【手続補正書】
【提出日】平成15年10月28日(2003.10.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】薄層状態で培養される組織のための生物反応装置及びその用途
【技術分野】
【０００１】
本発明は、任意にインプラントの調合のために、特に細胞成長および／または細胞の識別によって、可能な限りは生体適合性基質内においておよび／または付着支持体上において、細胞および組織の培養を行なう反応装置に関する。
【０００２】
生物反応装置は、特に、１または複数の薄い層の状態を成す組織または細胞の培養に適しており、組織または細胞に生理的な刺激を与えるとともに、薄層での培養に適した培養媒体中に栄養を供給する手段を備えている。また、反応装置は、有利な方法で、組織またはインプラントの固体部を、例えば壁または弾性変形可能な要素を持つ培養チャンバにおいて、容易に挿入または抽出することができる方法または形状を有している。また、反応装置は、温度調節手段を有していても良い。
【０００３】
反応装置は、様々なタイプの細胞の培養、様々な形状、組成、用途のインプラントの形成に使用することができる。
【０００４】
また、本発明は、本発明に係る生物反応装置を用いてインプラントを形成するプロセスに関する。したがって、本発明は、特に、歯の骨、軟骨インプラント等の形成に有用であり、随意的には生体適合性基質および／または、細胞または組織または基質のための固体支持体または半固体付着支持体、に関連する組織または細胞形成を含んでいる。
【背景技術】
【０００５】
歯科インプラントの製造のための反応装置は、特に文献ＷＯ  ００／２１４５６によって知られている。この反応装置は、歯根部および冠状部を有するインプラントコアを受け入れることができる。コアは、抜かれた歯の形状と同様な形状に基づいて、不活性な生体適合性材料によって形成される。インプラントの歯根部は、間充織細胞の培養においては、セメント芽細胞および繊維芽細胞に分化可能な組成を有する培養媒体中に浸される。この浸漬は、歯根部のセメント芽細胞の付着、セメントの第１の層およびこのセメントに付着される歯槽索の外形の形成を可能にする十分長い時間、維持される。
【０００６】
反応装置は、インプラントの周囲に形成される組織を機械的に活性化させることができるようになっている。この動きは、歯が通常受ける生理的な束縛を再現する。実際には、体外増殖とセメント芽細胞および繊維芽細胞の分化とを可能にするには、生理的な刺激が必要である。
【０００７】
文献ＷＯ  ００／２１４５６に記載された反応装置において、インプラントのコアは、硬質の多孔質壁によって形成された歯槽内に配置される。この場合、多孔質壁を通じて培養媒体が拡散する。培養された組織を活性化させるため、インプラントコアと反応装置の容器との間に機械的な手段が配置される。これらの手段は、インプラントのコアを容器に対して前後に移動させる。この移動は、特にインプラントの縦方向に沿って行なわれる。刺激手段は、例えば電気的な活性剤を有している。
【０００８】
そのような反応装置は、正確に制御してインプラントコアを容器に対して誘導できなければならないため、装置の精巧な部分を有している。実際に、歯槽の壁とコアとの間の空間は、セメント芽細胞および繊維芽細胞の十分な成長のために決められた値の範囲内に維持されなければならない。また、この反応装置は、細胞が浸漬される媒体の組成を取り換え或は制御することができない。また、与えられる機械的な刺激は、一定の制限を有している。また、この反応装置は、特に歯科インプラントの形成に関して説明するものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、製造が容易であるとともに、反応室内、好ましくは基質（例えば、培養される細胞または組織によって形成される細胞外基質）内で且つ支持体の表面（付着のため）で、細胞、特に薄層状態で培養される細胞または組織を十分に成長および／または分化することができる反応装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この反応装置の仕様は、特に、幾つかの培養状態を制御して、細胞の増殖および分化、細胞外基質の形成、組織の組織化および熟成を促進できることである。生物反応装置は、多くの制約および問題がある薄層状態の組織または細胞、特に構造的な組織の培養に適している。
【００１１】
第１の条件は、反応装置の生体適合性の壁、または、培養空間によって分離されて互いに対向する２つの壁に対して細胞または組織を付着させることができる表面作用である。培養空間は、その時、表面または付着を含む二重作用を受ける。
【００１２】
第２の条件は、できる限り自然な生理的状態を得るために組織内に形成される機械的な作用である。制約には、圧力、伸縮、剪断、摩擦、または、これらの作用の組み合わせが含まれても良い。
【００１３】
他の制約には、薄層状態の組織を均質に成長させることができるように培養媒体中に栄養を供給すること、すなわち、減少した培養空間内へ均一且つ制御された媒体供給を行なうことが含まれる。
【００１４】
これらの作用は、体内および体外成長において重要であり、特に、構造組織、例えば靱帯、骨、軟骨、デスモドンテ（ｄｅｓｍｏｄｏｎｔｅ）、セメント、腱膜、骨を含む靱帯挿入等において重要である。これらの組織は、生理的な刺激に対して非常に敏感であり、これらの活性方法を使用してこれらの組織を培養する際に大きな利益がある。
【００１５】
そのため、本発明は、薄層状の組織を培養でき、機械的な刺激を細胞に与えて、栄養を供給して栄養媒体に適合する拡散を行なうことができる生物学的な培養反応装置を初めて提供する。また、有利な事には、反応装置には、温度を制御する手段と、存在する細胞または組織を変化させることなく培養空間に対するインプラントの固体部分（付着支持体のような）の挿入または抽出を可能にする又は容易にする手段とが設けられている。
【００１６】
したがって、本発明の対象は、より正確には、１または複数の薄層状態を成す細胞または組織を培養するための反応装置に関する。この反応装置は、（ｉ）１〜１０００ミクロン、好ましくは１０〜１０００ミクロン、更に好ましくは５０〜８００ミクロンの培養空間を２つの壁間に形成する培養チャンバと、（ｉｉ）前記空間内で細胞または組織に機械的な刺激を与える手段と、（ｉｉｉ）好ましくは、培養空間内で培養媒体を潅流させる手段とを備えていることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る生体反応装置によれば、治療的な目的、科学的な目的、工業的な目的で、これらと同様な生物学的組織を得ることができる。また、この生物反応装置によれば、付着支持体の表面上、または、その面上或はその面上の一部で培養組織を保持するプロテーゼの表面上で、組織を培養して成長させて、例えば、混合インプラントの外科的な挿入後またはそのように形成された前記プロテーゼの外科的な挿入後に、組織の瘢痕形成および有機的な修復を高め或は加速することができる。
【００１８】
本発明は、様々な形態、構造、組成の様々なタイプのインプラントと共に使用することができ、また、様々な用途に使用することができる。本発明の思想において、用語「インプラント」は、実際に、固体支持体に関係付けられる細胞や再生組織から成る任意の組成体を示している。本発明は、固体コア（または構成部品）および細胞または生物学的構成要素を備えるインプラントを形成することが好ましい。また、インプラントのコアは、この文書では、用語＜付着支持体＞またはインプラントの心臓部によって表わされている。インプラントのコアは、任意の生体適合性材料、例えば金属、プラスチック、高分子、ガラス、生物学的材料、セラミック、骨、サンゴ等によって形成することができる。一般に、インプラントのコアは、バイオガラス、セラミック（例えばジルコン）、合金、チタン、または、骨から成る。本発明の特定の実施例に係るインプラントは、本発明に係る反応装置により細胞で部分的に覆われたコア（歯根部）を備える歯科インプラントである。歯科インプラントは、例えば、金属（例えばチタン）、高分子、生物学的なガラス、セラミック等の任意の生体適合性材料によって形成されても良い。また、インプラントは、例えば骨やジョイントインプラント等の他のタイプのインプラントを含んでいても良い。
【００１９】
前述したように、本発明に係る生物反応装置は、１または複数の薄層の状態を成す組織の形成に適した培養空間を２つの壁間に形成する培養チャンバを有していることが望ましい。それは、約１０００ミクロン以下の厚さ、一般的には１０〜１０００ミクロンの厚さ、更に好ましくは５０〜８００ミクロンの厚さの培養空間に対応していることが好ましい。培養空間は、厚さが９００ミクロン以下、更に好ましくは約８００ミクロン、好ましくは５０〜８００ミクロンの少なくとも１つの領域を形成することが好ましい。反応装置は、厚さが制御された薄い生物学的な組織、例えば層状の構造組織の形成に適している。
【００２０】
ほぼ均一な培養組織を形成するため、培養空間は、培養チャンバの全てまたは一部内で均一であることが望ましい。そのため、培養空間の厚さは、チャンバの主要区画では一定であることが望ましい。
【００２１】
培養空間を形成する壁は、硬質または硬質でない様々なタイプの材料から成り、あるいは、そのような様々なタイプの材料を備えていても良い。培養空間を形成する壁は、生体適合性材料、例えば、高分子、ガラス、プラスチック、金属等から成ることが好ましい。少なくとも１つの壁は、細胞増殖や細胞付着を促進する材料、あるいは、生理的な状態を再生する材料から成ることが更に好ましい。この点で、特に好ましい材料は、バイオガラス、骨、サンゴ、ヒドロキシアパタイト、二酸化チタン等である（実施例も参照）。したがって、第１の達成方法において、反応装置は、生体適合性材料から成る２つの壁によって形成される培養空間を備えており、壁の少なくとも一方は、細胞培養を促進する材料、好ましくはバイオガラス、骨、サンゴから成り、あるいは、そのような材料を基本としている。培養を促進する材料は、セラミック、金属または高分子等の他の生体適合性材料によって部分的に又は完全に覆われていても良い。
【００２２】
生物反応装置の形態において、２つの壁は、後述するように、固定或は移動可能であっても良い。２つの壁のうちの少なくとも一方が移動可能であることが好ましい。また、一方の壁は、インプラントそれ自体のコアによって形成されていても良い。この場合、反応チャンバは、インプラントのコアの形状に適した形状の壁によって形成される。インプラントのコアのチャンバ内への挿入によって、培養空間が減少する。特定の実施例において、反応チャンバは、円錐形状または円筒形状の壁によって形成され、インプラントのコアは、円錐状または円筒状である。この場合、反応装置は、前述の如くインプラントのコアの挿入が培養チャンバの壁と共に培養空間を減少させるように設けられ或は制御されるインプラントコア支持手段を有している。
【００２３】
１つの特定の異なる実施例において、反応装置の培養チャンバは、硬質でない弾性変形可能な壁によって区画され、これにより、組織を変化させることなくインプラントのコアを培養チャンバ内に容易に挿入し或は培養チャンバから容易に除去することができる。したがって、好ましい実施例において、生物反応装置は、インプラントのコアを培養チャンバに対して導入または除去する手段を有している。また、本発明は、その対象として、インプラントの付着支持体（またはコア）におけるチャンバまたは培養歯槽に対する挿入または抜去状態を良くすることができ、特にコアの表面に付着している組織を損傷させないで済む反応装置を提供しなければならない。
【００２４】
特定の方法において、反応装置は、特に、培養、分化、および／または成長のための歯槽（またはチャンバ）を形成し境界付ける膜の存在を特徴としている。前記膜は、弾性変形して、細胞または付着支持体の前記チャンバ内への導入に役立つことができる。後述するように、変形可能な膜によって、前記チャンバ内の細胞に機械的な刺激を与えることができる。
【００２５】
この目的のため、本発明は、その狙いとして、特に、随意的に生体適合性基質内で細胞を成長および／または分化させることによってインプラントを形成でき、培養、分化、および／または、細胞成長のための歯槽を備えるとともに、歯槽が弾性変形可能な膜によって形成されていることを特徴とする反応装置を提供し、また、この装置を有している。したがって、本発明は、部分的には、細胞および必要に応じてインプラントの付着支持体（またはコア）を受けるようになっている変形可能な壁を有するチャンバの開発を基本としている。そのような歯槽を使用することにより、多くの利点が得られ、特に、細胞または付着支持体を前記チャンバ内に容易に挿入することができる。
【００２６】
したがって、例えば、付着支持体（例えば、骨、高分子、生体適合性材料、バイオガラス、テフロン、金属等から成る固体部分、インプラントのコアとも称される）と関連付けられた細胞を備えたインプラントを形成するため、随意的には、細胞外基質を備えるインプラントを形成するため、反応装置は、インプラントのコアの表面上において、殺菌状態および再生可能状態下で、細胞の培養、分化、および／または成長を行なうことができる。実際には、歯槽の壁を変形させることにより、インプラントのコアと壁との間に大きな摩擦を生じさせることなく、したがって、コアの表面上に配置された細胞を損傷させることなく、インプラントのコアを歯槽内に挿入することができる。この製造方法においては、ゲル状の細胞、または、懸濁液状の細胞、または、外生的生物学的基質状の細胞、自動分泌基質状の細胞を、容器内と、インプラントまたはプロテーゼのコア上とに配置することができる。この場合、細胞は、容器内およびインプラントまたはプロテーゼのコア上で、同一であっても良く、あるいは、非常に異なっていても良い。
【００２７】
また、壁の変形可能特性、特にその弾性特性により、培養処理中、細胞に機械的刺激を与えることができ、その増殖および／または分化を促進することができる。
【００２８】
したがって、本発明は、その対象として、弾性変形可能な壁によって形成された培養チャンバを備えた全ての反応装置を含んでいる。そのため、生物反応装置の容器は、中間チャンバ内に、負圧によって変形可能な弾性壁を有している。１つの好ましい実施例において、本発明に係る反応装置は、特に空気圧的または液圧的な性質を有する壁を機械的に変形させる手段を備えている。
【００２９】
前述したように、本発明に係る反応装置は、細胞または組織に機械的な刺激を与える手段を備えていることが望ましい。そのため、培養空間は、２つの壁の相対移動、生物学的組織、あるいは、機械的な刺激を形成する１つまたは２つの対向壁への微細な機械的取り付けによる制約を受ける可能性がある。
【００３０】
機械的な作用は、圧力によって、伸縮、剪断、摩擦によって、あるいは、これらの作用の組み合わせによって及ぼされることが好ましい。機械的な作用は、一般に、培養空間の厚さを基本的に変化させるチャンバの壁の一方または両方の移動によって得られる。厚さの変化は、２つの壁のうちの一方の移動によって引き起こされ、培養空間の初期の厚さの約±２０％、好ましくは±１０％を越えないように制御されることが好ましい。
【００３１】
実施例で後述するように、機械的な作用は、変形可能な壁、培養チャンバの構造内、あるいは培養チャンバと壁支持手段との間に導入される柔軟なジョイント（特に円環状ジョイント）を使用することによって、機械的な刺激（圧力、回転、押し潰し等）等によって得ることができる。
【００３２】
特に好ましい実施例において、反応装置は、例えばピストンによって、必要に応じては、インプラントのコアの変位によって、あるいは、培養チャンバまたはその一部の変形によって（例えば、変形可能なジョイントによって）細胞に機械的な刺激を与える手段を備えている。変位の場合、これは、前後動あるいは緩やかな部分回転によって、例えばインプラントの軸に沿って行なわれる。有利な形態において、刺激は、反応装置（歯槽、膜、ジョイント等）内に導入される変形部材（例えば柔軟な）によって、また、圧力／負圧または押し潰し力を加えることによって行なわれる。
【００３３】
また、培養される組織内で圧迫の伝達を高めるため、吸収性または非吸収性のスポンジ等の要素、例えばコラーゲン、キトサン、コラーゲン−キトサンによって形成されるスポンジ、溝等の凹凸一方の壁の面の、例えば生体適合性高分子から成る繊維、高分子、ガラス、セラミック等、あるいは、これらの材料の組み合わせによって形成することができ且つ培養空間の厚さよりも僅かに小さい５０〜１０００ミクロン、好ましくは５０〜５００ミクロンの直径を有する玉を培養空間に加えることができる。
【００３４】
本発明の１つの好ましい実施例は、（ｉ）厚さが約１０００ミクロンを下回る培養空間を２つの壁間に形成する培養チャンバと、（ｉｉ）前記空間内で細胞または組織に機械的な刺激を与える手段と、（ｉｉｉ）好ましくは、培養空間内で培養媒体を潅流させる手段とを備え、培養空間は、機械的な刺激を高めることができる要素（スポンジ、繊維、ビード、粒子等）を備え、あるいは、凹凸（溝、スプレー、繊維等）を有する少なくとも１つの壁を有している前述した反応装置に関する。
【００３５】
本発明の他の特定の実施例は、（ｉ）厚さが約１０００ミクロンを下回る培養空間を２つの壁間に形成する培養チャンバと、（ｉｉ）前記空間内で細胞または組織に機械的な刺激を与える手段と、（ｉｉｉ）好ましくは、培養空間内で培養媒体を潅流させる手段とを備え、２つの壁のうちの少なくとも一方が、細胞培養を促進する材料、好ましくはバイオガラスまたは骨から成る前述した反応装置に関する。
【００３６】
好ましい実施例において、本発明の反応装置は、培養空間内で培養媒体を潅流させる手段を有している。本発明の生物反応装置の他の有利な特徴は、培養された組織で表面および界面作用を得るために必要な薄くされた厚さの培養空間内で栄養媒体の拡散を促進することである。栄養媒体の拡散は乱流によって得ることができるが、その分布は、この培養空間の周期的な膨張・収縮によって、および／または、表面全体にわたるできる限り規則的な振幅の動きによって得られる。
【００３７】
したがって、その作用は、脈動のそれに似ており、組織を破壊するところなく、適切で有効且つ十分な栄養および刺激を与える振幅および振動数に調整することができる。刺激（特に膨張・収縮サイクル）の回数は、毎分１〜８０サイクルに設定されることが望ましい。
【００３８】
培養界面を形成する硬質部の移動軸と表面との間の角度は、良好な調節を得るための重要な要素である。弾性歯槽の場合、中間チャンバ内に加えられる圧力の変化により、その後に栄養媒体の拡散を促進する膨張・収縮作用および有効な刺激またはこの刺激の一部を、培養される組織に伝えることができる。例えば、培養空間は、培養次第で、５０〜１０００ミクロンの平均値を中心に１０％変化することができる。
【００３９】
培養媒体の入口および出口の数は、培養される組織および歯槽材料に適合させることができる。弾性歯槽の場合、容器の底部を入口とし、容器の上部を出口とするのが最も簡単な選択肢である。また、入口は、例えばインプラントのコアから開始することができる。硬質な歯槽の場合、前記解決策に加えて又は前記解決策の代わりに、培養空間内の培養媒体の分布を最適化するために、複数の入口および出口を設けることができる（図５および図６）。入口および出口は、互いに９０°で配置されることが好ましく、媒体の最適な拡散を得るために交互に配置されることが好ましい。また、歯槽の穴の表面上の中空経路は、媒体の拡散に寄与し得る。
【００４０】
好ましい実施例において、反応装置は、栄養の供給および／または歯槽内に存在する培養媒体の交換を可能にする潅流システムを有している。潅流流量は、細胞のタイプおよび培養のタイプ等に応じて、熟練者が調整することができる。前述したように、減少された培養空間内での媒体の拡散は、培養チャンバの壁の一方または両方の移動（圧力、弾性変形、前後動等）によって促進されることが好ましい。
【００４１】
１つの特定の実施例において、本発明の反応装置は、培養媒体の温度調整手段を有している。前記手段は、例えば、温度が制御された水または液体または気体の循環、電気抵抗やペルチェ効果トランジスタ等のトランジスタの存在である。
【００４２】
この点で、１つの特定の実施例によれば、本発明は、任意の細胞培養または組織培養の反応装置であって、培養チャンバと、培養チャンバの温度を調節する手段とを備えることを特徴とする反応装置に関する。本発明は、細胞に機械的な刺激を与える手段および／または媒体を潅流させる手段を有する前述の反応装置を含む。
【００４３】
本発明に係る反応装置は、様々なタイプの細胞の培養、および、様々な形状、組成、用途のインプラントの形成に使用することができる。本発明に係る反応装置は、細胞を構成する細胞物質を処理するために使用される。細胞の成長、培養、分化、付着は、機械的な刺激によって促進される。特に、細胞としては、繊維芽細胞、セメント芽細胞、軟骨細胞等を挙げることができる。細胞の特定の例は、真皮の繊維芽細胞、頬粘膜、ゴム、歯槽索（ｄｅｓｍｏｄｏｎｔａｌ）、軟骨細胞、これらの細胞の前駆物質である。また、使用される細胞群は、異なるタイプの細胞を備えた混合された個体群であっても良い。本発明で使用される細胞は、自己由来細胞、異質遺伝子型細胞、異種細胞であっても良い。培養は、原始的な培養または従来の方法であっても良い。細胞は、人間の細胞、人間の器官の細胞を含んでいることが好ましい。それらの細胞は、懸濁液、集合体、コロニー、層、可能であればインプラントコアへの付着を高めることができる天然または人工の細胞外基質の形態で使用することができる。また、細胞は、細胞に有利な特性を与える遺伝子組み換えされた核酸を含む、遺伝学的に修正された細胞であっても良い。
【００４４】
また、本発明は、組織または細胞の培養またはインプラントを容易に処理することができるように形成された生物反応装置の使用に関する。また、本発明は、前述の反応装置を使用する、インプラント、培養された組織または細胞培養のための準備プロセスに関する。
【００４５】
複合体または細胞組織（幾つかのタイプの細胞）は、それが閉じられる前に、生物反応装置の容器内に配置することができる。また、複合体または細胞組織は、これらを生物反応装置の容器内に配置する前に、インプラントの付着支持体またはプロテーゼの表面と接触した状態で配置することができる。これらの２つの技術は、ゲル状の細胞、または、懸濁液状の細胞、または、外生的生物学的基質状の細胞、自動分泌基質状の細胞を、容器内と、インプラントの付着支持体またはプロテーゼ上とに配置するこにより、同時に使用することができる。この場合、細胞は、容器内およびインプラントまたはプロテーゼ上で、同一であっても良く、あるいは、異なっていても良い。
【００４６】
生物反応装置は、インプラントの周囲に比較的厚さが薄い培養空間を使用するようになっている。インプラントまたはプロテーゼに応じて２つの状況が生じ得る。
【００４７】
−  部品は、挿入軸、取り付け軸、回収軸に対して＜腐肉の形成（ｓｌｏｕｇｈｉｎｇ）＞と称される形態に起因して、断ち切られ或は引っかかれることなく、部品の表面に付着する組織を擦り合わせることにより生物反応装置内に配置され、あるいは、生物反応装置から取り出される。培養のために意図された表面は、例えば円錐形状を有していても良い。
【００４８】
−  インプラントまたはプロテーゼのコアが、生物反応装置内での設置中または生物反応装置の部品からの回収中に、培養された表面と擦り合い易い形状を有している場合には、こうした時にインプラントから遠ざけることができる前述した変形可能な歯槽を使用することが好ましい。
【００４９】
１つの特定の実施例において、本発明は、その対象として、細胞の全体または一部から成る基質で覆われるコアを備えたインプラントを形成するための前述した反応装置であって、
−  インプラントのコアの全体または一部を受けるようになっている歯槽（または培養チャンバ）を形成または境界付ける膜と、
−  歯槽内で前記インプラントコアを支持する手段と、
−  インプラントの周囲の細胞に機械的な刺激を与える手段と、
を有し、
膜が弾性的に変形し、機械的な刺激を与える手段が前記膜を繰り返して変形させる手段を含む反応装置を有している。
【００５０】
本発明の特定の実施例は、インプラントの歯根部上で細胞を成長させることにより歯科インプラントを形成するための反応装置であって、
−  インプラントの歯根部を受ける歯槽を画定する膜と、
−  歯槽内で前記インプラントをその歯根部と共に支持する手段と、
−  インプラントの歯根部上の細胞に機械的な刺激を与える手段と、
を備え、
膜が弾性的に変形可能であり、機械的な刺激を与える手段が前記膜を変形させる手段を含んでいる反応装置を有している。
【００５１】
他の特定の実施例において、本発明は、その対象として、細胞の全体または一部から成る基質で覆われるコアを備えたインプラントを形成するための前述した反応装置であって、
−  インプラントのコアの全部または一部を受けるようになっている歯槽（または培養チャンバ）を形成または境界付ける柔軟または硬質な壁と、
−  歯槽内で前記インプラントコアを支持する手段と、
−  インプラントの周囲の細胞に機械的な刺激を与える手段と、
−  歯槽内で培養媒体を潅流させる手段と、
を含む反応装置を有している。
【００５２】
１つの特定の実施例において、コアを支持する手段は、歯槽内でインプラントを移動させる弾性変形可能な要素（例えばジョイント）を有している。
【００５３】
他の特定の実施例において、歯槽は、バイオガラス、骨、他の生体適合性材料（高分子、ガラス、プラスチック、金属、サンゴ）から成る、または、これらの材料を基本とする硬質な壁によって形成される。
【００５４】
他の特定の実施例において、生物反応装置は、温度調節手段を有している。
【００５５】
また、本発明は、その対象として、培養媒体内の固体付着支持体（例えばインプラントのコア）上で細胞を成長および／または培養および／または分化することによってインプラントを製造するプロセスであって、
−  インプラントのコアまたはその一部に細胞を付着させることができる状態下で、インプラントのコアを細胞と接触させ、
−  先に得られた細胞で覆われたインプラントのコアの少なくとも一部を、培養媒体で予め或は付随的に満たされた前述の生体反応装置の歯槽内または培養空間内に浸漬し、
−  細胞を機械的に活性化させるプロセスを有している。
【００５６】
１つの特定の実施例においては、
−  インプラントのコアまたはその一部に細胞を付着させることができる状態下で、インプラントのコアを細胞と接触させ、
−  先に得られた細胞で覆われたインプラントのコアの少なくとも一部を、培養媒体で満たされた歯槽内に浸漬し、歯槽は、弾性変形可能な膜によって形成され或は境界付けられ、
−  膜を機械的に動かして膜を経時的に変形させるプロセスを有している。
【００５７】
本発明の他の目的は、培養媒体内の固体付着支持体（例えばインプラントのコア）上で細胞を成長および／または培養および／または分化することによってインプラントを製造するプロセスであって、
−  インプラントのコアまたはその一部に細胞を付着させることができる状態下で、インプラントのコアを細胞と接触させ、
−  先に得られた細胞で覆われたインプラントのコアの少なくとも一部を、培養媒体で満たされた歯槽内に浸漬し、歯槽は、弾性変形可能な膜によって形成されるとともに、径方向に拡張することによって予め変形され、
−  歯槽の変形を中止し、
−  インプラントの前記コア上で細胞を成長および／または培養および／または分化させることができる十分な時間、歯槽内でインプラントのコアを維持するプロセスに関する。
【００５８】
本発明の意味において、用語＜付着＞は、歯槽内または本発明の反応装置内にインプラントのコアを挿入する際、細胞（可能であれば基質内（状）の細胞）が少なくとも部分的且つ一時的にインプラントのコアと接触したままとなり得る状態を示している。この付着は、そのような付着を自然に行なう表面を使用して行なうことができ、あるいは、この対象を用いて予備形成され得る。また、付着を容易にするため、ゲル、ペースト、スポンジ、自動分泌された基質内に細胞を組み込むことができる。また、細胞をインプラントのコアに堆積させた後に、細胞を保持する膜、好ましくは生体適合性がある多孔質の膜で細胞を覆うことができる。
【００５９】
前述したように、本発明の特定の適用例は、本発明に係る変形可能な歯槽内に導入される前記インプラントの歯根部上で細胞を培養することにより歯科インプラトを形成することを含んでいる。
【００６０】
また、本発明は、その対象として、細胞の培養、分化、および／または、増殖のためのプロセスであって、
−  弾性変形可能な膜によって形成され且つ培養媒体で満たされた歯槽内に細胞体を導入し、
−  膜を機械的に動かして膜を経時的に変形させる、
プロセスを有している。
【００６１】
前述したように、本発明のプロセスにおいては、培養媒体を取り換えるため、組織が潅流培養されることが好ましい。潅流は、歯槽の下側部分の開口より、新鮮な媒体を供給することにより行なうことが好ましい。また、この供給は、インプラントのコア（または本体）内に形成された経路、または、必要である場合には機械的な刺激のために使用されるピストン内に形成された経路によって行なうことができる。媒体の除去は、一般に、歯槽の上部に設けられた開口を通じて行なわれる。
【００６２】
細胞培養に使用される媒体は、当業者に知られた任意の媒体、特に、哺乳類の細胞の培養、成長、分化に適した任意の媒体であっても良い。特に、媒体は、可能であれば抗生物質、アミノ酸、血清等で補給されるＤＭＥＭ、ＲＰＭＩ、ＨＡＦ媒体等であっても良い。
【００６３】
また、本発明は、前述したような反応装置の使用、前述したような歯槽の使用、細胞体、一般的には人に使用される特にインプラントの形成のための反応装置の使用に関する。
【００６４】
本発明の他の形態および利点は、図を参照しながら、限定ではない単なる一例である以下の実施例を読むことによって分かる。
【００６５】
図１に示される反応装置２は、特に、生体適合性材料から成るインプラントのコア４の細胞増殖による歯科インプラントの製造を対象としている。このコアは、例えばセラミック、チタン、バイオガラス、または、これらの材料の混合物によって形成されている。
【００６６】
反応装置２は、一般に、ｘ−ｘ’軸を中心に回転する。反応装置は、包囲体８を形成する容器６を有している。容器６は、円筒状の本体１０と、本体と一体になったカバー１２とを有している。本体およびカバーの両者は、ＰＴＦＥによって有利に形成されている。無論、他の材料を使用して反応装置を形成することができる。
【００６７】
カバー１２は、図示していない３つのネジによって本体１０に固定されている。これらのネジは、カバー１２を貫通して形成された通路１４と係合される。ネジの引き込まれた先端は、本体１０のネジ穴１６内に進入する。また、図２に示される凹状の穴１８は、図示していない心出し部品を受けるためにカバーおよび本体の対向面に形成されている。
【００６８】
包囲体８は、本体６内に軸方向の縦穴２２を有している。この縦穴は、本体１０内にくり抜かれた同軸のキュベット２４のボトムプレート２３の略中心に現れる。このキュベット２４は、円筒状の本体１０の平坦な先端の第１の面１０Ａ上で開口している。
【００６９】
包囲体８内には、ベルの形態を成す弾性膜２６が配置されている。この膜は、インプラントの歯根部３０を受ける略円筒状の収容歯槽２８を形成している。弾性膜２６は、経路３６が軸方向に貫通するボトム３４によりシールされた円筒部３２を有している。膜は、ボトムと反対側の端部に、膜２６を本体１０に結合するための外側環体３８を有している。この環体は、円筒部３２と同じ材料によって形成されている。環体は、ボトム３４に向って反転するその面上に、キュベットのボトム２３に形成された外周キャビティ内に位置する外周フランジ４０を有している。
【００７０】
膜２６は、液体および気体を透過させず、変形可能である。膜は、例えば生体適合性シリコンによって形成されている。
【００７１】
円筒部３２の内径、すなわち、歯槽２８の直径は、インプラントの歯根部３０の直径よりも若干大きい。特に、直径の差は、膜２６が静止して変形していない時に歯槽内のインプラントのコア４と膜２６との間の距離が０．１〜５ｍｍとなるように設定されている。コアと膜との間に形成される環状空間は、組織培養領域に対応している。
【００７２】
また、円筒部３２および縦穴２２の外径および内径はそれぞれ、厚さがゼロではない環状チャンバ４２が本体１０と膜２６との間に形成されるように設定される。環状チャンバ４２の厚さは、少なくとも１ｍｍであり、例えば３ｍｍである。
【００７３】
縦穴２２からは軸孔４４が延びている。この軸孔は、本体１０の先端の第２の平坦面１０Ｂ上で開口している。軸孔４４は、通常、これを水密にシールするため、この軸孔内に圧入された部品４６によってシールされる。
【００７４】
部品４６の一端は、縦穴２２の内部に突出している。この一端は突起４７を有しており、この突起は、膜のボトム３４の厚さ内に形成された補完的形状（対応する形状）のキャビティ４８の内部と弾性的に係合するようになっている。また、部品４６は、突起４７の上端で膜のボトム３４の通路３６と軸方向で連通する内側経路４９を有している。経路４９は、部品４６の他端で、反応装置の外部に通じている。したがって、チャンネル４９は、任意の適当な装置（ポンプ、シリンジ等）により、培養媒体を歯槽に供給する。また、経路４９は、反応装置の側壁上に経路を開口させる曲げ部を有していても良い。
【００７５】
環状チャンバ４２に接続される経路５０は、本体１０に形成されている。この経路は、５２で示される可変負圧源にチャンバ４２を接続するようになっている。この可変負圧源は、例えば真空ポンプによって表わされる。
【００７６】
チャンネル５０は、径方向に延びるとともに、負圧源５２への接続部として機能する場合、円筒状の本体１０の側壁で開口する。
【００７７】
また、図２および図３に示される排出経路５４は、インプラントの歯根部３０が浸される培養媒体を循環させるために、本体１０を貫通して延びている。このチャンネルは、一端がキュベット２４内で開口し、他端が本体の円筒壁を貫通している。また、この経路は、培養媒体の収集体５６に接続できるように形成されている。
【００７８】
また、反応装置２は、容器６および包囲体８に対して所定の位置にインプラントのコア４を支持するための手段５８を有している。
【００７９】
これらの支持手段は、カバー１２を横切る中央オリフィス６０によって達成される。
【００８０】
支持手段５８は、図３に示される支持部品６２を有している。この部品６２は、一般に回転することができる。部品６２は軸方向の座付き通路６４を有しており、この座付き通路６４は、インプラントのコア４から軸方向に延びる６６で示されるロッドを受けている。
【００８１】
部品６２の壁を貫通してネジ付きの貫通穴６８が径方向に形成されている。この穴は、インプラントを部品６２に対して保持する頭無しネジ７０を受ける。ネジ７０の先端は、ロッド６６の平坦部と接しており、これにより、ロッドを軸方向に固定するとともに回転を許容している。
【００８２】
シャフト６６は、部品６２を越えて、インプラントのコア４の他端へと延びている。このシャフトの先端は、軸方向ボルト７２に連結されている。この軸方向ボルトは、軸方向の一端に、シャフト６６の先端を受ける座面を有している。シャフトの先端は、接着剤によって所定位置に保持されている。ボルト７２は、その他端に、ナット７８と螺合する雄ネジ７６を有している。
【００８３】
部品６２は、円筒状のフェルール８２によって形成されるチャンバ８０内を挿通している。フェルールは、その２つの端部に向って円筒状の通路を形成しており、その全長にわたってチャンバ８０を形成している。
【００８４】
通路の直径は、ダイヤフラムを形成する窪んだ外周リム８４により、通路の一端で減少している。この窪んだリムは、部品６２を支持する環状面を形成している。
【００８５】
フェルールは、通路の他端に、ネジを有している。このネジは、リム８４と部品６２との接触状態を維持するネジ付きフィリングプラグ９０を受けるようになっている。プラグ９０には、ボルト７２が挿通される孔９２が軸方向に形成されている。プラグは、フェルールのネジと螺合する適当な雄ネジを有している。プラグ９０は、雄ネジを越えた部位に、鋸歯状クラウン９４を有している。
【００８６】
フェルール８２は、その先端に、リム８４と共に、環体９６を有している。この環体９６は、本体１０とキャップ１２との間に挿入できるようになっている。この環体は、キュベット２４の直径よりも大きい直径を有している。その外周リムは、キュベット２４の周囲の本体の第１の主面１０Ａに形成された環状痕跡１００内に部分的に受けられている。この痕跡１００は平坦な底部を有しており、この底部には、水密な円環状ジョイント１０４を形成する環状溝１０２が配置される。
【００８７】
痕跡１００の深さは、環体９６およびフェルール８２が痕跡１００の底部とカバー１２との間にしっかりと保持されたままとなるように、環体９６の厚さよりも浅い。
【００８８】
インプラント、例えば歯科インプラントを製造するため、反応装置は、まず、図１に示されるように組み立てられる。この時、インプラントのコアは配置されない。
【００８９】
詳細には、膜２６が縦穴２２内に挿入され、フェルール８２がカバーのオリフィス６０と係合される。カバーが本体１０上に固定され、本体とカバーとの間に挿入される環体９６によって、フェルール８２が所定位置に保持される。
【００９０】
また、コアから延びるロッド６６を保持するネジ７０によって、インプラントのコア４が支持部品６２に固定される。
【００９１】
コアを支持部品に固定した後、細胞を前記歯根部に付着する状態で、細胞混合体の存在下でコアの歯根部が培養される。歯科インプラントを準備するため、細胞組成は、一般に、歯槽−歯靭帯の繊維芽細胞、これらの繊維芽細胞の先駆物質、セメント芽細胞から成る。１つの特定の実施例において、コアの歯根部は、細胞組織によって覆われる。この細胞組織は、予め、インプラントのコアの歯根部の周囲を取り巻く平板培養を受けてしまっている。他の実施例において、コアの歯根部は、例えばスポンジ、ゲル、ペーストタイプなどの細胞が含浸された基質で覆われる。
【００９２】
このようにして覆われたコア４を細胞組織を損傷させることなく反応装置内に挿入できるように、環状チャンバ４２内に負圧が形成される。この負圧は、ポンプ５２によって形成される。この負圧の作用下で、膜２６が著しく変形して、円筒部３２が径方向に拡張する。
【００９３】
したがって、歯槽２８は、それ自体拡大して、その内部領域が広くなる。その後、カバーの通路を介して、インプラントのコアが反応装置２内に導入される。コアの歯根部が歯槽２８内に挿入される。インプラントのコアを所定位置に維持するため、プラグ９０は、ボルト７２の周囲に螺合し、スリーブ８２内に捩じ込まれる。捩じ込みは、支持部品６２が閉じられてリップ８４とプラグ９０との間で軸方向に固定されるまで続けられる。
【００９４】
インプラントのコアの最初の挿入後、歯槽２８は、チャンバ４２内に形成された負圧を停止することにより弛緩される。本発明がこの使用形態に限定されず、反応装置の歯槽内で細胞材料とインプラントとを直接に接触させることができることは言うまでもない。
【００９５】
細胞組織の培養のため、歯槽２８には、培養媒体が永久的に潅流される。培養媒体は、経路４９により、膜のボトム３４を介して導入される。したがって、培養媒体は、コア４に沿って歯槽２８内を循環し、歯槽の上部からキュベット２４内へと排出される。培養液は、排出経路５４を介してキュベット２４から除去される。
【００９６】
細胞培養中すなわち成長段階において、膜２６は、弾性的な変形を一定の周期で繰り返し受ける。各周期は、水密チャンバ４２内に負圧を形成することによって歯槽２８の容積を増大させる第１の段階と、水密チャンバ４２を外気に開口して負圧を停止させることにより膜を弾性によって弛緩させて歯槽の容積を減少させる第２の段階とを含んでいる。
【００９７】
この周期的な負圧は、経路５０によってチャンバ４２に接続される負圧源５２によって形成される。
【００９８】
膜の変形は、培養される細胞に機械的な動きを引き起こす。また、膜によって培養媒体中に形成される脈動は、歯槽２８内で拡散する。
【００９９】
負圧源によって形成される負圧は周期的であり、その周波数は、自然の脈動の振動数とほぼ等しくても良いが、必ずしもそうである必要はない。人間の場合、この振動数は、１分間に４０〜８０拍である。生物反応装置においては、３〜１０秒毎に１回の脈動で十分である。チャンバ４２内に形成される周期的な負圧は、細胞培養の全期間にわたって繰り返されることが望ましい。周期的な負圧は、組織の発達を促進するために必要な細胞の生理的な刺激を引き起こす。
【０１００】
変形例として、膜の変形作用下で培養媒体の拡散効果を更に高めるため、膜２６と本体１０との間に形成されるチャンバ４２は、区画壁によって複数の区画室に分割される。そのように形成された閉じられた各区画室は、それ自身の負圧源に連結される。負圧源が連続的に作動することにより、膜が連続的に変形し、これにより、膜２６に沿って伝搬する波が形成される。この波は、膜とインプラントのコアとの間に形成される培養空間内に、拍動現象を引き起こす。
【０１０１】
更に他の変形例において、培養媒体は、容器の周方向に沿って水平に分布した複数の地点で潅流される。インプラントのコア上には、垂直面上で且つインプラントのコアに対して正反対の複数の点に、培養媒体の入口点および出口点の場所があちこちに定められる。
【０１０２】
培養媒体の最適な拡散を得るために、入口点および出口点は、平面内で互いに９０°を成す垂直線に沿って交互に分布することが好ましい。全ての細胞に同様の方法で培養媒体を供給するように、入口点および出口点を周期的に切換えることができる。
【０１０３】
前述したように、良好な制御を行なう場合にあっては、培養界面を形成する硬質部の移動軸と表面との間の角度は、重要な項目である。弾性歯槽の場合、中間のチャンバ内に作用する圧力の変化によって、栄養媒体の拡散を促進し且つ機能的な刺激またはこの刺激の一部を促進する膨張・収縮作用を、培養されている組織に伝えることができる。例えば、培養空間は、培養次第で、５０〜１０００ミクロンの平均値を中心に１０％だけ変化することができる。
【０１０４】
また、培養媒体のための入口点および出口点の数は、培養される組織および歯槽材料に適合させることができる。弾性歯槽の場合、容器の底部を入口とし、容器の上部を出口とするのが最も簡単な選択肢である。硬質な歯槽の場合、前記解決策の他、培養空間内の培養媒体の分布を最適化するために、複数の入口および出口を設けることも考えられる。また、歯槽の壁内の中空表面経路は、培養媒体の拡散に寄与し得る。
【０１０５】
細胞培養が終了すると、培養細胞によって覆われたコア４は、反応装置からカバー１２を通じて除去される。この除去中、歯槽２８は、チャンバ４２内に形成される負圧によって拡張されたままである。
【０１０６】
インプラントは、保管し且つ外科的処置が行なわれる場所に搬送するため、図４に示される円筒状の容器１３０内に格納される。この容器は、細胞で覆われたインプラントの歯根部を受けるのに適した円筒状のキャビティ１３２を有している。
【０１０７】
円筒状のキャビティ１３２は、その開口端に、締めプラグ９０と螺合可能なネジ１３４を有している。
【０１０８】
キャビティは、キャビティの底部とネジ１３４との間に、支持部品６２のための支持面を形成する肩部１３６を有している。
【０１０９】
プラグ９０を捩じ込んだ後、支持部品は、肩部１３６とプラグ９０との間でしっかりと保持されることにより軸方向に固定される。
【０１１０】
キャビティの底部と肩部１３６との間の距離は、支持部品６２が肩部１３６と接触した際にインプラントの歯根部がキャビティの壁のどの部位とも接触しないように設定される。
【０１１１】
インプラントを保管する場合、キャビティが保存液で満たされ、インプラントの歯根部がこの保存液中に浸される。
【０１１２】
図５に示される反応装置は、好ましくはバイオガラスによって形成される容器２０２を備えている。容器２０２は円錐台状のキャビティを有しており、このキャビティは、内側円錐体２０３と接続することにより、軟骨組織が晒される生理学的な状態に近い剪断摩擦および圧力作用によってゲル培養の機械的な刺激を可能にする。装置のサイズは、望ましい培養表面（円錐台）、つまり、細胞の数に適合し得るようになっている。また、内側円錐体２０３の本体も、好ましくはバイオガラス、または、できる限り骨に模に似た任意の他の材料によって形成されていると良い。円錐体が平らになればなるほど、圧力の変化および培養媒体の拡散が大きくなり、剪断減少が制約される。逆もまた同様である。
【０１１３】
また、容器２０２は、カバー２０４に取り付けられ且つ平坦な底部を有する容器２０１内に挿入することができる。平坦な底部は、加熱テーブル上での反応装置の使用を可能にし、これによって、温度分布を均一にする。また、温度制御システムを生物反応装置の壁内に直接に組み込むことができる。例えば、温度制御システムは、水、電気抵抗、または、ペルチェ効果トランジスタ等から成る回路を含んでいる。２つのセンタリング軸２１３がカバー２０４および本体２０１内に挿入されている。
【０１１４】
また、カバー２０４には入口２１２が設けられている。この入口は、移動を引き起こす圧縮空気の通過を許容し、これにより、機械的な刺激を可能にする。下側の円環状ジョイント２１０は、培養媒体に加えられる垂直移動の振幅を規定する。また、加圧空気によって加えられる垂直移動の振幅を促進する上側円環状ジョイント２１１を装置に加えることもできる。
【０１１５】
また、装置は、下側ダイアフラムに取り付けられ且つ内側円錐体を支持する移動可能な円筒部２０５を備えている。この移動可能な円筒部において、入口２０８は培養媒体の潅流を許容し、出口２０９は培養媒体を排出する。スプリング薄板が付設されたワッシャ２０７すなわち復帰シリコンワッシャにより、その厚さ分だけ、移動可能な円筒部２０５によって与えられる移動高さを調整することができる。遮断ロッドまたはあぶみ２０６は、ワッシャ２０７と接触することにより垂直移動を規制する。
【０１１６】
図６に示される反応装置は、好ましくはバイオガラスによって形成される＜蜂の巣状の＞容器３０２を備えている。容器３０２は円錐台状の歯槽を有している。この歯槽は、内側円錐体３１３と接続することにより、歯周靭帯が晒される生理学的な状態に近い剪断作用と、硬質壁間での培養媒体の均一な拡散を可能にする膨張・圧縮作用とによって、培養の機械的な刺激を得る。装置のサイズは、望ましい培養（円錐台）、つまり、細胞の数に適合し得るようになっている。内側円錐体３１３と歯槽との間の間隔は、０．２±０．１ｍｍであることが好ましい。
【０１１７】
容器３０２は、好ましくはＰＴＦＥ等の高分子によって形成され且つカバー３０３を有する容器３０１内に挿入可能である。カバー３０３も高分子によって形成されていることが望ましい。容器３０１は平坦な底部を有している。平坦な底部は、必要に応じて反応装置を加熱テーブル上で使用でき、これによって、温度分布を均一にするように構成されている。また、温度制御システムを生物反応装置の容器３０１の壁内に直接に組み込むことができる。この場合も、温度制御システムは、水、電気抵抗、または、ペルチェ効果トランジスタ等から成る回路を有していても良い。
【０１１８】
２つのセンタリング軸３０８がカバー３０３および本体３０１内に挿入されている。
【０１１９】
歯槽３０２の主要部には、培養媒体の循環を許容する出入口３０９が設けられていることが好ましい。これらの出入口は、その数がインプラント３１３の固体部（例えば、歯根部）の長さによって決まり、培養媒体の最適な拡散を得るために平面内で互いに９０°を成す垂直線に沿って交互に分布する。これらの出入口の数は、殆どの場合、２個または３個である。また、歯槽に関しては、４つの領域で垂直スロットを配置することができる。また、容器３０２には、接続チューブが挿通可能で且つ必要に応じてロッキング機構を与えるネジの先端が挿通可能な開口３１０が形成される。柔軟で厚い下側円環状ジョイント３１２は、培養媒体に加えられる垂直移動の振幅を制御する。垂直移動は、１０秒間、０．１±０．０５ｍｍの振幅で加えられることが好ましい。
【０１２０】
また、装置は、ナット３０７と、内側円錐体３１３を挿入可能なインプラントキャリア３０４と、前記円錐体の抜去軸３０５とを備えている。抜去軸３０５上に設けられたセキュリティキー３０６により、インプラントを支持し且つ部品３０５，３０６，３０７，３０４，３１３から成る移動可能なアセンブリの回転を阻止することができる。シリンダと関連付けられたダイアフラム３１１は、移動可能なアセンブリの回転を防止する。
【０１２１】
そのような装置によれば、設けられた複数の入口−出口に起因する栄養媒体の流れを最適化して等しくすることができる。
【０１２２】
本発明は、様々な形状、構造、組成の様々なタイプのインプラントに使用することができるとともに、様々な用途に使用することができる。本発明は、歯科インプラント、本発明に係る反応装置により細胞で覆われる歯根部には有利である。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】変形可能な壁を備えた本発明に係る反応装置の縦断面図である。
【図２】本発明に係る反応装置本体の平面図である。
【図３】本発明に係る反応装置の本体の縦断面図である。
【図４】歯科インプラントの搬送容器の縦断面図である。
【図５】軟骨細胞の培養のために潅流され、硬質壁を含む、有効な刺激を伴う本発明に係る反応装置の縦断面図である。
【図６】歯槽索の繊維芽細胞の培養のために潅流され、有効な刺激を伴う本発明に係る反応装置の縦断面図である。