JP2607266B2

JP2607266B2 - 医用材料

Info

Publication number: JP2607266B2
Application number: JP63109552A
Authority: JP
Inventors: 徹夏目; 慶彦清水; 常稔日野; 俊和牧原; 司郎太治
Original assignee: Nippon Meat Packers Inc
Current assignee: Nippon Meat Packers Inc
Priority date: 1988-05-02
Filing date: 1988-05-02
Publication date: 1997-05-07
Anticipated expiration: 2012-05-07
Also published as: JPH01280465A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明はコラーゲンを主要素材とする生体適合性の
優れた医用材料に関するものである。

〔従来の技術〕

昨今、医療技術の進歩に伴って、医用材料に関する研
究も盛んになり、合成もしくは天然の高分子物質を素材
とする数多くの医用材料が提供され使用されつつある。
たとえば、各種の輸液チューブ、カテーテル、手術糸、
人工皮膚、人工胸膜、人工心膜、その他癒着防止膜、人
工胸壁、人工気管、人工食道、人工腱、人工血管などを
あげることができ、生体の内外で広く検討されている。
これらは各種素材を繊維状、糸状、フィルム状、不織
布、布状、メッシュ状、スポンジ状、管状その他の形状
に成形加工し、またはさらにこれらを適宜組み合わせて
使用目的に最も合致する形状にして用いられている。こ
れらの成形された医用材料に生体親和性、抗凝血性、抗
菌性などの機能を向上させるため、その表面にコーティ
ング、グラフトなどの方法で種々な生理活性物質を複合
させる試みも見られる。

ここで、医用材料の具備すべき条件は、その使用目
的、使用場所、使用期間、血液との接触の度合などによ
って軽重の差はあるものの、毒性、抗原性、発癌性の
ないこと、生体親和性のあること、血液適合性のあ
ること、生体使用場所周辺との物理的・力学的性質の
相違が少ないことなどであり、さらに、特に生体内移植
物については、生体の自己修復能が発揮され、移植目
的が達成された後に、その移植物が生体内で温和に消化
吸収されるか、または生体と一体となって永久に異物感
の無いことが理想であると考えられるようになてきた。
そこで、多くの検討がなされた結果、各種の天然および
合成高分子物質の中で、コラーゲン特に可溶化コラーゲ
ンがこれらの条件を殆どすべて満たしており、医用材料
の素材として最も優れていることが認められている。し
かし、このコラーゲンは生体親和性が高く、細胞生育の
足場ともなる反面、それだけに生体内における消化吸収
性が良く、無処理のままでは生体の修復よりも先に消失
したり、消失しないまでも移植後短日時の間に力学的強
度が低下したりする。このような欠点を除くため力学的
強度のある他の合成高分子素材と複合させたり、コラー
ゲン自体を架橋させたりして消化速度の制御が図られて
いる。

発明者らは永年にわたってコラーゲンの医用への応用
についての研究を行ない、コラーゲン特有の生体親和性
を損なわずに消化速度を任意に制御でき、力学的性質に
も良好となる架橋法について種々検討してきた。ここ
で、コラーゲンの架橋法としては、放射線、電子線、紫
外線、プラズマなどによる照射法、またはホルマリン、
グルタールアルデヒド、ジアルデヒド澱粉等のアルデヒ
ド類もしくはエポキシ化合物による化学的架橋法などが
よく知られている。しかし、これらの方法にはそれぞれ
一長一短があり、医用材料に用いるコラーゲンの架橋法
としては満足できるものではなかった。たとえば、放射
線、電子線の場合、原料に異物が混入する恐れはない
が、他に難点がある。すなわち、コラーゲンはこれらの
放射線によって元来分解されやすい高分子物質であり、
最適照射条件の設定が困難で、過度の照射では分解が優
先し目的を達成できない恐れがあり、プラズマの場合も
同様である。これらと比較して紫外線の場合は比較的温
和な処理ではあるが、反面透過力が小さく厚物の成形物
に対しては表面に有効であっても深部にはほとんど作用
せず無効に近い。また、化学的架橋法は、用いる試薬の
殆どが生体にとって有害な物質であるから、架橋後の試
料中に残留する物質の影響を考慮する必要がある。特
に、現在比較的よく使用されているグラタールアルデヒ
ドは架橋効果が大きいが、これを過度に使用するとコラ
ーゲンは硬化が進み、柔軟性を失い、生体親和性のない
脆いプラスチック様の物質に変化してしまうおそれがあ
る。

一方、蛋白質と糖類との反応が、古くからメイラード
（Maillard）反応として知られていて、蛋白質中の遊離
アミノ基と糖類の配糖体形成能を有する水酸基との間に
縮合反応が起こり、さらに分解、重合反応を起こして含
窒素褐色物質を生成すると考えられ、一般に乳製品、菓
子、果実、果汁、ミソ、醤油、ミリンなどの食品の褐変
現象などに深く関係があり、蛋白質の不溶化、食味およ
び栄養価の低下などにつながるものとされ、コラーゲン
の架橋法として積極的にこの反応を利用しようとする試
みは殆ど見られなかった。ただ、特公昭58−38134号に
おいて、特定条件下で還元糖をコラーゲンの処理剤の一
部に利用し、食品用コラーゲンケーシングの食味および
物性を改良しようとする技術が開示されているに過ぎな
い。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上延べたように、コラーゲンが医用材料の素材とし
て非常に優れた性質を有しながら、生体内における消化
速度が過度に制御されて、しかも、毒性の全くない安全
なコラーゲンからなる医用材料は従来の技術においては
得られていないという問題点があり、これを解決するこ
とが課題となっていた。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題を解決するために、この発明は単独または
不溶性コラーゲンもしくは他の高分子物質と組み合わせ
て加工される可溶性コラーゲンの一部もしくは全部を、
ケトースによって架橋させた医用材料とする手段を採用
したものである。以下その詳細を述べる。

まず、この発明におけるコラーゲンは、古くからよく
知られた硬蛋白質に属する物質で、哺乳類の真皮組織な
どを構成する繊維状蛋白質という歴史的な狭義のコラー
ゲンのみを意味するものではなく、その後判明した哺乳
類のみならず鳥類、両生類、魚類その他多くの動物にも
広く分布している類似蛋白質をも包含する広義のコラー
ゲン（膠原質）をいう。そして、最も現実的で有力な供
給源は屠殺された獣類の新鮮な真皮組織であり、これを
原料としてたとえば有機溶媒による抽出、水洗、希塩溶
液による抽出、酸およびアルカリ処理、酵素処理などに
よって混在物質を除去して不溶性コラーゲンを残す方
法、または新鮮な真皮組織を脱脂した後、定められたク
エン酸緩衝液で抽出および透析するか、一定のリン酸水
素二ナトリウムで抽出および透析し、得られた沈澱を再
び一定のクエン酸緩衝液で抽出、透析して可溶性コラー
ゲン（再生コラーゲン、プロコラーゲン、E.S.コラーゲ
ンとも呼ばれる）を得る方法などによって不溶性のコラ
ーゲンを適宜分離することができる。

つぎに、この発明における不溶性コラーゲンはたとえ
ば上記の方法によって得られる強靭な物質であり、また
その他の高分子物質、たとえばポリエチレン、天然ゴ
ム、シリコーン、ポリウレタン、ポリプロピレン、ポリ
エステルなどはいずれも補強用に複合される素材であ
り、医用材料としての使用目的、使用場所、使用時間、
血液との接触の度合によって当然選択使用されるもので
あり、この発明においてはこれらの種類、使用量等を特
に限定するものではない。

さらに、この発明におけるケトースは、還元基として
ケトンを有する点で、これに代えてアルデヒド基を有す
るアルドースとは明瞭に異なる。そして、この発明にお
けるケトースは、前記メイラード反応を起こし得るも
の、すなわちコラーゲン中の遊離アミノ基配糖体形成能
を有する水酸基を有する糖類で、特に生体に対する安全
を考慮すれば、具体的には生体中に通常単体または誘導
体として存在するペントーズ、ヘキソーズに属するケト
ースおよびこれらのリン酸エステルをも含めたケトース
を最も望ましいものとして例示することができる。そし
て、これらケートスを可溶性コラーゲン水溶液中に添加
混合し、常温もしくは50℃程度以下に加温しながら反応
を進行させ適宜成形すればよい。この際のケトースの添
加量は反応生成物の重縮合の程度によって調節すればよ
く、この添加量またはケトースの種類等によって反応生
成物の着色の程度が変るが、この発明に直接支障を来た
すものではない。

〔作用〕

ケトースの種類、添加量を調製し、可溶性コラーゲン
の架橋の程度を任意に変化させることがきわめて容易で
あるから、この発明のコラーゲンからなる医用材料は生
体内において適度に制御された消化作用を示すことにな
る。

〔実施例〕

実施例１、参考例1a、同1bおよび同1c: 可溶性コラーゲンの１％（％は重量パーセント、以下
同じ）水溶液（pH＝３）100mlずつを５個のガラス容器
に分取し、内１個はそのまま（対照品）とし、他の４個
には単糖類としてそれぞれリボース（参考例1a）、グル
コース（参考例1b）、グルコース−６−リン酸塩（参考
例1c）、フラクトース（実施例１）を0.1gずつ加えて溶
解した。溶解後脱泡したそれぞれの液を、プラスチック
製平板容器（縦10cm、横10cm、深さ2cm）に流延して30
℃以下で通風乾燥し、厚さ約100μｍの均一透明フィル
ムを得た。この乾燥フィルムを飽和アンモニアガス含有
の空気浴中に約１時間放置し、再び通風乾燥した。各単
糖類添加フィルムは糖の種類により濃淡はあるもののす
べて淡黄褐色透明のフィルムとなった。架橋度を調べる
ため、これらのフィルムの一部を切取り、純水に浸して
24時間後の重量膨潤度を測定したところ、第１表のよう
な結果であった。

第１表の結果から、添加糖類は、リボース、フラクト
ース、グルコース−６−リン酸塩、グルコースの順に可
溶性コラーゲンを良く架橋することがわかる。また、ア
ルドースであるリボースやグルコースばかりでなく、ケ
トースであるフラクトースについても可溶性コラーゲン
を良く架橋しており、ケトースについてもこの発明に使
用できることが判明した。

したがって、以下の実施例および参考例については、
主としてリボースを使用したが、同様の結果はケトース
であるフラクトースを使用した場合にも得られた。

参考例2: 実施例１と同様にして糖無添加のコラーゲンフィルム
を作製した。ついで、0.15mol、pH7.4のリン酸緩衝液に
0.3molのリボースを溶解した処理液200mlを調製し、こ
の液に約5cm平方のコラーゲン数枚を浸漬し、37℃に保
持した。そして、第２表に示すような所定時間ごとに１
枚ずつ取出し、水洗後、常温で風乾させた。実施例１と
同様にして重量膨潤度を測定した結果は第２表のとおり
であった。

参考例3: 実施例１と同様にして作製したコラーゲンフィルムを
用い、参考例２と同様の緩衝液で糖（リボース）濃度の
異なる５種の処理液を調製し、それぞれの処理液に複数
舞のコラーゲンフィルムを浸漬して37℃に保持した。そ
して第３表に示すような所定時間ごとに試料を取り出
し、乾燥後重量膨潤度を測定した。その結果は第３表の
とおりである。

実施例2: 可溶性コラーゲンの0.5％水溶液を調製し、あらかじ
め内面をプラズマ処理した培養皿80個（内径6.0cmの大
型のもの20個、内径3.5cmの小型のもの60個）にそれぞ
れ大型のものには3ml、小型のものには1ml宛を添加して
充分底面に展開させた後、風乾した。その後参考例３と
同様に糖濃度の異なる６種の処理液を大型のものには各
15ml、小型のものには各5ml宛を添加し、37℃に24時間
保持して処理液を除き、軽く水洗した後通風乾燥させ
た。これらの培養皿はインビトロ（in vitro）での細胞
培養試験に供した。

以上の実施例および参考例において作製した各フィル
ムを試料として引張り強度測定、インビトロの消化試
験、培養皿による細胞培養テスト、生体組織内への埋め
込み試験を行なった。なお、試料の区別は前記各実施例
および参考例における重量膨潤度（倍）で示した。

（１）フィルム（厚さ100μｍ）の引張り強度測定：試験片は幅1cm、長さ5cmの短冊型とし、インストロン
型万能試験機を用い、試験速度20mm/分で測定した結果
は第４表に示すとおりであり、乾燥強度では架橋の強弱
に余り左右されず、湿潤時では架橋度の増大と共に強度
も向上する傾向を示した。また、これらのフィルは、引
張り強度が高いのみでなく、柔軟で靭性に富み、生体組
織中に移植する際に破損したり、縫合の際に手術糸によ
る亀裂が生じたりしなかった。

（２）消化試験：架橋度（膨潤度）の異なった数種の試料についてイン
ビトロで消化試験を行なった。10mgの試料を消化酵素コ
ラーゲナーゼの10IU/ml、溶液（ベロナール緩衝液、pH
7.4）5mlに浸漬して37℃に保持、固形のコラーゲンが消
化されて完全に姿を消すまでの時間を計った。その結果
は第５表のとおりであった。

架橋度が増大するにつれて消化時間は延長され、体内
に移植した場合必要に応じて存在時間を調整することが
可能であると考えられた。

（３）培養皿による細胞培養テスト：実施例２によって作製した培養皿を用い、常法に従っ
て繊維芽細胞（3T3）の培養試験を行なった。結果は第
６表のとおりである。

処理液の糖濃度が増加するに従い細胞の生育数は減少
するが高度の処理物でも細胞との親和性は消失すること
がない。また、広く自由に細胞との親和性を調節するこ
とが可能である。

（４）生体組織中への埋め込み試験：各種の処理フィルムを家畜背部皮下組織に埋め込み組
織反応などを定性的に調べた。通常未処理のコラーゲン
フィルムは移植後１週間で完全に組織と接着し、３週間
後には消化吸収されてしまうが、この発明の糖で処理し
たコラーゲンの場合は、処理が高度になるほど組織内で
の残存率が高く、インビトロの消化テストと一致した。
また、強い組織反応も見られず生体適合性は良好であっ
た。

〔効果〕

以上この発明による医用材料は未処理コラーゲンを用
いたもの、または他の方法で架橋したものに比べて、多
くの利点が見出され、つぎのようにまとめることができ
る。すなわち、（１）ケトース自身がコラーゲンと同様、生体内物質
であり、しかも低分子化合物であるため、生体に全く害
を及ぼさず毒性、抗原性、発癌性などを考える必要がな
い。

（２）簡単な操作、温和な条件で架橋可能であり、し
かも広い範囲に渡って自由に架橋の速度を制御すること
ができる。

（３）過度の処理でも生体適合性を失うことがない。

（４）他の架橋法では実現困難であった柔軟性と強度
の保持の両者を共に満足させることができ、特に湿潤状
態での強度が向上し、生体組織との手術糸による縫合が
容易となる。

などであるから、この発明の意義はきわめて大きいとい
える。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者太治司郎大阪府池田市住吉１丁目11―６ (56)参考文献特表平３−505226（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】単独または不溶性コラーゲンもしくは他の
高分子物質と組み合わせて加工される可溶性コラーゲン
の一部もしくは全部を、ケトースによって架橋させたこ
とを特徴とする医用材料。