JPH10507102A - 石灰化を軽減するための移植可能な生物学的組織の処理方法およびこのような方法で処理された生体補綴物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 固定化生物学的組織を処理する方法は、哺乳動物身体内への移植後の生物学的組織の石灰化を阻害する。この方法は、生物学的組織をグルタルアルデヒドに接触させて配置する工程、次いでグルタルアルデヒドを加熱する工程を包含する。あるいは、グルタルアルデヒドの重合を行うための加熱以外の方法（例えば、化学的または機械的手段）もまた利用され得る。あるいは、組織の固定前に組織を熱処理し得る。あるいは、グルタルアルデヒド以外の方法もまた、組織を固定するために用いられ得る。生物学的組織は、哺乳動物身体内への移植前の任意の時点でこのように処理され得る。

Description

【発明の詳細な説明】 石灰化を軽減するための移植可能な生物学的組織の処理方法 およびこのような方法で処理された生体補綴物 発明の分野 本発明は、一般的には生物医学材料に関し、より具体的には、哺乳動物身体内 に移植可能な保存生物学的組織（例えば、ブタ生体補綴物心臓弁）に関する。 発明の背景 先行技術は、生物学的組織を哺乳動物身体内へ続いて移植することを可能とす るために、このような組織を保存するかまたは固定する数多くの方法を包含する 。これまでに外科移植に利用されている生物学的組織のタイプの例としては、心 臓弁、血管組織、皮膚、硬膜、心膜、靭帯、および腱が挙げられる。 本明細書中で使用される用語「移植する」は、任意の生組織または器官を内移 植する（implanting）かまたは移植する（transplanting）こととして定義され る（Dor1ands Illustrated Medica1 Dictionary、27版、W.B．Saunders Co．198 8を参照のこと）。哺乳動物の身体内へ移植される生物学的組織は、異種性（す なわち、異種移植片）または同種性（すなわち、同種移植片）であり得る。 用語「生体補綴物」は、移植前に化学的に前処理された生物学的組織の多くの タイプを定義する（Carpentier‐Lonescu（編者）、Biologica1 Tissue in Hear t Valve Replacement，Butterworths，1972を参照のこと）。移植片とは異なり 、生体補綴物の結果は、化学的に処理された生物学的材料の安定性に基づくもの であり、細胞の生存能力または宿主細胞の増殖（ingrowth）に基づくものではな い。化学的前処理は、生物学的組織の「固定」またはなめしを包含する。このよ うな組織の固定またはなめしは、組織内で分子を架橋し得る１つ以上の化合物に 組織を曝露することにより遂げられる。 種々の化合物（ホルムアルデヒド、グルタルアルデヒド、ジアルデヒドデンプ ン、ヘキサメチレンジイソシアネート、および特定のポリエポキシ化合物を含 む）が、生物学的組織の固定または架橋に用いられている。 特に、グルタルアルデヒドは、比較的生理的に不活性であり、そして続いて行 う外科移植のための種々の生物学的組織の固定に適切である（Carpentier，A.、 J．Thorac．Cardiovasc．Surg．58:467-68(1969)）。特に、これまでグルタルア ルデヒド固定に供されている生物学的組織のタイプの例としては、ブタ生体補綴 心臓弁およびウシ心膜組織が挙げられる。 臨床経験は、グルタルアルデヒド固定化生体補綴組織が石灰化する傾向があり 得ることを示している。このようなグルタルアルデヒド固定化生体補綴組織の石 灰化は、小児患者において最も優位的に生じることが報告されている（Carpenti erら、および「Continuing Improvements in Valvular Bioprostheses」，J．Th orac Cardiovasc．Surg．83:27-42，1982を参照のこと）。このような石灰化は 、組織の機械特性の劣化および／または組織機能不全を生じ得るので望ましくな い。このことを考慮して、外科医はグルタルアルデヒド保存ブタ弁を利用するよ りも、むしろ機械心臓血管弁を小児患者に移植することを選択している。しかし 、機械弁インプラントを受ける小児患者は、抗凝固薬投薬法による長期間の治療 を必要とし、そしてこのような抗凝固は、出血の危険性の増加に関連する。 グルタルアルデヒド固定化生体補綴組織に生じる石灰化の機構は、完全に解明 されていない。しかし、石灰化率に影響を与えると考えられる因子が挙げられる ： ａ）患者の年齢 ｂ）現存する代謝障害 （すなわち、カルシウム過剰血症、糖尿病、腎不全） ｃ）食事因子 ｄ）人種 ｅ）感染 ｆ）非経口カルシウム投与 ｇ）脱水 ｈ）歪曲／機械的因子 ｉ）外科移植後の初期期間の不適当な凝固療法；および ｊ）宿主組織化学 グルタルアルデヒド固定化生体補綴物組織の石灰化の軽減法を見出すために、 種々の試みが着手されている。米国特許第4,885,005号（Nashefら）SURFACTANT TREATMENT OF IMPLANTABLE BIOLOGICAL TISSUE TO INHIBIT CALCIFICATION; 米 国特許第4,648,881号（Carpentierら）IMPLANTABLE BIOLOGICAL TISSUE AND PRO CESS FOR PREPARATION THEREOF; 米国特許第4,976,733号（Girardot）PREVENTIO N OF PROSTHESIS CALCIFICATION; 米国特許第4,120,649号（Schechter）TRANSPL ANTS; 米国特許第5,002,2566号（Carpentier）CALCIFICATION MITIGATION OF BI OPROSTHETIC IMPLANTS; EP 103947A2（Po11ockら）METHOD FOR INHIBITING MINE RALIZATION OF NATURAL TISSUE DURING IMPLANTATION、およびWO84/01879（Nash efら）SURFACTANT TREATMENT 0F IMPLANTABLE BIOLOGICAL TISSUE TO INHIBIT C ALCIFICATIONに記載される方法が、これらの石灰化軽減技術の内に含まれる。 化学的固定化生物学的物組織の石灰化を阻害するかまたは軽減する新規方法の 開発の必要性が未だ残っている。 組織の石灰化は、移植前に組織と接触するようになるグルタルアルデヒド溶液 の重合を加速することにより最小化され得ることが仮定される。 発明の要旨 本発明は、先行技術に関連する上記の欠点について特に取り組み、そして解決 する。より具体的には、本発明は、哺乳動物身体への組織移植後の組織の石灰化 を阻害するために、グルタルアルデヒド固定化生物学的組織または他の化合物で 固定された生物学的組織を処理する方法を包含する。この方法は、生物学的組織 をグルタルアルデヒドまたは他の化学固定液に接触するように配置し、次いでグ ルタルアルデヒドまたは他の固定液を加熱し、そして／あるいはグルタルアルデ ヒドまたは他の固定液を、熱的、化学的、または機械的手段により重合させるこ とを包含する。 本発明の好ましい実施態様によれば、生物学的組織は、約26ml/lのグルタルア ルデヒド（25％）；約4.863g/l HEPES緩衝液；約2.65g/l MgCl₂・6H₂O；および 約4.71g/l NaClを含む0.625％グルタルアルデヒド溶液を含有する容器中に配置 される。溶液の残部（balance）は二重濾過H₂Oを含む。十分な量のNaOHが、pHを 約7.4に調節するために添加される。 グルタルアルデヒド溶液は、約35〜55℃の間になるまで約４〜22週間加熱され る。 生物学的組織は、哺乳動物身体内への移植前に任意の回数、加熱処理され得る 。例えば、組織は固定する前に処理され得る。生物学的組織の固定化前の処理は 単に、生理食塩水溶液（９g/l NaCl）または任意の他の生理的溶液中において25 〜80℃で数秒から22週間加熱することを包含する。あるいは、組織は、グルタル アルデヒド溶液中に配置されると同時に、その固定の間処理され得る。生物学的 組織の固定化の間の処理は単に、グルタルアルデヒド溶液を約25〜80℃で約数秒 から数カ月間加熱することを包含する。好ましい範囲は、35〜55℃で４〜22週間 である。 あるいは、生物学的組織はその固定化後、およびその貯蔵前に処理される。こ のような処理は、好ましくは、生物学的組織が、固定プロセスの間に利用される グルタルアルデヒド溶液中に留まり、そして／または生物学的組織が貯蔵される グルタルアルデヒド溶液と配置される間に遂げられ、そして再度、単に、グルタ ルアルデヒド溶液を約25〜80℃で約４〜22週間加熱することを包含する。 あるいは、生物学的組織はその貯蔵後、代表的には、哺乳動物身体内への移植 前の短い時間で処理される。生物学的組織は、好ましくは、単にグルタルアルデ ヒド溶液を約35〜55℃で約４〜22週間加熱することにより、貯蔵されているグル タルアルデヒド溶液中で加熱される。 あるいは、生物学的組織は、抗無機質化プロセスの間に、グルタルアルデヒド を抗無機質化溶液に添加し、そして加熱（好ましくは、約35〜55℃で約４〜22週 間）することにより処理される。当業者に認識されるように、種々の抗無機質化 プロセスは、カルシウムおよび種々の他の無機質により生物学的組織の鉱物化を 阻害するために用いられる。 グルタルアルデヒドの加熱は、その重合に影響を与えるようである。石灰化の 阻害は、生物学的組織中に含まれるグルタルアルデヒドの重合によるものである と考えられる。このように、当業者は、グルタルアルデヒドの重合に影響する種 々の他の架橋剤および他のプロセス（例えば、光、放射線、または化学薬品）が 、同様に、本発明の生物学的組織の処理方法において用いられ得ることを認識す る。従って、グルタルアルデヒド以外の種々の化学固定液、およびこれら化学薬 品および／またはグルタルアルデヒドの重合に影響する他の方法は、生物学的組 織内に含まれる化学薬品の重合に影響を及ぼすために、単独で、または加熱との 組み合わせにより用いられ得る。その結果、哺乳動物身体内への移植後の組織の 石灰化を阻害する。 固定化生物学的組織の石灰化の阻害方法は、生物学的組織の種々の異なるタイ プで用いられ得る（例えば、心臓弁、血管組織、皮膚、硬膜、心膜、筋膜、靭帯 、および腱）。当業者は、この記載が、種々の他のタイプの生物学的組織もまた 本発明の方法に従ってそれらを処理することにより利益を享受し得るので、包括 的ではないことを認識している。 本発明の他の利点と同様にこれらは、以下の記載および図面からより明白にさ れる。示され、かつ記載された上記特定の構造の変化は、本発明の精神から逸脱 することなく本請求項の範囲内でなされ得ることが理解される。 図面の簡単な説明 図１は、グルタルアルデヒド溶液を用いた生物学的組織の固定を包含する、哺 乳動物身体内への移植のための生物学的組織を調製するための先行技術プロセス を図示する流れ図である；そして 図２は、本発明による生物学的組織の石灰化を阻害するための方法を包含する 、哺乳動物身体内への移植のための生物学的組織の調製のフローチャートである 。 好ましい実施態様の詳細な説明 添付した図に関連して下記に示される詳細な説明は、本発明の現在好ましい実 施態様の説明として意図され、そして本発明が構築され得るかあるいは利用され 得る唯一の形態を表すことは意図されない。この説明は、図示された実施態様に 関連して、本発明を構築または実行するための工程の機能および順序を示す。し かし、本発明の精神および範囲内に含まれることも意図される異なる実施態様に よって、同様または同等の機能および順序が成し遂げられ得ることが、理解され るべきである。 哺乳動物身体内への移植後の生物学的組織の石炭化を阻害するために、グルタ ルアルデヒド固定化生物学的組織を処理するための方法を図２に図示する。図２ は、本発明の現在好ましい実施態様のフローチャートを描く。図１は、哺乳動物 身体内への移植用の生物学的組織を調製するための先行技術方法のフローチャー トを描く。 ここで、図１に言及すれば、哺乳動物身体内への移植用生物学的組織を調製す るための先行技術プロセスは、最初に動物またはヒトの死体から組織を採取する 工程を包含する（10）。当業者が認識するように、種々の異なるタイプの組織が 、異なる動物および/またはヒトの死体から日常的に採取される。例えば、心臓 弁は日常的にブタから採取され、心膜は日常的にウシまたはブタから採取され、 皮膚は日常的にヒトの死体から採取される。さらに当業者は、新しい組織が、哺 乳動物身体内に移植可能であることが、時々見出されていることを認識している 。 採取後生物学的組織は、代表的には１〜６時間の期間の間、生理食塩水溶液中 で洗浄される（12）。 次に組織は、室温で少なくとも３時間、0.65％グルタルアルデヒド溶液を用い て固定される（14）。周知であるように、グルタルアルデヒドは組織内でコラー ゲンのようなタンパク質の架橋をもたらす。このような架橋は、組織をより丈夫 にする傾向があり、そして組織の保存性をもたらす。架橋したタンパク質は、タ ンパク質分解切断に対する増加した抵抗性を示すことが知られている。さらに、 循環する血液が組織を破壊し得る主要なプロセスの１つは、酵素の加水分解を促 進するためにタンパク質基質の折りたたみ構造の広がり（unfolding）を伴う酵 素活性を介していることが知られている。組織のタンパク質の架橋は、このよう な折りたたみ構造の広がりに対して組織を抵抗性にし、その結果、血液の酵素活 性による組織の劣化を防ぐ傾向がある。 次に組織を、好ましくは、室温で２時間、アルコール/ホルムアルデヒド溶液 を用いて滅菌する（16）。組織の滅菌を達成するための好ましい溶液は、約12 m l/lのTween 80；約2.65gms/lのMgCl₂・（H₂O；約108ml/lのホルムアルデヒド（3 7％）；約220ml/lのエチルアルコール（100％）および約4.863 gms/lのHEPES緩 衝液を含む。残部は、二重濾過した水を含む。溶液のpHは、代表的にはNaOHの添 加により7.4に調整される。当業者は、種々の他の滅菌溶液が同様に適している ことを認識している。 必要であれば、抗無機質化（antimineralization）処理（18）を行い、哺乳動 物身体移植後の生物学的組織上での無機物沈澱物の蓄積を阻害する。当業者が認 識するように、生物学的組織上での種々の異なる無機物の沈澱を防ぐために、種 々の異なる抗無機質化処理が用いられる。 組織から余分なものを除き、次いで非生物学的成分を組織に加える（20）。例 えば、弁ホルダーに心臓弁を縫い付けることは、一般的である。この弁ホルダー は、心臓弁の取扱いを助け、そして哺乳動物身体内に移植する時、弁の台として さらに機能し得る。 次に、生物学的組織を、好ましくは上記のアルコール/ホルムアルデヒド溶液 中でさらにもう一度、滅菌する（22）。生物学的組織の調製が実質上完了し、次 に生物学的組織はおそらく長期間保存されるので、以前に用いられた滅菌手順よ りもより厳密な滅菌手順が一般的に使用される。この段階で、一般的に生物学的 組織を34〜38℃で約９時間滅菌する。 滅菌後、生物学的組織を室温でグルタルアルデヒド中に貯蔵する（24）。 ここで、図２について言及すれば、哺乳動物身体内への移植後の生物学的組織 の石灰化を阻害するための、グルタルアルデヒド固定化生物学的組織の処理のた めの方法は、好ましくはグルタルアルデヒドが生物学的組織と接触している時、 約4〜22週間、約35〜55℃に加熱するさらなる工程を含む。 生物学的組織の加熱は、動物またはヒトの死体からの組織採取後、そして哺乳 動物身体内への組織移植前の任意の時に、行われ得る。しかし、生物学的組織の 加熱は、先行技術によるプロセスの種々の段階て生ずるような、好ましくは生物 学的組織調製のためのプロセス内の、生物学的組織が既にグルタルアルデヒド溶 液の槽中に配置された時点で行われる。従って、本発明によるグルタルアルデヒ ド固定化生物学的組織を処理するための方法は、好ましくはグルタルアルデヒド 溶液で、生物学的組織を固定する間、グルタルアルデヒド溶液で生物学的組織を 固定する直後、あるいはグルタルアルデヒド溶液中に貯蔵する直前または貯蔵し た後のどちらかで、行われる。 さらなる代替として、グルタルアルデヒド固定生物学的組織を処理するための 方法は、グルタルアルデヒドを抗無機質化溶液に添加し、そして好ましくは約４ 〜22週間、約35〜55℃に溶液を熱することにより、抗無機質化処理の間に行われ 得る。 例えば、室温で少なくとも３時間、0.625％グルタルアルデヒド溶液を用いて 組織を固定した（14）後に、生物学的組織は、同じあるいは異なる0.625％グル タルアルデヒド溶液のいずれかで、好ましくは約35〜55℃で約4〜22週間、熱処 理され得る（15）。 上記の代替の１つとして、生物学的組織を、0.625％グルタルアルデヒド溶液 中て、再度好ましくは約35〜55℃で約4〜22週間、同時に固定し、熱処理する（1 3）。別の代替は、固定（21）の前に生理食塩水中（17）で組織を熱することで ある。 上記の他の代替として、生物学的組織は抗無機質化処理および加熱処理を同時 に行い得る（19）。哺乳動物身体内への移植後の組織の石灰化の阻害をもたらす ために、グルタルアルデヒドを抗無機質化溶液に加える。 従って、哺乳動物身体内への移植後の組織の石灰化を阻害するために固定され た生物学的組織の処理方法は、哺乳動物身体内への移植後のこのような組織の使 用可能な寿命を実質的に増加させる傾向があり、それ故、次の組織の取換えの必 要性を軽減させる。当業者は理解するように、このような組織の取換えは、しば しば患者に実質的な外傷を引き起こし、時には、患者の死をまねく。このように 、移植された生物学的組織の取換えの必要性を避けるかまたは延期することのい ずれかが可能なことは、大いに有益である。 本明細書中に記載され、そして図面に示された、グルタルアルデヒド固定化生 物学的組織を処理するための典型的な方法は、本発明の現在好ましい実施態様を 表すことが理解される。確かに、本発明の精神および範囲から逸脱することなく 、種々の改変および付加がこのような実施態様に対してなされ得る。例えば、グ ル タルアルデヒド以外のアルデヒドのような種々の固定化剤は、本発明における使 用にそれらを適するように、グルタルアルデヒドの特性と類似した特性を示し得 る。それ故、同様に使用され得る。従って、これらおよび他の改変および付加は 、当業者にとって自明であり、そして種々の異なる適用における使用に対して本 発明を適応させるために実行され得る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．哺乳動物身体内への移植後の生物学的組織の石灰化を阻害するために、グ ルタルアルデヒド固定化生物学的組織を処理する方法であって、以下の工程： a)該生物学的組織をグルタルアルデヒドに接触させて配置する工程；および b)該グルタルアルデヒドを加熱する工程、 を包含する、方法。 ２．請求項１に記載の方法であって、前記生物学的組織をグルタルアルデヒド に接触させて配置する工程が、該生物学的組織を以下を含有する約0.625％のグ ルタルアルデヒド溶液に接触させて配置する工程を包含する、方法： a)約26ml/l グルタルアルデヒド（25％）； b)約4.863g/l HEPES緩衝液； c)約2.65g/l MgCl₂・6H₂O； d)約4.71g/l NaCｌ； e)残部は二重濾過したH₂O溶液；および f)pHを約7.4に調整するのに十分なNaOH。 ３．前記グルタルアルデヒドを加熱する工程が、該グルタルアルデヒド溶液を 約35〜55℃に加熱する工程を包含する、請求項１に記載の方法。 ４．前記グルタルアルデヒドを加熱する工程が、該グルタルアルデヒドを約４ 〜22週間加熱する工程を包含する、請求項１に記載の方法。 ５．前記グルタルアルデヒドを加熱する工程が、前記生物学的組織を固定する プロセスの間中、該グルタルアルデヒドを加熱することを包含する、請求項１に 記載の方法。 ６．前記グルタルアルデヒドを加熱する工程が、前記生物学的組織の固定化後 および該生物学的組織の貯蔵前に、該グルタルアルデヒドを加熱する工程を包含 する、請求項１に記載の方法。 ７．前記グルタルアルデヒドを加熱する工程が、前記生物学的組織の貯蔵後に 、該グルタルアルデヒドを加熱する工程を包含する、請求項１に記載の方法。 ８．前記グルタルアルデヒドを加熱する工程が、後に前記生物学的組織が貯蔵 される該グルタルアルデヒドを加熱する工程を包含する、請求項６に記載の方法 。 ９．請求項１に記載の方法であって、前記組織の固定が完了した後、該生物学 的組織がグルタルアルデヒド溶液中に貯蔵され、そして、該グルタルアルデヒド の溶液を加熱する工程が、該生物学的組織が貯蔵される該グルタルアルデヒドの 溶液を加熱する工程を包含する、方法。 １０．請求項１に記載の方法であって、グルタルアルデヒド含有抗無機質化処 理溶液での固定処理の後、前記組織が処理され、そして、該グルタルアルデヒド を加熱する工程が、該組織が処理される抗無機質化処理溶液を含有するグルタル アルデヒドを加熱する工程を包含する、方法。 １１．哺乳動物身体内への移植後の石灰化を阻害するために、グルタルアルデ ヒド固定化生物学的組織を処理する方法であって、以下の工程： a)グルタルアルデヒド溶液中に該生物学的組織を配置する工程；および b)該グルタルアルデヒドを重合させる工程、 を包含する、方法。 １２．前記工程(b)が、前記グルタルアルデヒドを重合させるために、熱を加 える工程を包含する、請求項１１に記載の方法。 １３．前記工程(b)が、前記グルタルアルデヒドを重合させるために、該グル タルアルデヒドに化学薬品を加える工程を包含する、請求項１１に記載の方法。 １４．前記工程(b)が、前記グルタルアルデヒドを重合させるために、機械的 手段を利用する工程を包含する、請求項１１に記載の方法。 １５．請求項１１に記載の方法であって、グルタルアルデヒド溶液中で前記生 物学的組織を配置する工程が、以下を含有する約0.625％のグルタルアルデヒド 溶液中に該生物学的組織を投じる工程を包含する、方法： a)約26ml/l グルタルアルデヒド（25％）； b)約4.863g/l HEPES緩衝液； c)約2.65g/l MgCl₂・6H₂O； d)約4.71g/l NaCl； e)残部は二重濾過したH₂O溶液；および f)pHを約7.4に調整するのに十分なNaOH。 １６．請求項１に記載のプロセスにより形成される生体補綴物。 １７．前記固定した生物学的組織が以下を包含する、請求項１６に記載の生体 補綴物： a)心臓弁； b)血管組織； c)皮膚； d)硬膜； e)心膜； f)靭帯；および／または g)腱。 １８．前記グルタルアルデヒドを加熱する工程が、前記生物学的組織の固定の 間中、該グルタルアルデヒドを加熱する工程を包含する、請求項１６に記載の生 体補綴物。 １９．前記グルタルアルデヒドを加熱する工程が、前記生物学的組織の固定化 後および該生物学的組織の貯蔵前に、該グルタルアルデヒドを加熱する工程を包 含する、請求項１６に記載の生体補綴物。 ２０．前記グルタルアルデヒドを加熱する工程が、前記生物学的組織の貯蔵後 に、該グルタルアルデヒドを加熱する工程を包含する、請求項１６に記載の生体 補綴物。 ２１．前記グルタルアルデヒドを加熱する工程が、前記組織が処理されるグル タルアルデヒド含有抗無機質化溶液を加熱する工程を包含する、請求項１６に記 載の生体補綴物。 ２２．請求項１１に記載のプロセスにより形成される生体補綴物。 ２３．前記固定した生物学的組織が以下を包含する、請求項２２に記載の生体 補綴物 a)心臓弁； b)血管組織； c)皮膚； d)硬膜； e)心膜； f)靭帯；および／または g)腱。 ２４．前記グルタルアルデヒドを重合させる工程が、該グルタルアルデヒドを 加熱する工程を包含する、請求項２２に記載の生体補綴物。 ２５．前記グルタルアルデヒドを重合させる工程が、前記生物学的組織の固定 の間中および前記生体補綴物の貯蔵前に実行される、請求項２２に記載の生体補 綴物。 ２６．前記グルタルアルデヒドを重合させる工程が、固定化後であるが、生体 補綴物より前に実行される、請求項２２に記載の生体補綴物。 ２７．前記グルタルアルデヒドを重合させる工程が、グルタルアルデヒド含有 抗鉱化処理溶液への前記生体補綴物の曝露と同時に実行される、請求項２２に記 載の生体補綴物。 ２８．前記グルタルアルデヒドを重合させる工程が、固定化後およびグルタル アルデヒド含有貯蔵溶液中に貯蔵される間に実行される、請求項２２に記載の生 体補綴物。