JP2011219879A - 繊維複合体 - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
【解決手段】平均繊維径が0.1〜10μmの生体適合性ポリマーよりなり、厚みが10〜200μmであり、平均見かけ密度が30〜250kg/m3であり、繊維表面の水滴の接触角が30度以上である繊維構造体2と、フィブリンゲルマトリクス1とを含んでなる繊維複合体ならびに当該繊維構造体、フィブリノゲン、トロンビンより構成される繊維複合体調製用キット。かかる繊維構造体は、一定条件下、エレクトロスピニング法により製造することができる。
【選択図】図1
Description
該繊維複合体は、体内で分解、吸収され、やがては体内にて新生される組織や臓器と置き換わることができるため、臓器表面の損傷部位を修復する用途、欠損した膜状組織を修復する用途に好ましく用いることができる。また、臓器表面への優れた接着性を示すことから、縫合することなく肺や硬膜など、内圧のかかる臓器表面や組織表面を保護する用途に好ましく用いられる。
フィブリン糊と生分解性の繊維構造体とから構成される医療材料についてはいくつか検討されている。特許文献1には、生体糊前駆物質の水溶液を含浸させた生体吸収性織布からなる手術用縫合デバイスについて記載されている。生体吸収性織布としてはポリグリコール酸を組成に含む繊維によりメッシュ状に織られた織布であり、生体糊前駆物質としてはフィブリノゲンが用いられている。
これらのデバイスは、生分解性の繊維構造体と生体糊前駆物質やフィブリノゲン溶液など蛋白質との複合体が前提であり、繊維表面に蛋白質が十分にいきわたった状態で用いることが開示されている。しかしながら、該文献の技術では実際の臨床において、手術に用いる前に、手術現場で繊維構造体にフィブリノゲン溶液を含浸させる作業が必要であり、作業を複雑にする難点がある。また、該デバイスで傷口を覆ったときの複合体の強度も十分ではない。
生分解性のポリマーをエレクトロスピニングして得られるナノファイバーを、蛋白質のマトリクスと組み合わせて用いることが検討されている。例えば、特許文献4には、平均繊維径が0.05〜50μmである脂肪族ポリエステルの繊維からなる繊維構造体の支持基材と、エラスチン架橋体からなるエラスチン成形体についての記載がある。
特許文献5には、疎水性溶媒に溶解可能なポリマーと複数の水酸基を有する有機化合物よりなり、平均繊維径が0.1〜20μm、空隙率が少なくとも5%である多孔質繊維が記載されている。しかしながら、表面積が大きく空隙も大きい繊維構造体を得ることを目的としており、フィブリンゲルとの複合化に適した繊維構造体については何ら示唆されていない。
これらのうちでも好ましくはポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリ乳酸−グリコール酸共重合体、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネート、ならびにこれらの共重合体などの脂肪族ポリエステルが挙げられ、さらに好ましくはポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリ乳酸−ポリグリコール酸共重合体、ポリカプロラクトンが挙げられる。なかでもポリ乳酸が好ましい。
また、ポリマーの重量平均分子量としては、1×103〜5×106であり、好ましくは1×104〜1×106、より好ましくは5×104〜5×105である。またポリマーの末端構造やポリマーを重合する触媒は任意に選択できる。
本発明の繊維構造体は、平均繊維径が0.1〜10μmである生体適合性の繊維より形成される。平均繊維径が0.1μmよりも小さいか、あるいは10μmよりも大きいと、膜の強度や接着強度が十分でなく、好ましくない。好ましい平均繊維径は0.5〜8.0μmであり、さらに好ましくは1.0〜7.0μmである。なお、繊維径とは繊維断面の直径を表す。
繊維表面には凹凸を含んでいてもよいが、その割合は0.1〜5%であることが好ましい。ここで、繊維表面の凹凸の割合とは、繊維表面を電子顕微鏡で撮影した像にて観察される、繊維表面に含まれる凹凸構造の面積の割合であり、百分率で表す。具体的な構造としては、くぼみや陥没、突起物や隆起物、うろこ状や山脈状の構造などがあげられる。好ましくは0.2%から4%であり、さらに好ましくは、0.3%〜3%である。5%よりも凹凸構造が多いと、膜の強度が上がらず好ましくない。また、0.1%よりも凹凸構造が少ない繊維は、工程管理が難しく、製造にコストがかかる。
本発明の繊維構造体の厚みは10μm〜200μmである。好ましくは、30〜180μm、さらに好ましくは50〜150μm未満である。200μmよりも厚いとハイドロゲルの浸透が難しくなり、10μmよりも薄いと膜の強度が弱くなる。
本発明の繊維複合体は、平面状である。ここで平面状とは、シートや紙のような平面状の構造物をいう。上から見ると四角形や円、楕円形等の形状をとることができ、横から見ると直線状の構造をなす。本発明の繊維複合体においては、その角を丸くすることや、平面状の端を厚くすること、または薄くすること、中央が窪んでいる形状などは、本発明の効果を損なわない範囲で任意に実施できる。
繊維構造体の接触角や水分保持率は、繊維径、繊維密度、繊維表面の疎水性、繊維表面の形状によって影響を受ける。繊維径が細く繊維密度が高いと接触角は大きくなり、水分含量は低い傾向を示す。また繊維表面をコーティングなどで親水性にすると、接触角が低下し、水分含量は上がる。繊維表面に微小な凹凸が多いと接触角が大きくなる傾向を示す。
これらの中でも好適な例として、脂肪族ポリエステル中に、分子量200〜2000のポリエチレングリコールあるいはグリセリンが0.001〜1.0重量%含まれるものを挙げることができる。
本発明の繊維構造体の製造方法は、特に制限はないが、好ましくはエレクトロスピニング法、エレクトロスプレー法、静電紡糸法などとよばれる方法が利用される。これらの方法は、ポリマーを溶媒に溶解させた溶液に高電圧を印加することで、電極上に繊維構造体を得る方法である。好ましくは、生体適合性高分子を溶媒に溶解させて溶液を製造する工程と、該溶液に高電圧を印加させる工程と、該溶液を噴出させる工程と、噴出させた溶液から溶媒を蒸発させて繊維構造体を形成させる工程と、形成された繊維構造体の電荷を消失させる工程と、電荷消失によって繊維構造体を累積させる工程とを含む。
前記溶媒は一種を単独で用いてもよく、複数の溶媒を組み合わせてもよい。前記溶媒としては、生体適合性高分子とを溶解可能で、かつ紡糸する段階で蒸発し、繊維を形成可能なものであれば特に限定されない。例えばアセトン、クロロホルム、エタノール、2−プロパノール、メタノール、トルエン、テトラヒドロフラン、水、ベンゼン、ベンジルアルコール、1,4−ジオキサン、1−プロパノール、ジクロロメタン、四塩化炭素、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、フェノール、ピリジン、トリクロロエタン、酢酸、蟻酸、ヘキサフルオロ−2−プロパノール、ヘキサフルオロアセトン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、アセトニトリル、N−メチル−2−ピロリジノン、N−メチルモルホリン−N−オキシド、1,3−ジオキソラン、メチルエチルケトン、これらの混合溶媒が挙げられる。これらのうち、取扱い性や物性などから、ジクロロメタンやエタノールを用いることが好ましい。
次に、溶液に高電圧を印加させる段階と、溶液を噴出させる段階と、噴出された溶液から溶媒を蒸発させて繊維構造体を形成させる段階について説明する。
また、溶液に印加させる電極とは別に補助電極を設けることも可能である。また、印加電圧の値については、前記繊維構造体が形成されれば特に限定されないが、通常は5〜50kVの範囲である。印加電圧が5kVより小さい場合は、溶液が噴出されず、繊維構造体が形成されないため好ましくなく、印加電圧が50kVより大きい場合は、電極からアース電極に向かって放電が起きるために好ましくない。より好ましくは10〜30kVの範囲である。所望の電位は従来公知の任意の適切な方法で作ればよい。
こうして、生体適合性高分子を溶解した溶液を噴出させた直後に生体適合性高分子を溶解させた溶媒が揮発して繊維構造体が形成される。通常の紡糸は大気下、室温で行われるが、揮発が不十分である場合には陰圧下で行うことや、高温の雰囲気下で行うことも可能である。また、紡糸する温度は溶媒の蒸発挙動や紡糸液の粘度に依存するが、通常は0〜50℃の範囲である。一方、凹凸表面が制御された繊維を作るうえでは、紡糸時の相対湿度が40%未満とすることが好ましい。
次に、前記電荷消失によって繊維構造体を累積させる段階について説明する。前記電荷消失によって繊維構造体を累積させる方法は特に限定を受けないが、通常の方法として、電荷消失により繊維構造体の静電力を失わせ、自重により落下、累積させる方法が挙げられる。また、必要に応じて静電力を消失させた繊維構造体を吸引し、メッシュ上に累積させる方法、装置内の空気を対流させメッシュ上に累積させる方法などを行ってもよい。
かかる薬剤の具体例としては、タクロリムスもしくはその類縁体、スタチン系、またはタキサン系抗癌剤が例示できる。
また、本発明の繊維複合体に含まれる薬剤は、揮発性溶媒中において活性を維持することが可能であれば蛋白質製剤、核酸医薬であってもよい。また、薬剤以外のものも含んでよく、金属、多糖、脂肪酸、リン脂質、界面活性剤、揮発性溶媒耐性微生物であってもよい。
本発明の繊維複合体は、上記繊維構造体、フィブリノゲン成分及びトロンビン成分は同梱した繊維複合体調製用キットとすることもできる。この場合、フィブリノゲン成分とトロンビン成分は、フィブリン凍結乾燥粉末が分注された容器、フィブリノゲン溶解液が分注された容器、トロンビン凍結乾燥粉末が分注された容器、トロンビン溶解液が分注された容器より構成される。また、かかるフィブリノゲン成分とトロンビン成分が液状製剤の場合は、フィブリノゲン溶液が分注された容器、トロンビン溶液が分注された容器より構成される。
得られた繊維構造体の表面を走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−2400)により、倍率2000倍で撮影して得た写真から無作為に20箇所を選んで繊維の径を測定し、すべての繊維径から平均値を求めて、平均繊維径とした。n=20である。
2.平均厚:
高精度デジタル測長機((株)ミツトヨ:商品名「ライトマチックVL−50」を用いて測長力0.01Nによりn=10にて繊維構造体の膜厚を測定した平均値を算出した。
3.平均見掛け密度:
繊維複合体の質量を測定し、上記方法により求めた面積、平均厚をもとに平均見掛け密度を算出した。
ポリ乳酸(LACTY9031、島津製作所)の10重量%ジクロロメタン溶液を調製し、均一な溶液を得た。静電紡糸装置を用いて紡糸を行い、シート状の繊維構造体を得た。噴出ノズルの内径は0.8mm、電圧は15kV、噴出ノズルから電極平板までの距離は15cmであった。
得られた繊維構造体を構成する繊維の平均径は1.5μmであり、繊維構造体の厚さは82μm、平均見掛け密度190kg/m3であった。
得られた繊維構造体上に、水滴を1滴たらして10分間、液滴の変化を観察した。その結果、液滴が繊維構造体の内部に入り込むことはなく、疎水性の表面であることが確認された。繊維構造体表面上の水滴の接触角は110度であった。
ポリエチレングリコール600をポリマーに対して3.0重量%加えた以外は、実施例1と同様に繊維構造体を作成した。
得られた繊維構造体を構成する繊維の平均径は2.1μmであり、繊維構造体の厚さは66μm、平均見掛け密度256kg/m3であった。
得られた繊維構造体上に水滴を1摘たらし、10分間、液滴の変化を観察した。その結果、水滴は繊維構造体内部に浸透し、親水性の表面であることが確認された。繊維構造体表面上の水滴の接触角は測定できなかった。
繊維構造体として、ネオベール(登録商標、グンゼ(株)製、その繊維径は20μm)を用いた。ネオベール(登録商標)の接触角を測定したところ、98度であった。繊維構造体の厚さは150μm、平均見掛け密度は174kg/m3であった。
生体組織としてウサギの皮膚を採取し、図1の装置表面に平面状に設置した、ウサギの皮膚の中央にあけた穴(5mmΦ)の上に、実施例1で作成した繊維構造体を穴がふさがるように設置した。フィブリン糊(ボルヒール(登録商標):財団法人化学及血清療法研究所)に添付のプロトコールに従い、フィブリノゲン凍結乾燥粉末をフィブリノゲン溶解液で溶解しフィブリノゲン溶液(A液)を調製し、トロンビン凍結乾燥粉末をトロンビン溶解液で溶解しトロンビン溶液(B液)を調製した。溶解した両液をボルヒールスプレーセット(秋田住友ベーク株式会社)に充填し、繊維構造体に吹き付けた。その後、外部より圧を加えていき、膜が破断したときの内圧を測定した。その結果、膜が破裂したときの圧力は34,450Paであった。
一方、比較例1で得られた繊維構造体につき、上記と同じ方法で、ウサギの皮を用いた破断試験を行った結果、複合膜が破断したときの圧力は、2,930Paであった。
また、比較例2のネオベール(登録商標)につき、上記と同じ方法で、ウサギの皮を用いた破断試験を行った結果、複合膜が破断したときの圧力は、26,730Paであった。
生体に埋め込むための人工生体膜の作製には、市販の生体組織接着剤であるフィブリン糊(ボルヒール(登録商標)、財団法人化学及血清療法研究所)を使用した。実施例1で記載した繊維構造体を2cmx2cm(4cm2)の大きさに切断し、10cmプラスチックシャーレ中に置いた。3cmx3cm(9cm2)の大きさの透明なプラスチックフィルムの中央部に1cmx1cm(1cm2)の穴を開け、繊維構造体の上にプラスチックフィルムを被せた。ボルヒール中の凍結乾燥フィブリノゲン240mgおよび第XIII因子225単位を含むバイアルにアプロチニン(3000KIE)を含む溶液3mLを添加して混合し、3mLのフィブリノゲン液を作製し、約0.2mLのフィブリノゲン液を1mLの噴霧用シリンジに吸い込んだ。トロンビン(750単位)の粉末を、塩化カルシウムを含む溶液1mLで溶解して、そのうちの0.2mLを1mLのシリンジに吸い込んだ。それぞれのシリンジをボルヒールスプレーセット(秋田住友ベーク(株))に装着した。このスプレーセットを用いてフィブリノゲン液とトロンビン液各0.2mLを同時に繊維構造体に重ねたプラスチックフィルムの上から均等に噴霧した。この後、5分間以上静置した後、プラスチックフィルムを除去することによって、繊維構造体の中央部に1cmx1cm(1cm2)の大きさのフィブリンゲル層とその周囲に0.5cmの幅ののりしろ部分を持つ人工生体膜を形成した。この人工生体膜をシャーレから剥離して以後の実験に使用した。
ビーグル成犬を用いて動物実験を行った。
(i)硬膜の貼り付け
ビーグル成犬を挿管管理による全身麻酔下におき、両側頭頂前頭開頭を行い、左右に各々1箇所、1cm四方の正方形の硬膜欠損部を作製した。一箇所の欠損部に対して、欠損部周囲の硬膜にフィブリノゲン液を0.1mL滴下して指ですり込み、その上から実施例3に記載した人工生体膜をフィブリンゲル層が脳実質側になるように被せた。次にボルヒールスプレーセットを用いてボルヒール各液0.3mLを人工生体膜の上から噴霧し、人工生体膜を硬膜欠損部に接着させた。3分間以上静置した後、閉頭を行った。
(ii)術後1ヶ月の病理所見
図2に示したように、術後1ヵ月後の時点でのHE染色標本では、硬膜欠損側において本発明の人工生体膜の上部および下部に自己の結合組織の層が確認された。また、人工生体膜の繊維間にも結合組織が増生していた。また、図3に示したように、脳組織は正常所見を呈していた。なお、術後より剖検時の1ヶ月の間、手術部位からの髄液の漏れはなかった。
2 繊維構造体
3 ウサギの皮
4 空気圧
5 外枠
6 内枠
Claims (12)
- 平均繊維径が0.1〜10μmの生体適合性ポリマー繊維よりなり、厚みが10〜200μmであり、平均見かけ密度が30〜250kg/m3であり、表面の水滴の接触角が30度以上である繊維構造体と、フィブリンゲルとを含んでなる繊維複合体。
- 繊維表面の凹凸の割合が0.1〜5%である請求項1に記載の繊維複合体。
- 生体適合性ポリマーが脂肪族ポリエステルである請求項1または2に記載の繊維複合体。
- 生体適合性ポリマーがポリ乳酸である請求項1または2に記載の繊維複合体。
- 繊維表面の水滴の接触角が50〜140度である請求項1から4のいずれかに記載の繊維複合体。
- 繊維構造体が繊維内部および/または繊維表面に水酸基を有する親水性の化合物を0.001〜1.0重量%で含む請求項1から5のいずれかに記載の繊維複合体。
- 平均繊維径が0.1〜10μmの生体適合性ポリマー繊維よりなり、厚みが10〜200μmであり、平均見かけ密度が30〜250kg/m3であり、表面の水滴の接触角が30度以上である繊維構造体、フィブリノゲン、およびトロンビンを少なくとも含んでなる、繊維複合体調製用キット。
- 繊維表面の凹凸の割合が0.1〜5%である請求項7に記載の繊維複合体調製用キット。
- 生体適合性ポリマーが脂肪族ポリエステルである請求項7または8に記載の繊維複合体調製用キット。
- 生体適合性ポリマーがポリ乳酸である請求項7または8に記載の繊維複合体調製用キット。
- 繊維表面の水滴の接触角が50〜140度である請求項7から10のいずれかに記載の繊維複合体調製用キット。
- 繊維構造体が繊維内部および/または繊維表面に水酸基を有する親水性の化合物を0.001〜1.0重量%で含む請求項7から11のいずれかに記載の繊維複合体調製用キット。
Priority Applications (1)
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JP2010086812A JP5544206B2 (ja) | 2010-04-05 | 2010-04-05 | 繊維複合体 |
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