(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体吸収性ポリマーの繊維構造体からなり、該繊維構造体の平均繊維径が０．０５〜１０μｍ、平均見かけ密度が１００〜２５０ｋｇ／ｍ３、高さが０．５ｍｍ以上であり、ポロシティが１０〜９０％であり、異なるポロシティが連続的に存在する勾配構造を有することを特徴とする多孔体。
【請求項２】
該生体吸収性ポリマー１００重量部に対して、さらに分散補助剤を０．０１〜５０重量部含むことを特徴とする請求項１に記載の多孔体。
【請求項３】
分散補助剤が生体吸収性を示すことを特徴とする請求項２に記載の多孔体。
【請求項４】
該分散補助剤が、リン脂質類、糖質類、糖脂質類、ステロイド類、ポリアミノ酸類、タンパク質類、およびポリオキシアルキレン類からなる群から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項３に記載の多孔体。
【請求項５】
該生体吸収性ポリマーが、脂肪族ポリエステルからなる請求項１に記載の多孔体。
【請求項６】
該脂肪族ポリエステルが、ポリグリコール酸、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、およびそれらの共重合体からなる群から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項５に記載の多孔体。
【請求項７】
請求項１に記載の多孔体からなることを特徴とする補綴材。
【請求項８】
揮発性溶媒と生体吸収性ポリマーとからなる溶液を静電紡糸法にて紡糸し繊維構造体を得る工程、得られた繊維構造体を切断する工程、切断された繊維構造体を溶媒中に浮遊させ遠心分離する工程、次いで凍結乾燥する工程を含む、生体吸収性ポリマーの繊維構造体からなり該繊維構造体の平均繊維径が０．０５〜１０μｍ、平均見かけ密度が１０〜３５０ｋｇ／ｍ３、かつ厚みが０．５ｍｍ以上である多孔体の製造方法。
【請求項９】
該溶液にさらに分散補助剤を含む溶液を用いて紡糸することを特徴とする請求項８に記載の製造方法。
【請求項１０】
ノズルと捕集電極の間に静電気除去器を使用することを特徴とする、請求項８に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は生体吸収性ポリマーの繊維構造体からなる多孔体に関する。
【背景技術】  近年、大きく損傷したり失われた生体組織と臓器の治療法として、細胞の分化、増殖能を利用し元の生体組織および臓器に再構築する再生医療の研究が活発になってきている。生体内において細胞が分化・増殖する場合、細胞外マトリックスが足場として機能し、組織の構築を行っているが、組織が大きく損傷し欠損している場合、細胞自身がマトリックスを産生するまで人工及び天然材料で補う必要がある。つまり補綴材（足場材料）は組織構築の上で最適な環境を与える重要なファクターである。この足場材料に求められる特性としては、１）生体吸収性、２）細胞接着性、３）多孔質性、４）力学強度などが挙げられ、これらの特性を満足する材料を創生することを目的として、合成高分子（ポリグリコール酸、ポリ乳酸、ポリカプロラクトンなど）（例えばＹ．Ｉｋａｄａ，Ｈ．Ｔｓｕｊｉ，Ｍａｃｒｏｍｏｌ．Ｒａｐｉｄ．Ｃｏｍｍｕｎ．，２１，１１７（２０００）、Ｊ．Ｍａｙｅｒ，Ｅ．Ｋａｒａｍｕｋ，Ｔ．Ａｋａｉｋｅ，Ｅ．Ｗｉｎｔｅｒｍａｎｔａｌ，Ｊ．Ｃｏｎｔｒｏｌ．Ｒｅｌｅａｓｅ．，４，８１（２０００））、天然高分子（コラーゲン、ゼラチン、エラスチン、ヒアルロン酸、アルギン酸、キトサンなど）（例えばＷｅｉｎｂｅｒｇ．Ｃ．Ｂ，Ｂｅｌｌ．Ｅ，Ｓｃｉｅｎｃｅ．，２３１，３９７（１９８６），Ａｉｇｎｅｒ．Ｊ，Ｔｅｇｅｌｅｒ．Ｊ．Ａ，Ｈｕｔｚｌｅｒ．Ｐ，Ｃａｍｐｏｃｃｉａ．Ｄ，Ｎａｕｍａｎｎ．Ａ，．Ｊ．Ｂｉｏｍｅｄ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．，４２，１７２（１９９８）、無機材料（ハイドロキシアパタイト、β−リン酸三カルシウム）（例えばＬａｆｆａｒｇｕｅ．Ｐ．Ｈ，Ｍａｒｃｈａｎｄｉｓｅ．Ｘ，Ｂｏｎｅ．，２５（２Ｓ），５５Ｓ（１９９９））、およびこれらの複合体などがこれまで検討されている。
前述したように、補綴材（足場材料）に求められる重要な特性の１つとして多孔質性がある。これは組織を再生させるのに必要な細胞への十分な酸素及び栄養を補給し、二酸化炭素や老廃物を速やかに排出する意味において重要である。そのため、足場材料の多孔質性を達成するために凍結乾燥法（例えばＫ．Ｗａｎｇ，Ｋ．Ｅ．Ｈｅａｌｙ，Ｐｏｌｙｍｅｒ．，３６，８３７（１９９５））、相分離法（例えばＰ．Ｘ．Ｍａ，Ｒ．Ｚｈａｎｇ，Ｊ．Ｂｉｏｍｅｄ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．，４５，２８５（１９９９））、発泡法（例えばＤ．Ｊ．Ｍｏｏｎｅｙ，Ｒ．Ｌａｎｇｅｒ，Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ．，１７，１４１７（１９９６））により均一な多孔質体を作製している。
凍結乾燥法又は相分離法は得られた構造体のポアの形状が鱗片状であり、細胞の侵入が難しく足場材料として未充足な課題がある。また、発泡法についてもポアが単独に存在するため細胞の侵入が困難であるという課題がある。
またＷＯ２００４／８８０２４号公報には熱可塑性ポリマーからなる繊維の集合体であって、平均繊維径が０．１〜２０μｍであり、かつ該繊維の任意の横断面が異形であり、更に平均見掛け密度が１０〜９５ｋｇ／ｍ３である不織布が記載されているが、足場材料としてさらなる厚みと強度を有するものが求められている。
また、実際の生体組織は均一な構造ではなく連続的な勾配構造を示している。例えば関節軟骨組織においては、表層部は細胞密度が低いが、下骨に近いほど細胞密度が比較的高い。つまり、より生体に近い組織を再生させるためには連続的な勾配構造を示す足場材料の開発が重要である。しかし前記従来技術では、ポアの空間的分布を制御することが困難であり、連続的な勾配構造を示す足場材料の作製には制限がある。しかし最近になってＡｔｈａｎａｓｉｏｕ他（例えば米国特許第５，６０７，４７４号）、Ｍｉｋｏｓ他（例えば米国特許第５，５１４，３７８号）、ＥＴＨＩＣＯＮ  ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ（例えば米国特許第６３０６４２４号）らにより、連続的な勾配構造を示す足場材料の検討が報告されている。しかし、構造が生体に非類似であったり、また例え勾配構造を示していても、その製造方法がポリマーと溶媒の非相溶性を利用した凍結乾燥または熱乾燥であるため、得られた構造体のポアの形状が鱗片状であり、細胞の侵入が難しく足場材料としては適していないなどの問題がある。
【発明の開示】
本発明の目的は、生体吸収性多孔体、とくに補綴材や再生医療分野における細胞培養基材に適した多孔体を提供することにある。詳細には、生体吸収性ポリマーの繊維構造体からなる生体吸収性多孔体、またその生体吸収性多孔体を簡易的な手法により提供することにある。
すなわち本発明は、以下の通りである。
１．  生体吸収性ポリマーの繊維構造体からなり、該繊維構造体の平均繊維径が０．０５〜１０μｍ、平均見かけ密度が１０〜３５０ｋｇ／ｍ３、高さが０．５ｍｍ以上であることを特徴とする多孔体。
２．  該多孔体の平均繊維径が０．２〜８μｍであることを特徴とする１に記載の多孔体。
３．  平均見かけ密度が１００〜２５０ｋｇ／ｍ３であることを特徴とする１に記載の多孔体。
４．  ポロシティが１０〜９０％であり、異なるポロシティが連続的に存在する勾配構造を有することを特徴とする３に記載の多孔質材料。
５．  該生体吸収性ポリマー１００重量部に対して、さらに分散補助剤を０．０１〜５０重量部含むことを特徴とする１に記載の多孔体。
６．  分散補助剤が生体吸収性を示すことを特徴とする５に記載の多孔体。
７．  該分散補助剤が、リン脂質類、糖質類、糖脂質類、ステロイド類、ポリアミノ酸類、タンパク質類、およびポリオキシアルキレン類からなる群から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする６に記載の多孔体。
８．  該生体吸収性ポリマーが、主として脂肪族ポリエステルからなる１に記載の多孔体。
９．  該脂肪族ポリエステルが、ポリグリコール酸、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、およびそれらの共重合体からなる群から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする８に記載の多孔体。
１０．  １に記載の多孔体からなることを特徴とする補綴材。
１１．  揮発性溶媒と生体吸収性ポリマーとからなる溶液を静電紡糸法にて紡糸し繊維構造体を得る工程、得られた繊維構造体を切断する工程、切断された繊維構造体を溶媒中に浮遊させ遠心分離する工程、次いで凍結乾燥する工程を含む、生体吸収性ポリマーの繊維構造体からなり該繊維構造体の平均繊維径が０．０５〜１０μｍ、平均見かけ密度が１０〜３５０ｋｇ／ｍ３、かつ厚みが０．５ｍｍ以上である多孔体の製造方法。
１２．  該溶液にさらに分散補助剤を含む溶液を用いて紡糸することを特徴とする１１に記載の製造方法。
１３．  揮発性溶媒と生体吸収性ポリマーとからなる溶液を静電紡糸法にて紡糸する方法において、ノズルと捕集電極の間に静電気除去器を使用することを特徴とする生体吸収性ポリマーの繊維構造体からなり該繊維構造体の平均繊維径が０．０５〜１０μｍ、平均見かけ密度が１０〜３５０ｋｇ／ｍ３、かつ厚みが０．５ｍｍ以上である多孔体の製造方法。
発明の効果
本発明の生体吸収性多孔体は、補綴材として有用である。本発明により所望の形状に合わせた成形体が提供でき、軟骨損傷部などの高い負荷が掛かるような部位における補綴材として有用である。
本発明の生体吸収性多孔体は、補綴材の中でも再生医療分野における細胞培養基材、特に軟骨再生用基材として有用である。
多孔体を移植に用いる場合、移植初期における加重圧縮に耐える機械強度が必要となるが、本発明により用途に応じた機械強度を有する多孔体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法のなかで、紡糸液を静電場中に吐出する静電紡糸法で用いる装置の一例である。
【図２】本発明の製造方法のなかで、紡糸液の微細滴を静電場中に導入する静電紡糸法で用いる装置の一例である。
【図３】本発明の製造方法２の静電紡糸法で用いる装置の一例である。
【図４】実施例３で得られた多孔体の光学顕微鏡写真
【図５】実施例４で得られた多孔体の光学顕微鏡写真
【図６】実施例５で得られた多孔体上部の走査型電子顕微鏡写真
【図７】実施例５で得られた多孔体中部の走査型電子顕微鏡写真
【図８】実施例５で得られた多孔体下部の走査型電子顕微鏡写真
【図９】実施例６で得られた多孔体の光学顕微鏡写真
【図１０】実施例７で得られた多孔体の光学顕微鏡写真
【図１１】実施例８の術後８週目における多孔体埋入部近傍の顕微鏡写真
【図１２】実施例９の術後８週目における多孔体埋入部近傍の顕微鏡写真
【図１３】比較例１の術後８週目における欠損部近傍の顕微鏡写真
【図１４】組織学的評価をする際に用いた項目と得点
【図１５】組織学的評価
【符号の説明】
１．    ノズル
２．    紡糸液
３．    紡糸液保持槽
４．    電極
５．    繊維状物質捕集電極
６．    高電圧発生器
７．    ノズル
８．    紡糸液
９．    紡糸液保持槽
１０．  電極
１１．  繊維状物質捕集電極
１２．  高電圧発生器
１３．  ノズル
１４．  紡糸液
１５．  紡糸液保持槽
１６．  電極
１７．  電極
１８．  高電圧発生器
１９．  巻き取り装置
２０．  静電除去装置
発明の好ましい実施形態
以下、本発明について詳述する。なお、これらの説明は本発明を例示するものであり、本発明の範囲を制限するものではない。本発明の趣旨に合致する限り他の実施の形態も本発明の範疇に属し得ることは言うまでもない。
本発明で使用されている繊維構造体とは、単数または複数の繊維が積層され、集積されて形成された３次元の構造体である。繊維構造体の平均繊維径は０．０５〜１０μｍである。平均繊維径が、０．０５μｍよりも小さいと該繊維構造体の強度が保てないため好ましくない。また平均繊維径が１０μｍよりも大きいと繊維の比表面積が小さく生着する細胞数が少なくなるため好ましくない。より好ましくは平均繊維径が０．２〜１０μｍ、さらに好ましくは平均繊維径が０．２〜８μｍである。
また、繊維の任意の横断面は略真円でも異形でも良い。繊維の任意の横断面が異形であると、繊維の比面積は増大するので、細胞の培養時に、細胞が繊維表面に接着する十分な面積をとることができる。
ここで、繊維の任意の横断面が異形であるとは、繊維の任意の横断面が略真円形状をとらないいずれの形状も指し、繊維表面が一様に凹部及び／又は凸部を有して粗面化されている場合を含む。
前記異形形状は、繊維表面の微細な凹部、繊維表面の微細な凸部、繊維表面の繊維軸方向に筋状に形成された凹部、繊維表面の繊維軸方向に筋状に形成された凸部及び、繊維表面の微細孔部からなる群から選ばれた少なくとも１種によることが好ましく、これらは単独で形成されていても複数が混在していても良い。
ここで、上記の「微細な凹部」、「微細な凸部」、とは、繊維表面に０．１〜１μｍの凹部または凸部が形成されていることをいい、「微細孔」とは、０．１〜１μｍの径を有する細孔が繊維表面に存在することをいう。また、上記筋状に形成された凹部及び／又は凸部は、０．１〜１μｍ幅の畝形状が繊維軸方向に形成されていることをいう。
本発明の繊維構造体からなる多孔体は、平均見かけ密度が１０〜３５０ｋｇ／ｍ３である。平均見かけ密度が１０ｋｇ／ｍ３より低いと細胞侵入性は良いものの機械強度が低く、また３５０ｋｇ／ｍ３より高いと細胞が侵入するのが困難となり足場材料としては好ましくない。平均見かけ密度は得られた多孔体の体積（面積×厚み）と質量とを測定し算出することができる。平均見かけ密度は好ましくは５０〜３００ｋｇ／ｍ３である。さらに好ましくは、１００〜２５０ｋｇ／ｍ３である。
本発明の繊維構造体からなる多孔体は、ポロシティが１０〜９０％であることが好ましい。ポロシティが１０％より低いと生着する細胞数が少なく、また９０％より高いと生着する細胞数は多いものの、殆どが空間であるために機械強度が低く足場材料としては好ましくない場合がある。さらにはポロシティが２０〜７０％であることが好ましく、２０〜５０％がより好ましい。ポロシティは平均見かけ密度とポリマー固有密度より算出することができる。
本発明の繊維構造体からなる多孔体は、平均見かけ密度及び／またはポロシティが均一であっても、または勾配が付いていてもどちらでも良く、要求される足場部位に応じて選択できる。
異なるポロシティが連続的に存在する勾配構造とは、２段階以上の勾配構造であれば良く、２段でも多段でも構わない。このような勾配構造を有していても多孔体全体として平均見かけ密度は１０〜３５０ｋｇ／ｍ３となっている。また、この場合のポロシティは１０〜９０％である。
本発明の多孔体は、円柱、多角柱、円錐台、多角錐台などの三次元形であって、高さが０．５ｍｍ以上であり、高さの上限は問わず、細胞培養基材として使用する部位に依存するといえる。高さが０．５ｍｍより低いと機械強度が低く、膝関節など負荷の高い組織の細胞培養基材としては好ましくない。
本発明の多孔体を、例えば生体の損傷部に穴を開け埋入し、補綴材表面に細胞を再生するために用いることができるが、本発明の多孔体は所望の形状に合わせた成形体が提供できるという特徴を有する。求められる厚みを持った基材が提供できるので、例えば不織布を重ねて圧着させたような積層体に比べて、界面剥離が無く形状安定性に優れることから、高い負荷が掛かるような部位における補綴材、細胞培養基材として有用である。
例えば多孔体を移植に用いる場合、移植初期における加重圧縮に耐える機械強度が必要となるが、本発明により用途に応じた機械強度を有する多孔体を提供することができる。
本発明の多孔体を構成する生体吸収性ポリマーは、好ましくは主として脂肪族ポリエステルからなる。脂肪族ポリエステルとしては、ポリグリコール酸、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、ポリジオキサノン、トリメチレンカーボネート、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネート、およびこれらの共重合体などが挙げられる。これらのうち、脂肪族ポリエステルとしては、ポリグリコール酸、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、およびこれらの共重合体からなる群から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
また本発明の多孔体は、さらに分散補助剤を含むことが好ましい。分散補助剤が生体吸収性を示すことがさらに好ましい。該分散補助剤としては、リン脂質類、糖質類、糖脂質類、ステロイド類、ポリアミノ酸類、タンパク質類、およびポリオキシアルキレン類からなる群から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。具体的な分散補助剤としては、ホスファチジルコリン、ホスファチジルエタノールアミン、ホスファチジルセリン、ホスファチジルグリセロールなどのリン脂質類および／またはポリガラクチュロン酸、ヘパリン、コンドロイチン硫酸、ヒアルロン酸、デルマタン硫酸、コンドロイチン、デキストラン硫酸、硫酸化セルロース、アルギン酸、デキストラン、カルボキシメチルキチン、ガラクトマンナン、アラビアガム、トラガントガム、ジェランガム、硫酸化ジェラン、カラヤガム、カラギーナン、寒天、キサンタンガム、カードラン、プルラン、セルロース、デンプン、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、グルコマンナン、キチン、キトサン、キシログルカン、レンチナンなどの糖質類および／またはガラクトセレブロシド、グルコセレブロシド、グロボシド、ラクトシルセラミド、トリヘキソシルセラミド、パラグロボシド、ガラクトシルジアシルグリセロール、スルホキノボシルジアシルグリセロール、ホスファチジルイノシトール、グリコシルポリプレノールリン酸などの糖脂質類および／またはコレステロール、コール酸、サポゲニン、ジギトキシンなどのステロイド類および／またはポリアスパラギン酸、ポリグルタミン酸、ポリリジンなどのポリアミノ酸類および／またはコラーゲン、ゼラチン、フィブロネクチン、フィブリン、ラミニン、カゼイン、ケラチン、セリシン、トロンビンなどのタンパク質類および／またはポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンプロピレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンソルビタンエーテルなどのポリオキシアルキレン類などが挙げられる。
生体吸収性多孔体における分散補助剤の好ましい含有量としては、生体吸収性ポリマー１００重量部に対して０．０１〜５０重量部である。含有量が０．０１重量部より低いと水に対する濡れ性が悪くホモジナイザーでの繊維切断が離しい場合があり、また遠心分離処理を行った際繊維が沈降し難いことがある。５０重量部より高いと紡糸段階で繊維が形成され難い。さらに好ましくは含有量０．１〜２０重量部である。また、分散補助剤を含むことで多孔体への細胞侵入性が高まる。
本発明の生体吸収性多孔体は、生体吸収性ポリマー、分散補助剤以外の第３成分をさらに含有しても良い。該成分には、例えばＦＧＦ（繊維芽細胞増殖因子）、ＥＧＦ（上皮増殖因子）、ＰＤＧＦ（血小板由来増殖因子）、ＴＧＦ−β（β型形質転換増殖因子）、ＮＧＦ（神経増殖因子）、ＨＧＦ（肝細胞増殖因子）、ＢＭＰ（骨形成因子）などの細胞増殖因子などが挙げられる。
本発明の多孔体は、補綴材として有用である。軟骨が損傷した部位に埋入して軟骨損傷の治療方法に用いることができる。治療方法は以下の手順で行うことができる。まず、関節部を手術し軟骨を露出させる。次に、軟骨の損傷部位にドリルなどで穴を開ける。穴は、厚さ２ｍｍ程度の軟骨組織より下の軟骨下骨に達する程度の深さまで開けることが好ましい。従って穴の深さは３〜８ｍｍ程度が好ましい。その後、穴の内径に略一致する形状の本発明の補綴材を埋入する。その後、手術部位を修復し、自然治癒により、軟骨の再生を行う。
本発明は、揮発性溶媒と生体吸収性ポリマーとからなる溶液を静電紡糸法にて紡糸し繊維構造体を得る工程、得られた繊維構造体を切断する工程、切断された繊維構造体を溶媒中に浮遊させ遠心分離する工程、次いで凍結乾燥する工程、を含む、生体吸収性ポリマーの繊維構造体からなり該繊維構造体の平均繊維径が０．０５〜１０μｍ、平均見かけ密度が１０〜３５０ｋｇ／ｍ３、かつ厚みが０．５ｍｍ以上である多孔体の製造方法である（方法１）。該溶液にさらに分散補助剤を含む溶液を用いて紡糸することが好ましい。
また本発明は、揮発性溶媒と生体吸収性ポリマーとからなる溶液を静電紡糸法にて紡糸する方法において、ノズルと捕集電極の間に静電気除去器を使用することを特徴とする、生体吸収性ポリマーの繊維構造体からなり該繊維構造体の平均繊維径が０．０５〜１０μｍ、平均見かけ密度が１０〜３５０ｋｇ／ｍ３、かつ厚みが０．５ｍｍ以上である多孔体の製造方法である（方法２）。
まず方法１について述べる。
本発明で溶液を形成する揮発性溶媒とは、生体吸収性ポリマーを溶解し常圧で沸点が２００℃以下であり、室温で液体である物質である。具体的な揮発性溶媒としては、例えば塩化メチレン、クロロホルム、アセトン、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、トルエン、テトラヒドロフラン、１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロイソプロパノール、水、１，４−ジオキサン、四塩化炭素、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、アセトニトリルなどが挙げられる。これらのうち、生体吸収性ポリマー、とくに脂肪族ポリエステルの溶解性等から、塩化メチレン、クロロホルム、アセトンが特に好ましい。これらの溶媒は単独で用いても良く、複数の溶媒を組み合わせても良い。また本発明においては、本目的を損なわない範囲で他の溶媒を併用しても良い。
本発明で使用する静電紡糸法とは、生体吸収性ポリマーまたは生体吸収性ポリマーと分散補助剤とを揮発性溶媒に溶解した溶液を電極間で形成された静電場中に吐出し、溶液を電極に向けて曵糸することにより、繊維状物質を製造する方法である。繊維状物質とは既に溶液中の溶媒が留去され、繊維状物質となっている状態のみならず、いまだ溶媒を含んでいる状態も示している。本発明で用いられる電極は、金属、無機物、または有機物のいかなるものでも導電性を示すものであれば良い。また、絶縁物上に導電性を示す金属、無機物、または有機物の薄膜を持つものであっても良い。本発明における静電場は一対又は複数の電極間で形成されており、いずれの電極に高電圧を印加しても良い。これは例えば電圧値が異なる高電圧の電極が２つ（例えば１５ｋＶと１０ｋＶ）と、アースに繋がった電極の合計３つの電極を用いる場合も含み、または３本を超える数の電極を使う場合も含むものとする。
本発明における生体吸収性ポリマー溶液中の生体吸収性ポリマーの濃度は、１〜３０重量％であることが好ましい。生体吸収性ポリマーの濃度が１重量％より低いと、濃度が低すぎるため繊維状物質を形成することが困難となり好ましくない。また、３０重量％より高いと得られる繊維状物質の繊維径が大きくなり好ましくない。より好ましい生体吸収性ポリマーの濃度は２〜２０重量％である。
該溶液を静電場中に吐出するには、任意の方法を用いることが出来る。例えば、一例として図１を用いて以下説明する。溶液２をノズルに供給することによって、溶液を静電場中の適切な位置に置き、そのノズルから溶液を電解によって曵糸して繊維化させる。このためには適宜な装置を用いることができ、例えば注射器の筒状の溶液保持槽３の先端部に適宜の手段、例えば高電圧発生器６にて電圧をかけた注射針状の溶液噴出ノズル１を設置して、溶液をその先端まで導く。接地した繊維状物質捕集電極５から適切な距離に該噴出ノズル１の先端を配置し、溶液２が該噴出ノズル１の先端を出るときにこの先端と繊維状物質捕集電極５の間にて繊維状物質を形成させる。
また当業者には自明の方法で該溶液の微細滴を静電場中に導入することもできる。一例として図２を用いて以下に説明する。その際の唯一の要件は液滴を静電場中に置いて、繊維化が起こりうるような距離に繊維状物質捕集電極１１から離して保持することである。例えば、ノズル７を有する溶液保持槽９中の溶液８に直接、直接繊維状物質捕集電極に対抗する電極１０を挿入しても良い。
該溶液をノズルから静電場中に供給する場合、数個のノズルを用いて繊維状物質の生産速度を上げることもできる。電極間の距離は、帯電量、ノズル寸法、紡糸液流量、紡糸液濃度等に依存するが、１０ｋＶ程度のときには５〜２０ｃｍの距離が適当であった。また、印加される静電気電位は一般に３〜１００ｋＶ、好ましくは５〜５０ｋＶ、一層好ましくは５〜３０ｋＶである。所望の電位は任意の適切な方法で作れば良い。
上記説明は、電極がコレクタを兼ねる場合であるが、電極間にコレクタとなりうる物を設置することで、電極と別にコレクタを設けることが出来る。またコレクタの形状を選択することで、シート、チューブなどが得られる。さらに、例えばベルト状物質を電極間に設置して捕集することで、連続的な生産も可能となる。本発明においては、該溶液を捕集電極に向けて曵糸する間に、条件に応じて溶媒が蒸発して繊維状物質が形成される。通常の室温であれば捕集電極上に捕集されるまでの間に溶媒は完全に蒸発するが、もし溶媒蒸発が不十分な場合は減圧条件下で曵糸しても良い。また、曵糸する温度は溶媒の蒸発挙動や紡糸液の粘度に依存するが、通常は０〜５０℃である。
本発明の繊維を切断する方法は特に限定はされないが、ホモジナイザー、粉砕機、ミルを使用するのが好ましい。切断する際は、繊維状物質を直接または凍結した状態で切断しても良いし、または溶媒中に繊維状物質を浮遊させて切断しても良い。また溶媒中で切断する場合は、繊維状物質と溶媒の親和性を高めることでより効率的に切断出来ることから、繊維状物質を紡糸する段階で前記第２成分として挙げられた分散補助剤を含有させることが好ましい。分散補助剤は生体吸収性ポリマー１００重量部に対して、０．０１〜５０重量部、含有させることが好ましい。
本発明で行う遠心分離は、繊維状物質を溶媒中に浮遊させて行う。溶媒中における繊維構造体の濃度は通常約０．００１〜５０重量％であり、該溶媒としては凍結乾燥できる溶媒であれば特に限定はされないが、取り扱い性及び安全性を考えた場合水が好ましい。また、多孔体の平均見かけ密度及びポロシティは遠心加速度及び遠心時間に依存するため、遠心加速度及び／または遠心時間をコントロールすることで、所望の平均見かけ密度及びポロシティを有する多孔体を得ることが可能となる。具体的には、遠心加速度が高く、遠心時間が長い場合においては、得られる多孔体の平均見かけ密度は高く、かつポロシティは低い。それに対し、遠心加速度が低く、遠心時間が短い場合においては、得られる多孔体の平均見かけ密度は低くかつポロシティは高い。遠心加速度の好ましい条件としては、１００〜６，０００Ｇであり、遠心時間の好ましい条件としては、１０〜４０分である。
このように遠心加速度をコントロールすることで、多段階の勾配構造を有する多孔質体を作製することが可能である。
凍結乾燥工程は、到達温度において減圧下で行い、有機溶媒を除去する工程であり、特に限定はされない。凍結乾燥工程は、１０〜３０Ｐａで行うことが好ましい。凍結乾燥時間は８〜２４時間が好ましい。凍結する際温度勾配をつけて徐々に凍結させる方法が欠陥構造の少ない多孔質性材料を得る意味で好ましい。なお凍結乾燥機の種類は特に限定されず、市販されている凍結乾燥機を好適に用いることができる。
以下方法２について述べる。
紡糸工程については上記方法１と同様であるが、ノズル１３と電極１７の間に静電気除去器２０を設置して紡糸を行い、ノズルと電極１７との間で堆積した糸を巻取り機１９により捕集し、捕集された繊維構造体を生検トレパンを用いて繰り抜き、形状の整った多孔体を得る。ここで使用する静電気除去器とは、イオンエアーを紡糸された糸に当てイオンバランスを均一に保ち、電極に届く前に糸の帯電状態を緩和することで空気中に堆積させる装置である。この装置を用いることによって高さが０．５ｍｍ以上の多孔体の製造が可能である。
また、多孔体の平均見かけ密度及びポロシティは巻き取り機の回転数に依存するため、巻き取り機の回転数をコントロールすることで、所望の平均見かけ密度及びポロシティを有する多孔体を得ることが可能となる。具体的には、回転数が高い場合においては、得られる多孔体の平均見かけ密度は高く、かつポロシティは低い。それに対し、回転数が低い場合においては、得られる多孔体の平均見かけ密度は低くかつポロシティは高い。回転数の好ましい条件としては、５〜２００ｒｐｍである。
このように巻き取り機の回転数をコントロールすることで、多段階の勾配構造を有する多孔体を作製することが可能である。
【実施例】  以下、実施例により本発明の実施の形態を説明するが、これらは本発明の発明を制限するものではない。
本実施例に使用したポリ乳酸−ポリグリコール酸共重合体：バーミンガムポリマー社（Ｂｉｒｍｉｎｇｈａｍ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ，Ｉｎｃ）製のポリＤＬ乳酸／ポリグリコール酸（モル比＝５０／５０）共重合体、固有粘度：１．０８ｄＬ／ｇ、３０℃、ヘキサフルオロイソプロパノール、ホスファチジルエタノールアミンジオレオイル（ＣＯＡＴＳＯＭＥ）は日本油脂（株）、塩化メチレン、エタノールは和光純薬工業（株）製を使用した。
［実施例１］
ポリ乳酸−ポリグリコール酸共重合体０．９ｇ、ホスファチジルエタノールアミンジオレオイル０．１ｇ、塩化メチレン／エタノール＝７／２（重量部／重量部）９ｇを室温（２５℃）で混合し１０重量％のドープ溶液を調整した。図２に示す装置を用いて、繊維状物質捕集電極１１に５分間吐出した。噴出ノズル７の内径は０．８ｍｍ、電圧は１４ｋＶ、噴出ノズル７から繊維状物質捕集電極までの距離は１０ｃｍであった。得られた繊維状物質０．２ｇをイオン交換水５０ｍｌ中に入れて、ホモジナイザー（登録商標ＰＯＬＹ  ＴＲＯＮ  ＰＴ  ２１００）を用いて回転数２２，０００ｒｐｍで５分間切断した。得られた懸濁液の一部を遠心分離機（ＫＵＢＯＴＡ  ＫＮ−７０、回転半径１５ｃｍ）を用いて回転数３，０００ｒｐｍ（１，５００Ｇ）で２５分間遠心分離を行った。そして−２０℃で２時間凍結処理を行った後、２０Ｐａで６時間凍結乾燥を行い多孔体を得て、直径５ｍｍ×高さ５ｍｍの円柱状のものを切り出した。得られた多孔体の繊維径、平均見かけ密度及びポロシティを表１に示す。繊維径については、試料をスッパタコーティング（Ｐｔ１．０ｎｍ）処理し、ＳＥＭ（ＪＳＭ−５３１０型（日本電子製）、加速電圧：２．０ｋＶ、撮影角度３０°）により観察を行った。多孔体の見かけ密度、およびポロシティについては、下記式により算出した。
ρ＝４ｍ／πｄ２ｈ
ε＝（１−ρ／ρｐ）×１００
（ε：ポロシティ，ρ：多孔体の見かけ密度，ｍ：質量，ｄ：直径，ｈ：厚さ，ρｐ：ポリマー固有密度（５０／５０  Ｐｏｌｙ（ＤＬ−ｌａｃｔｉｄｅ−ｃｏ−ｇｌｙｃｏｌｉｄｅ：１．３４ｇ／ｍｌ））
［実施例２］
遠心分離を１５分間行った以外は、実施例１と同様に多孔体を得た。得られた多孔体の繊維径、平均見かけ密度及びポロシティを表１に示す。
［実施例３］
遠心分離を２０分間行った以外は、実施例１と同様に多孔体を得た。得られた多孔体の繊維径、平均見かけ密度及びポロシティを表１に示す。また、図４に実施例３で得られた多孔体の光学顕微鏡写真（ＤＩＧＩＴＡＬ  ＭＩＣＲＯＳＣＯＰＥＥ，ＫＥＹＥＮＣＥ社，倍率：４５０倍）を示す。
［実施例４］
遠心分離を５分間行った以外は、実施例１と同様に多孔体を得た。得られた多孔体の繊維径、平均見かけ密度及びポロシティを表１に示す。また、図５に実施例４で得られた多孔体の光学顕微鏡写真（倍率：４５０倍）を示す。
【表１】
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［実施例５］
ポリ乳酸−ポリグリコール酸共重合体０．９ｇ、ホスファチジルエタノールアミンジオレオイル０．１ｇ、塩化メチレン／エタノール＝７／２（重量部／重量部）９ｇを室温（２５℃）で混合し濃度１０％のドープ溶液を調整した。図２に示す装置を用いて、繊維状物質捕集電極５に５分間吐出した。噴出ノズル７の内径は０．８ｍｍ、電圧は１４ｋＶ、噴出ノズル７から繊維状物質捕集電極までの距離は１０ｃｍであった。得られた繊維状物質０．２ｇをイオン交換水５０ｍｌ中に入れて、ホモジナイザー（登録商標ＰＯＬＹ  ＴＲＯＮ  ＰＴ  ２１００）を用いて回転数２２，０００ｒｐｍで５分間切断した。得られた懸濁液の一部を遠心分離機（ＫＵＢＯＴＡ  ＫＮ−７０、回転半径１５ｃｍ）を用いて回転数１，０００ｒｐｍ（１７０Ｇ）で１０分間遠心分離を行った。さらにその上に懸濁液を追加し２，０００ｒｐｍ（７００Ｇ）で１０分間、同様に追加し３，０００ｒｐｍ（１，５００Ｇ）で１０分間遠心分離を行った。そして−２０℃で２時間凍結処理を行った後、２０Ｐａで６時間凍結乾燥を行い多孔体を得た。得られた多孔体の繊維径及びポロシティを表２に示す。試料をスパッタコーティング（Ｐｔ１．０ｎｍ）処理し、ＳＥＭ（ＪＳＭ−５３１０型（日本電子製）、加速電圧：２．０ｋＶ、撮影角度３０°）により観察を行い、繊維径を求めた。
図６に上部のＳＥＭ写真を、図７に中部、図８に下部のＳＥＭ写真を示す。
【表２】
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［実施例６］
ポリ乳酸−ポリグリコール酸共重合体１．５ｇ、塩化メチレン／エタノール＝７．５／１（重量部／重量部）８．５ｇを室温（２５℃）で混合し１５重量％のドープ溶液を調整した。図３に示す装置を用いて（ノズルと電極の間に静電除去器（春日電機（株））及び巻き取り機（ＨＥＩＤＯＮ）を設置する）、１２０分間吐出し、巻き取り器１９で紡糸された糸を巻き取り繊維構造体を得た。このときの巻き取り機の回転数は１００ｒｐｍであった。噴出ノズル７の内径は０．８ｍｍ、電圧は１２ｋＶ、噴出ノズル１３から巻き取り器１９までの距離は２０ｃｍ、噴出ノズル１３から静電除去器２０までの距離は３５ｃｍ、噴出ノズル１３から電極１７までの距離は５５ｃｍであった。生検トレパンを用いて直径５ｍｍ×高さ５ｍｍの円柱状のものを切り出した。得られた多孔体の繊維径、平均見かけ密度及びポロシティを表３に示す。図９に実施例６で得られた多孔体の光学顕微鏡写真（倍率：４５０倍）を示す。圧縮強度（１０％変位応力、ＪＩＳ規格Ｋ７２２０を参照）は、０．０４４ＭＰａであった。
［実施例７］
紡糸時間が４５分間、巻き取り機の回転数が２０ｒｐｍである以外は、実施例６と同様に繊維構造体を得た。得られた多孔体の繊維径、平均見かけ密度及びポロシティを表３に示す。また、図１０に実施例７で得られた多孔体の光学顕微鏡写真（倍率：４５０倍）を示す。圧縮強度は、０．００６ＭＰａであった。
［実施例８］
紡糸時間が６０分間、巻き取り機の回転数が１００ｒｐｍで上部層を作製し、引き続き紡糸時間が２０分間、巻き取り機の回転数が２０ｒｐｍで下層部を作製した以外は実施例６と同様に繊維構造体を得た。得られた多孔体の繊維径、平均見かけ密度及びポロシティを表３に示す。
【表３】
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［実施例９］
実施例３の多孔体を使用し、補綴材の生物学的評価を以下の方法により行った。
（ａ）ジメチルスルホキシド：和光純薬工業（株）製
（ｂ）消毒用エタノール：和光純薬工業（株）製
（ｃ）１０％中性緩衝ホルマリン溶液：和光純薬工業（株）製
（ｄ）Ｓａｆｒａｎｉｎ  Ｏ溶液：和光純薬工業（株）製
（ｅ）Ｆａｓｔ  Ｇｒｅｅｎ  ＦＣＦ：ポリサイエンス（Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅ）（株）社製
（ｆ）エチレンジアミン−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−４ナトリウム塩４無水物（以下ＥＤＴＡ）：同仁化学研究所（株）
（ｇ）結晶ペニシリンＧカリウム（以下ペニシリン）：萬有製薬（株）製
（ｈ）ヨードチンキ：吉田製薬（株）製
（ｉ）動物用ケタラール：三共エール薬品（株）製
（ｊ）動物用セラクタール２％注射液：バイエル（Ｂａｙｅｒ）（株）製
（ｋ）ウサギ：実験に使用したニュージーランド白色家兎（以下ＮＺＷウサギ）は雄性であり、日本ＳＬＣ（株）より購入してゲージにて通常飼育を行った。手術時の週齢は２４週齢であった。
（多孔体の埋入）
通常飼育したＮＺＷウサギに後肢大腿部にケタラールとセラクタールを筋肉内投与し、全身麻酔下で以下の手術を施した。両側の後肢膝関節周辺部を剃毛し、エタノール消毒した。その後、膝関節内側を切開し、膝蓋骨を脱臼させることにより大腿骨膝蓋溝を露出させた。内側側副靭帯から５ｍｍほど上部の滑車溝部分に、手術用ドリルで内径５ｍｍ、深さ５ｍｍの円筒形の欠損部を作製することによって、膝関節軟骨全層を欠損させた。できた欠損部に実施例３で製造した平均見かけ密度２０８ｋｇ／ｃｍ３（ポロシティ３８％）の多孔体を埋入したのち、膝蓋骨を元の位置に戻して筋肉を手術用縫合糸にて縫合した。感染防止のためにペニシリンを患部に滴下したのち、皮膚を縫合した。最後にヨードチンキで消毒し、ゲージに戻して通常の飼育を行った。
（評価）
術後８週目に屠殺して欠損部位を摘出し、軟骨組織の目視による観察を行ったのち１０％中性緩衝ホルマリン溶液に浸漬、固定させ、組織学的評価に供した。組織学的評価は、固定した組織を脱脂、ＥＤＴＡ脱灰した後、パラフィンに包埋し、欠損部の中心部近傍を矢状面に薄切して標本を作製し、作製した標本にＳａｆｒａｎｉｎ  Ｏ−Ｆａｓｔ  Ｇｒｅｅｎ染色を施した。
標本の顕微鏡写真を図１１に示す。術後８週目において修復された軟骨組織は、層状に形成する途上にあり、軟骨基質の産生を認めた。また、正常部との結合が良好であり、軟骨下骨の再構築が起こりつつある様子を認めた。
［実施例９］
実施例４（平均見かけ密度１００ｋｇ／ｃｍ３、ポロシティ７０％）の多孔体を使用し、実施例８と同様に生物学的評価を行った。
標本の顕微鏡写真を図１２に示す。術後８週目において修復された軟骨組織は、正常部とほぼ同等な厚さで形成され、ほとんどが硝子軟骨様を呈しており、軟骨基質の産生が良好である様子が観察された。また、正常部との結合も良好であり、組織の連続性を認めた。
［比較例１］
欠損部に多孔体を埋入しなかった以外は実施例８と同様に生物学的評価を行った。標本の顕微鏡写真を図１３に示す。術後８週目において、軟骨組織は欠落しており、軟骨下骨部が露呈している様子が観察された。また、軟骨下骨の骨梁が乏しく、軟骨組織の修復は認められなかった。
実施例８、９、比較例１について以下の項目についてスコア化することにより組織学的な評価を行った。
組織学的評価に用いたスコアグレードは、Ｗａｋｉｔａｎｉ  Ｓ  ｅｔ．ａｌ．，Ｊ  Ｂｏｎｅ  Ｊｏｉｎｔ  Ｓｕｒｇ  Ａｍ．７６，５７９−９２（１９９４）の変法であるＭａｋｉｎｏ  Ｔ  ｅｔ  ａｌ．，Ｋｏｂｅ  Ｊ  Ｍｅｄ  Ｓｃｉ．４８：９７−１０４（２００２）に従って実施した。図１４に組織学的評価をする際に用いた項目と得点を示す。
全体の合計は１４点であり、項目によって３〜５段階で評価する。組織の修復度が高いほど、すなわち、正常組織に近い修復を示すほど、１４点に近づくことになる。すなわち、項目は、修復された組織の形態（０点から４点）、基質の染色性（０点から３点）、表面の状態（０点から３点）、軟骨組織の厚さ（０点から２点）、非欠損部との結合度（０点から２点）、についてであり、本法では正常組織に近いほど得点が高くなる。
評価結果を図１５に示す。多孔体を埋め込んだ群では、どの項目も比較例１より良好に軟骨組織の修復が進行していたことを示している。また、ポロシティの違いで比較すると、有意な差はみられないものの、細胞の形態はポロシティ７０％の方が多くの硝子軟骨で組織修復されていた。これらのことより、ある一定の空隙率を持つ多孔体が軟骨組織を修復するのに有効であることが示された。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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