JPH0698185B2 - 骨セメント - Google Patents

骨セメント

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JPH0698185B2
JPH0698185B2 JP3021640A JP2164091A JPH0698185B2 JP H0698185 B2 JPH0698185 B2 JP H0698185B2 JP 3021640 A JP3021640 A JP 3021640A JP 2164091 A JP2164091 A JP 2164091A JP H0698185 B2 JPH0698185 B2 JP H0698185B2
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styrene
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terpolymer
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    • A61L24/00—Surgical adhesives or cements; Adhesives for colostomy devices
    • A61L24/04—Surgical adhesives or cements; Adhesives for colostomy devices containing macromolecular materials
    • A61L24/06—Surgical adhesives or cements; Adhesives for colostomy devices containing macromolecular materials obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30—Joints
    • A61F2/46—Special tools or methods for implanting or extracting artificial joints, accessories, bone grafts or substitutes, or particular adaptations therefor
    • A61F2002/4631—Special tools or methods for implanting or extracting artificial joints, accessories, bone grafts or substitutes, or particular adaptations therefor the prosthesis being specially adapted for being cemented
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/02—Materials or treatment for tissue regeneration for reconstruction of bones; weight-bearing implants

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は骨セメント組成物に関す
る。より詳細には本発明は、液体成分がアクリル酸エス
テルの単量体からなり、粉末成分がメタクリル酸メチル
とメタクリル酸ブチルとスチレンとの三元重合体からな
る骨セメントに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】骨セメントは各種の用途に広く使用され
ている。たとえば、これらは移植物を所定個所に固定す
るため、関節の内部補綴材を固定するため、頭骨の欠陥
部を処置する際、或いは脊髄融合術を行なうために用い
られる。これらセメントは典型的には高分子材料であ
り、一般に外科医は手術過程の適当な段階で相互作用成
分を混合してセメントを作成する。典型的には、骨セメ
ントの各成分はメタクリル酸メチルの粉末単独重合体も
しくは共重合体と適当な液体単量体、たとえばメタクリ
ル酸メチルとで構成される。骨セメントの重合を促進さ
せるには、触媒系を用いることもできる。存在させる場
合、触媒は一般に有機ペルオキシ化合物（たとえば過酸
化ジベンゾイル）と還元性成分（たとえばｐ−トルイジ
ン）とを含有する酸化還元触媒系の形態である。
【０００３】たとえば骨セメント／移植材の組合せ物が
人体内に挿入された後、外科医がその後に移植材をＸ−
線により検査しようと思う場合は、重合体および／また
は単量体が比較的放射線透過性であるため、乳白剤とも
呼ばれる放射線不透過材を高分子骨セメントに添加す
る。この種の乳白剤の例はたとえば硫酸バリウムのよう
なバリウム塩、並びにたとえば酸化ジルコニウムおよび
酸化亜鉛のような他の塩類である。これら乳白剤は必要
な放射線不透過性を与えるが、機械的性質（たとえば硬
化した骨セメントの横面強度および圧縮強度）を低下さ
せる傾向を示すことが報告されている。機械的強度の低
下というこの問題に対する解決策は多くの特許文献に示
されている。
【０００４】米国特許第 4,500,658号は、乳白剤を懸濁
重合によりアクリル樹脂中に混入する方法を開示してい
る。
【０００５】欧州特許出願第 0218471号は、粉末成分と
単量体成分とからなる骨セメントを形成するための組成
物を開示しており、粉末成分は乳白剤の粒子を混入した
メタクリル酸エチル重合体ビーズからなり、単量体成分
はメタクリル酸ｎ−ブチルからなっている。
【０００６】米国特許第 4,341,691号は液体メタクリル
酸メチル単量体と粉末ポリメタクリル酸メチルビーズと
からなる低粘度の骨セメントを開示しており、ここでポ
リメタクリル酸メチルビーズの85〜95％は40メッシュお
よび 100メッシュ篩を通り、残余の５〜15％は40メッシ
ュ篩を通過するが 100メッシュ篩を通過しない。
【０００７】米国特許第 4,554,686号は、凍結したポリ
メタクリル酸メチル骨セメントを開示している。
【０００８】米国特許第 4,268,639号は、ポリメタクリ
ル酸メチルおよび／またはポリ（メタクリル酸２−ヒド
ロキシエチル）の微粉化された固体の重合体相をメタク
リル酸メチルおよび／またはメタクリル酸２−ヒドロキ
シエチルの液状単量体相と、1.5 〜 3.3：１の重合体
相：単量体相の重量比にて混合することにより製造され
る骨セメントを開示している。
【０００９】英国特許第 1,532,318号は、水中にエマル
ジョンとしてメタクリル酸メチルを含む液体成分と、微
細状態でポリメタクリル酸メチルを含む粉末成分とから
なる骨セメントを開示している。
【００１０】米国特許第 4,837,279号は、(a) アクリル
酸エステルの単量体からなる液体成分と、(b) 粉末成分
の重量に対し(1) ０〜約20％のメタクリル酸メチル単独
重合体、(2) 約30〜約60％のメタクリル酸メチル−スチ
レン共重合体、および(3) 約30〜約60％のメタクリル酸
メチル−メタクリル酸ブチル共重合体からなる粉末成分
とで構成された骨セメントを開示している。乳白剤を粉
末成分中に混入することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする問題点】現存する骨セメント
組成物は一般に手術の時点で手により混合される結果、
約30MPa の最大引張強さと約 0.015歪率の最大引張変形
とを有するに過ぎぬ。減圧混合および遠心分離のような
セメントの新規な混合方法を導入することにより、骨セ
メントの引張強度における多少の改善が報告されてい
る。意図する目的に有用であると共に、一層高い最大引
張変形（すなわち、一層高い歪率にも破損しない能力）
を示す骨セメント組成物を得ることが極めて望ましい。
【００１２】本発明による三元重合体は単一の重合体連
鎖中に最適量の所望の化学基を可能にするので、骨セメ
ントの機械的性質を変化させる一層特異的な方法が提供
される。
【００１３】
【発明の要点】本発明によれば、(a) アクリル酸エステ
ルの単量体からなる液体成分と、(b) メタクリル酸メチ
ルとメタクリル酸ブチルとスチレンとの三元重合体から
なる粉末成分とで構成された骨セメント組成物が提供さ
れる。たとえば遊離基安定剤（たとえばハイドロキノ
ン）および重合促進剤（たとえばＮ，Ｎ−ジメチルパラ
トルイジン）のような追加物質も成分(a) 中に混入する
ことができる。
【００１４】好適具体例において、本発明の骨セメント
組成物は粉末成分の重量に対し55〜89.5％のメタクリル
酸メチルと10〜40％のメタクリル酸ブチルと 0.5〜5.0
％スチレンとの三元重合体を含む。粉末成分中には乳白
剤をも混入することができる。
【００１５】他の実施態様において、本発明はメタクリ
ル酸メチルとメタクリル酸ブチルとスチレンとの三元重
合体からなる骨セメント組成物用の先駆体として有用な
粉末成分に向けられる。
【００１６】さらに本発明は、(a) アクリル酸エステル
の単量体からなる液体成分と、(b) メタクリル酸メチル
とメタクリル酸ブチルとスチレンとの三元重合体からな
る粉末成分とで構成された骨セメント組成物の製造方法
にも向けられる。
【００１７】本発明による骨セメント組成物の成分(a)
は、アクリル酸エステルの液体単量体からなっている。
「アクリル酸エステル」という用語は、好ましくはエス
テル部分にＣ1 〜Ｃ4 アルキル基を有するアクリレート
を意味する。好適なアクリル酸エステルはメタクリル酸
エステルであって、中でも特に好適な液体成分はメタク
リル酸メチルである。この液体成分は式
【００１８】
【化１】 によって示される。
【００１９】さらに、液体単量体はたとえばＮ，Ｎ−ジ
メチルパラトルイジンのような重合促進剤を含有するこ
とができる。さらに、液体単量体はたとえばハイドロキ
ノンのような遊離基安定剤をも含有することができる。
ハイドロキノンは、たとえば熱や光や化学試薬のような
条件下で生じうる尚早な重合を防止するよう作用する。
【００２０】骨セメント組成物の粉末成分はメタクリル
酸メチルとメタクリル酸ブチルとスチレンとの三元重合
体であって、好ましくは約 500,000〜約1,500,000 の平
均分子量を有する。好適範囲は、粉末成分の重量に対し
55〜89.5％のメタクリル酸メチルと10〜40％のメタクリ
ル酸ブチルと 0.5〜５％のスチレンとである。スチレン
とメタクリル酸メチルとメタクリル酸ブチルとの三元重
合体における粒度分布は約50〜約500 ミクロンの範囲と
することができ、好ましくは粒子の50％は 100〜200 ミ
クロンである。
【００２１】メタクリル酸メチルとメタクリル酸ブチル
とスチレンとの三元重合体は、次式
【００２２】
【化２】 の各化学基を一本の高分子連鎖内にランダムな順序で有
する重合体である。
【００２３】重合体連鎖内における各化学基の割合は、
反応する単量体の初期量によって決定される。
【００２４】さらに、粉末成分は乳白剤をも含有するこ
とができる。乳白剤は、この目的で知られた任意のもの
から選択することができる。その代表例は硫酸バリウ
ム、酸化亜鉛および酸化ジルコニウムを包含する。好ま
しくは、乳白剤は粉末成分の重量に対し約５〜約10重量
％の濃度で添加される。また、たとえば着色剤、追加触
媒、抗生物質などの追加物質を粉末成分に添加すること
もできる。
【００２５】液体成分(a) と粉末成分(b) とを無菌条件
下で合して骨セメント組成物を得る。好適な滅菌方法
は、特に粉末成分については照射、また液体単量体につ
いては細菌学的濾過を包含する。
【００２６】骨セメント組成物を作成すべく液体成分
(a) と粉末成分(b) との組合せに関し本発明を説明した
が、メタクリル酸メチルとメタクリル酸ブチルとスチレ
ンとの三元重合体からなる粉末成分(b) 自身も本発明の
一部を構成することが当業者には了解されよう。
【００２７】さらに本発明は、本発明の骨セメント組成
物の製造方法にも向けられる。骨セメント組成物は、
(a) 上記液体成分を(b) 上記粉末成分と合することによ
り形成される。骨セメント組成物を形成させるための各
成分の添加順序は臨界的でないが、一般に粉末成分に対
し液体成分を添加するのが好適である。
【００２８】以上、本発明を一般的に説明したが、その
実施例につき以下説明する。これら実施例は決して本発
明を限定するものでないことを了解すべきである。
【００２９】
【実施例】次の２種の成分を合することにより骨セメン
ト組成物を作成した：(A) 20mlメタクリル酸メチル、お
よび(B) 40ｇのメタクリル酸メチルとメタクリル酸ブチ
ルとスチレンとの三元重合体。
【００３０】成分Ｂを３種の異なる分子量（Ｍｗ）で作
成し、次のように識別した：処方(1) 、(2) および(3)
［それぞれＭｗ：1,337,000 ；Ｍｗ：845,900 ；および
Ｍｗ：611,000 ］。
【００３１】処方(1) の三元重合体ビーズを形成させる
ための懸濁重合法は次の通りとした： (1) 15ｇのポリビニルアルコール（エア・プロダクツ・
エアボル523 ）を 285ｇの脱イオンした冷水に分散さ
せ、５％ポリビニルアルコール溶液とした。この溶液を
80℃まで加熱し、次いで室温（22℃）まで冷却した。
【００３２】(2) 次いで、 300ｇのこの溶液を、2700ｇ
の脱イオン水を含有すると共に撹拌機と凝縮器とアルゴ
ン吹込器とが装着された５リットルのフラスコに添加し
た。このフラスコを水浴に入れ、撹拌しながら１時間吹
き込んだ。
【００３３】(3) 別途に、次のように単量体ミックスを
作成した： 924ｇのメタクリル酸メチル（ローム・アン
ド・ハース社、10ppm のＭＥＨＱ）を240 ｇのメタクリ
ル酸ブチル（同社、10ppm のＭＥＨＱ）および36ｇのス
チレン（イーストマン・コダック社、10〜15ppm のｔＢ
Ｃ）と混合した。次いで14.4ｇの過酸化ベンゾイル（オ
ルドリッチ・ケミカル社）を添加し、この混合物を全成
分が溶解するまで振とうした。
【００３４】(4) 撹拌機速度を 150〜200rpmの範囲に調
節した。次いで上記単量体ミックスを細流状でフラスコ
に添加した。
【００３５】(5) 混合物を55℃にて18時間反応させた。
次いで、これを５倍容量の室温の水に注ぎ入れて冷却
し、次いで１時間にわたり沈降させた。
【００３６】(6) 三元重合体の極めて小さい粒子を含有
するミルク状の上澄液を捨てた。次いで、５倍容量の新
鮮水を添加した。次いで、この工程を上澄液が透明にな
るまで反復した。
【００３７】(7) 三元重合体をガラスフリットで濾過
し、数倍容量の水で洗浄し、次いで循環空気オーブン内
で風乾してほとんどの水分を除去した。
【００３８】(8) 次いで、三元重合体を現圧オーブン内
で50℃にて24時間にわたり乾燥させた。
【００３９】(9) 次いで、三元重合体を１mm篩で篩分し
て凝集物と融合粒子とを全て除去した。
【００４０】重量で77％のメタクリル酸メチルと20％の
メタクリル酸ブチルと３％のスチレンとよりなり、 1,3
37,000の分子量を有する三元重合体が得られた。上記手
順にしたがい処方２および３をも作成したが、ただし次
の量の各反応体を使用した： 処方２：1500ｇの水 150ｇの５％ポリビニルアルコール 385ｇのメタクリル酸メチル 100ｇのメタクリル酸ブチル 15ｇのスチレン 5ｇの過酸化ベンゾイル この処方は、 845,900の分子量を有する三元重合体をも
たらした。
【００４１】処方３：3000ｇの水 120ｇの５％ポリビニルアルコール 770ｇのメタクリル酸メチル 200ｇのメタクリル酸ブチル 30ｇのスチレン 12ｇの過酸化ベンゾイル この処方は、 611,000の分子量を有する三元重合体をも
たらした。
【００４２】工程(3) で使用した単量体は、低阻止剤級
で溶液に充分アルゴンを吹込むよう注意を払う限り、す
べて受入れたままで使用することができる。酸素含有量
が５ppm を越えなければ、工業級のアルゴンにて充分で
ある。窒素も同様に作用する。
【００４３】最終粒子寸法は撹拌に若干依存するが、当
業者には明らかなように粒子寸法は主としてポリビニル
アルコール濃度により調節することができる。分子量
は、浴温度および過酸化ベンゾイル濃度の調製により調
節することができる。分子量は温度に逆行して変化し、
より低い温度ではより高い分子量が得られる。
【００４４】成分Ｂを、混合前のγ線照射により滅菌し
た。成分Ａと成分Ｂの処方１，２もしくは３とを混合し
た後、組成物を硬化させ、次いでシンプレックス（登録
商標）Ｐを対照としてその応力および歪みに対する耐性
につき試験した。
【００４５】引張試験の説明 これら物質の軸方向引張特性は、ＡＳＴＭ−Ｄ− 638−
72（プラスチック引張特性に関する標準試験法）にした
がう。
【００４６】試料の作成 粉末成分と液体成分とを、エクセター（登録商標）セメ
ントガンの筒内で約２分間にわたり手で混合した。この
セメントをアルミニウム金型中に押出して硬化させた。
【００４７】得られた試料は標準IV型の偏平引張試験片
であった。これら引張試験片を塩水中で37℃にて７日間
にわたり老化させた。
【００４８】試験 インストロン1122試験装置にて室温で試験した。毎分５
mmのクロスヘッド速度を用いた。
【００４９】10％最大伸び率の伸び計を用いて変形を測
定し、破断点伸び率から歪率を計算した。応力は、破断
点負荷から計算した。弾性率は、負荷−変形曲線の初期
勾配から計算した。これらの試験結果を表１および図１
に示す。
【００５０】
【表１】 １：各処方は20mlの液体メタクリル酸メチル単量体（成
分Ａ）と40ｇの粉末（成分Ｂ）とで構成した． ２：応力及び弾性率の単位はいずれもＭＰａ． ３：対照との対比（百分率）． 試験した粉末三元重合体は、重量で77％のメタクリル酸
メチルと20％のメタクリル酸ブチルと３％のスチレンと
からのものであったが、粉末成分の重量に対し55〜89.5
％のメタクリル酸メチルと10〜40％のメタクリル酸ブチ
ルと 0.5〜５％のスチレンとからなる任意の三元重合体
も適している。
【００５１】本発明を幾つかの実施例につき説明した
が、本発明の思想および範囲を逸脱することなく多くの
改変をなしうることが明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、処方１の三元重合体による粉末成分
(B) に基づく表１の骨セメントについて、シンプレック
ス（登録商標）Ｐを対照とした。応力と歪率との関係図
である。図面は、本発明の三元重合体から作成された骨
セメントの応力−歪の曲線図である。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 (a) アクリル酸エステルの単量体からな
    る液体成分と、(b) メタクリル酸メチルとメタクリル酸
    ブチルとスチレンとの三元重合体からなる粉末成分とか
    らなることを特徴とする骨セメント組成物。
  2. 【請求項２】 粉末成分が、この粉末成分の重量に対し
    55〜89.5％のメタクリル酸メチルと10〜40％のメタクリ
    ル酸ブチルと 0.5〜５％のスチレンとからなる請求項１
    に記載の骨セメント組成物。
  3. 【請求項３】 成分(a) 中に遊離基安定剤と重合促進剤
    とをさらに混入してなる請求項１に記載の組成物。
  4. 【請求項４】 遊離基安定剤がハイドロキノンであり、
    重合促進剤がＮ，Ｎ−ジメチルパラトルイジンである請
    求項３に記載の組成物。
  5. 【請求項５】 粉末成分中に乳白剤をさらに含んでなる
    請求項１に記載の組成物。
  6. 【請求項６】 メタクリル酸メチルとメタクリル酸ブチ
    ルとスチレンとの三元重合体における粒度分布が50〜50
    0 ミクロンの範囲である請求項１に記載の組成物。
  7. 【請求項７】 粒子の少なくとも50％が約 100〜200 ミ
    クロンの範囲にある請求項６に記載の組成物。
  8. 【請求項８】 粉末成分が、この粉末成分の重量に対し
    77％のメタクリル酸メチルと20％のメタクリル酸ブチル
    と３％のスチレンとからなり、 1,000,000より大きい分
    子量を有する請求項６に記載の組成物。
  9. 【請求項９】 メタクリル酸メチルとメタクリル酸ブチ
    ルとスチレンとの三元重合体からなることを特徴とする
    骨セメント組成物用の先駆体として有用な粉末成分。
  10. 【請求項１０】 (a) アクリル酸エステルの単量体から
    なる液体成分と、(b) メタクリル酸メチルとメタクリル
    酸ブチルとスチレンとの三元重合体からなる粉末成分と
    を合することを特徴とする骨セメント組成物の製造方
    法。
JP3021640A 1990-01-25 1991-01-22 骨セメント Expired - Fee Related JPH0698185B2 (ja)

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US47119390A 1990-01-25 1990-01-25
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JPH05317404A JPH05317404A (ja) 1993-12-03
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KR (1) KR940006106B1 (ja)
AT (1) ATE113483T1 (ja)
AU (1) AU627394B2 (ja)
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