JP2004049626A - Filling material of osteochondral defect and filling body of osteochondral defect and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、骨軟骨補填材および骨軟骨補填体とその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
自然修復が不可能な関節軟骨損傷に対して、従来から患者の非荷重部関節軟骨組織を移植する方法や、培養軟骨細胞を浮遊液状態で移植する方法が行われている。軟骨組織移植は、健全な非荷重部の関節軟骨組織を切り出して欠損部に補充する方法であるため、新たな欠損を生じてしまう不都合がある。
また、培養軟骨浮遊液の状態での移植は、患者の非荷重部軟骨組織からごく少量の軟骨組織を採取し、in vitroで培養・増殖させたものを使用する。しかし、この方法では、移植細胞の漏出や単層培養における培養軟骨細胞の硝子軟骨細胞としての機能を充分に発現できないという問題が指摘されている。
【0003】
そこで、軟骨細胞と生体組織とを組み合わせた組織工学的手法による取り組みがなされるようになっている。生体材料としては、ポリ乳酸やポリグリコール酸、コラーゲンなどの生体吸収性高分子材料からなるスポンジを用いており、軟骨細胞の足場として軟骨組織の再生に成功している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの従来技術では、軟骨細胞のみを培養するため関節軟骨損傷の程度が進行し、大きな軟骨欠損が生じている場合には適用が困難となる。すなわち、軟骨下骨と移植した軟骨組織との接着が剥離し、移植した軟骨組織の機能を充分に発現できない問題がある。これに対して、非荷重部の軟骨組織を軟骨下骨とともに切り出して欠損部に移植する方法であれば、軟骨組織としての機能は確保されるものの、非荷重部に軟骨欠損のみならず骨欠損を生じてしまう不都合がある。また、少量の移植であれば、採取部の軟骨組織および骨組織は経時的に修復されるが、通常に必要とされる移植部位の量では移植欠損部の修復は困難である。
【0005】
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、健全な軟骨組織を切除することなく軟骨組織における欠損部を修復することを可能とする骨軟骨補填材および骨軟骨補填体とその製造方法を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は、以下の手段を提供する。
請求項1に係る発明は、リン酸カルシウムとそれよりも軟質の生分解性材料とからなる複合膜と、リン酸カルシウムからなる多孔体とを接合してなる骨軟骨補填材を提供する。
この発明によれば、リン酸カルシウムからなる多孔体において骨芽様細胞を培養し、リン酸カルシウムとそれよりも軟質の生分解性材料とからなる複合膜において、軟骨芽様細胞を培養することにより、骨組織を形成する骨補填体と、軟骨組織を形成する軟骨補填体とが一体的に接合された骨軟骨補填体を製造することができる。
【0007】
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の発明において、前記多孔体に抗生物質が含浸されている骨軟骨補填材を提供する。
この発明によれば、抗生物質の作用により、雑菌の繁殖を抑えて健全な骨軟骨の再生を促すことが可能となる。
【0008】
請求項3に係る発明は、リン酸カルシウムとそれよりも軟質の生分解性材料とからなり、軟骨芽様細胞が培養された複合膜と、リン酸カルシウムからなり、骨芽様細胞が培養された多孔体とが接合されてなる骨軟骨補填体を提供する。
この発明によれば、関節において軟骨組織に生じた欠損部に、この骨軟骨補填体を補填することにより、骨芽様細胞が培養された多孔体を関節が構成されている部分の骨組織に支持させることができる。したがって、軟骨芽様細胞が培養された複合膜が骨組織に支持された状態で軟骨組織が再生され、関節における軟骨組織の欠損部が修復されることになる。
【0009】
請求項4に係る発明は、リン酸カルシウムとそれよりも軟質の生分解性材料とからなる複合膜と、リン酸カルシウムからなる多孔体とを接合してなり、これら複合膜および多孔体に間葉系幹細胞が付与されている骨軟骨補填体を提供する。この発明によれば、複合膜においては間葉系幹細胞を軟骨芽細胞に分化させ、多孔体においては間葉系幹細胞を骨芽細胞に分化させることで、関節における軟骨組織の欠損部を修復することが可能となる。
【0010】
請求項5に係る発明は、リン酸カルシウムとそれよりも軟質の生分解性材料とからなる複合膜において、軟骨芽様細胞を培養し、リン酸カルシウムからなる多孔体において骨芽様細胞を培養し、これら軟骨芽様細胞が培養された複合膜と骨芽様細胞が培養された多孔体とを接合した状態で、所定期間にわたって培養する骨軟骨補填体の製造方法を提供する。
この発明によれば、複合膜に培養された軟骨芽様細胞と、多孔体に培養された骨芽様細胞とが再度所定期間にわたって培養されるので、両者の境界において、軟骨芽様細胞と骨芽様細胞とが相互に入り込むように成長する。したがって、量細胞が絡み合うように成長して相互に結合され、結合力が高められた骨軟骨補填体が製造されることになる。
【0011】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態に係る骨軟骨補填材および骨軟骨補填体とその製造方法について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る骨軟骨補填材1は、図1に示されるように、L型ポリ乳酸(以下、PLLAという。)のような生体吸収性高分子材料とβリン酸三カルシウム(以下、β−TCPという。)に代表されるリン酸カルシウムとからなる複合膜2と、リン酸カルシウムからなる多孔体3とを一体化して構成されている。
【0012】
リン酸カルシウムからなる多孔体3(例えば、β−TCP多孔体として説明する。)は、β−TCPの粉末をスラリー化、発泡、乾燥、焼結することで製造される。また、PLLAとβ−TCPとからなる複合膜2は、リン酸カルシウムスラリーに生体吸収性高分子材料を混合した後に、発泡、乾燥させることで製造される。
【0013】
なお、β−TCPの濃度は必要に応じて調整することができる。(軟骨細胞の培養担体としては、β−TCPは極力少量であることが望ましいため、必要に応じ、PLLAを溶融した状態にしてβ−TCP粉末を添加、混合することも可能である。)
PLLAとβ−TCPとの複合膜2とβ−TCP多孔体3との接合は、フィブリン糊のような生体用接着剤を用いて行うことも可能であるが、PLLAが軟化する温度にて両者を溶着することにしてもよい。なお、このように製造された骨軟骨補填材に抗生物質を含浸させてもよい。抗生物質としては、例えば、ペニシリン系抗生物質を用いることができる。
【0014】
このようにして構成された本実施形態に係る骨軟骨補填材1は、関節組織の補填体の足場として有効である。
すなわち、複合膜2は、β−TCPとそれよりも軟質なPLLAとから構成されているので、ここに軟骨細胞を培養することにすれば、再生される軟骨組織を適度に軟質かつ高い強度に製造することが可能となる。一方、多孔体3はβ−TCPにより構成されているので、ここに骨細胞を培養することにすれば、軟骨組織よりも硬質かつ充分に高い強度を有する骨組織を製造することが可能となる。
【0015】
次に、本実施形態に係る骨軟骨補填体10について、以下に説明する。本実施形態に係る骨軟骨補填体10は、以下のとおりに製造される。
図2に示されるように、まず、上述した複合膜2と多孔体3とを別々に用意し(ステップ1,2)、複合膜2には軟骨芽様細胞、多孔体3には骨芽様細胞をそれぞれ播種して別々に培養する(ステップ3,4)。培養は、例えば、適当な培地内において、37℃、5%CO2濃度で所定期間にわたって行われる。軟骨芽様細胞および骨芽様細胞は、例えば、患者から採取した骨髄液を一次培養することにより、間葉系幹細胞を取得し、これに、それぞれの分化誘導因子を作用させることにより製造されたものである。
【0016】
このようにして構成された、培養された軟骨芽様細胞を担持した複合膜2と、培養された骨芽様細胞を担持した多孔体3とを、例えば、フィブリン糊によって相互に接合される(ステップ5)。そして、この状態で、さらに適当な培地内において、所定期間にわたる培養を行う(ステップ6)。
これにより、複合膜2に培養された軟骨芽様細胞が多孔体3側に成長する一方、多孔体3側に培養された骨芽様細胞が複合膜2側に成長し、相互に絡み合って高い強度で接合されることになる。なお、この働きを利用することで、ステップ5においてフィブリン糊等の接合剤を不要とすることができる。
【0017】
そして、このようにして構成された骨軟骨補填体10を関節の欠損部に適用するには、図3に示されるように、まず、(a)関節の軟骨組織4に生じた欠損部5を、(b)当該欠損部5に相当する軟骨組織4に接合している骨組織6ごと切除する。次いで、(c)上記により製造された骨軟骨補填体10を補填する。骨軟骨補填体1の内、骨芽様細胞が培養されたβ−TCPの多孔体3部分は、関節を構成する骨組織6に形成された凹部7にはめ込まれる一方、軟骨芽様細胞が培養された複合膜2部分は、欠損部5を切除した後の健全な軟骨組織4に接触するように配置される。
【0018】
これにより、骨芽様細胞を培養した多孔体3部分にはこの多孔体3を足場として骨組織が再生誘導される一方、軟骨細胞を培養した複合膜2には軟骨組織が再生誘導される。そして、経時的に、多孔体3は自家骨に置換され、複合膜2は分解して軟骨に置換される。これにより、軟骨組織4に生じた欠損部5が修復されることになる。
また、本実施形態に係る骨軟骨補填体10によれば、多孔体3に抗生物質が含浸されているので、培養中あるいは欠損部5に補填された後においても、この抗生物質の作用により、細菌等の感染が予防され、健全な細胞の成長が促されることになる。
【0019】
このように、本実施形態に係る骨軟骨補填材1および骨軟骨補填体10とその製造方法によれば、高い接合力で人工的に接合された骨補填体と軟骨補填体とを有する骨軟骨補填体10が提供されるので、モザイクプラスティによる場合のように、健全な軟骨組織4を切除することなく、軟骨組織4における欠損部5を修復することが可能となる。したがって、大がかりな手術を無くして患者にかかる負担を低減することができる。また、健全な軟骨組織4を代用しないので、健全な軟骨組織4が失われることがない。
【0020】
また、本実施形態に係る骨軟骨補填体10によれば、製造される迄に所定の培養期間を要するので、緊急を要する場合にはモザイクプラスティにより、一時的に健全な軟骨組織4を代用することも考えられる。このような場合には、モザイクプラスティにより健全な軟骨組織4が切除された部分に、本実施形態に係る骨軟骨補填体10を補填することにより、当該切除部分において軟骨組織4を再生させることができる。
【0021】
なお、本実施形態においては、β−TCPより軟質の生分解性材料としてPLLAを用いることとしたが、これに代えて、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、コラーゲン、ヒアルロン酸を用いてもよい。
また、リン酸カルシウムとしては、吸収性を有するβリン酸三カルシウムが最も好ましいが、これに代えて、アパタイト等、生体適合性を有する他のリン酸カルシウムを採用してもよい。
また、抗生物質として、ペニシリン系抗生物質を採用したが、これに代えて、セフェム系、マクロライド系、テトラサイクリン系、ホスホマイシン系、アミノグリコシド系、ニューキノロン系等任意の抗生物質を採用することができる。
【0022】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る骨軟骨補填材、骨軟骨補填体とその製造方法によれば、関節の軟骨組織に生じた欠損部にしっかりと定着して、欠損部を修復することができる。また、健全な軟骨組織を切除する必要がないので、患者の負担を低減することができるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態に係る骨軟骨補填材を示す縦断面図である。
【図2】この発明の一実施形態に係る骨軟骨補填体の製造方法を示すフローチャートである。
【図3】図2の骨軟骨補填体を軟骨組織の欠損部に補填する手順を説明する図である。
【符号の説明】
1 骨軟骨補填材
2 複合膜
3 多孔体
10 骨軟骨補填体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an osteochondral prosthesis, an osteochondral prosthesis, and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
For articular cartilage damage that cannot be repaired spontaneously, a method of transplanting articular cartilage tissue of a non-weighted part of a patient and a method of transplanting cultured chondrocytes in a suspension state have been used. Since the cartilage tissue transplantation is a method of cutting out a healthy non-loaded articular cartilage tissue and replenishing the defective part, there is a disadvantage that a new defect is generated.
For transplantation in the form of a suspension of cultured cartilage, a very small amount of cartilage tissue is collected from the non-loading part cartilage tissue of a patient and cultured and propagated in vitro. However, in this method, it has been pointed out that there is a problem that the transplanted cells leak or that the cultured chondrocytes in the monolayer culture cannot sufficiently function as hyaline chondrocytes.
[0003]
Therefore, an approach using a tissue engineering technique combining a chondrocyte and a living tissue has been developed. As a biomaterial, a sponge made of a bioabsorbable polymer material such as polylactic acid, polyglycolic acid, and collagen is used, and cartilage tissue has been successfully regenerated as a scaffold for chondrocytes.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in these conventional techniques, the degree of articular cartilage damage progresses because only chondrocytes are cultured, and application becomes difficult when a large cartilage defect occurs. That is, there is a problem that the adhesion between the subchondral bone and the transplanted cartilage tissue is detached, and the function of the transplanted cartilage tissue cannot be sufficiently exhibited. On the other hand, if the method is to cut out the cartilage tissue of the non-loading part together with the subchondral bone and transplant it to the defect part, the function as the cartilage tissue is secured, but not only the cartilage defect but also the bone defect in the non-loading part There is an inconvenience of causing. In addition, if the transplantation is performed in a small amount, the cartilage tissue and the bone tissue at the sampling site are repaired over time, but it is difficult to repair the transplantation defect with the amount of the transplantation site normally required.
[0005]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has an osteochondral filling material and an osteochondral filling material capable of repairing a defect in cartilage tissue without removing healthy cartilage tissue, and production thereof. It is intended to provide a way.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The invention according to claim 1 provides an osteochondral filling material formed by joining a composite membrane made of calcium phosphate and a biodegradable material softer than the same and a porous body made of calcium phosphate.
According to the present invention, bone tissue is cultured by culturing osteoblast-like cells in a porous body made of calcium phosphate, and culturing chondroblast-like cells in a composite membrane made of calcium phosphate and a softer biodegradable material. An osteochondral prosthesis can be manufactured in which a bone prosthesis for forming cartilage and a cartilage prosthesis for forming cartilage tissue are integrally joined.
[0007]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the osteochondral replacement material according to the first aspect, wherein the porous body is impregnated with an antibiotic.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to suppress reproduction | regeneration of various bacteria, and to promote healthy osteochondral regeneration by the effect of an antibiotic.
[0008]
The invention according to
According to the present invention, by filling the osteochondral prosthesis into the defect part generated in the cartilage tissue in the joint, the porous body in which the osteoblast-like cells are cultured can be used as the bone tissue in the portion where the joint is formed. Can be supported. Therefore, the cartilage tissue is regenerated while the composite membrane on which the chondroblast-like cells are cultured is supported by the bone tissue, and the defective portion of the cartilage tissue in the joint is repaired.
[0009]
The invention according to
[0010]
The invention according to
According to the present invention, the chondroblast-like cells cultured on the composite membrane and the osteoblast-like cells cultured on the porous body are cultured again for a predetermined period of time. Bud-like cells grow to penetrate each other. Therefore, an osteochondral prosthesis having an increased binding strength is produced by growing the cells in an intertwined manner and being connected to each other.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An osteochondral filler and an osteochondral filler according to an embodiment of the present invention and a method for producing the same will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the osteochondral filler 1 according to the present embodiment includes a bioabsorbable polymer material such as L-type polylactic acid (hereinafter, referred to as PLLA) and β-tricalcium phosphate (hereinafter, β). -TCP), and a
[0012]
The
[0013]
The concentration of β-TCP can be adjusted as needed. (Because it is desirable that the amount of β-TCP is as small as possible as a culture carrier for chondrocytes, it is also possible to add and mix β-TCP powder in a molten state of PLLA, if necessary.)
Bonding of the
[0014]
The thus configured osteochondral prosthesis 1 according to the present embodiment is effective as a scaffold for a prosthesis for joint tissue.
That is, since the
[0015]
Next, the
As shown in FIG. 2, first, the above-mentioned
[0016]
The
Thereby, while the chondroblast-like cells cultured on the
[0017]
Then, in order to apply the thus configured
[0018]
As a result, regeneration of the bone tissue is induced in the portion of the
Further, according to the
[0019]
As described above, according to the osteochondral prosthesis 1 and the
[0020]
In addition, according to the
[0021]
In the present embodiment, PLLA is used as a biodegradable material softer than β-TCP, but polylactic acid, polyglycolic acid, collagen, or hyaluronic acid may be used instead.
As calcium phosphate, β-tricalcium phosphate having absorbability is most preferable, but other calcium phosphate having biocompatibility such as apatite may be used instead.
In addition, although penicillin antibiotics are employed as antibiotics, any antibiotics such as cephem, macrolide, tetracycline, fosfomycin, aminoglycoside, and new quinolone can be employed instead.
[0022]
【The invention's effect】
As described above, according to the osteochondral prosthesis, the osteochondral prosthesis, and the method of manufacturing the same according to the present invention, it is possible to firmly fix the defect in the cartilage tissue of the joint and repair the defect. it can. Moreover, since there is no need to remove healthy cartilage tissue, there is also an effect that the burden on the patient can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an osteochondral substitute according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a method of manufacturing an osteochondral prosthesis according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating a procedure for filling the osteochondral prosthesis of FIG. 2 into a defective portion of cartilage tissue.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
リン酸カルシウムからなる多孔体において骨芽様細胞を培養し、
これら軟骨芽様細胞が培養された複合膜と骨芽様細胞が培養された多孔体とを接合した状態で、所定期間にわたって培養する骨軟骨補填体の製造方法。Culturing chondroblast-like cells in a composite membrane consisting of calcium phosphate and a softer biodegradable material,
Osteoblast-like cells are cultured on a porous body made of calcium phosphate,
A method for producing an osteochondral prosthesis, wherein the composite membrane in which the chondroblast-like cells are cultured and the porous body in which the osteoblast-like cells are cultured are joined and cultured for a predetermined period.
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004290586A (en) * | 2003-03-28 | 2004-10-21 | National Institute For Materials Science | Biological tissue filling material and method for producing the same |
| WO2009133878A1 (en) * | 2008-04-30 | 2009-11-05 | 学校法人聖マリアンナ医科大学 | Biomaterial of artificial bone-cartilage complex type |
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-
2002
- 2002-07-22 JP JP2002212715A patent/JP2004049626A/en active Pending
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| JP2009268494A (en) * | 2008-04-30 | 2009-11-19 | St Marianna Univ School Of Medicine | Biomaterial of artificial bone-cartilage complex type |
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