(57)【要約】【課題】  生体組織と直接に結合可能な表面構造を有することで、生体組織との結合力が強く、また繊維構造体の内部に進入した生体組織が成長して一体化するまでの時間が短い結合組織修復材料及びそのような結合修復材料の容易な製造方法を提供する【解決手段】  マルチフィラメントで模紗組織に製織された織物のような、熱可塑性高分子繊維からなる織編物を基材とする結合組織修復材料であって、該織編物の表面が、アパタイト形成能を有する酸化チタン膜で被覆されていることを特徴とする結合組織修復材料および前記の酸化チタン膜の表面にアパタイト層が形成されている前記の結合組織修復材料。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性高分子繊維からなる織編物を基材とする結合組織修復材料であって、該織編物の表面が、アパタイト形成能を有する酸化チタン膜で被覆されていることを特徴とする結合組織修復材料。
【請求項２】
酸化チタン膜の表面にアパタイト層が形成されている請求項１記載の結合組織修復材料。
【請求項３】
織編物が、模紗組織構造を有する織物であることを特徴とする請求項１又は２記載の結合組織修復材料。
【請求項４】
熱可塑性高分子繊維を用いて織編物を形成し、その表面にチタニア層を形成した後、温水あるいは酸水溶液で処理をすることにより該チタニア層をアパタイト形成能を有する酸化チタン膜に変換して請求項１記載の結合組織修復材料を得ることを特徴とする結合組織修復材料の製造方法。
【請求項５】
熱可塑性高分子繊維を用いて織編物を形成し、その表面にチタニア層を形成した後、温水あるいは酸水溶液で処理をすることにより該チタニア層をアパタイト形成能を有する酸化チタン膜に変換し、次いでカルシウムイオンとリン酸イオンを含有する水溶液を接触させて酸化チタン膜の表面にアパタイト層を形成せしめ請求項２記載の結合組織修復材料を得ることを特徴とする結合組織修復材料の製造方法。
【請求項６】
織編物が、模紗組織構造を有する織物であることを特徴とする請求項４又は５記載の結合組織修復材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結合組織修復材料及びその製造方法に関するものであり、生体組織との一体性に優れ、結合部組織の早期治癒・回復が要望される修復材料分野に好適に利用されるものである。
【背景技術】
【０００２】
靭帯、腱などの結合組織を部分的にまたは全体的に取り替えて補強するための修復材料としては、古くから多くの材料が提案され、その中の一部は既に臨床で使用されてきている。
【０００３】
結合組織の修復材料として提案されている代表的なものとしては、ポリエステル織物からなる人工靭帯（例えば、特許文献１参照）、吸収性高分子からなる靭帯補綴物（例えば、特許文献２参照）、繊維を主体とする結合組織再構成用移植片（例えば、特許文献３参照）、織編物からなる修復材料（例えば、特許文献４参照）、細胞を播種した分解性高分子繊維からなる編物（例えば、特許文献５参照）などが知られている。
【０００４】
これら材料は、いずれも生体非吸収性ないしは吸収性の繊維を用いて織編化された繊維構造体であり、該構造体は、生体組織が織編組織の内部に進入して成長する構造を有し、進入した生体組織が繊維構造体を包み込むことによって、生体内で固定化されるというものである。また特許文献５に記載された編物は、予め培養した宿主細胞を使用することを特徴としており、繊維構造体は培養細胞を移植固定するための骨格体として使われている。
【特許文献１】特公平５−５３４９９号公報
【特許文献２】特許第２５３７０４８号公報
【特許文献３】特表２００３−５００１６２号公報
【特許文献４】特公平５−２００９９号公報
【特許文献５】特表２００３−５３０９１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、これら繊維構造体（特許文献１〜４参照）は、いずれも進入した生体組織と直接に結合する表面構造を有したものではなく、また結合可能な表面形成方法についても記載されていない。このため、これら繊維構造体の生体組織との接触は、線維性組織などの介在組織を介しておこなわれるのは明らかであり、生体組織との結合力はそれほど強いものとは言えない。
【０００６】
また、繊維構造体の内部に進入した生体組織が、成長して繊維構造体を内外から包み込み、生体内で一体化されるまでには、長期間を要することになる。このことは患者側からみれば、ギプスなど固定具の使用期間が長くなり、それに伴い、健全な生体組織の硬化がより進むことにもなりかねず、リハビリ期間の延長や長期の入院が強制される。さらには患者の社会復帰への時期が遅れる要因ともなり、患者への肉体的、精神的悪影響が懸念されると同時に、経済的な負担の増大も大きな問題点である。また高齢者の場合には、治療期間が長くなることによる精神的・肉体的悪影響は、予後の生活に大きく関係する重要な問題でもある。
【０００７】
また、特許文献３に記載された結合組織再構成用移植片には、結合組織再構成用の織編物が記載されているが、編み組織を主たる部分とする複雑な織編様式を有しているため、製造コスト上の問題がある。
【０００８】
本発明は、生体組織と直接に結合可能な表面構造を有することで、生体組織との結合力が強く、また繊維構造体の内部に進入した生体組織が成長して一体化するまでの時間が短い結合組織修復材料及びそのような結合修復材料の容易な製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討の結果、織編組織内部に生体組織の進入が容易な織編物であり、該織編物の表面を酸化チタン膜で均一に被覆することによって、結合組織と直接結合可能なアパタイトを形成し得ることを見出し、本発明に到達した。
【００１０】
すなわち本発明の第一は、熱可塑性高分子繊維からなる織編物を基材とする結合組織修復材料であって、該織編物の表面が、アパタイト形成能を有する酸化チタン膜で被覆されていることを特徴とする結合組織修復材料を要旨とするものであり、また、前記の酸化チタン膜の表面にアパタイト層が形成されている前記の結合組織修復材料を要旨とするものであり、好ましくはこのような結合組織修復材料における織編物が、模紗組織構造を有する織物であることを特徴とする結合組織修復材料である。
【００１１】
本発明の第二は、熱可塑性高分子繊維を用いて織編物を形成し、その表面にチタニア層を形成した後、温水あるいは酸水溶液で処理をすることにより該チタニア層をアパタイト形成能を有する酸化チタン膜に変換して前記の本発明の第一の結合組織修復材料を得ることを特徴とする結合組織修復材料の製造方法を要旨とするものであり、また、酸化チタン膜に変換した後、次いでカルシウムイオンとリン酸イオンを含有する水溶液を接触させて酸化チタン膜の表面にアパタイト層を形成せしめ前記の本発明の第一の結合組織修復材料を得ることを特徴とする結合組織修復材料の製造方法を要旨とするものであり、好ましくは、用いられる織編物が、模紗組織構造を有する織物であることを特徴とする結合組織修復材料の製造方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、生体活性なアパタイト形成能を有する酸化チタン膜で被覆された織編物は、結合組織と直接結合するために、生体組織との結合力が強く、また繊維構造体の内部に進入した生体組織が成長して一体化するまでの時間が短くなることから、結果的にリハビリ期間の短縮、入院期間の短縮が図られ、患者の肉体的・精神的負担の軽減、さらには患者の経済的負担の軽減に繋がり、結合組織修復材料として好適なものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１４】
本発明で用いられる熱可塑性高分子繊維は、融点６０℃以上、好ましくは８０℃以上、さらに好ましくは１００℃以上の合成高分子で繊維化されたものであり、合成高分子としては、ポリエステル系高分子、ポリオレフィン系高分子、ポリアミド系高分子、脂肪族ポリエステルアミド系高分子、エチレン-酢酸ビニル系高分子などの高分子が挙げられる。またこれらの混合した高分子であってもよい。特に繊維化した場合の物性、例えば、強度、伸縮性や寸法安定性、さらには製造コストなどの面からポリエステル系高分子が好ましい。
【００１５】
ポリエステル系高分子としては、芳香族ポリエステル系重合体、脂肪族ポリエステル系重合体が用いられ、ポリエチレンテレフタレートを主たる成分とする重合体が好ましい。
【００１６】
本発明で用いられる熱可塑性高分子繊維は、該繊維で形成された織編物に体の動きに追随できる柔軟性が必要とされるため、マルチフィラメントが好ましく、単繊維繊度が０．５〜２０デシテックスが好ましく、２〜１５デシテックスがさらに好ましい。引張強度は３ｃＮ／デシテックス以上が好ましく、さらには５ｃＮ／デシテックス以上のものが好ましい。単繊維繊度が０．５デシテックス未満であると得られる織編物の機械的特性が低下したり、溶融紡糸時に紡糸ノズル面で吐出されたフィラメントが糸曲がりを生じるなど繊維の製糸性が低下するため、一方、単繊維繊度が２０デシテックスを超えると、得られる織編物が粗硬な地合いのものとなる。マルチフィラメントは必要により撚りがかかっていてもよい。
【００１７】
本発明で用いられる織編物としては、前述の熱可塑性高分子繊維を経糸と緯糸に使用して織編したもので、例えば、平織り、多軸織り、もじり織り、絡み織り、ラッセル編等、様々な織編組織で織編されたもの等、いずれの織編物でもよいが、織編物の長軸方向の引張に対して織編組織の目崩れが少なく、伸張時に大きな形状変化がなく、生体組織に近い伸びと柔軟性をも併せ持ち、さらに生体組織が進入しやすい（と同時に進入した生体組織の成長を促進する）組織構造を容易に設けることが可能な織編組織としては、模紗組織構造が好ましい。特に、６本模紗組織、８本模紗組織の織物が好ましい。このような模紗組織構造は、模紗組織内に進入した生体組織の成長を促進することが期待される。模紗組織織物の縦密度および緯密度は、模紗組織内部にまで生体組織の進入が容易な密度であればよく、それぞれ５〜１００本／吋が好ましく、１０〜９０本／吋がさらに好ましく、１５〜７０本／吋が最も好ましい。
【００１８】
本発明の結合組織修復材料は、上述した織編物を基材とするものであるが、これらの織編物は、力学特性などの基本物性に実質的な影響が無視できる程度であれば、織編物の表面でチタニア膜との結合を強くするために、予め該織編物を酸素プラズマや放射線などの照射、あるいは酸やアルカリによるエッチング、シランカップリング剤による化学的表面処理、イオン注入などの手段を表面部分に施してもよい。
【００１９】
例えば、酸素プラズマによる表面処理としては、サムコインターナショナル製plasma polymerization system PD-10Sを使用し、酸素分圧０．２Torr、ガス流量３０cm３/分、陽電極から基材まで距離８ｍｍ〜２０ｍｍ、処理時間５秒〜６０秒間の条件でおこなえばよい。またエッチングに使用する酸としては塩酸や硝酸など、またアルカリとしてはアルカリ金属イオンを含有する溶液、すなわち水酸化ナトリウム溶液や水酸化カリウム溶液などが好ましく、濃度範囲は０．１モル濃度〜５モル濃度、温度は１０℃〜１００℃、処理時間は数秒〜数日間の範囲で、適宜選択しておこなえばよい。
【００２０】
シランカップリング剤による化学的表面処理としては、シランカップリング剤は、例えば、ビニルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−イソシアナートプロピルトリエトキシシランなどから適宜選択して、濃度は０．１重量％〜１５重量％の範囲で溶液に基材を浸漬後、基材の物性に悪影響を及ぼさない範囲で乾燥、熱処理をするなどの方法でおこなえばよい。
【００２１】
本発明において生体活性なアパタイトとは、生体骨のアパタイトと構造、組成が類似で、サイズがミクロンオーダーないしはそれ以下であるアパタイトのことである。本発明では、そのようなアパタイト形成能を有する酸化チタン膜が、織編物の表面に被覆されている。
【００２２】
アパタイト形成能を有する酸化チタン膜とは、カルシウムイオンとリン酸イオンを含有する水溶液と接触することによって、酸化チタン膜の表面に生体活性なアパタイトを形成することが可能な膜のことである。なお、カルシウムイオンとリン酸イオンを含有する水溶液としては、カルシウムイオンとリン酸イオンを含有する水溶液中のそれぞれのイオン濃度は、アパタイトに対して過飽和な濃度であることがアパタイトの形成を促進する上で好ましく、また該水溶液のｐＨは、生体活性なアパタイトを形成するために体液に類似したｐＨが好ましい。このようなカルシウムイオンとリン酸イオンを含有する水溶液としては、ヒトの体液にほぼ等しい無機イオン濃度とｐＨを有する擬似体液が好ましく、例えば、J.Biomed.Mater.Res.24、721−734（1990）に示されているものなどが挙げられる。
【００２３】
本発明における酸化チタン膜は、織編物の表面に形成できるのであれば、何れの方法でおこなってもよく、例えば次のようにおこなえばよい。先ず、織編物表面にチタニアゲルによるチタニア層を形成した後、温水あるいは酸水溶液に一定時間浸漬することによって、該チタニア層を生体活性なアパタイトの核形成を誘起する酸化チタン膜に変換する。
【００２４】
織編物の表面にチタニアゲルによるチタニア層を形成するためには、例えば、織編物をアルコキシチタンを含有する溶液と接触させればよく、この場合のアルコキシチタンは、化学式ＴｉＲ´n（ＯＲ）4-nで表され、式中のＲとＲ´はアルキル基、ｎは０あるいは１〜３の整数であるものを含むものである。ＲとＲ´は、同一または異なるアルキル基であってもよく、さらにＲとＲ´がそれぞれ複数の場合、それぞれが同一または異なるアルキル基の構成であってもよい。そのようなアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、terｔ−ブチル基などが挙げられる。さらに、式中のＲの一部が水素または炭素数２〜１０のアルケニル基であってもよく、アルケニル基の例としては、ビニル基、イソプロペニル基、ブタジエニル基、２−メチルアリル基などが挙げられる。式中のＲ´で示される置換基は、その分子内にエポキシ基またはグリシジル基を含んでいてもよい。
【００２５】
アルコキシチタンの好ましい具体例としては、テトラエトキシチタン、テトラプロポキシチタン、テトライソプロポキシチタンなどが挙げられる。また、これらアルコキシチタンを主にして２種類以上の前述アルコキシチタンの混合系であってもよい。
【００２６】
溶液の溶媒としては、アルコキシチタンを溶解しうる溶媒であればいずれでもよく、水とアルコールの混合溶媒が取り扱う上で好ましい。アルコールとしては、乾燥による除去が容易な比較的低沸点のものが好ましく、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノールなどが挙げられる。また該溶媒には、チタニア層の形成を促進するために塩酸や硝酸などの酸を添加してもよい。
【００２７】
アルコキシチタンを含有する溶液において、アルコキシチタンの含有量が高くなると溶液が粘稠となり、織編物の組織構造内部への溶液の浸透が難しくなると同時に、表面に形成される酸化チタン膜に厚み斑が生じる。またアルコキシチタンの含有量が低すぎると、酸化チタン膜は希薄で緻密性に乏しくなるので、溶液中の水の量は、アルコキシシラン1モルに対して１〜４．５モル、アルコールの量は５〜４０モルの範囲が好ましい。
【００２８】
本発明において織編物を前述の溶液に接触させる方法としては、少なくとも該織編物表面に酸化チタン膜が形成されればいかなる方法で接触させてもよいが、例えば、アルコキシチタンを含有する溶液中に織編物を浸漬し、一定速度で引き上げて風乾後に、加熱処理する方法が採用できる。
【００２９】
この場合、織編物の浸漬時間は、アルコキシチタンを含有する溶液が織編物に十分浸透しさえすれば特に時間に制限はなく、数秒から４８時間、好ましくは数分から２４時間の範囲で行えばよい。また溶液の織編物への浸透性を高めるために、浸漬液に一時的な超音波処理を施すことや脱気操作を加えても良い。
【００３０】
織編物の浸漬温度は、アルコキシチタンを含有する溶液が織編物に浸透しやすい粘稠度を保持しうる温度であればよく、０℃から３７℃の範囲で行うのが好ましい。また加熱処理の温度と時間は、織編物を構成する有機高分子によって異なるが、通常１００℃以下で数時間から４８時間の範囲で行えばよい。
【００３１】
次に、織編物表面に形成されたチタニア層は、温水あるいは酸水溶液によって処理する。ここで用いられる温水の温度は、低いほど、生体活性なアパタイト形成能を有する酸化チタン膜への変換効率が悪くなるので、生体活性材料に実質的な悪影響がない範囲で高いのが好ましい。具体的には、４０℃〜１００℃、好ましくは５５℃〜１００℃、さらに好ましくは６０℃〜１００℃である。
【００３２】
酸水溶液としては、０．０１モル濃度〜２モル濃度の塩酸や硝酸などが好ましく、加温された状態で使用しても良い。
【００３３】
これらの温水あるいは酸水溶液によって処理する方法としては、織編物をそれらに浸漬するだけでよく、浸漬期間は１時間〜１ヶ月の範囲で適宜選択すればよい。
【００３４】
このような操作によって、チタニア層が、体液との接触によって生体活性なアパタイトの核形成を誘起する酸化チタン膜に変換される。
【００３５】
以上のような方法により作製された本発明の結合組織修復材料は、生体内で体液と接触して材料表面に生体活性なアパタイトを早期に形成し、これらアパタイトからなる層が材料の織物組織内部に進入する生体組織と直接結合することで、本結合組織修復材料は移植部位の組織と早期に一体化する。
【００３６】
本発明の結合組織修復材料は、上記のような結合組織修復材料の表面にさらにアパタイト層が形成された結合組織修復材料をも含むものである。
【００３７】
生体活性なアパタイト層を形成するためには、前述の処理により織編物表面に酸化チタン膜を被覆した後、次いで、カルシウムイオンとリン酸イオンを含有する水溶液と接触させればよい。
【００３８】
この場合、カルシウムイオンとリン酸イオンを含有する水溶液中のそれぞれのイオン濃度は、アパタイトに対して過飽和な濃度であることがアパタイトの形成を促進する上で好ましく、また該水溶液のｐＨは、生体活性なアパタイトを形成するために体液に類似したｐＨが好ましい。
【００３９】
このようなカルシウムイオンとリン酸イオンを含有する水溶液としては、ヒトの体液にほぼ等しい無機イオン濃度とｐＨを有する擬似体液が好ましく、例えば、J.Biomed.
Mater.Res.24、721−734（1990）に示されているものなどが挙げられる。
【００４０】
カルシウムイオンとリン酸イオンを含有する水溶液と接触させる方法としては、例えば、カルシウムイオンとリン酸イオンを含有する水溶液に酸化チタン膜が被覆された織編物を浸漬する方法が採用できる。この場合、浸漬時間は６時間から1週間、浸漬温度は生体温度に近い３６．５℃が好ましい。
【００４１】
織編物表面に形成される生体活性なアパタイト層の形成確認は、薄膜Ｘ線回折（ＴＦ−ＸＲＤ）および電界放出型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）によって行うことができる。
【実施例】
【００４２】
次に、実施例に基づき本発明を具体的に説明するが、本発明は、これら実施例によって何ら限定されるものではない。
実施例１
〔織編物の作製〕
日本エステル社製のポリエチレンテレフタレート系長繊維1100デシテックス200フィラメントを経糸及び緯糸として用い、筬密度12.5羽／吋の筬に1羽3本通しと5羽空羽の繰り返しで通し、緯密度を42本／吋として、図１に示す６本模紗組織で製織した。得られた織物は、無水エタノール100ｍｌに50℃の条件で30分間浸漬した後、同温度条件で0.4Ｎ水酸化ナトリウム溶液40mlに30分間浸漬した。続いて織物は、蒸留水で洗浄をおこない、洗浄水が中性になるのを確認した後、再度無水エタノール100mlに５分間浸漬して織物表面の水分を出来るだけ除き、真空乾燥をおこなった。このようにして調製した織物は、テトライソプロピルチタン酸／蒸留水／硝酸／エタノールの混合モル比が1.0／1.0／0.10／10.0のチタニアゾル溶液160mlに25℃で24時間浸漬した。その後、織物を10mm／minの速度で引き上げ、風乾後、100℃で24時間熱処理をおこなって、織物表面にチタニア層を形成した。
【００４３】
次に、該織物を1Ｎ塩酸溶液200mlに80℃で10日間浸漬後、蒸留水で洗浄して、織物表面に酸化チタン膜を被覆した。
〔アパタイト形成試験〕
上記のようにして得られた酸化チタン膜で被覆された織物は、表１に示した組成の擬似体液（ｐH7.40）120mlに36.5℃で３日間浸漬した。その後、織物を擬似体液から取り出して蒸留水で洗浄後、乾燥し、織物の表面構造をSEM観察およびTF-XRD解析をおこなった。
【００４４】
【表１】
2006094932.tif 000002
図２と図３が、織物表面のSEM観察結果およびTF-XRD解析を示し、いずれも生体活性なアパタイトが織物表面に形成されていることが確認された。
比較例１
実施例１で使用した６本模紗組織の織物を、表１に示された擬似体液に実施例１と同じ条件で浸漬した。浸漬2日後、織物を擬似体液から取り出して蒸留水で洗浄・乾燥をおこなって、TF-XRDで織物の表面構造を調べた。図3に示すとおり、織物表面にはアパタイトの形成は全く認められなかった。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施例１で用いた織物の模紗組織を示す図である。
【図２】本発明の実施例１で得られた結合組織修復材料を擬似体液に浸漬して形成されたアパタイト層の状態を示す電界放出型走査電子顕微鏡写真（ＦＥ−ＳＥＭ）である。
【図３】本発明の実施例1および比較例１で得られた結合組織修復材料を擬似体液に浸漬して形成されたアパタイト層の状態を示す薄膜Ｘ線回折パターン（ＴＦ−ＸＲＤ）である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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