リン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料並びにその製法及びハイブリッド材料を用いたインプラント
【課題】
新生骨の生成には６ヶ月必要であることを考えると、酵素重合法により作製されるリン酸カルシウム／ポリ乳酸ハイブリッド材料は、生体擬似体液環境下における溶解性試験において、２８日間という短期間に、導入されたポリ乳酸が溶解し、三点曲げ強度が低下すること、及び前記の酵素重合法のリン酸カルシウム／ポリ乳酸ハイブリッド材料の作製期間が長いという問題点がある。
【解決手段】
リン酸カルシウム多孔体を、生分解性ポリマーを含む溶液に浸漬して超音波処理又は吸引処理を施し、アニーリング処理することにより作製されたリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料は、強度が増強され、その作製期間も短縮できて公知の酵素重合法の問題点を解消できる。
新生骨の生成には６ヶ月必要であることを考えると、酵素重合法により作製されるリン酸カルシウム／ポリ乳酸ハイブリッド材料は、生体擬似体液環境下における溶解性試験において、２８日間という短期間に、導入されたポリ乳酸が溶解し、三点曲げ強度が低下すること、及び前記の酵素重合法のリン酸カルシウム／ポリ乳酸ハイブリッド材料の作製期間が長いという問題点がある。
【解決手段】
リン酸カルシウム多孔体を、生分解性ポリマーを含む溶液に浸漬して超音波処理又は吸引処理を施し、アニーリング処理することにより作製されたリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料は、強度が増強され、その作製期間も短縮できて公知の酵素重合法の問題点を解消できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料、その製法及びそれによるインプラントに関するものであり、さらに詳しくは、骨の硬組織の修復又は置換のために好適なハイブリッド材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
骨折のような硬組織に対する損傷では、前記の硬組織の損傷を修復するために使用される材料が必要となる。前記材料は、しばしば損傷を受けた硬組織の機能を維持するために十分な機械的強度を具備することが必要とされる。これらの材料は、前記の硬組織自身が修復する間に一時的に使用されるか又は永久的な置換として使用される。前記の硬組織の修復に使用される材料としてはセラミックスが挙げられる。
【０００３】
最近になり、前記の目的に三つのタイプのセラミックスが臨床的に使用されている。第一のタイプのセラミックスは、患者の骨に直接結合する生物学的に活性なセラミックスである。このタイプのセラミックスの例としては、ヒドロキシアパタイト（HAp ：Ca10(PO4)6(OH)2）などが挙げられる。第二のタイプのセラミックスは、徐々に体に吸収される生体吸収性セラミックスである。このタイプのセラミックスの例としては、β-リン酸三カルシウム（β-TCP： Ca3(PO4)2）などが挙げられる。第三のタイプのセラミックスは、生体内で不活性であり、かつ高い機械的強度を有するセラミックスである。このタイプのセラミックスの例としては、α-アルミナ（α-Al2O3）及び正方晶系ジルコニア（t-ZrO2）などが挙げられる。
【０００４】
ヒドロキシアパタイトは、ヒトの体内の歯及び骨に存在する天然の構成成分と類似した化学組成をもつ。それゆえ、ヒドロキシアパタイトは優れた生体適合性を有することから、損傷した硬組織の置換又は修復のための好適な材料の候補である。確かに、それは損傷を受けた骨を置換若しくは修復するための材料として、又はインプラント上に骨の成長を促すコーティング材として使用されている。医療用インプラント、例えば人工股関節又は歯科用インプラントは、ヒドロキシアパタイトによりコーティングされ、そしてヒドロキシアパタイトが、これらの人工的なインプラント周囲での骨形成を促進することが確認されている。
【０００５】
骨への結合及びその他の性質を改善する様々な方法が開発されている。例えば、骨形成タンパク質をコーティングするという方法は、細胞の付着を改善し、そして続いて起こる組織への結合を改善することができることが開示されている（例えば、非特許文献１参照）。さらに、他の改善方法は、窒化物を被覆形成することにより、ヒドロキシアパタイトの硬さが改善され、そして生物学的な環境に対する安定性が改善されることが開示されている（例えば、非特許文献２及び非特許文献３参照）。
【０００６】
また、特許文献１には、窒化物被覆形成、骨形成タンパク質又はそのアナログをコードするDNAによるコーティングの組み合わせも開示されている。
【０００７】
さらにまた、ヒドロキシアパタイト多孔体の気孔中に、Ｌ−ラクチドとリパーゼを酵素重合法により低分子量のポリＬ-乳酸を導入させてヒドロキシアパタイト材料の機械的な強度を向上させることが報告されている（例えば、非特許文献４及び非特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第7,211,271号
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Zeng, H., et al., Biomaterials20 (1999): 377 384
【非特許文献２】Habelitz, S., et al., J.European Ceramic Society 19 (1999): 2685 2694,
【非特許文献３】Torrisi, L., MetallurgicalScience and Technology 17(1) (1999): 2732
【非特許文献４】第２０回日本アパタイト研究会要旨集28頁−29頁（2007年12月17日開催）
【非特許文献５】日本セラミックス協会第２１回秋季シンポジウム講演予稿集8頁（2008年9月17-19日開催）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、新生骨の生成には６カ月必要であることを考えると、非特許文献５に開示されたβ−リン酸三カルシウム／ポリＬ-乳酸ハイブリッド材料は、生体擬似体液環境下におけるin
vitro溶解性試験において、２８日間という短期間にβ−リン酸三カルシウム多孔体中に導入されたポリＬ-乳酸が溶解し、三点曲げ強度が低下するという問題点がある。
さらに、酵素重合法の場合、ヒドロキシアパタイト多孔体中に、Ｌ-ラクチドとリパーゼを導入して、１３０℃で１６８時間（７日間）加熱しなければならず、作製期間が不当に長くなるという問題点がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、前記の問題点を解消すべく鋭意研究した結果、リン酸カルシウム多孔体と、分子量５０，０００乃至５００，０００の生分解性ポリマーとを複合化したリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料を採用することによって、従来技術の問題点を解消するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明は、以下の〔ａ〕乃至〔ｎ〕に関するものである。
〔ａ〕
リン酸カルシウム多孔体と、分子量５０，０００乃至５００，０００の生分解性ポリマーとを複合化したことを特徴とする、リン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料。
〔ｂ〕
前記リン酸カルシウム多孔体が、ヒドロキシアパタイト多孔体であることを特徴とする〔ａ〕に記載のリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料。
〔ｃ〕
前記リン酸カルシウム多孔体が、β-リン酸三カルシウム多孔体であることを特徴とする〔ａ〕に記載のリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料。
〔ｄ〕
前記生分解性ポリマーの分子量が５０，０００乃至３００，０００であることを特徴とする〔ａ〕に記載のリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料。
〔ｅ〕
前記生分解性ポリマーが、ポリＬ-乳酸、ポリグリコール酸、ポリクエン酸、Ｌ-乳酸／グリコール酸共重合体、ポリε-カプロラクトン、ポリβ−ヒドロキシ酪酸、及びキトサンからなる群から選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする〔ａ〕に記載のリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料。
〔ｆ〕
リン酸カルシウム多孔体と生分解性ポリマーとを複合化したリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料の製法であって、
リン酸カルシウム多孔体を、分子量５０，０００乃至５００，０００の生分解性ポリマーを含む溶液中に浸漬し、超音波処理又は吸引処理を施すことを特徴とする、製法。
〔ｇ〕
前記処理が、超音波処理であることを特徴とする、〔ｆ〕に記載の製法。
〔ｈ〕
前記生分解性ポリマーを含む溶液中に浸漬処理、及び
前記浸漬処理により得られた浸漬液に超音波処理を１回乃至１０回繰り返すことを特徴とする、〔ｆ〕又は〔ｇ〕に記載の製法。
〔ｉ〕
前記吸引処理が、分子量５０，０００乃至５００，０００の生分解性ポリマーを含む溶液を、リン酸カルシウム多孔体を介して吸引することを特徴とする、〔ｆ〕に記載の製法。
〔ｊ〕
前記リン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料を、さらに溶融処理及びアニーリング処理、又はアニーリング処理を行うことを特徴とする、〔ｆ〕乃至〔ｉ〕のいずれか一つに記載の製法。
〔ｋ〕
前記リン酸カルシウム多孔体が、ヒドロキシアパタイト多孔体又はβ-リン酸三カルシウム多孔体であることを特徴とする、〔ｆ〕乃至〔ｊ〕のいずれか一つに記載の製法。
〔ｌ〕
前記生分解性ポリマーが、ポリＬ-乳酸、ポリグリコール酸、ポリクエン酸、Ｌ-乳酸／グリコール酸共重合体、ポリε-カプロラクトン、ポリβ−ヒドロキシ酪酸、及びキトサンからなる群から選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする、〔ｆ〕乃至〔ｋ〕のいずれか一つに記載の製法。
〔ｍ〕
前記生分解性ポリマーを含む溶液の溶媒がクロロホルムであることを特徴とする、〔ｆ〕乃至〔ｌ〕のいずれか一つに記載の製法。
〔ｎ〕
〔ａ〕〜〔ｅ〕のいずれか一つに記載のリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料を含むことを特徴とする、インプラント。
【発明の効果】
【００１３】
従来、リン酸カルシウム多孔体と分子量が５０．０００乃至５００．０００の生分解性ポリマーとを複合化する技術がなく、種々の検討がなされることがなかった。リン酸カルシウム多孔体と分子量が５０．０００乃至５００．０００の生分解性ポリマーを複合化した本発明のリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料は、強度が増強される。また、リン酸カルシウム多孔体としてヒドロキシアパタイト多孔体やβ-リン酸三カルシウム多孔体を用いることにより、さらに強度が増強され、骨の欠損部の補強に使用することができ、かつ連通性の高い微細な気孔を有し、良好な骨芽細胞様細胞の増殖性を示すとともに圧入補填に使用できる。リン酸カルシウム多孔体としてβ-リン酸三カルシウム多孔体を用いることにより、さらに、徐々に体内に吸収される生体吸収性があるという効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施例１で作製されたβ-リン酸三カルシウム多孔体のＸ線回折スペクトルである。
【図２】図２は、実施例１で作製されたβ-リン酸三カルシウム多孔体の走査型電子顕微鏡写真（表面及び断面）である。
【図３】図３は、実施例１で作製された多孔質β−ＴＣＰ、実施例２及び３で作製されたβ-リン酸三カルシウム／ポリＬ−乳酸ハイブリッド材料とポリＬ−乳酸（ＰＬＬＡ）のＦＴ−ＩＲスペクトルである。
【図４】図４は、実施例２、３及び４で作製されたβ-リン酸三カルシウム／ポリＬ−乳酸ハイブリッド材料の重量変化のグラフである。
【図５】図５は、実施例２、３及び４で作製されたβ-リン酸三カルシウム／ポリＬ−乳酸ハイブリッド材料、並びに実施例１で作製された多孔質β−ＴＣＰの気孔率の変化のグラフである。
【図６】図６は、実施例２及び３で作製されたβ-リン酸三カルシウム／ポリＬ−乳酸ハイブリッド材料のエネルギー分散型Ｘ線分光法による元素分析の結果である。
【図７】図７は、実施例２で作製されたβ-リン酸三カルシウム／ポリＬ-乳酸ハイブリッド材料のエネルギー分散型Ｘ線分光法による元素分析（点分析）の結果である。
【図８】図８は、実施例３で作製されたβ-リン酸三カルシウム／ポリＬ-乳酸ハイブリッド材料のエネルギー分散型Ｘ線分光法による元素分析（点分析）の結果である。
【図９】図９は、実施例５及び６で作製されたβ-リン酸三カルシウム／ポリＬ-乳酸ハイブリッド材料の三点曲げ強度である。
【図１０】図１０は、実施例１で作製された多孔質β−ＴＣＰと、実施例３及び５で作製されたβ-リン酸三カルシウム／ポリＬ-乳酸ハイブリッド材料上での骨芽細胞様細胞（ＭＣ３Ｔ３−Ｅ１）の増殖性を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本明細書で使用されている用語の定義について、以下に説明する。
【００１６】
本発明における「リン酸カルシウム多孔体」とは、例えば、M. Aizawa et al., “Fabrication of Porous Tricalcium Phosphate
Ceramics from Calcium-phosphate Fibers for a Matrix of Biodegradable
Ceramics/polymer Hybrids”, Phosphorus Res. Bull., 17, 209-210 (2004)、及びKawata
et al., “Development of porous ceramics with well-controlled porosities and
pore sizes from apatite fibers and their evaluations,” Journal of Materials
Sciences: Materials in medicine, Vol. 15, pp. 817-823 (2004)に開示された方法により作製される。具体的には、ヒドロキシアパタイト多孔体（HAp）、β-リン酸三カルシウム(β-TCP)多孔体及びα-リン酸三カルシウム(α-TCP)多孔体などの気孔を備えたリン酸カルシウム多孔体などを挙げることができる。
【００１７】
本発明における「生分解性ポリマー」とは、分子量が５０，０００乃至５００，０００、好ましくは、５０，０００乃至３００，０００である、例えば、ポリＬ-乳酸、ポリグリコール酸、ポリクエン酸、Ｌ-乳酸／グリコール酸共重合体、ポリε-カプロラクトン、ポリβ−ヒドロキシ酪酸、及びキトサンのような生体内において分解されるポリマーなどである。分子量が５０，０００未満のときは本発明のハイブリッド材料としたときに、所要の強度が得られないし、５００，０００を超えると溶液として使用するときに粘度が高すぎて複合化処理が難しくなる。これらのポリマーは、１種用いてもよいし２種以上を混合して用いてもよい。
【００１８】
次に、本発明のリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料の製法について詳細に説明するが、これらによってなんら限定されるものではない。
〔製法１〕
（１）製法１は、リン酸カルシウム多孔体を、分子量が５０，０００乃至５００，０００の生分解性ポリマーを含む溶液に浸漬するステップ、及び（２）ステップ（１）で得られた浸漬液に超音波処理を施すステップから成る。リン酸カルシウム多孔体を、例えば、アセトン、クロロホルム又は塩化メチレンなどの溶媒に溶解した生分解性ポリマーを含む溶液を室温下で浸漬し、得られた浸漬液に対して、例えば、超音波洗浄器ＳＵＣ−１Ｌ（アズワン社）を用い発振周波数３８ｋＨｚで、室温下５分間乃至２時間、好ましくは１０分間乃至１時間超音波処理し、この超音波処理物を前記の超音波洗浄器から取り出し、乾燥することによって、本発明のハイブリッド材料を得ることができる。
ここで、生分解性ポリマーを含む溶液の中には、界面活性能を有する化合物などを添加することもできる。添加することによって、生分解性ポリマーがリン酸カルシウム多孔体中に入り込むことを容易とする作用を呈する。したがって、上記溶媒にイソプロピルアルコールなどを係る添加剤として添加することもできる。
〔製法２〕
製法２は、前記〔製法１〕の浸漬液に超音波処理を施すステップをさらに１回乃至１０回繰り返すこと以外は、〔製法１〕の処理と同様に行うことから成る。この製法によって、本発明のハイブリッド材料中の前記ポリマー含有率を調整することができる。
〔製法３〕
製法３は、分子量５０，０００乃至５００，０００の生分解性ポリマーを含む溶液を、リン酸カルシウム多孔体を介して吸引することから成る。具体的には、液体窒素などのコールドトラップを経由してアスピレータに接続された吸引漏斗に、板状のリン酸カルシウム多孔体を載置し、ついで室温で前記のアスピレータの吸引下、例えば、アセトン、クロロホルム又は塩化メチレンなどの溶媒に溶解した生分解性ポリマーを含む溶液を、いったん前記多孔体上面を覆うように注下する。ついで吸引処理された前記多孔体を上下反転させて再度吸引漏斗に載置し、同様に上面を、生分解性ポリマーを含む溶液で覆い吸引後、乾燥することによって、本発明のハイブリッド材料を得ることができる。
〔製法４〕
製法４は、リン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料に、溶融処理及びアニーリング処理を施すステップか又はアニーリング処理を施すステップから成る。〔製法１〕乃至〔製法３〕により得られたリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料を、アニーリング処理することによって生分解性ポリマーの結晶化度が向上し、強度が増すが、アニーリング処理の前に溶融処理することによって生分解性ポリマーの結晶化度がさらに向上して分解性が下がり、本発明のハイブリッド材料に適用したときに好適となる。
【００１９】
次に、インプラント化について説明する。
〔インプラント化〕
リン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料を、インプラントとするには、〔製法１〕乃至〔製法４〕のいずれかにより得られたリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料のブロック体を研削機などで研削することによって、所望の形のインプラントを容易に作成することができる。
【実施例】
【００２０】
以下に実施例を挙げて、本発明を具体的に説明する。なお、本実施例はあくまで本発明の実施態様の例示であって本発明をなんら限定するものではない。
【実施例１】
【００２１】
Ｃａ（ＮＯ３）２・４Ｈ２Ｏ ０．１６７ｍｏｌ・ｄｍ−３、（ＮＨ４）２ＰＯ4 ０．１００ｍｏｌ・ｄｍ−３、（ＮＨ２）２ＣＯ ０．５００ｍｏｌ・ｄｍ−３及びＨＮＯ３ ０．１００ｍｏｌ・ｄｍ−３からなる試料溶液（Ｃａ／Ｐ＝１．６７）７５０ｍＬを８０℃で４８時間加熱した。ついで得られた反応液の固形物を濾取し、洗浄ついで乾燥するとリン酸カルシウムファイバーが得られた。
得られたリン酸カルシウムファイバーのうち1ｇを一軸加圧成形（３０ＭＰａ）し、ついで得られた成形体を箱型電気炉中で１０００℃（昇温速度：１０℃／ｍｉｎ）、５時間焼成するとＸ線回折スペクトル（図１）に示す特性、及び表面と断面の走査型電子顕微鏡写真（図２）に示す形状を有するβ-リン酸三カルシウム多孔体（多孔質β-ＴＣＰ、気孔率：約５４％）が得られた。
【実施例２】
【００２２】
実施例１で得られたβ-リン酸三カルシウム多孔体をポリＬ-乳酸（Boehringer Ingelheim社製RESOMER（登録商標）Ｌ２１０Ｓ；分子量約３００，０００）の２質量％クロロホルム溶液に浸漬し、ついで得られた浸漬液を超音波洗浄器ＳＵＣ−１Ｌ（アズワン社）（発振周波数：３８ｋＨｚ）中で１０分間超音波処理した。得られた超音波処理液から固形物を取り出し、常圧常温下で７日間乾燥すると図３乃至図７に示すＦＴ−ＩＲスペクトル、重量変化、気孔率の変化、エネルギー分散型Ｘ線分光スペクトル、エネルギー分散型Ｘ線分光スペクトル（点分析）をそれぞれ有するβ-リン酸三カルシウム／ポリＬ-乳酸ハイブリッド材料（以下、「ｈｙｂ-１」と略）が得られた。
【実施例３】
【００２３】
実施例２で得られたβ-リン酸三カルシウム／ポリＬ-乳酸ハイブリッド材料を使用して、実施例２の超音波処理工程をさらに３回繰り返した。その結果、図３乃至図６及び図８に示すＦＴ−ＩＲスペクトル、重量変化、気孔率の変化、エネルギー分散型Ｘ線分光スペクトル、エネルギー分散型Ｘ線分光スペクトル（点分析）をそれぞれ有するリン酸三カルシウム／ポリＬ−乳酸ポリマーハイブリッド材料（以下、「ｈｙｂ-３」と略）が得られた。
【実施例４】
【００２４】
実施例２で得られたβ-リン酸三カルシウム／ポリＬ-乳酸ハイブリッド材料を使用して、実施例２の超音波処理工程をさらに５回繰り返した。その結果、図４及び図５に示す重量変化及び気孔率の変化をそれぞれ有するリン酸三カルシウム／ポリＬ−乳酸ハイブリッド材料（以下、「ｈｙｂ-５」と略）が得られた。
【実施例５】
【００２５】
実施例２、実施例３及び実施例４で得られた３種のβ-リン酸三カルシウム／ポリＬ-乳酸ハイブリッド材料（ｈｙｂ-１、ｈｙｂ-３及びｈｙｂ-５）のそれぞれを、２００℃で３０分間加熱した（溶融処理）。ついで、得られたβ-リン酸三カルシウム／ポリＬ-乳酸ハイブリッド材料を冷却後１４０℃で２４時間加熱（アニーリング処理）すると、図９に示すようにβ-リン酸三カルシウム多孔体（多孔質β−ＴＣＰ）に比し、日本工業規格（ＪＩＳ Ｒ １６０１）に準拠して測定した三点曲げ強度が向上したβ-リン酸三カルシウム／ポリＬ-乳酸ハイブリッド材料（ｈｙｂ-１（+）、ｈｙｂ-３（+）及びｈｙｂ-５（+））が得られた。
【実施例６】
【００２６】
実施例２、実施例３及び実施例４で得られた３種のβ-リン酸三カルシウム／ポリＬ-乳酸ハイブリッド材料（ｈｙｂ-１、ｈｙｂ-３及びｈｙｂ-５）のそれぞれを、１４０℃で２４時間加熱（アニーリング処理）すると、図９に示すようにβ-リン酸三カルシウム多孔体（多孔質β−ＴＣＰ）に比し、三点曲げ強度が向上したβ-リン酸三カルシウム／ポリL-乳酸ハイブリッド材料（ｈｙｂ-１（-）、ｈｙｂ-３（-）及びｈｙｂ-５（-））が得られた。
【実施例７】
【００２７】
本発明のβ−リン酸三カルシウム／ポリＬ-乳酸ハイブリッド材料の骨芽細胞様細胞の細胞増殖性について評価した。すなわち、１０％牛胎児血清を含むα−ＭＥＭ（Ｇｉｂｃｏ社製）からなる培地中で骨芽細胞様細胞（ＭＣ３Ｔ３−Ｅ１）５×１０４個をペレット状の試験片（１５ｍｍΦ×２ｍｍ）上に播種し、上記の培地中で培養し、細胞数をカウントし、その結果を図１０に示した。なお、試験片としては、実施例１で作製したβ-リン酸三カルシウム多孔体、並びに本発明のβ-リン酸三カルシウム／ポリＬ-乳酸ハイブリッド材料であるｈｙｂ-３及びｈｙｂ-３（+）を使用した。
図１０から明らかなように、本発明のβ-リン酸三カルシウム／ポリＬ-乳酸ハイブリッド材料（ｈｙｂ-３及びｈｙｂ-３（+））は、β-リン酸三カルシウム多孔体（多孔質β−ＴＣＰ）よりも優れた骨芽細胞様細胞の増殖性を示した。
【実施例８】
【００２８】
Ｃａ（ＮＯ３）２・４Ｈ２Ｏ ０．１６７ｍｏｌ・ｄｍ−３、（ＮＨ４）２ＰＯ4 ０．１００ｍｏｌ・ｄｍ−３、（ＮＨ２）２ＣＯ ０．５００ｍｏｌ・ｄｍ−３及びＨＮＯ３ ０．１００ｍｏｌ・ｄｍ−３からなる試料溶液（Ｃａ／Ｐ＝１．６7）７５０ｍＬを８０℃で２４時間加熱後、９０℃で７２時間加熱した。生成物を濾取し、洗浄ついで乾燥するとヒドロキシアパタイトファイバーが得られた。
得られたヒドロキシアパタイトファイバーのうち1ｇあたりカーボンビーズ１ｇを混合し、得られた混合物を一軸加圧成形（４０ＭＰａ）し、ついで得られた成形体を管状炉中で水蒸気雰囲気下１３００℃（昇温速度：５℃／ｍｉｎ）で５時間焼成してヒドロキシアパタイト多孔体（気孔率：約７０％）を得た。
【実施例９】
【００２９】
実施例８で得られたヒドロキシアパタイト多孔体をポリＬ-乳酸（Boehringer
Ingelheim社製RESOMER（登録商標）L207S；分子量約１００，０００）の３質量％クロロホルム溶液に浸漬し、１０分間超音波処理した。超音波処理後、固形物を取り出し、室温（２５℃±３℃）で５０分間乾燥するとヒドロキシアパタイト／ポリＬ−乳酸ハイブリッド材料が得られた。
以上の工程をさらに４回繰り返して、ヒドロキシアパタイト／ポリＬ−乳酸ハイブリッド材料を作製した。
【実施例１０】
【００３０】
ポリＬ−乳酸溶液として、Boehringer Ingelheim社製RESOMER（登録商標）L207S；分子量約１００，０００の５質量％クロロホルム溶液を使用した以外、実施例９と同様に処理してヒドロキシアパタイト／ポリＬ−乳酸ハイブリッド材料を得た。
【実施例１１】
【００３１】
ポリＬ−乳酸溶液として、Boehringer Ingelheim社製RESOMER（登録商標）Ｌ２１０Ｓ；分子量約３００，０００の３質量％クロロホルム溶液を使用した以外、実施例９と同様に処理してヒドロキシアパタイト／ポリＬ−乳酸ハイブリッド材料を得た。
【実施例１２】
【００３２】
実施例９、実施例１０及び実施例１１で得られたヒドロキシアパタイト／ポリＬ−乳酸ハイブリッド材料について日本工業規格（ＪＩＳ Ｒ １６０１）に準拠して三点曲げ強度を測定し、その結果を表−１に示した。
表―１から本発明の実施例９、実施例１０及び実施例１１で得られたヒドロキシアパタイト／ポリＬ−乳酸ハイブリッド材料は、実施例８で得られたヒドロキシアパタイト多孔体に比べて三点曲げ強度が増強されている。
表−１：
【実施例１３】
【００３３】
円盤状ヒドロキシアパタイト多孔体（直径約１６ｍｍ×厚さ約２．３ｍｍ；気孔率：約７０％）を、ポリＬ−乳酸（Boehringer Ingelheim社製RESOMER（登録商標）Ｌ２０７Ｓ；分子量約１００，０００）の２質量％クロロホルム溶液に浸漬し、これを超音波洗浄器ＳＵＣ−１Ｌ（発振周波数：３８ｋＨｚ）中で１０分間超音波処理後、室温（２５℃±３℃）で５０分間乾燥するとヒドロキシアパタイト／ポリＬ−乳酸ハイブリッド材料が得られた。
【実施例１４】
【００３４】
実施例１３で得られたヒドロキシアパタイト／ポリＬ−乳酸ハイブリッド材料を使用して、さらに実施例１３の超音波処理を２回繰り返して、ヒドロキシアパタイト／ポリＬ−乳酸ハイブリッド材料を得た。
【実施例１５】
【００３５】
実施例１３で得られたヒドロキシアパタイト／ポリＬ−乳酸ハイブリッド材料を使用して、さらに実施例１３の超音波処理を４回繰り返して、ヒドロキシアパタイト／ポリＬ−乳酸ハイブリッド材料を得た。
【実施例１６】
【００３６】
円盤状ヒドロキシアパタイト多孔体（気孔率７０％）（以下、「試験片」と略記する。）の上下面を研磨し、ついで側面をポリＬ−乳酸（Boehringer Ingelheim社製RESOMER（登録商標）L210S；分子量約３００，０００）の３質量％クロロホルム溶液にて５回コーティングした（試験片［a］）。液体窒素によるコールドトラップを配置したアスピレータに接続された吸引漏斗に、コーティングされた試験片を載置した。ついで前記のアスピレータの吸引（吸引力：3.3
L/min 〜 10.8 L/min）下、ポリＬ−乳酸（Boehringer Ingelheim社製RESOMER（登録商標）L207S；分子量約１００，０００）の２質量％クロロホルム溶液を前記の試験片の上面へ９回滴下して上面を前記溶液でいったん覆い、ついで得られた試験片を上下反転させて再度吸引漏斗に載置し、吸引下にポリＬ−乳酸（Boehringer
Ingelheim社製RESOMER（登録商標）L207S；分子量約１００，０００）の２質量％クロロホルム溶液を３回滴下した。続いて上下反転させ８回滴下さらに上下反転させ、２回滴下し、さらに上下反転させ、同様に８回滴下することを繰り返した（全滴下回数は３０回であり、その所要時間は約１．５時間である。）。ついで得られたヒドロキシアパタイト多孔体を乾燥（室温（２５℃±３℃）、５０分）させるとヒドロキシアパタイトとポリＬ−乳酸が複合化されたハイブリッドが得られた（試験片［b］）。係る処理を経て乾燥後の重量変化を表―２に示す。この表から、ポリＬ−乳酸が円盤状ヒドロキシアパタイト多孔体に複合化されていることが示された。
表―２
【実施例１７】
【００３７】
均一沈殿法を用いて合成したリン酸カルシウムファイバー５ｇ（以下、ＣＰＦと略。）に蒸留水を加え、２質量％ＣＰＦスラリー２５０ｇを調製した。このＣＰＦスラリーに対し、それぞれ１００、７５、５０、２５、０質量%となる所定量の平均粒径が１５０μｍであるカーボンビーズ（以下、ＣＢと略。）と、水：エタノールの体積比が７：３となる量のエタノール水溶液１０５ｇと、ＣＰＦスラリー全重量の０．１％に相当する量の寒天とを混ぜ、これを約９０℃で加熱することにより寒天を溶解した。これを、アクリル樹脂製の型を用いて吸引濾過して予備成形体を作製し、予備成形体を４０ＭＰａで一軸加圧成形することにより成形体を作製した。この成形体を管状炉中で１０００℃、５時間、空気気流中で焼成し、マクロ気孔とミクロ気孔を兼ね備えたβ−リン酸三カルシウム多孔体（（多孔質β−ＴＣＰ））を作製した。この例にあっては、多孔体の気孔率はＣＢ量に応じて５０％から８５％の範囲で制御できた。
このように、β−リン酸三カルシウム多孔体を作製するに際し、高温下に焼失可能な粒子を添加しておくと、所望の気孔率、比表面積、孔径を有する多孔体の形成調整を容易とすることができるので、ＣＢなどを添加することは効果的である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明のリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料は、連通性の高い微細な気孔を有し、強度が増強され、骨の欠損部の補強に使用することができるとともに、良好な骨芽細胞様細胞の増殖性を示し、骨の欠損部に圧入補填が可能であるので、インプラント材として適用できる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料、その製法及びそれによるインプラントに関するものであり、さらに詳しくは、骨の硬組織の修復又は置換のために好適なハイブリッド材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
骨折のような硬組織に対する損傷では、前記の硬組織の損傷を修復するために使用される材料が必要となる。前記材料は、しばしば損傷を受けた硬組織の機能を維持するために十分な機械的強度を具備することが必要とされる。これらの材料は、前記の硬組織自身が修復する間に一時的に使用されるか又は永久的な置換として使用される。前記の硬組織の修復に使用される材料としてはセラミックスが挙げられる。
【０００３】
最近になり、前記の目的に三つのタイプのセラミックスが臨床的に使用されている。第一のタイプのセラミックスは、患者の骨に直接結合する生物学的に活性なセラミックスである。このタイプのセラミックスの例としては、ヒドロキシアパタイト（HAp ：Ca10(PO4)6(OH)2）などが挙げられる。第二のタイプのセラミックスは、徐々に体に吸収される生体吸収性セラミックスである。このタイプのセラミックスの例としては、β-リン酸三カルシウム（β-TCP： Ca3(PO4)2）などが挙げられる。第三のタイプのセラミックスは、生体内で不活性であり、かつ高い機械的強度を有するセラミックスである。このタイプのセラミックスの例としては、α-アルミナ（α-Al2O3）及び正方晶系ジルコニア（t-ZrO2）などが挙げられる。
【０００４】
ヒドロキシアパタイトは、ヒトの体内の歯及び骨に存在する天然の構成成分と類似した化学組成をもつ。それゆえ、ヒドロキシアパタイトは優れた生体適合性を有することから、損傷した硬組織の置換又は修復のための好適な材料の候補である。確かに、それは損傷を受けた骨を置換若しくは修復するための材料として、又はインプラント上に骨の成長を促すコーティング材として使用されている。医療用インプラント、例えば人工股関節又は歯科用インプラントは、ヒドロキシアパタイトによりコーティングされ、そしてヒドロキシアパタイトが、これらの人工的なインプラント周囲での骨形成を促進することが確認されている。
【０００５】
骨への結合及びその他の性質を改善する様々な方法が開発されている。例えば、骨形成タンパク質をコーティングするという方法は、細胞の付着を改善し、そして続いて起こる組織への結合を改善することができることが開示されている（例えば、非特許文献１参照）。さらに、他の改善方法は、窒化物を被覆形成することにより、ヒドロキシアパタイトの硬さが改善され、そして生物学的な環境に対する安定性が改善されることが開示されている（例えば、非特許文献２及び非特許文献３参照）。
【０００６】
また、特許文献１には、窒化物被覆形成、骨形成タンパク質又はそのアナログをコードするDNAによるコーティングの組み合わせも開示されている。
【０００７】
さらにまた、ヒドロキシアパタイト多孔体の気孔中に、Ｌ−ラクチドとリパーゼを酵素重合法により低分子量のポリＬ-乳酸を導入させてヒドロキシアパタイト材料の機械的な強度を向上させることが報告されている（例えば、非特許文献４及び非特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第7,211,271号
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Zeng, H., et al., Biomaterials20 (1999): 377 384
【非特許文献２】Habelitz, S., et al., J.European Ceramic Society 19 (1999): 2685 2694,
【非特許文献３】Torrisi, L., MetallurgicalScience and Technology 17(1) (1999): 2732
【非特許文献４】第２０回日本アパタイト研究会要旨集28頁−29頁（2007年12月17日開催）
【非特許文献５】日本セラミックス協会第２１回秋季シンポジウム講演予稿集8頁（2008年9月17-19日開催）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、新生骨の生成には６カ月必要であることを考えると、非特許文献５に開示されたβ−リン酸三カルシウム／ポリＬ-乳酸ハイブリッド材料は、生体擬似体液環境下におけるin
vitro溶解性試験において、２８日間という短期間にβ−リン酸三カルシウム多孔体中に導入されたポリＬ-乳酸が溶解し、三点曲げ強度が低下するという問題点がある。
さらに、酵素重合法の場合、ヒドロキシアパタイト多孔体中に、Ｌ-ラクチドとリパーゼを導入して、１３０℃で１６８時間（７日間）加熱しなければならず、作製期間が不当に長くなるという問題点がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、前記の問題点を解消すべく鋭意研究した結果、リン酸カルシウム多孔体と、分子量５０，０００乃至５００，０００の生分解性ポリマーとを複合化したリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料を採用することによって、従来技術の問題点を解消するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明は、以下の〔ａ〕乃至〔ｎ〕に関するものである。
〔ａ〕
リン酸カルシウム多孔体と、分子量５０，０００乃至５００，０００の生分解性ポリマーとを複合化したことを特徴とする、リン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料。
〔ｂ〕
前記リン酸カルシウム多孔体が、ヒドロキシアパタイト多孔体であることを特徴とする〔ａ〕に記載のリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料。
〔ｃ〕
前記リン酸カルシウム多孔体が、β-リン酸三カルシウム多孔体であることを特徴とする〔ａ〕に記載のリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料。
〔ｄ〕
前記生分解性ポリマーの分子量が５０，０００乃至３００，０００であることを特徴とする〔ａ〕に記載のリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料。
〔ｅ〕
前記生分解性ポリマーが、ポリＬ-乳酸、ポリグリコール酸、ポリクエン酸、Ｌ-乳酸／グリコール酸共重合体、ポリε-カプロラクトン、ポリβ−ヒドロキシ酪酸、及びキトサンからなる群から選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする〔ａ〕に記載のリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料。
〔ｆ〕
リン酸カルシウム多孔体と生分解性ポリマーとを複合化したリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料の製法であって、
リン酸カルシウム多孔体を、分子量５０，０００乃至５００，０００の生分解性ポリマーを含む溶液中に浸漬し、超音波処理又は吸引処理を施すことを特徴とする、製法。
〔ｇ〕
前記処理が、超音波処理であることを特徴とする、〔ｆ〕に記載の製法。
〔ｈ〕
前記生分解性ポリマーを含む溶液中に浸漬処理、及び
前記浸漬処理により得られた浸漬液に超音波処理を１回乃至１０回繰り返すことを特徴とする、〔ｆ〕又は〔ｇ〕に記載の製法。
〔ｉ〕
前記吸引処理が、分子量５０，０００乃至５００，０００の生分解性ポリマーを含む溶液を、リン酸カルシウム多孔体を介して吸引することを特徴とする、〔ｆ〕に記載の製法。
〔ｊ〕
前記リン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料を、さらに溶融処理及びアニーリング処理、又はアニーリング処理を行うことを特徴とする、〔ｆ〕乃至〔ｉ〕のいずれか一つに記載の製法。
〔ｋ〕
前記リン酸カルシウム多孔体が、ヒドロキシアパタイト多孔体又はβ-リン酸三カルシウム多孔体であることを特徴とする、〔ｆ〕乃至〔ｊ〕のいずれか一つに記載の製法。
〔ｌ〕
前記生分解性ポリマーが、ポリＬ-乳酸、ポリグリコール酸、ポリクエン酸、Ｌ-乳酸／グリコール酸共重合体、ポリε-カプロラクトン、ポリβ−ヒドロキシ酪酸、及びキトサンからなる群から選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする、〔ｆ〕乃至〔ｋ〕のいずれか一つに記載の製法。
〔ｍ〕
前記生分解性ポリマーを含む溶液の溶媒がクロロホルムであることを特徴とする、〔ｆ〕乃至〔ｌ〕のいずれか一つに記載の製法。
〔ｎ〕
〔ａ〕〜〔ｅ〕のいずれか一つに記載のリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料を含むことを特徴とする、インプラント。
【発明の効果】
【００１３】
従来、リン酸カルシウム多孔体と分子量が５０．０００乃至５００．０００の生分解性ポリマーとを複合化する技術がなく、種々の検討がなされることがなかった。リン酸カルシウム多孔体と分子量が５０．０００乃至５００．０００の生分解性ポリマーを複合化した本発明のリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料は、強度が増強される。また、リン酸カルシウム多孔体としてヒドロキシアパタイト多孔体やβ-リン酸三カルシウム多孔体を用いることにより、さらに強度が増強され、骨の欠損部の補強に使用することができ、かつ連通性の高い微細な気孔を有し、良好な骨芽細胞様細胞の増殖性を示すとともに圧入補填に使用できる。リン酸カルシウム多孔体としてβ-リン酸三カルシウム多孔体を用いることにより、さらに、徐々に体内に吸収される生体吸収性があるという効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施例１で作製されたβ-リン酸三カルシウム多孔体のＸ線回折スペクトルである。
【図２】図２は、実施例１で作製されたβ-リン酸三カルシウム多孔体の走査型電子顕微鏡写真（表面及び断面）である。
【図３】図３は、実施例１で作製された多孔質β−ＴＣＰ、実施例２及び３で作製されたβ-リン酸三カルシウム／ポリＬ−乳酸ハイブリッド材料とポリＬ−乳酸（ＰＬＬＡ）のＦＴ−ＩＲスペクトルである。
【図４】図４は、実施例２、３及び４で作製されたβ-リン酸三カルシウム／ポリＬ−乳酸ハイブリッド材料の重量変化のグラフである。
【図５】図５は、実施例２、３及び４で作製されたβ-リン酸三カルシウム／ポリＬ−乳酸ハイブリッド材料、並びに実施例１で作製された多孔質β−ＴＣＰの気孔率の変化のグラフである。
【図６】図６は、実施例２及び３で作製されたβ-リン酸三カルシウム／ポリＬ−乳酸ハイブリッド材料のエネルギー分散型Ｘ線分光法による元素分析の結果である。
【図７】図７は、実施例２で作製されたβ-リン酸三カルシウム／ポリＬ-乳酸ハイブリッド材料のエネルギー分散型Ｘ線分光法による元素分析（点分析）の結果である。
【図８】図８は、実施例３で作製されたβ-リン酸三カルシウム／ポリＬ-乳酸ハイブリッド材料のエネルギー分散型Ｘ線分光法による元素分析（点分析）の結果である。
【図９】図９は、実施例５及び６で作製されたβ-リン酸三カルシウム／ポリＬ-乳酸ハイブリッド材料の三点曲げ強度である。
【図１０】図１０は、実施例１で作製された多孔質β−ＴＣＰと、実施例３及び５で作製されたβ-リン酸三カルシウム／ポリＬ-乳酸ハイブリッド材料上での骨芽細胞様細胞（ＭＣ３Ｔ３−Ｅ１）の増殖性を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本明細書で使用されている用語の定義について、以下に説明する。
【００１６】
本発明における「リン酸カルシウム多孔体」とは、例えば、M. Aizawa et al., “Fabrication of Porous Tricalcium Phosphate
Ceramics from Calcium-phosphate Fibers for a Matrix of Biodegradable
Ceramics/polymer Hybrids”, Phosphorus Res. Bull., 17, 209-210 (2004)、及びKawata
et al., “Development of porous ceramics with well-controlled porosities and
pore sizes from apatite fibers and their evaluations,” Journal of Materials
Sciences: Materials in medicine, Vol. 15, pp. 817-823 (2004)に開示された方法により作製される。具体的には、ヒドロキシアパタイト多孔体（HAp）、β-リン酸三カルシウム(β-TCP)多孔体及びα-リン酸三カルシウム(α-TCP)多孔体などの気孔を備えたリン酸カルシウム多孔体などを挙げることができる。
【００１７】
本発明における「生分解性ポリマー」とは、分子量が５０，０００乃至５００，０００、好ましくは、５０，０００乃至３００，０００である、例えば、ポリＬ-乳酸、ポリグリコール酸、ポリクエン酸、Ｌ-乳酸／グリコール酸共重合体、ポリε-カプロラクトン、ポリβ−ヒドロキシ酪酸、及びキトサンのような生体内において分解されるポリマーなどである。分子量が５０，０００未満のときは本発明のハイブリッド材料としたときに、所要の強度が得られないし、５００，０００を超えると溶液として使用するときに粘度が高すぎて複合化処理が難しくなる。これらのポリマーは、１種用いてもよいし２種以上を混合して用いてもよい。
【００１８】
次に、本発明のリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料の製法について詳細に説明するが、これらによってなんら限定されるものではない。
〔製法１〕
（１）製法１は、リン酸カルシウム多孔体を、分子量が５０，０００乃至５００，０００の生分解性ポリマーを含む溶液に浸漬するステップ、及び（２）ステップ（１）で得られた浸漬液に超音波処理を施すステップから成る。リン酸カルシウム多孔体を、例えば、アセトン、クロロホルム又は塩化メチレンなどの溶媒に溶解した生分解性ポリマーを含む溶液を室温下で浸漬し、得られた浸漬液に対して、例えば、超音波洗浄器ＳＵＣ−１Ｌ（アズワン社）を用い発振周波数３８ｋＨｚで、室温下５分間乃至２時間、好ましくは１０分間乃至１時間超音波処理し、この超音波処理物を前記の超音波洗浄器から取り出し、乾燥することによって、本発明のハイブリッド材料を得ることができる。
ここで、生分解性ポリマーを含む溶液の中には、界面活性能を有する化合物などを添加することもできる。添加することによって、生分解性ポリマーがリン酸カルシウム多孔体中に入り込むことを容易とする作用を呈する。したがって、上記溶媒にイソプロピルアルコールなどを係る添加剤として添加することもできる。
〔製法２〕
製法２は、前記〔製法１〕の浸漬液に超音波処理を施すステップをさらに１回乃至１０回繰り返すこと以外は、〔製法１〕の処理と同様に行うことから成る。この製法によって、本発明のハイブリッド材料中の前記ポリマー含有率を調整することができる。
〔製法３〕
製法３は、分子量５０，０００乃至５００，０００の生分解性ポリマーを含む溶液を、リン酸カルシウム多孔体を介して吸引することから成る。具体的には、液体窒素などのコールドトラップを経由してアスピレータに接続された吸引漏斗に、板状のリン酸カルシウム多孔体を載置し、ついで室温で前記のアスピレータの吸引下、例えば、アセトン、クロロホルム又は塩化メチレンなどの溶媒に溶解した生分解性ポリマーを含む溶液を、いったん前記多孔体上面を覆うように注下する。ついで吸引処理された前記多孔体を上下反転させて再度吸引漏斗に載置し、同様に上面を、生分解性ポリマーを含む溶液で覆い吸引後、乾燥することによって、本発明のハイブリッド材料を得ることができる。
〔製法４〕
製法４は、リン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料に、溶融処理及びアニーリング処理を施すステップか又はアニーリング処理を施すステップから成る。〔製法１〕乃至〔製法３〕により得られたリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料を、アニーリング処理することによって生分解性ポリマーの結晶化度が向上し、強度が増すが、アニーリング処理の前に溶融処理することによって生分解性ポリマーの結晶化度がさらに向上して分解性が下がり、本発明のハイブリッド材料に適用したときに好適となる。
【００１９】
次に、インプラント化について説明する。
〔インプラント化〕
リン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料を、インプラントとするには、〔製法１〕乃至〔製法４〕のいずれかにより得られたリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料のブロック体を研削機などで研削することによって、所望の形のインプラントを容易に作成することができる。
【実施例】
【００２０】
以下に実施例を挙げて、本発明を具体的に説明する。なお、本実施例はあくまで本発明の実施態様の例示であって本発明をなんら限定するものではない。
【実施例１】
【００２１】
Ｃａ（ＮＯ３）２・４Ｈ２Ｏ ０．１６７ｍｏｌ・ｄｍ−３、（ＮＨ４）２ＰＯ4 ０．１００ｍｏｌ・ｄｍ−３、（ＮＨ２）２ＣＯ ０．５００ｍｏｌ・ｄｍ−３及びＨＮＯ３ ０．１００ｍｏｌ・ｄｍ−３からなる試料溶液（Ｃａ／Ｐ＝１．６７）７５０ｍＬを８０℃で４８時間加熱した。ついで得られた反応液の固形物を濾取し、洗浄ついで乾燥するとリン酸カルシウムファイバーが得られた。
得られたリン酸カルシウムファイバーのうち1ｇを一軸加圧成形（３０ＭＰａ）し、ついで得られた成形体を箱型電気炉中で１０００℃（昇温速度：１０℃／ｍｉｎ）、５時間焼成するとＸ線回折スペクトル（図１）に示す特性、及び表面と断面の走査型電子顕微鏡写真（図２）に示す形状を有するβ-リン酸三カルシウム多孔体（多孔質β-ＴＣＰ、気孔率：約５４％）が得られた。
【実施例２】
【００２２】
実施例１で得られたβ-リン酸三カルシウム多孔体をポリＬ-乳酸（Boehringer Ingelheim社製RESOMER（登録商標）Ｌ２１０Ｓ；分子量約３００，０００）の２質量％クロロホルム溶液に浸漬し、ついで得られた浸漬液を超音波洗浄器ＳＵＣ−１Ｌ（アズワン社）（発振周波数：３８ｋＨｚ）中で１０分間超音波処理した。得られた超音波処理液から固形物を取り出し、常圧常温下で７日間乾燥すると図３乃至図７に示すＦＴ−ＩＲスペクトル、重量変化、気孔率の変化、エネルギー分散型Ｘ線分光スペクトル、エネルギー分散型Ｘ線分光スペクトル（点分析）をそれぞれ有するβ-リン酸三カルシウム／ポリＬ-乳酸ハイブリッド材料（以下、「ｈｙｂ-１」と略）が得られた。
【実施例３】
【００２３】
実施例２で得られたβ-リン酸三カルシウム／ポリＬ-乳酸ハイブリッド材料を使用して、実施例２の超音波処理工程をさらに３回繰り返した。その結果、図３乃至図６及び図８に示すＦＴ−ＩＲスペクトル、重量変化、気孔率の変化、エネルギー分散型Ｘ線分光スペクトル、エネルギー分散型Ｘ線分光スペクトル（点分析）をそれぞれ有するリン酸三カルシウム／ポリＬ−乳酸ポリマーハイブリッド材料（以下、「ｈｙｂ-３」と略）が得られた。
【実施例４】
【００２４】
実施例２で得られたβ-リン酸三カルシウム／ポリＬ-乳酸ハイブリッド材料を使用して、実施例２の超音波処理工程をさらに５回繰り返した。その結果、図４及び図５に示す重量変化及び気孔率の変化をそれぞれ有するリン酸三カルシウム／ポリＬ−乳酸ハイブリッド材料（以下、「ｈｙｂ-５」と略）が得られた。
【実施例５】
【００２５】
実施例２、実施例３及び実施例４で得られた３種のβ-リン酸三カルシウム／ポリＬ-乳酸ハイブリッド材料（ｈｙｂ-１、ｈｙｂ-３及びｈｙｂ-５）のそれぞれを、２００℃で３０分間加熱した（溶融処理）。ついで、得られたβ-リン酸三カルシウム／ポリＬ-乳酸ハイブリッド材料を冷却後１４０℃で２４時間加熱（アニーリング処理）すると、図９に示すようにβ-リン酸三カルシウム多孔体（多孔質β−ＴＣＰ）に比し、日本工業規格（ＪＩＳ Ｒ １６０１）に準拠して測定した三点曲げ強度が向上したβ-リン酸三カルシウム／ポリＬ-乳酸ハイブリッド材料（ｈｙｂ-１（+）、ｈｙｂ-３（+）及びｈｙｂ-５（+））が得られた。
【実施例６】
【００２６】
実施例２、実施例３及び実施例４で得られた３種のβ-リン酸三カルシウム／ポリＬ-乳酸ハイブリッド材料（ｈｙｂ-１、ｈｙｂ-３及びｈｙｂ-５）のそれぞれを、１４０℃で２４時間加熱（アニーリング処理）すると、図９に示すようにβ-リン酸三カルシウム多孔体（多孔質β−ＴＣＰ）に比し、三点曲げ強度が向上したβ-リン酸三カルシウム／ポリL-乳酸ハイブリッド材料（ｈｙｂ-１（-）、ｈｙｂ-３（-）及びｈｙｂ-５（-））が得られた。
【実施例７】
【００２７】
本発明のβ−リン酸三カルシウム／ポリＬ-乳酸ハイブリッド材料の骨芽細胞様細胞の細胞増殖性について評価した。すなわち、１０％牛胎児血清を含むα−ＭＥＭ（Ｇｉｂｃｏ社製）からなる培地中で骨芽細胞様細胞（ＭＣ３Ｔ３−Ｅ１）５×１０４個をペレット状の試験片（１５ｍｍΦ×２ｍｍ）上に播種し、上記の培地中で培養し、細胞数をカウントし、その結果を図１０に示した。なお、試験片としては、実施例１で作製したβ-リン酸三カルシウム多孔体、並びに本発明のβ-リン酸三カルシウム／ポリＬ-乳酸ハイブリッド材料であるｈｙｂ-３及びｈｙｂ-３（+）を使用した。
図１０から明らかなように、本発明のβ-リン酸三カルシウム／ポリＬ-乳酸ハイブリッド材料（ｈｙｂ-３及びｈｙｂ-３（+））は、β-リン酸三カルシウム多孔体（多孔質β−ＴＣＰ）よりも優れた骨芽細胞様細胞の増殖性を示した。
【実施例８】
【００２８】
Ｃａ（ＮＯ３）２・４Ｈ２Ｏ ０．１６７ｍｏｌ・ｄｍ−３、（ＮＨ４）２ＰＯ4 ０．１００ｍｏｌ・ｄｍ−３、（ＮＨ２）２ＣＯ ０．５００ｍｏｌ・ｄｍ−３及びＨＮＯ３ ０．１００ｍｏｌ・ｄｍ−３からなる試料溶液（Ｃａ／Ｐ＝１．６7）７５０ｍＬを８０℃で２４時間加熱後、９０℃で７２時間加熱した。生成物を濾取し、洗浄ついで乾燥するとヒドロキシアパタイトファイバーが得られた。
得られたヒドロキシアパタイトファイバーのうち1ｇあたりカーボンビーズ１ｇを混合し、得られた混合物を一軸加圧成形（４０ＭＰａ）し、ついで得られた成形体を管状炉中で水蒸気雰囲気下１３００℃（昇温速度：５℃／ｍｉｎ）で５時間焼成してヒドロキシアパタイト多孔体（気孔率：約７０％）を得た。
【実施例９】
【００２９】
実施例８で得られたヒドロキシアパタイト多孔体をポリＬ-乳酸（Boehringer
Ingelheim社製RESOMER（登録商標）L207S；分子量約１００，０００）の３質量％クロロホルム溶液に浸漬し、１０分間超音波処理した。超音波処理後、固形物を取り出し、室温（２５℃±３℃）で５０分間乾燥するとヒドロキシアパタイト／ポリＬ−乳酸ハイブリッド材料が得られた。
以上の工程をさらに４回繰り返して、ヒドロキシアパタイト／ポリＬ−乳酸ハイブリッド材料を作製した。
【実施例１０】
【００３０】
ポリＬ−乳酸溶液として、Boehringer Ingelheim社製RESOMER（登録商標）L207S；分子量約１００，０００の５質量％クロロホルム溶液を使用した以外、実施例９と同様に処理してヒドロキシアパタイト／ポリＬ−乳酸ハイブリッド材料を得た。
【実施例１１】
【００３１】
ポリＬ−乳酸溶液として、Boehringer Ingelheim社製RESOMER（登録商標）Ｌ２１０Ｓ；分子量約３００，０００の３質量％クロロホルム溶液を使用した以外、実施例９と同様に処理してヒドロキシアパタイト／ポリＬ−乳酸ハイブリッド材料を得た。
【実施例１２】
【００３２】
実施例９、実施例１０及び実施例１１で得られたヒドロキシアパタイト／ポリＬ−乳酸ハイブリッド材料について日本工業規格（ＪＩＳ Ｒ １６０１）に準拠して三点曲げ強度を測定し、その結果を表−１に示した。
表―１から本発明の実施例９、実施例１０及び実施例１１で得られたヒドロキシアパタイト／ポリＬ−乳酸ハイブリッド材料は、実施例８で得られたヒドロキシアパタイト多孔体に比べて三点曲げ強度が増強されている。
表−１：
【実施例１３】
【００３３】
円盤状ヒドロキシアパタイト多孔体（直径約１６ｍｍ×厚さ約２．３ｍｍ；気孔率：約７０％）を、ポリＬ−乳酸（Boehringer Ingelheim社製RESOMER（登録商標）Ｌ２０７Ｓ；分子量約１００，０００）の２質量％クロロホルム溶液に浸漬し、これを超音波洗浄器ＳＵＣ−１Ｌ（発振周波数：３８ｋＨｚ）中で１０分間超音波処理後、室温（２５℃±３℃）で５０分間乾燥するとヒドロキシアパタイト／ポリＬ−乳酸ハイブリッド材料が得られた。
【実施例１４】
【００３４】
実施例１３で得られたヒドロキシアパタイト／ポリＬ−乳酸ハイブリッド材料を使用して、さらに実施例１３の超音波処理を２回繰り返して、ヒドロキシアパタイト／ポリＬ−乳酸ハイブリッド材料を得た。
【実施例１５】
【００３５】
実施例１３で得られたヒドロキシアパタイト／ポリＬ−乳酸ハイブリッド材料を使用して、さらに実施例１３の超音波処理を４回繰り返して、ヒドロキシアパタイト／ポリＬ−乳酸ハイブリッド材料を得た。
【実施例１６】
【００３６】
円盤状ヒドロキシアパタイト多孔体（気孔率７０％）（以下、「試験片」と略記する。）の上下面を研磨し、ついで側面をポリＬ−乳酸（Boehringer Ingelheim社製RESOMER（登録商標）L210S；分子量約３００，０００）の３質量％クロロホルム溶液にて５回コーティングした（試験片［a］）。液体窒素によるコールドトラップを配置したアスピレータに接続された吸引漏斗に、コーティングされた試験片を載置した。ついで前記のアスピレータの吸引（吸引力：3.3
L/min 〜 10.8 L/min）下、ポリＬ−乳酸（Boehringer Ingelheim社製RESOMER（登録商標）L207S；分子量約１００，０００）の２質量％クロロホルム溶液を前記の試験片の上面へ９回滴下して上面を前記溶液でいったん覆い、ついで得られた試験片を上下反転させて再度吸引漏斗に載置し、吸引下にポリＬ−乳酸（Boehringer
Ingelheim社製RESOMER（登録商標）L207S；分子量約１００，０００）の２質量％クロロホルム溶液を３回滴下した。続いて上下反転させ８回滴下さらに上下反転させ、２回滴下し、さらに上下反転させ、同様に８回滴下することを繰り返した（全滴下回数は３０回であり、その所要時間は約１．５時間である。）。ついで得られたヒドロキシアパタイト多孔体を乾燥（室温（２５℃±３℃）、５０分）させるとヒドロキシアパタイトとポリＬ−乳酸が複合化されたハイブリッドが得られた（試験片［b］）。係る処理を経て乾燥後の重量変化を表―２に示す。この表から、ポリＬ−乳酸が円盤状ヒドロキシアパタイト多孔体に複合化されていることが示された。
表―２
【実施例１７】
【００３７】
均一沈殿法を用いて合成したリン酸カルシウムファイバー５ｇ（以下、ＣＰＦと略。）に蒸留水を加え、２質量％ＣＰＦスラリー２５０ｇを調製した。このＣＰＦスラリーに対し、それぞれ１００、７５、５０、２５、０質量%となる所定量の平均粒径が１５０μｍであるカーボンビーズ（以下、ＣＢと略。）と、水：エタノールの体積比が７：３となる量のエタノール水溶液１０５ｇと、ＣＰＦスラリー全重量の０．１％に相当する量の寒天とを混ぜ、これを約９０℃で加熱することにより寒天を溶解した。これを、アクリル樹脂製の型を用いて吸引濾過して予備成形体を作製し、予備成形体を４０ＭＰａで一軸加圧成形することにより成形体を作製した。この成形体を管状炉中で１０００℃、５時間、空気気流中で焼成し、マクロ気孔とミクロ気孔を兼ね備えたβ−リン酸三カルシウム多孔体（（多孔質β−ＴＣＰ））を作製した。この例にあっては、多孔体の気孔率はＣＢ量に応じて５０％から８５％の範囲で制御できた。
このように、β−リン酸三カルシウム多孔体を作製するに際し、高温下に焼失可能な粒子を添加しておくと、所望の気孔率、比表面積、孔径を有する多孔体の形成調整を容易とすることができるので、ＣＢなどを添加することは効果的である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明のリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料は、連通性の高い微細な気孔を有し、強度が増強され、骨の欠損部の補強に使用することができるとともに、良好な骨芽細胞様細胞の増殖性を示し、骨の欠損部に圧入補填が可能であるので、インプラント材として適用できる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リン酸カルシウム多孔体と、分子量５０，０００乃至５００，０００の生分解性ポリマーとを複合化したことを特徴とする、リン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料。
【請求項２】
前記リン酸カルシウム多孔体が、ヒドロキシアパタイト多孔体であることを特徴とする、請求項１に記載のリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料。
【請求項３】
前記リン酸カルシウム多孔体が、β-リン酸三カルシウム多孔体であることを特徴とする、請求項１に記載のリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料。
【請求項４】
前記生分解性ポリマーの分子量が、５０，０００乃至３００，０００であることを特徴とする、請求項１に記載のリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料。
【請求項５】
前記生分解性ポリマーが、ポリＬ-乳酸、ポリグリコール酸、ポリクエン酸、Ｌ-乳酸／グリコール酸共重合体、ポリε-カプロラクトン、ポリβ−ヒドロキシ酪酸、及びキトサンからなる群から選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする、請求項１に記載のリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料。
【請求項６】
リン酸カルシウム多孔体と生分解性ポリマーとを複合化したリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料の製法であって、
リン酸カルシウム多孔体を、分子量５０，０００乃至５００，０００の生分解性ポリマーを含む溶液中に浸漬し、超音波処理又は吸引処理を施すことを特徴とする、製法。
【請求項７】
前記処理が、超音波処理であることを特徴とする、請求項６に記載の製法。
【請求項８】
前記生分解性ポリマーを含む溶液中に浸漬処理、及び前記浸漬処理により得られた浸漬液に超音波処理を１回乃至１０回繰り返すことを特徴とする、請求項６又は７に記載の製法。
【請求項９】
前記吸引処理が、分子量５０，０００乃至５００，０００の生分解性ポリマーを含む溶液を、リン酸カルシウム多孔体を介して吸引することを特徴とする、請求項６に記載の製法。
【請求項１０】
前記リン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料を、さらに溶融処理及びアニーリング処理、又はアニーリング処理を行うことを特徴とする、請求項６乃至９のいずれか一つに記載の製法。
【請求項１１】
前記リン酸カルシウム多孔体が、ヒドロキシアパタイト多孔体又はβ-リン酸三カルシウム多孔体であることを特徴とする、請求項６乃至１０のいずれか一つに記載の製法。
【請求項１２】
前記生分解性ポリマーが、ポリＬ-乳酸、ポリグリコール酸、ポリクエン酸、Ｌ−乳酸／グリコール酸共重合体、ポリε-カプロラクトン、ポリβ−ヒドロキシ酪酸、及びキトサンからなる群から選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする、請求項６乃至１１のいずれか一つに記載の製法。
【請求項１３】
前記生分解性ポリマーを含む溶液の溶媒がクロロホルムであることを特徴とする、請求項６乃至１２のいずれか一つに記載の製法。
【請求項１４】
請求項１乃至５のいずれか一つに記載のリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料を含むことを特徴とする、インプラント。
【請求項１】
リン酸カルシウム多孔体と、分子量５０，０００乃至５００，０００の生分解性ポリマーとを複合化したことを特徴とする、リン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料。
【請求項２】
前記リン酸カルシウム多孔体が、ヒドロキシアパタイト多孔体であることを特徴とする、請求項１に記載のリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料。
【請求項３】
前記リン酸カルシウム多孔体が、β-リン酸三カルシウム多孔体であることを特徴とする、請求項１に記載のリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料。
【請求項４】
前記生分解性ポリマーの分子量が、５０，０００乃至３００，０００であることを特徴とする、請求項１に記載のリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料。
【請求項５】
前記生分解性ポリマーが、ポリＬ-乳酸、ポリグリコール酸、ポリクエン酸、Ｌ-乳酸／グリコール酸共重合体、ポリε-カプロラクトン、ポリβ−ヒドロキシ酪酸、及びキトサンからなる群から選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする、請求項１に記載のリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料。
【請求項６】
リン酸カルシウム多孔体と生分解性ポリマーとを複合化したリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料の製法であって、
リン酸カルシウム多孔体を、分子量５０，０００乃至５００，０００の生分解性ポリマーを含む溶液中に浸漬し、超音波処理又は吸引処理を施すことを特徴とする、製法。
【請求項７】
前記処理が、超音波処理であることを特徴とする、請求項６に記載の製法。
【請求項８】
前記生分解性ポリマーを含む溶液中に浸漬処理、及び前記浸漬処理により得られた浸漬液に超音波処理を１回乃至１０回繰り返すことを特徴とする、請求項６又は７に記載の製法。
【請求項９】
前記吸引処理が、分子量５０，０００乃至５００，０００の生分解性ポリマーを含む溶液を、リン酸カルシウム多孔体を介して吸引することを特徴とする、請求項６に記載の製法。
【請求項１０】
前記リン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料を、さらに溶融処理及びアニーリング処理、又はアニーリング処理を行うことを特徴とする、請求項６乃至９のいずれか一つに記載の製法。
【請求項１１】
前記リン酸カルシウム多孔体が、ヒドロキシアパタイト多孔体又はβ-リン酸三カルシウム多孔体であることを特徴とする、請求項６乃至１０のいずれか一つに記載の製法。
【請求項１２】
前記生分解性ポリマーが、ポリＬ-乳酸、ポリグリコール酸、ポリクエン酸、Ｌ−乳酸／グリコール酸共重合体、ポリε-カプロラクトン、ポリβ−ヒドロキシ酪酸、及びキトサンからなる群から選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする、請求項６乃至１１のいずれか一つに記載の製法。
【請求項１３】
前記生分解性ポリマーを含む溶液の溶媒がクロロホルムであることを特徴とする、請求項６乃至１２のいずれか一つに記載の製法。
【請求項１４】
請求項１乃至５のいずれか一つに記載のリン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料を含むことを特徴とする、インプラント。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１８９０５２（Ｐ２０１１−１８９０５２Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５９２１８（Ｐ２０１０−５９２１８）
【出願日】平成２２年３月１６日（２０１０．３．１６）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 第２２回秋季シンポジウム講演予稿集 Ａｒｃｈｉｖｅｓ ｏｆ ＢｉｏＣｅｒａｍｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ
【出願人】（８０１００００２７）学校法人明治大学 (161)
【出願人】（５９９０８８４３８）昭和医科工業株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１６日（２０１０．３．１６）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 第２２回秋季シンポジウム講演予稿集 Ａｒｃｈｉｖｅｓ ｏｆ ＢｉｏＣｅｒａｍｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ
【出願人】（８０１００００２７）学校法人明治大学 (161)
【出願人】（５９９０８８４３８）昭和医科工業株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
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