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JP6621824B2 - Method for manufacturing biological tube model and method for manufacturing biological organ model - Google Patents

Method for manufacturing biological tube model and method for manufacturing biological organ model Download PDF

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JP6621824B2 JP2017528376A JP2017528376A JP6621824B2 JP 6621824 B2 JP6621824 B2 JP 6621824B2 JP 2017528376 A JP2017528376 A JP 2017528376A JP 2017528376 A JP2017528376 A JP 2017528376A JP 6621824 B2 JP6621824 B2 JP 6621824B2
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Description

本発明は、生体管模型の製造方法および生体臓器模型の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a biological tube model and a method for manufacturing a biological organ model.

従来、外科医の手術トレーニングには、実物の生体臓器に似せた生体臓器模型が使用されている。例えば、特許文献1の[請求項1]には、「平均重合度が300〜3500であり、ケン化度が90モル%以上であるポリビニルアルコールからなる水性ゲルおよびシリカ粒子を含有することを特徴とする臓器モデル用成形材料」が開示されている。   Conventionally, a living organ model resembling a real living organ has been used for surgical training of a surgeon. For example, [Claim 1] of Patent Document 1 includes “an aqueous gel composed of polyvinyl alcohol having an average polymerization degree of 300 to 3500 and a saponification degree of 90 mol% or more and silica particles. A molding material for an organ model is disclosed.

特開2010−277003号公報JP 2010-277003 A

近年、肝臓などの生体臓器に似せた生体臓器模型だけでなく、血管などの生体管に似せた生体管模型についても、開発が望まれている。
例えば、実際の肝臓の内部には、肝静脈、肝動脈、門脈、胆管などの生体管が張り巡らされている。このため、生体管を模した生体管模型を内包した生体臓器模型を用いれば、より実用的であり、とりわけ、患者固有の生体管を模した生体管模型を用いれば、非常に精緻な手術トレーニングおよび手術前カンファレンス等が可能となる。
In recent years, development is desired not only for living organ models resembling living organs such as the liver, but also for living body tube models resembling living vessels such as blood vessels.
For example, living tubes such as hepatic veins, hepatic arteries, portal veins, and bile ducts are stretched around the actual liver. For this reason, it is more practical to use a living organ model that imitates a living body tube model that imitates a living body tube. In addition, pre-operative conferences and the like are possible.

そこで、本発明は、簡便に生体管模型が得られる生体管模型の製造方法、および、上記方法によって得られた生体管模型を用いた生体臓器模型の製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a biological tube model in which a biological tube model can be easily obtained, and a method for manufacturing a biological organ model using the biological tube model obtained by the above method.

本発明者らは、鋭意検討した結果、以下の構成により上記目的が達成されることを見出した。すなわち、本発明は、以下の[1]〜[6]を提供する。
[1]生体管の形態に対応した形状を有する雄型の表面に、水溶性ポリマーおよび水を含有する前駆体組成物を接触させて、水溶性ポリマーおよび水を含有するゲル皮膜によって上記雄型の表面を被覆する工程と、上記ゲル皮膜から上記雄型を離型させて、上記ゲル皮膜からなる中空の生体管模型を得る工程と、を備える生体管模型の製造方法。
[2]上記ゲル皮膜によって上記雄型の表面を被覆する工程が、予め冷却した上記雄型を上記前駆体組成物に浸漬することによって、上記雄型の表面に上記ゲル皮膜を析出させる工程である、上記[1]に記載の生体管模型の製造方法。
[3]上記雄型の材質が、柔軟性を有する材質である、上記[1]または[2]に記載の生体管模型の製造方法。
[4]上記生体管模型が血管模型である、上記[1]〜[3]のいずれかに記載の生体管模型の製造方法。
[5]更に、上記中空の生体管模型の中に模擬体液を注入する工程を備える、上記[1]〜[4]のいずれかに記載の生体管模型の製造方法。
[6]上記[1]〜[5]のいずれかに記載の生体管模型の製造方法によって得られた生体管模型を、生体臓器の形態に対応した内面形状を有する雌型の内部空間に配置する工程と、上記内部空間に、水溶性ポリマーおよび水を含有する前駆体組成物に注入し、水溶性ポリマーおよび水を含有するゲル体を生成させる工程と、上記ゲル体から上記雌型を離型させて、上記生体管模型の一部または全部を内包した上記ゲル体からなる生体臓器模型を得る工程と、を備える生体臓器模型の製造方法。
As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above object is achieved by the following configuration. That is, the present invention provides the following [1] to [6].
[1] A male composition having a shape corresponding to the shape of a biological tube is brought into contact with a precursor composition containing a water-soluble polymer and water, and the male mold is formed by a gel film containing the water-soluble polymer and water. A method of manufacturing a biological tube model comprising: a step of covering the surface of the tube; and a step of releasing the male mold from the gel film to obtain a hollow biological tube model made of the gel film.
[2] The step of coating the surface of the male mold with the gel coating is a step of depositing the gel coating on the surface of the male mold by immersing the male mold cooled in advance in the precursor composition. A method for producing a biological tube model according to [1] above.
[3] The method for manufacturing a biological tube model according to [1] or [2], wherein the male material is a material having flexibility.
[4] The method for manufacturing a biological tube model according to any one of [1] to [3], wherein the biological tube model is a blood vessel model.
[5] The method for manufacturing a biological tube model according to any one of [1] to [4], further including a step of injecting a simulated body fluid into the hollow biological tube model.
[6] The biological tube model obtained by the method for manufacturing a biological tube model according to any one of [1] to [5] is disposed in a female internal space having an inner surface shape corresponding to the shape of the biological organ. Injecting a precursor composition containing a water-soluble polymer and water into the internal space to produce a gel body containing the water-soluble polymer and water, and separating the female mold from the gel body. And obtaining a living organ model made of the gel body containing a part or all of the living body tube model.

本発明によれば、簡便に生体管模型が得られる生体管模型の製造方法、および、上記方法によって得られた生体管模型を用いた生体臓器模型の製造方法を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the biological tube model from which the biological tube model can be obtained simply, and the manufacturing method of the biological organ model using the biological tube model obtained by the said method can be provided.

図1Aは、本発明の生体管模型の製造方法の好適態様の一例を示す断面図であり、雄型および前駆体組成物を準備した状態を示す。FIG. 1A is a cross-sectional view showing an example of a preferred embodiment of the method for producing a biological tube model of the present invention, showing a state in which a male mold and a precursor composition are prepared. 図1Bは、本発明の生体管模型の製造方法の好適態様の一例を示す断面図であり、雄型に前駆体組成物を接触させた状態を示す。FIG. 1B is a cross-sectional view showing an example of a preferred embodiment of the method for producing a biological tube model of the present invention, and shows a state in which a precursor composition is brought into contact with a male mold. 図1Cは、本発明の生体管模型の製造方法の好適態様の一例を示す断面図であり、ゲル皮膜によって雄型の表面を被覆した状態を示す。FIG. 1C is a cross-sectional view showing an example of a preferred embodiment of the method for manufacturing a biological tube model of the present invention, and shows a state in which a male surface is covered with a gel film. 図1Dは、本発明の生体管模型の製造方法の好適態様の一例を示す断面図であり、ゲル皮膜から雄型を離型させた状態を示す。FIG. 1D is a cross-sectional view showing an example of a preferred embodiment of the method for manufacturing a biological tube model of the present invention, and shows a state where the male mold is released from the gel film. 図2は、模擬体液が注入された生体管模型の好適態様の一例を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a preferred embodiment of a biological tube model into which a simulated body fluid is injected. 図3Aは、本発明の生体臓器模型の製造方法の好適態様の一例を示す断面図であり、生体管模型を雌型の内部空間に配置した状態を示す。FIG. 3A is a cross-sectional view showing an example of a preferred embodiment of the method for manufacturing a biological organ model of the present invention, and shows a state in which the biological tube model is arranged in a female internal space. 図3Bは、本発明の生体臓器模型の製造方法の好適態様の一例を示す断面図であり、雌型の内部空間に前駆体組成物を注入した状態を示す。FIG. 3B is a cross-sectional view showing an example of a preferred embodiment of the method for producing a living organ model of the present invention, and shows a state in which a precursor composition is injected into the female internal space. 図3Cは、本発明の生体臓器模型の製造方法の好適態様の一例を示す断面図であり、ゲル体から雌型を離型させた状態を示す。FIG. 3C is a cross-sectional view showing an example of a preferred embodiment of the method for producing a living organ model of the present invention, and shows a state where the female mold is released from the gel body.

以下、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。   Hereinafter, the numerical range expressed using “to” in this specification means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value.

[生体管模型の製造方法]
本発明の生体管模型の製造方法は、生体管の形態に対応した形状を有する雄型の表面に、水溶性ポリマーおよび水を含有する前駆体組成物を接触させて、水溶性ポリマーおよび水を含有するゲル皮膜によって上記雄型の表面を被覆する工程と、上記ゲル皮膜から上記雄型を離型させて、上記ゲル皮膜からなる中空の生体管模型を得る工程と、を備える生体管模型の製造方法である。
こうして、雄型の表面にゲル皮膜を形成した後に離型するだけで、この雄型の形状が転写されたゲル皮膜からなる中空の生体管模型が簡便に得られる。
[Production method of biological tube model]
In the method for producing a biological tube model of the present invention, a water-soluble polymer and water are brought into contact with a male composition surface having a shape corresponding to the shape of the biological tube by bringing a precursor composition containing the water-soluble polymer and water into contact therewith. A step of covering the surface of the male mold with a gel film containing, and a step of releasing the male mold from the gel film to obtain a hollow biological tube model made of the gel film. It is a manufacturing method.
In this way, a hollow living body model made of a gel film to which the shape of the male mold is transferred can be easily obtained simply by forming the gel film on the surface of the male mold and then releasing the mold.

〔生体管模型の製造方法の好適態様〕
以下、図1A〜図1Dおよび図2に基づいて、本発明の生体管模型の製造方法の好適態様を、概略的に説明する。
図1A〜図1Dは、本発明の生体管模型の製造方法の好適態様の一例を示す断面図である。図1Aは、雄型および前駆体組成物を準備した状態を示し、図1Bは、雄型に前駆体組成物を接触させた状態を示し、図1Cは、ゲル皮膜によって雄型の表面を被覆した状態を示し、図1Dは、ゲル皮膜から雄型を離型させた状態を示す。
[Preferred embodiment of manufacturing method of biological tube model]
Hereinafter, based on FIG. 1A-FIG. 1D and FIG. 2, the suitable aspect of the manufacturing method of the biological pipe model of this invention is demonstrated roughly.
Drawing 1A-Drawing 1D are sectional views showing an example of the suitable mode of the manufacturing method of the living body model of the present invention. 1A shows a state in which a male mold and a precursor composition are prepared, FIG. 1B shows a state in which the precursor composition is brought into contact with the male mold, and FIG. 1C shows that the surface of the male mold is coated with a gel film. FIG. 1D shows a state in which the male mold is released from the gel film.

まず、図1Aに示すように、雄型11を準備する。
雄型11は、生体管を模した生体管模型を得るための鋳型(中子)である。ここで、生体管としては、生体における管構造を有する器官であれば特に限定されず、静脈、動脈、門脈などの血管のほか、例えば、胆管、尿管などが挙げられる。なお、図1Aには、一例として、樹枝状の肝静脈の形態に対応した形状を有する雄型11を示している。
雄型11の材質としては、特に限定されないが、後述する理由から、例えば軟質のゴム状ポリマー物質などの柔軟性を有する材質であることが好ましい。
また、雄型11の製造方法は、特に限定されないが、実物に即した形状が得られることから、3D(三次元)プリンタを用いて製造することが好ましい。なお、3Dプリンタには、血管などの生体管の3Dデータが使用されるが、このとき、患者固有のデータを(適宜加工したうえで)用いることによって、より精緻な生体管模型が得られる。
First, as shown in FIG. 1A, a male mold 11 is prepared.
The male mold 11 is a mold (core) for obtaining a biological tube model simulating a biological tube. Here, the biological duct is not particularly limited as long as it is an organ having a tubular structure in a living body, and examples thereof include a bile duct and a ureter in addition to blood vessels such as veins, arteries, and portal veins. FIG. 1A shows a male mold 11 having a shape corresponding to a dendritic hepatic vein form as an example.
The material of the male mold 11 is not particularly limited, but for reasons described later, a material having flexibility such as a soft rubbery polymer substance is preferable.
Further, the manufacturing method of the male mold 11 is not particularly limited, but it is preferable to manufacture the male mold 11 using a 3D (three-dimensional) printer because a shape conforming to the actual product can be obtained. The 3D printer uses 3D data of a biological tube such as a blood vessel. At this time, a more precise biological tube model can be obtained by using patient-specific data (after being appropriately processed).

また、図1Aに示すように、前駆体組成物21も準備する。
前駆体組成物21は、少なくとも、水溶性ポリマーおよび水を含有する。水溶性ポリマーとしては、例えば、ポリビニルアルコール(PVA)が挙げられる。
ポリビニルアルコール(PVA)は、一般的には、酢酸ビニルモノマーが重合したポリ酢酸ビニルをケン化して得られる。
本発明に用いるポリビニルアルコールとしては、特に限定されず、従来公知のポリビニルアルコールを適宜使用できる。
例えば、ポリビニルアルコールの粘度法により求められる平均重合度(粘度平均重合度)は、300〜3500が好ましく、500〜3000がより好ましく、1000〜2500が更に好ましい。
また、ポリビニルアルコールのケン化度は、90モル%以上が好ましく、95モル%以上がより好ましく、98モル%以上が更に好ましい。なお、ケン化度の上限には限定がなく、高ければ高いほど好ましく、完全ケン化のポリビニルアルコールが特に好ましい。
ポリビニルアルコールは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
ポリビニルアルコール等の水溶性ポリマーの濃度は、前駆体組成物21の全体の質量に対して、例えば、4〜20質量%が挙げられ、5〜20質量%が好ましく、5〜15質量%がより好ましい。
なお、前駆体組成物21は、そのほか、必要に応じて、任意の添加剤を含んでいてもよい。
Moreover, as shown to FIG. 1A, the precursor composition 21 is also prepared.
The precursor composition 21 contains at least a water-soluble polymer and water. Examples of the water-soluble polymer include polyvinyl alcohol (PVA).
Polyvinyl alcohol (PVA) is generally obtained by saponifying polyvinyl acetate obtained by polymerizing vinyl acetate monomers.
It does not specifically limit as polyvinyl alcohol used for this invention, A conventionally well-known polyvinyl alcohol can be used suitably.
For example, the average polymerization degree (viscosity average polymerization degree) determined by the viscosity method of polyvinyl alcohol is preferably 300 to 3,500, more preferably 500 to 3000, and still more preferably 1000 to 2500.
The saponification degree of polyvinyl alcohol is preferably 90 mol% or more, more preferably 95 mol% or more, and still more preferably 98 mol% or more. The upper limit of the saponification degree is not limited, and it is preferably as high as possible. Particularly preferred is completely saponified polyvinyl alcohol.
Polyvinyl alcohol may be used alone or in combination of two or more.
As for the density | concentration of water-soluble polymers, such as polyvinyl alcohol, 4-20 mass% is mentioned with respect to the whole mass of the precursor composition 21, for example, 5-20 mass% is preferable, and 5-15 mass% is more. preferable.
In addition, the precursor composition 21 may contain an arbitrary additive as necessary.

次いで、図1Bに示すように、雄型11の表面に前駆体組成物21を接触させる。なお、図1Bには、一例として、容器に入れた前駆体組成物21に雄型11を浸漬する態様を示しているが、これに限定されず、前駆体組成物21を、例えば、刷毛、スプレー等の器具を用いて、雄型11の表面に塗布してもよい。   Next, as shown in FIG. 1B, the precursor composition 21 is brought into contact with the surface of the male mold 11. In addition, in FIG. 1B, although the aspect which immerses the male type | mold 11 in the precursor composition 21 put into the container as an example is shown, it is not limited to this, For example, the precursor composition 21 is a brush, You may apply | coat to the surface of the male type | mold 11 using apparatuses, such as a spray.

次に、図1Cに示すように、雄型11の表面をゲル皮膜22によって被覆する。ゲル皮膜22は、前駆体組成物21がゲル化した皮膜である。このため、ゲル皮膜22は、前駆体組成物21と同様に、少なくとも水溶性ポリマーおよび水を含有する。   Next, as shown in FIG. 1C, the surface of the male mold 11 is covered with a gel film 22. The gel film 22 is a film in which the precursor composition 21 is gelled. For this reason, the gel film 22 contains at least a water-soluble polymer and water, like the precursor composition 21.

図1A〜図1Cに基づいて説明した工程においては、予め冷却した雄型11を前駆体組成物21に浸漬することによって、雄型11の表面にゲル皮膜22を析出させる態様が好ましい。
より具体的には、例えば、まず、予め雄型11を例えば−10℃以下程度に冷却しておき、かつ、前駆体組成物21として、上述したように、ポリビニルアルコールおよび水を含有するPVA水溶液を準備する(図1A参照)。次いで、冷却しておいた雄型11をPVA水溶液である前駆体組成物21に、10〜60秒間程度浸漬させる(図1B参照)。すると、雄型11の表面付近の前駆体組成物21は、冷却されて凍結し、ゲル化する。その後、雄型11を前駆体組成物21から引き上げて、解凍することによって、雄型11の表面にゲル皮膜22が形成される(図1C参照)。
このように、予め冷却した雄型11を前駆体組成物21に浸漬してゲル皮膜22を析出させる態様であれば、ゲル皮膜22を雄型11の表面上において均一にかつ短時間で形成できるため、好ましい。
特に、雄型11が樹枝状などの複雑な形状を有する場合に、刷毛塗り等を用いて前駆体組成物21を塗布すると塗り残し等が発生しやすいが、浸漬であれば、雄型11の表面上に、塗り残し等が発生しにくく、均一かつ短時間に塗布できる。
そして、実質的に、冷却した雄型11を浸漬して引き上げるだけでゲル皮膜22が形成されるため、加熱処理等の煩雑な処理を伴うことなく簡便に、ゲル皮膜22を、均一な膜厚で短時間に形成できる。
In the process described based on FIGS. 1A to 1C, a mode in which the gel film 22 is deposited on the surface of the male mold 11 by immersing the male mold 11 cooled in advance in the precursor composition 21 is preferable.
More specifically, for example, first, the male mold 11 is previously cooled to, for example, about −10 ° C. or less, and as the precursor composition 21, as described above, a PVA aqueous solution containing polyvinyl alcohol and water. Is prepared (see FIG. 1A). Next, the cooled male mold 11 is immersed in the precursor composition 21 that is a PVA aqueous solution for about 10 to 60 seconds (see FIG. 1B). Then, the precursor composition 21 near the surface of the male mold 11 is cooled, frozen, and gelled. Then, the gel film 22 is formed on the surface of the male mold 11 by pulling up the male mold 11 from the precursor composition 21 and thawing (see FIG. 1C).
In this way, if the pre-cooled male mold 11 is immersed in the precursor composition 21 to deposit the gel film 22, the gel film 22 can be formed uniformly on the surface of the male mold 11 in a short time. Therefore, it is preferable.
In particular, when the male mold 11 has a complicated shape such as a dendritic shape, it is easy to generate unpainted parts and the like when the precursor composition 21 is applied by brush coating or the like. On the surface, it is difficult for unpainted parts to occur, and it can be applied uniformly and in a short time.
And, since the gel film 22 is formed simply by immersing and pulling up the cooled male mold 11, the gel film 22 can be easily formed into a uniform film thickness without complicated processes such as heat treatment. Can be formed in a short time.

なお、上記態様に限定されることはなく、例えば、前駆体組成物21として、ポリビニルアルコールおよび水のほかに、更に、ホウ酸イオンを含有する水溶液を使用してもよい。この場合、雄型11を予め冷却することなく、この水溶液を雄型11の表面に接触させた後、加熱等の効果処理等を施すことによって、ゲル皮膜22が形成される。   In addition, it is not limited to the said aspect, For example, as the precursor composition 21, in addition to polyvinyl alcohol and water, you may use the aqueous solution containing a borate ion further. In this case, the gel film 22 is formed by bringing the aqueous solution into contact with the surface of the male mold 11 without cooling the male mold 11 in advance, and then performing an effect treatment such as heating.

次に、図1Dに示すように、ゲル皮膜22から雄型11を離型(脱離)させて、ゲル皮膜22からなる中空の生体管模型31を得る。ここでは、肝静脈の形態に対応した形状を有する雄型11を用いたので、生体管模型31として、肝静脈を模した血管模型が得られる。   Next, as shown in FIG. 1D, the male mold 11 is released (desorbed) from the gel film 22 to obtain a hollow biological tube model 31 made of the gel film 22. Here, since the male mold 11 having a shape corresponding to the form of the hepatic vein is used, a blood vessel model simulating the hepatic vein is obtained as the biological tube model 31.

雄型11を離型させる方法は特に限定されないが、例えば、図1Cに示すように、雄型11の表面上にゲル皮膜22が閉じていない貫通孔33を形成しておき、図1Dに示すように、貫通孔33から雄型11を引き抜く方法が挙げられる。この方法であれば、簡便に、雄型11をゲル皮膜22から脱離させることができる。
このとき、雄型11は、柔軟性を有する軟質材料からなることが好ましい。柔軟性を有する雄型11を用いれば、ゲル皮膜22から引き抜く際に、ゲル皮膜22の形状に沿って変形しやすく、ゲル皮膜22を傷付けにくくなる。
なお、「柔軟性を有する」とは、押す、曲げる、ひねる等の外力を加えた際に、破壊または破損することなく変形することを意味する。
The method for releasing the male mold 11 is not particularly limited. For example, as shown in FIG. 1C, a through-hole 33 in which the gel film 22 is not closed is formed on the surface of the male mold 11, and the process shown in FIG. 1D is performed. Thus, a method of pulling out the male mold 11 from the through-hole 33 can be mentioned. With this method, the male mold 11 can be easily detached from the gel film 22.
At this time, the male mold 11 is preferably made of a soft material having flexibility. If the male mold 11 having flexibility is used, the gel film 22 is easily deformed along the shape of the gel film 22 when pulled out from the gel film 22, and the gel film 22 is hardly damaged.
Note that “having flexibility” means deformation without being broken or damaged when an external force such as pushing, bending, or twisting is applied.

図2は、模擬体液が注入された生体管模型の好適態様の一例を示す断面図である。
中空の生体管模型31(図1D参照)は、そのまま使用してもよいが、図2に示すように、生体管模型31の中に体液を模した模擬体液32を例えば貫通孔33から注入してもよい。これにより、生体管模型31は、より実物に即した模型となる。模擬体液32としては、例えば、血液を模した模擬血液などが挙げられる。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a preferred embodiment of a biological tube model into which a simulated body fluid has been injected.
The hollow biological tube model 31 (see FIG. 1D) may be used as it is. However, as shown in FIG. 2, a simulated body fluid 32 simulating body fluid is injected into the biological tube model 31 from, for example, the through-hole 33. May be. As a result, the biological tube model 31 becomes a more realistic model. Examples of the simulated body fluid 32 include simulated blood that simulates blood.

生体管模型31は、例えば、後述するように、雌型を用いて形成される生体臓器模型に内包される。このとき、液体である模擬体液32が注入された状態の生体管模型31は、雌型の内部空間に配置する際のハンドリング性が劣る可能性があるため、一例として、図示しないクリップ等によって貫通孔33が密閉され、適宜、形状が整えられた後、冷却固化した状態で使用される。
なお、模擬体液32が注入されていない中空状態の生体管模型31を、冷却固化して使用してもよい。
For example, as will be described later, the biological tube model 31 is included in a biological organ model formed using a female mold. At this time, the biological tube model 31 in a state where the simulated body fluid 32 that is a liquid is injected may be inferior in handling property when placed in the female internal space. After the hole 33 is sealed and the shape is appropriately adjusted, it is used in a cooled and solidified state.
It should be noted that the hollow body model 31 in which the simulated body fluid 32 is not injected may be cooled and solidified.

[生体臓器模型の製造方法]
次に、本発明の生体臓器模型の製造方法について説明する。
本発明の生体臓器模型の製造方法は、本発明の生体管模型の製造方法によって得られた生体管模型を、生体臓器の形態に対応した内面形状を有する雌型の内部空間に配置する工程と、上記内部空間に、水溶性ポリマーおよび水を含有する前駆体組成物に注入し、水溶性ポリマーおよび水を含有するゲル体を生成させる工程と、上記ゲル体から上記雌型を離型させて、上記生体管模型の一部または全部を内包した上記ゲル体からなる生体臓器模型を得る工程と、を備える生体臓器模型の製造方法である。
このようにして得られた生体臓器模型は、生体管模型を内包しているため、より実物に即した手術トレーニング等が可能となる。
[Production method of biological organ model]
Next, the manufacturing method of the biological organ model of this invention is demonstrated.
The biological organ model manufacturing method of the present invention includes a step of arranging the biological tube model obtained by the biological tube model manufacturing method of the present invention in a female internal space having an inner surface shape corresponding to the form of the biological organ. A step of injecting a water-soluble polymer and water-containing precursor composition into the internal space to form a water-soluble polymer and water-containing gel body, and releasing the female mold from the gel body. And a step of obtaining a living organ model composed of the gel body containing part or all of the living body tube model.
Since the biological organ model obtained in this way includes the biological tube model, it is possible to perform surgical training or the like that is more realistic.

〔生体臓器模型の製造方法の好適態様〕
以下、図3A〜図3Cに基づいて、本発明の生体臓器模型の製造方法の好適態様を、概略的に説明する。
図3A〜図3Cは、本発明の生体臓器模型の製造方法の好適態様の一例を示す断面図である。図3Aは、生体管模型を雌型の内部空間に配置した状態を示し、図3Bは、雌型の内部空間に前駆体組成物を注入した状態を示し、図3Cは、ゲル体から雌型を離型させた状態を示す。
[Preferred embodiment of manufacturing method of biological organ model]
Hereinafter, based on FIG. 3A-FIG. 3C, the suitable aspect of the manufacturing method of the biological organ model of this invention is demonstrated roughly.
3A to 3C are cross-sectional views showing an example of a preferred embodiment of the method for manufacturing a biological organ model of the present invention. FIG. 3A shows a state in which the biological tube model is disposed in the female internal space, FIG. 3B shows a state in which the precursor composition is injected into the female internal space, and FIG. The state where is released.

まず、図3Aに示すように、雌型51が形成する内部空間52に生体管模型31を配置する。雌型51は、肝臓などの生体臓器を模した生体臓器模型を得るための鋳型であり、例えば硬質材料からなる。雌型51についても、雄型11と同様の理由から、3D(三次元)プリンタを用いて製造することが好ましい。
ここでは、一例として、肝臓の形態に対応した内面形状を有する雌型51を示している。すなわち、雌型51の内面形状によって、肝臓の形態に模した内部空間52が形成されている。なお、雌型51には、前駆体組成物41(図3B参照)を内部空間52に注入するための注入孔53が貫通形成されている。
生体管模型31は、一例として、上述したように冷却固化された状態で、内部空間52に配置される。
First, as shown in FIG. 3A, the biological tube model 31 is placed in the internal space 52 formed by the female mold 51. The female mold 51 is a mold for obtaining a living organ model imitating a living organ such as a liver, and is made of, for example, a hard material. The female mold 51 is also preferably manufactured using a 3D (three-dimensional) printer for the same reason as the male mold 11.
Here, as an example, a female mold 51 having an inner surface shape corresponding to the form of the liver is shown. That is, the internal space 52 imitating the shape of the liver is formed by the inner surface shape of the female mold 51. The female mold 51 is formed with an injection hole 53 through which the precursor composition 41 (see FIG. 3B) is injected into the internal space 52.
As an example, the biological tube model 31 is disposed in the internal space 52 in a state of being cooled and solidified as described above.

次に、図3Bに示すように、前駆体組成物41を注入孔53から注入して内部空間52を充填し、内部空間52の形状が反映されたゲル体42(図3C参照)を生成させる。   Next, as shown in FIG. 3B, the precursor composition 41 is injected from the injection hole 53 to fill the internal space 52, and a gel body 42 (see FIG. 3C) reflecting the shape of the internal space 52 is generated. .

ここで、前駆体組成物41としては、上述した前駆体組成物21と同じ組成物(水溶性ポリマーとしてPVAを含有する水溶液)を好適に使用できる。
前駆体組成物41は、ゼラチンを含有することが好ましい。これにより、得られるゲル体42においては、2種以上のゲルが相分離した構造が形成され、実物の生体臓器(特に肝臓)における特有の脆さが再現される。ゼラチンの濃度は、前駆体組成物41の全体の質量に対して、0.1〜8.0質量%が好ましく、0.3〜5.0質量%がより好ましい。
更に、前駆体組成物41は、塩化ナトリウム等の電解質を含有することが好ましい。これにより、ゲル体42は、一定の電気伝導率を有するため、高周波電気メスを用いて組織のタンパク質を凝固させながら切離する感触に関して、実物との類似性が高くなる。電解質の濃度は、前駆体組成物41の全体の質量に対して、0.15〜2.00質量%が好ましく、0.15〜1.90質量%がより好ましい。
前駆体組成物41は、そのほか、必要に応じて、任意の添加剤を含んでいてもよい。
Here, as the precursor composition 41, the same composition as the precursor composition 21 described above (an aqueous solution containing PVA as a water-soluble polymer) can be suitably used.
The precursor composition 41 preferably contains gelatin. Thereby, in the obtained gel body 42, a structure in which two or more kinds of gels are phase-separated is formed, and unique fragility in a real living organ (particularly the liver) is reproduced. The concentration of gelatin is preferably 0.1 to 8.0% by mass and more preferably 0.3 to 5.0% by mass with respect to the total mass of the precursor composition 41.
Furthermore, the precursor composition 41 preferably contains an electrolyte such as sodium chloride. Thereby, since the gel body 42 has a certain electric conductivity, the similarity with a real thing becomes high regarding the touch which isolate | separates while coagulating the protein of a structure | tissue using a high frequency electric knife. The concentration of the electrolyte is preferably 0.15 to 2.00% by mass and more preferably 0.15 to 1.90% by mass with respect to the total mass of the precursor composition 41.
In addition, the precursor composition 41 may contain an arbitrary additive as necessary.

ゲル体42は、前駆体組成物41がゲル化したゲル体である。このため、ゲル体42は、前駆体組成物41と同様に、少なくとも水溶性ポリマーおよび水を含有する。
ゲル体42を生成させる方法としては特に限定されないが、例えば、前駆体組成物41として、水溶性ポリマーであるポリビニルアルコール(PVA)および水を含有するPVA水溶液を使用し、この前駆体組成物41が注入された状態の雌型51を、例えば−10℃以下程度下で、1〜10時間程度冷却し、その後、解凍することによって、ゲル体42が得られる。PVA水溶液は、上記冷却によって凍結するが、このとき、ゲル化する。
The gel body 42 is a gel body in which the precursor composition 41 is gelled. For this reason, the gel body 42 contains at least a water-soluble polymer and water, like the precursor composition 41.
Although it does not specifically limit as a method of producing | generating the gel body 42, For example, PVA aqueous solution containing polyvinyl alcohol (PVA) which is a water-soluble polymer, and water is used as the precursor composition 41, This precursor composition 41 The gel mold 42 is obtained by cooling the female mold 51 in a state of being injected at, for example, about −10 ° C. or less for about 1 to 10 hours and then thawing. The PVA aqueous solution is frozen by the cooling, but at this time, it gels.

次に、図3Cに示すように、ゲル体42から雌型51を離型させる。雌型51は一例として分割できるように構成されており、雌型51を型開きすることによって、生体管模型31を内包したゲル体42からなる生体臓器模型61を取り出すことができる。
なお、上記解凍後においては、生体管模型31に注入されている模擬体液32も液化している場合があるが、その場合にも、生体管模型31の貫通孔33(図2等参照)がゲル体42によって覆われていれば、模擬体液32が生体臓器模型61から漏出することが防止される。
Next, as shown in FIG. 3C, the female mold 51 is released from the gel body 42. The female mold 51 is configured to be divided as an example. By opening the female mold 51, a living organ model 61 including a gel body 42 including the living tube model 31 can be taken out.
In addition, after the thawing, the simulated body fluid 32 injected into the biological tube model 31 may be liquefied. In this case, the through-hole 33 (see FIG. 2 and the like) of the biological tube model 31 is also present. If covered with the gel body 42, the simulated body fluid 32 is prevented from leaking from the living organ model 61.

なお、生体臓器模型61の表面などには、より実物の生体臓器に近似させるため、必要に応じて、襞、皺、血管などに見立てた表面薄膜などを形成してもよい。   In addition, in order to make the surface of the living organ model 61 more approximate to a real living organ, a surface thin film that looks like a sputum, a sputum, or a blood vessel may be formed as necessary.

このようにして得られた生体臓器模型61は、生体管を模した生体管模型31を内包しているため、手術の手技練習用の生体臓器模型としてより実用的である。このとき、生体管模型31として、患者固有の生体管を模した生体管模型を用いれば、非常に精緻な手術トレーニングおよび手術前カンファレンス等が可能となる。   The biological organ model 61 thus obtained is more practical as a biological organ model for practicing surgical procedures because it contains a biological tube model 31 that imitates a biological tube. At this time, if a biological tube model imitating a patient-specific biological tube is used as the biological tube model 31, very precise surgical training, a pre-operative conference, and the like are possible.

なお、以上の記載においては、主として、ヒトの肝臓に似せた肝臓模型を例に説明したが、本発明はこれに限定されず、その他の生体臓器としては、例えば、脳、心臓、食道、胃、膀胱、小腸、大腸、腎臓、膵臓、脾臓、子宮などが挙げられる。   In the above description, a liver model resembling a human liver has been mainly described as an example, but the present invention is not limited to this, and other biological organs include, for example, the brain, heart, esophagus, stomach , Bladder, small intestine, large intestine, kidney, pancreas, spleen, uterus and the like.

以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらに限定されない。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the present invention is not limited to these.

(雄型の作製)
3Dプリンタ(ストラタシス社製、商品名:Objet260 Connex)を用いて、肝臓血管(肝静脈、肝動脈および門脈)の形態に対応した形状を有する雄型を作製した。3Dプリンタにおいて使用する肝臓血管の3Dデータは、3次元画像解析システム(富士フイルム社製、商品名:ボリュームアナライザー SYNAPSE VINCENT)から取得したある個人の3Dデータをコンピュータ上において加工して用いた。データ加工には3Dグラフィックソフト(イーフロンティア社製、商品名:Shade 3D)を用いた。雄型の材質となる3Dプリンタのインクとしては、ラバーライクなTangoPlus(ストラタシス社製)を用いた。
(Manufacture of male mold)
A male mold having a shape corresponding to the shape of liver blood vessels (hepatic vein, hepatic artery and portal vein) was produced using a 3D printer (trade name: Object 260 Connex, manufactured by Stratasys). Liver blood vessel 3D data used in the 3D printer was obtained by processing on a computer 3D data of a certain individual obtained from a 3D image analysis system (trade name: Volume Analyzer SYNAPSE VNCENT, manufactured by FUJIFILM Corporation). For data processing, 3D graphic software (manufactured by E Frontier, trade name: Shade 3D) was used. Rubber-like TangoPlus (manufactured by Stratasys) was used as the ink for the 3D printer, which is a male material.

(血管模型の作製)
作製した雄型を、ドライアイスによって冷却したメタノールに浸漬して冷却した。次いで、冷却した雄型を、速やかに、粘度平均重合度が1700であり、ケン化度が約99.3モル%以上であるポリビニルアルコール(クラレ社製、商品名:クラレポバールPVA−117H)13質量%水溶液(前駆体組成物)中に30秒間浸漬し、雄型の表面にポリビニルアルコールゲル(ゲル皮膜)を析出させた。なお、析出したゲル皮膜を更に結晶化させ固化させるため、ゲル皮膜によって被覆された雄型を、前駆体組成物から引き上げた後、更に、ドライアイスによって冷却したメタノールに10分間浸漬した。その後、ゲル皮膜によって被覆された雄型を、室温(25℃)に放置し、ゲル皮膜が軟らかく伸縮自在になったところで、ラバーライクな雄型を引き抜き、ゲル皮膜からなる中空の血管模型を得た。
このようにして、肝静脈、肝動脈および門脈を模した血管模型を作製した。
(Production of blood vessel model)
The produced male mold was immersed in methanol cooled with dry ice and cooled. Next, the cooled male mold was quickly and polyvinyl alcohol having a viscosity average polymerization degree of 1700 and a saponification degree of about 99.3 mol% or more (trade name: Kuraray Poval PVA-117H, manufactured by Kuraray Co., Ltd.) 13 It was immersed in a mass% aqueous solution (precursor composition) for 30 seconds to deposit polyvinyl alcohol gel (gel film) on the male mold surface. In order to further crystallize and solidify the deposited gel film, the male mold covered with the gel film was pulled up from the precursor composition and then immersed in methanol cooled with dry ice for 10 minutes. Then, the male mold coated with the gel film is left at room temperature (25 ° C.). When the gel film becomes soft and stretchable, the rubber-like male mold is pulled out to obtain a hollow blood vessel model composed of the gel film. It was.
Thus, a blood vessel model simulating the hepatic vein, hepatic artery and portal vein was prepared.

(模擬血液入り血管模型の作製)
まず、水1Lに、食用色素 赤(共立食品社製)0.60gおよび食用色素 緑(共立食品社製)0.06gを添加して、模擬血液を作製した。次いで、この模擬血液を、先に作製した中空の血管模型の貫通孔から注入し、模擬血液入り血管模型を得た。
なお、作製した模擬血液入り血管模型については、模擬血液を注入した後、貫通孔をクリップによって密閉し、メタノール中において形状を整えた後、このメタノールにドライアイスを浸漬して、氷冷固化した。
(Production of simulated blood vessel model)
First, 0.61 g of food dye red (manufactured by Kyoritsu Foods) and 0.06 g of food dye green (manufactured by Kyoritsu Foods) were added to 1 L of water to prepare simulated blood. Next, this simulated blood was injected from the through-hole of the previously prepared hollow blood vessel model to obtain a blood vessel model with simulated blood.
For the prepared blood vessel model with simulated blood, after injecting simulated blood, the through hole was sealed with a clip, and the shape was adjusted in methanol, and then dry ice was immersed in this methanol and solidified on ice. .

(胆管模型の作製)
血管模型と同様にして、胆管模型を作製した。胆管模型も血管模型と同様にして氷冷固化した。
(Production of bile duct model)
A bile duct model was prepared in the same manner as the blood vessel model. The bile duct model was solidified with ice in the same manner as the vascular model.

(雌型の作製)
ヒトの肝臓の形態に対応した内面形状を有する雌型を、3Dプリンタ(ストラタシス社製、商品名:Objet260 Connex)を用いて作製した。3Dプリンタにおいて使用する3Dデータは、3次元画像解析システム(富士フイルム社製、商品名:ボリュームアナライザー SYNAPSE VINCENT)から取得したある個人の3Dデータをコンピュータ上において加工して用いた。データ加工には3Dグラフィックソフト(イーフロンティア社製、商品名:Shade 3D)を用いた。このとき、より具体的には、肝実質の表面部分のデータを用い、肝実質全体を覆い、更に肝実質表面よりも最低1cmの肉厚になるような長方形データを作成し、この長方形データから、肝実質データをブーリアン演算によりくり抜いた。雌型には、注液用の直径1cmの注入孔を開け、更に、固化したゲル体を取り外せるように3個に分割した。雌型の材質となる3Dプリンタのインクとしては、VeroClear(ストラタシス社製)を用いた。
(Manufacture of female mold)
A female mold having an inner surface shape corresponding to the shape of the human liver was produced using a 3D printer (Stratasys, trade name: Object 260 Connex). The 3D data used in the 3D printer was obtained by processing on a computer 3D data of a certain individual obtained from a three-dimensional image analysis system (trade name: Volume Analyzer SYNAPSE VINCENT, manufactured by Fujifilm Corporation). For data processing, 3D graphic software (manufactured by E Frontier, trade name: Shade 3D) was used. At this time, more specifically, using the data of the surface portion of the liver parenchyma, creating rectangular data that covers the entire liver parenchyma and that is at least 1 cm thicker than the liver parenchyma surface, from this rectangular data The liver parenchyma data was cut out by Boolean calculation. In the female mold, an injection hole with a diameter of 1 cm for injection was formed, and further divided into three so that the solidified gel body could be removed. VeroClear (manufactured by Stratasys) was used as the ink for the 3D printer, which is a female material.

(肝臓模型の作製)
まず、粘度平均重合度が1700であり、ケン化度が約99.3モル%以上であるポリビニルアルコール(クラレ社製、商品名:クラレポバールPVA−117H)を濃度が7質量%、ゼラチン(和光純薬工業社製)を濃度が3質量%、電解質としての塩化ナトリウム(和光純薬工業社製)を濃度が0.5質量%、および、防腐剤として安息香酸ナトリウムを濃度が0.1質量%となるように、水に添加して、PVA/ゼラチン水溶液(前駆体組成物)2Lを調製した。
調製したPVA/ゼラチン水溶液を、85℃に加温しながら3時間攪拌した後、約60℃まで放冷した。次いで、ヒトの肝臓の色に近づける目的で、食用色素 赤(共立食品社製)0.60gおよび食用色素 緑(共立食品社製)0.06gを添加し、均一な組成となるように攪拌して着色した。
雌型の内面に離型剤を塗布した後、型合わせをし、接合面を密閉した。このとき、先に作製し氷冷固化した血管模型および胆管模型を、雌型の内部空間に配置した。この雌型に設けられた注入孔から、上記着色したPVA/ゼラチン水溶液を適量(約1.5kg)注入した。
次に、PVA/ゼラチン水溶液を注入した雌型を、冷凍室(室温:−20℃)内に入れ、5時間冷却した後、冷凍室から取り出し、室温となるまで室温下に放置した。
次に、室温下に放置した雌型を、乾燥器内に入れ、60℃となるまで加熱し、同温度下に1時間保持した後、乾燥器から取り出し、放冷した。その後、雌型を型開きし、上記着色したPVA/ゼラチン水溶液がゲル化したゲル体を取り出した。こうして、血管模型および胆管模型を内包したゲル体からなる肝臓模型を得た。
(Production of liver model)
First, polyvinyl alcohol having a viscosity average polymerization degree of 1700 and a saponification degree of about 99.3 mol% or more (made by Kuraray Co., Ltd., trade name: Kuraray Poval PVA-117H) was added at a concentration of 7 mass%, gelatin (Japanese Concentration of 3% by mass (manufactured by Kojun Yakuhin Kogyo Co., Ltd.), concentration of sodium chloride as an electrolyte (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) of 0.5% by mass, and sodium benzoate as preservative concentration of 0.1% % Was added to water to prepare 2 L of a PVA / gelatin aqueous solution (precursor composition).
The prepared PVA / gelatin aqueous solution was stirred for 3 hours while heating to 85 ° C., and then allowed to cool to about 60 ° C. Next, for the purpose of bringing the color of human liver closer, 0.60 g of food color red (manufactured by Kyoritsu Foods) and 0.06 g of food color green (manufactured by Kyoritsu Foods) are added and stirred to obtain a uniform composition. And colored.
After the release agent was applied to the inner surface of the female mold, the molds were aligned and the joint surface was sealed. At this time, the blood vessel model and the bile duct model previously prepared and ice-cooled were placed in the female internal space. An appropriate amount (about 1.5 kg) of the colored PVA / gelatin aqueous solution was injected from an injection hole provided in the female mold.
Next, the female mold into which the PVA / gelatin aqueous solution was injected was placed in a freezing room (room temperature: −20 ° C.), cooled for 5 hours, then taken out of the freezing room and left at room temperature until it reached room temperature.
Next, the female mold that was allowed to stand at room temperature was placed in a dryer, heated to 60 ° C., held at that temperature for 1 hour, then removed from the dryer and allowed to cool. Thereafter, the female mold was opened, and the gel body in which the colored PVA / gelatin aqueous solution was gelled was taken out. Thus, a liver model composed of a gel body containing a blood vessel model and a bile duct model was obtained.

11:雄型
21:前駆体組成物
22:ゲル皮膜
31:生体管模型
32:模擬体液
33:貫通孔
41:前駆体組成物
42:ゲル体
51:雌型
52:内部空間
53:注入孔
61:生体臓器模型
11: Male type 21: Precursor composition 22: Gel coating 31: Biological tube model 32: Simulated body fluid 33: Through hole 41: Precursor composition 42: Gel body 51: Female type 52: Internal space 53: Injection hole 61 : Living organ model

Claims (5)

生体管の形態に対応した形状を有する雄型の表面に、ポリビニルアルコールおよび水を含有する前駆体組成物を接触させて、ポリビニルアルコールおよび水を含有するゲル皮膜によって前記雄型の表面を被覆する工程であって、予め冷却した前記雄型を前記前駆体組成物に浸漬することによって、前記雄型の表面に前記ゲル皮膜を析出させる工程と、
前記ゲル皮膜から前記雄型を離型させて、前記ゲル皮膜からなる中空の生体管模型を得る工程と、を備える生体管模型の製造方法。
The male surface having a shape corresponding to the form of the natural canal, contacting the precursor composition containing the polyvinyl alcohol and water, to coat the surface of the male by gel coating containing polyvinyl alcohol and water A step of depositing the gel film on the surface of the male mold by immersing the previously cooled male mold in the precursor composition;
And a step of releasing the male mold from the gel film to obtain a hollow biological tube model made of the gel film.
前記雄型の材質が、柔軟性を有する材質である、請求項1に記載の生体管模型の製造方法。   The method for manufacturing a biological tube model according to claim 1, wherein the male material is a material having flexibility. 前記生体管模型が血管模型である、請求項1または2に記載の生体管模型の製造方法。   The method for manufacturing a biological tube model according to claim 1 or 2, wherein the biological tube model is a blood vessel model. 更に、前記中空の生体管模型の中に模擬体液を注入する工程を備える、請求項1〜3のいずれか1項に記載の生体管模型の製造方法。   Furthermore, the manufacturing method of the biological tube model of any one of Claims 1-3 provided with the process of inject | pouring a simulated body fluid into the said hollow biological tube model. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の生体管模型の製造方法によって得られた生体管模型を、生体臓器の形態に対応した内面形状を有する雌型の内部空間に配置する工程と、
前記内部空間に、水溶性ポリマーおよび水を含有する前駆体組成物を注入し、水溶性ポリマーおよび水を含有するゲル体を生成させる工程と、
前記ゲル体から前記雌型を離型させて、前記生体管模型の一部または全部を内包した前記ゲル体からなる生体臓器模型を得る工程と、を備える生体臓器模型の製造方法。
Arranging the biological tube model obtained by the manufacturing method of the biological tube model according to any one of claims 1 to 4 in an internal space of a female mold having an inner surface shape corresponding to a form of a biological organ;
Injecting a precursor composition containing a water-soluble polymer and water into the internal space to produce a gel body containing the water-soluble polymer and water;
And a step of releasing the female mold from the gel body to obtain a biological organ model made of the gel body including part or all of the biological tube model.
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