(57)【要約】【課題】  足場材の内部にまで骨髄細胞を浸透させることができる生体組織補填体製造装置を提供することを目的としている。【解決手段】  ブロック状または顆粒状のリン酸カルシウム多孔体、および細胞懸濁液を収容する容器１２と、前記容器１２内に収容された前記細胞懸濁液に、前記容器１２の周方向に旋回する旋回流を生じさせる攪拌手段１１とを備え、前記容器１２に、環状の流路が形成されている生体組織補填体製造装置１０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】
ブロック状または顆粒状のリン酸カルシウム多孔体、および細胞懸濁液を収容する容器と、
前記容器内に収容された前記細胞懸濁液に、前記容器の周方向に旋回する旋回流を生じさせる攪拌手段とを備え、
前記容器に、環状の流路が形成されている生体組織補填体製造装置。
【請求項２】
前記環状の流路に、前記リン酸カルシウム多孔体を所定位置に保持させる保持手段が設けられている請求項１に記載の生体組織補填体製造装置。
【請求項３】
前記攪拌手段が旋回運動機能を有する振とう器からなる請求項１または請求項２に記載の生体組織補填体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、生体組織補填体製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。このような足場材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（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
骨補填材の形態としては、一般に、立方体ブロック状、顆粒状等の形態が知られており、骨欠損部の形態に合わせて、適宜選択されるようになっている。比較的広範囲にわたる骨欠損部の場合には、大きめの立方体ブロック状の骨補填材によって大部分の容積を埋めるとともに、それよりも小さい立方体ブロック状の骨補填材によって隙間を埋め、さらに小さな隙間には顆粒状の骨補填材を充填することが行われる。
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
また、骨の再生を速めるため、足場材に予め骨髄細胞が滴下あるいは塗布により播種されたものを骨欠損部に接触させたり、あるいは骨の再生をさらに速めるため、足場材に予め骨髄細胞が滴下あるいは塗布により播種されたものを所定の培地内で培養して骨髄細胞をある程度成長させた後、骨欠損部に接触させたりすることも行われている。
【０００５】
しかしながら、足場材に骨髄細胞を滴下あるいは塗布した場合、骨髄細胞が足場材の表面にしか付着せず、足場材の内部にまで骨髄細胞が浸透していないため、足場材の中心部における骨の再生がなかなか進まず、骨の再生に多大な時間がかかるといった問題点があった。
【０００６】
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、足場材の内部にまで骨髄細胞を浸透させることができる生体組織補填体製造装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
この発明は、ブロック状または顆粒状のリン酸カルシウム多孔体、および細胞懸濁液を収容する容器と、前記容器内に収容された前記細胞懸濁液に、前記容器の周方向に旋回する旋回流を生じさせる攪拌手段とを備え、前記容器に、環状の流路が形成されている生体組織補填体製造装置を提供する。
【０００８】
この発明によれば、撹拌手段により容器内に投入された細胞懸濁液に、容器の周方向に旋回する旋回流が与えられることとなる。このとき、細胞懸濁液とリン酸カルシウム多孔体との比重が異なるために、両者間に相対速度が生じ、この相対速度によって、細胞懸濁液内の細胞とリン酸カルシウム多孔体とが十分に接触させられることになる。
また、容器内に収められたすべてのリン酸カルシウム多孔体および細胞懸濁液が、容器内によどむことなく、容器内に形成された流路を循環することとなる。すなわち、容器内に収められたすべてのリン酸カルシウム多孔体および細胞懸濁液が、常に流路内を移動することとなり、かつ細胞懸濁液がリン酸カルシウム多孔体に常に衝突するようになる。
【０００９】
また、上記発明においては、前記環状の流路に、前記リン酸カルシウム多孔体を所定位置に保持させる保持手段が設けられていることが好ましい。
この発明によれば、保持手段によりリン酸カルシウム多孔体が流路内の所定位置に保持されるようになっているので、細胞懸濁液とリン酸カルシウム多孔体との相対速度がさらに大きくなり、細胞懸濁液がリン酸カルシウム多孔体の表面により速い速度で衝突するようになる。
【００１０】
さらに、上記発明においては、前記攪拌手段が旋回運動機能を有する振とう器からなることが好ましい。
この発明によれば、攪拌手段として入手しやすくかつ比較的安価な旋回運動機能を有する振とう器を用いることにより、簡易かつ安価に、リン酸カルシウム多孔体への細胞の効率的な播種を行うことができる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、撹拌手段によって作り出された旋回流により、細胞懸濁液とリン酸カルシウム多孔体との間に比重差による相対速度が生じ、この相対速度によって、細胞懸濁液内の細胞とリン酸カルシウム多孔体とが接触させられることになるので、細胞をリン酸カルシウム多孔体の内部にまで浸透させることができて、リン酸カルシウム多孔体の内部にまで細胞が浸透した生体組織補填体を製造することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、この発明の第１実施形態に係る生体組織補填体製造装置について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、この実施形態に係る生体組織補填体製造装置１０は、旋回運動機能を有する振とう器（攪拌手段）１１と、容器１２とを主たる要素として構成されたものである。
振とう器１１は、試薬等の液体が入れられた容器１２を載せるテーブル１３と、このテーブル１３を駆動するための図示しない駆動源（モータ）を内部に有する本体１４とを備えるものである。
【００１３】
容器１２は、平面視ドーナツ状（輪状）の中空容器であり、本体１２ａと、この本体１２ａの上面に開口された開口部１２ｂ（図３参照）を閉鎖するキャップ１２ｃとを備えるものである。
本体１２ａの内部には内部空間（流路）Ｓ（図２、図４参照）が形成されており、この内部空間Ｓ内に試薬等の液体が入れられるようになっている。
また、図２ないし図４に示すように、本体１２ａの上面には、平面視円形の開口部１２ｂが設けられているとともに、この開口部１２ａから鉛直上方に向かって雄ねじ部１２ｄが延設されている。一方、キャップ１２ｃ（および後述するキャップ２２ｃ）の内周面には、雄ねじ部１２ｄと同一のピッチを有する雌ねじ部１２ｅが形成されており、キャップ１２ｃ（あるいはキャップ２２ｃ）の雌ねじ部１２ｅを雄ねじ部１２ｄに噛合させて締め込んでいくことにより容器１２が完全に密閉されるようになっている。
【００１４】
テーブル１３は、駆動源が作動することにより首振り運動（歳差運動）させられる図示しない揺動軸に固定されており、駆動源が作動することにより揺動運動させられるようになっている。
本体１４の前面（正面）１４ａには、図１に示すように、駆動源のオン−オフを操作するスイッチ１５が設けられており、このスイッチ１５を押して駆動源をオン状態（作動状態）とすることにより駆動源が作動するようになっているとともに、スイッチ１５を再度押して駆動源をオフ状態（停止状態）とすることにより駆動源が停止するようになっている。
したがって、使用者によりスイッチ１５が押されて駆動源がオン状態とされると、揺動軸を介して駆動源によりテーブル１３が揺動運動させられるとともに、テーブル１３上に載置された容器１２も同様に揺動運動させられて、容器１２内に収容された試薬等の液体が、容器１２の内部空間Ｓ内で（一方向に）旋回運動させられるようになっている。すなわち、内部空間Ｓ内に試薬等の液体が入れられた容器１２を、使用者がテーブル１３上に載置した後にスイッチ１５を押して振とう器１１を作動させることにより、容器１２内に入れられた試薬等の液体が容器１２の内部空間Ｓ内を（一方向に）ぐるぐると旋回するようになっている。
【００１５】
このように構成された生体組織補填体製造装置１０を作動させると、すなわち、スイッチ１５を入れ、駆動源を作動させて、テーブル１３および容器１２を揺動運動させると、図１に示すように、容器１２内に入れられた試薬等の液体は、たとえば、図中に示す矢印の方向に流動して、旋回流Ｃを形成するようになっている。
【００１６】
このような生体組織補填体製造装置１０を用いて、生体組織補填体１を製造する方法について以下に説明する。
まずはじめに、例えば、図２（ａ）に示すように、立方体ブロック状のリン酸カルシウム多孔体２と、細胞懸濁液７とを容器１２の内部空間Ｓ内に投入し、キャップ１２ｃを本体１２ａに取り付ける。
立方体ブロック状のリン酸カルシウム多孔体２は、図７に示すような工程を経て製造される。立方体ブロック状のリン酸カルシウム多孔体２の材料としては、例えば、β−ＴＣＰを用いる。リン酸カルシウム多孔体２は、例えば、図７（ａ）に示されるように、浅底の箱状容器３内に、β−ＴＣＰを所定の媒体に混合してなるスラリー４を所定の深さになるまで注入し、これを焼結することにより、図７（ｂ）に示されるように、平板状のリン酸カルシウム多孔体５を製造する。次いで、これを賽の目に切断することにより図７（ｃ）に示されるように立方体ブロック状のリン酸カルシウム多孔体２が得られる。
このようにして得られた各立方体ブロック状のリン酸カルシウム多孔体２は、平板状のリン酸カルシウム多孔体５の一部を切り出したものであり、その内部から表面に至るまでの体積の全域において均質な気孔率を有するように構成されている。
また、細胞懸濁液７は、例えば、提供者から取り出した骨髄細胞８と、所定の培養液とを混合したものである。培養液は、例えば、ＭＥＭ（Minimal Essential
Medium：最小必須培地）、抗生剤を任意の配合比率で混合したものである。
【００１７】
つぎに、図２（ｂ）に示すように、生体組織補填体製造装置１０を作動させて、上述したように細胞懸濁液７を容器１２の内部空間Ｓ内で矢印の方向に流動させる。このようにすることで、容器１２の内部空間Ｓ内には旋回流Ｃが発生するので、細胞懸濁液７およびリン酸カルシウム多孔体２は、旋回流Ｃによって容器１２の内部空間Ｓ内の同一の流路を流れるようになる。この場合において、細胞懸濁液７とリン酸カルシウム多孔体２との比重が異なるために、両者間に相対速度が生じ、この相対速度によって、細胞懸濁液７内の骨髄細胞８とリン酸カルシウム多孔体２とが接触させられることになる。
リン酸カルシウム多孔体２は、上述したように、内部から表面に至るまで均一な気孔率を有するように形成されているので、細胞懸濁液７内に浮遊する骨髄細胞８は、リン酸カルシウム多孔体２の表面に接触するとこれに容易に付着することができる。そして、リン酸カルシウム多孔体２の表面に付着した骨髄細胞８は、リン酸カルシウム多孔体２の周囲に発生している旋回流Ｃによってリン酸カルシウム多孔体２の内部に浸透させられることになる。その結果、図２（ｃ）に示されるように、リン酸カルシウム多孔体（足場材）２の内部にまで骨髄細胞８が浸透した生体組織補填体１を製造することができる。
【００１８】
この発明による生体組織補填体製造装置の第２実施形態について、図３を用いて説明する。
この実施形態に係る生体組織補填体製造装置の容器２２には、リン酸カルシウム多孔体２を内部空間Ｓ内の所定位置に保持する保持手段２１が設けられているという点で前述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
【００１９】
保持手段２１は、キャップ２２ｃの内側表面（図において下方から見た平坦な面）から鉛直下方に延在する連結部２１ａと、リン酸カルシウム多孔体２を内部に収容可能に構成された収容部２１ｂとを備えるものである。
連結部２１ａは、キャップ２２ｃと収容部２１ｂとを連結するものであり、収容部２１ｂをキャップ２２ｃに固定するための部材である。
収容部２１ｂは、その内部に複数個（本実施形態では６個）のリン酸カルシウム多孔体２を収容することができるように構成された直方体の容器であり、上面が開口しているとともに、残りの５面が金属製（例えば、ステンレス製）のメッシュ構造とされたものである。また、メッシュの大きさは、骨髄細胞８は通過することができるが、リン酸カルシウム多孔体２は通過することができないような大きさに形成されている。
【００２０】
このように構成された容器２２を備える生体組織補填体製造装置を作動させると、すなわち、第１実施形態と同様に、スイッチ１５を入れ、駆動源を作動させて、テーブル１３および容器２２を揺動運動させると、図３に示すように、容器２２内に入れられた試薬等の液体は、たとえば、図中に示す矢印の方向に流動して、旋回流Ｃを形成するようになっている。一方、収容部２１ｂに収容されたリン酸カルシウム多孔体２は、収容部２１ｂによりその動きが制限されるようになっており、略その場にとどまるようになっている。
【００２１】
このような生体組織補填体製造装置を用いて、生体組織補填体１を製造する方法について以下に説明する。
まずはじめに、例えば、図４（ａ）に示すように、容器１２の内部空間Ｓ内に細胞懸濁液７を入れ、収容部２１ｂ内に立方体ブロック状のリン酸カルシウム多孔体２を複数個（本実施形態では６個）収容したキャップ２２ｃを本体１２ａに取り付ける。
立方体ブロック状のリン酸カルシウム多孔体２は、図７に示すような工程を経て製造される。立方体ブロック状のリン酸カルシウム多孔体２の材料としては、例えば、β−ＴＣＰを用いる。リン酸カルシウム多孔体２は、例えば、図７（ａ）に示されるように、浅底の箱状容器３内に、β−ＴＣＰを所定の媒体に混合してなるスラリー４を所定の深さになるまで注入し、これを焼結することにより、図７（ｂ）に示されるように、平板状のリン酸カルシウム多孔体５を製造する。次いで、これを賽の目に切断することにより図７（ｃ）に示されるように立方体ブロック状のリン酸カルシウム多孔体２が得られる。
このようにして得られた各立方体ブロック状のリン酸カルシウム多孔体２は、平板状のリン酸カルシウム多孔体５の一部を切り出したものであり、その内部から表面に至るまでの体積の全域において均質な気孔率を有するように構成されている。
また、細胞懸濁液７は、例えば、提供者から取り出した骨髄細胞８と、所定の培養液とを混合したものである。培養液は、例えば、ＭＥＭ（Minimal Essential
Medium：最小必須培地）、抗生剤を任意の配合比率で混合したものである。
【００２２】
つぎに、図４（ｂ）に示すように、生体組織補填体製造装置を作動させて、上述したように細胞懸濁液７を容器２２内で矢印の方向に流動させる。すると、リン酸カルシウム多孔体２は収容部２１ｂによりその動きが制限されるため、略その場にとどまることになり、一方、細胞懸濁液７は図中矢印の方向に流動することになって、両者間に相対速度が生じ、この相対速度によって細胞懸濁液７内の骨髄細胞８とリン酸カルシウム多孔体２とが接触させられることになる。
リン酸カルシウム多孔体２は、上述したように、内部から表面に至るまで均一な気孔率を有するように形成されているので、細胞懸濁液７内に浮遊する骨髄細胞８は、リン酸カルシウム多孔体２の表面に接触するとこれに容易に付着することができる。そして、リン酸カルシウム多孔体２の表面に付着した骨髄細胞８は、リン酸カルシウム多孔体２の周囲に発生している旋回流Ｃによってリン酸カルシウム多孔体２の内部に浸透させられることになる。その結果、図４（ｃ）に示されるように、リン酸カルシウム多孔体（足場材）２の内部にまで骨髄細胞８が浸透した生体組織補填体１を製造することができる。
【００２３】
この発明による生体組織補填体製造装置の第３実施形態について、図５を用いて説明する。
この実施形態に係る生体組織補填体製造装置の容器３２は、その上面が周囲の空間に対して開放されているという点で上述した実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
【００２４】
容器３２は、円筒中空の、例えばシャーレのような形状をした本体３２ａと、本体３２ａの中央部に配置された平面視円形の凸部３２ｂとを有するものである。
凸部３２ｂは、本体３２ａの直径よりも小さい直径（例えば、本体３２ａの直径の約１／２の直径）と、本体３２ａと略同じ高さを有する円筒中実の部材であり、凸部３２ｂの中心軸線が本体３２ａの中心軸線と一致するように配置されている。
凸部３２ｂは、本体３２ａと別体に作製されたものであってもよいし、本体３２ａと一体に作製されたものであってもよく、別部材として作製されている場合には、接着剤等の接着手段により本体３２ａの底面３２ａ’上に固定されるようになっている。
このような容器３２を用いた場合にも、本体３２ａの内周面３２ａ”、凸部３２ｂの外周面３２ｂ’、および本体３２ａの底面３２ａ’により、前述した内部空間Ｓと同様の空間、すなわち、ドーナツ状（輪状）の流路が形成されるようになっており、生体組織補填体製造装置を作動させると、すなわち、スイッチ１５を入れ、駆動源を作動させて、テーブル１３および容器３２を揺動運動させると、図５に示すように、容器３２内に入れられた試薬等の液体は、たとえば、図中に示す矢印の方向に流動して、旋回流Ｃを形成するようになっている。
【００２５】
このような生体組織補填体製造装置を用いて、生体組織補填体１を製造する方法、および作用効果については前述した第１実施形態のものと同様であるので、ここではその説明を省略する。
【００２６】
この発明による生体組織補填体製造装置の第４実施形態について、図６を用いて説明する。
この実施形態に係る生体組織補填体製造装置の容器４２には、リン酸カルシウム多孔体２をドーナツ状の流路内の所定位置に保持する保持手段４１が設けられているという点で前述した第３実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した第３実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
【００２７】
保持手段４１は、骨髄細胞８は通過することができるが、リン酸カルシウム多孔体２は通過することができないような大きさに形成された金属製（例えば、ステンレス製）のメッシュ体である。この保持手段４１は、リン酸カルシウム多孔体２が流路内の所定位置に保持されるように、本体３２ａの内周面３２ａ”から凸部３２ｂの外周面３２ｂ’にかけて延在し、かつ本体３２ａの高さ方向に底面３２ａ’から内周面３２ａ”の上端にかけて延在するように構成されている。また、この保持手段４１は、図示しない固定手段により流路内に固定されるようになっている。
【００２８】
このような容器４２を用いた場合にも、前述した第３実施形態のものと同じドーナツ状（輪状）の流路が形成されるようになっており、生体組織補填体製造装置を作動させると、すなわち、スイッチ１５を入れ、駆動源を作動させて、テーブル１３および容器４２を揺動運動させると、図６に示すように、容器４２内に入れられた試薬等の液体は、たとえば、図中に示す矢印の方向に流動して、旋回流Ｃを形成するようになっている。一方、リン酸カルシウム多孔体２は、保持手段４１によりその動きが制限されるようになっており、略その場にとどまるようになっている。
【００２９】
このような生体組織補填体製造装置を用いて、生体組織補填体１を製造する方法、および作用効果については前述した第２実施形態のものと同様であるので、ここではその説明を省略する。
【００３０】
なお、上述した実施形態では、立方体ブロック状のリン酸カルシウム多孔体２を例に挙げて説明したが、この発明はこのような立方体ブロック状のものに限定されるものではなく、これに代えて、顆粒状、あるいは他の形態のブロック状のリン酸カルシウム多孔体を容器内に収容して、骨髄細胞８を浸透させることもできる。この際、第２実施形態のところで述べた収容部２１ｂのメッシュの大きさ、および第４実施形態のところで述べた保持手段４１のメッシュの大きさはそれぞれ、顆粒状のリン酸カルシウム多孔体の大きさよりも小さくする必要がある。
【００３１】
また、単一の大きさの立方体ブロック状のリン酸カルシウム多孔体２のみを容器に収容して骨髄細胞８を浸透させることにしたが、これに代えて、異なるサイズのリン酸カルシウム多孔体を同時に収容して骨髄細胞８を浸透させるようにすることもできる。
この際、第２実施形態のところで述べた収容部２１ｂのメッシュの大きさ、および第４実施形態のところで述べた保持手段４１のメッシュの大きさはそれぞれ、顆粒状のリン酸カルシウム多孔体の大きさ、あるいは最も小さいリン酸カルシウム多孔体の大きさよりも小さくする必要がある。
【００３２】
さらに、リン酸カルシウム多孔体２の例としてβ−ＴＣＰを例に挙げたが、これに代えて、ＨＡＰ（ハイドロキシアパタイト）他のリン酸カルシウム，天然高分子，合成高分子，及びこれらを組み合わせた多孔体を採用してもよい。
【００３３】
さらにまた、上述した実施形態に係る生体組織補填体１を、容器内でさらに培養して骨髄細胞８を成長させることとしてもよい。この場合には、容器内に貯留した培地内に収容し、静置あるいは還流しながら、所定の培養条件、例えば、温度３７℃±０．５℃、湿度１００％、ＣＯ２濃度５％の条件下において培養する。
【００３４】
さらにまた、細胞懸濁液７中に含まれる細胞８のせん断ダメージ（損傷）を防止するため、旋回流Ｃの回転速度が毎分３００回転以下となるように、振とう器１１の設定が行われることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明に係る生体組織補填体製造装置の第１実施形態を示す全体斜視図である。
【図２】図１に示す生体組織補填体製造装置の容器の縦断面図であって、（ａ）ないし（ｃ）は生体組織補填体の製造工程を示す説明図である。
【図３】この発明に係る生体組織補填体製造装置の第２実施形態を示す図であって、容器の全体斜視図である。
【図４】図３に示す生体組織補填体製造装置の容器の縦断面図であって、（ａ）ないし（ｃ）は生体組織補填体の製造工程を示す説明図である。
【図５】この発明に係る生体組織補填体製造装置の第３実施形態を示す図であって、容器の全体斜視図である。
【図６】この発明に係る生体組織補填体製造装置の第４実施形態を示す図であって、容器の全体斜視図である。
【図７】生体組織補填体の製造工程の一部を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
２    リン酸カルシウム多孔体
７    細胞懸濁液
１０    生体組織補填体製造装置
１１    振とう器（攪拌手段）
１２    容器
２１    保持手段
２２    容器
３２    容器
４１    保持手段
４２    容器
Ｃ    旋回流
Ｓ    内部空間（流路）
【図１】
2005334135.tif 000003
【図２】
2005334135.tif 000004
【図３】
2005334135.tif 000005
【図４】
2005334135.tif 000006
【図５】
2005334135.tif 000007
【図６】
2005334135.tif 000008
【図７】
2005334135.tif 000009