特許 7476240 骨代用材のコラーゲンマトリクス又は顆粒状ブレンド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-19

(45)【発行日】2024-04-30

(54)【発明の名称】骨代用材のコラーゲンマトリクス又は顆粒状ブレンド

(51)【国際特許分類】

   A61L 27/24 20060101AFI20240422BHJP

   A61L 27/12 20060101ALI20240422BHJP

   A61L 27/46 20060101ALI20240422BHJP

   A61L 27/50 20060101ALI20240422BHJP

【ＦＩ】

A61L27/24

A61L27/12

A61L27/46

A61L27/50

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2021573817

(86)(22)【出願日】2020-06-12

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-08-29

(86)【国際出願番号】 EP2020066279

(87)【国際公開番号】W WO2020249716

(87)【国際公開日】2020-12-17

【審査請求日】2023-03-24

(31)【優先権主張番号】19180350.1

(32)【優先日】2019-06-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】508326459

【氏名又は名称】ガイストリッヒ ファーマ アーゲー

(74)【代理人】

【識別番号】110001508

【氏名又は名称】弁理士法人 津国

(72)【発明者】

【氏名】ツィールマン，クラウディオ

(72)【発明者】

【氏名】バフラー，ミヒャエル

【審査官】梅田 隆志

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１２－５３０５６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－２２００５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５２４９６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】Acta Biomaterialia，2014年，Vol.10，pp.3363-3371

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｌ １５／００－３３／１８

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

焼結CAPコアと、前記焼結CAPコアの外面上に堆積したナノ結晶HAPの閉鎖エピタキシャル成長層とを含み、それによって、エピタキシャル成長したナノ結晶がヒトの骨塩と同じサイズ及び形態を有する二相性リン酸カルシウム／ヒドロキシアパタイト（CAP／HAP）骨代用材の粒子を含むコラーゲンマトリクスであって、前記焼結CAPコアの外面上に堆積したナノ結晶HAPの閉鎖エピタキシャル成長層が平坦な板状結晶を含む均質な粗外面を有し、前記二相性リン酸カルシウム／ヒドロキシアパタイト（CAP／HAP）骨代用材において、前記粗面が、走査型電子顕微鏡（SEM）によって測定したときに０．２～２０μmのサイズを有する板状晶のインターロック網目構造を形成するエピタキシャル成長ナノ結晶ヒドロキシアパタイト板状晶を含む、コラーゲンマトリクス。

【請求項2】

６０～９７w/w％ 骨代用材と３～４０w/w％ コラーゲンとを含む、請求項１に記載のコラーゲンマトリクス。

【請求項3】

前記二相性リン酸カルシウム／ヒドロキシアパタイト（CAP／HAP）骨代用材において、前記均質な粗外面が、水銀圧入ポロシメトリー（MIP）によって測定したときに０．０３～２μmの気孔を含有するインターロック網目構造を形成するエピタキシャル成長ヒドロキシアパタイト板状晶を含む、請求項１又は２に記載のコラーゲンマトリクス。

【請求項4】

前記二相性リン酸カルシウム／ヒドロキシアパタイト（CAP／HAP）骨代用材において、前記均質な粗外面が、原子間力顕微鏡（AFM）によって特徴付けられ、AFM由来の自乗平均粗さＲ_ｑが５０～４００nmの範囲であり、そして、プロファイルの平均最大高さＲ_ｚが５００～２０００nmの範囲である、請求項１～３のいずれか記載のコラーゲンマトリクス。

【請求項5】

前記二相性リン酸カルシウム／ヒドロキシアパタイト（CAP／HAP）骨代用材において、XRDによって測定したときのHAPの割合が１．０～１０．０％である、請求項１～４のいずれか記載のコラーゲンマトリクス。

【請求項6】

－ 焼結CAPコアと、前記焼結CAPコアの外面上に堆積したナノ結晶HAPの閉鎖エピタキシャル成長層とを含み、それによって、エピタキシャル成長したナノ結晶がヒトの骨塩と同じサイズ及び形態を有するCAP／HAP骨代用材の粒子（Ａ）であって、前記焼結CAPコアの外面上に堆積したナノ結晶HAPの閉鎖エピタキシャル成長層が、平坦な板状結晶を含む均質な粗外面を有し、XRDによって測定したときのHAPの割合が２．０～６．０％である、粒子（Ａ）と、
－ 以下からなる群から選択される骨代用材の粒子（Ｂ）：
－ 焼結CAPコアと、前記焼結CAPコアの外面上に堆積したナノ結晶HAPの少なくとも１つの閉鎖エピタキシャル成長層とを含み、それによって、エピタキシャル成長したナノ結晶がヒトの骨塩と同じサイズ及び形態を有し、XRDによって測定したときのHAPの割合が１０～４０％である二相性CAP／HAP骨代用材、並びに
－ 天然骨に由来し、そして、天然骨の元の結晶構造及び鉱物微細構造を保持すると同時に、１５０ppm未満の有機不純物の含有量及び１３５ppm未満のタンパク質の含有量を有する骨塩
とを含む、請求項１～５のいずれか記載のコラーゲンマトリクス。

【請求項7】

－ XRDによって測定したときのHAPの割合が、前記CAP／HAP骨代用材の粒子（Ａ）中２．０～６．０％であり、かつ
－ 前記骨代用材の粒子（Ｂ）が、焼結CAPコアと、前記焼結CAPコアの外面上に堆積したナノ結晶HAPの少なくとも１つの閉鎖エピタキシャル成長層とを含み、それによって、エピタキシャル成長したナノ結晶がヒトの骨塩と同じサイズ及び形態を有し、XRDによって測定したときのHAPの割合が３０～４０％である二相性CAP／HAP骨代用材の粒子である、請求項６記載のコラーゲンマトリクス。

【請求項8】

－ XRDによって測定したときのHAPの割合が、前記CAP／HAP骨代用材の粒子（Ａ）中２．０～６．０％であり、かつ
－ 前記骨代用材の粒子（Ｂ）が、天然骨に由来し、そして、天然骨の元の結晶構造及び鉱物微細構造を保持すると同時に、１５０ppm未満の有機不純物の含有量及び１３５ppm未満のタンパク質の含有量を有する骨塩の粒子である、請求項６記載のコラーゲンマトリクス。

【請求項9】

前記CAP／HAP骨代用材の粒子（Ａ）の前記骨代用材の粒子（Ｂ）に対するw/w比が、０．１～９．９である、請求項６～８のいずれか記載のコラーゲンマトリクス。

【請求項10】

パテとして使用するための請求項１～９のいずれか記載のコラーゲンマトリクスを調製するプロセスであって、コラーゲンスラリーを生成するために、ネイティブの天然に架橋されたコラーゲンのコラーゲン繊維をpH２～５の酸性溶液に分散させることと、コラーゲン／CAP／HAPスラリーを生成するために、前記コラーゲンスラリーを前記二相性CAP／HAP骨代用材の粒子と混合し、そして、ホモジナイズすることと、前記スラリーを凍結乾燥させ、そして、ガンマ線若しくはＸ線の照射又はエチレンオキシド処理によって滅菌することと、を含むプロセス。

【請求項11】

－ 焼結CAPコアと、前記焼結CAPコアの外面上に堆積したナノ結晶HAPの閉鎖エピタキシャル成長層とを含み、それによって、エピタキシャル成長したナノ結晶がヒトの骨塩と同じサイズ及び形態を有する二相性（CAP／HAP）骨代用材の粒子（Ａ）であって、前記焼結CAPコアの外面上に堆積したナノ結晶HAPの閉鎖エピタキシャル成長層が、平坦な板状結晶を含む均質な粗外面を有し、XRDによって測定したときのHAPの割合が２．０～６．０％であり、前記二相性リン酸カルシウム／ヒドロキシアパタイト（CAP／HAP）骨代用材において、前記粗面が、走査型電子顕微鏡（SEM）によって測定したときに０．２～２０μmのサイズを有する板状晶のインターロック網目構造を形成するエピタキシャル成長ナノ結晶ヒドロキシアパタイト板状晶を含む粒子と、
－ 以下からなる群から選択される骨代用材の粒子（Ｂ）：
－ 焼結CAPコアと、前記焼結CAPコアの外面上に堆積したナノ結晶HAPの少なくとも１つの閉鎖エピタキシャル成長層とを含み、それによって、エピタキシャル成長したナノ結晶がヒトの骨塩と同じサイズ及び形態を有し、XRDによって測定したときのHAPの割合が１０～４０％である二相性CAP／HAP骨代用材、並びに
－ 天然骨に由来し、そして、天然骨の元の結晶構造及び鉱物微細構造を保持すると同時に、１５０ppm未満の有機不純物の含有量及び１３５ppm未満のタンパク質の含有量を有する骨塩
との混合物を含む顆粒ブレンド。

【請求項12】

前記CAP／HAP骨代用材の粒子（Ａ）の前記骨代用材の粒子（Ｂ）に対するw/w比が、０．１～９．９である、請求項１１記載の顆粒ブレンド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、均質な外面を有するリン酸カルシウム／ヒドロキシアパタイト（CAP／HAP）に基づく二層構造を有する二相性骨代用材の粒子を含む、特にパテ、ストリップ、又はプラグ（例えば、口腔プラグ）の材料として使用するための新規コラーゲンマトリクス、該コラーゲンマトリクスを調製するためのプロセス、及びこのような二相性骨材料の粒子を含む新規顆粒状ブレンドに関する。

【0002】

医療分野、特に整形外科分野において、パテは、一般的に、好適な成形性及び凝集特性を備えるプレイドウ様の稠度を有する化合物と定義される。パテ材は、手で容易に成形することができ、そして、外力を取り除いてもその形状を保持する。

【0003】

ストリップとは、一般的に、グラフト部位の解剖学的湾曲に適合することができる柔軟かつ形態安定性の材料として定義される。ストリップは、圧縮し、そして、折り畳むことができるが、外力を取り除くと元の形状に戻る。

【0004】

プラグは、一般的に、異なる寸法を有する円筒形又は円錐形の材料として定義される。この材料は、柔軟であり、そして、圧縮することができるが、外力を取り除くと元の形状に戻る。口腔プラグとは、口腔内で使用可能なプラグである。特に、抜歯後のソケット等の穴又は空洞を埋めるために使用することができる。

【背景技術】

【0005】

骨構造の欠損は、外傷、疾患、及び手術等の様々な状況で生じるので、様々な外科分野で骨の欠損を有効に修復することが依然として必要とされている。

【0006】

骨の欠損部位における治癒を刺激するために、多数の天然及び合成の材料及び組成物が使用されてきた。歯周部及び顎顔面の骨欠損における骨成長を促進する周知の天然の骨伝導性骨代用材は、Geistlich Pharma AGから市販されているGeistlich Bio-Oss（登録商標）である。その材料は、米国特許第５，１６７，９６１号に記載されているプロセスによって天然の骨から製造され、該プロセスは、天然骨の小柱構造及びナノ結晶構造を保存することを可能にし、その結果、再吸収されないか又は非常に緩徐に再吸収される優れた骨伝導性マトリクスが得られる。

【0007】

リン酸三カルシウム／ヒドロキシアパタイト（TCP／HAP）系及びその骨代用材としての使用については、例えば、リン酸アンモニウムとHAPとの粉末混合物を１２００～１５００℃で加熱することによってα－TCP／HAPの二相セメントを調製するためのプロセスを開示している米国特許第６，３３８，７５２号に記載されている。

【0008】

欧州特許第２８５８２６号には、α－TCPの層を塗布し、そして、８０～１００℃でpH２～７の水と反応させることによりα－TCP層をHAPに完全に変換することによって、インプラント用の金属体及び非金属体上にHAPの層を生成するためのプロセスが記載されている。得られる生成物は、HAPの層で覆われた金属体又は非金属体である。

【0009】

国際公開公報第９７／４１２７３号には、（ａ）５０℃未満の温度で、カルシウムイオン、リン酸イオン、及び重炭酸イオンを含有するpH６．８～８の溶液に基材を浸漬することと、（ｂ）該基材と接触している該溶液の一部を、８を超えるpHを有するようになるまで５０～８０℃の温度に加熱することと、（ｃ）工程（ｂ）で得られたアルカリ溶液と接触した状態で該基材を維持して、炭酸ヒドロキシアパタイトコーティングを形成することと、（ｄ）該基材を該溶液から取り出し、そして、コーティングを乾燥させることと、を含むプロセスによって、特にヒドロキシアパタイト（HAP）又は他のリン酸カルシウム（CAP）等の基材を、炭酸ヒドロキシアパタイト、すなわち、リン酸イオン及び／又はヒドロキシルイオンが重炭酸イオンによって部分的に置換されているヒドロキシアパタイトのコーティングで被覆するためのプロセスが記載されている。重炭酸イオンは、ヒドロキシアパタイト結晶成長の阻害剤として作用し、その結果、欠陥を含み、そして、かなり小さな寸法、つまり長さ１０～４０nm及び幅３～１０nmを有する非化学両論的結晶が得られることが開示されている（７ページの１～７行目を参照）。

【0010】

リン酸カルシウム／ヒドロキシアパタイト（CAP／HAP）系、特にTCP／HAP系の成分は、その熱力学的安定性が異なる。この違いにより、CAP／HAP系を哺乳類、特にヒト患者に移植した場合、TCP及び他のリン酸カルシウムの体液への溶解度はHAPの溶解度よりも高くなる。リン酸カルシウムとHAPとの間の溶解度の差により、CAP／HAP系の不規則な焼結構造が破壊されるが、その理由は、溶解度の高い化合物であるCAP（例えば、TCP）がHAPよりも早く除去されるためである。また、高温で生成されるCAPとHAPとの焼結相互連結は、生理学的環境におけるデバイスの溶解度が高くなるのに大きく寄与する。化学的溶解及び細胞による生物学的再吸収という２つの異なる種類の反応が、このようなセラミックスのインビボにおける分解の加速を支配する。いずれのプロセスもセラミック材料を溶解させ、これが更にカルシウムイオンの局所的な過飽和を引き起こし、それによって、吸着されるカルシウムイオンよりも多くのカルシウムイオンが放出される。細胞外マトリクスでもインプラント周囲の組織でも、カルシウムイオンの天然の平衡はもはや存在しない。カルシウムイオンの過飽和の観点で天然のカルシウム平衡が局所的に乱れると、破骨細胞の活動が増加するので、特に合成骨代用材を大量に使用した場合にセラミック材料の制御不能な再吸収が加速され、そして、有害な炎症反応のリスクが生じる。

【0011】

骨代用材であるGeistlich Bio-Oss（登録商標）をヒト患者に移植した場合、天然のカルシウム平衡はほとんど影響を受けず、材料の表面上及びその局所環境内のカルシウムイオンの濃度はほぼ一定に保たれる。したがって、材料の生物学的吸収が起こらないか又は非常に緩徐な速度で進行するので、有害な炎症反応のリスクはない。

【0012】

欧州特許第２４４５５４３Ｂ１号には、非常に有利なリン酸カルシウム／ヒドロキシアパタイト（CAP／HAP）骨代用材であって、骨代用材Geistlich Bio-Oss（登録商標）と同様に、インビボで設置された後に材料の表面上及びその局所環境内のカルシウムイオンの濃度をほぼ一定に保つことができるので、破骨細胞の活動を増加させない骨代用材が開示されている。

【0013】

実際、最適な骨の再生に必要な天然のカルシウム平衡が乱れることも、破壊されることもない。更に、天然のカルシウム濃度の平衡は、再生プロセスが完了するまで骨代用材によって持続的に支持される。これら条件が満たされている場合、破骨細胞の活動が増加することはなく、したがって、有害な炎症反応のリスクも生じない。

【0014】

欧州特許第２４４５５４３Ｂ１号の発明は、焼結CAPコアと、該焼結CAPコア上に堆積したナノ結晶HAPの少なくとも１つの均一かつ閉鎖されたエピタキシャル成長層とを含む二相性リン酸カルシウム／ヒドロキシアパタイト（CAP／HAP）骨代用材であって、エピタキシャル成長したナノ結晶がヒトの骨塩と同じサイズ及び形態、すなわち、長さ３０～４６nm及び幅１４～２２nmを有する骨代用材に関する。

【0015】

焼結CAPコアは、リン酸三カルシウム（TCP）、特にα－TCP（α－Ｃａ_３（ＰＯ_４）_２）若しくはβ－TCP（β－Ｃａ_３（ＰＯ_４）_２）、及び／又はリン酸四カルシウム（TTCP）Ｃａ_４（ＰＯ_４）_２Ｏを含み得る。

【0016】

高頻度で使用される実施形態によれば、焼結CAPコアはTCPから本質的になり、α－TCPが好ましい。

【0017】

ナノ結晶HAPのエピタキシャル成長層は、構造的かつ化学的に天然のヒトの骨塩とほぼ同一である。

【0018】

ナノ結晶HAPのエピタキシャル成長層は、一般的に、少なくとも１５～５０nm、好ましくは少なくとも２０～４０nm、より好ましくは少なくとも２５～３５nmの厚さを有する。この最小厚さは、エピタキシャル配向のHAPナノ結晶の１層に相当する。

【0019】

ナノ結晶HAPのエピタキシャル成長層は、エピタキシャル配向の単層又は複数層のHAPナノ結晶を含み得る。このようなエピタキシャル配向のHAPナノ結晶の層の数に関連するナノ結晶HAPのエピタキシャル成長層の厚さは、身体の異なる負荷のかかる部分におけるインプラント又はプロテーゼとしての骨代用材の意図する用途に応じて選択される。その発明の骨代用材は、実際、焼結CAPコアがヒトの骨塩と同様のサイズ及び形態のヒドロキシアパタイトに徐々に変態する生体様の系としてインビボで機能するように設計されており、その変態の速度は、焼結CAPコアによるカルシウム放出の速度に依存し、この速度は、ナノ結晶HAPのエピタキシャル成長層の厚さによってかなりの程度制御される。

【0020】

CAP／HAP骨代用材の特性は、結晶性HAPのエピタキシャル成長層の厚さによってかなりの程度制御される。用語「特性」は、インビトロ及びインビボで一定濃度のカルシウムイオンを局所環境に放出するCAP／HAP骨代用材の能力を含む。

【0021】

ナノ結晶HAPのエピタキシャル成長層の厚さは、焼結CAPコア材のHAPに対する比に関連し、該比は、一般的に５：９５～９５：５、好ましくは１０：９０～９０：１０である。

【0022】

CAP／HAP骨代用材は、粒子状又は顆粒状であってよく、該粒子又は顆粒は所望のサイズ及び形状を有する。一般的に、該粒子又は顆粒はほぼ球形であり、そして、２５０～５０００μmの直径を有する。

【0023】

また、CAP／HAP骨代用材は、成形体、例えば、ネジ、ネイル、ピン、又は特に臀部、鎖骨、肋骨、下顎骨、若しくは頭蓋骨の部分等の骨性の身体部位のプロファイルを有する構造であってもよい。このようなネジ、ネイル、又はピンは、例えば膝又は肘において靭帯を骨に固定するための再建整形外科手術で使用され得る。骨性の身体部分のプロファイルを有するこのような構造は、整形外科手術において、欠落又は欠損した骨又は骨片を交換するためのプロテーゼとして使用され得る。

【0024】

欧州特許第２４４５５４３Ｂ１号のCAP／HAP骨代用材は、
ａ）焼結CAPコア材を調製する工程と、

【0025】

ｂ）該焼結CAPコア材を１０℃～５０℃の温度の水溶液に浸漬して、CAPからHAPへの変態プロセスを開始させ、それによって、該焼結CAPコア材の表面上にナノ結晶ヒドロキシアパタイトの均一かつ閉鎖されたエピタキシャル成長層が形成され、エピタキシャル成長したナノ結晶が、ヒトの骨塩と同じサイズ及び形態を有する工程と、

【0026】

ｃ）少なくとも１層のHAPのナノ結晶層の均一かつ閉鎖されたコーティングが存在するが変態プロセスが完全に終了する前の時点で、該水溶液から固体材料を分離することによって変態を停止させる工程と、
ｄ）任意で、工程ｃ）でから得られた、分離された材料を滅菌する工程と
含むプロセスによって得られると教示されている。

【0027】

焼結CAPコア材の調製は、まずリン酸水素カルシウム（ＣａＨＰＯ_４）、炭酸カルシウム、及び／又は水酸化カルシウムの粉末を混合し、次いで、この混合物を適切な温度範囲内でか焼及び焼結し、それによって、バルク焼結CAPコア材を与えることを含む、当技術分野において公知の方法によって行うことができる（例えば、Mathew M. et al., 1977, Acta. Cryst. B33: 1325; Dickens B. et al., 1974, J. Solid State Chemistry 10, 232;及びDurucan C. et al., 2002, J. Mat. Sci., 37:963）。

【0028】

したがって、リン酸水素カルシウム（ＣａＨＰＯ_４）、炭酸カルシウム、及び／又は水酸化カルシウムの粉末を化学量論的比で混合し、その混合物を１２００～１４５０℃の範囲、好ましくは約１４００℃の温度でか焼及び焼結することによって、バルク焼結TCPコア材を得ることができる。

【0029】

また、上述のプロセスによって、バルク焼結TTCPコア材を得ることもできる。

【0030】

このような方法によって調製されたバルク焼結CAP材は、気孔率が２～８０体積％であり、そして、気孔が広く分布している多孔質であってもよい。気孔率のパラメータは、CAP／HAP骨代用材の意図する用途に応じて選択される。

【0031】

工程ｂ）で使用される焼結CAPコア材料は、
－ 上記の通り調製されたバルク焼結CAPコア材、

【0032】

－ 破砕、研削、及び／若しくは粉砕、並びに篩い分け等の従来の方法を用いることによって、上記の通り調製されたバルク焼結CAPコア材から得られる焼結CAPコア材の粒子若しくは顆粒、又は
－ 所望の形状及びサイズを有する焼結CAPコア材のプリフォーム、例えば、ネジ、ネイル、ピン、若しくは骨性の身体部分のプロファイルを有する構造
であってよい。

【0033】

このような任意の所望の形状及びサイズのプリフォームは、ＣＮＣミリング又は３Ｄプリンティング等の周知のプロトタイピング技術を用いることによって、上記の通り調製したバルク焼結コア材から得ることができる（例えば、Bartolo P. et al., 2008, Bio-Materials and Prototyping Applications in Medicine, Springer Science New York, ISBN 978-0-387-47682-7; Landers R. et al., 2002, Biomaterials 23(23), 4437; Yeong W.-Y. et al., 2004, Trends in Biotechnology, 22 (12), 643;及びSeitz H. et al., 2005, Biomed.Mater. Res. 74B (2), 782を参照）。

【0034】

工程ｂ）の水溶液は、純水、模擬体液、又はバッファであることが教示されている。重要なのは、工程ｂ）の浸漬液のpH値がほぼ中性であり、そして、変態プロセス全体を通じて、好ましくは５．５～９．０のpH範囲内で安定していることである。

【0035】

用語「模擬体液」とは、体液を模した任意の溶液を指す。好ましくは、模擬体液は、血漿と同様のイオン濃度を有する。

【0036】

バッファは、上記のpH範囲の任意のバッファであってよいが、好ましくは、カルシウム、マグネシウム、及び／又はナトリウムを含むか又は含まないリン酸バッファである。

【0037】

実施例（実施例４及び５を参照）で使用したバッファは、水性リン酸バッファである。

【0038】

工程ｂ）における温度範囲は、一般的に、１０℃～５０℃、好ましくは２５℃～４５℃、より好ましくは３５℃～４０℃である。

【0039】

浸漬工程ｂ）は、第１の相において、CAPコア材の一次相転移を誘導し、ひいては、HAPナノ結晶前駆体の核形成を誘導する。第２の相の間、第１の相で得られたHAP前駆体が成長し、そして、閉鎖された（すなわち、完全に被覆している）エピタクティックなナノ結晶複合層を確立する。第１のHAPナノ結晶層は、均一かつ閉鎖されており、そして、焼結CAPコア材にエピタキシャルに連結されていなければならない。

【0040】

第３の相の間、新たに形成された二層複合材内で一次相転移が進行して、焼結CAPコア材（TCP又はTTCP）がナノ結晶HAPに更に変態し得る。この第３の工程の相転移の間、焼結CAPコア材の一部がナノ結晶HAPに変態するまで、拡散が制御された緩徐なプロセスによって制御可能な時間にわたってカルシウムイオンが放出される。HAP層の厚さ、ひいては、カルシウムの放出速度は、変態時間を変更することによって制御することができる。

【0041】

適切な厚さのエピタキシャル成長ナノ結晶HAP層をインビトロで調製し、CAPからHAPへの変態が完了する前に該変態を停止させる。

【0042】

CAP／HAP骨代用材をインビボで設置すると直ちに、体液との接触によりCAPからHAPへの変態プロセスが再活性化され、そして、骨代用材は、ヒトの骨塩に類似するサイズ及び形態の新規ヒドロキシアパタイトを形成する生体様の系として機能する。インビボでの相変態プロセスの間、輸送されたカルシウムイオンが局所環境に放出され、骨再生プロセスにとって重要かつ有益な局所カルシウム平衡を支援する。

【0043】

身体の負荷が異なる領域では骨欠損の再生時間が異なるので、カルシウムの放出速度を制御できることが重要である。これは、ヒドロキシアパタイトのエピタキシャル成長層の厚さを変化させることによって実現できる。

【0044】

したがって、工程ｃ）が非常に重要な工程である。工程ｂ）の水溶液中での曝露時間は、所望のHAP層の厚さに基づく。エピタキシャル配向のナノ結晶HAPが少なくとも１層必要である。CAPからHAPへの変態を完了させないことが必須である。

【0045】

所望の厚さに応じた適切な曝露時間は、リン酸カルシウム、セメント、及びコンクリート化学の分野の当業者に周知の幾つかの熱力学的微分方程式を用いることによって計算することができる。

【0046】

例えば、Pommersheim, J.C.; Clifton, J.R. (1979) Cem. Conc. Res.; 9:765; Pommersheim, J.C.; Clifton, J.R. (1982) Cem. Conc. Res.; 12:765;及びSchlussler, K.H. Mcedlov-Petrosjan, O.P.; (1990): Der Baustoff Beton, VEB Verlag Bauwesen, Berlinを参照。

【0047】

上述の微分方程式の解をCAP／HAP系に移行させることで、HAPのエピタクティックな層を安定かつ再現性よく調製することができるように、CAPからHAPへの相転移及び層の厚さを予測することが可能になる。

【0048】

通常、当技術分野で周知の技術を用いて濾過、洗浄、及び乾燥を行うことによって、工程ｃ）の最後に水溶液から固体材料が分離される。

【0049】

欧州特許第２４４５５４３Ｂ１号の実施例（すなわち、実施例４［００５７］及び実施例５［００５８］）では、分離した骨代用物の顆粒を精製水で３回洗浄して、緩衝溶液の残渣を除去することによって洗浄を行う。

【0050】

任意の滅菌工程ｄ）は、ガンマ線照射又はＸ線照射等、当技術分野で周知の技術によって行うことができる。

【0051】

欧州特許第２４４５５４３Ｂ１号の実施例４及び５において教示されているように、工程ｂ）の水溶液に水性リン酸バッファを、そして、工程ｃ）の最後に分離された顆粒を３回洗浄するために精製水を用いると、焼結CAPコアと、該焼結CAPコアの外面上に堆積したナノ結晶HAPの閉鎖エピタキシャル成長層とを含み、それによって、エピタキシャル成長したナノ結晶がヒトの骨塩と同じサイズ及び形態を有する二相性リン酸カルシウム／ヒドロキシアパタイト（CAP／HAP）骨代用材であって、該焼結CAPコアの外面上に堆積したナノ結晶HAPの閉鎖エピタキシャル成長層が、エピタキシャル成長HAPナノ結晶からなる平坦な板状結晶（crystal platelets）の個々の（分離した）クラスタと、該平坦な板状結晶の個々のクラスタ間の平滑な領域とを含む不均質な外面を有し、該平坦な板状結晶の個々のクラスタ間の平滑な領域によって占められる外面の割合が、所与の変態条件における変態時間に依存する骨代用材が得られる。

【0052】

SEM（走査型電子顕微鏡）によって測定したときに平滑な領域が外面全体の約７０％を占める、変態時間３０分のプロトタイプ１（１～２mmの顆粒）のSEM写真を表す図１Ａ、及びSEMによって測定したときに平滑な領域が外面全体の約５０％を占める、変態時間４０分のプロトタイプ２（１～２mmの顆粒）のSEM写真を表す図１Ｂを参照。

【0053】

国際公開公報第２０１５／００９１５４号には、骨誘導能が改善された骨伝導性材を製造する方法であって、粒からなる表面トポグラフィーを有する焼結二相性リン酸カルシウム／ヒドロキシアパタイト（CAP／HAP）材料を、出発材料の表面上のリン酸カルシウム粒を直径１０～１５００nmのリン酸カルシウムニードルに変化させるのに十分な期間にわたってpHを制御することなく１２５℃以上の温度で２～４barの圧力下において水熱処理に供することを含む方法が開示されている。少なくとも１２５℃の温度及び少なくとも２barの圧力は、HAPナノ結晶のエピタキシャル成長を可能にする欧州特許第２４４５５４３Ｂ１号で使用されている条件（温度３５～４０℃、pH５．５～９．０、常圧）とは大きく異なっている（人体の生理学的条件に近い）。これらニードルは、エピタキシャル成長するのではなくコア材に付着又は堆積し、そして、後者を部分的に（通常４０～９０％）しか被覆しないので、コア材の比表面積及びタンパク質を保持する能力が高まり、それによって、骨誘導能が増強される。

【0054】

国際公開公報第２０１９／１１５７０４号の発明者らは、欧州特許第２４４５５４３Ｂ１号に係る二相性リン酸カルシウム／ヒドロキシアパタイト（CAP／HAP）骨代用材の調製において工程ｂ）の水性リン酸バッファにメタノール、エタノール、プロパノール、又はブタノールを含むがこれらに限定されない短鎖脂肪族アルコールを１０～９０％、好ましくは２０～６０％添加することによって、平坦な板状結晶の個々のクラスタとその間の平滑な領域とを含む、焼結CAPコア二相性リン酸カルシウム／ヒドロキシアパタイト（CAP／HAP）骨代用材の外面上に堆積したナノ結晶HAPの閉鎖エピタキシャル成長層の不均質な外面が、平坦な板状結晶の任意の個々の結晶クラスタのない平坦な板状結晶を含む均質な粗外面に置き換えられることを見出した。その均質な粗外面は、一般的に、使用される脂肪族アルコールの量に応じて、SEMによって測定したときの個々の板状晶のサイズが０．２～２０μm、好ましくは０．５～５μmである板状晶のインターロック網目構造を形成する、エピタキシャル成長ナノ結晶ヒドロキシアパタイト板状晶を含む。

【0055】

胎児のヒト間葉系幹細胞（hMSC）の骨形成分化のインビトロ試験によって示されるように、インビボでの骨形成応答は、平坦な板状結晶を含む均質な粗外面を有する二相性リン酸カルシウム／ヒドロキシアパタイト（CAP／HAP）骨代用材の方が、平坦な板状結晶の個々のクラスタとその間の平滑な領域とを含む不均質な外面を有する欧州特許第２４４５５４３Ｂ１号によって教示されている二相性リン酸カルシウム／ヒドロキシアパタイト（CAP／HAP）骨代用材よりも強い可能性がある。

【0056】

したがって、国際公開公報第２０１９／１１５７０４号の発明は、焼結CAPコアと、該焼結CAPコアの外面上に堆積したナノ結晶HAPの閉鎖エピタキシャル成長層とを含み、それによって、エピタキシャル成長したナノ結晶が、ヒトの骨塩と同じサイズ及び形態を有する二相性リン酸カルシウム／ヒドロキシアパタイト（CAP／HAP）骨代用材であって、焼結CAPコアの外面上に堆積したナノ結晶HAPの閉鎖エピタキシャル成長層が、平坦な板状結晶を含む均質な粗外面を有する骨代用材に関する。

【0057】

該二相性リン酸カルシウム／ヒドロキシアパタイト（CAP／HAP）骨代用材は、胎児のヒト間葉系幹細胞（hMSC）の骨形成分化の増加を示し、これは、インビボでの骨形成応答増強の強い徴候である。

【0058】

用語「焼結CAPコアの外面上に堆積したナノ結晶HAPの閉鎖エピタキシャル成長層」とは、ナノ結晶HAPのエピタキシャル成長層が焼結CAPコアの外面全体を完全に覆っていることを意味する。

【0059】

用語「平坦な板状結晶を含む均質な粗外面」とは、巨視的には、平坦な板状結晶の個々の結晶クラスタがなく、平坦な板状結晶によって引き起こされる外面の粗さがCAPコアの表面上に統計的に均等に分布していることを意味する。様々な程度の粗さを有する均質な粗外面を有する本発明の二相性リン酸カルシウム／ヒドロキシアパタイト（CAP／HAP）骨代用材のプロトタイプ３～７のSEM写真を表す図２を参照。

【0060】

用語「平坦な板状結晶」とは、３つの垂直方向に関して、高さ（厚さ）が幅及び長さよりもかなり小さい結晶の集合体を意味する。図３Ｂでは、このような平坦な板状結晶がはっきりと見える。

【0061】

一般的に、均質な粗外面は、SEMによって測定したときのサイズ（幅及び長さ）が０．２～２０μmである板状晶のインターロック網目構造を形成するエピタキシャル成長ナノ結晶ヒドロキシアパタイト板状晶を含む。板状晶のサイズが大きいほど、外面の粗さも大きくなる。

【0062】

好ましくは、均質な粗外面は、SEMによって測定したときのサイズが０．５～５μmである板状晶のインターロック網目構造を形成するエピタキシャル成長ナノ結晶ヒドロキシアパタイト板状晶を含む。

【0063】

通常、均質な粗外面は、水銀圧入ポロシメトリー（MIP）によって測定したときに０．０３～２μmの気孔を含むインターロック網目構造を形成するエピタキシャル成長ヒドロキシアパタイト板状晶を含む。０．０３～２μmの気孔体積が大きいほど、外面の粗さも大きくなる。

【0064】

一般的に、均質な粗外面は、AFM（原子間力顕微鏡）によって特徴付けることができ、AFM由来の自乗平均粗さ（Ｒ_ｑ）は５０～４００nmの範囲であり、そして、プロファイルの平均最大高さ（Ｒ_ｚ）は５００～２０００nmの範囲である。

【0065】

好ましくは、均質な粗外面は、１１０～１５０nmの範囲のAFM由来の自乗平均粗さ（Ｒ_ｑ）及び５５０～７５０nmの範囲のプロファイルの平均最大高さ（Ｒ_ｚ）によって特徴付けることもできる。

【0066】

一般的に、二相性リン酸カルシウム／ヒドロキシアパタイト（CAP／HAP）骨代用材中のHAPの割合は、XRDによって測定したときに１～９０％である。

【0067】

好ましくは、その割合は、XRDによって測定したときに１．５～３０％、より好ましくは２～１５％である。

【0068】

焼結CAPコアは、リン酸三カルシウム（TCP）、特にα－TCP（α－Ｃａ_３（ＰＯ_４）_２）若しくはβ－TCP（β－Ｃａ_３（ＰＯ_４）_２）、及び／又はリン酸四カルシウム（TTCP）Ｃａ_４（ＰＯ_４）_２Ｏを含む。

【0069】

高頻度で使用される実施形態によれば、焼結CAPコアはTCPから本質的になり、α－TCPが好ましい。

【0070】

ナノ結晶HAPのエピタキシャル成長層は、構造的に天然のヒトの骨塩とほぼ同一である。

【0071】

CAP／HAP骨代用材は、粒子状又は顆粒状であってよく、該粒子又は顆粒は、所望のサイズ及び形状を有する。一般的に、該粒子又は顆粒は、２５０～５０００μm、好ましくは１０００～２０００μmのサイズを有する。

【0072】

また、CAP／HAP骨代用材は、成形体、例えば、ネジ、ネイル、ピン、又は、特に臀部、鎖骨、肋骨、下顎骨、又は頭蓋骨の部分等の骨性の身体部位のプロファイルを有する構造であってもよい。このようなネジ、ネイル、又はピンは、例えば膝又は肘において靭帯を骨に固定するための再建整形外科手術で使用され得る。骨性の身体部分のプロファイルを有するこのような構造は、整形外科手術において、欠落又は欠損した骨又は骨片を交換するためのプロテーゼとして使用され得る。

【0073】

また、国際公開公報第２０１９／１１５７０４号の発明は、一般的に天然又は合成のポリマーを含む好適なマトリクス中に、上記で定義されたCAP／HAP骨代用物の粒子又は顆粒を含むパテに関する。一般的に、粒子又は顆粒は、２５０～５０００μm、好ましくは１０００～２０００μmのサイズを有する。

【0074】

国際公開公報第２０１９／１１５７０４号の発明は、更に、
ａ）焼結CAPコア材を調製する工程と、

【0075】

ｂ）該焼結CAPコア材を、１０℃～５０℃の温度の１０～９０％ 短鎖脂肪族アルコールを含むバッファ溶液に浸漬して、CAPからHAPへの変態プロセスを開始させ、それによって、該焼結CAPコア材の表面上にナノ結晶ヒドロキシアパタイトの閉鎖エピタクティック成長層が形成され、それによって、エピタキシャル成長したナノ結晶が、ヒトの骨塩と同じサイズ及び形態を有する工程であって、該焼結CAPコア材の表面上に形成されたナノ結晶HAPの閉鎖エピタキシャル成長層が、平坦な板状結晶を含む均質な外面を有する工程と、

【0076】

ｃ）少なくとも１層のHAPのナノ結晶層の閉鎖コーティングが存在するが変態プロセスが完全に終了する前の時点で、該水溶液から固体材料を分離することによって該変態を停止させる工程と、
ｄ）任意で、工程ｃ）から得られた、分離された材料を滅菌する工程と
を含む、上記で定義されたCAP／HAP骨代用材を調製するプロセスに関する。

【0077】

好適な短鎖脂肪族アルコールは、メタノール、エタノール、プロパノール、及びブタノールからなる群から選択することができる。
好ましくは、短鎖脂肪族アルコールは、エタノールである。

【0078】

好ましくは、工程ｂ）のバッファ溶液は、２０～６０％、より好ましくは３０～５０％ 短鎖脂肪族アルコールを含有する。

【0079】

焼結CAPコアの外面上に堆積したナノ結晶HAPの閉鎖エピタキシャル成長層の均質な粗外面の粗さパラメータ、特に
－ AFMパラメータ：AFM由来の自乗平均粗さ（Ｒ_ｑ）及びプロファイルの平均最大高さ（Ｒ_ｚ）、
－ SEMによって測定したときのエピタキシャル成長ナノ結晶ヒドロキシアパタイト板状晶のサイズ、並びに
－ MIPによって測定したときの０．０３～２μmの気孔の体積
は、変態溶液のバッファ溶液液中の短鎖脂肪族アルコールの割合を変更することによって簡便に調整することができる。

【0080】

該割合が高いほど、AFM由来の自乗平均粗さ（Ｒ_ｑ）及びプロファイルの平均最大高さ（Ｒ_ｚ）が小さくなり、SEMによって測定したときのエピタキシャル成長ナノ結晶ヒドロキシアパタイト板状晶のサイズが小さくなり、そして、MIPによって測定したときの０．０３～２μmの気孔の体積が小さくなる。

【0081】

１０～９０％ 短鎖脂肪族アルコールを含有する工程ｂ）のバッファ溶液は、水性バッファ溶液を様々な量の短鎖脂肪族アルコールと混合することによって得られる。水性バッファ溶液は、１０～９０％ 短鎖脂肪族アルコールを更に含む工程ｂ）の浸漬溶液のpH値がほぼ中性であり、そして、変態プロセス全体を通して安定している、好ましくは５．５～９．０、より好ましくは７．０～８．０のpH範囲内であるように選択される。

【0082】

バッファは、上記のpH範囲の任意のバッファであってよいが、好ましくは、カルシウム、マグネシウム、及び／又はナトリウムを含むか又は含まないリン酸バッファである。

【0083】

好適なバッファ溶液は、例えば、pH値が７．３～７．６である、０．０５～０．３M リン酸二水素ナトリウム（ＮａＨ_２ＰＯ_４）水溶液である。

【0084】

工程ｂ）における温度範囲は、一般的に、１０℃～５０℃、好ましくは２５℃～４５℃、より好ましくは３５℃～４０℃である。

【0085】

好ましくは、工程ｂ）は、２０～６０％ 短鎖脂肪族アルコールを含有するpH７．０～８．０のリン酸緩衝液中において３５～４０℃の温度で実施される。

【0086】

焼結CAPコア材の調製は、まずリン酸水素カルシウム（ＣａＨＰＯ_４）、炭酸カルシウム、及び／又は水酸化カルシウムの粉末を混合し、次いで、この混合物を適切な温度範囲内でか焼及び焼結し、それによって、バルク焼結CAPコア材を与えることを含む、当技術分野において公知の方法によって行うことができる（例えば、Mathew M. et al., 1977, Acta.Cryst.B33:1325; Dickens B. et al., 1974, J. Solid State Chemistry 10, 232;及びDurucan C. et al., 2002, J. Mat.Sci., 37:963を参照）。

【0087】

したがって、リン酸水素カルシウム（ＣａＨＰＯ_４）、炭酸カルシウム、及び／又は水酸化カルシウムの粉末を化学量論的比率で混合し、その混合物を１２００～１４５０℃の範囲、好ましくは約１４００℃の温度でか焼及び焼結することによって、バルク焼結TCPコア材を得ることができる。

【0088】

また、上述のプロセスによって、バルク焼結TTCPコア材を得ることもできる。

【0089】

このような方法によって調製されたバルク焼結CAP材は、気孔率が２～８０体積％であり、そして、気孔が広く分布している多孔質であってもよい。気孔率のパラメータは、CAP／HAP骨代用材の意図する用途に応じて選択される。

【0090】

工程ｂ）で使用される焼結CAPコア材料は、
－ 上記の通り調製されたバルク焼結CAPコア材、

【0091】

－ 破砕、研削、及び／若しくは粉砕、並びに篩い分け等の従来の方法を用いることによって、上記の通り調製されたバルク焼結CAPコア材から得られる焼結CAPコア材の粒子若しくは顆粒、又は
－ 所望の形状及びサイズを有する焼結CAPコア材のプリフォーム、例えば、ネジ、ネイル、ピン、若しくは骨性の身体部分のプロファイルを有する構造
であってよい。

【0092】

このような所望の形状及びサイズのプリフォームは、ＣＮＣミリング又は３Ｄプリンティング等の周知のプロトタイピング技術を用いることによって、上記の通り調製したバルク焼結コア材から得ることができる（例えば、Bartolo P. et al., 2008, Bio-Materials and Prototyping Applications in Medicine, Springer Science New York, ISBN 978-0-387-47682-7; Landers R. et al., 2002, Biomaterials 23(23), 4437; Yeong W.-Y. et al., 2004, Trends in Biotechnology, 22 (12), 643;及びSeitz H. et al., 2005, Biomed. Mater. Res.74B (2), 782を参照）。

【0093】

浸漬工程ｂ）は、第１の相において、CAPコア材の一次相転移を誘導し、ひいては、HAPナノ結晶前駆体の核形成を誘導する。第２の相の間、第１の相で得られたHAP前駆体が成長し、そして、閉鎖された（すなわち、完全に被覆している）エピタクティックなナノ結晶複合層を確立する。第１のHAPナノ結晶層は、均一かつ閉鎖されており、そして、焼結CAPコア材にエピタキシャルに連結されていなければならない。

【0094】

第３の相の間、新たに形成された二層複合材内で一次相転移が進行して、焼結CAPコア材（TCP又はTTCP）がナノ結晶HAPに更に変態し得る。この第３の工程の相転移の間、焼結CAPコア材の一部がナノ結晶HAPに変態するまで、拡散が制御された緩徐なプロセスによって制御可能な時間にわたってカルシウムイオンが放出される。HAP層の厚さ、ひいては、カルシウムの放出速度は、変態時間を変更することによって制御することができる。

【0095】

適切な厚さのエピタキシャル成長ナノ結晶HAP層をインビトロで調製し、CAPからHAPへの変態が完了する前に該変態を停止させる。

【0096】

CAP／HAP骨代用材をインビボで設置すると直ちに、体液との接触によりCAPからHAPへの変態プロセスが再活性化され、そして、骨代用材は、ヒトの骨塩に類似するサイズ及び形態の新規ヒドロキシアパタイトを形成する生体様の系として機能する。インビボでの相変態プロセスの間、輸送されたカルシウムイオンが局所環境に放出され、骨再生プロセスにとって重要かつ有益な局所カルシウム平衡を支援する。

【0097】

身体の負荷が異なる領域では骨欠損の再生時間が異なるので、カルシウムの放出速度を制御できることが重要である。これは、ヒドロキシアパタイトのエピタキシャル成長層の厚さを変化させることによって実現できる。

【0098】

したがって、工程ｃ）が非常に重要な工程である。工程ｂ）の水溶液中での曝露時間は、所望のHAP層の厚さに基づく。エピタキシャル配向のナノ結晶HAPが少なくとも１層必要である。CAPからHAPへの変態を完了させないことが必須である。

【0099】

所望の厚さに応じた適切な曝露時間は、リン酸カルシウム、及びセメント、及びコンクリート化学の分野の当業者に周知の幾つかの熱力学的微分方程式を用いることによって計算することができる。

【0100】

例えば、Pommersheim, J.C.; Clifton, J.R. (1979) Cem. Conc. Res.; 9:765; Pommersheim, J.C.; Clifton, J.R. (1982) Cem. Conc. Res.; 12:765;及びSchlussler, K.H. Mcedlov-Petrosjan, O.P.; (1990): Der Baustoff Beton, VEB Verlag Bauwesen, Berlinを参照。

【0101】

上述の微分方程式の解をCAP／HAP系に移行させることで、HAPのエピタクティックな層を安定かつ再現性よく調製することができるように、CAPからHAPへの相転移及び層の厚さを予測することが可能になる。

【0102】

通常、当技術分野で周知の技術を用いて濾過及び乾燥を行うことによって、水溶液から固体材料が分離される。

【0103】

任意の滅菌工程ｄ）は、ガンマ線照射又はＸ線照射等、当技術分野で周知の技術によって行うことができる。

【0104】

国際公開公報第２０１９／１１５７０４号の発明のCAP／HAP骨代用材及びその調製プロセスの利点。

【0105】

平坦な板状結晶を含む均質な粗外面を有するその発明の二相性リン酸カルシウム／ヒドロキシアパタイト（CAP／HAP）骨代用材は、平坦な板状結晶の個々のクラスタとその間の平滑な領域とを含む不均質な外面を有する欧州特許第２４４５５４３Ｂ１号によって教示されている二相性リン酸カルシウム／ヒドロキシアパタイト（CAP／HAP）骨代用材と比較して、胎児のヒト間葉系幹細胞（hMSC）の骨形成分化の増加、特に、分化マーカーであるオステオポンチン（OPN）及びオステオカルシン（OCN）の高発現を示す。これは、インビボでの骨形成応答増強の強い徴候である。

【0106】

これは、ナノスケールの構造をマイクロサブマイクロスケールの粗度と組み合わせて導入することで、破骨細胞の分化及び局所因子の産生が改善されることを示し、言い換えると、インビボにおけるインプラントのオッセオインテグレーションが改善される可能性を示す、R.A. Gittens et al. in Biomaterials 2011 May, 32(13): 3395-3403によって公開されている結果と一致する。

【0107】

変態溶液のバッファ溶液液中の短鎖脂肪族アルコールの割合を調整することによって、その発明の二相性リン酸カルシウム／ヒドロキシアパタイト（CAP／HAP）骨代用材の調製プロセスは、焼結CAPコアの外面上に堆積したナノ結晶HAPの閉鎖エピタキシャル成長層の均質な粗外面の粗さパラメータ、特に
－ AFMパラメータ：AFM由来の自乗平均粗さ（Ｒ_ｑ）及びプロファイルの平均最大高さ（Ｒ_ｚ）、
－ SEMによって測定したときのエピタキシャル成長ナノ結晶ヒドロキシアパタイト板状晶のサイズ、並びに
－ MIPによって測定したときの０．０３～２μmの気孔の体積
を簡便に調整することができる。

【0108】

該割合が高いほど、AFM由来の自乗平均粗さ（Ｒ_ｑ）及びプロファイルの平均最大高さ（Ｒ_ｚ）が小さくなり、SEMによって測定したときのエピタキシャル成長ナノ結晶ヒドロキシアパタイト板状晶のサイズが小さくなり、そして、MIPによって測定したときの０．０３～２μmの気孔の体積が小さくなる。

【発明の概要】

【0109】

上述の通り、国際公開公報第２０１９／１１５７０４号には、一般的に天然又は合成のポリマーを含む好適なマトリクス中に、上記で定義されたCAP／HAP骨代用物の粒子又は顆粒を含むパテ材料が開示されている。一般的に、粒子又は顆粒は、２５０～５０００μm、好ましくは１０００～２０００μmのサイズを有する。パテマトリクスについては、具体的な合成ポリマーも天然ポリマーも教示されていない。

【0110】

この国際出願では、CAP／HAP骨代用物のいずれのストリップ、いずれのプラグ、又はいずれの顆粒ブレンドについても言及されていない。

【0111】

出願人は、コラーゲンマトリクス中に上記で定義されたCAP／HAP骨代用材の粒子又は顆粒を含む、好適な取り扱い特性を有するパテを調製する方法を見出し、そして、このようなパテをウサギの脊椎後側方固定（PLF）モデルにおいて試験した。

【0112】

本件出願人は、コラーゲンマトリクス中のCAP／HAP骨代用材のストリップ及びプラグ、並びにCAP／HAP骨代用材の新規の顆粒ブレンドを調製する方法も見出した。

【0113】

したがって、本発明は、焼結CAPコアと、該焼結CAPコアの外面上に堆積したナノ結晶HAPの閉鎖エピタキシャル成長層とを含み、それによって、エピタキシャル成長したナノ結晶がヒトの骨塩と同じサイズ及び形態を有する二相性リン酸カルシウム／ヒドロキシアパタイト（CAP／HAP）骨代用材の粒子を含むコラーゲンマトリクスであって、該焼結CAPコアの外面上に堆積したナノ結晶HAPの閉鎖エピタキシャル成長層が平坦な板状結晶を含む均質な粗外面を有する、コラーゲンマトリクスに関する。

【0114】

コラーゲンマトリクスは、特にパテ、ストリップ又はプラグの材料を形成するために有用である。

【0115】

コラーゲンは、通常pH２～５の酸性溶液によって処理された天然に架橋されたコラーゲンであってよい。このような処理は、均質なスラリーを得るためにコラーゲンを湿式粉砕するのに有用であり、該スラリーは、次いで、通常pH２～５の酸環境又は通常pH１１～１３のアルカリ性環境でCAP／HAP骨代用材の粒子と混合することができる。上記手順により、パテに必要な成形性及び凝集性の特徴をコラーゲンマトリクスに与えることができる。

【0116】

高度なネイティブ性を有する好適な天然に架橋されたコラーゲンは、米国特許第５，８３７，２７８号に記載されている。このようなコラーゲンは、Geistlich Bio-Gide（登録商標）（Geistlich Pharma AG, Switzerland）という名称で市販されている。

【0117】

また、コラーゲンは、ネイティブの天然に架橋されたコラーゲンをトリプシン又はペプシン等のタンパク質分解酵素で酵素消化することによって得られるアテロペプチドコラーゲンであってもよい。

【0118】

コラーゲンマトリクスをストリップ又はプラグとして使用する場合、コラーゲンは、一般的に、脱水熱処理（DHT）を用いる物理的な架橋によって、あるいは例えばEDC／NHS等の化学的架橋によって硬化している天然に架橋されたコラーゲンである。

【0119】

一般的に、コラーゲンマトリクスは、６０～９７w/w％ 骨代用材及び３～４０w/w％ コラーゲン、好ましくは７５～８５w/w％ 骨代用材及び１５～２５w/w％ コラーゲンを含む。

【0120】

国際公開公報第２０１９／１１５７０４号で教示されている通り、上記で定義された二相性CAP／HAP骨代用材は、骨形成を促進する優れた能力を示す。

【0121】

一般的に、均質な粗外面は、SEMによって測定したときのサイズ（幅及び長さ）が０．２～２０μmである板状晶のインターロック網目構造を形成するエピタキシャル成長ナノ結晶ヒドロキシアパタイト板状晶を含む。板状晶のサイズが大きいほど、外面の粗さも大きくなる。

【0122】

好ましくは、均質な粗外面は、SEMによって測定したときのサイズが０．５～５μmである板状晶のインターロック網目構造を形成するエピタキシャル成長ナノ結晶ヒドロキシアパタイト板状晶を含む。

【0123】

通常、均質な粗外面は、水銀圧入ポロシメトリー（MIP）によって測定したときに０．０３～２μmの気孔を含むインターロック網目構造を形成する、エピタキシャル成長ヒドロキシアパタイト板状晶を含む。０．０３～２μmの気孔体積が大きいほど、外面の粗さも大きくなる。

【0124】

一般的に、均質な粗外面は、AFM（原子間力顕微鏡）によって特徴付けることができ、AFM由来の自乗平均粗さ（Ｒ_ｑ）は５０～４００nmの範囲であり、そして、プロファイルの平均最大高さ（Ｒ_ｚ）は５００～２０００nmの範囲である。

【0125】

好ましくは、均質な粗外面は、１１０～１５０nmの範囲のAFM由来の自乗平均粗さ（Ｒ_ｑ）及び５５０～７５０nmの範囲のプロファイルの平均最大高さ（Ｒ_ｚ）によって特徴付けることもできる。

【0126】

好ましくは、HAPの割合は、XRDによって測定したときに１．０～１０．０％又は２．０～５．０％である。

【0127】

焼結CAPコアは、リン酸三カルシウム（TCP）、特にα－TCP（α－Ｃａ_３（ＰＯ_４）_２）若しくはβ－TCP（β－Ｃａ_３（ＰＯ_４）_２）、及び／又はリン酸四カルシウム（TTCP）Ｃａ_４（ＰＯ_４）_２Ｏを含む。

【0128】

高頻度で使用される実施形態によれば、焼結CAPコアはTCPから本質的になり、α－TCPが好ましい。

【0129】

ナノ結晶HAPのエピタキシャル成長層は、構造的に天然のヒトの骨塩とほぼ同一である。

【0130】

CAP／HAP骨代用材は、粒子状又は顆粒状であってよく、該粒子又は顆粒は、所望のサイズ及び形状を有する。一般的に、該粒子又は顆粒は、２５０～５０００μm、好ましくは５００～２０００μmのサイズを有する。

【0131】

上記コラーゲンマトリクスは、迅速に再吸収可能であり、それによって新たな骨の形成を促進する、HAP含有量の少ない（最大で６．０％）国際公開公報第２０１９／１１５７０４号に係る上記二相性CAP／HAP骨代用材の粒子と、緩徐に再吸収可能である、HAP含有量の多い（少なくとも１０．０％）欧州特許第２４４５５４３Ｂ１号に係る二相性CAP／HAP骨代用材の粒子、又は骨伝導効果を有する、緩徐に再吸収可能である天然骨由来の材料の粒子との混合物を含んでいてよい。

【0132】

天然骨に由来する周知の緩徐に再吸収可能な材料は、米国特許第５，１６７，９６１号に記載の方法によって天然骨から製造され、天然骨の元の結晶構造及び鉱物微細構造を実質的に保持すると同時に、有機不純物の含有量が１５０ppm未満であり、そして、タンパク質の含有量が１３５ppm未満である骨塩を与えるGeistlich Bio-Oss（登録商標）である。

【0133】

したがって、本発明は、

【0134】

－ 焼結CAPコアと、該焼結CAPコアの外面上に堆積したナノ結晶HAPの閉鎖エピタキシャル成長層とを含み、それによって、エピタキシャル成長したナノ結晶がヒトの骨塩と同じサイズ及び形態を有する二相性（CAP／HAP）骨代用材の粒子（Ａ）であって、該焼結CAPコアの外面上に堆積したナノ結晶HAPの閉鎖エピタキシャル成長層が、平坦な板状結晶を含む均質な粗外面を有し、XRDによって測定したときのHAPの割合が２．０～６．０％である、粒子（Ａ）と、
－ 以下からなる群から選択される骨代用材の粒子（Ｂ）：

【0135】

－ 焼結CAPコアと、該焼結CAPコアの外面上に堆積したナノ結晶HAPの少なくとも１つの閉鎖エピタキシャル成長層とを含み、それによって、エピタキシャル成長したナノ結晶がヒトの骨塩と同じサイズ及び形態を有し、XRDによって測定したときのHAPの割合が１０～４０％である二相性CAP／HAP骨代用材、又は

【0136】

－ 天然骨に由来し、そして、天然骨の元の結晶構造及び鉱物微細構造を実質的に保持すると同時に、１５０ppm未満の有機不純物の含有量及び１３５ppm未満のタンパク質の含有量を有する骨塩
を含むコラーゲンマトリクスに関する。

【0137】

好ましくは、コラーゲンマトリクスを脊椎後側方固定術（PLF）のためのパテ材として使用する場合：
－ XRDによって測定したときのHAPの割合は、CAP／HAP骨代用材の粒子（Ａ）中２．０～６．０％であり、かつ

【0138】

－ 骨代用材の粒子（Ｂ）は、焼結CAPコアと、該焼結CAPコアの外面上に堆積したナノ結晶HAPの少なくとも１つの閉鎖エピタキシャル成長層とを含み、それによって、エピタキシャル成長したナノ結晶がヒトの骨塩と同じサイズ及び形態を有し、XRDによって測定したときのHAPの割合が３０～４０％である二相性CAP／HAP骨代用材の粒子である。

【0139】

通常、コラーゲンマトリクスを口腔プラグ材料として使用する場合：
－ XRDによって測定したときのHAPの割合は、CAP／HAP骨代用材の粒子（Ａ）中２．０～６．０％であり、かつ

【0140】

－ 骨代用材の粒子（Ｂ）は、天然骨に由来し、そして、天然骨の元の結晶構造及び鉱物微細構造を実質的に保持すると同時に、１５０ppm未満の有機不純物の含有量及び１３５ppm未満のタンパク質の含有量を有する骨塩の粒子である。

【0141】

一般的に、CAP／HAP骨代用材の粒子（Ａ）の骨代用材の粒子（Ｂ）に対するw/w比は０．１～９．９である。

【0142】

好ましくは、コラーゲンマトリクスをPLFのためのパテ材として使用する場合、CAP／HAP骨代用材の粒子（Ａ）の骨代用材の粒子（Ｂ）に対するw/w比は０．４～１．０である。

【0143】

好ましくは、コラーゲンマトリクスを口腔プラグ材料として使用する場合、CAP／HAP骨代用材の粒子（Ａ）の骨代用材の粒子（Ｂ）に対するw/w比は０．８～４である。

【0144】

一般的に、コラーゲンマトリクスは、例えばコラーゲンスラリーを生成するために、ネイティブの天然に架橋されたコラーゲンのコラーゲン繊維をpH２～５の酸性溶液又はpH１１～１３の塩基性溶液に分散させることと、該コラーゲンスラリーを上記の二相性CAP／HAP骨代用材と混合することと、ホモジナイズ化することと、を含むプロセスによって調製される。

【0145】

次いで、通常、コラーゲン－CAP／HAPスラリーを凍結乾燥させ、そして、ガンマ線照射若しくはＸ線照射、又はエチレンオキシド処理によって滅菌する。

【0146】

移植前に、凍結乾燥及び滅菌されたパテは、一般的に、血液又は等張食塩水で再水和される。

【0147】

本発明は、また、パテ材として使用するための上記コラーゲンマトリクスの調製プロセスであって、例えばコラーゲンスラリーを生成するために、ネイティブの天然に架橋されたコラーゲンのコラーゲン繊維をpH２～５の酸性溶液に分散させることと、例えばコラーゲン－CAP／HAPスラリーを生成するために、該コラーゲンスラリーを上記二相性CAP／HAP骨代用材の粒子と混合し、そして、ホモジナイズすることと、該スラリーを凍結乾燥させ、そして、ガンマ線若しくはＸ線の照射又はエチレンオキシド処理によって滅菌することと、を含むプロセスに関する。

【0148】

好ましくは、酸性コラーゲンスラリーを、コロイドミル、ブレンダーミル、又はカッターミルで湿式粉砕する。

【0149】

本発明は、また、特に、迅速に再吸収可能であり、それによって新たな骨の形成を促進する、HAP含有量の少ない（最大で６．０％）国際公開公報第２０１９／１１５７０４号に係る上記二相性CAP／HAP骨代用材の粒子と、緩徐に再吸収可能である、HAP含有量の多い（少なくとも１０．０％）欧州特許第２４４５５４３Ｂ１号に係る二相性CAP／HAP骨代用材の粒子、又は骨伝導効果を有する、緩徐に再吸収可能である天然骨由来の材料の粒子との混合物である、骨代用材に使用するための顆粒ブレンドに関する。

【0150】

天然骨に由来する周知の緩徐に再吸収可能な材料は、米国特許第５，１６７，９６１号に記載の方法によって天然骨から製造され、天然骨の元の結晶構造及び鉱物微細構造を実質的に保持すると同時に、有機不純物の含有量が１５０ppm未満であり、そして、タンパク質の含有量が１３５ppm未満である骨塩を与えるGeistlich Bio-Oss（登録商標）である。

【0151】

したがって、本発明は、

【0152】

－ 焼結CAPコアと、該焼結CAPコアの外面上に堆積したナノ結晶HAPの閉鎖エピタキシャル成長層とを含み、それによって、エピタキシャル成長したナノ結晶がヒトの骨塩と同じサイズ及び形態を有する二相性リン酸カルシウム／ヒドロキシアパタイト（CAP／HAP）骨代用材の粒子であって、該焼結CAPコアの外面上に堆積したナノ結晶HAPの閉鎖エピタキシャル成長層が平坦な板状結晶を含む均質な粗外面を有し、XRDによって測定したときのHAPの割合が２．０～６．０％である、粒子と、
－ 以下からなる群から選択される骨代用材の粒子（Ｂ）：

【0153】

－ 焼結CAPコアと、該焼結CAPコアの外面上に堆積したナノ結晶HAPの少なくとも１つの閉鎖エピタキシャル成長層とを含み、それによって、エピタキシャル成長したナノ結晶がヒトの骨塩と同じサイズ及び形態を有し、XRDによって測定したときのHAPの割合が１０～４０％である二相性CAP／HAP骨代用材、又は

【0154】

－ 天然骨に由来し、そして、天然骨の元の結晶構造及び鉱物微細構造を実質的に保持すると同時に、１５０ppm未満の有機不純物の含有量及び１３５ppm未満のタンパク質の含有量を有する骨塩
と、を含む顆粒ブレンドに関する。

【0155】

好ましくは、この顆粒ブレンドでは、
－ XRDによって測定したときのHAPの割合は、CAP／HAP骨代用材の粒子（Ａ）中２．０～６．０％であり、かつ

【0156】

－ 骨代用材の粒子（Ｂ）は、焼結CAPコアと、該焼結CAPコアの外面上に堆積したナノ結晶HAPの少なくとも１つの閉鎖エピタキシャル成長層とを含み、それによって、エピタキシャル成長したナノ結晶がヒトの骨塩と同じサイズ及び形態を有し、XRDによって測定したときのHAPの割合が３０～４０％である二相性CAP／HAP骨代用材の粒子である。

【0157】

一般的に、CAP／HAP骨代用材の粒子（Ａ）の骨代用材の粒子（Ｂ）に対するw/w比は０．１～９．９である。

【発明を実施するための形態】

【0158】

以下、本発明の好ましい実施形態の例示的な例及び添付図面を参照して、本発明を更に詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0159】

【図1A】図１Ａは、SEMによって測定したときに平滑な領域が外面全体の約７０％を占める、欧州特許第２４４５５４３Ｂ１号によって開示され、そして、変態時間３０分の実施例１で調製された骨代用材のプロトタイプ１（１～２mmの顆粒）のSEM写真を表す。

【図1B】図１Ｂは、SEMによって測定したときに平滑な領域が外面全体の約５０％を占める、変態時間４０分の欧州特許第２４４５５４３Ｂ１号によって開示され、そして、実施例１で調製された骨代用材のプロトタイプ２（１～２mmの顆粒）のSEM写真を表す。

【図2】図２Ａ～２Ｅは、本発明に係る骨代用材のプロトタイプ３（図２Ａ）：２０％エタノール、１～２mmの顆粒）、プロトタイプ４（図２Ｂ）：３０％エタノール、１～２mmの顆粒）、プロトタイプ５（図２Ｃ）：４０％エタノール、１～２mmの顆粒）、プロトタイプ６（図２Ｄ）：５０％エタノール、１～２mmの顆粒）、及びプロトタイプ７（図２Ｅ）：６０％エタノール、１～２mmの顆粒）のSEM写真を表す。図１及び図２Ａ～２ＥのSEM写真は全て、倍率３５００倍である。

【図3A】図３Ａは、低倍率（１０００×）におけるプロトタイプ５（４０％エタノール、１～２mmの顆粒）の断面のSEM写真を表す。右下の角が顆粒の外面を示し、そして、左上の角に向かって顆粒の中心が位置する。

【図3B】図３Ｂは、より高倍率（１４，０００×）におけるプロトタイプ５（４０％エタノール、１～２mmの顆粒）の断面のSEM写真を表す。

【図4】図４は、実施例２で調製した本発明に係る骨代用材の非多孔質ディスクのプロトタイプ３ａ（左：２０％エタノール）及び６ａ（右：５０％エタノール）のSEM写真（上の２枚の写真）及びAFM写真（他の４枚の写真）を表す。

【図5】図５Ａ～５Ｂは、インビトロ試験において先行技術の骨代用材と比較して、本発明に係る骨代用材に接触している胎児のヒト間葉系幹細胞（hMSC）のオステオカルシン（OCN、図５Ａ）及びオステオポンチン（OPN、図５Ｂ）の応答を表す。

【図6】図６は、実施例２で調製した本発明に係る骨代用材の１～２mmの顆粒のプロトタイプ３（２０％エタノール）、５（４０％エタノール）、及び７（６０％エタノール）の１～２mmの顆粒と、実施例１に記載の通り生成した純粋なα－TCPとのMIP図を表す。

【図7】図７は、実施例６ ３）で調製した本発明に係るコラーゲンマトリクスパテプロトタイプを移植した１２週間後のウサギの脊椎のＸ線写真を表す。

【図8】図８は、移植の１２週間後に、実施例６ ３）で調製した本発明に係るコラーゲンマトリクスパテプロトタイプを移植したウサギにおけるPLF手技の樹脂組織学的蛍光顕微鏡写真を表す。

【0160】

以下の実施例は、本発明を例証するものであって、その範囲を限定するものではない。

【0161】

実施例１ 欧州特許第２４４５５４３Ｂ１号に係る二相性リン酸カルシウム／ヒドロキシアパタイト（CAP／HAP）骨代用材の調製。

【0162】

α－TCPのバルク焼結材、粒径１．０～２．０mmのその多孔質顆粒、及びエピタキシャル成長したHAPコーティングを有する変態した顆粒を、欧州特許第２４４５５４３Ｂ１号の実施例１、２、及び４と同様に調製した。

【0163】

無水リン酸二カルシウム粉末 ３６４ｇ、炭酸カルシウム粉末 １３６ｇ、及び脱イオン水 ２２０mLを、実験室用スターラーを用いて７００rpmで５分間混合した。混合プロセスから得られたスラリーを、直ちに高温安定性の白金製カップに移した。充填された白金製カップを低温炉に入れた。１００℃／時の加熱速度を用いることによって炉を１４００℃まで加熱した。この温度を１２時間維持し、その後、５００℃／時の冷却速度で８００℃まで炉を冷却し、次いで、１２５℃／時の冷却速度で３００℃まで冷却し、そして、最後に炉を切り替えることによって室温まで冷却した。バルク焼結材（相純度の高いα－Ｃａ_３（ＰＯ_４）_２）を炉及び白金製カップから取り出した。粉末Ｘ線回折分析を用いて、相純度を制御した。

【0164】

このバルク生成物を、ジョークラッシャーを用いることによって破砕した（ジョーの距離は１０～１mmで変動）。生成された顆粒を、篩い分け機及びメッシュの目開きが２mm及び１mmである篩いインサートを用いることによって篩い分けた。篩い分けの後、顆粒に吸着している微粉末残渣を分離するために、顆粒をエタノールですすいだ。多孔質顆粒をキャビネットドライヤーにおいて８０℃で１時間乾燥させた。走査型電子顕微鏡を用いる表面観察によって、すすぎ後の粒子表面の清浄度を制御した。

【0165】

０．４mol/L リン酸二水素ナトリウム（ＮａＨ_２ＰＯ_４）を蒸留水に溶解させることによって、コーティング及び相変態プロセスに適した緩衝溶液を調製した。水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を用いることによって室温で溶液のpHを７．４５に調整した。前述の段落に従って生成した顆粒を、調製した溶液に浸漬し、そして、適正に調質された（well-tempered）水浴（４０℃）内でそれぞれ３０分間（プロトタイプ１）、４０分間（プロトタイプ２）保存した。浸漬後、顆粒を蒸留水で３回すすいで相変態プロセスを停止させ、そして、緩衝溶液から残渣を除去した。多孔質顆粒をキャビネットドライヤーにおいて１００℃で２時間乾燥させた。

【0166】

プロトタイプ１及びプロトタイプ２の顆粒に対して、倍率３５００倍でSEMを行った。

【0167】

プロトタイプ１及び２のSEM写真を表す図１Ａ及び１Ｂから明らかである通り、顆粒の外面は不均質であり、エピタクティック成長したHAPナノ結晶からなる平坦な板状結晶の個々の（分離した）クラスタと、結晶と結晶との間の平滑な部分とを含む。

【0168】

プロトタイプ１及びプロトタイプ２のそれぞれについてSEM写真上で個々のクラスタ及び平滑な領域が占める表面を測定することによって、平滑な領域がプロトタイプ１では外面の約７０％、そして、プロトタイプ２では約５０％であると判定された。

【0169】

実施例２ 国際公開公報第２０１９／１１５７０４号の発明に係る二相性リン酸カルシウム／ヒドロキシアパタイト（CAP／HAP）骨代用材の調製。

【0170】

１）骨代用材の顆粒の調製
上記実施例１に記載の通り、相純度の高いα－TCPの１～２mmのサイズの多孔質顆粒を生成した。

【0171】

相変態及びコーティングの工程は、４０℃に設定した水浴に入れたガラス製フラスコにおいて行った。変態バッファは、異なる比率のエタノールを混合したリン酸二水素ナトリウム（ＮａＨ_２ＰＯ_４）の水溶液であった。リン酸二水素ナトリウムの水溶液のモル濃度は０．０５M～０．３M、そして、エタノールの含有量は２０～６０w/w％で変動させた。変態溶液のpHは、７．３～７．６であった。

【0172】

ガラス製フラスコに変態バッファを充填し、そして、α－TCP顆粒を１：４０～１：８０の（顆粒の変態溶液に対する）比で添加した。顆粒を４０℃の変態溶液に２４～７２時間浸漬した。浸漬後、顆粒を脱イオン水（顆粒の水に対する比は重量に関して１：１０である）で５回、そして、エタノール（９９．９％、顆粒のエタノールに対する比は重量に関して１：１０である）で２回すすいで相変態プロセスを停止させ、そして、緩衝溶液から残渣を除去した。多孔質顆粒をキャビネットドライヤーにおいて１００℃で２時間乾燥させた。

【0173】

コーティング及び相変態プロセス後の表面形態を、SEMを用いて観察した。

【0174】

図２は、本発明に係る骨代用材のプロトタイプ３（２０％エタノール）、プロトタイプ４（３０％エタノール）、プロトタイプ５（４０％エタノール）、プロトタイプ６（５０％エタノール）、及びプロトタイプ７（６０％エタノール）の倍率３５００倍のSEM写真を表す。図１Ａ及び図１Ｂを図２と比較することによって、平坦な板状結晶の個々のクラスタとその間の平滑な領域とを有するプロトタイプ１及び２の不均質な外面が、任意の個々の結晶クラスタのない均質な粗外面に置き換えられていることが分かる。均質な粗外面は、エピタキシャル成長ヒドロキシアパタイト板状晶のインターロック網目構造で構築されている。SEM分析によって観察される通り、変態溶液中のエタノール含有量を増加させることによって個々の板状晶のサイズが減少し、したがって外面の粗さ又は粗度が減少する。

【0175】

図３Ａは、低倍率（１０００×）におけるプロトタイプ５（４０％エタノール、１～２mmの顆粒）の断面のSEM写真を表す。右下の角が顆粒の外面を示し、そして、左上の角に向かって顆粒の中心が位置する。

【0176】

図３Ｂは、高倍率（１４，０００×）におけるプロトタイプ５（４０％エタノール、１～２mmの顆粒）の断面のSEM写真を表し、ここでは、粗面の構成要素である個々の平坦な板状結晶をはっきりと見ることができる。顆粒の中心における粗外面と顆粒の外面上の粗外面との間に差はない。

【0177】

水銀圧入ポロシメトリー（MIP）による気孔径分布の決定

【0178】

水銀圧入ポロシメトリー（MIP）を用いて、顆粒の気孔径分布を求めた。MIPは、多孔質材料の気孔径分布を求めるために使用される標準的な特性評価技術である。この技術は当技術分野において周知であり、例えば、Gregg, S. J. and Sing, K.S.W., Adsorption, Surface Area and Porosity, 2nd ed., Academic Press Inc. (1982), 173-190に記載されている。

【0179】

図６は、純粋なα－TCP（実施例１により生成したものであり、そしてプロトタイプ３、５、及び７のコア材）と比較した、本発明に係る骨代用材のプロトタイプ３、５、及び７のMIP図を表す。全ての測定を１～２mmの顆粒で行った。

【0180】

純粋なα－TCPサンプルは、表面が平滑であるので、０．０３～２μmの範囲の気孔を全く有しないことが分かる。本発明に係る全ての骨代用材は、エピタキシャル成長ヒドロキシアパタイト板状晶のインターロック網目構造で構築された均質な粗外面が多孔質であることから、０．０３～２μmの範囲の気孔を含む。０．０３～２μmの範囲のMIP曲線下面積に相当する粗外面の気孔体積は、インターロック網目構造の個々の板状晶サイズに依存する。個々の板状晶が大きいほど、インターロック網目構造の含まれる気孔体積も大きくなる。このように、インターロック網目構造の含まれる気孔体積は、表面の粗さと直接相関し得る。MIP図における０．０３～２μmの範囲の気孔体積が大きいほど、表面の粗さも大きくなる。示したプロトタイプのうち、０．０３～２μmの範囲の気孔体積（曲線下面積）が最も大きいのはプロトタイプ３であり、プロトタイプ５及び７と続く。図２Ａ～２ＥのSEM分析によって、プロトタイプ３からプロトタイプ５及び７へとプロトタイプの粗さが小さくなっていることが確認される。

【0181】

２）骨代用材の非多孔質ディスクの調製

【0182】

上記実施例１に記載の通り生成した相純度の高いα－TCPの１～２mmのサイズの顆粒を１５０rpmで２０時間にわたって遊星ミルで粉砕して、微粉末を得た。この微粉末を圧縮型に充填し、そして、ハンドプレスで１トンの荷重をかけて圧縮した。素地を型から取り出し、そして、高温炉に移した。２５０℃／時の加熱速度を用いて炉を１４５０℃まで加熱した。この温度を２４時間維持し、その後、５００℃／時の冷却速度で８００℃まで炉を冷却し、次いで、１５０℃／時の冷却速度で室温まで冷却した。バルク焼結非多孔質材（相純度の高いα－Ｃａ_３（ＰＯ_４）_２）を炉から取り出した。粉末Ｘ線回折分析を用いて相純度の制御を実施し、そして、SEMを用いることによって表面特性を分析した。

【0183】

唯一、α－TCPの変態溶液に対する重量比が１～３．５であったことを除いて、上記１）に記載の通り、調製したディスクの相変態及びコーティングを実施した。

【0184】

このようにして、本発明に係る骨代用材のプロトタイプ３ａ（２０％エタノール）及び６ａ（５０％エタノール）を調製した。

【0185】

コーティング及び相変態プロセス後の表面形態を、SEMを用いて観察した。原子間力顕微鏡AFMを用いて、対応する粗さパラメータを求めた。

【0186】

図４のSEM画像から、非多孔質ディスクの均質な粗外面の形態が、実施例２の段落１から得られる対応するエタノール含有量で生成された顆粒（プロトタイプ３及び３ａ並びにプロトタイプ６及び６ａ）の粗外面と同一であることが確認される。

【0187】

原子間力顕微鏡（AFM）

【0188】

タッピングモードの原子間力顕微鏡（TT-AFM、AFM Workshop）を用いて、ナノスケールにおける表面測定を評価した。直径１１mm及び高さ１mmの非多孔質円筒ディスクを用いて、周囲雰囲気下でAFM分析を行った。共振周波数１９０kHz及び先端半径１０nm以下を用いた。５０μm×５０μmの領域にわたって各AFM分析を行い、そして、全てのグループの３つのサンプルをスキャンした。数値補正を適用することによって元のデータをならして（plane-leveled）傾きを除去し、そして、Gwyddionソフトウェアを用いて自乗平均粗さ（Ｒ_ｑ）及びプロファイルの平均最大高さ（Ｒ_ｚ）の平均値を求めた。

【0189】

表面の類似の特性評価は、例えば、米国特許出願公開第２０１３－００４５３６０Ａ１号に記載されている。

【0190】

図４は、本発明に従って調製した非多孔質ディスクのプロトタイプ３ａ（２０％エタノール、左側）及び６ａ（５０％エタノール、右側）のAFM写真を表す。プロトタイプ３ａ及び６ａについてのAFM由来の粗度の値は、以下の表１に見出すことができる。

【0191】

【表1】

【0192】

表１から分かる通り、エタノール含有量を２０％から５０％に増加させることによって、自乗平均粗さ（Ｒ_ｑ）の平均値が２３７nmから１３０nmに減少し、そして、プロファイルの平均最大高さ（Ｒ_ｚ）が１３９１nmから６３０nmに減少した。

【0193】

実施例３ 胎児のヒト間葉系幹細胞（hMSC）の骨形成分化のインビトロ試験。

【0194】

実施例１及び２で調製した骨代用材プロトタイプが骨形成分化を支援するかどうかを評価するために、妊娠２２週目以降のヒト胎児大腿骨から単離した約２００，０００個のhMSC（ScienCellから市販：カタログ番号７５００、ロット番号６８９０）を、該骨代用材プロトタイプの顆粒 ３２０mgに播種し、そして、３週間培養した。培養の最初の７日間は、細胞の増殖を最適に支援するために、市販のhMSC拡張培地（MSCM培地、カタログ番号７５０１、ScienCell）を使用した。その後１４日間は、１０％ FBS及びペニシリン／ストレプトマイシンを補給したDMEMに培地を交換した。細胞培養培地に追加の骨形成剤は追加しなかった。hMSCを３週間培養した後、全MRNAを単離し、cDNAに転写させ、そして、Real Time Quantitative PCRを行った。ハウスキーピング遺伝子としてGAPDHを用いて、ΔΔCT法（Livak K.J. and Schmittgen T.D., Analysis of relative gene expression data using real time quantitative PCR and the 2-ΔΔCT method, 2001, Methods 25, pp. 402-408を参照）後に遺伝子発現を計算した。実施例１及び２で調製した顆粒形態（１～２mm）の骨代用材プロトタイプ全てについて、骨形成分化マーカーであるオステオポンチン（OPN）及びオステオカルシン（OCN）の発現を測定した。

【0195】

これらの測定結果は、実施例２の本発明に係る骨代用材プロトタイプでは、実施例１の先行技術による骨代用材プロトタイプよりも骨形成分化マーカーであるOPN及びOCNの発現が著しく高いことを示した（図５Ａ～５Ｂを参照）。

【0196】

これらインビトロにおける結果に基づいて、本発明に係る骨代用材のプロトタイプについてはインビボで骨形成応答が増強されると予測される。

【0197】

実施例４ 国際公開公報第２０１９／１１５７０４号の発明の二相性CAP／HAP骨代用材のHAPナノ結晶とヒトの骨塩との結晶サイズ及び形態の比較。

【0198】

欧州特許第２４４５５４３Ｂ１号と同様に、プロトタイプ３のサンプル及び天然のヒト骨塩に対してブラッグ法を適用することによるＸ線回折データの精密化を用いることによって、結晶サイズの分析を行った。

【0199】

本発明及びヒト骨塩は、同じ形態及び同じ結晶サイズを有する。

【0200】

以下の表２を参照。

【0201】

【表2】

【0202】

実施例５ 国際公開公報第２０１９／１１５７０４号に係る３．０w/w％ HAPを含有するCAP／HAP骨代用材の粒子を含む、本発明に係るコラーゲンマトリクスの調製。
１）３．０w/w％ HAPを含有する高速再吸収性二相性CAP／HAP骨代用材の調製

【0203】

上記実施例２に記載したものに近いプロセスによって、国際公開公報第２０１９／１１５７０４号に従って、二相性リン酸カルシウム／ヒドロキシアパタイト（CAP／HAP）骨代用材の０．５～２mmサイズの多孔質顆粒を生成した。変態バッファは、５０％ エタノールを含有する０．１M リン酸二水素ナトリウム（ＮａＨ_２ＰＯ_４）溶液であった。XRDによって測定したときの表面変態に由来するHAPの含有量は３．０w/w％であった。

【0204】

２）パテとして使用するための本発明に係るコラーゲンマトリクスの調製

【0205】

選択された量のコラーゲン繊維（３w/w％）を脱イオン水に分散させた。パテ材を生成するためのコラーゲン繊維の供給源は、Geistlich Pharma AGから市販されている製品Geistlich Bio-Gide（登録商標）と同じであった。その後、２M 塩酸溶液でスラリーのpH値をpH＝３．５に調整した。次いで、このスラリーを、コロイドミルを用いて湿式粉砕した。次の工程では、上記１）で調製した二相性CAP／HAP骨代用材の顆粒を、８０w/w％ 骨代用材及び２０w/w％ コラーゲンの比でコラーゲンスラリーに添加した。骨代用材を添加した後に、スパチュラを用いて手作業でスラリーをホモジナイズした。次いで、スラリーを金型（２３mm×２３mm×６mm）に充填した後、凍結乾燥（－４０℃まで凍結、－５℃及び３００μbarで２４時間一次乾燥、２０℃及び１０μbarで１１時間二次乾燥）させた。凍結乾燥した材料をＸ線照射で滅菌した。

【0206】

血液又は等張生理食塩水で再水和することによって、取り扱い特性の良好なパテプロトタイプが得られた。

【0207】

パテプロトタイプの取り扱い特性を評価するための手順：
パテ材を特定の量のヘパリン化血液と接触させ、その後、以下の工程を含む試験プロトコルを実施した：
１．濡れ性：発泡体を４分間以内にヘパリン化血液で濡らすことができる（操作なし）。
２．圧搾：追加の血液を絞り出すことができる。
３．粘着性：手袋又は器具にパテの塊が密着しない。
４．凝集性：パテが凝集性であり、そして、離れ落ちない。
５．成形性：成形可能なパテを、所望の形状に容易に成形することができる（最も困難な形態はボール状である）。
６．耐圧性：圧力を印加したとき、材料が横に押し出されなかった。

【0208】

３）ストリップ又はプラグとして使用するための本発明に係るコラーゲンマトリクスの調製

【0209】

上記本実施例の２）で得られた凍結乾燥材を、０．１～１０mbar及び８０～１４０℃で１２～９６時間、脱水熱処理（DHT）に供した。プラグ材を得るために、本実施例の２）の金型は、直径８～１２mm及び深さ８～１６mmを有する円筒形又は円錐形のものを用いた。

【0210】

実施例６ ３．０w/w％ HAPを含有する国際公開公報第２０１９／１１５７０４号に係るCAP／HAP骨代用材の粒子と、３５w/w％ HAPを含有する欧州特許第２４４５５４３Ｂ１号に係るCAP／HAP骨代用材の粒子との混合物を含むコラーゲンマトリクスの調製。

【0211】

１）３５w/w％ HAPを含有する欧州特許第２４４５５４３Ｂ１号に係る、低速再吸収二相性CAP／HAP骨代用材の調製

【0212】

欧州特許第２４４５５４３Ｂ１号に記載されているプロセスに従って、二相性リン酸カルシウム／ヒドロキシアパタイト（CAP／HAP）骨代用材の０．５～２mmのサイズの多孔質顆粒を生成した。変態バッファは、pHが７．４５±０．１である０．１５M リン酸二水素ナトリウム（ＮａＨ_２ＰＯ_４）溶液であった。α－TCP顆粒を４０℃で２４時間変態溶液に浸漬した。表面変態後、顆粒を洗浄し、そして、キャビネットドライヤーで乾燥させた。XRDによって測定したときの表面変態に由来するHAPの含有量は３５w/w％であった。

【0213】

２）二相性骨代用材の高速再吸収粒子と低速再吸収粒子との混合物である顆粒ブレンドの調製

【0214】

実施例５の１）で調製した３．０w/w％ HAPを含有する国際公開公報第２０１９／１１５７０４号に係る二相性CAP／HAP骨代用材の０．５～２mmサイズの多孔質粒子と、本実施例の上記１）で調製した３５w/w％ HAPを含有する欧州特許第２４４５５４３Ｂ１号に係る二相性CAP／HAP骨代用材の０．５～２mmのサイズの多孔質粒子とを、４０：６０のw/w比で混合した。顆粒ブレンドをタービュラシェーカーミキサでホモジナイズした。

【0215】

３）パテとして使用するための本発明に係るコラーゲンマトリクスの調製

【0216】

選択された量のGeistlich Bio-Gide（登録商標）のコラーゲン繊維（３w/w％）を脱イオン水に分散させた。その後、２M 塩酸溶液でスラリーのpH値をpH＝３．５に調整した。次いで、このスラリーを、コロイドミルを用いて湿式粉砕した。次の工程では、本実施例の上記２）で調製した二相性CAP／HAP骨代用材の顆粒ブレンドを、８０w/w％ 骨代用材及び２０w/w％ コラーゲンの比でコラーゲンスラリーに添加した。骨代用材を添加した後に、スパチュラを用いて手作業でスラリーをホモジナイズした。次いで、スラリーを金型（２３mm×２３mm×６mm）に充填した後、凍結乾燥（－４０℃まで凍結、－５℃及び３００μbarで２４時間一次乾燥、２０℃及び１０μbarで１１時間二次乾燥）させた。次いで、材料をＸ線照射で滅菌した。

【0217】

４）ストリップ又はプラグとして使用するための本発明に係るコラーゲンマトリクスの調製

【0218】

本実施例の上記３）で得られた凍結乾燥材を、０．１～１０mbar及び８０～１４０℃で１２～９６時間、脱水熱処理（DHT）に供した。プラグ材を得るために、本実施例の３）の金型は、直径８～１２mm及び深さ８～１６mmを有する円筒形又は円錐形のものを用いた。

【0219】

実施例７ ウサギの脊椎後側方固定（PLF）モデルにおける本発明に係るパテの試験

【0220】

Mastergraft（商標）パテ（コラーゲンマトリクス中の二相性リン酸カルシウム顆粒、Medtronicによって販売）及びActifuse ABXパテ（ポロキサマーマトリクス中のＳｉ置換ヒドロキシアパタイト、Baxterによって販売）と比較して、実施例６の上記３）で得られたコラーゲンマトリクスを、W.R. Walsh et al., 2009, Eur. Spine J. 18:1610-1620によって開示されているウサギPLFモデルでパテとして試験した。

【0221】

・ 移植の１２週後にこれらの各パテにおいて、融合した塊がＸ線ではっきりと見えた。Mastergraftパテは、より高い分解率を示した。本発明に係るパテでは融合塊がはっきりと見える図７を参照。

【0222】

・ 図８に示す通り、３．０w/w％ HAPを含有する二相性CAP／HAP骨代用材の粒子は、３５％w/w HAPを含有する二相性CAP／HAP骨代用材の粒子よりも早く再吸収され（図８ではサイズが大きく、そして、形状がより均一に見える）、新たな骨が内方成長するための空間を提供した。
・ 図８では、欠損全体にわたって新たな骨の形成を観察することができる。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】