JP2005169008A - 生体適合性材料の滅菌方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
放射線滅菌工程における分解および劣化を抑えることができる生体適合性材料の滅菌方法の提供が求められている。
【解決手段】
生体適合性材料を脱酸素剤と共に非通気性包装材料で包装し、放射線滅菌することを特徴とする生体適合性材料の滅菌方法であり、放射線滅菌工程において分解および劣化を抑制するものである。さらに詳しくは、分解および劣化による生体適合性材料の生体内の分解時間への影響を少なくすることができる滅菌方法である。

Description

本発明は、放射線滅菌工程において、分解および劣化を抑制することができる生体適合性材料の滅菌方法に関する。

近年、機能障害や機能不全に陥った生体組織・臓器に対して、細胞を積極的に利用して、その機能の再生をはかる再生医療分野の発展が著しく、歯肉、骨、血管、神経および漿膜など様々な器官を再生する技術が確立されてきた。これら器官の再生には、生体適合性材料で形成した組織誘導再生を可能にする補填具を用いて該器官の欠損部を補填し、器官の再生誘導を行い、これと同時に生体適合性材料は生体内で分解もしくは吸収される。さらに、これらの生体適合性材料に架橋処理などを行うことで、生体内での分解・吸収時間を制御や補填強度を向上させる試みもなされている。

一方、これらの生体適合性材料は医療材料であるために、滅菌工程が必要不可欠である。現在、医療材料に対して実施されている滅菌方法は、高圧蒸気滅菌、エチレンオキサイドガス（ＥＯＧ）滅菌、放射線滅菌などが挙げられる。高圧蒸気滅菌は、高温高圧に耐えうる医療材料であれば使用可能であるが、生体適合性材料の多くは高温高圧に耐えうるものは少ない。ＥＯＧ滅菌は、材料の劣化抑える点で優れているが、残留したＥＯＧによる生体に及ぼす影響が懸念される。放射線滅菌は、高圧蒸気滅菌やエチレンオキサイドガス滅菌よりも滅菌性能は高く最も注目されている滅菌方法の一つである。放射線は、アルファ線、ベータ線、ガンマ線、中性子線、電子線およびエックス線が挙げられる。しかし、これらの放射線滅菌は分解または劣化を起こし、物理的特性に大きな影響を与える。特に生体適合性材料の場合、分解時間に変化をもたらす。このような分解および劣化は、放射線照射に伴って発生したフリーラジカルが、近傍の酸素と反応し起きるものとされている。これらの問題は、生体適合性材料を非通気性材料で単に脱気包装しただけでは、解決されなかった。

上記の問題を解決し、放射線滅菌を可能にした生体適合性材料として、コラーゲンと鉱質混合物からなる骨の再生材料において、ガンマ線滅菌を施し、高い無菌保証レベルを達成した発明が開示されている（特許文献１）。しかし、鉱物を含まない他の生体適合性材料で、滅菌が可能になったわけではない。また、放射線保護物質および水を含有するコラーゲンゲルの滅菌方法が開示されている（特許文献２、３）。しかし、これらの生体適合性材料は、水で膨潤したゲルのみに適用されるものである。さらに、多官能トリアジン系化合物を含有させることにより、高分子のラジカル発生を抑える方法が開示されている（特許文献４）。しかし、このトリアジン化合物が生体に及ぼす影響については不明である。したがって、これら以外の生体適合性材料、特にゲル以外の乾燥状態での保存が必須である生体適合性材料に関しては、放射線滅菌による問題を解決できたわけではない。

特開昭６３−１３２６６４号公報 特開平１１−１３７６６２号公報 特開２０００−１０７２７８号公報 特開２００３−６９５号公報

したがって、放射線滅菌工程における分解および劣化を抑えることができる生体適合性材料の滅菌方法が求められている。

本発明は、放射線滅菌における分解および劣化を抑えることができる生体適合性材料の滅菌方法に関する。
即ち本発明は、
（１） 生体適合性材料を脱酸素剤と共に非通気性包装材料で密封し、放射線滅菌することを特徴とする生体適合性材料の滅菌方法、
（２） 放射線滅菌がガンマ線滅菌および電子線滅菌である（１）に記載の生体適合性材料の滅菌方法、
（３） 生体適合性材料が、生体高分子物質および／または生分解性高分子物質で成形されたシート、糸状、織布、不織布、多孔体、チューブ状またはこれらの２つ以上の組み合わせからなる形状である（１）に記載の生体適合性材料の滅菌方法、
（４） 生体高分子物質が、ポリサッカライド、ＤＮＡ、ポリペプチドまたはコラーゲンである（３）に記載の生体適合性材料の滅菌方法、
（５） 生分解性材料物質が、ポリアミド、ポリエステル、ポリ乳酸またはポリグリコール酸である（３）に記載の生体適合性材料の滅菌方法、
（６） コラーゲンおよび／またはヒアルロン酸で成形した生体適合性材料を脱酸素剤と共に非通気性包装材料で包装し、放射線滅菌することを特徴とする（１）に記載の生体適合性材料の滅菌方法、および、
（７） さらに乾燥剤存在下で密封する（１）に記載の生体適合性材料の滅菌方法に関する。

本発明の生体適合性材料の滅菌方法は、放射線滅菌工程において分解および劣化を抑制するものである。さらに詳しくは、分解および劣化による生体適合性材料の生体内の分解時間への影響を少なくすることができる。

本発明の生体適合性材料の滅菌方法は、放射線滅菌であることを特徴としている。放射線滅菌としては、放射線は、アルファ線、ベータ線、ガンマ線、中性子線、電子線およびエックス線が挙げられるが、ガンマ線滅菌および電子線滅菌が好ましい。これらの滅菌方法は、当業者が行いうる通常の方法で特に問題はなく、放射線の照射量としては１０〜５０ｋＧｙ、好ましくは２０〜３０ｋＧｙであり、温度条件は１５〜３５℃、好ましくは２０〜３０℃である。

本発明の生体適合性材料は、脱酸素剤と共に非通気性包装材料で密封包装することを特徴としている。密封包装おいて、包装体内に空気が残存しても問題ないが、脱気または不活性ガスを充填した状態で包装することが好ましい。また、包装材料の形態としては、容器状、袋状などが挙げられるが、保有上およびコスト的に有利な袋状が好ましい。

本発明における生体適合性材料とは、生体内の損傷した器官または組織の補填もしくは誘導再生を目的に作製されたものであり、生体内に埋めこんでも生体に影響することなく、生体内で分解・吸収もしくは生体内で残存するものを意味する。

生体適合性材料の形状は特に問うものではなく、シート、糸状物、織布、不織布、多孔体またはこれらの２つ以上の組み合わせであってもよい。これらの生体適合性材料は脱水架橋処理を施したものが好ましい。脱水架橋の方法としては、熱による架橋、架橋剤（例えば、グルタルアルデヒドなど）による方法が挙げられるが、熱による架橋が好ましい。この架橋処理の程度により、生体内での分解時間を制御することができて好ましい。

さらに、生体適合性材料は、コラーゲン、ヒアルロン酸、キチンなどの生体吸収性高分子物質、およびポリエステル、ポリアミド、ポリ乳酸などの生分解性高分子物質などが挙げられる。好ましくは生体吸収性材料物質であり、さらに好ましくは架橋処理が可能な官能基を有するコラーゲン、ヒアルロン酸などである。

この様な生体適合性材料の例としては、特開２０００−６９９６１号公報に開示されているコラーゲン不織布の両面にコラーゲンスポンジを積層した膜状物や、特開２０００−１９７６９３号公報に開示されている乳酸とカプロラクタムからなる多孔性物質、特開２０００−１８９５０９号公報に開示されているポリ乳酸と脂肪族ポリエステルからなる医療用フィルム、特開２００２−３２０６３０号公報に開示されている中空部にコラーゲンスポンジとコラーゲン繊維を充填したコラーゲンチューブなどが挙げられる。

本発明における脱酸素剤は、相手物質つまり生体適合性材料から酸素を奪取し得る能力をもつ物質に対する総称を意味するものであり、その効果の大小を問うものではないが、効果が大きい方が好ましいことは言うまでもない。また、生体内に埋め込む生体適合性材料を共に密封包装するために、無毒性であり、酸素吸収時に他のガスが発生せず、かつ放射線照射時に他のガスの発生もしくは失活しないものでなければならない。具体的には、活性金属を主成分とした触媒により反応速度がコントロールされたものであり、鉄、亜鉛、銅および錫などが挙げられ、好ましくは活性酸化鉄を主成分とするものである。市販されているものとしては、サンソカット（商品名、ニッテツ・ファイン・プロダクツ社製）、エイジレス（商品名、三菱ガス化学社製）、タモツ（商品名、王子ダック社製）、ウェルパック（商品名、タイセイ社製）およびＡ５００−ＨＳ酸素吸収剤（商品名、アイ．エス．オー社製）などが挙げられる。これ以外にも、糖類、多糖類、ビタミンＣ、Ｌ−アスコルビン酸、エリソルビン酸、活性炭、キチン系活性炭、キトサン系活性炭、セルロース系活性炭、ゼオライト、カーボンモレキュラーシーブ、シリカゲルおよび活性アルミナなどが使用可能である。

上記の雑酸素剤による酸素の除去の程度は、例えば、２５℃、空気雰囲気下で酸素濃度が約１ｍｇ／ｌ以下であることが好ましく、これよりも低ければより好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではない。

さらに、乾燥状態での保存が必要である生体適合性材料を滅菌する場合は、乾燥剤と共に包装することが好ましい。乾燥剤は脱酸素材と同様に、無毒性であり、酸素吸収時に他のガスが発生せず、かつ放射線照射時に他のガスの発生もしくは失活しないものであることが好ましく、市販されているものとしては、アイディシート（商品名、アイディー社製）などが挙げられる。

また、本発明における非通気性包装材料とは、酸素が透過しにくい材料であることを意味する。具体的には、温度２５℃、湿度５０％、大気圧下における酸素の透過係数が５．０×１０²ｃｃ／ｍ^２・ｈｏｕｒ／２５μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、１．０×１０^３ｃｃ／ｍ^２・ｈｏｕｒ／２５μｍ以下である。選択すべき適切な材料としては、延伸ナイロン、ポリエステル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデンコート延伸ナイロン、ポリ塩化ビニリデンコートポリエステル、ポリ塩化ビニルコートポリプロピレン、ポリビニルアルコール、ポリ（エチレン−ビニルアルコール）コポリマー、アルミ蒸着ポリエチレン、アルミ蒸着ポリエステル、シリカコートポリエステルなどが挙げられる。

さらに、非通気性材料は上記の非通気性であることに加え、成形加工性が容易であり、放射線滅菌に耐えうるものであり、かつ外部からの光を遮断し、水蒸気が透過しにくい材料であることが好ましい。したがって、外層がポリエチレン、中間層がアルミニウム、内層がポリエチレンのラミネートシートが最も好適な材料であるといえる。

以下に本発明を、実施例を用いて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

参考例
酸可溶化コラーゲン（日本ハム株式会社製、ＳＯＦＤタイプ、Ｌｏｔ Ｎｏ．０１０２２２６）７重量％水溶液１５０ｍＬを９９.５容量％エタノール（和光純薬製、特級）３Ｌ凝固浴中に押し出し脱水凝固後、得られたコラーゲン糸を積層させコラーゲン不織布を得た。次に、得られたコラーゲン不織布をクリーンベンチ内で風乾させた後に、そのままバキュームドライオーブン（ＥＹＥＬＡ社製：ＶＯＳ−３００ＶＤ型）中にて高真空下（１ｔｏｒｒ以下）、１２０℃、２４時間の条件で、熱脱水架橋反応を施した。架橋反応終了後、架橋されたコラーゲン不織布の糸間の隙間を埋めるために、バインダー処理として、コラーゲン１重量％水溶液をコラーゲン不織布に塗り込んだあと、乾燥を行った。塗り込み操作と乾燥操作を３回繰り返すことによって、コラーゲン繊維からなる不織布層を得た。その後、バキュームドライオーブン中にて高真空下（１ｔｏｒｒ以下）、１２０℃で１２時間加熱し、塗り込んだコラーゲンに熱脱水架橋反応を施した。架橋反応後、コラーゲン膜状物を炭酸水素ナトリウム水溶液（７．５重量％）中に３０分間浸して中和処理を行った後、水酸化ナトリウム水溶液中から取出した。コラーゲン繊維からなる不織布層表面に残存した水酸化ナトリウムを蒸留水により洗浄し、クリーンベンチ内で風乾することでコラーゲン膜状物を得た。

実施例
参考例１で作製したコラーゲン膜状物を、脱酸素剤と共にポリエチレン／アルミ蒸着膜／ポリエチレン製のアルミ包材（容量１２００ｍｌ）で、包装内の空気を約５００ｍｌ含有した状態で包装した。脱酸素剤としては、Ａ５００−ＨＳ酸素吸収剤（商品名、アイ．エス．オー社製）を用いた。この包装したコラーゲン膜状物を、約２０℃でガンマ線滅菌をした。この時のガンマ線照射量は、２５ｋＧｙであった。

比較例１
参考例１で作製したコラーゲン膜状物のみを、実施例と同様のアルミ包材（容量１２００ｍｌ）で包装内の空気を約５００ｍｌ含有した状態で包装した。この包装したコラーゲン膜状物を、室温でガンマ線滅菌をした。この時のガンマ線照射量は、２５ｋＧｙであった。

比較例２
参考例１で作製したコラーゲン膜状物のみを、実施例と同様のアルミ包材（容量１２００ｍｌ）で包装内の空気を脱気した状態で包装した。この包装したコラーゲン膜状物を、室温でガンマ線滅菌をした。この時のガンマ線照射量は、２５ｋＧｙであった。

実験例１
参考例のコラーゲン膜状物を、ガンマ線滅菌を行わずに一点支持引張強度をオートグラフにより測定した。具体的には、コラーゲン膜状物の端から５ｍｍの位置に４−０プロリン縫合糸を通して輪を作った方を試験片の上部として、４−０プロリンの輪をオートグラフに取り付けたフック状物に掛けた。試験片下端より１０ｍｍまでの部分をチャックにより固定して測定した。測定は５回行った。その結果、未滅菌のコラーゲン膜状物の一点支持引張強度は、２．６０Ｎであった。

実施例１および比較例１、２のコラーゲン膜状物を、ガンマ線滅菌後アルミ包材より取り出し一点支持引張強度を測定した。測定条件は、上記と同様である。

表１は、実験例１で測定された実施例１および比較例１、２における一点支持引張強度を、参考例（未滅菌）の一点支持引張強度〔２．６０（Ｎ）〕から差し引いた一点支持引張強度の変化値である。実施例１におけるコラーゲン膜状物の一点支持引張強度は、脱酸素剤を含有せずに滅菌した比較例１、２の一点支持引張強度よりも強度の低下が抑えられていることは明らかである。

本発明の生体適合性材料の滅菌方法によると、放射線滅菌による品質の低下がほとんどなく、かつ安全性が保証された生体適合性材料を提供することができる。

Claims (7)

1. 生体適合性材料を脱酸素剤と共に非通気性包装材料で密封し、放射線滅菌することを特徴とする生体適合性材料の滅菌方法。
2. 放射線滅菌がガンマ線滅菌および電子線滅菌である請求項１に記載の生体適合性材料の滅菌方法。
3. 生体適合性材料が、生体高分子物質および／または生分解性高分子物質で成形されたシート、糸状、織布、不織布、多孔体、チューブ状またはこれらの２つ以上の組み合わせからなる形状である請求項１に記載の生体適合性材料の滅菌方法。
4. 生体高分子物質が、ポリサッカライド、ＤＮＡ、ポリペプチドまたはコラーゲンである請求項３に記載の生体適合性材料の滅菌方法。
5. 生分解性材料物質が、ポリアミド、ポリエステル、ポリ乳酸またはポリグリコール酸である請求項３に記載の生体適合性材料の滅菌方法。
6. コラーゲンおよび／またはヒアルロン酸で成形した生体適合性材料を脱酸素剤と共に非通気性包装材料で包装し、放射線滅菌することを特徴とする請求項１に記載の生体適合性材料の滅菌方法。
7. さらに乾燥剤存在下で密封する請求項１に記載の生体適合性材料の滅菌方法。