JP2762632B2 - 生体組織代替材 - Google Patents

生体組織代替材

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、微生物の生産するセルロースを含有する生
体組織との適合性に優れた新規生体組織代替材に関す
る。
(従来の技術) 従来の人工臓器,人工軟骨,人工腸管,人工弁等の生
体内に埋め込まれて生体の組織の機能の一部あるいは全
部を代替するため用いられる素材としてこれまで数多く
のものが試みられている。すなわち、ポリエステル,ポ
リウレタン,天然ゴム,シリコンゴム,ポリ塩化ビニー
ル,ポリオレフィン,アクリル樹脂,フッソ樹脂に代表
されるような合成高分子や、コラーゲン,ゼラチン,キ
チン等の天然高分子、金属等の無機材料である。しかし
このような材料には、生体内での適合性に関して大きな
問題があった。例えば、生体内で溶解してしまい機能を
失ってしまうことや、溶解によって生成した物質によっ
て免疫反応や炎症反応が引き起こされることがあった。
また、生体に好ましくない物質の溶出が起らなくても、
素材の表面の性質に由来する生体組織との相互作用や、
生体組織との機械的強度の違いによって引き起こされる
物理的刺激によってもさきに述べたような炎症反応、免
疫反応等の生体にとって好ましくないことがおこること
があった。さらに生体組織の一部または全部の代替を行
うためには、生体組織代替材として埋め込んだ人工材料
と、埋め込んだ部分の周辺組織とが良好に付着するこ
と、すなわち人工材料と生体組織の不連続面の存在が少
ないこと、また外力によってこの付着面が容易に剥がれ
るようなことがないことが要求される場合があったが、
これまでに述べたような材料では充分な付着が得られな
かった。
(本発明が解決しようとする課題) 本発明の課題は生体の組織の機能の代替を行うための
人工物、具体的には各種の人工臓器,人工軟骨,人工腸
管,人工弁等に用いる素材で、しかも生体に対して適合
性の高い材料、つまり生体が異物として認識しないよう
に、しかも生体組織に良好に付着する材料を提供するこ
とにある。また、代替しようとする生体組織の機能によ
って、このような素材はシート状、棒状、円筒状、糸状
等何れの形状においても加工して使用できることが必要
である。
(課題を解決するための手段) 発明者らは、かかる課題に対して鋭意検討の結果、本
発明の課題が、生体組織の機能の代替材(以下生体組織
代替材)として、微生物の生産するセルロース(以下微
生物セルロース)からなるシート状、棒状、円筒状、糸
状等の形状をもつ材料を使用することで解決できること
を見いだし本発明を完成するに到った。すなわち、本発
明で用いる微生物セルロースは、非常に生体適合性が高
く生体が異物として認識しにくく、また生体組織との付
着性も優れており、生体組織代替材として適切な性質を
もつ。
以下本発明の内容に関して詳細に説明する。本発明で
いう生体組織とは、腹壁,臓器,消化管,食道,腸管,
関節,尿道,気管,軟骨,脂肪組織等をいう。本発明品
はこのような目的の生体組織のもっている機能の一部も
しくは全部を代替する為に生体組織代替材として使用さ
れる。本発明の生体組織代替材の代替する機能の一つ
は、生体組織の物理的強度であり、したがって本発明の
生体組織代替材は、生体組織の補強材としても使用する
ことができる。具体的に述べると、たとえば食道,腸
管,腹壁等の強度的に弱い部分、すなわち潰瘍等が発生
したり手術等を行ったりした部分に微生物セルロース膜
を被覆することで生体組織の補強ができる。
また微生物セルロース管を適当な硬さに調整すること
により、直腸,食道,気管,軟骨,弁等代替材として使
うことも可能である。
また本発明の生体組織代替材は、微生物セルロースに
生体組織の一部つまり生体細胞を複合化することによ
り、生体組織との適合性、付着性等がよりいっそう改善
される。同時に代替する機能として生体組織の物理的強
度だけなく、生体組織自身のもつ特徴的機能、例えば腸
のもつ食物の消化や液体成分の吸収が可能になる。すな
わち、微生物セルロースの表層に生体細胞を使い組織培
養し、微生物セルロースと生体細胞で複合化することに
より生体組織との適合性が一層増し、補強効果がよくな
る。またこの微生物セルロースと生体細胞を複合化した
生体組織代替材を犬,ラット等に移植して経過約六ヶ月
後には、生体組織代替材の表面に生体細胞が付着し、少
なくも外見上は代替材と生体組織との区別がつき難くな
る。すなわち、微生物セルロースと生体細胞の複合体は
生体組織と一体化される。
本発明で使用される微生物セルロースは、セルロース
およびセルロースを主鎖としたヘテロ多糖を含むものお
よびβ,α等のグルカンを含むものである。ヘテロ多糖
の場合のセルロース以外の構成成分は、マンノース,フ
ラクトース,ガラクトース,キシロース,アラビノー
ス,ラムノース,ウロン酸等の六炭糖,五炭糖および有
機酸等である。これらの多糖が単一物質である場合もあ
るし、2種類以上の多糖が混在していてもよい。微生物
セルロースは上記のようなものであればなんでもよい。
このようなセルロースを生産する微生物は、特に限定
されないが、一例を上げると、アセトバクター・アセチ
・サブスピーシス・キシリナム(Acetobacter aceti su
bsp.xylinum)ATCC10821あるいは同パストリアヌス(A.
pasteurianus),同ランセンス(A.ransens),サルシ
ナ・ベントリクリ(Sarcina ventriculi),バクテリウ
ム・キシロイデス(Bacterium xyloides),シュードモ
ナス属細菌,アグロバクテリウム属細菌,リゾビウム属
細菌等を利用することが出来る。
セルロースの生成蓄積のためには、上記の微生物を用
いて、通常の細菌を培養する一般的な方法に従えばよ
い。すなわち、炭素源、窒素源、無機塩類、その他必要
に応じて、アミノ酸,ビタミン等の有機微量栄養素を含
有する通常の栄養培地を添加すればよい。温度について
は、20℃ないし40℃に制御し培養を行なえばよい。
培養方法としては、静置培養が一般的で上記の培地に
上記の菌を接種して、1日ないし二ヶ月間培養すると培
養液の表面に約90%以上の液体成分を含んだゲル状をし
た膜状のセルロースが生成する。この膜の厚さは0.01な
いし30mmである。このようにして生成されたセルロース
は、液体成分とともに菌体と培地成分も含むので、希ア
ルカリ,希酸,有機溶剤,熱水,界面活性剤等を単独あ
るいは組み合わせて洗浄を行うことによって、体内に入
れた場合に有害な抗原性物質,発熱性物質等を除去すれ
ば良い。
このようなセルロースは、電子顕微鏡観察によると幅
20〜50nmの超微細な繊維状のセルロースが複雑に絡み合
った構造を持っていることが知られている。この繊維の
複雑な絡み合いの中に繊維重量の約10〜200倍の液体成
分を含んでいるので、外観はゲル状、あるいは皮革状を
呈している。
またこのようにして生産された微生物セルロースを一
旦乾燥するとゲル状のセルロースを構成している細いリ
ボン状の繊維が水素結合で相互に膠着するため、剛直な
フィルム状となるが、硬さを調製するには、グリセリン
のような液体成分を保持しリボン状の繊維の水素結合に
よる相互結着を有る程度阻止するようないわゆる柔軟化
剤を添加すれば良い。またグリセリン浸漬したセルロー
ス膜を凍結した後に、薄刃ナイフで整形をし、適当な温
度で乾燥することにより硬さを調整して軟骨のような塊
にして使用することもできる。また乾燥の際、このよう
な水素結合を起こさないように凍結乾燥、臨界点乾燥、
溶剤置換後乾燥等を行なえば、剛直なフィルム状,塊状
でなく多孔質のものができる。このものに生理食塩水等
の液体成分を染み込ませてから使用することもできる。
(実施例) 以下に実施例をあげて本発明を具体的に説明するが、
本発明は本実施例に限定されるものではない。
実施例1. シュークロース5g/dl、酵母エキス(Difco)0.5g/d
l、硫安0.5g/dl、リン酸1カリウム0.3g/dl、硫酸マグ
ネシウム7水塩0.05g/dl(pH5.0)の組成の培地を120
度、20分間、オートクレーブした後に、アセトバクター
・アセチ・サブスビーシス・キシリナム(ATCC10821)
を1×104個/mlの濃度で接種した。この液をあらかじめ
オートクレーブしておいた10センチメートル平方、深さ
5センチメートルのステンレス容器に100ml入れ、空気
中で30度で3日間培養した。培養液表面に約2ミリメー
トル厚さのゲル状の膜状セルロースが生成した。これを
回収後、10倍量の2%水酸化ナトリウム溶液中で煮沸を
1時間行った。この煮沸操作を3回繰り返した。この操
作により菌体と培地成分が除去された。煮沸後の膜状セ
ルロースを過剰の水でpHが中性になるまで洗浄した。
この洗浄した膜状セルロースをラットの腹腔内に移植
してから、手術後の経過を観察した。一ヶ月後にラット
の腹腔生体組織と膜状セルロースに付着が起こっている
かどうか調べたところ、腹腔生体組織と膜状セルロース
は、付着され一体化していることが観察された。コント
ロールとしてゼラチン膜を用いた場合は、腹腔とゼラチ
ン膜との間にゼラチンの溶解が一部分観察された。そし
て、その部分の接着が行われていなかった。
実施例2. 実施例1.の方法で調製した膜状セルロースを犬の大腿
部筋肉に移植してから、手術後の経過を観察した。三ヶ
月後に犬の大腿部筋肉生体組織と膜状セルロースに付着
が起こっているかどうか調べたところ、大腿部筋肉生体
組織と膜状セルロースは、付着され一体化し、また、膜
状セルロースの溶解もなく周辺組織の炎症も誘起されて
いなかった。
実施例3. 実施例1.の方法で調製した厚さ1ミリメートルの膜状
セルロース10×1センチメートルを105度3時間乾燥し
た後に、これを120度30分間オートクレーブした。これ
を犬の細胞を使い、常法により組織培養を10日間おこな
った後に、犬の大腿部動脈に巻き込む形で移植してか
ら、手術後の経過を観察した。三ヶ月後に付着が起こっ
ているかどうか調べたところ、犬の大腿部動脈と膜状セ
ルロースは、付着され一体化し、異常がないことを観察
した。
実施例4. 実施例1.の方法で調製した培地を、あらかじめオート
クレーブしておいた30センチメートル平方、深さ20セン
チメートルのステンレス容器に10リットル入れ、空気中
で30度で50日間培養した。培養液表面に約3センチメー
トル厚さの膜状セルロースが生成した。これを回収後、
10倍量の2%水酸化ナトリウム溶液中で煮沸を1時間行
った。この煮沸操作を3回繰り返した。この操作により
菌体と培地成分が除去された。煮沸後の膜状セルロース
を過剰の水でpHが中性になるまで洗浄した。これを10%
グリセリン溶液に10時間浸漬した後に、−80度で10時間
保持した。これを特殊薄刃コルクボーラーを使い長さ30
センチメートル、外径2センチメートル、内径1センチ
メートルに整形した。これを蒸留水中で煮沸を30分行っ
た後に、105度で8時間乾燥した。これを犬の直腸に移
植してから、手術後の経過を観察した。一ヶ月後に縫い
合わせ部分の損傷、人工腸の癒着及び損傷、犬の体重の
増減状態について調べたところ、異常が観察されなかっ
た。
実施例5. 実施例4.の方法で調製した膜状セルロースを長さ20セ
ンチメートル、外径1.5センチメートル、内径1センチ
メートルに整形した。これを蒸留水中で煮沸を30分行っ
た。これを105度で4時間乾燥した後に、120度30分オー
トクレーブした後に、無菌熱風乾燥した後に、犬の細胞
を使い、常法により組織培養を10日間おこなった後に、
犬の直腸に移植してから、手術後の経過を観察した。六
ヶ月後に縫い合わせ部分の損傷、人工腸の癒着及び損
傷、犬の体重の増減状態について調べたところ、異常が
観察されなかった。
(発明の効果) 本発明の微生物セルロースを生体組織代替材として使
用することによりこれまでにない生体適合性と付着性を
もったものができる。したがって、臓器等の補強材そし
て臓器等の一部分の代替材としても期待できる。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−120159(JP,A) 特開 昭63−152601(JP,A) 特開 平1−170465(JP,A) 特表 昭62−500630(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) A61L 27/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】微生物が生産するセルロースを含有するこ
    とを特徴とする、腹壁、臓器、消化管、食道、腸管、関
    節、尿道、気管、軟骨、脂肪組織、直腸、弁の生体組織
    代替材
  2. 【請求項2】セルロースが生体組織の細胞と複合化され
    ているものである請求項1記載の生体組織代替材
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