JPH01101976A - 骨セメント組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、燐酸カルシウム系を用いた骨セメント組成物
に閏４る。特に、整形外科等の分野において９人１：関
節置換術に用いられる骨ヒメンを組成物に関する。

［従来の技術］ 今１１１人１：関節置換術に用いられる人１：関節は、
その材質、形状についで９種々の研究が行なわれており
、臨床ト有用なものとして実用化に至っている。然し乍
ら、これらの人り関節を固定゛４るＪｊ法については、
骨セメントを用いるＪｊ法とセメントを用いないセメン
トレスタイプの人■二関節を用いるＪｊ法があるが、　
ｉｇ１足できるものはない。即ち、骨−（・メントを用
いるＪｊ法では、用いられるセメン１が自己重合型のメ
シルメタクリレ−［系樹脂が１ｚ流であり、この種のセ
メントの欠点は、１］合時の発熱により周囲組織を壊死
さけたり、未反応ｅツマ−が牛体内に溶出することによ
る生体ｉｆｆ性がある。乙とである。、−れらの欠点に
より９発熱９人に関節の緩み或いは余病の併発などを生
む原因となる。そのために術後３〜４年経過後には１人
１：関節置換の１１丁術をしなければなら４゛、他の材
料の開発が望まれでいた。亦、セメント【・ス々イｌの
人ｌ：関節を用いる場合には１人工間節が直接に骨と接
しており、新生した骨の形成により人］：関節が骨と１
分に回前するまでの相当時間、体巾免荷の状態にしでお
く必要があり、術後＋、を期の荷ＩＲ歩行ができないな
どの問題を残している。史に、最近では、歯科用セメン
トとして燐酸カルソウト系（プメン１−が研究開発され
でいるが、整形外科用としての人１：関節固定材（ボー
ンセメント）としては、まだ安全性、固定性の而から実
用化に至っていない。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の技術的に解決゛ψるための課題は、整形外科領
域における人工関節置換術において人に関節を固定４る
際に用いられる骨セメントを提供４゛る、−とである、
従って１本発明は、自己硬化性があり、生体組織に為害
性のなく、生体親和性の４゛＜’　れた骨＊ｔセメント
提供り°ることを１ｊ的にする。

また９本発明は、？形外科領域におけて人１４関節置換
術に用いられる骨（・メントとしで９作業性に４ぐれ９
人１閏節との付着性に４゛ぐれる組成物を提供４°る、
′−とを目的に４°る。

［発明の構成］ ［問題点を解決４゛るためのｆ段］ 本発明の骨ｉ・メント組成物は、ｌ−２の技術的な課題
の解決のために、燐酸ベカルシウｌ、　［α−（ａ３′
（ＰＯ，）１］と燐酸四カルシラｌ−［Ｃａｍｅ（Ｐｏ
４）＊　］からなる粉末とカルボキシル基を２側基ｌ−
有するカルボン酸との混合物に：カルシウムと不溶性化
合物を生成するナトリウム塩又はカリウム塩の水溶液を
添加してなる骨セメント組成物である。その燐Ｖ（カル
シラ１１と燐酸四カルシラノ、からなる燐酸力ルシウノ
、粉末は、カルシラ１１と燐のモル比が１．６６〜１．
６８であるハイドロキシアパタイトを１３５０°Ｃ以に
の高温で脱水熱分解させ粉砕したものが好適であり、ま
た燐ｉｇＩ三カルシウムと燐酸四カルンウムの混合割合
が２対１であるものが好Ｗｒある。そのカルボキシル基
を２細身１−有４るカルボン酸は、飽和ジカルボン酸、
Ｌド１１キシジシルボン酸、不飽和ジカルボン酸、Ｆ−
：塩基カルボン酸の中独若しくはその＋ｎ合体のいずれ
かを利用′ｒ：！る。よた、そのカルシラ１１と不溶性
化合物を生成４゛るー）トリウム塩又はカリウド塩は有
機酸塩、燐酸塩、硫酸塩を利用できる。

本発明による骨ヒメン１組成は１次のようなものである
。即し、燐酸玉カルシウ１１［α−Ｃａ、（ＰＯ，）１
］と燐酸四カルシラｔ−［Ｃａ４Ｏ（ＰＯａ）ｔ　］か
らなる燐燐酸カルシラ、粉末とカルボキシル基を２側基
り有φるカルボン酸との混合物に、カルシウムと不溶性
化合物を生成４゛るナトリウム塩又はカリウム塩の水溶
液を添加してなるものである。

即も１本発明に使用される燐酸三カルシウム［α−（ａ
ｓ（ＰＯａ）２］と燐酸四カルシラｌ−［Ｃａ４０（Ｐ
Ｏａ　＞！］からなる燐酸カルシラノ、粉末は１モル比
が１．６６〜１．６８のハイドロキシアパタイトを大気
中、好適には、窒素、アル：Ｉンの不活性雰囲気で１３
５０°Ｃ以１．の高温で脱水熱分解させ、この分解生成
物を粉砕４°ることにより１ｔすることができる６、−
れは乾式法によって別々に得られる燐酸三カルシウム、
燐酸四カルシウムを混合して用いるものではない。

この原料となるハイドロキシアパタイトは２例λ、ば、
水酸化力ルシウ１１のスラリーに燐酸を滴ドして９反応
温度、ｐＨを調節することにより得る、乙との′Ｃきる
湿式法で合成することができる。

亦１本発明に使用される燐酸王カルシウｌ、と燐酸四カ
ルシウムの混合割合は９モル比で２対１であり、これは
、この範囲での反応性が高く１分解生成物を水和反応さ
せた時に、生体親和性にすぐれたハイド１１キシアパタ
イトを完全に生成し、硬化さけることができるためであ
る。この混合割合が２対１とする理由は、用いるハイド
１１キシアパタイトのカルシウムと燐のモル比が、１．
６６〜１．６８にし、１３５０°Ｃ以ヒの高温で脱水熱
分解させると本発明に適１°るものとできるからである
。即ら、燐酸三カルシウムと燐酸四カルシウムは均一・
に分散混合さ杭ておた骨セメントとしたとき均一な反応
が生じ、均・なハイド１．１キシアパタイトの生成が認
められ、そのために、硬化時間の調整が容易であり、か
つ賦形性に優れている骨セメントが得られる。これに対
して、従来用いられた乾式法で得られる燐酸五カルシウ
ｌ、と燐酸四力ルシウｌ、を混合した燐酸力ルシウ１１
では１反応速度が異なるため、骨セメントとしたときに
、均一な反応が起、−らず１反応硬化時間の調整や賦形
性の点で満足４゛るものが得られなかった。

この場合１本発明で用いられる粉体の原料として、カル
ソウ１１と燐の［ル比が、１．６６〜１　、６８　Ｃあ
るハイド１１キシアパタイトを用いる理由は、熱分解し
て得られるα−Ｃａ＋（ＰＯ４）ｔと（ａ　ａ　Ｏ（Ｐ
Ｏ＝　）　＊の割合が２対１の時、水和反応後ハイド１
ｒキシアパタイトを完全に生成Ｖることかできるためで
ある。

即し、Ｃａ／Ｐ比が１．６６未満では、熱分解物の燐酸
二カルシラ１２と燐酸四方ルンウムの比率が２対１以１
−になる、即ち、燐酸三カルシウム［α−Ｃａｎ（ＰＯ
４）＋　］の割合が多くなり、水和反応後のアバタイＩ
・硬化体はカルシウム欠損型のアパタイトとなる。亦、
１．６８以１−では熱分解物の中に酸化力ルシウ１５が
含まれ、骨セメントとして用いる際に９、−の酸化力ル
シウ１１は生体に対し刺激が強く、炎症の原因となるこ
とが多く、使用゛４る、−とができない、以、１−の理
由によりＣａ／Ｐ＝１．６６〜１．６８と４゛る。

、−の原料ハイド１１キシアパタイトを、大気中好−ト
シ＜は窒素若しくはアルゴン等の不活性ガス雰囲気中で
１３５０℃以」二、より好適には１５００°Ｃ以トの高
温で脱水熱分解させることにより、得られる燐酸四カル
シウム、と燐酸四カルシウムの混合物を本発明の骨セメ
ントの主成分とする。

即ち、焼成温度が１３５０℃以ｌ：以下では、完全に分
解反応を起こさせ、ハイド１１キシアパタイトを含まな
い燐ｆｔＩ三カルシウ１２と燐酸四カルシウムの混合物
を得ることができない。

この本発明に用いられる燐酸ざカルシラ！・と燐酸四カ
ルシウムからなる粉体は、Ｌ記のようなハイド暑１キシ
アパタイトを焼成し、脱水熱分解後に、粉砕機を用いて
粉砕し、特に８８μｍ以丁の粒径に粒度調整１′ること
が好ましい、骨セメントとしたときに１．均質で、流動
性の良好で、扱い易いものと４”るためである、また、
この粉砕時に。

ｆ・め使用するカルボキシル基を２測量１−有するカル
ボン酸を添加しておくことが好適である。

以１のようにして得られる燐酸カルシウム混合物粉末に
、カルボキシル基を２側基！−有するカルボン酸を、混
合４゛る。前記カルボキシル基を２測量１−有する飽和
カルボン酸の混合割合は５〜４０４Ｔ（Ｉｌ記％の範囲
であることが好適である。より好適には１０〜３０重１
１１％の範囲で混合した混合物と°４る。

本発明によるＬ記のカルボキシル基を２細身１−有４゛
るカルボン酸には１例えば、シュウ酸、７１１ン酸、−
１ハク酸、グルタル酸などの飽和ジカルボン酸、若しく
は、リンゴ酸、酒石酸などのにド【１キシジカルボン酸
、若しくはマレイン酸、ノマール酸、アクリル酸などの
不飽和カルボン酸、若しくは、クエン酸、インクエン酸
などの方ルポキシルノ、（を３個有４゛る飽和カルボン
酸を用いることが好適である。これらのカルボキシル基
を２側基ヒ有゛４る不飽和カルボン酸は、　ｔｊ、独或
いは重合体で使用できる。また、これらのカルボキシル
基を２個以上有４°るカルボン酸は、Ｉ−記のように、
燐酸ら力ルシウｌいと燐酸四カルシウムの燐酸力ルシウ
ｌ、粉体にｆ・め混合しておくことが好適であり、場合
により必要でもある。

、−のカルボキシル基を２細身１−有４゛る飽和カルボ
ン酸を混合する、乙とは９本発明の骨セメント組成物が
反応硬化ψ゛る際に９、−のカルボキシル基と、燐酸、
ニカルシウムと燐酸四カルシウムの混合物から溶出して
くるカルシラ１１とキレート結合を作り、硬化時間を調
節し、その賦形性と反応時間を調整ψ°名ことを可能に
するためである。他の酸を用いると急激なカルシウムの
溶出が生じ、生体ｌｌｆ性を引さ起こＪ−原因となる。

前記のカルボキシル基を２側基ｌ二有する飽和カルボン
酸の添加ね【は、５重ｑ％未満では１反応時間がはやく
なり、臨床適用に困難をきたし１作業性に劣り、４０重
１％を超λ、るとカルシウムの溶出による心性があるた
めに、　ｌｌｆましくない。

本発明の骨セメントは１例えば１人■二関節置換術にお
ける接着１人［生体材料の、欠損部への充填、補填の際
の接着などに適用できる。

次に本発明の骨セメント組成物を具体的に実施例により
説明４°るが１本発明はそれらによって限定されるもの
ではない。

［実施（’Ａ　］ 湿式法で合成したハイド！１キシアパタイトを。

凍結乾燥した後、アルゴン雰囲気中１５００’Ｃで１０
時間脱水熱分解し。

燐酸−てカルシウｉ−［ａ　−Ｃａｓ（ＰＯａ）ｔ　］
とｇＩＰａ四カルシウＡ　［Ｃａ４Ｏ（ＰＯａ　）ｔ　
］を作った。コノ混合物をボールミルで８８＃ｍ以トに
粉砕し９粒Ｊ「調整して燐酸ベカルシウムと燐階四カル
シウムのＵ合物を得た。この混合物１００ｇに対して。

り五ンＮ　２０　ｇ　、クエン酸ナトリウｌ、　２０　
ｇ　、水２５ｇを加λ、て混練した。１分間混練した後
に。

硬化時間、付着強度、また１時間後のカルシラ１１溶出
１ａを測定した。

比較例として、りＪ、ン酸ナトリウ１１を添加しない場
合の物性試験を実施した。その結果を第１表に示′４゜ 笛」−々 又１本発明の骨セメントを家兎の大腿骨大転子部から挿
入したキュンチャー棒の固定用に使用した術後２週で家
兎の大腿骨を取り出し、術部位切断面の南限的観察１紺
織学的に観察したが９本発明による骨セメントと固定し
たキュンチ〜−棒の周辺部には炎症反応は見られず、ま
た、骨との界面にも繊維組織は観察されず充分付着して
おり。

骨１＝メン１としての機能を充分果たしていることが確
、！！できた。

［発明の効果］ 本発明の骨幹メント組成物は、以にのように。

燐酸、：、カルシウム［α−Ｃａｓ　（ＰＯａ　）ｘ　
］と燐酸四方ルシウノｓ　［Ｇａｍｅ（Ｐｏｔ　）ｔ　
］からなる燐酸カル’、ｔつ１１混合物に、カルシウム
と不溶性イし合物を生成するナトリウム塩、カリウド塩
を添加することにより。

以ドのような種々の顕著な技術的効果が得られた。

第１に１作業性にすぐれた。即ち、硬化までの時間を容
易に調整することができ作業性が良好である骨上メント
組成物を提供し。

第２に、生体への適応性、親和性にも優れてい。

人１ニ関節との付着性にすぐれる骨セメント組成物を提
供ゆ″ることができ。

第３に、同時に９部位の形状に合わせたすぐれた賦形性
を有し、耐圧強度の１°ぐれた人に関節用の充填接着材
を提供４“ることができる。

特許出願人　　住友セメント株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）燐酸三カルシウム［α−Ｃａ＿３（ＰＯ＿４）＿
   ２］と燐酸四カルシウム［Ｃａ＿４Ｏ（ＰＯ＿４）＿２
   ］からなる粉末と；カルボキシル基を２個以上有するカ
   ルボン酸の混合物に； カルシウムと不溶性化合物を生成するナトリウム塩又は
   カリウム塩の水溶液を添加してなることを特徴とする骨
   セメント組成物。 （２）前記燐酸三カルシウムと燐酸四カルシウムからな
   る粉末は、カルシウムと燐のモル比が １．６６〜１．６８であるハイドロキシアパタイトを１
   ３５０℃以上の高温で脱水熱分解させ粉砕したものであ
   り、燐酸三カルシウムと燐酸四カルシウムの混合割合が
   ２対１である特許請求の範囲第１項記載の骨セメント組
   成物。 （３）前記カルボキシル基を２個以上有するカルボン酸
   は、飽和ジカルボン酸、ヒドロキシジカルボン酸、不飽
   和カルボン酸、三塩基カルボン酸の単独若しくはその重
   合体のいずれかである特許請求の範囲第１項記載の骨セ
   メント組成物。 （４）前記カルシウムと不溶性化合物を生成するナトリ
   ウム塩又はカリウム塩は、有機酸塩、燐酸塩、硫酸塩の
   中から選択される少なくとも１種からなるものである特
   許請求の範囲第１項記載の骨セメント組成物。