WO2012023510A1 - 生体インプラント - Google Patents

生体インプラント Download PDF

Info

Publication number
WO2012023510A1
WO2012023510A1 PCT/JP2011/068431 JP2011068431W WO2012023510A1 WO 2012023510 A1 WO2012023510 A1 WO 2012023510A1 JP 2011068431 W JP2011068431 W JP 2011068431W WO 2012023510 A1 WO2012023510 A1 WO 2012023510A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
test
weight
bone
test piece
silver
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/068431
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
正明 馬渡
岩男 野田
Original Assignee
国立大学法人佐賀大学
日本メディカルマテリアル株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 国立大学法人佐賀大学, 日本メディカルマテリアル株式会社 filed Critical 国立大学法人佐賀大学
Priority to EP11818152.8A priority Critical patent/EP2606916A4/en
Priority to US13/817,168 priority patent/US20130138223A1/en
Publication of WO2012023510A1 publication Critical patent/WO2012023510A1/ja

Links

Images

Classifications

    • 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
    • A61F2/28—Bones
    • 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
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/28—Materials for coating prostheses
    • A61L27/30—Inorganic materials
    • A61L27/32—Phosphorus-containing materials, e.g. apatite
    • 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
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/54—Biologically active materials, e.g. therapeutic substances
    • 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
    • A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
    • A61L2300/10—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices containing or releasing inorganic materials
    • A61L2300/102—Metals or metal compounds, e.g. salts such as bicarbonates, carbonates, oxides, zeolites, silicates
    • A61L2300/104—Silver, e.g. silver sulfadiazine
    • 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
    • A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
    • A61L2300/40—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices characterised by a specific therapeutic activity or mode of action
    • A61L2300/404—Biocides, antimicrobial agents, antiseptic agents
    • 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
    • A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/02—Materials or treatment for tissue regeneration for reconstruction of bones; weight-bearing implants
    • 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
    • A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/12—Materials or treatment for tissue regeneration for dental implants or prostheses
    • 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
    • A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/24—Materials or treatment for tissue regeneration for joint reconstruction

Definitions

  • the present invention relates to a biological implant having antibacterial properties.
  • bioimplants for the treatment of both bone injuries / diseases is constantly expanding with an increasing active and elderly population.
  • bone substitutes for bone crushing and bone removal or the use of supports for weakened bones, artificial bone substitutes form a strong joint or bone with the native bone, resulting in structural integrity. You need to ensure. Bone can grow into adjacent structures, especially if the adjacent structure is porous and comparable to bone. However, bone must not only grow into a porous structure, but also bond to allow strong adhesion between the native bone grown in the porous structure and the bioimplant.
  • Patent Document 1 a method of coating an HA layer having a high crystallinity and a large specific surface area, suitable for impregnation with antibiotics, by precipitating HA on the surface of a biological implant and drying it, antibiotics on the coating layer
  • Patent Document 1 A therapeutic agent-impregnated biological implant that impregnates the like has been proposed (Patent Document 1).
  • this method is suitable for impregnation with antibiotics, but the pore size and porosity of the film are uniform, so it is difficult to release the drug at a desired rate, and the drug elutes at a constant rate. There is a problem that it is easy to do.
  • Patent Document 2 proposes a method of adjusting the disappearance rate of HA by adjusting the crystallinity of the coating layer made of a calcium phosphate material, thereby adjusting the release rate of the antibacterial agent or antibacterial agent ( Patent Document 2).
  • antibacterial agents While antibacterial agents have antibacterial properties, they have a problem that they act on cell enzymes and cell membranes and are toxic in a concentration-dependent manner. Therefore, there is a need for a biological implant that is not only antibacterial but has high in-vivo safety that does not exhibit toxicity to biological tissues or organs.
  • an object of the present invention is to provide a biological implant having excellent antibacterial properties and high in-vivo safety.
  • the living body implant of the present invention has a sprayed coating made of a calcium phosphate-based material formed on at least a part of a base made of metal, ceramics, or plastic, and the silver concentration in the sprayed coating is 0. 0.02% to 3.00% by weight.
  • the calcium phosphate material is preferably one or a mixture of two or more selected from the group consisting of hydroxyapatite, ⁇ -tricalcium phosphate, ⁇ -tricalcium phosphate and quaternary calcium phosphate.
  • the thickness of the sprayed coating is preferably 5 to 100 ⁇ m.
  • an infection healing promotion effect can be obtained by a bactericidal effect due to high antibacterial activity. Moreover, since it is highly safe in the living body, it can be used safely even for patients with low resistance such as a recently developed compromised host (susceptible host).
  • a sprayed coating made of a calcium phosphate-based material is formed on at least a part of a substrate made of metal, ceramics or plastic, and the silver concentration in the sprayed coating is 0.02 wt% to 3. It is characterized by being 00% by weight.
  • an artificial bone or internal fixture used for the treatment of diseases or trauma or an artificial joint or tooth used to reconstruct a lost joint function It includes metal, ceramic or plastic implants such as artificial tooth roots used.
  • metal, ceramics, or plastic can be used for the base of the biological implant.
  • metal stainless steel alloy, cobalt-chromium alloy, titanium, titanium alloy, alumina, zirconia, and the like can be used, but titanium or titanium alloy is preferable.
  • titanium alloy an alloy to which at least one of aluminum, tin, zirconium, molybdenum, nickel, palladium, tantalum, niobium, vanadium, platinum and the like are added can be used.
  • a Ti-6Al-4V alloy is preferable.
  • ceramics for example, alumina, zirconia, alumina / zirconia composite ceramics, or the like can be used.
  • plastic for example, polyethylene, fluorine resin, epoxy resin, PEEK resin, bakelite and the like can be used.
  • the calcium phosphate material one or a mixture of two or more selected from the group consisting of hydroxyapatite, ⁇ -tricalcium phosphate, ⁇ -tricalcium phosphate and quaternary calcium phosphate can be used. Preferably, it is hydroxyapatite.
  • thermal spraying method used for forming a thermal spray coating made of a calcium phosphate material
  • flame spraying high-speed flame spraying, plasma spraying, and cold spraying.
  • a coating is formed by spraying a sprayed material on a surface of a base material in a molten or nearly melted state using a gas flame of oxygen and a combustible gas as a heat source.
  • the spraying temperature is about 2700 ° C. and the spraying speed is Mach 0.6.
  • thermal spraying can be performed at a spraying distance of 60 to 100 mm by introducing thermal spraying powder with 100 psi dry air into a gas flame torch of oxygen gas 50 psi and acetylene gas 43 psi.
  • the thickness of the sprayed coating is 5 to 100 ⁇ m, preferably 20 to 40 ⁇ m. If the thickness is less than 5 ⁇ m (the entire sprayed portion cannot be covered, and if it is thicker than 100 ⁇ m, the adhesion strength of the coating is reduced due to residual stress during spraying.
  • the silver concentration in the thermal spray coating can be adjusted by changing the amount of the silver raw material to be blended with the calcium phosphate material as the thermal spray material.
  • the silver concentration in the sprayed coating is 0.02 wt% to 3.00 wt%, preferably 0.02 wt% to 2.50 wt%, more preferably 0.02 wt% to 2.00 wt%, It is preferably 0.02% by weight to 1.11% by weight. This is because if it is less than 0.02% by weight, the antibacterial property is not sufficient. Moreover, it is because it will show toxicity to a biological tissue and organ when it exceeds 3.00 weight%.
  • argillosis a disease that causes the skin tone of the whole body to become gray
  • white blood cells a decrease in white blood cells
  • damage to the liver and kidneys it has been found that when the silver concentration is more than 3.00% by weight, cell deformation and formation of new bone are inhibited.
  • an artificial joint having a stem and a neck portion formed at the upper end of the stem and fixing a head ball, and at least a part of the surface of the neck portion is calcium phosphate-based.
  • examples thereof include an artificial joint in which a sprayed coating made of a material is formed, and the silver concentration in the sprayed coating is 0.02 wt% to 3.00 wt%.
  • the artificial joint is preferably made of titanium or a titanium alloy.
  • Example 1 (Test piece preparation) A thermal spray coating having a thickness of about 40 ⁇ m was formed on one surface of a 50 mm ⁇ 50 mm ⁇ 2 mm pure titanium plate by spraying hydroxyapatite with a predetermined amount of silver oxide added thereto by flame spraying. By changing the amount of silver oxide added, test pieces having silver concentrations in the sprayed coating of 0.02, 0.07, 0.16, 0.21, and 0.42% by weight were produced.
  • Flame spraying was performed by introducing spray powder with dry air of 100 psi into a gas flame torch of oxygen gas 50 psi and acetylene gas 43 psi, and spraying at a spray distance of 60 to 100 mm.
  • the test piece was sufficiently dried at 100 ° C., weighed and then dissolved in a nitric acid solution (5 mL of nitric acid + 50 mL of pure water). The silver concentration in this solution was quantitatively analyzed by ICP emission spectroscopy, and the silver concentration in the film was determined. Next, the test piece after the film was dissolved and removed was sufficiently dried, weighed again, and the film weight was determined from the weight difference from before the film was dissolved. The silver concentration (% by weight) in the film was calculated by dividing the amount of silver in the film by the weight of the film.
  • Antimicrobial performance test In accordance with JIS Z 2801 “antibacterial processed product-antibacterial test method / antibacterial effect”, antibacterial activity against Escherichia coli and MRSA (methicillin-resistant Staphylococcus aureus) was evaluated to determine an antibacterial activity value. However, assuming that this antibacterial member is used in vivo, bovine serum was used instead of 1/500 normal broth medium for the purpose of simulating the biological environment. The culture temperature was also changed from 35 ° C to 37 ° C. Incubation was performed in the dark for 24 hours.
  • the antibacterial activity value (R) is a value indicating the difference in the logarithmic value of the number of viable bacteria after inoculating and culturing bacteria in the antibacterial processed product and the unprocessed product, and is defined by the following equation.
  • Antibacterial activity value log [(average value of viable cell count after 24 hours of unprocessed test piece) / (average value of viable cell count after 24 hour of antibacterial processed test piece)]
  • an antibacterial activity value R of 7 indicates that the number of bacteria has become 1/10 7 before the test. According to the JIS standard, when the antibacterial activity value is 2 or more, it is determined that the antibacterial activity is effective.
  • FIG. 1 is a graph showing the relationship between the antibacterial activity value R and the silver concentration (% by weight) in the thermal spray coating. When the silver concentration was 0.02% by weight or more, the antibacterial activity value R was 2 or more, indicating high antibacterial activity against both E. coli and MRSA.
  • Example 2 (Test piece preparation) A test piece in which the silver concentration in the sprayed coating is 0.21, 1.11, 3.48, and 13.03 wt% by using the same method as in Example 1 and changing the addition amount of silver oxide. Was made. For control, a test piece sprayed with hydroxyapatite to which no silver oxide was added was prepared. The test piece has a diameter of 14 mm and a thickness of 1 mm.
  • Cell adhesion test The cell adhesion test was performed according to the following procedure. A mouse-derived osteoblast progenitor cell line MC3T3-E1 was pre-cultured and then seeded on a specimen immersed in ⁇ -MEM + 10% FBS. After culturing at 37 ° C. for 5 h with 5% CO 2 , the cytoskeleton and nucleus were fluorescently stained, and the number of attached cells was measured and the morphology was observed.
  • Table 1 shows the cell diameter ratio (%) after the test at each silver concentration.
  • the cell ratio after the test is a ratio with respect to the cell diameter when the silver concentration is zero, and is obtained by taking a photograph and measuring the diameters of many cells in the photograph and averaging them.
  • the silver concentration is 3.48% by weight
  • the cell diameter is as small as 81% and 13.03% by weight, 74%, indicating that silver exhibits toxicity to cells.
  • Example 3 (Animal experiment 1: Bacterial infection test) A bacterial infection test was performed on a test piece having a silver concentration of 0.21% by weight prepared in the same manner as in Example 1. For control, a test piece sprayed with hydroxyapatite to which no silver oxide was added was prepared. The test piece has a diameter of 8 mm and a thickness of 1 mm. The bacterial infection test was performed according to the following procedure. The above-mentioned test piece was implanted subcutaneously in the back of male SD rats (weight: 300-350 g) under Nembutal abdominal anesthesia, and methicillin-resistant Staphylococcus aureus (biofilm-forming ability separated from clinical material) MRSA) was inoculated with 1.2 ⁇ 10 6 CFU. After feeding for 72 hours on a normal feed, a test piece was collected, ultrasonically washed (5 minutes), and the number of bacteria contained in the washing solution was evaluated by a plate culture method.
  • MRSA methicillin-resistant Staphylococcus au
  • the average MRSA adhesion number (CFU) per specimen was 1.5 ⁇ 10 5 in the control group and 1.1 ⁇ 10 4 (P ⁇ 0.001) in the 0.21 wt% test group. A decrease in the number of bacteria was observed for the test piece of this example, and it was confirmed that the antibacterial properties of the test piece of this example also acted effectively in vivo.
  • Example 4 (Animal experiment 2: bone implant test) An intraosseous implant test was performed on a test piece having a silver concentration of 0.21 and 13.03 wt% produced by the same method as in Example 1. For control, a test piece sprayed with hydroxyapatite to which no silver oxide was added was prepared. The test piece has a diameter of 1 mm and a length of 20 mm.
  • the bone formation rate was 73.5% in the control group, 74.8% in the test group of 0.21% by weight, and the same value in the test group of the Kotrol group and 0.21% by weight.
  • the 03 wt% test group showed a low value of 31.7%. This is considered to be a result of inhibition of new bone formation due to toxicity to bone cells by high concentration of silver.
  • Example 5 The test piece having a silver concentration of 0.21% by weight prepared in Example 2 was subjected to a cytotoxicity test based on ISO10993-5. Specifically, the colony formation test by the extraction method and the direct method was performed. The extraction method is for evaluating the toxicity due to the extract (eluate) from the test piece, and the direct method is a test for directly evaluating the toxicity of the surface of the test piece. As a control, a test piece sprayed with hydroxyapatite to which no silver oxide was added was used. The test method is as follows.
  • Example 5 M05 medium was added at a rate of 1 mL with respect to the surface area of 6 cm 2 of the test piece, and extracted at 37 ° C. for 24 hours. V79 cells were seeded in a petri dish, and the extract was added in a dilution series. After culturing at 37 ° C. for 6 days, fixation and Giemsa staining were performed, the number of colonies was counted to determine the colony formation rate, and IC50 (50% lethality) was calculated.
  • test piece was closely attached to the bottom of the petri dish and seeded with V79 cells.
  • the cells were cultured in MEM10 medium at 37 ° C. for 6 days, fixed and then stained with Giemsa. The number of colonies was counted to determine the colony formation rate, and compared with negative and positive subjects.
  • the IC50 was 100% or more in both the control group and the 0.21% by weight test group, and toxicity due to this material was not observed.
  • the colony formation rate was 72.4% in the control group and 71.4% in the test group of 0.21% by weight, and there was no toxicity considered to be attributable to silver. .

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)

Abstract

　優れた抗菌性と高い生体内安全性を有する生体インプラントを提供する。本発明の生体インプラントは、金属、セラミックスまたはプラスチックからなる基体上の少なくとも一部に、リン酸カルシウム系材料からなる溶射被膜が形成され、該溶射被膜中の銀濃度が、０．０２重量％～３．００重量％である。

Description

生体インプラント
　本発明は抗菌性を有する生体インプラントに関する。
　骨傷害／疾病双方の治療への生体インプラントの使用は、活動的な人口及び老人人口の増加と共に絶えず拡大している。骨破砕及び骨除去のための骨代替物の使用又は脆弱化した骨のためのサポートの使用には、人工骨代替物が、生来骨とともに、強い関節又は骨を形成して、構造の完全性を保障することを必要とする。骨は隣接構造中へ、特に隣接構造が多孔質であり骨に匹敵する場合に、その中へ成長していくことができる。しかし、骨は、多孔質構造中へ成長するだけではなく、多孔質構造中に成長した生来の骨と生体インプラントとの間の強い接着を可能にするように結合する必要がある。
　生体インプラントの骨への固着のためには、骨がインプラント表面へ及び／又は中へ成長することが重要である。多数の研究により、コバルト－クロム（Ｃｏ－Ｃｒ）及びチタン（Ｔｉ）－合金からなる生体インプラント上のリン酸カルシウムコーティング、例えば生物的アパタイトは、合金だけの裸表面の時より遥かに迅速に骨付着を促進することが明らかにされている。生物的アパタイトＣａ10（ＰＯ4）6（ＯＨ）2は、ヒトの骨および歯起源の主要化合物の１つである。この合成形の、ヒドロキシアパタイト（ＨＡ）は、天然産アパタイトに非常に類似しており、歯科及び整形外科用生体インプラントでＨＡを使用する研究が行われている。ＨＡ又は他の結晶性リン酸カルシウムを用いる被覆により、移植後、周囲の骨及び組織と容易に一体化する生体インプラントを製造することができる。
　しかしながら、整形外科で使用される人工関節は、変形性関節症など対して関節機能を再建できる有効な治療法であるが、人工関節表面に細菌が繁殖し、術後感染を発症することがある。これは人工関節表面に細菌が付着しやすく、また付着した細菌がバイオフィルムと呼ばれる生息域を形成するためである。この場合、抗菌薬（抗生物質）も効かなくなり、治療は容易ではない。さらに骨髄炎を引き起こした場合には、人工関節を抜去、再手術が必要になり、時には患肢を切断せざるを得なくなることもある。
　これに対し、生体インプラントの表面にＨＡを沈殿させ、それを乾燥させることにより抗生物質などの含浸に適した、結晶性が高く比表面積が大きなＨＡ層をコーティングする方法、そのコーティング層に抗生物質などを含浸させる治療剤含浸生体インプラントが提案されている（特許文献１）。しかしながら、この方法では、抗生物質の含浸には適するものの、被膜の気孔径、気孔率が均一であるため、希望する速度で薬剤を徐放させることが困難であり、薬剤は一定速度で一気に溶出し易いという問題がある。
　これに対し、本願出願人は、リン酸カルシウム系材料からなるコーティング層の結晶度を調整することにより、ＨＡの消失速度を調整して、抗菌剤または抗菌薬の放出速度を調整する方法を提案した（特許文献２）。
特表２００５－５０６８７９号公報 特開２００８－７３０９８号公報
　抗菌剤は抗菌性を有する一方、細胞の酵素や細胞膜に作用して濃度依存的に毒性を示すという問題がある。そのため、抗菌性のみならず、生体組織や臓器への毒性を示さない生体内安全性の高い生体インプラントが必要とされている。
　そこで、本発明は、優れた抗菌性と高い生体内安全性を有する生体インプラントを提供することを目的とした。
　上記課題を解決するため、本発明の生体インプラントは、金属、セラミックスまたはプラスチックからなる基体上の少なくとも一部に、リン酸カルシウム系材料からなる溶射被膜が形成され、該溶射被膜中の銀濃度が、０．０２重量％～３．００重量％であることを特徴とする。
　本発明においては、上記リン酸カルシウム系材料が、ヒドロキシアパタイト、α－第３リン酸カルシウム、β－第３リン酸カルシウムおよび第４リン酸カルシウムから成る群から選択される１種または２種以上の混合物であることが好ましい。
　また、上記溶射被膜の厚さが、５～１００μｍであることが好ましい。
　本発明の生体インプラントによれば、高い抗菌活性による殺菌効果で感染治癒の促進効果が得られる。また、生体内での安全性が高いため、最近増加しつつあるコンプロマイズドホスト（易感染性宿主）のような抵抗性の弱い患者に対しても安全に使用することができる。
本発明の実施例１における抗菌活性値Ｒと溶射被膜中の銀濃度の関係を示すグラフである。
　以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
　本発明の生体インプラントは、金属、セラミックスまたはプラスチックからなる基体上の少なくとも一部に、リン酸カルシウム系材料からなる溶射被膜が形成され、該溶射被膜中の銀濃度が、０．０２重量％～３．００重量％であることを特徴とするものである。
　本発明の生体インプラントには、疾病や外傷等の治療のために使用される人工骨や内固定具、または失われた関節機能を再建するために使用される人工関節、歯牙を再建するために使用される人工歯根などの金属製、セラミック製もしくはプラスチック製のインプラントが含まれる。
　また、生体インプラントの基体には、金属、セラミックスまたはプラスチックを用いることができる。金属としては、ステンレス合金、コバルト・クロム合金、チタン、チタン合金、アルミナ、そしてジルコニア等を用いることができるが、チタン又はチタン合金が好ましい。チタン合金としては、アルミニウム、スズ、ジルコニウム、モリブデン、ニッケル、パラジウム、タンタル、ニオブ、バナジウム、白金等の少なくとも１種を添加した合金を用いることができる。好ましくは、Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ合金である。また、セラミックスとしては、例えば、アルミナ、ジルコニア、アルミナ・ジルコニア複合セラミックス等を用いることができる。また、プラスチックとしては、例えば、ポリエチレン、フッ素系樹脂、エポキシ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ベークライト等を用いることができる。
　また、リン酸カルシウム系材料としては、ヒドロキシアパタイト、α－第３リン酸カルシウム、β－第３リン酸カルシウムおよび第４リン酸カルシウムから成る群から選択される１種又は２種以上の混合物を用いることができる。好ましくは、ヒドロキシアパタイトである。
（製造方法）
　リン酸カルシウム系材料からなる溶射被膜を形成するために用いる溶射法としては、フレーム溶射法、高速フレーム溶射法、プラズマ溶射法およびコールドスプレー法を挙げることができる。例えば、フレーム溶射法では、酸素と可燃性ガスとのガス炎を熱源として溶射材料を溶融または溶融に近い状態にして母材の表面に吹き付けて被膜を形成する。通常のフレーム溶射法では、溶射温度は約２７００℃、溶射速度マッハ０．６である。溶射条件として、例えば、酸素ガス　５０ｐｓｉ、アセチレンガス　４３ｐｓｉのガスフレームトーチ中に、１００ｐｓｉのドライエアーで溶射粉末を導入し、溶射距離６０～１００ｍｍで溶射を行うことができる。
　溶射被膜の厚さは、５～１００μｍ、好ましくは２０～４０μｍである。５μｍより薄いと（溶射部位全域を覆うことができなくなり、１００μｍより厚いと溶射時の残留応力で、被膜の密着強度が低下するからである。
　溶射被膜中の銀濃度は、溶射材料となるリン酸カルシウム系材料に配合する銀原料の量を変化させることにより、調整することができる。溶射被膜中の銀濃度は、０．０２重量％～３．００重量％、好ましくは０．０２重量％～２．５０重量％、より好ましくは０．０２重量％～２．００重量％、さらに好ましくは０．０２重量％～１．１１重量％である。０．０２重量％より小さいと抗菌性が十分でないからである。また、３．００重量％より大きいと生体組織や臓器に毒性を示すようになるからである。文献によれば、多量の銀は、アルギリア症（全身の皮膚の色調が灰色になる病気）や白血球の減少、肝臓や腎臓へのダメージを引き起こす。我々の研究でも、銀濃度が３．００重量％より大きいと、細胞の変形や新生骨の形成阻害が生じることを見出している。
　本発明の生体インプラントの例として、例えば、ステムと、該ステムの上端に形成され骨頭ボールを固定するネック部とを有する人工関節であって、少なくとも該ネック部の表面の少なくとも一部にリン酸カルシウム系材料からなる溶射被膜が形成され、該溶射被膜中の銀濃度が、０．０２重量％～３．００重量％である人工関節を挙げることができる。また、この人工関節がチタン又はチタン合金からなることが好ましい。
実施例１．
（試験片作製）
　５０ｍｍ×５０ｍｍ×２ｍｍの純チタン板の片面に、所定量の酸化銀を添加したヒドロキシアパタイトを、フレーム溶射法にて溶射することにより、厚さ約４０μｍの溶射被膜を形成した。酸化銀の添加量を変化させることにより、溶射被膜中の銀濃度が、０．０２、０．０７、０．１６、０．２１、０．４２重量％である試験片を作製した。
　フレーム溶射は、酸素ガス　５０ｐｓｉ、アセチレンガス　４３ｐｓｉのガスフレームトーチ中に、１００ｐｓｉのドライエアーで溶射粉末を導入し、溶射距離６０～１００ｍｍで溶射を行った。
（銀濃度の測定）
　試験片を１００℃にて十分乾燥後、秤量した後、硝酸溶液（硝酸５ｍＬ＋純水５０ｍＬ）に加熱溶解させた。この溶液中の銀濃度をＩＣＰ発光分光分析法にて定量分析し、被膜中の銀濃度を求めた。次に被膜を溶解させて除去した後の試験片を十分乾燥させ、再び秤量して、被膜溶解前との重量差から、被膜重量を求めた。被膜中の銀量を被膜の重量で割って、被膜中の銀濃度（重量％）を算出した。
（抗菌性能試験）
　ＪＩＳ　Ｚ　２８０１「抗菌加工製品－抗菌性試験方法・抗菌効果」に準拠して大腸菌とＭＲＳＡ（メチシリン耐性黄色ブドウ球菌）に対する抗菌性評価を行い抗菌活性値を求めた。ただし、本抗菌部材の生体内での使用を想定し、生体環境を模擬する目的で培地は１／５００普通ブイヨン培地の代わりに牛血清を使用した。また、培養温度も３５℃から３７℃に変更した。培養は暗所にて２４時間行った。
　ここで、抗菌活性値（Ｒ）とは、抗菌加工製品と無加工製品における細菌を接種培養後の生菌数の対数値の差を示す値であり、以下の式で定義される。
抗菌活性値＝ｌｏｇ[（無加工試験片の２４時間後の生菌数の平均値）/（抗菌加工試験片の２４時間後の生菌数の平均値）]
　例えば、抗菌活性値Ｒが７とは細菌数が試験前の１／１０７になったことを示す。ＪＩＳ規格では、抗菌活性値が２以上の場合、抗菌活性が有効であると判定される。
　図１は、抗菌活性値Ｒと溶射被膜中の銀濃度（重量％）との関係を示すグラフである。銀濃度が０．０２重量％以上では、抗菌活性値Ｒが２以上となり、大腸菌に対してもＭＲＳＡに対しても高い抗菌活性を示した。
実施例２．
（試験片作製）
　実施例１と同様の方法を用い、酸化銀の添加量を変化させることにより、溶射被膜中の銀濃度が、０．２１、１．１１、３．４８、１３．０３重量％である試験片を作製した。またコントロールには、酸化銀を添加していないヒドロキシアパタイトを溶射した試験片を準備した。なお、試験片の寸法は直径１４ｍｍ、厚み１ｍｍである。
（細胞付着試験）
　細胞付着試験は、以下の手順で行った。マウス由来の骨芽細胞前駆細胞株ＭＣ３Ｔ３－Ｅ１を前培養した後、α－ＭＥＭ ＋１０％ＦＢＳ中に浸漬した試験片上に播種した。５％ＣＯ２、３７℃にて２ｈ培養した後、細胞骨格および核を蛍光染色し、付着細胞数測定および形態観察を行った。
　細胞の付着数は上記の４種の試験片の間に有意差はなかった。しかし、細胞の形態観察では、本発明の範囲外である銀濃度が３．４８および１３．０３重量％の試験片では、細胞形態の変形が認められた。表１に、各銀濃度における試験後の細胞径比率（％）を示す。ここで、試験後の細胞比率は、銀濃度がゼロの場合の細胞径に対する比率であり、写真撮影を行い、写真中の多数の細胞の径を計測し、平均したものである。銀濃度が３．４８重量％では８１％、１３．０３重量％では７４％と細胞径が小さくなり、銀が細胞に対する毒性を発現することを示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
実施例３．
（動物実験１：細菌感染試験）
　実施例１と同様な方法で作製した銀濃度が０．２１重量％の試験片について細菌感染試験を行った。またコントロールには、酸化銀を添加していないヒドロキシアパタイトを溶射した試験片を準備した。なお、試験片の寸法は直径８ｍｍ、厚み１ｍｍである。細菌感染試験は、以下の手順で行った。上述の試験片を、ネンブタール腹腔麻酔下にて、ＳＤラット雄（体重：３００－３５０ｇ）の背部皮下に埋入し、同部に臨床材料より分離したバイオフィルム形成能を有するメチシリン耐性Staphylococcus aureus （ＭＲＳＡ）を１．２×１０６ＣＦＵ接種した。普通飼料にて７２時間飼育した後、試験片を採取、これを超音波洗浄（５分間）し、洗浄液に含まれる細菌数をプレート培養法にて評価した。
　試験片あたり平均ＭＲＳＡ付着数（ＣＦＵ）はコントロール群で１．５×１０５、０．２１重量％の試験群で１．１×　１０４（Ｐ＜０．００１）であった。本実施例の試験片について細菌数の減少が見られ、本実施例の試験片の抗菌性が生体内でも有効に作用することを確認した。
実施例４．
（動物実験２：骨内インプラント試験）
　実施例１と同様な方法で作製した銀濃度が０．２１、１３．０３重量％の試験片について骨内インプラント試験を行った。またコントロールには、酸化銀を添加していないヒドロキシアパタイトを溶射した試験片を準備した。なお試験片の寸法は直径１ｍｍ、長さ２０ｍｍである。
　骨内インプラント試験は、以下の手順で行った。ネンブタール腹腔麻酔下にて、ＳＤラット雄（体重：３００－３５０g）の脛骨粗面に１８Ｇ針にてドリリングし、上述の試験片を埋入した。術後１ヶ月にてラットを屠殺し、試験片ごと頚骨を採取して、組織標本を作製した。トルイジンブルー染色後、光学顕微鏡観察を行い、骨形成率を測定した。骨形成率は以下の式で定義される。
　　骨形成率（％）＝（骨形成部の長さの合計／埋植材料の周囲長　×１００）
　骨形成率は、コントロール群では７３．５％、０．２１重量％の試験群では７４．８％と、コトロール群と０．２１重量％の試験群では同等の値を示したが、１３．０３重量％の試験群では、３１．７％という低値を示した。これは、高濃度の銀による骨細胞への毒性のため、新生骨形成が阻害された結果と考えられる。
実施例５．
（細胞毒性試験）
　実施例２で作製した銀濃度が０．２１重量％の試験片について、ＩＳＯ１０９９３－５に準拠した細胞毒性試験を行った。具体的には、抽出法と直接法によるコロニー形成試験を行った。抽出法は、試験片からの抽出物（溶出物）による毒性を評価するものであり、直接法は、試験片表面の毒性をダイレクトに評価する試験である。なおコントロールには酸化銀を添加していないヒドロキシアパタイトを溶射した試験片を使用した。試験方法は以下の通りである。
（抽出法）
　試験片の表面積６ｃｍ２に対して１ｍＬの割合でＭ０５培地を加え、３７℃で２４時間抽出した。Ｖ７９細胞をシャーレに播種し、抽出液を希釈系列で添加した。３７℃で６日間培養後、固定、ギムザ染色し、コロニー数を計測してコロニー形成率を求め、ＩＣ５０（５０％致死率）を算出した。
（直接法）
　試験片をシャーレの底に密着させ、Ｖ７９細胞を播種した。ＭＥＭ１０培地にて、３７℃で６日間培養し、固定後、ギムザ染色した。コロニー数を計測してコロニー形成率を求め、陰性対象、陽性対象と比較した。
　抽出法では、コントロール群、０．２１重量％の試験群共にＩＣ５０は１００％以上となり、本材料による毒性は認められなかった。一方、直接法では、コロニー形成率は、コントロール群で７２．４％、０．２１重量％の試験群で７１．４％と有意差はなく、銀に起因すると思われる毒性は認められなかった。

Claims (3)

  1. 　金属、セラミックスまたはプラスチックからなる基体上の少なくとも一部に、リン酸カルシウム系材料からなる溶射被膜が形成され、該溶射被膜中の銀濃度が、０．０２重量％～３．００重量％である生体インプラント。
  2. 　上記リン酸カルシウム系材料が、ヒドロキシアパタイト、α－第３リン酸カルシウム、β－第３リン酸カルシウムおよび第４リン酸カルシウムから成る群から選択される１種または２種以上の混合物である請求項１記載の生体インプラント。
  3. 　上記溶射被膜の厚さが、５～１００μｍである請求項１または２に記載の生体インプラント。
PCT/JP2011/068431 2010-08-19 2011-08-12 生体インプラント WO2012023510A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP11818152.8A EP2606916A4 (en) 2010-08-19 2011-08-12 BIOLOGICAL IMPLANT
US13/817,168 US20130138223A1 (en) 2010-08-19 2011-08-12 Bioimplant

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010-184230 2010-08-19
JP2010184230A JP2012040194A (ja) 2010-08-19 2010-08-19 生体インプラント

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012023510A1 true WO2012023510A1 (ja) 2012-02-23

Family

ID=45605164

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2011/068431 WO2012023510A1 (ja) 2010-08-19 2011-08-12 生体インプラント

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20130138223A1 (ja)
EP (1) EP2606916A4 (ja)
JP (1) JP2012040194A (ja)
WO (1) WO2012023510A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013114947A1 (ja) * 2012-02-03 2013-08-08 国立大学法人佐賀大学 生体インプラント
US10814039B2 (en) 2012-02-03 2020-10-27 Kyocera Corporation Bioimplant with antibacterial coating and method of making same
US11998659B2 (en) 2006-09-08 2024-06-04 Kyocera Corporation Bioimplant with evanescent coating film

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015016231A (ja) * 2013-07-12 2015-01-29 京セラメディカル株式会社 生体インプラント
JP6592823B2 (ja) * 2015-06-30 2019-10-23 京セラ株式会社 生体インプラント
CN107469155B (zh) * 2017-08-10 2018-06-22 中南大学湘雅医院 一种缓释抗菌复合植骨材料及其制备方法
JP7304213B2 (ja) * 2019-06-12 2023-07-06 日本特殊陶業株式会社 生体適合部材
JP7489070B2 (ja) * 2020-01-31 2024-05-23 京セラ株式会社 脊椎用インプラントおよび脊椎用インプラントの製造方法
JPWO2021199153A1 (ja) * 2020-03-30 2021-10-07
US20230240853A1 (en) * 2020-04-22 2023-08-03 Kyocera Corporation Artificial joint shell and method for manufacturing artificial joint shell
JP7432721B2 (ja) * 2020-05-29 2024-02-16 京セラ株式会社 人工関節用ステム

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005506879A (ja) 2001-10-24 2005-03-10 ハウメディカ・オステオニクス・コーポレイション 抗生リン酸カルシウムコーティング
JP2008073098A (ja) 2006-09-19 2008-04-03 Saga Univ 生体インプラント
JP2010065304A (ja) * 2008-09-12 2010-03-25 Saga Univ 抗菌製品及びその製造方法並びに生体インプラント

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5268894B2 (ja) * 2006-06-12 2013-08-21 アクセンタス ピーエルシー 金属インプラント
US10004604B2 (en) * 2006-09-08 2018-06-26 Kyocera Corporation Bioimplant for artifical joint with evanescent coating film
DE102008057026A1 (de) * 2007-11-12 2009-05-28 Medicoat Ag Implantat und Verfahren zur Beschichtung eines Implantats

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005506879A (ja) 2001-10-24 2005-03-10 ハウメディカ・オステオニクス・コーポレイション 抗生リン酸カルシウムコーティング
JP2008073098A (ja) 2006-09-19 2008-04-03 Saga Univ 生体インプラント
JP2010065304A (ja) * 2008-09-12 2010-03-25 Saga Univ 抗菌製品及びその製造方法並びに生体インプラント

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANDO ET AL.: "Development of antibacterial biomaterials", ORTHOPAEDIC SURGERY AND TRAUMATOLOGY, vol. 53, no. 5, 30 April 2010 (2010-04-30), pages 467 - 475 *
NODA ET AL.: "Development of Novel Thermal Sprayed Antibacterial Coatingand Evaluation of Release Properties of Silver Ions", J BIOMED MATER RES PART B: APPL BIOMATER, vol. 89B, 2008, pages 456 - 465, XP055083008 *
See also references of EP2606916A4
SHIMAZAKI ET AL.: "In Vivo Antibacterial and Silver-Releasing Properties of NovelThermal Sprayed Silver-Containing Hydroxyapatite Coating", J BIOMED MATER RES PART B: APPL BIOMATER, vol. 92B, 2009, pages 386 - 389, XP055083007 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11998659B2 (en) 2006-09-08 2024-06-04 Kyocera Corporation Bioimplant with evanescent coating film
WO2013114947A1 (ja) * 2012-02-03 2013-08-08 国立大学法人佐賀大学 生体インプラント
JPWO2013114947A1 (ja) * 2012-02-03 2015-05-11 国立大学法人佐賀大学 生体インプラント
EP2810665A4 (en) * 2012-02-03 2015-09-09 Univ Saga BIO IMPLANT
JP2017127744A (ja) * 2012-02-03 2017-07-27 国立大学法人佐賀大学 生体インプラント
US10814039B2 (en) 2012-02-03 2020-10-27 Kyocera Corporation Bioimplant with antibacterial coating and method of making same
US11577006B2 (en) 2012-02-03 2023-02-14 Kyocera Corporation Bioimplant

Also Published As

Publication number Publication date
US20130138223A1 (en) 2013-05-30
EP2606916A1 (en) 2013-06-26
JP2012040194A (ja) 2012-03-01
EP2606916A4 (en) 2014-01-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2012023510A1 (ja) 生体インプラント
Gao et al. Biofunctional magnesium coated Ti6Al4V scaffold enhances osteogenesis and angiogenesis in vitro and in vivo for orthopedic application
JP6289708B2 (ja) 生体インプラント
US10004604B2 (en) Bioimplant for artifical joint with evanescent coating film
US11577006B2 (en) Bioimplant
Shimabukuro et al. Investigation of realizing both antibacterial property and osteogenic cell compatibility on titanium surface by simple electrochemical treatment
CN101511399B (zh) 生物植入物
Vogely et al. Effects of hydroxyapatite coating on Ti‐6 Al‐4V implant‐site infection in a rabbit tibial model
Niu et al. Development of a bioactive composite of nano fluorapatite and poly (butylene succinate) for bone tissue regeneration
US10610614B2 (en) Bioimplant with evanescent coating film
Yu et al. Synergistic effect of a biodegradable Mg–Zn alloy on osteogenic activity and anti-biofilm ability: an in vitro and in vivo study
EP3509650B1 (en) Implantable medical devices having a coating layer with antimicrobial properties based on nanostructured hydroxyapatite
US20220241461A1 (en) Bioimplant with evanescent coating film
KR20160023720A (ko) 콜라겐-vi을 포함하는 의료 기구
Li et al. Preparation and properties of a 3D printed nHA/PLA bone tissue engineering scaffold loaded with a β-CD–CHX combined dECM hydrogel
RU2632761C1 (ru) Ортопедический имплантат из титана и нержавеющей стали с антиадгезивным антибактериальным покрытием
Graziani et al. Ionized jet deposition of silver nanostructured coatings: Assessment of chemico-physical and biological behavior for application in orthopedics
Mohammed et al. In Vitro Study: Bioactivity, Biocompatibility and Antibacterial Behavior for Polyetheretherketone Composites
RU2632702C1 (ru) Антиадгезивное антибактериальное покрытие для ортопедических имплантатов из титана и нержавеющей стали
JP2009018086A (ja) 繊維芽細胞成長因子徐放性生体材料
Ibrahim et al. Mechanical evaluation of nano hydroxyapatite, chitosan and collagen composite coating compared with nano hydroxyapatite coating on commercially pure titanium dental implant
RU2816023C1 (ru) Антибактериальное покрытие на ортопедический имплантат из титана и его сплавов и способ его получения (варианты)
Sutha et al. Fabrication of duplex-layer coating on metallic implants: Advanced surface modification of metallic implants for orthopedic applications
Sreeranjini BIOMATERIALS AND ITS APPLICATIONS IN REGENERATIVE MEDICINE
Gouveia Development Of Hybrid Coating Materials To Improve The Success Of Titanium Implants

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11818152

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011818152

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13817168

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE