JPS62224357A - 骨修復のための組成物および方法 - Google Patents

骨修復のための組成物および方法

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JPS62224357A
JPS62224357A JP61302883A JP30288386A JPS62224357A JP S62224357 A JPS62224357 A JP S62224357A JP 61302883 A JP61302883 A JP 61302883A JP 30288386 A JP30288386 A JP 30288386A JP S62224357 A JPS62224357 A JP S62224357A
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collagen
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phosphophorine
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JP61302883A
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ジョン ジェイ.ソーク
クレイグ エル.バン カンペン
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    • A61L27/22Polypeptides or derivatives thereof, e.g. degradation products
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    • A61K38/17Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans
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    • A61L2430/00Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/38Materials or treatment for tissue regeneration for reconstruction of the spine, vertebrae or intervertebral discs

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】 〔発明の背景〕 現在、重度または非治癒性の骨の欠損を治療するための
最も有効な方法は、患者の体の別の部分から欠損部への
骨の移植を含む骨の自己移植である。この骨の自己移植
には、提供部位の病的状態および限定されたx、、11
¥aの利用可能性を含む大きな不都合が伴なっている。
同種異系の凍結乾燥した骨からなる、代わりの骨移植材
料供給源を提供するためにボーンバンクが設立された。
しかしながら、同種異系の骨移植片は極めて高価であり
、新鮮な自己の骨移植片程の治癒効果がない。
これらの問題を克服しようという試みに、新たな骨の形
成を開始するための天然の骨の誘導体ならびにリン酸カ
ルシウムおよびリン灰石の使用が含まれていた。リン酸
三石灰およびリン灰石は一般に、新たに形成された骨を
物理的に維持するために用いられてきた。このような材
料は骨膜下の移植後の寸法の増大に有効であることが開
示されてきたが、これらの材料は遅いまたは不完全な冶
癒を示す傾向があると信じられている。
脱塩しくdemineralized) 、凍結乾燥し
た骨も骨EM 感剤の成分として使用されてきた。エム
、アール、ユリスI−(M、R,Urist) 、サイ
エンス(Science)、」皿、893 (1965
年)を参照されたい。近年、エム。
アール、ユリスト等は、米国特許第4 、294 、7
53号明細書およびブロク、ナトル、アカド、サイ、ニ
ーニスニー(Proc、Natl、Acad、Sci、
US^)、互、1828(1979年)において、この
ような骨基質がら誘導された蛋白質を種々の担体と共に
用いて新たな骨の形成を3M=Nすることを開示した。
しかしながら、種々のバイオアッセイ系によって特徴付
けられるべきこれらの材料を再現性をもって調製するこ
とは困難である場合がある。
従って、骨の欠損部において新たな骨の形成を促進する
ことによって骨の欠損部を修復するのに有効である組成
物が必要である。さらに、再現性をもって製造すること
ができる、例えば、十分に特徴付けされた成分を含んで
いる、骨修復に有効な組成物が必要である。
〔発明の概要〕
本発明は、ホスホホリン(phosphophoryn
)として知られる、鉱物質の核を形成する蛋白質のカル
シウム塩を含む組成物を提供するものである。好ましく
は、これらの組成物は、前記塩のための基質を与えるこ
とができる生理学的に許容され得る化合物も含んでいる
。本発明の好ましい態様は、象牙質のホスホホリンのカ
ルシウム塩および適当なコラーゲンを含む組成物である
。本発明は、これらの組成物を骨の欠損部に導入した後
管の形成を促進する、これら組成物の使用も提供する。
従って、本発明の組成物は、骨の欠損部の修復における
骨移植代用物として、および骨形成を促進するのに有用
である。例えば、本発明の組成物は、骨肉腫または骨嚢
胞の治療の間につくられた欠損部を充填するのに、偽関
節の修復を促進するのに、および歯槽裂(alveol
ar cleft)を修復するのに有用である。本組成
物は、新たな骨によるそれらの完全な置換に至る事象の
連鎖の開始後短時間で容易に再吸収される。さらに、本
組成物は十分に特徴付けられており、再現可能に得るこ
とができる。
本発明の組成物は、皮質性プレートを再定着させ骨折の
可能性を低減するために骨の空所を迅速に減少させる必
要がある場合に、大きな骨の欠損部を治療するのにとり
わけ有用である。
〔発明の詳細な記載〕
本発明に従って、ホスホホリンカルシウムを含有する組
成物を骨の欠損部に導入することによってその骨の欠損
部において新たな骨形成を生体内で促進することができ
る。医師による手技を促進するためにおよび新たな骨の
沈着を指令する構造物を提供するために、本組成物は好
ましくはホスホホリンカルシウムおよび基質材料、例え
ば1型コラーゲン、の混合物を含んでいる。これらの組
成物は、基質介在ミネラリゼーションを促進するよう意
図されており、それによってコラーゲンは構造基質を規
定しそしてホスホホリン塩はその位置および結晶度によ
って鉱物質の沈着を調節し指令する。
従って、本組成物は単に骨の内方成長に対する静的な物
理的「足場」を提供するのでなく、生体内で象牙質によ
ってつくられるミネラリゼーションフロントを模倣する
ことにより新たな骨形成を促進する動的なイオン性フロ
ントをつくると考えられる。本発明の別の好都合は、本
組成物が、通常の創傷治癒過程によって説明され得る場
合より迅速で完全な骨の空所の置換に至る事象の連鎖の
開始後に吸収され得ることにある。
主入±土見ヱ塩 ホスホホリンは所定のミネラリゼーションされた組織の
細胞外有機基質の成分である非コラーゲン蛋白質から単
離することができる、酸性のリン含有蛋白質である。生
体内で、これらの蛋白質はカルシウムイオンをキレート
化することにより象牙質の石灰化を開始するように作用
することができる。精製された象牙質のホスホホリンは
カルシウムイオンに対して高い親和力を有している。そ
の結合部位は1.3XlO−’Mおよび0.85 X 
10−5Mの解離定数を示す。しかしながら、ナトリウ
ムイオン、カリウムイオンおよびマグネシウムイオンは
これらの結合部位に対して有効にCa−2と競合するこ
とができる。本発明に用いられるホスホホリンのカルシ
ウム塩はこのを害な競合的結合を低減することができる
好ましい象牙質ホスホホリンの精製の常法は脱石灰され
た象牙質のカルシウム塩による沈殿を用いる。精製後、
これらの塩を本組成物中の象牙質ホスホホリンカルシウ
ム成分として用いることができる。象牙質ホスホホリン
の精製は、ダブリュー、ティー、パトラ−(W、T、l
1utler)等によってコラーゲン、シル。リス、(
Collagen Re1.Re5) 、土、187(
1981年)に、およびディー、クツキング−ジョンソ
ン(D、Cocking−Johnson)等によって
コラーゲン、シル。リス、(Collagen Re1
.Re5) 、3.505 (1983年)に記載され
ている(これらの文献は参考までに本明細書中に引用す
る)。
合成ホスホホリンは組換えDNA技法によって実験室で
製造することができる。または、本発明において有用な
ホスホホリンアナローブはポリペプチド合成に用いられ
る通常の反応によって化学的に合成することができる。
コラーゲン コラーゲンは、I〜■型と呼ばれている少なくとも4種
の結合組織蛋白質の一群に対する一般的な名称である。
l型コラーゲンは骨の有機質の大部分を占めており、椎
間円板、肝臓、胴および腎臓組織から単離され、および
皮膚、強IIりおよび肺臓からl型コラーゲンと一緒に
分離された。比較的低いイオン強度における生のペプシ
ン耐性コラーゲン分子の沈殿挙動は、他の蛋白質からそ
れらのコラーゲン分子を精製するのに広(利用されてき
た。さらに、■型、■型およびm型のコラーゲンについ
て示差的な溶解度が観察された。これらのコラーゲンは
、中性pi(における異なる塩濃度での沈殿によって互
いから分別することができる。
例えば、酸性pHにおいて、皮膚から得られたl型コラ
ーゲンおよびl型コラーゲンは0.7〜0.9MNac
l ?3度で沈殿するが、中性pHにおいては、I型は
2.6 M NaCf中に沈殿するが■型は1.5〜1
、7 M NaCj!中に沈殿する。イー、エイチ、エ
プスタイン、ジ、z−ア、 (E、If、Epstei
n、Jr、) 、ジェイ、パイオル、ケム、 (J、B
iol、Chem、)、」■、3225 (1974年
)を参照されたい。
所定の型の純粋なコラーゲンの調製において出くわす困
難のため、本明細書中で用いる「l型コラーゲン」とは
純粋なl型コラーゲン、およd実質的部分のl型コラー
ゲン、好ましくは少なくとも主要部分のl型コラーゲン
を含むコラーゲン調製物をいう。
好ましい組成物は、象牙質ホスホホリンカルシウムを■
型コー2−ゲンと、約3.0−0.1:l、好ましくは
約2.5〜O,S:t、最も好ましくは約1:lのカル
シウム塩対コラーゲンの重量比で混合することによって
調製される。この混合物は、粉末としての所望量のホス
ホホリンカルシウム塩を、所望量のコラーゲンを含有す
る水溶液に添加し、そして真空中で水を除去することに
よって調製することができる。得られた材料は、かっ色
の硬化したスポンジであり、一層の精製なしに骨の欠損
部へ直接に移植する(植え込む)ことができる。
本発明組成物の骨欠損部修復能力を評価するために、ホ
スホホリンカルシウム、およびウシ皮膚コラーゲンとホ
スホホリンカルシウムとのl:1混合物を含む組成物を
、以下の例1に記載のように、モルモットの頭蓋の6.
0龍2頭頂骨欠損部内に植え込んだ。6龍2の欠損部が
処理された研究から得られた結果は、もとの骨の厚さの
半分以上の厚さのく石灰化前の)幼若骨組織による創傷
部位の完全な閉鎖が2週間以内に起こったことを示して
いる。この治癒の程度は、通常に治癒された対照動物に
おいて観察される程度より有意に大きいものであった。
この研究は、明らかに、ホスホホリンカルシウムおよび
カルシウムホスホホリン・コラーゲン混合物が双方とも
これらの扁平骨内の骨による置換の促進に直接的効果を
存していることを示した。
第2の研究において、モルモットの前記頭頂骨の欠損部
を、以下の例2に記載のように、最低1、5 aAまで
広げた。この研究において、12匹の対照動物および4
8匹の処理動物を1か月の研究で評価した。対照動物間
の創傷の閉鎖は、欠損部の面積の約7%にわたって起こ
った。I型コラーゲンとホスホホリンカルシウムとのl
:1混合物を用いて処理した群は新たな骨の形成によっ
て30%面積の閉鎖を示した。
本発明を以下の詳細な例を用いてさらに説明する。
新鮮なウシ皮質を入手し一70℃に凍結させた。
この皮質を低温磨砕し篩分けした。次いで、得られた断
片をl:1のクロロホルム/メタノールで抽出し、ED
TAおよびグアニジン塩酸塩中4℃で脱石灰した。脱塩
後、断片を十分に洗浄しそして凍結乾燥させた。
B、  −ホスホホリンカルシウム声 清浄にしたウシの象牙質の小片を、4種類のプロテアー
ゼ阻害剤(1mMヨードアセテート、1mMフェニルメ
チルスルホニルフルオリド(PMSF)、1mg/rr
lダイズトリプシンインヒビターおよび5mMn−エチ
ルマレイミド〕を含有する4Mグアニジン−]IC1中
4℃で18時間攪拌した。象牙質を水で十分にすすぎ、
透析袋に入れそして4℃においてプロテアーゼ阻害剤を
含有する0、25MEDTAに対して透析を行なうこと
によって脱石灰した。脱石灰には最低3回のEDTAの
取りかえが必要であり、各回の透析時間は最低72時間
であった。
透析袋内の上澄を単離しこれを蒸留水に対して少なくと
も4日間透析した。次いで、ワイ、クボキ(Y、Kub
oki)等によってジェイ、プント、リス、(J。
Dent、Res、) 、58.1926 (1979
年)に記載されているように塩化カルシウムによってホ
スホホリンを沈殿させ、この混合物を25℃で18時間
攪拌した。象牙質ホスホホリンカルシウム塩を遠心分離
によって単離し、1.0 M CaC12水溶液で洗浄
しそして凍結乾燥によって乾燥させた。
C1官ヒされていないウシ jコラーゼンウシの皮膚を
1mg/mlペプシンを用いて消化し、NaCj2  
(0,7M)を用いて粗製生成物を沈殿させた。次いで
、コラーゲンを0.5M酢酸に対して十分に透析しそし
て凍結乾燥させた。上澄をNaCj2  (1,5M)
を用いて処理して沈殿を得、この沈殿を0.5M酢酸に
対して十分に透析しそして凍結乾燥させて生成物を得た
D、Iルおよび■ のコラーゲン アーチ、バイオケム、バイオフィズ、 (Arcb。
Biocbem、旧o11s、)、371〜379(1
979年)に記載のウィツト−(Uitto)の方法に
よってウシの皮膚からコラーゲンを調製した。それに応
じて、子ウシ皮膚の試料を切り裂き皮下組織を除去した
。次いで、この材料を冷(+4°C) O,15M N
aCj! −0,05M Tris −11c1、pH
7、5ですすいだ。次いで、この皮膚を0.5 M酢酸
中鋏で十分に細かく切った。
ペプシン〔ワーシントン・ダイアグノスティクス(Wo
rthington Diagnostics) 、フ
リーホールド(Freeho ld)、NJ、2X結晶
化〕を0.1 m g /mlの最終濃度まで添加し、
試料を4℃で16時間インキュベーションした。インキ
ュベーション時間の終了時に、ホモジネートを4℃にお
いて30、000 gで60分間遠心分離した。次いで
、このペレットを溶解し冷1. OM Na011を用
いてpH8,5に調整し、そして0.4 M NaC1
−0,1M Tris −11Cj2 、 pH7、5
に対して十分に透析を行なった。
■型コラーゲンを分離するために、可溶化した材料を、
1.5Mおよび2.5 M NaCAを用いた遂次沈殿
によって分別した。固体のNaC1を所定の濃度まで徐
々に添加した後、試料を4℃で24時間攪拌し次いで3
0,000gで60分間遠心分離した。
2、5 M NaC1における沈殿によって得られたペ
レットを0.5M酢酸中に溶解し0.5M酢酸に対して
透析し、次いで凍結乾燥させた。■型に冨むコラーゲン
は柔らかい白色の海綿状物質のようである。
中性pHにおいて1.5 M NaCj+を用いた沈殿
によって得られたペレットは、I型コラーゲンおよび■
型コラーゲンの1:1分布からなっている。ジエイ、ユ
ッチオ(J、Uttio) 、アーチ、バイオケム、バ
イオフィズ、 (Arch、Biochem、Biop
hys、)、ユ井、371 (1979年)を参照され
たい。
一段一遣a旧M隻 富化されていないウシ皮Bコラーゲン、ウシI型コラー
ゲンまたはI型コラーゲンと■型コラーゲンとのl:1
混合物を、一定の混合下に0.5 M酢酸中に4℃にお
いて24時間にわたって溶解させた。次いで、得られた
溶液を30,000gで30分間遠心分離しその上澄を
集めた。コラーゲンの濃度を、247nmにおける吸収
を測定することによって1mg/mllに調整した。こ
れに関し、吸収およびヒドロキシプロリンの比に基づい
て247nm吸収の標準曲線を作成しておいた。これら
後者のコラーゲン?容液に1mg/m#のホスホホリン
カルシウムを添加した。次いで、得られた混合物を激し
く攪拌しくホスホホリンカルシウムは不溶性だからであ
る)、そしてアセトンおよびドライアイスを用いて殻(
シェル)凍結させた。得られた骨修復混合物を凍結乾燥
し、密閉容器内で一70℃で貯蔵した。材料は薄かっ色
の硬化したスポンジのようである。
L−外■頂王皿 200 g重のモルモットを、外科的処置前少なくとも
3日間にわたって隔離した。全身麻酔の投与後、耳の間
に鼻に向かってのびる切開を施し、両方の頭頂骨を露出
させた。歯科用ハンドピースおよび外科用ボーンバーを
用いて、髄膜までのびる6關2の円形の欠(具部をつく
った。各動物に少なくとも2〜4個の欠損部を設けた。
次いで、5群のモルモットにおける欠損部を、(a)脱
石灰した骨(25の欠損部)、(b)富化されていない
コラーゲン(7の欠損部)、(C)ホスホホリンカルシ
ウム(23の欠損部)または(d)ホスホホリンカルシ
ウム−富化されていないコラーゲン組成物(13の欠損
部)で充填した。30匹のモルモットは対照として用い
るために未処理のままにした。次いで、切り口を縫合し
そして動物を前と同様にもとの所に入れた。手術の1ま
たは2週間後、致死量のハルビタールナトリウムを投与
した後に心臓穿刺によって動物を犠?性にした。頭頂骨
を取り出し、脱石灰し、そしてパラフィンで包埋した。
各欠損部の切片を調製しエマトキシリンおよびエオシン
で染色した。
1−欠■皇Ω■貢 所定の頭頂骨欠損部の治癒の程度を、第1表に要約した
基準によるO〜6のスコアで評価した。
0: 新たな骨の形成なしまたは修復なし。
1: 欠損部の1/3未満が新たな骨または幼若骨組織
によって置換された。
2: 骨の欠損部の2/3未満が新たな骨または幼若骨
組織によって置換された。
3: 完全までには至らないが創傷部位の2/3以上が
新たな骨または幼若骨組織によって閉鎖された。   
       以下余白4: 新たな骨または幼若骨組
織によって創傷部位は完全に閉鎖、厚さは正常の半分未
満である。
5: 正常の半分以上の厚さの新たな骨または幼若骨組
織によって創傷部位は完全に閉鎖された。
6: 正常なまたは正常以上の皮質の厚さまで、新たな
骨または幼若骨m織によって創傷部位は完全に閉鎖され
た。
各データは少なくとも2つの切片から集めた。
すべてのスライドガラスをコードし、読み取りそしてラ
ンダムに評価した。次いで、得られたデータを表にし、
各群間の比較をステユーデン1−t−テストによって行
なった。
対照の骨欠損部の修復の程度のスコアは1.84であり
、1.1の標準偏差(S D)および2.2の平均の標
準誤差(SEM)を有していた。これに対し、脱石灰し
た骨についての平均閉鎖スコアは2゜53(SD=1.
52、S E M =0.27)であった。これら2つ
の群について観察された治癒を比較した場合有意性がな
いと判断された。
旦一対胚対且立二ヱノ 対照と比較して、コラーゲンを充填した欠1員部の修復
平均は3.57 (S D = 1.40、S E M
 =0.53)のスコアであった。これらのデータは、
コラーゲンが骨の治癒に対して有意な正の効果を有して
いることを示した。
C0、欠ホスホホリンカルシウム 対照と比較して、ホスホホリンカルシウム塩のスコアは
3.57 (S D = 1.47、S E M =0
.31)であった。従って、ホスホホリンカルシウム塩
も骨の冶癒に対して統計学的に有意な正の効果を示した
この群の平均治癒スコアは4.15 (S、D = 1
.72、S E M =0.48)であった。これは、
試験した全群について観察された治癒の中で最高に有意
で正の治癒であった。
モルモットの頭頂骨を例1に記載のように露出した。歯
科用ハンドピースおよび外科用ポーンノ<−ヲ用いて、
4つのバーホールをつなげて約1.5calの欠損部を
つくった。次いで、16匹の動物の2群における欠損部
を(a)ホスホホリンカルシウムと夏型コラーゲンとの
l:1?N合物または(b)夏型コラーゲンと■型コラ
ーゲンとの混合物(1: 1)をホスホホリンカルシウ
ムと1:1に混合した混合物で充填した。12匹の動物
を未処理対照として用いた。次いで、動物を1か月目に
殺した。
対照間の骨修復の程度は欠損部面積の6.7%まで生じ
た(SD=7.4、SEM=2.1)。夏型および■型
コラーゲンおよびホスホホリンカルシウムの混合物を用
いて処理した群は、1か月後にわずか2.5%の幼若骨
組織による欠損部置換を有していた(SD=2.7、S
EM=1.12)。対照的に、夏型コラーゲンおよびホ
スホホリンカルシウムで処理した群は同期間の間に外科
的欠損部内に約30%の新たな骨基質を達成した(SD
=5.8、S E M =2.39)。
且−要 例1および2は明確にホスホホリンのカルシウム塩が骨
形成に対して正の効果を有していることを証明している
。とりわけ、例2の夏型コラーゲン−ホスホホリンカル
シウム混合物は頭頂骨欠損部の治癒に正の効果を有して
いる。例2の大きな欠損部において、その治癒過程は、
対照において観察された7%治癒をはるかに越える、1
か月で30%の完全なものであった。
本発明を種々の特定の好ましい態様および技術に関して
記載してきた。しかしながら、本発明の精神および範囲
から逸脱することなく多くの変化および修正を施すこと
ができることが理解されるべきである。
手続補正書(方式) 1. 事件の表示 昭和61年特許願第302883号 2、 発明の名称 骨f1に復のための組成物および方法 3、 補正をする者 事件との関係    特許出願人 名称 リージェンッ オブ ザ ユニハーシティオブ 
ミネソタ 4、代理人 住所 み粱覧ツ高偲宏” @ M ”jr晶ん几18番
10号5、補正命令の日付 昭和62年3月31日(発送日) 6、補正の対象 (1)願書の「出願人の代表者」の欄 (2)委任状 (3)明細書 7、補正の内容 fi+ +21  別紙の通り (3)明細書の浄書(内容に変更なし)8、添付書類の
目録 (1)訂正願書    1iJTl

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、骨修復用の組成物であって、該組成物を骨の欠損部
    に導入した後新たな骨の形成を促進するのに有効なホス
    ホホリンカルシウム塩の量を含んでいる組成物。 2、象牙質のホスホホリンカルシウム塩を含んでいる、
    特許請求の範囲第1項記載の組成物。 3、I型のコラーゲンを含んでいる、特許請求の範囲第
    1項記載の組成物。 4、ホスホホリンカルシウム塩対I型コラーゲンの重量
    比が約3.0〜0.1:1である、特許請求の範囲第3
    項記載の組成物。 5、ホスホホリンカルシウム塩対I型コラーゲンの重量
    比が約1:1である、特許請求の範囲第4項記載の組成
    物。 6、骨修復用の組成物であって、該組成物を骨の欠損部
    に導入した後新たな骨の形成を促進するのに有効なホス
    ホホリンカムシウム塩およびI型コラーゲンとの混合物
    を含んでいる組成物。 7、前記混合物が象牙質のホスホホリンカルシウム塩を
    含んでいる、特許請求の範囲第6項記載の組成物。 8、象牙質のホスホホリンカルシウム塩対I型コラーゲ
    ンの重量比が約2.5〜0.5:1である、特許請求の
    範囲第7項記載の組成物。 9、象牙質のホスホホリンカルシウム塩対I型コラーゲ
    ンの重量比が約1:1である、特許請求の範囲第8項記
    載の組成物。 10、骨の欠損部を修復する方法であって、新たな骨の
    形成を促進するのに有効なホスホホリンカルシウム塩の
    量を含む組成物を前記欠損部に導入することを含む方法
    。 11、骨の欠損部を修復する方法であって、新たな骨の
    形成を促進するのに有効なホスホホリンカルシウム塩お
    よびI型コラーゲンの混合物を含む組成物を前記欠損部
    に導入することを含む方法。
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