JP2886164B2 - コラーゲンの製造法 - Google Patents
コラーゲンの製造法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は動物組織を出発原料とするコラーゲンの製造
法に関するものである。
法に関するものである。
コラーゲンは結合組織の主成分であり、高級脊椎動物
中に最も豊富に存在する繊維蛋白質であり、繰返し構造
の3重ら旋構造として配列された鎖として天然に存在す
る。
中に最も豊富に存在する繊維蛋白質であり、繰返し構造
の3重ら旋構造として配列された鎖として天然に存在す
る。
天然には大別して少なくとも5種のタイプのコラーゲ
ンが存在するが、最も豊富に存在するものは真皮、骨及
び腱の主成分である、タイプIのコラーゲンである。
ンが存在するが、最も豊富に存在するものは真皮、骨及
び腱の主成分である、タイプIのコラーゲンである。
腱中に存在するタイプIのコラーゲンはα1(I)及
びα2(I)の鎖構造を有し、α1及びα2鎖は同族体
である。α1鎖とα2鎖との間には、静電的相互作用及
び水素結合が存在し、これらはヒドロキシプロリンの存
在とともに、強度及び分子抵抗力を付与し、前記結合が
存在すると、抽出物中に保たれた場合、真の溶液を形成
することを防ぎ、ほとんどの場合、酸媒体中で水の存在
下で蛋白質が膨潤してゲルを生成する。
びα2(I)の鎖構造を有し、α1及びα2鎖は同族体
である。α1鎖とα2鎖との間には、静電的相互作用及
び水素結合が存在し、これらはヒドロキシプロリンの存
在とともに、強度及び分子抵抗力を付与し、前記結合が
存在すると、抽出物中に保たれた場合、真の溶液を形成
することを防ぎ、ほとんどの場合、酸媒体中で水の存在
下で蛋白質が膨潤してゲルを生成する。
コラーゲンは現在薬学的に種々の用途に使用されてお
り、事実外科用治療剤として、骨の治療におけるベヒク
ルとして、外科用補綴材(縫合糸、ガーゼ等)として、
身体移植組織材料として、また薬品及び化粧品分野にお
けるクリーム及び軟膏の出発原料として使用されてい
る。
り、事実外科用治療剤として、骨の治療におけるベヒク
ルとして、外科用補綴材(縫合糸、ガーゼ等)として、
身体移植組織材料として、また薬品及び化粧品分野にお
けるクリーム及び軟膏の出発原料として使用されてい
る。
従って当然のことながら、できるだけ未変性で、非ア
レルギー誘発性で、望ましくない不純物や汚染物の存在
しないコラーゲンが重要となってくる。
レルギー誘発性で、望ましくない不純物や汚染物の存在
しないコラーゲンが重要となってくる。
従来公知の工業的方法では、前述のような理想的特性
を有するものが得られず、満足すべきものではなかっ
た。
を有するものが得られず、満足すべきものではなかっ
た。
この問題は特に腱から抽出されるコラーゲンの場合に
差し迫っており、酸に不溶性のタイプであるので、蛋白
質分解酵素(パパイン、トリプシン、キモトリプシン、
ペプシン)が存在しない場合、希塩酸または酢酸中に無
機塩を有する抽出用溶液を使用する通常の方法では抽出
するのが難かしい。前記酵素はα1鎖及びα2鎖のポリ
ペプチド構造を弱化させないが、これらをゆるませる働
きがある。
差し迫っており、酸に不溶性のタイプであるので、蛋白
質分解酵素(パパイン、トリプシン、キモトリプシン、
ペプシン)が存在しない場合、希塩酸または酢酸中に無
機塩を有する抽出用溶液を使用する通常の方法では抽出
するのが難かしい。前記酵素はα1鎖及びα2鎖のポリ
ペプチド構造を弱化させないが、これらをゆるませる働
きがある。
抽出された生成物は、さらに機械的特性を高め改良
し、免疫原性を減少させ、有機的再吸着に対する抵抗力
を高めるために一般に交叉結合される。
し、免疫原性を減少させ、有機的再吸着に対する抵抗力
を高めるために一般に交叉結合される。
この交叉結合工程は物理的方法(紫外線、α線、X
線、αまたはβ粒子、プロトン、電子等を使用)または
化学的方法(ホルムアルデヒド、グルタルアルデヒド、
アセトアルデヒド、ピルビンアルデヒド、グリオキサー
ル、アミドジアルデヒド、キノン、ヒドロキノン、ジメ
チルアセトン、ジメチルスルホン等を使用)のいずれか
の方法で行われる。最終的に得られる生成物は天然コラ
ーゲンの構造を維持していない。
線、αまたはβ粒子、プロトン、電子等を使用)または
化学的方法(ホルムアルデヒド、グルタルアルデヒド、
アセトアルデヒド、ピルビンアルデヒド、グリオキサー
ル、アミドジアルデヒド、キノン、ヒドロキノン、ジメ
チルアセトン、ジメチルスルホン等を使用)のいずれか
の方法で行われる。最終的に得られる生成物は天然コラ
ーゲンの構造を維持していない。
腱及び真皮からの抽出に共通する従来技術の別の問題
は、抽出工程が使用される塩の除くために透析精製操作
による長時間の抽出時間が必要なことである。
は、抽出工程が使用される塩の除くために透析精製操作
による長時間の抽出時間が必要なことである。
本発明の方法によれば、従来の欠点を克服でき、蛋白
質分解酵素または交叉結合剤を使用していないので、高
度に純粋で未変性の最終生成物が得られ、従来法より経
済的に得ることができる。
質分解酵素または交叉結合剤を使用していないので、高
度に純粋で未変性の最終生成物が得られ、従来法より経
済的に得ることができる。
本発明の方法は、食肉及び皮革産業の副産物として容
易に入手することができる牛または豚の真皮及び牛の腱
からコラーゲンを抽出するのに適している。
易に入手することができる牛または豚の真皮及び牛の腱
からコラーゲンを抽出するのに適している。
腱から抽出する場合、「酸に不溶性」のタイプのコラ
ーゲンはゲルの形態で得られ、これは必要に応じて凍結
乾燥させて一般に外科用に使用されるスポンジ状タブレ
ットに錠剤化しても良い。
ーゲンはゲルの形態で得られ、これは必要に応じて凍結
乾燥させて一般に外科用に使用されるスポンジ状タブレ
ットに錠剤化しても良い。
本発明の方法は下記の工程、 (a)生物組織を希薄有機酸で抽出する工程; (b)コラーゲンを無機塩を添加することによって析出
させる工程; (c)必要に応じて希薄有機酸でゲル化する工程; (d)分子を分子量に応じて別する機能を有する隔膜
(限外過膜)を通して過する工程;及び (e)必要に応じて最終的溶液またはゲルを凍結乾燥す
る工程からなる。
させる工程; (c)必要に応じて希薄有機酸でゲル化する工程; (d)分子を分子量に応じて別する機能を有する隔膜
(限外過膜)を通して過する工程;及び (e)必要に応じて最終的溶液またはゲルを凍結乾燥す
る工程からなる。
前記工程(a)は好ましくは、25℃以下の温度で、0.
5M〜2Mの濃度の酢酸水溶液を生物組織/酸の重量比を0.
1〜0.01にして使用して行われる。
5M〜2Mの濃度の酢酸水溶液を生物組織/酸の重量比を0.
1〜0.01にして使用して行われる。
前記工程(b)は好ましくは、塩化ナトリウムを使用
して行われる。
して行われる。
前記工程(c)は、出発原料が、酸に不溶性のタイプ
Iのコラーゲンを提供する腱からなる場合に行われ、一
般に希薄酢酸を使用して行われる。
Iのコラーゲンを提供する腱からなる場合に行われ、一
般に希薄酢酸を使用して行われる。
前記工程(d)は第1に一定の容積で洗浄する工程及
び第2の濃縮工程からなる限外過工程である。この限
外過工程は好ましくはミリポア社から“ミニタン(Mi
nitan)”の商品名で市販されているタンジェンシャル
・フロー・フィルトレーション・システムによって行わ
れる。前記洗浄工程は所定の分子量の分子を排除する機
能を有する隔膜(限外過膜)で過する工程であり、
それによって隔膜で別される所定の分子量より小さい
分子量のものはその性質に関係なく液中に除去され、
一方、隔膜で別される所定の分子量より大きい分子量
を有するコラーゲンは溶液またはゲル中に残存し、蠕動
運動ポンプによって循環される液相中に保持される。従
って、連続的に新鮮な酢酸を使用して洗浄することによ
って出発溶液またはゲル中に存在する全ての不純物は短
時間に完全に除去される。
び第2の濃縮工程からなる限外過工程である。この限
外過工程は好ましくはミリポア社から“ミニタン(Mi
nitan)”の商品名で市販されているタンジェンシャル
・フロー・フィルトレーション・システムによって行わ
れる。前記洗浄工程は所定の分子量の分子を排除する機
能を有する隔膜(限外過膜)で過する工程であり、
それによって隔膜で別される所定の分子量より小さい
分子量のものはその性質に関係なく液中に除去され、
一方、隔膜で別される所定の分子量より大きい分子量
を有するコラーゲンは溶液またはゲル中に残存し、蠕動
運動ポンプによって循環される液相中に保持される。従
って、連続的に新鮮な酢酸を使用して洗浄することによ
って出発溶液またはゲル中に存在する全ての不純物は短
時間に完全に除去される。
ゲルの濃縮工程は同じゲルを過装置(タンジェンシ
ャル フィルトレーションデバイス,例えばミリポア
(Millipore)社のミニタン(“Minitan")・クロスフ
ロー・フィルトレーション・システム)に循環させるこ
とによって行われる。前記過装置を循環させる毎に
液は捨てられるので、溶液またはゲルは濃縮される。こ
の工程はラインマノメーター上に示される操作圧力が40
psiを越えた時に終了し、その条件下で、その結果得ら
れるゲルは1.5〜2%の濃度を有する。溶液の場合(酸
に可溶性のコラーゲンを提供する真皮を出発原料として
使用して得られる場合)、操作の終了は、その所望する
濃度に対応するヒドロキシプロリン力価(タイター)、
粘度等の測定によって示される。
ャル フィルトレーションデバイス,例えばミリポア
(Millipore)社のミニタン(“Minitan")・クロスフ
ロー・フィルトレーション・システム)に循環させるこ
とによって行われる。前記過装置を循環させる毎に
液は捨てられるので、溶液またはゲルは濃縮される。こ
の工程はラインマノメーター上に示される操作圧力が40
psiを越えた時に終了し、その条件下で、その結果得ら
れるゲルは1.5〜2%の濃度を有する。溶液の場合(酸
に可溶性のコラーゲンを提供する真皮を出発原料として
使用して得られる場合)、操作の終了は、その所望する
濃度に対応するヒドロキシプロリン力価(タイター)、
粘度等の測定によって示される。
第1図及び第2図は前記操作のフローチャートを示
し、第1図は一定の量の洗浄操作を示し、符号1は希釈
酢酸貯蔵器を示し、2はサンプル容器を示し、3は過
膜を示し、4は蠕動ポンプを示し、5は洗浄水排出系を
示し、6はサンプル回収系を示す。
し、第1図は一定の量の洗浄操作を示し、符号1は希釈
酢酸貯蔵器を示し、2はサンプル容器を示し、3は過
膜を示し、4は蠕動ポンプを示し、5は洗浄水排出系を
示し、6はサンプル回収系を示す。
実用上、貯蔵器1は同じ循環酢酸によって代用させて
も良い。
も良い。
第2図は溶液またはゲルの形態のコラーゲン濃縮操作
を示し、第1図と同じ符号は同じものを意味する。使用
される過膜は好ましくは10,000〜100,000分子量以上
の分子を別する機能を有する。
を示し、第1図と同じ符号は同じものを意味する。使用
される過膜は好ましくは10,000〜100,000分子量以上
の分子を別する機能を有する。
工程(a)、(b)及び(c)からのコラーゲン溶液
またはゲルは0.005%〜0.5%の濃度に希釈され、洗浄用
の希釈酢酸は0.01M〜1M、好ましくは0.5Mの濃度を有す
る。
またはゲルは0.005%〜0.5%の濃度に希釈され、洗浄用
の希釈酢酸は0.01M〜1M、好ましくは0.5Mの濃度を有す
る。
薬学的活性を有する物質でコラーゲンを薬剤化する場
合には、一定量の塩を除去した後、濃縮する前に、これ
らの薬学的活性物質を貯蔵器に溶解または分散させても
良い。
合には、一定量の塩を除去した後、濃縮する前に、これ
らの薬学的活性物質を貯蔵器に溶解または分散させても
良い。
これらの薬学的活性物質の例としては、抗生物質、ビ
タミン、ホルモン及びステロイド等がある。婦人科用と
しては特に硫酸亜鉛を添加するのが好ましく、ヘルペス
患部の治療に特に適している(小卵状、クリーム状、褥
状のもの)。
タミン、ホルモン及びステロイド等がある。婦人科用と
しては特に硫酸亜鉛を添加するのが好ましく、ヘルペス
患部の治療に特に適している(小卵状、クリーム状、褥
状のもの)。
溶解または分散させる物質の量は、後のコラーゲンゲ
ル及びコラーゲン溶液の濃縮工程並びに必要に応じて行
われる出発原料の変換工程に基づく複数のファクターに
基づいて算出される。
ル及びコラーゲン溶液の濃縮工程並びに必要に応じて行
われる出発原料の変換工程に基づく複数のファクターに
基づいて算出される。
必要に応じて行われる凍結乾燥工程は従来の操作に従
って最終的に行われる。
って最終的に行われる。
本発明の方法に従って得られるコラーゲンは、その独
特の3階ら旋構造を保ち、純粋であり、交叉結合処理を
必要とせず、非アレルギー誘発性である。
特の3階ら旋構造を保ち、純粋であり、交叉結合処理を
必要とせず、非アレルギー誘発性である。
前述のこれらの特性のために、本発明のコラーゲンは
傷及び火傷の外科的治療に有効であり、未変性な構造で
あるがゆえに自然治癒作用を促進させるのにも有効であ
る。
傷及び火傷の外科的治療に有効であり、未変性な構造で
あるがゆえに自然治癒作用を促進させるのにも有効であ
る。
本発明は下記の実施例によってさらに具体的に説明さ
れるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
れるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
例1 牛のアキレン腱80gを肉及び脂肪分から分離し、粉砕
機ですりつぶし、細かく切刻んだ。このように切刻み、
すりつぶしたものを水で3回洗浄し、さらに1〜10%の
濃度の塩化ナトリウム水溶液で3回洗浄し、さらにまた
洗浄水が充分に透明になるまで水洗した。それぞれの洗
浄は液をデカンテーションすることによって行われた。
機ですりつぶし、細かく切刻んだ。このように切刻み、
すりつぶしたものを水で3回洗浄し、さらに1〜10%の
濃度の塩化ナトリウム水溶液で3回洗浄し、さらにまた
洗浄水が充分に透明になるまで水洗した。それぞれの洗
浄は液をデカンテーションすることによって行われた。
この物質を0.1M〜5Mの濃度の希釈酢酸中に、有機物/
酸量比が0.1〜0.01になるような量で懸濁させ、この物
質を25℃以下の温度で24〜72時間ゆるやかに一定に攪拌
させた。
酸量比が0.1〜0.01になるような量で懸濁させ、この物
質を25℃以下の温度で24〜72時間ゆるやかに一定に攪拌
させた。
この物質をn.50の金属製メッシュで過し、液相を収
集し、固体を回収し、250〜1,000gの塩化ナトリウムを
前記液相に添加し、乳白色のガム状の糸状生成物の形で
コラーゲンを析出させ、これをn.40の金属性メッシュで
過して分離し、豊富な蒸留水で洗浄してから回収し
た。前記手順に従って固体を希釈酢酸中に再び懸濁さ
せ、再び抽出し、コラーゲンが完全に分離するまで操作
を繰返した(約3〜4回)。
集し、固体を回収し、250〜1,000gの塩化ナトリウムを
前記液相に添加し、乳白色のガム状の糸状生成物の形で
コラーゲンを析出させ、これをn.40の金属性メッシュで
過して分離し、豊富な蒸留水で洗浄してから回収し
た。前記手順に従って固体を希釈酢酸中に再び懸濁さ
せ、再び抽出し、コラーゲンが完全に分離するまで操作
を繰返した(約3〜4回)。
その結果得られる総てのコラーゲンを0.5M酢酸5l中に
懸濁させ、完全にゲル化(約24時間)するまで連続的に
攪拌した。塩化ナトリウム500gを添加し、コラーゲンを
析出させ、n.40の金属性メッシュ上で過させ、固形分
を回収し、蒸留水で5回デカンテーション(1回1使
用)によって洗浄し、しかる後、0.5Mの酢酸0.5l中に懸
濁させ、完全にゲル化するまで(約24時間)攪拌し、し
かる後同じ酸で希釈し、0.75kgの1%コラーゲンゲル
(ヒドロキシプロリン力価×7.46)を得た。
懸濁させ、完全にゲル化(約24時間)するまで連続的に
攪拌した。塩化ナトリウム500gを添加し、コラーゲンを
析出させ、n.40の金属性メッシュ上で過させ、固形分
を回収し、蒸留水で5回デカンテーション(1回1使
用)によって洗浄し、しかる後、0.5Mの酢酸0.5l中に懸
濁させ、完全にゲル化するまで(約24時間)攪拌し、し
かる後同じ酸で希釈し、0.75kgの1%コラーゲンゲル
(ヒドロキシプロリン力価×7.46)を得た。
このゲルを28/32″の透析膜に定量的に移し、連続的
に新鮮な0.5M酢酸で透析し、塩化ナトリウムがゲルから
完全に除去されるまで行った。
に新鮮な0.5M酢酸で透析し、塩化ナトリウムがゲルから
完全に除去されるまで行った。
このコラーゲンゲルを正方形の皿に置き、この非常に
粘稠性の塊まりを表面ロールを使用して適当に広げた。
粘稠性の塊まりを表面ロールを使用して適当に広げた。
これを約−40℃で8〜10時間予備乾燥し、高度の減圧
下(0.05mm残留圧)に16時間保ち、しかる後温度を一定
の速度(約2℃/時間)で30℃まで上昇させた。
下(0.05mm残留圧)に16時間保ち、しかる後温度を一定
の速度(約2℃/時間)で30℃まで上昇させた。
この物質を最終的に40℃に2時間加熱し、この凍結乾
燥したフィルムを冷却し、半手動裁断機によって細かく
分割した。
燥したフィルムを冷却し、半手動裁断機によって細かく
分割した。
このようにして得られた生成物は下記のような物理−
化学的特性を有した。
化学的特性を有した。
化学的特性 (a)ヒドロキシプロリン含有量:分光分析の結果、13
%より多く、最低でも12%以上。
%より多く、最低でも12%以上。
(b)全窒素含有量:ケールダール法で測定した結果、
17.5%より多く、最低でも16.2%以上。
17.5%より多く、最低でも16.2%以上。
(c)残留水分:20%より少ない。
物理的特性 (a)単位重量当りの沈降時間:15分以上 (b)単位重量当りの吸水量:25g以上 (c)引裂き強度:2000g/cm2以上 (d)しわの形成温度:90〜120℃ (e)N/10HCl中のペプシン消化時間(1/1重量比):20
分以上 例2 前記例で得られたゲルを3つに分け、凍結乾燥工程前
に0.5Mの酢酸でそれぞれ0.1重量%、0.2重量%及び0.3
重量%の濃度に希釈した。
分以上 例2 前記例で得られたゲルを3つに分け、凍結乾燥工程前
に0.5Mの酢酸でそれぞれ0.1重量%、0.2重量%及び0.3
重量%の濃度に希釈した。
しかる後、第1図及び第2図に示した操作手順に従っ
て、0.5Mの酢酸を使用し、分子量30,000の分子の別機
能を有する膜を使用して塩析を行った。
て、0.5Mの酢酸を使用し、分子量30,000の分子の別機
能を有する膜を使用して塩析を行った。
それぞれ0.1%、0.2%及び0.3%の濃度のコラーゲン
ゲルについての操作時間に対する液中の塩の除去率の
結果を第3図に示す。塩の除去率が100%ということは
サンプルの純度が100%であるということを示してい
る。
ゲルについての操作時間に対する液中の塩の除去率の
結果を第3図に示す。塩の除去率が100%ということは
サンプルの純度が100%であるということを示してい
る。
前記結果は塩化ナトリウムを含有する、それぞれ0.1
%、0.2%及び0.3%濃度のコラーゲンゲルについてのも
のであるが、第3図に示したような塩の除去率と時間と
の関係はコラーゲンゲルまたはコラーゲン溶液中のいず
れの塩類不純物についても当てはまる。前記基本的関係
は、特性曲線が場合に応じて変化することもあるが、コ
ラーゲン濃度が変わった場合についても当てはまる。
%、0.2%及び0.3%濃度のコラーゲンゲルについてのも
のであるが、第3図に示したような塩の除去率と時間と
の関係はコラーゲンゲルまたはコラーゲン溶液中のいず
れの塩類不純物についても当てはまる。前記基本的関係
は、特性曲線が場合に応じて変化することもあるが、コ
ラーゲン濃度が変わった場合についても当てはまる。
第4図は種々の濃度(0.1%、0.2%及び0.3%)のコ
ラーゲンゲルについての濃縮操作のコラーゲン濃度と時
間との関係を示す。
ラーゲンゲルについての濃縮操作のコラーゲン濃度と時
間との関係を示す。
この基本的関係は濃度が変わったコラーゲンゲルまた
はコラーゲン溶液についても当てはまり、濃縮操作はコ
ラーゲン濃度がヒドロキシプロリン力価×7.46に到達し
た時に終了する。
はコラーゲン溶液についても当てはまり、濃縮操作はコ
ラーゲン濃度がヒドロキシプロリン力価×7.46に到達し
た時に終了する。
過膜の再生は0.5M酢酸を使用して行われる。第4図
に示した特性曲線及びこの操作の他の一般的特性は出発
サンプルの量によっても影響される。
に示した特性曲線及びこの操作の他の一般的特性は出発
サンプルの量によっても影響される。
第1図は本発明のコラーゲンゲルまたはコラーゲン溶液
の洗浄工程の系統図であり、第2図は本発明のコラーゲ
ンゲルまたはコラーゲン溶液の濃縮工程の系統図であ
る。 第3図はコラーゲンゲルの塩除去率と時間との関係を示
し、第4図はコラーゲンゲルの濃縮操作のコラーゲン濃
度と時間との関係を示す。 1……希釈酢酸貯蔵器 2……サンプル、3……過膜 4……蠕動ポンプ、5……排水系 6……サンプル回収系
の洗浄工程の系統図であり、第2図は本発明のコラーゲ
ンゲルまたはコラーゲン溶液の濃縮工程の系統図であ
る。 第3図はコラーゲンゲルの塩除去率と時間との関係を示
し、第4図はコラーゲンゲルの濃縮操作のコラーゲン濃
度と時間との関係を示す。 1……希釈酢酸貯蔵器 2……サンプル、3……過膜 4……蠕動ポンプ、5……排水系 6……サンプル回収系
Claims (4)
- 【請求項1】腱または真皮から未変成コラーゲンを製造
する方法において、 (a)25℃以下の温度の希薄有機酸を用い、生物組織を
抽出する工程; (b)得られた抽出物に無機塩を添加し、コラーゲンを
析出させる工程; (c)析出したコラーゲンを希薄有機酸によりゲル化す
る工程; (d)得られたコラーゲンゲルを、分子を分子量に応じ
て濾別する機能を有する隔膜を通じて濾過することによ
り、小さい分子量の物質を除去する工程 を有する未変成コラーゲンの製造法。 - 【請求項2】(a)工程の希薄有機酸が、0.5M〜2M濃度
の酢酸水溶液である請求項第1項記載の未変成コラーゲ
ンの製造法。 - 【請求項3】(a)工程の抽出を24〜72時間行う請求項
第1項記載の未変成コラーゲンの製造法。 - 【請求項4】(b)工程の無機塩が塩化ナトリウムであ
る請求項1項記載の未変成コラーゲンの製造法。
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