JPH0622570B2 - 生体材料 - Google Patents

生体材料

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JPH0622570B2
JPH0622570B2 JP1023052A JP2305289A JPH0622570B2 JP H0622570 B2 JPH0622570 B2 JP H0622570B2 JP 1023052 A JP1023052 A JP 1023052A JP 2305289 A JP2305289 A JP 2305289A JP H0622570 B2 JPH0622570 B2 JP H0622570B2
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bone
factor
acid
polyethylene glycol
osteogenic
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邦夫 高岡
隆雄 岡田
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TAKI KAGAKU KK
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は生体材料に関し、生体内に於いて骨形成因子を
放出制御することにより、骨形成を誘導する材料であ
り、しかも骨形成と共に生体内で分解される優れた生体
用材料に関する。
(従来の技術) 整形外科、口腔外科等に於て、外傷、摘出などにより生
じた生体内の骨欠損部を補綴する場合、従来より自家骨
移植が行われてきた。
これは、同種骨移植、異種骨移植を行うよりも移植床へ
の生着性が良いことによる。
しかし、自家骨移植では採取可能な量に限界があり、し
かも移植骨獲得のための新たな手術創形成によって感染
への危険性、患者の苦病の長期化等の欠点がある。
自家骨移植に代わる方法として、ステンレス、チタン合
金等の金属を人工生体材料として用いる方法があり、生
体材料の目覚ましい発展もあって、入手の容易さから使
用されてきた。
しかし、これらの人工生体材料を用いる方法では、材料
強度は優れるものの、生体組織との親和性に劣る。
この点を改良する方法として、このような材料表面をヒ
ドロキシアパタイト等により被覆を行うなど、生体親和
性材料による表面処理が行われ、周囲組織との親和性を
改良しているが、未だ充分なものではない。
一方、生体親和性材料として、近年、生分解性ポリマー
であるポリ乳酸、乳酸−グリコール酸共重合体、ポリグ
リコール酸、ポリβ−ヒドロキシブチレート、ポリε−
カプロラクトン等の脂肪族ポリエステル、あるいはそれ
らとヒドロキシ芳香族カルボン酸との共重合体等のポリ
マー材料、またこれらポリマー材料とヒドロキシアパタ
イト、りん酸三カルシウムとを複合化した材料を数多く
研究されている。
しかし、これらの材料は、生体内での加水分解時に機械
的強度が低下して疲労劣化を起こしたり、骨形成に関し
ては殆ど作用を示さず、単に生体親和性の点に於いて組
織為害性のない材料である。
このような現状に於いて、骨形成材料として、マウスDu
nn骨肉腫、人骨肉腫から分離した骨形成細胞や軟骨細胞
の分化、増殖を行なう生理活性物質、あるいは人骨、牛
骨、遺伝子組変えにより得られる物質である、即ち骨形
成因子(Bone morpho gentic protein)とコラーゲンと
の複合体による骨形成材料が提案されている。(特開昭
60-253455、同62-89629) しかし、このようなコラーゲンを用いると、コラーゲン
が天然物由来の材料である為に、その分子量、アミノ酸
組成量、保水量等が一定せず、また抗原性を有するテロ
ペプタイド部分の除去を完全に行うことが困難であるこ
とから、生体内に於いて異物反応を起こし、異物巨細胞
や他の食細胞等により骨形成因子が貧食され、骨形成能
が充分に発現されない。
また、このコラーゲンに代えて、ポリ乳酸、ポリグリコ
ール酸等を骨形成因子と併用した材料は、骨形成因子の
骨形成速度とポリ乳酸、ポリグリコール酸等の分解速度
とが一致しないため、骨形成因子の作用が抑制され、ま
た複合体からの骨形成因子の溶出速度が低く、溶出した
骨形成因子が貧食され、骨形成量が少なくなるなどの問
題がある。
このように、骨形成材料に関しては、種々の問題があ
り、生分解性を有し、且つ骨形成因子との親和性がよ
く、骨形成能に優れる材料は未だ見出されていないのが
現状である。
(発明が解決しようとする課題) 本発明者らは前記問題点を解決すべく、生分解性を有
し、骨形成因子との親和性が良く、骨形成に適した骨形
成因子の徐放性を有し、また生体内に於いては異物反応
のない基剤について鋭意研究を重ねた。
(課題を解決するための手段) その結果、乳酸及び/又はグリコール酸の重合体又は共
重合体とポリエチレングリコールとを反応させてなる基
剤を骨形成因子の支持体として使用すると、前記問題点
を回避した優れた骨形成生体材料となることを見出し、
係る知見に基づき本発明を完成させたものである。
即ち、本発明は乳酸及び/又はグリコール酸の重合体又
は共重合体とポリエチレングリコールとを反応させてな
る徐放性基剤を骨形成因子の支持体として使用したこと
を特徴とする生体材料に関する。
(作 用) 以下、本発明を更に詳細に説明する。
本発明では先ず、乳酸及び/又はグリコール酸の重合体
又は共重合体とポリエチレングリコールとを反応させ徐
放性基剤を得るが、この基剤の製造法は以下の通りであ
る。
乳酸及び/又はグリコール酸の重合体又は共重合体は、
一般的な方法により製造するものであればいずれのもの
であってもよい。
その製造法の一例を挙げれば、例えば乳酸、グリコール
酸を減圧下で直接脱水重縮合することにより、重合体又
は共重合体を得ることができる。
(湯原ら、工化、68(5),983(1965) また、乳酸、グリコール酸を酸化亜鉛等の触媒存在下で
減圧蒸留を行い、ラクチド、グリコリドを得た後、これ
らをテトラフェニルスズ、塩化第一スズ等の触媒存在下
で重合反応を行うことによっても製造できる。(Kulkar
ni,J.Biomed.Mater.Res.,5,169(1971)) また、これらの場合に使用する乳酸のモノマーは、D
体、L体、DL体のいずれのものであってもよい。
本発明ではこの様にして得られる乳酸及び/又はグリコ
ール酸の重合体又は共重合体の数平均分子量が300〜10,
000のものを使用する。
この場合に、これら重合体の分子量がこの範囲を逸脱
し、300を下廻ると乳酸、グリコール酸のモノマー、オ
リゴマーを多含するため、後述のポリエチレングリコー
ルとの反応後に於いても酸価が高く、生体組織への刺激
性が強くなることで問題となるばかりでなく、骨形成因
子の放出制御基剤としては適当でない。
また逆に、分子量が10,000を上廻ると、後述のポリエチ
レングリコールとの反応を行っても本発明の効果が小さ
いものしか得られない。
次に、この様にして得た乳酸及び/又はグリコール酸の
重合体又は共重合体にポリエチレングリコールを反応さ
せて徐放性基剤を得る。
ポリエチレングリコールとしては、数平均分子量が概ね
150〜10,000の範囲のものを使用する。
乳酸及び/又はグリコール酸の重合体又は共重合体とポ
リエチレングリコールとの使用割合は、前者に対する後
者の当量比が0.3〜5.0の範囲となる割合で使用する。
尚、これらの当量比とは、乳酸及び/又はグリコール酸
の重合体又は共重合体の場合には、ポリマー鎖末端のカ
ルボキシル基数(平均)に基づき、ポリエチレングリコ
ールの場合にも同様にヒドロキシル基数(平均)に基づ
く。
また、このポリエチレングリコールに代えて、ポリプロ
ピレングリコール等の使用では、本発明のような優れた
生体材料を得ることができない。
これらの原料を用いて反応を行う方法に関していえば、
先ず使用する乳酸及び/又はグリコール酸の重合体又は
共重合体をこれらの軟化温度である100〜250℃で加熱溶
融を行い、これにポリエチレングリコールを添加して反
応を行う。
反応は窒素ガスの導入下で行い、反応時間は使用する乳
酸重合体等の分子量等によって異なり特段限定できない
が、大略1〜20時間程度の反応が必要である。
また別の方法として、加熱溶融時にトルエン、ベンゼン
等を脱水剤として用いるか、あるいは10〜100mmHg程度
の減圧下で反応を行うこともできる。
本発明では、このようにして得た徐放性基剤を骨形成因
子の支持体として使用する。
本発明では、このようにして得た徐放性基剤を骨形成因
子の支持体として使用する。
尚、骨形成因子とは、未分化の間葉系細胞に細胞外から
作用し、その遺伝形質を軟骨細胞や骨芽細胞へと誘導
(軟骨誘導、骨誘導)する作用を有する物質であり、例
えばDunn骨肉腫から分離、精製する方法により得ること
ができるBMP(Bone morphogenetic protein:Takaok
a,K.,Biomedical Research,2(5)466-471(1981))が知ら
れている。
また別に、BDGF(Bone derived growth factor:Can
alis,E.,Science,210,1021(1980))、CDF(Cartilag
e derived factor:Anderson,H.C.,Am.J.Pathol,44,507
(1964))、SGF(Skeletal growth factor:Farley,J.
R.,Biochemistry,21,3508(1982))、OGF(Osteogeni
c factor:Amitani,K.,Calcif.Tiss.Res.,17,139(197
5))等が知られている。また、高岡邦夫ら著、整形・災
害外科、26(10),1451(1983)に於いてもその抽出精製方
法を開示しており、これらの骨形成因子は何れも公知の
方法で得ることができる。
その他、人骨、牛骨、あるいは遺伝子組変えにより得ら
れた骨形成因子も用いることができる。
本発明徐放性基剤を骨形成因子の支持体として使用する
方法としては、基剤は原料の成分組成によっても異なる
が、通常ペースト状の形態であることから、常温で、あ
るいは若干の加熱下で骨形成因子と混合して用いればよ
い。
また、骨形成因子と徐放性基剤との使用割合は、治療部
位、骨欠損容積、使用する徐放性基剤の物性等によって
異なり特段限定できないが、概ね基剤に対して骨形成因
子が0.01重量%以上であることが好ましい。
即ち、骨形成因子量が0.01重量%以下では、基剤から溶
出する骨形成因子量が少量過ぎ、骨形成因子が生体内で
貧食され、骨形成が充分に行われない。
また、本発明の生体材料は、骨形成因子と徐放性基剤と
の併用の他に、骨材としてセラミック、金属等を併用す
ることもでき、抗腫瘍剤、抗癌剤、抗炎症剤あるいは生
理活性物質等を混合することも可能である。
更には、骨成分であるヒドロキシアパタイトの多孔体等
を本発明の生体材料を使用する際に、支持体として併用
してもよい。
(発明の効果) この様に、本発明は乳酸及び/又はグリコール酸の重合
体又は共重合体とポリエチレングリコールとを反応させ
てなる徐放性基剤を骨形成因子の支持体として使用した
ことにより、生体材料として次のような優れた効果を有
する。
即ち、徐放性基剤の組成調整が容易であることから、骨
形成の速度と基剤の分解吸収速度の調整が容易となり、
生体材料として優れた特性のものとなる。
また、基剤自体は生体との親和性に優れ、従って生体内
での異物反応がなく、骨形成因子による骨形成能が充分
に発揮される。
(実施例) 以下に本発明の実施例を掲げ更に説明を行うが、本発明
はこれらに限定されるものではない。
実施例1 温度計、窒素導入管、排気口を備えた内容積300mlの反
応器に、数平均分子量1490のポリ−dl−ラクチド50.0g
とポリエチレングリコール(キシダ化学(株)製製試薬、
平均分子量570〜630)36.2gを加え、205℃のオイルバス
中に浸漬し、窒素導入下で5時間反応を行った。
反応後、得られた液状のブロック共重合体を300mlの水
に分散させ、これを80℃に加熱して生成した沈殿物を分
取し、ポリマーの精製処理を行った。
また別に、同様の反応器に数平均分子量610の1−乳酸
−グリコール酸共重合体(1−乳酸含量46モル%)110g
とポリエチレングリコール(平均分子量190〜210)90g
を加えて16時間反応を行い、反応後同様に精製処理を行
った。
更に、数平均分子量390のポリ−1−ラクチド500gとポ
リエチレングリコール(平均分子量300)463gを同様に
8時間反応させ、反応後精製処理を行った。
この様にして得られた各種ブロック共重合体基剤の酸価
を、JIS K6901(液状不飽和ポリエステル樹脂試験方
法)の酸価測定法に基づき測定した。また、1H-NMRによ
りポリエチレングリコール由来の-CH2-O-基の有無を確
認した。
これらの結果を第1表に示した。
一方、文献(Takaoka,K et al,Biomedical Rese arch,2
(5),466(1981))に記載する方法により、骨形成因子(B
MP)を得た。
この骨形成因子10mgを、0.01Nの塩酸0.5mlに溶解して2w
/v%の溶液とし、この溶液と実施例1で製造した基剤
(No.1)の1000mgを5℃で混合した。混合後、りん酸
緩衝液0.05mlを加えてpH7.4に調整混合した後、凍結
し、これを骨形成因子1mg含有するように切断した。こ
れを更にγ線(eoCo 2.5Mrad)を用いて滅菌処理を行っ
た。
この骨形成材料をマウス(8週)の背部筋膜下に移植し
た。
3週間後の移植片の湿重量を測定し、また軟質X線によ
り骨組織の状態を調べた結果、繊維状の骨梁が見られ、
骨の形成が確認された。
結果を第2表に示した。
実施例2 実施例2で使用した骨形成因子の所定量と、実施例1で
製造した基剤(No.2、No.3)の所定量とを37℃で混合
した。
混合後、これをりん酸緩衝液でpH7.4に調整し、更にγ
線を用いて滅菌処理した後、試験管ミキサーを用いてホ
モジナイズを行った。
この骨形成材料をマウス(8週)の背部筋膜下に注射器
で移植し、3週間後の移植片の湿重量と軟質X線により
骨組織の状態を調べた。
これらの結果を第2表に示した。
比較例1 実施例2で用いた本発明の基剤に代えて、アテロコラー
ゲンの1%溶液((株)高研製)、ポリ−dl−ラクチド
(数平均分子量990)を用いて同様に試験を行った。
また、基剤を使用せずに骨形成因子のみで同様に試験を
行った。
これらの結果を第3表に示した。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】乳酸及び/又はグリコール酸の重合体又は
    共重合体とポリエチレングリコールとを反応させてなる
    徐放性基剤を骨形成因子の支持体として使用したことを
    特徴とする生体材料。
JP1023052A 1989-01-31 1989-01-31 生体材料 Expired - Lifetime JPH0622570B2 (ja)

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