(57)【要約】【課題】  生体吸収性材料により構成されているとともに十分な剛性を有し、培養液の円滑な流通による栄養分の補給と細胞からの老廃物の放出を効率よく行う。【解決手段】  生体吸収性の緻密材料からなる複数の平板状の補填材片２と、該補填材片２を厚さ方向に間隔を空けて支持する支持部材３とを備え、各補填材片２が、板厚方向に貫通する複数の貫通孔４を備えている生体組織補填材１を提供する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体吸収性の緻密材料からなる複数の平板状の補填材片と、
該補填材片を厚さ方向に間隔を空けて支持する支持部材とを備え、
各補填材片が、板厚方向に貫通する複数の貫通孔を備えている生体組織補填材。
【請求項２】
隣接する補填材片の貫通孔が相互にずれた位置に設けられている請求項１に記載の生体組織補填材。
【請求項３】
前記補填材片の表面に凹凸が設けられている請求項１または請求項２に記載の生体組織補填材。
【請求項４】
補填材片毎に、貫通孔による開口面積を変化させている請求項２または請求項３に記載の生体組織補填材。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の生体組織補填材の補填材片の表面に細胞を播種してなる生体組織補填体。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の生体組織補填材を構成する補填材片に細胞を播種して培養した後に、これら細胞付の補填材片を支持部材によって相互に組み付ける生体組織補填体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、生体組織補填材、生体組織補填体およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、骨腫瘍摘出や外傷等により生じた骨の欠損部に、骨補填材を補填することにより、骨を再生させて欠陥部を修復することが可能になってきている。骨補填材としては、ハイドロキシアパタイト（ＨＡＰ）やリン酸三カルシウム（ＴＣＰ）が知られているが、体内に異物を残さないとする考え方から、例えば、β−ＴＣＰのようなリン酸カルシウム多孔体からなる足場が使用される。β−ＴＣＰを骨欠損部の骨細胞に接触させておくと、破骨細胞がβ−ＴＣＰを吸収し、骨芽細胞が新しい骨を形成する、いわゆるリモデリングが行われる。すなわち、骨欠損部に補填された骨補填材は、経時的に自家骨に置換されていくことになる。
【０００３】
一方、術後の骨欠損部の修復速度を高めるために、患者から採取した骨髄間葉系幹細胞を骨補填材とともに培養することにより製造される培養骨を使用することが提案されている。培養されることにより骨補填材を足場として増殖した多くの骨髄間葉系幹細胞を含む培養骨を骨欠損部に補填するので、手術後に体内に細胞を増殖させる方法と比較すると、自家骨に弛緩されるまでの日数を大幅に短縮することができる（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００４】
また、骨補填材等の生体組織補填材は、一般に顆粒状またはブロック状に形成されており、補填すべき生体組織の欠損部の大きさに適合する大きさのものが選択される。したがって、特に、補填すべき欠損部が大きい場合には、比較的大きなブロック状の生体組織補填材が使用される。
【０００５】
大きな欠損部に大きなブロック状の生体組織補填材を用いる場合、生体組織補填材の表面に播種された細胞が内部まで浸透せず、その結果、生体組織の欠損部内に補填されても十分なリモデリングが行われにくいという不都合を防止するための方法は、特許文献１に提案されている。
【非特許文献１】植村他２名、「生分解性β−ＴＣＰ多孔材料を用いた骨におけるティッシュエンジニアリング−生体内で強度を増す新しい材料オスフェリオン−」、メディカル朝日、朝日新聞社、２００１年１０月１日、第３０巻、第１０号、ｐ．４６−４９
【非特許文献２】吉川、「骨髄間葉系幹細胞による培養真皮、培養骨−骨髄間葉系幹細胞による再生医療−」、バイオインダストリー、株式会社シーエムシー出版、２００１年、第１８巻、第７号、ｐ．４６−５３
【特許文献１】特開２００４−２２２８３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されている生体吸収性のβ−ＴＣＰからなる補填材片を有する生体組織補填材は、複数の気孔を有する多孔体であるため、各補填材片の強度が低く、高い剛性を必要とする欠損部への補填が困難であるという不都合がある。また、β−ＴＣＰからなる補填材片は多数の気孔を有し、その内部で気孔どうしが連結されて板厚方向に貫通する連続気孔が形成されている。しかしながら気孔径が小さく、また連続している気孔が少ないために、板厚方向に培養液の流通や細胞からの老廃物の放出を効率よく行うことができないという不都合がある。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、生体吸収性材料により構成されているとともに十分な剛性を有し、培養液の円滑な流通による栄養分の補給と細胞からの老廃物の放出を効率よく行うことができる生体組織補填材、生体組織補填体およびその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、生体吸収性の緻密材料からなる複数の平板状の補填材片と、該補填材片を厚さ方向に間隔を空けて支持する支持部材とを備え、各補填材片が、板厚方向に貫通する複数の貫通孔を備えている生体組織補填材を提供する。
本発明によれば、平板状の複数の補填材片を支持部材に支持させることにより、立体的な生体組織補填材が構成される。この場合に、隣接する補填材片の間には支持部材によって間隔が形成されるので、播種された細胞が補填材片間に挟まれて潰れることがない。
また、補填すべき生体組織の欠損部が大きく、これに合わせて準備される生体組織補填材が大きくなる場合においても細胞が内部まで播種された生体組織補填体を提供することができる。
【０００９】
この場合に、本発明によれば、補填材片が緻密材料により構成されているので、欠損部に修復される生体組織を剛性の高いものとすることができる。ここで、緻密材料とは、例えば、β−ＴＣＰのミクロ気孔のみを有するものをいい、気孔径５０μｍ以上のマクロ気孔を含まない材料をいう。さらに、この発明の生体組織補填材に細胞を播種して培養する際に、板厚方向に貫通する貫通孔を介して培養液の円滑な流通を可能にし、細胞への栄養分の供給と、細胞からの老廃物の排出を効率よく行って、迅速に成長させることができる。
【００１０】
上記発明においては、隣接する補填材片の貫通孔が相互にずれた位置に設けられていることが好ましい。
このように構成することで、板厚方向から流通させる培養液が、一の補填材片の貫通孔を通過した後に、隣接する補填材片の貫通孔をそのまま通過することなく、一旦補填材片に突き当たって広げられる。したがって、補填材片の表面に付着している細胞全体に新たな培養液を供給することができ、また、細胞全体から放出される老廃物を押し流すことができる。
【００１１】
また、上記発明においては、前記補填材片の表面に凹凸が設けられていることが好ましい。
このように構成することで、補填材表面の凹部、あるいは凸部により形成される角部に細胞が溜まり易くすることができる。
【００１２】
また、上記発明においては、補填材片毎に、貫通孔による開口面積を変化させていることとしてもよい。
このように構成することで、複数の補填材片の積層方向に沿って気孔率を傾斜させることができる。
【００１３】
また、本発明は、上記いずれかの生体組織補填材の補填材片の表面に細胞を播種してなる生体組織補填体を提供する。
本発明によれば、生体組織欠損部に補填された状態で、貫通孔を介して血液や体液の円滑な流通を可能とし、細胞への栄養分の供給や、細胞からの老廃物の排出を効率的に行って、迅速に生体組織欠損部を修復することが可能となる。
【００１４】
さらに、本発明は、上記いずれかの生体組織補填材を構成する補填材片に細胞を播種して培養した後に、これら細胞付の補填材片を支持部材によって相互に組み付ける生体組織補填体の製造方法を提供する。
平板状の補填材片の状態で細胞を播種して培養することで、培養容器の底面近くに補填材片を配置して少ない培養液内で細胞を培養することができる。また、このようにして培養された細胞を付着させた補填材片を支持部材によって相互に組み付けることで、補填材片の各所に細胞を付着させた生体組織補填体を構成することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、生体吸収性材料により構成されているとともに十分な剛性を有し、培養液の円滑な流通による栄養分の補給と細胞からの老廃物の放出を効率よく行うことができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態に係る生体組織補填材１について、図１および図２を参照して説明する。
本実施形態に係る生体組織補填材１は、骨等の生体組織の欠損部に補填されるものであって、図１に示されるように、複数の平板状の補填材片２と、該補填材片２を支持する支持部材３とから構成されている。
【００１７】
補填材片２は、例えば、β−ＴＣＰの緻密材料により構成されているとともに、その板厚方向に貫通する複数の貫通孔４を備えている。貫通孔４は、レーザ加工により、規則的に配列されるように形成してもよいし、補填材片２の製造過程において混入させた樹脂粒子を焼結時に溶解させることでランダムに配列されるように形成してもよい。本実施形態においては、規則的に配列されるようにレーザ加工により形成されている。
補填材片２は、それぞれ０．３〜２ｍｍ程度の厚さを有し、貫通孔４の口径は、約５０μｍ〜２００μｍである。さらに、貫通孔４どうしの間隔寸法は、約１００〜３００μｍである。
【００１８】
支持部材３は、複数の補填材片２を所定の間隔をあけて支持するように、補填材片２の端部を嵌合させる複数の溝５を備えている。各溝５は、平行間隔をあけて形成されている。支持部材３は、例えば、補填材片２の両端に対向して配置され、各補填材片２を両持ち梁状に支持するように構成されている。本実施形態においては、補填材片２どうしの間隔寸法は、約５０〜２００μｍである。
【００１９】
また、本実施形態においては、図１に示されるように、支持部材３に組み付けられた状態で隣接する補填材片２の貫通孔４の位置が積層方向に一致しないようにずれて形成されている。図１に示す例では、貫通孔４が積層方向に沿って千鳥状に配置されている。
【００２０】
このように構成された本実施形態に係る生体組織補填材１の作用について説明する。
本実施形態に係る生体組織補填材１によれば、β−ＴＣＰの緻密材料により構成された補填材片２を用いているので、マクロ気孔を有するβ−ＴＣＰ多孔体により構成した従来の場合と比較して高い剛性を備えることができる。
また、板厚方向に貫通する複数の貫通孔４を備えることにより、培養液内における培養中あるいは、生体組織欠損部内に補填した状態において、貫通孔４を介した培養液や体液の流通を許容することができる。マクロ気孔を連続させた連続気孔により培養液等を流通させる従来の場合、マクロ気孔が複雑で円滑な流通を行うことが期待できないが、本実施形態のように補填材片２を真っ直ぐに貫通する貫通孔４を形成することにより、培養液等の円滑な流通が可能となる。
【００２１】
そして、複数の補填材片２を支持部材３によって間隔をあけた状態に保持することにより、全体として、比較的大きな生体組織欠損部に補填可能な大きな体積を有する立体的な生体組織補填材１を構成することができる。この場合において、各補填材片２間には支持部材３によって播種される細胞よりも十分に大きな微小間隙が設けられているので、生体組織補填材１の内部まで細胞を浸透させることができる。
【００２２】
また、全体として複数積層された補填材片２の積層方向の一側から細胞を滴下し、あるいは、培養液等を流通させる場合、本実施形態の生体組織補填材１によれば、隣接する補填材片２の貫通孔４が千鳥状に配置されているので、一方向に流れる細胞や培養液が、貫通孔４によって、各補填材片２を素通りしてしまうことを防止できる。すなわち、一の補填材片２の貫通孔４を通過した細胞や培養液Ａは、真っ直ぐに次の補填材片２の貫通孔４を通過するのではなく、図２に示されるように、一旦補填材片２の表面に突き当たって曲がりくねるように流れた後に貫通孔４を通過させられる。したがって、滴下された細胞が補填材片２の表面に沿って流通させられることにより、補填材片２の表面に付着し易く、また、流通する培養液Ａが補填材片２の表面に沿って流通することにより、表面に付着している細胞への栄養分の供給と該細胞からの老廃物の排出を効率的に行うことができる。
【００２３】
なお、本実施形態においては、補填材片２の材料として、β−ＴＣＰのような生体吸収性の材料を例示したが、これに代えて、他の任意の生体吸収性材料を採用することとしてもよい。
また、補填材片２としては、図１に示されるように平坦な表面を有する平板状に形成してもよいが、これに代えて、図３または図４に示されるように、表面に凹凸を有する平板状に構成してもよい。このようにすることで、流動してきた細胞を凹部６または凸部７によって滞留させ、その場所において補填材片２の表面に付着させやすくすることができる。また、凹凸を形成することで流通してきた培養液Ａを攪拌する効果もある。
【００２４】
また、本実施形態においては、複数の補填材片２を支持する支持部材３として、補填材片２の両端に対向配置される２枚の溝５付の平板部材を例示したが、これに代えて、図５に示されるように、四角形の補填材片２の隣接する２辺を係合させる溝５を有する形態に構成してもよい。また、図６に示されるように、四角形の補填材片２の３辺を係合させる形態に構成してもよい。これらのように構成することで、全体的な生体組織補填材１の剛性をさらに向上することができる。
【００２５】
また、本実施形態においては、全ての補填材片２が同程度の数の貫通孔４を有し、その開口面積が補填材片２ごとに変化しない生体組織補填材１を例示したが、これに代えて、図７に示されるように、補填材片２ごとに異なる数の貫通孔４を有するものを採用してもよい。この場合に、例えば、図７に示されるように、積層状態に配列される補填材片２が、積層方向に沿って順次開口面積が大きく（あるいは小さく）なるように構成することにより、気孔率を傾斜させることができる。例えば、皮質骨に形成された骨欠損部に補填する骨補填材として使用する場合に、内部の海綿骨側に気孔率の大きな補填材片２を配置し、外側に向かって気孔率が小さくなるように設定することで、外側に向かって剛性の高い骨組織が再生されるようにすることができる。
【００２６】
次に、本発明の一実施形態に係る生体組織補填体とその製造方法について、図８を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明においては、上述した実施形態に係る生体組織補填材１と構成を共通とする箇所に同一符号を付して説明を省略する。
【００２７】
本実施形態に係る生体組織補填体１０は、上述した生体組織補填材１に、例えば、間葉系幹細胞を付着させて培養することにより構成される。本実施形態に係る生体組織補填体１０の製造方法は、まず、図８に示されるように、培養容器１１に貯留した培養液Ａ内に、補填材片２を収容するとともに、間葉系幹細胞を播種して、所定の培養期間にわたり培養することにより、補填材片２上に間葉系幹細胞を付着させ、かつ、増殖させる。次いで、間葉系幹細胞が付着して増殖した状態の複数の補填材片２を図９に示されるように、支持部材３に設けられた溝５に組み付ける。これにより、生体組織補填体１０が製造される。
【００２８】
本実施形態に係る製造方法によれば、平板上の補填材片２の状態で培養し、培養後に支持部材３によって立体的な生体組織補填体１０に構築するので、培養時には、シャーレ等の培養容器１１底面に並べて平面培養することができる。したがって、培養液が少なくて済むという利点がある。また、全ての補填材片２上に間葉系幹細胞を付着させ成長させた状態で組み立てるので、比較的大きなブロック状の生体組織補填体１０に構築しても、内部まで間葉系幹細胞が十分に浸透した生体組織補填体１０とすることができる。
【００２９】
なお、生体組織補填材１に接着させる細胞として、骨髄細胞に含まれる間葉系幹細胞の他、末梢血、臍帯血から分離した間葉系幹細胞や、ＥＳ細胞、体性幹細胞、骨細胞、軟骨細胞等を採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態に係る生体組織補填材を示す縦断面図である。
【図２】図１の生体組織補填材の貫通孔を流通する細胞あるいは培養液の流れを模式的に示す拡大図である。
【図３】図１の生体組織補填材を構成する補填材片の第１の変形例を示す縦断面図である。
【図４】図１の生体組織補填材を構成する補填材片の第２の変形例を示す縦断面図である。
【図５】図１の生体組織補填材の変形例を示す斜視図である。
【図６】図１の生体組織補填材の他の変形例を示す斜視図である。
【図７】図１の生体組織補填材の変形例であって、貫通孔の開口面積が補填材片ごとに相違する生体組織補填材を示す縦断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る生体組織補填体の製造方法の培養工程を示す縦断面図である。
【図９】図８の製造方法の組立工程を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  生体組織補填材
２  補填材片
３  支持部材
４  貫通孔
６  凹部（凹凸）
７  凸部（凹凸）
１０  生体組織補填体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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