JPH11313883A - 鉱化コラ―ゲン原線維の製造方法および骨代替材料としてのその使用 - Google Patents
鉱化コラ―ゲン原線維の製造方法および骨代替材料としてのその使用Info
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- JPH11313883A JPH11313883A JP11077494A JP7749499A JPH11313883A JP H11313883 A JPH11313883 A JP H11313883A JP 11077494 A JP11077494 A JP 11077494A JP 7749499 A JP7749499 A JP 7749499A JP H11313883 A JPH11313883 A JP H11313883A
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Abstract
コラーゲン原線維の製造方法を提供する。 【解決手段】 原線維形成と鉱化を一工程で行う。
Description
形成と鉱化を一工程で行う、鉱化コラーゲン原線維の製
造方法に関する。さらに本発明は、リン酸カルシウムセ
メント中に包埋される、鉱化コラーゲン原線維から開始
するコラーゲン/リン酸カルシウム複合体の製造方法に
関する。後者は次いで、骨代替材料として用いられる。
適合材料として多くの利点を有している。動物において
コラーゲンは重要なタンパク質であり、脊椎動物のタン
パク質の30%を占める。それはin vitroにおいて、原線
維と結合する能力を有し、種々改良法で製造することが
できる。ヒト骨において、コラーゲンは構成材料として
の有機マトリックスを意味し、そこにはカルシウムイオ
ン、リン酸塩イオン、ヒドロキシルイオン、フッ化物イ
オン、および炭酸塩イオンなどからなる無機質が包埋さ
れている。ヒト組織との類似性は代替材料に比べて、重
要な利点を提供する。この利点が人工器官および生体適
合材料を製造するために利用される。
文書が知られている。英国特許第1068 587号(Baxendale
ら,1963)は、過飽和のリン酸カルシウム溶液中に浸漬す
ることにより再構成および鉱化した可溶性コラーゲン
(ラットの尾由来)について開示している。ATPまたは
硫酸コンドロイチンの存在下での結合は、いわゆるそれ
ぞれSLSまたはFLSを生じるが(G. Reich "Kollagen", T
heodor Steinkopff, Dresden (1966) 134頁以下参
照)、誤った仮定のように64nm周期を有するコラーゲン
原線維は生じない。
性溶液中に分散させ、次いで、中性pHのカルシウムおよ
びリン酸塩溶液を添加することにより鉱化させた架橋コ
ラーゲンについて記載している。両溶液を同時に加えて
もよいし、またはこの2種の溶液の一方をあらかじめコ
ラーゲンと混合してもよい。
よびWO93/12736 (Constantzら)は、塩基性溶液中に可溶
化させ、続いて、カルシウムおよびリン酸塩溶液を数時
間にわたって滴下する架橋コラーゲンについて記載して
いる。ここでは組立段階は起っていない。
は、中性化緩衝液中に放出した酸性コラーゲン溶液から
生じるコラーゲン原線維について開示している。この原
線維は20ないし500μmの径を有し、続いて、例えば、ダ
ブル・ディフュージョン・チャンバー中で鉱化させる。
したコラーゲンゲルを生じる鉱化コラーゲン原線維の製
造方法を提供するという目的を有する。それは組換えコ
ラーゲンではなく、天然のコラーゲンのみ使用されるべ
きである。もう1つの目的は、鉱化した原線維を用い、
かつ、コラーゲンとリン酸カルシウムセメントとを確実
に結合させたコラーゲン/リン酸カルシウム複合体の製
造方法を提供することにある。
程で行う鉱化コラーゲン原線維の製造方法により、驚く
ほど簡単な方法で第1の目的を達成することができた。
特定の重量比でリン酸カルシウムセメント中に鉱化コラ
ーゲン原線維を包埋することによるコラーゲン/リン酸
カルシウム複合体の製造方法により、第2の目的を達成
することができた。
ラーゲンから製造され、このことは不溶性コラーゲンの
使用に比べより高純度とすることができることを意味す
るものである。可溶性コラーゲンから原線維を再構成す
ることが可能なことは、以前から知られていた(A. Vei
s, K. Payne, "Collagen Fibrillogenesis" from "Coll
agen" )M.E. Nimni編, 第1巻, Biochemistry, CRC Boca
Raton 1988)。
であり、中性pHでは原線維と結合する。再構成は、酸性
コラーゲン溶液を中性緩衝液と混合することによって行
う。酸性pH、好ましくはpH=2で、溶解させたカルシウム
塩を含んでなるあらゆるコラーゲン溶液が酸性コラーゲ
ン溶液として適している。あらゆる中性緩衝液が緩衝液
として適している。
ウム溶液からリン酸カルシウムを沈澱させることにより
鉱化させる。この過飽和は、カルシウム成分とリン酸塩
成分を混合することにより形成する。コラーゲン溶液と
緩衝液と、同時にカルシウム成分とリン酸塩成分を混合
することにより、両プロセスが同時に開始する。このプ
ロセスの適した順序は、パラメーターの適切な選択によ
り達成されなければならず、すなわち、コラーゲン原線
維は鉱化の鋳型(基質)として働く傾向があるので、原
線維形成は鉱化に先立ち開始されなければならない。同
時に、密なコラーゲン構造の形成は、カルシウムおよび
リン酸塩イオンのコラーゲン原線維への十分な拡散は実
際に費やすに値する時間内に可能な範囲に制限されるは
ずである。求められるプロセスの順序は、パラメーター
の狭い範囲内でしか達成されない。コラーゲン繊維とは
対照的に、得られたコラーゲン原線維の径は20ないし50
0nmでしかない。鉱化中、鉱化を改良し、かつ、鉱化工
程の速度論に影響を与えるために、本発明のコラーゲン
原線維に、所望によりポリアスパラギン酸塩、ポリグル
タミン酸塩、ポリホスホセリン、他のポリカルボン酸塩
または非コラーゲン性タンパク質、またはリンタンパク
質を加えることができる。また、新しい骨の形成を刺激
する骨成長因子の添加も考えられる。
いて、リン酸カルシウムセメント中に鉱化コラーゲン原
線維を包埋することができる。このリン酸カルシウムセ
メントは、リン酸四カルシウム、リン酸水素カルシウ
ム、カルシウムヒドロキシアパタイト、リン酸二水素カ
ルシウムなどのリン酸カルシウム類、炭酸カルシウム、
リン酸ナトリウム、またはそれらの混合物から製造さ
れ、得られる複合体のコラーゲン/リン酸カルシウム(C
aP)の重量比は1:200ないし1:1である。このリン酸カル
シウムセメントの個々の成分を、固体状態で適切な粒子
サイズまで小さくし、液体成分と混合することによりプ
ラスチック組成物へと変換する。この方法で得られたセ
メント混合物の硬化は、・まず、室温にて所定の時間、
空気中、・次ぎに、同様に所定の時間、リン酸塩または
他の無機成分を含んでなる水相中という2工程で行う。
前駆体への混合により行う。鉱化コラーゲン原線維を包
埋する利点としては、マトリックス相(リン酸カルシウ
ムセメント)との架橋にあり、これが破壊靱性を増強す
ることとなる。
記非コラーゲン性物質を加えることもできる。
ールにより、配向または非配向のいずれかで包埋するこ
とができる。この配向は配向した原線維の積層体を包埋
することにより達成できる。配向包埋は、その複合体中
のコラーゲン含量をより高くすることを可能にする。さ
らに、この方法で、骨においてもまた存在するような異
方性の力学特性を有する材料を製造することができる。
リン酸カルシウム複合体の具体例を、以下の実施例にお
いて詳細に説明する。
の濃度で溶解する。この溶液は当日処理してもよいし、
-80℃にて深冷凍結保存してもよい。
溶液と126μlの塩化カルシウム水溶液(0.1mol/l)とを混
合することにより調製する。
ウム水溶液(2mol/l)、240μlのトリス(ヒドロキシメチ
ル)アミノメタン水溶液(0.5mol/l, pH7.4)、32.4μlの
KH2PO4/K2HPO4水溶液(0.5mol/l, pH7.4)および793μlの
水を混合することにより調製する。574μlの成分2を成
分1へ添加し、急速に30℃まで温度を上げて、原線維の
溶解と鉱化を開始させる。混合物を30℃でインキュベー
トする。まず、コラーゲン原線維が形成し、同時に非晶
質のリン酸カルシウム相が生じる。約90分後、溶解/再
沈殿のメカニズムにより、この非晶質リン酸カルシウム
相を結晶質欠陥アパタイトへと変換する。新しく生じた
欠陥アパタイトは優先的にコラーゲン原線維に沈着し、
比較的大きなリン酸カルシウム結晶塊を形成する。この
生成物はゼラチン状の粘度を有する。引き続いて、鉱化
コラーゲンの遠心分離および上清のデカンテーションに
より後処理を行う。次いで、これを蒸留水に再懸濁す
る。緩衝塩を洗い去るために、このサイクルを数回繰り
返す。最後に凍結乾燥を行う。
2は、さらに37.5μlのポリ-L-アスパラギン酸ナトリウ
ム水溶液(4mg/ml)および755μlの水を含む以外は、実施
例1に同じ。調製は実施例1と同様に行う。
と非晶質リン酸カルシウムが生じる。しかしながら、非
晶質リン酸カルシウムの欠陥アパタイトへの変換は、約
8時間後にしか起こらない。この場合、優先して単一の
リン酸カルシウム微結晶がコラーゲン原線維上およびコ
ラーゲン原線維中に沈着する。リン酸カルシウム結晶と
コラーゲンとの結合は、実施例1に比べて明らかに向上
する。後処理は実施例1と同様にする。
ーゲン原線維の包埋: 実施例3 5mgの鉱化コラーゲン原線維を、500mgのリン酸二水素カ
ルシウムと炭酸カルシウムとの混合物へ加えた。この混
合物を230mlのリン酸塩緩衝液とともに攪拌し、プラス
チック組成物を得、これをまず空気中で、続いてリン酸
塩緩衝液中で硬化させた。
を、1gのリン酸二水素カルシウムと炭酸カルシウムの混
合物へ加えた。この混合物を水とともに攪拌し、プラス
チック組成物を得、これを100%湿度下で硬化させた。
Claims (13)
- 【請求項1】 原線維形成と鉱化を一工程で行うことを
特徴とする鉱化コラーゲン原線維の製造方法。 - 【請求項2】 原線維形成が鉱化に先立って開始される
請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 非架橋のコラーゲンの使用を含んでなる
請求項1または2に記載の方法。 - 【請求項4】 溶解したカルシウム塩を含んでなる酸性
コラーゲン溶液と、リン酸塩と塩化ナトリウムを含んで
なる緩衝液とを混合し、 適した温度で前駆体をインキュベートし、次いでリン酸
カルシウムを鉱化させることにより、コラーゲンを原線
維に結合させる反応工程と、 従来の精製工程とかならなる請求項1または3に記載の
方法。 - 【請求項5】 該コラーゲン原線維が20ないし500nmの
径を有する請求項1ないし4のいずれか1項に記載の方
法。 - 【請求項6】 ポリカルボン酸塩、非コラーゲン性タン
パク質、またはリンタンパク質を加える請求項1ないし
5のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項7】 ポリカルボン酸塩が、ポリアスパラギン
酸塩、ポリグルタミン酸塩またはポリホスホセリンであ
る請求項6に記載の方法。 - 【請求項8】 天然コラーゲンの使用を含んでなる請求
項1ないし7のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項9】 請求項1ないし8の方法によって製造さ
れる鉱化コラーゲン原線維から開始するコラーゲン/リ
ン酸カルシウム複合体の製造方法であって、鉱化コラー
ゲン原線維を、リン酸カルシウム類、炭酸カルシウム、
リン酸ナトリウム、またはそれらの混合物からなり、コ
ラーゲン:CaPの重量比が1:200ないし1:1であるリン酸
カルシウムセメント中に包埋することを特徴とする方
法。 - 【請求項10】 リン酸カルシウム類がリン酸四カルシ
ウム、リン酸水素カルシウム、カルシウムヒドロキシア
パタイトまたはリン酸二水素カルシウムである請求項9
に記載の方法。 - 【請求項11】 該鉱化コラーゲン原線維の包埋が配向
されていない請求項9または10に記載の方法。 - 【請求項12】 該鉱化コラーゲン原線維の配向包埋
が、配向した原線維の積層体によって達成される請求項
9または10に記載の方法。 - 【請求項13】 請求項1ないし8のいずれか1項の方
法で製造されたコラーゲン原線維の骨代替材料製造のた
めの使用。
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