(57)【要約】【課題】比較的大きな欠損部に補填されても、細胞を健全に成長させ、均一かつ十分なリモデリングを可能とする。【解決手段】厚さ方向に積み重ねられる複数の板状の補填材片２，３を備え、隣接する補填材片２，３の少なくともいずれか一方に、他方の補填材片３，２との間に隙間４を形成するスペーサ部３ｃが設けられている生体組織補填材１を提供する。【選択図】  図１
2004222835.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ方向に積み重ねられる複数の板状の補填材片を備え、
隣接する補填材片の少なくともいずれか一方に、他方の補填材片との間に隙間を形成するスペーサ部が設けられている生体組織補填材。
【請求項２】
前記補填材片のいずれかに厚さ方向に延びる突起が設けられ、他の補填材片に、これらの補填体片を積み重ねたときに前記突起を嵌合させる貫通孔が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】
多重管状に組み合わせられる複数の筒状の補填材片を備え、隣接する補填材片の少なくともいずれか一方に、他方の補填材片との間に隙間を形成するスペーサ部が設けられている生体組織補填材。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の生体組織補填材を構成する複数の補填材片に細胞を播種した後に組み合わせて培養する生体組織補填体の製造方法。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の生体組織補填材を構成する複数の補填材片に細胞を播種して培養した後に、これら細胞付きの補填材片を組み合わせる生体組織補填体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、生体組織補填材および生体組織補填体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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、骨を再生させて欠損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材が使用される。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を食べ、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、手術後に体内で細胞を増殖させ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。）。
【０００４】
このような培養骨は、一般に、患者から採取した骨髄細胞をフラスコ内で一次培養して必要細胞数まで増加させた後に、トリプシンのような蛋白質分解酵素を用いて細胞をフラスコから剥離する。そして、これを骨補填材に付着させて骨形成培地内に留置して二次培養を行うことにより製造される（例えば、非特許文献２参照。）。
【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
【非特許文献２】
吉川，「骨髄間葉系細胞による培養真皮、培養骨−骨髄間葉系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
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
骨補填材のような生体組織補填材は、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。
しかしながら、生体組織補填材が大きくなると、外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ない不都合が考えられる。
【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、比較的大きな欠損部に補填されても、細胞を健全に成長させ、均一かつ十分なリモデリングを行うことができる生体組織補填材および生体組織補填体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、厚さ方向に積み重ねられる複数の板状の補填材片を備え、隣接する補填材片の少なくともいずれか一方に、他方の補填材片との間に隙間を形成するスペーサ部が設けられている生体組織補填材を提供する。
【０００９】
この発明によれば、板状の補填材片を厚さ方向に複数積み重ねることにより、立体的な生体組織補填材が構成される。この場合において、補填材片に設けられているスペーサ部により、隣接する補填材片との間に隙間が形成されるので、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可能となる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の生体組織補填材において、前記補填材片のいずれかに厚さ方向に延びる突起が設けられ、他の補填材片に、これらの補填体片を積み重ねたときに前記突起を嵌合させる貫通孔が設けられている生体組織補填材を提供する。
この発明によれば、いずれかの補填材片に設けられた突起を他の補填材片に設けられた貫通孔に嵌合させることにより、積み重ねられた複数の補填材片が相互に位置決め状態に固定される。
【００１１】
請求項３に係る発明は、多重管状に組み合わせられる複数の筒状の補填材片を備え、隣接する補填材片の少なくともいずれか一方に、他方の補填材片との間に隙間を形成するスペーサ部が設けられている生体組織補填材を提供する。
この発明によれば、複数の筒状の補填材片を多重管状に組み合わせることにより、柱状の生体組織補填材が構成される。この場合において、各補填材片間には、スペーサ部によって隙間が形成されるので、補填材片間に細胞が挟まれて潰れることがない。また、比較的大きな生体組織補填体を構成する場合においても、内部の各所に細胞を浸透させた状態の生体組織補填体を構成することが可能となる。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の生体組織補填材を構成する複数の補填材片に細胞を播種した後に組み合わせて培養する生体組織補填体の製造方法を提供する。
また、請求項５に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の生体組織補填材を構成する複数の補填材片に細胞を播種して培養した後に、これら細胞付きの補填材片を組み合わせる生体組織補填体の製造方法を提供する。
これらの発明によれば、生体組織補填材の内部の各所において細胞を成長させた生体組織補填体が製造されることになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の実施形態に係る生体組織補填材について、図面を参照して以下に説明する。
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、ベースとなる第１の補填材片２と、該第１の補填材片２の上方から重ね合わせられる複数の第２の補填材片３とから構成されている。
【００１４】
前記第１の補填材片２は、平板状に形成された本体２ａと、その上面から鉛直上方に延びる複数の突起２ｂとを備えている。各突起２ｂは、均一な横断面形状を有し、略円柱状に形成されている。
前記第２の補填材片３は、平板状に形成された本体３ａと、該本体３ａに形成された複数の貫通孔３ｂと、本体３ａの一面側に突出するスペーサ部３ｃとを備えている。
【００１５】
前記第２の補填材片３の貫通孔３ｂは、前記第１の補填材片２の突起２ａの横断面より若干大きな口径を有している。また、これら貫通孔３ｂは、前記第１の補填材片２の突起２ａの数と同数、突起２ａの位置と一致する位置に設けられている。
各スペーサ部３ｃは、図１および図２に示されるように、播種される細胞の大きさより十分に高い高さを有する複数の突起により構成されている。
これらの補填材片２，３は、例えば、β−ＴＣＰの多孔体により構成されている。
【００１６】
本実施形態に係る生体組織補填材１を構成するには、突起２ｂを上向きにして略水平に配置された第１の補填材片２の本体２ａの上方から、スペーサ部３ｃを下向きにして本体３ａを略水平に配した第２の補填材片３を下降させ、その貫通孔３ｂに第１の補填材片２の突起２ａを嵌め合わせる。そして、スペーサ部３ｃが第１の補填材片２の本体２ａ上面に当接するまで下降させる。また、第２の補填材片３の上方から他の第２の補填材片３を順次下降させる。これにより、第１の補填材片２の上に、隣接する補填材片２，３との間にスペーサ部３ｃによって微小隙間４をあけた状態で、複数の第２の補填材片３が積み重ね状態に配置されることになる。これにより本実施形態に係る生体組織補填材１が構成される。
【００１７】
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によれば、第１の補填材片２の突起２ａと第２の補填材片３の貫通孔３ｂとの係合により、補填材片２，３どうしが相対的に移動しないように保持される。したがって、全体として、比較的大きな生体組織の欠損部を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２，３の間にはスペーサ部３ｃによって、播種される細胞よりも十分に大きな微小隙間４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可能となる。
【００１８】
なお、上記実施形態においては、スペーサ部３ｃを第２の補填材片３の下面に設けることにしたが、上面に設けてもよく、第１の補填材片にも設けてもよい。
また、スペーサ部３ｃの数、突起２ｂ等の数、本体２，３の形状等は何ら限定されない。しかし、それぞれ複数個設けることにより、相互に安定して隣接状態に保持することができる。
【００１９】
次に、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を用いた生体組織補填体の第１の製造方法について、以下に説明する。
この製造方法は、まず、図３（ａ）に示されるように、第１の補填材片２の本体２ａ上面に、間葉系幹細胞等の細胞Ａを滴下する。図中、符号５は、例えば、電動ピペットである。次いで、図３（ｂ）に示されるように、上面に細胞Ａが播種された第１の補填材片２の上方から第２の補填材片３を下降させ、第１の補填材片２の上面に重ね合わせる。その後、図３（ｃ）に示されるように、第２の補填材片３の本体３ａ上面に細胞Ａを滴下する。そして、複数の第２の補填材片３について同様の作業を繰り返す。これにより、図３（ｄ）に示されるように、各補填材片２，３の間に細胞Ａが播種された状態で複数の補填材片２，３が微小隙間をあけて積み重ねられた生体組織補填体６が製造されることになる。
【００２０】
本実施形態に係る生体組織補填体６の製造方法によれば、細胞Ａを内部まで浸透させた比較的大きな生体組織補填体６を簡易に製造することができる。また、スペーサ部３ｃによって補填材片２，３間に細胞Ａより大きな十分に微細な隙間４が形成されるので複数の補填材片２，３を積み重ねても、これらの補填材片２，３間において細胞Ａが挟まれて損傷することがなく、細胞Ａの健全性が維持される。すなわち、健全な細胞Ａを内部に均一に含んだ比較的大きな生体組織補填体６を製造することができる。
【００２１】
また、このようにして製造された生体組織補填体６は、例えば、生体組織の欠損部に補填される前に、所定の培養液内において培養される場合においても、また、生体組織の欠損部に補填された後においても、各補填材片２，３の間に形成された隙間４を通して、細胞Ａに対し十分な量の栄養分を供給できるとともに、細胞Ａから排出される老廃物を排出することができる。したがって、細胞Ａを活性の高い状態に維持しながら成長させることができる。
【００２２】
次に、上記実施形態に係る生体組織補填材１を用いた生体組織補填体６の第２の製造方法について以下に説明する。
この製造方法は、図４（ａ）に示されるように、第１の補填材片２および第２の補填材片３の上面に細胞を滴下し、図４（ｂ）に示されるように、所定の培養液Ｂ内において所定期間培養した後に、図４（ｃ）に示されるように、積み重ね状態に組み合わせるものである。この方法によっても、上記と同様に内部まで十分に成長した細胞Ａを有する比較的大きなブロック状の生体組織補填体６を製造することができる。
【００２３】
なお、上記実施形態に係る生体組織補填材１においては、突起２ａを有する第１の補填材片２と貫通孔３ｂとスペーサ部３ｃとを有する第２の補填材片３を用意したが、これに代えて、図５に示されるように、スペーサ部１１ａを有する１種類の補填材片１１のみを積み重ね状態に配置することにしてもよい。この生体組織補填材１０は、単一種類の補填材片１１により構成できるので、補填材片１１相互間の位置決めがそれほど必要とされない場合に有効である。
【００２４】
また、図６に示されるように、これら補填材片１１を、切断用溝１２等によって相互に分割可能に接続した平板状の補填材片ブロック１３を用意し、この補填材片ブロック１３の状態で細胞Ａを播種して培養した後に、生体組織の欠損部に補填する際に分割して積み重ねることにより生体組織補填体を製造してもよい。
【００２５】
さらに、補填材片どうしを位置決めするための突起を別部材としてもよい。
すなわち、図７に示されるように、リング状に形成された複数の補填材片１４と、これらの補填材片１４を相互に積み重ねた状態で、これらの補填材片１４の中央孔１４ａにはめ込まれる柱状の他の補填材片１５とから生体組織補填材１６を構成することにしてもよい。符号１４ｂは、各補填材片１４に設けられたスペーサ部である。
【００２６】
次に、この発明の他の実施形態に係る生体組織補填材について、図８を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る生体組織補填材２０は、図８に示されるように、１つの円柱状の第１の補填材片２１と、該第１の補填材片２１の周囲に多重管状に嵌め合わせられる複数の円筒状の第２の補填材片２２とから構成されている。
第２の補填材片２２の内面には、図９に示されるように、それぞれ、半径方向外方に突出する複数のスペーサ部２３が設けられている。これらスペーサ部２３も、第１の実施形態に係る生体組織補填材片のスペーサ部３ｃと同様に、細胞の大きさに比較して十分に高い高さ寸法を備えている。
【００２７】
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２０によっても、第１の実施形態に係る生体組織補填材１と同様に、各補填材片２１，２２の間に微小隙間２４を構成することができるので、間に配される細胞が挟まれて損傷することがなく、内部に均一かつ十分に細胞が浸透した比較的大きな生体組織補填体を製造することができる。
【００２８】
なお、本実施形態に係る生体組織補填材２０においては、円柱状および円筒状の補填材片２１，２２を採用したが、これに代えて、多角柱状および多角筒状の補填材片により構成することにしてもよい。また、第２の補填材片２２の数は任意でよい。
また、本実施形態に係る生体組織補填材２０を用いて生体組織補填体を製造する場合には、上記第１の実施形態に係る生体組織補填材１を用いた場合と同様の方法により製造することができる。
【００２９】
また、上記各実施形態に係る生体組織補填材１，１０，１６，２０は、β−ＴＣＰ多孔体からなるものを例に挙げて説明したが、これに代えて、ハイドロキシアパタイトなどの他のリン酸カルシウム、コラーゲンやキチンなどの天然高分子材料、ポリ乳酸やε−カプロラクタンのような合成高分子材料、チタン合金、タンタル合金やステンレス鋼３１６のような金属材料や金属繊維およびこれらの材料の少なくとも２種類以上の複合材などを採用してもよい。
【００３０】
また、生体組織補填材１，１０，１６，２０に生着させる細胞Ａとしては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を用いて生体組織補填体を製造することにしてもよい。また、間葉系幹細胞に代えて、ＥＳ細胞、体性幹細胞、骨細胞、軟骨細胞あるいは神経細胞等を採用してもよい。
さらに、生体組織として骨組織を例に挙げて説明したが、これに代えて、骨以外の軟骨細胞や表皮細胞、真皮細胞、角膜細胞、消化管上皮や内皮細胞、神経細胞等を対象としてもよい。
【００３１】
【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補填材によれば、スペーサ部により補填材片間に微小隙間を設けることができるので、隙間に播種された細胞に損傷を与えることなく、内部まで十分に細胞が浸透した比較的大きな立体的な生体組織補填体を簡易に製造することができるという効果を奏する。したがって、生体組織における比較的大きな欠損部に補填しても、極めて迅速に生体組織のリモデリングを行い、欠損部を早期に修復することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る生体組織補填材を示す一部を破断した側面図である。
【図２】図１の生体組織補填材を構成する第２の補填材片を示す平面図である。
【図３】図１の生体組織補填材を用いた生体組織補填体の第１の製造方法を説明するための工程図である。
【図４】図１の生体組織補填材を用いた生体組織補填体の第２の製造方法を説明するための工程図である。
【図５】図１の生体組織補填材の変形例を示す側面図である。
【図６】図１の生体組織補填材の他の変形例を示す側面図である。
【図７】図１の生体組織補填材の他の変形例を示す一部を破断した縦断面図である。
【図８】この発明の第２の実施形態に係る生体組織補填材を示す斜視図である。
【図９】図８の生体組織補填材を示す平面図である。
【符号の説明】
１，１０，１６，２０  生体組織補填材
２，３，１１，１４，２１，２２  補填材片
２ｂ  突起
３ｂ  貫通孔
３ｃ，１１ａ，１４ｂ，２３  スペーサ部
４，２４  隙間
Ａ  細胞
【図１】
2004222835.tif 000003
【図２】
2004222835.tif 000004
【図３】
2004222835.tif 000005
【図４】
2004222835.tif 000006
【図５】
2004222835.tif 000007
【図６】
2004222835.tif 000008
【図７】
2004222835.tif 000009
【図８】
2004222835.tif 000010
【図９】
2004222835.tif 000011