JP5268140B2 - 骨欠損部への固定信頼性を備えたインプラント材料 - Google Patents

Description

本発明は、失われた骨の欠損部を再建するための骨充填材（Bone Void Filler）やその一次的な足場材料（Scaffolds）として骨欠損部に補填され、脱落しないように固定される、固定信頼性を備えたインプラント材料に関する。

近年、身体の軟組織（皮下、筋肉）や硬組織（軟骨、骨）の大欠損部を人工物あるいは生体由来の生体材料で補填、代替する医用材料技術はかなり進歩してきた。このような医用材料の一つとして、本出願人は、生体内分解吸収性ポリマー中に生体活性なバイオセラミックス粉粒が均一に分散し、内部に孔径が大略１００〜４００μｍの連続気孔を有し、表面と気孔内面にバイオセラミックス粉粒の一部が露出した、有機−無機複合多孔体を既に提案した（特許文献１）。

この有機−無機複合多孔体は、生体硬骨あるいは軟骨組織再生用の足場、骨充填材、海綿骨の代替物、薬物除放用キャリアなど、種々の医療用途が見込まれる画期的な新素材である。
特開２００３−１５９３２１号公報

上記特許文献１の複合多孔体は、これを例えば生体骨の欠損部に充填して骨組織を再生させる場合、骨欠損部の形状に合わせて該複合多孔体を切削加工し、骨欠損部から脱落するのを防止する必要がある。しかしながら、該複合多孔体を骨欠損部の形状に合わせて切削加工するだけでは確実に固定できないため、骨欠損部から脱落する恐れが多分にあり、骨欠損部への固定信頼性が不十分であった。

また、骨充填材等として使用されるインプラント材料には、上記の複合多孔体の他にバイオセラミックス焼結体や金属多孔体が知られているが、これらも固定信頼性に欠けるものであった。

本発明は上記事情の下になされたもので、その解決しようとする課題は、骨欠損部を再建するための骨充填材やその一次的な足場材料として、骨欠損部に補填されて脱落しないように一時的に固定される固定信頼性を備えたインプラント材料を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る骨欠損部への固定信頼性を備えたインプラント材料は、骨欠損部に補填されるブロック状のインプラント材料本体と、端部がインプラント材料本体の表面から突き出した状態でインプラント材料本体に埋め込まれ、長さ方向に圧迫されるとその方向に圧縮され、圧迫が解除されると元の長さに復元する、生体内分解吸収性ポリマーで造られたバネ材と、からなり、上記バネ材が生体内分解吸収性ポリマーで造られたコイルスプリングであることを特徴とするものである。

本発明のインプラント材料においては、バネ材がインプラント材料本体を貫通し、バネ材の両端部がインプラント材料本体の表面から突き出していてもよく、また、バネ材がインプラント材料本体の表層部に埋め込まれ、バネ材の一端部がインプラント材料本体の表面から突き出していてもよい。更に、インプラント材料本体の表面に治具の挟持片を嵌め込む凹部が形成され、この凹部からバネ材の端部がインプラント材料本体の表面を超えて突き出していてもよい。

本発明のインプラント材料のバネ材の生体内分解吸収性ポリマーとしては、ポリ−Ｌ−乳酸、ポリ−Ｄ，Ｌ−乳酸、Ｌ−乳酸とＤ，Ｌ−乳酸の共重合体、乳酸とグリコール酸の共重合体、乳酸とｐ−ジオキサノンの共重合体、乳酸とエチレングリコールの共重合体、乳酸とカプロラクトンの共重合体のいずれか単独又は二種以上の混合物が使用される。

また、インプラント材料本体は、非多孔質のバイオセラミックス焼結体、多孔質のバイオセラミックス焼結体、金属多孔体、バイオセラミックス粉粒を含んだ生体内分解吸収性ポリマーの複合多孔体、のいずれであってもよい。

本発明のインプラント材料は、ブロック状のインプラント材料本体の表面から突き出す生体内分解吸収性ポリマーで造られたコイルスプリングであるバネ材の端部を治具の挟持片で圧迫し、コイルスプリング全体で長さを短縮してインプラント材料本体に押し込みながら、挟持片でインプラント材料本体を挟持して骨欠損部に嵌め込み、骨欠損部から治具の挟持片を引き抜くことによって、骨欠損部に補填される。このようにインプラント材料を骨欠損部に補填すると、治具の挟持片による圧迫が解除されたバネ材が伸張、復元してバネ材の端部がインプラント材料本体の表面から突き出し、凹凸のある骨欠損部の内面にバネ材の端部が圧接して該凹凸に引っ掛かるため、インプラント材料は骨欠損部に固定されて、脱落する危惧が解消される。その場合、骨欠損部の内面にバネ材の端部が嵌まり込む陥没穴を予め形成しておくと、バネ材の端部が陥没穴に嵌まり込んでインプラント材料が一層確実に固定されることになる。そして、生体内分解吸収性ポリマーで造られたバネ材は、金属製のバネにみられるような生体骨に対する為害性がなく、体液と接触して加水分解が進行し、インプラント材料本体が骨組織の成長によって骨欠損部に固定される頃には、生体内に吸収されて消失する。

本発明のインプラント材料において、インプラント材料本体の表面に治具の挟持片を嵌め込む凹部が形成され、該凹部からバネ材の端部がインプラント材料本体の表面を越えて突き出しているものは、バネ材の端部を押し込んでインプラント材料本体を挟持する治具の挟持片が、該凹部に嵌まり込んでインプラント材料本体の表面から外側に出ないので、骨欠損部の内面とインプラント材料本体の表面との間に挟持片の厚み分の隙間を設けなくても、インプラント材料を骨欠損部に補填することが可能となる。従って、骨欠損部の内面とインプラント材料本体の表面との隙間を小さくできるので、このわずかな隙間が成長する骨組織によって比較的短期間で埋められ、インプラント材料本体が該骨組織で囲繞、固定されるようになる。

本発明のインプラント材料は、前述のように、バネ材がインプラント材料本体を貫通してバネ材の両端部がインプラント材料本体の表面から突き出していてもよいし、また、バネ材がインプラント材料本体の表層部に埋め込まれてバネ材の一端部がインプラント材料本体の表面から突き出していてもよいが、後者はバネ材の個数が前者の二倍となって部品数が増えるので、前者の構成を採用する方が好ましい。

また、インプラント材料本体は、前述のように、非多孔質のバイオセラミックス焼結体、多孔質のバイオセラミックス焼結体、金属多孔体、バイオセラミックス粉粒を含んだ生体内分解吸収性ポリマーの複合多孔体、のいずれであってもよいが、特に、バイオセラミックス粉粒を含んだ生体内分解吸収性ポリマーの複合多孔体を用いると、後述するように該複合多孔体が骨欠損部の内面と早期に結合し、最終的に骨組織と全置換して骨欠損部に骨組織を再生できる利点がある。

以下、図面を参照して本発明の具体的な実施形態を詳述する。

図１は本発明の一実施形態に係るインプラント材料の斜視図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。図３〜図５は同インプラント材料の使用法を順次説明するもので、図３は骨欠損部に補填する前の同インプラント材料を治具の挟持片で挟持した状態を示す断面図、図４は治具の挟持片で挟持した同インプラント材料を骨欠損部に嵌め込んだ状態を示す断面図、図５は治具の挟持片を引き抜いて同インプラント材料を骨欠損部に補填した状態を示す断面図である。

このインプラント材料１００は、図３〜図５に示すように、生体骨３０の骨欠損部３１を再建するための骨充填材として該骨欠損部３１に補填されるものであって、図１，図２に示すように、ブロック状のインプラント材料本体１０と、二つのバネ材２０，２０とで構成されている。

骨欠損部３１に補填されるインプラント材料本体１０は、生体活性なバイオセラミックス粉粒を含んだ生体内分解吸収性ポリマーの複合多孔体からなるものであって、この複合多孔体は内部に連続気孔を有しており、複合多孔体の表面と気孔の内面にはバイオセラミックス粉粒の一部が露出している。この複合多孔体からなるインプラント材料本体１０は、本実施形態では、骨欠損部３１の形状にほぼ合致する略直方体形状に形成されており、図４に示すように、このインプラント材料本体１０を治具４０の挟持片４１，４１で挟持して骨欠損部３１に嵌め込むときにインプラント材料本体１０の表面と骨欠損部３１の内面との間に挟持片４１，４１の挿入可能な隙間が確保されるように、インプラント材料本体１０の上下寸法が骨欠損部３１の上下寸法より少なくとも挟持片４１，４１の厚み寸法分だけ小さくなっている。尚、インプラント材料本体１０の形状は、この実施形態のような略直方体形状に限定されるものではなく、骨欠損部の形状に応じて種々のブロック形状とされることは言うまでもない。

このインプラント材料本体１０には、図２に示すように、該本体１０を上下に貫通する二つのバネ材挿通用の貫通孔１ａ，１ａが穿孔されている。そして、それぞれの貫通孔１ａにはバネ材２０が挿通されており、各バネ材２０の両端部２ａ，２ａがインプラント材料本体１０の上下両面から突き出している。

インプラント材料本体１０を構成する上記の複合多孔体は、次の方法（スプレー法）で作製されるものである。まず、揮発性溶媒に生体内分解吸収性ポリマーを溶解すると共にバイオセラミックス粉粒を混合して懸濁液を調製し、この懸濁液をスプレー等の手段で繊維化して繊維の絡み合った繊維集合体を形成する。次いで、この繊維集合体をメタノール、エタノール、イソプロパノール、ジクロロエタン（メタン）、クロロホルムなどの揮発性溶剤に浸漬して膨潤または半溶解状態とし、これを加圧して略直方体形状の多孔質の繊維融着集合体に成形し、この繊維融着集合体の繊維を収縮、融合させながら実質的に繊維状の形態を消失させてマトリクス化し、繊維間空隙が丸みを有する連続気孔となった多孔質マトリクスに形態変化させると共に、気孔内面や表面にバイオセラミックス粉粒の一部を露出させて、貫通孔１ａのない略直方体形状の複合多孔体を得る。そして、最後にこの複合多孔体を切削加工（孔あけ加工）することにより貫通孔１ａ，１ａを形成して、上記の複合多孔体を作製する。

複合多孔体の生体内分解吸収性ポリマーとしては、安全で、分解が比較的速く、多孔体となっても脆くない、非晶質または結晶と非晶の混在したポリ−Ｄ，Ｌ−乳酸、Ｌ−乳酸とＤ，Ｌ−乳酸の共重合体、乳酸とグリコール酸の共重合体、乳酸とｐ−ジオキサノンの共重合体、乳酸とエチレングリコールの共重合体、乳酸とカプロラクトンの共重合体などが適しており、これらは単独で、又は、二種以上混合して使用される。これらのポリマーは、繊維化による繊維集合体の形成し易さや、生体内での分解吸収の期間などを考慮すると、５万〜１００万程度の粘度平均分子量を有するものが好ましく使用される。

また、バイオセラミックス粉粒としては、生体活性があり、生体内吸収性で骨組織と完全に置換され、良好な骨誘導能ないし骨伝導能と良好な生体親和性を有する、未仮焼かつ未焼成のハイドロキシアパタイト、ジカルシウムホスフェート、トリカルシウムホスフェート、テトラカルシウムホスフェート、オクタカルシウムホスフェート、カルサイト、セラバイタル、ジオプサイト、天然珊瑚等の粉粒が好ましく使用される。そして、これらの粉粒表面にアルカリ性の無機化合物や塩基性の有機物を付着させたものも使用可能である。これらの中でも、未仮焼かつ未焼成のハイドロキシアパタイト、トリカルシウムホスフェート、オクタカルシウムホスフェートは生体活性が極めて高く、骨誘導能ないし骨伝導能に優れ、為害性が低く、短期間で生体に吸収されるので、極めて好ましく使用される。

上記のバイオセラミックス粉粒は、生体内分解吸収性ポリマーへの分散性や生体への吸収性を考慮すると、３０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下、更に好ましくは０．１〜５μｍ程度の粒径を有するものが使用される。特に、０．１〜５μｍ程度の粒径を有するバイオセラミックス粉粒は、生体への吸収性が良好であることに加えて、上記のスプレー法で複合多孔体を製造する際に、形成される繊維を短く切断する恐れがないので好ましく使用される。

複合多孔体におけるバイオセラミックス粉粒の含有率は５０〜９０質量％であることが好ましく、かかる含有率の複合多孔体からなるインプラント材料本体１０を骨欠損部３１に補填すると、バイオセラミックス粉粒の骨誘導能ないし骨伝導能によって、骨組織が複合多孔体の内部まですみやかに誘導形成され、比較的短期間で複合多孔体と全置換するようになる。バイオセラミックス粉粒の含有率が５０質量％を下回ると、複合多孔体が骨組織と全置換するのに要する期間が長くなり、９０質量％を上回ると、前述のスプレー法で複合多孔体を作製する際に、バイオセラミックス粉粒を含んだ生体内分解吸収性ポリマーの繊維が短く切れるという不都合を生じるので、いずれも好ましくない。

インプラント材料本体１０を構成する前記複合多孔体は、その気孔率が５０〜９０％であって、連続気孔が気孔全体の５０〜１００％を占め、連続気孔の孔径が４０〜６００μｍとなるように調整されたものであることが好ましい。気孔率、連続気孔の占める率、孔径などの調整は、前述のスプレー法で複合多孔体を作製する際に、繊維集合体の繊維密度、繊維の太さ、繊維集合体を加圧して多孔質の繊維融着集合体を成形するときの圧力などをコントロールすることによって行うことができる。また、前述のスプレー法で得られる複合多孔体は、上記の孔径が大きい連続気孔の他に、孔径が１μｍ以下の小気孔を連続気孔の気孔壁に備え、連続気孔の一部と小気孔の一部が連続したものであり、かかる小気孔が併存することも好ましい。

上記の気孔率、連続気孔の占める率、及び、孔径を備えた複合多孔体からなるインプラント材料本体１０は、脆くなく、骨充填材として必要な初期の物理的強度を十分備えており、骨欠損部３１に補填すると、複合多孔体の内部への体液や骨芽細胞の侵入が良好で、加水分解や骨組織の成長がすみやかに行われる。複合多孔体の気孔率が５０％を下回り、連続気孔が気孔全体の５０％を下回り、連続気孔の孔径が４０μｍよりも小さくなると、複合多孔体への体液や骨芽細胞の侵入が低下するため、複合多孔体の加水分解や骨組織の成長が遅くなり、複合多孔体が骨組織と全置換して骨欠損部３１を再生するのに要する期間が長くなるので好ましくない。一方、複合多孔体の気孔率が９０％を上回り、孔径が６００μｍよりも大きくなると、複合多孔体の物理的強度が低下して脆くなるので、骨充填材としては不適当である。連続気孔のより好ましい孔径は、１００〜４００μｍである。

特に、孔径が１μｍ以下の小気孔の一部が大きい連続気孔の一部に連続していると、侵入する体液によって大きい連続気孔の内面と小気孔の内面との双方から加水分解が速やかに進行し、しかも、連続気孔を通じて侵入した骨芽細胞が小気孔に固定されて活発に増殖、分化が行われるので、骨組織が一層すみやかに再生される利点がある。つまり、小気孔の好ましい孔径の範囲は、骨伝導性と骨誘導性を考えると０．０５〜１μｍ、より好ましい孔径の範囲は０．１〜１μｍである。

上記の複合多孔体からなるインプラント材料本体１０に形成される貫通孔１ａは、バネ材２０を挿通できる最小限の直径を有する孔であることが好ましい。この貫通孔１ａは最終的には成長する骨組織で埋まることになるが、貫通孔１ａの直径が大きくなるほど骨組織で埋まるまでの期間が長くなるので、上記のように最小限の直径として該期間をできるだけ短縮することが好ましい。貫通孔１ａの具体的な直径はバネ材の外径や種類によって異なるが、本実施形態のようにバネ材２０がコイルスプリングである場合は、そのコイル外径を考慮して貫通孔１ａの直径を１０ｍｍ以下、好ましくは８ｍｍ以下とするのがよく、また、バネ材が後述する直線部の両端にコイルスプリング部を有する形状記憶バネ材２２である場合は、その直線部の線径（直径）を考慮して貫通孔１ａの直径を１．５ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下とするのがよい。

インプラント材料本体１０の貫通孔１ａに挿通されるバネ材２０は、生体内分解吸収性ポリマーからなる円筒型のコイルスプリングであって、図２に示すように、その両端部２ａ，２ａがインプラント材料本体１０の上下両面から突き出しており、長さ方向に圧迫されるとその方向に圧縮され、圧迫が解除されると元の長さに復元するコイルスプリングである。そして、図５に示すようにインプラント材料本体１０を骨欠損部３１に嵌め込んで補填したときには、コイルスプリング２０の両端部２ａ，２ａが骨欠損部３１の上下内面に圧接して上下内面の凹凸に引っ掛かり、また、骨欠損部３１の上下内面に陥没穴（不図示）が予め形成されている場合には、その陥没穴にコイルスプリング２０の両端部２ａ，２ａに嵌まり込んで、インプラント材料本体１０を脱落しないように骨欠損部３１に固定する役目を果たすものである。

このコイルスプリング２０は、生体内分解吸収性ポリマーの延伸されたモノフィラメント１ａを、一定のコイル平均径を有する円筒型のコイル状に成形したものであって、具体的に説明すると、溶融紡糸した生体内分解吸収性ポリマーのモノフィラメントを、その融点より低く且つ１００℃以上の温度で２〜９倍に延伸して、直径が０．１ｍｍ以上、１．２ｍｍ未満のモノフィラメント１ａとし、この延伸されたモノフィラメントを、そのガラス転移温度（Ｔｇ）以上、結晶化温度（Ｔｃ）以下（例えばポリ−Ｄ，Ｌ−乳酸など非晶性で結晶化温度がない場合は１００℃以下）の温度で回転芯棒に巻き付けて急冷することにより得られたコイルスプリングである。

コイルスプリング２０の材料となる生体内分解吸収性ポリマーとしては、生体に対して安全なポリ−Ｌ−乳酸、ポリ−Ｄ，Ｌ−乳酸、Ｌ−乳酸とＤ，Ｌ−乳酸の共重合体、乳酸とグリコール酸の共重合体、乳酸とｐ−ジオキサノンの共重合体、乳酸とエチレングリコールの共重合体、乳酸とカプロラクトンの共重合体のいずれか単独又は二種以上の混合物が使用される。これらのうち、結晶性のポリ−Ｌ−乳酸は、延伸して結晶化度を適度に高めることにより、強靱で圧縮強度が大きいコイルスプリング２０を得ることができるので、特に好ましく使用される。また、ポリ−Ｌ−乳酸以外のポリマーは、分解が比較的速く、弾力性があって脆くない、非晶質又は結晶と非晶の混在したポリマーであるので、圧縮強度があまり大きくなく、生体内で比較的短期間で分解吸収される柔軟なコイルスプリングの材料として、或いは、後述する形状記憶バネ材２２の材料として好適に使用される。ポリマーの粘度平均分子量（Ｍｖ）は、コイルスプリング２０の強度や分解吸収の速さなどを考慮すると、ポリ−Ｌ−乳酸では５万〜４０万程度、それ以外のものでは３万〜１０万程度であることが好ましい。

コイルスプリング２０を構成するモノフィラメントの直径は、生体内で使用することを考慮すると、上記のように０．１ｍｍ以上、１．２ｍｍ未満であることが好ましく、０．１ｍｍより細くなるとコイルスプリング２０の強度が不足し、１．２ｍｍより太くなるとインプラント材料本体１０の固定に不向きなコイル平均径の大きいコイルスプリングとなり、分解吸収に要する期間も長くなるなどの不都合が生じる。コイルスプリング２０のモノフィラメントの更に好ましい直径は、０．３〜０．６ｍｍである。

また、コイルスプリング２０のモノフィラメントの延伸倍率は、強靱性を高めるために上記のように２〜９倍とすることが好ましく、２倍未満の延伸倍率では強靱性があまり向上せず、一方、延伸倍率が９倍より大きくなると、ポリマー分子や結晶が過度に配向してフィブリル化し、生体組織を傷つけたり炎症を起こしたりする心配が生じる。コイルスプリング２０のモノフィラメントの更に好ましい延伸倍率は、３〜５倍である。

結晶性のポリ−Ｌ−乳酸からなるモノフィラメントを延伸すると結晶化度が高くなるが、結晶化度が高くなりすぎると、硬くて脆いモノフィラメントとなり、強靱なコイルスプリング２０を得ることが困難になるので、結晶化度は７５％以下にすることが好ましい。延伸倍率が上記のように９倍以下であれば、結晶化度は７５％以下となる。更に好ましい結晶化度は６０％以下である。

コイルスプリング２０のばね指数（コイル平均径／モノフィラメントの直径）は３．５〜７に設定することが好ましく、ばね指数が３．５より小さいコイルスプリングは、硬くなりすぎてコイル長方向に強く圧縮すると折損し易くなる。一方、ばね指数が７より大きいコイルスプリングは、柔らかくなりすぎて自重でコイル長方向に伸縮するという不都合があり、また、コイル平均径が大きくなりすぎるので、インプラント材料本体１０を固定するのに不向きなコイルスプリングとなる。

コイルスプリング２０のコイルピッチは特に限定されないが、インプラント材料本体１０を骨欠損部３１に固定するコイルスプリング２０は、コイル長方向にかなり大きく圧縮、復元する必要があるため、コイルピッチをモノフィラメントの直径の２〜３倍に設定することが好ましい。

上記のコイルスプリング２０は、その両端部２ａ，２ａがインプラント材料本体１０の上下両面から治具４０の挟持片４１，４１の厚み寸法よりも大きく突き出すような自然長を備えたもの、具体的には、両端部２ａ，２ａがインプラント材料本体１０の上下両面から１．５〜５ｍｍほど突き出すような自然長を備えたものが好ましく使用される。両端部２ａ，２ａがインプラント材料本体１０の上下両面から１．５ｍｍも突き出さないような自然長の短いコイルスプリング２０は、インプラント材料本体１０を骨欠損部３１に充填したときに、コイルスプリング２０の両端部２ａ，２ａが骨欠損部３１の上下内面に実質的に圧接して上下内面の凹凸に引っ掛かることが殆どなく、また、骨欠損部３１の上下内面に陥没穴が形成されていても上面の陥没穴にコイルスプリング２０の上端部２ａが嵌まり込むことが殆どないので、インプラント材料本体１０が骨欠損部３１から脱落する恐れを解消することが難しい。一方、両端部２ａ，２ａが多孔体１の上下両面から５ｍｍを越えて突き出すような自然長の長いコイルスプリング２０は、治具４０の挟持片４１，４１でコイルスプリング２０の両端部２ａ，２ａを上下から圧縮して貫通孔１ａに押し込みながらインプラント材料本体１０を挟持する作業がし辛く、挟持するときにインプラント材料本体１０から大きく突き出したコイルスプリング２０の端部２ａが曲がったり折れたりすることがあるので、やはり好ましくない。

上記のコイルスプリング２０には、前述の生体活性なバイオセラミックス粉粒を吹き付けることによって生体活性を付与し、骨組織の伝導（誘導）形成を促進して早期に骨欠損部３１の内面とスプリング端部２ａとの結合を図ることが好ましい。バイオセラミックス粉粒の吹付けは、コイルスプリング２０の少なくとも両端部２ａ，２ａに行えばよいが、コイルスプリング２０全体に行う方が好ましい。コイルスプリング２０全体にバイオセラミックス粉粒を吹き付けると、骨組織がこのコイルスプリング２０に導かれてインプラント材料本体１０の貫通孔１ａの内部にすみやかに誘導（伝導）形成されて、貫通孔１ａが骨組織で再生される期間を短縮できる利点がある。

バイオセラミックス粉粒の吹付けは、例えば次の方法で行われる。コイルスプリング２０全体に吹き付ける場合は、７０〜１００℃に加熱した閉鎖された空間にコイルスプリング２０を設置すると共に、バイオセラミックス粉粒よりも細かい網目をもつ金属ネットの上にバイオセラミックス粉粒を載せて、コイルスプリング２０の下側に設置する。そして、コイルスプリング２０とバイオセラミックス粉粒が加熱された時点で、１００〜１３０℃に加熱された空気をドライヤー等を用いて吹き付けると、バイオセラミックス粉粒はコイルスプリング２０の表層に突き刺さって剥脱しないように付着する。必要ならばこの操作を何度か繰り返して、付着するバイオセラミックス粉粒の量を調節する。尚、表層に突き刺さらないで単に付着しているだけのバイオセラミックス粉粒は、エタノールや水などを用いて洗い流すことで、バイオセラミックス粉粒が容易に剥脱しない状態の吹付け処理が完了する。

一方、コイルスプリング２０の両端部２ａ，２ａにバイオセラミックス粉粒を吹付ける場合は、コイルスプリング２０をインプラント材料本体１つの貫通孔１ａに挿通し、その下側にバイオセラミックス粉粒を載せた金属ネットを設置して、上記と同様に加熱してからドライヤー等でバイオセラミックス粉粒をスプリング両端部２ａ，２ａとその周囲に吹き付け、バイオセラミックス粉粒をスプリング両端部２ａ，２ａの表層部に突き刺して付着させる。このようにすると、バイオセラミックス粉粒はスプリング両端部２ａ，２ａの周囲のインプラント材料本体１０の表面にも付着するが、このバイオセラミックス粉粒は骨組織の伝導（誘導）形成を促進してインプラント材料本体１０と骨欠損部３１との結合を速めるように作用するので、好都合である。

また、上記のコイルスプリング２０は、バイオセラミックス粉粒の吹付けに代えて、生体活性なバイオセラミックス粉粒を含んだ生体内分解吸収性ポリマー複合体でコーティングすることも好ましい。このようにコーティングすると、生体内分解吸収性ポリマーの分解に伴って徐放されるセラミックス粉粒によって生体活性が助長、発現され、骨組織の伝導（誘導）形成が促進されて早期に骨欠損部３１の内面とスプリング端部２ａが結合する。このコーティングはコイルスプリング２０の少なくとも両端部２ａ，２ａに行えばよいが、コイルスプリング２０全体にコーティングすると、骨組織がこのコイルスプリング２０に導かれて貫通孔１ｂの内部にすみやかに誘導（伝導）形成され、貫通孔１ｂが骨組織で再生される期間を短縮できる利点がある。

コイルスプリング２０をコーティングする手段としては、エタノール、ジクロロエタン（メタン）、クロロホルムなどの揮発性溶媒に生体内分解吸収性ポリマーを溶解すると共にバイオセラミックス粉粒を均一に混合して懸濁液を調製し、この懸濁液をコイルスプリング２０の両端部２ａ，２ａ又は全体に塗布するか、或いは、スプレー（吹き付け）するか、或いは、この懸濁液にコイルスプリング２０の両端部２ａ，２ａ又は全体を浸漬する、などの手段が採用される。

コーティング用の生体内分解吸収性ポリマーとしては、非晶質又は結晶と非晶の混在したポリ−Ｄ，Ｌ−乳酸、Ｌ−乳酸とＤ，Ｌ−乳酸の共重合体、乳酸とグリコール酸の共重合体、乳酸とｐ−ジオキサノンの共重合体、乳酸とエチレングリコールの共重合体、乳酸とカプロラクトンの共重合体などが適しており、これらは単独で、又は、二種以上混合して使用される。これらポリマーの分子量は限定されないが、コーティング膜の強度や分解吸収の速さなどを考慮すると、３万〜１０万程度の粘度平均分子量を有するものが好ましく使用される。

生体内分解吸収性ポリマー複合体中のバイオセラミックス粉粒の含有率は５０〜９０体積％とすることが好ましく、この範囲内で含有させると、バイオセラミックス粉粒の骨伝導能ないし骨誘導能によって、速やかに骨組織がスプリング端部２ａに伝導（誘導）形成され、骨欠損部３１の内面と早期に結合されて固定される。バイオセラミックス粉粒の更に好ましい含有量は、６０〜８０体積％である。

以上のような構成のインプラント材料１００は、次の要領で生体骨３０の骨欠損部に嵌め込まれて脱落しないように補填される。まず、図３に示すように、治具４０の先端の挟持片４１，４１で上下からインプラント材料１００のコイルスプリング２０を圧迫して、スプリング両端部２ａ，２ａをインプラント材料本体１０の貫通孔１ａに押し込みながら、インプラント材料本体１０を挟持する。そして、図４に示すように、インプラント材料本体１０を治具４０の挟持片４１，４１で挟持したまま生体骨３０の骨欠損部３１に挿入し、図５に示すように治具の挟持片を引き抜いてインプラント材料本体１０を骨欠損部３１に嵌め込む。

このようにインプラント材料本体１０を骨欠損部３１に嵌め込むと、図５に示すようにコイルスプリング２０が復元、伸張し、スプリング両端部２ａ，２ａが骨欠損部３１の上下の内面に圧接する。この骨欠損部３１は予め整復されているが、図３に示すように骨欠損部３１の内面は完全な平面でなく、かなりの凹凸が存在しているため、骨欠損部３１の上下の内面に圧接したスプリング両端部２ａ，２ａは該凹凸に引っ掛かり、これによってインプラント材料本体１０は脱落しないように骨欠損部３１に固定されて補填される。従って、このインプラント材料１００は固定信頼性に優れている。尚、骨欠損部３１の内面にコイルスプリング２０の両端部２ａ，２ａが嵌まり込む陥没穴（不図示）を予め形成しておくと、スプリング両端部２ａ，２ａが該陥没穴に嵌まり込んでインプラント材料本体１０を一層確実に固定できるようになる。

骨欠損部３１に充填されたインプラント材料本体１０、即ち、バイオセラミックス粉粒を含んだ生体内分解吸収性ポリマーの複合多孔体には、体液が表面から連続気孔を通って内部まですみやかに浸透し、複合多孔体の表面と内部の双方から生体内分解吸収性ポリマーの加水分解が進行する。そして、この加水分解に伴って複合多孔体の表面に露出するバイオセラミックス粉粒により骨組織が複合多孔体の表層部に誘導（伝導）形成されて複合多孔体（インプラント材料本体１０）が骨欠損部３１の内面と早期に結合すると共に、更に、気孔内面に露出するバイオセラミックス粉粒により骨組織が複合多孔体の内部まで誘導（伝導）形成されて最終的に複合多孔体と全置換し、複合多孔体（インプラント材料本体１０）が消失して骨欠損部３１に骨組織が再生される。

また、コイルスプリング２０の両端部２ａ，２ａに生体活性なバイオセラミックス粉粒が吹き付けられたり、コイルスプリング２０の両端部２ａ，２ａが生体活性なバイオセラミックス粉粒を含んだ生体内分解吸収性ポリマー複合体でコーティングされている場合は、既述したように、コイルスプリング２０の両端部２ａ，２ａに骨組織がすみやかに伝導（誘導）形成されて、早期にスプリング両端部２ａ，２ａが骨欠損部３１の内面と結合する。そして、コイルスプリング２０全体にバイオセラミックス粉粒が吹き付けられたり、コイルスプリング２０全体が生体内分解吸収性ポリマー複合体でコーティングされている場合は、スプリング両端部２ａ，２ａが早期に骨欠損部３１の内面と結合することに加えて、骨組織がコイルスプリング２０に導かれて比較的短期間でインプラント材料本体１０の貫通孔１ａに伝導（誘導）形成されるので、貫通孔１ａが骨組織によって埋まるまでの期間が短縮される。

上記実施形態のインプラント材料１００は、２つの貫通孔１ａを形成して２つのコイルスプリング２０を挿通しているが、１つ又は３つ以上の貫通孔１ａを形成して１つ又は３つ以上のコイルスプリング２０を挿通してもよいことは言うまでもない。

図６は本発明の他の実施形態に係るインプラント材料１０１の断面図である。

このインプラント材料１０１は、インプラント材料本体１１の上面側及び下面側の表層部に有底の穴部１ｂを２つずつ形成し、バネ材としてコイル長が短い円筒型のコイルスプリング２１をそれぞれの穴部１ｂに途中まで埋め込んで、それぞれのコイルスプリング２１の端部２ａをインプラント材料本体１１の上下両面から突出させたものである。

このインプラント材料１０１のインプラント材料本体１１は、前述したインプラント材料１００のインプラント材料本体１０と同様にバイオセラミックス粉粒を含有した生体内分解吸収性ポリマーの複合多孔体からなるものであり、コイルスプリング２１も前述したコイルスプリング２０と同様に生体内分解吸収性ポリマーからなるものであるから、これらについての重複する説明は省略する。

このようなインプラント材料１０１も、前述したインプラント材料１００と同様の作用効果を奏し、固定信頼性を有するものであることは言うまでもない。
尚、バネ材として、上記の円筒型のコイルスプリング２１に代えて、一端から他端に近づくほどコイル径が徐々に大きくなる円錐型の短いコイルスプリングを使用し、インプラント材料本体１１の表層部の各穴部１ｂに該円錐型のコイルスプリングを埋設して、そのコイル径の小さい方のスプリング端部をインプラント材料本体１１の表面から突出させるようにしてもよい。

本発明のインプラント材料は、前述した実施形態のインプラント材料１００のようにバネ材（コイルスプリング）２０がインプラント材料本体１０を上下に貫通し、バネ材２０の両端部２ａ，２ａがインプラント材料本体１０の上下両面から突き出していてもよいし、また、上述した実施形態のインプラント材料１０１のようにバネ材（短いコイルスプリング）２１がインプラント材料本体１１の上面側及び下面側の表層部に埋め込まれて、バネ材２１の端部２ａがインプラント材料本体１１の上下両面から突き出していてもよいが、後者のインプラント材料１０１は、バネ材２１の個数が前者の二倍となって部品数が増えるので、前者のインプラント多孔材料１００のようにバネ材２０をインプラント材料本体１０に貫通させる方が好ましい。

図７は本発明の更に他の実施形態に係るインプラント材料の斜視図、図８は図７のＢ−Ｂ線断面図、図９は骨欠損部に補填する前の同インプラント材料を治具の挟持片で挟持した状態を示す断面図、図１０は同インプラント材料を骨欠損部に補填した状態を示す断面図である。

このインプラント材料１０２は、ブロック状のインプラント材料本体１２の上下両面に、治具４０の挟持片４１，４１を嵌め受ける一対の浅い凹部１ｃ，１ｃが形成されており、これらの凹部１ｃ，１ｃを上下に連通するバネ材挿通用の貫通孔１ａが穿孔されている。そして、この貫通孔１ａにバネ材として円筒型のコイルスプリング２０が挿通され、その両端部２ａ，２ａが上下の凹部１ｃ，１ｃからインプラント材料本体１２の上下両面を越えて突き出している。

インプラント材料本体１２は、前述したインプラント材料１００のインプラント材料本体１０と同様にバイオセラミックス粉粒を含有した生体内分解吸収性ポリマーの複合多孔体からなるものであり、コイルスプリング２０も前述したインプラント材料１００のコイルスプリング２０と同様に生体内分解吸収性ポリマーからなるものであるから、これらについての重複する説明は省略する。

このようなインプラント材料１０２は、図９に示すように、治具４０の先端の挟持片４１，４１によって上下からコイルスプリング２０を圧迫しながら、インプラント材料本体１２を上下の凹部１ｃ，１ｃのところで挟持し、そのまま生体骨３０の骨欠損部３１に挿入して挟持片４１，４１を引き抜くことにより、図１０に示すようにインプラント材料本体１２の表面が骨欠損部３１の内面に実質的に接触した状態で骨欠損部３１に補填され、復元、伸張したコイルスプリング２０の両端部２ａ，２ａが骨欠損部３１の上下内面の凹凸に引っ掛かって骨欠損部３１から脱落しないように固定される。特に、このインプラント材料１０２は、治具４０の挟持片４１，４１でインプラント材料本体１２を挟持したとき、挟持片が凹部１ｃ，１ｃに嵌まり込み、インプラント材料本体１２の凹部を除いた表面と骨欠損部３１の内面との間に隙間が実質的に生じないようにインプラント材料本体１２を骨欠損部３１に補填できるため、骨組織が早期にインプラント材料本体１２の表面に誘導（伝導）形成されて直接結合固定される利点がある。

図１１は本発明の参考形態に係るインプラント材料の断面図、図１２は同インプラント材料に用いられる形状記憶バネ材の説明図であって、（ａ）は形状復元前の形状を示し、（ｂ）は形状復元後の形状を示すものである。

このインプラント材料１０３は、インプラント材料本体１３の上面側及び下面側の表層部に穴部１ｂ，１ｂが形成され、これら上下の穴部１ｂ，１ｂを連通する直径の小さい貫通孔１ｄが穿孔されている。そして、形状記憶バネ材２２の直線部２２ａが上記貫通孔１ｄに挿通されると共に、形状記憶バネ材２２の両端のコイルスプリング部２２ｂ，２２ｂが上下の穴部１ｂ，１ｂに半分ほど埋め込まれ、コイルスプリング部２２ｂ，２２ｂの端部がインプラント材料本体１３の上下両面から突き出している。

この形状記憶バネ材２２は、形状復元温度に加熱することによって、図１２の（ａ）に示す直線形状から、記憶していた図１２の（ｂ）に示す直線部２２ａの両端にコイルスプリング部２１ａ，２１ａを有する形状に復元させた生体内分解吸収性ポリマーのバネ材である。即ち、この形状記憶バネ材２２は、前述の生体内分解吸収性ポリマー（ポリ−Ｌ−乳酸を除く）を融点以上で押出して得られるモノフィラメントの両端部を、１００〜１３０℃に加熱した金属製の丸棒に巻き付けて、図１２の（ｂ）に示すような直線部２２ａの両端にコイルスプリング部２２ｂ，２２ｂを有するバネ形状に成形し、そのまま常温まで冷却して該バネ形状を記憶させた後、これを上記ポリマーのガラス転移点より少し高い温度で図１２の（ａ）に示す直線形状に引き延ばしてそのまま常温まで冷却して直線形状を固定し、この直線形状のものをインプラント材料本体１３の直径が小さい貫通孔１ｄに挿通して上記の引き延ばし温度よりも若干高い形状復元温度に加熱することによって、記憶させていた図１２の（ｂ）に示すバネ形状に復元させ、直線部２２ａの両端のコイルスプリング部２２ｂ，２２ｂの端部がインプラント材料本体１３の上下両面から突き出すように該コイルスプリング部２２ｂ，２２ｂを穴部１ｂ，１ｂに収容して取付けたものである。このような形状記憶バネ材２２は、前記治具の挟持片で長さ方向に圧迫されると、直線部２２ａの両端のコイルスプリング部２２ｂ，２２ｂが押し縮められてバネ材２２の全長が短縮し、圧迫が解除されると、両端のコイルスプリング部２２ｂ，２２ｂが復元して前記骨欠損部の内面に圧接し、該内面の凹凸に引っ掛かってインプラント材料１０３を固定できるようになっている。

尚、このインプラント材料１０３のインプラント材料本体１３は、前述したインプラント材料１００のインプラント材料本体１０と同様にバイオセラミックス粉粒を含有した生体内分解吸収性ポリマーの複合多孔体からなるものであるから、説明を省略する。

このようなインプラント材料１０３は、前述したインプラント材料１００，１０１，１０２と同様に固定信頼性を有することに加えて、骨欠損部へ補填する前の取り扱い中に形状記憶バネ材２２が抜け落ちる心配がなく、また、貫通孔１ｄの直径が小さいので貫通孔１ｄが早期に骨組織で埋まるという利点もある。

以上の実施形態に係るインプラント材料１００，１０１，１０２，１０３は、インプラント材料本体１０，１１，１２，１３がいずれも、生体活性なバイオセラミックス粉粒を含んだ生体内分解吸収性ポリマーの複合多孔体からなるものであるが、インプラント材料本体１０，１１，１２，１３はそのような複合多孔体に限定されるものではなく、非多孔質のバイオセラミックス焼結体や、多孔質のバイオセラミックス焼結体や、金属多孔体などからなるものであってもよい。

非多孔質あるいは多孔質のバイオセラミックス焼結体の好ましい例としては、ハイドロキシアパタイト（ＨＡ）やα−またはβ−トリカルシウムホスヘェート（α−またはβ−ＴＣＰ）などの非多孔質焼結体や多孔質焼結体を挙げることができ、また、金属多孔体の好ましい例としては、チタンやタンタルなどの多孔体を挙げることができる。

本発明の一実施形態に係るインプラント材料の斜視図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 骨欠損部に補填する前の同インプラント材料を治具の挟持片で挟持した状態を示す断面図である。 治具の挟持片で挟持した同インプラント材料を骨欠損部に嵌め込んだ状態を示す断面図である。 治具の挟持片を引き抜いて同インプラント材料を骨欠損部に補填した状態を示す断面図である。 図６は本発明の他の実施形態に係るインプラント材料１０１の断面図である。 本発明の更に他の実施形態に係るインプラント材料の斜視図である。 図７のＢ−Ｂ線断面図である。 骨欠損部に補填する前の同インプラント材料を治具の挟持片で挟持した状態を示す断面図である。 同インプラント材料を骨欠損部に補填した状態を示す断面図である。 本発明の参考形態に係るインプラント材料の断面図である。 同インプラント材料に用いられる形状記憶バネ材の説明図であって、（ａ）は形状復元前の形状を示し、（ｂ）は形状復元後の形状を示すものである。

符号の説明

１００，１０１，１０２，１０３ インプラント材料
１０，１１，１２，１３ インプラント材料本体
１ａ 貫通孔
１ｂ 穴部
１ｃ 凹部
１ｄ 直径の小さい貫通孔
２０，２１ コイルスプリング（バネ材）
２２ 形状記憶バネ材
２ａ バネ材の端部
２２ａ 形状記憶バネ材の直線部
２２ｂ 形状記憶バネ材のコイルスプリング部
３０ 生体骨
３１ 骨欠損部
４０ 治具
４１ 治具の挟持片

Claims (6)

1. 骨欠損部に補填されるブロック状のインプラント材料本体と、
   端部がインプラント材料本体の表面から突き出した状態でインプラント材料本体に埋め込まれ、長さ方向に圧迫されるとその方向に圧縮され、圧迫が解除されると元の長さに復元する、生体内分解吸収性ポリマーで造られたバネ材と、からなり、
   上記バネ材が生体内分解吸収性ポリマーで造られたコイルスプリングである骨欠損部への固定信頼性を有するインプラント材料。
2. バネ材がインプラント材料本体を貫通し、バネ材の両端部がインプラント材料本体の表面から突き出している請求項１に記載のインプラント材料。
3. バネ材がインプラント材料本体の表層部に埋め込まれ、バネ材の一端部がインプラント材料本体の表面から突き出している請求項１に記載のインプラント材料。
4. インプラント材料本体の表面に治具の挟持片を嵌め込む凹部が形成され、この凹部からバネ材の端部がインプラント材料本体の表面を超えて突き出している請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のインプラント材料。
5. バネ材の生体内分解吸収性ポリマーが、ポリ−Ｌ−乳酸、ポリ−Ｄ，Ｌ−乳酸、Ｌ−乳酸とＤ，Ｌ−乳酸の共重合体、乳酸とグリコール酸の共重合体、乳酸とｐ−ジオキサノンの共重合体、乳酸とエチレングリコールの共重合体、乳酸とカプロラクトンの共重合体のいずれか単独又は二種以上の混合物である請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のインプラント材料。
6. インプラント材料本体が、非多孔質のバイオセラミックス焼結体、多孔質のバイオセラミックス焼結体、金属多孔体、バイオセラミックス粉粒を含んだ生体内分解吸収性ポリマーの複合多孔体、のいずれかである請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のインプラント材料。

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