JP4437173B2

JP4437173B2 - Production method of organic-inorganic hybrid

Info

Publication number: JP4437173B2
Application number: JP2003080559A
Authority: JP
Inventors: 正夫谷原; 主税大槻
Original assignee: 国立大学法人奈良先端科学技術大学院大学
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2023-03-24
Also published as: JP2004283439A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シラノール基を有する多糖類を含むゲル基材とアパタイト類との新規な有機−無機ハイブリッド体、特に、人工骨、骨修復材料、骨充填材料、人工関節固定材料、顎骨再建材料および骨組織の組織工学や再生医療による構築のための基材等の生体埋植材料などの生体親和性材料として有用な有機−無機ハイブリッド体およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、生体活性ガラスとしての「バイオグラス(Bioglass)」(登録商標)や結晶化ガラスＡ−Ｗ［「セラボーン(Cerabone)」(登録商標)Ａ−Ｗ］等の特定のセラミックスが生体内で骨と結合することが知られている。このセラミックスと骨との結合は、生体内またはヒトの体液に近いイオン濃度を有する水溶液中で、該セラミックスの表面にヒドロキシアパタイト層を形成することに起因している。その結合メカニズムは、先ず、該セラミックスの表面に形成されたケイ酸イオンやシラノール基が水溶液中のカルシウムとリン酸イオンと反応してヒドロキシアパタイトの核を形成し、この核をベースに水溶液中の過飽和なカルシウムとリン酸イオンを取り込んで成長すると考えられる。
【０００３】
当該分野においては、上記の技術に関連して、種々の知見が得られている。例えば、板状、棒状、線維状、粒状など各種の形状の金属およびセラミックスなどの基材に、液状のシリカヒドロゾル又はゲルをコーティングし、乾燥し加熱処理してシリカゲルを基材に結合させた後、ヒドロキシアパタイトに対して過飽和となる量のカルシウムとリン酸イオンとを含む水溶液（疑似体液）に浸漬することにより、基材表面にヒドロキシアパタイト層をコーティングする生体活性層のコーティング方法が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１には、アパタイト被覆材料は、人工骨、生体埋込材料、生体埋込医療機器および器具などへ利用できることも記載されているが、該基材は生体内での分解が困難で、また骨と著しく異なる強度や柔軟性を持つために生体への長期間の埋植によって様々な不具合が生じる。
【０００４】
一方、アルギン酸等の多糖類を共有結合で架橋して得られる高分子ゲル（特許文献２参照）は、水膨潤性に優れ、低毒性であることから、皮膚の損傷の修復材や神経の修復材料、また骨形成材料や血管新生材料の基材として優れていることが報告されている（非特許文献１参照）。しかしながら、多糖類から得られる高分子ゲルは、柔軟性は高いが、強度が低いために、単独では荷重のかかる骨欠損部に使用することはできない。
【０００５】
強度と柔軟性を備えた骨欠損部の充填材料として、ヒドロキシアパタイト微粉末とアルギン酸ナトリウム水溶液からなる自己硬化材料が報告されている（非特許文献２参照）。粉末部と練和液のいずれかまたは両方にリン酸成分、カルシウム成分、アルギン酸化合物が含有されている硬化性組成物が提案されている（特許文献３参照）。リン酸カルシウムなどのセラミック粒子が多糖ゲルに懸濁されている組織増強物質が提案されている（特許文献４参照）。リン酸三カルシウムと他のリン酸カルシウムを含むセメント粉体、アルギン酸塩類などの凝集促進剤、リン酸水素二ナトリウムの硬化加速剤からなるボーンセメントペーストが提案されている（特許文献５参照）。
【０００６】
また、ヒドロキシプロピルメチルセルロースやヒドロキシエチルセルロースなどの水溶性多糖類にシラン化合物を結合した化合物が加水分化によって生じるシラノール基の縮合によって硬化することが報告されている（非特許文献３および４参照）。さらに、多糖類などの親水性物質とポリシロキサンまたはシランを結合させ、シラノール性水酸基を有するものと、加水分解によってシラノール性水酸基を生成するものとを共重合して得られたポリシロキサン粒子が提案されている（特許文献６参照）。しかしながら、これらはいずれも骨と近い力学的特性を示すものではなく、また体内分解性にも優れていない。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−１０３８２９号公報
【特許文献２】
特開平８−２４３２５公報
【特許文献３】
特開平７−２８９６２７号公報
【特許文献４】
特公表２００３−５０７３５１号公報
【特許文献５】
特開２０００−２９５号公報
【特許文献６】
特開２０００−１９１７９２号公報
【０００８】
【非特許文献１】
谷原正夫編・著「有機・無機ハイブリッドと組織再生材料」(株)アイピーシー、東京、2002年、第31頁〜第53頁
【非特許文献２】
J. Biomed. Mater. Res.、1995年、第29巻、第329頁〜第336頁
【非特許文献３】
Adv. Colloid. Interface Sci.、2002年、第99巻(3)、第215頁〜第228頁
【非特許文献４】
Biopolymers、2002年、第63巻(4)、第232頁〜第238頁
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、多糖類の基材に対して骨様のアパタイトが三次元的にナノスケールでハイブリッド体を形成しており、骨と同様の柔軟性と強度を合わせ持ち、生体内で分解・吸収され、生体に適用しても修復性や安全性の高い新規な有機−無機ハイブリッド体を簡便かつ効率よく製造できる方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記目的を達成するため鋭意検討した結果、水溶性多糖類にシラノール基を導入した材料を、カルシウムイオンとリン酸イオンとを含む水溶液中（または疑似体液）に浸漬すると、骨様のアパタイトが材料の表面だけでなく材料の内部まで効率よく析出し、三次元的な有機−無機ハイブリッド体を形成することを見いだし、本発明を完成した。
【００１１】
即ち、本発明は、シラノール基を有する化合物が共有結合した水溶性多糖類を主成分とするゲル基材に、カルシウムイオンおよびリン酸イオンを含有する水溶液を接触させ、該ゲル基材にアパタイト類を沈着させることを含む有機−無機ハイブリッド体の製法に関する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明による製法によれば、シラノール基を含む化合物を共有結合で結合した水溶性多糖類を、多糖類部分および／またはシラノール基を含む化合物部分で架橋してゲル化し、任意の形状に成型した後に、カルシウムイオンおよびリン酸イオンを含む水溶液を接触させ、該成型ゲル体にアパタイト類（リン酸カルシウム系化合物またはリン酸カルシウム系セラミックス）を表面および内部に沈着させることにより有機−無機ハイブリッド体が製造される。
【００１３】
本発明においては、前記アパタイト類としては、通常、ヒドロキシアパタイト類を使用する。
【００１４】
成型ゲル体としては、シラノール基を含有する水溶性多糖類のゲル化物の一次元的、二次元的または三次元的構造体等、例えば、繊維、該繊維で構成される織布、編物、不織布、フィルム、シート、スポンジ、粉末およびビーズなどが使用される。
【００１５】
本発明において用いる前記の水溶液としては、リン酸カルシウムに対して過飽和量のカルシウムとリン酸イオンを含有する水溶液、即ち、リン酸カルシウムの溶解度（約０．００２５ｇ／水１００ｇ）を越える濃度でカルシウムイオンとリン酸イオンを含有する水溶液を使用するのが有利である。カルシウムイオンとリン酸イオンの濃度は、例えば、３６．５℃において、カルシウムイオン２．５ｍＭ以上（例えば、２．５〜３０ｍＭ、好ましくは２．５〜２０ｍＭ）およびリン酸イオン１ｍＭ以上（例えば、１〜３０ｍＭ、好ましくは１〜２０ｍＭ）である。
【００１６】
本発明には、本発明による前記製法によって得られる有機−無機ハイブリッド体も包含される。
【００１７】
本明細書において、「シラノール基」とは、下記の式（Ｉ）で表されるヒドロキシシリル基、または下記の式（II）（式中、 Rはメチル基、エチル基およびブチル基等のアルキル基を示す）で表されるアルコキシシリル基や下記の式（III）（式中、Xはフッ素原子および塩素原子等のハロゲン原子を示す）で表されるハロゲン化シリル基等のように加水分解反応で容易にヒドロキシシリル基を生じる官能基を言う。
【００１８】
【化１】

【化２】

【化３】

【００１９】
また、「不織布」とは、繊維が絡み合ったウェブ構造を有する不織布のみならず、ウェブ構造や抄紙構造を有する紙類も含む意味に用いる。さらに、「アパタイト類」とは、ヒドロキシアパタイトの他、ヒドロキシアパタイトを構成するＯＨがハロゲン元素などで置換されたアパタイト、例えば、塩化アパタイトおよびフッ化アパタイトなども含む意味に用いる。
【００２０】
本発明による有機−無機ハイブリッド体は、シラノール基を含有する水溶性多糖類から成るゲル化物と、該ゲル化物に沈着したアパタイト類（リン酸カルシウム系化合物またはリン酸カルシウム系セラミックス）とで構成されている。本発明による製法においては、カルシウムイオンとリン酸イオンとを含有する水溶液に前記のゲル化物を接触させるため、アパタイト類は均質な骨様の結晶状である。また、ゲル化物の表面および／または内部にアパタイト類が沈着しハイブリッド化していることは、本発明による無機−有機ハイブリッド体の特徴である。
【００２１】
シラノール基を有する化合物は、前記の式（Ｉ）で表されるヒドロキシシリル基、または前記の式（II）で表されるアルコキシシリル基や前記の式（III）で表されるハロゲン化シリル基等のように加水分解反応で容易にヒドロキシシリル基を生じる官能基を分子内に有し、かつアミノ基、カルボキシル基、アルデヒド基、エポキシ基、水酸基、ハロゲン化アルキル基、イソシアネート基、ビニル基およびメルカプト基などの水溶性多糖類と共有結合を形成し得る官能基を分子内に有する化合物を言う。例えば、アミノプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3-クロロプロピルトリメトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリメトキシシランおよび3-イソシアネートプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。
【００２２】
水溶性多糖類としては、分子内に水酸基、カルボキシル基およびアミノ基などの反応性基を有するいずれの水溶性多糖類を用いてもよく、このような多糖類としては、アルギン酸、ヒアルロン酸、ヘパリン、ヘパラン硫酸、デルマタン硫酸、キトサン、澱粉、アミロース、ヒドロキシプロピルセルロースおよびヒドロキシエチルセルロース等が例示される。
【００２３】
シラノール基を有する化合物と水溶性多糖類とは共有結合で架橋されていることが好ましい。共有結合の形成は、シラノール基を有する化合物と水溶性多糖類の水酸基、カルボキシル基およびアミノ基などの反応性基間を直接的に結合させておこなってもよく、あるいはジアミン、ジカルボン酸またはジエポキシド等の多価架橋剤を用いる常套法により結合させておこなってもよい。
【００２４】
シラノール基を含有する水溶性多糖類から成るゲル化物の生成は、水溶性多糖類の有する反応性基間をジアミン、ジカルボン酸、ジエポキシド、ジアルデヒド等の多価の架橋剤で通常の有機化学反応を用いて架橋してもよく、あるいはシラノール基を有する化合物のシラノール基間の縮合反応によって架橋してもよい。これらの架橋法は併用してもよい。また、シラノール基を有する化合物のシラノール基間の縮合反応においては、多価のシラノール基を形成する化合物を架橋剤として共存させてもよい。
【００２５】
多価の架橋剤としては、エチレンジアミン、シュウ酸、コハク酸、β-アラニンおよびグルタルアルデヒド等が例示される。
【００２６】
多価のシラノール基を形成する化合物としては、メチルトリクロルシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシランおよびジメチルジジエトキシシラン等が例示される。
【００２７】
前記シラノール基を含有する水溶性多糖類から成るゲル化物は少なくとも表面および／または内部にシラノール基が存在すればよく、ゲル化物の形状や構造は特に制限されない。例えば、ゲル化物は、粉粒体や顆粒、ペレット、無定形粉粒体などの形態の他、繊維、線状または棒状体（ロッド）などの一次元的構造体、フィルム、シートや布、円板などのプレートなどの二次元的構造体、スポンジ、筒体、多角体、ブロック、ネジなどの三次元的構造体であってもよく、ゲル化物は非多孔質体であってもよく、あるいは、多孔体であってもよい。好ましいゲル化物としては、繊維、この繊維で構成された生地（織布、編物または不織布や紙類）、フィルム、シートおよびスポンジなどが例示される。
【００２８】
前記ゲル化物は、シラノール基を含有する水溶性多糖類単独であってもよく、または、シラノール基を含有する水溶性多糖類を含む組成物で形成してもよく、あるいは、表面をシラノール基を含有する水溶性多糖類もしくはそれらを含む組成物で被覆することにより形成してもよい。また、繊維、布や多孔体などの多孔質基材に、シラノール基を含有する水溶性多糖類を含浸させてもよい。
【００２９】
該ゲル化物中のシラノール基を含有する水溶性多糖類の含有量は１〜１００重量％、好ましくは５〜１００重量％、さらに好ましくは１０〜１００重量％である。なお、上記シラノール基を含有する水溶性多糖類の組成物で基材を被覆する場合、被覆量は、例えば、１〜５０ｇ／ｍ^２、好ましくは１〜３０ｇ／ｍ^２、さらに好ましくは１〜１０ｇ／ｍ^２である。
【００３０】
ゲル化物の形態は用途に応じて選択できる。例えば、骨折部位の被覆材や骨補修材として用いる場合には、織物、編み物、不織布、フィルムおよびシートなどの二次元的構造体、スポンジなどの三次元的構造体が好ましく用いられる。顎骨の再建や人工関節の固定に用いる場合には、粒子、粉末またはこれらを生理学的に許容される液体に懸濁したペーストが好ましく用いられる。
【００３１】
前記ゲル化物は、予め前処理してカルシウムイオンおよびリン酸イオンを含む水溶液に接触させてもよい。例えば、前記ゲル化物を、カルシウムイオンを含有する水溶液（前処理液）で処理すると、アパタイト類の沈着速度及び密着力を向上できる。カルシウムイオンを含む前処理液は、通常、カルシウムイオンを０．１Ｍ以上（例えば、０．１〜１０Ｍ、好ましくは０．５〜７．５Ｍ、さらに好ましくは１〜５Ｍ）の濃度で含んでいる。なお、ゲル化物の前処理は、浸漬、含浸および塗布などの慣用の方法で行うことができる。
【００３２】
本発明では、前記ゲル化物をカルシウムイオンおよびリン酸イオンを含む水溶液（又は疑似体液）を接触させることによりアパタイト類をゲル化物に対して沈着させる。
【００３３】
カルシウムイオンは、種々のカルシウム化合物を用いることにより水溶液に導入できる。カルシウム化合物としては、例えば、ハロゲン化カルシウム（塩化カルシウムなど）、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、無機酸塩（硝酸カルシウム、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸水素カルシウムなど）および有機酸塩（酢酸カルシウムなど）などが例示できる。これらのカルシウム化合物は単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。
【００３４】
リン酸イオンも、種々のリン酸成分を用いることにより水溶液に導入できる。例えば、オルトリン酸又はその塩（リン酸ナトリウム、リン酸カリウムなどのリン酸アルカリ金属塩、リン酸アンモニウム、リン酸水素ナトリウム、リン酸水素カリウムなどのリン酸水素アルカリ金属塩、リン酸水素アンモニウムおよびリン酸水素カルシウムなど）などが例示できる。これらの化合物も単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。
【００３５】
前記水溶液において、カルシウムイオンおよびリン酸イオンの濃度はアパタイト類の沈着効率が低下しない限り特に制限されないが、本発明ではカルシウムイオンおよびリン酸イオンの濃度が低くてもアパタイト類を効率よく沈着できる。前記水溶液は、リン酸カルシウムに対して過飽和量のカルシウムイオンおよびリン酸イオンを含むことが好ましい。すなわち、リン酸カルシウムの溶解度を越える濃度でカルシウムイオンおよびリン酸イオンを含むことが好ましい。なお、水溶液ではリン酸カルシウムが析出しないことが好ましいが、水相が過飽和である限り、リン酸カルシウムが析出していてもよい。
【００３６】
例えば、温度３６．５℃において、前記水溶液中のカルシウムイオン濃度は、２〜５０ｍＭ程度の範囲から選択でき、通常、２．５ｍＭ以上（２．５〜３０ｍＭ、好ましくは２．５〜２０ｍＭ、特に３〜１０ｍＭ）であり、リン酸イオンの濃度は、０．５〜５０ｍＭ／Ｌ程度の範囲から選択でき、通常、１ｍＭ以上（１〜３０ｍＭ、好ましくは１〜２０ｍＭ、特に１．２〜１０ｍＭ）である。
【００３７】
なお、水溶液は、他のイオン種、例えば、金属イオン［アルカリ金属イオン（ナトリウム、カリウムイオンなど）、アルカリ土類金属イオン（マグネシウムイオンなど）、チタンイオン、ジルコニウムイオン、コバルトイオン、ケイ素イオンなど］、ハロゲンイオン（臭素アニオン、塩素アニオン、フッ素アニオンなど）、炭酸イオン、炭酸水素イオンおよび硫酸イオンなどを含んでいてもよい。これらのイオン種は、リン酸カルシウム系化合物の組成や結晶構造に対応させて、単独で又は二種以上組み合わせて選択可能である。
【００３８】
カルシウムイオンおよびリン酸イオンを含む水溶液のｐＨは、緩衝剤により調整してもよい。緩衝剤としては、トリス（Ｔｒｉｓ）［トリス（ヒドロキシメチル）アミノメタン］緩衝剤、リン酸系緩衝剤、ホウ酸系緩衝剤、炭酸系緩衝剤、クエン酸系緩衝剤および酢酸系緩衝剤などが利用できる。水溶液のｐＨは、通常、６〜８程度である。
【００３９】
代表的な水溶液としては、以下の組成を有する溶液が例示される：
（１）Ｎａ^＋１４２ｍＭ、Ｋ^＋５ｍＭ、Ｃａ^２＋２．５ｍＭ、Ｍｇ^２＋１．５ｍＭ、Ｃ１⁻ １４８．８ｍＭ、ＨＣＯ_３ ⁻ ４．２ｍＭ、ＨＰＯ_４ ^２− １ｍＭ、ＳＯ_４ ^２− ０．５ｍＭを含み、トリス緩衝剤でｐＨを７．２５〜７．４に調整した水溶液、
（２）Ｎａ^＋２１３ｍＭ、Ｋ^＋７．５ｍＭ、Ｃａ^２＋３．８ｍＭ、Ｍｇ^２＋２．３ｍＭ、Ｃｌ⁻ ２２３．３ｍＭ、ＨＣＯ_３ ⁻ ６．３ｍＭ、ＨＰＯ_４ ^２− １．５ｍＭ、ＳＯ_４ ^２− ０．７５ｍＭを含み、トリス緩衝剤でｐＨを７．２５〜７．４に調整した水溶液。
【００４０】
前記のゲル化物と水溶液とを接触させる方法は、ゲル化物の表面および／または内部にアパタイト類（リン酸カルシウム系化合物）を沈着できる方法であればよく、噴霧法、含浸法および塗布法などであってもよいが、水溶液中へ浸漬する方法が簡便である。ゲル化物と水溶液との接触温度（例えば、浸漬温度）は、被覆するアパタイト類（リン酸カルシウム系化合物）に応じて、１０〜１００℃の範囲から適宜選択でき、通常、１０〜６０℃、好ましくは２０〜５０℃、さらに好ましくは３０〜４５℃（例えば、３５〜３９℃）である。接触時間（例えば、浸漬時間）はアパタイト類の種類に応じて選択でき、通常、１０日間以内（特に７日間以内）である。なお、水溶液中へゲル化物を浸漬する場合、通常、靜置状態でアパタイトをゲル化物に沈着させるが、必要であれば、該水溶液を撹拌してもよい。
【００４１】
前記アパタイト類の代表的な化合物はヒドロキシアパタイト（Ｃａ_１０（ＰＯ_４）_６（ＯＨ）_２）であるが、前記アパタイト類は、リン酸カルシウム系化合物、例えば、リン酸水素カルシウム（ＣａＨＰＯ_４）およびリン酸カルシウム（Ｃａ_３(ＰＯ_４)_２）なども包含する。
【００４２】
なお、必要であれば、得られた有機−無機ハイブリッド体を焼成処理に付すことによって、該ハイブリッド体中に焼結アパタイト類（焼結ヒドロキシアパタイトなど）を生成させてもよい。
【００４３】
本発明による有機−無機ハイブリッド体は、そのまま目的とする用途に用いてもよいが、特に、医療用途等に用いる場合には、殺菌または滅菌処理に付してから用いることが好ましい。殺菌または滅菌処理法としては、湿熱蒸気滅菌法、ガンマ線滅菌法、エチレンオキサイドガス滅菌法、薬剤殺菌法および紫外線殺菌法等が例示されるが、湿熱蒸気滅菌法、ガンマ線滅菌法およびエチレンオキサイドガス滅菌法は、滅菌効率が高く、しかも該ハイブリッド体に与える影響が少ないので好ましい。
【００４４】
本発明による有機−無機ハイブリッド体は、特に、生体親和性または生体適合性に優れているために、例えば、人工骨、人工歯根、骨修復剤、骨充填剤、顎骨再建基材および人工関節固定化材などの生体埋植材料として利用できる。
【００４５】
【実施例】
以下に、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【００４６】
実施例１
アルギン酸ナトリウム（和光純薬工業(株)の製品；５００ｃｐ）０．２ｇを超純水２０ｍｌに溶解させた溶液中へ、アミノプロピルトリエトキシシラン（シグマアルドリッチジャパン社の製品）７１ｍｇと１−エチル−３−(３−ジメチルアミノプロピル)−カルボジイミド塩酸塩（ＥＤＣ・ＨＣｌ；(株)ペプチド研究所の製品）３７４ｍｇを添加して溶解させ、得られた溶液を室温で３日間静置することによりゲル化物を調製した。得られたゲル化物を、塩化カルシウムおよび塩化ナトリウムをそれぞれ２．５ｍＭおよび１４３ｍＭの濃度で含有する水溶液で十分に洗浄した後、さらに超純水を用いて数回洗浄し、次いで凍結乾燥処理に付すことによってキセロゲル状のゲル化物を調製した。
【００４７】
該ゲル化物を１ＭのＣａＣｌ_２水溶液（３６．５℃）中に２４時間浸漬した。次いで、該水溶液から引く上げたゲル化物の表面を超純水で洗浄した後、該ゲル化物を、トリス緩衝剤でｐＨを７．２５に調整した水溶液であって、Ｎａ^＋（１４２ｍＭ）、Ｋ^＋（５ｍＭ）、Ｃａ^２＋（２．５ｍＭ）、Ｍｇ^２＋（１．５ｍＭ）、Ｃｌ⁻（１４８．８ｍＭ）、ＨＣＯ_３ ⁻（４．２ｍＭ）、ＨＰＯ_４ ^２−（１ｍＭ）およびＳＯ_４ ^２−（０．５ｍＭ）を含有する水溶液（３６．５℃）中に７日間浸漬した。該水溶液から引き上げたゲル化物は、超純水で洗浄した後、乾燥処理に付した。乾燥後のゲル化物の表面および断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、ゲル化物の表面および断面には、ヒドロキシアパタイトの結晶に特徴的な針状微結晶の集合体からなる球状の結晶が多数存在していた。
【００４８】
実施例２
Ｎ−ヒドロキシコハク酸イミド（ＨＯＳｕ；(株)ペプチド研究所の製品）２．３ｇ（２０ｍｍｏｌ）を酢酸エチル１５０ｍｌに溶解させた溶液に、酢酸エチル１０ｍｌにエチレンジアミン（ＥＤＡ；和光純薬工業(株)の製品）０．６ｇ（１０ｍｍｏｌ）を溶解させた溶液を室温で撹拌しながら滴下した。滴下終了後、反応溶液の撹拌をさらに１時間続行した。析出した結晶を熱メタノールから再結晶させることによって、エチレンジアミン２Ｎ−ヒドロキシコハク酸イミド塩（ＥＤＡ・２ＨＯＳｕ）を２．０ｇ得た（収率：約７０％）。
【００４９】
アルギン酸ナトリウム（(株)キミカの製品；グレード：Ｉ−１Ｍ；Ｍ／Ｇ比：２．４；８９ｍＰａ）０．２ｇを超純水２０ｍｌに溶解させた溶液中へ、ＥＤＡ・２ＨＯＳｕ４３．７ｍｇ、アミノプロピルトリエトキシシラン（シグマアルドリッチジャパン社の製品）７１ｍｇおよび１−エチル−３−(３−ジメチルアミノプロピル)−カルボジイミド塩酸塩（ＥＤＣ・ＨＣｌ；(株)ペプチド研究所の製品）３７４ｍｇを添加して溶解させ、得られた溶液を室温で３日間静置することによってゲル化物を調製した。得られたゲル化物を、塩化カルシウムおよび塩化ナトリウムをそれぞれ２．５ｍＭおよび１４３ｍＭの濃度で含有する水溶液で十分に洗浄した後、さらに超純水を用いて数回洗浄し、次いで凍結乾燥処理に付すことによってキセロゲル状のゲル化物を調製した。
【００５０】
該ゲル化物を、トリス緩衝剤でｐＨを７．２５に調製した水溶液であって、Ｎａ^＋（２１３ｍＭ）、Ｋ^＋（７．５ｍＭ）、Ｃａ^２＋（３．８ｍＭ）、Ｍｇ^２＋（２．３ｍＭ）、Ｃｌ⁻（２２３．３ｍＭ）、ＨＣＯ_３ ⁻（６．３ｍＭ）、ＨＰＯ_４ ^２−（１．５ｍＭ）およびＳＯ_４ ^２−（０．７５ｍＭ）を含有する水溶液（３６．５℃）中へ７日間浸漬した。該水溶液から引き上げたゲル化物は、超純水で洗浄した後、風乾処理に付した。得られたゲル化物を走査型電子顕微鏡で観察したところ、該ゲル化物の表面および断面にヒドロキシアパタイトの微結晶が確認された。
【００５１】
実施例３
アルギン酸ナトリウム（(株)キミカの製品；グレード：Ｉ−１Ｍ；Ｍ／Ｇ比：２．４；８９ｍＰａ）０．２ｇを超純水２０ｍｌに溶解させた溶液中へ、アミノプロピルトリエトキシシラン（シグマアルドリッチジャパン社の製品）７１ｍｇと１−エチル−３−(３−ジメチルアミノプロピル)−カルボジイミド塩酸塩（ＥＤＣ・ＨＣｌ；(株)ペプチド研究所の製品）３７４ｍｇを添加して溶解させ、得られた溶液を室温で３日間静置することによってゲル化物を調製した。
得られたゲル化物を、塩化カルシウムおよび塩化ナトリウムをそれぞれ２．５ｍＭおよび１４３ｍＭの濃度で含有する水溶液で十分に洗浄した後、さらに超純水を用いて数回洗浄し、次いで凍結乾燥処理に付すことによってキセロゲル状のゲル化物を調製した。
【００５２】
該ゲル化物を１ＭのＣａＣｌ_２水溶液（３６．５℃）中に２４時間浸漬した。次いで、該水溶液から引く上げたゲル化物の表面を超純水で洗浄した後、該ゲル化物を、トリス緩衝剤でｐＨを７．２５に調整した水溶液であって、Ｎａ^＋（２１３ｍＭ）、Ｋ^＋（７．５ｍＭ）、Ｃａ^２＋（３．８ｍＭ）、Ｍｇ^２＋（２．３ｍＭ）、Ｃｌ⁻（２２３．３ｍＭ）、ＨＣＯ_３ ⁻（６．３ｍＭ）、ＨＰＯ_４ ^２−（１．５ｍＭ）およびＳＯ_４ ^２−（０．７５ｍＭ）を含有する水溶液（３６．５℃）中に７日間浸漬した。該水溶液から引き上げたゲル化物は、超純水で洗浄した後、乾燥処理に付した。乾燥後のゲル化物の表面および断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、ゲル化物の表面および断面には、ヒドロキシアパタイトの微結晶が確認された（図１参照）。
【００５３】
比較例１
アルギン酸ナトリウム（和光純薬工業(株)の製品；５００ｃｐ）０．２ｇを超純水２０ｍｌに溶解させた溶液中へ、ＥＤＡ・２ＨＯＳｕ４３．７ｍｇと１−エチル−３−(３−ジメチルアミノプロピル)−カルボジイミド塩酸塩（ＥＤＣ・ＨＣｌ；(株)ペプチド研究所の製品）３７４ｍｇを添加して溶解させ、得られた溶液を室温で３日間静置することによってゲル化物を調製した。得られたゲル化物を、塩化カルシウムおよび塩化ナトリウムをそれぞれ２．５ｍＭおよび１４３ｍＭの濃度で含有する水溶液で十分に洗浄した後、さらに超純水を用いて数回洗浄し、次いで凍結乾燥処理に付すことによってキセロゲル状のゲル化物を調製した。
【００５４】
該ゲル化物を１ＭのＣａＣｌ_２水溶液（３６．５℃）中に２４時間浸漬した。次いで、該水溶液から引く上げたゲル化物の表面を超純水で洗浄した後、該ゲル化物を、トリス緩衝剤でｐＨを７．２５に調整した水溶液であって、Ｎａ^＋（２１３ｍＭ）、Ｋ^＋（７．５ｍＭ）、Ｃａ^２＋（３．８ｍＭ）、Ｍｇ^２＋（２．３ｍＭ）、Ｃｌ⁻（２２３．３ｍＭ）、ＨＣＯ_３ ⁻（６．３ｍＭ）、ＨＰＯ_４ ^２−（１．５ｍＭ）およびＳＯ_４ ^２−（０．７５ｍＭ）を含有する水溶液（３６．５℃）中に７日間浸漬した。該水溶液から引き上げたゲル化物は、超純水で洗浄した後、乾燥処理に付した。乾燥後のゲル化物の表面および断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、ゲル化物の表面および断面には、ヒドロキシアパタイトの結晶が全く認められなかった。
【００５５】
比較例２
アルギン酸ナトリウム（和光純薬工業(株)の製品；５００ｃｐ）０．２ｇを超純水２０ｍｌに溶解させた溶液中へアミノプロピルトリエトキシシラン（シグマアルドリッチジャパン社の製品）７１ｍｇを添加して溶解させ、得られた溶液を室温で３日間静置したところ、ゲル化物は生成しなかった。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、シラノール基を含有するゲル化物に対してヒドロキシアパタイトを効率よく沈着させることができ、これによってヒドロキシアパタイトが高い密着力で三次元的に複合した有機−無機ハイブリッド体を得ることができる。この場合、過飽和濃度のカルシウムイオンとリン酸イオンを含有する水溶液を用いると、ゲル化物に対してヒドロキシアパタイトを短時間内にさらに効率よく複合化することが可能となるので、有機−無機ハイブリッド体の生産性を向上させることができる。
また、本発明によって提供される有機−無機ハイブリッド体は、生体適合性や生体活性が高いため、生体に適用しても高い修復性と安全性が保証される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例３で得られたゲル化物の表面の走査型電子顕微鏡写真である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a novel organic-inorganic hybrid of a gel base material containing a polysaccharide having a silanol group and apatites, in particular, an artificial bone, a bone repair material, a bone filling material, an artificial joint fixing material, a jaw bone reconstruction material, and The present invention relates to an organic-inorganic hybrid body useful as a biocompatible material such as a biological implant material such as a base material for construction of bone tissue by tissue engineering or regenerative medicine, and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, specific ceramics such as “Bioglass” (registered trademark) and crystallized glass A-W [“Cerabone” (registered trademark) A-W] as bioactive glass have been in vivo. It is known to bind to bone. This bonding between the ceramic and the bone is caused by forming a hydroxyapatite layer on the surface of the ceramic in an aqueous solution having an ionic concentration close to that of a body fluid in vivo or human. The binding mechanism is as follows. First, silicate ions and silanol groups formed on the surface of the ceramic react with calcium and phosphate ions in the aqueous solution to form hydroxyapatite nuclei. It is thought to grow by taking in supersaturated calcium and phosphate ions.
[0003]
In this field, various findings have been obtained in relation to the above technique. For example, substrates of various shapes such as plates, rods, fibers, and granules are coated with liquid silica hydrosol or gel, dried and heat-treated to bind silica gel to the substrate. Later, a bioactive layer coating method was proposed in which a hydroxyapatite layer was coated on the surface of a substrate by immersing it in an aqueous solution (pseudo body fluid) containing calcium and phosphate ions in a supersaturated amount with respect to hydroxyapatite. (See Patent Document 1). Patent Document 1 also describes that the apatite coating material can be used for artificial bones, bioimplantable materials, bioimplantable medical devices and instruments, but the base material is difficult to be decomposed in vivo, In addition, since it has significantly different strength and flexibility from bone, various problems occur due to long-term implantation in a living body.
[0004]
On the other hand, a polymer gel obtained by cross-linking a polysaccharide such as alginic acid with a covalent bond (see Patent Document 2) is excellent in water swellability and low toxicity. It has been reported that it is excellent as a material, and as a base material for bone forming materials and angiogenic materials (see Non-Patent Document 1). However, the polymer gel obtained from the polysaccharide has high flexibility, but has low strength, so it cannot be used alone for a bone defect where a load is applied.
[0005]
A self-curing material composed of hydroxyapatite fine powder and a sodium alginate aqueous solution has been reported as a filling material for bone defects having strength and flexibility (see Non-Patent Document 2). A curable composition has been proposed in which a phosphoric acid component, a calcium component, or an alginic acid compound is contained in either or both of the powder part and the kneading liquid (see Patent Document 3). A tissue enhancing substance in which ceramic particles such as calcium phosphate are suspended in a polysaccharide gel has been proposed (see Patent Document 4). A bone cement paste comprising a cement powder containing tricalcium phosphate and another calcium phosphate, an agglomeration accelerator such as alginate, and a hardening accelerator of disodium hydrogen phosphate has been proposed (see Patent Document 5).
[0006]
In addition, it has been reported that a compound in which a silane compound is bonded to a water-soluble polysaccharide such as hydroxypropylmethylcellulose or hydroxyethylcellulose is cured by condensation of silanol groups generated by hydrolysis (see Non-Patent Documents 3 and 4). In addition, polysiloxane particles obtained by copolymerizing a hydrophilic substance such as a polysaccharide with a polysiloxane or silane to produce a silanolic hydroxyl group by hydrolysis and those having a silanolic hydroxyl group are proposed. (See Patent Document 6). However, none of these exhibit mechanical properties similar to bones and are not excellent in biodegradability.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-5-103829
[Patent Document 2]
JP-A-8-24325
[Patent Document 3]
JP-A-7-289627
[Patent Document 4]
Japanese Patent Publication No. 2003-507351
[Patent Document 5]
JP 2000-295 A
[Patent Document 6]
JP 2000-191792 A
[0008]
[Non-Patent Document 1]
Edited by Masao Tanihara, "Organic / inorganic hybrids and tissue regeneration materials" IPC, Tokyo, 2002, pp. 31-53
[Non-Patent Document 2]
J. Biomed. Mater. Res., 1995, 29, 329-336
[Non-Patent Document 3]
Adv. Colloid. Interface Sci., 2002, 99 (3), 215-228
[Non-Patent Document 4]
Biopolymers, 2002, 63 (4), 232-238
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the object of the present invention is to form a hybrid body in which the bone-like apatite is three-dimensionally nano-scaled with respect to the polysaccharide base material, and has the same flexibility and strength as the bone. It is an object of the present invention to provide a method capable of easily and efficiently producing a novel organic-inorganic hybrid body that is decomposed and absorbed by the above-described method and that is highly repairable and safe even when applied to a living body.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have immersed a material in which a silanol group is introduced into a water-soluble polysaccharide in an aqueous solution (or pseudo body fluid) containing calcium ions and phosphate ions. The present inventors have found that bone-like apatite precipitates efficiently not only on the surface of the material but also inside the material to form a three-dimensional organic-inorganic hybrid body, thereby completing the present invention.
[0011]
That is, the present invention is to contact a gel substrate mainly composed of a water-soluble polysaccharide to which a compound having a silanol group is covalently bonded with an aqueous solution containing calcium ions and phosphate ions. The present invention relates to a method for producing an organic-inorganic hybrid body including depositing a metal.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to the production method of the present invention, a water-soluble polysaccharide obtained by covalently bonding a compound containing a silanol group is cross-linked with a polysaccharide part and / or a compound part containing a silanol group to be gelled, and molded into an arbitrary shape. Thereafter, an aqueous solution containing calcium ions and phosphate ions is brought into contact, and an apatite (calcium phosphate compound or calcium phosphate ceramic) is deposited on the surface and inside of the molded gel body to produce an organic-inorganic hybrid.
[0013]
In the present invention, hydroxyapatites are usually used as the apatites.
[0014]
Examples of the molded gel body include one-dimensional, two-dimensional or three-dimensional structures of gelled water-soluble polysaccharides containing silanol groups, such as fibers, woven fabrics, knitted fabrics, and nonwoven fabrics composed of the fibers. Films, sheets, sponges, powders and beads are used.
[0015]
As the aqueous solution used in the present invention, an aqueous solution containing supersaturated calcium and phosphate ions with respect to calcium phosphate, that is, calcium ions and phosphate at a concentration exceeding the solubility of calcium phosphate (about 0.0025 g / 100 g of water). It is advantageous to use an aqueous solution containing ions. The concentration of calcium ions and phosphate ions is, for example, at 36.5 ° C., 2.5 mM or higher calcium ions (for example, 2.5 to 30 mM, preferably 2.5 to 20 mM) and 1 mM or higher phosphate ions (for example, 1 to 30 mM, preferably 1 to 20 mM).
[0016]
The present invention also includes an organic-inorganic hybrid obtained by the production method according to the present invention.
[0017]
In the present specification, the “silanol group” means a hydroxysilyl group represented by the following formula (I) or the following formula (II) (wherein R is an alkyl such as a methyl group, an ethyl group, and a butyl group). Hydrolyzed like an alkoxysilyl group represented by the following formula (III) (wherein X represents a halogen atom such as a fluorine atom or a chlorine atom) A functional group that easily generates a hydroxysilyl group by reaction.
[0018]
[Chemical 1]

[Chemical 2]

[Chemical Formula 3]

[0019]
The term “nonwoven fabric” is used to mean not only a nonwoven fabric having a web structure in which fibers are intertwined but also a paper having a web structure or a papermaking structure. Further, the term “apatites” is used to mean not only hydroxyapatite but also apatite in which OH constituting hydroxyapatite is substituted with a halogen element, such as chloroapatite and fluorapatite.
[0020]
The organic-inorganic hybrid body according to the present invention is composed of a gelled product made of a water-soluble polysaccharide containing a silanol group and apatites (calcium phosphate compound or calcium phosphate ceramics) deposited on the gelled product. In the production method according to the present invention, since the gelled product is brought into contact with an aqueous solution containing calcium ions and phosphate ions, the apatites are in a homogeneous bone-like crystal form. In addition, it is a feature of the inorganic-organic hybrid according to the present invention that apatites are deposited and hybridized on the surface and / or inside of the gelled product.
[0021]
The compound having a silanol group is a hydroxysilyl group represented by the above formula (I), an alkoxysilyl group represented by the above formula (II), or a halogenated silyl group represented by the above formula (III). Having a functional group that easily generates a hydroxysilyl group in a hydrolysis reaction, such as an amino group, a carboxyl group, an aldehyde group, an epoxy group, a hydroxyl group, a halogenated alkyl group, an isocyanate group, a vinyl group, and the like A compound having in its molecule a functional group capable of forming a covalent bond with a water-soluble polysaccharide such as a mercapto group. For example, aminopropyltriethoxysilane, vinyltrichlorosilane, vinyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, 3-chloropropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxy Examples include silane and 3-isocyanatopropyltriethoxysilane.
[0022]
As the water-soluble polysaccharide, any water-soluble polysaccharide having a reactive group such as a hydroxyl group, a carboxyl group, and an amino group in the molecule may be used. Examples of such a polysaccharide include alginic acid, hyaluronic acid, heparin. Heparan sulfate, dermatan sulfate, chitosan, starch, amylose, hydroxypropylcellulose, hydroxyethylcellulose and the like are exemplified.
[0023]
The compound having a silanol group and the water-soluble polysaccharide are preferably crosslinked by a covalent bond. The covalent bond may be formed by directly bonding a compound having a silanol group and a reactive group such as a hydroxyl group, a carboxyl group and an amino group of a water-soluble polysaccharide, or a diamine, a dicarboxylic acid or a diepoxide, etc. It may be carried out by a conventional method using a polyvalent crosslinking agent.
[0024]
Formation of gelled product consisting of water-soluble polysaccharides containing silanol groups is a normal organic chemical reaction with polyvalent cross-linking agents such as diamine, dicarboxylic acid, diepoxide, and dialdehyde between reactive groups of water-soluble polysaccharides. Or may be crosslinked by a condensation reaction between silanol groups of a compound having a silanol group. These crosslinking methods may be used in combination. In the condensation reaction between silanol groups of a compound having a silanol group, a compound that forms a polyvalent silanol group may coexist as a crosslinking agent.
[0025]
Examples of the polyvalent crosslinking agent include ethylenediamine, oxalic acid, succinic acid, β-alanine and glutaraldehyde.
[0026]
Examples of the compound that forms a polyvalent silanol group include methyltrichlorosilane, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, and dimethyldidiethoxysilane.
[0027]
The gelled product composed of the water-soluble polysaccharide containing a silanol group may be present at least on the surface and / or inside thereof, and the shape and structure of the gelled product are not particularly limited. For example, gelled products are in the form of granules, granules, pellets, amorphous granules, etc., as well as one-dimensional structures such as fibers, linear or rod-like bodies (rods), films, sheets, cloths, circles, etc. It may be a two-dimensional structure such as a plate such as a plate, a three-dimensional structure such as a sponge, a cylinder, a polygon, a block, a screw, etc., and the gelled product may be a non-porous material, or It may be a porous body. Preferred gelled products include fibers, fabrics (woven fabrics, knitted fabrics or nonwoven fabrics and papers) composed of the fibers, films, sheets and sponges.
[0028]
The gelled product may be a water-soluble polysaccharide containing a silanol group alone, or may be formed of a composition containing a water-soluble polysaccharide containing a silanol group, or the surface may have a silanol group. You may form by coat | covering with the water-soluble polysaccharide to contain or the composition containing them. Further, a porous substrate such as a fiber, cloth or porous body may be impregnated with a water-soluble polysaccharide containing a silanol group.
[0029]
The content of the water-soluble polysaccharide containing a silanol group in the gelled product is 1 to 100% by weight, preferably 5 to 100% by weight, and more preferably 10 to 100% by weight. In addition, when coat | covering a base material with the composition of the said water-soluble polysaccharide containing the silanol group, the coating amount is 1-50 g / m, for example.², Preferably 1-30 g / m²More preferably, 1-10 g / m²It is.
[0030]
The form of the gelled product can be selected depending on the application. For example, when used as a covering material or a bone repair material for a fracture site, a two-dimensional structure such as a woven fabric, a knitted fabric, a nonwoven fabric, a film and a sheet, or a three-dimensional structure such as a sponge is preferably used. When used for reconstruction of the jawbone or fixation of the artificial joint, particles, powders, or pastes in which these are suspended in a physiologically acceptable liquid are preferably used.
[0031]
The gelled product may be pretreated in advance and contacted with an aqueous solution containing calcium ions and phosphate ions. For example, when the gelled product is treated with an aqueous solution (pretreatment solution) containing calcium ions, the deposition rate and adhesion of apatites can be improved. The pretreatment liquid containing calcium ions usually contains calcium ions at a concentration of 0.1 M or more (for example, 0.1 to 10 M, preferably 0.5 to 7.5 M, more preferably 1 to 5 M). . The pretreatment of the gelled product can be performed by a conventional method such as dipping, impregnation and coating.
[0032]
In the present invention, the apatite is deposited on the gelled product by bringing the gelled product into contact with an aqueous solution (or pseudo body fluid) containing calcium ions and phosphate ions.
[0033]
Calcium ions can be introduced into the aqueous solution by using various calcium compounds. Examples of calcium compounds include calcium halide (such as calcium chloride), calcium hydroxide, calcium oxide, inorganic acid salts (such as calcium nitrate, calcium sulfate, calcium carbonate, and calcium hydrogen carbonate) and organic acid salts (such as calcium acetate). Etc. can be exemplified. These calcium compounds can be used alone or in combination of two or more.
[0034]
Phosphate ions can also be introduced into the aqueous solution by using various phosphate components. For example, orthophosphoric acid or a salt thereof (alkali metal phosphates such as sodium phosphate and potassium phosphate, ammonium phosphate, sodium hydrogen phosphate, potassium hydrogen phosphate such as alkali metal phosphate, ammonium hydrogen phosphate and Examples thereof include calcium hydrogen phosphate). These compounds can also be used alone or in combination of two or more.
[0035]
In the aqueous solution, the concentrations of calcium ions and phosphate ions are not particularly limited as long as the deposition efficiency of apatites is not lowered, but in the present invention, apatites can be deposited efficiently even if the concentrations of calcium ions and phosphate ions are low. The aqueous solution preferably contains a supersaturated amount of calcium ions and phosphate ions with respect to calcium phosphate. That is, it is preferable to contain calcium ions and phosphate ions at a concentration exceeding the solubility of calcium phosphate. In addition, although it is preferable that calcium phosphate does not precipitate in aqueous solution, as long as the aqueous phase is supersaturated, calcium phosphate may precipitate.
[0036]
For example, at a temperature of 36.5 ° C., the calcium ion concentration in the aqueous solution can be selected from the range of about 2 to 50 mM, and is usually 2.5 mM or more (2.5 to 30 mM, preferably 2.5 to 20 mM, particularly 3 to 10 mM), and the concentration of phosphate ions can be selected from the range of about 0.5 to 50 mM / L, and is usually 1 mM or more (1 to 30 mM, preferably 1 to 20 mM, particularly 1.2 to 10 mM). It is.
[0037]
In addition, aqueous solution is other ion species, for example, metal ions [alkali metal ions (sodium, potassium ions, etc.), alkaline earth metal ions (magnesium ions, etc.), titanium ions, zirconium ions, cobalt ions, silicon ions, etc.] , Halogen ions (bromine anion, chlorine anion, fluorine anion, etc.), carbonate ion, hydrogen carbonate ion, sulfate ion and the like may be contained. These ionic species can be selected singly or in combination of two or more in accordance with the composition and crystal structure of the calcium phosphate compound.
[0038]
The pH of the aqueous solution containing calcium ions and phosphate ions may be adjusted with a buffer. Buffers include Tris [Tris (hydroxymethyl) aminomethane] buffer, phosphate buffer, borate buffer, carbonate buffer, citrate buffer, and acetate buffer. Available. The pH of the aqueous solution is usually about 6-8.
[0039]
Exemplary aqueous solutions include solutions having the following composition:
(1) Na⁺ 142 mM, K⁺ 5 mM, Ca²⁺ 2.5 mM, Mg²⁺1.5 mM, C1⁻ 148.8 mM, HCO₃ ⁻ 4.2 mM, HPO₄ ^2- 1 mM, SO₄ ^2- An aqueous solution containing 0.5 mM and having a pH adjusted to 7.25 to 7.4 with Tris buffer,
(2) Na⁺ 213 mM, K⁺ 7.5 mM, Ca²⁺ 3.8 mM, Mg²⁺ 2.3 mM, Cl⁻ 223.3 mM, HCO₃ ⁻ 6.3 mM, HPO₄ ^2- 1.5 mM, SO₄ ^2- An aqueous solution containing 0.75 mM and having a pH adjusted to 7.25 to 7.4 with Tris buffer.
[0040]
The method of bringing the gelled product into contact with the aqueous solution may be any method that can deposit apatites (calcium phosphate compounds) on the surface and / or inside of the gelled product, such as a spray method, an impregnation method, and a coating method. However, the method of immersing in an aqueous solution is simple. The contact temperature (for example, immersion temperature) between the gelled product and the aqueous solution can be appropriately selected from the range of 10 to 100 ° C. depending on the apatite (calcium phosphate compound) to be coated, and is usually 10 to 60 ° C., preferably 20 It is -50 degreeC, More preferably, it is 30-45 degreeC (for example, 35-39 degreeC). The contact time (for example, immersion time) can be selected according to the type of apatite, and is usually within 10 days (particularly within 7 days). In addition, when a gelled material is immersed in an aqueous solution, apatite is usually deposited on the gelled material in a standing state, but the aqueous solution may be stirred if necessary.
[0041]
A representative compound of the apatites is hydroxyapatite (Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂However, the apatites are calcium phosphate compounds such as calcium hydrogen phosphate (CaHPO).₄) And calcium phosphate (Ca₃(PO₄)₂) And the like.
[0042]
If necessary, sintered apatites (such as sintered hydroxyapatite) may be produced in the hybrid body by subjecting the obtained organic-inorganic hybrid body to a firing treatment.
[0043]
The organic-inorganic hybrid according to the present invention may be used for the intended purpose as it is, but in particular, when used for medical purposes, it is preferably used after being sterilized or sterilized. Examples of sterilization or sterilization methods include wet heat steam sterilization method, gamma ray sterilization method, ethylene oxide gas sterilization method, chemical sterilization method and ultraviolet ray sterilization method. The method is preferable because it has high sterilization efficiency and little influence on the hybrid.
[0044]
Since the organic-inorganic hybrid body according to the present invention is particularly excellent in biocompatibility or biocompatibility, for example, artificial bone, artificial tooth root, bone repair agent, bone filler, jaw bone reconstruction base and artificial joint fixation It can be used as biological implant materials such as chemicals.
[0045]
【Example】
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
[0046]
Example 1
In a solution of 0.2 g of sodium alginate (product of Wako Pure Chemical Industries, Ltd .; 500 cp) dissolved in 20 ml of ultrapure water, 71 mg of aminopropyltriethoxysilane (product of Sigma-Aldrich Japan) and 1-ethyl- Gel was obtained by adding 374 mg of 3- (3-dimethylaminopropyl) -carbodiimide hydrochloride (EDC · HCl; product of Peptide Institute, Inc.) and allowing the resulting solution to stand at room temperature for 3 days. The compound was prepared. The obtained gelled product is thoroughly washed with an aqueous solution containing calcium chloride and sodium chloride at concentrations of 2.5 mM and 143 mM, respectively, and further washed several times with ultrapure water, and then subjected to lyophilization treatment. Thus, a xerogel-like gelled product was prepared.
[0047]
The gelled product was added with 1M CaCl.₂It was immersed in an aqueous solution (36.5 ° C.) for 24 hours. Next, after the surface of the gelled product pulled up from the aqueous solution is washed with ultrapure water, the gelled product is an aqueous solution whose pH is adjusted to 7.25 with a Tris buffer.⁺(142 mM), K⁺(5 mM), Ca²⁺(2.5 mM), Mg²⁺(1.5 mM), Cl⁻(148.8 mM), HCO₃ ⁻(4.2 mM), HPO₄ ^2-(1 mM) and SO₄ ^2-It was immersed for 7 days in an aqueous solution (36.5 ° C.) containing (0.5 mM). The gelled product pulled up from the aqueous solution was washed with ultrapure water and then subjected to a drying treatment. When the surface and cross-section of the gelled product after drying were observed with a scanning electron microscope, the surface and cross-section of the gelled product had many spherical crystals consisting of an aggregate of acicular microcrystals characteristic of hydroxyapatite crystals. Existed.
[0048]
Example 2
In a solution of 2.3 g (20 mmol) of N-hydroxysuccinimide (HOSu; Peptide Laboratory Co., Ltd.) dissolved in 150 ml of ethyl acetate, 10 ml of ethyl acetate and ethylenediamine (EDA; Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) A solution in which 0.6 g (10 mmol) was dissolved was added dropwise with stirring at room temperature. After completion of the dropwise addition, the reaction solution was further stirred for 1 hour. The precipitated crystals were recrystallized from hot methanol to obtain 2.0 g of ethylenediamine 2N-hydroxysuccinimide salt (EDA · 2HOSu) (yield: about 70%).
[0049]
A solution of 0.2 g of sodium alginate (Product of Kimika Co., Ltd .; grade: I-1M; M / G ratio: 2.4; 89 mPa) dissolved in 20 ml of ultrapure water, 43.7 mg of EDA · 2HOSu, amino 71 mg of propyltriethoxysilane (a product of Sigma-Aldrich Japan) and 374 mg of 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) -carbodiimide hydrochloride (EDC · HCl; a product of Peptide Laboratories) were added. The gelled product was prepared by dissolving and allowing the resulting solution to stand at room temperature for 3 days. The obtained gelled product is thoroughly washed with an aqueous solution containing calcium chloride and sodium chloride at concentrations of 2.5 mM and 143 mM, respectively, and further washed several times with ultrapure water, and then subjected to lyophilization treatment. Thus, a xerogel-like gelled product was prepared.
[0050]
The gelled product was an aqueous solution adjusted to pH 7.25 with Tris buffer,⁺(213 mM), K⁺(7.5 mM), Ca²⁺(3.8 mM), Mg²⁺(2.3 mM), Cl⁻(223.3 mM), HCO₃ ⁻(6.3 mM), HPO₄ ^2-(1.5 mM) and SO₄ ^2-It was immersed in an aqueous solution (36.5 ° C.) containing (0.75 mM) for 7 days. The gelled product pulled up from the aqueous solution was washed with ultrapure water and then air-dried. When the obtained gelled product was observed with a scanning electron microscope, hydroxyapatite microcrystals were confirmed on the surface and cross section of the gelled product.
[0051]
Example 3
Aminopropyltriethoxysilane (Sigma) into a solution of 0.2 g of sodium alginate (product of Kimika Co., Ltd .; grade: I-1M; M / G ratio: 2.4; 89 mPa) dissolved in 20 ml of ultrapure water. Aldrich Japan Co., Ltd.) 71 mg and 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) -carbodiimide hydrochloride (EDC.HCl; Peptide Laboratory Co., Ltd.) 374 mg were added and dissolved to obtain. A gelled product was prepared by allowing the solution to stand at room temperature for 3 days.
The obtained gelled product is thoroughly washed with an aqueous solution containing calcium chloride and sodium chloride at concentrations of 2.5 mM and 143 mM, respectively, and further washed several times with ultrapure water, and then subjected to lyophilization treatment. Thus, a xerogel-like gelled product was prepared.
[0052]
The gelled product was added with 1M CaCl.₂It was immersed in an aqueous solution (36.5 ° C.) for 24 hours. Next, after the surface of the gelled product pulled up from the aqueous solution is washed with ultrapure water, the gelled product is an aqueous solution whose pH is adjusted to 7.25 with a Tris buffer.⁺(213 mM), K⁺(7.5 mM), Ca²⁺(3.8 mM), Mg²⁺(2.3 mM), Cl⁻(223.3 mM), HCO₃ ⁻(6.3 mM), HPO₄ ^2-(1.5 mM) and SO₄ ^2-It was immersed for 7 days in an aqueous solution (36.5 ° C.) containing (0.75 mM). The gelled product pulled up from the aqueous solution was washed with ultrapure water and then subjected to a drying treatment. When the surface and cross section of the gelled product after drying were observed with a scanning electron microscope, hydroxyapatite microcrystals were confirmed on the surface and cross section of the gelled product (see FIG. 1).
[0053]
Comparative Example 1
In a solution of 0.2 g of sodium alginate (product of Wako Pure Chemical Industries, Ltd .; 500 cp) dissolved in 20 ml of ultrapure water, 43.7 mg of EDA · 2HOSu and 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) -Carbodiimide hydrochloride (EDC.HCl; Peptide Laboratory Co., Ltd.) 374 mg was added and dissolved, and the resulting solution was allowed to stand at room temperature for 3 days to prepare a gelled product. The obtained gelled product is thoroughly washed with an aqueous solution containing calcium chloride and sodium chloride at concentrations of 2.5 mM and 143 mM, respectively, and further washed several times with ultrapure water, and then subjected to lyophilization treatment. Thus, a xerogel-like gelled product was prepared.
[0054]
The gelled product was added with 1M CaCl.₂It was immersed in an aqueous solution (36.5 ° C.) for 24 hours. Next, after the surface of the gelled product pulled up from the aqueous solution is washed with ultrapure water, the gelled product is an aqueous solution whose pH is adjusted to 7.25 with a Tris buffer.⁺(213 mM), K⁺(7.5 mM), Ca²⁺(3.8 mM), Mg²⁺(2.3 mM), Cl⁻(223.3 mM), HCO₃ ⁻(6.3 mM), HPO₄ ^2-(1.5 mM) and SO₄ ^2-It was immersed for 7 days in an aqueous solution (36.5 ° C.) containing (0.75 mM). The gelled product pulled up from the aqueous solution was washed with ultrapure water and then subjected to a drying treatment. When the surface and cross section of the gelled product after drying were observed with a scanning electron microscope, no hydroxyapatite crystals were observed on the surface and cross section of the gelled product.
[0055]
Comparative Example 2
71 mg of aminopropyltriethoxysilane (product of Sigma-Aldrich Japan) was added and dissolved in a solution of 0.2 g of sodium alginate (product of Wako Pure Chemical Industries, Ltd .; 500 cp) dissolved in 20 ml of ultrapure water. When the obtained solution was allowed to stand at room temperature for 3 days, no gelled product was produced.
[0056]
【The invention's effect】
According to the present invention, hydroxyapatite can be efficiently deposited on a gelled product containing a silanol group, thereby obtaining an organic-inorganic hybrid in which hydroxyapatite is combined three-dimensionally with high adhesion. Can do. In this case, when an aqueous solution containing supersaturated calcium ions and phosphate ions is used, hydroxyapatite can be more efficiently combined with the gelled product within a short period of time. Productivity can be improved.
Further, since the organic-inorganic hybrid provided by the present invention has high biocompatibility and bioactivity, high repairability and safety are guaranteed even when applied to a living body.
[Brief description of the drawings]
1 is a scanning electron micrograph of the surface of a gelled product obtained in Example 3. FIG.

Claims

Including contacting an aqueous solution containing calcium ions and phosphate ions with a gel substrate mainly composed of a water-soluble polysaccharide to which a compound having a silanol group is covalently bonded, and depositing apatites on the gel substrate. A method for producing an organic-inorganic hybrid.

The process according to claim 1, wherein the apatites are hydroxyapatite.

The process according to claim 1 or 2, wherein the gel substrate is a substrate obtained by covalently crosslinking a water-soluble polysaccharide.

The process according to claim 1 or 2, wherein the gel substrate is a substrate crosslinked by condensation of silanol groups.

The process according to claim 1 or 2, wherein the gel substrate is a substrate obtained by crosslinking by covalent bonding of water-soluble polysaccharides and crosslinking by condensation of silanol groups.

The water-soluble polysaccharide is one or more polysaccharides selected from the group consisting of alginic acid, hyaluronic acid, heparin, heparan sulfate, dermatan sulfate, chitosan, starch, amylose, hydroxypropylcellulose and hydroxyethylcellulose. The manufacturing method in any one of 1-5.

The process according to any one of claims 1 to 6, wherein the aqueous solution contains a supersaturated amount of calcium ions and phosphate ions with respect to calcium phosphate.

The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the aqueous solution is an aqueous solution containing 2.5 mM or more calcium ions and 1 mM or more phosphate ions at 36.5 ° C.

The manufacturing method in any one of Claim 1 to 6 in which aqueous solution contains 2.5-30 mM calcium ion and 1-30 mM phosphate ion in 36.5 degreeC.

The organic-inorganic hybrid obtained by the manufacturing method in any one of Claim 1 to 9.