JP4568899B2

JP4568899B2 - 骨充填材およびその調製用キット

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Publication number: JP4568899B2
Application number: JP2008532076A
Authority: JP
Inventors: 仁平田; 恵美子堀井; 悦宏中尾; 啓泰竹内; 知士高山; 正議中須
Original assignee: Hoya Corp; Nagoya University NUC; Tokai National Higher Education and Research System NUC
Current assignee: Hoya Corp; Nagoya University NUC; Tokai National Higher Education and Research System NUC
Priority date: 2006-08-28
Filing date: 2007-08-28
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2027-08-28
Also published as: WO2008026596A1; EP2062604A1; US20100063598A1; EP2062604A4; JPWO2008026596A1

Description

本発明は、骨欠損部に配置される医科用途の骨充填材に関し、そのような骨充填材を調製するためのキットに関する。
なお、本国際出願は２００６年８月２８日に出願された日本国特許出願第２００６−２３０２３３号に基づく優先権を主張しており、その出願の全内容は本明細書中に参照として組み入れられている。

整形外科分野等においては、骨折、骨腫瘍、骨感染症等によって骨に生じた欠損部に充填され、骨の代替或いは骨癒合を補助する材料として骨充填材が使用されている。一般的な骨充填材は、ポリメチルメタクリル酸（ＰＭＭＡ）、ハイドロキシアパタイトのようなリン酸カルシウム等を主体に調製された一般に骨セメントと呼ばれるセメント材料により構成される。例えば、ペースト状に調製されたセメント材料を患部（骨欠損部）に充填し、当該充填部位においてセメント材料を硬化させることによって骨充填が行われている。
このような骨セメントから成る骨充填材の欠点として機械的強度が比較的低いことが挙げられる。特に硬化した状態では弾性に乏しく、曲げ、引っ張り、圧縮等のストレスにより破断をきたす虞があった。このため、従来、かかる骨セメントから成る骨充填材の機械的強度を向上するための工夫がなされてきた。例えば、以下の文献１〜４には、セメント材料中に種々の繊維状物質を分散（混合）して機械的強度の向上を図った骨充填材が記載されている。

特開平４−３１４４４９号公報特開平６−２９６６７９号公報特開平１１−２６７１９４号公報特開２０００−２６２６０８号公報

しかしながら、上記各文献に記載されるような従来の繊維含有骨充填材は、例えば骨粗鬆症で脊椎圧迫骨折を起こした患者の骨折部（脊椎部）に使用する場合のように硬化した骨充填材に比較的高い圧力が加わる状況での長期にわたる機械的強度の維持が不十分であり、所望する形状の安定的維持が困難であった。例えば、上記脊椎圧迫骨折を起こした患者の当該骨折部の骨癒合に必要な期間は概ね４〜１２週間であるが、上記文献４に記載の骨充填材では患部に注入された後に約４週間で繊維状物質が消失してしまい、強度が失われてしまう。
本発明はこのような従来の骨充填材に関する課題を解決すべく創出されたものであり、比較的高い圧力が加わるような部位（例えば脊椎部）に正しく配置（注入）され得るとともに当該配置部位において高い強度（特に高い破壊靭性）を長期間にわたって実現し得るように改良が施された骨充填材を提供することを目的とする。また、そのような骨充填材を調製するための材料の組み合わせ（キット）の提供を他の目的とする。

上記課題を解決すべく本発明により提供される一つの骨充填材は、「骨充填用セメント材料」と「縮れのある繊維」とを備えることを特徴とする。また、患部へ充填される際には上記セメント材料から成るセメント基材中に上記縮れのある繊維が分散した状態で含有されることを特徴とする。
当該分散された繊維のうちの少なくとも一部の繊維が相互に絡み合った状態でセメント基材中に含まれていることが特に好ましい。
ここで「縮れ（クリンプ）のある繊維」とは、直線状ではない外形状、典型的には、通常言われる縮れ毛のように外圧をかけない自然な状態でランダムに曲がったりカールしたりしている状態の繊維をいう。
また、ここで「分散した状態」とは、調製された骨充填材のセメント基材中において上記繊維材料が顕著に偏在することなくほぼ一様に分布していることをいう。

ここで開示される骨充填材では、従来の骨充填材とは異なり、縮れのある繊維がセメント基材中に分散した状態で存在する（当該繊維から構成される物質（例えば糸）の形態であり得る。）。分散の程度、換言すれば縮れ繊維の含有率は、該分散された繊維のうちの少なくとも一部の繊維が相互に絡み合った状態となる程度の量であることが好適である。
好適な一態様では、分散した状態で含有される上記縮れのある繊維は、縮れた繊維が絡まり合って成る綿屑状の短繊維集合物であってポリエステル繊維、ナイロン繊維、ポリ乳酸繊維、またはポリプロピレン繊維からなる綿屑状の短繊維集合物を０．５ｍｍ〜１０ｍｍの間隔でカットして得られたものであり、個々の繊維の繊維長が１０ｍｍ以下であることを特徴とする。
かかる構成の骨充填材では、適量の縮れのある繊維（以下「捲れ繊維」と略称する。）の混入により、従来のウィスカーや直線状のフィラメントから成る長繊維（合成繊維）のように多量にセメント材料に混入させることなく、ごく少量の添加でセラミック基材（硬化体）の機械的強度（特に破壊靭性）を向上させることができる。また、縮れ繊維を使用する本発明の骨充填材によると、その適度な湾曲形状や屈曲形状により、縮れのない直線形状繊維を混入させた場合と比べて骨充填材のセメント基材外表面から繊維の端部が棘状に外方に突き出ることを抑制することができる。このため、本発明の骨充填材を患部に注入したときに当該患部の組織が、上記のような棘状に外方に突き出た繊維の端部によって過度に刺激を受けることを防止することができる。

好ましい一態様の骨充填材では、上記縮れ繊維の平均直径は１０μｍ〜５００μｍの範囲内である。このような平均直径の縮れ繊維はセメント材料中（即ち硬化後のセメント基材中）に容易に分散し得る。このため、かかる構成の骨充填材によると、患部の形状に対応した形状で機械的強度（特に破壊靭性）の高い充填物（硬化体）を形成することができる。
また、好ましい他の一態様の骨充填材では、上記縮れ繊維は、獣毛様の、典型的には羊毛のような縮れ具合を有する繊維を含む。羊毛等の獣毛には強い縮れ（クリンプ）があり、結果として少量の添加でもセメント材料中（硬化後はセメント基材中）で複雑に絡み合った状態を容易に形成し得る。このため、セメント材料に少量添加、分散されることで骨充填物（硬化体）の機械的強度（特に破壊靭性）を向上させることができる。

また、好ましくは、上記縮れ繊維は、捲縮加工された合成繊維または縮れを生じさせる複合合成繊維により構成されている。例えば、縮れ繊維が捲縮加工された合成繊維または縮れを生じさせる複合合成繊維を繊維長が実質的に２０ｍｍ以下、さらに好ましくは１０ｍｍ以下となるようにカットして得られた繊維により構成されていることが好ましい。
このように調製された繊維を用いることにより、特に縮れ（捲縮）の程度の大きい繊維材料を含む骨充填材を提供することができる。すなわち、より少量の添加で骨充填物（硬化体）の機械的強度（特に破壊靭性）を向上させることができる。同時に、繊維材料の含有率を低く抑えることができるため、骨充填材の圧縮強度を高く保持することができる。

また、好ましくは、骨充填用セメント材料に対する質量比で０．０１〜５％に相当する量、更に好ましくは０．０１〜１％に相当する量、特に好ましくは０．０１〜０．５％（例えば０．０５〜０．２５％）に相当する量の上記繊維（特に好ましくは羊毛のような縮れ具合の合成繊維材料、例えば捲縮加工された合成繊維または縮れを生じさせる複合合成繊維）を含む。かかる態様の骨充填材では、少量の繊維（例えば羊毛様の縮れ具合の合成繊維材料を含む場合で骨充填用セメント材料に対する質量比で０．０１〜１％、好ましくは０．０１〜０．５％、更に好ましくは０．０１〜０．２５％（例えば０．０１〜０．１％）に相当する量、例えば０．０５〜０．２５％程度、特には０．０５〜０．１％程度）の添加で機械的強度（特に破壊靭性）を向上させつつ、繊維含有率が低いことによりセメント基材の緻密性及び形状安定性を高く維持することができる。

好ましくは、上記セメント材料としてリン酸カルシウム系のセメント材料（即ちリン酸カルシウムを主成分とするセメント材料）を含む。本発明は、特にリン酸カルシウム系のセメント材料を含む骨充填材の機械的強度（特に破壊靭性）を向上させることに寄与し得、そのような構成の骨充填材を提供することができる。

また、本発明は、他の一側面として、ここで開示される骨充填材を調製するのに好適な材料の組み合わせ（キット）を提供する。ここで開示される一つの骨充填材調製用キットは、粉末状に調製された骨充填用セメント材料と、上記セメント材料に混合するための繊維材料であって縮れのある繊維（好適には羊毛様の縮れ具合の繊維）から成る繊維材料とを備える。好適な一態様では、上記セメント材料に混合するための繊維材料は、縮れた繊維が絡まり合って成る綿屑状の短繊維集合物であってポリエステル繊維、ナイロン繊維、ポリ乳酸繊維、またはポリプロピレン繊維からなる綿屑状の短繊維集合物を０．５ｍｍ〜１０ｍｍの間隔でカットして得られたものであり、個々の繊維の繊維長が１０ｍｍ以下である縮れのある繊維から成る繊維材料である。
かかる構成のキットによると、粉末状セメント材料に縮れ繊維材料を混合することによって、破壊靭性その他の機械的強度の高い骨充填材を調製することができる。

好ましい一態様のキットでは、上記縮れ繊維の平均直径は１０μｍ〜５００μｍの範囲内である。このような構成のキットによると、セメント材料に縮れ繊維材料を上述の質量比のような少量添加、分散することで機械的強度（特に破壊靭性）が向上した骨充填材を調製することができる。
また、上述のとおり、使用する繊維材料としては、捲縮加工された合成繊維または縮れを生じさせる複合合成繊維により構成されているものが好ましく、例えば、捲縮加工された合成繊維または縮れを生じさせる複合繊維を繊維長が実質的に２０ｍｍ以下、さらに好ましくは１０ｍｍ以下となるようにカットして得られた繊維により構成されているものが好ましい。
また、好ましい他の一態様のキットでは、セメント材料としてリン酸カルシウム系の粉末状セメント材料（即ちリン酸カルシウムを主成分とする粉末状セメント材料）を含む。本態様によると、機械的強度（特に破壊靭性）が向上したリン酸カルシウム系骨充填材を調製することができる。

特に好ましいキットは、上記セメント材料及び上記繊維材料を含むペーストを調製するために使用される液剤を更に備える。かかる構成のキットによると、ペースト形態の機械的強度に優れる骨充填材を調製することができる。

図１は、本発明の骨充填材の調製手順の一例を模式的に示す説明図である。図２は、破壊試験前の各サンプルの外形を示す写真である。図３は、破壊試験後の各サンプルの外形を示す写真である。図４は、一試験例において測定したウール繊維含有セメント硬化体（骨充填材）の機械的強度を示すグラフであり、横軸はクロスヘッドのストローク（ｍｍ）、縦軸は試験力（ｋＮ）である。図５は、一試験例において測定したウール繊維無添加セメント硬化体（骨充填材）の機械的強度を示すグラフであり、横軸はクロスヘッドのストローク（ｍｍ）、縦軸は試験力（ｋＮ）である。図６は、本発明の骨充填材に含まれ得る縮れ繊維の好適例を示す写真である。図７は、本発明の骨充填材に含まれ得る縮れ繊維の好適例（綿状に絡み合った状態）を示す写真である。図８は、本発明の骨充填材に含まれ得る縮れ繊維の好適例を示す顕微鏡写真である。図９は、比較のための骨充填材に含まれる縮れのない繊維を示す顕微鏡写真である。図１０は、一試験例において測定したＪＩＳに基づく５０％破壊衝撃エネルギー（Ｊ）を示すグラフであり、横軸は繊維含有率（混合割合）、縦軸は算出された破壊衝撃エネルギー（Ｊ）である。

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって、本発明の具体的な実施に必要な事柄（例えば骨充填材におけるセメント材料の調合やセメント材料及び繊維材料の練和手段）は、当該分野における技術常識に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示される内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。

本発明の骨充填材を構成するセメント材料は、患部に注入されて硬化するセメント基材（マトリックス）を形成する材料であり、従来この種の用途に用いられている種々の組成の材料を使用することができる。
例えば、ＰＭＭＡを主成分とするセメント材料（例えばＰＭＭＡの他にバリウム粉末、メチルメタクリレート（モノマー）等を含むセメント材料）を使用することができる。

好ましいセメント材料としてリン酸カルシウム系セメント材料が挙げられる。リン酸カルシウムは骨を構成する成分であり、生体親和性にも優れているため好ましい。また、リン酸カルシウム系セメント材料は、骨充填材調製用キットを構成する材料として、後述するような硬化処理を実施する迄は固体形状（典型的には粉末形状）のまま貯蔵することができるため、本発明のキットを構築するうえでも好ましい。

リン酸カルシウム系セメント材料としては、種々の化学組成比のリン酸カルシウムが含まれ得る。好適にはハイドロキシアパタイト（Ｃａ_１０（ＰＯ_４）_６（ＯＨ）_２）或いは加水分解によりハイドロキシアパタイトを生成し得る化合物が挙げられる。例えば、α型リン酸三カルシウム（α−Ｃａ_３（ＰＯ_４）_２）を主成分とし副成分として他のリン酸カルシウム系化合物が混合されたものが挙げられる。例えば、α型リン酸三カルシウムにハイドロキシアパタイト、β型リン酸三カルシウム（β−Ｃａ_３（ＰＯ_４）_２）、リン酸四カルシウム（Ｃａ_４（ＰＯ_４）_２Ｏ）、リン酸水素カルシウム（ＣａＨＰＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）等を添加したものが挙げられる。なお、これら例示したもの以外のリン酸カルシウム系化合物を使用してもよく、使用する化合物の組み合わせはハイドロキシアパタイトその他のリン酸カルシウム系セメント基材（硬化体）を形成し得る組み合わせであれば特に制限はない。
また、リン酸カルシウム系セメント基材（硬化体）が得られる限り、主成分たるリン酸カルシウム系化合物以外の化合物が含まれていてもよい。例えば、リン酸カルシウム系化合物におけるＣａの一部が他の元素（例えばＳｒ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｎａ、Ｋ、Ｈ）と置換した化合物を含んでいてもよい。或いはＰＯ_４の一部が他の酸成分（例えばＣＯ_３、ＢＯ_３、ＳＯ_４、ＳｉＯ_４）と置換した化合物を含んでいてもよい。

本発明の骨充填材を構成する成分である「縮れ繊維」としては、セメント基材の機械的強度（特に破壊靭性）を向上させるのに寄与する弾力があるものが好ましい。縮れの程度は特に限定されないが、使用する縮れ繊維としては、例えば、繊維長１０ｍｍ以下（典型的には１〜５ｍｍ程度）の短繊維において当該繊維が非直線状であり、少なくとも一つの湾曲部或いは屈曲部が形成されていることが好ましい。繊維全体が波形状、三日月状或いは渦巻き状に縮れていてもよい。
獣毛（特に羊毛）様の縮れ具合が好適であり、かかる獣毛（羊毛）それ自体の使用も可能であるが、獣毛（特に羊毛）様の縮れ具合を有するように人工的に合成された縮れ繊維（例えば製造工程で捲縮加工処理されて羊毛と同程度のクリンプが生じたポリマー繊維）の使用が好ましい。例えば、適当な捲縮加工（例えば熱水蒸気やヒータを用いての加熱処理、仮撚加工、等）によって規則的な或いはランダムな縮れ（クリンプ）を生じさせた生分解性又は非生分解性のポリエステル繊維、ポリ乳酸繊維等の縮れ繊維が好ましい。
或いはまた、組成の異なる２種類以上の樹脂材料から形成された複合繊維も好ましく使用することができる。例えば、異なる結晶構造を有する２種類のポリマー材料を用いて紡糸した複合繊維（糸）は、それぞれのポリマー材料から形成された部分が相互に異なる熱収縮率を有する結果、程度の大きい縮れを得ることができる。例えば第１成分が所定の分子構造のポリエステル樹脂であり第２成分が当該第１成分とは異なる分子構造のポリエステル樹脂（例えば第１成分がポリエチレンテレフタレート、第２成分がポリトリメチレンテレフタレート）又はその他の樹脂から形成された複合繊維をここでいう縮れ繊維として採用することができる。特に捲縮加工が施されたポリエステル繊維、ナイロン繊維、ポリ乳酸繊維、ポリプロピレン繊維、或いはこれら樹脂成分（ポリエステル、ポリ乳酸等）を少なくとも一成分とする複合繊維が好ましい。
ウール繊維や捲縮加工が施された合成繊維、或いは複合繊維等の縮れ繊維は、弾力性、伸縮性、柔軟性、曲げ応力に対する耐久性等に優れており、かかる性状の縮れ繊維がセメント基材中に分散配置されることによって、セメント硬化体の機械的強度（特に破壊靭性）を向上させることができる。また、好適な量の縮れ繊維の添加によってセメント硬化体の形状維持性（長期に亘って硬化体の形状を維持する性能）を向上させることができる。

好ましくは分散された繊維のうちの少なくとも一部の繊維が相互に絡み合った状態となる程度の量が含まれる。例えば、セメント材料に対する質量比で０．０１〜５％に相当する量、好ましくは０．０１〜１％に相当する量、更に好ましくは０．０１〜０．５％に相当する量、特に好ましくは０．０５〜０．２５％（例えば数種のリン酸カルシウム系化合物から成る粉末状セメント材料の総量１００ｇに対して１ｇ以下、例えば０．０１ｇ〜１ｇ、或いは粉末状セメント材料の総量１００ｇに対して０．５ｇ以下、例えば０．０１〜０．５ｇ、或いは粉末状セメント材料の総量１００ｇに対して０．１ｇ以下、例えば０．０１〜０．１ｇ）に相当する量の縮れ繊維を含むことが好ましい。繊維の添加量がこの範囲よりも少なすぎると所望する効果が得られず、添加量が多すぎるとセメント基材の密度が低下し、緻密性、形状安定性、圧縮強度等が損なわれる虞がある。

縮れ繊維を採用することにより、上記のような極めて少量の添加であっても骨充填材（硬化体）の機械的強度（特に破壊靭性）を向上させることができる。同時に骨充填材の圧縮強度を高く保持しておくことができる。また、極めて少量の添加であるので、骨充填材（硬化体）の表面に繊維の端部が棘状に突き出る確率がそもそも低く、しかも縮れ繊維の採用により表面に繊維端部が突出し難い。従って、骨充填材を注入する患部において、当該患部が繊維の端部によって過度に刺激を受けることを防止することができる。

繊維の形状としては、セメント基材中に分散され易く且つ基材（マトリックス）の構造緻密性を維持し得る形状が好ましい。例えば、平均直径が１０μｍ〜５００μｍ、好ましくは１０μｍ〜１００μｍの繊維は粉末状のセメント材料と混合させ易く好ましい。
また、使用する繊維材料の平均長さは繊維それぞれの縮れ具合（曲がりやカールの程度）によって分散のし易さが異なるため特に制限はないが平均長さが概ね０．５ｍｍ〜３０ｍｍの範囲内、典型的には１ｍｍ〜３０ｍｍの範囲内、好ましくは１〜１０ｍｍの範囲内、特に好ましくは１ｍｍ〜５ｍｍの範囲内にある繊維材料（特に好ましくは大部分（例えば８０％以上）の繊維の長さがこのような範囲内に収まるような繊維材料）が好ましい。平均長さが小さすぎる繊維材料では破壊靭性等の機械的強度向上に寄与し得ず、反対に平均長さが大きすぎる繊維材料では操作性が悪くなり患部への注入が困難になる。
セメント基材に混入させる繊維材料としては、原糸状態（即ち繊維単独の存在形態）の縮れ繊維をそのまま用いてもよく、或いは複数の繊維から構成される糸（例えばスパン糸やフィラメント糸）、若しくは紡績を行う以前の綿屑状の繊維集合物を材料としてもよい。

例えば適当量の縮れ繊維（１本１本の繊維の長さはまちまちである）が絡まり合って成る短繊維集合物（例えば綿屑状に絡まり合った繊維の塊のようなもの）をばらばらに解すことなく、或いは個々の繊維を伸ばしつつ、０．５ｍｍ〜１０ｍｍ程度の適当な間隔で裁断（カット）して使用することが好ましい。かかる裁断によって、縮れ繊維が解れ易くなるとともに当該集合物に含まれる縮れ繊維個々の長さの変動幅が小さくなるため（例えば１〜１０ｍｍ間隔で裁断することによって大部分の繊維の長さが１ｍｍ〜３０ｍｍ程度の範囲内に収まり得る）、セメント材料との混合および分散が容易となる。典型的には、繊維材料（例えば綿屑状短繊維集合物）に含まれる個々の縮れ繊維の繊維長が実質的に２０ｍｍ以下、好ましくは１０ｍｍ以下（例えば個数割合で１０％以下、好ましくは５％以下で１０ｍｍ以上の繊維が微量含まれることを許容する。）となるように当該繊維材料をカットすることが好ましい。これにより、繊維長が比較的揃った繊維材料を得ることができる。また、このような短い繊維長（２０ｍｍ以下、好ましくは１０ｍｍ以下、例えば１ｍｍ〜１０ｍｍ、より好ましくは１ｍｍ〜５ｍｍ）の縮れ繊維から成る繊維材料は、セメント材料と容易に混和し、ほぼ均一にセメント基材中に分散させることができる。
従って、かかる裁断処理が施された繊維材料（解れやすい繊維の集合物）を備えるキットは本発明の骨充填材を調製するためのキットとして好適である。

ここで開示される骨充填材は、セメント材料の内容に応じて硬化処理を行えばよく、かかる処理自体に制限はない。例えば、図１に示すように、粉末状のリン酸カルシウム系セメント材料１０を用いる場合には、先ず粉末状セメント材料１０と縮れ繊維材料２０とを混合・撹拌し、次いで適量の液剤３０を当該撹拌混合物４０に添加して練和する。これによってペースト状の繊維含有セメント基材を得ることができる。液剤３０は典型的には水を主成分とし、適当な副成分を含み得る。典型的な副成分としては、コハク酸二ナトリウム、コンドロイチン硫酸ナトリウム、シュウ酸ナトリウム、乳酸ナトリウム等の硬化促進剤が挙げられる。抗菌剤、防腐剤、色素、ｐＨ調整剤、塩類、等を含んでもよい。従って、主成分の水とともにこれら副成分のいくつかを適量含む液剤（練和液）を備えるキットは本発明の骨充填材を調製するためのキットとして好適である。
液剤３０の添加量は特に制限はないが、好ましくはセメント材料１０に対する質量比で１０〜１００％（例えば数種のリン酸カルシウム系化合物から成る粉末状セメント材料の総量１００ｇに対して１０ｇ〜１００ｇ）に相当する量の液剤を添加する。

そして、注射器等を用いてペースト状基材を手早く患部に注入する。ペースト状基材は、通常３０〜３７℃において数分から数十分で硬化し、患部に適合した形状のセメント硬化体５０（図１）を得ることができる。
なお、骨充填材を患部に充填する操作法自体は従来操作と同様でよく、特に本発明を特徴付けるものではないため詳細な説明は省略する。

以下、いくつかの実施例により本発明の骨充填材の典型例を詳細に説明するが、これら実施例の内容に本発明を限定解釈することを意図したものではない。

＜骨充填材の調製（１）＞
リン酸カルシウム系セメント材料と、縮れ繊維の一好適例であるウール繊維とから成る骨充填材を以下のように調製した。
即ち、セメント材料としてα型リン酸三カルシウム７５質量部、リン酸四カルシウム１８質量部、リン酸水素カルシウム５質量部およびハイドロキシアパタイト２質量部を混合して成る粉末状セメント材料を使用した。一方、繊維材料として一塊に絡まり合っているメリノウール繊維（平均直径２０〜４０μｍ）の集合物を使用した。また、液剤（練和液）として１ｍＬ中に５４．０５ｍｇのコンドロイチン硫酸ナトリウムと１２９．７２ｍｇのコハク酸二ナトリウム無水物を含む水溶液を用いた。
具体的には１２ｇの上記粉末状セメント材料に６０ｍｇの上記繊維材料（メリノウール繊維）を添加した。なお、本製造例では、添加前に繊維材料の集合物（塊）を５ｍｍ程度の間隔で裁断しており、大部分の繊維の長さを所定の範囲（典型的には５ｍｍ〜２０ｍｍ）に揃えた。
上記繊維材料を粉末状セメント材料と十分に混合した後、その混合物に上記練和液を４ｍＬ添加した。よく撹拌することによって、縮れのあるウール繊維が均等に分散した骨セメントペーストが得られた。このペーストを注射器に入れ、所定の型内に注入した。
これにより、直径２３ｍｍ、周縁部の高さ５ｍｍ、中央部の高さ４ｍｍである、中央部がやや凹んだ円板形状の硬化体（サンプル１）を作製した。得られた硬化体全体にウール繊維が分散していることが確認された。

＜骨充填材の調製（２）＞
本製造例では、上記サンプル１の作製に使用したものと同様のリン酸カルシウム系セメント材料とウール繊維とを使用した。即ち、１２ｇの上記粉末状セメント材料に６０ｍｇの上記繊維材料（メリノウール繊維）を添加した。但し、本製造例では、添加前に繊維材料の集合物（塊）を１ｃｍ程度の間隔で裁断しており、大部分の繊維の長さを所定の範囲（典型的には１０ｍｍ〜３０ｍｍ）に揃えた。
上記繊維材料を粉末状セメント材料と十分に混合した後、その混合物に上記練和液を４ｍＬ添加した。よく撹拌することによって、縮れのあるウール繊維が均等に分散した骨セメントペーストが得られた。このペーストを注射器に入れ、所定の型内に注入した。
これにより、上記サンプル１と同サイズである、中央部がやや凹んだ円板形状の硬化体（サンプル２）を作製した。得られた硬化体全体にウール繊維が分散していることが確認された。

＜骨充填材の調製（３）＞
本製造例では、上記サンプル１の作製に使用したものと同様のリン酸カルシウム系セメント材料を使用した。但し、繊維材料は添加しなかった。即ち、繊維材料無添加の１２ｇの上記粉末状セメント材料に上記練和液を４ｍＬ添加した。よく撹拌することによって、骨セメントペーストが得られた。このペーストを注射器に入れ、所定の型内に注入した。
これにより、上記サンプル１及び２と同サイズである、中央部がやや凹んだ円板形状の硬化体（サンプル３）を作製した。

＜機械的強度の評価（１）＞
上記のようにして得られたサンプル１〜３のセメント硬化体（骨充填材）について、以下の破壊試験を行い、各サンプルの機械的強度を調べた。即ち、机上に配置した各サンプルの表面（図２参照）に対して、重さが５００ｇ、打ち付け面の直径が２５ｍｍの円柱状金槌を１０ｃｍの高さから自然落下させた。

上記のようにして行った破壊試験前後の各サンプルの状態を示す写真を図２（試験前））及び図３（試験後）として掲載する。写真の左側がサンプル３、中央がサンプル１、右側がサンプル２である。図３の写真から明らかなように、上記破壊試験によって繊維無添加のサンプル３は粉々に粉砕されたのに対し、ウール繊維が分散されているサンプル１及びサンプル２では、僅かにひびが生じた（サンプル１）か或いは一部が欠けた（サンプル２）にすぎなかった。本試験結果より、ウール繊維がセメント基材中に分散されることにより、機械的強度（破壊靭性）が著しく向上することが確認された。

＜機械的強度の評価（２）＞
上記サンプル１を製造したものと同様の組成のウール繊維入り骨充填材を使用して、直径：約１０ｍｍ、高さ：約２５ｍｍの円柱状硬化体（サンプル４）を作製した。
また、上記サンプル３を製造したものと同様の組成の繊維無添加骨充填材を使用して、直径：約１０ｍｍ、高さ：約２５ｍｍの円柱状硬化体（サンプル５）を作製した。
次いで、一般的な万能材料試験機を用いて上部から１０ｍｍ／１分の速度でクロスヘッドを移動させて上記サンプル（円柱状硬化体）に圧迫を加えていき、その際の強度変化を調べた。
結果のグラフを図４（サンプル４）及び図５（サンプル５）に示す。これらグラフの横軸はクロスヘッドのストローク（ｍｍ）を示し、縦軸は負荷された力（ｋＮ）を示す。これらグラフからも明らかなように、ウール繊維無添加のサンプル５では、限度を超えて圧縮が加わると亀裂が入って瞬時にして機械的強度を失う。一方、ウール繊維を含有するサンプル４では、強い圧縮で亀裂が入っても相当な程度の機械的強度（破壊靭性）を実現することができる。

なお、上述した実施例では、５ｍｍ〜１０ｍｍ程度の間隔で裁断した５ｍｍ〜３０ｍｍ程度の長さの縮れ繊維を用いているが、このような長さのものに限られない。例えば、図６に示すような、縮れ繊維（上記実施例で使用したものと同じ）を伸ばしつつ、５ｍｍ間隔（図６の左側）、２ｍｍ間隔（図６の中央）、或いは１ｍｍ間隔（図６の右側）に裁断したものも本発明を実施するための縮れ繊維材料として好ましい。これら等間隔に裁断したものも、図７（左側：５ｍｍ間隔、中央：２ｍｍ間隔、右側：１ｍｍ間隔でそれぞれ裁断した縮れ繊維を使用した綿状に絡まり合った繊維）に示すように、相互に絡み合った綿状の繊維の塊を形成し易い好適な縮れ性を有する繊維材料である。
具体的なデータは示していないが、上記２ｍｍ間隔に裁断したもの（図６の中央）を使用して上記実施例と同形状のサンプル（即ち円板形状の硬化体）を作製し、上記と同様の破壊試験を行ったところ、上記サンプル１及びサンプル２と同様の高い機械的強度が認められた。

＜骨充填材の調製（４）＞
リン酸カルシウム系セメント材料と、縮れ繊維の一好適例である縮れ加工が施されたポリエステル繊維（捲縮糸）とから成る骨充填材を以下のように調製した。
即ち、セメント材料としてα型リン酸三カルシウム７５質量部、リン酸四カルシウム１８質量部、リン酸水素カルシウム５質量部およびハイドロキシアパタイト２質量部を混合して成る粉末状セメント材料を使用した。また、液剤（練和液）として１ｍＬ中に５４．０５ｍｇのコンドロイチン硫酸ナトリウムと１２９．７２ｍｇのコハク酸二ナトリウム無水物を含む水溶液を用いた。

一方、繊維材料として、直径が約３０μｍ（光学顕微鏡で観察）の縮れのあるポリエステル繊維材料（以下「縮れポリエステル繊維」という。）を使用した。具体的には、手芸用わたとして一般に市販されているポリエステル繊維から成る綿状集合物を入手した。ここでは商品名「手芸わた」：クジャク社製品を購入してきて使用した。
而して、当該綿状集合物をそのままの状態で目視にて大凡２ｍｍ間隔に鋏を入れてカットした。そのカットした断片を解したものを繊維材料とした。このカット処理により、図８として掲載した顕微鏡写真に見られるように、大部分の繊維の長さを所定の範囲（ほぼ１ｍｍ〜５ｍｍの範囲内）に揃えることができた。
而して、１２ｇの上記粉末状セメント材料に当該セメント材料の０．０１２５％（約１．５ｍｇ）、０．０５％（約６ｍｇ）または０．１％（約１２ｍｇ）に相当する量の縮れポリエステル繊維を添加し十分に混合することにより、繊維含有率が上記のとおりに異なる計３種類の混合材料を調製した。
次いで、各混合物に上記練和液を３．２ｍＬ添加した。よく撹拌することによって、縮れポリエステル繊維が均等に分散した計３種類の骨セメントペーストを調製した。また、対象（コントロール）としてポリエステル繊維を含まない骨セメントペーストを調製した。
得られたペーストを注射器に入れ、所定の型内に注入した。これにより、直径１０ｍｍ、厚さ（高さ）３ｍｍの円板形状の硬化体（以下「縮れポリエステル繊維含有試験片」という。）を使用ペースト毎に複数個作製した。得られた縮れポリエステル繊維含有試験片の表面には、棘状に突出した縮れポリエステル繊維の端部は殆ど認められなかった。

＜骨充填材の調製（５）＞
比較サンプルとして、リン酸カルシウム系セメント材料と、縮れのないポリエステル繊維とから成る骨充填材を以下のように調製した。
即ち、セメント材料としてα型リン酸三カルシウム７５質量部、リン酸四カルシウム１８質量部、リン酸水素カルシウム５質量部およびハイドロキシアパタイト２質量部を混合して成る粉末状セメント材料を使用した。また、液剤（練和液）として１ｍＬ中に５４．０５ｍｇのコンドロイチン硫酸ナトリウムと１２９．７２ｍｇのコハク酸二ナトリウム無水物を含む水溶液を用いた。

一方、繊維材料として、直径が約３０μｍ（光学顕微鏡で観察）の縮れのないポリエステル繊維材料（以下「縮れなしポリエステル繊維」という。）を使用した。具体的には、一般に市販されているポリエステル繊維から成る布地（テキスタイル）を入手した。ここではユニチカ（株）製品の生地を購入してきて使用した。
而して、当該布地をそのままの状態で目視にて大凡２ｍｍ間隔に鋏を入れてカットした。そのカットした布地断片を解したものを繊維材料とした。このカット処理により、図９として掲載した顕微鏡写真に見られるように、大部分の繊維の長さを所定の範囲（ほぼ０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲内）に揃えることができた。
而して、１２ｇの上記粉末状セメント材料に当該セメント材料の０．０１２５％（約１．５ｍｇ）、０．０５％（約６ｍｇ）または０．１％（約１２ｍｇ）に相当する量の縮れなしポリエステル繊維を添加し十分に混合することにより、繊維含有率が上記のとおりに異なる計３種類の混合材料を調製した。
次いで、各混合物に上記練和液を３．２ｍＬ添加した。よく撹拌することによって、縮れなしポリエステル繊維が均等に分散した計３種類の骨セメントペーストを調製した。
得られたペーストを注射器に入れ、所定の型内に注入した。これにより、直径１０ｍｍ、厚さ（高さ）３ｍｍの円板形状の硬化体（以下「縮れなしポリエステル繊維含有試験片」という。）を使用ペースト毎に複数個作製した。得られた縮れなしポリエステル繊維含有試験片の表面から縮れなしポリエステル繊維の端部が棘状に出ていることが散見された。

＜機械的強度の評価（３）＞
上記のようにして得られた所定の含有率（３種類）で縮れポリエステル繊維あるいは縮れなしポリエステル繊維を含むセメント硬化体（試験片）について、以下の破壊試験を行い、各サンプルの機械的強度を調べた。
本試験は、ＪＩＳ規格Ｋ７２１１「硬質プラスチックの落錘衝撃試験通則」に準拠して行った。具体的には、繊維含有率が異なる計７種類のサンプル（コントロールを含む）に関し上記形状・サイズの試験片を多数用意した。各試験片を約３７℃の疑似体液（組成：Ｎａ^＋142.0mM、Ｋ^＋5.0mM、Ｍｇ^２＋1.5mM、Ｃａ^２＋2.5mM、Ｃｌ⁻148.8mM、ＨＣＯ_３ ⁻4.2mM、ＨＰＯ_４ ^２−1.0mM：小久保正、窯業協会雑誌、95巻、p.31-(1987)参照、）に２４時間浸漬した後、机上に配置した。そして、コントロール試験片では重さ８ｇの重錘、繊維含有率が０．０１２５％である試験片では重さ１４ｇの重錘、繊維含有率が０．０５％〜０．１％である試験片では重さ２００ｇの重錘を使用し、各試験片の表面に対して種々の高さから重錘を落下させ、試験片（２０個）の半数が破壊される５０％破壊衝撃エネルギー（Ｊ）をＪＩＳ規格Ｋ７２１１に記載される計算手順により求めた。結果を表１および図１０に示す。

表１中の縮れ効果は、含有割合が同じ場合の、縮れなしポリエステル繊維含有試験片の５０％破壊衝撃エネルギー（Ｊ）に対する縮れポリエステル繊維含有試験片の５０％破壊衝撃エネルギー（Ｊ）の比率である。表１および図１０から明らかなように、縮れポリエステル繊維を含有する試験片（硬化した骨充填材）は、その含有率（０．０１２５％〜０．１％）の増加に対応して機械的強度（破壊靭性）も向上した。また、繊維含有率（混合割合）が上記範囲（０．１％以下、例えば０．０１％（０．０１２５％）〜０．１％、特に０．０５％〜０．１％）内のときは、縮れポリエステル繊維含有試験片は同じ含有率の縮れなしポリエステル繊維含有試験片よりも高い機械的強度（破壊靭性）を有する傾向にある。詳しい結果（データ）は示していないが、この傾向は繊維含有率が少なくとも０．２５％（繊維の種類によっては１％）になるまで認められた。
従って、この試験から、縮れ繊維の使用によって特に少ない含有率範囲で高い機械的強度が得られることが認められた。また、本試験例のような極めて少量で縮れ繊維を添加すると、骨充填材（硬化体）の表面に繊維の端部が棘状に突き出ることが抑制され、結果、骨充填材が注入される患部が繊維端部によって過度に刺激を受けることを効果的に防止することができる。

従って、本発明の骨充填材によると、例えば一定以上の圧力が加わるような患部（例えば、骨粗鬆症の患者の脊椎圧迫骨折部）においても長期にわたって機械的強度（特に破壊靭性）を維持し得、骨癒合が完成するまで安定的に患部において骨の形状を維持することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、本願発明の範囲を限定するものではない。以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

ここで開示される骨充填材は、骨折、骨腫瘍、骨感染症等によって骨に生じた欠損部に充填される材料である。このため、骨の代替或いは骨癒合を補助する材料として外科的治療に利用する材料として有用である。

Claims

骨充填用セメント材料と、縮れのある繊維とを含み、
患部へ充填される際には前記セメント材料から成るセメント基材中に前記縮れのある繊維が分散した状態で含有されており、
ここで前記分散した状態で含有される前記縮れのある繊維は、縮れた繊維が絡まり合って成る綿屑状の短繊維集合物であってポリエステル繊維、ナイロン繊維、ポリ乳酸繊維、またはポリプロピレン繊維からなる綿屑状の短繊維集合物を０．５ｍｍ〜１０ｍｍの間隔でカットして得られたものであり、個々の繊維の繊維長が１０ｍｍ以下であることを特徴とする骨充填材。
前記縮れのある繊維の平均直径は１０μｍ〜５００μｍの範囲内である、請求項１に記載の骨充填材。
骨充填用セメント材料に対する質量比で０．０１〜１％に相当する量の前記縮れのある繊維を含む、請求項１又は２に記載の骨充填材。
前記セメント材料としてリン酸カルシウムを主成分とするセメント材料を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の骨充填材。
粉末状に調製された骨充填用セメント材料と、
前記セメント材料に混合するための繊維材料であって、縮れた繊維が絡まり合って成る綿屑状の短繊維集合物であってポリエステル繊維、ナイロン繊維、ポリ乳酸繊維、またはポリプロピレン繊維からなる綿屑状の短繊維集合物を０．５ｍｍ〜１０ｍｍの間隔でカットして得られたものであり、個々の繊維の繊維長が１０ｍｍ以下である縮れのある繊維から成る繊維材料と、
を備える、骨充填材の調製用キット。
前記縮れのある繊維の平均直径は１０μｍ〜５００μｍの範囲内である、請求項５に記載の骨充填材調製用キット。
前記セメント材料としてリン酸カルシウムを主成分とする粉末状セメント材料を含む、請求項５又は６に記載の骨充填材調製用キット。
前記セメント材料及び前記繊維材料を含むペーストを調製するために使用される液剤を更に備える、請求項７に記載の骨充填材調製用キット。