(57)【要約】    【課題】本来の気管と同じ構造の人工気管の提供。    【解決手段】軟骨細胞を含む軟骨組織１０からなる複数の気管軟骨部２を設ける。結合組織４からなるリング状の気管靭帯部３を設ける。複数の気管軟骨部２を、気道方向に互いに間隔をあけて設ける。複数の気管軟骨部２を、気管靭帯部３を介して連結する。気管軟骨部２及び気管靭帯部３を全体として管状に構成する。比較的に柔軟な気管靭帯部３が複数の気管軟骨部２の間に介在する。人工気管１が全体として柔軟な構造になる。人工気管１が本来の気管と同じ構造になる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟骨細胞を含む軟骨組織からなる複数の気管軟骨部と、結合組織からなるリング状の気管靭帯部とを備え、前記複数の気管軟骨部が、気道方向に互いに間隔をあけて設けられると共に、前記気管靭帯部を介して連結され、前記気管軟骨部及び気管靭帯部が全体として管状に構成されたことを特徴とする人工気管。
【請求項２】
前記気管軟骨部は、周囲を結合組織で覆われたことを特徴とする請求項１に記載の人工気管。
【請求項３】
複数の気管軟骨部を有する人工気管を生産する方法であって、
軟骨細胞を含有すると共にゲル化可能な軟骨細胞分散溶液をモールドに注入する注入工程と、前記軟骨細胞分散溶液をゲル化して軟骨細胞が分散するゲル体を形成するゲル体形成工程と、複数の前記ゲル体を柱状の基材にその中心軸方向に間隔をあけて装着する装着工程と、ゲル体を装着した前記基材を生体組織材料の存在する環境下におく設置工程と、前記ゲル体を軟骨組織に変化させて気管軟骨部を形成すると共に、前記基材の周囲に結合組織を形成する組織形成工程と、前記環境下から結合組織で被覆された前記基材を取り出す取り出し工程と、前記基材から一体化された気管軟骨部及び結合組織を人工気管として剥離して取り出す分離工程と、を備えたことを特徴とする人工気管の生産方法。
【請求項４】
前記注入工程において、前記モールドに、軟骨細胞を分散状態で保持する保持材を挿入することを特徴とする請求項３に記載の人工気管の生産方法。
【請求項５】
前記保持材は、生分解性を有する素材から形成されたことを特徴とする請求項４に記載の人工気管の生産方法。
【請求項６】
生体から軟骨組織を採取し、該軟骨組織から軟骨細胞を分離して前記軟骨細胞分散溶液に含有させ、前記設置工程において、軟骨組織を採取したのと同一の生体に前記基材を埋設することを特徴とする請求項３、４又は５に記載の人工気管の生産方法。
【請求項７】
複数の気管軟骨部を有する人工気管を生産する方法であって、
柱状の基材の中心軸方向に間隔をあけた複数箇所に軟骨細胞を配置する配置工程と、軟骨細胞を配置した前記基材を生体組織材料の存在する環境下におく設置工程と、前記軟骨細胞を基に軟骨組織を形成して気管軟骨部を形成すると共に、前記基材の周囲に結合組織を形成する組織形成工程と、前記環境下から結合組織で被覆された前記基材を取り出す取り出し工程と、前記基材から一体化された気管軟骨部及び結合組織を人工気管として剥離して取り出す分離工程と、を備えたことを特徴とする人工気管の生産方法。
【請求項８】
前記配置工程において、前記基材の前記複数箇所に、軟骨細胞を分散状態で保持する保持材を配置することを特徴とする請求項７に記載の人工気管の生産方法。
【請求項９】
前記保持材は、生分解性を有する素材から形成されたことを特徴とする請求項８に記載の人工気管の生産方法。
【請求項１０】
前記配置工程において、前記基材の前記複数箇所に、軟骨細胞の凝集体を配置することを特徴とする請求項７、８又は９に記載の人工気管の生産方法。
【請求項１１】
前記配置工程において、前記基材の前記複数箇所に、軟骨細胞が分散するゲル体を配置することを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の人工気管の生産方法。
【請求項１２】
生体から軟骨組織を採取し、該軟骨組織から軟骨細胞を分離して前記基材に配置し、前記設置工程において、軟骨組織を採取したのと同一の生体に前記基材を埋設することを特徴とする請求項７〜１２のいずれかに記載の人工気管の生産方法。
【請求項１３】
軟骨細胞が分散するゲル体、又は軟骨細胞を分散状態で保持する保持材を装着して生体組織材料の存在する環境下におくことにより、複数の気管軟骨部を有する人工気管を形成するための基材であって、
複数の前記ゲル体又は保持材を装着可能な柱状の基材本体と、前記ゲル体又は保持材、及び基材本体を外側から覆ってゲル体又は保持材を中心軸方向に間隔をあけて位置決めする位置決めカバーと、を備え、前記位置決めカバーは、その内外が連通されたことを特徴とする人工気管形成用基材。
【請求項１４】
軟骨細胞が分散するゲル体、又は軟骨細胞を分散状態で保持する保持材を装着して生体組織材料の存在する環境下におくことにより、複数の気管軟骨部を有する人工気管を形成するための基材であって、
複数の前記ゲル体又は保持材を装着可能な筒状の基材本体と、該基材本体の外面に形成されてゲル体又は保持材を中心軸方向に間隔をあけて位置決めする位置決め突起と、を備え、前記基材本体は、周方向に複数に分割されると共に、柱状の芯材の周囲に配置されて筒状に構成されたことを特徴とする人工気管形成用基材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の気管軟骨部を有する人工気管、人工気管の生産方法、及び人工気管形成用基材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
病気や事故で失われた細胞、組織、器官を、人工素材や細胞により再び蘇らせる再生医療の研究が数多くなされている。通常、身体には自己防衛機能があり、体内の浅い位置にトゲ等の異物が侵入した場合には体外へ押し出そうとするが、体内の深い位置に異物が侵入した場合にはその周りに繊維芽細胞が集まってきて、主に繊維芽細胞とコラーゲンからなる結合組織体のカプセルを形成し異物を覆うことにより、体内において隔離することが知られている。このような後者の自己防衛反応を利用して、生体内において生細胞を用いた生体由来組織を形成する方法が複数報告されている（特許文献１〜３参照）。
【０００３】
また、非特許文献１には、動物から採取した軟骨細胞を不織網に付着させてマンドレルの全周に巻き付け、これを動物の体内に埋設することにより、不織網に付着させた軟骨細胞を基に軟骨を生成して人工気管を形成する技術が開示されている。
【０００４】
また、非特許文献２には、軟骨細胞を付着させた不織網をマンドレルの螺旋状の溝に配置して、そのマンドレルの全周に、繊維芽細胞を付着させた不織網を巻き付け、これを動物の体内に埋設することにより、不織網に付着させた軟骨細胞を基に軟骨を生成すると共に、繊維芽細胞を基に結合組織を生成して人工気管を形成する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３１２８２１号公報
【特許文献２】特開２００８−２３７８９６号公報
【特許文献３】特開２０１０−０９４４７６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】ＫＯＪＩ  ＫＯＪＩＭＡ等著、「Ａ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  ｔｉｓｓｕｅ−ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  ｔｒａｃｈｅａ  ｕｓｉｎｇ  ｓｈｅｅｐ  ｎａｓａｌ  ｃｈｏｎｄｒｏｃｙｔｅ  ａｎｄ  ｅｐｉｔｈｅｌｉａｌ  ｃｅｌｌｓ」、２００３年５月発行、Ｔｈｅ  ＦＡＳＥＢ  Ｊｏｕｒｎａｌ  Ｖｏｌ．１７，第８２３頁〜第８２８頁
【非特許文献２】ＫＯＪＩ  ＫＯＪＩＭＡ等著、「Ａｕｔｏｌｏｇｏｕｓ  ｔｉｓｓｕｅ−ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  ｔｒａｃｈｅａ  ｗｉｔｈ  ｓｈｅｅｐ  ｎａｓａｌ  ｃｈｏｎｄｒｏｃｙｔｅｓ」、２００２年６月発行、Ｔｈｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｔｈｏｒａｃｉｃ  ａｎｄ  Ｃａｒｄｉｏｖａｓｃｕｌａｒ  Ｓｕｒｇｅｒｙ・Ｖｏｌｕｍｅ  １２３，Ｎｕｍｂｅｒ  ６，第１１７７頁〜第１１８４頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、本来の気管は、複数の気管軟骨が気道方向に互いに間隔をあけて位置すると共に、その間に比較的に柔軟な気管靭帯が介在し、この気管靭帯が複数の気管軟骨を連結する構造となっている。
【０００８】
これに対して、非特許文献１に記載の発明は、軟骨細胞を付着させた不織網をマンドレルの全周に巻き付けて軟骨を生成するものであり、人工気管の全体を軟骨によって形成する。また、非特許文献２に記載の発明は、軟骨細胞を付着させた不織網をマンドレルの螺旋状の溝に配置して軟骨を生成するものであり、螺旋状の軟骨を結合組織で覆った構造の人工気管を形成する。このように、非特許文献１、２に記載の発明は、その方法によって形成する人工気管が本来の気管とは異なる構造となる。
【０００９】
本発明は、本来の気管と同じ構造の人工気管、人工気管の生産方法及び人工気管形成用基材の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る人工気管は、軟骨細胞を含む軟骨組織からなる複数の気管軟骨部と、結合組織からなるリング状の気管靭帯部とを備え、その複数の気管軟骨部を、気道方向に互いに間隔をあけて設けると共に、気管靭帯部を介して連結し、気管軟骨部及び気管靭帯部を全体として管状に構成したものである。
【００１１】
上記構成によれば、軟骨組織で気管軟骨部を形成すると共に、結合組織で気管靭帯部を形成し、複数の気管軟骨部を互いに間隔をあけて設けて、これを気管靭帯部で連結している。これにより、比較的に柔軟な気管靭帯部を複数の気管軟骨部の間に介在させるという点で、人工気管を本来の気管と同じ構造にすることができ、人工気管を全体として柔軟な構造にすることができる。
【００１２】
なお、気管軟骨部は、リング状の気管靭帯部と一体化されて、全体として管状に構成されるものであればよく、気管軟骨部の形状自体がリング状のものを例示できるが、本来の気管の構造に合わせて、適宜、Ｕ字形などの他の形状の気管軟骨部を採用することもできる。
【００１３】
ここで、「結合組織」とは、通常は、コラーゲンを主成分とする組織であって、生体内に形成される組織のことをいうが、本明細書及び特許請求の範囲の記載においては、生体内に形成される結合組織に相当する組織が生体外の環境下で形成される場合のその組織をも含む概念である。また、本発明の人工気管における「気管靭帯部」は、結合組織によって構成されたものであるが、本明細書及び特許請求の範囲の記載においては、本来の気管の「気管靭帯」に相当するという意味で「気管靭帯部」という用語を用いるものとする。
【００１４】
さらに、気管軟骨部の周囲を結合組織で覆うようにしてもよい。この構成によると、気管軟骨部の間に結合組織からなる気管靭帯部を介在させて連結するだけでなく、その結合組織で気管軟骨部の周囲を覆うので、気管軟骨部と気管靭帯部とをより強固に一体化することができる。
【００１５】
また、本発明は、複数の気管軟骨部を有する人工気管を生産する方法を提供する。具体的には、軟骨細胞を含有すると共にゲル化可能な軟骨細胞分散溶液をモールドに注入する注入工程と、軟骨細胞分散溶液をゲル化して軟骨細胞が分散するゲル体を形成するゲル体形成工程と、複数のゲル体を柱状の基材にその中心軸方向に間隔をあけて装着する装着工程と、ゲル体を装着した基材を生体組織材料の存在する環境下におく設置工程と、ゲル体を軟骨組織に変化させて気管軟骨部を形成すると共に、基材の周囲に結合組織を形成する組織形成工程と、前記環境下から結合組織で被覆された基材を取り出す取り出し工程と、基材から一体化された気管軟骨部及び結合組織を人工気管として剥離して取り出す分離工程と、を備える。
【００１６】
上記構成によれば、軟骨細胞が分散する複数のゲル体を互いに間隔をあけて基材に装着し、生体組織材料の存在する環境下で、ゲル体を軟骨組織に変化させて気管軟骨部を形成するので、その際、基材の周囲に形成される結合組織で、複数の気管軟骨部を連結して一体化することができ、複数の気管軟骨部が間隔をあけて設けられた人工気管を生産することができる。
【００１７】
ここで、「生体組織材料」とは、所望の生体由来組織を形成するうえで必要な物質のことであり、例えば、線維芽細胞、平滑筋細胞、内皮細胞、幹細胞、ＥＳ細胞、ｉＰＳ細胞等の動物細胞、各種たんぱく質類（コラーゲン、エラスチン）、ヒアルロン酸等の糖類、その他、細胞成長因子、サイトカイン等の生体内に存在する各種の生理活性物質が挙げられる。この「生体組織材料」には、ヒト、イヌ、ウシ、ブタ、ヤギ、ヒツジ等の哺乳類動物、鳥類、魚類、その他の動物に由来するもの、又はこれと同等の人工材料が含まれる。
【００１８】
また、「生体組織材料の存在する環境下」とは、動物（ヒト、イヌ、ウシ、ブタ、ヤギ、ヒツジ等の哺乳類動物、鳥類、魚類、その他の動物）の生体内（例えば、四肢部、肩部、背部又は腹部などの皮下、もしくは腹腔内への埋入）、又は、動物の生体外において、生体組織材料を含有する人工環境内を表す。
【００１９】
さらに、注入工程において、モールドに、軟骨細胞を分散状態で保持する保持材を挿入するようにしてもよい。この構成によると、モールドに保持材を挿入するので、この保持材で軟骨細胞を保持すると共に、ゲル体を補強することができ、ゲル体及びこれを装着した基材の取り扱いを容易にすることができる。
【００２０】
さらに、保持材を生分解性を有する素材から形成するようにしてもよい。この構成によると、保持材でゲル体を補強しつつ、ゲル体を軟骨組織に変化させる際に、保持材を分解することができ、保持材を残留させることなく、軟骨組織からなる気管軟骨部を形成することができる。ここで、生分解性を有する素材としては、ポリ乳酸やポリグリコール酸、ポリカプロラクトン、ポリヒドロキシアルカノエート、カゼインなどの生分解性プラスチックを例示することができ、さらに、コラーゲンやゼラチンなどの天然高分子を例示することができる。
【００２１】
なお、保持材は、生分解性を有する素材に限らず、軟骨組織に残留する素材から形成したものを用いることもでき、その素材として、ポリエチレンやポリエステル、ポリウレタン、ポリカーボネート、シリコーンなどの汎用性高分子を例示することができる。また、保持材を用いることなく、ゲル体を形成するようにしてもよい。
【００２２】
さらに、生体から軟骨組織を採取し、この軟骨組織から軟骨細胞を分離して軟骨細胞分散溶液に含有させ、設置工程において、軟骨組織を採取したのと同一の生体に基材を埋設するようにしてもよい。
【００２３】
この構成によると、ゲル体に分散させる軟骨細胞を分離する元の生体と、ゲル体を軟骨組織に変化させる環境としての生体と、を同一の生体とするので、免疫システムによる拒否反応を防止することができ、さらに、同一の生体に人工気管を移植することにより、移植による拒否反応をも防止することができる。なお、生体から軟骨細胞を分離するだけでなく、ｉＰＳ細胞や幹細胞から分化誘導した軟骨細胞、あるいは、軟骨細胞に分化する前の幹細胞を用いるようにしてもよい。
【００２４】
また、軟骨細胞は、ゲル体に含有させて基材に装着するだけでなく、基材に直接接着するなど、種々の方法によって基材の複数箇所に配置することができる。さらに、基材の複数箇所に配置した軟骨細胞を基に軟骨組織を形成して気管軟骨部を形成することができ、ゲル体を用いた上記の方法と同様の効果を奏することができる。
【００２５】
すなわち、本発明は、複数の気管軟骨部を有する人工気管を生産する方法であって、柱状の基材の中心軸方向に間隔をあけた複数箇所に軟骨細胞を配置する配置工程と、軟骨細胞を配置した前記基材を生体組織材料の存在する環境下におく設置工程と、前記軟骨細胞を基に軟骨組織を形成して気管軟骨部を形成すると共に、前記基材の周囲に結合組織を形成する組織形成工程と、前記環境下から結合組織で被覆された前記基材を取り出す取り出し工程と、前記基材から一体化された気管軟骨部及び結合組織を人工気管として剥離して取り出す分離工程と、を備えたことを特徴とする人工気管の生産方法を提供する。
【００２６】
さらに、配置工程において、基材の複数箇所に、軟骨細胞を分散状態で保持する保持材を配置するようにしてもよい。この構成によると、保持材で軟骨細胞を保持するので、基材の所定の箇所に配置した保持材に軟骨細胞を分散させたり、軟骨細胞を分散させた保持材を基材の所定の箇所に配置したりして、基材の複数箇所に軟骨細胞を容易に配置することができる。ここで、保持材に軟骨細胞を分散させるには、例えば、軟骨細胞を分散させた溶液を保持材に垂らしたり、その溶液に保持材を浸たりすればよい。また、保持材は、上述したように、生分解性を有する素材から形成するようにしてもよい。
【００２７】
さらに、配置工程において、基材の複数箇所に、軟骨細胞の凝集体を配置するようにしてもよい。この構成によると、軟骨細胞をその多数を集めて固めた凝集体（スフェロイド）にするので、軟骨細胞をある程度の大きさとして取り扱うことができ、例えば、単体の細胞のように、軟骨細胞を分散させた溶液を保持材に垂らした際に、その軟骨細胞が保持材を素通りすることがなく、基材に軟骨細胞を容易に配置することができる。
【００２８】
また、上記の発明と同様、配置工程において、基材の複数箇所に、軟骨細胞が分散するゲル体を配置するようにしてもよい。また、上記の発明と同様、生体から軟骨組織を採取し、この軟骨組織から軟骨細胞を分離して基材に配置し、設置工程において、軟骨組織を採取したのと同一の生体に基材を埋設するようにしてもよい。
【００２９】
また、本発明は、軟骨細胞が分散するゲル体、又は軟骨細胞を分散状態で保持する保持材を装着して生体組織材料の存在する環境下におくことにより、複数の気管軟骨部を有する人工気管を形成するための人工気管形成用基材を提供する。具体的には、複数のゲル体又は保持材を装着可能な柱状の基材本体と、ゲル体又は保持材、及び基材本体を外側から覆ってゲル体又は保持材を中心軸方向に間隔をあけて位置決めする位置決めカバーと、を備え、その位置決めカバーの内外を連通する。
【００３０】
上記構成によれば、ゲル体又は保持材、及び基材本体の外側を位置決めカバーで覆うので、この位置決めカバーでゲル体又は保持材の位置ずれを阻止することができ、しかも、位置決めカバーの内外を連通するので、位置決めカバーで阻害することなく、生体組織材料の存在する環境下で人工気管を形成することができる。
【００３１】
また、人工気管形成用基材の別の構成として、複数のゲル体又は保持材を装着可能な筒状の基材本体と、この基材本体の外面に形成されてゲル体又は保持材を中心軸方向に間隔をあけて位置決めする位置決め突起と、を備え、その基材本体を、周方向に複数に分割すると共に、柱状の芯材の周囲に配置して筒状に構成するようにしてもよい。
【００３２】
この構成によれば、基材本体に位置決め突起を形成するので、その位置決め突起でゲル体又は保持材の位置ずれを阻止することができ、しかも、基材本体を周方向に分割するので、人工気管を形成した後は、位置決め突起で阻害されることなく、基材本体を分割して人工気管から抜き出すことができる。
【発明の効果】
【００３３】
上記のとおり、本発明によると、軟骨組織で形成した複数の気管軟骨部を互いに間隔をあけて設けて、これを比較的に柔軟な結合組織で形成した気管靭帯部で連結しているので、人工気管を本来の気管と同じ構成で全体として柔軟な構造にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る人工気管の斜視図
【図２】ゲル体を形成する様子を示す図で、（ａ）は注入工程を示し、（ｂ）はゲル体形成工程を示す
【図３】ゲル体及び基材を示す図で、（ａ）はゲル体の基材への装着前を示し、（ｂ）ゲル体の基材への装着後を示す
【図４】基材の周囲に形成された気管軟骨部及び結合組織を示す図で、上半分は断面図、下半分は正面図
【図５】別形態の人工気管形成用基材を示す図で、上半分は断面図、下半分は正面図
【図６】さらに別形態の人工気管形成用基材を示す図で、（ａ）の上半分は断面図、（ａ）の下半分は正面図、（ｂ）は側面図
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明に係る人工気管、人工気管の生産方法、及び人工気管形成用基材を実施するための形態について、図面を用いて説明する。
【００３６】
図１に示すように、人工気管１は、軟骨細胞を含む軟骨組織からなる複数のリング状の気管軟骨部２と、結合組織からなる複数のリング状の気管靭帯部３とを備え、その気管軟骨部２が気道方向に互いに間隔をあけて設けられたものであり、複数の気管軟骨部２が、その周囲を結合組織４で覆われると共に、気管靭帯部３を介して連結され、気管軟骨部２及び気管靭帯部３が全体として内側に気道５を有する管状に構成されている。
【００３７】
人工気管１の気管軟骨部２及び気管靭帯部３は、それぞれ本来の気管の気管軟骨及び気管靭帯に相当する部位であり、気管軟骨部２の間に比較的に柔軟な気管靭帯部３が介在することにより、人工気管１が全体として柔軟な構造とされる。なお、気管軟骨部２は、リング状のものに限らず、本来の気管の構造に対応させて、適宜、Ｕ字形などの他の形状のものを採用することができる。
【００３８】
次に、上記の人工気管を生産する方法について説明する。本発明に係る生産方法は、軟骨細胞を含有すると共にゲル化可能な軟骨細胞分散溶液６を調製する「溶液調製工程」と、軟骨細胞分散溶液６をモールド７に注入する「注入工程」と、軟骨細胞分散溶液６をゲル化して軟骨細胞が分散するゲル体８を形成する「ゲル体形成工程」と、複数のゲル体８を柱状の基材９にその中心軸方向に間隔をあけて装着する「装着工程」と、ゲル体８を装着した基材９を生体組織材料の存在する環境下におく「設置工程」と、ゲル体８を軟骨組織１０に変化させて気管軟骨部２を形成すると共に、基材９の周囲に結合組織４を形成する「組織形成工程」と、環境下から結合組織４で被覆された基材９を取り出す「取り出し工程」と、基材９から一体化された気管軟骨部２及び結合組織４を人工気管１として剥離して取り出す「分離工程」とからなる。
【００３９】
＜溶液調製工程＞
まず、ウサギなどの動物の耳介軟骨組織をハサミで切り取り採取し、その軟骨組織をメスで米粒程度の大きさに細切した後、コラーゲンを分解する酵素に所定時間浸漬（例えば、０．３％  ＣＯＬＬＡＧＥＮＡＳＥ ｔｙｐｅ２溶液に３７℃で１．５時間浸漬）する。これにより、コラーゲンやコンドロイチン硫酸を主成分とする軟骨組織内のコラーゲンが分解されて軟骨組織がほぐれ、軟骨組織内に点在する軟骨細胞が分離する。
【００４０】
なお、軟骨組織を採取した後、その軟骨組織を細切して酵素に浸漬するまで短期間保存するには、合成された基礎的な培地であるＦ−１２培地（血清含まない）などに浸漬して、軟骨組織の乾燥を防ぐのがよい。
【００４１】
次いで、コラーゲンを分解した軟骨組織を含む溶液を例えば１００μｍ孔のフィルター（セルストレーナーなど）を用いて濾過し、軟骨細胞を含む溶液を得ると共に、残りの軟骨組織を取り除く。遠心分離器を１０００ｒｐｍの回転数で５分間運転し、先に得た軟骨細胞を含む溶液を常温で処理して軟骨細胞を回収する。なお、回収した軟骨細胞は、周知の方法で培養して増加させてもよい。
【００４２】
軟骨細胞を回収した後、その軟骨細胞の数を調整しつつＦ−１２培地溶液に投入し、これにアテロコラーゲン水溶液を混合して、軟骨細胞を含有すると共にゲル化可能な軟骨細胞分散溶液６を調製する。
【００４３】
なお、軟骨細胞を投入した培地溶液に混合する溶液は、軟骨細胞を分散させた状態でゲル化するものであればよく、アテロコラーゲンの代わりに、ゼラチンなどを用いることもできる。また、動物から軟骨細胞を取り出す代わりに、ｉＰＳ細胞や幹細胞から分化誘導した軟骨細胞を用いることもでき、あるいは、軟骨細胞に分化する前の幹細胞を用いることもできる。
【００４４】
＜注入工程＞
図２（ａ）に示すように、モールド７のリング状溝１１に、軟骨細胞分散溶液６を注入すると共に、軟骨細胞を分散状態で保持するリング状の保持材１２を挿入する。その際、例えば、内径６ｍｍ、外径１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの保持材１２に対して、注入する軟骨細胞分散溶液６の量を１２５μＬとし、軟骨細胞数を１〜１０×１０６個とする。なお、リング溝１１の形状や大きさは、移植対象の動物の気管の形状に応じて適宜設定され、リング溝１１の代わりにＵ字形などの他の形状の溝を採用するようにしてもよい。
【００４５】
ここで、リング状溝１１への軟骨細胞分散溶液６の注入と保持材１２の挿入との順番としては、特に限定されるものではなく、軟骨細胞分散溶液６を注入した後に保持材１２を挿入するようにしてもよく、保持材１２を挿入した後に軟骨細胞分散溶液６を注入するようにしてもよく、軟骨細胞分散溶液６を途中まで注入して保持材１２を挿入した後に残りの軟骨細胞分散溶液６を注入するようにしてもよい。
【００４６】
保持材１２は、例えば、ポリ乳酸などの生分解性を有する素材から形成されたスポンジ状とされ、リング状溝１１と同様、移植対象の動物の気管の形状に応じて、その形状や大きさが適宜設定される。
【００４７】
なお、保持材１２は、軟骨細胞を付着可能な足場にできるものであればよく、スポンジ状のものに代えて、連通孔を有する立体や、綿、線維、メッシュなどを採用することができ、さらに、保持材１２を省略することもできる。また、保持材１２の素材としては、ポリ乳酸に代えて、ポリグリコール酸やポリカプロラクトン、ポリヒドロキシアルカノエート、カゼインなどの生分解性プラスチック、あるいは、コラーゲンやゼラチンなどの天然高分子を採用することができ、さらに、生分解性のない素材として、ポリエチレンやポリエステル、ポリウレタン、ポリカーボネート、シリコーンなどの医療機器で用いられる汎用性高分子を用いることもできる。
【００４８】
＜ゲル体形成工程＞
図２(ｂ)に示すように、リング状溝１１に軟骨細胞分散溶液６を注入したモールド７を３７℃で２時間放置する。これにより、軟骨細胞分散溶液６が含有するアテロコラーゲンがゼリー状に固まって軟骨細胞分散溶液６がゲル化し、軟骨細胞を分散させたリング状のゲル体８が得られる。なお、アテロコラーゲンに代えてゼラチンを混合して調製した軟骨細胞分散溶液６を用いる場合、モールド７を４℃に冷やした状態で放置して軟骨細胞分散溶液６をゲル化すればよい。
【００４９】
＜装着工程＞
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、ゲル体８の中央穴に円柱状の基材９を通すようにして、複数のゲル体８を例えば１ｍｍ程度の間隔をあけて、基材９にほぼ等間隔で装着する。なお、ゲル体８の装着間隔は、１ｍｍに限らず、移植対象の動物の気管の形状に応じて適宜設定すればよい。
【００５０】
基材９は、ゲル体８のガタつきを阻止できるよう、その直径をゲル体８の内径と同程度に設定しておき、例えば６ｍｍ程度に設定しておく。基材９の材質としては、アクリルやシリコーンなどの医療分野に用いられる汎用性プラスチックを採用することができ、さらに、それ以外にも、ガラスやセラミックス、金属などを採用することができる。
【００５１】
＜設置工程＞
装着工程で複数のゲル体８を装着した基材９を、軟骨組織を採取した例えばウサギの皮下や腹腔内に埋設する。
【００５２】
なお、基材９は、軟骨組織を採取したのと同一の生体に埋設するのがよいが、生体組織材料の存在する環境下であれば、他の環境に基材９を設置するようにしてもよい。
【００５３】
生体組織材料の存在する環境下とは、動物の生体内（例えば、四肢部や肩部、背部、腹部などの皮下、あるいは、基材９及びゲル体８を受け入れる容積を有する腹腔内）、又は、動物の生体外において生体組織材料が浮遊する溶液中等の人工環境内が挙げられる。生体組織材料としては、ヒト、イヌ、ウシ、ブタ、ヤギ、ウサギ、ヒツジ、その他の哺乳類動物由来のものや、鳥類、魚類、その他の動物由来のもの、又は人工材料を用いることもできる。
【００５４】
＜組織形成工程＞
図４に示すように、設置工程の後、例えば４週間程度が経過することにより、ゲル体８がリング状の軟骨組織１０に変化すると共に、軟骨組織１０の表面が基材９の周囲に形成される膜状の結合組織４で覆われ、気管軟骨部２が形成される。結合組織４は、基材９と軟骨組織１０との間に侵入し、軟骨組織１０の全体を覆う。
【００５５】
また、気管軟骨部２の間の基材９の周囲が、軟骨組織１０と一体に結合組織４で覆われて、リング状の気管靭帯部３が構成され、複数の気管軟骨部２が気管靭帯部３で連結されて一体化される。ここで、結合組織４は、繊維芽細胞とコラーゲンなどの細胞外マトリックスで構成される。
【００５６】
＜取り出し工程＞
所定時間の組織形成工程を経て、気管軟骨部２及び気管靭帯部３が十分に形成された後、基材９を生体組織材料の存在する環境下から取り出す取り出し工程を行う。生体組織材料の存在する環境下から取り出された基材９は、その両端面を含む表面の全体を結合組織４による膜で覆われている。
【００５７】
＜分離工程＞
基材９の両端部の表面の結合組織４を除去し、気管軟骨部２及び気管靭帯部３から基材９を剥離しつつ引き抜くようにして、一体化された気管軟骨部２及び気管靭帯部３を人工気管１として取り出す（図１参照）。
【００５８】
なお、生産された人工気管１を異種移植する場合には、移植後の拒絶反応を防ぐため、脱細胞処理、脱水処理、固定処理などの免疫源除去処理を施すのが好ましい。脱細胞処理としては、超音波処理や界面活性剤処理、コラゲナーゼなどの酵素処理によって細胞外マトリックスを溶出させて洗浄する等の方法があり、脱水処理の方法としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等の水溶性有機溶媒で洗浄する方法があり、固定処理する方法としては、グルタアルデヒドやホルムアルデヒドなどのアルデヒド化合物で処理する方法がある。
【００５９】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、適宜変更を加えることができる。例えば、図５に示すように、上記のような円柱状の基材９に代えて、ゲル体８の移動を阻止するようにした基材１３を採用することもできる。
【００６０】
基材１３は、複数のゲル体８を装着可能な円柱状の基材本体１４と、ゲル体８及び基材本体１４を外側から覆ってゲル体８を中心軸方向に間隔をあけて位置決めする位置決めカバー１５と、を備えている。
【００６１】
位置決めカバー１５は、基材本体１４を覆う大きさに形成されると共に、大径に設定されてゲル体８を収容かつ位置決めする複数のゲル体収容部１６が軸方向に間隔をあけて形成されている。この位置決めカバー１５は、目の粗い格子状とされて内外が連通され、組織形成工程において、気管軟骨部２及び気管靭帯部３の形成が阻害されるのを防止している。
【００６２】
また、図６に示すように、ゲル体８の移動を阻止可能な別の基材１７として、複数のゲル体８を装着可能な筒状の基材本体１８と、この基材本体１８の外面に形成されてゲル体８を中心軸方向に間隔をあけて位置決めする位置決め突起１９と、を備えた構成を採用することもできる。基材本体１８は、周方向に複数に分割されると共に、円柱状の芯材２０の周囲に配置され、端部に固定リング２１を被せて固定することにより、筒状に構成される。
【００６３】
基材１７は、気管軟骨部２及び気管靭帯部３を形成した後、分離工程において、固定リング２１を外すと共に芯材２０を抜き出し、基材本体１８を複数に分解することにより、気管軟骨部２に位置決め突起１９を引っ掛けることなく、人工気管１から基材本体１８を抜き出すことができる。
【００６４】
また、基材９、１３、１７にゲル体８を装着する代わりに、保持材１２だけで軟骨細胞の凝集体（スフェロイド）を分散状態で保持すると共に、その保持材１２を基材９、１３、１７に装着するようにしてもよい。この場合、保持材１２に、軟骨細胞の凝集体を分散状態で保持させるには、基材９、１３、１７に装着した保持材１２に軟骨細胞の凝集体を分散させた溶液を垂らしたり、その溶液に保持材１２を浸してから基材９、１３、１７に装着したりする。
【００６５】
また、ゲル体８や保持材１２を用いることなく、軟骨細胞の凝集体を基材９に直接接着するようにしてもよい。また、目の細かい保持材１２を用いるなどして、軟骨細胞の凝集体を用いることなく、軟骨細胞を単体で保持材１２に分散保持させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１    人工気管
２    気管軟骨部
３    気管靭帯部
４    結合組織
５    気道
６    軟骨細胞分散溶液
７    モールド
８    ゲル体
９    基材
１０  軟骨組織
１１  リング状溝
１２  保持材
１３  基材
１４  基材本体
１５  位置決めカバー
１６  ゲル体収容部
１７  基材
１８  基材本体
１９  位置決め突起
２０  芯材
２１  固定リング
【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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