(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】ブロック状の生体組織補填材１であって、貫通孔２を備え、該貫通孔２に、流入される細胞の流れを制限する流動制限部２ｂ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
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブロック状の生体組織補填材であって、貫通孔を備え、
該貫通孔に、流入される細胞の流れを制限する流動制限部が設けられている生体組織補填材。
【請求項２】
前記流動制限部が、貫通孔の口径を部分的に小さくした小径部により構成されている請求項１に記載の生体組織補填材。
【請求項３】
貫通孔を備えるブロック状の生体組織補填材を、貫通孔が上下方向に沿うように配置するとともに、貫通孔の下端を栓体により不完全に閉栓した状態で、貫通孔の上方から細胞を含有した液体を流下させる生体組織補填体の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の生体組織補填体の製造方法に用いる容器であって、
底面に、生体組織補填材に形成された貫通孔に一致する位置に設けられた突起を備え、
該突起の径寸法が、上端において前記貫通孔の口径より小さく、下端において前記貫通孔の口径より大きく形成されている容器。
【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、生体組織補填体の製造方法およびこれに用いる容器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、立方体の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、生体組織補填体の製造方法およびこれに用いる容器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、ブロック状の生体組織補填材であって、貫通孔を備え、該貫通孔に、流入される細胞の流れを制限する流動制限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、貫通孔を備える生体組織補填材に細胞を含む液体を滴下すると、液体が生体組織補填材の表面から貫通孔を伝って流下させられる。この場合に、貫通孔には流動制限部が設けられているので、細胞の流れが制限され、貫通孔内に留まることになる。その結果、播種された細胞が貫通孔を通過して流れ出てしまうことなく、生体組織補填材の内部に定着させられることになる。
【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、前記流動制限部が、貫通孔の口径を部分的に小さくした小径部により構成されている生体組織補填材を提供する。
この発明によれば、小径部により簡易に流動制限部を構成できる。すなわち、貫通孔に流入した細胞は小径部によりそれ以上の流動を妨げられる。また、細胞以外の液体は小径部を通じて外部に流出させられる。したがって、液体が貫通孔内に溜まることがなく、細胞の貫通孔内への流入が妨げられないので、効率よく細胞を播種することが可能となる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、貫通孔を備えるブロック状の生体組織補填材を、貫通孔が上下方向に沿うように配置するとともに、貫通孔の下端を栓体により不完全に閉栓した状態で、貫通孔の上方から細胞を含有した液体を流下させる生体組織補填体の製造方法を提供する。
この発明によれば、貫通孔の下端を栓体により不完全に閉栓することにより、細胞の流動を制限しながら細胞以外の液体の流動を可能にすることができる。その結果、播種された細胞を生体組織補填材の内部に留まらせ、効率的に生体組織補填体を製造することが可能となる。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項３に記載の生体組織補填体の製造方法に用いる容器であって、底面に、生体組織補填材に形成された貫通孔に一致する位置に設けられた突起を備え、該突起の径寸法が、上端において前記貫通孔の口径より小さく、下端において前記貫通孔の口径より大きく形成されている容器を提供する。
【００１３】
この発明によれば、容器に設けられた突起に、貫通孔を一致させるように容器上に生体組織補填材を載置することにより、突起により貫通孔の下端が閉栓される。突起は、貫通孔の口径より小さい上端径寸法を有しているので、貫通孔内にその上端を挿入される。一方、突起は、貫通孔の口径より大きな下端径寸法を有しているので、長さ方向の途中位置まで貫通孔に挿入される。これにより、突起上に載置された生体組織補填材の下面と容器の底面との間には隙間が形成され、貫通孔と突起との間から流出した液体がその隙間を通して流動することができる。
【００１４】
【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補填材１は、例えば、骨等の生体組織に形成された欠損部に補填するための補填材であって、気孔率約７０％のβ−ＴＣＰ多孔体により直方体または立法体のブロック状に構成されている。この生体組織補填材１には、その一面１ａからその対向面１ｂまで貫通する貫通孔２が設けられている。
【００１５】
この貫通孔２は、長手方向に隣接する口径の大きな大径部２ａと、それよりも口径の小さな小径部２ｂ（流動制限部）とを有する段差付きの貫通孔２である。大径部２ａと小径部２ｂとの間の段差は、生体組織補填材１のほぼ中央位置に配置されている。
【００１６】
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を用いて生体組織補填体を製造する場合について、以下に説明する。
図２に示されるように、小径部２ｂを下側に大径部２ａを上側にして、貫通孔２を上下方向に配した状態に、生体組織補填材１を適当な容器３内に配置する。そして、生体組織補填材１の上方から細胞、例えば、間葉系幹細胞を含有する液体（以下、細胞含有液Ａとも言う。）を滴下する。符号４は、例えば、電動ピペットを示している。
【００１７】
細胞含有液Ａは、生体組織補填材１の上面１ａに滴下されることにより、含有されている細胞を生体組織補填材１の表面に付着させられる。細胞含有液Ａを貫通孔２内に滴下すると、この貫通孔２内を伝って下降する間に、細胞含有液Ａ内の細胞が、貫通孔２の内壁に付着させられる。
【００１８】
この場合において、本実施形態に係る生体組織補填材１では、貫通孔２に段差が設けられているので、図３に示されるように、貫通孔２内に流入した細胞含有液Ａが貫通孔２をそのまま通過することなく、段差において一旦堰き止められる。すなわち、段差によって、生体組織補填材１の内部で細胞含有液Ａの流動が制限される。
そして、細胞含有液Ａの流動が制限されることにより、細胞が貫通孔２の内壁に付着させられ易くなる。
【００１９】
また、細胞以外の液体は小径部２ｂを介して外部に流出させられる。したがって、細胞含有液Ａが貫通孔２内に溜まってしまうことによる流入の制限が防止され、新たな細胞を順次貫通孔２内に流入させることが可能となる。
【００２０】
このようにして、本実施形態に係る生体組織補填材１によれば、貫通孔２内において細胞含有液Ａを一旦滞留させることにより、貫通孔２内壁への細胞の付着を促進することができるので、効率よく生体組織補填体を製造することができる。また、細胞を付着させた生体組織補填材１を培養する場合においても、貫通孔２内に培養液を流動させ、細胞からの老廃物を貫通孔２から排出することができる。その際に、貫通孔２内に設けられた段差によって、培養液の流れにより細胞が貫通孔２から流出してしまうことが防止される。
【００２１】
したがって、本実施形態に係る生体組織補填材１によれば、付着させた細胞を培養する場合においても、細胞の流出を防止しつつ、細胞への十分な栄養分の供給と、細胞からの老廃物の排出を円滑に行って、細胞の成長を促進することができる。
【００２２】
なお、本実施形態に係る生体組織補填材１においては、大径部２ａと小径部２ｂとからなる段差付きの貫通孔２を有するものを例示したが、これに代えて、図４に示されるように、中央部に、大径部２ａよりさらに大きな径寸法の空洞部２ｃを有する貫通孔２を設けることにしてもよい。
また、生体組織補填材１の大きさによって、細胞が十分に生体組織補填材１の内部まで入り込まない場合があるので、上面１ａに対して大径部２ａが小さい場合、複数の貫通孔２を生体組織補填材１に設けてもよい。
このようにすることで、流入される細胞が、さらに生体組織補填材１内に滞留し易くなり、細胞の付着性を高めることができる。
【００２３】
このように、生体組織補填材１の内部に大きな径寸法を有する空洞部２ｃを設ける場合には、外部からの加工が困難であるため、図５に示されるように、生体組織補填材１を２つ割に構成して別々に加工した後に、これらを合わせて、任意の接着剤等により接着させることにしてもよい。
また、生体組織補填材１の外形も、立方体状に限定されるものではなく、円柱等の柱状でもよい。また、大径部２ａと小径部２ｂとを有する貫通孔２であれば、例えば、図６に示されるような貫通孔２の形状でもよい。
【００２４】
次に、この発明の一実施形態に係る生体組織補填体の製造用容器について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る製造用容器１０は、図７に示されるように、培地等を貯留可能なシャーレ状に形成されるとともに、底部１０ａ内面に複数の突起１１を備えている。
これらの突起１１は、図８に示されるように、それぞれ略半球形に形成されており、所定のピッチｐをあけて配列されている。
【００２５】
突起１１のピッチｐは、使用される生体組織補填材１２に合わせて形成されている。すなわち、本実施形態に係る製造用容器１０を用いて生体組織補填体を製造するには、図８に示すように、複数の貫通孔１３を有するブロック状の生体組織補填材１２を用意する。各貫通孔１３は、同一の一定の円形横断面を有しており、前記突起１１のピッチｐと同じピッチｐで平行に形成されている。
【００２６】
前記突起１１の半径寸法は、前記貫通孔１３の半径寸法よりも若干大きく形成されている。これにより、図８に示されるように、突起１１は、該突起１１に貫通孔１３を一致させて生体組織補填材１２が容器１０上に載置されたときに、貫通孔１３内にその途中位置まで挿入された状態とされ、それによって、生体組織補填材１２を容器１０の底面１０ａから若干浮かせた状態に保持するようになっている。このとき、各突起１１は貫通孔１３の下部開口１３ａをほぼ閉栓する栓体として機能するが、生体組織補填材１２が多孔体により構成されているために、下部開口１３ａは完全に閉鎖されないようになっている。
【００２７】
このように構成された本実施形態に係る製造用容器１０の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る製造用容器１０を用いて生体組織補填体を製造するには、上述したように、複数の貫通孔１３を有する生体組織補填材１２を製造用容器１０の突起１１上に保持させた状態で、上方から間葉系幹細胞等の細胞含有液Ａを滴下する。
【００２８】
滴下された細胞含有液Ａは、生体組織補填材１２の外表面に付着するとともに、複数の貫通孔１３内に流入して下降する。この場合において、本実施形態に係る製造用容器１０によれば、生体組織補填材１２に設けられた貫通孔１３の下部開口１３ａを突起１１によってほぼ閉栓するので、貫通孔１３内に流入した細胞含有液Ａは、一旦、貫通孔１３内に留められることになる。これにより、細胞含有液Ａ内の細胞が貫通孔１３内において滞留することで、貫通孔１３の内壁に付着しやすくなり、効率的に播種されることになる。
【００２９】
また、多孔体からなる生体組織補填材１２に設けた貫通孔１３の下部開口１３ａと、これを閉栓する突起１１との間には、微細な隙間が形成されているので、貫通孔１３内に流入させられた細胞含有液Ａの内細胞以外の液体は、その隙間から貫通孔１３外部に漏れ出すようになっている。したがって、細胞含有液Ａ内の細胞が貫通孔１３内に捕獲されることになる。
【００３０】
しかも、生体組織補填材１２は突起１１によって容器１０の底面１０ａから若干浮かせた状態に保持されているので、貫通孔１３から漏れ出る液体の流動が妨げられることがない。したがって、貫通孔１３内に新たな細胞含有液Ａを順次滴下していくことができる。
また、このようにして細胞が付着させられた生体組織補填材１２においては、製造用容器１０内に所定の培地を貯留させ、所定の培養条件下に配されることにより、細胞が培養される。これにより、生体組織補填材１２の外表面のみならず貫通孔１３内に付着した細胞が生体組織補填材１２を足場として成長し、内部においても十分に成長した細胞を有する生体組織補填体が製造されることになる。
また、容器１０の底面１０ａから生体組織補填材１２を若干浮かせた状態にして培地内に配置できるので、生体組織補填材１２の下面においても細胞を成長させることができる。
【００３１】
このように、貫通孔１３を備えるブロック状の生体組織補填材１２を、貫通孔１３が上下方向に沿うように配置するとともに、貫通孔１３の下端を突起１１のような栓体により透き間を空けて不完全に閉栓した状態で、貫通孔１３の上方から細胞を含有した液体Ａを流下させる生体組織補填体の製造方法によれば、上記実施形態に係る段差付の生体組織補填材１を用いた場合と同様にして、細胞の効率的な播種と成長とを図ることができる。
【００３２】
なお、上記実施形態に係る製造用容器１０においては、複数の半球形の突起１１を容器１０の底面１０ａに配置したが、これに代えて、貫通孔１３の下部開口１３ａよりも若干小さい上部横断面と若干大きい下部横断面とを備える形状であれば、例えば、図１０に示すように、円錐形や円錐台形のような錐形の突起１１を採用してもよい。
【００３３】
また、図１１に示されるように、特殊な容器１０ではなく市販のシャーレのような底面が平坦な容器１４を使用する場合には、貫通孔１３の下端付近における生体組織補填材１５の孔径を小さくするような絞り部１５ａを設けて、細胞を貫通孔１３内に留まらせ、容器１４の底面と生体組織補填材１５の底面との間にある程度できる隙間Ａを利用して、培養液流入や細胞からの老廃物交換を行うようにしてもよい。この場合、生体組織補填材１５に設ける貫通孔１３のピッチｐ１，ｐ２は異なっていてもよい。
【００３４】
また、生体組織補填材１，１２，１５としては、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。
【００３５】
また、生体組織補填材１，１２，１５に生着させる細胞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。
【００３６】
本実施形態において、生体組織補填材１，１２，１５には細胞増殖を促進するために、ＢＭＰ（骨形成タンパク質）、ＢＤＧＦ（骨由来の成長因子）、ＴＧＦ（トランスホーミング成長因子）、ＦＧＦ（繊維芽細胞増殖因子）、ＰＤＧＦ（血小板由来増殖因子）、サイトカイン類等の細胞増殖因子を予め染み込ませておいてもよい。
【００３７】
【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、生体組織補填体の製造方法および容器によれば、生体組織補填材に形成した貫通孔内に細胞を効率よく付着させることができるとともに、培養中の細胞への栄養分の供給や細胞からの老廃物の排出を円滑に行うことができるという効果を奏する。したがって、生体組織補填材の内部においても細胞を均一かつ健全に成長させ、生体組織の欠損部に補填された後には、迅速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体を製造することができる。
【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縦断面図である。
【図２】図１の生体組織補填材を使用した生体組織補填体の製造方法を説明する図である。
【図３】図１の生体組織補填材の貫通孔内に細胞含有液が滴下された状態を示す縦断面図である。
【図４】図１の生体組織補填材の変形例を示す縦断面図である。
【図５】図４の生体組織補填材を示す斜視図である。
【図６】図１の生体組織補填材の他の変形例を示す縦断面図である。
【図７】この発明の一実施形態に係る容器を示す斜視図である。
【図８】図７の容器を示す縦断面図である。
【図９】図７の容器の底面に形成された突起を示す縦断面図である。
【図１０】突起の変形例を示す縦断面図である。
【図１１】図８の変形例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１，１２，１５  生体組織補填材
２，１３  貫通孔
２ｂ  小径部（流動制限部）
１０，１４  容器
１０ａ  底面
１１  突起（流動制限部）
１５ａ  絞り部（流動制限部）
【図１】
2004254751.tif 000003
【図２】
2004254751.tif 000004
【図３】
2004254751.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004254751.tif 000007
【図６】
2004254751.tif 000008
【図７】
2004254751.tif 000009
【図８】
2004254751.tif 000010
【図９】
2004254751.tif 000011
【図１０】
2004254751.tif 000012
【図１１】
2004254751.tif 000013