JP2006346159A - 生体組織補填材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 内部にまで迅速に血流を生じさせることができる生体組織補填材を簡易に製造する。
【解決手段】 リン酸カルシウム系セラミックスの微粉末を含有する水性発泡スラリ内に、繊維状の高分子ポリマーからなる連通気孔形成部材を浸漬させ（Ｓ２）、乾燥（Ｓ３）後に焼結（Ｓ４）する生体組織補填材の製造方法を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、生体組織補填材の製造方法に関するものである。

従来、生体組織補填材として骨補填材の製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この骨補填材の製造方法は、リン酸カルシウム系セラミックスの微粉末からなる水性発泡スラリに、ワックス系バインダを含有しかつリン酸カルシウム系セラミックス微粉末からなる顆粒予成体を所定直径の顆粒になるように粉砕して顆粒状成形体を分散させ、乾燥後焼結するものである。この方法によれば、顆粒状成形体の気孔率を調節することで、骨組織に吸収され易い多孔質体によって骨形成を促進する一方、吸収され難い緻密質顆粒を長期にわたって残存させ、骨形成の足場を確保できる骨補填材を製造することができる。
特開平５−２３７１７８号公報

しかしながら、特許文献１の方法の方法では、製造された生体組織補填材内に形成される気孔が相互に連結していない独立気孔となる。このため、生体組織の欠損部に移植された状態で、生体組織補填材の外部から血管が生体組織補填材の内部にまで浸透することが困難であり、内部における細胞の成長を促進できず、生体組織に置換し難いという不都合がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、内部にまで迅速に血流を生じさせることができる生体組織補填材を簡易に製造することができる生体組織補填材の製造方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明は、リン酸カルシウム系セラミックスの微粉末を含有する水性発泡スラリ内に、繊維状の高分子ポリマーからなる連通気孔形成部材を浸漬させ、乾燥後に焼結する生体組織補填材の製造方法を提供する。
水性発泡スラリ内に含浸された繊維状の高分子ポリマーが焼結工程によって蒸発させられることにより、該高分子ポリマーが配されていた空間が気孔として残った生体組織補填材が製造される。この場合において、高分子ポリマーは繊維状に構成されているので、生体組織補填材内に残った気孔は細長く連続するように構成されている。したがって、その一部が生体組織補填材の外面に連通していれば、該気孔を通して生体組織補填材の内部に血流や体液の流通を生じさせ易く、生体組織補填材の内部において細胞の成長促進を図り、迅速に生体組織への置換を行うことができる。

上記発明においては、前記連通気孔形成部材を構成する繊維状の高分子ポリマーが、一体的に成形されていることが好ましい。
一体に形成された繊維状の高分子ポリマーは、いずれかの位置で連続しているため、焼結の結果得られるリン酸カルシウム多孔体の内部に、連続した気孔を形成することができる。

また、上記発明においては、前記連通気孔形成部材が、３次元格子状に形成されていることとしてもよい。
このように構成することで、内部に規則的な連続気孔を有する生体組織補填材を製造することができる。連続気孔形成部材の格子密度を調節することにより、気孔率を制御することができる。

また、前記連通気孔形成部材の格子密度が部位により異なることとしてもよい。連通気孔形成部材の格子密度を異ならせることにより、気孔率が部位により変化する生体組織補填材を製造することができる。例えば、骨のように、内部において気孔率が高く、外部において気孔率が低い生体組織の欠損部に補填するのに適した生体組織補填材を製造することができる。

また、本発明は、平面状に射出された繊維状の高分子ポリマーからなる連通気孔形成部材片を配置する工程と、リン酸カルシウム系セラミックスの微粉末を含有する水性発泡スラリを、前記連通気孔形成部材片に注入して浸漬させ、該連通気孔形成部材片の線径と同一の厚さ寸法を有する水性発泡スラリ層を形成する工程とを複数層にわたって繰り返し、乾燥後に焼結する生体組織補填材の製造方法を提供する。

本発明によれば、平面状の高分子ポリマーからなる連通気孔形成部材片を配置し、水性発泡スラリを注入して浸漬させることにより、連通気孔形成部材を含有する薄い平板状の水性発泡スラリ層が形成される。このとき、連通気孔形成部材片は水性発泡スラリ層の上面から露出するので、さらに当該水性発泡スラリ層の上に平面状の高分子ポリマーからなる連通気孔形成部材片を配置し、水性発泡スラリを注入して浸漬させると、各水性発泡スラリ層内の連通気孔形成部材片どうしが接触した立体が構成される。その後、構成された立体を乾燥後焼結することより、連続した気孔を有する立体的な生体組織補填材を製造することができる。

この場合に、一の水性発泡スラリ層内の連通気孔形成部材片と他の水性発泡スラリ層内の連通気孔形成部材片とを点接触させることにより、一連の繊維状の連通気孔形成部材が内蔵された立体的な生体組織補填材を製造することができ、各水性発泡スラリ層内の連通気孔形成部材片の密度を調節することにより、気孔率を調節した生体組織補填材を製造することができる。

本発明によれば、内部にまで迅速に血流を生じさせ、内部において細胞の成長促進を図り、迅速に生体組織への置換を行うことができる生体組織補填材を簡易に製造することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る生体組織補填材１の製造方法について、図１〜図３を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る製造方法は、図１に示されるように、連通気孔形成部材２を製造し（ステップＳ１）、該連通気孔形成部材２を、容器内に貯留した水性発泡スラリ３内に投入して浸漬させ（ステップＳ２）、その後、水性発泡スラリ３を乾燥させた後（ステップＳ３）に、所定の温度で所定の時間にわたって加熱することで、水性発泡スラリ３を焼結する（ステップＳ４）方法である。

連通気孔形成部材２は、図２に示されるように、例えば、３次元格子状の高分子ポリマー、例えば、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、ナイロン等により構成されている。連通気孔形成部材２は、例えば、射出成形あるいは光造形技術により製造することができる。図２に示す例では、連通気孔形成部材２としては、長方形の横断面を有し、略１０μｍ〜５００μｍ程度の線径を有するものが使用される。

前記水性発泡スラリ３は、例えば、βリン酸三カルシウム多孔体の粉末に、気泡剤、気泡安定剤および水を加え、混合して発泡させることにより構成されている。
水性発泡スラリ３の焼結ステップＳ４は、例えば、約１１００℃で約１時間焼成することにより行われる。

これらの工程を含む本実施形態に係る生体組織補填材１の製造方法によれば、図３に示されるように、連通気孔形成部材２が存在していた部分が、連通気孔形成部材２の蒸発により、気孔４として残る。この場合において、連通気孔形成部材２は繊維状に形成されているので、連通気孔形成部材２の跡に形成される気孔４は、繊維状に細長く連続する形態となる。
また、連通気孔形成部材２は、３次元格子状に形成されているので、３次元格子状の気孔４を有する生体組織補填材１が製造される。

本実施形態に係る製造方法により製造された生体組織補填材１によれば、細長く連続する気孔４を有するので、生体組織欠損部に補填された状態で、外部から細胞や体液を気孔内に流通させやすく、生体組織補填材１の内部まで細胞を浸透させることができる。また、浸透した細胞には、気孔４を通して栄養分が供給されるとともに、細胞から放出された老廃物を気孔４を介して外部に排出することができる。その結果、細胞の成長を促進し、移植後、早期に生体組織欠損部を修復することができるという効果を奏する。

なお、本実施形態においては、容器内に貯留した水性発泡スラリ３内に、格子状の連通気孔形成部材２を浸漬することとしたが、これに代えて、容器内に予め連通気孔形成部材２を配置しておき、その後容器内に水性発泡スラリ３を注入することにしてもよい。
このようにすることで、連通気孔形成部材２に過度の外力を加えることなく水性発泡スラリ３内に浸漬させることができる。したがって、水性発泡スラリ３内に浸漬される連通気孔形成部材２が大きく変形することが防止され、設計通りの連通気孔４を有する生体組織補填材１を製造することができる。

また、本実施形態において使用した３次元格子状の連通気孔形成部材２は、その太さを均一に構成したものでもよいが、図４に示されるように、部位により太さの異なるものを採用してもよい。また、横断面も長方形に限らず、円形、楕円形あるいは多角形状でもよい。

このようにすることで、図５に示されるように、太さの太い連通気孔形成部材２が配置されていた部位は、大きな気孔４となって気孔率が高く、太さの細い連通気孔形成部材２が配置されていた部位は、気孔率が低くなるように、部位により気孔率の異なる生体組織補填材１を容易に製造することができる。

同様にして、３次元格子状に連通気孔形成部材２は、その格子密度を均一に構成したものでもよいが、部位により、格子密度の粗密の異なるものを採用してもよい。
このようにすることで、格子密度の高い連通気孔形成部材２が配置されていた部位は、気孔率が高く、格子密度の低い連通気孔形成部材２が配置されていた部位は、気孔率が低くなるように、部位により気孔率の異なる生体組織補填材１を容易に製造することができる。

また、本実施形態においては連通気孔形成部材２として３次元格子状のものを採用したが、これに代えて、他の形態、例えば、図６に示されるように、直線状の繊維からなる複数の連通気孔形成部材２、あるいは、図７に示されるように、２次元格子状の複数の連通気孔形成部材２を容器５内に貯留した水性発泡スラリ３内に浸漬してもよい。また、無作為に丸めただけの形態の繊維状の連通気孔形成部材２を水性発泡スラリ３内に浸漬してもよい。

さらに、図８に示されるように、底面の傾斜した容器５内に、連通気孔形成部材２を配置して水性発泡スラリ３を注入することにより、図９に示されるように、全体としてくさび状に形成され、くさびの先端に向かって気孔率が高くなるスペーサ（生体組織補填材）１を容易に製造することができる。

このように、本実施形態に係る生体組織補填材１の製造方法によれば、連通気孔４を有し、移植後に体液の流通や血流を内部まで生じさせ易い生体組織補填材１を製造できるのみならず、連通気孔形成部材２の太さや格子密度を調節するだけで、気孔率をコントロールした生体組織補填材１を簡易に製造することができるという利点がある。

また、本実施形態に係る製造方法により製造された生体組織補填材１によれば、連通気孔形成部材２を構成する高分子ポリマーが繊維状に構成されているので、製造された生体組織補填材１内に残る気孔４が細長く連続している。したがって、該気孔４を通して生体組織補填材１の内部に血流や体液の流通を生じさせ易く、栄養分の補給や老廃物の排出を促進して、生体組織補填材１の内部において細胞の成長促進を図ることができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る生体組織補填材１の製造方法について、図１０〜図１４を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る製造方法は、図１０に示されるように、繊維状の高分子ポリマー１０により構成した平面状の連通気孔形成部材片１１を射出し（ステップＳ１１）、水性発泡スラリ３を注入して連通気孔形成部材片１１を浸漬させることで、連通気孔形成部材片１１の線径と同一の厚さ寸法を有する水性発泡スラリ層１２を形成し（ステップＳ１２）、これらステップＳ１１、Ｓ１２を繰り返すことで複数層の水性発泡スラリ層１２を積層状態に形成し（ステップＳ１３）、所定の温度で所定の時間にわたって加熱することで、水性発泡スラリ３を焼結する（ステップＳ１４）方法である。

具体的には、ステップＳ１１は、図１１および図１２（ａ）に示されるように、下向きに配置され水平方向に移動可能な射出ノズル１３を、その先端から繊維状の高分子ポリマー１０を射出しつつ水平移動させることにより、所定の容器５内に２次元格子状の連通気孔形成部材片１１を製造する。なお、射出ノズル１３が１本の場合を図示しているが、多数本の射出ノズル１３を備えて、多数本の繊維状の高分子ポリマー１０を同時に射出可能にしてもよい。

次いで、ステップＳ１２は、図１２（ｂ）に示されるように、図１２（ａ）において製造された２次元格子状の連通気孔形成部材片１１の厚さ寸法と同じ高さまで水性発泡スラリ３を注入することにより、連通気孔形成部材片１１のほぼ全体を水性発泡スラリ３内に浸漬させる。この状態で、乾燥させることにより単層の水性発泡スラリ層１２が形成される。

ステップＳ１３は、積層数が目標積層数Ｎであるか否かを判定し、目標積層数Ｎに満たない場合は、ステップＳ１１およびステップＳ１２を繰り返させ、目標積層数Ｎに到達したらステップ１４に進行させるようになっている。
具体的には、図１２（ｂ）のように形成された水性発泡スラリ層１２の上に、図１２（ｃ）に示されるように、射出ノズル１３によって２次元格子状の連通気孔形成部材片１１を製造し（ステップＳ１１）、図１２（ｄ）に示されるように、水性発泡スラリ３を注入し（ステップＳ１２）、乾燥させることで２層目の水性発泡スラリ層１２を形成する。

この場合に、１層目の連通気孔形成部材片１１と２層目の連通気孔形成部材片１１′とは、その水平方向位置をずらすように形成する。ずらす方法としては、図１３に示されるように、（ａ）に示す１層目の連通気孔形成部材片１１に対して、（ｂ）に示すように２層目の連通気孔形成部材片１１′を水平方向にオフセットする方法や、図１４に示されるように、（ａ）に示す１層目の連通気孔形成部材片１１に対して、（ｂ）に示すように２層目の連通気孔形成部材片１１′を水平面内において回転させる方法が挙げられる。これらのいずれかの方法により、１層目の連通気孔形成部材片１１と２層目の連通気孔形成部材片１１′とは相互に全体が重なることが防止され、重なった部位においては相互に点接触させられるようになる。

そして、３層目以降もこれを繰り返すことで目標積層数Ｎ層の水性発泡スラリ層１２が形成される。この場合においても、隣接する水性発泡スラリ層１２内の連通気孔形成部材片１１，１１′どうしの水平方向位置をずらすように形成する。

ステップＳ１４は、ステップＳ１３において形成されたＮ層の水性発泡スラリ層１２を、例えば、約１１００℃で約１時間焼成することにより行われる。これにより、連通気孔形成部材片１１，１１′が蒸発し、該連通気孔形成部材片１１，１１′が存在していた位置に連通気孔４が形成された一体的な生体組織補填材１が製造されることになる。

この場合において、隣接する水性発泡スラリ層１２内の連通気孔形成部材片１１，１１′どうしが点接触しているので、連通気孔形成部材片１１，１１′が蒸発した後には、相互の接触点において連続した連通気孔４が形成されることになる。

このように、本実施形態に係る生体組織補填材１の製造方法によっても、連通気孔４を有し、移植後に体液の流通や血流を内部まで生じさせ、生体組織に置換され易い生体組織補填材１を製造できるとともに、射出ノズル１３から射出する高分子ポリマー１０の太さや射出密度を調節するだけで、気孔率をコントロールした生体組織補填材１を簡易に製造することができるという利点がある。

また、本実施形態に係る製造方法により製造された生体組織補填材１においても、第１の実施形態と同様に、連通気孔形成部材片１１，１１′を構成する高分子ポリマー１０が繊維状に構成されているので、製造された生体組織補填材１内に残る気孔４が細長く連続している。したがって、該気孔４を通して生体組織補填材１の内部に血流や体液の流通を生じさせ易く、栄養分の補給や老廃物の排出を促進して、生体組織補填材１の内部において細胞の成長促進を図り、迅速に生体組織への置換を行うことができることができる。

本発明の第１の実施形態に係る生体組織補填材の製造方法を説明するフローチャートである。 図１の製造方法に使用される連通気孔形成部材の一例を示す斜視図である。 図２の連通気孔形成部材を用いて製造された生体組織補填材を示す斜視図である。 図２の連通気孔形成部材の変形例であって、部位により線径の異なる例を示す斜視図である。 図４の連通気孔形成部材を用いて製造された生体組織補填材を示す斜視図である。 直線繊維状の連通気孔形成部材を用いた場合の変形例を示す斜視図である。 次元格子状の連通気孔形成部材を用いた場合の変形例を示す斜視図である。 図１の製造方法によるスペーサの製造方法を示す縦断面図である。 図８の製造方法により製造されたスペーサを示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る生体組織補填材の製造方法を説明するフローチャートである。 図１０の製造方法において、２次元格子状の連通気孔形成部材の製造例を説明するための斜視図である。 図１０の製造方法を説明する工程図である。 隣接する２次元格子状の連通気孔形成部材の配置例を示す説明図である。 隣接する２次元格子状の連通気孔形成部材の他の配置例を示す説明図である。

符号の説明

Ｓ１ 連通気孔形成部材製造ステップ
Ｓ２ 水性発泡スラリ内浸漬ステップ
Ｓ３ 乾燥ステップ
Ｓ４ 焼結ステップ
１ 生体組織補填材
２ 連通気孔形成部材
３ 水性発泡スラリ
１０ 高分子ポリマー
１１，１１′ 連通気孔形成部材片
１２ 水性発泡スラリ層

Claims (5)

1. リン酸カルシウム系セラミックスの微粉末を含有する水性発泡スラリ内に、繊維状の高分子ポリマーからなる連通気孔形成部材を浸漬させ、
   乾燥後に焼結する生体組織補填材の製造方法。
2. 前記連通気孔形成部材を構成する繊維状の高分子ポリマーが、一体的に成形されている請求項１に記載の生体組織補填材の製造方法。
3. 前記連通気孔形成部材が、３次元格子状に形成されている請求項１または請求項２に記載の生体組織補填材の製造方法。
4. 前記連通気孔形成部材の格子密度が部位により異なる請求項３に記載の生体組織補填材の製造方法。
5. 平面状に射出された繊維状の高分子ポリマーからなる連通気孔形成部材片を配置する工程と、
   リン酸カルシウム系セラミックスの微粉末を含有する水性発泡スラリを、前記連通気孔形成部材片に注入して浸漬させ、該連通気孔形成部材片の線径と同一の厚さ寸法を有する水性発泡スラリ層を形成する工程とを複数層にわたって繰り返し、
   乾燥後に焼結する生体組織補填材の製造方法。

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