JPH0470026B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、人体以外の動物生体におけ新生骨の
誘起方法に関するものである。更に詳しく述べる
ならば本発明は、人体以外の動物生体において、
セラミツク焼結多孔質体にコラーゲン繊維の侵入
並びに骨破壊細胞の侵入を制限することにより新
生骨の誘起を行う方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来セラミツク化合物を利用した人工骨の技術
は多数なされ、さらに新生骨の誘起のため、多孔
質化する技術が数多く出願されていたが従来のこ
ろの技術は誤つた骨の生成理論に基いて開発され
た技術であつた。

この従来の誤つた骨の生成理論というのは新生
骨の誘起のため骨食細胞、骨再生細胞、骨破壊細
胞、コラーゲンせんい、体液、赤血球等の全てを
セラミツク多孔体に侵入させていた。このためこ
のような従来のセラミツク多孔体これらの内コラ
ーゲン繊維、並びに骨破壊細胞の侵入によつて
コラーゲン繊維が触媒として働いて骨の組織の硬
質化コラーゲン繊維の異常発達によりコラーゲ
ン繊維自身の硬質化コラーゲン繊維により新生
骨誘起のそがい等の欠点、さらに骨破壊細胞の侵
入によつてせつかく局部に誘起された新生骨が骨
破壊細胞によつて破壊されてしまう欠点をもたら
し、長期間人工骨が体内に存在する場合、そのた
め局所の生体組織（骨）の変形や、その近傍の軟
組織の硬質化などを生じ、このため切除手術を要
することがあつたり局所に炎症を生じ、それに起
因する余病、例えば癌の発生などを併発すること
があつた。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、従来技術における上記問題点を解消
し、従来の獣医学上の理論を打ち破る画期的な新
規な技術思想に基づき、人体以外の動物生体にお
けるコラーゲン繊維の発達を防止し新生骨の生成
発達を誘起する方法を提供しようとするものであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、多数の球形空孔と毛管状空〓通路と
を有するセラミツク焼結多孔質体を骨の補綴材と
して用いることにより、上記課題の解決に成功し
たものである。

すなわち、本発明の、人体以外の動物生体にお
ける新生骨の誘起方法は、３〜600μｍの孔径を
有する多数の球形空孔と、この空孔を相互に、又
は外部空間に連通し、かつ１〜30μｍの径を有す
る多数の毛細管状空〓通路とを有し、前記球形空
孔の孔径が、前記毛細管状空〓通路径よりも大き
いセラミツク焼結多孔質体を、人体以外の動物の
骨欠損部に充填し、新生骨の誘起を阻害するコラ
ーゲン繊維並びに骨破壊細胞の侵入を制限しつつ
新生骨を誘起し、前記欠損部を補綴することを特
徴とするものである。

〔作用〕

本発明は、補綴用人工骨材料として、セラミツ
ク焼結多孔質体を用い、この焼結多孔質体内に多
数の毛細管状空〓通路を形成させることによりバ
イオフイルターとしての機能を付与させるととも
に、この毛細管状空〓通路を介して外部空間に連
通し、特定の孔径を有する球形空孔を形成させる
ことにより骨再生細胞の活性化の居住空間を形成
する点に特徴を有するものである。すなわち本発
明の方法は、新生骨の誘起に害となるコラーゲン
繊維並びに骨破壊細胞のみを、このセラミツク焼
結多孔質体内へ侵入させにくくし、新生骨の誘起
に有効な骨食細胞・骨再生細胞、赤血球、体液な
どのみを選択的に通過させ得る方法であつて、こ
のような技術思想は従来の獣医学では全く開示さ
れていない画期的な技術思想である。

さらにその方法を詳述すると、人体以外の動物
生体の骨の欠損部に本発明のセラミツク焼結多孔
質体を埋め込み、充てん又補綴したとき、前記セ
ラミツク焼結多孔質体がやがて生体内で食尽さ
れ、骨の再生の速度を制御することにより生ずる
時間の経過による骨の再吸収を制御しながら自然
の生体組織が再生して新生骨が誘起され、骨の欠
損部が治瘉する。この場合前記セラミツク焼結多
孔質体が生体組織により入れかわる速度（ターン
オーバ速度）が最も適当な速度となつている。上
記の事項すなわち新生骨を誘起し、新生骨の誘起
を促進させ、そして骨の再生速度を制御すること
により、生ずる時間の経過に伴う骨の再吸収を制
御する方法として本発明が開発されたのであつて
さらに具体的にその方法を述べると以下の通りで
ある。

本発明において、３〜600μｍ、好ましくは３
〜300μｍの孔径を有する多数の球形空孔と、多
数の毛細管状空〓通路（径が１〜30μｍ、好まし
くは１〜20μｍの間にある）を有するセラミツク
焼結多孔質体が人工骨材料として用いられる。前
記球形空孔の孔径は、前記毛細管空〓通路の径よ
りも大きく、毛細管状空〓通路によつて、球形空
孔は互に、又は外部空間に連通されている。本発
明において、多数の毛細管状空〓通路はバイオフ
イルターとして活用される。すなわちこの毛細管
状空〓通路の径を１〜30μｍ、好ましくは１〜
20μｍと極めて小さくすることにより、新生骨の
誘起を阻害する比較的大きなコラーゲン繊維や骨
破壊細胞の侵入を防止して、コラーゲン繊維の異
常発達によるコラーゲン繊維自身の硬質化、コラ
ーゲン繊維の触媒の作用による骨組織の硬質化を
防止し、新生骨の誘起に有効な比較的小さな骨食
細胞、骨再生細胞、赤血球、体液等のみを選択的
に通過させることができる。このようにして前記
毛細管状空〓通路を通つた骨食細胞、骨再生細
胞、赤血球、体液等は、前記毛細管状空〓通路と
連通する孔径３〜600μｍ、好ましくは３〜300μ
ｍの孔径を有する球形空孔に入る。この特定の孔
径を有する球形空孔は骨食細胞や骨再生細胞の細
胞レベルの活性化を促進させることができ、それ
とともにこれらの細胞にとつて住み心地の良い細
胞レベルでの居住空間となる。これによつて、骨
欠損部に充填されたセラミツク焼結多孔質体がこ
の部分からやがて骨食細胞により食尽され、その
後、一方ではこの部分から骨再生細胞が新生骨の
誘起を促進し、このような骨食細胞と骨再生細胞
の働きがこの部分から周辺へと広がり、同時赤血
球、体液の働きも加味されて自然の生体組織が適
度の速度をもつて再生し、かつ時間の経過に伴う
骨の再吸収を制御し、それによつて骨の欠損部を
治瘉するのである。

本発明に使用されるセラミツク焼結多孔質体
は、リン酸カルシウム化合物からなるものが好ま
しく、このリン酸化合物においてカルシウムとリ
ンとの原子比が1.30〜1.80好ましくは1.60〜1.67
の範囲にあり、CaHPO₄、Ca₃（PO₄）₂，Ca₅
（PO₄）₃OH，Ca₄O（PO₄）₂，Ca₁₀（PO₄）₆（OH）₂，
CaP₄O₁₁，Ca（PO₃）₂，Ca₂P₂O₇，およびCa
（H₂PO₄）₂・H₂Oなどから選ばれた少なくとも１
種を主成分とするものが好ましい。このリン酸カ
ルシウム化合物は、アルカリ金属、アルカリ土類
金属、ある種の陰イオンの少量を含む固型固溶
体、置換固溶体、ならびに侵入固溶体、ヒドロキ
シアパタイトとよばれる一群の化合物などを含む
ものである。

本発明に用いられるセラミツク焼結多孔質体中
には、多数の毛細管状空〓通路と、多数の球形空
孔との両方が形成されており、これら多数の球形
空孔が、相互に、および前記セラミツク焼結多孔
質体の外部空間に、前記毛細管状空〓通路によつ
て連通される構造となつている。

球形空孔については、その孔径は前記した通り
３〜600μｍ好ましくは３〜300μｍであり、その
形状は球形であつて、好ましくは真球又は真球に
類似の形状である。

本発明の焼結多孔質体の気孔率は40〜90％であ
ることが好ましい。一方本発明の前記毛細管状空
〓通路の直径は１〜30μｍ、好ましくは１〜20μ
ｍであつて、球形空孔の孔径よりも小さいもので
ある。同通路の直径が1μｍ未満では新生骨の誘
起に有効な骨食細胞や骨再生細胞、赤血球、体液
が上記多孔体内に入りにくく、同通路の直径が
30μｍをこえると新生骨の誘起を阻害し、コラー
ゲン繊維の触媒作用による骨組織の硬質化、コラ
ーゲン繊維の異常発達によるコラーゲン繊維自身
の硬質化等の悪影響があり、さらにせつかく出来
た新生骨を破壊させる骨破壊細胞がセラミツク焼
結多孔質体内へ侵入してしまうという不都合を生
ずる。

また毛細管状空〓通路に連通する球形空孔の孔
径が3μｍ未満のとき、および600μｍより大きい
ときは、球形空孔が骨食細胞、骨再生細胞等にと
つて良好な居住空間を形成し、生体との良好な親
和性を保ちながら新生骨を誘起し、促進させるこ
とが困難になる。

本発明の空孔についてその形状は真球及び真球
に近い形状がより好ましい。その理由は、このよ
うな形状の空孔は、外力に対し応分分散に秀れ、
従つて、セラミツク焼結多孔質体の機械的強度が
非常に大きく、その一軸圧縮強度は15〜200Kg／
cm²に達する。このような球形空孔のセラミツク焼
結多孔質体を生体組織の欠損部に埋め込んだ場
合、新生骨の誘起開始後、完全に新生骨と置きか
えられる迄の間強い機械的強度を保持しつづけそ
の間の骨折を防止することが出来る。

本発明方法に用いられるセラミツク焼結多孔質
体の製法の数例を述べると以下の通りである。

卵白を泡立てて１〜600μｍ好ましくは３〜
300μｍの径の泡を作り、これとセラミツク材
料粉末と混合、成形、加熱焼結する方法。混合
成形後の加熱温度は卵白硬化温度120〜150℃、
卵白炭化温度500〜700℃であり、焼結温度は
800〜1350℃であつて酸素含有雰囲気内で行わ
れる。

樟脳、薄荷脳、ナフタレン及びこれらの２種
以上の孔径１〜600μｍの昇華性固体物質とセ
ラミツク材料粉末とを混合、成型、加熱（昇華
性固体物質の加熱温度200〜800℃）、焼結（酸
素含有雰囲気中800〜1350℃）する方法。

ポリメチルメタクリレート、ポリプロピレ
ン、ポリスチレン等の１〜600μｍ好ましくは
10〜300μｍの有機合成樹脂球形粒子と前記昇
華性固体物質と、セラミツク材料粉末とメタノ
ールを混合、成型、加熱（200〜800℃）、焼結
（800〜1350℃）する方法。

上記〜方法の混合工程に於いて、又毛細管
状空孔通路は、球形空孔形成材料が、燃焼、又は
気化して球形空孔を形成するとき、逃散するガス
によつて焼結体内に形成される。また、成形材料
混合物中に直径１〜30μｍ、好ましくは１〜20μ
ｍのネコ、タヌキ、その他の動物繊維、絹繊維、
セルロース繊維、及び／又は有機合成繊維を混入
しておき、この混合物の成形物を加熱して、毛細
管状空〓通路を形成し、その後に焼結を施しても
よい。その際法利用の場合、アルコール（特に
メチルアルコール）の混入が好ましい。

次に実施例について述べるが、本発明ではこの
実施例に限定されない。

〔実施例〕

60grの真球状メチルメタクリレート粒子（粒径
30〜300μｍ、平均粒径約100μｍ）と50grのヒド
ロキシアパタイト粒子（Ca₅（PO₄）₃OH Ca／Ｐ
原子比＝1.67、粒径0.05〜10μｍ）と３ｇの300μ
ｍの粒径を有する樟脳粉末と直径２〜10μｍ、長
さ５〜10μｍの消毒、脱脂した凍結した猫の腹部
の毛を切断して乾燥した毛と少量のメチルアルコ
ールとを加温しながら均一に混合した。この混合
物が十分に乾燥する前にラバープレスにより２
Kg／cm²の圧力で約10分間静圧成形した。この成形
物を350℃にて180分間加熱してメチルメタクリレ
ート粒子を熱分解し、次の空気中で1000℃で１時
間加熱した。

得られた焼結多孔質体は73％の気孔率と110
Kg／cm²の一軸圧縮強度を有しており、30〜300μ
ｍの孔径を有する多数の真球状空孔と２〜10μｍ
の径を有する多数の毛細管状空〓通路を有してい
た。このようにして得られた多孔質体を直径0.5
cm長さ１cmの円柱状に切り出し、これをピーグル
犬の大腿骨の外科手術により生じた欠損部に充て
んした。

２週間後に切開観察したところ、いづれも球形
空孔中に新生骨のいちぢるしい誘起が認められ
た。２〜３ケ月後には多孔質体の外周部から内部
に新生骨の発達が認められ、所謂リターンオーバ
ーが順調に進行し、コラーゲン繊維の異常成長や
組織の硬質化などの現象は認められなかつた。

又光学顕微鏡の観察の結果、上記多孔質体の空
孔には骨食細胞及び骨再生細胞が本発明方法によ
り選択的に侵入し、多く存在していた。

〔発明の効果〕

本発明方法において、多数の球形空孔と毛細管
状空〓通路を有するセラミツク焼結多孔質体から
なる補綴材料を利用することにより、コラーゲン
繊維、および骨破壊細胞の侵入を制限して、新生
骨の再生を促進することができる。すなわ本発明
方法に用いられるセラミツク焼結多孔質体の有す
る毛細管状空〓通路の径が１〜30μｍ、好ましく
は１〜20μｍ極めて狭い通路であるので、これが
コラーゲン繊維および骨食細胞の侵入を阻止して
コラーゲン繊維の硬化、硬質化を防止し、それに
よつて、新生骨の誘起に有効な細胞、骨再生細
胞、赤血球、体液のみを選択的に通過させること
が出来る。このため、初めに非常にやわらかい骨
を形成させ、その後新生骨の誘起代謝が外周から
中心に向つて拡散律速となり、動物の自然骨と同
じ構造で中心部に骨ずい、その周辺に硬質化した
骨を有するものとなる。本発明方法によつて多孔
質セラミツク材料が骨の欠損部に埋め込まれる
と、この人工骨はやがて食いつくされて消失し、
その代りに自然骨と同じ構造の新生骨が適度の速
度で誘起され、時間の経過による骨の再吸収を制
御し、長期でも全く無毒の強靭な柔軟な骨が形成
される。

以上述べた通り本願発明方法は、人体以外の動
物生体の欠損部に移植・補ていすることにより骨
の中心部を骨ずいの形とし骨の外周部を組織化又
骨密度の増加された骨という構造をもつ自然骨と
全く同じ構造の、しかも強靭な無毒な柔軟な新生
骨を形成することが出来る。本発明は、動物とし
て牛、ブタ、馬、ニワトリ、ウサギ、犬、ネコ、
鳥類、獣類（ライオン、トラ、ヒヨウ、サイ、キ
リン、ゾウ、その他全ての獣類）等の生体に適用
して、新生骨の誘起がスムーズに行われる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ３〜600μｍの孔径を有する多数の球形空孔
   と、この空孔を相互に、又は外部空間に連通し、
   かつ１〜30μｍの径を有する多数の毛細管状空〓
   通路とを有し、前記球形空孔の孔径が、前記毛細
   管状空〓通路径よりも大きいセラミツク焼結多孔
   質体を、人体以外の動物の骨欠損部に充填し、新
   生骨の誘起を阻害するコラーゲン繊維並びに骨破
   壊細胞の侵入を制限しつつ新生骨を誘起し、前記
   欠損部を補綴する、人体以外の動物生体における
   新生骨の誘起方法。