(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の薬液供給容器、薬液を生体組織材料を処理する一つの浸漬容器に導入するために、それぞれの薬液供給容器に接続された複数の輸液チューブ、該浸漬容器内の薬液を排出する排出チューブ、および複数の薬液を混合することなく交互に浸漬容器内に導入すべく該輸液チューブと排出チューブの開閉を制御する手段とからなることを特徴とする生体組織材料を表面改質処理する交互浸漬装置 。
【請求項２】
該輸液チューブと該排出チューブの開閉を制御する手段は輸液チューブおよび排出チューブの途中に設けたバルブおよび該バルブの開閉を自動制御するバルブコントローラーからなることを特徴とする請求項１記載の交互浸漬装置 。
【請求項３】
浸漬容器の蓋の内側に生体組織材料を固定するフックを設けたことを特徴とする請求項１または２記載の生体組織材料を処理する交互浸漬装置 。
【請求項４】
浸漬容器の側壁に生体組織材料を外部から挿入する挿入用孔を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の生体組織材料を処理する交互浸漬装置 。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の交互浸漬装置を用いて、複数の薬液の一つをカルシウムを含む水溶液とし、別の薬液をリン酸を含む水溶液とし、交互に混合することなく浸漬容器に満たされた該水溶液に生体組織材料を浸漬して表面改質処理することによって、処理された生体組織材料の表面および内部にリン酸カルシウムを複合化させることを特徴とする生体組織材料を表面改質処理するための交互浸漬方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、靱帯や腱などの軟組織材料や人工材料など様々な生体組織材料を移植する際にその表面および内部を処理するための装置および方法に関し、特に、生体組織材料の表面および内部にリン酸カルシウム系化合物を形成するために適する交互浸漬装置および交互浸漬方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
骨修復材料、人工臓器、体内埋め込み式医療器具などの材料表面に骨と類似した構造と組成を有する水酸アパタイト膜を各種の方法でコーティングする方法が知られており、その一つの方法として、特公平６−２９１２６号公報には、飽和乃至過飽和濃度の水酸アパタイト成分水溶液中に材料を浸漬することにより基材に活性水酸アパタイト膜をコーティングする方法が開示されており、また特開平６−３２７７５７号公報には、有機繊維または無機繊維の集合体に液相析出法でリン酸カルシウム系化合物の膜をコーティングする方法が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
靭帯損傷の修復治療において、人工靭帯、自家靭帯を移植することが行われているが、この場合は、人工靭帯、白家靭帯は、骨と直接接着させる必要がある。しかしながら、現在の修復治療技術では接着強度が十分でなく、靭帯の剥離、破壊切断などが問題となっている。この問題点の改善策として、本発明者らは、交互浸漬法 による腱および靭帯などの生体軟組織材料の表面改質の有用性を見出し、この発明に関して特許出願した（特願平１１−３２３７５３号；特開２００１−１３７３２９号公報）。
【０００４】
上記の発明の生体軟組織材料の表面改質方法は、コラーゲンを主成分とする構造体（生体軟組織材料）に生体融和性かつ細胞分化・誘導機能および骨伝導誘導能を有するヒドロキシアパタイトを含むリン酸カルシウム系化合物を複合化させる方法である。この方法によって得られた材料は、硬組織である骨との親和性が高く、再建手術後の靱帯および腱などの生体軟組織材料と骨との固着速度、固着強度が改善される。
【０００５】
しかし、靭帯とリン酸カルシウム系化合物を複合化する交互浸漬法 を実際に手術現場で実用化し、手術中に短時間で少ない人員で行うようにするためには、自動化と無菌性の確保が課題となった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の特願平１１−３２３７５３号の明細書に開示したとおり、これまでの分子複合系の研究において、腱または靭帯用の生体組織とリン酸カルシウム系化合物を複合化できることを確認した。
【０００７】
すなわち、上記の特許出願の明細書において、腱および／または靱帯をカルシウムイオン（濃度０．１〜４０ｗｔ％）を含む水溶液に浸漬し、次いで蒸留水または生理食塩水に浸漬し、さらにリン酸イオン（濃度０．１〜２０ｗｔ％）を含む水溶液に浸漬する操作を１回以上行うことにより、ヒドロキシアパタイトを含むリン酸カルシウム系化合物を腱や靱帯などの表面層に形成させる表面改質方法を開示した。
【０００８】
この方法により得られた成形体により膝前十字靱帯再建術のような自家組織を用いた手術で問題になっている軟組織である靱帯や腱などと硬組織である骨との固着性を高めることができる。
【０００９】
本発明者らは、さらに上記の課題を解決すべく、交互浸漬法 を用いて自動的にかつ無菌的に生体組織材料とリン酸カルシウム系化合物を複合化させる装置について種々の検討を重ねた結果、靭帯や腱などの軟組織材料およびその他の人工材料を含めて生体組織材料の表面処理に適した交互浸漬装置および交互浸漬方法を完成した。
【００１０】
すなわち、本発明は、複数の薬液供給容器、薬液を生体組織材料を処理する一つの浸漬容器に導入するために、それぞれの薬液供給容器に接続された複数の輸液チューブ、該浸漬容器内の薬液を排出する排出チューブ、および複数の薬液を混合することなく交互に浸漬容器内に導入すべく該輸液チューブと排出チューブの開閉を制御する手段とからなることを特徴とする生体組織材料を表面改質処理する交互浸漬装置、である。
【００１１】
また、本発明は、該輸液チューブと該排出チューブの開閉を制御する手段は輸液チューブおよび排出チューブの途中に設けたバルブおよび該バルブの開閉を自動制御するバルブコントローラーからなることを特徴とする上記の交互浸漬装置、である。
【００１２】
また、本発明は、 浸漬容器の蓋の内側に生体組織材料を固定するフックを設けたことを特徴とする上記の生体組織材料を処理する交互浸漬装置、である。
【００１３】
また、本発明は、浸漬容器の側壁に生体組織材料を外部から挿入する挿入用孔を設けたことを特徴とする上記の生体組織材料を処理する交互浸漬装置、である。
【００１４】
また、本発明は、上記の交互浸漬装置を用いて、複数の薬液の一つをカルシウムを含む水溶液とし、別の薬液をリン酸を含む水溶液とし、交互に混合することなく浸漬容器に満たされた該水溶液に生体組織材料を浸漬して表面改質処理することによって、処理された生体組織材料の表面および内部にリン酸カルシウムを複合化させることを特徴とする生体組織材料を表面改質処理するための交互浸漬方法、である。
【００１５】
本発明の自動化した交互浸漬装置を用いて、生体組織材料、例えば、靱帯や腱を無菌容器内に配置して、無菌容器内にリン酸を含む水溶液とカルシウムを含む水溶液を、バルブを自動的に制御して、それぞれの水溶液が混合することなく交互に満たすことにより、生体組織材料の表面および内部にリン酸カルシウム系化合物を形成させることができる。
【００１６】
生体組織材料としては、靱帯や腱などの親水性の軟組織材料の他にキチン、キトサン、ゴアテックス（登録商標）などの弗素樹脂、ポリエステル、ポリ乳酸、ポリビニルアルコールをはじめとして、コラーゲン、ゼラチン、コンドロイチン硫酸、ヒアルロン酸およびその複合体などの人工材料が例示される。コラーゲン、ゼラチン、コンドロイチン硫酸、ヒアルロン酸などは水溶性であることが多いため、架橋などを行いゲル化したようなものとする必要がある。
【００１７】
生体組織材料の表面および内部に形成させるリン酸カルシウム系化合物には、アモルファスカルシウムホスフェート、ヒドロキシアパタイト、オクタカルシウムホスフェート、トリカルシウムホスフェート、ジカルシウムホスフェートジハイドレートなど多くのものを含む。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の交互浸漬装置を図１、図２、図３を参照して説明する。図１は、交互浸漬装置の全体を示す概念的な側面図である。図２は、浸漬容器に生体組織材料を浸漬する一つの態様を示す概念的な側面図である。図３は、浸漬容器に生体組織材料を浸漬する別の態様を示す概念的な側面図である。
【００１９】
まず、図１に示すように、ガートル台１上に浸漬容器２を設置し、その上方に設置したつり下げ棒３に複数の薬液供給容器として、点滴バッグＡ，Ｂ，Ｃをつり下げる。ガートル台１は、車輪１１を設けて移動可能にするとよい。それぞれの点滴バッグＡ，Ｂ，Ｃに輸液チューブ４Ａ，４Ｂ，４Ｃを接続し、それぞれの輸液チューブを一つの浸漬容器２にそれぞれ接続する。
【００２０】
また、浸漬容器２の底部には排出チューブ４Ｄを接続する。排出チューブ４Ｄはガートル台１上に載置した廃液を溜める陰圧廃液ボトル５に接続する。さらに、浸漬容器２には溶液を排出する際に空気を取り入れるエアチューブ４Ｅを取り付ける。エアチューブ４Ｅは、浸漬容器２内の溶液を廃液として陰圧廃液ボトル５に排出する際に、浸漬容器２内を大気圧に戻すために必要なものである。エアチューブ４Ｅの先端には、好ましくは浸漬容器２に入る空気を清浄にするためのエアフイルター６を設ける。
【００２１】
輸液チューブ４Ａ，４Ｂ，４Ｃと排出チューブ４Ｄの途中に液体の流れを止めるためのチューブ開閉制御手段を設ける。このチューブ開閉制御手段としては、例えば、排出チューブ４Ｄに対応するバルブ[1]、輸液チューブ４Ａ，４Ｂ，４Ｃにそれぞれ対応するバルブ[2]、[3]、[4]を一体にしたバルブ装置７を設けることが好ましい。このバルブ装置７は、例えば、ガートル台１の支柱８に支持棒９で水平に支持するとよい。
【００２２】
バルブそれ自体の構造等は、各チューブ中の液体の流れを止めたり、流れるようにしたりすることができるものであれば、特に限定されない。弾力のあるチューブを挟んで潰すことにより流体の流れを制御する方式のバルブ装置は好ましい一つの態様として採用できる。
【００２３】
バルブ[1]、[2]、[3]、[4]の開閉制御は、ガートル台１上の適宜の個所に設置したバルブコントローラー１０からのプログラムされた自動制御信号によって制御する。輸液チューブ４Ａ，４Ｂ，４Ｃは、それぞれ、バルブ[2]、[3]、[4]によって開閉を制御する。排出チューブ４Ｄは、バルブ[1]によって開閉を制御する。
【００２４】
浸漬容器２は、例えばポリ塩化ビニール製のものが好ましい。ポリ塩化ビニールを用いる利点は、点滴チューブに使われているように、ガス（エチレンオキサイド）滅菌が可能であることにある。基本的には使い捨てとなる。しかし、滅菌可能で、かつ使い捨てにできるコストパフォーマンスがあれば、ポリ塩化ビニールである必要性はない。輸液チューブとしては、一般に使用されている点滴チューブを使用できる。
【００２５】
図２は、複合化したい生体組織材料が移動可能なもの（例えば、生体から切り離した遊離靱帯や腱）である場合に用いる浸漬容器２の構造の一形態を示すものであり、容器２の蓋１２の内側の中央下部に生体組織材料の固定フック１３を設けて、生体組織材料をこの固定フック１３に固定する。
【００２６】
図３は、複合化したい生体組織材料が移動不可能なもの（例えば、人体に付いている靭帯や腱の一端）である場合に用いる浸漬容器２の構造の一形態を示すものであり、浸漬容器２の側壁１４に生体組織材料を外部から挿入できる挿入用孔１５を設け、 浸漬容器２を肩や膝付近まで持っていき、挿入用孔１５から靱帯や腱の一端からなる生体組織材料１６を浸漬容器２に挿入する。浸漬容器２中は薬液が流れるために、挿入した靱帯や腱の一端からなる生体組織材料１６と挿入用孔１５との間にスペースがあると液漏れを起こすので、これを防ぐためにパッキン１７を挿入用孔１５の周囲に設ける。
【００２７】
生体組織材料の表面および内部にリン酸カルシウムを形成させる場合には、カルシウムを含む水溶液（例えば、ＣａＣｌ2 ）をＡ液、洗浄用水溶液（例えば、蒸留水、生理食塩水）をＢ液、リン酸を含む水溶液（例えば、リン酸２水素ナトリウム、リン酸水素２ナトリウム、リン酸３ナトリウム）をＣ液とし、各水溶液を点滴バッグＡ、Ｂ、Ｃにそれぞれ充填する。
【００２８】
水溶液の濃度は、生理食塩水に近い浸透圧（２７９ｍｍｏｌ／ｋｇ）程度が望ましい。濃度が著しく高い場合は、生体組織の損傷が大きくなると考えられる。濃度が著しく低い場合は、リン酸カルシウムの原料が減少するため、単位時間あたりのリン酸カルシウムの生成量が低下し、手術中に行うには不都合である。
【００２９】
次に、本発明の交互浸漬装置を用いて生体組織材料を表面改質処理する方法を図１、図２、図３を参照して説明する。まず、バルブコントローラー１０のタイムチャート（１サイクル）に基づいて各バルブの動作を説明する。なお、各バルブの開閉時間およびサイクル数は自由に設定可能である。サイクル数については、サイクル数が多いほどリン酸カルシウム系化合物の生成量は増加するが、作業時間が長くなる。
【００３０】
すべてのバルブが閉まった状態でバルブコントローラー１０のスタートスイッチを押すことにより以下のバルブ動作が作動する。
（１）：バルブ[2]が開き、Ａ液が浸漬容器２に流れ込む（Ｔ１）。
（２）：バルブ[2]が閉じて、浸漬容器２にＡ液が留まる（Ｔ２）。
（３）：バルブ[1]が開き、フイルター６およびチューブ４Ｅを通して浸漬容器２に空気が流入し、浸漬容器２からＡ液が排出される（Ｔ３）。
（４）：バルブ[1]が閉じて、バルブ[3]が開き、浸漬容器２にＢ液が流れ込む（Ｔ４）。
（５）：バルブ[3]が閉じて、浸漬容器２にＢ液が留まる（Ｔ５）。
（６）：バルブ[1]が開き、フイルター６およびチューブ４Ｅを通して浸漬容器２に空気が流入し、浸漬容器２からＢ液が排出される（Ｔ６）。
【００３１】
（７）：バルブ[1]が閉じて、バルブ[4]が開き、浸漬容器２にＣ液が流れ込む（Ｔ７）。
（８）：バルブ[4]が閉じて、浸漬容器２にＣ液が留まる（Ｔ８）。
（９）：バルブ[1]が開き、フイルター６およびチューブ４Ｅを通して浸漬容器２に空気が流入し、浸漬容器２からＣ液が排出される（Ｔ９）。
（１０）：バルブ[1]が閉じて、バルブ[3]が開き、浸漬容器２にＢ液が流れ込む（Ｔ１０）。
（１１）：バルブ[3]が閉じて、浸漬容器２にＢ液が留まる（Ｔ１１）。
（１２）：バルブ[1]が開き、フイルター６およびチューブ４Ｅを通して浸漬容器２に空気が流入し、浸漬容器２からＢ液が排出される（Ｔ１２）。
（１３）：バルブ[1]が閉じる。
【００３２】
次に、各バルブの開閉時間の具体的態様を説明する。
Ｔ１：Ａ液が浸漬容器を満たすだけの時間が必要である。
Ｔ２：Ａ液への浸漬時間が長いほどリン酸カルシウム系化合物の生成量は増加するが、作業時間が長くなる。
Ｔ３：Ａ液が浸漬容器から完全に排出されるだけの時間が必要である。
Ｔ４：Ｂ液が容器内を満たすだけの時間が必要である。
Ｔ５：浸漬される材料中に残存したイオンが洗浄液中に拡散するのに必要な時間（約３０秒）で十分である。
【００３３】
Ｔ６：Ｂ液が浸漬容器から完全に排出されるだけの時間が必要である。
Ｔ７：Ｃ液が浸漬容器内を満たすだけの時間が必要である。
Ｔ８：Ｃ液への浸漬時間が長いほどリン酸カルシウム系化合物の生成量は増加するが、作業時間が長くなる。
Ｔ９：Ｃ液が浸漬容器から完全に排出されるだけの時間が必要である。
Ｔ１０：Ｂ液が浸漬容器内を満たすだけの時間が必要である。
Ｔ１１：：浸漬される材料中に残存したイオンが洗浄液中に拡散するのに必要な時間（約３０秒）で十分である。
Ｔ１２：Ｂ液が浸漬容器から完全に排出されるだけの時間が必要である。
【００３４】
【実施例】
実施例１
上記の実施の形態において説明した装置を用いて、以下の条件で生体組織材料を表面改質処理した。処理する生体組織材料には、ウサギのアキレス腱を用いた。図２に示す形態の浸漬容器を用いて、その材料固定フックにこのアキレス腱を固定して処理した。
【００３５】
４．３ｗｔ％塩化カルシウム水溶液、０．９ｗｔ％食塩水、１．６６ｗｔ％リン酸２水素ナトリウム水溶液をそれぞれＡ、Ｂ、Ｃ液として、点滴バッグＡ、Ｂ、Ｃにそれぞれ充填した。サイクル数を３回、バルブの開閉時間は、Ｔ１：２０秒、Ｔ２：１８０秒、Ｔ３：２０秒、Ｔ４：２０秒、Ｔ５：２０秒、Ｔ６：２０秒、Ｔ７：２０秒、Ｔ８：１８０秒、Ｔ９：２０秒、Ｔ１０：２０秒、Ｔ１１：２０秒、Ｔ１２：２０秒とした。
【００３６】
交互浸漬により生成したリン酸カルシウム量を測定するために、１２０℃で乾燥したサンプルを１００％の重量とし、１２００℃まで加熱することにより有機成分（蛋白やコラーゲンなど）を熱分解し、１２００℃で焼成後に残った無機物（リン酸カルシウム）量を測定し、その割合を求めた。その結果、ウサギのアキレス腱に複合化された無機物量は乾燥重量の８．３％となった。このような処理をしないものでは焼成後にはほとんど残存物はなかった（０．３％程度）。得られた表面改質したアキレス腱をＸＲＤにより測定した結果、低結晶性水酸化アパタイトであった。
【００３７】
実施例２
上記の実施の形態において説明した装置を用いて、以下の条件で生体組織材料を表面改質処理した。処理する生体組織材料には、キトサン多孔体を用いた。図２に示す形態の浸漬容器を用いて、その材料固定フックにこのキトサン多孔体を固定して処理した。
【００３８】
４．３ｗｔ％塩化カルシウム水溶液、０．９ｗｔ％食塩水、１．６６ｗｔ％リン酸２水素ナトリウム水溶液をそれぞれＡ、Ｂ、Ｃ液として、点滴バッグＡ、Ｂ、Ｃにそれぞれ充填した。サイクル数を３回、バルブ開閉時間は、Ｔ１：２０秒、Ｔ２：１８０秒、Ｔ３：２０秒、Ｔ４：２０秒、Ｔ５：２０秒、Ｔ６：２０秒、Ｔ７：２０秒、Ｔ８：１８０秒、Ｔ９：２０秒、Ｔ１０：２０秒、Ｔ１１：２０秒、Ｔ１２：２０秒とした。
【００３９】
その結果、キトサン多孔体に複合化された無機物含有量は乾燥重量の１６．３％となった。得られた表面改質したキトサン多孔体をＸＲＤにより測定した結果、低結晶性水酸化アパタイトであった。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の交互浸漬装置の全体を示す概念的な側面図である。
【図２】図２は、本発明の交互浸漬装置の浸漬容器に生体組織材料を浸漬する一つの態様を示す概念的な側面図である。
【図３】図３は、本発明の交互浸漬装置の浸漬容器に生体組織材料を浸漬する別の態様を示す概念的な側面図である。
【符号の説明】
Ａ、Ｂ、Ｃ 点滴バッグ
４Ａ、４Ｂ、４Ｃ 輸液チューブ
４Ｄ 排出チューブ
４Ｅ エアチューブ
６ エアフイルター
７ バルブ装置
８ 支柱
９ 支持棒
１０ バルブコントローラー
１１ 車輪
１２ 蓋
【図１】
0004215956.tif 000002
【図２】
0004215956.tif 000003
【図３】
0004215956.tif 000004