JPH04240455A

JPH04240455A - 硬組織補綴材料およびその製造方法

Info

Publication number: JPH04240455A
Application number: JP3082068A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Osawa; 孝明大澤
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 1991-01-22
Filing date: 1991-01-22
Publication date: 1992-08-27

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人工骨、人工関節ある
いは人工歯根等の硬組織補綴材料およびその製造方法に
関する。さらに詳しくは、本発明は、生体親和性が高く
、かつ生体組織と強固に固着することが可能な硬組織補
綴材料およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術および問題点】人体内の骨、歯等の硬組織
の変形や欠損を、人工材料を用いて代替する治療は、歯
科や整形外科等で広く行われている。例えば、歯科にお
いては、顎骨中に人工歯根を埋入し、その上に人工歯を
固定し、損歯の代替を行う。また、整形外科においても
、変形した関節を除去した後、人工関節を補綴し、関節
機能を再建することも極めて頻繁に行われている。

【０００３】このような治療においては、人工骨、人工
関節あるいは人工歯根等の硬組織補綴材料（以下、単に
補綴材料という）が生体骨に強固に支持、固定されるこ
とが必要である。しかしながら、生体骨では、常に骨吸
収と骨形成が行われるため常に形状が一定しているとは
いえず、また力学的には粘弾性体であってある程度の弾
性力を持っている。そのような生体骨の中に、常に増減
変化する機械的なストレスにさらされる人工物を補綴す
るのであるから、補綴物と生体骨と間に緩みが生じるの
は避けられない問題であった。特に、従来より使用され
ている金属合金やアルミナセラミックスは、生体骨に比
べて曲げ弾性率が著しく大きいために、たわんだりねじ
れたりすることにより、生体骨との間にズレが生じるば
かりか、局所的に応力が集中するので、集中部において
生体骨を破壊してしまう虞れもあった。また、応力がま
ったくかからない部位では、骨組織の吸収が起こり、従
ってより緩みが増長されることが危惧されるものであっ
た。

【０００４】生体骨と補綴材料の間の固着性を高める手
法としては、以下のような方法が知られている。

【０００５】■生体骨と補綴材料の間に、メチルメタク
リレート等のセメントを充填する。充填されたセメント
は、人工骨側では、海綿骨の網状構造内にくいこみ、補
綴材料側ではその凹凸部分にくいこんで硬化し、補綴材
料を生体骨に強固に固着する。

【０００６】■補綴材料表面に、階段状の溝や、気孔状
の凹凸を付けて、当該溝、凹凸部分に新生骨を形成させ
、楔効果により固着を強固にする。

【０００７】■生体骨の弾性に近似するプラスチック材
料を用い、ストレスの集中を防止する。

【０００８】しかしながら、■の方法では、セメントの
毒性が心配されるとともに、セメントの重合の際に発生
する熱が周辺の生体組織に悪影響を及ぼす、あるいはセ
メント内に残留している低分子物質が生体内に流出し、
悪影響を及ぼす虞れがある等の問題点を有する。さらに
は、セメントの存在により骨組織を貧食する細胞やセメ
ントを貧食する細胞が出現し、骨組織が破壊される虞れ
のあることが指摘されており（人工股関節緩み例の病理
組織学的および生化学的検索：松野丈夫他、整形外科Ｍ
ＯＯＫ　　Ｎｏ．４５，１９８６、２４７〜２６８）、
従って安全性に問題のあるものであった。　　また、■
の方法は、セメントの充填による前述のような危惧を伴
わない方法であるが、補綴すべき部位により、付与する
溝、凹凸の形状が異なったり、また当該溝、凹凸の存在
により、補綴する手技に高度な熟練を要する等の問題が
あった。

【０００９】また、■の方法においては、プラスチック
は生体親和性が低いので、生体骨と人工骨との間にコラ
ーゲン繊維が成育し、このコラーゲン繊維の存在により
、新生骨の形成が阻害される。従って、強固な固着は不
可能であるという問題があった。

【００１０】一方、生体骨の弾性に近似するプラスチッ
ク材料の表面に、リン酸カルシウムを主成分とする繊維
の集合体をポリメチルメタアクリレートによって接合し
た補綴材料が開示されている（特開昭６３−２７００４
９号公報）。

【００１１】この補綴材料は、基材を生体骨の弾性に近
似するプラスチック材料で構成することによって、スト
レスの集中を防止し、しかもその表面に無機化合物を接
合することにより、生体骨との親和性を発揮させようと
したものである。

【００１２】しかしながら、この補綴材料は、プラスチ
ック材料と無機化合物の接合に際して、バインダーとし
てポリメチルメタアクリレートを用いている。前述のよ
うに、ポリメチルメタアクリレートは、生体に対する毒
性が心配されるとともに、残留している低分子物質が生
体内に流出し、悪影響を及ぼす虞れがあり、また骨組織
の貧食を惹起する虞れがある等の問題を有するものであ
り、従ってこの補綴材料は、安全性が十分であるとはい
えないものであった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、生
体骨に近似した弾性を有するとともに、十分な生体骨と
の親和性を有し、従って安全性に優れた硬組織補綴材料
を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記の課題は、生体骨に
近似した弾性を有するプラスチック材料よりなる基材の
表面に、生体骨と親和性を有する無機イオンを保持せし
めたことを特徴とする硬組織補綴材料によって解決され
る。

【００１５】前記プラスチック材料の曲げ弾性率は、３
〜１００ＧＰａであることが好ましい。

【００１６】前記無機イオンは、カルシウムイオンであ
ることが好ましい。

【００１７】前記金属イオンの保持量は、基材１ｃｍ２
あたり１×１０１４〜１×１０１８個であることが好ま
しい。

【００１８】また、本発明は、生体骨に近似した弾性を
有するプラスチック材料よりなる基材の表面に、生体と
親和性を有する金属イオンを、イオン注入法により保持
せしめたことを特徴とする硬組織補綴材料の製造方法を
示すものである。

【００１９】以下、本発明を詳細に説明する。

【００２０】本発明に用いられるプラスチック材料の材
質としては、生体に対して悪影響を及ぼさず、しかも適
度な強度と生体骨に近似した弾性を有するものが好まし
い。特に、繊維強化プラスチックが好ましく、例えば、
ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリフェニ
レンサルフィド、ポリエーテルサルフォン等のガラス繊
維、炭素繊維あるいはアラミド繊維の複合体が好適であ
る。

【００２１】当該プラスチック材料からなる基材（以下
、プラスチック基材という）の曲げ弾性率は、補綴箇所
により異なるが、通常、３〜１００ＧＰａ、特に１０〜
１００ＧＰａ程度が好ましい。また、重合度は、前記弾
性率により適宜決定すればよい。

【００２２】また、当該プラスチック材料には、必要に
応じて、チタン、タングステン、モリブデン等の金属あ
るいはリン酸カルシウム、アルミナセラミックス等のセ
ラミックスが配合されていてもよい。また、上記金属は
、無電解めっき法、溶融めっき法、電気めっき法、浸漬
めっき法等の公知の手法により、プラスチック表面に被
覆されていてもよい。

【００２３】本発明に係る硬組織補綴材料は、前記プラ
スチック基材表面（場合によっては、金属めっきが施さ
れたプラスチック基材表面）に、生体骨と親和性を有す
る無機イオンが保持されているものである。使用される
無機イオンとしては、カルシウムイオン、マグネシウム
イオン、ケイ素イオン、リンイオン、チタンイオン、ま
たはこれらの混合物等があげられる。

【００２４】上記した無機イオンのなかでも、骨形成を
促進させる効果が高い点から、特にカルシウムイオンが
好適である。

【００２５】また無機イオンの保持量は、プラスチック
基材表面１ｃｍ２あたり１×１０１４〜１×１０１８個
であることが好ましい。１×１０１４個以下であると、
生体骨との十分な親和性を発揮することができず、また
１×１０１８個以上であると、プラスチック基材そのも
のの物性を変化させてしまうからである。

【００２６】このような無機イオンは、プラスチック基
材の表面に部分的に保持されていてもよいが、プラスチ
ック基材の表面全面に均一に保持されてなることが好ま
しい。

【００２７】次に、本発明の硬組織補綴材料の製造方法
を説明する。

【００２８】まず、プラスチック基材を所望の形状に成
形加工する。次いで、必要に応じて、チタン、タングス
テン、モリブデン等の金属めっきを施した後、当該プラ
スチック基材表面に上記のような無機イオンを保持させ
ることにより本発明の硬組織補綴材料を得ることができ
る。

【００２９】金属イオンをプラスチック基材表面に保持
させる方法としては、例えば、真空アークや熱フィラメ
ント等によって金属をイオン化させ、これをビームとし
て基材表面に注入する方法（イオン注入法）、あるいは
イオンプレーティング法等が好ましい。

【００３０】次に実施例および比較例を示して本発明を
さらに詳細に説明する。

【００３１】

【実施例】〈実施例１〉曲げ弾性率１５ＧＰａの３０％
カーボンファイバー入りポリエーテルエーテルケトン（
三井東圧社製）を、直径３ｍｍφ、長さ６０ｍｍの棒状
に成形加工した。次いで、この棒状体表面に、イオン注
入装置（ＩＭＭ−２２００Ｓ：日本真空技術社製）を用
いてカルシウムイオンを注入、保持し補綴材料１を作製
した。なお、注入条件は、ビーム電流値４００μＡ、ビ
ームエネルギー５０ＫｅＶとされた。また、カルシウム
イオンの保持量を、イオン注入装置付属のドースファラ
デーを用いて測定したところ、１×１０１６個／ｃｍ２
であった。

【００３２】得られた補綴材料１を、２匹の白色家兎の
膝より大腿骨骨髄腔に挿入し、４週間後、及び１２カ月
後にそれぞれ大腿骨ごと補綴材料１を取り出し、ホルマ
リン固定を行った。次いでポリメチルメタアクリレート
樹脂に包埋させ、サンプル１ａ，１ｂとした。

【００３３】〈実施例２〉曲げ弾性率４ＧＰａのポリエ
ーテルサルフォン（三井東圧社製）を直径３ｍｍφ、長
さ６０ｍｍの棒状に成形加工した。次いで、この棒状体
表面に、イオン注入装置（ＩＭＭ−２２００Ｓ：日本真
空技術社製）を用いてカルシウムイオンを注入、保持し
補綴材料２を作製した。なお、注入条件は、ビーム電流
値４００μＡ、ビームエネルギー５０ＫｅＶとされた。また、カルシウムイオンの保持量を、イオン注入装置付
属のドースファラデーを用いて測定したところ、１×１
０１５個／ｃｍ２であった。次いで、実施例１と同様の
操作によりサンプル２ａ，２ｂを作製した。

【００３４】〈比較例１〉曲げ弾性率４ＧＰａのポリエ
ーテルエーテルケトン（三井東圧社製）を、直径３ｍｍ
φ、長さ６０ｍｍの棒状に成形加工し、補綴材料３を作
製した。次いで、実施例１と同様の操作によりサンプル
３ａ，３ｂを作製した。

【００３５】〈比較例４〉補綴材料基材として、曲げ弾
性率１８６ＧＰａのステンレスＳＵＳ３１６Ｌを用いる
以外は実施例１と同様にして、補綴材料４およびサンプ
ル４ａ，４ｂを作製した。

【００３６】〈比較例５〉曲げ弾性率１５ＧＰａのポリ
エーテルエーテルケトン（三井東圧社製）を、直径３ｍ
ｍφ、長さ６０ｍｍの棒状に成形加工した。次いで、Ｃ
ａ／Ｐ原子量比が１．６６のハイドロキシアパタイト粉
末（平均粒径１５μｍ）を白金るつぼ中にて１３００℃
に昇温して溶融し、５０μの小孔を有する白金製口金よ
り引き出して直径５０μの繊維状に成形し、これを織る
ことによりリン酸カルシウムからなる織布を作製した。次に、ポリメチルメタアクリレートに硬化用触媒を加え
、混練後、成形加工品の表面に塗布し、さらにこの表面
を織布で覆い、ポリメチルメタアクリレートを乾燥させ
、補綴材料５を作製した。次いで、実施例１と同様の操
作によりサンプル５ａ，５ｂを作製した。

【００３７】サンプル１ａ〜５ａおよび１ｂ〜５ｂを研
磨し、病理観察を行った。その結果を表１に示す。

【表１】

【００３８】表１より明らかなように、本発明に係る補
綴材料１および２では、補綴初期、補綴長期間後いずれ
の場合においても骨組織と連続しており、また補綴後長
期間にわたり新生骨の形成が認められた。これに対し、
基材表面に無機イオンを注入しない比較例１においては
、骨組織との間にコラーゲン繊維が成育し、このため、
長期的には、新生骨の形成が阻害されることが示された
。また、基材としてステンレスＳＵＳ３１６Ｌを用いた
比較例２においては、生体骨との物性的な相違に起因す
ると思われる局所的な骨組織の破壊が見られた。また、
無機化合物をセメントをバインダーとして用いて被覆し
た比較例３においては、セメントの存在に起因すると思
われる、巨大貧食細胞および骨組織貧食細胞の発現が見
られ、安全性に問題があることが示唆された。

【００３９】

【発明の効果】以上、詳述したように、本発明に係る硬
組織補綴材料は、生体骨に近似した弾性を有するプラス
チック材料よりなる基材の表面に、生体骨と親和性を有
する無機イオンを保持せしめたことを特徴とするもので
あるから、生体に近似した弾性を有するとともに、十分
な生体骨との親和性を有するので、生体骨に強固に固着
し、しかも安全性に優れるという効果を奏する。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　生体骨に近似した弾性を有するプラス
チック材料よりなる基材の表面に、生体骨と親和性を有
する無機イオンを保持せしめたことを特徴とする硬組織
補綴材料。
【請求項２】　　前記プラスチック材料の曲げ弾性率は
、３〜１００ＧＰａである請求項１記載の硬組織補綴材
料。
【請求項３】　　前記無機イオンがカルシウムイオンで
ある請求項１又は２記載の硬組織補綴材料。
【請求項４】　　前記金属イオンの保持量が、基材１ｃ
ｍ２あたり１×１０１４〜１×１０１８個である請求項
１〜３のいずれかに記載の硬組織補綴材料。
【請求項５】　　生体骨に近似した弾性を有するプラス
チック材料よりなる基材の表面に、生体と親和性を有す
る金属イオンを、イオン注入法により保持せしめたこと
を特徴とする硬組織補綴材料の製造方法。