JPH0211152A - 人工骨 - 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〕 本発明は生体用セラミックスとしての人工骨、特にヒド
ロキシアパタイトとリン酸三カルシウムとを含有する人
工骨に関する。

〔従来の技術〕

従来生体の硬組織代替物質として、各種金属合金及び有
機物等を使用することが知られている。

しかしながら、一般的に生体内の環境下において、溶解
劣化若しくは生体に対する毒性を示し、異物反応を伴う
という欠点がある。そこで現在では、生体との親和性に
優れ、かつ前記の欠点のないセラミックス系材料が用い
られつつある。このセラミックス系材料の中でも生体親
和性に優れたアルミナ、カーボン、リン酸三カルシウム
あるいはヒドロキシアパタイトの焼結体若しくは単結晶
からなる人工骨等が開発されつつあり、注目を集めてい
る。特に、ヒドロキシアパタイトは埋込後、早期に骨の
新生が期待できるので好ましい。更にヒドロキシアパタ
イトはアルミナのように結合組織を介して新生骨と接す
ることがなく、親和性に優れている。

一方、これらの材料を多孔体の形で骨欠損部及び空隙部
の充てん材として使用する方法もあるが。

強度的に不十分である。

例えば、特開昭６０−２１７６３号公報には。

人工骨材料として孔径１０〜１００μｍの連続気孔を有
し、迅速に溶解吸収されて新生骨と置換される多孔質ヒ
ドロキシアパタイト焼結体と、ヒドロキシアパタイト粉
末に熱分解性物質、例えば。

結晶性セルロースを添加して製造される前記焼結体の製
造方法とが開示されている。

前記のように、ヒドロキシアパタイトは人工骨材料とし
ては極めて優れており、生体親和性が顕著である。しか
し水に対する溶解度積が１０−５９程度と小さいため、
実用上、生体中でほとんど吸収されない。つまり組織学
的には、生体にとって無機質の異物として長期間存在す
る。

又、前述のリン酸三カルシウムは、生体中で吸収されや
すい材料であるが、生体への埋込時に異物反応が強く、
骨の新生量が劣るという欠点がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

従って、本発明の目的は、親和性に優れ骨形成能が顕著
であり、同時に実用上、生体中で吸収される均一分散し
た理想的な人工骨を提供することである。

本発明の別の目的は、異物反応が少なく、特に短期間で
周囲の骨組織と、結合組織を必要とせずに一体化する人
工骨を提供することである。

本発明の更に別の目的は、骨組織欠損個所の構造及び機
能を、特に速やかに修復及び回復させ得る人工骨を提供
することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、ヒドロキシアパタイトとリン酸三カル
シウムの重量比が５＝９５〜９５：５の範囲であること
を特徴とする均一分散した人工骨が提供される。

以下本発明を更に詳細に説明する。

本発明においては、ヒドロキシアパタイトを骨欠損部及
び骨空隙部に充てんすると新生骨が当該個所に早期より
生成するというヒドロキシアパタイトの骨形成促進能に
着目し、これに生体中で吸収され易いリン酸三カルシウ
ムを組合せて使用することにより、ヒドロキシアパタイ
トとリン酸三カルシウムの双方の欠点を補った新規な人
工骨を製造することに成功した。

本発明において、ヒドロキシアパタイトとリン酸三カル
シウムの重量比は５：９５〜９５：５の範囲でなければ
ならない。ヒドロキシアパタイトとリン酸三カルシウム
の重量割合を前記の範囲で任意に選択することによって
、生体への埋込時に骨の新生と人工骨の吸収の度合いを
コントロールすることができる。理想的な人工骨は、骨
欠損部及び空隙部に埋込んだ場合に、可及的速やかに骨
欠損部及び空隙部の修復を促し、かつ生体にとって本来
の組織ではない人工骨は、修復後生体に吸収されるもの
が好ましい。ヒドロキシアパタイトが５重量％よりも少
量になると所望の骨形成能が得られないので好ましくな
い。逆に、ヒドロキシアパタイトの量が９５重量％より
多量になると生体への吸収が悪くなる。

本発明においては、ヒドロキシアパタイトとリン酸三カ
ルシウムとが、均一に分散していることが必須の要件で
ある。均一分散が達成されないとヒドロキシアパタイト
の骨形成促進能とリン酸三カルシウムの生体への吸収性
とが十分に発渾できない。しかし、単にヒドロキシアパ
タイトとリン酸三カルシウムとを混合したのみでは均一
分散は達成できない。

本発明において、人工骨の埋込時の骨代謝メカニズムを
把握し開発を行なったところ、骨代謝の骨形成単位の一
つである管渠単位の面積０．５〜１．０＋ｎ＋＋＋”当
りにヒドロキシアパタイトとリン酸三カルシウムの双方
の材料を存在させることにより、実用上十分な骨の形成
促進能及び吸収性を得ることができた。管渠単位につい
ては、例えば、画材書店発行・高橋栄明編集の「骨形前
計測ハンドブック」第３頁〜第１７頁の骨の組織学的動
態概説」及び医歯薬出版発行・須田立雄著の「骨の科学
」第６５頁〜第７５頁の「骨の組織発生と成長」中に記
載がある。

本発明において、管渠単位の面積０．５〜１　、０　ｍ
ｍ　”当りにヒドロキシアパタイトとリン酸三カルシウ
ムの双方の材料を存在させることにより、実用上十分な
骨の形成促進能及び吸収性が得られる理由は、骨の再造
形は骨単位（皮質骨部分）及び管渠単位の値によって変
化するが、管渠部（海綿骨部分）が特に吸収されやすく
、面積測定も容易であるためである。即ち、人工骨埋込
時の新生骨形成過程ではヒドロキシアパタイトの存在に
より新生骨の形成が促進され５人工骨の吸収過程では存
在するリン酸三カルシウムを核として吸収が促進される
ことから、管渠単位の面積当りにヒドロキシアパタイト
とリン酸三カルシウムの双方の材料が存在することが極
めて好ましい。本発明においては、管渠単位の大きさに
はマイクロポアの如き空隙を包含していてもよい。

本発明においては、人工骨を形成する一次粒子は、成形
段階より均一分散を行なって１０μｍ以下、特に５μｍ
以下の粒子径とすることが好ましく、これは焼結時の凝
集粒子による異常粒子成長を防止する必要があるからで
ある。

本発明の人工骨の生体への吸収を更に促進するため、人
工骨にマイクロクラックやマイクロポアを付与してもよ
い。

本発明においては、前記のような均一分散を達成するた
め、湿式合成法により可能な限り微細な一次粒子を合成
し成形することが好ましい。湿式合成にあたっては１合
成温度が一次粒子の粒子径に及ぼす影響が大きく、低温
であるほど微細な一次粒子が合成できる。本発明で湿式
合成にあたって好ましく使用できる温度範囲は約Ｏ℃〜
８０℃の範囲であり、さらに好ましくは、ｏ℃〜５０℃
の範囲である。合成温度が８０℃を超えると生成する一
次粒子の粒子径が大きくなり、０℃よりも低いと凍結に
よって撹拌操作が不可能となるので望ましくない。湿式
合成法により合成した一次粒子乾燥物の粒子径は極めて
微細であるが、乾燥及び仮焼段階において凝集するため
、仮焼後に粉砕することが好ましい。しかし、本発明の
人工骨においては一次粒子の粒子径が１０μｍ以下、特
に５μｍ以下である限りは、凝集粒子の存在は差し支え
ない、これは、−水粒子乾燥物はヒドロキシアパタイト
の構造を有するがカルシウムとリンとの比が理論値であ
る１、６７とは異なる非化学量論ヒドロキシアパタイト
であり、これを仮焼すると均一に分散した状態のヒドロ
キシアパタイトとリン酸三カルシウムの混合系が得られ
、この混合系を成形後に焼成しても分散状態は良好に維
持されるからである。

本発明においては、前記の湿式合成法の他に、公知の湿
式合成法、乾式合成法又は水熱合成法により予め別々に
合成したヒドロキシアパタイト及びリン酸三カルシウム
を混合１分散して使用することもできる。

本発明の人工骨材料は顆粒及び多孔体のいずれもが好ま
しく使用できる。

〔実施例〕

以下に実施例を用いて本発明を更に詳細に説明する。

去斯Ｌｆ２ＬＬ 温度を５℃に維持しつつ、濃度０．５ｍｏｌ／Ｑの水酸
化カルシウム懸濁液２Ｑ、を撹拌しながら、濃度３０重
量％のリン酸水溶液を、添加量を変化させることにより
Ｃａ　／　Ｐモル比が各々１．６６．１．６４．１．６
０．１．５７．１．５４及び１．５１となるようにして
ヒドロキシアパタイトを合成し、懸濁液を得た。この懸
濁液を遠心分離した後、１０５℃にて一昼夜乾燥した。

得られた乾燥物を８００”Ｃで３時間仮焼し、微粉砕し
た後に、重合度１７００のポリビニルアルコール５％水
溶液６０ｇを添加して混合乾燥後成形し、脱バインダー
を行なった。乾燥物を透過型電子顕微鏡で観察したとこ
ろ極めて微細な粒子であった。

次粒子の粒子径を測定したところ乾燥物では約０．０３
μｍ、仮焼物では約０．１μｍ、微粉砕後の粉砕物の平
均粒子径（凝集粒子径）は約１．５μｍであった。次い
で、温度１１００℃で焼成することにより焼結体を製造
した。Ｘ線回折法により焼結体の同定及び定量を行なっ
た結果、全てヒドロキシアパタイト及びリン酸三カルシ
ウムであった。前記のＣａ　／　Ｐモル比に対応するリ
ン酸三カルシウムの量は各々７．１８．４０．５８．７
６及び９４重量％であった。焼結体を薄片とし、偏光顕
微鏡にて分散状態をＷＡ察したところ、管渠単位に相当
する面積（０，５〜１．０ｍｍ２）において、前記全て
の組成の場合にヒドロキシアパタイト及びリン酸三カル
シウムの存在が確認できた。

又、これらの薄片を塩酸水溶液でエツチングし、走査型
電子顕微鏡を用い、粒子径を測定したところ２μｍ以上
の粒子は認められなかった。

失意且ス 実施例１で製造した各Ｃａ　／　Ｐモル比の乾燥物を用
いてポリウレタンフォームの形状をレプリカする方法で
多孔質状に成形し、温度１１００℃で焼成することによ
り７Ｘ７Ｘ９ｉａの大きさの多孔体を製造した。多孔体
の平均気孔径は２８０μｍ、気孔率は８５％であった。

ピーグル犬脛骨内顆に穴をあけ、製造した８種類の多孔
体を埋込んだ。術後６月、１年及び２年で埋込部を取り
出し、脛骨長軸方向に切断した後、研磨して約１００μ
ｍの薄切片を作製した。これらの薄切片を軟Ｘ線装置に
てコンタクトマイクロラジオグラフィーを撮影し、更に
１画像解析装置で多孔体及び新生骨の面積率を測定した
。その結果を以下の表１及び表２に示す。なお、リン酸
三カルシウム１００重量％である場合とヒドロキシアパ
タイト１００重量％である場合についても同様に行った
。その結果も表１及び表２に示す。

表１及び表２に示す結果より明らかなように、埋込んだ
多孔体の面積率は、埋込期間の経過と共に、及び、リン
酸三カルシウム含有割合の増加につれて低下する傾向に
あることから、生体に吸収され易いと判断できる。特に
、リン酸三カルシウムが１００重量％の場合には、２年
後における存在量は非常に少なく吸収されやすいが、新
生骨の形成は全期間にわたり少なかった。

又、ヒドロキシアパタイトが１００重量％の場合には、
骨の形成は良好であったが、２年後における多孔体の残
存量は埋込前と殆ど変化がなく、吸収されていないこと
が判明した。

又、前記測定後、これらの薄切片を２０μｍまで研磨し
１組織学的観察を行なった。その結果。

リン酸三カルシウムが１００重量％の場合に異物巨細胞
の出現が特に多く、長期にわたってｗｔ察された。吸収
窓では破骨細胞により多孔体の一次粒子と考えられる１
μｍ前後の粒子が貧食される像が観察され、埋込期間の
短い程貧食は顕著であった。

去】１１去 市販のヒドロキシアパタイト粉末（平均粒子径５μｍ）
６０重量部とリン酸三カルシウム粉末４０重量部とをポ
ットミルで混合し、これを８００℃で３時間仮焼した後
、微粉砕し、重合度１７００のポリビニルアルコール５
％水溶液６０ｇを添加して混合乾燥後成形した。脱バイ
ンダー後に、温度１１００℃で焼成して焼結体を得た。

焼結体を薄片とし、偏光顕微鏡にて分散状態をｉ察した
ところ、管渠単位に相当する面積（０，５〜１．０ｍｍ
”）において、ヒドロキシアパタイト及びリン酸三カル
シウムの粒子を含有しない割合は約３０％であった。又
、実施例１と同様の方法で粒子径を測定したところ約５
μｍを超すものが多く、最大で１０μｍの粒子も多く観
察された。

災斑■土 実施例３と同様の配合物を用いて、実施例２と同様の方
法で試験を行なった。結果を以下の表１及び表２に示す
。

表１　多孔体の面積率 （以下余白） 〔発明の効果〕 本発明によれば、ヒドロキシアパタイトとリン酸三カル
シウムとが極めて均一に分散し、生体中の骨欠損部及び
空隙部へ埋込した場合に短時間で新生骨の形成と人工骨
の吸収が認められ、患部の早期治癒が達成できる。

特許出頴人

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ヒドロキシアパタイトとリン酸三カルシウムとの重量比
   が５：９５〜９５：５の範囲であることを特徴とする均
   一分散した人工骨。