JP6761808B2 - 血管再生用材料 - Google Patents
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Description
以下、「本発明の血管再生用材料」を「本発明の医療用基材」などと称する場合がある。
本発明の医療用基材は、シート形状、管形状、又はこれらを組み合わせた形状をしていて、人工血管、血管内ステントや血管内ステントグラフト等のように外科手術などの処置によって、体内に移植して循環器系の再生に使用されるものである。
本発明の医療用基材1を構成する外層11は、ステレオコンプレックスポリ乳酸を含む繊維からなる中空筒状の布である。外層11は、内層12が生体に吸収されるまでの一定期間は、血管内腔からの圧力に耐えて血管の機能を維持できる強度を備えていればよい(以下、強度条件と省略する。)。例えば、移植対象の個体差にもよるが、外層11は移植後少なくとも8ヶ月間は強度を維持できることが好ましい。その後、外層11は、組織再生の過程の進行に伴って十分な時間をかけて強度が徐々に劣化し、再生終了後には遅滞なく生体に吸収される。
本明細書において、ステレオコンプレックスポリ乳酸とは、L-乳酸のみからなるL-ポリ乳酸(PLLA)とD-乳酸のみからなるD-ポリ乳酸(PDLA)とを混合して、それぞれが形成する螺旋構造を絡み合わせたもの、及びL-乳酸とD-乳酸とがそれぞれブロック状につながったブロック共重合体同士を混合し、共重合体のL-乳酸連鎖部分とD-乳酸連鎖部分の螺旋構造を部分的に絡み合わせたもの、を含む。なお、L-乳酸とD-乳酸の比は1:1のみに限定されず、70/30などの偏組成型も含まれる。
本明細書において布とは、多数の繊維を薄く広い板状に加工したもののことであり、布は織物、編物、不織布の何れかに分けられる。外層11を構成する繊維は、ステレオコンプレックスポリ乳酸を単独で使用してもよく、生体内で分解吸収される他の材料とブレンドして使用してもよい。ただ、布のステレオコンプレックスポリ乳酸の含有量が、50重量%以上であるのが好ましい。強度条件を確実に満たすためである。
(3)に示した布を構成する繊維の繊維径、繊維間隔は次のようにして測定した値の中央値である。なお、中央値とは、代表値の一つで、有限個のデータを大きさの順に並べたとき中央に位置する値である。また、データが偶数個の場合は、中央に近い2つの値の算術平均値である。
(a)繊維径
編布、織布の繊維径は、以下のようにして求める。まず、布を切断し、その切断面を光学顕微鏡(20倍〜100倍)で撮影する。つぎに、撮影した画像をコンピュータ画像システムに取り込み、距離測定ソフト(理論上は0.01μmまで測定可能)を使用して繊維径を測定する。
編布、織布の繊維間隔は、以下のようにして求める。まず、布の表面を実体顕微鏡(倍率10倍以下、表側と裏側の両側から光源照射)で撮影する。撮影した画像をコンピュータ画像システムに取り込み、取り込んだ画像を、距離測定ソフト(理論上は0.01μmまで測定可能)を使用して繊維間隔を測定する。
(a)繊維径
不織布の繊維径は、以下のようにして求める。まず、被測定不織布を液体窒素で凍結・硬化したのち、切断する。つぎに、不織布の切断面を走査型電子顕微鏡で撮影する。そして、不織布の切断面に露出した多くの繊維断面の中から無作為に50本を選定し、繊維断端直径を測定する。測定した繊維径の中央値を不織布の繊維径とする。
不織布の繊維間隔は、次のようにして求める。まず、被測定不織布を液体窒素で凍結・硬化したのち、切断する。つぎに、不織布の切断面を走査型電子顕微鏡で撮影する。そして、不織布の切断面に露出した多くの繊維断面の中から無作為に一つの繊維を選定し、選定した繊維から距離が近い順番に他の繊維を30個選び、選定した繊維との繊維間隔を測定し、測定した繊維間隔の中央値を計算する。同様にして一つの不織布について3つの中央値を求め、求めた3つの中央値の中央値をその不織布の繊維間隔とする。
本発明の医療用基材1を構成する内層12は、易生体親和性布によって構成されており、医療用基材1の外形形状を維持するのではなく、内皮細胞などの生着を促進して大動脈などの循環器系の自己再生を促進し、最終的には血管内皮細胞等に置換される。なお、易生体親和性とは、外層11の材料と比べて親和性に富んでいるという意味である。そのため、内層12は、外層11よりも生体吸収が速く、例えば、1ヶ月から12ヶ月程度で生体に吸収されることが好ましい。
内層12を構成する易生体親和性布の材料には、外層11の材料に比べて生体親和性に富むもので、特に限定することなく、例えば、ポリグリコール酸、乳酸とカプロラクトンの共重合体、L-ポリ乳酸、D-ポリ乳酸、グリコール酸と乳酸の共重合体、ゼラチン、コラーゲン、エラスチン等の公知の生体吸収性ポリマーが挙げられる。
本発明の医療用基材は、内層と外層との間に中間層を設けてもよい。図2は、本発明に係る別の医療用基材2の外観斜視図(a)及び断面図(b)である。この図に示すように、医療用基材2は外層21と、内層22と、外層と内層の間に配置される中間層23とを備えている。
原料と製造方法の異なる以下の(1)〜(4)の4種類の布を製造した。具体的には、以下のとおりに製造した。なお、布は、製造したのち、エチレンオキサイドガスで滅菌して使用した。
(2)ESD-B(LA/CL)布:乳酸とカプロラクトンの共重合体(乳酸:75重量%、カプロラクトン:25重量%)から、エレクトロスピニング法で製造した不織布である。その繊維間隔は、中間値が40μm以上であり、比較的大きかった。
(3)ESD(PGA)布:ポリグリコール酸から、エレクトロスピニング法で製造した不織布である。その繊維間隔は、中間値は40μm以上であり、比較的大きかった。
(4)K(PLA)布:ステレオコンプレックスポリ乳酸(L-ポリ乳酸:50重量%、D-ポリ乳酸:50重量%、分子量:約9万)の繊維からなる編布である。その編目は30〜1500μmの各サイズのものと、単一の布に複数の編目サイズを持つものを使用した。
実験例1で製造した布をラットの皮膚に埋植して、細胞の布への浸潤状況を調べた。具体的には以下のように実験した。
清水実験動物会社から購入した体重150gのWister系メスのラットを、実験動物として使用した。すべてのラットは、標準条件(日夜サイクル12時間、平均気温23℃、平均湿度50%)で飼育し、標準飼料と水は自由に摂取させた。実験前の1週間はこの条件で飼育した。
以下のすべての外科的処置は、単一の外科医により、無菌条件下で行った。イソフルラン吸入と30mg/kgのペントバルビタール(ソムノペンチル(登録商標)、共立製薬株式会社)腹腔内注射による全身麻酔下に、ラットを腹臥位に固定した。脊中を剃毛した。5%クロルヘキシジンを含む80%エタノール液で皮膚を清浄化し、10%ポビドンヨード液で消毒した。
その結果を図3に示す。なお、図3(a)はESD(LA/CL)布を埋植してから21日後に切除した切除標本の顕微鏡写真を示し、図3(b)はESD-B(LA/CL)布を埋植してから14日後に切除した切除標本の顕微鏡写真を示し、図3(c)はESD(PGA)布を埋植してから14日後に切除した切除標本の顕微鏡写真を示し、図3(d)はK(PLA)布を埋植してから14日後に切除した切除標本の顕微鏡写真を示している。
実験例1で製造した布の内部に間質細胞が浸潤して補強層(自己組織化した補強層)を形成するか否かを、イヌの腸骨動脈に堅く巻いた布への細胞の浸潤状況を調べることによって、調べた。具体的には以下のように実験した。
清水実験動物社から購入した体重が10kgの妊娠していない1歳のメスのビーグル犬を実験動物として使用した。実験期間中、イヌは個別に飼育し、実験前1週間以上は標準条件で飼育し、標準イヌ飼料と水を自由に摂取させた。
以下のすべての外科的処置は、単一の外科チームにより無菌的条件で実施した。イヌを34mg/kgのペントバルビタール静脈内麻酔により基礎麻酔した。イヌにS字状の気管内挿管し、40%酸素とセボフルラン又はイソフルランの吸入麻酔で全身麻酔した。この全身麻酔下に、イヌを仰臥位に固定し、腹部体毛を剃毛した。5%クロルヘキシジンを含む80%エタノール液で皮膚を清浄化し、10%ポビドンヨード液で消毒した。
その結果を図4に示す。なお、図4(a)はESD-B(LA/CL)布を巻きつけてから4週後に切除した切除標本の顕微鏡写真を示し、図4(b)はESD(PGA)布を巻きつけてから4週後に切除した切除標本の顕微鏡写真を示している。図4(c)は、K(PLA)布を巻きつけてから4週後に切除した切除標本の顕微鏡写真を示している。
実験例1で製造した布によって形成した補強層が動脈壁断端の縫合部の動脈血圧に対する補強効果を有するか否かを、イヌの半周まで切開された大動脈周囲に巻いた布への細胞の浸潤状況を調べることによって、調べた。具体的には以下のように実験した。
実験例3と同様にイヌを馴化して使用した。
実験例3と同様にしてイヌを開腹し、大動脈上の腹膜を切開した。大動脈は、腎動脈分岐部から総腸骨動脈分岐部までを露出して周囲組織から剥離した。この剥離の間、腰動脈は結紮切離した。
肉眼観察による結果、大動脈の切開創の周囲からは出血は確認できなかった。すなわち、大動脈壁を半周まで切開し、3つの単結紮で縫い合わせたのち、K(PLA)布をその切開創周囲に巻いた場合には、4週間の間にK(PLA)布は切開創部分を補強して、切開縁を良好に修復し、血圧に抗して大動脈からの出血を防止できることが確認できた。なお、3つの単結紮で縫い合わせただけで、血圧に抗して切開創部分からの大量出血を防止できないことは以前から分かっている。
実験例1で製造した布が、イヌの大動脈の再生足場として使用できるか否かを、イヌの大動脈周囲壁全周に沿って完全に切離された部分に布を巻き、布への細胞の浸潤状況を調べることによって、調べた。具体的には以下のように実験した。
実験例3と同様にイヌを馴化して使用した。
実験例4と同様に大動脈を周囲組織から剥離し、大動脈を2つの鉗子で把持した。この2つの鉗子の間で大動脈の壁全周に沿って完全に切離した。大動脈の2つの断端をヘパリン生食で洗浄し、長さ4cm、径8mmのESD(LA/CL)布のチューブ(内層)を大動脈の2つの断端の間に間置し、大動脈とチューブを端々に吻合した。すなわち、チューブ断端と大動脈壁断端を6-0ポリプロピレン単糸縫合糸の12針縫合で縫い合わせた。
肉眼観察による結果、再生された大動脈は大動脈の機能を果たしていること、すなわち、再生大動脈は、大動脈血が流れ、血栓のない内腔を持っていることが確認できた。
医療用基材の外層を構成する材料の違いがその性能に与える影響を、人工血管を作製してイヌの動脈に移植することによって、調べた。具体的には以下のように実験した。
清水実験動物社から購入したビーグル犬(体重7kg〜14kgの成犬)を実験動物として使用した。実験期間中、イヌは個別に飼育し、実験前1週間以上は標準条件で飼育し、標準イヌ飼料と水を自由に摂取させた。
外層にステレオコンプレックスポリ乳酸を使用した実施例1〜実施例5と、ステレオコンプレックスポリ乳酸以外のポリ乳酸を使用した比較例とを作製し、その性能を比較した。なお、作製した人工血管はエチレンオキサイドガスで滅菌して実験に使用した。以下に、その詳細を説明する。
内層、中間層、外層となる布をそれぞれ筒状に丸めて、その端部を6-0ポリプロピレン単糸縫合糸の12針縫合で縫い合わせてチューブを作製した。これらチューブを手で嵌め合わせて、人工血管サンプル(長さ30mm、内径7.5mm)を作製した。
ステレオコンプレックスポリ乳酸繊維の編布
ステレオコンプレックスポリ乳酸の分子量:約20万、
ステレオコンプレックスポリ乳酸の結晶融点:200〜230℃
モノフィラメントの直径:18〜22μm(22μmが多い)
モノフィラメント数/撚糸:60本
撚糸の繊維間隔:50〜2000μm
布の巻数:3回
PLA/CL(75%/25%)共重合体繊維のエレクトロスピニング不織布
繊維間隔:55μm(繊維間隔を拡張するポリマー=スペーサーを使用)
布の厚さ:180μm
布の巻数:2回
PLA/CL(75%/25%)繊維50重量%とコラーゲン繊維50重量%とのエレクトロスピニング不織布
繊維径:0.7μm
繊維間隔:11μm
布の厚さ:480μm
実施例1と同様にして、人工血管サンプル(長さ35mm、内径5.5mm)を作製した。
ステレオコンプレックスポリ乳酸繊維の編布
ステレオコンプレックスポリ乳酸の分子量:約20万
ステレオコンプレックスポリ乳酸の結晶融点:200〜230℃
モノフィラメントの直径:16.5μm
モノフィラメント数/撚糸:48本
撚糸の間隔:240μm
布の巻数:3回
PLA/CL(75%/25%)のエレクトロスピニング不織布
繊維間隔:55μm(スペーサーを使用)
布の厚さ:180μm
布の巻数:2回
PLA/CL(75%/25%)繊維50重量%+コラーゲン繊維50重量%のエレクトロスピニング混合不織布
繊維径:0.7μm
繊維間隔:11μm
布の厚さ:330μm
実施例1と同様にして、人工血管サンプル(長さ40mm、内径7.0mm)を作製した。
ステレオコンプレックスポリ乳酸繊維の編布
ステレオコンプレックスポリ乳酸の分子量:約20万
ステレオコンプレックスポリ乳酸の結晶融点:200〜230℃
モノフィラメント直径:12.5μm
モノフィラメント数/撚糸:12本
撚糸の繊維間隔:1500μm
布の巻数:3回
PLA/CL(75%/25%)共重合体繊維のエレクトロスピニング不織布
繊維間隔:55μm(スペーサーを使用)
布の厚さ:180μm
布の巻数:2回
PLA/CL(75%/25%)繊維50重量%+コラーゲン繊維50重量%のエレクトロスピニング混合不織布
繊維径:0.8μm
繊維間隔:6.5μm
布の厚さ:240μm
実施例1と同様にして、人工血管サンプル(長さ30mm、内径5.0mm)を作製した。
ステレオコンプレックスポリ乳酸繊維の編布
ステレオコンプレックスポリ乳酸の分子量:約20万
ステレオコンプレックスポリ乳酸の結晶融点:200〜230℃
モノフィラメント直径:12.5μm
モノフィラメント数/撚糸:12本
撚糸の間隔:360μm
布の巻数:3回
PLA/CL(75%/25%)共重合体繊維のエレクトロスピニング不織布
繊維間隔:42μm(繊維間隔を拡張するポリマー=スペーサーを使用)
布の厚さ:170μm
布の巻数:3回
PLA/CL(75%/25%)繊維50重量%+コラーゲン繊維50重量%のエレクトロスピニング不織布
繊維径:4.7μm
繊維間隔:35μm(スペーサーを使用)
布の厚さ:120μm
実施例1と同様にして、人工血管サンプル(長さ30mm、内径5.0mm)を作製した。
ステレオコンプレックスポリ乳酸繊維の編布
ステレオコンプレックスポリ乳酸の分子量:約15万
ステレオコンプレックスポリ乳酸の結晶融点:200〜230℃
モノフィラメント直径:16.5μm
モノフィラメント数/撚糸:36本
撚糸の繊維間隔:240μm
布の巻数:1回
なし
PLA/CL(50%/50%)溶液を真空乾燥して作製した多孔体
孔の直径:90%が直径250μm以下
布の厚さ:580μm(外層を含む。)
実施例1と同様にして、人工血管サンプル(長さ30mm、内径6.0mm)を作製した。
L-ポリ乳酸繊維の編布
L-ポリ乳酸繊維の分子量:約20万
L-ポリ乳酸繊維の結晶融点:約170〜180℃
モノフィラメント直径:16.5μm
モノフィラメント数/撚糸:12本
撚糸の繊維間隔:360μm
布の巻数:3回
PLA/CL(75%/25%)共重合体繊維のエレクトロスピニング不織布
繊維間隔:42μm(繊維間隔を拡張するポリマー=スペーサーを使用)
布の厚さ:170μm
布の巻数:3回
PLA/CL(75%/25%)共重合体繊維のエレクトロスピニング不織布
繊維径:4.7μm
繊維間隔:35μm(スペーサーを使用)
布の厚さ:360μm
実験例4と同様に、腹部大動脈(以下、大動脈と省略する。)を周囲組織から剥離し、大動脈を2つの鉗子で把持した。この2つの鉗子の間で大動脈の壁全周に沿って完全に切離した。大動脈の2つの断端をヘパリン生食で洗浄し、人工血管を大動脈の2つの断端の間に間置し、大動脈と人工血管を端々に吻合した。すなわち、人工血管断端と大動脈壁断端を6-0ポリプロピレン単糸縫合糸の12針縫合で縫い合わせた。最後に、腹膜切開縁を縫い合わせて、開腹創を2層縫合で閉鎖した。術後は、1日当たり2000単位の低分子へパリンと100mgアスピリン又は1mgワーファリンの抗凝固療法を行った。
イヌから採取した実施例1〜実施例5及び比較例の人工血管を移植した部分を、肉眼観察した結果、及び切除標本を顕微鏡で観察した結果を以下に略記する。
肉眼観察では、動脈瘤や狭窄などの異常所見は認められなかった。また、顕微鏡観察の結果(HE染色)を図7に示す。図7に示すように、顕微鏡観察では、外層を構成するステレオコンプレックスポリ乳酸繊維はその多くが残存した。一方、内層や中間層を構成するPLA/CL繊維はほとんど残存しなかった。
肉眼観察では、動脈瘤や狭窄などの異常所見は認められなかった。また、顕微鏡観察の結果(HE染色)を図8に示す。図8に示すように、顕微鏡観察では、外層を構成するステレオコンプレックスポリ乳酸繊維はその多くが残存した。一方、内層や中間層を構成するPLA/CL繊維はほとんど残存しなかった。
肉眼観察では、動脈瘤や狭窄などの異常所見は認められなかった。また、顕微鏡観察の結果(HE染色)を図9示す。図9に示すように、顕微鏡観察では、外層を構成するステレオコンプレックスポリ乳酸繊維はその多くが残存した。一方、内層や中間層を構成するPLA/CL繊維はほとんど残存しなかった。
肉眼観察では、動脈瘤や狭窄などの異常所見は認められなかった。顕微鏡観察(図示せず。)では、外層を構成するステレオコンプレックスポリ乳酸繊維はその多くが残存した。一方、内層や中間層を構成するPLA/CL繊維はほとんど残存しなかった。
肉眼観察では、動脈瘤や狭窄などの異常所見は認められなかった。また、顕微鏡観察の結果(EG染色)を図10に示す。図10に示すように、顕微鏡観察では、弾性繊維と平滑筋細胞が再生され、動脈壁の再生は良好であることが分かった。なお、手術的に縫合する場合は自然の動脈に近かった。外層を構成する布の繊維間隔が十分に広かったためか、栄養血管の外側からの侵入もよかった。総合評価は、実施例の中で最もよかった。
肉眼観察では、全体に動脈瘤の形成が認められ、血管壁には血栓が認められた。また、顕微鏡観察の結果を図11に示す。なお、図11(a)はHE染色の結果であり、図11(b)EG染色の結果である。図11に示すように、顕微鏡観察では、血管壁に新旧の血栓、瘢痕化と一部に炎症が認められた。そのため、全体評価は悪かった。その原因として、外層強度の早期劣化が考えられる。
11、21 外層
12、22 内層
23 中間層
Claims (5)
- シート形状、管形状、又はこれらを組み合わせた形状をしていて、体内の循環器系における血管の欠損部位に吻合して血管全層の再生に使用するための血管再生用材料であって、
生体吸収性ポリマーからなる内層と、
前記内層より外側に配置されるとともに、ステレオコンプレックスポリ乳酸を少なくとも含む材料からなる外層と、
を少なくとも備える複層構造をしており、
前記外層が、栄養血管が前記内層に達するように又は前記内層近傍まで入り込めるように、多孔質形状に形成されている血管再生用材料。 - 前記外層が、ステレオコンプレックスポリ乳酸を50重量%以上含む繊維素材からなる布によって構成されている請求項1に記載の血管再生用材料。
- 前記布が、織物又は編物である請求項2に記載の血管再生用材料。
- 前記内層が、ポリグリコール酸、乳酸とカプロラクトンの共重合体、L-ポリ乳酸、D-ポリ乳酸、グリコール酸と乳酸の共重合体、ゼラチン、コラーゲン、エラスチンからなる群より選ばれた少なくとも1種の材料によって構成されている請求項1〜請求項3の何れかに記載の血管再生用材料。
- 前記内層が、繊維素材からなる易生体親和性布によって構成されている請求項4に記載の血管再生用材料。
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