(57)【要約】【課題】  細胞の付着性を損なうことなく、生体組織欠損部等に任意に充填されたときに、周囲の隙間を均一に形成することを可能とする。【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２を容器６内に収容し、該容器６を所定の軸線回りに偏心回転運動させることにより略球体状の生体組織補填材１を製造する製造方法を提供する。【選択図】    図５
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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を容器内に収容し、該容器を所定の軸線回りに偏心回転運動させる生体組織補填材の製造方法
【請求項２】
リン酸カルシウム多孔体が、４０〜９０％の気孔率を有する請求項１に記載の生体組織補填材の製造方法。
【請求項３】
容器が円筒状の内面と、その下部に下方に向かって径寸法が漸次小さくなるテーパ内面とを有する請求項１または請求項２に記載の生体組織補填材の製造方法。
【請求項４】
容器が円筒状の内面に、突起を有する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の生体組織補填材の製造方法。
【請求項５】
容器に、リン酸カルシウム多孔体から削り取られたリン酸カルシウムの粉体を分離する分級手段が設けられている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の生体組織補填材の製造方法。
【請求項６】
容器内にリン酸カルシウム多孔体とともに研磨材または液体を投入または混合する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の生体組織補填材の製造方法。
【請求項７】
ブロック状または顆粒状のリン酸カルシウム多孔体を容器内に収容し、該容器を所定の軸線回りに偏心回転運動させることにより製造された生体組織補填材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、生体組織補填材とそ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。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】
骨補填材が粉体である場合には、種々の骨欠損部に固有の複雑な形態に合わせるようにして内容積全体を隙間なく高い密度で充填することができる。しかしながら、粉体では、完全に隙間が塞がれるため、細胞が成長する際の経路や、細胞への栄養分の補給、細胞からの老廃物の排出用の経路を確保することができない。このため、立方体ブロック状または顆粒状のリン酸カルシウム多孔体が使用されるが、立方体ブロック状の骨補填体は角部を有しているために、整然と補填されない限り、その周囲に不均一な隙間が形成されてしまう不都合がある。また、顆粒状の骨補填材は、立方体ブロック状の骨補填体ほどではないが、各顆粒体は不規則な形態を有しているために、やはり顆粒体相互間の隙間は、不均一なものとなり易い。立方体ブロック状の骨補填体どうしの隙間を顆粒状の骨補填材で埋める方法によっても同様に、大きな隙間と小さな隙間が生ずることになる。
【０００５】
このように、骨補填材を始めとする生体組織補填材の周囲に不均一な隙間が形成されてしまう場合には、以下の不都合が考えられる。
第１に、上記のように生体組織補填材の周囲に不均一な隙間が形成されてしまう場合、生体組織の欠損部に補填された状態においては、周囲に流れる体液の流れが不均一となる。その結果、生体組織補填材を足場として成長する細胞の密度が不均一となり、生体組織が均一に再生されないという不都合がある。
第２に、人工肝臓等のバイオリアクタの内部空間に充填された生体組織補填材の周囲に不均一な隙間が形成されてしまう場合には、内部空間全体にわたってバイオリアクタとしての機能を実現することができず、高い性能を得ることができないという不都合がある。
【０００６】
第３に、このように不均一な隙間が形成された状態で生体組織補填材が細胞とともに培地内に投入されて培養される場合には、細胞の分布が不均一になり、出荷検査等において正確な判定ができないという不都合がある。すなわち、出荷検査において採取したサンプルに比較的多くの細胞が存在していたため出荷許可判定を行ったら、実際には、他の部位には全く細胞が存在していなかったり、その逆に、サンプルに全く細胞が存在していないために培養を続行したら、実際には他の場所では十分に細胞の増殖が行われていたりする事態も考えられる。これを回避するためには、２カ所以上からサンプルを採取して検査を行う必要があり、作業工数が増えてしまう不都合がある。
【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、細胞の付着性を損なうことなく、生体組織欠損部等に任意に充填されたときに、周囲の隙間を均一に形成することができる生体組織補填材とその製造方法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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明は、ブロック状または顆粒状のリン酸カルシウム多孔体を容器内に収容し、該容器を所定の軸線回りに偏心回転運動させる生体組織補填材の製造方法を提供する。
本発明によれば、偏心回転させられた容器内において、ブロック状または立方体状のリン酸カルシウム多孔体が、容器の内壁と衝突してその角部を削られる。その結果、リン酸カルシウム多孔体はその角部を削られて球体に近づくので、どのような姿勢で相互に組み合わせられても、他のリン酸カルシウム多孔体との間に均一な隙間を形成することができる。また、過剰な隙間を空けて充填されることがなく、充填効率も高めることができる。
さらに、本発明によれば、ブロック状または顆粒状のリン酸カルシウム多孔体の角部を削る方式なので、得られた球体状の生体組織補填材は、その体積の全体にわたって均等な気孔率を有するという利点がある。
【０００９】
上記発明においては、リン酸カルシウム多孔体が、４０〜９０％の気孔率を有することが好ましい。球状のリン酸カルシウム多孔体を製造する場合、気孔率が小さい場合には、容器内において偏心回転運動させただけでは、角部はある程度までしか削れないので球体状の生体組織補填材を得ることができず、気孔率が大きすぎると、偏心回転させられる間に破砕されてしまうことになる。また、上記範囲の気孔率を有する場合には、内部への細胞の成長や、内部の細胞への栄養分の補給や、細胞からの老廃物の排出を容易に行うことができ、迅速かつ健全な生体組織の再生を図ることができる。
【００１０】
また、上記発明においては、容器が円筒状の内面と、その下部に下方に向かって径寸法が漸次小さくなるテーパ内面とを有することが好ましい。
このような容器の偏心回転運動を開始すると、底部に配置されていたリン酸カルシウム多孔体が、テーパ内面を転がりながら上昇し、テーパ内面と円筒状内面との境界付近に留まって容器の内面を転がり続けることになる。このとき、リン酸カルシウム多孔体は、容器のテーパ内面と、円筒状の内面の両方に衝突して不規則に回転させられる結果、その角部を効率よく削られて、迅速に球体状の生体組織補填材が製造される。
【００１１】
また、上記発明においては、容器が円筒状の内面に、突起を有することが好ましい。容器内においてリン酸カルシウム多孔体が転がる際に、突起との衝突によって、効率よく角部を削られる。その結果、さらに効率的に球体状の生体組織補填材を製造することができる。
【００１２】
また、上記発明においては、容器に、リン酸カルシウム多孔体から削り取られたリン酸カルシウムの粉体を分離する分級手段が設けられていることとしてもよい。
このようにすることで、リン酸カルシウム多孔体の角部が削られることにより発生したリン酸カルシウムの粉体が、分球手段の作動によって分離されるので、容器内部において、その粉体がクッションとして作用してリン酸カルシウム多孔体の角部が削られるのが阻害されるのを防止することができる。
【００１３】
さらに、上記発明においては、容器内にリン酸カルシウム多孔体とともに研磨材を投入することとしてもよい。
このようにすることで、研磨材の作用により、リン酸カルシウム多孔体の角部が削られるのが加速される。その結果、得られる生体組織補填材を球体に近い形状に形成することができる。
【００１４】
また、本発明は、ブロック状または顆粒状のリン酸カルシウム多孔体を容器内に収容し、該容器を所定の軸線回りに偏心回転運動させることにより製造された生体組織補填材を提供する。
本発明に係る生体組織補填材は、ブロック状または顆粒状のリン酸カルシウム多孔体が、容器内において容器内壁を転がるように回転運動させられた結果、球体状に形成されているとともに、その気孔率が、中心部と表面部分とで変化することなく、体積全体にわたって一定の気孔率を有している。したがって、同様にして製造された複数の生体組織補填材をランダムな方向を向けて補填しても、周囲に均一な隙間を形成することができる。また、外表面においても、十分な気孔率を有しているので、細胞が付着し易く、また、気孔を通じて内部まで浸透するように成長させることができる。その結果、迅速かつ均一に、しかも生体組織補填材の内部まで細胞を成長させ、生体組織の欠損部を早期かつ健全に修復することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ブロック状または顆粒状のリン酸カルシウム多孔体の角部を削って、簡易に、球体状の生体組織補填材を製造することができるという効果がある。また、この製造方法により製造された生体組織補填材によれば、周囲に均一な隙間を形成して欠損部等に収容されるので、細胞の均一かつ健全な成長を促して、早期に欠損部の修復や十分な細胞の増殖を得ることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の一実施形態に係る生体組織補填材とその製造方法について、図１および図２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、図１に示されるように、例えば、β−ＴＣＰからなり、略球体状に形成されている。この生体組織補填材１は、その中心から外表面までの体積の全域にわたって、例えば、約６０％の気孔率を備えている。
【００１７】
本実施形態に係る生体組織補填材１によれば、略球体状の外形を有しているので、方向性がなく、任意に生体組織の欠損部やバイオリアクタの内部空間内に充填しても、図２に示されるように、生体組織補填材１どうしの間に形成される隙間Ｓを均一にすることができる。その結果、各生体組織補填材１の周囲に体液や作動流体の均一な流れを形成することができ、細胞の増殖やバイオリアクタとしての機能を各部において均一に達成することができる。
【００１８】
また、本実施形態に係る生体組織補填材１を用いて、培養骨等の生体組織補填体を製造するには、複数の生体組織補填材１を培養容器（図示略）内に貯留した培地内に、細胞とともに投入し、静置あるいは還流しながら、所定の培養条件下において培養する。この場合に、本実施形態に係る生体組織補填材１によれば、略球体状に形成されているので、隣接する他の生体組織補填材１との間に形成される隙間Ｓが、培養容器内の各場所においてほぼ均一に形成される。したがって、細胞は、全ての生体組織補填材１において同様に増殖することができ、得られた生体組織補填体は、内部まで均一に細胞が成長したものとなる。
【００１９】
この場合において、生体組織補填体の出荷検査等の検査は、製造された生体組織補填体の一部をサンプルとして採取して細胞数を測定することにより行われるが、本実施形態に係る生体組織補填材１を用いて製造された生体組織補填体は、各所において細胞が均一に成長しているため、どの場所から採取しても同等の細胞が成長しており、正確な出荷判定を行うことができるという効果がある。特に、複数のサンプルを採取して平均をとるような作業を行わなくてすみ、出荷検査に要する工数を削減することができる。
【００２０】
なお、本実施形態に係る生体組織補填材１は、略球体状に形成されているものを採用したが、これに限定されるものではなく、例えば、図３に示されるように、立方体の角部を丸めて球体に近づけた形態のものでもよい。
また、リン酸カルシウム多孔体の例として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を採用してもよい。
【００２１】
次に、本実施形態に係る生体組織補填材の製造方法について、図４〜図６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を製造するには、図４に示されるように、まず、立方体ブロック状のリン酸カルシウム多孔体２を製造する。立方体ブロック状のリン酸カルシウム多孔体２は、例えば、図４（ａ）に示されるように、浅底の箱状容器３内に、リン酸カルシウム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、同図（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同図（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。
【００２２】
次に、このように構成された立方体ブロック状のリン酸カルシウム多孔体２を、図５に示されるように、例えば、（ａ）円筒状の振動容器６内に投入して、（ｂ）振動容器６ごと振動させることにより、（ｃ）角部の削れた図３に示されるような生体組織補填材１が得られる。このように構成された生体組織補填材１は、均一な気孔率を有する立方体ブロック状のリン酸カルシウム多孔体２の角部を丸めただけであるので、同様に、内部から表面まで均一な気孔率を有する略球体状に形成される。なお、製造時にリン酸カルシウム多孔体２の粉体が外表面に付着することになるが、洗浄により簡易に除去することができる。
【００２３】
この場合において、振動の形態としては、任意の振動方式によっても、ある程度角部を削る効果を得ることができるが、図６に示されるように、振動容器６の姿勢および方向を保持したまま、該振動容器６の軸線から水平方向に離れた軸線Ａ回りに、振動容器６を回転運動させる、いわゆる偏心回転振動を行うことにより、効果的に角部を丸めることができる。このような振動を与えることにより、内部の立方体ブロック状のリン酸カルシウム多孔体２は、振動容器６の内面を転がるように移動させられる結果、角部を振動容器６の内面に衝突させて略球体状に形成されることになる。
【００２４】
また、図７に示されるように、振動容器６の形態を、底部にテーパ面６ａを有し、その上方に円筒面６ｂが接続された形状に形成することにより、後述の実施例に示されるように、角部が削れる効果が高いという知見が得られた。静止状態において底部のテーパ面６ａ上に配置された立方体ブロック状のリン酸カルシウム多孔体２は、振動容器６が偏心回転運動させられると、テーパ面６ａを転がりながら、遠心力によってテーパ面６ａを上方に移動し、テーパ面６ａと円筒面６ｂとの境界位置近傍で上下方向の移動を停止して振動容器６内部を周方向に転がるようになる。このとき、立方体ブロック状のリン酸カルシウム多孔体２は、円筒面６ｂのみならずテーパ面６ａにも接触して不規則に回転しながら振動容器６の内面を転がるので、角部が効率的に削られて略球体状の生体組織補填材１が製造されることになる。
【００２５】
また、図８に示されるように、振動容器６の内面に、立方体ブロック状のリン酸カルシウム多孔体２を衝突させる衝突板７を設けたり、図９に示されるように、フィン状の突起８を設けたりしてもよい。また、振動容器６の内面を粗面化するだけでも効果的である。さらに、図１０に示されるように、振動容器６の底部の底面から浮かせた位置に、製造された生体組織補填材１が通過できない網目を有するメッシュ９を張ることとしてもよい。このようにすることで、立方体ブロック状のリン酸カルシウム多孔体２の角部が削られて製造された粉体がメッシュを通過して振動容器６の底面に落ちるので、ブロック状のリン酸カルシウム多孔体２が粉体に接触しないように分離されることになる。粉体は、立方体ブロック状のリン酸カルシウム多孔体２が振動容器６の内壁面に衝突する際のクッションとなってしまうことが考えられるため、このように分離しておくことで、角部を削る効果が低減されてしまうのを防止できる。
【００２６】
また、振動容器６内に、立方体ブロック状のリン酸カルシウム多孔体２のみを収容して振動させる場合について説明したが、これに代えて、リン酸カルシウム多孔体２とともに、該リン酸カルシウム多孔体２よりも比重が重くかつ硬質の材質からなる研磨剤、例えば、ステンレス、チタン等の細胞毒性を示さない金属材料や、ジルコニア等の生体適合性セラミックスからなる粒を混合して振動させることにすれば効果的である。
さらに、上記の研磨剤の代わりに、水、培養液等の液体を立方体ブロック状のリン酸カルシウム多孔体２に加えて振動させても効果的である。
【００２７】
また、立方体ブロック状のリン酸カルシウム多孔体２について例を挙げて説明したが、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２を振動容器６内に収容して振動させることにしても、同様の効果が得られる。
さらに、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のみを振動容器６に収容して振動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２を同時に収容して振動させることにしてもよい。
【００２８】
次に、上記実施形態に係る生体組織補填材１の製造方法の一実施例について説明する。
この実施例においては、振動容器６としてポリプロピレン製の５０ｍｌの容積を有する円筒状の振動容器６を用い、その底面の形状を平底形状、丸底形状および図７のような円錐底形状として実施した。円錐のテーパ角度は４５°とした。また、偏心回転運動の偏心量は５ｍｍ、回転数は１０００ｒｐｍとした。各振動容器６には一辺が５ｍｍの立方体ブロック状のリン酸カルシウム多孔体２を１個入れ、１時間後と３時間後の質量減少率を３回ずつ算出し、その平均値を算出した。
質量減少率は、以下の式により計算した。
質量減少率＝（振動前質量−振動後質量）／振動前質量×１００（％）
【００２９】
平底、丸底、円錐底の容器を各々３回ずつ測定した結果、表１および図１１に示す結果を得た。表１は、リン酸カルシウム多孔体の１時間後および３時間後の重量の変化を示している。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
この結果を見ると、平底と丸底の振動容器６ではその質量減少率に大差はないが、円錐底の振動容器６による場合には、他と比較して大きな質量減少率が得られた。また、目視による検査の結果、円錐底の振動容器６による場合が、最も球体に近い形状に製造されることがわかった。
【００３２】
なお、上記実施例はあくまでも一例であって、振動容器６の大きさは、１０ｍｌ〜５００ｍｌが好ましく、５０ｍｌ〜２００ｍｌであることがさらに好ましい。また、偏心回転運動の偏心量および回転速度も任意に設定してよい。また、振動容器６の材質としては、ポリプロピレンに限られず、ポリエチレン等の生体適合性のある高分子材料やステンレス、チタン等の細胞毒性を有しない金属材料を用いてもよい。
【００３３】
このように、本実施形態に係る生体組織補填材１の製造方法によれば、成形による場合のように、外周近傍に気孔率の小さい緻密な層を形成することなく、内部から外表面に至るまでその全域にわたって高い気孔率を有する略球体状の生体組織補填材１を簡易に製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態に係る生体組織補填材を示す正面図である。
【図２】図１の生体組織補填材を充填した状態を示す正面図である。
【図３】図１の生体組織補填材の変形例であって、立方体ブロックの角部を丸めた状態の生体組織補填材を示す斜視図である。
【図４】図３の生体組織補填材の製造方法の一部を示す説明図である。
【図５】図４の製造方法における振動工程を示す説明図である。
【図６】図５の振動工程における振動容器の動きを説明する平面図である。
【図７】図５の振動工程において使用される振動容器の第１の変形例を示す部分的な縦断面図である。
【図８】図５の振動工程において使用される振動容器の第２の変形例を示す縦断面図である。
【図９】図５の振動工程において使用される振動容器の第３の変形例を示す縦断面図である。
【図１０】図５の振動工程において使用される振動容器の第４の変形例を示す縦断面図である。
【図１１】本実施形態に係る生体組織補填材の製造方法の一実施例において、振動容器の形態の違いによる製造効率の違いを示すグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
１  生体組織補填材
２  リン酸カルシウム多孔体
６  振動容器（容器）
６ａ  テーパ内面
６ｂ  円筒面（内面）
７  衝突板（突起）
８  突起
９  メッシュ（分級手段）
【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】
2005253835.tif 000011
【図９】
2005253835.tif 000012
【図１０】
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【図１１】
2005253835.tif 000014