JPH06296679A

JPH06296679A - 医科歯科用セメント材料

Info

Publication number: JPH06296679A
Application number: JP5084970A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Namikawa; 和彦南川; Tomihito Sugihara; 富人杉原; Yoshinobu Bandai; 佳宣萬代; Koji Nagatomi; 功治永冨; Hiroshi Inoue; 宏井上; Takanori Eto; 隆徳江藤; Yasuo Azezaki; 泰男畦崎
Original assignee: Nitta Gelatin Inc
Current assignee: Nitta Gelatin Inc
Priority date: 1993-04-12
Filing date: 1993-04-12
Publication date: 1994-10-25
Anticipated expiration: 2011-10-16
Also published as: JP2544075B2

Abstract

(57)【要約】【目的】操作性に優れて修復部位の内面形状に適合し
やすく、さらに、生体親和性が良く、生体組織と置きか
わることのできる医科歯科用セメント材料を提供する。【構成】粉成分と液成分とからなる医科歯科用セメン
ト材料であって、前記粉成分として少なくとも化学活性
を有するリン酸カルシウム化合物を含み、前記液成分と
して少なくとも水を含み、ゼラチンおよび酸を必須成分
とすることを特徴とする医科歯科用セメント材料。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、骨欠損部や骨空隙部
の修復、および覆髄や根管充填に用いる医科歯科用セメ
ント材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、抜歯等により生じた骨欠損部や骨
空隙部の修復用の充填材として、ハイドロキシアパタイ
トあるいはその前駆体のβ−リン酸三カルシウムの顆
粒、ブロック体等が用いられている。ハイドロキシアパ
タイトやβ−リン酸三カルシウムは、生体に対して無害
ではあるが、長時間体内にあっても硬組織との一体化は
できず、硬組織と表面上で接着されているにすぎない。

【０００３】これらは、充填する際には、顆粒はスラリ
ー状にして使用するが、充填部位から漏出しやすく、作
業性が悪い。一方、ブロック体は充填部位の形状に合わ
せて加工する必要があり、複雑な部位の場合には、適合
させることが難しい。また、これらの充填材は物理的刺
激による繊維組織による被包化や、当該材が塩基性であ
るため、埋入周囲組織の出血のため軟組織には使用でき
ない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】したがって、この発明
は、操作性に優れて修復部位の内面形状に適合しやす
く、さらに、生体親和性が良く、生体組織と置きかわる
ことのできる医科歯科用セメント材料を提供することを
課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明にかかる医科歯科用セメント材料は、粉成
分と液成分とからなる医科歯科用セメント材料であっ
て、前記粉成分として少なくとも化学活性を有するリン
酸カルシウム化合物を含み、前記液成分として少なくと
も水を含み、ゼラチンおよび酸を必須成分とすることを
特徴とする。

【０００６】この発明に粉成分として用いられる化学活
性を有するリン酸カルシウム化合物としては、α−リン
酸三カルシウム（以下、α−ＴＣＰと記す）、リン酸四
カルシウム（以下、４ＣＰと記す）、リン酸八カルシウ
ム（以下、ＯＣＰと記す）等が挙げられる。これらは、
たとえば、生体内や口腔内において、生体硬組織の主成
分であるハイドロキシアパタイト（以下、ＨＡｐと記
す）へ徐々に転化し、生体硬組織と一体化し得るもので
ある。上記化学活性を有するリン酸カルシウム化合物
は、単独で用いても２種以上を併用してもよい。

【０００７】この発明において、ゼラチンを必須成分と
することにより、硬化後のセメント材の強度を高めるこ
とができる。また、ゼラチンのカルボキシル基がＯＣＰ
またはアパタイトの水酸基やリン酸基と一部置換して炭
酸アパタイト（以下、ＣＯ₃−Ａｐと記す）が生成す
る。ＣＯ₃−Ａｐは、生体組織と完全に置きかわること
ができる。

【０００８】この発明に用いられるゼラチンとしては、
局方ゼラチン、水溶性ゼラチン（「ゼラチン２１」新田
ゼラチン社製）等が挙げられるが、パイロジェンフリー
ゼラチンが特に好ましい。パイロジェンフリーゼラチン
は、生体への為害性が少ないからである。ここで、パイ
ロジェンフリーゼラチンとは、細菌の内毒素（高分子リ
ポポリサッカライド）等の発熱物質を除去したゼラチン
である。パイロジェンフリーゼラチンは、たとえば、ゼ
ラチンの原料であるオセインまたは獣皮をアルカリ処理
してパイロジェンフリー水で洗浄した後、ゼラチンを抽
出する方法（米国特許第４３７４０６３号参照）、ゼラ
チンを加水分解した後、限外濾過膜を透過させてパイロ
ジェンを濾別除去する方法（特開昭５６−６８６０７号
公報参照）等によって得ることができる。

【０００９】この発明において、酸の役割は以下の通り
である。無機酸および酢酸は、生体硬組織と類似の硬化
体の生成を促進する。有機酸は、セメント材料の硬化を
促進し、硬化物の高度を高める。また、カルボン酸の場
合には、ゼラチンと同様、カルボン酸のカルシウム塩ま
たはＣａＣＯ₃とＨＡｐ、ＯＣＰとが二次反応してＣＯ
₃−Ａｐを生成する。

【００１０】この発明に用いられる酸としては、特に限
定はされず、カルボキシル基を有する有機酸特にキレ─
ト力のあるジまたはトリカルボン酸等が挙げられるが、
生体内のクエン酸回路で合成される有機酸が特に好まし
い。クエン酸回路で合成される有機酸は、生体への為害
性が少ないからである。具体的には、クエン酸、イソク
エン酸、オキソグルタル酸、スクシニルＣｏ−Ａ、コハ
ク酸、フマル酸、リンゴ酸、オキサロ酢酸等が挙げられ
る。また、アミノ酸およびポリアミノ酸も生体為害性が
なく、具体的には、アスパラギン酸、グルタミン酸等お
よびそれらの重合体、共重合体が挙げられる。上記酸
は、単独で用いても２種以上を併用してもよい。

【００１１】上述のゼラチンは、微粉化することによっ
て、粉成分としての化学活性を有するリン酸カルシウム
化合物に粉成分として添加してもよく、液成分に溶解さ
せて使用してもよい。酸もまた同様である。この発明で
は、生体組織と完全に置きかわることのできるＣＯ₃−
Ａｐの生成が重要な効果を与える。化学活性を有するリ
ン酸カルシウム化合物は、転化して、ＯＣＰ、ＨＡｐ、
ＣＯ₃−Ａｐ等を生成するが、これらの生成物中のＣＯ₃
−Ａｐの割合は、種結晶になる程度（数％）以上が好ま
しい。そのためには、カルボキシル基を供給するゼラチ
ンと化学活性を有するリン酸カルシウム化合物との割合
は、０．００２５：１〜０．０１：１が好ましい。な
お、カルボン酸を使用する時は、ゼラチン量を加減でき
る。

【００１２】この発明の医科歯科用セメント材料は、上
記粉成分と液成分を練和し、パテ状として使用される。
この発明のセメント材料は、練和後１〜５分でパテ状と
なる。使用に際しては、粉成分の重量／液成分の重量
（粉液重量比。以下、「Ｐ／Ｌ比」と記す）＝１．８〜
２．３の比率で練和されることが好ましい。この範囲を
外れて粉成分が多い場合には練和中に粉成分の全量を液
成分と混ぜ合わすことができないおそれがあり、液成分
が多い場合にはセメントの流動性が大きくなり成形がで
きないおそれがある。

【００１３】このパテ状セメント材は、たとえば、２〜
１０分間で硬化してしまい変形できなくなるので、それ
までの間にこのパテ状セメント材を、たとえば、通常の
やり方に従って患部に充填する。充填されたパテ状セメ
ント材は、生体内または口腔内の環境下で、たとえば、
３日間で完全にＨＡｐ、炭酸アパタイト（以下、ＣＯ ₃
−Ａｐと記す）へ転化し、一部新生骨に置換され、生体
組織と一体化する。

【００１４】また、患部へパテ状セメント材を直接充填
し成形体を得た後、取り出してオートクレーブ処理を行
って硬化させ、再度この成形体を患部へ充填してもよ
い。オートクレーブ処理を行うことにより、ＨＡｐ、Ｃ
Ｏ₃−Ａｐの生成を促すことができ、さらに、炎症の原
因となる未反応の酸を除去することができる。なお、オ
ートクレーブ処理を行うと成形体の強度がやや低下する
ため、たとえば、海綿骨や軟組織や歯肉等の成形体の強
度があまり必要とされない部位にこの充填方法を適用す
ればよい。

【００１５】

【作用】この発明にかかる医科歯科用セメント材料は、
生体内で転化して生体硬組織の主要成分であるＨＡｐ、
ＣＯ₃−Ａｐを生成する。ＣＯ₃−Ａｐは、酸またはゼラ
チンのカルボキシル基が反応し、ＨＡｐの水酸基または
リン酸基の一部を置換することによって生成する。とこ
ろで、ＨＡｐは、破骨細胞による貪食を受けないため、
骨芽細胞による骨の生成が行われない。このため、生体
組織と完全には置きかわらず、表面上で接着しているに
すぎない。一方、ＣＯ₃−Ａｐは、破骨細胞により貪食
されるため、骨芽細胞による骨の生成が行われる。この
ため、生体組織と完全に置きかわることができる。した
がって、この発明にかかる医科歯科用セメント材料は、
生体親和性に優れている。

【００１６】また、この発明にかかる医科歯科用セメン
ト材料は、ゼラチンを必須成分とするため、練和時の操
作性が良く、硬化後の成形体は高強度である。

【００１７】

〔測定方法〕

（１）硬化時間ＪＩＳ−Ｔ−６６０２の歯科用リン酸亜鉛セメントの硬
化時間測定方法に準じた。すなわち、硬化性材料を練和
したもの（セメント泥）を直径１０mm、高さ５mmのリン
グに満たし、練和開始から３分後に室温３７℃、相対湿
度９５％以上の環境下で質量３００ｇのビカ─針（針の
断面積１mm²）の圧痕がつかなくなるまでの時間を硬化
時間とした。硬化時間は、３回の測定値の平均を１５秒
単位で丸めて表した。（２）破砕抗力内径６mm、高さ１２mmの円筒状ステンレス金型にセメン
ト泥を充填し、両端を肉厚のガラス板で挟み、加圧し
た。練和開始３分後、加圧したまま温度３７℃、相対湿
度１００％の恒温器中に移した。３０分後、硬化物を金
型から取り出し、３７℃の蒸留水中に浸漬し、練和開始
２４時間後に蒸留水から取り出し、試験片とした。この
試験片を島津オートグラフＡＧ−２０００Ａを用いて破
砕抗力を測定した。クロスヘッドスピードは１mm／分、
測定は１０個の試験片について行い、その総平均値の−
１５％以下の数値を除いた残りの数値の平均値を測定値
とした。ただし、総平均値の−１５％以下の数値が２個
以上の時は、再試験を行った。（３）崩壊率崩壊率試験は、次の各号の順序により行う。

【００１８】（a) 標準ちょう度のセメント０．５ｍｌ
を２回計量し、ガラス板の上にとる。（b) この２個の試験片に質量既知の適当な長さの耐酸
性細線を挿入する。 (c) これを他のガラス板で軽く圧接してセメントの直
径を約２０ｍｍとし、練和を開始したときから３分を経
過したとき、温度３７℃、相対湿度１００％の恒温器中
に移す。

【００１９】(d) 練和を開始したときから１時間を経
過したとき、２個の試験片をガラス板から剥離し、直ち
に質量既知の内容積約１００ｍｌの共せんガラスびんに
入れて栓をし、秤量する。 (e) この質量とびん及び細線の合計質量との差を求
め、試験片の質量ととする。

【００２０】(f) これに５０ｍｌの蒸留水を入れ、２
個の試験片を細線をもって水中に懸垂させ、軽くせんを
して温度３７℃の恒温器中に２４時間保つ。 (g) 試験片をびんから取り出し、その表面に結晶の析
出が有るかどうかを調べる。 (h) ガラスびんを水浴上で加熱して蒸発させ、さらに
温度１５０℃の恒温器中で、びんの質量変化が２４時間
につき０．５ｍｇ以下になるまで乾燥させる。

【００２１】(i) 次にデシケ─タの中に入れて放冷し
た後、びんを秤量する。 (j) この値からもとのガラスびんの質量を引いて蒸発
残留物の質量を求め、試験片のもとの質量に対する％を
求め、これを崩壊率とする。（４）硬化体ｐＨコンパクト・ピーエイチ・メーター(COMPACT pH METER)
（商品名「ＣＡＲＤＹ」、堀場製作所製）を用いて測定
した。まず初めに、コンパクト・ピーエイチ・メーター
のセンサーの上に吸水紙を載せ、蒸留水を２〜３滴注い
で紙を湿らせた。次に、湿らせた吸水紙の上に、硬化性
材料を１分間練和したもの（セメント泥）を流し込み、
練和開始から５分後、１５分後、３０分後、４５分後、
６０分後、７５分後、９０分後にそれぞれ常温下でセメ
ント材料の練和物近傍で測定したｐＨ値を、セメント泥
ｐＨとした。また、練和開始後２４時間の成形体のｐＨ
を同様に測定して、成形体のｐＨとした。（５）Ｘ線回析粉末Ｘ線回析装置（ＭＸＰ³、マックサイエンス社製）
を用いて、同定した。（６）走査電顕走査電子顕微鏡（ＣＳ−２１００Ａ型、株式会社日立製
作所製）で表面を観察した。

【００２２】−実施例− 粉成分として、粒子径３２μｍ以下のリン酸４カルシウ
ム（Ｃａ₄（ＰＯ₄）₂Ｏ）と、粒子径３２μｍ以下のリ
ン酸カルシウム２水和物（ＣａＨＰＯ₄・２Ｈ₂Ｏ）を等
モルずつ混合した。一方、液成分として、ゼラチン（牛
骨由来）を０．５％（ｗ／ｖ）含む４０％（ｗ／ｗ）ク
エン酸水溶液を調製した。これらの粉成分と液成分を、
Ｐ／Ｌ比＝２．０で組み合わせてセメント材料を得た。

【００２３】−比較例− 液成分にゼラチンを含まないこと以外は、実施例と同様
にしてセメント材料を得た。実施例、比較例のセメント
材料について、上述の物性測定を行った。結果を表１、
図１〜７に示した。なお、以下でオートクレーブ処理
は、１２１℃、２ａｔｍ、２５分行った。

【００２４】

【表１】

【００２５】１．硬化時間表１にみるように、練和物は、実施例、比較例ともに、
練和開始後約１分３０秒よりパテ状を呈し、２〜３分の
間に硬化を完了した。２．破砕抗力表１にみるように、初期硬化後の成形体の破砕抗力は、
実施例、比較例ともに、オートクレーブ処理を行ったも
のでは、処理前に比べて約１／２以下の強度に低下した
値を示した。３．崩壊率表１にみるように、崩壊率は、ゼラチンを含む実施例
が、比較例よりも若干高い値を示した。４．硬化体ｐＨ図１にみるように、実施例、比較例ともに、硬化反応直
後は一時的に低いｐＨ値を示すが、硬化に伴い経時的に
中性付近に推移した。また、硬化２４時間後の成形体の
ｐＨも、双方とも、未反応な酸の徐放に伴って経時的に
ｐＨ６付近に推移した。５．Ｘ線回析実施例、比較例について、初期硬化後の硬化体（ａ）、
それら硬化体を水中に浸漬させたもの（ｂ）、初期硬化
後オートクレーブ処理した硬化体（ｃ）の３種について
Ｘ線回析を行った。結果をそれぞれ図２〜７に示した。
各チャートの上に付した記号は上記（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）に対応する。

【００２６】図８は、ＨＡｐ、４ＣＰ、リン酸水素カル
シウム二水和物（以下、ＤＣＰＤと記す）、リン酸水素
カルシウム（以下、ＤＣＰＡと記す）、炭酸カルシウム
（ＣａＣＯ₃）のＸ線回析結果である。図２〜７より、
実施例、比較例ともに、その結晶形態は、図８に示され
るような、主に多種のリン酸カルシウムが混ざり合った
アモルファスな結晶形態であることが分かる。ところ
が、その主なピークは条件変化に伴い変わっていき、初
期硬化反応のみでは未反応ＤＣＰＤのピークが顕著であ
り、ＨＡｐとＣＯ₃−Ａｐとの混合物（以下アパタイト
と略す）の生成はあまり進行していない。水中に浸漬さ
せたものでは、ＤＣＰＤからＤＣＰＡへの主要ピークの
変化が確認されるが、依然として未反応な４ＣＰのピー
クが残存し、生成したアパタイトは低結晶なものであ
る。一方、硬化体にオートクレーブ処理を行うと、ほぼ
純粋なＣＯ₃−Ａｐに置換しており、オートクレーブ処
理によりＣＯ₃−Ａｐの生成が促進されたことが分か
る。

【００２７】これらの生成アパタイトは、初期硬化反応
後より炭酸カルシウムのピークが多く確認されることよ
り、近年、より生体骨に近いとされるＣＯ₃−Ａｐが生
成されていると考えられる。生体骨近似なＣＯ₃−Ａｐ
は、化学活性のないセラミックスタイプのＨＡｐとは異
なり、化学活性が高く、生体骨との界面結合のみならず
骨と置換し得るものであり、生体材料として非常に好ま
しい。ＣＯ₃−Ａｐの炭酸の供給源は、酸やゼラチンの
有するカルボキシル基が置換したものであると考えられ
る。

【００２８】また、オートクレーブ処理によって、過剰
な酸が除去され、生体組織に与える為害作用は少なくな
る。しかし、破砕抗力の結果にみられた様に、オートク
レーブ処理でＣＯ₃−Ａｐが生成されることにより、そ
れまで骨材効果を発揮していた未反応物質が無くなり、
硬化体内部の強度が、主に生成したＣＯ₃−Ａｐ結晶同
士の絡み合いによって維持されることになるため、強度
低下が起こる。この発明のセメント材料は、長期にわた
って高い圧縮強度を必要とするものではないが、初期に
おいてはある程度の強度維持が望ましいと考えられる。

【００２９】−応用例１− この発明のセメント材料の組織親和性を検討するため、
実施例のセメント材料をオートクレーブ処理したものを
ラットの皮下に埋入した。（方法）ＳＤラット７週齢雄の背面の体毛を除去し、エ
タノ─ルヒビテンで洗浄後、同部位を切開、筋膜を剥離
した。前述の成型体を剥離筋膜下に埋入、すみやかに縫
合したのち、抗菌スプレ─を用いて創面をコ─ティング
した。所定期間後に屠殺し、採取した成型体をエタノ─
ルにて洗浄後試験に供した。

【００３０】−比較応用例１− 比較例のセメント材料を用いた以外は、応用例１と同様
に行った。応用例１、比較応用例１のセメント材料につ
いて、上述の物性測定を行った。結果を図９〜１１に示
した。１．破砕抗力セメント材料をラット背部皮下へ埋入したものの経時的
な破壊抗力を図９に示す。図９より、比較応用例はほぼ
直線的に強度が低下していくのに対し、応用例では強度
の低下は緩やかであり、２週以後は強度が１５０kgf/cm
²以上で維持されていることが分かる。２．Ｘ線回析セメント材料をラット背部皮下へ埋入したものの経時的
な反応生成物を同定した結果を図１０（応用例１）、図
１１（比較応用例１）に示す。図１０、１１より、応用
例１は比較応用例１に比べ、アパタイト結晶の成長が比
較的遅れて開始されている。よって、強度低下を及ぼす
アパタイト結晶の成長が比較的早い比較応用例では、強
度低下が顕著であると考えられ、破砕抗力の結果と一致
している。３．走査電顕Ｘ線回析に供した試料と同じものを走査型電子顕微鏡で
観察したところ、応用例１については表面に繊維状の物
質が確認されたが、比較応用例１には繊維状の物質は確
認されなかった。この繊維状の物質はゼラチン繊維と思
われる。すなわち、オートクレーブ処理を行っても一部
のゼラチン繊維は残存することを示す。これらがオート
クレーブ処理により丈夫な網目状繊維物を形成し、生体
内での硬化体自体の崩壊を緩やかにして、アパタイト結
晶の成長を遅延させ、初期における強度維持に効果をも
たらしていると考えられる。

【００３１】−応用例２− ゼラチンをパイロジェンフリーゼラチン「ビスタプラズ
マ」( 新田ゼラチン)に置きかえた他は実施例と同様の
セメント材料を用いて、応用例１と同様に行った。これ
について、破砕抗力、Ｘ線回析、走査電顕の結果を表２
および図１２に示す。図１２にみるように、初期（〜１
週）においては、応用例１とほぼ同様の結果を示してい
る。したがって、より生体親和性が高いパイロジェンフ
リーゼラチンを用いることが望ましい。応用例２につい
ても、表面に繊維状の物質が確認された。

【００３２】

【表２】

【００３３】

【発明の効果】この発明の医科歯科用セメント材料は、
操作性に優れて修復部位の内面形状に適合しやすく、さ
らに、生体親和性が良く、生体組織と置きかわることが
できる。したがって、抜歯後の歯槽堤形成のための歯槽
骨、顎骨への充填や、歯牙組織、骨組織への直接充填、
接着材や固着材等への利用も可能である。また、ゼラチ
ンとしてパイロジェンフリーゼラチンを用いれば、出血
歯槽骨充填患部での止血効果もある。パイロジェンフリ
ーゼラチンの含有量を多くすれば、膜状成形物も作製で
きるので、ＧＴＲ（Guided Tissue Regeneration）法に
用いる生体吸収性膜としての用途にも有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例および比較例のセメント泥、成形体のｐ
Ｈの経時的変動を示す。

【図２】実施例の硬化体のＸ線回析装置によるチャート
(a)を示す。

【図３】実施例の硬化体のＸ線回析装置によるチャート
(b)を示す。

【図４】実施例の硬化体のＸ線回析装置によるチャート
(c)を示す。

【図５】比較例の硬化体のＸ線回析装置によるチャート
(a)を示す。

【図６】比較例の硬化体のＸ線回析装置によるチャート
(b)を示す。

【図７】比較例の硬化体のＸ線回析装置によるチャート
(c)を示す。

【図８】ＨＡｐ、４ＣＰ、ＤＣＰＤ、ＤＣＰＡ、ＣａＣ
Ｏ₃のＸ線回析装置によるチャートを示す。

【図９】応用例１および比較応用例１の硬化体の破砕抗
力の経時的変動を示す。

【図１０】応用例１の硬化体のＸ線回析装置によるチャ
ートを示す。

【図１１】比較応用例１の硬化体のＸ線回析装置による
チャートを示す。

【図１２】応用例２の硬化体のＸ線回析装置によるチャ
ートを示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者永冨功治大阪府八尾市二俣２丁目22番地新田ゼラチン株式会社大阪工場内 (72)発明者井上宏大阪府堺市浜寺昭和町２―182―２ (72)発明者江藤隆徳大阪府吹田市千里山西５―19―２ (72)発明者畦崎泰男大阪市旭区今市１―１―11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粉成分と液成分とからなる医科歯科用セ
メント材料であって、前記粉成分として少なくとも化学
活性を有するリン酸カルシウム化合物を含み、前記液成
分として少なくとも水を含み、ゼラチンおよび酸を必須
成分とすることを特徴とする医科歯科用セメント材料。
【請求項２】酸がクエン酸回路で合成される酸および
／またはグルタミン酸，アスパラギン酸およびそれらの
重合体である請求項１記載の医科歯科用セメント材料。
【請求項３】ゼラチンがパイロジェンフリーゼラチン
である請求項１または２記載の医科歯科用セメント材
料。