JP2020120944A

JP2020120944A - 管状補強体及び管状人工臓器

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Publication number: JP2020120944A
Application number: JP2019014816A
Authority: JP
Inventors: 修司福瀧; Shuji Fukutaki; 井手　純一; Junichi Ide; 純一井手; 彩佳山本; Ayaka Yamamoto; 中山　泰秀; Yasuhide Nakayama; 泰秀中山; 武寺澤; Takeshi Terasawa; 宏臣奥山; Hiromi Okuyama; 勇一高間; Yuichi TAKAMA; 勝平樋渡; Shohei Hiwatari
Original assignee: JMS Co Ltd; Osaka University NUC; National Cerebral and Cardiovascular Center
Current assignee: JMS Co Ltd; Osaka University NUC; National Cerebral and Cardiovascular Center
Priority date: 2019-01-30
Filing date: 2019-01-30
Publication date: 2020-08-13

Abstract

【課題】内腔を保持可能な所定の強度を有する共に、屈曲性能や軸方向柔軟性を有する管状人工臓器に用いられる管状補強体を提供すること。【解決手段】周囲に結合組織を形成させて管状人工臓器を作製するために用いられる本発明の管状補強体１Ａは、所定の軸方向圧縮強度及び所定の径方向強度を有し管状に構成される複数の第１の構造体１０と、第１の構造体１０の軸方向圧縮強度よりも小さい軸方向圧縮強度を有する第２の構造体２０Ａと、を備えており、第１の構造体１０は第２の構造体２０Ａを介して繋がっている。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、管状人工臓器を作製するために用いられる管状補強体及びこの管状補強体を内包する管状人工臓器に関する。特に、血管や気管等の生体欠損部の代用として使用する、自己組織からなる管状人工臓器の作製に用いられる管状補強体及び管状人工臓器に関する。

先天性の疾患の治療や、病気や事故で失われた組織や器官の働きを再生させるため、人工素材や細胞により形成された人工臓器を移植する再生医療や脱細胞化臓器を組織再生足場材料として利用する研究が数多くなされている。

従来、生体の自己防衛機能の一つとしてカプセル化という生体反応が知られている。カプセル化とは、例えば、体内の深い位置に異物が侵入した場合に、その異物の周りに線維芽細胞が集まって、主に線維芽細胞と線維芽細胞が産生するコラーゲンからなる線維性組織体のカプセルを形成して異物を覆うことにより、体内において異物を隔離する生体反応である。

このカプセル化を利用した再生医療技術として、特許文献１には、シリコン樹脂や塩化ビニル樹脂等の非吸収性、非分解性の材料で構成される芯棒を生体内に一定期間埋植し、カプセル化された芯棒を取り出して、芯棒を取り除くことにより、線維性組織で構成される人工血管を得る技術が提案されている。この人工血管は、生体由来の組織のみで構成されるため生体適合性に優れるが、線維性組織により構成されるため保形性に乏しく、血管との吻合が困難である。

また、特許文献２には、スリットが形成された筒状部材及び該筒状部材に内挿される芯棒で構成される鋳型を生体の皮下に埋植することにより、筒状部材と芯棒の間隙に線維性組織を侵入させて、任意の肉厚を有する管状の線維性組織体（管状人工臓器）を得る技術が提案されている。

特開２００４−２６１２６０号公報特開２０１７−１１３０５１号公報

上述したように、線維性組織体により構成される管状の人工臓器は物理的強度に乏しいため、内腔を保持するためには何らかの手段で補強が必要な場合がある。特許文献２に記載の技術を用いて、全長にわたって管壁の肉厚を厚くする方法も考えられる。しかしながら、内腔を保持可能な所定の強度を得るために肉厚を厚くすると、患者の管状臓器の管壁の肉厚よりも大きくなってしまい、吻合部の不整合により移植できない場合が考えられる。

そこで、管状人工臓器の肉厚を厚くせずに、剛性の高い管状補強体を内包させることにより、内腔を保持可能な所定の強度を得ることが考えられる。
しかしながら、例えば、管状人工臓器を屈曲性及び軸方向の柔軟性が要求される人工気管に適用する場合、頸部の動きに追従できる屈曲性に乏しいため、頸部を曲げたときに気管との吻合部に負荷がかかってしまう他、管状人工臓器自体にも負荷がかかり、キンクや穿孔の発生の原因となることが考えられる。また、管状補強体の軸方向の柔軟性が低いことにより、気管との吻合部に負荷がかかり、吻合部の不整合を引き起こす可能性もある。

従って、本発明は、内腔を保持可能な所定の強度を有する共に、屈曲性能や軸方向柔軟性を有する管状人工臓器に用いられる管状補強体及び管状人工臓器を提供することを目的とする。

本発明は、周囲に結合組織を形成させて管状人工臓器を作製するために用いられる管状補強体であって、所定の軸方向圧縮強度及び所定の径方向強度を有し、管状に構成される複数の第１の構造体と、前記所定の軸方向圧縮強度よりも小さい軸方向圧縮強度を有する第２の構造体と、を備え、前記第１の構造体は、前記第２の構造体を介して繋がっている管状補強体。

また、管状補強体は、一端部及び他端部に配置される２つの前記第１の構造体を含む３以上の前記第１の構造体と、隣り合って配置される２つの前記第１の構造体の間に配置される２以上の前記第２の構造体と、を備えることが好ましい。

また、前記第１の構造体は、線材によりメッシュ状に構成されることが好ましい。

また、前記第２の構造体は、前記第１の構造体を繋ぐ線材により構成されることが好ましい。

また、前記第１の構造体は、線材によりメッシュ状に構成され、前記第２の構造体を構成する前記線材の径は、前記第１の構造体を構成する前記線材の径よりも細いことが好ましい。

また、前記第１の構造体は、線材によりメッシュ状に構成され、前記第２の構造体を構成する前記線材の本数は、前記第１の構造体を構成する前記線材の本数よりも少ないことが好ましい。

また、前記第２の構造体の断面積は第１の構造体断面積よりも小さいことが好ましい。

また、前記管状補強体は、軸方向に所定の長さを有し、線材によりメッシュ状に構成される複数の環状構造体と、軸方向に前記管状補強体の全長に対応する長さを有し、線材によりメッシュ状に構成される管状構造体と、を備え、前記複数の環状構造体は、軸方向に所定の間隔を空けて前記管状構造体の外側又は内側に重なるように配置されて前記管状構造体に対して固定され、前記第１の構造体は、前記複数の環状構造体と前記管状構造体とが重なった部分により構成され、前記第２の構造体は、前記管状構造体のうち、前記複数の環状構造体と重なっていない部分により構成されることが好ましい。

また、本発明は、生体組織材料が存在する環境下で形成され、線維性組織で構成される管状組織体と、前記管状組織体に内包される上記の管状補強体と、を備える管状人工臓器に関する。

また、前記管状組織体は、生体内に鋳型を埋植することにより管状に形成され、前記管状補強体が全長に亘って内包されることが好ましい。

本発明によれば、第１の構造体により管状人工臓器の保形性及び内腔保持力を有すると共に、第２の構造体により屈曲性及び軸方向の柔軟性を有する管状人工臓器に用いられる管状補強体及び管状人工臓器を得ることができる。

本発明の第１実施形態に係る管状補強体を模式的に示す図である。第１実施形態に係る管状補強体の他の例を模式的に示す図である。第１実施形態に係る管状補強体の他の例を模式的に示す図である。第２の構造体における軸方向の圧縮強度を低下させる方法についての説明図である。本発明の第２実施形態に係る管状補強体を模式的に示す図である。図２に示す管状補強体における環状構造体を管状構造体に固定する方法についての説明図である。実施例１の管状補強体である。実施例２の管状補強体である。実施例３の管状補強体である。管腔保持力及び圧縮強度の測定方法を説明するための図である。圧縮強度の測定結果を示すグラフである。

本明細書及び特許請求の範囲において、「管状人工臓器」とは、気管、食道、胃、十二指腸、小腸、大腸、胆管、尿管、卵管、血管といった管腔状の臓器、器官の代替物として人工的に作製され、移植に用いられるものである。

また、「生体組織材料」とは、所望の生体由来組織を形成するうえで必要な物質のことであり、例えば、体細胞（線維芽細胞、平滑筋細胞、内皮細胞等）や多能性幹細胞（ＥＳ細胞、ｉＰＳ細胞等）等のヒト細胞、各種たんぱく質類（コラーゲン、エラスチン）やヒアルロン酸等の糖類等の栄養、その他、細胞の成長や分化を促進する細胞成長因子、サイトカイン等の生体内に存在する各種の生理活性物質が挙げられる。この「生体組織材料」には、ヒト、イヌ、ウシ、ブタ、ヤギ、ヒツジ等の哺乳類動物、鳥類、魚類、その他の動物に由来するもの、又はこれと同等の人工材料が含まれる。

また、鋳型を埋植する「生体」とは、動物（ヒト、イヌ、ウシ、ブタ、ヤギ、ヒツジ等の哺乳類動物、鳥類、魚類、その他の動物）の生体内（例えば、四肢部、肩部、背部又は腹部等の皮下、もしくは腹腔内への埋入）のことをいう。

また、「線維性組織」とは、線維芽細胞が産生するコラーゲンを主成分とする線維性の組織であって、生体内において異物のカプセル化により形成されるもの、即ち結合組織をいう。

また、「カプセル化」とは、生体内において異物の周りに線維芽細胞が集まり、主に線維芽細胞と線維芽細胞が産生するコラーゲンからなる線維性組織体が異物を覆うことにより生体内において異物を隔離する生体反応をいう。
このカプセル化を利用して、シリコン樹脂や塩化ビニル樹脂やステンレス等の非吸収性、非分解性の材料で構成される所定の形状の鋳型を、無菌状態が維持される生体内に一定期間埋植し、カプセル化された鋳型を取り出して、鋳型を取り除くことにより、所定の形状に形成された線維性組織（結合組織）を得ることができる。このような組織形成術を以下、「生体内組織形成術」と呼ぶものとする。生体内組織形成術は、無菌状態が維持され、栄養や酸素の供給が確保されている生体内で人工臓器として線維性組織を形成することができる。また、自己の体内で線維性組織を形成した場合、免疫拒絶が生じないため、生体適合性の高い人工臓器を得ることができる。

一方、生体外の人工環境において培養により線維性組織を形成する場合は、一連の細胞操作（例えば、細胞の採取、分離、必要に応じて分化、増殖、足場への播種、力学的負荷等の適切な条件下での生着化等）を無菌状態で行う必要があり、生体内組織形成術による場合に比べて、手間やコストがかかる。
従って、以下に説明する各実施形態では、生体内組織形成術を利用して形成される人工臓器の作製に用いられる管状補強体について説明する。本発明の管状補強体は、上述の鋳型内に配置されるものであり、カプセル化により周囲に線維性組織（結合組織）が形成されることにより管状人工臓器の全長に亘りに内包されて、管状人工臓器に所望の機械的特性を与えるものである。

以下、本発明の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。

＜第１実施形態＞
図１Ａ〜図１Ｃを参照して、第１実施形態に係る管状補強体１Ａについて説明する。
図１Ａに示すように、管状補強体１Ａは、円筒形状に形成され、複数の第１の構造体１０と第２の構造体２０Ａとを含んで構成される。複数の第１の構造体１０は、第２の構造体２０Ａを介して繋がっている。
管状補強体１Ａは、管状人工臓器の内腔が外圧や陰圧により潰れないように、内腔を保持可能な程度の所定の径方向強度を備えるよう構成され、また管状人工臓器に軸方向に外圧がかかっても軸方向に必要以上に収縮しないで保形性を保つように、所定の圧縮強度を備えるように構成される。

第１の構造体１０は、管状に構成され、第１実施形態では、軸方向に所定の長さを有する環状構造体１５により形成される。第１の構造体１０は、管状人工臓器に必要な所定の圧縮強度及び径方向強度を備える。また、図１Ａに示すように、第１の構造体１０は、網目状（メッシュ状）に構成されており、管状人工臓器を形成する際に、線維性組織（結合組織）が網目状構造に入り込むことができる。よって、管状人工臓器に管状補強体１Ａを密着させて一体化することができ、管状人工臓器に強度を付与することができる。

第１の構造体１０は、例えば、線材によりメッシュ状に構成される。第１の構造体１０の形成方法の一例として、複数本の線材１１を用いて組編みにより形成する方法が挙げられる。線材１１の種類、径及び編みピッチＰを適宜変更することで、第１の構造体１０の強度を調整することができる。ここで、編みピッチＰとは、図１Ａに示すように、軸方向における網目の大きさ、即ち、線材１１の交差により形成される交点間の距離を表すものとする。
また、線材１１同士の交差部を超音波溶着や接着剤により接合することで、第１の構造体１０の軸方向の収縮を規制して、軸方向の圧縮強度を向上させることができ、径方向の強度も向上させることができる。

第２の構造体２０Ａは、第１の構造体１０が有する所定の軸方向圧縮強度よりも小さい軸方向圧縮強度を有し、管状補強体１Ａに屈曲性及び軸方向の柔軟性を付与するためのものである。第２の構造体２０Ａは、複数の第１の構造体１０間に配置されて第１の構造体１０同士を繋ぐ線材２１により構成される。
第２の構造体２０Ａは、図１Ａに示すように、少なくとも１本の線材２１で第１の構造体１０同士を繋いでもよい。また、図１Ｂに示す管状補強体１Ｂにおける第２の構造体２０Ｂ、及び図１Ｃに示す管状補強体１Ｃにおける第２の構造体２０Ｃのように、複数本の線材２１で環状に繋いでもよい。
また、第１の構造体１０を構成する線材１１と第２の構造体を構成する線材２１との接合は、超音波溶着や接着剤により行う。また、図１Ｂに示すように、線材２１同士が交差する場合、その交差部を超音波溶着や接着剤により接合することで、第１の構造体１０の場合と同様に軸方向圧縮強度を向上させることができ、径方向の強度も向上させることができる。但し、第２の構造体２０Ａ、２０Ｂ及び２０Ｃの軸方向圧縮強度が、第１の構造体１０の強度よりも小さくなるように第２の構造体２０Ａ、２０Ｂ及び２０Ｃを構成するものとする。

また、管状補強体１Ａの軸方向の長さに対する第２の構造体２０の長さの割合は、例えば、管状人工臓器を人工気管として用いる場合には、５％以上５０％以下の範囲であることが好ましく、１０％程度であることがより好ましい。これは、気管の軸方向についての構造が高強度の軟骨が約９０％、低強度の靭帯が約１０％であり、気管と同様の構造にすることにより、気管と同様の機械的特性を管状補強体に付与できるためである。

線材１１及び線材２１の材料としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート等の各種プラスチック材料を用いることができる。その中でも線材１１及び線材２１の材料としては、生体適合性に優れるポリエステルが好ましく、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリ（ε−カプロラクトン）、ポリジオキサノン（トリメチレンカーボネートの重合体）やそれぞれのモノマー、コポリマー等の共重合体を使用することができる。そして、これらの材料からなる繊維を線材１１及び線材２１として用いることができる。

また、これらの材料には、人工臓器として埋植された後に組織再生を促進させたり、炎症反応を抑制させたりすることを目的に、成長因子や抗炎症剤等の生理活性を有する薬剤を含侵させてもよい。成長因子として例えば、血小板由来増殖因子（ＰＤＧＦ）、トランスフォーミング成長因子−α（ＴＧＦ−α）、トランスフォーミング成長因子−β（ＴＧＦ−β）、インスリン様増殖因子（ＩＧＦ）、コロニー刺激因子（ＣＳＦ）、線維芽細胞成長因子（ＦＧＦ）、上皮細胞成長因子（ＥＧＦ）、インスリン、血小板由来創傷治癒因子（ＰＤＷＨＦ）、血管内皮細胞増殖因子（ＶＥＧＦ）、神経成長因子（ＮＧＦ）、肝細胞増殖因子（ＨＧＦ）及び骨形成タンパク質（ＢＭＰ）が挙げられる。
抗炎症剤として例えばコルチゾール、デキサメタゾン、ベタメタゾン、プレドニゾロン、トリアムシノロン、アセチルサリチル酸、エテンザミド、ジフルニサル、ロキソブロフェン、イブプロフェン、インドメタシン、ジクロフェナク、メロキシカム、フェルデン、アセトアミノフェンが挙げられる。尚、カプセル化は、体内の拒絶反応、炎症反応を利用して行われるため、カプセル化の段階では、これらの抗炎症剤は徐放されないことが好ましい。

第１実施形態では、線材１１を組編みすることにより第１の構造体１０を形成し、線材２１で構成される第２の構造体２０で繋いで管状補強体を得る方法を示したがこれに限らない。第１の構造体と第２の構造体との軸方向の圧縮強度の関係を満たしていれば、管状補強体を切削加工や射出成型、レーザー加工、３Ｄプリンタによる積層成型等の方法で作製してもよい。また、管状補強体の素材としては、先に挙げたポリエステル、ポリ乳酸等のプラスチック材料の他、生体適合性に優れるステンレスやチタン、また、生分解性を有するマグネシウム等の金属材料を用いてもよい。

図２を参照して、軸方向の圧縮強度について、第１の構造体１０よりも第２の構造体２０を弱くする方法について説明する。
第２の構造体２０の軸方向の圧縮強度を弱くするためには、第２の構造体２０の線材２１の径を第１の構造体１０の線材１１の径よりも細くする（図２（ａ）、（ｂ）参照）、第２の構造体２０の壁厚を第１の構造体１０の壁厚よりも薄くする（図２（ｃ）参照）方法等が考えられる。即ち、第１の構造体１０と第２の構造体２０を同じ材料により構成した場合、第２の構造体２０の径方向の断面積を第１の構造体１０の経方向の断面積よりも小さくすることで、第２の構造体２０の軸方向の圧縮強度を第１の構造体１０の軸方向の圧縮強度よりも弱くできる。
線材の径の太さを調整する場合には、図２（ａ）に示すように、径の異なる線材同士を接合する、また、図２（ｂ）に示すように引き伸ばす等の方法により調整することができる。また、金属材料の線材の場合には、切削加工により線材の径を細くすることもできる。

また、第１の構造体１０と第２の構造体２０とで、構成する線材の径が同じである場合には、第１の構造体１０を構成する線材の本数よりも、第２の構造体２０を構成する線材の本数を少なくすることで、第２の構造体２０の軸方向の圧縮強度を弱めることができる。さらに、第２の構造体２０の線材２１の径を第１の構造体１０のものよりも細くする方法を組み合わせて、第２の構造体２０の軸方向の圧縮強度を弱めるよう構成してもよい。また、第１の構造体１０を構成する線材と第２の構造体２を構成する線材の材質を異ならせることで、第２の構造体２０の軸方向の圧縮強度を弱めることができる。

尚、第１実施形態では、管状補強体の例として３つの第１の構造体及び２つの第２の構造体により構成される例を示したが、これに限らない。管状補強体は、少なくとも２つの第１の構造体及び少なくとも一つの第２の構造体により構成されていてもよく、軸方向の長さの比率が同じ管状補強体であれば、多数の第１の構造体及び第２の構造体により構成される方が、屈曲性能を向上させることができる。また、複数の第１の構造体及び複数の第２の構造体を用いて管状補強体を構成する場合、複数の第１の構造体の物性、及び複数の第２の構造体の物性を異ならせてもよい。例えば、２つの第１の構造体を用いる場合、１つの第１の構造体を長さ１０ｍｍとし、もう１つの第１の構造体の長さを８ｍｍとしてもよい。

第１実施形態に係る管状補強体１Ａ〜１Ｃによれば、以下の効果を奏する。

（１）周囲に結合組織を形成させて管状人工臓器を作製するために用いられる管状補強体１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）を、所定の圧縮強度及び所定の径方向強度を有し、管状に構成される複数の第１の構造体１０と、第１の構造体１０の所定の圧縮強度よりも小さい圧縮強度を有する第２の構造体２０Ａ（２０Ｂ、２０Ｃ）と、を備えるものとし、第１の構造体１０を、第２の構造体２０Ａ（２０Ｂ、２０Ｃ）を介して繋がっているものとした。これにより、第１の構造体１０により保形性及び内腔保持力を管状人工臓器に付与する共に、第２の構造体２０により屈曲性及び軸方向の柔軟性を管状人工臓器に付与できる管状補強体を得ることができる。

（２）管状補強体１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）の軸方向の長さに対する第２の構造体２０Ａ（２０Ｂ、２０Ｃ）の長さの割合を、５％以上５０％以下であるものとした。これにより、管状人工臓器を人工気管として用いる場合に、気管と同様の機械的特性を管状補強体に付与できる。

（３）第１の構造体１０を、組編みされた複数の線材１１により構成するものとし、第２の構造体２０を構成する線材２１の径は、線材１１の径よりも細くするものとした。これにより、第２の構造体２０の軸方向の圧縮強度を第１の構造体１０のものより弱めることができる。

（４）第１の構造体１０を、所定の本数の複数の線材により構成するものとし、第２の構造体２０を構成する線材の本数を、第１の構造体１０を構成する線材の本数よりも少なくするものとした。これにより、第２の構造体２０の軸方向の圧縮強度を第１の構造体１０のものより弱めることができる。

＜第２実施形態＞
図３及び図４を参照して、第２実施形態に係る管状補強体１Ｄについて説明する。第２実施形態の管状補強体１Ｄは、第１の構造体及び第２の構造体の構成が第１実施形態におけるものと異なる。尚、第２実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。

図３に示すように、管状補強体１Ｄは、第１実施形態の場合と同様に円筒形状に形成されており複数の環状構造体１５と管状補強体１Ｄの軸方向の全長に対応する長さを有する管状構造体３０とを備える。
複数の環状構造体１５は、一例として軸方向に所定の間隔を空けて管状構造体３０の外側に重なるように配置されて管状構造体３０に対して固定されている。尚、複数の環状構造体１５は、管状構造体３０の内側に重なるように配置してもよい。

管状構造体３０は、環状構造体１５と同様の方法で、複数本の線材３１を用いて組編みにより形成することができ、切削加工や射出成型、レーザー加工、３Ｄプリンタによる積層成型等の方法で作製してもよい。また、管状構造体３０の素材としては、先に挙げたポリエステル、ポリ乳酸等のプラスチック材料の他、生体適合性に優れるステンレスやチタン等の金属材料を用いてもよい。
図３に示すように、管状構造体３０のうち、環状構造体１５と重なる部分を第１管状構造部３２、重ならない部分を第２管状構造部３３とする。

図４を参照して、環状構造体１５を管状構造体３０に固定する方法の一例について説明する。
図４に示すように、環状構造体１５及び第１管状構造部３２の線材の交差部がそれぞれ重なる部分において、細径の線材４１をループさせるように巻き付けて固定する。他に、線材の交差部がそれぞれ重なる部分を超音波溶着や接着剤により接合してもよい。また、第２実施形態では、環状構造体１５と管状構造体３０における編みピッチＰが同じとなる場合を示したが、編みピッチＰが異なる場合には、近傍に配置される線材の交差部同士で固定すればよい。

第２実施形態においては、第１の構造体１０Ｄは、環状構造体１５及び第１管状構造部３２により構成され、第２の構造体２０Ｄは、第２管状構造部３３により構成される。管状構造体３０が管状補強体１Ｄの軸方向の全長に対応する長さを有するので、管状人工臓器が屈曲するような外力を受けて元の形状に戻る際、第１実施形態の構成に比べて、第１の構造体１０Ｄが管状補強体１Ｄの軸中心からのずれが生じずに元の形状に戻ることができる。

第２実施形態に係る管状補強体１Ｄによれば、上述の（１）〜（４）の効果に加えて、以下の効果を奏する。
（５）管状補強体１Ｄを、軸方向に所定の長さを有し、複数の線材１１を用いて組編みにより形成される複数の環状構造体１５と、管状補強体１Ｄの全長に対応する長さを有し、複数の線材３１を用いて組編みにより形成される管状構造体３０と、を備えるものとし、複数の環状構造体１５は、軸方向に所定の間隔を空けて管状構造体３０の外側又は内側に重なるように配置されて管状構造体３０に対して固定され、第１の構造体１０Ｄは、複数の環状構造体１５と管状構造体３０とが重なった第１管状構造部３２により構成し、第２の構造体２０Ｄは、管状構造体３０のうち、複数の環状構造体１５と重なっていない第２管状構造部３３により構成するものとした。これにより、管状構造体３０が管状補強体１Ｄの軸方向の全長に対応する長さを有するので、管状人工臓器が屈曲するような外力を受けて元の形状に戻る際、第１実施形態の構成に比べて、第１の構造体１０Ｄが管状補強体１Ｄの軸中心からのずれが生じずに元の形状に戻ることができる。

次に、本発明の各実施形態に係る管状補強体の構成を適用した実施例について、詳細に説明する。

（管状補強体の構成）
図５〜図７を参照しながら、実施例１〜３の管状補強体の構成について説明する。
＜実施例１＞
第１実施形態で説明した図１Ｂに示す管状補強体１Ｂに対応する実施例として管状補強体１Ｂを作製した。
線材として、ポリＬ−乳酸（重量平均分子量４５０，０００、融点１９５℃）を紡糸延伸して形成されたモノフィラメント（以下、ＰＬＡファイバーとする）を用いて、図５の模式図に示すような管径１５ｍｍ、長さ４０ｍｍの円筒形状をした実施例１の管状補強体１Ｂを作製した。第１の構造体１０における線材１１の直径は、０．５ｍｍであり、第２の構造体２０Ｂにおける線材２１の直径は、０．２ｍｍである。螺旋状に編み込まれる線材の数（編み本数）は、右巻と左巻がそれぞれ８本ずつの合計１６本である。軸方向の１列に形成される格子の数（段数）は、第１の構造体１０の合計で６〜１０個程度が好ましく、実施例１では８個とした。
この実施例１の管状補強体１Ｂは、直径０．５ｍｍの線材と直径０．２ｍｍの線材とが接合されて形成され、３か所に第２の構造体２０Ｂが設けられている。それぞれの第２の構造体２０Ｂの長さは、１〜２ｍｍ程度であることが好ましい。
このようにして作製した実施例１の管状補強体１Ｂを屈曲させたところ、十分な屈曲性を有した。

＜実施例２＞
第１実施形態で説明した図１Ａに示す管状補強体１Ａの構造に対応する実施例として管状補強体１Ａを作製した。
線材として、直径が０．５ｍｍのＰＬＡファイバーを用いて、右巻と左巻がそれぞれ８本ずつの合計１６本で、管径１５ｍｍ、長さ８ｍｍ、格子の数（段数）が２個の環状構造体を４つ作製し、環状構造体１５同士を同じ径及び同じ素材の線材２１で超音波溶着により接合して繋ぎ、図６に示すような管状補強体１Ａを作製した。実施例２における環状構造体１５を構成する線材１１の交差部は、全て固定した。このようにして軸方向の長さが３６ｍｍの管状補強体を得た。
このようにして作製した実施例２の管状補強体１Ａを屈曲させたところ、十分な屈曲性を有した。

＜実施例３＞
第２実施形態で説明した図３に示す管状補強体１Ｄの構造に対応する実施例として管状補強体１Ｄを作製した。
線材として、直径が０．５ｍｍのＰＬＡファイバーを用いて、右巻と左巻がそれぞれ８本ずつの合計１６本で、管径１６ｍｍ、長さ１０ｍｍ、格子の数（段数）が２個の環状構造体１５を４つ作製した。さらに、直径が０．２ｍｍのＰＬＡファイバーを用いて、管径１５ｍｍ、長さ３７．５ｍｍの管状構造体３０を一つ作製した。環状構造体１５及び管状構造体３０を構成する線材同士の交差部は、全て固定した。図７に示すように、環状構造体１５を管状構造体３０に１．２５ｍｍの間隔を空けながら被せて、固定する。固定方法は、円周方向に1本の直径０．２ｍｍのＰＬＡファイバーの細径の線材４１を挿通させて、環状構造体１５及び管状構造体３０それぞれの線材の交差部が重なる点の周りを、前述の細径の線材４１をループさせるように巻き付けて固定した（図４参照）。これにより全長３７．５ｍｍの管状補強体を得た。
このようにして作製した実施例３の管状補強体１Ｄを屈曲させたところ、十分な屈曲性を有した。

（強度の測定）
実施例３の管状補強体１Ｄの管腔保持力及び圧縮強度について測定した結果について詳細に説明する。

管状補強体１Ｄの物性は、径方向の強度の指標となる「管腔保持力」、及び、軸方向の圧縮強度の指標となる「ヤング率（圧縮弾性率）」で評価した。これら物性の測定には圧縮試験機（オートグラフＡＧ−ＸＰｌｕｓ、島津製作所製）を用いた。
管腔保持力の測定は、図８（ａ）に示すように、軸方向の動きを規制する冶具Ｊ（管状補強体１Ｄの長さに調整）に管状補強体１Ｄを配置して、管状補強体１Ｄを、外径が２５％になるまで上部から押し子ＰＬで押圧して圧縮強度を測定した。管腔保持力［Ｎ・ｍｍ］は、圧縮強度［Ｎ］×（管状補強体の直径）^２［ｍｍ^２］／管状補強体１Ｄの軸方向の長さ［ｍｍ］により求められる。
また、軸方向のヤング率は、図８（ｂ）に示すように、管状補強体１Ｄを垂直に配置して長さが所定の値（例えば８０％〜９０％）になるまで上部から押し子ＰＬで押圧して圧縮強度を測定して算出した。得られた０％〜２０％のひずみ領域における応力−ひずみ曲線の傾きから最大ばね定数［Ｎ／ｍｍ］を求めた。ヤング率Ｅ（ＭＰａ）は、Ｅ＝ばね定数［Ｎ／ｍｍ］×初期長［ｍｍ］／管状補強体の断面積［ｍｍ^２］により求められる。

ビーグル犬の気管及び実施例３の管状補強体１Ｄについての管腔保持力の測定結果を表１に示し、軸方向の圧縮強度の測定結果を図９に示した。尚、軸方向の圧縮強度については、実施例３で説明した条件で管状補強体１Ｄを２つ作製して測定した。

表１に示すように、ビーグル犬の気管の管腔保持力は６．１３［Ｎ・ｍｍ］であったのに対して、実施例３の管状補強体１Ｄは６．００［Ｎ・ｍｍ］であり、同等の管腔保持力を有していることが確認された。よって、本発明の管状補強体は内腔を保持するのに十分な径方向強度を有していると考えられる。

図９に示すグラフにおける軸方向の圧縮強度の傾きから軸方向のヤング率を測定した結果、ビーグル犬の気管の軸方向のヤング率は、１０％圧縮までの低ひずみ領域では０．３７５［Ｎ／ｍｍ］となり、１０％以上圧縮の高ひずみ領域では、３．５［Ｎ／ｍｍ］となった。このように弾性が途中で変化するのは、まず、低ひずみ領域では気管の軟らかい部分（靭帯）が圧縮され、その後、高ひずみ領域になると気管の硬い部分（軟骨）が圧縮されヤング率が上がると考えられる。
一方、実施例３の２つの管状補強材を同様に測定した結果、平均で低ひずみ領域では０．２８［Ｎ／ｍｍ］となり、高ひずみ領域では３．９［Ｎ／ｍｍ］となった。ビーグル犬の気管の結果と比較すると近い値であり、また、ビーグル犬の気管と同様にひずみが１０％以上の領域でヤング率が変化する挙動がみられた。よって、本発明の管状補強体は軸方向について、ビーグル犬の気管と同等の柔軟性を有していると考えられる。
このように、本実施形態によれば、管状補強体１Ａ（１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ）を軸方向に圧縮した場合に、低ひずみ領域と高ひずみ領域とにおいて圧縮強度を変化させられる。これにより、管状補強体１Ａ（１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ）の軸方向の圧縮特性を、気管の圧縮特性に近似させられる。

以上、本発明の管状補強体の好ましい各実施形態及び実施例につき説明したが、本発明は、上述の各実施形態及び実施例に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
上述の実施例では、管状人工臓器の一例として気管に適用した場合について説明したが、気管の他、食道、胃、十二指腸、小腸、大腸、胆管、尿管、卵管、血管といった管腔状の臓器に適用してもよい。
また、上述の各実施形態及び実施例では、第１の構造体及び第２の構造体を構成する線材同士の交差部を接合する例を示したが、所望の強度を得られる場合は、接合しなくてもよい。
また、上述の第１実施形態では、第２の構造体を構成する線材は、管状補強体の軸方向の全長に比べて短い例を示したが、管状補強体の軸方向の全長と同等程度の長さを有する１本又は複数本の線材により、第１の構造体を繋げる構成としてもよい。

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ管状補強体
１５環状構造体
１０、１０Ｄ第１の構造体
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ第２の構造体
３０管状構造体
Ｊ冶具
Ｐ編みピッチ
ＰＬ押し子

Claims

周囲に結合組織を形成させて管状人工臓器を作製するために用いられる管状補強体であって、
所定の軸方向圧縮強度及び所定の径方向強度を有し、管状に構成される複数の第１の構造体と、
前記所定の軸方向圧縮強度よりも小さい軸方向圧縮強度を有する第２の構造体と、
を備え、
前記第１の構造体は、前記第２の構造体を介して繋がっている管状補強体。
一端部及び他端部に配置される２つの前記第１の構造体を含む３以上の前記第１の構造体と、隣り合って配置される２つの前記第１の構造体の間に配置される２以上の前記第２の構造体と、を備える請求項１に記載の管状補強体。
前記第１の構造体は、線材によりメッシュ状に構成される請求項１又は２に記載の管状補強体。
前記第２の構造体は、前記第１の構造体を繋ぐ線材により構成される請求項１〜３のいずれかに記載の管状補強体。
前記第１の構造体は、線材によりメッシュ状に構成され、
前記第２の構造体を構成する前記線材の径は、前記第１の構造体を構成する前記線材の径よりも細い請求項４に記載の管状補強体。
前記第１の構造体は、線材によりメッシュ状に構成され、
前記第２の構造体を構成する前記線材の本数は、前記第１の構造体を構成する前記線材の本数よりも少ない請求項４又は５に記載の管状補強体。
前記第２の構造体の断面積は第１の構造体断面積よりも小さい請求項１又は２に記載の管状補強体。
前記管状補強体は、
軸方向に所定の長さを有し、線材によりメッシュ状に構成される複数の環状構造体と、
軸方向に前記管状補強体の全長に対応する長さを有し、線材によりメッシュ状に構成される管状構造体と、を備え、
前記複数の環状構造体は、軸方向に所定の間隔を空けて前記管状構造体の外側又は内側に重なるように配置されて前記管状構造体に対して固定され、
前記第１の構造体は、前記複数の環状構造体と前記管状構造体とが重なった部分により構成され、
前記第２の構造体は、前記管状構造体のうち、前記複数の環状構造体と重なっていない部分により構成される請求項１〜６のいずれかに記載の管状補強体。
生体組織材料が存在する環境下で形成され、線維性組織で構成される管状組織体と、
前記管状組織体に内包される請求項１〜８のいずれかに記載の管状補強体と、を備える管状人工臓器。
前記管状組織体は、生体内に鋳型を埋植することにより管状に形成され、前記管状補強体が全長に亘って内包される請求項９に記載の管状人工臓器。