(57)【要約】【課題】付着した細胞の成長を促進するとともに幹細胞の付着性が高い生体組織補填材及びその製造方法を提供すること。【解決手段】骨補填材（生体組織補填材）１０は、リン酸カルシウム（例えば、β−ＴＣＰ）多孔体からなる円柱形状の足場材であって、一方向に延びる複数の貫通孔１１をほぼ同一の厚さの隔壁部材１２によって相互に区画したハニカム形状を備えている。貫通孔１１は四角形状で形成されており、隔壁部材１２の表面には、凹部と、孔部とが複数形成されている構成とした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に延びる複数の貫通孔を略同一厚さの隔壁部材によって相互に区画したハニカム形状を備えることを特徴とする生体組織補填材。
【請求項２】
前記隔壁部材に、凹部又は孔部の少なくとも一方が形成されていることを特徴とする請求項１記載の生体組織補填材。
【請求項３】
スラリ状に形成された原料に焼結温度より低い融点を有する粒状の固形体を混合する工程と、
該固形体を混合した前記原料を成形型に供給し、複数の貫通孔を略同一厚さの隔壁部材によって相互に区画したハニカム成形体を形成する工程と、
該ハニカム成形体を焼結する工程とを備えることを特徴とする生体組織補填材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体組織欠損部を再生する際に使用される生体組織補填材及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、骨腫瘍摘出や外傷等により生じた骨等の生体組織の欠損部に、骨補填材等の生体組織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液に骨補填材を浸し、骨髄液に含まれる骨髄間葉系幹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等の生体組織補填体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幹細胞を含む骨補填体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】
【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，第三０巻，第１０号，ｐ．４６−４９
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、骨補填材として多孔体を用いても骨髄間葉系幹細胞は骨補填材表面に留まるのみとなってしまい、骨補填材内部まで骨髄間葉系幹細胞を十分に付着させることが困難であった。また、骨補填材に細胞を付着させても内部まで細胞の成長に必要な成分等が浸透せず、一方、細胞老廃物が細胞周辺に貯留されてしまい細胞老廃物の円滑な交換が阻害されてしまう問題があった。
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、付着した細胞の成長を促進するとともに幹細胞の付着性が高い生体組織補填材及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明の生体組織補填材は、一方向に延びる複数の貫通孔を略同一厚さの隔壁部材によって相互に区画したハニカム形状を備えることを特徴とする。
この生体組織補填材によれば、ハニカム形状に構成されることにより、大きな表面積を確保することが可能となり、より多くの細胞を表面に付着させることができる。また、貫通孔を介して補填材内部まで細胞を付着させやすくするとともに、貫通孔を通して細胞老廃物の交換を容易にすることができる。
【０００７】
本発明は、前記生体組織補填材であって、前記隔壁部材に、凹部及び孔部のうち少なくとも１つが形成されていることが好ましい。
この生体組織補填材によれば、貫通孔内に浸透した細胞が隔壁部材の表面に付着する際に、隔壁部材に形成されている凹部又は孔部に捕らえられる。その結果、細胞の付着性を向上して十分な量の細胞を付着させることができる。
【０００８】
本発明の生体組織補填材の製造方法は、スラリ状に形成された原料に焼結温度より低い融点を有する粒状の固形体を混合する工程と、該固形体を混合した前記原料を成形型に供給し、複数の貫通孔を略同一厚さの隔壁部材によって相互に区画したハニカム成形体を形成する工程と、該ハニカム成形体を焼結する工程とを備えることを特徴とする。
この製造方法によれば、生体組織補填材の表面積が増大し細胞の付着が容易となるので多数の細胞を表面に付着させることが可能になるとともに、貫通孔を通して細胞老廃物を円滑に交換できる生体組織補填材を製造することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態に係る生体組織補填材について、図１から図５を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る骨補填材（生体組織補填材）１０は、リン酸カルシウム（例えば、β−ＴＣＰ）多孔体からなる円柱形状の足場材であって、図１に示すように、一方向に延びる複数の貫通孔１１をほぼ同一の厚さ（例えば、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ程度）の隔壁部材１２によって相互に区画したハニカム形状を備えている。貫通孔１１は主に四角形状で形成されており、隔壁部材１２の表面には、図２に示すように、凹部１３と、孔部１４とが複数形成されている。
【００１０】
次に、以上の構成からなる本実施形態に係る骨補填材１０の製造方法について説明する。
骨補填材１０の製造工程は、図３に示すように、スラリ状に形成された原料に焼結温度より低い融点を有する図５に示すような粒状のワックスビーズ（固形体）１５を混合する工程（Ｓ０１）と、ワックスビーズ１５を混合した原料を図４に示すようなハニカム成形型（成形型）１６に流し込んで、図５に示すような複数の貫通孔１１をほぼ同一厚さの隔壁部材１２によって相互に区画したハニカム成形体１７を形成する工程（Ｓ０２）と、ハニカム成形体１７を焼結する工程（Ｓ０３）とを備えている。以下、各工程について説明する。
【００１１】
ワックスビーズ１５を混合する工程（Ｓ０１）では、まず、例えば、特開平５−２３７１７８号公報に開示されている方法によって、混合発泡させた水性の発泡スラリを調整したものにβ―ＴＣＰから作製した顆粒状成形体を混合してスラリ状に形成した原料を作製する。
この原料にワックスビーズ１５を混合する。
【００１２】
次に、ハニカム成形体１７を形成する工程（Ｓ０２）について説明する。
この工程では、ワックスビーズ１５を混入した原料を図４に示すハニカム成形型１６に供給して図５に示すハニカム成形体１７を作製する。
図４のハニカム成形型１６の上部には、漏斗状に形成された原料注入口１８が形成されている。一方、下部の内部には、例えば、０．１ｍｍの幅を有してハニカム成形型１６の各辺に平行な方向にそれぞれ延びるスリット１９が形成されており、原料注入口１８の下端部とスリット１９の一端部とが通路２０を介して連通されている。
【００１３】
原料注入口１８から注入した原料を通路２０を介して各スリット１９内に浸透させる。すると、四角形状の貫通孔１１と、各貫通孔１１を離間させる隔壁部材１２とが形成されたハニカム形状のハニカム成形体１７がハニカム成形型１６の下端面２１から排出する。このときのハニカム成形体１７の断面は、図５に示すように、隔壁部材１２内部にワックスビーズ１５が含有された構成となっている。
【００１４】
続いて、ハニカム成形体１７を焼結する工程（Ｓ０３）について説明する。
ハニカム成形体１７を、例えば、特開平５−２３７１７８号公報に開示されている方法によって、乾燥させた後に焼結する。このとき、ハニカム成形体１７内部に含まれるワックスビーズ１５の融点が焼結温度よりも低温なので、焼結時の加熱によって溶融後、隔壁部材１２外部に流出して貫通孔１１からハニカム成形体１７外部へ除去される。
こうして、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、隔壁部材１２の表面及び内部に凹部１３及び孔部１４を形成する。
【００１５】
こうして得られた骨補填材１０に細胞を付与して骨補填体を作製する場合について説明する。
まず、腸骨等から骨髄液を抽出し、この骨髄液を遠心分離等の適宜の濃縮処理後、培養容器内にＭＥＭ（Ｍｉｎｉｍａｌ  Ｅｓｓｅｎｔｉａｌ  Ｍｅｄｉｕｍ：最小必須培地）、ＦＢＳ（Ｆｅｔａｌ  Ｂｏｖｉｎｅ  Ｓｅｒｕｍ：ウシ胎児血清）等の成長因子を付加した培地を供給・混合して一次培養を行い、不要成分を除去した間葉系幹細胞を含む細胞濃縮液を作成する。
続いて、この細胞濃縮液を上述した方法によって製造した骨補填材１０の全体に浸透させる。そして骨芽細胞への分化誘導因子であるデキサメタゾン等を含む骨形成培地に入れて二次培養する。
こうして、間葉系幹細胞から分化した骨芽細胞と産生された骨基質とを有し、骨形成作用が備えられた骨補填体を得る。
【００１６】
この骨補填材１０によれば、ハニカム成形に構成されているので、大きな表面積を確保することができるとともに、孔径の制御が容易となって、最適な大きさの貫通孔を自在に製造することができる。また、貫通孔１１が備えられているので、間葉系幹細胞が骨補填材１０の内部まで付着しやすくなるとともに、貫通孔を通して間葉系幹細胞に対する老廃物の交換を容易にすることができる。また、多孔体としての孔のみならず、凹部１３が形成されているので、間葉系幹細胞が隔壁部材１２の表面に付着しやすくなって、十分な量の細胞を付着させることができる。さらに、孔部１４は、貫通孔１１の一方向の流通性を良くするだけでなく、複数の貫通孔１１同士の連通性を良くして、間葉系幹細胞等の隔壁部材１２への滞留や老廃物交換を円滑にすることができる。
【００１７】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、貫通孔の形状は四角形状に限られず、ハニカム形状である六角形や、三角形、或いは円形でも構わない。また、各貫通孔の大きさは均一である必要はなく、不均一な大きさであっても構わない。
さらに、固形体としてワックスビーズに限らず、プラスチックビーズ等、焼結温度に至るまでの温度で溶解するものであればよい。また固形体の形状は球状であっても角形状であっても構わない。
【００１８】
また、体液は、骨髄液に限らず、末梢血、さい帯血でも良く、ＥＳ細胞、体性幹細胞、骨細胞、軟骨細胞、神経細胞等の体細胞が含まれるものであれば良い。生体組織も、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も可能である。
生体組織補填材としても、生体組織に親和性のある材料なら何でも良く、生体吸収性の材料なら更に良い。多孔体でも良い。
多孔体としては、β―ＴＣＰのみならず、スラリを形成することができるものであれば、リン酸カルシウム系セラミックス、コラーゲン、ポリ乳酸等やこれらを組み合わせたものでも構わない。
【００１９】
【実施例】
上記の実施形態に係る生体組織補填材の製造方法によって製造した骨補填材を用いて、骨補填体としてラットの培養骨を作製した。
まず、ラットから骨髄液を抽出し、Ｔ型フラスコで１０日間一次培養を行うことによって不要成分を除去した骨髄間葉系幹細胞を含む培養細胞を生成した。
上記培養細胞をトリプシン処理後、本実施形態に係る骨補填材に播種する。培地にＭＥＭ、ＦＢＳの他にデキサメタゾンを混合して幹細胞の分化を開始しさらに２週間程度二次培養した。
こうして、骨髄間葉系幹細胞から分化した骨芽細胞を備える骨補填体を得た。
この骨補填体をラットの皮下に移植し、４週間後に再び取り出したところ、新しい骨組織の形成を確認することができた。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明した本発明においては以下の効果を奏する。
本発明の生体組織補填材によれば、貫通孔によって細胞老廃物交換を円滑化して付着した細胞の成長を促進することができる。また、補填材内部に形成されている凹部又は孔部によって細胞の付着性を向上することができる。
さらに、成形時に貫通孔の制御が容易になるので、移植する生体に最適な形状のものを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における生体組織補填材の外観を示す図である。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ断面を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態における生体組織補填材の製造フローを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態におけるハニカム成形時に使用するハニカム成形用型の外観を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態において固形体を含むハニカム成形体の断面を示す図である。
【符号の説明】
１０  骨補填材（生体組織補填材）
１１  貫通孔
１２  隔壁部材
１３  凹部
１４  孔部
１５  原料
１６  ワックスビーズ（固形体）
１７  ハニカム成形型（成形型）
１８  ハニカム成形体
【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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