(57)【要約】【課題】  足場材の内部にまで骨髄細胞を浸透させる。【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３７と、前記容器３７を第１の軸線Ｃ１回りに自転運動させるとともに、前記容器３７を第２の軸線Ｌ１回りに公転運動させる攪拌手段３０’とを備える生体組織補填体製造装置３０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、
前記容器を第１の軸線回りに自転運動させるとともに、前記容器を第２の軸線回りに公転運動させる攪拌手段とを備える生体組織補填体製造装置。
【請求項２】
前記自転運動による前記容器の回転数が、毎分３００回転以下に設定されているとともに、前記公転運動により前記容器に印加される遠心力が１００Ｇ〜５００Ｇとなるように設定されている請求項１に記載の生体組織補填体製造装置。
【請求項３】
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容器内に投入した後、
前記容器を第１の軸線回りに自転運動させるとともに、前記容器を第２の軸線回りに公転運動させる生体組織補填体の製造方法。
【請求項４】
前記自転運動による前記容器の回転数が、毎分３００回転以下に設定されているとともに、前記公転運動により前記容器に印加される遠心力が１００Ｇ〜５００Ｇとなるように設定されている請求項３に記載の生体組織補填体の製造方法。
【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および生体組織補填体の製造方法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、前記容器を第１の軸線回りに自転運動させるとともに、前記容器を第２の軸線回りに公転運動させる攪拌手段とを備える生体組織補填体製造装置を提供する。
この発明によれば、ブロック状または顆粒状のリン酸カルシウム多孔体、および細胞懸濁液の収容された容器が、第１の軸線回りに自転運動させられるとともに、第２の軸線回りに公転運動させられることとなるので、公転による遠心力（もしくは向心力）の作用下に、容器内の細胞懸濁液は容器の内壁面との摩擦力により攪拌され、その中に含まれる細胞は容器内に均一に分散されるとともに、リン酸カルシウム多孔体は容器内を不規則に浮遊することとなる。この場合、細胞を含む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、細胞懸濁液内の骨髄細胞８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。
また、細胞懸濁液内に浮遊する細胞は、容器内を回転しながら不規則に浮遊するリン酸カルシウム多孔体と接触するようになっているので、細胞はリン酸カルシウム多孔体の一表面だけではなく、二以上の表面と接触し、これに付着することとなる。
【０００８】
上記発明においては、前記自転運動による前記容器の回転数が、毎分３００回転以下に設定されているとともに、前記公転運動により前記容器に印加される遠心力が１００Ｇ〜５００Ｇとなるように設定されていることが好ましい。
この発明によれば、細胞懸濁液中に含まれる細胞のせん断ダメージ（損傷）が防止され、細胞の健全性が保たれることとなる。
【０００９】
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容器内に投入した後、前記容器を第１の軸線回りに自転運動させるとともに、前記容器を第２の軸線回りに公転運動させる生体組織補填体の製造方法を提供する。
【００１０】
上記発明においては、前記自転運動による前記容器の回転数が、毎分３００回転以下に設定されているとともに、前記公転運動により前記容器に印加される遠心力が１００Ｇ〜５００Ｇとなるように設定されていることが好ましい。
【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容器内の流れにより、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３０について、図１および図２を参照して説明する。
生体組織補填体製造装置３０は、容器３７と、攪拌手段３０’とを主たる要素として構成されたものである。
攪拌手段３０’は、ベースＢに固定された軸受け３１と、この軸受け３１に回転自在に軸支された回転軸３２と、この回転軸３２に一端（後端）が取り付けられ水平方向に回転する回転アーム３３と、この回転アーム３３の先端に軸支され支持点Ｏまわりに回動自在なモータ支持アーム３４と、このモータ支持アーム３４に取り付けられた自転用のモータ３５と、このモータ３５の回転軸３５ａにバケット支持アーム３６を介して取り付けられた容器３７と、回転軸３２に対して回転アーム３３の反対側に取り付けられた回転アーム３８と、この回転アーム３８の先端に取り付けられたバランスウェイト３９と、回転軸３２の中間部より少し上において回転軸３２の外周に巻かれた銅帯４０，４１と、図示を省略した電力供給源に接続され、回転軸３２と共に回転する銅帯４０，４１にそれぞれ接触している銅製のツメ４２，４３と、回転軸３２の中間部より少し下にはめ込まれ、一部にスリットが形成されたスリットプレート４４と、このスリットプレート４４のスリットを非接触状態で検出できるフォトセンサー４５と、回転軸３２下部にはめ込まれたプーリ４６と、このプーリ４６にベルト４７を介して動力を供給する制御可能な公転用のモータ４８とを主たる要素として構成されたものである。
なお、自転用のモータ３５は、回転アーム３３および回転軸３２の中に配線した導線を介して銅帯４０，４１に結線されており、ツメ４２，４３を介して電力供給源から電力を得て回転できるように構成されている。
【００１３】
このように構成された生体組織補填体製造装置３０によれば、容器３７は試薬等の液体の攪拌に際してまず、バケット支持アーム３６に保持されるとともに固定される。ここで、公転用のモータ４８を作動させると、その回転力がモータ４８の回転軸４８ａ、この回転軸４８ａの一端（上端）に取り付けられたプーリ４８ｂ、ベルト４７およびプーリ４６を経て回転軸３２に伝達され、回転軸３２の軸芯（第２の軸線）Ｌ１を中心にして回転軸３２が回転する。
そうすると、この回転軸３２に、回転アーム３３、モータ支持アーム３４、自転用のモータ３５、およびバケット支持アーム３６を介してつながる容器３７は、回転軸３２の軸芯Ｌ１を中心にして回転し、この軸芯Ｌ１を基準にして容器３７はその回りであたかも公転するようになる。
【００１４】
一方、容器３７は、バケット支持アーム３６を介して自転用のモータ３５の回転軸３５ａに取り付けられているので、自転用のモータ３５が作動させられることにより回転軸３５ａとともに回転（自転）するようになっている。これにより、容器３７は公転しながら、あたかも自転するようになる。
【００１５】
このような生体組織補填体製造装置３０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３７の内部空間Ｓ内に投入する。
立方体ブロック状のリン酸カルシウム多孔体２は、図５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５（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５（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５（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。
【００１６】
つぎに、図２（ｂ）に示すように、生体組織補填体製造装置３０を作動させて、容器３７を回転軸３５ａの軸芯Ｃ１を中心にして自転させるとともに、回転軸３２の軸芯Ｌ１を中心にして公転させる（図１参照）。このようにすることで、公転による遠心力（もしくは向心力）の作用下に、容器３７内の細胞懸濁液７は容器３７の内壁面との摩擦力により攪拌され、その中に含まれる骨髄細胞８は容器３７内に均一に分散されるとともに、リン酸カルシウム多孔体２は容器３７内を不規則に浮遊することとなる。この場合において、骨髄細胞８を含む細胞懸濁液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流れ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。
なお、細胞懸濁液７内に浮遊する骨髄細胞８は、容器１１内を回転しながら不規則に浮遊するリン酸カルシウム多孔体２と接触するようになっているので、骨髄細胞８はリン酸カルシウム多孔体２の一表面だけではなく、二以上の表面と接触し、これに付着することとなる。
【００１７】
また、この実施形態のものでは、軸芯Ｌ１回りの回転による遠心力により支持点Ｏを支点に、モータ支持アーム３４、自転用のモータ３５、バケット支持アーム３６、および容器３７が回動して、これらが外方（すなわち、回転軸３２から遠ざかる方向）に振り出されるようになる。そのため、軸芯Ｌ１と軸芯Ｃ１とが、図１に示す停止時のように平行ではなく、軸芯Ｃ１が軸芯Ｌ１に対して傾きを有するようになる（例えば、遠心力が大きい場合には、モータ支持アーム３４、自転用のモータ３５、バケット支持アーム３６、および容器３７が回転アーム３３と同一水平面内に位置するようになる）ので、容器３７内の骨髄細胞８が、リン酸カルシウム多孔体２の表面に均一に播種され得ることとなる。
【００１８】
つぎに、この発明の第２実施形態に係る生体組織補填体製造装置１０について、図３および図４を参照して説明する。
図３において符号１１は試薬等の液体を収容する円筒状の容器である。また、符号１２は直立姿勢を保持するベース部材であり、このベース部材１２の上端部には、ギア１２ａが設けられている。
符号１３はベース部材１２にベアンリングを介して回転可能に保持される円筒体、符号１４は円筒体１３の上端部でベース部材１２のギア１２ａを挟み込むようにその上下で連結するターンテーブル、１５は円筒体１３の下端部で連結するギアである。
【００１９】
符号１６は例えばモータ等の駆動源であって、この駆動源１６はその先端部に配置したギア１６ａを介してギア１５につながっている。
また、符号１７はターンテーブル１４において回転可能に保持されベース部材１２のギア１２ａと噛み合う自転用ギア、符号１８はターンテーブル１４の上で自転用ギア１７の回転軸に連結する容器載置用のアダプター、符号１９はセンサー板、符号２０は位置検出用のセンサーである。
このように、生体組織補填体製造装置１０は、容器１１と、攪拌手段１０’とを主たる要素として構成されたものである。
【００２０】
このように構成された生体組織補填体製造装置１０によれば、容器１１は試薬等の液体の攪拌に際してまず、アダプター１８上に載置（固定）される。ここで、駆動源１６を作動させると、その回転力がギア１６ａおよびギア１５を経て円筒体１３に伝達され、かかる円筒体１３はベース部材１２の周りを回転する。
そうすると、この円筒体１３につながるターンテーブル１４は、ベース部材１２の軸芯（第２の軸線）Ｌを中心にして回転し、この軸芯Ｌを基準にして容器１１はその回りであたかも公転するようになる。
【００２１】
ターンテーブル１４において保持されるギア１７はベース部材１２のギア１２ａに噛み合っており、ターンテーブル１４の回転に際してはかかるギア１７が回転することになりギア１７の軸端に取り付けたアダプター１８そのものがその回転に同期して回転し、これによって容器１１は公転しながら、あたかも自転するようになる。なおこのとき、ターンテーブル１４の回転する向きとアダプター１８が回転する向きとは逆向きになる。
【００２２】
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４（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１１の内部空間Ｓ内に投入する。
立方体ブロック状のリン酸カルシウム多孔体２は、図５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５（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５（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５（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。
【００２３】
つぎに、図４（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、容器１１をターンテーブル１４上でアダプター８の軸芯（第１の軸線）Ｃを中心にして自転させるとともに、ベース部材１２の軸芯Ｌを中心にして公転させる（図３参照）。このようにすることで、公転による遠心力（もしくは向心力）の作用下に、容器１１内の細胞懸濁液７は容器１１の内壁面との摩擦力により攪拌され、その中に含まれる骨髄細胞８は容器１１内に均一に分散されるとともに、リン酸カルシウム多孔体２は容器１１内を不規則に浮遊することとなる。この場合において、骨髄細胞８を含む細胞懸濁液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流れ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。
なお、細胞懸濁液７内に浮遊する骨髄細胞８は、容器１１内を回転しながら不規則に浮遊するリン酸カルシウム多孔体２と接触するようになっているので、骨髄細胞８はリン酸カルシウム多孔体２の一表面だけではなく、二以上の表面と接触し、これに付着することとなる。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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他のリン酸カルシウム多孔体，天然高分子，合成高分子およびこれらを２つ以上組み合わせた多孔体に採用してもよい。
【００２７】
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。
【００２８】
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、容器に印加される遠心力が１００Ｇ〜５００Ｇとなり、かつ自転用のモータ３５の回転速度が毎分３００回転以下となるように設定されることが望ましい。
【００２９】
さらにまた、上述した第１実施形態において、複数の容器３７を取り付けるようにすることも可能である。例えば、軸芯Ｌ１に対して、回転アーム３３と対称の位置に取り付けられた回転アーム３８に、図１に示すモータ支持アーム３４、モータ３５、バケット支持アーム３６を介して容器３７を取り付け、２つの容器３７内で生体組織補填体１に骨髄細胞８を播種させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明に係る生体組織補填体製造装置の第１実施形態を示す概略縦断面図である。
【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実施形態を示す概略側面図である。
【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】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】
【００３１】
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
１０’攪拌手段
１１  容器
３０  生体組織補填体製造装置
３０’攪拌手段
３７  容器
Ｃ    軸芯（第１の軸線）
Ｃ１  軸芯（第１の軸線）
Ｌ    軸芯（第２の軸線）
Ｌ１  軸芯（第２の軸線）
【図１】
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【図２】
2005342091.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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