JP2007054468A - Device and method for promoting bone formation and bone treatment tool - Google Patents

Device and method for promoting bone formation and bone treatment tool Download PDF

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JP2007054468A JP2005245462A JP2005245462A JP2007054468A JP 2007054468 A JP2007054468 A JP 2007054468A JP 2005245462 A JP2005245462 A JP 2005245462A JP 2005245462 A JP2005245462 A JP 2005245462A JP 2007054468 A JP2007054468 A JP 2007054468A
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菊治 山下
Tomoyasu Ishikawa
友康 石川
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淳 石橋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bone formation promoting device for giving a stimulation to promote bone formation to the affected area of a bone disease without allowing a patient to feel pain, and to provide a bone formation promoting method, and a bone treatment tool. <P>SOLUTION: The device includes a far infrared light radiating part for radiating far infrared light to an osteoblast. When the far infrared light is radiated to the osteoblast, the growth of the osteoblast is suppressed and a differentiation is promoted. That is, the growth of the osteoblast is suppressed, the activity of alkaline phosphatase and the expression of osteocalcin are promoted, and the formation and calcification of extracellular matrix are promoted, so that the new bone formation is promoted. Especially when the osteoblast is in an undifferentiated and immature state, the growth is suppressed. Thus, the differentiation is promoted and the bone formation and calcification of the extracellular matrix are started in an early stage. Consequently, bone tissue is formed in an earlier stage compared with a case where the far infrared light is not radiated. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、骨形成促進装置、骨形成促進方法および骨治療器具に関する。さらに詳しくは、骨芽細胞等における骨形成機能を活性化させる骨形成促進装置および骨形成促進方法、および、骨折した箇所の回復を促進したり、骨に取り付けられるインプラント等の骨への固定を促進、あるいは骨粗鬆症や骨形成不全症の治療のための骨治療器具に関する。   The present invention relates to a bone formation promoting device, a bone formation promoting method, and a bone treatment instrument. More specifically, an osteogenesis promoting device and osteogenesis promoting method for activating the osteogenesis function in osteoblasts and the like, and the restoration of the fractured part or the fixation to the bone such as an implant attached to the bone The present invention relates to a bone treatment instrument for promoting or treating osteoporosis and osteogenesis imperfecta.

従来から、骨の治療には、骨折等の骨疾患患部を固定するために添え木や石膏が使用されており、骨疾患患部がずれることによる骨の再生が遅れることを防ぎ、かつ、骨折等するまえの状態を維持することによって骨疾患患部の機能回復を図ることが行われている。
しかし、骨は、本来、運動等によって力学的刺激が伝えられることで高い骨再生機能を維持しているのであるが、上記のごとく、骨疾患患部を固定する治療技術の場合、骨に対して力学的刺激が加わらないので、骨が持つ本来の骨形成能力が阻害される。このため、骨疾患患部が元の状態に回復するまでに時間がかかり、骨疾患患部が本来の機能を回復するためには、さらに時間が必要となっていた。
Traditionally, splints and plaster have been used for bone treatment to fix bone disease affected areas such as fractures, preventing bone regeneration from being delayed due to displacement of bone disease affected areas, and fractures etc. It has been attempted to restore the function of the affected part of the bone disease by maintaining the previous state.
However, bones originally maintain a high bone regeneration function as a result of mechanical stimulation transmitted by exercise or the like. However, as described above, in the case of a treatment technique for fixing a bone disease affected part, Since no mechanical stimulus is applied, the original bone formation ability of the bone is inhibited. For this reason, it takes time until the bone disease affected part recovers to its original state, and more time is required for the bone disease affected part to recover its original function.

かかる問題を解決する技術として、骨折等の骨疾患患部を固定しつつ、骨に対して力学的刺激を加えることができる骨の固定装置が開示されている(従来例1、特許文献1)。 従来例1の技術では、伸縮自在な本体と、この本体を自動的に伸縮させるアクチュエータとを備えており、本体を骨に固定した状態でアクチュエータを作動させれば、本体が伸縮し、骨疾患患部に変位刺激を与えることができるから、骨疾患患部の回復を早めることができる。   As a technique for solving such a problem, there has been disclosed a bone fixing device capable of applying a mechanical stimulus to a bone while fixing a bone disease affected part such as a fracture (Conventional Example 1, Patent Document 1). The technique of Conventional Example 1 includes a telescopic body and an actuator that automatically expands and contracts the body. If the actuator is operated with the body fixed to the bone, the body expands and contracts. Since a displacement stimulus can be given to the affected part, recovery of the affected part of the bone disease can be accelerated.

しかるに、従来例1の技術は、骨疾患患部に変位刺激を与えることができるものの、患者に対しては、骨疾患患部が変位することによる刺激が痛みとして感じられるため、非常に苦痛である。しかも、骨疾患患部の変位したことによって骨疾患患部以外の部分に損傷が生じる可能性がある。   However, although the technique of Conventional Example 1 can give a displacement stimulus to the affected part of the bone disease, it is very painful for the patient because the stimulus caused by the displacement of the affected part of the bone disease is felt as pain. In addition, the displacement of the affected part of the bone disease may cause damage to the part other than the affected part of the bone disease.

特開平2−180254号Japanese Patent Laid-Open No. 2-180254

本発明は上記事情に鑑み、患者に対して苦痛を与えることなく骨疾患患部に対して骨形成を促進する刺激を与えることができる骨形成促進装置、骨形成促進方法および骨治療器具を提供することを目的とする。   In view of the above circumstances, the present invention provides an osteogenesis promoting device, an osteogenesis promoting method, and an osteotherapeutic device capable of giving a stimulus for promoting osteogenesis to a bone disease affected part without causing pain to a patient. For the purpose.

第1発明の骨形成促進装置は、骨芽細胞に対して、遠赤外線を照射する遠赤外線照射部を備えていることを特徴とする。
第2発明の骨形成促進装置は、第1発明において、前記骨芽細胞が、未分化または未成熟な状態であることを特徴とする。
第3発明の骨形成促進方法は、骨芽細胞に対して、遠赤外線を照射することを特徴とする。
第4発明の骨形成促進方法は、第3発明において、前記骨芽細胞が、未分化または未成熟な状態であることを特徴とする。
第5発明の骨治療器具は、生体に向けて電磁波を照射する電磁波照射部を備えており、該電磁波照射部から生体に照射される電磁波が、遠赤外線であることを特徴とする。
第6発明の骨治療器具は、第5発明において、前記電磁波照射部が、可撓性を有し、生体に巻き付けうるシート状の本体部を備えており、該本体部に、遠赤外線を放射し得る面状発熱体が設けられていることを特徴とする。
第7発明の骨治療器具は、生体に固定される遠赤外線吸収照射セラミック部材であって、該遠赤外線吸収照射セラミック部材は、その表面に照射された遠赤外線を吸収し、所定の波長の遠赤外線を生体に向けて放出し得る素材によって形成されていることを特徴とする。
The osteogenesis promoting device of the first invention includes a far-infrared irradiation unit that irradiates osteoblasts with far-infrared rays.
The osteogenesis promoting device of the second invention is characterized in that, in the first invention, the osteoblast is in an undifferentiated or immature state.
The bone formation promoting method of the third invention is characterized in that far infrared rays are irradiated to osteoblasts.
The osteogenesis promoting method of the fourth invention is characterized in that, in the third invention, the osteoblast is in an undifferentiated or immature state.
The bone treatment instrument of the fifth invention is provided with an electromagnetic wave irradiation unit that irradiates an electromagnetic wave toward a living body, and the electromagnetic wave irradiated to the living body from the electromagnetic wave irradiation unit is far infrared rays.
The bone treatment instrument according to a sixth aspect of the present invention is the bone treatment instrument according to the fifth aspect, wherein the electromagnetic wave irradiation unit includes a sheet-like main body that has flexibility and can be wound around a living body, and radiates far infrared rays to the main body. A planar heating element that can be used is provided.
The bone treatment instrument of the seventh invention is a far-infrared absorption irradiation ceramic member fixed to a living body, and the far-infrared absorption irradiation ceramic member absorbs far-infrared rays irradiated on the surface thereof and has a predetermined wavelength. It is formed of a material that can emit infrared rays toward a living body.

第1発明によれば、骨芽細胞に遠赤外線を照射すれば、骨芽細胞の増殖が抑制され分化が促進される。つまり、骨芽細胞の増殖を抑制し、アルカリフォスファターゼ活性とオステオカルシンの発現を促進し、更に、細胞外基質の形成と石灰化を促進するから、骨の新生を促進することができる。
第2発明によれば、増殖が抑制されるから、未分化または未成熟な状態の骨芽細胞の分化が生じ、細胞外マトリックスの骨格形成および細胞外マトリックスの石灰化が早期に開始する。よって、遠赤外線を照射しない場合よりも、早期に骨の組織を形成させることができる。
第3発明によれば、骨芽細胞に遠赤外線を照射すれば、骨芽細胞の増殖が抑制され分化が促進される。つまり、骨芽細胞の増殖を抑制し、アルカリフォスファターゼ活性とオステオカルシンの発現を促進し、更に、細胞外基質の形成と石灰化を促進するから、骨の新生を促進することができる。
第4発明によれば、増殖が抑制されるから、未分化または未成熟な状態の骨芽細胞の分化が生じ、細胞外マトリックスの骨格形成および細胞外マトリックスの石灰化が早期に開始する。よって、遠赤外線を照射しない場合よりも、早期に骨の組織を形成させることができる。
第5発明によれば、骨芽細胞に遠赤外線を照射すれば、骨芽細胞の増殖が抑制され分化が促進される。つまり、骨芽細胞の増殖を抑制し、アルカリフォスファターゼ活性とオステオカルシンの発現を促進し、更に、細胞外基質の形成と石灰化を促進するから、骨の新生を促進することができる。よって、骨折した骨同士を早期に結合させることができ、また、骨折箇所に配設されたチタンインプラント等を早期に骨に固定させることができる。しかも、細胞を構成する蛋白質分子や水分子にエネルギーを与えるため、遠赤外線を照射しない場合よりも、細胞が活性化され、強く骨同士またはチタンインプラント等と骨組織とを結合させることができる。更に、骨粗鬆症や骨形成不全症等の骨芽細胞の活性が低下している疾患では、遠赤外線が骨芽細胞の分化を促進することにより、骨形成機能を促進することができる。しかも、生体に遠赤外線を照射するだけであるから、患者に苦痛を与えることなく、骨形成能力を高くすることができる。
第6発明によれば、シート状の本体を生体に巻きつければ、簡単に電磁波照射部を患部に固定することができる。しかも、生体の患部に対して360°全方向から遠赤外線を照射できるので、骨の新生をより一層促進することができる。
第7発明によれば、遠赤外線吸収照射セラミック部材の素材として、骨形成に適した波長の遠赤外線を生体に向けて照射するものを使用すれば、遠赤外線吸収照射セラミック部材に照射される遠赤外線の波長に関わらず、骨の新生を促進させることができる。
According to the first invention, if far infrared rays are irradiated to osteoblasts, the proliferation of osteoblasts is suppressed and differentiation is promoted. That is, it suppresses the proliferation of osteoblasts, promotes the expression of alkaline phosphatase activity and osteocalcin, and further promotes the formation and calcification of extracellular matrix, so that the new bone can be promoted.
According to the second invention, since proliferation is suppressed, differentiation of undifferentiated or immature osteoblasts occurs, and skeleton formation of the extracellular matrix and calcification of the extracellular matrix start early. Therefore, a bone tissue can be formed earlier than in the case where far infrared rays are not irradiated.
According to the third invention, when the osteoblast is irradiated with far infrared rays, the proliferation of the osteoblast is suppressed and the differentiation is promoted. That is, it suppresses the proliferation of osteoblasts, promotes the expression of alkaline phosphatase activity and osteocalcin, and further promotes the formation and calcification of extracellular matrix, so that the new bone can be promoted.
According to the fourth invention, since proliferation is suppressed, differentiation of undifferentiated or immature osteoblasts occurs, and skeleton formation of the extracellular matrix and calcification of the extracellular matrix start early. Therefore, a bone tissue can be formed earlier than in the case where far infrared rays are not irradiated.
According to the fifth invention, when far-infrared rays are irradiated to osteoblasts, the proliferation of osteoblasts is suppressed and differentiation is promoted. That is, it suppresses the proliferation of osteoblasts, promotes the expression of alkaline phosphatase activity and osteocalcin, and further promotes the formation and calcification of extracellular matrix, so that the new bone can be promoted. Therefore, fractured bones can be joined together at an early stage, and a titanium implant or the like disposed at the fracture site can be fastened to the bones at an early stage. In addition, since energy is given to protein molecules and water molecules constituting the cells, the cells are activated and can strongly bond bones or titanium implants to bone tissue as compared with the case where far infrared rays are not irradiated. Furthermore, in diseases in which osteoblast activity is reduced, such as osteoporosis and osteogenesis imperfecta, far-infrared rays can promote osteoblast differentiation, thereby promoting osteogenic function. Moreover, since only the far infrared rays are irradiated to the living body, the bone forming ability can be increased without causing pain to the patient.
According to the sixth invention, the electromagnetic wave irradiation part can be easily fixed to the affected part by winding the sheet-like main body around the living body. Moreover, since far-infrared rays can be irradiated from 360 ° in all directions to the affected area of the living body, bone renewal can be further promoted.
According to the seventh aspect of the present invention, if a material that irradiates a living body with a far infrared ray having a wavelength suitable for bone formation is used as a material for the far infrared ray absorbing irradiated ceramic member, the far infrared ray absorbing irradiated ceramic member is irradiated with a far infrared ray. Regardless of the wavelength of infrared rays, bone renewal can be promoted.

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明の骨形成促進装置、骨形成促進方法および骨治療器具は、骨芽細胞や、骨疾患患部に対して刺激を与えることによって、骨形成を促進し、骨疾患患部の治癒を速くすることができるものであり、骨芽細胞や、骨疾患患部に対して遠赤外線を照射することに特徴を有している。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The bone formation promoting device, the bone formation promoting method and the bone treatment instrument of the present invention promote osteogenesis and accelerate healing of the bone disease affected area by giving stimulation to osteoblasts and the bone disease affected area. It is characterized by irradiating far-infrared rays to the osteoblasts and the affected part of the bone disease.

まず、この発明に到った経緯を説明する。
通常、未成熟または未分化な状態にある骨芽細胞や前骨芽細胞(幹細胞)等の細胞を容器内で培養した場合には、細胞が増殖しかつ細胞がより活発な骨形成能を有する状態の細胞に分化するのであるが、細胞の増殖と分化は同時に進行するものではないことが知られている。つまり、細胞は、まず、培養されている容器一杯になるまで増殖を繰り返し、容器一杯の状態になると、言い換えれば、コンフルエントに達すると、コンフルエントに達したという情報を細胞同士が理解し増殖を停止し、そして、増殖を停止してから、細胞が分化を開始するのである。逆にいえば、所定の状態(コンフルエント)に達するまでは増殖が継続され、細胞の分化は生じないのである。
しかし、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、未成熟または未分化な状態にある骨芽細胞や前骨芽細胞(幹細胞)等の細胞に対して、遠赤外線を照射することによって、コンフルエントに達する前でも、細胞が分化を開始し活発な骨形成能を有する状態の細胞に分化していくことを実験的に明らかにした(後述する実施例2,3参照)。そして、遠赤外線を照射すれば、未成熟または未分化な骨芽細胞の増殖を抑制しかつ分化を促進するとともに、アルカリフォスファターゼ活性とオステオカルシンの発現を促進し、更に、細胞外基質の形成と石灰化を促進するから、骨の新生を促進する、言い換えれば、成熟した骨芽細胞の活性を促進することができることも、実験的に明らかにしたのである(後述する実施例4参照)。
なお、遠赤外線の照射により、コンフルエントに達する前でも細胞が分化を開始する理由は明らかではないが、遠赤外線を細胞が吸収することによって、ある機構により細胞増殖が抑制され、他の機構により細胞の分化を促進していると推測される。
First, the background to the present invention will be described.
Usually, when cells such as osteoblasts and pre-osteoblasts (stem cells) in an immature or undifferentiated state are cultured in a container, the cells proliferate and the cells have more active bone forming ability. It is known that cell proliferation and differentiation do not proceed at the same time, although they differentiate into cells in a state. In other words, the cell first repeats growth until it is full of containers in culture, and when the container is full, in other words, when it reaches confluence, the cells understand that they have reached confluence and stop growing. Then, after the growth is stopped, the cell begins to differentiate. In other words, proliferation continues until a predetermined state (confluence) is reached, and cell differentiation does not occur.
However, as a result of intensive research, the present inventors irradiate far-infrared rays to cells such as immature or undifferentiated osteoblasts and preosteoblasts (stem cells), Even before reaching confluence, it was experimentally clarified that the cells started to differentiate and differentiate into cells having active bone forming ability (see Examples 2 and 3 described later). Irradiation with far-infrared light suppresses the growth of immature or undifferentiated osteoblasts and promotes differentiation, promotes alkaline phosphatase activity and osteocalcin expression, and further forms extracellular matrix and lime. It has also been experimentally clarified that it can promote the formation of bone and thus, in other words, promote the activity of mature osteoblasts (see Example 4 described later).
The reason why cells start to differentiate before reaching confluence by irradiation with far-infrared radiation is not clear, but when cells absorb far-infrared light, cell proliferation is suppressed by a certain mechanism, and cells by other mechanisms. It is speculated that it promotes differentiation.

上記原理に基づいた本発明の骨形成促進装置は、細胞に遠赤外線を照射する遠赤外線照射部を備えていることが必要とされる。遠赤外線照射部は、一例として、加熱されると遠赤外線を放射する遠赤外線放射セラミックスと、このセラミックスを加熱する加熱手段を供えたものが挙げられるが、遠赤外線を放出することができるものであれば、とくに限定されない。   The bone formation promoting device of the present invention based on the above principle is required to include a far infrared irradiation unit that irradiates a cell with a far infrared ray. As an example, the far-infrared radiation unit includes a far-infrared radiation ceramic that radiates far-infrared when heated and a heating means that heats the ceramic, but can emit far-infrared radiation. If there is, it is not particularly limited.

遠赤外線放射セラミックスとしては、例えば、粘土100重量部に対して、以下の成分を混合して混練し成形、950℃で1時間焼成して製作したものを使用することができる。
酸化チタン・・・・・・・・・・1重量部
酸化亜鉛・・・・・・・・・・・1重量部
二酸化マンガン・・・・・・・・2重量部
酸化鉄 ・・・・・・・・・・・・3重量部
リグニン・・・・・・・・・・・15重量部
木粉・・・・・・・・・・・・・15重量部
水・・・・・・・・・・・・・・30重量部
遠赤外線照射セラミックスを40℃に加温した場合、この遠赤外線照射セラミックスからは、図3に示すようなスペクトルを有する遠赤外線が放射される。図3に示すように、放射される遠赤外線のスペクトルは、約7〜12μmにピークを有するのである。この波長のスペクトルは、生育光線と呼ばれる波長帯であり植物などの成長に有効であるが、この波長の強度が強い場合には、細胞増殖抑制効果、および、細胞分化促進効果が強くなると予想される。
なお、上記遠赤外線放射セラミックスは、加熱されることによって遠赤外線を放射するのであるが、他の遠赤外線放射源から遠赤外線を照射された場合には、照射された遠赤外線を吸収し、加熱された場合と同じ放射スペクトルで特性遠赤外線を放射することができる。
As far-infrared radiation ceramics, for example, 100 parts by weight of clay can be used by mixing and kneading and molding the following components and firing at 950 ° C. for 1 hour.
Titanium oxide: 1 part by weight
Zinc oxide: 1 part by weight
Manganese dioxide: 2 parts by weight
Iron oxide ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 3 parts by weight
Lignin ... 15 parts by weight
Wood flour ... 15 parts by weight
Water ... 30 parts by weight When the far-infrared irradiated ceramic is heated to 40 ° C, the far-infrared irradiated ceramic has a spectrum as shown in Fig. 3 Is emitted. As shown in FIG. 3, the spectrum of the emitted far infrared ray has a peak at about 7 to 12 μm. The spectrum of this wavelength is a wavelength band called growth light, which is effective for the growth of plants and the like. However, when the intensity of this wavelength is strong, it is expected that the effect of suppressing cell proliferation and the effect of promoting cell differentiation will increase. The
The far-infrared radiation ceramics emits far-infrared rays by being heated. However, when far-infrared rays are irradiated from other far-infrared radiation sources, the far-infrared radiation ceramics absorbs the irradiated far-infrared rays and heats them. It is possible to emit characteristic far-infrared rays with the same emission spectrum as in the case of.

加熱手段は、遠赤外線照射セラミックスを所定の温度(約40度前後以上)まで加熱できるものであれば、とくに限定されず、ニクロム線等を使用したヒータや、PTC素材を使用したヒータ等を使用することができる。とくに、PTC素材を使用したヒータの場合には、温度センサーや制御回路を設けなくても、加熱手段の温度を自動的にほほ一定の温度に保つことができるので、遠赤外線照射セラミックス自体の温度もほほ一定の温度に保つことができるので好適である。これは、PTC素材の特性である、設定温度まで温度が上昇すると電気抵抗の急増により実質的に電流を遮断し、設定温度よりも低い時は電気抵抗が小さく電流が流れジュール熱で発熱するという機能に起因している。   The heating means is not particularly limited as long as it can heat far-infrared irradiated ceramics to a predetermined temperature (about 40 degrees or more), and a heater using a nichrome wire or a heater using a PTC material is used. can do. In particular, in the case of a heater using a PTC material, the temperature of the heating means can be automatically maintained at a substantially constant temperature without providing a temperature sensor or a control circuit. This is preferable because it can be maintained at a substantially constant temperature. This is a characteristic of the PTC material. When the temperature rises to the set temperature, the current substantially cuts off due to a sudden increase in electric resistance. When the temperature is lower than the set temperature, the electric resistance is small and the current flows and heat is generated by Joule heat. Due to the function.

なお、本発明の骨形成促進装置は、遠赤外線照射部だけでもよいが、遠赤外線照射部以外に、骨芽細胞等の収容しておく容器や、この容器を保持しておくベースを備えていれば、骨芽細胞等への遠赤外線の照射が容易になる。   The bone formation promoting device of the present invention may be only the far-infrared irradiation unit, but includes a container for storing osteoblasts or the like and a base for holding this container in addition to the far-infrared irradiation unit. Then, it becomes easy to irradiate osteoblasts with far infrared rays.

上記のごとき骨形成促進装置を、骨の治療応用した骨治療器具を、図1および図2に示す。
図1において、符号1が本実施形態の骨治療器具を示している。この骨治療器具1は、シート状の本体部2を備えており、本体部2は、布等のように生体に巻き付けることができる程度の可撓性を備えた素材によって形成されている。生体には、人間と、家畜やペット等の動物の両方が含まれるのはいうまでもない。
この本体部2の一面には、遠赤外線を放射し得る面状発熱体3が設けられている。この面状発熱体3は、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)を素材とし、フィルム状に形成された上下一対の基材と、上下一対の基材の内面の間に液密に密封された電極および放射体とを有するものである。電極は、例えは銀ペースト、銅ペースト等の導電性の素材から形成されたものであり、放射体は、上述した遠赤外線照射セラミックスやカーボンブラックやカーボングラファイト、セラミックスパウダー、アルミナ、ジルコン等の金属紛等遠赤外線を放射する素材と、ポリエチレングリコール等を基材とした半導体等の有する正温度係数(P.T.C:PositiveTemperature Coefficiennt)機能、いわゆる自己温度制御機能を有する素材を含むものである。
FIG. 1 and FIG. 2 show a bone treatment instrument in which the bone formation promoting device as described above is applied to bone treatment.
In FIG. 1, the code | symbol 1 has shown the bone treatment instrument of this embodiment. The bone treatment instrument 1 includes a sheet-like main body 2, and the main body 2 is formed of a material having flexibility such as a cloth that can be wound around a living body. It goes without saying that the living body includes both humans and animals such as livestock and pets.
A planar heating element 3 capable of emitting far-infrared rays is provided on one surface of the main body 2. This planar heating element 3 is made of, for example, polyethylene terephthalate (PET) as a material, and a pair of upper and lower base materials formed in a film shape, and electrodes sealed liquid-tightly between the inner surfaces of the pair of upper and lower base materials, and And a radiator. The electrode is formed from a conductive material such as silver paste or copper paste, and the radiator is a metal such as the above-mentioned far-infrared irradiation ceramics, carbon black, carbon graphite, ceramic powder, alumina, or zircon. It includes a material that emits far-infrared rays such as powder, and a material having a positive temperature coefficient (PTC) function, that is, a so-called self-temperature control function, which is possessed by a semiconductor based on polyethylene glycol or the like.

なお、上記の面状発熱体に代えて、本体部2の表面にシート状のヒータを設け、このヒータの表面に上述した遠赤外線照射セラミックスからなる遠赤外線放射層を形成してもよい。この場合、ヒータおよび遠赤外線放射層は、本体部2の変形に追従して変形し、生体に巻き付けることができる程度の可撓性を有するように形成する必要がある。具体的には、ヒータには、例えば、電気毛布に設けられるヒータや棒状、粒状の物質からなるヒータ等を使用することができるし、遠赤外線放射層は遠赤外線を放射するフィルムを貼り付けたり、セラミックス吸着体を塗布する等の方法で形成すればよい。   In place of the planar heating element, a sheet-like heater may be provided on the surface of the main body 2 and a far-infrared radiation layer made of the above-described far-infrared radiation ceramics may be formed on the surface of the heater. In this case, the heater and the far-infrared radiation layer need to be formed so as to be deformed following the deformation of the main body 2 and flexible enough to be wound around a living body. Specifically, the heater can be, for example, a heater provided on an electric blanket, a rod-shaped or granular material heater, and the far-infrared radiation layer is attached with a film that radiates far-infrared radiation. What is necessary is just to form by the method of apply | coating a ceramic adsorbent.

以上のごとき構成を有するので、骨治療器具1を、その内面、つまり、面状発熱体3が生体に接触するように生体における治療箇所(例えば、骨折箇所)に巻きつければ、骨治療器具1を生体の治療箇所に固定することができる。この状態で面状発熱体3に通電すれば、面状発熱体3の放射体の温度が上昇し、放射体から遠赤外線が生体に向けて照射される。生体に照射された遠赤外線は、生体の筋肉などを伝播して骨の治療箇所まで到達する。すると、治療箇所において、骨芽細胞の増殖を抑制し、アルカリフォスファターゼ活性とオステオカルシンの発現を促進し、更に、細胞外基質の形成と石灰化を促進するから、骨の新生を促進される。
よって、骨折した骨同士を早期に結合させることができ、また、骨折箇所にチタンインプラント等を配設した場合であっても、チタンインプラント等の石灰化も促進され、早期に骨に固定させることができる。
Since it has the above configuration, if the bone treatment device 1 is wound around a treatment site (for example, a fracture site) in the living body so that the inner surface, that is, the planar heating element 3 contacts the living body, the bone treatment device 1 Can be fixed to the treatment site of the living body. When the planar heating element 3 is energized in this state, the temperature of the radiator of the planar heating element 3 rises, and far infrared rays are emitted from the radiator toward the living body. Far-infrared rays irradiated on the living body propagate through muscles of the living body and reach the bone treatment site. Then, in the treatment site, the proliferation of osteoblasts is suppressed, the alkaline phosphatase activity and the expression of osteocalcin are promoted, and the formation and calcification of the extracellular matrix are promoted, so that the bone renewal is promoted.
Therefore, fractured bones can be joined together at an early stage, and even when a titanium implant or the like is disposed at the fracture site, calcification of the titanium implant or the like is promoted and fastened to the bone at an early stage. Can do.

また、遠赤外線によって細胞を構成する蛋白質分子や水分子にエネルギーが供給されるから、遠赤外線を照射しない場合よりも、細胞が活性化され、強く骨同士またはチタンインプラント等と骨組織とを結合させることができる(後述する実施例1参照)。
そして、生体に遠赤外線を照射するだけであるから、患者に苦痛を与えることなく、骨形成能力を高くすることができる。
In addition, energy is supplied to protein molecules and water molecules that constitute cells by far infrared rays, so that the cells are activated more strongly than when not irradiating far infrared rays, and bones or titanium implants etc. are strongly bound to bone tissue (See Example 1 described later).
And since only a far infrared ray is irradiated to a biological body, a bone formation capability can be made high, without giving a pain to a patient.

さらに、骨治療器具1のシート状の本体部2を生体に巻きつければ、面状発熱体3が簡単に生体に固定することができるし、面状発熱体3が生体の治療箇所を囲むように配置されるから、治療箇所に対して360°全方向から遠赤外線を照射できる。よって、治療箇所に対する遠赤外線の照射効率がよくなり、また、治療箇所による遠赤外線の照射量の差も少なくすることができるので、骨の新生をより一層促進することができる。   Furthermore, if the sheet-like main body 2 of the bone treatment instrument 1 is wound around a living body, the planar heating element 3 can be easily fixed to the living body, and the planar heating element 3 surrounds the treatment site of the living body. Therefore, far infrared rays can be irradiated from all directions to the treatment site. Therefore, the irradiation efficiency of the far infrared ray with respect to the treatment site is improved, and the difference in the irradiation amount of the far infrared ray between the treatment sites can be reduced, so that the newborn of the bone can be further promoted.

なお、骨治療器具1は、上記のごとき構成のものに限られず生体に固定できるような形状に形成されていればよく、本体部の形状は特に限定されない。例えば、本体部を三角巾の形状にしたり、コルセット型、シーネ(マウスピース)型にしてもよい。コルセット型とすれば、遠赤外線効果だけでなく、骨疾患患部である骨折部位やヘルニア、骨粗しょう症等の障害を受けている部分を固定あるいは牽引することができるので、骨損傷を防ぎ、骨形成を緩やかに促進する効果が得られる。また、シーネ(マウスピース)型とすれば、歯周病の治療として歯周組織周辺に被せて使用できるので、歯周病による歯槽骨減少などの障害を受けている部分を固定することができるので、この場合も、骨損傷を防ぎ、骨形成を緩やかに促進する効果が得られる。   In addition, the bone treatment instrument 1 is not limited to the above-described configuration, and may be formed in a shape that can be fixed to a living body, and the shape of the main body is not particularly limited. For example, the main body may have a triangular width shape, a corset type, or a cine (mouthpiece) type. By using the corset type, not only the far-infrared effect, but also the fractured part, hernia, and osteoporosis-affected parts that are affected by bone disease can be fixed or pulled, preventing bone damage, The effect of accelerating formation is obtained. In addition, if it is of a cine (mouthpiece) type, it can be used around periodontal tissue as a treatment for periodontal disease, so that it is possible to fix a portion that has suffered an obstacle such as alveolar bone loss due to periodontal disease. Therefore, also in this case, an effect of preventing bone damage and gradually promoting bone formation can be obtained.

さらになお、上述したような遠赤外線照射セラミック部材だけで骨治療器具を形成してもよい。この場合には、図2(B)に示すように、シート状や平板状、布状、包帯状、テープ、紐状等の形状に遠赤外線照射セラミック部材5を形成し、この遠赤外線照射セラミック部材5を生体に貼り付けたり載せたりした状態で遠赤外線を照射すれば、照射された遠赤外線を遠赤外線照射セラミック部材5が吸収し、所定の波長の遠赤外線を生体に向けて放出させることができる。そして、骨治療器具自体に遠赤外線照射セラミックを加熱する手段を設けなくてよいから、骨治療器具自体の構成を簡単にすることができる。
さらになお、遠赤外線吸収照射セラミックスを液状ないしペースト状のバインダーに混練しペースト状にした遠赤外線照射セラミック(セラミックペースト)を軟膏、ピーディング、ローション等として、骨治療器具として使用することも可能である。この場合には、セラミックペーストを生体の表面に塗り、バインダーを硬化または消失させて体表面に遠赤外線吸収照射セラミックス膜1を形成すれば、遠赤外線吸収照射セラミックスを生体に密着させた状態で生体に固定することができる。そして、ペースト状の状態で生体に塗るから、生体のどの部分にも使用できるので、好適である。
Furthermore, the bone treatment instrument may be formed only with the far infrared irradiation ceramic member as described above. In this case, as shown in FIG. 2 (B), the far infrared irradiation ceramic member 5 is formed in a sheet shape, a flat plate shape, a cloth shape, a bandage shape, a tape, a string shape, etc. If far-infrared rays are irradiated while the member 5 is attached to or placed on the living body, the far-infrared irradiation ceramic member 5 absorbs the irradiated far-infrared rays and emits far-infrared rays of a predetermined wavelength toward the living body. Can do. And since it is not necessary to provide the means for heating far-infrared irradiation ceramic in the bone treatment instrument itself, the structure of the bone treatment instrument itself can be simplified.
Furthermore, far-infrared radiation-irradiated ceramics kneaded into a liquid or paste-like binder and pasted into far-infrared radiation ceramics (ceramic paste) can be used as a bone treatment device as ointments, peddings, lotions, etc. is there. In this case, if a ceramic paste is applied to the surface of the living body and the binder is cured or disappeared to form the far-infrared absorbing irradiated ceramic film 1 on the body surface, the far-infrared absorbing irradiated ceramic is in close contact with the living body. Can be fixed to. And since it is applied to a living body in a paste-like state, it can be used for any part of the living body, which is preferable.

[試験例1:遠赤外線照射マウスの骨新生促進試験]
遠赤外線照射がチタンインプラントと骨との接着に与える影響を調査するために、チタンインプラントを移植動物の大腿骨に移植して、移植動物を、遠赤外線が照射されている条件と遠赤外線が照射されていない条件でそれぞれ飼育し、所定の期間経過後、大腿骨と結合しているチタンインプラントを大腿骨とともに移植動物から取り出して、大腿骨とチタンインプラントとの結合強度を比較した。
結合強度は、移植動物から取り出されたチタンインプラントの体頭部にタコ糸を固定し、一方、大腿骨にも別のタコ糸で縛り、各タコ糸のそれぞれを小型万能試験機(オートグラフ、島津製作所)のジグに固定し引っ張り試験を行った。実験は、同じ条件で2回繰り返して行った。なお、チタンインプラントへのタコ糸の固定は、チタンインプラントの体頭部をタコ糸で縛り、アロンアルファーにて固定した。また、大腿骨には、タコ糸で縛って固定した。
[Test Example 1: Osteogenesis promotion test of far-infrared irradiated mice]
In order to investigate the effects of far-infrared irradiation on the adhesion between titanium implants and bones, titanium implants are transplanted into the femurs of transplanted animals, and the transplanted animals are irradiated with far-infrared rays and far-infrared rays are irradiated. Each of the animals was reared under unconditional conditions, and after a predetermined period of time, the titanium implant bonded to the femur was removed from the transplanted animal together with the femur, and the bonding strength between the femur and the titanium implant was compared.
The bond strength is fixed to the head of the titanium implant taken out from the transplanted animal, while the octopus is tied to the femur with another octopus thread. A tensile test was carried out by fixing to a Shimadzu jig. The experiment was repeated twice under the same conditions. For fixing the octopus thread to the titanium implant, the body head of the titanium implant was tied with the octopus thread and fixed with Aron Alpha. The femur was fixed with an octopus thread.

チタンインプラントは、純チタン製インプラント材料(RTPポストチタン#Ti、デンテック、東京)をオートクレーブにて滅菌後、シリカゾル(スノーテック0)溶液に48時間浸漬してその表面を石灰化させ(シリカゾル(スノーテック0)処理)、石灰化させた後に、MEM培養液 (Minimum Essential Medium Eagle, Sigma, St. Louis, MO, USA)中で5日間浸漬し、最後に紫外線ランプ下で12時間滅菌したものを使用した。
なお、チタンインプラントの表面が石灰化している場合と、表面が石灰化させていない場合を比較するために、シリカゾル(スノーテック0)処理を行っていないものも使用した。
Titanium implants are sterilized by pure autoclave (RTP post titanium #Ti, Dentech, Tokyo) and immersed in a silica sol (Snowtech 0) solution for 48 hours to calcify the surface (silica sol (snow Tech 0) treatment), calcified, soaked in MEM medium (Minimum Essential Medium Eagle, Sigma, St. Louis, MO, USA) for 5 days, and finally sterilized under an ultraviolet lamp for 12 hours used.
In addition, in order to compare the case where the surface of a titanium implant is calcified, and the case where the surface is not calcified, the thing which has not performed the silica sol (Snowtech 0) process was also used.

移植動物はSD系ラット20週齢の雄16匹を用いた。ラットをペントバルビタール系麻酔薬であるソムノペンチル(共立製薬、東京)麻酔下で固定板(夏目製作所)に固定し、大腿部内側の皮膚を切開し、ピンセットで筋肉の隙間を押し開き、大腿骨を剖出し、歯科用タービン(TORX TR2、モリタ)でフィッシャーバー(φ0.5mm)を用いて、大腿骨中央部に穿孔し、インプラント材料を埋入した。インプラント後、抗生物質(アンチバイオティックーアンチマイオティック,ギブコNZ)を10000ユニット/kg体重となるように注射した。各ラットの左肢にシリカゾル処理チタンインプラント、右肢に対照用のチタンインプラント、つまり、シリカゾル処理をしていないチタンインプラントを埋入した。
なお、ラットの飼育には、市販の動物飼育装置を使用したが、遠赤外線を照射するラットには、我々が開発した、遠赤外線ヒータを利用した動物飼育装置(特性遠赤外線動物飼育装置:Bloodish,inc 徳島)を使用し、夜9時から朝9時までの12時間、飼育空間に遠赤外線を照射することによってラットに遠赤外線を供給した。なお、遠赤外線ヒータはラットには密着していない。遠赤外線を照射しないラットは、通常の動物飼育装置を使用し、遠赤外線の照射以外の条件、例えば、飼育環境の温度や湿度などは遠赤外線を照射するラットと同じ条件で飼育した。
Sixteen SD rats, 20 weeks old male, were used as transplant animals. The rat was fixed to a fixation plate (Natsume Seisakusho) under anesthesia with pentobarbital anesthetic, Somnopentil (Kyoritsu Pharmaceutical, Tokyo), the skin inside the thigh was incised, and the muscle gap was pushed open with tweezers. Was excised and drilled in the center of the femur using a fisher bar (φ0.5 mm) with a dental turbine (TORX TR2, Morita) to implant the implant material. After the implant, antibiotics (antibiotic-antimyotic, Gibco NZ) were injected to a weight of 10,000 units / kg. Each rat was implanted with a silica sol-treated titanium implant in the left limb and a control titanium implant in the right limb, ie, a titanium implant not treated with silica sol.
In addition, although the commercially available animal breeding apparatus was used for the breeding of a rat, the animal breeding apparatus (characteristic far-infrared animal breeding apparatus: Bloodish which utilized the far infrared heater) which we developed for the rat which irradiates far infrared rays. , Inc. Tokushima), the rats were supplied with far infrared rays by irradiating the breeding space with far infrared rays for 12 hours from 9:00 to 9:00 in the morning. The far infrared heater is not in close contact with the rat. Rats that did not irradiate far infrared rays were bred under the same conditions as those of rats that irradiate far infrared rays except for far infrared ray irradiation, such as the temperature and humidity of the rearing environment.

試験の結果の表を以下に示し、また図4および図5にグラフを示した。以下の表およびグラフにおいて、Controlは遠赤外線を照射していない条件で飼育したものを示しており、FIRは遠赤外線を照射した条件で飼育したものを示している。また、ControlおよびFIRの後につけられている、L、Rは、Lはシリカゾル処理チタンインプラントであることを示しており、Rはシリカゾル処理をしていないチタンインプラントであることを示している。また、1W、2W、4Wは、以下の表において、それぞれ、移植後1週目、2週目、4週目にチタンインプラントを取り出したときにおける結果を示している。左の1,2,3,4という数字はラットの個体ナンバーで特定の個体を示し、平均とSD(標準偏差)は統計計算によって算出した数字である。
1W : Control L : Control R : FIR L : FIR R
1 : 0.97 : 0.3 : 0.88 : 0.18
2 : 0 : 0 : 2.6506 : 2.5301
平均 : 0.485 : 0.15 : 1.7653 : 1.35505
SD : 0.685894 : 0.212132 : 1.252003 : 1.661772

2W : Control L : Control R : FIR L : FIR R
1 : 0.8514 : 3.6144 : 3.7108 : 5.5422
2 : 2.8434 : 6.2972 : 4.6265 : 0.9478
3 : ― : 4.5301 : 6.5382 : 3.3574
平均 : 1.8474 : 4.8139 : 4.9585 : 3.282467
SD : 1.408557 : 1.36373 : 1.442642 : 2.298116

4W : Control L : Control R : FIR L : FIR R
1 : ― : ― : ― : ―
2 : 1.5421 : ― : ― : ―
3 : 9.0763 : 3.3574 : 9.9278 : 5.3173
4 : 12.365 : 7.0362 : 11.261 : 10.923
平均 : 7.661133 : 5.1968 : 10.5944 : 8.12015
SD : 5.548497 : 2.601304 : 0.942715 : 3.963828
図4の結果から、移植後、1週目、2週目、3週目で、シリカゾル処理あるいは無処理とも、ほとんど遠赤外線を照射することで、遠赤外線を照射しない場合に比べてチタンインプラントと骨との接着が促進されていることが確認できる。このことから、ほとんどの場合遠赤外線を照射することで骨の新生が促進されチタンと新生骨との接着が強固になったものと思われる。
また、図5には、石灰化を促進するシリカゾル処理のチタンインプラントの試験の結果のみを示しているが、移植後1週目、2週目、3週目のすべての場合で、遠赤外線を照射しない場合に比べて骨形成が強く促進されていることを示している。
以上の結果から、遠赤外線を照射しない場合に比べてチタンインプラントと骨との接着が促進されていることが確認できる。そして、体表から離れた場所から遠赤外線を照射しても、深部まで到達し、骨組織や骨髄組織での骨組織の新生を促進し、骨の再生を亢進することが明らかになった。そのため、骨折や骨粗鬆症などの骨欠損性の疾患には、遠赤外線を照射することで治癒を促進するものと考えられる。
なお、無処理の2週目だけが、逆に対照群の方が強く接着されているが、その理由は、個体差と考えられる。
Tables of test results are shown below, and graphs are shown in FIGS. In the following tables and graphs, Control indicates those raised under conditions that do not irradiate far infrared rays, and FIR indicates those raised under conditions that irradiate far infrared rays. In addition, L and R attached after Control and FIR indicate that L is a silica sol-treated titanium implant, and R indicates a titanium implant not subjected to silica sol treatment. In addition, 1W, 2W, and 4W show the results when the titanium implants were taken out at the first week, the second week, and the fourth week after transplantation in the following tables, respectively. The numbers 1, 2, 3, and 4 on the left indicate the specific individual by the rat individual number, and the average and SD (standard deviation) are numbers calculated by statistical calculation.
1W: Control L: Control R: FIR L: FIR R
1: 0.97: 0.3: 0.88: 0.18
2: 0: 0: 2.6506: 2.5301
Average: 0.485: 0.15: 1.7653: 1.35505
SD: 0.685894: 0.212132: 1.252003: 1.661772

2W: Control L: Control R: FIR L: FIR R
1: 0.8514: 3.6144: 3.7108: 5.5422
2: 2.8434: 6.2972: 4.6265: 0.9478
3:-: 4.5301: 6.5382: 3.3574
Average: 1.8474: 4.8139: 4.9585: 3.282467
SD: 1.408557: 1.36373: 1.442642: 2.298116

4W: Control L: Control R: FIR L: FIR R
1:-:-::-:-
2: 1.5421: ―: ― :: ―
3: 9.0763: 3.3574: 9.9278: 5.3173
4: 12.365: 7.0362: 11.261: 10.923
Average: 7.661133: 5.1968: 10.5944: 8.12015
SD: 5.548497: 2.601304: 0.942715: 3.963828
From the results shown in FIG. 4, after implanting, the first, second, and third weeks, both silica sol treatment and non-treatment were irradiated with far-infrared rays, and compared with the case where no far-infrared rays were irradiated. It can be confirmed that adhesion to bone is promoted. From this fact, it is considered that in most cases, irradiation with far infrared rays promotes bone renewal and strengthens the bond between titanium and new bone.
FIG. 5 shows only the results of a silica sol-treated titanium implant that promotes calcification, but far-infrared radiation was measured in all cases of the first, second, and third weeks after implantation. It shows that bone formation is strongly promoted compared to the case of no irradiation.
From the above results, it can be confirmed that the adhesion between the titanium implant and the bone is promoted as compared with the case where far infrared rays are not irradiated. It was revealed that even when far-infrared rays were irradiated from a place away from the body surface, it reached the deep part, promoted bone tissue or bone marrow tissue neogenesis, and promoted bone regeneration. Therefore, it is considered that healing of bone-deficient diseases such as fractures and osteoporosis is promoted by irradiating far infrared rays.
In contrast, only in the second week without treatment, the control group was more strongly adhered, but the reason is considered to be an individual difference.

[試験例2:特性遠赤外線照射骨芽細胞の増殖抑制試験]
遠赤外線が未成熟または未分化な骨芽細胞に与える影響を確認するために、前骨芽細胞を遠赤外線が照射されている条件と遠赤外線が照射されていない条件で培養し、その前骨芽細胞数の変化を比較した。
細胞数はトリパンブルー色素排除法によって測定した。具体的には、24穴ディッシュに5×104個ずつ播種された細胞を培養し、トリパンブルー色素排除法によって1,3,5,7,10日目における細胞数を計測した。
[Test Example 2: Proliferation suppression test of characteristic far-infrared irradiated osteoblasts]
In order to confirm the effect of far-infrared rays on immature or undifferentiated osteoblasts, pre-osteoblasts are cultured under conditions where far-infrared rays are irradiated and under conditions where far-infrared rays are not irradiated. The change in the number of blasts was compared.
Cell number was measured by trypan blue dye exclusion. Specifically, 5 × 10 4 cells seeded in a 24-well dish were cultured, and the number of cells on days 1, 3, 5, 7, and 10 was counted by trypan blue dye exclusion.

使用した細胞は、マウス頭蓋冠由来前骨芽細胞株MC3T3-E1細胞 (RIKEN Cell Bank, Tsukuba, Japan)であり、10%のFBSと1%の抗生物質を含むα-MEM培地(増殖用培地)(Sigma,St Lous,USA)において培養した。各ディッシュ内で、細胞がコンフルエントに達した後は増殖用培地にアスコルビン酸50μg/ml、βグリセロリン酸10mM、デキサメタゾン1mM(Sigma,St Lous,USA)を加えたもの(分化用培地)を使用して培養を継続した。
また、遠赤外線が照射されている条件での培養は、培養空間内に配置された細胞に我々が開発した遠赤外線を照射できるCO2インキュベータ(特性遠赤外線CO2インキュベータ: Bloodish,inc 徳島)を使用して行い、比較対照となる遠赤外線が照射されない条件での培養は、一般的なインキュベータ(ニクロム線加熱、ウォータジャケット有)を使用して行った。なお、培養は、いずれの条件においても、37℃、湿度100%、5%CO2、95%空気の気相下で行い、増殖用培地および分化用培地は、いずれも3日に一度交換した。
The cells used were mouse calvaria-derived preosteoblast cell line MC3T3-E1 cells (RIKEN Cell Bank, Tsukuba, Japan), α-MEM medium (proliferation medium) containing 10% FBS and 1% antibiotics. ) (Sigma, St. Louis, USA). Within each dish, after the cells reach confluence, a growth medium containing 50 μg / ml ascorbic acid, 10 mM β-glycerophosphate, and 1 mM dexamethasone (Sigma, St. Louis, USA) is used (differentiation medium). The culture was continued.
In addition, culture under conditions where far-infrared rays are irradiated uses a CO2 incubator (characteristic far-infrared CO2 incubator: Bloodish, Inc. Tokushima) that can irradiate cells placed in the culture space with far-infrared rays. Cultivation was carried out using a general incubator (Nichrome wire heating, with water jacket) under conditions where far infrared rays were not irradiated as a comparative control. Cultivation was performed under any conditions in a gas phase of 37 ° C., humidity 100%, 5% CO 2, and 95% air, and both the growth medium and differentiation medium were changed once every three days.

図6に実験結果を示す。なお、図6において、Controlは遠赤外線を照射していない条件で培養したものを示しており、heaterは遠赤外線を照射した条件で培養したものを示している。また、図6のグラフの縦軸は、分化用培地内における前骨芽細胞数を示している。
まず、マウス頭蓋冠由来前骨芽細胞株MC3T3-E1細胞は前骨芽細胞であり、分化培地にて培養することにより、細胞増殖を停止し、骨芽細胞に分化成熟して、骨形成を起こすことが知られているのであるが、図7に示すように、この細胞に遠赤外線を照射すると、細胞増殖は3,10日目において遠赤外線が照射されない条件で培養されている細胞に対して有意に抑制されていることが確認できる(p<0.05)。なお、p<0.05は、統計処理の有意差検定の一つの方法であるスチューデント t−テストにて算出した結果、危険率5%以下で有意であることが証明されたことを示す。
つまり、遠赤外線が照射されない条件で培養されている前骨芽細胞に比べて、遠赤外線を照射した条件で培養されている前骨芽細胞は、その増殖を停止し、骨芽細胞に分化し、骨形成を開始していることが確認できる。この結果より、未分化な幹細胞とは異なり、未分化または分化度の低い骨芽細胞に対しては、遠赤外線は増殖を抑制し、分化を促進する方向に働くことが明らかになった。
FIG. 6 shows the experimental results. In addition, in FIG. 6, Control has shown what was cultured on the conditions which are not irradiating far infrared rays, and heat has shown what was cultured on the conditions which irradiated far infrared rays. Moreover, the vertical axis | shaft of the graph of FIG. 6 has shown the number of the pre-osteoblasts in the culture medium for differentiation.
First, the mouse calvaria-derived preosteoblast cell line MC3T3-E1 cells are preosteoblasts, which are cultured in a differentiation medium to stop cell growth, differentiate into mature osteoblasts, and develop bone formation. As shown in FIG. 7, when this cell is irradiated with far-infrared rays, as shown in FIG. 7, cell proliferation occurs on cells cultured under conditions where far-infrared rays are not irradiated on days 3 and 10. (P <0.05). In addition, p <0.05 shows that it was proved to be significant at a risk rate of 5% or less as a result of calculation by Student's t-test which is one method of statistical difference significance test.
In other words, compared to pre-osteoblasts cultured under conditions where far-infrared rays are not irradiated, pre-osteoblasts cultured under conditions where far-infrared rays are irradiated stop their proliferation and differentiate into osteoblasts. It can be confirmed that bone formation has started. From these results, it became clear that far-infrared rays act to suppress proliferation and promote differentiation for undifferentiated or low-differentiated osteoblasts, unlike undifferentiated stem cells.

[試験例3:特性遠赤外線照射骨芽細胞の骨機能を示す遺伝子の発現促進試験]
遠赤外線が未成熟または未分化な骨芽細胞に与える影響を確認するために、前骨芽細胞を遠赤外線が照射されている条件と遠赤外線が照射されていない条件で培養し、骨芽細胞の骨機能を示す遺伝子の発現状況の変化を比較した。
遺伝子の発現状況はRT−PCR法にて、石灰化活性の指標となるアルカリンフォスファターゼ、基質形成の指標となるタイプIコラーゲン、骨形成の成熟段階を示すオステオカルシンをRT−PCR法にて解析した。具体的な検査方法は以下のとおりである。
まず、60mmディッシュに3×105個ずつ細胞(マウス頭蓋冠由来前骨芽細胞株MC3T3-E1細胞 (RIKEN Cell Bank, Tsukuba, Japan))を播種し、10%のFBSと1%の抗生物質を含むα-MEM培地(増殖用培地)(Sigma,St Lous,USA)において培養する。各ディッシュ内で、細胞がコンフルエントに達した後は増殖用培地にアスコルビン酸50μg/ml、βグリセロリン酸10mM、デキサメタゾン1mM(Sigma,St Lous,USA)を加えたもの(分化用培地)を使用して培養を継続しし、分化用培地に交換してから0,1,3,5,7,10,14,21,28日目における培養細胞をPBS(-)にて2回洗浄した後、Trizol (Invitrogen, Carlsbad, CA,USA)で溶解し、クロロホルムを加えて遠心により蛋白質除去を行う。上清よりエタノール沈殿にてtotal RNAを回収し、回収されたtotal RNA 1μgにdT primerおよび10mM dNTP mixを加え、65℃、5分間加熱した後、10×RT buffer、25mM MgCl2、0.1M DTTを混合し、42℃、2分間反応させる。その後、逆転写酵素SuperScriptIIRT (Invitrogen)を加え、42℃、50分間インキュベートしてcDNAを合成し、70℃、15分間熱処理することで逆転写反応を終了させ、氷上にて急冷させる。さらに、37℃、20分間処理することでRNAを分解することによって RNAを含まない、cDNAが得られる。このcDNAから、目的とする因子(アルカリンフォスファターゼ、タイプIコラーゲン、オステオカルシン)の特異的プライマーを用いて、cDNAを増幅するためにPCR(ポリメラーゼチェーンリアクション)法を用いて解析した。PCRはReadyMix PCR Master Mix (AB gene, Epsom, Surrey, UK)を用いて行い、PCR産物、つまり、種々の因子のcDNAの混合体から、特異的に増幅された目的とする因子のcDNAは、1.5%アガロースゲルにて電気泳動させた後、エチジウムブロマイドにて染色してから、CCDカメラにて撮影を行った。なお、遺伝子の発現程度を統一するためにハウスキーピング遺伝子であるG3PDEHを対照とした。
[Test Example 3: Characteristic Far-Infrared Irradiated Osteoblast Cell Gene Expression Promotion Test]
In order to confirm the effect of far-infrared rays on immature or undifferentiated osteoblasts, pre-osteoblasts are cultured under conditions where far-infrared rays are irradiated and under conditions where far-infrared rays are not irradiated. The changes in the expression status of genes showing bone function were compared.
The expression status of the gene was analyzed by RT-PCR method, alkaline phosphatase as an index of mineralization activity, type I collagen as an index of substrate formation, and osteocalcin indicating the maturation stage of bone formation by RT-PCR method. . The specific inspection method is as follows.
First, 3x105 cells (mouse calvarial-derived preosteoblast cell line MC3T3-E1 cells (RIKEN Cell Bank, Tsukuba, Japan)) were seeded in a 60mm dish, and 10% FBS and 1% antibiotics were seeded. Culturing in an α-MEM medium (proliferation medium) containing (Sigma, St. Louis, USA). Within each dish, after the cells reach confluence, a growth medium containing 50 μg / ml ascorbic acid, 10 mM β-glycerophosphate, and 1 mM dexamethasone (Sigma, St. Louis, USA) is used (differentiation medium). The culture was continued, and the cultured cells at 0, 1, 3, 5, 7, 10, 14, 21, and 28 days after washing with the differentiation medium were washed twice with PBS (-), Dissolve in Trizol (Invitrogen, Carlsbad, CA, USA), add chloroform and remove protein by centrifugation. Total RNA is recovered from the supernatant by ethanol precipitation. To 1 μg of the recovered total RNA, dT primer and 10 mM dNTP mix are added, heated at 65 ° C. for 5 minutes, and then 10 × RT buffer, 25 mM MgCl2, 0.1 M DTT are added. Mix and react at 42 ° C. for 2 minutes. Thereafter, reverse transcriptase SuperScriptIIRT (Invitrogen) is added and incubated at 42 ° C. for 50 minutes to synthesize cDNA, and heat treatment is performed at 70 ° C. for 15 minutes to complete the reverse transcription reaction and rapidly cool on ice. Furthermore, cDNA containing RNA is obtained by degrading RNA by treating at 37 ° C. for 20 minutes. From this cDNA, specific primers of the target factors (alkaline phosphatase, type I collagen, osteocalcin) were used and analyzed using PCR (polymerase chain reaction) method to amplify the cDNA. PCR is performed using ReadyMix PCR Master Mix (AB gene, Epsom, Surrey, UK) .The PCR product, that is, the cDNA of the target factor specifically amplified from a mixture of cDNAs of various factors, After electrophoresis on 1.5% agarose gel, it was stained with ethidium bromide and then photographed with a CCD camera. In order to unify the expression level of the gene, G3PDEH, which is a housekeeping gene, was used as a control.

また、培養は、遠赤外線が照射されている条件での培養は、培養空間内に配置された細胞に我々が開発した遠赤外線を照射できるCO2インキュベータ(特性遠赤外線CO2インキュベータ:Bloodish,inc 徳島)を使用して行い、比較対照となる遠赤外線が照射されない条件での培養は、一般的なインキュベータ(ニクロム線加熱、ウォータジャケット有)を使用して行った。そして、培養は、いずれの条件においても、37℃、湿度100%、5%CO2、95%空気の気相下で行い、増殖用培地および分化用培地は、いずれも3日に一度交換した。   In addition, culture is performed under conditions where far-infrared rays are irradiated. CO2 incubators that can radiate far-infrared rays we have developed to cells placed in the culture space (characteristic far-infrared CO2 incubator: Bloodish, Inc. Tokushima) The culture was carried out using a general incubator (Nichrome wire heating, with water jacket) under the condition that far infrared rays were not irradiated as a comparative control. Cultivation was performed in a gas phase of 37 ° C., 100% humidity, 5% CO 2 and 95% air under any conditions, and the growth medium and differentiation medium were changed once every three days.

図7に実験結果を示す。なお、図7において、Controlは遠赤外線を照射していない条件で培養したものを示しており、FIRは遠赤外線を照射した条件で培養したものを示している。また、図8において、撮影画像の上部に記載されている数字は分化用培地に交換してからの日数を示している。また、撮影画像における明るさ(白さ)が検査対象となる、目的とする遺伝子の発現量を示しており、明るさが強い場合が目的とする遺伝子を多く発現している場合に該当する。
図8に示すように、FIR群では、初期の骨分化マーカーであるアルカリフォスファターゼが、control群よりも早い時期から明るさが強くなっており、早い時期からアルカリフォスファターゼが発現していることが確認できる。また、分化後期のマーカーであるオステオカルシンについても、FIR群では、コントロール群に比べ早い時期から上昇している。したがって、RT-PCRによる検査において、FIR群は、control群よりも早い時期から分化が開始する、つまり、分化が促進されていることが確認できる。以上の結果から、遠赤外線は未成熟なまたは未分化な骨芽細胞に対しては分化を促進し、かつ、成熟した骨芽細胞に対しては、骨形成を亢進させる作用があることが明らかになった。
FIG. 7 shows the experimental results. In FIG. 7, “Control” indicates that cultured under conditions that do not irradiate far infrared rays, and “FIR” indicates that that is cultured under conditions that irradiate far infrared rays. Moreover, in FIG. 8, the number described in the upper part of the photographed image indicates the number of days after the medium is changed to the differentiation medium. Further, the brightness (whiteness) in the photographed image indicates the expression level of the target gene to be examined, and the case where the brightness is strong corresponds to the case where many target genes are expressed.
As shown in FIG. 8, in the FIR group, it was confirmed that alkaline phosphatase, which is an early bone differentiation marker, became brighter from the early stage than the control group, and alkaline phosphatase was expressed from the early stage. it can. In addition, osteocalcin, which is a late differentiation marker, also increased in the FIR group from an earlier stage than in the control group. Therefore, in the examination by RT-PCR, it can be confirmed that the FIR group starts to differentiate at an earlier stage than the control group, that is, the differentiation is promoted. From the above results, it is clear that far-infrared rays have an effect of promoting differentiation for immature or undifferentiated osteoblasts and enhancing bone formation for mature osteoblasts. Became.

[試験例4:特性遠赤外線照射骨芽細胞の骨基質形成促進試験]
遠赤外線が骨形成に与える影響を確認するために、前骨芽細胞を遠赤外線が照射されている条件と遠赤外線が照射されていない条件で培養し、石灰化組織の形成状況を比較した。
石灰化組織の形成状況はvon Kossa染色により検査した。具体的には、5穴ディッシュに1×105個ずつ細胞を播種し、分化開始後21日目の細胞をPBSにて2回洗浄した後、10%ホルマリンPBSにて分化の進行を停止させ、細胞の形態を固定し、5%硝酸銀溶液にて染色した後、5分間のUV照射を行うことによってリン酸銀の沈殿にUV照射することで還元させ発色させることにより、ハイドロキアパタイトの検出を行った。
[Test Example 4: Bone matrix formation promotion test of characteristic far-infrared irradiated osteoblasts]
In order to confirm the effect of far-infrared rays on bone formation, pre-osteoblasts were cultured under conditions where far-infrared rays were irradiated and under conditions where far-infrared rays were not irradiated, and the formation of calcified tissues was compared.
The formation of calcified tissue was examined by von Kossa staining. Specifically, 1 × 10 5 cells were seeded in a 5-well dish, and the cells on the 21st day after the start of differentiation were washed twice with PBS, and then the progression of differentiation was stopped with 10% formalin PBS. Fixation of cell morphology, staining with 5% silver nitrate solution, and UV irradiation for 5 minutes to reduce the color of silver phosphate precipitates by UV irradiation, thereby detecting hydroxiapatite. went.

使用した細胞は、マウス頭蓋冠由来前骨芽細胞株MC3T3-E1細胞(RIKEN Cell Bank, Tsukuba, Japan)であり、10%のFBSと1%の抗生物質を含むα-MEM培地(増殖用培地)(Sigma,St Lous,USA)において培養した。各ディッシュ内で、細胞がコンフルエントに達した後は増殖用培地にアスコルビン酸50μg/ml、βグリセロリン酸10mM、デキサメタゾン1mM(Sigma,St Lous,USA)を加えたもの(分化用培地)を使用して培養を継続した。
また、遠赤外線が照射されている条件での培養は、培養空間内に配置された細胞に遠赤外線を照射できるCO2インキュベータ(特性遠赤外線CO2インキュベータ:Bloodish,inc 徳島)を使用して行い、比較対照となる遠赤外線が照射されない条件での培養は、一般的なインキュベータ(ニクロム線加熱、ウォータジャケット有)を使用して行った。なお、培養は、いずれの条件においても、37℃、湿度100%、5%CO2、95%空気の気相下で行い、増殖用培地および分化用培地は、いずれも3日に一度交換した。
The cells used were mouse calvarial-derived preosteoblast cell line MC3T3-E1 cells (RIKEN Cell Bank, Tsukuba, Japan), α-MEM medium (proliferation medium) containing 10% FBS and 1% antibiotics. ) (Sigma, St. Louis, USA). Within each dish, after the cells reach confluence, a growth medium containing 50 μg / ml ascorbic acid, 10 mM β-glycerophosphate, and 1 mM dexamethasone (Sigma, St. Louis, USA) is used (differentiation medium). The culture was continued.
Cultivation under conditions where far-infrared rays are irradiated is performed using a CO2 incubator (characteristic far-infrared CO2 incubator: Bloodish, Inc. Tokushima) that can irradiate cells placed in the culture space with far-infrared rays. Cultivation under conditions where no far-infrared rays were irradiated as a control was performed using a general incubator (Nichrome wire heating, with water jacket). Cultivation was performed under any conditions in a gas phase of 37 ° C., humidity 100%, 5% CO 2, and 95% air, and both the growth medium and differentiation medium were changed once every three days.

図8に実験結果を示す。なお、図8において、Controlは遠赤外線を照射していない条件で培養したものを示しており、FIRは遠赤外線を照射した条件で培養したものを示している。
図8に示すように、control群に比べて、FIR群では、染色された細胞、つまり、MC3T3-E1細胞からの分化が進行した石灰化組織の領域が非常に広くなっている。そして、染色された細胞の色の濃さも、control群に比べて、FIR群が非常に濃くなっており、石灰化組織の密度が高い、つまり、石灰化組織の量が多くなっていることが確認できる。したがって、von Kossa染色による検査においても、FIR群は、control群よりも骨芽細胞の分化が促進されていることが確認できる。以上の結果から、成熟した骨芽細胞に対して、遠赤外線は、分化を促進させ、コラーゲンを活発に形成し、石灰化を促進することが明らかになった。このことは、細胞レベルでも、遠赤外線は骨形成を促進する作用があることが解明された。
FIG. 8 shows the experimental results. In FIG. 8, “Control” indicates that cultured under conditions that do not irradiate far infrared rays, and “FIR” indicates that that is cultured under conditions that irradiate far infrared rays.
As shown in FIG. 8, in the FIR group, compared with the control group, the area of the calcified tissue in which differentiation from the stained cells, that is, MC3T3-E1 cells has progressed, is very wide. Further, the color density of the stained cells is much higher in the FIR group than in the control group, and the density of the calcified tissue is high, that is, the amount of the calcified tissue is increased. I can confirm. Therefore, even in the examination by von Kossa staining, it can be confirmed that the differentiation of osteoblasts is promoted in the FIR group more than in the control group. From the above results, it was revealed that far-infrared rays promote differentiation, actively form collagen, and promote calcification of mature osteoblasts. This has been clarified that far-infrared rays promote bone formation even at the cellular level.

上記の実験結果をまとめると、まず、細胞レベルにおいて、遠赤外線は骨芽細胞には増殖を抑制して、分化を促進することが確認できる。そして、遠赤外線によって分化を促進された骨芽細胞は、早い時期から骨基質の形成と石灰化に関与する遺伝子を発現して、アルカリフォスガターゼ活性を亢進して、コラーゲンを分泌し、骨基質を活発に形成することが明らかになった。
また、個体レベルにおいても、体表面から離れた場所から遠赤外線を照射すれば、身体の深部にまで浸透し、遠赤外線が骨組織の骨新生を活性化し、インプラントと骨組織の結合を強固にすることが明らかになった。
したがって、遠赤外線を体表から照射すれば、骨組織の形成が活性化されることが明らかであり、骨欠損を伴う骨疾患の治療を目的とした、遠赤外線骨治療器具が有効であることが証明された。
Summarizing the above experimental results, it can be confirmed that far infrared rays suppress proliferation and promote differentiation in osteoblasts at the cellular level. Osteoblasts that have been differentiated by far-infrared rays express genes involved in bone matrix formation and mineralization from an early stage, enhance alkaline phosphatase activity, secrete collagen, It has been shown that the substrate is actively formed.
In addition, even at the individual level, if far infrared rays are irradiated from a location away from the body surface, it penetrates deep into the body, and far infrared rays activate bone formation and strengthen the bond between the implant and bone tissue. It became clear to do.
Therefore, it is clear that irradiation of far-infrared rays from the body surface activates the formation of bone tissue, and a far-infrared bone treatment device for the treatment of bone diseases with bone defects is effective. Proved.

本発明の骨治療器具の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the bone treatment instrument of this invention. 本発明の骨治療器具の使用状態を示す概略図である。It is the schematic which shows the use condition of the bone treatment instrument of this invention. 遠赤外線吸収照射セラミックスの放射スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the radiation spectrum of a far-infrared absorption irradiation ceramics. 遠赤外線照射マウスの骨新生促進試験の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the osteogenesis promotion test of a far-infrared irradiation mouse | mouth. 遠赤外線照射マウスの骨新生促進試験のシリカゾル処理の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the silica sol process of the osteogenesis promotion test of a far-infrared irradiation mouse | mouth. 特性遠赤外線照射骨芽細胞MC3T3-E1細胞の増殖抑制試験の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the proliferation inhibitory test of characteristic far-infrared irradiation osteoblast MC3T3-E1 cell. 特性遠赤外線照射骨芽細胞MC3T3-E1細胞の骨機能を示す遺伝子の発現促進試験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the expression promotion test of the gene which shows the bone function of characteristic far-infrared irradiation osteoblast MC3T3-E1 cell. 特性遠赤外線照射骨芽細胞MC3T3-E1細胞の骨基質形成促進試験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the bone-matrix formation promotion test of characteristic far-infrared irradiation osteoblast MC3T3-E1 cell.

符号の説明Explanation of symbols

1 骨治療器具
2 本体部
3 面状発熱体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Bone treatment instrument 2 Main part 3 Planar heating element

Claims (7)

骨芽細胞に対して、遠赤外線を照射する遠赤外線照射部を備えている
ことを特徴とする骨形成促進装置。
An osteogenesis promoting apparatus comprising a far-infrared irradiation unit that irradiates osteoblasts with far-infrared rays.
前記骨芽細胞が、未分化または未成熟な状態である
ことを特徴とする請求項1記載の骨形成促進装置。
The osteogenesis promoting apparatus according to claim 1, wherein the osteoblast is in an undifferentiated or immature state.
骨芽細胞に対して、遠赤外線を照射する
ことを特徴とする骨形成促進方法。
A method for promoting osteogenesis, characterized by irradiating osteoblasts with far-infrared rays.
前記骨芽細胞が、未分化または未成熟な状態である
ことを特徴とする請求項3記載の骨形成促進方法。
The bone formation promoting method according to claim 3, wherein the osteoblast is in an undifferentiated or immature state.
生体に向けて電磁波を照射する電磁波照射部を備えており、
該電磁波照射部から生体に照射される電磁波が、遠赤外線である
ことを特徴とする骨治療器具。
It has an electromagnetic wave irradiation part that irradiates electromagnetic waves toward the living body,
A bone treatment instrument, wherein the electromagnetic wave irradiated to the living body from the electromagnetic wave irradiation unit is far infrared rays.
前記電磁波照射部が、
可撓性を有し、生体に巻き付けうるシート状の本体部を備えており、
該本体部に、遠赤外線を放射し得る面状発熱体が設けられている
ことを特徴とする請求項5記載の骨治療器具。
The electromagnetic wave irradiation part is
It has flexibility and has a sheet-like main body that can be wound around a living body.
6. The bone treatment instrument according to claim 5, wherein a planar heating element capable of emitting far-infrared rays is provided on the main body.
生体に固定される遠赤外線吸収照射セラミック部材であって、
該遠赤外線吸収照射セラミック部材は、
その表面に照射された遠赤外線を吸収し、所定の波長の遠赤外線を生体に向けて放出し得る素材によって形成されている
ことを特徴とする骨治療器具。
A far-infrared absorption irradiation ceramic member fixed to a living body,
The far-infrared absorbing irradiated ceramic member is
A bone treatment instrument characterized by being formed of a material capable of absorbing far-infrared rays irradiated on its surface and emitting far-infrared rays of a predetermined wavelength toward a living body.
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