JP5976014B2 - 注入可能な自硬アパタイトセメントを含有する組成物 - Google Patents
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Description
本発明は、骨セメント(接合剤)組成物に関する。より詳細には、本発明は、生体中で生物学的適合性があり、生体活性でそして生分解性であるバイオ吸収可能な自硬アパタイト(SHA)セメント組成物に関する。本発明の自硬アパタイトセメント組成物は、骨充填材として、人間における人工関節又は折れた骨の固定化用に適切であり、そして、デリバリー手段としても使用可能である。
骨セメント及びリン酸カルシウムセメントは、人間における人工関節又は折れた骨の固定化用に現在使用されている接合剤の2つの主要な群である。
1.骨統合及び骨成長を向上させることと同様に、生体中で生分解性で、生物学的適合性がありそして生体活性である自硬アパタイト(SHA)セメントを製造すること;
2.中性のpH(〜7)を有する自硬アパタイト(SHA)セメントを製造すること;
3.無負荷及びいくらかの負荷用途の双方に適した10〜30MPaの間の圧縮強度を有する自硬アパタイト(SHA)セメントを製造すること;
4.セメント組成物の硬化又は調整プロセスは、通常の人体温度である37℃よりも高い熱を発生するべきではない;及び
5.自硬アパタイトセメントはデリバリー手段としての使用にも適している。
したがって、本発明の第一の側面は、以下を含む注入可能な自硬アパタイト(SHA)セメントの組成物を提供する:
a.リン酸テトラカルシウム(TTCP;Ca4(PO4)2O)及びリン酸三カルシウム(TCP;Ca3(PO4)2)を含む主要マトリックス、
b.炭酸ナトリウム(Na2CO3)、クエン酸(C6H8O7)及びクエン酸ナトリウム(C6H5Na3O7・2H2O)を含む硬化剤、
c.調整流体、及び
d.充填材及びpH安定剤。
自硬アパタイトセメントの調製
主要マトリックスとしてTCP+TTCPを使用し、炭酸ナトリウム、クエン酸、クエン酸ナトリウム及びヒドロキシアパタイトと混合して、自硬アパタイトセメント(SHA)を調製した。TTCP+TCPはモルタル粉砕器を使用して0.1MPa(1bar)で1分間粉砕し、その一方で、他の前駆体は手動で2分間粉砕した。これらの前駆体を、スパチュラ及び計量ボートを使用して調整溶液として再蒸留脱イオン水(DDI)2gと更に混合した。当該スラリーを、オーブン(Binder FD115,USA)中で37℃で約6時間、球状パースペクスモールドにモールドした。これは、直径約8mmを有する固体球状ビーズを製造するであろう。
組成物を調製した後、DDI効果に関する検討を実施した。結果を以下の表3に示す。
本組成物において使用された調整流体は、純水、食塩水、体電解液、血漿又は全血などの体液、薬物溶液、タンパク質及びホルモンの群から選択される。調製したSHAセメントに関する異なる調整流体の例を、以下の表4に示す。
セメント組成物の硬化又は調整プロセスは、通常の体温である37℃よりも多い熱を発生しないことが予想される。したがって、この検討は、調整プロセスの間中に発生した熱を評価するために実施した。結果を以下の表5に示す。
硬化生成物のpH値は、体pHと同様に、流体環境下で中性(pH〜7)である。SHAビーズを、模擬体液(SBF)中に浸漬させた。7日の浸漬においてさえもpH値は中性条件に維持されることが発見された。この実験の結果を、以下の表6に載せる。
化学薬品の異なる組合せの圧縮強さ範囲を以下の表7に示す。当該表から、圧縮強さは典型的に10MPa(100bar)〜30MPa(300bar)の間の範囲であり、こうして無負荷及びいくつかの負荷用途の双方に適していることが見出され得る。より低いMPaの生成物は、特に骨粗鬆症の骨用の無負荷骨空洞充填材及びデリバリー手段として使用され、その一方でより高いMPaの生成物は、補綴固定化用の注入可能な骨セメントとして使用される。
主要マトリックスとしてTTCP+TCP(2g)を使用し、炭酸ナトリウム(0.318g)、クエン酸(0.961g)、クエン酸ナトリウム(0.258g)及びヒドロキシアパタイト(0.1g)と混合して、自硬アパタイトセメント(SHA)を調製した。TTCP+TCPはモルタル粉砕器を使用して0.1MPa(1bar)で1分間粉砕し、その一方で、他の前駆体は手動で2分間粉砕した。これらの前駆体を、スパチュラ及び計量ボートを使用して調整溶液として再蒸留脱イオン水(DDI)2gと更に混合した。
2セットのSHAサンプルを、劣化検討のために調製した。1セットは非殺菌SHAであり、一方、もう1つのセットは25kGy照射でのガンマγ殺菌SHAである。その後、SHAビーズを、インキュベーター(Memmert BE 600,Germany)を用いて37℃で30mlの模擬体液(SBF)中に様々な浸漬時間(1日、3日、5日及び7日)浸漬した。DDI水中に、NaCl、NaHCO3、KCl、K2HPO4・3H2O、MgCl2・6H2O、CaCl2及びNa2SO4の試薬グレードの化学薬品を溶解させることによって、人間の血漿と同等のイオン濃度を有するSBFを新たに調製した。当該溶液を37℃でトリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン及び1MのHC1でpH7.4に緩衝させた。人間の血漿及びSBFのmMでのイオン濃度の比較量を表8に示す。
劣化速度=0.13047−0.1008/(7−3)日
=0.02967/4日
=7.42×10−3
1ビーズ(0.4g)は、0.4g/7.42×l0−3=54日(±1日)で劣化するであろう。
劣化速度=0.11966−0.08424/(7−3)日
=0.03536/4日
=8.84×l0−3
1ビーズ(0.4g)は、0.4g/8.84×l0−3=45日(±2日)で劣化するであろう。
本発明に関連して、以下の内容を更に開示する。
(1)
以下を含む注入可能な自硬アパタイトセメントの組成物:
a.リン酸テトラカルシウム(TTCP;Ca 4 (PO 4 ) 2 O)及びリン酸三カルシウム(TCP;Ca 3 (PO 4 ) 2 )を含む主要マトリックス、
b.炭酸ナトリウム(Na 2 CO 3 )、クエン酸(C 6 H 8 O 7 )及びクエン酸ナトリウム(C 6 H 5 Na 3 O 7 ・2H 2 O)を含む硬化剤、
c.調整流体、及び
d.充填材及びpH安定剤。
(2)
充填材及びpH安定剤がヒドロキシアパタイト(Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 )である、(1)に記載の組成物。
(3)
リン酸三カルシウムのリン酸テトラカルシウムに対する重量比が、45:55〜55:45の範囲にある、(1)に記載の組成物。
(4)
前記炭酸ナトリウムが約5〜10重量%の範囲の量で存在する、(1)に記載の組成物。
(5)
前記クエン酸が約20〜30重量%の範囲の量で存在する、(1)に記載の組成物。
(6)
前記クエン酸ナトリウムが約5〜10重量%の範囲の量で存在する、(1)に記載の組成物。
(7)
前記充填材及び/又はpH安定剤が約1〜5重量%の範囲の量で存在する、(1)に記載の組成物。
(8)
調整流体が、純水、食塩水、体電解液、血漿又は全血などの体液、薬物溶液、タンパク質及びホルモンの群から選択される、(1)に記載の組成物。
(9)
前記自硬アパタイトを製造するための硬化又は調整プロセスが、インビトロ環境で37℃未満の熱を発生する、(1)に記載の組成物。
(10)
すべての気泡が放出された時に起こる注入可能な前のワーキングタイムは、大気条件下で2〜5分の間である、(1)に記載の組成物。
(11)
前記自硬アパタイトセメントを製造するための完全な硬化又は調整プロセスが、使用される調整流体に依存して生理的環境で13〜30分の間で起こる、(1)に記載の組成物。
(12)
自硬アパタイトのpH値が、体液環境下で7.0〜7.5の範囲内で中性である、(1)に記載の組成物。
(13)
自硬アパタイトセメントが生体活性である、(1)に記載の組成物。
(14)
自硬アパタイトセメントが、骨成長及び骨統合を向上させる人体に生物学的適合性がある、(1)に記載の組成物。
(15)
自硬アパタイトセメントが、母体骨による置換を促進させる人体中で生分解性である、(1)に記載の組成物。
(16)
自硬アパタイトセメントが、無負荷及びいくつかの負荷用途に適した10〜30MPa(100〜300bar)の間の圧縮強度を有する、(1)に記載の組成物。
(17)
自硬アパタイトセメントが、注入可能なリン酸カルシウムセメントであり、そして、患者の骨空洞の中に注入可能である、(1)に記載の組成物。
(18)
注入可能な自硬アパタイトセメントが、いかなる感温性薬物、タンパク質、血漿リッチな血小板及び成長ホルモンを添加することによって、デリバリー手段として使用され得る、(1)に記載の組成物。
(19)
以下を含む注入可能な自硬アパタイトセメントの組成物:
a.2gのリン酸テトラカルシウム及びリン酸三カルシウム混合物、
b.0.318gの炭酸ナトリウム、
c.0.961gのクエン酸、
d.0.258gのクエン酸ナトリウム、及び
e.充填材及びpH安定剤として機能する0.1gのヒドロキシアパタイト。
(20)
患者の骨空洞の中に注入可能な、注入可能な自硬アパタイトセメントとして使用される、(19)に記載の組成物。
Claims (18)
- 以下を含む注入可能な自硬アパタイトセメントの組成物:
a.リン酸テトラカルシウム(TTCP;Ca4(PO4)2O)及びリン酸三カルシウム(TCP;Ca3(PO4)2)を含む主要マトリックス、
b.炭酸ナトリウム(Na2CO3)、クエン酸(C6H8O7)及びクエン酸ナトリウム(C6H5Na3O7・2H2O)を含む硬化剤、
c.調整流体、及び
d.充填材及びpH安定剤。 - 充填材及びpH安定剤がヒドロキシアパタイト(Ca10(PO4)6(OH)2)である、請求項1に記載の組成物。
- リン酸三カルシウムのリン酸テトラカルシウムに対する重量比が、45:55〜55:45の範囲にある、請求項1に記載の組成物。
- 前記炭酸ナトリウムが5〜10重量%の範囲の量で存在する、請求項1に記載の組成物。
- 前記クエン酸が20〜30重量%の範囲の量で存在する、請求項1に記載の組成物。
- 前記クエン酸ナトリウムが5〜10重量%の範囲の量で存在する、請求項1に記載の組成物。
- 前記充填材及び/又はpH安定剤が1〜5重量%の範囲の量で存在する、請求項1に記載の組成物。
- 調整流体が、純水、食塩水、体電解液、血漿又は全血などの体液、薬物溶液、タンパク質及びホルモンの群から選択される、請求項1に記載の組成物。
- 前記自硬アパタイトの硬化又は調整プロセスで発生する熱が、インビトロ環境で37℃未満である、請求項1に記載の組成物。
- 自硬アパタイトのpH値が、体液環境下で7.0〜7.5の範囲内で中性である、請求項1に記載の組成物。
- 自硬アパタイトセメントが生体活性である、請求項1に記載の組成物。
- 自硬アパタイトセメントが、骨成長及び骨統合を向上させる人体に生物学的適合性がある、請求項1に記載の組成物。
- 自硬アパタイトセメントが、母体骨による置換を促進させる人体中で生分解性である、請求項1に記載の組成物。
- 自硬アパタイトセメントが、無負荷及びいくつかの負荷用途に適した10〜30MPa(100〜300bar)の間の圧縮強度を有する、請求項1に記載の組成物。
- 自硬アパタイトセメントが、注入可能なリン酸カルシウムセメントであり、そして、患者の骨空洞の中に注入可能である、請求項1に記載の組成物。
- 注入可能な自硬アパタイトセメントが、いかなる感温性薬物、タンパク質、血漿リッチな血小板及び成長ホルモンを添加することによって、デリバリー手段として使用され得る、請求項1に記載の組成物。
- 以下を含む注入可能な自硬アパタイトセメントの組成物:
a.2gのリン酸テトラカルシウム及びリン酸三カルシウム混合物、
b.0.318gの炭酸ナトリウム、
c.0.961gのクエン酸、
d.0.258gのクエン酸ナトリウム、及び
e.充填材及びpH安定剤として機能する0.1gのヒドロキシアパタイト。 - 患者の骨空洞の中に注入可能な、注入可能な自硬アパタイトセメントとして使用される、請求項17に記載の組成物。
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