JP4225491B2 - 軟骨形成用部材 - Google Patents

Description

本発明は、軟骨の治療およびその治療に用いられる部材に関し、特に、軟骨を形成するために好適に用いられる部材に関する。

外傷や疾病等により軟骨を損傷した場合、その治療として移植手術が行われる場合がある。従来の軟骨移植は、損傷による欠損部と同等の大きさの正常な自家軟骨を採取し、これを移植する方法が採られていた。
しかしながら、上記の処置においては、移植用の正常な軟骨を採取するために、本人の損傷部以外の部分を傷つけなければならないという欠点を有していた。

近年、人工的に培養した細胞等を利用して、損傷した臓器や組織を治す、いわゆる再生医療の研究開発が盛んに行われており、骨についても、既に、数多くの人工的な移植部材が開発されている。
例えば、軟骨形成の技術として、特許文献１には、気孔率４０〜８０％の多孔質部と、より気孔率の低い緻密質部とが一体化された２層構造を有するリン酸カルシウム系セラミックスからなる部材を関節面に埋入させる方法が開示されている。

また、乳酸やグリコール酸共重合体、コラーゲンスポンジやコラーゲンゲル等の生体吸収性高分子を基材として軟骨細胞を培養し、これを軟骨移植用材料として用いることが、例えば、特許文献２等に開示されている。

特許２９５１３４２号公報 特開２００１−２２４６７８号公報

しかしながら、上記特許文献２に開示されているようなコラーゲン等からなるゲル状体は、流動的であり、形状を維持することができず、取り扱いにくいという欠点を有していた。コラーゲンスポンジも、基材が多孔質であるため、軟骨細胞が漏出しやすく、また、硬さが十分ではないため、形状を維持しにくいものであった。

また、上記のような特許文献１に記載されているようなセラミックス多孔質部を有する部材のみを用いて、その内部に予め軟骨細胞を培養させることは困難であった。
さらに、前記セラミックス多孔質部を有する部材は、多孔質であっても、気孔率が高々８０％であり、このような部材の内部に、細胞培養の基材として前記ゲル状体を侵入させることは困難であった。

したがって、軟骨の移植において、移植部材をより取り扱いやすくし、しかも、軟骨の再生をより促進するために、予め生体外で軟骨細胞を培養した基材を、そのまま直接、軟骨欠損部に埋入することができるような部材が求められていた。

本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、軟骨形成治療において、それ自体が軟骨細胞の培養基材となり、かつ、軟骨欠損部に埋入するための十分な強度を有しており、しかも、軟骨および骨の早期定着、再生を図ることができる軟骨形成用部材を提供することを目的とするものである。

本発明に係る軟骨形成用部材は、気孔率６０％以上８５％以下、平均気孔径４０μｍ以上６００μｍ以下のハイドロキシアパタイト多孔体の表面の一部に、軟骨形成用ゲル状体を保持するための保持部が設けられ、該保持部が、気孔率９５％以上、平均気孔径３００μｍ以上の撹拌起泡により気孔が形成されたリン酸カルシウム系セラミックス多孔体であり、軟骨形成用ゲル状体を保持していることを特徴とする。
上記のように構成された軟骨形成用部材は、軟骨形成治療において、それ自体が軟骨細胞の培養基材となり、かつ、そのまま関節等の軟骨欠損部に埋入することができるため、取り扱いやすいという利点を有している。
前記ハイドロキシアパタイト多孔体は、上記のように構成されることにより、十分な硬さを有するとともに、骨細胞または骨細胞となり得る細胞が、侵入、定着しやすいため、骨を早期に再生することができる。
また、前記保持部は、上記のような気孔率および気孔径であれば、ゲル状体を含浸させて吸収させることにより、容易に保持させることができる。

前記軟骨形成用部材は、前記ハイドロキシアパタイト多孔体の円柱状体の頂部に、円柱状の前記軟骨形成用ゲル状体の保持部が形成されていることが好ましい。
この場合、前記軟骨形成用ゲル状体の保持部の側面外周部は、樹脂製フィルム、テープまたはケーシングで囲繞されていることが好ましい。

上記の軟骨形成用部材においては、前記ハイドロキシアパタイト多孔体に、骨を形成する細胞または活性物質が導入されていることが好ましい。

上述したとおり、本発明に係る軟骨形成用部材は、軟骨形成治療において、それ自体が軟骨細胞の培養基材となり、かつ、軟骨欠損部に埋入するための十分な強度を有しているものである。
したがって、本発明に係る軟骨形成用部材は、生体外で、該部材の内部に予め軟骨細胞を培養しておき、これをそのまま直接、関節等の軟骨欠損部に埋入することができるため、移植部材として取扱い容易であり、しかも、軟骨および骨の再生促進を図ることができる。
また、上記のような本発明に係る軟骨形成用部材を用いることにより、関節軟骨においても、処置や軟骨の再生速度等の点で、優れた移植用部材としての効果が発揮される。

以下、本発明を、添付図面を参照して、より詳細に説明する。
本発明に係る軟骨形成用部材は、ハイドロキシアパタイト多孔体の表面の一部に、軟骨形成用ゲル状体を保持するための保持部が設けられ、該保持部に軟骨形成用ゲル状体が保持されているものである。
図１に、本発明に係る軟骨形成用部材の一例を示す。図１に示す軟骨形成用部材は、全体が高さ数ｃｍ程度の円柱状であり、円柱状のハイドロキシアパタイト多孔体１の頂部に、より高気孔率の超多孔体２が高さ数ｍｍ程度で形成されている。前記超多孔体２が、軟骨形成用ゲル状体の保持部としての役割を果たす。
前記ハイドロキシアパタイト多孔体１は、骨形成用部材として好ましい材料であり、多孔質ではあるが、ゲル状体が侵入することができるほどの気孔を有していないため、上記のように、該ハイドロキシアパタイト多孔体１の一部に、より高気孔率の超多孔体２を設けることにより、軟骨を定着させることができ、該部材をそのまま軟骨が欠損している関節等に埋入するための部材として用いることができる。

前記ハイドロキシアパタイト多孔体１は、気孔率６０％以上８５％以下、平均気孔径４０μｍ以上６００μｍ以下であることが好ましい。
ハイドロキシアパタイトは、骨の主組成成分であり、人体への適用も既に認められており、骨との同化性、癒着性、早期回復等の観点および比較的高強度であることから、好適な材質である。また、細胞の足場としても好適である。
また、上記のような気孔率および気孔径であれば、骨細胞または骨細胞となり得る細胞が、移植した後、周囲から侵入、定着しやすく、骨を早期に再生することが可能となる。

また、前記多孔体は、無数のほぼ球状の気孔が形成され、該気孔が互いに隣接する気孔と連通し、全体として三次元状に通気性を有するものであることが好ましい。
このように、全体として細胞が侵入および移動可能な連通孔を有していることにより、骨の早期再生を図ることができる。

このような気孔は、セラミックス原料を含むスラリーを撹拌起泡して製造されたものであることが好ましい。
撹拌起泡により気孔が形成された多孔体は、気孔を区画する骨格壁部自体が緻密で、気孔がほぼ球状となり、高強度を得ることができ、また、毛管現象により、細胞や血液等が浸透しやすい性状が得られる。また、単位体積当たりの表面積が大きく、侵入した細胞の足場としても好適な性状となりやすい。
なお、上記のようにして製造された多孔体は、ＮＥＯＢＯＮＥ（登録商標）という製品名で市販されている。

前記ハイドロキシアパタイト多孔体１には、骨の形成の促進を図るために、骨を形成する細胞や活性化物質を導入してもよい。例えば、軟骨細胞、骨芽細胞、繊維芽細胞、内皮細胞、上皮細胞、筋芽細胞、脂肪細胞、肝細胞、神経細胞、または、これらの前駆細胞、間葉系幹細胞または胚性幹細胞（ＥＳ細胞）等のうちの少なくとも１種を導入することができる。

また、軟骨形成用ゲル状体の保持部となる前記リン酸カルシウム系セラミックス超多孔体２は、気孔率９０％以上、平均気孔径２００μｍ以上であることが好ましい。
上記のような気孔径であり、かつ、９０％以上の高気孔率の超多孔体であれば、ゲル状体を含浸させて気孔内に吸収させることができ、軟骨欠損部に埋入するのに十分な強度を有する軟骨形成用部材の一部に、軟骨形成用ゲル状体を保持させることができる。そのままの状態ではゲル状体が吸収されにくい場合には、吸引させてもよい。
特に、前記気孔率は９５％以上、平均気孔径は３００μｍ以上であれば、浸して放置した状態でもゲル状体が容易に吸収されるため、より好ましい。平均気孔径１０００μｍ以上であればさらに好ましい。２０００μｍ以上であってもよい。

この超多孔体２も、ハイドロキシアパタイト等のリン酸カルシウム系セラミックスにより形成することができる。
材質としては、それ以外にも、例えば、三リン酸カルシウム（ＴＣＰ）やポリ乳酸等、約２〜３ヶ月後には、生体に吸収されるような材質であることが好ましく、無機質、有機質、または、無機および有機の複合材料であってもよい。

前記超多孔体２は、上記ハイドロキシアパタイト多孔体１と同様に、撹拌起泡により作製することができる。また、押出成形等によりハニカム状に形成して、高気孔率としたものであってもよい。前記と同様に気孔径は、大きい方が好ましい。

また、前記軟骨形成用ゲル状体は、下記に示すようなゲル材料からなる基材に培養軟骨組織を含ませたものである。
前記ゲル状体を構成するゲルとしては、コラーゲン、ゼラチン、ヒアルロン酸、フィブロネクチン、フィブリン、キチン、キトサン、ラミニン、デルマタン酸、ヘパラン硫酸、コンドロイチン硫酸、アルギン酸カルシウム、リン酸カルシウム、炭酸カルシウム、ポリグリコール酸、ポリ乳酸およびポリロタキサン等から選ばれた１種または２種以上を組み合わせた材料からなるものを用いることができる。
これらの中でも、生体への適合性および生体吸収性等の観点から、コラーゲン、ゼラチン、ヒアルロン酸、フィブリンが、特に好適に用いられる。
前記ゲル材料は、適宜溶媒を添加して、適度な粘性に調整して用いられる。

上記図１に示すような軟骨形成用部材においては、前記超多孔体２に軟骨形成用ゲル状体を保持させた後、その保持部側面からのゲル状体の流出を防止するため、特に、サイズが大きい場合には、図２に示すように、樹脂製フィルム３、テープまたはケーシング等により外周部を囲繞しておくことが好ましい。

図３に、他の態様の軟骨形成用部材を示す。図３に示す軟骨形成用部材は、全体は図１に示す軟骨形成用部材と同様の円柱状であるが、ハイドロキシアパタイト多孔体１の頂部には、軟骨形成用ゲル状体の保持部として、凹部４が形成されている。
このように、前記保持部は、単なる窪み、凹部であってもよく、この場合は、該凹部は、ゲル状体が流出しない程度の深さを有している必要がある。

それ以外にも、前記保持部は、繊維、コラーゲンスポンジやＰＬＬＡ（ポリ‐Ｌ‐乳酸）スポンジ等のスポンジ状物質、または、これらを組み合わせたもの、メッシュや繊維と多孔体とを組み合わせたもの等を、リン酸カルシウム系セラミックス多孔体表面の一部または前記凹部等に固定することにより構成してもよい。
すなわち、前記保持部は、その形状、構成等は、特に限定されるものではなく、ゲル状体を保持することができればよく、また、上記のような構成とすることにより、保持するゲル状体に形状維持効果を付与することができるため好ましい。

図３に示すような軟骨形成用部材を用いる場合は、凹部４に直接、ゲル状体を載置することにより、保持させることができる。
このとき、ゲル状体は、前記保持部に盛り上がるように充填させることが好ましい。
ゲル状体中で軟骨細胞が増殖し、軟骨へと変化していくが、凹部４が形成されたハイドロキシアパタイト多孔体１の頂部周辺が、前記ゲル状体において形成された軟骨の高さよりも高いと、例えば、関節面に該軟骨形成用部材を埋入する場合、比較的硬いハイドロキシアパタイト多孔体１が、埋入部分と対向する部分の関節軟骨を傷つけるおそれがあるためである。

また、図３に示すような軟骨形成用部材を用いる場合は、載置されたゲル状体の流出を防止するために、図４に示すように、ゲル状体を保持させた後、円柱状のハイドロキシアパタイト多孔体１の頂部表面をポリ乳酸等からなるメッシュ５または繊維等で覆うことが好ましい。

上記のような本発明に係る軟骨形成用部材を用いた軟骨形成方法は、軟骨形成用ゲル状体を培養液に接触させて軟骨細胞を増殖させた後、該軟骨形成用部材を生体の関節に移植するものである。
すなわち、上記方法は、軟骨形成用部材のハイドロキシアパタイト多孔体の表面の一部に設けられたゲル状体の保持部にゲル状体を吸収させ、該ゲル状体内で軟骨細胞または軟骨細胞となり得るものを導入し、これを予め体外で培養し、移植に十分な軟骨細胞量となった後、生体内に移植する。

このとき、前記軟骨形成用部材の軟骨形成面を生体の軟骨と整合させるために、前記軟骨形成用ゲル状体の保持部を関節面側にして関節に埋入する。
このようにすることにより、軟骨形成治療において、生体外で、軟骨形成用部材内に軟骨細胞を培養させることができるとともに、該軟骨形成用部材を直接、関節面に埋入することができ、しかも、軟骨細胞が培養された部分以外には、通常の骨を形成することができる。

以下、上記軟骨形成方法の具体的な方法の一例を示す。
まず、培養軟骨組織を含ませた軟骨形成用ゲル状体を作製するため、生体の膝、股、肩等の関節から採取した関節軟骨から、軟骨細胞を分離・回収する。
得られた軟骨細胞を洗浄し、ＤＭＥＭ（Ｄｕｌｂｅｃｃｏ’ｓ Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｅａｇｌｅ’ｓ Ｍｅｄｉｕｍ：ダルベッコ変法イーグル培地）等の培地で培養して増殖し、細胞懸濁液とする。このときの細胞密度は、例えば、１×１０⁷個／ｍｌ程度とする。
前記細胞懸濁液にアテロコラーゲンを混合したものを培養皿に載せ、静置してゲル化させることにより、軟骨形成用ゲル状体が得られる。

そして、このゲル状体を、軟骨形成用部材の上記図１に示すような超多孔体２からなる保持部に、含浸させて吸収させた後、図２に示すように、その外周部に樹脂製フィルム３等を巻き、ゲル状体の流出を防止する。
この状態を保持したまま、さらに培地を加え、ＣＯ₂５％、３７℃の環境下で軟骨細胞を培養する。
３週間後には、ゲル状体中での軟骨細胞の培養が進行し、流動性が低下して、ゲル状体が保持部の外に流出しなくなる。

上記のようにして培養された軟骨細胞を備えた軟骨形成用部材を、前記軟骨細胞が培養された部分を関節面側に配置して、穿孔した骨に埋入する。
前記軟骨形成用部材を関節面に埋入した後は、表面を保護するため、該埋入部分には骨膜のパッチを当てたり、ＰＬＬＡメッシュ等を被せておくことが好ましい。

なお、上記態様においては、添付図面に基づいて、円柱状の軟骨形成用部材について説明したが、本発明に係る軟骨形成用部材は、任意の形状とすることができる。例えば、顎骨に合わせて成形し、軟骨を広く形成することにより、顎骨として適用することも可能である。

本発明に係る軟骨形成用部材の一態様を概略的に示した斜視図である。 本発明に係る軟骨形成用部材の他の態様を概略的に示した斜視図である。 他の態様の軟骨形成用部材を概略的に示した斜視図である。 他の態様の軟骨形成用部材を概略的に示した斜視図である。

符号の説明

１ ハイドロキシアパタイト多孔体
２ 超多孔体
３ 樹脂製フィルム
４ 凹部
５ メッシュ

Claims (4)

1. 気孔率６０％以上８５％以下、平均気孔径４０μｍ以上６００μｍ以下のハイドロキシアパタイト多孔体の表面の一部に、軟骨形成用ゲル状体を保持するための保持部が設けられ、該保持部が、気孔率９５％以上、平均気孔径３００μｍ以上の撹拌起泡により気孔が形成されたリン酸カルシウム系セラミックス多孔体であり、軟骨形成用ゲル状体を保持していることを特徴とする軟骨形成用部材。
2. 前記ハイドロキシアパタイト多孔体の円柱状体の頂部に、円柱状の前記軟骨形成用ゲル状体の保持部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の軟骨形成用部材。
3. 前記軟骨形成用ゲル状体の保持部の側面外周部が、樹脂製フィルム、テープまたはケーシングで囲繞されていることを特徴とする請求項２記載の軟骨形成用部材。
4. 前記ハイドロキシアパタイト多孔体に、骨を形成する細胞または活性物質が導入されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の軟骨形成用部材。

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