JP2004073848A - 貫通孔を有する球状生分解性プラスチック及び用途 - Google Patents

Abstract

【課題】貫通孔を有する球状生分解性プラスチック及び用途を提供する。
【解決手段】所定の空間に充填して集合体を構築したときに完全又は部分的連通孔多孔体を形成する機能を有する生分解性プラスチック成形体であって、次の事項；（１）上記成形体は１つ以上の貫通孔を有する、（２）上記成形体の形状はビーズ状である、を構成要素とすることを特徴とする生分解性プラスチックビーズを、最小構成ユニットとして集合体を構築し、当該集合体として完全又は部分的連通孔多孔体を形成する機能を有する生分解性プラスチックビーズ集合体としたことを特徴とする生分解性プラスチックビーズ集合体、集積体、及びそれらの生体適合性材料としての利用。
【選択図】　　　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハンドリングが容易な特定の形態及び機能を有する生分解性プラスチック系生体適合性材料及びその人工的な骨形成術の分野における新しい利用形態に関するものである。更に詳しくは、本発明は、所定の空間に充填して集合体を構築したときに完全又は部分的連通孔多孔体を形成する機能を有する生分解性プラスチックビーズ、ビーズ集合体及びビーズ集積体等に係るものであり、当該ビーズは、１つ以上の貫通孔を有し、集合及び集積状態において、骨形成を目的とした場合の理想とされる完全又は部分的連通孔多孔体を形成する機能を発揮する。また、当該ビーズは、注射器等から容易に吐出することができる、集合もしくは集積形態を有する。本発明の上記生分解性プラスチック系生体適合材料は、骨再生を目的とした骨欠損部・骨折部補修用、骨粗鬆症・骨延長部位に対する注入剤、金属製人工材料と骨母床間の間隙充填用の充填剤、薬剤担体や細胞培養担体等として好適に利用し得るものとして有用である。
【０００２】
【従来の技術】
近年、再生医療技術の著しい進展の中で、生体適合性材料のイノベーションが着目される。事故や腫瘍掻爬後の骨欠損再建や、金属製人工材料と骨母床間の間隙充填等に用いる骨充填材は、自家骨と結合・置換する材質であることが望ましい。従来、自家骨と結合・置換する生体材料としては、水酸アパタイトやβ−ＴＣＰ等のリン酸カルシウム系セラミックスと、ポリ乳酸等の生分解性プラスチックが使用されている。
【０００３】
リン酸カルシウム系セラミックスの骨充填材としての利用形態は、緻密体、多孔体及び自己硬化型ペースト等が知られている。これらの内、上記緻密体は、所望のリン酸カルシウムの圧粉成形体を焼結することによって得られる、孔の無い焼結体である（例えば、非特許文献１〜３参照）。
【０００４】
また、上記多孔体は、所望のリン酸カルシウム粉体を、適宜選択したポリマーロストワックス等と混合し、作製した成形体を焼結するか、所望のリン酸カルシウム内にバブリングにより孔を作った成形体を焼結することによって得られる、空隙、細孔を含む焼結体である（例えば、非特許文献４参照）。
【０００５】
更に、上記自己硬化型ペーストは、硬化が期待できる組み合わせの２種類以上のリン酸カルシウム混合物を、適宜選択された練和液と混合し、ペースト状にした物（例えば、非特許文献５参照）である。しかしながら、前述の緻密体は、自家骨と置換されることがほとんど期待できない。また、骨代替物は、生涯を通して破損しない機械的特性が要求されるが、セラミックスの宿命ともいえる脆性を改善することは困難である。また、自家骨に比べて高強度な緻密体は、周囲の自家骨と機械的に調和せず、しばしば自家骨の二時的な骨折や、骨吸収の原因となる。
【０００６】
近年、早期の自家骨との置換を期待して、リン酸カルシウム多孔体を骨代替物として用いるケースが増えている。しかし、現行の多孔体は、その孔径が、骨形成に関して適した設計ではなく、また、多くの密閉気孔を含むため、期待通りの骨置換が実現できない。この多孔体を金属製人工材料と骨母床間の間隙充填剤として用いる場合、当該多孔体は、不定形に砕かれて間隙に充填されるが、充填に関するプロトコルが決まっておらず、しばしばハンドリングの困難さが指摘される。また、充填の際にできる粉には細胞毒性が懸念される。また、注入療法によって低侵襲に骨欠損を充填する目的で、アパタイトセメント等の自己硬化型ペーストが検討されている。しかし、これらは、体液・血液存在下では硬化が良好でない。
【０００７】
一方、生分解性プラスチックは、生体内において加水分解・吸収される。生分解性プラスチックは、適度な柔軟性を持つため、主に骨接合材（スクリュー、ピン、釘）もしくは手術用縫合糸として用いられている（例えば、非特許文献６〜７参照）。生分解性プラスチックが生体内で分解されるのに要する期間は、種類により様々であるが、分解が速い物は遅発性の無菌性腫脹等の恐れがあるため、より分解が緩徐なものが使用される。従って、生分解性プラスチックは、早期の骨との置換を期待した、骨充填剤として利用されていない。
【０００８】
【非特許文献１】
Ｋ．ｄｅ　Ｇｒｏｏｔ，”Ｃｅｒａｍｉｃｓ　ｏｆ　Ｃａｌｃｉｕｍ　Ｐｈｏｓｐｈａｔｅｓ：Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｉｎ　Ｂｉｏｃｅｒａｍｉｃｓ　ｏｆ　Ｃａｌｃｉｕｍ　Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ，ｅｄ．Ｋ．ｄｅ　Ｇｒｏｏｔ（ＣＲＣ　Ｐｒｅｓｓ，Ｂｏｃａ　Ｒａｔｏｎ，ＦＬ．，１９８３）ｐｐ．１００−１１４
【非特許文献２】
Ｈ．Ｄｅｎｉｓｓｅｎ，Ｄｅｎｔａｌ　Ｒｏｏｔ　Ｉｍｐｌａｎｔｓ　ｏｆＡｐａｔｉｔｅ　Ｃｅｒａｍｉｃｓ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　Ｃｌｉｎｉｃａｌ　Ｕｓｅ　ｏｆ　ＤｅｎｔａｌＲｏｏｔ　Ｉｍｐｌａｎｔｓ　Ｍａｄｅ　ｏｆ　Ａｐａｔｉｔｅ　Ｃｅｒａｍｉｃｓ（Ｐｈ．Ｄ．Ｔｈｅｓｉｓ，Ｖｒｉｊｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｅｉｔ　ｔｅＡｍｓｔｅｒｄａｍ，１９７９）
【非特許文献３】
Ｈ．Ｄｅｎｉｓｓｅｎ　ｅｔ　ａｌ．．Ｈｙｄｒｏｘｙｌａｐａｔｉｔｅ　Ｉｍｐｌａｎｔｓ（Ｉｎｄｉａ：Ｐｉｃｃｉｎ　Ｎｕｏｖａ　Ｌｉｂｒａｒｉａ，Ｓ．Ｐ．Ａ．，１９８５）
【非特許文献４】
Ｗ．Ｈｕｂｂａｒｄ，Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｃａｌｃｉｕｍ　Ｐｈｏｓｐｈａｔｅｓ　Ａｓ　Ｏｒｔｈｏｐｅｄｉｃ　Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，（Ｐｈ．Ｄ．Ｔｈｅｓｉｓ，Ｍａｒｑｕｅｔｔｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，１９７４）、Ｃ．Ｋｌｅｉｎ　ｅｔ　ａｌ．，Ｍａｃｒｏｐｏｒｏｕｓ　Ｃａｌｃｉｕｍ　Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ　Ｂｉｏｃｅｒａｍｉｃｓ　ｉｎ　Ｄｏｇ　Ｆｅｍｏｒａ：Ａ　Ｈｉｓｔｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅａｎｄ　Ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ，Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ　１０（１９８９）５９−６２
【非特許文献５】
Ｐ．Ｄ．Ｃｏｓｔａｎｔｉｎｏ　ｅｔ　ａｌ．，Ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅ　Ｃｅｍｅｎｔ：Ｉ．Ｂａｓｉｃ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ａｎｄ　Ｈｉｓｔｏｌｏｇｉｃ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，Ａｒｃｈ　Ｏｔｏｌａｒｙｎｇｏｌ　Ｈｅａｄ　Ｎｅｃｋ　Ｓｕｒｇ１１７（１９９１）３７９−３８４
【非特許文献６】
Ｒ．Ｗ．Ｂｕｃｈｏｌｚ　ｅｔ　ａｌ．，Ｆｉｘａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｂｉｏａｂｓｏｒｂａｂｌｅ　ｓｃｒｅｗｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆ　ｆｒａｃｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｎｋｌｅ．，Ｊ．Ｂｏｎｅ　Ｊｏｉｎｔ　Ｓｕｒｇ．７６−Ａ：３１９−３２４，１９９４．
【非特許文献７】
Ｅ．Ｊ．Ｆｒａｚｚａ，Ｅ．Ｅ．Ｓｃｈｍｉｔｔ，Ｊ．Ｂｉｏｍｅｄ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，１，４３−５８，１９７１
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このような状況の中で、本発明者は、上記従来技術に鑑みて、上記従来技術における諸問題を確実に解消することができる新しい生分解性プラスチック製生体適合性材料とその新しい利用形態、その製品投与方法等を、多角的な視点から検討し、開発することを目標として鋭意研究を積み重ねた結果、１つ以上の貫通孔を有する生分解性プラスチックビーズ及びその集合体等を利用することにより所期の目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は、１つ以上の貫通孔を有する生分解性プラスチックビーズを提供することを目的とするものである。
また、本発明は、定型かつ滑らかな表面を持ち、シリンジ充填物としたときに、吐出が容易な上記生分解性プラスチックビーズを提供することを目的とするものである。
また、本発明は、ハンドリング、ディスペンスが容易な形態に集積された生分解性プラスチックビーズを提供することを目的とするものである。
また、本発明は、上記ビーズを所定の空間に充填して集合体を構築したときに、当該集合体として完全又は部分的連通孔多孔体を形成する機能を発揮する生分解性プラスチックビーズ集合体を提供することを目的とするものである。
また、本発明は、適宜の温度において賦形性を発揮し、充填目的空間に加圧充填（プレスフィット）されることが可能な、充填材を供給することを目的とするものである。
更に、本発明は、ビーズ表面もしくは内部の生分解性プラスチックが、適宜の温度条件で溶融もしくは部分的溶融することにより、隣り合うビーズ同士が結合する生分解性プラスチックビーズを供給することを目的とするものである。
【００１０】
また、本発明は、上記ビーズを、その貫通孔の一部又は全部を一方向に配向させて、所定の空間に充填することにより構築されたビーズ集積体を提供することを目的とするものである。
また、本発明は、上記ビーズ、ビーズ集合体及びビーズ集積体を含む生体用注入・充填剤、当該ビーズ等の多孔体としての機能を利用した各種担体等の上記ビーズ等の用途を提供することを目的とするものである。
更に、本発明は、骨代替物、間隙充填剤及び細胞培養担体等の所望の用途に応じて、適宜選択した貫通孔形状及び物性を持つ生分解性プラスチックビーズを最小単位として、それらを所定の空間に集合及び集積させることにより、当該集合体及び集積体として完全又は部分的連通孔多孔体を形成する機能を発揮させる技術を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
（１）所定の空間に充填して集合体を構築したときに完全又は部分的連通孔多孔体を形成する機能を有する生分解性プラスチック成形体であって、次の事項；
（ａ）上記成形体は１つ以上の貫通孔を有する、
（ｂ）上記成形体の形状はビーズ状である、
を構成要素とすることを特徴とする生分解性プラスチックビーズ。
（２）長軸直径が２００μｍ〜６ｍｍの範囲である上記（１）記載のビーズ。
（３）貫通孔径が１００μｍ〜３ｍｍであり、かつ長軸直径の７０％以下である上記（１）記載のビーズ。
（４）上記生分解性プラスチックの原料が、ポリグリコール酸、ポリ乳酸、ポリグリコール酸とポリ乳酸の共重合体、ポリジオキサノンから選択された１種、あるいは２種以上の混合物である上記（１）記載のビーズ。
（５）上記原料が、上記原料に０．００１〜５０ｗｔ％のリン酸カルシウム成分を混合したものである上記（４）記載のビーズ。
（６）上記リン酸カルシウムが、水酸アパタイト、炭酸アパタイト、フッ素アパタイト、塩素アパタイト、β−ＴＣＰ、α−ＴＣＰ、メタリン酸カルシウム、リン酸４カルシウム、リン酸水素カルシウム、リン酸水素カルシウム２水和物の群から選択された１種、あるいは２種以上の混合物である上記（５）記載のビーズ。
（７）上記リン酸カルシウム成分が、薬学的に許容される成分を適量混合したものである上記（５）記載のビーズ。
（８）上記（１）から（７）のいずれかに記載のビーズを、最小構成ユニットとして集合体を構築し、当該集合体として完全又は部分的連通孔多孔体を形成する機能を有する生分解性プラスチックビーズ集合体としたことを特徴とする生分解性プラスチックビーズ集合体。
（９）上記（１）から（７）のいずれかに記載のビーズを、その貫通孔の一部又は全部を一方向に揃えて、集積体を構築し、当該集積体として完全又は部分的連通孔を形成する機能を有するビーズ集積体としたことを特徴とする生分解性プラスチックビーズ集積体。
（１０）上記（１）から（７）のいずれかに記載のビーズを、その貫通孔の一部又は全部を一方向に揃えて、集積することにより、集積体として完全又は部分的連通孔を形成する機能を有するビーズ集積体を構築することを特徴とする生分解性プラスチックビーズ集積体の構築方法。
（１１）ビーズの任意の貫通孔に、貫通孔直径以下の太さを持つ単線又は撚り線を通して、その貫通孔の一部又は全部を一方向に揃えて、集積する上記（１０）記載のビーズ集積体の構築方法。
（１２）上記（１）から（９）のいずれかに記載のビーズ、ビーズ集合体又はビーズ集積体を含むことを特徴とする生体用注入・充填剤。
（１３）ビーズとマトリックスを含む上記（１２）記載の注入・充填剤。
（１４）ビーズを１粒／１０００ｍｌ以上含有する上記（１２）記載の注入・充填剤。
（１５）マトリックスが、コラーゲン、ヒアルロン酸、コンドロイチン硫酸ナトリウム、コハク酸二ナトリウム無水物、フィブリン、フィブリノーゲン、フィブリン糊、生理食塩水、血液、体液、骨髄、骨髄液から選択される１種、あるいは２種以上の混合物である上記（１３）記載の注入・充填剤。
（１６）骨欠損部・骨折部、金属製人工材料と骨母床間の間隙に注入・充填するための上記（１２）記載の注入・充填剤。
（１７）上記（１２）記載の注入・充填剤をシリンジに充填したことを特徴とするシリンジ充填物。
（１８）上記（１）から（９）のいずれかに記載のビーズ、ビーズ集合体又はビーズ集積体から構成されることを特徴とする細胞培養用担体。
（１９）上記（１８）記載の細胞培養担体と細胞から成ることを特徴とする細胞−担体複合体。
（２０）細胞が、骨細胞、骨芽細胞、破骨細胞、軟骨細胞、幹細胞、象牙芽細胞、セメント芽細胞、歯根膜細胞の群から選択される１種、あるいは２種以上の混合物である上記（１９）記載の複合体。
（２１）上記（１）から（９）のいずれかに記載のビーズ、ビーズ集合体又はビーズ集積体から構成されることを特徴とする薬剤成分用担体。
（２２）上記（２１）記載の薬剤成分用担体と任意の薬剤成分から成ることを特徴とする薬剤成分−担体複合体。
（２３）上記（１２）記載の生体用注入・充填剤を、経皮的又は直接的に生体内、例えば、骨欠損部、骨折部、又は金属製人工材料と骨母床間の間隙に注入・充填することを特徴とする、上記注入・充填剤の生体への注入・充填方法。
（２４）上記（２３）記載の方法により生体の創傷及び疾病箇所を治療する方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を更に詳細に説明する。
本発明においては、生分解性プラスチック原料として、例えば、ポリグリコール酸、ポリ乳酸（ポリＤ−乳酸、ポリＬ−乳酸、ポリＤ，Ｌ−乳酸、ポリＤＬ乳酸）、ポリグリコール酸とポリ乳酸の共重合体、ポリジオキサノンが例示される。しかし、これらに制限されるものではなく、これらと実質的に同効のもの、あるいはこれらと類似の物であれば同様に使用することができる。本発明では、これらの中から選択された１種、あるいは２種以上の混合物が使用される。上記生分解性プラスチックは、天然物由来であっても、化学合成された物であってもかまわないが、平均分子量が１〜１００万Ｍｗであることがが望ましい。
【００１３】
これらの原料は、自家骨との生着・置換性及び低い細胞毒性の点で好適である。この場合、必要に応じて、これらの原料に、リン酸カルシウム成分を適量混合することができる。これらの例として、例えば、水酸アパタイトを１ｗｔ％含有するポリＬ乳酸、β−ＴＣＰを１０ｗｔ％含有するポリグリコール酸が例示される。しかし、これらに制限されるものではない。上記リン酸カルシウムは、天然鉱物であっても良く、あるいは各種湿式法、乾式法で合成された物であっても良い。また、上記リン酸カルシウム成分に、薬学的に許容される任意の成分を適量混合して用いても良い。好適な例として、例えば、亜鉛含有アパタイト、マグネシウム含有β−ＴＣＰが例示される。しかし、これらに制限されるものではない。
【００１４】
本発明において、上記生分解性プラスチックは、１つ以上の貫通孔を有する成形体として用いられる。生分解性プラスチックの成形方法としては、好適には、例えば、所望の直径の球体成形用割型に、加熱溶融した生分解性プラスチックを注入することによって成形する方法、また、所望の生分解性プラスチック粉をアルギン酸ナトリウムに懸濁させたものを、多価金属イオンを含有する凝固液に滴下して球状に成形する方法、等が使用される。この場合、生分解性プラスチック粉及びアルギン酸ナトリウムの濃度は、それぞれ５〜９０ｗｔ％、１〜５０ｗｔ％であることが望ましい。また、生分解性プラスチックの加熱溶融温度は、１７０〜２００℃が望ましい。生分解性プラスチックに、所望のリン酸カルシウム成分を添加する場合、好適には、例えば、所望のリン酸カルシウムを平均粒径３００μｍ以下に造粒し、溶融状態の生分解性プラスチックに添加・混合する方法が例示される。
【００１５】
上記生分解性プラスチックビーズに貫通孔を形成する方法としては、好適には、例えば、上記割型に貫通孔作製用の突起を設けて成形する方法、また、球状に凝固した生分解性プラスチックに、所望の直径のニードル又はドリルで貫通孔を設ける方法、等が使用される。これらの方法を用いて、割型内の突起やニードルによって貫通孔を作製することが簡便である。この場合、割型やニードルは、選択した生分解性プラスチック及びリン酸カルシウムとの反応性が低い物であることが望ましい。しかし、本発明は、これらに制限されるものではなく、適宜の手段を使用することができる。
【００１６】
上記生分解性プラスチックビーズの貫通孔の孔径は、用途（骨形成、骨細胞培養担体等）に合わせて適宜選択される。好適な例を幾つか例示すると、例えば、骨欠損部・骨折部充填には直径２００〜６００μｍ、金属製人工材料と骨母床間の間隙充填には直径１００〜３００μｍ、骨延長部位に対する注入剤としては直径２００〜１０００μｍ、細胞培養担体としては直径２００〜１０００μｍ、薬剤担体としては直径１００〜１５０μｍが好適である。本発明において、“ビーズ”とはアスペクト比（長軸／短軸）が１〜３の塊状物のことを意味するが、これらと実質的に均等もしくは同等のものも包含される。
【００１７】
成形後の生分解性プラスチックビーズは、切削等により、所望の大きさ、真球度に整えても良いし、整えなくても良い。ビーズの直径は、用途（骨形成、骨細胞培養担体等）に合わせて適宜選択される。好適な例を幾つか例示すると、例えば、骨欠損部・骨折部充填には直径１〜３ｍｍ、金属製人工材料と骨母床間の間隙充填には直径２００〜２０００μｍ、骨延長部位に対する注入剤としては直径５００〜３０００μｍ、細胞培養担体としては直径３００〜３０００μｍ、薬剤担体としては直径２００〜１０００μｍが好適である。
【００１８】
本発明により得られる貫通孔を有する生分解性プラスチックビーズは、適宜加工条件を選択することにより、２００〜６０００μｍの直径、及び１００〜３０００μｍの貫通孔（ただし、ビーズ直径の７０％以下）を持ち得る。また、生分解性プラスチックの種類及び成形体の調整方法により、曲げ強度を２６０ＭＰａまで高めることができる。これらの要件を具備した本発明のビーズは、基本的には、貫通孔作製用の突起を持つ、所望の直径の球体成形用割型に、加熱溶融した生分解性プラスチックを注入することによって成形し、適宜、必要に応じて、所定の形状に加工することにより作製される。
【００１９】
すなわち、上記ビーズは、好適には、例えば、ポリ乳酸を溶融する行程、これを球体成形用割型に注入する行程、型に注入されたポリ乳酸を冷却凝固させる行程、得られた成形体を６００番のダイヤモンド砥粒を電着した円形チャンバー内で、１ｋｇ／ｃｍ^２　で３０分加工する行程、により作製される。これにより、直径１ｍｍ、貫通孔径２５０μｍのポリ乳酸ビーズが得られる。しかし、本発明は、これらの方法及び行程に制限されるものではない。
【００２０】
本発明により得られる１つ以上の貫通孔を有する生分解性プラスチックビーズは、ビーズ集合体の最小構成単位（ユニット）と成り得るものであり、その集合状態において、完全又は部分的連通孔を形成する機能を発揮する。本発明において、「完全又は部分的連通孔」とは、多孔体内の所望の孔径を有する全部又は一部の孔が連結して形成する貫通孔ネットワークのことを意味する。このネットワークを形成する連通孔は、多孔体の全域に渡る円滑な物質輸送を実現する場である。それにより、血流、細胞、サイトカイン、酸素等を多孔体全域に高効率で供給することが実現できる。
【００２１】
本発明において、１つ以上の貫通孔を有する生分解性プラスチックビーズ集積体は、上記ビーズ集合体の所望の作用効果を効率よく発揮するように、ビーズの貫通孔を所定の方向に規則的に配向させたものである。具体的には、ビーズの貫通孔の一部又は全部を一方向に揃えて、最小構成要素として所定の空間に集積することにより構築されたものである。これにより、上記ビーズは、所定の空間に充填された状態で、集積体として完全又は部分的連通孔多孔体を形成する機能を発揮する。
【００２２】
本発明の生分解性プラスチックビーズ集積体は、ビーズを所定の空間に充填することにより構築されるが、その構築方法としては、例えば、ビーズを充填空間に応じた最密充填構造に並べたもの、ビーズの任意の貫通孔を、例えば、生分解性ワイヤー、ナイロンワイヤー等の単線、複線又は撚り線等で連結したもの、貫通孔が一定の方向に配向したビーズ集積体を適宜のゲル物質で固定したもの等を所定の空間に充填することにより構築する方法が例示される。しかし、これらに制限されるものではなく、適宜の方法が使用される。貫通孔が一定の方向に配向したビーズ集積体においては、貫通孔ネットワーク内の物質輸送を所望の方向に限定できるため、その作用効果が一層高効率で発揮される。
【００２３】
本発明の生分解性プラスチック成形体は、完全な貫通孔と、注射器等により創傷に注入可能な形状と滑らかな表面、及び破損することなく任意形状の間隙を充填できる適度な賦形性を有する。すなわち、本発明のビーズは、多孔体の最小構成要素であり、経皮的な注入又は外科的な手法により、任意形状の骨欠損部・骨折部及び金属製人工材料と骨母床間の間隙に注入・充填することで、完全又は部分的連通孔多孔体を形成することができる。また、上記ビーズは、骨粗鬆症部や骨延長術に伴う比較的大きな骨欠損部の骨形成を助けるための注入剤と成り得る。また、細胞培養や薬剤の担体となり得る。貫通孔の径は、補綴部位の骨形成に適した径や、培養対象細胞の大きさにすることができる。更に、生分解性プラスチックの分解のし易さは、生分解性プラスチックの種類及び成形方法によって適宜制御することができる。
【００２４】
本発明のビーズ、ビーズ集合体及びビーズ集積体は、これを滅菌梱包して製品化される。例えば、当該ビーズ等を適宜の袋やパッケージの空間にパックして充填物を調製し、これを滅菌、梱包して所定の製品とすることができる。この場合、上記ビーズ集合体や貫通孔の一部又は全部を一方向に配向させたビーズ集積体、及び用途に応じた充填構造に並べたビーズ集積体を対象とすることができる。また、本発明では、上記ビーズ等を含む生体用注入・充填剤をシリンジに充填し、シリンジ充填物とすることができる。この場合、ビーズの詰まったシリンジを滅菌する方法、上記注入・充填剤を滅菌後、シリンジに充填する方法等が採用されるが、これらに制限されるものではない。また、本発明では、上記ビーズ等に任意の細胞を担持させて細胞−担体複合体を作製することができ、また、上記ビーズ等に任意の薬剤成分を担持させて薬剤成分−担体複合体を作製することができる。細胞としては、例えば、骨細胞、骨芽細胞、破骨細胞、軟骨細胞、幹細胞、象牙芽細胞、セメント芽細胞、歯根膜細胞などが例示され、また、薬剤成分としては、例えば、抗ガン剤、制ガン剤、抗炎症剤、ＢＭＰなどが例示される。しかし、これらに制限されるものではなく、適宜の細胞、及び薬剤成分を担持させることができる。本発明では、これらにより、例えば、上記ビーズ等＋細胞＋サイトカインという使用形態が可能である。
【００２５】
【作用】
本発明においては、１つ以上の貫通孔を有する生分解性プラスチックビーズを最小構成単位（ユニット）としてビーズ集合体及びビーズ集積体が構築される。それにより、完全又は部分的連通孔を形成する機能を有する多孔体を構築することができる。本発明の生分解性プラスチックビーズ集合体及びビーズ集積体が形成する完全又は部分的連通孔多孔体の連通孔内においては、物質輸送が円滑である。そのために、多孔体内における細胞の分化・増殖が円滑に行われる。特に、これを人工骨として用いた場合、連通孔内には早期の骨形成が起こり、速やかに自家骨と置換される。完全又は部分的連通孔内に形成された自家骨は、十分な荷重保持機能を持ち得る。そのため、充填した生分解性プラスチックが早期に分解・置換される必要がない。つまり、遅発性の無菌性腫脹等の恐れがない、分解の緩徐な生分解性プラスチックを、骨充填剤として用いることができる。ビーズの貫通孔の一部又は全部が一方向に配向した貫通孔を有する生分解性プラスチックビーズ集積体においては、貫通孔ネットワーク内の物質輸送を所望の方向に限定できる。そのため、連通孔の作用が一層高効率化される。また、貫通孔は毛管凝集現象を発現するため、液性成分、例えば、細胞懸濁培地や蛍光標識物、を簡便な混合操作により保持することができる。
【００２６】
本発明のビーズは、注射器を使用して注入可能な形状・滑らかな表面・強度を持つため、骨欠損部への低侵襲な経皮的注入、及び容易なハンドリングが可能である。それにより、骨欠損部に生分解性プラスチックの完全連通孔多孔体を形成することができる。また、経皮的な生分解性プラスチックの注入により、骨粗鬆症部位及び骨延長部位の骨形成を助けることができる。ビーズ注入直後に、所望の強度が得られる。最小構成要素であるビーズの適度な賦形性及び直径の選択により、任意形状の骨欠損部・骨折部及び金属製人工材料と骨母床間の間隙を充填することができる。また、シリンジ等に充填されたビーズは、ハンドリング、ディスペンスが容易であり、目的空間を確実に充填することができる。また、生体内への充填に伴うビーズの破損が無いため、細胞毒性が懸念される粒径の粉体が残らない。ビーズの材質及び貫通孔径を適宜選択することにより、ビーズ及び貫通孔内に、所望の薬剤を担持させ、除放することができる。
また、本発明の生分解性プラスチックビーズは、適宜の温度において賦形性を発揮し、充填目的空間に加圧充填（プレスフィット）されることが可能である。更に、本発明の生分解性プラスチックビーズにおいては、ビーズ表面もしくは内部の生分解性プラスチックが、適宜の温度条件で溶融もしくは部分的溶融するため、隣り合うビーズ同士が結合し、集合体もしくは集積体となる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらによって何ら限定されるものではない。
実施例１
０．５ｗｔ％のアルギン酸ナトリウム水溶液に、粒径１５０μｍ以下に調整したポリグリコール酸（ＰＧＡ）を１０ｗｔ％になるように混合し、均一なスラリーとした。
このスラリーを５０ｍｌシリンジに充填し、１ｗｔ％の塩化カルシウム水溶液に滴下することによりビーズ状に成形した。ＰＧＡビーズが乾燥する前に、ＰＧＡビーズの中心を通り、互いに直行する３本の貫通孔をφ４００μｍのカーボンシャフトにより形成した。貫通孔形成後のＰＧＡビーズを１００℃で１２時間乾燥した。
【００２８】
乾燥後、ＰＧＡビーズを、８００番のダイヤモンド砥粒を内壁にコーティングした円形チャンバー内で移動・摩滅させることにより、直径１ｍｍの球状に成形した。このような成形により、相対密度が７０％で、互いに直行するφ２５０μｍの貫通孔を３本有する、直径１ｍｍのＰＧＡビーズが作製された。図１に、貫通孔を有するＰＧＡビーズを示す。上記方法で作製したＰＧＡビーズ１０００個を、生理食塩水１Ｌに懸濁させた物は、破損することなく１６Ｇの針を装着したシリンジで充填・吐出することができた。図２に、上記ＰＧＡビーズをシリンジに充填した充填物を示す。また、上記懸濁物の注入により、１×１×１ｃｍの空間に完全連通孔多孔体を形成することができた。
【００２９】
実施例２
１７０℃で溶融したポリＬ乳酸（ＰＬＬＡ、分子量：１２万Ｍｗ）を、３本の直交する貫通孔作製用の突起（φ６００μｍ）を有する、直径３ｍｍの球体成型用割型を用いて球体に成形した。
成形した上記球体を、４００番のダイヤモンド砥粒を内壁にコーティングした円形チャンバー内で移動・摩滅させることにより、直径１ｍｍのビーズに成形した。
上記方法で作製したＰＬＬＡビーズの貫通孔にφ３００μｍのナイロンワイヤーを通して複数ビーズを拘束することにより、貫通孔が配向したＰＬＬＡビーズ集合体を構築した。図３に、上記ＰＬＬＡビーズを、最小構成ユニットとして構築した、集積体として完全連通孔多孔体を形成する機能を有するビーズ集積体（ワイヤーは図示せず）を示す。
【００３０】
実施例３
１７０℃で溶融したＰＬＬＡ（分子量：１２万Ｍｗ）を、直径１ｍｍの球体成型用割型を用いて球体に成形した。φ３００μｍのセンタードリルにより、ＰＬＬＡ球のほぼ中心に貫通孔を設けた。
このような成形により、直径１ｍｍ、相対密度が９０％で、φ３００μｍの貫通孔を１つ有するＰＬＬＡビーズが作製された。上記方法で作製したＰＬＬＡビーズを模擬骨と人工股関節チタン製ステムの間隙に充填した。それにより、模擬骨に人工股関節を強固に固定することができた。
【００３１】
実施例４
ＰＬＬＡ（分子量：２０万Ｍｗ）に、粒径１０μｍに調整した水酸アパタイト（ＨＡ）粉を１０ｗｔ％に成るように混合した混合物を、密閉容器に封入し、１７０℃まで加熱することにより溶融状態にした。
溶融したＰＬＬＡ−ＨＡ混合物を、射出成形によりφ１．５×１００ｍｍの中空ロッド（内径φ３００μｍ）に成形した。
中空ロッドを１．５ｍｍ程度のペレット状に切断し、４００番のダイヤモンド砥粒を内壁にコーティングした円形チャンバー内で移動・摩滅させることにより、直径１ｍｍのビーズに成形した。
【００３２】
このような成形により、直径１ｍｍ、相対密度９０％で、φ３００μｍの貫通孔を１つ有するＰＬＬＡ−ＨＡビーズが作製された。上記方法で作製したＰＬＬＡ−ＨＡビーズをφ２５ｍｍのポリスチレン製カルチャーディッシュに敷き詰め、その上で骨芽細胞の培養を試みた。その結果、骨芽細胞が貫通孔内に向かって増殖することが分かった。また、上記方法で作製したＰＬＬＡ−ＨＡビーズ１０００個を、生理食塩水１Ｌに懸濁させた物は、破損することなく１６Ｇの針を装着したシリンジで充填・吐出することができた。
【００３３】
実施例５
実施例３で作製したビーズを、内筒径３ｍｍのポリ乳酸フィルムチューブに最密充填封入し、チューブ充填物とした（図４）。上記チューブ充填物を、吐出口内側にチューブ充填物保持機構（Ｏリング）の付いた吐出針（内筒径３ｍｍ）を装着した、可変分注シリンジ（例えばデジタルピペット）にセットし、ビーズディスペンサーとした（図５）。
上記ディスペンサーから、ビーズを３個、７個、１０個ずつ定量吐出することができた。
また、上記作業において、ビーズを内筒径１ｍｍのポリ乳酸フィルムチューブに封入したチューブ充填物とし、吐出針を内筒径１ｍｍのものに換装した可変分注シリンジを用いることによって、ビーズを１個ずつ定量吐出することができた。
【００３４】
実施例６
実施例３で作製したビーズをアルギン酸ナトリウムと混合し、最密充填構造で約φ３×３ｍｍのペレット状に凝固させ、無菌的に包装することにより、骨充填剤とした（図６）。上記骨充填剤を、血液、体液等の水分を含む充填対象空間に投入することにより、ビーズを容易にほぐすことができ、その結果、任意の形状の空間を充填することができた。
【００３５】
実施例７
実施例３で作製したビーズを、φ５×２０ｍｍの内筒径シリンジにコラーゲンゲルと共に充填することにより、シリンジ充填物とすることができた（図７）。また、上記シリンジ充填物は、内筒径５ｍｍの注射針から吐出することができた（図８）。更に、上記吐出により、ビーズをφ５×５ｍｍの空間に最密充填することができた。最密充填されたビーズを６０℃に加熱することにより、φ５×５ｍｍの空間に最密充填構造ＨＡ多孔体を形成することができた。
【００３６】
比較例１
実施例２で用いたＰＬＬＡを溶融し、炭酸ガスでバブリングした後、室温まで冷却してＰＬＬＡ多孔体を得たが、開放気孔率は６０％であった。上記方法で作製した多孔体を１ｍｍ程度の小片に破砕して、模擬骨と人工股関節チタン製ステムの間隙に充填した。その結果、破砕に伴ってできた多孔体の小突は、充填作業により圧砕され、模擬骨に人工股関節を強固に保持することができなかった。
【００３７】
比較例２
リン酸４カルシウム粉とリン酸水素カルシウム粉を等モルずつ混合して混合物を調製した。この混合物を超純水でペースト状にし、１６Ｇの注射針を装着したシリンジ（５０ｍｌ）に充填し、吐出してみたが、５ｍｌ吐出後に注射針がつまり、吐出不可能となった。
【００３８】
比較例３
ＨＡ粉にポリエチレンビーズを３０ｗｔ％混合し、φ１６×６ｍｍの円柱形に一軸加圧成形後、１２００℃で１時間焼結して得たＨＡ多孔体を、１ｍｍ程度の小片に破砕して、１０００粒／１Ｌとなるように生理食塩水に懸濁させた。上記懸濁液を１６Ｇの注射針を装着したシリンジ（５０ｍｌ）に充填し、吐出してみたが、５ｍｌ吐出後に注射針がつまり、吐出不可能となった。
【００３９】
参考例１
実施例１で作製したＰＧＡビーズを、１×１×１ｃｍの骨欠損部に充填した。それにより、骨欠損部に完全連通孔多孔体を形成することができた。その結果、骨欠損部の強度を上げることができた。
【００４０】
参考例２
実施例２で作製した貫通孔が配向した、ＰＬＬＡビーズ集積体にＢＭＰを含浸した後、骨欠損部に埋入した。それにより、皮質骨側にＢＭＰを徐放することができた。
【００４１】
参考例３
実施例３で作製したＰＬＬＡビーズを、骨とチタン製インプラントの間隙に充填することにより、骨にチタン製インプラントを強固に固定することができた。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明は、１つ以上の貫通孔を有する生分解性プラスチックビーズを最小構成単位（ユニット）とする生分解性プラスチック系生体適合性材料及びその新しい利用形態に係るものである。本発明により、以下のような格別の作用効果が奏される。
（１）ビーズ集合体及びビーズ集積体の最小構成要素としての、１つ以上の貫通孔を有する生分解性プラスチックビーズを提供することができる。
（２）上記生分解性プラスチックビーズを最小構成要素としたビーズ集合体は、当該集合体として完全又は部分的連通孔多孔体を形成する機能を有する。
（３）上記生分解性プラスチックビーズの貫通孔の一部又は全部を一定方向に配向させたビーズ集積体が得られる。
（４）上記ビーズ集積体は、当該集積体として完全連通孔ネットワークを形成する機能を有する。
（５）上記完全又は部分的連通孔内においては、物質輸送が円滑であるため、上記ビーズ集合体、及びビーズ集積体を、例えば、人工骨として用いた場合、骨形成に係る細胞の分化・増殖が円滑に行われる。
（６）上記ビーズ集積体では、貫通孔ネットワーク内の物質輸送を所望の方向に特定できるため、一層高い作用効果が奏される。
（７）上記ビーズ、ビーズ集合体及びビーズ集積体は、注射器を使用して生体内に注入・充填可能な形状・滑らかな表面・強度を有するため、生体用注入・充填剤として有用である。
（８）上記ビーズを、注入、充填に好適な形態に、集合、集積したものを提供することができる。
（９）また、これらは、完全又は部分的連通孔を形成する多孔体としての機能を有するため、例えば、細胞培養担体、及び薬剤成分担体等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、ＰＧＡビーズの中心を通り、互いに直行するφ２５０μｍの貫通孔を３本有する直径１ｍｍのＰＧＡビーズの模式図を示す。
【図２】図２は、ＰＧＡビーズを充填したシリンジの模式図を示す。
【図３】図３は、貫通孔を３本有するＰＬＬＡビーズを１×１×１ｃｍの空間に充填したときに構築される完全連通孔多孔体の一例を示す。
【図４】図４は、ビーズをチューブ充填物とした状態の模式図を示す。
【図５】図５は、チューブ充填物を可変分注シリンジにセットし、ビーズディスペンサーとした状態の模式図を示す。
【図６】図６は、最密充填構造ペレット状に包装されたビーズの模式図を示す。
【図７】図７は、ビーズのシリンジ充填物の模式図を示す。
【図８】図８は、ビーズのシリンジ充填物が、注射針を装着した状態の模式図を示す。

Claims (22)

1. 所定の空間に充填して集合体を構築したときに完全又は部分的連通孔多孔体を形成する機能を有する生分解性プラスチック成形体であって、次の事項；
   （１）上記成形体は１つ以上の貫通孔を有する、
   （２）上記成形体の形状はビーズ状である、
   を構成要素とすることを特徴とする生分解性プラスチックビーズ。
2. 長軸直径が２００μｍ〜６ｍｍの範囲である請求項１記載のビーズ。
3. 貫通孔径が１００μｍ〜３ｍｍであり、かつ長軸直径の７０％以下である請求項１記載のビーズ。
4. 上記生分解性プラスチックの原料が、ポリグリコール酸、ポリ乳酸、ポリグリコール酸とポリ乳酸の共重合体、ポリジオキサノンから選択された１種、あるいは２種以上の混合物である請求項１記載のビーズ。
5. 上記原料に０．００１〜５０ｗｔ％のリン酸カルシウム成分を混合したものである請求項４記載のビーズ。
6. 上記リン酸カルシウムが、水酸アパタイト、炭酸アパタイト、フッ素アパタイト、塩素アパタイト、β−ＴＣＰ、α−ＴＣＰ、メタリン酸カルシウム、リン酸４カルシウム、リン酸水素カルシウム、リン酸水素カルシウム２水和物の群から選択された１種、あるいは２種以上の混合物である請求項５記載のビーズ。
7. 上記リン酸カルシウム成分が、薬学的に許容される成分を適量混合したものである請求項５記載のビーズ。
8. 請求項１から７のいずれかに記載のビーズを、最小構成ユニットとして集合体を構築し、当該集合体として完全又は部分的連通孔多孔体を形成する機能を有する生分解性プラスチックビーズ集合体としたことを特徴とする生分解性プラスチックビーズ集合体。
9. 請求項１から７のいずれかに記載のビーズを、その貫通孔の一部又は全部を一方向に揃えて、集積体を構築し、当該集積体として完全又は部分的連通孔を形成する機能を有するビーズ集積体としたことを特徴とする生分解性プラスチックビーズ集積体。
10. 請求項１から７のいずれかに記載のビーズを、その貫通孔の一部又は全部を一方向に揃えて、集積することにより、集積体として完全又は部分的連通孔を形成する機能を有するビーズ集積体を構築することを特徴とする生分解性プラスチックビーズ集積体の構築方法。
11. ビーズの任意の貫通孔に、貫通孔直径以下の太さを持つ単線又は撚り線を通して、その貫通孔の一部又は全部を一方向に揃えて、集積する請求項１０記載のビーズ集積体の構築方法。
12. 請求項１から９のいずれかに記載のビーズ、ビーズ集合体又はビーズ集積体を含むことを特徴とする生体用注入・充填剤。
13. ビーズとマトリックスを含む請求項１２記載の注入・充填剤。
14. ビーズを１粒／１０００ｍｌ以上含有する請求項１２記載の注入・充填剤。
15. マトリックスが、コラーゲン、ヒアルロン酸、コンドロイチン硫酸ナトリウム、コハク酸二ナトリウム無水物、フィブリン、フィブリノーゲン、フィブリン糊、生理食塩水、血液、体液、骨髄、骨髄液から選択される１種、あるいは２種以上の混合物である請求項１３記載の注入・充填剤。
16. 骨欠損部・骨折部、金属製人工材料と骨母床間の間隙に注入・充填するための請求項１２記載の注入・充填剤。
17. 請求項１２記載の注入・充填剤をシリンジに充填したことを特徴とするシリンジ充填物。
18. 請求項１から９のいずれかに記載のビーズ、ビーズ集合体又はビーズ集積体から構成されることを特徴とする細胞培養用担体。
19. 請求項１８記載の細胞培養担体と細胞から成ることを特徴とする細胞−担体複合体。
20. 細胞が、骨細胞、骨芽細胞、破骨細胞、軟骨細胞、幹細胞、象牙芽細胞、セメント芽細胞、歯根膜細胞の群から選択される１種、あるいは２種以上の混合物である請求項１９記載の複合体。
21. 請求項１から９のいずれかに記載のビーズ、ビーズ集合体又はビーズ集積体から構成されることを特徴とする薬剤成分用担体。
22. 請求項２１記載の薬剤成分用担体と任意の薬剤成分から成ることを特徴とする薬剤成分−担体複合体。

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