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JP7560068B2 - 移植デバイス - Google Patents

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Description

本発明は、新規な移植デバイス等に関する。
近年、細胞又は組織を含有するデバイス(これらをまとめて「細胞含有デバイス」ということがある)を移植する治療法が研究されている。細胞含有デバイスとは、例えば、生細胞や生体組織等を含有し、疾患を有するヒトや動物の臓器等に代わり、代謝機能に関連するホルモンやタンパク質等の生理活性物質を患者に供給、あるいは有害物質を解毒することによって、患者の疾病を予防及び/又は治療する装置ということができる。
このようなデバイスとしては、細胞や組織そのもの(で構成されたデバイス)の他、細胞や組織を含有(包埋)する免疫隔離層(免疫隔離機能)を有するもの(細胞や組織を免疫隔離層を介して移植可能なデバイス)等が挙げられる。
特に、このような免疫隔離層を有するデバイスは、免疫隔離層によって生細胞や生体組織を生体の防御機構から保護できるため、ダイレクトに細胞や組織を移植する場合(例えば、生体臓器移植)と比べ、免疫抑制剤の投与を不要とするため、免疫抑制剤による副作用の心配がないこと、施術が低侵襲である点で、ドナー不足を解決し得る能力を有している等の点で優れている。
免疫隔離機能を有するデバイスには様々な形状があるが、その一例として、生細胞や生体組織を高分子重合体で包み込んだマイクロカプセル型又はマクロカプセル型の製剤(例えば、細胞製剤)を用いたものが挙げられる。これらは、高分子重合体が有する強固な架橋構造によって、その中に含有される細胞や組織を生体の防御機構から護り、更に高分子重合体が有する分子透過能を利用して、細胞や組織から分泌されるホルモン等を生体に供給することを特徴としている。
このようなデバイスとして、例えば、特許文献1には、活性カルボニル基を有する変性ポリビニルアルコール系樹脂(A)及び架橋剤(B)を成分として含む水性ゲルを免疫隔離層として有する、細胞又は組織包埋デバイスが開示されている。また、特許文献2には、シンジオタクティシティがトライアッド表示で32~40%であるポリビニルアルコール樹脂(A)を成分として含む水性ゲルを免疫隔離層として有する、細胞又は組織包埋デバイスが開示されている。
上記のようなデバイスでは、生細胞や生体組織等に十分な酸素や栄養素が届きにくい場合があり、特にこの傾向は、裸の生細胞や生体組織等が免疫隔離層に包埋された形態である細胞含有デバイス内においてより顕著に現われやすい。生細胞等に十分な酸素や栄養素が供給されないと、生細胞等がセントラルネクローシスを起こしてしまい、細胞含有デバイスの移植の効果を十分に得られない(機能が大幅に低下してしまう)恐れがある。
特に血管が少ない皮下への移植でこのような問題は起きやすく、皮下が厚い大型動物ほど皮下での酸素・栄養不足がより深刻となりうる。
このような酸素・栄養不足の問題を解決するために、細胞増殖因子を用いて、生細胞の移植部位に血管新生を行う方法が提案されている。例えば、特許文献3には、塩基性繊維芽細胞成長因子を含むゼラチンハイドロゲルを用いる方法が開示されている。
WO2018/155621 WO2018/155622 特開2002-145797
本発明の目的は、新規なデバイス等を提供することにある。
本発明者の検討によれば、細胞含有デバイスの移植部位に血管新生だけを行っても、細胞含有デバイスと新生血管の接触面積が小さいため、生細胞や生体組織等に効率良く酸素や栄養素が供給されない場合がある。
また、細胞増殖因子を用いて血管新生を行うと、血管新生部位に出血や炎症による血液・浸出液が溜まるという問題が生じうる。これらの血液・浸出液は、新生血管と細胞や細胞含有デバイスとの間に液膜を形成し、新生血管から細胞含有デバイスへの酸素・栄養素の拡散を阻害するため、細胞含有デバイスの機能発現を著しく低下させうる。
このような中、本発明者は、前記特許文献3のように、成長因子の外因性投与を行って、血管新生させるものとは全く異なる発想に基づき、鋭意検討を重ねた結果、特定の物性値を有する材料を含む特定のデバイス(材料、部材)を、移植(留置)すると、移植部位を活性化しうること[例えば、細胞含有デバイスの移植に先立って移植(留置)すると、上記のような問題を抑制ないし防止し、効率よく細胞含有デバイスの機能を発現しうること]等を見出し、さらに、検討を重ねて、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、以下の発明等に関する。
[1]
密度が12mg/cm以上、かつ37℃の生理食塩水に24時間浸漬後の溶出率が80質量%以下である材料(A)を含む移植デバイス(移植材料、移植部材)。
[2]
密度をX(mg/cm)、37℃の生理食塩水に60分間浸漬後の膨潤度(質量換算)をY(倍、すなわち、質量倍)とするとき、これらの比(X/Y)の値が0.22以上であり、かつ37℃の生理食塩水に24時間浸漬後の溶出率が80%以下である材料(A)を含む移植デバイス。
[3]
密度が12mg/cm以上、密度をX(mg/cm)、37℃の生理食塩水に60分間浸漬後の膨潤度(質量換算)をY(倍)とするとき、これらの比(X/Y)の値が0.22以上であり、かつ37℃の生理食塩水に24時間浸漬後の溶出率が80質量%以下である材料(A)を含む移植デバイス。
[4]
材料(A)の37℃の生理食塩水に24時間浸漬後の溶出率が60質量%以下である、[1]~[3]のいずれかに記載のデバイス。
[5]
37℃の生理食塩水に60分間浸漬後の膨潤度が、質量換算で70倍(すなわち、70質量倍)以下である、[1]~[4]のいずれかに記載のデバイス。
[6]
密度をX(mg/cm)、37℃の生理食塩水に60分間浸漬後の膨潤度(質量換算)をY(倍)とするとき、これらの比(X/Y)の値が0.23以上である、[1]~[5]のいずれかに記載のデバイス。
[7]
材料(A)が、密度が14mg/cm以上、密度をX(mg/cm)、37℃の生理食塩水に60分間浸漬後の膨潤度をY(倍、すなわち、質量倍)とするとき、これらの比(X/Y)の値が0.23以上であり、かつ37℃の生理食塩水に24時間浸漬後の溶出率が3~50%を充足する、[1]~[6]のいずれかに記載のデバイス。
[8]
材料(A)が生体吸収性材料(A1)を含む、[1]~[7]のいずれかに記載のデバイス。
[9]
材料(A)がゼラチンを含む、[1]~[8]のいずれかに記載のデバイス。
[10]
材料(A)が、表面の少なくとも一部を構成する(表面に露出している)、[1]~[9]のいずれかに記載のデバイス。
[11]
材料(A)と非生体吸収性材料(部材)(B)とを含む、[1]~[10]のいずれかに記載のデバイス。
[12]
材料(A)[特に、生体吸収性材料(A1)を含む材料(A)]と、非生体吸収性材料(部材)(B)とを含み、材料(A)と非生体吸収性材料(部材)(B)とが一体化している、[1]~[11]のいずれかに記載のデバイス。
[13]
材料(A)[特に、生体吸収性材料(A1)を含む材料(A)]と、非生体吸収性材料(部材)(B)とを含み、非生体吸収性材料(B)の割合が、材料(A)100体積部に対して1体積部以上である、[1]~[12]のいずれかに記載のデバイス。
[14]
材料(A)[特に、生体吸収性材料(A1)を含む材料(A)]と、非生体吸収性材料(部材)(B)とを含み、材料(A)と非生体吸収性材料(部材)(B)とが一体化し、非生体吸収性材料(B)の割合が、材料(A)100体積部に対して10体積部以上であり、材料(A)が、デバイス表面の少なくも一部を構成する(デバイス表面に露出している)、[1]~[13]のいずれかに記載のデバイス。
[15]
非生体吸収性材料(部材)(B)が癒着防止能を有する、[11]~[14]のいずれかに記載のデバイス。
[16]
成長因子を(実質的に)含有しない、[1]~[15]のいずれかに記載のデバイス。
[17]
被膜形成するための、[1]~[16]のいずれかに記載のデバイス。
[18]
細胞又は組織含有デバイスの移植部位に(予め、細胞又は組織含有デバイスの移植に先立って)移植(所定期間移植、留置)するための、[1]~[17]のいずれかに記載のデバイス。
[19]
細胞又は組織含有デバイスと組み合わせて使用するための、[1]~[18]のいずれかに記載のデバイス。
[20]
細胞又は組織含有デバイスが、ポリビニルアルコール系樹脂(A)を含有する免疫隔離層を有する、[18]又は[19]記載のデバイス。
[21]
細胞又は組織含有デバイスが、活性カルボニル基を有する変性ポリビニルアルコール系樹脂(A1)、シンジオタクティシティがトライアッド表示で32~40%であるポリビニルアルコール系樹脂(A2)、及びけん化度が97モル%以上であるポリビニルアルコール系樹脂(A3)から選択された少なくとも1種以上のポリビニルアルコール系樹脂(A)を含有する免疫隔離層を有する、[18]~[20]のいずれかに記載のデバイス。
[22]
細胞又は組織が、膵島(膵島細胞)、肝細胞、これらの幹細胞、及びこれらの前駆細胞から選択された少なくとも1種を含む、[18]~[22]のいずれかに記載のデバイス。
[23]
[1]~[22]のいずれかに記載のデバイスを移植(所定期間移植、留置)する方法。
[24]
[1]~[22]のいずれかに記載のデバイスを移植(所定期間移植、留置)し、(移植部位)を活性化させる方法。
[25]
材料(A)として、生体吸収性材料(A1)を含む材料を用い、(移植部位において)、生体吸収材料(A1)(の少なくとも一部)を生体吸収させる、[23]又は[24]記載の方法。
[26]
材料(A)として、生体吸収性材料(A1)を含む材料を用い、(移植部位において)被膜を形成させる、[23]~[25]のいずれかに記載の方法。
[27]
[1]~[22]のいずれかに記載のデバイスであって、材料(A)として非生体吸収性部材を含むデバイス又は非生体吸収性材料(B)を含むデバイスを移植(所定期間移植、留置)後、少なくとも非生体吸収性材料を抜去(さらには移植スポットを形成)する方法。
[28]
出血、炎症、及び/又は血管の破損を伴うことなく抜去(さらには移植スポットを形成)する、[27]記載の方法。
[29]
[1]~[22]のいずれかに記載のデバイスの移植部位(抜去部位)に、細胞又は組織含有デバイスを移植する、移植方法。
[30]
[1]~[22]のいずれかに記載のデバイスの移植部位(抜去部位)に、細胞又は組織含有デバイスを移植する、疾患又は症状の予防及び/又は治療方法。
[31]
[1]~[22]のいずれかに記載のデバイスを移植する工程[さらには、少なくとも非生体吸収性材料(部材)を抜去(さらには移植スポットを形成)する工程]を含む、[29]又は[30]記載の方法。
[32]
移植部位が皮下(皮下組織)である、[1]~[31]のいずれかに記載のデバイス又は方法。
本発明では、新規なデバイスを提供できる。
このような本発明のデバイスによれば、移植(留置)部位を活性化しうる。
例えば、細胞含有デバイスの移植に先立って移植(留置)すると、上記のような問題を抑制ないし防止し、効率よく細胞含有デバイスの機能を発現しうる。
その他、デバイスを構成する材料(A)として生体吸収性材料(ゼラチン、コラーゲン等)を含む材料を使用すること等により、移植(留置)部位(又はその近傍)に被膜を形成しうる。
本発明のデバイスが、このように移植部位を効率よく活性化できる理由は定かではないが、デバイスにおける特定の物性(例えば、密度、溶出率)を所定の範囲(値)とすることで、例えば、移植部位に適度な厚みを有し、丈夫な被膜を形成する等、移植部位を活性できる(さらには、細胞含有デバイスが機能しやすい移植環境を整える働きがある)ことが推測される。
中でも、デバイスを構成する材料(A)として生体吸収性材料(ゼラチン、コラーゲン等)を含む材料とすることで、生体吸収された材料(A)が形成される被膜の一部に利用されるため、十分な厚みを持つ被膜が形成されやすくなることが想定される。また、成長因子を分泌するエフェクター細胞を引き込みやすく、引き込まれたエフェクター細胞が材料(A)に留まりやすいため、細胞外マトリックス(ECM)や成長因子の内因的な増大(分泌促進)の効果を得やすいと考えられる。
一方、デバイスを非生体吸収材料で構成することで、異物反応を惹起し、被膜形成や成長因子の分泌を促進することも想定される。
そのため、このようなデバイスは、移植デバイス(移植のためのデバイス)として好適に使用でき、被膜形成のためのデバイス等としても利用しうる。
本発明のデバイスの用途は特に限定されず、デバイスの種類、活性化の程度や態様[被膜形成を伴うか否か等]に起因して所望の用途、例えば、傷の修復(例えば、手術後の組織修復等)、注入する細胞の足場等に適用しうる。
特に、本発明のデバイスは、細胞含有デバイスの移植部位に、(細胞含有デバイスの移植に先立って)移植(所定期間移植、留置)するためのデバイスとして好適に用いることができる。
このような用途に用いることで、細胞含有デバイスの機能を効率よく発現(向上)しうる。また、このような機能発現の再現性(精度)は高い。
その理由は定かではないが、例えば、前述のように、移植部位に適度な厚みを有し、丈夫な被膜を形成する等、移植部位を活性できる(さらには、細胞含有デバイスが機能しやすい移植環境を整える働きがある)ことが推測される。
また、本発明のデバイスにより被膜を形成できれば、当該被膜が移植部位と細胞含有デバイスとの密着性を向上させ、その結果、生細胞や生体組織に効率良く酸素や栄養素を供給でき、細胞含有デバイスの機能を有効に発現(向上)できることが考えられる。
当該被膜は、移植部位を保護する役割を果たすことも推測される。そのため、例えば、細胞含有デバイス移植時に器具などで周辺組織が傷つくことを防ぎやすく、細胞含有デバイスの機能を低下させるサイトカイン等の分泌を抑制しやすい。
さらに、当該被膜は、移植した細胞含有デバイスが移植部位からズレることを防ぎやすく、狙った場所で効率よく細胞含有デバイスを機能させやすい。
ところで、本発明のデバイスによれば、成長因子等を使用しなくとも、移植部位を活性化しうる。そのため、前記特許文献3のように、成長因子を含むデバイスを用いて外部から移植部位を活性化する、いわば、外因性のものとは全く異なる。
外因性の投与では、徐放や局所的投与といった制御が難しく、移植部位から全身に拡散してしまい、大量投与が必要になったり、思わぬ副作用(例えば、出血、腫れ、腫瘍化の惹起等)を生じる可能性がある。その他、外因性の投与では、移植部位に成長因子等を狙って局所的に増大(存在)させることは困難である。
本発明のデバイスによれば、このような外因性の投与を要しなくてもよいため、このような問題を抑制ないし防止しつつ、効率よく移植部位を活性化(さらには、細胞含有デバイスを移植する場合には、細胞含有デバイスの機能を向上)できる。
そして、本発明のデバイスは、皮下のように、血管が少なく、細胞含有デバイス等が機能しにくいと考えられた部位であっても移植(さらには活性化)できるので、有用である。
例えば、前記のように、細胞含有デバイスを移植する部位を活性化できるためか、血管の多少(新生)にかかわらず、セントラルネクローシスを効率良く抑制又は防止し、細胞含有デバイスの機能を大きく向上させうる。
このような本発明のデバイスでは、前記のような外因的な成長因子等の投与(さらには投与に伴う、血管新生)を要さず、移植部位における、出血や炎症による血液・浸出液の滞留を効率よく防止しうる。そのため、このようなデバイスによれば、細胞含有デバイス等の機能を十分に発揮しうる。
なお、本発明のデバイスによっても、移植部位において血管新生しうるが、このような血管新生が仮になされても、その程度において外因性投与に伴う場合に比べて少ない(又は極端なものではない)と考えられる他、内因性要因によるものであり、出血等は、通常、高レベルで抑制ないし防止できる。
本発明の他の態様のデバイスは、非生体吸収材料を含んでいる。このようなデバイスによれば、通常、移植(留置)を経ても、少なくとも非生体吸収材料を吸収させることなく残存させることができるので、抜去後、当該非生体吸収材料に対応した空間(移植ポケット)を効率よく形成できる。
このような移植ポケットは、細胞含有デバイス等の移植(位置決め)を容易にする。
また、このような非生体吸収性材料を含むデバイスは、通常、効率良く抜去しうる。例えば、このようなデバイスでは、通常、移植部位(さらには形成した被膜)やその周辺部位への癒着が少なく、抜去に伴って、このような部位を傷つけることが少ない。そのため、移植部位等での出血、炎症(炎症の発生)や浸出液を防止又は抑制しうる。このように、非生体吸収性材料を含むデバイスは、活性化と抜去しやすさとを両立でき、極めて有用である。
<デバイス>
本発明のデバイス(デバイス1、材料、部材等ということがある)は、材料(A)を少なくとも含む。
[材料(A)]
材料(部材)(A)は、通常、特定の物性値を有している。
例えば、材料(A)の密度は、1mg/cm以上(例えば、5mg/cm以上)程度の範囲から選択してもよく、10mg/cm以上(例えば、12mg/cm以上)、好ましくは14mg/cm以上(例えば、15mg/cm以上)程度であってもよく、20mg/cm以上(例えば、25mg/cm以上、30mg/cm以上、35mg/cm以上、40mg/cm以上、45mg/cm以上、50mg/cm以上、55mg/cm以上)等であってもよい。
材料(A)の密度の上限値は、特に限定されないが、例えば、5000mg/cm、3000mg/cm、2000mg/cm、1500mg/cm、1200mg/cm、1000mg/cm、800mg/cm、700mg/cm、600mg/cm、500mg/cm、400mg/cm、350mg/cm、300mg/cm、250mg/cm、200mg/cm、180mg/cm、150mg/cm、120mg/cm、100mg/cm、90mg/cm、80mg/cm、70mg/cm、60mg/cm等であってもよい。
中でも、材料(A)が生体吸収性材料である場合、密度は大きすぎない値、特に、ある程度小さい値(例えば、500mg/cm以下、300mg/cm以下、250mg/cm以下、200mg/cm以下、150mg/cm以下、100mg/cm以下、1~500mg/cm、5~300mg/cm、10~200mg/cm、12~150mg/cm、14~100mg/cm等)であってもよい。
なお、具体的な密度の範囲は、上記の上限値と下限値とを適宜組み合わせて設定できる(例えば、12~2000mg/cm、15~1000mg/cm等、以下、範囲の記載において同じ)。
密度は、体積と質量(重量)に基づいて決定(測定)できる。
なお、材料(A)の体積や質量を直接的に決定することが難しい場合には、間接的手法により決定してもよい。例えば、吸水している(吸水性の)材料の密度は、水分量(水分率)を慣用の方法で測定し、測定された水分量を補正した(差し引いた)上で、密度を決定してもよい。
上記のような密度(比較的高い密度)を有することで、移植部位を活性化しやすい。
特に、被膜が形成される場合、被膜(例えば、線維芽細胞等)がデバイス内部(例えば孔や空隙等)に侵入することを防ぎやすく、狙った形状の被膜、表面が滑らかな被膜、丈夫な被膜等を効率よく得やすい。
また、被膜が形成される場合、材料(A)を生体吸収性材料(A1)で構成する場合、上記のような密度であれば、生体吸収された材料(A1)を被膜の一部に利用しうるため、十分な厚みを持つ被膜や丈夫な被膜が形成されやすい。その他、成長因子を分泌するエフェクター細胞を引き込みやすく、引き込まれたエフェクター細胞が材料(A)に留まりやすいため、細胞外マトリックス(ECM)や成長因子の内因的な増大(分泌促進)の効果を得やすい。
さらに、材料(A)を非生体吸収材料で構成する場合、上記のような密度であれば、周辺組織との癒着が起こりにくく、抜去等をしやすくなる。
その他、材料(A)は、37℃の生理食塩水に24時間浸漬後の溶出率(溶解率、残存率)が、90質量%以下(例えば、80質量%以下)、好ましくは70質量%以下(例えば、60質量%以下)、さらに好ましくは50質量%以下(例えば、45質量%以下)であってもよく、40質量%以下(例えば、35質量%以下、32質量%以下、30質量%以下、28質量%以下、25質量%以下、22質量%以下、20質量%以下)等であってもよく、材料によっては、5質量%以下、3質量%以下、2質量%以下、1質量%以下、0質量%等であってもよい。
当該溶出率の下限値は、材料(A)の種類等に応じて選択できるが、例えば、0%(実質的に溶解しない)、0.5質量%、1質量%、2質量%、3質量%、5質量%、8質量%、10質量%、12質量%、14質量%、15質量%、16質量%、17質量%、18質量%等であってもよい。
中でも、材料(A)が生体吸収性材料である場合、溶出率は、小さすぎない値、特に、ある程度大きい値(例えば、14質量%以上、15質量%以上、16質量%以上、17質量%以上、18質量%以上、14~70質量%、15~50質量%、16~40質量%等)であってもよい。
なお、後述のように、材料(A)を生体吸収性材料で構成する場合には、上記溶出率の下限値は有限値である場合が多く、非生体吸収性材料で構成する場合には、上記溶出率は0質量%又は低い値(例えば、5質量%以下、3質量%以下、1質量%以下等)となる場合が多い。
上記のような溶出率を有することで、移植部位を活性化しやすい。
特に、材料(A)を生体吸収性材料(A1)で構成する場合、上記のような溶出率であれば、生体内への吸収(分解)速度を緩和し、十分な厚さを持つ厚い被膜が形成しやすい。その他、エフェクター細胞を留めておく時間が長くなりやすいため、細胞外マトリックス(ECM)や成長因子の内因的な増大(分泌促進)の効果を得やすい。
さらに、材料(A)を非生体吸収材料で構成する場合、上記のような溶出率であれば、留置時の形状変化を抑制しやすいため、狙った形状の被膜を形成しやすくなる。また、非生体吸収材料の一部が体内に残留し、必要時に抜去できなくなることを防ぎやすい。
なお、材料(A)は、このような溶出率と前記のような密度の双方を組み合わせて充足するのが好ましい。このように組み合わせて充足することで、移植部位を効率よく活性化しやすい。
材料(A)において、37℃の生理食塩水に60分間浸漬後の膨潤度は、材料(A)の種類等に応じて選択でき、質量換算で、例えば、200倍以下(例えば、150倍以下、120倍以下、100倍以下、80倍以下)程度の範囲から選択でき、70倍以下(例えば、65倍以下)、好ましくは60倍以下(例えば、55倍以下)、さらに好ましくは50倍以下程度であってもよく、特に45倍以下(例えば、40倍以下、35倍以下、32倍以下、30倍以下、28倍以下、25倍以下、22倍以下、20倍以下、18倍以下、15倍以下、12倍以下、10倍以下)であってもよい。
当該膨潤度の下限値は、質量換算で、例えば、1倍(実質的に膨潤しない)、1.5倍、2倍、3倍、5倍、6倍、7倍、8倍、8.5倍、9倍等であってもよい。
中でも、材料(A)が生体吸収性材料である場合、膨潤度は、小さすぎない値、特に、ある程度大きい値(例えば、6倍以上、7倍以上、8倍以上、8.5倍以上、9倍以上、6~200倍、7~100倍、8~60倍等)であってもよい。
なお、後述のように、材料(A)を生体吸収性材料で構成する場合には、上記膨潤度の下限値は有限値である場合が多く、非生体吸収性材料で構成する場合には、上記膨潤度は1倍又は低い値となる場合が多い。
材料(A)において、密度をX(mg/cm)、37℃の生理食塩水に60分間浸漬後の膨潤度(質量換算)をY(倍、すなわち、質量倍)とするとき、これらの比(X/Y)の値は、例えば、0.01以上(例えば、0.02以上、0.03以上、0.05以上、0.08以上、0.1以上、0.12以上、0.15以上、0.18以上、0.2以上)程度の範囲から選択でき、0.21以上(例えば、0.22以上、0.23以上、0.24以上、0.25以上、0.28以上、0.3以上)、好ましくは0.4以上(例えば、0.5以上、0.6以上、0.7以上、0.8以上、0.9以上)、さらに好ましくは1以上(例えば、1.5以上)であってもよく、2以上(例えば、2.5以上、3以上、3.5以上、4以上、4.5以上、5以上、5.5以上、6以上等)であってもよい。
当該X/Y値の上限は、材料(A)の材質等にもよるが、例えば、3000、2500、2000、1500、1200、1000、500、400、300、200、150、120、100、90、80、70、60、50、40、35、30、20、18、15、12、10等であってもよい。
中でも、材料(A)が生体吸収性材料である場合、X/Y値は、大きすぎない値、特に、ある程度小さい値(例えば、150以下、100以下、80以下、50以下、30以下、20以下、0.1~150、0.2~120、0.21~100、0.25~50等)であってもよい。
上記のような膨潤度やX/Y値であると、移植後において前記のような高密度を反映させやすい。また、移植時のハンドリング性が向上し、狙った場所に活性化や配置(位置決め)させやすくなる。
材料(A)は、限定されないが、高分子(ポリマー、樹脂)であってもよい。
また、材料(A)は、生体吸収性材料(生体吸収材料)であってもよく、非生体吸収性材料(非生体吸収材料)であってもよい。
生体吸収性材料(生体吸収性高分子)としては、例えば、タンパク質(例えば、ゼラチン、コラーゲン、コラーゲンペプチド)、多糖類又はその誘導体[例えば、ムコ多糖(例えば、ヒアルロン酸、ヘパリン)、アルギン酸、キチン、キトサン、デンプン、デキストラン等]、脂肪族ポリエステル(例えば、ポリグリコール酸、ポリ乳酸、グリコール酸/乳酸共重合体、ポリβ-ヒドロキシブチレート)等が挙げられる。
なお、生体吸収性材料は、生体吸収性であればよく、デバイスの使用時において実際に生体吸収されるか否かを問わない。
非生体吸収性材料としては、後述の材料(シリコーン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂等)が挙げられる。
材料(A)は、好ましくは生体吸収性材料(A1)を含んでいてもよい。
生体吸収性材料(A1)が含まれると、被膜が形成される場合、生体吸収された材料(A)が形成される被膜の一部に利用されるため、十分な厚みを持つ被膜が形成されやすい。
また、成長因子を分泌するエフェクター細胞を引き込みやすく、引き込まれたエフェクター細胞が材料(A)に留まりやすいため、細胞外マトリックス(ECM)や成長因子の内因的な増大(分泌促進)の効果を得やすい。
このような生体吸収性材料(A1)を含む材料(A)において、生体吸収性材料(A1)の割合は、10質量%以上(例えば、20質量%以上)、好ましくは30質量%以上(例えば、40質量%以上)、さらに好ましくは50質量%以上(例えば、60質量%以上)であってもよく、70質量%以上(例えば、80質量%以上、90質量%以上、95質量%以上)であってもよく、100質量%であってもよい(実質的に生体吸収性材料(A1)のみで材料(A)を構成してもよい)。
生体吸収性材料(A1)の中でも、タンパク質が好ましく、特にゼラチンが好ましい。そのため、材料(A)(又は生体吸収性材料(A1))は、少なくともゼラチンを含んでいてもよい。
以下、ゼラチン(生体吸収性材料(A1)としてのゼラチンを含む場合)について詳述する。
ゼラチンは、特に限定されず、魚(魚類)、牛、豚等のいずれの動物に由来してもよく、リコンビナント体[リコンビナントゼラチン(ヒトリコンビナントゼラチン等)]であってもよい。
ゼラチンの製法は特に限定されず、例えば、アルカリ処理ゼラチン、酸処理ゼラチン等のいずれであってもよい。
ゼラチンにおいて、等電点、分子量、分子量分布、粘度、ゼリー強度等は、特に限定されず、適宜選択できる。
ゼラチンは、修飾又は誘導体化され{例えば、疎水性基[例えば、炭化水素基(例えば、アルキル基)等]の導入[例えば、ゼラチンを構成するアミノ基のアシル化(例えば、ヘキサノイル化、ドデカノイル化等のアルカノイル化)]等がされ}ていてもよく、されていなくてもよい。
なお、修飾や誘導体化の部位は、特に限定されないが、分子末端や側鎖等であってもよい。また、修飾や誘導体化は、行われる場合でも、その前後において、生体吸収性を損なわない(程度の)範囲で行われる場合が多い。
移植部位の炎症や腫れを抑える等の観点から、ゼラチンは、修飾(化学修飾)又は誘導体化(例えば、疎水性基の導入等が)されていないものか、もしくは、修飾(化学修飾)又は誘導体化(例えば、疎水性基の導入等が)されていてもその程度が小さいもの[例えば、ゼラチンを構成するアミノ基が、20モル%以下(例えば、10モル%以下、5モル%以下、3モル%以下等)程度の割合で修飾又は誘導体化されたゼラチン等]を好適に使用してもよい。
ゼラチンを含む材料(A)は、通常、生体適合性であってもよい。
ゼラチンを含む材料(A)(又は生体吸収性材料(A1))は、必要に応じて他の生体吸収性材料を含んでいてもよい。
このような他の材料もまた、通常、生体適合性であってもよい。
他の材料(生体吸収性材料)としては、前記の例の材料のうち、ゼラチン以外のもの、例えば、タンパク質又はペプチド(例えば、コラーゲン、コラーゲンペプチド)、多糖類又はその誘導体[例えば、ムコ多糖(例えば、ヒアルロン酸、ヘパリン)、アルギン酸、キチン、キトサン、デンプン、デキストラン等]、脂肪族ポリエステル(例えば、ポリグリコール酸、ポリ乳酸、グリコール酸/乳酸共重合体、ポリβ-ヒドロキシブチレート)等が挙げられる。
他の材料は、単独で又は2種以上組み合わせて使用してもよい。
他の材料(生体吸収性材料)を含む場合、生体吸収性材料(生体吸収性材料、生体吸収性高分子)におけるゼラチンの割合は、他の材料の種類等にもよるが、例えば、30質量%以上、50質量%以上、70質量%以上、80質量%以上、90質量%以上、95質量%以上等であってもよい。
生体吸収性材料(A1)[特に、ゼラチン、ゼラチンを含む生体吸収性材料(A1)、少なくとも生体吸収性材料(A1)に含まれるゼラチン]は、架橋処理されているものが好ましい。
架橋処理を行うことで、強度が高くなる他、材料(A)(生体吸収性材料)が、所定の時間(例えば、1週間~3ヶ月)を掛けて生体吸収されやすくなるためか、活性化[特に、被膜(均一な被膜)形成等]の点で有利となりうる。
架橋方法は特に限定されず、化学試薬を用いた架橋[例えば、アルデヒド(例えば、ホルムアルデヒド、グルタルアルデヒド等)、カルボジイミド等の架橋剤を用いた架橋]、熱による架橋(加熱脱水架橋、熱架橋等)、酵素架橋、エネルギー線による架橋(光架橋、紫外線、電子線、放射線等)、物理架橋(例えば、水素結合、疎水性相互作用、イオン性相互作用等)などを用いることができる。中でも熱による架橋(加熱脱水架橋等)が好ましい。
材料(A)(又はデバイス、生体吸収性材料(A1))は、他の成分を含んでいてもよい。他の成分としては、特に限定されないが、例えば、細胞培養成分(例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン、グルコース、生理活性物質等)等の後述の成分等が挙げられる。
他の成分は、血管新生成分(血管新生に寄与する成分)であってもよい。
このような血管新生成分(血管新生を促進する成分)は、血管新生に寄与する(促す)成分であればよく、例えば、成長因子[又は増殖因子(細胞増殖因子)、例えば、血管内皮細胞増殖因子(VEGF)、線維芽増殖因子(FGF)、肝細胞増殖因子(HGF)、上皮成長因子(EGF)、インスリン様成長因子(IGF)(例えば、IGF-1、IGF-2等)、血小板由来細胞増殖因子(PDGF)、胎盤増殖因子(Placental growth factor;PlGF)、インスリン等]、細胞(例えば、成長因子(細胞増殖因子)を分泌する細胞)等が挙げられる。
細胞としては、例えば、幹細胞類{例えば、間葉系幹細胞(MSC)[例えば、脂肪由来幹細胞(ADSC)、骨髄由来幹細胞(BMSC)、胎盤由来幹細胞、臍帯由来幹細胞等]など}等が挙げられる。
材料(A)(又はデバイス1、生体吸収性材料(A1))は、このような他の成分(例えば、血管新生成分)を実質的に含んでいなくてよく、中でも、成長因子を実質的に含んでいなくてもよい。
本発明のデバイスでは、前記のように、移植部位を活性化させうる。そのため、成長因子による血管新生によらずとも(又は成長因子による血管新生とは異なる態様にて)、移植部位を活性化しうる。
成長因子の使用(外因的投与)は、細胞(ADSC)等の使用とも違って、血管新生(過度ないし極端な血管新生)に伴う出血や炎症、血液・浸出液の滞留が生じる等の障害が生じる[さらには、このような障害により後述の細胞含有デバイスの機能(移植成績)低下につながる]場合があるが、成長因子を使用しないことでこのような障害を効率よく抑制ないし防止しうる。
材料(A)(生体吸収性材料(A1))は、ゲル(ゲル状)であってもよく、多孔質構造(多孔性)を有していてもよい。
材料(A)は、通常、適当な形状を有し(又は適当な形状に成形され)ていてもよい。
材料(部材)(A)の形態(形状)としては、特に限定されないが、前記所望の物性値(密度等)等に応じて選択してもよく、例えば、粒子状(粒状)、フィルム(シート)状、柱状(例えば、円柱状、角柱状)、棒状、チューブ状等が挙げられる。
材料(A)の大きさ(サイズ)は、移植部位やそのサイズ等に応じて適宜選択でき、特に限定されないが、例えば、厚みにおいて0.01mm以上(例えば、0.03mm以上)、好ましくは0.05mm以上(例えば、0.1~50mm)、さらに好ましくは0.15mm以上(例えば、0.2~10mm)であってもよく、0.3mm以上(例えば、0.5~5mm、0.7~2mm、0.5~2mm、0.7~1.5mm等)であってもよい。
[他の材料]
デバイスは、材料(A)を含んでいればよく、材料(A)のみで構成してもよく、材料(A)に加えて他の材料を含んでいてもよい。
デバイスは、このような他の材料(部材)の中でも、非生体吸収性材料(部材)(以下、非生体吸収性材料(B)、材料(B)等ということがある)を少なくとも含んでいてもよい。
材料(A)を非生体吸収材料で構成する場合、周辺組織との癒着が起こりにくく、抜去等をしやすくなる等の効果を奏しうる。
なお、材料(A)が、非生体吸収性材料であるとき、デバイスは、他の材料(非生体吸収性材料)を含まない(もしくは材料(A)として非生体吸収性材料を含む)場合が多い。
特に、生体吸収性材料(A1)(又は生体吸収性材料(A1)を含む材料(A))と非生体吸収材料(B)とを組み合わせてデバイスを構成(形成)することで、移植(留置)を通じて、生体吸収性材料(A1)が吸収(溶解)されても、非生体吸収性材料を残留させることができる。このようなデバイスでは、非生体吸収材料をスペーサーとして(スペーサー的に)機能させうる。
このような残留する非生体吸収性材料は、デバイス[少なくとも非生体吸収性材料、生体吸収性材料(の一部又は全部)が吸収されている場合には、デバイスのうち生体吸収されていない部分(例えば、非生体吸収材料)]の抜去後、移植部位にポケット(空隙)を形成する。
このようなポケットは、移植部位(被膜形成等、活性化された部位)の目印となりやすい上、後述の細胞含有デバイス等を移植する場合のポケット(移植ポケット)となりうるものであり、このようなさらなる移植を行う場合において特に有用である。
以下、非生体吸収性材料(非生体吸収材料)について詳述する。
(非生体吸収性材料)
非生体吸収性材料(B)は、通常、非生体吸収性ポリマー(非生体吸収性高分子)を含有する[非生体吸収ポリマーで構成(形成)される]。
非生体吸収性ポリマー(非生体吸収ポリマー)としては、例えば、シリコーン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリビニルアセタール系樹脂、ポリウレタン系樹脂、フッ素樹脂類(例えば、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシアルカン等)、オレフィン系樹脂(例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂)、ポリアクリルアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂(例えば、ポリエチレンテレフタレート等)、ポリアクリロニトリル系樹脂、ポリスチレンブタジエン共重合樹脂、ポリスルフォン系樹脂、セルロース系樹脂[例えば、セルロースエーテル(例えば、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等)]、ポリオキシアルキレン系樹脂(例えば、エチレンオキサイドやプロピレンオキサイドを重合成分とする樹脂等)等が挙げられる。
なお、非生体吸収性材料(非生体吸収性ポリマー)は、非生体吸収性ではあるが、通常、生体適合性(生体適合性ポリマー)であってもよい。また、非生体吸収性材料(非生体吸収性ポリマー)は、親水性ポリマー(又は水溶性ポリマー)であってもよい。なお、このような親水性(水溶性)ポリマーは、デバイス(非生体吸収性材料)において、架橋・化学修飾等により、水不溶性となっている(例えば、ゲルを形成している)場合が多い。
非生体吸収性材料は、移植部位(周辺組織)に癒着しにくいこと、すなわち癒着防止能を有することが好ましい。なお、癒着防止能とは、例えば、デバイスを移植部位に留置した際、デバイスと周囲組織あるいは形成された被膜の癒着を防止又は抑制する機能を意味する。
これらの中でも、シリコーン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂等が好ましい。
なお、ポリビニルアルコール系樹脂(ポリビニルアルコール系樹脂(A))として、後述の樹脂[例えば、活性カルボニル基を有する変性ポリビニルアルコール系樹脂(A1)、シンジオタクティシティがトライアッド表示で32~40%であるポリビニルアルコール系樹脂(A2)、けん化度が97モル%以上であるポリビニルアルコール系樹脂(A3)等]等を好適に使用してもよい。
このようなポリビニルアルコール系樹脂において、好ましい態様等も後述のものと同様であってもよい。
このような非生体吸収材料を使用すれば、周辺組織への癒着が少なく、抜去に伴って、移植部位(形成された被膜)や周辺組織(さらには、移植部位に存在する血管床等)を傷つけることが少ない。そのため、移植部位での出血、炎症(炎症の発生)や浸出液を効率よく防止又は抑制でき、材料(A)の機能を十分に発揮しうる。
非生体吸収材料は、特に限定されないが、37℃の生理食塩水に24時間浸漬後の溶出率(溶解率、残存率)において、例えば、5質量%以下、好ましくは3質量%以下、さらに好ましくは1質量%以下であってもよく、0質量%(実質的に溶解しない)であってもよい。
非生体吸収性材料において、37℃の生理食塩水に60分間浸漬後の膨潤度は、質量換算で、例えば、3倍以下、2倍以下、1.5倍以下等あってもよく、1倍(実質的に膨潤しない)等であってもよい。
なお、非生体吸収材料を37℃の生理食塩水に60分間浸漬させた際の体積変化率は、特に限定されないが、例えば、300%以下(例えば、200%以下、150%以下、120%以下)、好ましくは100%以下(例えば、80%以下、70%以下、60%以下)であってもよく、50%以下(例えば、40%以下、30%以下、20%以下、10%以下)、0%(実質的に体積が変化しない)等であってもよい。
上記のような溶出率、膨潤度、体積変化率であると、デバイスを体内に移植した際、非生体吸収材料の形状が保持されやすく、狙った大きさや形状の移植ポケットを得やすい。
非生体吸収性材料は、通常、適当な形状を有し(又は適当な形状に成形され)ていてもよい。
非生体吸収性材料(部材)の形態(形状)としては、特に限定されず、例えば、粒子状(粒状)、フィルム(シート)状、柱状(例えば、円柱状、角柱状)、棒状、チューブ状、等が挙げられる。
非生体吸収性材料は、繊維状であってもよく、織布(不織布等)であっても[織布(不織布等)を形成して]もよい。
非生体吸収性材料は、ゲル状、ゴム状等であってもよく、多孔質構造(スポンジ)や網目構造を有していてもよい。
例えば、非生体吸収性材料として用いるポリビニルアルコール系樹脂は、ゲル状やスポンジ等であってもよい。このようにポリビニルアルコール系樹脂を使用する場合、好ましい態様(物性等)は、後述と同様である。
非生体吸収性材料の大きさ(サイズ)は、移植部位やそのサイズ等に応じて適宜選択でき、特に限定されない。
例えば、非生体吸収性材料(厚みを有する非生体吸収性材料)は、厚みにおいて、0.01mm以上(例えば、0.03mm以上)、好ましくは0.05mm以上(例えば、0.1~50mm)、さらに好ましくは0.15mm以上(例えば、0.2~10mm)、特に0.3mm以上(例えば、0.5~5mm、0.7~2mm等)であってもよい。
非生体吸収材料としては、特に限定されず、非生体吸収性材料(ポリマー)の種類・形態・デバイスにおける存在形態等に応じて、市販品を利用してもよく、慣用の方法を利用して製造(合成)してもよい。
例えば、シリコーン系樹脂は、市販の又は合成したシリコーンゴムシートを使用してもよい。
その他、非生体吸収材料として、ポリビニルアルコール系樹脂を用いる場合、例えば、市販の又は合成したポリビニルアルコール系樹脂を、慣用の方法にて、ゲル[特に水性ゲル(ハイドロゲル)]、スポンジ等として使用してもよい。
例えば、ポリビニルアルコール系樹脂は、その種類等に応じて、後述の方法(架橋剤を用いる方法等)により、ゲル化してもよい。このような場合、好ましい態様等は、後述と同様である。
また、非生体吸収性材料は、市販品、合成品にかかわらず、移植部位の形状等に応じて、適宜必要に応じて成形(例えば、所定の大きさ・形状に打ち抜く等)してもよい。
(他の成分)
非生体吸収性材料(非生体吸収性部材)は、他の成分を含んでいてもよい。他の成分としては、特に限定されず、材料(A)の項で例示の成分等が挙げられる。
非生体吸収性材料(非生体吸収性高分子)もまた、このような他の成分(例えば、血管新生成分)を実質的に含んでいなくてよく、中でも、同様の理由により、成長因子を実質的に含んでいなくてもよい。
[デバイス]
デバイスは、材料(A)を少なくとも含んでいればよく、前記の通り、他の材料(部材)を含んでいてもよい。
なお、前述の通り、デバイス[材料(A)、さらには他の材料(非生体吸収性材料(B))]は、成長因子を実質的に含んでいなくてもよい。
デバイスにおいて、材料(A)は、通常、デバイスの表面の少なくとも表面の一部を構成していてもよい(表面に露出していてもよい)。
このようなデバイスにおいて、材料(A)は、表面(表面積)のうち、10%以上(例えば、20%以上)、好ましくは30%以上(例えば、40%以上)、さらに好ましくは50%以上(例えば、60%以上)を構成してもよく、70%以上[例えば、80%以上、90%以上、95%以上、(実質的に)100%]を構成してもよい。
デバイスが、他の材料を含む場合、材料(A)と、他の材料(特に、非生体吸収性材料)との位置関係(存在形態)もまた、材料(A)がデバイス表面の少なくとも一部を構成する位置関係であるのが好ましい。
他の材料を含むデバイスにおいて、材料(A)と他の材料とは、接触又は離間していてもよいが、通常、接触している場合が多い。
このようなデバイスとしては、例えば、他の材料(非生体吸収性材料)の少なくとも一部の表面を材料(A)で被覆するデバイス[例えば、シート状等の非生体吸収性材料の少なくとも一方の面(特に両面又は上下面)に、シート状等の材料(A)を有する(積層した)デバイス等]が挙げられる。
他の材料を含むデバイスにおいて、他の材料(非生体吸収性材料)の割合は、例えば、材料(A)100体積部に対して、1体積部以上(例えば、5~5000体積部)、好ましくは10体積部以上(例えば、15~3000体積部)、さらに好ましくは20体積部以上(例えば、25~1000体積部)であってもよく、30体積部以上(例えば、35体積部以上、40体積部以上、45体積部以上)等であってもよく、800体積部以下(例えば、500体積部以下、400体積部以下、300体積部以下、200体積部以下、150体積部以下等)であってもよい。
このような割合であると、移植部位の活性化(被膜形成等)と移植ポケットの形成とをバランスよく行いやすい。
デバイスにおいて、材料(A)や他の材料は、通常、固定されて(一体化して)いてもよい。代表的には、材料(A)と他の材料(非生体吸収性材料)とが固定(相互に固定)されていてもよい。材料(A)と非生体吸収性材料が固定されることで、活性化(被膜形成等)の部位とポケットの位置を効率よく一致(対応、位置決め)させやすい。
固定方法としては、特に限定されないが、例えば、縫合(縫合糸による縫合等)、接着[例えば、医療用の接着剤を用いた接着(貼り合わせ)]等が挙げられる。これらの中でも、縫合が好適に用いられる。なお、縫合糸や接着剤は、生体適合性及び/又は生体吸収(分解)性であってもよい。
なお、材料(A)や他の材料(非生体吸収性材料)は、その種類等に応じて、水や所定の液体培地で膨潤させてもよい。この場合、膨潤させてから組み合わせてもよいし、組み合わせてから膨潤させてもよい。
[用途等]
本発明のデバイス(材料、部材)は、移植(生体内に移植)して用いることが(移植のために又は移植用として使用)できる。
このような移植(留置)により、移植部位を活性化できる。
特に、移植により、(1)被膜形成が生じてもよく、(2)細胞外マトリックスの増大(分泌促進)、(3)成長因子の増大(分泌促進)等が生じてもよい。
このように、本発明のデバイス(材料、部材)は、移植のためのデバイス(移植デバイス、移植材料、移植部材)として好適に使用でき、このように活性化できれば、これらの少なくとも1つの用途に使用するためのデバイスとして使用することもできる。
なお、本発明のデバイス(特に、材料(A)として生体吸収性材料(A1)を含むデバイス)によれば、少なくとも被膜を形成できる場合が多く、そのため、本発明のデバイスは、少なくとも(1)被膜形成のためのデバイスとして使用できる場合が多い。
(1)において、被膜の形成は、移植前後の状態から、目視等で確認しうる。被膜は、通常、デバイス(生体吸収材料)の移植部位やその近傍(周辺)において形成され、デバイス(生体吸収材料)由来の(生体吸収された)生体吸収材料で少なくとも構成されていてもよい。
(2)において、細胞外マトリックスとしては、例えば、コラーゲン(例えば、コラーゲンIII、コラーゲンIV等)、ラミニン等が挙げられる。
細胞外マトリックスは、これらを単独で又は2種以上組み合わせて含むものであってもよい。
本発明のデバイスによりECMを増大(分泌)させることができれば、ECMを補填できることで、より一層活性化の点で有利になる(ひいては、後述の細胞含有デバイスの機能低下の抑制ないし防止等につながる)と考えられる。
細胞外マトリックスの増大(分泌促進)は、例えば、免疫組織化学的分析により確認できる。
免疫組織化学的分析について、簡単に説明する。細胞又は細胞含有デバイスを移植後、周囲の組織を採取し、4%パラホルムアルデヒドで固定した後、パラフィンに包埋する。免疫組織化学的染色には、例えば、抗コラーゲンIII(ab7778;Abcam)、抗コラーゲンIV(ab6586;Abcam)およびラミニン(ab11575;Abcam)抗体が好適に用いられる。また、二次抗体として、EnVision+ System- HRP標識ポリマーウサギ抗体(4003;DAKO)が好適に用いられる。周囲組織のコラーゲンIII、コラーゲンIV、およびラミニン染色での陽性率を確認することで、細胞外マトリックスの増大(分泌促進)を評価することができる。
(3)において、成長因子(増殖因子、細胞増殖因子)としては、表皮成長因子(EGF)、インスリン様成長因子(IGF)(例えば、IGF-1、IGF-2等)、線維芽細胞成長因子(FGF)(例えば、FGF12等)、肝細胞成長因子(HGF)、トランスフォーミング成長因子(TGF)(例えば、TGF-β1等)、血小板由来成長因子(PDGF)(例えば、PDGF-A、PDGF-B等)等が挙げられる。
成長因子は、これらを単独で又は2種以上組み合わせて含むものであってもよい。
これらの中でも、特に、IGF-2を高いレベルで増大(分泌促進)させてもよい。
活性化を阻害する要因として、皮下等に特有の低酸素環境に起因するアポトーシス誘因の関与が想定されるが、本発明のデバイスにより成長因子(例えば、IGF-2等)を増大(分泌促進)させることができれば、アポトーシスを阻害でき、より一層活性化の点で有利になる(ひいては、細胞含有デバイスの機能低下を抑制ないし防止等につながる)ことが考えられる。
なお、成長因子については、やや血管新生の誘導に寄与している可能性もあり、成長因子を増大させることができれば、このこともあいまって効率よく活性化(ひいては、後述の細胞デバイスの機能を効率よく発現)できる可能性がある。
なお、デバイスは、(4)細胞外マトリックスや成長因子でない成分、例えば、細胞接着分子(N-カドヘリン、ICAM-1、VCAM-1等)、誘導因子[例えば、上皮間葉転換誘導因子(c-MET)、低酸素誘導因子1αサブユニット(HIF-1α)等]、血管新生抑制因子(例えば、バソヒビン1)、CD31、バーシカン、トロンボスポンジン(TSP)2等を増大(分泌促進)させうる。
成長因子等の増大(分泌促進)は、例えば、リアルタイムPCRにより確認できる。
以下、リアルタイムPCRについて簡単に説明する。細胞又は細胞含有デバイス移植後、周囲組織からRNAを抽出する。相対的な遺伝子発現は、例えば、TaqMan Array 96ウェル FASTプレート(4413257;Applied Biosystems)を使用して決定する。TaqMan Arrayには、46のターゲット遺伝子と2つの内在性コントール遺伝子候補が含まれている。サンプルは、StepOnePlus Real-Timeポリメラーゼ連鎖反応(PCR)システム(Applied Biosystems)を使用して、50℃で2分間、95℃で20秒間、続いて95℃で1秒および60℃で20秒間を40サイクル繰り返す増幅条件下で分析する。結果は、ExpressionSuite Software ver. 1.3(Applied Biosystems)で解析する。比較CT法を用いて、比較定量(RQ)をすることで成長因子の増大(分泌促進)を評価することができる。18Sはハウスキーピング遺伝子として使用する。
細胞外マトリックスや成長因子(さらには、細胞外マトリックスや成長因子でない成分)は、通常、デバイス(生体吸収材料)の移植部位やその近傍(周辺)において形成され、被膜において(被膜中に)形成されてもよい。
本発明のデバイスは、上記(1)~(3)(さらには(4))を単独で実現してもよいが、特に、これらを複数組み合わせて実現してもよい。これらを複数組み合わせて(さらには後述の血管新生を組み合わせて)実現することにより、種々の因子が相まって効果を発揮し、移植部位をより一層効率よく活性化しうる。
デバイスは、前記のように、通常、移植用として使用できる。
具体的には、本発明のデバイスは、ヒトを含む動物の体内に移植(留置)して使用することができる。
そして、この移植(留置)を経て、当該移植(留置)部位を活性化しうる。このような活性化は、材料(A)として生体吸収性材料(A1)を含むデバイスを使用する場合等においては、前記のように、(1)被膜形成、(2)細胞外マトリックスの増大(分泌促進)、(3)成長因子の増大(分泌促進)から選択された少なくとも1種[さらには、細胞外マトリックスや成長因子でない成分の増大(分泌促進)]を伴ってもよい。
本発明のデバイスは、移植(留置)を経て、血管新生(新生血管を生じ)させてもよい。前記のように、本発明のデバイスでは、成長因子を外因的に投与することなく、上記のような活性化を実現しうるのであるが、活性化[例えば、成長因子等の内因的な増大(分泌促進)]に伴い、血管新生(マイルドな血管新生)を生じうるし、このような血管新生と被膜形成等が相まって、移植部位を活性化してもよい。
血管新生の程度は、例えば、免疫組織化学的分析、コンピュータ断層撮影(CT)血管造影等により確認できる。
免疫組織化学的分析では、デバイスを移植後、周囲の組織を採取し、4%パラホルムアルデヒドによる固定とパラフィンによる包埋を行う。免疫組織化学的染色は、例えば、抗フォンウィルブランド因子(vWF)(ab7356;MerckMillipore)が好適に用いられる。また、二次抗体としては、EnVision+ System- HRP標識ポリマーウサギ抗体(4003;DAKO)が好適に用いられる。細胞自体あるいは間質領域のvWF陽性細胞を数えることで、血管新生を評価することができる。
コンピュータ断層撮影(CT)血管造影では、例えば、動物CT用に特別処方されたアルカリ土類金属ベースのナノ粒子造影剤であるExiTron nano 12000が好適に用いられる。当該ナノ粒子造影剤を尾静脈等から静脈内注射を行い、実験動物用のX線CTスキャナー等(Latheta LCT-200;日立)を用いて血管造影を行う。細胞又は細胞含有デバイスを移植した周囲の組織について、血管容積を計算することで血管新生を評価することができる。微小血管を抽出するため、血管領域のCT値を100以上とするのが好ましい。
なお、移植は、本発明のデバイスを少なくとも用いればよく、必要に応じて他のデバイス[例えば、ポリビニルアルコール系樹脂(後述の樹脂等)等の非生体吸収性材料を含むデバイスや、当該非生体吸収性材料に成長因子を分泌する細胞(ADSC等)を含有させたデバイス等]とともに移植してもよい。
移植部位は、特に限定されず、例えば、皮下、筋膜下、内臓表面(肝表面、脾表面等)、腹膜(大網等)内、腸間膜内、腹腔内、鼠径部等が挙げられる。また、移植部位は、筋組織、脂肪組織(脂肪細胞)等であってもよい。特に、移植部位は、皮下(皮下組織)であるのが好ましい。
皮下には、血管が少ない場合が多く、本発明のデバイスによればこのような血管が少ない部位でも(血管新生にかかわらず)、効率良く活性化できる。
デバイスの移植(留置)方法は、特に限定されず、慣用ないし従来公知の方法に従ってよい。例えば、移植用機器も公知のものでよい。
なお、本発明のデバイス[さらには後述の細胞含有デバイス](又は移植)の対象(移植対象)は、ヒト及び非ヒト動物(例えば、犬、猫等のほ乳類)のいずれであってもよい。なお、非ヒト動物は、ペット用動物であってもよい。好ましい対象はヒトである。
本発明のデバイスの留置期間は、移植部位等などにもよるが、例えば、移植部位に1週間以上留置することが好ましく、10日~3ヶ月留置することがより好ましく、2週間~2ヶ月留置することが特に好ましい。
このような期間留置すると、十分な活性化(被膜形成等)を実現しやすい。
なお、前記のように、本発明のデバイスの移植(留置)により、通常、デバイス(生体吸収性材料(A1)を含む材料(A))に由来する生体吸収性材料(A1)を含む被膜が形成される。このような生体吸収性材料(A1)は、被膜形成後、経時的に生体吸収が進行すると考えられるが、少なくとも生体吸収性材料(A1)を含む被膜(生体吸収性材料(A1)が残留する被膜)を維持できる範囲で、留置期間(又は後述の抜去するまでの期間)を設定してもよい。
移植後のデバイスは、所定の留置期間を経て、抜去してもよい。特に、本発明のデバイスとして非生体吸収性材料を含むデバイス[例えば、材料(A)として材料(A)として非生体吸収性部材を含むデバイス、非生体吸収部材(B)を含むデバイス(特に、生体吸収性材料(A1)を含む材料(A)と非生体吸収性材料(B)とを含むデバイス)]を用いる場合、移植後、少なくとも非生体吸収性材料(通常、非生体吸収材料のみ)を抜去(移植部位から抜去)する場合が多い。本発明には、このような抜去方法も含まれる。
デバイス(生体吸収性材料(A1)を含む材料(A))は、前記のような所定期間(例えば、1週間~3ヶ月)体内に留置すると、通常、生体吸収性材料(A1)(の一部又は全部)が生体吸収され、この際、被膜が形成される場合が多い。一方で、非生体吸収材料は生体吸収されず、移植した部位にそのまま残存するので、細胞含有デバイス等を後に移植する場合等において抜去が必要となる。
このような抜去は、通常、出血、炎症、血管(新生した血管)、被膜(形成した被膜)の破損等を伴うことなく、行われる場合が多い。このような出血、炎症、血管や被膜の破損は、抜去部位に血液や浸出液が溜まる要因となる。
本発明では、前記のような非生体吸収性材料(例えば、シリコーン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂等)を選択する(さらには留置期間の選択等)等により、移植部位との癒着が生じにくいことも相まってか、このような出血、炎症、血管の破損を伴うことなく、効率良く抜去できる場合が多い。
抜去後の移植部位には、移植ポケットが形成される。このような移植ポケットには、後述のように、引き続き、細胞含有デバイス等を移植してもよい。
前記のように、本発明のデバイスの移植部位は、活性化されるため、当該移植部位には、他のデバイス等を移植してもよい。以下、細胞又は組織を含有するデバイスを移植する場合について詳述する。
<細胞又は組織含有デバイス>
本発明には、細胞又は組織を含有するデバイス(細胞又は組織含有デバイス、以下、細胞含有デバイス、デバイス2等ということがある)を移植(留置)する方法も含まれる。
このような細胞含有デバイス(細胞含有成分)の移植は、前記デバイス(デバイス1、ゼラチン含有デバイス)の移植(留置)と並行しても(重なっても)よいし、並行しなくても(重複しなくても)よい。
並行させる場合、前記デバイス1は、細胞含有デバイスの近傍(周辺)に又は隣接させて移植させてもよい。
特に、細胞含有デバイスは、前記デバイス1の移植[さらには、前記デバイス1(少なくとも非生体吸収材料)の抜去]後、移植(さらには抜去)した部位(移植部位、移植ポケット)に、移植(留置)してもよい。
いずれの場合でも、デバイス1により被膜が形成される場合、被膜が形成(維持)されている[特に、被膜中にゼラチンが含まれる(残留する)]状態(タイミング)において、細胞含有デバイスを移植するのが好ましい。
換言すれば、本発明のデバイス(デバイス1)は、細胞含有デバイスと組み合わせて使用するためのデバイス、特に、細胞含有デバイスの移植部位(被膜形成等の活性化された移植部位)に移植する(細胞含有デバイスの移植前に移植する)ためのデバイスとして用いることができる。
上記のように、本発明のデバイス(デバイス1)によれば、移植部位(やその近傍ないし周辺)を活性化でき、細胞含有デバイスの機能を効率良く発揮しやすい。
このような方法では、移植部位が活性化される前に、生細胞や生体組織等を移植する必要がないため、セントラルネクローシスやアポトーシスを効率良く抑制ないし防止し、細胞含有デバイスの機能を発現しやすい。また、細胞含有デバイスの入れ替えが必要になったとしても、容易に行うことができる。
特に、上記の通り、非生体吸収材料を含有するデバイス1では、非生体吸収性材料の種類を選択すること等により、癒着が生じにくく、出血、炎症や血管の破損を伴うことなくデバイス1(少なくとも非生体吸収材料)を抜去することも可能であり、このような抜去部位に移植することで、より一層効率良く細胞含有デバイスを機能させやすい。
このような抜去部位を利用することで、細胞含有デバイスは、効率良く、出血、炎症や血管の破損が生じていない移植部位に、移植できると言うこともできる。
本発明者の検討によれば、出血、炎症や血管の破損を伴うと、移植した細胞含有デバイスと移植部位との間に血液や浸出液が溜まりやすくなるようである。本発明によれば、このような現象を伴うことなく移植(留置)でき、前記のような移植部位の活性化効果と相まって、細胞含有デバイスの機能を効率よく発現しうる。
なお、移植部位での出血、炎症や血管の破損は、例えば、デバイス1の移植[さらには、抜去(摘出)]前後あるいは細胞含有デバイスの移植前に、目視で確認することができる。
細胞含有デバイスとしては、細胞や組織そのものの他、細胞や組織を包埋するもの(以下、細胞包埋デバイスということがある)等が挙げられる。
細胞包埋デバイスとしては、特に限定されず、例えば、前記特許文献1や2に記載の細胞包埋デバイス等を使用してもよい。以下、具体的に説明する。
細胞含有デバイスに含まれる生体組成物(細胞又は組織)は、特に限定されず、使用目的に応じて適宜選択することができる。
上記生体組成物としては、例えば、外胚葉、中胚葉又は内胚葉に由来する分化細胞や幹細胞等を用いることができる。
分化細胞としては、例えば、表皮細胞、平滑筋細胞、骨細胞、骨髄細胞、軟骨細胞、骨格筋芽細胞、膵実細胞、膵島細胞、膵内分泌細胞、膵外分泌細胞、膵管細胞、肝臓細胞(例えば、肝細胞)、甲状腺細胞、副甲状腺細胞、副腎細胞、下垂体細胞、脾細胞、松果体細胞、腎臓細胞(腎細胞)、脾臓細胞、前葉細胞、成長ホルモン分泌細胞、ドパミン産生細胞、血液細胞、心筋細胞、骨格筋細胞、骨芽細胞、神経細胞、色素細胞、脂肪細胞等を用いることができる。上記細胞は、生体から単離された細胞のみならず、後述する幹細胞から分化誘導されたものであってもよい。
幹細胞(iPS細胞等)等の分化誘導されうる細胞については、分化誘導される細胞を移植ないしデバイスに組み込んで、移植後に生体内で分化誘導させてもよいし、分化誘導した細胞を移植ないしデバイスに組み込んで用いてもよい。
また、幹細胞としては、組織幹細胞(例えば、表皮幹細胞、毛嚢幹細胞、膵幹細胞・膵前駆細胞、肝幹細胞、神経幹細胞、網膜幹細胞、造血幹細胞等)、胚性幹細胞(ES細胞)、iPS細胞(induced pluripotent stem cell)等を用いることができるが、これらに限らない。
これらの細胞は、ヒト、サル、ブタ、ラット、マウス、イヌ、ネコ等の哺乳動物由来であって、患者等の生体にとって有用なホルモンやタンパク質等の生理活性物質を産生及び/又は分泌する細胞であることが好ましく、細胞の種類の選択は、移植する患者等の生体の疾患の種類によって決定することができる。また、これらの細胞がヒト細胞以外である場合、治療目的にヒト遺伝子を導入された細胞であってもよい。なお、生体にとって有用なホルモンとは、インスリン、甲状腺刺激ホルモン、甲状腺ホルモン、副甲状腺ホルモン、成長ホルモン、チロキシン、糖質コルチコイド、グルカゴン、エストラジオール、又はテストステロン等が例示される。生体にとって有用なタンパク質とは、具体的には、血液凝固因子、補体、アルブミン、グロブリン、各種酵素(代謝酵素又はアミラーゼ、プロテアーゼ、若しくはリパーゼ等の消化酵素)が例示される。その他の生理活性物質の例としては、例えばドパミンなどの神経伝達物質等が挙げられる。
具体的に言えば、膵細胞(膵島細胞)、肝細胞、ドパミン産生細胞及びこれらの幹・前駆細胞がより好ましく、膵細胞(膵島細胞)、膵前駆(幹)細胞がより好ましい。代表的な例では、膵島(膵細胞)、肝細胞、これらの幹・前駆細胞等を好適に使用してもよい。
細胞含有デバイスに使用される生体組成物は、実験室用に確立された細胞若しくは生体組織、又は生体組織から分離した細胞等のいずれであってもよいが、分化した非分裂細胞であることが好ましい。なお、該分離方法としては特に限定されず、従来公知の方法に従ってよい。また、生体組織から分離された細胞は、病原性ウィルス等の病原菌が除去されていることが望ましい。
細胞含有デバイスにおいて、生体組成物の含有量は、生体組成物の種類に応じて適宜変更することができる。
投与量は、医師が患者の年齢、性別、症状、副作用等を考慮して決定するので、一概には言えないが、通常成人1人当たり約1~10のデバイスを体内に移植することができる。例えば糖尿病患者に対する場合、患者の体重1kgあたり通常1000~1000000IEQ(膵島量の国際単位:直径150μmの膵島の体積を1IEQと定義)、好ましくは5000~400000IEQ、より好ましくは10000~20000IEQの膵島を含有するデバイスを移植することができる。
細胞包埋デバイスは、前記のように、生体組成物を包埋する形態でデバイスを形成している。このような細胞包埋デバイスの形状は、特に限定されないが、前記デバイス1(特に、非生体吸収材料)と同系統(特に同じ形状)であってもよい。このような形状としては、前記例示の形状が挙げられ、円盤状、球状、円柱状、楕円球状等を含むが、円盤状が好ましい。
細胞包埋デバイス(細胞包埋デバイスのデバイス部)の材料は、特に限定されず、高分子(ポリマー)や金属、セラミックス等を用いることができる。
細胞包埋デバイスに使用されるポリマーとしては、特に限定されないが、例えば、構造タンパク質類(例えば、コラーゲン、エラスチン、ケラチン等)、ゼラチン、グリコサミノグリカン類(例えば、ヒアルロン酸、コンドロイチン硫酸、ケラタン硫酸、デルマタン硫酸、ヘパラン硫酸、ヘパリン等)、プリテオグリカン、細胞接着分子類(例えば、フィブロネクチン、ラミニン、フィブリノーゲン、ヒドロネクチン等)、フィブリン、フィブロイン、セリシン、アルギン酸、キトサン、アガロース、セルロース、セルロース誘導体類(例えば、セルロースナノファイバー、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等)、合成ポリペプチド、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリカプロラクトン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、2-メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン、ポリ(メタ)アクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリ-N-イソプロピルアクリルアミド、デキストリン、シリコーン、ポリウレタン、フッ素樹脂類(例えば、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシアルカン等)、ポリビニルアルコール系樹脂等が挙げられる。
ポリマーは、親水性ポリマー(又は水溶性ポリマー)であってもよい。なお、このような親水性(水溶性)ポリマーは、細胞包埋デバイスにおいて、架橋等により、水不溶性となっている(例えば、ゲルを形成している)場合が多い。
ポリマーは、単独で又は2種以上組み合わせて使用してもよい。
これらの中でも、特に、ポリビニルアルコール系樹脂を好適に使用できる。そのため、ポリマーは、少なくともポリビニルアルコール系樹脂を含んでいてもよい。
以下、ポリビニルアルコール系樹脂について詳述する。
(ポリビニルアルコール系樹脂)
ポリビニルアルコール系樹脂は、通常、少なくともビニルエステル系単量体を重合成分とする重合体のけん化物であってもよい。このようなポリビニルアルコール系樹脂は、ビニルアルコール単位を有していればよく、ビニルエステル単位(又はビニルエステル系単量体由来の単位、例えば、酢酸ビニル単位、ピバリン酸ビニル単位等の後述の脂肪酸ビニルエステル由来の単位)や他の単位(例えば、後述の活性カルボニル基を有する不飽和単量体由来の単位、他の不飽和単量体由来の単位)を有していてもよい。
ポリビニルアルコール系樹脂の4質量%水溶液粘度(20℃)は、特に制限されないが、例えば、1mPa・s以上、2mPa・s以上、3mPa・s以上、5mPa・s以上、20mPa・s以上、30mPa・s以上、40mPa・s以上、50mPa・s以上等であってもよく、800mPa・s以下、500mPa・s以下、300mPa・s以下、200mPa・s以下、150mPa・s以下、100mPa・s以下、80mPa・s以下等であってもよい。
代表的には、4質量%水溶液粘度が3~300mPa・s程度のポリビニルアルコール系樹脂を好適に使用してもよい。
なお、ポリビニルアルコール系樹脂の4質量%水溶液粘度は、例えば、JIS K6726に従って測定できる。
ポリビニルアルコール系樹脂は、その種類や組成等に応じて選択でき、特に限定されず、完全けん化ポリビニルアルコール系樹脂(例えば、けん化度97モル%以上等)であってもよく、部分けん化ポリビニルアルコール系樹脂(例えば、けん化度97モル%未満)であってもよい。
なお、けん化度(平均けん化度)は、例えば、JIS K6726に従って測定できる。
特に、ポリビニルアルコール系樹脂(A)としては、活性カルボニル基を有する変性ポリビニルアルコール系樹脂(A1)、シンジオタクティシティがトライアッド表示で32~40%であるポリビニルアルコール系樹脂(A2)、及びけん化度が97モル%以上であるポリビニルアルコール系樹脂(A3)から選択された少なくとも1種から選択された少なくとも1種を好適に使用してもよい。
以下、これらの樹脂について詳述する。
(活性カルボニル基を有する変性ポリビニルアルコール系樹脂)
活性カルボニル基を有する変性ポリビニルアルコール樹脂(本明細書において、単に「変性PVA系樹脂」ともいう)としては、例えば、脂肪酸ビニルエステルと活性カルボニル基を有する不飽和単量体を共重合し、得られた共重合体を鹸化して製造される共重合変性PVAや、公知の方法で製造されたPVAまたは変性PVA系樹脂に液状ジケテンやジケテンガス等の活性カルボニル基を有する化合物を直接接触させて得られる後変性PVAを使用することができるが、PVA系樹脂の安定性や安全性、ゲル化工程での作業性から共重合変性PVAが好ましい。
上記共重合変性PVAを製造する際に使用される上記脂肪酸ビニルエステルとして、特に限定されないが、例えば、ギ酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ピバリン酸ビニル等が挙げられ、中でも酢酸ビニルが工業的に好ましい。これらは、従来公知のバルク重合、溶液重合、懸濁重合、乳化重合などの各種の重合法により製造することができるが、中でもメタノール等のアルコール溶媒を用いる溶液重合が工業的に好ましい。
また、活性カルボニル基を有する不飽和単量体としては、特に限定されないが、例えば、ジアセトンアクリルアミド、ジアセトンメタクリルアミド、ジアセトンアクリレート、ジアセトンメタアクリレート、アセトアセトキシアクリルアミド、アセトアセトキシメタクリルアミド等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。なかでも、ジアセトンアクリルアミドが工業的に好ましく、共重合変性PVAとしては、ジアセトンアクリルアミド変性PVAが好ましい。
本発明において、脂肪酸ビニルエステルと活性カルボニル基を有する不飽和単量体との共重合には、本発明の効果を阻害しない範囲で、脂肪酸ビニルエステルや活性カルボニル基を有する不飽和単量体と共重合可能な他の不飽和単量体を用いてもよい。
他の不飽和単量体としては、例えば、カルボキシル基含有不飽和単量体[例えば、(メタ)アクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、イタコン酸、ウンデシレン酸等]、不飽和二塩基酸モノアルキルエステル類(例えば、マレイン酸モノメチル、イタコン酸モノメチル等)、アミド基含有不飽和単量体(例えば、アクリルアミド、ジメチルアクリルアミド、ジメチルアミノエチルアクリルアミド、ジエチルアクリルアミド、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、イソプロピルアクリルアミド、N-メチロールアクリルアミド、N-ビニルアセトアミド等)、ハロゲン化ビニル類(例えば、塩化ビニル、フッ化ビニル等)、グリシジル基を有する不飽和単量体(例えば、アリルグリシジルエーテル、グリシジルメタクリレート等)、ラクタム基含有不飽和単量体{例えば、N-ビニルピロリドン類[例えば、N-ビニル-2-ピロリドン、N-ビニル-アルキルピロリドン(例えば、N-ビニル-3-プロピル-2-ピロリドン、N-ビニル-5-メチル-2-ピロリドン、N-ビニル-5-エチル-2-ピロリドン、N-ビニル-5,5-ジメチル-2-ピロリドン、N-ビニル-3,5-ジメチル-2-ピロリドンなどのN-ビニル-モノ又はジC1-4アルキルピロリドン)など]、N-アリルピロリドン類(例えば、N-アリル-2-ピロリドンなど)、N-ビニルピペリドン類[例えば、N-ビニル-2-ピペリドン、N-ビニル-アルキルピペリドン(例えば、N-ビニル-6-メチル-2-ピペリドン、N-ビニル-6-エチル-2-ピペリドンなどのN-ビニル-モノ又はジC1-4アルキルピペリドン)など]、N-ビニルカプロラクタム類[例えば、N-ビニル-ε-カプロラクタム、N-ビニル-アルキルカプロラクタム(例えば、N-ビニル-7-メチル-2-カプロラクタム、N-ビニル-7-エチル-2-カプロラクタムなどのN-ビニル-モノ又はジC1-4アルキルカプロラクタムなど)]}、アルキルビニルエーテル類[例えば、C1―20アルキルビニルエーテル(例えば、メチルビニルエーテル、n-プロピルビニルエーテル、i-プロピルビニルエーテル、n-ブチルビニルエーテル、i-ブチルビニルエーテル、t-ブチルビニルエーテル、ラウリルビニルエーテル、ドデシルビニルエーテル、ステアリルビニルエーテル等)]、ニトリル類(例えば、アクリロニトリル、メタアクリロニトリル等)、水酸基含有不飽和単量体[例えば、C1―20モノアルキルアリルアルコール(例えば、アリルアルコール、イソプロペニルアリルアルコール等)、C1―20ジアルキルアリルアルコール(例えば、ジメチルアリルアルコール等)、ヒドロキシC1―20アルキルビニルエーテル(例えば、ヒドロキシエチルビニルエーテル、ヒドロキシブチルビニルエーテル等)]、アセチル基含有不飽和単量体[例えば、C1―20アルキルアリルアセテート(例えば、アリルアセテート、ジメチルアリルアセテート、イソプロペニルアリルアセテート等)等]、(メタ)アクリル酸エステル類{例えば、(メタ)アクリル酸アルキルエステル[例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、アクリル酸-2-エチルヘキシル、アクリル酸-n-ブチル等の(メタ)アクリル酸C1-20アルキル]等}、ビニルシラン類(例えば、トリメトキシビニルシラン、トリブチルビニルシラン、ジフェニルメチルビニルシラン等)、ポリオキシアルキレン(メタ)アクリレート類[例えば、ポリオキシエチレン(メタ)アクリレート、ポリオキシプロピレン(メタ)アクリレート等]、ポリオキシアルキレン(メタ)アクリル酸アミド類[例えば、ポリオキシエチレン(メタ)アクリル酸アミド、ポリオキシプロピレン(メタ)アクリル酸アミド等]、ポリオキシアルキレンビニルエーテル類(例えば、ポリオキシエチレンビニルエーテル、ポリオキシプロピレンビニルエーテル等)、ポリオキシアルキレンアルキルビニルエーテル類(例えば、ポリオキシエチレンアリルエーテル、ポリオキシプロピレンアリルエーテル、ポリオキシエチレンブチルビニルエーテル、ポリオキシプロピレンブチルビニルエーテル等)、α-オレフィン類(例えば、エチレン、プロピレン、n-ブテン、1-ヘキセン等)、ブテン類(例えば、3,4-ジヒドロキシ-1-ブテン、3,4-ジアシロキシ-1-ブテン、3-アシロキシ-4-ヒドロキシ-1-ブテン、4-アシロキシ-3-ヒドロキシ-1-ブテン、3,4-ジアシロキシ-2-メチル-1-ブテン等)、ペンテン類(例えば、4,5-ジヒドロキシ-1-ペンテン、4,5-ジアシロキシ-1-ペンテン、4,5-ジヒドロキシ-3-メチル-1-ペンテン、4,5-ジアシロキシ-3-メチル-1-ペンテン等)、ヘキセン類(例えば、5,6-ジヒドロキシ-1-ヘキセン、5,6-ジアシロキシ-1-ヘキセン等)、アミン系不飽和単量体[例えば、N,N-ジメチルアリルアミン、N-アリルプペラジン、3-ピペリジンアクリル酸エチルエステル、2-ビニルピリジン、4-ビニルピリジン、2-メチル-6-ビニルピリジン、5-エチル-2-ビニルピリジン、5-ブテニルピリジン、4-ペンテニルピリジン、2-(4-ピリジル)アリルアルコール等]、第四級アンモニウム化合物を有する不飽和単量体(例えば、ジメチルアミノエチルアクリレート塩化メチル4級塩、N,N-ジメチルアミノプロピルアクリルアミド塩化メチル4級塩、N,N-ジメチルアミノプロピルアクリルアミドメチルベンゼンスルホン酸4級塩等)、芳香族系不飽和単量体(例えば、スチレン等)、スルホン酸基を含有する不飽和単量体(例えば、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸又はそのアルカリ金属塩、アンモニウム塩もしくは有機アミン塩;2-アクリルアミド-1-メチルプロパンスルホン酸又はそのアルカリ金属塩、アンモニウム塩もしくは有機アミン塩;2-メタクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸又はそのアルカリ金属塩、アンモニウム塩もしくは有機アミン塩;ビニルスルホン酸又はそのアルカリ金属塩、アンモニウム塩もしくは有機アミン塩;アリルスルホン酸又はそのアルカリ金属塩、アンモニウム塩もしくは有機アミン塩;メタアリルスルホン酸又はそのアルカリ金属塩、アンモニウム塩もしくは有機アミン塩等)、グリセリンモノアリルエーテル、2,3-ジアセトキシ-1-アリルオキシプロパン、2-アセトキシ-1-アリルオキシ-3-ヒドロキシプロパン、3-アセトキシ-1-アリルオキシ-3-ヒドロキシプロパン、3-アセトキシ-1-アリルオキシ-2-ヒドロキシプロパン、グリセリンモノビニルエーテル、グリセリンモノイソプロペニルエーテル、アクリロイルモルホリン、ビニルエチレンカーボネート、ビニルイミダゾール、ビニルカルバゾール等から選ばれる1種以上等が挙げられる。
他の不飽和単量体の含有量としては特に規定されないが、例えば、ビニルエステル系単量体100モルに対して10モル以下であればよい。
また、得られた共重合変性PVAを本発明の効果を阻害しない範囲で公知の方法を用いてアセタール化、ウレタン化、エーテル化、グラフト化、リン酸エステル化、アセトアセチル化、カチオン化等の反応によって後変性してもよい。
上記共重合変性PVAを製造する際に使用される重合触媒は、特に限定されないが、通常アゾ化合物や過酸化物が用いられる。
また、重合の際、脂肪酸ビニルエステルの加水分解を防止する目的で、酒石酸、クエン酸、酢酸等の有機酸を添加してもよい。
また重合の終了には、特に限定されないが、重合停止剤を使用することができる。重合停止剤は、特に限定されず、例えば、m-ジニトロベンゼン等が挙げられる。
本発明において、脂肪酸ビニルエステルと活性カルボニル基を有する不飽和単量体との共重合の際には、重合容器の形状、重合撹拌機の種類、さらには重合温度や、重合容器内の圧力等いずれも公知の方法を使用してかまわない。
本発明において、脂肪酸ビニルエステルと活性カルボニル基を有する不飽和単量体との共重合体の鹸化方法は、特に限定されず、従来公知の方法に従ってよいが、例えば、従来公知の水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ナトリウムメトキシド等の塩基性触媒、又は塩酸、硫酸、p-トルエンスルホン酸等の酸性触媒を用いた、加アルコール分解ないし加水分解反応が適用できる。
鹸化反応に用いられる溶媒としては、メタノール、エタノール等のアルコール類;酢酸メチル等のエステル類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素類;テトラヒドロフラン等が挙げられ、これらは単独で又は2種類以上を組み合わせて用いることができる。また、鹸化温度、時間等に特に制限されない。
また、鹸化物の乾燥、粉砕、洗浄方法も特に制限はなく、公知の方法を使用してもかまわない。
変性PVA系樹脂として活性カルボニル基を有する不飽和単量体(例えば、ジアセトンアクリルアミド)変性PVAを用いる場合の、活性カルボニル基を有する不飽和単量体(例えば、ジアセトンアクリルアミド)単位含有量は、活性カルボニル基を有する不飽和単量体(例えば、ジアセトンアクリルアミド)変性PVA全量(単量体の総量)に対して、例えば、0.5~20モル%、好ましくは0.5~15モル%、より好ましくは1~12モル%、さらに好ましくは2~10モル%(例えば、3~8モル%)である。
活性カルボニル基を有する不飽和単量体(例えば、ジアセトンアクリルアミド)単位含有量が0.5モル%以上の場合、架橋剤との反応部位が多く、細胞包埋デバイスとしての十分な強度(応力)を得ることができ、また、20モル%以下の場合、水への溶解性が向上する等の観点から好ましい。
変性PVA系樹脂の鹸化度は、特に制限はないが、80モル%以上(例えば、80~99.9モル%)が好ましく、より好ましくは88モル%以上(例えば、88~99.9モル%)で、さらに好ましくは95モル%以上(例えば、95~99.9モル%)である。
また、変性PVA系樹脂の粘度は、種々のものとすることができるが、変性PVA系樹脂の4質量%水溶液粘度(20℃)で2~500mPa・sが好ましく、より好ましくは3~300mPa・s、さらに好ましくは5~200mPa・s(例えば、5~80mPa・s)であってもよく、代表的には500mPa・以下(例えば、20~500mPa・s、30~500mPa・s、40~500mPa・s、50~500mPa・s等)、300mPa・s以下(例えば、20~300mPa・s、30~300mPa・s、40~300mPa・s、50~300mPa・s)、200mPa・s以下(例えば、20~200mPa・s、30~200mPa・s、40~200mPa・s、50~200mPa・s)等であってもよい。
なお、上記鹸化度、4質量%水溶液粘度は、JIS K-6726に従って測定した値であってもよい。
(シンジオタクティシティがトライアッド表示で32~40%であるポリビニルアルコール系樹脂)
ポリビニルアルコール樹脂として、シンジオタクティシティがトライアッド表示で32~40%であるポリビニルアルコール系樹脂(本明細書において、単に「高シンジオPVA系樹脂」ともいう)を好ましく用いることもできる。
高シンジオPVA系樹脂のシンジオタクティシティは、トライアッド表示で、32~40%が好ましく、33~39%がより好ましく、34~38%が特に好ましい。シンジオタクティシティが32%以上であれば水性ゲルになりやすく、40%以下であれば水性ゲルの作製が容易となる。
なおトライアッド表示のシンジオタクティシティは、高シンジオPVA系樹脂を重DMSO(ジメチルスルホキシド)に溶解し、プロトンNMR測定による水酸基のピークより求めることができる。
高シンジオPVA系樹脂の製法は、トライアッド表示によるシンジオタクティシティが32~40%になれば特に限定されないが、従来公知の方法で得られたビニルエステル系重合体を鹸化する方法により容易に得られる。
すなわち、高シンジオPVA系樹脂は、ビニルエステル重合体の鹸化物である。
ビニルエステル系重合体の製造方法としては、ビニルエステル系単量体を重合する方法であれば特に限定されず、従来公知の方法に従って良い。
重合の際には、重合容器の形状、重合撹拌機の種類、さらには重合温度や、重合容器内の圧力等いずれも公知の方法を使用してもかまわない。重合方法としては、従来から公知のバルク重合、溶液重合、懸濁重合、乳化重合等の各種重合方法が可能である。重合度の制御や重合後に行う鹸化反応のこと等を考慮すると、アルコールを溶媒とした溶液重合、あるいは、水又は水及びアルコールを分散媒とする懸濁重合が好ましいが、これらに限定されるものではない。
ビニルエステル系単量体としては、例えば、脂肪酸ビニルエステル、非脂肪酸ビニルエステル(例えば、ギ酸ビニル、芳香族カルボン酸ビニルエステル等)等のビニルエステル等が挙げられるが、シンジオタクティシティが高いPVAが得られる等の観点から、C3-15脂肪酸ビニルエステル[例えば、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、ピバリン酸ビニル等の直鎖又は分岐鎖のC3-15脂肪酸ビニルエステル、好ましくは、C3-10脂肪酸ビニルエステル(例えば、直鎖又は分岐鎖のC3-10脂肪酸ビニルエステル等)等]、置換基(例えば、ハロゲン基)を有するC3-15脂肪酸ビニルエステル[例えば、トリフルオロ酢酸ビニル、トリクロロ酢酸ビニル等]、ギ酸ビニル等が挙げられる。これらのビニルエステルは、1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
高シンジオPVA系樹脂の製法の一例としては、具体的には、嵩高い側鎖を有するプロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、ピバリン酸ビニルなどのビニルエステルを単独あるいは共重合した後、アルカリ触媒により鹸化する方法や、ギ酸ビニル、トリフルオロ酢酸ビニル、トリクロロ酢酸ビニルなどの高極性のビニルエステルを単独あるいは共重合した後、アルカリ触媒により鹸化する方法が挙げられる。中でもピバリン酸ビニルを重合した後、アルカリ触媒により鹸化する方法が好適に用いられる。下記の実施例においてトライアッド表示によるシンジオタクティシティが37.1%の製造例が記載されている。37.1%よりトライアッド表示によるシンジオタクティシティを小さくすることは、例えばピバリン酸ビニルの重合に際し、酢酸ビニルを共存させてピバリン酸ビニルと酢酸ビニルとの共重合体を得ることや重合温度を上げることにより達成できる。また、37.1%よりトライアッド表示によるシンジオタクティシティを大きくすることは、例えば上記製造例における重合温度を下げることにより達成できる。いずれの場合にも、得られた高シンジオPVA系樹脂を重DMSOに溶解し、プロトンNMR測定による水酸基のピークより求めることができるので、適宜32~40%の範囲にあるものを選択して本発明に使用することができる。
また、ビニルエステル重合体には、上記したビニルエステルの他に、本発明の効果を阻害しない範囲で、ビニルエステルと共重合可能な他の不飽和単量体が含まれていてもよい。
他の不飽和単量体としては、例えば、カルボキシル基含有不飽和単量体[例えば、(メタ)アクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、イタコン酸、ウンデシレン酸等]、不飽和二塩基酸モノアルキルエステル類(例えば、マレイン酸モノメチル、イタコン酸モノメチル等)、アミド基含有不飽和単量体(例えば、アクリルアミド、ジメチルアクリルアミド、ジメチルアミノエチルアクリルアミド、ジエチルアクリルアミド、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、イソプロピルアクリルアミド、N-メチロールアクリルアミド、N-ビニルアセトアミド等)、ハロゲン化ビニル類(例えば、塩化ビニル、フッ化ビニル等)、グリシジル基を有する不飽和単量体(例えば、アリルグリシジルエーテル、グリシジルメタクリレート等)、ラクタム基含有不飽和単量体{例えば、N-ビニルピロリドン類[例えば、N-ビニル-2-ピロリドン、N-ビニル-アルキルピロリドン(例えば、N-ビニル-3-プロピル-2-ピロリドン、N-ビニル-5-メチル-2-ピロリドン、N-ビニル-5-エチル-2-ピロリドン、N-ビニル-5,5-ジメチル-2-ピロリドン、N-ビニル-3,5-ジメチル-2-ピロリドンなどのN-ビニル-モノ又はジC1-4アルキルピロリドン)など]、N-アリルピロリドン類(例えば、N-アリル-2-ピロリドンなど)、N-ビニルピペリドン類[例えば、N-ビニル-2-ピペリドン、N-ビニル-アルキルピペリドン(例えば、N-ビニル-6-メチル-2-ピペリドン、N-ビニル-6-エチル-2-ピペリドンなどのN-ビニル-モノ又はジC1-4アルキルピペリドン)など]、N-ビニルカプロラクタム類[例えば、N-ビニル-ε-カプロラクタム、N-ビニル-アルキルカプロラクタム(例えば、N-ビニル-7-メチル-2-カプロラクタム、N-ビニル-7-エチル-2-カプロラクタムなどのN-ビニル-モノ又はジC1-4アルキルカプロラクタムなど)]}、アルキルビニルエーテル類[例えば、C1―20アルキルビニルエーテル(例えば、メチルビニルエーテル、n-プロピルビニルエーテル、i-プロピルビニルエーテル、n-ブチルビニルエーテル、i-ブチルビニルエーテル、t-ブチルビニルエーテル、ラウリルビニルエーテル、ドデシルビニルエーテル、ステアリルビニルエーテル等)]、ニトリル類(例えば、アクリロニトリル、メタアクリロニトリル等)、水酸基含有不飽和単量体[例えば、C1―20モノアルキルアリルアルコール(例えば、アリルアルコール、イソプロペニルアリルアルコール等)、C1―20ジアルキルアリルアルコール(例えば、ジメチルアリルアルコール等)、ヒドロキシC1―20アルキルビニルエーテル(例えば、ヒドロキシエチルビニルエーテル、ヒドロキシブチルビニルエーテル等)]、アセチル基含有不飽和単量体[例えば、C1―20アルキルアリルアセテート(例えば、アリルアセテート、ジメチルアリルアセテート、イソプロペニルアリルアセテート等)等]、(メタ)アクリル酸エステル類{例えば、(メタ)アクリル酸アルキルエステル[例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、アクリル酸-2-エチルヘキシル、アクリル酸-n-ブチル等の(メタ)アクリル酸C1-20アルキル]等}、ビニルシラン類(例えば、トリメトキシビニルシラン、トリブチルビニルシラン、ジフェニルメチルビニルシラン等)、ポリオキシアルキレン(メタ)アクリレート類[例えば、ポリオキシエチレン(メタ)アクリレート、ポリオキシプロピレン(メタ)アクリレート等]、ポリオキシアルキレン(メタ)アクリル酸アミド類[例えば、ポリオキシエチレン(メタ)アクリル酸アミド、ポリオキシプロピレン(メタ)アクリル酸アミド等]、ポリオキシアルキレンビニルエーテル類(例えば、ポリオキシエチレンビニルエーテル、ポリオキシプロピレンビニルエーテル等)、ポリオキシアルキレンアルキルビニルエーテル類(例えば、ポリオキシエチレンアリルエーテル、ポリオキシプロピレンアリルエーテル、ポリオキシエチレンブチルビニルエーテル、ポリオキシプロピレンブチルビニルエーテル等)、α-オレフィン類(例えば、エチレン、プロピレン、n-ブテン、1-ヘキセン等)、ブテン類(例えば、3,4-ジヒドロキシ-1-ブテン、3,4-ジアシロキシ-1-ブテン、3-アシロキシ-4-ヒドロキシ-1-ブテン、4-アシロキシ-3-ヒドロキシ-1-ブテン、3,4-ジアシロキシ-2-メチル-1-ブテン等)、ペンテン類(例えば、4,5-ジヒドロキシ-1-ペンテン、4,5-ジアシロキシ-1-ペンテン、4,5-ジヒドロキシ-3-メチル-1-ペンテン、4,5-ジアシロキシ-3-メチル-1-ペンテン等)、ヘキセン類(例えば、5,6-ジヒドロキシ-1-ヘキセン、5,6-ジアシロキシ-1-ヘキセン等)、アミン系不飽和単量体[例えば、N,N-ジメチルアリルアミン、N-アリルプペラジン、3-ピペリジンアクリル酸エチルエステル、2-ビニルピリジン、4-ビニルピリジン、2-メチル-6-ビニルピリジン、5-エチル-2-ビニルピリジン、5-ブテニルピリジン、4-ペンテニルピリジン、2-(4-ピリジル)アリルアルコール等]、第四級アンモニウム化合物を有する不飽和単量体(例えば、ジメチルアミノエチルアクリレート塩化メチル4級塩、N,N-ジメチルアミノプロピルアクリルアミド塩化メチル4級塩、N,N-ジメチルアミノプロピルアクリルアミドメチルベンゼンスルホン酸4級塩等)、芳香族系不飽和単量体(例えば、スチレン等)、スルホン酸基を含有する不飽和単量体(例えば、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸又はそのアルカリ金属塩、アンモニウム塩もしくは有機アミン塩;2-アクリルアミド-1-メチルプロパンスルホン酸又はそのアルカリ金属塩、アンモニウム塩もしくは有機アミン塩;2-メタクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸又はそのアルカリ金属塩、アンモニウム塩もしくは有機アミン塩;ビニルスルホン酸又はそのアルカリ金属塩、アンモニウム塩もしくは有機アミン塩;アリルスルホン酸又はそのアルカリ金属塩、アンモニウム塩もしくは有機アミン塩;メタアリルスルホン酸又はそのアルカリ金属塩、アンモニウム塩もしくは有機アミン塩等)、グリセリンモノアリルエーテル、2,3-ジアセトキシ-1-アリルオキシプロパン、2-アセトキシ-1-アリルオキシ-3-ヒドロキシプロパン、3-アセトキシ-1-アリルオキシ-3-ヒドロキシプロパン、3-アセトキシ-1-アリルオキシ-2-ヒドロキシプロパン、グリセリンモノビニルエーテル、グリセリンモノイソプロペニルエーテル、アクリロイルモルホリン、ビニルエチレンカーボネート、ビニルイミダゾール、ビニルカルバゾール等から選ばれる1種以上等が挙げられる。
他の不飽和単量体の含有量としては特に規定されないが、例えば、ビニルエステル系単量体100モルに対して10モル以下であればよい。
また、重合の際には、重合触媒を用いることができる。重合触媒としては、特に限定されないが、通常アゾ系化合物や過酸化物が用いられる。
また、重合の際、脂肪酸ビニルエステルの加水分解を防止する目的で、酒石酸、クエン酸、酢酸等の有機酸を添加してもよい。
また重合の終了には、特に限定されないが、重合停止剤を使用することができる。重合停止剤は、特に限定されず、例えば、m-ジニトロベンゼン等が挙げられる。
重合温度は、特に限定されず公知の重合温度で問題ないが、シンジオタクティシティが高いPVA系樹脂が得られやすい等の観点から、例えば-50~200℃、好ましくは-50~150℃、さらに好ましくは0~120℃等である。
前記のようにしてビニルエステル系重合体が得られる。得られた重合体の鹸化反応方法は、特に限定されず、従来公知の方法に従ってよいが、例えば、従来公知の水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ナトリウムメトキシド等の塩基性触媒、又は塩酸、硫酸、p-トルエンスルホン酸等の酸性触媒を用いた、加アルコール分解ないし加水分解反応が適用できる。なお、鹸化反応の前後において、通常は、重合体のシンジオタクティシティはほとんど変動しない。
鹸化反応に用いられる溶媒としては、メタノール、エタノール等のアルコール類;酢酸メチル、酢酸エチル等のエステル類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素類;テトラヒドロフラン等が挙げられ、これらは単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。また、鹸化温度、時間等に特に制限されない。
また、鹸化物の乾燥、粉砕、洗浄方法も特に制限はなく、公知の方法を使用してもかまわない。
かくしてビニルエステル重合体の鹸化物、即ち、本発明における高シンジオPVA系樹脂が得られる。得られた高シンジオPVA系樹脂を本発明の効果を阻害しない範囲で公知の方法を用いてアセタール化、ウレタン化、エーテル化、グラフト化、リン酸エステル化、アセトアセチル化、カチオン化等の反応によって後変性してもよい。
高シンジオPVA系樹脂の鹸化度は、好ましくは90~99.9モル%であり、より好ましくは98~99.9モル%であり、さらに好ましくは99~99.9モル%である。なお、高シンジオPVA系樹脂の鹸化度は、例えば、重DMSO溶液中でプロトンNMRを測定し求めることができる。
高シンジオPVA系樹脂の重合度は、好ましくは100~10000であり、より好ましくは500~8000であり、さらに好ましくは1000~5000であり、ハンドリングが比較的容易でという点から、特に好ましくは1000~3000である。重合度が100以上であれば、樹脂強度(応力)が高く、保形性のある水性ゲルが作製しやすい。重合度が10000以下であれば、水溶液が取り扱い易い。なお、重合度は鹸化前の樹脂における、JIS K6725記載のベンゼン溶液、30℃におけるポリ酢酸ビニル換算の重合度である。
(けん化度が97モル%以上であるポリビニルアルコール系樹脂)
ポリビニルアルコール系樹脂には、前記のように、鹸化度が97モル%以上であるポリビニルアルコール系樹脂(本明細書において、単に「完全鹸化PVA系樹脂」ともいう)を用いることもできる。
完全鹸化PVA系樹脂の鹸化度は、97モル%以上(例えば、97~99.9モル%)が好ましく、98モル%以上(例えば、98~99.9モル%)がより好ましく、98.5モル%以上(例えば、98.5~99.9モル%)が特に好ましい。
完全鹸化PVA系樹脂の重合度は、例えば、100~10000であり、より好ましくは500~9000であり、さらに好ましくは1000~8000であり、特に好ましくは1500~5000である。
(架橋剤)
細胞包埋デバイス(細胞包埋デバイスを構成するポリマー)は、さらに架橋剤を含有してもよい。
架橋剤は、特に限定されず、ポリマーの種類等に応じて選択できる。例えば、ポリマーとして、上記変性PVA樹脂を使用する場合には、変性PVA系樹脂のカルボニル基と反応性を有する官能基(例えば、ヒドラジノ基等)を有するもの等を好適にしてもよい。
架橋剤としては、例えば、ヒドラジド化合物等、セミカルバジド化合物等が挙げられる。なかでも、下式(1)~(3)で示される群から選ばれる官能基を分子内に2個以上有するヒドラジド化合物、セミカルバジド化合物等が好適に挙げられる。これらは、1種単独で又は2種以上を併用して使用することができる。
-NH-NH (1)
-CO-NH-NH (2)
-NH-CO-NH-NH (3)
ヒドラジド化合物の具体例としては、例えば、カルボヒドラジド、ジカルボン酸ヒドラジド[脂肪酸ジカルボン酸ヒドラジド(例えば、シュウ酸ジヒドラジド、マロン酸ジヒドラジド、コハク酸ジヒドラジド、グルタル酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、ピメリン酸ジヒドラジド、スベリン酸ジヒドラジド、アゼライン酸ジヒドラジド、セバシン酸ジヒドラジド、ドデカン二酸ジヒドラジド、ヘキサデカン二酸ジヒドラジド等)、芳香族ジカルボン酸ヒドラジド(例えば、テレフタル酸ジヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジド、2,6-ナフトエ酸ジヒドラジド、4,4’-ビスベンゼンジヒドラジド等)、脂環族ジカルボン酸ヒドラジド(例えば、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸ジヒドラジド等)、ヒドロキシル基含有ジカルボン酸ジヒドラジド(例えば、酒石酸ジヒドラジド、リンゴ酸ジヒドラジド等)、イミノジ酢酸ジヒドラジド、イタコン酸ジヒドラジド等]、1,3-ビス(ヒドラジノカルボノエチル)-5-イソプロピルヒダントイン、7,11-オクタデカジエン-1,18-ジカルボヒドラジド、トリス(2-ヒドラジノカルボニルエチル)イソシアヌレート、クエン酸トリヒドラジド、ブタントリカルボヒドラジド、1,2,3-ベンゼントリヒドラジド、エチレンジアミン四酢酸テトラヒドラジド、1,4,5,8-ナフトエ酸テトラヒドラジド、ニトリロ酢酸トリヒドラジド、シクロヘキサントリカルボン酸トリヒドラジド、ピロメリット酸テトラヒドラジド等が挙げられる。
また、セミカルバジド化合物としては、例えば、N,N’-ヘキサメチレンビスセミカルバジド、ビューレットリートリ(ヘキサメチレンセミカルバジド)等が挙げられる。
また、これらのヒドラジド化合物、セミカルバジド化合物にアセトン、メチルエチルケトン等の低沸点ケトン類を反応させた誘導体等を用いてもよい。
上記架橋剤の中でも、好ましくは、ジカルボン酸ヒドラジド、ポリアクリル酸ヒドラジド等、より好ましくは、アジピン酸ジヒドラジド、ポリアクリル酸ヒドラジド等、特に好ましくはポリアクリル酸ヒドラジドが、毒性が低く、水への溶解性も高い等の観点から好適に使用され得る。
架橋剤は、上記架橋剤の1種又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
架橋剤の添加量は、ポリマー(例えば、変性PVA系樹脂)100質量部に対して、1~30質量部が好ましく、2~25質量部がより好ましく、3~20質量部(例えば、4~15質量部)がさらに好ましい。
1質量部以上であれば、架橋密度が高くなり細胞包埋デバイスとしての十分な強度(応力)を得ることができ、一方30質量部以下であれば、反応に寄与しない架橋剤の残留を抑制できる等の観点から、好ましい。
架橋剤としてポリアクリル酸ヒドラジドを使用する場合、分子量範囲は特に限定されないが、ポリアクリル酸ヒドラジドの重量平均分子量(Mw)は、約3000~6000000が好ましく、約5000~1000000が好ましく、約8000~800000(例えば、約10000~300000、約1000~200000、約10000~100000)がさらに好ましい。
架橋剤としてポリアクリル酸ヒドラジドを使用する場合、ポリアクリル酸ヒドラジドのヒドラジド化率は特に限定されないが、30%以上が好ましく、50%以上がより好ましく、70%以上がさらに好ましく、80%以上が特に好ましい。
ポリアクリル酸ヒドラジドの分子量、ヒドラジド化率は、例えば分子量が小さい場合はヒドラジド化率を高くする、分子量が大きい場合は低めにするなど本発明の効果が阻害されない範囲で適宜調整すればよい。
細胞包埋デバイスにおいて、ポリビニルアルコール系樹脂は、特に、ゲル[特に水性ゲル(ハイドロゲル)]やスポンジを形成していてもよい。
ゲルを形成させる場合は、ポリマーの種類に応じて、例えば、後述の架橋剤等によって架橋(ゲル架橋)したものであってもよく、ゲル形成性のポリマー(例えば、前述の高シンジオPVA系樹脂)によりゲルを形成させてもよい。
ゲルにおいて、ポリマー濃度は、例えば、0.3~20%、好ましくは0.5~10%、より好ましくは1~8%(例えば、3~8%)であってもよい。このような範囲であれば、被膜形成デバイスを動物に移植後、体内で長期にデバイス形状を保持できる等の観点から好ましい。
また、ゲルにおいて、架橋剤を使用する場合、架橋剤の含有量は、架橋剤の種類や所望の強度等に応じて、適宜選択できるが、例えば、ポリマー100質量部に対して、0.5質量部以上、好ましくは1質量部以上、さらに好ましくは3質量以上等であってもよく、20質量部以下、好ましくは18質量部以下、さらに好ましくは15質量部以下等であってもよい。
このようにポリビニルアルコール系樹脂でゲルを形成する場合、ゲルの成形(形成)方法としては、例えば、ポリマー[例えば、ポリビニルアルコール系樹脂、さらには、所望により、架橋剤等]を含む混合液[特に、水溶液(ゾル状態であってもよい)]を、ゲル化する前に目的とする形状の型に流し込む方法、得られたゲルをナイフ等で目的の形状に加工する方法等が挙げられる。
なお、通常、ポリマー[例えば、ポリビニルアルコール系樹脂、さらには、所望により、架橋剤等]を含む混合液(特に、水溶液)は、ゲル状態に至るまでにゾル状態を経由する。そのようなゾル状態も本発明のゲル等価物として本発明の範囲内であると理解される。
混合液[特に水溶液(ゾル状態であってもよい)]の固形分濃度は、例えば、0.3~20質量%、好ましくは0.5~10質量%、より好ましくは1~8質量%である。このような範囲であれば、体内で長期にデバイス形状を維持し、癒着防止能を保持できる等の観点から好ましい。
特に、ポリビニルアルコール系樹脂を含む水溶液を調製する場合、調製方法としては、特に限定されないが、例えば、該樹脂を室温の水に分散し、撹拌しながら80℃以上に昇温し、完全に溶解した後冷却する従来公知のPVAの溶解方法で調製することができる。
架橋剤は、水溶液として用いてもよい。このような場合、架橋剤の水溶液の調製方法としては、特に限定されないが、例えば、該架橋剤を室温の水に分散し、室温で撹拌溶解して調製する方法や、加熱下(例えば、60℃で10分間など)で撹拌溶解し、その後は室温で放置する方法で調製することができる。
また、ポリビニルアルコール系樹脂の水溶液や架橋剤の水溶液は、オートクレーブ処理、UV、γ線又はフィルター処理等、従来公知の方法で滅菌処理することが望ましく、生体組成物との混合時またはその後の細胞包埋デバイスの製造では、雑菌が入らないような環境で作業や保管を行うことが望ましい。
スポンジを形成させる場合は、例えば、上記ゲル製造時に孔形成剤を添加する方法、得られたゲルを乾燥(例えば、凍結乾燥)させることで孔形成する方法が好適に用いられる。
孔形成剤としては、水溶性ポリマー、水溶性無機物、有機溶媒等を用いることができる。中でもデンプンが好適に用いられる。
孔形成剤としてデンプンを用いる場合、ポリビニルアルコール系樹脂とデンプンを含む水溶液に架橋剤(例えば、ホルマリン)を添加し、ポリビニルアルコール系樹脂をゲル化させた後に、デンプンを水洗することでスポンジを形成できる。
孔形成剤を用いてスポンジを形成する場合、スポンジ形成後に乾燥処理を行っても良い。
細胞含有デバイスは、細胞培養成分を含有していてもよい。
細胞培養成分としては、特に限定されないが、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン及びグルコース等が挙げられ、中でも、Na、K、Cl、Ca、グルコース等を含有する酢酸あるいはリン酸緩衝液等が好適に用いられる。
細胞培養成分がNaを含有する場合、Na濃度は、好ましくは20~150mEq/L、より好ましくは80~140mEq/Lに調整してもよい。
Kを含有する場合、K濃度は、好ましくは2.5~130mEq/L、より好ましくは3.5~40mEq/Lに調整してもよい。
Clを含有する場合、Cl濃度は、好ましくは15~170mEq/L、より好ましくは100~150mEq/Lに調整してもよい。
Caを含有する場合、Ca濃度は、好ましくは0.5~5mEq/L、より好ましくは1~3mEq/Lに調整してもよい。
グルコースを含有する場合、グルコース濃度は、好ましくは1~11mM、より好ましくは3~7mMに調整してもよい。
細胞培養成分としては、特に限定されないが、例えば、公知の細胞培養培地(例えば、HBSS(ハンクス平衡塩溶液)等)、市販の保存液(例えば、Euro-Collins液、セルバンカー、UW液(University of Wisconsin solutuion)等)、細胞保護成分(例えば、ジメチルスルホキシド(DMSO)、血清アルブミン等)、雑菌の混入を阻止する成分(例えば、抗生物質等)、細胞の活性を維持する成分(例えば、ニコチンアミド等のビタミン類等)等が挙げられ、好ましくは、公知の細胞培養培地等である。
これらは、1種単独で又は2種以上を併用して使用することができる。
また、細胞培養成分は、他の成分(例えば、徐放性付与剤、等張化剤、pH調整剤など)と組み合わせて使用してもよい。
細胞含有デバイスは、さらに、これら以外の成分を含有していてもよい。例えば、細胞含有デバイスは、成長因子(細胞増殖因子)、サイトカイン、その他の生理活性物質、血流促進物質、神経栄養因子等を含んでいてもよい。
これらは、1種単独で又は2種以上を併用して使用することができる。
成長因子(細胞増殖因子)としては、例えば、上皮増殖因子(EGF)、肝細胞増殖因子(HGF)、インスリン等の前記例示の成長因子等が挙げられる。
サイトカインとしては、例えば、造血因子(例えば、インターロイキン類、ケモカイン類、コロニー刺激因子等)、腫瘍壊死因子、インターフェロン類等が挙げられる。
その他の生理活性物質として、例えば、アミノ酸(例えば、グリシン、フェニルアラニン、リジン、アスパラギン酸、グルタミン酸等)、ビタミン類(例えば、ビオチン、パントテン酸、ビタミンD等)、血清アルブミン、抗生物質等が挙げられる。
血流促進物質としては、例えば、シトルリン又はその塩、カプサイシン、カプサイシノイド類が挙げられる。
神経栄養因子としては、例えば、NGF(nerve growth factor;神経成長因子)、BDNF(brain-derived neurotrophic factor;脳由来神経栄養因子)、NT-3(neurotrophin-3;ニューロトロフィン-3)、NT-4(neurotrophin-4;ニューロトロフィン-4)、GDNF(Glial-Cell Derived Neurtrophic Factor;グリア細胞株由来神経栄養因子)、ニュールツリン(neurturin)、アルテミン(artemin)、パーセフィン(persephin)等が挙げられる。
なお、これらの成分の添加量は、特に限定されない。
細胞含有デバイス(細胞包埋デバイス)は、ゲルを形成してもよい。
このようなゲルは、通常、所定の強度(応力)を有する。このような強度は、移植時に容易に崩壊しない程度の応力であってもよい。ゲルの強度は、ポリマーの種類(例えば、ポリビニルアルコール系樹脂の種類、4%水溶液粘度、鹸化度、変性度、シンジオタクティシティ等)、架橋剤の種類、添加量、ゲルの固形分濃度等により異なるため一概に言えないが、例えば、応力(20℃)が0.5~100kPaであり、好ましくは0.6~95kPa、より好ましくは0.7~90kPa、さらに好ましくは0.7~85kPaであってもよい。
ゲルの応力は、例えば、島津製作所製小型卓上試験機EZTest EZ-SXを用いてその使用説明書に従って測定することができる。
ゲル(特に水性ゲル)の形状は、特に制限されないが、例えば、シート状、板状、盤状、棒状、チューブ状、ビーズ状等が挙げられる。
ゲル(特に水性ゲル)のサイズは、移植部位やそのサイズ等に応じて適宜選択でき、特に限定されないが、例えば、厚みにおいて0.1~10mmが好ましく、0.2~5mmがより好ましく、0.5~2mmがさらに好ましく、0.7~1.5mmが特に好ましい。
細胞含有デバイスは、支持基材を含有していてもよい。
特に、ゲル(例えば、スキャフォールドを構成するゲル)は、その補強及び/又は操作性の簡便化のために、補強材として有用な支持基材を組み合わせてもよい。
例えば、ゲル(特に水性ゲル)を薄膜シート状にする場合には、その補強及び操作性の簡便化のために、樹脂製メッシュシート等の基材(補強材)に固定してゲル化してもよい。
支持基材の素材は、限定されるものではないが、例えば、高分子[例えば、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PE(ポリエチレン)、PP(ポリプロピレン)、テフロン(登録商標)等]、金属等が挙げられ、生体内で分解、変質しないことが好ましいが、一定期間経過後生体内で分解されるものであってもよい。
メッシュシートのメッシュ(網目)サイズは、透過すべき酸素、無機有機の栄養分、種々のホルモンの中で最大と想定される直径5nm程度の分子(例えば、インスリンなどのホルモンを含む生理活性物質)を透過させ、透過を阻止すべき免疫関連細胞や免疫関連物質の中で最小と想定される直径50nm程度の分子(例えば抗体、補体など)を透過させないように、通常5~100nm、好ましくは10~50nm、より好ましくは20~30nmである。
細胞含有デバイス(細胞包埋デバイス)は、例えば、ポリマー[例えば、ポリビニルアルコール系樹脂(A)]を含有する免疫隔離層を有していてもよい。換言すれば、細胞含有デバイスにおいて、ポリマー(ゲルを形成したポリマー)が免疫隔離層を構成(又は免疫隔離機能を有)していてもよい。
なお、免疫隔離層(免疫隔離機能)とは、例えば、ブドウ糖;インスリン、甲状腺刺激ホルモン、甲状腺ホルモン、副甲状腺ホルモン、成長ホルモン、チロキシン、糖質コルチコイド、グルカゴン、エストラジオール、又はテストステロンなどのホルモン;血液凝固因子、アルブミン、グロブリン、各種酵素(代謝酵素又はアミラーゼ、プロテアーゼ、若しくはリパーゼ等の消化酵素)などのタンパク質;ドパミンなどの神経伝達物質等を透過しつつも、例えば、抗体、補体、又は白血球などの免疫系のタンパク質を透過しない層(機能)を意味する。
細胞含有デバイス(細胞包埋デバイス)は、例えば、バイオ人工臓器などであってもよい。
細胞含有デバイス(細胞包埋デバイス)は、例えば、生体組成物及びポリマー(さらには他の成分)を共存(存在)させることにより製造できる。
具体的には、各成分の種類・形態・存在形態等に応じて、慣用の方法を利用して製造できる。
例えば、ポリマー(さらには他の成分)を含む混合液をゲル化せしめることが好ましい。
このようにポリマーでゲルを形成する場合、ゲルの成形(形成)方法としては、例えば、ポリマー[例えば、ポリビニルアルコール系樹脂、さらには、所望により、生体組成物、架橋剤、細胞培養成分等]を含む混合液[特に、水溶液(ゾル状態であってもよい)]を、ゲル化する前に目的とする形状の型に流し込む方法、得られたゲルをナイフ等で目的の形状に加工する方法等が挙げられる。
なお、通常、ポリマー[例えば、ポリビニルアルコール系樹脂、さらには、所望により、生体組成物、架橋剤、細胞培養成分等]を含む混合液(特に、水溶液)は、ゲル状態に至るまでにゾル状態を経由する。そのようなゾル状態も本発明のゲル等価物として本発明の範囲内であると理解される。
混合液[特に水溶液(ゾル状態であってもよい)]の固形分濃度は、例えば、0.3~20質量%、好ましくは0.5~10質量%、より好ましくは1~8質量%である。このような範囲であれば、細胞包埋デバイスを移植後、体内で長期にデバイス形状を維持し、癒着防止能を保持できる等の観点から好ましい。
なお、混合液の調製は、各成分を同時に混合してもよく、予めポリマー(及び必要に応じて架橋剤や細胞培養成分)を含む混合液(例えば、ポリビニルアルコール系樹脂の水溶液)を調製し、生体組成物を混合して調製してもよい。
また、その他の成分は、生体組成物及び/又は細胞培養成分と一緒に、又は、別々に混合することができる。
特に、ポリビニルアルコール系樹脂を含む水溶液を調製する場合、調製方法としては、特に限定されないが、例えば、該樹脂を室温の水に分散し、撹拌しながら80℃以上に昇温し、完全に溶解した後冷却する従来公知のPVAの溶解方法で調製することができる。
架橋剤は、水溶液として用いてもよい。このような場合、架橋剤の水溶液の調製方法としては、特に限定されないが、例えば、該架橋剤を室温の水に分散し、室温で撹拌溶解して調製する方法や、加熱下(例えば、60℃で10分間など)で撹拌溶解し、その後は室温で放置する方法で調製することができる。
また、ポリビニルアルコール系樹脂の水溶液や架橋剤の水溶液は、オートクレーブ処理、UV、γ線又はフィルター処理等、従来公知の方法で滅菌処理することが望ましく、生体組成物との混合時またはその後の細胞含有デバイスの製造では、雑菌が入らないような環境で作業や保管を行うことが望ましい。
細胞包埋デバイスの作製において、ポリビニルアルコール系樹脂の水溶液や架橋剤(必要により生体組成物及び/又は細胞培養成分を混合した状態)の混合物(又はその水溶液)は、放置してもよい。
放置温度は、生体組成物の保存に適した温度であってもよい。
ゲルを作製する際の放置時間(ゲル化のための時間、ゲル化時間)は、ポリマー(ポリビニルアルコール系樹脂等)の濃度、架橋剤の量、放置温度等により適宜選択することができるが、常温で通常は1時間~1週間程度である。1時間以上であれば、細胞包埋デバイスを体内に留置した際に容易に崩壊しない等の観点から、好ましい。
細胞包埋デバイスの作製に変性PVA系樹脂を用いる場合、変性PVA系樹脂及び架橋剤(さらに、必要に応じてMSC及び/又は細胞培養成分を混合した状態)の混合液にpH緩衝液等を添加して、系のpHを低くするとゲル化時間が短縮される傾向にあり、pHを高くするとゲル化時間が長くなる傾向があり、pHを変えることにより、ゲル化時間をコントロールすることができる。
以下に、支持基材を用いた細胞含有(包埋)デバイスの製造例を示す。
基材ないし基板(スライドガラス等)の上に、細胞培養成分を含むポリマー混合液又はそのゲル(例えば、ポリビニルアルコール系樹脂含有水溶液又は水性ゲル)をのせ、その上にPETメッシュ(例えば、株式会社サンプラティック社製、商品名:PETメッシュシート(呼称TN120)等)等の支持基材をかぶせ、該支持基材上にポリマー混合液又はそのゲル(例えば、ポリビニルアルコール系樹脂含有水溶液又は水性ゲル)に生体組成物を溶解又は分散(懸濁)させて得られた混合液(溶解又は分散液(懸濁液))をのせ、ゲルローディングチップ等を用いて該混合液を支持基材上に拡げ、該混合液を挟み込むようにさらに支持基材(PETメッシュ等)をその上にかぶせ、さらに支持基材(PETメッシュ等)の上に、細胞培養成分を含むポリマー混合液又はそのゲル(例えば、ポリビニルアルコール系樹脂含有水溶液又は水性ゲル)をのせ、その上から基材ないし基板(スライドガラス等)をかぶせて構築されたものから、基材ないし基板(スライドガラス等)を分離する(外す)ことで、一態様の細胞含有デバイスが得られる。
前記のように、本発明には、移植方法(細胞含有デバイスの移植方法)も含まれる。このような移植方法では、前記のように、前記デバイス1の移植(さらには、少なくとも非生体吸収材料を抜去)した後の移植部位(抜去部位)に細胞含有デバイスを移植する。このような移植方法によれば、生体組成物(細胞又は組織)に対応して、各種疾患又は症状を予防ないし改善しうる。そのため、本発明には、このような疾患又は症状の予防及び/又は治療(改善)方法も含まれる。
このような方法では、前記デバイス1の移植(さらには、少なくとも非生体吸収材料の抜去)後に細胞含有デバイスを移植するが、むろん、当該方法は、このような移植に先立って、前記デバイス1を移植(留置)する工程を含んでいてもよい。
症状又は疾患としては、例えば、内分泌疾患(例えば、甲状腺疾患、副甲状腺疾患、副腎疾患、下垂体疾患、松果体疾患等)、代謝疾患(例えば、オルニチン・トランスカルバミラーゼ欠損症、高アンモニア血症、高コレステロール血症、ホモシスチン尿症、糖原病、クリグラーナジャー症候群等、ウィルソン病)、糖尿病(例えば、1型糖尿病、2型糖尿病、膵性糖尿病等)、神経変性疾患(例えば、パーキンソン病、アルツハイマー病、筋萎縮性側索硬化症、脊髄小脳変性症等)、血友病、骨疾患(例えば、骨粗鬆症)、癌(例えば、白血病等)等が挙げられる。
なお、細胞含有デバイスの移植(留置)期間は、特に限定されないが、例えば、10日以上、1ヶ月以上、2ヶ月以上、3ヶ月以上、6ヶ月以上、1年以上等であってもよい。
前記のように、本発明のデバイス1は、好適に細胞含有デバイスと組み合わせて使用しうる。そのため、本発明には、前記デバイス1と、細胞含有デバイスを含む組み合わせデバイス(キット、デバイス、組み合わせもの)も包含する。
次に、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。
[密度]
体積と質量を測定することで求めた。
なお、生体吸収性材料(ゼラチン)を含むデバイスの材料(A)については、熱重量示差熱分析装置(TG-DTA)にて生体吸収性材料(部材)の水分率を求め、別途、生体吸収性材料の体積を計測し、水分率を補正した生体吸収性材料(部材)重量とで、密度を求めた。
[溶出率]
37℃の生理食塩水中に、5質量%となるように材料(A)を浸漬し、24時間浸漬後に生理食塩水に含まれる固形分の質量から算出した。
なお、生体吸収性材料(ゼラチン)を含むデバイスの材料(A)については、密度と同様に、水分率の補正を行った。
[膨潤度]
材料(A)を37℃の生理食塩水に60分浸漬し、浸漬前後の質量から算出した。
なお、生体吸収性材料(ゼラチン)を含むデバイスの材料(A)については、密度と同様に、水分率の補正を行った。
[変性PVA系樹脂の分析]
4%水溶液粘度、鹸化度は、JIS K 6726(1994)に従って求めた。
ジアセトンアクリルアミド単位含有量(変性度)は、DMSO-dを溶媒としてH-NMRを測定し、帰属したピークの積分値から算出した。
[架橋剤(ポリアクリル酸ヒドラジド)の分析]
重量平均分子量は、下記条件で測定したサイズ排除クロマトグラフィーにて求めた。
条件:
溶媒:50mMリン酸二水素ナトリウム水溶液
ポリマー濃度:1mg/mL
流量:1.0mL/min
カラム温度:40℃
カラム:Shodex OHPack SB-803HQ、Shodex OHPack SB-805HQ
スタンダード:プルラン
検出器:RI
ヒドラジド化率は、チオ硫酸ナトリウム標準液を用いたIの逆滴定で求めた。詳細な実験操作は、以下の通りである。
実験操作:
1.I/MeOH液を調製した。
2.I/MeOH液を0.1Mチオ硫酸ナトリウム標準液で滴定した。(本測定では0.047Mであった。)
3.各ポリマーサンプルを精秤し、イオン交換水20mLに溶解した。
4.0.047M I/MeOH液を3の溶液に2.0mL加えた。
5.0.1Mチオ硫酸ナトリウム標準液でヨウ素の逆滴定を行った。
[デバイスの評価]
デバイス(移植デバイス、デバイス1)の移植(又は留置、さらにはデバイスによる被膜形成)後に膵島含有デバイスをラットの皮下(脂肪組織)に移植し、その膵島含有デバイスの機能を用いて評価した。
具体的には、膵島含有デバイスを移植したストレプトゾトシン誘発糖尿病ラットについて、経時的に血糖値を測定して治癒効果を確認した。
[実施例1]
(材料(A)の作製)
市販のゼラチン(ゼライス株式会社製、RM-50、豚皮由来、酸処理品)の5質量%水溶液を凍結乾燥し、直径φ22mmの円柱状(厚み0.5mm)に打ち抜いた後、145℃で24時間真空乾燥することでゼラチンを架橋し、材料(A)とした。
得られた材料(A)において、密度は58mg/cm、溶出率は19.8%、膨潤度は9.1倍、密度/膨潤度の値は6.4であった。
(非生体吸収材料の作製)
市販のシリコーンゴム(アズワン製、型番6-611-02、厚み1mm)を直径φ26mmの円柱状(厚み0.5mm)に打ち抜き、非生体吸収材料(B)とした。
非生体吸収材料(B)において、密度は1200mg/cm、溶出率は0%、膨潤度は1.0倍、密度/膨潤度の値は1200であった。
(デバイスの作製)
材料(A)を22℃の生理食塩水中で1分間静置し、十分に膨潤させた。
膨潤させた材料(A)を非生体吸収材料(B)の上下面に貼りつけ、縫合糸で縫合することで材料(A)と非生体吸収材料(B)を固定化し、デバイス(移植デバイス、デバイス1)を得た。
(デバイスの移植・留置工程)
12~14週齢の雄性Wistarラット(日本エルエスシー)の皮下に、上記デバイス(移植デバイス、デバイス1)を6週間留置した。デバイスの留置前の皮下には、出血や浸出液は認めず、被膜も確認できなかったが、デバイスを6週間留置した後は、留置前と比べても、皮下に肉眼的にしっかり認識できるぐらいの被膜を認めた。
また、デバイスの材料(A)は、被膜として(さらには周辺組織に)ほぼ完全に生体吸収され、留置(移植)部位には、非生体吸収材料のみが残った状態であった。非生体吸収材料表面と皮下組織の癒着は疎であったため剥離は極めて容易であり、非生体吸収材料抜去後も抜去部位の皮下に出血や浸出液は全く認められなかった。
そのため、その後、同部位に、各種移植(例えば、後述の膵島包埋デバイスを挿入すること)も極めて容易であった。
なお、上記移植・留置工程は、2匹のラットについて行ったが、いずれも同様の結果(十分な被膜形成、デバイス抜去後の出血・浸出液無し)を示した。
(膵島包埋デバイス用の膵島細胞調製)
11から14週齢の雄性Lewisラット(日本エスエルシー)を膵島分離に使用した。0.8mg/mL collagenase type V(Sigma-Aldrich製)を溶解した冷ハンクス緩衝液(HBSS)をラット総胆管から注入した膵臓を、37℃で12分間消化し膵組織から膵島を分離した。Histropaque-1119(Sigma-Aldrich製)とLymphoprep(AXIS-SHIELD,Norway)を用いて濃度勾配遠心を行い、膵島を回収した。膵島は5.5mmol/Lグルコースと10%胎児ウシ血清(Fetal Bovine Serum:FBS)を含むRPMI1640培地で37℃、5%CO下で一晩培養した。
(膵島包埋デバイス用のポリマー合成)
撹拌機、温度計、滴下ロート及び還流冷却器を取り付けたフラスコ中に、酢酸ビニル2000部、メタノール143部、ジアセトンアクリルアミド3.7部を仕込み、系内の窒素置換を行った後、内温が60℃になるまで昇温した。昇温後、2,2-アゾビスイソブチロニトリル0.16部をメタノール100部に溶解した溶液を添加し重合を開始した。フラスコ内に窒素流通を続けながら、ジアセトンアクリルアミド70.1部をメタノール46.7部に溶解した溶液を、重合開始直後から一定速度で滴下し、重合開始から210分に重合停止剤としてm-ジニトロベンゼンを添加し重合を停止した。重合終了時の収率は47.1%であった。得られた反応混合物にメタノール蒸気を加えながら、残存する酢酸ビニルを留去し、ジアセトンアクリルアミド-酢酸ビニル共重合体の35%メタノール溶液を得た。この溶液500部にメタノール70部、イオン交換水1部及び水酸化ナトリウムの4%メタノール溶液29.3部を加えてよく混合し、45℃で鹸化反応を行った。得られたゲル状物を粉砕し、メタノールでよく洗浄した後に乾燥し、D-PVA1を得た。4%水溶液粘度は53.4mPa・s、鹸化度は98.4モル%で、ジアセトンアクリルアミド単位は3.6モル%であった。
(膵島包埋デバイス用の架橋剤合成)
重量平均分子量約40000のポリアクリルアミド20部とイオン交換水40部を混合した水溶液にヒドラジン一水和物16部を加え、80℃で15時間反応を行った。得られた混合液にエタノールを加え、得られた沈殿物をろ過、洗浄、乾燥してAPA1を得た。重量平均分子量は約53000でヒドラジド化率は88%であった。
(ゾル状態の変性PVA系樹脂及び架橋剤の水溶液の作製)
25mLチューブに合成例1で作製したD-PVA1の6.25%水溶液を8.0g入れ、そこへ10倍濃度HBSS(ハンクス平衡塩溶液)を1.0mL加え、チューブを上下に振盪させ撹拌した。
その後、遠心機(久保田商事株式会社製、商品名:ハイブリット高速冷却遠心機6200)でスピンダウンし、37℃で10分間、静置した。そこへ架橋剤として合成例9で作製したAPA1の5%水溶液を1.0mL加え、チューブを上下に15回振盪させた。遠心機でスピンダウンした上でチューブを上下に再度15回振盪させた。
その後、25℃、3000rpmで1分間遠心し、37℃で静置した。適宜得られたゾル状態の水溶液の粘度をチャックし、ゾルが滴状化する時間が3~4秒に到達し膵島包埋に最適な状態と判断されたら、チューブを温浴槽から取り出し、氷上に1分間静置した。その後、25℃、3000rpmで1分間遠心し、変性PVA系樹脂5%、架橋剤0.5%のゾルを得た。
なお、ゲル(ハイドロゲル)において、D-PVA1の濃度は5.0%、APA1の濃度は0.5%、上記組成に対応する応力は5.2kPaであった。
(膵島包埋デバイスの作製)
スライドガラス上に、上記ディッシュ上にのせられた上記作製済みのゾルのうち160μLをのせた。その上にPETメッシュ(株式会社サンプラティック社製、商品名:PETメッシュシート(呼称TN120))をかぶせ、ゾル50μLに、上記で調製した膵島細胞から培地成分を可及的に取り除いたものを懸濁させて得られた懸濁液をPETメッシュ上に拡げ、膵島細胞(18,000 Islet Equivalent(IEQ):IEQは膵島量を示す国際単位であり、直径150μmの膵島が1IEQと定義されている)の懸濁液を挟み込む様にPETメッシュをさらにその上にかぶせた。さらにPETメッシュの上に140μLのゾルをのせ、その上からスライドガラスをかぶせた。このようにして構築したゾルを湿箱の中に留置し、4℃下で48時間静置し、膵島包埋デバイス(水性ゲル)を得た。
(膵島包埋デバイスの保存工程)
上記にて構築した膵島包埋デバイスをスライドガラスから外し、6wellプレートに5mL/wellの割合で保存培地(グルコース濃度を5.5mMに調整し、10%FBSを含有したRPMI1640培地)に浸し、4℃下で16時間程度保存した。
(移植工程)
前述のデバイス1を留置したラットに対して、デバイス1の留置約5週間経過後(膵島包埋デバイスの移植の約1週間前)に、ストレプトゾトシンを注入し、糖尿病を誘発させた。
デバイス1の留置6週間後、非生体吸収材料2を抜去し、当該ラットの皮下(デバイス1の移植部位、非生体吸収材料2を抜去した部位)に、上記保存後の膵島包埋デバイス(水性ゲル)を留置することで移植を行った。
なお、膵島包埋デバイスの移植時には、被膜[不織布1(又はゼラチン)を含む被膜]が維持されていた。
(糖尿病治癒評価)
上記移植後、経時的に血糖値を測定して治癒効果を確認した。
なお、糖尿病治癒評価は、2匹のラットについて行った。
[実施例2]
市販のゼラチン(LTLファーマ株式会社製、スポンゼル)を直径φ30mmの円柱状(厚み0.5mm)に打ち抜き、注射針で約400箇所の小孔を開け材料(A)とした。
得られた材料(A)において、密度は15mg/cm、溶出率は33.4%、膨潤度は48.5倍、密度/膨潤度の値は0.303であった。
実施例1における材料(A)を、上記で得られた材料(A)に替えたこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、糖尿病治癒評価を行った。
なお、作製したデバイスは、留置から抜去に至るまで、実施例1と同様の傾向(十分な被膜形成、デバイス抜去後の出血・浸出液無し)を示した。
[実施例3]
実施例1において、デバイスとして材料(A)無し(非生体吸収性材料(B)のみ、材料(A)として非生体吸収性材料を用いた材料(A)のみ)のデバイスを用いたこと以外は、実施例1と同様の操作を、糖尿病治癒評価を行った。
なお、作製したデバイスは、留置から抜去に至るまで、実施例1と同様の傾向(デバイス抜去後の出血・浸出液無し)を示した。被膜も形成されていたが、実施例1及び2に比べると、厚みは小さかった。
[参考例1]
実施例1における材料(A)に代えて、市販のゼラチンスポンジ(ファイザー株式会社製、ゼルフォーム)を用いたこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、糖尿病治癒評価を行った。
[参考例2]
実施例1における材料(A)に代えて、市販のゼラチン(ゼライス株式会社製、RM-50)の利用を試みたが、生理食塩水に溶解してしまい、デバイスを作製することができなかった。
[比較例1]
デバイス1の移植・留置を行わない以外は、実施例1と同様の操作を行い、糖尿病治癒評価を行った。
実施例1~3、参考例1、比較例1で得られた、糖尿病治癒評価の結果を下記表に示す。
なお、「移植前血糖値」とは、デバイスを抜去し、膵島デバイスを移植する直前の血糖値を意味する。
上記結果から明らかなように、実施例の移植デバイスによれば、移植部位(皮下)を、活性化でき、その後に移植する膵島デバイスを有効に機能させることができた。なお、実施例1~3(特に実施例1~2)の移植デバイスでは、移植部位に被膜が形成されていることも確認した。
特に、デバイスには、成長因子等を含有させていないにもかかわらず、このような膵島デバイスを有効に機能できたことは意外であった。なお、本発明者の検討によれば、このことは、成長因子や細胞外マトリックス等の内因的な増大を示唆している。
しかも、このような活性化を実現できるにもかかわらず、デバイス抜去に伴って、出血や浸出液を認めることもなく、さらなる移植を効率良く行うことができ、移植デバイスによる機能を効率良く発揮ないし実現できた。
本発明によれば、新規なデバイス等を提供できる。このようなデバイスは、移植部位を活性化する用途、例えば、創傷の回復や、別途移植する細胞含有デバイスが本来持つ性能を十分引きだすためのデバイスとして使用可能である。

Claims (31)

  1. 密度が15mg/cm以上、かつ37℃の生理食塩水に24時間浸漬後の溶出率が80質量%以下である材料(A)を含む移植デバイスであり、
    材料(A)がゼラチンを含み、
    細胞又は組織含有デバイスの移植部位に移植するためのデバイス
  2. 密度をX(mg/cm)、37℃の生理食塩水に60分間浸漬後の膨潤度(質量換算)をY(倍)とするとき、これらの比(X/Y)の値が0.303以上であり、かつ37℃の生理食塩水に24時間浸漬後の溶出率が80質量%以下である材料(A)を含む移植デバイスであり、
    材料(A)がゼラチンを含み、
    細胞又は組織含有デバイスの移植部位に移植するためのデバイス
  3. 密度が15mg/cm以上、密度をX(mg/cm)、37℃の生理食塩水に60分間浸漬後の膨潤度(質量換算)をY(倍)とするとき、これらの比(X/Y)の値が0.303以上であり、かつ37℃の生理食塩水に24時間浸漬後の溶出率が80質量%以下である材料(A)を含む移植デバイスであり、
    材料(A)がゼラチンを含み、
    細胞又は組織含有デバイスの移植部位に移植するためのデバイス
  4. 密度が15mg/cm 以上、かつ37℃の生理食塩水に24時間浸漬後の溶出率が80質量%以下である材料(A)を含む移植デバイスであり、
    材料(A)がゼラチンを含み、
    細胞又は組織含有デバイスと組み合わせて使用するためのデバイス。
  5. 密度をX(mg/cm )、37℃の生理食塩水に60分間浸漬後の膨潤度(質量換算)をY(倍)とするとき、これらの比(X/Y)の値が0.303以上であり、かつ37℃の生理食塩水に24時間浸漬後の溶出率が80質量%以下である材料(A)を含む移植デバイスであり、
    材料(A)がゼラチンを含み、
    細胞又は組織含有デバイスと組み合わせて使用するためのデバイス。
  6. 密度が15mg/cm 以上、密度をX(mg/cm )、37℃の生理食塩水に60分間浸漬後の膨潤度(質量換算)をY(倍)とするとき、これらの比(X/Y)の値が0.303以上であり、かつ37℃の生理食塩水に24時間浸漬後の溶出率が80質量%以下である材料(A)を含む移植デバイスであり、
    材料(A)がゼラチンを含み、
    細胞又は組織含有デバイスと組み合わせて使用するためのデバイス。
  7. 材料(A)の37℃の生理食塩水に24時間浸漬後の溶出率が60質量%以下である、請求項1~のいずれかに記載のデバイス。
  8. 37℃の生理食塩水に60分間浸漬後の膨潤度が、質量換算で70倍以下である、請求項1~のいずれかに記載のデバイス。
  9. 密度をX(mg/cm)、37℃の生理食塩水に60分間浸漬後の膨潤度(質量換算)をY(倍)とするとき、これらの比(X/Y)の値が0.303以上6.4以下である、請求項1~のいずれかに記載のデバイス。
  10. 材料(A)が、密度が15mg/cm以上58mg/cm 以下、密度をX(mg/cm)、37℃の生理食塩水に60分間浸漬後の膨潤度をY(倍)とするとき、これらの比(X/Y)の値が0.303以上6.4以下であり、かつ37℃の生理食塩水に24時間浸漬後の溶出率が3~50質量%を充足する、請求項1~のいずれかに記載のデバイス。
  11. 材料(A)が、表面の少なくとも一部を構成する、請求項1~10のいずれかに記載のデバイス。
  12. 材料(A)と非生体吸収性材料(B)とを含む、請求項1~11のいずれかに記載のデバイス。
  13. 料(A)と、非生体吸収性材料(B)とを含み、材料(A)と非生体吸収性材料(B)とが一体化している、請求項1~12のいずれかに記載のデバイス。
  14. 料(A)と、非生体吸収性材料(B)とを含み、非生体吸収性材料(B)の割合が、材料(A)100体積部に対して1体積部以上である、請求項1~13のいずれかに記載のデバイス。
  15. 料(A)と、非生体吸収性材料(B)とを含み、材料(A)と非生体吸収性材料(B)とが一体化し、非生体吸収性材料(B)の割合が、材料(A)100体積部に対して10体積部以上であり、材料(A)が、デバイス表面の少なくも一部を構成する、請求項1~14のいずれかに記載のデバイス。
  16. 非生体吸収性材料(B)が癒着防止能を有する、請求項1215のいずれかに記載のデバイス。
  17. 成長因子を実質的に含有しない、請求項1~16のいずれかに記載のデバイス。
  18. 被膜形成するための、請求項1~17のいずれかに記載のデバイス。
  19. 移植部位が皮下である、請求項1~18のいずれかに記載のデバイス。
  20. 細胞又は組織含有デバイスが、ポリビニルアルコール系樹脂(A)を含有する免疫隔離層を有する、請求項1~19のいずれかに記載のデバイス。
  21. 細胞又は組織含有デバイスが、活性カルボニル基を有する変性ポリビニルアルコール系樹脂(A1)、シンジオタクティシティがトライアッド表示で32~40%であるポリビニルアルコール系樹脂(A2)、及びけん化度が97モル%以上であるポリビニルアルコール系樹脂(A3)から選択された少なくとも1種以上のポリビニルアルコール系樹脂(A)を含有する免疫隔離層を有する、請求項~20のいずれかに記載のデバイス。
  22. 細胞又は組織が、膵島、肝細胞、これらの幹細胞、及びこれらの前駆細胞から選択された少なくとも1種を含む、請求項~2のいずれかに記載のデバイス。
  23. 請求項1~22のいずれかに記載のデバイスの移植部位に、細胞又は組織含有デバイスを移植する、移植方法であり、移植の対象が非ヒト動物である、方法。
  24. 請求項1~22のいずれかに記載のデバイスの移植部位に、細胞又は組織含有デバイスを移植する、疾患又は症状の予防及び/又は治療方法であり、移植の対象が非ヒト動物である、方法
  25. 請求項1~22のいずれかに記載のデバイスを移植する工程を含む、請求項23又は24記載の方法。
  26. 請求項1~22のいずれかに記載のデバイスを移植し、移植部位を活性化させる、請求項25記載の方法。
  27. 材料(A)を生体吸収させる、請求項25又は26記載の方法。
  28. 植部位において被膜を形成させる、請求項2527のいずれかに記載の方法。
  29. 請求項12~22のいずれかに記載のデバイスを移植後、少なくとも非生体吸収性材料(B)を抜去する、請求項25~28のいずれかに記載の方法。
  30. 出血、炎症、及び/又は血管の破損を伴うことなく抜去する、請求項29記載の方法。
  31. 移植部位が皮下である、請求項2330のいずれかに記載の方法。
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