硫酸カルシウムの臨床応用における限界と修正点

Limitations and modifications in the clinical application of calcium sulfate.

抄録

硫酸カルシウムおよび硫酸カルシウムを主成分とする生体材料は、その優れた生体適合性、生分解性、無毒性により、何百年もの間、非荷重性骨欠損に広く用いられてきた。しかし、圧縮強度が低く、分解速度が速いことが、臨床応用における主な限界である。過剰な吸収は、骨欠損部位周辺の硫酸イオンおよびカルシウムイオン濃度の急激な上昇を引き起こし、創傷治癒の遅延や高カルシウム血症を引き起こす。さらに、吸収が速すぎるために生じる硫酸カルシウムと宿主骨との間の隙間は、骨癒合や癒合技術に悪影響を及ぼす。この問題は認識され、対処されている。十分な機械的強度がないため、硫酸カルシウムや硫酸カルシウムをベースとしたバイオマテリアルを荷重のかかる部位に使用することは困難である。このような欠点を克服するためには、硫酸カルシウムに炭酸カルシウム、リン酸カルシウム、ケイ酸カルシウムなどの種々の無機添加剤を導入することが有効な手段である。物理的・化学的性質の異なる無機材料は、硫酸カルシウム複合材料の特性を大きく改善することができる。例えば、炭酸カルシウムの加水分解生成物はアルカリ性物質であり、硫酸カルシウムの分解による酸性環境を緩衝することができる。リン酸カルシウムは分解が乏しく、硫酸カルシウムの過剰吸収を効果的に回避することができる。この総説の目的は、臨床応用における硫酸カルシウムの貧弱な特性とその合併症について概説し、硫酸カルシウムの物理化学的特性と生物学的特性に及ぼす様々な無機添加物の影響を探ることである。

Calcium sulfate and calcium sulfate-based biomaterials have been widely used in non-load-bearing bone defects for hundreds of years due to their superior biocompatibility, biodegradability, and non-toxicity. However, lower compressive strength and rapid degradation rate are the main limitations in clinical applications. Excessive absorption causes a sharp increase in sulfate ion and calcium ion concentrations around the bone defect site, resulting in delayed wound healing and hypercalcemia. In addition, the space between calcium sulfate and the host bone, resulting from excessively rapid absorption, has adverse effects on bone healing or fusion techniques. This issue has been recognized and addressed. The lack of sufficient mechanical strength makes it challenging to use calcium sulfate and calcium sulfate-based biomaterials in load-bearing areas. To overcome these defects, the introduction of various inorganic additives, such as calcium carbonate, calcium phosphate, and calcium silicate, into calcium sulfate is an effective measure. Inorganic materials with different physical and chemical properties can greatly improve the properties of calcium sulfate composites. For example, the hydrolysis products of calcium carbonate are alkaline substances that can buffer the acidic environment caused by the degradation of calcium sulfate; calcium phosphate has poor degradation, which can effectively avoid the excessive absorption of calcium sulfate; and calcium silicate can promote the compressive strength and stimulate new bone formation. The purpose of this review is to review the poor properties of calcium sulfate and its complications in clinical application and to explore the effect of various inorganic additives on the physicochemical properties and biological properties of calcium sulfate.