成促進物質、骨吸収抑制物質、血
管新生促進物質の内の２種以上の組み合わせであっても
良い。活性物質は液状にして、生体用部材を浸漬または
接触させることにより容易に気孔表面に膜状に形成させ
ることができる。その後乾燥させても良いし、冷凍また
は低温保存にて長期に渡り保存できる。もちろん保存せ
ずにすぐに使用することもできる。

【００４３】また、気孔１（１１）内に骨形成細胞を導
入しても良い。骨形成細胞は骨芽細胞であっても良い
し、軟骨細胞を含んでいても良い。生体から取り出した
ままの、または、ｉｎ−ｖｉｖｏ、ｉｎ−ｖｉｔｒｏに
て骨形成細胞を予め、請求項１〜６記載の生体用部材に
導入し、そのまま、または、骨形成細胞を更に培養した
ものを患者に適用するのである。これにより、術後、数
日から数週間の間に体内で患者自らの力によらなければ
ならない回復が予め体外で行われることになる。

【００４４】あるいは、気孔１（１１）内に自家骨髄細
胞を導入しても良い。特に自家骨髄細胞を用いれば、当
然拒絶反応はなく、また、肝炎などの病気に感染する恐
れがない。ただし、老人の場合など患者の細胞自体に活
力がない場合は、あまり効果が望めない場合がある。

【００４５】また、気孔１（１１）内に同種骨髄細胞を
導入しても良い。他人の細胞を導入する同種骨髄細胞を
用いれば、本人の細胞に活力がない場合でも施術部の細
胞に活力を持たせることができる。

【００４６】さらに、気孔１（１１）内に胎児骨髄細胞
を導入してもよい。あるいは、気孔内に未分化幹細胞を
導入しても良い。未分化幹細胞とは、例えばＥＳ細胞
（＝Embryonic stem cell 胚性幹細胞）、ＥＧ細胞（＝
Embryonic germ cell 胚性生殖細胞）などがある。

【００４７】また、前記活性物質を１または２種以上付
着させた部材に骨形成細胞、自家骨髄細胞、同種骨髄細
胞、胎児骨髄細胞、未分化幹細胞を導入すると、いっそ
う細胞の働きを活発化することができる。

【００４８】あるいは、気孔１（１１）内に活性因子の
遺伝子導入した骨形成細胞を導入しても良い。活性因子
とは、ＴＧＦ−β、ＢＭＰ、ＨＧＦ、ＥＧＦなどのよう
に、細胞の成長、分裂、分化の活性化および機能促進な
どが可能となるものであり、必要に応じて適するものを
選択する。これらを遺伝子レベルで細胞へ組み込むこと
により、骨形成細胞が活発に活動するようになる。

【００４９】そして、気孔１（１１）内に活性因子の遺
伝子導入した自家骨髄細胞を導入しても良い。自家骨髄
細胞であれば、拒絶反応や感染の恐れがないことは前述
の通りであるが、遺伝子を組換えれば、老人であっても
自らの細胞を活発に働かせるようにすることができる。

【００５０】また、気孔１（１１）内に活性因子の遺伝
子導入した同種骨髄細胞を導入しても良い。気孔１（１
１）内に活性因子の遺伝子導入した胎児骨髄細胞を導入
しても良い。あるいは、気孔１（１１）内に活性因子の
遺伝子導入した未分化幹細胞を導入しても良い。

【００５１】さらに、前記活性物質を１または２種以上
付着させた部材に、活性因子の遺伝子導入した自家骨髄
細胞、活性因子の遺伝子導入した同種骨髄細胞、活性因
子の遺伝子導入した胎児骨髄細胞、活性因子の遺伝子導
入した未分化幹細胞を導入しても良い。これらの組み合
わせは、本発明の中でも最も効果大である。

【００５２】

【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。

【００５３】実験例１：気孔率が７５％で、図１、図１
２と同様の気孔形状を有する平均気孔径が３００μｍ及
び１５０μｍのアパタイト１００％焼結体からなる生体
用部材角柱体（１０×２０×４０ｍｍ）をそれぞれ準備
し、血液を１ｃｃ滴下したところ、スポンジ上に滴下し
たように瞬時にすべてを吸収した。

【００５４】実験例２：気孔率７５％で平均気孔径が１
５０μｍ、３００μｍ、６００μｍのφ１０×６ｍｍ
（直径１０ｍｍ、長さ６ｍｍ）の本発明のハイドロキシ
アパタイト製生体用部材と、同じくハイドロキシアパタ
イトから成る気孔率５０％、平均気孔径１００μｍのφ
１０×６ｍｍの市販されているＡ製薬製の部材（比較
例）の４種類の円柱を用意し、それぞれに約２００μｌ
の培養液（アミノ酸や様々なサイトカインを含んだ血漿
が入っている液体で粘性は水に近い）を滴下したとこ
ろ、本発明の生体用部材は３種類ともにスポンジの如く
すべてを吸収した。そして、（比較例の）Ａ製薬製の部
材は全く培養液を吸収しなかった。

【００５５】実験例３：平均気孔径３００μｍのφ１０
×６ｍｍの本発明のハイドロキシアパタイト製生体用部
材に骨芽細胞を含んだ細胞浮遊液を滴下したところ、ス
ポンジ上に滴下したように瞬時に吸収した。その後３７
℃、５％ＣＯ₂ の条件下にて２日間培養し、円柱の内部
を観察したところ、内部に無数の細胞の接着を認めた。
図７に、気孔１（１１）内に細胞４が付着した状態を示
す。

【００５６】実験例４：気孔率７５％で平均気孔径が１
５０μｍ、３００μｍ、６００μｍの３種類の本発明の
ハイドロキシアパタイト製生体用部材を、φ６×１５ｍ
ｍの円柱体でそれぞれ準備した。

【００５７】それらをラビットの大腿骨に埋込み、術後
１週間、３週間、６週間後に取出し、ホルマリン固定、
脱灰処理後、ヘマトキシリン・エオジン染色し、光学顕
微鏡にてハイドロキシアパタイト内の組織侵入、骨新生
の様子を観察した。その結果を以下の〈１〉〜〈３〉に
示す。

【００５８】〈１〉術後１週間後には平均気孔径１５
０μｍ、３００μｍ、６００μｍの３種類ともに内部の
気孔すべてに血管を伴う肉芽組織を認めた。骨新生は、
ハイドロキシアパタイト表層にわずかに認めるのみであ
った。

【００５９】〈２〉術後３週間後にはφ６ｍｍの円柱
のほぼ最深部（中央部）まで気孔の辺縁に張付くように
骨新生が見られ、骨新生部の表面積を測定したところ、
平均気孔径が６００μｍよりは３００μｍが、３００μ
ｍよりは１５０μｍのほうが有意差は認めないものの上
回っていた。

【００６０】〈３〉術後６週間後には〈２〉の骨新生
に加えて全ての気孔径において気孔内に骨髄細胞が観察
され、造血機能をもち、ハイドロキシアパタイトを埋込
む前の骨髄に近い状態になったと考えられる。さらに、
この段階でハイドロキシアパタイトの強度を測定したと
ころ、埋込み前の約２倍まで強度が向上していた。図８
に、気孔１（１１）内に小血管５が形成され始めた状態
を示す（ただし、細胞の様子は省略）。

【００６１】実験例４に対する比較例：φ６×１５ｍｍ
の前述の特性を有するＡ製薬製の部材を、ラビットの大
腿骨に埋込み、術後３週間、６週間後に観察したとこ
ろ、アパタイト表面での母床骨との接着は認めたが、内
部への組織の侵入は全く認めなかった。

【００６２】以上の結果（実験例１〜実験例４、及び比
較例）から、細胞定着や骨の再生は、平均気孔径１００
〜６００μｍ程度の平均気孔径が有効であり、中でも平
均気孔径１００μｍ以上３５０μｍ以下と比較的小径の
方が好ましいと考えられる。特に、平均気孔径１２０μ
ｍ以上２２０μｍ以下のものが優れていると思われる。

【００６３】実験例５：気孔径３００ｍのφ１０×６ｍ
ｍの円柱を (a)成長因子なし (b)ＶＥＧＦ血管内皮増殖
因子３μｇ／ｂｌｏｃｋを添加の２種類をマウスの広背
筋筋膜下に移植した。移植後３週間後に取出し、アパタ
イト内の組織を観察した。その結果を、以下の〈４〉
〈５〉に示す。

【００６４】〈４〉成長因子なしでは細胞の侵入がア
パタイトの表層から約１ｍｍ程度にすぎなかった。

【００６５】〈５〉ＶＥＧＦを添加したものでは、ア
パタイトの中心部にまで細胞の侵入を認めた（表層から
３ｍｍ〜４ｍｍ以上細胞が侵入していることとなる）。

【００６６】図９は、気孔１（１１）内に活性物質６を
付着させた状態を示す。活性物質６は、付着の様子をわ
かりやすくするために誇大して図示しているが、実際に
はタンパク質などがコーティングされても殆ど厚みとし
ては見えない場合もある。なお、コラーゲンなどであれ
ば、ある程度の厚みを確認することができる。

【００６７】図１０は、図９の部材で動物実験により細
胞４が活性物質上に付着した様子を示す。図１１は、図
９の部材に細胞４を導入し、培養により気孔１（１１）
内にたくさんの細胞４を増殖させた状態を示す。

【００６８】なお、図７、図１０、図１１における細胞
の数は、それぞれの特徴が相対的に理解できるように示
したものであり、実際の様子を正確に表現したものでは
ない。実際には細胞はもう少し小さく見え、その数もも
っと多くなる。

【００６９】図１３は、図１の生体用部材の気孔の分布
の様子を示したものであり、図１４は、図１と同様の気
孔を持つ平均気孔径１９０μｍの生体用部材の気孔の分
布の様子を示したものである。累積体積分率５０％の気
孔径からそれより３０％気孔径の大きな範囲（すなわ
ち、平均気孔径３００μｍなら、３００μｍから３９０
μｍの気孔径の範囲）に含まれる累積体積分率が２５％
以上であるように平均気孔径付近に気孔が集中している
ことが好ましく、３０％以上が特に好ましい。これらの
気孔は、本発明の効果を得るのに最も重要な気孔となる
からである。

【００７０】例えば７０才ほどの老人であれば、骨折部
位、程度にもよるが、回復まで、一般に数ケ月から１年
の時間がかかる。特に大腿骨などを骨折すると時間がか
かり、臥床期間が長いと寝たきりになる傾向が高くな
る。

【００７１】これに対し、本発明の生体用部材を用いれ
ば細胞培養の様子から癒合にかかる時間は半分程度とな
り、さらに遺伝子組換え技術を用いれば、さらに早まる
ばかりか、骨密度が低下し日常生活に支障をきたすよう
な患者の場合であっても再び回復させることが望める。
また、骨粗鬆症に対する治療にも十分応用できる。

【００７２】この様に、本発明の生体用部材では、ほぼ
球状の気孔１（１１）ができ、連通孔２以外ではその球
状気孔が維持されているため、連通孔２が確保されてい
ながら単位体積当たりの表面積が格段に大きく、毛細管
現象によって内部まで体液が行き渡り、血液と接触する
割合が高く、より多くの細胞４が付着しやすい。

【００７３】さらに、活性物質６などを全体に行き渡ら
せることができ、また、表面に付着させやすいため、種
々の活性物質６を付着させたものや細胞導入をしたもの
が作製しやすく、さらにその後の培養も容易で、それを
患者に用いることにより術後の著しい回復が可能となる
ものである。

【００７４】本発明の生体用部材は、生体用部材の中心
部や外表面などの一部に強度向上などを目的として緻密
な生体用部材を適宜配置しても良い。そのようにしても
そのまわりの多孔質の部分だけで体液の循環が可能なた
め、本発明の効果は十分に期待できる。さらに、本発明
の部材は、その形状は、様々なものであって良く、当
然、必要な場合は顆粒状としても良い。

【００７５】

【発明の効果】（請求項１によれば）多孔質のリン酸カ
ルシウム系焼結体からなるため、生体への馴染み性が良
好で生体為害性がなく、また、気孔率を適切な値に設定
したことにより、骨の欠損部の補填用として必要な強度
を充分に確保することができる。さらに、気孔をスラリ
ーを攪拌することにより起泡して形成するので、気孔が
略球状となり、連通孔径が大きくなる。また、連通孔の
円周部が、薄く鋭く形成され、表面積が広くなるため骨
に置換されやすくなる。そして、適宜必要な形状に加工
することができ、しかも内部にわたって構造が均一とな
り品質むらが発生せず、信頼性が高い。

【００７６】その気孔同士が、連通孔で連通されている
ため、単位体積当たりの表面積を大きくとれ、すぐれた
毛細管現象によって、内部まで体液が行き渡り、血液と
接触する割合が高く、より多くの細胞を付着させること
ができ、生体への一体化が速やかにおこなわれる。

【００７７】また、強度の向上などを目的として、その
中心部に緻密な部材を適宜配置しても、まわりの多孔質
の部分だけで体液の循環が可能となるため、症状に応じ
た幅広い適用が可能となる。

【００７８】また、平均気孔径をより好ましい値に設定
したので、さらにすぐれた毛細管現象を期待することが
でき、内部まで体液をさらに効率よく行き渡らせること
ができる。また、細胞の働きを活性化することなどがで
きる。

【００７９】（請求項２によれば）連通孔の直径を、よ
り好ましい値に設定したので、気孔内への体液の循環が
より活発となる。

【００８０】（請求項３によれば）平均気孔径以上の気
孔の平面積に占める割合を、好ましい値に設定したの
で、気孔内への細胞の侵入が容易となり、かつ、必要な
強度を確保することもできる。

【００８１】（請求項４によれば）平均気孔径以上の気
孔の平面積に占める割合を、より好ましい値に設定した
ので、気孔内への細胞の侵入がさらに容易となり、か
つ、必要な強度をより確実に確保することもできる。

【００８２】（請求項５によれば）連通孔の円周部の厚
さを、リン酸カルシウム粒子一つの厚み程度とするの
で、そのエッヂ（開口）が薄く鋭く形成され、表面積が
広くなり、その薄い部分が、骨に置換されやすくなる。

【００８３】（請求項６によれば）リン酸カルシウム系
焼結体を、ハイドロキシアパタイトとしたので、特に、
タンパク質や足場依存性（ anchorage dependent ）細胞
が、表面に容易に吸着される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態を示す生体用部材の断
面を示す拡大写真図である。

【図２】図１に於ける主な気孔を示す説明図である。

【図３】図１に於ける平均気孔径以上の気孔を示す説
明図である。

【図４】図１と図３に於ける気孔と連通孔を示す説明
図である。

【図５】気孔に樹脂を包埋した拡大写真図である。

【図６】気孔に樹脂を包埋した拡大写真図である。

【図７】生体に埋設した生体用部材の説明図である。

【図８】生体に埋設した生体用部材の説明図である。

【図９】活性物質をコーティングした生体用部材の説
明図である。

【図１０】活性物質をコーティングし生体に埋設した
生体用部材の説明図である。

【図１１】活性物質をコーティングし細胞導入し、人
工環境で培養した生体用部材の説明図である。

【図１２】他の実施の形態を示す生体用部材の断面を
示す拡大写真図である。

【図１３】平均気孔径が３００μｍの他の実施の形態
に於ける気孔分布の様子を示すグラフである。

【図１４】平均気孔径が１９０μｍの他の実施の形態
に於ける気孔の分布の様子を示すグラフである。

【符号の説明】

１気孔２連通孔６活性物質８ハイドロキシアパタイト 11 （平均気孔径以上の）気孔

フロントページの続き (72)発明者越智隆弘兵庫県神戸市須磨区須磨寺町１−３−７ (56)参考文献特開2000−302567（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61L 27/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】スラリー原料中のリン酸カルシウム粒子
が平均粒径０．１μｍ以上１μｍ未満のスラリーを攪拌
し起泡して形成した略球状の気孔を多数有するリン酸カ
ルシウム系焼結体の多孔体であって、その気孔率が６５
％以上８５％以下、平均気孔径が１００μｍ以上６００
μｍ以下で、平均気孔径以上の大きさの気孔には、一つ
当たり平均して直径５μｍ以上の連通孔が４点以上あ
り、この４点以上の連通孔のうちで直径５０μｍ以上の
連通孔が平均１点以上形成され、さらに上記平均気孔径
以上の大きさの気孔に形成される連通孔の開口合計面積
が、平均してその気孔内表面積の４０％以下の割合を占
め、乾燥状態で水および血液の滴下により全体を濡らす
ことが可能な多孔体に、さらに気孔内に次の（イ）〜
（ニ）のいずれかを導入したことを特徴とする生体用部
材。（イ）骨形成細胞、自家骨髄細胞、同種骨髄細胞、胎児
骨髄細胞、未分化幹細胞のいずれか一種、（ロ）活性因子の遺伝子を導入した骨形成細胞、活性因
子の遺伝子を導入した自家骨髄細胞、活性因子の遺伝子
を導入した同種骨髄細胞、活性因子の遺伝子を導入した
胎児骨髄細胞、活性因子の遺伝子を導入した未分化幹細
胞のいずれか一種、（ハ）細胞接着促進物質、細胞増殖促進物質、骨形成促
進物質、骨吸収抑制物質、血管新生促進物質の一種また
は二種以上と骨形成細胞、自家骨髄細胞、同種骨髄細
胞、胎児骨髄細胞、未分化幹細胞のいずれか一種、（ニ）細胞接着促進物質、細胞増殖促進物質、骨形成促
進物質、骨吸収抑制物質、血管新生促進物質の一種また
は二種以上と活性因子の遺伝子を導入した骨形成細胞、
活性因子の遺伝子を導入した自家骨髄細胞、活性因子の
遺伝子を導入した同種骨髄細胞、活性因子の遺伝子を導
入した胎児骨髄細胞、活性因子の遺伝子を導入した未分
化幹細胞のいずれか一種。
【請求項２】平均気孔径以上の大きさの気孔には、一
つ当たり平均して直径１０μｍ以上の連通孔が６点以上
あり、この６点以上の連通孔のうち、直径５０μｍ以上
の連通孔が平均２点以上形成されている請求項１記載の
生体用部材。
【請求項３】任意の平らな断面にあらわれる平均気孔
径以上の気孔の平面積の合計が、該断面全体の平面積の
２５％以上６０％以下である請求項１または２記載の生
体用部材。
【請求項４】任意の平らな断面にあらわれる平均気孔
径以上の気孔の平面積の合計が、該断面全体の平面積の
３５％以上５５％以下である請求項１または２記載の生
体用部材。
【請求項５】平均気孔径以上の大きさの気孔と気孔と
が重なり合って形成される連通孔の円周部の厚さを、リ
ン酸カルシウム粒子一つの厚み程度に設定した請求項
１，２，３または４記載の生体用部材。
【請求項６】リン酸カルシウム系焼結体が、ハイドロ
キシアパタイトである請求項１，２，３，４または５記
載の生体用部材。