JP5280403B2

JP5280403B2 - リン酸カルシウム骨セメント、その前駆体およびその作製方法

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Publication number: JP5280403B2
Application number: JP2010123995A
Authority: JP
Inventors: 文正陳; 純正洪; 嘉▲リン▼ 柯
Original assignee: Kaohsiung Medical University
Current assignee: Kaohsiung Medical University
Priority date: 2009-06-12
Filing date: 2010-05-31
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2030-05-31
Also published as: US20100313791A1; JP2010284522A; TW201043589A; TWI427050B

Description

本発明は骨セメントに関し、より詳細にはリン酸カルシウム骨セメント（ＣＰＣ）に関する。なお、本出願は、出願日を２００９年６月１２日とする台湾特許出願第０９８１１９６８２号の優先権を主張するものであり、その全体がここに参照として組み入れられる。

リン酸カルシウム骨セメント（ＣＰＣ）は、優れた生体適合性および骨伝導性の特徴を持つことから、骨充填材料として用いられている。
１９８３年にBrownおよびChowは、リン酸四カルシウム（ＴＴＣＰ）および無水リン酸水素カルシウム（ＤＣＰＡ）粉末を混合することより得られる粉末混合物を開示した。
その混合溶液を希釈リン酸イオン含有溶液中に入れると、ハイドロキシアパタイト（ＨＡ）生成物相が生じる。ＣＰＣの関連技術として、特許文献１〜４を参照することができる。
しかし、上述のように用いられてはいるものの、臨床的に使用される際にＣＰＣには、（１）硬化時間（setting time）が長い、（２）機械強度が低い、（３）人体組織に吸収されにくい、といった不備がある。
よって、臨床的に適用可能で、上述した不備を解消できる優れたＣＰＣを開発することが求められている。

米国特許第７２０４８７６号明細書米国特許第７１８６２９４号明細書米国特許第６９６０２４９号明細書米国特許第６３７９４５３号明細書

上述した事情に鑑みて、本発明の目的は、リン酸カルシウム骨セメント、その前駆体およびその作製方法を提供することにある。

本発明は、リン酸カルシウム骨セメントの作製方法であって、（ａ）Ｃａ／Ｐ原子比が１．３３未満である低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムを酸性溶液に浸す工程、（ｂ）前記酸性溶液に、リン酸カルシウム化合物、または、カルシウムイオン含有化合物およびリン酸イオン含有化合物、を加えて反応溶液を得る工程、（ｃ）反応溶液を静置して、低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムの表面にナノ結晶を成長させる工程、（ｄ）工程（ｃ）の溶液をろ過および乾燥して、表面にナノ結晶を有する低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末を得る工程、ならびに、（ｅ）工程（ｄ）の粉末と高いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末とを混合する工程、を含むリン酸カルシウム骨セメントの作製方法を提供する。

本発明はまた、表面にナノ結晶を有する低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末であって、該低いＣａ／Ｐ原子比が１．３３未満であるリン酸カルシウム粉末と、高いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末であって、該高いＣａ／Ｐ原子比が１．３３以上であるリン酸カルシウム粉末と、を含むリン酸カルシウム骨セメント前駆体も提供する。

本発明はさらに、リン酸カルシウム骨セメントであって、表面にナノ結晶を有する低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末と、高いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末と、を含み、高いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末と低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末とを混合することでリン酸カルシウム骨セメントが形成され、リン酸カルシウム骨セメントが二相（biphasic）または多相（multiphasic）の生成物相を有するリン酸カルシウム骨セメントをも提供する。

本発明のリン酸カルシウム骨セメントは、その低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムの表面上のナノ結晶が、硬化時間を短縮するだけでなく、低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムが擬似体液中で崩壊（dispersing）するのを防ぐことができる。また、本発明のリン酸カルシウム骨セメントの二相または多相の生成物相によって、例えばアパタイト（ＨＡ）のような単一の塩基性相を有する従来技術のリン酸カルシウム骨セメントとは対照的に、人体組織に容易に吸収されるようになる。さらに、当業者は、臨床試験において埋め込む位置に応じ、本発明の酸性および塩基性生成物相の比率を調整することで骨の再生（osteo-regeneration）および材料の吸収率（biosorption rate）を向上させることができる。

図１は、実施例１のＣＰＣのＴＥＭ図（装置の型番が、ＪＥＯＬＪＥＭ−３０１０である）の明視野像（bright field image）を示している。図２は、実施例１のＣＰＣのＴＥＭ図（装置の型番が、ＪＥＯＬＪＥＭ−３０１０である）の暗視野像（dark field image）を示している。図３は、実施例１のＣＰＣのＴＥＭ図の制限視野回折図（selected area diffraction, SAD）を示している。図４は、本発明によるＣＰＣの制限視野回折図（selected area diffraction，ＳＡＤ）を示している。図５Ａから図５Ｂは、本発明によるＣＰＣのＸ線回折像 (Rigaku D-max IIIV Ｘ線回折装置、リガク社製)を示している。（□：ＤＣＰＡ，▼：ＤＣＰＤ，▽：ＨＡ）図６は、本発明によるＣＰＣの圧縮強度を示している。

添付の図面を参照にしながら、以下の実施形態においてより詳細な説明を行う。
添付の図面を参照に下記の詳細な説明および実施例を読めば、本発明をより完全に理解することができる。
以下の記載は本発明を実施するための最良の形態である。この記載は本発明の主要な原理を説明するためのものであり、限定の意味で解されるべきではない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照に判断されなくてはならない。

本発明は、リン酸カルシウム骨セメントの作製方法を提供する。該作製方法は工程（ａ）から（ｅ）を含む。該方法は、低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムであって、該低いＣａ／Ｐ原子比が１．３３未満であるリン酸カルシウムを酸性溶液に浸す工程（ａ）から始める。例えば、低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムとしては、無水リン酸水素カルシウム（dicalcium phosphate anhydrous ，ＤＣＰＡ，ＣａＨＰＯ_４）、リン酸水素カルシウム二水和物（dicalcium phosphate dihydrate，ＤＣＰＤ，ＣａＨＰＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）、リン酸二水素カルシウム（monocalcium phosphate，ＭＣＰＭ，Ｃａ（ＨＰＯ_４）_２・Ｈ_２Ｏ）、無水リン酸二水素カルシウム（monocalcium phosphate anhydrate，ＭＣＰＡ，Ｃａ（ＨＰＯ_４）_２）、リン酸ナトリウムカルシウム（calcium sodium phosphates，ＣａＮａＰＯ_４）またはリン酸カリウムカルシウム（calcium potassium phosphate，ＣａＫＰＯ_４）が挙げられる。
工程（ａ）における「低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム（ＤＣＰＡ）」は、酸性溶液に浸してもわずかしか溶解しないため、イオン（高いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム類は酸性溶液において高度な溶解性を有する）がナノ結晶に成長するための核となる。

上記酸性溶液としては、ＨＮＯ_３、ＨＣｌ、Ｈ_３ＰＯ_４、Ｈ_２ＣＯ_３、ＮａＨ_２ＰＯ_４、ＫＨ_２ＰＯ_４、ＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４、ＣＨ_３ＣＯＯＨ、リンゴ酸（malic acid）、乳酸（lactic acid）、クエン酸（citric acid）、シュウ酸（oxalic acid）、マロン酸（malonic acid）、コハク酸（succinic acid）、グルタル酸（glutaric acid）、酒石酸（tartaric acid）またはこれらの組み合わせが挙げられる。ただし、酸性溶液はここに開示した酸性溶液のみに限定されず、ｐＨ値が７未満、好ましくは５未満の水溶液も本発明の範囲に含まれる。

上記低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムの濃度の範囲は約０．０１〜１０ｇ／ｍｌである。１実施形態において、好ましい濃度は約０．１２５ｇ／ｍｌである。

上記方法は引き続き、酸性溶液にリン酸カルシウム化合物を加えて反応溶液を得る工程（ｂ）を行う。リン酸カルシウム化合物はイオン添加剤として用いられ、続いて起こるナノ結晶成長反応のために十分なカルシウムイオンおよびリン酸イオンを提供する。リン酸カルシウム化合物としては、リン酸八カルシウム（octacalcium phosphate，ＯＣＰ，Ｃａ_８（ＨＰＯ_４）_２（ＰＯ_４）_４・５Ｈ_２Ｏ）、リン酸三カルシウム(tricalcium phosphate，ＴＣＰ，Ｃａ_３（ＰＯ_４）_２）、非晶質リン酸カルシウム（amorphous calcium phosphate，ＡＣＰ，Ｃａ_ｘ（ＰＯ_４）_ｙ・ｎＨ_２Ｏ）、カルシウム欠損ハイドロキシアパタイト（calcium-deficient hydroxyapatite，ＣＤＨＡ，Ｃａ_１０（ＨＰＯ_４）_ｘ（ＰＯ_４）_６−ｘ（ＯＨ）_２−ｘ，０＜Ｘ＜１）、フルオロアパタイト（fluorapatite，ＦＡ，Ｃａ_５（ＰＯ_４）_３Ｆ）、ハイドロキシアパタイト（hydroxyapatite，ＨＡ，Ｃａ_１０（ＰＯ_４）_６（ＯＨ）_２）、リン酸四カルシウム（tetracalcium phosphate，ＴＴＣＰ，Ｃａ_４（ＰＯ_４）_２Ｏ）、リン酸カリウムカルシウム（calcium potassium phosphate，ＣａＫＰＯ_４）、リン酸ナトリウムカルシウム（calcium sodium phosphates，ＣａＮａＰＯ_４）またはこれらの組み合わせが挙げられる。

リン酸カルシウム化合物の他、カルシウムイオン含有化合物およびリン酸イオン含有化合物もイオン添加剤として用いられる。例えば、カルシウムイオン含有化合物としては、酸化カルシウム（ＣａＯ）、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）または炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）が挙げられる。リン酸イオン含有化合物としては、五酸化リン（phosphorus pentoxide，Ｐ_２Ｏ_５）、リン酸ナトリウム（sodium phosphate，Ｎａ_３ＰＯ_４）、リン酸水素二ナトリウム（sodium phosphate dibasic，Ｎａ_２ＨＰＯ_４）、リン酸二水素ナトリウム（sodium dihydrogen phosphate，ＮａＨ_２ＰＯ_４）、リン酸（phosphoric acid，Ｈ_３ＰＯ_４）、リン酸カリウム（potassium phosphate，Ｋ_３ＰＯ_４）、リン酸水素二カリウム（potassium phosphate dibasic ，Ｋ_２ＨＰＯ_４）、リン酸二水素カリウム（potassium dihydrogen phosphate，ＫＨ_２ＰＯ_４）、リン酸アンモニウム（ammonium phosphate，（ＮＨ_４）_３ＰＯ_４）、リン酸水素二アンモニウム（ammonium phosphate dibasic，（ＮＨ_４）_２ＨＰＯ_４）またはリン酸二水素アンモニウム（ammonium dihydrogen phosphate，ＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４）が挙げられる。

上記方法は引き続き、反応溶液を静置して低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムの表面にナノ結晶を成長させる工程（ｃ）を行う。ナノ結晶は室温で約５〜６０分間、好ましくは約１０〜５０分間、さらに好ましくは約２０〜３０分間成長させる。ナノ結晶の幅は約１〜１００ｎｍ、長さは約１０〜１０００ｎｍである。

なお、低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム（Ｃａ／Ｐ＜１．３３）は酸性状態にあり、塩基性の人体組織（ｐＨ約７．４）中において不安定となるため、これで作られるリン酸カルシウム骨セメントは細胞毒性試験をパスすることができないという点に注意すべきである。低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムの表面上のナノ結晶は、硬化時間を短縮するだけでなく、低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムが擬似体液中で崩壊（dispersing）するのを防ぐ。

上記方法は引き続き、工程（ｃ）の溶液をろ過、乾燥してから、オーブンに入れて５０〜１００℃でベークし、表面にナノ結晶を有する低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末を得る工程（ｄ）を行う。

上記方法は引き続き、工程（ｄ）の粉末を高いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末と混合する工程（ｅ）を行う。ここで、かかる高いＣａ／Ｐ原子比は１．３３以上である（Ｃａ／Ｐ≧１．３３）。高いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末としては、リン酸八カルシウム（octacalcium phosphate，ＯＣＰ，Ｃａ_８（ＨＰＯ_４）_２（ＰＯ_４）_４・５Ｈ_２Ｏ）、リン酸三カルシウム（tricalcium phosphate，ＴＣＰ，Ｃａ_３（ＰＯ_４）_２）、非晶質リン酸カルシウム（amorphous calcium phosphate，ＡＣＰ，Ｃａ_ｘ（ＰＯ_４）_ｙ・ｎＨ_２Ｏ）、カルシウム欠損ハイドロキシアパタイト（calcium-deficient hydroxyapatite,ＣＤＨＡ，Ｃａ_１０（ＨＰＯ_４）_ｘ（ＰＯ_４）_６−ｘ（ＯＨ）_２−ｘ，０＜Ｘ＜１）、ハイドロキシアパタイト（hydroxyapatite，ＨＡ，Ｃａ_１０（ＰＯ_４）_６（ＯＨ）_２））、フルオロアパタイト（fluorapatite，ＦＡ，Ｃａ_５（ＰＯ_４）_３Ｆ）またはリン酸四カルシウム（tetracalcium phosphate，ＴＴＣＰ，Ｃａ_４（ＰＯ_４）_２Ｏ）が挙げられる。工程（ｄ）の粉末と高いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末とは、１／１〜３／１、より好ましくは１．５／１〜２．５／１のモル比で混合する。

低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムの粒径は約２００μｍ未満であって、高いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムの粒径よりも大きい。１実施形態において、低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムの粒径は約８μｍ、高いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムの粒径は約３μｍである。従来技術において、低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムと高いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムの粒径分布は約１μｍと１０μｍが好ましいとされるが、本発明のリン酸カルシウム骨セメントでは、かかる好適な粒径分布は変更可能であり、限定はされないという点に留意すべきである。

また注意すべきなのは、低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムは人体組織に吸収され易いものの、過剰量になると問題が生じ得るという点である。例えば、低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムのモル比が増加するにつれ、リン酸カルシウム骨セメントの機械強度は低下し、かつその細胞毒性が増加する。機械強度を許容できるレベルに保つため、低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムのモル比は高いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムよりも少なくされる場合が多い。従来技術に比べ、本発明のリン酸カルシウム骨セメントは、低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムのモル比が増えても、その機械強度が許容できるレベルに保たれ得る。加えて、低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムが増えても、本発明のリン酸カルシウム骨セメントの吸収率は高まる。さらに本発明によれば、ナノ結晶に保護されるために、低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムは塩基性の環境(例えばｐＨ≧７）中で安定である。本発明において、低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムを、モル比にして高いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムの１倍〜３倍添加したとき、リン酸カルシウム骨セメントの圧縮強度は３０ＭＰａよりも大きくなり、これはＡＳＴＭＦ４５１−９９ａの規格を満たすものである。

臨床上、塩基性のリン酸カルシウム骨セメントのみが塩基性の環境で存在することができる。よって、従来技術では、低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムと高いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムとを混合することでリン酸カルシウム骨セメントを得る場合に、リン酸カルシウム骨セメントの最終的な生成物相は、単一の塩基性相のみとなる。例えば、無水リン酸水素カルシウム（ＤＣＰＡ，ＣａＨＰＯ_４）とリン酸四カルシウム（ＴＴＣＰ，Ｃａ_４（ＰＯ_４）_２Ｏ）とを混合した場合、最終的な生成物相はアパタイト（ＨＡ）となる。従来技術と比較して、本発明では低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムの表面がナノ結晶により保護されるため、塩基性の体液中で元の酸性相が保たれ得る。故に、本発明のリン酸カルシウム骨セメントは二相（biphasic）または多相（multiphasic）の生成物相を有することができる。ここで、二相または多相の生成物相は酸性相および塩基性相を含む。

上記酸性相は、無水リン酸水素カルシウム(dicalcium phosphate anhydrous ，ＤＣＰＡ，ＣａＨＰＯ_４）、リン酸水素カルシウム二水和物（dicalcium phosphate dihydrate，ＤＣＰＤ，ＣａＨＰＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）、リン酸二水素カルシウム（monocalcium phosphate，ＭＣＰＭ，Ｃａ（ＨＰＯ_４）_２・Ｈ_２Ｏ）、無水リン酸二水素カルシウム（monocalcium phosphate anhydrate，ＭＣＰＡ，Ｃａ（ＨＰＯ_４）_２）、リン酸ナトリウムカルシウム（calcium sodium phosphates，ＣａＮａＰＯ_４）またはリン酸カリウムカルシウム（calcium potassium phosphate，ＣａＫＰＯ_４）を含む。また上記塩基性相は、リン酸八カルシウム（octacalcium phosphate，ＯＣＰ，Ｃａ_８（ＨＰＯ_４）_２（ＰＯ_４）_４・５Ｈ_２Ｏ）、リン酸三カルシウム（tricalcium phosphate，ＴＣＰ，Ｃａ_３（ＰＯ_４）_２）、非晶質リン酸カルシウム（amorphous calcium phosphate，ＡＣＰ，Ｃａ_ｘ（ＰＯ_４）_ｙ・ｎＨ_２Ｏ）、カルシウム欠損ハイドロキシアパタイト（calcium-deficient hydroxyapatite，ＣＤＨＡ，Ｃａ_１０（ＨＰＯ_４）_ｘ（ＰＯ_４）_６−ｘ（ＯＨ）_２−ｘ，０＜Ｘ＜１）、フルオロアパタイト（fluorapatite，ＦＡ，Ｃａ_５（ＰＯ_４）_３Ｆ）ハイドロキシアパタイト（hydroxyapatite，ＨＡ，Ｃａ_１０（ＰＯ_４）_６（ＯＨ）_２））またはリン酸四カルシウム（tetracalcium phosphate，ＴＴＣＰ，Ｃａ_４（ＰＯ_４）_２Ｏ）を含む。１実施形態において、本発明の二相の生成物相は、リン酸水素カルシウム二水和物（dicalcium phosphate dihydrate，ＤＣＰＤ，ＣａＨＰＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）およびハイドロキシアパタイト（hydroxyapatite，ＨＡ，Ｃａ_１０（ＰＯ_４）_６（ＯＨ）_２））である。別の実施形態において、本発明の多相の生成物相は、リン酸水素カルシウム二水和物（dicalcium phosphate dihydrate，ＤＣＰＤ，ＣａＨＰＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）、無水リン酸水素カルシウム(dicalcium phosphate anhydrous ，ＤＣＰＡ，ＣａＨＰＯ_４）およびハイドロキシアパタイト（hydroxyapatite，ＨＡ，Ｃａ_１０（ＰＯ_４）_６（ＯＨ）_２））である。

よって、本発明のリン酸カルシウム骨セメントの二相または多相の生成物相により、例えばアパタイト（ＨＡ）のような単一の塩基性相を有する従来技術のリン酸カルシウム骨セメントとは対照的に、人体組織に容易に吸収されるようになる。加えて、酸性生成物相が塩基性生成物相よりも容易に人体組織に吸収されることはよく知られている。したがって、当業者は、臨床試験において埋め込む位置に応じ、本発明の酸性および塩基性生成物相の比率を調整することで骨の再生（osteo-regeneration）および材料の吸収率（biosorption rate）を向上させることができる。

本発明はまた、表面にナノ結晶を有する低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末であって、該低いＣａ／Ｐ原子比が１．３３未満であるリン酸カルシウム粉末と、高いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末であって、該高いＣａ／Ｐ原子比が１．３３以上であるリン酸カルシウム粉末と、を含むリン酸カルシウム骨セメント前駆体も提供する。表面にナノ結晶を有する低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末は、上述した工程（ａ）から（ｄ）により作製される。該ナノ結晶の幅は約１〜１００ｎｍ、長さは約１０〜１０００ｎｍである。該ナノ結晶は、低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末が擬似体液中で崩壊（dispersing）するのを防ぐのみならず、低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末の元の酸性相を保つこともできる。

表面にナノ結晶を有する低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末と高いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末とは、１／１〜３／１、好ましくは１．５／１〜２．５／１のモル比で混合される。

本発明はさらに、表面にナノ結晶を有する低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末と、高いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末とを含むリン酸カルシウム骨セメントも提供する。該リン酸カルシウム骨セメントは二相（biphasic）または多相（multiphasic）の生成物相を有し、該二相または多相の生成物相は酸性相および塩基性相を含む。

１実施形態において、本発明の二相の生成物相は、リン酸水素カルシウム二水和物（dicalcium phosphate dihydrate，ＤＣＰＤ，ＣａＨＰＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）およびハイドロキシアパタイト（hydroxyapatite，ＨＡ，Ｃａ_１０（ＰＯ_４）_６（ＯＨ）_２））である。本発明のリン酸カルシウム骨セメントの二相または多相の生成物相によって、例えばアパタイト（ＨＡ）のような単一の塩基性相を有する従来技術のリン酸カルシウム骨セメントとは対照的に、人体組織に容易に吸収されるようになる。加えて、当業者は、臨床試験において埋め込む位置に応じ、本発明の酸性および塩基性生成物相の比率を調整することで骨の再生（osteo-regeneration）および材料の吸収率（biosorption rate）を向上させることができる。故に、本発明のリン酸カルシウム骨セメントは脊椎の再生（vertebra reconstruction）および歯の修復（dental restoration）に適用されると共に、骨置換材料（bone replacement material）として用いられ得る。

本発明のリン酸カルシウム骨セメントには次の長所がある。
（ａ）低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムの表面上のナノ結晶は、硬化時間を短縮するだけでなく、低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムが擬似体液中で崩壊（dispersing）するのを防ぐ。
（ｂ）本発明のリン酸カルシウム骨セメントの二相または多相の生成物相によって、例えばアパタイト（ＨＡ）のような単一の塩基性相を有する従来技術のリン酸カルシウム骨セメントとは対照的に、人体組織に容易に吸収されるようになる。
（ｃ）当業者は、臨床試験において埋め込む位置に応じ、本発明の酸性および塩基性生成物相の比率を調整することで骨の再生（osteo-regeneration）および材料の吸収率（biosorption rate）を向上させることができる。

（実施例１）
（１）ＴＴＣＰ（リン酸四カルシウム）の作製
ＴＴＣＰ粉末は、BrownおよびEpstein が示した方法(Journal of Research of the National Bureau of Standards-A physical and Chemistry 6 (1965) 69A 12)を用い、ピロリン酸二カルシウム（dicalcium pyrophosphate，Ｃａ_２Ｐ_２Ｏ_７）および炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）を反応させることにより作製した。その反応は次のように示される。
２ＣａＣＯ_３＋Ｃａ_２Ｐ_２Ｏ_７→Ｃａ_４Ｐ_２Ｏ_９＋２ＣＯ_２

（２）表面にナノ結晶を有するＤＣＰＡ粉末の作製
無水リン酸水素カルシウム（ＤＣＰＡ，ＣａＨＰＯ_４）５ｇを希釈リン酸水溶液（２５ｍＭ，ｐＨ＝１．９６）４０ｍｌに浸した。次いで、その希釈リン酸水溶液にリン酸四カルシウム（ＴＴＣＰ）を加え、室温にて１５分間静置し、成長反応を進行させた。１５分後、脱イオン水で希釈することにより成長反応を停止させた。そして、その溶液を数回ろ過および洗浄し、オーブン中で乾燥させて、表面にナノ結晶を有するＤＣＰＡ粉末を得た。

（３）リン酸カルシウム骨セメントの作製
ＤＣＰＡ（粒径８μｍ）２．０７ｇおよびＴＴＣＰ（粒径３μｍ）５．５４ｇを１００ｍｌのポリエチレン（ＰＥ）瓶中で混合した。その混合物を、酸化アルミニウム（混合物の４倍の重量）が入ったボールミルで２４時間機械的に混合し、リン酸カルシウム骨セメントを得た。

（実施例２〜１１）
ナノ結晶の成長に割り当てた時間およびＤＣＰＡの量を表１に示すように調整したこと以外は、実施例１と同じ手順を繰り返した。

（実施例１２）
実施例１のリン酸カルシウム骨セメント（ＣＰＣ）の表面をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）で観察した。図１に示すＴＥＭの明視野像（bright field images）および図２に示す暗視野像（dark field images）から、リン酸カルシウム骨セメントの表面にナノ結晶が成長したことが認められた。

また図３は、実施例１のＣＰＣのＴＥＭ図の制限視野回折図（selected area diffraction, SAD）を示しており、図４は、本発明によるＣＰＣの制限視野回折図（selected area diffraction，ＳＡＤ）を模式的に示している。表面上のナノ結晶の成分は、無水リン酸水素カルシウム（ＤＣＰＡ）、リン酸水素カルシウム二水和物（ＤＣＰＤ）、ハイドロキシアパタイト（ＨＡ）およびＣａ（ＯＨ）_２である。ナノ結晶の幅は約１〜１００ｎｍ、長さは約１０〜１０００ｎｍである。図５Ａから図５Ｂは、実施例２〜４および７〜９によるＣＰＣのＸ線回折像（Rigaku D-max IIIV Ｘ線回折装置、リガク社製）を示している。

図５Ａは、擬似体液（例えばハンクス溶液）に２４時間浸した後の実施例２〜４および７〜９によるＣＰＣの生成物相を示す。生成物相は、無水リン酸水素カルシウム（ＤＣＰＡ）、リン酸水素カルシウム二水和物（ＤＣＰＤ）およびハイドロキシアパタイト（ＨＡ）を含む多相の生成物相となっている。

図５Ｂは、擬似体液（例えばハンクス溶液）に３２日間浸した後の実施例４によるＣＰＣの生成物相を示す。得られたデータより、擬似体液に一定期間浸した後も、多相の生成物相が依然存在していることが示された。当業者は、臨床的応用において、埋め込む位置に応じ、多相の生成物相を調整することができる。

（実施例１３）
図６を参照されたい。ＡＳＴＭＦ４５１−９９ａの規格にしたがって実施例２〜１１によるＣＰＣを擬似体液（例えばハンクス溶液）に浸し、それらの圧縮強度を測定した。得られたデータから、ＣＰＣのナノ結晶が成長する時間は約２０〜３５分間であり、ＣＰＣの圧縮強度は３０ＭＰａより大きいことが分かった。このように、低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムの添加量を従来技術より多くした場合でも、リン酸カルシウム骨セメントの機械強度は許容できるレベルに維持された。

以上、実施例および好適な実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらに限定はされないと解されるべきである。本発明は、(当業者には明らかであるように) 各種の変更および類似のアレンジが包含されるべく意図されている。よって、添付の特許請求の範囲は、かかる変更および類似のアレンジがすべて包含されるように、最も広い意味に解釈されなければならない。

Claims

リン酸カルシウム骨セメントの作製方法であって、
（ａ）Ｃａ／Ｐ原子比が１．３３未満である低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムを酸性溶液に浸す工程、
（ｂ）前記酸性溶液に、リン酸カルシウム化合物、または、カルシウムイオン含有化合物およびリン酸イオン含有化合物、を加えて反応溶液を得る工程、
（ｃ）前記反応溶液を静置して前記低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムの表面にナノ結晶を成長させる工程、
（ｄ）工程（ｃ）の前記溶液をろ過および乾燥して、表面にナノ結晶を有する低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末を得る工程、ならびに、
（ｅ）工程（ｄ）の前記粉末と高いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末とを混合する工程、を含み、
前記工程（ａ）の低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムが、無水リン酸水素カルシウム（dicalcium phosphate anhydrous ，ＤＣＰＡ，ＣａＨＰＯ _４）であり、
前記工程（ｂ）の前記リン酸カルシウム化合物が、リン酸八カルシウム（octacalcium phosphate，ＯＣＰ，Ｃａ _８（ＨＰＯ _４） _２（ＰＯ _４） _４・５Ｈ _２Ｏ）、リン酸三カルシウム（tricalcium phosphate，ＴＣＰ，Ｃａ _３（ＰＯ _４） _２）、非晶質リン酸カルシウム（amorphous calcium phosphate，ＡＣＰ，Ｃａ _ｘ（ＰＯ _４） _ｙ・ｎＨ _２Ｏ）、カルシウム欠損ハイドロキシアパタイト（calcium-deficient hydroxyapatite，ＣＤＨＡ，Ｃａ _１０（ＨＰＯ _４） _ｘ（ＰＯ _４） _６−ｘ（ＯＨ） _２−ｘ，０＜Ｘ＜１）、フルオロアパタイト（fluorapatite，ＦＡ，Ｃａ _５（ＰＯ _４） _３Ｆ）、ハイドロキシアパタイト（hydroxyapatite，ＨＡ，Ｃａ _１０（ＰＯ _４） _６（ＯＨ） _２）、リン酸四カルシウム（tetracalcium phosphate，ＴＴＣＰ，Ｃａ _４（ＰＯ _４） _２Ｏ）、リン酸カリウムカルシウム（calcium potassium phosphate，ＣａＫＰＯ _４）、リン酸ナトリウムカルシウム（calcium sodium phosphates，ＣａＮａＰＯ _４）またはこれらの組み合わせを含み、前記カルシウムイオン含有化合物が、酸化カルシウム（ＣａＯ）、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ） _２）または炭酸カルシウム（ＣａＣＯ _３）を含み、前記リン酸イオン含有化合物が、五酸化リン（phosphorus pentoxide，Ｐ _２Ｏ _５）、リン酸ナトリウム（sodium phosphate，Ｎａ _３ＰＯ _４）、リン酸水素二ナトリウム（sodium phosphate dibasic，Ｎａ _２ＨＰＯ _４）、リン酸二水素ナトリウム（sodium dihydrogen phosphate，ＮａＨ _２ＰＯ _４）、リン酸（phosphoric acid，Ｈ _３ＰＯ _４）、リン酸カリウム（potassium phosphate，Ｋ _３ＰＯ _４）、リン酸水素二カリウム（potassium phosphate dibasic，Ｋ _２ＨＰＯ _４）、リン酸二水素カリウム（potassium dihydrogen phosphate，ＫＨ _２ＰＯ _４）、リン酸アンモニウム（ammonium phosphate，（ＮＨ _４） _３ＰＯ _４）、リン酸水素二アンモニウム（ammonium phosphate dibasic，（ＮＨ _４） _２ＨＰＯ _４）またはリン酸二水素アンモニウム（ammonium dihydrogen phosphate，ＮＨ _４Ｈ _２ＰＯ _４）を含み、
前記工程（ｄ）のナノ結晶の成分が、無水リン酸水素カルシウム（ＤＣＰＡ）、リン酸水素カルシウム二水和物（ＤＣＰＤ）、ハイドロキシアパタイト（ＨＡ）およびＣａ（ＯＨ） _２であり、
前記工程（ｅ）の高いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末が、リン酸四カルシウム（tetracalcium phosphate，ＴＴＣＰ，Ｃａ _４（ＰＯ _４） _２Ｏ）である、
リン酸カルシウム骨セメントの作製方法。
工程（ｄ）の前記粉末と前記高いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末とを１／１〜３／１のモル比で混合する請求項１に記載のリン酸カルシウム骨セメントの作製方法。
前記酸性溶液が、ＨＮＯ_３、ＨＣｌ、Ｈ_３ＰＯ_４、Ｈ_２ＣＯ_３、ＮａＨ_２ＰＯ_４、ＫＨ_２ＰＯ_４、ＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４、ＣＨ_３ＣＯＯＨ、リンゴ酸（malic acid）、乳酸（lactic acid）、クエン酸（citric acid）、シュウ酸（oxalic acid）、マロン酸（malonic acid）、コハク酸（succinic acid）、グルタル酸（glutaric acid）、酒石酸（tartaric acid）またはこれらの組み合わせを含む請求項１に記載のリン酸カルシウム骨セメントの作製方法。
前記低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムの濃度の範囲が約０．０１〜１０ｇ/ｍｌである請求項１に記載のリン酸カルシウム骨セメントの作製方法。
工程（ａ）と（ｄ）の前記低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムの粒径が約２００μｍよりも小さい請求項１に記載のリン酸カルシウム骨セメントの作製方法。
工程（ａ）と（ｄ）の前記低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムの粒径が、前記高いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウムの粒径よりも大きい請求項１に記載のリン酸カルシウム骨セメントの作製方法。
前記ナノ結晶の幅が約１〜１００ｎｍである請求項１に記載のリン酸カルシウム骨セメントの作製方法。
前記ナノ結晶の長さが約１０〜１０００ｎｍである請求項１に記載のリン酸カルシウム骨セメントの作製方法。
工程（ｃ）の前記ナノ結晶を約５〜６０分間成長させる請求項１に記載のリン酸カルシウム骨セメントの作製方法。
前記リン酸カルシウム骨セメントが二相（biphasic）または多相（multiphasic）の生成物相を有する請求項１に記載のリン酸カルシウム骨セメントの作製方法。
前記二相または多相の生成物相が酸性相および塩基性相を含む請求項１０に記載のリン酸カルシウム骨セメントの作製方法。
前記酸性相が、無水リン酸水素カルシウム（dicalcium phosphate anhydrous ，ＤＣＰＡ，ＣａＨＰＯ_４）、リン酸水素カルシウム二水和物（dicalcium phosphate dihydrate，ＤＣＰＤ，ＣａＨＰＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）、リン酸二水素カルシウム（monocalcium phosphate，ＭＣＰＭ，Ｃａ（ＨＰＯ_４）_２・Ｈ_２Ｏ）、無水リン酸二水素カルシウム（monocalcium phosphate anhydrate，ＭＣＰＡ，Ｃａ（ＨＰＯ_４）_２）、リン酸ナトリウムカルシウム（calcium sodium phosphates，ＣａＮａＰＯ_４）またはリン酸カリウムカルシウム（calcium potassium phosphate，ＣａＫＰＯ_４）を含む請求項１１に記載のリン酸カルシウム骨セメントの作製方法。
前記塩基性相が、リン酸八カルシウム（octacalcium phosphate，ＯＣＰ，Ｃａ_８（ＨＰＯ_４）_２（ＰＯ_４）_４・５Ｈ_２Ｏ）、リン酸三カルシウム（tricalcium phosphate，ＴＣＰ，Ｃａ_３（ＰＯ_４）_２）、非晶質リン酸カルシウム（amorphous calcium phosphate，ＡＣＰ，Ｃａ_ｘ（ＰＯ_４）_ｙ・ｎＨ_２Ｏ）、カルシウム欠損ハイドロキシアパタイト（calcium-deficient hydroxyapatite，ＣＤＨＡ，Ｃａ_１０（ＨＰＯ_４）_ｘ（ＰＯ_４）_６−ｘ（ＯＨ）_２−ｘ，０＜Ｘ＜１）、フルオロアパタイト（fluorapatite，ＦＡ，Ｃａ_５（ＰＯ_４）_３Ｆ）、ハイドロキシアパタイト（hydroxyapatite，ＨＡ，Ｃａ _１０（ＰＯ_４）_６（ＯＨ）_２）またはリン酸四カルシウム（tetracalcium phosphate，ＴＴＣＰ，Ｃａ_４（ＰＯ_４）_２Ｏ）を含む請求項１１に記載のリン酸カルシウム骨セメントの作製方法。
前記多相の生成物相が、リン酸水素カルシウム二水和物（dicalcium phosphate dihydrate，ＤＣＰＤ，ＣａＨＰＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）、無水リン酸水素カルシウム(dicalcium phosphate anhydrous ，ＤＣＰＡ，ＣａＨＰＯ_４)およびハイドロキシアパタイト（hydroxyapatite，ＨＡ，Ｃａ_１０（ＰＯ_４）_６（ＯＨ）_２）を含む請求項１０に記載のリン酸カルシウム骨セメントの作製方法。
表面にナノ結晶を有する低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末であって、該低いＣａ／Ｐ原子比が１．３３未満であるリン酸カルシウム粉末と、
高いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末であって、該高いＣａ／Ｐ原子比が１．３３以上であるリン酸カルシウム粉末と、
を含み、
前記低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末が、無水リン酸水素カルシウム（dicalcium phosphate anhydrous ，ＤＣＰＡ，ＣａＨＰＯ _４）であり、
前記ナノ結晶の成分が、無水リン酸水素カルシウム（ＤＣＰＡ）、リン酸水素カルシウム二水和物（ＤＣＰＤ）、ハイドロキシアパタイト（ＨＡ）およびＣａ（ＯＨ） _２であり、
前記高いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末が、リン酸四カルシウム（tetracalcium phosphate，ＴＴＣＰ，Ｃａ _４（ＰＯ _４） _２Ｏ）である、
リン酸カルシウム骨セメント前駆体。
前記表面にナノ結晶を有する低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末と、前記高いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末とが１／１〜３／１のモル比で混合される請求項１５に記載のリン酸カルシウム骨セメント前駆体。
前記ナノ結晶の幅が約１〜１００ｎｍである請求項１５に記載のリン酸カルシウム骨セメント前駆体。
前記ナノ結晶の長さが約１０〜１０００ｎｍである請求項１５に記載のリン酸カルシウム骨セメント前駆体。
リン酸カルシウム骨セメントであって、
表面にナノ結晶を有する低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末と、
高いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末と、を含み、
前記高いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末と前記低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末とを混合することで前記リン酸カルシウム骨セメントが形成され、前記リン酸カルシウム骨セメントが二相（biphasic）または多相（multiphasic）の生成物相を有し、
前記低いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末が、無水リン酸水素カルシウム（dicalcium phosphate anhydrous ，ＤＣＰＡ，ＣａＨＰＯ _４）であり、
前記ナノ結晶の成分が、無水リン酸水素カルシウム（ＤＣＰＡ）、リン酸水素カルシウム二水和物（ＤＣＰＤ）、ハイドロキシアパタイト（ＨＡ）およびＣａ（ＯＨ） _２であり、
前記高いＣａ／Ｐ原子比のリン酸カルシウム粉末が、リン酸四カルシウム（tetracalcium phosphate，ＴＴＣＰ，Ｃａ _４（ＰＯ _４） _２Ｏ）であり、
前記二相または多相の生成物相が酸性相および塩基性相を含む、
リン酸カルシウム骨セメント。
前記酸性相が、無水リン酸水素カルシウム（dicalcium phosphate anhydrous ，ＤＣＰＡ，ＣａＨＰＯ_４）、リン酸水素カルシウム二水和物（dicalcium phosphate dihydrate，ＤＣＰＤ，ＣａＨＰＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）、リン酸二水素カルシウム（monocalcium phosphate，ＭＣＰＭ，Ｃａ（ＨＰＯ_４）_２・Ｈ_２Ｏ）、無水リン酸二水素カルシウム（monocalcium phosphate anhydrate，ＭＣＰＡ，Ｃａ（ＨＰＯ_４）_２）、リン酸ナトリウムカルシウム（calcium sodium phosphates，ＣａＮａＰＯ_４）またはリン酸カリウムカルシウム（calcium potassium phosphate，ＣａＫＰＯ_４）を含む請求項１９に記載のリン酸カルシウム骨セメント。
前記塩基性相が、リン酸八カルシウム（octacalcium phosphate，ＯＣＰ，Ｃａ_８（ＨＰＯ_４）_２（ＰＯ_４）_４・５Ｈ_２Ｏ）、リン酸三カルシウム（tricalcium phosphate，ＴＣＰ，Ｃａ_３（ＰＯ_４）_２）、非晶質リン酸カルシウム（amorphous calcium phosphate，ＡＣＰ，Ｃａ_ｘ（ＰＯ_４）_ｙ・ｎＨ_２Ｏ）、カルシウム欠損ハイドロキシアパタイト（calcium-deficient hydroxyapatite，ＣＤＨＡ，Ｃａ_１０（ＨＰＯ_４）_ｘ（ＰＯ_４）_６−ｘ（ＯＨ）_２−ｘ，０＜Ｘ＜１）、フルオロアパタイト（fluorapatite，ＦＡ，Ｃａ_５（ＰＯ_４）_３Ｆ）、ハイドロキシアパタイト（hydroxyapatite，ＨＡ，Ｃａ_１０（ＰＯ_４）_６（ＯＨ）_２）またはリン酸四カルシウム（tetracalcium phosphate，ＴＴＣＰ，Ｃａ_４（ＰＯ_４）_２Ｏ）を含む請求項１９に記載のリン酸カルシウム骨セメント。
前記多相の生成物相が、リン酸水素カルシウム二水和物（dicalcium phosphate dihydrate，ＤＣＰＤ，ＣａＨＰＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）、無水リン酸水素カルシウム（dicalcium phosphate anhydrous，ＤＣＰＡ，ＣａＨＰＯ_４）およびハイドロキシアパタイト（hydroxyapatite，ＨＡ，Ｃａ_１０（ＰＯ_４）_６（ＯＨ）_２）を含む請求項１９に記載のリン酸カルシウム骨セメント。