JP5351369B2 - 注射用骨ミネラル代替物質用組成物 - Google Patents

Description

（技術分野）
本発明は、イン・ビボ（ｉｎ ｖｉｖｏ）で体液中において硬化する能力を有する骨ミネラル代替物質用の注射用組成物に関する。更に、本発明は、そのような物質を製造する方法に関する。

（背景技術）
過去１０年の間に、骨粗鬆症、即ち骨折のリスクの増加をもたらす骨量の減少及び微細構造の変化に関係した骨折の数が、およそ二倍になった。平均寿命の継続的な上昇によって、２０２０年までに６０才以上の年令の人々は、ヨーロッパの人口の２５％を示し、５０才以上の年令の全ての女性の４０％が、骨粗鬆症の骨折に苦しむと推定されている。

骨移植に対する需要を減らし又は除く目的のために、適切な人工骨ミネラル代替品を見出す研究が行われている。現時点で、少なくとも以下の骨ミネラル代替品が、骨欠損及び骨折の治癒のために使用されている。即ち、例えば焼石膏としての硫酸カルシウム、例えばヒドロキシアパタイトとしてのリン酸カルシウム、及び例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）としてのポリマーである。

硫酸カルシウム（焼石膏）ＣａＳＯ₄・１／２Ｈ₂Ｏは、骨移植用の代替品として研究された最初の物質の一つであった。研究は１８９２年以来行なわれており、それの組織への受け容れ及び迅速な吸収速度が実証されている。骨膜下の骨領域に移植された（ｉｍｐｌａｎｔｅｄ）焼石膏は、骨折時に通常存在する以上に更に不都合な反応を組織において生じないということが結論付けられている。骨膜下切除の領域での骨の再生は、自家移植が行われたときよりも早く起こる。焼石膏は、骨膜が存在しないと骨形成を促進しない。焼石膏中に成長する新しい骨は正常な骨である。焼石膏の移植（ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）に起因する副作用は、近接する組織又は遠位の器官に認められていない。しかし、焼石膏は、非常に長い凝結（ｓｅｔｔｉｎｇ）時間という欠点を有しており、これが外科手術での問題を構成している。

骨折部位及びその他の骨欠損における代替骨組織用物質の別のグループは、リン酸カルシウムセメントである。生体適合性及び骨伝導性の故に、骨の置換及び増強に使用することができる。

骨の一次成分である結晶性物質のヒドロキシアパタイトは、主に骨代替品として使用されるが、しかし荷重のかかる条件下での使用には充分に強くない。実験の結果、ヒドロキシアパタイトセメントは、１２ヵ月に亘って形態及び容積に関して安定な移植片（ｉｍｐｌａｎｔ）を形成し、市販のセラミックヒドロキシアパタイト製剤によって示されるのと同じ優れた組織適合性を有する。顕微鏡検査の結果は、ヒドロキシアパタイトセメントの内部に向かって、時間と共に新しい骨が次第に成長することを実証した。

理想的にはヒドロキシアパタイトを達成することであるが、可能性のある骨代替品として得ることのできるアパタイト様リン酸カルシウム類もある。表１にリン酸カルシウム類を示すが、これらは、室温又は体温、並びにそれらの成分が安定なｐＨ範囲で自然に沈殿することによって形成される。

その他のリン酸カルシウム類は、１，０００℃以上の高温で焼結することによって得ることができる（表２）。これらのリン酸カルシウム類は、室温又は体温での沈殿によっては得ることができない。しかしながら、水性溶液単独で又はその他のリン酸カルシウム類と組み合わせて混合し、時間がたつにつれて凝結するセメント様ペーストを形成することができる。

骨ミネラル代替物質は、骨折部位に直接注入することができるペーストの調製に使用することができる。ペーストは骨の空隙に注入され、硬化すると隙間の輪郭に合致した海綿骨質を支持する移植片が得られる。硫酸カルシウム及びヒドロキシアパタイト物質の両者とも、骨の骨性欠損の修復及び骨折の固定を助けるための自家骨移植への可能な代替品として広範に研究されてきた。

これに関連して、治療部位での動きを防止するために外科手術中又は後にできるだけ速やかに完全な安定性が得られることが重要である。このことは特に骨折の場合にいえるが、しかしながら、又、腫瘍摘除中の骨腔の充填又は骨損失の置換時に、治癒が動きによって阻害され、新しい骨の内部への成長（ｉｎｇｒｏｗｔｈ）が妨げられることになる。それ故、注入される物質は、早く硬化し骨組織にしっかりと接着しなければならない。

硬化した物質は骨の構造によく類似していることも、又、重要であり、それによって身体に徐々に吸収され、新生骨によって置換され得る。この過程は、もし硬化したセメントが孔を有し、それが栄養素を運搬し新生骨形成の成長部位を提供するならば、促進され得ることになる。

Ｍ．Ｂｏｈｎｅｒらは、第６回世界生体適合物質大会紀要［Ｓｉｘｔｈ Ｗｏｒｌｄ Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ（１５〜２０／５，２０００）］に、水性リン酸カルシウムセメントペースト中の疎水性脂質（油）のエマルジョン、又は、油中水性リン酸カルシウムセメントペーストのエマルジョンを使用することによって、開放した巨大多孔性リン酸カルシウムブロックを得る方法を開示した。凝固後、セメントブロックは、１，２５０℃で４時間焼結された。同様に、カナダ特許第１１９３６１４号は、ヒト硬質組織を修復するための多孔性リン酸カルシウム骨セメントを示している。セメントは、非毒性の界面活性剤、又は非毒性の難溶性塩、酸性塩及びアルカリ性塩であってもよい、孔形成剤を含有している。

上記した骨ミネラル代替物質の混合物に関しても、又、研究が行われてきた。米国特許第４，６１９，６５５号には、焼石膏の混合物、即ち、硫酸カルシウム半水和物と、好ましくはヒドロキシアパタイト、リン酸三カルシウム又はそれらの混合物からなる、リン酸カルシウムセラミック粒子の混合物を含む骨ミネラル代替物質が開示されている。米国特許第４，６１９，６５５号によれば、ヒドロキシアパタイト／焼石膏の５０／５０混合物からなるアロプラストを、ラット下顎骨の実験的に作った欠損に移植したとき、焼石膏は数週間以内に完全に吸収され、結合組織によって置換された。ヒドロキシアパタイトは吸収されず、いくつかの粒子は最終的には完全に骨によって周囲を囲まれていた。それ故、焼石膏は、ヒドロキシアパタイトの骨への取り込みに対する足場として作用したと結論された。

「合同整形外科学会」１９９８年９月２８〜３０日、浜松、日本、で発表された最近の研究でも、焼石膏とヒドロキシアパタイトの混合物に関する追加的な試験が示されている。この研究によると、ヒドロキシアパタイト粒子と焼石膏の組み合わせば、移植された物質の容易な配置を可能にし、移植中及び後にヒドロキシアパタイト粒子の周辺組織への移行が防止される粘度を有していた。この実験は、焼石膏が比較的短時間に吸収され、ヒドロキシアパタイト粒子と共に容易に扱うことができ、そして骨治癒のプロセスを妨げないことを示した。

ＷＯ第９１００２５２号は、約１０〜４５分以内に血中で硬化する能力がある組成物を示している。組成物は、本質的に少量の硫酸カルシウム二水和物及び硫酸カルシウム半水和物を含む。有機及び無機物質、例えばヒドロキシアパタイトが組成物中に含有される。硬化した後、ヒドロキシアパタイトの粒子が硫酸カルシウムセメント内に得られる。硫酸カルシウムセメントは、四週間以内に水性体液によって急速に溶解され、ヒドロキシアパタイトの固形粒子が残る。

同様に、硫酸カルシウムセメント内のヒドロキシアパタイトのそのような粒子が、ＷＯ第９１１７７２２号の方法によって得られる。動物用移植片として使用するための組成物は、硫酸カルシウム半水和物、リン酸カルシウム及び硫酸ナトリウムを含む。リン酸カルシウムはヒドロキシアパタイトであり、硫酸ナトリウムは、組成物を血液又はその他の体液の存在下で使用することを可能にする。

（発明の概要）
本発明の目的は、骨折破片の動きの初期抑制を伴う外科手術の間に硬化し、高い機械的強度をもって長年にわたり安定で永続的な移植片を提供し、そしてこの期間に骨の内部へ成長するための多孔性で不規則な構造を示す、生体内において体液中で硬化する能力を有する骨ミネラル代替物質用の注射用組成物を提供することである。

本発明の別の目的は、送達時に高い粘性及び低い骨折靭性という欠陥を示さず、実質的に海綿骨質において骨粗鬆骨の欠損を充填するための、そしてそれに加えて骨折を固定するための、改良されたそのような注射用骨ミネラル代替品を提供することである。

本発明の更に別の目的は、優れた生体適合性、有利な生物学的及び流動学的性質を有する注射用骨ミネラル代替品を提供することである。骨ミネラル代替品は、又、生分解性であり、性状に著しい劣化をこうむることなく放射線又はガスによる滅菌が可能である必要がある。

これらの目的を達成するために、本発明の注射用組成物には請求項１の特徴的な特性が与えられている。

本発明によれば、水と接触して硬化反応に従う二つのタイプの骨セメント物質を含む組成物が提供される。

硬化硫酸カルシウムのセメント（石膏）は、乾燥環境においては固まった状態を維持する。湿潤環境、例えば身体模擬溶液中においては、この物質は直ちに崩壊し始める。それ故、身体の中では強度が低下した移植物質が得られる。得られた固形物質は、結局１〜２日以内に分解し始める。

一方、身体模擬溶液中において又は血液を伴う身体の中で、凝固（硬化）反応を誘導するために生理食塩水を使用することができる。生理食塩水を使用することによって、いかなる条件下でも直ちに凝固を起こすことができるが、しかし、得られる移植片は依然として極めて急速に分解する。

リン酸カルシウムが水の存在下でリン酸カルシウムセメントに硬化する（セメント化する）第二反応は、高い強度の物質に固まるために長い時間（約１８時間以上）を要する。この時間内に、既に固まった硫酸塩が移植片に初期の強度を付与する、そしてリン酸三カルシウムの高強度物質への凝固反応が完了すると、数ヶ月又は数年持続する最終的な強度が得られる。

ここで、用語「リン酸カルシウムセメント」について、よく知られた定義を引用する［Ｓ．Ｅ．Ｇｒｕｎｉｎｇｅｒ，Ｃ．Ｓｉｅｗ，Ｌ．Ｃ．Ｃｈｏｗ，Ａ．Ｏ‘Ｙｏｕｎｇ，Ｎ．Ｋ．Ｔｓａｏ ａｎｄ Ｗ．Ｅ．Ｂｒｏｗｎ，Ｊ．Ｄｅｎｔ．Ｒｅｓ．６３（１９８４）２００］。即ち、粉末又は粉末混合物の反応生成物で、水又は水溶液と混合してペーストにした後に、一乃至それ以上のリン酸カルシウムの結晶を含み、そして、沈殿内に結晶を巻き込むことによって凝固する沈殿形成反応を、室温又は体温付近の温度で行なうものをいう。それ故に、本発明の骨ミネラル代替物質用の注射用組成物のペーストに使用される粉末成分によって、異なったリン酸カルシウム生成物（リン酸カルシウムセメント）が凝固反応中に得られる。
本発明を、添付の図面を参照することによってより詳細に説明する。

（発明の詳細な説明）
改善された特性を有する注射用骨ミネラル代替物質を完成するために、本発明の注射用骨ミネラル代替物質の粘度、凝固時間及び空隙率に及ぼす粒径、水分含量及び促進剤の影響を評価する目的で、試験を行なった。

本発明の骨ミネラル代替物質用の注射用組成物は、水性液体と混合した乾燥粉末を含む。そのような物質の主な要件は、凝固時間が５〜１２分以内でなければならないことである。更に、物質の粘度は、混合手順の開始後１〜５分で骨に注射可能になるように適応しなければならない。

評価された物質は、焼石膏としても知られている硫酸カルシウム半水和物を含む。細かく粉砕した既反応硫酸カルシウム二水和物ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏの少量の添加が、骨ミネラル代替品の凝固時間及び注射可能時間に決定的な影響を有していることが見出された。促進剤の添加によって、凝固時間がかなり短くなったが、注射可能時間は、依然として本発明の物質を例えば骨腔に注射することを可能にするのに十分な程長かった。他の促進剤類及び促進剤類の混合物、例えば、でん粉、硫酸カルシウム二水和物と硫酸リグニンとの混合物、多層被覆を有する硫酸カルシウム二水和物等を使用することも可能であると推測される。

ヒドロキシアパタイト、即ち、沈降ヒドロキシアパタイト（ＰＨＡ）又は低カルシウム・ヒドロキシアパタイト（ＣＤＨＡ）を形成するこれらの反応は、三つのグループに分類することができる。第一のグループは、水溶液中で加水分解プロセスによってヒドロキシアパタイトに変換される、リン酸カルシウムからなる（式１〜５）。

5Ca(H₂PO₄)・H₂O → Ca₅(PO₄)₃OH + 7H₃PO₄ + 4H₂O (1)
5CaHPO₄・2H₂O → Ca₅(PO₄)₃OH + 2H₃PO₄ + 9H₂O (2)
5Ca₈H₂(PO₄)₆・5H₂O → 8Ca₅(PO₄)₃OH + 6H₃PO₄ + 17H₂O (3)
5Ca₃(PO₄)₂ + 3H₂O → 3Ca₅(PO₄)₃OH + H₃PO₄ (4)
3Ca₄(PO₄)₂O + 3H₂O → 2Ca₅(PO₄)₃OH + Ca(OH)₂ (5)

沈降ヒドロキシアパタイトは、４．２より高いｐＨでは最も溶解度の小さいリン酸カルシウムである。このことは、このｐＨ範囲で水溶液中に存在するいかなる他のリン酸カルシウムも溶解する傾向にあり、生成物としてＰＨＡの沈殿を生じることを意味している。この加水分解プロセス［Ｃａ（ＯＨ）₂−Ｈ₃ＰＯ₄−Ｈ₂Ｏ］は、反応が進行するにつれて過飽和が緩和するために、非常に遅い。

副生成物の形成がなくて、加水分解プロセスを経てアパタイトへと反応することができる唯一のリン酸カルシウムは、アルファ型リン酸三カルシウム（式６）であり、この反応で形成したアパタイトは、低カルシウム・ヒドロキシアパタイトである。

3α-Ca₃(PO₄)₂ + H₂O → Ca₉(HPO₄)(PO₄)₅OH (6)

ヒドロキシアパタイトを生成する反応の第二のグループ、即ち沈降ヒドロキシアパタイト（ＰＨＡ）又は低カルシウム・ヒドロキシアパタイト（ＣＤＨＡ）は、ＴＴＣＰとその他のリン酸カルシウム類との組み合わせである。ＴＴＣＰはＣａ／Ｐ比が１．６７を超える唯一のリン酸カルシウムである。それ故、この物質は、副生成物として酸類又は塩基類の形成を伴わずに、低Ｃａ／Ｐを有する他のリン酸カルシウム類と混合したＰＨＡ又はＣＤＨＡを得ることができる。理論的には、ＰＨＡよりもより酸性のいずれのリン酸カルシウムも、以下の化学反応によってＴＴＣＰと直接反応してＨＡ又はＣＤＨＡを形成することができる。

7Ca₄(PO₄)₂O + 2Ca(H₂PO₄)₂・H₂O → 6Ca₅(PO₄)₃OH + 3H₂O (7)
2Ca₄(PO₄)₂O + 2Ca(H₂PO₄)₂・H₂O → Ca₉(HPO₄)(PO₄)₅OH + 2H₂O (8)
Ca₄(PO₄)₂O + CaHPO₄・2H₂O → Ca₅(PO₄)₃OH + 2H₂O (9)
3Ca₄(PO₄)₂O + 6CaHPO₄・2H₂O → 2Ca₉(HPO₄)(PO₄)₅OH + 13H₂O (10)
Ca₄(PO₄)₂O + CaHPO₄ → Ca₅(PO₄)₃OH (11)
3Ca₄(PO₄)₂O + 6CaHPO₄ → 2Ca₉(HPO₄)(PO₄)₅OH + H₂O (12)
3Ca₄(PO₄)₂O + Ca₈H₂(PO₄)₆・5H₂O → 4Ca₅(PO₄)₃OH + 4H₂O (13)
3Ca₄(PO₄)₂O + 3Ca₈H₂(PO₄)₆・5H₂O → 4Ca₉(HPO₄)(PO₄)₅OH + 14H₂O (14)
Ca₄(PO₄)₂O + 2Ca₃(PO₄)₂ + H₂O → Ca₅(PO₄)₃OH (15)

式（７）及び（８）において、ＤＣＰＤが中間反応生成物として生成するが、反応の最後にはＰＨＡ又はＣＤＨＡの生成を伴う。反応（１３）、（１４）及び（１５）は全て非常に遅い。しかしながら、式（９）〜（１２）を使用することによって、室温又は体温で、及び中性ｐＨで、時間と共に凝固し硬化するセメントを生成することが可能である。

Ｃａ／Ｐ比が１．６７未満のリン酸カルシウムの混合物を使用することによって、最終硬化生成物としてＰＨＡを生成することも可能である。これは、ＴＴＣＰの代わりに、Ｃａ（ＯＨ）₂又はＣａＣＯ₃のような別のカルシウム源を使用することによって達成される。一つの例は、β−ＴＣＰ＋ＤＣＰＤ＋ＣａＣＯ₃→ＰＨＡという反応である。ＣＤＰＤとＣａＣＯ₃との反応から初期に生成したＰＨＡの結晶は、β−ＴＣＰ粒子間のバインダーとして機能する。ＤＣＰＤが消費されると、反応は残っている炭酸カルシウムとβ−ＴＣＰとの間で継続しＰＨＡの生成を伴う。しかしながら、後者のプロセスは、セメントの機械的強度に有害な影響を与えるように見える。

水性液体と反応するとき硬化してリン酸カルシウムセメントを生じる能力を有するリン酸カルシウムは、リン酸三カルシウム（ＴＣＰ）、リン酸四カルシウム（ＴＴＣＰ）、無水リン酸二カルシウム、リン酸一カルシウム一水和物（ＭＣＰＭ）、リン酸二カルシウム二水和物（ＤＣＰＤ）又はリン酸八カルシウム（ＯＣＰ）が好ましい。好ましくは、リン酸カルシウムはアルファ型リン酸三カルシウムである。

骨ミネラル代替物質に初期強度を付与するために、本発明による組成物中の硫酸カルシウム半水和物は、水性液体に混合される乾燥粉末の２〜８０重量％、好ましくは１０〜３０重量％を含むべきである。同様に、硬化してリン酸カルシウムセメントを生じるリン酸カルシウムは、乾燥粉末の１０〜９０重量％、好ましくは７０〜９０重量％を含むべきである。組成物において、水性液体は、粉末一グラム当り０．１ｍｌと２ｍｌの間、好ましくは０．５ｍｌと１ｍｌの間で含まれるべきである。

本発明の組成物において、好ましくは粒子状の反応成分を使用することによって、高強度移植片物質が最初に得られる。急速凝固硫酸カルシウム物質は、遅い凝固物質、即ちリン酸カルシウムセメントのブロック内に生成される。それ故、初期強度が低下すると、第二の強度が増加し、その最終強度が体内に保持される。硫酸塩が分解すると共に細孔、空孔及び空洞が次第に生成し、骨小腔のように作用し、そして最後に高強度物質の凝固し硬化した移植片は、正常な骨であるような外観を呈する。

本発明の組成物における両反応は、促進剤又は遅延剤を含有することによって制御することができる。種粒子を使用することによって、そのプロセスを促進することができる。

そのような促進剤が加えられると、硫酸カルシウム半水和物は急速に、即ち１０分以内に凝固する。粒子状硫酸カルシウム二水和物は、この反応に好適な促進剤であり、その粒径は１ｍｍ未満である。もし粒子状硫酸カルシウム二水和物が、１５０μｍ未満、好ましくは１００μｍ未満、最も好ましくは５０μｍ未満の粒径を有するならば、より効率的な反応が得られる。粒子状硫酸カルシウム二水和物は、水性液体と反応する硫酸カルシウム半水和物の０．１重量％と１０重量％の間、好ましくは０．１重量％と２重量％の間で含まれるべきである。促進剤は、臨床の状態において約３０ＭＰａの限界強度を有する凝固した物質が、１５分以内、好ましくは８分以内に得られるように適応すべきである。好ましくは、粒子状硫酸カルシウム二水和物は、アルファ型硫酸カルシウム二水和物である。

リン酸カルシウムセメントを生成するリン酸カルシウムの第二の反応はゆっくりと凝固する。しかし、約３０ＭＰａの強度を有する骨ミネラル代替物質として１８時間以内に凝固するように制御することができる。これは、本発明の組成物に硬化粒子状リン酸カルシウムセメントを添加することによって達成することができる。硬化リン酸カルシウムセメントは、ヒドロキシアパタイト（ＨＡ）、好ましくは沈降ヒドロキシアパタイト（ＰＨＡ）、リン酸三カルシウム（ＴＣＰ）又はそれらの混合物であり得る。Ｃａ／Ｐ比は１．５と２の間である。粒子状リン酸カルシウムセメントは、２０μｍ未満、好ましくは１０μｍ未満の粒径を有するべきであり、水性液体と反応するリン酸カルシウムの０．１重量％と１０重量％の間、好ましくは０．５重量％と５重量％の間で含まれるべきである。

リン酸カルシウムからリン酸カルシウムセメントを生成する反応は、リン酸塩、例えば水性液体に溶解されるリン酸水素二ナトリウム（Ｎａ₂ＨＰＯ₄）によって促進することができる。この場合、促進剤は、０．１〜１０重量％、好ましくは１〜５重量％の濃度で水性液体中に存在すべきである。

リン酸カルシウムからリン酸カルシウムセメントを生成する反応用の促進剤の二つのタイプは、それぞれ別々に又は組み合わせて使用することができる。

本発明による組成物において、水性液体は、蒸留水又は平衡塩類溶液、例えばＰＢＳ、ＰＢＳＳ、ＧＢＳＳ、ＥＢＳＳ、ＨＢＳＳ又はＳＢＦであり得る。

本発明による組成物の注射可能性は、いくつかの方法で改善することができる。驚くべきことに、ｐＨ低減成分を本発明の組成物に加えることで、その注射可能性が改善されることが示された。そのようなｐＨ低減成分は、例えば、アスコルビン酸又はクエン酸である。これらの酸類は、組成物の滅菌液体又は滅菌粉末中に、０．１〜５重量％、好ましくは０．５〜２重量％の量で含有される。

組成物の注射可能性を改善する別の方法は、生物学的適合性の油を加えることである。油の濃度は、０．１重量％と５重量％の間、好ましくは０．５重量％と２重量％の間であるべきである。本発明の組成物に使用される適切な油はビタミンＥである。油は、組成物の滅菌粉末に混合するか、或いは滅菌液体に最初から加えておくことができる。

上記したように、既反応の硫酸カルシウム二水和物の少量の添加は、骨ミネラル代替品の注射可能時間に効果を示した。それ故、未反応硫酸カルシウム半水和物のいくぶんかを反応した硫酸カルシウム二水和物で置き換えることによって、組成物の注射可能性を改善することができた。半水和物の９５％程度まで置き換えることができる。好ましくは半水和物の５０〜９０％を、最も好ましくは８０〜９０％を、二水和物によって置き換えることができる。

本発明の組成物を用いて得られる骨ミネラル代替物質を更に改良するために、追加の物質、例えば成長因子類、抗ガン物質類、抗酸化剤類及び／又は抗生物質類を更に含有ることが可能である。抗生物質類を含有する骨セメントは公知であり、合成ヒドロキシアパタイトや海綿骨質へ抗生物質類を添加することにより、該物質が骨に投与されたとき骨の感染を治療するのに充分な濃度で、該抗生物質類が放出されることが示されている。

効果的な混合システムが、本発明による組成物を調製するために利用されなければならない。混合は通常のセメント・ミキシング・システムで行われ、組成物は通常の送達システムによって注射される。ミキシングコンテナは、好ましくは、液状セメントを粉末成分中に吸引することができるタイプである（ドイツ特許第４４０９６１０号）。このＰｒｅｐａｃｋ（商標）システムは、柔軟な箔のバッグ中に予め封入された成分と組み合わせた送達用の密閉された混合システムである。他の混合装置、例えば、送達シリンダーに適応することのできる二つの相互に連結した柔軟なバッグも、もちろん使用することができる。

組成物中での気泡の生成は、硫酸カルシウム半水和物の硬化反応を妨げ、外科手術中の移植した物質の初期機械強度の低下をもたらし得るが、これは、大気中より低い圧力条件下、例えば減圧下で組成物を混合することによって防止することができる。しかしながら、大気圧もまた使用することができる。好ましくは、組成物の粉末成分は、滅菌液体成分と混合する前に放射線により滅菌される。

（実施例）
本発明を、以下の実施例を参照することによって更に説明し例示する。しかしながら、これらの実施例は、いずれにせよ、本発明を制限すると解釈してはならないことに注意すべきである。

比較例１
対照試験として、純粋の硫酸カルシウム半水和物の注射可能時間及び凝固時間を測定したところ、それぞれ、１０分超及び２０分超であった。

比較例２
第二の対照試験として、硫酸カルシウム半水和物とヒドロキシアパタイトとの混合物の注射可能時間及び凝固時間を測定したところ、それぞれ、又、１０分超及び２０分超であった。

比較例３
不動添加物（ｐａｓｓｉｖｅ ａｄｄｉｔｉｖｅ）の存在下において、硫酸カルシウム半水和物から硫酸カルシウム二水和物を生成する第一の反応について、注射可能時間（ＩＴ）及び凝固時間（ＳＩ）を検討した。ヒドロキシアパタイトと促進剤の比率を変えた、硫酸カルシウム半水和物、ヒドロキシアパタイト（ＨＡ）及び促進剤（Ａｃｃ）の２０種類の異なった混合物を評価した。表３を参照。凝固時間は機械的試験により定量した。重量２３ｇ、直径１０ｍｍ及び長さ３５ｍｍの金属製の棒を高さ３５ｍｍから落下させた。棒が試料上にいかなる痕跡も残さなかったときの時間を、凝固時間として記録した。

実施例１
アルファ型リン酸三カルシウム及びアルファ型硫酸カルシウム半水和物に基づいた、異なる二相系の注射用セメントを製造した。

製造した各セメントの機械的強度を、セメントと水を混合してから、１０時間後、２４時間後、３日後及び１４日後に評価した。評価は、３７℃の生理食塩水中に浸漬しておいた円筒形の検体（ｄ＝６ｍｍ、ｈ＝１２ｍｍ）によって与えられた時点で行った。結果を以下の表４に示す。

実施例２
硫酸カルシウム半水和物（ＣＳＨ）を２０重量％未満で含有するα−ＴＣＰについて、圧縮強度を更に試験した（ＣＳＨは、Ｂｏｅｈｒｌａｎｄｅｒ ＡＢ社、Ｇｏｔｈｅｎｂｏｒｇ、スウェーデンから入手した）。

二つの粉末を５分間かけて機械的に混合した。次いで、液体対粉末の比率（Ｌ／Ｐ）０．３２ｍｌ／ｇで液体を粉末に加えた。液体は促進剤として２．５重量％のＮａ₂ＨＰＯ₄を含有した。

型に充填し、生理食塩水（０．９％）中に３７℃で７日間浸漬した。結果を以下の表５及び図１に示す。

図１に見られるように、圧縮強度は、α−ＴＣＰ含量が８０重量％を超えると劇的に増加した。

実施例３
硫酸カルシウム半水和物及びリン酸カルシウムがそれぞれ凝固反応中に水と反応する時、二つの凝固反応の各々の間に結晶が形成される。最初に、結晶核が創出され、次いで、核からの成長で最終結晶構造が形成される。既に生成した凝固物質の結晶を加えることによって、凝固プロセスにおける核生成ステップが既に完了し、これによって、物質が結晶化し硬化するのに要する時間が短縮される。結晶は、添加した硫酸カルシウム二水和物及びヒドロキシアパタイトの粒子からそれぞれ直接成長する。それ故、これら添加した凝固物質の粒子は、凝固反応において促進剤として作用する。

物質に添加した促進剤粒子の粒径が小さければ小さい程、結晶が粒子の表面から成長するので、より効率的な促進効果が得られる。もし促進剤の粒子が小さければ、粒子の単位重量当りの表面積は大きくなる。

促進剤としてα−ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏが使用される場合、物質の主成分としてα−ＣａＳＯ₄・１／２Ｈ₂Ｏが使用される時の方が、β−ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏが使用されるよりもより効率的である。このことは、硫酸カルシウムの二つの形態の間の結晶形の違いによって説明することができる。結晶は促進剤の粒子表面から直接成長しているので、促進剤の結晶が、物質の主成分から形成されつつある結晶と厳密に同じ形態を有するなら、反応はより速く進行する。

実施例４
注射可能時間に及ぼす硫酸カルシウム二水和物の含量の影響を図２に示す。この場合、液体／粉末（Ｌ／Ｐ）比は０．４ｍｌ／ｇである。注射可能時間の限界は、加重が、手により注射が可能な最高の力に匹敵するＮに達したときと定義した。

実施例５
凝固時間に及ぼす水分含量及び硫酸カルシウム二水和物の含量の影響を図３に示す。ここで、Ｌ／Ｐは液体／粉末比（ｍｌ／ｇ）である。凝固時間は、ＡＳＴＭ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｃ２６６に従い、ギルモアニードル（Ｇｉｌｌｍｏｒｅ Ｎｅｅｄｌｅｓ）を使用して測定した。

実施例６
本発明の組成物においては、硫酸カルシウム半水和物の形態が重要である。アルファ型硫酸カルシウム半水和物（α−ＣａＳＯ₄・１／２Ｈ₂Ｏ）が、その機械的強度の故に使用するのに優れている。β−α−ＣａＳＯ₄・１／２Ｈ₂Ｏの圧縮強度が１４ＭＰａであるのに対して、α−ＣａＳＯ₄・１／２Ｈ₂Ｏは４０．４ＭＰａの圧縮強度を有している。

実施例７
イン・ビトロ（ｉｎ ｖｉｔｒｏ）及びイン・ビボ（ｉｎ ｖｉｖｏ）におけるヒドロキシアパタイト骨代替品を有する硫酸カルシウムの生分解
ヒドロキシアパタイトを４０重量％含有する硫酸カルシウムの分解速度を調べた。物質を、人工体液及びラットの筋肉の嚢状空洞に置いた。得られたブロックの機械強度及び寸法を生分解指数として時間と共に調べた。

機械的試験
圧縮強度試験は、ＭＴＳ及びＩｎｓｔｒｏｎ８５１１．２０試験装置を使用して行った。物質を取り出した後、試料を自動水準盤（ｓｅｌｆ−ｌｅｖｅｌｌｉｎｇ ｐｌａｔｅｎｓ）の間に直接置き、そして、室温で破壊するまで１ｍｍ／分で圧縮した。

容積測定
物質を取り出した後、物質のブロックの容積をノギスで測定した。

イン・ビトロ試験
硫酸カルシウム又はヒドロキシアパタイト含有硫酸カルシウムのセメントを、Ｌ／Ｐ比０．２５ｍｌ／ｇで、蒸留水と混合することによって調製した。セメントを混合した後、ＰＦＴＥ型に注入し凝固させた。試料は、直径４ｍｍ、長さ８ｍｍであった。六つの円筒状試料を人工体液中に置き、そして、液体を毎日交換した。一週間後、試料を自動水準盤の間に直接置き、室温で破壊するまで圧縮強度試験にかけた。

イン・ビボ試験
硫酸カルシウム半水和物（ＣａＳＯ₄・１／２Ｈ₂Ｏ）を、４０重量％ヒドロキシアパタイト粉末［Ｃａ₁₀（ＰＯ₄）₆（ＯＨ）₂；ＨＡ］と混合した。ＰＯＰ−ＨＡの混合物を焼結し、空気中で冷却した。促進剤（硫酸カルシウム）をＰＯＰ−ＨＡに０．４重量％加え、乾燥粉末をガンマ線照射により滅菌した。

粉末と蒸留水をＬ／Ｐ比０．２５ｍｌ／ｇで混合することによって、セメントを調製した。硫酸カルシウム又は硫酸カルシウム＋ヒドロキシアパタイトを含有する物質を調製した。混合後、セメントをＰＦＴＥ型に注入し凝固させた。試料は円筒状で、直径４ｍｍ、長さ８ｍｍであった。凝固したら直ちに試料をラットの筋肉の嚢状空洞に挿入した。

動物
体重約２００ｇのＳｐｒａｇｕｅ−Ｄａｗｌｅｙラットを使用し、使用前一週間動物施設に保存した。動物には標準実験食を給餌した。全てのラットを、ペントバルビタール１ｍｌ（６０ｍｇ／ｍｌ）、ジアゼパム２ｍｌ（５ｍｇ／ｍｌ）、及び生理食塩水１ｍｌ（０．１５Ｍ）を含有する溶液０．５〜０．６ｍｌの腹腔注射で麻酔した。移植片をラットの筋肉内に挿入した。９匹のラットを各期間の試験に使用した。ラットは、移植後１又は４週間の時点で、過剰投与量のペントバルビタールの腹腔注射によって殺処分された。

結果
インキュベーションの一週間後に、人工体液中又はラットの筋肉の嚢状空洞のそれぞれに置いた円筒状試料の機械強度を記録した。物質の機械強度は、イン・ビトロ並びにイン・ビボの両者で３５Ｍｐａから約５Ｍｐａまで低下した。残ったブロックの容積は、元のブロックの容積のほんの１／３乃至１／１０であった（表５）。

インキュベーションの４週間後には、物質の機械強度は全く消失し、硫酸カルシウムの棒は殆ど完全に吸収された。ヒドロキシアパタイトを含有する硫酸カルシウムは依然として存在したが、しかし、全く変形し、そして物質は正常組織によって取り囲まれていた。組織は、又、物質中に入り込んでいた。更に、残留物質の塊は、移植された元のブロックよりも大きかった。

以下の表６は、１又は４週間インキュベーション後のラット筋肉中における、残留円筒状物質の容積を示す[平均±標準誤差（ＳＥ）]。元の円筒状物質の容積は１００ｍｍ³であった。統計解析は、ＡＮＯＶＡの一元法及びＳｔｕｄｅｎｔのｔ検定を用いて行った。得られた全ての結果は、高い統計的有意性を表した（Ｐ＜０．０００１）。

硫酸カルシウム及びヒドロキシアパタイトを含む移植された物質は、人工体液及びラットの両者において一週間以内に急速に分解した。分解の速度は、人工体液又は筋肉の嚢状空洞において同じであった。このことは分解速度を実証するためには、ただ一つの方法で十分であることを示唆している。

結論として、硫酸塩とリン酸塩物質の組み合わせの試験は、イン・ビトロ及びイン・ビボで生分解性を示し、それに加えて、両成分の硬化は、注射可能性及び凝固に関して良好な結果を与えることを示す。

圧縮強度に及ぼすアルファ型リン酸三カルシウムの影響を示す。 注射可能時間に及ぼす硫酸カルシウム二水和物の含量の影響を示す。 凝固時間に及ぼす水分含量及び硫酸カルシウム二水和物含量の影響を示す。

Claims (15)

1. イン・ビボにおいて体液中で、骨の内部への成長のための多孔性構造を時間の経過とともに獲得する二相系の骨代替移植片に硬化する能力を有する骨ミネラル代替物質用の注射用組成物のための乾燥粉末組成物であって、
   該乾燥粉末が、
   水性液体と反応するとき、硫酸カルシウム二水和物セメントに硬化する能力を有する硫酸カルシウム半水和物である第一の凝結反応成分、
   水性液体と反応するとき、リン酸カルシウムセメントに硬化する能力を有するリン酸カルシウムである第二の凝結反応成分、及び
   水性液体と該第一の及び／又は第二の凝結反応成分との凝結反応に対する少なくとも一つの促進剤であって、該少なくとも一つの第一の凝結反応成分と水性液体との反応に対する促進剤が、１ｍｍ未満の粒径を有し、該第一の凝結反応成分の０．１重量％と１０重量％の間で含まれる粒子状硫酸カルシウム二水和物であり、該少なくとも一つの第二の凝結反応成分と水性液体との反応に対する促進剤が、硬化粒子状リン酸カルシウムセメント又はリン酸水素二ナトリウム（Ｎａ₂ＨＰＯ₄）である促進剤、
   を含む、上記組成物。
   
2. 該第一の及び／又は該第二の凝結反応成分が、１〜１００μｍの粒径を有する微粒子の形態である、請求項１記載の組成物。
   
3. 該硫酸カルシウム半水和物がアルファ型硫酸カルシウム半水和物である、請求項１記載の組成物。
   
4. 該第一の凝結反応成分が、該乾燥粉末の１０〜３０重量％含まれる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の組成物。
   
5. 該第二の凝結反応成分がアルファ型リン酸三カルシウムである、請求項１記載の組成物。
   
6. 該第二の凝結反応成分が、該乾燥粉末の７０〜９０重量％含まれる、請求項１、２及び５のいずれか一項に記載の組成物。
   
7. 該粒子状硫酸カルシウム二水和物が５０μｍ未満の粒径を有する、請求項１記載の組成物。
   
8. 該粒子状硫酸カルシウム二水和物が、該第一の凝結反応成分の０．１重量％と２重量％の間で含まれる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の組成物。
   
9. 該硬化粒子状リン酸カルシウムセメントが、ヒドロキシアパタイト（ＨＡ）、リン酸三カルシウム（ＴＣＰ）又はこれらの混合物である、請求項１記載の組成物。
   
10. 該硬化粒子状リン酸カルシウムセメントが、２０μｍ未満の粒径を有する、請求項１又は９に記載の組成物。
    
11. 該硬化粒子状リン酸カルシウムセメントが、該第二の凝結反応成分の０．５重量％と５重量％の間で含まれる、請求項１、９及び１０のいずれか一項に記載の組成物。
    
12. 請求項１〜１１いずれか一項に記載の組成物と水性液体を含む、骨ミネラル代替物質用の注射用組成物であって、該水性液体が蒸留水又は平衡塩溶液を含む、上記組成物。
    
13. 該第二反応成分と該水性液体の反応のための少なくとも一つの該促進剤が、該水性液体に溶解されている、請求項１２記載の注射用組成物。
    
14. 該促進剤がリン酸水素二ナトリウム（Ｎａ₂ＨＰＯ₄）であり、該水性液体の１〜５重量％含まれる、請求項１２又は１３に記載の注射用組成物。
    
15. 成長因子、抗ガン物質、抗生物質及び抗酸化剤からなる群から選択される一以上の生物学的活性物質を更に含む、請求項１記載の組成物。

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