JP2004261511A

JP2004261511A - 生体組織補填材および生体組織補填体

Info

Publication number: JP2004261511A
Application number: JP2003057253A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Sadamori; 克也貞森; Hiroshi Fukuda; 宏福田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2003-03-04
Filing date: 2003-03-04
Publication date: 2004-09-24

Abstract

【課題】比較的大きな欠損部に補填されても、細胞を健全に成長させ、均一かつ十分なリモデリングを可能とする。
【解決手段】容器状の補填材片２と、その内部に充填される顆粒状の補填材片３とからなり、これら補填材片２，３が、生体に適合した材料により構成されている生体組織補填材１を提供する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、生体組織補填材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、骨腫瘍摘出や外傷等により生じた骨の欠損部に、骨補填材を補填することにより、骨を再生させて欠損部を修復することが可能になってきている。骨補填材としては、ハイドロキシアパタイト（ＨＡＰ）やリン酸三カルシウム（ＴＣＰ）が知られているが、体内に異物を残さないとする考え方から、例えば、β−ＴＣＰのようなリン酸カルシウム多孔体からなる足場材が使用される。β−ＴＣＰを骨欠損部の骨細胞に接触させておくと、破骨細胞がβ−ＴＣＰを食べ、骨芽細胞が新しい骨を形成する、いわゆるリモデリングが行われる。すなわち、骨欠損部に補填された骨補填材は、経時的に自家骨に置換されていくことになる。
【０００３】
一方、術後の骨欠損部の修復速度を高めるために、患者から採取した骨髄間葉系細胞を骨補填材とともに培養することにより製造される培養骨を使用することが提案されている。培養されることにより骨補填材を足場にして増殖した多くの骨髄間葉系細胞を含む培養骨を骨欠損部に補填するので、手術後に体内で細胞を増殖させる方法と比較すると、自家骨に置換されるまでの日数を大幅に短縮することができる（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００４】
このような培養骨は、一般に、患者から採取した骨髄細胞をフラスコ内で一次培養して必要細胞数まで増加させた後に、トリプシンのような蛋白質分解酵素を用いて細胞をフラスコから剥離する。そして、これを骨補填材に付着させて骨形成培地内に留置して二次培養を行うことにより製造される（例えば、非特許文献２参照。）。
【０００５】
【非特許文献１】
植村他２名，「生分解性β−ＴＣＰ多孔材料を用いた骨におけるティッシュエンジニアリング−生体内で強度を増す新しい材料オスフェリオン−」，メディカル朝日，朝日新聞社，２００１年１０月１日，第３０巻，第１０号，ｐ．４６−４９
【非特許文献２】
吉川，「骨髄間葉系細胞による培養真皮、培養骨−骨髄間葉系細胞による再生医療−」，バイオインダストリー，株式会社シーエムシー出版，２００１年，第１８巻，第７号，ｐ．４６−５３
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
骨補填材のような生体組織補填材は、一般に、顆粒状またはブロック状に形成されており、補填すべき生体組織の欠損部の大きさに適合する大きさのものが選択される。したがって、特に、補填すべき欠損部が大きい場合には、比較的大きなブロック状の生体組織補填材が使用される。
しかしながら、生体組織補填材が大きくなると、外面に播種された細胞が内部まで浸透せず、その結果、生体組織の欠損部内に補填されても、十分なリモデリングが行われない不都合が考えられる。
【０００７】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、比較的大きな欠損部に補填されても、細胞を健全に成長させ、均一かつ十分なリモデリングを行うことができる生体組織補填材および生体組織補填体を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は、以下の手段を提供する。
請求項１に係る発明は、容器状の補填材片と、その内部に充填される顆粒状の補填材片とからなり、これら補填材片が、生体に適合した材料により構成されている生体組織補填材を提供する。
この発明によれば、容器状の補填材片内に顆粒状の補填材片が充填されているので、全体として比較的大きな生体組織欠損部に補填可能な比較的大きな生体組織補填材が構成される。この場合において、内部を顆粒状の補填材片により構成することで、比較的大きな生体組織補填材の内部まで十分に細胞を浸透させることが可能である。また、中心部まで浸透した細胞に対しても十分な栄養分の補給と老廃物の排出を可能とし、健全な成長を図ることが可能となる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の生体組織補填材において、前記容器状の補填材片と前記顆粒状の補填材片とが、気孔率の異なる多孔質材料により構成されている生体組織補填材を提供する。
この発明によれば、外部に配される容器状の補填材片の気孔率を内部の補填材片の気孔率より小さくすることで、外側に比較的硬質の生体組織を再生したい部位に補填するのに適した生体組織補填材が提供される。また、容器状の補填材片の気孔率を内部の補填材片の気孔率より大きくすることで、外部から生体組織補填材に接触する細胞が生体組織を再生し易くすることができる。すなわち、この発明によれば、再生したい生体組織に合わせて適正な生体組織補填材を簡易に提供することが可能となる。また、生体組織補填材内部における生体組織の再生方向を簡易にコントロールすることが可能となる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の生体組織補填材において、前記容器状の補填材片に、局部的に強度を低く設定した易分割ラインが設けられている生体組織補填材を提供する。
この発明によれば、内部に顆粒状の補填材片を充填した容器状の補填材片に、あるいは、該補填材に細胞を付着させて分化させた生体組織補填体に、外力を加えることで、容器状の補填材片に設けられた易分割ラインに沿って生体組織補填材あるいは生体組織補填体を簡易に分割することが可能となる。その結果、補填すべき生体組織欠損部等の大きさに合わせて生体組織補填材あるいは生体組織補填体の大きさを簡易に調整することが可能となる。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の生体組織補填材に細胞を付着させてなる生体組織補填体を提供する。
この発明によれば、付着させた細胞を内部にまで十分に成長させることができ、全体的な生体組織形成作用を生じさせ、早期に生体組織を再生することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態に係る生体組織補填材について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る生体組織補填材１は、図１に示されるように、シャーレ状に形成された第１の補填材片２と、該第１の補填材片２の内部に充填された顆粒状の第２の補填材片３とから構成されている。第１の補填材片２および第２の補填材片３は、いずれも、例えば、β−ＴＣＰのような生体に適合した多孔質材料により構成されている。図中、第２の補填材片３は模式的に、球形に示されているが、その形状は不規則な形状であり、また大きさも揃っていなくてよい。
【００１３】
各補填材片２，３を構成する多孔質材料の気孔率は、第２の補填材片３において、約３０〜８０％の範囲、例えば、５０％となるように調整されており、第１の補填材片２においては、それよりも低い約１０〜３０％の範囲、例えば２０％程度の気孔率を有するように調整されている。また、第１の補填材片２の厚さ寸法は十分に薄く、例えば、２〜５ｍｍ程度に形成され、第２の補填材３の外形は、その最大寸法が、１０００μｍ〜５０００μｍの範囲、例えば、５０００μｍとなるように、十分に小さく形成されている。
【００１４】
また、前記第１の補填材片２の外面には、図２に示されるように、該第１の補填材片２の厚さ寸法を局部的に薄く形成した複数の分割溝４（易分割ライン）が形成されている。これによって、分割溝４における第１の補填材片２の強度は局部的に低く設定されており、外力を加えることにより、当該分割線４に沿って割れ、容易に分割することができるようになっている。
【００１５】
このように構成された本実施形態に係る生体組織補填材１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る生体組織補填材１に細胞を付着させて、所定の培地内において培養することにより、生体組織補填材１を足場として生体組織を形成した生体組織補填体を製造することができる。
【００１６】
この場合に、第２の補填材片３が顆粒状に形成されているので、該第２の補填材片３に付着した細胞は、各第２の補填材片３間に形成された隙間を通して生体組織補填材１の内部まで浸透しやすく、内部においても十分に生体組織形成作用を生じさせることができる。その結果、本実施形態に係る生体組織補填材１を使用することにより、内部まで十分に細胞を成長させた比較的大きな生体組織補填体を簡易に得ることができる。
【００１７】
また、このような第２の補填材片３を収容する第１の補填材片２が、第２の補填材片３よりも低い気孔率を有する多孔質材料により構成されているので、これを用いて得られる生体組織補填体は、第１の補填材片２部分、すなわち周囲において強度が高く、第２の補填材片３部分、すなわち内部においてそれよりも強度が低いものとなる。例えば、生体組織補填材１に付着させる細胞を間葉系幹細胞とし、ヘキサメタゾンのような分化誘導因子を導入して間葉系幹細胞に骨形成作用を生じさせた場合には、生体組織補填材１の各部において骨基質が形成されて骨補填体が製造されることになる。この場合に、本実施形態に係る生体組織補填材１を用いれば、外周において強度が高く内部において強度が低い骨補填体が製造されるので、従来、皮質骨を移植していた部位等への適用に適した骨補填体を製造することができる。
【００１８】
また、本実施形態に係る生体組織補填材１は、複数の分割溝４を備えているので、例えば、生体組織欠損部が小さい生体組織補填材１よりも小さい場合や、生体組織欠損部の形状に生体組織補填体を適合させたい場合に、外部から力を加えることで、分割溝４に沿って容易に分割することができる。したがって、必要に応じて小片を作り、あるいは、部分的に切除した形状の生体組織補填体とすることにより、生体組織欠損部に容易に適合させることが可能となる。
【００１９】
なお、上記実施形態においては、第１の補填材片２を有底低背円筒状のシャーレ状に構成したが、その形態には制限されるものではなく、他の任意の形態の容器状に形成してよい。例えば、箱状、球状に形成してもよく、また、入口において狭く絞られた形状の第１の補填材片２を採用することにしてもよい。また、生体組織欠損部の形状に合わせた任意の形態の容器状に構成してもよい。
【００２０】
また、第１、第２の補填材片２，３の材料としてβ−ＴＣＰの多孔質材料を例示したが、これに限定されるものではない。また、生体組織として骨組織を例に挙げて説明したが、これに代えて、骨以外の軟骨細胞や表皮細胞、真皮細胞、角膜細胞、消化管上皮や内皮細胞、神経細胞等を対象としてもよい。
【００２１】
また、生体組織補填材１としては、β−ＴＣＰに代えて、ハイドロキシアパタイトなどの他のリン酸カルシウム、コラーゲンやキチンなどの天然高分子材料、ポリ乳酸やε−カプロラクタンのような合成高分子材料、チタン合金やステンレス鋼３１６およびタンタル合金のような金属材料や金属繊維およびこれらの材料の少なくとも２種類以上の複合材などを採用してもよい。また、生体組織補填材１に生着させる細胞としては骨髄細胞に含まれる間葉系幹細胞の他、末梢血、臍帯血から分離した間葉系幹細胞を用いて生体組織補填体を製造することにしてもよい。また、間葉系幹細胞に代えて、ＥＳ細胞、体性幹細胞、骨細胞、軟骨細胞あるいは神経細胞等を採用してもよい。また、自家細胞に限らず他家細胞でもよい。
【００２２】
また、第２の補填材片３として第１の補填材片２内に充填する顆粒状の補填材片は、第１の補填材片２内の下方に下がるに従って、漸次その粒径を小さくし、あるいは、漸次その気孔率を低下させて行くことにしてもよい。このようにすることで、細胞が最初に付着する第２の補填材片３の上面においては、気孔率を高くして、生体組織形成作用を生じやすくし、下方に成長していくに従って、細胞が接触する第２の補填材片３の気孔率を低くするようにすることができる。すなわち、細胞の成長に合わせて、適正な気孔率の第２の補填材片３を細胞に提供することができる。
【００２３】
また、第１の補填材片２に設ける易分割ラインとして、外面に形成した分割溝４を例に挙げて説明したが、これに代えて、内面に形成した分割溝であってもよい。また、溝に限られず、局部的に気孔率を向上させるなど、局部的に強度を低下させて割れる方向を誘導する他の任意の方法を採用してもよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る生体組織補填材および生体組織補填体によれば、比較的大きな生体組織補填材の内部まで十分に細胞を浸透させることができ、また、中心部まで浸透した細胞に対しても十分な栄養分の補給と老廃物の排出を可能とし、健全な成長を図ることができるので、生体組織欠損部に補填されることにより、早期に生体組織を再生して生体組織欠損部の迅速に修復することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る生体組織補填材を示す模式的な縦断面図である。
【図２】図１の生体組織補填材の底面に形成された分割溝を示す底面図である。
【符号の説明】
１生体組織補填材
２第１の補填材片
３第２の補填材片
４分割溝（易分割ライン）

Claims

容器状の補填材片と、その内部に充填される顆粒状の補填材片とからなり、これら補填材片が、生体に適合した材料により構成されている生体組織補填材。
前記容器状の補填材片と前記顆粒状の補填材片とが、気孔率の異なる多孔質材料により構成されている請求項１に記載の生体組織補填材。
前記容器状の補填材片に、局部的に強度を低く設定した易分割ラインが設けられている請求項１または請求項２に記載の生体組織補填材。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の生体組織補填材に細胞を付着させてなる生体組織補填体。