JP2002532134A - 組織の固定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
び組織の固定にそれを使用する方法に関するものである。
な機械的特性や生体適合性のため、種々の外科手術用途に用いられてきた。生体
の組織由来の、化学修飾された非相同な組織は、末梢又は冠状の繊管束化の管、
当て布、靭帯代用品、及び人工心臓弁として供給されてきた。コラーゲン繊維が
生体組織の基本的な構造的枠組みを構成することは周知である。
の構造に直接的に関係している。コラーゲン分子は、原繊維中で共有結合型分子
間架橋(これは、原繊維の細胞間質に適度な引張り強度と生体安定性を与える)
により安定化される。
の生体組織は宿主の応答(細胞及び酵素の攻撃の両方を含む)を受けることにな
る。これまでの研究では、移植された非相同なコラーゲンの組織は、喰細胞(多
形核白血球、大食細胞)及び繊維芽細胞による移植された人工器官の物理的侵食
を引き起こす細胞の応答を生じさせることが示されている。喰細胞は、コラゲナ
ーゼ、他のプロテアーゼ及び酸素遊離基を分泌できることが知られている。非相
同な生体組織は、そのようなタンパク分解酵素によって、及び/又は酸化過程を
通じて、容易に分解され得、コラーゲン原繊維の強度と寿命を著しく減じる。長
期間の安定性を達成するために、非相同な組織から得られる生体人工器官は、長
期間の使用のため人体に移植される前に、酵素分解に対する抵抗を高めるため化
学的に修飾されなければならない。これらの化学的修飾は、以下を含む。
ーゲン小繊維、エラスチン及び他のタンパク質間の分子間相互作用を高め、スト
レス下で組織の疲労限度を増大させ、組織の統合性を維持し、及び炎症の細胞の
湿潤を防止する。
織は、組織的な及び局部的な副作用(例えば、慢性の炎症又は拒絶反応)が最小
化されるように免疫原性を低下させるために修飾されることが必要である。
、タンパク分解酵素によって認識されにくい。
て影響され得る。即ち、切断位置を認識できる酵素に対する有効性、及びコラー
ゲンのらせんの完全性の程度である。これまでの研究は、固定され、高い架橋密
度を有する組織は、分解に対するより高い抵抗があることを示唆している。
るコラーゲンのアミノ酸の不活性化、及びコラゲナーゼ及び他のタンパク分解酵
素による酵素分解の可能性に関係する。従って、固定は、コラーゲンの耐久性を
高めるであろう。
能性基を有する固定化剤の一分子がコラーゲンの2以上の基と反応する。架橋後
、組織の機械特性は変化する。固定処理の第二の型は、枝分かれと呼称され得、
ここでは固定化剤は1つの基のみと反応し、反応したアミノ酸によって生じた枝
分かれをもたらす。枝分かれでは、組織の機械的強度(例えば、柔軟性)は、通
常ほとんど変化しない。
ト構造(即ち、枝分かれ)が局部的な分子のコンフォメーション(即ち、配列及
びコンフォメーションの両者による抗原決定部位/エピトープ)を変化させるの
に十分な程大きければ、コラーゲン組織の抗原性を変えるだろう。固定された生
体物質(組織)の固定度合いがより高ければ、一般により低い抗原性となる。
的な慢性の炎症に寄与し得るため、人工器官の最小の残存毒性が望ましい。
適合性も有しなければならない。これらの用途に使用される時は、血液に接触し
ている表面の、親水性、電荷、表面の肌理及び他の表面の特性は、組織の性能及
び耐久性に著しく影響を与え得る。表面張力及び血液適合性/生体付着と関連し
て、いくつかの傾向が観察され得る。イリノイ州シカゴのYear Book
Medical Publisher発行のManagement of Ar
terial Occlusive Diseaseの1971年版147−1
63頁、R.R.BaierとV.A.DePalmaの、“The Rela
tion of the Internal Surface of Graf
ts to Thrombosis”は、材料の相対臨界表面張力の関数として
の材料の生体反応性の観察された傾向について、長年に及ぶ膨大な量のデータを
集めた。彼らの研究から経験的に導き出されるグラフは、3つの区域に分割され
る。即ち、(1)第1の区域(生体相互作用が最小と一致)は、“生体適合性の
仮想区域”で、その表面張力は20乃至30dynes/cmの範囲である(疎
水性表面)。この区域は、ほとんどの天然の動脈が持っている表面張力の領域で
あり、相対的にトロンボーゲン非形成表面と記述される。(2)33乃至38d
ynes/cmの範囲で、最も一般に入手可能なポリマーの表面張力を含む第2
の区域は、驚くべきことに、血管の移植片に最も一般的に使用されるポリマー(
例えば、ePTFE及びDacron)を除外する。(3)40乃至72dyn
es/cmの範囲で、“良好な生体付着性”の区域として知られる第3の区域。
この“良好な生体付着性”の区域は、整形外科及び歯科の移植(インプラント)
のような良好な移入が要求される人工器官に好都合である。
性を示す。
学修飾または固定され得る。非相同及び相同な組織は、過去30年間にわたって
、人工器官として固定及び移植されてきた。臨床的に、GAは最も一般的な固定
化剤であった。GAは、ほとんどのリシルε−アミノ基を修飾し、近くの構造間
で架橋を形成し、及びそれは重合しシッフ塩基相互作用を通じて安定性を獲得し
且つ重合する。GAは、良好な血液相互作用のため、人工器官を表面において疎
水性及び負電荷とする一方、人工器官の抗原性を最小にするための適切な修飾を
与える。しかしながら、著しく組織の堅さを変えて組織の石灰沈着を促進すると
いうGAの性向は、この固定化剤のよく知られた欠点である。これらの理由で、
GAは多くの人工器官の失敗につながってきた。
がなされた。例えば、米国特許第5,080,670(Imamura等)は、
心臓弁組織の架橋用に多くのポリグリシジルエーテル(polyglycidy
l ethers)(日本の大阪のながし化学により商標名DENACOLで販
売されている)を開示する。Imamura等は、固定化剤骨格中のエーテル結
合(C−O)の存在が、酸素の腕を架橋の橋部において柔軟な継ぎ手として働く
ようにし、その結果、架橋した組織はより柔軟で親水性になることが出来たと信
じている。ポリグリシジルエーテルで架橋した生体組織は、組織の心臓弁と共に
用いられた時に、GA固定化剤と比較して高い柔軟性(曲げやすさ)と石灰沈着
への耐性を示した。更に、エポキシ化合物はGA溶液より細胞毒性が少ない。
水性表面では、より多くのタンパク質及び細胞活性化が観察されてきた。これら
の相互作用は、生体組織の血液適合性に影響を与え、又減少させ得る。
に対して非常に敏感であり、それによって体内移植後2、3日で、特にストレス
下で、架橋結合を失い得ることである。J.Biomd.Mater.Res.
,29巻、337−347頁(1995年)、M.A.Schubert、M.
J.Wiggins、M.P.Schaefer、A.Hiltner及びJ.
M.Andersonの“Oxidative Biodegradation
Mechanisms of Biaxially Strained Po
ly(etherurethaneurea) Elastomer”(“Sc
hubert等”)を参照のこと。
表面に付着し、活性化し、異物巨細胞を形成することができる。これらの喰細胞
は、超酸化物陰イオン、過酸化水素、次亜塩素酸塩及び加水分解酵素を放出する
。これら副生成物の局所的な濃度は極めて高くなり得る。更に、界面の環境(即
ち、移植物の周囲)は、酸性(即ち、より低いpH)領域に変化する。酸化及び
架橋結合の喪失をもたらす、生分解において重要な役割を演じるα2−マクログ
ロブリンの吸収も観察された。
は、現在、この観察された分解(degradation)(即ち、分解(br
eakdown))のためと仮定されるだろう。組織培養された疎水性ポリエー
テル組織サンプルの赤外線スペクトルでの新しい吸収帯の出現は、Wu等によっ
てソフトセグメントとしてのポリティーエッチエフ(poly(THF))とポ
リエーテルウレタンの生体内での分解に対して提案されたものと類似のメカニズ
ムを仮定すること、及び/又は、ポリエーテルの自動酸化に対するメカニズムを
仮定することによって説明されるであろう。J.Appl.Polym.Sci
.,46巻、201−211頁(1992年)、Y.Wu、C.Sellitt
i、J.M.Anderson、A.Hiltner、G.A.Lodoen及
びC.R.Payetの“An FTIR−ATR Investigatio
n of In Vivo Poly(ether urethane) De
gradation”を参照のこと。Wu等は、超酸化物陰イオン基がプロトン
攻撃し、過酸化水素基POOHに導くことを報告した。過酸化水素は、その後で
脱水してエステルを形成するが、これはその後エステラーゼにより加水分解され
、これは鎖切断を引き起こし、カルボン酸及びアルコール基の形成に帰着する。
これは、図1の鎖の左側に説明されている。
ジカルによるポリエーテルのソフトセグメントからの水素引き抜きにより形成さ
れたことを示唆する。これは、図1の鎖の右側に説明されている。
ニズムを含むが)によって起こり得る。手短に言うと、この自動酸化の伝播反応
は、ポリマー骨格上の過酸化水素基の形成及び分解から成る。過酸化水素のホモ
分裂によりエステルを形成又は鎖の切断を引き起こすことが出来、その結果、ア
ルデヒドとエステル基が形成される。これらの反応は、ラジカルの反応性の損失
なしに起こり、残ったラジカルは脱水を続けることが出来る。エステル結合の加
水分解は、アルコールと酸基の形成を引き起こす。
ると、それがモノ又はポリエポキシドの何れかに関わらず、及び用いたポリグリ
シジルエーテルの型に関わらずに、組織に対する修飾は同じになる。修飾部にお
ける構造は、いつも以下の何れかである。
抗原性を食い止めることができないことが観察されている。新鮮な組織で観察さ
れたように、メチルグリシジルエーテル(DENACOL EX−131)で固
定された組織は、試験管を振ったときに、細菌性コラゲナーゼにより分解して粉
々になった。J.Biomed.Mater.Res.,28巻、677−68
4頁(1994年)、R.Tu、S.H.Shen、D.Lin、C.Hata
、K.Thyagarajan、Y.Noishiki及びR.J.Quija
noの“Fixation of Bioprosthetic Tissue
s With Monofunctional and Multifunct
ional Polyepoxy Compounds”を参照のこと。加えて
、ペプチド結合の切断による遊離アミノ基含量の増加は、新鮮な組織で見られた
ものと比較できるものである。言い換えると、グリシジルエーテルは架橋の実行
に有効ではなかった。
を強く示唆する。分解された結合は、コラゲナーゼの認識を防御するのに役立た
なかった。従って、グリシジルエーテルは所望の結果を与えなかった。
沈着を最小にする組織固定方法及び処理の必要性がまだ残っている。
安定なエポキシド組織処理剤を提供することが、本発明の目的である。
の骨格中にエーテル結合もエステル結合も含まないエポキシ化合物を提供する。
適したエポキシド剤の例は、以下の基本式を有するモノ、又はジエポキシドを含
む: モノエポキシド:
施形態である。この記述は、限定的意味に捉えてはならず、単に本発明の実施形
態の一般的原理を説明する目的で作成されたものである。本発明の範囲は、添付
の請求の範囲で最もよく定義されている。ある場合には、周知の装置、組成物、
成分又は構成要素、メカニズム及び方法は、本発明の記述を不必要な詳細さで分
かりにくくしないために省略されている。
)”の用語は、哺乳動物のような異なる動物から得られる材料をいう。具体例と
して(しかし、これに限定されないが)、ブタの心臓弁;ウシの頭蓋骨膜;硬脳
膜、腱、靭帯、皮膚パッチのような材料から得られる組織;動脈;静脈等を含む
。
水素骨格を持ち、水溶性で、その骨格中にエーテル結合もエステル結合も含まな
いエポキシ化合物である。適したエポキシド剤の例は、以下の基本式を有するモ
ノ−又はジエポキシドを含む: モノエポキシド:
通りである。
を修飾するために用いられる。このような組織の例は、静脈弁、食道及び尿道を
含む。本発明によるポリエポキシド(即ち、ジエポキシド及び2つ以上の反応性
エポキシド基を有するエポキシド)は、移植後著しいストレス及び負荷を体験す
る用途において用いられ得る組織を修飾するために一般に用いられる。このよう
な組織の例は、動脈系の心臓弁、靭帯及び腱を含む。
人工器官組織の固定又は修飾に用いることが出来る。生体人工器官の組織の処理
及び調製方法は図2のフローチャートに要約されており、以下のように行われる
。
うな、適したコラーゲン組織は、哺乳動物から採取され、余分の筋肉、脂肪及び
結合組織が公知の方法に基づいて取り除かれる。コラーゲン組織は公知の方法に
基づいて洗浄され、調製される。血管は、残った血液を取り除くためその内部及
び外部が冷生理食塩水溶液で洗浄される。
、生体負荷(bioburden)のレベルが低減される。その後,組織は任意
の所望の期間30%エタノール中に保管された。
新鮮な濾過水を注入し、次にそれらを新鮮な濾過水の容器に移すことによってな
され得る。その後、組織は、超音波処理前に新鮮な濾過水中で、少なくとも1時
間冷凍又は冷却状態に保持される。
で超音波処理される。細胞成分はより高い抗原性を有するため、細胞成分を取り
除くことが望ましい。組織は次に、水で十分に洗浄される。
pHが8.5乃至10.5の、本発明の水溶性エポキシド架橋剤の水溶液中に、
不可逆な架橋結合になるのに十分な時間(例えば、1乃至30日間)浸漬される
。エポキシド架橋結合剤の濃度は、好ましく0.01M乃至0.1Mの範囲で、
より好ましくは0.05M乃至0.5Mの間である。固定溶液は2日乃至3日毎
に取り替えられる。
緒に又はなしで、リン酸塩緩衝生理食塩水のような適当なすすぎ液ですすがれる
。このすすぎにより、残存する固定剤の反応性が取り除かれる。
、管の枝を損傷することなく注意深く取り除かれる。穴、裂離した枝、血痕又は
他の目に見える構造的欠陥を有するいずれの組織管も用いられない。全ての枝は
、4−0又は5−0のプロレン(Prolene)縫合糸を用いて縫合結紮され
る。
素溶液のような非アルデヒド滅菌剤で滅菌され、その後組織が移植されるまで3
0%エタノール溶液中に保存される。
水溶液中でインキュベートされる。より具体的には、0.2Mの1,2,7,8
−ジエポキシオクタンが、エタノールを5%含む炭酸塩−炭酸水素塩緩衝液でp
Hが9.5になるよう緩衝化される。動脈は、不可逆の架橋を可能にするよう室
温(例えば、25℃)で14日間溶液にさらされる。固定溶液は3日毎に取り替
えられる。
ートされる。より具体的には、0.2Mの1,2−エポキシオクタンが、エタノ
ールを10%含む炭酸塩−炭酸水素塩緩衝液でpHが9.5になるよう緩衝化さ
れる。静脈は、完全な改質が可能となるよう25℃で14日間溶液にさらされる
。
ムを説明する。
である。
Claims (19)
- 【請求項1】 生体人工器官組織を架橋する用途のための剤であって、該剤
が炭化水素骨格と共にエポキシド基を有し、該エポキシ化合物が水溶性であって
、その骨格にエーテル結合もエステル結合もない、当該用途のための剤。 - 【請求項2】 エポキシド基が以下の基本式を有するモノエポキシドである
、請求項1の剤: 【化1】 ここで、nは1乃至10である。 - 【請求項3】 エポキシド基が以下の基本式を有するポリエポキシドである
、請求項1の剤: 【化2】 ここで、nは1乃至10である。 - 【請求項4】 エポキシド基が1,2,7,8−ジエポキシオクタンである
、請求項1の剤。 - 【請求項5】 エポキシド基が1,2−エポキシオクタンである、請求項1
の剤。 - 【請求項6】 生体人工器官組織を架橋する用途のための剤であって、該剤
が以下の基本式を有する水溶性エポキシ化合物を有する、当該用途のための剤: 【化3】 ここで、nは1乃至10である。 - 【請求項7】 エポキシ化合物が1,2,7,8−ジエポキシオクタンであ
る、請求項6の剤。 - 【請求項8】 エポキシ化合物が1,2−エポキシオクタンである、請求項
6の剤。 - 【請求項9】 炭化水素骨格を有する架橋したエポキシ化合物を含む生体人
工器官組織であって、該エポキシ化合物が水溶性であって、その骨格にエーテル
結合もエステル結合もない、生体人工器官組織。 - 【請求項10】 エポキシ化合物が以下の基本式を有するモノエポキシドで
ある、請求項9の生体人工器官組織: 【化4】 ここで、nは1乃至10である。 - 【請求項11】 エポキシ化合物が以下の基本式を有するポリエポキシドで
ある、請求項9の生体人工器官組織: 【化5】 ここで、nは1乃至10である。 - 【請求項12】 エポキシ化合物が1,2,7,8−ジエポキシオクタンで
ある、請求項9の生体人工器官組織。 - 【請求項13】 エポキシ化合物が1,2−エポキシオクタンである、請求
項9の生体人工器官組織。 - 【請求項14】 組織が、ブタの大動脈弁、ウシの囲心腔、硬脳膜、腱、靭
帯、皮膚パッチ、動脈及び静脈からなる群から選択される、請求項9の生体人工
器官組織。 - 【請求項15】 生体人工器官組織を架橋する方法であって、 a.炭化水素骨格を有するエポキシ化合物を含む溶液を提供する、該エポキシ化
合物は水溶性であり、その骨格にはエーテル結合もエステル結合もない、及び b.生体人工器官組織をその溶液に浸漬する ことを含む方法。 - 【請求項16】 生体人工器官組織が溶液に1乃至30日間浸漬される、請
求項15の方法。 - 【請求項17】 溶液中のエポキシ化合物の濃度が0.01M乃至1.0M
の範囲である、請求項16の方法。 - 【請求項18】 溶液中のエポキシ化合物の濃度が0.05M乃至0.5M
の範囲である、請求項17の方法。 - 【請求項19】 生体人工器官組織が溶液に25℃で浸漬される、請求項1
5の方法。
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