JP6129861B2 - 骨形成特性を有するポリマーコンポジットの人工骨インプラントまたは骨移植片 - Google Patents
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Description
後者は、当分野では、骨の一体化(osseous integration)あるいはオッセオインテグレィション(osseointegration)と呼ばれている。
a)1,3−トリメチレンカーボネート(TMC)のホモポリマーまたはコポリマーの液体のまたは液化されたポリマー組成物を提供し;
b)該液体または液化されたポリマー組成物に、骨形成および骨誘導特性を有する1以上の薬剤を添加し、それにより該液体のまたは液化されたポリマー組成物中の該薬剤の分散物を提供し;
c)得られた生成物を架橋させ、それにより骨形成特性を有するコンポジットが提供される。
a)50,000g/molを超える分子量を有する1,3−トリメチレンカーボネート(TMC)のホモポリマーまたはコポリマーのポリマー組成物を提供し;
b)該ポリマー組成物を溶解し、それにより溶解したポリマーの組成物を提供し;
c)該溶解したポリマーの組成物に、骨形成特性を有する1以上の薬剤を添加し、それにより該溶解したポリマーの組成物中の該薬剤の分散物を提供し;
d)該分散物を析出させ、それによりコンポジットプレシピテートを提供し;
e)該コンポジットプレシピテートを型に入れて所望の形に成形し;そして
f)成形したコンポジットプレシピテートを架橋させ、それにより骨形成特性を有するコンポジットが提供される。
材料および方法
材料
重合グレードの1,3−トリメチレンカーボネート(TMC)は、Boehringer Ingelheim(ドイツ)から入手した。オクタン酸第一錫(SnOct\2、Sigma、米国)は入手したものをそのまま用いた。高分子量のポリ(D,L−ラクチド)PDLLA(L対D−ラクチドのモル比:50/50)は、Purac Biochem(オランダ)から入手し、そのまま使用した。1150℃にて焼結、粒径45〜150μmに篩過された二相性リン酸カルシウムセラミック(TCP:20±5%、HA:80±5%)は、Xpand Biotechnology(オランダ)から入手した。使用した溶媒は工業グレードのものでBiosolve(オランダ)から購入した。
ポリ(トリメチレンカーボネート)(PTMC)は、トリメチレンカーボネートを130℃にて3日間開環重合することにより調製した。オクタン酸第一錫は、モノマー1モル当たり2×10−4モルの濃度で触媒として使用した。標準化された手順に従って、プロトン核磁気共鳴(1H−NMR)、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)及び示差走査熱量測定(DSC)により、合成したポリマーの分析を行ったところ、高分子量ポリマーが合成されたことを示した。
動物に対して実行されたすべての手順は、動物保護に関する国際基準、並びにフローニンゲン大学医療センターの動物実験委員会に準拠して行った。
1)PTMCシート、
2)コンポジット(PTMC/BCP)シート
3)ラミネートコンポジット(PTMC/BCP−PDLLA)シート
10匹の完全に成長したメスのオランダテクセルヒツジ(24〜36ヶ月齢)を入手し2週間かけて順応させた。外科的処置は全身麻酔下で実施した。睫毛下部を剃毛し消毒した後、両方の眼窩底を経眼窩法(infraorbital approach)を用いて露出させた。骨膜を持ち上げ、眼窩底を穿子および/またはノミを用いて砕いた。骨片は、欠損部位から除去した。作製した骨欠損のサイズは2.5〜3.cm2であった。
固定したサンプルをリン酸緩衝液(PBS)でリンスし、エタノール溶液(70%、80%、90%、96%、100%×2)で段階的に脱水し、メチルメタクリレート(LTI、オランダ)中に包埋した。ダイヤモンド鋸(ライカSP1600、Leica Microsystems、ドイツ)を用いて、組織切片(厚さ10〜20μm)を作製した(前者は眼窩底に対して垂直面に沿って、後者はインプラントの長軸に平行に)。光学顕微鏡(ニコンエクリプスE200、日本)観察用に、切片を1%メチレンブルー(Sigma Aldrich)および0.3%塩基性フクシン(Sigma-Aldrich社)溶液で染色し、未染色の切片を、落射蛍光共焦点顕微鏡(ライカ TCS SP2, Leica, ドイツ)観察用に作製した。
組織形態計測分析用の染色切片の画像は、スライドスキャナ(Dimage Scan Elite 5400 II、コニカミノルタフォトイメージング株式会社、日本)を用いて作成した。
術前および術後(再構成された)の眼窩底の位置を評価するため、コーンビームコンピュータ断層撮影(CBCT)を実施し、終了時にも行った。CBCTスキャンはプロポフォールによる全身麻酔下で行った。CBCT画像は、I−CATスキャナ(ボクセルサイズ0.3mm、視野170mm)を用いて取得し、さらなる分析のために保存した。各スキャンは、基準としてスキャナのレーザガイドを使用して、動物の頭を同じ再現可能な位置にして行った。
V増加= 再構築材料の変形に起因して増加した眼窩腔の体積(m3)
h= ディスク型インプラントの変形(m)
r= 0.0098(m);これは眼窩底欠損の測定値(3.0cm2)の半径
により、眼窩底体積の増加量を決定した。
インビボ実験中、いずれのヒツジも、感染または有害な組織反応の徴候は示さなかった。9頭のヒツジは健康で、1頭(他の点では健康な)は術後6ヶ月に予想外に死亡した。検死を行ったがはっきりとした死因は分からなかった。この研究から除外した動物はなかった。早期に死亡した動物は、別途、6ヶ月時の群として評価した。
眼窩移植の結果ついては表3と図3に示す。3ヶ月後、コンポジットおよびラミネートコンポジットのインプラントは骨形成を明かに示した。PTMCポリマーマトリックスの大部分は吸収され、PTMCのわずかな残存物が観察された。新たに形成された骨は、BCP粒子と密に接触していた。さらに、コンポジットインプラントにおける新たに形成された骨は、コンポジットインプラントが宿主骨と接する場所(すなわち眼窩底欠損の境界)で宿主の骨(即ちその動物の骨)と骨統合を示した(図4)。
シーケンシャル蛍光色素ラベルの落射蛍光共焦点顕微鏡は、移植後3週間で純粋なBCP粒子と(ラミネート)コンポジットの筋肉内移植において骨の形成が始まったことを示した。同様の結果が、眼窩移植においてコンポジットインプラントとラミネートコンポジットインプラントについて観察された(図6)。
筋肉内および眼窩移植についての組織形態計測分析の結果を表3に示す。利用可能な領域(ポリマーが吸収されたBCP粒子間の空間として定義される)における骨形成について、平均のパーセンテージおよび標準偏差を示す。各移植においてすべての動物が骨形成を示したわけではないという事実に加えて、個々の動物においておよび個々の動物間で、形成した骨の量に大きな変動がみられた。
図7は、眼窩底の再構成の評価プロセスを図で示し、インプラントの性能を示す。放射線不透過性のコンポジットとラミネートコンポジットのシートが容易に確認できることが分かる。上述したように、カラーマッピングは、術前の無傷の眼窩底と比較して、再構成された眼窩底の偏りの変化を示している。
本実施例では、PTMCと微細構造のBCPからなるコンポジット材料の骨誘導特性の評価について説明する。コンポジット材料は、ヒツジにおいて、同所移植(眼窩)だけでなく、異所移植(筋肉)の部位の両方で評価した。コンポジット材料の骨誘導特性の評価と同時に、耐荷重材料としてのコンポジット材料の適合性を評価した。
本実施例は、PTMCと微細構造のBCP粒子からなる骨誘導コンポジット材料の作製と評価について説明するものである。結果から、本願のコンポジット材料は、成形可能で、骨誘導および骨形成特性を発揮し、周囲の宿主骨との統合または付着を示すと結論することができる。
Claims (20)
- 以下の工程:
a)1,3−トリメチレンカーボネート(TMC)のホモポリマーまたはコポリマーの液体のまたは液化されたポリマー組成物を提供し;
b)該ホモポリマーまたはコポリマーの液体または液化されたポリマー組成物に、骨形成特性を有する1以上の薬剤を添加し、それにより該液体のまたは液化されたポリマー組成物中の該薬剤の分散物を提供し;
c)得られた生成物を架橋させ、それにより骨形成特性を有するコンポジットが提供される
を含んでなる、骨形成のためのコンポジットを製造するための方法であって、
工程(a)における1,3−トリメチレンカーボネート(TMC)のコポリマーが、1,3−トリメチレンカーボネート(TMC)ポリマーと、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリエチレングリコール(PEG)およびε−カプロラクトン(CL)からなる群から選択されるものとのコポリマーであり、
該骨形成特性を有する1以上の薬剤が、工程(b)における分散物中のポリマーの全重量に対して30重量%〜70重量%の、リン酸カルシウム、ハイドロキシアパタイト、リン酸三カルシウム、バイオガラス、硫酸カルシウム、リン酸オクタカルシウムおよび二相性リン酸カルシウムからなる群から選択される1以上の化合物である、方法。 - 骨形成特性を有する1以上の薬剤が二相性リン酸カルシウムである、請求項1に記載の方法。
- 前記1,3−トリメチレンカーボネート(TMC)のホモポリマーまたはコポリマーの液化された組成物が50,000g/molを超える分子量を有する、請求項1または2に記載の方法。
- 前記ホモポリマーまたはコポリマーが溶媒中に溶解することによって液化される、請求項3に記載の方法。
- 工程(b)の後で且つ工程(c)の前に、該分散物を固化させ、次いで固化した該分散物を型に入れて所望の形に成形する工程を含んでなる、請求項3または4に記載の方法。
- 工程(b)の後で且つ工程(c)の前に、該分散物を、沈殿によりまたは1,3−トリメチレンカーボネート(TMC)のホモポリマーまたはコポリマーのガラス転移温度を下回る温度で固化させる、請求項5に記載の方法。
- 工程(c)で照射線量10〜100kGyのガンマ線を使用して前記生成物を架橋させ、それにより骨形成特性を有するエラストマーコンポジットが提供される、請求項3〜6のいずれかに記載の方法。
- 照射線量が10〜50kGyである、請求項7に記載の方法。
- 前記1,3−トリメチレンカーボネート(TMC)のホモポリマーまたはコポリマーの液体のポリマー組成物が、50,000g/mol未満の分子量を有する、請求項1または2に記載の方法。
- 工程(a)の後で且つ工程(c)の前に、少なくとも1つの二重結合または三重結合と架橋ラジカル開始剤を含んでなる架橋剤を添加し、工程(c)で、光重合、熱重合またはレドックス重合を用いて前記分散物を架橋させ、それにより、注射可能なまたはパテの骨形成特性を有する前記コンポジットが提供される、請求項9に記載の方法。
- 前記1,3−トリメチレンカーボネート(TMC)のコポリマーが、1,3−トリメチレンカーボネート(TMC)ポリマーと、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリエチレングリコール(PEG)およびε−カプロラクトン(CL)からなる群から選択されるものとのコポリマーである、請求項1〜10のいずれかに記載の方法。
- 前記架橋剤が、アクリレート官能化ポリ(トリメチレンカーボネート)系オリゴマー、メタクリレート官能化ポリ(トリメチレンカーボネート)系オリゴマー、フマル酸官能化ポリ(トリメチレンカーボネート)系オリゴマー、アクリレート官能化ポリ(D、L−ラクチド)系オリゴマー、メタクリレート官能化ポリ(D、L−ラクチド)系オリゴマー、フマル酸官能化ポリ(D、L−ラクチド)系オリゴマー、アクリレート官能化ポリ(L−ラクチド)系オリゴマー、メタクリレート官能化ポリ(L−ラクチド)系オリゴマー、フマル酸官能化ポリ(L−ラクチド)系オリゴマー、アクリレート官能化ポリ(ε−カプロラクトン)系オリゴマー、メタクリル酸官能化ポリ(ε−カプロラクトン)系オリゴマー、フマル酸官能化ポリ(ε−カプロラクトン)系オリゴマー、アクリレート官能化ポリ(エチレングリコール)系オリゴマー、メタクリレート官能化ポリ(エチレングリコール)系オリゴマー、フマル酸官能化ポリ(エチレングリコール)系オリゴマーからなる群から選択される、請求項9〜11のいずれかに記載の方法。
- 前記架橋剤が、液体のポリマー組成物の全重量に対して0.1重量%〜10重量%である、請求項9〜12のいずれかに記載の方法。
- 前記架橋剤が、液体のポリマー組成物の全重量に対して0.5重量%〜8重量%である、請求項9〜12のいずれかに記載の方法。
- 前記架橋剤が、液体のポリマー組成物の全重量に対して1重量%〜5重量%である、請求項9〜12のいずれかに記載の方法。
- 前記溶媒が、アセトン、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルスルホキシド、トルエン、ベンゼン、テトラヒドロフランまたは1,4−ジオキサンからなる群から選択される、請求項5〜8のいずれかに記載の方法。
- 1,3−トリメチレンカーボネート(TMC)の架橋したホモポリマーまたはコポリマーのポリマーマトリックスと、該マトリックス中に分散された骨形成特性を有する1以上の薬剤からなる、骨形成のためのコンポジットであって、
該コポリマーが、1,3−トリメチレンカーボネート(TMC)ポリマーと、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリエチレングリコール(PEG)およびε−カプロラクトン(CL)からなる群から選択されるものとのコポリマーであり、
該骨形成特性を有する1以上の薬剤が、ポリマーの全重量に対して30重量%〜70重量%の、リン酸カルシウム、ハイドロキシアパタイト、リン酸三カルシウム、バイオガラス、硫酸カルシウム、リン酸オクタカルシウムおよび二相性リン酸カルシウムからなる群から選択される1以上の化合物である、
コンポジット。 - 成形品、注射剤またはパテの形態である、請求項17記載のコンポジット。
- 骨再生インプラントを製造するための、請求項17または18に記載のコンポジットの使用。
- 眼窩底再建のためのインプラントを製造するための、請求項17または18に記載のコンポジットの使用。
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