(57)【要約】【課題】生体組織補填材における十分な生体組織形成作用を促進する。【解決手段】内部に流通させる液体Ａから外部へ栄養分等Ｂを透過可能な材質からなる管状部材２と、該管状部材２の周囲に配置された生体組織補填材３と、これらを被覆する生体適合性材料からなる膜４とを備える生体組織再生用移植材１を提供する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に流通させる液体から外部へ少なくとも酸素および栄養分のいずれか一方を透過可能な材質からなる管状部材と、該管状部材の周囲に配置された生体組織補填材と、これらを被覆する生体適合性材料からなる膜とを備える生体組織再生用移植材。
【請求項２】
前記生体組織補填材が顆粒状のセラミックス多孔体からなり、前記膜が、前記管状部材の両端を露出させつつ生体組織補填材を包んで縫合されている請求項１に記載の生体組織再生用移植材。
【請求項３】
血管または人工血管の周囲に配置されるリン酸カルシウム系のセラミックス多孔体とこれを被覆する生体適合性材料からなる膜とを備える生体組織再生用移植材。
【請求項４】
前記セラミックス多孔体に骨髄と骨片が混合されている請求項３に記載の生体組織再生用移植材。
【請求項５】
前記セラミックス多孔体に成長因子が混合されている請求項３または請求項４に記載の生体組織再生用移植材。
【請求項６】
内部に流通させる液体から外部へ少なくとも酸素および栄養分のいずれか一方を透過可能な材質からなる管状部材の周囲に、生体組織補填材を配置し、該生体組織補填材の周囲を生体適合性材料からなる膜により被覆する生体組織再生用移植材の製造方法。
【請求項７】
血管または人工血管の周囲に、リン酸カルシウム系のセラミックス多孔体を配置し、その周囲を生体適合性材料からなる膜により被覆する生体組織再生用移植材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、骨等の生体組織の欠損部を再生する際に使用する生体組織再生用移植材とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、腫瘍摘出や外傷等により生じた生体組織の欠損部に、補填材を補填することにより、生体組織を再生させて欠損部を修復することが可能になってきている。生体組織の再生には、細胞、成長因子、足場（担体）が必要であり、特に、骨組織再生には担体としての骨補填材は必要不可欠である。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材が使用される。β−ＴＣＰを骨欠損部に補填すると、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細胞を骨補填材とともにｉｎ  ｖｉｔｒｏで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にして増殖した多くの骨髄間葉系細胞を含む培養骨を骨欠損部に補填するので、骨補填材のみを補填する方法と比較すると、自家骨に置換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。）。
この場合に、サイトカイン等の成長因子を供給しておくことにより、成長を促進することができることも知られている。
【０００４】
また、骨欠損部を修復する方法としては、人工骨や培養骨移植の他に、自家組織移植、例えば、血管柄付き腓骨移植等がある。この血管柄付き腓骨移植は、通常の自家骨移植に比べ、生きた血管を使用するため、移植後の生着性が高いことが知られている。
【０００５】
【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
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、人工骨のみを骨以外の皮下もしくは筋肉内へ移植しただけでは、異所性骨化の現象は得られない。
また、培養骨移植では、良好な異所性骨化の現象が見られるものの、ｉｎ  ｖｉｔｒｏでの培養に時間を要すること、培養操作による安全性の確保の問題や血管新生が移植後に得られることなど、実際には移植部の生着に時間が必要であることなどの問題がある。
さらに、自家血管柄付き腓骨移植では、移植骨の生着は良好であるものの、採骨部に骨欠損を生ずること、採骨量に限界があること、および、患者への侵襲が大きいことなどの問題がある。
【０００７】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、生体組織補填材における十分な生体組織形成作用を継続的に行わせることができる生体組織再生用移植材とその製造方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は、以下の手段を提供する。
請求項１に係る発明は、内部に流通させる液体から外部へ少なくとも酸素または栄養分のいずれか一方を透過可能な材質からなる管状部材と、該管状部材の周囲に配置された生体組織補填材と、これらを被覆する生体適合性材料からなる膜とを備える生体組織再生用移植材を提供する。
【０００９】
この発明によれば、管状部材内部に少なくとも酸素または栄養分のいずれか一方を含む液体を流通させると、該液体内に含有される少なくとも酸素または栄養分のいずれか一方が管状部材を透過してその周囲に配置されている生体組織補填材に供給される。生体組織補填材の内部に骨髄や骨片を混合もしくは骨髄細胞等の細胞を播種しておくことにより、それらの細胞に管状部材を介して少なくとも酸素または栄養分のいずれか一方または両方を供給し続けることが可能となる。また、生体組織補填材を生体適合性の材料からなるシートにより被覆しておくことにより、生体内に配置された状態においても、その外部に配置されている他の生体組織の影響を受けることなく、シート内に囲まれた生体組織補填材において所望の生体組織を効率的に再生させることが可能となる。
なお、管状部材の断面形状は、円形、楕円形等に限定されるものではない。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の生体組織再生用移植材において、前記生体組織補填材が顆粒状のセラミックス多孔体からなり、前記シートが、前記管状部材の両端を露出させつつ生体組織補填材を包んで縫合されている生体組織再生用移植材を提供する。
この発明によれば、管状部材内部を流通してきた液体内部の少なくとも酸素または栄養分のいずれか一方が、顆粒状のセラミック多孔体の隙間を通して生体組織補填材の全体に浸透し、該セラミック多孔体に混合されている骨髄や骨片もしくは播種されている細胞に供給される。シートは、管状部材の両端を露出させた状態で生体組織補填材を包んでいるので、顆粒状の生体組織補填材がシートによりこぼれないように保持される。また、管状部材の両端に液体の供給管および排出管を接続することにより、管状部材内部に少なくとも酸素または栄養分のいずれか一方を含む液体を継続的に流通させることが可能となる。
したがって、生体組織補填材を生体適合性のシートにより被覆しておくことにより、生体内に配置された状態においても、その外部に配置されている他の生体組織の影響を受けることなく、シート内に囲まれた生体組織補填材において所望の生体組織を効率的に再生させることが可能となる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、血管または人工血管の周囲に配置されるリン酸カルシウム系のセラミックス多孔体とこれを被覆する生体適合性材料からなる膜とを備える生体組織再生用移植材を提供する。
この発明によれば、血管または人工血管内部に流れる血液から血管等を介して少なくとも酸素または栄養分のいずれか一方がセラミックス多孔体に供給される。セラミックス多孔体内に骨髄や骨片を混合もしくは骨髄細胞等を播種しておくことにより、それらの細胞に少なくとも酸素または栄養分のいずれか一方または両方を供給し続けながら、生体組織を再生することが可能となる。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の生体組織再生用移植材において前記セラミックス多孔体に骨髄が混合されている生体組織再生用移植材を提供する。この発明によれば、骨髄細胞内に含まれる間葉系幹細胞を血管等から供給される少なくとも酸素または栄養分のいずれか一方または両方により成長させ、セラミックス多孔体を足場として、生体組織を再生することが可能となる。
【００１３】
請求項５に係る発明は、請求項３または請求項４に記載の生体組織再生用移植材において、前記セラミックス多孔体に成長因子が混合されている生体組織再生用移植材を提供する。
この発明によれば、成長因子の作用により、セラミックス多孔体内における細胞の増殖を促進し、迅速に生体組織の再生を図ることが可能となる。
【００１４】
請求項６に係る発明は、内部に流通させる液体から外部へ少なくとも酸素または栄養分のいずれか一方を透過可能な材質からなる管状部材の周囲に、生体組織補填材を配置し、該生体組織補填材の周囲を生体適合性材料からなる膜により被覆する生体組織再生用移植材の製造方法を提供する。
この発明によれば、管状部材の周囲に生体組織補填材を配置し、その生体組織補填材の周囲を生体適合性材料からなる膜により被覆するだけで生体組織再生用移植材を製造することができるので、手術現場において簡易に製造でき、そのまま、患部あるいはその近傍の体内に埋め込むことが可能となる。
【００１５】
請求項７に係る発明は、血管または人工血管の周囲に、リン酸カルシウム系のセラミックス多孔体を配置し、その周囲を生体適合性材料からなる膜により被覆する生体組織再生用移植材の製造方法を提供する。
この発明によれば、血管または人工血管内部に流れる血液から血管等を介して少なくとも酸素または栄養分のいずれか一方がセラミックス多孔体に供給される。セラミックス多孔体内に骨髄や骨片を混合もしくは骨髄細胞等を播種しておくことにより、それらの細胞に少なくとも酸素または栄養分のいずれか一方を供給し続けながら、生体組織を再生することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態に係る生体組織再生用移植材について、図１を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る生体組織再生用移植材は、生体組織としての骨を再生するための骨再生用移植材１であって、図１および図２に示されるように、管状部材２と、該管状部材２の周囲を取り囲むように配置された骨補填材３と、該骨補填材３を包み込む優れた生体適合性材料からなる膜（以下、生体適合性膜という。）４とから構成されている。
なお、優れた生体適合性材料は、特に限定されるものではなく、生体吸収性材料や生体非吸収性材料のいずれでもよい。生体吸収性材料としては、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリラクトン、ポリカプロラクトンもしくはそれらの共重合体、コラーゲン、キチン、キトサンなどが挙げられる。生体吸収性材料は、経時的に生体に吸収されることから再生された骨周囲に異物が残存しないという利点がある。一方、ＰＴＦＥに代表される生体非吸収性材料は長期的に異物が残存するものの、良好な骨形成の環境を提供することが可能である。
【００１７】
前記管状部材２は、例えば、浸透膜あるいは逆浸透膜からなる中空子膜のように、内部を流通する液体Ａ、例えば、血液から少なくとも酸素および栄養分のいずれか（以下、栄養分等Ｂという。）を透過させて外部に供給することが可能な材質により構成されている。
前記骨補填材３は、例えば、β−ＴＣＰ多孔体の顆粒により構成されている。生体適合性膜４は、管状部材２を中心に配置し、その周囲に骨補填材３を配置するようにして、骨補填材３を包み込み、外部を縫合することで、管状もしくは袋状に形成されている。これにより、骨補填材３がこぼれないこと、周辺環境に影響されることなく所望の生体組織を再生させる環境（場）を提供することのために優れた生体適合性膜４によって覆われ、管状部材２の両端２ａ，２ｂのみが生体適合性膜４から外部に露出した骨再生用移植材１が構成されている。
【００１８】
このように構成された本実施形態に係る骨再生用移植材１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る骨再生用移植材１により、骨欠損部を再生するには、切開により露出させた血管の一部を切断し、当該血管の端部を前記管状部材２の両端２ａ，２ｂに縫合する。これにより、管状部材２の内部には血液Ａが流通させられるようになる。また、骨再生用移植材１の骨補填材３内には、例えば、注射器により、生体適合性膜４を貫通して、内部に、骨髄や骨片もしくは骨髄細胞を混合しておく。なお、前記管状部材２の代わりに生体の血管（例えば、動静脈束）や筋肉束を用いることも可能である。例えば、前記管状部材２の代わりに動静脈束を用いる場合、露出させた動静脈束の周囲に骨補填材３を配置、さらに、骨補填材３を包み込むように生体適合性膜４を配置し、縫合する。この動静脈束と同様に、筋肉束を用いることも可能である。
【００１９】
この状態で、骨再生用移植材１を筋肉組織内あるいは皮下組織内に配置し、切開した皮膚を縫合し、数週間放置する。
骨補填材３内部に注入された骨髄や骨片もしくは骨髄細胞等の混合物は、生体適合性膜４によって外部の筋肉組織あるいは皮下組織から隔絶された状態に保持されるので、これらの組織の影響を受けること無く、筋肉組織内あるいは皮下組織内において、骨補填材３を足場として異所性骨化作用を生ずることになる。
【００２０】
そして、この場合において、管状部材２は、内部を流通する血液Ａ内の栄養分等Ｂを透過させることができる材料により構成されているので、骨補填材３内において骨形成作用を生じている骨髄に含まれる細胞は、血液Ａから常時補給される栄養分等Ｂを得て、迅速かつ着実に成長し、健全な再生用移植骨として構成されることになる。
【００２１】
このようにして構成された再生用移植骨は、皮膚を再度切開して摘出し、骨欠損部に補填される。生体適合性膜４が生体吸収性材料からなる場合には、経時的に生体内で吸収され消滅する。したがって、再生用移植骨は、生体適合性膜４によって被覆されておらず、外部の骨組織内に存在している骨形成因子によって、外面においても骨形成作用を生じ、骨欠損部に適応して欠損部の再建が行われることになる。
【００２２】
このとき、皮下成長段階において管状部材２に接続されていた血管を、接続した状態に保持しておくことにより、骨欠損部内における骨形成においても、血液Ａから常時栄養分等Ｂを供給して骨形成作用を促進し、骨欠損部を迅速かつ充分に補填することが可能となる。
なお、前記管状部材２の代わりに生体の血管（例えば、動静脈束）や筋肉束を用いた場合、特に、動静脈束を用いた場合、生体組織再生用移植材内部に再生した骨組織には、配置した血管２と連続した新たな血管網を生ずる。この新たに生じた血管網には血流が確保され、移植時に新鮮な血管を有する移植骨を提供することができる。移植後の早期骨癒合を実現するためには、この新たに生じた血管網が極めて重要であり、あたかも新鮮血管柄付き自家骨移植と同様の再建が可能となる。
【００２３】
次に、この発明の他の実施形態に係る生体組織再生用移植材について、図３〜図８を参照して説明する。
本実施形態に係る骨再生用移植材１０は、管状部材２として血管（動静脈束）を生体適合性膜４としてＰＬＣ（Ｐｏｌｙ  ｌａｃｔｉｄｅ−  ε  ｃａｐｒｏｌａｃｔｏｎｅ）膜を使用する点において上記実施形態に係る骨再生用移植材１と相違している。
【００２４】
本実施形態に係る骨再生用移植材１０を構成するには、皮膚を切開して皮下組織あるいは筋肉組織内から血管２を引出し、該血管２の周囲に、顆粒状の骨補填材３を配した状態で生体適合性膜４によりこれらを包み込み、骨補填材３を外部に対して遮断するために生体適合性膜４を縫合する。これにより、上記実施形態と同様の骨再生用移植材１０が構成されるので、骨補填材３内部に骨髄あるいは骨髄細胞もしくはその混合物を注射器等により注入した状態で、体内に埋め込むことができる。
【００２５】
このように構成された本実施形態に係る骨再生用移植材１０によれば、血管２の縫合作業を不要とすることができるので、移植作業を簡易にすることができる。血管２を通して、内部を流通する血液Ａから栄養分等Ｂが骨補填材３内の骨髄に含まれる細胞に供給され、生体適合性膜４によって外部の組織から隔絶された状態で、骨補填材３を足場とした迅速かつ十分な異所性骨化作用を促進することが可能となる。
【００２６】
図３（ａ）に示されるのは、筋肉組織内への配置手術後６週間経過した状態の骨補填材３としてβ−ＴＣＰ顆粒を生体適合性膜４に包んだ本実施形態に係る骨再生用移植材１０の異所性骨化の様子を縦断面顕の微鏡写真で示す図であり、（ｂ）はその拡大図である。図４は、骨補填材３を用いない場合の生体組織再生用移植材の異所性骨化の様子を示す図３と同様の図である。
【００２７】
これらの図を見ると、本実施形態に係る骨再生用移植材１０の場合には、符号Ｘにより示すように、中央に白く見える血管２の周囲のみならず、生体適合性膜４内のスペース全体にわたって、均質に、異所性骨化作用が生じ、骨組織が形成されていることがわかる。これに対して、骨補填材３を用いない場合には、符号Ｙにより示すように、生体適合性膜４の表面および充填物質の表面のみに骨形成作用を生じ、健全な異所性骨化が行われていないことがわかる。
【００２８】
図５および図６に示されるのは、術後９週間経過した状態の同様の図である。これらの図によれば、本実施形態に係る骨再生用移植材１０の場合には、生体適合性膜４内スペースの広い範囲にわたって骨組織Ｘが形成されていることがわかる。
図７は、異所性骨化の様子を術後の経過時間（週間）と骨基質密度との関係で示すグラフである。この図によれば、骨補填材３を足場とした細胞の骨形成作用が顕著であることがわかる。
【００２９】
そして、このようにして構成される再生用移植骨は、骨組織の内部に栄養分等を行き渡らせる血管あるいは管状部材２を備えたままの状態で、皮下組織あるいは筋肉組織から取り出して、血行を保ったまま生きた骨として骨欠損部に移植することができる。
【００３０】
その結果、再生用移植骨の配されることとなる骨欠損部における周囲の骨組織の血行に左右されることなく、周囲の骨組織への良好な生着を得ることができるという効果がある。また、骨補填材３の中央に配置された血管２からは、骨補填材３の隙間を縫って毛細血管が発達し、生体適合性膜４内のスペースの隅々まで栄養分等を行き渡らせることができるようになる。図８は、骨補填材３の隙間に発達した毛細血管Ｚを示す移植骨の縦断面の顕微鏡写真である。
【００３１】
このように本実施形態に係る骨再生用移植材１０によれば、移植骨自体が血行を有しているので感染に強く、血行の悪い骨欠損部にも移植することができる。また、移植骨によっては比較的広範囲の骨欠損にも適用可能であり、骨癒合も早いために、リハビリにおいて早期に荷重開始段階に移ることができる。
【００３２】
さらに、本実施形態に係る骨再生用移植材１０によれば、上記のように血管柄付き骨移植と同等の効果を得ながら、患者への侵襲を小さく抑えることができるという効果がある。すなわち、通常の血管柄付き骨移植では、血行を伴う生きたままの骨組織を他の健全な部位から採取して骨欠損部に移植するものであるため、健全な部位の侵襲を免れない。しかしながら、本実施形態に係る骨再生用移植材１０によれば、骨欠損部以外の部位において異所性骨化させた移植骨を骨欠損部に補填することができるので、健全な部位の侵襲を防止することができる。したがって、手術時間を短くすることができるとともに、全身状態などにより適用が制限されることを防止することができる。
【００３３】
なお、上記実施形態においては、生体組織としての骨組織を例に挙げ、骨髄や骨片あるいは骨髄細胞の混合物を用いる場合について説明したが、骨髄のみならず末梢血や臍帯血から抽出することにしてもよい。また、骨髄や骨片あるいは骨髄細胞の混合物に限定されるものではなく、ＥＳ細胞、体性幹細胞、骨細胞、軟骨細胞、神経細胞等の体細胞を使用してもよい。また、骨組織のみならず、軟骨組織、筋肉組織、あるいは皮下組織等任意の生体組織を再生するために利用することが可能である。
【００３４】
また、生体組織補填材の内部に供給した細胞の成長を促進するために、成長因子、例えば、サイトカイン、濃縮血小板、ＢＭＰ、ＦＧＦ、ＴＧＦ−β、ＩＧＦ、ＰＤＧＦ、ＶＥＧＦ、ＨＧＦやこれらを複合させたもの等の成長に寄与する物質を供給することにしてもよい。また、エストロゲン等のホルモン剤や、ビタミン等の栄養剤を供給することにしてもよい。
この際に、これらの生理活性物質の遺伝子、生理活性蛋白質等の徐放化材を利用することもできる。
【００３５】
また、上記実施形態においては、生体吸収性を有する膜として、生体適合性膜を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、コラーゲンからなる膜等、任意の生体適合性材料からなる膜を用いることにしてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る生体組織再生用移植材とその製造方法によれば、管状部材内部に流通させる液体、例えば、血液から栄養分等を外部に透過させることにより、骨補填材を足場とした細胞の成長を促進し、血行のある生きたままの生体組織再生用移植材を迅速に製造することができるという効果を奏する。
また、このようにして製造された生体組織再生用移植材によれば、感染に強く、比較的広範囲の欠損部に移植でき、かつ、欠損部の周囲の生体組織の状態に関わらず、該生体組織への良好な生着を得ることができるとともに、患者への侵襲を低く抑えることができ、手術時間の短縮を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る生体組織再生用移植材を示す斜視図である。
【図２】図１の生体組織再生用移植材を示す縦断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る生体組織再生用移植材を用いた術後６週間経過後の異所性骨化の様子を示す顕微鏡写真である。
【図４】図３の比較例であって、骨補填材を使用しない場合の異所性骨化の様子を示す顕微鏡写真である。
【図５】図３の生体組織再生用移植材を用いた術後９週間経過後の異所性骨化の様子を示す顕微鏡写真である。
【図６】図５の比較例であって、骨補填材を使用しない場合の異所性骨化の様子を示す顕微鏡写真である。
【図７】術後経過時間と骨基質密度との関係を示すグラフである。
【図８】図３の生体組織再生用移植材内部における血管の成長の様子を示す顕微鏡写真である。
【符号の説明】
Ａ  液体、血液
Ｂ  栄養分等
１，１０  骨再生用移植材（生体組織再生用移植材）
２  管状部材、血管、人工血管
３  生体組織補填材（骨補填材）
４  生体適合性膜（膜）
【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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