生分解性複合体用のヒドロキシアパタイトグラフトフマレート系マクロマー
（ｉ）炭素−炭素二重結合を有する不飽和二酸と飽和二酸とを反応させることによって調製されるマクロマーと、（ｉｉ）このマクロマーにグラフトされる生体活性セラミック、を含む組成物を開示する。一実施態様において、炭素−炭素二重結合を有する不飽和二酸はフマル酸である。飽和二酸はフマル酸およびポリ（プロピレンフマレート）と適合性があり、たとえば、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸およびこれらの混合物である。生体活性セラミックはヒドロキシアパタイトである。別の実施態様において、ヒドロキシアパタイトは、フマレート単位とアジペート単位とを交互に有するシラン単位を含む生分解性かつ架橋性のマクロマーでグラフトされる。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２００３年７月１日付けで出願された米国仮出願第６０／４８４，２１５号により優先権を主張する。
【連邦政府により援助を受けた研究に関する記述】
【０００２】
本研究は、助成金番号Ｒ０１−ＡＲ４５８７１−０２号で国立衛生研究所により援助を受けた。
【発明の背景】
【０００３】
１．発明の分野
本発明は、生分解性複合体中の充填剤として有用なセラミックグラフトマクロマーに関する。特に、生分解性複合体中の充填剤として使用するためのフマレート系分解性かつ架橋性のマクロマーでグラフトされたヒドロキシアパタイトの合成に関する。
【０００４】
２．関連技術の説明
ヒドロキシアパタイト等の生体活性セラミックは、骨固定装置及びインプラントコーティングを含む様々な用途に使用されている。特に、合成ヒドロキシアパタイトは、生分解性ポリマー−セラミック複合体用の充填材料として機能することが魅力的である（たとえば、Lu et al.，Synthetic bone substitutes，Curr. Opin.，Orthop.，11(2000) 383-390参照）。利点としては、骨ミネラルとの組成における類似性、細胞機能の生体活性および促進、並びに骨伝導性が挙げられる。これまでの研究で、ヒドロキシアパタイト表面とマトリックスとの間の界面結合が、ポリマー−セラミック複合体の機械的性質を著しく改善することが示されている（たとえば、Porter et al.，Mechanical properties of a biodegradable bone regeneration scaffold，J. Biomech. Eng. 122 (2000) 286-288; Zhu et al.，Mechanical properties of biodegradable poly(propylene fumarate)/bone fiber composites，Trans. Soc. Biomater.，25(2002) 260;およびDeb et al.，Hydroxyapatite-polyethylene composites; effect of grafting and surface treatment of hydroxyapatite，J. Mater，Sci.; Mater. Med.，7(1996) 191-193参照）。
【０００５】
このように、ヒドロキシアパタイトを生分解性ポリマー−セラミック複合体中に組み入れる方法を改善することが引き続き必要とされている。特に、生分解性ポリマー−ヒドロキシアパタイト複合体のヒドロキシアパタイトとマトリックスとの間の界面結合の改善を達成する方法が必要とされている。
【発明の開示】
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、生分解性マトリックスと化学結合し得る、セラミックグラフト分解性かつ架橋性のマクロマーの合成を提供する。たとえば、フマレート系分解性かつ架橋性のマクロマーでグラフトされたヒドロキシアパタイトは、生分解性複合体中で充填剤として使用され得る。結果として、機械的性質が改善された生分解性および生体活性複合体を、整形用途のために開発することができる。
【０００７】
一態様において、本発明は、生体活性セラミック、すなわちヒドロキシアパタイトは、フマレート単位と飽和二酸(diacid)（たとえば、アジペート）単位とを交互に有する（alternating）置換または無置換のシラン単位を含む、生分解性マクロマーおよび架橋性マクロマーにグラフトされる組成物の合成を提供する。飽和二酸単位は、剛性（rigid）フマレート単位間の柔軟なスペーサとして機能する。
【０００８】
別の態様において、本発明は、高分子マトリックスおよびマトリックスに架橋されるヒドロキシアパタイトグラフト化マクロマーを含む生分解性複合体を提供する。マトリックスは、炭素−炭素二重結合を有し、一つの実施の態様において、マトリックスはポリ（プロピレンフマレート）である。複合体は、骨再生等の組織再生用の足場材(scaffold)として好適である。
【０００９】
さらに別の態様において、本発明は、炭素−炭素二重結合を有するポリマー、ヒドロキシアパタイトグラフト化マクロマー、およびポリマーとヒドロキシアパタイトグラフト化マクロマーとを架橋する架橋剤を含む、架橋性生分解性材料を提供する。架橋性生分解性材料は、代用骨または骨セメントとして使用されてもよい。好ましくは、ポリマーはポリ（プロピレンフマレート）であり、架橋剤は過酸化ベンゾイル等のフリーラジカル開始剤である。
【００１０】
本発明のこれらのおよび他の特徴、態様および利点は、下記の詳細な説明、図面および添付の特許請求の範囲を考慮して、より理解されるであろう。
【発明の詳細な説明】
【００１１】
本発明において、ヒドロキシアパタイト（Ｃａ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２）粉末等の生体活性セラミックスは、炭素−炭素二重結合を有する不飽和二酸由来の単位（たとえば、フマレート単位）を含有するマクロマーでグラフトされる。充填剤として使用される場合、グラフト化マクロマーを、不飽和二重結合を含有するマトリックスに、不飽和二酸（たとえば、フマレート基）由来の単位中に見られる不飽和二重結合によって共有結合的に架橋することができる。さらに、不飽和二酸（たとえば、フマレート基）中のエステル結合は、加水分解しやすく、これによりマクロマーの分解を促進する。
【００１２】
マクロマーは、様々な成分を反応させることにより調製される。マクロマーを合成するのに用いられる反応混合物中の主成分は、不飽和二重結合および２つの加水分解性エステル基を含有する不飽和二酸（たとえば、フマル酸）である。生体活性セラミック（たとえば、ヒドロキシアパタイト）をマクロマーにグラフトし、グラフト化マクロマーをポリ（プロピレンフマレート）等の炭素−炭素二重結合を有する生分解性ポリマーマトリックスと混合した後、マトリックス相におけるポリ（プロピレンフマレート）のフマレート基の不飽和炭素−炭素二重結合は、グラフトヒドロキシアパタイトにおけるマクロマーの不飽和炭素−炭素二重結合と相互に架橋することができる。生体活性セラミック（たとえば、ヒドロキシアパタイト）グラフトマクロマーとマトリックス相との間のこの相互の架橋は、特にねじりモードおよび屈曲モードにおいて、この生分解性および生体活性複合体の機械的強度を著しく改善する。
【００１３】
マクロマーの第２の成分は、柔軟性をマクロマーに付与し、マトリックスのフマレート基とマクロマーの不飽和二酸（たとえば、フマレート基）の反応性が高める、スペーサーである。マクロマー当たりのフマレート基の数、またはグラフト上のフマレート基の密度は、フマレート基に対するスペーサ基の比率を変えることにより制御できる。好ましくは、スペーサは、フマル酸およびポリ（プロピレンフマレート）と適合性がある飽和二酸モノマーであり、このスペーサは、限定はされないが、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸およびセバシン酸等を含む飽和二酸有機化合物から選択される。「適合性」とは、本発明者等は、飽和二酸は、フマル酸とポリ（プロピレンフマレート）との反応を妨げず、かつ飽和二酸は、フマル酸またはポリ（プロピレンフマレート）を分解しないことを意味する。
【００１４】
マクロマーの第３の成分は、主成分をスペーサと結合させ、マクロマーを形成するシランカップリング剤である。シランカップリング剤としては、フマレートモノマーとスペーサモノマーとの間に置換または無置換のシラン結合を形成し、マクロマーを形成する、ジクロロジメチルシラン等の置換または非置換のシランが挙げられる。
【００１５】
マクロマーの第４の成分は、マクロマー鎖の１端へのグラフトを制限するキャッピング剤である。一実施態様において、第４の成分は、スペーサモノマーのアルキルエステル類（たとえば、モノメチルエステル）から選択される。
【００１６】
生体活性セラミックは、ナノメータからマイクロメータまでの範囲の粒径を有する生体活性セラミック粉末であってもよい。これらの大きさは、本発明におけるグラフトに対して好適である。生体活性とは、本発明者等は、身体の構造または機能に影響を与えるか、または所定の生理的環境に置かれた後、生物学的に活性となるか若しくはより活性化する物質を意味する。ヒドロキシアパタイト（Ｃａ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２）粉末は、好ましい生体活性セラミックであり、好ましくは、１０，０００ナノメータより小さい粒径を有する。生体活性セラミックは、マクロマーへのグラフトを容易にするように処理されてもよい。一実施態様において、ヒドロキシアパタイトは、ケイ素化され、マクロマーへのグラフトを容易にする。
【００１７】
マクロマーの調製、並びに主成分であるフマル酸、スペーサとしてのアジピン酸、およびキャッピング剤としてのアジピン酸モノメチルエステルでグラフトする典型的な手順は、下記のとおりである。第１に、ヒドロキシアパタイトウイスカはメタケイ酸ナトリウムでケイ素化される。
【００１８】
第２に、エンドキャップされたマクロマーを合成する。マクロマーを調製するために、フマル酸、アジピン酸およびアジピン酸モノメチルエステルをジメチルクロロシランに添加する。次に、ビス（ジメチルクロロシリル）フマレート、ビス（ジメチルクロロシリル）アジペートおよびジメチルクロロシリルアジペートモノメチルエステルの重縮合を実行する。それにより、一端がアジピン酸モノメチルエステルでキャップされ、かつもう一端に反応性クロロシランを有するフマレート−アジペートマクロマーを得る。重縮合反応の完了後、マクロマー鎖の反応性クロロシラン末端を、過剰量のメタノールで失活させ、アジピン酸モノメチルエステルおよびメトキシシランでキャップされたマクロマーを得る。
【００１９】
第３に、マクロマーをヒドロキシアパタイトナノ粒子の表面にグラフトする。マクロマーをアセトン−水混合物中に溶解し、ケイ素化ヒドロキシアパタイトをこの混合物に添加する。アセトンおよび水を除去した後、マクロマーおよびケイ素化ヒドロキシアパタイトを縮合し、グラフトヒドロキシアパタイトを有するマクロマーを生成する。
【実施例】
【００２０】
本発明をさらに例示するために、次の実施例を示すが、これらは決して本発明を限定するものと意図するものではない。
【００２１】
Ａ．実験
最大界面相互作用およびグラフトの程度に関して、５０ｎｍの平均粒径を有するヒドロキシアパタイトナノ粒子を本研究に使用した。１００および２０ｎｍの長軸および短軸をそれぞれ有するヒドロキシアパタイト（ＨＡ）ウイスカ（Berkely Advanced Biomaterials (San Leandro,CA)）をグラフトに使用した（図１ａ参照）。ＨＡを、Krorasani et al.，Modified hydroxyapatite reinforced PEMA bone cement,およびBone Ceramics，Yamamura，Kokubo and Nakamura,Eds.，Kobunshi Kankokai，Kyoto，Japan，1992，pp. 225-232に記載される方法に従ってケイ素化した。要するに、１グラムのメタケイ酸ナトリウム（ＳＭＳ）（Ａｌｄｒｉｃｈ（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ））を５０ｍｌの蒸留脱イオン水（ＤＤＷ）に溶解し、１グラムのＨＡを添加し、混合物を３時間攪拌した。塩酸でｐＨを６．８に調整し、混合物を一晩攪拌した。混合物を遠心し、固形ケイ素化ＨＡ（ＳｉＨＡ）産物を真空中１５０°で２時間乾燥した。
【００２２】
エンドキャップジメチルジクロロシラン交互フマル酸／アジピン酸（ＳＦＡ）マクロマーを調製するために、Najafi et al.，Preparation of biodegradable poly[(dimethyldichlorosilane)-alt-(fumaric acid/sebasic acid)]-co-PEG block copolymer，Polymer，43 (2002) 6363-6368における手順を改良し、メトキシシランおよびアジピン酸モノメチルエステル（ｍＡＡ）でそれぞれマクロマーの鎖末端をキャップした。すべての反応物は、Ａｌｄｒｉｃｈから得られ、かつそれらの反応物は、与えられた状態で使用された。典型的な手順では、０．２モルのフマル酸（ＦＡ）、０．２モルのアジピン酸（ＡＡ）、および０．０４５モルのｍＡＡを、１．３３５モルのジメチルクロロシラン（ＤＭＣＳ）を含有する三口反応フラスコに乾燥窒素雰囲気中、攪拌下で加えた。シリル化反応を還流下で１２時間実行し、発生したＨＣｌをＮａＯＨ水溶液中に取り込んだ。次に、ビス（ジメチルクロロシリル）フマレート、ビス（ジメチルクロロシリル）アジペートおよびジメチルクロロシリルアジペートモノメチルエステルの重縮合を１０ｍｍＨｇの真空下、１２０℃で、４時間実行し、一端がｍＡＡでキャップされ、かつもう一端に反応性クロロシランを有するＳＦＡマクロマーを得た。重縮合反応中に生成されたＤＭＣＳ副生成物を真空中で連続的に除去した。重縮合反応の完了後、ＳＦＡ鎖の反応性クロロシラン末端を、過剰量のメタノールで失活させ、ｍＡＡでキャップされたＳＦＡマクロマーおよびメトキシシラン（ｍＳｉ）を得た。過剰量のメタノールをロータリーエバポレーション（ｒｏｔｏｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）により除去した。マクロマーを塩化メチレン中に再溶解し、冷却エーテル中に２回析出した。マクロマーを真空下で少なくとも１２時間乾燥し、グラフト前に−２０℃で貯蔵した。比較のために、３−アクリロイルプロピルトリメトキシシラン（ＡｃＨＡ）もＳｉＨＡに同様の手順でグラフトした。
【００２３】
次の手順を使用し、マクロマーをＳｉＨＡの表面にグラフトした。ＳＦＡマクロマーを反応フラスコ内で５０ｍｌの７０／３０アセトン−水混合物中に溶解した。ＳｉＨＡをこの溶液に窒素雰囲気中、激しく混合しながら添加した。１００℃でアセトンおよび水を除去した後、マクロマーおよびＳｉＨＡを１２０℃で２時間縮合し、反応副生成物であるメタノールを反応中に連続的に除去した。グラフト化ＨＡをＴＨＦで少なくとも３回洗浄し、遠心し、かつ真空下で乾燥した。生成物は、使用まで−２０℃で貯蔵された。
【００２４】
１Ｈ−ＮＭＲを使用し、マクロマー中のフマレート基およびアジペート基の存在を確認した。１Ｈ−ＮＭＲスペクトルを外界温度でＢｒｕｋｅｒ Ａｖａｎｃｅ５００ＭＨｚシステム（Ｂｒｕｋｅｒ Ａｎａｌｙｔｉｋ ＧｍｂＨ（Ｒｈｅｉｎｓｔｅｔｔｅｎ，Ｇｅｒｍａｎｙ））を用いて記録した。パルス角、パルス幅、遅延時間、捕捉時間、解像度、およびスキャン数はそれぞれ、９０°、６μｓｅｃ、７ｓ．、３ｓ．、０．１７Ｈｚおよび３２であった。マクロマー溶液を、１％ｖ／ｖトリメチルシラン（ＴＭＳ）を内標準物質として含有する重水素化クロロホルム（重水素化９９．８原子％、Ａｌｄｒｉｃｈ）を用いて、５０ｍｇ／ｍｌの濃度で調製した。
【００２５】
ＦＴＩＲ、熱重量分析器（ＴＧＡ）およびエネルギー分散Ｘ線分光分析（ＥＤＳ）を使用して、グラフト化ヒドロキシアパタイトを固定した。ＦＴＳ−４０ＦＴＩＲ（Ｂｉｏ−Ｒａｄ（Ｈｅｒｃｕｌｅｓ，ＣＡ））を使用して、乾燥窒素雰囲気中、２００の平均スキャンおよび２ｃｍ−１の解像度でスペクトルを収集した。グラフト化ＨＡを音波処理によりパーフルオロデカリン（Ａｌｄｒｉｃｈ）中にけん濁し、２つのＣａＦ２ディスク（Ｗｉｌｍａｄ Ｇｌａｓｓ（Ｂｕｅｎａ，ＮＪ））間の１０μｍ×３ｍｍ空隙中に注入した。２つのＣａＦ２ディスク間のパーフルオロデカリンを対照セルとして使用した。
【００２６】
ＴＧＡ２０５０熱重量分析器（ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（Ｎｅｗ Ｃａｓｔｌｅ，ＤＥ））を使用し、グラフトの程度を測定した。およそ５ｍｇのグラフト化ヒドロキシアパタイトを空気雰囲気中で２０℃／分の速度で加熱した。重量減少を時間の関数として記録した。ＴＧＡを１００ｍｇのＭ級標準物質およびニッケルのキュリー温度をそれぞれ用いて、重量および温度について校正した。
【００２７】
エネルギー分散Ｘ線分光分析の場合、グラフト化ヒドロキシアパタイト粉末をプラスチックＢＥＥＭカプセル（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ（Ｆｏｒｔ Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，ＰＡ））内のＳｐｕｒｒ樹脂中に包埋し、熱対流炉内で一晩重合した。塊をＵｌｔｒａＳクライオウルトラミクロト−ム（Ｌｅｉｃａ（Ｄｅｅｒｆｉｅｌｄ，ＩＬ））で８０ｎｍの厚さに切片化した。無染色切片を銅グリッド上に置き、元素の発光されたＸ線エネルギーをＰｈｉｌｉｐｓ ＣＭ１２ ＳＴＥＭ ＰＷ６０３０透過電子顕微鏡（Ｐｈｉｌｉｐｓ（Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ，Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ））を有するＮｏｒａｎ Ｖａｎｔａｇｅ Ｘ−ｒａｙ Ｍｉｃｒｏａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ（Ｎｏｒａｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（Ｍｉｄｄｌｅｔｏｎ，ＷＩ））を用いて収集した。
【００２８】
Ｂ．結果と考察
図１ｂにＳＦＡマクロマーの１Ｈ−ＮＭＲスペクトルを示す。６．９ｐｐｍにピーク位置を有するシフトは、ＦＡのフマレート基の水素に起因する。３．７ｐｐｍおよび３．８ｐｐｍで中心を示すピークを有するシフトは、２つのメチレン基に結合するＡＡおよびｍＡＡのメチレンの水素に起因する。２．４ｐｐｍおよび１．７ｐｐｍで中心を示すピークを有するシフトは、メチレン基およびカルボキシル基に結合するＡＡおよびｍＡＡのメチレン基の水素に起因する。０．１ｐｐｍにピーク位置を有するシフトは、ｍＡＡのメトキシ基のメチルの水素に起因する。ＮＭＲスペクトルによると、マクロマー中のＦＡ：ＡＡ：ｍＡＡの比は、１：２：１であり、供給比の２：２：０．４５とは異なる。これは、ＡＡおおびｍＡＡが、ＦＡに比べてマクロマー中に優位に組み込まれることを示す。
【００２９】
図２は、ＡｃＨＡおよびＳＦＡグラフト化ＨＡに対する、ＨＡのＦＴＩＲを示す。ＡｃＨＡのスペクトルにおいて２，９００および２，９５０ｃｍ−１で中心を示すピーク位置を有する吸収バンドは、ＨＡのスペクトル中には存在しない、３−アクリルオキシプロピルのＣＨ基およびＣＨ２基のＣＨ伸縮振動に起因する。同様に、ＳＦＡ−ＨＡのスペクトルにおいて２，８８５および２，９８５ｃｍ−１で中心を示すピークを有するバンドは、ＨＡのスペクトル中には存在しない、アジペートのＣＨ２基のＣＨ伸縮振動に起因する。ＡｃＨＡおよびＳＦＡ−ＨＡのスペクトルにおいて、１，７２０ｃｍ−１で中心を示すピークを有するバンドは、ＨＡのスペクトル中には存在しない、カルボキシル基のＣ＝Ｏ伸縮振動に起因する。ＡｃＨＡのスペクトルにおいて、１，６３５ｃｍ−１で中心を示すピークを有する弱い吸収バンドは、ＨＡおよびＳＦＡ−ＨＡのスペクトル中には存在しない、ＡｃのＣＨ２＝ＣＨＣＯＯ−ビニル基のＣ＝Ｃ伸縮振動に起因する。ＳＦＡ−ＨＡのスペクトルにおいて、１，６６０ｃｍ−１で中心を示すピークを有する弱い吸収バンドは、ＨＡおよびＡｃＨＡのスペクトル中には存在しない、ＳＦＡのフマレート基のＣ＝Ｃ伸縮振動に起因する。
【００３０】
図３において、ＨＡのエネルギー分散Ｘ線分光分析スペクトルをＳＦＡ−ＨＡと比較する。両スペクトルは、ＨＡ中の亜リン酸に起因して２．０ＫｅＶに、ＨＡ中のカルシウムに起因して３．７および４．０ＫｅＶに、かつ包埋樹脂中の塩素に起因して２．６ＫｅＶに発光バンドを示す。さらに、ＨＡのスペクトル中には存在しないグラフトのシリケート基およびジメチルシラン基のために、ケイ素に起因する１．７ＫｅＶで中心を示すピークがＳＦＡ−ＨＡのスペクトル中に存在する。ＥＤＳおよびＦＴＩＲのスペクトルは、ＳＦＡマクロマーがＨＡ表面にうまくグラフトされたことを示す。ＳＦＡ−ＨＡのＦＴＩＲスペクトル中のＣ＝Ｃ吸収バンドの存在は、グラフト化ＨＡが分子内および分子間架橋に関与し得ることを示す。
【００３１】
ＨＡ、ＡｃＨＡおよびＳＦＡ−ＨＡの温度に対する重量減少を図４に示す。温度が上昇するにつれて、ＡｃＨＡおよびＳＦＡ−ＨＡの空気中におけるグラフトの分解が３５０℃で開始したが、６００℃および７００℃でそれぞれ終了した。ＡｃＨＡのグラフトでは、３５０°〜６００℃の温度で連続的な重量減少があった。しかしながら、ＳＦＡ−ＨＡでは、重量減少は段階的に、それぞれ３５０°、５００°および７００℃で中心を示す３段階で起こった。ＳＦＡ−ＨＡのグラフトの段階的な分解は、フマレート基、アジペート基およびジメチルシラン基を含む、グラフトの構成成分の異なる分解温度が原因であった。図４における熱重量分析データによると、ＡｃＡおよびＳＦＡ−ＨＡのグラフトの程度はそれぞれ、１２重量％および１５重量％であった。
【００３２】
それゆえ、フマレート単位とアジペート単位とを交互に有するジメチルシラン単位を含むマクロマーの一例が合成された。マクロマーのアジペート単位とフマレート単位は分解性であり、フマレート基は架橋され得る。マクロマーは、ケイ素化ヒドロキシアパタイトへのグラフトのために、メトキシシラン基を用いて一端でキャップした。マクロマーをケイ素化ヒドロキシアパタイトにグラフトし、ＦＴＩＲ、エネルギー分散Ｘ線分光分析および熱重量分析器によって確認した。ＦＴＩＲにより、フマレート基およびアジペート基がヒドロキシアパタイト表面上に存在するのを確認した。エネルギー分散Ｘ線分光分析により、ケイ素がヒドロキシアパタイト表面上に存在するのを確認した。熱重量分析の結果より、グラフトの程度は１５重量％であった。ヒドロキシアパタイトにグラフトされたこれらの生分解性かつ架橋性のマクロマーは、整形組織工学用途における複合生体材料の開発に対して有用であり得る。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、生分解性複合体中の充填剤として使用される、フマレート系分解性かつ架橋性のマクロマーでグラフトされたヒドロキシアパタイト粉末の合成に関する。
【００３４】
本発明を、特定の実施態様を参照してかなり詳細に説明した。それゆえ、記載された実施態様以外のものによっても本発明が実行可能であることを当業者は理解するであろう。これらの実施態様は、限定ではなく例示の目的のために提示した。よって、添付の特許請求の範囲は、本明細書中に含まれる実施態様の説明に限定されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１ａ】１つのヒドロキシアパタイトナノ粒子のＴＥＭ顕微鏡写真である。
【図１ｂ】フマル酸／アジピン酸マクロマーのＨ−ＮＭＲスペクトルである。
【図２】ヒドロキシアパタイト（ＨＡ）、３−アクリロイルプロピルトリメトキシシラングラフトヒドロキシアパタイト（ＡｃＨＡ）およびフマル酸／アジピン酸グラフト化ヒドロキシアパタイト（ＳＦＡ−ＨＡ）のＦＴＩＲスペクトルである。
【図３】ヒドロキシアパタイト（左）およびフマル酸／アジピン酸グラフト化ヒドロキシアパタイト（右）のエネルギー分散Ｘ線分光分析スペクトルである。
【図４】ヒドロキシアパタイト（ＨＡ）、３−アクリロイルプロピルトリメトキシシラングラフト化ヒドロキシアパタイト（ＡｃＨＡ）およびフマル酸／アジピン酸グラフト化ヒドロキシアパタイト（ＳＦＡ−ＨＡ）の温度に対する重量減少のグラフである。
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２００３年７月１日付けで出願された米国仮出願第６０／４８４，２１５号により優先権を主張する。
【連邦政府により援助を受けた研究に関する記述】
【０００２】
本研究は、助成金番号Ｒ０１−ＡＲ４５８７１−０２号で国立衛生研究所により援助を受けた。
【発明の背景】
【０００３】
１．発明の分野
本発明は、生分解性複合体中の充填剤として有用なセラミックグラフトマクロマーに関する。特に、生分解性複合体中の充填剤として使用するためのフマレート系分解性かつ架橋性のマクロマーでグラフトされたヒドロキシアパタイトの合成に関する。
【０００４】
２．関連技術の説明
ヒドロキシアパタイト等の生体活性セラミックは、骨固定装置及びインプラントコーティングを含む様々な用途に使用されている。特に、合成ヒドロキシアパタイトは、生分解性ポリマー−セラミック複合体用の充填材料として機能することが魅力的である（たとえば、Lu et al.，Synthetic bone substitutes，Curr. Opin.，Orthop.，11(2000) 383-390参照）。利点としては、骨ミネラルとの組成における類似性、細胞機能の生体活性および促進、並びに骨伝導性が挙げられる。これまでの研究で、ヒドロキシアパタイト表面とマトリックスとの間の界面結合が、ポリマー−セラミック複合体の機械的性質を著しく改善することが示されている（たとえば、Porter et al.，Mechanical properties of a biodegradable bone regeneration scaffold，J. Biomech. Eng. 122 (2000) 286-288; Zhu et al.，Mechanical properties of biodegradable poly(propylene fumarate)/bone fiber composites，Trans. Soc. Biomater.，25(2002) 260;およびDeb et al.，Hydroxyapatite-polyethylene composites; effect of grafting and surface treatment of hydroxyapatite，J. Mater，Sci.; Mater. Med.，7(1996) 191-193参照）。
【０００５】
このように、ヒドロキシアパタイトを生分解性ポリマー−セラミック複合体中に組み入れる方法を改善することが引き続き必要とされている。特に、生分解性ポリマー−ヒドロキシアパタイト複合体のヒドロキシアパタイトとマトリックスとの間の界面結合の改善を達成する方法が必要とされている。
【発明の開示】
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、生分解性マトリックスと化学結合し得る、セラミックグラフト分解性かつ架橋性のマクロマーの合成を提供する。たとえば、フマレート系分解性かつ架橋性のマクロマーでグラフトされたヒドロキシアパタイトは、生分解性複合体中で充填剤として使用され得る。結果として、機械的性質が改善された生分解性および生体活性複合体を、整形用途のために開発することができる。
【０００７】
一態様において、本発明は、生体活性セラミック、すなわちヒドロキシアパタイトは、フマレート単位と飽和二酸(diacid)（たとえば、アジペート）単位とを交互に有する（alternating）置換または無置換のシラン単位を含む、生分解性マクロマーおよび架橋性マクロマーにグラフトされる組成物の合成を提供する。飽和二酸単位は、剛性（rigid）フマレート単位間の柔軟なスペーサとして機能する。
【０００８】
別の態様において、本発明は、高分子マトリックスおよびマトリックスに架橋されるヒドロキシアパタイトグラフト化マクロマーを含む生分解性複合体を提供する。マトリックスは、炭素−炭素二重結合を有し、一つの実施の態様において、マトリックスはポリ（プロピレンフマレート）である。複合体は、骨再生等の組織再生用の足場材(scaffold)として好適である。
【０００９】
さらに別の態様において、本発明は、炭素−炭素二重結合を有するポリマー、ヒドロキシアパタイトグラフト化マクロマー、およびポリマーとヒドロキシアパタイトグラフト化マクロマーとを架橋する架橋剤を含む、架橋性生分解性材料を提供する。架橋性生分解性材料は、代用骨または骨セメントとして使用されてもよい。好ましくは、ポリマーはポリ（プロピレンフマレート）であり、架橋剤は過酸化ベンゾイル等のフリーラジカル開始剤である。
【００１０】
本発明のこれらのおよび他の特徴、態様および利点は、下記の詳細な説明、図面および添付の特許請求の範囲を考慮して、より理解されるであろう。
【発明の詳細な説明】
【００１１】
本発明において、ヒドロキシアパタイト（Ｃａ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２）粉末等の生体活性セラミックスは、炭素−炭素二重結合を有する不飽和二酸由来の単位（たとえば、フマレート単位）を含有するマクロマーでグラフトされる。充填剤として使用される場合、グラフト化マクロマーを、不飽和二重結合を含有するマトリックスに、不飽和二酸（たとえば、フマレート基）由来の単位中に見られる不飽和二重結合によって共有結合的に架橋することができる。さらに、不飽和二酸（たとえば、フマレート基）中のエステル結合は、加水分解しやすく、これによりマクロマーの分解を促進する。
【００１２】
マクロマーは、様々な成分を反応させることにより調製される。マクロマーを合成するのに用いられる反応混合物中の主成分は、不飽和二重結合および２つの加水分解性エステル基を含有する不飽和二酸（たとえば、フマル酸）である。生体活性セラミック（たとえば、ヒドロキシアパタイト）をマクロマーにグラフトし、グラフト化マクロマーをポリ（プロピレンフマレート）等の炭素−炭素二重結合を有する生分解性ポリマーマトリックスと混合した後、マトリックス相におけるポリ（プロピレンフマレート）のフマレート基の不飽和炭素−炭素二重結合は、グラフトヒドロキシアパタイトにおけるマクロマーの不飽和炭素−炭素二重結合と相互に架橋することができる。生体活性セラミック（たとえば、ヒドロキシアパタイト）グラフトマクロマーとマトリックス相との間のこの相互の架橋は、特にねじりモードおよび屈曲モードにおいて、この生分解性および生体活性複合体の機械的強度を著しく改善する。
【００１３】
マクロマーの第２の成分は、柔軟性をマクロマーに付与し、マトリックスのフマレート基とマクロマーの不飽和二酸（たとえば、フマレート基）の反応性が高める、スペーサーである。マクロマー当たりのフマレート基の数、またはグラフト上のフマレート基の密度は、フマレート基に対するスペーサ基の比率を変えることにより制御できる。好ましくは、スペーサは、フマル酸およびポリ（プロピレンフマレート）と適合性がある飽和二酸モノマーであり、このスペーサは、限定はされないが、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸およびセバシン酸等を含む飽和二酸有機化合物から選択される。「適合性」とは、本発明者等は、飽和二酸は、フマル酸とポリ（プロピレンフマレート）との反応を妨げず、かつ飽和二酸は、フマル酸またはポリ（プロピレンフマレート）を分解しないことを意味する。
【００１４】
マクロマーの第３の成分は、主成分をスペーサと結合させ、マクロマーを形成するシランカップリング剤である。シランカップリング剤としては、フマレートモノマーとスペーサモノマーとの間に置換または無置換のシラン結合を形成し、マクロマーを形成する、ジクロロジメチルシラン等の置換または非置換のシランが挙げられる。
【００１５】
マクロマーの第４の成分は、マクロマー鎖の１端へのグラフトを制限するキャッピング剤である。一実施態様において、第４の成分は、スペーサモノマーのアルキルエステル類（たとえば、モノメチルエステル）から選択される。
【００１６】
生体活性セラミックは、ナノメータからマイクロメータまでの範囲の粒径を有する生体活性セラミック粉末であってもよい。これらの大きさは、本発明におけるグラフトに対して好適である。生体活性とは、本発明者等は、身体の構造または機能に影響を与えるか、または所定の生理的環境に置かれた後、生物学的に活性となるか若しくはより活性化する物質を意味する。ヒドロキシアパタイト（Ｃａ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２）粉末は、好ましい生体活性セラミックであり、好ましくは、１０，０００ナノメータより小さい粒径を有する。生体活性セラミックは、マクロマーへのグラフトを容易にするように処理されてもよい。一実施態様において、ヒドロキシアパタイトは、ケイ素化され、マクロマーへのグラフトを容易にする。
【００１７】
マクロマーの調製、並びに主成分であるフマル酸、スペーサとしてのアジピン酸、およびキャッピング剤としてのアジピン酸モノメチルエステルでグラフトする典型的な手順は、下記のとおりである。第１に、ヒドロキシアパタイトウイスカはメタケイ酸ナトリウムでケイ素化される。
【００１８】
第２に、エンドキャップされたマクロマーを合成する。マクロマーを調製するために、フマル酸、アジピン酸およびアジピン酸モノメチルエステルをジメチルクロロシランに添加する。次に、ビス（ジメチルクロロシリル）フマレート、ビス（ジメチルクロロシリル）アジペートおよびジメチルクロロシリルアジペートモノメチルエステルの重縮合を実行する。それにより、一端がアジピン酸モノメチルエステルでキャップされ、かつもう一端に反応性クロロシランを有するフマレート−アジペートマクロマーを得る。重縮合反応の完了後、マクロマー鎖の反応性クロロシラン末端を、過剰量のメタノールで失活させ、アジピン酸モノメチルエステルおよびメトキシシランでキャップされたマクロマーを得る。
【００１９】
第３に、マクロマーをヒドロキシアパタイトナノ粒子の表面にグラフトする。マクロマーをアセトン−水混合物中に溶解し、ケイ素化ヒドロキシアパタイトをこの混合物に添加する。アセトンおよび水を除去した後、マクロマーおよびケイ素化ヒドロキシアパタイトを縮合し、グラフトヒドロキシアパタイトを有するマクロマーを生成する。
【実施例】
【００２０】
本発明をさらに例示するために、次の実施例を示すが、これらは決して本発明を限定するものと意図するものではない。
【００２１】
Ａ．実験
最大界面相互作用およびグラフトの程度に関して、５０ｎｍの平均粒径を有するヒドロキシアパタイトナノ粒子を本研究に使用した。１００および２０ｎｍの長軸および短軸をそれぞれ有するヒドロキシアパタイト（ＨＡ）ウイスカ（Berkely Advanced Biomaterials (San Leandro,CA)）をグラフトに使用した（図１ａ参照）。ＨＡを、Krorasani et al.，Modified hydroxyapatite reinforced PEMA bone cement,およびBone Ceramics，Yamamura，Kokubo and Nakamura,Eds.，Kobunshi Kankokai，Kyoto，Japan，1992，pp. 225-232に記載される方法に従ってケイ素化した。要するに、１グラムのメタケイ酸ナトリウム（ＳＭＳ）（Ａｌｄｒｉｃｈ（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ））を５０ｍｌの蒸留脱イオン水（ＤＤＷ）に溶解し、１グラムのＨＡを添加し、混合物を３時間攪拌した。塩酸でｐＨを６．８に調整し、混合物を一晩攪拌した。混合物を遠心し、固形ケイ素化ＨＡ（ＳｉＨＡ）産物を真空中１５０°で２時間乾燥した。
【００２２】
エンドキャップジメチルジクロロシラン交互フマル酸／アジピン酸（ＳＦＡ）マクロマーを調製するために、Najafi et al.，Preparation of biodegradable poly[(dimethyldichlorosilane)-alt-(fumaric acid/sebasic acid)]-co-PEG block copolymer，Polymer，43 (2002) 6363-6368における手順を改良し、メトキシシランおよびアジピン酸モノメチルエステル（ｍＡＡ）でそれぞれマクロマーの鎖末端をキャップした。すべての反応物は、Ａｌｄｒｉｃｈから得られ、かつそれらの反応物は、与えられた状態で使用された。典型的な手順では、０．２モルのフマル酸（ＦＡ）、０．２モルのアジピン酸（ＡＡ）、および０．０４５モルのｍＡＡを、１．３３５モルのジメチルクロロシラン（ＤＭＣＳ）を含有する三口反応フラスコに乾燥窒素雰囲気中、攪拌下で加えた。シリル化反応を還流下で１２時間実行し、発生したＨＣｌをＮａＯＨ水溶液中に取り込んだ。次に、ビス（ジメチルクロロシリル）フマレート、ビス（ジメチルクロロシリル）アジペートおよびジメチルクロロシリルアジペートモノメチルエステルの重縮合を１０ｍｍＨｇの真空下、１２０℃で、４時間実行し、一端がｍＡＡでキャップされ、かつもう一端に反応性クロロシランを有するＳＦＡマクロマーを得た。重縮合反応中に生成されたＤＭＣＳ副生成物を真空中で連続的に除去した。重縮合反応の完了後、ＳＦＡ鎖の反応性クロロシラン末端を、過剰量のメタノールで失活させ、ｍＡＡでキャップされたＳＦＡマクロマーおよびメトキシシラン（ｍＳｉ）を得た。過剰量のメタノールをロータリーエバポレーション（ｒｏｔｏｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）により除去した。マクロマーを塩化メチレン中に再溶解し、冷却エーテル中に２回析出した。マクロマーを真空下で少なくとも１２時間乾燥し、グラフト前に−２０℃で貯蔵した。比較のために、３−アクリロイルプロピルトリメトキシシラン（ＡｃＨＡ）もＳｉＨＡに同様の手順でグラフトした。
【００２３】
次の手順を使用し、マクロマーをＳｉＨＡの表面にグラフトした。ＳＦＡマクロマーを反応フラスコ内で５０ｍｌの７０／３０アセトン−水混合物中に溶解した。ＳｉＨＡをこの溶液に窒素雰囲気中、激しく混合しながら添加した。１００℃でアセトンおよび水を除去した後、マクロマーおよびＳｉＨＡを１２０℃で２時間縮合し、反応副生成物であるメタノールを反応中に連続的に除去した。グラフト化ＨＡをＴＨＦで少なくとも３回洗浄し、遠心し、かつ真空下で乾燥した。生成物は、使用まで−２０℃で貯蔵された。
【００２４】
１Ｈ−ＮＭＲを使用し、マクロマー中のフマレート基およびアジペート基の存在を確認した。１Ｈ−ＮＭＲスペクトルを外界温度でＢｒｕｋｅｒ Ａｖａｎｃｅ５００ＭＨｚシステム（Ｂｒｕｋｅｒ Ａｎａｌｙｔｉｋ ＧｍｂＨ（Ｒｈｅｉｎｓｔｅｔｔｅｎ，Ｇｅｒｍａｎｙ））を用いて記録した。パルス角、パルス幅、遅延時間、捕捉時間、解像度、およびスキャン数はそれぞれ、９０°、６μｓｅｃ、７ｓ．、３ｓ．、０．１７Ｈｚおよび３２であった。マクロマー溶液を、１％ｖ／ｖトリメチルシラン（ＴＭＳ）を内標準物質として含有する重水素化クロロホルム（重水素化９９．８原子％、Ａｌｄｒｉｃｈ）を用いて、５０ｍｇ／ｍｌの濃度で調製した。
【００２５】
ＦＴＩＲ、熱重量分析器（ＴＧＡ）およびエネルギー分散Ｘ線分光分析（ＥＤＳ）を使用して、グラフト化ヒドロキシアパタイトを固定した。ＦＴＳ−４０ＦＴＩＲ（Ｂｉｏ−Ｒａｄ（Ｈｅｒｃｕｌｅｓ，ＣＡ））を使用して、乾燥窒素雰囲気中、２００の平均スキャンおよび２ｃｍ−１の解像度でスペクトルを収集した。グラフト化ＨＡを音波処理によりパーフルオロデカリン（Ａｌｄｒｉｃｈ）中にけん濁し、２つのＣａＦ２ディスク（Ｗｉｌｍａｄ Ｇｌａｓｓ（Ｂｕｅｎａ，ＮＪ））間の１０μｍ×３ｍｍ空隙中に注入した。２つのＣａＦ２ディスク間のパーフルオロデカリンを対照セルとして使用した。
【００２６】
ＴＧＡ２０５０熱重量分析器（ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（Ｎｅｗ Ｃａｓｔｌｅ，ＤＥ））を使用し、グラフトの程度を測定した。およそ５ｍｇのグラフト化ヒドロキシアパタイトを空気雰囲気中で２０℃／分の速度で加熱した。重量減少を時間の関数として記録した。ＴＧＡを１００ｍｇのＭ級標準物質およびニッケルのキュリー温度をそれぞれ用いて、重量および温度について校正した。
【００２７】
エネルギー分散Ｘ線分光分析の場合、グラフト化ヒドロキシアパタイト粉末をプラスチックＢＥＥＭカプセル（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ（Ｆｏｒｔ Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，ＰＡ））内のＳｐｕｒｒ樹脂中に包埋し、熱対流炉内で一晩重合した。塊をＵｌｔｒａＳクライオウルトラミクロト−ム（Ｌｅｉｃａ（Ｄｅｅｒｆｉｅｌｄ，ＩＬ））で８０ｎｍの厚さに切片化した。無染色切片を銅グリッド上に置き、元素の発光されたＸ線エネルギーをＰｈｉｌｉｐｓ ＣＭ１２ ＳＴＥＭ ＰＷ６０３０透過電子顕微鏡（Ｐｈｉｌｉｐｓ（Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ，Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ））を有するＮｏｒａｎ Ｖａｎｔａｇｅ Ｘ−ｒａｙ Ｍｉｃｒｏａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ（Ｎｏｒａｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（Ｍｉｄｄｌｅｔｏｎ，ＷＩ））を用いて収集した。
【００２８】
Ｂ．結果と考察
図１ｂにＳＦＡマクロマーの１Ｈ−ＮＭＲスペクトルを示す。６．９ｐｐｍにピーク位置を有するシフトは、ＦＡのフマレート基の水素に起因する。３．７ｐｐｍおよび３．８ｐｐｍで中心を示すピークを有するシフトは、２つのメチレン基に結合するＡＡおよびｍＡＡのメチレンの水素に起因する。２．４ｐｐｍおよび１．７ｐｐｍで中心を示すピークを有するシフトは、メチレン基およびカルボキシル基に結合するＡＡおよびｍＡＡのメチレン基の水素に起因する。０．１ｐｐｍにピーク位置を有するシフトは、ｍＡＡのメトキシ基のメチルの水素に起因する。ＮＭＲスペクトルによると、マクロマー中のＦＡ：ＡＡ：ｍＡＡの比は、１：２：１であり、供給比の２：２：０．４５とは異なる。これは、ＡＡおおびｍＡＡが、ＦＡに比べてマクロマー中に優位に組み込まれることを示す。
【００２９】
図２は、ＡｃＨＡおよびＳＦＡグラフト化ＨＡに対する、ＨＡのＦＴＩＲを示す。ＡｃＨＡのスペクトルにおいて２，９００および２，９５０ｃｍ−１で中心を示すピーク位置を有する吸収バンドは、ＨＡのスペクトル中には存在しない、３−アクリルオキシプロピルのＣＨ基およびＣＨ２基のＣＨ伸縮振動に起因する。同様に、ＳＦＡ−ＨＡのスペクトルにおいて２，８８５および２，９８５ｃｍ−１で中心を示すピークを有するバンドは、ＨＡのスペクトル中には存在しない、アジペートのＣＨ２基のＣＨ伸縮振動に起因する。ＡｃＨＡおよびＳＦＡ−ＨＡのスペクトルにおいて、１，７２０ｃｍ−１で中心を示すピークを有するバンドは、ＨＡのスペクトル中には存在しない、カルボキシル基のＣ＝Ｏ伸縮振動に起因する。ＡｃＨＡのスペクトルにおいて、１，６３５ｃｍ−１で中心を示すピークを有する弱い吸収バンドは、ＨＡおよびＳＦＡ−ＨＡのスペクトル中には存在しない、ＡｃのＣＨ２＝ＣＨＣＯＯ−ビニル基のＣ＝Ｃ伸縮振動に起因する。ＳＦＡ−ＨＡのスペクトルにおいて、１，６６０ｃｍ−１で中心を示すピークを有する弱い吸収バンドは、ＨＡおよびＡｃＨＡのスペクトル中には存在しない、ＳＦＡのフマレート基のＣ＝Ｃ伸縮振動に起因する。
【００３０】
図３において、ＨＡのエネルギー分散Ｘ線分光分析スペクトルをＳＦＡ−ＨＡと比較する。両スペクトルは、ＨＡ中の亜リン酸に起因して２．０ＫｅＶに、ＨＡ中のカルシウムに起因して３．７および４．０ＫｅＶに、かつ包埋樹脂中の塩素に起因して２．６ＫｅＶに発光バンドを示す。さらに、ＨＡのスペクトル中には存在しないグラフトのシリケート基およびジメチルシラン基のために、ケイ素に起因する１．７ＫｅＶで中心を示すピークがＳＦＡ−ＨＡのスペクトル中に存在する。ＥＤＳおよびＦＴＩＲのスペクトルは、ＳＦＡマクロマーがＨＡ表面にうまくグラフトされたことを示す。ＳＦＡ−ＨＡのＦＴＩＲスペクトル中のＣ＝Ｃ吸収バンドの存在は、グラフト化ＨＡが分子内および分子間架橋に関与し得ることを示す。
【００３１】
ＨＡ、ＡｃＨＡおよびＳＦＡ−ＨＡの温度に対する重量減少を図４に示す。温度が上昇するにつれて、ＡｃＨＡおよびＳＦＡ−ＨＡの空気中におけるグラフトの分解が３５０℃で開始したが、６００℃および７００℃でそれぞれ終了した。ＡｃＨＡのグラフトでは、３５０°〜６００℃の温度で連続的な重量減少があった。しかしながら、ＳＦＡ−ＨＡでは、重量減少は段階的に、それぞれ３５０°、５００°および７００℃で中心を示す３段階で起こった。ＳＦＡ−ＨＡのグラフトの段階的な分解は、フマレート基、アジペート基およびジメチルシラン基を含む、グラフトの構成成分の異なる分解温度が原因であった。図４における熱重量分析データによると、ＡｃＡおよびＳＦＡ−ＨＡのグラフトの程度はそれぞれ、１２重量％および１５重量％であった。
【００３２】
それゆえ、フマレート単位とアジペート単位とを交互に有するジメチルシラン単位を含むマクロマーの一例が合成された。マクロマーのアジペート単位とフマレート単位は分解性であり、フマレート基は架橋され得る。マクロマーは、ケイ素化ヒドロキシアパタイトへのグラフトのために、メトキシシラン基を用いて一端でキャップした。マクロマーをケイ素化ヒドロキシアパタイトにグラフトし、ＦＴＩＲ、エネルギー分散Ｘ線分光分析および熱重量分析器によって確認した。ＦＴＩＲにより、フマレート基およびアジペート基がヒドロキシアパタイト表面上に存在するのを確認した。エネルギー分散Ｘ線分光分析により、ケイ素がヒドロキシアパタイト表面上に存在するのを確認した。熱重量分析の結果より、グラフトの程度は１５重量％であった。ヒドロキシアパタイトにグラフトされたこれらの生分解性かつ架橋性のマクロマーは、整形組織工学用途における複合生体材料の開発に対して有用であり得る。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、生分解性複合体中の充填剤として使用される、フマレート系分解性かつ架橋性のマクロマーでグラフトされたヒドロキシアパタイト粉末の合成に関する。
【００３４】
本発明を、特定の実施態様を参照してかなり詳細に説明した。それゆえ、記載された実施態様以外のものによっても本発明が実行可能であることを当業者は理解するであろう。これらの実施態様は、限定ではなく例示の目的のために提示した。よって、添付の特許請求の範囲は、本明細書中に含まれる実施態様の説明に限定されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１ａ】１つのヒドロキシアパタイトナノ粒子のＴＥＭ顕微鏡写真である。
【図１ｂ】フマル酸／アジピン酸マクロマーのＨ−ＮＭＲスペクトルである。
【図２】ヒドロキシアパタイト（ＨＡ）、３−アクリロイルプロピルトリメトキシシラングラフトヒドロキシアパタイト（ＡｃＨＡ）およびフマル酸／アジピン酸グラフト化ヒドロキシアパタイト（ＳＦＡ−ＨＡ）のＦＴＩＲスペクトルである。
【図３】ヒドロキシアパタイト（左）およびフマル酸／アジピン酸グラフト化ヒドロキシアパタイト（右）のエネルギー分散Ｘ線分光分析スペクトルである。
【図４】ヒドロキシアパタイト（ＨＡ）、３−アクリロイルプロピルトリメトキシシラングラフト化ヒドロキシアパタイト（ＡｃＨＡ）およびフマル酸／アジピン酸グラフト化ヒドロキシアパタイト（ＳＦＡ−ＨＡ）の温度に対する重量減少のグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素−炭素二重結合を有する不飽和二酸と飽和二酸とを反応させることによって調製されるマクロマーと、
前記マクロマーにグラフトされる生体活性セラミックと
を含むことを特徴とする組成物。
【請求項２】
前記炭素−炭素二重結合を有する不飽和二酸は、フマル酸であることを特徴とする、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
前記飽和二酸は、フマル酸およびポリ（プロピレンフマレート）と適合性がある二酸類から選択されることを特徴とする、請求項２に記載の組成物。
【請求項４】
前記飽和二酸は、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸およびこれらの混合物から選択されることを特徴とする、請求項３に記載の組成物。
【請求項５】
前記生体活性セラミックはヒドロキシアパタイトであることを特徴とする、請求項２に記載の組成物。
【請求項６】
前記ヒドロキシアパタイトは、シリケート基によってマクロマーにグラフトされることを特徴とする、請求項５に記載の組成物。
【請求項７】
前記マクロマーは、前記炭素−炭素二重結合を有する不飽和二酸と、前記飽和二酸と、シランカップリング剤とを反応させることによって調製されることを特徴とする、請求項１に記載の組成物。
【請求項８】
前記炭素−炭素二重結合を有する不飽和二酸は、フマル酸であり、
前記飽和二酸は、フマル酸およびポリ（プロピレンフマレート）と適合性がある二酸類から選択され、かつ
前記シランカップリング剤は、ジハロジアルキルシランである、
ことを特徴とする請求項７に記載の組成物。
【請求項９】
前記飽和二酸は、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸およびこれらの混合物から選択されることを特徴とする、請求項８に記載の組成物。
【請求項１０】
前記マクロマーは、前記炭素−炭素二重結合を有する不飽和二酸と、前記飽和二酸と、前記シランカップリング剤と、前記飽和二酸のエステルとを反応させることによって調製されることを特徴とする、請求項７に記載の組成物。
【請求項１１】
前記飽和二酸は、アジピン酸であり、
前記シランカップリング剤は、ジクロロジメチルシランであり、かつ
前記エステルは、アジピン酸のモノメチルエステルである、
ことを特徴とする請求項１０に記載の組成物。
【請求項１２】
前記生体活性セラミックは、１０，０００ナノメータより小さい粒径を有するヒドロキシアパタイト粒子を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の組成物。
【請求項１３】
シラン単位、炭素−炭素二重結合を有する不飽和二酸由来の単位、および飽和二酸由来の単位を含むマクロマーと、
前記マクロマーにグラフトされる生体活性セラミックと
を含むことを特徴とする組成物。
【請求項１４】
前記マクロマーは、シラン単位、フマレート単位、および飽和二酸由来の単位を含み、かつ
前記生体活性セラミックは、ヒドロキシアパタイトである、
ことを特徴とする請求項１３に記載の組成物。
【請求項１５】
前記マクロマーは、シラン単位、フマレート単位、およびアジペート単位を含み、かつ
前記生体活性セラミックは、ヒドロキシアパタイトである、
ことを特徴とする請求項１３に記載の組成物。
【請求項１６】
前記生体活性セラミックは、ヒドロキシアパタイトであることを特徴とする、請求項１３に記載の組成物。
【請求項１７】
前記ヒドロキシアパタイトは、シリケート基によって前記マクロマーにグラフトされることを特徴とする、請求項１６に記載の組成物。
【請求項１８】
（ａ）高分子マトリックスと
（ｂ）前記マトリックスに架橋される、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の前記組成物
を含むことを特徴とする生分解性複合体。
【請求項１９】
前記マトリックスは、炭素−炭素二重結合を有することを特徴とする、請求項１８に記載の複合体。
【請求項２０】
前記マトリックスは、ポリ（プロピレンフマレート）を含むことを特徴とする、請求項１９に記載の複合体。
【請求項２１】
前記複合体は、組織再生用の足場材として好適であることを特徴とする、請求項１８に記載の複合体。
【請求項２２】
前記組織は骨であることを特徴とする、請求項２１に記載の複合体。
【請求項２３】
炭素−炭素二重結合を有するポリマーと、
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の前記組成物と、
前記ポリマーと前記組成物とを架橋する架橋剤
を含むことを特徴とする架橋性生分解性材料。
【請求項２４】
前記ポリマーは、ポリ（プロピレンフマレート）を含むことを特徴とする、請求項２３に記載の材料。
【請求項２５】
前記架橋剤は、フリーラジカル開始剤であることを特徴とする、請求項２４に記載の材料。
【請求項１】
炭素−炭素二重結合を有する不飽和二酸と飽和二酸とを反応させることによって調製されるマクロマーと、
前記マクロマーにグラフトされる生体活性セラミックと
を含むことを特徴とする組成物。
【請求項２】
前記炭素−炭素二重結合を有する不飽和二酸は、フマル酸であることを特徴とする、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
前記飽和二酸は、フマル酸およびポリ（プロピレンフマレート）と適合性がある二酸類から選択されることを特徴とする、請求項２に記載の組成物。
【請求項４】
前記飽和二酸は、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸およびこれらの混合物から選択されることを特徴とする、請求項３に記載の組成物。
【請求項５】
前記生体活性セラミックはヒドロキシアパタイトであることを特徴とする、請求項２に記載の組成物。
【請求項６】
前記ヒドロキシアパタイトは、シリケート基によってマクロマーにグラフトされることを特徴とする、請求項５に記載の組成物。
【請求項７】
前記マクロマーは、前記炭素−炭素二重結合を有する不飽和二酸と、前記飽和二酸と、シランカップリング剤とを反応させることによって調製されることを特徴とする、請求項１に記載の組成物。
【請求項８】
前記炭素−炭素二重結合を有する不飽和二酸は、フマル酸であり、
前記飽和二酸は、フマル酸およびポリ（プロピレンフマレート）と適合性がある二酸類から選択され、かつ
前記シランカップリング剤は、ジハロジアルキルシランである、
ことを特徴とする請求項７に記載の組成物。
【請求項９】
前記飽和二酸は、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸およびこれらの混合物から選択されることを特徴とする、請求項８に記載の組成物。
【請求項１０】
前記マクロマーは、前記炭素−炭素二重結合を有する不飽和二酸と、前記飽和二酸と、前記シランカップリング剤と、前記飽和二酸のエステルとを反応させることによって調製されることを特徴とする、請求項７に記載の組成物。
【請求項１１】
前記飽和二酸は、アジピン酸であり、
前記シランカップリング剤は、ジクロロジメチルシランであり、かつ
前記エステルは、アジピン酸のモノメチルエステルである、
ことを特徴とする請求項１０に記載の組成物。
【請求項１２】
前記生体活性セラミックは、１０，０００ナノメータより小さい粒径を有するヒドロキシアパタイト粒子を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の組成物。
【請求項１３】
シラン単位、炭素−炭素二重結合を有する不飽和二酸由来の単位、および飽和二酸由来の単位を含むマクロマーと、
前記マクロマーにグラフトされる生体活性セラミックと
を含むことを特徴とする組成物。
【請求項１４】
前記マクロマーは、シラン単位、フマレート単位、および飽和二酸由来の単位を含み、かつ
前記生体活性セラミックは、ヒドロキシアパタイトである、
ことを特徴とする請求項１３に記載の組成物。
【請求項１５】
前記マクロマーは、シラン単位、フマレート単位、およびアジペート単位を含み、かつ
前記生体活性セラミックは、ヒドロキシアパタイトである、
ことを特徴とする請求項１３に記載の組成物。
【請求項１６】
前記生体活性セラミックは、ヒドロキシアパタイトであることを特徴とする、請求項１３に記載の組成物。
【請求項１７】
前記ヒドロキシアパタイトは、シリケート基によって前記マクロマーにグラフトされることを特徴とする、請求項１６に記載の組成物。
【請求項１８】
（ａ）高分子マトリックスと
（ｂ）前記マトリックスに架橋される、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の前記組成物
を含むことを特徴とする生分解性複合体。
【請求項１９】
前記マトリックスは、炭素−炭素二重結合を有することを特徴とする、請求項１８に記載の複合体。
【請求項２０】
前記マトリックスは、ポリ（プロピレンフマレート）を含むことを特徴とする、請求項１９に記載の複合体。
【請求項２１】
前記複合体は、組織再生用の足場材として好適であることを特徴とする、請求項１８に記載の複合体。
【請求項２２】
前記組織は骨であることを特徴とする、請求項２１に記載の複合体。
【請求項２３】
炭素−炭素二重結合を有するポリマーと、
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の前記組成物と、
前記ポリマーと前記組成物とを架橋する架橋剤
を含むことを特徴とする架橋性生分解性材料。
【請求項２４】
前記ポリマーは、ポリ（プロピレンフマレート）を含むことを特徴とする、請求項２３に記載の材料。
【請求項２５】
前記架橋剤は、フリーラジカル開始剤であることを特徴とする、請求項２４に記載の材料。
【図１ａ】
【図１ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図１ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２００７−５２８９０８（Ｐ２００７−５２８９０８Ａ）
【公表日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５１７７６８（Ｐ２００６−５１７７６８）
【出願日】平成１６年６月２９日（２００４．６．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０２０８４２
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０１９３１３
【国際公開日】平成１７年３月３日（２００５．３．３）
【出願人】（５００４８０９１９）メイヨ フオンデーシヨン フオー メデイカル エジユケーシヨン アンド リサーチ (18)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月２９日（２００４．６．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０２０８４２
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０１９３１３
【国際公開日】平成１７年３月３日（２００５．３．３）
【出願人】（５００４８０９１９）メイヨ フオンデーシヨン フオー メデイカル エジユケーシヨン アンド リサーチ (18)
【Ｆターム（参考）】
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