JP4388260B2 - Articular cartilage regeneration member - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、関節軟骨再生用部材に関し、より詳細には、関節部特有の軟骨再生に好適に用いることができる再生用部材に関する。
【0002】
【従来の技術】
関節は、骨と骨とが可動結合している連結部であり、この連結部におけるお互いの骨端の表面(関節面)は、関節軟骨により覆われている。そして、お互いの骨端の骨膜は、一体となって連結部を包むように関節包を形成している。この関節包に覆われた骨と骨との間には、関節腔と呼ばれる空間が形成されており、その内部は、関節液により満たされている。
【0003】
前記関節面に形成されている軟骨は、通常、人間の膝関節においては厚さが約2mmであり、外傷や疾病等により、1〜4mm2程度損傷した場合には、自然治癒により再生の可能性があるが、20mm2も損傷した場合には、自力での再生は困難であり、また、一般に、大きな苦痛を伴う。
さらに、腫瘍、壊死等の種々の原因により、関節軟骨を完全に失ったような場合には、関節機能を復元するため、例えば、人工関節を当該箇所に埋め込む等の処置が施されている。
【0004】
しかしながら、人工関節は、あくまでも関節機能に類似して人工的に構成されたものであり、生体にとっては異物であるため、生体適合性を維持するのは困難である。
また、人工関節は、生体内での厳しい環境下で、複雑な動作を要求されるため、20年以上維持させることは困難であり、その素材として用いられている樹脂や金属等の劣化や磨耗粉等により、機能の低下や苦痛を引き起こす場合もあり、耐久性においても十分であるとは言えなかった。
【0005】
したがって、人工関節治療に替わるものとして、関節軟骨自体を再生する技術が要望されている。
また、軟骨自体が形成されにくい軟骨形成不全の治療においても、関節軟骨を人工素材によらず、生体組織として再生する技術が要望されている。
【0006】
軟骨を再生する技術については、いくつかの提案がされているが、これらはいずれも、通常の骨が形成される骨化の過程において前段階にある軟骨が、骨の隙間に点在する程度のものであった。
例えば、特開平7−88174号公報には、アテロコラーゲンを用いた移植体により、骨膜性の連続した、骨・軟骨を含む仮骨様の骨性隆起が形成されたことが開示されている。
【0007】
しかしながら、上記移植体においては、仮骨様の骨性隆起とあるように、その軟骨量は十分であるとは言えず、関節として実用可能な連続性、厚さおよび量を有するものではなかった。
上記のように、関節軟骨は再生され難いものであり、従来は、関節軟骨として、膜状または層状に連続して軟骨が再生された例はなく、実用化を図るためには、このような軟骨を十分な量で連続して得ることができる技術の開発が求められていた。
【0008】
また、最近の研究発表において、関節表面に穿孔し、骨誘導因子(BMP:bone morphogentic protein)が含まれたコラーゲンを所望の部位に配置することにより、関節軟骨が再生されることが発表された。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、再生された関節軟骨は、隣接する既存の関節軟骨と連続して形成されておらず、完全な再生とは言えないものであった。
また、コラーゲンは、BSE(bovine spongiform encephalopathy)、いわゆる狂牛病等の問題から、生体に適用することは敬遠される傾向もある。
【0010】
したがって、生体への適用が認められる材料のみを用いて、再生部分と既存部分との境界がない、連続した状態で、完全な関節軟骨を再生することが望まれていた。
【0011】
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、自然に近い環境下で、隣接する周囲の既存の関節軟骨と良好な状態で一体化され、連続した状態で、元の厚さを有する関節軟骨を早期に再生させることができる関節軟骨再生用部材を提供することを目的とするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る関節軟骨の再生用部材は、関節面の関節軟骨層の下面よりも深い位置に埋入させて用いられる関節軟骨の再生用部材であって、気孔率が50%以上90%以下であり、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多孔質体からなることを特徴とする。
ここで、本発明における再生とは、新たに形成することをも含む意味で用いられる。
上記再生用部材によれば、多孔質体の内部に骨細胞が導入されて、該多孔質体の上面に軟骨下骨が形成され、さらにその上面に、隣接する周囲の既存の関節軟骨と同等の厚さで、関節軟骨を再生させることができる。
また、上記のような気孔率および気孔形状を有する多孔質体によれば、関節軟骨の形成のために必要とされる間葉系細胞、間葉系幹細胞、骨髄細胞等が、骨内部から侵入、定着しやすいため、関節軟骨を早期に再生することが可能となる。
【0013】
また、本発明に係る関節軟骨の再生用部材は、関節面の関節軟骨層の下面よりも深い位置に埋入させて用いられる関節軟骨の再生用部材であって、気孔率が50%以上90%以下、平均気孔径が100μm以上600μm以下であり、各気孔が連通孔により3次元的に連通している多孔質体からなることを特徴とする
このような性状の多孔質体は、上述したように、間葉系細胞、間葉系幹細胞、骨髄細胞等の侵入、定着しやすさ、強度等の観点から、関節軟骨の再生用部材として好適に用いることができる。
【0014】
前記多孔質体は、少なくとも一部が、骨内の間葉系細胞、間葉系幹細胞または骨髄細胞に接触するように、該多孔質体を埋入させることが好ましい。
前記間葉系細胞等に接触して多孔質体を埋入させることにより、関節軟骨の再生の促進を図ることができる。
【0015】
また、前記多孔質体は、上面(関節表面側の端面)が関節面に露出するように、該多孔質体を埋入させることが好ましい。
関節軟骨が、損傷した元の位置に元の厚さで復元されることを妨げないようにするため、上記のようにして、再生される関節軟骨が収まるスペースを確保しておくことが好ましい。
【0016】
また、前記多孔質体は、ハイドロキシアパタイトからなるものが好ましい。
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、強度、早期回復等の観点から、好適な材質である。また、細胞の足場としても好適である。
【0017】
さらに、前記多孔質体としては、撹拌起泡により気孔が形成されたものを好適に用いることができる。
撹拌起泡により気孔が形成された多孔質体は、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、間葉系細胞等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。
【0018】
また、前記多孔質体の気孔内表面は、生体吸収性部材と骨形成因子との混合層によりコーティングされていることが好ましい。
【0019】
前記骨形成因子は、骨誘導因子、形質転換成長因子、骨形成誘導因子、インスリン様成長因子、血小板由来成長因子および繊維芽細胞増殖因子のうちのいずれかであることが好ましい。
【0020】
前記骨形成因子は、ヒト骨誘導因子であり、特に、組換えヒト骨誘導因子であることが好ましい。
【0021】
また、前記生体吸収性材料は、有機化合物であることが好ましい。
【0022】
前記生体吸収性材料は、特に、疎水性および親水性の両性質を備えた高分子材料であることが好ましい。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、一部図面を参照して、より詳細に説明する。
本発明に係る関節軟骨の再生用部材を用いた再生方法においては、多孔質体を関節面の関節軟骨層の下面よりも深い位置に埋入させ
上記方法により、骨内部から多孔質体の内部に骨細胞が導入され、さらに、該多孔質体の上面に、軟骨下骨と呼ばれる多孔質体を含まない骨の層が形成される。そして、前記軟骨下骨の上面に、関節軟骨が、隣接する周囲の既存の関節軟骨と同等の厚さで再生される。
【0024】
上記再生方法においては、まず、関節包を切開し、関節面を露出させる。例えば、図1に膝関節の関節軟骨を再生する場合の模式図を示す。
図1に示すように、大腿骨1の膝関節において、関節軟骨2の再生が必要とされる所望の部位に、関節面から深さ方向に骨を研削して穿孔する。そして、該穿孔内に、該穿孔とほぼ等しい形状の多孔質体4を、関節軟骨2の層の下面よりも深い位置に埋入させる。
【0025】
前記多孔質体4は、図1のように、その少なくとも一部が、間葉系細胞、間葉系幹細胞、骨髄細胞等が多く存在する部位に接触する位置まで埋入させる。
前記間葉系細胞、間葉系幹細胞、骨髄細胞等に接触して多孔質体4を埋入させることにより、関節軟骨の再生の促進を図ることができる。
【0026】
このとき、前記穿孔は、図4に示すように、骨髄細胞が多く存在する部位まで深く形成し、その下端が骨髄近傍まで達するようにすることが、より好ましい。
骨髄近傍の深さ位置まで穿孔することにより、多孔質体4内に、十分な骨髄細胞を導入させることができる。
なお、このような深い穿孔の深部は、多孔質顆粒体等で埋めてもよく、また、空洞のままとしてもよい。
【0027】
成長軟骨層3が存在する場合には、前記多孔質体4を、その少なくとも一部が該成長軟骨層3に達する深さ位置まで埋入させることが好ましい。
一般に、成長軟骨層3は、成長、老化とともに消失してしまうものであるが、前記成長軟骨層3が存在する場合には、上記のように、これに接触する位置まで、多孔質体4を埋入させることにより、成長軟骨層3に接触しない場合に比べて、優れた関節軟骨の再生効果が得られる傾向にあることが確認されている。
【0028】
また、前記多孔質体4の厚さは、薄い方が、骨を研削して穿孔する深さが浅くても足りるため、骨に与えるダメージも少なくなるが、骨内部からの細胞等の侵入を容易とする等の観点から、前記孔内に十分に固定可能な程度の厚さであることが好ましい。
【0029】
また、本発明に係る方法によれば、関節軟骨は、損傷した元の位置に元の厚さで復元されるため、関節軟骨を再生させようとする部分には、妨げとなるものがないように、すなわち、多孔質体4の上面が露出した状態となるように、該多孔質体を埋入させることが好ましい。
【0030】
図2に、図1において多孔質体4を埋入させた箇所の拡大図を示す。
図2に示すように、多孔質体4は、既存の関節軟骨2の層の下面よりもdだけ深い位置に、すなわち、凹部Pが形成される状態で、埋入させて固定する。そして、該多孔質体4の上面は、関節面に露出したままの状態で、関節包を縫合し、処置を完了する。
処置完了後、経時的に、骨に含まれる間葉系細胞、間葉系幹細胞、骨髄細胞等や血液等が、骨内部から多孔質体4を浸透して、または、凹部Pの側部から、すなわち、矢印Bに示す方向から、前記凹部Pに供給される。
【0031】
そして、骨細胞が多孔質体4内に侵入し、図3に示すような状態で、関節軟骨が再生される。
すなわち、多孔質体4が埋入された部分は、該多孔質体4を含んだ状態で、その部分に骨が形成される。また、これと同時に、前記多孔質体4の上面には、図3に示したように、多孔質体4を含まない軟骨下骨5と呼ばれる新しい骨の層が形成される。
さらに、前記軟骨下骨5の上面に、関節軟骨2が形成される。再生される関節軟骨は、隣接する周囲の既存の関節軟骨と同等の厚さで形成され、良好な状態で一体化される。しかも、表面の境界部は、亀裂、傷、凹凸等もなく、連続的に滑らかな状態で形成される。
【0032】
一方、多孔質体4の上面が、既存の関節軟骨2の層の下面と同等の深さ位置、または、浅く埋入された場合、すなわち、凹部Pが形成されない状態で埋入された場合には、関節軟骨は形成されず、また、関節下骨も形成されることはない。
【0033】
なお、境界部の関節軟骨下面Aは、他の部分の関節軟骨層に比べて、若干厚くなる傾向にある。
埋入された多孔質体4の上面の深さ位置により、前記境界部の関節軟骨下面Aの形成状態が異なることから、これは、骨内部からの間葉系細胞等の供給状態が、1つの要因であると考えられる。
上記のように、多孔質体4を、既存の関節軟骨2の層の下面よりもdだけ深い位置に、すなわち、凹部Pが形成される状態で、埋入させることにより、間葉系細胞等が、凹部Pの側部からも供給されるため、また、損傷部分を早く修復しようとする自然治癒力が働くことにより、境界部の関節軟骨下面Aにおいて、関節軟骨層が厚くなるものと推測される。
【0034】
上記処置において、多孔質体を埋入させて、関節包を縫合した後、関節包内には、関節液が満たされることが好ましい。
前記多孔質体は、その少なくとも一部が、関節液に接触することにより、何らかの刺激を受けて、関節軟骨の再生が促進されるものと考えられる。
また、関節を動かすことができる状態としておき、荷重の変化、関節液の圧力変化等の刺激を与えることが好ましい。このような刺激を与えることは、関節軟骨の再生の促進に寄与するものと考えられる。
【0035】
本発明において用いられる多孔質体としては、気孔率が50%以上90%以下であり、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ものが好ましい。
また、平均気孔径が100μm以上600μm以下であり、各気孔が連通孔により3次元的に連通しているものが、好適に用いられる。
なお、この平均気孔径は、樹脂包埋による方法で測定することができる。
前記連通孔の平均孔径は、20μm以上であることが好ましく、40μm以上であることがより好ましい。この連通孔の平均孔径は、水銀ポロシメータ(水銀圧入法)により測定することができる。
このような多孔質体は、例えば、特開2000−302567号公報に開示されている。
上記のような気孔率および気孔形状を有する多孔質体によれば、関節軟骨の形成のために必要とされる間葉系細胞、間葉系幹細胞、骨髄細胞等や血液等が、骨内部から侵入しやすく、また、定着しやすいため、関節軟骨を早期に再生することが可能となる。
【0036】
前記気孔率が50%未満の場合には、上記間葉系細胞等が多孔質体内部に侵入し難く、関節軟骨を早期に再生することが困難となる。
一方、前記気孔率が90%を超える場合には、上記間葉系細胞等の定着性が劣り、この場合も、関節軟骨の早期再生が困難となり、また、十分な強度が得られない。
前記気孔率は、より好ましくは、65%以上85%以下である。
また、前記多孔質体は、必要に応じて、顆粒状体として用いることも可能である。
【0037】
前記多孔質体は、生体為害性を有さず、かつ、十分な機械的強度を有する材質であれば、無機質、有機質、または、無機および有機の複合材のいずれでもよい。また、生体吸収性材料であってもよい。
具体的には、チタン、アルミナ、ジルコニア、シリカ、ムライト、ディオプサイド、ウォラストナイト、エーライト、べライト、アーケルマナイト、モンティセライト、生体用ガラス、リン酸カルシウム系セラミックス、乳酸および/またはグリコール酸の重合体または共重合体、コラーゲン等が好適に用いられる。
これらの材料を2種以上複合して用いてもよい。
【0038】
この中でも、生体適合性に優れており、人体への適用も既に認められているリン酸カルシウム系セラミックスが好ましく、例えば、ハイドロキシアパタイト、リン酸三カルシウム、フッ化アパタイト等が好適に用いられる。
本発明においては、特に、骨との同化性、癒着性、強度、早期回復等の観点から、骨の主組成成分であるハイドロキシアパタイトからなることが好ましい。
【0039】
上記のような構成からなる多孔質体は、撹拌起泡により、容易に製造することができる。撹拌起泡により気孔が形成された多孔質体は、気孔を区画する骨格壁部自体が緻密であり、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、間葉系細胞、間葉系幹細胞、骨髄細胞等や血液等が侵入しやすい性状となる。
【0040】
具体的には、例えば、以下のような製造方法により、上記のような多孔質体を得ることができる。ハイドロキシアパタイトからなる多孔質体を例として説明する。
まず、ハイドロキシアパタイト粉末に、架橋重合性樹脂としてポリエチレンイミン等を添加し、分散媒として水を用いて、混合、解砕し、スラリーを調製する。
次に、このスラリーに起泡剤としてポリオキシエチレンラウリルエーテル等を添加し、撹拌して起泡させる。
さらに、架橋剤としてソルビトールグリシジルエーテル等を添加し、得られた泡沫状スラリーを、注型して、泡構造を固定した状態で乾燥させた後、1100〜1300℃程度で焼結させることにより、ハイドロキシアパタイトからなる多孔質体が得られる。
【0041】
上記のような構成からなる多孔質体を、関節軟骨の再生用部材として用いた場合には、骨形成因子等の特殊な因子を用いなくても、関節軟骨の再生は可能であるが、より一層確実に再生させるためには、前記多孔質体とともに、骨形成因子を併用することが好ましい。
前記骨形成因子としては、骨組織中からの抽出成分である各種の骨形成関連タンパク質を用いることができる。例えば、骨誘導因子(BMP:bone morphogentic protein)、形質転換成長因子(TGF−β:transforming growth factor β)、骨形成誘導因子(OIF:osteoinductive factor)、インスリン様成長因子(IGF:insulin derived growth factor)、血小板由来成長因子(PDGF:platlet derived growth factor)および繊維芽細胞増殖因子(FGF:fibroblast growth factor)が挙げられる。
【0042】
これらの骨形成因子の中でも、人体に適用するためには、ヒト由来の他のタンパク質が実質的に含まれていないヒト骨誘導因子(hBMP)であることが好ましい。
特に、免疫性等の臨床上の安全性および品質の安定した材料の大量入手が可能である等の点から、遺伝子組換え技術により得られた組換えヒト骨誘導因子(rhBMP)であることが好ましい。すなわち、ヒト骨誘導因子をコードする塩基配列を含む組換えDNAを含む細胞または微生物等の形質転換体を培養し、それら形質転換体によって産出されたrhBMPを単離、精製して調製したものである。
【0043】
このrhBMPの中でも、軟骨の再生のためには、rhBMP−2またはrhBMP−7の効果が大きいため好ましく、特に、rhBMP−2であることが好ましい。
【0044】
また、これらの骨形成因子は、単独で、前記多孔質体に直接コーティングした場合には、すぐに流出してしまうため、骨形成因子の徐放性を有しており、生体為害性がなく、生体内組織に徐々に吸収されながら、同時に骨形成因子を徐々に放出する生体吸収性部材中に均一に混在させて用いることが好ましい。
【0045】
前記生体吸収性部材としては、リン酸三カルシウム等の無機材料でもよいが、生体吸収される時間の制御のしやすさ等の観点から、有機化合物が好ましい。有機化合物であれば、その分子量を調整することにより徐放期間を調整でき、さらに、多孔質体の気孔内に均一かつ広範囲に、骨形成因子を行き渡らせることができる。
なお、菌等による感染を排除する観点から、合成により得られる有機化合物を用いることがより好ましい。
【0046】
前記生体吸収性材料としては、具体的には、疎水性および親水性の両性質を備えた高分子材料が好適に用いられる。例えば、乳酸および/またはグリコール酸の重合体、乳酸および/またはグリコール酸の重合体とポリエチレングリコールとのブロック共重合体、乳酸および/またはグリコール酸とp−ジオキサノンとポリエチレングリコールとの共重合体(PLA−DX−PEG)、アテロコラーゲン等が挙げられる。
【0047】
上述したように、本発明に係る関節軟骨の再生用部材は、骨形成因子等の特殊な因子を用いなくても、既に人体への適用が認められているハイドロキシアパタイトからなる特定の多孔質体であれば、関節軟骨を元の厚さで早期に再生させることを可能とするものである。
【0048】
上述したような方法によれば、例えば、過酷な運動等によって関節軟骨を広い面積に渡って損傷した患者に対して、関節軟骨の機能がそれほど重視されない、関節面の側面部の自家関節軟骨を採取して患部に移植し、これにより生じた側面部の孔に、本発明に係る関節軟骨の再生用部材を埋入させて、採取された関節軟骨を補填するというような施術も可能となる。
【0049】
また、本発明に係る関節軟骨の再生用部材を用いることにより、患者から採取した軟骨細胞や間葉系細胞、間葉系幹細胞、骨髄細胞等を、体外において、生体内における関節部分と同様の環境を形成し、その環境下で関節軟骨を培養し、それを患部に移植することも可能となる。これにより、患者への負担や苦痛の大きかった従来の人工関節治療に替わる治療方法を確立することも可能となる。
【0050】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
[実施例1]
撹拌起泡により、ハイドロキシアパタイトからなる気孔率75%、気孔径200μmの多孔質体を作製し、直径4mm、長さ4mmの円筒状体に加工した。
ウサギの膝関節を切開し、大腿骨関節面に直径4mmで、一部が成長軟骨層3に達する深さ位置まで穿孔し、該孔に、得られた多孔質体を、その表面が関節軟骨層よりも1mm深く、すなわち、図2において、d=1mmとなるように埋入させた後、関節を元に戻し、さらに、切開部を縫合して、運動可能な状態とした。
上記処置は、ウサギ5羽(n=5)について行った。
【0051】
[実施例2]
実施例1と同様のハイドロキシアパタイトからなる多孔質体を作製した。
この多孔質体の埋入深さを、その表面が関節軟骨層よりも2mm深く、すなわち、図2において、d=2mmとなるようにし、それ以外については、実施例1と同様にして、ウサギの膝関節に処置を施した。
【0052】
[比較例1]
実施例1と同様のハイドロキシアパタイトからなる多孔質体を作製した。
この多孔質体の埋入深さを、その表面が関節軟骨層の下面の深さ位置と同等、すなわち、図2において、d=0となるようにし、それ以外については、実施例1と同様にして、ウサギの膝関節に処置を施した。
【0053】
[比較例2]
実施例1と同様のハイドロキシアパタイトからなる多孔質体を作製した。
この多孔質体の埋入深さを、その表面が関節軟骨層の下面の深さ位置よりも0.5mm浅くなるようにし、それ以外については、実施例1と同様にして、ウサギの膝関節に処置を施した。
【0054】
[比較例3]
対照試験として、ウサギの膝関節を切開し、大腿骨関節面に直径4mm、深さ4mmで穿孔し、該孔には何も埋入せずに、関節を元に戻し、さらに、切開部を縫合して、運動可能な状態とした。
上記処置は、ウサギ5羽(n=5)について行った。
【0055】
3週間後、上記実施例および比較例において、処置を施した各部分を観察した。
その結果、多孔質体を関節軟骨層の下面よりも深い位置に埋入させた場合(実施例1、2)は、3週間という短期間にもかかわらず、多孔質体上面に関節下骨が形成され、さらにその表面に、隣接する周囲の健常な関節軟骨と同等の厚さで、約60%がほぼ完全に関節軟骨が再生されていることが認められた。
この再生された関節軟骨は、境界部の表面は連続的に滑らかに形成されていた。
また、再生された関節軟骨と隣接する周囲の健常な関節軟骨の境界部の下面においては、関節軟骨がやや厚く形成されているものが認められた。
【0056】
一方、多孔質体を関節軟骨層の下面の深さ位置と同等、または、より浅く埋入させた場合(比較例1、2)は、関節軟骨は全く再生されていなかった。
このことから、関節軟骨層と多孔質体との間に、軟骨下骨が形成される余地のない場合は、関節軟骨は再生されないと考えられる。
また、対照試験として、多孔質体を埋入させなかった場合(比較例3)は、関節軟骨は全く再生されていなかった。
【0057】
[実施例3]
DL−ラクチド、p−ジオキサノン、ポリエチレングリコールからなる数平均分子量9300の共重合体からなるPLA−DX−PEG(PLA:DX:PEG=45:17:38(モル比))100mgと、rhBMP−2を20μgとを混合し、アセトンで希釈して、ゲル状混合物を作製した。
このゲル状混合物を、実施例1と同様にして作製したハイドロキシアパタイトからなる多孔質体に浸潤させた後、しばらく放置し、アセトンを揮発させて、アパタイト多孔体の気孔内表面を、生体吸収性部材と骨形成因子との均一な混合層によりコーティングして、関節軟骨の再生用部材とした。
この関節軟骨の再生用部材を用いて、実施例1と同様にして、ウサギの膝関節に処置を施した。
【0058】
3週間後、処置を施した部分を観察したところ、生体吸収性部材と骨形成因子とによりコーティングした多孔質体からなる関節軟骨の再生用部材を用いた場合(実施例3)、ほぼ完全な状態で関節軟骨が再生されているものは、約100%であり、多孔質体のみからなる関節軟骨の再生用部材(実施例1、2)と比較して、関節軟骨の再生の確実性がより優れていることが認められた。特に、全体の厚さの均一性に優れていることが認められた。
【0059】
[実施例4]
実施例1と同様のハイドロキシアパタイトからなる多孔質体を作製した。
ウサギの膝関節を切開し、大腿骨関節面に直径4mmで、成長軟骨層に達しない深さ位置まで穿孔し、それ以外については、実施例1と同様にして、ウサギの膝関節に処置を施した。
なお、前記多孔質体の長さは、前記穿孔内に収まるように、適宜、微調整した。
【0060】
[実施例5]
実施例1と同様のハイドロキシアパタイトからなる多孔質体を作製した。
ウサギの膝関節を切開し、大腿骨関節面に直径4mmで、成長軟骨層を貫通して骨髄近傍に達するまで穿孔し、それ以外については、実施例1と同様にして、ウサギの膝関節に処置を施した。
なお、前記穿孔の深部は、空洞の状態とした。
【0061】
3週間後、処置を施した部分を観察したところ、成長軟骨層に達しない深さ位置まで穿孔した場合(実施例4)、および、成長軟骨層を貫通して骨髄近傍に達するまで穿孔した場合(実施例5)のいずれも、多孔質体上面に関節下骨が形成され、さらにその表面に、関節軟骨が再生されていることが認められた。
ただし、成長軟骨層に達しない深さ位置まで穿孔した場合(実施例4)には、ほぼ完全と言える状態で関節軟骨が再生されているものは約20%であった。中には、再生された関節軟骨の厚さが不均一であり、十分に再生するまでには、もう少し時間を必要とするものもあった。
一方、成長軟骨層を貫通して骨髄近傍に達するまで穿孔した場合(実施例5)は、一部が成長軟骨層に達する深さ位置まで穿孔した場合(実施例1)と同様に、約60%が、ほぼ完全に関節軟骨が再生されていることが認められた。
【0062】
【発明の効果】
本発明に係る関節軟骨の再生用部材によれば、既に人体への適用が認められている材質からなる部材のみを用いて、自然に近い環境下で、隣接する周囲の既存の関節軟骨と良好な状態で一体化され、連続した状態で、元の厚さを有する関節軟骨を早期に再生させることができる。
また、本発明に係る関節軟骨の再生用部材を用いれば、生体外において移植用関節軟骨を培養し、これを患者に移植することも可能となり、患者への負担や苦痛の大きかった従来の人工関節治療に替わる治療方法を確立することにも寄与し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】ウサギの膝関節における大腿骨の関節軟骨付近を概略的に示した図である。
【図2】図1において、多孔質体の埋入部分を拡大して模式的に示した図である。
【図3】関節軟骨の再生部分を拡大して模式的に示した図である。
【図4】ウサギの膝関節における大腿骨の関節面に、下端が骨髄近傍まで達するように穿孔した場合について概略的に示した図である。
【符号の説明】
1 大腿骨
2 関節軟骨
3 成長軟骨層
4 多孔質体
5 軟骨下骨
P 凹部
A 境界部の関節軟骨下面
B 間葉系細胞等の流れ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to articular cartilage.ofMore specifically, the cartilage peculiar to the joint part.ofThe present invention relates to a reproduction member that can be suitably used for reproduction.
[0002]
[Prior art]
The joint is a connecting part where the bones are movably connected to each other, and the surfaces (joint surfaces) of the bone ends of the connecting part are covered with articular cartilage. The periosteum at the epiphyses of each other forms a joint capsule so as to integrally wrap the connecting portion. A space called a joint cavity is formed between the bones covered with the joint capsule, and the inside is filled with joint fluid.
[0003]
The cartilage formed on the joint surface is usually about 2 mm in thickness at a human knee joint, and it is 1 to 4 mm due to trauma or disease.2If damaged to some extent, there is a possibility of regeneration due to natural healing, but 20mm2If it is damaged, it is difficult to reproduce it by itself, and it is generally accompanied by great pain.
Further, when articular cartilage is completely lost due to various causes such as tumor and necrosis, for example, a treatment such as embedding an artificial joint in the corresponding part is performed to restore the joint function.
[0004]
However, an artificial joint is artificially constructed to resemble a joint function to the last, and is a foreign body for a living body, so it is difficult to maintain biocompatibility.
In addition, since artificial joints are required to perform complex operations in a severe environment in a living body, it is difficult to maintain them for more than 20 years. Deterioration or wear of resin or metal used as the material is difficult. The powder or the like may cause functional deterioration and pain, and it cannot be said that the durability is sufficient.
[0005]
Therefore, a technique for regenerating articular cartilage itself is desired as an alternative to artificial joint treatment.
Further, in the treatment of cartilage dysplasia where cartilage itself is difficult to form, there is a demand for a technique for regenerating articular cartilage as a living tissue without using artificial materials.
[0006]
Several proposals have been made on the technique for regenerating cartilage, but all of them are to the extent that cartilage in the previous stage in the process of ossification where normal bone is formed is scattered in the gaps in the bone. It was a thing.
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-88174 discloses that a callus-like osseous protuberance including bone and cartilage including bone and cartilage is formed by an implant using atelocollagen.
[0007]
However, in the above graft, the amount of cartilage is not sufficient, as with a callus-like osseous protuberance, and it does not have continuity, thickness and amount that can be used as a joint. .
As described above, articular cartilage is difficult to regenerate. Conventionally, there is no example of articular cartilage that has been regenerated continuously in the form of a film or layer. Development of a technique capable of continuously obtaining cartilage in a sufficient amount has been demanded.
[0008]
In a recent research presentation, it was announced that articular cartilage is regenerated by perforating the joint surface and placing collagen containing bone morphogentic protein (BMP) at the desired site. .
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, the regenerated articular cartilage is not formed continuously with the adjacent existing articular cartilage and cannot be said to be completely regenerated.
Collagen tends to be avoided from being applied to living bodies due to problems such as BSE (bovine spongiform encephalopathy), so-called mad cow disease.
[0010]
Therefore, it has been desired to regenerate complete articular cartilage in a continuous state without a boundary between the regenerated part and the existing part, using only materials that are approved for application to living bodies.
[0011]
  The present invention has been made in order to solve the above technical problem, and is integrated with the existing surrounding articular cartilage adjacent to each other in a good condition in an environment close to nature. Articular cartilage that can regenerate early thickness of articular cartilageofIt aims at providing the member for reproduction | regeneration.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
  Regeneration of articular cartilage according to the present inventionMaterialsIsJoint surfaceTo be embedded deeper than the lower surface of the articular cartilage layerA member for regenerating articular cartilage, having a porosity of 50% or more and 90% or less, and a porous body having communication holes through which cells can invade and move as a whole.It is characterized by that.
  Here, the term “reproduction” in the present invention is used in a sense including a new formation.
  the aboveRecycling materialAccording to the present invention, bone cells are introduced into the porous body, subchondral bone is formed on the upper surface of the porous body, and the upper surface has a thickness equivalent to that of the adjacent surrounding articular cartilage. Can regenerate articular cartilage.
  In addition, according to the porous body having the porosity and the pore shape as described above, mesenchymal cells, mesenchymal stem cells, bone marrow cells, etc. that are required for the formation of articular cartilage enter from inside the bone. Since it is easy to settle, the articular cartilage can be regenerated at an early stage.
[0013]
  The articular cartilage regeneration member according to the present invention is an articular cartilage regeneration member that is used by being embedded in a position deeper than the lower surface of the articular cartilage layer on the joint surface, and has a porosity of 50% or more and 90%. %, Average pore diameter is 100μm or more 600μm or less, and each pore is made of a porous body that communicates three-dimensionally with a communication hole..
  As described above, the porous body having such properties is suitable as a member for regenerating articular cartilage from the viewpoints of invasion, easiness of fixation, strength, etc. of mesenchymal cells, mesenchymal stem cells, bone marrow cells, and the like. Can be used.
[0014]
  It is preferable to embed the porous body so that at least a part of the porous body comes into contact with mesenchymal cells, mesenchymal stem cells or bone marrow cells in bone.
  By bringing the porous body into contact with the mesenchymal cells and the like, the regeneration of articular cartilage can be promoted.
[0015]
  The porous body is preferably embedded so that the upper surface (end surface on the joint surface side) is exposed on the joint surface.
  In order not to prevent the articular cartilage from being restored to the original damaged position at the original thickness, it is preferable to secure a space for accommodating the regenerated articular cartilage as described above.
[0016]
  The porous body is preferably made of hydroxyapatite.
  Hydroxyapatite is a main component of bone and has been already applied to the human body, and is a suitable material from the viewpoint of assimilation with bone, adhesion, strength, early recovery, and the like. It is also suitable as a cell scaffold.
[0017]
  Furthermore, as the porous body, those having pores formed by stirring foaming can be suitably used.
  The porous body in which pores are formed by stirring and foaming has a dense skeletal wall part that defines the pores, the pores are almost spherical, and high strength can be obtained. And the like, blood and the like easily penetrated. Moreover, since the surface area per unit volume is large, it is easy to obtain suitable properties as a scaffold for cells that have invaded.
[0018]
  Moreover, it is preferable that the pore inner surface of the porous body is coated with a mixed layer of a bioabsorbable member and an osteogenic factor.
[0019]
  The osteogenic factor is preferably any one of osteoinductive factors, transforming growth factors, osteogenic inducing factors, insulin-like growth factors, platelet-derived growth factors, and fibroblast growth factors.
[0020]
  The osteogenic factor is a human osteoinductive factor, and particularly preferably a recombinant human osteoinductive factor.
[0021]
  The bioabsorbable material is preferably an organic compound.
[0022]
  The bioabsorbable material is particularly preferably a polymer material having both hydrophobic and hydrophilic properties.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to some drawings.
  The articular cartilage of the present inventionUsing a recycling memberPlayback methodInEmbeds the porous body deeper than the lower surface of the articular cartilage layer on the joint surface.Ru.
  By the above method, bone cells are introduced from the inside of the bone to the inside of the porous body, and a bone layer called a subchondral bone that does not include the porous body is formed on the upper surface of the porous body. Then, the articular cartilage is regenerated on the upper surface of the subchondral bone with a thickness equivalent to that of the adjacent existing articular cartilage.
[0024]
  the aboveIn the reproduction method, first, the joint capsule is incised to expose the joint surface. For example, FIG. 1 shows a schematic diagram when the articular cartilage of the knee joint is regenerated.
  As shown in FIG. 1, in the knee joint of the femur 1, the bone is ground and drilled in a depth direction from the joint surface at a desired site where the regeneration of the articular cartilage 2 is required. Then, the porous body 4 having a shape substantially equal to the perforation is embedded in the perforation at a position deeper than the lower surface of the articular cartilage 2 layer.
[0025]
As shown in FIG. 1, at least a part of the porous body 4 is embedded up to a position where it is in contact with a site where many mesenchymal cells, mesenchymal stem cells, bone marrow cells and the like are present.
By bringing the porous body 4 into contact with the mesenchymal cells, mesenchymal stem cells, bone marrow cells, etc., regeneration of articular cartilage can be promoted.
[0026]
At this time, as shown in FIG. 4, it is more preferable that the perforation is deeply formed to a site where many bone marrow cells exist, and the lower end thereof reaches the vicinity of the bone marrow.
By drilling to a depth position near the bone marrow, sufficient bone marrow cells can be introduced into the porous body 4.
Note that the deep part of such deep perforations may be filled with a porous granule or the like, or may be left hollow.
[0027]
When the growing cartilage layer 3 is present, the porous body 4 is preferably embedded to a depth where at least a part thereof reaches the growing cartilage layer 3.
In general, the growing cartilage layer 3 disappears with growth and aging. However, when the growing cartilage layer 3 is present, the porous body 4 is moved to a position in contact with the growing cartilage layer 3 as described above. It has been confirmed that by embedding, a superior articular cartilage regeneration effect tends to be obtained as compared with the case where the growing cartilage layer 3 is not contacted.
[0028]
In addition, the thinner the porous body 4 is, the smaller the depth of drilling the bone by drilling, the less damage is given to the bone, but the invasion of cells and the like from the inside of the bone is reduced. From the viewpoint of easiness and the like, it is preferable that the thickness be sufficiently fixed in the hole.
[0029]
Further, according to the method of the present invention, the articular cartilage is restored to the original damaged position at the original thickness, so that there is no hindrance in the portion where the articular cartilage is to be regenerated. In other words, the porous body is preferably embedded so that the upper surface of the porous body 4 is exposed.
[0030]
FIG. 2 shows an enlarged view of a portion where the porous body 4 is embedded in FIG.
As shown in FIG. 2, the porous body 4 is embedded and fixed at a position deeper by d than the lower surface of the existing articular cartilage 2 layer, that is, in a state where the recess P is formed. Then, with the upper surface of the porous body 4 exposed to the joint surface, the joint capsule is sutured to complete the treatment.
After the treatment is completed, the mesenchymal cells, mesenchymal stem cells, bone marrow cells, blood, and the like contained in the bone penetrate the porous body 4 from the inside of the bone or from the side of the recess P over time. That is, it is supplied to the concave portion P from the direction indicated by the arrow B.
[0031]
Then, bone cells enter the porous body 4 and the articular cartilage is regenerated in the state shown in FIG.
That is, in the portion where the porous body 4 is embedded, the bone is formed in the portion including the porous body 4. At the same time, as shown in FIG. 3, a new bone layer called subchondral bone 5 that does not include the porous body 4 is formed on the upper surface of the porous body 4.
Further, the articular cartilage 2 is formed on the upper surface of the subchondral bone 5. The regenerated articular cartilage is formed with a thickness equivalent to that of the adjacent surrounding articular cartilage and is integrated in good condition. Moreover, the boundary portion of the surface is formed in a continuously smooth state without cracks, scratches, irregularities and the like.
[0032]
On the other hand, when the upper surface of the porous body 4 is embedded at a depth position equivalent to the lower surface of the layer of the existing articular cartilage 2 or shallowly, that is, when the recess P is not formed. No articular cartilage is formed, nor is subarticular bone formed.
[0033]
Note that the articular cartilage lower surface A at the boundary portion tends to be slightly thicker than the articular cartilage layer in other portions.
Since the formation state of the articular cartilage lower surface A of the boundary portion differs depending on the depth position of the upper surface of the embedded porous body 4, this is because the supply state of mesenchymal cells and the like from inside the bone is 1 This is considered to be one factor.
As described above, by implanting the porous body 4 at a position deeper than the lower surface of the layer of the existing articular cartilage 2 by d, that is, in a state where the recess P is formed, mesenchymal cells and the like However, it is assumed that the articular cartilage layer is thickened on the lower surface A of the articular cartilage at the boundary portion because the natural healing power that tries to repair the damaged portion quickly works due to the supply from the side portion of the concave portion P. Is done.
[0034]
In the above treatment, it is preferable that the joint capsule is filled with the joint fluid after the porous body is embedded and the joint capsule is sutured.
It is considered that at least a part of the porous body is subjected to some kind of stimulation when it comes into contact with joint fluid, and regeneration of articular cartilage is promoted.
Further, it is preferable that the joint can be moved and a stimulus such as a load change or a joint fluid pressure change is given. Giving such a stimulus is considered to contribute to the promotion of regeneration of articular cartilage.
[0035]
The porous body used in the present invention preferably has a porosity of 50% or more and 90% or less and has communication holes through which cells can invade and move as a whole.
Further, those having an average pore diameter of 100 μm or more and 600 μm or less and each pore communicating three-dimensionally with a communication hole are preferably used.
The average pore diameter can be measured by a resin embedding method.
The average pore diameter of the communication holes is preferably 20 μm or more, and more preferably 40 μm or more. The average pore diameter of the communication holes can be measured by a mercury porosimeter (mercury intrusion method).
Such a porous body is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-302567.
According to the porous body having the porosity and the pore shape as described above, mesenchymal cells, mesenchymal stem cells, bone marrow cells, blood and the like required for the formation of articular cartilage are transferred from inside the bone. Since it easily invades and settles, the articular cartilage can be regenerated early.
[0036]
When the porosity is less than 50%, it is difficult for the mesenchymal cells or the like to enter the porous body, and it becomes difficult to regenerate articular cartilage at an early stage.
On the other hand, when the porosity exceeds 90%, the mesenchymal cells and the like are poorly fixed, and in this case also, early regeneration of articular cartilage becomes difficult and sufficient strength cannot be obtained.
The porosity is more preferably 65% or more and 85% or less.
In addition, the porous body can be used as a granular body, if necessary.
[0037]
The porous body may be any of inorganic, organic, or inorganic and organic composite materials as long as the material does not have biological harm and has sufficient mechanical strength. Moreover, a bioabsorbable material may be sufficient.
Specifically, titanium, alumina, zirconia, silica, mullite, diopside, wollastonite, alite, belite, akermanite, montcelite, glass for biological use, calcium phosphate ceramics, lactic acid and / or glycolic acid A polymer or copolymer, collagen, or the like is preferably used.
Two or more of these materials may be used in combination.
[0038]
Among these, calcium phosphate ceramics that are excellent in biocompatibility and have already been applied to the human body are preferable. For example, hydroxyapatite, tricalcium phosphate, and fluorapatite are preferably used.
In the present invention, in particular, from the viewpoints of assimilation with bone, adhesion, strength, early recovery, etc., it is preferably made of hydroxyapatite which is the main component of bone.
[0039]
The porous body having the above configuration can be easily produced by stirring and foaming. The porous body in which pores are formed by stirring and foaming is dense in the skeleton wall itself that defines the pores, the pores are almost spherical, and high strength can be obtained. Cells, mesenchymal stem cells, bone marrow cells, blood and the like are easily invaded.
[0040]
Specifically, for example, the porous body as described above can be obtained by the following production method. A porous body made of hydroxyapatite will be described as an example.
First, polyethyleneimine or the like is added to a hydroxyapatite powder as a cross-linkable resin, mixed and crushed using water as a dispersion medium to prepare a slurry.
Next, polyoxyethylene lauryl ether or the like is added to the slurry as a foaming agent, and the mixture is stirred to foam.
Furthermore, by adding sorbitol glycidyl ether or the like as a cross-linking agent, casting the resulting foam slurry, drying it with the foam structure fixed, and then sintering at about 1100 to 1300 ° C., A porous body made of hydroxyapatite is obtained.
[0041]
When the porous body having the above structure is used as a member for regenerating articular cartilage, articular cartilage can be regenerated without using special factors such as osteogenic factors. In order to regenerate more reliably, it is preferable to use an osteogenic factor together with the porous body.
As the bone morphogenetic factor, various bone formation-related proteins that are components extracted from bone tissue can be used. For example, bone morphogentic protein (BMP), transforming growth factor (TGF-β), osteoinductive factor (OIF), insulin derived growth factor (IGF) ), Platelet derived growth factor (PDGF) and fibroblast growth factor (FGF).
[0042]
Among these bone morphogenetic factors, in order to be applied to the human body, human osteoinductive factor (hBMP) that is substantially free from other human-derived proteins is preferable.
In particular, it is a recombinant human osteoinductive factor (rhBMP) obtained by a genetic recombination technique in view of the fact that it is possible to obtain a large amount of materials with stable clinical quality such as immunity and stable quality. preferable. That is, it is prepared by culturing a transformant such as a cell or microorganism containing a recombinant DNA containing a base sequence encoding a human osteoinductive factor, and isolating and purifying the rhBMP produced by the transformant. is there.
[0043]
Among these rhBMPs, rhBMP-2 or rhBMP-7 is preferable for cartilage regeneration because rhBMP-2 or rhBMP-7 is highly effective, and rhBMP-2 is particularly preferable.
[0044]
In addition, these bone morphogenetic factors, when singly coated directly on the porous body, flow out immediately, and therefore have a sustained release property of the bone morphogenetic factor, and are not harmful to the living body. It is preferable to use the bioabsorbable member uniformly mixed in a bioabsorbable member that gradually absorbs bone formation factors while being gradually absorbed by the in vivo tissue.
[0045]
The bioabsorbable member may be an inorganic material such as tricalcium phosphate, but is preferably an organic compound from the viewpoint of ease of control of the bioabsorbable time. In the case of an organic compound, the sustained release period can be adjusted by adjusting the molecular weight, and further, the bone formation factor can be spread uniformly and widely within the pores of the porous body.
In addition, it is more preferable to use the organic compound obtained by a synthesis | combination from a viewpoint of eliminating the infection by a microbe etc.
[0046]
As the bioabsorbable material, specifically, a polymer material having both hydrophobic and hydrophilic properties is preferably used. For example, a polymer of lactic acid and / or glycolic acid, a block copolymer of a polymer of lactic acid and / or glycolic acid and polyethylene glycol, a copolymer of lactic acid and / or glycolic acid, p-dioxanone and polyethylene glycol ( PLA-DX-PEG), atelocollagen and the like.
[0047]
As described above, the articular cartilage regeneration member according to the present invention is a specific porous body made of hydroxyapatite that has already been approved for use in the human body without using special factors such as bone formation factors. Then, the articular cartilage can be regenerated at the original thickness at an early stage.
[0048]
  As mentioned aboveAccording to the method, for example, for a patient who has damaged articular cartilage over a wide area due to severe exercise or the like, the function of the articular cartilage is not so important. It is also possible to perform such a treatment that the articular cartilage regeneration member according to the present invention is embedded in the hole of the side surface portion generated thereby to supplement the collected articular cartilage.
[0049]
Further, by using the articular cartilage regeneration member according to the present invention, chondrocytes, mesenchymal cells, mesenchymal stem cells, bone marrow cells and the like collected from a patient are similar to joint portions in vivo outside the body. It is also possible to form an environment, culture articular cartilage in the environment, and transplant it to the affected area. This makes it possible to establish a treatment method that replaces the conventional artificial joint treatment, which has been a burden and pain for the patient.
[0050]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example, this invention is not restrict | limited by the following Example.
[Example 1]
A porous body made of hydroxyapatite having a porosity of 75% and a pore diameter of 200 μm was produced by stirring and foaming, and processed into a cylindrical body having a diameter of 4 mm and a length of 4 mm.
A rabbit's knee joint is incised, and the femoral joint surface is 4 mm in diameter and drilled to a depth where a part reaches the growth cartilage layer 3. The resulting porous body is inserted into the hole, and the surface thereof is articular cartilage. After embedding so as to be 1 mm deeper than the layer, that is, d = 1 mm in FIG. 2, the joint was returned to its original position, and the incision was sutured to make it movable.
The above treatment was performed on 5 rabbits (n = 5).
[0051]
[Example 2]
A porous body made of hydroxyapatite similar to that in Example 1 was prepared.
The depth of embedding of the porous body is set to be 2 mm deeper than the articular cartilage layer, that is, d = 2 mm in FIG. The knee joint was treated.
[0052]
[Comparative Example 1]
A porous body made of hydroxyapatite similar to that in Example 1 was prepared.
The embedding depth of the porous body is set so that the surface thereof is equal to the depth position of the lower surface of the articular cartilage layer, that is, d = 0 in FIG. Then, the knee joint of the rabbit was treated.
[0053]
[Comparative Example 2]
A porous body made of hydroxyapatite similar to that in Example 1 was prepared.
The embedding depth of the porous body is set so that the surface thereof is 0.5 mm shallower than the depth position of the lower surface of the articular cartilage layer. Otherwise, the rabbit knee joint is the same as in Example 1. Was treated.
[0054]
[Comparative Example 3]
As a control test, a rabbit knee joint was incised, a femoral joint surface was drilled with a diameter of 4 mm and a depth of 4 mm, nothing was embedded in the hole, the joint was returned to its original position, and the incision was further removed. It was sewn and allowed to move.
The above treatment was performed on 5 rabbits (n = 5).
[0055]
Three weeks later, the treated parts were observed in the above Examples and Comparative Examples.
As a result, when the porous body was embedded at a position deeper than the lower surface of the articular cartilage layer (Examples 1 and 2), the sub-articular bone was formed on the upper surface of the porous body in spite of a short period of 3 weeks. It was observed that about 60% of the articular cartilage was almost completely regenerated on the surface thereof, with a thickness equivalent to that of the adjacent healthy articular cartilage.
In the regenerated articular cartilage, the surface of the boundary portion was continuously and smoothly formed.
In addition, it was recognized that the articular cartilage was formed to be slightly thick on the lower surface of the boundary portion of the surrounding healthy articular cartilage adjacent to the regenerated articular cartilage.
[0056]
On the other hand, when the porous body was embedded at a depth equal to or shallower than the depth position of the lower surface of the articular cartilage layer (Comparative Examples 1 and 2), the articular cartilage was not regenerated at all.
From this, it is considered that articular cartilage is not regenerated when there is no room for formation of subchondral bone between the articular cartilage layer and the porous body.
As a control test, when the porous body was not embedded (Comparative Example 3), the articular cartilage was not regenerated at all.
[0057]
[Example 3]
PLA-DX-PEG (PLA: DX: PEG = 45: 17: 38 (molar ratio)) 100 mg composed of a copolymer having a number average molecular weight of 9300 composed of DL-lactide, p-dioxanone and polyethylene glycol, and rhBMP-2 Was mixed with 20 μg and diluted with acetone to prepare a gel mixture.
After this gel-like mixture was infiltrated into a porous material made of hydroxyapatite prepared in the same manner as in Example 1, it was allowed to stand for a while to evaporate acetone, and the pore inner surface of the apatite porous material was bioabsorbable. It was coated with a uniform mixed layer of the member and the osteogenic factor to obtain a member for regenerating articular cartilage.
Using this articular cartilage regeneration member, a rabbit knee joint was treated in the same manner as in Example 1.
[0058]
After 3 weeks, the treated part was observed, and when a joint cartilage regeneration member composed of a porous body coated with a bioabsorbable member and an osteogenic factor was used (Example 3), almost complete About 100% of the articular cartilage is regenerated in the state, and the reliability of the articular cartilage regeneration is higher than that of the articular cartilage regeneration member (Examples 1 and 2) made of only a porous body. It was found to be superior. In particular, it was confirmed that the thickness uniformity was excellent.
[0059]
[Example 4]
A porous body made of hydroxyapatite similar to that in Example 1 was prepared.
The rabbit knee joint was incised, and the femoral joint surface was drilled to a depth of 4 mm and not reaching the growth cartilage layer. Otherwise, treatment was performed on the rabbit knee joint in the same manner as in Example 1. gave.
The length of the porous body was finely adjusted as appropriate so as to be within the perforations.
[0060]
[Example 5]
A porous body made of hydroxyapatite similar to that in Example 1 was prepared.
The rabbit knee joint was incised, and the femoral joint surface was 4 mm in diameter and penetrated through the growth cartilage layer until it reached the bone marrow. Otherwise, the same procedure as in Example 1 was performed on the rabbit knee joint. Treatment was given.
In addition, the deep part of the said perforation was made into the state of a cavity.
[0061]
After 3 weeks, when the treated part was observed, a case was drilled to a depth position not reaching the growth cartilage layer (Example 4), and a case where drilling was performed until it reached the bone marrow through the growth cartilage layer In all of Examples (5), it was confirmed that sub-articular bone was formed on the upper surface of the porous body, and that articular cartilage was regenerated on the surface.
However, when drilling was performed up to a depth that does not reach the growing cartilage layer (Example 4), about 20% of the articular cartilage was regenerated in a nearly complete state. Some of the regenerated articular cartilage had a non-uniform thickness, and some of the regenerated articular cartilage required more time before it was fully regenerated.
On the other hand, in the case of drilling until the bone marrow layer is penetrated through the growth cartilage layer (Example 5), as in the case of drilling to a depth position where a part reaches the growth cartilage layer (Example 1), about 60 % Were found to have almost completely regenerated articular cartilage.
[0062]
【The invention's effect】
  Regeneration of articular cartilage according to the present inventionMaterialsAccording to the above, using only a member made of a material that has already been approved for application to the human body, it is integrated in a good condition with the adjacent surrounding articular cartilage in a natural condition, and is in a continuous state. Thus, the articular cartilage having the original thickness can be regenerated early.
  Further, by using the articular cartilage regeneration member according to the present invention, it becomes possible to culture the articular cartilage for transplantation in vitro and transplant it to a patient, which is a conventional artificial body that has been burdensome and painful to the patient. It can also contribute to establishing treatment methods that replace joint treatments.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing the vicinity of the articular cartilage of a femur in a rabbit knee joint.
FIG. 2 is an enlarged view schematically showing an embedded portion of a porous body in FIG.
FIG. 3 is an enlarged view schematically showing a regeneration part of articular cartilage.
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a case where a femoral joint surface of a rabbit knee joint is perforated so that the lower end reaches the vicinity of the bone marrow.
[Explanation of symbols]
1 Femur
2 Articular cartilage
3 Growing cartilage layer
4 Porous body
5 Subchondral bone
P recess
A Lower surface of articular cartilage at the boundary
B Flow of mesenchymal cells

Claims (12)

関節面の関節軟骨層の下面よりも深い位置に埋入させて用いられる関節軟骨の再生用部材であって、気孔率が50%以上90%以下であり、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多孔質体からなることを特徴とする関節軟骨の再生用部材 An articular cartilage regeneration member that is used by being embedded in a position deeper than the lower surface of the articular cartilage layer on the joint surface , having a porosity of 50% or more and 90% or less, and can invade and move as a whole. A member for regenerating articular cartilage, comprising a porous body having communication holes . 関節面の関節軟骨層の下面よりも深い位置に埋入させて用いられる関節軟骨の再生用部材であって、気孔率が50%以上90%以下、平均気孔径が100μm以上600μm以下であり、各気孔が連通孔により3次元的に連通している多孔質体からなることを特徴とする関節軟骨の再生用部材。 A member for regenerating articular cartilage, which is used by being embedded in a position deeper than the lower surface of the articular cartilage layer on the joint surface, having a porosity of 50% to 90% and an average pore diameter of 100 μm to 600 μm, A member for regenerating articular cartilage, characterized in that each pore is made of a porous body that communicates three-dimensionally with a communication hole. 前記多孔質体は、少なくとも一部が、骨内の間葉系細胞、間葉系幹細胞または骨髄細胞に接触するように埋入させることを特徴とする請求項1または2記載の関節軟骨の再生用部材The regeneration of articular cartilage according to claim 1 or 2 , wherein at least a part of the porous body is implanted so as to be in contact with mesenchymal cells, mesenchymal stem cells or bone marrow cells in bone. Materials . 前記多孔質体は、上面が関節面に露出するように埋入させることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の関節軟骨の再生用部材The member for regenerating articular cartilage according to any one of claims 1 to 3, wherein the porous body is embedded so that the upper surface is exposed to the joint surface. 前記多孔質体は、ハイドロキシアパタイトからなることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の関節軟骨の再生用部材。The member for regenerating articular cartilage according to any one of claims 1 to 4, wherein the porous body is made of hydroxyapatite. 前記多孔質体の気孔は、撹拌起泡により形成されたものであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の関節軟骨の再生用部材。The member for regenerating articular cartilage according to any one of claims 1 to 5, wherein the pores of the porous body are formed by stirring and foaming. 前記多孔質体の気孔内表面が、生体吸収性部材と骨形成因子との混合層によりコーティングされていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の関節軟骨の再生用部材。The articular cartilage regeneration member according to any one of claims 1 to 6, wherein an inner surface of pores of the porous body is coated with a mixed layer of a bioabsorbable member and an osteogenic factor. 前記骨形成因子が、骨誘導因子、形質転換成長因子、骨形成誘導因子、インスリン様成長因子、血小板由来成長因子および繊維芽細胞増殖因子のうちのいずれかであることを特徴とする請求項7記載の関節軟骨の再生用部材。8. The osteogenesis factor is any one of osteoinductive factor, transforming growth factor, osteogenesis inducing factor, insulin-like growth factor, platelet-derived growth factor, and fibroblast growth factor. The member for regeneration of articular cartilage as described. 前記骨形成因子が、ヒト骨誘導因子であることを特徴とする請求項7記載の関節軟骨の再生用部材。The member for regenerating articular cartilage according to claim 7, wherein the osteogenic factor is a human osteoinductive factor. 前記ヒト骨誘導因子が、組換えヒト骨誘導因子であることを特徴とする請求項9記載の関節軟骨の再生用部材。The member for regenerating articular cartilage according to claim 9, wherein the human osteoinductive factor is a recombinant human osteoinductive factor. 前記生体吸収性材料が、有機化合物であることを特徴とする請求項7〜10のいずれかに記載の関節軟骨の再生用部材。The member for regenerating articular cartilage according to any one of claims 7 to 10, wherein the bioabsorbable material is an organic compound. 前記生体吸収性材料が、疎水性および親水性の両性質を備えた高分子材料であることを特徴とする請求項7〜11のいずれかに記載の関節軟骨の再生用部材。The member for regenerating articular cartilage according to any one of claims 7 to 11, wherein the bioabsorbable material is a polymer material having both hydrophobic and hydrophilic properties.
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