JP5322146B2

JP5322146B2 - 生体用足場材

Info

Publication number: JP5322146B2
Application number: JP2007187558A
Authority: JP
Inventors: 正紀菊池
Original assignee: National Institute for Materials Science
Current assignee: National Institute for Materials Science
Priority date: 2007-07-18
Filing date: 2007-07-18
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2027-07-18
Also published as: JP2009022480A

Description

本発明は、細胞や組織を保持する為の生体用足場材に関する。

従来より、生体用足場材としては、細胞や組織を入れる多孔質体で構成されていた。
この結果、術者の手術時の操作によって気孔構造が壊れてしまう。また、パテ状の生体材料では、ベッドサイドで材料自体が変形されあるいは練り込まれるため、あらかじめ気孔を作成していても気孔構造が破壊されてしまうという問題があった。

本発明は、このような実情に鑑み、生体内で多孔体となる足場材を提供することを目的とする。

発明１の生体用足場材は、非水溶性生体適合性材料中に生体適合性水溶性高分子繊維が混合分散されてなり、前記非水溶性生体適合性材料中の前記生体適合性水溶性高分子繊維が純水又は０．５％グルタールアルデヒド溶液中で溶出可能とされていることを特徴とする。

本発明により、生体適合性水溶性高分子からなる繊維は、生体内で溶出し、オンデマンドで多孔体となり、これに細胞や組織を浸透させることで足場材として機能することが出来る。
この結果、生体への適合時に与えられる外力によって孔が壊れるような恐れが無くなった。

本発明の生体適合性の高い水溶性高分子繊維は、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルキチン、カルボキシメチルキトサン、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコールなど、あるいはそれらの混合物をはじめとするあらゆる生体適合性の高い水溶性高分子を使用することができる。

非水溶性生体適合性材料は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂を含むあらゆる樹脂で、重合前あるいは重合後に加熱、非極性溶媒（アセトン、ジクロロメタンなど）への溶解等の手段により前記生体適合性水溶性高分子と混練する事が可能な材料を含む。たとえば、ポリ乳酸、その共重合体及びそれを含む生体適合性生分解性ポリエステル、ポリメチルメタクリレートなどである。また、それ以外にも生体適合性セラミックスの粒子が前記樹脂あるいは非極性溶液に分散したものを含む。たとえば、エタノールやアセトンでパテ状にしたアパタイト／コラーゲン複合体、ポリ乳酸／リン酸カルシウム複合体、ポリエチレン／アパタイト複合体等である。

熱可塑性樹脂であり生体許容性のあるポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）と、水溶性高分子であるカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）からなる繊維（繊維径１００〜１５０μｍ）を表１の通りの体積比でラボプラストミル（東洋精機製）にて１８０℃で３０分混練した後、１６５℃、３０ＭＰａの加熱圧縮によって厚さ３ｍｍ、５ｃｍ角の板状に成形した。これらを５×１０ｍｍに切り出し、純水中に７２時間浸漬した後、１０２℃で一晩乾燥して５種類のサンプルを作成した。これの圧縮面および横断面に食品用着色料を滴下し、気孔への侵入状態を色によって連通性を確認した（カメラにより撮影）。

サンプル1については、食品用着色料溶液が60分経っても上面から下面まで気孔を通じて浸透していないが、途中までは浸透していることから、不完全連通と判断した。サンプル２については、60分静置後にどちらの面から色素液を滴下した場合でも上面から下面まで色素液が浸透しているため、連通していると判断した。以下、静置時間は異なるものの、同一基準で判定した。これらを見ると、水溶性繊維添加量が多い方が連通性が高い（浸透時間が早い）と結論づけられ、また、最低添加量（気孔率）は18体積％（28体積％）で十分に連通する事が結論づけられる。

純水中に静置後、水溶性繊維が肉眼的に内部に至るまで溶出していることを確認し、試料の重量mを測定した。また、試料の外形から見かけの体積Vaを求め、見かけの密度Daを計算した。この密度と使用したPMMA緻密体の実測密度1.16から、下記の計算にて気孔率Pを求めた。（計算式は以下に示す）
Da = m/Va (g/cm³)
P = (1.16-Da)/1.16 × 100 (%)

粘弾性を持つポリマーであるポリ乳酸-グリコール酸-εカプロラクトン共重合体（以下PLGC）と水溶性高分子であるカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）からなる繊維（繊維径１００〜１５０μｍ）を表２の通りの体積比でラボプラストミル（東洋精機製）にて１２０℃で３０分混練した後、１２０℃、３０ＭＰａの加熱圧縮によって厚さ１０ｍｍ、直径１２ｍｍの円筒に成形した。これらを、純水中に７２時間浸漬した後、−５℃で一晩乾燥して３種類のサンプルを作成した。これの圧縮面に食品用着色料を滴下し、気孔への侵入状態を色によって連通性を確認した（カメラにより撮影）。

サンプル６については、食品用着色料溶液が20分経っても上面から下面まで気孔を通じて浸透していないが、途中までは浸透していることから、不完全連通と判断した。サンプル７については、20分静置後に上面から下面まで色素液が浸透しているため、連通していると判断した。サンプル8についても、静置時間は異なるものの、同一基準で判定した。これらを見ると、水溶性繊維添加量が多い方が連通性が高い（浸透時間が早い）と結論づけられ、また、添加量（気孔率）は少なくとも25体積％（38.6体積％）で十分に連通する事が結論づけられる。

純水中に静置後、水溶性繊維が肉眼的に内部に至るまで溶出していることを確認し、試料の重量mを測定した。また、試料の外形から見かけの体積Vaを求め、見かけの密度Daを計算した。この密度と使用したPLGC緻密体の密度1.2から、下記の計算にて気孔率Pを求めた。（計算式は以下に示す）
Da = m/Va (g/cm³)
P = (1.2-Da)/1.2 × 100 (%)

PLGCは元々粘弾性があるが、多孔体とすることで、指で押さえれば半分程度の体積になるほどに変形（図36）するが、開放すると直ちに元の大きさに復元した（図37参照）

特許第3379088号に記載の水酸アパタイトとコラーゲンの自己組織化線維からなる骨類似のナノ構造を持ったHAp/Col複合体の短繊維を合成し、凍結乾燥した。その後、このHAp/Col複合体とCMC繊維（体積比が複合体：線維で6:4）をエタノール中で混連の後、圧縮脱エタノール成形した。得られた成型物を0.5%グルタールアルデヒド溶液中で脱CMC繊維とコラーゲンへの架橋を同時に行った。得られた多孔体の写真は図38に示す。
この多孔体を用い、足場材料としての評価を行った。
MG63細胞を10％のウシ胎児血清、1%の抗生物質を加えたダルベッコモディファイド培地（以下DMEM）で培養し、増殖させた。
作製したHAp/Col多孔体に上記MG63をDMEMで懸濁した細胞懸濁液を滴下し、真空で懸濁液を多孔体中に導入後、1時間静置した。その後、DMEMを所定量加え、7日間培養した。
図39は得られた複合体を固定、パラフィン包埋後薄切し、HE染色したものである。細胞が多孔体表面及び内部に侵入し、良好に成育していることが判る。

各種体組織の細胞/組織再生用足場材料として利用可能である。

サンプル１の横断面からの食品用色素溶液浸透時間０分での状態を示す写真サンプル１の横断面からの食品用色素溶液浸透時間１分での状態を示す写真サンプル１の横断面からの食品用色素溶液浸透時間６０分での状態を示す写真サンプル１の圧縮面からの食品用色素溶液浸透時間０分での状態を示す写真サンプル１の圧縮面からの食品用色素溶液浸透時間１分での状態を示す写真サンプル１の圧縮面からの食品用色素溶液浸透時間６０分での状態を示す写真サンプル２の横断面からの食品用色素溶液浸透時間０分での状態を示す写真サンプル２の横断面からの食品用色素溶液浸透時間１分での状態を示す写真サンプル２の横断面からの食品用色素溶液浸透時間６０分での状態を示す写真サンプル２の圧縮面からの食品用色素溶液浸透時間０分での状態を示す写真サンプル２の圧縮面からの食品用色素溶液浸透時間１分での状態を示す写真サンプル２の圧縮面からの食品用色素溶液浸透時間６０分での状態を示す写真サンプル３の横断面からの食品用色素溶液浸透時間０分での状態を示す写真サンプル３の横断面からの食品用色素溶液浸透時間１分での状態を示す写真サンプル３の横断面からの食品用色素溶液浸透時間３０分での状態を示す写真サンプル３の圧縮面からの食品用色素溶液浸透時間０分での状態を示す写真サンプル３の圧縮面からの食品用色素溶液浸透時間１分での状態を示す写真サンプル３の圧縮面からの食品用色素溶液浸透時間３０分での状態を示す写真サンプル４の横断面からの食品用色素溶液浸透時間０分での状態を示す写真サンプル４の横断面からの食品用色素溶液浸透時間０．５分での状態を示す写真サンプル４の圧縮面からの食品用色素溶液浸透時間０分での状態を示す写真サンプル４の圧縮面からの食品用色素溶液浸透時間０．５分での状態を示す写真サンプル５の横断面からの食品用色素溶液浸透時間０分での状態を示す写真サンプル５の横断面からの食品用色素溶液浸透時間０．５分での状態を示す写真サンプル５の圧縮面からの食品用色素溶液浸透時間０分での状態を示す写真サンプル５の圧縮面からの食品用色素溶液浸透時間０．５分での状態を示す写真サンプル6の食品用色素溶液浸透時間０分での状態を示す写真サンプル6の食品用色素溶液浸透時間1分での状態を示す写真サンプル6の食品用色素溶液浸透時間2０分での状態を示す写真サンプル7の食品用色素溶液浸透時間０分での状態を示す写真サンプル7の食品用色素溶液浸透時間1分での状態を示す写真サンプル7の食品用色素溶液浸透時間2０分での状態を示す写真サンプル8の食品用色素溶液浸透時間０分での状態を示す写真サンプル8の食品用色素溶液浸透時間1分での状態を示す写真サンプル8の食品用色素溶液浸透時間3分での状態を示す写真実施例2の足場材を指にて押し潰した写真図36の状態から指を離し、自力で復元した状態を示す写真実施例3の足場材を示す写真図36に示す多孔質足場材にMG63細胞を含浸し培養した後の足場材の断面写真

Claims

細胞や組織を保持する為の生体用足場材であって、
非水溶性生体適合性材料中に生体適合性水溶性高分子繊維が混合されてなり、
前記非水溶性生体適合性材料中の前記生体適合性水溶性高分子繊維が純水又は０．５％グルタールアルデヒド溶液中で溶出可能とされていることを特徴とする生体用足場材。