JP2008006128A - Orientation control unit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a unit which can control the orientation of living body tissue and further control the orientation beneficial for the regeneration, analysis, etc., of the living body tissue. <P>SOLUTION: This orientation control unit controls the orientation of the living body tissue by supplying a magnetic field to an affected area. The orientation control unit comprises a magnetic-field supplying means 1 for supplying the magnetic field to the affected area, and a control means for controlling the magnetic field. The living body tissue is selected from a group which is composed of a bone, cartilage, a smooth muscle, a cardiac muscle, a skeletal muscle, skin, fat, a ligament, a tendon, a blood vessel, and a cell. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、配向性の制御装置に関し、特に、磁場を利用した配向性の制御装置に関する。   The present invention relates to an orientation control device, and more particularly to an orientation control device using a magnetic field.

現在、再生医療技術を用いることで、自然治癒不可能な巨大な骨欠損部等の再生が可能となっている。また、従来においては、関節等が高度に破壊されると、関節固定や脚切断などを行う手術が多かったが、人工関節に置き換えることが普及し始めている。   At present, the use of regenerative medical technology makes it possible to regenerate huge bone defects that cannot be naturally cured. Conventionally, when joints and the like are highly destroyed, there are many operations for joint fixation, leg cutting, etc., but replacement with artificial joints has begun to spread.

この他、破壊された硬組織などの生体組織の再生を図って機能を回復させる治療方法も試みられており、当該治療方法は、自然治癒を目的としたものであり、患者の社会復帰を助ける観点からも大変有意義なものである。   In addition, a treatment method that restores the function by regenerating a living tissue such as a hard tissue that has been destroyed has also been attempted, and the treatment method is intended for natural healing and helps the patient to return to society. It is very meaningful from the viewpoint.

自然治癒を図るために、例えば、超音波を用いる非侵襲的治療装置が知られている。最近では、治療中に超音波が患部へ照射されているかどうかを検出することが可能であり、患者に対して安全かつ効果的な治療装置が知られている(特開平10−085288号)。   In order to achieve natural healing, for example, a noninvasive treatment apparatus using ultrasonic waves is known. Recently, it is possible to detect whether or not an ultrasonic wave is irradiated to an affected part during treatment, and a treatment apparatus that is safe and effective for a patient is known (Japanese Patent Laid-Open No. 10-085288).

また、特に、骨の成長用に刺激を付与するために、パルス状の電磁場を用いて生体組織や生体細胞等に治療を施す非侵襲性電磁治療装置が知られている(特開平6−233825号)   In particular, there is known a non-invasive electromagnetic therapy apparatus that treats biological tissue, biological cells, etc. using a pulsed electromagnetic field in order to give a stimulus for bone growth (Japanese Patent Laid-Open No. 6-233825). issue)

このように、超音波や、磁気を利用した各種装置が医療分野において利用されている。   As described above, various devices using ultrasonic waves and magnetism are used in the medical field.

特開平10−085288号JP-A-10-085288 特開平6−233825号JP-A-6-233825

しかしながら、上記超音波を利用したものは、主として、骨折と骨挫傷の自然治癒のために用いられるものである。すなわち、適当なパラメータ(例えば、超音波周波数、パルス繰り返し周期とパルス振幅)を有する超音波パルスを、適当な期間、患部に近接した適当な位置で当てることにより、自然治癒を行うものであり、生体内組織の配向性を制御するものではない。 However, those using the above ultrasonic waves are mainly used for natural healing of fractures and bone contusions. That is, natural healing is performed by applying an ultrasonic pulse having appropriate parameters (for example, ultrasonic frequency, pulse repetition period and pulse amplitude) at an appropriate position close to the affected area for an appropriate period, It does not control the orientation of in vivo tissues.

また、上記電磁場を利用したものは、主として骨成長の刺激付与のために用いられるものであり、生体内組織又は細胞の配向性を制御するものではない。 Moreover, what uses the said electromagnetic field is mainly used for the stimulus provision of a bone growth, and does not control the orientation of a biological tissue or a cell.

ところで、正常な生体内組織における規則的な配向性を把握できれば、当該正常な生体内組織の情報を元に、種々の解析を行うことも可能である。しかしながら、従来の電磁場を用いる方法は、単に、刺激を付与するものであって、配向性を制御するという観点から電磁場を用いるものではない。 By the way, if regular orientation in a normal in-vivo tissue can be grasped, various analyzes can be performed based on information on the normal in-vivo tissue. However, the conventional method using an electromagnetic field merely provides stimulation, and does not use an electromagnetic field from the viewpoint of controlling orientation.

また、骨再生時には、骨量の増加が先行し、欠損部を充填し、その際、外部からの応力情報が伝達されないことから、再生部の骨微細構造は修復されないことが知られている。これまで、磁場を用いることで、骨再生が早まる例が報告されたことがあるが、これは磁場による血流を高めたことが原因と考えられ、実際には骨量の改善にはつながる可能性があっても、骨微細構造(骨質)の改善にはつながらないのが現状である。骨微細構造が実際の骨の力学機能を支配することを考えると、骨再生と同時に、骨微細構造を改善する必要性がある。なぜなら、一度再生により骨で満たされた部分の骨微細構造の健全化には、きわめて時間がかかるためである。しかしながら、これまで骨微細構造(骨質)の観点から、骨再生を行った例はない。 Further, it is known that during bone regeneration, the increase in bone mass precedes and fills the defect, and stress information from the outside is not transmitted at that time, so that the bone microstructure of the regeneration part is not repaired. Until now, there have been reports of cases where bone regeneration is accelerated by using a magnetic field, but this is thought to be caused by increased blood flow due to the magnetic field, which may actually lead to improvement in bone mass. Even if it is sexable, it does not lead to improvement of bone microstructure (bone quality). Given that bone microstructure dominates the mechanical function of actual bone, there is a need to improve bone microstructure simultaneously with bone regeneration. This is because it takes a very long time to improve the soundness of the bone microstructure once filled with bone. However, there has been no example of bone regeneration from the viewpoint of bone microstructure (bone quality).

また、生体内組織を含め高分子物質等は、結晶磁気異方性を有しており、当該異方性がなんらかの性質、機能に影響を及ぼすことも有り得る。例えば、硬組織のほか、腱、心筋には、コラーゲン繊維が存在し、当該コラーゲン繊維は配向性を有する。このような配向性を自由に制御することが可能であれば、再生医学等の分野において有意義である。しかし、このような配向性を制御する装置はこれまで存在しない。 In addition, polymer substances including in vivo tissues have magnetocrystalline anisotropy, and the anisotropy may affect some properties and functions. For example, collagen fibers are present in tendons and myocardium in addition to hard tissues, and the collagen fibers have orientation. If such orientation can be freely controlled, it is meaningful in fields such as regenerative medicine. However, there is no device for controlling such orientation.

そこで、本発明の目的は、生体内組織の配向性を制御し、ひいては生体内組織の再生、分析等に有益な配向性の制御を行うことが可能な装置を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an apparatus capable of controlling the orientation of a tissue in a living body and thus controlling the orientation useful for regeneration and analysis of the tissue in the living body.

上記目的を達成するために、発明者らは、生体内組織の配向性に着目し、生体内組織の評価について鋭意研究した結果、本発明の配向性の制御装置を見出すに至った。   In order to achieve the above-mentioned object, the inventors have paid attention to the orientation of the tissue in the living body and intensively studied the evaluation of the tissue in the living body. As a result, the inventors have found the orientation control device of the present invention.

本発明の配向性の制御装置は、患部へ磁場を供給し、生体内組織又は細胞の配向性を制御する装置であって、患部へ磁場を供給する磁場供給手段と、前記磁場を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。   The orientation control device of the present invention is a device for supplying a magnetic field to an affected part and controlling the orientation of a tissue or a cell in a living body, a magnetic field supplying means for supplying the magnetic field to the affected part, and a control for controlling the magnetic field. And means.

また、本発明の配向性の制御装置の好ましい実施態様において、生体内組織が、骨、軟骨、平滑筋、心筋、骨格筋、皮膚、脂肪、靭帯、腱、血管、細胞からなる群から選択されることを特徴とする。   Further, in a preferred embodiment of the orientation control device of the present invention, the in vivo tissue is selected from the group consisting of bone, cartilage, smooth muscle, cardiac muscle, skeletal muscle, skin, fat, ligament, tendon, blood vessel, and cell. It is characterized by that.

また、本発明の配向性の制御装置の好ましい実施態様において、患部への磁場を、結晶の配向方位に対して、結晶磁気異方性エネルギーを最小にするような方向へ与えることを特徴とする。   In a preferred embodiment of the orientation control device of the present invention, the magnetic field to the affected part is given in a direction that minimizes the magnetocrystalline anisotropy energy with respect to the crystal orientation. .

また、本発明の配向性の制御装置の好ましい実施態様において、患部への磁場を、コラーゲン線維の走行方向に対して、90度±45度の方向へ与えることを特徴とする。 In a preferred embodiment of the orientation control device of the present invention, the magnetic field to the affected part is applied in a direction of 90 ° ± 45 ° with respect to the traveling direction of the collagen fibers.

また、本発明の配向性の制御装置の好ましい実施態様において、前記結晶の配向方位が、生体アパタイトのc軸方向であることを特徴とする。 In a preferred embodiment of the orientation control device of the present invention, the crystal orientation is the c-axis direction of biological apatite.

また、本発明の配向性の制御装置の好ましい実施態様において、患部への磁場を、血管走行方向に対して、90度±45度の方向へ与えることを特徴とする。 In a preferred embodiment of the orientation control device of the present invention, the magnetic field to the affected part is given in a direction of 90 ° ± 45 ° with respect to the blood vessel running direction.

また、本発明の配向性の制御装置の好ましい実施態様において、患部への磁場を、硬組織の応力負荷方向に対して、90度±45度の方向へ与えることを特徴とする。   In a preferred embodiment of the orientation control device of the present invention, the magnetic field to the affected area is applied in a direction of 90 ° ± 45 ° with respect to the stress load direction of the hard tissue.

また、本発明の配向性の制御装置の好ましい実施態様において、患部への磁場を、硬組織の骨近遠心方向に対して、90度±45度の方向へ与えることを特徴とする。   In a preferred embodiment of the orientation control device of the present invention, the magnetic field to the affected area is applied in a direction of 90 ° ± 45 ° with respect to the direction of bone near-centrifugation of the hard tissue.

また、本発明の配向性の制御装置の好ましい実施態様において、患部への磁場の強度が、1〜20(T)の範囲であることを特徴とする。   In a preferred embodiment of the orientation control device of the present invention, the magnetic field strength to the affected area is in the range of 1 to 20 (T).

また、本発明の配向性の制御装置の好ましい実施態様において、患部への磁場を、1〜24時間の間与えることを特徴とする。   In a preferred embodiment of the orientation control device of the present invention, a magnetic field to the affected area is applied for 1 to 24 hours.

また、本発明の配向性の制御装置の好ましい実施態様において、さらに、正常な硬組織の結晶の配向性を評価する評価手段を備えることを特徴とする。   Further, in a preferred embodiment of the orientation control device of the present invention, it is further characterized by further comprising evaluation means for evaluating the orientation of normal hard tissue crystals.

また、本発明の配向性の制御装置の好ましい実施態様において、 前記評価手段が、X線回折法、SEM-EBSP(Scanning Electron
Microscope-Electron Backscattering Pattern)法による各結晶粒の電子後方散乱像の解析によるもの、TEM-DP(Transmission Electron
Microscope-Diffraction Pattern)法による電子線回折図形の解析によるものからなる群から選択される少なくとも1種により提供されることを特徴とする。
Further, in a preferred embodiment of the orientation control device of the present invention, the evaluation means includes an X-ray diffraction method, SEM-EBSP (Scanning Electron
TEM-DP (Transmission Electron), based on analysis of electron backscattered image of each crystal grain by Microscope-Electron Backscattering Pattern
It is provided by at least one selected from the group consisting of those obtained by analyzing electron diffraction patterns by a Microscope-Diffraction Pattern) method.

本発明の配向性の制御装置によれば、生体内組織の配向性を非侵襲的に制御することが可能であり、ひいては非侵襲的な治療を可能とするという有利な効果を奏する。   According to the orientation control device of the present invention, it is possible to non-invasively control the orientation of a tissue in a living body, and thus, there is an advantageous effect that non-invasive treatment is possible.

また、本発明の配向性の制御装置を、硬組織に適用した場合、骨の充填、骨密度の上昇と、骨配向性の回復を同時に行なうことを可能とするという有利な効果を奏する。また、非侵襲な磁場の利用により、骨微細構造が正常部に近い状態を早期に実現可能になる。骨折の場合では、リハビリ期間の短縮が期待され骨疾患部に対しては、骨質改善・力学機能改善効果が期待される。また、硬組織の場合を例にとれば、本装置内で配向性を制御しつつ、骨の再生を行うことが可能である。すなわち、生体の本来有する再生能力を生かしつつ、配向性を制御できるので、再生された硬組織は、正常な硬組織と同様の骨密度、骨質を有し非常に優れている。本発明によれば、このような高精度な再生を提供し得る。 Further, when the orientation control device of the present invention is applied to a hard tissue, there is an advantageous effect that bone filling, bone density increase and bone orientation recovery can be performed simultaneously. In addition, the use of a non-invasive magnetic field makes it possible to quickly realize a state in which the bone microstructure is close to a normal part. In the case of a fracture, shortening of the rehabilitation period is expected, and the bone disease part is expected to improve bone quality and mechanical function. Taking the case of hard tissue as an example, it is possible to regenerate bone while controlling the orientation in the present apparatus. That is, since the orientation can be controlled while taking advantage of the regenerative ability inherent in the living body, the regenerated hard tissue has the same bone density and bone quality as a normal hard tissue, and is extremely excellent. According to the present invention, such highly accurate reproduction can be provided.

また、本発明の配向性の制御装置によれば、硬組織の再生過程や疾患形成の評価を行ないながら、生体内組織へ確実に配向性を付与することができるので、硬組織疾患の治療や再生医歯学分野(特に、整形外科学、脳外科学、歯学)や基礎医学の分野への貢献が期待できる。   In addition, according to the orientation control device of the present invention, it is possible to reliably impart orientation to in vivo tissues while evaluating the regeneration process and disease formation of hard tissues. Expected to contribute to the fields of regenerative medicine and dentistry (especially orthopedics, brain surgery, dentistry) and basic medicine.

本発明の配向性の制御装置は、患部へ磁場を供給し、生体内組織の配向性を制御する装置であって、患部へ磁場を供給する磁場供給手段と、前記磁場を制御する制御手段と、を備える。このような装置によれば、正常な生体内組織の結晶磁気異方性にしたがった配向性を欠損した生体内組織や細胞の配列等に対して付与し、再生等を行うことが可能である。磁場は、特定方向、もしくは特定面方向へと発生させ、患部へ照射するとともに、適切な磁場の大きさや磁場照射方向、磁場照射時間を変化させることで制御する。   An orientation control device according to the present invention is a device for supplying a magnetic field to an affected area and controlling the orientation of a tissue in a living body, a magnetic field supply means for supplying a magnetic field to the affected area, and a control means for controlling the magnetic field; . According to such an apparatus, it is possible to perform regeneration, etc., by applying to an in vivo tissue or a cell array lacking orientation according to the crystal magnetic anisotropy of normal in vivo tissue. . The magnetic field is generated in a specific direction or a specific plane direction, irradiated to the affected area, and controlled by changing an appropriate magnetic field size, magnetic field irradiation direction, and magnetic field irradiation time.

本発明において、生体内組織とは、結晶磁気異方性を有するものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、骨、軟骨、平滑筋、心筋、骨格筋、皮膚、脂肪、靭帯、腱、血管、細胞等を例示することができる。すなわち、硬組織、腱、心筋には、コラーゲン繊維又は生体アパタイトが存在し、当該コラーゲン繊維又は生体アパタイトは、磁気異方性を有する。当該コラーゲン繊維の走行方向が当該コラーゲン繊維を含有する生体内組織の性質を左右する重要な因子の1つであることが判明し、当該異方性を制御することで組織の再生において重要な役割を演じることが判明した。   In the present invention, the in vivo tissue is not particularly limited as long as it has crystal magnetic anisotropy. For example, bone, cartilage, smooth muscle, cardiac muscle, skeletal muscle, skin, fat, ligament , Tendons, blood vessels, cells and the like. That is, collagen fibers or biological apatites exist in hard tissues, tendons, and myocardium, and the collagen fibers or biological apatites have magnetic anisotropy. It was found that the running direction of the collagen fiber is one of the important factors that influence the properties of the tissue in vivo containing the collagen fiber, and it plays an important role in tissue regeneration by controlling the anisotropy. Turned out to play.

生体内組織のコラーゲン/アパタイトの配向は、硬組織の力学機能と密接に関係していることから重要である。しかし、たとえば骨再生を行なったりする場合には、欠損部が充填され、骨密度が正常に戻るまでの間、再生部での正常な応力伝達が行なわれず、その結果、配向性の回復が大きく遅れるという問題がある。特に、再生部が一度充填された後の骨の置換速度は低下することから、配向性の回復には長時間を必要とする。そこで、骨の充填、骨密度の上昇と、骨配向性の回復を同時に行うことを可能とする技術が必要となるが、本発明の配向性の制御装置を利用すれば、このような再生が可能である。   The orientation of collagen / apatite in living tissue is important because it is closely related to the mechanical function of hard tissue. However, for example, when bone regeneration is performed, normal stress transmission is not performed at the regeneration portion until the defect portion is filled and the bone density returns to normal, and as a result, the orientation is greatly recovered. There is a problem of being late. In particular, since the bone replacement speed after the regenerative portion is once filled decreases, it takes a long time to restore the orientation. Therefore, it is necessary to have a technique that enables bone filling, bone density increase, and bone orientation recovery at the same time. However, if the orientation control device of the present invention is used, such regeneration is possible. Is possible.

また、生体内組織のうち、結晶磁気異方性を有するものは磁場によって異方性を付与することができる。本発明の配向性の制御装置を利用すれば、非侵襲的な配向性付与を実現できる。 In addition, tissue having crystal magnetic anisotropy among in vivo tissues can be provided with anisotropy by a magnetic field. If the orientation control device of the present invention is used, non-invasive orientation provision can be realized.

また、好適な態様において、患部への磁場を、結晶配向方位に対して、結晶磁気異方性エネルギーを最小にするような方向へ与える。特に、生体アパタイトの場合、結晶磁気異方性エネルギーを最小にするような方向は、結晶の配向方位に対して、90度±45度であることが好ましい。 In a preferred embodiment, the magnetic field to the affected part is applied in a direction that minimizes the magnetocrystalline anisotropy energy with respect to the crystal orientation. In particular, in the case of bioapatite, the direction that minimizes the magnetocrystalline anisotropy energy is preferably 90 ° ± 45 ° with respect to the crystal orientation.

他の物質について代表的なものを例示すれば、以下の通りである。   Typical examples of other substances are as follows.

Figure 2008006128
Figure 2008006128

表1から明らかなように、物質によって結晶磁気異方性のエネルギーを最小にするような方向が異なり、例えば、HApであればc軸が磁場に垂直となる一方、フィブリンなどは磁場に平行になるので、物質に応じて或いは所望により配向性を自在に制御することが可能である。本発明においては、上記のような配向性の情報に基づき、所望の配向性を付与することが可能である。その他、ポリアミノ酸、DNA,ウイルス、各種タンパク質結晶なども磁場配向することが知られている。   As is clear from Table 1, the direction of minimizing the magnetocrystalline anisotropy differs depending on the material. For example, in the case of HAp, the c-axis is perpendicular to the magnetic field, while fibrin is parallel to the magnetic field. Therefore, the orientation can be freely controlled according to the substance or as desired. In the present invention, desired orientation can be imparted based on the orientation information as described above. In addition, polyamino acids, DNA, viruses, various protein crystals, and the like are also known to be magnetically oriented.

特に、生体内組織として、硬組織をサンプルとした場合について本発明の原理について説明すると以下の通りである。   In particular, the principle of the present invention will be described as follows in the case where a hard tissue is used as a sample in vivo.

図1に磁場による配向化の原理についての概略を示す。図1中、Colはコラーゲン繊維を、BApは生体アパタイトを示す。骨は、部位に応じて最適なコラーゲン/アパタイトの配向性を持つ。生体外で、配向性を付与でき、それを生体内に投入できれば良いが、現状の技術では不可能である。例えば、アパタイトのc軸に配向性を付与する技術は、熱処理によるもの、強磁場を加えるものがあるが、これらはいずれも熱処理を加えて、アパタイトの焼結を行なう必要があるため、実際の生体内のアパタイトとは大きく異なる特性をもち、その結果生体吸収性がほとんどない。本発明は、骨基質(アパタイト+コラーゲンが量的には主たる成分)は、骨系細胞(特に骨を産生する骨芽細胞)により生体内で作り出し、産生されたコラーゲンとアパタイトを非接触、非侵襲的な方法である強磁場の印加によって、生成させ、両者の持つ結晶磁気異方性を利用して、磁場により配向性を与えることを利用したものである。配向性は一方向だけではなく、磁場を印加する方向・時間を制御(一方向の磁場を配向させたい度合いや方向に応じて、時間や方向を変化させる)することで、制御することが可能である。結晶磁気異方性により、磁場印加に対して、コラーゲンの走行方向(伸長方向)が垂直、アパタイト結晶のc軸方向が垂直となる方がエネルギーが低くなることから、コラーゲンの伸長/アパタイトのc軸に垂直となるように印加することができる。例えば、骨の長手方向に一軸配向性を持つ長管骨では、長軸に垂直となるように、磁場を印加すればよく、3次元的に異方的な配向性を持つようにするためには、時間を変えて、3次元的に、磁場を印加すればよい。   FIG. 1 shows an outline of the principle of orientation by a magnetic field. In FIG. 1, Col indicates collagen fibers and BAp indicates biological apatite. Bone has an optimal collagen / apatite orientation depending on the site. Although it is only necessary that the orientation can be imparted outside the living body and it can be put into the living body, this is not possible with the current technology. For example, techniques for imparting orientation to the c-axis of apatite include those by heat treatment and those that apply a strong magnetic field, both of which require heat treatment to sinter the apatite. It has very different characteristics from in vivo apatite, and as a result, it has almost no bioabsorbability. In the present invention, the bone matrix (apatite + collagen is the main component in terms of quantity) is produced in vivo by bone cells (particularly osteoblasts that produce bone), and the produced collagen and apatite are non-contact and non-contact. It is generated by applying a strong magnetic field, which is an invasive method, and utilizing the magnetocrystalline anisotropy of both to provide orientation by a magnetic field. Orientation can be controlled not only in one direction, but also by controlling the direction and time in which the magnetic field is applied (changing the time and direction according to the degree and direction in which the magnetic field in one direction is desired to be oriented) It is. Due to the magnetocrystalline anisotropy, the energy is lower when the collagen travel direction (extension direction) is perpendicular to the magnetic field application, and the c-axis direction of the apatite crystal is perpendicular, so collagen elongation / apatite c Application can be made perpendicular to the axis. For example, in the case of a long bone with uniaxial orientation in the longitudinal direction of the bone, a magnetic field may be applied so that it is perpendicular to the long axis, so that it has a three-dimensional anisotropic orientation. In this case, the magnetic field can be applied three-dimensionally by changing the time.

すなわち、本発明の装置によれば、結晶磁気異方性と磁場との関係さえ明確であれば、事実上どのような物質であっても配向性を制御することが可能となる。   That is, according to the apparatus of the present invention, it is possible to control the orientation of virtually any substance as long as the relationship between the magnetocrystalline anisotropy and the magnetic field is clear.

図2は、生体アパタイト(以下、BApともいう。)配向性と骨力学機能との関係を示す。図2は、生体内硬組織を例にして、コラーゲン線維にそって、アパタイトのc軸(結晶構造は六方晶)がほぼ整列する様子を示している。生体内硬組織はタイプIコラーゲンとアパタイト結晶子によって、ほとんどが構成されている。このコラーゲン/アパタイトの配列は硬組織部位に強く依存し、例えば大腿骨のような長管骨であれば、コラーゲン/アパタイトのc軸方向は骨長手方向に優先的に配列する。これは、応力を感知する細胞により命令が送られた結果現れる組織であり、この配列によって、部位に最適な力学機能を発揮する。骨再生部などの応力が負荷されない部分や疾患部位ではこの配列ができず、最適な力学機能を発揮できない。このコラーゲンとアパタイトのc軸は、結晶磁気異方性を持つことから、比較的強い磁場を照射することで、そのエネルギーの低減を目的として、磁場方向に垂直に回転し、再配列する。このことを利用して、骨再生過程や骨質の乱れた疾患部に対し、磁場を照射することで、部位に応じた適切な骨質(配向性、微細構造の異方性)を与える。その結果、磁場照射によって、早い段階での力学機能の回復が見込まれる。   FIG. 2 shows the relationship between bioapatite (hereinafter also referred to as BAp) orientation and bone mechanical function. FIG. 2 shows a state in which the c-axis (crystal structure is hexagonal) of apatite is almost aligned along collagen fibers, taking an in vivo hard tissue as an example. Most in vivo hard tissues are composed of type I collagen and apatite crystallites. This collagen / apatite arrangement strongly depends on the hard tissue site. For example, in the case of a long bone such as a femur, the c-axis direction of collagen / apatite is preferentially arranged in the bone longitudinal direction. This is a tissue that appears as a result of a command sent by a cell that senses stress, and this arrangement exerts an optimal mechanical function on the site. This arrangement cannot be performed in a portion where a stress is not applied such as a bone regeneration portion or a diseased portion, and an optimal mechanical function cannot be exhibited. Since the c-axis of this collagen and apatite has crystal magnetic anisotropy, it is rotated perpendicularly to the direction of the magnetic field and rearranged for the purpose of reducing its energy by irradiating a relatively strong magnetic field. By utilizing this, the bone regeneration process and the diseased part with disordered bone quality are irradiated with a magnetic field to give appropriate bone quality (orientation, microstructure anisotropy) according to the site. As a result, the recovery of the mechanical function at an early stage is expected by the magnetic field irradiation.

このように、本発明の装置によれば、疾患部、欠損部などにおいて、応力付与の変わりに磁場を利用することにより、部位に十分な力学機能を発揮させることを可能とする。   As described above, according to the apparatus of the present invention, a sufficient dynamic function can be exerted on a site in a diseased part, a defect part, or the like by using a magnetic field instead of applying stress.

図1及び図2から分かるように、アパタイトのc軸、コラーゲン線維の線維方向は、結晶磁気異方性(磁化率の異方性)により、磁場方向に対し、垂直に配列する性質がある。コラーゲン線維に対し、生体アパタイトのc軸は、平行に生体内で晶出する性質があることから、配向させたい方向に垂直方向に配向させたい時間、磁場を照射することが望ましい。磁場は高い方が効果が高いが、現状で容易に得られる磁場レベルは10Tである。生体への磁場の悪影響も懸念されるが、現状6T前後での医療装置(MRI)も存在し、また、磁場に対する骨への悪影響は低いことが考えられているので、問題は低い。しかも磁場は、生体に接触することなく作用させることができるために、皮膚等を傷つける必要が無く、非侵襲的な方法として有利である。   As can be seen from FIGS. 1 and 2, the c-axis of the apatite and the fiber direction of the collagen fiber have the property of being arranged perpendicular to the magnetic field direction due to crystal magnetic anisotropy (magnetism anisotropy). Since the c-axis of biological apatite is crystallized in vivo in parallel with collagen fibers, it is desirable to irradiate a magnetic field for a time to be oriented in a direction perpendicular to the direction to be oriented. The higher the magnetic field, the higher the effect, but the magnetic field level that can be easily obtained at present is 10T. Although the adverse effect of the magnetic field on the living body is a concern, there are medical devices (MRI) around 6T at present, and the adverse effect on the bone against the magnetic field is considered low, so the problem is low. Moreover, since the magnetic field can be applied without touching the living body, it is not necessary to damage the skin or the like, which is advantageous as a non-invasive method.

以下、本発明の好適な実施の一形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。本発明の一実施形態は、図3に示されるように、磁場供給手段1と、ユニット2とを備える。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. One embodiment of the present invention includes a magnetic field supply means 1 and a unit 2 as shown in FIG.

患部へ磁場を供給する磁場供給手段としては、特に限定されるものではないが、例えば、永久磁石、電磁石、超伝導マグネット、水冷銅マグネット、それらの組み合わせ等を挙げることができる。すなわち、磁場供給手段としては、磁場を供給することができ、その磁場Bの方向が特定可能であれば、特に限定されるものではない。なぜなら、コラーゲン走行方向や生体アパタイトのc軸方向は、磁場に対してほぼ垂直に配向することが判明しており、そのほか、結晶磁気異方性を有する生体内組織においても同様に磁場に対して特定の配向性を有することを本発明において利用しており、磁場供給手段として磁場Bの方向が特定できれば、生体内組織の配向性を制御可能だからである。磁場供給手段として、特定方向へ磁場を発生させることが容易であるという観点から、永久磁石、電磁石、超伝導マグネット、水冷銅マグネット、または両者のハイブリッドが好ましい。 The magnetic field supply means for supplying the magnetic field to the affected part is not particularly limited, and examples thereof include a permanent magnet, an electromagnet, a superconducting magnet, a water-cooled copper magnet, and combinations thereof. That is, the magnetic field supply means is not particularly limited as long as it can supply a magnetic field and the direction of the magnetic field B can be specified. This is because the collagen running direction and the c-axis direction of biological apatite have been found to be oriented substantially perpendicular to the magnetic field. This is because having the specific orientation is utilized in the present invention, and the orientation of the in vivo tissue can be controlled if the direction of the magnetic field B can be specified as the magnetic field supply means. As the magnetic field supply means, a permanent magnet, an electromagnet, a superconducting magnet, a water-cooled copper magnet, or a hybrid of both is preferable from the viewpoint that it is easy to generate a magnetic field in a specific direction.

説明を簡略化するために、例えば、生体内組織が一方向の異方性(配向性)を有する場合について説明すると、本発明の一実施形態においては、図3に示されるような磁場(B)方向3を付与することができる。図3は、配向性を与えるための磁場印加装置の一例を示す。 In order to simplify the description, for example, a case where a tissue in a living body has unidirectional anisotropy (orientation) will be described. In one embodiment of the present invention, a magnetic field (B ) Direction 3 can be applied. FIG. 3 shows an example of a magnetic field application device for imparting orientation.

図3においては、ラットの脛骨長手方向に対して垂直、及び平行な方向へ磁場(B)を付与する場合を示している。すなわち、図3中、4は、ラット脛骨長手方向と磁場とを垂直とした場合、図3中、5は、ラット脛骨長手方向と磁場とを平行とした場合、をそれぞれ示している。 FIG. 3 shows a case where the magnetic field (B) is applied in a direction perpendicular to and parallel to the longitudinal direction of the rat tibia. That is, in FIG. 3, 4 indicates the case where the longitudinal direction of the rat tibia and the magnetic field are perpendicular, and 5 in FIG. 3 indicates the case where the longitudinal direction of the rat tibia and the magnetic field are parallel.

ラットの脛骨長手方向と平行方向に、生体アパタイトc軸の方向、及びコラーゲン繊維の走行方向が向いている。したがって、当該生体アパタイトc軸の方向又はコラーゲン繊維の走行方向を、脛骨長手方向と同様の方向へ配向させるには、本発明の装置を利用して、脛骨長手方向とほぼ垂直な方向へ磁場を与えてやればよい。磁場を脛骨とほぼ垂直な方向とすることにより、生体組織内の生体アパタイトの結晶、コラーゲン繊維等は、正常な組織のものと近い状態で配向し、組織は異方性を有することとなる。   The direction of the biological apatite c-axis and the running direction of the collagen fibers are parallel to the longitudinal direction of the rat tibia. Therefore, in order to orient the bioapatite c-axis direction or collagen fiber running direction in the same direction as the longitudinal direction of the tibia, a magnetic field is applied in a direction substantially perpendicular to the longitudinal direction of the tibia using the device of the present invention. Give it. By setting the magnetic field in a direction substantially perpendicular to the tibia, the biological apatite crystals and collagen fibers in the biological tissue are oriented in a state close to that of a normal tissue, and the tissue has anisotropy.

なお、図3は、一方向に磁場を与える例であるが、照射部の方向制御(この場合、ラット脛骨)とともに、印加方向(硬組織の特定方向に対する相対的な方位)を3次元的に変化させ、照射時間を変えることで任意の配向性を与える装置とすることができる。 FIG. 3 is an example in which a magnetic field is applied in one direction, but the application direction (relative orientation with respect to a specific direction of the hard tissue) is three-dimensionally controlled along with the direction control of the irradiation unit (in this case, the rat tibia). It can be set as the apparatus which gives arbitrary orientation by changing and changing irradiation time.

また、本発明の配向性の制御装置の好ましい実施態様において、患部への磁場を、結晶の配向方位に対して、90度±45度の方向へ与える。正確に垂直に設定することは事実上不可能であることに加えて、インプラント材料を挿入した場合等には、正常な組織の応力方向、配向方向も異なってくる場合もあるので、上記90度±45度の範囲としたものであるが、欠損の度合い等によって、この範囲に限定されるものではなく、上述した本来の力学機能を発揮し得るように適宜範囲を設定できるものである。したがって、場合によっては、上記90度±45度の範囲外の場合に良好とする場合も有り得る。   In a preferred embodiment of the orientation control device of the present invention, the magnetic field to the affected area is applied in the direction of 90 ° ± 45 ° with respect to the orientation direction of the crystal. In addition to the fact that it is impossible to set exactly perpendicularly, the stress direction and orientation direction of normal tissue may differ when an implant material is inserted. Although the range is ± 45 degrees, the range is not limited to this range depending on the degree of loss or the like, and the range can be appropriately set so as to exhibit the above-described original mechanical function. Therefore, depending on the case, it may be good when it is outside the range of 90 ° ± 45 °.

また、好ましい実施態様において、患部への磁場を、コラーゲン線維の走行方向に対して、90度±45度の方向へ与える。正確に垂直に設定することは事実上不可能であることに加えて、インプラント材料を挿入した場合等には、正常な組織の応力方向、配向方向も異なってくる場合もあるので、上記90度±45度の範囲としたものであるが、欠損の度合い等によって、この範囲に限定されるものではなく、上述した本来の力学機能を発揮し得るように適宜範囲を設定できるものである。したがって、場合によっては、上記90度±45度の範囲外の場合に良好とする場合も有り得る。 In a preferred embodiment, the magnetic field to the affected part is applied in a direction of 90 ° ± 45 ° with respect to the traveling direction of the collagen fiber. In addition to the fact that it is impossible to set exactly perpendicularly, the stress direction and orientation direction of normal tissue may differ when an implant material is inserted. Although the range is ± 45 degrees, the range is not limited to this range depending on the degree of loss or the like, and the range can be appropriately set so as to exhibit the above-described original mechanical function. Therefore, depending on the case, it may be good when it is outside the range of 90 ° ± 45 °.

また、好ましい実施態様において、患部への磁場を、血管走行方向に対して、90度±45度の方向へ与える。正確に垂直に設定することは事実上不可能であることに加えて、インプラント材料を挿入した場合等には、正常な組織の応力方向、配向方向も異なってくる場合もあるので、上記90度±45度の範囲としたものであるが、欠損の度合い等によって、この範囲に限定されるものではなく、上述した本来の力学機能を発揮し得るように適宜範囲を設定できるものである。したがって、場合によっては、上記90度±45度の範囲外の場合に良好とする場合も有り得る。 In a preferred embodiment, the magnetic field to the affected area is applied in a direction of 90 ° ± 45 ° with respect to the blood vessel running direction. In addition to the fact that it is impossible to set exactly perpendicularly, the stress direction and orientation direction of normal tissue may differ when an implant material is inserted. Although the range is ± 45 degrees, the range is not limited to this range depending on the degree of loss or the like, and the range can be appropriately set so as to exhibit the above-described original mechanical function. Therefore, depending on the case, it may be good when it is outside the range of 90 ° ± 45 °.

また、本発明の配向性の制御装置の好ましい実施態様において、患部への磁場を、硬組織の応力負荷方向に対して、90度±45度の方向へ与える。正確に垂直に設定することは事実上不可能であることに加えて、インプラント材料を挿入した場合等には、正常な組織の応力方向、配向方向も異なってくる場合もあるので、上記90度±45度の範囲としたものであるが、欠損の度合い等によって、この範囲に限定されるものではなく、上述した本来の力学機能を発揮し得るように適宜範囲を設定できるものである。したがって、場合によっては、上記90度±45度の範囲外の場合に良好とする場合も有り得る。   In a preferred embodiment of the orientation control device of the present invention, the magnetic field to the affected area is applied in the direction of 90 ° ± 45 ° with respect to the stress load direction of the hard tissue. In addition to the fact that it is impossible to set exactly perpendicularly, the stress direction and orientation direction of normal tissue may differ when an implant material is inserted. Although the range is ± 45 degrees, the range is not limited to this range depending on the degree of loss or the like, and the range can be appropriately set so as to exhibit the above-described original mechanical function. Therefore, depending on the case, it may be good when it is outside the range of 90 ° ± 45 °.

また、好ましい実施態様において、患部への磁場を、硬組織の骨近遠心方向に対して、90度±45度の方向へ与える。上述したものと同様に、正確に垂直に設定することは事実上不可能であることに加えて、インプラント材料を挿入した場合等には、正常な組織の応力方向、配向方向も異なってくることも起こり得るので、上記90度±45度の範囲としたものであるが、欠損の度合い等によって、この範囲に限定されるものではなく、上述した本来の力学機能を発揮し得るように適宜範囲を設定できるものである。したがって、場合によっては、上記90度±45度の範囲外の場合に良好とする場合も有り得る。   In a preferred embodiment, the magnetic field to the affected area is applied in the direction of 90 ° ± 45 ° with respect to the bone near-distal direction of the hard tissue. Similar to the above, in addition to being impossible to set exactly vertically, the stress direction and orientation direction of normal tissue differ when implant materials are inserted. However, it is not limited to this range depending on the degree of deficiency, etc., but is appropriately set so that the above-described original mechanical function can be exhibited. Can be set. Therefore, depending on the case, it may be good when it is outside the range of 90 ° ± 45 °.

また、本発明の配向性の制御装置において、実験室レベルで比較的容易に発生可能であるという観点から、患部への磁場の強度としては、1〜20(T)の範囲であることが好ましい。   In the orientation control device of the present invention, the intensity of the magnetic field to the affected area is preferably in the range of 1 to 20 (T) from the viewpoint that it can be generated relatively easily at the laboratory level. .

また、好ましい実施態様において、患部への磁場効果を、効率良く、生活に支障を与える時間が少なくなるようにという観点から、1〜12時間の間与える。短時間でも、目的の配向性が得られる場合には、短時間で磁場付与をやめても良い。   In a preferred embodiment, the magnetic field effect on the affected area is applied for 1 to 12 hours from the viewpoint of efficiently reducing the time for hindering life. If the desired orientation can be obtained even in a short time, the application of the magnetic field may be stopped in a short time.

さらに、本発明の配向性の制御装置においては、正常な硬組織の結晶の配向性を評価する評価手段を備えてもよい。正常な硬組織の結晶の配向性を評価することが可能であれば、当該評価結果に応じた配向性のデータに基づいて、本装置での磁場を利用して、配向性を制御することができる。   Furthermore, the orientation control device of the present invention may include an evaluation means for evaluating the orientation of normal hard tissue crystals. If it is possible to evaluate the orientation of normal hard tissue crystals, the orientation can be controlled using the magnetic field in this device based on the orientation data corresponding to the evaluation result. it can.

前記評価手段としては、X線回折法、SEM-EBSP(Scanning Electron
Microscope-Electron Backscattering Pattern)法による各結晶粒の電子後方散乱像の解析によるもの、TEM-DP(Transmission Electron
Microscope-Diffraction Pattern)法による電子線回折図形の解析によるものからなる群から選択される少なくとも1種を例示することができるが、配向性を評価することができれば、特に限定されるものではない。
The evaluation means includes X-ray diffraction, SEM-EBSP (Scanning Electron
TEM-DP (Transmission Electron), based on analysis of electron backscattered image of each crystal grain by Microscope-Electron Backscattering Pattern
Although at least one selected from the group consisting of those obtained by analysis of electron diffraction patterns by the Microscope-Diffraction Pattern method can be exemplified, there is no particular limitation as long as the orientation can be evaluated.

生体内組織を非破壊的に測定可能であり、試料の作製、準備が容易であり、定量的に配向性を判断できるという観点から、好ましくは、X線回折法を挙げることができる。配向性を小さな部位からより確実に把握するという観点から、X線回折法による分析が、微小領域において行なわれることが好ましい。一般に、微小領域の範囲を特定するよりは、入射X線の径を定義した方が正確である。すなわち、X線と試料表面との角度はある程度変化するので、測定領域を厳密に艇具する事は難しい。一方、測定範囲(微小領域の範囲)は、入射X線径の約3〜5倍といわれている。そこで、入射X線径を用いて好ましい範囲を定めることができる。精度よく小さい部位の配向性を評価するという観点から、入射X線径は10μm〜1mmであり、好ましくは10μm〜100μmである。   From the viewpoint of being able to non-destructively measure a tissue in a living body, easily preparing and preparing a sample, and determining the orientation quantitatively, an X-ray diffraction method can be preferably used. From the viewpoint of more surely grasping the orientation from a small site, it is preferable that the analysis by the X-ray diffraction method is performed in a minute region. In general, it is more accurate to define the diameter of incident X-rays than to specify the range of a minute region. In other words, since the angle between the X-ray and the sample surface changes to some extent, it is difficult to rigorously measure the measurement area. On the other hand, the measurement range (the range of the minute region) is said to be about 3 to 5 times the incident X-ray diameter. Therefore, a preferable range can be determined using the incident X-ray diameter. From the viewpoint of accurately evaluating the orientation of a small part, the incident X-ray diameter is 10 μm to 1 mm, preferably 10 μm to 100 μm.

結晶の配向方位としては、正常な生体内組織と比較することができる程度に特定できれば、特に限定されるものではない。したがって、たとえば、X線回折法、SEM-EBSP法、TEM-DP法などにより配向性を調べた場合に、最大のピークのものを用いてもよく、2番目、3番目にピークのもの又はそれら以外のものを用いてもよい。これらは、生体内組織の性状、骨量、病気の重篤度、長骨、短骨、扁平骨等の生体内組織の種類、種々の部位などにより適宜変更修正を加えて、配向方位を特定して比較分析することができる。   The crystal orientation is not particularly limited as long as it can be specified to such an extent that it can be compared with normal in vivo tissues. Therefore, for example, when the orientation is examined by X-ray diffraction method, SEM-EBSP method, TEM-DP method, etc., the one with the largest peak may be used, or the second or third peak or those Other than these may be used. These orientations are specified by making appropriate changes and modifications according to the tissue properties, bone mass, disease severity, types of tissues in the body such as long bones, short bones, and flat bones, and various parts. Comparative analysis.

したがって、配向方位について特に限定されるものではないが、正常な生体内組織と比較して機能を発揮していることを判定するという観点から、配向方位としては、前記生体内組織における結晶の配向度のうち最大値もしくは極大値の配向方位であることが好ましい。 Therefore, although there is no particular limitation on the orientation direction, from the viewpoint of determining that the function is exerted compared with normal in vivo tissue, the orientation direction is the orientation of crystals in the in vivo tissue. The degree of orientation is preferably the maximum value or the maximum value of orientation.

また、好ましい実施態様において、前記生体内組織が、骨切片である。骨切片としては、特に限定されるものではないが、骨生検針、ボーンソー、骨のみ、デューエル、鋭匙、切断機等の骨片採取可能な道具からなる群から選択される1種により得ることができる。骨生検針は、従来から広く硬組織の分析に用いられており、当該骨生検針を用いて採取された骨切片を本発明に組み込むことは、迅速かつ精密な評価を行う上で好ましい態様である。   In a preferred embodiment, the in-vivo tissue is a bone slice. The bone section is not particularly limited, but can be obtained by one selected from the group consisting of bone biopsy needles, bone saws, bones only, duel, sharp blades, cutting tools, etc. Can do. Bone biopsy needles have been widely used for the analysis of hard tissues in the past, and incorporating a bone section collected using the bone biopsy needle into the present invention is a preferred embodiment for quick and precise evaluation. is there.

なお、本発明においては、特に、測定する軸方向がはっきりしない場合に、評価方法の威力を発揮することができる。したがって、骨生検の場合のほか、測定する軸方向が不明確な骨切片であっても、本評価手段を適用することにより、迅速かつ精密に生体内組織の評価を実施することが可能である。   In the present invention, the power of the evaluation method can be exhibited particularly when the axial direction to be measured is not clear. Therefore, in addition to the case of bone biopsy, even in the case of a bone slice in which the axial direction to be measured is unclear, it is possible to quickly and accurately evaluate the in vivo tissue by applying this evaluation means. is there.

もっとも、より精密に解析を行うことが目的であれば、複数の上記配向方位を決定しそれぞれ比較分析することが望ましいが、手術など迅速性を求められる場合には、いずれか少なくとも1つの配向方位が特定できれば、当該配向方位を分析するのみで、生体内組織の迅速な評価を行うことができるので、この点有利である。   Of course, if the purpose is to perform a more precise analysis, it is desirable to determine a plurality of the above orientation orientations and perform a comparative analysis, respectively. However, when speediness is required such as surgery, at least one orientation orientation is desired. If this can be specified, it is advantageous in that it is possible to quickly evaluate the tissue in the living body only by analyzing the orientation direction.

また、生体内組織の評価手段の好ましい実施態様において、前記配向方位の決定を、前記生体内組織の面内異方性を分析することにより行うことが可能である。これは、試料を回転等させて面内での配向性を連続的に計測することにより、迅速に配向方位を特定しようとするものである。   In a preferred embodiment of the in vivo tissue evaluation means, the orientation direction can be determined by analyzing in-plane anisotropy of the in vivo tissue. In this method, the orientation orientation is swiftly specified by continuously measuring the in-plane orientation by rotating the sample.

通常、特定軸、例えば、骨軸方向に平行に配向する度合いが高い。そこで、例えば、上記のように骨生検針を用いて骨切片を採取した場合には、骨軸が骨生検方向と垂直であることから、採取試料の取り出し軸方向を中心軸とした360度回転可能な冶具の上に設置し、X線回折法などにより、回折情報の連続的なプロファイルを解析することができる。検出器が2次元で、同時検出可能であれば、その解析時間は早まる。ただし、0次元、1次元でも解析時間は必要であるが解析は可能である。また、X線回折法を用いた場合について説明すると、入射X線に対して試料の回転軸を一致させるためには、回転冶具を移動可能なステージ上に固定し、軸合わせを行うことができる。その後180度の回転を行いつつ、最大の配向方位を決定し、その位置での配向度の精密測定を行い、疾患進行度合いを示すデータベース(配向性)と比較することで、疾患程度や、疾患部分を判定することも可能である。2次元PSPC(検出器)を用いると1時間以内での解析も可能となり、手術前の定量的な配向度解析が可能となる。   Usually, the degree of orientation parallel to a specific axis, for example, a bone axis direction is high. Therefore, for example, when a bone section is collected using a bone biopsy needle as described above, since the bone axis is perpendicular to the bone biopsy direction, it is 360 degrees with the direction of the extraction axis of the collected sample as the central axis. It can be installed on a rotatable jig and the continuous profile of diffraction information can be analyzed by X-ray diffraction. If the detector is two-dimensional and can be detected simultaneously, the analysis time will be accelerated. However, analysis time is required for the 0th and 1st dimensions, but analysis is possible. Further, the case of using the X-ray diffraction method will be described. In order to make the rotation axis of the sample coincide with the incident X-ray, the rotary jig can be fixed on a movable stage and the axis can be aligned. . Then, while rotating 180 degrees, the maximum orientation orientation is determined, the orientation degree at that position is precisely measured, and compared with a database (orientation) showing the degree of disease progression, the degree of disease and disease It is also possible to determine the part. Using a two-dimensional PSPC (detector) enables analysis within one hour and enables quantitative orientation analysis before surgery.

また、評価手段の好ましい実施態様において、前記面内異方性の分析が、前記生体内組織の骨軸方向と平行な面、又は前記骨軸方向±90度の範囲内の面における面内異方性を分析することにより行う。まず面内についての配向性を分析することにより、迅速に配向方位を特定できるので、かかる観点から好ましい。また、試料の形状が不定形な場合(円柱状でない場合)には、軸を決めて、当該軸を回転させて、回転面内に配向性が高い方位を検出することができる。 Further, in a preferred embodiment of the evaluation means, the in-plane anisotropy analysis is performed in an in-plane difference on a plane parallel to the bone axis direction of the in-vivo tissue or a plane within the range of the bone axis direction ± 90 degrees. This is done by analyzing the direction. First, by analyzing the in-plane orientation, the orientation direction can be quickly identified, which is preferable from this viewpoint. Further, when the shape of the sample is indefinite (when it is not cylindrical), it is possible to determine an axis and rotate the axis to detect a highly oriented orientation in the plane of rotation.

また、好ましい実施態様において、X線回折法による結晶の回折強度を求めることにより分析することができる。例えば、回折強度を、a軸、c軸及び/又はそれら以外の方位に対する配向性に基づき求めることができる。分析の条件としては、Bragg角度(回折条件を満足するための回折面に対する入射X線と回折X線とのなす角度をいう。)がa軸、c軸の配向性を判断できるように、X線の入射方向と試料表面との角度を設定し、さらに試料揺動を行なう等をあげることができる。   In a preferred embodiment, analysis can be performed by determining the diffraction intensity of the crystal by X-ray diffraction. For example, the diffraction intensity can be obtained based on the orientation with respect to the a-axis, the c-axis, and / or other orientations. As an analysis condition, a Bragg angle (which means an angle formed by incident X-rays and diffracted X-rays with respect to the diffraction surface to satisfy the diffraction conditions) is determined so that the orientation of the a-axis and the c-axis can be determined. For example, the angle between the incident direction of the line and the sample surface can be set and the sample can be swung.

すなわち、正常な生体内組織の結晶の回折強度と、再生組織等の結晶の回折強度とを比較することにより、再生組織や疾患組織の状態を評価することが可能となる。これは、本発明の評価方法においては、生体内組織、例えば、硬組織の結晶の配向性が、長骨、短骨、扁平骨等の骨の種類、種々の部位等により大きく異なることを利用したものである。   That is, it is possible to evaluate the state of the regenerated tissue or the diseased tissue by comparing the diffraction intensity of the crystal of normal in vivo tissue with the diffraction intensity of the crystal of the regenerated tissue or the like. This is based on the fact that in the evaluation method of the present invention, the orientation of crystals of in vivo tissues, for example, hard tissues, varies greatly depending on the types of bones such as long bones, short bones, and flat bones, and various parts. It is a thing.

また、本発明の好ましい実施態様において、前記分析を、c軸/a軸、c軸/(a軸及び/又はc軸以外の方位)、c軸/(a軸、及び/又はc軸を含む様々な方位)からなる群から選択される少なくとも1種の回折強度又は回折積分強度比を求めることにより行う。すなわち、分子がc軸であれば、分母がどのようであってもよい。具体的に列記すれば、c軸/(a軸+c軸)、c軸/{a軸+(a軸及びc軸以外の他の方位)}、c軸/{c軸+(a軸及びc軸以外の他の方位)}、c軸/(a軸及び/又はc軸以外の他の方位)、c軸/(a軸、c軸、及びそれら以外の他の方位)、などを挙げることができる。生体内組織の評価をより迅速に行いたい場合には、回折強度比を求めることなく、例えば、a軸、c軸及び/又はそれら以外の方位に対する配向性に基づき回折強度のみをもとめて評価を行ってもよい。X線回折法を用いた場合について、例示すると、(002)/(310)の回折強度比以外に、(002)/{(211)+(112)+(300)}をとる場合、さらに、(002)の回折のみを同じ場所で3次元的に測定し、マッピングする方法(この場合には、3次元全体の回折強度平均を1に規格化し、その最大強度や半値幅をとる)で配向方位を決定してもよい。特に、生体内組織の迅速な評価を行う場合には、(002)の回折のみを行ってもよい。この場合には、極めて簡略されているにもかかわらず、概ね良好な評価を得ることができるからである。   In a preferred embodiment of the present invention, the analysis includes c-axis / a-axis, c-axis / (orientation other than a-axis and / or c-axis), c-axis / (a-axis, and / or c-axis). This is performed by obtaining at least one diffraction intensity or diffraction integral intensity ratio selected from the group consisting of various orientations. That is, as long as the numerator is the c-axis, any denominator may be used. Specifically, c axis / (a axis + c axis), c axis / {a axis + (another direction other than a axis and c axis)}, c axis / {c axis + (a axis and c axis) Azimuth other than axis)}, c axis / (other azimuth other than a axis and / or c axis), c axis / (a axis, c axis, and other azimuth other than these), etc. Can do. When it is desired to evaluate a tissue in a living body more quickly, for example, the evaluation is performed by determining only the diffraction intensity based on the orientation with respect to the a-axis, the c-axis and / or other orientations without obtaining the diffraction intensity ratio. You may go. For the case of using the X-ray diffraction method, for example, in addition to the diffraction intensity ratio of (002) / (310), when taking (002) / {(211) + (112) + (300)}, Orientation by measuring and mapping only (002) diffraction three-dimensionally at the same location (in this case, normalize the average diffraction intensity of all three dimensions to 1 and take its maximum intensity and half-value width) The direction may be determined. In particular, when performing rapid evaluation of tissue in a living body, only (002) diffraction may be performed. In this case, although it is extremely simplified, it is possible to obtain a generally good evaluation.

回折強度と配向性の関係について補足説明すると、例えば、同条件で得られたX線プロファイルのうち、(002)と(310)面からの回折強度又は回折積分強度は、それぞれa軸、c軸の配向の強さを示すため、その比を取ることで、相対的な配向性が解析可能である。また、他の回折線の強度と比較することで、a軸、c軸及び/又はそれら以外の方向に対する配向性の評価も可能となる。これらの回折強度と配向性を利用して、生体内組織の評価を行なうことができる。 To supplementarily explain the relationship between the diffraction intensity and the orientation, for example, among the X-ray profiles obtained under the same conditions, the diffraction intensity or diffraction integrated intensity from the (002) and (310) planes is the a-axis and the c-axis, respectively. In order to show the strength of orientation, relative orientation can be analyzed by taking the ratio. Further, by comparing with the intensity of other diffraction lines, it is possible to evaluate the orientation with respect to the a-axis, c-axis and / or other directions. Using these diffraction intensities and orientation properties, it is possible to evaluate in vivo tissues.

X線回折法を生体組織、再生組織、疾患組織に適用することで、(1)ヒドロキシアパタイトなどの結晶子の配向性、(2)結晶構造の決定と構成結晶成分の同定、(3)結晶性の評価、(4)結晶子の3 次元的集合組織の評価を併せて行なうことができる。(1)に関しては、 上述のX線プロファイルから、特定の回折面の強度を測定し、その比を取ることで配向性を解析することにより行なう事ができる。(2)に関しては、 回折線の現れる角度(Bragg角)とそれぞれの強度を比較することにより、結晶構造の決定と構成結晶成分の同定を行なう事ができる。(3)に関しては、 各回折線の半価幅を測定することで結晶性の評価が可能である。半価幅は強度が半分となる位置の回折ピークの幅であり、角度の単位である。この幅が大きくなると結晶性が低いことを意味する。なお結晶性は結晶子の大きさと格子歪によって決定され、結晶子が小さく、格子歪が大きい場合に結晶性は低下する(半価幅は大きくなる)。(4)に関しては、 3次元的に評価したい試料方位とX線の入射角度を変化し、多方位から特定回折線の回折強度を測定することによって行うことができる。c軸の配向性を知りたい場合には、Bragg角(2シーター)が、Cu-Kα特性X線を入射X線に用いた場合、26°前後の回折線を用いればよい。   By applying the X-ray diffraction method to living tissue, regenerated tissue, and diseased tissue, (1) orientation of crystallites such as hydroxyapatite, (2) determination of crystal structure and identification of constituent crystal components, (3) crystal (4) Evaluation of the three-dimensional texture of crystallites. Regarding (1), it is possible to analyze the orientation by measuring the intensity of a specific diffraction surface from the above-mentioned X-ray profile and taking the ratio. Regarding (2), the crystal structure can be determined and the constituent crystal components can be identified by comparing the angle at which the diffraction line appears (Bragg angle) and the intensity of each. Regarding (3), the crystallinity can be evaluated by measuring the half width of each diffraction line. The half width is the width of a diffraction peak at a position where the intensity is halved, and is a unit of angle. A larger width means lower crystallinity. The crystallinity is determined by the size of the crystallite and the lattice strain. When the crystallite is small and the lattice strain is large, the crystallinity is lowered (half-value width is increased). Regarding (4), it can be performed by changing the sample orientation to be evaluated three-dimensionally and the X-ray incident angle, and measuring the diffraction intensity of a specific diffraction line from multiple orientations. When it is desired to know the orientation of the c-axis, a diffraction angle of about 26 ° may be used when the Bragg angle (2-seater) uses Cu-Kα characteristic X-rays as incident X-rays.

結晶の配向とは、通常、高分子固体を構成する単位組織(微結晶)が一定方向に配列することをいう。配向には、ポリエチレンフィルムに見られる面配向(例えば、c軸がフィルム面内にあって、それ以外には配向性がないもの。)、一軸配向(c軸が繊維方向に配向するもの。)、木綿、麻に見られるらせん配向(c軸が繊維配向と一定の傾きを持つもの。)、さらに二重配向(ある結晶面が繊維軸を含む一定の面に平行なもの。)などがある。したがって、正常な生体内組織の配向性並びに再生及び/又は疾患組織の配向性を調べて、両者を比較することにより生体内組織の評価を行なうことができる。   Crystal orientation usually means that unit structures (microcrystals) constituting a polymer solid are arranged in a certain direction. For orientation, the plane orientation found in polyethylene films (for example, the c-axis is in the plane of the film and there is no other orientation), uniaxial orientation (the c-axis is oriented in the fiber direction). , Spiral orientation found in cotton and hemp (the c-axis has a certain inclination with the fiber orientation), and double orientation (one crystal plane parallel to a certain plane including the fiber axis). . Therefore, it is possible to evaluate the in vivo tissue by examining the orientation of normal in vivo tissue and the orientation of regeneration and / or diseased tissue, and comparing both.

例えば、硬組織の代表的な成分であるヒドロキシアパタイトの配向性を調べ、正常なものと再生中、疾患のものとを比較することにより、硬組織を評価することができる。   For example, the hard tissue can be evaluated by examining the orientation of hydroxyapatite, which is a typical component of the hard tissue, and comparing the normal one with the diseased one during regeneration.

また、硬組織の評価において、さらに、骨量、組織標本の観察、組成分析、赤外線吸光(IR)分析、硬さ・破壊応力、弾性率等の力学特性測定等の評価を併用して行なうことができる。骨量、組織標本の観察など従来の評価手段と、上記評価方法と併用することによって、より高精度で、緻密な硬組織の評価を行なうことが可能となる。   In addition, in the evaluation of hard tissues, bone mass, observation of tissue samples, composition analysis, infrared absorption (IR) analysis, evaluation of mechanical properties such as hardness / fracture stress, elastic modulus, etc. should be performed in combination. Can do. By using conventional evaluation means such as bone mass and tissue specimen observation in combination with the above evaluation method, it is possible to evaluate a dense hard tissue with higher accuracy.

ここで、本発明の一実施例を説明するが、本発明は、下記の実施例に限定して解釈されるものではない。また、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能であることは言うまでもない。
実施例1
実施例では、長管骨の一種であるラット脛骨を用いて、磁場印加を実施した。まず、ラット脛骨(長管骨)に骨欠損を与え、骨長軸方向に垂直及び平行方向の磁場(10T)を与えた。具体的には、10週齢のSDラットメスの脛骨(骨軸に平行に1軸配向性)2mmφの皮質骨欠損を与え、10Tの(単位:テスラー)磁場を脛骨に垂直と平行に印加した。1日2時間のみの照射を行い、骨梁の形成を組織観察した。一般に骨梁の伸展方向にコラーゲン/アパタイトの配向性を示すことから、骨梁の伸展方向を調べた。
Here, although one Example of this invention is described, this invention is limited to the following Example and is not interpreted. Moreover, it cannot be overemphasized that it can change suitably, without deviating from the summary of this invention.
Example 1
In the examples, magnetic field application was performed using rat tibia, which is a kind of long bone. First, a bone defect was given to the rat tibia (longitudinal bone), and a magnetic field (10T) perpendicular and parallel to the bone long axis direction was given. Specifically, a 10-week-old SD rat female tibia (uniaxially oriented parallel to the bone axis) was given a cortical bone defect of 2 mmφ, and a 10 T (unit: Tessler) magnetic field was applied perpendicularly and parallel to the tibia. Irradiation was performed only for 2 hours a day, and the formation of trabecular bone was observed. Since the orientation of collagen / apatite is generally shown in the direction of trabecular extension, the direction of trabecular extension was examined.

磁場照射の様子を図4に示す。その結果、骨再生初期の骨微細構造は異方性を示し、骨梁方向は磁場に垂直となった。このことは、骨再生早期段階より、正常骨に類似の骨微細構造の異方性を与えることができることを示している。 The state of magnetic field irradiation is shown in FIG. As a result, the bone microstructure in the initial stage of bone regeneration showed anisotropy, and the trabecular direction was perpendicular to the magnetic field. This indicates that a bone microstructure anisotropy similar to that of normal bone can be imparted from the early stage of bone regeneration.

また、再生2週後の新生骨骨梁の形成の様子を図5に示す。その結果、強磁場を骨軸(骨長手方向)に対して垂直、平行いずれに印加した場合でも、磁場方向に垂直に骨梁の伸展(コラーゲン・アパタイトの配向)が認められた。したがって、磁場の方向、印加時間を制御することで、目的とする配向性を与えることが可能となる。骨が、骨内に存在する応力センサー(オステオサイトと呼ばれる細胞)で配向を制御するのに対し、本装置は、磁場を用いることでそれを可能とする画期的な装置であることが判明した。   Further, FIG. 5 shows the formation of new bone trabeculae after 2 weeks of regeneration. As a result, even when a strong magnetic field was applied perpendicularly or parallel to the bone axis (longitudinal direction of bone), trabecular extension (collagen / apatite orientation) was observed perpendicular to the magnetic field direction. Therefore, it is possible to give the desired orientation by controlling the direction of the magnetic field and the application time. The bone is controlled by stress sensors (cells called osteosites) present in the bone, whereas this device proved to be an epoch-making device that enables this by using a magnetic field. did.

以上述べたように、骨再生時、もしくは骨疾患に対し、比較的高い磁場を用いて、磁場方向を考慮しつつ照射することで、正常部に近い骨微細構造の異方性を有する、骨再生部の獲得、もしくは、疾患部の微細構造の回復を行うことが可能となった。磁場はMRIで用いられるように、人体への影響が少なく、さらに非侵襲、非接触で骨微細構造に働きかけることができる。骨細胞外基質は生体内の骨系細胞に産生させ、この配列を磁場によって制御することも可能である。   As described above, bones having anisotropy of the bone microstructure close to the normal part by irradiating while considering the direction of the magnetic field using a relatively high magnetic field during bone regeneration or for bone diseases It became possible to acquire a regenerative part or recover the fine structure of the diseased part. As used in MRI, magnetic fields have little effect on the human body and can work on bone microstructures in a non-invasive and non-contact manner. The bone extracellular matrix can be produced by bone cells in vivo, and this arrangement can be controlled by a magnetic field.

本発明によれば、硬組織をはじめとする生体内組織の疾患の治療や再生医歯学分野(特に、整形外科学、脳外科学、歯学)や基礎医学の分野への貢献が期待できる。 According to the present invention, it can be expected to contribute to the treatment of diseases in in vivo tissues such as hard tissues, the field of regenerative medicine and dentistry (particularly orthopedics, brain surgery, dentistry) and basic medicine.

図1は、磁場による配向化原理の概略を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an outline of the principle of orientation by a magnetic field. 図2は、生体アパタイト配向性と骨力学機能との関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between bioapatite orientation and bone mechanical function. 図3は、配向性を与えるための磁場印加装置の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a magnetic field application device for imparting orientation. 図4は、動物モデルを用いて磁場照射を行った様子を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a state in which magnetic field irradiation is performed using an animal model. 図5は、欠損部再生に対する強磁場照射の影響を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the influence of strong magnetic field irradiation on defect portion regeneration.

Claims (12)

患部へ磁場を供給し、生体内組織、又は細胞の配向性を制御する装置であって、患部へ磁場を供給する磁場供給手段と、前記磁場を制御する制御手段と、を備える配向性の制御装置。 An apparatus for controlling the orientation of a tissue or cell in a living body by supplying a magnetic field to an affected area, comprising: a magnetic field supplying means for supplying a magnetic field to the affected area; and a control means for controlling the magnetic field. apparatus. 生体内組織が、骨、軟骨、平滑筋、心筋、骨格筋、皮膚、血管、脂肪、靭帯、腱、血管、細胞からなる群から選択されることを特徴とする請求項1記載の制御装置。   2. The control apparatus according to claim 1, wherein the in vivo tissue is selected from the group consisting of bone, cartilage, smooth muscle, cardiac muscle, skeletal muscle, skin, blood vessel, fat, ligament, tendon, blood vessel, and cell. 患部への磁場を、結晶の配向方位に対して、結晶磁気異方性エネルギーを最小にするような方向へ与える請求項1又は2項に記載の装置。   3. The apparatus according to claim 1, wherein the magnetic field to the affected part is applied in a direction that minimizes the magnetocrystalline anisotropy energy with respect to the orientation direction of the crystal. 患部への磁場を、コラーゲン線維の走行方向に対して、90度±45度の方向へ与える請求項1〜3項のいずれか1項に記載の装置。 The apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein a magnetic field to the affected part is applied in a direction of 90 degrees ± 45 degrees with respect to a traveling direction of the collagen fibers. 前記結晶の配向方位が、生体アパタイトのc軸方向である請求項1〜4項のいずれか1項に記載の装置。 The apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein an orientation direction of the crystal is a c-axis direction of biological apatite. 患部への磁場を、主な血管走行方向に対して、90度±45度の方向へ与える請求項1〜5項のいずれか1項に記載の装置。   The apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein a magnetic field to the affected part is applied in a direction of 90 degrees ± 45 degrees with respect to a main blood vessel traveling direction. 患部への磁場を、硬組織の応力負荷方向に対して、90度±45度の方向へ与える請求項1〜6項のいずれか1項に記載の装置。   The apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein a magnetic field to the affected part is applied in a direction of 90 degrees ± 45 degrees with respect to a stress load direction of the hard tissue. 患部への磁場を、硬組織の骨近遠心方向に対して、90度±45度の方向へ与える請求項1〜7項のいずれか1項に記載の装置。   The apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein a magnetic field to the affected part is applied in a direction of 90 degrees ± 45 degrees with respect to the bone near-distal direction of the hard tissue. 患部への磁場の強度が、1〜20(T)の範囲である請求項1〜8項のいずれか1項に記載の装置。   The device according to any one of claims 1 to 8, wherein the intensity of the magnetic field to the affected area is in the range of 1 to 20 (T). 患部への磁場を、1〜10時間の間与える請求項1〜9項のいずれか1項に記載の装置。   The device according to any one of claims 1 to 9, wherein a magnetic field to the affected area is applied for 1 to 10 hours. さらに、正常な硬組織の結晶の配向性を評価する評価手段を備える請求項1〜10項のいずれか1項に記載の装置。   Furthermore, the apparatus of any one of Claims 1-10 provided with the evaluation means to evaluate the orientation of the crystal | crystallization of normal hard tissue. 前記評価手段が、X線回折法、SEM-EBSP(Scanning Electron Microscope-
Electron
Backscattering Pattern)法による各結晶粒の電子後方散乱像の解析によるもの、TEM-DP(Transmission Electron
Microscope-Diffraction Pattern)法による電子線回折図形の解析によるものからなる群から選択される少なくとも1種により提供される請求項11記載の装置。

The evaluation means is an X-ray diffraction method, SEM-EBSP (Scanning Electron Microscope-
Electron
TEM-DP (Transmission Electron), which is based on analysis of electron backscattering image of each crystal grain by Backscattering Pattern
The apparatus according to claim 11, which is provided by at least one selected from the group consisting of those obtained by analysis of electron diffraction patterns by a Microscope-Diffraction Pattern) method.

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