JP2000245821A

JP2000245821A - 生体活性セメント組成物

Info

Publication number: JP2000245821A
Application number: JP11053862A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Kitamura; 嘉朗北村; Kiyoyuki Okunaga; 清行奥長; Satoshi Yoshihara; 聡吉原; Ken Choju; 研長寿
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 1999-03-02
Filing date: 1999-03-02
Publication date: 2000-09-12

Abstract

(57)【要約】【課題】自然骨と直接結合することが可能であり、し
かも操作性がよい生体活性セメント組成物を提供する。【解決手段】生体活性材料粉末、メタクリレート系ポ
リマー粉末、メタクリレート系モノマー、重合開始剤及
び重合促進剤からなり、メタクリレート系ポリマー粉末
が、球状物及び破砕物の混合物からなることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、整形外科分野や口腔外
科分野等で用いられるインプラント材料の接着固定や骨
欠損部の充填、脳神経外科分野における頭蓋欠損部の再
建等に使用される生体活性セメント組成物に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、整形外科分野や口腔外科分野等で
用いられるインプラント材料の接着固定や骨欠損部の充
填、脳神経外科分野における頭蓋欠損部の再建等に使用
されるセメント材料として、メタクリレート系ポリマー
粉末（ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等）とメ
タクリレート系モノマー（メチルメタクリレート（ＭＭ
Ａ）等）からなるＰＭＭＡセメントが広く知られてい
る。ところがこのセメントは生体活性がなく、長期間に
亘る埋入によって、ルーズニングの問題が生じるという
欠点を有している。

【０００３】一方、生体活性を示す材料として、ハイド
ロキシアパタイト、Ｃａを含有するガラスや結晶化ガラ
ス等が知られている。これらの材料は、生体内に埋入す
ると自然骨と化学的に結合するという特徴を有してお
り、インプラント材料として使用されている。

【０００４】そこで、ＰＭＭＡセメントに生体活性を付
与するために、これらの生体活性材料粉末を添加するこ
とが検討されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら生体活性
材料粉末を添加したＰＭＭＡセメントは、ガラス粉末が
硬化体表面に露出し難いために生体活性を示すことが困
難であり、また表面に露出し易いように生体活性材料粉
末を多量に添加するとセメントの操作性が悪くなるとい
う問題が生じてしまう。

【０００６】本発明の目的は、自然骨と直接結合するこ
とが可能であり、しかも操作性がよい生体活性セメント
組成物を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は種々の実験
を行った結果、球状のメタクリレート系ポリマー粉末と
破砕状のメタクリレート系ポリマー粉末を併用すること
により、上記目的が達成できることを見いだし、本発明
として提案するものである。

【０００８】即ち、本発明の生体活性セメント組成物
は、生体活性材料粉末、メタクリレート系ポリマー粉
末、メタクリレート系モノマー、重合開始剤及び重合促
進剤からなり、メタクリレート系ポリマー粉末が、球状
物及び破砕物の混合物からなることを特徴とする。

【０００９】本発明において使用する生体活性材料粉末
は、生体内に埋入すると自然骨と化学的に結合するとい
う特徴を有するものであり、これによってセメント硬化
体が自然骨と結合できる。

【００１０】生体活性材料粉末としては、ハイドロキシ
アパタイト、第３リン酸カルシウム等のリン酸カルシウ
ム化合物や、ＣａＯ−ＳｉＯ₂−Ｐ₂ Ｏ₅−ＭｇＯ−Ｃａ
Ｆ₂系等のＣａ含有ガラス又は結晶化ガラスが使用でき
る。

【００１１】なお生体活性材料粉末の含有量は１０〜８
０重量％の範囲にあることが望ましい。生体活性材料粉
末の含有量が１０重量％より少ないと十分な生体活性を
得ることが難しくなり、８０重量％より多くなるとセメ
ントの操作性が悪くなったり、経時的な強度劣化が大き
くなってしまう。またシランカップリング処理しておく
と、メタクリレート系モノマーとの馴染みがよくなって
セメント硬化体の強度が大きくなるとともに、粉末表面
が疎水基を持つために血液の阻害性がなくなり、セメン
トが硬化し易くなる。なおシランカップリング処理を施
すに当たっては、弱酸〜中性領域（ｐＨ５〜８程度）で
行うことが好ましい。

【００１２】メタクリレート系ポリマー粉末は、メタク
リレート系モノマーの重合に必要な成分であり、懸濁重
合或いは乳化重合で得られる球状物と、塊状重合、懸濁
重合等で得られるポリマーをボールミル等で機械的に破
砕した破砕物を使用する。球状物は、モノマーに対する
溶解性が低いため、生体活性材料粉末を硬化体表面に露
出し易くさせる働きがある。破砕物は、モノマーに対す
る溶解性が高いため、モノマーと混合すると滑らかな餅
状になり、セメントの操作性を向上させる働きがある。

【００１３】球状物と破砕物の混合割合は、重量比で
１：９〜９：１、特に３：７〜８：２であることが望ま
しい。混合割合をこのように限定する理由は、球状物の
割合が少なくなると生体活性材料粉末が硬化体表面に露
出しにくくなり、破砕物が少ないと操作性が悪くなるた
めである。

【００１４】メタクリレート系ポリマー粉末としては、
ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）が好ましいが、
これ以外にもポリエチルメタクリレート（ＰＥＭＡ）、
メチルメタクリレートとスチレンやエチルメタクリレー
トの共重合体等を単独で、或いは２種以上を組み合わせ
て使用することができる。

【００１５】なおメタクリレート系ポリマー粉末の含有
量は５〜８０重量％であることが好ましく、これより多
くなると相対的に生体活性材料粉末が少なくなるために
生体活性が低下し、逆に少なすぎると操作性が悪くなる
とともに、メタクリレート系モノマーが重合し難くなっ
て機械的強度が低下する。またメタクリレート系ポリマ
ー粉末の組み合わせは、球状物及び破砕物を各１種類ず
つ使用する場合に限られるものではなく、例えば１種類
の球状物と２種類の破砕物を組み合わせる等、種々の組
み合わせが可能である。

【００１６】メタクリレート系モノマーは、２次元重合
するモノマーであり、硬化時に急激に粘性が増大しない
ため操作性に優れている。

【００１７】メタクリレート系モノマーとしては、現在
整形外科領域で使用されているメチルメタクリレート
（ＭＭＡ）が最も好ましいが、これ以外にもエチルメタ
クリレート（ＥＭＡ）等が使用可能である。なおメタク
リレート系モノマーの含有量は１０〜６０重量％が好ま
しい。

【００１８】メタクリレート系モノマーに加え、ジメタ
クリレート系モノマーを添加することも可能である。ジ
メタクリレート系モノマーは、３次元的に重合して高強
度のポリマーとなるモノマーであり、硬化後は体内で長
期にわたって安定し、機械的強度が低下し難いものであ
る。ジメタクリレート系モノマーとしては２，２−ビス
［４−（３メタクリロキシ−２−ハイドロキシプロポキ
シ）フェニル］プロパンン（Ｂｉｓ−ＧＭＡ）、２，２
−ビス（４−メタクリロキシエトキシフェニル）プロパ
ン（Ｂｉｓ−ＭＥＰＰ）、トリエチレングリコールジメ
タクリレート（ＴＥＧＤＭＡ）、ジエチレングリコール
ジメタクリレート（ＤＥＧＤＭＡ）、エチレングリコー
ルジメタクリレート（ＥＧＤＭＡ）等を使用することが
できる。

【００１９】なお、生体活性材料粉末、メタクリレート
系ポリマー粉末等からなる粉末成分と、メタクリレート
系モノマー等からなる液体成分の粉液比は、重量比で粉
末：液体が５０：５０〜９０：１０であることが望まし
い。

【００２０】さらに本発明の生体活性セメント組成物
は、重合開始剤と重合促進剤を含有する。

【００２１】重合開始剤は粉末成分に添加して使用す
る。添加量は粉末成分１００重量部に対して０．１〜８
重量部が好ましく、０．１重量部より少ないと効果が殆
どなく、８重量部より多いと硬化時間が速くなって操作
性が悪くなりやすい。なお重合開始剤としては、過酸化
ベンゾイル、トリ−ｎ−ブチルボラン等を使用すること
ができる。

【００２２】重合促進剤は液体成分に添加して使用す
る。添加量はモノマー１００重量部に対して０．１〜８
重量部が好ましい。重合促進剤が０．１重量部より少な
いとモノマーを重合させる際に１００℃以上に加熱しな
ければならないので、実際の手術場では使用できない。
また８重量部より多いと硬化時間が速くなって操作性が
悪くなりやすい。なお重合促進剤としては、Ｎ，Ｎ−ジ
メチル−Ｐ−トルイジン等の第３級アミンを使用するこ
とができる。

【００２３】また本発明の生体活性セメント組成物は、
上記成分以外にも、薬剤、骨形成因子、重合抑制剤、重
合禁止剤、酸化防止剤等種々の成分を必要に応じて添加
することができる。

【００２４】本発明の生体活性セメント組成物の提供形
態は、粉末−液体系であり、ユーザーは粉末と液体を混
合して使用すればよい。

【００２５】

【作用】粉末−液体系で提供される本発明の生体活性セ
メント組成物は、粉末と液体を混合すると重合反応が起
こり、３〜１５分程度の時間で硬化が完了する。硬化ま
での時間内はセメントを所望の形状に自由に成形でき
る。

【００２６】また生体内で硬化したセメントは、表面に
生体活性材料粉末が露出しており、Ｃａ²⁺イオンを溶出
することができる。溶出したＣａ²⁺イオンは体液中のＰ
Ｏ₄ ^-イオンと反応する結果、硬化体表面に生体類似のア
パタイト層を形成する。これにより、セメント硬化体が
自然骨と化学的に結合することができる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明を実施例及び比較例に基づいて
詳細に説明する。

【００２８】表１は本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜
３）、及び比較例（試料Ｎｏ．４、５）を示すものであ
る。

【００２９】

【表１】

【００３０】［試料の調製］各試料は次のようにして調
製した。

【００３１】まずハイドロキシアパタイト粉末、球状の
メタクリレート系ポリマー粉末、破砕状のメタクリレー
ト系ポリマー粉末を用意した。

【００３２】ハイドロキシアパタイト粉末としては、焼
成温度１２００℃、平均粒径５μｍの破砕物を使用し
た。なおこの粉末は、ｐＨ６に調製したシランカップリ
ング剤を用いて表面処理を施した。

【００３３】球状及び破砕状のメタクリレート系ポリマ
ー粉末には、重量平均分子量２０万のＰＭＭＡ粉末を使
用した。

【００３４】次にハイドロキシアパタイト粉末、球状及
び破砕状のメタクリレート系ポリマー粉末を表に示す割
合で秤量し、さらに重合開始剤として過酸化ベンゾイル
を添加して混合した。

【００３５】また、メタクリレート系モノマーとしてＭ
ＭＡを用意し、さらに重合促進剤としてＮ，Ｎ−ジメチ
ル−ｐ−トルイジンを添加して混練した。

【００３６】このようにして粉末−液体系の試料を得
た。

【００３７】なお過酸化ベンゾイル、Ｎ，Ｎ−ジメチル
−ｐ−トルイジンの添加量は、約７分で硬化するよう
に、それぞれモノマーの総量１００重量部に対して３重
量部及び１重量部とした。

【００３８】［評価］各試料について、周囲骨との結合
の有無、及び操作性について評価した。結果を表に示
す。

【００３９】なお周囲骨との結合の有無については、ラ
ットの脛骨髄腔内に試料を埋入した後、８週間後に埋入
部位を取り出し、試料と自然骨が直接結合している部分
が存在するかどうかを評価した。これは埋入した試料片
の表面を電子顕微鏡で観察し、ＥＰＭＡの線分析にて確
認した。操作性については、混合開始から３分後の試料
を手で持ち、試料の練和のし易さや伸び易さを評価し、
伸びが良く、作業しやすいものを「○」、伸びが悪く、
バサつき感のあるものを「×」で示した。

【００４０】表から明らかなように、本発明の実施例で
あるＮｏ．１〜３の試料は、周囲骨との結合が認めら
れ、また操作性が良好であった。

【００４１】一方、比較例である試料Ｎｏ．４は周囲骨
との結合が認められたものの、破砕状のＰＭＭＡ粉末を
使用しなかったために操作性が悪かった。試料Ｎｏ．５
は操作性が良好であったものの、球状のＰＭＭＡ粉末を
使用しなかったために周囲骨との結合が認められなかっ
た。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の生体活性
セメント組成物は、自然骨と直接結合することが可能で
あり、しかも操作性が良好である。それゆえ整形外科分
野、脳神経外科分野、口腔外科分野等の領域におけるイ
ンプラント材料の接着固定用、骨欠損部の充填用、頭蓋
欠損部の再建用等として好適である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者長寿研滋賀県大津市晴嵐２丁目７番１号日本電気硝子株式会社内Ｆターム(参考） 4C081 AB04 AB06 AC04 BA13 BB04 CA082 CC01 CC05 CD28 CE02 CE08 CE11 CF011 CF021 CF031 CF061 DB02 DC03 DC12 EA05 4C089 AA06 BA03 BA16 BC06 BD03 BE03 CA02 CA07 CA09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】生体活性材料粉末、メタクリレート系ポ
リマー粉末、メタクリレート系モノマー、重合開始剤及
び重合促進剤からなり、メタクリレート系ポリマー粉末
が、球状物及び破砕物の混合物からなることを特徴とす
る生体活性セメント組成物。
【請求項２】メタクリレート系ポリマー粉末が、ポリ
メチルメタクリレート粉末であることを特徴とする請求
項１の生体活性セメント組成物。
【請求項３】球状物と破砕物の割合が重量比で１：９
〜９：１であることを特徴とする請求項１の生体活性セ
メント組成物。
【請求項４】メタクリレート系モノマーが、メチルメ
タクリレートであることを特徴とする請求項１の生体活
性セメント組成物。
【請求項５】重合開始剤が、過酸化ベンゾイルである
ことを特徴とする請求項１の生体活性セメント組成物。
【請求項６】重合促進剤が、Ｎ，Ｎ−ジメチル−ｐ−
トルイジンであることを特徴とする請求項１の生体活性
セメント組成物。