JPS62221358A - 骨欠損部及び空隙部充填材 - Google Patents

骨欠損部及び空隙部充填材

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JPS62221358A
JPS62221358A JP61063044A JP6304486A JPS62221358A JP S62221358 A JPS62221358 A JP S62221358A JP 61063044 A JP61063044 A JP 61063044A JP 6304486 A JP6304486 A JP 6304486A JP S62221358 A JPS62221358 A JP S62221358A
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JP
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hydroxyapatite
bone
weight
fibers
fibrous material
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JP61063044A
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森　省一
茂夫 藤井
吉沢　昌夫
宮坂　健司
田渕　丈一
江川　和文
実 平野
吉田　義一
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Pentax Corp
Tonen General Sekiyu KK
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Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Toa Nenryo Kogyyo KK
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Publication date
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    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • 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
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    • 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
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    • Y10T428/249921—Web or sheet containing structurally defined element or component

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、骨の欠損部又は空隙部に充填される充填材
に関する。
［従来の技術及びその欠点］ 骨折や骨腫瘍の手術のために骨に欠損部又は空隙部が生
じることがある。このような欠損部や空隙部を埋めるた
めに、古くから患者の他の部分から採取した自家骨、あ
るいは、患者の近親者から採取した同種骨が用いられて
いる。しかしながら、この方法によると、損傷箇所以外
の部分に手術を施して骨を採取しなければならず、患者
又はその近親者の負担が大きい、さらに、欠損部や空隙
部が大きな場合には、十分量の骨を採取できない場合が
たびたびある。
このため１人工の骨充基材か開発され、使用されている
。人工の充填材の材質としては、金属やセラミックスか
知られているか、これらのうち、生体適合性の観点から
特に好ましいものはリン酸カルシウム系化合物である。
リン酸カルシウム系化合物のなかでも、とりわけ、骨の
成分である水酸アパタイトが好ましいことか知られてい
る。従来開発された水酸アパタイト充填材には。
顆粒状、粉末状（特開昭５６−５４８４１号）、ファイ
バー状のもの（特開昭５７−１１７６２１号）がある、
しかしながら、顆粒状、粉末状のものは手術の際の操作
性が悪いという欠点を有する。ファイバー状のものは操
作性という点については幾分改善されてはいるがそれて
も十分な操作性を有してはおらず、また、溶融紡糸法に
よりファイバー状にするため、溶融の際の高温度の故に
水酸アパタイトの水酸基が分解され、生体適合性が劣化
するという欠点を有する。
［発明が解決しようとする問題点］ この発明の目的は１手術時の操作性、生体適合性に優れ
、かつ、骨の欠損部又は空隙部の複雑な形状に適合する
、骨の欠損部及び空隙部充填材を提供することである。
［問題を解決する手段］ 上記この発明の目的は、水酸アパタイトを含むファイバ
ーから形成された繊維状物から成る骨欠損部及び空隙部
充填材を提供することによって達成される。好ましい繊
維状物は不織布状、綿状、脱脂綿状、ローピング状のも
のである。
［発明の効果］ この発明の充填材は、水酸アパタイトを含むファイバー
から形成された繊維状物から成るのて生体適合性が極め
て高く、拒絶反応か起きたり、巨細胞か出現したりしな
い。また、繊維状であるので手術時の操作性に優れ、複
雑な形状の欠損部又は空隙部に詰め込むことができ、そ
れに良くフィツトする。さらに、後述の実施例において
明らかになるように、骨形成能が極めて大きく、従来の
水酸アパタイトに比較してはるかに短期間で損傷箇所を
回復させることかできる。さらに、水酸アパタイトは骨
の成分と同一であるのて、骨の新生に伴って水酸アパタ
イトが同化され、完全に骨の一部になる。
［発明の詳細な説明］ 上述したように、この発明の充填材は、水酸アパタイト
を含むファイバーから形成された繊維状物から成る。こ
の繊維状物は後で詳細に説明する、本願発明者らが開発
した方法によって初めてつくり出されたものである。従
来の溶融紡糸法によって水酸アパタイトのファイバーを
製造する方法では、水酸基を保持したまま水酸アパタイ
トをファイバー化することができなかった。これを可使
にしたのが、特殊なバインダーを使用した１本願発明者
らが考え出した溶液紡糸法である。
この発明の繊維状物を構成するファイバーは、水酸アパ
タイトを含む、ファイバー中の水酸アパタイトの含量は
好ましくは２５重量％以上。
さらに好ましくは５０重量％以上である。水酸アパタイ
トは骨の成分であるので、生体適合性の観点から考えれ
ばファイバーが実質的に水酸アパタイトのみから成るこ
とが好ましいが、この場合にはファイバーの強度か減少
する。ファイバーの強度を増大させるために１例えばＣ
ａ：＋（ＰＯ＜）ｔのようなリン酸カルシウム系化合物
や水ガラス等を補強剤として含ませることがてきる。補
強剤のうち、生体適合性の観点からリン酸カルシウム系
化合物か好ましい、補強剤の含量は通常２５重量％以下
である。さらに、ファイバーは水を含んでいてもよい、
水の含量は通常５０重量％以下である。
この発明の充填材を構成するファイバーの直径は、特に
制限はないか通常ｌないし３０ル■、好ましくは１ない
し１０終鳳である。また、繊維状物の目付重量も特に制
限はないが、通常５ｇ／ｍ”ないし５００ｇ／ｍ”であ
る。
この発明の繊維状物は、特殊なバインダーを用いた溶液
法により繊維状物を形成し、これを５００℃ないし１３
００℃の温度下で焼成することによって製造することが
できる。
この方法に用いられるバインダーは、生体に無害である
。水溶性である、という少なくとも２つの条件を満たす
ことが好ましい。このような条件を満たす高分子化合物
は多々あるか、ポリビニルアルコール、カルボキシメチ
ルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、コラー
ゲンの他プルラン、キチン等の多糖類か好ましく、特に
ブルランが好ましい。これらの高分子化合物の平均分子
量は２〜２００万であることが好ましく、特に５〜１０
０万か好ましい。これらの高分子化合物は単独で使用す
ることも２種以上を混合して使用することもできる。
この製造方法に用いる原料の水酸アパタイトは、好まし
くは粒径５ｎｓ〜１ｐＬ−の超微粒子状のものである。
微粒子の形状には特に制限はないか、棒状であることか
好ましい。このような水酸アパタイトは、例えばカルシ
ウムイオンを含むアルカリ性溶液（ｐｏ７〜１１）にリ
ン酸水溶液を徐々に滴下することにより製造することが
できる。
この発明のｗＬ！ｌｌ状物の製造方法においては、上記
バインダーと水酸アパタイトとを含有する水性懸濁液を
原料とするが、この原料の組成は１通常、水：ｌＯ〜９
０ｆｆｉ量％、好ましくは５０〜７０重量％、さらに好
ましくは６０〜６５重量％、水酸アパタイト７５〜７０
重量％、好ましくは１５〜３０重量％、さらに好ましく
は１５〜２０重丑％、バインダー＝５〜４０重量％、好
ましくは１５〜３０重量％、さらに好ましくは２Ｑ〜２
５重量％である。木酸アパタイトを５重量％以下とした
場合には繊維状物の強度か小さいのて好ましくなく、７
０重量％以上とした場合には粘度が大きくなり好ましく
ない。
この方法においては、原料の流動性を増してＭ料中の水
酸アパタイトの分散を良好なものとするために、必要に
応じて有機カルボン酸系の界面活性剤、可塑剤、柔軟剤
等を添加することもできる。また、消泡剤を加えること
もできる。これらの含量は、原料の重量に対し通常０．
０１ｇないし５％である。また、上記補強剤をファイバ
ーに含ませる場合には、その補強剤はこの原料中に分散
させる。これらの種々の添加物は生体に無害なものの中
から選択することか必要である。
上記原料液は約２０℃ないし７０℃の温度下で調製する
ことか好ましい。
この発明の繊維状物は、上記原料液を用いて、例えば以
下の方法により製造することができる。
先ず、上記原料液を、細孔を有する複数側の溶融体紡糸
ノズルを幅方向に直線的に配列したダイスより押し出す
と同時に、該ノズルの周囲から気体速度約５ないし約１
０００ｍ／秒、温度約２０℃ないし約６０°Ｃの気体、
例えば空気を噴出させることにより、延伸された微細フ
ァイバーからなるファイバー流を形成する。この場合の
ファイバーの直径は上記噴出する気体速度により、通常
的１ないし約３０ｇｍ、好ましくは約１ないし約ｌＯル
ｌの範囲に入るように調節される。気体速度が大きい場
合にはファイバーの直径が小さくなり、気体速度が小さ
い場合にはファイバーの直径が大きくなる。気体速度か
１０００ｍ／秒の場合には通常直径約１ルｍ　、：１０
０ｍ／秒では通常直径３ないし５　ＩＬｍ　、　３０ｍ
／秒では通常直径２０終■程度のファイバーか形成され
る。
次に、この微細ファイバー流を、ダイスの下に設けられ
た加熱装置１例えば赤外線ヒーター、遠赤外ヒーター又
はマイクロ波加熱器等により加熱し、ファイバー中の水
分含量を１（ｌｌｒｆｆｉ％以下、好ましくは約７重量
％以下に蒸発除去させて固化する。水分の除去か不十分
であると微細ファイバーから成る繊維状物を得ることが
できない。
ファイバー流に対する加熱温度は原料液の押し出し量、
噴出気体の温度及び風量のバランス等により選択される
が、通常はヒータ一温度約２００℃ないし５００℃（フ
ァイバー流の温度約８０″Ｃないし約１５０℃）の範囲
である。加熱温度を必要以上に高くした場合には、加熱
工程においてバインダーが分解するため好ましくない。
上記のようにして延伸され、かつ水分か除去された微細
ファイバー流を、移動する捕集装置、例えばネット型の
回転ドラム、移動ベルト等の上に交絡して落下させ繊維
状物を形成する。この場合、ファイバー流を回転する２
個のネット型捕集ドラムの接点に吹き付は落下させた場
合には、交絡したファイバーかｍ！ｉ状物の厚さ方向に
（すなわち３次元的に）配列した嵩高のもの、すなわち
綿状又は脱脂綿状の繊維状物か得られる。また、ファイ
バー流を上記捕集ドラムの接点以外の箇所又は平板状の
捕集ベルト等に吹き付は落下させた場合には、ファイバ
ーが平面に平行（すなわち２次元的に）配列した不織布
か得られる。また、ローピング状の繊維は、溶融体紡糸
ノズルが円周上に並んだ装置を用いて形成することがで
きる。
さらに、ｍ！ｌ状物の目付重量は、上記捕集装置の移動
速度を変えることにより例えば５ｇ１１１２ないし５０
０ｇ／■２の範囲になるように、任意に調節することか
できる。
このようにして得られた、バインダーによって結合され
た繊維状物を、約５００℃ないし約１３００℃、好まし
くは約６００℃ないし約１２００℃、さらに好ましくは
約６５０℃ないし約１１００℃の温度下で焼成し、バイ
ンダー２を焼失せしめることによってこの発明の繊維状
物を得ることができる。　１３００℃以上の温度で焼成
した場合には、水酸アパタイトの水酸基が消失するので
好ましくない、焼成温度か１２００℃以下では水酸基の
消失は極めて少量てあり、焼成時間に多少依存するとは
いえ、水酸基の消失はほとんど無視することかてきる程
度である。従って、必要な場合には、焼成温度を約１１
００℃ないし１３００℃に調整することにより、繊維状
物中の水酸アパタイトの量を調節することかできる。こ
の場合にはＣａｚ（ＰＯ４）ｔが生成し、水酸アパタイ
トと混在することになり、これによりファイバーの強度
を改善することもできる。
この発明の繊維状充填材は、そのまま骨の欠損部又は空
隙部に充填することができる。また、顆粒状又は粉末状
の水酸アパタイトと混合して用いても好ましい結果が得
られる。さらに、繊維状物又は繊維状物と顆粒状若しく
は粉末状の水酸アパタイトとの混合物に水、生理食塩水
、コンドロイチン溶液、ヒアロン酸溶液、又はコラーゲ
ン溶液を含浸させたものを用いることにより、生体との
親和性をさらに高めることができる。これらの液体は、
繊維状物の重量に対し、通常ｌないし２０％、好ましく
は５ないし１０％含浸される。
コンドロイチン溶液、ヒアロン酸溶液、コラーゲン溶液
の好ましい溶媒は水であり、好ましい濃度は約１ないし
２０重量％である。さらに、繊維状物にカレンダー処理
を施して厚みを調節することもできる。このようなカレ
ンダー処理を施した繊維状物に水、生理食塩水、コンド
ロイチン溶液、ヒアロン酸溶液、又はコラーゲン溶液を
含浸させたものを用いることによっても生体との親和性
をさらに高めることができる。
えム■ユ 平均分子３１２０万のプルラン粉末９重量％。
水酸アパタイト粉末（粒径５〜８０ｎ園）４２重量％、
分散剤（有機カルボン酸系界面活性剤）１重量％、水４
８重量％を混線し、水酸アパタイトをプルラン水溶液中
に均一に分散させ、脱気泡を行なった。この溶液を室温
で、直径０．３１−の紡糸ノズルより吐き出し、該紡糸
孔に隣接して設置した気体吐出孔から気体を３００ｍ／
秒の速度で吐出させ、ファイバーを延伸するとともにフ
ァイバー流を形成せしめ、このファイバー流をノズル下
に設けた赤外線ヒーター（２〜５０ｐｍ）で加熱し、水
分を蒸発除去してネット型捕集ドラムに吹きつけ、得ら
れた綿状体水酸アパタイト繊維を昇温速度５０℃／時間
で１１００℃まて加熱し、この温度で１時間焼成した。
得られた水酸アパタイト綿状体は、平均ファイバー径５
ルーで目付重量か約２００ｇ／諺２て十分な強靭性を有
する。従って、生体内で用いるためには十二分の強度を
持っているといえる。
１２匹のネコ（雄、雌）の脛骨中央部に直径５膳■弱の
穿孔を長手方向軸上に２箇所設けて人為的に骨欠損部を
形成し、該欠損部に水酸アパタイト綿状物を骨髄腔内に
至るまで充填埋入した。
埋入後、１週、２週、４週間後に周囲組織を摘出し、直
ちに１０％のホルマリン液にて固定した。脱灰後、樹脂
包埋し、横断切片を各種染色し、病理標本を作製し、該
標本を経過を追って顕微鏡により観察した。観察結果は
以下の通りである。
１週間経過後 海綿層の水酸アパタイトに接する部分にはフィブロブラ
ストの増生、海綿層内の骨膜の新生、骨芽細胞の出現を
見る。水酸アパタイトと骨皮質の結合は未だ疎である。
骨膜は一部のみが水酸アパタイト内に侵入する。水酸ア
パタイト周辺には異物膜は認められない。
２週間経過後 海綿層内の骨膜の新生、皮質骨断端の骨新生及び骨芽細
胞の出現が著しい、骨膜子骨新生もみられる。アパタイ
トは１週間群に比べて密になっている。骨膜はアパタイ
ト表面をほぼ全周性に被覆する。皮質とアパタイトの間
はコラーゲンファイバーで強固に結合されている。巨細
胞の出現その他の異物反応は全く見られない。
４週間経過後 アパタイトは収縮し、ファイバー間が狭くなワている。
海綿層の骨新生は活発、皮質骨断端の骨新生もさらに活
発になっている。水酸アパタイトの間にコラーゲンファ
イバーの侵入を認める。骨膜は水酸アパタイトを完全に
被覆している。
このように、この発明の充填材を用いると、術後わずか
１週間て埋入した水酸アパタイトファイバーの海綿層周
辺部てはフィブロブラストの増生が始まり、海綿層内の
骨膜の新生、骨芽細胞の出現か認められる。このような
現象は、従来の水酸アパタイト充填材を用いた場合には
１〜３力月後に見られるものである。また、異物反応の
形跡は皆無である。以後、時間の経過とともに新生骨、
骨芽細胞の形成は急速に進行し、水酸アパタイト繊維は
完全に被覆され、かつ、新生骨は人為的に形成した骨欠
損箇所周辺部の骨組織と急速に一体化していく、このよ
うに、この発明の充填材は、従来の水酸アパタイト充填
材と比較して生体適合性がはるかに優れ、しかも顕著な
骨形成能を具えた理想的な骨欠損部及び空隙部充填材で
あることがわかった。
実施例２ 実施例１で得た水酸アパタイト綿状体と顆粒状の水酸ア
パタイト（直径２０〜ｌｏｏｇ−の球状粒子を７００℃
で焼成したもの）を５：ｌの重量比で混合し、実施例１
と同様に試験した。その結果、実施例１と同様な良好な
結果が得られた。
実施例３ 実施例１と同様の方法により、平均ファイバー径１ＯＩ
Ｌ鳳の水酸アパタイト綿状体を得た。
これを実施例１と同様に試験した。その結果、実施例１
と同様な良好な結果が得られた。
実施例４ 実施例１において得られた水酸アパタイト綿状体に水、
又は生理食塩水を添加して実施例１と同様に充填材とし
て用い、試験した。その結果、実施例１と同様な良好な
結果が得られた。
実施例５ 実施例１．２及び３の充填材にさらにコンドロイチンの
２０重量％水溶液を充填材に対し２０重量％添加して充
填材として用い、実施例１と同様に試験した。その結果
、実施例１と同様な良好な結果が得られた。
実施例６ 実施例１．２及び３の充填材にさらにコラーゲンの２０
％水溶液を充填材に対し２０ｆｆｉｆｆｉ％添加して充
填材として用い、実施例１と同様に試験した。その結果
、実施例１と同様な良好な結果か得られた。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）水酸アパタイトを含むファイバーから形成された
    繊維状物から成る骨欠損部及び空隙部充填材。
  2. （２）前記ファイバーは２５重量％以上の水酸アパタイ
    トを含む特許請求の範囲第１項記載の充填材。
  3. （３）前記ファイバーは５０重量％以上の水酸アパタイ
    トを含む特許請求の範囲第２項記載の充填材。
  4. （４）前記ファイバーは実質的に水酸アパタイトのみか
    ら成る特許請求の範囲第３項記載の充填材。
  5. （５）前記繊維状物は不織布状、綿状、脱脂綿状、又は
    ローピング状である特許請求の範囲第１項記載ないし第
    ４項のいずれか１項に記載の充填材。
JP61063044A 1986-03-20 1986-03-20 骨欠損部及び空隙部充填材 Pending JPS62221358A (ja)

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