JP2001120582A - 人工心臓弁およびその作製方法 - Google Patents

人工心臓弁およびその作製方法

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JP2001120582A JP30163299A JP30163299A JP2001120582A JP 2001120582 A JP2001120582 A JP 2001120582A JP 30163299 A JP30163299 A JP 30163299A JP 30163299 A JP30163299 A JP 30163299A JP 2001120582 A JP2001120582 A JP 2001120582A
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Shinichiro Morita
真一郎 森田
Saburo Nakamura
三郎 中村
Shigeyuki Hirata
重幸 平田
Toshiharu Niioka
俊治 新岡
Yasuharu Imai
康晴 今井
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Tokyo Womens Medical University
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Gunze Ltd
Tokyo Womens Medical University
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Abstract

(57)【要約】 【課題】人工心臓弁を提供する。 【解決手段】筒状の基体にバルサルバ洞を有し、かつ、
基体の内部に弁尖を備えてなる人工心臓弁であって、基
体及び弁尖を生体吸収性高分子素材から構成したことを
特徴とする人工心臓弁。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、人工心臓弁及びそ
の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】僧帽弁狭窄症、僧帽弁閉鎖
不全症（逆流症）、大動脈弁狭窄症、大動脈弁閉鎖不全
症、三尖弁閉鎖不全症等の心臓弁膜症のように、弁が正
常に働かず、狭窄や逆流が生じた場合弁を交換する必要
がある。現在手術に用いられる弁には(1)機械弁(2)異種
生体弁(3)同種弁の三種類がある。
【０００３】機械弁は耐久性に優れるが、一生抗凝固剤
を飲みつづける必要がある。また動物の弁を用いる異種
生体弁は抗凝固剤を飲みつづける必要はないが、6-10年
で弁機能不全をきたすことがある。一方死体より提供さ
れるヒト凍結同種弁は長期遠隔成績が異種生体弁より優
れ、死体組織の利用が進んでいる欧米では一般的に使用
されているが、本邦においては、供給が十分ではないと
いう問題がある。
【０００４】これに対して、近年組織培養（Tissue Eng
ineering）技術を用いて生体の多くの組織を再生させる
試みが行われている。これは生体吸収性高分子からなる
足場に組織の細胞を播種し、培養することによって自己
の組織を再生しようとする試みである。すでに皮膚（M.
L.Cooper,L.F.Hansbrough,R.L.Spiel vogel et.al.:In
vivo optimization of dermal substitute employing c
ultured human fibroblasts on a biodegradable polyg
lycolic acid or polyglactin mesh. Biomaterials, 1
2:243-248,1991）や軟骨（C.A.Vacanti,R. Langer et.a
l.:Synthetic polymers seeded with chondrocytes pr
ovide a templete for new cartilage formation. Plas
t.Reconstr.Surg.,88:753-759,1991）については多くの
研究例が報告されている。
【０００５】また心臓弁についても組織培養技術による
再生の試みが行われ、弁葉構造の再生に関して良好な研
究成果が報告されている（T.Shinoka et.al. :Tissue-e
ngineered heart valve leaflets. Autologous valv le
aflet replacement study ina lamb model. Circulatio
n, 94(suppl.II):II-164-II-168,1996. T.Shinokaet.
al. :Tissue-engineered heart valve leaflets. Does
cell origin affect outocome? Circulation, 96(supp
l.II):II-102-II-107,1996 ）。
【０００６】しかしながら心臓弁全体を生体吸収性材料
にて作製する実用的な生体吸収性基材は得られていな
い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、心臓弁全体
を生体吸収性材料にて作製する実用的な生体吸収性基材
を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、以下の心臓弁
及びその作製方法に関する。 １． 筒状の基体にバルサルバ洞を有し、かつ、基体の
内部に弁尖を備えてなる人工心臓弁であって、基体及び
弁尖を生体吸収性高分子素材から構成したことを特徴と
する人工心臓弁。 ２． 生体吸収性高分子より成る繊維構造物を補強材と
して含む生体吸収性高分子材料を基体及び／又は弁尖の
素材として用いたことを特徴とする請求項１記載の人工
心臓弁。 ３． 前記基体及び／又は弁尖が多孔状である請求項１
に記載の人工心臓弁。 ４． 請求項１〜３のいずれかに記載の人工心臓弁に生
体細胞を播種して構成した人工心臓弁。 ５． 基体にバルサルバ洞を成形する工程、及び、弁尖
を基体に複合化する工程を含む人工心臓弁の作製方法。 ６． 弁尖の基体への複合化を接着により行う請求項５
に記載の方法。 ７． 弁尖の基体への複合化を縫合により行う請求項５
に記載の方法。 ８． 縫合を生体吸収性縫合糸を用いて行う請求項７に
記載の方法。 ９． 弁尖の基体への複合化を熱融着により行う請求項
５に記載の方法。 １０． 弁尖の基体への複合化を生体吸収性高分子溶液
により行う請求項５に記載の方法。 １１． バルサルバ洞を有する筒状の基体をモールディ
ングにより形成し、筒状基材の末端を内側に折り込み熱
セットすることにより弁尖を形成する請求項５〜１０の
いずれかに記載の方法。
【０００９】
【発明の実施の形態】生体吸収性材料としては、ポリグ
リコール酸、ポリ乳酸（Ｄ体，Ｌ体、ＤＬ体）、ポリカ
プロラクトン、グリコール酸−乳酸（Ｄ体，Ｌ体、ＤＬ
体）共重合体、グリコール酸−カプロラクトン共重合
体、乳酸（Ｄ体，Ｌ体、ＤＬ体）−カプロラクトン共重
合体、ポリ（ｐ−ジオキサノン）等の合成生体吸収性高
分子やコラーゲン、変性コラーゲン、ゼラチン、キチ
ン、キトサン等の天然高分子等が挙げられる。
【００１０】本発明の人工心臓弁は、生体吸収性材料か
らなる発泡体、フィルム、不織布等からなり、また、強
度が必要とされる場合には、同じく生体吸収性高分子か
らなる織物、編物、不織布等の補強材によって補強する
ことも可能である。
【００１１】補強材と人工心臓弁本体は、同一の生体吸
収性材料を用いてもよく、異なる生体吸収性材料を用い
てもよい。
【００１２】心臓弁の作製方法としては以下の方法が例
示できる。 （１）バルサルバ洞の作製 バルサルバ洞構造を有する基体作製用の型に生体吸収性
高分子溶液を流し込み、凍結後凍結乾燥する成形法によ
ってバルサルバ洞を有する基体を得る。該型は平面状で
あっても、中空円筒状（ドーナツ状）であってもよい。
基体作製用の型が平面状である場合、得られたシート状
の基体は縫合、熱融着等により筒状に成形できる。
【００１３】補強材によって補強された基体の作製は、
バルサルバ洞構造を有する基体作製用外型に強化材とし
て用いる生体吸収性高分子からなる織物、編物、不織布
等をはめ、内側から型をはめ込み、間隙に生体吸収性高
分子溶液を流し込み、凍結後凍結乾燥する成形法によっ
て実施できる。この方法によると、基体は多孔状にな
る。 （２）弁尖(内部弁)の作製 テフロン製試験管に円筒状の織物または編物、あるいは
平面状の織物または編物を円筒状に巻きつけ、融着ある
いは縫合によって円筒状としたものを外型に入れ、間隙
に基材となる生体吸収性高分子溶液を流し込み、凍結後
凍結乾燥する。この方法により、多孔状の円筒形基材を
製造できる。取り出した円筒形基材の片側の末端を内側
が重なるように折り込み（二尖の場合は２方向から、三
尖の場合は三方から）熱セットして、弁尖を得る（図
２）。 （３）複合化 上記で作製した筒状の基体のバルサルバ洞のあたりに弁
尖を挿入し、弁尖の非折り込み部分とバルサルバ洞の辺
縁を生体吸収性縫合糸で縫合する。作製した心臓弁基材
はエチレンオキサイドガス滅菌して、以下の実験に供す
る。 （４）細胞培養及び播種 大腿動脈より生体細胞（内皮細胞と線維芽細胞等）を採
取し、混合培養を行った後、人工心臓弁に播種し、内皮
細胞化させる。 （５）移植 こうして作製した心臓弁は、ヒトや動物の、成人、特に
乳幼児あるいは子供への移植に使用することができる。
【００１４】
【発明の効果】本発明によれば、機械弁、異種生体弁、
同種弁に代わる人工心臓弁を提供できる。
【００１５】また、全体を生体吸収性高分子で構成して
いるので、組織再生後に消失し、異物として体内に残存
しない。特に小児においては成長が期待できる。また、
多孔状であれば、細胞の接着性に優れる。
【００１６】
【実施例１】（１）外筒の作製 直径20mmのバルサルバ洞構造１を有する外筒用型に円筒
状のポリグリコール酸製の編物を挿入した。内側から内
型をはめた後、間隙に乳酸カプロラクトンからなる共重
合体（モル比50：50）のジオキサン溶液（５％）を流し
込み、-30℃で凍結後20℃で２４時間凍結乾燥した。乾
燥後取り出した基体２は、基材が発泡体構造で、芯材に
繊維状強化材が組み込まれた筒状の構造をしていた（断
面写真図７および平面写真図８）。図１には該筒状体の
展開図を示す。 （２）弁尖の作製 直径18mmのテフロン製試験管に円筒状のポリグリコール
酸製の織物をはめた。これを直径20mmの円筒状型に入
れ、間隙に乳酸カプロラクトンからなる共重合体（モル
比50：50）のジオキサン溶液（５％）を流し込み、-30
℃で凍結後20℃で２４時間凍結乾燥した。取り出した弁
尖は基材が発泡体構造で、芯材に繊維状強化材が組み込
まれた構造をしていた(断面写真図９および平面写真図
１０)。図２に示す三尖弁４を作製する場合は、末端を
三方から内側に折り込み、中央部で縫合したのち、100
℃３時間真空下で熱セットする。熱セットが完了した後
縫合糸を切断した。
【００１７】尚、複合化に際しては、図６に示すように
シート状の基体２を用い、上記と同様にバルサルバ洞１
と三尖弁４を一体縫合した後に筒状としてもよい。 （３）複合化 弁尖４をバルサルバ洞構造１を有する筒内に挿入し、各
バルサルバ洞１の周縁と三尖弁４の頂部５の周縁とをポ
リグリコール酸縫合糸にて一体縫合し、更に他端を円筒
状に一体縫合して弁６を有する本発明の人工心臓弁３を
得た。 （４）細胞の培養 A．細胞単離、細胞培養、細胞数増大 生後２０日のDover子羊より全身麻酔下に約2 cmの大腿
動脈を深部大腿動脈を温存して採取した。完全清潔下に
採取した組織を細胞培養液に浸漬し、クリーンベンチ内
でリン酸化生食を用いて洗浄した。次に、ペトリディッ
シュ上で外科メスを用いて単純なexplant techniqueに
準じて組織の裁断を行った。 約１-２ mm2 大の細組織
片を均等にディッシュ上に 分配し、約２０分後、組織
がディッシュ下面に強固に接着した後に培養液を加え
た。この際、組織片がディッシュから剥がれないように
注意した。
【００１８】培養液はDulbecco`ｓ Modified Eagles Me
diaに10%牛胎児血清と1 %の抗生物質溶液（Ｌ−glutami
ne 29.2mg/ml 、ペニシリンＧ 1000u/mlと Streptomyci
n硫酸塩 10,000μg/ml）を補填したものを使用した 。
【００１９】羊の血管壁細胞は5-7日後に、細胞が 組織
からディッシュ上に移動し始め、さらに一週間後には混
合細胞コロニーがexplant組織片の周囲に形成された。
さらに２-３週後に、混合細胞はディッシュ上でコンフ
ルエントの状態になった。直ちに0.25%トリプシンにで
Passageを行い、75ｃｍ２の培養フラスコ上での培養を
開始したが、概ねこのフラスコが confluentになると約
二百万個の細胞を得たことになる。５％CO2、95% O2の
環境下で細胞培養を行い、10 x 10 6個の細胞数を得る
まで培養を続けた。培養液は4-5日毎に交換した。細胞
のdoublling timeは約４８時間であった。 B. 細胞隔離、内皮細胞純化 混合細胞がコンフルエントに達し、ある程度の細胞数が
得られた段階で以下の手順に従って、FACS を用いて、
混合細胞から内皮細胞を選別分離した。 Biomedical T
echnologies 社のDil-acethylated LDL(fluorescent m
arker)(以下 D-Ac-LDL)を混合細胞培養液中に１μ g/ml
の濃度で添加し、２４時間のincubationを行った。この
マーカーは内皮細胞、マクロファージに特有な scaveng
er pathwayを通過して細胞内に取り込まれる。２４時間
後に tripsinizeを行い混合細胞細胞浮遊液を作成し、
セルソーター（FACS machine: Bectin Dickenson社製,
Mountainview, California)を使用してソートした。細
胞は 細胞の大きさと蛍光発光に基づいてDil-Ac-LDL陽
性と陰性に選別される。内皮細胞は陽性で混合培養の約
5-8%程度認めた。分離後これらを別々に培養し、内皮細
胞が二百万個になるまで継続した。尚、経過中の細胞数
の算定はトリパンブルーによる古典的な exclusion法に
従った。 C．弁葉組織構築 心臓弁並びに弁尖基材に約二千万個のDil-Ac-LDL陰性の
myofibroblastを播種(seeding)した。濃縮細胞浮遊液の
ポリマー上へのseeding直後は、３０−６０分間培養皿
上でクリーンベンチ内に放置し、その後約５０mlの培養
液を添加した。培養液は 基本的に毎日交換し、 ７日
後、動物への移植一日前に内皮細胞の細胞浮遊液（約二
百万個）でさらなるseedingを行い、この作業で単一層
の内皮細胞化を図った。 D. 動物実験 上記で作製した心臓弁を子犬の心臓弁と置換したとこ
ろ、抗凝固剤の使用無しに良好な開存性を得、組織培養
心臓弁としての十分な機能を果たしていることを確認し
た。
【図面の簡単な説明】
【図１】バルサルバ洞構造を有する外筒の展開図を示
す。
【図２】三尖弁を示す。
【図３】本発明の人工心臓弁の断面図を示す。
【図４】本発明の人工心臓弁の平面図を示す。
【図５】本発明の人工心臓弁の斜視図を示す。
【図６】シート状の基体２のバルサルバ洞１に三尖弁４
を一体縫合した図を示す
【図７】外筒の断面写真を示す図面代用写真である。
【図８】外筒の平面写真を示す図面代用写真である。
【図９】弁尖製造用の円筒形基材の断面写真を示す図面
代用写真である。
【図１０】弁尖製造用の円筒形基材の平面写真を示す図
面代用写真である。
【符号の説明】
１ バルサルバ洞構造 ２ 基体 ３ 人工心臓弁 ４ 三尖弁 ５ 頂部 ６ 弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 三郎 京都府綾部市井倉新町石風呂１番地 グン ゼ株式会社研究開発部内 (72)発明者 平田 重幸 滋賀県守山市森川原町163 グンゼ株式会 社研究開発部内 (72)発明者 新岡 俊治 東京都新宿区河田町８番１号 学校法人東 京女子医科大学内 (72)発明者 今井 康晴 東京都新宿区河田町８番１号 学校法人東 京女子医科大学内 Ｆターム(参考） 4C097 AA27 BB01 CC01 DD11 DD15 EE01 EE16 EE19 FF14 MM02 MM04 SB01 SB09

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】筒状の基体にバルサルバ洞を有し、かつ、
    基体の内部に弁尖を備えてなる人工心臓弁であって、基
    体及び弁尖を生体吸収性高分子素材から構成したことを
    特徴とする人工心臓弁。
  2. 【請求項２】生体吸収性高分子より成る繊維構造物を補
    強材として含む生体吸収性高分子材料を基体及び／又は
    弁尖の素材として用いたことを特徴とする請求項１記載
    の人工心臓弁。
  3. 【請求項３】前記基体及び／又は弁尖が多孔状である請
    求項１に記載の人工心臓弁。
  4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の人工心臓
    弁に生体細胞を播種して構成した人工心臓弁。
  5. 【請求項５】基体にバルサルバ洞を成形する工程、及
    び、弁尖を基体に複合化する工程を含む人工心臓弁の作
    製方法。
  6. 【請求項６】弁尖の基体への複合化を接着により行う請
    求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】弁尖の基体への複合化を縫合により行う請
    求項５に記載の方法。
  8. 【請求項８】縫合を生体吸収性縫合糸を用いて行う請求
    項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】弁尖の基体への複合化を熱融着により行う
    請求項５に記載の方法。
  10. 【請求項１０】弁尖の基体への複合化を生体吸収性高分
    子溶液により行う請求項５に記載の方法。
  11. 【請求項１１】バルサルバ洞を有する筒状の基体をモー
    ルディングにより形成し、筒状基材の末端を内側に折り
    込み熱セットすることにより弁尖を形成する請求項５〜
    １０のいずれかに記載の方法。
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