JP4802317B2

JP4802317B2 - Calcium phosphate ceramic bead assembly and method for constructing the same

Info

Publication number: JP4802317B2
Application number: JP2003067166A
Authority: JP
Inventors: 啓寺岡
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2002-03-12
Filing date: 2003-03-12
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2023-03-12
Also published as: JP2003335574A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特定の方法で調製した特定の形態を有するリン酸カルシウム系生体適合性材料の、人工的な骨形成術の分野における新しい利用形態に関するものである。更に詳しくは、本発明は、所定の空間に充填して集合体を構築したときに完全又は部分的連通孔多孔体を形成する機能を有するリン酸カルシウム系セラミックスビーズ集積体に係るものであり、当該集積体を構成するビーズは、１つ以上の貫通孔を有し、集合状態において、骨形成を目的とした場合の理想とされる完全又は部分的連通孔多孔体を形成する機能を発揮する。本発明の上記リン酸カルシウム系セラミックスビーズ集積体は、骨再生を目的とした骨欠損部・骨折部補修用、骨粗鬆症・骨延長部位に対する注入用、金属製人工材料と骨母床間の間隙充填用の注入・充填剤、薬剤担体、細胞培養担体等として好適に利用し得るものとして有用である。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、水酸アパタイト、β−ＴＣＰ等のリン酸カルシウム系材料は、自家骨との生着・置換を期待できる骨代替物として利用されている。それらの利用形態としては、緻密体、多孔体及び自己硬化型ペースト等が知られている。これらの内、上記緻密体は、所望のリン酸カルシウムの圧粉成形体を焼結することによって得られる、孔の無い焼結体である（例えば、非特許文献１〜３参照）。
【０００３】
また、上記多孔体は、所望のリン酸カルシウム粉体を、適宜選択したポリマーロストワックス等と混合し、作製した成形体を焼結するか、所望のリン酸カルシウム内にバブリングにより孔を作った成形体を焼結することによって得られる、空隙、細孔を含む焼結体である（例えば、非特許文献４〜５参照）。
【０００４】
更に、上記自己硬化型ペーストは、硬化が期待できる組み合わせの２種類以上のリン酸カルシウム混合物を、適宜選択された練和液と混合し、ペースト状にした物である（例えば、非特許文献６参照）。しかしながら、前述の緻密体は、自家骨と置換されることがほとんど期待できない。また、骨代替物は、生涯を通して破損しない機械的特性が要求されるが、上記緻密体は、セラミックスの宿命ともいえる脆性を改善することは困難である。また、自家骨に比べて高強度な緻密体は、周囲の自家骨と機械的に調和せず、しばしば、自家骨の二次的な骨折や、骨吸収の原因となる。
【０００５】
近年、早期の自家骨との置換を期待して、リン酸カルシウム多孔体を骨代替物として用いるケースが増えている。しかし、現行の多孔体は、その孔径が、骨形成に関して適した設計ではなく、また、多くの密閉気孔を含むため、期待通りの骨置換が実現できない。この多孔体を、金属製人工材料と骨母床間の間隙充填剤として用いる場合、多孔体は、不定形に砕かれて間隙に充填されるが、この際にできる粉には細胞毒性が懸念される。また、注入療法によって低侵襲に骨欠損を充填する目的で、アパタイトセメント等の利用が検討されている。しかし、これらは、体液・血液存在下では硬化が良好でない。
【０００６】
最近、自家骨との早期置換を期待したリン酸カルシウム系セラミックス多孔体の使用について、歯科及び整形外科分野で検討が進められている。骨代替物としての多孔体においては、孔径が骨芽細胞のイングロースに適した大きさ（直径２００〜６００μｍ以上）を持ち、かつ、すべての孔が１つのネットワークを作る連通孔であることが望ましい。また、多孔体を金属製人工材料と骨母床間の間隙充填剤として用いる場合、細胞毒性の懸念される粒径の粉を出すことなく、創傷に緻密に充填できる形状及びハンドリング特性が望まれている。リン酸カルシウムを用いた注入療法においては、注入剤が創傷内で十分な強度を保つことが期待されている。多孔体を培養担体として用いる場合、所望の細胞が侵入・分化・増殖できる孔径と連通孔構造が必要である。しかし、これらの条件を満たす多孔体は未だ開発されておらず、当技術分野においては、上記条件を満たす新しい多孔体材料の開発が強く要請されていた。
【０００７】
【非特許文献１】
Ｋ．ｄｅＧｒｏｏｔ，“ＣｅｒａｍｉｃｓｏｆＣａｌｃｉｕｍＰｈｏｓｐｈａｔｅｓ：ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，”ｉｎＢｉｏｃｅｒａｍｉｃｓｏｆＣａｌｃｉｕｍＰｈｏｓｐｈａｔｅ，ｅｄ．Ｋ．ｄｅＧｒｏｏｔ（ＣＲＣＰｒｅｓｓ，ＢｏｃａＲａｔｏｎ，ＦＬ．，１９８３）ｐｐ．１００−１１４
【非特許文献２】
Ｈ．Ｄｅｎｉｓｓｅｎ，ＤｅｎｔａｌＲｏｏｔＩｍｐｌａｎｔｓｏｆＡｐａｔｉｔｅＣｅｒａｍｉｃｓ．ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓａｎｄＣｌｉｎｉｃａｌＵｓｅｏｆＤｅｎｔａｌＲｏｏｔＩｍｐｌａｎｔｓＭａｄｅｏｆＡｐａｔｉｔｅＣｅｒａｍｉｃｓ（Ｐｈ．Ｄ．Ｔｈｅｓｉｓ，ＶｒｉｊｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｅｉｔｔｅＡｍｓｔｅｒｄａｍ，１９７９）
【非特許文献３】
Ｈ．Ｄｅｎｉｓｓｅｎｅｔａｌ．．ＨｙｄｒｏｘｙｌａｐａｔｉｔｅＩｍｐｌａｎｔｓ（Ｉｎｄｉａ：ＰｉｃｃｉｎＮｕｏｖａＬｉｂｒａｒｉａ，Ｓ．Ｐ．Ａ．，１９８５）
【非特許文献４】
Ｗ．Ｈｕｂｂａｒｄ，ＰｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌＣａｌｃｉｕｍＰｈｏｓｐｈａｔｅｓＡｓＯｒｔｈｏｐｅｄｉｃＢｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，（Ｐｈ．Ｄ．Ｔｈｅｓｉｓ，ＭａｒｑｕｅｔｔｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，１９７４）
【非特許文献５】
Ｃ．Ｋｌｅｉｎｅｔａｌ．，“ＭａｃｒｏｐｏｒｏｕｓＣａｌｃｉｕｍＰｈｏｓｐｈａｔｅＢｉｏｃｅｒａｍｉｃｓｉｎＤｏｇＦｅｍｏｒａ：ＡＨｉｓｔｏｌｏｇｉｃａｌＳｔｕｄｙｏｆＩｎｔｅｒｆａｃｅａｎｄＢｉｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ，”Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ１０（１９８９）５９−６２
【非特許文献６】
Ｐ．Ｄ．Ｃｏｓｔａｎｔｉｎｏｅｔａｌ．，“ＨｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅＣｅｍｅｎｔ：Ｉ．ＢａｓｉｃＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＨｉｓｔｏｌｏｇｉｃＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，”ＡｒｃｈＯｔｏｌａｒｙｎｇｏｌＨｅａｄＮｅｃｋＳｕｒｇ１１７（１９９１）３７９−３８４
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このような状況の中で、本発明者は、上記従来技術に鑑みて、上記従来技術における諸問題を確実に解消することができる新しいリン酸カルシウム系生体適合性材料とその新しい利用形態、その製品及び投与方法等を、多角的な視点から検討し、開発することを目標として鋭意研究を積み重ねた結果、１つ以上の貫通孔を有するリン酸カルシウム系セラミックスビーズの集合体等を利用することにより所期の目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、１つ以上の貫通孔を有するリン酸カルシウム系セラミックスビーズを、その貫通孔の一部又は全部を一方向に配向させて、所定の空間に充填することにより構築されたビーズ集積体及びその構築方法を提供することを目的とする。
更に、本発明は、骨代替物、間隙充填剤及び細胞培養担体等の所望の用途に応じて適宜選択した貫通孔形状、及び強度を持つリン酸カルシウム系セラミックスビーズを最小単位として、それらを所定の空間に集合させることにより、当該集合体として完全又は部分的連通孔多孔体を形成する機能を発揮させる技術を提供すること目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明は、以下の技術的手段から構成される。
（１）所定の空間に充填して集合体を構築したときに完全又は部分的連通孔多孔体を形成する機能を有するリン酸カルシウム系セラミックス成形体から構築された該成形体の集積体であって、
上記成形体は、１つ以上の貫通孔を有し、上記成形体の形状はアスペクト比が１のビーズ形状であり、該ビーズは、球状の凝集体又は焼結体からなり、該ビーズの貫通孔径は１００μｍ〜３ｍｍであり、かつ長軸直径の７０％以下である、リン酸カルシウム系セラミックスビーズであり、上記集積体は、当該ビーズを、その貫通孔の一部又は全部を一方向に揃えて、最小構成要素として所定の空間に充填、集積されて構築された集積体であり、当該集合体として完全又は部分的連通孔多孔体を形成する機能を有するリン酸カルシウム系セラミックスビーズ集合体であることを特徴とするリン酸カルシウム系セラミックスビーズ集積体。
（２）上記ビーズの長軸直径が２００μｍ〜６ｍｍの範囲である前記（１）記載のビーズ集積体。
（３）上記ビーズの原料が、水酸アパタイト、炭酸アパタイト、フッ素アパタイト、塩素アパタイト、β−ＴＣＰ、α−ＴＣＰ、メタリン酸カルシウム、リン酸４カルシウム、リン酸水素カルシウム、リン酸水素カルシウム２水和物の群から選択された１種、あるいは２種以上の混合物である前記（１）記載のビーズ集積体。
（４）上記原料が、上記原料に薬学的に許容される成分を適量混合したものである前記（３）記載のビーズ集積体。
（５）所定の空間に充填して集合体を構築したときに完全又は部分的連通孔多孔体を形成する機能を有するリン酸カルシウム系セラミックス成形体から構築された該成形体の集積体を構築する方法であって、
上記成形体は、１つ以上の貫通孔を有し、上記成形体の形状はアスペクト比が１のビーズであり、該ビーズは、球状の凝集体又は焼結体からなり、該ビーズの貫通孔径は１００μｍ〜３ｍｍであり、かつ長軸直径の７０％以下である、リン酸カルシウム系セラミックスビーズであり、当該ビーズを、その貫通孔の一部又は全部を一方向に揃えて、最小構成要素として所定の空間に充填し、集積して、集積体を構築することにより、集積体として完全又は部分的連通孔を形成する機能を有するビーズ集積体とすることを特徴とするリン酸カルシウム系セラミックスビーズ集積体の構築方法。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を更に詳細に説明する。本発明においては、リン酸カルシウム系セラミックス原料として、例えば、水酸アパタイト、炭酸アパタイト、フッ素アパタイト、塩素アパタイト、β−ＴＣＰ、α−ＴＣＰ、メタリン酸カルシウム、リン酸４カルシウム、リン酸水素カルシウム、リン酸水素カルシウム２水和物、が例示される。しかし、これらに制限されるものではなく、これらと実質的に同効のもの、あるいはこれらと類似のものであれば同様に使用することができる。本発明では、これらの中から選択された１種、あるいは２種以上の混合物が使用される。
【００１２】
これらの原料は、自家骨との生着・置換性及び低い細胞毒性の点で好適である。この場合、必要に応じて、これらの原料に、薬学的に許容される任意の成分を適量混合することができる。これらの例として、例えば、亜鉛含有アパタイト、マグネシウム含有β−ＴＣＰが例示される。しかし、これらに制限されるものではない。上記リン酸カルシウム系セラミックス（以下、リン酸カルシウムと記載する）は、天然鉱物であってもよく、あるいは各種湿式法、乾式法で合成された物であってもよい。これらは、ＢＥＴ値が１〜３００ｍ^２／ｇ程度の粉体であることが望ましい。しかし、これらに制限されるものではない。
【００１３】
本発明において、上記リン酸カルシウムは、１つ以上の貫通孔を有するセラミック形成体として用いられる。リン酸カルシウムの成形方法としては、好適には、例えば、球体成形用割型を用いて１〜３０００ｋｇ／ｃｍ^２程度で一軸加圧成形することによって成形する方法、また、１０００〜１００００ｋｇ／ｃｍ^２程度で冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）した圧粉体を摩滅することによって成形する方法、等が使用される。更に、所望のリン酸カルシウム粉をアルギン酸ナトリウムに懸濁させたものを、多価金属イオンを含有する凝固液に滴下して球状に成形する方法を用いてもよい。この場合、リン酸カルシウム粉及びアルギン酸ナトリウムの濃度は、それぞれ５〜９０ｗｔ％、１〜５０ｗｔ％であることが望ましい。
【００１４】
ビーズに貫通孔を形成する方法としては、好適には、例えば、上記割型に貫通孔作製用の突起を設けて形成する方法、また、ＣＩＰ後の成形体もしくはアルギン酸ナトリウムの凝固により成形されたビーズに所望の径のニードルで貫通孔を形成する方法、等が使用される。これらの方法を用いて、割型内の突起やニードルによって貫通孔を作製することが簡便である。この場合、割型やニードルは、選択したリン酸カルシウムとの反応性の低い物であることが望ましい。しかし、本発明は、これらに制限されるものではなく、適宜の手段を使用することができる。
【００１５】
貫通孔の孔径は、用途（骨形成、骨細胞培養担体等）に合わせて適宜選択される。例えば、骨欠損部・骨折部充填には直径２００〜６００μｍ、金属製人工材料と骨母床間の間隙充填には直径１００〜３００μｍ、骨延長部位に対する注入剤としては直径２００〜１０００μｍ、細胞培養担体としては直径２００〜１０００μｍ、薬剤担体としては直径１００〜１５０μｍが好適である。本発明において、「ビーズ」とは、アスペクト比（長軸／短軸）が１の球状の塊状物のことを意味する。
【００１６】
リン酸カルシウムセラミックスビーズの焼結は、用いたリン酸カルシウムに応じた焼結温度で実施される。焼結後のリン酸カルシウムセラミックスビーズは、切削等により、所望の大きさ、真球度に整えてもよいし、整えなくてもよい。また、アルギン酸ナトリウムの凝固により成形された貫通孔付きビーズにおいては、用途に応じて、適宜、焼結せずに用いてもよい。ビーズの直径は、用途（骨形成、骨細胞培養担体等）に合わせて適宜選択される。例えば、骨欠損部・骨折部充填には直径１〜３ｍｍ、金属製人工材料と骨母床間の間隙充填には直径２００〜２０００μｍ、骨延長部位に対する注入剤としては直径５００〜３０００μｍ、細胞培養担体としては直径３００〜３０００μｍ、薬剤担体としては直径２００〜１０００μｍが好適である。
【００１７】
本発明で使用する１つ以上の貫通孔を有するリン酸カルシウム系セラミックスビーズは、適宜加工条件を選択することにより、２００〜６０００μｍの直径、及び１００〜３０００μｍの貫通孔（ただし、ビーズ直径の７０％以下）を持ち得る。また、成形体の調製方法により、０．０５〜５００ＭＰａの圧縮強度を持ち得る。これらの要件を具備したリン酸カルシウム系セラミックスビーズは、基本的には、所定の原料を用いて作製した凝集体に貫通孔を形成し、これをそのまま又は焼結した後、適宜、必要に応じて、所定の形状に加工することにより作製される。
【００１８】
すなわち、上記ビーズは、好適には、例えば、球体成形用割型を用いて一軸加圧により成形する工程、これにφ４００μｍのドリルで貫通孔を作製する工程、これを１０００℃で１時間焼成する工程、得られた１．３ｍｍ程度の大きさのアパタイトセラミックスを、６００番のダイヤモンド砥粒を電着した円形チャンバー内で、内圧１ｋｇ／ｃｍ^２で３０分間加工する工程、により作製される。これにより、直径１ｍｍ、貫通孔径２５０μｍ、圧縮強度５００ＭＰａのアパタイトセラミックスビーズが得られる。しかし、本発明は、これらの方法に制限されるものではない。
【００１９】
本発明で使用する１つ以上の貫通孔を有するリン酸カルシウム系セラミックスビーズは、本発明のビーズ集合体の最小構成単位（ユニット）と成り得るものであり、その集合状態において完全又は部分的連通孔多孔体を形成する機能を発揮する。本発明において、「完全又は部分的連通孔」とは、多孔体内の所望の孔径を有する全部又は一部の孔が連結して形成する貫通孔ネットワークのことを意味する。このネットワークを形成する連通孔は、多孔体の全域に渡る円滑な物質輸送を高効率で実現する場である。それにより、血流、細胞、細胞のグロースファクター、酸素等を多孔体の全域に高効率で供給することが実現できる。
【００２０】
本発明において、１つ以上の貫通孔を有するリン酸カルシウム系セラミックスビーズは、上記ビーズ集合体の所望の作用効果を効率よく発揮するように、ビーズの貫通孔を所定の方向に規則的に配向させたものである。本発明のビーズ集積体は、具体的には、ビーズの貫通孔の一部又は全部を一方向に揃えて、最小構成要素として所定の空間に集積することにより構築されたものである。これにより、上記ビーズは、所定の空間に充填された状態で、集積体として完全又は部分的連通孔多孔体を形成する機能を発揮する。
【００２１】
本発明のリン酸カルシウム系セラミックスビーズ集積体は、上記ビーズを所定の空間に充填することにより構築される。その構築方法として、貫通孔が一定の方向に配向したビーズ集積体においては、貫通孔ネットワーク内の物質輸送を所望の方向に限定できるため、その作用効果が一層高効率で発揮される。
【００２２】
本発明で使用するリン酸カルシウム系セラミックス成形体は、完全な貫通孔と、任意形状の間隙を破損することなく充填できる形状を有する。すなわち、上記セラミックスビーズは、多孔体の最小構成要素であり、経皮的な注入又は外科的な手法により、任意形状の骨欠損部・骨折部及び金属製人工材料と骨母床間の間隙に注入・充填することで、完全又は部分的連通孔多孔体を形成することができる。また、上記ビーズは、骨粗鬆症部や骨延長術に伴う比較的大きな骨欠損部の骨形成を助けるための注入剤となり得る。また、細胞培養や薬剤の担体と成り得る。貫通孔の径は、補綴部位の骨形成に適した径や、培養対象細胞の大きさにすることができる。更に、リン酸カルシウム系セラミックスビーズの強度は、ビーズ成形時の圧粉及び焼結によって適宜制御することができる。
【００２３】
上記リン酸カルシウム系セラミックスビーズは、これを滅菌梱包して製品化される。例えば、上記ビーズを適宜の袋やパッケージの空間にパックして充填物を調製し、これを滅菌、梱包して所定の製品とすることができる。この場合、上記ビーズ集合体や貫通孔の一部又は全部を一方向に配向させたビーズ集積体を対象とすることができる。また、本発明では、上記ビーズ集積体に任意の薬剤成分を担持させて薬剤成分−担持複合体を作製することができる。これらの複合体として、例えば、抗ガン剤、制ガン剤、抗炎症剤、ＢＭＰ等が例示される。しかし、これらに制限されるものではなく、適宜の薬剤成分を担持させることができる。
【００２４】
【作用】
本発明においては、１つ以上の貫通孔を有するリン酸カルシウム系セラミックスビーズを最小構成単位（ユニット）としてビーズ集合体が構築される。それにより、完全又は部分的連通孔を形成する機能を有する多孔体を構築することができる。本発明のリン酸カルシウム系セラミックスビーズ集合体が形成する完全又は部分的連通孔多孔体の連通孔内においては、物質輸送が円滑である。そのために、多孔体内における細胞の分化・増殖が円滑に行われる。特に、これを人工骨として用いた場合、連通孔内には早期の骨形成が起こり、速やかに自家骨と置換される。ビーズの貫通孔の一部又は全部が一方向に配向した貫通孔を有するリン酸カルシウム系セラミックスビーズ集積体においては、貫通孔ネットワーク内の物質輸送を所望の方向に限定できる。そのため、連通孔の作用が一層高効率化される。
【００２５】
本発明で使用する１つ以上の貫通孔を有するリン酸カルシウム系セラミックスビーズは、注射器を使用して注入可能な形状・強度を持つ。そのため、外科的方法に比べ低侵襲な経皮的な注入が可能である。それにより、骨欠損部に、リン酸カルシウムの完全連通孔多孔体を形成することができる。また、経皮的に骨延長部位にリン酸カルシウムセラミックスを注入することにより、骨粗鬆症部位及び骨延長術後の骨形成を助けることができる。ビーズ注入直後に、所望の強度が得られる。最小構成要素であるビーズ径を適宜選択することにより、任意形状の骨欠損部・骨折部及び金属製人工材料と骨母床間の間隙を充填することができる。生体内への充填に伴うビーズの破損が無いため、細胞毒性が懸念される粒径の粉体が残らない。貫通孔径を適宜選択することにより、貫通孔内に、所望の薬剤成分を担持・除放することができる。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらによって何ら限定されるものではない。
実施例１
０．５ｗｔ％のアルギン酸ナトリウム水溶液に、粒径１５０μｍ以下に調製した水酸アパタイト（ＨＡ）粉を１０ｗｔ％になるように混合し、均一なスラリーとした。このスラリーを５０ｍｌシリンジに充填し、１ｗｔ％の塩化カルシウム水溶液に滴下することによりＨＡをビーズ状に成形した。ＨＡビーズが乾燥する前に、ＨＡビーズの中心を通り、互いに直交する３本の貫通孔をφ４００μｍのカーボンシャフトにより形成した。貫通孔形成後のＨＡビーズを１００℃で１２時間乾燥した後、１２００℃で１時間焼結した。焼結後、ＨＡビーズを、８００番のダイヤモンド砥粒を内壁にコーティングした円形チャンバー内で移動・摩滅することにより、直径１ｍｍの球状に成形した。このような成形により、互いに直交するφ２５０μｍの貫通孔を３本有する直径１ｍｍのＨＡセラミックスビーズが作製された。図１に、貫通孔を有するＨＡセラミックスビーズ模式図を示す。上記方法で作製したビーズを１×１×１ｃｍの空間に充填することにより、完全連通孔多孔体（集積体）を形成することができた。
【００２７】
参考例１
１ｗｔ％のアルギン酸ナトリウム水溶液に、粒径１００μｍ以下に調製したβ−ＴＣＰ粉を６０ｗｔ％になるように混合し、均一なスラリーとした。このスラリーを５０ｍｌシリンジに充填し、５ｗｔ％の塩化カルシウム水溶液に滴下することによりβ−ＴＣＰをビーズ状に成形した。塩化カルシウム水溶液中において、φ３００μｍのカーボンシャフトによりβ−ＴＣＰビーズに互いに直交し、かつビーズの中心を通るような貫通孔を２つ形成した。貫通孔形成後のβ−ＴＣＰビーズを塩化カルシウム水溶液から取り出し、超純水で十分すすいだ後、超純水中で保存した。このような成形により、φ２５０μｍの貫通孔を２つ有するβ−ＴＣＰビーズが作製された。
【００２８】
参考例２
２ｗｔ％のアルギン酸ナトリウム水溶液に、粒径２００μｍ以下に調製したＨＡ粉を６０ｗｔ％になるように混合し、均一なスラリーとした。このスラリーをシリンジに充填し、１ｗｔ％の塩化カルシウム水溶液に滴下することによりＨＡをビーズ状に成形した。ＨＡビーズが乾燥する前に、φ３００μｍのカーボンシャフトによりＨＡビーズの中心にφ３００μｍの貫通孔１つを形成した。貫通孔形成後のＨＡビーズを凍結乾燥した後、１２００℃で１時間焼結した。焼結後、ＨＡビーズを、８００番のダイヤモンド砥粒を内壁にコーティングした円形チャンバー内で移動・摩滅することにより、直径１ｍｍの球状に成形した。このような成形により、φ３００μｍの貫通孔を１つ有するＨＡセラミックスビーズが作製された。上記方法で作製したＨＡビーズをφ２５ｍｍのポリスチレン製カルチャーディッシュに敷き詰めその上で骨芽細胞の培養を試みた。その結果、骨芽細胞がビーズ表面及び貫通孔内で付着、増殖することが分かった。
【００２９】
実施例２
１ｗｔ％のアルギン酸ナトリウム水溶液に、遊星ボールミルで１時間粉砕した水酸アパタイト（ＨＡ）粉を３０ｗｔ％になるように混合し、均一なスラリーとした。このスラリーをデジタルピペットに充填し、４μｌずつ２．５ｗｔ％の塩化カルシウム水溶液に滴下することにより、球状ＨＡ凝集体とした。球状ＨＡ凝集体が乾燥する前に、φ５００μｍのステンレスワイヤーを用いて、球状ＨＡ凝集体の中心を通る貫通孔を形成した。貫通孔形成後の球状ＨＡ凝集体を６０℃で１２時間乾燥した後、１２５０℃で１．５時間焼結し、ＨＡビーズを得た。焼結後、ＨＡビーズの貫通孔を、φ３００μｍの電着ダイヤモンドバーでトリミングした。このような成形により、ＨＡビーズの中心を通るφ３００μｍの貫通孔を１つ有する直径１±０．２ｍｍのＨＡビーズが作製された（図３）。上記ビーズ一個の圧縮試験における最大点荷重は４０Ｎであった。上記方法で作製したＨＡビーズ１００個を、１２週齢の健康雄ＳＰＦウサギの脛骨近位端に作製した径５ｍｍ、深さ５ｍｍの骨欠損孔に埋植し、骨欠損孔に多孔体を形成した。多孔体形成後、骨膜・皮下組織及び皮膚を縫合し、術部を閉じた。ビーズ（集積体）埋植後７日目に、動物をＳｏｄｉｕｍｐｅｎｔｂａｒｂｉｔａｌ約５０ｍｇ／ｋｇ（ｉ．ｖ．）麻酔下に放血により安楽死させ、脛骨埋植部を摘出し、１０％の中性緩衝ホルマリンに固定した。固定後、埋植部をイオン交換樹脂法により脱灰後、厚さ約３μｍの切片を作製し、Ｈｅｍａｔｏｘｙｌｉｎ・ｅｏｓｉｎ染色を施し、形態学的な評価を実施した。上記評価により、貫通孔に浸入する新生骨組織、新生血管、骨梁形成を伴う骨芽細胞の浸入が認められた（図４Ａ）。ビーズ間隙にも新生骨形成が認められた（図４Ｂ）。上記新生組織により各ビーズは連結されており、ビーズの埋入部位からの移動は無かった。また、ビーズ内部に細胞の浸入が認められた（図４Ｃ）。
【００３０】
実施例３
実施例２で作製したＨＡビーズ１００個を、１２週齢の健康雄ＳＰＦウサギの脛骨近位端に作製した径５ｍｍ、深さ５ｍｍの骨欠損孔に埋植し、骨欠損孔に多孔体（集積体）を形成した。多孔体形成後、骨膜・皮下組織及び皮膚を縫合し、術部を閉じた。ビーズ埋植後３０日目に、動物をＳｏｄｉｕｍｐｅｎｔｂａｒｂｉｔａｌ約５０ｍｇ／ｋｇ（ｉ．ｖ．）麻酔下に放血により安楽死させ、脛骨埋植部を摘出し、１０％の中性緩衝ホルマリンに固定した。固定後、埋植部をイオン交換樹脂法により半脱灰状態にした後、厚さ約３μｍの切片を作製し、Ｈｅｍａｔｏｘｙｌｉｎ・ｅｏｓｉｎ染色を施し、形態学的な評価を実施した。上記評価においては、緻密骨レベルにあるビーズの貫通孔及びビーズ間隙が、血管や髄腔を伴う新生骨組織により充填されており、骨欠損治癒がほぼ完了していることが認められた（図５）。
【００３１】
参考例３
実施例１で作製したＨＡビーズを骨欠損部に充填した。それにより、骨欠損部に完全連通孔多孔体を形成することができた。その結果、骨欠損部の強度を上げることができた。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明は、１つ以上の貫通孔を有するリン酸カルシウム系セラミックスビーズの集積体及びその生体適合材料としての新しい利用形態に係るものである。本発明により、以下のような格別の作用効果が奏される。
（１）１つ以上の貫通孔を有するリン酸カルシウム系セラミックスビーズの集積体が得られる。
（２）上記セラミックスビーズを最小構成要素としたビーズ集積体は、当該集積体として完全又は部分的連通孔多孔体を形成する機能を有する。
（３）上記セラミックスビーズの貫通孔の一部又は全部を一定方向に配向させたビーズ集積体が得られる。
（４）上記ビーズ集積体は、当該集積体として完全連通孔ネットワークを形成する機能を有する。
（５）上記完全又は部分的連通孔内においては、物質輸送が円滑であるため、上記ビーズ集積体を、例えば、人工骨として用いた場合、骨形成に係る細胞の分化・増殖が円滑に行われる。
（６）上記ビーズ集積体では、貫通孔ネットワーク内の物質輸送を所望の方向に特定できるため、一層高い作用効果が奏される。
（７）また、これらは、完全又は部分的連通孔を形成する多孔体としての機能を有するため、例えば、細胞培養担体、薬剤成分担体等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、ＨＡビーズの中心を通り、互いに直交するφ２５０μｍの貫通孔を３本有する直径１ｍｍのＨＡセラミックスビーズの模式図を示す。
【図２】図２は、ＨＡセラミックスビーズを充填したシリンジの模式図を示す。
【図３】図３は、実施例４において作製されたφ３００μｍの貫通孔を１つ有する直径１ｍｍのＨＡセラミックスビーズの一例を示す。
【図４】図４は、実施例４の動物実験結果の一例を示す。
ａ：貫通孔に新生骨組織、新生血管、骨梁形成を伴う骨芽細胞の浸入が認められる。
ｂ：ビーズ間隙にも新生骨形成が認められる。
ｃ：ビーズ内部に細胞の浸入が認められる。
【図５】図５は、実施例５の動物実験結果の一例を示す。緻密骨レベルにあるビーズの貫通孔及びビーズ間隙が、血管や髄腔を伴う新生骨組織により充填されており、骨欠損治癒がほぼ完了していることが認められる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a new application form in the field of artificial osteoplasty of a calcium phosphate biocompatible material having a specific form prepared by a specific method. More specifically, the present invention relates to a calcium phosphate-based ceramic bead aggregate having a function of forming a completely or partially communicating porous body when an aggregate is constructed by filling a predetermined space. The beads constituting the body have one or more through-holes and, in an aggregate state, exhibit a function of forming a completely or partially communicating porous body that is ideal for the purpose of bone formation. The calcium phosphate-based ceramic bead aggregate according to the present invention is used for bone defect / fracture repair for the purpose of bone regeneration and injection into osteoporosis / bone extension siteforFor gap filling between metal artificial material and bone mother bedInjectionIt is useful as a material that can be suitably used as a filler, drug carrier, cell culture carrier and the like.
[0002]
[Prior art]
  Conventionally, calcium phosphate materials such as hydroxyapatite and β-TCP have been used as bone substitutes that can be expected to be engrafted and replaced with autologous bone. As their utilization forms, dense bodies, porous bodies, self-curing pastes and the like are known. Among these, the dense body is a sintered body having no pores obtained by sintering a green compact of a desired calcium phosphate (see, for example, Non-Patent Documents 1 to 3).
[0003]
  Further, the porous body is prepared by mixing a desired calcium phosphate powder with a polymer lost wax or the like selected as appropriate and sintering the produced molded body or firing a molded body having pores formed in the desired calcium phosphate. It is a sintered body containing voids and pores obtained by bonding (see, for example, Non-Patent Documents 4 to 5).
[0004]
  Further, the self-curing paste is a paste obtained by mixing a mixture of two or more kinds of calcium phosphates that can be expected to be cured with an appropriately selected kneading liquid (see, for example, Non-Patent Document 6). . However, the above-mentioned dense body can hardly be expected to be replaced with autologous bone. In addition, the bone substitute is required to have mechanical properties that do not break throughout its lifetime, but the dense body is difficult to improve brittleness, which can be said to be the fate of ceramics. In addition, dense bodies that are stronger than autologous bones are not mechanically harmonized with surrounding autologous bones, and often cause secondary fractures and resorption of autologous bones.
[0005]
  In recent years, there are an increasing number of cases in which a calcium phosphate porous body is used as a bone substitute in anticipation of early replacement with autologous bone. However, the current porous body has a pore size that is not suitable for bone formation and includes many closed pores, so that the expected bone replacement cannot be realized. When this porous body is used as a gap filler between a metal artificial material and a bone matrix, the porous body is crushed into an irregular shape and filled into the gap. Is done. In addition, the use of apatite cement or the like has been studied for the purpose of filling bone defects in a minimally invasive manner by injection therapy. However, these do not cure well in the presence of body fluids or blood.
[0006]
  Recently, the use of a calcium phosphate ceramic porous body that is expected to be replaced early with autologous bone has been studied in the dental and orthopedic fields. In a porous body as a bone substitute, the pore size is a size suitable for osteoblast ingrose (diameter 200 to 600 μm or more), and all the pores are communication holes forming one network. desirable. In addition, when a porous body is used as a gap filler between a metal artificial material and a bone mother bed, a shape and handling characteristics that can be densely filled into a wound without producing a powder with a particle size that is a concern for cytotoxicity are desired. ing. In infusion therapy using calcium phosphate, the infusate is expected to maintain sufficient strength in the wound. When a porous body is used as a culture carrier, a pore size and a communicating pore structure that allow desired cells to invade, differentiate, and proliferate are required. However, a porous body satisfying these conditions has not been developed yet, and there has been a strong demand in the art for the development of a new porous material that satisfies the above conditions.
[0007]
[Non-Patent Document 1]
K. de Groot, “Ceramics of Calcium Phosphates: Preparation and Properties,” in Bioceramics of Calcium Phosphate, ed. K. de Groot (CRC Press, Boca Raton, FL., 1983) pp. 100-114
[Non-Patent Document 2]
H. Denissen, Dental Root Implants of Apatite Ceramics. Experimental Investigations and Clinical Use of Dental Root Implants Made of Apertures (Ph. D. Thesis, Vriage University teeter Amster 79)
[Non-Patent Document 3]
H. Denissen et al. . Hydroxylate Implants (India: Piccin Nuova Library, SPA, 1985)
[Non-Patent Document 4]
W. Hubbard, Physiological Calcium Phosphates As Orthopedic Biomaterials, (Ph. D. Thesis, Marquette University, 1974)
[Non-Patent Document 5]
C. Klein et al. , "Macroporous Calcium Phosphate Bioceramics in Dog Femora: A Histologic Study of Interface and Biodegradation," Biomaterials 10 (1989) 59-62.
[Non-Patent Document 6]
P. D. Costantino et al. "Hydroxyapatite Cement: I. Basic Chemistry and Histologic Properties," Arch Otranarygol Head Neck Surg 117 (1991) 379-384.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
  Under such circumstances, the present inventor, in view of the above prior art, the new calcium phosphate-based biocompatible material that can surely solve the problems in the above prior art, its new form of use, its product, and As a result of intensive research aimed at developing and studying administration methods from various perspectives, the expected results can be obtained by utilizing aggregates of calcium phosphate ceramic beads having one or more through-holes. The inventors have found that the object can be achieved and have completed the present invention.
[0009]
  That is, the present invention relates to a bead aggregate constructed by filling a predetermined space with calcium phosphate ceramic beads having one or more through-holes by orienting part or all of the through-holes in one direction.And its construction methodAims to provideThe
  Furthermore, the present invention provides calcium phosphate ceramic beads having a through-hole shape and strength appropriately selected according to a desired application such as a bone substitute, a gap filler, and a cell culture carrier as a minimum unit, and using them as a predetermined space. It is an object of the present invention to provide a technique for exhibiting the function of forming a completely or partially communicating porous body as an aggregate.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention for solving the above-described problems comprises the following technical means.
(1) An aggregate of the molded body constructed from a calcium phosphate-based ceramic molded body having a function of forming a completely or partially communicating porous body when an aggregate is constructed by filling a predetermined space,
  The molded body has one or more through-holes, and the molded body has a bead shape with an aspect ratio of 1, and the beads are formed of spherical aggregates or sintered bodies, and the beads are penetrated. Calcium phosphate-based ceramic beads having a pore diameter of 100 μm to 3 mm and 70% or less of the major axis diameter,TheAn integrated body constructed by aligning a part or all of the through-holes in one direction and filling a predetermined space as a minimum component and accumulating them, and forming a completely or partially communicating porous body as the aggregate A calcium phosphate-based ceramic bead aggregate comprising a calcium phosphate-based ceramic bead aggregate having a function of forming.
(2) The bead assembly according to (1), wherein the bead has a major axis diameter in the range of 200 μm to 6 mm.
(3) The raw material of the beads is hydroxyapatite, carbonate apatite, fluorapatite, chlorapatite, β-TCP, α-TCP, calcium metaphosphate, tetracalcium phosphate, calcium hydrogen phosphate, calcium hydrogen phosphate dihydrate. The bead aggregate according to the above (1), which is one kind selected from the group of things or a mixture of two or more kinds.
(4) The bead aggregate according to (3) above, wherein the raw material is a mixture of an appropriate amount of a pharmaceutically acceptable ingredient in the raw material.
(5) A method of constructing an aggregate of the compacts constructed from a calcium phosphate ceramic compact having a function of forming a completely or partially communicating porous body when an aggregate is constructed by filling a predetermined space. Because
  The molded body has one or more through-holes, and the shape of the molded body is a bead having an aspect ratio of 1, and the bead is formed of a spherical aggregate or a sintered body, and the diameter of the through-hole of the bead Is a calcium phosphate-based ceramic bead having a diameter of 100 μm to 3 mm and not more than 70% of the major axis diameter, and the bead has a predetermined component as a minimum component by aligning a part or all of its through holes in one direction. Construction of a calcium phosphate-based ceramic bead aggregate characterized by forming a bead aggregate having a function of forming a complete or partial communication hole as an aggregate by filling the space and accumulating the aggregate. Method.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Next, the present invention will be described in more detail. In the present invention, as calcium phosphate ceramic materials, for example, hydroxyapatite, carbonate apatite, fluorine apatite, chlorine apatite, β-TCP, α-TCP, calcium metaphosphate, tetracalcium phosphate, calcium hydrogen phosphate, hydrogen phosphate Calcium dihydrate is exemplified. However, the present invention is not limited to these, and any one having substantially the same effect as these or similar to these can be used in the same manner. In the present invention, one or a mixture of two or more selected from these is used.
[0012]
  These raw materials are suitable in terms of engraftment / substitution with autologous bone and low cytotoxicity. In this case, if necessary, an appropriate amount of any pharmaceutically acceptable ingredient can be mixed with these raw materials. Examples of these include zinc-containing apatite and magnesium-containing β-TCP. However, it is not limited to these. The calcium phosphate ceramics (hereinafter referred to as calcium phosphate) may be natural minerals, or may be synthesized by various wet methods or dry methods. These have a BET value of 1 to 300m²/ Powder is desirable. However, it is not limited to these.
[0013]
  In the present invention, the calcium phosphate is used as a ceramic formed body having one or more through holes. As a method for forming calcium phosphate, preferably, for example, 1 to 3000 kg / cm using a split mold for spherical molding.²A method of forming by uniaxial pressure molding at a degree, and 1000-10000 kg / cm²For example, a method of forming by compacting a green compact that has been cold isostatically pressed (CIP) is used. Further, a method in which a desired calcium phosphate powder suspended in sodium alginate is dropped into a coagulating liquid containing polyvalent metal ions and formed into a spherical shape may be used. In this case, the concentrations of calcium phosphate powder and sodium alginate are preferably 5 to 90 wt% and 1 to 50 wt%, respectively.
[0014]
  As a method for forming a through hole in a bead, for example, a method in which a projection for forming a through hole is provided on the split mold, or a molded body after CIP or solidification of sodium alginate is used. A method of forming a through-hole with a needle having a desired diameter in a bead is used. Using these methods, it is easy to produce a through-hole with a protrusion or a needle in the split mold. In this case, it is desirable that the split mold and the needle have a low reactivity with the selected calcium phosphate. However, the present invention is not limited to these, and appropriate means can be used.
[0015]
  The diameter of the through hole is appropriately selected according to the use (bone formation, bone cell culture carrier, etc.). For example, diameter 200 to 600 μm for filling bone defect / fracture part, diameter 100 to 300 μm for filling gap between metal artificial material and bone mother bed, diameter 200 to 1000 μm as injection for bone extension site, cell culture The carrier is preferably 200 to 1000 μm in diameter, and the drug carrier is preferably 100 to 150 μm in diameter. In the present invention, “bead” means a spherical mass having an aspect ratio (major axis / minor axis) of 1.
[0016]
  The calcium phosphate ceramic beads are sintered at a sintering temperature corresponding to the calcium phosphate used. The sintered calcium phosphate ceramic beads may be adjusted to a desired size and sphericity by cutting or the like, or may not be adjusted. Moreover, in the bead with a through-hole shape | molded by solidification of sodium alginate, you may use it without sintering suitably according to a use. The diameter of the beads is appropriately selected according to the use (bone formation, bone cell culture carrier, etc.). For example, diameter 1 to 3 mm for filling bone defect / fracture part, diameter 200 to 2000 μm for filling gap between metal artificial material and bone mother bed, diameter 500 to 3000 μm as injection for bone extension site, cell culture The carrier is preferably 300 to 3000 μm in diameter, and the drug carrier is preferably 200 to 1000 μm in diameter.
[0017]
  The present inventionUsed inThe calcium phosphate-based ceramic beads having one or more through-holes can have a diameter of 200 to 6000 μm and a through-hole of 100 to 3000 μm (however, 70% or less of the bead diameter) by appropriately selecting processing conditions. . Moreover, it may have a compressive strength of 0.05-500 MPa by the preparation method of a molded object. Calcium phosphate ceramic beads having these requirements, basically, through holes are formed in the aggregate produced using a predetermined raw material, as it is or after sintering, as appropriate, if necessary, It is produced by processing into a predetermined shape.
[0018]
  That is, the above-mentioned beads are preferably formed by, for example, a uniaxial pressing using a split mold for spherical molding, a step of forming a through hole with a φ400 μm drill, and firing this at 1000 ° C. for 1 hour. The internal pressure of 1 kg / cm is applied to the obtained apatite ceramic having a size of about 1.3 mm in a circular chamber electrodeposited with # 600 diamond abrasive grains.²And a process of processing for 30 minutes. Thereby, an apatite ceramic bead having a diameter of 1 mm, a through-hole diameter of 250 μm, and a compressive strength of 500 MPa is obtained. However, the present invention is not limited to these methods.
[0019]
  The present inventionUsed inCalcium phosphate ceramic beads having one or more through-holesOf the present inventionIt can be a minimum structural unit (unit) of a bead aggregate, and exhibits a function of forming a completely or partially communicating porous body in the aggregated state. In the present invention, the “completely or partially communicating hole” means a through-hole network formed by connecting all or a part of holes having a desired hole diameter in the porous body. The communication holes that form this network are places where smooth material transport across the entire area of the porous body is realized with high efficiency. Thereby, blood flow, cells, cell growth factors, oxygen, and the like can be efficiently supplied to the entire porous body.
[0020]
  In the present invention, a calcium phosphate ceramics bead having one or more through holesIsThe through-holes of the beads are regularly oriented in a predetermined direction so as to efficiently exhibit the desired effects of the bead aggregate.The bead assembly of the present invention comprises:Specifically, it is constructed by aligning part or all of the through-holes of beads in one direction and accumulating them in a predetermined space as a minimum component. Thereby, the said bead exhibits the function which forms a complete or partially communicating porous body as an aggregate | assembly in the state with which the predetermined space was filled.
[0021]
  The calcium phosphate-based ceramic bead aggregate of the present invention isthe aboveIt is constructed by filling beads into a predetermined space. As a construction method thereof, in the bead aggregate in which the through holes are oriented in a certain direction, since the material transport in the through hole network can be limited to a desired direction, the operation effect is exhibited with higher efficiency.
[0022]
  The present inventionUse inCalcium phosphate ceramic compacts have complete through holes and, AssignmentIt has a shape that can be filled without damaging the gap of the desired shape. That is,the aboveCeramic beads are the smallest components of porous materials, and can be injected and filled into the bone defect / fracture part of any shape and the gap between the metal artificial material and the bone matrix by percutaneous injection or surgical technique. By doing so, a completely or partially communicating porous body can be formed. Moreover, the said bead can become an injection agent for assisting the bone formation of the relatively large bone defect part accompanying an osteoporosis part or bone extension. It can also be a cell culture or drug carrier. The diameter of a through-hole can be made into the diameter suitable for bone formation of a prosthetic site | part, and the magnitude | size of a culture | cultivation object cell. Furthermore, the strength of the calcium phosphate ceramic beads can be appropriately controlled by compacting and sintering during the molding of the beads.
[0023]
  The calcium phosphate ceramic beads are manufactured by sterilizing and packaging them. For example, the beads can be packed in an appropriate bag or package space to prepare a filling material, which can be sterilized and packed into a predetermined product. In this case, it is possible to target a bead aggregate in which a part or all of the bead aggregate and the through hole are oriented in one direction.. MaIn the present invention, an arbitrary drug component can be supported on the bead assembly to prepare a drug component-supported complex. These complexes include, for example, anticancer agents, anticancer agents, anti-inflammatory agents, BMPsetcIs exemplified. However, it is not limited to these, and an appropriate drug component can be carried.
[0024]
[Action]
  In the present invention, a bead aggregate is constructed with calcium phosphate ceramic beads having one or more through-holes as a minimum structural unit. Thereby, a porous body having a function of forming a complete or partial communication hole can be constructed. In the communicating holes of the completely or partially communicating porous body formed by the calcium phosphate-based ceramic bead aggregate of the present invention, material transport is smooth. Therefore, differentiation and proliferation of cells in the porous body are smoothly performed. In particular, when this is used as an artificial bone, early bone formation occurs in the communication hole, and is quickly replaced with autologous bone. In the calcium phosphate-based ceramic bead aggregate having a through-hole in which a part or all of the through-holes of the beads are oriented in one direction, mass transport within the through-hole network can be limited to a desired direction. Therefore, the function of the communication hole is further increased in efficiency.
[0025]
  The calcium phosphate ceramic beads having one or more through-holes used in the present invention have a shape and strength that can be injected using a syringe. Therefore, transcutaneous injection that is less invasive than surgical methods is possible. Thereby, a completely communicating porous body of calcium phosphate can be formed in the bone defect portion. Further, by injecting calcium phosphate ceramics percutaneously into the bone extension site, it is possible to help the osteoporosis site and bone formation after the bone extension operation. Immediately after bead injection, the desired strength is obtained. By appropriately selecting the bead diameter, which is the minimum component, it is possible to fill a bone defect portion / fracture portion having an arbitrary shape and a gap between the metal artificial material and the bone mother bed. Since there is no breakage of the beads due to the filling into the living body, there is no powder having a particle size that may cause cytotoxicity. By appropriately selecting the diameter of the through hole, a desired drug component can be supported and released in the through hole.
[0026]
【Example】
  EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited at all by these.
Example 1
  Hydroxyapatite (HA) powder prepared to a particle size of 150 μm or less was mixed with 0.5 wt% sodium alginate aqueous solution so as to be 10 wt% to obtain a uniform slurry. This slurry was filled into a 50 ml syringe and dropped into a 1 wt% calcium chloride aqueous solution to form HA into beads. Before the HA beads are dried, they pass through the center of the HA beads and go straight to each other.ExchangeThree through-holes to be formed were formed by a carbon shaft having a diameter of 400 μm. The HA beads after forming the through holes were dried at 100 ° C. for 12 hours and then sintered at 1200 ° C. for 1 hour. After sintering, the HA beads were formed into a spherical shape having a diameter of 1 mm by moving and abrasion in a circular chamber in which the number 800 diamond abrasive grains were coated on the inner wall. With such molding,Exchange1 mm diameter HA ceramic beads having three through-holes with a diameter of 250 μm were produced. FIG. 1 shows a schematic diagram of HA ceramic beads having through holes. By filling the beads produced by the above method into a 1 × 1 × 1 cm space, a completely communicating porous body (aggregated body) could be formed.
[0027]
Reference example 1
  A β-TCP powder prepared to a particle size of 100 μm or less was mixed with a 1 wt% sodium alginate aqueous solution so as to be 60 wt% to obtain a uniform slurry. This slurry was filled in a 50 ml syringe and dropped into a 5 wt% calcium chloride aqueous solution to form β-TCP into beads. In the calcium chloride aqueous solution, two through holes were formed by a carbon shaft of φ300 μm so as to be orthogonal to the β-TCP beads and to pass through the center of the beads. The β-TCP beads after the formation of the through-holes were taken out from the calcium chloride aqueous solution, rinsed sufficiently with ultrapure water, and stored in ultrapure water. By such molding, β-TCP beads having two through holes of φ250 μm were produced.
[0028]
Reference example2
  HA powder prepared to a particle size of 200 μm or less was mixed with 2 wt% sodium alginate aqueous solution so as to be 60 wt% to obtain a uniform slurry. The slurry was filled in a syringe and dropped into a 1 wt% calcium chloride aqueous solution to form HA into beads. Before the HA beads were dried, one through hole having a diameter of 300 μm was formed at the center of the HA bead using a carbon shaft having a diameter of 300 μm. The HA beads after through-hole formation were freeze-dried and then sintered at 1200 ° C. for 1 hour. After sintering, the HA beads were formed into a spherical shape having a diameter of 1 mm by moving and abrasion in a circular chamber in which the number 800 diamond abrasive grains were coated on the inner wall. By such molding, HA ceramic beads having one through hole having a diameter of 300 μm were produced. The HA beads prepared by the above method were spread on a polystyrene culture dish having a diameter of 25 mm, and osteoblasts were tried to be cultured thereon. As a result, it was found that osteoblasts adhere and proliferate within the bead surface and through-holes.
[0029]
Example2
  Hydroxyapatite (HA) powder pulverized with a planetary ball mill for 1 hour was mixed with 1 wt% sodium alginate aqueous solution so as to be 30 wt% to obtain a uniform slurry. This slurry was filled into a digital pipette and dropped into a 2.5 wt% calcium chloride aqueous solution by 4 μl to obtain spherical HA aggregates. Before the spherical HA aggregate was dried, a through hole passing through the center of the spherical HA aggregate was formed using a stainless steel wire having a diameter of 500 μm. The spherical HA aggregate after the formation of the through holes was dried at 60 ° C. for 12 hours and then sintered at 1250 ° C. for 1.5 hours to obtain HA beads. After sintering, the through holes of the HA beads were trimmed with an electrodeposited diamond bar having a diameter of 300 μm. By such molding, HA beads having a diameter of 1 ± 0.2 mm having one through hole having a diameter of 300 μm passing through the center of the HA beads were produced (FIG. 3). The maximum point load in the compression test of one bead was 40N. 100 HA beads prepared by the above method were implanted in a bone defect hole having a diameter of 5 mm and a depth of 5 mm prepared at the proximal end of the tibia of a 12-week-old healthy male SPF rabbit to form a porous body in the bone defect hole. did. After formation of the porous body, the periosteum / subcutaneous tissue and skin were sutured, and the surgical site was closed. Seven days after bead (aggregate) implantation, the animals were euthanized by exsanguination under sodium pendbarbital anesthesia at approximately 50 mg / kg (iv), the tibial implant was removed, and 10% neutral buffer Fixed in formalin. After fixation, the implanted part was decalcified by an ion exchange resin method, a section having a thickness of about 3 μm was prepared, stained with Hematoxylin / eosin, and morphologically evaluated. From the above evaluation, invasion of new bone tissue, new blood vessels, and osteoblasts accompanied by trabecular bone formation entering the through-hole was observed (FIG. 4A). New bone formation was also observed in the bead gap (FIG. 4B). Each bead was connected by the new tissue, and there was no movement from the bead implantation site. In addition, cell infiltration was observed inside the beads (FIG. 4C).
[0030]
Example3
  Example2100 HA beads prepared in the above were implanted in a bone defect hole having a diameter of 5 mm and a depth of 5 mm prepared at the proximal end of the tibia of a 12-week-old healthy male SPF rabbit. Formed. After formation of the porous body, the periosteum / subcutaneous tissue and skin were sutured, and the surgical site was closed. On day 30 after bead implantation, the animals were euthanized by exsanguination under an anesthesia of about 50 mg / kg (iv) of a sodium pentbarbital, the tibial implant was removed and fixed in 10% neutral buffered formalin. . After fixation, the implanted part was made into a semi-decalcified state by an ion exchange resin method, and then a section having a thickness of about 3 μm was prepared, and hematoxylin / eosin staining was performed, and morphological evaluation was performed. In the above evaluation, it was confirmed that bone through-holes and bead gaps at the level of dense bone were filled with new bone tissue with blood vessels and medullary cavities, and bone defect healing was almost completed (Fig. 5).
[0031]
Reference example3
  The HA beads prepared in Example 1 were filled in the bone defect portion. Thereby, a completely communicating porous body could be formed in the bone defect part. As a result, the strength of the bone defect portion could be increased.
[0032]
【The invention's effect】
  As described above in detail, the present invention relates to an aggregate of calcium phosphate-based ceramic beads having one or more through-holes and a new form of use thereof as a biocompatible material. According to the present invention, the following special effects are achieved.
(1) An aggregate of calcium phosphate ceramic beads having one or more through-holes can be obtained.
(2) The bead aggregate including the ceramic beads as a minimum component has a function of forming a complete or partially communicating porous body as the aggregate.
(3) A bead aggregate in which part or all of the through holes of the ceramic beads are oriented in a certain direction is obtained.
(4) The bead aggregate has a function of forming a complete communication hole network as the aggregate.
(5) Since the material transport is smooth in the complete or partial communication hole, when the bead aggregate is used as, for example, an artificial bone, the differentiation / proliferation of cells related to bone formation is smoothly performed. Is called.
(6) In the above bead aggregate, since the substance transport in the through-hole network can be specified in a desired direction, a higher effect can be achieved.
(7In addition, since these have a function as a porous body that forms a complete or partial communication hole, for example, cell culture carriers, drug component carriersetcUseful as.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the HA beads passing through the center of the beadsExchangeA schematic view of HA ceramic beads having a diameter of 1 mm having three through-holes of φ250 μm to be shown is shown.
FIG. 2 shows a schematic diagram of a syringe filled with HA ceramic beads.
FIG. 3 shows an example of HA ceramic beads having a diameter of 1 mm and having one through hole having a diameter of 300 μm produced in Example 4.
FIG. 4 shows an example of animal experiment results of Example 4.
a: Invasion of new bone tissue, new blood vessels, and osteoblasts accompanied by trabecular bone formation is observed in the through hole.
b: New bone formation is also observed in the bead gap.
c: Infiltration of cells is observed inside the beads.
FIG. 5 shows an example of an animal experiment result of Example 5. It can be seen that the through-holes and bead gaps of the beads at the compact bone level are filled with new bone tissue with blood vessels and medullary cavities, and bone defect healing is almost completed.

Claims

An assembly of the molded body constructed from a calcium phosphate ceramic molded body having a function of forming a complete or partially communicating porous body when an aggregate is constructed by filling a predetermined space,
The molded body has one or more through-holes, and the molded body has a bead shape with an aspect ratio of 1, and the beads are formed of spherical aggregates or sintered bodies, and the beads are penetrated. Calcium phosphate based ceramic beads having a pore diameter of 100 μm to 3 mm and 70% or less of the major axis diameter, and the aggregate is arranged such that the beads are aligned in part or all of the through holes in one direction, It is an aggregate constructed by filling and accumulating a predetermined space as a minimum component, and is an aggregate of calcium phosphate ceramic beads having a function of forming a complete or partially communicating porous body as the aggregate An aggregate of calcium phosphate ceramic beads.

The bead aggregate according to claim 1, wherein the major axis diameter of the beads is in the range of 200 μm to 6 mm.

The raw material of the beads is a group of hydroxyapatite, carbonate apatite, fluorapatite, chlorapatite, β-TCP, α-TCP, calcium metaphosphate, tetracalcium phosphate, calcium hydrogen phosphate, calcium hydrogen phosphate dihydrate The bead aggregate according to claim 1, wherein the bead aggregate is one kind selected from the above or a mixture of two or more kinds.

The bead aggregate according to claim 3, wherein the raw material is a mixture of an appropriate amount of a pharmaceutically acceptable ingredient in the raw material.

A method for constructing an aggregate of the compacts constructed from a calcium phosphate ceramic compact having a function of forming a completely or partially communicating porous body when an aggregate is constructed by filling a predetermined space. ,
The molded body has one or more through-holes, and the shape of the molded body is a bead having an aspect ratio of 1, and the bead is formed of a spherical aggregate or a sintered body, and the diameter of the through-hole of the bead Is a calcium phosphate-based ceramic bead having a diameter of 100 μm to 3 mm and not more than 70% of the major axis diameter, and the bead has a predetermined component as a minimum component by aligning a part or all of its through holes in one direction. A method for constructing a calcium phosphate-based ceramic bead aggregate comprising filling a space and accumulating to form a bead aggregate having a function of forming a complete or partial communication hole as the aggregate .