JP5161482B2

JP5161482B2 - 生体組織補填材の製造方法

Info

Publication number: JP5161482B2
Application number: JP2007124828A
Authority: JP
Inventors: 将人玉井; 良昭芝
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2007-05-09
Filing date: 2007-05-09
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2027-05-09
Also published as: JP2008279007A

Description

本発明は、生体組織補填材の製造方法に関するものである。

従来、生体組織欠損部等に補填されて、該生体組織欠損部における細胞の成長を促進し、生体組織欠損部を修復する生体組織補填材が知られている（例えば、特許文献１〜６参照）。
特許文献１および特許文献２に開示されている生体組織補填材は、球状のセラミックス粒子に係るものである。球状に形成されたセラミックス粒子によれば、細胞を播種させる表面積を最大限に確保することができる。

また、特許文献３〜特許文献６に開示されている生体組織補填材は、ハイドロゲル等の生体高分子ゲルにサイトカイン等の薬剤やカルシウム化合物を含有させたものである。生体高分子ゲルによれば、含有されている薬剤を徐放させたり、細胞の成長に適したカルシウムを細胞に提供したりすることができる。

特開２００１−１０７５８５号公報特開２００３−１２３８３号公報特開２００３−８１８６６号公報特開２００４−２９０５８６号公報特開２００６−３０６７８７号公報特表２００４−５０７４７２号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２に開示されている球状のセラミックス粒子からなる生体組織補填材は、多孔質構造を構成することができないために、内部に薬剤等を含浸させることができず、専ら、その大きな表面に細胞を付着させるために使用されるに過ぎない。
また、特許文献３〜特許文献６に開示されている生体組織補填材は、ブロック状に形成されるために表面積を広く確保することができず、多くの細胞を播種することができないために、生体組織欠損部の効率的な修復を図ることができないという不都合がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、細胞を付着させるための十分に広い表面積を確保しながら取り扱い性を向上するとともに、薬剤等を含有させて徐放させることができる生体組織補填材の製造方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は参考例として、リン酸イオンを含む水溶液にハイドロゲル原料高分子を添加して調製した膨潤液を、カルシウムイオンを含む水溶液に滴下することにより製造された生体組織補填材を提供する。
本発明によれば、膨潤液をカルシウムイオンを含む水溶液に滴下すると、膨潤液に含まれるリン酸イオンとカルシウムイオンが化合してリン酸カルシウムが析出すると同時に、膨潤液に含まれるハイドロゲル原料高分子がカルシウムイオンによって架橋されてハイドロゲルが形成される。

リン酸カルシウムの析出とハイドロゲルの形成は、膨潤液の液滴がカルシウムイオンを含む水溶液に接触した瞬間に生じるため、リン酸カルシウムが含有された球状のハイドロゲルからなる生体組織補填材となる。
このように構成された本発明に係る生体組織補填材によれば、球状に形成されることにより、表面積を最大限に確保することができるとともに、含有されるリン酸カルシウムにより表面への細胞の生着性を向上することができる。したがって、生体組織欠損部等に補填されたときに、細胞の効率的な成長を促進し、生体組織を迅速に修復することができる。また、リン酸カルシウム微粒子のみからなる生体組織補填材と比較して、ハイドロゲルにより構成された本発明に係る生体組織補填材は取り扱い性を向上することができる。

上記発明においては、直径１〜１０００μｍの球状のハイドロゲル内にセラミックス微粒子が含有されていることとしてもよい。
また、上記発明においては、デキサメタゾン、アスコルビン酸またはβグリセロリン酸の少なくとも１種類からなる添加剤が含有されていることが好ましい。
このようにすることで、生体内におけるハイドロゲルの吸収に伴って、該ハイドロゲル内に含有されていた添加剤を放出させる徐放性を持たせることができ、細胞の成長を長時間にわたり促進することができる。

また、上記発明においては、前記ハイドロゲル原料高分子が、アルギン酸、コラーゲン、アガロース、ヒアルロン酸、キトサンまたはゼラチンの少なくとも１種類からなることとしてもよい。
このようにすることで、いずれのハイドロゲル原料高分子を採用しても、生分解性のハイドロゲルを構成することができる。

また、本発明は、リン酸イオンを含む水溶液にハイドロゲル原料高分子を添加して膨潤液を調製する調製ステップと、該調製ステップにおいて調製された膨潤液を、カルシウムイオンを含む水溶液に滴下する滴下ステップとを備える生体組織補填材の製造方法を提供する。
本発明によれば、調製ステップにおいて調製された膨潤液を、滴下ステップにおいてカルシウムイオンを含む水溶液に滴下するだけで、液滴がカルシウムイオンを含む水溶液に接触した瞬間に球状のハイドロゲルを形成し、かつ、該球状のハイドロゲル内にリン酸カルシウムを析出させることができる。これにより、リン酸カルシウムを含有する球状のハイドロゲルからなる生体組織補填材を簡易に製造することができる。

上記発明においては、前記調製ステップが、リン酸イオンを含む水溶液と添加剤とを混合した混合液にハイドロゲル原料高分子を添加して膨潤液を調製することとしてもよい。
このようにすることで、球状のハイドロゲル内にリン酸カルシウムと添加剤とを含有した生体組織補填材を簡易に製造することができる。ハイドロゲルの消滅に伴って添加剤が放出される徐放性を有する生体組織補填材を提供することができる。

また、上記発明においては、前記添加剤が、デキサメタゾン、アスコルビン酸またはβグリセロリン酸の少なくとも１種類からなることとしてもよい。
また。前記ハイドロゲル原料高分子が、アルギン酸、コラーゲン、アガロース、ヒアルロン酸、キトサンまたはゼラチンの少なくとも１種類からなることとしてもよい。

本発明に係る生体組織補填材によれば、細胞を付着させるための十分に広い表面積を確保しながら取り扱い性を向上するとともに、薬剤等を含有させて徐放させることができるという効果を奏する。
また、本発明に係る生体組織補填材の製造方法によれば、リン酸カルシウムを含有する球状のハイドロゲルからなる生体組織補填材を簡易に製造することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る生体組織補填材とその製造方法について、図１および図２を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る生体組織補填材１は、図１に示されるように、直径約１〜１０００μｍの球状に形成されたハイドロゲル２の内部に、リン酸カルシウム３およびサイトカイン４を含有したものである。

ハイドロゲル２は、例えば、アルギン酸ハイドロゲルであり、生体吸収性を有している。
リン酸カルシウム３は、例えば、ハイドロキシアパタイトである。また、サイトカイン４は、例えば、デキサメタゾン、アスコルビン酸またはβグリセロリン酸の少なくとも１つを含んでいる。

このように構成された本実施形態に係る生体組織補填材１によれば、球状に形成されているので、表面積が大きく、生体組織欠損部に高い充填密度で補填することができる。その結果、表面に多数の細胞を生着させることができ、細胞の成長を促進して、効率的に生体組織欠損部を修復することができる。

ハイドロゲル２のみからなる生体組織補填材の場合には、その表面への細胞の接着性は低いが、本実施形態に係る生体組織補填材１には、細胞の接着性の高いリン酸カルシウムが含有されているので、細胞を容易に生着させることができる。

さらに、球状のハイドロゲル２により構成されているので、顆粒状のリン酸カルシウム３からなる生体組織補填材と比較すると、生体組織欠損部への補填の際の取り扱い性を向上することができる。すなわち、顆粒状のリン酸カルシウムからなる生体組織補填材の場合には、生体組織欠損部への入口周辺の表皮組織等に付着してしまうので、補填作業を慎重に行ったり、専用の器具を用いたりする必要があるが、本実施形態に係る生体組織補填材１によれば、そのような不都合はない。

また、本実施形態に係る生体組織補填材１によれば、ハイドロゲル２内にサイトカイン４が含有されているので、生体組織欠損部等に補填されることによってハイドロゲル２が経時的に分解されて消滅していくと、これに応じて含有されているサイトカイン４が放出されていく。したがって、長期間にわたりサイトカイン４を徐放し続けることができ、細胞の成長を長期間にわたって促進し続けることができる。

なお、本実施形態に係る生体組織補填材１においては、リン酸イオンを含む水溶液内のリン酸イオンの濃度を調節することにより、ハイドロゲル２内に含有されるリン酸カルシウム３の比率を２０〜８０％の範囲で調節することとすればよい。

次に、本実施形態に係る生体組織補填材１の製造方法について、図２を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る生体組織補填材１の製造方法は、図２に示されるように、ｐＨ７以上のリン酸イオン水溶液と、サイトカイン４とを混合して混合液を調製する混合液調製ステップＳ１と、該混合液調製ステップＳ１において調製された混合液にアルギン酸を添加して膨潤液を調製する膨潤液調製ステップＳ２と、該膨潤液調製ステップＳ２において調製された膨潤液を塩化カルシウム水溶液に滴下する滴下ステップＳ３とを備えている。

混合液調製ステップＳ１は、例えば、リン酸イオンを含む水溶液を水酸化ナトリウム等によりｐＨ７以上に調製した後、得られたリン酸水溶液に、デキサメタゾン、アスコルビン酸またはβグリセロリン酸の少なくとも１つからなるサイトカイン４を添加して溶解させることにより混合液を得るようになっている。
膨潤液調製ステップＳ２は、得られた混合液にアルギン酸を１％加えて１昼夜放置することにより膨潤液を作成するようになっている。

滴下ステップＳ３は、得られた膨潤液を分液ロートに入れ、準備しておいた０．２Ｍ塩化カルシウム水溶液に滴下するようになっている。塩化カルシウム水溶液に滴下された膨潤液の液滴は、塩化カルシウム水溶液に接触した瞬間に、膨潤液内に含まれているリン酸イオンおよびアルギン酸が、塩化カルシウム水溶液内に存在しているカルシウムイオンと反応するようになっている。

すなわち、リン酸イオンとカルシウムイオンとが反応することにより、リン酸カルシウム３が析出される。一方、アルギン酸がカルシウムイオンによって架橋されることによりハイドロゲル化する。アルギン酸は、塩化カルシウム水溶液に滴下された膨潤液のほぼ液滴形状のままでハイドロゲル化させられることにより、略球状のハイドロゲル２が形成される。析出したリン酸カルシウム３および混合液に含まれていたサイトカイン４は球状のハイドロゲル２内に含有された状態で一体的に形成される。

このように本実施形態に係る生体組織補填材１の製造方法によれば、リン酸イオンを含む水溶液、サイトカイン４およびアルギン酸を混合した膨潤液を塩化カルシウム水溶液に滴下するだけで、リン酸カルシウム３およびサイトカイン４を含有する球状のハイドロゲル２からなる生体組織補填材１を簡易に製造することができるという利点がある。

ここで、本実施形態に係る生体組織補填材１の製造方法の一実施例について、説明する。
本実施例においては、共沈法によりアルギン酸／リン酸カルシウム複合体を合成した。
まず、０．１２Ｍのリン酸水素アンモニウム（ＮＨ_４）_２ＨＰＯ_４を２０ｍＬ準備した。次いで、この０．１２Ｍリン酸水素アンモニウムにアルギン酸を２重量％となるように加え、室温で２４時間放置して、リン酸イオンを含むアルギン酸膨潤液を得た。

そして、このリン酸イオンを含むアルギン酸膨潤液をシリンジに注入し、これを０．２Ｍの塩化カルシウム水溶液中に滴下することにより、球状のアルギン酸／リン酸カルシウム複合体を合成した。得られた球状のアルギン酸／リン酸カルシウム複合体を１５０μｍのナイロン製メッシュに通すことにより、塩化カルシウム水溶液から複合体を回収し、蒸留水を用いて洗浄した。これにより、本実施形態に係る生体組織補填材１を製造することができた。

なお、本実施形態に係る生体組織補填材１とその製造方法においては、ハイドロゲル原料高分子としてアルギン酸を例示して説明したが、これに代えて、コラーゲン、アガロース、ヒアルロン酸、キトサンあるいはゼラチンの少なくとも１種類を採用してもよい。また、カルシウムイオンを含む水溶液として塩化カルシウム水溶液を採用したが、これに代えて、他のカルシウムイオンを含む水溶液を採用してもよい。

本発明の一実施形態に係る生体組織補填材を示す模式図である。図１の生体組織補填材の製造方法を示すフローチャートである。

符号の説明

Ｓ２調製ステップ
Ｓ３滴下ステップ
１生体組織補填材
２ハイドロゲル
３リン酸カルシウム
４添加剤

Claims

リン酸イオンを含む水溶液にハイドロゲル原料高分子を添加して膨潤液を調製する調製ステップと、
該調製ステップにおいて調製された膨潤液を、カルシウムイオンを含む水溶液に滴下する滴下ステップとを備える生体組織補填材の製造方法。
前記調製ステップが、リン酸イオンを含む水溶液と添加剤とを混合した混合液にハイドロゲル原料高分子を添加して膨潤液を調製する請求項１に記載の生体組織補填材の製造方法。
前記添加剤が、デキサメタゾン、アスコルビン酸またはβグリセロリン酸の少なくとも１種類からなる請求項２に記載の生体組織補填材の製造方法。
前記ハイドロゲル原料高分子が、アルギン酸、コラーゲン、アガロース、ヒアルロン酸、キトサンまたはゼラチンの少なくとも１種類からなる請求項１から請求項３のいずれかに記載の生体組織補填材の製造方法。