JPH0325181B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、歯科、口腔外科、整整外科などの治
療用として好適な人工骨材料、さらに詳しくいえ
ば、生体の骨腫瘍その他によつて生じる骨欠損部
や空隙部に充てんして当該個所の新生骨の形成を
促進し、それ自体が生体の骨組識と一体化しうる
生体親和性に優れ、顆粒状の多孔質水酸アパタイ
ト焼結体から成る人工骨材料の製造方法にに関す
るものである。

従来の技術 従来、歯科治療においては、抜歯後歯槽骨が吸
収されて、入れ歯などの固定が不十分になるとい
う問題があり、また口腔外科や整形外科治療にお
いては、例えば交通事故や骨腫瘍などの疾患によ
り、失われた骨を補綴するために、患者自身の他
の部分の骨、すなわち自家骨の移植などが試みら
れているが、損傷個所以外の骨組識を切除するこ
とから、患者の肉体的及び心理的負担が極めて大
きいという問題や、広範な骨欠損部を充てんする
には十分な量の自家骨を採取できないという問題
などがあつた。

このような事情の下で、近年人工歯根や人工骨
材に関する研究が盛んに行われるようになつてき
た。これらの人工骨の材料については、生体内に
埋入する際にして、毒性がなく安全で、かなりの
機械的強度を有し、かつ生体組識と結合しやすい
ものを選ぶことが必要とされ、さらに生体内で自
然に消失して新生骨と置換されるものが好ましい
とされている。

このような要件を満たす材料として、近年、リ
ン酸三カルシウム、水酸アパタイト又は特殊なア
パタイト型結晶構造リン酸カルシウム化合物の焼
結体が注目されており、これらを用いた人工骨、
人工関節、人工歯根などの研究が盛んに行われて
いる。

ところで、人工骨や人工歯根を体内に埋入した
ときに、生体組識と結合しやすくするには、これ
を多孔質のものとして生体組識が細孔に入り込
み、これを固定しうるようにすることが必要であ
り、この目的を達成するために、例えば孔径0.03
〜1.2mm程度の気孔を有する多孔質リン酸カルシ
ウム系焼結体を用いることが提案されている（特
開昭56−149389号公報、開昭57−7856号公報）。

しかしながら、この多孔質リン酸カルシウム系
焼結体から成る人工骨材は、硬くてもろいなど、
機械的強度が十分でないという欠点があり、また
素材がち密質であるため、生体内における吸収や
新生骨の置換などに関して必ずしも満足しうるも
のではない。

さらに、結晶粒径が50Å〜10μｍのアパタイト
型結晶構造リン酸カルシウム化合物の粉粒体に生
理食塩水などを加えて流動状態又は可塑状態とし
た骨欠損部充てん材が提案されている（特開昭56
−54841号公報）。しかしながら、この充てん材に
おいては、使用するリン酸カルシウム化合物が微
粉状であるため、このものを骨欠損部に充てんし
て、縫合する際に、該微粉状物が皮膚創傷面に付
着して縫合が困難であるという欠点がある。

発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、このような欠点を改良し、骨
欠損部や空隙部に充てんして、当該個所の新生骨
の形成を促進し、それ自体が骨組識と一体化しう
る生体親和性に優れたものであり、その上手術の
際に何ら弊害を伴わないような人工骨材料を得る
ための製造方法を提供することにある。

問題点を解決するための手段 本発明者らは、水酸アパタイトを原料として、
骨欠損部や空隙部に充てんして用いたとき、なん
ら副作用を伴わず、順調に骨組識と一体化しうる
人工骨材料を得るために鋭意研究を重ねた結果、
水酸アパタイトと結晶セルロースとの混合物を造
粒し、所定の条件下で焼成することによりその目
的を達成うることを見出し、この知見に基づいて
本発明をなすに至つた。

すなわち、本発明は、平均粒径0.1〜10μｍの水
酸アパタイト粉末100重量部と、平均粒径10〜
100μｍの結晶セルロース２〜100重量部との混合
物を粒径0.1〜3.0mmの顆粒に造粒したのち、900
〜1400℃で焼成することを特徴とする人工骨材料
の製造方法を提供するのである。

本発明で用いる水酸アパタイトは、乾式法又は
湿式法による合成アパタイトでもよいし、各種脊
椎動物の骨、歯から回収された生体アパタイトで
もよい。この原料の水酸アパタイトはできるだけ
微粉状に粉砕したものを用いるのが望ましいが、
粉砕機、分級機などの装置的制限や取扱い上の問
題もあるため、平均粒径0.1〜10μｍ、好ましくは
0.5〜7μｍの範囲のものが用いられる。

次に本発明で用いる結晶セルロースは、セルロ
ースを鉱酸により加水分解して、非結晶部分を洗
浄、除去したのち、摩砕、精製、乾燥して得られ
る微粉末で、水酸アパタイトを焼結する際に所望
の孔径をもつ連続気孔を形成させるために配合す
るものである。本発明においては、孔径10〜
100μｍの連続気孔を有し、気孔率20〜50％の多
孔質顆粒体を得るために、平均粒径10〜100μｍ
のものを、水酸アパタイト粉末100重量部当り25
〜100重量部の割合で配合することが必要である。
平均粒径が10μｍ未満のものを用いた場合には得
られる多孔質顆粒体の連続気孔の孔径が小さくな
りすぎて、生体内に充てん使用した際、破骨細胞
が侵入しにくくなる結果、新生骨との置換が遅く
なり、また、この平均粒径が100μｍよりも大き
いものを用いると、得られた多孔質顆粒体は
100μｍよりも大きい孔径の連続気孔をもつもの
となるが、このように大きい孔径の連続気孔の中
では線維茅細胞が優先的に成長し、骨茅細胞の成
長を阻害する原因となる。

そして、これまでリン酸カルシウム系多孔質顆
粒体の製造には、メチルメタクリレート、ポリプ
ロピレン、ポリスチレンのようなプラスチツクが
気孔形成用昇華性物質として用いられたが、これ
らの物質は焼結に際し、完全に除去されないまま
で使用すると、人体に悪影響を与えるのに対し、
本発明で用いる結晶セルロースは、人体に無害
で、かびや細菌などの微生物に汚染されず、また
化学的に不活性なので、たとえ生体内に取り入れ
られても全く無害である。

また、この結晶セルロースは前記したように、
水酸アパタイト100重量部当り25〜100重量部の割
合で用いるとが必要である。これよりも少ない量
では得られた人工骨材料の気孔率が20％未満とな
り十分な連続気孔が形成されないし、これりも多
い量では気孔率が50％を超え、見掛け密度や機械
的強度が著しく低下する。この機械的強度の点か
らいえば、水酸アパタイト100重量部当り30〜70
重量部、に40〜60重量部の範囲が好ましい。

水酸アパタイト粉末と結晶セルロースとの混合
は、両者が一に混合しうるような手段であればど
のような手段を用いてよい。例えば水酸アパタイ
ト粉末と結晶セルロースをそのまま適当な混合機
を用いて混合してもよいし、また水酸アパタイト
粉末を、あらかじめ粒径20〜200μｍ顆粒状に成
形し、これと結晶セルロースとを混合してもよ
い。さらに、結晶セルロースの表面を水その他の
溶媒で湿潤させ、これに水酸アパタイトを均一に
付着させる方法をとることもできる。

本発明においては、このようにして調製した水
酸アパタイト粉末と結晶セルロースとの混合物
を、粒径0.1〜3.0mmの顆粒に造粒することが必要
である。この造粒に際しては、必要に応じてポリ
ビニルアルコールのようなバインダーを添加する
ことができる。

この粒径が0.1mm未満では、骨欠損部などに充
てんして縫合する際に、このものが皮膚創傷面に
付着して縫合が困難になり、また２mmを超える
と、このものに生理食塩水を加えた場合、均一な
スラリーが形成されず、手術の際の取り扱いが困
難となる。

このようにして造粒された顆粒は、次いで徐々
に900〜1400℃の温度まで加熱し、この温度で焼
成する。焼成時間は、通常0.5〜３時間である。
なお、焼成は加圧せずに行うこともできるが、例
えばホツトプレスを用いて300〜1000Kg／cm²の圧
力を加えて行うのが好ましい。

このようにて得られた顆粒状の多孔質水酸アパ
タイト焼結体は、例えば生理的食塩水を加えて均
一なスラリー状のものとして用いることができ
る。この際の水酸アパタイト焼結体と生理食塩水
との割合は、通常重量基準で２：１ないし１：２
の範囲で選ばれる。

発明の効果 本発明により得られる人工骨材料は、水酸アパ
タイトと、人体に対して無害な結晶セルロースを
用いたものであるから、長期間にわたつて人体中
に充てんしてもなんら影響を生じるおれはない。
また、孔径10〜100μｍの連続気孔を有し、かつ
気孔率が20〜50％である粒径0.1〜2.0mmの顆粒状
多孔質アパタイト焼結体を用いているため、骨欠
損部や空隙部に充てんした場合、生体組識と結合
しやすく、また生体内において破骨細胞（50〜
100μｍ）及び骨茅細胞（20〜30μｍ）が気孔内に
入り、その作用を受けて、新生骨の増殖吸収が正
常に行われ、水酸アパタイトと新生骨と強固な接
合が実現されるという特徴を示す。また縫合の際
に、皮膚創傷面に付着することがないので、手術
を容易に行うことができる。したがつて、この人
工骨材料は歯科、口腔外科、整形外科などの治療
に好適である。

実施例 次に実施例によつて本発明をさらに詳細に説明
する。

実施例 湿式法で合成した水酸アパタイトを900℃にお
いて１時間仮焼したのち、ボールミルを用いて平
均粒径0.5μｍに粉砕した。次いでこのもの100重
量部にポリビニルアルコール２重量部及び平均粒
径50μｍの結晶セルロース粉末50重量部を加え、
混合したのち、これを粒径0.5〜3.0mmの顆粒に造
粒し、毎時100℃の昇温速度で1350℃まで加熱し、
この温度において１時間焼結して、平均孔径50μ
ｍの連続気孔を有する、気孔率26％の水酸アパタ
イトの顆粒状焼結体を得た。

このようにして得られた顆粒状の多孔質水酸ア
パタイト焼結体100重量部に生理食塩水100重量部
を加えスラリー状となして、本発明の人工骨材料
を得た。

比較例 実施例と同様にして、粒径５〜10μｍの粉末状
の多孔質水酸アパタイト焼結物（実施例における
顆粒に造粒する前のもの）を作成し、このもの
100重量部に生理食塩水100重量部を加えスラリー
状となして、人工骨材料を得た。

適用例 実施例で得た人工骨材料を、ウサギの下顎骨内
の骨欠損部に充てんする手術を行つたところ、皮
膚創傷面への付着は全く認められず、縫合は極め
て容易であり、創傷面のし開、反応性炎症もなく
治瘉した。

この手術後の骨組識について12週後及び24週後
に顕微鏡で観察したところ、以下の知見を得た。

12週後において、水酸アパタイト顆粒の間隙に
形成された新生骨組識は、厚さと密度を増すとと
もに層板構造もはつきり認められる。また、一部
には破骨細胞が出現し、水酸アパタイト顆粒に接
して形成された層板構造の新生骨を吸収している
状態も認められ、活発な骨改造機転の進行がうか
がわれる。水酸アパタイト顆粒内部の気孔には、
骨茅細胞が侵入し気孔壁に沿つて新生骨の形成が
認められる。該植部位周辺の識にも、反応炎症
は、全く見られず良好な治瘉過程を示している。

24週後において、水酸アパタイト顆粒の間隙に
形成された新生骨はいつそう厚く、ち密になり、
新生骨の間に水酸アパタイト顆粒が散在する状態
になつている。水酸アパタイト顆粒内部の気孔
は、新生骨で埋めつくされ、一部には破骨細胞様
多核巨細胞による吸収も認められる。また、新生
骨の骨小腔の配列が規則的になり、層板は顎骨の
長軸方向に配列しているのが分かる。さらに、拡
大したハバース管や骨髄の形成が認められ、水酸
アパタイト顆粒、骨組識と強固なマトリツクスを
組み、完全な骨生治瘉が得られた。

比較適用例 比較例で得た人工骨材料を適用例と同様にして
ウサギの下顎骨内の骨欠損部に充てんする手術を
行つたところ、材料が皮膚創傷面に付着して縫合
閉鎖が困難であつた。また、縫合後も、創傷面の
し開と組識の反応性炎症がめられ、治瘉の遅延が
みられた。

また、12週後及び24週後の骨組識の変化を顕微
鏡により観察したところ以下の知見を得た。

すなわち、12週後においても嵌植部位周辺の組
識の反応性炎症は続き、母床骨の周辺の粒子は新
生骨と結合しているが、大部分は、線維性結合組
識により取り囲まれていた。

また、24週後においては、嵌植部位周辺の組識
の反応性炎症は、消えたが新生骨の生成は母床骨
の周辺に限定され、大部分の粒子は線維性結合組
識にり取り囲まれ、完全な骨生治瘉は得られなか
つた。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 平均粒径0.1〜10μｍの水酸アパタイト粉末
   100重量部と、平均粒径10〜100μｍの結晶セルロ
   ース25〜100重量部との混合物を粒径0.1〜3.0mm
   の顆粒に造粒したのち、900〜1400℃で焼成する
   ことを特徴とする人工骨材料の製造方法。