JP2004358249A - ストロンチウム置換アパタイト被覆 - Google Patents

Abstract

【課題】 改善した好適な生理活性型セラミック被覆を有する移植用物品を製造する方法およびその方法で製造された移植用物品を提供する。
【解決手段】 この発明は、生理活性型ストロンチウム置換アパタイト被覆を備えた移植用物品を製造する方法を提供する。この方法は、（ｉ）ストロンチウムイオン、（ｉｉ）カルシウムイオン、（ｉｉｉ）リン酸イオンおよび（ｉｖ）液状キャリアを含む組成物を有するカルシウム含有化合物で被覆されていない生体適合性基板の表面を保温するステップを含むものである。
【選択図】 なし

Description

この発明は、移植用物品を製造する方法に関するものである。

種々の物品には、鉱化および／またはセラミック被覆を適用することが望ましい。生物学的インプラント（例えば、医療用インプラント）は、そのような被覆がしばしば適用される物品の１つの部類を代表するものである。そのような被覆が適用される基板としては通常、金属またはプラスチックであるが、上記被覆はセラミックまたはシリコン等の他の基板に適用することができる。

人工関節や義歯等の生物学的インプラントは、通常、骨内に恒久的に付着されまたは固定されなければならない。場合によっては、骨内の人工補綴物に付着する骨セメントを使用することが許容される。しかしながら、多くの人工関節の場合では、人工関節内およびその周囲に患者由来の天然骨の内植を促進することによって人工関節を付着することがより一般的になっている。天然骨の内植に起因する骨とインプラントとの境界面は、時間の経過と共により強固となり、骨セメントと人工補綴物とを結合する場合よりも恒久化する傾向にある。

最適な骨内植は、移植されるべき人工補綴物内およびその周囲に天然骨が成長することを必要とするものである。骨内植および人工補綴物定着は、インプラント上に不規則的な玉状あるいは多孔性の表面を与えることによって強化することができる。チタン合金を含む種々の材料が生体適合性であるが、これらの材料は骨形成を導くこともなく骨との化学結合を形成することもないので、生理活性的である必要はない。

したがって、骨内へのインプラントの定着強化は、生理活性を有する鉱化および／またはセラミック材料でインプラントを被覆することによって達成することができる。そのような被覆は人工補綴物内およびその周囲における骨内植のより早く促進するものと説明されてきた。

鉱化および／またはセラミック被覆を生体適合性基板に適用するためには種々の技術が使用されている。これらの被覆は、典型的にはセラミックスで形成されており、相対的に大きな結晶サイズによって特徴付けられる傾向にある。これらの被覆は、プラズマスプレイ法、イオン注入法およびゾル・ゲル法を含む種々の技術によって付けることができる。これらの被覆は、比較的広く使用されるが、いくつかの欠点を有している。例えば、付けられた被覆は、大小の孔を有する傾向にあり、相対的に厚く脆いことがある。また、これらの被覆は化学的な欠点も有することがあり、必ずしも基板によく付着するとは限らない。結局、そのような被覆は、価値を下げる領域である多孔性表面のような複雑な幾何学的形状を有する状態で、平らでなく不均一に基板の表面に付けられる。さらに、そのような複雑な幾何学形状を有する表面は、時として完全に被覆されない。

リン酸カルシウムセラミックス、特にヒドロキシアパタイトが骨形成を導くことができるものとかなりの文献に記述されてきた。ヒドロキシアパタイトセラミックは、迅速で強固な定着を達成するために、無セメントの金属性インプラント上の被覆としてうまく付けられてきた。熱プラズマスプレイ法は、ヒドロキシアパタイト被覆を生成させるのに使用された、より一般的な方法の１つである。しかしながら、結果として得られるプラズマスプレイされたヒドロキシアパタイト被覆は、相対的に低密度であり、組成物の構造上、均一ではない。上記被覆と基板との間の粘着性は、特に患者体内に長期間晒された後は、概ね非常に強いわけではない。熱プラズマスプレイで生成された被覆の変質および被覆剥離に起因する硬質セラミック物品の生成は、多大な関心事である。

また、水溶液を用いてアパタイトセラミック被覆を生成するために、低温プロセスが実行されてきた。水溶液はいかなる空間にも到達することができるので、これらの低温プロセスは複雑な幾何学的形状の表面を備えた基板の場合において、効率的に使用することができる。この溶液から形成されるヒドロキシアパタイト被覆は、高温プロセスによって生成されるプラズマスプレイヒドロキシアパタイト被覆よりも骨組織に対する生物学的親和性を高めることができる。しかしながら、現在公知の典型的な低温プロセスは基板の前処理を必要とする。

特許文献１には、水性被覆技術の一例として生理活性型セラミック被覆を基板上に電着する点が開示されている。非特許文献１は、クロロシラン等の材料で基板上を表面処理した後に塩化カルシウム含有溶液中に基板を浸漬することによって基板上にオクタカルシウムリン酸塩を付ける技術を開示している。特許文献２などには、圧力反応器内でカルシウムリン酸塩に基板を晒すことによってヒドロキシアパタイト被覆を形成する他の技術が開示されている。特許文献３は、ヒドロキシアパタイト物を含有する液体の蒸気を導くことによって基板上にヒドロキシアパタイト被覆を形成し、基板上に繊維状結晶のヒドロキシアパタイト被覆を付ける技術を開示している。

上述したカルシウムリン酸塩ヒドロキシアパタイト等の合成アパタイトセラミックスの生理活性および安定性は、カルシウムに代えてアパタイトにシリコン、マグネシウム、フッ素およびストロンチウム等の元素を添加することによって改善されてきた。例えば、特許文献４は、カルシウムリン酸塩ヒドロキシアパタイトより高い生理活性を有しかつ合成骨材料として使用することができるシリコン置換アパタイトを開示している。また、特許文献５は、例えば骨補綴物において使用することができるカルシウムリン酸塩粉末とストロンチウムリン酸塩粉末とを混合することによって生成された生体適合性のストロンチウム置換アパタイトセラミックを開示している。特許文献９には、ストロンチウム含有ヒドロキシアパタイトを含む生理活性型骨セメントが開示されている。特許文献１０は、生体外で成長した骨細胞を移植するための支持体として使用され、カルシウムがバリウム、ストロンチウムおよび鉛等の他のイオンによって置換できるカルシウムヒドロキシアパタイトマトリックスを開示している。特許文献６は、アパタイトでないカルシウムリン酸塩で被覆したインプラントを製造し、カルシウムリン酸塩をアパタイトセラミック層に転換する熱水処理を用いる方法を開示している。カルシウムリン酸塩層におけるカルシウムイオンは、非アパタイトカルシウムリン酸塩のアパタイトへの変換中にストロンチウムイオン、マグネシウムイオン、塩素イオン、フッ素イオンあるいは炭酸イオンと置換することができる。

多くのセラミック被覆およびそのような被覆を生成する方法が存在するにもかかわらず、改善した好適な生理活性型セラミック被覆を有する移植用物品を製造する特別な方法の必要性が残されたままである。この発明は、移植用物品を製造するそのような方法を提供するものである。この発明の特徴的構成ばかりでなく、この発明の上記および他の利点は、この明細書に提供された発明に関する記述から明白になるはずである。

米国特許第５，２０５，９２１号 日本国特許出願第８−４０７１１号 米国特許第５，１８８，６７０号 同第６，３１２，４６８号 同第６，３３８，８１０号 同第５，４４１，５３６号 同第６，１３９，５８５号 同第６，１４３，９４８号 国際出願第ＷＯ ０１／４９３２７号 米国特許出願第２００２／０１２７７１１ Ａ１ バンカーら（Bunker）によるサイエンス１９９４年第２６４巻４８頁〜５５頁

この発明は、従来の移植用物品の欠点を克服するためになされたもので、その目的とするところは、改善した好適な生理活性型セラミック被覆を有する移植用物品を製造する方法およびその方法で製造された移植用物品を提供する点にある。

請求項１記載の発明は、移植用物品を製造する方法であって、（ａ）カルシウム含有組成物で被覆されていない表面を備えた生体適合性基板を与えるステップと、（ｂ）（ｉ）濃度が約０．１ｍＭから約１０ｍＭまでのストロンチウムイオンと（ｉｉ）濃度が約０．１ｍＭから約１０ｍＭまでのカルシウムイオンと（ｉｉｉ）濃度が約０．１ｍＭから約１０ｍＭまでのリン酸イオンと（ｉｖ）液状キャリアとを含み、ｐＨが約５から約８までの組成物と共に、上記生体適合性基板の表面の少なくとも一部分を保温するステップと、（ｃ）上記生体適合性基板から上記液状キャリアを除去して上記生体適合性基板の表面の少なくとも一部分に化学的に結合した生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆を有する移植用物品を生成するステップとを含むものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の方法によって生成された移植用物品である。

この発明によれば、改善した好適な生理活性型セラミック被覆を有する移植用物品を製造する方法およびその方法で製造された移植用物品を提供することができるという効果がある。

この発明は、移植用物品を製造する方法を提供するものである。この方法は、（ａ）カルシウム含有組成物で被覆されていない表面を備えた生体適合性基板を与えるステップと、（ｂ）（ｉ）ストロンチウムイオンと（ｉｉ）カルシウムイオンと（ｉｉｉ）リン酸イオンと（ｉｖ）液状キャリアとを含む組成物と共に、上記生体適合性基板の表面の少なくとも一部分を保温するステップと、（ｃ）上記生体適合性基板から上記液状キャリアを除去して上記生体適合性基板の表面の少なくとも一部分に化学的に結合した生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆を有する移植用物品を生成するステップとを含むものである。

この明細書中で使用されているような上記用語「移植用物品」は、動物（特にヒト）の体内に挿入でき、埋設でき、あるいは移植でき、かつ生物医学的使用のために設計された如何なる物体または機器、あるいはその部分に言及するものとする。移植用物品は、例えば、骨代用品、人工関節、義歯（歯科補綴物）、顎顔面インプラント、椎骨用外科補助器具、経皮用機器（口腔またはそのようなもの）、あるいは他の医療用または化粧用機器とすることができる。そのような移植用物品は、機器を特定の骨に定着する手段ばかりでなく、骨代替品または骨強化品として寄与することができる。

「生体適合性基板」とは、動物（特にヒト）の体内に挿入され、あるいは埋設されて有害な免疫反応を起こさないような適合性を有する如何なる物体または機器を意味するものとする。生体適合性基板は、シリコン、金属類、セラミックスまたはポリマー等の任意の適切な材料を含むか、当該材料から本質的になるか、あるいは当該材料からなるものとすることができる。生体適合性金属類は、コバルト、コバルト・クロム合金およびステンレス鋼ばかりでなく、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウムおよびこれらの合金（例えば、チタン合金またはタンタル合金）を含む。生体適合性ポリマーは、ポリエチレン（例えば、超高分子量ポリエチレンまたはポリエチレンオキサイド）、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリグリコール酸、ポリ乳酸、他の多糖類、および上記任意のポリマーの共重合体（例えば、ポリ乳酸とポリグリコール酸との共重合体）等の天然または合成のポリマー類とすることができる。生体適合性基板は、生体適合性金属を含むか、当該金属から本質的になるか、あるいは当該金属からなることが好ましい。生体適合性基板は、チタンおよびコバルトを含むか、当該金属から本質的になるか、あるいは当該金属からなることがさらに好ましい。生体適合性基板は、移植用物品の任意の適切な部分、好ましくは補綴物（特に人工関節）の一構成部分に存在することができる。米国特許第６，１３９，５８５号および同第６，１４３，９４８号には適切な生体適合性基板が記述されている。

生体適合性基板は、生理活性表面またはセラミック被覆で覆われる前に種々の方法で改質することができる。例えば、生体適合性基板は、この生体適合性基板に対する生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイトの粘着力を促進するために、表面粗さについて改質することができる。生体適合性基板の表面粗さ改質方法は、当業者に公知であり、例えば酸エッチング法およびグリットブラスト法を含むものである。生体適合性基板は、典型的には、超音波洗浄法等の洗浄プロセス（例えば、表面粗さを改質した後に）を受ける。また、そのような洗浄プロセスも公知である。生体適合性基板はグリットブラスト法を受けた後に超音波洗浄を受けるのが好ましい。生体適合性基板は、基板に対するセラミック被覆の粘着力を促進するために任意の適切な方法で改質されてもよいが、生体適合性基板は、生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆で覆われる前にカルシウム含有化合物で被覆されない。

生体適合性基板の表面の少なくとも一部分（例えば生体適合性基板の全表面）は生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆で被覆される。「生理活性」とは、例えば局所的な骨形成を改善すること、あるいは微生物種の増殖開始を防止することにより局所的な組織の活性を生じさせる能力を有するという意味である。生理活性型の表面被覆はセラミックアパタイト被覆すなわち大部分はセラミック材料である被覆である。生理活性型のセラミックアパタイト被覆は、任意の適切なセラミック材料を含むか、当該金属から本質的になるか、あるいは当該金属からなるものとすることができる。適切なセラミック材料は、カルシウムリン酸塩、ストロンチウム塩化物、アルミナ、バイオグラスおよび１つまたはそれ以上の生物分解性アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、または遷移金属塩を含む複合材料を含む。セラミック材料は、アパタイト（例えば、リン酸カルシウムヒドロキシアパタイト、炭酸アパタイト、炭酸ヒドロキシアパタイト）を含み、このアパタイトではストロンチウムイオンがカルシウムイオンの少なくとも一部に代えて置換されている（すなわち「ストロンチウム置換」アパタイト）。この明細書中に使用されているような用語「アパタイト」は、六角形状の結晶、顆粒状の塊あるいは微細粒子状の塊として種々に存在している如何なるカルシウムリン酸鉱物質群に言及するものとする。米国特許第６，１３９，５８５号および同第６，１４３，９４８号には生理活性型セラミックアパタイト被覆が概ね記述されている。この明細書中に記述された生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆は、ストロンチウムイオンが試験管中で骨吸収を阻害しかつ生体内で骨形成を高める点で好ましい。

生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆は、同一または異なってもよい複数（すなわち２つまたはそれ以上）の層を含めることができる。生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆は、任意の適切な厚さとすることができる。生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆は、約０．００５μｍまたはそれ以上（例えば、約０．０１μｍまたはそれ以上、約０．１μｍまたはそれ以上、あるいは約０．２μｍまたはそれ以上）の厚さを有することが望ましい。また、生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆は、約５０μｍまたはそれ以下（例えば、約３０μｍまたはそれ以下、約２０μｍまたはそれ以下、約１０μｍまたはそれ以下、あるいは約５μｍまたはそれ以下）の厚さを有することが望ましい。

生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆は、微小多孔性セラミック被覆であることが好ましい。この明細書中に記述された用語「微小多孔性」は、直径１μｍ以下の孔を有する被覆に言及するものとする。また、生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆は微小結晶であることが好ましい。この明細書中に記述された用語「微小結晶」は、１μｍ以下の結晶サイズを有するものを意味するものとする。

生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆は、生体適合性基板の表面の少なくとも一部分に化学的に結合される。この発明に従って、生体適合性基板とこれに化学的に結合したストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆とを含む移植用物品は、生体適合性基板の表面の少なくとも一部分を、ストロンチウムイオン、カルシウムイオン、リン酸イオンおよび液状キャリアを含む組成物と共に保温し、生体適合性基板から液状キャリアを除去することによって生成される。用語「ストロンチウムイオン」、「カルシウムイオン」および「リン酸イオン」は、ストロンチウム、カルシウム、リン酸基イオンをそれぞれ含むイオン類に言及するものとする。イオン類は、例えば、電荷に関して一価、二価または三価のものとすることができる。ストロンチウムイオンおよびカルシウムイオンは二価、すなわちＳｒ²⁺およびＣａ²⁺であることが好ましい。リン酸イオンは、ＰＯ₄ ^3- 、ＨＰＯ₄ ^2- またはＨ₂ ＰＯ₄ ^-であることが好ましい。

ストロンチウムイオン、カルシウムイオンおよびリン酸イオンの濃度は独立して決められており、移植用物品を製造するのに使用される組成物中において同一または異なるようにすることができる。組成物中におけるストロンチウムイオン、カルシウムイオンおよびリン酸イオンの各濃度は、個別に約０．１ｍＭ〜約１０ｍＭの範囲とされる。各イオン濃度は、約５ｍＭ以下とすることが好ましい。各イオン濃度が約１．５ｍＭ以下であることがより好ましい。また、ストロンチウムイオン、カルシウムイオンおよびリン酸イオンの各濃度は約０．５ｍＭ以上であることが好ましい。組成物中におけるストロンチウムイオン濃度は約０．５ｍＭ〜約５ｍＭ（例えば、約０．５ｍＭ、約１．０ｍＭまたは約１．５ｍＭ）の範囲であることが最も好ましい。この明細書中に記述された組成物と共に生体適合性基板を保温することによって生成されたストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆は、カルシウムイオンに対するストロンチウムイオンのモル比として約０．０００１（すなわち１：１０，０００）〜約０．５（すなわち１：２）を含むことが望ましい（例えば、約１：５，０００〜約１：２、約１：２，５００〜約１：５、約１：１，０００〜約１：５、約１：５００〜約１：４、約１：２００〜約１：４、約１：５０〜約１：１０、約１：３０〜約１：１０）。

上記組成物は、追加の成分、物質、化学基およびイオンをさらに含めることができる。組成物は、例えば、ナトリウムイオン、マグネシウムイオン、炭酸イオン、ヒドロキシルイオン、塩素イオン、フッ化物イオン、カリウムイオン、ケイ酸塩、硫酸イオン（ＳＯ₄ ^2- ）、トリス（ヒドロキシメチル）アミノメタン（トリス緩衝液）およびこれらの混合物からなる群より選択された１つまたはそれ以上の物質をさらに含めることができる。したがって、この発明に係る方法によって生成される生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆は、同一の成分、物質、化学基およびイオンを含めることができる。上記組成物および生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆は、成分、物質、化学基およびイオンを任意の適切な比で含めることができる。生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆は、ストロンチウム基、カルシウム基、リン酸基、および塩化物基を含むことが好ましい。

液状キャリアは、少なくともストロンチウムイオン、カルシウムイオンおよびリン酸イオンが生体適合性基板および／または生理活性型セラミック被覆に送り出されるために懸濁あるいは溶解する任意の適切な水性または非水性の液体とすることができる。適切な液状キャリアは、水、トリス緩衝生理食塩水、リン酸緩衝生理食塩水およびそのような液体を含む。液状キャリアは、生理学的適合キャリアであることが好ましく、水（例えば、純粋または滅菌水）であることがより好ましい。

生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆を形成するために使用される組成物のｐＨは約５〜約８の範囲である。組成物のｐＨは約６．５〜約８の範囲（例えば約７．５）であることが好ましい。

この発明に係る方法に従って行う組成物に対する保温時間は約３０分またはそれ以上である。適切な保温時間は約１時間以上、約５時間以上、約１０時間以上、約２４時間以上、約４８時間以上、約７２時間以上、約１００時間以上である。保温時間は約２時間以上（例えば約２時間〜約２０日間、あるいは約１２時間〜約１０日間）であることが好ましい。保温時間は約２４時間以上（例えば約２４時間〜約２０日間、あるいは約４８時間〜約１０日間）であることがより好ましい。保温時間は約７２時間以上（例えば約７２時間〜約２０日間、あるいは約５日間〜約１０日間）であることが最も好ましい。概ね、保温時間が長くなればなるほど、生理活性表面またはセラミック被覆に一体化するストロンチウムの濃度を高めることになる。

上記組成物に対して行われる保温の温度は任意の適切な温度とすることができる。保温温度は、典型的には、約２０℃〜約１００℃の範囲とされる。理想的には、保温温度は、生体適合性基板または生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆が不活性化する温度を越えることはない。生体適合性基板および／または生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆が不活性化あるいは変性する温度は、基板または被覆の固有の性質に依存するものである。さらに、保温温度は、約３０℃と約５０℃との間の範囲であることがより好ましい。保温温度は、約３７℃と約４５℃との間の範囲であることが最も好ましい。

この発明に係る方法では、液状キャリアは、任意の適切な方法により生体適合性基板から除去することができる。液状キャリアは、典型的には、生体適合性基板または生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆が不活性化する温度を下回る温度で乾燥することによって除去することができる。上述したように、この温度は、生体適合性基板および／または生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆の性質に依存するものである。乾燥方法は、凍結乾燥法（凍結乾燥法の温度および作用が生体適合性基板および／または生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆に悪影響を与えない限りにおいて）とすることができる。一方、乾燥は、より高い温度、例えば約２０℃またはそれ以上であるが、生体適合性基板または生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆が不活性化または変性する温度を下回る温度で、行うことができる。乾燥温度は、約２０℃〜約５０℃（例えば、約３０℃、約４０℃または約５０℃）であることが望ましい。

また、液状キャリアは、適切な液体、特に水溶液で生体適合性基板および／または生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆を洗浄した後に、上述したようにセラミック被覆を乾燥することによって除去することができる。好適な洗浄液は水（例えば純水または滅菌水）である。

実用的な移植用物品を得るために、生体適合性基板および／または生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆から全ての液状キャリアを除去する必要はない。しかしながら、全ての液状キャリアまたは少なくとも実質的に全ての液状キャリアが、生体適合性基板および／または生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆から除去されることが好ましい。

この発明に係る移植用物品を製造する方法は他のステップを含めることができる。例えば、この発明に係る方法は、保温ステップ後（すなわち、上述したように組成物と共に生体適合性基板の少なくとも一部分を保温した後）に、液状キャリアと、（ｉ）ストロンチウムイオン、（ｉｉ）カルシウムイオンおよび／または（ｉｉｉ）リン酸イオンの１種またはそれ以上のイオンとを含む第２の組成物に対して行う更なる保温ステップをさらに含めることができる。換言すれば、生体適合性基板は種々の組成物と共に保温することができる。そのような追加の組成物は、例えばストロンチウムイオン、リン酸イオンまたはカルシウムイオンの濃度または種類に関して、同一または異なるものとすることができる。この関係では、この発明に係る方法は、保温される組成物を構成する元素（または構成成分）の数、保温される組成物の各元素（または構成成分）の濃度、保温される組成物のｐＨ、保温時間および／または保温温度に関して、上述した保温ステップと異なる追加の保温ステップをさらに含めることができる。

生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆を形成するのに使用される組成物は、生物学的因子をさらに含めることができる。用語「生物学的因子」は、生物学的効果を有する如何なる天然由来または合成の製剤に言及するものとする。そのような生物学的因子は、蛋白質、脂質、リポ多糖類、成長因子、細胞増殖抑制剤、ホルモン類、抗生物質、抗感染剤、抗アレルゲン剤、抗炎症剤、プロゲステロン剤、体液性剤、解熱剤および栄養剤を含むものである。生物学的因子は、骨誘起物質、骨伝導物質、あるいは骨誘起性および骨伝導性の両方を有する物質であることが好ましい。この明細書中で使用される用語「骨誘起性」は、新骨形成力を備えた前駆細胞の形成へ導く未分化の血管周囲間葉細胞の有糸***誘発を促進する薬剤に言及するものとする。明細書中で使用される用語「骨伝導性」とは、浸入血管の開路および定義された受動性格子構造への新骨形成を促進することを意味するものとする。すなわち、「骨伝導性」は概ね、新骨の成長および付着にとって有利な環境を創出する因子に言及するのに対し、「骨誘起性」は概ね、新骨の成長を直接的あるいは間接的に刺激する因子に言及するものとする。明細書中で使用される用語「付着」は、生理活性表面上への直接的な骨形成に言及するものとする。骨誘起性、骨伝導性、あるいは両方の性質を備えた生物学的因子は蛋白質であることが好ましい。

骨誘起性蛋白質は公知であり、例えば骨形態誘発性蛋白質（ＢＭＰ）および骨形成蛋白質−１（ＯＰ−１；ＢＭＰ−７）を含むものである。骨伝導性蛋白質も公知であり、例えばコラーゲン等の細胞外基質蛋白質、抗菌性・抗炎症性蛋白質および血液凝固因子を含むものである。骨誘起性と骨伝導性の双方を備えた蛋白質は、例えば、ＢＭＰおよびＯＰ−１を含むものである。上記蛋白質は、非膠原性コラーゲン性骨蛋白質であることが好ましい。ここで「非膠原性」とは蛋白質はコラーゲンでないことを意味するものとする。非コラーゲン性骨蛋白質は、例えば骨ネクチン（osteonectin）、骨ポンチン（osteopontin）、骨カルシン（osteocalcin）および骨唾液蛋白質（bone sialoprotein）を含むものである。また、蛋白質は、繊維芽細胞成長因子（ＦＧＦ）、形質転換成長因子β（ＴＧＦ−β）、血小板由来成長因子（ＰＤＧＦ）、インスリン成長因子（ＩＧＦ）および上述因子の群等の成長因子であることが好ましい。また、適切な生物学的因子は、バンコマイシン、ペニシリン、テトラサイクリン、クロロテトラサイクリン、バシトラシン、ニスタチン、ストレプトマイシン、ネオマイシン、ポリミキシン、グラミシジン、オキシテトラサイクリン、クロラムフェニコールおよびエリスロマイシン等の硬性物質をも含むものである。

生物学的因子は、生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆に組み込まれていることが好ましい。「組み込む」とは、生物学的因子が生理活性表面またはセラミック被覆に化学的および／または静電的に結合するか、機械的に付着するか、および／またはその内部に含浸または捕捉されていることを意味するものとする。また、生物学的因子は、生理活性表面またはセラミック被覆に結合または付着することもできる。

生物学的因子は、生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆内に任意の適切な濃度で存在することができる。生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆に組み込まれた生物学的因子の濃度は、生物学的因子が成長因子である場合、生物学的因子が被覆１ｍｇ当たり約０．００１ｎｇまたはそれ以上であることが好ましい。生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆に組み込まれた生物学的因子の濃度は、生物学的因子が被覆１ｍｇ当たり約０．０１ｎｇまたはそれ以上であることがより好ましい。生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆に組み込まれた生物学的因子の濃度は、生物学的因子が被覆１ｍｇ当たり約０．１ｎｇまたはそれ以上（例えば、生物学的因子が被覆１ｍｇ当たり１ｎｇであるか、または生物学的因子が被覆１ｍｇ当たり１０ｎｇである）であることが最も好ましい。生物学的因子が抗生物質または成長因子でない蛋白質である場合には、生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆に組み込まれた生物学的因子の濃度は、生物学的因子が被覆１ｍｇ当たり約１μｇまたはそれ以上であることが好ましい。生物学的因子が抗生物質または成長因子でない蛋白質である場合には、生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆に組み込まれた生物学的因子の濃度は、生物学的因子が被覆１ｍｇ当たり約１０μｇまたはそれ以上であることがより好ましい。生物学的因子が抗生物質または成長因子でない蛋白質である場合には、生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆に組み込まれた生物学的因子の濃度は、生物学的因子が被覆１ｍｇ当たり約１００μｇまたはそれ以上であることが最も好ましい。

生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆に組み込まれた生物学的因子の全量は、任意の適量とすることができる。生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆に組み込まれた生物学的因子の全量は、生物学的因子が成長因子である場合には、少なくとも１ｎｇであることが好ましい。生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆に組み込まれた生物学的因子の全量は、生物学的因子が成長因子である場合には、少なくとも１０ｎｇであることがより好ましい。生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆に組み込まれた生物学的因子の全量は、生物学的因子が成長因子である場合には、少なくとも１００ｎｇであることが最も好ましい。生物学的因子が抗生物質または成長因子でない蛋白質である場合には、生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆に組み込まれた生物学的因子の全量は、少なくとも１μｇであることが好ましい。生物学的因子が抗生物質または成長因子でない蛋白質である場合には、生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆に組み込まれた生物学的因子の全量は、少なくとも１０μｇであることがより好ましい。生物学的因子が抗生物質または成長因子でない蛋白質である場合には、生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆に組み込まれた生物学的因子の全量は、少なくとも１００μｇであることが最も好ましい。

生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆に組み込まれた生物学的因子の濃度を決定する方法は公知である。適切な方法は、ピアース株式会社（米国イリノイ州ロックフォード）から市販されたＢＣＡキットで実施できるようなビシンコニック蛋白質検定法（ＢＣＡ）を含むものである。

この発明に係る移植用物品を製造する方法は、生体適合性基板の表面の少なくとも一部分の上に化学的に結合した生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆を備えた移植用物品を与えるものである。移植用物品は任意の適切な哺乳類に移植することができ、この発明は、この明細書に記述された移植用物品を用いる方法を意図としたものである。適切な哺乳類は、ネズミ等のげっ歯類、およびウサギ等の兎類を含むが、これらに限定されるものではない。哺乳類は、ネコおよびイヌを含む食肉類であることが好ましい。哺乳類は、ウシおよびブタを含む偶蹄類またはウマを含む奇蹄類であることがより好ましい。哺乳類は、霊長類、広鼻猿類またはサル類（モンキー）または真猿類（ヒトおよび類人猿）であることが最も好ましい。この移植用物品は、ヒトに移植されることが特に好ましい。

実験例

この実験例は、この発明をさらに示すが、勿論、この発明の範囲を限定する如何なる方法として解釈されるべきではない。この実験例は、生体適合性基板上に生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆を備えた移植用物品を製造する方法を示すものである。

４種類の水性組成物を製造した。そのうち１種類はストロンチウムイオンを欠いた組成物（組成物Ａ）であり、他の３種類は０．５ｍＭ、１．０ｍＭおよび１．５ｍＭのストロンチウムイオンをそれぞれ含む組成物（組成物Ｂ、組成物Ｃおよび組成物Ｄ）である。また、各組成物は、約１３０ｍＭ〜約２００ｍＭのナトリウムイオン、約３．５ｍＭ〜約７ｍＭのカリウムイオン、約０．０５ｍＭ〜約５ｍＭのマグネシウムイオン、約０．１ｍＭ〜約１０ｍＭのカルシウムイオン、約９６ｍＭ〜約２５０ｍＭの塩素イオン、約０．１ｍＭ〜約１０ｍＭのリン酸イオン（ＨＰＯ₄ ^2- ＋Ｈ₂ ＰＯ₄ ^-＋ＰＯ₄ ^3- ）、約０．０５ｍＭ〜約５０ｍＭの炭酸水素イオン（ＨＣＯ^3-）、約０ｍＭ〜約１ｍＭの硫酸イオン（ＳＯ₄ ^2- ）、および水を含む。３７℃での組成物のｐＨは約５〜約８である。直径２５．４ｍｍで３ｍｍ厚の研磨およびグリットブラストされたチタンディスクを各組成物ごとに４５℃で保温した。各組成物のｐＨおよび温度を１０分ごとにモニターし、各組成物中の成分元素濃度を測定した。この関係では、各組成物中のカルシウムイオンおよびストロンチウムイオンを定量するために原子吸光度（ＡＡ）を用いると同時に、リン酸イオン濃度を測定するために紫外光分光分析を用いた。上記組成物から離した状態のディスクを約２時間〜約７日間の範囲で異なる期間、保温した。

各チタン製ディスク上に形成された被覆を、エネルギ分散性分光法（ＥＤＳ）に連結した薄膜Ｘ線回折法（ＴＦ−ＸＲＤ）および走査電子顕微鏡法（ＳＥＭ）によって分析した。試験された全ての組成物に関して、ＴＦ−ＸＲＤはチタン製ディスク上に形成された被覆が純粋にアパタイトからなることを示した。全ての被覆は同様のＸＲＤ分光パターンを示したが、ストロンチウムイオンを含む組成物（すなわち組成物Ｂ〜組成物Ｄ）から生成された被覆に関し、２６度あたりで２θに回折ピークのシフトを観察した。そのシフトはストロンチウムイオン濃度が増すにつれて大きくなった。これらの結果は、ストロンチウムイオンがセラミックアパタイト被覆に組み込まれ、かつセラミックアパタイト被覆中のカルシウムイオンに代えて置換されたことを示した。１．５ｍＭのストロンチウムイオンを含む組成物中でチタン製ディスクの保温ステップがストロンチウム含有被覆を生成したことをＳＥＭおよびＥＤＳで確認した。

この実験例の結果は、（ｉ）濃度が約０．１ｍＭから約１０ｍＭまでのストロンチウムイオンと（ｉｉ）濃度が約０．１ｍＭから約１０ｍＭまでのカルシウムイオンと（ｉｉｉ）濃度が約０．１ｍＭから約１０ｍＭまでのリン酸イオンと（ｉｖ）液状キャリアとを含む組成物と共に、カルシウム含有組成物で被覆されていない表面を備えた生体適合性基板の表面の少なくとも一部分を保温することによって、上記生体適合性基板と、上記生体適合性基板の表面の少なくとも一部分に化学的に結合した生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆とを有する移植用物品を製造することができることを示すものである。

この明細書中に引用された刊行物、特許出願および特許出願を含む全ての参考文献は、あたかも各文献が個別かつ明確に示されて参照によって組み込まれているかのように、そしてこの明細書にそっくりそのまま明らかにされているかのように、それと同様の限度において、この明細書に参照によって組み込まれている。

この発明の記述の前後関係（特に特許請求の範囲の前後関係）において、用語「a」、「an」および「the」や同一の参照符号の使用は、この明細書中に他の方法で示されていないか、あるいは前後関係によって疑いなく矛盾しない場合には、単数および複数の双方を含むものと解釈されるべきである。用語「comprising」、「having」、「including」および「containing」は、他に注意書きがない場合には、制限のない用語（すなわち、限定されない「含む」を意味する）として解釈されるべきである。この明細書における数値範囲の詳細な説明としては、この明細書中に他の方法で示されていない場合には、その範囲内に入るそれぞれ独立した数値を個々に参照する速記手法として貢献することだけを意図したものにすぎず、各独立した数値は、あたかもこの明細書中に個々に詳細に説明されているかのように、明細書に組み込まれるものとする。この明細書中に記述された全ての方法は、この明細書中に他の方法で示されていないか、あるいは前後関係によって疑いなく矛盾しない場合には、任意の適切な方法で実行することができる。この明細書中に与えられた如何なる全ての実験例または模範的な言語（例えば「such as」）の使用は、この発明を一層際立たせることだけを意図したものにすぎず、他の方法で請求の範囲が記載されていない場合には、この発明の範囲を限定するものではない。この明細書中には、この発明の実施に必要であるが請求の範囲に記載されない如何なる要素を示すものとして解釈されるべき言語は存在しない。

この発明の好適な実施の形態は、この発明を実施する発明者にとって知られた最良のモードを含めて、この明細書中に記述されている。これらの好適な実施の形態の変更は、上記記述を読んだ当業者にとって多分明白になるであろう。発明者は、当業者が適切な変更を用いるものと推測し、かつ発明がこの明細書に詳細に記述された以外の他の方法で実施されることを意図するものである。したがって、この発明は、適用される法律によって許されるような添付された請求の範囲に詳細に記述された主題の全ての修正および全ての等価物を含むものである。さらに、上述した要素の任意の組み合わせは、その全ての変更可能な範囲において、この明細書中に他の方法で示されていないか、あるいは前後関係によって疑いなく矛盾しない場合には、この発明によって含まれるものである。

この発明の具体的な実施態様は以下の通りである。
（１）上記ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆におけるカルシウムイオンに対するストロンチウムイオンのモル比は約０．０００１から約０．５である請求項１記載の方法。
（２）上記組成物は、ナトリウムイオン、マグネシウムイオン、炭酸イオン、ヒドロキシルイオン、塩素イオン、フッ化物イオンおよびこれらの混合物からなる群より選択された１つまたはそれ以上の物質をさらに含む請求項１または実施態様（１）記載の方法。
（３）上記生体適合性基板は、約２時間から約１０日間、約２０℃から１００℃までの温度で、上記組成物と共に保温された請求項１、実施態様（１）および実施態様（２）のいずれかに記載の方法。
（４）（ａ）上記生体適合性基板または上記ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆が不活性化される温度以下で上記生体適合性基板を乾燥するか、（ｂ）上記生体適合性基板を洗浄した後に当該基板を乾燥するかのいずれかによって、上記液状キャリアは上記生体適合性基板から除去される請求項１、実施態様（１）、実施態様（２）および実施態様（３）のいずれかに記載の方法。
（５）上記ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆は約０．００５μｍから約５０μｍまでの厚さを有する請求項１、実施態様（１）、実施態様（２）、実施態様（３）および実施態様（４）のいずれかに記載の方法。

（６）上記生体適合性基板は、シリコン、金属類、セラミックスおよびポリマーからなる群より選択された１つの材料を含む請求項１、実施態様（１）、実施態様（２）、実施態様（３）、実施態様（４）および実施態様（５）のいずれかに記載の方法。
（７）上記生体適合性基板は、人工関節の１つの構成部品である請求項１、実施態様（１）、実施態様（２）、実施態様（３）、実施態様（４）、実施態様（５）および実施態様（６）のいずれかに記載の方法。
（８）上記組成物は、生物学的因子をさらに含む請求項１、実施態様（１）、実施態様（２）、実施態様（３）、実施態様（４）、実施態様（５）、実施態様（６）および実施態様（７）のいずれかに記載の方法。
（９）上記移植用物品の上記ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆における上記生物学的因子の濃度は、上記被覆１ｍｇ当たり約０．００１ｎｇまたはそれ以上である実施態様（８）記載の方法。

Claims (2)

1. （ａ）カルシウム含有組成物で被覆されていない表面を備えた生体適合性基板を与えるステップと、
   （ｂ）（ｉ）濃度が約０．１ｍＭから約１０ｍＭまでのストロンチウムイオンと（ｉｉ）濃度が約０．１ｍＭから約１０ｍＭまでのカルシウムイオンと（ｉｉｉ）濃度が約０．１ｍＭから約１０ｍＭまでのリン酸イオンと（ｉｖ）液状キャリアとを含み、ｐＨが約５から約８までの組成物と共に、前記生体適合性基板の表面の少なくとも一部分を保温するステップと、
   （ｃ）前記生体適合性基板から前記液状キャリアを除去して前記生体適合性基板の表面の少なくとも一部分に化学的に結合した生理活性型ストロンチウム置換セラミックアパタイト被覆を有する移植用物品を生成するステップとを含む、
   移植用物品を製造する方法。
2. 請求項１記載の方法によって生成された移植用物品。