JP2010094476A - 結合組織体形成用基材およびそれを用いた結合組織体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 生体内に埋入した人工物の表面に形成される組織体を利用する人工臓器において、形成される組織体の自立性、吻合操作性および抗血栓性に優れた人工臓器を提供する。
【解決手段】 棒状構造部材１の表面に外郭部材２を形成し、結合組織形成用基材とする。この基材を生体内に埋入することにより、基材表面に膜状の組織体を形成する。その際、外郭部材２の材料として、生体適合性に優れるが組織体やその構成成分に侵襲されにくい材料を使用することにより、外郭部材２は組織体と癒着し結合組織体の機械的強度が増加されるとともに外郭部材２の内面に組織体やその構成成分が露出しない人工血管が得られる。
【選択図】図３

Description

本発明は、体内に埋入することで欠損組織の代替材としての結合組織体を形成することのできる結合組織体形成用基材ならびに該結合組織体の製造方法に関する。

生体に対して化学的に安定な人工物の構造体を生体の皮下や腹腔などへ埋入移植し、一ヶ月程度放置することで、構造体の表面に組織体をカプセル形成して結合組織体とし、これを欠損組織の代替材として適用する試みが実施されている。しかし、結合組織形成用基材としての構造体の表面に形成された組織体を血管として使用するには、組織体が極めて薄いために自立性が無く、結合組織体を血管組織の代替材料として移植するには、生体組織との吻合操作が極めて困難であると同時に、移植後に血流を回復した後に内面に血栓が生じやすく血管が閉塞するという欠点を持っている。

この形成される組織体が極めて薄いという欠点を克服するために構造体の表面を親水性、イオン性などに改質し、組織体の付着を促進することにより組織体の厚みを厚くする技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。

組織体の厚みを厚くする目的で、生体内に埋入させる基材を工夫することで、複数の代替用結合組織体を得、これらを積層させて、体内において一体化させることによって、厚みを増す技術が開発されている（例えば、特許文献２参照）。

同様に、生体内に埋入させる基材を工夫することで、組織体の一部分の厚みを厚くして、生体組織の機械的な自立性を増す技術が開発されている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００４−２６１２６０号公報 特開２００６−３１４６０１号公報 特開２００７−３１２８２１号公報

上記特許文献１に代表されるような埋入構造物を表面処理する方法では、構造体を生体の皮下に１ヶ月間埋入すると最大で０．３ｍｍ程度の厚みの結合組織体が構造体表面に形成される。しかし、この結合組織体を人工血管として使用するために、組織体に覆われた構造体を取り除くと、厚さ０．３ｍｍでは、組織体だけで自立することは難しく、生体組織との吻合操作が困難である。また、厚さが薄いために大きな人工臓器、例えば、中大口径の人工血管として利用するには、機械的な強度が不足している。

特許文献２による別途、組織体を重ねる方法では、組織体の厚みを厚くすることができるが、積層させた組織体を一体化する必要がある。そのためには、生体に埋入することによって作製した複数の組織体を、生体外で重ねた後に再度生体内に埋入して、組織体間を結合する必要がある。このため、組織体の形成に２倍以上の時間がかかることと、埋入、摘出術を２回行う必要があり、生体への負荷が大きい欠点がある。

特許文献３による埋入構造物表面に凹凸を形成する方法では、凹部分に組織体が厚く形成されるので機械的強度は人工臓器として満足できるが、結合組織体の内面に構造物の凹凸が転写されるために、内面の平滑性を要求される人工臓器、例えば、人工血管として利用するには平滑性が不足している。

このように生体に埋入した人工構造物の表面に形成される組織体からなる結合組織体を人工臓器として使用するには、結合組織体の厚みが薄く、自立性が無いことが欠点となり、実用化されていなかった。

特に、人工血管に上記結合組織体を適用する場合には、人工血管が自由に曲がるためには、結合組織体の厚みが薄い必要があるが、薄いと血流の内圧に耐えることができずに破裂してしまう。また、曲げる時に簡単に潰れてしまい血流が維持できない。逆に組織体を厚くすると血流には強くなるが、自由に曲がらなくなってしまう不具合があった。

さらに、特許文献１から３に代表されるような、埋入構造物表面に組織体をカプセル形成した後に結合組織体を取り出して血管として使用する方法では、組織体に含まれる繊維芽細胞などの細胞成分とコラーゲンなどの細胞外マトリックス成分が血流と接触する内腔面に暴露し、これらの血栓性成分が核となり血管内に血栓が形成され、再閉塞する不具合があることから、実用化されていなかった。

上記目的を達成するため、本発明は、結合組織体形成用基材の一部分を結合組織体と癒着させることにより、結合組織体の機械的強度を増強し、自立性を向上させ、吻合操作を容易にすると同時に血栓の発生防止のために結合組織体の内面に細胞成分や細胞外マトリックス成分を含む組織体を露出させないようにする方法を提供するものである。即ち、結合組織体形成用基材として生体内に埋入する部材を結合組織体の内面形状を決定する構造部材とそれを被覆しその外縁に形成される組織体と癒着する外郭部材により構成し、構造部材と外郭部材の間隙には組織体やその構成成分が侵入しない構造としたことを特徴とする。

生体内に埋入する結合組織体形成用基材の材料を検討した結果、組織体と適合性が良く、さらに多孔構造化された材料を使用すると組織体が結合組織体形成用基材に侵入し、組織体と結合組織形成用基材が癒着することが判明した。この性質を利用し、結合組織体の強度を補強したい部分に組織体に適合性の良い材料融着できれば、その部分の結合組織体の強度を強くすることができる。

一方、管状の結合組織体に抗血栓剤を表面に塗布して人工血管として使用した場合には、結合組織体を未処理で使用する場合と比較して、血栓の発生が少ないことから、表面に露出した細胞成分や細胞外マトリックス成分が血流中の血小板の凝集を招き血栓形成の核となり閉塞に至ることが判明した。

これらの性質を利用し、結合組織体の内面形状を決定する構造部材の表面は必要とされる形状および平滑度とし、構造部材を被覆する外郭部材を密着形成すれば、繊維芽細胞を含んだ生体組織は構造部材と外郭部材の間隙に侵入しない。また、外郭部材に組織体と生体適合性の良い材料を使用すれば、外郭部材の外面は生体組織と癒着する。外郭部材を構造部材から剥離した時に結合組織体内面に外郭部材が残置することにより、結合組織体の表面の生体適合性になんら影響を与えることなく、結合組織体の機械的強度を向上させることができ、さらに内面は外郭部材により繊維芽細胞や細胞外マトリックス成分が露出してないことから、抗血栓性を向上させることができる。

外郭部材を形成する時に、２層以上の多層構造あるいは機能傾斜構造として、内面を細胞成分や細胞外マトリックス成分を含む組織体を侵入させない材料で形成し、最外層を組織体を侵入させやすい材料で構成したことを特徴とする。

構造部材と外郭部材の組合せを生体に埋入することで形成した結合組織体を生体の欠損組織、臓器の代替材とするときに、生体の変化に合わせて、結合組織体の形状が適合する必要がある。摘出した結合組織体を生体の欠損組織、臓器の代替材として、新たに生体に埋入した後に生体に分解吸収されて消滅するように外郭部材の材料を生体吸収材料で構成したことを特徴とする。

さらに、結合組織体を代替材料として生体に埋入後より早く生体に適合させるために、外郭部材を薬剤の担体材料で構成したことを特徴とする。

以上に述べたように本発明に係わる構造部材と外郭部材より構成した基材を生体内に埋入して、表面に組織体を形成させることにより、生体組織は構造部材と外郭部材を一体化して包埋すると同時に外郭部材の外表面と癒着する。従って、基材を生体外に取り出し、構造部材と外郭部材を分離した時に外郭部材は組織体と癒着しているので組織体からなる結合組織体の自立性が向上し、生体との吻合操作性が向上する。

また、外郭部材の内面には組織体が侵入していないので人工血管として使用しても、血流との反応による血栓の発生を低減することが可能となる。

構造部材を鋳型として外郭部材を作製した場合には、形成される結合組織体の内面形状は、構造部材の表面形状と同等になる。従って、結合組織体の内面を平滑にすることができ、人工血管のように結合組織体の内面が平滑であることが望ましい組織にも適用することが可能となる。

外郭部材の外面に癒着する組織には、毛細血管も形成されることから、生体内に移植された後の生体組織との適合性、生着性が良い。

外郭部材を多層構造とすることにより、必要とする機械的強度を満足した上で、抗血栓性を必要とする内面と結合組織親和性を必要とする外面の機能を分離することができることから、外郭部材の材料設計が容易になる。

外郭部材を残置できない用途においては、外郭部材を生体吸収材料で作成することにより、容易に外郭部材を分解することができる。

さらには、外郭部材に薬剤のコーティングを含む担体材料を使用することにより初期の血栓発生を防止すると共に内皮細胞による血管内壁の被覆を促進することが可能となる。

以下、本発明に係る結合組織体形成基材およびそれを用いた結合組織体の製造方法を実施するための最良の形態について、小口径の人工血管に適用した例について図を参照して説明する。

図１は、本発明の結合組織形成用基材の横断面図である。図２は、結合組織形成用基材の縦断面図である。

棒状構造部材１は、外郭部材２にその外周を覆われた形状をしており、結合組織形成用基材として生体内に埋入し、その表面に膜状の組織体を形成し、この組織体を剥離して結合組織体を形成するためのものであり、その外径は２ｍｍで全長は約２０ｍｍである。棒状構造部材１の外径により、人工血管として適用される血管の太さが決定される。棒状構造部材１の表面には、厚さ０．１ｍｍの外郭部材２を密着して形成している。

棒状構造部材１の材料は、生体に埋入した際に大きく変形することが無い強度（硬度）を有しており、化学的安定性があり、滅菌などの負荷に耐性があり、生体を刺激する溶出物が無いまたは少ない必要がある。本実施形態においては、上記条件を満たす、シリコンゴムあるいはテフロン樹脂を使用している。

外郭部材２の材料は、生体に埋入した際に大きく変形することが無い強度と形状を維持する弾性を有しており、化学的安定性があり、滅菌などの負荷に耐性があり、生体を刺激する溶出物が無いまたは少ない必要がある。さらには、生体内に埋入後に組織体とは癒着するが組織体が内面にまで貫通することを防止する必要がある。本実施形態においては、外郭部材２を内層２ａと外層２ｂの２層構造とし、組織体を内面まで貫通することを完全に防止するために内層２ａにはゼラチンフィルムを、組織体と癒着する外層２ｂにはゼラチンスポンジを使用した。

結合組織形成用基材を埋入する生体は、ヒト、ヤギ、イヌ、ウサギなど動物界に分類される生物である。結合組織形成用基材の埋入部位としては例えば、結合組織形成用基材を受け入れる容積を有する腹腔内、あるいは四肢部、賢部又は背部、腹部などの皮下が好ましい。また、埋入には低侵襲な方法で行うことと動物愛護の精神を尊重し、十分な麻酔下で最小限の切開術で行うことが好ましい。

図３は、組織体３が表面に形成された後、棒状構造体１の両端面を切断し内腔面４を露出させた結合組織体と外郭部材２の結合体の縦断面図である。組織体３は、繊維芽細胞３ａとコラーゲンなどの細胞外マトリックス３ｂで構成され、組織体３は外郭部材２の外層２ｂに侵入し外周表面に癒着（よって一体化）しているが、外郭部材２の内層２ａには侵入していない。

また、外郭部材２の内層２ａで形成される内腔面４は、棒状構造部材１の表面に接していたので平滑となっている。

図３より明らかなように、組織体３と外郭部材２は外郭部材２の外層２ｂにおいて一体化しているので、組織体３の厚さによらず、その機械的強度は外郭部材２の材質に依存する。

また、繊維芽細胞３ａや細胞外マトリックス３ｂは、外郭部材２の内層２ａにより完全に侵入を遮断されたため、内腔面４には全く露出していない。

図４は、組織体３と外郭部材２からなる結合組織体の断面を示す顕微鏡写真である。棒状構造体１の横方向に切断しており、外郭部材２の断面の右側が棒状構造体１に接触していた面Ａで、左側は生体に接触していた面Ｂである。図４より明らかなように、外郭部材２を包埋した組織体３は、外郭部材２の外層２ｂに侵入し、ほぼ一体化している。これに対し、内層２ｂには組織体３は侵入しておらず、血流と接する内腔面４には組織体３の暴露は全く見られない。

従って、耐圧試験によれば、生体の血管で圧力２０００ｍｍＨｇに対し、従来の組織体単体では、１０００ｍｍＨｇと約１／２の強度であったが、本発明の結合組織形成用基材を使用すると１６００〜２０００ｍｍＨｇとほぼ生体の血管に近い値が得られた。

また、組織体３と外郭部材２は一体化し、自立して管形状を維持することができることから、人工血管として生体と縫合する時に吻合部位が開孔した状態で、吻合操作が実施できる。

さらに、外郭部材２の内腔面４に組織体３が露出していないことから、人工血管として血流を通過させた後、血栓の発生を極力防ぐことができる。

上記実施形態では、小口径の人工血管を例としたが、大口径の血管や大型の臓器に本発明を適用する場合には、構造部材１の全周を外郭部材２で被覆しなくとも、外郭部材２の形状を必要な機械的強度や抗血栓性に応じた形状とすれば、容易に構造部材１を剥離することが可能となり、結合組織体の自立性と機械的強度を維持できる。

あるいは、外郭部材２の材料として生体吸収材料（ＰＤＳ、モノクリル、ポリ乳酸、ポリグリコール酸など）を使用し、外郭部材２の生体吸収時間を結合組織体の形成時間より長く選択すれば、結合組織形成用基材を生体から摘出後、構造部材１から結合組織体を剥離した時点では、外郭部材２により結合組織体の形状が保たれる。従って、大口径の人工血管に適用する場合に自立性を維持しながら吻合操作が容易に行える。

また、外郭部材２の材料に内皮細胞増殖促進剤（たとえば血管新生因子ＨＦＧ、ＶＥＧＦ、ｂＦＧＦなど）を埋入前に含浸させることにより、外郭部材２を薬剤の徐放材料として使用することができる。これにより、各種薬剤を徐々に生体組織に内部から浸透させることができる。

同様に、薬剤として、例えば、抗血液凝固剤を使用すれば、血管内面において作用し、血栓の発生を防止することができる。

以上に述べたように本発明に係わる結合組織形成用基材を使用すれば、従来法でできる結合組織体と比較して、機械的強度を増加させることができる。従って、結合組織体を人工臓器として、生体に再移植する際に生体との吻合操作が容易になり、人工臓器を生体に移植する際の施術時間が短縮できることから、生体への負荷が軽減される。

また、内面の血栓発生を極力防止できることから、人工血管として生体に移植する場合には血栓による再閉塞の危険性を低減することができる。

以上の利点から人工臓器の形成と移植の発展に寄与すると考えられる。

本発明の結合組織形成用基材の横断面 結合組織形成用基材の縦断面図 表面に組織体の形成された結合組織形成用基材の断面図 結合組織体の横断面を示す顕微鏡写真

符号の説明

１ 棒状構造部材
２ 外郭部材
２ａ 外郭部材の内層
２ｂ 外郭部材の外層
３ 組織体
３ａ 繊維芽細胞
３ｂ 細胞外マトリックス（コラーゲンなど）
４ 内腔面

Claims (6)

1. 生体内に埋入することにより、その表面に膜状の組織体を形成し、該組織体を剥離して結合組織体を形成するための人工物であって、該人工物が結合組織体を支持する構造部材と該構造部材を被覆しその外縁に形成される組織体と結合する外郭部材により構成されていることを特徴とする結合組織体形成用基材において、該外郭部材が、構造部材と組み合わされて組織体に包埋された時に、該構造部材と外郭部材の界面に組織体やその構成成分が非侵襲であるように形成されていることを特徴とする結合組織体形成用基材。
2. 前記構造部材が棒状であり、外郭部材が該構造部材の外周に沿って形成されていることを特徴とする請求項１記載の結合組織体形成用基材。
3. 前記外郭部材が、層構造を持ち、組織体やその構成成分が非侵襲である内層部と、結合組織体やその構成成分の侵入性がある外層部で形成されていることを特徴とする請求項１〜２記載のいずれかの結合組織体形成用基材。
4. 前記外郭部材の少なくとも一部分が、生体吸収材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜３記載のいずれかの結合組織体形成用基材。
5. 前記外郭部材の少なくとも一部分が、薬剤の担体材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜４記載のいずれかの結合組織体形成用基材。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の結合組織体形成用基材を生体内に埋入して表面に膜状の組織体を形成した後、該組織体と該外郭部材を該構造部材から剥離することにより、結合組織体を形成することを特徴とする結合組織体の製造方法。

Images