(57)【要約】  【課題】骨芽細胞を効率良く、そして、一層早く誘導し、そして、成長させるスカフォールド材料を提供する。  【解決手段】外径が１００μｍ以下のチタン金属繊維からなる三次元構造体と、その三次元構造体内に担持されるゲル状の担体とからなり、前記三次元体のチタン繊維の少なくとも一部分にアパタイトコーティングされており、前記ゲル状の担体が徐放性物質である高分子を基材とした生体細胞を活性化させる生理活性物質あるいは生理活性助剤との混合物であるスカフォールド材料。【選択図】無し【特許請求の範囲】
【請求項１】
外径が１００μｍ以下のチタン金属繊維からなる三次元構造体と、その三次元構造体内に担持されるゲル状の担体とからなり、前記三次元体のチタン繊維の少なくとも一部分がアパタイトコーティングされているスカフォールド材料。
【請求項２】
前記ゲル状の担体が徐放性物質である高分子の基材と、生体細胞を活性化させる生理活性物質あるいは生理活性助剤との混合物である請求項１記載のスカフォールド材料。
【請求項３】
前記徐放性物質である高分子が、天然および合成のポリペプチド、タンパク質およびその誘導体、多糖類、糖タンパク質、複合脂質からなる群から選ばれた１種または２種以上からなる生体内で分解される物質である請求項２記載のスカフォールド材料。
【請求項４】
前記生理活性物質あるいは生理活性助剤が、塩基性線維芽細胞因子などの成長因子、サイトカイン、抗生物質、細胞成長因子、酵素、蛋白、多糖類、燐脂質、リポ蛋白、ムコ多糖類からなる群から選ばれた１種または２種以上からなる、請求項２記載のスカフォールド材料。
【請求項５】
前記アパタイトが、アパタイト生成液によって処理され、炭酸アパタイトを含むヒドロキシアパタイト、その他のリン酸カルシウム化合物である請求項１記載のスカフォールド材料。
【請求項６】
前記三次元構造体の少なくとも一部に０．１〜２０μｍの生体内非分解物質の繊維が含まれている請求項１記載のスカフォールド材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は人工歯根インプラント、人工関節インプラント、骨プレートなどの骨固定具、代替骨に用いられる生体硬組織スカフォールド材料（以下、スカフォールド材料という）に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００４−６７５４７号公報
【特許文献２】特開２００３−２６５５９３号公報
【０００３】
従来、生体内植え込み用インプラント材料として、人工歯根、人工関節などの硬組織誘導性のインプラント材料または人工臓器およびその保持装置、皮膚端子など軟組織誘導性のインプラント材料が知られている。そして、このようなインプラント材料には、細胞を誘導すると共に、その誘導した細胞の成長を促進するものが求められている。そのため、力学的強度を持つ補填材、いわゆる構造体を有するものが用いられている。その中でも生体親和性の高い材料からなる多孔質の基材に、生体細胞を誘導あるいは活性化させる様々な生理活性物質を担持あるいは含有させたものが知られている。
【０００４】
特許文献１には、骨芽細胞が極めて細い繊維によって構成される幾何学的空間に好んで成育することが記載されており、そして、生体親和性の高いチタンの金属繊維からなる三次元構造体が、骨芽細胞にとって着床しやすく、そして、増殖しやすくスカフォールド材料として非常に好ましいものであると記載している。
【０００５】
また、特許文献２には、繊維構造体の繊維間に、血管新生誘導物質を担持したゼラチン担体を含有させた生体組織再生用繊維材料が開示されている。これにより、繊維構造体内に血管新生誘導物質を効率良く保持させ、材料内部に血管新生誘導物質が不足しないように細胞を誘導し、再生させることができると記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、大きな欠損部をスカフォールド材料で再生する場合、市販されているセラミックス材料ではスカフォールド材料の表面層にしか骨侵入が見られない。また特許文献１の三次元構造体では、十分に骨芽細胞を内部に誘導し、構造体を骨形成するが、さらに患者のQOL（クオリティオブライフ）を高めるため、特許文献１の三次元構造体よりも一層早期に骨形成する三次元構造体の研究が進められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明品のスカフォールド材料は、外径が１００μｍ以下のチタン金属繊維からなる三次元構造体と、その三次元構造体内に担持されるゲル状の担体とからなり、前記三次元体のチタン繊維の少なくとも一部分がアパタイトコーティングされていることを特徴としている。すなわち最良の細胞足場を提供する三次元チタン繊維の効果と、ゲル担体による活性物質の徐放の二重効果をもたらすことを特徴としている。
また、このようなスカフォールド材料であって、ゲル状の担体が徐放性物質である高分子を基材とし、生体細胞を活性化させる生理活性物質あるいは生理活性助剤との混合物であるものが好ましい。そして、特に、徐放性物質である高分子が、天然および合成のポリペプチド、タンパク質およびその誘導体、多糖類、糖タンパク質、複合脂質からなる群から選ばれた１種または２種以上からなる生体内で分解される物質であるものが好ましい。
前記生理活性物質あるいは生理活性助剤が、塩基性線維芽細胞因子などの成長因子、サイトカイン、抗生物質、細胞成長因子、酵素、蛋白、多糖類、燐脂質、リポ蛋白、ムコ多糖類からなる群から選ばれた１種または２種以上からなるものが好ましい。
前記アパタイトが、アパタイト生成液によって処理され、炭酸アパタイトを含むヒドロキシアパタイト、その他のリン酸カルシウム化合物であるものが好ましい。
また前記三次元構造体の少なくとも一部に０．１〜２０μｍの生体内非分解物質の繊維が含まれているものが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のスカフォールド材料は、外径が１００μｍ以下のチタン金属繊維からなる三次元構造体と、その三次元構造体内に担持されるゲル状の担体とからなり、前記三次元体のチタン繊維の少なくとも一部分がアパタイトコーティングされており、前記ゲル状の担体が徐放性物質である高分子を基材として、生体細胞を活性化させる生理活性物質あるいは生理活性助剤を含有しているため、生体細胞を活性化させる生理活性物質あるいは生理活性助剤が徐放性物質により三次元構造体内部に保持され、そして、三次元構造体に骨芽細胞が誘導、成長するとともに、三次元構造体の内部から外部に向かい徐々に放出される。そのため、骨芽細胞が三次元構造体内部に至るまで効率良く誘導され、しかも、ゲル状の担体が細胞の足場を与えないのに対し、三次元チタン繊維は、最良の細胞の足場（スカフォールド）を与えるので、二重の効果をもたらし、効率よく骨形成する。
また三次元体のチタン繊維の少なくとも一部分にアパタイトコーティングが施されることにより、さらに生体親和性にも優れ、短期間で安定した骨形成が可能となる。
【０００９】
このようなスカフォールド材料であってゲル状の担体を構成する徐放物質が出来る限り天然由来のもので有る場合、生体に害を与えず、また生理活性物質あるいは生理活性助剤の保持および徐放性がよい。
また保持時間に応じて、徐放性物質である高分子が、天然および合成のポリペプチド、タンパク質およびその誘導体、多糖類、糖タンパク質、複合脂質からなる群から選ばれた１種または２種以上を組み合わせた生体内で分解される物質としても良い。
【００１０】
さらに前記三次元構造体の少なくとも一部に０．１〜２０μｍの生体内非分解物質な繊維を含ませることにより、さらに三次元構造体の骨誘導能及び担持能の向上が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明品のスカフォールド材料の三次元構造体は、平均外径が１００μｍ以下、三次元構造体の剛性や形態保持性を確保するため、特に４０〜８０μmのチタン金属繊維を用意し、それらが絡合するようにあらかじめ用意した型内に挿入し、空隙率が２０〜９７％、特に５０〜９０％となるように圧縮して作製される。このように三次元構造体を作製することにより、骨芽細胞が好んで生育する構造が形成される。
また、作製した三次元構造体をセラミック製の型治具内に挿入し、チタンの融点が１６６８度であるため、焼結温度はその融点より低い温度、特に、５００度から１５００度が好ましい。
【００１２】
次に、三次元構造体を構成するチタン繊維の少なくとも一部分にアパタイトコーティングする。このコーティング方法としては、アパタイト生成液浸漬法などが挙げられる。このようにチタン金属繊維の外周にコーティングすることにより、生体親和性が向上し、骨芽細胞を一層早期に誘導し、骨形成することができる。
またアパタイトコーティングの材質としては、炭酸アパタイトを含むヒドロキシアパタイト、その他のリン酸カルシウム化合物などが挙げられる。
【００１３】
本発明の三次元構造体に担持させる徐放性物質である高分子としては、生体内で分解される高分子で、例えば天然あるいは合成ポリペプチドからなるポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリオルソエステル、ポリ酸無水物、あるいはゼラチン、キチン、コラーゲン、アガロース、微生物系バイオポリエステル（P（３−HB／３−HV）、バクテリアセルロース、微生物多糖類（プルラン、カードラン）、化学合成系では、ポリペプチド、合成多糖類、脂肪系ポリエステル（ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクチレンサクシネート、ポリグリコール酸、ポリ乳酸）、ポリビニールアルコール、ポリアミノ酢酸（PMLG）、天然系では動物系ではキトサンなど、植物系ではデンプン、セルロース、酢酸セルロースなどが挙げられ、これらを１種または２種以上で混合して用いても良い。
【００１４】
徐放性物質と混合する前記生理活性物質あるいは生理活性助剤としては、塩基性線維芽細胞因子などの成長因子、サイトカイン、抗生物質、細胞成長因子、酵素、蛋白、多糖類、燐脂質、リポ蛋白、ムコ多糖類などが用いられる。
【００１５】
徐放性物質である高分子を基材とし、生体細胞を活性化させる生理活性物質あるいは生理活性助剤との混合物であるゲル状の担体を三次元構造体内に担持させるためには、ゲル状の担体を三次元構造体に加圧したり、または２枚の三次元構造体の間に挟みこむことで容易に実現可能である。さらには三次元構造体に注入孔を設けることで陽圧により、三次元構造体内部全域に亘り、充填することが容易となる。
【００１６】
また三次元構造体の少なくとも一部に０．１〜２０μｍの生体内非分解物質の繊維を含ませる場合については、生体内非分解物質としてポリエチレンテレフタレートなどの芳香族ポリエステル系、ポリプロピレン、ポリスチレンなどのポリオレフィン系、テフロン（登録商標）、ナイロン、あるいは金属のステンレス、チタン、白金などが挙げられる。これらについても１種または２種以上で複合化での使用も可能である。
【００１７】
以上に列挙した種々の材料の中で、スカフォールド材料を構成する微細繊維としてはポリエチレンテレフタレートなどの芳香族ポリエステル系、ポリプロピレン、ポリスチレンなどのポリオレフィン系が特に好ましい。
尚、これらの高分子については使用するサイズにより、合成繊維の分野においては周知な溶融紡糸法や湿式紡糸法、海島型複合繊維法などにより容易に調達することが可能である。
また三次元構造体内にこれらの微細繊維を含ませる場合は、前記ゲル担体である徐放性物質と生理活性物質あるいは生理活性助剤との混合物を三次元構造体に担持させる時に一緒に処理することで容易に充填可能である。
【実施例】
【００１８】
以下、本発明を実施例に基づきより具体的に説明する。もっとも、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００１９】
（ラット頭蓋骨欠損部における骨形成実験）
（I）実験方法：
・  体重２．５キログラムのウサギをネンブタール静脈麻酔下において、頭蓋骨の骨膜を部分的に翻展し、頭頂部に頭蓋骨を貫通する孔を歯科用ダイヤモンド円形ディスクを用い、作製した。
・  そこにアパタイトコーティングした繊維径５０μｍ、空隙率約８７％のチタン繊維である三次元構造体（比較例１）と、この比較例１に合成ポリペプチドと骨芽細胞を誘導するサイトカインをゲル状にして充填したもの（実施例１）を準備した。
・  準備した試料を頭蓋骨を貫通する孔に埋植し、骨膜、真皮層を縫合した。
・  ウサギを４週間後に犠牲にし、頭頂部の骨を取り出し、樹脂包埋、厚さ８０μｍの研磨標本作製後、ヘマトキシリン・エオジン染色して試料を作成した。
【００２０】
（II）実験結果：
上記４で得られた顕微鏡観察用組織切片を、光学顕微鏡によって観察した。
その結果、比較例１に比べ、実施例１の三次元構造のほうが、内部にまで骨が侵入し、骨形成していることが確認された。