JPH0622573B2

JPH0622573B2 - 人工軟骨素材及びその製造法

Info

Publication number: JPH0622573B2
Application number: JP63096779A
Authority: JP
Inventors: 勝清桜井; 匡輔宮崎; 清親徳安; 正臣蛯原; 政哉澄田
Original assignee: Seikagaku Corp; Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp; Seikagaku Corp
Priority date: 1988-04-21
Filing date: 1988-04-21
Publication date: 1994-03-30
Anticipated expiration: 2009-03-30
Also published as: JPH01268559A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、人工軟骨素材及びその製造法に関するもので
ある。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］骨置換材料として生体親和性の優れた硬材料の研究が数
多くなされているが、軟骨組織に代用される人工材料の
検討は殆どなされていない。それは、機械的強度に劣る
という重要な欠点が第一に挙げられる。機械的強度は、
弾性、伸び率、引っ張り強度で代表される。人工軟骨素
材として、更に重要なことは、生体適合性があること、
軟骨細胞と親和性があること、軟骨細胞が増殖する環境
にあることである。

ポリビニルアルコールを用いるヒドロゲルの製造法につ
いて、多くの方法が報告されている。即ち、ａ．アルデヒド類、ジアミン類の化学処理によるもの、ｂ．ポリビニルアルコール水溶液のコバルト照射による
もの（特開昭５０−５５６４７号公報）、ｃ．ポリビニルアルコール水溶液の冷却によるもの、ｄ．ポリビニルアルコール水溶液の凍結乾燥又は脱水に
よるもの（特開昭５７−１３０５４３号公報、同５８−
３６６３０号公報）、ｅ．その他があるが、その中でも、ｄ．によるゲルは、比較的丈夫
で用途により充分に実用的である。

しかしながら、人工軟骨として用いるには機械的強度の
面からは不充分である。例えば、このゲルは、５０〜６
０℃以上の水溶液中ですぐに軟弱なゲルになってしま
い、１００℃で簡単に溶解してしまう。このことは、生
医学的材料として用いるときの滅菌や長時間生体内埋植
したときの強度に不安を残す。更に、重要なことはゲル
の生体適合性にはヒアルロン酸が必須であることを考慮
すると、長時間にわたってヒアルロン酸が微量であって
もゲルの表面に存在する必要がある。機械的強度や温度
に対する強度が小さいとヒアルロン酸が簡単に溶出され
てしまい長期間生体内に埋植する人工軟骨素材としては
不適である。

そこで、本発明者らは、人工軟骨を開発するにあたり、
ゲルの機械的強度のみならず、生体適合性、軟骨細胞と
の親和性、即ち、軟骨細胞のこのゲルへの接着及び増殖
を検討し、生体適合性を有し、かつ抗劣化性のある安全
で新規な人工軟骨素材を開発することに成功し、本発明
を完成するに至った。

［課題を解決するための手段］本発明は、ポリビニルアルコール、ヒアルロン酸、ハイ
ドロキシアパタイト及びコラーゲン（タイプII）をアル
カリ処理してなることを特徴とする人工軟骨素材に関す
るものである。

本発明に用いるポリビニルアルコール（以下「ＰＶＡ」
という）としては、粘度平均重合度が１０００以上のも
のが好ましい。ＰＶＡの粘度平均重合度が１０００未満
であると、機械的強度や温度に対する強度が小さくな
る。

ヒアルロン酸（以下「ＨＡ」）という）としては、平均
分子量が、好ましくは１０万以上、更に好ましくは５０
万以上のものを用いる。かかるＨＡとしては、好ましく
はその塩、通常、ナトリウム塩を用いるが、カリウム塩
等を用いてもよい。ＨＡの平均分子量が１０万未満であ
ると、ゲルからのＨＡの溶出速度が早くなり、不適当で
ある。

ハイドロキシアパタイト（以下「ＨＡＰ」という）とし
ては、粒径が、好ましくは１〜１０００μｍ、更に好ま
しくは１０〜５０μｍのものを用いる。粒径が１μｍ未
満であると、ゲル表面への軟骨細胞の接着性が悪くな
り、１０００μｍを超えると、ゲルのＨＡＰの均一性が
悪くなる。

コラーゲンとしては、タイプIIに相当するものであれ
ば、特に制限はない。

本発明において、ＨＡＰとコラーゲンは、軟骨細胞がゲ
ル上に接着し更に増殖するために必要である。

前述したＰＶＡ、ＨＡ、ＨＡＰ及びコラーゲン（タイプ
II）をアルカリ処理することにより、本発明の人工軟骨
素材を製造することができる。

例えば、ＰＶＡの水溶液に、ＨＡの水溶液を加えて攪拌
した後、ＨＡＰ及びコラーゲン（タイプII）を加え、ア
ルカリ処理することにより製造することができる。

ＰＶＡの水溶液の濃度は、好ましくは１％以上、更に好
ましくは５〜１０％である。該濃度が、１％未満である
と、ゲル化時、ＨＡＰの均一性が悪くなったり、軟骨細
胞がゲルの中に入り込むための適当な気泡を作りにくく
なる。

ＨＡの水溶液の濃度は、好ましくは０．１〜１．０％で
ある。ＨＡの量は、ＰＶＡに対して０．１〜１０％であ
ることが好ましい。この割合が０．１％未満であると、
生体適合性が悪くなり、１０％を超えると、ゲルの機械
的強度が小さくなる。

攪拌時の回転数は、好ましくは５００ｒｐｍ以上、更に
好ましくは１０００〜１００００ｒｐｍであり、５００
ｒｐｍ未満であると、ゲルの中に均一に気泡が入りにく
くなる。特に、約１０００ｒｐｍで攪拌すると、生じた
気泡が安定であるので、凍結乾燥、温風乾燥後でもゲル
の中に存在しゲル自体がスポンジ状になる。スポンジ状
であることは、軟骨細胞をゲルの中に入り込み易くさ
せ、いわゆる周囲の軟骨組織との一体化に役立つ。

アルカリとしては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化
カリウム等のアルカリ金属水酸化物、水酸化カルシウム
等のアルカリ土類水酸化物等が挙げられる。これらのア
ルカリは、pHが９以上になる量を用いることが好まし
い。

以上のようにしてアルカリ処理した後、充分に気泡を形
成させる。これを成形し凍結乾燥するか（以下「凍結乾
燥法」という）、１５時間以上凍結した後、融解しアル
カリを水洗して除去した後、２０〜５０℃の温風で乾燥
する（以下「温風乾燥法」という）。未重合のＰＶＡ、
ＨＡ、コラーゲン、ＨＡＰ及びアルカリを水洗して除去
することにより、本発明の人工軟骨素材を得ることがで
きる。

以上のようにして得られる本発明の人工軟骨素材は、通
常、引っ張り強度５０kg/cm²以上、動的弾性率３．０〜
５．５×１０^５Ｎ／ｍ²、含水率５０〜９５重量％、伸
び率３００〜５００％である。添加されたＨＡは、水中
にゲルを浸しておくと非常にゆっくりと溶出されるが、
無機塩やアルカリ、未重合のＰＶＡ等の低分子量の物質
は簡単に溶出される。また、本発明の人工軟骨素材は、
室温で水に３カ月浸していても含水率、引っ張り強度に
変化はない。更に、５０℃の水に数十時間浸していても
変化は認められない。

一方、従来法、即ち、アルカリ処理をしないで得たゲル
は、５０℃の水に数時間浸しておいただけで非常に軟弱
なゲルになり、１００℃、３０分で溶解してしまう。

従来法によるゲルと本発明の人工軟骨素材との溶解性や
機械的強度のこの差はゲルからのＨＡの溶出速度にも密
接な関係があり、３７℃の水への溶出速度を見ると、本
発明の人工軟骨素材は９０日間でゲル中のＨＡの４％し
か溶出しないのに対して、従来法によるゲルは殆ど溶出
されてしまう。

以上のように、アルカリ処理、好ましくはpHを９以上に
することは機械的強度を大きく、即ち、ＰＶＡとＨＡと
の分子の絡みを密にする作用を有していると考えられ
る。このことは、ＰＶＡとＨＡの混合液にアルカリを加
えていくと次第に粘性を増加させ、更にアルカリを加え
るとゲル化を起こしてしまうことからも推定される。前
記の現象は、凍結乾燥法でも温風乾燥法でも同様に起こ
る。アルカリでなく、中性の無機、有機の塩では粘性の
上昇は見られても、決してゲルにはならない。

なお、本発明の人工軟骨素材は、ＰＶＡ、ＨＡ、ＨＡ
Ｐ、コラーゲンの他、コンドロイチン硫酸（以下「Ｃ
Ｓ」という）、ヘパリン（以下「Ｈｅｐ」という）、デ
ルマタン硫酸（以下「ＤＳ」という）等を含んでいても
よい。

［実施例］以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、こ
れらの実施例は本発明の範囲を何ら制限するものではな
い。

実施例１凍結乾燥法重合度（ＤＰ）２０００のＰＶＡ１．５ｇに水１０mlを
加えて１２０℃で溶解し、この水溶液に１％ＨＡ（分子
量１００万）水溶液１０mlを加えて、１０００ｒｐｍで
攪拌した。これにＨＡＰ（直径１０μｍ）１ｇとコラー
ゲン（３mg／ml）酢酸水溶液１５mlを加え、攪拌しつつ
１０Ｎ−ＮａＯＨ０．０５mlを加えた。４．６×９．５
×０．１cmの長方形に流し込み成形し、凍結乾燥した。
凍結乾燥品を精製水に浸して、洗浄し洗浄液中にＨＡが
溶出されなくなった時点で本発明品を得る。このように
して得られたゲル（ロット１）とアルカリ処理しないで
調製したゲル（コントロール１）の物性を表１に比較し
た。

生体適合性は次のようにして調べた。

成猫（雌雄２．５−３．５kg）の胸又は腹部の皮下に
１．０×１．０×０．１cmの板状検体を１検体当たり１
２匹に埋植する。２，４，８及び１２週間後に３匹ずつ
屠殺し埋植片及び周囲の組織の病理組織所見を観察し
た。２週間で毛細血管の増生と線維芽細胞の増殖が見ら
れたものは×、マクロファージの出現があっても、８週
間後には完全に消失しているものを〇とした。８週間後
マクロファージの存在は認めても、１２週間後には完全
に消失しているものを△とした。

軟骨細胞の接着、増殖性は次のようにして調べた。

ウサギ軟骨細胞（１０^５ｃｅｌｌ／ml）にゲル（５．０
×５．０×０．１mm）を入れて、３日間培養し、ゲル上
の軟骨細胞の接着性（細胞数）、集落形成（細胞どうし
が部分的に集まり、集塊（ａｇｇｒｅｇａｔｅ）を起こ
し、このような時には細胞増殖は見られない）、ネット
ワーク形成（細胞どうしの集塊（ａｇｇｒｅｇａｔｅ）
はなく一定の距離をもってネットワーク状になってい
る。このような時に細胞増殖が見られた。）を走査型電
顕で観察した。

同じ組成であるがＡＨの含量の差、ゲルからのＨＡの溶
出される速度の差（コントロール１は非常に速く溶出さ
れるが本発明品は３７℃の水に９０日間浸していても４
％しか溶出されない。）が生体適合性、軟骨細胞の新和
性、増殖性の差に現われたと判断できる。

実施例２実施例１に準じて検体を調製した。調整条件を表２に示
した。それらの分析値を表３に示した。

実施例３温風乾燥法重合度（ＤＰ）２０００のＰＶＡ１．５ｇに水１０mlを
加えて、１２０℃でオートクレーブにかけ溶解した。こ
の水溶液に１％のＨＡ（分子量１００万）水溶液１０ml
を加え、１０００rpmで攪拌しつつＨＡＰ（直径１０μ
ｍ）１ｇ、コラーゲン（タイプII，３mg／ml）溶液５ml
を加えた。１０Ｎ−ＮａＯＨ０．０５mlでアルカリ性に
して、充分に気泡を形成した後、成形し−２０℃で３０
時間凍結した。融解し精製水に浸してアルカリを除去し
た後、５０℃の温風で乾燥し再度精製水に浸して未重合
のＰＶＡ，ＨＡ，ＨＡＰ及びコラーゲンを除去して本発
明品（ロット５０）を得た。同様の組成でアルカリ処理
をしないものを（コントロール５０）対照に物性を比較
し表４に示した。

生体適合性、軟骨細胞の親和性、増殖性の差は実施例１
と同じ理由によるものと考えられる。

［発明の効果］本発明によれば、生体適合性を有し、かつ抗劣化性のあ
る完全で新規な人工軟骨を提供することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者徳安清親東京都東大和市立野３丁目1253番地生化学工業株式会社東京研究所内 (72)発明者蛯原正臣東京都板橋区前野町２丁目36番９号旭光学工業株式会社内 (72)発明者澄田政哉東京都板橋区前野町２丁目36番９号旭光学工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポリビニルアルコール、ヒアルロン酸、ハ
イドロキシアパタイト及びコラーゲン（タイプII）をア
ルカリ処理してなることを特徴とする人工軟骨素材。
【請求項２】アルカリがアルカリ金属水酸化物又はアル
カリ土類水酸化物である請求項１記載の人工軟骨素材。
【請求項３】ポリビニルアルコールの水溶液に、ヒアル
ロン酸の水溶液を加えて攪拌した後、ハイドロキシアパ
タイト及びコラーゲン（タイプII）を加え、アルカリ処
理することを特徴とする人工軟骨素材の製造法。
【請求項４】アルカリがアルカリ金属水酸化物又はアル
カリ土類水酸化物である請求項３記載の製造法。