JP2006508717A - 培養軟骨細胞を含む植付組織、その製造方法、及びそのような植付組織の適用 - Google Patents

Abstract

本発明は、人体あるいは動物体の関節の欠陥部を再生するために関節領域に配置される植付組織を提供する。植付組織は、人体あるいは動物体から得た特にスポンジ状の担持体からなり、浸透通路を有し、一部分的に（軟骨）細胞懸濁液が滲み込ませてある。この懸濁液は、好ましくは脂肪、細胞、結合組織、血管等を取り除いて増加した空洞に侵入し、空洞内に軟骨細胞が定着し、続いて新しい軟骨組織が形成される。

Description

本発明は、人体あるいは動物対との適合性がある多孔質、細胞質、あるいは海綿構造の材料、特に人体あるいは動物体から取ったスポンジ状の材料からなり少なくとも部分的に組織細胞の懸濁液を滲み込ませることができ、あるいは滲み込ませた担持体（１）を備えた、人体あるいは動物体の関節欠陥再生のための新しい植付組織（インプラント）あるいはそのような植付体（インプラント体）とその製法ならびに適用に関する。

関節欠陥再生のための軟骨組織を自己細胞から培養することは知られている。該軟骨組織は健全な軟骨の生検体から得られるが、間充組織や幹細胞、例えば骨髄からの分化で得ることもできる。培養は通常流動体の栄養媒体中で行なわれる。植付けは一般に細胞懸濁液を導入する形で行なわれるが、それは相当に技術的問題、それも軟骨細胞の減損と結果の悪化をもたらす。

前記発明は、できるだけ自然の組織に似たメカニカルな性質を有し、周囲の組織、特に軟骨の下にある骨との良好な結合を保証するインプラントを作ることを課題とする。
この課題の解決のために、本発明は組織体を担持できる多孔質、細胞質、あるいは海綿構造の材料、特に人体あるいは動物体から取ったスポンジ状の材料からなり、少なくとも部分的に組織細胞の懸濁液を滲み込ませた担持体を提案する。

本発明は、したがって、担持体表面（２）の少なくとも一部分から延び始めて内部で終わる、関節欠陥再生のための組織細胞懸濁液が浸透する通路（３）を有する担持体を有することを特徴とする上記したような新種の植付組織（インプラント）または移植組織（トランスプラント）、あるいは新しい植付体（インプラント体）または移植体（トランスプラント体）に関する。

請求項２記載のように、担持体に軟骨組織を滲み込ませるのは特に好ましい。
このような担持体は、製作が容易であること、および細胞の入植にとって形態学上理想的な条件である３次元構造体であることの利点を有する。このように準備された担持体を用いて、植付組織、或は移植組織は治療すべき関節部位の欠陥部に正確に植付けることができ、組織変化部或は細胞欠損部に確実に定着させることができる。

細胞懸濁液の担持体への浸透を最も良くするために、欠陥部の治癒作用が始まるべき領域、つまり担持体の表面の対応する領域から延び始める細胞懸濁液が浸透するための通路が設けられる。

この点について、植付けあるいは移植の分野の現状技術について簡単に触れる。
特許文献１（DE 40 40 872 A1）には歯の部分に植付け可能な組織担持体が開示されており、該担持体上に歯根皮膜（デスモドント）を再生するために、人工的に増殖された、歯根皮膜の性質を持った結合組織様の細胞が育成される。組織担持体としては、骨内植付組織体、平面状、特に膜状の担持体、骨あるいは骨代替材料あるいはこれらの材料の組合せが用いられる。育成された細胞は患者自身の組織、提供者の組織、あるいは特に培養された細胞系から取り出したものであり、組織担持体を歯根皮膜の性質を持った組織に植付け後に分化する歯根皮膜細胞に関するものである。

上記特許文献１には、よく知られているように実用に際していつも問題となる適当な細胞懸濁液の導入の問題については開示されておらず、したがってそのような問題を解決するための示唆もなされていない。

このことは、特許文献２（DE ９６１６５４ A）に開示されている移植に適した骨を準備する方法についても基本的に同様であり、そこでは細胞を有する骨組織の浸透は主要な問題ではなく、むしろ骨材料の準備は、骨を例えば少なくとも１０％のH2O2溶液あるいはトリプシン溶液で処理して脂肪物質およびヘモグロビンなどの軟組織自体を内部および外部に除去することによって行なわれる。

特許文献３（DE 41 21 043 A1）は骨代替材料に関するもので、該骨代替材料は多孔性基質に線維芽細胞成長因子の生物学的作用を有する一つまたは複数のポリペプチド含むものである。この文献には、上に述べた細胞材料を骨代替材料に侵入させる問題およびそれを解決する道筋に関しては同様に触れられていない。

最後に、特許文献４（US 4,553,272）は多孔性インプラント基体上に人体の組織を再生する補修材料に関するもので、該基体の内部構造は多孔質で、穴或は空房の大きさが表面から内部へ大きくしてある。この特許文献には、前記した浸透の問題を解決するための本発明に近似する多孔質あるいは海綿状の材料は提案されていない。

前記新しい植付材に設けられた浸透通路は、請求項３に記載のように好ましくは３００乃至５００μmの直径を有する。前記浸透通路は、機械的な穴明けあるいはフライス加工により、あるいはレーザ光或は高圧水流により容易に形成することができる。

担持体の唯単に一部の領域、すなわち軟骨を形成あるいは修復すべき領域に細胞、好ましくは軟骨懸濁液が浸透することが好ましい。

請求項３で分かるように、植込体においては先細りの円錐形状の浸透通路が特に好ましい。このような形状により、軟骨組織細胞懸濁液の担持体へ浸透に際して、該担持体の浸透通路の先細りした下端部領域よりも表面に近い領域で海綿状の骨材への集中的な浸透が達成されることが見出された。透過通路を円錐状に形成することにより、透過の強度の連続的な移行が保証され、これにより通路端領域よりも表面領域で必要なより多くの軟骨が形成され、したがって植付体の内部に向かって軟骨組織が連続的に減少する勾配が生じ、軟骨組織が勝った状態から骨組織が勝った状態へ連続的に移行するので、自然の状態に一致するかあるいは特にそれに近い状態が得られる。

浸透通路を先細の円錐状に形成することは、さらに、つぎに述べるさらに特に有利な本発明の範囲内の適切な実施形態である骨組織の部分的なミネラル除去において、骨材料の表面分の方が浸透通路の深い部分よりもより強くミネラルが除去される利点を有し、これにより植付体の浸透通路の深い部分よりも表面領域で硬い骨材が形成され、したがって担持体は表面領域で深部よりも「骨状」になることになる。そして、この場合も「軟骨状」は担持体の内部に向かって減少し、それに対応して骨に近似した状態が増大し、実際の関節に状態に相当することになる。

このことは、後述する栄養溶液等の浸透に対しても同じ程度で成り立つ。
浸透通路の深さは材料厚みの一部のみに延びる（請求項４参照）。特に浸透通路が担持体の内部方向へ細くなる場合は、植付体における軟骨状から骨状への滑らかな移行が保証される利点がある。

請求項６に記載の本発明の好ましい実施形態では、担持体あるいは植付体はシリンダ状に形成され、浸透通路は好ましくはその上面あるいは底面あるいは両端面のうちの１つから延びる。
請求項６では、浸透通路を有する植付シリンダの上面あるいは底面は凸面状に形成されている。これにより、該植付シリンダを、対応するシリンダ状に骨を除去した窪みに簡単、最適に固定することができ、再生されるべき関節表面の対応する凸面の幾何学的状態に合わせることができるので、関節の形状が最良に再生され、この方法により治癒が早くなる。担持体の形状は治癒すべき欠陥の形状に合わせて他の形状に形成してよいことは勿論である。

軟骨の成長を良好にするために、請求項７に記載のように、植付体の（軟骨）細胞懸濁液が浸透させるべきあるいは浸透した領域の少なくとも一部についてミネラル除去をするとさらに有利であり、本発明の特に好ましい実施形態である。そして、特に先細の円錐形状の浸透通路の場合には、深さ方向にミネラル除去が少なくなる利点が得られる。

本発明のさらに重要な課題である上にその基本概念と実施形態の種々の変形を記載した植付体の製造方法、好ましい製造方法については、請求項８に記載のように、担持体（１）の表面の少なくとも一部領域から延び始める浸透通路（３）が、例えば機械的穴明け、レーザ光、あるいは圧力水流により形成あるいは深められ、その後前記担持体（１）の少なくとも前記一部領域を、入植させるべき軟骨細胞を含む懸濁液に浸すことを特徴とする。

前記浸透通路は、前記懸濁液が前記担持体の空房状の穴あるいは海綿構造内へ侵入するのを容易にし、そのために予定された植付体の一部領域への完全な浸透を確実にする。
細胞懸濁液の侵入は、好ましくは浸透通路を有する担持体を細胞懸濁液を浸した後に、同じく請求項８に記載のように負圧あるいは真空の下に置くことによりさらに促進される。
少なくとも担持体の浸透域は浸透前に清浄化及び／或はミネラル除去を行なうのが好ましい（これに関しては請求項９参照）。この清浄化工程によって脂肪その他種々の細胞、結合組織、血管あるいは同様のものが取り除かれ、これにより穴及び空洞の数が増加し、そこに、例えば適合した栄養媒体を加えた際に、細胞懸濁液により持ち込まれた細胞、特に軟骨細胞が入植することができる。

このほか、前記ミネラル除去により、担持体の機械的性質が軟骨に似た状態になり、これにより軟骨細胞の成長のための状態が向上される利点が得られる。
ミネラル除去を行なうために、請求項９に記載のように、少なくとも前記担持体の浸透させるべき領域を例えば塩酸、特に濃度が約0.5Mol/Lの塩酸などのミネラル除去用媒体に浸し、その上で好ましくは担持体を大気圧より低い圧力あるいは真空の下におく。これにより、担持体への細胞懸濁液の完全な浸透が確実になる。その後、ミネラル除去用媒体および該媒体中に含まれる骨から溶け出た塩が洗浄により取り除かれる。

本発明では、細胞、特に軟骨細胞の担持体への付着あるいは成長を助長するために、請求項１０に開示されているように、担持体の浸透させるべき領域に栄養媒体、例えばヒアルロン酸あるいはコラーゲンを浸透させることができる。そして、この浸透は担持体に（軟骨）細胞懸濁液を滲み込ませる前に行なわれる。

あるいは、細胞胞懸濁液あるいは軟骨細胞懸濁液と軟骨細胞の形成と増殖を促進する栄養媒体、例えばヒアルロン酸あるいはコラーゲンとの混合物を浸透させてもよい。
本発明の、あるいは本発明の方法により製造された植付組織あるいは植付体を請求項１１記載のように使用することも本発明の重要な目的である。

その際、好ましくは浸透通路は請求項１２に記載のように配置される。

本発明を説明する図に本発明による植付組織の概略が示してある。これは担持体１を基体としたもので、図示の場合は人体あるいは動物体のスポンジ状骨から得た基体である。該担持体はシリンダ形状をなし、該シリンダ形状の担持体１の端面あるいは上面２は凸面状に湾曲して形成されている。この凸面上の端面２から浸透通路３がそれぞれそれらの直径寸法よりも大きな間隔で互いに平行に担持体１の内部に向かって延び、それらは担持体１の凸面上の端面２から始まって担持体内部に向かって先細円錐形状に細まっている。これらの浸透通路３の中央部の直径は約３００乃至５００μmの間にあり、通路３間の隔たりは約１乃至３ｍｍであるようにしてよい。通路３の深さは、植付け場所に所望の厚さの軟骨が生じるような深さに選ばれる。

通路３の形成は機械的な穴明けにより行なわれるが、レーザ光あるいは水流により穴明けを行なってもよい。
浸透通路の形成後に洗浄とスポンジ状骨材料からなる担持体からのミネラル除去を行なうが、これは特に０．５mol/lの塩酸により行なわれる。
前記洗浄は浴剤、特に脱脂溶液で行われ、これにより脂肪、種々の細胞、結合組織、および血管が骨材料から取り去られ、浸透されるべき（軟骨）細胞が入植する空間が生じる。
ミネラル除去のために、担持体１の浸透通路３を有する端面領域が塩酸を満たした槽に入れられ、担持体１を真空の下に置ことにより、塩酸溶液の担持体の空房、穴、あるいは海綿構造内への浸透が促進される。真空度およびミネラル除去時間は最適な軟骨状の堅牢な骨材料が得られるように選ばれる。

続いて、このように前処理された担持体１に軟骨形成を促進する栄養媒体、例えばヒアルロン酸あるいはコラーゲンが浸透してもよい。
このような前処理の後に、担持体１への（軟骨）細胞懸濁液の浸透が行なわれる。このために、担持体の軟骨を形成すべき領域がそれ自体公知の前もって生検で得られた軟骨細胞を含んだ軟骨細胞懸濁液に浸される。適切な栄養媒体の浸透に際しては、例えば骨髄あるいは臍帯血から得た間充組織幹細胞を用いてもよい。

負圧あるいは真空を利用することにより、細胞懸濁液の浸透通路の沿ってスポンジ状中間間隙への侵入が確実になる。細胞懸濁液に選ばれた栄養媒体を混合してもよく、該混合物は真空に助けられて担持体内に持ち込まれることができる。

そして、懸濁液の担持体への吸収と穴の表面への付着を待つ。栄養媒体によって、引続き細胞のさらなる拡散が確実になり、あるいは軟骨基礎物質の形成と増加が活発になる。担持体の所望の領域が軟骨組織で満たされると準備終了である。

入植の過程でスポンジ状組織はコラーゲンあるいはその他の溶解性酵素によって徐々に溶解され、最後に担持体が細胞からなる軟骨マトリックスで完全に置換される空間が形成される。
このようにして得られた植付組織はつぎに関節の欠陥部位に植付けられるが、その際、前記植付組織を挿着するために骨にシリンダ形状の窪みが加工され、該窪みに植込体が締まり嵌めで挿着される。 担持体のシリンダ形状を骨に形成された窪み（約０．５から１ｍｍよりも小さい直径）に合わせることにより、植付組織の骨状部分が締まり嵌めによる嵌着が行なわれる。植付組織の軟骨状部分は最後に関節表面に正確に合うように埋め込まれる。

要約すれば、本発明の利点はつぎのとおりである。
本発明の重要なことは、この新しい方法により始めて実用的には完全に自然の軟骨に一致する移植のための自己軟骨を作り出すことができるということである。その際、重要なことは、移植組織は取付け時にすでにできるだけ自然の関節の表面層と同じ形状にしてあることである。軟骨は当然にその下側の骨と強固に結合される。自然状態の似た接合はこの新しい方法により達成される。取付け時に既に骨-軟骨部分間が自然の状態である移植組織を得ることができる。この新しい植付組織あるいは移植組織は、自然状態がそうであるように、関節表面では軟骨のように柔らかく、深くなるほど骨状の材料によどみなく移行する。このよどみのない移行は、ミネラル除去の強度の勾配が異なることにより達成されるもので、それは塩酸による侵食の強さが変化することによるのである。これはまた、細胞懸濁液の侵入の強さが異なるのと同様に穴通路が先細りになっていることによるのである。

本発明による植付組織の概略を示す図である。

Claims (12)

1. 人体あるいは動物体との適合性がある多孔質あるいは海綿構造の材料、特に人体あるいは動物体から取ったスポンジ状の材料からなり、少なくとも部分的に組織細胞の懸濁液を吸収可能、或は吸収した担持体（１）を備えた、人体あるいは動物体の関節欠陥再生のための植付組織（インプラント）あるいは植付体（インプラント体）において、前記植付組織あるいは植付体は担持体表面（２）の少なくとも一部分から延び始めて内部で終わる、関節欠陥再生のための組織細胞懸濁液が浸透する通路（３）を有する担持体（１）を有することを特徴とする植付組織あるいは植付体。
2. 前記担持体は軟骨（組織）細胞懸濁液が滲み込ませてあることを特徴とする請求項１記載の植付組織。
3. 前記浸透通路（３）が中空シリンダ形状で３００乃至５００μmの範囲の直径を有するか、あるいは好ましくは担持体（１）の表面（２）から該担持体の内部に向かって細くなる先細りの円錐形状若しくは先細りの切り株形状で中間部の直径が２００乃至５００μmであることを特徴とする請求項１あるいは２記載の植付組織。
4. 前記浸透路（３）の深さが浸透通路直径あるいは通路中央部直径（ｄｍ）の３乃至１０倍、特に５乃至１０倍であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の植付組織。
5. 前記担持体（１）がシリンダ形状をなし、前記浸透路（３）は少なくとも前記担持体（１）の底面及び／或は上面（２）から延び始めることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の植付組織。
6. 前記シリンダ形状の担持体（１）の前記浸透路（３）が延びる始める前記底面及び／或は上面（２）は凸曲面をなすことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の植付組織。
7. 前記担持体（１）の軟骨細胞懸濁液浸透域は、該担持体が骨部材で形成されている場合には、少なくとも部分的にミネラルが除去されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の植付組織。
8. 培養された軟骨細胞を少なくとも一部分に浸透させた、人体あるいは動物対の関節の欠陥部を再生するための請求項１乃至７のいずれか１項に記載の植付組織（インプラント）あるいは植付体（インプラント体）の製造方法において、担持体（１）の表面の少なくとも一部領域から延び始める浸透通路（３）が、例えば機械的穴明け、レーザ光、あるいは圧力水流により形成あるいは深められ、その後前記担持体（１）の少なくとも前記一部領域を、入植させるべき細胞、好ましくは培養した軟骨細胞を含む懸濁液に浸し、その際、好ましくは前記担持体（１）を前記軟骨細胞懸濁液に浸した後に大気圧より低い圧力あるいは真空の下におくことを特徴とする植付組織あるいは植付体の製造方法。
9. 前記担持体（１）の少なくとも細胞懸濁液あるいは軟骨細胞懸濁液を浸透させるべき領域は浸透前に清浄化及び／或はミネラル除去を行なう処理を施し、その際、好ましくは少なくとも前記担持体（１）の前記懸濁液を浸透させるべき領域を酸を含むミネラル除去用媒体、特に0.5Ｎ 塩酸に浸し、大気圧よりも低い圧力あるいは真空の下におき、その後前記後ミネラル除去用媒体およびミネラル除去により前記担持体材料から溶け出た塩を洗浄により除去することを特徴とする請求項８記載の植付組織あるいは植付体の製造方法。
10. 少なくとも担持体（１）の細胞懸濁液を浸透させるべき領域に細胞懸濁液あるいは軟骨懸濁液の浸透の前に細胞あるいは軟骨細胞の形成を促進する栄養媒体、例えばヒアルロン酸あるいはコラーゲンを浸透させるか、あるいは細胞懸濁液あるいは軟骨懸濁液と細胞あるいは軟骨細胞の形成を促進する栄養媒体、例えばヒアルロン酸あるいはコラーゲンとの混合物を浸透させることをと特徴とする請求項８あるいは９に記載の植付組織あるいは植付体の製造方法。
11. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の培養された細胞、好ましくは軟骨細胞を含む植付組織あるいは請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の方法により製造された同様物を人体あるいは動物体の関節欠陥部の再生に使用することであって、関節を形成している骨の植付けすべき領域に少なくとも１つの窪み、穴等を形成して前記植付組織（１）あるいはその植付体を好ましくは締り嵌めで前記窪み、穴等に嵌め込むことを特徴とする植付組織あるいは植付体の使用。
12. 請求項１１に記載の目的で植付組織あるいは植付体を使用することであって、植付け領域の骨には窪み、穴等を好ましくはモザイク状に設け、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の、あるいは請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の植付組織あるいは植付体の１つを１つの前記窪み、穴等に設置、好ましく嵌着することを特徴とする植付組織あるいは植付体の使用。

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