JP4668172B2 - プレミックスされた自硬性の骨移植ペースト - Google Patents

Description

（関連する出願の参照）
本国際出願は、２００１年１月２４日に出願された米国特許仮出願第６０／２６３，８９４号の利益を主張する２００２年１月２３日に出願された米国特許出願第１０／０５７，５５４号に基づく。本出願はまた同時係属の２００３年４月８日に出願された米国特許仮出願６０／４６１，３３８号に基づき、かつその利益を主張し、参照により本明細書に組み込まれる。

（連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載）
本開発は、ＮＩＤＣＲからのアメリカンデンタルアソシエーションヘルスファウンデーションへのＵＳＰＨＳ研究助成ＤＥ１１７８９による部分的な援助をうけた。米国またはその機関は、この主張した発明に一定の権利を有する。

（本発明の背景）
本発明の多様な態様は、一般に自硬性のリン酸カルシウム含有組成物および／またはカルシウム含有接着剤組成物を対象とする。前記組成物を用いて、骨および歯の修復、ならびに同様な適用に関するペーストを形成する。そのペーストは、治療部位に送達した後、所望の時間内で硬化する。

大部分の従来のリン酸カルシウム接着剤は、適用する前に早急に水溶液に混合される。臨床的症状において、外科医が接着剤を適切に混合して規定時間内に欠陥へその接着剤ペーストを送達する能力は、最適な結果を成し得るための臨床的要因である。

第四リン酸カルシウム（Ｃａ_４（ＰＯ_４）_２Ｏ、また「ＴＴＣＰ」ともいう）、および第二リン酸カルシウム無水（ＣａＨＰＯ_４、また「ＤＣＰＡ」ともいう）からなる自硬性リン酸カルシウム接着剤（ｃａｌｃｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｃｅｍｅｎｔ）（「ＣＰＣ」）が臨床的研究において骨の欠陥の治療に有効であることが示されてきた。従来の接着剤などの硬化時間は、水を用いて約３０分ほどもかかる。しかし、リン酸溶液を接着剤液として使用した場合、硬化時間は短縮できる。ヒドロキシアパタイト（Ｃａ_５（ＰＯ_４）_３ＯＨ、また「ＨＡ」ともいう）は、その産物として形成される。最近になって、ＴＴＣＰを含まないさらなるＣＰＣ、例えばα−第三リン酸カルシウム（α−Ｃａ_３（ＰＯ_４）_２、また「α−ＴＣＰ」ともいう）およびＣａＣＯ_３またはＤＣＰＡおよびＣａ（ＯＨ）_２などがまた、開発された。これらの接着剤は、リン酸溶液を接着剤液として使用する場合、約１０分間で硬化する。これらもまた、最終産物としてヒドロキシアパタイト（「ＨＡ」）を形成する。

接着剤液としてＴＴＣＰ粉末およびＤＣＰＡ粉末を含むプレミックスされたＣＰＣペーストを、注入技術により、根管の補充やシーリングのために用いられてきた。接着剤ペーストは、注射器内で安定であるが、周辺組織由来の水に曝された根管内に送達した後のみ硬化することが分かっている。接着剤ペーストを限定された領域に注入するので、ウオッシュアウトによるペーストの分解の心配はほとんどかった。プレミックスされたＣＰＣは、従来の複数の根管補充またはシーリング材質に比べて歯根尖端周囲の骨組織との生体適合性を改善することが示されたが、プレミックスされたＣＰＣ−グリセロールペーストは、開かれた湿った領域に適用する場合、良好なウオッシュアウト耐久性を示さなかった。

パッケージ内で安定で、ウオッシュアウトに耐久性もつが、いったん欠陥部位へ堆積した後のみ硬化し、ひいては規定時間内で硬化する、プレミックスされた接着剤ペーストの必要性が依然必要とされる。

（本発明の概要）
本発明の多様な態様は、プレミックスされたカルシウムおよび／またはリン酸カルシウムならびに有機酸の接着剤ペーストを形成するための、組成物および方法を含み、前記ペーストはパッケージ中で安定であり、ウオッシュアウト耐久性であり、欠陥部位または移植部位に送達後に所望の時間内で硬化する。カルシウム複合体およびＨＡを形成するための接着剤ペーストの硬化反応は無水の環境では起こらないので、プレミックス内では、無毒性、非水性であるグリセロールなどの水混和可能液が、液体として好ましい。有機酸は、接着剤の所望の治療部位に送達される際の硬化を、促進させるために使用される。好ましい有機酸は、カルボン酸を含む。ゲル化剤はまた、ペーストの凝集性を良くするために添加してもよい。

骨組織および歯組織を治療し修復する方法は、当業者が周知の任意の適切な方法によりペーストを欠陥部位に送達することを含む。ペーストを水溶性液体（ａｑｕｅｏｕｓ ｆｌｕｉｄ）に曝すことで、比較的急速な速さでペーストを硬化して接着剤へと促す。

グリセロール、Ｎａ_２ＨＰＯ_４、およびヒドロキシプロピルメチルセルロース（「ＨＭＣ」）をＣＰＣ粉末と混合することにより接着剤の硬化および調製を促すようにリン酸ナトリウムを用いてプレミックスされた自硬性接着剤を作製する場合、その接着剤は所望の部位に送達された後のみ硬化する。Ｎａ_２ＨＰＯ_４は接着剤の硬化を促す役目を有するが、これらの接着剤の硬化時間（「ＨＴ」）は６０分かそれ以上である。より短い硬化時間を望む場合、接着剤の硬化を速める有機酸を含む本発明の組成物は、自硬性のリン酸カルシウム含有および／またはカルシウム含有接着剤ペーストを備え、これらのペーストは約３５分またはそれ以下の時間で硬化する。

したがって、ウオッシュアウトへの耐久性ならびに所望の硬化時間を示すリン酸カルシウム含有および／またはカルシウム含有接着剤物質のプレミックスされた組成物を提供することが、本発明の目的である。

さらに本発明の目的は、歯材質または骨の修復に関し、水に曝した後にカルシウム複合体およびＨＡを形成可能な、本質的に無水の、接着剤形成ペーストを提供することである。

本発明の別の目的は、ＨＡ形成接着剤ペーストの硬化時間を制御する方法を提供することである。

本発明の別の目的は、水環境に曝されるまで注入可能なペースト形態のままであり得るＨＡ形成接着剤の形成を提供することである。

これらおよび他の目的、すなわち本発明の利点および特徴を以下の詳細な説明にて説明する。

（本発明の詳細な説明）
骨移植の使用および同様な医学的治療の適用に関する、プレミックスされたカルシウム接着剤ペーストを提供する。前記ペーストは、骨または歯の欠陥部位への送達に関し、注入可能であってよい。前記ペーストは無毒性のカルシウム含有および／またはリン酸カルシウム含有粉末、カルシウム複合体を形成可能な無毒性の有機酸、および無毒性、非水性の水混和可能液を含む。非水性液は、水環境で固まるペーストの早まる硬化を制限するのに好ましい。好ましい液体はグリセリンである（また「グリセロール」ということもある）。有機酸はペーストの送達の際の硬化時間を速めるために用いられる。ゲル化剤、例えばＨＭＣ、カルボキシメチルセルロース（「ＣＭＣ」）、アルギン酸塩、キトサンなどもまた、ペーストの凝集性およびウオッシュアウト耐久性を増強するために、前記粉末と混合してもよい。

カルシウム複合体の形成により接着剤が硬化するので、自硬性接着剤はまた、リン酸カルシウム化合物の代わりに、またはそれと組合わせてカルシウム含有化合物を使用して形成してよいことを意図する。リン酸カルシウムおよび／またはカルシウム含有化合物の粉末は、第一リン酸カルシウム1水和物（「ＭＣＰＭ」）、第一リン酸カルシウム無水（「ＭＣＰＡ」）、第二リン酸カルシウム無水（「ＤＣＰＡ」）、第二リン酸カルシウム脱水物（「ＤＣＰＤ」）、第八リン酸カルシウム（「ＯＣＰ」）、α−ＴＣＰ、β−第三リン酸カルシウム（「β−ＴＣＰ」）、アモルファスリン酸カルシウム（「ＡＣＰ」）、カルシウム欠損ＨＡ、非化学量論的ＨＡ、ＴＴＣＰ、ＣａＳＯ_４、ＣａＳＯ_４・０．５Ｈ_２Ｏ、ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ、ＣａＯ、Ｃａ（ＯＨ）_２、ＣａＣＯ_３およびその混合物を含んでよい。ＴＴＣＰのＣａ／Ｐモル比は好ましくは約１．６７〜約２であり、α−ＴＣＰに関しては約１．５〜約１．６７、およびβ−ＴＣＰに関しては約１．５０〜約１．６７である。リン酸カルシウムおよび／またはカルシウム含有化合物の粒径は、約１〜約２００μｍであり、より好ましくは約２〜約５０μｍである。

任意に適当な、無毒性で難水溶性の水混和可能液を、前記ペーストを調製する際に使用してもよい。見込まれる液体は、グリセリン、ならびに関連する液体例えばグリセリン化合物、誘導体、置換体などが含まれ、これらは無毒性、非水性、および水混和可能である。特定のアルコールもまた、無毒性、非水性、水混和可能液として使用するのに適している。好ましくは前記液は、グリセリン、プロピレングリコール、ポリ（プロピレングリコール）、ポリ（エチレングリコール）、およびその組合わせから選択される。

好ましい有機酸は、無毒性、有機カルボン酸である。複数のカルボン酸が溶解性がそれほど高くないカルシウム複合体を形成する。有機酸はグリコール酸、クエン酸、酒石酸、マロン酸、リンゴ酸、およびマレイン酸を含む。１以上のリン酸カルシウム化合物および／またはカルシウム含有化合物を含む粉末と、これらの有機酸のいくつかを混合した場合、比較的速く硬化する接着剤を形成する。したがって、これらの有機酸を使用すると、より速くプレミックスした接着剤を形成することが可能となる。1以上の有機酸を、水溶性液体に接触させる時のみ硬化する安定なペーストを提供するため、前記粉末と混合する。いずれの理論にもとらわれたくないが、リン酸カルシウム化合物および／またはカルシウム含有化合物は、水の存在下で有機酸と反応し、直接ヒドロキシアパタイトを形成するよりもむしろ溶解性がそれほど高くないカルシウム複合体を初めに形成すると考えられている。したがってこれは結果的に前記ペーストのより迅速な硬化をもたらす。

前記組成物はまた、ペーストの凝集性およびウオッシュアウト耐久性を増強する、無毒性のゲル化剤を含んでよい。前記ゲル化剤は、ＨＭＣ、ＣＭＣ、キトサン、コラーゲン、ガム、ゼラチン、およびアルギン酸塩、およびその組合わせを含む。

本質的に無水状態下で前記組成物を調製して保存することで、その接着剤ペーストの早すぎる硬化を制限する。欠落または欠損した骨や歯の組織を治療または修復するために、前記組成物を、種々の医療処置や歯科処置において自硬性接着剤ペーストとして使用してよい。前記接着剤ペーストを、注射器での注入またはスパチュラによる堆積を含むいずれの適当な方法を用いて欠陥部位に適用してもよく、また所望によりｉｎ ｖｉｖｏでこねて作製したり彫って作製してもよい。前記接着剤ペーストを、欠陥部位での水を含む生理液または別の水環境に曝した場合、比較的迅速に硬化する。前記接着剤ペーストの硬化速度を速めるために欠陥部位に接着剤ペーストを適用する前、または後どちらかに、水溶性液体を前記組成物に接触させてよい。例えば、欠陥部位に送達した後に、前記接着剤ペーストの外面の硬化を促すリン酸ナトリウムまたは食塩水を吹き付けてもよく、これらはまた、適用してこねて形作られたような前記接着剤ペーストの形状維持を助ける。別の例として、欠陥部位に前記ペーストを適用する前に、水を前記接着剤ペーストと混合して、硬化を開始してもよい。

ほとんどの臨床治療に適用するためには、６０分以上の接着剤硬化時間は長すぎる。本発明の多様な態様に従ってプレミックスされたペーストまたは自硬性骨移植ペースト（「ＢＧＰ」）は、ＨＴがたった約３５分であり、好ましくはたった約２０分、さらに好ましくは約５〜約１５分である。

以下の実施例はさらに本発明の好ましい態様を例証しているが、付随するクレームに記載の本発明の範囲を制限するものとして解釈されない。

多様なプレミックスされた自硬性ペーストを調製した。ペーストの硬化時間および他の特徴を評価した。

プレミックスされたペーストの固形成分の調製：
市販で入手したＤＣＰＡ（Ｂａｋｅｒ Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｒｅａｇｅｎｔｓ、Ｊ．Ｔ．Ｂａｋｅｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．，Ｐｈｉｌｌｉｐｓｂｕｒｇ，ＮＪ）およびＣａＣＯ_３（Ｊ．Ｔ．Ｂａｋｅｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．）の等モルの混合物を１５００℃で６時間加熱して室温で急冷し、ＴＴＣＰを調製した。ペースト組成物であるＴＴＣＰ粉末およびＤＣＰＡ粉末を、シクロヘキサン、エタノール中で、または液体のない状態で、遊星ボールミルにて個々に粉砕し、所望の平均粒径を得た。その粒径は典型的には約１５μｍで、ＣＰＣ粉末の作製に関する先行技術に記載されている。ＴＴＣＰおよびＤＣＰＡの平均粒径は、各々約１７．１μｍ、および約１．７μｍであった。

２ｍｏｌのＤＣＰＡおよび１ｍｏｌのＣａＣＯ_３を含む混合物を１５００℃で６時間加熱した後空気中で急冷して、α―ＴＣＰを調製した。前記粉末をシクロヘキサン、エタノール中で、または液体のない状態で、遊星ボールミルにて個々に粉砕し、前述の研究からのデータに基づき所望の平均粒径を得た。α−ＴＣＰおよびＣａＣＯ_３の平均粒径は各々４．６μｍおよび３．９μｍであった。Ｃａ（ＯＨ）_２の平均粒径は２．２μｍであった。本発明に従って調製した前記ペーストの組成物粒径は、1〜５０μｍの範囲であってよい。

対照およびプレミックスされたペーストの液体成分：
全ての成分は市販にて入手した。カルボン酸、ＨＭＣまたはＣＭＣ、およびグリセリンの均一な混合物をボールミルにて混合することにより作製した。

プレミックスされたペーストの調製：
プレミックスされたペースト組成物を、滑らかで均質なペーストが得られるまで、ミキシングブロック（ｍｉｘｉｎｇ ｂｌｏｃｋ）で粉末および液体を所望の粉末の液体に対する質量比（Ｐ／Ｌ）で混合することにより調製した。成分を質量分率（％）で示した前記組成物を表１にて示す。

ウオッシュアウト耐久性試験：
プレミックスされた前記ペーストのウオッシュアウト耐久性を以下のように試験した。プレミックスされたペースト試料を手で小さな球体に成形し、次にすぐに３７℃の５ｍｌの生理様溶液（ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃ−ｌｉｋｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）（「ＰＬＳ」）（１．１５ｍＭ Ｃａ、１．２ｍＭ Ｐ、１３３ｍＭ ＮａＣｌ、５０ｍＭ ＨＥＰＥＳ、ｐＨ＝７．４）に配置した。その試料はＰＬＳ中であきらかに分解しない場合、ウオッシュアウト耐久性にパスしたとみなした。全ての試料が優れたウオッシュアウト耐久性を示した。

直径引張り強さ（ｄｉａｍｅｔｒａｌ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ）（「ＤＴＳ」）測定：
モールド（３mmの高さによる６mmの直径）の中にプレミックスされたペーストをおよそ２ＭＰａの適用圧力で配置することによって、ＤＴＳ試料を調製した。そのモールド（ｍｏｌｄ）をフリットしたスライドグラス（孔径約４０〜約６０μｍ、厚さ約３．５ｍｍ）２枚で覆い、ＰＬＳ中に３７℃で浸した。グリセロール−ＰＬＳ交換が、フリットしたガラスを通して生じ、これによりペーストが硬化した。試料を約４時間後にモールドから取り外し、次に各試料を３０ｍｌのＰＬＳ中にさらに２０時間浸した。場合によっては、さらなる試料を調製し、毎日交換したＰＬＳ（３０ｍｌ／試料、３７℃）を用いて試料をさらに６日間ＰＬＳ中に浸し、物理化学的性質におけるＰＬＳ浸漬の効果を調べた。ＤＴＳ値（標準不確かさは５％）は、万能材料試験機（Ｕｎｉｔｅｄ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ Ｃｏｒｐ、Ｇａｒｄｅｎ Ｇｒｏｖｅ、ＣＡ）にて１０ｍｍ／分の負荷速度を用いて測定した。

硬化速度の測定：
ＤＴＳ測定で上記に記載の調製した試料での硬化時間を測定するのに、ギルモアニードル法（Ｇｉｌｍｏｒｅ ｎｅｅｄｌｅ ｍｅｔｈｏｄ）（標準不確かさは５％）を用いた。全ての試料で硬化時間が短いことが示された。硬化時間を表２にて示した。

（表２）
プレミックスされたペースト ＨＴ（分、平均±標準偏差、ｎ＝３）
Ｐ１ １０±１
Ｐ２ １５±１
Ｐ３ ２０±１
Ｐ４ ２０±１
Ｐ５ ３５±１
Ｐ６ １５±１
Ｐ７ ２５±１
Ｐ８ ３５±１
Ｐ９ ２０±１

ヒドロキシアパタイト形成の評価：
粉末のＸ線回析（「ＸＲＤ」）を用いて、ペーストのＨＡへの変換量を予測した。０．０１°である２θ測定、およびＸＲＤで検出できるリン酸カルシウム相の最小質量分率での、推定できる標準不確かさは約３％であった。

直径引張り強さ（ＤＴＳ）：
いくつかのプレミックスされたペースト試料のＤＴＳは、表３に記載されているように明らかにされた。

（表３）
ペースト 1日目のＤＴＳ（ＭＰａ） 7日目のＤＴＳ（ＭＰａ）
Ｐ１ ４．３±０．３（ｎ＝５） ３．８±０．３
Ｐ２ ３．１±０．５ ３．０±０．３
Ｐ３ ２．３±０．４ ２．７±０．３

ヒドロキシアパタイト（「ＨＡ」）形成：
初めに形成される接着剤組成物のＨＡへの変換は、1日目の試料では不完全であった。プレミックスされたペーストの7日目の全試料において、初めの接着剤組成物のＨＡへの変換は、完全であるか完全に近いことが、ＸＲＤの使用で確証された。

つまり、骨の代替ペーストおよび歯の代替ペーストは、乾燥した粉末成分の結合の結果形成され、カルボン酸および水の存在下でカルシウム複合体へと変換する特徴をもつ。ヒドロキシプロピルメチルセルロースなどのゲル化剤は、前記粉末と混合してペーストの凝集性を向上させる。結合する成分の比率は広範であり、結果的に形成されたペーストを、注入可能性、有孔性、および硬化時間を含むペーストの性質をかなり正確に制御するように考案できる。

本発明の特定の態様を記載し例示したがいっぽうで、当業者によりなされ得る改変のように、本発明がそれに限定されないことは理解すべきである。本出願は、本明細書に記載の基礎をなす本発明の精神および範囲内に含まれる任意のおよび全ての改変を意図する。

Claims (13)

1. 無毒性で非水性の水混和可能液；
   ゲル化剤;
   第一リン酸カルシウム1水和物、第一リン酸カルシウム無水、第二リン酸カルシウム無水、第二リン酸カルシウム脱水物、第八リン酸カルシウム、α−第三リン酸カルシウム、β−第三リン酸カルシウム、アモルファスリン酸カルシウム、カルシウム欠損ヒドロキシアパタイト、非化学量論的ヒドロキシアパタイト、第四リン酸カルシウム、ＣａＳＯ_４、ＣａＳＯ_４・０．５Ｈ_２Ｏ、ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ、ＣａＯ、Ｃａ（ＯＨ）_２、ＣａＣＯ_３およびその混合物からなる群から選択される、粒径が１〜５０μｍの粉末化したカルシウム化合物； および
   グリコール酸、クエン酸、酒石酸、マロン酸、リンゴ酸、およびマレイン酸およびその組合わせからなる群から選択されるカルボン酸
   を含む、歯の修復並びに骨移植および修復のための、無水のペースト状組成物。
2. ゲル化剤がヒドロキシプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、キトサン、コラーゲン、ガム、ゼラチン、およびアルギン酸塩、およびその組合わせからなる群から選択される、請求項１に記載の組成物。
3. 前記水混和可能液が、グリセリン、プロピレングリコール、ポリ（プロピレングリコール）、ポリ（エチレングリコール）およびその混合物からなる群から選択される、請求項１又は２に記載の組成物。
4. 粉末化したカルシウム化合物が第四リン酸カルシウムを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の組成物。
5. 第四リン酸カルシウムは、カルシウムのリン酸塩に対するモル比が１．６７〜２である、請求項４に記載の組成物。
6. 粉末化したカルシウム化合物が第三リン酸カルシウムを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の組成物。
7. 第三リン酸カルシウムは、カルシウムのリン酸塩に対するモル比が１．５〜１．６７である、請求項６に記載の組成物。
8. 粉末化したカルシウム化合物が第四リン酸カルシウムおよび第二リン酸カルシウム無水を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の組成物。
9. 粉末化したカルシウム化合物の水混和可能液に対する質量比が１．５対１〜３対１の範囲である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の組成物。
10. 硬化時間が３５分以下である、請求項１〜９のいずれか１項記載の組成物。
11. 硬化時間が２０分以下である、請求項１０記載の組成物。
12. 硬化時間が５〜１５分である、請求項１１記載の組成物。
13. 硬化後７日目の直径引張り強さ（ＤＴＳ）が２．７ＭＰａ以上である、請求項１〜１２のいずれか１項記載の組成物。