(57)【要約】【課題】患者に対して苦痛を与えることなく骨疾患患部に対して骨形成を促進する刺激を与えることができる骨形成促進装置、骨形成促進方法および骨治療器具を提供する。【解決手段】骨芽細胞に対して、遠赤外線を照射する遠赤外線照射部を備えている。骨芽細胞に遠赤外線を照射すれば、骨芽細胞の増殖が抑制され分化が促進される。つまり、骨芽細胞の増殖を抑制し、アルカリフォスファターゼ活性とオステオカルシンの発現を促進し、更に、細胞外基質の形成と石灰化を促進するから、骨の新生を促進することができる。とくに、骨芽細胞が、未分化または未成熟な状態であればその増殖が抑制されるから、分化が促進され、細胞外マトリックスの骨格形成および細胞外マトリックスの石灰化が早期に開始する。よって、遠赤外線を照射しない場合よりも、早期に骨の組織を形成させることができる。【選択図】図１
2007054468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
骨芽細胞に対して、遠赤外線を照射する遠赤外線照射部を備えている
ことを特徴とする骨形成促進装置。
【請求項２】
前記骨芽細胞が、未分化または未成熟な状態である
ことを特徴とする請求項１記載の骨形成促進装置。
【請求項３】
骨芽細胞に対して、遠赤外線を照射する
ことを特徴とする骨形成促進方法。
【請求項４】
前記骨芽細胞が、未分化または未成熟な状態である
ことを特徴とする請求項３記載の骨形成促進方法。
【請求項５】
生体に向けて電磁波を照射する電磁波照射部を備えており、
該電磁波照射部から生体に照射される電磁波が、遠赤外線である
ことを特徴とする骨治療器具。
【請求項６】
前記電磁波照射部が、
可撓性を有し、生体に巻き付けうるシート状の本体部を備えており、
該本体部に、遠赤外線を放射し得る面状発熱体が設けられている
ことを特徴とする請求項５記載の骨治療器具。
【請求項７】
生体に固定される遠赤外線吸収照射セラミック部材であって、
該遠赤外線吸収照射セラミック部材は、
その表面に照射された遠赤外線を吸収し、所定の波長の遠赤外線を生体に向けて放出し得る素材によって形成されている
ことを特徴とする骨治療器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、骨形成促進装置、骨形成促進方法および骨治療器具に関する。さらに詳しくは、骨芽細胞等における骨形成機能を活性化させる骨形成促進装置および骨形成促進方法、および、骨折した箇所の回復を促進したり、骨に取り付けられるインプラント等の骨への固定を促進、あるいは骨粗鬆症や骨形成不全症の治療のための骨治療器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、骨の治療には、骨折等の骨疾患患部を固定するために添え木や石膏が使用されており、骨疾患患部がずれることによる骨の再生が遅れることを防ぎ、かつ、骨折等するまえの状態を維持することによって骨疾患患部の機能回復を図ることが行われている。
しかし、骨は、本来、運動等によって力学的刺激が伝えられることで高い骨再生機能を維持しているのであるが、上記のごとく、骨疾患患部を固定する治療技術の場合、骨に対して力学的刺激が加わらないので、骨が持つ本来の骨形成能力が阻害される。このため、骨疾患患部が元の状態に回復するまでに時間がかかり、骨疾患患部が本来の機能を回復するためには、さらに時間が必要となっていた。
【０００３】
かかる問題を解決する技術として、骨折等の骨疾患患部を固定しつつ、骨に対して力学的刺激を加えることができる骨の固定装置が開示されている（従来例１、特許文献１）。  従来例１の技術では、伸縮自在な本体と、この本体を自動的に伸縮させるアクチュエータとを備えており、本体を骨に固定した状態でアクチュエータを作動させれば、本体が伸縮し、骨疾患患部に変位刺激を与えることができるから、骨疾患患部の回復を早めることができる。
【０００４】
しかるに、従来例１の技術は、骨疾患患部に変位刺激を与えることができるものの、患者に対しては、骨疾患患部が変位することによる刺激が痛みとして感じられるため、非常に苦痛である。しかも、骨疾患患部の変位したことによって骨疾患患部以外の部分に損傷が生じる可能性がある。
【０００５】
【特許文献１】特開平２−１８０２５４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記事情に鑑み、患者に対して苦痛を与えることなく骨疾患患部に対して骨形成を促進する刺激を与えることができる骨形成促進装置、骨形成促進方法および骨治療器具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１発明の骨形成促進装置は、骨芽細胞に対して、遠赤外線を照射する遠赤外線照射部を備えていることを特徴とする。
第２発明の骨形成促進装置は、第１発明において、前記骨芽細胞が、未分化または未成熟な状態であることを特徴とする。
第３発明の骨形成促進方法は、骨芽細胞に対して、遠赤外線を照射することを特徴とする。
第４発明の骨形成促進方法は、第３発明において、前記骨芽細胞が、未分化または未成熟な状態であることを特徴とする。
第５発明の骨治療器具は、生体に向けて電磁波を照射する電磁波照射部を備えており、該電磁波照射部から生体に照射される電磁波が、遠赤外線であることを特徴とする。
第６発明の骨治療器具は、第５発明において、前記電磁波照射部が、可撓性を有し、生体に巻き付けうるシート状の本体部を備えており、該本体部に、遠赤外線を放射し得る面状発熱体が設けられていることを特徴とする。
第７発明の骨治療器具は、生体に固定される遠赤外線吸収照射セラミック部材であって、該遠赤外線吸収照射セラミック部材は、その表面に照射された遠赤外線を吸収し、所定の波長の遠赤外線を生体に向けて放出し得る素材によって形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
第１発明によれば、骨芽細胞に遠赤外線を照射すれば、骨芽細胞の増殖が抑制され分化が促進される。つまり、骨芽細胞の増殖を抑制し、アルカリフォスファターゼ活性とオステオカルシンの発現を促進し、更に、細胞外基質の形成と石灰化を促進するから、骨の新生を促進することができる。
第２発明によれば、増殖が抑制されるから、未分化または未成熟な状態の骨芽細胞の分化が生じ、細胞外マトリックスの骨格形成および細胞外マトリックスの石灰化が早期に開始する。よって、遠赤外線を照射しない場合よりも、早期に骨の組織を形成させることができる。
第３発明によれば、骨芽細胞に遠赤外線を照射すれば、骨芽細胞の増殖が抑制され分化が促進される。つまり、骨芽細胞の増殖を抑制し、アルカリフォスファターゼ活性とオステオカルシンの発現を促進し、更に、細胞外基質の形成と石灰化を促進するから、骨の新生を促進することができる。
第４発明によれば、増殖が抑制されるから、未分化または未成熟な状態の骨芽細胞の分化が生じ、細胞外マトリックスの骨格形成および細胞外マトリックスの石灰化が早期に開始する。よって、遠赤外線を照射しない場合よりも、早期に骨の組織を形成させることができる。
第５発明によれば、骨芽細胞に遠赤外線を照射すれば、骨芽細胞の増殖が抑制され分化が促進される。つまり、骨芽細胞の増殖を抑制し、アルカリフォスファターゼ活性とオステオカルシンの発現を促進し、更に、細胞外基質の形成と石灰化を促進するから、骨の新生を促進することができる。よって、骨折した骨同士を早期に結合させることができ、また、骨折箇所に配設されたチタンインプラント等を早期に骨に固定させることができる。しかも、細胞を構成する蛋白質分子や水分子にエネルギーを与えるため、遠赤外線を照射しない場合よりも、細胞が活性化され、強く骨同士またはチタンインプラント等と骨組織とを結合させることができる。更に、骨粗鬆症や骨形成不全症等の骨芽細胞の活性が低下している疾患では、遠赤外線が骨芽細胞の分化を促進することにより、骨形成機能を促進することができる。しかも、生体に遠赤外線を照射するだけであるから、患者に苦痛を与えることなく、骨形成能力を高くすることができる。
第６発明によれば、シート状の本体を生体に巻きつければ、簡単に電磁波照射部を患部に固定することができる。しかも、生体の患部に対して360°全方向から遠赤外線を照射できるので、骨の新生をより一層促進することができる。
第７発明によれば、遠赤外線吸収照射セラミック部材の素材として、骨形成に適した波長の遠赤外線を生体に向けて照射するものを使用すれば、遠赤外線吸収照射セラミック部材に照射される遠赤外線の波長に関わらず、骨の新生を促進させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明の骨形成促進装置、骨形成促進方法および骨治療器具は、骨芽細胞や、骨疾患患部に対して刺激を与えることによって、骨形成を促進し、骨疾患患部の治癒を速くすることができるものであり、骨芽細胞や、骨疾患患部に対して遠赤外線を照射することに特徴を有している。
【００１０】
まず、この発明に到った経緯を説明する。
通常、未成熟または未分化な状態にある骨芽細胞や前骨芽細胞（幹細胞）等の細胞を容器内で培養した場合には、細胞が増殖しかつ細胞がより活発な骨形成能を有する状態の細胞に分化するのであるが、細胞の増殖と分化は同時に進行するものではないことが知られている。つまり、細胞は、まず、培養されている容器一杯になるまで増殖を繰り返し、容器一杯の状態になると、言い換えれば、コンフルエントに達すると、コンフルエントに達したという情報を細胞同士が理解し増殖を停止し、そして、増殖を停止してから、細胞が分化を開始するのである。逆にいえば、所定の状態（コンフルエント）に達するまでは増殖が継続され、細胞の分化は生じないのである。
しかし、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、未成熟または未分化な状態にある骨芽細胞や前骨芽細胞（幹細胞）等の細胞に対して、遠赤外線を照射することによって、コンフルエントに達する前でも、細胞が分化を開始し活発な骨形成能を有する状態の細胞に分化していくことを実験的に明らかにした（後述する実施例２，３参照）。そして、遠赤外線を照射すれば、未成熟または未分化な骨芽細胞の増殖を抑制しかつ分化を促進するとともに、アルカリフォスファターゼ活性とオステオカルシンの発現を促進し、更に、細胞外基質の形成と石灰化を促進するから、骨の新生を促進する、言い換えれば、成熟した骨芽細胞の活性を促進することができることも、実験的に明らかにしたのである（後述する実施例４参照）。
なお、遠赤外線の照射により、コンフルエントに達する前でも細胞が分化を開始する理由は明らかではないが、遠赤外線を細胞が吸収することによって、ある機構により細胞増殖が抑制され、他の機構により細胞の分化を促進していると推測される。
【００１１】
上記原理に基づいた本発明の骨形成促進装置は、細胞に遠赤外線を照射する遠赤外線照射部を備えていることが必要とされる。遠赤外線照射部は、一例として、加熱されると遠赤外線を放射する遠赤外線放射セラミックスと、このセラミックスを加熱する加熱手段を供えたものが挙げられるが、遠赤外線を放出することができるものであれば、とくに限定されない。
【００１２】
遠赤外線放射セラミックスとしては、例えば、粘土100重量部に対して、以下の成分を混合して混練し成形、950℃で１時間焼成して製作したものを使用することができる。
酸化チタン・・・・・・・・・・１重量部
酸化亜鉛・・・・・・・・・・・１重量部
二酸化マンガン・・・・・・・・２重量部
酸化鉄 ・・・・・・・・・・・・３重量部
リグニン・・・・・・・・・・・１５重量部
木粉・・・・・・・・・・・・・１５重量部
水・・・・・・・・・・・・・・３０重量部
遠赤外線照射セラミックスを４０℃に加温した場合、この遠赤外線照射セラミックスからは、図３に示すようなスペクトルを有する遠赤外線が放射される。図３に示すように、放射される遠赤外線のスペクトルは、約７〜１２μｍにピークを有するのである。この波長のスペクトルは、生育光線と呼ばれる波長帯であり植物などの成長に有効であるが、この波長の強度が強い場合には、細胞増殖抑制効果、および、細胞分化促進効果が強くなると予想される。
なお、上記遠赤外線放射セラミックスは、加熱されることによって遠赤外線を放射するのであるが、他の遠赤外線放射源から遠赤外線を照射された場合には、照射された遠赤外線を吸収し、加熱された場合と同じ放射スペクトルで特性遠赤外線を放射することができる。
【００１３】
加熱手段は、遠赤外線照射セラミックスを所定の温度（約４０度前後以上）まで加熱できるものであれば、とくに限定されず、ニクロム線等を使用したヒータや、ＰＴＣ素材を使用したヒータ等を使用することができる。とくに、ＰＴＣ素材を使用したヒータの場合には、温度センサーや制御回路を設けなくても、加熱手段の温度を自動的にほほ一定の温度に保つことができるので、遠赤外線照射セラミックス自体の温度もほほ一定の温度に保つことができるので好適である。これは、ＰＴＣ素材の特性である、設定温度まで温度が上昇すると電気抵抗の急増により実質的に電流を遮断し、設定温度よりも低い時は電気抵抗が小さく電流が流れジュール熱で発熱するという機能に起因している。
【００１４】
なお、本発明の骨形成促進装置は、遠赤外線照射部だけでもよいが、遠赤外線照射部以外に、骨芽細胞等の収容しておく容器や、この容器を保持しておくベースを備えていれば、骨芽細胞等への遠赤外線の照射が容易になる。
【００１５】
上記のごとき骨形成促進装置を、骨の治療応用した骨治療器具を、図１および図２に示す。
図１において、符号１が本実施形態の骨治療器具を示している。この骨治療器具１は、シート状の本体部２を備えており、本体部２は、布等のように生体に巻き付けることができる程度の可撓性を備えた素材によって形成されている。生体には、人間と、家畜やペット等の動物の両方が含まれるのはいうまでもない。
この本体部２の一面には、遠赤外線を放射し得る面状発熱体３が設けられている。この面状発熱体３は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を素材とし、フィルム状に形成された上下一対の基材と、上下一対の基材の内面の間に液密に密封された電極および放射体とを有するものである。電極は、例えは銀ペースト、銅ペースト等の導電性の素材から形成されたものであり、放射体は、上述した遠赤外線照射セラミックスやカーボンブラックやカーボングラファイト、セラミックスパウダー、アルミナ、ジルコン等の金属紛等遠赤外線を放射する素材と、ポリエチレングリコール等を基材とした半導体等の有する正温度係数（P.T.C:PositiveTemperature Coefficiennt）機能、いわゆる自己温度制御機能を有する素材を含むものである。
【００１６】
なお、上記の面状発熱体に代えて、本体部２の表面にシート状のヒータを設け、このヒータの表面に上述した遠赤外線照射セラミックスからなる遠赤外線放射層を形成してもよい。この場合、ヒータおよび遠赤外線放射層は、本体部２の変形に追従して変形し、生体に巻き付けることができる程度の可撓性を有するように形成する必要がある。具体的には、ヒータには、例えば、電気毛布に設けられるヒータや棒状、粒状の物質からなるヒータ等を使用することができるし、遠赤外線放射層は遠赤外線を放射するフィルムを貼り付けたり、セラミックス吸着体を塗布する等の方法で形成すればよい。
【００１７】
以上のごとき構成を有するので、骨治療器具１を、その内面、つまり、面状発熱体３が生体に接触するように生体における治療箇所（例えば、骨折箇所）に巻きつければ、骨治療器具１を生体の治療箇所に固定することができる。この状態で面状発熱体３に通電すれば、面状発熱体３の放射体の温度が上昇し、放射体から遠赤外線が生体に向けて照射される。生体に照射された遠赤外線は、生体の筋肉などを伝播して骨の治療箇所まで到達する。すると、治療箇所において、骨芽細胞の増殖を抑制し、アルカリフォスファターゼ活性とオステオカルシンの発現を促進し、更に、細胞外基質の形成と石灰化を促進するから、骨の新生を促進される。
よって、骨折した骨同士を早期に結合させることができ、また、骨折箇所にチタンインプラント等を配設した場合であっても、チタンインプラント等の石灰化も促進され、早期に骨に固定させることができる。
【００１８】
また、遠赤外線によって細胞を構成する蛋白質分子や水分子にエネルギーが供給されるから、遠赤外線を照射しない場合よりも、細胞が活性化され、強く骨同士またはチタンインプラント等と骨組織とを結合させることができる（後述する実施例１参照）。
そして、生体に遠赤外線を照射するだけであるから、患者に苦痛を与えることなく、骨形成能力を高くすることができる。
【００１９】
さらに、骨治療器具１のシート状の本体部２を生体に巻きつければ、面状発熱体３が簡単に生体に固定することができるし、面状発熱体３が生体の治療箇所を囲むように配置されるから、治療箇所に対して360°全方向から遠赤外線を照射できる。よって、治療箇所に対する遠赤外線の照射効率がよくなり、また、治療箇所による遠赤外線の照射量の差も少なくすることができるので、骨の新生をより一層促進することができる。
【００２０】
なお、骨治療器具１は、上記のごとき構成のものに限られず生体に固定できるような形状に形成されていればよく、本体部の形状は特に限定されない。例えば、本体部を三角巾の形状にしたり、コルセット型、シーネ（マウスピース）型にしてもよい。コルセット型とすれば、遠赤外線効果だけでなく、骨疾患患部である骨折部位やヘルニア、骨粗しょう症等の障害を受けている部分を固定あるいは牽引することができるので、骨損傷を防ぎ、骨形成を緩やかに促進する効果が得られる。また、シーネ（マウスピース）型とすれば、歯周病の治療として歯周組織周辺に被せて使用できるので、歯周病による歯槽骨減少などの障害を受けている部分を固定することができるので、この場合も、骨損傷を防ぎ、骨形成を緩やかに促進する効果が得られる。
【００２１】
さらになお、上述したような遠赤外線照射セラミック部材だけで骨治療器具を形成してもよい。この場合には、図２（Ｂ）に示すように、シート状や平板状、布状、包帯状、テープ、紐状等の形状に遠赤外線照射セラミック部材５を形成し、この遠赤外線照射セラミック部材５を生体に貼り付けたり載せたりした状態で遠赤外線を照射すれば、照射された遠赤外線を遠赤外線照射セラミック部材５が吸収し、所定の波長の遠赤外線を生体に向けて放出させることができる。そして、骨治療器具自体に遠赤外線照射セラミックを加熱する手段を設けなくてよいから、骨治療器具自体の構成を簡単にすることができる。
さらになお、遠赤外線吸収照射セラミックスを液状ないしペースト状のバインダーに混練しペースト状にした遠赤外線照射セラミック（セラミックペースト）を軟膏、ピーディング、ローション等として、骨治療器具として使用することも可能である。この場合には、セラミックペーストを生体の表面に塗り、バインダーを硬化または消失させて体表面に遠赤外線吸収照射セラミックス膜１を形成すれば、遠赤外線吸収照射セラミックスを生体に密着させた状態で生体に固定することができる。そして、ペースト状の状態で生体に塗るから、生体のどの部分にも使用できるので、好適である。
【実施例１】
【００２２】
[試験例１：遠赤外線照射マウスの骨新生促進試験]
遠赤外線照射がチタンインプラントと骨との接着に与える影響を調査するために、チタンインプラントを移植動物の大腿骨に移植して、移植動物を、遠赤外線が照射されている条件と遠赤外線が照射されていない条件でそれぞれ飼育し、所定の期間経過後、大腿骨と結合しているチタンインプラントを大腿骨とともに移植動物から取り出して、大腿骨とチタンインプラントとの結合強度を比較した。
結合強度は、移植動物から取り出されたチタンインプラントの体頭部にタコ糸を固定し、一方、大腿骨にも別のタコ糸で縛り、各タコ糸のそれぞれを小型万能試験機（オートグラフ、島津製作所）のジグに固定し引っ張り試験を行った。実験は、同じ条件で２回繰り返して行った。なお、チタンインプラントへのタコ糸の固定は、チタンインプラントの体頭部をタコ糸で縛り、アロンアルファーにて固定した。また、大腿骨には、タコ糸で縛って固定した。
【００２３】
チタンインプラントは、純チタン製インプラント材料（RTPポストチタン＃Ti、デンテック、東京）をオートクレーブにて滅菌後、シリカゾル（スノーテック０）溶液に４８時間浸漬してその表面を石灰化させ（シリカゾル（スノーテック０）処理）、石灰化させた後に、MEM培養液 (Minimum Essential Medium Eagle, Sigma, St. Louis, MO, USA)中で５日間浸漬し、最後に紫外線ランプ下で１２時間滅菌したものを使用した。
なお、チタンインプラントの表面が石灰化している場合と、表面が石灰化させていない場合を比較するために、シリカゾル（スノーテック０）処理を行っていないものも使用した。
【００２４】
移植動物はSD系ラット２０週齢の雄１６匹を用いた。ラットをペントバルビタール系麻酔薬であるソムノペンチル（共立製薬、東京）麻酔下で固定板（夏目製作所）に固定し、大腿部内側の皮膚を切開し、ピンセットで筋肉の隙間を押し開き、大腿骨を剖出し、歯科用タービン（TORX  TR2、モリタ）でフィッシャーバー（φ0.5ｍｍ）を用いて、大腿骨中央部に穿孔し、インプラント材料を埋入した。インプラント後、抗生物質（アンチバイオティックーアンチマイオティック，ギブコNZ）を10000ユニット／ｋｇ体重となるように注射した。各ラットの左肢にシリカゾル処理チタンインプラント、右肢に対照用のチタンインプラント、つまり、シリカゾル処理をしていないチタンインプラントを埋入した。
なお、ラットの飼育には、市販の動物飼育装置を使用したが、遠赤外線を照射するラットには、我々が開発した、遠赤外線ヒータを利用した動物飼育装置（特性遠赤外線動物飼育装置：Ｂｌｏｏｄｉｓｈ，ｉｎｃ  徳島）を使用し、夜９時から朝９時までの１２時間、飼育空間に遠赤外線を照射することによってラットに遠赤外線を供給した。なお、遠赤外線ヒータはラットには密着していない。遠赤外線を照射しないラットは、通常の動物飼育装置を使用し、遠赤外線の照射以外の条件、例えば、飼育環境の温度や湿度などは遠赤外線を照射するラットと同じ条件で飼育した。
【００２５】
試験の結果の表を以下に示し、また図４および図５にグラフを示した。以下の表およびグラフにおいて、Ｃｏｎｔｒｏｌは遠赤外線を照射していない条件で飼育したものを示しており、ＦＩＲは遠赤外線を照射した条件で飼育したものを示している。また、ＣｏｎｔｒｏｌおよびＦＩＲの後につけられている、Ｌ、Ｒは、Ｌはシリカゾル処理チタンインプラントであることを示しており、Ｒはシリカゾル処理をしていないチタンインプラントであることを示している。また、１Ｗ、２Ｗ、４Ｗは、以下の表において、それぞれ、移植後１週目、２週目、４週目にチタンインプラントを取り出したときにおける結果を示している。左の１，２，３，４という数字はラットの個体ナンバーで特定の個体を示し、平均とＳＤ（標準偏差）は統計計算によって算出した数字である。
１Ｗ  ：  Control L  ：  Control R  ：    FIR L    ：  FIR R    
１  ：    0.97      ：    0.3    ：    0.88      ：  0.18      
２  ：    0        ：     0      ：    2.6506    ：  2.5301      
平均  ：    0.485    ：    0.15    ：    1.7653    ：  1.35505      
ＳＤ  ：    0.685894  ：  0.212132  ：    1.252003  ：  1.661772  
２Ｗ  ：  Control L  ：  Control R  ：    FIR L    ：  FIR R    
１  ：    0.8514    ：    3.6144  ：    3.7108    ：  5.5422    
２  ：    2.8434    ：    6.2972  ：    4.6265    ：  0.9478    
３  ：       ―      ：    4.5301  ：    6.5382    ：  3.3574    
平均  ：    1.8474    ：    4.8139    ：    4.9585  ：  3.282467    
ＳＤ  ：    1.408557  ：  1.36373    ：  1.442642  ：  2.298116  
４Ｗ  ：  Control L   ：  Control R  ：    FIR L    ：    FIR R    
１  ：      ―      ：      ―      ：    ―      ：    ―      
２  ：    1.5421    ：      ―      ：    ―      ：    ―      
３  ：    9.0763    ：    3.3574    ：  9.9278    ：  5.3173    
４  ：    12.365    ：    7.0362    ：  11.261    ：  10.923    
平均  ：    7.661133  ：    5.1968    ：  10.5944  ：  8.12015    
ＳＤ  ：    5.548497  ：    2.601304  ：  0.942715  ：  3.963828    
図４の結果から、移植後、１週目、２週目、３週目で、シリカゾル処理あるいは無処理とも、ほとんど遠赤外線を照射することで、遠赤外線を照射しない場合に比べてチタンインプラントと骨との接着が促進されていることが確認できる。このことから、ほとんどの場合遠赤外線を照射することで骨の新生が促進されチタンと新生骨との接着が強固になったものと思われる。
また、図５には、石灰化を促進するシリカゾル処理のチタンインプラントの試験の結果のみを示しているが、移植後１週目、２週目、３週目のすべての場合で、遠赤外線を照射しない場合に比べて骨形成が強く促進されていることを示している。
以上の結果から、遠赤外線を照射しない場合に比べてチタンインプラントと骨との接着が促進されていることが確認できる。そして、体表から離れた場所から遠赤外線を照射しても、深部まで到達し、骨組織や骨髄組織での骨組織の新生を促進し、骨の再生を亢進することが明らかになった。そのため、骨折や骨粗鬆症などの骨欠損性の疾患には、遠赤外線を照射することで治癒を促進するものと考えられる。
なお、無処理の２週目だけが、逆に対照群の方が強く接着されているが、その理由は、個体差と考えられる。
【実施例２】
【００２６】
[試験例２：特性遠赤外線照射骨芽細胞の増殖抑制試験]
遠赤外線が未成熟または未分化な骨芽細胞に与える影響を確認するために、前骨芽細胞を遠赤外線が照射されている条件と遠赤外線が照射されていない条件で培養し、その前骨芽細胞数の変化を比較した。
細胞数はトリパンブルー色素排除法によって測定した。具体的には、２４穴ディッシュに5×104個ずつ播種された細胞を培養し、トリパンブルー色素排除法によって１，３，５，７，１０日目における細胞数を計測した。
【００２７】
使用した細胞は、マウス頭蓋冠由来前骨芽細胞株MC3T3-E1細胞  (RIKEN Cell Bank, Tsukuba, Japan)であり、１０％のFBSと１％の抗生物質を含むα-MEM培地(増殖用培地)（Ｓｉｇｍａ，Ｓｔ  Ｌｏｕｓ，ＵＳＡ）において培養した。各ディッシュ内で、細胞がコンフルエントに達した後は増殖用培地にアスコルビン酸５０μg/ml、βグリセロリン酸１０mM、デキサメタゾン1mM（Ｓｉｇｍａ，Ｓｔ  Ｌｏｕｓ，ＵＳＡ）を加えたもの（分化用培地）を使用して培養を継続した。
また、遠赤外線が照射されている条件での培養は、培養空間内に配置された細胞に我々が開発した遠赤外線を照射できるＣＯ２インキュベータ（特性遠赤外線ＣＯ２インキュベータ：  Ｂｌｏｏｄｉｓｈ，ｉｎｃ  徳島）を使用して行い、比較対照となる遠赤外線が照射されない条件での培養は、一般的なインキュベータ（ニクロム線加熱、ウォータジャケット有）を使用して行った。なお、培養は、いずれの条件においても、３７℃、湿度100％、５％ＣＯ２、９５％空気の気相下で行い、増殖用培地および分化用培地は、いずれも３日に一度交換した。
【００２８】
図６に実験結果を示す。なお、図６において、Ｃｏｎｔｒｏｌは遠赤外線を照射していない条件で培養したものを示しており、ｈｅａｔｅｒは遠赤外線を照射した条件で培養したものを示している。また、図６のグラフの縦軸は、分化用培地内における前骨芽細胞数を示している。
まず、マウス頭蓋冠由来前骨芽細胞株MC3T3-E1細胞は前骨芽細胞であり、分化培地にて培養することにより、細胞増殖を停止し、骨芽細胞に分化成熟して、骨形成を起こすことが知られているのであるが、図７に示すように、この細胞に遠赤外線を照射すると、細胞増殖は３，１０日目において遠赤外線が照射されない条件で培養されている細胞に対して有意に抑制されていることが確認できる（p<0.05）。なお、p<0.05は、統計処理の有意差検定の一つの方法であるスチューデント  ｔ−テストにて算出した結果、危険率５％以下で有意であることが証明されたことを示す。
つまり、遠赤外線が照射されない条件で培養されている前骨芽細胞に比べて、遠赤外線を照射した条件で培養されている前骨芽細胞は、その増殖を停止し、骨芽細胞に分化し、骨形成を開始していることが確認できる。この結果より、未分化な幹細胞とは異なり、未分化または分化度の低い骨芽細胞に対しては、遠赤外線は増殖を抑制し、分化を促進する方向に働くことが明らかになった。
【実施例３】
【００２９】
[試験例３：特性遠赤外線照射骨芽細胞の骨機能を示す遺伝子の発現促進試験]
遠赤外線が未成熟または未分化な骨芽細胞に与える影響を確認するために、前骨芽細胞を遠赤外線が照射されている条件と遠赤外線が照射されていない条件で培養し、骨芽細胞の骨機能を示す遺伝子の発現状況の変化を比較した。
遺伝子の発現状況はＲＴ−ＰＣＲ法にて、石灰化活性の指標となるアルカリンフォスファターゼ、基質形成の指標となるタイプＩコラーゲン、骨形成の成熟段階を示すオステオカルシンをＲＴ−ＰＣＲ法にて解析した。具体的な検査方法は以下のとおりである。
まず、60mmディッシュに3×105個ずつ細胞（マウス頭蓋冠由来前骨芽細胞株MC3T3-E1細胞  (RIKEN Cell Bank, Tsukuba, Japan)）を播種し、１０％のFBSと１％の抗生物質を含むα-MEM培地(増殖用培地)（Ｓｉｇｍａ，Ｓｔ  Ｌｏｕｓ，ＵＳＡ）において培養する。各ディッシュ内で、細胞がコンフルエントに達した後は増殖用培地にアスコルビン酸５０μg/ml、βグリセロリン酸１０mM、デキサメタゾン1mM（Ｓｉｇｍａ，Ｓｔ  Ｌｏｕｓ，ＵＳＡ）を加えたもの（分化用培地）を使用して培養を継続しし、分化用培地に交換してから０，１，３，５，７，１０，１４，２１，２８日目における培養細胞をPBS(-)にて２回洗浄した後、Trizol (Invitrogen, Carlsbad, CA,USA)で溶解し、クロロホルムを加えて遠心により蛋白質除去を行う。上清よりエタノール沈殿にてtotal RNAを回収し、回収されたtotal RNA １μgにdT primerおよび１０mM dNTP mixを加え、６５℃、５分間加熱した後、10×RT buffer、２５mM MgCl2、0.1M DTTを混合し、４２℃、２分間反応させる。その後、逆転写酵素SuperScriptIIRT (Invitrogen)を加え、４２℃、５０分間インキュベートしてcDNAを合成し、７０℃、１５分間熱処理することで逆転写反応を終了させ、氷上にて急冷させる。さらに、３７℃、２０分間処理することでRNAを分解することによって  ＲＮＡを含まない、ｃＤＮＡが得られる。このｃＤＮＡから、目的とする因子（アルカリンフォスファターゼ、タイプＩコラーゲン、オステオカルシン）の特異的プライマーを用いて、ｃＤＮＡを増幅するためにＰＣＲ（ポリメラーゼチェーンリアクション）法を用いて解析した。PCRはReadyMix PCR Master Mix  (AB gene, Epsom, Surrey, UK)を用いて行い、PCR産物、つまり、種々の因子のｃＤＮＡの混合体から、特異的に増幅された目的とする因子のｃＤＮＡは、1.5％アガロースゲルにて電気泳動させた後、エチジウムブロマイドにて染色してから、CCDカメラにて撮影を行った。なお、遺伝子の発現程度を統一するためにハウスキーピング遺伝子であるＧ３ＰＤＥＨを対照とした。
【００３０】
また、培養は、遠赤外線が照射されている条件での培養は、培養空間内に配置された細胞に我々が開発した遠赤外線を照射できるＣＯ２インキュベータ（特性遠赤外線ＣＯ２インキュベータ：Ｂｌｏｏｄｉｓｈ，ｉｎｃ  徳島）を使用して行い、比較対照となる遠赤外線が照射されない条件での培養は、一般的なインキュベータ（ニクロム線加熱、ウォータジャケット有）を使用して行った。そして、培養は、いずれの条件においても、３７℃、湿度100％、５％ＣＯ２、９５％空気の気相下で行い、増殖用培地および分化用培地は、いずれも３日に一度交換した。
【００３１】
図７に実験結果を示す。なお、図７において、Ｃｏｎｔｒｏｌは遠赤外線を照射していない条件で培養したものを示しており、ＦＩＲは遠赤外線を照射した条件で培養したものを示している。また、図８において、撮影画像の上部に記載されている数字は分化用培地に交換してからの日数を示している。また、撮影画像における明るさ（白さ）が検査対象となる、目的とする遺伝子の発現量を示しており、明るさが強い場合が目的とする遺伝子を多く発現している場合に該当する。
図８に示すように、ＦＩＲ群では、初期の骨分化マーカーであるアルカリフォスファターゼが、ｃｏｎｔｒｏｌ群よりも早い時期から明るさが強くなっており、早い時期からアルカリフォスファターゼが発現していることが確認できる。また、分化後期のマーカーであるオステオカルシンについても、ＦＩＲ群では、コントロール群に比べ早い時期から上昇している。したがって、RT-PCRによる検査において、ＦＩＲ群は、ｃｏｎｔｒｏｌ群よりも早い時期から分化が開始する、つまり、分化が促進されていることが確認できる。以上の結果から、遠赤外線は未成熟なまたは未分化な骨芽細胞に対しては分化を促進し、かつ、成熟した骨芽細胞に対しては、骨形成を亢進させる作用があることが明らかになった。
【実施例４】
【００３２】
[試験例４：特性遠赤外線照射骨芽細胞の骨基質形成促進試験]
遠赤外線が骨形成に与える影響を確認するために、前骨芽細胞を遠赤外線が照射されている条件と遠赤外線が照射されていない条件で培養し、石灰化組織の形成状況を比較した。
石灰化組織の形成状況はvon Kossa染色により検査した。具体的には、５穴ディッシュに1×105個ずつ細胞を播種し、分化開始後２１日目の細胞をPBSにて２回洗浄した後、１０％ホルマリンPBSにて分化の進行を停止させ、細胞の形態を固定し、５％硝酸銀溶液にて染色した後、５分間のUV照射を行うことによってリン酸銀の沈殿にＵＶ照射することで還元させ発色させることにより、ハイドロキアパタイトの検出を行った。
【００３３】
使用した細胞は、マウス頭蓋冠由来前骨芽細胞株MC3T3-E1細胞(RIKEN Cell Bank, Tsukuba, Japan)であり、１０％のFBSと１％の抗生物質を含むα-MEM培地(増殖用培地)（Ｓｉｇｍａ，Ｓｔ  Ｌｏｕｓ，ＵＳＡ）において培養した。各ディッシュ内で、細胞がコンフルエントに達した後は増殖用培地にアスコルビン酸５０μg/ml、βグリセロリン酸１０mM、デキサメタゾン1mM（Ｓｉｇｍａ，Ｓｔ  Ｌｏｕｓ，ＵＳＡ）を加えたもの（分化用培地）を使用して培養を継続した。
また、遠赤外線が照射されている条件での培養は、培養空間内に配置された細胞に遠赤外線を照射できるＣＯ２インキュベータ（特性遠赤外線ＣＯ２インキュベータ：Ｂｌｏｏｄｉｓｈ，ｉｎｃ  徳島）を使用して行い、比較対照となる遠赤外線が照射されない条件での培養は、一般的なインキュベータ（ニクロム線加熱、ウォータジャケット有）を使用して行った。なお、培養は、いずれの条件においても、３７℃、湿度100％、５％ＣＯ２、９５％空気の気相下で行い、増殖用培地および分化用培地は、いずれも３日に一度交換した。
【００３４】
図８に実験結果を示す。なお、図８において、Ｃｏｎｔｒｏｌは遠赤外線を照射していない条件で培養したものを示しており、ＦＩＲは遠赤外線を照射した条件で培養したものを示している。
図８に示すように、ｃｏｎｔｒｏｌ群に比べて、ＦＩＲ群では、染色された細胞、つまり、MC3T3-E1細胞からの分化が進行した石灰化組織の領域が非常に広くなっている。そして、染色された細胞の色の濃さも、ｃｏｎｔｒｏｌ群に比べて、ＦＩＲ群が非常に濃くなっており、石灰化組織の密度が高い、つまり、石灰化組織の量が多くなっていることが確認できる。したがって、von Kossa染色による検査においても、ＦＩＲ群は、ｃｏｎｔｒｏｌ群よりも骨芽細胞の分化が促進されていることが確認できる。以上の結果から、成熟した骨芽細胞に対して、遠赤外線は、分化を促進させ、コラーゲンを活発に形成し、石灰化を促進することが明らかになった。このことは、細胞レベルでも、遠赤外線は骨形成を促進する作用があることが解明された。
【００３５】
上記の実験結果をまとめると、まず、細胞レベルにおいて、遠赤外線は骨芽細胞には増殖を抑制して、分化を促進することが確認できる。そして、遠赤外線によって分化を促進された骨芽細胞は、早い時期から骨基質の形成と石灰化に関与する遺伝子を発現して、アルカリフォスガターゼ活性を亢進して、コラーゲンを分泌し、骨基質を活発に形成することが明らかになった。
また、個体レベルにおいても、体表面から離れた場所から遠赤外線を照射すれば、身体の深部にまで浸透し、遠赤外線が骨組織の骨新生を活性化し、インプラントと骨組織の結合を強固にすることが明らかになった。
したがって、遠赤外線を体表から照射すれば、骨組織の形成が活性化されることが明らかであり、骨欠損を伴う骨疾患の治療を目的とした、遠赤外線骨治療器具が有効であることが証明された。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の骨治療器具の概略説明図である。
【図２】本発明の骨治療器具の使用状態を示す概略図である。
【図３】遠赤外線吸収照射セラミックスの放射スペクトルを示すグラフである。
【図４】遠赤外線照射マウスの骨新生促進試験の結果を示すグラフである。
【図５】遠赤外線照射マウスの骨新生促進試験のシリカゾル処理の結果を示すグラフである。
【図６】特性遠赤外線照射骨芽細胞MC3T3-E1細胞の増殖抑制試験の結果を示すグラフである。
【図７】特性遠赤外線照射骨芽細胞MC3T3-E1細胞の骨機能を示す遺伝子の発現促進試験の結果を示す図である。
【図８】特性遠赤外線照射骨芽細胞MC3T3-E1細胞の骨基質形成促進試験の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    骨治療器具
２    本体部
３    面状発熱体
【図１】
2007054468.tif 000003
【図２】
2007054468.tif 000004
【図３】
2007054468.tif 000005
【図４】
2007054468.tif 000006
【図５】
2007054468.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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