JP6622416B2 - 骨修復のための注入可能な複合材料およびそれを調製する方法 - Google Patents
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Description
1)微小繊維生体組織マトリクス材料を調製する工程であって、以下の工程:
1.1)組織原材料を採取し、血液を洗い流し、0.5〜2センチメートル幅および4〜8センチメートル長の細長い小片に切断し、前記小片を−20℃にて保存する工程と、
1.2)消毒し、滅菌する工程であって、0.1%の質量濃度でアンモニア水溶液を使用することによって組織原材料を滅菌し、組織原材料をその溶液中に浸し、6〜36時間ゆっくりと振盪し、滅菌脱イオン水で十分に洗浄し、次いで滅菌生理食塩水ですすぐ、消毒し、滅菌する工程と、
1.3)消毒した組織原材料小片を粉砕器によって均質化する、組織を微粉化する工程と、
1.4)脱細胞化溶液で組織原材料を脱細胞化し、続いて残存しているデオキシリボ核酸をデオキシリボヌクレアーゼ溶液で除去し、α−ガラクトシド除去のための溶液でα−ガラクトシドを除去し、過酸化水素、酢酸およびペルオキシ酢酸の混合溶液によってウイルスを不活性化する工程と、
1.5)組織マトリクスを洗浄する工程であって、工程1.4)の処理から生じた残留物を除去するように、0.9%の質量濃度で生理食塩水を使用して工程1.5)における生成物を3回以上洗浄する、組織マトリクスを洗浄する工程と、
1.6)工程1.5)における生成物を3回以上滅菌脱イオン水で洗浄する工程と、
1.7)Co60ガンマ線、X線または電子ビームによる滅菌後、得られた生体組織マトリクス微小繊維を密閉容器内に密閉し、保存する、最終的に滅菌する工程であって、生体組織マトリクス材料は中性pHで緩衝液中に保存され、緩衝液は生理食塩水およびリン酸緩衝液を含む、滅菌する工程と
を含む、微小繊維生体組織マトリクス材料を調製する工程と、
2)バイオセラミック微小粒子を調製する工程であって、以下の工程:
2.1)特定の用途に応じたバイオセラミックの機械的粉砕、高速ボールミル粉砕、およびふるい分けの工程の後、0.1〜500マイクロメートルの粒径を有するバイオセラミック微小粒子を得、次いでウイルスを不活性化するために高温および高圧下でバイオセラミック微小粒子を消毒し、滅菌する工程と、
2.2)1:1〜1:5の比でバイオセラミック微小粒子を滅菌生理食塩水と混合し、十分に撹拌し、振動して、均一な懸濁液を得る工程と、
を含む、バイオセラミック微小粒子を調製する工程と、
3)工程1.7)において得られた生体組織マトリクス微小繊維を、微小繊維の重量の1〜5倍の重量の生理食塩水中に懸濁し、生体組織マトリクス微小繊維の均一な懸濁液を得るのに十分に振盪する工程と、
4)本発明による原材料の割合でバイオセラミック粒子を生体組織マトリクス微小繊維と混合する工程と、
5)ボルテックスミキサー上に混合物を配置し、バイオセラミック粒子が生体組織マトリクス微小繊維上に完全に吸収されるまで1時間十分に混合する工程と、
6)200〜10000rpmにて遠心分離することによって過剰な水を除去し、混合物を固体状態で底部に堆積させる工程と、
7)混合物の重量の1〜5倍の重量の生理食塩水を加え、それらをボルテックスミキサー上に配置して、均一な流体混合物を形成する工程であって、水分含有量の質量パーセントが20〜80%である、工程と、
8)得られた流体混合物を密閉容器に密閉し、保存し、ガンマ線、X線または電子ビームで滅菌する、最終的に滅菌する工程と
を含む。
1)脱細胞化し、抗原を抽出したブタの真皮から得、Co60ガンマ線によって滅菌した微小繊維生体組織マトリクス材料を秤量した。その材料を10mg/mLの濃度で0.9%の生理食塩水に懸濁した。
2)材料を滅菌脱イオン水で3回以上洗浄した。調製した脱細胞化マトリクス微小繊維のパラメーターを図1に示した。それは0.05〜0.95の平均アスペクト比および40〜1000μmの粒径分布を有する。
3)リン酸水素カルシウム微小粒子を秤量し、滅菌脱イオン水を加えて10mg/mLの均質な懸濁液を調製した。
4)リン酸水素カルシウム微小粒子を、40ミクロンの孔経を有するフィルター膜に迅速に通過させ、その中において大きなサイズの凝集した粒子を除去した。
5)懸濁液を1200rpmにて2分間遠心分離し、上清を除去した。
6)0.5ミリリットルの滅菌脱イオン水を1gのリン酸水素カルシウム微小粒子に加えて、繰り返しボルテックス振動し、撹拌することによってペーストを調製した。
7)リン酸水素カルシウム微小粒子を、4:6の脱細胞化微小繊維マトリクス対リン酸水素カルシウム微小粒子の質量比で脱細胞化微小繊維マトリクスに加えた。
8)リン酸水素カルシウム微小粒子および脱細胞化微小繊維マトリクスをボルテックスミキサー上に配置し、それらが均質に混合するように1時間完全に混合した。
9)混合物を1200rpmにて2分間遠心分離し、上清を除去した。
10)2重量部の滅菌生理食塩水を、4重量部の脱細胞化マトリクス微小繊維および6重量部のリン酸水素カルシウム微小粒子に加えた。
11)注入可能な複合材料を十分な撹拌後に得た。図2に示すように、この材料は標準的な注射器を用いて患者の創傷に適用できる。
12)複合材料をペーストとして保存し、その微小構造を図3に示した。走査型電子顕微鏡画像により、リン酸水素カルシウム微小粒子が、明らかな凝集なしに脱細胞化マトリクス微小繊維周囲に均一に分散されることが示される。さらに、高倍率下での画像により、脱細胞化マトリクスは多量のコラーゲン繊維からなり、コラーゲン繊維はその天然の三重螺旋構造を完全に維持し、ミセルとして複合材料内に分散することが示される。
本発明に従って調製した注入可能な生体組織マトリクス/リン酸水素カルシウム複合材料を使用して、胸腺を有さないヌードマウスのマウス頭蓋冠欠損モデルによるこの材料の骨形成能力を評価した。マウス(6症例)を麻酔し、次いでその頭部の毛を剃り落とした。1センチメートルの皮膚切開をマウス頭部の矢状縫合に沿って切断した。3.5ミリメートルの直径を有する円形欠損を、皮膚を離して置いた後、歯科用ドリルを用いて頭蓋骨に行った。骨欠損を本発明によって調製した材料で充填し、次いで創傷を縫合した。6週後、マウスを安楽死させた。修復後の頭蓋骨を肉眼で観察した。材料および周囲の骨組織は十分に融合したことが見出された。X線観測により、多量の骨が欠損において形成されることが示される。また、組織学的観察により、新たな骨が欠損内に首尾良く形成したことが示された。骨欠損は細胞により充填されることが見出される。骨カルシウム染色により、多量の骨カルシウムが欠損に沈着することが示される。骨欠損は、図4に示すように完全に架橋される。この実施例は、いかなる生物学的活性因子も幹細胞も加えずに、生体組織のみで大面積の骨欠損の修復を達成する初めての実施例である。
実施例1において調製した注入可能な生体組織マトリクス/リン酸水素カルシウム複合材料を新たなマウス骨髄吸引物と混合して、ペースト状材料を調製した。実施例2において使用したマウスモデルを使用した。骨欠損を新たな骨髄吸引物を負荷した複合材料で充填し、次いで創傷を縫合した。6週後、X線観察により、骨欠損全体が新たに形成された骨組織で充填されたことが明らかになった。組織間隙は骨欠損の端部に見出されなかった。マイクロCTスキャンにより、骨欠損全体が新たに形成された骨組織で充填されるという同じ結果が示され、途切れのない接続が新たな骨とインプラントとの間で形成された。骨形成の定量的解析により、実施例1において調製した材料が、Healos(登録商標)(J&J製品)よりはるかに良好な骨を形成でき、その骨密度は自家移植の骨組織に近かったことが示された(図5)。組織学的観察により、骨欠損全体が石灰化骨組織により架橋されていることが示された。多量の骨梁が形成された。マッソントリクローム染色により、多量のコラーゲンが骨欠損部位に沈着したことが示され、骨芽細胞が新たな骨に見出され、それらが新たな骨の形成に関与していることが実証される。ヘマトキシリン−エオシン染色法の結果は以前の2つの染色法で得られた結果と一致した。線維組織は骨欠損周囲に見出されず、骨癒合が達成され、したがってこの実施例に記載される修復方法は実行可能な臨床的戦略である。
Claims (9)
- 以下の原材料:1〜7重量部の生体組織マトリクス材料、1〜9重量部のバイオセラミックおよび2〜8重量部の生理食塩水または他の等張水溶液を含み、
前記生体組織マトリクス材料が、哺乳動物の軟組織から調製され、主にコラーゲン繊維から構成される、その天然架橋構造を維持する細胞外マトリクスであり、
前記生体組織マトリクス材料が微小繊維形状を有し、前記微小繊維生体組織マトリクス材料が1〜1500マイクロメートルの直径を有し、前記微小繊維生体組織マトリクス材料のアスペクト比が0.05〜0.95の範囲であることを特徴とする、骨修復のための注入可能な複合材料。 - 前記哺乳動物の軟組織が、ブタ由来の軟組織、ウシ由来の軟組織、または人体由来の軟組織であり、前記軟組織は、表皮、真皮、血管、横隔膜、筋腱、靱帯、大腸、小腸および神経組織を含むことを特徴とする、請求項1に記載の骨修復のための注入可能な複合材料。
- 前記バイオセラミックが、ヒドロキシアパタイト、α−リン酸三カルシウム、β−リン酸三カルシウム、リン酸水素カルシウム、リン酸水素カルシウム二水和物、リン酸二水素カルシウム、リン酸四カルシウム、リン酸八カルシウム、硫酸カルシウムまたは炭酸カルシウムであることを特徴とする、請求項1に記載の骨修復のための注入可能な複合材料。
- 前記バイオセラミックが前記生体組織マトリクス材料内に粒子の形態で分散し、バイオセラミック粒子が前記生体組織マトリクス材料において3次元ネットワーク構造を形成し、前記バイオセラミック粒子が1〜500マイクロメートルの粒径を有することを特徴とする、請求項3に記載の骨修復のための注入可能な複合材料。
- 以下の原材料:1〜7重量部の生体組織マトリクス材料と、1〜9重量部のバイオガラス、またはストロンチウム、亜鉛、マグネシウムもしくはケイ素を含有する鉱物、またはストロンチウム、亜鉛、マグネシウムもしくはケイ素を含有する塩と、2〜8重量部の生理食塩水または他の等張水溶液と、を含み、
前記生体組織マトリクス材料が、哺乳動物の軟組織から調製され、主にコラーゲン繊維から構成される、その天然架橋構造を維持する細胞外マトリクスであり、
前記生体組織マトリクス材料が微小繊維形状を有し、前記微小繊維生体組織マトリクス材料が1〜1500マイクロメートルの直径を有し、前記微小繊維生体組織マトリクス材料のアスペクト比が0.05〜0.95の範囲であることを特徴とする、骨修復のための注入可能な複合材料。 - 以下の工程:
1)微小繊維生体組織マトリクス材料を調製する工程であって、以下の工程:
1.1)組織原材料を採取し、血液を洗い流し、0.5〜2センチメートル幅および4〜8センチメートル長の細長い小片に切断し、前記小片を−20℃にて保存する工程と、
1.2)消毒し、滅菌する工程であって、0.1%の重量パーセンテージでアンモニア水溶液を使用することによって前記組織原材料を滅菌し、前記組織原材料を前記溶液中に浸し、6〜36時間ゆっくりと振盪し、滅菌脱イオン水で十分に洗浄し、次いで滅菌生理食塩水ですすぐ、消毒し、滅菌する工程と、
1.3)消毒した組織原材料を粉砕器によって微小サイズまで均質化する、組織を微粉化する工程と、
1.4)脱細胞化溶液で前記組織を脱細胞化し、続いて残存しているデオキシリボ核酸をデオキシリボヌクレアーゼ溶液で除去し、α−ガラクトシド除去のための溶液でα−ガラクトシドを除去し、過酸化水素、酢酸およびペルオキシ酢酸の混合溶液によってウイルスを不活性化する工程と、
1.5)組織マトリクスを洗浄する工程であって、工程1.4)の処理から生じた残留物を除去するように、0.9%の重量パーセントで生理食塩水を使用して工程1.5)における生成物を3回以上洗浄する、組織マトリクスを洗浄する工程と、
1.6)工程1.5)における生成物を3回以上滅菌脱イオン水で洗浄する工程と、
1.7)Co60ガンマ線、X線または電子ビームによる滅菌後、得られた生体組織マトリクス微小繊維を密閉容器内に密閉し、保存する、最終的に滅菌する工程であって、生体組織マトリクス材料は中性pHで緩衝液中に保存され、前記緩衝液は生理食塩水およびリン酸緩衝液を含む、滅菌する工程と
を含む、微小繊維生体組織マトリクス材料を調製する工程と、
2)バイオセラミック微小粒子を調製する工程であって、以下の工程:
2.1)特定の用途に応じたバイオセラミックの機械的粉砕、高速ボールミル粉砕、およびふるい分けの工程の後、0.1〜500ミクロンの粒径を有するバイオセラミック微小粒子を得、次いでウイルスを不活性化するために高温および高圧下でバイオセラミック微小粒子を消毒し、滅菌する工程と、
2.2)1:1〜1:5の比でバイオセラミック微小粒子を滅菌生理食塩水と混合し、十分に撹拌し、振動して、均一な懸濁液を得る工程と、
を含む、バイオセラミック微小粒子を調製する工程と、
3)工程1.7)において得られた生体組織マトリクス微小繊維を、微小繊維の重量の1〜5倍の重量の生理食塩水中に懸濁し、生体組織マトリクス微小繊維の均一な懸濁液を得るのに十分に振盪する工程と、
4)請求項1に記載の原材料の割合でバイオセラミック粒子を生体組織マトリクス微小繊維と混合する工程と、
5)ボルテックスミキサー上に混合物を配置し、バイオセラミック粒子が生体組織マトリクス微小繊維上に完全に吸収されるまで1時間十分に混合する工程と、
6)200〜10000rpmにて遠心分離することによって過剰な水を除去し、混合物を固体状態で底部に堆積させる工程と、
7)混合物の重量の1〜5倍の重量の生理食塩水を加え、それらをボルテックスミキサー上に配置して、均一な流体混合物を形成する工程であって、水分含有量の質量パーセントが20〜80%である、工程と、
8)得られた流体混合物を密閉容器に密閉し、保存し、ガンマ線、X線または電子ビームで滅菌する、最終的に滅菌する工程と
を含むことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の骨修復のための注入可能な複合材料を調製する方法。 - 工程1.4)における前記脱細胞化溶液は、1リットル当たり1〜10%のデオキシコール酸ナトリウム、2〜15mMのエチレンジアミン四酢酸、および10〜50mMの4−ヒドロキシエチルピペラジンエタンスルホン酸を含有し、前記脱細胞化溶液のpHは6.8〜7.2であり、前記デオキシリボヌクレアーゼ溶液は、1リットル当たり10〜50mMの4−ヒドロキシエチルピペラジンエタンスルホン酸、1〜20mMの塩化カルシウム、1〜20mMの塩化マグネシウムおよび0.5〜5mgのデオキシリボヌクレアーゼを含有し、α−ガラクトシド除去のための前記溶液は、1リットル当たり0.2〜10mgのα−ガラクトシダーゼ、および2〜40mMの4−ヒドロキシエチルピペラジンエタンスルホン酸を含有し、α−ガラクトシド除去のための前記溶液のpHは5.0〜7.5であり、ウイルスを不活性化するために使用される溶液は、0.10%の過酸化水素、0.50%の酢酸、および0.50%のペルオキシ酢酸の混合溶液であることを特徴とする、請求項6に記載の骨修復のための注入可能な複合材料を調製する方法。
- 以下の工程:
1)微小繊維生体組織マトリクス材料を調製する工程であって、以下の工程:
1.1)組織原材料を採取し、血液を洗い流し、0.5〜2センチメートル幅および4〜8センチメートル長の細長い小片に切断し、前記小片を−20℃にて保存する工程と、
1.2)消毒し、滅菌する工程であって、0.1%の重量パーセンテージでアンモニア水溶液を使用することによって前記組織原材料を滅菌し、前記組織原材料を前記溶液中に浸し、6〜36時間ゆっくりと振盪し、滅菌脱イオン水で十分に洗浄し、次いで滅菌生理食塩水ですすぐ、消毒し、滅菌する工程と、
1.3)消毒した組織原材料を粉砕器によって微小サイズまで均質化する、組織を微粉化する工程と、
1.4)脱細胞化溶液で前記組織を脱細胞化し、続いて残存しているデオキシリボ核酸をデオキシリボヌクレアーゼ溶液で除去し、α−ガラクトシド除去のための溶液でα−ガラクトシドを除去し、過酸化水素、酢酸およびペルオキシ酢酸の混合溶液によってウイルスを不活性化する工程と、
1.5)組織マトリクスを洗浄する工程であって、工程1.4)の処理から生じた残留物を除去するように、0.9%の重量パーセントで生理食塩水を使用して工程1.5)における生成物を3回以上洗浄する、組織マトリクスを洗浄する工程と、
1.6)工程1.5)における生成物を3回以上滅菌脱イオン水で洗浄する工程と、
1.7)Co60ガンマ線、X線または電子ビームによる滅菌後、得られた生体組織マトリクス微小繊維を密閉容器内に密閉し、保存する、最終的に滅菌する工程であって、生体組織マトリクス材料は中性pHで緩衝液中に保存され、前記緩衝液は生理食塩水およびリン酸緩衝液を含む、滅菌する工程と
を含む、微小繊維生体組織マトリクス材料を調製する工程と、
2)バイオセラミック微小粒子を調製する工程であって、以下の工程:
2.1)特定の用途に応じたバイオセラミックの機械的粉砕、高速ボールミル粉砕、およびふるい分けの工程の後、0.1〜500ミクロンの粒径を有するバイオセラミック微小粒子を得、次いでウイルスを不活性化するために高温および高圧下でバイオセラミック微小粒子を消毒し、滅菌する工程と、
2.2)1:1〜1:5の比でバイオセラミック微小粒子を滅菌生理食塩水と混合し、十分に撹拌し、振動して、均一な懸濁液を得る工程と、
を含む、バイオセラミック微小粒子を調製する工程と、
3)工程1.7)において得られた生体組織マトリクス微小繊維を、微小繊維の重量の1〜5倍の重量の生理食塩水中に懸濁し、生体組織マトリクス微小繊維の均一な懸濁液を得るのに十分に振盪する工程と、
4)請求項1に記載の原材料の割合でバイオセラミック粒子を生体組織マトリクス微小繊維と混合する工程と、
5)ボルテックスミキサー上に混合物を配置し、バイオセラミック粒子が生体組織マトリクス微小繊維上に完全に吸収されるまで1時間十分に混合する工程と、
6)200〜10000rpmにて遠心分離することによって過剰な水を除去し、混合物を固体状態で底部に堆積させる工程と、
7)混合物の重量の1〜5倍の重量の血液、骨髄、または高濃度の血小板血漿を加え、それらをボルテックスミキサー上に配置して、均一な流体混合物を形成する工程であって、水分含有量の質量パーセントが20〜80%である、工程と、
8)得られた流体混合物を密閉容器に密閉し、保存し、ガンマ線、X線または電子ビームで滅菌する、最終的に滅菌する工程と
を含むことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の骨修復のための注入可能な複合材料を調製する方法。 - 骨髄間充織幹細胞、脂肪由来幹細胞または血液から抽出された幹細胞から形成される細胞懸濁液と、請求項1〜5のいずれか一項に記載の骨修復のための複合材料と、を含むことを特徴とする、混合物。
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