JPH11509429A - 新規な生物融和性の人工補綴物質、その物質によって構成される人工補綴具又は人工補綴システム及びカルシウムとリンの二重イオン移植によるその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、その表面がその生物融和性を確保するのに十分な量と割合のカルシウムとリンの二重イオン移植で処理された通常の人工補綴物質で構成されることを特徴とする、生物融和性人工補綴物質に関する。

Description

【発明の詳細な説明】 新規な生物融和性の人工補綴物質、その物質によって構成される人工補綴具又は 人工補綴システム及びカルシウムとリンの二重イオン移植によるその製造法 本発明は新規な生物融和性（ｂｉｏｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ）の人工補綴物質、 その物質によって構成される人工補綴具又は人工補綴システム及びカルシウムと リンの二重イオン移植（ｉｍｐｌａｎａｔｉｏｎ）によるその製造法に関する。 外科術で用いられる人工補綴具又は人工補綴システムは二重の拘束、一部は機 械的な拘束、他は生物学的な拘束に対応せねばならない。 実際、骨の一部を取替える人工補綴具ではその骨はできるだけ取替えられる部 分の機械的性質、特にその機械的抵抗性に似せようとして置換される。かくて人 工補綴具又は人工補綴システムに一般に用いられる物質は金属又は金属合金、特 にチタンとその合金によって構成されるものが好ましい。 しかしながら、これらの物質は人工補綴具とそれが移植される骨組織との間の 関係を変える拒絶又は刺激現象を回避するために、同様に生物融和性でなくては ならない。その物質が集中する骨へのその固定を促進する物質によって人工補綴 物質の移植を促進することが探求されている。 従来、種々の解決法が提案されている。たとえば人工補綴物質の表面に骨組織 への人工補綴具の固定を確実にする層を形成する。それは一般にヒドロキシアパ タイトから出発して得られ、石灰化によって及び／又はプラズマトーチによって 人工補綴物質の表面に設けられるリン石灰層である（ＥＰ−Ａ−０１３０９１６ ，ＥＰ−Ａ−０２６４３５４、ＥＰ−Ａ−０２３７０５３、ＥＰ−Ａ−０２６４ ３５３、ＥＰ−Ａ−０３１０５７４、ＦＲ−Ａ−２６０１６９９又はＦＲ−Ａ− ２６８８１３９）。 かくて得られた人工補綴具は金属製又は金属合金製人工補綴要素によって構成 され、これらは骨組織中の人工補綴具の固定からなる生物融和性を確保するリン 石灰質物質の層によって全部又は一部を被覆して機械的抵抗性を確保する。しか しこれらの人工補綴物質が二つの別の物質によって構成される場合においてはリ ン石灰層はその生物融和性の外に金属製要素との良好な接合を確保することが必 要である。もしこの良好な接合が欠けるとその機械的抵抗性の機能を適切に確保 できなくなる。移植される人工補綴具の効果や寿命はこの接合の強度、即ち耐剥 離性に依存する。 かくて本発明は生物融和性層によって被覆されることを必要とせず、その結果 その層の剥離の問題のない、改良された新規な人工補綴物質に関する。 かくて本発明による人工補綴物質は、その表面が生物融和性を確保するのに十 分な量及び割合でカルシウムとリンの二重イオン移植法によって処理された通常 の人工補綴物質によって構成される。 イオン移植法によって物質の表面を処理する技術は１９５４年以来公知であり 、これは半導体にドープするために提案された。その技術の原理は負の電圧を有 する標的に対して正のイオンを促進させることからなる。十分な運動エネルギー を得たイオンは標的に衝突し貫通する。即ち標的の表面の原子の結晶格子に集中 する。 医療上の人工補綴具の表面の処理のために、窒素移植を利用することが記載さ れている(Ｉ．ＴＯＵＳＳＥＴ，イオン移植、Traitement Thermique,231,1989,1 1-16)。これは消耗、腐蝕、摩擦に対する抵抗性を改良するために人工補綴具の 表面に窒素、稀ガス、チタン、炭素、ケイ素、タンタル又はホウ素を移植するも のである。チタンの合金で構成された腰の人工補綴具の表面に窒素を移植すると その腐食性消耗に対する抵抗性を改良するが、しかしその生物融和性上には影響 はなく、上記の技術の解決が必要である。 生物融和性を確保するのに十分な量によって、通常の人工補綴物質の物理的性 質をそれほど変えることなしに、本発明による物質の表面に、人工補綴具への良 好な固定するのに十分なカルシウムとリンの含有量が望まれる。 通常の物質の表面に移植するのにカルシウムイオンが最も困難であることが分 った。従って物質の表面をカルシウムで飽和することが好ましい。 次いで本発明による人工補綴物質の生物融和性を確保するのに適当なＣａ／Ｐ 比を得るようにリンの含有量が調整される。 原子比Ｃａ／Ｐは５／５乃至５／２、好ましくは５／３の近くであるのが有利 である。 ５／３のＣａ／Ｐ比が骨の組織内に見出される比でありかつ従来利用されてい るヒドロキシアパタイトであり、リン３イオンに対しカルシウム５イオンを移植 するのが好ましいことが見出されよう。 しかし用いられる技術の柔軟性やその有効性により、移植される骨の組織と人 工補綴具の種類に応じてこの比Ｃａ／Ｐは最適なものに調節されよう。 通常の人工補綴物質によって、整形外科用、関節用人工補綴具又は歯の移植な どの骨及び／又は歯の人工補綴具の調製に役立つすべての物質が理解されよう。 それは特にチタンとその合金、クロム−コバルト合金又は非酸化性の鋼の如き 金属性物質とセラミック類である。 イオン移植によるその調製法を考慮すると、用いられる物質は電気伝導体かも しれないし、又は非電導体かもしれない。 整形外科用の人工補綴具の調製に実際に最もよく使用される物質はＴＡ６Ｖと 呼ばれるチタンの合金である。 チタン合金の表面におけるカルシウムイオンの最大移植量は表面で約２０％で ある。 もちろん、カルシウムの（飽和の）このイオン移植量の値は処理される物質の 性質に依存する。これは一般に２０％と２５％の間であろう。 しかしながらこの職業の人は、人工補綴具の種類、通常の物質やその移植の種 類によってその含有量を適合させるであろうし、もし必要ならば単にカルシウム の飽和を得ようと求めないであろう。しかし、その含有量は物質の生物融和性を 確保するのに必要な最低量と用いられる物質の種類によって限定されるその最大 量の間である。 本発明は同様に本発明による生物融和性の物質によって全部又は一部構成され た人工補綴具又は人工補綴システムに関する。 かくして複数の要素から構成される人工補綴システムの場合、たとえば歯の移 植システムのような場合はシステムが移植される骨の組織と接触する部分のみが 本発明による生物融和性物質で構成されよう。 その表面のすべてが骨の組織と接触する人工補綴具又は人工補綴システムはす べて本発明に係る生物融和性物質によって構成される。 本発明は同様にイオン移植によって本発明による人工補綴物質を調製する方法 に関するものであり、ここではまず希望するカルシウム含有量を得るようにカル シウムを移植し、次いで求める原子比Ｃａ／Ｐを調整しながらリンの移植を行な う。 移植は好ましくは３００ＫｅＶのエネルギーでイオン移植に適当な装置におい て実施される。 本発明による人工補綴具又は人工補綴システムをつくるために、まず処理すべ き通常の人工補綴物質を成形し、次いで上記したごとき二重イオン移植を行ない 、もしもの場合はかくしてえられた物質を人工補綴具又は人工補綴システムの他 の要素と組立てる。 追加的要素としてはたとえば骨に移植された物質と共働する義歯の要素又は関 節の人工補綴システム中で種々の要素の摩擦を容易にする装置があげられよう。 本発明に係る物質と方法の他の特徴について以下の例で明らかにする。 １．合金ＴＡ６Ｖの物質上でのイオン移植 チタン合金ＴＡ６Ｖ片の表面をまずカルシウムで、次いでリンで移植し、３０ ０ＫｅＶのエネルギーにより相当するイオンを加速する。 この移植は合金片の全表面の２５％上でＣａ／Ｐ比が１．６６７（Ｐの３イオ ンに対しＣａ５イオン）に等しくなるように行なう。 ２．生物融和性の研究 物質と方法 上記のようにしてえられた移植された合金ディスクをＰ２型の室で直径２cmの 培養液ＮＵＮＣ４の箱の中に入れる。対照物（ｔｅｍｏｉｎ）は培養液の底のポ リスチレン（ＰＳ）である。この対照物が造骨細胞（ｏｓｔｅｏｂｌａｓｔ）の 最適の増殖をもたらす。 この箱は次いで人間の造骨細胞で接種された。２０％のＳＶＦ（仔牛胎児の血 清）と１００Ｕ／mlのストレプトマイシンとペニシリン並びに１００mg／mlの菌 質領域に補充された培地ＩＭＤＭ（イスコブ変性ダベルコ培地）に懸垂された細 胞が物質３０００細胞／cm²に接種された。箱はついで５％のＣＯ₂の湿潤雰囲気 で培養された。培地は合流（ｃｏｎｆｌｕｅｎｃｅ）まで２日ごとに交換された 。 混合物、トリプシン／ＥＤＴＡ（０．０１％のトリプシンと０．０２％のＥＤ ＴＡ）で切りはなされて、一度再懸垂された細胞はマラセス（Ｍａｌａｓｓｅｚ ）のセル（ｃｅｌｌｕｌｅ）の中で数えられた。 培地の交換 第１日に導入された培地は細胞にその成長とその増殖に必要な滋養分を与えさ せる。かくて細胞は溶解のときに消える要素を利用する。かくてこの培地は２日 ごと変えられる。 培地の交換は無菌の雰囲気で行なわれねばならない。実験プロトコールは次の とおりであった。 − 古い培養液をすいとる。 − 完全な新しい培地は１つの井戸ごとに５００μｌの割合で導入された。 細胞の計算 増殖の発達は別々の物質上でなされる。このため、各種試料ごとに存在する造 骨細胞の数をかぞえる。ここで計算は別異の３つの試料でなされた。その実験プ ロトコールは次のとおりであった。 − 培養液をすいとる。 − １０分ごとに３回ＰＢＳ（リン酸塩緩衝食塩水）ですすぐ。 − トリプシン−ＥＤＴＡの混合物３００μｌによって細胞のクロースを剥ぐ、 この混合物は３分間３７℃のセルで培養する。この混合物の役目はマトリックス をこなす（ｄｉｇｅｒｅｒ）ことである。 − 完全な培地２００μｌを加えて５００μｌにする。 − 均質にした後、少量の溶液をパスツールピペットで吸いとりマラセスのセル の中に入れる。 結果 この実験はカルシウムとリン（Ｉ）の二重移植をうけたＴＡ６Ｖの細胞融和性 を試験するものである。これは造骨細胞で実施された。移植を受けないＴＡ６Ｖ 第一陰性対照物（Ｔ）を慣用の陰性対照物とともに用いて培養液の底のポリスチ レン（ＰＳ）を知る。 毎平方cm当り３０００μｌの細胞を接種する。 移植されたＴＡ６Ｖ（Ｉ）上と対照物（ＴとＰＳ）上の造骨細胞の増殖を添付 図面第１図に示す。移植された試料ＴＡ６Ｖ（Ｉ）に比較して処理してない対照 物ＴＡ６Ｖ（Ｔ）の場合に細胞の増殖の遅れが観察された。これと反対に、移植 されたＴＡ６Ｖ（Ｉ）上で対照物ポリスチレン（ＰＳ）（好ましくは細胞の表面 ）の細胞と同様に計算の全段階で細胞の増殖がみられた（十分に顕著な相違でな くＰ＜０．０５）。全試料にとって第９日に増殖の平面が観察された。対照物Ｐ Ｓの場合と移植されたＴＡ６Ｖ（Ｉ）の場合第９日まで細胞の指数的成長が観察 された。この場合カルシウムとリンのイオン移植はＴＡ６Ｖの生物融和性を改良 するとみることができよう。移植されたＴＡ６Ｖ（Ｉ）上の細胞増殖が対照物Ｐ Ｓ上のそれに同じだからである。 かくて合金ＴＡ６Ｖの全表面のただ２５％がカルシウムとリンで移植された事 実にも拘わらず、培養液の底の慣用の陰性の対照物、ポリスチレンのそれに等し い増殖が得られている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． その表面が、その生物融和性を確保するのに十分な量と割合のカルシウ ムとリンの二重イオン移植で処理された通常の人工補綴物質で構成されることを 特徴とする、生物融和性人工補綴物質。 ２． 通常の人工補綴物質の表面がカルシウムで飽和されることを特徴とする 、請求項１による人工補綴物質。 ３． 通常の人工補綴物質の表面におけるカルシウムの割合が表面で２０乃至 ２５％であることを特徴とする、請求項２による人工補綴物質。 ４． 原子比Ｃａ／Ｐが５／５乃至５／２、好ましくは５／３の近くであるこ とを特徴とする請求項１乃至３による人工補綴物質。 ５． 通常の人工補綴物質が、セラミック、金属と金属合金好ましくはチタン とその合金の間で選ばれることを特徴とする請求項１〜４による人工補綴物質。 ６． 請求項１〜５による人工補綴物質によって全部又は一部構成されること を特徴とする人工補綴具又は人工補綴システム。 ７． まず、希望するカルシウム含有量を得るようにカルシウムの移植を行な い、次いで求める原子比Ｃａ／Ｐを調整しつつリンの移植を行なうことを特徴と する請求項１〜６による人工補綴物質の製造法。 ８． 適当な装置で、３００ＫｅＶのエネルギーでイオン移植を行なうことを 特徴とする、請求項７による方法。 ９． まず、請求項７又は８の一つで定められたごとき二重イオン移植を行な い、もしもの場合、かくしてえられた物質を人工補綴具又は人工補綴システムの 他の要素と組立てることを特徴とする、請求項６による人工補綴具又は人工補綴 システムの製造法。