JPH03136664A - 骨組織で充填することによる骨欠陥部または欠損部の修復方法 - Google Patents

骨組織で充填することによる骨欠陥部または欠損部の修復方法

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JPH03136664A
JPH03136664A JP2105141A JP10514190A JPH03136664A JP H03136664 A JPH03136664 A JP H03136664A JP 2105141 A JP2105141 A JP 2105141A JP 10514190 A JP10514190 A JP 10514190A JP H03136664 A JPH03136664 A JP H03136664A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 1片圀1 本発明は、粒子によって骨組織を形成することにより、
骨欠損部を迅速に且つ完全に充填するための方法に関す
る。
良米弦l 歯周ポケット、摘出部位、嚢包性疾患、骨欠損部等の骨
傷害部を充填するために、密なまたは多孔質のヒドロキ
シルアパタイト、リン酸三カルシウム及びバイオガラス
(bioBIass)のごとき物質を粒状形態で使用し
得ることは公知である。
骨窩洞を充填する場合に、かかる粒子、特にヒドロキシ
ルアパタイトは、骨(osseousまたはbone)
成長く即ち骨細胞の正常な増殖)による修復のためのマ
トリックスとして作用する。つまり、骨誘導(oste
oconduction) (即ち移植粒子の表面に沿
った骨組織の成長)が生じ、粒子間の空隙が次第に充填
されることが判っている。残念なことには、この粒子間
成長は一般に骨窩洞の壁の直ぐ近傍に位置する粒子に限
られており、他の粒子は線維組織によって包囲されて剛
性塊を与える。即ち骨誘導においては粒子が、骨窩洞の
壁から増殖する骨組織によって次第に被覆されるが、粒
子の最適な反応は表面のみで行われる。
更に前記粒子を窩洞、例えば摘出部位内に挿入すると、
粒子は隣接する軟組織中に移動し、不適当な箇所に固定
され得る。これは、神経の知覚不全または感覚異常、歯
肉痛、歯肉感染、歯肉穿孔といった合併症及び粒子の損
失を惹起し得る。
従って、ヒドロキシルアパタイト粒子のごとき粒子の使
用の開発は、それらを適所に挿入及び維持する特性を向
上することに向けられてきており、これは、吸収可能な
エンベロープ、接着剤、コラーゲンまたはその誘導体、
接着性フィブリン等によって適所に挿入することにより
達成され得る。
このように窩洞の充填物は、骨誘導後では線維性骨組織
とアパタイトまたはバイオガラスとの複合体となるが、
この複合体は骨よりも劣る不適当な機械的特性を有する
6例えば補てつ移植片をこのような複合体に挿入するこ
とは、やがては剛性、安定性または適合性が欠乏するた
めに、一般に不可能である。更に、隣接する組織中に粒
子が存在することは望ましくない。
欧州特許出願第0206726号明細書は、歯周欠陥(
顎骨と歯根との間に位置するポケット)を、該欠陥中の
適所に生物活性(bioactive)粒子を挿入する
ことにより修復することに関するものであり、かかる骨
−粒子複合体を骨誘導、即ち欠陥部の骨壁からの骨組織
の粒子間成長により得ることを説明している(第15頁
13〜15行目及び25〜28行目)、前記粒子は、欠
陥部中の適所に挿入及び維持するのを容易にする優れた
凝集性や、欠陥部中に存在する血流を停止することを可
能とする停止作用といった、主目的に従う所定の長所を
得ることができる固有の特性(化学的性質、粒度分析物
の選択)を有している。この特定の粒子は、粉末混合物
を融解し、フリットの形態で水中に注入し、アセトンで
洗浄し、次いで粉砕し、粒度選択することからなる方法
により得られる。
上記文献に記載の粒子はある程度は永久移植片、即ち骨
誘導の対象物として作用し、従って粒子は、前記移植片
に付着しそれを適所にしっかりと維持する骨組織で次第
に被覆される。前記骨−ガラス複合体をもたらすこのよ
うな歯周欠陥部の修復は、一般には後に補てつ移植を受
容することは意図されていないので、機械的特性の点で
は特別な要求はない。
窩洞の骨壁から粒子間空隙への骨誘導から生じ、そして
前記骨−粒子複合体をもたらす欠点を解消するために、
本出願人は、骨欠陥部を骨組織によって充填し、前記骨
組織が形成される速度を増大することを試みた。更に本
出願人は、隣接する骨と接触することのない骨部位にお
ける骨形成(osteogenesis)であると定義
される骨刺激(oste。
stimulation)を生じさせることを目的とし
た。但し前記骨形成とは骨組織を導く現象である6本発
明の他の目的は、後にそこに補てつ移植がうまく行なえ
るように、前記欠陥部または欠損部を充填している骨組
織の機械的特性を向上することである。
え匪立■1 本発明は、骨欠陥部または欠損部中の適所に、骨刺激に
より骨形成に導く生物反応性粒子を充填し、前記粒子の
構成粒子がその内部から次らし、骨欠陥部または欠損部
を充填するための骨組織を形成することからなる。
前駆細胞は、(本発明においては回避されるべき)線維
組織または軟骨組織を沈積する線維芽細胞及び軟骨芽細
胞と、(本発明において必要とされる)骨組織を沈積す
る骨芽細胞とに分化し得る生体培地(biologic
al medium)中に当初から存在する開業細胞で
ある。
粒子の崩壊及び溶解を制御することは、前記現象が制御
されなければ、それらは例えば開業細胞を骨芽細胞へと
分化するのに好ましい条件の出現を妨害するであろう過
度に激しい炎症を生じるであろうことから重要である。
更に、骨組織形成速度と比較して粒子が過度に迅速に溶
解すると、骨組織はもはや形成されず、その代わりに望
ましくない線維組織が形成される。
従って、構成粒子は内側から崩壊し、消失し、線維組織
によってではなく骨組織によって暫時に且つ迅速に置換
される。材料が消失した後には、例えばその後の補てつ
移植に全く適した骨塊が得られる。この粒子は使用及び
適用も容易である。
その粒子は、付加手段を使用する必要なしに欠陥部また
は欠損部中の適所に容易に維持される。
本発明では、粒子形態の、骨欠損部を充填するための粒
子は、粒子が組成: 5i0240〜55重量%、 Ha2010−32重量%、 p、os o〜12重量%、及び CaO10−32重量% と、粒子の少なくとも95%が粒径フラクション280
〜4251g+にあるような粒径分布と、鋭い縁と、不
規則な輪郭と、表面の微小欠陥(論1erodefee
ts)または微小ひび割れ(s+1crocracks
>とを組合せて有することを特徴とする。
使用する生物反応性ガラスがフッ素化物を含有しないこ
とは重要である。生物反応性ガラスは一般に5in2、
Na、0、P2O3、アルカリ土類酸化物(例えばCa
b)を含有する。ホウ素及びアルミナの存在は望ましく
ない。
CaF2のごときフッ素化物の存在は、修復を過剰に減
速し、しかも所定の粒径では過剰に激しい炎症反応を生
じるが故に不利である。
このガラスの組成は、 Si0□42〜48重量%、 Na2O 14〜28重量%、 P2O50〜10重量%、及び CaO2(1−29重量% の範囲内であるのが好ましい。
前記したように、粒子の崩壊及び溶解はうまく制御され
る必要があり、粒子の粒径分布が極めて狭いことに基づ
き粒径は280〜425Hでなければならない、即ち、
メツシュの開口または寸法が推奨される下限に等しい篩
においては粉末の95%が保持され、且つ、メツシュの
開口または寸法が推奨される上限に等しい篩においては
同じ粉末の95%が通過するべきである。
有利には、粒径フラクション280〜425μmにおい
ては粒子の3分の2が300〜360■フラクシヨンに
包含されねばならず、粒子の少なくとも90%が300
〜360μmにあるフラクションを用いると最良の結果
が得られる。
該材料は、鋭い縁及び不規則な輪郭を有する角張った粒
子によって構成される粉末の形態である必要がある。構
成粒子は表面に微小欠陥または微小ひび割れを有する必
要がある。微小欠陥または微小ひび割れは、以下に説明
するように粒子内部をその外部に連通して粒子の内側か
らの崩壊を助ける小さな導管(duct)の開始部を形
成する。
上記粒径及び構造特性は、上記バイオガラスを使用して
、求める結果を得るためには不可欠である。
−mに、本発明の粒子をイヌに移植し、固定処置の1.
2.3.6及び12力月後に試料を採取し、それらを断
面カッターで切断し、閉微鏡観察用に準備し、分析した
本発明の材料において本出願人は、骨組織が、骨誘導に
よって骨窩洞壁から骨格の形成を伴って発達したのみで
なく、窩洞の中央にあった粒子、即ち壁と接触していな
い粒子が、それらの中心から同時に崩壊して骨化するこ
とを見出した。このような崩壊は有害な慢性炎症反応を
惹起しなかった。
前記粒子内には、生理液並びにリンパ球、形質細胞、組
織味及び大食細胞の作用下に中心部分が崩壊及び溶解す
ることによって窩洞が生じる。このような中央窩洞は小
さな導管によって外部と連通されている。形成された窩
洞の壁の上に、骨様組織の被膜と帯状の活性骨芽細胞と
によって被覆された骨組織が拡がっている。こうして、
予期せずして開業細胞の、線維芽細胞ではなくて骨芽細
胞への所望の分化が生じた。3力月後には極めて多数の
窩洞が既に実際に骨組織で充填された9粒子の中央で発
達しな骨組織と外部の骨組織とには直接の関係はなかっ
た。
移植粒子は生理液及び細胞の作用に晒されたものと説明
できる。生理液及び細胞は溶解をもたらし、粒子の製造
に使用された方法に起因し、前記液体に接触可能である
表面の微小欠陥または微小ひび割れを通して前記粒子の
内部に浸透することができる。好ましくは前駆開業細胞
を骨細胞を沈積する骨芽細胞に変換するのを助長する骨
刺激にとって好ましい局所的なガラス組成の変化及びp
H変化が起こる。特に、反応したガラスと接触して不利
な線維細胞を生成する線維芽細胞は発育しない。粒子内
部は、開業細胞が骨芽細胞に分化するのに好ましい条件
の生成及び維持を可能とする高度に保護された培地を構
成している。これは、充填用粒子が1本発明の限定的で
特殊な条件下で骨刺激性であることを意味する。特に過
度に小さい粒子では反応が激しすぎて線維組織となり、
この条件は開業細胞の骨芽細胞への分化には好ましくな
い。
そうして発達の最後には、骨欠損部内には欠陥部の壁に
有機的に結合する骨充填材料が生じる。
即ちこの充填物は骨の特性を有しており、隣接の骨と同
じ条件下に使用することができる。
更に、粒子が該置火陥部に隣接する非骨組織中に移動す
ることもない。
本発明の材料は活性であって安定ではなく、刺激作用を
有しており、予期せずして骨刺激による骨組織の形成を
生じる。従って、骨化は、窩洞の壁から粒子を被覆する
ことによってのみならず、同時に粒子塊の粒子内部で起
こるのでより迅速に行われ得る。
上記粒径及び構造特性は求める結果を得るためには不可
欠である。即ち粒子を生理的培地と接触させると、リン
酸カルシウムに富む表面層(caP)が形成され、基底
層は5i02に富むようになる。
粒子が小さすぎると、粒子内部は、過度に薄く且つ極め
て脆弱な破壊し易いcaP層で被覆されたシリカゲルに
よって構成される。大食細胞はシリカを吸収し、また粒
子は、粒子の内部窩洞によって構成された、極めて保護
され且つ前駆細胞の骨芽細胞への分化に好ましい培地が
、骨組織を形成及び生成する時間もなく、極めて迅速に
消失する。
この種の粒子を使用しても骨刺激は起こらない。
同様に、特定の粒径のフラクション中に前記過小粒子が
過剰量で存在すると、それらが惹起する反応が激しすぎ
てより大きな粒子によって起こり得る骨刺激を阻害し得
る。
もし粒子が本発明に従う粒径分布を有するならば、ca
P層はより頑丈で安定となり、中心はシリカを含むがガ
ラスは含まない、 caP層はもはや破壊しないので、
大食細胞は微小欠陥から粒子に浸透し得、窩洞を形成す
ることができる。こうして高度に保護され且つ分化に好
ましい培地が生成し得、骨刺激によって骨形成が行われ
る。
もし粒子が大きすぎると、ガラスは粒子内に残留する。
窩洞の形成は行われず、結果として所望の分化は起こら
ず、大きな粒子はそのままの状態で残留する。
従来技術とは異なり、粒子の組成、粒径分布及び構造は
、前記粒子の内部がらの溶解及び崩壊、消失並びに粒子
の骨組織による置換によって骨刺激を得るための必須要
素である。
目的は骨欠損部をできる限り速やかに充填することであ
るので、特許請求の範囲に記載の粒径フラクション内に
完全に含まれる粒子を有することは不可欠である。前記
フラクション外の粒子は骨刺激を生じることなく、その
結果、最初の骨形成に導く目的とする作用は起こらない
本発明は、類似の組成を有するバイオガラスの反応機構
とは対照的に及び従来技術に記載のように、ガラスを好
ましく溶解する。即ち上記機構は一般に、ガラスの溶解
が行われないガラス表面における所定のイオンの浸出反
応である。
更に、粒子の形状特性に起因する粒子のざらざらした表
面状態は、凝集するようにまたは重なり合うように作用
し、材料が容易に適所に挿入されるようになっており、
粒子は窩洞内の適所にそのまま存在し、相互に凝集し、
骨窩洞壁にぴったりと付着する。明らかに特定の用途に
対しては、他の挿入または導入手段を使用することがで
きる。
通常、本発明の材料は、まずシリカと、アルカリ土i酸
化物(好ましくはCaO及び/またはMg0)と、少な
くとも一部にアルカリを導入するための炭酸塩(好まし
くは炭酸ナトリウムを使用する)と、P2O5を導入す
るためのリン酸塩または酸性リン酸塩(好ましくはCa
HPOn)との粉末混合物を調製することにより得られ
る。
この混合物を融解し、通常は小さい円筒形または円盤形
の型、即ち充分に熱伝導性のある材料(例えば黒鉛、金
属)でできた比較的剛性の型に流し込む、焼なましを行
なってもよい0次いで上記成形品を、多数の鋭角を有す
るざらざらした、ひび割れた粒子を与えることが可能な
任意の手段によって粒状化する。好ましくは、ハンマー
、棒等を使用して例えば乳鉢中で破砕及び/または粉砕
を行なう。その後に、例えば振盪している篩を通過させ
ることにより、所望の粒径フラクションを得る。
注型または成形したものを粉砕する前に液体(例えば水
、アセトン)またはガラスと反応し得る任意の他の元素
(ele+*ent)と接触させないことは重要である
。そうすると化学的及び/または物理的性質の変性が起
こって、微小欠陥または微小ひび割れがもはや生じなく
なろう。
X1り 本発明を説明するために、本発明の材料と前記条件に従
わない他の材料とを比較した。
K旌■ユ この実施例は本発明を説明する。
出発生成物は以下の物質を含有する粉末混合物とした: Si0□   45重量%、 CaO    24.5重量%、 Ha20   24.5重量%、 P2O56重景%。
重量混合物を融解し、小円盤(直径4cm、高さlam
>に成形し、それをハンマーを用いて粉砕した。
次いで篩を使用して粒径フラクション 300〜42511+eを得た。得られた顆粒をイヌの
顎の骨窩洞中に移植した。かかる窩洞は、抜歯、外科的
に形成された窩洞、病理学的窩洞または歯周障害のいず
れかに起因するものであった。
移植期間は1力月から1年と変化させ、その後試料を取
り出し、切片を作製し、観察の準備を行った。まず、粒
子は窩洞内の適所に滞留していたことが判った。更に、
粒子の境内のほとんどの粒子の中央は崩壊し、速やかに
溶解し、開業細胞から骨芽細胞への分化を生じたことが
判った。
更に1力月目以降、これらの粒子中に生じた骨組織は、
骨組織の成長を許容する骨様層及び骨芽細胞薄膜によっ
て被覆された。大量の上記粒子は骨窩洞の壁からの外部
成長(骨誘導)によって得られる骨組織とは関係なく、
3力月後には骨組織で実質的に充填された。
1年後、窩洞は骨組織によって完全に充填された。更に
炎症もなく、粒子が隣接組織へ移動することもなかった
第1図及び第2図は、後方散乱電子顕微鏡検査によって
得られた粒子の顕微鏡写真と、それに重ね合わせて示し
た、CaP及びシリカゲルの含有量に対する指標となる
、横断線に沿って同時点に行ったCa及びSiの分析と
を示す。
第1図は1力月間移植した後の本発明の粒子を示す(拡
大率400倍)。明所にはCaPを豊富に含む外部層を
、暗所には一部崩壊した中央窩洞を見ることができる。
分析は横断線1に沿って実施し、この線1に沿ったCa
含有量を曲線2で示し、Si含有量を曲線3で示しであ
る。21のところにはCaPを豊富に含む外側層を見る
ことができ、一方粒子の中央ではCaP含有量が低い(
22)、 5i02に関しては幾つかのゾーンが存在す
る。即ち、崩壊の間はCaPに乏しい層22のところに
はSiO含有量が低いゾーン32があり、CaP層21
が形成されているところの内側にはSiO□含有量が低
い2つのゾーン33があり、更にまだ溶解していないシ
リカを含有する2つのゾーン31がある。一方、4のと
ころにはまず表面の微小欠陥を介して窩洞を外部に連通
ずる導管を見ることができる。
第2図は更に、3力月間移植した後の本発明の粒子を示
す、第1図においては窩洞は形成中であったが、第2図
では既に形成されていた。参照番号は第1図と同じ意味
を有する。但し、Si含有量のビーク34が存在するが
、これには特に意味はない。
第3図は3力月後の粒子群を示す(拡大率60倍)。
暗所には、明るいCaPを豊富に含むN2に包囲された
粒子の各々の中に内部窩洞1を見ることができる。3の
ところには量は異なるが骨組織が存在することが判る。
4のところには窩洞を外部に連通ずる導管を見ることが
できる。前記したように外部培地中には骨組織は存在し
ない。
断面図は2次元であるので所定の粒子の頂部近傍の断面
となることがあり、これが第3図において見掛けが小さ
くて窩のない粒子が存在する理由である。
実mス この実施例は、過大粒子(500p+w以上)を有する
粒子を用いると結果が不備となることを示す。
実験条件は実施例1のものと同一としたが、粒径フラク
ションは425〜850Il蹟篩を使用してより大きく
した。
この場合では、骨窩洞壁から粒子の間や粒子の表面に沿
って骨組織の外部成長(骨誘導)があった。
窩洞の中央では粒子は、密に重なり合ったコラーゲン線
維からなる線維細胞に包囲されていた。大きな粒子はガ
ラス吸収または溶解、及び骨組織による置換を伴なう中
央崩壊もなかった。大粒子の骨化は、骨誘導によって形
成された骨組織に被覆されてその中に閉じ込められ、こ
の組織が、移植開始時点に存在していたような反応の増
大を妨げるが故に、移植後長期間を経ても生じる保証は
ない。
火m この実施例は、過小粒子を使用したことにより吸収が不
充分な結果となることを示す、実験条件は実施例1のも
のと同一としたが、粒径フラクションは212〜300
1+*篩を使用してより小さくした。
この場合にも窩洞壁から及び粒子の間で骨誘導による骨
組織の外部成長が現れ、前記amは粒子を被覆し且つ粒
子に結合された。骨窩洞の中央では、前駆細胞の骨芽細
胞への分化は行われず、粒子は、食細胞の作用下に消失
する前に線維細胞によって包囲された。
幾つかの大粒子が中央部の崩壊を示し、それらの中心部
分は実施例1に記載の細胞及び骨組織によって置換され
た。
K1JLL この実施例は、フッ化物と以下の組成を有するガラスと
を含有する粒子を用いて得られる屡い結果を示す: Si0□   52重量%、 CaO16重量%、 Na2O10重量%、 P2O56重量%、 CaF2   16重量%。
粒径は425〜800μmとした。
3力月間移植した後には、粒径が大きいにもがかわらず
、有害であって本発明の粒子を・用いては見られなかっ
た過度に激しい炎症反応が起こった。
この炎症反応はフッ化物の存在に起因するのであろう。
本発明の粒子は、粒子を破壊し、粒子を骨組織によって
置換し、しかも粒子を崩壊することなく骨窩洞の壁から
粒子を被覆する傾向の骨誘導を妨害することなく、(中
央ゾーンを含む)骨欠損部の全ての箇所に生じる粒子内
での骨刺激による骨形成の組織反応を助長する。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は、夫々移植後1力月及び3力月目の
本発明の粒子の後方散乱電子顕微鏡写真とそれに重ね合
せて示したCa及びSi含有量の同時点分析の図、並び
に第3図は移植後3力月目の本発明の粒子群の後方散乱
電子顕微鏡写真である。 (第1図及び第2図)1・・・横断線、2・・・Ca含
有量、3・・・Si含有量、(第3図)1・・・窩、2
・・・CaPを豊富に含む層、4・・・導管。 へ4\ C) ツ ?

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)骨欠陥部または欠損部を充填するための骨組織の
    形成方法であって、骨刺激により骨形成をもたらす生物
    反応性粒状材料を前記欠陥部または欠損部内に挿入し、
    前記粒状材料の構成粒子がその内側から崩壊して、 前記粒子の溶解及び骨組織による迅速な置換の後に前駆
    細胞の骨芽細胞への分化 をもたらす一とを特徴とする方法。
  2. (2)前記粒状材料の粒子が、組成: SiO_240〜55重量%、 Na_2O10〜32重量%、 P_2O_50〜12重量%、及び CaO10〜32重量% と、粒子の少なくとも95%が粒径フラクション280
    〜425μmにあるような粒径分布と、鋭い縁と、不規
    則な輪郭と、表面の微小欠陥または微小ひび割れとを組
    合せて有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. (3)前記粒径フラクションにおいて粒子の3分の2が
    300〜360μmであることを特徴とする請求項2に
    記載の方法。
  4. (4)粒子の少なくとも90%が粒径フラクション30
    0〜360μmであることを特徴とする請求項3に記載
    の方法。
  5. (5)生物反応性ガラスの組成が、 SiO_242〜48重量%、 Na_2O14〜28重量%、 P_2O_50〜10重量%、及び CaO20〜29重量% であることを特徴とする請求項2から4のいずれか一項
    に記載の方法。
  6. (6)粉末混合物を融解し、成形品の形態に注型及び固
    化し、次いでガラスと反応し得る元素と接触させずに前
    記成形品を粉砕することにより角張った粒子を得ること
    を特徴とする請求項2から5のいずれか一項に記載の方
    法。
  7. (7)ハンマーを用いて粉砕を行なうことを特徴とする
    請求項6に記載の方法。
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