JPS63294864A - 人工骨材料の製造方法 - Google Patents

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 本発明は、歯科、口腔外科、整形外科などの治療用とし
て好適な人工骨材料、さらに詳しくいえば、生体の骨腫
瘍その他によって生じる骨欠損部や空隙部に充てんして
当該個所の新生骨の形成を促進し、それ自体が生体の骨
組織と一体化しうる生体親和性に優れた顆粒状の多孔質
水酸アパタイト焼結体から成る人工骨材料の製造方法に
関するものである。

従来の技術 従来、歯科治療においては、抜歯後歯槽骨が吸収されて
、入れ歯などの固定が不十分になるという問題があり、
また口腔外科や整形外科治療においては、例えば交通事
故や骨腫瘍などの疾患により、失われた骨を補綴するた
めに、患者自身の他の部分の骨、すなわち自家骨の移植
などが試みられているが、損傷個所以外の骨組織を切除
することから、患者の肉体的及び心理的負担が極めて大
きいという問題や、広範な骨欠損部を充てんするには十
分な量の自家骨を採取できないという問題などがあった
。

このような事情の下で、近年人工歯根や人工骨材に関す
る研究が盛んに行われるようになってきている。これら
の人工骨の材料については、生体内に埋入するに際して
、毒性がなく安全で、かなりの機械的強度を有し、かつ
生体組織と結合しやすいものを選ぶことが必要とされ、
さらに生体内で自然に消失して新生骨と置換されるもの
が好ましいとされている。

このような要件を満たす材料として、近年、リン酸三カ
ルシウム、水酸アパタイト又は特殊なアパタイト型結晶
構造リン酸カルシウム化合物の焼結体が注目されており
、これらを用いた人工骨、人工関節、人工歯根などの研
究が盛んに行われている。

ところで、人工骨や人工歯根を体内に埋入したときに、
生体組織と結合しやすくするには、これを多孔質のもの
として生体組織が細孔に入り込み、これを固定しうるよ
うにすることが必要であり、この目的を達成するために
、例えば孔径０．０３〜１．２ｍｎ＋程度の気孔を有す
る多孔質リン酸カルシウム系焼結体を用いることが提案
されている（特開昭５６−１４９３８９号公報、特開昭
５７−７’８Ｓ６号公報）。

しかしながら、この多孔質リン酸カルシウム系焼結体か
ら成る人工骨材は、硬くてもろいなど、機械的強度が十
分でないという欠点があり、また素材がち密質であるた
め、生体内における吸収や新生骨の置換などに関して必
ずしも満足しうるものではない。

さらに、結晶粒径が５０人〜１０μｍのアパタイト準結
晶構造リン酸カルシウム化合物の粉粒体に生理食塩水な
どを加えて流動状態又は可塑状態とした骨欠損部光てん
材が提案されている（特開昭５６−５４８４１号公報）
。しかしながら、この充てん材においては、使用するリ
ン酸カルシウム化合物が微粉状であるため、このものを
骨欠損部に充てんして、縫合する際に、該微粉状物が皮
膚創傷面に付着して縫合が困難であるという欠点がある
。

発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、このような欠点を改良し、骨欠損部や
空隙部に充てんして、当該個所の新生骨の形成を促進し
、それ自体が骨組織と一体化しうる生体親和性に優れた
ものであり、その上手術の際に何ら弊害を伴わないよう
な人工骨材料を得るための製造方法を提供することにあ
る。

問題点を解決するための手段 本発明者らは、水酸アパタイトを原料として、骨欠損部
や空隙部に充てんして用いたとき、なんら副作用を伴わ
ず、順調に骨組織と一体化しうる人工骨材料を得るため
に鋭意研究を重ねた結果、水酸アパタイトと結晶セルロ
ースとの混合物を造粒し、所定の条件下で焼成すること
によりその目的を達成しうろことを見出し、この知見に
基づいて本発明をなすに至った。

すなわち、本発明は、平均粒径０．１−１０μｍの水酸
アパタイト粉末１００重量部と、平均粒径１０〜１００
μｍの結晶セルロース２５〜１００１Ｊｉ部との混合物
を粒径０．１〜３．０ｍｍの顆粒に造粒したのち、９０
０〜１４００　’Ｃで焼成することを特徴とする人工骨
材料の製造方法を提供するものである。

本発明で用いる水酸アパタイトは、乾式法又は湿式法に
よる合成アパタイトでもよいし、各種を推動物の骨、歯
から回収された生体アパタイトでもよい。この原料の水
酸アパタイトはできるだけ微粉状に粉砕したものを用い
るのが望ましいが、粉砕機、分級機などの装置的制限や
取扱い上の問題もあるため、平均粒径０．１〜１０μｍ
１好ましくは０．５〜７μｍの範囲のものが用いられる
。

次に本発明で用いる結晶セルロースは、セルロースを鉱
酸により加水分解して、非結晶部分を洗浄、除去したの
ち、摩砕、精製、乾燥して得られる微粉末で、水酸アパ
タイトを焼結する際に所望の孔径をもつ連続気孔を形成
させるために配合するものである。本発明においては、
孔径１０〜１００μｍの連続気孔を有し、気孔率２０〜
５０％の多孔質顆粒体を得るために、平均粒径１０−１
００μｍのものを、水酸アパタイト粉末１００重量部当
り２５〜１００重量部の割合で配合することが必要であ
る。平均粒径が１０μｍ未満のものを用いた場合には得
られる多孔質顆粒体の連続気孔の孔径が小さくなりすぎ
て、生体内に充てん使用した際、破骨細胞が侵入しにく
くなる結果、新生骨との置換が遅くなり、また、この平
均粒径が１００μｍよりも大きいものを用いると、得ら
れた多孔質顆粒体は１００μｍよりも大きい孔径の連続
気孔をもつものとなるが、このように大きい孔径の連続
気孔の中では線維芽細胞が優先的に成長し、骨芽細胞の
成長を阻害する原因となる。

そして、これまでリン酸カルシウム系多孔質顆粒体の製
造には、メチルメタクリレート、ポリプロピレン、ポリ
スチレンのようなプラスチックが気孔形成用昇華性物質
として用いられていたが、これらの物質は焼結に際し、
完全に除去されないままで使用すると、人体に悪影響を
与えるのに対し、本発明で用いる結晶セルロースは、人
体に無害で、かびや細菌などの微生物に汚染されず、ま
た化学的に不活性なので、たとえ生体内に取り入れられ
ても全く無害である。

また、この結晶セルロースは前記したように、水酸アパ
タイト１００重量部当り２５〜１００重量部の割合で用
いることが必要である。これよりも少ない量では得られ
た人工骨材料の気孔率が２０％未満となり十分な連続気
孔が形成されないし、これよりも多い量では気孔率が５
０％を超え、見掛は密度や機械的強度が著しく低下する
。この機械的強度の点からいえば、水酸アパタイト１０
０重量部当り３０〜７０重量部、特に４０〜６０重量部
の範囲が好ましい。

水酸アパタイト粉末と結晶セルロースとの混合は、両者
が均一に混合しうるような手段であればどのような手段
を用いてもよい。例えば水酸アパタイト粉末と結晶セル
ロースをそのまま適当な混合機を用いて混合してもよい
し、また水酸アパタイト粉末を、あらかじめ粒径２０〜
２００μｍ顆粒状に成形し、これと結晶セルロースとを
混合してもよい。さらに、結晶セルロースの表面を水そ
の他の溶媒で湿潤させ、これに水酸アパタイトを均一に
付着させる方法をとることもできる。

本発明においては、このようにして調製した水酸アパタ
イト粉末と結晶セルロースとの混合物を、粒径０．１〜
３．０ｍｍの顆粒に造粒することが必要である。この造
粒に際しては、必要に応じてポリビニルアルコールのよ
うなバインダーを添加することができる。

この粒径が０　、１　ｍｒａ未満では、骨欠損部などに
充てんして縫合する際に、このものが皮膚創傷面に付着
して縫合が困難になり、また２ＩＩＩ１１を超えると、
このものに生理食塩水を加えた場合、均一なスラリーが
形成されず、手術の際の取り扱いが困難となる。

このようにして造粒された顆粒は、次いで徐々に９００
〜１４００℃の温度まで加熱し、この温度で焼成する。

焼成時間は、通常０．５〜３時間である。なお、焼成は
加圧せずに行うこともできるが、例えばホットプレスを
用いて３００−１０００に９／　ｃｍ”の圧力を加えて
行うのが好ましい。

このようにして得られた顆粒状の多孔質水酸アパタイト
焼結体は、例えば生理食塩水を加えて均一なスラリー状
のものとして用いることができる。

この際の水酸アパタイト焼結体と生理食塩水との割合は
、通常重量基準で２＝１ないしｌ：２の範囲で選ばれる
。

発明の効果 本発明により得られる人工骨材料は、水酸アパタイトと
、人体に対して無害な結晶セルロースを用いたものであ
るから、長期間にわたって人体中に充てんしてもなんら
悪影響を生じるおそれはない。また、孔径１０〜１００
μｍの連続気孔を有し、かつ気孔率が２０〜５０％であ
る粒径０．１〜２．０ｍｔａの顆粒状多孔質アパタイト
焼結体を用いているため、骨欠損部や空隙部に充てんし
た場合、生体組織と結合しやすく、また生体内において
破骨細胞（５０〜１００μｍ）及び骨芽細胞（２０〜３
０ｐｍ）が気孔内に入り、その作用を受けて、新生骨の
増殖吸収が正常に行われ、水酸アパタイトと新生骨と強
固な接合が実現されるという特徴を示す。また縫合の際
に、皮膚創傷面に付着することがないので、手術を容易
に行うことができる。

したがって、この人工骨材料は歯科、口腔外科、整形外
科などの治療に好適である。

実施例 次に実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。

実施例 湿式法で合成した水酸アパタイトを９００℃において１
時間仮焼しｔ；のち、ボールミルを用いて平均粒径０．
５μｍに粉砕した。次いでこのもの１００重量部にポリ
ビニルアルコール２重量部及び平均粒径５０μｍの結晶
セールロース粉末５０重量部を加え、混合したのち、こ
れを粒径０．５〜３．０ｍｍの顆粒に造粒し、毎時１０
０℃の昇温速度で１３５０℃まで加熱し、この温度にお
いて１時間焼結して、平均孔径５０ｐｍの連続気孔を有
する、気孔率２６％の水酸アパタイトの顆粒状焼結体を
得Ｉこ。

このようにして得られた顆粒状の多孔質水酸アパタイト
焼結体１００重量部に生理食塩水１００重量部を加えス
ラリー状となして、本発明の人工骨材料を得た。

比較例 実施例と同様にして、粒径５〜１ＯｐＦａの粉末状の多
孔質水酸アパタイト焼結物（実施例における顆粒に造粒
する前のもの）を作成し、このもの１００重量部に生理
食塩水１００重量部を加えスラリー状となして、人工骨
材料を得た。

適用例 実施例で得た人工骨材料を、ウサギの下顎骨内の骨欠損
部に充てんする手術を行ったところ、皮膚創傷面への付
着は全く認められず、縫合は極めて容易であり、創傷面
のし開、反応性炎症もなく治癒しｔ；。

この手術後の骨組織について１２週後及び２４週後に顕
微鏡で観察したところ、以下の知見を得た。

１２週後において、水酸アパタイト顆粒の間隙に形成さ
れた新生骨組織は、厚さと密度を増すとともに層板構造
もはっきり認められる。また、一部には破骨細胞が出現
し、水酸アパタイト顆粒に接して形成されｔ；層板構造
の新生骨を吸収している状態も認められ、活発な骨改造
機転の進行がうかがわれる。水酸アパタイト顆粒内部の
気孔には、骨芽細胞が侵入し気孔壁に沿って新生骨の形
成が認められる。嵌植部位周辺の組織にも、反応炎症は
、全く見られず良好な治癒過程を示している。

２４週後において、水酸アパタイト顆粒の間隙に形成さ
れた新生骨はいっそう厚く、ち密になり、新生骨の間に
水酸アパタイト顆粒が散在する状態になっている。水酸
アパタイト顆粒内部の気孔は、新生骨で埋めつくされ、
一部には破骨細胞様多核巨細胞による吸収も認められる
。また、新生骨の骨小腔の配列が規則的になり、層板は
顎骨の長袖方向に配列しているのが分かる。さらに、拡
大したハバース管や骨髄の形成が認められ、水酸アパタ
イト顆粒、骨組織と強固なマトリックスを組み、完全な
骨生治癒が得られた。

比較適用例 比較例で得た人工骨材料を適用例と同様にしてウサギの
下顎骨内の骨欠損部に充てんする手術を行ったところ、
材料が皮膚創傷面に付着して縫合閉鎖が困難であった。

また、縫合後も、創傷面のし開と組織の反応性炎症が認
められ、治癒の遅延がみられた。

また、１２週後及び２４週後の骨組織の変化を顕微鏡に
より観察したところ以下の知見を得た。

すなわち、１２週後においても嵌植部位周辺の組織の反
応性炎症は続き、置床骨の周辺の粒子は新生骨と結合し
ているが、大部分は、線維性結合組織により取り囲まれ
ていた。

まｔ；、２４週後においては、嵌植部位周辺の組織の反
応性炎症は、消えたが新生骨の生成は置床骨の周辺に限
定され、大部分の粒子は線維性結合組織により取り囲ま
れ、完全な骨生治癒は得られなかった。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　平均粒径０．１〜１０μｍの水酸アパタイト粉末１
   ００重量部と、平均粒径１０〜１００μｍの結晶セルロ
   ース２５〜１００重量部との混合物を粒径０．１〜３．
   ０ｍｍの顆粒に造粒したのち、９００〜１４００℃で焼
   成することを特徴とする人工骨材料の製造方法。