JP2002506691A - Biopolymer mats used for tissue repair and reconstruction - Google Patents

Biopolymer mats used for tissue repair and reconstruction

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JP2002506691A
JP2002506691A JP2000536427A JP2000536427A JP2002506691A JP 2002506691 A JP2002506691 A JP 2002506691A JP 2000536427 A JP2000536427 A JP 2000536427A JP 2000536427 A JP2000536427 A JP 2000536427A JP 2002506691 A JP2002506691 A JP 2002506691A
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エウギニ ベル
トレイシー エム. シオウサット
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ティーイーアイ バイオサイエンシス インク
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Abstract

(57)【要約】 生体高分子マット、生体高分子マット複合材、生体高分子マット組成、及び、前記マット及び複合材マットを作製する方法を説明する。さらに、細胞外マトリックス巨大分子を含む生体高分子コンストラクト、及び、これらのコンストラクトを作成する方法も説明する。本発明のマット、マット組成及び生体適合性のコンストラクトは組織修復及び再建に用いることができる。   (57) [Summary] Biopolymer mats, biopolymer mat composites, biopolymer mat compositions, and methods of making the mats and composite mats will be described. In addition, biopolymer constructs containing extracellular matrix macromolecules and methods of making these constructs are described. The mats, mat compositions and biocompatible constructs of the present invention can be used for tissue repair and reconstruction.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 発明の背景 コラーゲンによる骨格が組織修復及び組織再建に用いられてきた。
通常は、この骨格を架橋することで、これらの用途に必要な程度の湿潤強さや、
溶解に対する測定耐性を提供している。一般的には、コラーゲンによるスポンジ
又はフォームを架橋すると、細胞や、細胞が分泌する特定の分子が結合する通常
の結合部位が、減少又は分解する。さらにコラーゲン・スポンジ、ゼラチン・ス
ポンジ又はコラーゲン・ゲルは生物学的には活性であるが、コラーゲン以外の成
分が欠如しているためにコラーゲン又はコラーゲン以外の成分自体に結合する情
報にも欠けているため、細胞外マトリックス環境に典型的に存在する生物活性に
欠ける。この欠陥のために、公知の方法で架橋したコラーゲン骨格が生体内で誘
発する再生はほとんどないか、又は生体外でも組織典型的及び器官典型的モデル
としての働きに乏しい。
BACKGROUND OF THE INVENTION Collagenous scaffolds have been used for tissue repair and tissue reconstruction.
Typically, crosslinking this backbone will provide the necessary wet strength for these applications,
Provides measurement resistance to lysis. In general, cross-linking of sponges or foams with collagen reduces or degrades the cells and the normal binding sites to which certain molecules secreted by the cells bind. Furthermore, collagen sponges, gelatin sponges or collagen gels are biologically active, but lack the information that binds to collagen or to components other than collagen due to the lack of components other than collagen. Therefore, they lack the biological activity typically present in the extracellular matrix environment. Due to this deficiency, collagen skeletons cross-linked in a known manner induce little in vivo regeneration or poorly serve as tissue and organ typical models in vitro.

【0002】 従って、上記の問題を克服又は最小限にした、コラーゲンの天然構造を維持す
る優れた生体高分子型が必要とされている。
Therefore, there is a need for a superior biopolymer type that overcomes or minimizes the above problems and maintains the natural structure of collagen.

【0003】 発明の概要 本発明は、例えば再吸収可能な生体高分子マットなど、架橋前であっても単位
容積に対して高い強度を有する、組織修復及び組織再建用の膜組織又は厚層組織
に用いる生体高分子マット又は生体高分子マット複合材、もしくは充填材の形状
の生体高分子骨格を特徴とするものである。さらに本発明は、生体高分子マット
及び生体高分子フォームの多様な層を含む生体高分子マット組成と、生体高分子
マット及び細胞外マトリックス巨大分子を含む生体適合性コンストラクトと、前
記生体高分子マット、生体高分子マット複合材、生体高分子マット組成、及び生
体適合性マットコンストラクトを作製し、かつ利用するための方法とを特徴とす
るものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a membrane or thick tissue for tissue repair and tissue reconstruction, such as a resorbable biopolymer mat, having high strength per unit volume even before crosslinking. It is characterized by a biopolymer mat or a biopolymer mat composite material, or a biopolymer skeleton in the form of a filler. The present invention further provides a biopolymer mat composition comprising a biopolymer mat and various layers of biopolymer foam; a biocompatible construct comprising a biopolymer mat and an extracellular matrix macromolecule; , A biopolymer mat composite, a biopolymer mat composition, and a method for making and utilizing a biocompatible mat construct.

【0004】 本生体高分子マット及び生体高分子マット組成は、例えば研究用のモデル系と
して生体外で用いたり、又は、損傷又は罹患組織を置換するプロテーゼ又はイン
プラントとして用いたり、あるいは、ホスト細胞などの細胞に占領されたときに
リモデルを行って機能的な組織となる骨格にすることができる。いずれの場合も
、当該マット、マット複合材、及びマット組成に、当該マット、マット複合材、
又はマット組成を用いて修復、再建、又は置換しようとする組織と同じ種類、例
えばヒト細胞などのほ乳類細胞など、の細胞を接種してもよい。ここに説明した
本マット、マット複合材、及びマット組成を用いて修復及び/又は再建できる組
織の例には、神経組織、皮膚、血管組織、心臓組織、心臓周囲組織、筋肉組織、
眼球組織、歯周組織、骨、軟骨、腱、及び靱帯などの結合組織、腎臓組織及び肝
臓組織などの臓器組織、膵臓組織、乳房組織、及び副腎組織などの腺組織、膀胱
組織及び尿管組織などの泌尿器組織、及び腸管組織などの消化組織が含まれる。
The present biopolymer mat and biopolymer mat composition can be used, for example, in vitro as a model system for research, or as a prosthesis or implant to replace damaged or diseased tissue, or as host cells. Can be remodeled when occupied by other cells to form a skeleton that becomes a functional tissue. In any case, the mat, the mat composite, and the mat composition, the mat, the mat composite,
Alternatively, the mat composition may be used to inoculate cells of the same type as the tissue to be repaired, reconstructed, or replaced, eg, mammalian cells such as human cells. Examples of tissues that can be repaired and / or reconstructed using the present mats, mat composites, and mat compositions described herein include nerve tissue, skin, vascular tissue, heart tissue, pericardial tissue, muscle tissue,
Connective tissue such as eyeball tissue, periodontal tissue, bone, cartilage, tendon, and ligament; organ tissue such as kidney tissue and liver tissue; gland tissue such as pancreatic tissue, breast tissue, and adrenal tissue; bladder tissue and ureteral tissue And digestive tissue such as intestinal tissue.

【0005】 本発明の態様の一つでは、組織特異細胞を接種した本マット、マット複合材、
及びマット組成を例えばヒトなどのほ乳類など、レシピエントに導入する。ある
いは、生体外で組織に器質化させて、細胞外マトリックスたんぱく及び/又は成
長因子など、当該マット及びマット組成に結合する組織特異的生合成生成物を分
泌する機会を与えた接種細胞を、当該マット又はマット組成をレシピエントに移
植する前に取り除く。
In one aspect of the invention, the present mat, a mat composite, inoculated with tissue-specific cells,
And the mat composition is introduced into the recipient, eg, a mammal such as a human. Alternatively, the inoculated cells that have been organized into tissues in vitro to provide the opportunity to secrete tissue-specific biosynthetic products that bind to the mat and mat composition, such as extracellular matrix proteins and / or growth factors, The mat or mat composition is removed prior to implantation into the recipient.

【0006】 従って、本発明は所定の性質を有する生体高分子マットに関するものである。
本発明の別の態様では、本生体高分子マットは、生体高分子原線維による密接に
並んだ無作為配列構造を含み、単位容積に対して高い強度を有し、当該生体高分
子原線維の天然構造を維持している。本生体高分子マットに用いることのできる
生体高分子原線維を形成可能な分子の例には、コラーゲン、ラミニン、エラスチ
ン、フィブロネクチン、フィブリノーゲン、トロンボスポンジン、ゼラチン、ポ
リサッカリド、ポリ-l-アミノ酸及び生体高分子の組み合わせ、が含まれる。生 体高分子の作製に好適な分子はコラーゲン、例えばブタ胎児コラーゲンである。
その他の実施例では、本生体高分子マットに、細胞成長、形態形成、分化、又は
組織構築及びこれらの組み合わせ、細胞外マトリックス微粒子及び/又は細胞に
とって必要な巨大分子を含めることもできる。
Accordingly, the present invention relates to a biopolymer mat having predetermined properties.
In another aspect of the present invention, the biopolymer mat comprises a closely aligned random arrangement of biopolymer fibrils, has a high strength per unit volume, Maintains natural structure. Examples of molecules capable of forming biopolymer fibrils that can be used in the present biopolymer mat include collagen, laminin, elastin, fibronectin, fibrinogen, thrombospondin, gelatin, polysaccharide, poly-l-amino acid and Combinations of biopolymers. A preferred molecule for making biopolymers is collagen, such as fetal porcine collagen.
In other embodiments, the biopolymer mat can also include macromolecules required for cell growth, morphogenesis, differentiation, or tissue construction and combinations thereof, extracellular matrix microparticles, and / or cells.

【0007】 本発明の生体高分子マットは、例えばコラーゲン原線維の形成などの原線維形
成が起きる生体高分子溶液を形成するステップと、この原線維を捕捉及び/又は
包埋して半固形の原線維−ゲル構造を形成する多孔質構造上にこの溶液を注ぐス
テップとから作製することができ、この半固形の原線維−ゲル構造を乾燥させる
と、マットなどの薄い濃線維膜が形成される。別の実施例では、中和緩衝液に塩
化ナトリウムを加えてゲル成分を減少させ、原線維をより高い濃度にする。
[0007] The biopolymer mat of the present invention comprises a step of forming a biopolymer solution in which fibril formation such as formation of collagen fibrils occurs, and capturing and / or embedding the fibrils to form a semi-solid. Pouring this solution onto a porous structure that forms a fibril-gel structure, and drying the semi-solid fibril-gel structure forms a thin dense fibrous membrane, such as a mat. You. In another embodiment, sodium chloride is added to the neutralization buffer to reduce gel components and to increase fibril concentration.

【0008】 本発明の別の態様では、マット複合材は、原線維スラリの連続層を多孔質の支
持体上で採集することによって形成することができる。
[0008] In another aspect of the invention, a mat composite can be formed by collecting a continuous layer of fibril slurry on a porous support.

【0009】 本発明のさらに別の態様では、マットの多孔度を、様々な物理的又は化学的方
法で操作してもよい。本発明のまた別の態様では、生体高分子マットの強度を、
様々な物理的又は化学的方法で操作してもよい。
In yet another aspect of the invention, the porosity of the mat may be manipulated in various physical or chemical ways. In still another embodiment of the present invention, the strength of the biopolymer mat,
It may operate in various physical or chemical ways.

【0010】 本発明のさらに別の態様では、本生体高分子マット、マット複合材、又はマッ
ト組成は、さらに、生体外又は生体内で用いる前に細胞によって調質してもよい
。細胞調質は、マット、マット複合材、又はマット組成をその新たな機能に一体
化するのを早め、修復組織の回復を早めたり、また損傷した又は損失した組織の
本物の置換を方向付けしたりするのに用いられる用途特異的な方法である。生体
高分子マット、生体高分子マット複合材、又は生体高分子マット組成を、使用す
る部位に適した細胞の成長の基質として利用することもできる。例えば、骨の欠
損を骨膜として修復するのに用いる生体高分子マット、生体高分子マット複合材
、又は生体高分子マット組成の場合は、調質細胞には、例えば骨芽細胞が含まれ
るであろう。心臓周囲膜として用いられる生体高分子マット、生体高分子マット
複合材、又は生体高分子マット組成の場合は、調質細胞には、例えば中皮細胞が
含まれるであろう。
In yet another aspect of the invention, the biopolymer mat, mat composite, or mat composition may be further conditioned by cells prior to use in vitro or in vivo. Cell conditioning hastened the integration of the mat, mat composite, or mat composition into its new function, hastening the recovery of repaired tissue and directing the genuine replacement of damaged or lost tissue. This is an application-specific method used for The biopolymer mat, biopolymer mat composite, or biopolymer mat composition can also be used as a substrate for cell growth suitable for the site to be used. For example, in the case of a biopolymer mat, biopolymer mat composite, or biopolymer mat composition used to repair bone defects as periosteum, the conditioned cells include, for example, osteoblasts. Would. In the case of a biopolymer mat, biopolymer mat composite, or biopolymer mat composition used as a pericardial membrane, conditioned cells would include, for example, mesothelial cells.

【0011】 調質の間、生体高分子マット、生体高分子マット複合材、又は生体高分子マッ
ト組成上に滞留した細胞は、そのマット、マット複合材、又はマット組成に、当
該マット、マット複合材、又はマット組成を配置した場所の欠陥に隣接した細胞
が認識可能なたんぱく質生成物などの巨大分子を沈着させることとなる。細胞の
選択、ひいてはたんぱく質生成物によって二つの事を決定することができる。こ
れらは、隣接細胞のマット、マット複合材、又はマット組成への移動を方向付け
たり、当該マット、マット複合材、又はマット組成材料に対してリモデリングが
行われて本物の被覆組織に置換されたり、又は、その他の細胞が反対側から当該
マット、マット複合材、又はマット組成をリモデルしている間、当該マット、マ
ット複合材、又はマット組成の下で所望の組織再成長を刺激するであろう細胞生
成物に置換するのを方向付けすることができる。調質細胞が充分なシグナリング
分子及び細胞外マトリックス分子を本マット、マット複合材、又はマット組成に
沈着させる時間経過後は、当該マット、マット複合材、又はマット組成を、生き
た組織等価物又はモデル組織系として役立つ生きたインプラントとして利用して
もよい。あるいは、当該マット、マット複合材、又はマット組成の細胞を、当該
コンストラクトを凍結又は凍結乾燥させることで殺してもよい。凍結乾燥によっ
て生命物質は消失するが、沈着たんぱくはそれらの天然のままの状態で残ること
となる。
During refining, cells residing on a biopolymer mat, biopolymer mat composite, or biopolymer mat composition are added to the mat, mat composite, or mat composition by the mat, mat composite. The deposition of macromolecules, such as protein products, which can be recognized by cells adjacent to the defect at the location of the material or mat composition. Two things can be determined by the choice of cells and thus the protein product. These direct the movement of adjacent cells to the mat, mat composite, or mat composition, or are remodeled to the mat, mat composite, or mat composition material to replace the genuine coating. Or other cells stimulate the desired tissue regrowth under the mat, mat composite, or mat composition while remodeling the mat, mat composite, or mat composition from the other side. Replacement with a likely cell product can be directed. After a period of time in which the conditioned cells have sufficient signaling molecules and extracellular matrix molecules deposited on the mat, mat composite, or mat composition, the mat, mat composite, or mat composition is replaced with a living tissue equivalent or It may be used as a living implant that serves as a model tissue system. Alternatively, the cells of the mat, mat composite, or mat composition may be killed by freezing or freeze-drying the construct. Although lyophilization causes the loss of vital materials, the deposited proteins will remain in their natural state.

【0012】 本生体高分子マットを単独で、例えば歯周囲のバリヤ、又は骨修復を助ける骨
膜バリヤのためのコラーゲン様膜などとして、利用することもできる。さらに本
生体高分子マットは、異なる原線維スラリの連続層を多孔質の支持体上で採集し
、これらの層を互いに融合させることによって生体高分子複合材としても利用す
ることができる。さらに本生体高分子マット又は生体高分子マット複合材は、例
えば中枢神経系の硬膜の組織修復の場合など、生体高分子マットと、生体高分子
フォームとを含むマット組成としても利用が可能である。例えば、単一密度のフ
ォームを最終形状のマットに鋳込んで、密度が高く多孔度が低い又はゼロのマッ
ト層と、密度が低く多孔度が高いフォーム層とを有する個別の性質を持つ二つの
層から成る構造を作製してもよい。単一密度及び二重密度の生体高分子フォーム
はその内容全体を参考としてここに編入することとする1996年11月21日
出願の米国特許一連番号08/754,818号に説かれている。複合組織を構
成したこのようなインプラント部位は、上皮細胞、中皮細胞又は内皮細胞をマッ
ト上面に含み、間葉細胞をフォーム骨格に含むマット組成で処理してもよい。こ
れらの用途では、このマットで低多孔度にした側の面では癒着又は流体の消失を
減少させることができ、多孔度を高くした側では治癒に必要な細胞を誘引し、細
胞成長及び分化を支援することができる。これらの用途や、マットを単独で用い
ることが必要な用途で癒着及び流体消失をさらに防ぐには、マットの表面を改良
すればよい。改良は、マットの一方の側でケラチノサイトを成長及び分化させて
角質層を生じさせることで、生物学的に達成することができる。一つ又は複数の
層の生体高分子マット又は生体高分子マット複合材を含むマット組成や、二つ以
上の層の単一又は二重密度の生体高分子フォームを含むマット組成も、特にここ
で考察されるところである。
The biopolymer mat can also be used alone, for example, as a peri-tooth barrier, or a collagen-like membrane for a periosteal barrier to aid bone repair. Further, the biopolymer mat can be used as a biopolymer composite by collecting successive layers of different fibril slurries on a porous support and fusing these layers together. Further, the present biopolymer mat or biopolymer mat composite can be used as a mat composition containing a biopolymer mat and a biopolymer foam, for example, in the case of tissue repair of the dura of the central nervous system. is there. For example, casting a single-density foam into a mat of final shape, and having two distinct properties having a high density, low porosity mat layer and a low density, high porosity foam layer A structure consisting of layers may be produced. Single density and double density biopolymer foams are described in U.S. Patent Application Serial No. 08 / 754,818, filed November 21, 1996, the entire contents of which are incorporated herein by reference. Such an implant site constituting a composite tissue may be treated with a mat composition comprising epithelial cells, mesothelial cells or endothelial cells on the upper surface of the mat and mesenchymal cells in the foam skeleton. In these applications, the low porosity side of the mat can reduce adhesions or fluid loss, while the high porosity side can attract cells needed for healing and enhance cell growth and differentiation. I can help. In order to further prevent adhesion and fluid disappearance in these applications and applications that require the use of the mat alone, the surface of the mat may be improved. Improvements can be achieved biologically by growing and differentiating keratinocytes on one side of the mat to give the stratum corneum. A mat composition comprising one or more layers of a biopolymer mat or a biopolymer mat composite, and a mat composition comprising two or more layers of a single or double density biopolymer foam are also specifically described herein. It is about to be considered.

【0013】 上述したように、マットには、例えば一本のファイバ、組み紐、又は織物など
のファイバ構造を含めると、相対的な補強、方向性のある補強を達成したり、又
は方向性のある細胞成長を達成することができる。このような構造を必要とする
インプラントの例には、骨格置換術又は一時的補強構造が含まれる。マットをシ
ート以外の形状に鋳込んでもよい。チューブ状又は球形などの円形に鋳込んで、
特殊化した機能のための材料又は液体を含有できる膜構造を作製してもよい。マ
ット、マット複合材、又はマット組成から作製するインプラントの例には、例え
ば、血管、管路、尿管、膀胱、及び、骨格置換材料で充填したマットシリンダか
ら形成した骨インプラントがある。
As mentioned above, the mat may include a fiber structure, such as a single fiber, braid, or fabric, to achieve relative reinforcement, directional reinforcement, or directional reinforcement. Cell growth can be achieved. Examples of implants requiring such a structure include skeletal replacement or temporary reinforcement structures. The mat may be cast into a shape other than the sheet. Cast into a circular shape such as a tube or a sphere,
A membrane structure that can contain materials or liquids for specialized functions may be made. Examples of implants made from mats, mat composites, or mat compositions include, for example, blood vessels, ducts, ureters, bladder, and bone implants formed from mat cylinders filled with skeletal replacement materials.

【0014】 細胞接種をした、又はせず、凍結乾燥はされていないマット及び単一密度のフ
ォームを含むマット組成を用いると、生体組織等価物又はモデル組織系を構築す
ることができる。これの一例は、皮膚モデル又は生体インプラント系用の、単一
密度のフォーム中での皮膚線維芽細胞の成長、及び、多孔質の表面マット層上で
のケラチノサイトの分化成長であり、この皮膚モデル又は生体インプラント系は
、重要な場所で失われた機能に急速に置換するものであり、備蓄保存用に凍結乾
燥が可能である。生体インプラント系として望ましくない場合は、細胞を埋め込
んで成長させたこの複合体を後日インプラントとして用いるのに凍結乾燥すれば
、この凍結乾燥前に当該構造に培養細胞が沈着させた物質を由来とする情報を通
じてホストの組織に再成長を方向付けることができる。
Using a mat composition, with or without cell inoculation, with and without freeze-drying, and a single density foam, a biological tissue equivalent or model tissue system can be constructed. An example of this is the growth of dermal fibroblasts in a single-density foam and the differentiated growth of keratinocytes on a porous surface mat layer for a skin model or a bioimplant system. Alternatively, bioimplant systems are a rapid replacement for lost functionality in critical locations and can be lyophilized for stockpiling. If this is not desirable as a bioimplant system, the complex in which the cells are embedded and grown can be lyophilized for use as an implant at a later date, from which the cultured cells are deposited on the structure prior to lyophilization. Information can direct regrowth to the host organization.

【0015】 別の態様では、本発明は、生体高分子原線維を含む心臓周囲パッチを含む。こ
の生体高分子原線維は、コラーゲン、ラミニン、エラスチン、フィブロネクチン
、フィブリノーゲン、トロンボスポンジン、ゼラチン、ポリサッカリド、ポリ-l
-アミノ酸及びこれらの組み合わせ、のうちのいずれかから選択される。好適な 実施例の一つでは、本心臓周囲パッチは、ブタ胎児コラーゲンであるコラーゲン
を含む。別の実施例では、本心臓周囲パッチは、 例えば外来性の成長因子などを接種するなどした上皮細胞及び/又は中皮細胞を
含む。
[0015] In another aspect, the invention includes a pericardial patch that includes biopolymer fibrils. The biopolymer fibrils include collagen, laminin, elastin, fibronectin, fibrinogen, thrombospondin, gelatin, polysaccharide, poly-l
-Selected from any of amino acids and combinations thereof. In one preferred embodiment, the pericardial patch comprises collagen which is porcine fetal collagen. In another embodiment, the pericardial patch comprises epithelial cells and / or mesothelial cells, eg, inoculated with exogenous growth factors.

【0016】 発明の詳細な説明 本発明の特徴及びその他の詳細を以下、より具体的に説明し、請求の範囲で要
点を描き出すこととする。本発明の特定の実施例は実例として挙げられたもので
あり、本発明の限定として挙げられてはいないことは理解されよう。本発明の基
本的特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく様々な実施例で用いることがで
きる。
The features of the Detailed Description of the Invention The present invention and other details, more specifically described, it is assumed that depict the point in the claims. It will be understood that the specific embodiments of the present invention have been set forth by way of illustration and not by way of limitation. The basic features of the invention can be used in various embodiments without departing from the scope of the invention.

【0017】 本発明は、生体高分子マットと、生体高分子マット複合材と、生体高分子マッ
ト及び生体高分子フォームを含む生体高分子マット組成と、生体高分子マット及
び細胞外マトリックス巨大分子を含む生体適合性のコンストラクトと、本マット
、マット複合材、及びマット組成の作製法及び利用法とを特徴とする。本生体高
分子マット、マット複合材、及びマット組成は、それらの本来の原線維構造にお
いて、損傷した、罹患した又は損失した組織の修復又は再生を誘発する情報を含
んでいる。修復又は再生のための更なる情報を、その他の情報巨大分子を当該生
体高分子マット、マット複合材、及びマット組成に混合することによって加えて
もよい。本生体高分子マット、マット複合材、及びマット組成は、非吸収性のフ
ァイバーで補強されない限りにおいて完全に吸収可能であり、時間を経て新しい
正常なホスト組織に置換させることができるものである。本生体高分子マット、
マット複合材、及びマット組成は、例えばゲル又はフォームなど、情報を多く含
むその他のコラーゲン生成物に比べて、酵素分解に対してより耐性である。本生
体高分子マット、マット複合材、及びマット組成は生理学的条件下で作製可能で
あるため、生きた細胞を構造全体及び最終形全体に取り入れることができ、こう
して生きたインプラントを形成することができる。生体高分子マット、マット複
合材、及びマット組成に含まれた情報により、本物の治癒及び修復を誘発するこ
とができる。例えば、生きた細胞によるマットは、損失したホスト組織及びその
機能を即座に置換することができ、にもかかわらず組織機能に全く干渉されずに
本物のホスト組織によって次第にリモデルさせることができる。本生体高分子マ
ット、マット複合材、及びマット組成は、情報含有量の高いその他のコラーゲン
生成物よりも強度が高くなるような態様で作製することができる。従って、強度
の高いインプラントを必要とする状況でこれらを利用することができる。
The present invention provides a biopolymer mat, a biopolymer mat composite, a biopolymer mat composition including a biopolymer mat and a biopolymer foam, a biopolymer mat and an extracellular matrix macromolecule. It features biocompatible constructs and methods of making and using the present mats, mat composites, and mat compositions. The present biopolymer mats, mat composites, and mat compositions contain information that, in their native fibril structure, induces the repair or regeneration of damaged, diseased, or lost tissue. Further information for repair or regeneration may be added by mixing other information macromolecules into the biopolymer mat, mat composite, and mat composition. The present biopolymer mats, mat composites, and mat compositions are fully absorbable, unless reinforced with non-absorbable fibers, and can be replaced over time with new, normal host tissue. This biopolymer mat,
The mat composite, and the mat composition, are more resistant to enzymatic degradation than other informative collagen products, such as, for example, gels or foams. The biopolymer mat, mat composite, and mat composition can be made under physiological conditions so that living cells can be incorporated throughout the structure and final form, thus forming a living implant. it can. Information contained in biopolymer mats, mat composites, and mat compositions can trigger genuine healing and repair. For example, a mat with live cells can immediately replace lost host tissue and its function, yet be progressively remodeled by genuine host tissue without any interference with tissue function. The present biopolymer mats, mat composites, and mat compositions can be made in such a manner that they are stronger than other collagen products with a high information content. Therefore, they can be used in situations requiring high strength implants.

【0018】 生体高分子は生物系又は生命体中の個々の分子から形成される天然発生型の高
分子物質である。さらに生体高分子は、いったんその生物系又は生命体の外側で
得られた個々の分子を操作することによって人造することも可能である。本生体
高分子は、ヒトなどのほ乳類など、生きた生命体に導入するのに適している。本
生体高分子は、生命体に導入したときに非毒性かつ生体吸収可能であり、この生
体高分子のいかなる分解生成物もまた、その生命体にとって非毒性でなければな
らない。本発明の生体高分子は、すべてその他の細胞外マトリックス巨大分子を
備えた又は備えていない形の生体適合性形状、例えば生体適合性フォーム、生体
適合性ゲル、コラーゲン・ファイバーなどの生体適合性ファイバーやコラーゲン
製布を含む生体適合性のコンストラクト等を含むマット、マット複合材、マット
組成、に形成することができる。生体高分子を形成可能であり、本発明に利用す
ることのできる分子の例には、コラーゲン、ラミニン、エラスチン、フィブロネ
クチン、フィブリノーゲン、トロンボスポンジン、ゼラチン、ポリサッカリド、
ポリ-l-アミノ酸及びこれらの組み合わせがある。一実施例では、一つ又は複数 の生体高分子の組み合わせ又は混合物を用いて当該生体適合性の形状、例えば本
発明のファイバー、マット、及びマット組成を形成することができる。例えばラ
ミニン及びタイプIVコラーゲンの組み合わせを用いて、ここに説明した生体高分
子ファイバーを形成してもよい。生体高分子作製にとって好適な分子はコラーゲ
ンである。
Biopolymers are naturally occurring macromolecules formed from individual molecules in biological systems or organisms. Furthermore, biomacromolecules can be made by manipulating individual molecules once obtained outside their biological system or organism. The biopolymer is suitable for introduction into living organisms such as mammals such as humans. The biopolymer is non-toxic and bioabsorbable when introduced into an organism, and any degradation products of the biopolymer must also be non-toxic to the organism. The biomacromolecules of the present invention can be used in any biocompatible form, with or without all other extracellular matrix macromolecules, such as biocompatible foams, biocompatible gels, biocompatible fibers such as collagen fibers, etc. And mats, mat composites, and mat compositions containing biocompatible constructs, including collagen and collagen fabrics. Examples of molecules that can form biopolymers and can be used in the present invention include collagen, laminin, elastin, fibronectin, fibrinogen, thrombospondin, gelatin, polysaccharides,
There are poly-l-amino acids and combinations thereof. In one embodiment, combinations or mixtures of one or more biopolymers can be used to form the biocompatible shapes, such as the fibers, mats, and mat compositions of the present invention. For example, a combination of laminin and type IV collagen may be used to form the biopolymer fibers described herein. A preferred molecule for biopolymer production is collagen.

【0019】 生体高分子を形成する分子の好適な源には、例えばブタ、例えば産期の近いブ
タ胎児、ヒツジ、ヒツジ胎児、ウシ及びウシ胎児などのほ乳類が含まれる。生体
高分子を形成可能な分子のその他の源には陸生及び海洋脊椎動物及び無脊椎動物
の両方が含まれる。一実施例では、コラーゲンを産期の近い家畜のブタ胎児の皮
膚から得ることができるが、この皮膚は、羊膜に包まれた状態でインタクトで採
取されたものである。コラーゲン又はコラーゲンタイプの組み合わせをここで説
明したマット又はマット組成に用いてもよい。コラーゲン又はコラーゲンタイプ
の組み合わせの例には、コラーゲンタイプI、コラーゲンタイプII、コラーゲン タイプIII、コラーゲンタイプIV、コラーゲンタイプV、コラーゲンタイプVI、コ
ラーゲンタイプVII、コラーゲンタイプVIII、コラーゲンタイプIX、コラーゲン タイプX、コラーゲンタイプXI、コラーゲンタイプXII、コラーゲンタイプXIII、
及びコラーゲンタイプXIVがある。コラーゲンタイプの好適な組み合わせには、 コラーゲンタイプI、コラーゲンタイプIII、及びコラーゲンタイプIVがある。生
体高分子を形成可能な分子を抽出するのに好適なほ乳類組織には、あらゆるほ乳
類の胎児、例えばブタ胎児、真皮、腱、筋肉、及び結合組織がある。コラーゲン
の源としては胎児組織が有利であるが、それは胎児組織のコラーゲンが成体の組
織ほどに架橋が進んでいないからである。このように、コラーゲンを酸抽出液を
用いて抽出する場合には、成体組織よりも高いパーセンテージのインタクトのコ
ラーゲン分子を胎児組織からは得ることとなる。胎児組織にはさらに動物の発生
の異なる段階で正常組織に存在する様々な分子因子が含まれる。
Suitable sources of molecules that form biopolymers include, for example, mammals such as pigs, for example, near-term pig fetuses, sheep, sheep fetuses, cattle and bovine fetuses. Other sources of molecules capable of forming biopolymers include both terrestrial and marine vertebrates and invertebrates. In one embodiment, collagen can be obtained from the skin of a fetal pig from a perinatal livestock, which has been intactly collected in an amniotic membrane. Collagen or a combination of collagen types may be used in the mats or mat compositions described herein. Examples of collagen or combinations of collagen types include collagen type I, collagen type II, collagen type III, collagen type IV, collagen type V, collagen type VI, collagen type VII, collagen type VIII, collagen type IX, and collagen type X. , Collagen type XI, collagen type XII, collagen type XIII,
And collagen type XIV. Suitable combinations of collagen types include collagen type I, collagen type III, and collagen type IV. Suitable mammalian tissues for extracting molecules capable of forming biopolymers include any mammalian fetus, such as fetal porcine, dermis, tendons, muscles, and connective tissue. Fetal tissue is advantageous as a source of collagen because fetal tissue collagen is not as cross-linked as adult tissue. Thus, when collagen is extracted using an acid extract, a higher percentage of intact collagen molecules than in adult tissue is obtained from fetal tissue. Fetal tissue also contains various molecular factors that are present in normal tissue at different stages of animal development.

【0020】 好適な実施例の一つでは、本成体高分子マット、マット複合材、又はマット組
成はコラーゲンマット、コラーゲンマット複合材、又はコラーゲンマット組成で
ある。コラーゲン溶液は開始材料からの塩抽出、酸抽出、及び/又は、ペプシン
抽出によって生成が可能である。ある好適な実施例では、用いられるコラーゲン
は、同じコラーゲン含有開始材料から二つの形のコラーゲンを順に精製すること
によって生成させる。まず、インタクトのコラーゲンを開始材料から酸抽出し、
この抽出物を採集してコラーゲンをコラーゲン溶液として、例えばコラーゲンを
塩化ナトリウムで沈殿させこのコラーゲンを酸性pHの媒質中で可溶化するなど
して、調製する。その間に、切端したコラーゲン、即ち、テロペプチドを開裂又
は部分的に開裂させて螺旋部分のみにした、又は、いくらかのテロペプチドを残
した螺旋部分のみにしたコラーゲン、を開始材料から、ペプシンなど、酸性pH
で機能的である酵素など、の酵素抽出を用いて抽出する。次に、このペプシン抽
出液からのコラーゲンを最初の抽出と同様な方法によって別々に精製する。
In one preferred embodiment, the adult polymeric mat, mat composite, or mat composition is a collagen mat, collagen mat composite, or collagen mat composition. The collagen solution can be produced by salt extraction, acid extraction, and / or pepsin extraction from the starting material. In a preferred embodiment, the collagen used is produced by sequentially purifying two forms of collagen from the same collagen-containing starting material. First, the intact collagen is acid extracted from the starting material,
The extract is collected to prepare collagen as a collagen solution, for example, by precipitating collagen with sodium chloride and solubilizing the collagen in a medium having an acidic pH. In the meantime, the truncated collagen, i.e., the telopeptide was cleaved or partially cleaved to a helical portion only, or a helical portion leaving only some telopeptides from the starting material, such as pepsin, Acidic pH
Extract using an enzyme extract such as an enzyme that is functional in Next, the collagen from the pepsin extract is separately purified by a method similar to the first extraction.

【0021】 本生体高分子を用いると、ひも、シート状、チューブ状、等々、いかなる形状
にもできるマット、マット複合材、又はマット組成を作製することができる。加
えて、本生体高分子は、例えばテフロンのメッシュなど、ポリマーのメッシュで
支持することのできるマットを作製したり、又は、鋳型として用いることのでき
るマルチウェル型プレートの組織培養インサートと一緒に用いることができ、こ
のインサートのポリカーボネート膜状で本発明のマット、マット複合材、及びマ
ット組成を形成させることができる。本発明のマット、マット複合材、及びマッ
ト組成と一緒にポリマー・メッシュを用いると、当該のマット、マット複合材、
及びマット組成上に含まれた又は含有された細胞を、例えばこのマット、マット
複合材、及びマット組成を角質層の形成を刺激する皮膚等価物として用いた場合
に、環境に曝露することができる。このようなメッシュ及び培養インサートの両
方とも、本マット、マット複合材、及びマット組成に実際に接触する必要なくそ
のマット、マット複合材、及びマット組成を扱う手段となるという長所を有する
。本マット、マット複合材、及びマット組成を作製する形及び形状は、置換しよ
うとする組織又は身体部分を模倣するものでもよく、従って組織細胞がリモデル
することでレシピエントの置換組織の再生を促進するようなプロテーゼ又は移植
片として用いることができる。
By using the biopolymer, a mat, mat composite, or mat composition that can be formed into any shape such as a string, a sheet, a tube, and the like can be produced. In addition, the biopolymer can be used with a tissue culture insert of a multi-well plate that can be made into a mat that can be supported by a polymer mesh, such as a Teflon mesh, or used as a template. The mat, mat composite, and mat composition of the present invention can be formed in the form of a polycarbonate film of the insert. The use of a polymer mesh in conjunction with the mats, mat composites, and mat compositions of the present invention provides mats, mat composites,
And the cells contained or contained on the mat composition can be exposed to the environment, for example, when the mat, mat composite, and mat composition are used as skin equivalents that stimulate the formation of stratum corneum. . Both such meshes and culture inserts have the advantage of providing a means of handling the mat, mat composite, and mat composition without having to actually contact the mat, mat composite, and mat composition. The shapes and shapes from which the mats, mat composites, and mat compositions are made may mimic the tissue or body part to be replaced, thus facilitating the regeneration of the recipient's replacement tissue by remodeling the tissue cells. It can be used as a prosthesis or implant.

【0022】 さらに細胞成長、形態形成、分化、及び組織構築に必要な巨大分子を当該生体
高分子の分子又は当該生体高分子の原線維に加えると、マット内の細胞内植及び
組織発達及び器質化を促進させることができる。この「細胞成長、形態形成、分
化、及び組織構築に必要な巨大分子」という文言は、例えばたんぱく質などの巨
大分子など、組織の成長に参加する分子を言う。このような分子は組織構造の発
達又は再生や機能のための生物学的、生理学的及び構造的情報を含んでいる。こ
れらの巨大分子の例には、成長因子、細胞外マトリックスたんぱく、プロテオグ
リカン、グリコサミノグリカン及びポリサッカリドが含まれるが、これらに限ら
れるわけではない。あるいは、本発明の生体高分子マット、マット複合材、及び
マット組成に、微粒子形状の細胞外マトリックス巨大分子、又は細胞又は生存細
胞が沈着させた細胞外マトリックス分子を含めてもよい。
Further, when macromolecules necessary for cell growth, morphogenesis, differentiation, and tissue construction are added to the molecules of the biopolymer or the fibrils of the biopolymer, cell implantation in a mat and tissue development and organization Can be promoted. The phrase "macromolecules required for cell growth, morphogenesis, differentiation, and tissue construction" refers to molecules that participate in tissue growth, such as macromolecules such as proteins. Such molecules contain biological, physiological and structural information for the development or regeneration and function of tissue structures. Examples of these macromolecules include, but are not limited to, growth factors, extracellular matrix proteins, proteoglycans, glycosaminoglycans and polysaccharides. Alternatively, the biopolymer mats, mat composites, and mat compositions of the present invention may include extracellular matrix macromolecules in particulate form, or extracellular matrix molecules with cells or viable cells deposited.

【0023】 「成長因子」という術語は当業で認識されており、血小板由来成長因子(PD
GF)、例えばPDGF AA、PDGF BB、インシュリン様成長因子(I
GF)、例えばIGF−I、IGF−II、線維芽細胞成長因子(FGF)、例え ば酸性FGF、塩基性FGF、β-内皮細胞成長因子、FGF4、FGF5、F GF6、FGF7、FGF8、及びFGF9、形質転換成長因子(TGF)、例
えばTGF−β1、TGF−β1.2、TGF−β2、TGF−β3、TGF−
β5、骨形態形成たんぱく(BMP)、例えばBMP1、BMP2、BMP3、
BMP4、血管内皮成長因子(VEGF)、例えばVEGF、胎盤成長因子、表
皮成長因子(EGF)、例えばEGF、アンフィレグリン、ベータセルリン、ヘ
パリン結合EGF、インターロイキン、例えばIL−1、IL−2、IL−3、
IL−4、IL−5、IL−6、IL−7、IL−8、IL−9、IL−10、
IL−11、IL−12、IL−13、IL−14、コロニー刺激因子(CSF
)、例えばCSF−G、CSF−GM、CSF−M、神経成長因子(NGF)、
幹細胞因子、肝細胞成長因子、及び毛様体神経栄養因子のうちの一つ又は複数が
含まれるが、これらに限定されるわけではない。この術語は、将来発見されるか
も知れない現在未知の成長因子を包含するものであるが、それはなぜなら、成長
因子としてのそれらの性質は当業者であれば容易に判断が可能だからである。
The term “growth factor” is art-recognized and refers to platelet-derived growth factor (PD
GF), such as PDGF AA, PDGF BB, insulin-like growth factor (I
GF), for example, IGF-I, IGF-II, fibroblast growth factor (FGF) such as acidic FGF, basic FGF, β-endothelial growth factor, FGF4, FGF5, FGF6, FGF7, FGF8, and FGF9. Transforming growth factor (TGF), such as TGF-β1, TGF-β1.2, TGF-β2, TGF-β3, TGF-
β5, bone morphogenetic protein (BMP), such as BMP1, BMP2, BMP3,
BMP4, vascular endothelial growth factor (VEGF) such as VEGF, placental growth factor, epidermal growth factor (EGF) such as EGF, amphiregulin, betacellulin, heparin-binding EGF, interleukins such as IL-1, IL-2, IL-3,
IL-4, IL-5, IL-6, IL-7, IL-8, IL-9, IL-10,
IL-11, IL-12, IL-13, IL-14, colony stimulating factor (CSF
), For example, CSF-G, CSF-GM, CSF-M, nerve growth factor (NGF),
Includes, but is not limited to, one or more of stem cell factor, hepatocyte growth factor, and ciliary neurotrophic factor. The term encompasses currently unknown growth factors that may be discovered in the future, because their properties as growth factors can be readily determined by those skilled in the art.

【0024】 「細胞外マトリックスたんぱく」という術語は当業に置いて認識されており、
フィブロネクチン、ラミニン、ビトロネクチン、テナシン、エンタクチン、トロ
ンボスポンジン、エラスチン、ゼラチン、コラーゲン、フィブリリン、メロシン
、アンコリン、コンドロネクチン、リンクたんぱく質、骨シャロたんぱく、オス
テオカルシン、オステオポンチン、エピネクチン、ヒアルロネクチン、ウンジュ
リン、エピリグリン、及びカリニンのうちの一つ又は複数が含まれるものとして
、意図されている。この術語は、将来発見されるかも知れない現在未知の細胞外
マトリックスたんぱくを包含するものであるが、それはなぜなら、細胞外マトリ
ックスたんぱくとしてのそれらの性質は当業者であれば容易に判断が可能だから
である。
The term “extracellular matrix protein” is recognized in the art,
Fibronectin, laminin, vitronectin, tenascin, entactin, thrombospondin, elastin, gelatin, collagen, fibrillin, merosin, ancholine, chondronectin, link protein, bone charoprotein, osteocalcin, osteopontin, epinectin, hyaluronectin, unjurin, epiligrin, And one or more of kalinin. The term encompasses currently unknown extracellular matrix proteins that may be discovered in the future, because their properties as extracellular matrix proteins can be readily determined by one skilled in the art. It is.

【0025】 「プロテオグリカン」という術語は当業において認識されており、デコリン及
びデルマタン硫酸プロテオグリカン、ケラチン又はケラタン硫酸プロテオグリカ
ン、アグレカン又はコンドロイチン硫酸プロテオグリカン、ヘパラン硫酸プロテ
オグリカン、ビグリカン、シンデカン、ペルレカン、又はセルグリシンのうちの
一つ又は複数が含まれるものとして意図されている。この術語は、将来発見され
るかも知れない現在未知のプロテオグリカンを包含するものであるが、それはな
ぜなら、プロテオグリカンとしてのそれらの性質は当業者であれば容易に判断が
可能だからである。
The term “proteoglycan” is recognized in the art and includes decorin and dermatan sulfate proteoglycans, keratin or keratan sulfate proteoglycans, aggrecan or chondroitin sulfate proteoglycans, heparan sulfate proteoglycans, biglycan, syndecan, perlecan, or serglycine. Is intended to include one or more of the following. The term encompasses currently unknown proteoglycans that may be discovered in the future because their properties as proteoglycans can be readily determined by one of ordinary skill in the art.

【0026】 「グリコサミノグリカン」という術語は当業において認識されており、ヘパラ
ン硫酸、コンドロイチン硫酸、デルマタン硫酸、ケラタン硫酸、ヒアルロン酸の
うちの一つ又は複数が含まれるものとして意図されている。この術語は、将来発
見されるかも知れない現在未知のグリコサミノグリカンを包含するものであるが
、それはなぜなら、グリコサミノグリカンとしてのそれらの性質は当業者であれ
ば容易に判断が可能だからである。
The term “glycosaminoglycan” is recognized in the art and is intended to include one or more of heparan sulfate, chondroitin sulfate, dermatan sulfate, keratan sulfate, hyaluronic acid. . The term encompasses currently unknown glycosaminoglycans that may be discovered in the future because their properties as glycosaminoglycans can be readily determined by those skilled in the art. It is.

【0027】 「ポリサッカリド」という術語は当業において認識されており、ヘパリン、硫
酸デキストラン、キチン、アルギン酸、ペクチン及びキシランのうちの一つ又は
複数が含まれるものとして意図されている。この術語は、将来発見されるかも知
れない現在未知のポリサッカリドを包含するものであるが、それはなぜなら、ポ
リサッカリドとしてのそれらの性質は当業者であれば容易に判断が可能だからで
ある。
The term “polysaccharide” is recognized in the art and is intended to include one or more of heparin, dextran sulfate, chitin, alginic acid, pectin, and xylan. The term encompasses currently unknown polysaccharides that may be discovered in the future, because their properties as polysaccharides can be readily determined by those skilled in the art.

【0028】 適した生きた細胞には、表皮細胞、例えばケラチノサイト、脂肪細胞、肝細胞
、ニューロン、グリア細胞、星状細胞、足細胞、乳房表皮細胞、島細胞、内皮細
胞、大動脈毛管及び静脈内皮細胞、及び間葉細胞、例えば皮膚線維芽細胞、中皮
細胞、幹細胞、骨芽細胞、平滑筋細胞、横紋筋細胞、靱帯線維芽細胞、腱線維芽
細胞、軟骨細胞、及び線維芽細胞が含まれるが、これらに限定されるものではな
い。
Suitable living cells include epidermal cells, such as keratinocytes, adipocytes, hepatocytes, neurons, glial cells, astrocytes, podocytes, breast epidermal cells, islet cells, endothelial cells, aortic capillaries and venous endothelium Cells, and mesenchymal cells, such as skin fibroblasts, mesothelial cells, stem cells, osteoblasts, smooth muscle cells, striated muscle cells, ligament fibroblasts, tendon fibroblasts, chondrocytes, and fibroblasts. Including, but not limited to.

【0029】 ここで用いられる「マット」という術語は、生体高分子原線維又は原線維の束
又は粒子、例えばコラーゲン原線維による密接に並んだ無作為配列構造を含む生
体高分子骨格を言う。上述したように、乾燥させた状態のマットは、少なくとも
0.02MPaの湿潤引っ張り強度を有するが、好ましい強度は1MPaより大
きく、また、製品の1cm当たり10単位のコラゲナーゼ濃度のときに1mgの
コラーゲン当たり少なくとも20分間のコラゲナーゼ耐性を有する。典型的には
、原線維又は原線維の束は、約0.01μm、から50μmの間の直径を有し、約
0.0002から5.0mmの間の長さを有するが、好ましくは幅が0.1μmか ら20μmで、長さが0.01mmから3mmであるとよい。マットは、乾燥させる 、又はさせない状態で、以下の性質を有する。(1)生きた生命体に対して非毒
性である。(2)細胞接着及び成長のための基質として働くことができる。及び
(3)厚さで約0.01mmから20mm、好ましくは厚さで0.1から5.0mm。
加えて、乾燥させたマットは水溶液中で物理的に安定である。
As used herein, the term “mat” refers to a biopolymer scaffold comprising a closely aligned, random array of biopolymer fibrils or bundles or particles of fibrils, such as collagen fibrils. As mentioned above, the dried mat has a wet tensile strength of at least 0.02 MPa, but the preferred strength is greater than 1 MPa, and 1 mg of collagen at a concentration of 10 units of collagenase per cm 2 of product. Have collagenase resistance of at least 20 minutes per hour. Typically, the fibrils or bundles of fibrils have a diameter between about 0.01 μm and 50 μm and a length between about 0.0002 and 5.0 mm, but preferably have a width of The thickness is preferably from 0.1 μm to 20 μm and the length is from 0.01 mm to 3 mm. The mat has the following properties when dried or not. (1) It is non-toxic to living organisms. (2) It can serve as a substrate for cell adhesion and growth. And (3) about 0.01 mm to 20 mm in thickness, preferably 0.1 to 5.0 mm in thickness.
In addition, the dried mat is physically stable in aqueous solution.

【0030】 ここで用いられる「原線維」という術語は、線維状の全体的構造を生ずる、分
子の規則正しい多量体を言う。コラーゲン原線維の場合、コラーゲン分子は4分
の1体のねじれ型に配列しており、各隣り合った分子の結合は規則正しく25%
ずつシフトしている(一つのコラーゲン分子の頭は、隣り合った分子に対して、
その分子の鎖の25%下側に並ぶように配列している)。原線維、特にコラーゲ
ン製によるものは、しばしば電子顕微鏡によると特徴的な外観を有している。原
線維が結合して束になっているのである。原線維の束の数がより多いものがファ
イバーである。
The term “fibrils” as used herein refers to ordered multimers of molecules that give rise to a fibrous overall structure. In the case of collagen fibrils, collagen molecules are arranged in a quarter twisted form, and the binding of each adjacent molecule is regularly 25%.
(One collagen molecule's head is
Arranged 25% below the chain of the molecule). Fibrils, especially those made of collagen, often have a characteristic appearance by electron microscopy. The fibrils are bundled together. Fibers with a higher number of fibril bundles are fibers.

【0031】 「マット複合材」という術語は、生体高分子の連続層が互いに接着したものを
含む生体高分子形を言う。
The term “mat composite” refers to a biopolymer form that includes a continuous layer of biopolymer adhered to one another.

【0032】 「マット組成」という術語は、マット、例えば好ましくは再吸収可能であり、
選択に応じて一つ又は複数の生体高分子フォーム、例えば単一密度又は二重密度
のフォームである生体高分子マットなど、を含む生体高分子組成を言う。単一密
度及び二重密度の生体高分子フォームは、その内容全体を参考としてここに編入
することとする、1996年11月21日出願の米国連続番号08/754,8
18号に説かれている。
The term “mat composition” refers to mats, for example, which are preferably resorbable,
A biopolymer composition comprising one or more biopolymer foams, depending on the choice, such as a biopolymer mat that is a single or double density foam. Single density and double density biopolymer foams are incorporated by reference herein in their entirety, US Ser. No. 08 / 754,8, filed Nov. 21, 1996.
No. 18 explains.

【0033】 生体高分子フォームは単一密度又は二重密度のフォームであってもよい。ここ
で用いられる「フォーム」という術語は、生体高分子の分子及び/又は生体高分
子のフィラメントを微小区画の壁面内に散在させた、連絡する微小区画のネット
ワークを言う。「単一密度のフォーム」という文言は、以下の性質のうち少なく
とも二つを有する生体高分子フォームを言う。即ち1)概ね等しいx=長さ、y
=幅、及びz=高さである、x、y及びzの容積寸法を持つ微小区画を有する。
典型的には、x、y、及びzの範囲は約1μmから約300μmまで、好ましくは
約20μmから約200μmまで、より好ましくは約40μmから約150μmまで
、そして最も好ましくは約50μmから約100μmまで、である。2)約10μ
m未満の平均壁厚を持つ微小区画を有する。3)生体高分子ファイバー及び/又 はフィラメントを含む壁面を持つ微小区画を有する。4)水溶液中で物理的に安
定である。5)生きた生命体に対して非毒性である。及び6)細胞接着及び成長
のための基質として働くことができる、である。単一密度のフォームは、例えば
水性の緩衝液又は組織培養基などに水和させたときにもそれらの構造を維持する
。加えて、単一密度のフォームの三次元構造は、それらに接種された細胞の器質
化の助けとなる。単一密度のフォームをコラーゲンから細胞なしで作製すると、
例えば0.1%のコラゲナーゼなど、コラゲナーゼで容易に消化することができ
る。単一密度の生体高分子フォームに利用可能な、生体高分子を形成することの
できる分子の例には、コラーゲン、アルギン酸、ポリビニルアルコール、エラス
チン、コンドロイチン硫酸、ラミニン、フィブロネクチン、フィブリノーゲン、
及びこれらの生体高分子の組み合わせ、がある。好適な生体高分子はコラーゲン
、例えばブタ胎児コラーゲンなど、である。別の実施例では、当該の単一密度の
生体高分子フォームに細胞外マトリックス微粒子及び/又は細胞を含めることが
できる。
The biopolymer foam may be a single density or double density foam. As used herein, the term "foam" refers to a network of communicating microcompartments in which biopolymer molecules and / or biopolymer filaments are interspersed within the walls of the microcompartments. The phrase "single density foam" refers to a biopolymer foam having at least two of the following properties: That is, 1) approximately equal x = length, y
= Micro-compartments with volume dimensions of x, y and z, where = width and z = height.
Typically, the range of x, y, and z is from about 1 μm to about 300 μm, preferably from about 20 μm to about 200 μm, more preferably from about 40 μm to about 150 μm, and most preferably from about 50 μm to about 100 μm ,. 2) about 10μ
It has microcompartments with an average wall thickness of less than m. 3) It has microcompartments with wall surfaces containing biopolymer fibers and / or filaments. 4) Physically stable in aqueous solution. 5) Non-toxic to living organisms. And 6) can serve as a substrate for cell adhesion and growth. Single-density foams maintain their structure when hydrated, such as in aqueous buffers or tissue culture media. In addition, the three-dimensional structure of single-density foams helps to organize the cells inoculated into them. When a single density foam is made from collagen without cells,
For example, it can be easily digested with collagenase such as 0.1% collagenase. Examples of molecules that can form biopolymers that can be used for single-density biopolymer foams include collagen, alginic acid, polyvinyl alcohol, elastin, chondroitin sulfate, laminin, fibronectin, fibrinogen,
And combinations of these biopolymers. A preferred biopolymer is collagen, such as porcine fetal collagen. In another embodiment, the single density biopolymer foam can include extracellular matrix microparticles and / or cells.

【0034】 ここで用いられる「二重密度のフォーム」という文言は、以下の性質のうちの
少なくとも二つを有する生体高分子フォームを言う。即ち、1)x、y及びzの
容積寸法を持つ微小区画を有し、ただしこのときx=長さ、y=幅、及びz=高
さであり、そのうちの二つが概ね等しく、三番目は、少なくとも約10、そして
より好ましくは少なくとも20約以上の因数によって単一密度のフォームの同じ
寸法に比較して減少又は少なくしてあり、約1μmから約300μmまで、好まし
くは約20μmから約200μmまで、より好ましくは約40μmから約150μm
まで、そして最も好ましくは約50μmから約100μmまでの範囲で変更可能で
ある。2)約10μm未満の平均壁厚を持つ微小区画を有する。3)生体高分子 ファイバー及び/又はフィラメントを含む壁面を持つ微小区画を有する。4)水
溶液中で物理的に安定である。5)生きた生命体に対して非毒性である。及び6
)細胞接着及び成長のための基質として働くことができる、である。コラーゲン
から作製した場合の二重密度のフォームは、例えば約3から約5倍以上など、コ
ラーゲンから作製した単一密度のフォームよりもコラゲナーゼ消化に対する耐性
が高く、単一密度のフォームよりも、0.1%のコラゲナーゼに対してより耐性
である。コラーゲンから作製した二重密度のフォームは、さらに、単一密度のフ
ォームの単位容積当たりのコラーゲン含有量よりも、より高い単位当たりコラー
ゲン密度を有する。水和させると、二重密度のフォームの高さは典型的には約0
.2mmから約0.4mmである。この二重密度のフォームのいずれかの表面が、シ
ートを形成することのできる、上皮細胞、内皮細胞、及び中皮細胞をプレーティ
ングするための適した基質となる。間葉細胞もこの二重密度のフォームに接種し
てもよい。二重密度のフォームは、単一密度のフォームと同じ大きさ及び同じ形
状、例えばあらゆる形及びあらゆる組み合わせ、そしてポリマー・メッシュに接
着させるものなどとして、又はマルチウェルのプレート用インサートとして作製
することができる。本発明の単一及び二重密度のフォームで成長させた細胞は両
方とも、三次元組織の細胞の形態学的特徴を有し、また正常な細胞間関係、即ち
、それらが由来の又は得られた組織のものと同様な細胞間関係を形成することが
できる。二重密度のフォームに利用するのに好適な生体高分子は、単一密度のフ
ォームで説明した通りである。別の実施例では、二重密度の生体高分子フォーム
に細胞外マトリックス微粒子及び/又は細胞を含めることができる。マット、マ
ット複合材、又はマット組成のいずれの表面を、上皮細胞、内皮細胞、及び間葉
細胞をプレーティングするのに適した、シート又はその他の物質に形成すること
のできる基質とならせることができる。さらに細胞を単一又は二重密度のフォー
ムに接種してもよい。生体高分子マット及び生体高分子マット組成上で成長させ
た細胞は、三次元組織の細胞の形態学的特徴を有し、また正常な細胞間関係、即
ち、それらの由来である又は得られた組織のものと同様な細胞間関係を形成する
ことができる。
The phrase “dual density foam” as used herein refers to a biopolymer foam having at least two of the following properties: That is, 1) it has a micro compartment with volume dimensions of x, y and z, where x = length, y = width, and z = height, two of which are approximately equal, and the third is From about 1 μm to about 300 μm, preferably from about 20 μm to about 200 μm, with a factor of at least about 10, and more preferably at least about 20 or more compared to the same size of the single density foam. , More preferably from about 40 μm to about 150 μm
And most preferably in the range from about 50 μm to about 100 μm. 2) having microcompartments with an average wall thickness of less than about 10 μm; 3) Biopolymer It has a microcompartment having a wall surface containing fibers and / or filaments. 4) Physically stable in aqueous solution. 5) Non-toxic to living organisms. And 6
) Can serve as a substrate for cell adhesion and growth. Dual density foams made from collagen are more resistant to collagenase digestion than single density foams made from collagen, for example, about 3 to about 5 times or more, and have a 0-fold higher density than single density foams. More resistant to 1% collagenase. Dual density foams made from collagen also have a higher collagen density per unit than the collagen content per unit volume of single density foams. When hydrated, the dual density foam typically has a height of about 0
. It is between 2 mm and about 0.4 mm. Any surface of this dual density foam is a suitable substrate for plating epithelial, endothelial, and mesothelial cells that can form a sheet. Mesenchymal cells may also be inoculated into this dual density foam. Double-density foams can be made the same size and shape as single-density foams, e.g., in any shape and any combination, and adhered to a polymer mesh, or as multi-well plate inserts. it can. Both cells grown in the single and dual density forms of the invention have the morphological characteristics of the cells of the three-dimensional tissue and have a normal intercellular relationship, i.e., from which they were derived or obtained. A similar intercellular relationship can be formed with that of a damaged tissue. Suitable biopolymers for use in the dual density foam are as described for the single density foam. In another example, the dual density biopolymer foam can include extracellular matrix microparticles and / or cells. Making the surface of any mat, mat composite, or mat composition a substrate that can be formed into a sheet or other material suitable for plating epithelial, endothelial, and mesenchymal cells Can be. In addition, cells may be seeded in single or double density foam. The biopolymer mat and cells grown on the biopolymer mat composition have the morphological characteristics of the cells of the three-dimensional tissue and have a normal intercellular relationship, i.e., from or derived from them. Intercellular relationships similar to those of tissues can be formed.

【0035】 本発明の生体高分子マットは、生体高分子を形成することのできる分子、例え
ばコラーゲン、エラスチン、ラミニン、フィブロネクチン、ポリ-l-アミノ酸、 フィブリノーゲン、ゼラチン、ポリサッカリド、トロンボスポンジン及びこれら
の生体高分子の組み合わせ、など、の溶液を希釈することにより、作製すること
ができる。好ましくは、生体高分子コラーゲン、より好ましくはブタ胎児コラー
ゲンを緩衝液、例えば1から50mMのHEPES、TES又はtris、pH7.4を5か ら400mMのリン酸ナトリウム又はカリウム、pH7.4に溶かしたもので0 .1から10mg/mlになるまで希釈するが、前述の緩衝液には1から150m Mの塩化ナトリウム、標準的な平衡食塩水又は無血清組織培養基を加えても、加
えなくともよい。次にこのpHを希釈塩基、例えば水酸化ナトリウム、アンモニ
ウム又はカリウム、好ましくは5%の水酸化アンモニウム、の溶液を用いてpH
7.4に微細に調節する。この溶液を一定の温度(37から4℃の間、好ましく
は22℃)でインキュベートするが、これと同時にゆっくり混合して原線維を形
成させる。生成する原線維は約0.01から50μmの間の幅であり、約0.0 002から5.0mmの間の長さである。この原線維溶液を多孔質構造、例えば約
800から約18メッシュ数、好ましくは約50から500メッシュ数の、又は
、約15から約1000μmの間の多孔度、好ましくは約25から280μmの多
孔度を有するスクリーン又はフィルタ、あるいは編み物又は不織布あるいは例え
ば単一密度のフォームなど、に注ぐ。重合していない分子はこの多孔質構造を通
り抜け、制限されたメッシュの多孔度が、原線維の通り抜けを妨げる。原線維が
上面及び上面より僅かに下で捕捉されるにつれ、これらの層構造は密になって溶
液のメッシュを通過する流れがゆっくりとなる。この溶液の流れは、多孔質構造
の反対側に吸収剤を施すことにより、光真空又は毛細吸い上作用によって促すこ
とができる。溶液の速度が遅くなるにつれ、多孔質構造の上方にある残りの溶液
をゲル化させて原線維を捕捉させ、約0.01から約2.0センチメートル、好
ましくは約0.01から0.5センチメートルの厚さの半固形の原線維−ゲル構
造を形成させることができる。
The biopolymer mat of the present invention comprises a molecule capable of forming a biopolymer, such as collagen, elastin, laminin, fibronectin, poly-l-amino acid, fibrinogen, gelatin, polysaccharide, thrombospondin, and the like. It can be prepared by diluting a solution such as a combination of biopolymers. Preferably, biopolymeric collagen, more preferably porcine fetal collagen, is dissolved in a buffer, for example 1 to 50 mM HEPES, TES or tris, pH 7.4, in 5 to 400 mM sodium or potassium phosphate, pH 7.4. With 0. Dilute to 1 to 10 mg / ml, with or without the addition of 1 to 150 mM sodium chloride, standard balanced saline or serum-free tissue culture medium to the above buffer. This pH is then adjusted to pH using a solution of a dilute base such as sodium, ammonium or potassium hydroxide, preferably 5% ammonium hydroxide.
Finely adjust to 7.4. The solution is incubated at a constant temperature (between 37 and 4 ° C., preferably 22 ° C.) while simultaneously mixing gently to form fibrils. The resulting fibrils are between about 0.01 and 50 μm wide and between about 0.0002 and 5.0 mm long. The fibril solution may have a porous structure, for example, a porosity of about 800 to about 18 mesh, preferably about 50 to 500 mesh, or between about 15 to about 1000 μm, preferably about 25 to 280 μm. Or a knitted or nonwoven fabric or, for example, a single density foam. Unpolymerized molecules pass through this porous structure and the restricted mesh porosity prevents the passage of fibrils. As the fibrils are trapped at and slightly below the upper surface, these layered structures become denser and the flow of the solution through the mesh becomes slower. The flow of this solution can be facilitated by the application of an absorbent on the opposite side of the porous structure, by means of a light vacuum or capillary action. As the speed of the solution is reduced, the remaining solution above the porous structure is allowed to gel and capture the fibrils, from about 0.01 to about 2.0 centimeters, and preferably from about 0.01 to 0. A 5 cm thick semi-solid fibril-gel structure can be formed.

【0036】 本発明の一態様では、中和緩衝液に塩化ナトリウムを加えると、ゲル成分を減
少させ、より多くの原線維を採集することができる。原線維の採集を加速するに
は、インキュベートした中性のコラーゲン−原線維溶液を低速、例えば約500
から5000×g、好ましくは1500×gなど、で約2から30分間、好ましく
は5分間遠心分離すればよい。この上清を廃棄し、ペレットになった原線維を再
懸濁させてスラリを形成させる。この改良の結果、スクリーンの排水性質に依存
することなくマット構造を構築することができる。従って、原線維スラリを一体
の底面鋳型又は二重密度フォームに移しても、又は遠心力又は回転運動を加える
ことによって皿又は試験管に施してもよい。
In one embodiment of the present invention, the addition of sodium chloride to the neutralization buffer reduces gel components and allows more fibrils to be collected. To accelerate fibril collection, the incubated neutral collagen-fibril solution may be slowed, e.g.
The centrifugation may be carried out at a pressure of from about 5,000 × g, preferably about 1500 × g, for about 2 to 30 minutes, preferably 5 minutes. The supernatant is discarded and the pelleted fibrils are resuspended to form a slurry. As a result of this improvement, a mat structure can be constructed without depending on the drainage properties of the screen. Thus, the fibril slurry can be transferred to a solid bottom mold or dual density foam, or applied to a dish or test tube by applying centrifugal or rotational motion.

【0037】 本発明の別の実施例では、原線維をリン酸緩衝生理食塩水、平衡食塩水、又は
無血清組織培養基などの生理学的緩衝液中に形成又は採集する場合には、生きた
組織細胞を含めてもよい。これらの細胞を原線維又は原線維スラリに混合し、マ
ット内の多孔質支持体上に採集する。次にこのマットを、細胞が生存でき、かつ
マットをそれらの性質に基づいて調質するような環境下でインキュベートしても
よい。
In another embodiment of the invention, fibrils are formed or harvested in a physiological buffer, such as phosphate buffered saline, balanced saline, or serum-free tissue culture media. Cells may be included. These cells are mixed with fibrils or fibril slurries and collected on a porous support in a mat. The mat may then be incubated in an environment in which cells can survive and condition the mat based on its properties.

【0038】 本発明の別の実施例では、マット複合材を作製することができる。これは、異
なる原線維/原線維束のスラリの連続層を多孔質の支持体上で採集することによ
って達成される。これは、各層が互いに接着して新しい性質をマットにもたらす
ような態様で行ってもよい。
In another embodiment of the present invention, a mat composite can be made. This is achieved by collecting successive layers of slurry of different fibrils / fibril bundles on a porous support. This may be done in such a way that the layers adhere to each other and bring new properties to the mat.

【0039】 本発明のさらに別の実施例では、物体をマットに埋め込んで、そのテクスチャ
又は引き裂き特性を変更することができる。いくつかの用途では、マットの操作
及び利用に特定のテクスチャ又は引き裂き抵抗が必要な場合がある。テクスチャ
は、原線維を採集するのに用いる多孔質の支持体の表面特徴か、又は、マット形
成時にマット構造内にテクスチャ付き物体を埋め込むことによって、操作するこ
とができる。引き裂き抵抗は、マット内に埋め込まれる材料か、又は、マット複
合材の性質によって操作することができる。生理学的緩衝液内での可溶化に耐え
る何らかの形状の生体適合性の粒子、例えばリン酸カルシウム、硫酸カルシウム
のビード、硫酸カルシウムのファイバー、再吸収可能なポリマーの断片、ゼラチ
ン又はアガロースのビードなど、を用いてもよい。硫酸カルシウムを用いると以
下に説明するようにその可溶性に基づいて孔ができるが、マットの引き裂き性質
を操作するのに硫酸カルシウムを用いるという特別の理由は、孔を作るために利
用する水溶性は大きく、しかし生理緩衝液、例えばリン酸緩衝生理食塩水など、
での硫酸カルシウムの可溶性は低い、という点である。完成したマット内の粒子
の存在は、引き裂きが伝播していくためにはその周りを進まなければならないと
いう制止部として作用する。粒子が存在するために、引き裂きは波状のルートを
通らなければならないため、引き裂きの伝播の可能性が低下するのである。
In yet another embodiment of the invention, an object can be embedded in a mat to change its texture or tear properties. In some applications, the handling and use of the mat may require a particular texture or tear resistance. Texture can be manipulated by surface features of the porous support used to collect fibrils, or by embedding textured objects within the mat structure during mat formation. Tear resistance can be manipulated by the material embedded in the mat or by the nature of the mat composite. Using biocompatible particles of any shape that will resist solubilization in physiological buffers, such as calcium phosphate, calcium sulfate beads, calcium sulfate fibers, resorbable polymer fragments, gelatin or agarose beads, etc. You may. Although the use of calcium sulphate creates pores based on its solubility, as described below, the particular reason for using calcium sulphate to manipulate the tear properties of the mat is that the water solubility used to create the pores is Large, but physiological buffers, such as phosphate buffered saline,
Is that the solubility of calcium sulfate is low. The presence of particles in the finished mat acts as a stop in which the tear must travel around to propagate. Because of the presence of particles, the tear must follow a wavy route, reducing the likelihood of tear propagation.

【0040】 直接細胞接種をするのが好ましくない場合、多孔質構造上に捕捉された物質を
、多孔質の吸収剤の間で沈着させる又は押圧して平らにするときに乾燥させて、
完成したマットを薄い、密度の濃い線維膜として剥がしてもよい。
If direct cell inoculation is not preferred, the material entrapped on the porous structure may be deposited between porous absorbents or dried when pressed to flatten,
The finished mat may be peeled off as a thin, dense fibrous membrane.

【0041】 別の実施例では、乾燥させる前に原線維スラリを泡で通気してマットの多孔度
を高めることができる。更なる実施例では、支持体、例えばスクリーン、細かい
不活性のフィラメント、例えばワイヤ・フィラメントなど、を通じて所望の間隔
で垂直に配置することで多孔度を高めてもよい。原線維はこのフィラメントの周
りに沈着することとなるため、マット乾燥後にこれを取り除いて孔を残すことが
できる。さらに別の実施例では、半固形の原線維−ゲル構造を、エタノール溶液
又は中性より僅かに低い緩衝液などの溶液で処理して、ゲルに貢献しているコラ
ーゲンをスクリーンを通じて洗い流し、スクリーン上の原線維線維のみを残し、
原線維間にできた距離を多孔性としてもよい。さらに別の実施例では、半固形の
原線維−ゲルを凍結乾燥させることで、この半固形の三次元構造を維持しつつ、
水を取り除いて水があった場所に間隙を残すことで多孔度を高めてもよい。さら
に別の実施例では、完成したマットにピン又はレーザ光線を用いて物理的に穿孔
することにより、多孔度を高めてもよい。
In another embodiment, the fibril slurry can be bubbled with foam prior to drying to increase the porosity of the mat. In a further embodiment, the porosity may be increased by placing them vertically at desired intervals through a support, such as a screen, fine inert filaments, such as wire filaments. Since the fibrils are deposited around the filaments, they can be removed after the mat is dried to leave holes. In yet another embodiment, the semi-solid fibril-gel structure is treated with a solution, such as an ethanol solution or a slightly less neutral buffer, to wash away the collagen contributing to the gel through the screen and to reduce the fibril on the screen. Leaving only fibrils,
The distance between fibrils may be made porous. In yet another embodiment, the semi-solid fibril-gel is lyophilized to maintain this semi-solid three-dimensional structure,
Porosity may be increased by removing water and leaving gaps where water was. In yet another embodiment, the porosity may be increased by physically perforating the finished mat with a pin or laser beam.

【0042】 さらに別の実施例では、原線維スラリに、約0.002から約2.00mm、好
ましくは約0.01から約1.0mmの直径の物質を混合し、完成したマットから
この物質を取り除いて、この物質がそれまで占めていた空間に孔を残すことによ
り、多孔度を高めることができる。これらの物質の例には、例えば第一鉄粒子、
例えばミニットボールベアリング又は鉄製ビードなど、再湿潤させたマットに磁
石を接触させることによって取り除くことのできるものや、硫酸カルシウム、塩
又は糖粒子など、乾燥させたマットを水中に浸漬することで取り除くことのでき
るものや、ゲル化アルギン酸のビードなど、約2から1000mM、好ましくは 20から200mMの濃度のEDTAに乾燥させたマットを浸漬することで取り 除くことのできるものや、アガロース又はワックスのビードなど、当該マットを
緩やかな温度上昇にさらしたり又はアルコールで洗浄するなどにより取り除くこ
とのできるものや、ゼラチンのビードなど、生きた細胞の活動を通じて完成マッ
ト製品で、ある一定期間にわたって起きる場合のあるプロセスである、非特異的
なプロテアーゼによって取り除くことのできるもの、が含まれる。マットに多孔
性をもたらすその他の方法は、当業者には公知である。
In yet another embodiment, a fibril slurry is mixed with a material having a diameter of about 0.002 to about 2.00 mm, preferably about 0.01 to about 1.0 mm, and the material is removed from the finished mat. Can be removed to leave pores in the space previously occupied by this material, thereby increasing porosity. Examples of these substances include, for example, ferrous particles,
Anything that can be removed by contacting a magnet with a re-wetted mat, such as a minute ball bearing or an iron bead, or a dry mat, such as calcium sulfate, salt, or sugar particles, that is removed by immersing it in water Such as a bead of gelled alginic acid, a bead that can be removed by immersing a dried mat in EDTA at a concentration of about 2 to 1000 mM, preferably 20 to 200 mM, or a bead of agarose or wax. A process that can occur over a period of time on a finished mat product through the action of living cells, such as one that can be removed by exposing the mat to a gradual temperature increase or washing with alcohol, or a bead of gelatin Non-specific protease And those that can be removed. Other methods of providing porosity to the mat are known to those skilled in the art.

【0043】 マットの多孔度を高めるのにアルギン酸を用いると、水を保持できると共にス
ポンジ様構造において孔を連結するネットワークになることもできる多孔質材料
が得られる。様々な巨大分子を、コラーゲン又は原線維スラリに加えると、コラ
ーゲンに結合するか又は原線維ネットワークに捕捉されて、このマットに多孔性
及び保水力を与えることができる。ゼラチンなどのたんぱく質、ペクチン、キシ
ラン、ヘパリン、デキストラン硫酸、キチン、アルギン酸などのポリサッカリド
、グリコサミノグリカン、特にヘパラン硫酸、コンドロイチン硫酸、硫酸デルマ
タン、及びケラタン硫酸並びにヒアルロン酸や、デコリン、ケラタン、ヘパラン
硫酸、シンデカン、ビグリカン、ペルクリーン、アグレカン、セルグリシン等々
を含む、グリコサミノグリカンを含んだプロテオグリカン、は、上記の用途に向
くこれらの性質を呈する物質の例である。好適な物質には、比率で約0.1から
4.000%、好ましくは1から500%のゼラチン及び/又はグリコサミノグ
リカン乾燥重量をコラーゲンの1乾燥重量当たり含んだゼラチン及び/又はグリ
コサミノグリカンがある。
The use of alginic acid to increase the porosity of the mat results in a porous material that can retain water and also become a network connecting pores in a sponge-like structure. When various macromolecules are added to the collagen or fibril slurry, they can bind to the collagen or become trapped in the fibril network, giving the mat porosity and water retention. Proteins such as gelatin, pectin, xylan, heparin, dextran sulfate, chitin, polysaccharides such as alginic acid, glycosaminoglycans, especially heparan sulfate, chondroitin sulfate, dermatan sulfate, and keratan sulfate, and hyaluronic acid, decorin, keratan, heparan Glycosaminoglycan-containing proteoglycans, including sulfuric acid, syndecan, biglycan, perclean, aggrecan, serglycine, and the like, are examples of materials that exhibit these properties for the above applications. Suitable materials include gelatin and / or glycosaminoglycan containing about 0.1 to 4.000%, preferably 1 to 500% by weight of gelatin and / or glycosaminoglycan per dry weight of collagen. There is noglycan.

【0044】 別の実施例では、マットの強度は、補強材料を原線維採集液中に敷くことで高
めることができる。このような補強材料には、例えば紡織法などで、生体高分子
、再吸収可能なポリマー、又は再吸収不能のポリマーから作製した、ファイバー
、糸、例えば編んだ糸、及び/又は布、例えば織った布又は不織布がある。生体
高分子ファイバーは、生体高分子を溶液中で凝固槽に押し出し、この生体高分子
を、エタノール又はアセトンあるいはその他の脱水溶液を含んだ槽に移すことに
よって作製することができる。あるいは、真空乾燥を行うことでファイバーを脱
水してもよい。その後この生体高分子ファイバーを、例えばその内容全体を参考
としてここに編入することとする、1996年11月21日出願の米国連続番号
08/754,818号に説かれた方法によって架橋してもよい。コラーゲン・
ファイバーなどの生体高分子ファイバーを紡糸する及び加工するための装置の一
例は、その内容全体を参考としてここに編入することとする、1994年11月
2日出願の米国連続番号08/333,414号に説かれている。その後ファイ
バーを乾燥させ、例えば動いているファイバーをより多くのローラ上に引っ張り
、延伸し、それを乾燥させた後に、スプール上に巻き付けるなどして巻き取って
もよい。このファイバーを織る、編む、束ねる又は撚り合わせて布又はその他の
複雑な形にしても、あるいはここで説明したような利用に向けて織物法によりコ
ンストラクトにしてもよい。
In another embodiment, the strength of the mat can be increased by placing the reinforcing material in the fibril collection fluid. Such reinforcing materials include fibers, yarns, eg, knitted yarns, and / or fabrics, eg, woven, made from biopolymers, resorbable polymers, or non-resorbable polymers, eg, by a weaving process. Fabric or non-woven fabric. Biopolymer fibers can be made by extruding a biopolymer in a solution into a coagulation bath and transferring the biopolymer to a bath containing ethanol or acetone or other dewatered solution. Alternatively, the fibers may be dehydrated by performing vacuum drying. The biopolymer fiber may then be crosslinked, for example, by the method described in US Ser. No. 08 / 754,818, filed Nov. 21, 1996, which is incorporated herein by reference in its entirety. Good. collagen·
An example of an apparatus for spinning and processing biopolymer fibers, such as fibers, is incorporated by reference herein in its entirety, US Ser. No. 08 / 333,414, filed Nov. 2, 1994. Is described in the issue. The fiber may then be dried, for example, by pulling the moving fiber over more rollers, stretching, drying it, and then winding it, such as by winding it on a spool. The fibers may be woven, knitted, bundled or twisted into fabrics or other complex shapes, or may be constructed by weaving for use as described herein.

【0045】 生体高分子の不織布は、典型的には所定の大きさ及び密度の絡み合わせた生体
高分子ファイバーの集団から構成する。典型的には、生体高分子の不織布は、乾
燥した生体高分子ファイバーを、個々のファイバー要素の長さのそれに等しい周
辺を持つドラムに巻き取ることによって作製する。巻き取りは、ファイバーをド
ラムに巻き付けた数がその布に必要なファイバのピース数に等しくなるまで続け
る。そこで巻き付けたファイバーを横切ってドラムの軸に平行な方向に切断し、
ファイバをドラムから取り外す。こうして、それまでに架橋していなければ、そ
のファイバーを架橋させることができる。次にこのファイバーを一容量のリン酸
緩衝液に一定時間分散させて、そのpHを降下させ、ファイバーを柔らかくする
。このファイバーを一容量の水に移し、機械的に攪拌してファイバの鎖を絡み合
わせる。絡み合わせたファイバの鎖を、採集スクリーン上に、それらが均一な密
度のマットになってスクリーンの被膜となるまで、この水をふるいにかける。そ
の後この不織布をスクリーン上で乾燥させるか、別の表面、スクリーン又は細胞
培養器具に移した後に乾燥させる。必要に応じて、この不織布マットを、乾燥後
により小型形状に切断するか、又はパンチングしてもよい。
The nonwoven biopolymer typically comprises a population of entangled biopolymer fibers of a predetermined size and density. Typically, biopolymer nonwovens are made by winding dried biopolymer fibers onto a drum having a perimeter equal to the length of the individual fiber elements. Winding continues until the number of fibers wound on the drum equals the number of pieces of fiber required for the fabric. So cut across the wound fiber in a direction parallel to the axis of the drum,
Remove the fiber from the drum. Thus, the fiber can be cross-linked if it has not been previously cross-linked. The fiber is then dispersed in a volume of phosphate buffer for a period of time to lower its pH and soften the fiber. The fiber is transferred to a volume of water and mechanically agitated to entangle the fiber chains. The entangled fiber strands are sieved with this water onto a collection screen until they become a mat of uniform density and form a coating on the screen. The nonwoven is then dried on a screen or transferred to another surface, screen or cell culture instrument and then dried. If desired, the nonwoven mat may be cut into smaller shapes after drying or punched.

【0046】 マットの補強ファイバー、糸、ひも、ファイバーの束、布及び/又は不織布に
適した材料の例は、生体高分子、再吸収可能なポリマー及び再吸収不能のポリマ
ーを形成する材料である。生体高分子用の材料には、コラーゲン、アルギン酸、
ラミニン、エラスチン、ゼラチン、フィブロネクチン、フィブリノーゲン、トロ
ンボスポンジン、ポリサッカリド、ポリ-l-アミノ酸及びこれらの組み合わせが ある。再吸収可能なポリマーの材料には、例えばポリ-l-乳酸及びポリ-l-グリコ
ール酸などのポリ-α-ヒドロキシエステル、ポリジオキシノン、ポリビニルアル
コール、外科用ガット及びこれらの組み合わせがある。再吸収不能のポリマー材
料の例には、絹、ナイロン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポ
リエステル、ポリウレタン及びこれらの組み合わせがある。他にも、ファイバの
組み合わせは、再吸収可能なポリマーファイバーを、再吸収不能なポリマー上に
鋳込んだり、又は、生体高分子ファイバーを再吸収可能な又は再吸収不能なファ
イバー上に鋳込むことで、作製が可能である。好適な材料はコラーゲン、好まし
くはブタ胎児コラーゲンである。
Examples of suitable materials for the reinforcing fibers, yarns, strings, bundles of fibers, fabrics and / or nonwovens of the mat are those which form biopolymers, resorbable and non-resorbable polymers. . Materials for biopolymers include collagen, alginic acid,
There are laminin, elastin, gelatin, fibronectin, fibrinogen, thrombospondin, polysaccharides, poly-l-amino acids and combinations thereof. Resorbable polymer materials include, for example, poly-α-hydroxy esters such as poly-l-lactic acid and poly-l-glycolic acid, polydioxynone, polyvinyl alcohol, surgical gut, and combinations thereof. Examples of non-resorbable polymeric materials include silk, nylon, polytetrafluoroethylene, polypropylene, polyester, polyurethane, and combinations thereof. Other combinations of fibers include casting a resorbable polymer fiber onto a non-resorbable polymer, or casting a biopolymer fiber onto a resorbable or non-resorbable fiber. Thus, fabrication is possible. A preferred material is collagen, preferably porcine fetal collagen.

【0047】 このような補強された構造を要するインプラントの例には骨格置換術、ヘルニ
ア修復又は一時的補強用の構造がある。例えば回旋腱板を修復するには、強靱な
ファイバー又は縫合糸、好ましくは再吸収可能な縫合糸をマット構造内に、原線
維スラリを沈着させる際に埋め込んで、補強の方向に高い張力を当該完成品にか
けられるようにしてもよい。これらの構造をさらに以下に説明することとする。
Examples of implants requiring such a reinforced structure include structures for skeletal replacement, hernia repair or temporary reinforcement. For example, to repair a rotator cuff, a tough fiber or suture, preferably a resorbable suture, is embedded in the mat structure as the fibril slurry is deposited and a high tension is applied in the direction of reinforcement. It may be applied to the finished product. These structures will be described further below.

【0048】 別の実施例では、補強されたマット構造を乾燥させた後に、指示的な生体高分
子の個々の細いファイバーを外側表面に鋳込むことができる。これらのファイバ
ーの添加は構造的ではなくいわば指示的なものであり、細胞成長の方向及び組織
修復を、このファイバーに沿った細胞の移動から決定するものである。
In another embodiment, after drying the reinforced mat structure, individual thin fibers of the indicative biopolymer can be cast into the outer surface. The addition of these fibers is indicative rather than structural, and determines the direction of cell growth and tissue repair from the movement of cells along the fibers.

【0049】 一実施例では、生体高分子をコラーゲンとしたとき、このコラーゲンを酵素、
例えばコラーゲンに架橋を開始させるリシルオキシダーゼなど、で処理すること
ができる。リシルオキシダーゼは、例えば仔ウシ大動脈、ヒト胎盤、ニワトリ胚
骨端軟骨、ブタ皮膚(Shackleton, D. R. and Hulmes, D.J.S. (1990) Biochem.
J. 266:917-919を参照されたい)や、ブタの胚の様々な位置を含め多様な源か ら精製することができるが、リシンのε-アミノ基をアルデヒドに転化するもの である。このアルデヒドは、その他のコラーゲン分子にあるその他のリシンε- アミノ基又はその他のアルデヒドに自発的に結合して不可逆的な共有結合による
架橋を形成する反応性の官能基である。その結果、コラーゲンが不溶性となる。
リシルオキシダーゼは、リシンのアルデヒド転化が可能な条件下でコラーゲン溶
液に加えることができる。こうしてこのリシルオキシダーゼをコラーゲン溶液か
ら取り除き、このコラーゲンを、自発的な架橋が形成されているうちに、ここで
説明したように処理する。例えば、コラーゲン・マットの処理の間、例えば重合
化ステップの間に、単位容積当たりのコラーゲン濃度が上昇するにつれ、架橋が
自発的に形成される。このリシルオキシダーゼが媒介する架橋は強靱、不可逆的
であり、コラーゲンに天然に見られる結合である。このような態様で架橋させた
コラーゲンは不溶性であり、組織のリモデリングの際、特定の酵素攻撃にのみ、
感受性である。さらにリシルオキシダーゼは、マット及びマット組成や、回旋フ
ァイバー、ゲル、等々として用いるコラーゲンを架橋するのにも利用することが
できる。
In one embodiment, when the biopolymer is collagen, the collagen may be an enzyme,
For example, it can be treated with lysyl oxidase which initiates crosslinking of collagen. Lysyl oxidase is used, for example, in calf aorta, human placenta, chicken embryonic epiphyseal cartilage, pig skin (Shackleton, DR and Hulmes, DJS (1990) Biochem.
J. 266: 917-919) and can be purified from a variety of sources, including from various locations in porcine embryos, but convert ε-amino groups of lysine to aldehydes. This aldehyde is a reactive functional group that spontaneously binds to other lysine ε-amino groups or other aldehydes on other collagen molecules to form irreversible covalent crosslinks. As a result, the collagen becomes insoluble.
Lysyl oxidase can be added to the collagen solution under conditions that allow aldehyde conversion of lysine. The lysyl oxidase is thus removed from the collagen solution, and the collagen is treated as described herein while spontaneous crosslinks are formed. For example, during processing of the collagen mat, for example, during the polymerization step, as the collagen concentration per unit volume increases, crosslinks are spontaneously formed. This lysyl oxidase-mediated cross-linking is tough, irreversible, and the bond found naturally in collagen. Collagen crosslinked in this manner is insoluble and only undergoes specific enzymatic attacks during tissue remodeling.
Sensitive. Furthermore, lysyl oxidase can be used to crosslink collagen used as mats and mat compositions, convoluted fibers, gels, and the like.

【0050】 さらに別の実施例では、マットの強度は、例えば紫外線、デヒドロサーマル、
又は化学的架橋剤を用いた標準的コラーゲン架橋法により向上させることができ
る。典型的な化学的架橋剤には、例えばグルタルアルデヒド、ホルムアルデヒド
、アクリルアミド、カルボジイミド、当業で公知のもの、例えば1-エチル-3-(
ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド、当業で公知のジオン、例えば2,5-ヘ
キサンジオン、ジイミデート、例えばジメチルスベルイミデート、又はビスアク
リルアミド、例えばN,N'-メチレンビスアクリルアミドなど、がある。さらに別 の実施例では、マットの負荷支持能力を、スクリーンに注がれる原線維含有溶液
の容量又は濃度を変更することで様々な厚さのマットを作製して操作することが
できる。
In yet another embodiment, the strength of the mat can be, for example, UV, dehydrothermal,
Alternatively, it can be improved by a standard collagen crosslinking method using a chemical crosslinking agent. Typical chemical crosslinkers include, for example, glutaraldehyde, formaldehyde, acrylamide, carbodiimide, those known in the art, for example, 1-ethyl-3- (
Dimethylaminopropyl) carbodiimide, diones known in the art, such as 2,5-hexanedione, diimidates, such as dimethylsuberimidate, or bisacrylamides, such as N, N'-methylenebisacrylamide. In yet another embodiment, the mat's load bearing capacity can be manipulated by varying the volume or concentration of the fibril-containing solution that is poured onto the screen to produce mats of various thicknesses.

【0051】 本発明の生体高分子マット又は生体高分子マット組成と、細胞外マトリックス
巨大分子とを含む生体適合性のコンストラクトをさらに具体的にここで考察する
こととする。生体高分子溶液内に分散又は懸濁させた可溶性又は微粒子型の細胞
外マトリックス巨大分子を本発明のマット及びマット組成上及び/又は内にさら
に施して、細胞外マトリックス巨大分子又は微粒子を有するマット、マット複合
材、又はマット組成を形成することができる。ここで用いられる「微粒子型の細
胞外マトリックス」という文言は、かつては生きた細胞を有していたが、処理し
てこの細胞を取り除き、例えば細胞成長、形態形成、及び分化にとって必要な成
長因子、たんぱく質、プロテオグリカン、グリコサミノグリカンなどの非細胞性
の細胞外マトリックス因子を維持した組織源を由来とする細胞外マトリックス部
分を言う。移植組織を作製するために細胞外マトリックス微粒子を形成する方法
は、1992年8月7日出願の米国特許出願番号07/926,885号、19
94年9月6日出願の米国特許出願番号08/302,087号、及び、199
5年6月6日出願の米国特許出願番号08/471,535号に開示されている
。米国特許出願番号07/926,885号、08/302,087号及び08
/471,535号の教示を参考としてここに編入することとする。
A biocompatible construct comprising a biopolymer mat or biopolymer mat composition of the invention and an extracellular matrix macromolecule will now be discussed more specifically. A mat having extracellular matrix macromolecules or microparticles by further applying a soluble or microparticle type extracellular matrix macromolecule dispersed or suspended in a biopolymer solution on and / or within the mat and mat composition of the present invention , A mat composite, or a mat composition. As used herein, the phrase "particulate extracellular matrix" refers to a process that once had living cells, but which were removed by processing, e.g., growth factors necessary for cell growth, morphogenesis, and differentiation. , An extracellular matrix portion derived from a tissue source that maintains noncellular extracellular matrix factors such as protein, proteoglycan, and glycosaminoglycan. A method of forming extracellular matrix microparticles to produce a transplant is described in US patent application Ser. No. 07 / 926,885, filed Aug. 7, 1992, 19
US patent application Ser. Nos. 08 / 302,087, filed Sep. 6, 1994, and 199
No. 08 / 471,535, filed Jun. 6, 1993. U.S. Patent Application Nos. 07 / 926,885, 08 / 302,087 and 08
No./471,535, which is incorporated herein by reference.

【0052】 細胞外マトリックス微粒子を形成する方法には、生きた細胞を有する、例えば
結合組織源などの組織源を凍結させて、この生きた細胞を破砕することで、例え
ば細胞質及び核といった構成成分から成る細胞残遺物を形成するステップが含ま
れる。次にこの組織源を、例えば粉砕、洗浄、及びふるい分けなどによって処理
して、細胞成長、移動、分化、及び形態形成に必要な巨大分子を含む細胞外マト
リックスは取り除かずに細胞質及び核構成成分を取り除く。細胞外マトリックス
を凍結乾燥し、断片化、例えば低温粉砕で微細な粒子を生じさせるなど、して、
細胞外マトリックス微粒子を生成させる。
The method of forming the extracellular matrix microparticles includes freezing a tissue source having live cells, such as a connective tissue source, and disrupting the live cells to form components such as cytoplasm and nucleus. Forming a cell remnant consisting of This tissue source is then processed, for example, by grinding, washing, and sieving, to remove cytoplasmic and nuclear components without removing extracellular matrices containing macromolecules required for cell growth, migration, differentiation, and morphogenesis. remove. The extracellular matrix is lyophilized and fragmented, such as by cryomilling to produce fine particles,
Generate extracellular matrix microparticles.

【0053】 細胞外マトリックス微粒子には細胞外マトリックスたんぱくを含めることがで
きる。例えば、皮膚から得られる細胞外マトリックス微粒子には、形質転換成長
因子β1、血小板由来成長因子、塩基性線維芽細胞成長因子、表皮成長因子、I
GF1、bFGF、シンデカン-1、デコリン、フィブロネクチン、コラーゲン、
ラミニン、テナシン、及びデルマタン硫酸が含まれる。肺からの細胞外マトリッ
クス微粒子には、PDGF、TGFβ1、bFGF、VEGF、シンデカン-1、
フィブロネクチン、ラミニン、及びテナシンが含まれる。さらに細胞外マトリッ
クス微粒子には、組織の発達に必要な成長因子などのサイトカインを含めてもよ
い。「サイトカイン」と言う術語には、成長因子、インターロイキン、インター
フェロン及びコロニー刺激因子が含まれるが、これらに限定されることはない。
これらの因子は、細胞分裂、形態形成及び分化が目印となる組織発生の異なる段
階で正常組織中に存在する。これらの因子の中には、生体内での組織修復に必要
なシグナルをもたらす刺激分子がある。これらのサイトカインは、インプラント
の、置換しようとする組織の機能的代替物への転換を刺激することができる。こ
の転換は、組織細胞が、類似の近接組織から、例えば循環系や幹細胞の貯留位置
などから可動化することによって発生が可能となる。細胞は生体吸収可能なプロ
テーゼには接着でき、またそれらを置換組織にリモデルすることができる。
The extracellular matrix microparticles can include extracellular matrix proteins. For example, extracellular matrix microparticles obtained from skin include transforming growth factor β1, platelet-derived growth factor, basic fibroblast growth factor, epidermal growth factor,
GF1, bFGF, syndecan-1, decorin, fibronectin, collagen,
Includes laminin, tenascin, and dermatan sulfate. Extracellular matrix microparticles from the lung include PDGF, TGFβ1, bFGF, VEGF, syndecan-1,
Includes fibronectin, laminin, and tenascin. Further, the extracellular matrix microparticles may contain cytokines such as growth factors necessary for tissue development. The term "cytokine" includes, but is not limited to, growth factors, interleukins, interferons and colony stimulating factors.
These factors are present in normal tissues at different stages of tissue development, marked by cell division, morphogenesis and differentiation. Among these factors are stimulatory molecules that provide the necessary signals for tissue repair in vivo. These cytokines can stimulate the conversion of the implant into a functional replacement for the tissue to be replaced. This conversion can be caused by mobilization of tissue cells from similar adjacent tissues, such as from the circulatory system or stem cell reservoirs. Cells can adhere to bioabsorbable prostheses and they can be remodeled into replacement tissue.

【0054】 細胞成長に必要な成長因子は、細胞外マトリックスの構造要素に接着する。こ
の構造要素にはたんぱく質、例えばコラーゲン及びエラスチンなど、や、グリコ
プロテイン、プロテオグリカン及びグリコサミノグリカンが含まれる。もともと
は細胞が産生し、分泌した成長因子は、この細胞外マトリックスに結合し、細胞
行動を数多くの方法で調節する。これらの因子には、血小板由来成長因子(PD
GF)、例えばPDGF AA、PDGF BBなど、インシュリン様成長因子(
IGF)、例えばIGF−I、IGF−II、線維芽細胞成長因子(FGF)、例 えば酸性FGF、塩基性FGF、β−内皮細胞成長因子、FGF4、FGF5、
FGF6、FGF7、FGF8、及びFGF9、形質転換成長因子(TGF)、
例えばTGF−β1、TGF−β1.2、TGF−β2、TGF−β3、TGF
−β5、骨形態形成たんぱく(BMP)、例えば、BMP1、BMP2、BMP
3、BMP4、血管内皮細胞成長因子(VEGF)、例えばVEGF、胎盤成長
因子、表皮成長因子(EGF)、例えばEGF、アンフィレグリン、ベータセル
リン、ヘパリン結合EGF、インターロイキン、例えばIL−1、IL−2、I
L−3、IL−4、IL−5、IL−6、IL−7、IL−8、IL−9、IL
−10、IL−11、IL−12、IL−13、IL−14、コロニー刺激因子
(CSF)、例えばCSF−G、CSF−GM、CSF−M、神経成長因子(N
GF)、幹細胞因子、肝細胞成長因子、及び毛様体神経栄養因子が含まれるが、
これらに限定されるものではない。Adams 氏らの "Regulation of Development
and Differentiation by the Extracellular Matrix" Development Vol. 117, p
. 1183-1198 (1993)(以下「Adams et al」とする)及び"著書Guidebook to the
Extracellular Matrix and Adhesion Proteins, " Oxford University Press (
1993)(以下、「Kreis et al.」とする)の著者 Kreis et al. は、分化及び発 生を調節する細胞外マトリックス構成成分を説明している。さらにAdams氏らは 成長因子の細胞外マトリックスたんぱくとの結合と、細胞外マトリックスが微小
環境において重要な部分であり、成長因子と協働して、分化及び発生を調節する
上で中心的役割を果たしていることを開示している。Adams氏ら及びKreis氏らの
教示を参考としてここに編入することとする。
The growth factors required for cell growth adhere to structural elements of the extracellular matrix. This structural element includes proteins such as collagen and elastin, as well as glycoproteins, proteoglycans and glycosaminoglycans. Growth factors originally produced and secreted by cells bind to this extracellular matrix and regulate cell behavior in a number of ways. These factors include platelet-derived growth factor (PD
GF), for example, insulin-like growth factors such as PDGF AA, PDGF BB (
IGF), for example, IGF-I, IGF-II, fibroblast growth factor (FGF), for example, acidic FGF, basic FGF, β-endothelial cell growth factor, FGF4, FGF5,
FGF6, FGF7, FGF8, and FGF9, transforming growth factor (TGF),
For example, TGF-β1, TGF-β1.2, TGF-β2, TGF-β3, TGF
-Β5, bone morphogenetic protein (BMP) such as BMP1, BMP2, BMP
3, BMP4, vascular endothelial cell growth factor (VEGF) such as VEGF, placental growth factor, epidermal growth factor (EGF) such as EGF, amphiregulin, betacellulin, heparin-binding EGF, interleukin such as IL-1, IL -2, I
L-3, IL-4, IL-5, IL-6, IL-7, IL-8, IL-9, IL
-10, IL-11, IL-12, IL-13, IL-14, colony stimulating factor (CSF) such as CSF-G, CSF-GM, CSF-M, nerve growth factor (N
GF), stem cell factor, hepatocyte growth factor, and ciliary neurotrophic factor,
It is not limited to these. Adams et al. "Regulation of Development
and Differentiation by the Extracellular Matrix "Development Vol. 117, p
1183-1198 (1993) (hereinafter "Adams et al") and "Book Guide to the
Extracellular Matrix and Adhesion Proteins, "Oxford University Press (
The author of Kreis et al. (1993) (hereinafter “Kreis et al.”) Describes extracellular matrix components that regulate differentiation and development. Adams et al. Further noted that growth factors bind extracellular matrix proteins and that extracellular matrix is an important part of the microenvironment and play a central role in regulating growth and differentiation in cooperation with growth factors. It discloses what it is doing. The teachings of Adams et al. And Kreis et al. Are incorporated herein by reference.

【0055】 細胞外マトリックス微粒子は特定の組織から得てもよい。この微粒子は二つの
種類の情報性質を有する。一番目はそれらの分子的多様性であり、二番目はそれ
らの微小構造であるが、この両者とも、当該微小粒子のプレパラート中に保存す
る。多様な細胞外マトリックス分子の中の好適な結合も、この微小粒子のプレパ
ラート中で保存しておく。
[0055] Extracellular matrix microparticles may be obtained from a particular tissue. These particles have two types of information properties. The first is their molecular diversity and the second is their microstructure, both of which are conserved in the preparation of the microparticle. Suitable linkages among the various extracellular matrix molecules are also preserved in the microparticle preparation.

【0056】 細胞外マトリックスは指示的役割を果たし、それが取り囲んだ又はそれの上に
集まってきた細胞の活動を案内する。細胞分裂、形態形成、分化、組織構築及び
再生のための細胞プログラムの実行は細胞外マトリックスから放散されるシグナ
ルに依存するため、コラーゲンマット及びコラーゲンマット組成などの三次元の
骨格を、分子の多様性及び遺伝細胞外マトリックスの微小構造及び特定の細胞を
由来とする細胞外マトリックスの微小構造を呈する実際のマトリックス構成成分
で濃縮する。
The extracellular matrix plays an indicating role, guiding the activity of the cells that it surrounds or has gathered on. Since the execution of cell programs for cell division, morphogenesis, differentiation, tissue construction and regeneration depends on signals emitted from the extracellular matrix, a three-dimensional scaffold such as collagen mat and collagen mat composition is It is enriched with the actual and matrix components that exhibit the sexual and genetic extracellular matrix microstructure and the extracellular matrix microstructure derived from the particular cell.

【0057】 更なる細胞結合部位及び分子結合部位を、マット及びマット組成の表面上に、
例えば架橋術の結果消失した結合部位に替わるものとして提供するには、細胞外
マトリックス巨大分子又は微粒子をコラーゲンマットに施す前に、又は同時に、
被膜処理を設けることができる。加えて、典型的には大きさが約5から500μ
mであり、コラーゲンなどの基質ポリマーを、その他のたんぱく質、プロテオグ リカン、グリコサミノグリカン、細胞外マトリックス酵素、サイトカイン(成長
因子を含む)、及びグリコシドと組み合わせて構成した人工微小構造を湿式又は
乾式の微粒子の形状で作製し、この微粒子を被膜溶液によってコラーゲンマット
又はコラーゲンマット組成の表面に施してもよい。選択された構成成分を化学的
又は静電的に生体高分子に結合させても、又は微小微粒子格子内に含有させても
、あるいは脱水した形の格子内に含有させてもよい。このように、本発明はさら
にコラーゲンで被膜したマット、及び、細胞外マトリックス巨大分子又は微粒子
で被膜したマットを作製する方法に関するものでもある。これらの方法は、典型
的には、ここで説明したように所定の種類の生体高分子マットを形成するステッ
プと、コラーゲン溶液又は細胞外マトリックス巨大分子又は微粒子溶液を当該マ
ット、マット複合材、又はマット組成に施すことによって、コラーゲンで被膜さ
れた、又は細胞外マトリックス巨大分子又は微粒子で被膜された生体高分子マッ
ト、マット複合材、又はマット組成を形成するステップとを含む。一実施例では
、当該コラーゲン溶液はさらに細胞外マトリックス巨大分子又は微粒子を含む。
Additional cell binding and molecular binding sites are provided on the surface of the mat and mat composition
For example, to provide a replacement for a binding site that has disappeared as a result of a cross-linking procedure, before or simultaneously with applying the extracellular matrix macromolecules or microparticles to the collagen mat.
A coating treatment can be provided. In addition, typically about 5 to 500 μm in size
m, an artificial microstructure composed of a matrix polymer such as collagen in combination with other proteins, proteoglycans, glycosaminoglycans, extracellular matrix enzymes, cytokines (including growth factors), and glycosides. And the fine particles may be applied to the surface of the collagen mat or the collagen mat composition by a coating solution. The selected components may be chemically or electrostatically bound to the biopolymer, or may be contained within a microparticle lattice, or may be contained within a dehydrated form of the lattice. Thus, the present invention further relates to a mat coated with collagen and a method for preparing a mat coated with extracellular matrix macromolecules or microparticles. These methods typically involve forming a biopolymer mat of a given type, as described herein, and applying the collagen solution or extracellular matrix macromolecule or microparticle solution to the mat, mat composite, or Applying to the mat composition to form a biopolymer mat, mat composite, or mat composition coated with collagen or coated with extracellular matrix macromolecules or microparticles. In one embodiment, the collagen solution further comprises extracellular matrix macromolecules or microparticles.

【0058】 本発明のマット、マット複合材及びマット組成は、研究用モデル系を確立する
ための生体外及び生体内での細胞成長の基質として用いることができる。例えば
、実施例の一つでは、ガンを含む疾患状態を研究するために、本マット、マット
複合材、及びマット組成に異常細胞を接種することができる。別の実施例では、
本マット、マット複合材、及びマット組成を、このマット、マット複合材、又は
マット組成中又は上で培養したガン細胞を殺す能力について薬剤を選別すること
によって、化学療法戦略を決定する診断テストモデルとして役立ててもよい。別
の実施例では、マット中又はマット上の細胞を曝露する様々な物質の毒性を調べ
るために当該マット、マット複合材、及びマット組成を利用することができる。
The mats, mat composites and mat compositions of the present invention can be used as substrates for ex vivo and in vivo cell growth to establish research model systems. For example, in one embodiment, the mat, mat composite, and mat composition can be inoculated with abnormal cells to study disease states, including cancer. In another embodiment,
A diagnostic test model that determines the chemotherapeutic strategy by screening the mat, mat composite, and mat composition for the ability to kill cancer cells cultured in or on the mat, mat composite, or mat composition It may be useful as. In another embodiment, the mat, mat composite, and mat composition can be utilized to determine the toxicity of various substances that expose cells in or on the mat.

【0059】 本生体高分子マット、マット複合材、及びマット組成は形成されたままで用い
ても、又は細胞調質してもよい。細胞調質は、マット、マット複合材、又はマッ
ト組成をその新たな機能に一体化するのを早め、回復を早めたり、また損傷した
又は損失した組織の本物の置換を方向付けしたりするのに用いられる用途特異的
な方法である。マット、マット複合材、又はマット組成の材料を、使用する部位
に適した細胞成長の基質として利用する。例えば、骨の欠損を修復するのに骨膜
として用いるマット、マット複合材、又はマット組成の場合は、調質細胞には、
例えば骨芽細胞が含まれるであろう。心臓周囲膜として用いられるマット、マッ
ト複合材、又はマット組成の場合は、調質細胞には、例えば中皮細胞又は表皮細
胞が含まれるであろう。腹部に用いられるマット、マット複合材、又はマット組
成の場合は、調質細胞には中皮細胞が含まれるであろう。
The biopolymer mat, mat composite, and mat composition may be used as formed or may be cell conditioned. Cell conditioning can speed the integration of the mat, mat composite, or mat composition into its new function, speed recovery, and direct the real replacement of damaged or lost tissue. This is an application-specific method used for The mat, mat composite, or mat composition material is utilized as a cell growth substrate appropriate for the site to be used. For example, in the case of a mat, mat composite, or mat composition used as a periosteum to repair bone defects, conditioned cells include:
For example, osteoblasts would be included. In the case of a mat, mat composite, or mat composition used as a pericardial membrane, conditioned cells will include, for example, mesothelial cells or epidermal cells. In the case of a mat, mat composite, or mat composition used for the abdomen, conditioned cells will include mesothelial cells.

【0060】 例えば、ある一つの実施例では、マット、マット複合材又はマット組成を心臓
周囲パッチ内に、又は心臓周囲パッチとして用いることができる。好ましくは、
このマット、マット複合材、又はマット組成を中皮細胞又は表皮細胞で調質する
とよい。心臓周囲パッチは、当該マット、マット複合材、又はマット組成を強化
するために、生分解性かつ生体適合性のファイバーで補強してもよいであろう。
これらのファイバーは多様な生体適合性の材料、例えばポリ乳酸、ポリアミノ酸
、又はより好ましくはコラーゲン、そして最も好ましくは繊維状コラーゲンなど
、から形成することができる。
For example, in one embodiment, a mat, mat composite or mat composition can be used in or as a pericardial patch. Preferably,
The mat, mat composite, or mat composition may be conditioned with mesothelial cells or epidermal cells. Pericardial patches could be reinforced with biodegradable and biocompatible fibers to enhance the mat, mat composite, or mat composition.
These fibers can be formed from a variety of biocompatible materials, such as polylactic acid, polyamino acids, or more preferably collagen, and most preferably fibrous collagen.

【0061】 さらに、心臓周囲パッチは、本マット、マット複合材又はマット組成を当業に
おいて公知の方法で架橋することによって強化してもよい。最終的には、当該心
臓周囲パッチの強度は3から5MPaの桁でなければならない。例えば約6から
8週間など、心臓周囲の損傷部分の再生を促すプラットホームとして働くのに充
分な期間、当該の心臓周囲パッチを正常な生理条件下で概ねインタクトに維持す
る。一実施例では、心臓周囲パッチを、例えば生体適合性及び/又は生分解性の
支持体など、支持体上で形成することができる。この支持体は、パッチにさらに
強度を与える手段や、パッチをその上で構築することのできる骨格として機能す
る手段として役立てることができる。別の実施例では、心臓周囲パッチは多孔質
、例えば約0.01ミクロンから10ミクロンの間、好ましくは約0.2から約
0.5ミクロンの間の孔の大きさを有する多孔質としてもよい。
Further, the pericardial patch may be strengthened by cross-linking the present mat, mat composite or mat composition in a manner known in the art. Ultimately, the strength of the pericardial patch must be on the order of 3 to 5 MPa. The pericardial patch is maintained generally intact under normal physiological conditions for a period sufficient to serve as a platform to facilitate regeneration of the pericardial lesion, for example, about 6 to 8 weeks. In one example, the pericardial patch can be formed on a support, such as, for example, a biocompatible and / or biodegradable support. This support can serve as a means of adding strength to the patch or as a means to function as a scaffold on which the patch can be built. In another embodiment, the pericardial patch may be porous, for example, having a pore size of between about 0.01 and 10 microns, preferably between about 0.2 and about 0.5 microns. Good.

【0062】 調質の際、マット、マット複合材、又はマット組成上の細胞は、マット、マッ
ト複合材、又はマット組成による置換を行う部位にある欠陥に隣接する細胞が認
識可能なそのマット、マット複合材、又はマット組成たんぱく質生成物に沈着す
る。細胞の選択、ひいてはたんぱく質の生成物が、インプラントの状況で二つの
ことを指示することができる。これらは、隣接細胞のマット、マット複合材、又
はマット組成への移動を方向付けたり、当該マット、マット複合材、又はマット
組成材料がリモデリングを行って、本物の被覆組織や、又は、その他の細胞が反
対側から当該マット、マット複合材、又はマット組成をリモデルしている間、当
該マット、マット複合材、又はマット組成の下で所望の組織再成長を刺激するで
あろう細胞生成物に置換するのを方向付けすることができる。調質細胞が充分な
シグナリング分子及び細胞外マトリックス分子を本マット、マット複合材、又は
マット組成に沈着させる時間経過後は、当該マット、マット複合材、又はマット
組成を、生きた組織の等価物又はモデル組織系として役立つ、生きたインプラン
トとして利用してもよい。あるいは、当該マット、マット複合材、又はマット組
成の細胞を、当該コンストラクトを凍結乾燥させることで殺してもよい。凍結乾
燥によって生命物質は消失するが、沈着たんぱくはそれらの天然のままの状態で
残ることとなる。この前又は後で、必要又は希望に応じて、マット、マット複合
材、又はマット組成を多様な穏やかな方法、希釈酸(0.001−0.1Mの塩
酸又は酢酸)又は塩基(0.001−0.1の水酸化ナトリウム)、希釈非イオ
ン性(0.01−1.0%のトリトンX−100)又は両性イオン性界面活性剤
(0.005−0.10MのCHAPS、3-([3-コラミドプロピル]-ジメチル
アンモニオ)-1-プロパン-スルホネート)、で洗浄して細胞内構成成分を無くし てもよい。この選択的な洗浄ステップを凍結乾燥後に行う場合は、マット、マッ
ト複合材、又はマット組成を再度凍結乾燥させて、乾燥製品として梱包すること
となるであろう。
During tempering, the cells on the mat, mat composite, or mat composition are those mats that are recognizable by cells adjacent to the defect at the site to be replaced by the mat, mat composite, or mat composition. Deposits on mat composites or mat composition protein products. Cell selection, and thus protein product, can dictate two things in the context of an implant. These direct the movement of adjacent cells to the mat, mat composite, or mat composition, or the mat, mat composite, or mat composition material undergoes remodeling to provide a genuine coating structure, or other A cell product that will stimulate a desired tissue regrowth under the mat, mat composite, or mat composition while the cells of the remodel the mat, mat composite, or mat composition from the other side To be replaced. After a period of time in which the conditioned cells deposit sufficient signaling molecules and extracellular matrix molecules on the mat, mat composite, or mat composition, the mat, mat composite, or mat composition is replaced with a living tissue equivalent. Alternatively, it may be used as a living implant that serves as a model tissue system. Alternatively, cells of the mat, mat composite, or mat composition may be killed by lyophilizing the construct. Although lyophilization causes the loss of vital materials, the deposited proteins will remain in their natural state. Before or after this, the mat, mat composite, or mat composition can be prepared in a variety of gentle methods, as required or desired, using dilute acid (0.001-0.1 M hydrochloric acid or acetic acid) or base (0.001 M). -0.1 sodium hydroxide), diluted nonionic (0.01-1.0% Triton X-100) or zwitterionic surfactant (0.005-0.10 M CHAPS, 3- ( [3-Cholamidopropyl] -dimethylammonio) -1-propane-sulfonate) to eliminate intracellular components. If this optional washing step is performed after lyophilization, the mat, mat composite, or mat composition will again be lyophilized and packaged as a dry product.

【0063】 マット、マット複合材、及びマット組成を、さらに、ヒトなどのほ乳類レシピ
エントなどのレシピエントに導入又は移植することのできるプロテーゼとして利
用してもよい。例えば、マット、マット複合材、及びマット組成をプロテーゼと
して用いても、又は、例えば以下の種類の組織を再構築するために用いてもよい
。即ち、神経組織、皮膚、血管組織、筋肉組織、骨、軟骨、腱、及び靱帯などの
結合組織、腎組織、肝組織、及び膵組織、である。マット、マット複合材、及び
マット組成に接種する組織細胞は、ヒトなどのほ乳類から得ることができる。組
織細胞を、マット形成中に加えない場合は、まず細胞を少量の組織培養基に懸濁
させることで組織細胞をマット、マット複合材、及びマット組成に送達する。次
に、細胞を含有するこの組織培養基をマット、マット複合材、又はマット組成に
滴下することができる。あるいは、マット、マット複合材、又はマット組成を、
組織培養基及び細胞を懸濁液中に含有した容器に置き、この容器を、細胞を含有
する組織培養基がマット、マット複合材、又はマット組成全体に分布するよう、
震盪する。別の実施例では、組織細胞を低濃度のコラーゲン溶液などの生体高分
子溶液に、約4℃から10℃の温度、約7.0のpHで懸濁させてもよい。こう
して、細胞を含有するこの溶液をマット、マット複合材、及びマット組成に送達
してもよい。マットを37℃に温めると、コラーゲン溶液などの生体高分子溶液
はマット中でゲルを形成する。ここで用いられる「ゲル」という術語は、生体高
分子の原線維による生体高分子の骨格内に捕捉された水溶液と一緒のネットワー
ク又はメッシュあるいは生体高分子フィラメントを言う。細胞を本発明のマット
、マット複合材、又はマット組成に送達する伝播体として用いられるアルギネー
トゲルは、室温及び中性pHで重合化を起こさせるカルシウムの添加によって生
成が可能である。こうして、選択された表皮、内皮、又は中皮細胞を、ゲルを充
填したマット、マット複合材、又はマット組成の表面上にプレーティングしても
よい。
The mat, mat composite, and mat composition may further be utilized as a prosthesis that can be introduced or implanted into a recipient, such as a mammalian recipient, such as a human. For example, mats, mat composites, and mat compositions may be used as prostheses or, for example, to reconstruct the following types of tissues. That is, connective tissues such as nerve tissue, skin, vascular tissue, muscle tissue, bone, cartilage, tendon, and ligament, kidney tissue, liver tissue, and pancreatic tissue. The tissue cells inoculated into the mat, mat composite, and mat composition can be obtained from mammals, such as humans. If the tissue cells are not added during mat formation, the tissue cells are first delivered to the mat, mat composite, and mat composition by suspending the cells in a small amount of tissue culture medium. This tissue culture medium containing the cells can then be added dropwise to the mat, mat composite, or mat composition. Alternatively, a mat, mat composite, or mat composition,
Place the tissue culture medium and cells in a container containing the suspension, and place the container in such a way that the tissue culture medium containing cells is distributed throughout the mat, mat composite, or mat composition.
Shake. In another embodiment, the tissue cells may be suspended in a biopolymer solution, such as a low concentration collagen solution, at a temperature of about 4 ° C. to 10 ° C. and a pH of about 7.0. Thus, this solution containing the cells may be delivered to the mat, mat composite, and mat composition. When the mat is warmed to 37 ° C., a biopolymer solution such as a collagen solution forms a gel in the mat. As used herein, the term "gel" refers to a network or mesh or biopolymer filament with an aqueous solution trapped within the biopolymer backbone by biopolymer fibrils. Alginate gels used as vehicles for delivering cells to the mats, mat composites, or mat compositions of the present invention can be produced by the addition of calcium which causes polymerization at room temperature and neutral pH. Thus, selected epidermal, endothelial, or mesothelial cells may be plated on the surface of a gel-filled mat, mat composite, or mat composition.

【0064】 生体高分子マットは単独で、例えば歯根バリヤ、又は骨の修復を助ける骨膜バ
リヤとするためのコラーゲン膜として用いてもよい。あるいは、生体高分子マッ
トを、例えば中枢神経系の硬膜の組織修復の場合など、生体高分子マット及び生
体高分子フォームを含む生体高分子マット組成中に利用することができ、例えば
単一密度のフォームを完成マットに鋳込んで異なる特性を持つ二つの層、即ち、
高密度及び低からゼロ多孔度のマット層と、低密度及び高多孔度のフォーム層と
、を持つ構造を生成させてもよい。単一及び二重密度の生体高分子フォームは、
その内容全体を参考としてここに編入することとする1996年11月21日出
願の米国一連番号08/754,818号に説かれている。複合組織、例えば表
皮及び真皮、という二つの組織から成る皮膚など、を必要とするインプラント部
位は、マット表面に表皮、中皮又は内皮細胞を、そしてフォーム骨格内に間葉細
胞を含むマット組成で処理してもよい。これらの用途では、低多孔度のマット側
では一表面上で癒着又は流体の消失を抑えることができ、また多孔度の高い側は
治癒に必要な細胞成長及び分化を誘引し、支持することができる。例えばケラチ
ノサイトをマットの一方の側で成長及び分化させて角質層を生成させるなど、生
物学的に改良を加えることもできる。一つ又は複数の層の生体高分子マット又は
生体高分子マット複合材、及び二つ以上の層の単一又は二重密度の生体高分子フ
ォームを含むマット組成も、ここで特に考察されるところである。
The biopolymer mat may be used alone, for example, as a collagen membrane to form a root barrier or a periosteal barrier to aid bone repair. Alternatively, biopolymer mats can be utilized in biopolymer mat compositions, including biopolymer mats and biopolymer foams, such as in the case of tissue repair of the dura of the central nervous system, for example, single density Cast into a finished mat with two layers with different properties, namely
A structure having a high density and low to zero porosity mat layer and a low density and high porosity foam layer may be produced. Single and double density biopolymer foams
It is set forth in U.S. Ser. No. 08 / 754,818, filed Nov. 21, 1996, the entire contents of which are incorporated herein by reference. An implant site that requires a complex tissue, such as skin consisting of two tissues, the epidermis and the dermis, is a mat composition that includes epidermis, mesothelium or endothelial cells on the mat surface and mesenchymal cells within the foam skeleton. May be processed. In these applications, the low porosity mat side can reduce adhesions or fluid loss on one surface, and the high porosity side can attract and support the cell growth and differentiation needed for healing. it can. Biological improvements can also be made, for example, keratinocytes can be grown and differentiated on one side of the mat to produce a stratum corneum. Mat compositions comprising one or more layers of a biopolymer mat or biopolymer mat composite, and two or more layers of single or double density biopolymer foam are also specifically contemplated herein. is there.

【0065】 上述したように、本マットには、一本のファイバー、ひも、ファイバーの束、
又は布などのファイバー構造を含めて、相対的な補強、方向性のある補強を達成
しても、方向性のある細胞成長を達成してもよい。このような構造を要するイン
プラントの例には、例えば骨置換構造又は一時的補強構造が含まれる。
As described above, the mat includes one fiber, a string, a bundle of fibers,
Or, including fiber structures such as cloth, relative or directional reinforcement may be achieved or directional cell growth may be achieved. Examples of implants requiring such a structure include, for example, a bone replacement structure or a temporary reinforcement structure.

【0066】 マット、マット複合材、又はマット組成を、シート以外の形状に鋳込んでもよ
い。チューブ状又は球形などの円形に鋳込んで、特殊化した機能のための材料又
は液体を含有できる膜構造を作製してもよい。マット、マット複合材、又はマッ
ト組成から作製するインプラントの例には、例えば、血管、管路、尿管、膀胱、
及び、骨格置換材料で充填したマットシリンダから形成した骨インプラントがあ
る。ここで用いられる「骨置換材料」という術語は、骨内部の間隙に充填できる
と共に骨の修復を支援することのできる材料を言う。骨置換材料の例には、自己
骨移植片、骨粉末、脱灰骨、硫酸カルシウム、及びリン酸カルシウム、例えばハ
イドロキシアパタイト、ブラッシュ石及びリン酸オクタカルシウムなど、が含ま
れるが、これらに限らない。細胞を加えた、又は加えていない、乾燥はされてい
ないマット及び単一密度のフォームを含むマット組成を用いると、生体組織等価
物又はモデル組織系を構築することができる。これの一例は、皮膚モデル又は生
体インプラント系用の、単一密度のフォーム中での皮膚線維芽細胞の成長、及び
、多孔質の表面マット層上でのケラチノサイトの分化成長であり、この皮膚モデ
ル又は生体インプラント系は、重要な場所で失われた機能に急速に置換するもの
であり、備蓄保存用に凍結乾燥が可能である。生体インプラント系として望まし
くない場合は、細胞を埋め込んで成長させたこの複合体を後日インプラントとし
て用いるのに凍結乾燥すれば、上に細胞調質に関して説明したように、この凍結
乾燥前に当該構造に培養細胞が沈着させた物質を由来とする情報を通じてホスト
の組織に再成長を方向付けることができる。
The mat, mat composite, or mat composition may be cast into shapes other than sheets. It may be cast into a circular shape, such as a tube or a sphere, to produce a membrane structure that can contain materials or liquids for specialized functions. Examples of mats, mat composites, or implants made from mat compositions include, for example, blood vessels, ducts, ureters, bladders,
And bone implants formed from mat cylinders filled with skeletal replacement materials. As used herein, the term "bone replacement material" refers to a material that can fill the interstitial space within a bone and assist in bone repair. Examples of bone replacement materials include, but are not limited to, autologous bone grafts, bone powder, demineralized bone, calcium sulfate, and calcium phosphates such as hydroxyapatite, brushite and octacalcium phosphate. Using a mat composition with or without cells, with or without the addition of a dried mat and a single density foam, a biological tissue equivalent or model tissue system can be constructed. An example of this is the growth of dermal fibroblasts in a single-density foam and the differentiated growth of keratinocytes on a porous surface mat layer for a skin model or a bioimplant system. Alternatively, bioimplant systems are a rapid replacement for lost functionality in critical locations and can be lyophilized for stockpiling. If this is not desirable as a bioimplant system, the complex in which the cells have been implanted and grown can be lyophilized for use as an implant at a later date, as described above for cell conditioning, and the structure should be Regrowth can be directed to the host tissue through information derived from the material deposited by the cultured cells.

【0067】 さらに本発明のマット、マット複合材、及びマット組成をチューブ形状の血管
プロテーゼに形成してもよく、また、送達後にゲル化する中和化させたコラーゲ
ン溶液中に供給した平滑筋細胞で内部的に接種しても、外膜線維芽細胞で外的に
接種しても、またその管腔表面上に内皮細胞を接種してもよい。例えば、管状の
マットは、その内径が所望のマットの外径であるチューブに生体高分子原線維ス
ラリを分配することによって形成することができる。スラリが乾燥する間、この
チューブを継続的にローリングさせる。乾燥中、原線維はチューブ上に沈着する
。より多くのスラリをチューブに施すとマットをより厚くすることができる。す
べての原線維が乾燥したら、マットをシームレス製品としてチューブから取り外
す。管状のマットの補強が好ましい場合は、ファイバー、ファイバーの束、又は
布を、スラリをチューブに施す前又は間にチューブ内に配置すればよい。これら
の方法は、ローリングが二方向以上の方向に起きるであろう、例えば球形などの
他の形状にマットを鋳込む場合にも当てはまる。
Further, the mats, mat composites, and mat compositions of the present invention may be formed into a vascular prosthesis in the form of a tube, and smooth muscle cells supplied in a neutralized collagen solution that gels after delivery. Internally, or externally with adventitia fibroblasts, or endothelial cells on the luminal surface. For example, a tubular mat can be formed by dispensing a biopolymer fibril slurry into a tube whose inside diameter is the outside diameter of the desired mat. The tube is continuously rolled while the slurry dries. During drying, fibrils settle on the tube. Applying more slurry to the tube can make the mat thicker. When all fibrils are dry, remove the mat from the tube as a seamless product. If reinforcement of the tubular mat is preferred, fibers, bundles of fibers, or cloth may be placed in the tube before or during the application of the slurry to the tube. These methods also apply when casting the mat into other shapes, such as spheres, where rolling will occur in more than one direction.

【0068】 血管プロテーゼにおいては、マットはその内部に内皮細胞を接種することとな
る内側の層になるであろう。単一密度のフォームを、平滑筋細胞及び外膜線維芽
細胞の、管腔から離れた基質とするために当該マット周囲に鋳込むこととなるで
あろう。
In a vascular prosthesis, the mat will be the inner layer into which the endothelial cells will be seeded. A single density foam would be cast around the mat to provide a luminal matrix for smooth muscle cells and adventitia fibroblasts.

【0069】 本発明の生体高分子のマルチフィラメント型としての靱帯インプラントを、本
発明のマット、マット複合材、及びマット組成で強化して細胞接種を促進しても
よい。例えば、連続靱帯マルチフィラメント構造を、細胞外マトリックス微粒子
あり又はなしで作製して、所定の性質を持たせるようにすることができる。次に
、靱帯細胞を靱帯に送達してもよいが、この靱帯はマット・ケーシング内に埋め
込んでもよい。次に靱帯を管状の組織熟成室に取り付けてもよい。靱帯細胞が靱
帯に付着したら、この靱帯を周期的に軸方向で延伸させる計画を行ってストレス
をかけ、靱帯が熟成するに従ってこのストレスを大きくする。熟成生体高分子靱
帯は例えば靱帯プロテーゼとして用いることができる。
The biopolymer multifilament ligament implant of the present invention may be enhanced with the mat, mat composite, and mat composition of the present invention to facilitate cell inoculation. For example, a continuous ligament multifilament structure can be made with or without extracellular matrix microparticles to provide certain properties. The ligament cells may then be delivered to the ligament, which may be embedded within the mat casing. The ligament may then be attached to a tubular tissue ripening chamber. Once the ligament cells attach to the ligament, stress is applied by planning the periodic stretching of the ligament in the axial direction, and the stress is increased as the ligament matures. The aged biopolymer ligament can be used, for example, as a ligament prosthesis.

【0070】 歯科用インプラントを本発明のマット、マット複合材、及びマット組成から形
成することができる。例えば、本マット、マット複合材、及びマット組成を、歯
根靱帯修復及び骨再構築術のための特殊歯科インプラントとして作製してもよい
。一実施例では、本発明のマット、マット複合材、及びマット組成を、エプロン
型のインプラントとして作製して、このエプロンの周りのひもを歯の周りで結べ
ば、歯に固定することができる。別の実施例では、本マット、マット複合材、及
びマット組成を、骨置換材料を充填した、顎堤の成型物として設計する。
[0070] Dental implants can be formed from the mats, mat composites, and mat compositions of the present invention. For example, the present mat, mat composite, and mat composition may be made as specialized dental implants for root ligament repair and bone reconstruction. In one embodiment, the mat, mat composite, and mat composition of the present invention can be fabricated as an apron-type implant and tied around the teeth around the apron to secure the teeth. In another embodiment, the mat, mat composite, and mat composition are designed as a molding of the ridge, filled with a bone replacement material.

【0071】 歯根靱帯組織修復及び骨再構築を促進するためのエプロン型のマットは、多孔
度の低いマットとしても、又は二重密度又は四重密度のフォーム、即ち二重密度
のフォームを折り畳んだもの、を含むマット組成としても作製することができ、
歯根靱帯修復及び骨再構築を必要とする部分の歯肉片及び歯槽の間に配置するこ
とができる。清浄にした及び平らになった歯の一帯の付着上皮による侵入を阻止
するよう、マットを設計してもよい。こうして歯根靱帯細胞はそのマット、マッ
ト複合材、又はマット組成に移動し、そのマット、マット複合材、又はマット組
成に結合し、細胞外マトリックス生成物をそのマット、マット複合材、又はマッ
ト組成内に分泌することができる。このマット、マット複合材、又はマット組成
には、さらに、毛細内皮細胞や、微生物による攻撃からの防御を提供する免疫細
胞が侵入することができる。表皮細胞を排除し、歯根靱帯細胞を刺激することに
よって、本マット、マット複合材、又はマット組成は歯根靱帯及び歯槽骨の再生
を促進することができる。さらにこのエプロン型の歯科用インプラントを改良し
て、ここに説明した骨置換材料を含めてもよい。実施例の一つでは、この材料を
、侵食した歯槽骨上に配置可能なこのエプロンの外部ポケット形成に含めてもよ
い。この骨置換材料は侵入してくる骨細胞の経路となる。さらに、このエプロン
型歯科用インプラントには、歯組織から生成する細胞外マトリックス微粒子を含
めることができる。これらの細胞外マトリックス微粒子は、歯根靱帯細胞及び骨
細胞のインプラントへの成長を促進するための適切な成長因子、例えば骨及び靱
帯特異成長因子など、を提供することとなる。
Apron-type mats for promoting root ligament tissue repair and bone remodeling can also be low porosity mats or folded double or quad density foams, ie double density foams , Can also be produced as a mat composition containing
It can be placed between the gingival piece and the alveolar area where root ligament repair and bone reconstruction is required. The mat may be designed to prevent invasion by the adherent epithelium of a band of cleaned and flattened teeth. Thus, the root ligament cells migrate to the mat, mat composite, or mat composition, bind to the mat, mat composite, or mat composition, and transfer extracellular matrix products within the mat, mat composite, or mat composition. Can be secreted. The mat, mat composite, or mat composition can further penetrate capillary endothelial cells and immune cells that provide protection from microbial attack. By eliminating epidermal cells and stimulating root ligament cells, the present mat, mat composite, or mat composition can promote regeneration of root ligament and alveolar bone. The apron-type dental implant may be further modified to include the bone replacement material described herein. In one embodiment, the material may be included in the outer pocket formation of the apron that can be placed on eroded alveolar bone. This bone replacement material provides a pathway for invading bone cells. In addition, the apron-type dental implant can include extracellular matrix microparticles generated from tooth tissue. These extracellular matrix microparticles will provide suitable growth factors, such as bone and ligament specific growth factors, to promote the growth of root ligament cells and bone cells into implants.

【0072】 あるいは、本発明によるマット、マット複合材、及びマット組成を抜歯後の窩
のふたとして作製してもよい。本マットを用いると、抜歯後の窩に挿入される窩
充填材をふたすることができる。これらの窩充填材は窩内の骨再生を促進し、最
低でも、金属、例えばチタン、固定具及びその後の歯冠の装着のための基盤とな
る。抜歯直後、チタン又はその他の材料による固定具を、ここでエプロンとして
説明したマット、マット複合材、又はマット組成の一つで補強され、覆われた又
は「テント形成された」リン酸カルシウム骨置換材料で固定することができる。
窩充填剤には、さらに骨組織又は歯乳頭から生じる細胞外マトリックス微粒子を
含めてもよい。これらの細胞外マトリックス微粒子は、インプラント内に骨細胞
が成長するのを促進するための適切な成長因子、例えば骨特異成長因子など、を
提供する。加えて、金属から成る歯科用インプラントのための骨の基盤がその金
属製インプラントにとって充分な支持とならない場合、本発明のフォーム及びフ
ォーム組成で補強又は強化した骨置換材を用いてこの骨の基盤を補強することが
できる。
Alternatively, mats, mat composites, and mat compositions according to the present invention may be made as fossil lids after tooth extraction. By using this mat, it is possible to cover the fossa filling material inserted into the fossa after tooth extraction. These fossa fillers promote bone regeneration in the fossa and, at a minimum, provide the basis for metal, e.g., titanium, fasteners, and subsequent placement of the crown. Immediately after tooth extraction, a fixture of titanium or other material may be reinforced, covered, or "tented" with a calcium phosphate bone replacement material reinforced with one of the mats, mat composites, or mat compositions described herein as aprons. Can be fixed.
The fossa filler may further include extracellular matrix microparticles arising from bone tissue or tooth papillae. These extracellular matrix microparticles provide a suitable growth factor, such as bone-specific growth factor, for promoting bone cell growth within the implant. In addition, if the bone base for a metal dental implant does not provide sufficient support for the metal implant, the bone base may be reinforced or reinforced with the foams and foam compositions of the present invention. Can be reinforced.

【0073】 さらに別の実施例では、本マット、マット複合材、及びマット組成を、顎堤代
替物又は顎堤成型物として設計することができる。顎堤代替物は義歯をアンダー
ピンニングするために用いられる。典型的には、顎堤代替物を、適切な長さの生
体高分子マットチューブとして設計し、このマットチューブを非吸収性のリン酸
カルシウム骨置換材で充填して、顎堤に沿った鉱物化プラットホームを構築し、
このリン酸カルシウム粒子の周りの骨及び結合組織の枠組みの発達を促進する。
本発明による顎堤成型物は顎堤代替物と同じデザインを有するが、例外として、
マットチューブを吸収可能な形の骨置換材で充填して骨発達を促進する。顎堤成
型物の組成によって骨細胞及び血液毛細管透過が促進され、例えば義歯又は金属
製インプラントを埋め込む前などに、堤の再成長及び回復を起こさせることがで
きる。顎堤成型物のマットチューブには、さらに、顎堤の骨再生を促進する細胞
外マトリックス微粒子を含めてもよい。
In yet another embodiment, the mat, mat composite, and mat composition can be designed as a ridge replacement or ridge molding. Ridge substitutes are used to underpin dentures. Typically, the ridge replacement is designed as a biopolymer mat tube of appropriate length, and the mat tube is filled with a non-absorbable calcium phosphate bone substitute to provide a mineralized platform along the ridge. To build
It promotes the development of the bone and connective tissue framework around the calcium phosphate particles.
The ridge ridge according to the invention has the same design as the ridge replacement, with the exception that
The mat tube is filled with a resorbable bone replacement material to promote bone development. The composition of the crest ridge promotes bone cell and blood capillary penetration and can cause ridge regrowth and recovery, for example, prior to implanting a denture or metal implant. The mat tube of the molding of the ridge may further contain extracellular matrix fine particles that promote bone regeneration of the ridge.

【0074】 同様に、例えば心臓組織、膀胱組織、小腸由来組織、肺組織、膵組織、肝組織
、皮膚組織、及びその他の器官組織などの器官を由来とする細胞外マトリックス
微粒子で強化した、本発明によるマット、マット複合材、及びマット組成に、例
えば、膵臓内分泌腺、例えば膵臓島細胞、又は肝臓のもの、例えば肝細胞など、
の相似器官細胞を、移植前及び/又は後の細胞増殖を促進する手段として接種し
て、移植後、そして細胞が埋め込まれたマットインプラントの血管分布後に機能
的な置換器官が発達するようにしてもよい。
Similarly, a book enriched with extracellular matrix microparticles derived from organs such as heart tissue, bladder tissue, small intestine-derived tissue, lung tissue, pancreatic tissue, liver tissue, skin tissue, and other organ tissues Mats, mat composites, and mat compositions according to the invention include, for example, pancreatic endocrine glands, such as pancreatic islet cells, or those of the liver, such as hepatocytes.
Inoculated as a means of promoting cell proliferation before and / or after transplantation, such that a functional replacement organ develops after transplantation and after vascularization of the mat implant in which the cells are implanted. Is also good.

【0075】 本発明のマット及びマット組成中及び上で成長させるのに成功を収めた細胞種
の例には、間葉細胞、皮膚線維芽細胞、ケラチノサイト、骨芽細胞、歯肉線維芽
細胞、及び腱細胞並びに靱帯細胞が含まれる。
Examples of cell types that have been successfully grown in and on the mats and mat compositions of the present invention include mesenchymal cells, dermal fibroblasts, keratinocytes, osteoblasts, gingival fibroblasts, and Includes tendon cells as well as ligament cells.

【0076】 さらに本発明を以下の実施例で描写することとするが、同実施例をさらに限定
的なものとして捉えられてはならない。本出願全体を通じて引用された全参考文
献(著書による参考文献、発行済み特許、公開済み特許出願、及び同時係属特許
出願を含む)の内容は参考としてここに編入されたものであることをここに明示
しておく。
The present invention will be further described in the following examples, which should not be construed as further limiting. It should be noted that the contents of all references, including written references, issued patents, published patent applications, and co-pending patent applications, cited throughout this application are hereby incorporated by reference. Specify it explicitly.

【0077】 例1: ブタ胎児の皮膚からの抽出物でマットを作製 5mlの5mg/mlのコラーゲンを20mlの30mMのリン酸ナトリウム、pH
7.4で氷上で希釈した。pHを7.4に5%の水酸化アンモニウムで調節し、
最終容量を30mlにリン酸緩衝液で調節した。この溶液を交互に逆さにして2 時間、4℃で混合した。溶液を1バッチにして270−メッシュのステンレス鋼
製スクリーン(〜50μmの孔の大きさ)に注ぎ、出来た2mmの厚さの原線維− ゲルを30℃で16時間かけて乾燥させた。このスクリーンから引き剥がしたマ
ットは、さらに操作を加えない状態で、0.03Mpaの湿潤引っ張り強度を有
し、1cmの片は10Uのコラゲナーゼによる消化に22時間を越える時間耐 え、また6.4Uのエラスターゼによる消化に25時間を越える時間、37℃で
耐えた。0.1MのNaClをこの希釈緩衝液に加えると、0.5Mpaの強度
の主に原線維(ゲルはわずか)のマットが出来た。
Example 1: Preparation of a mat from extracts of fetal pig skin 5 ml of 5 mg / ml collagen was added to 20 ml of 30 mM sodium phosphate, pH
Diluted on ice at 7.4. Adjust the pH to 7.4 with 5% ammonium hydroxide,
The final volume was adjusted to 30 ml with phosphate buffer. The solution was alternately inverted for 2 hours at 4 ° C. The solution was poured in batches onto a 270-mesh stainless steel screen (〜50 μm pore size) and the resulting 2 mm thick fibril-gel was dried at 30 ° C. for 16 hours. The mat peeled from this screen, without further manipulation, has a wet tensile strength of 0.03 Mpa, a piece of 1 cm 2 can withstand more than 22 hours of digestion with 10 U of collagenase, and 6. Digestion with 4 U elastase was tolerated at 37 ° C. for more than 25 hours. Addition of 0.1 M NaCl to this dilution buffer resulted in a mat of mainly fibrils (slight gel) with a strength of 0.5 Mpa.

【0078】 例2: マットのコラゲナーゼ耐性 マットのコラゲナーゼ耐性を、1mgのコラーゲン骨格当たりの消化にかかる時
間を計算して算出した。マットは、1mgのコラーゲン当たり87分間の速度でコ
ラゲナーゼ中で消化したが、二つの種類の二重密度のフォームは両者とも、1mg
のコラーゲン骨格当たり25分間の速度で消化した。従って、コラーゲンマット
は、同様な密度のコラーゲン骨格に比べて三倍を越えるコラゲナーゼ消化に対す
る耐性を有し、またこの同様な密度のコラーゲン骨格自体も、単一密度のフォー
ムの三倍、消化に対して耐性である。
Example 2: Collagenase resistance of the mat The collagenase resistance of the mat was calculated by calculating the digestion time per mg of collagen skeleton. The mat was digested in collagenase at a rate of 87 minutes per mg of collagen, but the two types of dual density foams were both 1 mg
Were digested at a rate of 25 minutes per collagen scaffold. Thus, collagen mats are more than three times more resistant to collagenase digestion than similar density collagen scaffolds, and this similar density collagen scaffold itself is three times more resistant to digestion than a single density foam. And resistant.

【0079】 例3: マット複合材の形成 コラーゲン原線維を形成し、それらの採集を遠心分離により加速した。コラー
ゲン原線維スラリを再懸濁させ、スクリーン上に沈着させた。残った溶液をこの
スクリーンから15分間かけて排出させ、次に1%のゼラチン溶液をこのコラー
ゲン採集物上に塗布した。この物質を乾燥させたが、その間にこの二つの生体高
分子構成成分層が融解した。乾燥後、マット複合材をスクリーンから取り出して
その引っ張り性質を調べた。このマットの強度は対照マットよりも低く、しかし
ひずみは対照マットよりも大きかった。塗布する順番を逆にしてもよい。言い換
えれば、この例はマットの弾性をいかに操作できるかを示すものである。
Example 3 Formation of a Mat Composite Collagen fibrils were formed and their collection was accelerated by centrifugation. The collagen fibril slurry was resuspended and deposited on a screen. The remaining solution was drained from the screen over 15 minutes, and then a 1% gelatin solution was spread over the collagen collection. The material was allowed to dry, during which time the two biopolymer component layers melted. After drying, the mat composite was removed from the screen and examined for its tensile properties. The strength of this mat was lower than the control mat, but the strain was greater than the control mat. The order of application may be reversed. In other words, this example shows how the elasticity of the mat can be manipulated.

【0080】 例4: マットの引き裂き性質の操作 5mlのコラーゲン原線維/原線維束のスラリを大きさ140μmから400μ
mの0.03gの硫酸カルシウム粒子と混合した。配合したこのスラリを多孔質の
支持体に塗布し、乾燥させた。その結果できたマットは単一の硫酸カルシウム粒
子又は二から五種類の粒子が互いに200から700μm間隔を置いた集塊を有 していた。
Example 4: Manipulation of the tearing properties of the mat 5 ml of collagen fibril / fibril bundle slurry from 140 μm to 400 μm in size
m3 with 0.03 g of calcium sulfate particles. The blended slurry was applied to a porous support and dried. The resulting mat had single calcium sulphate particles or agglomerates of two to five different particles spaced 200 to 700 μm from each other.

【0081】 例5: マット上での皮膚線維芽細胞の成長 ヒト皮膚線維芽細胞を5×10細胞/mlのダルベッコ最小基本培地に5% のウシ血清を加えたものの中に懸濁させた。マットをこの培地中で水和させた。
この細胞懸濁液を1cmのマットに滴下して加えた後、細胞を付着させた。細 胞を付着させた後、更なる媒質を加え、マットを37℃で24時間、インキュベ
ートした。この細胞は、蛍光顕微鏡で観察すると、正常なスピンドル形状の線維
芽細胞の形態を呈していた。加えて、この細胞の配置はマット表面のテクスチャ
を反映していた。マット表面が平らの場合、線維芽細胞はマット表面に均一に分
布していた。マット表面にテクスチャがある場合、線維芽細胞の分布はテクスチ
ャのパターンを反映していた。細胞は溝内に、かつ溝に沿って整列していた。
[0081] Example 5: suspended in a growth human dermal fibroblasts in the skin fibroblasts on the mat 5 × 10 5 cells / ml in Dulbecco's minimal essential medium plus 5% bovine serum . The mat was hydrated in this medium.
The cell suspension was added dropwise to a 1 cm 2 mat, and the cells were allowed to adhere. After cell attachment, additional media was added and the mat was incubated at 37 ° C for 24 hours. When observed with a fluorescence microscope, the cells had a normal spindle-shaped fibroblast morphology. In addition, the arrangement of the cells reflected the texture of the mat surface. When the mat surface was flat, the fibroblasts were evenly distributed on the mat surface. When the mat surface had texture, the distribution of fibroblasts reflected the pattern of texture. Cells were aligned in and along the furrow.

【0082】 例6: マット上のケラチノサイトの細胞成長 ケラチノサイトをマット上に1cm当たり1×10細胞の密度になるよう にケラチノサイト成長培地に接種した。この培地で3日間培養した後で、マット
を固定して組織学的に分析した。ケラチノサイトは付着し、健康であり、増殖し
て、この細胞種の特徴を示す複数の層を形成した。
Example 6 Cell Growth of Keratinocytes on a Mat Keratinocytes were inoculated on a mat into a keratinocyte growth medium to a density of 1 × 10 5 cells per cm 2 . After culturing in this medium for 3 days, the mat was fixed and analyzed histologically. The keratinocytes were attached, healthy, and proliferated to form multiple layers characteristic of this cell type.

【0083】 例7: マットの細胞毒性評価 細胞培養培地中の滅菌した及び滅菌していないマットから抽出物を作製し、皮
膚線維芽細胞の小集密培養株に与えて、マットからの抽出物の細胞毒性を評価し
た。USPガイドラインに基づく方法を用いて、60cmの試料を30mlの媒
質(DMEM5%血清)中に配し、24時間、37℃でインキュベートして抽出
物を調製した。抽出物−媒質を0.22ミクロンフィルタを通過させて滅菌した
。この抽出物−媒質を小集密の(約80%の集密度)線維芽細胞培養液に与え、
48時間後に調べた。培養株すべてにおいて、細胞は集密するまで成長し(細胞
増殖は抽出物では阻害されなかった)、細胞形態は対照培養株(DMEM+5%
の血清を与えたもの)に同一に見えた。これらの結果は、非細胞毒性物質を示す
ものであった。
Example 7: Evaluation of the cytotoxicity of mats Extracts are made from sterilized and non-sterilized mats in cell culture medium and given to small confluent cultures of dermal fibroblasts to extract from the mats. Was evaluated for cytotoxicity. Extracts were prepared by placing a 60 cm 2 sample in 30 ml of medium (DMEM 5% serum) and incubating for 24 hours at 37 ° C. using a method based on USP guidelines. The extract-medium was sterilized by passing through a 0.22 micron filter. This extract-medium is applied to a small confluent (about 80% confluent) fibroblast culture,
Checked 48 hours later. In all cultures, cells grew to confluence (cell growth was not inhibited by the extract) and cell morphology was in control cultures (DMEM + 5%
Sera). These results indicated a non-cytotoxic substance.

【0084】 例8: UV処理したマットの効果 スクリーン上に乾燥させたマットを254nmの紫外光に片側当たり20分間 曝露して処理した。処理したマットの湿潤引っ張り強度は2.6MPaであり、
UV光で処理しなかった対照試料の0.27MPaと対照的だった。
Example 8: Effect of UV treated mat The dried mat on the screen was treated by exposing it to 254 nm of UV light for 20 minutes per side. The wet tensile strength of the treated mat is 2.6 MPa,
In contrast to the control sample, which was not treated with UV light, 0.27 MPa.

【0085】 例9: 作製中の生きた細胞の含有 生体高分子原線維を、コラーゲンを1mg/mlのダルベッコ最小基本培地(D ME)に希釈し、5%の水酸化アンモニウムを用いてpHを7.4に調節し、こ
の溶液を3.5時間、4℃で混合することによって形成した。この原線維溶液を
用いて皮膚線維芽細胞を、1ml当たり3×10細胞の濃度に再懸濁させた。 この細胞/原線維溶液を、0.4μmの孔にポリカーボネート膜のみ、又はさら に単一密度のフォームを含有した、組織培養インサート内に配した。このインサ
ートをさらにDMEを加えたマルチウェルの組織培養皿に配し、この皿をインキ
ュベートして細胞成長させた。1日目及び7日目の時点でインサートを取り出し
、処理して組織学的分析を行うと、原線維及び健康な細胞が、インサート膜上の
層内、又はフォーム中で絡み合っているのが観察された。
Example 9: Incorporation of live cells during production Biopolymer fibrils were diluted in Dulbecco's minimal basal medium (DME) at 1 mg / ml collagen and the pH was adjusted using 5% ammonium hydroxide. Adjusted to 7.4 and formed by mixing the solution for 3.5 hours at 4 ° C. The fibril solution was used to resuspend dermal fibroblasts at a concentration of 3 × 10 6 cells / ml. The cell / fibril solution was placed in a tissue culture insert containing only polycarbonate membrane in 0.4 μm pores or even single density foam. The insert was placed in a multi-well tissue culture dish with additional DME, and the dish was incubated for cell growth. When the inserts were removed, processed and histologically analyzed on days 1 and 7, fibrils and healthy cells were found entangled in layers on the insert membrane or in the foam. Was done.

【0086】 例10: ブタ胎児の皮膚を由来とするコラーゲンからの酸及び酵素の連続抽
出 生体高分子マットのための生体高分子原線維を作製するのに用いるコラーゲン
の好適な形は、例11のように精製された、酸で抽出されたブタ胎児コラーゲン
である。さらに、これよりは好適度の低い形のブタ胎児コラーゲンを生体高分子
マットの作製に用いられるよう精製するには、例11の酸コラーゲン抽出物の採
取後に残った皮膚を酵素消化すればよい。コラーゲンの大部分は、一方又は両方
のテロペプチドが取り除かれ、そのうちのいくつかの分子が三重らせん部分を持
つか、又は一個のテロペプチドと三重螺旋部分とを持つものとなっているが、こ
のようなコラーゲンを抽出するには、残った皮膚を、5から7日間の期間のうち
で二通りの期間、(続くステップと同様、低温で)0.017%のペプシンを加
えた抽出緩衝液中で、1容量の皮膚に対して2容量の溶液という比率で混合する
。この二種類のペプシン抽出液を採集し、配合し、13,000rpmで40ml
/分で連続フロー遠心分離によって清澄化させる。次に、ペプシン抽出されたコ
ラーゲンを、酸抽出されたコラーゲンと同様の方法で精製するが、例外として第
一コラーゲン沈殿物の分散前に溶液容量を減少させず、第二のNaCl添加は0
.7Mまでであり、濾過は僅かに3.0μmまでであり、中空のファイバー孔の 大きさは、100,000Daのカットオフを有し、中空のファイバーで達する
濃度は6から9mg/mlである。
Example 10 Continuous Extraction of Acids and Enzymes from Collagen from Porcine Fetal Skin The preferred form of collagen used to make biopolymer fibrils for biopolymer mats is described in Example 11 And fetal porcine collagen extracted with acid. Furthermore, in order to purify a less preferred form of fetal porcine collagen for use in preparing a biopolymer mat, the skin remaining after collecting the acid collagen extract of Example 11 may be enzymatically digested. Most of the collagen has one or both telopeptides removed, some of which have a triple helix or one telopeptide and a triple helix. To extract such collagen, the remaining skin is extracted in an extraction buffer supplemented with 0.017% pepsin (at low temperature, as in the subsequent steps) for two of the five to seven day periods. And mix at a ratio of 2 volumes of solution to 1 volume of skin. The two types of pepsin extracts were collected, combined and 40 ml at 13,000 rpm.
/ Min by continuous flow centrifugation. Next, the pepsin-extracted collagen is purified in the same manner as the acid-extracted collagen, except that the solution volume is not reduced before dispersing the first collagen precipitate and the second NaCl addition is 0%.
. Up to 7 M, filtration is only up to 3.0 μm, the hollow fiber pore size has a cutoff of 100,000 Da and the concentration reached with hollow fibers is 6 to 9 mg / ml.

【0087】 ポリアクリルアミドゲル電気泳動法で判定されるように、酸抽出されるコラー
ゲンは、コラーゲンタイプI、コラーゲンタイプIII、及びコラーゲンタイプIVを
含む胎児コラーゲンの混合物である。ペプシン抽出されたコラーゲン、即ち軽く
先端を切り落とされたコラーゲン、は、三重らせんのコア部分は含むが、酵素処
理による分解が起きた、例外の少量のタイプIVは除き、混合されたコラーゲンの
テロペプチドは持たない。さらにコラーゲン濃度をヒドロキシプロリンアッセイ
標準で判定する。たんぱく質の正体及び統一性は、ポリアクリルアミドゲル電気
泳動法で確認し、粘度を5mg/mlで最小値50センチポアズで標準化する。例 11及び10の酸抽出及びペプシン抽出したブタ胎児コラーゲンの両方は中性p
Hでゲルを形成することができる。変性した汚染物質の不存在を極性で測定する
(−350度以下の値は許容できる)。さらに品質をコラーゲンがファイバーを
形成する能力でテストする。
As determined by polyacrylamide gel electrophoresis, the collagen extracted by acid is a mixture of fetal collagen including collagen type I, collagen type III, and collagen type IV. Pepsin-extracted collagen, that is, lightly truncated collagen, contains the core of the triple helix, but is a mixed collagen telopeptide, with the exception of a small amount of type IV, which has been degraded by enzymatic treatment. Do not have. Further, the collagen concentration is determined with a hydroxyproline assay standard. The identity and integrity of the protein is confirmed by polyacrylamide gel electrophoresis and the viscosity is normalized to 5 mg / ml with a minimum of 50 centipoise. EXAMPLE 11 Both the acid-extracted and pepsin-extracted porcine fetal collagens of 11 and 10 were neutral p
H can form a gel. The absence of denatured contaminants is measured by polarity (values below -350 degrees are acceptable). In addition, quality is tested by the ability of collagen to form fibers.

【0088】 例11: ブタ胎児の皮膚からのコラーゲンの酸抽出 マット用の生体高分子原線維を作製するのに用いる好適な分子はコラーゲンで
ある。コラーゲンの好適な源はブタ胎児の皮膚である。以下のように、コラーゲ
ンをこのような皮膚から当業者に公知の方法によって精製する。ブタ胎児皮膚を
、部分的に解凍し、漂白し、すすいだブタ子宮からそれらを無菌摘出した後に7
0%のエタノール浸漬した産期の近い胎児の皮膚を剥ぐことで、ブタ胎児皮膚を
得る。この皮膚及びコラーゲン溶液を続く手法全般にわたって低温に維持する。
皮膚を粉砕した後、5kgのバッチにして複数の5リットルの1/3×PBSで 洗浄し、余分な洗浄溶液を、皮膚を層チーズクロスで濾過して取り除いた。この
洗浄した皮膚からコラーゲンを7日間にわたって抽出緩衝液、0.5Mの酢酸及
び2mMのEDTAで、pH2.5で、抽出緩衝液1リットル当たり150gの皮
膚の比率で抽出する。8日目に、皮膚をチーズクロスに通して濾過した後に抽出
物を採集し、塩化ナトリウムをこの抽出物に加えて溶液を0.9MのNaClに
する。溶液を攪拌しながら、続く二時間かけてこの溶液からコラーゲンを沈殿さ
せる。沈殿したコラーゲンを12,000rpmで300ml/分の連続フロー遠
心分離をかけてペレット状で採集する。上清を廃棄し、ペレットを60%の当初
の容量の抽出緩衝液に分散させる。この溶液中で一晩攪拌してペレットを再溶解
させた後、このコラーゲンをNaClで0.9Mになるまで2時間かけて再沈殿
させ、連続フロー遠心分離をかけて再度ペレットとして採集する。このペレット
を分散させ、最初のペレットと同じ容量の抽出緩衝液に再溶解させる。この溶液
を一晩攪拌してペレットを採用界させた後、15,000rpmで40ml/分で
連続フロー遠心分離をかけてコラーゲンを清澄化させる。ペレットを廃棄し、コ
ラーゲン上清をフィルタ濾過して2.0μmにする。次に、ヒドロキシプロリン アッセイでコラーゲン濃度を判定する。その後この溶液を、0.1μmの中空の ファイバーフィルタによる連続濃縮ステップで透析し、脱イオン水で希釈し、酢
酸濃度が0.05Mに達するまでこれを繰り返す。この酢酸濃度に達したら、中
空ファイバーでコラーゲン溶液を濃縮して5から7mg/mlにする。次にコラー ゲンの最終濃度をヒドロキシプロリンアッセイで確認する。
Example 11: Acid extraction of collagen from fetal pig skin The preferred molecule used to make biopolymer fibrils for mats is collagen. A preferred source of collagen is fetal pig skin. Collagen is purified from such skin by methods known to those skilled in the art as follows. Porcine fetal skin was partially thawed, bleached, and sterilized 7 times after removing them from the rinsed pig uterus.
The fetal skin of the near-term fetus immersed in 0% ethanol is peeled off to obtain fetal pig skin. The skin and collagen solution are kept cool throughout the subsequent procedure.
After crushing the skin, it was washed in batches of 5 kg with multiple 5 liters of 1/3 × PBS, and excess washing solution was removed by filtering the skin through a layer of cheesecloth. Collagen is extracted from the washed skin for 7 days with extraction buffer, 0.5 M acetic acid and 2 mM EDTA at pH 2.5 at a rate of 150 g skin per liter of extraction buffer. On day 8, the extract is collected after filtering the skin through cheesecloth and sodium chloride is added to the extract to bring the solution to 0.9 M NaCl. The collagen is precipitated from the solution over the next two hours while stirring the solution. The precipitated collagen is collected in pellet form by continuous flow centrifugation at 300 rpm / min at 12,000 rpm. Discard the supernatant and disperse the pellet in 60% of the original volume of extraction buffer. After stirring overnight in this solution to redissolve the pellet, the collagen is re-precipitated with NaCl to 0.9 M over 2 hours and collected again as a pellet by continuous flow centrifugation. The pellet is dispersed and redissolved in the same volume of extraction buffer as the original pellet. The solution is stirred overnight to allow the pellets to adopt and then clarified by continuous flow centrifugation at 15,000 rpm at 40 ml / min. Discard the pellet and filter the collagen supernatant to 2.0 μm. Next, the collagen concentration is determined by the hydroxyproline assay. The solution is then dialyzed in a continuous concentration step with a 0.1 μm hollow fiber filter, diluted with deionized water and repeated until the acetic acid concentration reaches 0.05M. When this acetic acid concentration is reached, the collagen solution is concentrated to 5 to 7 mg / ml with hollow fibers. The final concentration of collagen is then confirmed by the hydroxyproline assay.

【0089】 等価物 当業者であれば、ごく通常の実験を用いるのみで、ここに具体的に説明した本
発明の特定の実施例の等価物を数多く認識され、又は確認できることであろう。
このような等価物は以下の請求の範囲の包含するところとして意図されている。
Equivalents Those skilled in the art will recognize, or be able to ascertain using no more than routine experimentation, many equivalents to the specific embodiments of the invention described herein.
Such equivalents are intended to be encompassed by the following claims.

【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書[Procedural Amendment] Submission of translation of Article 34 Amendment of the Patent Cooperation Treaty

【提出日】平成12年3月9日(2000.3.9)[Submission date] March 9, 2000 (200.3.9)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【特許請求の範囲】[Claims]

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,UG,ZW),E A(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ,BA ,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CU, CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB,GD,G E,GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS ,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK, LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,M N,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU ,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM, TR,TT,UA,UG,US,UZ,VN,YU,Z A,ZW (72)発明者 シオウサット トレイシー エム. アメリカ合衆国 02026 マサチューセッ ツ州 リーディング、 ボスウェルロード 26 (72)発明者 ビグレイ マイケル ジェイ. アメリカ合衆国 02143 マサチューセッ ツ州 ソマービル、 サンボーンアベニュ ー 18 Fターム(参考) 4C081 AA02 AA13 AA14 AB02 AB06 AB11 AB13 AB18 AC03 BA16 CA052 CA242 CC05 CD012 CD042 CD072 CD112 CD141 CD172 CD27 CD34 DA02 DA04 DA05 DA06 DB03 DB04 DC02 DC03 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE ), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, MW, SD, SL, SZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR , BY, CA, CH, CN, CU, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS , JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZA, ZW (72) Inventor Shiosat Tracy M. United States 02026 Reading, Massachusetts, Bothwell Road 26 (72) Inventor Big Gray Michael Jay. United States 02143 Somerville, Mass., Sunborn Avenue 18 F-term (reference) 4C081 AA02 AA13 AA14 AB02 AB06 AB11 AB13 AB18 AC03 BA16 CA052 CA242 CC05 CD012 CD042 CD072 CD112 CD141 CD172 CD27 CD34 DA02 DA04 DA05 DA06 DB03 DB04 DC02 DC03

Claims (21)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 生体高分子原線維を含む生体高分子マット。1. A biopolymer mat containing biopolymer fibrils. 【請求項2】 前記生体高分子原線維が、コラーゲン、ラミニン、エラスチン
、フィブロネクチン、フィブリノーゲン、トロンボスポンジン、ゼラチン、ポリ
サッカリド、ポリ-l-アミノ酸及びこれらの組み合わせのうちのいずれかから選 択される、請求項1に記載の生体高分子マット。
2. The biopolymer fibril is selected from any of collagen, laminin, elastin, fibronectin, fibrinogen, thrombospondin, gelatin, polysaccharide, poly-l-amino acid and a combination thereof. The biopolymer mat according to claim 1, wherein
【請求項3】 前記生体高分子原線維がコラーゲン由来である、請求項1に記
載の生体高分子マット。
3. The biopolymer mat according to claim 1, wherein the biopolymer fibrils are derived from collagen.
【請求項4】 前記コラーゲンがブタ胎児コラーゲンである、請求項3に記載
の生体高分子マット。
4. The biopolymer mat according to claim 3, wherein the collagen is porcine fetal collagen.
【請求項5】 前記生体高分子マットが、さらに、細胞成長、形態形成、分化
、又は組織構築、及び、これらの組み合わせに必要な巨大分子を含む、請求項1
に記載の生体高分子マット。
5. The biopolymer mat of claim 1, further comprising macromolecules required for cell growth, morphogenesis, differentiation, or tissue construction, and combinations thereof.
A biopolymer mat according to item 1.
【請求項6】 前記生体高分子原線維が架橋される、請求項1に記載の生体高
分子マット。
6. The biopolymer mat according to claim 1, wherein the biopolymer fibrils are cross-linked.
【請求項7】 吸収可能なポリマーによるファイバー、ひも、ファイバーの束
、布又は不織布をさらに含む、請求項1に記載の生体高分子マット。
7. The biopolymer mat according to claim 1, further comprising a fiber, a string, a bundle of fibers, a cloth or a non-woven fabric made of an absorbable polymer.
【請求項8】 前記生体高分子が孔をさらに含む、請求項1に記載の生体高分
子マット。
8. The biopolymer mat according to claim 1, wherein the biopolymer further comprises pores.
【請求項9】 前記マットが支持体中又は支持体上にある、請求項1に記載の
生体高分子マット。
9. The biopolymer mat of claim 1, wherein said mat is in or on a support.
【請求項10】 前記支持体が多孔質である、請求項9に記載の生体高分子マ
ット。
10. The biopolymer mat according to claim 9, wherein said support is porous.
【請求項11】 前記多孔質の支持体が吸収可能なポリマー製布である、請求
項10に記載の生体高分子マット。
11. The biopolymer mat according to claim 10, wherein the porous support is an absorbable polymer cloth.
【請求項12】 前記生体高分子マットが単一密度の生体高分子フォームに結
合しており、前記単一密度の生体高分子フォームが、生体高分子の分子及び/又
は生体高分子のフィラメントを微小区画の壁面内に散在させた、連絡する微小区
画のネットワークを含み、前記微小区画が、 約1μmから約300μmまでの範囲で概ね等しい容積寸法、x=長さ、y=幅
、及びz=高さ、を有し、 約10μm未満の平均壁厚を持つ、 請求項10に記載の生体高分子マット。
12. The biopolymer mat is bonded to a single-density biopolymer foam, wherein the single-density biopolymer foam binds biopolymer molecules and / or biopolymer filaments. A network of interconnecting microcompartments interspersed within the wall of the microcompartment, wherein said microcompartments have approximately equal volume dimensions in a range from about 1 μm to about 300 μm, x = length, y = width, and z = The biopolymer mat of claim 10, having a height, and having an average wall thickness of less than about 10 μm.
【請求項13】 前記生体高分子フォームがブタ胎児コラーゲンを由来とする
、請求項12に記載の生体高分子マット。
13. The biopolymer mat of claim 12, wherein said biopolymer foam is derived from porcine fetal collagen.
【請求項14】 前記生体高分子マットがさらに細胞を含む、請求項1に記載
の生体高分子マット。
14. The biopolymer mat of claim 1, wherein said biopolymer mat further comprises cells.
【請求項15】 生体高分子原線維を含む溶液を形成するステップと、 前記溶液を多孔質の支持体に施すステップと、 前記支持体から液体を排除しているときに原線維密度が前記支持体上又は前記
支持体内で増加するよう、前記溶液を前記多孔質の支持体上に集まらせる、及び
/又は、前記多孔質の支持体上を通して透過させることで、生体高分子マットを
形成するステップと を含む、生体高分子マットを作製する方法。
15. A step of forming a solution containing biopolymer fibrils, applying the solution to a porous support, and wherein the density of the fibrils is increased when liquid is excluded from the support. Forming the biopolymer mat by concentrating the solution on the porous support and / or permeating through the porous support so as to increase on the body or in the support A method for producing a biopolymer mat, comprising:
【請求項16】 前記生体高分子原線維がブタ胎児コラーゲンを由来とする、
請求項15に記載の方法。
16. The biopolymer fibril is derived from porcine fetal collagen,
The method according to claim 15.
【請求項17】 前記生体高分子原線維又はマットを架橋するステップをさら
に含む、請求項15に記載の方法。
17. The method of claim 15, further comprising cross-linking said biopolymer fibrils or mat.
【請求項18】 生体高分子原線維を含有する前記溶液を、さらに、細胞成長
、形態形成、分化、又は組織構築、及びこれらの組み合わせに必要な細胞又は巨
大分子で処理する、請求項15に記載の方法。
18. The method of claim 15, wherein the solution containing biopolymer fibrils is further treated with cells or macromolecules required for cell growth, morphogenesis, differentiation, or tissue construction, and combinations thereof. The described method.
【請求項19】 生体高分子原線維を含有する前記溶液を、細胞成長、形態形
成、分化、又は組織構築、及びこれらの組み合わせに必要な細胞又は巨大分子で
処理するステップをさらに含む、請求項15に記載の方法。
19. The method of claim 19, further comprising treating the solution containing the biopolymer fibrils with cells or macromolecules required for cell growth, morphogenesis, differentiation, or tissue construction, and combinations thereof. 16. The method according to 15.
【請求項20】 生体高分子の分子及び/又は生体高分子のフィラメントを微
小区画の壁面内に散在させた、連絡する微小区画のネットワークを含み、前記微
小区画が、 約1μmから約300μmまでの範囲で概ね等しい容積寸法、x=長さ、y=幅
、及びz=高さ、を有し、 約10μm未満の平均壁厚を持つ、 単一密度の生体高分子フォームを鋳込むステップをさらに含む、請求項15に
記載の方法。
20. A network of interconnecting microcompartments interspersed with biopolymer molecules and / or biopolymer filaments within the wall of the microcompartment, said microcompartment having a size of about 1 μm to about 300 μm. Casting a single density biopolymer foam having substantially equal volumetric dimensions in the range, x = length, y = width, and z = height, and having an average wall thickness of less than about 10 μm. The method of claim 15, comprising:
【請求項21】 前記生体高分子フォームが、コラーゲン、アルギン酸、ポリ
ビニルアルコール、コンドロイチン硫酸、ラミニン、エラスチン、フィブロネク
チン、フィブリノーゲン、及びこれらの組み合わせのうちのいずれかから選択さ
れる、請求項20に記載の方法。
21. The method of claim 20, wherein the biopolymer foam is selected from any of collagen, alginic acid, polyvinyl alcohol, chondroitin sulfate, laminin, elastin, fibronectin, fibrinogen, and combinations thereof. Method.
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