JP2021132881A - 軟骨再生基材 - Google Patents

Abstract

【課題】より早期に正常な軟骨を再生することができる軟骨再生基材を提供する。【解決手段】コラーゲンからなる多孔質基材上にポリグリコリドからなる不織布が複合一体化されている軟骨組織再生基材。【選択図】 なし

Description

本発明は、より早期に正常な軟骨を再生することができる軟骨再生基材に関する。

近年の細胞工学技術の進展によって、ヒト細胞を含む数々の動物細胞の培養が可能となり、また、それらの細胞を用いてヒトの組織や器官を再構築しようとする、いわゆる再生医療の研究が急速に進んでいる。再生医療においては、細胞が増殖分化して三次元的な生体組織様の構造物を構築できるかがポイントであり、細胞、成長因子を用いる方法、組織又は器官の再生の足場になる支持体を患者に移植する方法等がある。このような支持体としては、例えば、特許文献１に、コラーゲン単糸からなる移植用基材が開示されている。
また、特許文献２及び特許文献３には、生体吸収性素材の発泡体と、同様素材により補強した心血管系組織培養基材、並びにチューブ状の神経再生基材が開示されている。
更に、特許文献４には、スポンジ状または、不織布状の高分子材料成形物からなる骨格の内部に細胞を分散したゲルを有する医用材料が開示されている。

特開２００３−１９３３２８号公報 特開２００１−７８７５０号公報 特開２００３−１９１９６号公報 特開２００３−２０４８０７号公報

一方、再生医療の対象の一つとして、軟骨組織の再生が挙げられている。関節軟骨の再生においては、Ｉ型及びＩＩＩ型コラーゲンの不織布からなる再生基材が提案されており、上記再生基材は骨髄細胞の足場になるとともに、軟骨の基質であるコラーゲンの供給源となることで、軟骨の再生を促進する。しかしながら、上記のような軟骨の再生基材であってもまだ再生の促進が充分であるとは言えず、更なる再生促進効果を有する軟骨再生基材が求められている。

本発明は、上記現状に鑑み、より早期に正常な軟骨を再生することができる軟骨再生基材を提供することを目的とする。

本発明は、コラーゲンからなる多孔質基材とポリグリコリドからなる不織布とが複合一体化されている軟骨組織再生基材である。
以下に本発明を詳述する。

本発明者らは鋭意検討した結果、コラーゲンからなる多孔質基材とポリグリコリドからなる不織布を併用することで、軟骨の再生がより促進されることを見出した。しかしながら、単にコラーゲンからなる多孔質基材とポリグリコリドからなる不織布を併用するだけでは、体内へ移植した際に両者が容易に分離してしまい、分離によってできた空間に細胞溜まりが生じて、正常な軟骨が再生されないことがあるという問題が新たに生じた。本発明者らは更に検討を進めた結果、コラーゲンからなる多孔質基材とポリグリコリドからなる不織布を複合一体化することで、両者が分離し難くなり正常な軟骨をより早期に再生できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

本発明の軟骨再生基材は、コラーゲンからなる多孔質基材を有する。
軟骨、特に関節軟骨はＩＩ型コラーゲンを豊富に含むことから、多孔質のコラーゲンを再生基材とすることで、基材の孔に入り込んだ軟骨細胞が増殖するための足場とすることができるとともに、軟骨の再生に必要なコラーゲンも供給することができるため、軟骨の再生を促進することができる。

上記コラーゲンは特に限定されず、牛、豚等の皮膚や腱等に由来するものを用いることができる。抗原性を排除してより安全性を高める観点から、コラーゲンをプロテアーゼやペプシン等の酵素で処理して、テロペプチドをできる限り除去したアテロコラーゲンが好ましい。アテロコラーゲンには、Ｉ〜ＩＶ型があり、用いる部位に応じて選択することができるが、関節軟骨の再生に用いる場合は、ＩＩ型を用いることが好ましい。

上記多孔質基材は、多数の連続孔（連続した微細小孔）を有していることが好ましい。このような多数の連続孔を有することにより、周辺の細胞が容易に侵入することができる。また、接着した細胞へ充分な栄養を供給することが可能となり、細胞を正常に増殖及び分化させることができる。
上記多孔質基材の微細小孔の平均径は、用いる部位により最適な値を選択することができるが、好ましい下限は４μｍ、好ましい上限は５００μｍである。
上記平均孔径が４μｍ以上であると、細胞が多孔質基材の内部に容易に侵入することができ、軟骨組織がより再生しやすくなる。上記平均孔径が５００μｍ以下であると、進入した細胞の密度が高まり、軟骨組織の再生性をより高めることができる。上記平均孔径のより好ましい下限は７μｍ、より好ましい上限は３００μｍであり、更に好ましい下限は１０μｍ、更に好ましい上限は１００μｍである。

上記多孔質基材を調製する方法は特に限定されず、例えば、コラーゲンを含む水性混合物を凍結乾燥した後、得られた一次凍結乾燥体に架橋処理を施す等の従来公知の方法により調製することができる。

より具体的には、まず、上記コラーゲンを溶解した水溶液を調製し、これを適当な型枠の中に流延した後、−４０〜−８０℃で３０分〜２時間程度凍結する。この凍結物を凍結乾燥することにより一次凍結乾燥体が得られる。

次に、得られた一次凍結乾燥体に適当な架橋処理を施すことにより、体内へ移植した場合であっても一定期間形状を保持する性能を付与することができる。
上記架橋処理の方法は特に限定されず、例えば、熱架橋法、紫外線照射法、電子線照射法、Ｘ線照射法、グルタルアルデヒド等の架橋剤を用いる化学架橋法等が挙げられる。そのうち、基材の全体が均一の架橋度となるように架橋できることから、熱架橋法や架橋剤を用いる化学架橋法が好適である。

本発明の軟骨再生基材は、ポリグリコリドからなる不織布を有する。
上記コラーゲンからなる多孔質基材とポリグリコリドからなる不織布を併用することで、軟骨組織の再生をより促進することができる。上記コラーゲンからなる多孔質基材とポリグリコリドからなる不織布を併用することで軟骨組織の再生が促進される理由は不明であるが、ポリグリコリドの不織布が縫合により周辺軟骨と強固に固定され、軟骨細胞が遊走しやすいからではないかと考えられる。

上記ポリグリコリドの重量平均分子量の好ましい下限は３００００、好ましい上限は６０００００である。上記ポリグリコリドの重量平均分子量が上記範囲であることで、不織布の強度をより高めながらも異物反応が起きない程度の吸収速度とすることができる。上記ポリグリコリドの重量平均分子量のより好ましい下限は５００００、より好ましい上限は４０００００である。

上記不織布は、密度が４０ｍｇ／ｃｍ^３以上４５０ｍｇ／ｃｍ^３以下であることが好ましい。上記不織布の密度が上記範囲であることにより、細胞をより侵入しやすくすることができる。上記不織布の密度は２３０ｍｇ／ｃｍ^３以上であることがより好ましく、４２０ｍｇ／ｃｍ^３以下であることが好ましい。

上記不織布の平均繊維径は特に限定されないが、好ましい下限は６デニール、好ましい上限は１２０デニールである。上記不織布の平均繊維径が上記範囲であることにより、細胞の侵入及び増殖をより促進することができる。上記不織布層を構成する不織布の平均繊維径のより好ましい下限は２０デニール、より好ましい上限は６０デニールである。

上記不織布を調製する方法は特に限定されず、例えば、エレクトロスピニングデポジション法、メルトブロー法、ニードルパンチ法、スパンボンド法、フラッシュ紡糸法、水流交絡法、エアレイド法、サーマルボンド法、レジンボンド法、湿式法等の従来公知の方法を用いることができる。

本発明の軟骨再生基材は、上記コラーゲンからなる多孔質基材と上記ポリグリコリドからなる不織布とが複合一体化されている。
ここで、複合一体化とは、多少の力を加えても上記コラーゲンからなる多孔質基材と上記ポリグリコリドからなる不織布とが容易に分離してしまわない程度に一体とすることを指す。もし体内で多孔質基材と不織布とが分離してしまうと、分離によって形成された空間に細胞溜まりが生じて、正常な軟骨が再生されないことがある。本発明では、上記多孔質基材と上記不織布とを複合一体化させることで、軟骨再生基材を体内へ移植した際に、多孔質基材が体液を吸収して膨張し、不織布の繊維とより絡み合うことから、多孔質基材と不織布とが分離し難い。また、保管、輸送時にも多孔質基材と不織布とが容易に分離し難いため取り扱い性も高い。
上記多孔質基材と上記不織布とを複合一体化する方法は特に限定されず、例えば、上記多孔質基材上に上記不織布を載せた後ニードルパンチを施す方法等が挙げられる。

本発明の軟骨再生基材は、上記コラーゲンからなる多孔質基材と上記ポリグリコリドからなる不織布との間の乾燥時の剥離強度が０．０２Ｎ以上であり、湿潤時の上記剥離強度が０．１２Ｎ以上であることが好ましい。
乾燥時及び湿潤時における上記多孔質基材と上記不織布との間の剥離強度が上記範囲であることで、輸送、保管時の取り扱い性を高めることができ、移植後は細胞だまりの発生を抑えて正常な軟骨を再生することができる。なお、上記剥離強度はＪＩＳ‐Ｌ‐１０２１‐９に示される剥離強度試験によって測定することができる。また、ここで湿潤時とは軟骨再生基材を３７℃の生理食塩水に浸漬した状態のことを指す。

本発明の軟骨再生基材は、患部周辺の細胞が侵入、増殖することで軟骨を再生させることができるものであるが、事前に軟骨再生基材に軟骨細胞を播種していてもよい。軟骨細胞を播種することで、軟骨の再生をより促進することができる。

本発明の軟骨再生基材は、軟骨の再生に用いられる。
上述の様に、軟骨はコラーゲンを豊富に含むことから、コラーゲンからなる多孔質基材を用いることで、軟骨細胞が増殖するための足場と軟骨の再生に必要な材料を供給することができる。また、ポリグリコリドからなる不織布を併用することで、縫合が可能となり、周辺の軟骨組織との固定を強固にする。更に本発明の軟骨再生基材は、上記多孔質基材と上記不織布とが複合一体化されているため、互いに分離し難く、体内へ移植後は更に分離し難くなるため、軟骨の再生に適した状態で軟骨再生基材を長期間維持し続けることができる。

本発明によれば、より早期に正常な軟骨を再生することができる軟骨再生基材を提供することができる。

以下に実施例を挙げて本発明の態様を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例にのみ限定されるものではない。

（実施例１）
（１）多孔質基材の製造
コラーゲン（新田ゼラチン社製、Ｃｅｌｌｍａｔｒｉｘ ＴｙｐｅＩ−Ｐ）を原料とし、０．２重量％、ｐＨ３のコラーゲン水溶液を調整した。この０．２％コラーゲン溶液を−１３５℃にて凍結した後、凍結乾燥機にて真空減圧下（０．１ＭＰａ）、−４０℃から４０℃まで昇温して凍結乾燥することによってコラーゲンスポンジを得た。
得られたコラーゲンスポンジを、１４０℃で１４時間加熱することにより熱架橋を行い、厚み５ｍｍの架橋されたコラーゲンからなる多孔質基材を得た。
得られた多孔質基材の平均孔径は約２００μｍであった。

（２）不織布の調製
生体吸収性材料として重量平均分子量が２５００００のポリグリコリドを用い、これを紡糸して得た筒編み布をニードルパンチ法により不織布化する方法により、平均繊維径が約１６μｍ、厚さが約１．０ｍｍの不織布を得た。

（３）軟骨再生基材の製造
得られたコラーゲンからなる多孔質基材上に得られたポリグリコリドからなる不織布を載せ、ニードルパンチを行うことで軟骨再生基材を得た。

（比較例１）
ニードルパンチを行わない以外は実施例１と同様にして軟骨再生基材を得た。

＜評価＞
実施例及び比較例で得られた軟骨再生基材について以下の評価を行った。

（剥離強度の評価）
本発明の軟骨再生基材の複合一体性を、ＪＩＳ Ｌ １０２１−９に規定される剥離強さ試験方法に準じて剥離強さを測定して評価した。
具体的には、まず得られた軟骨再生基材を横２０ｍｍ×縦５０ｍｍに細切し、多孔質基材と不織布とを手で予め縦方向に２５ｍｍ剥離してつかみ部を形成したものをサンプルとした。得られたサンプルの各々の層のつかみ部をチャックではさみ（つかみ距離２０ｍｍ）、オートグラフ（島津製作所社製「ＡＧＳ−Ｊ」、ロードセル５０Ｎ）を用いて引張速度１００ｍｍ／ｍｉｎの条件で引っ張り、剥離強さを測定した。なお、ＪＩＳ Ｌ １０２１−９では、サンプルは横５０ｍｍ×縦２００ｍｍ、あらかじめ剥離する長さ（つかみ部長さ）は５０ｍｍとされているが、軟骨再生基材が組織又は器官に移植するものであることを考慮して上記サンプルとした。また、ＪＩＳ Ｌ １０２１−９では、サンプルは恒温恒湿室（２０℃、６５％）で２４時間静置することとなっているが、本サンプルは分解性高分子からなる基材であることからこの操作は省略し、サンプル作製直後に測定を行った。次いで、３７℃の生理食塩水へ浸漬する以外は同様の操作で湿潤時の剥離強度を測定した。結果を表１に示した。

本発明によれば、より早期に正常な軟骨を再生することができる軟骨再生基材を提供することができる。

Claims (5)

1. コラーゲンからなる多孔質基材とポリグリコリドからなる不織布とが複合一体化されていることを特徴とする軟骨組織再生基材。
2. コラーゲンからなる多孔質基材とポリグリコリドからなる不織布との間の乾燥時の剥離強度が０．０２Ｎ以上であり、湿潤時の前記剥離強度が０．１２Ｎ以上であることを特徴とする請求項１記載の軟骨再生基材。
3. コラーゲンからなる多孔質基材の微細小孔の平均孔径が４μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の軟骨再生基材。
4. 不織布の密度が４０ｍｇ／ｃｍ^３以上４５０ｍｇ／ｃｍ^３以下であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の軟骨再生基材。
5. 不織布の平均繊維径が６デニール以上１２０デニール以下であることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の軟骨再生基材。