JP6584402B2 - セメント技術およびガス発生ポロゲンを使用したアルカリ土類リン酸塩のマクロ孔質顆粒 - Google Patents
セメント技術およびガス発生ポロゲンを使用したアルカリ土類リン酸塩のマクロ孔質顆粒 Download PDFInfo
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Description
[0002]本発明は、政府支援を用いずになされた。政府は、本発明において権利を有しない。
[0008]本明細書において、マイクロ波処理後の粉末と液体との混合物を含有する溶液中で起こる水素発生プロセスにより作製された孔を含むマクロ孔質セメント組成物であって、該孔のサイズは、約100μmから約1mmの範囲である、上記マクロ孔質セメント組成物が提供される。ある特定の実施態様において、水素発生プロセスは、金属と液体中に存在する水との反応である。特定の実施態様において、金属は、マグネシウム、鉄、およびアルミニウムからなる群より選択される。特定の実施態様において、金属は、マグネシウムである。特定の実施態様において、マグネシウムは、球状の粒子の形態である。特定の実施態様において、マグネシウムの粒子は、直径約45μmを有する。特定の実施態様において、マグネシウムは、Al、Zn、または希土類金属の1種またはそれより多くとの合金中に存在する。ある特定の実施態様において、液体は、シリカをさらに含む。ある特定の実施態様において、マクロ孔質セメント組成物は、バイオポリマーまたは多糖類をさらに包含する。特定の実施態様において、マクロ孔質セメント組成物は、アルギネートを包含する。特定の実施態様において、マクロ孔質セメント組成物は、キトサンを包含する。
[0014]さらに、マクロ孔を含む注入可能なセメント組成物が提供される。
[0016]さらに、セメント組成物を作製するための方法であって、粉末成分をポロゲンおよび液体成分と混合して、ガス含有溶液を形成する工程であり、該ポロゲンは、液体成分中の水と反応して水素ガスを生産する、工程;およびガス含有溶液を硬化した多孔質の塊に凝結させる工程であり、水素ガスの気泡が硬化した塊中に孔を作り出す、工程を包含する、上記方法が提供される。
[0020]さらに、本明細書で説明されるマクロ孔質セメント組成物を含む骨インプラントが提供される。
[0023]本特許または出願のファイルは、カラーで制作された1つまたはそれより多くの図面および/または1つまたはそれより多くの写真を含有する。カラーの図面および/または写真を含む本特許または公開特許公報のコピーは、要請と必要料金の支払いに応じて米国特許商標庁によって提供される。
[0055]純粋なマグネシウム粉末(約60メッシュ)を0.05グラム量り分け、乳鉢のボウルに添加した。次いで、酸化マグネシウム0.05グラムを、PCT公報WO2013/116457で使用されたマイクロ波照射したCaPセメント粉末2グラムと共に乳鉢のボウルに添加した。均一な反応が起こるようにメノウの乳棒を使用して粉末を徹底的に混合した。最後に、混合物に0.5mlの水および1.5mlのシリカゾルを添加し、メノウの乳棒を使用して手作業で混合した。全ての粉末が水と接触し始めたら、メノウの乳棒の使用を止めた。そうすることにより、反応を起こして水素の気泡を逃すことができ、マグネシウムをまったく残留させずに塊全体にわたり孔が作り出される。反応が起こった後、マクロ孔質顆粒は、およそ2時間で最適な強度に達した。次いで顆粒を水浴に置いた。24時間後、セメントは元のままであり、粉末に崩れることなくその強度を保持した。
[0057]水酸化カルシウム(98%Ca(OH)2、フィッシャー(Fisher)、ニュージャージー州フェアーローン、凝結溶液と共にカルシウム源として)から、マイクロ波処理後の粉末(PMP)を合成した。PMPは、18.4gのCa(OH)2および4.6gのMg(OH)2で構成されていた。異なる収量の様々なバッチサイズを作製するために、この比率は変更することができる。重炭酸ナトリウム(NaHCO3、スペクトル(Spectrum)、CAS:144−55−8)、脱イオン水、およびリン酸(H3PO4、スペクトル、CAS:7664−38−2)を合わせることによって凝結溶液を調製した。180mlの完成した凝結溶液を得るために、凝結溶液は、それぞれ24gの重炭酸ナトリウム、24mlの脱イオン水、および156mlのリン酸からなっていた。乳鉢および乳棒を使用して手作業で水酸化カルシウムを凝結溶液と混合することによってPMPを調製した。例えば、30mlの凝結溶液中に18.4gの水酸化カルシウムおよび4.6gの水酸化マグネシウムを分散させ、1分の混合で凝結溶液中の粉末を完全に混合することによって、PMPのバッチを作製した。次いで結果得られたペーストを、反応を止めるために、120ワットの出力で9分マイクロ波処理してセメントの水分を抜いた。結果得られた硬いペーストを乳鉢および乳棒で粉砕し、最後にすりつぶして微粉末を作り出した。このPMP粉末をそれに続く実施例で使用して、マクロ孔質組成物を作り出した。
[0059]このようにして合成されたPMPを、以下の表1で詳述される組成で球状のMg粒子(<325メッシュ;直径平均約45μm)と混合した。
[0063]実施例3の手順を、以下の表2で述べるようにわずかに異なる組成で繰り返した。
[0067]マクロ孔質サンプルの強度を強化するために、MgOおよびコロイドシリカ(HS−40、WRグレース(WR Grace))の両方をサンプルに取り入れた。以下の表3で、この組成物を詳述する。
[0071]液体としてHS−40(水に懸濁したコロイドシリカ)と共にPMPをリン酸マグネシウムと1:1の比率で混合することによって、強度が強化された別の組成物を得て、pHを4.0で緩衝化した。以下の表4で、この組成物を詳述する。
[0074]実施例7
[0075]実施例6からの組成物を、そこにアルギネートを添加することによってさらに改変した。アルギネートは、取り扱い強度に加えて細胞成長も強化した。以下の表5で、この組成物を詳述する。
国際出願時の特許請求の範囲
〔請求項1〕
水素発生プロセスにより作製された孔を含むマクロ孔質セメント組成物であって、該孔のサイズは、約100μmから約1mmの範囲である、上記マクロ孔質セメント組成物。
〔請求項2〕
水素発生プロセスが、金属と液体中に存在する水との反応である、請求項1に記載のマクロ孔質セメント組成物。
〔請求項3〕
金属が、マグネシウム、鉄、およびアルミニウムからなる群より選択される、請求項2に記載のマクロ孔質セメント組成物。
〔請求項4〕
金属が、マグネシウムである、請求項2に記載のマクロ孔質セメント組成物。
〔請求項5〕
マグネシウムが、球状の粒子の形態である、請求項4に記載のマクロ孔質セメント組成物。
〔請求項6〕
マグネシウムの粒子が、直径約45μmである、請求項5に記載のマクロ孔質セメント組成物。
〔請求項7〕
マグネシウムが、Al、Zn、または希土類金属の1種またはそれより多くとの合金中に存在する、請求項2に記載のマクロ孔質セメント組成物。
〔請求項8〕
液体が、シリカをさらに含む、請求項1に記載のマクロ孔質セメント組成物。
〔請求項9〕
バイオポリマーまたは多糖類をさらに含む、請求項1に記載のマクロ孔質セメント組成物。
〔請求項10〕
アルギネートを含む、請求項9に記載のマクロ孔質セメント組成物。
〔請求項11〕
キトサンを含む、請求項9に記載のマクロ孔質セメント組成物。
〔請求項12〕
マイクロ波処理後の粉末が、マイクロ波照射されたリン酸カルシウムを含む、請求項1に記載のマクロ孔質セメント組成物。
〔請求項13〕
モネタイト、ブルシャイト、ヒドロキシアパタイト、リン酸四カルシウム、リン酸三カルシウム、およびリン酸八カルシウムからなる群より選択されるリン酸カルシウムを含む、請求項1に記載のマクロ孔質セメント組成物。
〔請求項14〕
リン酸マグネシウムを含む、請求項1に記載のマクロ孔質セメント組成物。
〔請求項15〕
ストロンチウムをドープしたリン酸カルシウムまたはストロンチウムをドープしたリン酸マグネシウムを含む、請求項1に記載のマクロ孔質セメント組成物。
〔請求項16〕
水素発生プロセスの間に注入可能である、請求項1に記載のマクロ孔質セメント組成物。
〔請求項17〕
孔中に薬物分子をさらに含む、請求項1に記載のマクロ孔質セメント組成物。
〔請求項18〕
抗生物質をさらに含む、請求項1に記載のマクロ孔質セメント組成物。
〔請求項19〕
抗生物質が、クリンダマイシン、チゲサイクリン、バンコマイシン、シプロフロキサシン、オフロキサシン、スルファメトキサゾール、トリメトプリム/スルファメトキサゾール、アモキシリン、ペニシリンV、ペニシリンG、プロカインペニシリン、ベンザチンペニシリン、カルベニシリン、メズロシリン、アンピシリン、ピペラシリン、バカンピシリン、チエアルシリン、チカルシリン、ピペラシリン/タゾバクタム、アズトレオナム、セフォテタン、ロラカルベフ、メフォキシン、メルレム、レボフロキサシン、ロメフロキサシン、プリマキシン、シクロセリン、カナマイシン、ジクロキサシリン、デメクロサイクリン、ミノサイクリン、ドキシサイクリン、オキシテトラサイクリン、トブラマイシン、ゲンタマイシン、ネオマイシン、アミカシン、クララミエイン、ネブシン、エリスロマイシン/スルフィソキサゾール、ネトロマイシン、ストレプトマイシン、トブラマイシン、セフォタキシム、セフロキシム、セファゾリン、セフチブテン、セフチゾキシム、セファクロル、セフォペラゾン、セフプロジル、セファドロキシル一水和物、セフタジジム、トリメトプリム/スルファメトキサゾール、セファレキシン、セファゾリン、セファマンドールナファート、セフェピム、セフォニシド、スルファジアジン、ノルフロキサシン、エノキサシン、セフジニル、セロマイシン、セフトリアキソン、セフィキシム、セフタジジム、クラリスロマイシン、ジリスロマイシン、メテナミン、エチオンアミド、トロバフロキサシン、スパルフロキサシン、インターフェロン−α、インジナビル、ガンシクロビル、フォスカルネット、ラミブジン、ファミシクロビル、リマンタジン、ザルシタビン、インターフェロン−β、インジナビル、ガンシクロビル、サキナビル、リトナビル、リバビリン、エリスロマイシン、トロレアンドマイシン、アジスロマイシン、エリイイダマイシン、コリスチン、アンホテリシンB、フルシトシン、フルコナゾール、グリセオフルビン、グレパフロキサシン、超マイクロサイズのグリセオフルビン、テルビナフィン、ケトコナゾール、クロトリマゾール、ダプソン、デラビルジン、ジドブジン、アマンタジン、パリビズマブ、バラシクロビル、ジダノシン、ネルフィナビル、ネビラピン、リバビリン、シドフォビル、ピリメタミン、メトロニダゾール、フラゾリドン、アトバコン、スタブジン、ラミデュビン、アシクロビル、ミコナゾール、ナイスタチン、イトラコナゾール、クロロキン、ピリメタミン、メフロキン、ヒドロキシクロロキン、カプレオマイシン、ペルメトリン、クロタミトン、リンデン、フルオロ−ウラシル、エタンブトール、リファブチン、イソニアジド、アミノサルチル酸、リファネチン、ピラジンアミド、過酸化コエンゾイル、グルコン酸クロルヘキシジン、オキシクロロセンナトリウム、過酸化ベンゾイル、リファンピン、リファンピン/イソニアジド、リファンピン/イソニアジド/ピラジンアミド、ニトロフラントイン、リネゾリド、ニトロフラントイン、ホスホマイシン、ナリジクス酸、アトロピン、オキシテトラサイクリン/スルファメチゾール/フェナゾピリジン、ムピロシン、クロラムフェニカール、ネオマイシン/ポリミキシン、トリメトプリム/ポリミキシン、トブラマイシン/デキサメタゾン、ビダラビン、シプロフロキサシン、オフロキサシン、スルファセタミド、ムピロシン、ポビドンヨード、ゲンタマイシン、ナイスタチン、クロラムフェニコール、バシトラシン、スルコナゾール、テルビナフィン、テトラクロロサリチルアニリド、メトロニダゾール、メトロムダゾール、シクロピロクスオラミン、クロトリマゾール、クロトリマゾール/ベタメタゾン、ブテナフィン、クロトリマゾール、ナフチフィン、オキシコナゾール、セレン、エコナゾール、ペンシクロビル、およびそれらの医薬的に許容される塩からなる群より選択される、請求項18に記載のマクロ孔質セメント組成物。
〔請求項20〕
増殖因子をさらに含む、請求項1に記載のマクロ孔質セメント組成物。
〔請求項21〕
増殖因子が、BMP1、BMP2、BMP3、BMP4、BMP5、BMP6、BMP7、BMP8a、BMP8b、BMP10、およびBMP15からなる群より選択される、請求項20に記載のマクロ孔質セメント組成物。
〔請求項22〕
粉末成分;
液体成分;および
液体成分と反応してガスを生産することが可能なポロゲン
を含むセメント組成物であって、粉末成分がポロゲンおよび液体成分と混合されて、ガス含有溶液が形成され、ガス含有溶液が凝結して、硬化した多孔質の塊が形成される、上記セメント組成物。
〔請求項23〕
身体過程によって請求項1に記載のマクロ孔質セメント組成物に変換可能なセメント組成物。
〔請求項24〕
マクロ孔を含む注入可能なセメント組成物。
〔請求項25〕
水素ガスの気泡および球状のマグネシウムの粒子を含むガス含有溶液。
〔請求項26〕
セメント組成物を作製するための方法であって、
粉末成分を液体成分および金属と混合して、ガス含有溶液を形成する工程であり、該金属は、該液体中の水と反応して水素ガスを生産することが可能である、工程;および
ガス含有溶液を硬化した多孔質の塊に凝結させる工程であり、水素ガスの気泡が硬化した塊中に孔を作り出す、工程
を含む、上記方法。
〔請求項27〕
セメント組成物を作製するための方法であって、
粉末成分を凝結溶液と混合して、ペーストを形成する工程;
ペーストにマイクロ波を照射して、マイクロ波処理後の粉末を形成する工程;
マイクロ波処理後の粉末をマグネシウムの粒子および液体と混合して、ガス含有溶液中に水素ガスの気泡を形成する工程;および
ガス含有溶液を硬化した多孔質の塊に凝結させる工程であり、水素ガスの気泡が硬化した多孔質の塊中に孔を作り出す、工程
を含む、上記方法。
〔請求項28〕
液体が、シリカを含む、請求項27に記載の方法。
〔請求項29〕
アルギネートまたはキトサンの少なくとも1つが、マイクロ波処理後の粉末、マグネシウムの粒子、および液体と混合される、請求項26または27に記載の方法。
〔請求項30〕
ペーストの硬化が、ガス含有溶液中での水素の気泡の生産と同時に起こる、請求項26または27に記載の方法。
〔請求項31〕
前記組成物が、ガス含有溶液中で水素の気泡から孔を形成しながらシリンジを介して押し出される、請求項26または27に記載の方法。
〔請求項32〕
請求項26〜31のいずれか一項に記載の方法の生成物。
〔請求項33〕
請求項1に記載のマクロ孔質セメント組成物を含む骨インプラント。
〔請求項34〕
マクロ孔質セメント組成物を作製するためのキットであって、
マイクロ波処理後の粉末とマグネシウムとを含む均質な粉末を格納する第一の容器;および
水性の液体を格納する第二の容器
を含む、上記キット。
〔請求項35〕
シリンジをさらに含む、請求項34に記載のキット。
Claims (8)
- セメント組成物を作製するための方法であって、
粉末成分を液体成分および金属と混合して、ガス含有溶液を形成する工程であり、該金属は、該液体中の水と反応して水素ガスを生産することが可能であり、該液体は、シリカを含む、工程;および
ガス含有溶液を硬化した多孔質の塊に凝結させる工程であり、水素ガスの気泡が硬化した塊中に孔を作り出す、工程
を含む、上記方法。 - セメント組成物を作製するための方法であって、
粉末成分を凝結溶液と混合して、ペーストを形成する工程であり、該粉末成分は、Mg(OH)2およびCa(OH)2の混合物を含む、工程;
ペーストにマイクロ波を照射して、マイクロ波処理後の粉末を形成する工程;
マイクロ波処理後の粉末をマグネシウムの粒子および液体と混合することにより、水素ガスの気泡を含むガス含有溶液を形成する工程;および
ガス含有溶液を硬化した多孔質の塊に凝結させる工程であり、水素ガスの気泡が硬化した多孔質の塊中に孔を作り出す、工程
を含む、上記方法。 - 液体が、シリカを含む、請求項2に記載の方法。
- アルギネートまたはキトサンの少なくとも1つが、マイクロ波処理後の粉末、マグネシウムの粒子、および液体と混合される、請求項2に記載の方法。
- ペーストの硬化が、ガス含有溶液中での水素の気泡の生産と同時に起こる、請求項2に記載の方法。
- 前記組成物が、ガス含有溶液中で水素の気泡から孔を形成しながらシリンジを介して押し出される、請求項1または2に記載の方法。
- 硬化した塊が、モネタイトを含む、請求項1または2に記載の方法。
- 硬化した塊が、リン酸マグネシウムを含む、請求項1または2に記載の方法。
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