JP4217421B2 - 生体組織補填体の製造用容器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体組織欠損部を再生する際に使用される生体組織補填体の製造用容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、骨腫瘍摘出や外傷等により生じた骨欠損部に骨補填材を補填することにより、骨を再生させて骨欠損部を修復することが可能になってきている。骨補填材としては、ハイドロキシアパタイト（ＨＡＰ）やリン酸三カルシウム（ＴＣＰ）が知られているが、体内に異物を残さないとする考え方から、例えば、β−リン酸三カルシウム（以下β−ＴＣＰ）のようなリン酸カルシウム多孔体からなる足場材が使用される。β−ＴＣＰを骨欠損部の骨細胞に接触させておくと、破骨細胞がβ−ＴＣＰを食べ、骨芽細胞が新しい骨を形成する、いわゆるリモデリングが行われる。すなわち、骨欠損部に補填された骨補填材は、経時的に自家骨に置換されていくことになる。
【０００３】
ところで、術後の骨欠損部の修復速度を高めるために、骨補填材をそのまま用いるのではなく、患者から採取した骨髄液に骨補填材を浸して骨欠損部に補填することが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この場合、患者から細胞を抽出し、骨補填材をこの細胞に浸した後に、骨欠損部に補填することになる。しかしながら、単に骨補填材を細胞に浸すだけでは、手術中という限られた時間の中で骨補填材の内部まで十分に細胞を浸透させることができないという問題があった。
【０００５】
したがって、本発明は、限られた時間の中でも内部まで十分に細胞を浸透させることができる生体組織補填体の製造方法および製造用容器の提供を目的とする。
【００１６】
本発明の生体組織補填体の製造用容器は、多孔質の生体組織補填材と細胞とが導入されるとともに底部を外側にした遠心力が付与されることにより前記生体組織補填材に前記細胞を浸透させて生体組織補填体を製造する生体組織補填体の製造用容器であって、前記底部側が着脱可能とされていることを特徴としている。
【００１７】
これにより、生体組織補填材と細胞とが導入されて遠心力が付与されると、遠心力で生体組織補填材の内部に細胞が強制的に浸透させられる。しかも、底部が着脱可能となっているため、生体組織補填体を容易に取り出すことができる。
【００１９】
これにより、生体組織補填材と細胞とが導入されて遠心力が付与されると、遠心力で生体組織補填材の内部に細胞が強制的に浸透させられる。しかも、底部が生体組織補填材に対し相補形状をなしているため、細胞が遠心力で生体組織補填材を通過してしまうことを防止できる。
【００２４】
これにより、採取シリンジで細胞を抽出した後、ピストンを外してシリンジ本体に、内側に生体組織補填材を保持した状態の蓋体を取り付け、蓋体を底部側にして遠心力を付与すると、遠心力で生体組織補填材の内部に細胞が強制的に浸透させられる。しかも、採取シリンジのシリンジ本体を共用するため、使用する機器の数を減らすことができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施形態を図１を参照して以下に説明する。
ここで、第１実施形態において製造される生体組織補填体としての骨補填体１０のベースとなる生体組織補填材としての骨補填材１１として、例えば、特開平５−２３７１７８号公報に開示されている方法により製造されたβ−ＴＣＰ（β−リン酸三カルシウム）からなるブロック状の多孔体が使用される。
【００２８】
第１実施形態の製造用容器１２は、略有底円筒状をなしており、略円筒状の本体部１４と、この本体部１４の一端開口側に着脱可能に取り付けられる、製造用容器１２の底部１５Ａを含む底部側部材１５とを有している。ここで、本体部１４と底部側部材１５とはネジ結合により互いに着脱可能とされている。
【００２９】
底部側部材１５は、本体部１４に対し反対側に凸状をなす半球面１５ａを内側に有しており、本体部１４の底部１５Ａ側には他の部分より大径の段部１６が形成されている。一方、骨補填材１１は底部側部材１５の内側の半球面１５ａに対し相補形状をなす半球面１１ａを有している。
【００３０】
そして、底部側部材１５内に骨補填材１１を収容した状態で底部側部材１５を本体部１４に接合させる。すると、骨補填材１１はその半球面１１ａを底部側部材１５の半球面１５ａに接合させるとともに段部１６で製造用容器１２に対する動きが規制された状態となる。このような骨補填材１１を内側の室内に収容した状態の製造用容器１２を手術開始にあたり用意しておく。このとき、製造用容器１２における骨補填材１１の設置部である底部側部材１５の内面の軸直交方向の断面形状は、骨補填材１１の軸直交方向の断面形状と同じであり、底部側部材１５の内面の内径は骨補填材１１の外径より大きくされている。
【００３１】
そして、手術中に、患者の例えば腸骨から骨髄液１７を抽出し、この骨髄液１７を製造用容器１２の内側の室に注入する。そして、この製造用容器１２を、図２に示すように、回転軸から等距離ずれた位置に複数それぞれ斜めに設置させる回転部１００とこの回転部１００を回転させるモータ１０１とを有する遠心分離器（遠心力付与手段）１０２の回転部１００に設置する。この遠心分離器１０２の回転部１００を回転させると、製造用容器１２は、その外側に設けられた旋回中心を中心として、底部１５Ａが外側となって公転するように遠心力が付与される。すると、骨髄液１７の中から組織液よりも比重が重い主に造血系幹細胞と間葉系幹細胞と血球とからなる所望の細胞（以下単に所望の細胞と称す）が、遠心力で底部１５Ａ側に移動し底部１５Ａに設けられた多孔質の骨補填材１１の内部に強制的に浸透させられる。
【００３２】
そして、製造用容器１２の底部１５Ａに対し反対側の開口から、分離された組織液を排出させた後、底部側部材１５を本体部１４から外すことにより、骨補填体１０が取り出される。
【００３３】
以上のようにして、骨髄液１７の所望の細胞を骨補填材１１に付与してなる骨補填体１０が得られ、この骨補填体１０が図示略の骨欠損部に補填される。
【００３４】
以上に述べた第１実施形態によれば、遠心力で骨補填材１１の内部に所望の細胞が強制的に浸透させられるため、限られた時間の中でも骨補填材１１の内部まで十分に所望の細胞が付与された骨補填体１０を得ることができることになり、その結果、術後の骨欠損部の修復速度を高めることができる。しかも、製造用容器１２の段部１６が製造用容器１２に対する骨補填材１１の動きを規制するため、遠心力を付与することによって骨補填材１１の内部に所望の細胞を確実に浸透させることができる。加えて、製造用容器１２の底部側部材１５が本体部１４に対し着脱可能となっているため、骨補填材１１を製造用容器１２に対し容易に着脱することができ、その結果、装填作業や取出作業の作業性を向上させることができる。
【００３５】
ここで、遠心分離器による遠心分離の速度や骨補填材１１の気孔の大きさを調整することで、より一層まんべんなく所望の細胞を骨補填材１１に浸透させることができる。
【００３６】
なお、図３に示すように、骨補填材１１および底部１５Ａに相補形状のテーパ面１１ｂ，１５ｂを形成すれば、これらテーパ面１１ｂ，１５ｂで遠心力付与時における骨補填材１１の底部１５Ａに対する移動を規制できるため、製造用容器１２から段部１６をなくすことが可能となる。
【００３７】
また、骨補填材１１として、ブロック状ではなく顆粒状をなすものを用いることも可能である。このように顆粒状にすれば、表面積を大きくできるため、所望の細胞を効率よく浸透させることができるとともに、それぞれの表面における所望の細胞内の幹細胞同士の接触を多くできる。このとき、特に、製造用容器１２において、顆粒状の骨補填材を所望の細胞（細胞）と実質的に等密度になるように配合するのが好ましい。このようにすれば、遠心力によって骨補填材と所望の細胞とを均等に混ぜ合わせることができ、所望の細胞をさらに効率よく骨補填材に浸透させることができる。さらに、所望の細胞と顆粒状の骨補填材１１とを混合した後、濃縮血小板と混ぜることにより、クロット（凝固塊）を製造するようにしても良い。
【００３９】
さらに、図４に示すように、有底円筒状の製造用容器１２を用いても良く、この製造用容器１２の内側の室に骨補填材１１と骨髄液１７とを入れ図示せぬ蓋をし、図５に示すように、回転部１０５とこの回転部１０５を回転させるモータ１０６とを有する遠心分離器（遠心力付与手段）１０７の回転部１０５に設置する。この遠心分離器１０７の回転部１０５を回転させると、製造用容器１２は、その中心軸線を中心に自転させられる。これにより、骨髄液１７の中から組織液よりも比重が重い所望の細胞を、遠心力で製造用容器１２の内壁１２ａ側に移動させ同じく遠心力で製造用容器１２の内壁１２ａ側に移動している多孔質の骨補填材１１の内部に強制的に浸透させることができる。なお、図４に示すように、遠心前に予め複数の骨補填材１１を内壁１２ａに沿って並べておいても良い。
【００４０】
次に、本発明の第２実施形態を主に図６および図７を参照して第１実施形態との相違部分を中心に以下に説明する。なお、第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付しその説明は略す。
【００４１】
第２実施形態の製造用容器は、図６に示す注射針２３を有する筒状のシリンジ本体２４と、このシリンジ本体２４内に挿入されるピストン２５とを有する採取シリンジ２６のシリンジ本体２４を利用するもので、図７に示すように、このシリンジ本体２４と、シリンジ本体２４の注射針２３に対し反対側すなわち開口側に着脱可能に接合される蓋体２７とを有している。なお、シリンジ本体２４と蓋体２７とはネジ結合により互いに着脱可能に接合されている。また、シリンジ本体２４は、ネジ結合により着脱可能に接合された主部２４Ａと注射針２３が取り付けられる先端部２４Ｂとからなっている。
【００４２】
蓋体２７には、第１実施形態と同様のβ−ＴＣＰの多孔体からなる円柱状の骨補填材１１を保持可能であって所望の細胞を通過させることが可能な例えばメッシュ状の保持部材２８が内側に設けられている。なお、手術開始にあたって予め蓋体２７には骨補填材１１が保持部材２８で保持されている。
【００４３】
そして、手術中に、採取シリンジ２６で患者から骨髄液１７を抽出した後、注射針２３を下側にしたまま採取シリンジ２６からピストン２５を外し、シリンジ本体２４の注射針２３に対し反対側に、保持部材２８により内側に骨補填材１１を保持した状態の蓋体２７を取り付ける。次に、上下反転して、シリンジ本体２４から注射針２３あるいは必要により先端部２４Ｂごと取り外して製造用容器１２とし、この製造用容器１２を蓋体２７を底部側にして遠心分離器にセットして、その外側に設けられた旋回中心を中心として、底部が外側となって公転するように遠心力を付与する。すると、骨髄液１７の中から組織液よりも比重が重い主に造血系幹細胞と間葉系幹細胞と血球とからなる所望の細胞が、遠心力で底部側に移動し底部に設けられた多孔質の骨補填材１１の内部に強制的に浸透させられる結果、第１実施形態と同様の効果を奏する。しかも、採取シリンジ２６のシリンジ本体２４を製造用容器１２に共用するため、使用する機器の数を減らすことができる。
【００４４】
なお、第２実施形態においても、骨補填材１１として、ブロック状ではなく顆粒状をなすものを用いることも可能である。このように顆粒状にすれば、表面積を大きくできるため、所望の細胞を効率よく骨補填材に浸透させることができるとともに、骨補填材表面における幹細胞同士の接触を多くできる。このとき、第１実施形態と同様に、製造用容器１２において、顆粒状の骨補填材を所望の細胞と実質的に等密度になるように配合するのが好ましい。
【００４５】
ここで、第１，第２実施形態では、手術中に患者から抽出した骨髄液１７を直接製造用容器１２に注入する場合を例にとり説明したが、いずれにおいても骨髄液１７にかえて、予め骨髄液を遠心分離等することで組織液等が除去された主に造血系幹細胞と間葉系幹細胞と血球とからなる細胞のみを注入したり、さらにフィルタリングや遠心分離等によって抽出した、術後の骨欠損部の修復速度を高めるのに最も重要な間葉系幹細胞のみを注入したりすることも可能である。また、骨髄液の他、末梢血、あるいはあらかじめ保存しておいた臍帯血等の体液でも良い。所望の細胞を得る手段は、免疫磁気細胞分離装置やフローサイトメトリーでも良い。その他、不要な細胞に抗体複合体を介して血液中の赤血球を結合させ、ロゼットを作り、ロゼットとなった不要な細胞を遠心分離を行い除去する。濃縮したい目的の細胞は沈殿せず、比重分離用メディウムの上部の層から所望の細胞を回収し、これをさらに容器１２に注入して生体組織補填材とともに遠心力を付与しても良い。
【００４６】
また、第１，第２実施形態において製造用容器１２に、骨髄液や間葉系幹細胞等の所望の細胞のいずれを注入する場合であっても、サイトカインや濃縮血小板、ＢＭＰ、ＦＧＦ、ＩＧＦ、ＴＧＦ−β、ＶＥＧＦ、ＰＤＧＦ、ＨＧＦ等の成長に寄与する物質を必要に応じて付与しても良く、このようにすれば、術後の骨欠損部の修復速度をさらに高めることができる。ここで、濃縮血小板は、骨補填材１１に細胞を浸透させた後に付与される。
【００４７】
次に、本発明の第３実施形態を主に図８を参照して第１実施形態との相違部分を中心に以下に説明する。なお、第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付しその説明は略す。
【００４８】
第３実施形態においては、骨補填材１１が、第１実施形態と同様のβ−ＴＣＰの多孔体からなるものの、筒状具体的には有底円筒状に形成された本体３０と、この本体３０の開口部３０ａに嵌合させられる蓋部３１とで構成されている。
【００４９】
そして、第１実施形態と同様に手術中に患者から抽出した骨髄液１７を、本体３０の内側に注入し、本体３０の開口部３０ａを蓋体３１で閉塞して、遠心分離器によって骨補填材１１の中心軸線を中心に自転させて遠心力を付与する。すると、骨髄液１７の中から組織液よりも比重が重い主に造血系幹細胞と間葉系幹細胞と血球とからなる所望の細胞が、遠心力で骨補填材１１の本体３０の内壁３０ｂ側に移動し内部に強制的に浸透させられることになり、第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００５０】
しかも、骨補填材１１を容器状に形成して直接骨髄液１７を注入するようになっているため、容器が不要となる。勿論、この骨補填材１１を容器の中に入れても良い。
【００５１】
なお、第３実施形態において、筒状の骨補填材１１の本体３０内に骨髄液１７とともに図示せぬ顆粒状の骨補填材を導入し蓋体３１を嵌合させて、遠心力を付与するようにしても良い。このようにすれば、顆粒状の骨補填材で筒状の骨補填材１１の内側の空間を減らすことができる。
【００５２】
また、第３実施形態では、手術中に患者から抽出した骨髄液１７を容器状の骨補填材１１に直接注入する場合を例にとり説明したが、骨髄液１７にかえて、予め骨髄液を遠心分離等することで組織液を含む不要成分が除去された主に造血系幹細胞と間葉系幹細胞と血球とからなる所望の細胞のみを注入したり、さらにフィルタリングや遠心分離等によって抽出した、術後の骨欠損部の修復速度を高めるのに最も重要な間葉系幹細胞のみを注入したりすることも可能である。
【００５３】
また、第３実施形態では、容器状の骨補填材１１に、骨髄液、あるいは間葉系幹細胞等の所望の細胞等を注入する場合であっても、サイトカインや濃縮血小板等の成長に寄与する物質を必要に応じて付与しても良く、このようにすれば、術後の骨欠損部の修復速度をさらに高めることができる。ここで、濃縮血小板は、骨補填材１１に遠心力で細胞を浸透させた後に付与される。
【００５４】
加えて、第１〜第３実施形態において、骨補填材としては、多孔性の生体親和材料であれば、β−ＴＣＰ以外にも、ＨＡＰ（ハイドロキシアパタイト）や、ＰＬＡ（ポリ乳酸）、ＰＧＡ（ポリグリコール酸）、ＰＬＧＡ（ポリ乳酸ポリグリコール酸共重合体）等、他の種々の材料からなるものを用いることが可能である。
また、補填先である生体組織は、骨以外の軟骨、表皮、真皮、神経、角膜、筋等でも良い。
さらに、遠心分離の元となる対象あるいは所望の細胞としては、骨髄液以外に、骨髄液に含まれる細胞や、間葉系幹細胞でも良いし、分化した骨細胞、骨芽細胞、破骨細胞でも良い。間葉系幹細胞は、末梢血や臍帯血から採取した幹細胞でも良い。さらに、ＥＳ細胞でも良い。成長に寄与する物質は、ＢＭＰ、ＦＧＦ、ＴＧＦ−β、ＩＧＦ、ＰＤＧＦ、ＶＥＧＦ、ＨＧＦあるいはこれらを適宜複合させたものでも良い。
【００６０】
本発明の生体組織補填体の製造用容器によれば、生体組織補填材と細胞とが導入されて遠心力が付与されると、遠心力で生体組織補填材の内部に細胞が強制的に浸透させられる。したがって、限られた時間の中でも生体組織補填材の内部まで十分に細胞が付与された生体組織補填体を得ることができることになり、その結果、術後の生体組織欠損部の修復速度を高めることができる。しかも、底部が着脱可能となっているため、生体組織補填体を容易に取り出すことができる。したがって、取出作業の作業性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態の生体組織補填体の製造用容器を示す正断面図である。
【図２】 本発明の第１実施形態の生体組織補填体の製造用容器および遠心分離器を示す正断面図である。
【図３】 本発明の第１実施形態の生体組織補填体の製造用容器の変形例１を示す正断面図である。
【図４】 本発明の第１実施形態の生体組織補填体の製造用容器の変形例２を示す平断面図である。
【図５】 本発明の第１実施形態の生体組織補填体の製造用容器の変形例２および遠心分離器を示す側断面図である。
【図６】 本発明の第２実施形態の生体組織補填体の製造用容器と一部供用される採取シリンジを示す正断面図である。
【図７】 本発明の第２実施形態の生体組織補填体の製造用容器を示す断面図である。
【図８】 本発明の第３実施形態の生体組織補填体の製造用容器を示す斜視面図である。
【符号の説明】
１０ 骨補填体（生体組織補填体） １１ 骨補填材（生体組織補填材） １２ 製造用容器 １５Ａ 底部 １７ 骨髄液 １８ 受部 ２４ シリンジ本体 ２５ ピストン ２６ 採取シリンジ ２７ 蓋体 ２８ 保持部

Claims (1)

1. 多孔質の生体組織補填材と細胞とが導入されるとともに底部を外側にした遠心力が付与されることにより前記生体組織補填材に前記細胞を浸透させて生体組織補填体を製造する生体組織補填体の製造用容器であって、
   前記底部側が着脱可能とされていることを特徴とする生体組織補填体の製造用容器。

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