JP7133545B2 - 微細構造粒子を有する炭酸カルシウム含有複合粉末を使用するインプラントの製造方法 - Google Patents
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Description
-大粒子が0.1μm~10mmの範囲内の平均粒径を有し、
-小粒子の平均粒径は、大粒子の平均粒径の1/10以下であり、
-大粒子は、少なくとも1つのポリマーを含み、
-小粒子は、炭酸カルシウムを含み、
-小粒子は、大粒子の表面に配置され、及び/又は、大粒子内に不均質に分布し、
小粒子が0.01μm~1.0mmの範囲内の平均粒径を有する沈降炭酸カルシウム粒子を含む。
-大粒子が0.1μm~10mmの範囲内の平均粒径を有し、
-小粒子の平均粒径は、大粒子の平均粒径の1/10以下であり、
-大粒子は、少なくとも1つのポリマーを含み、
-小粒子は、少なくとも1つのカルシウム塩を含み、
-小粒子は、大粒子の表面に配置され、及び/又は、大粒子内に不均質に分布し、
大粒子が、500g/mol~1000000g/molの範囲内の数平均分子量を有する少なくとも1つの吸収性ポリエステルを含む。
-大粒子が0.1μm~10mmの範囲の平均粒径を有し、
-大粒子は、少なくとも1つのポリマーを含み、
-小粒子は、大粒子の表面に配置され、及び/又は、大粒子内に不均質に分布し、
-小粒子は、0.05μm~50.0μmの範囲、好ましくは2.5μm~30.0μmの範囲の平均粒径を有する球状沈降炭酸カルシウム粒子を含み、
球状炭酸カルシウム粒子は、以下の方法によって得られ、
a.水酸化カルシウム懸濁液を提供し、
b.二酸化炭素又は二酸化炭素含有ガス混合物を工程aからの懸濁液に導入し、及び
c.形成された炭酸カルシウム粒子を分離し、
0.3重量%~0.7重量%の少なくとも1つのアミノトリアルキレンホスホン酸をさらに添加することにより、改良特性を有する炭酸カルシウム含有複合粉末を容易には予測できない方法で利用することができ、レーザ焼結プロセスでの使用に特に適する。本発明による複合粉末は、レーザ焼結の間、改良された流動性を有し、改良された表面品質及び表面状態並びに改良された構成要素密度を有する構成要素の製造を可能とする。同時に、得られる構成要素は、より良好な収縮挙動及び改良された寸法安定性を示す。さらに、レーザ処理領域の外側のより良好な熱伝導率を観察することができる。
・生分解性骨伝導性材料の使用により、インプラントを通じた骨成長を積極的に刺激し、大領域欠陥であっても、修復されるべき骨欠陥において完全に新たに骨を形成しつつ完全分解を達成する。多孔構造を相互接続することにより、BMP被覆をインプラント全体の「ボリューム」において活性とすることができる。
・骨組織の内部成長:適切な多孔構造の導入によりインプラントへの新しい骨組織の内部成長が促進される。生成的製造プロセスは、画定された多孔構造を再生可能なように構成要素へと導入するのを助ける。
・提案された解決策はまた、できるだけ長期インプラントの医療合併症を防ぎ、恒久的異物感を回避することによりできるだけ患者の健康を増大させ、特に小児及び青年に、できるだけ「成長する」インプラントを実現する、との利点をさらに提示する。
・最適緩衝作用:炭酸カルシウムの使用により、ポリラクチド材料の酸性分解はもはや約7のpH値で緩衝され、これにより、インプラントの周囲における酸性環境の形成及びしたがって炎症性又は細胞毒性作用を防ぐことができる。さらに、ポリマー、特に乳酸ポリマーの分解プロセスができるだけ抑制される。
・高強度:SLMプロセスは、完全に溶融した化合物、したがって高い構成要素密度及び強度を生成し、したがって大領域欠陥であっても生分解性材料及び開放多孔構造から作られた独立して適合されたインプラントにより修復することができる。
1)ポリ-L-ラクチド(PLLA)であって、好ましくは0.5dl/g~2.5dl/gの範囲内、好ましくは0.8dl/g~2.0dl/gの範囲内、特に0.8dl/g~1.2dl/gの範囲(各回25℃のクロロホルム中0.1%で測定)内の固有粘度を有し、好ましくは60℃~65℃の範囲のガラス転移温度を有し、さらに好ましくは180℃~185℃の範囲の融点を有し、さらに好ましくはエステル末端である。
2)ポリ(D,L-ラクチド)であって、好ましくは1.0dl/g~3.0dl/gの範囲内、好ましくは1.5dl/g~2.5dl/gの範囲内、特に1.8dl/g~2.2dl/gの範囲(各回25℃のクロロホルム中0.1%で測定)内の固有粘度を有し、好ましくは55℃~60℃の範囲のガラス転移温度を有する。
ここで最良の結果は、好ましくは0.5dl/g~2.5dl/gの範囲内、好ましくは0.8dl/g~2.0dl/gの範囲内、特に0.8dl/g~1.2dl/gの範囲(各回25℃でクロロホルム中0.1%で測定)内の固有粘度を有し、好ましくは60℃~65℃の範囲のガラス転移温度を有し、さらにより好ましくは180℃~185℃の範囲の融点を有し、さらにエステル末端が好ましい、ポリ-L-ラクチドを使用して得られる。
カルボン酸基 -COOH、
カルボン酸エステル基 -COO-、
スルホン酸基 -SO3H、
スルホン酸エステル基 -SO3 -、
硫酸水素基 -OSO3H、
硫酸エステル基 -OSO3 -、
ホスホン酸基 -PO3H2、
ホスホン酸エステル基 -PO3H-、-PO3 2-、
アミノ基 -NR1R2並びに
アンモニウム基 -N+R1R2R3
特にカルボン酸基、カルボン酸エステル基、ホスホン酸基及びホスホン酸エステル基が好ましい。
a)Ca2+:>10mmol/l~50mmol/l、好ましくは15mmol/l~45mmol/l、特に17mmol/l~35mmol/l
b)ジアルキルカーボネート及び/又はアルキレンカーボネート:>10mmol/l~50mmol/l、好ましくは15mmol/l~45mmol/l、特に17mmol/l~35mmol/l
c)OH-:20mmol/l~100mmol/l、好ましくは20mmol/l~50mmol/l、特に好ましくは25mmol/l~45mmol/l、特に28mmol/l~35mmol/l
a)Ca(OH)2:>5mmol/l~25mmol/l、好ましくは7.5mmol/l~22.5mmol/l、特に8.5mmol/l~15.5mmol/l;
b)ジアルキルカーボネート及び/又はアルキレンカーボネート:>5mmol/l~25mmol/l、好ましくは7.5mmol/l~22.5mmol/l、特に8.5mmol/l~15.5mmol/l。
a.水酸化カルシウム水性懸濁液を提供し、
b.工程aの懸濁液に二酸化炭素又は二酸化炭素を含むガス混合物を導入し、及び
c.形成中の炭酸カルシウム粒子を分離する、
ことが特にそれ自体で実証されており、さらに、0.3重量%~0.7重量%、好ましくは0.4重量%~0.6重量%、特に0.45重量%~0.55重量%の少なくとも1つのアミノトリアルキレンホスホン酸を添加する。
-大粒子は、0.1μm~10mmの範囲、好ましくは5μm~10mmの範囲、特に好ましくは10μm~10mmの範囲、好ましくは20μm~10mmの範囲、有利には30μm~2.0mm、特に60.0μm~500.0μmの範囲の平均粒径を有し、
-小粒子の平均粒径は、好ましくは大粒子の平均粒径の1/5以下、好ましくは1/10以下、特に好ましくは1/20以下、特に1/1000以下である。
・最初に、好ましくは撹拌機及びヒータを含む装置中での攪拌中に、熱可塑性材料よりもより小さい粒径及びより良好な耐熱性を有する物質を、好ましくは熱可塑性材料の軟化点以上の温度に加熱すること、
・熱可塑性材料を装置に加えること、及び
・熱可塑性材料の表面に、より良好な耐熱性を有する物質を付着させること。
レーザビームは、本発明に従って使用される前記材料の充填物の最上層に入射し、その際、材料を所定の層厚で焼結する。前記層の厚さは、0.01mm~1mm、好ましくは0.05mm~0.5mmであり得る。このようにして、所望のインプラントの第1層が製造される。続いて、作業空間は焼結層の厚さより少ない量だけ低下する。作業空間は、追加のポリマー材料で元の高さまで埋められる。レーザで繰り返し照射することにより、インプラントの第2層を焼結させ、前の層に結合させる。操作を繰り返すことによって、インプラントが完成するまでさらなる層が製造される。
-優れた表面品質、
-優れた表面仕上げ、
-優れた構成要素密度、好ましくは95%超、特に97%超、
-優れた収縮挙動、
-優れた寸法安定性、
-非常に少ない欠陥、
-非常に低い多孔度、
-非常に少ない分解生成物の含有量、
-優れた三点曲げ強度、好ましくは60MPa超、特に好ましくは65MPa超、特に70MPa超、
-優れた弾性率、好ましくは3420N/mm2、特に好ましくは3750N/mm2超、好ましくは4000N/mm2超、特に4500N/mm2超、
-優れたpH安定性、
-優れた生体適合性、
-優れた骨伝導、
-優れた吸収力、
-優れた生分解性
である。
a.水酸化カルシウム水性懸濁液が提供され、
b.工程aからの懸濁液に二酸化炭素又は二酸化炭素を含むガス混合物が導入され、
c.形成される炭酸カルシウム粒子が分離され、
0.3重量%~0.7重量%の少なくとも1つのアミノトリアルキレンホスホン酸がさらに添加される。
a)少なくとも0.1重量%、好ましくは少なくとも0.2重量%、特に少なくとも0.5重量%~50.0重量%の少なくとも1つの球状炭酸カルシウム、及び
b)少なくとも0.1重量%、好ましくは少なくとも0.2重量%、特に少なくとも0.5重量%~50.0重量%の少なくとも1つのポリマー、好ましくは少なくとも1つの熱可塑性ポリマー、特に好ましくは少なくとも1つの吸収性ポリマー、特に少なくとも1つのポリ-D-、ポリ-L-及び/又はポリ-D-L-乳酸
を含むそれらの組成物において、本願に記載されている利点及び効果は、特に組成物の機械的特性及び酸安定性の改善に関して同様に観察することができる。ポリマーの好ましい選択に関して、上記の説明が同様に当てはまる。
-顆粒1(ポリ(L-ラクチド);固有粘度:0.8~1.2dl/g(クロロホルム中0.1%、25℃);Tg:60~65℃;Tm:180~185℃)
-顆粒2(ポリ(L-ラクチド);固有粘度:1.5~2.0dl/g(クロロホルム中0.1%;25℃);Tg:60~65℃)
-顆粒3(ポリ(D,L-ラクチド);固有粘度:1.8~2.2dl/g(クロロホルム中0.1%;25℃);Tg:55~60℃;融点のない非晶質ポリマー)
-CaCO3含有量:CaCO3含有量は、Perkin ElmerによるSTA6000による窒素下、40℃~1000℃の範囲内の加熱速度20℃/分での熱重量分析によって確立された。重量損失は、約550℃~1000℃の間で決定され、それからCaCO3含有量は、ファクタ2.274(モル質量比CaCO3:CO2)によりパーセントで計算された。
-β-リン酸三カルシウム含有量(β-TCP含有量):β-TCP含有量は、Perkin ElmerによるSTA6000により窒素下で40℃~1000℃の範囲内の加熱速度20℃/分で熱重量分析により測定した。1000℃で保持された重量百分率は、パーセントで表したβ-TCP含有量に対応する。
-TP:ピーク温度TPは、Perkin ElmerによるSTA6000により、窒素下、40℃~1000℃の範囲内の加熱速度20℃/分で熱重量分析により測定した。質量損失曲線の一次導関数のピーク温度は、ポリマー分解中に最大質量損失を有する温度に対応する。
-d20、d50、d90:炭酸カルシウム含有複合粉末の粒径分布は、レーザ回折(SympatecによるRODOS分散システムを用いたHELOS測定範囲R5)によって決定された。粒径分布は、MicromereticsによるMaster Tech 51を備えたSedigraph 5100によって炭酸カルシウム粉末について決定された。使用した分散溶液は、0.1%ポリリン酸ナトリウム溶液(NPP)であった。
-小部分<20μm:d50と同様にして測定。小部分<20μmの評価。
-水分:炭酸カルシウム含有複合粉末の水分量は、Mettler ToledoによるKarl Fischer Coulometer C30により150℃で測定した。炭酸カルシウム粉末の含水量は、Mettlerによるハロゲン-水分分析器HB43により130℃で測定した(秤量サンプル:粉末6.4~8.6g;測定時間:8分)。
-固有粘度:固有粘度(dl/g)は、クロロホルム中25℃、0.1%のポリマー濃度で、Ubbelohde Viscosimeter Kapillare 0cにより測定した。
-流動性:サンプルの流動性は、Erichsenの電動フィルムアプリケータによって判断した。この目的のために、200μm及びそれぞれ500μmのドクターブレードを使用した。箔タイプ255(Leneta)への塗布速度は12.5mm/sであった。次のような評価:1=優、2=良、3=満足、4=十分、5=悪い。
三点曲げ強度及び弾性率は、Texture Analyser TA.XTplus(Stable Micro Systems、Godalming(UK))を用いて測定した。使用したロードセルの容量は50kgであった。Exponent 6.1.9.0ソフトウェアを使用した。測定の詳細を以下の表1に示す。
細胞傷害性試験(FDA/GelRed)は次のようにして行った。
使用された参照及びそれぞれのネガティブコントロールは、組織培養ポリスチレン(TCPS)であった。各サンプルについて4つの複製物を使用し、4つのTCPS(4×)をコントロールとして使用した。
1.無菌サンプルを24ウェルマイクロタイタープレートで利用可能にした。同様に、サンプル並びにTCPSプレートを70%エタノールで滅菌(未変性)し、次いで2×30分間、1×PBS(リン酸緩衝食塩水)ですすぎ、その後、滅菌α培地で平衡化した。次に、試料を、25,000細胞/cm2(50,000細胞/ml)の接種量のMC3T3-E1細胞で接種した。
2日目に部分培地交換(1:2)を行った。
2.細胞培養の1日後及び4日後に細胞毒性を測定した。
3.FDA及びGelRedの組み合わせ染色により、標準的なプロトコルに従って1日目及び4日目にバイタル染色を行った。
4.顕微鏡画像は、Observer Z1m/LSM700で作成した。
・レンズ:EC Plan-Neofluar 10×
・カメラAxioCam HRcで撮影した画像
緑色蛍光の励起-LED Colibri 470、フィルタセットFS10(AF488)
赤色蛍光の励起-LED Colibri 530、フィルタセットFS14(AF546)
・レーザスキャンモードでスキャンされた画像
トラック1-レーザ:488nm、DBS 560nm、PMT1:488nm~560nm、
トラック2-レーザ:555nm、DBS 565nm、PMT2:565nm~800nm
5.評価は以下の細胞毒性スケールに従って行った。
許容:材料は細胞毒性ではない(最大5%の死細胞)
わずかな抑制:材料はわずかに有毒である(5%~20%の死細胞)
著しい抑制:材料は中程度の毒性を有する(20%~50%の死細胞)
毒性:材料は細胞毒性が高い(>50%~100%の死細胞)
6.セル番号は、撮影又はスキャンされた画像詳細に関連する。
SEM画像は、15kVで高圧電子顕微鏡(Zeiss、DSM962)によって撮影された。試料に金-パラジウム層をスプレーした。
初期温度10℃で、20%のCO2と80%のN2とを含有するCO2ガス混合物を、75g/lのCaOの濃度を有する4lの水酸化カルシウム懸濁液に導入した。ガス流は300l/時であった。反応混合物を350rpmで撹拌し、反応熱は反応中に消散した。コンダクタンスが急激に低下したとき(0.5mS/cm/分を超えて低下し、30秒以内に0.25mS/cmを超えてコンダクタンスが低下したとき)、(理論参考値としての)CaOに基づいて0.7%のアミノトリ(メチレンホスホン酸)を懸濁液に加える。球状炭酸カルシウム粒子への反応は、反応混合物が球状炭酸カルシウム粒子に定量的に炭酸化されたときに完了し、その際に反応混合物は7~9の間のpH値を示した。この場合、反応は約2時間後に完了し、反応終了時の反応混合物のpH値は7であった。
500mlのVE(脱塩)水を1000mlビーカーに入れた。実施例1による125gの球状炭酸カルシウム粒子を攪拌しながら添加し、得られた混合物を5分間攪拌した。37.5gの10%メタリン酸ナトリウム(NaPO3)n溶液をゆっくり加え、得られた混合物を10分間撹拌した。75.0gの10%リン酸をゆっくり添加し、得られた混合物を20時間撹拌した。沈降物を分離し、乾燥キャビネット中で130℃にて一晩乾燥した。得られた球状炭酸カルシウム粒子は、同様に、平均粒径が12μmであった。
NHS-1装置を用いて、特開昭62-083029号公報に記載された方法に従って、球状炭酸カルシウム粒子とポリラクチド(PLLA)との複合粉末を調製した。それを12℃の水で冷却した。ポリラクチド顆粒1をマザー粒子として使用し、実施例1の球状炭酸カルシウム粒子をベビー粒子(充填剤)として使用した。
実施例3と同様にしてさらに複合粉末を製造し、実施例5では冷却を約20℃で行った。いずれの場合も、30gのポリラクチド顆粒を20gのCaCO3粉末と混合した。NHS-1の粉砕室内で到達した最高温度は、実施例4では33℃、実施例5では58℃、実施例6では35℃、実施例7では35℃であった。生成物を篩分けして可能であれば>250μmの粗小部分を除去した(250μm篩を通した手動乾式篩)。実施例4、6及び7では、さらに、<20μmの小部分を可能な場合には(空気分離による)流れによって、又は篩分け(エアジェット篩分け機による)によって分類した。使用された材料、篩分け/空気分離を伴う又は伴わない調製の実施、並びに得られた複合粉末の特性を後の表3に列挙する。
実施例1の球状炭酸カルシウム粒子と非晶質ポリラクチド(PDLLA)との微細構造複合粒子は、NHS-1装置を用いて特開昭62-083029号公報に記載された方法に従って調製された。それを12℃の水で冷却した。ポリラクチド顆粒3をマザー粒子として使用し、実施例1の球状炭酸カルシウム粒子をベビー粒子として使用した。
NHS-1装置を用いて、特開昭62-083029号公報に記載された方法に従ってβ-リン酸三カルシウム粒子とポリラクチド(PDLLA)との複合粉末を調製した。これを12℃の水で冷却した。ポリラクチド顆粒3をマザー粒子として使用し、そしてβ-リン酸三カルシウム(β-TCP;d20=30μm;d50=141μm;d90=544μm)をベビー粒子として使用した。使用したβ-TCPのSEM画像を図9A及び図9Bに示す。
菱面体炭酸カルシウム粒子とポリラクチド(PDLLA)との複合粉末は、NHS-1装置を用いて、特開昭62-083029号公報に記載された方法に従って調製した。それを12℃の水で冷却した。ポリラクチド顆粒3をマザー粒子として使用し、菱面体炭酸カルシウム粒子(d20=11μm;d50=16μm;d90=32μm)をベビー粒子として使用した。
粉砕炭酸カルシウム粒子とポリラクチド(PDLLA)との複合粉末を、NHS-1装置を用いて特開昭62-083029号公報に記載された方法に従って調製した。それを12℃の水で冷却した。ポリラクチド顆粒3をマザー粒子として使用し、粉砕炭酸カルシウム(GCC;d20=15μm;d50=46μm;d90=146μm)をベビー粒子として使用した。
Claims (9)
- 微細構造粒子を有する複合粉末によりインプラントを製造する方法であって、
まず、前記複合粉末は、大粒子を小粒子に結合することによって得られ、
-前記大粒子は、60.0μm~500.0μmの範囲の平均粒径を有し、
-前記大粒子は、少なくとも1つのポリマーを含み、
-前記小粒子は、前記大粒子の表面に配置され、及び/又は、前記大粒子内で不均質に分布し、
-前記小粒子は、0.05μm~50.0μmの範囲の平均粒径を有する球状沈降炭酸カルシウム粒子を含み、
次いで、前記インプラントは、前記複合粉末を含む組成物の選択的レーザ焼結によって形成され、
前記球状炭酸カルシウム粒子は、
a.1g/l~100g/lの濃度でCaOを含む水酸化カルシウム懸濁液を提供し、
b.二酸化炭素又は二酸化炭素含有ガス混合物を工程aからの前記懸濁液に導入し、
c.前記CaOの総重量に基づいて、0.3重量%~0.7重量%の少なくとも1つのアミノトリアルキレンホスホン酸をさらに添加し、及び
d.形成された前記炭酸カルシウム粒子を分離することにより得られ、
前記複合粉末の前記粒子は、10μm~200μm未満の範囲の平均粒径d50を有することを特徴とする、方法。 - 前記炭酸カルシウム粒子を得るために、アミノトリメチレンホスホン酸、アミノトリエチレンホスホン酸、アミノトリプロピレンホスホン酸及び/又はアミノトリブチレンホスホン酸を添加することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記二酸化炭素又は前記二酸化炭素含有ガス混合物を導入することが、反応混合物が9未満のpH値を有するまで行われることを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記水酸化カルシウム懸濁液と前記二酸化炭素又は前記二酸化炭素含有ガス混合物との反応が、25℃未満の温度で行われることを特徴とする、請求項1~3の少なくとも1つに記載の方法。
- 前記二酸化炭素又は前記二酸化炭素含有ガス混合物を、0.02lのCO2/(h*gCa(OH)2)~2.0lのCO2/(h*gCa(OH)2)の範囲内のガス流量で前記水酸化カルシウム懸濁液に導入し、及び/又は、前記球状炭酸カルシウム粒子が3.0μmより大きい平均粒径を有し、及び/又は、前記球状炭酸カルシウム粒子が30.0μm未満、特に20.0μm未満の平均粒径を有し、及び/又は、前記球状炭酸カルシウム粒子が全炭酸カルシウム粒子の少なくとも90.0重量%が平均粒径-30%~平均粒径+30%の範囲の粒径を有する粒径分布を有し、及び/又は、前記球状炭酸カルシウム粒子が0.90を超える形状因子を有し、これは最小粒径及び最大粒径の比率として定義されることを特徴とする、請求項1~4の少なくとも1つに記載の方法。
- 前記大粒子が、少なくとも1つの熱可塑性ポリマーを含むことを特徴とする、請求項1~5の少なくとも1つに記載の方法。
- 前記大粒子が、少なくとも1つの吸収性ポリマーを含むことを特徴とする、請求項1~6の少なくとも1つに記載の方法。
- 前記吸収性ポリマーが、25℃、0.1%ポリマー濃度で、クロロホルム中で測定して0.3dl/g~8.0dl/gの範囲の固有粘度を有することを特徴とする、請求項7に記載の方法。
- 前記大粒子がポリ-D、ポリ-L、及び/又はポリ-D,L-乳酸を含み、及び/又は、前記大粒子が500g/mol~1000000g/molの範囲の数平均分子量を有する少なくとも1つの吸収性ポリエステルを含み、及び/又は、前記大粒子が少なくとも1つのポリアミドを含み、及び/又は、前記大粒子が少なくとも1つのポリウレタンを含み、及び/又は、前記複合粉末の総重量に基づいて、前記沈降炭酸カルシウム粒子の重量割合が少なくとも0.1重量%であり、及び/又は、前記複合粉末の総重量に基づいて、前記複合粉末が40.0重量%~80.0重量%のPLLA及び20.0重量%~60.0重量%の沈降炭酸カルシウム粒子を含み、及び/又は、前記インプラントが神経、口腔、上顎、顔面、耳、鼻及び喉の手術、並びに、手、足、胸部、肋骨及び肩の手術の分野における用途について調製され、及び/又は、前記インプラントが選択的レーザ焼結によって製造されることを特徴とする、請求項1~8の少なくとも1つに記載の方法。
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