JP5578499B2 - リン酸カルシウム/生分解性ポリマーハイブリッド材料並びにその製法及びハイブリッド材料を用いたインプラント - Google Patents
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Description
vitro溶解性試験において、28日間という短期間にβ−リン酸三カルシウム多孔体中に導入されたポリL-乳酸が溶解し、三点曲げ強度が低下するという問題点がある。
さらに、酵素重合法の場合、ヒドロキシアパタイト多孔体中に、L-ラクチドとリパーゼを導入して、130℃で168時間(7日間)加熱しなければならず、作製期間が不当に長くなるという問題点がある。
〔a〕
リン酸カルシウム多孔体と、分子量50,000乃至500,000の生分解性ポリマーとを含み、前記生分解性ポリマーは、前記生分解性ポリマーの溶融温度以上の温度で前記リン酸カルシウム多孔体中で溶融された後に冷却されその後アニーリング処理されることにより前記リン酸カルシウム多孔体の気孔中において結晶化しているリン酸カルシウム/生分解性ポリマーハイブリッド材料。
〔b〕
前記リン酸カルシウム多孔体が、ヒドロキシアパタイト多孔体であることを特徴とする〔a〕に記載のリン酸カルシウム/生分解性ポリマーハイブリッド材料。
〔c〕
前記リン酸カルシウム多孔体が、β-リン酸三カルシウム多孔体であることを特徴とする〔a〕に記載のリン酸カルシウム/生分解性ポリマーハイブリッド材料。
〔d〕
前記生分解性ポリマーの分子量が50,000乃至300,000であることを特徴とする〔a〕に記載のリン酸カルシウム/生分解性ポリマーハイブリッド材料。
〔e〕
前記生分解性ポリマーが、ポリL-乳酸、ポリグリコール酸、ポリクエン酸、L-乳酸/グリコール酸共重合体、ポリε-カプロラクトン、ポリβ−ヒドロキシ酪酸、及びキトサンからなる群から選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする〔a〕に記載のリン酸カルシウム/生分解性ポリマーハイブリッド材料。
〔f〕
リン酸カルシウム多孔体と生分解性ポリマーとを複合化したリン酸カルシウム/生分解性ポリマーハイブリッド材料の製法であって、
リン酸カルシウム多孔体を、分子量50,000乃至500,000の生分解性ポリマーを含む溶液中に浸漬し、超音波処理又は吸引処理を施し、前記リン酸カルシウム/生分解性ポリマーハイブリッド材料における前記生分解性ポリマーを、前記生分解性ポリマーの溶融温度以上の温度により溶融し、前記生分解性ポリマーの溶融後に前記リン酸カルシウム/生分解性ポリマーハイブリッド材料を常温まで冷却し、前記リン酸カルシウム/生分解性ポリマーハイブリッド材料を常温まで冷却したあとに前記リン酸カルシウム/生分解性ポリマーハイブリッド材料を加熱して前記生分解性ポリマーに対してアニーリングをして前記生分解性ポリマーを結晶化させることを特徴とする、製法。
〔g〕
前記処理が、超音波処理であることを特徴とする、〔f〕に記載の製法。
〔h〕
前記生分解性ポリマーを含む溶液中に浸漬処理、及び
前記浸漬処理により得られた浸漬液に超音波処理を1回乃至10回繰り返すことを特徴とする、〔f〕又は〔g〕に記載の製法。
〔i〕
前記吸引処理が、分子量50,000乃至500,000の生分解性ポリマーを含む溶液を、リン酸カルシウム多孔体を介して吸引することを特徴とする、〔f〕に記載の製法。
〔j〕
前記リン酸カルシウム多孔体が、ヒドロキシアパタイト多孔体又はβ-リン酸三カルシウム多孔体であることを特徴とする、〔f〕乃至〔i〕のいずれか一つに記載の製法。
〔k〕
前記生分解性ポリマーが、ポリL-乳酸、ポリグリコール酸、ポリクエン酸、L-乳酸/グリコール酸共重合体、ポリε-カプロラクトン、ポリβ−ヒドロキシ酪酸、及びキトサンからなる群から選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする、〔f〕乃至〔j〕のいずれか一つに記載の製法。
〔l〕
前記生分解性ポリマーを含む溶液の溶媒がクロロホルムであることを特徴とする、〔f〕乃至〔k〕のいずれか一つに記載の製法。
〔m〕
〔a〕〜〔e〕のいずれか一つに記載のリン酸カルシウム/生分解性ポリマーハイブリッド材料を含むことを特徴とする、インプラント。
Ceramics from Calcium-phosphate Fibers for a Matrix of Biodegradable
Ceramics/polymer Hybrids”, Phosphorus Res. Bull., 17, 209-210 (2004)、及びKawata
et al., “Development of porous ceramics with well-controlled porosities and
pore sizes from apatite fibers and their evaluations,” Journal of Materials
Sciences: Materials in medicine, Vol. 15, pp. 817-823 (2004)に開示された方法により作製される。具体的には、ヒドロキシアパタイト多孔体(HAp)、β-リン酸三カルシウム(β-TCP)多孔体及びα-リン酸三カルシウム(α-TCP)多孔体などの気孔を備えたリン酸カルシウム多孔体などを挙げることができる。
〔製法1〕
(1)製法1は、リン酸カルシウム多孔体を、分子量が50,000乃至500,000の生分解性ポリマーを含む溶液に浸漬するステップ、及び(2)ステップ(1)で得られた浸漬液に超音波処理を施すステップから成る。リン酸カルシウム多孔体を、例えば、アセトン、クロロホルム又は塩化メチレンなどの溶媒に溶解した生分解性ポリマーを含む溶液を室温下で浸漬し、得られた浸漬液に対して、例えば、超音波洗浄器SUC−1L(アズワン社)を用い発振周波数38kHzで、室温下5分間乃至2時間、好ましくは10分間乃至1時間超音波処理し、この超音波処理物を前記の超音波洗浄器から取り出し、乾燥することによって、本発明のハイブリッド材料を得ることができる。
ここで、生分解性ポリマーを含む溶液の中には、界面活性能を有する化合物などを添加することもできる。添加することによって、生分解性ポリマーがリン酸カルシウム多孔体中に入り込むことを容易とする作用を呈する。したがって、上記溶媒にイソプロピルアルコールなどを係る添加剤として添加することもできる。
〔製法2〕
製法2は、前記〔製法1〕の浸漬液に超音波処理を施すステップをさらに1回乃至10回繰り返すこと以外は、〔製法1〕の処理と同様に行うことから成る。この製法によって、本発明のハイブリッド材料中の前記ポリマー含有率を調整することができる。
〔製法3〕
製法3は、分子量50,000乃至500,000の生分解性ポリマーを含む溶液を、リン酸カルシウム多孔体を介して吸引することから成る。具体的には、液体窒素などのコールドトラップを経由してアスピレータに接続された吸引漏斗に、板状のリン酸カルシウム多孔体を載置し、ついで室温で前記のアスピレータの吸引下、例えば、アセトン、クロロホルム又は塩化メチレンなどの溶媒に溶解した生分解性ポリマーを含む溶液を、いったん前記多孔体上面を覆うように注下する。ついで吸引処理された前記多孔体を上下反転させて再度吸引漏斗に載置し、同様に上面を、生分解性ポリマーを含む溶液で覆い吸引後、乾燥することによって、本発明のハイブリッド材料を得ることができる。
〔製法4〕
製法4は、リン酸カルシウム/生分解性ポリマーハイブリッド材料に、溶融処理及びアニーリング処理を施すステップか又はアニーリング処理を施すステップから成る。〔製法1〕乃至〔製法3〕により得られたリン酸カルシウム/生分解性ポリマーハイブリッド材料を、アニーリング処理することによって生分解性ポリマーの結晶化度が向上し、強度が増すが、アニーリング処理の前に溶融処理することによって生分解性ポリマーの結晶化度がさらに向上して分解性が下がり、本発明のハイブリッド材料に適用したときに好適となる。
〔インプラント化〕
リン酸カルシウム/生分解性ポリマーハイブリッド材料を、インプラントとするには、〔製法1〕乃至〔製法4〕のいずれかにより得られたリン酸カルシウム/生分解性ポリマーハイブリッド材料のブロック体を研削機などで研削することによって、所望の形のインプラントを容易に作成することができる。
得られたリン酸カルシウムファイバーのうち1gを一軸加圧成形(30MPa)し、ついで得られた成形体を箱型電気炉中で1000℃(昇温速度:10℃/min)、5時間焼成するとX線回折スペクトル(図1)に示す特性、及び表面と断面の走査型電子顕微鏡写真(図2)に示す形状を有するβ-リン酸三カルシウム多孔体(多孔質β-TCP、気孔率:約54%)が得られた。
図10から明らかなように、本発明のβ-リン酸三カルシウム/ポリL-乳酸ハイブリッド材料(hyb-3及びhyb-3(+))は、β-リン酸三カルシウム多孔体(多孔質β−TCP)よりも優れた骨芽細胞様細胞の増殖性を示した。
得られたヒドロキシアパタイトファイバーのうち1gあたりカーボンビーズ1gを混合し、得られた混合物を一軸加圧成形(40MPa)し、ついで得られた成形体を管状炉中で水蒸気雰囲気下1300℃(昇温速度:5℃/min)で5時間焼成してヒドロキシアパタイト多孔体(気孔率:約70%)を得た。
Ingelheim社製RESOMER(登録商標)L207S;分子量約100,000)の3質量%クロロホルム溶液に浸漬し、10分間超音波処理した。超音波処理後、固形物を取り出し、室温(25℃±3℃)で50分間乾燥するとヒドロキシアパタイト/ポリL−乳酸ハイブリッド材料が得られた。
以上の工程をさらに4回繰り返して、ヒドロキシアパタイト/ポリL−乳酸ハイブリッド材料を作製した。
L/min 〜 10.8 L/min)下、ポリL−乳酸(Boehringer Ingelheim社製RESOMER(登録商標)L207S;分子量約100,000)の2質量%クロロホルム溶液を前記の試験片の上面へ9回滴下して上面を前記溶液でいったん覆い、ついで得られた試験片を上下反転させて再度吸引漏斗に載置し、吸引下にポリL−乳酸(Boehringer
Ingelheim社製RESOMER(登録商標)L207S;分子量約100,000)の2質量%クロロホルム溶液を3回滴下した。続いて上下反転させ8回滴下さらに上下反転させ、2回滴下し、さらに上下反転させ、同様に8回滴下することを繰り返した(全滴下回数は30回であり、その所要時間は約1.5時間である。)。ついで得られたヒドロキシアパタイト多孔体を乾燥(室温(25℃±3℃)、50分)させるとヒドロキシアパタイトとポリL−乳酸が複合化されたハイブリッドが得られた(試験片[b])。係る処理を経て乾燥後の重量変化を表―2に示す。この表から、ポリL−乳酸が円盤状ヒドロキシアパタイト多孔体に複合化されていることが示された。
表―2
このように、β−リン酸三カルシウム多孔体を作製するに際し、高温下に焼失可能な粒子を添加しておくと、所望の気孔率、比表面積、孔径を有する多孔体の形成調整を容易とすることができるので、CBなどを添加することは効果的である。
Claims (13)
- リン酸カルシウム多孔体と、
分子量50,000乃至500,000の生分解性ポリマーと、
を含み、
前記生分解性ポリマーは、前記生分解性ポリマーの溶融温度以上の温度で前記リン酸カルシウム多孔体内で溶融された後に冷却されその後アニーリング処理されることにより前記リン酸カルシウム多孔体中において結晶化している
ことを特徴とする、リン酸カルシウム/生分解性ポリマーハイブリッド材料。 - 前記リン酸カルシウム多孔体が、ヒドロキシアパタイト多孔体であることを特徴とする、請求項1に記載のリン酸カルシウム/生分解性ポリマーハイブリッド材料。
- 前記リン酸カルシウム多孔体が、β-リン酸三カルシウム多孔体であることを特徴とする、請求項1に記載のリン酸カルシウム/生分解性ポリマーハイブリッド材料。
- 前記生分解性ポリマーの分子量が、50,000乃至300,000であることを特徴とする、請求項1に記載のリン酸カルシウム/生分解性ポリマーハイブリッド材料。
- 前記生分解性ポリマーが、ポリL-乳酸、ポリグリコール酸、ポリクエン酸、L-乳酸/グリコール酸共重合体、ポリε-カプロラクトン、ポリβ−ヒドロキシ酪酸、及びキトサンからなる群から選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする、請求項1に記載のリン酸カルシウム/生分解性ポリマーハイブリッド材料。
- リン酸カルシウム多孔体と生分解性ポリマーとを複合化したリン酸カルシウム/生分解性ポリマーハイブリッド材料の製法であって、
リン酸カルシウム多孔体を、分子量50,000乃至500,000の生分解性ポリマーを含む溶液中に浸漬し、超音波処理又は吸引処理を施し、
前記リン酸カルシウム/生分解性ポリマーハイブリッド材料における前記生分解性ポリマーを、前記生分解性ポリマーの溶融温度以上の温度により溶融し、
前記生分解性ポリマーの溶融後に前記リン酸カルシウム/生分解性ポリマーハイブリッド材料を冷却し、
前記リン酸カルシウム/生分解性ポリマーハイブリッド材料を常温まで冷却したあとに前記リン酸カルシウム/生分解性ポリマーハイブリッド材料を加熱して前記生分解性ポリマーに対してアニーリングをして前記生分解性ポリマーを結晶化させる
ことを特徴とする、製法。 - 前記処理が、超音波処理であることを特徴とする、請求項6に記載の製法。
- 前記生分解性ポリマーを含む溶液中に浸漬処理、及び前記浸漬処理により得られた浸漬液に超音波処理を1回乃至10回繰り返すことを特徴とする、請求項6又は7に記載の製法。
- 前記吸引処理が、分子量50,000乃至500,000の生分解性ポリマーを含む溶液を、リン酸カルシウム多孔体を介して吸引することを特徴とする、請求項6に記載の製法。
- 前記リン酸カルシウム多孔体が、ヒドロキシアパタイト多孔体又はβ-リン酸三カルシウム多孔体であることを特徴とする、請求項6乃至9のいずれか一つに記載の製法。
- 前記生分解性ポリマーが、ポリL-乳酸、ポリグリコール酸、ポリクエン酸、L−乳酸/グリコール酸共重合体、ポリε-カプロラクトン、ポリβ−ヒドロキシ酪酸、及びキトサンからなる群から選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする、請求項6乃至10のいずれか一つに記載の製法。
- 前記生分解性ポリマーを含む溶液の溶媒がクロロホルムであることを特徴とする、請求項6乃至11のいずれか一つに記載の製法。
- 請求項1乃至5のいずれか一つに記載のリン酸カルシウム/生分解性ポリマーハイブリッド材料を含むことを特徴とする、インプラント。
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