WO2003075973A1

WO2003075973A1 - Moulage spherique de phosphate de calcium et son utilisation

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Publication number: WO2003075973A1
Application number: PCT/JP2003/002922
Authority: WO
Inventors: Kay Teraoka
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Filing date: 2003-03-12
Publication date: 2003-09-18
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Description

球状リン酸カルシウム成形体及びその用途技術分野

本発明は、特定の方法で調製した特定の形態を有するリン酸カルシゥム系生体適合性材料の、硬組織補綴及び再生医療分野における新しい利用形態に関するものである。更に詳しくは、本発明は、集合体もしくは集積体を構築したときに完全又は部分的連通孔多孔体を形成する機能を有するリン酸カルシウムビーズに係るものであり、当該ビーズは、 1つ以上の貫通孔を有する場合があり、集合状態において、骨形成を目的とした場合の理想とされる完全又は部分的連通孔多孔体を形成する機能を発揮する。本発明の上記リン酸カルシウムビーズは、骨再生を目的とした骨欠損部 ·骨折部補修用、骨粗鬆症 ·骨延長部位に対する注入剤、金属製人工材料と骨母床間の間隙充填用の充填剤、薬剤担体、細胞培養担体等として好適に利用し得るものとして有用である。背景技術

従来より、水酸アパタイト、 3— TC P等のリン酸カルシウム系材料は、自家骨との生着 ·置換を期待できる骨代替物として利用されている。それらの利用形態としては、緻密体、多孔体及び自己硬化型ペースト等が知られている。これらの内、上記緻密体は、所望のリン酸カルシゥムの圧粉成形体を焼結することによって得られる、孔の無い焼結体である（例えば、〔1〕 K. de Groot, "Ceramics of Calcium Phosphates: Preparation and Properties," in Bioceramics of Calcium Phosphat e, ed. K. de Groot (CRC Press, Boca Raton, FL.， 1983) pp. 100-11 4 、〔2〕 Η. Denissen, Dental Root Implants of Apatite Ceramics . Experimental Investigations and Clinical Use of Dental Root I mplants Made of Apatite Ceramics (Ph. D. Thesis, Vri j e Univers i t eit te Amsterdam, 1979) 、〔3〕 H. Denissen et al.. Hydroxylapa t i te Implants (India: Piccin Nuova Librar ia, S. P. A.， 1985))。また、上記多孔体は、所望のリン酸カルシウム粉体を、適宜選択したポリマ一ロストワックス等と混合し、作製した成形体を焼結するか、所望のリン酸カルシウム内にバブリングにより孔を作った成形体を焼結することによって得られる、空隙、細孔を含む焼結体である（例えば、〔 4〕 W. Hubbard, Physiological Calcium Phosphates As Orthopedic Biomater ials, (Ph. D. Thesis, Marquette University, 1974) 、〔5 〕 C. Klein et al. , "Macroporous Calcium Phosphate Bioceramics i n Dog Femora: A Histological Study of Interface and Biodegradat i on," Biomaterials 10 (1989) 59-62 )。

更に、上記自己硬化型ペーストは、硬化が期待できる組み合わせの 2 種類以上のリン酸カルシウム混合物を、適宜選択された練和液と混合し、ぺ一スト状にした物である（例えば、〔6〕 P. D. Costantino et a 1., Hydroxyapatite Cement： I. Basic Chemistry and Histologic Pr operties, " Arch Otolaryngol Head Neck Surg 117 (1991) 379-384 ) 。しかしながら、前述の緻密体は、自家骨と置換されることがほとんど期待できない。また、骨代替物は、生涯を通して破損しない機械的特性が要求されるが、上記緻密体は、セラミックスの宿命ともいえる脆性を改善することは困難である。また、自家骨に比べて高強度な緻密体は、周囲の自家骨と機械的に調和せず、しばしば、自家骨の二次的な骨折や、骨吸収の原因となる。

近年、早期の自家骨との置換を期待して、リン酸カルシウム多孔体を 3

骨代替物として用いるケースが増えている。しかし、現行の多孔体は、その孔径が、骨形成に関して適した設計ではなく、また、多くの密閉気孔を含むため、期待通りの骨置換が実現できない。この多孔体を、金属製人工材料と骨母床間の間隙充填剤として用いる場合、多孔体は、不定形に砕かれて間隙に充填されるが、この際にできる粉には細胞毒性が懸念される。また、注入療法によって低侵襲に骨欠損を充填する目的で、アパタイトセメント等の利用が検討されている。しかし、これらは、体液 ·血液存在下では硬化が良好でない。

最近、自家骨との早期置換を期待したリン酸カルシウム系セラミックス多孔体の使用について、歯科及び整形外科分野で検討が進められている。骨代替物としての多孔体においては、孔径が骨芽細胞のイングロースに適した大きさ（直径 2 0 0〜 6 0 0 m以上）を持ち、かつ、すべての孔が 1つのネットワークを作る連通孔であることが望ましい。また、多孔体を金属製人工材料と骨母床間の間隙充填剤として用いる場合、細胞毒性の懸念される粒径の粉を出すことなく、創傷に緻密に充填できる形状及び八ンドリング特性が望まれている。リン酸カルシウムを用いた注入療法においては、注入剤が創傷内で十分な強度を保つことが期待されている。多孔体を培養担体として用いる場合、所望の細胞が侵入 - 分化 ·増殖できる孔径と連通孔構造が必要である。しかし、これらの条件を満たす多孔体は未だ開発されておらず、当技術分野においては、上記条件を満たす新しい多孔体材料の開発が強く要請されていた。発明の開示

このような状況の中で、本発明者は、上記従来技術に鑑みて、上記従来技術における諸問題を確実に解消することができる新しいリン酸カルシゥム系生体適合性材料とその新しい利用形態、その製品及び投与方法等を、多角的な視点から検討し、開発することを目標として鋭意研究を積み重ねた結果、 1つ以上の貫通孔を有する場合があるリン酸カルシゥムビーズ及びその集合体等を利用することにより所期の目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明は、 1つ以上の貫通孔を有する場合があるリン酸力ルシゥムビ一ズを提供することを目的とする。

また、本発明は、所定の空間に充填して、もしくは適宜のマトリックスにより連結して、集合体を構築したときに、当該集合体として完全又は部分的連通孔多孔体を形成する機能を発揮するリン酸カルシウムビ一ズを提供することを目的とする。

また、本発明は、上記ビーズを、その貫通孔の一部又は全部を一方向に配向させて、所定の空間に充填することにより構築されたビーズ集積体を提供することを目的とする。

また、本発明は、上記ビーズを含む生体用注入 ·充填剤、上記ビーズの多孔体としての機能を利用した各種担体等の上記ビーズの用途を提供することを目的とする。

更に、本発明は、骨代替物、間隙充填剤及び細胞培養担体等の所望の用途に応じて適宜選択した貫通孔形状 ·孔径、及び強度を持つリン酸カルシゥムビーズを最小単位として、それらを所定の空間に集合させること、ビーズ同士を焼結すること、もしくは適宜のマトリックスにより連結することにより、当該集合体として完全又は部分的連通孔多孔体を形成する機能を発揮させる技術を提供すること目的とする。上記課題を解決する本発明は、以下の技術的手段から構成される。 ( 1 ) 集合体もしくは集積体を構築したときに、完全又は部分的連通孔多孔体を形成する機能を有するリン酸カルシウム成形体であって、 (a) 上記成形体は 1つ以上の貫通孔を有する場合がある、

(b) 上記成形体は凝集体又は焼結体（セラミックス）である、

(c) 上記成形体の形状はビーズ状である、

ことを特徴とするリン酸カルシウムビーズ。

(2) 長軸直径が 200 m〜 6 mmの範囲である前記（1) 記載のビーズ。

(3) 貫通孔径が1 00 ^1!1〜3]11]11でぁり、かつ長軸直径の 70 %以下である前記（1) 記載のビーズ。

(4) 上記リン酸カルシウムの原料が、水酸アパタイト、炭酸ァパタイト、フッ素アパタイト、塩素アパタイト、 /3— TCP、 a -TCP, メタリン酸カルシウム、リン酸 4カルシウム、リン酸水素カルシウム、リン酸水素カルシウム 2水和物の群から選択された 1種、あるいは 2種以上の混合物である前記（1) 記載のビーズ。

(5) 上記原料が、上記原料に薬学的に許容される成分を適量混合したものである前記（4) 記載のビーズ。

(6) 前記（1) 記載のビーズを製造する方法であって、所定の原料を用いて球状凝集体を形成し、これをそのまま又は乾燥、焼結した後、適宜、所定の形状に加工することを特徴とするリン酸カルシウムビーズの製造方法。

(7) 前記（1) カゝら（5) のいずれかに記載のビーズを、最小構成ュニットとして集合体を構築し、当該集合体として完全又は部分的連通孔多孔体を形成する機能を有するリン酸カルシウムビーズ集合体としたことを特徴とするリン酸カルシウムビーズ集合体。

(8) 前記（1) から（5) のいずれかに記載の貫通孔を有するーズを、その貫通孔の一部又は全部を一方向に揃えて、集積体を構築し、当該集積体として完全又は部分的連通孔を形成する機能を有するリン酸カルシゥムビーズ集積体としたことを特徴とするリン酸カルシウムビーズ集積体。

(9) 前記（ 1) から（5) のいずれかに記載の貫通孔を有するビーズを、その貫通孔の一部又は全部を一方向揃えて、集積することにより、集積体として完全又は部分的連通孔を形成する機能を有するビーズ集積体を構築することを特徴とするリン酸カルシウムビーズ集積体の構築方法。

(10) ビーズを、所定の空間に充填することにより集積する前記（9 ) 記載の集積体の構築方法。

(1 1) ビーズを、焼結により連結することにより集積する前記（9) 記載の集積体の構築方法。

(12) ビーズを、適宜のマトリックスにより連結することにより集積する前記（9) 記載の集積体の構築方法。

(1 3) 上記マトリックスが、寒天、コラーゲンゲル、ァガロースゲル、ポリグリコール酸、ポリ乳酸、ポリダリコール酸とポリ乳酸の共重合体、ポリジォキサノン、自己硬化型リン酸カルシウムセメントの群から選択された 1種、あるいは 2種以上の混合物である前記（1 2) 記載の集積体の構築方法。

(14) ビーズの任意の貫通孔に、貫通孔直径以下の太さを持つ単線、複線又は撚り線を通して、その貫通孔の一部又は全部を一方向に揃えて、集積する前記（9) 記載のビーズ集積体の構築方法。

(1 5) 前記（1) から（5) のいずれかに記載のビーズを含むことを特徴とする生体用注入 ·充填剤。

(1 6) ビーズとマトリックスを含む前記（1 5) 記載の注入，充填剤

(1 7) ビーズを 1粒 /1 000 m l以上含有する前記（1 5) 記載の注入 ·充填剤。

(1 8) マトリックスが、コラーゲン、ヒアルロン酸、寒天、コンドロィチン硫酸ナトリウム、コハク酸ニナトリウム無水物、フイブリン、フイブリノ一ゲン、フイブリン糊、自己硬化型リン酸カルシウムセメント、生理食塩水、血液、体液、骨髄、骨髄液の群から選択された 1種、あるいは 2種以上の混合物である前記（1 6) 記載の注入 ·充填剤。

(1 9) 生体の骨欠損部、骨折部、骨延長部、骨粗鬆症部、又は金属製人工材料と骨母床間の間隙に注入 ·充填するための前記（1 5) 記載の注入 ·充填剤。

(20) 前記（1 5) 記載の注入 ·充填剤をシリンジに充填したことを特徴とするシリンジ充填物。

(2 1) 前記（ 1 5) 記載の注入 ·充填剤を注射針もしくは内筒径 10 mm以下の細管に充填したことを特徴とする細管充填物。

(22) 前記（1 5) 記載の注入 ·充填剤を生分解性のカプセルもしくはケージに充填したことを特徴とするカプセル充填物。

(23) 前記（1) から（5) のいずれかに記載のビーズから構成されることを特徴とする細胞 ·組織培養用担体。

(24) 前記（23) 記載の細胞 ·組織培養担体と細胞及び適宜の培地から成ることを特徴とする細胞一担体複合体。

(25) 細胞が、骨細胞、骨芽細胞、破骨細胞、軟骨細胞、繊維芽細胞、幹細胞、象牙芽細胞、セメント芽細胞、歯根膜細胞の群から選択された 1種、あるいは 2種以上の混合物である前記（24) 記載の複合体。 (26) 前記（24) 記載の細胞一担体複合体を利用した細胞療法。 (27) 前記（1) から（5) のいずれかに記載のビーズから構成されることを特徴とする薬剤成分用担体。

(28) 前記（27) 記載の薬剤成分用担体と任意の薬剤成分から成ることを特徴とする薬剤成分—担体複合体。

(2 9) 前記（2 8) 記載の薬剤成分—担体複合体を利用した投薬方法

(3 0) 前記（2 5)、又は（2 8) 記載の複合体をシリンジに充填したことを特徴とするシリンジ充填物。

(3 1) 前記（2 5)、又は（2 8) 記載の複合体を注射針もしくは内筒径 1 Omm以下の細管に充填したことを特徴とする細管充填物。

(3 2) 前記（2 5)、又は（2 8) 記載の複合体を生分解性のカプセルもしくはケージに充填したことを特徴とするカプセル充填物。次に、本発明を更に詳細に説明する。

本発明においては、リン酸カルシウム原料として、例えば、水酸ァパタイト、炭酸アパタイト、フッ素アパタイト、塩素アパタイト、 β— T CP、 0!— TCP、メタリン酸カルシウム、リン酸 4カルシウム、リン酸水素カルシウム、リン酸水素カルシウム 2水和物、が例示される。しかし、これらに制限されるものではなく、これらと実質的に同効のもの、あるいはこれらと類似のものであれば同様に使用することができる。本発明では、これらの中から選択された 1種、あるいは 2種以上の混合物が使用される。

これらの原料は、自家骨との生着 ·置換性及び低い細胞毒性の点で好適である。この場合、必要に応じて、これらの原料に、薬学的に許容される任意の成分を適量混合することができる。これらの例として、例えば、亜鉛含有アパタイト、マグネシウム含有 0— TC Pが例示される。しかし、これらに制限されるものではない。上記リン酸カルシウム系セラミックス（以下、リン酸カルシウムと記載する）は、天然鉱物であつてもよく、あるいは各種湿式法、乾式法で合成された物であってもよい。これらは、 BET値が 1〜30 0m² Zg程度の粉体であることが望ましい。しかし、これらに制限されるものではない。また、必要に応じて上記原料に、適宜の生分解性成分を 50 V o 1 %以下まで混合することができる。生分解性成分としては、ポリダリコール酸、ポリ乳酸、ポリグリコール酸とポリ乳酸の共重合体、ポリジォキサノン、コラーゲンゲル、ァガロースゲル、寒天から選択された 1種、あるいは 2種以上の混合物が例示される。これらの例として、例えば、ポリ乳酸を 30 v o 1 %含浸、被覆により含有する水酸アパタイト、コラーゲンゲルを 50 V 0 1 %混合した jS— TCPが例示される。しかし、これらに制限されるものではない。

本発明において、上記リン酸カルシウムは、 1つ以上の貫通孔を有する場合がある球状凝集体もしくは球状セラミック形成体として用いられる。リン酸カルシウムの成形方法としては、好適には、例えば、球体成形用割型を用いて 1〜3 O O O k g/cm² 程度で一軸加圧成形することによって成形する方法、また、 1 000〜 10000 k gZcm² 程度で冷間静水圧プレス（C I P) した圧粉体を摩滅することによって成形する方法、等が使用される。更に、所望のリン酸カルシウム粉をアルギン酸ナトリゥムに懸濁させたものを、多価金属イオンを含有する凝固液に滴下して球状に成形する方法を用いてもよい。この場合、リン酸力ルシゥム粉及びアルギン酸ナトリウムの濃度は、それぞれ 5〜90w t

%、 1〜5 Ow t %であることが望ましい。

ビーズに貫通孔を形成する方法としては、好適には、例えば、上記割型に貫通孔作製用の突起を設けて形成する方法、また、 C I P後の成形体もしくはアルギン酸ナトリゥムの凝固により成形されたビーズに所望の径のニードルで貫通孔を形成する方法、等が使用される。これらの方法を用いて、割型内の突起やニードルによって貫通孔を作製することが簡便である。この場合、割型や二一ドルは、選択したリン酸カルシウムとの反応性の低い物であることが望ましい。しかし、本発明は、これらに制限されるものではなく、適宜の手段を使用することができる。貫通孔の孔径は、用途（骨形成、骨細胞培養担体等）に合わせて適宜選択される。例えば、骨欠損部 ·骨折部充填には直径 2 0 0〜6 0 0 ^ m、金属製人工材料と骨母床間の間隙充填には直径 1 0 0〜3 0 0 m 、骨延長部位に対する注入剤としては直径 2 0 0〜 1 0 0 0 i m、細胞培養担体としては直径 2 0 0〜 1 0 0 0 m、薬剤担体としては直径 1 0 0〜 1 5 0 mが好適である。本発明において、「ビーズ」とは、基本的には、貫通孔の有無によらず、アスペクト比（長軸/短軸）が 1〜 3の塊状物のことを意味するが、これらと実質的に均等もしくは同等のものも包含される。

成形体の焼結は、用いたリン酸カルシウムに応じた焼結温度で実施される。焼結前のリン酸カルシウムセラミックスビーズは、乾燥してもよいししなくてもよい。焼結後のリン酸カルシウムセラミックスビーズは、切削等により、所望の大きさ、真球度に整えてもよいし、整えなくてもよい。また、貫通孔形状を適宜の方法で整えてもよいし、整えなくてもよい。更に、アルギン酸ナトリウムの凝固により成形されたビーズ、及び適宜の生分解性成分を 5 0 V o 1 %以下含有したリン酸カルシウム製のビーズにおいては、用途に応じて、適宜、焼結せずにそのままもしくは乾燥状態で用いてもよい。ビーズの直径は、用途（骨形成、骨細胞培養担体等）に合わせて適宜選択される。例えば、骨欠損部 ·骨折部充填には直径 1〜 3 mm、金属製人工材料と骨母床間の間隙充填には直径 2 0 0〜 2 0 0 0 ^ m、骨延長部位に対する注入剤としては直径 5 0 0 〜3 0 0 0 m m, 細胞培養担体としては直径 3 0 0〜3 0 0 0 m, 薬剤担体としては直径 2 0 0〜 1 0 0 0 /i mが好適である。上記ピーズは、そのまま用いてもよいし、必要に応じて（例えば、補強、ビーズ表面の平滑さを改善する目的で）、適宜の生分解性成分を成形体内部に含浸、もしくは表面にコーティングして用いてもよい。例えば、多孔質水酸アパタイトビーズを溶融状態のポリ乳酸に、脱気しながら浸積することにより、ビーズ内部の空隙にポリ乳酸が複合化された水酸アパタイトビーズを得ることができる。また、平均粒径 1 0 に調整されたポリグリコール酸を、水酸ァパタイトセラミックスビーズ表面にまぶし、加熱することにより水酸ァパタイト表面にポリダリコール酸で被覆された水酸アパタイトビーズを得ることができる。

本発明により得られる 1つ以上の貫通孔を有する場合があるリン酸カルシゥムビ一ズは、適宜加工条件を選択することにより、 2 0 0〜6 0 0 0 mの直径、及び 1 0 0〜 3 0 0 0 x mの貫通孔（ただし、ビーズ直径の 7 0 %以下）を持ち得る。貫通孔形成は用途に応じて適宜であり、設けても設けなくてもよい。また、成形体の調製方法により、骨欠損部への埋入等の目的に応じた機械的特性（破壊荷重： 0 . 5〜 2 0 0 N Z 1個）を持ち得る。これらの要件を具備した本発明のビーズは、基本的には、所定の原料を用いて作製した凝集体に、適宜、必要に応じて、貫通孔を形成し、これをそのまま又は乾燥、焼結した後、適宜、必要に応じて、所定の形状に加工することにより作製される。

すなわち、上記ビーズは、好適には、例えば、リン酸カルシウム原料をアルギン酸ナトリゥムと混合しスラリー状にする行程、上記スラリーを直径 2 mm程度の球状に凝固液させる行程、スラリーの球状成形体に 5 0 0 ^ mのステンレスワイヤーで貫通孔を開ける行程（貫通孔を設ける場合）、これを 6 0 °Cで乾燥した後に 1 2 5 0 °Cで 1時間焼成する工程、により作製される。これにより、直径 l mm、貫通孔径 2 5 0 m、圧縮試験における最大点荷重 4 O Nのァパタイトセラミックスビーズが得られる。しかし、本発明は、これらの方法に制限されるものではない。

本発明により得られる 1つ以上の貫通孔を有する場合があるリン酸カルシゥムビーズは、多孔体の最小構成単位（ユニット）と成り得るものであり、その集合状態において完全又は部分的連通孔多孔体を形成する機能を発揮する。本発明において、「完全又は部分的連通孔」とは、多孔体内の所望の孔径を有する全部又は一部の孔が連結して形成する貫通孔ネットワークのことを意味する。このネットワークを形成する連通孔は、多孔体の全域に渡る円滑な物質輸送を高効率で実現する場である。それにより、血流、細胞、細胞のグロースファクター、酸素等を多孔体の全域に高効率で供給することが実現できる。

本発明において、 1つ以上の貫通孔を有する場合があるリン酸カルシゥムビーズ集積体は、上記ビーズ集合体の所望の作用効果を効率よく発揮するように、ビーズの貫通孔を所定の方向に規則的に配向させたものである。具体的には、ビーズの貫通孔の一部又は全部を一方向に揃えて、最小構成要素として所定の形状に集積することにより構築されたものである。これにより、上記ビーズは、集積体として完全又は部分的連通孔多孔体を形成する機能を発揮する。

本発明のリン酸カルシウムビーズ集合体及び集積体は、ビーズを所定の空間に充填すること、ビーズ同士を焼結すること、もしくは適宜のマ卜リックスにより連結することにより構築されるが、その構築方法として、例えば、ビーズの任意の貫通孔をナイロンワイヤー等の単線、複線又は撚り線等で連結したものを所定のケージ空間に充填することにより構築する方法、上記連結ビーズを焼結する方法、貫通孔の一部又は全部を一方向に揃えたビーズをコラーゲンゲルで固める方法が例示される。しかし、これらに制限されるものではなく、適宜の方法が使用される。貫通孔が一定の方向に配向したビーズ集積体においては、貫通孔ネットワーク内の物質輸送を所望の方向に限定できるため、その作用効果が一層高効率で発揮される。

本発明のリン酸カルシウム成形体は、完全な貫通孔（貫通孔を有するビーズの場合）と、注射器等により創傷に注入可能であり、任意形状の間隙を充填できる形状を有する。すなわち、本発明のビーズは、多孔体の最小構成要素であり、経皮的な注入又は外科的な手法により、任意形状の骨欠損部 ·骨折部及び金属製人工材料と骨母床間の間隙に注入 ·充填することで、完全又は部分的連通孔多孔体を形成することができる。また、上記ビーズは、骨粗鬆症部や骨延長術に伴う比較的大きな骨欠損部の骨形成を助けるための注入剤となり得る。また、細胞培養や薬剤の担体と成り得る。貫通孔の径は、補綴部位の骨形成に適した径ゃ、培養対象細胞の大きさにすることができる。更に、リン酸カルシウム系セラミックスビーズの機械的特性は、使用する原料粉体粒径、ビーズ成形時の圧粉、焼結条件及び生分解性成分との複合化によって適宜制御することができる。上記ビーズ表面の平滑さは、適宜の生分解性成分による被覆により改善することができる。

本発明のビーズは、これを滅菌梱包して製品化される。例えば、上記ビーズを適宜の袋やカプセルの空間にパックして充填物を調製し、これを滅菌、梱包して所定の製品とすることができる。この場合、上記ビーズ集合体や貫通孔の一部又は全部を一方向に配向させたビーズ集積体を対象とすることができる。また、本発明では、上記ビーズを含む生体用注入 ·充填剤をシリンジに充填し、シリンジ充填物とすることができる。この場合、ビーズの詰まったシリンジを滅菌する方法、上記注入 '充填剤を滅菌後、シリンジに充填する方法等が採用されるが、これらに制限されるものではない。更に、本発明では、上記ビーズを含む生体用注入 ·充填剤を注射針もしくは内筒径 1 0 mm以下の細管に充填し、細管充填物とすることができる。この場合、ビーズの詰まった細管を滅菌する方法、上記注入，充填剤を滅菌後、細管に充填する方法等が採用されるが、これらに制限されるものではない。また、本発明では、上記ビーズに任意の薬剤成分を担持させて薬剤成分一担持複合体を作製することができる。これらの複合体として、例えば、抗ガン剤、制ガン剤、抗炎症剤、 B M Pなどが例示される。

しかし、これらに制限されるものではなく、適宜の薬剤成分を担持させることができる。

本発明においては、 1つ以上の貫通孔を有する場合があるリン酸カルシゥムスビーズを最小構成単位（ユニット）としてビーズ集合体が構築される。それにより、完全又は部分的連通孔を形成する機能を有する多孔体を構築することができる。本発明のリン酸カルシウムビーズ集合体が形成する完全又は部分的連通孔多孔体の連通孔内においては、物質輸送が円滑である。そのために、多孔体内における細胞の分化 '増殖が円滑に行われる。特に、これを人工骨として用いた場合、連通孔内には早期の骨形成が起こり、速やかに自家骨と置換される。ビーズの貫通孔の一部又は全部が一方向に配向した貫通孔を有するリン酸カルシウムビーズ集積体においては、貫通孔ネットワーク内の物質輸送を所望の方向に限定できる。そのため、連通孔の作用が一層高効率化される。

本発明のビーズは、注射器を使用して注入可能な形状 ·機械的特性を持つ。そのため、外科的方法に比べ低侵襲な経皮的な注入により、骨欠損部に、骨伝導が期待できるリン酸カルシウムの完全連通孔多孔体を形成することができる。また、本発明のビーズを用いた注入療法は、骨粗鬆症部位及び仮骨延長部位の骨形成を助けることができる。所望の機械的特性のビーズを目的部位に集合 ·集積することにより、目的部位を補強することができる。最小構成要素であるビーズ径を適宜選択することにより、任意形状の骨欠損部 ·骨折部及び金属製人工材料と骨母床間の間隙を充填することができる。生体内への充填に伴うビーズの破損が少ないため、細胞毒性が懸念される粒径の粉体を発生しない。ビーズの貫通孔、ミクロポア及び表面に、所望の薬剤成分を担持 ·除放することができる。ビーズの貫通孔、ミクロポア及び表面に、所望の細胞を担持、培養することができる。図面の簡単な説明

図 1は、 H Aビーズの中心を通り、互いに直行する φ 2 5 0 /x mの貫通孔を 3本有する直径 1 mmの H Aセラミックスビーズの模式図を示す図 2は、 H Aセラミックスビ一ズを充填したシリンジの模式図を示す図 3は、貫通孔を 3本有する H Aセラミックスビーズを 1 X 1 X 1 c mの空間に充填したときに構築される完全連通孔多孔体の一例を示す。図 4は、実施例 6において作製された φ 3 0 0 z mの貫通孔を 1つ有する直径 1 mmの H Aセラミックスビーズの一例を示す。

図 5は、実施例 6の動物実験結果の一例を示す。

a ：貫通孔に新生骨組織、新生血管、骨梁形成を伴う骨芽細胞の浸入が認められる。

b ：ビ一ズ間隙にも新生骨形成が認められる。

c ：ビーズ内部に細胞の浸入が認められる。

図 6は、実施例 7の動物実験結果の一例を示す。緻密骨レベルにあるビーズの貫通孔及びビーズ間隙が、血管や髄腔を伴う新生骨組織により充填されており、骨欠損治癒がほぼ完了していることが認められる。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらによって何ら限定されるものではない。

実施例 1

0. 5 w t %のアルギン酸ナトリウム水溶液に、粒径 1 50 ; m以下に調製した水酸アパタイト（HA) 粉を 1 Owt %になるように混合し、均一なスラリーとした。このスラリーを 5 Om 1シリンジに充填し、 1 w t %の塩化カルシウム水溶液に滴下することにより HAをビーズ状に成形した。 H Aビーズが乾燥する前に、 H Aビーズの中心を通り、互いに直行する 3本の貫通孔を <ί> 400 mの力一ボンシャフトにより形成した。貫通孔形成後の H Aビーズを 1 00°Cで 12時間乾燥した後、 1 200°Cで 1時間焼結した。

焼結後、 HAビーズを、 800番のダイヤモンド砥粒を内壁にコーテイングした円形チャンバ一内で移動 '摩滅することにより、直径 lmm の球状に成形した。このような成形により、互いに直行する Φ 250 Χ mの貫通孔を 3本有する直径 1 mmの H Aセラミックスビーズが作製された。上記ビーズ一個の圧縮試験における最大点荷重は 5 O Nであった。図 1に、貫通孔を有する HAセラミックスビーズ模式図を示す。上記方法で作製したビーズを 1 X 1 X 1 cmの空間に充填することにより、完全連通孔多孔体を形成することができた。また、上記方法で作製した HAビーズ 1 00個をコラーゲンゲル 5 Om 1に懸濁させて懸濁物を調製した。この懸濁物は、破損することなく 1 6 Gの針を装着したシリンジで吐出することができた。図 2に、上記 H Aビーズをシリンジに充填した充填物の模式図を示す。実施例 2

市販の HA粉体をジエツトミルによって 1 m以下に粉碎した。これを、 φ ImmX 1 0 mmのロストワックスと共に Φ 5 X 1 0 mmの円柱形に一軸加圧成形した。ロストワックスの位置は円柱の長軸と一致していることが望ましい。この圧粉体を 12 0 (TCで 1時間焼結した後、 3 mm程度の長さに切断し、 400番のダイヤモンド砥粒を内壁にコーティングした円形チャンパ一内を 1 k gZcm² の空気圧で回転させて、直径 1mmのビーズに成形した。このような成形により、圧縮強度 1 0 0 MP a (強度は貫通孔のない円柱状態で測定）で、（i> 600 ; mの貫通孔を 1つ有する HAビーズが作製された。上記方法で作製した HAビ —ズの貫通孔に Φ 300 mのナイロンワイヤ一を通して複数ビーズを拘束することにより、貫通孔が配向した H Aビーズ集積体を構築した。図 3に、上記 HAピーズを、最小構成ユニットとして構築した、集積体として完全連通孔多孔体を形成する機能を有するビーズ集積体の模式図 (ワイヤーは図示せず) を示す。実施例 3

1 w t %のアルギン酸ナトリウム水溶液に、粒径 1 00 m以下に調製した β一 T C Ρ粉を 60 w t %になるように混合し、均一なスラリーとした。このスラリーを 50m 1シリンジに充填し、 5w t %の塩化力ルシゥム水溶液に滴下することにより 8— TCPをビーズ状に成形した。塩化カルシウム水溶液中において、 300 mのカーボンシャフトにより /3— TC Pビーズに互いに直交し、かつビーズの中心を通るような φ 3 00 mの貫通孔を 2つ形成した。

貫通孔形成後の ]3— TCPビーズを塩化カルシウム水溶液から取り出し、超純水で十分すすいだ後、超純水中で保存した。このような成形により、 φ 2 50 の貫通孔を 2つ有する直径 lmm以下 ]3— TCPビーズが作製された。上記方法で作製した )3— TCPビーズ 1 00個をヒアルロン酸 5 Om 1 と混合し懸濁物を調製した。この懸濁物は、破損することなく 1 6 Gの針を装着したシリンジで充填 ·吐出することができた。実施例 4

0. 3mo 1 Z 1の水酸化カルシウム懸濁液に、 0. 5 mo 1 / 1のリン酸水溶液を滴下することにより湿式合成した H A粉体を、 ψ 1 6 X 6 mmの円柱形に一軸加圧成形した。この圧粉体を 3 mm程度の大きさに碎き、それぞれの破片のほぼ中心に直径 400； amの貫通孔を形成した。貫通孔の形成には Φ 400 /xmのドリルを使用した。貫通孔付き H A粒を 1 200 で 1時間焼結した。この焼結体は、圧縮強度 300 M P aであった。

焼結した貫通孔付き HA粒を、 400番のダイヤモンド砥粒を内壁にコーティングした円形チャンバ一内を 1 k gZcm² の空気圧で回転させて、直径 1 mmのビーズに成形した。このような成形により、 Φ 2 5 0 mの貫通孔を 1つ有する HAビーズが作製された。上記方法で作製した H Aビーズを模擬骨と人工股関節チタン製ステムの間隙に充填した。それにより、模擬骨に人工股関節を強固に固定することができた。実施例 5

2w t %のアルギン酸ナトリウム水溶液に、粒径 200 zm以下に調製した HA粉を 60 w t %になるように混合し、均一なスラリーとした。このスラリーをシリンジに充填し、 1 w t %の塩化カルシウム水溶液に滴下することにより H Aをビーズ状に成形した。 H Aビーズが乾燥する前に、 φ 3 00 mの力一ポンシャフトにより H Aビーズの中心に φ

300 mの貫通孔 1つを形成した。貫通孔形成後の H Aビーズを凍結乾燥した後、 1 200°Cで 1時間焼結した。

焼結後、 HAビーズを、 800番のダイヤモンド砥粒を内壁にコーテイングした円形チャンバ一内で移動 '摩滅することにより、直径 lmm の球状に成形した。このような成形により、 Φ 300 の貫通孔を 1 つ有する H Aセラミックスピーズが作製された。上記ビーズ一個の圧縮試験における最大点荷重は 1 0 ONであった。上記方法で作製した HA ビーズを Φ 2 5 mmのポリスチレン製カルチヤ一ディッシュに敷き詰めその上で骨芽細胞の培養を試みた。その結果、骨芽細胞がビーズ表面及び貫通孔内で付着、増殖することが分かった。実施例 6

1 w t %のアルギン酸ナトリウム水溶液に、遊星ポールミルで 1時間粉砕した水酸アパタイト（HA) 粉を 30 w t %になるように混合し、均一なスラリーとした。このスラリーをデジタルピペットに充填し、 4 H 1ずつ 2. 5 w t %の塩化カルシウム水溶液に滴下することにより、球状 HA凝集体とした。球状 HA凝集体が乾燥する前に、 Φ 500 m のステンレスワイヤーを用いて、球状 H A凝集体の中心を通る貫通孔を形成した。貫通孔形成後の球状 H A凝集体を 60°Cで 1 2時間乾燥した後、 1 2 50°。で1. 5時間焼結し、 H Aビーズを得た。

焼結後、 H Aビーズの貫通孔を、 φ 3 00 mの電着ダイヤモンドバ —でトリミングした。このような成形により、 H Aビーズの中心を通る φ 300 imの貫通孔を 1つ有する直径 1 ± 0. 2 mmの H Aビーズが作製された（図 4)。上記ビーズ一個の圧縮試験における最大点荷重は

40 Nであった。上記方法で作製した HAビーズ 100個を、 1 2週齢の健康雄 S PF ゥサギの脛骨近位端に作製した径 5 mm、深さ 5 mmの骨欠損孔に埋植し、骨欠損孔に多孔体を形成した。多孔体形成後、骨膜 ·皮下組織及び皮膚を縫合し、術部を閉じた。

ビーズ埋植後 7日目に、動物を Sodium pentbarbital 約 5 Omg/k g ( v.) 麻酔下に放血により安楽死させ、脛骨埋植部を摘出し、 1 0 %の中性緩衝ホルマリンに固定した。固定後、埋植部をイオン交換樹脂法により脱灰後、厚さ約 3 / mの切片を作製し、 Hematoxylin · eo sin 染色を施し、形態学的な評価を実施した。上記評価により、貫通孔に浸入する新生骨組織、新生血管、骨梁形成を伴う骨芽細胞の浸入が認められた（図 5A)。ビーズ間隙にも新生骨形成が認められた（図 5 B )。上記新生組織により各ビーズは連結されており、ビーズの埋入部位からの移動は無かった。また、ビーズ内部に細胞の浸入が認められた（図 5 C)。実施例 7

実施例 6で作製した H Aビーズ 100個を、 1 2週齢の健康雄 S PF ゥサギの脛骨近位端に作製した径 5 mm、深さ 5 mmの骨欠損孔に埋植し、骨欠損孔に多孔体を形成した。多孔体形成後、骨膜 ·皮下組織及び皮膚を縫合し、術部を閉じた。

ビーズ埋植後 30日目に、動物を Sodium pentbarbital 約 5 OmgZ k g ( i . v.) 麻酔下に放血により安楽死させ、脛骨埋植部を摘出し、 10 %の中性緩衝ホルマリンに固定した。固定後、埋植部をイオン交換樹脂法により半脱灰状態にした後、厚さ約 3 /mの切片を作製し、 He matoxylin · eosin 染色を施し、形態学的な評価を実施した。上記評価においては、緻密骨レベルにあるビーズの貫通孔及びビーズ間隙が、血 P T/JP03/02922

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管や髄腔を伴う新生骨組織により充填されており、骨欠損治癒がほぼ完了していることが認められた（図 6)。実施例 8

(セメント接着集合体作製 & C T評価）

1 w t %のアルギン酸ナトリゥム水溶液に、遊星ポールミルで 1時間粉碎した水酸アパタイト（HA) 粉を 3 Ow t %になるように混合し、均一なスラリーとした。このスラリーをデジタルピペットに充填し、 3

1ずつ 5 w t %の塩化カルシウム水溶液に滴下することにより、球状 HA凝集体とした。球状 HA凝集体を 60でで 1 2時間乾燥した後、 1 250°〇で1. 5時間焼結し、 H Aビーズを得た。このような成形により、直径 0. 9 ±0. 2 mmの H Aビーズが作製された。上記ビーズ一個の圧縮試験における最大点荷重は 50 Nであった。

作製した HAビーズ表面に、第四リン酸カルシウム（T e CP) と第二リン酸カルシウム（DCP) を等モルずつ混合したものを超純水で練和することにより調製した自己硬化型リン酸カルシウムセメントペーストを塗布し、 φ 5 X 5mmの空間に充填し、 5 X 5 mmの多孔体を作製した。上記方法で作製された H A多孔体の空隙率は 45 %であり、空隙は全て連結した完全連通孔ネットワークを形成していることが、マイクロ X線 CT撮像データにより確認された。実施例 9

貫通孔に Φ 25 0 mのステンレスワイヤ一を通すことにより、実施例 6で作製した HAビーズを 5個ずつ集積した。更に、上記集積体 1 6 セットを Φ 5 X 5 mmの空間に設置し、寒天で凝固 '拘束し、ステンレスワイヤーを抜去することにより、貫通孔が 1方向に配向した H A集積体を作製することができた。実施例 1 0

実施例 6で作製した H Aビーズの表面に、平均粒径 1 0 /x mに調整したポリ乳酸をまぶし、 1 0 O t:で 2 4時間加熱することにより、表面が 5 0 %以上ポリ乳酸で被覆された H Aビ一ズを作製することができた。上記 H Aピーズを Φ 5 X 5 mmの空間を持つテフロン型に充填し、 1 0 0 °Cで加熱することにより、ポリ乳酸により連結された H Aビーズ集合体を作製することができた。上記方法で作製された H A多孔体の空隙率は 4 0 %であり、空隙は全て連結した完全連通孔ネットワークを形成していることが、マイクロ X線 C T撮像デー夕により確認された。比較例 1

実施例 1で用いた H A粉にポリエチレンビーズを 3 0 w t %混合し、 Φ 1 6 X 6 mmの円柱形に一軸加圧成形後、 1 2 0 0 °Cで 1時間焼結して H A多孔体を得た。この多孔体の気孔率は 6 0 %であったが、マイク口 X線 C Tによる評価により気孔の 5 0 %が閉鎖気孔であることが分かつた。

上記方法で作製した多孔体を l mm程度の小片に破碎して、模擬骨と人工股関節チタン製ステムの間隙に充填した。その結果、破碎に伴ってできた多孔体の小突は充填作業により圧碎され、模擬骨に人工股関節を強固に保持することができなかった。

上記方法で作製した多孔体を Φ 5 X 5の円柱に成形し、実施例 7と同様の方法で動物実験による骨伝導脳評価をしたが、多孔体表面の気孔以外に骨の浸入が認められなかった。参考例 1

実施例 1で作製した HAビ一ズを、 1 X 1 X 1 cmの骨欠損部に充填した。それにより、骨欠損部に完全連通孔多孔体を形成することができた。その結果、骨欠損部の強度を上げることができた。参考例 2

実施例 2で作製した H Aビーズ集積体の貫通孔の毛管凝集現象を利用して、 BMPを一方向に吸い上げることができた。また、上記集積体の貫通孔開口部近傍に B M Pを徐放することができた。参考例 3

実施例 4で作製した H Aビーズを、骨とチタン製インプラントの間隙に充填することにより、骨にチタン製ィンプラントを強固に固定することができた。産業上の利用可能性

以上詳述したように、本発明は、 1つ以上の貫通孔を有する場合があるリン酸カルシウムビーズ及びその生体適合材料としての新しい利用形態に係るものであり、本発明により、以下のような格別の作用効果が奏される。

(1) 1つ以上の貫通孔を有する場合があるリン酸カルシウムビーズが得られる。

(2) 上記ビ一ズを最小構成要素としたビーズ集合体は、当該集合体として完全又は部分的連通孔多孔体を形成する機能を有する。

(3) 上記ビーズの貫通孔の一部又は全部を一定方向に配向させたビーズ集積体が得られる。 (4) 上記ビーズ集積体は、当該集積体として完全連通孔ネットワークを形成する機能を有する。

(5) 上記完全又は部分的連通孔内においては、物質輸送が円滑であるため、上記ビーズ集合体、及びビーズ集積体を、例えば、人工骨として用いた場合、骨形成に係る細胞の分化 ·増殖が円滑に行われる。

(6) 上記ビーズ集積体では、貫通孔ネットワーク内の物質輸送を所望の方向に特定できるため、一層高い作用効果が奏される。

(7) 上記ビーズ、ビーズ集合体及びビーズ集積体は、注射器を使用して生体内に注入 ·充填可能な形状 ·強度を有するため、再生医療に対応する生体用注入 ·充填剤として有用である。

(8) また、これらは、完全又は部分的連通孔を形成する多孔体としての機能を有するため、例えば、細胞 ·組織培養担体、薬剤成分担体などとして有用である。

(9) 更に、上記ビーズ ·細胞等複合体は、より積極的な再生医療に対応する注入療法の手段として有用である。

Claims

請求の範囲

1. 集合体もしくは集積体を構築したときに、完全又は部分的連通孔多孔体を形成する機能を有するリン酸カルシウム成形体であって、

(1) 上記成形体は 1つ以上の貫通孔を有する場合がある、

(2) 上記成形体は凝集体又は焼結体（セラミックス）である、

(3) 上記成形体の形状はビーズ状である、

ことを特徴とするリン酸カルシウムビーズ。

2. 長軸直径が 200 zm〜 6 mmの範囲である請求項 1記載のビーズ。

3. 貫通孔径が 1 00 zm〜3mmであり、かつ長軸直径の 7 0 %以下である請求項 1記載のビーズ。

4. 上記リン酸カルシウムの原料が、水酸アパタイト、炭酸ァパタイト、フッ素アパタイト、塩素アパタイト、 i3— TCP、 a-TC

P、メタリン酸カルシウム、リン酸 4カルシウム、リン酸水素カルシゥム、リン酸水素カルシウム 2水和物の群から選択された 1種、あるいは 2種以上の混合物である請求項 1記載のビーズ。

5. 上記原料が、上記原料に薬学的に許容される成分を適量混合したものである請求項 4記載のビーズ。

6. 請求項 1記載のビーズを製造する方法であって、所定の原料を用いて球状凝集体を形成し、これをそのまま又は乾燥、焼結した後、適宜、所定の形状に加工することを特徴とするリン酸カルシウムビーズの製造方法。

7. 請求項 1から 5のいずれかに記載のビーズを、最小構成ュニットとして集合体を構築し、当該集合体として完全又は部分的連通孔多孔体を形成する機能を有するリン酸カルシウムビーズ集合体としたことを特徴とするリン酸カルシウムビーズ集合体。

8 . 請求項 1から 5のいずれかに記載の貫通孔を有するビーズを、その貫通孔の一部又は全部を一方向に揃えて、集積体を構築し、当該集積体として完全又は部分的連通孔を形成する機能を有するリン酸カルシゥムビ一ズ集積体としたことを特徴とするリン酸カルシウムビ一ズ集積体。

9 . 請求項 1から 5のいずれかに記載の貫通孔を有するビーズを、その貫通孔の一部又は全部を一方向に揃えて、集積することにより、集積体として完全又は部分的連通孔を形成する機能を有するビーズ集積体を構築することを特徴とするリン酸カルシウムビーズ集積体の構築方法。

1 0 . ビーズを、所定の空間に充填することにより集積する請求項 9記載の集積体の構築方法。

1 1 . ビーズを、焼結により連結することにより集積する請求項 9記載の集積体の構築方法。

1 2 . ビーズを、適宜のマトリックスにより連結することにより集積する請求項 9記載の集積体の構築方法。

1 3 . 上記マトリックスが、寒天、コラーゲンゲル、ァガロースゲル、ポリダリコール酸、ポリ乳酸、ポリダリコール酸とポリ乳酸の共重合体、ポリジォキサノン、自己硬化型リン酸カルシウムセメントの群から選択された 1種、あるいは 2種以上の混合物である請求項 1 2記載の集積体の構築方法。

1 4 . ビーズの任意の貫通孔に、貫通孔直径以下の太さを持つ単線、複線又は撚り線を通して、その貫通孔の一部又は全部を一方向に揃えて、集積する請求項 9記載のビーズ集積体の構築方法。

1 5 . 請求項 1から 5のいずれかに記載のビーズを含むことを特徴とする生体用注入 ·充填剤。

1 6 . ビーズとマトリックスを含む請求項 1 5記載の注入 ·充填剤。

1 7 . ビーズを 1粒/ 1 0 0 0 m 1以上含有する請求項 1 5記載の注入 ·充填剤。

1 8 . マトリックスが、コラーゲン、ヒアルロン酸、寒天、コンドロイチン硫酸ナトリウム、コハク酸ニナトリウム無水物、フイブリン、フイブリノ一ゲン、フイブリン糊、自己硬化型リン酸カルシウムセメント、生理食塩水、血液、体液、骨髄、骨髄液の群から選択された 1 種、あるいは 2種以上の混合物である請求項 1 6記載の注入 ·充填剤。

1 9 . 生体の骨欠損部、骨折部、骨延長部、骨粗鬆症部、又は金属製人工材料と骨母床間の間隙に注入 ·充填するための請求項 1 5記載の注入 ·充填剤。

2 0 . 請求項 1 5記載の注入 ·充填剤をシリンジに充填したことを特徴とするシリンジ充填物。

2 1 . 請求項 1 5記載の注入 ·充填剤を注射針もしくは内筒径 1 O mm以下の細管に充填したことを特徴とする細管充填物。

2 2 . 請求項 1 5記載の注入 ·充填剤を生分解性のカプセルもしくはケージに充填したことを特徴とするカプセル充填物。

2 3 . 請求項 1から 5のいずれかに記載のビーズから構成されることを特徴とする細胞 ·組織培養用担体。

2 4 . 請求項 2 3記載の細胞 ·組織培養担体と細胞及び適宜の培地から成ることを特徴とする細胞一担体複合体。

2 5 . 細胞が、骨細胞、骨芽細胞、破骨細胞、軟骨細胞、繊維芽細胞、幹細胞、象牙芽細胞、セメント芽細胞、歯根膜細胞の群から選択された 1種、あるいは 2種以上の混合物である請求項 24記載の複合体。

26. 請求項 24記載の細胞一担体複合体を利用した細胞療法

27. 請求項 1から 5のいずれかに記載のビーズから構成されることを特徴とする薬剤成分用担体。

28. 請求項 27記載の薬剤成分用担体と任意の薬剤成分から成ることを特徴とする薬剤成分—担体複合体。

29. 請求項 28記載の薬剤成分一担体複合体を利用した投薬方法。

30. 請求項 25、又は 28記載の複合体をシリンジに充填したことを特徵とするシリンジ充填物。

3 1. 請求項 25、又は 2 8記載の複合体を注射針もしくは内筒径 1 Omm以下の細管に充填したことを特徴とする細管充填物。

32. 請求項 25、又は 28記載の複合体を生分解性のカプセルもしくはケージに充填したことを特徴とするカプセル充填物。