WO2007086421A1 - 硬組織再生治療に用い得るハニカム状多孔質体 - Google Patents

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porous body
cam
organic solvent
hydroxyapatite
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Masaru Tanaka
Keiko Yoshizawa
Akinori Tsuruma
Sadaaki Yamamoto
Masatsugu Shimomura
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National University Corporation Hokkaido University
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    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
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    • A61L27/50Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials

Definitions

  • Honeycomb porous material that can be used for the treatment of hard tissue regeneration
  • the present invention relates to a hydroxyapatite nodule-cam-like porous material suitable for hard tissue regeneration treatment and a method for producing the same.
  • Patent Document 1 JP 2005-152006
  • the present invention provides a new bioactive interface that can be used for regenerative medicine of so-called hard tissue such as not only chondrocytes but also teeth, hard bone, and inner surface of bone marrow in contact with cerebrospinal fluid. It is for the purpose.
  • nodyl and hydroxyapatite which is an inorganic substance constituting human hard tissue, and created a new hard-core porous material using hydroxyapatite. We found that a bioactive interface could be obtained, but completed the following inventions.
  • a Herkam-like porous body having a water-insoluble polymer strength is formed into a bowl shape, and nodyl and / or hydroxyapatite is precipitated on the surface of the porous body.
  • step b) Step of applying the water-insoluble organic solvent solution of the water-insoluble polymer prepared in step a) to the surface of the substrate, where the surface tension ⁇ S of the substrate is the surface of the water-insoluble organic solvent to be applied
  • the surface tension ⁇ S of the substrate is the surface of the water-insoluble organic solvent to be applied
  • a step of preparing a Hercam's porous body comprising:
  • step d) The hard cam-like porous body made of the water-insoluble polymer prepared in step c) is dipped in a solution containing phosphoric acid and calcium so that the hydroxyapatite is made of the water-insoluble polymer.
  • the step further includes the step e) of removing the hydroxyapatite noble-cam-like porous body force formed by the step d) and the hard-cam-like porous body also having a water-insoluble polymer force.
  • the manufacturing method as described in.
  • step c) The evaporation rate of the water-insoluble organic solvent in step c) decreases the film thickness when applying the water-insoluble polymer solution of the water-insoluble polymer to the substrate surface to 1Z5 within 1 second.
  • step b) the liquid film thickness of the water-insoluble organic solvent solution of the water-insoluble polymer applied to the substrate is 1 ⁇ m to 100 ⁇ m. (7) or ( The production method according to 8).
  • HA hard cam is a hard cam porous body (hereinafter referred to as polymer hard force) made of a conventional water-insoluble polymer.
  • polymer hard force for example, simple manufacturing, regularity, functioning as a scaffold for proliferating cells, and substance permeability.
  • the HA harcombe is a porous thin film formed of hydroxyapatite, and minute pores (including dents) oriented in the vertical direction of the film have honeycombs in the plane direction of the film.
  • the holes may penetrate the membrane in the vertical direction or communicate with the surrounding holes present in the plane direction! /.
  • An electron micrograph of the HA nonicum of the present invention is shown in FIG.
  • the HA hard cam of the present invention may be a hollow porous body.
  • the hollow shape refers to the back and surface of the membrane shown in FIG. 1 showing the electron micrograph of the nodyl and adroxyapatite constituting the porous material, for example, the HA nose-cam of the present invention, and the trunk portion connecting these.
  • This hollow state can be easily understood by combining it with the description of the manufacturing method of the present invention described later, and therefore will be explained again in the description of the manufacturing method of the present invention. .
  • the shape of the HA nose cam according to the present invention has a film thickness of 0.01 ⁇ m to 100 ⁇ m, preferably 0.1 ⁇ m to 50 ⁇ m, more preferably 1 to 20 ⁇ m.
  • the diameter is 0.01 ⁇ m to 100 ⁇ m, preferably 0.1 ⁇ m to 50 ⁇ m, more preferably 1 ⁇ m to 20 ⁇ m, particularly preferably 3 ⁇ m. m to 10 ⁇ m.
  • a porous thin film in which pores are provided in such a regular arrangement such as a her-came shape is a normal porous film having irregular pores having various pore diameters, shapes, or depths. It is understood as a completely different structure from a material.
  • the polymer heart cam used for the manufacture of the HA no-cam of the present invention can be manufactured according to various known methods.
  • photolithography is soft lithography (Whiteside et al., Angew. Chem. Int. Ed., 1998, pp. 37, 550-575), phase separation of block copolymers (Albrecht et al., Macromolec ules), 2002, 35th pp. 8106-8110), a method of creating 2D and 3D periodic structures by collecting submicron colloidal particles (Guang et al., Langmuir, No. 17), a method of making an inverted opal structure using this as a saddle shape (Carso et al., Langmuir, 1999, No. 15, pages 8276-8281), etc. be able to.
  • JP-A-8-311231, JP-A-2001-157475, JP-A-2002-347107, and JP-A-2002-335949 are methods that greatly differ from these methods and the manufacturing principle.
  • the proposed method can also be used. In these methods, water droplets are condensed on the surface of the polymer non-aqueous organic solvent solution, and the honeycomb-shaped porous body is prepared by using the water droplets as a bowl shape. It is advantageous compared to the manufacturing method. Further details will be described below.
  • water-insoluble organic solvent especially 50 dyn / C m or less of a water-insoluble organic solvent solution of the water-insoluble polymer obtained by dissolving a water-insoluble polymer to the water-insoluble organic solvent having a surface tension gamma L
  • ⁇ S surface tension of the surface
  • ⁇ LS surface tension between the substrate and the solvent
  • the water-insoluble organic solvent referred to here has a surface tension of 50 dyn / cm or less, and is water-insoluble enough to hold water droplets condensed on the surface of the solution, and 0 to 150 ° under atmospheric pressure.
  • C preferably an organic solvent having a boiling point of 10-50 ° C.
  • halogenated hydrocarbons such as carbon tetrachloride, dichloromethane and chloroform
  • aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene
  • esters such as ethyl acetate and butyl acetate
  • non-water soluble ketones such as methyl isobutyl ketone And disulfur carbon.
  • the water-insoluble polymer is not particularly limited as long as it is a polymer that is insoluble in water and soluble in the above-mentioned water-insoluble organic solvent, or can be dissolved in a water-insoluble organic solvent in the presence of a suitable surfactant. Any restrictions can be selected and used as appropriate.
  • Examples include biodegradable polymers such as polylactic acid and polyhydroxybutyric acid, aliphatic polycarbonates, amphiphilic polymers, photofunctional polymers, and electronic functional polymers.
  • a polymer having a hydrophilic group in the side chain, or a hydrophilic group such as a carboxyl group by alkali treatment or the like is preferable to use a polymer capable of having Examples of such a suitable example include polylactic acid and poly ( ⁇ -force prolatatone).
  • water-insoluble organic solvent and the water-insoluble polymer include, for example, polyalkyls such as polystyrene, polycarbonate, polysnolephone, polyethenolesnolephone, polyalkylsiloxane, and polymethylmethacrylate.
  • polystyrene resin From metatarylates or polyalkyl acrylates, polybutadiene, polyisoprene, poly ((vinyl carbazole)), poly (lactic acid), poly (( ⁇ -force prolatathone)), polyalkyl acrylamide, and their copolymers
  • a combination of organic solvents such as carbon tetrachloride, dichloromethane, chloroform, benzene, toluene, xylene and carbon disulfide can be used.
  • the water-insoluble polymer When the water-insoluble polymer is dissolved in the water-insoluble organic solvent, it is preferable to use the water-insoluble polymer of 0.1 g / L to LOg / L dissolved in the solvent.
  • the concentration of the water-insoluble polymer in the solution can be appropriately determined according to the characteristics and physical properties required for the produced hermetic porous material and the water-insoluble organic solvent to be used.
  • the substrate on which the water-insoluble organic solvent solution of the water-insoluble polymer is applied has the surface tension ⁇ L of the water-insoluble organic solvent to be applied as well as the surface tension ⁇ S of the surface of the substrate and the substrate and the solvent. It is desirable to select and use a substrate satisfying the relationship of ⁇ S- ⁇ SL> ⁇ L with respect to the surface tension ⁇ LS. This is because the wettability of the water-insoluble organic solvent solution in the water-insoluble organic solvent solution to the water-insoluble organic solvent itself can affect the thickness of the liquid film formed on the substrate.
  • the substrate is coated with water-insoluble It is preferable that the polymer has a high affinity with a water-insoluble organic solvent solution.
  • a substrate having a surface exhibiting a surface tension that can be expressed by the above formula using the surface tension ⁇ L of the water-insoluble organic solvent as an index may be used.
  • a substrate having a surface exhibiting a surface tension that can be expressed by the above formula using the surface tension ⁇ L of the water-insoluble organic solvent as an index may be used.
  • a substrate having a surface exhibiting a surface tension that can be expressed by the above formula using the surface tension ⁇ L of the water-insoluble organic solvent as an index may be used.
  • a substrate include a glass plate, a silicon plate, a metal plate, and the like.
  • a substrate whose surface has been subjected to processing capable of increasing the affinity with a water-insoluble organic solvent solution.
  • Such improvement of the wettability of the substrate surface can be achieved by a method known per se in accordance with the substrate and the water-insoluble organic solvent used, for example, silane coupling treatment with a thiol compound for glass or metal substrates.
  • Monomolecular film formation processing methods can be used.
  • a hydrophobic organic solvent such as black mouth form
  • a sufficiently cleaned Si substrate a glass substrate whose surface is modified with an alkylsilane coupling agent, etc.
  • a fluorinated solvent it is preferable to use a Teflon (registered trademark) substrate or a glass substrate modified with a fluorinated alkylsilane coupling agent!
  • the liquid film thickness when a water-insoluble organic solvent solution of a water-insoluble polymer is applied to a substrate to form a liquid film of the same solution is 1 ⁇ m to 100 ⁇ m, preferably 30 ⁇ m or less. It is hoped that Examples of methods for applying a water-insoluble organic solvent solution of a water-insoluble polymer to a substrate include a bar coating, a dip coating, a spin coating method, etc. in addition to a method of dropping the same solution on a substrate. Either batch type or continuous type can be used.
  • a polymer harcum which can be prepared by the method exemplified above, is immersed in a solution containing a phosphate source and a calcium source, and the surface of the harcam-like porous body is hydroxylated.
  • the HA nanocam of the present invention can be produced.
  • the phosphoric acid source can be appropriately selected from potassium phosphate, calcium phosphate, sodium phosphate and the like, and the strong lucium source can be appropriately selected from calcium chloride, calcium phosphate, calcium carbonate and the like.
  • the solution for dissolving these phosphate source and calcium source is not particularly limited, but a physiological buffer is preferably used.
  • SBF solution a biologically similar solution prepared as described above.
  • SBF solution is Na C1 7.996mg, NaHCO 0.350mg, KC1 0.224mg, K ⁇ 3 ⁇ O 0.22
  • 2 ml of liquid can be prepared by dissolving in 1000 ml of distilled water in this order.
  • the immersion of the Hercam's porous material having a water-insoluble polymer strength into a solution containing a phosphate source and a calcium source may be allowed to stand at 4 ° C to 40 ° C for 1 hour to 30 days. .
  • the amount of hydroxyapatite deposited on the polymer hammer increases in proportion to the immersion time, the concentration of the phosphate source and calcium source in the solution. Therefore, by adjusting the immersion time and the concentration of the phosphate source and calcium source in the solution, the amount of hydroxyapatite deposited on the polymer harcum can be controlled.
  • the immersion time is 1 to 30 days, preferably 2 to 28 days, more preferably 3 to 28 days.
  • the polymer harcum it is also preferable to immerse the polymer harcum in an alkaline solution (perform an alkali treatment) before immersing it in a solution containing a phosphate source and a calcium source.
  • the alkaline solution include 1N to 5N alkali metal (NaOH or KOH) solutions, but other alkaline solutions may be used.
  • the amount of hydroxypatite deposited on the polymer harcum increases in proportion to the alkali treatment time. Therefore, the amount of hydroxypatite deposited on the honeycomb porous body can also be controlled by adjusting the alkali treatment time of the polymer hard cam.
  • the alkali treatment time is 1 minute to 24 hours, preferably 5 minutes to 8 hours, and more preferably 5 minutes to 3 hours.
  • the water-insoluble polymer is also removed from the HA-no-cam force by treatments such as immersion in an appropriate organic solvent that can dissolve the water-insoluble polymer, decomposition with oxygen plasma, or baking. can do.
  • the structure thus obtained that is, the hollow portion is filled with a substance such as a polymer, and the minute holes oriented in the vertical direction of the membrane are formed in a honeycomb shape in the plane direction of the membrane (in the form of a huck cam).
  • a hollow HA tube and a two cam provided are also an embodiment of the present invention.
  • the HA-cam filled with polymer or the like can have flexibility due to the hybrid effect of organic and inorganic substances.
  • hollow HA honeycombs are excellent in material permeability and proliferate as a scaffold. It has the characteristics of being excellent in function control.
  • FIG. 1 is a partially enlarged view (electron micrograph) of HA no. 2 cam of the present invention.
  • a biodegradable polymer, poly ( ⁇ -force prolatatone) (PCL) (Wako MW 70,000-100,000 0), and an amphiphilic polyacrylic polymer are chromatographed at a weight ratio of 10: 1 to 5 mg / mL. Dissolved in mouth form. This solution was cast on a glass petri dish covered with a cover glass ( ⁇ 15 mm) by a bottle coater, and then black mouth form was evaporated in an atmosphere with a relative humidity of 80% to form a Hercam's porous material. Produced.
  • the pore diameter, trunk diameter, and porosity of the film were measured using scanning electron microscope (SEM) photographs. The average diameter of the two diameters that intersect perpendicularly was determined, and the narrowest part of the trunk diameter was measured. The porosity was measured using the image analysis software Scion Image (Scion Corporation). The porosity in For the range of about 2400 mu m 2 was measured. As a result, the pore diameter was 6.9 ( ⁇ 0.04) ⁇ m, the trunk diameter was 2.8 ( ⁇ 0.05) ⁇ m, and the porosity was 53.2 ( ⁇ 0.81)%.
  • the contact angle of this Hercam's porous material was cast on 10 L of distilled water on a thin film, and the static contact angle of water after 30 seconds was measured using a contact angle meter (ERMA G-1) It was about 130 ° when measured by using.
  • the polymer hakam prepared in 1) was placed in 60 ml of 1N NaOH solution and immersed for 1 minute at 23 ° C, then removed from the solution and washed by immersion in 30 ml of distilled water. Thereafter, 200 1 ethanol was added dropwise for deaeration.
  • the polymer harcum degassed with ethanol was immersed in 400 ml of SBF solution prepared according to the method of Kokubo et al. And allowed to stand at 37 ° C for 21 days to produce HA knock-cam. [0052] HA and two cams were collected, the surface shape was measured with a scanning electron microscope (SEM), the precipitation of hydroxyapatite with elemental analysis (EDAX), and the static contact angle with water as a contact angle meter (ERMA G- Each was confirmed in 1).
  • SEM scanning electron microscope
  • EDAX precipitation of hydroxyapatite with elemental analysis
  • ERMA G- static contact angle with water as a contact angle meter
  • FIG. 1 shows an operation electron micrograph of the HA knife-cam. From the EDAX measurement results, it was confirmed that hydroxyapatite was deposited on the surface of the polymer cam.
  • a plurality of polymer harcums were prepared by the method of Example 1), and changes in the amount of hydroxyapatite deposited when the alkali treatment time and the immersion time in the SBF solution were changed were confirmed.
  • Alkaline treatment time was 1 minute, 5 minutes, 30 minutes, 180 minutes, 360 minutes, and 720 minutes, and the immersion time in SBF solution was 7 days. Was confirmed to increase in proportion to the alkaline processing time.
  • the alkali treatment time was 30 minutes, and the immersion time in the SBF solution was 3, 7, 14, 21, and 28 days. It was confirmed that it increased in proportion to the immersion time in the solution.

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Description

明 細 書
硬組織再生治療に用い得るハニカム状多孔質体
技術分野
[0001] 本発明は、硬組織再生治療に好適な、ハイドロキシアパタイト製ノヽ-カム状多孔質 体とその製造方法に関する。
背景技術
[0002] 高齢化社会の進行により、骨粗しょう症や関節疾患に代表される骨、軟骨、歯など の硬組織疾患が増加している。これらの疾患は、老人医療費の増カロにカ卩えてヒトの Q OLを著しく損なわせるために、大きな社会問題ともなつてきて!/、る。
[0003] 現在、硬糸且織疾患の治療のために、例えば bFGF、 TGF- β 1あるいは BMP等の 各種増殖因子あるいは骨髄由来細胞を疾患部位に注入したり、生分解性高分子か らなるメッシュを移植したり、あるいはチタン等の金属、セラミックスあるいはハイドロキ シアパタイトなど力もなる人工歯根や人工骨を移植するなどの治療が行われている。
[0004] しかし、これらの治療法では、治療を達成するための十分な組織再生は未だ達成さ れていない。特に硬い骨と柔らかい軟骨は結合しにくい組織であるため、軟骨が骨か ら剥離してしまった疾患に対しては、ピンやねじ等の物理的手段によって軟骨を骨に 固定するしか治療法がな 、のが現状である。
[0005] このような関節疾患の治療に当たっては、硬い骨と軟骨との界面に配置させたとき に速やかに骨と接着して骨としての機能を代行すると共に、骨の代謝系に取り込まれ て徐々に患者自身の骨に置き換わるような生体適合性材料 (バイオアクティブインタ 一フェイスと呼ばれる)の開発が重要な課題となっている。
[0006] 軟骨の再生医療に利用可能な生体適合性材料の一つとして、非水溶性ポリマーか らなるハニカム状多孔質体とこの上で軟骨細胞を増殖させた軟骨組織再生基材の複 合体が報告されて 、るが(特許文献 1)、これは専ら軟骨細胞の増殖それ自体を目的 としたものである。
特許文献 1 :特開 2005— 152006
発明の開示 発明が解決しょうとする課題
[0007] 本発明は、軟骨細胞のみならず歯や硬い骨、髄液と接触している骨髄内面等の、 いわゆる硬組織の再生医療に用いることのできる新たなバイオアクティブインターフエ イスを提供することを目的とするものである。
課題を解決するための手段
[0008] 本発明者らは、ヒトの硬組織を構成する無機物質であるノ、イドロキシアパタイトに着 目し、ハ-カム状多孔質体をハイドロキシアパタイトを用いて作成することで新たなバ ィォアクティブインターフェイスが得られることを見 、だし、以下の各発明を完成した。
[0009] (1) 0. 01 μ m〜100 μ mの膜厚ならびにハ-カム状に整列した孔径 0. 01 μ m〜
100 mの孔を有する、ハイドロキシアパタイト製ノヽ-カム状多孔質体。
[0010] (2)ハニカム状に整列した孔が膜の内部で平面方向に連通している、(1)に記載の ノ、イドロキシアパタイト製ノヽ-カム状多孔質体。
[0011] (3)中空状の多孔質体である、(1)または(2)に記載のハイドロキシアパタイト製ノヽ 二カム状多孔質体。
[0012] (4)中空部が非水溶性ポリマーによって充填されている、(3)に記載のハイドロキシ アパタイト製ノ、二カム状多孔質体。
[0013] (5)硬組織再生治療において細胞増殖用の足場として使用するための、(1)ないし
(4)に記載のハイドロキシアパタイト製ノヽ-カム状多孔質体。
[0014] (6)非水溶性ポリマー力もなるハ-カム状多孔質体を铸型とし、ノ、イドロキシァパタ イトを該多孔質体の表面に析出させることを特徴とする、 0. 01 μ πι〜100 /ζ mの膜 厚ならびにハ-カム状に整列した孔径 0. 01 μ m〜100 μ mの孔を有するハイドロキ シアパタイト製ハニカム状多孔質体の製造方法。
[0015] (7)下記の工程 a)〜e)を含む、(6)に記載の製造方法;
a) 50dynZcm以下の表面張力 γ Lを有する非水溶性有機溶媒に非水溶性ポリ マーを溶解して非水溶性ポリマーの非水溶性有機溶媒溶液を調製する工程、
b)工程 a)で調製される非水溶性ポリマーの非水溶性有機溶媒溶液を基板の表 面に塗布する工程、ここで該基板の表面張力 γ Sは塗布される非水溶性有機溶媒の 表面張力 γ Lならびに該基板と該溶媒との間の表面張力 γ LSに対して γ S— γ SL > T Lの関係を満たす、
c) X@b)で基板上に塗布された非水溶性ポリマーの非水溶性有機溶媒溶液に 相対湿度 30%以上の空気を接触させて非水溶性有機溶媒を蒸発させて、非水溶性 ポリマーからなるハ-カム状多孔質体を調製する工程、及び
d)工程 c)で調製された非水溶性ポリマーからなるハ-カム状多孔質体をリン酸と カルシウムとを含む溶液に浸漬してハイドロキシアパタイトを該非水溶性ポリマーから なるハ-カム状多孔質体に付着させ、ハイドロキシアパタイト製ノ、二カム状多孔質体 を形成させる工程。
[0016] (8)さらに工程 d)によって形成されるハイドロキシアパタイト製ノヽ-カム状多孔質体 力 非水溶性ポリマー力もなるハ-カム状多孔質体を除去する工程 e)を含む、(7) に記載の製造方法。
[0017] (9)工程 c)における非水溶性有機溶媒の蒸発速度が非水溶性ポリマーの非水溶 性有機溶媒溶液の基板表面への塗布時の液膜厚を 1秒以内に 1Z5にまで減少さ せる速度である、(7)又は(8)に記載の製造方法。
[0018] (10)相対湿度 30%以上の湿度を有する流速 10〜: LOOLZ分の気流に接触させ ることで非水溶性有機溶媒を蒸発させる、(7)又は (8)に記載の製造方法。
[0019] (11)工程 b)にお 、て基板に塗布される非水溶性ポリマーの非水溶性有機溶媒溶 液の液膜厚が 1 μ m〜100 μ mである、 (7)又は(8)に記載の製造方法。
発明の効果
[0020] 本発明のハイドロキシアパタイト製ノヽ-カム状多孔質体 (以下、 HAハ-カムと称す る)は、従来の非水溶性ポリマーからなるハ-カム状多孔質体 (以下、ポリマーハ-力 ムと称する)に認められる特徴、例えば製造が簡便であること、規則性を有すること、 増殖細胞の足場として機能すること、物質透過性を有すること等を備えている。また、 ヒトの硬糸且織の構成成分と同一の成分であるハイドロキシアパタイトでできていること から、軟骨細胞、歯、骨、髄液と接触している骨髄内面を含むいわゆる硬組織の再生 医療に必要な細胞の増殖用足場として、特に生体に対してより高い適合性を有し、 細胞の機能制御が容易なバイオアクティブインターフェイスとして利用可能である。 発明を実施するための最良の形態 [0021] 本発明における HAハ-カムとは、ハイドロキシアパタイトによって形成される多孔 性の薄膜であって、膜の垂直方向に向けられた微少な孔 (くぼみを含む)が膜の平面 方向に蜂の巣状に (ハ-カム状に)設けられて 、るものを意味する。孔は膜を垂直方 向に貫通して 、てもよく、また平面方向に存在する周囲の孔と連通して 、てもよ!/、。 本発明の HAノヽニカムの電子顕微鏡写真を図 1に示す。
[0022] また本発明の HAハ-カムは、中空状の多孔質体とすることもできる。ここで中空状 とは、多孔質体を構成するノ、イドロキシアパタイト、例えば本発明の HAノヽ-カムの電 子顕微鏡写真を示す図 1の膜の裏面と表面並びこれらを結び付けている幹部分が物 質の存在しない中空部を有する状態力、あるいはハイドロキシアパタイト以外の物質 、特に非水溶性ポリマーで充填されている中空部を有する状態を意味する。なお、こ の中空状という状態は後述する本発明の製造方法の説明と合わせることによって容 易に理解することができることから、本発明の製造方法の説明にお 、て改めて説明 すること〖こする。
[0023] 本発明の HAノヽ-カムの形状は、膜厚が 0. 01 μ m〜100 μ m、好ましくは 0. 1 μ m〜50 μ m、より好ましく ίま 1 μ m〜20 μ mであり、孑し径カ 0. 01 μ m〜100 μ m、好 ましく ίま 0. 1 μ m〜50 μ m、より好ましく ίま 1 μ m〜20 μ m、特に好ましく ίま 3 μ m〜 10 μ mである。
[0024] この様なハ-カム状という規則的な配置で孔が設けられている多孔質の薄膜は、孔 の口径、形状あるいは深さなどがまちまちである不規則な孔を有する通常の多孔質 体とは全く異なる構造体として理解される。
[0025] 本発明の HAノヽ-カムの製造に利用されるポリマーハ-カムは、種々の公知の方法 に従って製造することができる。例えばフォトリソグラフィーゃソフトリソグラフィー(ホヮ イトサイドら、 Angew. Chem. Int. Ed. , 1998年、第 37卷、 第 550— 575 頁)、ブロックコポリマーの相分離(アルブレヒトら,マクロモレキュール(Macromolec ules)、 2002年、第 35卷、第 8106— 8110頁)、サブミクロンのコロイド微粒子を集 積することで 2次元、 3次元の周期構造を作製する方法 (グら、ラングミュア (Langmui r)、第 17卷)、これを铸型にしてインバースドオパール構造を作製する方法 (カルソら 、 ラングミュア(Langmuir)、 1999年、第 15卷、第 8276— 8281頁)などを挙げる ことができる。
[0026] また、これらの方法と製造原理を大きく異にする方法である特開平 8— 311231、特 開 2001— 157475、特開 2002— 347107ある!/ヽ ίま特開 2002— 335949【こ記載さ れた方法も使用することができる。これらの方法は、高分子の非水性有機溶媒溶液 表面上に水滴を結露させ、該水滴を铸型としてハニカム状の多孔質体を調製するも のであり、製造コストや効率等の点でその他の製造法に比べて有利である。以下、さ らに詳しく説明する。
[0027] この方法では、水不溶性有機溶媒、特に 50dyn/Cm以下の表面張力 γ Lを有する 水不溶性有機溶媒に非水溶性ポリマーを溶解した非水溶性ポリマーの水不溶性有 機溶媒溶液を、表面の表面張力を γ Sとし、塗布される水不溶性有機溶媒の表面張 力 γ Lならびに該基板と該溶媒との間の表面張力 γ LSとした場合に γ S— γ SL> Ύ Lの関係を満たす基板の表面に塗布し、さらに 30%以上の空気の存在下で基板 上に塗布された非水溶性ポリマーの水不溶性有機溶媒溶液を蒸発させることが好ま しい。
[0028] ここにいう水不溶性有機溶媒は、 50dyn/cm以下の表面張力を有し、かつ該溶液表 面に結露した水滴を保持し得る程度の水不溶性と、大気圧下で 0〜150°C、好ましく は 10〜50°Cの沸点を有する有機溶媒を言う。例えば四塩化炭素、ジクロロメタン、ク ロロホルム等のハロゲン化炭化水素、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭 化水素、酢酸ェチル、酢酸ブチル等のエステル類、メチルイソブチルケトン等の非水 溶性のケトン類、二硫ィ匕炭素などを挙げることができる。
[0029] また非水溶性ポリマーは、水に不溶性でかつ上記の水不溶性有機溶媒に可溶な、 あるいは適当な界面活性剤の存在下で水不溶性有機溶媒に溶解し得るポリマーで あれば特別の制限はなぐ適宜選択して使用することができる。
[0030] 例えば、ポリ乳酸やポリヒドロキシ酪酸のような生分解性ポリマー、脂肪族ポリカーボ ネート、両親媒性ポリマー、光機能性ポリマー、電子機能性ポリマーなどを挙げること ができる。
[0031] 特に、表面にハイドロキシアパタイトを付着させるためには、親水性基を側鎖に有す る有するポリマー、あるいはアルカリ処理等によってカルボキシル基のような親水性基 を持たせることの可能なポリマーの利用が好ましい。この様な好適な例としては、ポリ 乳酸やポリ( ε—力プロラタトン)等を挙げることができる。
[0032] 上記の水不溶性有機溶媒と非水溶性ポリマーとの具体的な組み合わせの例として は、例えばポリスチレン、ポリカーボネート、ポリスノレホン、ポリエーテノレスノレホン、ポリ アルキルシロキサン、ポリメタクリル酸メチルなどのポリアルキルメタタリレートまたはポ リアルキルアタリレート、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリ一(Ν—ビニルカルバゾ ール)、ポリ乳酸、ポリ一( ε—力プロラタトン)、ポリアルキルアクリルアミド、およびこ れらの共重合体よりなる群力 選ばれるポリマーに対しては、四塩化炭素、ジクロロメ タン、クロ口ホルム、ベンゼン、トルエン、キシレン、二硫化炭素などの有機溶媒を組 み合わせて使用することができる。また、フッ素化アルキルを側鎖に持つアタリレート 、メタタリレートおよびこれらの共重合体よりなる群力 選ばれるポリマーに対しては、 ΑΚ— 225 (旭硝子株式会社製)などのフッ化炭素溶媒、トリフルォロベンゼン、フル ォロエーテル類などの使用も良好な結果を与える。これらの中から、具体的に使用す る非水溶性ポリマーに対する溶解性を考慮して、適宜選択して使用することができる
[0033] また、フッ素化アルキルを側鎖に持つポリアタリレートやメタタリレートの側鎖の水素 をフッ素に置換したフッ素系ポリマーを用いてハニカム状多孔質体を製造する際に は、フッ素系の有機溶媒 (ΑΚ— 225等)の使用も良好な結果を与える。
[0034] 水不溶性有機溶媒に非水溶性ポリマーを溶解する際には、同溶媒に対して 0. lg /L〜: LOg/Lの非水溶性ポリマーを溶解して使用することが好ましい。ここで、溶液 中の非水溶性ポリマー濃度は、製造されるハ-カム状多孔質体に求める特性、物性 並びに使用する水不溶性有機溶媒に応じて、適宜定めることができる。
[0035] さらにかかる非水溶性ポリマーの水不溶性有機溶媒溶液を塗布する基板は、基板 表面の表面張力 γ Sど塗布される水不溶性有機溶媒の表面張力 γ Lならびに該基 板と該溶媒との間の表面張力 γ LSとの間で、 γ S— γ SL> γ Lの関係を満たす基 板を選択して用いることが望ましい。これは、非水溶性ポリマー溶液の水不溶性有機 溶媒溶液を塗布する基板自体の水不溶性有機溶媒に対する濡れ性が、基板上に形 成される液膜の厚みに影響を与え得るためである。基板には、塗布される非水溶性 ポリマーの水不溶性有機溶媒溶液との親和性が高 、ものであることが好まし 、。具体 的には、水不溶性有機溶媒の表面張力 γ Lを指標にして上記式で表すことのできる 表面張力を示す表面を有する基板を利用すればよい。そのような基板の好適な例と しては、ガラス板、シリコン製板あるいは金属板などを挙げることができる。
[0036] また、水不溶性有機溶媒溶液との親和性を高めることのできる加工を表面に施した 基板の使用も可能である。この様な基板表面の濡れ性の改良は、基板と使用する水 不溶性有機溶媒に合わせて、自体公知の方法、例えばガラス製や金属製の基板に 対してはそれぞれシランカップリング処理ゃチオール化合物による単分子膜形成処 理方法などを利用することができる。
[0037] 例えば、クロ口ホルムなどの疎水性有機溶媒を水不溶性有機溶媒として用いる場合 の基板としては、十分に洗浄された Si基板や、アルキルシランカップリング剤などで 表面を修飾したガラス基板などの使用が好ましい。また、フッ素系溶媒を用いる場合 は、テフロン (登録商標)基板、あるいはフッ素化アルキルシランカップリング剤などで 修飾したガラス基板などの使用が好まし!/ヽ。
[0038] 非水溶性ポリマーの水不溶性有機溶媒溶液を基板に塗付して同溶液の液膜を形 成させる際の液膜厚としては 1 μ m〜100 μ m、好ましくは 30 μ m以下とすることが 望ま ヽ。また基板に非水溶性ポリマーの水不溶性有機溶媒溶液を塗付する方法と しては、基板に同溶液を滴下する方法の他、バーコート、ディップコート、スピンコート 法などを挙げることができ、バッチ式、連続式の何れも利用することができる。
[0039] 本発明においては、上記に例示したような方法により調製することができるポリマー ハ-カムをリン酸源並びにカルシウム源を含む溶液に浸漬し、ハ-カム状多孔質体 の表面にハイドロキシアパタイトを自己組織的に付着させることで、本発明の HAノヽ- カムを製造することができる。
[0040] リン酸源としてはリン酸カリウム、リン酸カルシウム、リン酸ナトリウムなどから、また力 ルシゥム源としては塩化カルシウム、リン酸カルシウム、炭酸カルシウムなどから、そ れぞれ適宜選択して利用することができる。これらのリン酸源並びにカルシウム源を 溶解する溶液としては特に制限はないが、生理的な緩衝液の利用が好ましい。
[0041] 典型的には、小久保らの方法 (J. Biomed. Mater. Res., 24(3)331-343, 1990)に従 つて調製される生体類似溶液 (SBF溶液)を用いることが好ましい。 SBF溶液は、 Na C1 7. 996mg、 NaHCO 0. 350mg、 KC1 0. 224mg、 K ΗΡΟ· 3Η O 0. 22
3 2 2
8mg、 MgCl - 6H O 0. 305mg、 lkmolZm3の HC1溶液 40ml、 CaCl 0. 278
2 2 2 mg、 Na SO 0. 071mg、 (CH OH) CNH 6. 057mg、 lkmolZm3の HC1溶
2 4 2 3 2
液 2mlを、この順序で 1000mlの蒸留水に溶解させて調製することができる。
[0042] 非水溶性ポリマー力 なるハ-カム状多孔質体のリン酸源並びにカルシウム源を含 む溶液への浸漬は、 4°C〜40°Cで 1時間〜 30日静置すればよい。ポリマーハ-カム へのハイドロキシアパタイトの析出量は、浸漬時間、溶液中のリン酸源並びにカルシ ゥム源の濃度に比例して増加する。よって浸漬時間と溶液中のリン酸源並びにカル シゥム源の濃度を調節することで、ポリマーハ-カムへのハイドロキシアパタイトの析 出量を制御することもできる。浸漬時間は 1日〜30日、好ましくは 2日〜28日、より好 ましくは 3日〜 28日である。
[0043] また、リン酸源並びにカルシウム源を含む溶液に浸漬する前に、ポリマーハ-カム をアルカリ溶液に浸漬する(アルカリ処理を行う)ことが好ま ヽ。アルカリ溶液として は 1N〜5Nのアルカリ金属(NaOHあるいは KOH)溶液を典型例として挙げることが できるが、他のアルカリ溶液であってもよい。ポリマーハ-カムへのハイドロキシァパタ イトの析出量は、アルカリ処理の時間に比例して増加する。よってポリマーハ-カムの アルカリ処理時間を調節することでも、該ハニカム状多孔質体へのハイドロキシァパ タイトの析出量を制御することができる。アルカリ処理時間は 1分〜 24時間、好ましく は 5分〜 8時間、より好ましくは 5分〜 3時間である。
[0044] さらに、非水溶性ポリマーを溶解することのできる適当な有機溶媒に浸す、酸素プ ラズマによって分解する、あるいは焼成するなどの処理を行って、 HAノヽ-カム力も非 水溶性ポリマーを除去することができる。この様にして得られる構造、すなわち中空 部分がポリマー等の物質によって充填されて 、な 、、膜の垂直方向に向けられた微 少な孔が膜の平面方向に蜂の巣状に (ハ-カム状に)設けられて 、る中空状 HAノ、 二カムもまた、本発明の一態様である。ポリマー等によって充填された HAノヽ-カムは 、有機物と無機物とのハイブリッド効果による柔軟性を持たせることができる。また中 空状の HAハニカムでは、物質の透過性等に優れ、これを足場として増殖する細胞 の機能制御に優れると 、う特徴を有する。
[0045] 以下に実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する力 本発明はこれらの実施 例に限定されるものではない。
図面の簡単な説明
[0046] [図 1]本発明の HAノ、二カムの部分拡大図(電子顕微鏡写真)である。
実施例 1
[0047] <実施例 >
1)ハニカム状多孔質体の作製
生分解性高分子であるポリ( ε -力プロラタトン)(PCL) (Wako M.W.70,000〜100,00 0)と両親媒性ポリアクリルポリマーを重量比 10:1で 5 mg/mLとなるようにクロ口ホルム に溶解した。この溶液をカバーガラス( φ 15 mm)を敷き詰めたガラスシャーレ上にス ビンコ一ターによってキャストした後、相対湿度 80%の雰囲気下でクロ口ホルムを蒸 発させてハ-カム状多孔質体を作製した。
[0048] フィルムの孔径、幹径および空孔率を走査型電子顕微鏡 (SEM)写真を用いて測定 した。孔径は垂直に交わる 2直径の平均を求め、幹径は最も細い部位を測定した。空 孔率は画像解析ソフト Scion Image (Scion Corporation)を用いて測定した。空孔率に ついては約 2400 μ m2の範囲を測定した。 結果は、孔径が 6.9(± 0.04) μ m、幹径が 2. 8(±0.05) μ m空孔率が 53.2(±0.81)%であった。
[0049] またこのハ-カム状多孔質体の接触角を、薄膜上に 10 Lの蒸留水をキャストし、 3 0秒後の水の静的接触角を接触角計 (ERMA G-1)を用いることで測定したところ、約 130° であった。
[0050] 2)アルカリ溶液への浸漬
1)で調製したポリマーハ-カムを 1Nの NaOH溶液 60mlに置 、て 23°Cで 1分間浸 漬した後、溶液から取り出し、 30mlの蒸留水に浸して洗浄を行った。その後、 200 1のエタノールを滴下し、脱気を行った。
[0051] 3)ハイドロキシアパタイトの付着
エタノールで脱気を行ったポリマーハ-カムを小久保らの方法に従って調製した S BF溶液 400mlに浸漬し、 37°Cで 21日間静置して、 HAノヽ-カムを製造した。 [0052] HAノ、二カムを回収し、走査型電子顕微鏡 (SEM)で表面形状を、元素分析 (EDAX )でハイドロキシアパタイトの析出を、水に対する静的接触角を接触角計 (ERMA G-1 )でそれぞれ確認した。
[0053] HAノヽ-カムの操作電子顕微鏡写真を図 1に示す。 EDAX測定の結果から、ポリマ ーハ-カムの表面にハイドロキシアパタイトが析出していることが確認された。
[0054] <試験例>
実施例の 1)の方法によって複数枚のポリマーハ-カムを調製し、アルカリ処理時間 ならびに SBF溶液への浸漬時間を変化させたときのハイドロキシアパタイトの析出量 の変化を確認した。
[0055] アルカリ処理時間は 1分、 5分、 30分、 180分、 360分、 720分とし、 SBF溶液への 浸漬時間を 7日としたところ、 EDAX測定によるノ、イドロキシアパタイトの析出量はァ ルカリ処理の時間に比例して増加することが確認された。また、アルカリ処理時間を 3 0分とし、 SBF溶液への浸漬時間を 3日、 7日、 14日、 21日、 28日としたところ、 ED AX測定によるノ、イドロキシアパタイトの析出量は SBF溶液への浸漬時間に比例して 増加することが確認された。
[0056] また、アルカリ処理ならびに SBF溶液への浸漬 、ずれにつ 、ても、ハイド口キシァ パタイトの析出量が増加するに従い、 X線回折を用いた観察による該ハイド口キシァ ノ《タイトの結晶性が向上することも確認された。
[0057] さらに、アルカリ処理時間ならびに浸漬時間に比例して、ハ-カム上多孔質体の静 的接触角が低下しており、より親水性が高まることが確認された。この親水性の増加 は、これを足場とする細胞に対する適合性の向上を意味する。

Claims

請求の範囲
[1] 0. 01 μ m〜100 μ mの膜厚ならびにハ-カム状に整列した孔径 0. 01 μ m〜100 μ mの孔を有する、ハイドロキシアパタイト製ノヽ-カム状多孔質体。
[2] ハ-カム状に整列した孔が膜の内部で平面方向に連通している、請求の範囲第 1項 に記載のハイドロキシアパタイト製ノヽ-カム状多孔質体。
[3] 中空状の多孔質体である、請求の範囲第 1項または第 2項に記載のハイドロキシアバ タイト製ハニカム状多孔質体。
[4] 中空部が非水溶性ポリマーによって充填されている、請求の範囲第 3項に記載のハ イドロキシアパタイト製ノヽ-カム状多孔質体。
[5] 硬組織再生治療において細胞増殖用の足場として使用するための、請求の範囲第 1項ないし第 4項に記載のハイドロキシアパタイト製ノヽ-カム状多孔質体。
[6] 非水溶性ポリマーからなるハ-カム状多孔質体を铸型とし、ハイドロキシアパタイトを 該多孔質体の表面に析出させることを特徴とする、 0. 01 μ πι〜100 /ζ mの膜厚なら びにハ-カム状に整列した孔径 0. 01 μ m〜100 μ mの孔を有するハイドロキシァパ タイト製ハニカム状多孔質体の製造方法。
[7] 下記の工程 a)〜e)を含む、請求の範囲第 6項に記載の製造方法;
a) 50dynZcm以下の表面張力 γ Lを有する非水溶性有機溶媒に非水溶性ポリマ 一を溶解して非水溶性ポリマーの非水溶性有機溶媒溶液を調製する工程、 b)工程 a)で調製される非水溶性ポリマーの非水溶性有機溶媒溶液を基板の表面に 塗布する工程、ここで該基板の表面張力 γ Sは塗布される非水溶性有機溶媒の表 面張力 γ Lならびに該基板と該溶媒との間の表面張力 γ LSに対して γ S— γ SL> の関係を満たす、
c) TMb)で基板上に塗布された非水溶性ポリマーの非水溶性有機溶媒溶液に相 対湿度 30%以上の空気を接触させて非水溶性有機溶媒を蒸発させて、非水溶性ポ リマーからなるハ-カム状多孔質体を調製する工程、及び
d)工程 c)で調製された非水溶性ポリマー力 なるハ-カム状多孔質体をリン酸と力 ルシゥムとを含む溶液に浸漬してハイドロキシアパタイトを該非水溶性ポリマー力 な るハ-カム状多孔質体に付着させ、ハイドロキシアパタイト製ノ、二カム状多孔質体を 形成させる工程。
[8] さらに工程 d)によって形成されるハイドロキシアパタイト製ノヽ-カム状多孔質体力も非 水溶性ポリマーからなるハ-カム状多孔質体を除去する工程 e)を含む、請求の範囲 第 7項に記載の製造方法。
[9] 工程 c)における非水溶性有機溶媒の蒸発速度が非水溶性ポリマーの非水溶性有 機溶媒溶液の基板表面への塗布時の液膜厚を 1秒以内に 1Z5にまで減少させる速 度である、請求の範囲第 7項又は第 8項に記載の製造方法。
[10] 相対湿度 30%以上の湿度を有する流速 10〜: LOOLZ分の気流に接触させることで 非水溶性有機溶媒を蒸発させる、請求の範囲第 7項又は第 8項に記載の製造方法。
[11] 工程 b)にお ヽて基板に塗布される非水溶性ポリマーの非水溶性有機溶媒溶液の液 膜厚が: L πι〜100 /ζ mである、請求の範囲第 7項又は第 8項に記載の製造方法。
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