JP6006213B2 - カルシウムを有する表面を備えるインプラント、及びインプラントの表面を修飾して当該表面にカルシウムを付与する方法 - Google Patents

Description

本発明は、カルシウムを付与した表面を備えるインプラント、及びインプラントの表面を修飾して、当該表面にカルシウムを付与する方法に関し、その目的は、数ある利点のうちでもとりわけ、周辺組織におけるインプラントの骨結合（オッセオインテグレーション、osseointegration）の改善をもたらすために新規な化学的、生物学的効果を達成することである。

隣接組織において、インプラントの満足な骨結合をもたらすプロセスは複雑である。このプロセスは、凝固カスケードの開始、血小板凝集及びインプラント周辺の血餅形成で始まり、これらのすべてが、インプラントの周辺にフィブリンのマトリックス又は暫定的なネットワークを作り出す。この暫定的なネットワークは、２つの重要な機能を果たす。すなわち、インプラントに初期安定性をもたらすこと、及び血小板因子及び細胞マーカーの徐放をもたらすことである。プロセスの中で、細胞マーカーは、損傷領域への細胞移動、それらの癒着、分化及び増殖、並びに細胞外マトリックスへの分泌をこの順で刺激し、その後に、インプラント周辺に完全な骨マトリックスを形成して終わる石灰化を伴う。

インプラントの表面に関して、隣接組織におけるインプラントの骨結合能力に影響を及ぼす要因が特に３つ存在する。第１に、インプラント製造に使用する材料であり、第２に、インプラント表面の粗度であり、第３に、インプラント表面が、生物学的に適切な追加の被膜を設けるために処理され得る点である。

インプラント学において使用される材料に関しては、材料表面の化学特性が、前記のプロセスの進展において、問題となる生体組織で重要な生体分子との相互作用を可能にする場合、その材料は生体適合性があると見なされる。このような材料は、典型的には、チタン若しくはチタンベースの合金、又はジルコニウム若しくはジルコニウムベースの合金からなる。このような材料は任意選択で、ニオブ又はタンタルなどの生体適合性金属の形態で添加物を含有してもよい。

インプラント表面の粗さに関しては、これらの材料の表面にマイクロ粗さ及びナノ粗さが付与されると、非粗面と比較してインプラント−骨結合が著しく向上することが示されている。ブラスト又は酸処理（又は両方の組合せ）などの粗さを得るための方法が多数知られている。

最後に、インプラントの表面処理に関しては、従来技術として、インプラントの特性の一部を改善し、それによって、その骨結合を強化、促進し、及び／又は患者がインプラントに拒絶反応を示すリスクを低減しようとする被膜をインプラントに設ける多数のインプラントの製造又は処理方法が知られている。

このような表面処理としては、骨の石灰部分に類似のセラミック製被膜をインプラントに設けるために、リン酸カルシウム（Ｃａ／Ｐ）（それらのなかでも、特にヒドロキシアパタイト）を、インプラント表面に適用する方法がある。このようなセラミック製被膜の目的は、インプラント周辺の骨再生を促す手段として、インプラントの骨再生特性(osteoconductive properties)を向上させることである。リン酸カルシウムを適用する既知の方法としては、リン酸カルシウムを、湿式手段又はＳＢＦ（擬似体液、Ｋｉｍ，Ｈ．Ｍ．、Ｍｉｙａｊｉ，Ｆ．、Ｋｏｋｕｂｏ，Ｔ．及びＮａｋａｍｕｒａ，Ｔ．１９９６年、「Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｉｏａｃｔｉｖｅ Ｔｉ ａｎｄ ｉｔｓ ａｌｌｏｙｓ ｖｉａ ｓｉｍｐｌｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ」、Ｊ Ｂｉｏｍｅｄ Ｍａｔｅｒ Ｒｅｓ ３２巻、３号、４０９〜４１７頁を参照されたい）によってインプラントに適用する方法がある。これらの方法では、インプラントは一連のイオン（それらの中にはＣａイオン及びＰイオンが含まれる）を含有する溶液に浸漬され、インプラント表面にリン酸カルシウム沈殿を生じさせる。湿式手段又はＳＢＦによるこれらの方法の例は、ＥＰ０３８９７１３、ＥＰ１３８４５２４及びＵＳ６４２６１１４に見出すことができる。リン酸カルシウムを電気化学的手段によってインプラント上に適用する他の方法も知られている。これらの方法では、インプラントは、一連のイオン（それらの中にはＣａイオン及びＰイオンが含まれる）を含有する溶液に浸漬され、電気化学的方法の適用により、一層迅速にリン酸カルシウム層がインプラント上に形成される（Ｙａｎｇ，Ｂ．、Ｕｃｈｉｄａ，Ｍ．、Ｋｉｍ，Ｈ．−Ｍ．、Ｚｈａｎｇ，Ｘ．及びＫｏｋｕｂｏ，Ｔ．、２００４年、「Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｉｏａｃｔｉｖｅ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｍｅｔａｌ ｖｉａ ａｎｏｄｉｃ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ」、Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ ２５巻、６号、１００３〜１０１０頁を参照されたい。Ｒｏｓｓｌｅｒ，Ｓ．、Ｓｅｗｉｎｇ，Ａ．、Ｓｔｏｌｚｅｌ，Ｍ．、Ｂｏｒｎ，Ｒ．、Ｓｃｈａｒｎｗｅｂｅｒ，Ｄ．、Ｄａｒｄ，Ｍ．及びＷｏｒｃｈ，Ｈ．、２００３年、「Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ ａｓｓｉｓｔｅｄ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｉｎ ｃａｌｃｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｃｏａｔｉｎｇｓ ａｔ ｎｅａｒ−ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｐＨ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ」、Ｊ Ｂｉｏｍｅｄ Ｍａｔｅｒ Ｒｅｓ Ａ ６４巻、４号、６５５〜６６３頁を参照されたい）。これらの電気化学的方法の例は、ＥＰ１２６４６０６、ＵＳ５４７８２３７及びＷＯ２００４０２４２００に見出すことができる。他には、リン酸カルシウムが物理的手段によってインプラント上に適用される方法も知られている。この方法では、Ｃａ／Ｐ前駆体が、プラズマ噴霧又はレーザによってインプラント上にスプレーされる（Ａｒｉａｓ，Ｊ．Ｌ．、Ｇａｒｃｉａ−Ｓａｎｚ，Ｆ．Ｊ．、Ｍａｙｏｒ，Ｍ．Ｂ．、Ｃｈｉｕｓｓｉ，Ｓ．、Ｐｏｕ，Ｊ．、Ｌｅｏｎ，Ｂ．及びＰｅｒｅｚ−Ａｍｏｒ，Ｍ．１９９８年、「Ｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｃａｌｃｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｐｕｌｓｅｄ ｌａｓｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗａｔｅｒ ｖａｐｏｕｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅｓ」、Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ １９巻、１０号、８８３〜８８８頁を参照されたい）。これらの方法の例は、ＥＰ０２０２９０８、ＥＰ０８６４３３２及びＷＯ９８２１３８０に見出すことができる。前述の方法すべてにおいて、インプラント表面の最終的な仕上がりは乾燥している。

上記の他に、インプラント表面のコンディショニング方法として知られる他の方法があり、この方法では、希塩化ナトリウム溶液（ＮａＣｌ）中にインプラントを保管することによって（例えば、特許文献ＵＳ２００４０２１０３０９Ａ１を参照されたい）、又は希水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）溶液に使用前に浸漬することによって（例えば、Ｓｔａｄｌｉｎｇｅｒ，Ｂ．、Ｌｏｄｅ，Ａ．Ｔ．、Ｅｃｋｅｌｔ，Ｕ．、Ｒａｎｇｅ，Ｕ．、Ｓｃｈｌｏｔｔｉｇ，Ｆ．、Ｈｅｆｔｉ，Ｔ．及びＭａｉ，Ｒ．２００９年、「Ｓｕｒｆａｃｅ−ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｄ ｄｅｎｔａｌ ｉｍｐｌａｎｔｓ：ａｎ ａｎｉｍａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｂｏｎｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ．」、Ｊ Ｃｌｉｎ Ｐｅｒｉｏｄｏｎｔｏｌ ３６巻、１０号、８８２〜８９１頁を参照されたい）、インプラントの表面特性を変化させる。最初の場合、その目的は、大気中炭化水素の汚染のない環境にインプラントを維持し、これによって元の清浄レベルを維持することである。さらに、イオン性液体中の保管は、インプラント表面の粗さによって引き起こされる疎水性に対処する一助となり、極性液体によってそのような表面の濡れ性を高める。２番目の場合、その目的は、表面のヒドロキシル基を暴露することであり、これは、一旦インプラントを歯槽に置くと、インプラント表面のリン酸カルシウム（Ｃａ／Ｐ）の形成に関与する。この後者の処理は、未修飾のものと比較して濡れ性を改善するものの、使用時に液体中への浸漬を行うので、その前の表面汚染は防止しない。

カルシウムを添加してチタン酸カルシウムを形成することにより、チタンの結晶ネットワークを修飾することに基づく他のインプラント表面処理が存在する。これらの処理は、ある特定の時間、電気化学的方法又は熱的方法を適用することによって行われる。この種の処理の例はＪＰ２００６１０２２１２に見出すことができる。こうした処理がなされたチタン表面上には、アパタイトがより迅速に形成されることが示唆されている。

本発明の目的は、代替的なインプラントの製造方法であって、高いばかりではなく経時的に一定の表面親水性を付与して、患者の骨及び生体中でインプラントの最適な骨結合及び移植をもたらす新規な生物学的特性を提供する異なる表面を備えるインプラントの製造方法を提供することである。

本発明の目的は、人体又は動物生体用のインプラントであって、その外表面が極性液体に可溶な少なくとも１種のカルシウム塩、すなわち極性溶媒（水、エタノールなど）に暴露されると、直ちに溶解する能力のある化合物の一部を形成するカルシウムを含むという特定の特徴を有するインプラントを提供することである。カルシウムの溶解はカルシウムのイオン化と等価である。即ち、カルシウムは当初の化合物からイオンの形態で放出される。

その結果、本発明のインプラントは、極性液体に接触すると、インプラント表面に遊離カルシウムイオンを有するようになる。カルシウムイオンは自由に作用することができ、後に説明される試験で実証される、一連の有利な効果をもたらす（この効果は特に凝固原作用を含む）。対照的に、前述した表面にリン酸カルシウム（Ｃａ／Ｐ）又はチタン酸カルシウム（ＣａＴｉＯ_３）を有する従来のインプラントでは、カルシウムは不溶性化合物（「不溶性」とは、水に１ｇ／Ｌ未満の溶解度を有する任意の化合物として理解される）の形態で存在している。これは、従来のインプラントでは、表面カルシウムは環境中に放出されて自由に相互作用することはできないことを意味する。その結果、前述した従来のインプラントでは、カルシウムは、本発明中におけるカルシウムによって提供される生物学的機能を提供することができない。

インプラント表面に存在する極性液体可溶性カルシウム塩は、多様な好ましい形態をとることができる。好ましい一実施形態では、カルシウム塩は固体状態（すなわち、インプラントは乾燥した表面仕上がり又は乾燥した外観を有している）で存在している。好ましい別の実施形態では、インプラントの外表面は、解離形態のカルシウム塩イオン、換言すると、極性液体に溶解しているカルシウム塩を含む（すなわち、インプラントは湿潤表面仕上がりを有する）。第３の実施形態では、インプラントの外表面は部分的な解離状態（すなわち、インプラントは水和された仕上がりを有しており、塩イオンの一部が解離している）にある少なくとも１種の極性液体可溶性カルシウム塩を含む。

本発明の目的はまた、インプラント表面を修飾して、インプラント表面に少なくとも１種の極性液体可溶性カルシウム塩を付与する様々な方法を提供することである。この方法は、一時的又は恒久的な方法で、少なくとも１種の極性液体可溶性カルシウム塩の溶液中にインプラントを浸漬することに基づいている。インプラントの最終的な見た目（ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ）は、方法に応じて乾燥でもよく、又は湿潤でもよい。

遊離カルシウム（インプラント表面に含有される極性液体可溶性カルシウム塩から解離した後）は、当該表面に４つの化学的及び生物学的に有利な特性、すなわち親水性、大気性汚染に対する保護、凝固原特性、及び石灰化促進特性を実現する。

インプラント表面の親水特性は、血液又はその製剤などの生体極性液体がインプラント表面と完全に親和性を有するようにするので興味深い。その結果、血液又はその製剤とインプラント表面の全地点との間の相互作用が即座且つ均等に起こり、これが単位表面当たりの生物学的応答、及びインプラントの全表面周辺における骨形成能を最大化する。インプラント表面が粗い場合、この効果は、粗さによって引き起こされる疎水性に打ち勝って、インプラント表面全体が生体媒体と均等に接触することを可能にするので、特に興味深い。

大気性汚染に対する保護とは、インプラント自体を外部大気性汚染因子から清浄を保つことができるというインプラント表面の能力である。この保護は、カルシウムプラント表面の酸化チタンとの大きな親和性、及びカルシウムによって形成される水溶性塩の吸湿性の両方により、大気中の炭化水素が酸化物表面へと浸透し当該表面によって吸収されるのを防止する、水和層がインプラント表面に形成されるという事実から生じている。その結果、本発明の方法は、インプラントの表面が汚染のない状態に保つことを可能にし、従って経時的に親水性を維持する。本方法はまた、幾つかの既知の方法（溶剤洗浄、プラズマ清浄、紫外線照射清浄）によってなされていたように、インプラントを最初の清浄状態で維持することができる。

凝固原特性とは、ある特定の範囲の表面濃度でカルシウムを有するインプラント表面が、血小板含有血液又は血液誘導体に接触すると、凝固カスケードの活性化を引き起こすことを意味する。遊離カルシウムイオンが、血餅の形成及び安定化に至る、凝固カスケード内の多数の過程を開始することは公知である。実際、本発明では、インプラント表面のカルシウムにより、インプラント表面はカルシウムイオンの貯蔵所のようになる。

最終的に、インプラント表面の石灰化促進特性は、アパタイト：カルシウムの形成における重要な要素の１つの過飽和が局所的に増大すると、過剰カルシウム又はインプラント表面のヒドロキシル基に結合しているカルシウムが結晶相の不均質な核形成点として作用することができるという事実に起因している（Ｅｌｌｉｎｇｓｅｎ，Ｊ．Ｅ．、１９９１年、「Ａ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｐｒｏｔｅｉｎ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｔｏ ＴｉＯ_２」、Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ １２巻、６号、５９３〜５９６頁を参照されたい）。

上に列挙した利点の結果、本発明のインプラント対象は、より迅速で改善された骨結合を提供するという総合的な利点をもたらす。本発明のインプラント対象周辺の骨結合の速度及び／又は骨付着割合の増加は、移植機会を増加し、炎症リスクを低減し、さらにまた、インプラントの機能的装填を実施するための待ち時間を短縮する。

本発明の詳細は、非限定的な添付図面に見ることができる。

様々な濃度のＣａＣｌ_２のエタノール溶液に迅速に浸漬（５秒間）して、６５℃で１時間の真空条件で乾燥した後の、円滑表面及び粗面についての、単位表面（ｍｍ^２）当たりのカルシウム量（μｇ）を示す。 カルシウム被膜のない粗面の走査型電子顕微鏡によって得られた顕微鏡写真を示す。 ２．４μｇ／ｍｍ^２のカルシウム被膜を有する粗面の走査型電子顕微鏡によって得られた顕微鏡写真を示す。 極性液体中に表面を浸漬した後の、２．４μｇ／ｍｍ^２のカルシウム被膜を有する粗面の走査型電子顕微鏡によって得られた顕微鏡写真を示す。 カルシウムで被覆されていない粗面から得られた分散スペクトルを示す。 ２．４μｇ／ｍｍ^２のカルシウム被膜を有する粗面から得られた分散スペクトルを示す。 極性液体中に表面を浸漬した後の、２．４μｇ／ｍｍ^２のカルシウム被膜を有する粗面から得られた分散スペクトルを示す。 表面のＣａ^２＋量と暴露時間の関数としての、接触角の変化を示す。 表面のＣａ^２＋量と洗浄方法の関数としての、接触角の変化を示す。 利用可能なカルシウム量の関数としての、ポジティブ対照に対して正規化した、最終凝固体積を示す。血漿中のカルシウム最終濃度を括弧内に示す。 様々な表面処理物の関数としての、ポジティブ対照に対して正規化した、最終凝固度を示す。括弧内には、表面のカルシウムすべてが血漿中に拡散して凝固を引き起こす場合の、血漿中のカルシウムの理論濃度を示している。 表面カルシウム量の関数としての、ポジティブ対照に対して正規化した、最終凝固度を示す。 リン酸カルシウム相の電気化学的な堆積に供して、カルシウム（２．４μｇ／ｍｍ^２）で処理した試料と、表面カルシウムのない試料とについて赤外スペクトルを示す。 カルシウムのない表面（ＴｉＯ_２）、及びカルシウムを有する表面（１．７９μｇ／ｍｍ^２及び３．２６μｇ／ｍｍ^２）へ２４時間暴露した後の、ポジティブ対照に対する細胞生存率を示す。

本発明の目的は、その表面が、極性液体中に可溶な少なくとも１種のカルシウム塩（これ以降、極性液体可溶性カルシウム塩という）を含むインプラントを提供することである。カルシウムイオンは可溶塩の一部を形成するので、極性溶媒に暴露されると、実質的に直ちに解離する。その後、本発明によるインプラントが血液又は血漿に接触すると、カルシウムイオンは遊離（遊離カルシウムイオン）し、従って、いくつかの効果の中でもとりわけ、インプラント周辺の凝固、及び当該インプラントの骨結合の促進及び改善を引き起こすことができるようになる。より具体的には、これらの遊離カルシウムイオンはインプラント表面に、既に説明したように、少なくとも親水性、大気性汚染に対する保護、凝固原特性、及び石灰化促進特性といった生物学的及び化学的に有利な特性を実現する。

本発明によるインプラントは、様々な方法で使用することができる。すなわち、でん部又は膝に配設して、でん部又は膝の補綴物を固定することができ、顎の骨に配設して歯科用補綴物などを固定することができる。

本発明によるインプラントは、市販の純チタン、チタン合金、ジルコニウム、又はチタン合金とジルコニウム合金の混合物で製造されることが好ましい。或いは、インプラントはまた、ニオブ又はタンタルなどの生体適合性金属添加物を含有してもよい。インプラント表面は、好ましくはインプラント自体の線条によってもたらされる（インプラントは、一般に織り合わされた本体を有する）、又はインプラント表面の巨視的なくぼみによって得られるマクロな粗さを有することができる。さらに、インプラントの表面は、適切と考えられる場合、マクロな粗さの上に重ねられる追加的なマイクロ粗さ及びナノ粗さを有している。一般に、表面のマイクロ粗さは、１〜７５μｍの範囲（ピークからくぼみまでの高さ）、好ましくは５〜４０μｍの範囲を包含する。マイクロ粗さの上に重ねられるナノ粗さは、０．１〜１μｍの範囲、好ましくは０．５μｍ〜０．９μｍの範囲を包含する。

さらに、本発明は、インプラント表面が少なくとも１種の極性液体可溶性カルシウム塩を有するように、インプラント表面を製造する又は修飾するための３つの方法を含む。３つの方法のすべてで、インプラントは、少なくとも１種の極性液体可溶性カルシウム塩の溶液に、一時的又は恒久的に浸漬される。方法に応じて、インプラントの最終表面の仕上がりは乾燥でもよく、又は湿潤でもよい。

本発明によるインプラント表面を修飾する第１の方法は、少なくとも１種の極性液体可溶性カルシウム塩の溶液にインプラントを浸漬するステップ、インプラントを取り出し、その結果、極性液体可溶性カルシウム塩をインプラントの表面に堆積させるステップ、及びその内部が乾燥雰囲気（乾燥雰囲気とは、浮遊水粒子がない雰囲気として理解される）である容器にインプラントを保管するステップを含む。インプラントがこの乾燥雰囲気に接触し、その結果極性液体可溶性カルシウム塩が固体状態でインプラント表面に残る。インプラント表面が固体状態のカルシウム塩を含むので、インプラントの最終仕上がり表面は乾燥している。インプラントは、容器から取り出されるまで乾燥したままであるが、取り出した時点で、環境の相対湿度に応じて、浮遊水粒子によってインプラント自体が水和し易くなる。患者にインプラントを取り付ける直前まで、インプラントは一般に取り出されず、従って取り出しは手術室で実施されることを考慮すると、インプラントは極めて清浄な環境で水和するようになる。その結果、この乾燥形態により、患者に取り付ける前のインプラントの（空気中の懸濁粒子による）汚染を最小限にすることが保証される。

容器の内部の乾燥雰囲気は、インプラントが内部に置かれたらすぐに、例えば容器内部を真空下に維持することにより達成すればよい。真空を適用すると、さもなければカルシウム化合物に配位して被膜を水和し得る水分子が完全になくなる。本方法の結果、インプラント表面は、初めの清浄な状態に保たれて、パッケージされる。別の実施形態では、乾燥雰囲気は、インプラント表面のカルシウムよりも吸湿性の高い乾燥剤を容器に入れることによって作り出される。この場合、インプラントの乾燥状態は、環境の水分子を吸収する乾燥剤によって維持されており、パッケージに真空を適用する必要がない。乾燥剤は、シリカゲル、塩化カルシウム又は酢酸カルシウムとすることができる。

本発明によるインプラント表面を修飾する第２の方法は、少なくとも１種の極性液体可溶性カルシウム塩の溶液にインプラントを浸漬するステップ、インプラントを取り出し、その結果、極性液体可溶性カルシウム塩をインプラント表面に堆積させるステップ、及びその内部が周囲雰囲気である容器中にインプラントを保管し、インプラントを当該周囲雰囲気と接触させるステップを含む。その結果、ＣａＣｌ_２などの潮解性の塩でないかぎり、カルシウム塩は固体状態のままであるが、潮解性の塩の場合には、インプラントの最終仕上がり表面は湿っている。すなわち、インプラントは、自動水和(autohydration)又は表面カルシウム堆積物の潮解を通じて水和される。この最後の場合には、インプラントの自動水和はパッケージしているときに起こり、その結果、最高の清浄状態となる。自動水和の結果、水和されたカルシウムの膜が形成され、後の段階で起こり得る大気性の潜在的な汚染から表面を保護する。

記載した方法はどちらも、少なくとも１種の極性液体可溶性カルシウム塩の溶液から取り出した後に、インプラントを乾かすという追加のステップを含んでもよく、このインプラントを乾燥する追加のステップは、インプラントの保管前に行われる。好ましくは、乾燥は１つ又は複数の以下の方法、すなわち加熱、デシケーション（ｄｅｓｃｉｃｃａｔｉｏｎ）処理、及び真空の適用によって実施される。加熱は、例えば、５０〜１５０℃の温度で１分から３時間の間、加熱器内にインプラントを入れることによって実施すればよい（時間及び温度は、使用する溶液の吸湿力及び真空を適用するかどうかに依存するが、真空の適用により加熱器の時間及び温度は顕著に低減される）。デシケーション処理は、例えば、典型的には１０分という最小時間、インプラントの表面被膜よりも吸湿性が高い乾燥剤を備えたデシケータ又は容器内に、インプラントを入れることによって実施することができる。これらのいずれでも、表面の再水和を防止するため、乾燥後の標準大気への暴露を制限しなければならない。

本発明によるインプラント表面を修飾する第３の方法は、少なくとも１種の極性液体可溶性カルシウム塩の溶液を含有している密封容器内に、インプラントを（使用されることになるまで恒久的に）保管する基本的なステップを含み、このステップでは、この溶液の濃度は２０〜２０００ｍＭの間にある。インプラントはこの溶液に接触した状態で保管され、外部から隔離される。この場合、インプラントは当然ながら湿潤した最終仕上がり表面を有しており、この塩はそのイオンに解離しており、従ってカルシウムは遊離している。インプラントは、パッケージ段階以降、常に浸漬しているので、外部汚染から保護されている。

使用されることになる少なくとも１種の極性液体可溶性カルシウム塩の溶液の種類に関して、本発明による第１及び第２の方法は、脱イオン水溶液又はエタノール溶液中の任意の水和状態で塩化カルシウムが使用されるか、或いは、脱イオン水溶液中の任意の水和状態で酢酸カルシウムが使用されることが好ましい。これらのカルシウム塩は、水への溶解度が高いので好ましい。すなわち、塩化カルシウムの場合、周囲温度において６０ｇ／１００ｍＬを超え、また酢酸カルシウムの場合、３０ｇ／１００ｍＬを超えており、これらは、問題の濃度において、これらの塩のイオンが完全に解離していることを意味する。水よりもエタノールの方がより小さな表面張力を有し、エタノールは処理すべき表面の濡れ性を増強するので、塩化カルシウムのエタノール溶液は有用である。この方法では、その施用前の最終段階のインプラントは、使用する溶媒の種類（脱イオン水又はエタノール）にかかわらず、塩化カルシウム水和物又は酢酸カルシウム水和物（水分子を有する）を含む。その結果、溶媒がエタノールの場合、エタノールは蒸発し、標準的な状態では、表面にある過剰のカルシウム堆積物が水和限界に到達するまで、エタノールは大気中の水によって置き換えられる。この水和限界は、環境の相対湿度によって決まる。水和レベルがより大きいこと又はより小さいことは、インプラント表面のカルシウム有効量には影響しないが、この有効量はカルシウム溶液への浸漬工程中のカルシウムの保持量によって決まり、且つ基本溶液のカルシウム濃度及び利用可能な表面と共に増加する（試験１を参照されたい）。浸漬時間は、インプラント表面全体が、カルシウムによって均等に被覆されていることを確実とするために、少なくとも５秒としなければならない。

本発明による第３の方法では、脱イオン水溶液中の任意の水和状態において塩化カルシウムが使用されるか、或いは、脱イオン水溶液中の任意の水和状態において酢酸カルシウムが使用されることが好ましい。第１及び第２の方法で使用することができる塩化カルシウムのエタノール溶液は、この第３の方法では使用されない。これは、インプラントは溶液中で保管されるので、インプラント表面全体の濡れ性は既に保証されており、且つエタノールを使用する場合、（容器からインプラントを取り出すと）エタノールが蒸発するまで臨床工程を遅らせることになり、さらにイオン化カルシウムが大気中の水粒子によって再水和されるようになるからである。エタノールは血液に対して抗凝固作用を有するので、インプラント表面が依然としてエタノールを含有している間に、インプラントを装着するのは適切ではないことを考慮しなければならない。

第１及び第２の方法の場合、少なくとも１種の極性液体可溶性カルシウム塩の溶液の濃度は、好ましくは２０〜２０００ｍＭを含む。一方、第３の方法の場合、溶液の濃度は必ずこの範囲内にある。この範囲は、以下の詳細な実験によって示される通り、インプラントが前述の親水特性、大気性汚染に対する保護、及び石灰化促進特性を示すことを確実にする。インプラントがさらに凝固原特性を示すことを確実とするために、やはり試験で示される通り、少なくとも１種の極性液体可溶性カルシウム塩の溶液濃度は、１００〜１０００ｍＭの間になければならない。

本発明によるインプラントは、表面が親水性であり、大気性汚染に対する保護、凝固原及び石灰化促進をもたらすのに加え、以下に詳細説明される追加の利点を示す。

知られている通り、チタン製の歯科用インプラントの表面は、表面の酸化チタンに伴ってＯ⁻及びＯＨ⁻イオンを含むので、極性表面である。インプラントが患者に取り付けられると、インプラントの極性表面は血流に接触する。知られている通り、患者に存在しており、骨の生成過程に関与し、且つ電荷を有する非常に多くの水溶性生体分子が、インプラントの極性表面に結合する可能性がある。特に、血流中に存在している遊離カルシウムＣａ^２＋イオン（約０．４ｍｇ／ｍＬ、Ｅｌｌｉｎｇｓｅｎ ＪＥ、１９９１年、Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓを参照されたい）は、インプラント表面の負荷電との静電結合を最後には形成し、この静電結合は、埋込み後の中長期間においてインプラントの骨結合を促進するのに非常に役立つことが知られている。具体的には、ＯＨ⁻−Ｃａ^２＋静電結合のＣａ^２＋イオンは、生体環境からＨ_ｘＰＯ_４ ^３−ｘの吸着を引き起こし、骨の前駆体であるリン酸カルシウム相の形成を促進する。さらに、カルシウムは、特異的なカルシウム結合機構によって、骨の再生成過程に関与する酸残基（負電荷）を有する多くのタンパク質を引きよせる能力がある。要するに、生体材料としてチタンが成功をおさめるのは、血液中に存在しているカルシウムとチタンの結合が、チタン表面（チタンの酸化物）へのタンパク質の吸着機構、及びその後の骨結合に至る過程の根本的基礎をなすという事実に起因している。

本発明によって、（患者と接触する前に）カルシウムイオンを有する溶液に予め暴露した酸化チタン表面を有するということは、患者に接触する前に、このカルシウムの一部が表面の部分的な負電荷と静電的に結合することを意味している。その結果、表面は大気性汚染の対象にはならないので、表面がＣａ^２＋イオンを吸着する潜在能力（単位表面当たりの改善された吸着性能）を十分に利用することになる。

一般に、本発明の対象であるインプラントの表面は、以下の２つの理由のためにより迅速で一層優れた骨結合を可能にする。第１に、表面のカルシウムイオンが直ちに利用可能となるため、第２に、実質的にはインプラント表面のＯＨ基すべてが使用されるという事実より、より多くの表面カルシウムイオンが結晶相の核形成点として働くことができるためである。その結果、本発明は、埋込み後のごく初期からカルシウムによって開始される過程が起こり、インプラント周辺により迅速で質が一層高い骨再生が得られることを可能にする。

本発明による方法はまた、インプラントが希塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）溶液又は希水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）溶液に保管される従来法に対して、相違点があり、また異なる効果を有する。すべての方法において、インプラントの疎水性はインプラント粗さにより（粗さに保持されている空気の放出によって）排除され、インプラントは大気中のある種の炭化水素との接触から保護され（Ｓｔａｄｌｉｎｇｅｒ Ｂ、２００９年、Ｊ、Ｃｌｉｎ Ｐｅｒｉｏｄｏｎｔｏｌに言及されている場合では、本発明のように、インプラントを溶液中に保存又は保管したり、保護層を有するのに代え、使用直前に浸漬されるのでこの場合を除く）、これにより表面がより清浄になる。しかし、この従来法では、インプラントは、（図５の詳細説明からわかるように）凝固カスケード内の生物活性をもたないＮａＣｌ又はＮａＯＨ中に保管されるのに対して、本発明によるインプラントでは、前述した２つの有利な効果が達成される。すなわち、第１に、インプラント表面のヒドロキシル基へのカルシウムイオンの先行する結合であり、これは生体石灰化、及びインプラント周辺における完全なマトリックス形成、すなわち骨結合を促進し、第２に、インプラント表面のヒドロキシル基に結合していない過剰のカルシウムは放出されて、（挿入後の初期の期間に、凝固過程及び暫定的なマトリックス形成を開始するための）独自の利点をもたらすことである。本発明によるインプラントの特質は、臨床上最も重要な位置、すなわち骨−インプラント界面において、まさに最初から存在する。

さらに、特許ＷＯ０２２４２４３Ａ１（連続的に異なる酸に浸し、次に中和、洗浄、及び濃厚増殖因子血漿（ＰＲＧＦ）の適用によるインプラントの表面処理が記載されている）に記載されている方法に関して、本発明によるインプラントには、ＰＲＧＦに可溶なカルシウム塩が既に提供されるので、ＰＲＧＦは塩化カルシウムによって活性化される必要はなく、インプラントの表面に接触するだけで活性化され、臨床適応での改善がなされていることになる。

一連の実験を以下に説明するが、それらの結果は、本発明によるインプラント表面が、親水性、大気性汚染に対する保護、並びに凝固原特性及び石灰化促進特性を実際に有していることを示しており、これらすべてが本明細書全体にわたって述べられている。さらに、後の実験では、表面の石灰化能力の検討を行い、また、カルシウム被膜がアパタイトを形成する能力を、非被覆表面と比較して試験している（すなわち、表面の石灰化促進特性を試験した）。最後に、細胞毒性検討を行い、骨芽細胞に対して、こうした被膜が何らかの悪影響を及ぼすことを排除することができた（すなわち、本発明の被膜が、インプラントへの骨芽細胞の適切な（ｃｏｒｒｅｃｔ）癒着を生じさせることが見出された）。

実験は以下の通りである。
−試験１：表面のカルシウム量の算出原理
−試験２：局所解剖的特性評価及び組成分析
−試験３：親水性及び汚染に対する保護
−試験４：凝固原特性
−試験５：石灰化促進特性
−試験６：細胞毒性

試験１：表面のカルシウム量の算出原理
１．目的
最初の試験の目的は、次のパラメータに従って単位表面当たりの持ち出されたカルシウムの量を決定することであった。ＣａＣｌ_２溶液は、脱イオン水又はエタノールを溶媒として使用したという事実；この溶液のＣａＣｌ_２濃度。

２．材料と方法
使用したすべての反応物（ｒｅａｃｔｉｖｅｓ）は、Ｓｃｈａｒｌａｂ Ｓ．Ｌ．社（Ｂａｒｃｅｌｏｎａ（スペイン））から得た。

インプラント表面を調製した。Ｓａ＝０．７μｍ及びＳｄｒ＝３５％の粗さを有するインプラントを使用した。このインプラントは、Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−１００、アセトン及びエタノールで２０分間、超音波洗浄した。各基本溶液濃度について、５つのインプラントを使用した。

溶液を調製した。塩化カルシウム二水和物ＣａＣｌ_２・２Ｈ_２Ｏ（ＣａＣｌ_２）を溶質として使用した。９５ｗｔ％エタノール及び脱イオン水を溶媒として使用した。溶液濃度は２８〜９１２ｍＭの範囲とした。

次に、迅速な浸漬を行い、滴定を行った。具体的には、様々な濃度の塩化カルシウム溶液１ｍＬを含有しているバイアル中で、インプラントを迅速な浸漬（５秒）に暴露した。次に、インプラントを取り出し、水１ｍＬを有するバイアルに入れた。５時間後、各バイアルの内容物（インプラント＋水）を、エルレンマイヤーフラスコ中で堆積させた。次に、バイアルの全内容物を洗い流すために、水１ｍＬをエルレンマイヤーに４回添加した。インプラントは滴定中、浸漬したままにした。ＥＤＴＡ０．０５Ｍを滴定剤として使用し、２ＭのＮａＯＨによりｐＨ１１に調節した。ムレキシドを指示薬として使用した。
迅速な浸漬後、次に、インプラントを真空加熱器中、６５℃で１時間暴露して乾燥した。

３．結果と考察
３．１ 溶媒選択

使用溶媒の種類による、表面によって持ち出されたカルシウムの量を確認する予備試験は、カルシウムがエタノールに溶解している場合、水に溶解している場合ほど、表面カルシウム値において分散されていない被膜が生じることを示した（表１）。これは、エタノールは水より小さい表面張力を有する液体なので、迅速な浸漬において、粗面全体の浸透（ｓｏａｋｉｎｇ）がより均質になるという事実による。エタノール中のＣａＣｌ_２ではあるが乾燥しない場合、エタノールは完全には蒸発せず水による部分的な再水和が起こる恐れがある。従って、より高い再現性を達成する手段として、エタノール中のＣａＣｌ_２への迅速な浸漬、及びその後の乾燥を含む方法を選択した。
３．２ 単位表面当たり持ち出されたカルシウムの量

図１は、表面のカルシウム量とインプラントを処理する溶液の初期カルシウム濃度との関係を示す（具体的に、図は、粗面を得るために、様々な濃度のＣａＣｌ_２のエタノール溶液に迅速な浸漬（５秒）を行い、次いで真空下６５℃で１時間乾燥した後の、単位表面（ｍｍ^２）当たりのカルシウム量（μｇ）を示す）。溶媒としてエタノールを使用すると、各値の偏差値は最小値になることを意味する。

得られたデータの線形回帰から推定される表面負荷係数は、３．４±３ｎｇ・ｍｍ^−２・ｍＭ^−１である。

以下の試験結果は、ＣａＣｌ_２溶液の初期濃度からではなく、この係数で算出した表面のカルシウム量に従って表す。

試験２：局所解剖的物性評価及び組成分析。
１．目的
この試験の目的は、カルシウム被覆表面の形態を評価して、極性液体への浸漬暴露前後の組成を決定することである。
２．材料と方法

使用したすべての反応物は、Ｓｃｈａｒｌａｂ Ｓ．Ｌ．社（Ｂａｒｃｅｌｏｎａ（スペイン））から得た。

インプラント表面は、直径６ｍｍ、高さ３ｍｍ、並びに粗さＳａ＝０．７μｍ及びＳｄｒ＝３５％を有するディスクを使用して調製した。このディスクは、Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−１００、アセトン及びエタノールで２０分間、超音波洗浄した。

溶液を調製した。ＣａＣｌ_２・２Ｈ_２Ｏ（二水和物）を、溶質として使用した。９５ｗｔ％エタノールを溶媒として使用した。

被膜を作製するために、２．４μｇ／ｍｍ^２の最終濃度をもたらすよう、類似のインプラント表面によって運び出される量に等しい量を堆積させた。

次に、ディスクは、溶液による被覆後、真空加熱器中、６５℃で１時間暴露して乾燥した。洗浄に暴露したディスクもまた、脱イオン水に３回浸漬し、空気乾燥させた。

試料は、ＪＥＯＬ ＪＳＭ−５５００ＬＶ走査型電子顕微鏡（昭島市、東京（日本））、及び、周期表中の炭素（を含む）より上に位置している元素を検出することができるＯｘｆｏｒｄ Ｉｎｃａ ３００エネルギー分散型分光計（ＥＤＳ）（Ｗｉｔｎｅｙ、Ｏｘｏｎ、英国）を使用して解析した。画像は、２０ｋＶの加速電圧で撮影した。

３． 結果と考察
３．１ 被膜の形態
非被覆ディスクとは異なり（図２）、カルシウム被覆ディスクに、基礎をなす粗面上に１つの層を見ることができる（図３）。この表面は脱イオン水中で洗浄されたとき、カルシウム被膜が消失してしまったように見えることがわかり（図４）、おそらく、処理した極性媒体中に溶解している。これは、血液又は血漿に接触した場合に所望の効果を奏する（試験４を参照されたい）。
３．２ 元素分析

カルシウムがもたらす表面の組成分析により、表面上に塩が存在していることが明らかになる（図６）。Ｃａ／Ｃｌ比は、塩（ＣａＣｌ_２）の組成に正確に一致しており、Ｃｌの量はＣａのおよそ２倍である。洗浄後、電子顕微鏡（図４）によって明らかなように、どのように塩のほとんどが表面から消失し（図７）、浸漬した極性媒体に移ったかを見ることができる。これは、表面が暴露される極性液体が血液又は血漿である場合、表面で凝固を開始するために必要な効果である（試験４を参照されたい）。しかし、ＥＤＳによって依然として少量が検出されており、結果は、ＸＰＳ（Ｘ線の写真分光法は、Ｅｌｌｉｎｇｓｅｎ ＪＥ、１９９１年、Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓを参照されたい）によって以前に得られた結果と一致して表面のカルシウム量の存在を確認し、このことは、生体石灰化という次の段階にとって有用なものとなり得る（試験５を参照されたい）。

一方、カルシウム処理し、洗浄した又はしない表面のスペクトル中に炭素ピークが存在しないことは（図６及び７）、清浄後のカルシウム処理により、カルシウム未処理の試料で起こる（図５）大気中の炭化水素の吸着による汚染が防止されることを示している。

この試験は、被膜の形態の決定、さらに極性液体への暴露前後の被膜の組成物の測定に役立った。本試験の結果は、やはり試験３、４及び５の結果の解析にも非常に有用である。

試験３：親水性及び汚染に対する保護
１．目的
第３試験の目的は、接触角の変化を、時間及び異なる洗浄による、インプラントによって保持されたカルシウム量及び表面カルシウムの分布（ｐｒｅｖａｌｅｎｃｅ）の関数として決定することである。
２．材料と方法

使用したすべての反応物は、Ｓｃｈａｒｌａｂ Ｓ．Ｌ．社（Ｂａｒｃｅｌｏｎａ（スペイン））から得た。

インプラント表面は、直径１２．７ｍｍ、高さ１ｍｍ、並びに粗さＳａ＝０．７μｍ及びＳｄｒ＝３５％を有するディスクを使用して調製した。このディスクは、Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−１００、アセトン及びエタノールで２０分間、超音波洗浄した。各基本溶液濃度について、８つのディスクを使用した。

溶液を調製した。ＣａＣｌ_２・２Ｈ_２Ｏ（二水和物）を溶質として使用した。９５ｗｔ％エタノールを溶媒として使用した。

被膜を作製するために、０．２、０．７、１．４、２．４及び２．９μｇ／ｍｍ^２の最終濃度をもたらすよう、類似のインプラント表面によって持ち出される量と等しい量を堆積させた。

次に、３つのディスク試料を分けた。ａ）第１の試料は、表面の汚染の点での空気暴露時間の影響及び親水性の潜在的損失を測定する目的で使用するためのもので、洗浄に暴露しなかったもの、ｂ）第２の試料は、穏やかな洗浄に暴露したもの（脱イオン水に３回浸漬）、ｃ）第３の試料は、徹底した（ｉｎｔｅｎｓｅ）洗浄に暴露したもの（５分間の超音波洗浄）。

溶液による被覆後、次に、ディスクを真空加熱器中、６５℃で１時間暴露して乾燥した。ディスクは、１日及び３日間空気に暴露し、安定性を経時的に測定した。

接触角を測定するために、ＫＳＶ Ｔｈｅｔａ Ｔ−２００の光学張力計（Ａｔｔｅｎｓｉｏｎ（登録商標）、Ｈｅｌｓｉｎｋｉ（フィンランド））を使用した。暴露３０秒後、左右の接触角の測定値の平均をとった。

３．結果と考察
３．１ 処理時間の影響
迅速な浸漬処理時間（５秒）、３時間の浸漬及び５０日間の浸漬について、接触角の点で、様々な濃度の基本溶液での各ディスクのインキュベーション時間の影響を測定した。結果（図示せず）は、基本溶液中のインキュベーション時間に関して有意差がないことを示し、この結果、この方法で記載する、５秒間の迅速な浸漬及び加熱器乾燥という共通のプロトコルを採用した。
３．２ 汚染に対する保護

大気中への被膜の暴露による効果を評価し、且つ空気中に浮遊する疎水性粒子の取り込みによる親水性の潜在的損失を測定するために、被膜の作製後、表面を様々な時間、空気に暴露させた。図８は、表面のＣａ^２＋量及び暴露時間の関数としての、度単位の接触角の変化を示す。結果は、表面が１〜３日間、環境に起因する汚染に暴露される場合、接触角はほとんど変わらないことを示している。換言すると、本試験は、表面のカルシウム堆積物により、大気中の炭化水素での汚染による疎水化が防止されることを示した（カルシウムを有する、及び有さない表面の元素組成に関して、試験２も参照されたい）。

３．３ カルシウム堆積物の安定性
被覆及び乾燥後、ディスクを水中での２種の清浄に暴露した。目的は、洗浄後、十分な表面カルシウムが留まって元の被膜の親水性状態を維持しているかどうかを測定することであった。このため、ディスクを、脱イオン水への３回の浸漬を含む穏やかな洗浄、及び５分間超音波清浄に暴露した徹底した洗浄に暴露した。

図９は、表面のＣａ^２＋量及び洗浄方法による、度単位の接触角の変化を示す。以下に見出されるように、
−未洗浄ディスク（図中、正方形の印）では、単位表面当たり０．７μｇ／ｍｍ^２のカルシウムから、被膜は表面に超親水特性を（接触角＜５°）をもたらしている。
−穏やかな洗浄に暴露したディスクでは（図中の丸印）、他の極性液体（水、血漿、血液）中にインプラントを浸漬するという条件であって、表面カルシウムの一部が媒体中に拡散し、従って表面から離れることができる条件を模擬するが、接触角は未洗浄表面に比べて増加するが、未被覆の参照試料と比較すると、かなり親水的な状態（＜２０°）を保持している。
−徹底した洗浄に暴露したディスクでは（図中の三角印）、５分間の超音波洗浄による極端な条件を模擬するが、接触角の測定値は決して２０未満には低下せず、これは最小量のカルシウムで被覆した際穏やかな洗浄を行った場合にすら起こった。この種の清浄により、十分な割合のカルシウム被膜が除去され、接触角が有意に向上するというのは論理的のように思われる。しかし、１．４μｇ／ｍｍ^２からでは、徹底した清浄は過剰分には影響を及ぼさないようであり、接触角は２０〜３０°の範囲のままである。それにもかかわらず、カルシウム表面の方がカルシウムを有さない表面よりも親水性が高いということを、超音波清浄でさえも変えることはできないという点を指摘すべきである。無意味とは言えない量の被膜が、粗面の空洞に残っていると仮定することができる。

カルシウムのない参照試料の場合、接触角の間の違いは、乾燥及び接触角測定前の最後の段階が、「洗浄した」試料の場合は水、及び「未洗浄の」試料の場合エタノールであることによる。エタノール溶媒は、表面のヒドロキシル化度をより高くし、従って、こうした種類の試料における接触角を低下させる。

従って、親水特性に関し、本試験は、過度の機械的な清浄工程に暴露した後でさえも、記載した方法に従って処理したインプラントの特性の方が、未処理のインプラントよりも、実質的に親水性が高いままであることを示している。

試験４：凝固原特性
１．目的
第４試験の目的は、単位表面当たりどの程度のカルシウム量により、血漿凝固が開始可能であるかを測定することであった。この目的のために、体積（表面積でない）で凝固を引き起こすのに最も適した血漿中のカルシウムの濃度範囲を決定した。次いで、表面カルシウムが存在する場合に、どのような表面カルシウムの濃度範囲が凝固を刺激するのかを測定した。ナトリウム系の表面処理（ＮａＯＨ及びＮａＣｌ）の追加の検討も行い、それらの非凝固原的性質を確認した。
２．材料と方法

使用したすべての反応物は、Ｓｃｈａｒｌａｂ Ｓ．Ｌ．社（Ｂａｒｃｅｌｏｎａ（スペイン））から得た。

血漿は、３人の健康な患者から血液を採取して調製した。濃厚成長因子血漿（ＰＲＧＦ）を得るために、特許ＥＰ１０６６８３８Ｂ１に記載されている技法に類似の技法を適用した。すなわち、血液は４６０Ｇで８分間遠心分離機にかけた。次に、血漿の層を、手作業によるピペット操作によって、赤血球と白血球から分離した（この場合、ＥＰ１０６６８３８Ｂ１に記載のプロトコルとは異なり、実験を実施するために必要な標準体積のため、単に血小板がより豊富な部分ではなく、血漿の層全部を選択した）。赤血球及び白血球はどちらも廃棄した。

溶液中のカルシウム濃度のどんな範囲が、血漿凝固を開始することができるのかを決定する目的、及びこの溶液で表面を修飾する前工程として、カルシウムの体積濃度の関数としての凝固度を以下の様に測定した。

ａ）カルシウムの体積濃度の関数としての凝固
凝固を開始する血漿中のカルシウムイオンの濃度の範囲を決定する目的で、ＣａＣｌ_２・ＥｔＯＨ１０μｌを、２８〜２０００ｍＭの間の濃度で、９６ウェルを含むマルチウェルプレートの底に入れた。ウェルの内容物を乾燥させて（すなわち、エタノール蒸発を生じさせ、その後自動水和させた）、次に、ウェルを血漿２００μｌで満たし、血漿中のカルシウムの最終濃度を１．３、２．５、１２．５、２２．８、４５．６及び１００ｍＭにした。ポジティブ対照（Ｃｔｒｌ＋）については、プレートに入れる前に、１０ｗｔ％カルシウム六水和物１０μｌを血漿２００μｌ（最終濃度２２．８ｍＭとなる）中で混合し、次に、対照ウェルに入れた。ネガティブ対照（Ｃｔｒｌ−）を同一方法で調製したが、１０ｗｔ％カルシウム六水和物１０μｌによって活性化はしなかった。各場合において８つの試料を使用した。吸光度は、後述する方法で直ちに測定した。

ｂ）カルシウムを有する、又は有さない表面存在下における凝固
第一に、表面を調製した。過剰の表面カルシウムを計測する凝固の検討において、読取ビームを縦方向に動かせるよう、中空管を使用した。この管は直径６ｍｍを有しており、壁は１ｍｍと測定され、Ｓａ＝０．７μｍ及びＳｄｒ＝３５％の粗さを有した。管を、Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−１００、アセトン及びエタノールで２０分間、超音波洗浄した。一濃度あたり、８本の管を使用した。

溶液を調製した。まず、カルシウム溶液は、ＣａＣｌ_２・２Ｈ_２Ｏ（二水和物）の溶質と、９５ｗｔ％エタノール及び脱イオン水の溶媒とで調製した。次に、５０ｍＭのＮａＯＨの脱イオン水溶液、及び０．９ｗｔ％ＮａＣｌの等張溶液を調製した。

次に、検討する様々な濃度の塩化カルシウム溶液１ｍｌを含有しているウェル中で、管を迅速な浸漬（５秒）に暴露した。浸漬後、管を加熱器中、真空下で１時間、６５℃に暴露することによって乾燥した。ＮａＯＨ及びＮａＣｌで処理した管をこの溶液に暴露させ、ちょうど商業品で使用されるように、乾燥させることなく直ちに使用した。

ウェル中の管は各々、マルチピペットで１４０μｌの血漿で満たした。ポジティブ対照及びネガティブ対照は、体積測定と同一の方法で調製したが、今回は、ウェル中の管を用いた。さらに、血漿の体積（１４０μｌ）に従って、ポジティブ対照に使用した１０ｗｔ％カルシウム六水和物の量を選択した（すなわち７．４μｌ）。

管を満たした直後に、４５０ｎｍの波長で分光光度計により吸光度（光学密度）を測定した。測定温度は３７℃であり、記録は、１００分間の測定で１分毎に行った。結果を、ポジティブ対照（凝固度は対照＝１）に対して正規化した。

３．結果と考察
速度凝固曲線全体（それらの比較検討が複雑なので含まれていない）は、開始値（０）に等しく吸光度が変化しないままの５〜１０分の潜伏期間があり、さらにフィブリンのネットワークが形成されて凝固過程の一部として密度を高めるにつれて、ある時点から経時的に値が徐々に増加していることを示している。この逐次的な交差結合は、徐々に読取ビームの通過を阻み、従って、吸光度が増加する。吸光度の値はその過程開始の約３０分後に安定し、これはこの過程が終了したことを示している。様々な試料間での比較をすることができるように、吸光度（光学密度）の値を照合するのはこの時点である。

このようにして、図１０は、利用可能なカルシウム量による、ポジティブ対照（Ｃｔｒｌ＋＝１）に対して正規化した体積での最終的な凝固度（表面を用いていない）を示している（血漿中のカルシウムの最終濃度を括弧内に示す）。グラフは、血漿中のカルシウム濃度が２．５〜４５．６ｍＭの間の範囲内で、凝固度がポジティブ対照の凝固度さえ超えることがあることを示している。

図１１は、様々な表面処理の関数として、ポジティブ対照の値に対して正規化したチタン製の管内部の凝固度を示している（括弧内には、表面のカルシウムのすべてが血漿中に自由に移って凝固を生じると仮定して、試料が表面カルシウムを含有しているとした場合の、血漿中における理論上のカルシウム濃度を示している）。グラフは、起こるべき凝固過程が終了したときの、管内部の凝固度を示す。図１２もまた、様々な表面濃度におけるカルシウム表面の被膜についてのみ、凝固度を示している。

図１１及び図１２は、図１０と同じ実験であるが、表面に取り込まれたカルシウムについて行った測定を示している。市販のＮａＯＨ及びＮａＣｌによる表面修飾が表面の凝固を促進する能力があるかどうかを確認する手段として、これらも検討した（図１１）。ポジティブ対照は前の場合と同じ方法で実施した。１０ｗｔ％カルシウム六水和物を、血漿２２．８ｍＭと混合し、（未処理表面を有する）ウェルの中で堆積させた。

カルシウムのない表面の場合（ネガティブ対照、ＮａＯＨ及びＮａＣｌ）、凝固に不十分であることは明白である。カルシウムを有する表面の場合には、ある一定のカルシウム濃度範囲において、凝固過程はより大きかったりより小さかったりする。具体的には、０．５２μｇ／ｍｍ^２の濃度は凝固を引き起こすのに不十分であるが、０．７〜３．５μｇ／ｍｍ^２までの範囲では、ある場合には、ポジティブ対照の場合よりも、より大きなシグナルが得られることさえある。カルシウムを有する表面によって得られた凝固度は、１μｇ／ｍｍ^２以降、ポジティブ対照の凝固度（すなわち、少なくとも１）と少なくとも同じであり、この値は、１〜３．５μｇ／ｍｍ^２の範囲内では、顕著に増加しないように思われる。しかし、３．５μｇ／ｍｍ^２以降では、凝固過程が５μｇ／ｍｍ^２以降において完全に阻害されるまで、最終凝固度は低下する。

要するに、この試験は、表面に関し体積（ｖｏｌｕｍｅ）の点で知られていることを裏付けており、換言すると、理想的な凝固過程を開始する表面カルシウム濃度の範囲が存在し、この範囲の外側では、凝固は起こらないということである。ＮａＯＨ及びＮａＣｌ系の市販の被膜はカルシウムを欠いているので、凝固を促進することもできない。

試験５：石灰化促進特性
１．目的
この試験の目的は、カルシウム表面処理に暴露した試料でリン酸カルシウム相が形成される能力を評価して、このような表面がアパタイト生成を刺激する能力を決定することであった。
２．材料と方法

使用したすべての反応物は、Ｓｃｈａｒｌａｂ Ｓ．Ｌ．社（Ｂａｒｃｅｌｏｎａ（スペイン））から得た。

インプラント表面は、直径８ｍｍ、高さ３ｍｍ、並びに粗さＳａ＝０．７μｍ及びＳｄｒ＝３５％を有するディスクを使用して調製した。このディスクは、Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−１００、アセトン及びエタノールで２０分間、超音波洗浄した。測定は、表面の種類（カルシウムを有する、カルシウムを有さない）当たり３つの異なるディスクの様々な場所で行った。

カルシウム溶液を調製した。ＣａＣｌ_２・２Ｈ_２Ｏ（二水和物）を、溶質として使用した。９５ｗｔ％エタノールを溶媒として使用した。

被膜を作製するために、２．４μｇ／ｍｍ^２の最終濃度をもたらすよう、類似のインプラント表面によって運び出される量と等しい量を堆積させた。

リン酸カルシウム相の電気化学的支援堆積（ＥＣＡＤ）については、ＰＧＳＴＡＴ Ｔ３０２Ｎポテンシオスタット／ガルバノスタット（Ｍｅｔｒｏｈｍ Ａｕｔｏｌａｂ Ｂ．Ｖ．、Ｕｔｒｅｃｈｔ、オランダ）を組み合わせて使用した。この装置は、電気分解中に３６±１℃の一定温度を確保するために、ジャケット付き電気化学電池につないだ。作用電極はカソードとして構成し、分極を定電流モードで行った。実験については、各試料に−１５ｍＡ／ｃｍ^２の電流密度を３０分間適用した。リン酸カルシウム相の堆積に使用した電解質は、１．６６ｍＭのＣａＣｌ_２及び１ｍＭのＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４の濃度に調製した。電解質のｐＨは、ＮＨ_４ＯＨによって６．４に調節した。

石灰化処理に続いて、試料を脱イオン水中で５回洗い、不安定な残留物をすべて除去して、その後の分析の前に空気乾燥させた。

試料の石灰化を評価するために、薄い被膜用のＡＴＲ（減衰全反射法）モジュールを備えたＦｏｕｒｉｅｒ ＦＴＩＲ Ｎｉｃｏｌｅｔ（登録商標）６７００ ＦＴＩＲ変換赤外線分光器（Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ（登録商標）、Ｗａｌｔａｍ、米国）を使用した。各試料の５つの異なる場所で、１つの試料あたり合計３２の走査を行い、被膜の均質性を確認した。
３．結果と考察

試料の粗さ及び試料のリン酸カルシウム被膜の薄さのために、ＫＢｒペレットで分析を行うために十分な量の試料を抽出することはできなかった。ＡＴＲ法を使用したのは、この理由による。今回の場合、ＡＴＲ法の利用による４００〜６００ｃｍ^−１の範囲の情報欠如は、両方の被膜がヒドロキシアパタイトで形成されているので問題にはならない。図１３は、カルシウムを有する試料及びカルシウムのない試料の赤外スペクトルを示している。リン酸塩の吸収ピーク（１０２０ｃｍ^−１及び１０９０ｃｍ^−１におけるν_３）の分裂、及び９６５ｃｍ^−１のこぶはヒドロキシアパタイトの特徴である。８７５ｃｍ^−１における小さなピークは、結晶のネットワーク中における炭素の置換に起因しており、これが炭酸化ヒドロキシアパタイトであることを示している。１４２０ｃｍ^−１のピークはまた、この種のヒドロキシアパタイトを示すものである。炭酸化ヒドロキシアパタイトは両方の試料で得られたが、カルシウムを有する試料の場合にピーク強度がより大きいことは、これらの被膜は同一実験条件において、アパタイト堆積の増加を引き起こすことができることを示している。カルシウムを有する被膜はまた、かなり多くの水和化ヒドロキシアパタイトを生成させ、ヒドロキシル基の特徴的な振動モードが、３４００ｃｍ^−１付近でかなり強くなる。ピーク強度がより大きくなることに加えて、カルシウムを有する試料の場合に指摘すべき別の面は、炭酸化ヒドロキシアパタイト（１４６０及び１５５０ｃｍ^−１）及び水和化ヒドロキシアパタイト（１６３０ｃｍ^−１）のピークがさらに存在していることであり、これらのピークはカルシウムのない試料には存在しない。

要するに、この試験は、同一の実験条件では、予めカルシウム処理したディスクの方が、未処理ディスクよりも、表面へのヒドロキシアパタイト堆積を迅速に生成することができることを示した。

試験６：細胞毒性
１．目的
第６試験の目的は、標準ＵＮＥ−ＥＮ ＩＳＯ １０９９３−５：２０００に従って、ｈＦＯＢ１．１９細胞に２４時間接触した後、カルシウムを有する被膜の毒性を生物学的に評価することであった。
２．材料と方法

細胞培養した。ｈＦＯＢ１．１９細胞系（ＡＴＴＣ ＣＲＬ １１３７２）を、１０％ウシ胎児血清、１％ペニシリン−ストレプトマイシン、１％グルタミン及び０．３ｍｇ／ｍＬのＧ４１８で仕上げたＤＭＥＭ−Ｆ１２（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ １１０３９−０２１）中で培養した。

表面は、直径６ｍｍ、高さ３ｍｍ、並びに粗さＳａ＝０．７μｍ及びＳｄｒ＝３５％を有するディスクの形態で調製した。ディスクをＴｒｉｔｏｎ Ｘ−１００、アセトン及びエタノールで２０分間、超音波洗浄した。一濃度あたり、５つのディスクを使用した。

溶液は、ＣａＣｌ_２・２Ｈ_２Ｏ（二水和物）を溶質として、９５ｗｔ％エタノールを溶媒として使用して調製した。

被膜を作製した。類似の表面インプラントによって持ち出されるカルシウム量と等しい量をカルシウム被覆ディスクに堆積させて、各濃度について、０．３６、１．７９及び３．２６μｇ／ｍｍ^２の最終濃度をもたらすようにした。

試料の取り扱いについては、それらすべてをβ２５〜５０ｋＧｙの滅菌に暴露した。ネガティブ対照としてＰＶＣ試験管を使用し、ポジティブ対照として高密度ＰＥ試験管を使用した。これらの対照はエタノールを使用して滅菌した。滅菌状態で、試料を９６のウェルプレートに入れ、細胞を後で添加した。

細胞系及び試験の実施については、ｈＦＯＢ１．１９細胞系の細胞を増殖させて、細胞懸濁液を得た。１．５×１０^４個の細胞を培地／ウェル中の検討試料の上に散布した。プレートを３７℃及び５％ＣＯ_２で２４時間インキュベートした。５つの複製物を各試料／対照に使用し、各試料／対照のバックグラウンドシグナルを決定する目的で、各試料／対照に１つの複製品を「ブランク」（細胞のない増殖培地）とした。接触時間の終わりに、試料毎の細胞数をＷＳＴ−１試験によって測定した。その際、一ウェル当たりＷＳＴ−１を１０μｌ添加し、４時間（３７℃及び５％ＣＯ_２、暗闇）インキュベートした。最後に、培地を各ウェルから取り出して別のプレートに移し、吸光度プレートリーダーによって４５０ｎｍの波長でプレートの吸光度を読み取った。

試料毎の細胞数を調べるために、ＷＳＴ−１法によって得られた吸光度を既知の細胞数と関連づけて曲線を作成した。ＷＳＴ−１法は、細胞のミトコンドリア活性を検出する比色法である。

試験の評価に関して、結果は、２４時間の接触後の培養物の定量的評価に基づいた。ポジティブ対照について得られた結果と比較した、各試験試料の細胞生存率を百分率で得た。
相対的な細胞生存率（％）＝
試料の細胞数／対照の細胞数（＋）×１００

結果は、ポジティブ対照に対する相違が統計的に有意であるか否か（ｐ＜０．０５）を確認するために、スチューデント（Ｓｔｕｄｅｎｔ’ｓ）の統計的ｔ検定を適用することにより、統計的に処理した。

３．結果と考察
図１４は、標準ＵＮＥ−ＥＮ ＩＳＯ １０９９３−５：２０００に従った細胞毒性試験の結果を示しており、特に、カルシウムのない（ＴｉＯ_２）、及びカルシウムを有する（１．７９μｇ／ｍｍ^２及び３．２６μｇ／ｍｍ^２）表面への２４時間暴露後の、ポジティブ対照に対する細胞生存率を示している。ポジティブ対照の結果と試料の間に、統計的に有意な相違は認められず、どの試料も細胞毒性の閾値（相対生存率７０％）を超えることがなかったので、評価した表面は、使用した骨芽細胞に対して毒性ではない。表面のカルシウム堆積は、細胞癒着及び細胞培養後２４時間の生存率に対して悪影響を及ぼさないと思われる。これらの表面は非常に吸湿性の高い被膜であるので、これらは高い浸透圧にさらされると、細胞壁を破壊する恐れがあるという懸念があり得る。過剰のカルシウムにより細胞膜受容体が飽和する恐れがあると考える理由にもなり得る。この試験はこうした悪影響を排除する。特に、カルシウム被膜に高い吸湿性があることは、カルシウム被膜が環境からの水分子によって迅速に水和し、その結果、細胞及び細胞培地が接触する時点で、浸透圧勾配が細胞溶解に関して無害レベルにまで低下することを意味する。

試験結論
本発明により、チタン製基板上に、基板表面の分布の分散が非常にわずかな均質なカルシウム被膜が得られる。溶媒がカルシウム塩を集結するのはほとんど瞬時であり、暴露時間と共に増加することはないが、溶媒中の溶質濃度と共に増加する。塩化カルシウムの吸湿特性により、水和した層を表面に形成することができ、大気中の炭化水素によって生じる酸化チタンの大気性汚染による「疎水化」作用を防止する。この保護は経時的に続く。さらに、これらの被膜は、単位表面当たり比較的低濃度のカルシウムイオンに基づき超親水性の性質を表面に与える。非常に強力な（ｈｅａｖｙ）洗浄を実施した場合でさえ、親水性の損失はわずかしか観察されず、この表面は、この場合でもカルシウムによって元々覆われていない表面よりも親水特性が高い。こうした被膜に特有な特徴は、それらが血液又は血漿などの極性液体存在下で、溶解することができることである。カルシウムは凝固カスケード及びその引き金の基本要素なので、表面の主な特性は、前述の体液と接触すると、凝固を引き起こすということである。この過程はカルシウムの濃度に依存し、その結果、本明細書は凝固が最適に起こるカルシウムの表面濃度の範囲を具体的に述べている。すなわち、ＣａＣｌ_２による処理の場合、０．７０〜３．５μｇ／ｍｍ^２、又は１００〜１０００ｍＭの間の基本溶液濃度である。石灰化能力（石灰化促進特性）の検討は、非被覆表面よりもカルシウム被膜の方がアパタイトを形成する能力が高いことを示している。最後に、細胞毒性検討により、骨芽細胞に対するこれらの被膜のいかなる悪影響も除外される。

Claims (12)

1. 人体又は動物生体用のインプラントであって、インプラントの外表面が、極性液体中に可溶な少なくとも１種のカルシウム塩を含み、該インプラントの外表面のカルシウム濃度が０．７〜３．５μｇ／ｍｍ^２であることを特徴とする、インプラント。
2. 前記外表面が固体状態のカルシウム塩を含む、請求項１に記載のインプラント。
3. 前記外表面が前記カルシウム塩の解離イオンを含む、請求項１に記載のインプラント。
4. 前記外表面が部分的に解離状態にある少なくとも１種の極性液体可溶性カルシウム塩を含む、請求項１に記載のインプラント。
5. 人体又は動物生体用のインプラントの表面を、血液、血液成分、又は血液から得られた組成物と接触させる、血液、又は血液派生物の凝固を意図的に引き起こすインビトロの方法であって、
   該インプラントの外表面は、極性液体中に可溶な少なくとも１種のカルシウム塩を含み、該インプラントの外表面のカルシウム濃度が０．７〜３．５μｇ／ｍｍ^２であることを特徴とする、方法。
6. 人体又は動物生体用のインプラントの表面を、血液、血液成分、又は血液から得られた組成物と接触させる前の時点で、前記外表面が固体状態のカルシウム塩を含む、請求項５に記載の方法。
7. 人体又は動物生体用のインプラントの表面を、血液、血液成分、又は血液から得られた組成物と接触させる前の時点で、前記外表面が前記カルシウム塩の解離イオンを含む、請求項５に記載の方法。
8. 人体又は動物生体用のインプラントの表面を、血液、血液成分、又は血液から得られた組成物と接触させる前の時点で、前記外表面が部分的に解離状態にある少なくとも１種の極性液体可溶性カルシウム塩を含む、請求項５に記載の方法。
9. 少なくとも１種の極性液体可溶性カルシウム塩の溶液を含有する容器にインプラントを保管して、該インプラントを該溶液に接触して保管し、且つ外界から隔離するステップを含み、該少なくとも１種の極性液体可溶性カルシウム塩の溶液の濃度が２０〜２０００ｍＭであることを特徴とする、インプラント表面の修飾方法。
10. 前記少なくとも１種の極性液体可溶性カルシウム塩の前記溶液中の濃度が１００〜１０００ｍＭである、請求項９に記載の方法。
11. 前記少なくとも１種の極性液体可溶性カルシウム塩の溶液の溶質が塩化カルシウムであり、溶媒が脱イオン水である、請求項９又は１０に記載の方法。
12. 前記少なくとも１種の極性液体可溶性カルシウム塩の溶液の溶質が酢酸カルシウムであり、溶媒が脱イオン水である、請求項９又は１０に記載の方法。