JPH10503210A - 生理活性ガラスへの生物学的活性分子の取り込み - Google Patents
生理活性ガラスへの生物学的活性分子の取り込みInfo
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Abstract
(57)【要約】
生物学的に活性な分子の制御された放出を提供するためのシリカ基ガラスからなる担体、その製造法および使用法が開示されている。担体はゾル−ゲル誘導法を用いて製造される。生物学的に活性な分子は製造の間にガラスのマトリックス内に取り込まれる。
Description
【発明の詳細な説明】
生理活性ガラスへの生物学的活性分子の取り込み
本出願は、係属中の1994年7月27日に出願された米国特許出願第08/
281,055号の一部係属出願である係属中の1995年3月17日に出願さ
れた米国特許出願第08/406,047号の一部係属出願である。技術分野
本発明はガラス、特に製造にゾル−ゲル誘導過程を用いる生理活性ガラスのマ
トリックス内への生物学的活性分子の取り込みに関する。背景技術
筋骨格障害は多数のアメリカ人の健康および生活の質に実質的な影響を与えて
いる。骨折の遅延性治癒および非癒合は整形分野において、引き続いての挑戦的
事項である。これらの問題を処置する通常の方法は自原的(autogenou
s)骨移植片と組み合わせた骨接合板または骨接合用ネジの使用である。
天然の複合物質として自原的骨移植片は骨形態形成的(osteocondu
ctive)および骨誘導的(osteoinductive)特性の両方を持
っていることが示されている。加えて、それは無菌的、非免疫原的および無毒の
物質であり、骨折部位内へ完全に取り込ませることができる。自原性骨移植片の
供給が制限され、採取部位が病的状態である場合、合成複合物を開発することが
強く求められる。現在まで、自原性骨移植片の特性を完全に達成した合成骨移植
片置換物は存在しない。
骨折治癒および骨形成助長の速度および可能性の増大、および遅延および非癒
合骨折の治癒は臨床的に重要である。(NIH/AAOS後援によるワークショ
ップ。骨形成および骨再生。Tampa,FL:American Acade
my of Orthpaedic Surgeons,1993)。骨の遅延
性癒合および非癒合を持つ大部分の患者には大きな直接的な医療費がかかり、か
れらが長期間にわたり社会復帰ができないためによる社会的費用の損失のため、
処置の有効なおよび改良された方法に対する必要性が強調されている。
材料科学の進歩および骨形成および骨誘導的増殖因子の同定は自原的骨移植の
新しい代替物の研究を招いた。骨形成の過程には骨形態形成および骨誘導の両方
が含まれている。骨形態形成とは分化した骨形成細胞が基質の存在により骨マト
リックスを造る過程である。この過程を促進するミネラルは骨形態形成的と考え
られる。骨誘導とは未分化の間充織前駆細胞が分化した骨形成細胞へ変換される
過程である。この過程を促進する因子および物質は骨誘導的と考えられる。
生物学的に活性な制御放出担体により送達される増殖因子は骨折治癒を改善す
るおよび病的状態を軽くする能力を持ち、それにより患者看護を軽減して骨折看
護に伴う総計費用を減少させる。同様に、そのような担体による抗生物質の送達
は(単独でも、または増殖因子を添加して)、治癒の遅延にも寄与するであろう
感染の発生率を減少させる助けとなるであろう。例えば、脊椎を含む骨折におい
て、治癒過程も遅延させるであろう炎症の制御を助けとなる抗炎症薬および鎮痛
薬の取り込みは、治癒過程の間、患者を快適にするのに寄与する。さらに、その
ような物質の制御放出は、担体の生理活性に関係なく現在の送達法より明瞭な利
点を示し、移植物の固定を助けるであろう。
理想的合成移植片は足場物質であり、それは分解するにつれて足場の代わりに
骨組織の増殖を刺激するであろう。(Damien et al.,J.App
lied Biomater.(1991)2:187−20)。骨移植片置換
物として意図される合成物質は、骨の機械的およびその他の特性と同等のものを
持っていなければならず、周辺組織に対し生物適合性であるものでなければなら
ない。骨折部位へ癒合するために、それらは足場物質として働くだけではなく、
天然の骨と同様に骨組織再生への刺激効果を持っているべきである。
現在使用されている合成骨移植片物質は、それらの表面に骨マトリックスの形
成を惹起するという点において骨形態形成的であると考えられる。さらに、それ
らは骨と接触する界面を導き、骨組織により置き換えられる。そのような特性は
これらの生理活性物質と骨周囲との化学的相互作用を示唆している。骨マトリッ
クス環境に存在している細胞はこれらの物質と有益な応答を示す。
合成移植片としての使用で最も研究された物質はリン酸カルシウムセラミック
スおよび生理活性ガラスである。リン酸カルシウムセラミックス(CPC)は骨
のミネラル相と非常に類似した組成である。生理活性ガラスはその表面に骨のミ
ネラル相を模倣するヒドロキシアパタイト層を形成することができる。
最も普通に使用されているリン酸カルシウムセラミックスとしてはヒドロキシ
アパタイト(HA)(密性または多孔性の両方とも)、およびβ−リン酸三カル
シウム(β−TCP)が挙げられる。ヒドロキシアパタイトは移植材料としては
有効性が制限されている。多孔性および密性形のHA粒子性物質が歯槽堤の移植
物質として評価されたが、経骨性部位に繊維性封入が形成されたことが観察され
た。粒子の移動もまた問題であることが観察された。(Ducheyne P.
,J.Biomed.Master.Res.(1987)21(A2 Sup
pl):219。)さらに、HAはその分解速度が遅いので足場物質として使用
することができない。(Cornell et al.,Clin.Ortho
p.(1992)297;およびRadin et al.,J.Biomed
Mater.Res.(1993)27:35−45。)
一方、β−TCPは骨誘導的である生分解性物質である。しかしながら、負荷
圧負担状況においての有効な合成移植片物質として働くにはその分解速度は速す
ぎることが観察されている。(Damien et al.上記文献。)従って
、HAおよびβ−TCP物質(密性または多孔性)の臨床的評価および応用では
、制御された反応性が欠けているために両方の物質とも制限されることが示され
た。
生理活性ガラスは1960年代の後半にLarry Hench博士により生
きている骨に結合することが最初に発見された。それ以後、世界中の10以上の
グループがSiO2、CaO、P2O、Na2Oおよび他のより少量の酸化物を組
成に含むガラスが骨に結合することを示した。(Ducheyne P.,J.
Biomed Mater.Res.(1987)21(A2 Suppl):
219;Hench,L.L.,Ann.N.Y.Acad.Sci.(198
8)523:54;Andersson et al.,J.Biomed M
ater.Res.(1991)25:1019−1030;Andersso
n et al.,J.Non−Cryst Solids(1991)129
:145−151;Boone et al.,J.Biomed Mater
.Res.(1989)23(A2 Suppl):183;Ducheyne
et al.,Clin.Orthop.Rel.Res.(1992)76
:
102−114;Hench,L.L.,J.Biomed Mater.Re
s.(1989)23:685−703;Kokubo,T.,Biomate
rials(1991)12(2):155;およびRawlings,R.D
.,J.Mater.Sci.Letters(1992)11:1340−1
343。)
生理活性ガラス−セラミックスは体液に曝した場合、表面腐蝕反応が起こる。
これらの腐蝕反応はシリカに富んだ表面層を形成する。この層はリン酸カルシウ
ム沈着のための核形成部位として働き、厚いヒドロキシアパタイト層へ発達する
。骨形成細胞と接触した場合、この層はガラスおよび骨マトリックス間の化学結
合の基礎となるであろう。Hench博士の45S5生理活性ガラスは最も精力
的に研究された生理活性ガラス−セラミックスである。その組成は重量で45%
SiO2、24.5%CaO、6%P2O5および24.5%Na2Oである。
米国特許第5,204,106号(本明細書において援用される)において、
狭い大きさの範囲の特別な形の45S5ガラスが歯槽堤モデルで有効な骨移植片
置換物であり、周囲の骨によく取り込まれていることを記載している。ガラス顆
粒は骨原性細胞の骨芽細胞への上方制御を起こし、活発に骨組織を作り上げる。
(Schepers et al.,J.Oral Rehabil.(199
1)18:439−452。)
以下のパラメーターが骨生理活性合成移植片に重要である:制御された再吸収
および反応性、合成物質表面のヒドロキシアパタイト様ミネラルへの液浸誘導変
換、比較的広い表面領域、および多孔性(骨芽細胞活性のためのネットワークを
作るため)。生理活性ガラスはこれらのパラメーターに適合するために潜在的に
仕上げることができる。さらに、以下の必要条件が生物学的に活性な分子の送達
を成功させるのに重要である:1)分子の制御された放出;2)分子の適当な量
の送達;3)担体内への骨組織の迅速な増殖;4)移植物質の生物適合性、骨形
態形成性および骨誘導性:および5)骨組織が完全に形成された時の担体の再吸
収。(Lucas et al.,J.Biomed Mater.Res.(
1989)23(Al Suppl):23。)これらのすべての基準に合致す
る送達系は現在のところ存在しない。(Damien et al.上記文献
;およびCornell and Lane,Clin.Orth.Rel.R
es.(1992)277:297−311。)現在のところ、制御された送達
ができる送達系は存在しない。
骨増殖因子のための送達担体としてリン酸カルシウムセラミックスを使用する
ため、リン酸カルシウムセラミックスの改良が試みられてきた。現在まで、添加
した増殖因子の徐放性放出を導くであろう様式でリン酸カルシウムセラミックス
内へ増殖因子を取り込ませることは成功していない。ほとんど、短期間の間にほ
とんどの物質が急速に最初に放出される”破裂的”放出である。(Campbe
ll et al.,Trans.Orthop.Res.Soc.,40:7
75,1994。)
β−TCPまたは不溶性コラーゲンで作られた担体は骨形成蛋白質と組み合わ
せた場合骨組織治癒の良好な促進にある程度成功している。(Damen et
al.,J.Dental Res.(1989)68:1355−1359。
)しかしながら、これらの系は大きな骨の充填欠損を補うための骨組織再生に必
要とされるのに等しい時間までは増殖因子の測定可能な制御された放出を行うこ
とはできなかった。ある研究では、3センチメーターより大きな欠損を埋めるに
は大量の増殖因子、即ち50ミリグラム以上が必要とされた。(Johnson
et al.,Clin.Orthop.(1992)277:229−23
7。)
担体として骨形態形成を使用して研究したほとんどの系において、取り込みの
方法は増殖因子溶液に単に物質を液浸させていた。増殖因子は物質表面または細
孔構造内へ吸着されるが、水溶液へ液浸すると破裂効果により急速に放出される
。(Campbell et al.,Trans.Orthop.Res.S
oc.,40:775,1994。)
公開された特許出願WO92/07554は生きている細胞に移植できる物質
を報告しており、それは組織が再生する速度と一致する生分解速度を持っている
。その物質は広範囲の治療効果を提供する活性物質を含んでいてもよいことが報
告されている。物質はリン酸カルシウム、生分解可能な酸化物または多酸化物お
よびネチルマイシンおよび/またはゲンタマイシンの硫酸塩型のようなアミング
ル
ープ化を持つ活性物質を含んでいる。
公開された特許出願WO93/05823は、FGF、TGF−β、IGF−
II、PDGFおよびそれらの生物学的活性変異体および断片、または対応する活
性を持つ骨抽出物、またはBMP活性を持つ骨抽出物および適切な応用物質の内
の少なくとも一つを含む骨増殖刺激のための組成物を報告している。
英国特許出願GB2255907Aは生物学的に活性な増殖および骨形成因子
のための送達型を報告しており、それはその因子および吸着剤に吸着された因子
に対する特定の親和性で選択された固体吸着剤を含んでいる。一つの態様におい
て、多孔性ヒドロキシアパタイトが固体吸着剤として特定されている。
米国特許第4,869,906号は再吸収可能な多孔性リン酸三カルシウムを
記載しており、その中の孔は抗生物質および充填剤の充填混合物で封じられてい
る。
米国特許第5,108,436および5,207,710号は医薬として受容
可能な担体中の抽出骨形成因子または精製骨形成誘導的蛋白質と組み合わされた
(随意にTGF−β補因子と組み合わせて)多孔性領域を持つ咬合圧負担補綴物
を記載している。担体はコラーゲン組成物かまたはセラミックスである。骨形成
因子抽出物は多孔性領域に分散されている。咬合圧負担物と骨形態形成的物質を
組み合わせる他の方法としては、被覆、飽和、孔内への物質を入れるための真空
力の応用、および咬合圧負担物上でのその物質の風乾または凍結乾燥が含まれる
。医薬として受容可能な担体は望ましくは骨および軟骨成長のための構造体を提
供できるマトリックスを含んでいることがさらに記載されている。掲げられてい
るいくつかの好適な医薬として受容可能な担体はコラーゲン、ヒドロキシアパタ
イト、リン酸三カルシウムおよび生理活性ガラスである。しかしながら、医薬と
して受容可能な担体としての生理活性ガラスを含む製造物の何の記載もない。
米国特許第4,772,203号はマトリックスが少なくとも部分的に再吸収
可能な核およびマトリックスを持つ移植物を開示している。再吸収可能なマトリ
ックスは生理活性または骨形成誘導的であるかまたはその両方である。リン酸三
カルシウム、ヒドロキシアパタイト[sic]、および生理活性ガラスがそのよ
うなマトリックスとして掲げられている。もし再吸収可能なマトリックスが用い
られた場合、さらに抗生物質を埋め込むことが可能なことも述べられている。
米国特許第4,976,736号は炭酸カルシウムの塩基部分およびヒドロキ
シアパタイトのような合成リン酸の表面層を持つ、整形および歯科的応用に有用
な生体物質を開示している。抗生物質または増殖因子を各々移植片の細孔腔内へ
導入または結合させることができる。もしくは、抗生物質または増殖因子を好適
には生分解性ポリマーと混合、およびリン酸表面物質の細孔内へ注入または真空
浸透させることができる。
Gombotz et al.,J.App.Blomat.,(1994)
5:141−150はポリ(乳酸−co−グリコール酸)および脱ミネラル化骨
マトリックスから作製した移植組成物内への形質転換増殖因子−βの取り込みを
記載している。移植片は無機質化または骨形成なしの炎症応答を示したことが報
告されている。同様の結果が骨マトリックス抽出物が取り込まれたDL−ラクチ
ド−co−グリコリド円盤についてMeikle et al.,Biomat
erials,(1994)15(7):513−521により報告されている
。
米国特許第4,563,350号は精製した形の骨形成因子と1パーセントの
非繊維性コラーゲンを含む担体との混合物からなる誘導的骨移植物に適した組成
物を開示している。因子は溶液またはゼラチン形でコラーゲンに添加され、約4
℃で1−2時間希鉱酸中で撹拌された。材料は続いて透析され、凍結乾燥された
。
日本公開特許第5253286号はCa含有ガラス粉末およびまたは結晶化ガ
ラス粉末、主としてリン酸からなる水溶液、および放出制御形の医薬物質を含む
骨再吸収性物質を開示している。医薬物質は特別の形であると記載されており、
一時的に物質の放出を抑え込むことができる材料で被覆することができる。
以上記載してきたように、生物学的に活性な分子の制御放出を可能にする担体
が必要とされている。さらに骨形態形成的および/または骨誘導的であるそのよ
うな物質も必要とされている。
生理活性ガラスは骨形態形成的であるが、通常は異なった酸化物を白金るつぼ
中で混合し、混合物を1300−1400℃の温度で溶融させることにより形成
させる。これは生理活性ガラスを得るための溶融誘導(または通常)法である。
しかしながら、そのような温度は、製造の間にほとんどの生物学的に活性な分子
の機能を破壊するであろう。
生理活性ガラスの合成に使用できる別の方法はゾル−ゲル法である。ガラスの
ゾル−ゲル合成はテトラエチルオルトシラン(TEOS、シリカの場合はSi(
OC2H5)4)のような金属アルコキシド前駆体と水、および結果として金属ア
ルコキシド種を多量化させる加水分解反応を起こし、ゲルを生成させるための酸
触媒を混合することにより達成される。このゲルは乾燥させた場合ほとんど金属
酸化物から成っており、ガラスと一致している。
幾人かの研究者がケイ素アルコキシド前駆体および水を用いて生成されたゾル
−ゲル型ガラス内への機能を維持したままの蛋白質の取り込みを報告している。
Braun et al.,J.of Non−Crystalline So
lids(1992)147および148:739−743;Yamanaka
et al.,Chemistry of Materials,(1992)
4(3):495−497;Ellerby et al.,Science,
(1992)255:1113−1115;およびAvnir et al.,Encapsulation of Organic Molecules a nd Enzymes
,Ch.27,p385−404,American C
hemical Society(1992)。酵素取り込みのための低温、低
アルコール、低プロトン濃度ゾル−ゲルでの合成法が記載されている。取り込ま
れた蛋白質はその機能性を維持していた。しかしながら、そのような方法の焦点
はゲル内に問題とする蛋白質が保持されるようにゾル−ゲル内に蛋白質を固定化
することであった。ゾル−ゲル物質がセンサーとして機能する場合、グルコース
のような非常に小さな分子はアッセイにおいて細孔を通過することができる。ゾ
ル−ゲル内への取り込みは蛋白質の反復使用を可能にする。ゾル−ゲルからの蛋
白質の放出は望まれていず、それは実際長期間の活性の維持には逆らうものであ
ろう。
米国特許第5,074,916号において、SiO2、CaOおよびP2O5に
基づく、アルカリを含まない生理活性ゾル−ゲル組成物が開示されている。組成
物の成分範囲は重量パーセントで各々44−86、4−46および3−15であ
る。硝酸カルシウムがカルシウム源として使用され、テトラエトキシシラン(T
EOS)がケイ素アルコキシド源として使用された。しかしながら、この方法は
600−800℃付近の温度および酸/水の重量比1/6を利用していると記載
してる。そのような方法は生物学的分子の取り込みには全く適合していない。発明の開示 発明の要約
本発明は徐放性担体(controlled−release carrie
r)に関する。本発明に従った担体において、生物学的に活性な分子はシリカ基
ガラス(silica−based glass)のマトリックス内に取り込ま
れている。ゾル−ゲル技術の誘導は分子のその後の活性にマイナスに影響するこ
となくそのような取り込みを容易にすることが見いだされた。純粋なシリカガラ
スの場合、担体からの生物学的分子の放出は主として細孔構造を通した拡散によ
り影響される。ケイ素に加えて酸化物を含むガラスの例では、生物学的分子の放
出は、例えば体液のような液体に液浸した場合、拡散および反応により影響され
る。
本ゾル−ゲル誘導技術はガラスの超微細構造の広範囲な制御、さらに薬剤また
は成長因子(growth factor)のような生物学的に活性な分子の放
出の時期および量の制御を可能にする。そのような担体は、リン酸カルシウム表
面層の形成(即ち生理活性(bioactive))および担体表面上への間充
織細胞の捕捉および骨形成細胞への分化の刺激、ならびに局所領域での骨芽細胞
の増殖増加により骨形態形成的および骨誘導的でありうる。総体の効果は骨組織
再生の促進およびゾル−ゲル/生物学的に活性な分子担体組成物に隣接する領域
での感染発生率の低下であり、移植片として特に魅力的である。本生理活性混成
物質は骨形成を促進することにおいて相乗効果を持っており、そのため受容可能
な自原的骨移植片物質置換物(autogenous bone graft
material)として働かせることができる。
一つの態様において、本発明はガラスマトリックス内に取り込まれた生物学的
に活性な分子を持つシリカ基ガラスを含み、全期間に渡っての生物学的に活性な
分子の徐放のための担体に関する。
別の態様において、本発明はケイ素金属アルコキシド(silicon me
tal alkoxide)と水およびメタノールを約6:1から約20:1水
/アルコキシドのモル比で反応させ、pHを1から4.5の間の値に調整し、生
物学的に活性な分子を添加し、約0℃から約40℃までの温度に混合物を放置し
てゲル化および熟成させ、続いて約15℃から約40℃までの温度で熟成したゲ
ルを乾燥させることからなるマトリックス内に取り込まれた生物学的に活性な分
子を持つシリカ基ガラスの製造法に関する。
別の態様において、本発明はケイ素金属アルコキシドおよび他のアルコキシド
と水およびメタノールを反応させ、pHを1から4.5の間の値に調整し、生物
学的に活性な分子を添加し、約0℃から約40℃までの温度に混合物を放置して
ゲル化および熟成させ、続いて約15℃から約40℃までの温度で熟成したゲル
を乾燥させることからなるマトリックス内に取り込まれた生物学的に活性な分子
を持つシリカ基ガラスの製造法に関する。
別の態様において、本発明はケイ素金属アルコキシドと水を反応させ、pHを
1から4.5の間の値に調整し、カルシウム塩および随意に五酸化リンを加え、
生物学的に活性な分子を添加し、約0℃から約40℃までの温度に混合物を放置
してゲル化および熟成させ、続いて約15℃から約40℃までの温度で熟成した
ゲルを乾燥させることからなるマトリックス内に取り込まれた生物学的に活性な
分子を持つシリカ基ガラスの製造法に関する。
別の態様において、本発明はケイ素金属アルコキシドと水およびメタノールを
約10:1水/アルコキシド、約1:1メタノール/アルコキシドのモル比で反
応させ、pHを1.5から3の間の値に調整し、生物学的に活性な分子を添加し
、約0℃から約40℃までの温度に混合物を放置してゲル化および熟成させ、続
いて約15℃から約40℃までの温度で熟成したゲルを乾燥させることからなる
マトリックス内に取り込まれた生物学的に活性な分子を持つ純粋なシリカガラス
の製造法に関する。
別の態様において、本発明は骨質欠損においてガラスのマトリックス内に取り
込まれた生物学的分子を持つシリカ基ガラス徐放性担体を含む物質を移植するこ
とを特徴とする骨質欠損への生物学的分子の送達法に関している。
別の態様において、本発明はガラスのマトリックス内に取り込まれた抗生物質
を持つシリカ基ガラスと試料を接触させることからなる抗生物質の生体内原位置
への送達法に関する。
別の態様において、本発明はシリコンアルコキシドおよびカルシウムアルコキ
シドを合わせ、水、アルコールまたは酸を加えることなく約15分までアルゴン
雰囲気下で混合することからなる、多孔性マトリックスおよび該マトリックス内
に取り込まれた生物学的に活性な分子を持つシリカ基ガラスを含む徐放性担体の
製造法に関する。生物学的に活性な分子は次に酸に溶解して加え、約0℃から約
40℃までの温度に混合物を放置してゲル化および熟成させ、約50パーセント
から約80パーセントの重量損失が達成されるまで約15℃から約40℃までの
温度で乾燥させる。
別の態様において、本発明はガラスのマトリックス内に取り込まれた生物学的
に活性な分子を持つシリカ基ガラスを含む前処理担体に関する。担体は使用に先
立って最大限約7日間までの期間、間質性液に典型的なイオンを含む溶液に液浸
することにより処理されている。
別の態様において、本発明は骨質欠損充填のための改良された移植片に関する
。改良された移植片はガラスのマトリックス内に取り込まれた生物学的に活性な
分子を持つシリカ基ガラスの被覆物である。
別の態様において、本発明はガラスのマトリックス内に取り込まれた生物学的
に活性な分子を持つシリカ基ガラスを含み、全期間に渡っての生物学的に活性な
分子の徐放のための担体の顆粒からなる、生物学的に活性な分子のさまざまな放
出速度のための組成物に関する。さまざまな放出速度を達成するため、約500
μmから約5mmの範囲の異なった大きさの顆粒が含まれている。
別の態様において、本発明は全期間に渡っての異なった生物学的に活性な分子
の徐放のための担体の顆粒の異なった集団を含む組成物に関する。組成物はガラ
スのマトリックス内に取り込まれた生物学的に活性な分子を持つシリカ基ガラス
を含み、各々の集団はそれに取り込まれた異なった生物学的に活性な分子を持っ
ている。図の簡単な説明
図1は模倣生理的溶液に液浸されたシリカ基ガラスの走査型電子顕微鏡写真を
示している。
図2は模倣生理的溶液に液浸されたシリカ基ガラス上に検出された小瘤のエネ
ルギー分散X線分析を示している。
図3は模倣生理的溶液に液浸された純粋シリカガラスの顆粒および円盤からの
全期間に渡ってのバンコマイシンの放出を示している。
図4は時間とバンコマイシンの放出に対する濃度の影響を示している。
図5は模倣生理的溶液に溶解したバンコマイシンおよび純粋なシリカガラスか
ら放出されたバンコマイシンの細菌阻害環帯の比較を示している。
図6は細菌阻害環帯の大きさに対する液浸時間および純粋なシリカガラスから
放出されたバンコマイシンの濃度の関係を示している。
図7aおよび7bはトリプシンインヒビター濃度および放出(各々7週および
4週に渡り)間の関係を示している。
図8は50%重量損失まで乾燥させた顆粒からの活性TGF−β1の累積的放
出に対する取り込まれた含有量(0.5対1.0μg)の影響を示している。
図9は1.0μgのTGF−β1を負荷した顆粒の乾燥程度(50対70%重
量損失)の影響を示している。
図10は1μgのTGF−β1を負荷し、50%重量損失まで乾燥させたSA
/V(顆粒対円盤)の影響を示している。
図11は57%重量損失まで乾燥させ、.5μgを負荷した円盤からの活性T
GF−β1の放出(時間帯および累積的)を示している。
図12は他の酸化物を含むシリカ基ガラスの吸収等温線を示している。
図13はSPSに液浸する前(下スペクトル)および後(上のスペクトル)の
他の酸化物を含むシリカ基ガラスのFTIRスペクトルを示している。
図14はCaおよびPを含むゾル−ゲルからのトリプシンインヒビターの放出
を示している。
図15はトリス緩衝化電解溶液中に液浸する前および後のトリプシンインヒビ
ターを含むCa−Pゾル−ゲルのFTIRスペクトルである。発明の詳細な説明
本発明に従った方法を利用すると、蛋白質および他の生物学的に活性な分子を
シリカ基ガラス担体内へ取り込ませることができ、添加した分子はその機能を破
壊されることなく、また持続的に放出される。そのような徐放性送達系は例えば
、過剰量の成長因子を必要とせずに3センチメーターより大きな欠損を含む骨質
欠損を充填するための移植物質として使用することができる。そのような徐放性
送達系はまた、例えば化学療法のように部位特異的標的化を必要とする他の応用
での使用も見いだされる。担体は無菌状態で合成できるか、または通常の殺菌法
を用いて合成後に殺菌できる。
抗生物質を含む本発明に従った徐放性担体は例えば、液浸により担体と培養液
を接触させることにより組織培養の汚染防止のために(特に培地に加えられた抗
生物質の消費により現れるような)使用できる。
成長因子(特に骨成長因子)を含む本発明に従った徐放性担体は、インビトロ
において骨細胞に対する異なった因子の継続的な制御された放出の影響を試験す
るために使用できる。そのような担体はインビトロにおける不死骨細胞株の開発
に使用できることも企図される。
ゾル−ゲル誘導処理は低温(即ち約40℃またはそれ以下)および低pHで行
うことができる。ゾル−ゲルマトリックス内へ取り込まれる生物学的に活性な分
子の機能を維持するためにはこれらの条件の両方が重要であろう。
ゾル−ゲル誘導処理の利点には以下の点が挙げられる:1)コロイド状の大き
さの粒子の懸濁液であるゾルはゲル化する前は液体の形である;2)全反応が室
温で実施できる;および3)ゾル−ゲルガラスの微多孔度は例えば、水含量、プ
ロトン添加の時期、プロトン濃度、熟成時間および乾燥時間を変化させることに
より調節できる。一般にゾル−ゲル処理で達成可能な細孔径はナノメーターの範
囲である。反応液が液体相の間、ゲル化する前に液体ゾルに蛋白質および他の生
物学的に活性な分子を添加することができる。これらの分子は固体マトリックス
に包まれる。制御可能な微多孔度のため、続いての分子の徐放が達成される。
本明細書において使用される”徐放性担体(controlled−rele
ase carrier)”とは生物学的に活性な分子(後で定義されるような
)
のための担体を示しており、それは例えば間質性液に典型的なイオンを含む溶液
に液浸した場合、全期間に渡って生物学的に活性な分子の放出を行う。そのよう
な溶液の例は以下の実施例のいくつかで使用される模倣生理的溶液(SPS)で
ある。SPSは試薬級のNaCl、KCl、NaHCO3、K2HPO4、CaC
l2、MgCl2およびMgSO4を0.05Mトリス[ヒドロキシメチル]アミ
ノメタン塩酸塩(トリス)緩衝化溶液(37℃でpH7.3)で溶解すると得ら
れるイオン濃度は血漿と同じである:Na+=142mM、K+=5mM、Ca+2
=2.5mM、Mg+2=1.5mM、HCO3-=27mM、HPO4 -2=1mMお
よび0.5mM SO4 -2。別の例は組織培養培地である。
本明細書において使用される”生理活性(bioactive)”とはリン酸
カルシウムに富む層が存在するかまたは適当な条件(インビトロまたはインビボ
)で発達する骨生理活性物質を意味している。Pereira et al.,
J.of Biomed.Mat.Res.,(1994)28:693−69
8(本明細書において援用される)により観察されているように、多孔性水和層
をもつ純粋なシリカガラスはカルシウムおよびリン酸イオンを含む模倣体液に浸
した場合、炭酸化ヒドロキシアパタイト層を誘導することができる。TEOSを
用いて製造し、400℃付近の温度を用いて乾燥させた純粋なシリカヒドロゲル
が異なったマグネシウム、カルシウムおよびリン酸イオンを持つ模倣体液に浸さ
れた。液体に少量のカルシウムおよびリン酸イオンを添加すると、ならびにpH
を高くするとアパタイト核形成誘導期間が減少したことが報告されている。Li
et al.,J.Appl.Biomater.,(1993)4:221
−229およびLi et al.,J.Amer.Ceram.Soc.,(
1993)75:2094−2097(両方とも本明細書において援用される)
。
本明細書において使用される”シリカ基(silica−based)”とは
ガラス組成物中における酸化ケイ素の含有を意味している。他の酸化物が存在し
ていてもよい。
本明細書において使用される”生物学的に活性な分子(biological
ly active molecules)”とは生物学的な系において(その
ような系がインビトロ、インビボまたは生体内原位置であるにしろ)影響を持っ
ている有機分子として定義される。生物学的に活性な分子には以下の範疇が含ま
れる(しかし、それらに制限されるものではない):成長因子(好適には骨成長
因子)、サイトカイン、抗生物質、抗炎症剤、鎮痛薬およびその他の薬剤。生物
学的に活性な分子に関連して以降に使用される術語”型”とは上に掲げた範疇の
生物学的に活性な分子、ならびに特定の化合物(即ちバンコマイシン、TGF−
βなど)を示している。これらの特定の化合物は同一の範疇でも異なった範疇に
あってもよい。
用語”マトリックス(matrix)”には生理活性ガラス構造自身の固体骨
格、ならびに細孔が含まれる。句”該マトリックス内に取り込まれた”とは分子
がガラス網を通して取り込まれていることを示している。
用語”骨性欠損(bony defect)”とは修復が必要とされている領
域を意味しており、骨折、摩損および裂けた領域、骨接合用ネジおよびピンの除
去により生じる穴、置き換え、歯牙周囲応用および高年齢または疾病による骨の
悪化などが含まれるが、これらに制限されるわけではない。
用語”移植物(implant)”とは上記の骨性欠損を充填するための物質
を示している。移植物は好適にはさらにカルシウムを含んだシリカ基ガラスから
成っている。移植物は顆粒、円盤状、塊状または柱状であろうし、制御放出担体
を含むことができ、または担体で単純に被覆できる。移植物はまた骨手術に使用
するための多孔性ヒドロキシアパタイトまたはWO94/04657に記載され
ている多孔性生理活性ガラスのような多孔性物質を含むことができる。本術語に
はまた補綴装置も含まれており、それは本発明に従ってマトリックス内に取り込
まれた生物学的に活性な分子を持つガラスまたは生理活性ガラスの被覆または部
分的おおいを持つことができる。そのような補綴装置の例には、股および関節補
綴装置が含まれるがこれらに制限されるわけではない。
移植物は材料および/または放出速度の組み合わせを提供する”カクテル(c
ocktail)”を含むことができる。カクテルは異なった大きさの顆粒の集
団を含むことができ、すべて同じ型の生物学的に活性な分子を含んでいる。もし
くは、異なった型の生物学的に活性な分子を含む顆粒を組み合わせることができ
る。同一の大きさまたは異なった大きさにできるカクテルのような顆粒は、それ
により異なった速度で異なった分子の放出が可能である。例えば、抗生物質、抗
炎症剤および増殖因子を含むカクテルが調製できる。
上記の各々の移植材料に二つまたはそれ以上の型の生物学的に活性な分子を含
ませることも企図される。このことは溶液内に分子を同時に添加することにより
達成できる。もしくは、一つまたはそれ以上の生物学的に活性な分子を含む移植
物を製造し、続いてこれらの移植物は一つまたはそれ以上の異なった型の生物学
的に活性な分子を含む溶液(および/または異なった濃度)で被覆または溶液を
取り込ませる。
用語”抗生物質”には例えば、ゲンタマイシン、バンコマイシン、ペニシリン
およびセファロスポリンのような実質的に水溶性である細菌殺菌剤、真菌殺菌剤
および感染防止薬剤が含まれる。
用語”成長因子(growth factor)”には骨形成的または骨誘導
的特性を持つと同定された成長因子が含まれる。骨形成を制御すると同定された
多くの因子の内で含まれるのは血小板由来成長因子(PDGF)、形質転換成長
因子(TGF−β)、インシュリン様成長因子(IGF)、線維芽細胞成長因子
(FGF)および骨形成蛋白質(BMP)である。これらの成長因子はインビボ
で骨折治癒部位に存在し、血小板溶解の傷害時に(PDGFおよびTGF−β)
および骨マトリックスの再吸収により(TGF−βおよびBMP)産生される。
個々の因子は後でより詳細に議論されるであろう。
用語”接触”には生物学的に活性な分子放出の標的とされる試料と担体を例え
ば、液浸、移植および包埋により接触することが含まれるが、それらに制限され
るわけではない。
骨形成性および骨形態形成性成長因子の同定は、遺伝子工学概念から得られた
新規移植片物質に対する研究を引き起こした。しかしながら、これらの組換え体
分子の制御された送達が重要である。骨組織への影響が既知である成長因子は治
癒を刺激するのに十分な量、その部位へ送達されなければならない。室温ゾル−
ゲル誘導法に従って合成されたガラスは、そのような骨誘導分子の徐放のための
顕著な候補物質である。ガラス処理によりガラスの微細構造の調節が可能であり
、放出の時期および量が特定の治療要求に適合するように調整される。加えて、
こ
れらのガラスは骨形態形成的でありうるため、骨組織発達のための基質を提供す
る。
骨形成のインビトロおよびインビボ実験モデルで外因的に適用された場合、成
長因子の影響はそれらの生物学的特性を示している。(Carnellら、上記
文献;およびMohanら、上記文献。)結果として、そのような因子の持続的
送達を与えるような物質が有用である。従来の研究のほとんどがこれらの蛋白質
の骨形成的および骨誘導的効果を明瞭に示しているが、骨形成の程度に関するこ
れらの成長因子の正確な生物学的特性は下記のことにより非常に影響を受ける:
実験モデルの環境条件、成長因子送達の時期、方法および用量、ホルモン環境お
よび種々の成長因子間の相乗作用。従って、本発明はこれらの成長因子の効果を
評価する方法を提供する。
発育の観点からみると、一連の分離された工程で骨形成が起こっている。最初
に増殖期があり、細胞分化および続いての骨蛋白質の発現に影響するコラーゲン
マトリックスの沈着が続く(NIH/AAOS後援ワークショップ、上記)。幾
人かの研究者はコラーゲンマトリックス合成を一連の一時的出来事として調べて
おり、最初にコラーゲン期が存在し、アルカリ性ホスファターゼ活性の上昇およ
びオステオネクチン、骨シアロ蛋白質およびオステオカルシンの発現が続く。オ
ステオポンチン発現および合成はさらに硫酸化、リン酸化および分子サイズに関
して時間的に詳細に分析された。上に掲げた蛋白質の他に、少なくとも二つの形
のコンドロイチン硫酸プロテオグリカンが骨芽細胞により合成されていることも
別の研究により示された。これらのパラメーターは本分野ではよく知られた方法
で測定できる。いくつかの成長因子は以下に詳述されている。
インシュリン様成長因子(IGF)IおよびIIは骨細胞ならびに体中の他の組
織により産生される。それらは骨マトリックスに観察され、おそらく骨細胞によ
り分泌されているのであろう(Canalis et al.,Calcifi
ed Tissue Int.(1993)53:S90−S93;およびCa
nalis et al.,J.Bone Miner.Res.(1993)
8:S237)。インビトロにおいて、IGFは骨コラーゲンおよびマトリック
ス合成を増加させ、骨芽細胞前駆体複製を増加させ、および骨コラーゲン分解を
減少させることが示されている(Hock et al.,Endocrino
logy(1988)122(1):254;およびMccarthy et
al.,Endocrinology(1989)124(1):301)。
成長ホルモンは骨増殖においてIGFを通して作用すると考えられているが、
間充織細胞増殖および分化に対して局所的な効果を持っていることも示されてい
る(Downes et al.,J.Mater.Sci.:Mater.M
ed.,(1991)2:176−180;およびSilbermann,M.
,Biomaterials,(1990)11:47−49)。ヒト成長ホル
モンは二つの分子量の化学種が存在する(一つは20,000、主たる化学種は
22,000)。
約30kDの分子量のポリペプチドである血小板由来成長因子(PDGF)は
二つのAサブユニットまたは二つのBサブユニットからなる二量体として、また
はAおよびBサブユニットのヘテロ二量体として存在し、PDGFの三つの別々
の形を作り出している。これらのサブユニットは二つの別々の遺伝子からの生成
物である。三つすべての形が骨マトリックスで観察されるが、インビトロではP
DGF AAのみが骨細胞により産生および分泌される。PDGF BBは三つ
の中で最も活性であることが観察されている(Mohanら、上記文献)。
PDGFはインビトロにおいて骨再吸収活性を持っていることが示されている
;多くの研究者が生理的量のPDGF投与に応答した骨再吸収の増加を報告して
いる(Tashjian et al.,Endrocrinology(19
82)111:118−124)。さらに、PDGFは骨始原細胞複製を増加さ
せることが示されている。
形質転換増殖因子−ベータ(TGF−β)は骨折に対しての骨増進特性を持っ
ている分子のファミリーである。TGF−βは25kDの分子量を持つホモ二量
体ペプチドである。この分子の最も豊富な源は血小板および骨である。この多機
能性ペプチドは、骨に特異的ないくつかの細胞型(特に、間充織前駆細胞、軟骨
細胞、骨芽細胞および破骨細胞)の増殖の制御および分化した表現型の発現を含
む広範囲の細胞活性を持っている(Beck et al.,J Bone M
iner.Res.(1991)6(9):961;Joyce et al.
,
Orthop Clin.North Am.(1990)21(1):199
;およびJoyce et al.,J.Cell Biol.(1990)1
10(6):2195)。それはいくつかの異なった形で存在しているが、これ
らの二つ、TGF−β1および2が約4:1の比で骨から単離されている。免疫
組織化学的染色および切片上ハイブリダイゼーションの両方に基づいたインビボ
研究では、TGF−βの軟骨細胞および骨芽細胞の両方での合成、および軟骨内
骨化モデルでのTGF−βの蓄積が示された(Joyce et al.,Or
thop Clin.North Am.(1990)21(1):199;お
よびJoyce et al.,J.Cell Biol.(1990)110
(6):2195)。TGF−β1または2がラット新生児大腿骨の骨膜下領域
に毎日注射された研究は(Joyce et al.,J.Cell Biol
.(1990)110(6):2195)、胎児骨形成および初期骨折治癒で観
察される様式と同一の様式で骨膜中の間充織前駆細胞が増殖および分化するよう
にTGF−βにより刺激されたことが示された。注射の中止後、軟骨内骨化も起
こり、骨による軟骨の置換を生じた。
骨形成蛋白質(BMP)溶液の注入は化学走性、増殖および分化を含む一連の
発育過程を導き、軟骨の一時的形成および骨髄を完備した生きている骨組織によ
る置き換えを生じた(Urist,M.R.,Science(1965)15
0:893−899)。いくつかの新しく発見された因子、BMP−1から7、
および骨誘導的因子(OIF)がBMP過程で示唆されている。BMP−2から
7はすべてTGF−βスーパーファミリーの一群であり、胎児発生間の種々の発
育過程に含まれている二つの因子VglおよびDPPに密接に関連している。B
MP−2AおよびBMP−7の両方とも組換え体蛋白質として発現されており、
その両方とも骨由来BMP溶液でみられる全軟骨および骨形成過程を明らかに誘
導することが示されている。(Wozney,J.M.,Prog.Growt
h Factor Res.(1989)1(4):267)。現在、二つのB
MP:BMP−2A(Gerhart et al.,Clin.Orthop
.(1993)317;Wozney et al.,Science(198
8)242(4885):1528;およびYasko et al.,J.B
on
e Joint Surg.<Am>(1992年8月)74(7):1111
およびJ.Bone Joint.Surg.<Am>(1992)74(5)
:659)およびBMP−7(Sampath et al.,J.Biol.
Chem.(1992)267(28):20352)(OP−1としても知ら
れている)は骨外部位での骨形成を増加させ、骨折治癒を促進することが示され
ている(Gerhart et al.,Clin.Orthop.(1993
)317)。精製BMPは抑制されていない臨床試験において大腿骨および脛骨
非癒合に利用されている(Johnson et al.,Clin.Orth
op.(1988)230:257−265;Johnson et al.,
Clin.Orthop.(1988)236:249−257;およびJoh
nson et al.,Clin.Orthop.(1990)234)。
現在の知識では、著しく骨折治癒を早めそうな局所増殖因子としてはPDGF
、TGF−βおよびBMP−2が示唆される。
シリカ基ガラス内に取り込まれた後の増殖因子の機能の維持は、骨分化を決定
するための上記の技術を用いて試験できる。抗生物質の機能の維持はAntib iotics in Laboratory Medicine.第3版
,V.
Lorian編,第2章,Williams and Wilkins,Bal
timore,Md.,1991(本明細書において援用される)に記載されて
いるような標準円感受性試験を用いて確かめることができる。取り込まれた抗炎
症剤の機能は例えば、細胞培養においてプロスタグランジン合成阻害を試験する
ことにより確かめることができる。ゾル−ゲル誘導ガラス合成
取り込まれた生物学的に活性な分子を含む純粋なシリカおよびカルシウム含有
ガラスはすでに合成されている。簡単に記すと、シリコンアルコキシド前駆体、
好適にはテトラメチルオルトシラン(TMOS)の純粋な溶液を脱イオン水と混
合し、磁気的にまたは超音波により撹拌する。TMOSに対する水のモル比はゲ
ルの多孔度および特異的表面領域に影響を及ぼし、それは順に生理活性に影響す
る。両方が増加すると生理活性も増加する。両方を増加させるため、水は化学量
論を超える量、または約6:1から約20:1の範囲のH2O/TMOSモル比
で加えられる。アルコール(好適であるのはメタノール)は約0:1から約1:
1のアルコール/TMOSモル比で加えることができる。酢酸(0.1N)また
はHCl(0.1N)は加水分解反応のための触媒として使用でき、下記のよう
に望ましいpHを維持するために加える。
カルシウム メトキシエトキシド(20%のメトキシエタノール溶液、Gel
est Inc.,Tullytown,PA)がカルシウム アルコキシド源
として使用できる。カルシウム メトキシエトキシド(CME)はゲル乾燥後に
、酸化カルシウムの最終パーセントが約40重量%以上になるのに十分な量加え
られる。リン酸トリエチルは五酸化リン源として使用できる。リン酸トリエチル
(TEP)は乾燥後に五酸化リン(P2O5)の最終濃度が約10重量%以上を達
成するように加えられる。全体を通して、重量パーセントは反応が完全に進行し
、完全に乾燥されるとして計算される。水、TMOSおよび酸は氷浴中の超音波
処理、または磁気的撹拌または両方を組み合わせて混合される。カルシウム ア
ルコキシドが存在する場合TMOS、カルシウム アルコキシドおよびもしあれ
ば追加のアルコキシドは望ましくはアルゴン雰囲気下の非水条件下、磁気的撹拌
または超音波処理により約1時間まで混合される。
もしくは、カルシウム塩がカルシウム アルコキシドの代わりに使用できる。
カルシウム塩の使用はゲル化の時間を延ばすことが観察されており、それにより
生物学的に活性な分子の取り込みのための時間を延ばし、同時に生物学的に活性
な分子の均一な分布を与える。ゲル化の時間延長は担体による移植物質の被覆の
ための助けにもなる。好適な態様では、カルシウム塩はCaCl2である。カル
シウム塩はゲル乾燥後に、酸化カルシウムの最終パーセントが約40重量%以上
になるのに十分な量加えられる。
取り込まれるべき生物学的に活性な分子は中程度から高い酸条件下での処理後
もその生物学的活性を保持しているので、生物学的に活性な分子の取り込みに先
立って、またはその間、約1−4.5、好適には約1.5−3のpH範囲に酸性
度を維持するのに必要とする量の酸が使用される。
取り込まれるべき生物学的に活性な分子はガラスの約0.0001から約10
重量%の最終濃度範囲が得られるような濃度で加えられる。
60−100%(重量)の範囲のケイ素の成分を持ち、残りが他の酸化物であ
るガラスが製造されるであろう。液体ゾルはポリスチレン容器で型をとることが
できる。ゾルは熟成させ、封をした容器中でゲル化させる。熟成には約1日から
約4週間かかる。乾燥は約1日から約14日間実施する。
ゾル−ゲル誘導ガラスを生物学的に活性な分子のための有用な担体とするため
、本過程は低温(約2−40℃)で実施せねばならず、さらに純粋なシリカガラ
スの場合はゾルの酸性度はpH1から4.5の間でなければならない。温度、ゾ
ルpH、%カルシウム含量、TMOSに対する水のモル比およびその他の因子が
ゾルのゲル化する時間に影響する。しかしながら、生物学的に活性な分子を取り
込む時、ゾルのゲル化する時間は取り込みのための生物学的に活性な分子溶液の
添加、型取り、およびゾルの均質的撹拌を可能にするために十分な時間、液体状
態でなければならない。ゲル化は十分な架橋結合が形成され、そのネットワーク
が容器の長さに広がったときに起こる。全体の観察では、逆にしても型をとった
物質はほとんどまたは全く動かないことが示された。
より低いpHはゲル化時間を増加させる。より高いカルシウム含量はゲル化時
間を減少させる。より多くのゾル−ゲル反応を完了させるため、即ちより小さい
多孔度およびより小さな細孔径を持つ最終物質で終結するようにより長いゲル化
時間が望ましい。より小さい多孔度はまたより長い蛋白質放出の時間を持ち、よ
り機械的に強度のある物質を意味している。しかしながら、例えばより迅速な分
子の放出またはより迅速な担体の分解を達成するには、より大きな多孔度が望ま
しいであろう。より大きな細孔径はより大きな分子の拡散による放出を容易にす
る。
より低い温度もまたゲル化時間を増加させる。低温を達成するためには、反応
は氷冷水浴中で実施される。より高い水分含量はほとんどの金属アルコキシドに
対してゲル化時間を減少させるけれども、物質からの水蒸発を増加させるため多
孔度は高いまま残るであろう。生物学的に活性な分子取り込みのため、少なくと
も約30分から約48時間の範囲の期間内にゲル化が最適に起こるように条件が
選択される。ゲル化は約0℃から約40℃の温度範囲で実施できる。
ゾル−ゲルの熟成は型どり後に起こり、型どり容器を封じたまま実施される。
ゾル−ゲル反応はこの期間、妨げられずに継続される。熟成は約0℃から約40
℃の温度範囲で実施できる。より長い熟成時間により機械的に強い物質が生じ、
より短い期間熟成された物質より割れが起こりにくい。4℃のような低温での熟
成はまたゲル化時間を延ばす。
乾燥温度および時間もまた最終的物質の特性に影響を与える。速い速度での乾
燥は最終的物質に割れを生じる。型どりおよび最終的乾燥の間、水分および反応
の副産物として生じたアルコールの蒸発により最終的物質はその重量の約50−
80%を失う。乾燥は封を開けた型どり容器中、約15℃から約40℃の温度範
囲で実施され、大気圧下または大気圧より低い圧力で実施できる。
図3、7、8および14から明らかなように、液浸の初期段階(即ち、約1日
から7日)での生物学的に活性な分子の放出速度論は後期段階よりも高い。液浸
約7日後、曲線の勾配の主な変化が観察され、放出速度の大きな変化を示してい
る。初期のより高い放出は数人の著者(前に引用した)により以前に報告されて
いるような”破壊”効果ではない。このより高い初期放出は二重の処置計画が賦
課されている場合は都合がよい−−高用量での急性処置計画、続いての”慢性の
”低用量処置。医薬処置の開始直後から定常状態の放出が望まれる場合(即ち大
きな速度の変化がない放出)ゾル−ゲル担体は患者に実際に使用される前に初期
のより高い放出期が起こるように製造時に液浸処理できる。
実施例1
ゾル−ゲル/バンコマイシン組成物の合成
ゾル−ゲル誘導シリカ基ガラスマトリックス−バンコマイシン組成物は室温、
低酸性度、低アルコール濃度法を用いて合成された。バンコマイシンは骨髄炎の
主たる原因であるグラム陽性球菌、特にブドウ球菌に対しての有効性が証明され
ているため放出されるべき薬剤として選択された。バンコマイシンは約3,30
0の分子量の水溶性(100mg/mlまで)三環性グリセロペプチドである。
本物質は以下のように製造された:19.6mlのテトタメチルオルトシラン
(TMOS、Aldrich,St.Louis,MO,U.S.A.)、14
.
2mlの水、5.2mlのメタノールおよび0.01mlの1N HClを氷浴
で冷やしたガラスビーカー中で30分間超音波処理した。次に、4mlのゾルを
23mmの直径のポリスチレンバイアル(Sarsted,Princeton
,NJ)に鋳込み、1mlの10mg/mlバンコマイシンHCL(Leder
le,Carolina,Puerto Rico)をバイアル中のゾルに加え
て試料を撹拌した。同量の水(即ち1ml)を対照試料に加えた。総H2O/T
MOS比は10:1であった。メタノール/TMOS比は1:1であった。試料
重量に対しての取り込まれたバンコマイシンの量は約1%であった。バイアルは
気密性のふたで封じ、室温でゲル化、熟成および乾燥させた。ゲル化の時間は1
5から25時間まで変化させた。バンコマイシン溶液の添加はゲル化時間を有意
には変化させなかった。
封じた容器中で2週間熟成後、乾燥のためゾルを空気に暴露した。乾燥の間、
ゲル細孔網からの液体の蒸発により、ゲルの重量損失および萎縮が起こった。重
量損失は2週間まで続いた。重量損失が75−78%に達した時、乾燥が完了し
たと考えられた。著しい重量損失および萎縮でも目にみえる割れ目は生じなかっ
た。得られた生成物は1.1gの重量で、11mm直径および8mmの高さの円
柱の形をした透明なモノリス(monoliths)であった。乾燥ゲル物質の
密度は1.5g/cm3であった。10mgのバンコマイシンが各々の円盤に取
り込まれているので、物質中のバンコマイシン含量は0.91%であった。他の
水溶性抗生物質も同様に振る舞うことが期待される。
実施例2
バンコマイシン放出研究
インビトロでのバンコマイシン溶出研究のため、モノリスの一部を破壊、粉砕
し、ふるいにかけて約500−700μmのサイズ範囲の小顆粒、または約5x
5x2mmの大顆粒を得た。モノリスの残りは円盤として試験された。
合成されたバンコマイシン組成物は前記のような血漿のイオン含量と類似のイ
オン含量を持つ模倣生理的溶液(simulated physiologic
al solution;SPS)に浸した。容量に対する試料表面領域比(S
A/V)の影響を決定するため、液浸試験のために使用された試料は以下のよう
に形造られた:500−700μmの小顆粒(SA/Vは約10mm-1)、5x
5x2mmの大顆粒(SA/V=1.5mm-1)、直径11mmx4mmの円盤
(SA/V=0.85mm-1)および5.5mmx4mmの半円柱(SA/V=
1.2mm-1)。
すべての試料は1mlあたり1mgバンコマイシンに等しい試料/溶液比の同
一のバンコマイシン含量で液浸された。液浸した試料は約1時間から約3週間の
範囲の期間37℃でインキュベートされた。溶液は以下の時間に全部交換した:
1時間および1、3、7、14および21日。放出されたバンコマイシン濃度は
自動化蛍光偏光イムノアッセイシステム(TDxRシステム、Abbott D
iagnostics,Irving TX)を用いて測定された。バンコマイ
シン放出アッセイの結果は図3に示されており、下記表1に要約されている。図
3において、白丸は小顆粒を示している。白三角は大顆粒を示している。白四角
は11mmの直径の円盤を示している。白逆三角は5.5mmの直径の円盤を示
している。
上記のデータにより示されているように、バンコマイシン放出は物質の形(即
ち、容量に対する物質表面領域の比)に影響された。特に、小顆粒からのバンコ
マイシン放出は非常に速く、取り込まれているバンコマイシンのほとんどが液浸
1日目で放出された。対照的に、大顆粒(SA/V=1.5mm-1)、および円
盤(SA/V=1.1または0.8mm-1)は連続的なバンコマイシン放出を示
し、それは1時間から始まり、徐々に増加して最大に達し、その後ゆっくり減少
して3週間後まで続いた。最大バンコマイシン放出は3日から1週間の液浸期間
の間に観察された。
これらの試験結果はSA/V比が物質の放出に影響できることを示している。
種々の形の物質の組み合わせ(即ち、SA/V比の変化)は液浸により始まり1
ヶ月まで続く制御されたバンコマイシン放出を可能にする。
実施例3
バンコマイシン濃度の影響
種々のバンコマイシン含量を持つゾル−ゲル誘導シリカ基マトリックス−バン
コマイシン組成物が合成された。ゾルは上記実施例1に記載したように製造され
た。1.2mlのゾルは次に23mmの直径のポリスチレンバイアルに流し込ま
れた。流し込まれたゾルは二つの群に分割され、10:1の同一のH2O/TM
OSモル比を保つために両方の群のゾルに異なったバンコマイシン濃度を持つ溶
液0.3mlが加えられた。取り込まれたバンコマイシンの量は群1および2に
対し各々10および20mgであった。試料重量に対するバンコマイシンのパー
セントは各々2.8および5.5%であった。ゾルはゲル化、熟成および約75
%の重量損失まで乾燥された。
乾燥ゲルの特定表面領域(SSA)、平均細孔径(PS)および細孔容量(P
V)のような微細構造パラメーターは単層気体吸収技術(多点B.E.T.、Q
uantachrome)を用いて決定された。測定された値は以下のようであ
る:
SSA,m2/g 545
PS,nm 1.8
PV,cc/g 0.45
得られたゾル−ゲル誘導円盤(直径11mmx2mm、1mm-1のSA/V比を
持つ)を実施例2の前の部分に記載したようなバンコマイシン放出試験にかけた
。
円盤は5mlのSPSに浸された。溶液容量に対する試料中のバンコマイシン含
量(バンコマイシンの総重量)比(Wv/V)は群1および2に対して各々2お
よび4であった。放出されたバンコマイシン濃度は実施例2の前の部分に記載し
たように測定された。試験結果は図4に示されている。図4において、黒い棒は
10mgの取り込みでのバンコマイシンを示している。斜線を付けた棒は20m
gの取り込みでのバンコマイシンを示している。
データは放出されたバンコマイシンの量は取り込まれた薬剤の量に伴って増加
したことを示している。従って、放出される量は取り込まれた量の関数であるよ
うである(他が等しい条件で)。しかしながら、時間による薬剤放出のプロフィ
ールは異なった濃度でも類似しているようである。特に、薬剤放出は液浸後すぐ
に開始され、3日までの最大に達し、その後徐々に減少した。
実施例4
インビトロでの細菌阻害試験
実施例2および3に記載した実験でのゾル−ゲル誘導シリカ基マトリックスか
ら放出された種々の含量のバンコマイシンを含むSPS溶液で、放出された薬剤
に対する黄色ブドウ球菌の感受性が試験された。標準円感受性試験技術が応用さ
れた(Lorian、上記文献参照)。液浸の間に放出されたバンコマイシンを
含む試料SPS溶液が試験され、100から10,000μg/mlの濃度範囲
を持つバンコマイシンSPS標準溶液と比較された。液浸の間に放出されたバン
コマイシンを含む試料SPS溶液の濃度は前記の蛍光偏光イムノアッセイを用い
て測定された。各々の溶液(標準溶液または試料)の20μlを1/2インチの
円形濾紙(#740−E,Schleicher & Schnell,Kee
ne,NH)に析出させた。濾紙に染み込ませた薬剤溶液は乾燥させ、4℃にて
デシケーター中に保存した。黄色ブドウ球菌(ATCC25923)が接種され
た血液寒天プレートはペンシルベニア大学付属病院の微生物研究室から入手した
。0.45%食塩水中の1.5x108CFU/ml細菌懸濁液がMcFarl
and等価濁度標準0.5(Remel,Lienexa,KA)と一致するよ
うに作製された。Mueller−Hinton寒天プレート、15x100m
m
(モデル01−620,Remel,Lienexa,KA)、に10μlの黄
色ブドウ球菌懸濁液を、接種物の分布が均等になることを確実にするため全寒天
表面にわたって懸濁液に浸した無菌綿棒で条を付けることにより接種した(標準
接種法)。バンコマイシンを染み込ませた濾紙は各々の寒天プレートの中心に置
いた。寒天プレートは一室の水ジャケットを付けたインキュベーター(モデル3
159、Forma Scientific Marrietta,OH)中、
湿気を与えた環境下、37℃にて24時間インキュベートした。細菌阻害ゾーン
はカリパスを用い、0.1mmの精度で測定した。データは図5および6に示さ
れている。
実施例3に記載したようなゾル−ゲルから放出されたバンコマイシンの対数目
盛りでのバンコマイシン濃度に対してプロットされた阻害ゾーンの大きさ(測定
値)が図5に示されている。図5において、白丸はSPSに溶解したバンコマイ
シンを示している。黒丸はゾル−ゲル担体から放出されたバンコマイシンを示し
ている。
30μgのバンコマイシン(SPSに溶解したかまたはシリカ基マトリックス
から放出された)を染み込ませた濾紙は12mmより大きなゾーンの大きさを示
した。ゾーン直径解釈標品(Lorian、上記文献、表2.1)に従うと、そ
の大きさのゾーンで細菌が物質に対して感受性があることを示しており、当量最
小阻害濃度限界点は4μg/ml未満であった。シリカ基マトリックスから放出
されたバンコマイシンの試料溶液の濃度−阻害ゾーンの関係は標準溶液のものと
非常に一致していた。
図6は液浸時間およびゾル−ゲル誘導シリカマトリックス内へ取り込まれてい
るバンコマイシンの濃度に対する細菌阻害ゾーンの関係を示している。白棒は1
mgでのバンコマイシンを示している。黒棒は10mgでのバンコマイシンを示
している。斜線をつけた棒は20mgでのバンコマイシンを示している。データ
はゾル−ゲルマトリックスから放出されたバンコマイシンは細菌増殖の阻害が3
週間まで有効であることを示している(20mgで)。測定された阻害ゾーンの
大きさは、取り込まれてたバンコマイシンの濃度とともに増加し、より多い放出
バンコマイシンの量を反映している。
これまでの実験から以下のことが示される:ゾル−ゲル技術を使用したシリカ
基マトリックス内へのバンコマイシンの取り込みは、液浸(および、従って移植
)により開始され、少なくとも3週間続く期間にわたり、制御された薬剤放出を
提供し;および、ゾル−ゲル誘導物質から放出されたバンコマイシンはゾル−ゲ
ル担体からではないバンコマイシン溶液と細菌の阻害において同様に有効である
ので、用いられた室温、低酸性度、低アルコール濃度ゾル−ゲル法はバンコマイ
シン特性を変化させてはいなかった。
実施例5
ゾル−ゲル/トリプシンインヒビター組成物の合成
マトリックス内部にトリプシンインヒビターが取り込まれたゾル−ゲル誘導ガ
ラス円盤が成功理に合成された。トリプシンインヒビター(SIGMA)は21
kDの分子量を持つ蛋白質である。ゾル−ゲル/蛋白質組成物は150−200
mgの円盤当たり1−10mgのトリプシンインヒビター(TI)を含んでいる
。蛋白質溶出は、円盤当たり2mgまたはそれ以上蛋白質を含む試料で測定可能
であった。
1グラム(乾燥重量で)のゾル−ゲル誘導ガラスの合成に使用された方法は以
下のようである:2.48mlのTMOS(Aldrich,St.Louis
,MO)を30mlのビーカー中で2mlのDI水および0.68mlのメタノ
ールと合わせ、磁気的撹拌を用いて5分間混合した。これによりH2O/TMO
Sのモル比が10:1およびメタノール/TMOSモル比が1:1となる。次に
、ゾル−ゲル反応を触媒するため0.01mlの1N HClを加えた。これに
より透明な一つの相の溶液が得られ、それは15分間撹拌した。ゾルは0.8m
l容量でポリスチレン容器に鋳込み、1−10mg/mlの範囲の蛋白質濃度を
持つ0.1N酢酸に溶解したトリプシンインヒビター溶液を0.2mlの容量で
添加した。溶液は激しく撹拌して混合させ、容器に蓋をした。ゲル化は鋳込み後
1−4日以内に起こった。蓋をしたゾルは所望の多孔度に依存して、室温で1日
から2週間の範囲の時間、放置してゲル化させ熟成させた。熟成後、ゾル−ゲル
は室温かまたは37℃で容器の蓋を取り除いて乾燥させた。生成した液体は固体
か
らデカントして除いた。より高い乾燥温度は多孔度および萎縮の速度を増加させ
た。乾燥後、得られた固体は水およびアルコール(メタノールはゾル−ゲル反応
の副産物である)の蒸発のため、その元々の重量の60−70%を失っていた。
得られた固体物質は取り込んだ生物分子を制御放出様式で放出するシリカの多
孔性三次元網/ポリマーであった。種々の処理パラメーターは表IIに示されてい
る。試料の呼称は式SxxxCxxPxx(鋳込み日付)であり、ここで”Sx
xx”は計算%シリカであり、”Cxx”は計算%酸化カルシウムであり、およ
び”Pxx”は計算%五酸化リンである。鋳込み日付は”年、月、日の最後の二
つのアラビア数字”で示されている。トリプシンインヒビター含量および試料の
形は基本的式TI=X−[試料形]で示されており、式中”X”は試料当たりの
mgでのトリプシンインヒビター量である。ゲル化時間に対するpHの影響は表
IIから明かである。
実施例6
トリプシンインヒビター放出
初期放出速度論的試験はゾル−ゲル/蛋白質組成物(各々の試料で100mg
ゾル−ゲル/1mg蛋白質)を脱イオン水に浸して実施された(容器の内側は蛋
白質結合を減少させるためにシリコーン化されている)。水中の蛋白質含量は異
なった時間に測定された。各々の時間後には水を新しいものに置き換えた。集め
られたゾル−ゲル/蛋白質組成物と接触させた液体は、金コロイド/分光学的方
法(Integrated Separation Systems,Nati
ck,MA,Stoscheck et al.,Anal.Bioche.,
(1987)160:301−305、本明細書において援用される)を用いて
0.5μg/mlまでの感度で蛋白質含量が分析された。結果は表IIIに示され
ている。
表中の数字は、DI水に浸した後のトリプシンインヒビターの蛋白質放出をμ
gで表したものである。各々の時間における結果は累積的蛋白質放出と一緒に与
えられている。
試料の蛋白質放出速度論および表IIに掲げた結果は図7bに示されている。蛋
白質放出は4週間の期間にわたって測定された。”TI2”(白四角)は表2の
TI=2を表している。”TI3”(白丸)は表2のTI=3を表している。”
TI5”(黒四角)はTI=5を表しており、”TI7.5”(黒丸)はTI=
7.5を表している。”TI10”(白四角の中に黒四角)はTI=10試料(
94.4.18)を表している。すべての試料は約2mm未満の直径を持つ顆粒
の形であった。
図7aから読み取れるように、トリプシンインヒビターはすべての試料から少
なくとも7週間の期間連続的に放出された。
実施例7
純粋なシリカガラスの生理活性
100%シリカおよび水/TKOSモル比が15:1の組成を持つゾル−ゲル
誘導ガラスが合成されその生理活性がインビトロでカルシウムイオン濃度の変化
を測定することによりSPS中で試験された。5グラムの試料が12.38ml
のTMOSと8.87mlのDI水を合わせ氷浴中で5分間超音波処理すること
により作製された。この混合物に8.87mlの0.1N酢酸を加え、さらに1
5分間超音波処理を行った。次に、4.43mlのリン酸ナトリウム(.01M
、pH7)緩衝液を加え、混合物は1分間超音波処理を行った。液体ゾルは3m
lの試料として鋳込みされた。鋳込み時のゾルのpHは4.5であった。ゲル化
時間は約2時間であった。試料の熟成は室温で1日行われた。試料は37℃で3
日間乾燥され、約500mgと秤量された。
約1cmの直径および4mmの高さの円盤の形の試料(1.76cm2 SA
)は次にSPS(17.6ml)中に浸された(液浸溶液容量に対する試料表面
領域の比は0.1cm-1)。試料は37℃で一定に撹拌しながら2週間液浸され
た。試料を2週間液浸した後、回収したSPS中の平均カルシウム濃度は25p
pmであった。このことは、ガラスにより溶液のカルシウムが消費されたことを
示しており、表面にリン酸カルシウム層を形成することによることが最も起こり
そうである。
実施例8
他の酸化物を含むシリカ基ガラスの生理活性
重量で65%SiO2、30%CaOおよび5%P2O5の組成を持つゾル−ゲ
ル試料が、1.61mlのTMOS、5.04mlの20%カルシウムメトキシ
エトキシドのメトキシエタノール溶液および0.12mlのリン酸トリエチルを
合わせ、4℃で5分磁気的に撹拌することにより作製された。この溶液に蛋白質
の取り込みの条件を模倣するために1mlの0.1N HClを加え、5.13
の水/TMOSモル比のためさらに1分撹拌した。4つの1mlの試料を鋳込み
、ゾルは約5分でゲル化した。これらの試料は3日熟成させた後、室温で4日間
乾燥させた。乾燥後の試料は約600mgの重さであった。
ゾル−ゲル試料は次に、12mlのSPSに浸してリン酸カルシウム表面層形
成を試験した。SPS中で5日間、37℃で一定に撹拌しながら浸した後回収し
た。試料は走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察し、エネルギー分散x−線
分析(EDXA)を用いて表面分析を実施した。試料の表面は直径1−3μmの
小瘤を含んでおり(図1)、EDXAで分析すると(図2)、高い比率のカルシ
ウムおよびリンが含まれていた。このことはリン酸カルシウム層形成の前駆体と
してのリン酸カルシウム核形成部位の形成を示している。
実施例9
ゾル−ゲル/TGF−β組成物の合成
組換え体ヒト形質転換増殖因子ベータ(TGF−β1)が純粋なシリカゾル−
ゲルガラスに取り込まれた。ゾル−ゲルは水/TMOS/メタノールモル比が9
:1:1になるように5mlのTMOSと5.4mlの水およびメタノールを合
わせ、室温で5分間機械的に撹拌することにより合成された。10μlの1N
HClを混合物に添加し、ゾルは30分撹拌した。次に、0.9mlのゾルをポ
リスチレン容器に鋳込み、鋳込み容器への増殖因子の非特異的結合を防ぐための
1%ウシ血清アルブミン(BSA)を含む0.1mlのTGF−β溶液を加えた
。異なった量のTGF−βが加えられ、各々の試料に0.5μgから2μgの範
囲
のTGF−βが1%BSAとともに加えられた。試料は37℃で3日間熟成させ
、”鋳込み(as cast)”重量の約50%を失うまで37℃で乾燥させた
。
実施例10
TFG−β1放出
ゾル−ゲル誘導シリカガラスが1:10:0.001のモル比のTMOS、D
I水および1N HClを混合し撹拌することにより合成された。次に、0.9
mlのゾルを直径15mmのポリスチレンバイアル内へ鋳込み、0.5かまたは
1μgのTGF−β1を含む溶液をゾル試料に加えた。TGF−β1(Celt
rix ぁb.,Inc)は説明書に従って製造された。簡単に記すと、TGF
−β1貯蔵溶液の2.347μg/μlを10mM HClに再懸濁し、凍結乾
燥して1%ウシ血清アルブミン(BSA)(Sigma Chemical C
o.)に溶解する。得られたTGF−β1溶液は1.5mlの微量遠心分離チュ
ーブ(USA Scientific)中で使用するまで−70℃で貯蔵した。
鋳込み時のゾルのpHは1.7であると測定された。バイアルを封じ、ゾルはイ
ンキュベーター中、37℃で放置してゲル化(15時間)および熟成させる(2
4時間)。次に、ゲルを50かまたは70%の重量が損失するまで乾燥させると
約10mmの直径の透明なガラス円盤となる。各々の群の試料の一部を粉砕して
約500から約1000μm大きさの範囲の顆粒を生成させた。全部で4組のシ
リカガラス/TGF−β1組成物を以下のように製造した:1μg用量:円盤お
よび顆粒を50%重量損失まで乾燥させ、および顆粒を70%重量損失まで乾燥
させた;0.5μg用量:顆粒を50%重量損失まで乾燥させた。0.5μgT
GF−β1および2つの対照(TGF−β1なし)を含む追加の6つのシリカガ
ラス円盤が製造され、57%重量損失まで乾燥された。円盤は平均直径10.1
7mmおよび平均高4.93mmの同形の寸法を持っていた。
ゾル−ゲル誘導シリカガラス粒子および円盤からのTGF−β1の放出が、1
%BSAを含む1mlの無菌リン酸緩衝化塩溶液(PBS)に浸すことにより測
定された。液浸に先だってすべての試料はUV照射により殺菌された。BSAは
液浸容器へのTGF−β1の非特異的結合を防止する。濃度は酵素連結免疫吸着
アッセイ(ELISA)を使用して決定した。
ゾル−ゲル物質から放出された活性TGF−β1の量はMv1Luミンク肺上
皮細胞阻害アッセイを用いて評価した。このアッセイは[3H]チミジン取り込
みにより測定されるMv1Lu細胞増殖の阻害に基づいてTGF−β1活性を決
定する。Jenning et al,,”Comparison of th
e biological activities of TGF betal
and TGF−beta2:Differential activity
in endothelial cells”,J.Cell Physio
l.137:167−172 1988。コンフルエントのMv1Lu細胞(A
TCC)は組織培養フラスコから細胞解離溶液(Specialty Medi
a)を用いて引き上げ、Corning 24ウェルポリスチレン組織培養皿に
置かれた。細胞は1%ウシ胎児血清(FBS)(Hyclone)を補給した1
mlのダルベッコ改良イーグル培地(DMEM)を用い4x104細胞/ウェル
の密度で播種された。培養皿は37℃および5%CO2で24時間インキュベー
トして細胞をウェルの底に接着させた。
インキュベーション後、ウェルを吸引し、既知のピコモル(pM)濃度のTG
F−β1を含む培地、ならびに凍結乾燥した1%BSAの10mM HCl溶液
で処理して対照とする。0.1pMから10.0pMの濃度範囲で三重に添加し
た。試料溶液(即ち、液浸によりシリカガラスから放出されたTGF−β1を含
んでいる)を同じ範囲の濃度に希釈し、同様に細胞に加えた。培養皿はさらに2
4時間インキュベートした。
TGF−β1標準液および試料溶液で処理後、ウェルを吸引し、1mlの組織
培養培地に溶解した1μCi/mlの[3H]チミジン(NEN Resear
ch Products)で2時間細胞を標識した。インキュベーション期間が
終結したら細胞性DNA内に取り込まれた放射活性の相対的レベルを評価した。
各々のウェルは1mlのPBS(pH7.4)で洗浄し、続いてトリクロロ酢酸
(TCA)で10分間処理して取り込まれなかったすべての[3H]チミジンを
沈澱させた。TCA沈澱後、細胞をPBSで二度洗浄し、室温で2時間2%ドデ
シル硫酸ナトリウムと振とうして可溶化させた。各々の試料への放射性同位元素
の取り込みは試料の一部200μlを5mlのICN Ecolumシンチレー
ション液に溶解し、Beckman LS1800液体シンチレーションカウン
ターを用いる液体シンチレーション計数により決定された。各々の試料に対し二
重の計数が実施された。
取り込まれたTGF−β1の濃度、乾燥の度合いおよび表面領域と容量との比
のような種々のパラメーターの生物学的に活性なTGF−β1対時間に対する影
響は図8、9および10に示されている。生物学的に活性なTGF−β1の徐放
性放出は7日間にわたり、最大の放出は3日目に起こり、種々の群の試料で観察
された。放出されたTGF−β1の量は処理パラメーターに依存している。特に
、放出された量は取り込まれたとともに増加し、乾燥の度合いとともに減少した
。放出はまた物質の形、即ちSA/V比にも依存した。取り込まれた含量が0.
5から1μgへ増加すると、顆粒から放出された量は液浸7日後に3.4から1
0.5ngへ増加した(図8)。累積的放出も乾燥の度合いを70から50%へ
減少させると著しく増加した(図9)。さらに、小顆粒からの放出は円盤からの
放出の3倍であり、それはSA/V比が1.1から10mm-1へ著しく増加した
ためである(図10)。したがって、実験群の内10.5ng(取り込まれた量
の1%に等しい)の最大の放出量が、1.0μgのTGF−β1の負荷、50%
重量損失までの乾燥および500から1000μmの大きさの範囲の顆粒への粉
砕の場合に観察された。測定は三重に実施され、液浸の7日間にわたる生物学的
に活性なTHF−β1の持続的放出が確認された(図11)。
ガラス/TGF−β1組成物の合成に使用されたゾル−ゲル技術はTGF−β
1の生物学的機能性を変化させなかった。担体は治療的量の骨誘導的増殖因子の
生物学的に活性な形での持続的放出を示した。
実施例11
CaおよびP含有ガラスの合成および特性
CaおよびP含有ゾル−ゲル誘導シリカ基ガラスは三つのアルコキシドTMO
S、CMEおよびTEPをアルゴン雰囲気下で混合し、混合物を磁気回転子を用
いて5分間撹拌することにより合成された。約70%SiO2、25%CaOお
よび5%P2O5(パーセント乾燥重量)の最終組成を含むガラスは3.47ml
のTMOS、8.4mlのCMEおよび0.24mlのTEPを混合することに
より製造された。次に、15mmの直径のポリスチレンバイアル当たり1.1m
lのゾルを鋳込み、蛋白質取り込みのための条件を模倣するために各々のゾルに
0.38mlの0.1N酢酸を加えた。ゲルを封じ、室温で3日間熟成させ、5
0%の重量損失まで乾燥させた。製造されたCa−P含有シリカ基ガラスの微細
構造が表面領域分析(Autosorb−1,Quantachrome)を用
いて特性付けられた。分析に先立ち、試料のガスが30℃で抜かれた。物質細孔
構造は吸収等温線の形により特徴付けられる、即ち、吸収されたガス(N2)容
量に対して相対的圧力P/P0をプロットする。Ca−P含有シリカ基ガラスの
等温線は図12に示されている。等温線の形はManual on Using
a Surface Analyzer Autosorbl,Quantac
hrome Corp.,pp.II−4−46,1992(本明細書において援
用される)に定義されているように中多孔性物質に特徴的である。中多孔性物質
は中程度の細孔径を、または20オングストロームより大きくおよび500オン
グストローム未満の大きさの範囲の細孔を持っている。SSA、PVおよび平均
細孔径は各々331m2/g、0.97cc/gおよび58.4オングストロー
ムであると決定された。
合成されたCa−P含有ガラスの表面HA層を形成する能力がSPSに1週間
液浸後にアッセイされた。試料はFTIRを用いて液浸前および後に分析された
。1週間の液浸前および後の試料のFTIRスペクトルが図13に示されている
。液浸前のスペクトルの吸収バンド(下のスペクトル)はシリカゲルに特徴的で
ある。液浸後、ダブレットのバンドが603および580cm-1に現れている(
上のスペクトル)。これらのバンドはガラス表面でのHAの形成を示唆しており
、生理活性的振る舞いを示唆している。
実施例12
CaおよびP含有ゾル−ゲルTI組成物の合成
Si、CaおよびP含有ゾル−ゲル誘導ガラスは、70%SiO2、25%C
aOおよび5%P2O5組成物を生成させるためにTMOS(3.47ml)、C
ME(8.40ml)およびTEP(0.24ml)を混和し、アルゴン雰囲気
下で15分間混合することにより合成された。各々の試料のため、0.75ml
のアルコキシド混合物をポリスチレン容器に鋳込み、0.1N酢酸/蛋白質溶液
(TI濃度=2、3、4、5mg)0.25mlと激しく振とうさせて混合した
。水/TMOS比は10:1であり、すべての試料でゲル化が1分以内で起こっ
た。熟成は封じた容器中、室温で3日間進行させた。試料の乾燥は容器の封を開
け37℃で鋳込み時の重量の50%まで行った。乾燥後、試料は約100−10
00μmの大きさの範囲の顆粒が生成するように粉砕した。
実施例13
トリプシンインヒビター放出
蛋白質放出試験は500mgの顆粒を1mlの50mMトリス緩衝液(37℃
でpH7.3)に浸すことにより実施した。溶液は1時間から7週の各々の時間
後に完全に交換した。試料は1mlのトリス溶液に浸し37℃で一定に振とうさ
せた。測定された各々の時間に(1時間、2時間、4時間、24時間、48時間
、72時間、96時間、1週間、2週間、3週間および4週間)溶液を新しいト
リス溶液に交換し、蛋白質濃度は金コロイドアッセイを用いて測定した。溶液中
の蛋白質濃度は金コロイドアッセイ(Integrated Separati
on Systems,Natick,MA)を用いて測定した。Ca−P含有
ガラスからの累積的蛋白質放出は図14に示されている。
図7と比較すると、長期にわたる液浸期間で持続的放出がガラス組成物の両方
の型で観察されている。両方の場合とも、いくぶん急速な放出が4から7日の液
浸時間までに観察されており、それ以後はよりゆっくりした放出が観察されてい
る。放出量は取り込まれたTI濃度に依存している、即ち、ガラスマトリックス
中のTI含量が多くなると放出される量が多くなる。シリカガラスマトリックス
からの10%放出は液浸6週間後に測定されており、一方Ca−P含有ガラスか
らの5%放出は液浸4週間後に得られている。ゾル−ゲル誘導シリカガラスへの
CaおよびPの添加はTI放出プロフィールおよび放出量に著しい影響を与えな
かった。
実施例14
トリプシンインヒビターを持つゾル−ゲルを含む生理活性試験
試料は上記実施例12に記載したように合成された、ただし、三つの異なった
組成を達成するためにアルコキシドの比率を変更した:
(1) 70%SiO2、25%CaOおよび5%P2O5
(2) 87%SiO2、10%CaOおよび3%P2O5
(3) 94%SiO2、5%CaOおよび1%P2O5
組成物(1)は4mgのTIとまたはTIなしで合成され、二つの他の組成物は
TIなしで合成された。試料は25mgの顆粒として25mlのSPS溶液(電
解物濃度が血漿と類似しているトリス緩衝液)に浸され、37℃で一定に浸とう
された。液浸期間の終了時に(1、3または7日)SPS溶液をピペットで除き
、原子吸光スペクトル法および比色法を用いてCaおよびPO4を分析した。液
浸後の顆粒はFTIRを用いて600cm-1あたりのP−O変角ピークの存在を
分析した。
組成物(1)のガラスのSPS中の1週間の液浸前および後のFTIRスペク
トルは図15に示されている。液浸前の試料のスペクトル(下のスペクトル)は
シリカおよび蛋白質の吸収バンドを各々より低い(1200cm-1以下)および
より高い(1200cm-1以上)エネルギー領域に示している。562および6
03cm-1に位置しているダブレットのバンドが液浸後のスペクトル(上のスペ
クトル)に現れている。P−O変角振動に特徴的なダブレットはゾル−ゲル誘導
ガラスの表面上でのヒドロキシアパタイト(HA)の形成を示唆している。HA
層の形成はTIを含まない組成物(1)のガラス上でも検出された。組成物(2
)および(3)もまたHA層の形成を示した。
実施例15
カルシウム塩を用いる合成
約70%SiO2、25%CaOおよび5%P2O5(重量)の最終組成を持つ
生理活性、ゾル−ゲル誘導ガラスは以下のように合成された:9.3mlのTM
OSを5.8mlの脱イオン水(DI)と混和し氷で冷やした超音波浴中で10
分間撹拌した。次に、15μlの1N HClを加え、混合物が透明になるまで
撹拌を続けた。測定されたpHは3であった。混合物は続いて磁気的に撹拌した
。混合物が連続的に撹拌されている間に、5mlのDI水に溶解した3.08g
のCaCl2および2mlのTEPを混合物に滴加した。総H2O/TMOS比は
約10であり;酸/H2O容量比は約0.0015であった。ゾルは直径17m
mのポリスチレンバイアル内へ鋳込み(バイアル当たり1ml)、封じて室温で
ゲル化させた。ゲル化までの時間は約1時間であった。ゲルは次に10日間熟成
し、鋳込み重量の約70%の重量損失まで乾燥させた。両過程とも室温で起こっ
た。得られたガラス円盤は8mmの直径、4mmの高さであり、透明なことは合
金化酸化物の均質な分布を示唆している。得られたモノリスには割れ目は観察さ
れなかった。
実施例16
カルシウム塩を用いるCaおよびP含有ゾル−ゲル/生物学的に活性な分子組成
物の合成
生理活性ゾル−ゲル誘導ガラスは実施例15のように製造され、ゾルが鋳込ま
れる前または後に生物学的に活性な分子を添加した。生物学的に活性な分子は例
えば実施例5、10または11に記載したように添加される。
以上の実施例は本発明の例示を意味しており、決してそれに制限するものでは
ない。付随する請求の範囲に示すごとく、なされる変形が本発明の精神および範
囲内にあることを当業者は認識するであろう。
引用したすべての文献は本発明において援用される。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(31)優先権主張番号 08/477,585
(32)優先日 1995年6月7日
(33)優先権主張国 米国(US)
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M
C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG
,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN,
TD,TG),AP(KE,MW,SD,SZ,UG),
AM,AT,AU,BB,BG,BR,BY,CA,C
H,CN,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB
,GE,HU,IS,JP,KE,KG,KP,KR,
KZ,LK,LR,LT,LU,LV,MD,MG,M
N,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU
,SD,SE,SG,SI,SK,TJ,TM,TT,
UA,UG,UZ,VN
(72)発明者 ラディン,シュラミス
アメリカ合衆国ニュージャージー州08043,
ヴォーアヒーズ,ブルックヴュー・ドライ
ヴ 8
(72)発明者 サントス,エリック・マニュエル
アメリカ合衆国ペンシルバニア州19130−
1148,フィラデルフィア,ノース・トゥエ
ンティナインス・ストリート 825,アパ
ートメント 4ディー
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.多孔性マトリックスを持つシリカ基ガラスおよび該ガラスの該マトリック ス内に取り込まれた生物学的に活性な分子を含む徐放性担体。 2.該ガラスが生理活性である請求項第1項に記載の担体。 3.該ガラスが重量で約60から約100%のSiO2を含む請求項第1項に 記載の担体。 4.該生物学的に活性な分子が重量で該担体の約0.0001から約10%含 まれている請求項第1項に記載の担体。 5.該生物学的に活性な分子が薬剤を含む請求項第4項に記載の担体。 6.該薬剤が抗生物質を含む請求項第5項に記載の担体。 7.該抗生物質がバンコマイシンである請求項第6項に記載の担体。 8.該ガラスが顆粒形である請求項第1項に記載の担体。 9.該顆粒の直径が約2mm未満である請求項第8項に記載の担体。 10.該ガラスが円盤形である請求項第1項に記載の担体。 11.該円盤が約11ミリメートルの直径および4ミリメートルの高さである 請求項第10項に記載の担体。 12.該円盤が約5.5ミリメートルの直径および8ミリメートルの高さであ る請求項第10項に記載の担体。 13.多孔性マトリックスを持つシリカ基ガラスおよび該ガラスの該マトリッ クス内に取り込まれた生物学的に活性な分子を含む徐放性担体、ここで該ガラス は: 重量で約60%から約100%のSiO2; 約40%までのCaO;および 約10%までのP2O5、および約0.1%から約10%の生物学的に活 性な分子を含んでいる。 14.多孔性マトリックスを持つシリカ基ガラスおよび該ガラスの該マトリッ クス内に取り込まれた生物学的に活性な分子を含む徐放性担体、ここで該ガラス は: 重量で約60%から約80%のSiO2; 約40%までのCaO;および 約10%までのP2O5を含んでおり、該担体は該分子の生物学的活性を 保存する条件を利用する方法で製造される。 15.該条件が約40℃未満の処理温度および約1から約4.5のpHという 条件を含む請求項第14項に記載の担体。 16.該方法が請求項第27項に従う請求項第14項に記載の担体。 17.多孔性マトリックスを持つシリカ基ガラスおよび該ガラスの該マトリッ クス内に取り込まれた生物学的に活性な分子を含む徐放性担体、ここで該ガラス は重量で約60%から約100%のSiO2を含み、および該担体は該分子の生 物学的活性を保存しおよび溶液に浸すことにより該生物学的に活性な分子の持続 的放出を促進する条件下、ケイ素アルコキシド前駆体および水を利用する方法に より製造される。 18.該条件が約40℃未満の処理温度および約1から約4.5のpH、およ び水とケイ素アルコキシド前駆体の比が約6:1から約20:1であるという条 件を含む請求項第17項に記載の担体。 19.該方法が請求項第20項に従う請求項第17項に記載の担体。 20. a)ケイ素アルコキシド前駆体と脱イオン水を併せて第一の混合物を 形成させ; b)酸を添加して約1から約4.5の範囲のpHを持つ第二の混合物 を形成させ; c)約1から約4.5の範囲内にpHを維持しながら該第二の混合物 に生物学的に活性な分子を加えて第三の混合物を形成させ、該第三の混合物は約 6:1から約20:1の水/前駆体モル比を持っており; d)第三の混合物を約0℃から約40℃の温度で放置してゲルを形成 させ; e)約1日から約4週間、約0℃から約40℃の温度でゲルを熟成さ せ;および f)約50パーセントから約80パーセントの重量損失が該熟成ゲル で観察されるまで約15℃から約40℃の温度で熟成ゲルを乾燥させる工程から なる、多孔性マトリックスを持つシリカ基ガラスおよび該マトリックスに取り込 まれた生物学的に活性な分子からなる徐放性担体の製造法。 21.該ケイ素アルコキシド前駆体がテトラメチルオルトシランである請求項 第20項に記載の方法。 22.該生物学的に活性な分子が重量で該担体の約0.0001から約10% 含まれている請求項第20項に記載の方法。 23.該生物学的に活性な分子が薬剤を含む請求項第20項に記載の方法。 24.該薬剤が抗生物質を含む請求項第23項に記載の方法。 25.該抗生物質がバンコマイシンである請求項第24項に記載の方法。 26.該生物学的に活性な分子が蛋白質を含む請求項第20項に記載の方法。 27. a)ケイ素アルコキシド前駆体およびカルシウムアルコキシドまたは リンアルコキシドまたはその両方を併せて第一の混合物を形成させ; b)生物学的に活性な分子の酸溶液を該第一の混合物に加えて約1か ら約4.5の範囲のpHを持つ第二の混合物を形成させ; c)第二の混合物を約0℃から約40℃の温度で放置してゲルを形成 させ; d)約1日から約4週間、約0℃から約40℃の温度でゲルを熟成さ せ;および e)約50パーセントから約80パーセントの重量損失が該熟成ゲル で観察されるまで約15℃から約40℃の温度で熟成ゲルを乾燥させる工程から なる、多孔性マトリックスを持つシリカ基ガラスおよび該マトリックスに取り込 まれた生物学的に活性な分子からなる徐放性担体の製造法。 28.該ケイ素アルコキシド前駆体がテトラメチルオルトシランである請求項 第27項に記載の方法。 29.乾燥により該酸化物が下記の重量パーセントで存在する請求項第27項 に記載の方法: 約60から約100%のケイ素; 約40%までのカルシウム;および 約10%までのリン。 30. a)ケイ素アルコキシド前駆体と脱イオン水およびメタノールを約1 :1のメタノール/TMOS比で併せて第一の混合物を形成させ; b)酸を添加して約1から約4.5の範囲のpHを持つ第二の混合物 を形成させ; c)約1から約4.5の範囲内にpHを維持しながら該第二の混合物 に生物学的に活性な分子を加えて第三の混合物を形成させ、該第三の混合物は約 6:1から約20:1の水/前駆体モル比を持っており; d)第三の混合物を約0℃から約40℃の温度で放置してゲルを形成 させ; e)約1日から約4週間、約0℃から約40℃の温度でゲルを熟成さ せ;および f)約50パーセントから約80パーセントの重量損失が該熟成ゲル で観察されるまで約15℃から約40℃の温度で熟成ゲルを乾燥させる工程から なる、多孔性マトリックスを持つシリカ基ガラスおよび該マトリックスに取り込 まれた生物学的に活性な分子からなる徐放性担体の製造法。 31.該ケイ素アルコキシド前駆体がテトラメチルオルトシランである請求項 第30項に記載の方法。 32.該生物学的に活性な分子が重量で該担体の約0.0001から約10% 含まれている請求項第30項に記載の方法。 33.該生物学的に活性な分子が薬剤を含む請求項第30項に記載の方法。 34.該薬剤が抗生物質を含む請求項第33項に記載の方法。 35.該抗生物質がバンコマイシンである請求項第34項に記載の方法。 36.多孔性マトリックスを持つシリカ基ガラスおよび該マトリックスに取り 込まれた生物学的に活性な分子からなる徐放性担体を骨性損傷内に移植すること を含む骨性損傷への生物学的分子の送達法。 37.該ガラスが生理活性である請求項第36項に記載の方法。 38.該生物学的に活性な分子が重量で該担体の約0.0001から約10% 含まれている請求項第35項に記載の方法。 39.該生物学的に活性な分子が薬剤を含む請求項第36項に記載の方法。 40.該薬剤が抗生物質を含む請求項第39項に記載の方法。 41.該抗生物質がバンコマイシンである請求項第40項に記載の方法。 42.多孔性マトリックスを持つシリカ基ガラスおよび該マトリックスに取り 込まれた少なくとも1種の抗生物質を含む徐放性担体を試料と接触させることを 含む生体内原位置の抗生物質の持続的送達法。 43.該ガラスが生理活性である請求項第42項に記載の方法。 44.該生物学的に活性な分子が重量で該担体の約0.0001から約10% 含まれている請求項第42項に記載の方法。 45.該担体が顆粒形である請求項第42項に記載の方法。 46.該担体が円盤形である請求項第42項に記載の方法。 47.該抗生物質がバンコマイシンである請求項第42項に記載の方法。 48. a)ケイ素アルコキシド前駆体およびカルシウムアルコキシドをアル ゴン雰囲気下で併せ、および約15分まで混合して第一の混合物を形成させ; b)該生物学的に活性な分子を約1から約4.5のpH範囲内の水性 条件下で該第一の混合物に加えて第二の混合物を形成させ; c)第二の混合物を約0℃から約40℃の温度で放置してゲルを形成 させ; d)約1日から約4週間、約0℃から約40℃の温度でゲルを熟成さ せ;および e)約50パーセントから約80パーセントの重量損失が該熟成ゲル で観察されるまで約15℃から約40℃の温度で熟成ゲルを乾燥させる工程から なる、多孔性マトリックスを持つシリカ基ガラスおよび該マトリックスに取り込 まれた生物学的に活性な分子からなる徐放性担体の製造法。 49.該ケイ素アルコキシド前駆体がテトラメチルオルトシランである請求項 第48項に記載の方法。 50.工程a)においてリンアルコキシドの添加をさらに含む請求項第48項 に記載の方法。 51.該薬剤が成長因子である請求項第5項に記載の担体。 52.該成長因子がTGF−βである請求項第51項に記載の担体。 53.該薬剤が抗炎症剤である請求項第5項に記載の担体。 54.該薬剤が鎮痛薬である請求項第5項に記載の担体。 55.該担体が骨性損傷を充填するための移植物上の被覆物の形である請求項 第1項に記載の担体。 56.該移植物が顆粒形である請求項第55項に記載の担体。 57.該移植物が補綴装置である請求項第55項に記載の担体。 58.該薬剤が成長因子である請求項第23項に記載の方法。 59.該成長因子がTGF−βである請求項第58項に記載の方法。 60.該薬剤が抗炎症剤である請求項第23項に記載の方法。 61.該薬剤が鎮痛薬である請求項第23項に記載の方法。 62.該生物学的に活性な分子が薬剤である請求項第48項に記載の方法。 63.該薬剤が成長因子である請求項第62項に記載の方法。 64.該成長因子がTGF−βである請求項第63項に記載の方法。 65.該薬剤が抗炎症剤である請求項第62項に記載の方法。 66.該薬剤が鎮痛薬である請求項第62項に記載の方法。 67.該担体が該骨性損傷を充填するための移植物上の被覆物の形である請求 項第36項に記載の方法。 68.該埋没物が顆粒形である請求項第67項に記載の方法。 69.該埋没物が補綴装置である請求項第67項に記載の方法。 70.該薬剤が成長因子である請求項第39項に記載の方法。 71.該成長因子がTGF−βである請求項第70項に記載の方法。 72.該薬剤が抗炎症剤である請求項第39項に記載の方法。 73.該薬剤が鎮痛薬である請求項第39項に記載の方法。 74.該生物学的に活性な分子が移植のときに大きな速度の変化をせずに送達 される請求項第36項に記載の方法。 75.該担体が移植に先だって最大限約7日までの期間、間質性液に類似した イオン含量を持つ溶液に浸される請求項第74項に記載の方法。 76.多孔性マトリックスを持つシリカ基ガラスおよび該マトリックス内に取 り込まれた生物学的に活性な分子からなる徐放性担体、該担体は約7日までの期 間、間質性液に類似したイオン含量を持つ溶液に浸されている。 77.その少なくとも一部分に被覆を持つ移植物、該被覆は多孔性マトリック スを持つシリカ基ガラスおよび該マトリックス内に取り込まれた生物学的に活性 な分子を含んでいる。 78.該移植物が生理活性ガラスからなる請求項第77項に記載の移植物。 79.該生理活性ガラスが顆粒形である請求項第78項に記載の移植物。 80.該移植物が補綴装置からなる請求項第77項に記載の移植物。 81.多孔性マトリックスを持つシリカ基ガラスおよび該ガラスの該マトリッ クス内に取り込まれた生物学的に活性な分子を含む徐放性担体の顆粒を含む組成 物、ここで該組成物は約500μmから約700μmの大きさの範囲の顆粒を含 んでいる。 82.多孔性マトリックスを持つシリカ基ガラスおよび該ガラスの該マトリッ クス内に取り込まれた生物学的に活性な分子を含む徐放性担体の顆粒を含む組成 物、ここで該組成物は直径約500μmから約5mmの大きさの範囲の顆粒を含 んでいる。 83.多孔性マトリックスを持つシリカ基ガラスおよび該ガラスの該マトリッ クス内に取り込まれた生物学的に活性な分子を含む徐放性担体の顆粒を含む組成 物、ここで該組成物は少なくとも二つの集団の顆粒を含んでおり、該集団の各々 はその中に取り込まれた異なった型の生物学的に活性な分子を持っている。 84.さらに該集団の少なくとも一つが該他の集団と異なった大きさの範囲の 顆粒を含む請求項第82項に記載の組成物。 85.多孔性マトリックスを持つシリカ基ガラスおよび該ガラスの該マトリッ クス内に取り込まれた少なくとも二つの異なった型の生物学的に活性な分子を含 む徐放性担体。 86.該担体が顆粒および被覆からなる複式担体であり、該顆粒はその中に取 り込まれた第一の型の生物学的に活性な分子を含んでおり、および該被覆はその 中に取り込まれた第二の型の生物学的に活性な分子を含んでいる請求項第85項 に記載の担体。 87.多孔性マトリックスを持つシリカ基ガラスを含む徐放性担体、該担体は 顆粒および被覆からなり、該顆粒はその中に取り込まれた第一の濃度の生物学的 に活性な分子を含んでおり、および該被覆はその中に取り込まれた第二の濃度の 生物学的に活性な分子を含んでいる。 88. a)ケイ素アルコキシド前駆体と脱イオン水を併せて第一の混合物を 形成させ; b)酸を添加して約1から約4.5の範囲のpHを持つ第二の混合物 を形成させ; c)撹拌しながらカルシウム塩を該第二の混合物に添加して第三の混 合物を形成させ; d)約1から約4.5の範囲内にpHを維持しながら該第三の混合物 に該生物学的に活性な分子を加えて第四の混合物を形成させ、該第四の混合物は 約6:1から約20:1の水/前駆体モル比を持っており; e)第四の混合物を約0℃から約40℃の温度で放置してゲルを形成 させ; e)約1日から約4週間、約0℃から約40℃の温度でゲルを熟成さ せ;および f)約50パーセントから約80パーセントの重量損失が該熟成ゲル で観察されるまで約15℃から約40℃の温度で熟成ゲルを乾燥させる工程から なる、多孔性マトリックスを持つシリカ基ガラスおよび該マトリックスに取り込 まれた生物学的に活性な分子を含む徐放性担体の製造法。 89.該ケイ素アルコキシド前駆体がテトラメチルオルトシランである請求項 第88項に記載の方法。 90.さらに工程c)においてリンアルコキシドの添加を含む請求項第88項 に記載の方法。 91.該生物学的に活性な分子が重量で該担体の約0.0001から約10% 含まれている請求項第88項に記載の方法。 92.該生物学的に活性な分子が薬剤を含む請求項第88項に記載の方法。 93.該薬剤が抗生物質を含む請求項第92項に記載の方法。 94.該抗生物質がバンコマイシンである請求項第93項に記載の方法。 95.該生物学的に活性な分子が蛋白質を含む請求項第88項に記載の方法。 96.該薬剤が成長因子である請求項第92項に記載の方法。 97.該成長因子がTGF−βである請求項第96項に記載の方法。 98.該薬剤が抗炎症剤である請求項第92項に記載の方法。 99.該薬剤が鎮痛薬である請求項第92項に記載の方法。 100.乾燥により該酸化物が下記の重量パーセントで存在する請求項第90 項に記載の方法: 約60から約100%のケイ素; 約40%までのカルシウム;および 約10%までのリン。
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