JPH04506971A - 人工生物膜 - Google Patents

人工生物膜

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JPH04506971A
JPH04506971A JP2511770A JP51177090A JPH04506971A JP H04506971 A JPH04506971 A JP H04506971A JP 2511770 A JP2511770 A JP 2511770A JP 51177090 A JP51177090 A JP 51177090A JP H04506971 A JPH04506971 A JP H04506971A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 人工生物膜 本発明は、特に弾発性を有し強靭な蛋白質組成物を目的とし、またその製造およ び生物学的、生化学的および薬理学的な応用、特に人工生物膜の調製を目的とす る。
術語「人工生物膜」は、最も一般的な意義で、生物製品を原料とし、極めて広い 領域、たとえば外科、内科、薬剤科ばかりでなく、化学、繊維または製紙工業に おいて使用される膜を含む。
これらの応用に必要な性質は、何よりも弾発性を有し、機械的挙動が良好であり 、化学的抵抗性を有し、かつ多様な媒質に対して適合性を有することである。
このような膜を構成するものとして、エラスチンが、弾発性を有し、親水性およ び疎水性を同時に示すことを利用してこれを使用することが提案されている。
I n s e rrnの85年3月1日付フランス特許出願8503057は 、エラスチンと、可溶性フィブリンすなわちフィブリンモノマーとを特徴とする 特に生物物質および支持体、たとえば人工組織または細胞培養支持体として適す る製品を記載する。
本発明者は、特に狭い容器に着けるのに適する物質を研究しているうちに、支持 体として作用するポリマー物質の支持体に対する多様な生物製品の適合性を研究 するようになった。
研究の結果、エラスチンまたはエラスチン誘導体を、特定の条件で、結合組織の 他の蛋白質と反応させて、使用する支持体物質に強力に接着し、構造的蛋白の性 質を有し、生物膜に対する要求を特に満足させる蛋白質を得た。
本発明は、弾発性を有し、強靭な、場合によっては接着性を有し、多様な添加剤 とともにこれらの性質を保持できる、新規な蛋白質組成物を提供することを目的 とする。
また本発明は、この組成物を容易に得ることができる方法を提供することを目的 とする。
さらに本発明は、特に人工結合組織および細胞培養支持体として使用される生物 膜を提供することを目的とする。
本発明の蛋白質組成物は、I型および/または■型のコラーゲンの濃厚水溶液と 、エラスチンの可溶化によって得られた水溶性であって分子量が約io、ooo より大きいエラスチンペプチドと、またはエラスチンとを反応させて得られた組 成物で実質的にある。
以下の記載において、上記問題になっているエラスチンペプチドを、[可溶化さ れたエラスチンペプチド」と言い、略号PSEで示す。
この組成物は、弾発性を有し、構造的蛋白質に匹敵する機械的性質を示す。また 所望の生物的応用において使用するのに特に大切な接着性が優れている。
好ましい蛋白質組成物は、エラスチンと、I型および■型のコラーゲンとの反応 によって得られるもので実質的にある。
■型コラーゲン対I型コラーゲンの割合は、乾燥重量で、50重量%より多く、 特に少なくとも70重量%が有利である。市販の■型コラーゲンがこの量のI型 コラーゲンを含有することに留意するであろう。
エラスチンは、ヒト、または原生もしくは殖生の動物から得られたエラスチン、 また場合によってはそれらの誘導体である。一般に動物の組織から抽出したエラ スチンに関し、特にウシの頚の靭帯、またはブタ、ヒツジもしくはヒトの大動脈 から抽出したエラスチンに関する。
本発明の他の好ましい組成物は、可溶化されたエラスチンペプチドと■型コラー ゲンとの反応によって得られるもので実質的にある。
これらの組成物で使用するコラーゲンは、本発明の態様として、ヒトの胎盤から 抽出したコラーゲンである。
これらの組成物は、エラスチンとは対照的に、フィブリンモノマーと反応しない 。
本発明の好ましい態様として、エラスチンすなわちPSE対コラーゲンの重量比 は乾燥重量比で約10〜1、好ましくは2.5程度である。
本発明の組成物は、その変形として、骨置換物質に、PSEとコラーゲンが固定 された複合体物質を含む。
骨置換物質は、オステオコンダクション、すなわち表面状態および多孔性によっ て骨の形成に適合した有機または生きている組織によって再びコロニーを形成す ることができる性質、およびオステオコンダクション、すなわち骨発生の端緒に 好ましい環境を創出すことができる性質を有し、かつ生物適合性を有する物質か ら選ぶことが有利である。
このような物質は、特にCa+“、りん酸三カルシウム塩またはアパタイトを特 徴とする特に適切な物質はヒドロキシアパタイトからなる。
本発明は、ヒドロキシアパタイトと、PSEと■型および/またはm型のコラー ゲンとの反応によって得られる組成物である。
上記蛋白質組成物の調製方法の特徴は、■型および/または■型コラーゲンの濃 厚な水溶液と、分子量が少なくとも約10.000であり、第三ブチルアルコー ル−1M水酸化カリウムの50150混合物水溶液に溶解することができるエラ スチンペプチドまたはエラスチンとを、ゲルを形成することができる条件で接触 させ、 生成したゲルを回収し、所望であればさらに処理を行う。
水溶液中のコラーゲンの濃度が少なくとも3mg/ml、特に3〜10mg/m lである。
本発明の好ましい実施態様によれば、上記接触は生理的条件、すなわち約37℃ 、pH7〜7.5で行う。
エラスチンまたはPSEは、それぞれpH約7〜7.5、好ましくはpf17. 4の緩衝液に懸濁または溶解する。これらの構成要素は所望の反応にとって好ま しいか、または少なくとも全く妨げることがない。たとえばNa”、Ca−およ び/またはMg−の陽イオン、PO4″および/またはCI−の陰イオンを含む 緩衝液が、この点で有利である。
上記イオンの組合せを含む、特に適切な緩衝液は、モル比が1mM PO4,1 50mM NaC1,2mM Ca”および1mM Mg”の組成物に対応する 緩衝液PBからなる。
特に指で押潰されないゲルは、緩衝液中のエラスチンまたはPSE、およびコラ ーゲンを約2.5の割合で使用して得られる。
この割合は、組成物の用途に応じて変えることができる。
エラスチンは、一般に動物の組織を原料とし、同伴する蛋白質を溶解して除去す ることによって得られる。
組織としては、ウシの頚の靭帯、またはブタもしくはヒツジなどの大動脈を使用 することが好ましい。
エラスチンペプチドは、エラスチンを、たとえば1M水酸化カリウムでアルカリ 処理するか、たとえばしゅう酸で酸処理するか、またはエラスターゼで酵素処理 することによる、たとえば水和によって得られる。
コラーゲンは、特にヒトの胎盤から得る。
次に所望の応用に使用できる膜を作製するために、PSEに、ゲルの性質を改良 して、所望の応用に有用な性質を与える添加剤を加え、次にコラーゲンを加える 。
単独または組合せて使用する有利な添加剤のうち、ゲルの凝集性を助長するフィ ブロネクチンおよびラミニン、接着性を改良する■型コラーゲン、生長ホルモン 、栄養素、ビタミン、プロテオグリカンたとえばヘバランサルフ、’Y’F’お よびデルマタンサルフェート、酵素、防腐剤、触媒または酸化還元剤を挙げるこ とができる。これらの添加剤が本発明の蛋白質の構造を保存する。
の応用を考慮して適切な量で実施することができる。
生成した混合物を、次に37℃程度の温度に保ってゲルをこの組成物に所定の形 状および寸法を与えることを望む場合は、本発明の組成物の調整可能な特徴を利 用して、適切な鋳型内で反応を行う。こうして、管状、フィラメント状または帯 状の生物物質として使用する組成物を得ることができる。
この組成物は型から取出し、場合によっては、乾燥して過剰の水を除去する。
保存は、防腐剤が存在する湿潤状態で、または真空乾燥状態で行う。この場合、 生成物を使用する前に、滅菌した生理的食塩水と接触させて、再び水和する。
複合物質から形成された組成物を得るには、骨置換物質をPSEと反応させ、次 にコラーゲンと反応させることが有利である。温度およびpHの条件は、特に上 述のとおりである。
既に報告した通り、本発明の組成物は弾発性、水密性と同様に堅牢性、生物適合 性、および必要な場合には接着性の注目すべき性質を示す。
これらの性質は人工生物膜の形成に特に有利である。
また本発明は、上記のような蛋白質組成物を含むことを特徴とする膜を目的とす る。
これらの膜は、特に人工結合組織として有用である。
その構成は、基底膜の稠密層に極めて類似しており、特に■型コラーゲンを含む 場合は、動脈の下向皮細胞に類似する。
本発明の膜は、たとえば閉塞、支持および強化するための片として使用すること ができる。
これらは、組織の再生過程を開始し、次に誘導する一時的な支持片を構成するこ とができる。
これらは、生物適合性の接着剤を使用して接着するか、または縫合して固定する 。また変形として、接着性が強いので、他の手段によらずに、所定の場所に固定 することもできる。
本発明の重要な利益の面として、これらの膜は、生物物質の調製において、組織 の繊維として通常使用される支持ポリマー物質に強く接着する。
その他、これらは癒着を助長する。
有利なこさに、これらの膜はフィブリンなしで、かつフィブリンに固定せずに、 凝固現象を誘起しないことに留意すべきである。
火傷の処理において、特定の組織の損失を補償することができる。
また、細い口径の人工脈管を作製するのに極めて有利である。
一般に、本発明の膜は、外科、特に消化器科、循環器科、泌尿器科、産婦人科、 美容を含む形成外科、皮ふ科、胎児を含む小児科を含むすべての分野の外科また は獣医科で使用することができる。
1つまたは複数の特殊な添加剤を選択することによって、所望の応用に適した膜 を容易に作製することができる。
添加剤として、例えばプロテオグリカンを考慮すれば、ヘパランサルフェートを 使用して、動脈の下層内皮として使用する膜を作製することができ、さらにコン ドロイチンサルフェートで軟骨の置換膜を作製することができる。同様に、表皮 と真皮の界面を修復するために、本発明の組成物にケラタンサルフェートを加え ることが特に有利である。
本発明は、要求に適合した膜を実現する手段を当業者に供給する。
また本発明の膜は、特に細胞培養に使用する支持体を構成する。
多様な細胞培養は、これらの支持体を使用して通常の条件で操作を行うことがで きる。特に平滑筋の細胞、繊維胚芽、ケラチン細胞、上皮細胞、および内皮細胞 の培養を挙げることができる。得られる収率は高い。
またこれらの膜は、皮ふの片を修復する目的で上皮細胞を植付けるときに、皮ふ の基礎として使用することができる。
次にこの皮ふの片を受容者の組織に移植する。
上記複合体物質、特にヒドロキシアパタイトをPSEおよびコラーゲンを含んだ 複合体から作製した膜は骨胚胞の培養支持体として使用することができる。
複合体物質を基礎とする膜はゲル状を呈する。遠心分離沈降物は生化学研究で使 用することができる。
また本発明は、組織の再生または細胞の培養を行うために必要な要素を含むセッ トに関する。
説明のために、次に示す例は、本発明の他の特徴および利益を明かにする。
この例において参照する図面は次のとおりである。
図1aおよび1bは、本発明の蛋白質を走査電子顕微鏡により異なる倍率で撮影 した写真である。
図2は、PSE 40mgにつき添加コラーゲンのmg量の関数として示す、乾 燥生成物のmgiのグラフである。
図3は、添加コラーゲン量および反応時間の関数として示す、本発明の組成物に 対応する洗浄した遠心分離沈降物の放射活性cpm/mgのグラフである。
これらの例で使用したエラスチンは、ウシの頚の靭帯から得たS I GMA7 2’市販のエラスチンである。
■十■型コラーゲンまたは■型コラーゲンおよびフィブロネクチンは、ヒトの胎 盤から得たIn5titut Mgrieux7:市販の製品である。I+II I型コラーゲンは■型73%およびI型27%を含む。
例1:エラスチンーコラーゲンゲルの調製pH7,4の緩衝液PB (Id P O,,150mM NaC1,2mM Ca”、1mM Mg”)1ml中の粉 砕し篩別したエラスチン40mgの懸濁液に、濃度3mg/mlまたは6mg/ +++1のI+III型コラーゲンのゲル1mlを加えた。登録商標Vorte xで5秒間均質化し、次に混合物を撹拌しないで、37℃で型に注入し、15分 間、■、2および12時間保った。
生成物を回収し、洗浄し、乾燥した。
変形として、混合物を型に注入する代りに、受器内で一定温度に保ち、次に生成 物に300Orpmの遠心分離を10分間行って分離した。回収した生成物は均 質な単一の相であった。
構造の研究は走査電子顕微鏡によって行った。この技術により、エラスチンとコ ラーゲンとの間が極めて狭く結合されていることを直ちに解析できた。図1a( 倍率5600)および図1b(倍率33600)参照。
エラスチン1gを使用した。エラスチンを粉砕し篩別した後に第三ブチルアルコ ール50m1に加えて懸濁液とした。IM水酸化カリウム水溶液50m1を加え 、十分に撹拌して乳濁状を保った。25℃で48時間の終りに、エラスチンは完 全に溶解した。
次に水50m1を加え、酢酸を加えて中和し、P)Iを7とした。
流水で約14時間透析し、第三ブチルアルコール、塩および分子量約io、oo o以下のペプチドを除去した。
次にイオン交換水で約2時間2回透析した。
調製物は保存の目的で一40℃に凍結し真空乾燥した。収率は65〜85%であ った。
生成したゲルの安定性の研究 ヨード125で標識したエラスチンを可溶化して得たペプチド50mgを、PB  2mlに溶解した。■型コラーゲン10mg/ m 1の水溶液2mlを加え た。登録商標Vortexで5秒間均質化した。全体を温水浴で37℃に5時間 保った。6000rpmで10分間遠心分離した。沈降物を水5mlで15分間 洗浄し、次に水5mlで1時間洗浄した後、水5mlで翌日まで洗浄した。各洗 浄の後に沈降物の放射活性を測定した。
次に生成物を7日間放置し、さらに水洗を行った。洗浄した生成物は25℃の水 中に18日間保ったが、外観に変化はなかった。遠心分離後、生成物を25〜2 9℃の空気で2日間乾燥した。
得られた物質は、洗浄中にかなり崩壊したにも拘らず、コンパクトでかつ強固で あった。水中で取上げると、一層可塑性のマトリックスを得た。これはI)H約 1の1/2酢酸の存在で可溶化されず、終いには最初のゲルによく似たゲルとな った。
ヨード+25で標識していないPSEを使用し、pH7−4のPB 1ml中の PSEの量を0. 5. 10. 20. 30. 40.60および100m gと増加させて、3mg/lのI+III型コラーゲンゲル1mlと37℃で反 応させた。
PSEの量が増加するに伴なって、ゲルは一層急速に形成され、かつ一層コンパ クトな形となった。
5000rpmの遠心分離を10分間行い、1時間後にゲルを分離することがで きた。PSEの量が、5〜20mgではゲルは軟かく、30〜100mgでは一 層固くなった。PSE30〜40mgでは指で押圧したときの強固さが最大であ った。
ゲルは空気中で乾燥して計量した。得られた重量はPSEの重量の関数としてか なり比例していることを認めた。
第2の実験 上記のように、pf17. 4のPB 1+ml中のPSEの量を10.20. 30.40.60および80mgと変えてI+III型コラーゲン1mlと反応 させた。
PSE 40mgでは、コラーゲン溶液1.2および3mlを使用した。
第3の実験 PSEの量を40mg/mlに固定し、10mg/mlのI+IIN型コラーゲ ンの量を2.4,6,8.10.12.14および20111gと増加させたこ との他は上記と同様に操作した。ゲルは61′IIgから急速に凝集し、14お よび20mgの量は極めて不透明であった。傾斜分離するために、遠心分離の前 にH,0/EtOHを加えた。得られたすべてのゲルを洗浄し、濾紙上で乾燥し た。ゲル乾燥後に得られた生成物の量と、コラーゲンの量の間にかなり良好な比 例関係が認められた(図2参PSE−コラーゲンゲルを研究するために、ヨード +25で標識したPSEを使用し、沈殿に保持された放射活性の測定により生成 物の量をめた。
PSE−1125の溶液を5mg/ml櫻≠看比、および4,6Q Ocpm  /mgに調製し、最終容積が2mlとなる量のpt17.4のFB緩衝剤を加え た後に、コラーゲンの量を0. 5. 1゜2.4および6mgと増加させて加 えた。
5500rpmの遠心分離を30〜40分間行い、次に上澄液の放射活性を測定 した。沈降物は褐色であり、H,Oで2回水洗した。
この実験は、時間を1.2および4時間と変えて行った。
得られた結濃は図3に示す。これは洗浄した沈降物上の放射活性(cpm /m g)を、コラーゲンの重量の関係および実験時間の関数として示す。
記号■の曲線は1時間、記号○の曲線は2時間、記号ムの曲線は4時間の実験継 続時間に対応する。
例3:フィブロネクチン、ラミニンおよびI型コラーゲンを含むゲルの調製 標識したフィブロネクチンをpH7,2のO,LM PO,。
0.15 NaC1緩衝液に溶解して1. 2mg/mlおよび8・10’cm p/mgとした溶液を使用した。
PSE 10mg/ml PB (7,4)を調製した。この溶液1m1l:フ イブ口ネクチン−I+25溶液10. 20. 50. 100および2001 tlを加えた。37℃に30分間加温し、■+■型コラーゲン0. 4ml、お よび最終容積が2mlになるようにFB7.4の適当量を加えた。登録商標Vo  r t exで5秒間均質化し、撹拌せずに37℃に4時間保持した。550 0 rpmの遠心分離を40分間行い、上澄液と沈降物を分離した。
フィブロネクチンを添加するとゲル形成を促進することを認めた、すなわちフィ ブロネクチン200ittでは瞬間的に形成された。洗浄は、最知は水中で短時 間、次に20℃の水中で約14時間乾燥したが、ゲルに残留し、フィブロネクチ ンによって担持された放射活性は平均して17%のみが減少したに過ぎなかった 。これはフィブロネクチンのゲルの成分に対する親和性が著しいことを示す。
Sigma#I:のラミニンおよびMerieuxmの標識された■型コラーゲ ンを、フィブロネクチンの試験で使用した0−LM PO,緩衝液に溶解して、 ラミニン500.000cpm/ml、■型コラーゲン850. 000cpm  /mgとした溶液を使用した。
PSEはFB (7−4)中の10mg/mlとして調製した。こ間加温した。
PB (7,4)の適量と■+■型コラーゲン0゜4mlを加えて2mlとした 。登録商標Vortexで5秒間均質化し、撹拌せずに37℃に4時間保った。
5500rpm遠心分離を40分間行い、沈降物と上澄液を分離することができ た。
生成したゲルはラミニンまたは■型コラーゲンの量が多い程、コンパクトである ことを認めた。洗浄を反復または長時間行っても、沈降物の放射活性は減少しな かった。これはこれら2一つの蛋白質との親和力が大きいことを示す。
の補綴用試料を、pH7,4の緩衝液PB中で4時間加温した。
この間にPSE−コラーゲンゲルを次のように調製した。PSE−I′2’の1 0mg/ml溶液1mlに、pf17.4のTPSO,6mlと10mg/ml の■型コラーゲン0. 4mlを加え、これらの添加中に、注意深く均質化した 。37℃に4時間放置した後、5000rpmで10分間遠心分離し、沈降物を pH6のイオン交換水2mlで2回洗浄した。使用した試料の長さによって、こ のゲルの量を2倍使用する。
次に登録商標Dacronの物質を伸ばしながら、その内部にゲルをへらで加え た後、空気中で約14時間乾燥した。
や\柔軟性の少ない試料を得たが、これは放射活性物質を保持していた。
次にこの試料を、極めて激しくは撹拌しないで、2mlの水で5時間洗浄した。
この水は各測定の後に新しい水と交換した。6時間目に試料製、かなり激しく磁 気撹拌したビーカ中の水100m1に加えた。これらのすべての洗浄中に、試料 に保持された放射活性は23時間目まで評価することができた。
得られた結果、PSE−コラーゲンゲルは、強く固定されていなかったのに拘ら ず、登録商標Dacronにがなり良好に保持されていたことを示した。またこ の実験により、接着性の他に、物質が水に不溶性であることも確めた。
以下hAと呼ぶヒドロキシアパタイトを、まずPSE−I”’と、37℃、pH ’l 4で反応させた。放射活性25〜35%を有するhA−PSE−1”’生 成物を得た。
次にこの生成物をI+II[型コラーゲンき37℃、p)17. 4で反応させ た。
得られた生成物はhA−PSE−コラーゲン型の複合体物質であり、hAの周り にゲルを形成した状態を示し、このゲルは多数回の洗浄の後にも、固く付着して いた。
PSEは20mg/mlの比で使用することが有利である。hAによって提供さ れる結合場所は37℃に加温して15分後に2X1mlで飽和した。
hA−PSEとコラーゲンは、たとえばhA−PSE4QmgXp)17. 4 の緩衝液1.2mlおよびI+III型コラーゲン0、 8ml (8mg)で 反応させることができる。
FIGURE la ” ’ 6 mgcollagjne 国際調査報告 国際調査報告

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.I型および/またはIII型コラーゲンの濃厚な水溶液と、エラスチンの可 溶化によって得られた水溶性であって分子量が約10,000より大きいエラス チンペプチドまたはエラスチンとの反応によって得られたもので実質的にあるこ とを特徴とする蛋白質組成物。
  2. 2.I型およびIII型のコラーゲンとの反応によって得られたもので実質的に ある 請求項1に記載の組成物。
  3. 3.III型コラーゲンの割合が、乾燥重量比で50重量%より多く、特に少な くとも70重量%である請求項2に記載の組成物。
  4. 4.可溶化されたエラスチンペプチドと、III型コラーゲンとの反応によって 得られたもので実質的にある請求項1に記載の組成物。
  5. 5.エラスチンまたは可溶化されたエラスチン/コラーゲンの乾燥重量比が、約 10対1、好ましくは2.5程度である 請求項1〜4のいずれかに記載の組成物。
  6. 6.また骨置換物質、特にCa++をベースとする物質、りん酸三カルシウムま たはアパタイト、さらに特にヒドロキシアバタイトとの反応によって得られたも ので実質的にある請求項1〜5のいずれかに記載の組成物。
  7. 7.請求項1〜5のいずれかに記載の組成物の調製方法であって、 I型および/またはIII型コラーゲンの濃厚な水溶液と、分子量が、少なくと も約10,000のエラスチンペプチドまたはエラスチンとを、ゲルを形成する ことができる条件で、接触させ、このペプチドが、第三ブチルアルコール−1M 水酸化カリウムの50−50混合物水溶液に可溶である接触工程と、 形成されたゲルを回収し、所望であればさらに処理を行う工程とを含むことを特 徴とする方法。
  8. 8.接触工程を生理的条件、すなわち約37℃、pH7〜7.5程度で行う 請求項7に記載の方法。
  9. 9.pHが約7〜7.5、好ましくは7.4であって、Na+,Ca++および /またはMg++の陽イオンと、PO4■および/またはCl−の陰イオンとを 含む緩衝剤、特に1mMPO4,150mMNaCl,2mMCa++,1mM Mg++の組成を有する緩衝剤PBを使用する 請求項7または8に記載の方法。
  10. 10.可溶化されたエラスチンペプチド(PSE)に、ゲルの品質を改良して特 殊な性質を付与する添加剤を加え、次にコラーゲンを加え、この添加剤を特に、 フィブロネクチン、ラミニン、IV型コラーゲン、治療薬および殺菌剤から選ぶ 請求項7〜9のいずれかに記載の方法。
  11. 11.請求項6に記載の組成物を得るために、骨置換物質を、可溶化されたエラ スチンペプチドと、I型および/またはIII型コラーゲンと反応させる 請求項7〜10のいずれかに記載の方法。
  12. 12.請求項1〜6のいずれかに記載の蛋白質組成物の1つから出発して調製さ れたことを特徴とする、人工生物膜。
  13. 13.請求項12に記載の人工生物膜を人工結合組織として、使用する方法。
  14. 14.請求項12に記載の人工生物膜を、細胞培養の支持物質として使用する方 法。
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