DE602004012679T2

DE602004012679T2 - Zusammensetzung mit einer anorganischen Substanz marinen Ursprungs und Chitin/Chitosan, und Verfahren zur Herstellung der Zusammensetzung

Info

Publication number: DE602004012679T2
Application number: DE602004012679T
Authority: DE
Inventors: Michio Ito
Original assignee: Matsumoto Dental University
Current assignee: Matsumoto Dental University
Priority date: 2003-09-17
Filing date: 2004-09-16
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2024-09-17
Also published as: DE602004012679D1; NO20043885L; US7232579B2; US20050058715A1; EP1516882A1; JP2005087440A; EP1516882B1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Zusammensetzung, die eine aus Häuten mariner Organismen stammende anorganische Substanz und Chitin/Chitosan enthält, und ein Verfahren zur Herstellung der Zusammensetzung.
Im medizinischen Bereich ist eine Zusammensetzung als medizinisches Biomaterial bekannt. Als spezielles Beispiel ist eine Zusammensetzung zur Kieferknochenneubildung im Bereich der Zahnbehandlung bekannt. Die Zusammensetzung wird als eine Osteokonduktionssubstanz bezeichnet.
Wenn die Osteokonduktionssubstanz nach einer chirurgischen Behandlung einer Parodontalerkrankung zwischen einem Kieferknochen und Zahnfleisch implantiert oder eingebettet wird, zeigt die Osteokonduktionssubstanz die Fähigkeit, einen neuen Knochen durch eine Funktion, die Osteoblasten zu erhöhen, zu erzeugen. In einer anderen Ausführungsform erzeugt die Osteokonduktionssubstanz einen neuen Knochen, falls sie in der Umgebung eines Knochens oder in einen Knochen implantiert wird.
Die Osteokonduktionssubstanz wird durch Herstellen eines pulverförmigen Gemisches aus Apatit und Tierknochenmehl und Kneten des pulverförmigen Gemisches mit Chitosansol, das durch Auflösen von Chitosan durch eine saure wässrige Lösung erhalten wird, hergestellt. In den meisten Fällen wird das Tierknochenmehl aus Knochengeweben von Haustieren, wie Rinderknochen und Schweineknochen, erhalten (siehe zum Beispiel JP-A-H5-220211 ).
In letzter Zeit ist jedoch das Problem von BSE (bovine spongiforme Enzephalopathie) aufgedeckt worden. Insbesondere hat sich herausgestellt, dass die Osteokonduktionssubstanz unter Verwendung von Rinderknochenpulver als Material ein potentielles Risiko einer Infektion des Menschen durch einen pathogenen Erreger mit sich bringt. So ist es im medizinischen Fachgebiet im Hinblick auf die Sicherheit und eine begrenzte Menge an Rohstoffen erwünscht, eine neue Zusammensetzung zu erhalten.
"Porous Bioactive Composites from Marine Origin Based in Chitosan and Hydroxylapatite particles" Key Engineering Materials, Bd. 240–242, 2003, Seiten 39–42 offenbart poröse bioaktive Verbundstoffe marinen Ursprungs auf der Basis von Chitosan und Hydroxylapatitteilchen für das Knochengewebe-Engineering.
EP-A-1 053 739 offenbart ein Verfahren zum Herstellen einer osteokonduktiven Substanz, die aus einem sauren Chitosansol und Hydroxyapatit hergestellt wird, gefolgt von Kneten, Trocknen und Behandlung mit Ringer-Lösung.
Compendex Database Engineering Information, Inc., New York, US; 1996, Sawa Hiroyuki, Torii Tamotsu, Nakata Hokuta, Matsumoto Kouta, Aoki Kaoru: "Separation of hydroxyapatite from scales of fish" offenbart die Abtrennung von Hydroxyapatit aus Fischschuppen durch Calcinieren und dessen Verwendung als Knochenmaterialien.
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Zusammensetzung bereitzustellen, die die Knochenbildung fördern kann und die ausgezeichnete Sicherheit aufweist.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, eine Zusammensetzung bereitzustellen, die eine ausgezeichnete wirtschaftliche Effizienz im Hinblick auf die Abfallverwertung aufweist.
Gemäß dieser Erfindung wird eine Zusammensetzung bereitgestellt, die eine anorganische Substanz, die als Rückstand nach der Verbrennung von Häuten mariner Organismen erhalten wird, und Chitin/Chitosan enthält.
Gemäß dieser Erfindung wird auch ein Verfahren zur Herstellung einer Zusammensetzung bereitgestellt, wobei das Verfahren die Schritte Verbrennen von Häuten mariner Organismen bei einer Temperatur im Bereich zwischen 600°C und 1000°C, um eine anorganische Substanz als Rückstand zu erhalten, Erhalten einer pulverförmigen anorganischen Substanz aus der anorganischen Substanz und Kneten der pulverförmigen anorganischen Substanz mit Chitin-/Chitosanpulver umfasst.
1 ist eine graphische Darstellung, die die Abgabemengen von Ca-Ionen in anorganischen Substanzen zeigt, die in einer speziellen Ausführungsform dieser Erfindung verwendet werden;
2 ist eine graphische Darstellung, die die Abgabemengen von P-Ionen in den anorganischen Substanzen zeigt, die in der speziellen Ausführungsform dieser Erfindung verwendet werden; und
3 ist eine graphische Darstellung, die die Abgabemengen von Mg-Ionen in den anorganischen Substanzen zeigt, die in der speziellen Ausführungsform dieser Erfindung verwendet werden.
Eine Zusammensetzung gemäß dieser Erfindung enthält eine anorganische Substanz, die als Rückstand nach der Verbrennung von Häuten mariner Organismen erhalten wird, und Chitin/Chitosan.
In dieser Ausführungsform werden zwei Arten anorganischer Substanzen als Proben SAB und SAA genutzt.
Probe SAB
Die anorganische Substanz als Probe SAB wurde als Rückstand nach der Verbrennung von Häuten mariner Organismen erhalten. Die Menge der anorganischen Substanz, die nach der Verbrennung extrahiert wurde, betrug etwa 65 Gew.-% in Bezug auf das Gewicht der Häute der marinen Organismen vor der Verbrennung als 100%. In dieser Ausführungsform wurden Lachshäute als Häute der marinen Organismen verwendet.
Die anorganische Substanz als Probe SAB umfasst 54,8% P₂O₅ (Phosphoroxid), 35,4% CaO (Calciumoxid), 5,0% MgO (Magnesiumoxid), 4,1% SiO₂ (Siliciumdioxid), 0,3% K₂O (Kaliumoxid), 0,2% ZnO (Zinkoxid) und 0,2% Fe (Eisen).
Die anorganische Substanz als Probe SAB wurde durch Verwendung einer mit einem Elektronenmikroskop aufgenommenen Fotografie visuell betrachtet. Als Ergebnis wurde die Anwesenheit einer Anzahl einander zufällig benachbarter Hohlräume gesichert. Die mittlere Oberfläche der Hohlräume betrug 5 bis 300 μm.
Probe SAA
Die anorganische Substanz als Probe SAA wurde dadurch erhalten, dass die Häute der marinen Organismen in heißes Wasser eingetaucht wurden, um Kollagen zu extrahieren, und danach die Haut verbrannt wurde, um die anorganische Substanz als Rückstand übrig zu lassen. Die Menge der anorganischen Substanz, die nach der Verbrennung extrahiert wurde, betrug etwa 55 Gew.-% in Bezug auf das Gewicht der Häute der marinen Organismen vor der Verbrennung als 100%. Als Häute der marinen Organismen wurden Lachshäute verwendet.
Die anorganische Substanz als Probe SAA umfasst 58,8% P₂O₅, 32,8% CaO, 4,7% MgO, 3,5% SiO₂, 0,1% ZnO und 0,1% andere Stoffe.
Die anorganische Substanz als Probe SAA wurde durch Verwendung einer mit dem Elektronenmikroskop aufgenommenen Fotografie visuell betrachtet. Als Ergebnis wurde die Anwesenheit einer Anzahl einander zufällig benachbarter Hohlräume gesichert. Die mittlere Oberfläche der Hohlräume betrug 5 bis 300 μm.
Um Kollagen aus den Hauten der marinen Organismen zu extrahieren, können verschiedene gut bekannte Verfahren genutzt werden. Zum Beispiel ist ein Verfahren zum Extrahieren von Kollagen aus Fischhäuten im Japanischen Patent ( JP-B) Nr. 2722014 und in den Japanischen Patentanmeldungsveröffentlichungen ( JP-A) Nr. 2000-50811 und 2001-200000 offenbart.
Als Haute der marinen Organismen können Haute von Forelle, Alaska-Pollack (Alaska-Seelachs) oder Dorsch, Hai oder Katzenhai, Atka-Makrele, Heilbutt oder Thunfisch genutzt werden. Es wird hier angemerkt, dass die marinen Organismen, die zum Erhalten der anorganischen Substanz verwendet werden, nicht auf die vorstehend Erwähnten beschränkt sind. Es ist erwünscht, die Haute der marinen Organismen zum Erhalten der anorganischen Substanz unter Berücksichtigung einer begrenzten Menge an Rohstoffen und der Produktivität auszuwählen.
Mit Bezug auf die 1, 2 und 3 wurden die anorganischen Substanzen als Proben SAB und SAA in einer physiologischen Salzlösung gebadet oder untergetaucht. Nach 7 Tagen, 14 Tagen und 30 Tagen wurde jeweils die Abgabemenge (ppm) von Ca-Ionen, P-Ionen und Mg-Ionen gemessen.
Wie aus den 1 bis 3 ersichtlich ist, war bei der anorganischen Substanz als Probe SAB jeweils die Abgabemenge von Ca-Ionen, P-Ionen und Mg-Ionen mit dem Ablauf der Zeit erhöht.
Bei der anorganischen Substanz als Probe SAA war jeweils die Abgabemenge von Ca-Ionen und Mg-Ionen mit dem Ablauf der Zeit erhöht. Die Abgabemenge von P-Ionen war jedoch nach 30 Tagen etwas vermindert.
Wie vorstehend beschrieben, waren bei den anorganischen Substanzen als Proben SAA und SAB die Abgabemengen dieser Ionen im Allgemeinen mit dem Ablauf der Zeit erhöht. Daher ist gesichert worden, dass diese Ionen in einem lebenden Körper abgegeben und absorbiert werden.
Die vorstehend erwähnte anorganische Substanz wird mit Chitin/Chitosan geknetet, um eine Zusammensetzung herzustellen, die entsprechend bei verschiedenen Anwendungen, wie einem medizinischen Biomaterial, verwendet wird.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung der Zusammensetzung, die die anorganische Substanz und Chitin/Chitosan enthält, beschrieben werden.
Die anorganische Substanz als Probe SAB wird in der folgenden Weise erhalten. Die Häute der marinen Organismen werden bei einer Temperatur im Bereich zwischen 600°C und 1000°C verbrannt, um als Rückstand die anorganische Substanz als Probe SAB übrig zu lassen.
Andererseits wird die anorganische Substanz als Probe SAA in der folgenden Weise erhalten. Die Häute der marinen Organismen werden in heißes Wasser eingetaucht, um Kollagen aus den Häuten zu extrahieren. Nach Extraktion des Kollagens werden die Häute bei einer Temperatur im Bereich zwischen 600°C und 1000°C verbrannt, um als Rückstand die anorganische Substanz als Probe SAA übrig zu lassen.
Dann wird die anorganische Substanz SAB oder SAA mit Chitin-/Chitosansol, das durch Auflösen von Chitosanpulver durch eine saure wässrige Lösung erhalten wird, geknetet. Für die saure wässrige Lösung kann eine von Essigsäure, Milchsäure, Äpfelsäure, Citronensäure, Adipinsäure, Weinsäure, Malonsäure und dergleichen genutzt werden. Durch Kneten der anorganischen Substanz und des Chitin-/Chitosansols wird ein Solmaterial erhalten.
Danach wird das Solmaterial mit einer wässrigen Lösung, die eine Verbindung enthält, neutralisiert. Das Solmaterial wird in der wässrigen Lösung in 3 bis 60 Minuten gehärtet, um eine Zusammensetzung mit einem pH-Wert in einem Bereich von 7,0 bis 10,0 zu erhalten. Zum Beispiel ist Calciumoxid die Verbindung, die verwendet wird, um das Solmaterial zu neutralisieren.
Dann wird die Zusammensetzung dehydratisiert. Nach Dehydratisierung weist die Zusammensetzung eine spröde oder zerbrechliche Beschaffenheit, ähnlich wie Kekse, auf. Die Zusammensetzung kann als eine Osteokonduktionssubstanz als ein medizinisches Material verwendet werden.
Bevor die Osteokonduktionssubstanz in einen lebenden Körper als ein Biomaterial implantiert wird, wird eine wässrige Lösung (die später beschrieben werden wird) in die Osteokonduktionssubstanz absorbiert, wobei ein Gelfilm mit einer gummiähnlichen Elastizität und einer vorher festgelegten Festigkeit hergestellt wird. Danach wird die Osteokonduktionssubstanz als Gelfilm in eine vorher festgelegte Form in Übereinstimmung mit der Größe eines erkrankten Teils des lebenden Körpers geschnitten und an einer behandelten Stelle des erkrankten Teils des lebenden Körpers implantiert. Zum Beispiel wird die Osteokonduktionssubstanz nach einer chirurgischen Operation einer Parodontalerkrankung zwischen einem Kieferknochen und Zahnfleisch eingefügt, um einen neuen Kieferknochen neu zu bilden.
Wenn die Osteokonduktionssubstanz bei der Knochenneubildung verwendet wird, wachsen neue Blutgefäße und breiten sich in kleinen Hohlräumen in der organischen Substanz aus und die anorganische Substanz wird von Zellen umschlossen. Um die anorganische Substanz herum, wird Osteoblastenaktivität gezeigt und Osteokonduktion wird schnell erreicht.
Chitin/Chitosan dient zum Fixieren einer pulverförmigen anorganischen Substanz an einem erkrankten Teil eines lebenden Körpers. Zu der Zeit, wenn Chitin/Chitosan im lebenden Körper absorbiert wird, wird ein Osteoidgewebe beobachtet und in einen Knochen umgewandelt.
Nach Erzeugung des Gelfilms wird die wässrige Lösung in die Osteokonduktionssubstanz absorbiert. Als wässrige Lösung kann eine physiologische Salzlösung, eine wässrige Lösung aus Natriumchlorid, Natriumbicarbonat oder Natriumpolyphosphat, eine Ringer-Lösung oder dergleichen genutzt werden.
Wie vorstehend in Zusammenhang mit der speziellen Ausführungsform beschrieben, weist die Zusammensetzung eine Anzahl kleiner Hohlräume auf, die in der organischen Substanz gebildet werden. Wenn die Zusammensetzung als Osteokonduktionssubstanz verwendet wird, breiten sich die neuen Blutgefäße leicht in den kleinen Hohlräumen in der anorganischen Substanz aus. Um die anorganische Substanz herum zeigt sich Osteoblastenaktivität zum Fördern der Osteokonduktion.
Um die Zusammensetzung herzustellen, ist es möglich, die Häute der marinen Organismen zu verwenden, die als Abfall zu entsorgen sind, nachdem die Körper der marinen Organismen verwendet wurden oder nachdem die Häute selbst verwendet wurden, um Kollagen zu extrahieren. In diesem Fall ist die wirtschaftliche Effizienz im Hinblick auf Abfallentsorgung und -verwertung ausgezeichnet.
Weiterhin ist die anorganische Substanz ein natürliches Mineral mit einer Anzahl kleiner, im Innern gebildeter Hohlräume. Deshalb kann die Zusammensetzung, die die anorganische Substanz enthält, bei verschiedenen Anwendungen, wie verschiedenen Arten medizinischer Biomaterialien, verwendet werden.

Claims

Zusammensetzung, enthaltend eine anorganische Substanz, erhältlich als Rückstand nach der Verbrennung von Häuten mariner Organismen, und Chitin/Chitosan, wobei die anorganische Substanz mindestens P₂O₅, CaO, MgO, SiO₂ und ZnO enthält.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei die anorganische Substanz als Rückstand nach der Extraktion von Kollagen aus den Häuten erhältlich ist.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei jede der anorganischen Substanzen und Chitin/Chitosan in Pulverform vorliegt.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Zusammensetzung als Material, ausgewählt aus einem Zahnmaterial und einem medizinischen Biomaterial, verwendet wird.
Verfahren zur Herstellung einer Zusammensetzung, umfassend die Schritte: Extrahieren von Kollagen aus Häuten mariner Organismen; Verbrennen der Häute, nachdem Kollagen aus den Häuten extrahiert wird, bei einer Temperatur im Bereich zwischen 600°C und 1000°C, um eine anorganische Substanz als Rückstand zu erhalten; Erhalten einer pulverförmigen anorganischen Substanz aus der anorganischen Substanz; und Kneten der pulverförmigen anorganischen Substanz mit Chitin-/Chitosanpulver.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die anorganische Substanz mindestens P₂O₅, CaO, MgO, SiO₂ und ZnO enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei die Zusammensetzung als Material, ausgewählt aus einem Zahnmaterial und einem medizinischen Biomaterial, verwendet wird.