(57)【要約】【課題】人工骨や人工関節の生体内移植材料への細胞の生着量を増大させ、細胞にとって生育、増殖し易い環境を構築する方法を提供すること。【解決手段】人工骨又は人工関節の改良方法、コラーゲン溶液を人工骨又は人工関節の少なくとも一部の表面及び該表面に開口する孔内の少なくとも一部に施す工程と、次いでコラーゲンを凍結乾燥させる工程と、次いで前記コラーゲンを架橋させて前記人工骨又は人工関節の表面に付着した網目状の架橋コラーゲンを形成する工程とを含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
コラーゲン溶液を人工骨又は人工関節の少なくとも一部の表面及び該表面に開口する孔内の少なくとも一部に施す工程と、次いでコラーゲンを凍結乾燥させる工程と、次いで前記コラーゲンを架橋させて前記人工骨又は人工関節の表面に付着した網目状の架橋コラーゲンを形成する工程とを含む、人工骨又は人工関節の改良方法。
【請求項２】
人工骨又は人工関節をコラーゲン溶液に浸漬し、引き上げた後、前記コラーゲンを凍結乾燥させることを含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の方法により作製された、少なくとも一部の表面及び該表面に開口する孔内の少なくとも一部に網目状の架橋コラーゲンが付着した人工骨又は人工関節。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工骨又は人工関節の改良方法及び該方法により作製された人工骨又は人工関節に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、骨腫瘍の外科的切除、外傷あるいは変形矯正手術等により生じた骨の欠損部を補充する方法として、人工骨の移植が行われることが多い。人工骨の材料としては、ハイドロキシアパタイト、リン酸３カルシウム、β-TCPといった生体親和性の高い多孔質材料が用いられている。これらの多孔質材料は、移植部において新生骨形成の足場となり、移植後人工骨内の孔の中に骨芽細胞が進入し、人工骨内部に骨組織を形成する。また、人工関節は関節リウマチや変形性関節症などの疾患に罹患した患者に対する手術として一般的に行われる。しかし、人工関節と生体組織とは接着しないため、人工関節の骨に接する表面に様々な工夫を凝らして骨との境界親和性を向上させなければ、将来人工関節の周囲の骨組織は吸収され（loosning）、人工関節の逸脱が生じる。そのため、ほとんどの人工関節の表面には骨細胞が進入し、骨を形成し易くする様々な工夫（メッシュ加工、ビーズ加工など）が付加されている。
【０００３】
人工物周囲の新生骨の形成を促進するためには、人工骨や人工材料の表面や気孔の内部に骨芽細胞等の骨組織形成細胞が生着、増殖しやすい環境を構築することが重要である。従来、コラーゲン等のタンパク質が細胞の接着を促進する機能を有することが知られており、移植後の人工骨内部における細胞の成長を促進するため、人工骨の気孔内にコラーゲン等のタンパク質を吸着させる種々の試みがなされている（特許文献１、２）。しかしながら、従来の方法では、人工骨表面や気孔内部への細胞の生着量は不十分であり、またコラーゲンと人工骨の関係も曖昧であり現実的ではない。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１７３７９５号公報
【特許文献２】特開２００６−６１５６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の目的は、人工骨や人工関節の生体内移植材料への細胞の生着量を増大させ、細胞にとって生育、増殖し易い環境を構築する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明者は、鋭意研究の結果、人工骨や人工関節の表面や気孔（細孔）内部に網目状の架橋コラーゲンを形成させることにより、人工骨への細胞の生着、増殖を促進することができることを見出し、本願発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本発明は、コラーゲン溶液を人工骨又は人工関節の少なくとも一部の表面及び該表面に開口する孔内の少なくとも一部に施す工程と、次いでコラーゲンを凍結乾燥させる工程と、次いで前記コラーゲンを架橋させて前記人工骨又は人工関節の表面に付着した網目状の架橋コラーゲンを形成する工程とを含む、人工骨又は人工関節の改良方法を提供する。また、本発明は、上記本発明の方法により作製された、少なくとも一部の表面及び該表面に開口する孔内の少なくとも一部に網目状の架橋コラーゲンが付着した人工骨又は人工関節を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、人工骨や人工関節の表面や内部への細胞の生着量、増殖量を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の方法が適用される人工骨や人工関節は、少なくとも一部の表面に開口する孔を有する部分を含むものであれば公知のいかなる人工骨や人工関節であってもよい。通常用いられている人工骨は、天然骨の成分であるハイドロキシアパタイトやリン酸３カルシウム、β-TCPなどの、生体親和性の高い材料で構成されている。人工骨内部まで生体組織を入り込みやすくし、迅速な新生骨形成を促すため、多孔質構造をとっているものが多く、種々のそのような製品が市販されている。人工骨の用途により、成型体のもののほか、顆粒状の人工骨も市販されている。本発明の方法は、これらのいずれの多孔質の人工骨に対しても適用可能である。また、人工関節は、通常、セラミックス、プラスチック、金属等で形成されるが、上記の通り、人工関節の骨に接する表面に様々な工夫を凝らして骨との境界親和性の向上が図られており、本発明の方法は、多孔質の人工関節の表面、特に骨に接する表面に対して好ましく適用することができる。なお、人工関節の場合のように、メッシュ加工やビーズ加工により細胞が侵入する孔（空隙）が形成されている場合、このような孔（空隙）も、本発明でいう「孔」に包含される。
【００１０】
本発明の方法では、まずコラーゲン溶液を人工骨又は人工関節（以下、実施例の前までの記述において、「人工骨又は人工関節」を便宜的に「人工骨」と記載する）の少なくとも一部の表面に施し、それによって該表面にコラーゲン溶液を付着させると共に、該表面に開口する孔内の少なくとも一部にコラーゲン溶液を充填する。人工骨の全表面に対してコラーゲン溶液を施してもよいし、一部の表面にのみ施してもよい。コラーゲン溶液を人工骨に付着させる方法としては、例えば、コラーゲン溶液に人工骨を浸漬する方法、人工骨にコラーゲン溶液を噴霧する方法などが挙げられるが、これらに限定されない。浸漬や噴霧により、人工骨表面にコラーゲン溶液が付着し、かつ、該表面に開口する孔の内部の少なくとも一部、すなわち、孔内の少なくとも表面近傍の部分にもコラーゲン溶液が充填される。また、コラーゲン溶液の溶媒等にも限定されないが、これらのうち、水が好ましい。該溶液のコラーゲンの濃度は、特に限定されないが、通常、０．１重量％〜１０重量％程度、好ましくは０．１重量％〜０．５重量％程度である。また、コラーゲンには多くのtypeが存在するが、これらのいずれであってもよく、それらの２種又はそれ以上の混合物であってもよい。
【００１１】
次いで、コラーゲン溶液を凍結乾燥する。コラーゲンを付着させた人工骨を凍結乾燥装置に入れて半日から1日経過させるとコラーゲンが網目状に形成される。
【００１２】
次いで、人工骨の前記表面に付着し、孔内の少なくとも一部に充填されたコラーゲンを架橋させる。コラーゲンを架橋させる方法は公知であり、例えばホルムアルデヒド蒸気処理、紫外線照射、熱処理、架橋剤処理等の方法を用いることができるが、これらに限定されない。ホルムアルデヒド蒸気の供給源となるホルムアルデヒド溶液としては、市販のホルマリン（ホルムアルデヒドの３７％水溶液）を好ましく用いることができるが、他の濃度（好ましくは１０％以上）のホルムアルデヒド溶液を用いることもできる。ホルムアルデヒド蒸気処理は、ホルムアルデヒドの飽和蒸気と接触させることにより行なうことが好ましく、ホルムアルデヒド蒸気処理の際の蒸気の温度は通常０℃〜６０℃程度、好ましくは１０℃〜３０℃であり、好ましくは３時間〜１２時間程度の処理を行なえば、コラーゲンを架橋させることができる。紫外線照射の場合、一般に紫外線と呼ばれる１ｎｍ以上３６０〜４００ｎｍ以下の波長の光を０．１時間程度照射することによってコラーゲンを架橋させることができる。熱処理の場合、例えば１００℃〜１２０℃程度で３時間〜４時間、好ましくは真空内乾燥処理を行なうことにより、コラーゲンを架橋させることができる。
【００１３】
人工骨の表面に付着し、孔内に充填したコラーゲンは、上記した凍結乾燥及び架橋により十分な程度に堅牢な網目状構造となる。この網目の大きさ（直径、多角形の場合は最も長い対角線）は、特に限定されないが、通常１０μmないし１００μｍである場合が多く、また、網目間のコラーゲンの幅も、通常１０μmないし１００μｍである場合が多い。細いコラーゲン線維から成る網目状構造となることにより、細胞を初期の段階から捉えやすくなる。一般的に細胞は細い線維状の構造物（太さ数１０ミクロン）に好んで接着する性質を持つとされている。そのため線維状構造を持たないコラーゲンよりも細胞の生着量が多く、細胞の活性、増殖が盛んになる。従って、本発明の方法により作製された人工骨あるいは人工材料を骨欠損部またはそれぞれの組織に移植すれば、移植後の周辺組織との一体化や新生骨形成が促進すると考えられる。また、人工骨をはじめとした人工材料等の移植に先立ち、骨髄液の中に含まれる骨髄由来の幹細胞、骨芽細胞、破骨細胞等のような細胞を分離培養し、人工骨や人工材料に付与した網目状の架橋コラーゲン上に該細胞を付着させ、該架橋コラーゲン上で該細胞を培養、増殖させると、骨欠損部や当該臓器への移植当初から活性の高い細胞を人工骨および人工材料に多量に保持させることができる。そのため、移植後の新生骨をはじめとする組織形成がより一層促進すると考えられる。
【実施例】
【００１４】
以下、本発明を実施例に基づき具体的に説明する。ただし、本発明は下記実施例に限定されない。
【００１５】
人工骨上での架橋コラーゲンの形成
0.2重量％濃度のIまたはII型コラーゲン水溶液を調製した。該溶液に人工骨をおよそ１時間浸漬した。十分にゲルが浸透したら人工骨を溶液から引き上げ、人工骨に付着したコラーゲンを凍結乾燥させた。次いで、ホルマリン蒸気処理を行なってコラーゲンを架橋させた。ホルムアルデヒド蒸気処理は、２０％濃度のホルムアルデヒド水溶液より揮発する蒸気を用いて、２５℃で１２時間行った。形成された架橋コラーゲンの網目状構造を光学顕微鏡により観察すると、網目の大きさは１０μmないし１００μm程度であった。