JP2009279337A - Hard tissue regeneration device - Google Patents

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Masaru Tanaka
賢 田中
Masatsugu Shimomura
政嗣 下村
Sadaaki Yamamoto
貞明 山本
Mark Birch
バーチ,マーク
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Newcastle University of Upon Tyne
Tohoku University NUC
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Newcastle University of Upon Tyne
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new hard tissue regeneration device using osteoblast. <P>SOLUTION: The hard tissue regeneration device is a complex of an osteoblast and a honeycomb porous body having through-holes with 1 μm-14 μm pore diameter comprising calcium phosphate produced by the osteoblast and a non-water-soluble polymer. The device is used for a joint treatment and a hard tissue regeneration treatment with respect to the disease of a bone and cartilage, and urges the excellent growth of the osteoblast and bone regeneration by allowing the honeycomb porous body with excellent biocompatibiliy to be a basic skeleton. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、硬組織再生用デバイスとして有用な、骨芽細胞と骨芽細胞によって産生されたリン酸カルシウムと特定の微小孔を有するハニカム状多孔質体との複合体及びその製造方法に関する。より詳細には、本発明は、骨芽細胞と骨芽細胞が産生するリン酸カルシウムゲルと非水溶性ポリマーからなる孔径1μm〜14μmの貫通孔を有するハニカム状多孔質体との複合体である硬組織再生用デバイスと、その製造方法に関する。   The present invention relates to a composite of osteoblasts, calcium phosphate produced by osteoblasts and a honeycomb-shaped porous body having specific micropores, and a method for producing the same, useful as a device for regenerating hard tissue. More specifically, the present invention relates to a hard tissue that is a composite of osteoblasts, calcium phosphate gel produced by osteoblasts, and a honeycomb-like porous body having through holes with a pore diameter of 1 μm to 14 μm made of a water-insoluble polymer. The present invention relates to a playback device and a manufacturing method thereof.

高齢化社会の進行により、骨粗しょう症や関節疾患に代表される骨、軟骨、歯などの硬組織疾患、特に骨組織疾患が増加している。これらの疾患は、老人医療費の増加に加えてヒトのQOLを著しく損なわせるために、大きな社会問題ともなってきている。   With the progress of an aging society, hard tissue diseases such as bone, cartilage, and teeth represented by osteoporosis and joint diseases, especially bone tissue diseases are increasing. These diseases have become serious social problems because they significantly damage human QOL in addition to the increase in geriatric medical expenses.

硬組織疾患、特に骨組織疾患の治療法の一つとして、組織工学的な骨欠損部の修復方法が注目されている。この方法は、骨芽細胞を用いて形成させた硬組織、典型的には骨、を疾患部位に移植して、生体内にて硬組織そのものを再生するものである。   As one of the treatment methods for hard tissue diseases, particularly bone tissue diseases, a tissue engineering method for repairing a bone defect has attracted attention. In this method, a hard tissue, typically bone, formed using osteoblasts is transplanted into a diseased site, and the hard tissue itself is regenerated in vivo.

骨芽細胞を増殖させて硬組織を再生させるには、骨芽細胞が付着してその上で増殖することのできる培養基材、いわゆる足場(scaffold)が必要とされる。典型的な骨芽細胞増殖用の足場はハイドロキシアパタイト(リン酸カルシウムゲル)からなる細胞培養用担体であるが、骨芽細胞による硬組織の効率的な再生を促すために、前記担体に様々な改良、工夫が行われている。   In order to grow osteoblasts and regenerate hard tissue, a culture substrate on which osteoblasts can attach and grow on them, a so-called scaffold, is required. A typical osteoblast proliferation scaffold is a carrier for cell culture made of hydroxyapatite (calcium phosphate gel), but in order to promote efficient regeneration of hard tissue by osteoblasts, various improvements to the carrier, Ingenuity has been made.

その様な例としては、多糖類を吸着させたヒドロキシアパタイトからなる骨芽細胞培養用担体(特許文献1)、繊維状リン酸カルシウム化合物の係合により形成された、直径が100〜500μmの範囲にある気孔から構成される気孔連続体を含み、かつ全体の気孔率が70〜99%の範囲にある多孔質リン酸カルシウム化合物シート(特許文献2)、粒径が300〜1000μmの燐酸カルシウムで構成された成形体であって、100〜300μm径の大きさを有する気孔が50〜80%の気孔率で形成されていることを特徴とする細胞培養支持体(特許文献3)などを挙げることができる。   As such an example, an osteoblast culture support made of hydroxyapatite adsorbed with a polysaccharide (Patent Document 1) and a diameter of 100 to 500 μm formed by engagement of a fibrous calcium phosphate compound A porous calcium phosphate compound sheet (Patent Document 2) containing a pore continuum composed of pores and having an overall porosity in the range of 70 to 99%, a molding composed of calcium phosphate having a particle size of 300 to 1000 μm Examples thereof include a cell culture support (Patent Document 3) characterized in that pores having a diameter of 100 to 300 μm are formed with a porosity of 50 to 80%.

これらハイドロキシアパタイトを用いた足場は、一般に直径100μm以上の孔が形成された培養基材(マトリックス)であることが好ましいとされている(例えば前記特許文献2参照)。しかし、所望の大きさの気孔を形成させるにはハイドロキシアパタイトの結晶成長を制御する必要があるが、無機物の結晶成長の制御は一般的には容易なことではない。   It is said that a scaffold using such hydroxyapatite is generally a culture substrate (matrix) in which pores having a diameter of 100 μm or more are formed (see, for example, Patent Document 2). However, in order to form pores having a desired size, it is necessary to control the crystal growth of hydroxyapatite. However, it is generally not easy to control the crystal growth of an inorganic substance.

一方、ハイドロキシアパタイト以外の化学物質を利用した足場も、いくつか提唱されている。その例としては、コラーゲン等のタンパク質あるいはヒアルロン酸等の糖類等を用いて三次元形状に形成された多孔質担体と、前記多孔質担体を囲うように形成され、前記多孔質担体を外部と連通した状態で支持するポリ乳酸等のポリマーで形成される支持体とを備えた組織再生用基材(特許文献4)を挙げることができる。また、約50〜約500μmの円形開放大孔及び20μm未満の円形開放小孔から成る高度に相互連結された二様式分布を有する実質的に連続的なポリマー相を有し、前記小孔が前記大孔の壁内に規則的に直線的に配列されている生体適合性多孔質足場(特許文献5)も提案されている。   On the other hand, several scaffolds using chemical substances other than hydroxyapatite have been proposed. For example, a porous carrier formed in a three-dimensional shape using a protein such as collagen or a saccharide such as hyaluronic acid, and the porous carrier is formed so as to surround the porous carrier and communicates with the outside. And a tissue regeneration base material (Patent Document 4) provided with a support formed of a polymer such as polylactic acid that is supported in the above state. And having a substantially continuous polymer phase having a highly interconnected bimodal distribution consisting of circular open pores of about 50 to about 500 μm and circular open pores of less than 20 μm, wherein the pores are There has also been proposed a biocompatible porous scaffold (Patent Document 5) that is regularly and linearly arranged in the walls of large pores.

こうした基材乃至足場は、多孔質体と支持体、あるいは大小異なる径の孔が規則的に配列されているなどの複雑な構造を有するものであり、その作製は煩雑な操作を要する。   Such a base material or scaffold has a complicated structure such as a porous body and a support, or pores having different diameters regularly arranged, and its production requires a complicated operation.

本発明者らは、ハニカム構造体、ハニカムパターン化フィルムあるいはハニカム状多孔質体と呼ばれる、非水溶性ポリマーからなる微細な多数の孔が規則的に配置された薄膜(以下、ハニカム状多孔質体とする)が、肝実質細胞、心筋細胞、軟骨細胞ならびに上皮系細胞などのインビトロでの培養において良好な足場となることを報告してきた(例えば特許文献6、特許文献7、特許文献8など)。一方、腫瘍細胞に対しては、ハニカム状多孔質体はその増殖を却って抑制することが確認されている(例えば特許文献9)。
特開平8−149976号公報 特開2003−93052号公報 特開平6−343456号公報 国際特許出願公開WO2003/011353号パンフレット 特表2002−541925号公報 特開2002−334959号公報 特開2002−152005号公報 特開2007−6987号公報 特開2005−52526号公報
The inventors of the present invention have referred to a thin film (hereinafter referred to as a honeycomb-shaped porous body) called a honeycomb structure, a honeycomb-patterned film, or a honeycomb-shaped porous body, in which a large number of fine pores made of a water-insoluble polymer are regularly arranged. Have been reported to be a good scaffold in in vitro culture of hepatocytes, cardiomyocytes, chondrocytes, and epithelial cells (eg, Patent Document 6, Patent Document 7, Patent Document 8, etc.) . On the other hand, with respect to tumor cells, it has been confirmed that the honeycomb-like porous body suppresses the proliferation thereof (for example, Patent Document 9).
JP-A-8-149976 JP 2003-93052 A JP-A-6-343456 International Patent Application Publication WO2003 / 011353 Pamphlet JP-T-2002-541925 JP 2002-334959 A JP 2002-152005 A JP 2007-6987 A JP 2005-52526 A

本発明は、骨芽細胞を利用した新たな硬組織再生用デバイスの提供を目的とする。   It is an object of the present invention to provide a new hard tissue regeneration device using osteoblasts.

本発明者らは、これまで報告されてきた数十μm〜数百μmの気孔を有する培養基材に代わり、1μm〜10数μm程の微小な孔径を有するハニカム状多孔質体が骨芽細胞に対する足場として利用することができること、当該ハニカム状多孔質体上で骨芽細胞を増殖させ、リン酸カルシウムの結晶を生成させることで、ハニカム状多孔質体とを骨格とした、骨芽細胞とリン酸カルシウムとハニカム状多孔質体との複合体が形成されることを見いだし、下記の各発明を完成した。   In the present invention, instead of the culture substrate having pores of several tens to several hundreds of μm that have been reported so far, a honeycomb-like porous body having a minute pore size of about 1 μm to several tens of μm is used as osteoblasts. Can be used as a scaffold for, and by growing osteoblasts on the honeycomb porous body and generating calcium phosphate crystals, the honeycomb porous body and the osteoblast and calcium phosphate can be used as a skeleton. The inventors found that a composite with a honeycomb porous body was formed, and completed the following inventions.

(1)骨芽細胞と骨芽細胞によって産生されたリン酸カルシウムと非水溶性ポリマーからなる孔径15μm未満の貫通孔を有するハニカム状多孔質体との複合体である、硬組織再生用デバイス。 (1) A device for regenerating a hard tissue, which is a composite of osteoblasts, calcium phosphate produced by osteoblasts, and a honeycomb-like porous body having a through-hole having a pore diameter of less than 15 μm made of a water-insoluble polymer.

(2)ハニカム状多孔質体の孔径が1μm〜14μmである、(1)に記載の硬組織再生用デバイス。 (2) The hard tissue regeneration device according to (1), wherein the honeycomb porous body has a pore size of 1 μm to 14 μm.

(3)ハニカム状多孔質体の貫通孔が平面方向に存在する周囲の貫通孔と連通している、(1)又は(2)に記載の硬組織再生用デバイス。 (3) The hard tissue regeneration device according to (1) or (2), wherein the through-holes of the honeycomb-like porous body communicate with surrounding through-holes existing in the planar direction.

(4)ハニカム状多孔質体の貫通孔の少なくとも一部に骨芽細胞によって産生されたリン酸カルシウムが入り込んでいる、(1)〜(3)のいずれかに記載の硬組織再生用デバイス。 (4) The hard tissue regeneration device according to any one of (1) to (3), wherein calcium phosphate produced by osteoblasts enters at least part of the through-holes of the honeycomb-shaped porous body.

(5)骨芽細胞が硬組織の再生を必要とする哺乳動物由来の骨芽細胞である、(1)〜(4)の何れかに記載の硬組織再生用デバイス。 (5) The hard tissue regeneration device according to any one of (1) to (4), wherein the osteoblast is an osteoblast derived from a mammal that requires regeneration of hard tissue.

(6)孔径15μm未満の貫通孔を有するハニカム状多孔質体に骨芽細胞を接種する工程a)、及び前記骨芽細胞を培養してリン酸カルシウムを生成させる工程b)を含む、骨芽細胞と骨芽細胞が産生するリン酸カルシウムと非水溶性ポリマーからなる孔径15μm未満の貫通孔を有するハニカム状多孔質体との複合体の製造方法。 (6) an osteoblast comprising a step of inoculating osteoblasts into a honeycomb porous body having a through-hole having a pore diameter of less than 15 μm, and a step b) of culturing the osteoblasts to produce calcium phosphate; A method for producing a composite of calcium phosphate produced by osteoblasts and a honeycomb-shaped porous body having a through-hole having a pore diameter of less than 15 μm and comprising a water-insoluble polymer.

(7)ハニカム状多孔質体の孔径が1μm〜14μmである、(6)に記載の製造方法。 (7) The manufacturing method according to (6), wherein the honeycomb porous body has a pore size of 1 μm to 14 μm.

本発明に係る硬組織再生用デバイスは、関節治療、骨・軟骨疾患に対する硬組織再生治療に利用することができ、生体適合性に優れるハニカム状多孔質体を基本骨格とすることで、骨芽細胞の良好な増殖と骨再生を促すことができる。   The device for regenerating a hard tissue according to the present invention can be used for a hard tissue regeneration treatment for joint treatment and bone / cartilage disease, and a bone-like porous body having excellent biocompatibility as a basic skeleton, Good cell proliferation and bone regeneration can be promoted.

本発明は、骨芽細胞と骨芽細胞によって産生されたリン酸カルシウムと非水溶性ポリマーからなる孔径15μm未満の貫通孔を有するハニカム状多孔質体との複合体である、硬組織再生用デバイスに関する。硬組織再生用デバイスとは、骨粗しょう症や関節疾患に代表される、骨、軟骨、歯などの硬組織疾患の再生治療に用いられるものであって、患者体内に移植され、疾患部位における硬組織の再生を安全に、副作用なく促すことのできる移植片として理解することができる。   The present invention relates to a device for regenerating hard tissue, which is a composite of osteoblasts, calcium phosphate produced by osteoblasts, and a honeycomb-like porous body having a through-hole having a pore diameter of less than 15 μm made of a water-insoluble polymer. A device for regenerating hard tissue is used for regenerative treatment of hard tissue diseases such as bone, cartilage, and teeth typified by osteoporosis and joint diseases. It can be understood as a graft that can promote tissue regeneration safely and without side effects.

骨芽細胞は、生体の骨組織から直接採取される骨芽細胞でも、骨髄から採取される骨髄幹細胞から適当な条件の下で分化誘導された骨芽細胞の何れを用いてもよい。骨組織からの骨芽細胞の採取は、例えばBellowsら(Calcif Tissue Int.、1986年、第38巻、第143−154頁)、Harrisら(Prostate、1994年、第24巻、第204−211頁)又はBokhariら(Biomaterials、2005年、第26巻、第25号、第5198−5208頁)に記載された、当業者に知られた方法によって採取して使用することができる。また骨芽細胞は、例えばBokhariら(Biomaterials、2005年、第26巻、第25号、第5198−5208頁)らの方法に基づいて骨髄幹細胞から分化誘導させた骨芽細胞を用いてもよい。本発明にかかる複合体は硬組織再生用デバイスとして利用できることから、骨芽細胞は、硬組織の再生治療を受ける患者由来の骨芽細胞(患者の骨髄から採取される骨髄幹細胞から適当な条件の下で分化誘導された骨芽細胞を含む)であることが望ましい。   As the osteoblast, either an osteoblast directly collected from bone tissue in a living body or an osteoblast derived by differentiation from a bone marrow stem cell collected from bone marrow under appropriate conditions may be used. For example, Bellows et al. (Calcifi Tissue Int., 1986, 38, 143-154), Harris et al. (Prostate, 1994, Vol. 24, 204-211, for example) P.) Or Bokhari et al. (Biomaterials, 2005, Vol. 26, No. 25, p. 5198-5208) and can be collected and used by methods known to those skilled in the art. As osteoblasts, for example, osteoblasts induced to differentiate from bone marrow stem cells based on the method of Bokhara et al. (Biomaterials, 2005, Vol. 26, No. 25, pages 5198-5208) may be used. . Since the complex according to the present invention can be used as a device for regenerating hard tissue, osteoblasts are derived from osteoblasts derived from patients undergoing regenerative treatment of hard tissues (from bone marrow stem cells collected from the bone marrow of patients under appropriate conditions). (Including osteoblasts induced to differentiate below).

本発明を構成するリン酸カルシウムは、骨芽細胞自身がその増殖に伴って産生するものである。したがって、本発明は、特許文献1〜3に記載される従来の技術のように、リン酸カルシウムやハイドロキシアパタイトを用いて足場そのものを形成する技術とは異なるものである。本発明に係る複合体としては、複合体を構成するハニカム状多孔質体のポリマー表面の少なくとも一部がリン酸カルシウムによって覆われている複合体が好ましく、さらにハニカム状多孔質体の貫通孔の少なくとも一部にリン酸カルシウムが入り込んでいる形態にある複合体が好ましい(図4参照)。   The calcium phosphate constituting the present invention is produced by the osteoblast itself as it grows. Therefore, the present invention is different from the technique of forming the scaffold itself using calcium phosphate or hydroxyapatite as in the conventional techniques described in Patent Documents 1 to 3. The composite according to the present invention is preferably a composite in which at least a part of the polymer surface of the honeycomb-like porous body constituting the composite is covered with calcium phosphate, and at least one of the through holes of the honeycomb-like porous body. A complex in which calcium phosphate is contained in the part is preferable (see FIG. 4).

本発明の複合体を構成する非水溶性ポリマーからなるハニカム状多孔質体は、高分子(ポリマー)でできた多孔性の薄膜であって、膜の垂直方向に向けられた微少な孔が膜の平面方向に蜂の巣状に(ハニカム状に)設けられているものを意味する。この様なハニカム状という規則的な配置で孔が設けられている多孔質の薄膜は、孔の孔径、形状あるいは深さなどがまちまちである不規則な孔を有する通常の多孔質体とは全く異なる構造体として理解される。   The honeycomb-like porous body made of a water-insoluble polymer constituting the composite of the present invention is a porous thin film made of a polymer (polymer), and minute pores oriented in the vertical direction of the film are films. Is provided in a honeycomb shape (honeycomb shape). A porous thin film in which pores are provided in such a regular arrangement such as a honeycomb shape is completely different from a normal porous body having irregular pores in which the pore diameter, shape, or depth of the pores vary. Understood as a different structure.

本発明の複合体を構成するハニカム状多孔質体の孔は、膜を垂直方向に貫通している孔(貫通孔)であることが望ましい。この貫通孔は、薄膜の平面方向に存在する周囲の貫通孔と、膜の内部において互いに連通していることが好ましい。推論ではあるが、ハニカム状多孔質体における貫通孔及び貫通孔同士の連通構造は、ハニカム状多孔質体上で増殖する骨芽細胞間の相互作用が発揮される、あるいは培地や溶存酸素の供給、老廃物の排出がスムーズに行われるなどの利点をもたらすと考えられる。   The pores of the honeycomb-like porous body constituting the composite of the present invention are desirably holes (through holes) penetrating the membrane in the vertical direction. This through hole is preferably in communication with a surrounding through hole existing in the plane direction of the thin film and inside the film. Although it is inferred, the through-holes in the honeycomb-shaped porous body and the communication structure between the through-holes exert an interaction between osteoblasts growing on the honeycomb-shaped porous body, or supply of culture medium and dissolved oxygen It is considered that the waste products are discharged smoothly.

本発明の複合体を構成するハニカム状多孔質体には、孔径が15μm未満の貫通孔、好ましくは孔径が1μm〜14μmの貫通孔を有するハニカム状多孔質体が使用される。理由は不明であるが、孔径が15μm以上の貫通孔を有するハニカム状多孔質体上を足場としたときの骨芽細胞の増殖と骨再生マーカーの発現は、貫通孔を有しない平面からなる膜(以下、平膜と表す)上におけるそれと殆ど違いは観察されない。したがって、ハニカム状多孔質体を骨芽細胞培養の足場として使用する際には、その孔径が少なくとも15μm未満、好ましくは1〜14μmという範囲内にあることが必要であると考えられる。なお、推論ではあるが、上記の特定の孔径は、特許文献1〜5に記載された骨芽細胞の培養増殖に対する従来の足場において必要とされてきた数十μm〜数百μmという孔径とは大きく異なることから、ハニカム状多孔質体の均一かつ規則性の高い微小な貫通孔という構造的特徴が、従来使用されてきた足場では提供することのできない骨芽細胞の増殖に対する好適な刺激となっているものと推察される。   As the honeycomb-like porous body constituting the composite of the present invention, a honeycomb-like porous body having a through-hole having a pore diameter of less than 15 μm, preferably a through-hole having a pore diameter of 1 μm to 14 μm is used. The reason is unknown, but the proliferation of osteoblasts and the expression of bone regeneration markers when the honeycomb porous body having a through-hole having a pore diameter of 15 μm or more is used as a scaffold is a flat membrane having no through-hole. Almost no difference is observed from the above (hereinafter referred to as flat film). Therefore, when using the honeycomb-like porous body as a scaffold for osteoblast culture, it is considered that the pore diameter needs to be at least less than 15 μm, preferably in the range of 1 to 14 μm. In addition, although it is reasoning, the above-mentioned specific pore size is a pore size of several tens of μm to several hundreds of μm that has been required in the conventional scaffold for the culture proliferation of osteoblasts described in Patent Documents 1 to 5. Due to the large difference, the structural feature of the microporous pores with uniform and high regularity of the honeycomb-shaped porous body is a suitable stimulus for the proliferation of osteoblasts that cannot be provided by the conventionally used scaffolds. It is presumed that

本発明の複合体を構成するハニカム状多孔質体は、特開平8−311231号公報、特開2001−157475号公報、特開2002−347107号公報あるいは特開2002−335949号公報に記載された、高分子の水不溶性有機溶媒溶液表面上に水滴を結露させ、該水滴を鋳型とするという製造原理に基づく方法によって製造することができる。特に、水不溶性有機溶媒、例えば50dyn/cm以下の表面張力γLを有する水不溶性有機溶媒に非水溶性ポリマーを溶解した、非水溶性ポリマーの濃度が0.1g/L〜20g/Lの水不溶性有機溶媒溶液を、表面の表面張力をγSとし、塗布される水不溶性有機溶媒の表面張力γLならびに該基板と該溶媒との間の表面張力γLSとした場合にγS−γLS>γLの関係を満たす基板の表面に塗布し、さらに相対湿度30〜99%、風速0.01〜20m/秒の範囲内で調節した気流に基板上に塗布された非水溶性ポリマーの水不溶性有機溶媒溶液を置いて溶媒を蒸発させることで製造されるものが好ましい。   The honeycomb-like porous body constituting the composite of the present invention is described in JP-A-8-311231, JP-A-2001-157475, JP-A-2002-347107, or JP-A-2002-335949. It can be produced by a method based on a production principle in which water droplets are condensed on the surface of a polymer water-insoluble organic solvent solution and the water droplet is used as a mold. In particular, a water-insoluble organic solvent, for example, a water-insoluble polymer in which the water-insoluble polymer is dissolved in a water-insoluble organic solvent having a surface tension γL of 50 dyn / cm or less, and the concentration of the water-insoluble polymer is 0.1 g / L to 20 g / L. When the surface tension of the organic solvent solution is γS, and the surface tension γL of the water-insoluble organic solvent to be applied and the surface tension γLS between the substrate and the solvent, the relationship of γS−γLS> γL is satisfied. A water-insoluble organic solvent solution of a water-insoluble polymer applied on the substrate is placed in an airflow that is applied to the surface of the substrate and further controlled in a relative humidity range of 30 to 99% and a wind speed of 0.01 to 20 m / sec. Those produced by evaporating the solvent are preferred.

上記の水不溶性有機溶媒は、50dyn/cm以下の表面張力を有し、かつ該溶液表面に結露した水滴を保持し得る程度の水不溶性と、大気圧下で0〜150℃、好ましくは10〜90℃の沸点を有する有機溶媒をいう。かかる水不溶性有機溶媒の例としては、四塩化炭素、ジクロロメタン、クロロホルム等のハロゲン化炭化水素、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、メチルイソブチルケトン等の非水溶性のケトン類、二硫化炭素などを挙げることができる。   The water-insoluble organic solvent has a surface tension of 50 dyn / cm or less, and is water-insoluble to such an extent that it can retain water droplets condensed on the surface of the solution. An organic solvent having a boiling point of 90 ° C. Examples of such water-insoluble organic solvents include halogenated hydrocarbons such as carbon tetrachloride, dichloromethane and chloroform, aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene, esters such as ethyl acetate and butyl acetate, and methyl isobutyl ketone. And water-insoluble ketones, carbon disulfide, and the like.

また非水溶性ポリマーは、水に不溶性でかつ上記の水不溶性有機溶媒に可溶な、あるいは適当な界面活性剤の存在下で水不溶性有機溶媒に溶解し得るポリマーであれば特別の制限はなく、適宜選択して使用することができる。例えば、ポリ乳酸やポリヒドロキシ酪酸のような生分解性ポリマー、脂肪族ポリカーボネート、両親媒性ポリマー、光機能性ポリマー、電子機能性ポリマーなどを挙げることができる。   The water-insoluble polymer is not particularly limited as long as it is a polymer that is insoluble in water and soluble in the above water-insoluble organic solvent, or can be dissolved in a water-insoluble organic solvent in the presence of a suitable surfactant. Can be appropriately selected and used. Examples thereof include biodegradable polymers such as polylactic acid and polyhydroxybutyric acid, aliphatic polycarbonates, amphiphilic polymers, photofunctional polymers, and electronic functional polymers.

具体的な例示としては、ポリブタジエン、ポリイソプレン、スチレン−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体などの共役ジエン系高分子;ポリε−カプロラクトン;ポリウレタン;酢酸セルロース、セルロイド、硝酸セルロース、アセチルセルロース、セロファンなどのセルロース系高分子;ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド610、ポリアミド612、ポリアミド12、ポリアミド46などのポリアミド系高分子;ポリテトラフルオロエチレン、ポリトリフルオロエチレン、パーフルオロエチレン−プロピレン共重合体などのフッ素系高分子;ポリスチレン、スチレン−エチレン−プロピレン共重合体、スチレン−エチレン−ブチレン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、塩素化ポリエチレン−アクリロニトリル−スチレン共重合体、メタクリル酸エステル−スチレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、アクリル酸エステル−アクリロニトリル−スチレン共重合体などのスチレン系高分子;ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、エチレン−α−オレフィン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリプロピレン、オレフィン−ビニルアルコール共重合体、ポリメチルペンテンなどのオレフィン系高分子;フェノール樹脂、アミノ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂などのホルムアルデヒド系高分子;ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステル系高分子;エポキシ樹脂;ポリ(メタ)アクリル酸エステル、ポリ−2−ヒドロキシエチルアクリレート、メタクリル酸エステル−酢酸ビニル共重合体などの(メタ)アクリル系高分子;ノルボルネン系樹脂;シリコン樹脂;ポリ乳酸、ポリヒドロキシ酪酸、ポリグリコール酸などのヒドロキシカルボン酸の重合体などが挙げられる。これらは単独で使用されても組み合わせて使用されてもよい。   Specific examples include conjugated diene polymers such as polybutadiene, polyisoprene, styrene-butadiene copolymer, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer; polyε-caprolactone; polyurethane; cellulose acetate, celluloid, cellulose nitrate, Cellulosic polymers such as acetyl cellulose and cellophane; polyamide polymers such as polyamide 6, polyamide 66, polyamide 610, polyamide 612, polyamide 12, polyamide 46; polytetrafluoroethylene, polytrifluoroethylene, perfluoroethylene-propylene Fluoropolymer such as copolymer; polystyrene, styrene-ethylene-propylene copolymer, styrene-ethylene-butylene copolymer, styrene-isoprene copolymer, chlorinated polymer Styrene polymers such as len-acrylonitrile-styrene copolymer, methacrylic acid ester-styrene copolymer, styrene-acrylonitrile copolymer, styrene-maleic anhydride copolymer, acrylate-acrylonitrile-styrene copolymer Polyethylene, chlorinated polyethylene, ethylene-α-olefin copolymer, ethylene-vinyl acetate copolymer, ethylene-vinyl chloride copolymer, ethylene-vinyl acetate copolymer, polypropylene, olefin-vinyl alcohol copolymer, Olefin polymers such as polymethylpentene; formaldehyde polymers such as phenol resin, amino resin, urea resin, melamine resin, and benzoguanamine resin; polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate Polyester polymers such as polyester; epoxy resins; (meth) acrylic polymers such as poly (meth) acrylic acid esters, poly-2-hydroxyethyl acrylate, methacrylic acid ester-vinyl acetate copolymers; norbornene resins; Silicon resin; polymers of hydroxycarboxylic acids such as polylactic acid, polyhydroxybutyric acid, and polyglycolic acid. These may be used alone or in combination.

なお、本発明の複合体を構成するハニカム状多孔質体を構成するポリマーは必ずしも生分解性である必要はないが、硬組織再生用デバイスを製造するための非水溶性ポリマーとしては、ポリスチレン、ポリ乳酸、ポリ(ε−カプロラクトン)を挙げることができる。   The polymer constituting the honeycomb porous body constituting the composite of the present invention does not necessarily need to be biodegradable, but as a water-insoluble polymer for producing a hard tissue regeneration device, polystyrene, Examples thereof include polylactic acid and poly (ε-caprolactone).

また本発明の複合体を構成するハニカム状多孔質体は、両親媒性ポリマーを含んで調製されることが好ましい。好ましい両親媒性ポリマーとしては、ポリエチレングリコール/ポリプロピレングリコールブロック共重合体、アクリルアミドポリマーを主鎖骨格とし疎水性側鎖としてドデシル基と親水性側鎖としてラクトース基またはカルボキシル基を併せ持つ両親媒性樹脂、ヘパリンやデキストラン硫酸、核酸(DNAやRNA)などのアニオン性高分子と長鎖アルキルアンモニウム塩とのイオンコンプレックス、ゼラチン、コラーゲン、アルブミンなどの水溶性タンパク質を親水性基とした両親媒性樹脂、ポリ乳酸−ポリエチレングリコールブロック共重合体、ポリε−カプロラクトン−ポリエチレングリコールブロック共重合体、ポリリンゴ酸−ポリリンゴ酸アルキルエステルブロック共重合体などの両親媒性樹脂などが挙げられるが、これらに限定されない。   The honeycomb porous body constituting the composite of the present invention is preferably prepared including an amphiphilic polymer. Preferred amphiphilic polymers include polyethylene glycol / polypropylene glycol block copolymers, amphiphilic resins having an acrylamide polymer as a main chain skeleton and a dodecyl group as a hydrophobic side chain and a lactose group or a carboxyl group as a hydrophilic side chain, Amphiphilic resins with hydrophilic groups such as ion complexes of anionic polymers such as heparin, dextran sulfate, and nucleic acids (DNA and RNA) and long-chain alkylammonium salts, water-soluble proteins such as gelatin, collagen, and albumin Amphiphilic resins such as lactic acid-polyethylene glycol block copolymer, poly ε-caprolactone-polyethylene glycol block copolymer, polymalic acid-polymalic acid alkyl ester block copolymer, and the like are included. Not.

上記の水不溶性有機溶媒と非水溶性ポリマーとの具体的な組み合わせの例としては、例えばポリスチレン、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアルキルシロキサン、ポリメタクリル酸メチルなどのポリアルキルメタクリレートまたはポリアルキルアクリレート、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリ−N−ビニルカルバゾール、ポリ乳酸、ポリ−ε−カプロラクトン、ポリアルキルアクリルアミド、およびこれらの共重合体よりなる群から選ばれるポリマーに対しては、四塩化炭素、ジクロロメタン、クロロホルム、ベンゼン、トルエン、キシレン、二硫化炭素などの有機溶媒を組み合わせて使用することができる。また、フッ素化アルキルを側鎖に持つアクリレート、メタクリレートおよびこれらの共重合体よりなる群から選ばれるポリマーに対しては、AK−225(旭硝子株式会社製)などのフッ化炭素溶媒、トリフルオロベンゼン、フルオロエーテル類などの使用も良好な結果を与える。これらの中から、具体的に使用する非水溶性ポリマーに対する溶解性を考慮して、適宜選択して使用することができる。   Examples of specific combinations of the water-insoluble organic solvent and the water-insoluble polymer include, for example, polyalkyl methacrylate or polyalkyl acrylate such as polystyrene, polycarbonate, polysulfone, polyethersulfone, polyalkylsiloxane, and polymethyl methacrylate. For polymers selected from the group consisting of polybutadiene, polyisoprene, poly-N-vinylcarbazole, polylactic acid, poly-ε-caprolactone, polyalkylacrylamide, and copolymers thereof, carbon tetrachloride, dichloromethane, A combination of organic solvents such as chloroform, benzene, toluene, xylene and carbon disulfide can be used. For polymers selected from the group consisting of acrylates, methacrylates and copolymers thereof having a fluorinated alkyl side chain, fluorocarbon solvents such as AK-225 (Asahi Glass Co., Ltd.), trifluorobenzene, etc. The use of fluoroethers also gives good results. Among these, it can be appropriately selected and used in consideration of solubility in the water-insoluble polymer specifically used.

また、フッ素化アルキルを側鎖に持つポリアクリレートやメタクリレートの側鎖の水素をフッ素に置換したフッ素系ポリマーを用いてハニカム状多孔質体を製造する際には、フッ素系の有機溶媒(AK−225等)の使用も良好な結果を与える。   Further, when manufacturing a honeycomb-shaped porous body using a fluorine-based polymer in which hydrogen in a side chain of polyacrylate or methacrylate having a fluorinated alkyl side chain is substituted with fluorine, a fluorine-based organic solvent (AK- 225) also gives good results.

本発明の複合体を構成するハニカム状多孔質体の作製に際しては、水不溶性有機溶媒溶液中の非水溶性ポリマー濃度は、0.1g/L〜20g/L、特に0.5g/L〜10g/Lとすることが好ましい。   In preparing the honeycomb-shaped porous body constituting the composite of the present invention, the concentration of the water-insoluble polymer in the water-insoluble organic solvent solution is 0.1 g / L to 20 g / L, particularly 0.5 g / L to 10 g. / L is preferable.

非水溶性ポリマーの水不溶性有機溶媒溶液を塗布する基板は、例えば、紙、ガラス板、プラスチック(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン等)がラミネートされた紙、金属板(例えば、アルミニウム、亜鉛、銅等)、プラスチックフィルム(例えば、二酢酸セルロース、三酢酸セルロース、プロピオン酸セルロース、酪酸セルロース、酢酸酪酸セルロース、硝酸セルロース、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリビニルアセタール等)、シリコン製板等が挙げられる。   The substrate on which the water-insoluble organic solvent solution of the water-insoluble polymer is applied is, for example, paper, glass plate, paper laminated with plastic (eg, polyethylene, polypropylene, polystyrene, etc.), metal plate (eg, aluminum, zinc, copper) Etc.), plastic film (eg, cellulose diacetate, cellulose triacetate, cellulose propionate, cellulose butyrate, cellulose acetate butyrate, cellulose nitrate, polyethylene terephthalate, polyethylene, polystyrene, polypropylene, polycarbonate, polyvinyl acetal, etc.), silicon plate, etc. Is mentioned.

さらにかかる非水溶性ポリマーの水不溶性有機溶媒溶液を塗布する基板は、基板表面の表面張力γSと塗布される水不溶性有機溶媒の表面張力γLならびに該基板と該溶媒との間の表面張力γLSとの間で、γS−γSL>γLの関係を満たす基板を選択して用いることが望ましい。これは、非水溶性ポリマー溶液の水不溶性有機溶媒溶液を塗布する基板自体の水不溶性有機溶媒に対する濡れ性が、基板上に形成される液膜の厚みに影響を与え得るためである。基板には、塗布される非水溶性ポリマーの水不溶性有機溶媒溶液との親和性が高いものであることが好ましい。具体的には、水不溶性有機溶媒の表面張力γLを指標にして上記式で表すことのできる表面張力を示す表面を有する基板を利用すればよい。そのような基板の好適な例としては、ガラス板、シリコン製板あるいは金属板などを挙げることができる。   Further, the substrate to which the water-insoluble organic solvent solution of the water-insoluble polymer is applied includes the surface tension γS of the substrate surface, the surface tension γL of the water-insoluble organic solvent to be applied, and the surface tension γLS between the substrate and the solvent. It is desirable to select and use a substrate satisfying the relationship of γS−γSL> γL. This is because the wettability of the water-insoluble organic solvent solution of the water-insoluble organic solvent solution to the water-insoluble organic solvent itself can affect the thickness of the liquid film formed on the substrate. The substrate preferably has a high affinity with the water-insoluble organic solvent solution of the water-insoluble polymer to be applied. Specifically, a substrate having a surface exhibiting a surface tension that can be expressed by the above formula using the surface tension γL of the water-insoluble organic solvent as an index may be used. Preferable examples of such a substrate include a glass plate, a silicon plate, or a metal plate.

また、水不溶性有機溶媒溶液との親和性を高めることのできる加工を表面に施した基板の使用も可能である。この様な基板表面の濡れ性の改良は、基板と使用する水不溶性有機溶媒に合わせて、自体公知の方法、例えばガラス製や金属製の基板に対してはそれぞれシランカップリング処理やチオール化合物による単分子膜形成処理方法などを利用することができる。例えば、クロロホルムなどの疎水性有機溶媒を水不溶性有機溶媒として用いる場合の基板としては、十分に洗浄されたSi基板や、アルキルシランカップリング剤などで表面を修飾したガラス基板などの使用が好ましい。また、フッ素系溶媒を用いる場合は、テフロン(登録商標)基板、あるいはフッ素化アルキルシランカップリング剤などで修飾したガラス基板などの使用が好ましい。   It is also possible to use a substrate whose surface has been processed to increase the affinity with a water-insoluble organic solvent solution. Such improvement of the wettability of the substrate surface can be achieved by a method known per se in accordance with the substrate and the water-insoluble organic solvent to be used, such as silane coupling treatment or thiol compound for glass or metal substrates, respectively. A monomolecular film forming method or the like can be used. For example, as a substrate when a hydrophobic organic solvent such as chloroform is used as the water-insoluble organic solvent, it is preferable to use a sufficiently cleaned Si substrate, a glass substrate whose surface is modified with an alkylsilane coupling agent, or the like. Further, when a fluorine-based solvent is used, it is preferable to use a Teflon (registered trademark) substrate or a glass substrate modified with a fluorinated alkylsilane coupling agent or the like.

非水溶性ポリマーの水不溶性有機溶媒溶液を基板に塗付して同溶液の液膜を形成させる際の液膜厚としては50μm〜5mm、好ましくは2mm以下とすることが望ましい。また基板に非水溶性ポリマーの水不溶性有機溶媒溶液を塗付する方法としては、基板に同溶液を滴下する方法の他、バーコート、ディップコート、スピンコート法などを挙げることができ、バッチ式、連続式の何れも利用することができる。   The liquid film thickness when a water-insoluble organic solvent solution of a water-insoluble polymer is applied to the substrate to form a liquid film of the solution is 50 μm to 5 mm, preferably 2 mm or less. As a method of applying a water-insoluble organic solvent solution of a water-insoluble polymer to a substrate, in addition to a method of dropping the solution on the substrate, a bar coat, a dip coat, a spin coat method, and the like can be given. Any of continuous types can be used.

基板表面に塗布された非水溶性ポリマーの水不溶性有機溶媒溶液は、相対湿度30%以上の空気に接触させることによって蒸発させることが好ましい。溶媒の蒸発速度を非水溶性ポリマーの水不溶性有機溶媒溶液の基板表面への塗布時の液膜厚が20分以内に50μmにまで減少する速度とすることによって、孔径が15μm未満の貫通孔を有するハニカム状多孔質体を調製することができる。   The water-insoluble organic solvent solution of the water-insoluble polymer applied to the substrate surface is preferably evaporated by contacting with air having a relative humidity of 30% or more. By setting the evaporation rate of the solvent to a rate at which the liquid film thickness at the time of application of the water-insoluble organic solvent solution of the water-insoluble polymer to the substrate surface decreases to 50 μm within 20 minutes, A honeycomb-like porous body can be prepared.

この蒸発速度は、基板上に塗布した非水溶性ポリマーの水不溶性有機溶媒溶液の液膜の面方向に対してほぼ平行ないし上方向に0.1L(リットル)/分以上の空気層の流れを形成して水不溶性有機溶媒を蒸発させる方法、水不溶性有機溶媒の沸点未満かつ液膜に接触する空気の露点未満で非水溶性ポリマーの水不溶性有機溶媒溶液が塗布された基板を加熱(例えばベルチェ素子を用いて加熱)して水不溶性有機溶媒を蒸発させる方法、あるいは水不溶性有機溶媒の沸点ならびに液膜に接触する空気の露点を超えないような減圧下において、非水溶性ポリマーの水不溶性有機溶媒溶液を基板に塗布し、水不溶性有機溶媒を蒸発させる方法、等によって達成することができる。ここで、露点とは、ある温度におかれた空気の中に含まれている水蒸気が飽和に達して凝結する温度をいい、相対湿度と絶対温度に対して定まる値である。   The evaporation rate is such that an air layer flow of 0.1 L (liter) / min or more is substantially parallel to or upward from the surface of the liquid film of the water-insoluble organic solvent solution of the water-insoluble polymer applied on the substrate. Forming and evaporating the water-insoluble organic solvent, heating a substrate coated with a water-insoluble organic solvent solution of a water-insoluble polymer below the boiling point of the water-insoluble organic solvent and below the dew point of the air in contact with the liquid film (for example, Berche The water-insoluble organic solvent of the water-insoluble polymer is evaporated under a reduced pressure that does not exceed the boiling point of the water-insoluble organic solvent and the dew point of the air in contact with the liquid film. It can be achieved by a method of applying a solvent solution to a substrate and evaporating a water-insoluble organic solvent. Here, the dew point refers to a temperature at which water vapor contained in air at a certain temperature reaches saturation and condenses, and is a value determined with respect to relative humidity and absolute temperature.

好適な例としては、基板に塗布された非水溶性ポリマーの非水溶性有機溶媒溶液の液膜に対してほぼ平行ないし上方向に向けた、相対湿度30〜99%、風速0.01〜20m/秒の範囲内で調節した気流に非水溶性ポリマーの水不溶性有機溶媒溶液の液膜を置くことが好ましい。   As a suitable example, the relative humidity is 30 to 99% and the wind speed is 0.01 to 20 m, substantially parallel to or upward from the liquid film of the water-insoluble organic solvent solution of the water-insoluble polymer applied to the substrate. It is preferable to place a liquid film of a water-insoluble organic solvent solution of a water-insoluble polymer in an air stream adjusted within a range of / second.

以上の方法によって、本発明で利用されるハニカム状多孔質体を作製することができる。このとき、基板上に塗布する非水溶性ポリマーの水不溶性有機溶媒溶液の量を調節することによって、孔径をさらに微細に調節することができる。例えば、ポリ(ε−カプロラクトン)を5mg/mLとなるようにクロロホルムに溶解した溶液を使用した場合、同溶1.5mL、2.5mL、5.0mLと量を変えてキャストすることで、孔径3〜4、5〜6、10〜11各μmの貫通孔を有するハニカム状多孔質体を作製することができる。   By the above method, the honeycomb-like porous body used in the present invention can be produced. At this time, the pore diameter can be further finely adjusted by adjusting the amount of the water-insoluble organic solvent solution of the water-insoluble polymer applied on the substrate. For example, when using a solution in which poly (ε-caprolactone) is dissolved in chloroform so as to be 5 mg / mL, by changing the amount to 1.5 mL, 2.5 mL, and 5.0 mL of the same solution, A honeycomb-like porous body having through holes of 3 to 4, 5 to 6, and 10 to 11 μm can be produced.

また、このハニカム状多孔質体は、例えばその両端をマイクロマニュピレーターやピンセットを用いて又は手でつまんで、伸長方向に引っ張ることによって延伸させることができ、この様な延伸されたハニカム状多孔質体も、上記に説明した特定の孔径を維持するものである限り、本発明で使用することができる。延伸は、一軸延伸、二軸延伸又は三軸延伸の何れでもよい。また延伸方向の伸長率は特に限定されないが、好ましくは1.1倍〜10倍の範囲内である。   Further, this honeycomb-like porous body can be stretched by, for example, pinching both ends with a micromanipulator or tweezers or by hand and pulling in the extension direction. Such a stretched honeycomb-like porous body Can be used in the present invention as long as the specific pore diameter described above is maintained. Stretching may be uniaxial stretching, biaxial stretching, or triaxial stretching. The elongation ratio in the stretching direction is not particularly limited, but is preferably in the range of 1.1 to 10 times.

ハニカム状多孔質体に含まれる両親媒性物質は、細胞外基質によるハニカム状多孔質体のコーティングに先立って、ハニカム状多孔質体から除去しておくことが好ましい。両親媒性物質の除去は、ハニカム状多孔質体を1−プロパノールに数分〜10分程度浸漬することで行うことができる。また本発明で使用するハニカム状多孔質体は、UV照射、加熱処理、又はエタノール処理等によって滅菌して使用することが好ましい。   The amphiphilic substance contained in the honeycomb-shaped porous body is preferably removed from the honeycomb-shaped porous body prior to coating the honeycomb-shaped porous body with the extracellular matrix. The removal of the amphiphile can be performed by immersing the honeycomb-shaped porous body in 1-propanol for several minutes to 10 minutes. The honeycomb porous body used in the present invention is preferably sterilized by UV irradiation, heat treatment, ethanol treatment or the like.

上記の方法によって作製されるハニカム状多孔質体における骨芽細胞の培養は、生体から単離したあるいは骨髄幹細胞から分化誘導された骨芽細胞をハニカム状多孔質体に接種し、適当な条件で培養すればよい。この培養によって、接種された骨芽細胞はハニカム状多孔質体上でリン酸カルシウムを産生しながら増殖し、骨芽細胞によって産生されたリン酸カルシウムと非水溶性ポリマーからなる孔径15μm未満の貫通孔を有するハニカム状多孔質体との複合体を形成する。   Osteoblast culture in the honeycomb porous body produced by the above method is performed by inoculating the honeycomb porous body with osteoblasts isolated from a living body or induced to differentiate from bone marrow stem cells under appropriate conditions. What is necessary is just to culture. By this culture, the inoculated osteoblasts proliferate while producing calcium phosphate on the honeycomb-shaped porous body, and a honeycomb having a through-hole having a pore diameter of less than 15 μm made of calcium phosphate and water-insoluble polymer produced by osteoblasts. To form a complex with the porous material.

すなわち本発明は、孔径15μm未満の貫通孔を有するハニカム状多孔質体に骨芽細胞を播種する工程a)、及び前記ハニカム状多孔質体上で骨芽細胞を培養して前記ハニカム状多孔質体表面にリン酸カルシウムを生成させる工程b)を含む、骨芽細胞と骨芽細胞が産生するリン酸カルシウムと非水溶性ポリマーからなる孔径15μm未満の貫通孔を有するハニカム状多孔質体との複合体の製造方法を提供するものである。   That is, the present invention includes a step a) of seeding osteoblasts on a honeycomb porous body having through-holes having a pore diameter of less than 15 μm, and culturing osteoblasts on the honeycomb porous body to form the honeycomb porous body. Production of a composite of osteoblasts, calcium phosphate produced by osteoblasts, and a honeycomb porous body having a through-hole having a pore diameter of less than 15 μm made of a water-insoluble polymer, including the step b) of generating calcium phosphate on the body surface A method is provided.

生体からの骨芽細胞の単離は、前述の公知の方法に準じて行うことができる。また骨芽細胞は、例えばBokhariら(Biomaterials、2005年、第26巻、第25号、第5198−5208頁)らの方法に基づいて骨髄幹細胞から分化誘導させた骨芽細胞を用いてもよい。本発明では、哺乳動物、例えばラット、マウス、ウサギ、ブタ等に代表される各種動物由来の骨芽細胞をいずれも利用できるが、ヒトの骨芽細胞の利用が特に好ましい。特に、本発明にかかる複合体は硬組織再生用デバイスとして利用できることから、骨芽細胞は、硬組織の再生治療を受ける患者由来の骨芽細胞(患者の骨髄から採取される骨髄幹細胞から適当な条件の下で分化誘導された骨芽細胞を含む)であることが望ましい。   Isolation of osteoblasts from a living body can be performed according to the above-mentioned known methods. As osteoblasts, for example, osteoblasts induced to differentiate from bone marrow stem cells based on the method of Bokhara et al. (Biomaterials, 2005, Vol. 26, No. 25, pages 5198-5208) may be used. . In the present invention, any of osteoblasts derived from various animals represented by mammals such as rats, mice, rabbits, and pigs can be used, but the use of human osteoblasts is particularly preferred. In particular, since the complex according to the present invention can be used as a device for regenerating hard tissue, osteoblasts are suitable for osteoblasts derived from patients undergoing hard tissue regenerative treatment (from bone marrow stem cells collected from the bone marrow of patients). Including osteoblasts induced to differentiate under conditions).

骨芽細胞の接種は、適当な緩衝液又は培地、好ましくはWilliams’E培地、F−10培地、RPMI1640培地、EagleのMEM培地、DMEM培地、又はこれらの培地に牛胎児血清等を添加した培地等に骨芽細胞を懸濁した懸濁液を用意し、ウェルプレート又は適当な容器に置いたハニカム状多孔質体の単位面積(cm)当たり約1.0×10〜1.0×10となるように前記懸濁液をハニカム状多孔質体に添加することで行うことができる。骨芽細胞をハニカム状多孔質体に添加後、pH6.0〜8.0、30〜40℃、5%CO雰囲気下で、21〜42日間インキュベーションすることにより、骨芽細胞は増殖し、本発明にかかる複合体が形成される。なお、培養中は適当な間隔を置いて培地交換を行うことが好ましい。 For inoculation of osteoblasts, an appropriate buffer or medium, preferably Williams'E medium, F-10 medium, RPMI 1640 medium, Eagle's MEM medium, DMEM medium, or a medium obtained by adding fetal calf serum or the like to these mediums About 1.0 × 10 3 to 1.0 × per unit area (cm 2 ) of the honeycomb-shaped porous body prepared in a well plate or a suitable container. The suspension can be added to the honeycomb porous body so as to be 10 6 . After the osteoblasts are added to the honeycomb-shaped porous body, the osteoblasts proliferate by incubation for 21 to 42 days at pH 6.0 to 8.0, 30 to 40 ° C., and 5% CO 2 atmosphere. A complex according to the present invention is formed. During culture, it is preferable to perform medium exchange at an appropriate interval.

本発明によって製造される複合体の典型的な構造は、ポリマー表面や孔の部分にリン酸カルシウムの結晶が沈着ないし入り込んでいるハニカム状多孔質体を骨芽細胞が覆っているというものである。この複合体は、骨芽細胞とハニカム状多孔質体とが単に接触している状態ではなく、水や緩衝液等で複合体を洗浄しても容易には骨芽細胞がハニカム状多孔質体から遊離しない程度に固着しており、そのまま硬組織疾患部位に移植して硬組織欠損部を再生させるためのデバイスとして利用することができる。また、本発明の複合体は骨芽細胞に対して硬組織再生を促進させる物質の探索その他の骨疾患治療薬の探索や評価を簡便に行うためのツールとしても利用することができる。   A typical structure of the composite produced by the present invention is that osteoblasts cover a honeycomb-like porous body in which calcium phosphate crystals are deposited or intruded on the polymer surface or pores. This composite is not in a state where the osteoblasts and the honeycomb porous body are simply in contact with each other, and the osteoblasts can be easily washed even if the composite is washed with water or a buffer solution. It can be used as a device for transplanting to a hard tissue disease site as it is to regenerate a hard tissue defect. In addition, the complex of the present invention can also be used as a tool for simply searching for a substance that promotes hard tissue regeneration for osteoblasts and for searching and evaluating other therapeutic agents for bone diseases.

以下、非限定的な実施例を示して、本発明をさらに詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to non-limiting examples.

1)ハニカム状多孔質体と平膜の作製
生分解性高分子であるポリ(ε−カプロラクトン)(PCL、和光純薬(株)製、分子量70,000〜100,000)と両親媒性ポリアクリルアミドポリマー(Cap、ドデシルアクリルアミド、6−アクリルアミド−n−カプロン酸及び2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)からなるコポリマー)を重量比10:1で5mg/mLとなるようにクロロホルムに溶解した。ガラスシャーレ(内径90mm)に直径14mmのカバーガラスを敷き詰め、この上に前記PCLを含むクロロホルム溶液をそれぞれ、1.5、2.5、5.0、7.5mLキャストし、相対湿度80%、流速2.0L/分の雰囲気下でクロロホルムを蒸発させた。以上の操作により、孔径3〜4、5〜6、10〜11、15〜16各μmの貫通孔を有するハニカム状多孔質体を作製した。孔経10〜11μmの貫通孔を有するハニカム状多孔質体の、後に述べる走査型電子顕微鏡による拡大写真を図1に示す。
1) Preparation of honeycomb-like porous body and flat membrane Poly (ε-caprolactone) (PCL, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., molecular weight 70,000 to 100,000), which is a biodegradable polymer, and amphiphilic poly Acrylamide polymer (a copolymer consisting of Cap, dodecylacrylamide, 6-acrylamide-n-caproic acid and 2,2′-azobis (isobutyronitrile)) dissolved in chloroform at a weight ratio of 10: 1 to 5 mg / mL did. Cover a glass petri dish (inner diameter: 90 mm) with a cover glass having a diameter of 14 mm, cast a 1.5 mL, 2.5, 5.0, and 7.5 mL chloroform solution containing the PCL on each glass, and a relative humidity of 80%. Chloroform was evaporated under an atmosphere with a flow rate of 2.0 L / min. Through the above operation, honeycomb-like porous bodies having through holes with pore diameters of 3 to 4, 5 to 6, 10 to 11, and 15 to 16 μm were prepared. FIG. 1 shows an enlarged photograph of a honeycomb-shaped porous body having through-holes having a pore diameter of 10 to 11 μm, which will be described later, using a scanning electron microscope.

クロロホルムが完全に蒸発した後にカバーガラスをガラスシャーレから剥がし、両親媒性高分子を除去するために1−プロパノール中に10分間浸漬し、さらにエタノールで洗浄し、残留溶媒を除去するために真空下に3時間おいた。その後、UV照射(約40mW/cm)を3時間行い、滅菌したハニカム状多孔質体を作製した。 After the chloroform has completely evaporated, the cover glass is removed from the glass petri dish, immersed in 1-propanol for 10 minutes to remove the amphiphilic polymer, further washed with ethanol, and vacuumed to remove the residual solvent. For 3 hours. Thereafter, UV irradiation (about 40 mW / cm 2 ) was performed for 3 hours to produce a sterilized honeycomb porous body.

PCLとCap(重量比10:1)の濃度を10mg/mLとしたクロロホルム溶液1mLをスピンコーター(MIKASA 1H−D7)のステージに設置したカバーガラス上にキャストし、1,000rpm、15秒の条件でステージを回転させて、膜厚が均一な平膜を作製した。当該平膜を、両親媒性高分子を除去するために1−プロパノール中に10分間浸漬し、さらにエタノールで洗浄し、残留溶媒を除去するために真空下に3時間おいた。その後、滅菌するためにUV照射(約40mW/cm)を3時間行い、滅菌されたPCLの平膜を作製した。 1 mL of a chloroform solution having a PCL and Cap (weight ratio of 10: 1) concentration of 10 mg / mL was cast on a cover glass placed on the stage of a spin coater (MIKASA 1H-D7), and the condition was 1,000 rpm for 15 seconds. Then, the stage was rotated to produce a flat film having a uniform film thickness. The flat membrane was immersed in 1-propanol for 10 minutes to remove the amphiphilic polymer, further washed with ethanol, and placed under vacuum for 3 hours to remove residual solvent. Then, in order to sterilize, UV irradiation (about 40 mW / cm < 2 >) was performed for 3 hours, and the sterilized PCL flat film was produced.

2)骨芽細胞の調製
体重200〜250g(6〜8週齢)の雄性Wistarラット(Charles River Laboratories社)から頭蓋骨を切除回収し、前記のBokhariら(Biomaterials、2005年、第26巻、第25号、第5198−5208頁)の方法に従って骨芽細胞を分離し、DMEM培地に懸濁した。
2) Preparation of osteoblasts Skulls were excised and recovered from male Wistar rats (Charles River Laboratories) weighing 200-250 g (6-8 weeks old), and Bokhari et al. (Biomaterials, 2005, Vol. 26, No. 26). 25, 5198-5208), osteoblasts were isolated and suspended in DMEM medium.

3)骨芽細胞の培養
1)で作製した4種類のハニカム状多孔質体と平膜を、1.0mLのDMEM培地を加えた24ウェルプレートに置き、この上から2)で調製した骨芽細胞2×10個/DMEM培地を添加した。37℃、5%COの条件下で28日間培養した。培地は48時間後に新鮮な培地に交換した。
3) Cultivation of osteoblasts The four types of honeycomb-like porous bodies and flat membranes prepared in 1) were placed in a 24-well plate to which 1.0 mL of DMEM medium was added, and the osteoblasts prepared in 2) from above. 2 × 10 5 cells / DMEM medium was added. The cells were cultured for 28 days under conditions of 37 ° C. and 5% CO 2 . The medium was replaced with fresh medium after 48 hours.

培養4週間終了後、ハニカム状多孔質体上の骨芽細胞に対して、Pearseら(PearseAG E著、「Histochemistry−Theoretical and applied、1968年、Churchill発行、ロンドン)らの方法によって骨形成の指標であるアルカリホスファターゼ(青色)およびカルシウム(赤色)を染色し、光学顕微鏡で観察した(図2)。さらに、ハニカム状多孔質体及び平膜1枚当たり9つの異なる地点を10倍の対物レンズで観察し、Image J(NIH)を用いて画像解析を行い、骨形成量を定量化した(図3)。   After completion of 4 weeks of culture, osteoblasts on the honeycomb-shaped porous body were subjected to an index of bone formation by the method of Pearse et al. (Pearse AG E, “Histochemistry-Theoretical and Applied, 1968, published by Churchill, London) et al. Were stained with alkaline phosphatase (blue) and calcium (red), and observed with an optical microscope (Fig. 2), and 9 different points per honeycomb porous body and flat membrane with a 10x objective lens Observation and image analysis were performed using Image J (NIH) to quantify the amount of bone formation (FIG. 3).

その結果、孔径3〜4μmの貫通孔、孔径5〜6μmの貫通孔及び10〜11μmの貫通孔を有するハニカム状多孔質体において、骨芽細胞がハニカム状多孔質体を覆っていることが確認された。また、孔径が3〜4μmの貫通孔を有するハニカム状多孔質体において最も高い骨形成能が認められた。   As a result, it was confirmed that osteoblasts covered the honeycomb-like porous body in the honeycomb-like porous body having a through-hole having a pore diameter of 3 to 4 μm, a through-hole having a pore diameter of 5 to 6 μm, and a through-hole of 10 to 11 μm. It was done. Moreover, the highest bone forming ability was recognized in the honeycomb-like porous body having through holes having a pore diameter of 3 to 4 μm.

4)走査型電子顕微鏡による観察
培養後の孔径3〜4μmの貫通孔を有するハニカム状多孔質体にトリプシン処理を行って表面の骨芽細胞を取り除いたものを、2.5%グルタルアルデヒド溶液を用いて固定し、20%から100%のエタノールを用いて段階的に脱水した。さらに有機溶媒をtert−ブチルアルコールに置換した後、ハニカム状多孔質体を凍結し、凍結真空乾燥装置(日立ES−2030)を用いて乾燥させた後、イオンスパッタリング装置(日立E−1030)を用いて白金パラジウムを被覆させ、走査型電子顕微鏡(日立S−3500N)を用いて観察した。
4) Observation with a scanning electron microscope A 2.5% glutaraldehyde solution was prepared by removing trypsin treatment on the honeycomb-shaped porous body having through-holes having a pore diameter of 3 to 4 μm after culturing to remove surface osteoblasts. And then dehydrated stepwise using 20% to 100% ethanol. Further, after replacing the organic solvent with tert-butyl alcohol, the honeycomb-shaped porous body was frozen and dried using a freeze vacuum drying apparatus (Hitachi ES-2030), and then an ion sputtering apparatus (Hitachi E-1030) was used. It was covered with platinum palladium and observed using a scanning electron microscope (Hitachi S-3500N).

その結果、ハニカム状多孔質体のポリマー表面並びに貫通孔の部分にリン酸カルシウムの結晶の析出が認められた(図4)。   As a result, precipitation of calcium phosphate crystals was observed on the polymer surface and through-hole portions of the honeycomb-like porous body (FIG. 4).

実施例1で作製したハニカム状多孔質体(孔径10〜11μm)の走査型電子顕微鏡写真である。2 is a scanning electron micrograph of a honeycomb-like porous body (pore diameter 10 to 11 μm) produced in Example 1. FIG. 実施例1で作製した複合体に対して骨形成の指標であるアルカリホスファターゼ(青色)およびカルシウム(赤色)を染色したときの光学顕微鏡写真である。パネルaは平膜、パネルbが孔径3〜4μm、パネルcが孔径5〜6μm、パネルdが孔径10〜11μm、パネルeは孔径15〜16μmの各貫通孔を有するハニカム状多孔質体を含む複合体である。It is an optical microscope photograph when the alkaline phosphatase (blue) and calcium (red) which are the indexes of bone formation are dye | stained with respect to the composite_body | complex produced in Example 1. FIG. Panel a has a flat membrane, panel b has a pore diameter of 3 to 4 μm, panel c has a pore diameter of 5 to 6 μm, panel d has a pore diameter of 10 to 11 μm, and panel e includes a honeycomb porous body having through holes having a pore diameter of 15 to 16 μm. It is a complex. 実施例1で作製した複合体における骨芽細胞の骨形成能を表すグラフである。2 is a graph showing the osteogenic ability of osteoblasts in the composite prepared in Example 1. FIG. 孔径3〜4μmの貫通孔を有するハニカム状多孔質体を含む複合体から表面の骨芽細胞を取り除いたものの走査型電子顕微鏡写真である。It is a scanning electron micrograph of what removed the surface osteoblast from the composite_body | complex containing the honeycomb porous body which has a through-hole of 3-4 micrometers of hole diameters.

Claims (7)

骨芽細胞と骨芽細胞によって産生されたリン酸カルシウムと非水溶性ポリマーからなる孔径15μm未満の貫通孔を有するハニカム状多孔質体との複合体である、硬組織再生用デバイス。   A device for regenerating hard tissue, which is a composite of osteoblasts, calcium phosphate produced by osteoblasts, and a honeycomb-shaped porous body having a through-hole having a pore diameter of less than 15 μm made of a water-insoluble polymer. ハニカム状多孔質体の孔径が1μm〜14μmである、請求項1に記載の硬組織再生用デバイス。   The device for hard tissue regeneration according to claim 1, wherein the pore size of the honeycomb-shaped porous body is 1 µm to 14 µm. ハニカム状多孔質体の貫通孔が平面方向に存在する周囲の貫通孔と連通している、請求項1又は2に記載の硬組織再生用デバイス。   The device for hard tissue regeneration according to claim 1 or 2, wherein the through-holes of the honeycomb-shaped porous body communicate with surrounding through-holes existing in the planar direction. ハニカム状多孔質体の貫通孔の少なくとも一部に骨芽細胞によって産生されたリン酸カルシウムが入り込んでいる、請求項1〜3のいずれかに記載の硬組織再生用デバイス。   The hard tissue regeneration device according to any one of claims 1 to 3, wherein calcium phosphate produced by osteoblasts enters at least part of the through-holes of the honeycomb-shaped porous body. 骨芽細胞が硬組織の再生を必要とする哺乳動物由来の骨芽細胞である、請求項1〜4の何れかに記載の硬組織再生用デバイス。   The hard tissue regeneration device according to any one of claims 1 to 4, wherein the osteoblast is an osteoblast derived from a mammal that requires regeneration of a hard tissue. 孔径15μm未満の貫通孔を有するハニカム状多孔質体に骨芽細胞を接種する工程a)、及び前記骨芽細胞を培養してリン酸カルシウムを生成させる工程b)を含む、骨芽細胞と骨芽細胞が産生するリン酸カルシウムと非水溶性ポリマーからなる孔径15μm未満の貫通孔を有するハニカム状多孔質体との複合体の製造方法。   Osteoblasts and osteoblasts comprising a step of inoculating osteoblasts into a honeycomb porous body having a through-hole having a pore diameter of less than 15 μm, and a step b) of culturing the osteoblasts to produce calcium phosphate A method for producing a composite of calcium phosphate produced by a honeycomb-shaped porous body having a through-hole having a pore diameter of less than 15 μm and comprising a water-insoluble polymer. ハニカム状多孔質体の孔径が1μm〜14μmである、請求項6に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 6, wherein the honeycomb porous body has a pore diameter of 1 μm to 14 μm.
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