JPH0575427B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、整形外科や口腔外科の治療用として
好適な新規人工骨材料に関するものである。

さらに詳しくいえば、本発明は体内に埋入した
ときに生体組織と容易に結合し、かつ迅速に同化
して新生骨と置換される新規な人工骨材料に関す
るものである。

従来の技術 近年、医療工業の進歩とともに、交通事故や骨
腫瘍のような疾患により失なわれた骨の補綴用の
人工骨材に関する研究が盛んに行われるようにな
つてきている。ところで、生体内に人工材料を埋
入するに際しては、毒性がなく、安全で大きい機
械的強度を有し、かつ生体組織と結合しやすい材
料を選ぶことが必要とされ、さらにこの材料は生
体内で自然に消失し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ものとして、これまで
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
焼結体から成る骨欠損部充てん用材料などが提案
されている（特開昭56−54841号公報）。

ところで、人工骨や人工歯根を体内に埋入した
ときに生体組織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織が細孔に入り込み、
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、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
体を用いることも知られている（特開昭56−
149389号公報、特開昭57−7856号公報）。

しかしながら、リン酸カルシウム系焼結体を多
孔質にすると、機械的強度の著しい低下をきた
し、人工骨として所要の強度が得られなくなるた
め、特に大規模な骨欠損部の治療には利要するこ
とができず、従来は、チタン、ステンレス鋼、ア
ルミナなどの代謝しない材料を用いたり、あるい
は患者自身の他の部分の骨の移植などの手段をと
らざるを得なかつた。

発明が解決しようとする問題点 従来のチタン、ステンレス鋼、アルミナなどの
代謝不能の材料を人工骨として用いた場合には、
完全治癒後再手術してこれを除去するか、あるい
はそのまま異物として体内に配置しなければなら
ないし、また患者自身の他の部分の骨の移植を行
うには、患部以外の場所をさらに手術しなければ
ならないなど人体に無用の負担をかけることにな
る。

したがつて、本発明の目的は、生体内に人工材
料を埋入したとき、大規模な骨欠損部の補綴にも
十分に耐えうる大きな機械的強度を有し、かつ生
体組織と容易に結合し、生体内で自然に消失して
新生骨と置換されることができ、したがつて再手
術等の人体に対する無用の負担をかけることのな
い新規人工骨材を提供することである。

問題点を解決するための手段 本発明者らは、先に人工骨材として好適な、孔
径10〜100μｍの連続気孔を有し、少なくとも100
Kg／cm²の曲げ強度をもつ水酸アパタイト焼結体を
開発したが（特願昭58−129087号）、さらに研究
を重ねた結果、これを素材として孔径0.1〜２mm
の気孔を有する多孔質人工骨材料を構成すること
により、前記の目的を達成しうることを見出し、
本発明をなすに至つた。

すなわち、本発明は、リン酸カルシウム系焼結
体を素材とした孔径0.2〜２mm、好ましくは0.5〜
１mmの気孔を有する人工骨材料において、前記リ
ン酸カルシウム径焼結体が孔径20〜100μｍの微
小気孔を有し、少なくとも100Kg／cm²の曲げ強度
を持つ水酸アパタイト焼結体であることを特徴と
する多孔質人工骨材料を提供するものである。

本発明の人工骨材料は、例えば平均粒径0.1〜
10μｍの水酸アパタイト粉末100重量部に対し、
平均粒径20〜100μｍの熱分解性物質10〜40重量
部及び平均粒径0.2〜２mmの熱分解性物質10〜40
重量部を加え、所要の形状に形成し900〜1400℃
の温度で焼成することにより製造することができ
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の加圧を加えて行うのが好ましい。

この際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、分級機等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の範囲のものが用
いられる。

次に、熱分解性物質は、水酸アパタイトを焼結
する際に所望の所望の孔径をもつ連続気孔を形成
させるために配合させるものであるから、平均粒
径20〜100μｍを有するものと平均孔径0.2〜２mm
のものの２種が用いられる。この熱分解性物質
は、水酸アパタイト粉末100重量部当りそれぞれ
10〜40重量部の割合で加えることが必要である。
これよりも少ない量では、十分な連続気孔が形成
されないし、またこれよりも多くなると見掛け密
度や機械的強度の低下を免れない。この熱分解性
物質としては、結晶性セルロースのような有機化
合物が好適である。

水酸アパタイト粉末と結晶性セルロースとの混
合は、両者が均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もよい。例えば水酸ア
パタイト粉末と結晶性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、これと結晶性セルロースとを混合
してもよい。さらに、結晶性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。

このようにして調製した混合物に、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加
え、所望の形状に成形し900〜1400℃の温度にお
いて焼成する。焼成時間は、通常0.5〜３時間で
ある。

本発明の人工骨材料は、また平均粒径0.1〜10μ
ｍの水酸アパタイト粉末100重量部に対し、平均
粒径20〜100μｍの熱分解性物質10〜40重量部を
加えて顆粒状に成形し、これにさらに平均粒径
0.2〜２mmの熱分解性物質を加えて混合し、必要
に応じバインダーを加え、所望の形状に成形し
900〜1400℃の温度において焼成することによつ
て製造することもできる。

このようにして得られる人工骨材料は通常80〜
130Kg／cm²の曲げ強度、30〜40％の気孔率、20〜
40％の吸水率を有している。

次に添付図面に従つて、本発明に多孔質人工骨
材料を説明する。図面は、多孔質人工骨材料の構
造を示す断面拡大図であつて、これは、微小気孔
２を有する水酸アパタイト焼結体の母地１から成
り、全体にわたつて連続気孔３が形成された構造
を有している。前記の微小孔径２は20〜100μｍ、
好ましくは50〜80μｍの孔径を有するものであ
り、この程度の孔径にすることにより７〜10μｍ
の径を有する毛細血管の侵入が可能になり、骨芽
細胞による骨組織の形成及び破骨細胞様多核巨細
胞の出現による水酸アパタイトの吸収が行われ
る。

発明の効果 本発明の人工骨材料は、孔径20〜100μｍの微
小気孔を有し、かつ少なくとも100Kg／cm²の曲げ
強度をもつ水酸アパタイトから成る素材で構成さ
れているので全体としての強度が高い上に、孔径
0.2〜２mmの気孔を有する多孔質体であるので、
大きい孔径の気孔には栄養血管が、小さい孔径の
気孔には毛細血管がそれぞれ侵入することがで
き、生体組織と結合しやすく、また本発明の人工
骨材料は、生体内において破骨細胞（50〜100μ
ｍ）の作用を受けて迅速に同化し、骨芽細胞によ
る新生骨の形成を促進するので、口腔外科、整形
外科の治療用として好適である。

実施例 次に実施例により本発明をさらに詳細に説明す
る。

例 １ 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。次いでこれに、バイン
ダーとして、ポリビニルアルコール２重量％を加
え、粒径50〜100μｍの顆粒に造粒した。

次にこのようにして得た顆粒100重量部と平均
粒径80μｍの結晶性セルロース15重量部及び平均
粒径0.2mmの結晶性セルロース15重量部とを混合
し、成形圧500Kg／cm²でプレス成形し、1350℃で
１時間焼成した。

このようにして平均孔径50〜80μｍ及び平均孔
径0.2mmの連続気孔をもつ、気効率32％のアパタ
イト焼結体から成る人工骨材料が得られた。この
ものの素材部分の曲げ強度は145.5Kg／cm²で全体
の曲げ強度は102.8Kg／cm²であつた。

例 ２ 例１と同じ水酸アパタイト粉末を900℃で１時
間仮焼した後、平均粒径0.5μｍに粉砕し、その
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30μｍの結晶セルロース粉末15重量部を
加え、混合したのち、顆粒状に成形し、さらに平
均粒径１mmの結晶セルロース15重量部を加え、こ
れを成形圧500Kg／cm²でプレス成形し、1350℃に
おいて１時間焼成した。このようにして例１とほ
とんど同じ物性の人工骨材料が得られた。

適用例 例１で得た多孔質アパタイトで小片（３×４×
６mm）を作成し、定法に従つて滅菌したのち、体
重2.5〜３Kgのウサギ５羽の下顎骨に埋め込み、
８週間飼育したところ、いずれもアパタイト焼結
体の一部が吸収され、かつアパタイト焼結体表面
と新生骨が完全に結合した状態となつていた。

このようにして、本発明の人工骨は顎骨欠損部
への補填材料として臨床的に十分使用しうること
が確認された。

なお、比較のために、微小気孔の孔径が１〜
5μｍのものを例１と同様にして製造し、同じよ
うにウサギの下顎骨に受け込んで試験したとこ
ろ、アパタイト焼結体を吸収はほとんど認められ
なかつた。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の人工骨材料の組織構造を示す断
面拡大図である。図中符号１は水酸アパタイト母
地、２は微小気孔、３は連続気孔である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ リン酸カルシウム系焼結体を素材とした孔径
   0.2〜２mmの気孔を有する人工骨材料において、
   前記リン酸カルシウム系焼結体が孔径20〜100μ
   ｍの微小気孔を有し、少なくとも100Kg／cm²の曲
   げ強度を持つ水酸アパタイト焼結体であることを
   特徴とする多孔質人工骨材料。 ２ 平均粒径0.1〜10μｍの水酸アパタイト粉末
   100重量部に対し、平均粒径20〜100μｍの熱分解
   性物質10〜40重量部及び平均粒径0.2〜２mmの熱
   分解性物質10〜40重量部を加え、所要の形状に成
   形し、900〜1400℃の温度で焼成することを特徴
   とする人工骨材料の製造方法。 ３ 焼成を300〜1000Kg／cm²の圧力下で行う特許
   請求の範囲第２項の方法。