JP5672812B2

JP5672812B2 - コラーゲン膜及びコラーゲン膜の製造方法

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Publication number: JP5672812B2
Application number: JP2010164868A
Authority: JP
Inventors: 亮介神村; 友亮中村
Original assignee: Nipro Corp
Current assignee: Nipro Corp
Priority date: 2010-07-22
Filing date: 2010-07-22
Publication date: 2015-02-18
Anticipated expiration: 2030-07-22
Also published as: JP2012024253A

Description

本発明は、コラーゲン糸が積層されたコラーゲン膜及びコラーゲン膜の製造方法に関する。

外科的処置や外傷の治療に用いられるものとして、コラーゲンを材料とする医療用基材が知られている。この医療用基材の一つとして、コラーゲン膜がある。コラーゲン膜は、湿式紡糸法により紡糸されたコラーゲン糸の複数本を所定の方向に配列させて一つの層を形成し、その方向とは別方向となるようにコラーゲン糸を配列させた別の層を積層して、各層を相互に接着させることにより形成される（特許文献１，２）。

特開２００３−３０１３６２号公報特開２００４−１４８０１４号公報

前述されたコラーゲン膜は、例えば、組織が再生する医療基材として利用される。コラーゲン膜は、乾燥状態で保存されており、使用に際して生理食塩水などに浸されて柔軟性を有する湿潤状態とされる。コラーゲン膜が柔軟性を有することにより、様々な形状の組織などに固定することができる。

しかしながら、コラーゲン膜は伸縮性に欠けるという問題がある。例えば、胃や腸、心臓、肺のように拡張、収縮を繰り返す臓器においては、固定されたコラーゲン膜が、臓器の動きに追従して伸縮することが望ましい。臓器の動きに対してコラーゲン膜の伸縮が足りないと、臓器の動きが阻害されたり、コラーゲン膜が破断したりするという問題がある。

本発明は、前述された事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、臓器などの動きに追従可能な伸縮性を有するコラーゲン膜を提供することにある。

本発明に係るコラーゲン膜は、少なくとも、複数本のコラーゲン糸が第１方向に沿って配置された第１層と、複数本のコラーゲン糸が上記第１方向とは異なる第２方向に沿って配置された第２層と、が積層され、かつ第１層と第２層とが相互に接着されたコラーゲン膜であって、部分的に第１加熱処理領域を有する。

第１加熱処理領域が伸縮性に優れるので、コラーゲン膜の伸縮性が向上される。

上記第１加熱処理領域は、少なくとも第３方向に沿った帯状のものであってもよい。

これにより、少なくとも第３方向に対する膜の伸縮性が向上される。

上記第１加熱処理領域は、所定の間隔で複数設けられたものであってもよい。これにより、第３方向に対する膜の伸縮性が更に向上される。

上記コラーゲン膜は、上記第３方向と交差する第４方向に沿った帯状の第２加熱処理領域を有するものであってもよい。これにより、第４方向に対する膜の伸縮性が向上される。

上記第２加熱処理領域は、所定の間隔で複数設けられたものであってもよい。これにより、第４方向に対する膜の伸縮性が更に向上される。

上記コラーゲン膜は、厚み方向に貫通する孔を有するものであってもよい。これにより、膜の伸縮性が更に向上される。

上記孔は、第１加熱処理領域以外、及び第２加熱処理領域を有する場合には第２加熱処理領域以外の領域に設けられたものであってもよい。これにより、第１加熱処理領域又は第２加熱処理領域による膜の伸縮性の向上と、孔による膜の伸縮性の向上とを両立させることができる。

本発明は、少なくとも、複数本のコラーゲン糸が第１方向に沿って配置された第１層と、複数本のコラーゲン糸が上記第１方向とは異なる第２方向に沿って配置された第２層と、を積層して、第１層と第２層とを相互に接着して薄平な膜とする第１ステップと、上記膜を部分的に加熱して加熱処理領域を形成する第２ステップと、を含むコラーゲン膜の製造方法として捉えられてもよい。

上記コラーゲン膜の製造方法は、上記膜を厚み方向に貫通する孔を形成する第３ステップを更に含んでもよい。

本発明によれば、コラーゲン膜が、臓器などの動きに追従可能な伸縮性を有するので、例えば、胃や腸、心臓、肺のように拡張、収縮を繰り返す臓器において、臓器の動きを阻害したり、コラーゲン膜が破断したりすることがない。

図１は、本発明の実施形態に係るコラーゲン膜１０を示す模式図である。図２は、コラーゲン膜１０の構成を示す分解模式図である。図３は、本発明の変形例に係る孔３３を有さないコラーゲン膜１０を示す模式図である。図４は、本発明の変形例に係る部分的な加熱処理領域３４を有するコラーゲン膜１０を示す模式図である。

以下に、適宜図面が参照されて、本発明の好ましい実施形態が説明される。なお、以下に説明される各実施形態は本発明の一例にすぎず、本発明の要旨を変更しない範囲で、本発明の実施形態が適宜変更できることは言うまでもない。

図１，２に示されるように、コラーゲン膜１０は、複数本のコラーゲン糸２０が第１方向２１に沿って配置された第１層１１と、複数本のコラーゲン糸２０が第２方向２２に沿って配置された第２層１２と、が積層され、かつ第１層１１と第２層１２とが相互に接着されたものである。コラーゲン膜１０の外形は、概ね四角形である。

コラーゲン糸２０は、可溶化されたコラーゲンを紡糸原液として紡糸される。可溶化されたコラーゲン溶液からコラーゲン糸２０を紡糸する方法として、例えば、前述された特許文献１，２や、特開平６−２２８５０５号公報、特開平６−２２８５０６号公報に記載された方法が挙げられる。

コラーゲンの由来は特に限定されないが、一般的にはウシ、ブタ、鳥類、魚類、ウサギ、ヒツジ、ネズミ、ヒトなどが挙げられる。コラーゲンは、これら動物種の皮膚、腱、骨、軟骨、臓器等から公知の抽出方法により得られる。また、コラーゲンのタイプは、I型、II型、III型などの分類可能なタイプのうち、いずれかに限定されるものではないが、取り扱いの観点から、I型が好適である。

可溶化されたコラーゲンとは、溶媒の溶解できるように処理が施されたコラーゲンであって、例えば、熱可溶化コラーゲン、酸可溶化コラーゲン、アルカリ可溶化コラーゲン、酵素可溶化コラーゲン、中性可溶化コラーゲンが挙げられる。特に、可溶化処理と共に、コラーゲンの抗原決定基であるテロペプタイドの除去処理が施されているアテロコラーゲンが好ましい。コラーゲンを可溶化させる溶媒は特に限定されないが、代表的なものとして、塩酸、酢酸、硝酸などの希酸溶液や、エタノール、メタノール、アセトンなどの親水性有機溶媒と水とこの混合液、水などが挙げられる。コラーゲンを可溶化する方法として、例えば、特公昭４６−１５００３号公報、特公昭４３−２５９８３９号公報、特公昭４３−２７５１３号公報に記載された方法が挙げられる。

コラーゲン膜１０は、第１層１１及び第２層１２が、相互のコラーゲン糸２０の配列方向（第１方向２１、第２方向２２）が所定の角度をなして積層されて相互に接着されている。この所定の角度は、０°でない任意の角度であるが、好ましくは鋭角である角度が２０°以下であり、より好ましくは１０°以下であるか、或いは７０〜９０°、より好ましくは８０〜９０°である。第１層１１と第２層１２とが積層されているとは、第１層１１を構成するコラーゲン糸２０と、第２層１２を構成するコラーゲン糸２０とが、その境界において相互に接触している状態をいう。

なお、本実施形態では、コラーゲン膜１０は、第１層１１及び第２層１２が積層されたものであるが、所定方向に配列された複数本のコラーゲン糸２０から構成された第３層、第４層などがさらに積層されたものであってもよい。なお、第３層や第４層などが積層されたコラーゲン膜１０においては、相互に接触していない各層のコラーゲン糸２０がなす角度は特に限定されず、例えば０°であってもよい。

第１層１１における各コラーゲン糸２０は、ほぼ第１方向２１に沿って配列されているが、各コラーゲン糸２０の長尺方向がなす角度は、第１方向２１から若干ずれていてもよい。具体的には、第１方向に対して約０〜５°程度ずれた方向であってもよい。第２層１２における各コラーゲン糸２０の長尺方向がなす角度も、第２方向２２に対して約０〜５°程度ずれていてもよい。

第１層１１及び第２層１２における複数本のコラーゲン糸２０の間隔は特に限定されるものではないが、約０〜４０ミリメートル程度の間隔で配列されていることが好ましく、より好ましくは約０〜１０ミリメートル程度であり、さらに好ましくは約０〜１ミリメートル程度である。

コラーゲン膜１０は、第３方向２３に沿った帯状の第１加熱処理領域３１、及び第４方向２４に沿った帯状の第２加熱処理領域３２を有する。第１加熱処理領域３１及び第２加熱処理領域３２は、コラーゲン膜１０の一部領域を加熱処理したものである。この加熱処理は、例えば、刃型の熱源をコラーゲン膜１０に押し当てて、当該熱源により所定の温度に瞬間的に加熱することにより実現される。このような加熱処理を行う機器として、例えば、インパルスシーラーが挙げられる。なお、図２においては、第１加熱処理領域３１及び第２加熱処理領域３２の図示が省略されている。

第３方向２３及び第４方向２４は、各々がコラーゲン膜１０の外形である四角形において隣接する各辺に沿った方向であり、両者は直交している。なお、第３方向２３及び第４方向２４は、コラーゲン膜１０の表面に沿った方向であればよく、外形に沿った方向であってもなくてもよいし、直線のように必ずしも一定の方向でなくとも湾曲していてもよい。これらの方向は、コラーゲン膜１０の伸縮性を向上させる方向に沿っていることが好ましい。また、第３方向２３と第４方向２４とは必ずしも直交している必要はなく、所定の角度で交わっていればよい。また、第１加熱処理領域３１と第２加熱処理領域３２とは、必ずしも双方が設けられている必要はなく、一方のみが設けられていてもよい。例えば、第１加熱領域３１のみが蛇行した方向に湾曲して設けられていてもよい。

第１加熱処理領域３１は、第４方向２４に沿って所定の間隔で複数が設けられている。第２加熱処理領域３２は、第３方向に沿って所定の間隔で複数が設けられている。第１加熱処理領域３１又は第２加熱処理領域３２の各間隔は、特に限定されず、また、必ずしも一定でなくてもよい。間隔が小さければ、コラーゲン膜１０の伸縮性が向上するが、加熱処理によるコラーゲン膜１０の変形が大きい。また、第１加熱処理領域３１又は第２加熱処理領域３２の各帯状の幅は特に限定されないが、一般的には数ミリメートル程度である。幅が大きければ、コラーゲン膜１０の伸縮性が向上するが、加熱処理によるコラーゲン膜１０の変形が大きい。

コラーゲン膜１０は、厚み方向に貫通する孔３３を有する。孔３３は、コラーゲン膜１０を厚み方向に貫通するものであれば形状や大きさは特に限定されないが、長孔や長方形のように長手方向を有する形状であれば、その長手方向へコラーゲン膜１０が伸びやすくなるが、その長手方向に対して破断しやすくもなる。また、孔３３を大きくすれば、コラーゲン膜１０が伸びやすくなるが破断しやすくもなる。

孔３３は、複数設けられているが、その個数や間隔は特に限定されない。孔３３の個数を多くすれば、コラーゲン膜１０が伸びやすくなるが破断しやすくもなる。間隔を小さくすれば、コラーゲン膜１０が伸びやすくなるが破断しやすくもなる。

孔３３は、第１加熱処理領域３１及び第２加熱処理領域３２以外の領域に設けられている。これにより、第１加熱処理領域３１及び第２加熱処理領域３２によるコラーゲン膜１０の伸縮性の向上と、孔３３によるコラーゲン膜１０の伸縮性の向上とが両立される。なお、第１加熱処理領域３１又は第２加熱処理領域３２の間隔が小さければ、孔３３が第１加熱処理領域３１又は第２加熱処理領域３２に形成されていても、両者により各作用が相殺される割合が小さいので、必ずしも、孔３３が第１加熱処理領域３１及び第２加熱処理領域３２以外の領域に設けられていなくともよい。

以下、コラーゲン膜１０の製造方法が説明される。コラーゲン膜１０の製造方法は、主として次の三つのステップに大別される。
（１）複数本のコラーゲン糸２０が第１方向２１に沿って配置された第１層１１と、複数本のコラーゲン糸２０が第２方向２２に沿って配置された第２層１２と、を積層して、第１層１１と第２層１２とを相互に接着して薄平な膜とする第１ステップ。
（２）膜の表面に沿った第３方向２３及び第４方向２４へ帯状にそれぞれ加熱して第１加熱処理領域３１及び第２加熱処理領域３２を形成する第２ステップ。
（３）膜を厚み方向に貫通する孔３３を形成する第３ステップ。

第１ステップにおいて、前述されたように、コラーゲン糸２０は、可溶化されたコラーゲンを紡糸原液として紡糸される。湿式紡糸においては、通常、コラーゲン溶液を所定の径のノズルから連続的に親水性有機溶媒等の脱溶媒剤が充填された浴槽中に吐出して、コラーゲン溶液を脱水及び凝固させる。これにより、ノズルから吐出されたコラーゲン溶液が糸状に連続したコラーゲン糸２０が得られる。得られたコラーゲン糸２０を、例えば矩形平板形状の巻取部材を回転させながら巻き取る。このとき、コラーゲン糸２０の長尺方向と、矩形平板の各辺との角度を所定の角度とすることにより、任意の第１角度２１又は第２角度２２を設定することができる。例えば、第１層１１が第１角度２１となるように巻取部材を所定角度に維持しながら回転させてコラーゲン糸２０を巻き取った後、第２層１２が第２角度２２となるように巻取部材を所定角度に変更して回転させて、第１層１１の上にコラーゲン糸２０を巻き取って第２層１２を積層する。

巻き取られたコラーゲン糸２０を乾燥することにより、第１層１１のコラーゲン糸２０と第２層１２のコラーゲン糸２０とが接着される。また、巻き取られたコラーゲン糸２０に対してコラーゲン溶液を噴霧或いは含浸させた後に乾燥させて、第１層１１のコラーゲン糸２０と第２層１２のコラーゲン糸２０とが接着されてもよい。そして、巻取部材に巻き取られたコラーゲン糸２０における矩形平板形状の周縁部分が切り取られることにより、矩形薄平な膜が得られる。

第２ステップにおいて、膜は、第３方向２３及び第４方向２４に帯状に加熱処理がなされる。この帯状の加熱処理は、前述されたように、例えばインパルスシーラーを用いて行われる。加熱処理は、膜を湿潤状態として行うことが好ましい。

第３ステップにおいて、孔３３が形成される。孔３３は、例えばパンチングにより形成され得る。第３ステップは、第２ステップの前に行われても後に行われてもよいが、孔３３が形成されるときには、膜は乾燥状態であることが好ましい。第１加熱処理領域３１、第２加熱処理領域３２、及び孔３３が形成されて、必要に応じて乾燥されることにより、コラーゲン膜１０が得られる。

このようにして得られたコラーゲン膜１０は、使用に際して、生理食塩水などに浸された湿潤状態とされる。湿潤状態のコラーゲン膜１０は、臓器などの動きに追従可能な伸縮性を有するので、例えば、胃や腸、心臓、肺のように拡張、収縮を繰り返す臓器に固定されたときに、臓器の動きを阻害したり、コラーゲン膜１０が破断したりすることがない。

［変形例］
なお、本実施形態に係るコラーゲン膜１０には孔３３が設けられているが、第１加熱処理領域３１及び第２加熱処理領域３２のみによってコラーゲン膜１０に所望の伸縮性が得られるのであれば、図３に示されるように、孔３３が設けられなくてもよい。

また、本実施形態に係るコラーゲン膜１０には、第１加熱処理領域３１及び第２加熱処理領域３２が設けられているが、これらはいずれか一方のみが設けられていてもよい。また、第１加熱処理領域３１又は第２加熱処理領域３２は、必ずしも連続した帯状である必要はなく、破線状に設けられていてもよい。

また、本実施形態に係るコラーゲン膜１０には、帯状の第１加熱処理領域３１及び第２加熱処理領域３２が設けられているが、本発明に係る部分的な加熱処理領域は、図４に示されるように、円形状の領域が相互に接することなく複数が分散されて、いわゆる水玉状に加熱処理領域３４が設けられていてもよい。

以下、本発明の実施例が説明される。

［実施例１］
前述された実施形態における製造方法によって膜を作成した。具体的には、ブタ由来I型／III型混合コラーゲン粉末（日本ハム株式会社製）を注射用蒸留水（大塚製薬社製）に溶解し、７重量％に調製した。そして、この７重量％コラーゲン水溶液をシリンジ（ＥＦＤ社製DisposableBarrels/Pistons，55mL）に充填し、シリンジに装着した針（ＥＦＤ社製UltraDispensingTips，27G，ID:φ0.21mm）よりコラーゲン水溶液を空気圧によりエタノール槽中に吐出した。吐出された７重量％コラーゲン水溶液はエタノール中で脱水されて糸状になった後、エタノール槽から引き上げられた。引き上げられたコラーゲン糸状物を、エタノール槽とは完全に分離独立された別のエタノール槽に室温で約３０秒間浸漬し、さらに凝固を施した。続いて、第２のエタノール槽から引き上げたコラーゲン糸状物を、１５rpmで回転している１辺が１６cm、厚さ８mmの板状部材に巻き取った。板状部材に均等にコラーゲン糸状物を巻き取っていくために、板状部材の水平位置を周期的に移動させる往復機構を用いて、板状部材を１．５mm／秒で往復させた。また、板状部材を３６５回転させると、その回転軸を９０°方向転換し、これを１２回繰り返して、合計約４４００回の巻き取りを行い、コラーゲン糸状物の１２層の積層体を作成した。この積層体をバキュームドライオーブン（EYELA社製：VOS-300VD型）と油回転真空ポンプ（ULVAC社製：GCD135-XA型）を用いて、１３０℃、減圧下（１hPa以下）で２４時間熱脱水架橋反応を行うことにより、板状部材の片面に１枚ずつの合計２枚のコラーゲン不織布を作成した。
次ぎに、ブタ由来I型／III型混合コラーゲン粉末（日本ハム株式会社製）を注射用蒸留水（大塚製薬社製）に溶解し、１重量％に調製した。この１重量％に調製したコラーゲン水溶液を、得られたコラーゲン不織布に含浸させ、膜状に成型した後、常温で十分に自然乾燥した。その後、前述のバキュームドライオーブンを用いて、１３０℃、減圧下（１hPa以下）で１２時間熱脱水架橋反応を行い、膜状のコラーゲン不織布を得た。
この膜状のコラーゲン不織布に対して、一定の方向に５箇所の加熱処理領域をインパルスシーラー（富士インパルス社製：Ｐ−３００）により形成して、コラーゲン膜１０を得た。

［実施例２］
前述された実施例１と同様にして膜状のコラーゲン不織布を作成した。この膜状のコラーゲン不織布に対して、一定の方向に２箇所の加熱処理領域を前述のインパルスシーラーにより形成して、加熱処理領域の間、及び加熱処理領域と膜の縁との間の合計３箇所に孔３３を形成して、コラーゲン膜１０を得た。

［比較例］
前述された実施例１と同様にして膜状のコラーゲン不織布を作成し、加熱処理領域及び孔３３を形成することなく乾燥してコラーゲン膜とした。

［引っ張り試験］
実施例１，２及び比較例で得られた各コラーゲン膜を室温の水に２時間浸して湿潤状態とし、縦×横の寸法が１５ｍｍ×５０ｍｍの大きさの短冊に切断して試験片とした。短冊形状の長尺方向を引っ張り方向として、引っ張り試験器（株式会社島津製作所製：AG-IS）により各つかみ位置間の距離が３０ｍｍとなるように掴ませて、１０ｍｍ／分の速度で引っ張り試験を行った。そのときの引っ張り力が最大となったときの力及び変位、並びに試験片が破断したときの力を測定した。その結果を表１に示す。

表１から明らかなように、実施例１，２は、比較例に対して最大点となるときの力が小さくなり、かつ変位が大きくなった。これは、実施例１，２におけるコラーゲン膜が、比較例におけるコラーゲン膜より、伸びやすく、収縮可能な変位が大きいことを示している。つまり、実施例１，２におけるコラーゲン膜が、比較例におけるコラーゲン膜より伸縮性に優れていることが確認された。

１０・・・コラーゲン膜
１１・・・第１層
１２・・・第２層
２０・・・コラーゲン糸
２１・・・第１方向
２２・・・第２方向
２３・・・第３方向
２４・・・第４方向
３１・・・第１加熱処理領域
３２・・・第２加熱処理領域
３３・・・孔
３４・・・加熱処理領域

Claims

少なくとも、複数本のコラーゲン糸が第１方向に沿って配置された第１層と、複数本のコラーゲン糸が上記第１方向とは異なる第２方向に沿って配置された第２層と、が積層され、かつ第１層と第２層とが相互に接着されたコラーゲン膜であって、
部分的に、少なくとも第３方向に沿った帯状の第１加熱処理領域を有するコラーゲン膜。
上記第１加熱処理領域が、所定の間隔で複数設けられた請求項１に記載のコラーゲン膜。
上記第３方向と交差する第４方向に沿った帯状の第２加熱処理領域を有する請求項２に記載のコラーゲン膜。
上記第２加熱処理領域が、所定の間隔で複数設けられた請求項３に記載のコラーゲン膜。
厚み方向に貫通する孔を有する請求項１から４のいずれかに記載のコラーゲン膜。
上記孔は、第１加熱処理領域以外、及び第２加熱処理領域を有する場合には第２加熱処理領域以外の領域に設けられたものである請求項５に記載のコラーゲン膜。
少なくとも、複数本のコラーゲン糸が第１方向に沿って配置された第１層と、複数本のコラーゲン糸が上記第１方向とは異なる第２方向に沿って配置された第２層と、を積層して、第１層と第２層とを相互に接着して薄平な膜とする第１ステップと、
上記膜を部分的に加熱して、少なくとも第３方向に沿った帯状の加熱処理領域を形成する第２ステップと、を含むコラーゲン膜の製造方法。
上記膜を厚み方向に貫通する孔を形成する第３ステップを更に含む請求項７に記載のコラーゲン膜の製造方法。