JPS6373968A - 親水性の生体代替物質 - 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〕 本発明は親水性の生体代替物質、その製造法並びに該物
質の人体への応用に関する。

〔従来の技術〕

病理的又は外傷的要因によって骨が欠落した場合、永続
的な、そして好ましくない生体機構上並びに美容上の結
果をもたらすので、医師は失った骨の再成長を促進させ
るか、骨の移植又はｊｊ当な生体材料を組み入れること
によって失った骨の代替をさせることが要求される。

患者の体の他の部分から取り出した骨を移植する自己移
植は一つの解決策であるが、使用可能な骨の供給源（肋
、Ｕ、、スポンジ状の上層骨）は利用できる骨の量の点
で限度があり、又、その使用は患者の健康状態によって
常に可能とは限らない。

充分にストックのある骨バンクを利用できる場合には、
自己移植の代わりに他人から取り出した骨の移植である
ホモ移植が外科医によって試みられている。しかし、こ
の場合でも、利用できる材料の量には限度がある。

人工骨による骨の代替の可能性は、これらの要求１一応
える唯一の解決策であろうと思われる。このような代替
品の製造の可能性のある材料は一般的に複合材料であり
、珊瑚等の天然物に起因するものや、水酸化燐灰石、燐
酸三石灰又は燐酸穴石灰並びに隣接する組織から細胞状
の群落を形成するバインダとしての機能を有する有機物
等の合成物に起因するものが含まれる。

この課題に関して行われた多くの研究は、これらの複合
材料は欠落した骨の代替品として有用であることを示し
たが、それの製造や使用法に関しては満足すべきものが
見られない。更に、出発原料のコストも、大量の空所を
充填するのにこれを使用することを妨げている。このよ
うなことは外傷や癌の手術の際にしばしば見られること
である。

その他の分野における生体代替物質の利用としては、補
綴具がある。

現在使用されている補綴具は、金属材料や合成材料で作
られ、アクリル系のセメント等のバインダによって骨の
中に固定される。このクイブの固定法の欠点の一つは、
セメントの重合温度に起因して隣接する生きている細胞
が萎縮してしまうことである。

別の例では、補綴具は生体的な投錨によって固定されて
いる。この場合、骨の成長が観察され、補綴具を引き抜
く必要があるとき、特にこれが壊れた場合にはその取り
外しが容易ではない。

〔発明の４既要〕 本発明は、これらの欠点を解消する取り外し自在な固定
を可能とすることを意ズするものであるこの固定法は対
面している表面に対して垂直方向の力を及ぼすように容
積膨張能力を有する生体代替物質を用いるものである。

この表面は補綴部材とこれが適用されている骨の動きに
抵抗する。補綴ニレメンｌ−と骨の受容部との間に配置
されたこの物質は、”規準化可能な結合力（ｍｏｄｕｌ
ａｂｌｅｊｏｉｎｔ　ｆｏｒｃｅ）”を持つ固定を与え
る。前述の膨張能力が解放されると、゛その結果として
の膨張によって前記物質の機械的特性が劣化して、補綴
具の取り外しが容易となる。

本発明の目的の一つは、骨格の欠陥の修復に用いられた
り、補綴具の取付けのための添加剤として使用される特
性を有する親水性の生体代替物質を提供することにある
。

本発明の物質は精製されたセルローズをベースとする物
質であり、該物質は水の全て又は大部分を乾燥によって
除かれた場合、約６０％の含水量まで水を吸収する”規
準化可能な”能力を有している。この”規準化可能な”
能力とは、該物質に吸収される水の量が変更可能なこと
を意味する。

この物質は次の操作によって得られる。

酸−重亜硫酸法によって得られたバルブ等のセルロース
バルブを、水酸化ナトリウム溶液に浸漬することによっ
て、アルカリセルロースを用意し、これを乾燥圧縮して
約３０〜４０％の乾燥セルロース含量となす。次いで、
好ましくはセルロースのキサントゲン酸ナトリウムを得
るのに必要な化学■論的な量よりも過剰の二硫化炭素に
よって、アルカリセルロースの硫化を行う。

キサントゲン酸ナトリウムは水酸化ナトリウムの溶液に
熔解し、希釈されてビスコース、即ち、セルロースと水
酸化ナトリウムとが所定の比率、好ましくはセルロース
７〜１２重量％、水酸化ナトリウム４〜８重量％で含ま
れている溶液が得られる。

得られたこのビスコース溶液は熱処理を受けてビスコー
スが凝固し、次いで硫化物の除去処理を受けてゴム状特
性を有するアモルファス物質となる。

得られた物質は次いで乾燥される。

一つの方法によれば、先ず最初に例えば前記溶液を約１
００℃で１〜２時間熱処理することによ酸ナトリウム等
で洗浄して脱硫される。この洗浄は複数回繰り返される
ことが望ましい。洗浄効率を高めるために畜周波によっ
て加熱したり、又は洗浄用のバス内で凝固したブロック
を処理したりしてもよい。

別の方法においては、脱硫処理は熱処理による凝固の実
施に先立って少なくともその一部が行われる。

好適実施例においては、脱硫並びに凝固相は交互に起こ
る。

実際、広範にわたるビスコース溶液の凝固は後に行われ
る脱硫を困難にすることが判明した。一方、凝固の前の
大幅な脱硫は凝固を困難にすることも判った。従って、
亜硫酸ナトリウムや炭酸ナトリウム等の硫黄と反応する
物質、例えば１００ｃＪウム並びに２ｇの炭酸ナトリウ
ムを用いて少しずつ脱硫を行うことが望ましい。次いで
凝固が始まる。水洗が行われ、この一連の操作は必要に
応じて繰り返される。

この方法によれば、０．１％以下の硫黄含量にまでする
ことが可能である。

セルロースの凝固の後に、得られた物質をホットプレス
することによって乾燥が行われる。この目的のために、
この物質は約１１０℃の温度のオーブンに入れられ、１
〜１０バールの気圧下で約２４時間放置される。

得られた物質は取り扱いが容易で、節単に所望の形状の
製品とすることができる。実際、この物質は木材によく
似た機械的特性を有し且つ等方性であり、木材と同様に
、又はこれよりも容易に機械加工することができる。

この非常に親水性の物質はその重量に対して約６０％に
相当する水分を吸収し、容積にして約９０％膨張し、そ
の全ての機械的強度を失う性能を有する。しかし、膨張
容積がゼロ又は小さい場合には、水の吸収量も必然的に
少なく、通常約２０重里％程度であり、機械的特性の喪
失の程度も用途に応じて加減することも可能である。

本発明の一実施例によれば、その製造過程において、好
ましくはセルロースの凝固の前に、前記物質中に紙繊維
等の補強繊維を組み入れることもできる。混ぜられる繊
維の量は、複合材料の全重量に対して０〜５０％の範囲
で変えられる。上述の繊維の混入によって、物質の特定
の性質、特に耐疲労性が改善される。

前述の特性を企図した本発明の物質の特に好ましい利用
例の一つは、関節補綴具用のスリーブ、特に大腿骨の骨
髄の溝内に取り外し可能に補綴具を固定するための臀部
用補綴具のビン用スリーブの製造である。

この物質は、これに接している生体組織に障害や壊死を
生じさせることがないように、充分に生体代替可能であ
る。

この物質の他の特性としては、大腿骨の骨髄の溝内の臀
部用補綴具のビンの回転や軸方向の動きを阻止するよう
に調節可能なことが挙げられる。

水分吸収能力によって、この物質はシールの際に所定量
の供給された水を取り込む。これに関連して起こる容積
膨張によって、該物質は補綴具とこれを受容する骨との
間の相対連動に抵抗する圧力を発生する。

水を取り込む特性によって、この材料は補綴具の取り外
し自在な取付けを可能とし、セメントによる固定や補綴
具の自己固定等の場合のように、補綴具が壊れた場合に
その取り外しが困難な欠点が回避できる。即ち、本発明
の補綴具を取り外す場合には、追加の水をスリーブに供
給すれば充分であり、これによってそれの機械的強度が
失われる。

この親水性物質の製造法の改変によって、複雑な形状の
部材を直接作ることが可能である。この改変された方法
は、セルロースを凝固させ、脱水した後に得られた物質
を、水の喪失に対応する収縮を勘案しつつ成形すること
からなる。

本発明にかかる親水性物質のもう一つの利用例は、骨格
の欠陥部の修復用に使用することである。

物質の境界面を化学的に改変して、受け入れ側の物質の
細胞がコントロールされた形でこれを組織内に取り入れ
るようにすることが可能である。放射化学的な方法を用
いて架橋結合及び／又はグラフト結合することによって
、この物質の細胞代替性を改善することも可能である。

本発明のその他の利点並びに特徴は、次に示す実施例に
よって更に明らかになるであろう。

実施例１ この実施例は、補啜具用のピンとして使用される調節自
在なスリーブを作るのに使用されるのに好適な多孔性物
質の製造について述べる。

６５０ｇのセルロースパルプが、６モル濃度の水酸化ナ
トリウムの溶液で処理して反応せしめられた。

ＣＣｂＨ＋ｏＯｓ）、ｌ＋ｎＮａ０７（−＋＜ＣｂＨｑ
Ｏａ−ＯＮａ）、ｌ十ｎ　Ｈ２０残存していたヘミセル
ロースや樹脂等の不純物が除去され、アルカリセルロー
スが形成される。

セルロース／Ｎａ０１１の比率は、約３５重量％の乾燥
セルロースが得られるまで９．Ｓ？＆をプレスすること
によって調整され、過剰のソーダの一部と溶解したヘミ
セルロースが除去される。

セルロースの重量に対して３１％の二硫化炭素Ｃ３Ｚを
用いて反応槽内でアルカリセルロースの硫化を行ってキ
サンテートを製造する。

（Ｃｈ　Ｈｑ　Ｏ４０Ｎ　ａ　）　ｌｌ＋　ＣＳ　２キ
サンテートは次に水酸化ナトリウムの希釈溶液中に溶解
せしめられる。この操作の終わりに、溶液は約９％のセ
ルロース含量と約５％のソーダ含量となる。得られたビ
スコースは空気を抜かれる、この溶液は１００℃で２時
間加熱され、凝固が行われる。次に、亜硫酸塩と炭酸ナ
トリウムを混ぜた水によって多数回洗浄される。こうし
て緻密な形態の、無定形の、比較的ゴム状を呈する物質
が得られる。この物質は次いで１１０℃の温度で２バー
ルの圧力下で２４時間プレスされて含まれている水分を
除去される。

こうして天然の木材のような外観を有する物質が得られ
る。

得られた親水性物質は本発明の種々の用途に使用される
。剛性２曲げ、圧縮、引張り等の機械的特性は、天然の
木材に匹敵するものである。この等方性物質は容易に機
械加工可能である。

得られた親水性物質から、規準化された力を存するジヨ
イントの固定を研究する目的で、金属製の臀部補綴具ピ
ン用の調節自在なスリーブが加工された。

人体から取り出された大腿骨の一部によってモデルのア
センブリが作られ、その骨髄の溝内に多孔性物質で作ら
れた鞘に包まれた金属製の補綴具ビンが挿入された。こ
の使用された物質の利点の一つは、骨髄の溝内における
鞘部材の占有度合が容易に調節でき、アセンブリの強度
を最適なものとすることができる点である。このアセン
ブリは３７℃の生理的漿液中に浸漬された。容積膨張は
接触面に垂直な圧力を加えることによって、一定限度に
抑えられた。

第１図は、大腿骨４の骨髄の溝内に設置された本発明の
親水性物質で作られた鞘部材３で包まれた補綴ビン２を
具えた股関節１の概略図を示す。

このアセンブリは静的な剪断力に対しては、軸方向にも
回転方向にも強い抵抗性を示す。鞘部材もこの関節用補
綴具が受ける種々の動的影響を緩和する効果を有する。

この親水性物質に対して測定された弾性モジュラスは、
７〜１２ギガパスカルであり、一方、従来のポリメチル
メタクリレートセメントのそれは、５．１〜５．７ギガ
パスカルであった。本発明の物質は剛性は小さいが、衝
撃の吸収性は良好であった。

以下余白 去新１１影 凝固の前にビスコース溶液中に約３０重量％の補強用紙
繊維を混合した他は、実施例１と同じ手順が行われた。

得られた物質は実施例１で得られたものと同様に機械加
工性に優れたものであった。

これによれば、疲労に対する耐性が改善された。

去立凱主 凝固工程の前に一部脱硫処理を受けた以外は実施例１の
操作が繰り返された。この目的のために、ビスコース溶
液ｔｏｏｃｉに対して１０ｇの亜硫酸ソーダと２ｇの炭
酸ナトリウムが添加された。室ンＡで攪拌が続けられた
。次いで、ン容ン夜を１００℃で約１時間加熱すること
によって凝固が開始された。得られた塊は熱水と冷水で
何回も洗浄された。

乾燥された後、天然の木材様の外観を有し、硫黄含量約
０．０９％の物質が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は股関節の補線用に本発明の物質による鞘部材を
使用したビンを用いた例を示す概略図である。 １−・骨盤 ２−ビン ３・−鞘部材 ４−・・大腿骨

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、精製されたセルロースをベースとする生体代替用親
   水性物質であって、該物質に含まれていた大部分の水は
   乾燥によって除去され、約６０重量％までの水を取り込
   むように調節可能な潜在能力を与えられた生体代替用親
   水性物質。 ２、前記物質が補強用繊維を含有している特許請求の範
   囲第１項に記載された物質。 ３、前記補強繊維が紙繊維である特許請求の範囲第２項
   に記載された物質。 ４、前記物質を受け入れる生体組織の細胞が、該物質を
   コントロールされた態様で組織内に取り入れるように、
   その接触面が工夫されている物質。 ５、水酸化ナトリウムの溶液中にセルロースパルプを浸
   漬し、これを乾燥して圧縮して約３０〜４０重量％の乾
   燥セルロース含量とすることによってアルカリセルロー
   スを得、 このアルカリセルロースを二硫化炭素で処理してキサン
   トゲン酸ナトリウムを得、 このキサントゲン酸ナトリウムを水酸化ナトリウム溶液
   中に溶解し、これを希釈してビスコースを得、 このビスコース溶液を熱処理してビスコースを凝固させ
   、脱硫処理を行って、ゴム状物性を有する不定形物質を
   得、 得られた物質を乾燥する各ステップを含む生体代替用の
   多孔質親水性物質を製造する方法。 ６、先ず、熱処理によるセルロースの凝固を行い、次い
   で水と、硫黄に反応する物質との混合物による洗浄によ
   って脱硫を行う特許請求の範囲第５項に記載された方法
   。 ７、洗浄による脱硫が高周波による加熱と同時に行われ
   る特許請求の範囲第６項に記載された方法。 ８、硫黄と反応する物質による処理によって、ビスコー
   ス溶液から一部の硫黄を除去する特許請求の範囲第５項
   に記載された方法。 ９、硫黄と反応する物質による処理と水洗によって脱硫
   工程が凝固工程と交互に行われる特許請求の範囲第８項
   に記載された方法。 １０、水がホットプレスによって除去される特許請求の
   範囲第５項〜第９項のいずれか１項に記載された方法。 １１、水が成形の型内で除去されて、所望の形状の製品
   が直接的に得られる特許請求の範囲第５項〜第１０項の
   いずれか１項に記載された方法。 １２、補強繊維がビスコース溶液中に混合される特許請
   求の範囲第５項〜第１１項のいずれか１項に記載された
   方法。 １３、関節補綴具用の調節スリーブの製作に対する特許
   請求の範囲第１項〜第４項のいずれか１項に記載された
   物質の応用。 １４、骨格の欠陥の修復に対する特許請求の範囲第１項
   〜第４項のいずれか１項に記載された物質の応用。 １５、補綴部材とこれを受け入れる骨との間に、接触面
   に垂直な力を生じさせる容積膨張能力を有する親水性物
   質を設置し、これによって補綴部材とこれを受け入れる
   骨との相対連動に抵抗するようになした関節補綴具の補
   綴部材を骨に対して取り外し自在に固定する手段。 １６、前記親水性物質が特許請求の範囲第１項〜第４項
   のいずれか１項に記載された物質である特許請求の範囲
   第１５項に記載された手段。