JP6831970B2 - 腫瘍モデル - Google Patents
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Description
ところで、人体における腫瘍には様々な種類がある。例えば、硬さに注目してみると、掻き出して取り除けるほど柔らかい腫瘍もあれば、軟骨のように硬い腫瘍もある。このように腫瘍は、硬さという特性のみに着目しても幅が広い。
このような状況の下、腫瘍除去の手術シミュレーションに用いるための様様な腫瘍モデルが提案されている。
本発明の腫瘍モデルは、吸水性高分子を含有する複数の粒子が、水を含有した結合材により結合されて集合体をなし、前記集合体が非水溶性膜にて包囲されている。図1では、その一例が模式図にて示されている。符号1は腫瘍モデルを示し、符号3は吸水性高分子を含有する粒子を示し、符号5は水を含有した結合材を示し、符号7は集合体を示し、符号9は非水溶性膜を示す。なお、符号11は、水溶性の膜に由来する構造体を示す。
吸水性高分子は、ポリ(メタ)アクリル酸、及び/又はポリ(メタ)アクリル酸のアルカリ金属塩に由来する構造を有する。なお、本明細書において「(メタ)アクリル」とは、「アクリル」及び/又は「メタクリル」(「アクリル」及び「メタクリル」のうち一方又は両方)を意味する。高分子の重量平均分子量は、特に限定されず、例えば、200〜1億であるものが挙げられるが、高吸水性の樹脂としては1000万以上のものが好ましい。高分子の製品形態として、粉末状又は顆粒状のものが販売されている。より具体的には、粉末状又は顆粒状の高吸水性ポリマーとしては、ケミカルテクノス社のCP−1(型番)等を用いることができる。
粒子は、吸水性高分子の粉末に水を吸収させることにより形成できる。水の吸水量は、特に限定されないが、吸水性高分子の重量に対して、好ましくは、10〜1000倍であり、より好ましくは50〜300倍である。モデルとする腫瘍の硬さに応じて吸水量を調整することで、より性状をそれぞれの腫瘍に類似させることができる。
粒子の形状は特に限定されない。粒子の形状は、略球形が好ましい。粒子を細胞の形状に近づけ、腫瘍モデルの性状を実際の腫瘍に類似させるためである。また、粒子の大きさは、1〜50μmであり、特に好ましくは1〜5μmである。
このような粒子の大きさとするためには、適宜、吸水性高分子の粉末を粉砕する方法が採用される。また、粒径を揃えるために、セルストレーナー等を用いてふるい分けることができる。粒径を揃えることで、より腫瘍に類似させることできる。
本発明における結合材は、水を含有した結合材である。結合材は、複数の粒子同士を結合する。結合材は、ポリビニルアルコール系樹脂、ホウ砂、及び水を含有する。
ポリビニルアルコール系樹脂は、水に溶解させて水溶液にできれば、重合度、ケン化度等には特に制限はない。ポリビニルアルコール系樹脂は、重合度の異なるもの、ケン化度の異なるもの、共重合変性してないもの、共重合変性してあるもの等を使用することができ、種類の異なるポリビニルアルコール系樹脂を2種類以上ブレンドして使用してもよい。
この場合におけるポリビニルアルコール系樹脂の水溶液の濃度は、特に限定されない。好ましくは1〜20質量%であり、より好ましくは5〜10質量%である。
ホウ砂液の濃度は、特に限定されないが、取り扱い性の観点から飽和ホウ砂液が好ましい。
結合材は、次の割合で混合されたものが好ましい。すなわち、水(A)と、ポリビニルアルコール系樹脂の水溶液(B)と、飽和ホウ砂液(C)との混合比率は質量基準にて、A:B:C=0.1:1:0.2〜30:1:40が好ましく、さらに0.5:1:1〜6:1:8が好ましく、特に1:1:2〜3:1:4が好ましい。
また、結合材中のホウ砂の含有量は、特に限定されない。結合材100質量部に対し、ホウ砂の含有量は、好ましくは、1〜10質量部であり、より好ましくは3.2〜4.3質量部であり、特に好ましくは3.8〜4.2質量部である。
ポリビニルアルコール系樹脂、及びホウ砂の含有量をこの範囲内とすると、複数の粒子を結合して集合体を形成し易い。なお、結合材の残部は、水であることが好ましいが、アルコール等の他の溶媒が混合されていてもよい。
複数の粒子に含まれる吸水性高分子の合計質量(F)と、結合材の質量(G)との比率は、特に限定されないが、質量基準にて、F:G=1:10〜1:300が好ましく、さらに1:50〜1:150が好ましく、特に1:80〜1:120が好ましい。
非水溶性膜を構成する材質は特に限定されない。材質としては、高分子材料であるゴムを好適に使用することができる。
ゴムとしては、天然ゴム、合成ゴムのいずれも用いることができる。これらは単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
天然ゴムとは、天然植物から得られるゴム状高分子物質であり、化学構造的に、シス−1,4−ポリイソプレン構造を有するものであれば、形状、色調等は特に限定されない。
合成ゴムとしては、特に限定されず、幅広い材質のものが使用できる。合成ゴムとしては、例えば、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、エピクロロヒドリンゴム、多硫化ゴム等を挙げることができる。
また、ゴムとして、ポリスチレン系熱可塑性エラストマー、ポリプロピレン系熱可塑性エラストマー、ポリジエン系熱可塑性エラストマー、塩素系熱可塑性エラストマー、エンジニアリングプラスチックス系エラストマーといった熱可塑性エラストマーも使用できる。
非水溶性膜の形成方法は特に限定されない。例えば、非水溶性膜の成分を含有する塗布液を、塗布し乾燥させる方法を用いることができる。塗布方法としては、例えば、スプレーコート法、ディップコート法、スピンコート法等の各種方法を挙げることができる。塗布条件は、塗布方法に応じて、塗布液の濃度や所望の膜厚を考慮し、適宜調整できる。
水溶性の膜は、水に溶ける性質を有していれば特に限定されず、幅広い膜が使用される。膜の材質としては、デンプン、ゼラチン、多糖類等が好適に例示される。これらは単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。多糖類としては、アミロース、アミロペクチン、マンナン、プルラン、グアガム、大豆多糖、寒天、セルロース、ペクチン、カラギーナン、アルギン酸Na、アラビノキシラン、および、これらの誘導体が挙げられる。
水溶性の膜の厚さは、特に限定されないが、例えば5〜500μmとすることができ、好ましくは10〜300μmとすることができ、より好ましくは20〜80μmとすることができる。
腫瘍モデルの硬さは、特には限定されない。1〜100kN/m2が好ましい。この範囲の硬さとすると、手術器具を用いた手術練習用の軟性腫瘍モデルとして好適である。ここで、硬さは、非水溶性と水溶性の2種の膜を除いた粒子と結合材の混合物で測定する。50ml遠沈管にサンプルを30ml充填し、貫入速度:10mm/秒、測定時間:3秒、測定温度:室温と設定し、IMADA社製のデジタルフォースゲージによって1秒あたり10回の更新速度で力の値を取得し、計30回の中からピーク値を摘出した。これを5サンプル計測し、それより導出した平均値を示す。
腫瘍モデルの製造方法は特に限定されない。例えば、次の方法が好適に採用される。
まず、図2に示すように、吸水性高分子を含有する粒子3を用意する。次に、図3に示すように、粒子3を結合材5と混合して、集合体7を形成する。そして、図4に示すように、集合体7を水溶性の膜13で覆う。さらに、水溶性の膜13の外を非水溶性膜9で覆う(図1参照)。この腫瘍モデル1においては、図4の水溶性の膜13は、溶解又は膨潤して水溶性の膜に由来する構造体11(図1参照)に変化している。
(1)吸水性高分子を乳鉢で砕き、セルストレーナー(例えば、40μm)で選別する。
(2)吸水性高分子の粒子に純水(濾過水)を吸収させる(重量比100〜500倍)。
(3)純水(濾過水)にホウ砂(硼砂)を混ぜ、飽和ホウ砂液を調製する。
(4)水とポリビニルアルコール系樹脂を混ぜ、これに更に飽和ホウ砂液を混合して結合材とする。
(5)結合材と、純水を吸収させた吸水性高分子の粒子とを混合し、軟性腫瘍様組織を製作する。
(6)軟性腫瘍様組織を所定の大きさ(例えば、3mm〜20mm)に取り分け、オブラートで包む。
(7)更に外膜を作成するためにラバーをスプレーで塗布し、乾燥させる。
本実施形態に係る腫瘍モデルは、実際の腫瘍と特性が類似する。よって、手術シミュレーション等に有用である。また、粒子の形状、大きさ、結合材等を調整することで、種々の性状を有する腫瘍に類似した腫瘍モデルになる。さらに、集合体が非水溶性膜にて包囲されているので取り扱いが容易である。
以下の実験例では次に挙げる原料を使用した。
<吸水性高分子(吸水性ポリマー)>
商品名:高吸水性樹脂
形式:CP−1
製造元:ケミカルテクノス
<内膜用オブラート>
商品名:丸型オブラート
原材料:馬鈴薯デンプン
製造元:(株)瀧川オブラート
<外膜用ラバースプレー>
商品名:油性ラバースプレー
製造元:(株)ディーエスエム
<粘着性結合材用ホウ砂>
商品名:ホウ砂
組成:ホウ砂(Na2B4O7・10H2O)99.0〜103.0%を含有
製造元:(株)健栄製薬
<粘着性結合材用ポリビニルアルコール(PVA溶液)>
商品名:液体せんたく糊
組成:ポリビニルアルコール8%
製造元:(株)第一石鹸
次の比率、すなわち、吸水性高分子の粒子に自重の100倍の水を吸収させた。粒子同士に接着性はなかった。
吸水性高分子:水=1:100
次の比率で、PVA溶液にホウ砂液を投入した。マテル社製玩具のスライムと同様のサンプルが形成された。
水:PVA溶液:飽和ホウ砂溶液=1:1:2
次の比率で、モデルを形成した。乾燥状態の吸水性高分子に直接PVA溶液及びホウ砂液を投入した。吸水性高分子が吸水するために時間を要した。
吸水性高分子:(水:PVA溶液:飽和ホウ砂溶液)
=1:(25:25:50)
次の比率で、モデルを形成した。吸水性高分子の粒子を予め吸水させた。吸水後の吸水性高分子の粒子に、PVA溶液及びホウ砂液を投入した。
(吸水性高分子:水):(水:PVA溶液:飽和ホウ砂溶液)
=(1:100):(25:25:50)
次の比率で、モデルを形成した。吸水性高分子の粒子を予め吸水させた。吸水後の吸水性高分子の粒子に、PVA溶液及びホウ砂液を投入した。混合後、セルストレーナーで余分の液を除去した。
(吸水性高分子:水):(水:PVA溶液:飽和ホウ砂溶液)
=(1:100):(37.5:12.5:50)
次の比率で、モデルを形成した。吸水性高分子の粒子を予め吸水させた。吸水後の吸水性高分子の粒子に、PVA溶液及びホウ砂液を投入した。混合後、セルストレーナーで余分の液を除去した。
(吸水性高分子:水):(水:PVA溶液:飽和ホウ砂溶液)
=(1:100):(33.3:16.7:50)
各実験例では、50ml遠沈管にサンプルを30ml充填し、上部が円柱状、下部が円錐状の腫瘍モデルを形成した。貫入速度:10mm/秒、測定時間:3秒、測定温度:室温と設定し、腫瘍モデルの硬さをIMADA社製のデジタルフォースゲージによって1秒あたり10回の更新速度で力の値を取得し、計30回の中からピーク値を摘出した。これを5サンプル計測し、それより平均値を導出した。また、各腫瘍モデルに対して応力をかけて、状態を観察した。さらに、実験例3の腫瘍モデルについて、実際の手術器具を用いて官能試験を行った。
(実験例1)
硬さは、4.18±0.39kN/m2であった。吸水性高分子の粒子同士が接着していなかった。腫瘍モデルに応力を加えると変形してしまい、元の状態には戻らなかった。腫瘍モデルを押して穴を開けると、その状態のままとなり、変形はそのまま残った。この腫瘍モデルは、吸水性高分子の粒子が密集しているため硬く、腫瘍とは非類似であった。
硬さは、0.57±0.19kN/m2であり、柔らかく粘性が高かった。腫瘍モデルは、混合した直後は、ダマになり硬いが、時間の経過とともに均等になり柔らかくなった。腫瘍モデルの粘性は高かった。この腫瘍モデルは、腫瘍とは非類似であった。
硬さは、7.24±2.48kN/m2であった。吸水性高分子の粒子同士が接着していた。腫瘍モデルは、手でちぎることができる程度の接着性であった。吸水性高分子粘着性結合材より水分を吸収するため、製作サンプルごとの硬さのばらつきが大きかった。時間の経過とともに、吸水性高分子への吸水が行われ、吸水性高分子の粒子の均一化が行われた。この腫瘍モデルは、腫瘍と類似していた。
硬さは、0.41±0.19kN/m2であった。予め吸水性高分子の粒子に吸水させたので、吸水性高分子の各粒子は同程度の大きさであった。吸水性高分子の各粒子の間に結合材が入り込むため、実験例1よりも吸水性高分子の粒子が密集しておらず、柔らかかった。この腫瘍モデルは、腫瘍と類似していた。
硬さは、0.85±0.10kN/m2であった。実験例4よりも水分量が高いため混合時は軟らかいが、余分の液を除去した後の硬さの測定値は実験例4よりも大きなものになった。この腫瘍モデルは、腫瘍と類似していた。
硬さは、0.93±0.08kN/m2であった。実験例5よりも水分量は低いため、余分の液を除去した後の硬さの測定値は実験例4よりもわずかに大きなものになった。この腫瘍モデルは、腫瘍と類似していた。
実験例3の腫瘍モデルについて、実際の手術器具を用いて官能試験を行った。この腫瘍モデルを切った感触は、髄膜腫に類似していることが分かった。
予備的に作製した実験例5、実験例6の腫瘍モデルを所定の大きさ(3mm〜20mm)に取り分け、同サイズのオブラートで包んだ。更に外膜を作製するためにラバーをスプレーで塗布し、乾燥させた。このようにして作製された実施例の腫瘍モデルは、実験例5、実験例6の腫瘍モデルと同様に、特性が腫瘍に類似していた。さらに外膜により、腫瘍モデルのハンドリングが容易となった。
また、2層の膜(非水溶性外膜と水溶性内膜)で覆った(コーティングした)腫瘍モデルと、未コーティングの腫瘍モデルの乾燥実験を行った。それぞれの腫瘍モデルを製作して常温静置したところ、図5に示すように、7日後の未コーティングの腫瘍モデルでは収縮したものが多いが、外膜で覆った腫瘍モデルでは形を保ったものが多く、乾燥が防がれていると考えられる。このように、外膜により、腫瘍モデルの乾燥が抑制され、保存性に優れていた。また、実験例6の腫瘍モデルについて、実際の手術器具を用いて官能試験を行い、3名の医師にアンケートを行った。その結果を図6〜8に示す。評価は各項目について5段階であり、数字の大きい方が良い評価を示す。アンケートの結果、本実施例の腫瘍モデルは腫瘍と特性が類似し、非常に高い評価であった。
本実施例に係る腫瘍モデルは、実際の腫瘍と特性が類似する。よって、実際の手術器具を用いた手術の練習用として非常に有用である。また、外膜により、腫瘍モデルの乾燥が抑制され、保存性に優れていた。
Claims (4)
- 吸水性高分子を含有する複数の粒子が、水を含有した結合材により結合されて集合体をなし、前記集合体が非水溶性膜にて包囲されている腫瘍モデルであって、
前記粒子の大きさは、1〜50μmであり、
前記吸水性高分子が、ポリ(メタ)アクリル酸、及び/又はポリ(メタ)アクリル酸のアルカリ金属塩に由来する構造を有し、
前記結合材がポリビニルアルコール系樹脂、ホウ砂、及び水を含有する腫瘍モデル。 - 前記粒子は、略球形である請求項1に記載の腫瘍モデル。
- 前記非水溶性膜は、ラバースプレーの塗布膜である請求項1又2に記載の腫瘍モデル。
- 前記集合体の外縁部には、水溶性の膜に由来する構造が存在している請求項1〜3のいずれか1項に記載の腫瘍モデル。
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