JP6048858B2

JP6048858B2 - 接着性骨補填剤及び接着性骨補填剤キット

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Publication number: JP6048858B2
Application number: JP2015505496A
Authority: JP
Inventors: 田口　哲志; 哲志田口
Original assignee: National Institute for Materials Science
Current assignee: National Institute for Materials Science
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2016-12-21
Anticipated expiration: 2034-03-11
Also published as: JPWO2014142132A1; WO2014142132A1; US20160008507A1; EP2974752A1; EP2974752A4

Description

本発明は、接着性骨補填剤及び接着性骨補填剤キットに関するものである。

我が国では現在急速な人口の高齢化が進んでおり、高齢化率は平成３２年には３０％（すなわち、３０００万人以上が高齢者）に達することが予想されている。高齢者の脊椎損傷は、寝たきりに直結する運動機能障害であり、寝たきりの高齢患者は高い確率で認知症へと移行し、長期間の入院に繋がる。脊椎損傷の中でも特に頻度が高いのは椎体圧迫骨折であり、骨粗鬆症の影響を受けている場合が多く、加齢とともに著しく増加する。

世界では１億人にリスクがあり、米国では年間２００万件以上の脆弱性骨折が発生している。日本人の脊椎骨折の有病率を求めた報告では、７０〜７４歳で２５％、８０〜８４歳で４３％が脊椎椎体骨折あるいは変形を有しており、米国の約２倍となっている。

そのため、侵襲を最小限に留め、かつ患者自身の治癒力を最大限に引き出す骨融合性椎体再建デバイスの開発が急務となっている。

椎体圧迫骨折の治療方法は、従来、脊椎を金属スクリューやロッドで固定して骨の一体化を図る脊椎固定術、椎体内部に骨補填剤を注入して骨の補強を行い、早期除痛を目的とする椎体形成術が行われてきた。

脊椎固定術は侵襲が大きいため、高齢者にとって身体的、経済的負担が大きいという課題がある。一方、椎体形成術には、椎体圧迫骨折部位をシリコーン製バルーンにより空隙を作り、その空間に骨補填剤を導入するというバルーンカイフォプラシティ（ＢＫＰ）がある（非特許文献１）。ＢＫＰの手法を用いた脊椎用手術器具が開示されている（特許文献１）。

椎体形成術は、患者の身体的負担が少ないため手術方法の主流となっている。この椎体形成術は低侵襲手術ではあるが、骨補填剤として骨セメントを用いた場合、骨セメント中に含まれるメチルメタクリレートモノマーが椎体外へ漏出して肺塞栓や脊髄損傷などの合併症を起こす症例が報告されている（非特許文献２）。さらに骨セメントは非吸収性である点も課題となっている（特許文献２）。更に、高い重合熱により周辺組織が壊死する課題もある。

また、骨ペーストは、吸収性であるが、最大強度となるまでに一週間程度かかる場合があり、硬化時間が長く、短時間での強度を実現できないという課題がある（非特許文献３）。さらには、ほとんどが無機成分であるため椎体内部の海綿骨に対して接着性を有さないという課題がある（特許文献３）。また、リン酸カルシウム系骨補填剤は、硬化時間が数時間以上と長いことによる補填剤漏出の危険性に加え、適用直後の骨組織に対する接着性がない点に課題がある。

特開２０１２−８５８０４号公報特表２００１−５１０３６９号公報特願平１０−５３９８１９号公報

ＳＰＩＮＥ，２６，１５１−１５６（２００１）ＡｃｔａＲａｄｉｏｌｏｇｉｃａ，４８，８９−９５（２００７）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅＭａｔｅｒｉａｌｓｉｎＭｅｄｉｃｉｎｅ，６，３４０−３４７（１９９５）

本発明は、骨組織に対する接着性が高く、接着時間が短く、吸収性の高い接着性骨補填剤及び接着性骨補填剤キットを提供することを課題とする。また、生体安全性が高く、三点曲げ強度を適度な強度（１ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下）にする接着性骨補填剤を提供することを課題とする。

本発明者は、生体高分子（アルブミン、ゼラチン）を液体成分とし、有機酸架橋剤・リン酸カルシウムを固体成分とする固−液二成分系の骨補填剤とすることで、モノマーを使用せず、かつ、骨組織に接着する接着性骨補填剤を製造できることを見出した。

また、合成高分子を液体成分とし、有機酸架橋剤・リン酸カルシウムを固体成分とする固−液二成分系の骨補填剤としても、モノマーを使用しない接着性骨補填剤を製造できることを見出し、本発明を完成した。

本発明の接着性骨補填剤は、以下のことを特徴としている。
（１）骨組織に接着して硬化する接着性骨補填剤であって、
ｔｅｔｒａａｍｉｎｅ−ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄポリエチレングリコール（４分岐）を含有する緩衝溶液からなる液体成分と、リン酸カルシウムおよびトリスクシンイミジルシトレートを含む紛体成分との混合物を含み、
前記ｔｅｔｒａａｍｉｎｅ−ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄポリエチレングリコール（４分岐）は5ｍM〜40ｍMであり、かつ、前記トリスクシンイミジルシトレートは25ｍM〜75ｍMであり、
前記リン酸カルシウム（Ｐ（ｇ））と前記液体成分（Ｌ（ｇ））の比であるＰ／Ｌが、２／１〜３／１である。
（２）前記リン酸カルシウムがα−トリカルシウムフォスフェイト（α−ＴＣＰ）、α´−トリカルシウムフォスフェイト（α´−ＴＣＰ）、β−トリカルシウムフォスフェイト（β−ＴＣＰ）、オクタカルシウムフォスフェート（ＯＣＰ）、ｄｉｃａｌｃｉｕｍｐｈｏｓｐｈａｔｅｄｉｂａｓｉｃ（ＤＣＰＤ）、ｔｅｔｒａｃａｌｃｉｕｍｐｈｏｓｐｈａｔｅｍｏｎｏｘｉｄｅ（ＴｅＣＰ）、ハイドロキシアパタイト（ＨＡｐ）、リン酸水素カルシウムの１種または２種以上の組み合わせである。
（３）前記リン酸カルシウムに金属元素がドープされている。
（４）前記金属元素が、亜鉛、銅、ストロンチウム、銀、チタンのうちの１種または２種以上である。
（５）前記リン酸カルシウムが１０〜１０００ナノメートルの粒子である。
（６）前記液体成分又は前記粉体成分に、アルカリ成分が添加されている。
（７）前記リン酸カルシウムはα−トリカルシウムフォスフェイト（α−ＴＣＰ）であり、前記α−トリカルシウムフォスフェイト（α−ＴＣＰ）は、前記紛体材料のうち、前記トリスクシンイミジルシトレートを除いた質量の50％〜80％である。

本発明の接着性骨補填剤は、骨組織に対する接着性が高く、接着時間が短く、吸収性を高くすることができる。骨接着性が高いので、接着部分から外部へ接着性骨補填剤が漏出されることが防止され、合併症の危険性は無くすことができる。また、硬化温度も低いという利点もある。また、三点曲げ強度を適度な強度（１ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下）にできる。

三点曲げ強度を適度な強度にすることにより、術部隣接椎体骨の骨折の危険性を大幅に低減することができる。ポリメチルメタクリレート系骨セメントは硬くなりすぎ、周辺椎体骨の更なる骨折を引き起こすおそれが発生する。逆に、リン酸カルシウム系骨補填剤は脆いので、補強部分で骨折のおそれが発生するのに対して、適度な強度は大きな利点である。また、生体安全性も高い。

本発明の実施形態である接着性骨補填剤キットの一例を示す概略図である。本発明の実施形態である接着性骨補填剤キットの使用方法の一例を示す工程図である。本発明の実施形態である接着性骨補填剤キットの使用方法の一例を示す工程図である。Ｔｅｔｒａａｍｉｎｅ−ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄポリエチレングリコール（ＴＡＰＥＧ）と有機酸架橋剤トリスクシンイミジルシトレート（ＴＳＣ）を混合したときの架橋反応の一例を示す説明図である。３７℃湿潤環境下で２４時間静置後の成形サンプルの目視像（写真）である。調製後の成形サンプルの目視像（写真）である。骨接着性試験の工程図である。本試験において使用した生体骨模倣材料の表面の一例を示す電子顕微鏡写真である。接着性骨補填剤（試験例Ａ１）を注射器から排出したときの写真である。 3点曲げ試験の概要を示した概要図である。本発明の接着性骨補填剤による骨補填剤硬化物とバイオペックスの3点曲げ応力を示したグラフである。本発明の接着性骨補填剤による骨補填剤硬化物の3点曲げ応力のTAPEG濃度依存性を示すグラフである。本発明の接着性骨補填剤による骨補填剤硬化物の3点曲げ応力のTSC濃度依存性を示すグラフである。本発明の接着性骨補填剤による骨補填剤硬化物の3点曲げ応力のP/L比依存性を示すグラフである。本発明の接着性骨補填剤による骨補填剤硬化物の3点曲げ応力のα−TCP含量依存性を示すグラフである。本発明の接着性骨補填剤による骨補填剤硬化物の3点曲げ応力のTAPEG濃度依存性を示すグラフである。

（本発明の実施形態）
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態である接着性骨補填剤及び接着性骨補填剤キットについて説明する。
＜接着性骨補填剤キット＞
まず、本発明の実施形態である接着性骨補填剤キットについて説明する。

図１は、本発明の実施形態である接着性骨補填剤キットの一例を示す概略図である。

図１に示すように、本発明の実施形態である接着性骨補填剤キット１１は、液体成分２１を封入した第１の容器１２と、粉体成分２２を封入した第２の容器１３と、液体成分２１と粉体成分２２を混合して、接着性骨補填剤を作製する第３の容器１４と、前記接着性骨補填剤を接着部に注入する注入容器１５と、を有して、概略構成されている。
ここで、液体成分２１が、水溶性生体適合性高分子を含有する緩衝溶液からなり、粉体成分２２が、第１の粉体成分であるリン酸カルシウムと第２の粉体成分である有機酸架橋剤の混合紛体であり、前記接着性骨補填剤が、後述する、本発明の実施形態である接着性骨補填剤である。
＜接着性骨補填剤キットの使用方法＞
次に、本発明の実施形態である接着性骨補填剤キットの使用方法について説明する。

図２、３は、本発明の実施形態である接着性骨補填剤キットの使用方法の一例を示す工程図である。

まず、図２（ａ）に示すように、第１の容器１２を開け、液体成分２１を、第３の容器１４内に入れてから、第２の容器１３を開け、粉体成分２２を、第３の容器１４内に入れる。

次に、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、第３の容器１４内で、液体成分２１と粉体成分２２をよく混合して、接着性骨補填剤３１を形成してから、注入容器１５内に入れる。

次に、骨４７の圧迫骨折部分を風船でふくらまして、骨組織欠損部・圧迫骨折部に空洞部４７ｃを形成してから、図３に示すように、空洞部４７ｃ内に注入容器１５から接着性骨補填剤３１を注入する。

一定時間放置することにより、骨４７を接着固定することができる。

なお、上記工程で、粉体成分２２を液体成分２１に入れてよく混合することが好ましい。これにより、混合操作を簡素化できる。
＜接着性骨補填剤＞
まず、本発明の実施形態である接着性骨補填剤について説明する。

本発明の実施形態である接着性骨補填剤３１は、液体成分２１と粉体成分２２とを混合後、骨組織に注入・塗布して、前記骨組織に接着する接着性骨補填剤である。

液体成分２１が水溶性生体適合性高分子を含有する緩衝溶液である。

前記水溶性生体適合性高分子は、水溶性で生体適合性を有する生体高分子又は合成高分子である。

前記生体高分子がアルブミン又はゼラチンであることが好ましい。これにより、生成した接着性骨セメントに生体親和性・吸収性を付与することができる。

前記アルブミンが、ウシ、ブタ、ウマ若しくはヒトのいずれか１種若しくは２種以上の血清アルブミン又は遺伝子組換えアルブミンであることが好ましい。具体的には、前記アルブミンとしては、ヒト血清アルブミン（ＨＳＡ）を挙げることができ、生体高分子を含有するリン酸緩衝溶液として、例えば、ヒト血清アルブミン（ＨＳＡ）の４２ｗ／ｖ％リン酸緩衝溶液（ｐＨ８．０）（以下、４２ｗ／ｖ％ＨＳＡと略記する。）を用いることができる。

前記ゼラチンが、ウシ、ブタ、魚若しくはヒトのいずれか１種若しくは２種以上のゼラチン又は遺伝子組換えゼラチンであることが好ましい。特に魚ゼラチンの場合にはタラゼラチンが高濃度でも常温において液体であるため好ましい。これにより、生成した接着性骨補填剤に生体親和性・吸収性に加え、細胞接着性を付与することができる。

また、前記合成高分子は、側鎖あるいは末端にアミノ基を有するポリエーテル又は水溶性高分子であることが好ましい。

前記側鎖あるいは末端にアミノ基を有するポリエーテルとしては、３〜８分岐したポリエチレングリコールであることが好ましい。

３〜８分岐したポリエチレングリコールとしては、ペンタエリトリトールテトラポリエチレングリコールエーテルを挙げることができ、側鎖あるいは末端にアミノ基を有するポリエチレングリコールとしては、ｔｅｔｒａａｍｉｎｅ−ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄポリエチレングリコール（４分岐）（以下、ＴＡＰＥＧと略記する。）を挙げることができる。また、前記水溶性高分子としては、ポリペプチドを挙げることができ、側鎖あるいは末端にアミノ基を有するポリペプチドとしては、ポリリジンを挙げることができる。

粉体成分２２が第１の粉体成分であるリン酸カルシウムと第２の粉体成分である有機酸架橋剤の混合紛体である。

リン酸カルシウムは少しずつ溶解し、体内で低結晶性のハイドロキシアパタイトを再構成して、強度を高めることができる。

リン酸カルシウムとしては、例えば、粒径２５０μｍ以下のα−トリカルシウムフォスフェイト（以下、α−ＴＣＰ（＜２５０μｍ）と略記する。）を挙げることができる。粒径は、小さいほど良い。ナノ粒子であればなお好ましい。

前記リン酸カルシウムがα−トリカルシウムフォスフェイト（α−ＴＣＰ）、α´−トリカルシウムフォスフェイト（α´−ＴＣＰ）、β−トリカルシウムフォスフェイト（β−ＴＣＰ）、オクタカルシウムフォスフェート（ＯＣＰ）、ｄｉｃａｌｃｉｕｍｐｈｏｓｐｈａｔｅｄｉｂａｓｉｃ（ＤＣＰＤ）、ｔｅｔｒａｃａｌｃｉｕｍｐｈｏｓｐｈａｔｅｍｏｎｏｘｉｄｅ（ＴｅＣＰ）、ハイドロキシアパタイト（ＨＡｐ）、リン酸水素カルシウムの１種または２種以上の組み合わせであることが好ましい。これらのリン酸カルシウムは、焼成あるいは未焼成のどちらでもよい。これにより、骨伝導性および骨誘導能を付与することができる。

また、前記リン酸カルシウムには、骨形成能を付与するために金属元素がドープされていることが好ましい。ドープする金属元素としては、例えば、亜鉛、銅、ストロンチウム、銀、チタンのいずれか１種又は２種以上が好ましい。これにより、骨芽細胞の活性化により骨形成を促進することができる。

また、前記リン酸カルシウムが１０〜１０００ナノメートルの粒子であることが好ましい。これにより、硬化物の強度を上げることができる。

前記有機酸架橋剤が酒石酸、リンゴ酸、クエン酸又はコハク酸のすべてのカルボキシル基をＮ−ヒドロキシスクシンイミド若しくはＮ−ヒドロキシスルホスクシンイミドで修飾した架橋剤の１種または２種以上の組み合わせであることが好ましい。これにより、架橋剤の活性エステルが液体成分中に含まれる水溶性生体適合性高分子のアミノ基と反応して硬化する。クエン酸架橋剤として、クエン酸のカルボキシル基をＮ−ヒドロキシスクシンイミドで修飾したトリスクシンイミジルシトレート（以下、ＴＳＣと略記する。）を挙げることができる。また、リンゴ酸架橋剤として、リンゴ酸の２つのカルボキシル基をＮ−ヒドロキシスクシンイミドで修飾したジスクシンイミジルマレートを挙げることができる。また、酒石酸架橋剤として、酒石酸の２つのカルボキシル基をＮ−ヒドロキシスクシンイミドで修飾したジスクシンイミジルタータレートを挙げることができる。

さらに、コハク酸架橋剤として、コハク酸の２つのカルボキシル基をＮ−ヒドロキシスクシンイミドで修飾したジスクシンイミジルスクシネートを挙げることができる。

図４は、ＴＡＰＥＧと有機酸架橋剤トリスクシンイミジルシトレート（ＴＳＣ）を混合したときの架橋反応の一例を示す説明図である。図４に示すように、ＴＡＰＥＧ水溶液と固体成分の一つであるクエン酸架橋剤ＴＳＣを混合することにより、ＴＳＣの水溶液への溶解に伴いＴＡＰＥＧのアミノ末端が架橋されて、数分〜数十分以内に高分子ゲルが生成される。

液体成分２１又は粉体成分２２に、アルカリ成分が添加されていることが好ましい。これにより、接着速度を早めることができる。アルカリ成分は、例えば、ＮａＯＨ、ＮａＨＣＯ_３、ＫＯＨである。

液体成分２１にアルカリ成分を添加する場合は、液体成分２１にアルカリ溶液を混合する。アルカリ溶液としては、０．１ＭＮａＯＨｓｏｌ．（μＬ）を挙げることができる。

また、粉体成分２２にアルカリ成分を添加する場合は、粉体成分２２に、アルカリ溶液中に溶けている物質を粉末状にしたアルカリ成分を混合する。

前記第１の粉体成分であるリン酸カルシウム（Ｐ（ｇ））と前記液体成分（Ｌ（ｇ））の比Ｐ／Ｌが、１／１＜Ｐ／Ｌ＜３．５／１の条件を満たすことが好ましい。これにより、成形性を高めることができる。３．５／１≦Ｐ／Ｌの場合には、崩壊するおそれが発生する。また、Ｐ／Ｌ≦１／１の場合には、不均一となるおそれが発生する。

本発明の実施形態である接着性骨補填剤３１は、例えば、骨組織欠損部・圧迫骨折部に注入・塗布されることで、骨組織に接着して硬化する接着性骨補填剤であって、水溶性生体適合性高分子を含有する緩衝溶液からなる液体成分２１と、リン酸カルシウムおよび有機酸架橋剤を含む紛体成分２２との混合物を含むという構成なので、骨組織に対する接着性が高く、接着時間が短く、吸収性を高くすることができる。

また、三点曲げ強度を適度な強度（１ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下）にできる。三点曲げ強度を１ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下の適度な強度にすることにより、術部隣接椎体骨の骨折の危険性を大幅に低減することができる。ポリメチルメタクリレート系骨セメントは硬くなりすぎ、周辺椎体骨の更なる骨折を引き起こすおそれが発生する。逆に、リン酸カルシウム系骨補填剤は脆いので、補強部分で骨折のおそれが発生する。これに対して、適度な強度とすると、これらのおそれを低減できるので、実用上で大きな利点となる。

本発明の実施形態である接着性骨補填剤３１は、前記水溶性生体適合性高分子が水溶性生体適合性を有する生体高分子又は合成高分子である構成なので、緩衝溶液への分散性高く液体成分を調製することができ、また、生体に対する安全性が高い接着性骨補填剤として使用することができる。

本発明の実施形態である接着性骨補填剤３１は、前記生体高分子がアルブミン又はゼラチンである構成なので、吸収性を高くすることができる。

本発明の実施形態である接着性骨補填剤３１は、前記アルブミンが、ウシ、ブタ、ウマ若しくはヒトのいずれか１種若しくは２種以上の血清アルブミン又は遺伝子組換えアルブミンである構成なので、吸収性を高くすることができる。また、細胞接着性を高めることができる。

本発明の実施形態である接着性骨補填剤３１は、前記ゼラチンが、ウシ、ブタ、魚若しくはヒトのいずれか１種若しくは２種以上のゼラチン又は遺伝子組換えゼラチンである構成なので、吸収性に加え、細胞接着性を高めることができる。

本発明の実施形態である接着性骨補填剤３１は、前記合成高分子が側鎖あるいは末端にアミノ基を有するポリエーテル又は水溶性高分子である構成なので、有機酸架橋剤により、前記合成高分子のアミノ側鎖あるいはアミノ末端を架橋することで、骨補填剤自身の強度を高めることができる。

本発明の実施形態である接着性骨補填剤３１は、前記側鎖あるいは末端にアミノ基を有するポリエーテルが３〜８分岐したポリエチレングリコールである構成なので、有機酸架橋剤により、アミノ側鎖あるいはアミノ末端を架橋することで、骨補填剤自身の強度を高めることができる。

本発明の実施形態である接着性骨補填剤３１は、前記３〜８分岐したポリエチレングリコールが、ペンタエリトリトールテトラポリエチレングリコールエーテルであり、側鎖あるいは末端にアミノ基を有するポリエチレングリコールが、ｔｅｔｒａａｍｉｎｅ−ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄポリエチレングリコール（４分岐）である構成なので、有機酸架橋剤により、ポリエーテルのアミン末端を架橋することにより、架橋構造を形成でき、骨補填剤自身の強度を高めることができる。

本発明の実施形態である接着性骨補填剤３１は、前記リン酸カルシウムがα−トリカルシウムフォスフェイト（α−ＴＣＰ）、α´−トリカルシウムフォスフェイト（α´−ＴＣＰ）、β−トリカルシウムフォスフェイト（β−ＴＣＰ）、オクタカルシウムフォスフェート（ＯＣＰ）、ｄｉｃａｌｃｉｕｍｐｈｏｓｐｈａｔｅｄｉｂａｓｉｃ（ＤＣＰＤ）、ｔｅｔｒａｃａｌｃｉｕｍｐｈｏｓｐｈａｔｅｍｏｎｏｘｉｄｅ（ＴｅＣＰ）、ハイドロキシアパタイト（ＨＡｐ）、リン酸水素カルシウムの１種または２種以上の組み合わせである構成なので、骨組織に対する接着性を高くすることができる。

本発明の実施形態である接着性骨補填剤３１は、前記有機酸架橋剤が酒石酸、リンゴ酸、コハク酸又はクエン酸のすべてのカルボキシル基をＮ−ヒドロキシスクシンイミド若しくはＮ−ヒドロキシスルホスクシンイミドで修飾した架橋剤の１種または２種以上である構成なので、骨補填剤に接着性を付与することができる。

本発明の実施形態である接着性骨補填剤３１は、前記液体成分又は前記粉体成分に、アルカリ成分が添加されている構成なので、接着速度を早くして、接着時間を短くすることができる。

本発明の実施形態である接着性骨補填剤３１は、前記第１の粉体成分（Ｐ（ｇ））と前記液体成分（Ｌ（ｇ））の比であるＰ／Ｌが、１／１＜Ｐ／Ｌ＜３．５／１の条件を満たす構成なので、骨組織に対する接着性が高く、接着時間が短く、吸収性を高くすることができる。また、三点曲げ強度を適度な強度（１ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下）にできる。

本発明の実施形態である接着性骨補填剤キット１１は、液体成分２１を封入した第１の容器１２と、粉体成分２２を封入した第２の容器１３と、液体成分２１と粉体成分２２を混合して、接着性骨補填剤３１を作製する第３の容器１４と、接着性骨補填剤３１を接着部に注入する注入容器１５と、を有し、前記液体成分が、水溶性生体適合性高分子を含有する緩衝溶液からなり、前記粉体成分が、第１の粉体成分であるリン酸カルシウムと第２の粉体成分である有機酸架橋剤の混合紛体である構成なので、これ以外の器具・試薬を必要とすることなく、容易に、かつ、速やかに接着処理を行うことができる。

本発明の実施形態である接着性骨補填剤及び接着性骨補填剤キットは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で、種々変更して実施することができる。本実施形態の具体例を以下の実施例で示す。しかし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
＜液体／固体（Ｐ／Ｌ）の最適化試験＞
以下のようにして、液体／固体（Ｐ／Ｌ）の種々の混合比における骨補填剤形成能を検討し、液体／固体（Ｐ／Ｌ）の最適条件を調べた。

まず、液体成分（Ｌ）として、ヒト血清アルブミン（ＨＳＡ、シグマ社製）を用いた４２ｗ／ｖ％ＨＳＡあるいは３０ｗ／ｖ％タラゼラチン、粉末成分（Ｐ）のリン酸カルシウムとしてα−ＴＣＰ（和光純薬工業社製、ふるいで＜２５０μｍとしたもの）、有機酸架橋剤としてＴＳＣを準備した。

次に、液体成分（Ｌ）である４２ｗ／ｖ％ＨＳＡあるいは３０ｗ／ｖ％タラゼラチン、粉末成分（Ｐ）であるα−ＴＣＰ（＜２５０μｍ）の混合比（Ｐ／Ｌ）を変えて、Ｐ／Ｌ＝３．５／１（試験例１、６）、３／１（試験例２、７）、２／１（試験例３、８）、１／１（試験例４、９）、１／２（試験例５、１０）の５種の接着性骨補填剤を調製した。各試験例は、表１に記載のように、ＴＳＣ添加量、ならびにアルカリ添加量（０．１ＭＮａＯＨｓｏｌ．（μＬ））も変えた。

表１は、４２ｗ／ｖ％ＨＳＡを用いて調製した接着性骨補填剤の調製条件と成形性の観察結果である。

表２は、３０ｗ／ｖ％タラゼラチンを用いて調製した接着性骨補填剤の調製条件と成形性の観察結果である。

次に、これらの接着性骨補填剤を用い、直径７ｍｍ、高さ１４ｍｍの円筒状の成形サンプルを５つ形成した。

次に、４２ｗ／ｖ％ＨＳＡを用いて調製した接着性骨補填剤の各成形サンプルを３７℃湿潤環境下で２４時間静置した。

図５は、３７℃湿潤環境下で２４時間静置後の成形サンプルの目視像（写真）である。写真から分かるように、静置後でも、Ｐ／Ｌ＝１．５／１（試験例２）、２／１（試験例３）、３／１（試験例４）の成形サンプルの成形性は良好であった。

一方、静置後、Ｐ／Ｌ＝１／１（試験例１）の成形サンプルの成形性は不均一となった。α−ＴＣＰが不均一となったためである。

また、Ｐ／Ｌ＝３．５／１（試験例５）の成形サンプルは、崩壊した。α−ＴＣＰを均一に液体中に分散させることが出来ず、形状を保てなかったためである。

従って、４２ｗ／ｖ％ＨＳＡの場合は、１／１＜Ｐ／Ｌ＜３．５／１の条件が最適であることが明らかとなった。

次に、３０ｗ／ｖ％タラゼラチンを用いて調製した接着性骨補填剤を用いて各成形サンプルを調製した。

図６は、調製後の成形サンプルの目視像（写真）である。写真から分かるように、Ｐ／Ｌ＝１．５／１（試験例７）、２／１（試験例８）、３／１（試験例９）、３．５／１（試験例１０）の成形サンプルの成形性は良好であった。

一方、静置後、Ｐ／Ｌ＝１／１（試験例６）の成形サンプルは脆弱であった。α−ＴＣＰ含量が十分でないため、タラゼラチンの物性が支配的になったためである。

従って、３０ｗ／ｖ％タラゼラチンの場合、１／１＜Ｐ／Ｌの条件が最適であることが明らかとなった。
＜骨接着性試験＞
次に、上記４２ｗ／ｖ％ＨＳＡを用いた接着性骨補填剤を用いて、骨接着性試験を行った。

図７は、骨接着性試験の工程図である。

骨接着性試験の試験片５２として、生体骨模倣材料を用いた。

生体骨模倣材料は、象牙（直径６ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ、円板状）を２５％リン酸溶液に１８０秒浸漬してから、多量の水で洗浄後、乾燥させて作製した。

図８は、本試験において使用した生体骨模倣材料の表面の一例を示す電子顕微鏡写真である。
＜接着試験＞
まず、試験片５２には、象牙（直径６ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ、円板状）を用いた。接着試験前に象牙を２５％リン酸溶液に１８０秒浸漬後多量の水で洗浄して乾燥して使用した。接着試験のために、試験片（象牙）を円柱状のポリメチルメタクリレートプラスチックロッド５１の表面５１ａに張り付けた。

次に、内径７ｍｍ、高さ１４ｍｍの円筒状のシリコーン５３を被せた。

次に、シリコーン５３の筒内に接着性骨補填剤３１を導入した。接着性骨補填剤３１としては、４２ｗ／ｖ％ＨＳＡを用いた接着性骨補填剤Ｐ／Ｌ＝３／１と、骨セメント（市販品）、バイオペックス（HOYA株式会社製）を用いた。

次に、テクスチャーアナライザーにより、試験片（象牙）５２に対する接着性骨補填剤等の接着強度を調べた。

表３は、これらの接着性骨補填剤等の接着強度の結果である。

Ｐ／Ｌ＝３／１（試験例４）は、バイオペックスと比較して高い接着強度であった。また、骨セメントは、接着強度は０．８ＭＰａと高い値であったが、合成物であるため吸収性を示さないので、好ましくない。
＜三点曲げ強度試験＞
まず、長さ６４ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ４ｍｍの板状の試験片を作成した。

次に、オートグラフにより、成形サンプルの三点曲げ強度を測定した。コントロールとして、市販品の骨セメント、バイオペックスを使用した。

表４は、三点曲げ強度試験の結果である。

Ｐ／Ｌ＝３／１（試験例４）は、バイオペックス、骨セメントと比較して低い三点曲げ強度であったが、粉体成分の組成を変えることによりバイオペックスを超える曲げ強度となった。

＜液体／固体（Ｐ／Ｌ）の最適化試験２（試験例Ａ１〜Ａ２０：Ｒｕｎ＃Ａ１〜Ａ２０）＞
以下のようにして、液体／固体（Ｐ／Ｌ）の種々の混合比における骨補填剤形成能を検討した。

まず、ＴＡＰＥＧを０．１Ｍリン酸緩衝液（ｐＨ６．０）に溶解させて、ＴＡＰＥＧ溶液（液体成分（Ｌ））を作成した。

次に、固体成分（Ｐ）としてα−ＴＣＰ、ナノアパタイト粒子（球状−平均粒径４０ｎｍ、株式会社ソフセラ製）およびＴＳＣを計り採り、ペンシルスターラーでよく混合した。この混合粉末を液体成分（Ｌ）である、０．１Ｍリン酸緩衝液（ｐＨ６．０）に溶解したＴＡＰＥＧ溶液に添加してペンシルスターラーで撹拌・混合して接着性骨補填剤を調製した。

図９は、接着性骨補填剤（試験例Ａ１）を注射器から排出したときの写真である。

次に、先に記載の方法により接着性骨補填剤を塗布して、三点曲げ強度（Ｂｅｎｄｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈ）を測定した。

表５は、調製した接着性骨補填剤の調製条件と三点曲げ強度（Ｂｅｎｄｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈ）の測定結果である。

表５に示すように、Ｐ／Ｌ比、ＴＡＰＥＧ濃度およびＴＳＣ含量の制御により、三点曲げ強度（Ｂｅｎｄｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈ）を１．２８ＭＰａ以上６．１１ＭＰａ以下に制御できた。

（接着性骨補填剤の評価試験１）
（実験）
紛体材料のリン酸カルシウムとしてnano HAp ：Nano-SHAp(球状-平均粒径40nm) (ソフセラ社製)を用意し、有機酸架橋剤として合成品のDST（Disuccinimidyl tartarate）を用意した。このDSTとnano HApを所定量秤量し、ペンシルスターラーでよく混合し、混合粉末を得た。この混合粉末を、液体成分であるHSA（Human serum albumin, Sigma-Aldrich社製、0.1M PBS pH6.0）が封入されたチューブに添加してペンシルスターラーで10sec撹拌して接着性骨補填剤を得た。この方法で、HAS、DST、nanoHApについての混合比を変化させて複数の接着性骨補填剤を得た。

そして、この接着性骨接着剤を、円筒状(φ7mm, 高さ14mm)のシリコーンチューブに入れて成型した。37℃で１日静置して硬化させ、シリコーン型から取り出し観察した。その際、硬化時間を定性的に評価した。
（結果）
得られた接着性骨補填剤の状態（均一性およびインジェクションの容易性）と、骨補填剤硬化物の状態を評価した結果を表６（試験No.1〜9）、表７（試験No.10〜18）、表８（試験No.19〜27）に示す。

この接着性骨補填剤は、液体成分であるHSA濃度が高い場合（40w/w%）、HSAとDSTおよびnanoHApとを含む紛体成分が均一に混ざりにくく、硬化が早くなる傾向があった。しかし、予想に反して、DST量が少ない方が硬化が早く、骨補填剤硬化物の硬度も強い傾向があった。試行した中では試験No.5が、接着性骨補填剤の取り扱い性に優れ、24時間後の硬さも良好であり、実用性の面からバランスが最も取れていることが確認された。

＜接着性骨補填剤の評価試験２＞
（実験）
DSTの代わりに、有機酸架橋剤として合成品のDSM（Disuccinimidyl malate）を使用した以外は、上記の接着性骨補填剤の評価試験１と同様に条件で試験を行った。
（結果）
得られた接着性骨補填剤の状態と、骨補填剤硬化物の状態を評価した結果を表９に示す。

DSMを用いたこの接着性骨補填剤は、DSTに比べて硬化時間が長く、成型がしやすかった。同量のDSTに比べて接着性骨補填剤の粘度が低い傾向があった。接着性骨補填剤の取り扱い性と、24時間後の骨補填剤硬化物の硬度から、試験No.3、No.4がバランスが取れていることが明らかとなった。

したがって、疎水性の高い有機酸架橋剤であるDSMは、DSTよりも接着性骨補填剤の紛体成分として有用であることが明らかとなった。この結果から、接着性骨補填剤の紛体成分として、疎水性の高い有機酸架橋剤であるTSCを用いた場合も同様に、接着性骨補填剤の取り扱い性と骨補填剤硬化物の硬度に優れていることが明らかとなった。

＜HSA骨補填剤の力学的強度の測定＞
（実験）
3点曲げ試験の試験片には、紛体材料(P)として、DSMとnanoHApを用い、液体材料（L）として35w/w%HSA(0.1M PBS pH6)を用い、このP/L比が2/1でDSMが125mMになるように秤量し、nano HApと混合後、ペンシルスターラーでよく混合して混合粉末を得た。この混合粉末をHSA溶液に添加した後にペンシルスターラーで撹拌して接着性骨補填剤を作製し、この接着性骨補填剤を40×10×4mmのシリコーン型枠に充填後、ガラス板ではさんで成型した。37℃で1日静置して硬化させて骨補填剤硬化物を得た後、この骨補填剤硬化物について3点曲げ試験を行った。

3点曲げ試験の概要を図１０に示す。3点曲げ試験には、島津オートグラフAGS-Hを使用し、1KNのロードセルにより評価した。図１０に示したように一定の曲率半径Rを持った支点の間で試験片を支え、その中央に加圧くさびで荷重を加え、試験片が折れたときの荷重を強度とした。
（結果）
結果を図１１に示す。HSAを用いたこの骨補填剤硬化物は、曲げ応力が1.7MPa(±0.2)であった。一方、市販の骨補填剤バイオペックス(HOYA株式会社製)の強度は４倍以上高いことから、曲げ応力の向上を図るため、他の生体適合性高分子についての検討が必要であると考えられた。

＜TAPEG骨補填剤の力学的強度の測定＞
（実験）
3点曲げ試験の試験片には、紛体材料(P)として、合成品のTSC（Trisuccinimidyl citrate）とnano HApと、α-TCP（α-Tricalcium phosphate）を用い、液体材料（L）として TAPEG/ 0.1M PBS (pH6)（TAPEG ：Tetraamine terminated polyethylene glycol (MW:20,000) (日油株式会社製)を用いた。

紛体材料は、TSCの質量を除き、α-TCPとnano HApの割合を決定した。試験片の調製方法は、TSC、nano HApおよびα-TCPを秤量し、ペンシルスターラーでよく混合した。この混合粉末をTAPEG溶液に添加してペンシルスターラーで撹拌して接着性骨補填剤を作製し、この接着性骨補填剤を40×10×4mmのシリコーンチューブに充填し、ガラス板ではさんで成型した。37℃で1日静置して硬化させて骨補填剤硬化物を得た後、この骨補填剤硬化物について3点曲げ試験を行った。

（結果−１）三点曲げ強度に及ぼすTAPEG濃度の影響評価
P/L比を2.5/1に設定し、α-TCPは紛体材料のうち、TSCを除いた質量の40%となるようにして三点曲げ強度のTAPEG依存性を評価した。図１２に示すように、25mM TAPEGが最も曲げ応力が高いことが確認された。

（結果−2）三点曲げ強度に及ぼすTSC濃度の影響評価
P/L比を2.5/1に設定し、α-TCPは紛体材料のうち、TSCを除いた質量の40%となるようにして三点曲げ強度のTSC濃度依存性を評価した。図１３に示すように、TSC濃度は50mMがもっとも曲げ応力が高いことが確認された。

（結果−3）三点曲げ強度に及ぼすP/L比の影響評価
α-TCPは紛体材料のうち、TSCを除いた質量の40%となるようにして三点曲げ強度のTSC濃度依存性を評価した。図１４に示すように、P/L比は2.5/1が最も曲げ応力が高くなることが確認された。予備実験でP3.5/L1は粉過多で成型が不可であった。

（結果−4）三点曲げ強度に及ぼすα-TCP量の影響評価
P/L比を2.5/1と固定し、α-TCPは紛体材料のうち、TSCを除いた質量の50, 60, 70, 75, 80%となるようにして三点曲げ強度のTSC濃度依存性を評価した。α-TCP含量75%のバイオペックスも同条件で曲げ応力を測定した。図１５に示すように、α-TCP含量は70%が曲げ応力がもっとも高く、また、再現性が高いことが確認された。

（結果−5）三点曲げ強度に及ぼす骨補填剤成分の条件最適化
25mM TAPEG / 50mM TSC + (nanoHAp + 70%α-TCP)で、P/L比は2.5/1が最も曲げ応力が高いことが示唆されたため、この条件で3点曲げ試験を行った。P/L比は2.5/1に設定した。図１６に示したように、25mM TAPEG / 50mM TSC + (nanoHAp + 70%α-TCP)で Powder/Liquid比は2.5/1が最も曲げ応力が高いことが確認された。

本発明の接着性骨補填剤及び接着性骨補填剤キットは、骨組織に対する接着性が高く、接着時間が短く、吸収性の高い接着性骨補填剤及び接着性骨補填剤キットに関するものであり、この接着性骨補填剤は、圧迫骨折の治療において、骨セメントや骨ペーストより、接着時間が短時間であり、高強度かつ高接着性の特性を有し、高吸収性で用いることができ、医療用デバイス・材料・機器産業において利用可能性がある。

１１…接着性骨補填剤キット、１２…第１の容器、１３…第２の容器、１４…第３の容器、１５…注入容器、２１…液体成分、２２…粉体成分、２３…Ｘ線検出器、２４…台、３１、３２…接着性骨補填剤、４７…骨、４７ｃ…空洞部、５１…ポリメチルメタクリレートプラスチックロッド、５１ａ…表面、５２…試験片、５３…円筒状のシリコーン

Claims

骨組織に接着して硬化する接着性骨補填剤であって、
ｔｅｔｒａａｍｉｎｅ−ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄポリエチレングリコール（４分岐）を含有する緩衝溶液からなる液体成分と、リン酸カルシウムおよびトリスクシンイミジルシトレートを含む紛体成分との混合物を含み、
前記ｔｅｔｒａａｍｉｎｅ−ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄポリエチレングリコール（４分岐）は5ｍM〜40ｍMであり、かつ、前記トリスクシンイミジルシトレートは25ｍM〜75ｍMであり、
前記リン酸カルシウム（Ｐ（ｇ））と前記液体成分（Ｌ（ｇ））の比であるＰ／Ｌが、２／１〜３／１である
ことを特徴とする接着性骨補填剤。
前記リン酸カルシウムがα−トリカルシウムフォスフェイト（α−ＴＣＰ）、α´−トリカルシウムフォスフェイト（α´−ＴＣＰ）、β−トリカルシウムフォスフェイト（β−ＴＣＰ）、オクタカルシウムフォスフェート（ＯＣＰ）、ｄｉｃａｌｃｉｕｍｐｈｏｓｐｈａｔｅｄｉｂａｓｉｃ（ＤＣＰＤ）、ｔｅｔｒａｃａｌｃｉｕｍｐｈｏｓｐｈａｔｅｍｏｎｏｘｉｄｅ（ＴｅＣＰ）、ハイドロキシアパタイト（ＨＡｐ）、リン酸水素カルシウムの１種または２種以上の組み合わせであることを特徴とする請求項１に記載の接着性骨補填剤。
前記リン酸カルシウムに金属元素がドープされていることを特徴とする請求項１または２に記載の接着性骨補填剤。
前記金属元素が、亜鉛、銅、ストロンチウム、銀、チタンのうちの１種または２種以上であることを特徴とする請求項３に記載の接着性骨補填剤。
前記リン酸カルシウムが１０〜１０００ナノメートルの粒子であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の接着性骨補填剤。
前記液体成分又は前記粉体成分に、アルカリ成分が添加されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の接着性骨補填剤。
前記リン酸カルシウムはα−トリカルシウムフォスフェイト（α−ＴＣＰ）であり、前記α−トリカルシウムフォスフェイト（α−ＴＣＰ）は、前記紛体材料のうち、前記トリスクシンイミジルシトレートを除いた質量の50％〜80％であることを特徴とする請求項１に記載の接着性骨補填剤。