JP2004187739A - Osteogenic treatment device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an osteogenic treatment device capable of controlling the pattern of osteogenesis. <P>SOLUTION: The osteogenic treatment device is provided with nucleic acid including a base sequence coding bone morphogenetic protein (BMP) which is a bone inducing factor and a base body 1 with biocompatibility constituted of a porous block body, and is transplanted inside a living body to perform osteogenic treatment. At the time of defining the area (average) of the boundary part of adjacent holes 1a of the base body 1 as A[μm<SP>2</SP>] and the maximum cross section area (average) of the hole 1a as B[μm<SP>2</SP>], the osteogenic treatment device controls the pattern of the osteogenesis corresponding to the size of the value of B/A. For instance, in the case that B/A is a value less than 50 and in the case that the B/A is the value of 50 or higher, the pattern of the osteogenesis is controlled. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は、骨形成治療デバイス(骨形成制御デバイス)に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
医療の分野では、いわゆる人工骨、人工皮膚、人工臓器に対する研究が注目を集めており、これらについて、既に臨床の現場でも種々の立場から新たな挑戦が行われており、ここ数年技術的にも多大な伸展を示している。
【0003】
特に、同種移植に関しては、需要が供給を大きく上回る状態が慢性的に持続していることに加え、未知の感染症などの問題もある。
【0004】
これらを回避するため、このような同種組織の移植に代わるものとして、人工的に製造した人工組織・人工臓器の開発が待望されている。この点に関しては、骨移植においても同様である。
【0005】
骨の形成過程、修復過程について、多くの研究者によって解明され、その制御の要となる骨誘導因子の発見・同定・分離に加え、遺伝子工学的手法での骨誘導因子の生成が可能となり、その作用機序についての知見も集積されている。
【0006】
この骨誘導因子としては、Transforming Growth Factor b(TGFb)のsuper familyに属する骨形態形成タンパク質(Bone Morphogenetic Protein:BMP)が多くの研究者の注目を集めている。このBMPは、皮下組織または筋組織内の未分化間葉系細胞に作用して、これを骨芽細胞や軟骨芽細胞に分化させ、骨または軟骨を形成させる活性タンパク質であり、その基礎的検討が開始されている。
【0007】
例えば、特許文献1には、BMP自体またはBMPをコードするDNAを、マトリックス材料(基体)に担持(適用)した移植体材料が開示されている。
【0008】
このマットリックス材料は、通常、移植体材料を移植する骨欠損部等の移植部位の形状に対応して形成される。そして、移植部位では、マトリックス材料が骨形成の場となる。
【0009】
ここで、症例によっては、骨形成治療を早期に達成するためには、マトリックス材料の内部での骨形成が優先的に進行することが好ましい場合や、マトリックス材料の外表面付近での骨形成が優先的に進行することが好ましい場合等、様々である。
【0010】
ところが、従来の移植体材料では、このような骨形成のパターンを制御することが困難である。
【0011】
【特許文献1】
特表2001−505097号公報
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、骨形成のパターンを制御し得る骨形成治療デバイスを提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記(1)〜(19)の本発明により達成される。
【0014】
(1) 骨誘導因子と、隣接する空孔同士が連通する連続空孔を有する多孔質ブロック体で構成された基体とを含む骨形成治療デバイスであって、
前記基体の隣接する空孔同士の境界部の面積(平均)をA[μm]とし、前記空孔の最大断面積(平均)をB[μm]としたとき、B/Aの値の大小に応じて、骨形成のパターンを制御し得ることを特徴とする骨形成治療デバイス。
これにより、骨形成のパターンを制御することができる。
【0015】
(2) 前記B/Aの値の異なる2種以上の前記基体を用意し、これらを選択的に使用する上記(1)に記載の骨形成治療デバイス。
これにより、目的に応じた骨形成治療が可能となる。
【0016】
(3) 前記B/Aの値が50未満の第1の場合と、前記B/Aの値が50以上の第2の場合とで、骨形成のパターンを制御し得る上記(1)または(2)に記載の骨形成治療デバイス。
【0017】
これにより、例えば、基体の内部で骨形成が優先的に進行する骨形成のパターンと、基体の外表面で骨形成が優先的に進行する骨形成のパターンとを制御することができる。
【0018】
(4) 前記第1の場合の前記B/Aの値と、前記第2の場合の前記B/Aの値との差は、30以上である上記(3)に記載の骨形成治療デバイス。
【0019】
これにより、第1の場合と第2の場合とにおける(B/Aの値の大小関係に応じた)骨形成のパターンの傾向の差異を、より明確にすることができる。
【0020】
(5) 前記骨誘導因子は、骨形態形成タンパク質(BMP)をコードする塩基配列を含む核酸である上記(1)ないし(4)のいずれかに記載の骨形成治療デバイス。
これにより、より迅速な骨形成を促すことができる。
【0021】
(6) 前記骨形態形成タンパク質は、BMP−2、BMP−4、BMP−7のうちの少なくとも1種である上記(5)に記載の骨形成治療デバイス。
【0022】
BMP−2、BMP−4、BMP−7は、特に、未分化間葉系細胞の骨芽細胞への分化を誘導する作用に優れる。
【0023】
(7) 前記核酸は、発現プラスミド由来の塩基配列を含む上記(5)または(6)に記載の骨形成治療デバイス。
【0024】
これにより、未分化間葉系細胞、炎症細胞、線維芽細胞のような骨形成に関与する細胞内におけるBMPの発現効率を、極めて高くすることができる。
【0025】
(8) 前記核酸を、前記基体の体積1mLあたり1〜100μgとなるよう用いる上記(5)ないし(7)のいずれかに記載の骨形成治療デバイス。
これにより、より迅速な骨形成を促すことができる。
【0026】
(9) 前記核酸を保持するベクターを含む上記(5)ないし(8)のいずれかに記載の骨形成治療デバイス。
【0027】
これにより、骨形成に関与する細胞への組換えプラスミドの取り込みの効率がより向上し、結果として、より迅速な骨形成が促される。
【0028】
(10) 前記ベクターは、非ウィルス由来のベクターである上記(9)に記載の骨形成治療デバイス。
【0029】
これにより、限局した部位に比較的大量の核酸を、容易かつ確実に供給することができ、また、患者のより高い安全性を確保することができる。
【0030】
(11) 前記非ウィルス由来のベクターは、リポソームである上記(10)に記載の骨形成治療デバイス。
【0031】
リポソームは、細胞膜の構成成分に近い成分で構成されるため、細胞膜への結合(融合)が比較的容易かつ円滑になされ、核酸の未分化間葉系細胞、炎症細胞、線維芽細胞のような骨形成に関与する細胞への取り込みの効率をより向上させることができる。
【0032】
(12) 前記リポソームは、正荷電リポソームである上記(11)に記載の骨形成治療デバイス。
【0033】
正荷電リポソームは、その内部に核酸を封入する操作を必要としないことから、骨形成治療デバイスの作製時間の短縮に有利である。
【0034】
(13) 前記ベクターと前記核酸との配合比は、重量比で1:1〜20:1である上記(9)ないし(12)のいずれかに記載の骨形成治療デバイス。
【0035】
これにより、コストの増大や細胞毒性の発生を防止しつつ、核酸の未分化間葉系細胞、炎症細胞、線維芽細胞のような骨形成に関与する細胞への取り込みの効率を十分に大きくすることができる。
【0036】
(14) 血管形成誘導因子を含む上記(1)ないし(13)のいずれかに記載の骨形成治療デバイス。
これにより、より迅速な骨形成が促される。
【0037】
(15) 前記血管形成誘導因子は、繊維芽細胞増殖因子(FGF)、血管内皮増殖因子(VEGF)、肝細胞増殖因子(HGF)のうちの少なくとも1種である上記(14)に記載の骨形成治療デバイス。
【0038】
これらのものは、血管形成能に優れるため、得られる骨形成治療デバイスは、特に、高い骨形成能を有するものとなる。
【0039】
(16) 前記血管形成誘導因子と前記骨誘導因子との配合比は、重量比で10:1〜1:100である上記(14)または(15)に記載の骨形成治療デバイス。
【0040】
これにより、新生血管が効率よく形成されるとともに、骨芽細胞が効率よく増殖することができる。
【0041】
(17) 前記空孔の最大断面積(平均)Bは、7.9×10〜1.1×10μmである上記(1)ないし(16)のいずれかに記載の骨形成治療デバイス。
【0042】
これにより、基体の機械的強度を好適に維持しつつ、基体をより好適な骨形成の場とすることができる。
【0043】
(18) 前記基体の空孔率は、30〜95%である上記(1)ないし(17)のいずれかに記載の骨形成治療デバイス。
【0044】
これにより、基体の機械的強度を好適に維持しつつ、基体をより好適な骨形成の場とすることができる。
【0045】
(19) 前記基体は、ハイドロキシアパタイトまたはリン酸三カルシウムを主としてなるものである上記(1)ないし(18)のいずれかに記載の骨形成治療デバイス。
【0046】
ハイドロキシアパタイトやリン酸三カルシウムは、骨の無機質主成分と同様(近似)の組成、構造、物性を有するため、特に優れた生体適合性を有している。
【0047】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の骨形成治療デバイス(骨形成制御デバイス)について詳細に説明する。
【0048】
本発明の骨形成治療デバイスは、骨誘導因子と、基体とを含むものであり、生体内に移植して骨形成治療を行うものである。
【0049】
ここで、本明細書中における「骨形成」とは、骨形成および軟骨形成の双方を含み、未分化間葉系細胞に対して骨芽細胞や軟骨芽細胞(以下、骨芽細胞で代表する)の分化を誘導することによる骨形成や軟骨形成のことを言う。
【0050】
また、「骨形成治療」とは、医科領域および歯科領域において、骨組織や軟骨組織の形成や補填を要する疾患の予防や治療を行うこと、あるいは、症状を改善させることを言う。
【0051】
なお、以下の説明では、骨誘導因子として、骨形態形成タンパク質(BMP)をコードする塩基配列を含む核酸を代表に説明する。骨誘導因子として、BMPをコードする塩基配列を含む核酸を用いることにより、より迅速な骨形成を促すことができる。
【0052】
また、BMPをコードする塩基配列としては、通常、cDNAが用いられるため、以下では、BMPをコードする塩基配列を、「BMP cDNA」と言う。
【0053】
本発明におけるBMPとしては、未分化間葉系細胞に対して骨芽細胞への分化を誘導することにより骨形成を促す活性を有するものであればよく、特に限定されないが、例えば、BMP−1、BMP−2、BMP−3、BMP−4、BMP−5、BMP−6、BMP−7、BMP−8、BMP−9、BMP−12(以上、ホモダイマー)、もしくは、これらのBMPのヘテロダイマーまたは改変体(すなわち、天然に存在するBMPのアミノ酸配列において1以上のアミノ酸が欠失、置換および/または付加されたアミノ酸配列を有し、かつ、天然に存在するBMPと同じ活性を有するタンパク質)等が挙げられる。これらの中でも、BMPとしては、特に、BMP−2、BMP−4、BMP−7のうちの少なくとも1種が好ましい。BMP−2、BMP−4、BMP−7は、特に、未分化間葉系細胞の骨芽細胞への分化を誘導する作用に優れるため、得られる骨形成治療デバイスは、特に高い骨形成能を示す。
【0054】
このようなことから、本発明で用いるBMP cDNAとしては、前述のような各種BMPを産生(発現)し得る塩基配列を含むものであればよい。すなわち、BMP cDNAとしては、天然に存在するBMPをコードする塩基配列と同一、または、天然に存在するBMPをコードする塩基配列において1以上の塩基が欠失、置換および/または付加されたものを用いることができる。また、これらのものは、1種または2種以上を組み合わせて用いるようにしてもよい。
【0055】
このようなBMP cDNAは、例えば、特表平2−500241号公報、特表平3−503649号公報、特表平3−505098号公報等に記載の方法に従って、入手することができる。
【0056】
また、このような核酸は、発現プラスミド由来の塩基配列を含むもの、すなわち、BMP cDNAを発現プラスミドに組み込んだ(導入した)ものであるのが好ましい。
【0057】
以下では、BMP cDNAを発現プラスミドに組み込んだものを、「組換えプラスミド」と言い、この組換えプラスミドを、BMP cDNAをコードする塩基配列を含む核酸の代表として説明する。
【0058】
このような組換えプラスミドを用いることにより、これを取り込んだ未分化間葉系細胞、炎症細胞、線維芽細胞等(以下、これらを総称して、「骨形成に関与する細胞」と言う。)内におけるBMPの発現効率を、極めて高くすることができる。
【0059】
発現プラスミドには、遺伝子組換え工学技術の分野で広く用いられるものの中から選択することができ、例えば、pCAH、pSC101、pBR322、pUC18等の1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0060】
また、この組換えプラスミドには、適宜、BMPの発現を適切に制御する塩基配列(DNA断片)を導入することができる。
【0061】
発現プラスミドに、BMP cDNAを含む各種の塩基配列を組み込む方法には、公知の方法を用いることができる。
【0062】
ここで、図1に、組換えプラスミド(キメラDNA)の一例を示す。
図1に示す組換えプラスミドは、BMP−2 cDNAを、発現プラスミドであるpCAHに導入したものである。
【0063】
この組換えプラスミドは、Amp(アンピシリン)に耐性を示すDNA断片を含むとともに、サイトメガロウィルス(CMV)由来のエンハンサー・プロモーターを含むDNA断片と、BMP−2 cDNAの下流域には、SV40由来の転写終結信号を含むDNA断片とが組み込まれている。
【0064】
用いる組換えプラスミド(核酸)の量は、特に限定されないが、後述する基体の体積1mLあたり1〜100μg程度であるのが好ましく、10〜70μg程度であるのがより好ましい。用いる組換えプラスミドの量が少な過ぎると、迅速な骨形成を促すことができない場合がある。一方、用いる組換えプラスミドの量を前記上限値を超えて多くしても、それ以上の効果の増大が見込めない。
【0065】
また、本発明の骨形成治療デバイスは、多孔質ブロック体(例えば、焼結体)で構成された基体を有している。この基体は、未分化間葉系細胞から分化した骨芽細胞による骨形成の場(フィールド)となる。
【0066】
この多孔質ブロック体は、隣接する空孔同士が閉鎖された閉鎖空孔ではなく、互いに連通する連続空孔を有するものである。
【0067】
図2は、本発明における基体の縦断面を示す模式図、図3および図4は、それぞれ、骨形成パターンの一例を示す模式図である。図3および図4中の符号「2」は、新生骨を示す。
【0068】
本発明者は、上記問題点に鑑み、鋭意研究を重ねた結果、基体の内部形状(空孔形態)を適宜設定することにより、骨形成のパターンが異なってくることを見出した。
【0069】
さらに、本発明者は、研究を進めた結果、図2に示すように、基体1の隣接する空孔1a同士の境界部の面積(平均)をA[μm]とし、前記空孔1aの最大断面積(平均)をB[μm]としたとき、このB/Aの値の大小に、前述したような骨形成のパターンが大きく依存することが判ってきた。
【0070】
本発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。すなわち、本発明は、前記B/Aの値の大小に応じて、骨形成のパターンを制御し得ることを特徴とする。
【0071】
例えば、B/Aの値が50未満の第1の場合と、B/Aの値が50以上の第2の場合とで、骨形成のパターンは、次のような傾向を示す。
【0072】
具体的には、B/Aの値が50未満の場合、換言すれば、隣接する空孔1a同士の境界部の面積(平均)Aが、空孔1aの最大断面積(平均)Bに対して比較的大きい場合、新生骨2は、図3に示すように、基体1の内部で優先して形成される傾向を示す。これは、前記Aが大きいことにより、骨形成に関与する細胞の隣接する空孔1a同士の間での移動が円滑になされるためであると推察される。
【0073】
また、この場合、骨形成に関与する細胞は、空孔1aを十分に満した後、逸脱(逸流)するように移動(拡散)して、図3に示すように、新生骨2は、基体1の形状に対応して形成されることとなる。
【0074】
一方、B/Aの値が50以上の場合、換言すれば、隣接する空孔1a同士の境界部の面積(平均)Aが、空孔1aの最大断面積(平均)Bに対して比較的小さい場合、新生骨2は、図4に示すように、基体1の内部だけでなく、その外表面1b(特に、基体1の鉛直下方の外表面1b)付近においても形成される傾向を示す。これは、前記Aが小さいことに起因して、骨形成に関与する細胞の基体1の内部への侵入が緩除になるためであると推察される。
【0075】
このようなB/Aの値は、第1の場合と第2の場合とで差がある程よく、その差は、30以上であるのが好ましく、40以上であるのがより好ましい。これにより、第1の場合と第2の場合とにおける(B/Aの値の大小関係に応じた)骨形成のパターンの傾向の差異を、より明確にすることができる。
【0076】
具体的には、第1の場合のB/Aの値は、2〜6程度、第2の場合のB/Aの値は、50〜150程度であるのが好ましい。これにより、骨形成のパターンの傾向がより一層顕著となるとともに、第1の場合と第2の場合とにおける(B/Aの値の大小関係に応じた)骨形成のパターンの傾向の差異を、特に明確にすることができる。
【0077】
このようなことから、本発明によれば、目的(例えば、症例、治療部位、治療目的等)に応じて、B/Aの値の異なる2種以上の基体1を用意し、これらを選択的に使用することにより、それぞれに適した骨形成治療、すなわち、早期の骨形成治療が可能となる。これにより、患者のQOLの向上を図ることができる。
【0078】
前記空孔の最大断面積(平均)Bは、7.9×10〜1.1×10μm程度であるのが好ましく、1.8×10〜7.9×10μm程度であるのがより好ましい。なお、この空孔の最大断面積(平均)Bを平均空孔径に換算した場合、その値は、100〜1200μm(好ましくは150〜1000μm)となる。空孔の最大断面積(平均)Bを前記範囲とすることにより、基体の機械的強度を好適に維持しつつ、基体をより好適な骨形成の場とすることができる。
【0079】
また、基体の空孔率は、特に限定されないが、30〜95%程度であるのが好ましく、55〜90%程度であるのがより好ましい。空孔率を前記範囲とすることにより、基体の機械的強度を好適に維持しつつ、基体をより好適な骨形成の場とすることができる。
【0080】
また、基体の構成材料としては、生体適合性を有するものであればよく、特に限定されないが、例えば、ハイドロキシアパタイト、フッ素アパタイト、炭酸アパタイト、リン酸二カルシウム、リン酸三カルシウム、リン酸四カルシウム、リン酸八カルシウムのようなリン酸カルシウム系化合物、アルミナ、チタニア、ジルコニア、イットリア等のセラミックス材料、チタンまたはチタン合金、ステンレス鋼、Co−Cr系合金、Ni−Ti系合金等の各種金属材料等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0081】
これらの中でも、基体の構成材料としては、リン酸カルシウム系化合物、アルミナ、ジルコニア等のセラミックス材料(いわゆる、バイオセラミックス)が好ましく、特に、ハイドロキシアパタイトまたはリン酸三カルシウムを主材料とするものが好ましい。
【0082】
ハイドロキシアパタイトやリン酸三カルシウムは、骨の無機質主成分と同様(近似)の組成、構造、特性を有するため、特に優れた生体適合性を有している。また、正負両荷電を有しているため、特に、ベクターとしてリポソームを用いる場合(この点については、後に詳述する)には、このリポソームを基体に長時間、安定的に担持させることができる。その結果、リポソームに吸着または封入された組換えプラスミド(核酸)も基体に長時間、安定的に保持されることになり、より迅速な骨形成に寄与する。また、骨芽細胞との親和性も高いことから新生骨を維持する上でも好ましい。
【0083】
このような基体は、種々の方法により作製(製造)することができる。基体として、セラミックス材料で構成される多孔質ブロック体を作製する場合を一例に説明すると、このような多孔質ブロック体は、例えば、水溶性高分子を含むセラミックススラリーを攪拌起泡後に乾燥させ多孔質ブロックにし、骨欠損部等の移植部位に対応した形状に、例えばマシニングセンター等の汎用加工機械により成形体を得、かかる成形体を焼結(焼成)することによって作製することができる。
【0084】
このような基体の製造方法において、例えば、原料粉体合成の条件(1次粒子径、1次粒子分散状態等)、原料粉体の条件(平均粒径、仮焼成の有無、粉砕処理の有無等)、攪拌起泡の条件(界面活性剤の種類、スラリーを攪拌する攪拌力等)、焼成条件(焼成雰囲気、焼成温度等)等を適宜設定することにより、前記B/Aの値を所望のものに設定することができる。例えば、焼成温度を高くすると、原料粉体同士の間で拡散が促進され、Aの値が小さくなり、B/Aの値が大きくなる傾向を示す。
【0085】
特に、原料粉体の条件、攪拌起泡の条件等は、B/Aの値に大きく影響を与えるため、これらの条件の管理は、より厳密に行うのが好ましい。
【0086】
なお、目的とするB/Aの値を得るための各種条件は、実験的に求めることができる。
【0087】
以上のような骨形成治療デバイスは、組換えプラスミド(核酸)を基体に接触させることにより作製(製造)することができる。具体的には、骨形成治療デバイスは、例えば、組換えプラスミドを含む液体(溶液または懸濁液)を基体に供給すること、あるいは、この液体に基体を浸漬すること等により、容易に作製することができる。
【0088】
また、例えば、粉末状、顆粒状、ペレット状等の基体の前駆体とバインダーと前述したような液体とを混練した混練物を、成形することにより骨形成治療デバイスを作製することもできる。
【0089】
このような骨形成治療デバイスを、例えば骨欠損部等の移植部位に埋設(適用)すると、この骨形成治療デバイスの近傍に存在する骨形成に関与する細胞が、その細胞内に組換えプラスミド(核酸)を取り込む。これらの細胞内では、組換えプラスミドを鋳型として順次BMPが産生され、このBMPにより、未分化間葉系細胞の骨芽細胞への分化が誘導され、その結果、骨形成が進行する。なお、この骨形成は、前記B/Aの値の大小により、異なる骨形成のパターンで迅速に進行する。
【0090】
また、このような骨形成治療デバイスは、ベクターや血管形成誘導因子を含むのが好ましい。骨形成治療デバイスが、これらのものを含むことにより、より迅速な骨形成が促される。なお、骨形成治療デバイスは、いずれか一方を含むのが好ましく、双方を含むのがより好ましい。
【0091】
以下、ベクターおよび血管形成誘導因子について、それぞれ、詳細に説明する。
【0092】
ベクターは、組換えプラスミド(核酸)を保持し、骨形成に関与する細胞への組換えプラスミドの取り込みを促進する機能を有するものである。ベクターを用いることにより、骨形成に関与する細胞への組換えプラスミドの取り込みの効率がより向上し、結果として、より迅速な骨形成が促される。
【0093】
ベクターとしては、ウィルス由来でないベクター(すなわち、非ウィルス由来のベクター)、アデノウィルスベクター、レトロウィルスベクターのようなウィルス由来のベクターのいずれを用いてもよいが、非ウィルス由来のベクターを用いるのが好ましい。非ウィルス由来のベクターを用いることにより、限局した部位に比較的大量の組換えプラスミドを、容易かつ確実に供給することができ、また、感染を起こさないことから患者のより高い安全性を確保することができるという利点もある。さらに、非ウィルス由来のベクターを用いる方法は、ウィルスベクターや細胞を用いるex vivo等の方法では、ウィルスベクターや細胞への核酸の導入操作、核酸を導入したウィルスベクターや細胞を増殖させる操作等が必要であるのに対し、これらの操作を必要としないことから、時間と手間とを低減できるという点においても優れている。
【0094】
非ウィルス由来のベクターとしては、種々のものを用いることができるが、リポソーム(脂質膜)を用いるのが好適である。リポソームは、細胞膜の構成成分に近い成分で構成されるため、細胞膜への結合(融合)が比較的容易かつ円滑になされる。このため、組換えプラスミドの骨形成に関与する細胞への取り込みの効率をより向上させることができる。
【0095】
リポソームとしては、例えば、表面に組換えプラスミドを吸着する形態の正荷電リポソーム、内部に組換えプラスミドを封入する形態の負荷電リポソーム等を用いることができる。これらのリポソームは、単独または組み合わせて用いることもできる。
【0096】
正荷電リポソームは、例えば、DOSPA(2,3−dioleyloxy−N−[2(sperminecarboxamido)ethyl]−N,N−dimethyl−1−propanaminium trifluoroacetate)のようなポリカチオン性脂質を主としてなるものである。なお、正荷電リポソームとしては、例えば、QIAGEN社製の「SuperFect」等の市販品を用いることができる。
【0097】
一方、負荷電リポソームは、例えば、3−sn−ホスファチジルコリン、3−sn−ホスファチジルセリン、3−sn−ホスファチジルエタノールアミン、3−sn−ホスファチダルエタノールアミン、または、これらの誘導体のようなリン脂質を主としてなるものである。
【0098】
また、これらのリポソームには、例えばコレステロール等の脂質膜を安定化する添加剤を添加するようにしてもよい。
【0099】
なお、リポソームとしては、特に、正荷電リポソームを用いるのが好ましい。正荷電リポソームは、その内部に組換えプラスミドを封入する操作を必要としないことから、骨形成治療デバイスの作製時間の短縮に有利である。
【0100】
用いるベクターの量は、その種類等により適宜設定され、特に限定されないが、ベクターと組換えプラスミド(核酸)との配合比が、重量比で1:1〜20:1程度であるのが好ましく、2:1〜10:1程度であるのがより好ましい。用いるベクターの量が少な過ぎると、ベクターの種類等によっては、組換えプラスミドの骨形成に関与する細胞への取り込みの効率を十分に大きくすることができない場合がある。一方、用いるベクターの量を前記上限値を超えて多くしても、それ以上の効果の増大が見込めないばかりでなく、細胞毒性が生じる場合がある。また、コストの増大を招き好ましくない。
【0101】
血管形成誘導因子は、血管形成に関与する細胞(例えば、血管皮内細胞等)に作用して、新生血管の形成を促進するものである。この血管形成誘導因子を用いることにより、骨芽細胞の周囲に新生血管が形成される。これにより、細胞の構築(形成)に必要な各種基質が骨芽細胞に供給されるので、骨芽細胞は、効率よく増殖することができる。その結果、骨形成をより促進することができる。
【0102】
本発明における血管形成誘導因子としては、血管形成を促進し得るものであれはよく、特に限定されないが、例えば、塩基性線維芽細胞増殖因子(basic Fibroblast Growth Factor:bFGF)、血管内皮増殖因子(Vascular EndothelialGrowth Factor:VEGF)、肝細胞増殖因子(Hepatocyte Growth Factor:HGF)、顆粒球マクロファージコロニー刺激因子(Granulocyte Macrophage−Colony Stimulating Factor:GM−CSF)、顆粒球コロニー刺激因子(Granulocyte−Colony Stimulating Factor:G−CSF)、マクロファージコロニー刺激因子(Macrophage−Colony Stimulating Factor:M−CSF)、幹細胞因子(Stem Cell Factor:SCF)、アンジオポエチン−1(Angiopoietin−1)、アンジオポエチン−2(Angiopoietin−2)、リポヌクレアーゼ類似タンパク質、ニコチンアミド、プロスタグランジンE(プロスタグランジンE、プロスタグランジンE、プロスタグランジンE)、プロリン誘導体、ディブチルサイクリックAMP(dBcAMP)のようなサイクリックAMP誘導体等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、血管形成誘導因子としては、特に、塩基性線維芽細胞増殖因子(bFGF)、血管内皮増殖因子(VEGF)、肝細胞増殖因子(HGF)のうちの少なくとも1種であるのが好ましい。これらのものは、血管形成能に優れるため、得られる骨形成治療デバイスは、特に、高い骨形成能を有するものとなる。
【0103】
用いる血管形成誘導因子の量は、その種類等により適宜設定され、特に限定されないが、血管形成誘導因子と組換えプラスミド(核酸)との配合比が、重量比で10:1〜1:100程度であるのが好ましく、1:1〜1:100程度であるのがより好ましい。用いる血管形成誘導因子の量が少な過ぎると、血管形成誘導因子の種類等によっては、新生血管が効率よく形成されず、骨芽細胞が十分に増殖できない場合がある。一方、用いる血管形成誘導因子の量を前記上限値を超えて多くしても、それ以上の効果の増大が見込めない。
【0104】
以上、本発明の骨形成治療デバイスの好適な実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。
【0105】
前記実施形態では、骨形態形成タンパク質(BMP)をコードする塩基配列を含む核酸として、BMP cDNAを発現プラスミドに組み込んだ組換えプラスミドを代表に説明したが、本発明におけるBMPをコードする塩基配列を含む核酸としては、例えば、BMP cDNA(発現プラスミドに組み込まないもの)、BMPのmRNA、あるいは、これらに任意の塩基を付加したもの等であってもよい。
【0106】
また、骨誘導因子として、骨形態形成タンパク質(BMP)をコードする塩基配列を含む核酸を代表に説明したが、本発明における骨誘導因子としては、前述したようなBMP自体等が挙げられる。
【0107】
【実施例】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
【0108】
(実施例1)
1.組換えプラスミドの調製
公知の方法により、ヒトBMP−2 cDNA(ヒトBMP−2をコードする塩基配列)と、所望の塩基配列とを、発現プラスミドに組み込んで、図1に示すような組換えプラスミドを得た。
そして、この組換えプラスミドを、次のようにして増殖させた。
【0109】
まず、室温で、組換えプラスミドを、DH5α(Competent Bacteria)の懸濁液200μLに添加した。
次に、この混合液をLB寒天培地に添加して、37℃×12時間、培養した。
【0110】
次に、この培養終了後、LB寒天培地に増殖したコロニーの中から比較的大きいコロニーを選択し、これをAmp(アンピシリン)を含むLB寒天培地に移植し、さらに37℃×12時間、培養した。
【0111】
その後、Ampを含むLB寒天培地で増殖したDH5αの細胞膜を破壊し、その溶液から、組換えプラスミドを精製分離した。
【0112】
2.ハイドロキシアパタイト多孔質焼結体(基体)の製造
公知の湿式合成法によりハイドロキシアパタイトを合成し、ハイドロキシアパタイトスラリーを得た。
【0113】
このハイドロキシアパタイトスラリーを噴霧乾燥して平均粒径15μm程度の粉体を得た。その後、この粉体を700℃×2時間、仮焼成した後、汎用粉砕装置を使用し、平均粒径12μm程度に粉砕した。粉砕したハイドロキシアパタイト粉体を、1%メチルセルロース(水溶性高分子)水溶液に混合した後、攪拌して、気泡を含有するペースト状混合物を得た。なお、ハイドロキシアパタイト粉体とメチルセルロース水溶液とは、重量比5:6で混合した。
【0114】
このペースト状混練物を型に入れて、水溶性高分子をゲル化させるため80℃で乾燥し、成形体を製造した。成形体を汎用旋盤等の加工機械を使用し直径10mm×厚さ3mm(体積:約0.24mL)の円盤状に加工した。
【0115】
この円盤状成形体を1200℃、大気中で2時間焼成し、ハイドロキシアパタイト多孔質焼結体を得た。
【0116】
なお、ハイドロキシアパタイト多孔質焼結体は、空孔率70%であった。この測定は、アルキメデス法により行った。また、前記B/Aは、約100であった。
【0117】
3.骨形成治療デバイスの作製
組換えプラスミドを含有するリン酸緩衝液と、血管形成誘導因子である塩基性線維芽細胞増殖因子(bFGF)を含有するリン酸緩衝液と、ベクターである正荷電リポソーム(QIAGEN社製、「SuperFect」)を含有するリン酸緩衝液とを用意し、組換えプラスミドが10μg、塩基性線維芽細胞増殖因子(bFGF)1μg、正荷電リポソームが40μgとなるように、ハイドロキシアパタイト多孔質焼結体に含浸させた。
これにより、骨形成治療デバイスを得た。
【0118】
(実施例2)
前記実施例1と同様のハイドロキシアパタイト粉体と、非イオン性界面活性剤であるN,N−ジメチルドデシルアミンオキサイド(ライオン(株)製、「AROMOX」)とを、1%メチルセルロース(水溶性高分子)水溶液に混合した後、前記実施例1より激しく攪拌して、気泡を含有するペースト状混合物を得た。なお、N,N−ジメチルドデシルアミンオキサイドは、ペースト状混合物中に、2wt%となるよう添加した。
【0119】
かかるペースト状混合物を用いて、ハイドロキシアパタイト多孔質焼結体(基体)を製造した以外は、前記実施例1と同様にして、骨形成治療デバイスを作製した。
【0120】
なお、ハイドロキシアパタイト多孔質焼結体(基体)は、B/Aが約3、かつ、空孔率が85%であった。
【0121】
<評価>
1.評価実験
12羽の家兎(平均体重3.0kg)を用意した。各家兎には、それぞれ、次のような手術を施した。
【0122】
まず、家兎に対して、25mg/kgペントバルビタールナトリウム(アボットラボラトリー社製、「ネンブタ−ル」)を静脈内投与することにより麻酔した。
【0123】
次に、家兎の頭皮に切開を入れ、尾側を茎とする幅2.5cm×長さ3.0cmの皮弁として挙上した。
【0124】
次に、露出した骨膜に2〜3mmの切開を入れ、かかる部分に骨膜剥離子を当てて、直径約3mmの部分を剥離して頭蓋骨を露出させた。
【0125】
次に、露出した頭蓋骨の正中付近を、頭蓋骨穿頭器を用いて開頭し、硬膜は温存するように、その直上まで頭蓋骨を除去した後、完全に止血した。なお、頭蓋骨の厚さは約3mmであり、開頭部分の直径は約1.2cmとした。
【0126】
次に、開頭を行った家兎を6羽ずつの計2群に分け、第1群の各家兎には、それぞれ、実施例1の骨形成治療デバイスを、第2群の各家兎には、それぞれ、実施例2の骨形成治療デバイスを移植した後、皮弁を元の位置へ戻して縫合した。
【0127】
そして、手術が行われた各家兎を、それぞれ、個別のケージに入れて飼育した。
【0128】
2.評価結果
手術後9週目に全ての家兎を、前記同様の麻酔薬を過量投与することにより屠殺した。
【0129】
その後、頭蓋骨を直上の皮膚とともに一塊として切除し、採取した組織を直ちに10%中性緩衝ホルマリン液に浸して固定した後、ポリエステル樹脂に埋入した。次に、このポリエステル樹脂に埋入した組織を、厚さ50μmとなるように薄切研磨した後、cole−HE染色を行った。これにより、組織標本を得た。
【0130】
得られた各組織標本について、それぞれ、次のようにして骨形成率を測定した。すなわち、各組織標本を、それぞれ、デジタルカメラ(DP−12)付き実体顕微鏡システムSZX−12(オリンパス社製)で撮影した。
【0131】
その結果、第1群の6羽において、それぞれ、同様の骨形成のパターンが認められ、また、第2群の6羽において、それぞれ、同様の骨形成のパターンが認められた。
【0132】
図5に、第1群の組織標本の観察像(画像)の一例を、また、図6に、第2群の組織標本の観察像(画像)の一例を示す。
【0133】
これらの図に示すように、第1群、すなわち、実施例1の骨形成治療デバイスを移植した家兎では、骨形成が、ハイドロキシアパタイト多孔質焼結体の内部だけでなく、その鉛直下方の外表面付近においても進行する傾向を示し、一方、第2群、すなわち、実施例2の骨形成治療デバイスを移植した家兎では、骨形成が、骨形成治療デバイスの内部で優先的に進行する傾向を示した。
【0134】
このように、B/Aを適宜設定することにより、骨形成のパターンを制御し得ることが明らかとなった。
【0135】
また、基体として、ハイドロキシアパタイト多孔質焼結体に代わり、リン酸三カルシウム多孔質焼結体を用いて骨形成治療デバイスを作製して、前記と同様の評価実験を行った結果、前記とほぼ同様の評価結果が得られた。
【0136】
また、骨誘導因子として、各種ヒトBMP、各種ヒトBMPをコードする塩基配列を含む核酸、プロスタグランジン等の薬剤、あるいは、これらを任意に組み合わせて骨形成治療デバイスを作製して、前記と同様の評価実験を行った結果、前記実施例とほぼ同様の評価結果が得られた。
【0137】
また、血管形成誘導因子として、塩基性線維芽細胞増殖因子(bFGF)に代わり、血管内皮増殖因子(VEGF)または肝細胞増殖因子(HGF)、あるいは、これらを任意に組み合わせて骨形成治療デバイスを作製して、前記と同様の評価実験を行った結果、前記実施例とほぼ同様の評価結果が得られた。
【0138】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、骨形成のパターンを制御(コントロール)することができる。
【0139】
このため、目的に応じて、骨形成のパターンを制御することにより、それぞれに適した骨形成治療、すなわち、早期の骨形成治療が可能となる。
【0140】
また、本発明によれば、各種骨形成治療に際し、遊離骨移植を行う必要がなくなり、採骨部が不要となることから、より安全かつ確実で、合理的な手術が可能となる。
【0141】
このようなことから、手術時間や入院期間の短縮を図ることができ、トータルの医療コストの削減、治療クオリティーの向上、患者のQOLの向上を図ることができる。
【0142】
また、血管形成誘導因子を併用することにより、骨芽細胞の周囲に新生血管が活発に形成され、骨芽細胞が効率よく増殖して、その結果、より迅速な骨形成がなされる。
【0143】
また、核酸を保持するベクターを併用することにより、未分化間葉系細胞、炎症細胞、線維芽細胞のような骨形成に関与する細胞内への核酸の取り込みの効率が向上して、結果として、より迅速な骨形成がなされる。
【0144】
また、基体のB/Aの値をコントロールすることにより、例えば、各種骨誘導因子、各種ベクター、各種血管形成誘導因子等を、目的に応じて、基体の最適な箇所に、かつ、最適な量を担持(保持)させることができる。このような点からも、本発明の骨形成治療デバイスは、目的に適した骨形成治療、すなわち、早期の骨形成治療が可能となる。
【0145】
また、本発明の骨形成治療デバイスは、保存、取扱いや手術時の加工等が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】組換えプラスミドの一例を示す遺伝子地図である。
【図2】本発明における基体の縦断面を示す模式図である。
【図3】骨形成パターンの一例を示す模式図である。
【図4】骨形成パターンの一例を示す模式図である。
【図5】第1群の組織標本の観察像の一例を示す画像である。
【図6】第2群の組織標本の観察像の一例を示す画像である。
【符号の説明】
1 基体
1a 空孔
1b 外表面
2 新生骨
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an osteogenesis treatment device (osteogenesis control device).
[0002]
[Prior art]
In the medical field, research on so-called artificial bones, artificial skins, and artificial organs has attracted attention, and new challenges have been made from various viewpoints even in clinical settings. Also show a great extension.
[0003]
In particular, with regard to allogeneic transplantation, there is a problem that the state in which the demand greatly exceeds the supply chronically persists, and there is a problem such as unknown infectious disease.
[0004]
In order to avoid these problems, development of artificially produced artificial tissues and artificial organs is expected as an alternative to such transplantation of allogeneic tissues. In this regard, the same applies to bone grafts.
[0005]
Many researchers have elucidated the process of bone formation and repair, and in addition to discovering, identifying, and isolating osteoinductive factors, which are key to their control, it has become possible to generate osteoinductive factors by genetic engineering techniques. Knowledge of its mechanism of action has also been accumulated.
[0006]
As the osteoinductive factor, a bone morphogenetic protein (Bone Morphogenetic Protein: BMP) belonging to the super family of Transforming Growth Factor b (TGFb) has attracted many researchers' attention. This BMP is an active protein that acts on undifferentiated mesenchymal cells in subcutaneous tissue or muscle tissue, differentiates it into osteoblasts and chondroblasts, and forms bone or cartilage. Has been started.
[0007]
For example, Patent Document 1 discloses an implant material in which BMP itself or DNA encoding BMP is carried (applied) on a matrix material (substrate).
[0008]
This matrices material is usually formed corresponding to the shape of a transplant site such as a bone defect where the transplant material is transplanted. Then, at the implantation site, the matrix material becomes a site for bone formation.
[0009]
Here, in some cases, in order to achieve osteogenesis treatment at an early stage, it is preferable that osteogenesis inside the matrix material progresses preferentially, or osteogenesis near the outer surface of the matrix material. There are various cases where it is preferable to proceed with priority.
[0010]
However, it is difficult to control such a pattern of bone formation with conventional implant materials.
[0011]
[Patent Document 1]
Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-505097
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide an osteogenic treatment device capable of controlling an osteogenesis pattern.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
Such an object is achieved by the present invention described in the following (1) to (19).
[0014]
(1) An osteogenesis treatment device comprising: an osteoinductive factor; and a base made of a porous block having continuous pores in which adjacent pores communicate with each other,
When the area (average) of the boundary between adjacent holes in the substrate is A [μm 2 ] and the maximum cross-sectional area (average) of the holes is B [μm 2 ], the value of B / A An osteogenesis treatment device characterized in that a pattern of osteogenesis can be controlled according to the size.
Thereby, the pattern of bone formation can be controlled.
[0015]
(2) The bone formation treatment device according to (1), wherein two or more types of the bases having different values of the B / A are prepared, and these are selectively used.
This makes it possible to perform a bone formation treatment in accordance with the purpose.
[0016]
(3) In the first case where the value of B / A is less than 50, and in the second case where the value of B / A is 50 or more, the above (1) or (1) which can control the pattern of bone formation. The bone formation treatment device according to 2).
[0017]
Thus, for example, a bone formation pattern in which bone formation proceeds preferentially inside the base and a bone formation pattern in which bone formation proceeds preferentially on the outer surface of the base can be controlled.
[0018]
(4) The bone formation treatment device according to (3), wherein a difference between the B / A value in the first case and the B / A value in the second case is 30 or more.
[0019]
Thereby, the difference in the tendency of the bone formation pattern between the first case and the second case (according to the magnitude relationship between the values of B / A) can be further clarified.
[0020]
(5) The bone formation treatment device according to any of (1) to (4), wherein the osteoinductive factor is a nucleic acid containing a base sequence encoding a bone morphogenetic protein (BMP).
Thereby, more rapid bone formation can be promoted.
[0021]
(6) The bone formation treatment device according to (5), wherein the bone morphogenetic protein is at least one of BMP-2, BMP-4, and BMP-7.
[0022]
BMP-2, BMP-4, and BMP-7 are particularly excellent in inducing the differentiation of undifferentiated mesenchymal cells into osteoblasts.
[0023]
(7) The device for treating osteogenesis according to the above (5) or (6), wherein the nucleic acid contains a base sequence derived from an expression plasmid.
[0024]
Thereby, the expression efficiency of BMP in cells involved in bone formation, such as undifferentiated mesenchymal cells, inflammatory cells, and fibroblasts, can be extremely increased.
[0025]
(8) The device for treating osteogenesis according to any one of (5) to (7), wherein the nucleic acid is used in an amount of 1 to 100 μg per 1 mL of the volume of the substrate.
Thereby, more rapid bone formation can be promoted.
[0026]
(9) The device for treating osteogenesis according to any one of the above (5) to (8), comprising a vector retaining the nucleic acid.
[0027]
This further improves the efficiency of incorporation of the recombinant plasmid into cells involved in bone formation, and as a result, promotes faster bone formation.
[0028]
(10) The device for treating osteogenesis according to (9), wherein the vector is a non-virus-derived vector.
[0029]
As a result, a relatively large amount of nucleic acid can be easily and reliably supplied to the localized site, and higher safety of the patient can be ensured.
[0030]
(11) The device for treating osteogenesis according to (10), wherein the non-virus-derived vector is a liposome.
[0031]
Since liposomes are composed of components close to those of the cell membrane, binding (fusion) to the cell membrane is relatively easy and smooth, and nucleic acids such as undifferentiated mesenchymal cells, inflammatory cells, and fibroblasts The efficiency of uptake into cells involved in bone formation can be further improved.
[0032]
(12) The osteogenic treatment device according to (11), wherein the liposome is a positively charged liposome.
[0033]
Positively charged liposomes do not require an operation of encapsulating nucleic acids therein, and are therefore advantageous in shortening the time required for producing an osteogenic treatment device.
[0034]
(13) The osteogenesis treatment device according to any one of (9) to (12), wherein the mixing ratio of the vector and the nucleic acid is 1: 1 to 20: 1 by weight.
[0035]
In this way, the efficiency of incorporation of nucleic acids into cells involved in bone formation, such as undifferentiated mesenchymal cells, inflammatory cells, and fibroblasts, is sufficiently increased, while preventing cost increase and occurrence of cytotoxicity. be able to.
[0036]
(14) The osteogenesis treatment device according to any one of (1) to (13), further comprising an angiogenesis inducing factor.
This promotes faster bone formation.
[0037]
(15) The bone according to (14), wherein the angiogenesis-inducing factor is at least one of fibroblast growth factor (FGF), vascular endothelial growth factor (VEGF), and hepatocyte growth factor (HGF). Plastic therapy device.
[0038]
Since these devices are excellent in angiogenic ability, the resulting osteogenic treatment device has particularly high osteogenic ability.
[0039]
(16) The osteogenesis treatment device according to (14) or (15), wherein the compounding ratio of the angiogenesis-inducing factor and the osteoinductive factor is from 10: 1 to 1: 100 by weight.
[0040]
Thus, new blood vessels can be efficiently formed, and osteoblasts can be efficiently proliferated.
[0041]
(17) The bone formation treatment according to any one of (1) to (16), wherein the maximum cross-sectional area (average) B of the pore is 7.9 × 10 3 to 1.1 × 10 6 μm 2. device.
[0042]
This makes it possible to make the substrate a more suitable site for bone formation while suitably maintaining the mechanical strength of the substrate.
[0043]
(18) The bone formation treatment device according to any one of (1) to (17), wherein the porosity of the base is 30 to 95%.
[0044]
This makes it possible to make the substrate a more suitable site for bone formation while suitably maintaining the mechanical strength of the substrate.
[0045]
(19) The bone formation treatment device according to any one of (1) to (18), wherein the base is mainly composed of hydroxyapatite or tricalcium phosphate.
[0046]
Hydroxyapatite and tricalcium phosphate have particularly excellent biocompatibility because they have the same (approximate) composition, structure and physical properties as the inorganic main components of bone.
[0047]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the osteogenesis treatment device (osteogenesis control device) of the present invention will be described in detail.
[0048]
The osteogenesis treatment device of the present invention includes an osteoinductive factor and a substrate, and is implanted in a living body to perform osteogenesis treatment.
[0049]
Here, the term “osteogenesis” in the present specification includes both osteogenesis and chondrogenesis, and osteoblasts and chondroblasts (hereinafter, osteoblasts are representative of undifferentiated mesenchymal cells). ) Refers to osteogenesis and cartilage formation by inducing differentiation.
[0050]
The term “bone formation treatment” refers to preventing or treating a disease that requires formation or replacement of bone or cartilage tissue or improving symptoms in the medical and dental fields.
[0051]
In the following description, a nucleic acid containing a base sequence encoding a bone morphogenetic protein (BMP) will be described as a typical osteoinductive factor. Use of a nucleic acid containing a base sequence encoding BMP as an osteoinductive factor can promote more rapid bone formation.
[0052]
In addition, since a cDNA is usually used as a base sequence encoding BMP, the base sequence encoding BMP is hereinafter referred to as “BMP cDNA”.
[0053]
The BMP in the present invention is not particularly limited as long as it has an activity to promote bone formation by inducing differentiation of undifferentiated mesenchymal cells into osteoblasts, and is not particularly limited. , BMP-2, BMP-3, BMP-4, BMP-5, BMP-6, BMP-7, BMP-8, BMP-9, BMP-12 (or more, homodimers), or heterodimers of these BMPs Or a variant (ie, a protein having an amino acid sequence in which one or more amino acids have been deleted, substituted and / or added in the amino acid sequence of a naturally-occurring BMP, and having the same activity as a naturally-occurring BMP) And the like. Among these, BMP is particularly preferably at least one of BMP-2, BMP-4 and BMP-7. Since BMP-2, BMP-4, and BMP-7 are particularly excellent in inducing the differentiation of undifferentiated mesenchymal cells into osteoblasts, the resulting osteogenic treatment device has a particularly high osteogenic ability. Show.
[0054]
For this reason, the BMP cDNA used in the present invention may be any as long as it contains a base sequence capable of producing (expressing) various BMPs as described above. That is, as the BMP cDNA, the same as the nucleotide sequence encoding a naturally occurring BMP, or the nucleotide sequence in which one or more nucleotides are deleted, substituted and / or added in the nucleotide sequence encoding a naturally occurring BMP is used. Can be used. These may be used alone or in combination of two or more.
[0055]
Such a BMP cDNA can be obtained, for example, according to the method described in JP-A-2-500241, JP-A-3-503649, JP-A-3-505098, and the like.
[0056]
Further, such a nucleic acid preferably contains a base sequence derived from an expression plasmid, that is, a nucleic acid in which BMP cDNA has been incorporated (introduced) into the expression plasmid.
[0057]
Hereinafter, the one in which BMP cDNA has been incorporated into an expression plasmid is referred to as a “recombinant plasmid”, and this recombinant plasmid will be described as a representative nucleic acid containing a base sequence encoding BMP cDNA.
[0058]
By using such a recombinant plasmid, undifferentiated mesenchymal cells, inflammatory cells, fibroblasts, and the like incorporating the recombinant plasmid (hereinafter, these are collectively referred to as "cells involved in bone formation"). BMP expression efficiency can be extremely high.
[0059]
The expression plasmid can be selected from those widely used in the field of genetic recombination engineering technology. For example, one or a combination of two or more of pCAH, pSC101, pBR322, and pUC18 can be used.
[0060]
In addition, a base sequence (DNA fragment) that appropriately controls BMP expression can be appropriately introduced into this recombinant plasmid.
[0061]
Known methods can be used for incorporating various base sequences including BMP cDNA into the expression plasmid.
[0062]
Here, FIG. 1 shows an example of a recombinant plasmid (chimeric DNA).
The recombinant plasmid shown in FIG. 1 is obtained by introducing BMP-2 cDNA into pCAH which is an expression plasmid.
[0063]
This recombinant plasmid contains a DNA fragment showing resistance to Amp (ampicillin), a DNA fragment containing an enhancer promoter derived from cytomegalovirus (CMV), and an SV40-derived DNA downstream of BMP-2 cDNA. And a DNA fragment containing a transcription termination signal.
[0064]
The amount of the recombinant plasmid (nucleic acid) to be used is not particularly limited, but is preferably about 1 to 100 μg, more preferably about 10 to 70 μg per 1 mL of the volume of the substrate described below. If the amount of the recombinant plasmid used is too small, rapid bone formation may not be promoted. On the other hand, even if the amount of the recombinant plasmid used exceeds the upper limit, no further increase in the effect can be expected.
[0065]
Further, the osteogenesis treatment device of the present invention has a base made of a porous block (for example, a sintered body). This substrate serves as a field for bone formation by osteoblasts differentiated from undifferentiated mesenchymal cells.
[0066]
This porous block body has continuous pores communicating with each other, instead of closed pores in which adjacent pores are closed.
[0067]
FIG. 2 is a schematic view showing a vertical cross section of the base according to the present invention, and FIGS. 3 and 4 are schematic views each showing an example of a bone formation pattern. The symbol “2” in FIGS. 3 and 4 indicates a new bone.
[0068]
In view of the above problems, the present inventor has conducted extensive studies, and as a result, has found that by appropriately setting the internal shape (void shape) of the base, the pattern of bone formation is different.
[0069]
Further, as a result of the research, as shown in FIG. 2, the present inventor sets the area (average) of the boundary portion between adjacent holes 1a of the substrate 1 to A [μm 2 ], and Assuming that the maximum cross-sectional area (average) is B [μm 2 ], it has been found that the bone formation pattern as described above largely depends on the value of B / A.
[0070]
The present invention has been made based on these findings. That is, the present invention is characterized in that a bone formation pattern can be controlled according to the magnitude of the value of B / A.
[0071]
For example, in the first case where the value of B / A is less than 50 and in the second case where the value of B / A is 50 or more, the pattern of bone formation shows the following tendency.
[0072]
Specifically, when the value of B / A is less than 50, in other words, the area (average) A of the boundary between the adjacent holes 1a is larger than the maximum cross-sectional area (average) B of the holes 1a. When the size is relatively large, the new bone 2 tends to be preferentially formed inside the base 1 as shown in FIG. It is presumed that this is because, when A is large, cells involved in bone formation are smoothly moved between adjacent holes 1a.
[0073]
In this case, the cells involved in bone formation move (diffuse) so as to deviate (leave) after sufficiently filling the pores 1a, and as shown in FIG. It will be formed corresponding to the shape of the base 1.
[0074]
On the other hand, when the value of B / A is 50 or more, in other words, the area (average) A of the boundary between the adjacent holes 1a is relatively larger than the maximum cross-sectional area (average) B of the holes 1a. When small, the new bone 2 tends to be formed not only inside the base 1 but also around its outer surface 1b (particularly, the outer surface 1b vertically below the base 1) as shown in FIG. This is presumed to be due to the fact that cells involved in osteogenesis infiltrate into the inside of the substrate 1 due to the small A.
[0075]
Such a value of B / A between the first case and the second case is preferably as good as possible, and the difference is preferably 30 or more, and more preferably 40 or more. Thereby, the difference in the tendency of the bone formation pattern between the first case and the second case (according to the magnitude relationship between the values of B / A) can be further clarified.
[0076]
Specifically, the value of B / A in the first case is preferably about 2 to 6, and the value of B / A in the second case is preferably about 50 to 150. Thereby, the tendency of the pattern of bone formation becomes even more remarkable, and the difference in the tendency of the pattern of bone formation between the first case and the second case (according to the magnitude relationship of the value of B / A) is determined. Can be particularly clear.
[0077]
For this reason, according to the present invention, two or more types of substrates 1 having different B / A values are prepared according to the purpose (for example, case, treatment site, treatment purpose, etc.), and these are selectively used. In this case, a suitable bone formation treatment, that is, an early bone formation treatment can be performed. Thereby, the QOL of the patient can be improved.
[0078]
The maximum cross-sectional area (average) B of the pore is preferably about 7.9 × 10 3 to 1.1 × 10 6 μm 2 , and 1.8 × 10 4 to 7.9 × 10 5 μm 2. More preferably, it is about When the maximum cross-sectional area (average) B of the pores is converted into an average pore diameter, the value is 100 to 1200 μm (preferably 150 to 1000 μm). By setting the maximum cross-sectional area (average) B of the pores in the above range, it is possible to maintain the mechanical strength of the base suitably, and to make the base a more suitable site for bone formation.
[0079]
Further, the porosity of the substrate is not particularly limited, but is preferably about 30 to 95%, more preferably about 55 to 90%. By setting the porosity within the above range, the base can be a more suitable site for bone formation while suitably maintaining the mechanical strength of the base.
[0080]
The constituent material of the substrate is not particularly limited as long as it has biocompatibility, and examples thereof include, for example, hydroxyapatite, fluorapatite, carbonate apatite, dicalcium phosphate, tricalcium phosphate, and tetracalcium phosphate. Calcium phosphate compounds such as octacalcium phosphate, ceramic materials such as alumina, titania, zirconia, and yttria, various metal materials such as titanium or titanium alloy, stainless steel, Co-Cr alloy, and Ni-Ti alloy. And one or more of these can be used in combination.
[0081]
Among these, as a constituent material of the base, a ceramic material (so-called bioceramic) such as a calcium phosphate compound, alumina, or zirconia is preferable, and particularly, a material mainly containing hydroxyapatite or tricalcium phosphate is preferable.
[0082]
Hydroxyapatite and tricalcium phosphate have particularly excellent biocompatibility because they have the same (approximate) composition, structure, and properties as the inorganic main components of bone. In addition, since the liposome has both positive and negative charges, particularly when a liposome is used as a vector (this point will be described in detail later), the liposome can be stably supported on the substrate for a long time. . As a result, the recombinant plasmid (nucleic acid) adsorbed or encapsulated in the liposome is stably retained on the substrate for a long time, and contributes to more rapid bone formation. In addition, since it has a high affinity for osteoblasts, it is preferable for maintaining new bone.
[0083]
Such a substrate can be produced (manufactured) by various methods. As an example, a case in which a porous block made of a ceramic material is produced as a substrate will be described. For example, such a porous block is dried by stirring and foaming a ceramic slurry containing a water-soluble polymer. It can be manufactured by obtaining a molded body in a shape corresponding to a transplantation site such as a bone defect part by a general-purpose processing machine such as a machining center, and sintering (firing) the molded body.
[0084]
In such a method for producing a substrate, for example, conditions for synthesizing the raw material powder (primary particle size, primary particle dispersion state, etc.), conditions for the raw material powder (average particle size, presence or absence of calcination, presence or absence of pulverization treatment) Etc.), the conditions of the stirring and foaming (type of surfactant, stirring power for stirring the slurry, etc.), firing conditions (firing atmosphere, firing temperature, etc.), etc. are appropriately set, so that the value of B / A is desired. Can be set to For example, when the firing temperature is increased, diffusion between the raw material powders is promoted, and the value of A tends to decrease and the value of B / A tends to increase.
[0085]
In particular, since the conditions of the raw material powder and the conditions of stirring and foaming greatly affect the value of B / A, it is preferable to control these conditions more strictly.
[0086]
Note that various conditions for obtaining the target value of B / A can be experimentally obtained.
[0087]
The bone formation treatment device as described above can be produced (manufactured) by bringing a recombinant plasmid (nucleic acid) into contact with a substrate. Specifically, the osteogenic treatment device is easily manufactured by, for example, supplying a liquid (solution or suspension) containing the recombinant plasmid to the substrate, or immersing the substrate in the liquid. be able to.
[0088]
Further, for example, an osteogenesis treatment device can be produced by molding a kneaded product obtained by kneading a powdery, granular, or pellet-like precursor of a substrate, a binder, and a liquid as described above.
[0089]
When such an osteogenesis treatment device is implanted (applied) at a transplant site such as a bone defect, cells involved in osteogenesis existing near the osteogenesis treatment device will have a recombinant plasmid ( Nucleic acid). In these cells, BMP is produced sequentially using the recombinant plasmid as a template, and the BMP induces the differentiation of undifferentiated mesenchymal cells into osteoblasts, and as a result, bone formation proceeds. In addition, this bone formation progresses rapidly with different bone formation patterns depending on the magnitude of the B / A value.
[0090]
Further, such an osteogenic treatment device preferably contains a vector and an angiogenesis-inducing factor. Inclusion of these in the osteogenic treatment device promotes more rapid bone formation. The osteogenesis treatment device preferably includes either one, and more preferably includes both.
[0091]
Hereinafter, the vector and the angiogenesis-inducing factor will be described in detail.
[0092]
The vector has a function of retaining a recombinant plasmid (nucleic acid) and promoting uptake of the recombinant plasmid into cells involved in bone formation. By using the vector, the efficiency of incorporation of the recombinant plasmid into cells involved in bone formation is further improved, and as a result, more rapid bone formation is promoted.
[0093]
As the vector, any of non-virus-derived vectors (that is, non-virus-derived vectors), adenovirus vectors, and virus-derived vectors such as retrovirus vectors may be used, but non-virus-derived vectors are preferably used. . By using a non-viral-derived vector, a relatively large amount of a recombinant plasmid can be easily and reliably supplied to a localized site, and higher safety of a patient is ensured because no infection occurs. There is also the advantage that it can be done. Furthermore, a method using a non-virus-derived vector, such as an ex vivo method using a virus vector or a cell, involves an operation of introducing a nucleic acid into a virus vector or a cell, and an operation of growing a virus vector or a cell into which the nucleic acid has been introduced. In contrast to the necessity, these operations are not required, which is excellent in that time and labor can be reduced.
[0094]
Various vectors can be used as the non-virus-derived vector, but liposomes (lipid membranes) are preferably used. Since liposomes are composed of components close to those of the cell membrane, binding (fusion) to the cell membrane is relatively easy and smooth. For this reason, the efficiency of incorporation of the recombinant plasmid into cells involved in bone formation can be further improved.
[0095]
As the liposome, for example, a positively charged liposome having a surface on which the recombinant plasmid is adsorbed, a negatively charged liposome having a structure in which the recombinant plasmid is encapsulated therein, and the like can be used. These liposomes can be used alone or in combination.
[0096]
Positively charged liposomes mainly contain, for example, polycationic lipids such as DOSPA (2,3-dioleoxy-N- [2 (sperminecarboxamido) ethyl] -N, N-dimethyl-1-propanaminium trifluoroacetate). As the positively charged liposome, for example, a commercially available product such as “SuperFect” manufactured by QIAGEN can be used.
[0097]
On the other hand, negatively charged liposomes are, for example, phospholipids such as 3-sn-phosphatidylcholine, 3-sn-phosphatidylserine, 3-sn-phosphatidylethanolamine, 3-sn-phosphatidylethanolamine, or derivatives thereof. Mainly.
[0098]
In addition, an additive for stabilizing a lipid membrane such as cholesterol may be added to these liposomes.
[0099]
In addition, it is particularly preferable to use a positively charged liposome as the liposome. Positively charged liposomes do not require an operation of enclosing the recombinant plasmid therein, and thus are advantageous in shortening the time required for producing an osteogenic treatment device.
[0100]
The amount of the vector to be used is appropriately set depending on the type and the like, and is not particularly limited. The mixing ratio between the vector and the recombinant plasmid (nucleic acid) is preferably about 1: 1 to 20: 1 by weight, More preferably, it is about 2: 1 to 10: 1. If the amount of the vector used is too small, the efficiency of incorporation of the recombinant plasmid into cells involved in bone formation may not be sufficiently increased depending on the type of the vector and the like. On the other hand, if the amount of the vector to be used is increased beyond the upper limit, not only the effect cannot be further increased but also cytotoxicity may occur. In addition, the cost is undesirably increased.
[0101]
An angiogenesis-inducing factor acts on cells involved in angiogenesis (eg, vascular skin cells) to promote the formation of new blood vessels. By using this angiogenesis-inducing factor, new blood vessels are formed around osteoblasts. As a result, various substrates necessary for cell construction (formation) are supplied to the osteoblasts, so that the osteoblasts can proliferate efficiently. As a result, bone formation can be further promoted.
[0102]
The angiogenesis-inducing factor in the present invention is not particularly limited as long as it can promote angiogenesis, and examples thereof include, but are not limited to, basic fibroblast growth factor (bFGF) and vascular endothelial growth factor (bFGF). Vascular Endothelial Growth Factor: VEGF, Hepatocyte Growth Factor (HGF), Granulocyte Macrophage Colony Stimulating Gastrointegrative Factor-Granocyte Cytometry G-CSF), macrophage colony stimulating factor (Ma Rophage-Colony Stimulating Factor: M-CSF, Stem Cell Factor (Stem Cell Factor: SCF), Angiopoietin-1, Angiopoietin-2, Angiopoietin amide, protein analog E (prostaglandin E 1 , prostaglandin E 2 , prostaglandin E 3 ), proline derivatives, cyclic AMP derivatives such as dibutyl cyclic AMP (dBcAMP), and one of these. Alternatively, two or more kinds can be used in combination. Among these, the angiogenesis-inducing factor is particularly preferably at least one of basic fibroblast growth factor (bFGF), vascular endothelial growth factor (VEGF), and hepatocyte growth factor (HGF). . Since these devices are excellent in angiogenic ability, the resulting osteogenic treatment device has particularly high osteogenic ability.
[0103]
The amount of the angiogenesis-inducing factor to be used is appropriately set depending on the type and the like, and is not particularly limited. And more preferably about 1: 1 to 1: 100. If the amount of the angiogenesis-inducing factor used is too small, new blood vessels may not be efficiently formed depending on the type of the angiogenesis-inducing factor or the like, and osteoblasts may not be sufficiently proliferated. On the other hand, even if the amount of the angiogenesis-inducing factor used exceeds the upper limit, no further increase in the effect can be expected.
[0104]
The preferred embodiment of the osteogenic treatment device of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to this.
[0105]
In the above embodiment, as the nucleic acid containing the nucleotide sequence encoding the bone morphogenetic protein (BMP), a recombinant plasmid in which BMP cDNA was incorporated into an expression plasmid was described as a representative example. The nucleic acid to be contained may be, for example, BMP cDNA (which is not incorporated into an expression plasmid), BMP mRNA, or a product obtained by adding an arbitrary base thereto.
[0106]
Further, as the osteoinductive factor, a nucleic acid containing a base sequence encoding a bone morphogenetic protein (BMP) has been described as a representative, but the osteoinductive factor in the present invention includes the above-mentioned BMP itself and the like.
[0107]
【Example】
Next, specific examples of the present invention will be described.
[0108]
(Example 1)
1. Preparation of Recombinant Plasmid By a known method, human BMP-2 cDNA (base sequence encoding human BMP-2) and a desired base sequence were incorporated into an expression plasmid, and the recombinant plasmid as shown in FIG. Got.
Then, this recombinant plasmid was propagated as follows.
[0109]
First, at room temperature, the recombinant plasmid was added to 200 µL of a suspension of DH5α (Competent Bacteria).
Next, this mixture was added to LB agar medium and cultured at 37 ° C. for 12 hours.
[0110]
Next, after the completion of the culture, a relatively large colony was selected from the colonies grown on the LB agar medium, transplanted to an LB agar medium containing Amp (ampicillin), and further cultured at 37 ° C. for 12 hours. .
[0111]
Thereafter, the cell membrane of DH5α grown on the LB agar medium containing Amp was disrupted, and the recombinant plasmid was purified and separated from the solution.
[0112]
2. Production of hydroxyapatite porous sintered body (substrate) Hydroxyapatite was synthesized by a known wet synthesis method to obtain a hydroxyapatite slurry.
[0113]
This hydroxyapatite slurry was spray-dried to obtain a powder having an average particle size of about 15 μm. Thereafter, the powder was calcined at 700 ° C. for 2 hours, and then pulverized to a mean particle size of about 12 μm using a general-purpose pulverizer. The pulverized hydroxyapatite powder was mixed with a 1% aqueous solution of methylcellulose (water-soluble polymer) and then stirred to obtain a paste-like mixture containing bubbles. The hydroxyapatite powder and the aqueous methylcellulose solution were mixed at a weight ratio of 5: 6.
[0114]
This paste-like kneaded product was put in a mold, and dried at 80 ° C. to gel the water-soluble polymer to produce a molded product. The formed body was processed into a disk having a diameter of 10 mm and a thickness of 3 mm (volume: about 0.24 mL) using a processing machine such as a general-purpose lathe.
[0115]
The disc-shaped compact was fired at 1200 ° C. in the air for 2 hours to obtain a hydroxyapatite porous sintered body.
[0116]
The porosity of the porous hydroxyapatite sintered body was 70%. This measurement was performed by the Archimedes method. The B / A was about 100.
[0117]
3. Preparation of a device for treatment of osteogenesis A phosphate buffer containing a recombinant plasmid, a phosphate buffer containing a basic fibroblast growth factor (bFGF) which is an angiogenesis inducing factor, and a positively charged liposome (a vector) A phosphate buffer solution containing “SuperFect” manufactured by QIAGEN Co., Ltd.) was prepared. The porous sintered body was impregnated.
Thus, an osteogenic treatment device was obtained.
[0118]
(Example 2)
The same hydroxyapatite powder as in Example 1 and N, N-dimethyldodecylamine oxide (“AROMOX” manufactured by Lion Corporation) as a nonionic surfactant were mixed with 1% methylcellulose (water-soluble (Molecule) After mixing with the aqueous solution, the mixture was vigorously stirred as in Example 1 to obtain a paste-like mixture containing bubbles. Note that N, N-dimethyldodecylamine oxide was added to the paste-like mixture so as to be 2 wt%.
[0119]
An osteogenic treatment device was produced in the same manner as in Example 1 except that a porous hydroxyapatite sintered body (substrate) was produced using the paste-like mixture.
[0120]
The hydroxyapatite porous sintered body (substrate) had a B / A of about 3 and a porosity of 85%.
[0121]
<Evaluation>
1. Evaluation Experiment Twelve rabbits (average body weight: 3.0 kg) were prepared. The following operations were performed on each rabbit.
[0122]
First, rabbits were anesthetized by intravenously administering 25 mg / kg sodium pentobarbital (manufactured by Abbott Laboratories, "Nembutal").
[0123]
Next, an incision was made in the scalp of the rabbit, and the rabbit was raised as a flap having a width of 2.5 cm and a length of 3.0 cm with the stem on the tail side.
[0124]
Next, a 2-3 mm incision was made in the exposed periosteum, a periosteal exfoliator was applied to such a portion, and a portion having a diameter of about 3 mm was peeled to expose the skull.
[0125]
Next, the exposed median skull was opened near the median using a skull perforator, and the skull was removed immediately above the dura so as to preserve the dura, followed by complete hemostasis. The thickness of the skull was about 3 mm, and the diameter of the craniotomy was about 1.2 cm.
[0126]
Next, the head-opened rabbits were divided into a total of two groups of six rabbits, and each of the rabbits of the first group was applied with the osteogenesis treatment device of Example 1 to each of the rabbits of the second group. After implanting the osteogenic treatment device of Example 2, the flaps were returned to their original positions and sutured.
[0127]
Then, each rabbit subjected to the operation was bred in an individual cage.
[0128]
2. Evaluation results Nine weeks after the operation, all rabbits were sacrificed by overdose of the same anesthetic as described above.
[0129]
Thereafter, the skull was excised as a lump together with the skin directly above, and the collected tissue was immediately immersed and fixed in 10% neutral buffered formalin solution, and then embedded in a polyester resin. Next, the tissue embedded in the polyester resin was sliced and polished to a thickness of 50 μm, and then subjected to cole-HE staining. Thus, a tissue specimen was obtained.
[0130]
The bone formation rate of each of the obtained tissue specimens was measured as follows. That is, each tissue specimen was photographed with a stereo microscope system SZX-12 (manufactured by Olympus Corporation) equipped with a digital camera (DP-12).
[0131]
As a result, a similar bone formation pattern was observed in each of the six birds in the first group, and a similar bone formation pattern was observed in each of the six birds in the second group.
[0132]
FIG. 5 shows an example of an observation image (image) of the first group of tissue specimens, and FIG. 6 shows an example of an observation image (image) of the second group of tissue specimens.
[0133]
As shown in these figures, in the first group, that is, in the rabbit to which the osteogenesis treatment device of Example 1 was implanted, the bone formation was caused not only inside the porous hydroxyapatite sintered body but also vertically below the porous hydroxyapatite sintered body. In the second group, ie, rabbits transplanted with the osteogenesis treatment device of Example 2, bone formation preferentially progresses inside the osteogenesis treatment device. Showed a trend.
[0134]
Thus, it has become clear that the pattern of bone formation can be controlled by appropriately setting B / A.
[0135]
Further, instead of the hydroxyapatite porous sintered body as a substrate, a bone formation treatment device was prepared using a tricalcium phosphate porous sintered body, and the same evaluation experiment was performed as a result. Similar evaluation results were obtained.
[0136]
Further, as an osteoinductive factor, various human BMPs, nucleic acids containing nucleotide sequences encoding various human BMPs, drugs such as prostaglandins, or any combination thereof to produce an osteogenic treatment device, and the same as above As a result of the evaluation experiment, almost the same evaluation results as in the above example were obtained.
[0137]
In addition, as an angiogenesis-inducing factor, instead of basic fibroblast growth factor (bFGF), vascular endothelial growth factor (VEGF) or hepatocyte growth factor (HGF), or any combination thereof, to provide an osteogenesis treatment device. As a result of performing the same evaluation experiment as described above, almost the same evaluation results as in the above-described example were obtained.
[0138]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a pattern of bone formation can be controlled.
[0139]
Therefore, by controlling the pattern of osteogenesis according to the purpose, osteogenesis treatment suitable for each, that is, early osteogenesis treatment can be performed.
[0140]
Further, according to the present invention, it is not necessary to perform a free bone transplantation in various osteogenesis treatments, and a bone collecting part is not required, so that safer, more reliable and rational surgery can be performed.
[0141]
For this reason, it is possible to reduce the operation time and hospitalization period, to reduce the total medical cost, improve the quality of treatment, and improve the QOL of the patient.
[0142]
In addition, by using the angiogenesis-inducing factor together, new blood vessels are actively formed around the osteoblasts, and the osteoblasts are efficiently proliferated. As a result, more rapid bone formation is achieved.
[0143]
In addition, by using a vector holding a nucleic acid in combination, the efficiency of uptake of the nucleic acid into cells involved in bone formation such as undifferentiated mesenchymal cells, inflammatory cells, and fibroblasts is improved. More rapid bone formation.
[0144]
Further, by controlling the value of B / A of the substrate, for example, various osteoinductive factors, various vectors, various angiogenesis inducing factors, etc. can be added to the optimal site of the substrate according to the purpose and in the optimal amount. Can be carried (held). From such a point, the osteogenesis treatment device of the present invention enables osteogenesis treatment suitable for the purpose, that is, early osteogenesis treatment.
[0145]
Further, the osteogenic treatment device of the present invention is easy to store, handle, and process during surgery.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a genetic map showing an example of a recombinant plasmid.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a vertical cross section of a base in the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a bone formation pattern.
FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a bone formation pattern.
FIG. 5 is an image showing an example of an observation image of a tissue specimen of the first group.
FIG. 6 is an image showing an example of an observation image of a tissue specimen of the second group.
[Explanation of symbols]
1 Base 1a Void 1b Outer surface 2 New bone

Claims (19)

骨誘導因子と、隣接する空孔同士が連通する連続空孔を有する多孔質ブロック体で構成された基体とを含む骨形成治療デバイスであって、
前記基体の隣接する空孔同士の境界部の面積(平均)をA[μm]とし、前記空孔の最大断面積(平均)をB[μm]としたとき、B/Aの値の大小に応じて、骨形成のパターンを制御し得ることを特徴とする骨形成治療デバイス。
An osteoinductive treatment device comprising an osteoinductive factor and a base formed of a porous block having continuous pores in which adjacent pores communicate with each other,
When the area (average) of the boundary between adjacent holes in the substrate is A [μm 2 ] and the maximum cross-sectional area (average) of the holes is B [μm 2 ], the value of B / A An osteogenesis treatment device characterized in that a pattern of osteogenesis can be controlled according to the size.
前記B/Aの値の異なる2種以上の前記基体を用意し、これらを選択的に使用する請求項1に記載の骨形成治療デバイス。The osteogenesis treatment device according to claim 1, wherein two or more types of bases having different values of B / A are prepared, and these are selectively used. 前記B/Aの値が50未満の第1の場合と、前記B/Aの値が50以上の第2の場合とで、骨形成のパターンを制御し得る請求項1または2に記載の骨形成治療デバイス。The bone according to claim 1, wherein a bone formation pattern can be controlled in a first case where the B / A value is less than 50 and in a second case where the B / A value is 50 or more. 4. Plastic therapy device. 前記第1の場合の前記B/Aの値と、前記第2の場合の前記B/Aの値との差は、30以上である請求項3に記載の骨形成治療デバイス。The osteogenesis treatment device according to claim 3, wherein a difference between the B / A value in the first case and the B / A value in the second case is 30 or more. 前記骨誘導因子は、骨形態形成タンパク質(BMP)をコードする塩基配列を含む核酸である請求項1ないし4のいずれかに記載の骨形成治療デバイス。The osteogenesis treatment device according to any one of claims 1 to 4, wherein the osteoinductive factor is a nucleic acid containing a base sequence encoding a bone morphogenetic protein (BMP). 前記骨形態形成タンパク質は、BMP−2、BMP−4、BMP−7のうちの少なくとも1種である請求項5に記載の骨形成治療デバイス。The device according to claim 5, wherein the bone morphogenetic protein is at least one of BMP-2, BMP-4, and BMP-7. 前記核酸は、発現プラスミド由来の塩基配列を含む請求項5または6に記載の骨形成治療デバイス。The osteogenesis treatment device according to claim 5, wherein the nucleic acid includes a base sequence derived from an expression plasmid. 前記核酸を、前記基体の体積1mLあたり1〜100μgとなるよう用いる請求項5ないし7のいずれかに記載の骨形成治療デバイス。The device according to any one of claims 5 to 7, wherein the nucleic acid is used in an amount of 1 to 100 µg per 1 mL of the volume of the substrate. 前記核酸を保持するベクターを含む請求項5ないし8のいずれかに記載の骨形成治療デバイス。The osteogenesis treatment device according to any one of claims 5 to 8, comprising a vector holding the nucleic acid. 前記ベクターは、非ウィルス由来のベクターである請求項9に記載の骨形成治療デバイス。The osteogenic treatment device according to claim 9, wherein the vector is a non-virus-derived vector. 前記非ウィルス由来のベクターは、リポソームである請求項10に記載の骨形成治療デバイス。The osteogenic treatment device according to claim 10, wherein the non-virus-derived vector is a liposome. 前記リポソームは、正荷電リポソームである請求項11に記載の骨形成治療デバイス。The device according to claim 11, wherein the liposome is a positively charged liposome. 前記ベクターと前記核酸との配合比は、重量比で1:1〜20:1である請求項9ないし12のいずれかに記載の骨形成治療デバイス。The bone formation treatment device according to any one of claims 9 to 12, wherein a mixing ratio of the vector and the nucleic acid is 1: 1 to 20: 1 by weight. 血管形成誘導因子を含む請求項1ないし13のいずれかに記載の骨形成治療デバイス。The bone formation treatment device according to any one of claims 1 to 13, further comprising an angiogenesis-inducing factor. 前記血管形成誘導因子は、繊維芽細胞増殖因子(FGF)、血管内皮増殖因子(VEGF)、肝細胞増殖因子(HGF)のうちの少なくとも1種である請求項14に記載の骨形成治療デバイス。The osteogenic treatment device according to claim 14, wherein the angiogenesis-inducing factor is at least one of fibroblast growth factor (FGF), vascular endothelial growth factor (VEGF), and hepatocyte growth factor (HGF). 前記血管形成誘導因子と前記骨誘導因子との配合比は、重量比で10:1〜1:100である請求項14または15に記載の骨形成治療デバイス。The osteogenesis treatment device according to claim 14 or 15, wherein a compounding ratio of the angiogenesis-inducing factor and the osteoinductive factor is from 10: 1 to 1: 100 by weight. 前記空孔の最大断面積(平均)Bは、7.9×10〜1.1×10μmである請求項1ないし16のいずれかに記載の骨形成治療デバイス。The maximum cross-sectional area of the holes (average) B is, 7.9 × 10 3 ~1.1 claims 1 a × 10 6 μm 2 to 16 osteogenic treatment device according to any one of. 前記基体の空孔率は、30〜95%である請求項1ないし17のいずれかに記載の骨形成治療デバイス。The osteogenesis treatment device according to any one of claims 1 to 17, wherein the porosity of the base is 30 to 95%. 前記基体は、ハイドロキシアパタイトまたはリン酸三カルシウムを主としてなるものである請求項1ないし18のいずれかに記載の骨形成治療デバイス。19. The bone formation treatment device according to claim 1, wherein the base is mainly composed of hydroxyapatite or tricalcium phosphate.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005089810A1 (en) * 2004-03-22 2005-09-29 Kansai Technology Licensing Organization Co., Ltd. Method of inducing bone by transferring human osteogenetic factor gene with the use of electroporation method
JP2009508631A (en) * 2005-09-20 2009-03-05 ザ・リージェンツ・オブ・ザ・ユニバーシティ・オブ・カリフォルニア Method for regenerating hydrophilic and bone-compatible surface of implant

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005089810A1 (en) * 2004-03-22 2005-09-29 Kansai Technology Licensing Organization Co., Ltd. Method of inducing bone by transferring human osteogenetic factor gene with the use of electroporation method
JP2009508631A (en) * 2005-09-20 2009-03-05 ザ・リージェンツ・オブ・ザ・ユニバーシティ・オブ・カリフォルニア Method for regenerating hydrophilic and bone-compatible surface of implant

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