(57)【要約】【課題】移植による免疫拒絶反応の発生を抑制することができ、また、長期間の保管や大量生産に好適な生体組織補填体とその製造方法を提供すること。【解決手段】骨補填材１１を培養液或いは緩衝液若しくは生理食塩水からなる溶液１２が充填されたシャーレ１３内に浸漬する。そして、凍結乾燥機１４内に挿入して−５０℃まで冷却して骨芽細胞内の水分を凍結させる。これにより、細胞の体積が膨張し、又は氷塊が生成することによって細胞膜等が損傷して細胞が死滅する。引き続き、装置内を４Ｐａ〜４０Ｐａ（０．０３Ｔｏｒｒ〜０．３Ｔｏｒｒ）に減圧する。気圧差を設けることによって、容器内から蒸発した水分が気圧の低いほうへ排出されるので骨補補填材１１が乾燥する。こうして、骨補填材１１内の骨芽細胞のみが死滅した骨補填体１０が得られる方法とした。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体組織補填材に幹細胞を付着させる付着工程と、付着させた前記幹細胞を分化させることにより前記生体組織補填材を足場として生体組織形成作用を生じさせる形成工程と、形成された組織細胞を死滅させる処理工程とを備え、
前記処理工程が、前記生体組織補填材を凍結してさらに乾燥させることを特徴とする生体組織補填体の製造方法。
【請求項２】
前記乾燥が、前記生体組織補填材を減圧して行うことを特徴とする請求項１記載の生体組織補填体の製造方法。
【請求項３】
前記処理工程後、前記生体組織補填材に水分を供給することを特徴とする請求項１又は２記載の生体組織補填体の製造方法。
【請求項４】
生体組織補填材に幹細胞を付着させ、付着させた前記幹細胞を分化させることにより前記生体組織補填材を足場として生体組織形成作用を生じさせた後に、形成された組織細胞を死滅させて製造されることを特徴とする生体組織補填体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体組織補填材から生体組織の欠損部を補填する生体組織補填体と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３０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、患者以外の第３者から採取した幹細胞を使用して製造した生体組織補填体を移植すると、免疫拒絶反応を引き起こす不都合が考えられる。
免疫拒絶反応を抑えるには、ＨＬＡ（ヒト白血球抗原）の一致する細胞を使用する必要がある。しかし、ＨＬＡが合致する第三者の数が限られるため一致させるのが極めて困難である。
【０００６】
そのため、ＨＬＡが一致しない細胞を使用した場合、免疫拒絶反応を低減するために患者に免疫抑制剤を投与し続ける必要がある。しかしながら、継続的な投与は患者に身体的、経済的に大きな負担を強いることになる。
さらに、長期間保管することができず、そのため培養骨を大量に製造することができないことから、培養骨の供給をスムーズに行うことが困難であった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、移植による免疫拒絶反応の発生を抑制することができ、また、長期間の保管や大量生産に好適な生体組織補填体とその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【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。
本発明に係る生体組織補填体の製造方法は、生体組織補填材に幹細胞を付着させる付着工程と、付着させた前記幹細胞を分化させることにより前記生体組織補填材を足場として生体組織形成作用を生じさせる形成工程と、形成された組織細胞を死滅させる処理工程とを備え、前記処理工程が、前記生体組織補填材を凍結してさらに乾燥する工程であることを特徴とする。
【０００９】
この生体組織補填体の製造方法によれば、ＨＬＡが一致しない幹細胞を用いて生体組織補填体を製造することが可能となる。このようにして製造された生体組織補填体は生きた組織細胞を有しないので、生体内に移植されても、組織細胞を起因とする免疫拒絶反応を引き起こすことがない。また、生体組織補填材を乾燥するので、生体組織補填材から水分が失われ、細胞気質が腐敗することが抑制されて、生体組織補填体を長期間保管することが可能となる。さらに、生体組織補填材を減圧して乾燥するので、沸騰ではなく昇華によって水分が蒸発し、細胞気質を変性させることなく生体再生機能を保持した状態で細胞を死滅させることができる。
【００１０】
本発明は、前記処理工程後、前記生体組織補填材に水分を供給することを特徴とする。
この生体組織補填体の製造方法によれば、乾燥した細胞気質が水分によって復元されるので、長期保管後であっても生体再生機能を再び活性化させることができる。
【００１１】
本発明の生体組織補填体は、生体組織補填材に幹細胞を付着させ、付着させた前記幹細胞を分化させることにより前記生体組織補填材を足場として生体組織形成作用を生じさせた後に、形成された組織細胞を死滅させて製造されることを特徴とする。
この生体組織補填体によれば、組織細胞が死滅しているので、欠損部に移植しても免疫拒絶反応を起こさずに欠損部周囲の組織を活性化して、組織を再生することができる。
【００１２】
【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体の製造方法について、図１から図３を参照して説明する。
本実施形態に係る生体組織補填体の製造方法は、図１に示すように、生体組織補填材に幹細胞を付着させる付着工程（Ｓ０１）と、付着させた幹細胞を分化させることにより生体組織補填材を足場として生体組織形成作用を生じさせる形成工程（Ｓ０２）と、形成された組織細胞を死滅させる処理工程（Ｓ０３）とを備えている。
ここでは、生体組織として骨を対象とする。
【００１３】
付着工程（Ｓ０１）は、骨補填体（生体組織補填体）１０の製造で使用する骨補填材（生体組織補填材）１１に幹細胞を付着させる工程である。
本工程では、図２に示すように、β−ＴＣＰの多孔体により構成されている骨補填材１１を骨髄間葉系幹細胞（幹細胞）が培養された培養容器内に投入して、表面に幹細胞を付着させる。
【００１４】
形成工程（Ｓ０２）は、図２に示すように、付着させた幹細胞を分化させることにより、骨補填材１１を足場として骨形成作用（生体組織形成作用）を生じさせる工程である。
本工程では、まず、上記の培養容器内に新しい培地を供給・混合する。供給する培地には、ＭＥＭ（Ｍｉｎｉｍａｌ  Ｅｓｓｅｎｔｉａｌ  Ｍｅｄｉｕｍ：最小必須培地）、ＦＢＳ（Ｆｅｔａｌ  Ｂｏｖｉｎｅ  Ｓｅｒｕｍ：ウシ胎児血清）の他にデキサメタゾンやβグリセロフォスフェートのような分化誘導因子やビタミンＣのような栄養剤が混合されている。
この培養容器を所定の温度（例えば、３７±０．５℃）及びＣＯ２濃度（例えば、０．５％）等の培養条件に維持し、所定の培養期間（例えば、６週間）内で培地を交換しながら培養する。
この培養によって、幹細胞から分化した骨芽細胞（組織細胞）と産生された骨基質（細胞基質）とを有し、骨形成作用が備えられた骨補填材１１が得られる。
【００１５】
処理工程（Ｓ０３）は、上記の骨補填材１１を凍結して、さらに減圧して乾燥させて骨芽細胞を死滅させる工程である。
図３に示すように、本工程では、得られた骨補填材１１を培養液或いは緩衝液若しくは生理食塩水からなる溶液１２が充填されたシャーレ１３内に浸漬する。そして、凍結乾燥機１４内に挿入して−５０℃まで冷却して骨芽細胞内の水分を凍結させる。このときの降温時間は、急速であっても、緩慢であっても構わない。これにより、細胞の体積が膨張し、又は氷塊が生成することによって細胞膜等が損傷して細胞が死滅する。一方、骨芽細胞によって産生された骨基質は、低温状態に晒されても変質することなくその状態が維持される。
【００１６】
引き続き、装置内を４Ｐａ〜４０Ｐａ（０．０３Ｔｏｒｒ〜０．３Ｔｏｒｒ）に減圧する。気圧差を設けることによって、容器内から蒸発した水分が気圧の低いほうへ排出されるので骨補補填材１１が乾燥する。この操作は昇華による乾燥であって沸騰による蒸発ではないため、骨基質を変性することなく乾燥することができる。
その後、凍結乾燥機１４内を徐々に大気圧まで昇圧するとともに、室温まで昇温する。こうして、骨補填材１１内の骨芽細胞のみが死滅して乾燥した骨補填体１０が得られる。
【００１７】
この骨補填体１０を使用する場合は、予め測定した水分蒸発量と同程度の水分を供給して骨基質を復元する。
こうして得られた骨補填体１０は、骨補填材１１の気孔内に侵入した骨芽細胞の作用によって、骨補填材１１を構成するβ−ＴＣＰから置換されて産生した骨基質が、骨補填材１１の表面に付着している。この骨補填体１０を患者の欠損部に移植することによって、やがて新しい自家骨が形成される。
【００１８】
この生体組織補填体の製造方法によれば、患者以外の第３者から採取した骨髄間葉系幹細胞を使用して製造した骨補填体１０であっても、骨芽細胞が産生した骨基質のみが骨補填体１０に残る。そのため、骨の再生機能が維持されるとともに、ＨＬＡの一致する細胞を使用しなくても、移植した場合に免疫拒絶反応や、癌化、感染症等の発生を抑制することができる。
また、必要に応じて解凍すればよいので、予め骨補填材１１を作りおきすることができる。
さらに乾燥させるので、細胞気質が腐敗することが抑制されて、生体組織補填体を長期間保管することが可能となる。また、生体組織補填材を減圧して乾燥するので、沸騰ではなく昇華によって水分が蒸発し、細胞気質を変性させることなく生体再生機能を保持した状態で細胞を死滅させることができる。
【００１９】
なお、上記実施形態において、解凍の際に電子レンジを用いてもよい。弱いながらも電子線の効果で殺菌効果を高めることができる。
また、凍結と解凍を複数回繰り返してもよい。細胞を死滅させる作用は凍結過程に発生するので、より確実に死滅させることができる。
骨基質の冷凍での安定性を考慮すると、冷凍温度は−７０℃程度まで低温にすることも可能である。
【００２０】
また、骨補填体１０として、例えば、骨１５に挿入して使用する図４に示すゲージ１６や図５に示すスクリュー１７がある。これらを製造する際に、表面に窪みを付けて、その内部に幹細胞を播種して骨芽細胞を分化して骨基質を産生させた後のものに対して、上記各実施形態に係る処理を施すことも可能である。
同様に、図６に示す後方経路腰椎椎体１８間の固定術等に用いる内固定具１９や、図７に示す骨欠損部の骨２０間の架橋材或いは緩衝材であるコラーゲングラフト２１上に幹細胞を播種して骨芽細胞を分化して骨基質を産生後、上記各実施形態に係る処理を施すことも可能である。
【００２１】
さらに、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、生体組織としては、骨以外の組織である皮膚、筋肉、及び血管等であってもよい。そして、幹細胞をこれらの組織に分化して形成した生体組織補填材に上記実施形態に係る各処理工程を施すことによって、組織細胞を死滅させた生体組織補填体を製造することも可能である。例えば、図８に示すように、心室中隔欠損症の患者の心臓２２に対する人工弁（パッチ）２３として使用することも可能である。
【００２２】
【実施例】
上記実施形態に係る生体組織補填体の製造方法によって、骨補填体としてｒａｔの培養骨を作製した。
まず、ＡＣＩｒａｔから骨髄液を抽出し、２週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。
【００２３】
上記培養細胞をトリプシン処理後、β−ＴＣＰの多孔体から構成される骨補填片に培養細胞を播種する。培地にＭＥＭ、ＦＢＳの他にデキサメタゾンを混合して６週間培養した。
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材を得た。その後、この骨補填材を凍結乾燥機に配設して−５０℃まで降温するとともに １０Ｐａまで減圧した。
こうして処理された培養骨を冷蔵庫に移して１ヶ月間保管した。
【００２４】
この培養骨を純水に浸る程度（例えば、約５ｍｌ）浸漬して復元した後、Ｆｉｓｈｅｒ  ｒａｔの背中に移植し、４週間後に骨形成機能をＡＬＰ（アルカリホスファターゼ）で確認したところ、有為なＡＬＰ活性の上昇を検出して骨形成を確認することができた。
このとき、移植されたＦｉｓｈｅｒ  ｒａｔには、免疫拒絶反応と見られるような症状は認められなかったことから、免疫抑制剤を要せず同種間移植を可能とすることが確認できた。
【００２５】
【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体の製造方法によれば、生体組織補填材の組織細胞のみを死滅させるので、移植しても免疫拒絶反応や、癌化、感染症等の発生を抑制するとともに、長期間の保管や大量生産が可能な生体組織補填体を提供することができる。
また、本発明の生体組織補填体によれば、移植した欠損部周囲の組織を活性化して、組織を再生することができるとともに、必要なときに必要な量をタイムリーに提供することができるので、保管場所や搬送コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施形態における骨補填体の製造フローを示す図である。
【図２】本発明に係る一実施形態における付着工程と形成工程とを説明する図である。
【図３】本発明に係る一実施形態における骨補填体の処理工程を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る実施例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る実施例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る実施例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る実施例を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係る実施例を示す図である。
【符号の説明】
１０  骨補填体（生体組織補填体）
１１  骨補填材（生体組織補填材）
【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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