JP2003525722A - 注射可能な生体適合性材料および使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 生細胞による侵入を受けやすく、そのような生細胞による実質的かつ長期間の占有を支持し得る微小構造を有する生体適合性材料。１実施形態では、生体適合性材料はコラーゲンなどの生体ポリマーを含む。本発明の別の実施形態では、生体適合性材料は注射可能である（すなわちそれを、注射針を用いて注射によって経皮的または体内的に投与することができる）。特に有利な実施形態では、繊維状生体適合性材料が、直線的に集合し、かつ生体ポリマー繊維の軸と実質的に平行な軸を有する生体ポリマー原繊維から組み立てられた生体ポリマー繊維を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本願は、２０００年３月６日出願の同時係属中の米国暫定特許出願第６０／１
８７１９１号（この内容は、その全体が引用によって本明細書に組み込まれるも
のとする）に対する米国特許法１１９条（ｅ）下での優先権の恩恵を主張するも
のである。

【０００２】 （発明の背景） かなり以前から、疾患、損傷のために、あるいは外科的介入の結果として失わ
れた組織を置換することが必要とされてきた。組織置換を行わなくとも創傷修復
は起こり得るが、そのような創傷修復は重度の瘢痕および機能損失を伴う場合が
多い。患者がさらに循環系の障害や糖尿病を患っている場合には、何ヶ月または
何年も皮膚創傷が治癒しない場合がある。そのような長期間にわたる創傷治癒の
失敗では、感染および慢性的不快感を生じることが多い。より深刻な場合、多く
の状況下で、重度の組織損失は命を脅かす場合があり、置換または外科的修復が
必須となる。

【０００３】 身体の自己治癒プロセスを加速する一つの手法は、適切な細胞が存在する生体
適合性材料製の皮膚「足場」を提供するというものである。非常に望ましい種類
の足場は、コラーゲン繊維などの天然生体ポリマー繊維から作製することができ
る。

【０００４】 インビボで認められるもののような寸法特性および強度特性を有するコラーゲ
ン繊維を、例えば紡糸によって製造することは、従来では困難であった。固有の
生体情報を保存する方法によって形成される繊維は、わずかな物理的応力を受け
ると容易に破壊する。コラーゲン繊維は最終的には人体に導入されることになる
ことから、当然のことながら、それには外部物質および微生物による汚染がない
ことが望ましい。

【０００５】 疾患または損傷を受けた身体部分を置換するためのインプラントとしてポリエ
ステル繊維（ダクロン（Dacron^ＴＭ））またはポリエテトラフルオロエチレン（
ＰＴＦＥ）（テフロン（Teflon^ＴＭ））などの合成材料を使用することが広く行
われてきた。しかしながらこれらの材料では、奏功する場合が限られていた。そ
れは、これらの材料の多くが生体適合性が低いためであり、それが有する問題の
中でも特に、持続低炎症反応が非常に多くの場合で生じる。さらに、それらの材
料は分解を受けず、それに接触し得る組織細胞による再造形に寄与しないため、
身体がそれらの材料を取り込まないことで、さらなる問題が生じる。

【０００６】 動物またはヒトの材料を用いる努力も、その材料を例えばホルムアルデヒドま
たはグルタルアルデヒドと架橋すると奏功しなかった。一般的なアルデヒド架橋
のプロセスにより、組織細胞によって生体材料が認識されないようになって、正
常な再造形および組み込みが促進されない。同様に、動物またはヒトの生体材料
についての他の種類の化学的処理、例えば洗剤、高張緩衝液もしくは低張緩衝液
による抽出も、血管新生の促進ならびにインプラントが組織や臓器を置換するた
めの機能的置換物に変換される上で必要な修復および再造形プロセスを刺激する
のに効果がなくなる程度まで、その材料を変化させる可能性がある。

【０００７】 第３の手法は、例えば抽出および精製されて特殊な細胞と組み合わせたコラー
ゲンなどの構造基質要素からの組織および臓器同等物の再構築である。この方法
は、細胞とその細胞が濃縮および調整する基質タンパク質との間の相互作用によ
るものである。組織様構築物が作られ、それの相当する自然物にやや似ているこ
とが示されているが、それが模倣する実際の組織を特徴付ける基質の複雑さを容
易に顕示するものではない。

【０００８】 （発明の開示） 本発明は、生細胞による侵入を受けやすく、そのような生細胞による実質的か
つ長期間の占有を支持することができる微小構造を有する生体適合性材料に関す
る。好ましい実施形態では、生体適合性材料は、コラーゲンなどの生体ポリマー
を含む。本発明の別の実施形態では、生体適合性材料は注射可能である（すなわ
ち、注射針による注射によって、それを経皮的または体内的に投与することがで
きる）。別の実施形態では、生体適合性材料は、生理的に好適な担体（例：生理
食塩水）を含むか、その担体中に含まれている。本発明のさらに別の好ましい実
施形態では、生体適合性材料の微小構造は、医薬品、成長因子、ホルモン類、細
胞外基質タンパク質、遺伝子物質、細胞、細胞材料およびそれらの組み合わせか
らなる群から選択される作用物質を有する。さらに別の実施形態では、遺伝子物
質は、ウィルスベクターを含む。

【０００９】 特に有利な実施形態では、繊維状生体適合性材料は、直線状に集合した生体ポ
リマー繊維であって、軸が生体ポリマー繊維の軸と実質的に平行である生体ポリ
マー原繊維から組み立てられているポリマー繊維を含む。好ましい実施形態では
、繊維状生体適合性材料は注射可能である。別の好ましい実施形態では、繊維状
生体適合性材料は、複数の直線状に集合した生体ポリマー繊維を有する。さらに
別の実施形態では、本発明の直線状に集合した生体ポリマー繊維は、不均一な長
さのものである。別の実施形態には、指状突起形態（例：微小繊維棘状突出、微
小繊維接線突出）を有する直線状に集合した生体ポリマー繊維を含む繊維状生体
適合性材料などがある。本明細書に記載の本発明の別の好ましい実施形態では、
生体適合性材料の直線状に集合した生体ポリマー繊維は、他の生体適合性材料の
生体ポリマー繊維との絡みを生じるのに十分な（すなわち好適な）長さのもので
ある。別の好ましい実施形態では、繊維状生体適合性材料を含む直線状に集合し
た生体ポリマー繊維は、長さが約１ｃｍ〜約８×１０^５ｃｍのものである。別の
実施形態では、繊維状生体適合性材料は生理食塩水担体を含む。別の好ましい実
施形態では、直線状に集合した生体ポリマー繊維は医薬品、成長因子、ホルモン
類、細胞外基質成分、遺伝子物質、細胞およびこれらの組み合わせからなる群か
ら選択される作用物質を含む。別の実施形態では、遺伝子物質はウィルスベクタ
ーを含む。別の好ましい実施形態では、繊維状生体適合性材料はさらにコラーゲ
ンを含む。別の実施形態では、繊維状生体適合性材料はさらにコラーゲン泡状体
を含む。

【００１０】 本発明の別の実施形態では、組織欠陥または障害を改善する方法が記載されて
いる。この方法は、生細胞による侵入を受けやすく、生細胞による実質的かつ長
期的な占有を支持する微小構造を有する生体適合性材料と、組織欠陥または障害
の部位とを接触させる工程を含む。本明細書に記載の発明の好ましい実施形態で
は、組織欠陥または障害は、骨疾患、軟骨疾患、美容上の欠陥、循環障害によっ
て生じる皮膚創傷、または糖尿病によって生じる皮膚創傷である。別の実施形態
では、生体適合性材料は、組織欠陥または障害を有する領域に直接適用される。
別の好ましい実施形態では、組織欠陥または障害を改善するために、生体適合性
材料は経皮的に注射される。別の好ましい実施形態では、上記の治療方法で使用
される生体適合性材料は、生体ポリマー繊維の軸と実質的に平行である生体ポリ
マー原繊維から組み立てられた複数の直線状に集合した生体ポリマー繊維から成
る。別の実施形態では、上記の治療方法で使用される生体適合性材料は、コラー
ゲン原繊維の懸濁液を凍結乾燥することで得られる。上記の治療方法の好ましい
実施形態では、生体適合性材料を含む直線状に集合した生体ポリマー繊維の長さ
は、約１ｃｍ〜約８×１０^５ｃｍである。上記の治療方法の別の好ましい実施形
態では、生体適合性材料は生理食塩水担体を含むか、その担体に含まれる。上記
の治療方法の別の好ましい実施形態では、実質的に配列された生体ポリマー繊維
は、複数の微小繊維棘状突出（例：微小繊維接線突出）を有する指状形態を有す
る微小構造を有する。上記の治療方法の別の好ましい実施形態では、生体適合性
材料の経皮注射によって、構成繊維が絡み合って、多孔性の塊を形成するように
なる。関連する実施形態では、多孔性の塊の孔部は約１μｍ〜約１０００μｍの
直径を有する。上記治療方法の他の実施形態では、生体ポリマーはコラーゲンを
含む。上記治療方法の他の好ましい実施形態では、生体ポリマーは繊維状コラー
ゲン泡状体を含む。上記治療方法のさらに別の好ましい実施形態では、直線状に
集合した生体ポリマー繊維は、医薬品、成長因子、ホルモン類、細胞外基質成分
、遺伝子物質、細胞およびそれらの組み合わせからなる群から選択される作用物
質を含む。上記治療方法の別の好ましい実施形態では、遺伝子物質はウィルスベ
クターを含む。

【００１１】 本明細書に記載の発明の他の実施形態には、下記の工程を有する方法によって
製造される注射可能な生体ポリマー繊維に関係するものが包含される： ａ）上流方向および下流方向を有する凝固流体の垂直方向流を形成する工程； ｂ）凝固流体の垂直方向流の下流方向に、凝固流体との接触に反応して凝固す
るよう選択された非凝固生体適合性生体ポリマー流を注射する工程であって、ポ
リマー流を、凝固流体によって囲まれ、凝固流体の垂直方向流によって下流方向
で加速されるように注射する工程；ならびに ｃ）凝固流体に生体ポリマー流を凝固させることで、生体ポリマー繊維を形成
する工程。

【００１２】 上記の方法の別の実施形態では、非凝固生体適合性生体ポリマーは液体コラー
ゲン溶液である。上記の方法のさらに別の実施形態では、コラーゲン溶液中のコ
ラーゲン濃度は、約５ｍｇ／ｍＬ〜約２０ｍｇ／ｍＬの範囲で変動し得る。上記
の方法のさらに別の実施形態では、凝固流体はトリエタノールアミンを含む溶液
である。関連する好ましい実施形態では、凝固流体中のトリエタノールアミン濃
度は、約２０ｍＭ〜約１００ｍＭで変動し得る。上記の方法のさらに別の実施形
態では、凝固流体は約１００ｍＭの濃度でＨＥＰＥＳを含む溶液である。上記の
方法のさらに別の実施形態では、生体適合性生体ポリマーは、約４℃の温度に維
持される。上記の方法のさらに別の実施形態では、凝固流体は、約４℃〜約３７
℃で変動し得る温度に維持される。上記の方法のさらに別の実施形態では、方法
はさらに、推進流体流を提供して、下流方向での生体ポリマー流を加速する工程
を含むことができる。

【００１３】 さらに別の実施形態では、本発明は、複数の直線状に集合したコラーゲン繊維
であって、軸がコラーゲン繊維の軸と実質的に平行であるコラーゲン原繊維から
組み立てられたコラーゲン繊維を有する組織置換材料を包含する。本発明の直線
状に集合した生体ポリマー繊維の特有の形態により、非常に生体適合性の繊維、
すなわちインビボで許容され、細胞が中で生存できる基質を形成する可能性の高
いものが得られる。ある実施形態では、その直線状に集合した生体ポリマー繊維
の長さは、他のそのような繊維との絡み合いを生じさせるのに有効な長さである
。その繊維をインビボで注射すると、繊維が互いに絡み合って、細胞が中で生存
できる基質が形成される。この繊維の形成は有利には、同日に出願された同時係
属の特許出願（代理人整理番号ＴＳＳ−０３０）（全内容が引用によって本明細
書に組み込まれる）に開示の装置および方法によって行うことができる。この方
法は、上端から下端へと垂直方向に延びる管軸を形成し、繊維形成管内で内孔を
形成する内壁を有する繊維形成管を提供することで、繊維に加わる物理的応力を
低減するように繊維を形成するものである。繊維形成管の上端には、内孔の凝固
領域での凝固流体の流動を確保するための流体入口がある。次に、流体入口から
下流の箇所に紡糸管を取り付けて、凝固領域に生体ポリマーを導入するようにす
る。そのように凝固領域に導入されると、生体ポリマーは直ちに凝固流体によっ
て囲まれる。同時に、凝固流体の流れによって、生体ポリマーが内孔の内壁と接
触するのが防止され、生体ポリマーは凝固しながら下流の方に流されていく。

【００１４】 紡糸管から下流の所定の距離で、生体ポリマー流は完全に凝固して、生体ポリ
マー繊維を形成する。その箇所、あるいはその箇所より下流のいずれかの箇所に
、流体排出口を設けて、凝固流体を凝固した生体ポリマー繊維と分離する。別の
実施形態では、繊維を回収し、凝固流体とともに保持する。

【００１５】 これらのいずれの実施形態でも、繊維の凝固の後に、繊維の架橋を行うことが
できる。それは、凝固流体に、あるいは凝固流体に置き換わる流体に、架橋剤を
加えることで行われる。当該技術分野で公知の架橋剤には、ゲニピン（genipin
）、グルタルアルデヒド、ホルムアルデヒド、糖類、ビスアクリルアミド類、ア
クリルアミド、１−エチル−３−（ジメチルアミノプロピル）カルボジイミドな
どのカルボジイミド類、２，５−ヘキサンジオンなどのジオン類、ジメチルスベ
ルイミデートなどのジイミデート類またはＮ，Ｎ′−メチレンビスアクリルアミ
ドなどのビスアクリルアミド類などがある。

【００１６】 その装置はさらに、内孔の層流領域内に凝固流体の層流を形成することで、繊
維が凝固する際にその繊維にかかる物理的応力を低減することができる。本明細
書で使用する場合、「層流」とは、流動の速度プロファイルが管軸について対称
である均一な層流を指す。「不均一流」という用語は、非対称な速度プロファイ
ルを有する流動を指す。それには、非対称速度プロファイルを有する層流および
非層流の両方が含まれる。

【００１７】 この実施形態では、凝固流体入口を繊維形成管の上流端に取り付け、管の軸に
対してほぼ平行の層流を形成するように配置する。層流であるために、強い横方
向の力が凝固繊維を乱すことがない。

【００１８】 この方法および装置により、繊維形成時に繊維に対して物理的応力が比較的加
わらなくなり、インビボ繊維の繊維の寸法および強度に近い非常に長く細い繊維
を形成することができる。

【００１９】 繊維形成管は狭いことから、限られた量の凝固流体のみしか必要とされない。
その結果、１回使用後に凝固流体を廃棄し、繊維形成プロセス時に新鮮な凝固流
体のみを使用することが、経済的に実現可能なものとなる。それによって、得ら
れる繊維を比較的容易に無菌とすることができることから、患者での使用に一層
好適なものとすることができる。

【００２０】 上記の方法には、上流方向および下流方向を有する凝固流体の層流を発生させ
る工程、ならびにその層流に生体ポリマー流を導入する工程を有する。凝固流体
は、生体ポリマー流を包み込んで、凝固時にそれが下流方向に流れるのを促進す
る。このようにして、生体ポリマー繊維が形成される。次に、所望に応じて生体
ポリマー繊維を凝固流体から分離することができる。１実施形態では分離は、流
体ダイバータを設けることで行われる。別の実施形態では分離は、脱水流体で繊
維を取り囲むことで行われる。

【００２１】 本発明のおよび他の目的、特徴および効果は、以下の説明から、そして添付図
面から明らかになろう。図面において同様の参照符号は各図を通じて同じ部分を
指す。図面は本発明の原理を説明するものであって、必ずしも正しい縮尺を反映
するものではない。

【００２２】 （発明の詳細な説明） 好ましい実施形態では本明細書に開示の注射可能材料は、直線状に集合した生
体ポリマー繊維であって軸がその生体ポリマー繊維の軸と実質的に平行である生
体ポリマー原繊維から組み立てられたものを含む。その直線状に集合した繊維は
、コラーゲンなどの生体ポリマーの外側コア、コラーゲン繊維「超構造」の軸に
平行配置された繊維および原繊維を含むことができる生体ポリマーのコアを取り
囲む繊維から構成されるように思われる。その直線状に集合した繊維の固有の形
態により、非常に生体適合性の高い繊維、すなわちインビボで許容され、内部で
細胞が中で生存できる基質を形成する可能性の高い繊維が得られる。生細胞によ
る侵入を受けやすく、そのような生細胞による実質的かつ長期的な占有を支持す
ることができる微小構造を有する他の注射可能生体適合性材料には、マットおよ
び泡状物などがあり、本発明の治療方法に用いることもできる。そのようなマッ
ト、例えば１９９８年３月１７日出願の係属中の米国特許出願０９／０４２５４
９号（引用によってその全開示内容が本明細書に組み込まれるものとする）に記
載のものおよび例えば泡状体は、組成物を経皮的に注射することで、骨疾患、軟
骨疾患、循環障害によって生じる皮膚損傷および糖尿病によって生じる皮膚損傷
などの組織欠陥または障害を改善するのに用いることができる。

【００２３】 先行技術とは対照的に、その繊維は有利に長いものである。直線状に集合した
コラーゲン繊維は、約１ｃｍ〜約８×１０^５ｃｍ、好ましくは約５〜約５０ｃｍ
、より好ましくは約５〜約４０ｃｍ、さらに好ましくは約５〜約３０ｃｍ程度の
長さである。１実施形態ではこの長さは、他のコラーゲン繊維との絡み合いを起
こすのに有効な長さである。この繊維をインビボで注射すると、繊維は互いに絡
み合って、生細胞による侵入そして実質的かつ長期間の占有を受けやすい基質を
形成する。驚くべきことに、そのような長い繊維は注射可能性が非常に高い。本
明細書で使用される「注射可能」とは、本明細書に開示の直線状に集合したコラ
ーゲン繊維を含む流体製剤（例：液剤、分散液または懸濁液）を注射器または注
入機器を用いて投与できることを指す。好ましい実施形態では流体製剤は、例え
ば１４ゲージ針、より好ましくは１９ゲージ針によって投与される。

【００２４】 本発明の注射可能材料は、組織修復、骨疾患治療、美容上の欠陥の治療、軟骨
疾患治療；循環障害によって、あるいは糖尿病から生じる皮膚損傷の治療などの
各種有用な目的に使用することができる。注射可能材料は、例えば研究用モデル
系としてインビトロで、あるいは損傷または疾患を受けた組織を置換したり、宿
主細胞などの細胞によって占有された場合に再造形されて機能性組織となる足場
を提供する補綴具もしくはインプラントを得るのにインビボで用いることができ
る。注射可能材料、例えばコラーゲンによって形成される基質には、注射可能繊
維状コラーゲンによって形成される基質を用いて修復、再構築または置換される
組織の細胞と同じ種類の細胞、例えばヒト細胞などの哺乳動物細胞を接種するこ
とができる。本明細書に記載の注射可能繊維状コラーゲンを用いて修復および／
または再構築することができる組織の例としては、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、腱および
靫帯などの結合組織、腎臓組織および肝臓組織などの臓器組織、膵臓組織、乳房
組織および副腎組織などの腺組織、膀胱組織および尿管組織などの泌尿器組織、
ならびに腸管組織などの消化管組織などがある。

【００２５】 直線状に集合した繊維には、損傷、罹患または喪失した組織の修復または再生
を誘発するための情報が含まれている。直線状に集合したコラーゲン繊維に他の
情報高分子を混合することで、修復または再生のための別の情報を加えることが
できる。直線状に集合した繊維は、非吸収性繊維によって強化されないと十分に
吸収可能であり、時間経過とともに新らしい正常な純粋宿主組織によって置換さ
れ得る。直線状に集合したコラーゲン繊維は例えば、ゲルまたは泡状体などの高
情報含有量の他のコラーゲン生成物よりも、酵素的破壊に対する耐性が高い。直
線状に集合した繊維は、生理的条件下で製造することが可能であることから、構
造全体に完全な形で生細胞を組み込むことができ、従って生存インプラントをが
得られる。直線状に集合した繊維の情報含有量は、真の治癒および修復を誘導す
ることができる。例えば生細胞マットは、喪失宿主組織およびそれの機能を直ち
に置換することができ、しかも組織機能を中断させることなく徐々に真の宿主組
織によって再造形することができる。直線状に集合した繊維は、高情報含有量の
他の生成物よりも大きい強度を与えるような形で製造することができる。従って
その繊維は、強度のあるインプラントが必要な状況で用いることができる。

【００２６】 本発明の直線状に集合した繊維の形成は有利には、同日に出願された同時係属
の特許出願（代理人整理番号ＴＳＳ−０３０）（全内容が引用によって本明細書
に組み込まれる）に開示のものなどの装置および方法によって行われる。この方
法により、上端から下端へと垂直方向に延びる管軸を形成し、繊維形成管内で内
孔を区画形成する内壁を有する繊維形成管を提供することで、繊維に加わる物理
的応力を低減するような形で繊維が形成される。繊維形成管の上端には、内孔の
凝固領域での凝固流体の流動を確保するための流体入口がある。次に、流体入口
から下流の箇所に紡糸管を取り付けて、凝固領域に生体ポリマーを導入するよう
にする。そのように凝固領域に導入されると、生体ポリマーは直ちに凝固流体に
よって囲まれる。同時に、凝固流体の流れによって、生体ポリマーが内孔の内壁
と接触するのが防止され、生体ポリマーは凝固しながら下流の方に流されていく
。

【００２７】 本明細書で使用される「生体適合性」とは、本発明の組成物などの材料が動物
またはヒトの身体組織または体液と相互作用する様式および程度を指す。完全に
生体適合性の材料は有害効果や身体との相互作用を示さず、満足できる生体適合
性材料は有害効果や身体との相互作用がごく軽微であり、不適合材料はそれが接
触する身体からの重大な反応を誘発する。本明細書に記載の発明の実施形態につ
いて言及する場合に「生体適合性材料」という用語は、身体の組織、臓器または
機能を治療、増大または置換する系または系の一部として用いることができる合
成もしくは天然の物質を含むものである。

【００２８】 本明細書で使用される「繊維」という用語は、生体ポリマーを含む材料を指す
。その用語はさらに、多くの直線状に集合した生体ポリマーを含む本発明の実施
形態で使用される材料をも含むものである。本明細書に記載の発明の実施形態に
ついて言及する場合の「繊維状」という用語は、構造が１以上の繊維を含む材料
を含むものである。

【００２９】 本明細書で使用される「直線状に配列された」という用語は、生体ポリマーま
たは原繊維もしくは繊維あるいはそれらの組み合わせの群の性質であって、それ
らのものの長軸が互いに実質的に平行配置されているという性質を説明するもの
である。

【００３０】 本明細書で使用される「直線状に集合した」という用語は、繊維または本発明
に関係する他の材料の構造的性質であって、その繊維その他の材料が直線的に集
合しており、さらには繊維または材料と実質的に平行な軸を有する直線状の下位
成分（例：原繊維、生体ポリマー）から組み立てることができるという性質を説
明するものである。

【００３１】 本明細書で使用される「指状」という用語は、本発明の各種実施形態の構造お
よび／または微小構造を説明するものである。その用語は、表面から突出した複
数の指状の構造、例えばアキネート（achinate）を指す。「指状」という用語は
さらに、多くの生体ポリマー突出部および／または原繊維突出部（例：微小繊維
接線突出）を有する本発明のある種の繊維状実施形態の表面構造を説明するのに
用いられる。これらの突出部は、本発明の実施形態に棘状の性質をもたらす場合
がある。本明細書で使用する場合の「棘状」という用語は、別の指状表面もしく
は材料（例：微小繊維接線突出を有する表面）と絡み合うか、あるいはそれに粘
着もしくは密着するような傾向を有する表面または材料の性質を説明するもので
ある。

【００３２】 本明細書で使用される「絡み合い」という用語は、本発明の繊維状材料（例：
生体ポリマー、繊維および原繊維ならびにそれらの組み合わせ）が、他の繊維状
材料とその長手方向で絡み合う（例えば、縺れまたは撚り）ようになる事象また
はプロセスを説明するものである。

【００３３】 本明細書で使用する場合に「泡状体」とは、互いに連絡した微小構成部分の網
目構造であって、その微小構成部分の壁内に散在した生体ポリマー分子および／
または生体ポリマー単繊維を有するものを指す。本明細書で使用する場合に「繊
維泡状体」とは、泡状体および生体ポリマー原繊維の組み合わせを含む本発明の
実施形態を指す。さらに本発明で使用する場合に、「繊維コラーゲン泡状体」と
いう用語は、コラーゲン生体ポリマーを含む本発明の実施形態を指す。この用語
はさらに、コラーゲン泡状体およびコラーゲン原繊維の両方を組み合わせて含む
材料を指すことができる。

【００３４】 本明細書に記載のように、本発明のある種の実施形態は、生細胞による侵入な
らびに実質的かつ長期的な占有を受けやすい。本発明の態様を説明するのに用い
られる「侵入」という用語は、細胞骨格の調整された再配置により、細胞（例：
線維芽細胞、真皮細胞など）が適切な天然または合成表面に沿って移動すること
ができる細胞移動の生理的プロセスを含むものである。具体的には、本明細書の
１態様で用いられる細胞侵入には、外側（すなわち、本発明の材料の外部）から
本発明の材料中への細胞の移行または移動が関与する。本明細書で使用する場合
に「実質的かつ長期的占有」という用語は、細胞が天然または合成の適切な表面
（例：組織層）上に存在し、実質的にすべての必要な細胞機能、例えば細胞外基
質の形成、細胞分裂、代謝などを行うことができる事象を含むものである。

【００３５】 「原繊維」という用語は、繊維状の全体構造を与える分子の秩序的マルチマー
を指す。コラーゲン原繊維の場合、コラーゲン分子が１／４ずれで配置されてお
り、分子の各隣接する重なりが約２５％の規則的ずれを有する（あるコラーゲン
分子のヘッドがその分子の鎖から２５％下方で隣接する分子と並置されて配置さ
れている）。原繊維、特にコラーゲンのものは、電子顕微鏡観察によって特徴的
な外観を有する場合が多い。原繊維は集合して束状となっている。さらに多数の
原繊維束が繊維である。

【００３６】 「生体ポリマー」は、生体系または生物において個々の分子から形成される天
然ポリマー物質である。生体ポリマーはまた、生体系または生物の外部で一旦得
られた個々の分子を操作することが人工的に作ることもできる。生体ポリマーは
、生存生物、例えばヒトなどの哺乳動物への導入に好適である。生体ポリマーは
、生存生物の体内に導入した時に無毒性で生体吸収性であり、その生体ポリマー
のいかなる分解生成物もその生物に対して無毒性、すなわち生体適合性であるべ
きである。生体ポリマーを形成することができ、本発明で使用可能である分子の
例としては、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
ノゲン、トロンボスポンジン、ゼラチン、多糖類、ポリ−ｌ−アミノ酸類および
それらの組み合わせなどがある。１以上の生体ポリマーの組み合わせまたは混合
物を用いて、本発明の生体適合性繊維を形成することができる。例えば、ラミニ
ンおよびＩＶ型コラーゲンの組み合わせを用いて、本明細書に記載の生体ポリマ
ー繊維を形成することができる。生体ポリマー製造用の好ましい分子はコラーゲ
ンである。

【００３７】 生体ポリマーを形成する分子の好ましい入手源には、ブタ、例えば出産間近の
ブタ胎仔、ヒツジ、ヒツジ胎仔、雌ウシおよび雌ウシ胎仔などの哺乳動物などが
ある。生体ポリマーを形成することができる分子の他の入手源には、陸上および
海洋の両方の脊椎動物および無脊椎動物などがある。ある実施形態ではコラーゲ
ンは、羊膜内に入った損傷なく摘出された出産間近の家畜ブタ胎仔の皮膚から得
ることができる。コラーゲンまたは各種コラーゲンの組み合わせは、本明細書に
記載のマットおよびマット組成物で用いることができる。コラーゲンまたは各種
コラーゲンの組み合わせの例としては、コラーゲンＩ型、コラーゲンＩＩ型、コ
ラーゲンＩＩＩ型、コラーゲンＩＶ型、コラーゲンＶ型、コラーゲンＶＩ型、コ
ラーゲンＶＩＩ型、コラーゲンＶＩＩＩ型、コラーゲンＩＸ型、コラーゲンＸ型
、コラーゲンＸＩ型、コラーゲンＸＩＩ型、コラーゲンＸＩＩＩ型およびコラー
ゲンＸＩＶ型などがある。各種コラーゲンの好ましい組み合わせは、コラーゲン
Ｉ型、コラーゲンＩＩＩ型およびコラーゲンＩＶ型を含むものである。生体ポリ
マーを形成することができる分子を抽出する好ましい哺乳動物組織には、哺乳動
物胎仔全身、例えばブタ胎仔、皮膚、腱、筋肉および結合組織などがある。胎仔
組織におけるコラーゲンは、成体組織のようにあまり架橋していないことから、
コラーゲン入手源としては胎仔組織が有利である。そこで、酸抽出を用いてコラ
ーゲンを抽出する場合、成体組織と比較して、胎仔組織からの方が損傷のないコ
ラーゲン分子のパーセントが高い。胎仔組織はさらに、動物発達の各種工程で正
常組織に存在する各種分子要素を含む。

【００３８】 コラーゲン溶液は、原料からの塩抽出、酸抽出および／またはペプシン抽出に
よって製造することができる。好ましい実施形態では、使用されるコラーゲンは
、同じコラーゲン含有材料からの２種類の形態のコラーゲンを順次精製すること
で製造される。第１に、原料から未加工のコラーゲンを酸抽出し、抽出物を回収
し、コラーゲンを塩化ナトリウムで沈殿させ、そのコラーゲンを酸性ｐＨを有す
る媒体中で可溶化することで、コラーゲンをコラーゲン溶液として得る。一方、
切断コラーゲン、すなわちテロペプチドが開裂または部分開裂し螺旋部分または
いくつかのテロペプチドを有する螺旋部分のみが残ったコラーゲンを、酵素、例
えば酸性ｐＨ抽出で機能性である酵素（例：ペプシン）を用いて原料から抽出す
る。次にそのペプシン抽出物からのコラーゲンを、第１の抽出物からの場合と同
様の方法によって別個に精製する。

【００３９】 組織からのコラーゲン抽出の好ましい方法では、コラーゲン入手源にはブタ胎
仔などがある。子宮を糸で末端を括った未破壊状態に維持して、その胎仔を子宮
内で冷凍する。切開の１２〜２４時間前に、子宮を冷凍庫から取り出し、４℃の
低温室に入れる。まだ約９０% 冷凍の状態にある子宮を、大きい無菌洗い桶に移
し入れる。できるだけ迅速に、皺状になった子宮を丁寧に伸ばす。子宮の外表面
をＭｉｌｌｉ−Ｑ^ＴＭ水中１％漂白剤で１０分間にわたり２回洗浄し、次に無菌
Ｍｉｌｌｉ−Ｑ^ＴＭ水で２回洗浄して子宮を滅菌する。

【００４０】 無菌で大型の組織把持ピンセットおよび大型の鋏を用い、無菌の手袋、マスク
、前帽および白衣を着用するクリーンルーム条件下で、主要な血管と反対側の表
面における子宮の全長を開放する。胎仔の羊膜に触れたり損傷を与えないように
注意を払う。子宮の外側表面と接触する器具は７０% エチルアルコールで洗浄し
、ブンゼンバーナーで滅菌する。各胎仔を子宮から丁寧に持ち上げ、臍帯を胎仔
から少なくとも数ｃｍのところで切断する。まだほぼ冷凍状態の胎仔をステンレ
ス製の皿に載せる。

【００４１】 無菌手袋を用いて羊膜を除去し、胎仔を無菌ガラス皿に移す。＃１１刃などの
無菌メスを用いて、各足周囲の皮膚を切って、円形切開を施す。第１の切除から
の皮膚から、各四肢の内側表面に沿って、胴体の腹側表面の正中線まで１回の切
開を行う。下部の筋肉組織を切らないように注意を払いながら、尾から頸部まで
、胴体の腹側表面に沿って正中線切開を行う。頭部周囲で、皮膚深部円形切開を
行う。身体皮膚を剥ぎ取る。剥ぎ取った皮膚を、氷上の無菌容器（キャップ付き
の１リットル遠心瓶）に入れる。

【００４２】 皮膚を同容量の無菌氷と混合し、粉砕組織を氷冷０．３３×リン酸緩衝生理食
塩水（ＰＢＳ）：Ｍｉｌｌｉ−Ｑ^ＴＭＴＭ水（１：２）２０リットルで２回洗浄
し、その際に洗浄間で約３０分間経過させて組織を沈降させる。組織を必要に応
じて１リットルの遠心瓶に均等に分け入れ、それぞれを０．５Ｍ酢酸および４ｍ
Ｍ ＥＤＴＡで満たす。遠心瓶を、温度約４℃で約７日間にわたり、ローラー瓶
装置に置く。

【００４３】 皮膚準備開始から８日目に、遠心瓶を５，０００ｒｐｍで３０分間遠心する。
上清を無菌的に無菌カーボイ（２０リットルまたは５０リットル）に回収する。
回収された上清を、４層の無菌チーズクロスで濾過する。無菌塩化ナトリウムを
加えて、溶液を約０．９Ｍとする。それを約１時間かけて撹拌してから、約４℃
の低温室に一晩入れる。コラーゲンを再懸濁させる。塩沈殿溶液および沈殿の全
体を無菌の１リットル遠心瓶に入れる。瓶を、約７，２８０ｇにて６×１リット
ルローターを用いて、５，０００ｒｐｍで約３０分間遠心する。上清を除去し、
ペレットを確保する。各遠心瓶中のペレットに、ｐＨ２．５の０．５Ｍ酢酸およ
び４ｍＭ ＥＤＴＡを加える。ペレットを媒体に入れ、ジャイレーター振盪機で
振盪する。０．５Ｍ酢酸およびＥＤＴＡ溶液で各瓶を洗い、混合物をフラスコに
注ぎ入れることで、瓶からのペレットを６リットルフラスコに移す。６リットル
フラスコで、無菌のガラス棒を用いてペレットを分散させる。フラスコを温度約
４℃で２４時間にわたり振盪機に置く。そのフラスコについて、可溶化および再
懸濁の程度を調べる。追加の０．５Ｍ酢酸およびＥＤＴＡ溶液を加えて、容量を
５リットルとしても良い。

【００４４】 フラスコに無菌塩化ナトリウムを加えて、溶液を約０．７Ｍとする。それを１
時間にわたり定期的に撹拌し、次に温度約４℃の低温室に一晩入れて、塩を沈殿
させる。

【００４５】 内容物を振盪し、１リットルの無菌遠心瓶に入れ、７，２８０ｇにて３０分間
約５，０００ｒｐｍで遠心する。第１の再懸濁について前述した工程と同様の工
程を行って、第２の再懸濁を行う。６リットルでの再懸濁ではなく、この再懸濁
プロセスでは総容量２リットルを用いる。フラスコを低温室で一晩振盪し、その
容量を必要に応じて調節する。

【００４６】 ６，０００〜８，０００ＭＷカットオフのスペクトラポア（SPECTRAPORE ）透
析バッグを用い、低温室（４℃）で、１００リットルの氷冷０．０５′０．５Ｍ
酢酸に対して、約２０〜２４時間にわたり溶液を３回透析する。透析バッグを無
菌メス刃で裂き、内容物を無菌の２５０ｍＬ遠心瓶に移し入れる。瓶を約４℃で
１０，０００ｒｐｍ（１３，０００ｇ）にて１時間遠心する。上清を回収し、無
菌の密閉瓶で保存する。

【００４７】 上清のアリコート０．５ｍＬを取り、等容量の濃塩酸と混合し、コラーゲン濃
度をヒドロキシプロリンアッセイを用いて測定する。コラーゲンを、中空繊維フ
ィルターを用いて理論濃度５ｍｇ／ｍＬまで濃縮する。濃度はヒドロキシプロリ
ンアッセイで確認することができる。

【００４８】 細胞増殖、形態発生、分化および組織構築に必要な高分子を生体ポリマー分子
または生体ポリマー原繊維に加えて、マット内での細胞の内成長および組織発達
ならびに組織化をさらに促進することもできる。「細胞増殖、形態発生、分化お
よび組織構築に必要な高分子」という表現は、組織発達に関与する分子、例えば
タンパク質などの高分子を指す。そのような分子は、組織の構造および機能の発
達または再生のための生物的、生理的および構造的情報を有する。その高分子の
例には、成長因子、細胞外基質タンパク質、プロテオグリカン類、グリコサミノ
グリカン類および多糖類などがあるが、これらに限定されるものではない。別の
形態として、本発明の生体ポリマーのマット、マット複合体およびマット組成物
は、粒子形状での細胞外基質高分子または細胞もしくは生細胞が堆積する細胞外
基質分子を含むことができる。

【００４９】 「成長因子」という用語は当該技術分野で公知であり、血小板由来成長因子（
ＰＤＧＦ）（例：ＰＤＧＦ ＡＡ、ＰＤＧＦ ＢＢ）；インシュリン様成長因子
（ＩＧＦ）（例：ＩＧＦ−Ｉ、ＩＧＦ−ＩＩ）；線維芽細胞成長因子（ＦＧＦ）
（例：酸性ＦＧＦ、塩基性ＦＧＦ、β−内皮細胞成長因子、ＦＧＦ４、ＦＧＦ５
、ＦＧＦ６、ＦＧＦ７、ＦＧＦ８およびＦＧＦ９）；形質転換成長因子（ＴＧＦ
）（例：ＴＧＦ−β１、ＴＧＦ−β１．２、ＴＧＦ−２、ＴＧＦ−３、ＴＧＦ−
５；骨形態発生タンパク質（ＢＭＰ）（例：ＢＭＰ１、ＢＭＰ２、ＢＭＰ３、Ｂ
ＭＰ４）；血管内皮成長因子（ＶＥＧＦ）（例：ＶＥＧＦ、胎盤成長因子）；表
皮成長因子（ＥＧＦ）（例：ＥＧＦ、アンフィレグリン（amphiregulin）、β−
セルリン（betacellulin）、ヘパリン結合ＥＧＦ；インターロイキン類（例：Ｉ
Ｌ−１、ＩＬ−２、ＩＬ−３、ＩＬ−４、ＩＬ−５、ＩＬ−６、ＩＬ−７、I Ｌ
−８、ＩＬ−９、ＩＬ−１０、ＩＬ−１１、ＩＬ−１２、ＩＬ−１３、ＩＬ−１
４）；コロニー刺激因子（ＣＳＦ）（例：ＣＳＦ−Ｇ、ＣＳＦ−ＧＭ、ＣＳＦ−
Ｍ）；神経成長因子（ＮＧＦ）；幹細胞因子；肝細胞増殖因子、ならびに繊毛神
経栄養因子の１以上を含むものであるが、これらに限定されるものではない。増
殖因子としての特性は当業者には容易に決定可能であることから、この用語は現
在未知の成長因子を包含する。

【００５０】 「細胞外基質タンパク質」という用語は当該技術分野で公知であり、フィブロ
ネクチン、ラミニン、ビトロネクチン、テネイシン、エンタクチン、トロンボス
ポンジン、エラスチン、ゼラチン、コラーゲン類、フィブリン、メロシン（mero
sin ）、アンカリン（anchorin）、コンドロネクチン、リンクタンパク質、骨シ
アロタンパク質、オステオカルシン、オステオポンチン（ost eopontin ）、エ
ピネクチン（epinectin ）、ヒアルロネクチン（hyaluronectin ）、アンズリン
（undulin ）、エピリグリン（epiligrin ）およびカリニン（kalinin ）を含む
ものである。細胞外基質タンパク質としてのそれの特性は当業者には容易に確認
可能であることから、その用語は将来発見される可能性のある現在未知の細胞外
基質タンパク質を包含する。

【００５１】 「プロテオグリカン」という用語は当該技術分野で公知であり、デコリン（de
corin ）およびデルマタン硫酸プロテオグリカン類、ケラチンまたはケラタン硫
酸プロテオグリカン類、アグレカン（aggrecan）またはコンドロイチン硫酸プロ
テオグリカン類、ヘパラン硫酸プロテオグリカン類、ビグリカン、シンデカン（
syndecan）、ペルレカン（perlecan）またはセルグリシン（serglycin ）のうち
の１以上を含むものである。プロテオグリカンとしてのそれの特性は当業者には
容易に確認可能であることから、その用語は将来発見される可能性のある現在未
知のプロテオグリカンを包含する。

【００５２】 「グリコサミノグリカン」という用語は当該技術分野で公知であり、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１以上を含むものである。グリコサミノグリカンとしてのそれの特性は当業
者には容易に確認可能であることから、その用語は将来発見される可能性のある
現在未知のグリコサミノグリカンを包含する。

【００５３】 「多糖類」という用語は当該技術分野で公知であり、ヘパリン、デキストラン
硫酸、キチン、アルギン酸、ペクチンおよびキシランの１以上を含むものである
。多糖類としてのそれの特性は当業者には容易に確認可能であることから、その
用語は将来発見される可能性のある現在未知の多糖類を包含する。

【００５４】 好適な生細胞には、上皮細胞（例：角質細胞、脂肪細胞、肝細胞、ニューロン
、膠細胞、星状細胞、有足細胞、乳房上皮細胞、膵島細胞）；内皮細胞（例：大
動脈、毛細管および静脈の内皮細胞）；ならびに間葉細胞（例：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、軟骨細胞および線維芽細胞などがあるが、これらに限定されるもの
ではない。

【００５５】 図１について説明すると、本発明の原理に従った生体適合性生体ポリマー繊維
Ｆ形成のための装置１０には、上端１４と下端１６の間で垂直方向の管軸Ｘと平
行に延びる繊維形成管１２がある。繊維形成管１２の長さは、上端１４で凝固流
体流中に押し出された液体成体ポリマーが、下端１６から出るまでに凝固してポ
リマー繊維となることができる程度に十分な長さである。一般的には、繊維形成
管１２の長さは、約１５．２ｃｍ（約６インチ）〜約１５２ｃｍ（約６０インチ
）となるように選択される。ただし、他の長さも使用可能である。

【００５６】 図２の断面図に示したように、繊維形成管１２は、繊維形成管１２と同軸の内
孔または管腔２０を区画形成する内壁１８を有する中空円筒管である。流体流は
内壁１８などの表面に直接隣接しているところでは層流であることから、内孔２
０の直径は、その断面全体で均一な層流となる可能性が高くなるだけの小さいも
のとなるように選択するのが好ましい。そこで内孔２０の直径は、生体ポリマー
繊維Ｆと内壁１８の間の凝固流体の環状層とともに、形成される生体ポリマー繊
維Ｆの直径を収納するのに必要な値以上に広いものとならないように選択するこ
とが好ましい。その直径は、および凝固流体の粘度および流量によって決まる。
しかしながら、内孔２０についての代表的な直径範囲は、約０．２５４ｍｍ（約
０．０１インチ）〜約２．５４ｍｍ（０．１０インチ）の範囲である。好ましく
は内孔２０の直径は約０．８１ｍｍ（約０．０３２インチ）である。ただし、他
の直径も使用可能である。

【００５７】 図１〜３を参照すると、繊維形成管１２の上端１４は凝固−流体入口２２を支
持し、これは図３の上端１４の切欠断面図および図２の断面図で最も良くわかる
。この凝固−流体入口２２は、凝固−流体供給管２５によって凝固流体貯留槽２
４と連通している。好ましい実施形態では、凝固流体供給管２５は弾性供給管で
あり、凝固流体入口２２は繊維形成カラム１２の上端１４上に弾性供給管の末端
を伸ばすことで形成される。凝固−流体貯留槽２４には、ｐＨ、溶液構造および
／または温度を変えることで液体から半固体への生体ポリマーの形態を変える凝
固流体を含む。溶液構造を変えることができる液体の例には、タンパク質を沈殿
させる有機溶媒（エタノール、アセトンおよびメタノールなど）または塩（Ｎａ
Ｃｌまたは硫酸アンモニウムなど）などがある。ｐＨを変えることができる液体
の例には、リン酸塩、ＨＥＰＥＳ、トリエタノールアミン、トリシン、トリズマ
（trizma）およびカプス（caps）などの緩衝剤などがある。緩衝剤濃度の範囲は
、３ｍＭ〜１０００ｍＭである。好ましくはその範囲は１０ｍＭ〜２００ｍＭで
あり、より好ましくは５０ｍＭ〜１００ｍＭである。トリエタノールアミン凝固
流体の場合、トリエタノールアミン濃度は約１０〜２００ｍＭである。ＨＥＰＥ
Ｓ凝固流体の場合、ＨＥＰＥＳ濃度は代表的には、１００ｍＭ付近である。

【００５８】 好ましくは凝固−流体貯留槽２４は、約４℃〜３７℃の範囲に凝固流体温度を
維持するための温度制御装置２６を備えている。ヘッド供給手段２７が、繊維形
成管１２を介して凝固−流体貯留槽２４と流体連通して配置されている。ヘッド
供給手段２７は、凝固−流体貯留槽２４におけるヘッドスペースと空気連通し、
加圧下の不活性ガスを計量することで、貯留槽のヘッドスペースに凝固流体を送
り込むよう調整されたコンプレッサーであることができる。別の形態として、ヘ
ッド供給手段２７は、計量された一定量の凝固流体を凝固流体供給管２５からポ
ンプ送りする計量ポンプであることができる。

【００５９】 図３および図２の断面図で最も良くわかるように、繊維形成管１２の上端１４
は、紡糸管３０をも支持するものである。紡糸管３０は、繊維形成管１２に進入
する前に液体生体ポリマーが通過する管腔３２を区画形成する円筒管である。紡
糸管３０を形成する管は、代表的には約２．５４ｃｍ（約１インチ）〜約８．８
９ｃｍ（約３．５インチ）の長さを有する。紡糸管３０の管腔３２は、約０．１
５２ｍｍ（約０．００６インチ）〜約０．４１ｍｍ（約０．０１６インチ）の直
径を有する。ただし、他の長さおよび直径も使用可能である。

【００６０】 紡糸管３０は、生体ポリマー供給管３５によって、生体ポリマー貯留槽３４と
つながっている。生体ポリマー貯留槽３４には、凝固流体に曝露されると凝固す
る液体コラーゲン溶液などの液体生体適合性生体ポリマーが入っている。本発明
の実務で使用される好ましい液体コラーゲン溶液は、約５〜４０ｍｇ／ｍＬ、好
ましくは１０〜２０ｍｇ／ｍＬのコラーゲン濃度を有する。好ましくは生体ポリ
マー貯留槽３４は、生体ポリマー温度を約４℃に維持するための温度制御装置３
６を備えている。生体ポリマー貯留槽３４と流体連通したヘッド供給手段３７は
、生体ポリマー供給管３５を介して、繊維形成管１２中に、生体ポリマー貯留槽
３４内の液体生体ポリマーを送り込む。ヘッド供給手段３７は、生体ポリマー貯
留槽３４におけるヘッドスペースと空気連通し、加圧下の不活性ガスを計量する
ことで、貯留槽のヘッドスペースに液体生体ポリマーを送り込むよう調整された
コンプレッサーであることができる。別の形態として、ヘッド供給手段３７は、
計量された一定量の液体生体ポリマーを生体ポリマー供給管３５からポンプ送り
する計量ポンプであることができる。

【００６１】 １実施形態では、紡糸管３０は繊維形成管１２の軸Ｘに対して角度をなして取
り付けられていることで、紡糸管３０から押し出された液体生体ポリマーが、繊
維形成管１２の内壁１８からできるだけ遠くに出るようになっている。別の形態
では紡糸管３０を、紡糸管３０から押し出された液体生体ポリマーが繊維形成管
１２の軸Ｘに対して同軸で導入されるように取り付けることができる。これらの
紡糸管３０の配置はいずれも、生体ポリマー流が、凝固流体流によって流されて
、内壁１８に当たる可能性を低くするものである。

【００６２】 ヘッド供給手段３７が与える圧力は、液体生体ポリマーを、生体ポリマー貯留
槽３４から、生体ポリマー供給管３５を通り、紡糸管３０の管腔３２を通り、そ
して内孔２０内に強制的に送ることで、繊維形成管１２の内孔２０への液体生体
ポリマーの流れを確実に形成する。紡糸管３０を通り、従って繊維形成管１２内
に入る液体生体ポリマーの体積流量は、ヘッド供給手段３７の送出量を調節する
ことで制御することができる。

【００６３】 同様に、ヘッド供給手段２７が与える圧力は、凝固流体を凝固−流体貯留槽２
４から、凝固−流体供給管２５を通り、凝固−流体入口２２を通り、そして内孔
２０内に強制的に送ることで、繊維形成管１２の内孔２０への凝固流体の流れを
確実に形成する。繊維形成管１２に入る凝固流体の体積流量は、ヘッド供給手段
の送出量を調整することで制御することができる。

【００６４】 凝固流体が繊維形成管１２で下流方向に流れる間に、不均一流は消散し、流れ
は徐々に均一となり、最終的には少なくとも管１２の一部に沿った方向で実質的
かつ完全に均一となる。層流領域４４と称されるこの第２の領域に存在する流体
流を、図３に模式的に図示してある。図３に示したように、紡糸管３０は有利に
は、紡糸管３０から押し出された液体生体ポリマーＬが層流領域４４において凝
固−流体の層流中に出てくるように取り付ける。この凝固−流体層流によって、
生体ポリマー流が変化を受けないようにすることができる。その結果、凝固流体
層流に曝露されると、液体生体ポリマーＬは、凝固領域を通って流れながら、凝
固して連続繊維Ｆとなる。この系で使用される液体はすべて、当業者が公知の方
法によって十分に脱気して、管の内孔内での気泡発生によって生じる流量変化を
防止する。

【００６５】 凝固流体層流は液体生体ポリマーと接触することから、凝固流体の速度および
液体生体ポリマーの速度が組み合わされる。それによって、液体生体ポリマーＬ
を、凝固流体流によって下流に流すことができる。その結果、繊維形成管１２を
通って流れる凝固流体および紡糸管３０を通って流れる液体生体ポリマーの相対
流速を調節することで、得られる繊維Ｆの直径を調節することが可能である。そ
れは、凝固流体の流量、液体生体ポリマーの流量またはその両方を調節すること
で行うことができる。凝固流体が液体生体ポリマーに対して低速で流れる場合、
凝固流体流が押出流の直径を大きく低下させることができる前に液体生体ポリマ
ー流が凝固する。そうして形成される生体ポリマー繊維は比較的粗い。逆に、凝
固流体が液体生体ポリマーに対して速く流れる場合、生体ポリマー流は、それが
完全に凝固する前に、流れによって引っ張られて薄い繊維となる。そうして形成
される繊維は比較的細い。細い繊維は天然コラーゲン繊維に比較的近い寸法を有
することから、組織置換で用いられる足場を形成するには、そのような繊維が好
ましい。細い繊維はさらに、比較的大きい引っ張り強度を有し、比較的早く乾燥
させることができて、破壊の危険性があまり高くない。

【００６６】 繊維形成管１２の内孔２０の直径は繊維の直径よりわずかに大きいだけである
ことから、流体排出口７０に達する前に繊維が繊維形成管１２の内壁１８と接触
する可能性がある。それによって、繊維に対して望ましくない物理的応力が生じ
る場合がある。さらに、繊維が内壁１８に付着する可能性があるものと考えられ
る。それが起こると、紡糸管３０から押し出される追加の繊維が、内壁１８に付
着した繊維の部分の下流の方に通過する際に、内孔で繊維の絡まったものが形成
されるものと考えられる。それにより、内孔２０の閉塞が早く起こる可能性があ
ると考えられる。

【００６７】 繊維形成管１２での凝固流体の層流により、繊維形成管１２の内壁１８と接触
する可能性が低くなることで、上記の危険性が低くなる。これは、繊維は、それ
が置かれている流れの流線に従って自然に流れるために起こる。層流における流
線は内壁１８に平行であることから、そして液体生体ポリマー流は繊維形成管１
２の軸Ｘに平行に導入されることから、内孔２０における層流は、繊維形成管１
２の軸Ｘと同一直線上であって、内壁１８から離れた位置に維持する傾向を有す
る。それによって、環状断面を有し、表面欠陥が少ない繊維が得られる。

【００６８】 そこで本明細書に開示の本発明の実施形態は、垂直の繊維形成管１２において
凝固流体に下方向層流に液体生体ポリマーＬ流を押し出すための紡糸管３０を提
供する。押し出された液体生体ポリマーＬは、凝固流体の層流によって下方に流
され、凝固して生体ポリマー繊維Ｆとなる。その生体ポリマー繊維Ｆの直径は、
凝固流体の流体速度を調節することで制御することができる。

【００６９】 繊維形成管１２は正確に垂直である必要はなく、重力ベクトルまたは繊維に作
用する他の力場の方向に対してある角度で傾斜していても良いことは、当業者に
は明らかであろう。重要な点は、繊維形成管１２の方向が、繊維が凝固領域４６
から流体排出口７０に進むに連れて、層流によって加わる力によって繊維形成管
１２の内壁１８と繊維とが接触するのが防止されるような方向となっているとい
う点である。

【００７０】 完全に垂直な繊維形成管１２は、重力が、内壁１８に繊維を向かわせる成分を
持たないという望ましい特性を有する。しかしながら、層流によって加わる放射
方向で内向きの力が、内壁１８に向かう重力成分に勝るだけのものであれば、傾
斜した繊維形成管１２を用いることができる。繊維形成管１２を傾斜させること
ができる好適な角度の範囲は部分的には、凝固流体流速度、凝固流体速度、繊維
の密度、繊維直径および内孔２０の直径によって決まる。従って、本明細書およ
び特許請求の範囲で用いられる場合に、「実質的に垂直」または「ほぼ垂直」と
いう用語は、層流が、繊維形成管１２の内壁１８と繊維との接触を防止するよう
な方向を指す。

【００７１】 本明細書に開示の繊維形成装置１０および方法は多くの効果を提供する。例え
ば、代表的な生体ポリマー繊維は、横方向の力より軸方向への力に対して耐性が
大きいことが知られている。開示の装置における繊維はほぼ垂直方向に懸垂して
いることから、自体の重量によって加わる繊維に作用する支配的な力は、繊維の
軸方向のものである。繊維は過剰な横方向の力を受けないことから、形成時に断
片化する可能性が低い。その結果、極めて長く、非常に細い連続した繊維を形成
することが可能である。

【００７２】 本明細書に開示の装置および方法の別の効果は、凝固流体が流れる繊維形成管
１２が上記のような狭い内孔２０を有することから、紡糸管３０から押し出され
る液体生体ポリマー流を凝固させるのに、ごく少量の凝固流体しか必要でない点
である。その結果、使用後に凝固流体を廃棄することが、経済的に実現可能とな
る。繊維と接触した凝固流体は凝固−流体貯留槽２４から直接出ることから、そ
れは一定の組成およびｐＨを有する。その結果、本明細書に記載の方法で製造さ
れる繊維はその特性において均一となる可能性が高い。本明細書に開示の狭い内
孔の繊維形成管１２の別の効果は、低粘度凝固流体を用いることが可能であると
いう点である。そのような凝固流体は、高粘度凝固流体より製剤および調製が容
易であり、それにより、繊維との物理的接触を生じさせる物理的支持体を用いる
ことなく、極めて細い繊維を凝固流体から容易に分離することができる。

【００７３】 本明細書に開示の装置および方法のさらに別の効果は、凝固流体が繊維形成管
１２によって完全に包囲されるという点である。従って、凝固流体が蒸発によっ
て失われたり、凝固流体中の凝固剤濃度が蒸発のために変化する可能性がほとん
どない。さらに、凝固流体および可能性として繊維自体が、空気中の粒子状物や
微生物によって汚染させる可能性が低い。

【００７４】 凝固領域４６では繊維に対して物理的応力がほとんど加わらないことから、物
理的応力を回避するために繊維形成速度を制限する必要がない。従って繊維形成
速度は、繊維を紡糸管３０から押し出すことができる迅速さおよび繊維を凝固さ
せ繊維形成管１２を下方に流れさせる上での迅速さによってのみ限定される。そ
の結果、繊維形成に関連するスループットを、従来の方法で達成可能なものより
はるかに高いものとすることができる。

【００７５】 紡糸管３０を固定して、液体生体ポリマーが繊維形成管１２の軸Ｘと同軸の軸
方向に押し出されるようにするのに、様々な方法が利用可能である。図４におけ
る繊維形成管１２の上端１４の切欠図に示した代表的な方法は、紡糸管３０の外
壁と繊維形成管１２の内壁１８との間に延びる固定要素４８を提供するものであ
る。固定要素４８は、繊維形成管１２の内孔２０に紡糸管３０を懸吊するように
調整されている。図４に示したような簡単な固定要素４８は、生体ポリマー供給
管３５を曲げて屈曲部分を形成することで形成される。このようにして形成され
る固定要素４８は、繊維形成管１２の内壁１８に係合し、内壁１８に対して放射
方向外向きの力を加えるものである。それによって固定要素４８は、紡糸管３０
を内孔２０内に繊維形成管１２と同軸となるようにしっかりと固定する。

【００７６】 内孔２０に紡糸管３０を固定する際には、紡糸管３０が凝固流体中に液体生体
ポリマー流を押し出す箇所に到達する前に、固定要素４８によって生じる不均一
流が消失することが好ましい。従って、固定要素４８はその箇所よりかなり上流
に配置することが好ましい。図４に示したように、固定要素４８は、紡糸管３０
が液体生体ポリマーＬを押し出す箇所からかなり離れた上流に配置して、均一流
が確保されるようにする。

【００７７】 図１を参照すると、本発明による装置には、紡糸管３０から下流の箇所に繊維
形成管１２に取り付けられた推進流体入口５０があっても良い。好ましくは、推
進流体入口５０が繊維形成カラム１２とつながっている箇所では、繊維形成カラ
ム１２の直径が大きくなっている。推進流体入口５０は推進流体供給手段５２と
連結しており、推進流体の流れを提供して、凝固流体が繊維形成管１２の下端１
６方向に生体ポリマー流を推進するのを補助する。推進流体供給手段は、推進流
体を繊維形成管１２中に送り込むためのヘッド供給手段５３に連結されている。
推進流体送り込みの形態は、生体ポリマー貯留槽３４に関して前述したものと同
様である。

【００７８】 濡れた生体ポリマー繊維は、乾燥した繊維よりもかなり脆いのが普通である。
乾燥した繊維が必要な場合、繊維形成管１２の下端１６から出る湿繊維を乾燥さ
せてから、巻き枠に巻き取ることが望ましい。乾燥工程を早くするため、装置に
は凝固流体から繊維を分離するための、図５に示したように繊維形成管１２の下
端１６に配置した流体迂回器５４を設けることができる。

【００７９】 繊維形成管１２の下端１６にある流体排出口７０では、繊維自体によっては吸
収されなかった凝固流体塊が繊維形成管１２の内壁１８に固着する。従って好適
な流体迂回器５４は、流体排出口７０の近くにある流体捕捉端５６および流体排
出口７０から遠くにある流体排出端５８を有するプレートであることができる。
プレートは、流体捕捉端５６より流体排出端５８の方が低い傾斜があるように保
持される。この傾斜により、流体捕捉端５６上に流れる凝固流体は、放射方向で
繊維から離れるように、流体排出端５８に向かうように流れる。

【００８０】 乾燥工程をさらに促進するため、本発明の原理を組み込んだ装置１０にはさら
に、図６に示したように繊維形成管１２と同軸となるように取り付けられた脱水
管６０があっても良い。脱水管６０は、脱水−流体供給管６５によって、脱水−
流体貯留槽６４と連結されている。脱水−流体貯留槽６４と流体連通しているヘ
ッド供給手段６７は、脱水−流体を、脱水−流体貯留槽６４から、脱水−供給管
６５を通り、そして脱水管６０中に強制的に送る。脱水流体は、計量ポンプを用
いて送ることもできる。

【００８１】 図示した脱水管６０を組み込んだ実施形態では、凝固流体によって濡れた生体
ポリマー繊維が脱水管６０を同軸で通過し、そこで脱水流体と接触する。脱水流
体は、生体ポリマー繊維に含まれている水分およびその繊維に吸収されている凝
固流体を置換し、空気に曝露されると容易に蒸発するよう選択する。そこで、脱
水管６０から出る生体ポリマー繊維Ｆの表面は主として、凝固流体よりはるかに
蒸発しやすい脱水流体によって濡れている。

【００８２】 別の実施形態では、繊維形成管１２は水平である。そのような実施形態では、
繊維は好ましくは非常に軽量であり、凝固−流体流速は比較的大きいことで、凝
固流体の層流が繊維を内壁１８から離れた位置に維持できるようにする。

【００８３】 本発明の装置によって形成される生体ポリマー繊維を架橋剤で処理して、成形
速度を制御し、繊維に強度を持たせることができる。架橋剤は、繊維形成プロセ
スのいずれの箇所でも加えることができる。例えば、それを用いて未重合のコラ
ーゲン、凝集湿繊維または乾燥繊維を処理することができる。架橋剤をそのプロ
セスに組み込む箇所は、使用される架橋剤の種類によって決まる。当該技術分野
で公知の架橋剤には、グルタルアルデヒド、ホルムアルデヒド、糖類、ビスアク
リルアミド類、アクリルアミド、１−エチル−３−（ジメチルアミノプロピル）
カルボジイミドなどのカルボジイミド類、２，５−ヘキサンジオンなどのジオン
類、ジメチルスベルイミデートなどのジイミデート類またはＮ，Ｎ′−メチレン
ビスアクリルアミドなどのビスアクリルアミド類などがある。

【００８４】 次に、本発明の装置または方法によって形成される生体ポリマー繊維に、細胞
外基質粒子、ＤＮＡまたは幹細胞を接種し、薬剤または成長因子に浸漬して、天
然の繊維または生化学的信号伝達特性ができるだけ高められた繊維をシミュレー
ションするようにすることができる。別法として、成長因子、薬剤その他の材料
などの添加剤を生体ポリマー貯留槽３４中の液体生体ポリマーに加えて、本発明
の装置によって形成されるコラーゲン繊維の表面だけに限らず、それが全体に広
がるようにすることもできる。それによって、インビボで埋込を行った繊維が再
造形を受けるに連れて経時的に、その添加剤を連続的に放出するようにすること
ができる。そのような繊維は、患者に埋め込むと、自然の組織の成長を促進し、
患者の治癒プロセスを促進する上で好適な足場として役立ち得る。

【００８５】 好適な生体ポリマーは、生体適合性泡状体またはスポンジ状構造体を形成する
ことができるものである。生体ポリマーは無毒性および生体吸収性である。さら
に、生体ポリマーの分解生成物は無毒性である。その生体ポリマーには、コラー
ゲン、アルゲン酸（algenic acid）、ポリビニルアルコール、ラミニン、フィブ
ロネクチンまたはトロンビンによって活性化されてフィブリンを形成するフィブ
リノゲンなどのタンパク質などがある。生体ポリマーの好ましい入手源はコラー
ゲンからなり、特には、無傷で羊膜に入った状態で取り出された出産間近の家畜
ブタ胎仔からの皮膚である。コラーゲンは、ブタ、ウシ、ヒツジまたは海洋生物
などの他の好適な動物入手源由来のもの、ならびに皮膚、腱、歯および結合組織
などの多くの組織由来のもの、ならびに他のもの由来のものであることができる
。胚組織および胎仔組織は、動物発達の各種工程で正常組織に存在する各種分子
要素を含むことから、それらが有利である。生体ポリマーの混合物を用いること
ができる。１実施形態では、生体ポリマーはコラーゲンおよびフィブロネクチン
である。生体ポリマーを用いて、帯片、シート、管および他の形状の形態を有す
る泡状体を形成することができる。その形状は、置換され補綴具を構成する組織
または身体部分の形であることができる。細胞外基質粒子を生体ポリマーに結合
させることができる。

【００８６】 細胞外基質粒子は、特定の組織から得ることができる。その粒子は、２種類の
情報特性を有する。第１はその分子密度であり、第２は微粒子製造で、微粒子の
製造時に保存されている。細胞外基質の異なる分子間の好ましい関連も、微粒子
の製造時に保存される。

【００８７】 細胞外基質は、それが囲むあるいはそれの上で組織化された細胞の活性を導く
指示的役割を果たす。細胞分裂、形態形成、分化、組織構築および再生のための
細胞プログラムの実行は細胞外基質から出される信号によって決まることから、
コラーゲンスポンジおよび泡状体などの３次元足場は、分子的多様性ならびに一
般的細胞外基質および特定の組織からの細胞外基質の微小構成を示す実際の基質
構成要素が豊富である。

【００８８】 細胞外基質粒子は、組織発達に必要な成長因子を含むサイトカイン類を有する
ことができる。その生体分子要素は、組織発達の各種工程、顕著には細胞分裂、
形態発生および分化において正常組織に存在する。それらの因子の中には、イン
ビボ組織修復に必要な信号を提供する刺激分子がある。細胞外基質微粒子の一部
である成長因子を含むこれらのサイトカイン類は、インプラントの置換対象組織
への機能的置換物への変換を刺激することができる。この変換は、組織細胞を隣
接する類似組織から、循環から、そして幹細胞貯留部から移動させることで起こ
り得る。それは、細胞分裂、形態発生および分化を促進することができる。細胞
は、生体吸収性である補綴具に付着することができ、それを置換組織に構築し直
すことができる。

【００８９】 細胞増殖に必要な増殖因子は、細胞外基質の構造要素に付着する。その構造要
素には、タンパク質、糖タンパク質、プロテオグリカン類およびグリコサミノグ
リカン類などがある。最初に細胞によって産生および分泌される増殖因子は、細
胞外基質に結合し、多くの形で細胞挙動を調節する。その因子には、表皮増殖因
子、線維芽細胞増殖因子（塩基性および酸性）、インシュリン増殖因子、神経増
殖因子、肥満細胞刺激因子、血小板由来増殖因子、形質転換増殖因子−ｄのファ
ミリー、血小板由来増殖因子、散乱（scatter ）因子、肝細胞増殖因子およびシ
ュヴァン増殖因子などがあるが、これらに限定されるものではない。アダムスら
の著作（Adams et al., ″Regulation of Development and Differentiation by
the Extracellular Matrix ″ Development Vol. 117, p.1183-1198 (1993) （
以下、「アダムスら」と称する）およびクライスらの編著（Kreis et al., ″Gu
idebook to the Extracellular Matrix and Adhesion Proteins,″ Oxford Univ
ersity Press (1993) （以下、「クライスら」と称する）は、分化および発達を
調節する細胞外基質成分をまとめ、関与する調節機序ならびに成長因子と細胞外
基質分子が多くの形で相互作用して細胞挙動を調節することを説明するという点
で寄与している。さらにアダムスらは、成長因子と細胞外基質タンパク質との関
連の例、ならびに細胞外基質が微小環境の重要な一部であり、増殖因子とともに
、分化および発達の調節において中心的役割を果たすことを開示している。アダ
ムスらおよびクライスらの内容は、引用によって本明細書に組み込まれる。

【００９０】 移植組織を得るための細胞外基質粒子の形成方法には、生細胞を有する組織源
を冷凍することで生細胞を破壊して、細胞残物を形成する工程がある。その組織
源を冷凍粉砕して粒子状物を得て、それを解凍し、処理することで、サイトカイ
ン類を含む細胞外基質粒子が残る。サイトカイン類という用語は、増殖因子、イ
ンターロイキン類、インターフェロン類およびコロニー刺激因子などを含むもの
であるが、これらに限定されるものではない。洗浄プロセスによって、細胞増殖
、形態発生および分化に必要な増殖因子および他の因子を除去することなく、細
胞残物を除去する。細胞外基質を凍結乾燥し、所望に応じてさらに破壊する。

【００９１】 下記の非限定的実施例によって、本発明をさらに説明する。 実施例１ 本発明の繊維状生体ポリマーの１実施形態の製造を、以下の実施例で説明する
。径の小さい垂直パイプカラム内に入った凝固緩衝液流中で酸性モノマーコラー
ゲン流を中和することで、コラーゲン繊維を「紡ぐ」。そのコラーゲンは約２．
０〜４．０の初期ｐＨ範囲を有し、本願において前述したように、カラム頂部付
近に取り付けた紡糸管から緩衝液流中に導入される。コラーゲン繊維が管内で形
成され、層流によってカラムを通って移動する。

【００９２】 本実施形態における好ましい紡糸管針位置は、紡糸管の排出口が繊維形成管の
内孔に中心があるような同軸配置である。紡糸管はこの場合には、ステンレス鋼
２８号ゲージ薄壁皮下管（内径約０．２３ｍｍ（０．００９インチ）×外径約０
．３６ｍｍ（０．０１４インチ））であって、長さ約６．３５ｃｍ（２．５イン
チ）の丸みを帯びた切断部および研磨された排出口を有するものから形成されて
いる。紡糸管は３箇所で曲がっていて、排出口から最も遠い２つの屈曲が浅い反
向曲線を形成し、その両肩部が繊維形成管の内壁と接触しており、紡糸管排出口
に相対的に近い第３の屈曲との組み合わせで、繊維形成管内に排出口の中心を提
供するようになっている。紡糸管排出口は、構造の下流の凝固浴流が十分に均一
で、望まれる安定した重合および繊維形成管からの均一繊維の輸送が可能である
限りにおいて、繊維形成管内壁または紡糸管外壁からの薄い突出構造の使用など
の他の手段によって中心に配置することができる。繊維形成管は、長さ約８６．
４ｃｍ（３４インチ）のステンレス製の１９号ゲージ皮下管（内径約０．８１ｍ
ｍ（０．０３２インチ））である。紡糸管を繊維形成管の上端に約５．１ｃｍ（
２インチ）挿入する場合には、繊維凝固路は長さ約８１．３ｃｍ（約３２インチ
）である。繊維形成管の入口端に連結している弾性の管を貫いている箇所で封止
部を形成する。その封止部によって、流体の漏出および系への空気の進入が防止
される。得られる流れが紡糸管排出口の領域で層流であるのであれば、これらの
大きさを必要に応じて増減することができる。

【００９３】 使用される緩衝液組成は、例えばｐＨ７．５の５０ｍＭもしくは１００ｍＭト
リエタノールアミン（ＴＥＡ緩衝液）、またはｐＨ約７．５の１００ｍＭ Ｎ−
（２−ヒドロキシエチル）ピペラジン−Ｎ′−（２−エタンスルホン酸）（ＨＥ
ＰＥＳ緩衝液）である。ただし、多くの浴組成およびｐＨ範囲が、この系で繊維
を与える。凝固浴温は、約４℃〜３７℃で変動し得る。使用される浴およびコラ
ーゲンの合わせた流量は（内径約０．８１ｍｍ（０．０３２インチ）の管）、１
０．０ｍＬ／分であり、単一フィラメント繊維の場合にコラーゲン流量は０．５
ｍＬ／分以下である。加圧投入瓶中で各流体上の窒素ヘッドの圧力を制御するこ
とで、すべての流体の流れを維持する。コラーゲン瓶貯留槽は温度４℃に維持す
る。コラーゲン濃度（酸抽出したもの）は、５ｍｇ／ｍＬ〜４０ｍｇ／ｍＬ以上
の範囲とすることができる。コラーゲン圧は約０．０３４ＭＰａ（５ｐｓｉ）〜
約０．２４ＭＰａ（３５ｐｓｉ）の範囲である。留意すべき点として、ペプシン
抽出コラーゲンも、この系で紡糸して繊維とすることができる。

【００９４】 運転期間にわたり、緩衝液および緩衝剤コーティングコラーゲン繊維は繊維形
成管の下側排出口で排出され、好適な大きさの瓶に回収される。緩衝液は液滴の
形でカラムを出て、瓶内の液体レベルより上に十分なヘッドスペースが存在する
のであれば、落下する液滴の作用によって繊維は断片に分離され得る。適切な操
作パラメータで紡糸すると繊維は、ヘッドスペースからまたは回収瓶中の液体に
排出口を浸漬することで、連続撚糸としてカラムから出させることもできる。

【００９５】 プロセス全体を無菌的に行って、容器に入った無菌の回収繊維が得られる。 実施例２ 本発明の別の態様によるコラーゲン繊維の使用を説明し、皺を美容的に取り除
く上での本発明の材料の経皮注射の利用を示すため、以下の実験を行った。 実施例１で説明した手順を用い、約０．１７ＭＰａ（２５ｐｓｉ）および緩衝
液流量３ｍＬ／分で、ｐＨ７．５の５０Ｍ ＴＥＡ中にて、２０ｍｇ／ｍＬのコ
ラーゲンを２４時間紡糸した。カラム出口と回収瓶液体レベルとの間には５２５
ｃｍの可変ギャップがあった。ＴＥＡ緩衝液を除去したら、繊維を篩で無菌のＭ
ｉｌｌｉ−Ｑ^ＴＭ水１リットルにて洗浄した。

【００９６】 水和した繊維を無菌ピンセットで篩から取り出し、２２ゲージ針を取り付けた
無菌の１．０ｍＬ注射器に入れた。無毛の免疫力のあるマウスに麻酔を施した。
繊維０．３ｍＬを、マウスの両耳間の箇所および／または頸後部に、２２ゲージ
針を用いて経皮的に注射器から注入した。注射前に注射箇所で明瞭に認められた
皺が、注射箇所に経皮的に入れた材料塊の結果、顕著に除去された。留意すべき
重要な点として、注射に先だって、繊維を最初に、ＢＭＰ類などの各種信号なら
びにハリネズミタンパク質、細胞、遺伝子、薬剤、抗生物質などと組み合わせる
こともできると考えられる。

【００９７】 注射から１ヶ月後、コラーゲン繊維塊は注射部位にまだ明らかに存在し、材料
の体積は注射した初期量と同等であるように見えた。注射部位では炎症は認めら
れず、皺はなおも顕著に除去されていた。

【００９８】 実施例３ 本発明による繊維、例えばコラーゲン繊維の重要な用途は、本実施例に示す用
な皮膚置換材料の開発である。 実施例２とほぼ同様にして、コラーゲン繊維を製造し、洗浄した。繊維をゲニ
ピン（genipin ）を用いて架橋した。なお、ゲニピンはｐＨ７．５の２０ｍＭ
ＨＥＰＥＳ緩衝液中０．０２〜０．８３ｍｇ／ｍＬ（好ましくは０．０５〜０．
２１ｍｇ／ｍＬ）の範囲の濃度で用いることができる（緩衝液およびエタノール
などの有機溶媒のような各種液体を、ゲニピンを用いる架橋に使用することがで
きるが、ＨＥＰＥＳ緩衝液は、５〜５００ｍＭ、好ましくは２０ｍＭの範囲の濃
度とすることが好ましい）。架橋は少なくとも３時間進行したが、約１２〜３０
時間の好ましい範囲内で行うこともできる。架橋後、繊維を脱イオン水で洗浄し
、凍結乾燥用に準備した。繊維を１０×１０ｃｍポリスチレン組織培養皿に入れ
て広げ、繊維塊の表面を平滑にした。脱イオン水を、繊維塊表面と同じ高さまで
加え、繊維の皿を凍結乾燥した。

【００９９】 再現性のある接種および成長特性に関して、インビトロ試験を数回行った。こ
れらの実験で用いた細胞は皮膚線維芽細胞であった。３週間までの期間にわたり
、足場での細胞増殖を調べた。この好ましい方法によって架橋した繊維を有する
足場は、非常に良好な付着および増殖特性を示し、収縮はほとんど示さなかった
。

【０１００】 インビボラット皮膚創傷埋込試験も行った。埋め込んだ足場は１０×１０ｃｍ
の足場から切り取った直径８ｍｍの円形であった。ラットの毛を毛刈りで除去し
、市販の脱毛剤を用いて脱毛した。８ｍｍ生検パンチを用いて、各ラットの背中
に２個の創傷を設けた。各創傷に足場を挿入し、それを緩衝液浸漬した吸収剤パ
ッドと次に閉鎖包帯を施して、創傷を湿った状態に維持した。ラットを１週間ま
たは２週間治癒させた。治癒期間後、創傷部位を回収し、組織観察用に処理した
。

【０１０１】 すべての足場が良好に取り込まれ、被埋込動物細胞に接種された。２週間まで
に、一部の足場は進入する細胞によって完全に再構築され、その細胞は部分的に
足場の繊維を消化し、新たなコラーゲン性基質を堆積させた。ほとんどの創傷が
、新たに形成された真皮組織および表皮組織を示し、足場を十分に分化した表皮
要素が覆っていた。ほとんどの足場が良好に組み込まれ、かなりの血管活性を示
した（写真が利用可能）。一部の足場（架橋剤濃度が比較的低いもの）は、移動
性角質細胞によって「切り開かれて」いた。この好ましい方法によって架橋され
た繊維を有する足場を入れた創傷はほとんど収縮を示さなかった。

【０１０２】 均等物 当業者であれば、本明細書に記載の具体的な手順に対する多くの均等物が理解
されるか、ごく通常の実験を行って確認することが可能であろう。そのような均
等物は、本発明の範囲に含まれるものと見なされ、特許請求の範囲に包含される
。本願を通じて引用したすべての参考文献、発行特許および公開特許出願の内容
は、引用によって本明細書に組み込まれる。それらの特許、特許出願および他の
文書の適切な構成要素、プロセスおよび方法を、本発明および本発明の実施形態
に関して選択することができる。本明細書で言及されるすべての「部」表示およ
びパーセントは、別段の断りがない限り重量基準である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の原理による生体ポリマー形成装置を示す図である。

【図２】 図１に示した繊維形成管の上端における２−２′線での断面図である。

【図３】 上端に取り付けられた紡糸管の詳細図を提供する、図１に示した繊維形成管の
切欠断面図である。

【図４】 紡糸管の繊維形成管への取り付け方を詳細に示す繊維形成管の切欠断面図であ
る。

【図５】 図１に示した繊維形成管の下端に取り付けた流体迂回器を示す図である。

【図６】 図１に示した繊維形成管の下端に取り付けた脱水管を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── 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，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 4C081 AB19 BA13 BB07 CD121 CD29 CD34 CE02 DA04 DA05 DA11 DA12 DA13 DB01 DB03 DB07 EA02

Claims (46)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 生細胞による侵入を受けやすく、生細胞による実質的かつ長
   期間の占有を支持する微小構造を有する生体適合性材料。
2. 【請求項２】 生体ポリマーを含む請求項１に記載の生体適合性材料。
3. 【請求項３】 注射可能である請求項１に記載の生体適合性材料。
4. 【請求項４】 生理的に適合性の担体をさらに含む請求項３に記載の生体適
   合性材料。
5. 【請求項５】 微小構造が、医薬品、成長因子、ホルモン類、細胞外基質要
   素、遺伝子物質、細胞およびそれらの組み合わせからなる群から選択される作用
   物質をさらに有する請求項１に記載の生体適合性材料。
6. 【請求項６】 遺伝子物質がウィルスベクターを含む請求項５に記載の生体
   適合性材料。
7. 【請求項７】 コラーゲンを含む請求項１に記載の生体適合性材料。
8. 【請求項８】 直線状に集合し、かつ生体ポリマー繊維の軸と実質的に平行
   な軸を有する生体ポリマー原繊維から組み立てられた生体ポリマー繊維を含む、
   繊維状生体適合性材料。
9. 【請求項９】 注射可能である請求項８に記載の繊維状生体適合性材料。
10. 【請求項１０】 複数の直線状に集合した生体ポリマー繊維を含む請求項８
    に記載の繊維状生体適合性材料。
11. 【請求項１１】 直線状に集合した生体ポリマー繊維が不均一な長さを有す
    る請求項１０に記載の繊維状生体適合性材料。
12. 【請求項１２】 直線状に集合した生体ポリマー繊維が複数の微小繊維接線
    突出を有する形態をしている請求項８に記載の繊維状生体適合性材料。
13. 【請求項１３】 直線状に集合した生体ポリマー繊維の長さが、他の生体適
    合性材料繊維との絡みを生じさせるのに有効な長さである請求項１０に記載の繊
    維状生体適合性材料。
14. 【請求項１４】 直線状に集合した生体ポリマー繊維の長さが、約１ｃｍ〜
    約８×１０^５ｃｍである請求項１０に記載の繊維状生体適合性材料。
15. 【請求項１５】 生理的に許容される担体をさらに含む請求項８に記載の繊
    維状生体適合性材料。
16. 【請求項１６】 直線状に集合した生体ポリマー繊維が、医薬品、成長因子
    、ホルモン類、細胞外基質要素、遺伝子物質、細胞およびそれらの組み合わせか
    らなる群から選択される作用物質を有する請求項８に記載の繊維状生体適合性材
    料。
17. 【請求項１７】 遺伝子物質がウィルスベクターを含む請求項１６に記載の
    繊維状生体適合性材料。
18. 【請求項１８】 生体ポリマーがコラーゲンである請求項８に記載の繊維状
    生体適合性材料。
19. 【請求項１９】 コラーゲン泡状体をさらに含む請求項８に記載の繊維状生
    体適合性材料。
20. 【請求項２０】 コラーゲンが繊維状コラーゲンである請求項１９に記載の
    繊維状生体適合性材料。
21. 【請求項２１】 組織欠陥または障害を改善する方法において、生細胞によ
    る侵入を受けやすく、生細胞による実質的かつ長期的な占有を支持する微小構造
    を有する生体適合性材料と、組織欠陥または障害の部位とを接触させる工程を有
    することを特徴とする方法。
22. 【請求項２２】 組織欠陥または障害が、骨疾患、軟骨疾患、美容上の欠陥
    、循環障害によって生じる皮膚創傷、ならびに糖尿病によって生じる皮膚創傷か
    らなる郡から選択される請求項２１に記載の方法。
23. 【請求項２３】 生体適合性材料が、組織欠陥または障害に直接適用される
    請求項２１に記載の方法。
24. 【請求項２４】 組織欠陥または障害を改善するために、生体適合性材料が
    経皮的に注射される請求項２１に記載の方法。
25. 【請求項２５】 生体適合性材料が生体ポリマー原繊維から組み立てられた
    複数の直線状に集合した生体ポリマー繊維を有し、原繊維の軸が生体ポリマー繊
    維の軸と実質的に平行である請求項２１に記載の方法。
26. 【請求項２６】 生体適合性材料が、コラーゲン原繊維の懸濁液を凍結乾燥
    することで得られる請求項２４に記載の方法。
27. 【請求項２７】 直線状に集合した生体ポリマー繊維の長さが、約１ｃｍ〜
    約８×１０^５ｃｍである請求項２５に記載の方法。
28. 【請求項２８】 生体適合性材料が生理的に適合性の担体中に含まれている
    請求項２１に記載の方法。
29. 【請求項２９】 直線状に集合した生体ポリマー繊維が、複数の微小繊維接
    線突出を有する形態を有する微小構造を有する請求項２５に記載の方法。
30. 【請求項３０】 組成物を経皮注射すると、繊維が絡み合って多孔性の塊を
    形成する請求項２５に記載の方法。
31. 【請求項３１】 多孔性の塊の孔部が約１μｍ〜約１０００μｍの直径を有
    する請求項３０に記載の方法。
32. 【請求項３２】 生体ポリマーがコラーゲンを含む請求項２１に記載の方法
    。
33. 【請求項３３】 生体ポリマーが繊維状コラーゲン泡状体を含む請求項２４
    に記載の方法。
34. 【請求項３４】 生体ポリマーがコラーゲンマットを含む請求項２４に記載
    の方法。
35. 【請求項３５】 直線状に集合した生体ポリマー繊維が、医薬品、成長因子
    、ホルモン類、細胞外基質要素、遺伝子物質、細胞およびそれらの組み合わせか
    らなる群から選択される作用物質を有する請求項２５に記載の方法。
36. 【請求項３６】 遺伝子物質がウィルスベクターを含む請求項３５に記載の
    方法。
37. 【請求項３７】注射可能な生体ポリマー繊維であって、 ａ）上流方向および下流方向を有する凝固流体の垂直方向流を形成する工程； ｂ）凝固流体の垂直方向流の下流方向に、凝固流体との接触に反応して凝固す
    るよう選択された非凝固生体適合性生体ポリマー流を注射する工程であって、ポ
    リマー流を、凝固流体によって囲まれ、かつ凝固流体の垂直方向流動によって下
    流方向で加速されるように注射する工程；ならびに ｃ）凝固流体に生体ポリマー流を凝固させることで、生体ポリマー繊維を形成
    する工程 から成る方法によって製造される注射可能な生体ポリマー繊維。
38. 【請求項３８】 非凝固生体適合性生体ポリマーが液体コラーゲン溶液であ
    る請求項３７に記載の注射可能な生体ポリマー繊維。
39. 【請求項３９】 液体コラーゲン溶液が約１ｍｇ／ｍＬ〜約６０ｍｇ／ｍＬ
    の濃度を有する請求項３８に記載の注射可能な生体ポリマー繊維。
40. 【請求項４０】 凝固液が緩衝液である請求項３８に記載の注射可能な生体
    ポリマー繊維。
41. 【請求項４１】 トリエタノールアミンの溶液となるように凝固液を選択す
    る工程をさらに含む請求項３７に記載の注射可能な生体ポリマー繊維。
42. 【請求項４２】 トリエタノールアミン濃度が約１０ｍＭ〜約２００ｍＭで
    ある請求項３７に記載の注射可能な生体ポリマー繊維。
43. 【請求項４３】 凝固流体が約１００ｍＭの濃度を有するＨＥＰＥＳの溶液
    である請求項３７に記載の注射可能な生体ポリマー繊維。
44. 【請求項４４】 生体適合性生体ポリマーを、約４℃の温度に維持する請求
    項３７に記載の注射可能な生体ポリマー繊維。
45. 【請求項４５】 凝固流体を、約４℃〜約３７℃の温度に維持する請求項３
    ７に記載の注射可能な生体ポリマー繊維。
46. 【請求項４６】 複数の直線状に集合し、かつ軸がコラーゲン繊維の軸と実
    質的に平行であるコラーゲン原繊維から組み立てられたコラーゲン繊維を含む、
    組織置換材料。