JP5844388B2 - 多孔質の３次元支持体及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、多孔質の３次元支持体及びその製造方法に係り、さらに詳しくは、生分解性高分子製のチューブ状の丸編の内部にバルキー性付き生分解性マルチフィラメント仮撚り糸が挿入され、前記バルキー性が与えられた構造において細胞培養、細胞伝達または薬物伝達が最適化された多孔質の３次元支持体及びその製造方法に関する。

支持体とは、事故や疾病により発生した人体の損傷部位の組織を再生したり組織の再生に役立つ物質のことをいう。

一般に、支持体は、繊維メッシュ法、繊維接着法、溶融鋳造法、粒子浸出法、溶液流延法、メンブレインラミネート法、押出成形法、凍結乾燥法、乳化凍結乾燥法、相分離法、ガス発泡法、電気紡糸法などの製造法によって得られている。

しかしながら、これらの製造法のうち、繊維メッシュ法、繊維接着法、メンブレインラミネート法、電気紡糸法は、支持体をウェブ状に製造するため、移植細胞が平面的にしか成長しないという欠点がある。

これに対し、溶融鋳造法、粒子浸出法、押出成形法、凍結乾燥、相分離法、ガス発泡法などは、３次元の支持体を製造することが可能であるとはいえ、支持体の内部空間の相互連結性（インターコネクション）がほとんどないため、培養中に移植した細胞の代謝過程がスムーズに行われない結果、移植細胞が成長及び分化し難い。

そこで、本発明者らは、従来の問題点を解消するために鋭意努力した結果、生分解性高分子製のチューブ状の丸編の内部にバルキー性（かさ高性）付き生分解性マルチフィラメント仮撚り糸を挿入して支持体の内部空間の優れた相互連結性を得ることにより細胞培養、細胞伝達または薬物伝達に適した多孔質の３次元支持体が得られるということを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明の目的は、バルキーな構造を有する生分解性繊維を用いた多孔質の３次元支持体を提供することである。

本発明の他の目的は、生分解性高分子製の丸編の内部に生分解性マルチフィラメント仮撚り糸を挿入した後に前記仮撚り糸を引っ張ってバルキー性を与える多孔質の３次元支持体の製造方法を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明は、生分解性高分子製のチューブ状の丸編の内部に、１５０〜１０００％のバルキー性付き生分解性マルチフィラメント仮撚り糸が挿入されている多孔質の３次元支持体を提供する。

本発明に係る多孔質の３次元支持体において、生分解性高分子製のチューブ状の丸編が１〜５０デニールのモノフィラメント、１００〜５００デニールのマルチフィラメントまたは紡績繊維であり、このときに使用可能な生分解性高分子は、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリカプロラクトン、ポリ乳酸−グリコール酸の共重合体、ポリヒドロキシ酪酸、ポリヒドロキシ吉草酸及びポリヒドロキシ酪酸−吉草酸の共重合体よりなる群から選ばれるいずれか１種以上であることが好ましい。

本発明に係る多孔質の３次元支持体において、チューブ状の丸編は、５〜２０ｍｍの断面径を有し、且つ、ネット状の網目構造を有する。

また、本発明に係る多孔質の３次元支持体において、生分解性マルチフィラメント仮撚り糸としては、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリカプロラクトン、ポリ乳酸−グリコール酸の共重合体、ポリヒドロキシ酪酸、ポリヒドロキシ吉草酸及びポリヒドロキシ酪酸−吉草酸の共重合体、ジオキサノン、トリメチレンカーボネート及びエチレンオキシドよりなる群から選ばれる化合物の単一重合体またはこれらを含む共重合体の生分解性合成高分子またはコラーゲン、酸化セルロース、キトサン、キチン、ゼラチン及びシルクフィブロインよりなる群から選ばれる生分解性天然高分子素材に由来するものを用いる。さらに好ましくは、ラクチド及びグリコーリドが１０：９０〜３０：７０の重量比で共重合されたポリ乳酸−グリコール酸の共重合体を用いる。

このとき、前記生分解性マルチフィラメント仮撚り糸には、１０〜１５０μｍの気孔が与えられる。

また、上記の目的を達成するために、本発明は、生分解性高分子製のマルチフィラメント合糸を細幅丸編織機に投入してチューブ状の丸編を得る工程と、生分解性高分子を溶融紡糸またはウェット紡糸によりモノフィラメントまたはマルチフィラメント糸に紡糸した後に合糸し、且つ、仮撚して生分解性マルチフィラメント仮撚り糸を得る工程と、前記チューブ状の丸編に前記生分解性マルチフィラメント仮撚り糸を挿入する工程と、前記挿入された生分解性マルチフィラメント仮撚り糸を引っ張ってバルキー性を与える工程と、を含むことを特徴とする多孔質の３次元支持体の製造方法を提供する。

本発明に係る多孔質の３次元支持体の製造方法において、マルチフィラメント糸の単糸直径が５〜３０μｍであり、合糸後のマルチフィラメント糸の直径が８０〜８０００μｍであることが好ましい。

本発明に係る多孔質の３次元支持体の製造方法において、前記引張りによって生分解性マルチフィラメント仮撚り糸に１０〜１５０μｍの気孔が与えられるとともに、バルキー性が与えられる。 このとき、バルキー性が与えられていない生分解性マルチフィラメント仮撚り糸に比べて、１５０〜１０００％嵩張ったバルキー性が与えられる。

本発明によれば、バルキーな構造を有する生分解性繊維を用いた多孔質の３次元支持体を得ることができる。

本発明に係る多孔質の３次元支持体は、生分解性高分子製のチューブ状の丸編の内部にバルキー性付き生分解性マルチフィラメント仮撚り糸が挿入されている構造であり、前記生分解性マルチフィラメント仮撚り糸が丸編の内部に挿設されて１５０〜１０００％のバルキーな構造が与えられることにより、支持体の内部空間の連結性が良好になり、その結果、３次元構造上において細胞培養、細胞伝達または薬物伝達の用途に好適に用いることができる。

本発明に係る多孔質の３次元支持体の製造方法を手順別に示す図である。 本発明の実施例１に従い製造されたチューブ状の丸編を長手方向に観察した側面写真である。 図２のチューブ状の丸編を上から観察した正面写真である。 図３のチューブ状の丸編の内部の気孔径別の分布度の測定結果を示す図である。

以下、本発明に係る多孔質の３次元支持体の製造方法について詳述する。

本発明は、生分解性高分子製のチューブ状の丸編の内部に、１５０〜１０００％のバルキー性付き生分解性マルチフィラメント仮撚り糸を挿入して、前記仮撚り糸において細胞培養、細胞伝達または薬物伝達が行えるように設計された多孔質の３次元支持体を提供する。

本発明に係る３次元支持体の多孔質構造は、前記生分解性高分子製のチューブ状の丸編が有するネット状の網目構造の表面と前記生分解性マルチフィラメント仮撚り糸に与えられた１０〜１５０μｍの気孔によって実現される。

以下、本発明に係る多孔質の３次元支持体を構成要素別に説明する。

１）生分解性高分子製のチューブ状の丸編
本発明に係る生分解性高分子製のチューブ状の丸編は、合成及び天然の生分解性高分子素材の中でも、溶融紡糸、ウェット紡糸などによって繊維状を呈して１〜５０デニールのモノフィラメントまたは１００〜５００デニールのマルチフィラメント状に紡糸可能な繊維または合成及び天然の単繊維紡績糸である必要がある。

好ましくは、１００〜５００デニールの太さに細幅丸編織機を用いて丸編みされる繊維である。

このとき、生分解性高分子素材は、体内に挿入したり体外に貼着しても人体に無害な素材である必要があり、好適には、ポリ乳酸(PLA)、ポリグリコール酸(PGA)、ポリカプロラクトン(PCL)、ポリ乳酸−グリコール酸の共重合体(PLGA)、ポリヒドロキシ酪酸(PHB)、ポリヒドロキシ吉草酸(PHV)及びポリヒドロキシ酪酸−吉草酸の共重合体(PHBV)よりなる群から選ばれる少なくとも１種以上を用いる。

図２は、本発明のチューブ状の丸編を長手方向に観察した側面写真であり、図３は、前記チューブ状の丸編を上から観察した正面写真であり、前記丸編は、実施例１に従い製造された８ｍｍの直径及び１００ｍｍの長さを有する。

このため、本発明に係るチューブ状の丸編は、ネット状の網目構造を有し、繊維の太さに応じて、細糸からなる丸編はネット間の気孔が大きく、太糸からなる丸編はネット間の気孔が小さいので、丸編組織の構成に応じて所望の気孔径を制御することができる。

好ましくは、このようなチューブ状の丸編は、概ね円形の断面を有し、その丸編の直径は５〜２０ｍｍであり、さらに好ましくは、５〜１２ｍｍであることを特徴とする。

このとき、丸編の直径が５ｍｍ未満であれば、丸編の内部において生分解性マルチフィラメント仮撚り糸のバルキー性が十分に得られないため、細胞培養、細胞伝達または薬物伝達の効率が低下し、これに対し、２０ｍｍを超えると、丸編の内部空間及び丸編網目間隔が大きすぎて内部空間の相互連結性が低下して細胞や薬物などの保持能が低下する。

図４は、本発明に係るチューブ状の丸編の内部気孔を気孔径別に分析し且つ分類して測定した分布度を示すものである。

２）バルキー性付き生分解性マルチフィラメント仮撚り糸
本発明に係る多孔質の３次元支持体は、丸編の内部に挿入される生分解性マルチフィラメント仮撚り糸のバルキー構造において、細胞培養、細胞伝達または薬物伝達の機能を行う。

本発明に係る生分解性マルチフィラメント仮撚り糸は、バルキー構造内の気孔を有する網目状構造であり、前記バルキー度や気孔径は、仮撚り糸の製造工程に際して引張り条件によって調節可能である。

すなわち、本発明は、仮撚り糸の本然のバルキー性及び優れたソフト感を有する生分解性マルチフィラメント仮撚り糸に１５０〜１０００％のバルキー性をさらに与えることにより、医療用に用いたときに、前記バルキー構造により細胞培養、細胞伝達または薬物伝達に適合化される。

さらに、本発明は、このようなバルキー性付き生分解性マルチフィラメント仮撚り糸を丸編の内部に固定することにより、多孔質の３次元支持体を提供する。

本発明の明細書における「バルキー構造」とは、繊維の間に１μｍ以上の多数の気孔が存在する構造をいい、「バルキー性」とは、生分解性高分子製のマルチフィラメント仮撚り糸を製造した後に、引張りまたは延伸により生分解性マルチフィラメント仮撚り糸に１５０〜１０００％のかさ高性を与えることを意味する。

このとき、本発明に係る生分解性マルチフィラメント仮撚り糸のバルキー性は、細胞培養、細胞伝達または薬物伝達などの使用目的及び対象に応じて自由に調節可能であるが、１５０％未満に加工されれば、糸間の隙間が小さくなって細胞培養時における細胞増殖が困難であり、生体内に伝達可能な細胞や薬物含有量が減って医療用支持体としての効用性が低下する。なお、１０００％を超えると、生分解性高分子樹脂の弱い耐久性によって糸切れの発生率が高くなり、しかも、糸間の隙間が大きすぎて細胞や薬物などの保持能が低下しやすいため好ましくない。

さらに、本発明に係る生分解性マルチフィラメント仮撚り糸において、気孔径は、選択される細胞または薬物の大きさに応じて適切に調節可能であるということはいうまでもない。より具体的に、本発明に係るマルチフィラメント仮撚り糸のバルキー構造は１〜１５０μｍ、さらに詳しくは、５〜５０μｍの気孔を有する。このとき、気孔径が１μｍ未満であれば、糸間の隙間が小さくなって細胞培養時における細胞増殖が困難であり、生体内に伝達可能な細胞や薬物含有量が減って医療用支持体としての効用性が低下する。なお、気孔径が１５０μｍを超えると、糸間の隙間が大きすぎて細胞や薬物などの保持能が低下しやすいため好ましくない。

本発明に係るバルキー性付き生分解性マルチフィラメント仮撚り糸は、体内に挿入したりパッチ状にして貼着したりしても人体に無害であり、しかも、細胞培養、生体内への細胞や薬物伝達の目的を達成した後に体内に吸収されて分解される必要がある。このため、生分解性マルチフィラメント仮撚り糸は、合成及び天然の生分解性高分子素材の中でも、溶融紡糸やウェット紡糸などによって繊維状を呈し、しかも、モノフィラメント及びマルチフィラメント状を呈する繊維である必要がある。すなわち、モノフィラメント及びマルチフィラメントを５０〜５００デニールの太さに合糸したものをローラー状仮撚り機（延伸加工機）、ディスク状仮撚り機などの仮撚り機に通させ、Ｓ方向乃至Ｚ方向に撚りを与えて部分的にバルキー性を与える。

前記仮撚り糸は、生体適合性を満たす天然高分子または合成高分子から製造される。好ましくは、ポリ乳酸(PLA)、ポリグリコール酸(PGA)、ポリカプロラクトン(PCL)、ポリ乳酸−グリコール酸の共重合体(PLGA)、ポリヒドロキシ酪酸(PHB)、ポリヒドロキシ吉草酸(PHV)及びポリヒドロキシ酪酸−吉草酸の共重合体(PHBV)、ジオキサノン、トリメチレンカーボネート及びエチレンオキシドよりなる群から選ばれる化合物の単一重合体またはこれらを含む共重合体の生分解性合成高分子またはコラーゲン、酸化セルロース、キトサン、キチン、ゼラチン及びシルクフィブロインよりなる群から選ばれる生分解性天然高分子から選択されて用いられる。

さらに好ましくは、生分解性高分子として、ラクチド及びグリコーリドが１０：９０〜３０：７０の重量比で共重合されたポリ乳酸−グリコール酸の共重合体が好適に用いられる。本発明の実施形態においては、ラクチド及びグリコーリドが１０：９０の重量比で共重合されたポリ乳酸−グリコール酸の共重合体を用いる場合を例にとって説明しているが、前記重量比またはその素材に限定されない。

図１は、本発明に係る多孔質の３次元支持体の製造方法を手順別に示す図である。同図を参照すると、本発明は、
１）生分解性高分子製のマルチフィラメント合糸を細幅丸編織機に投入してチューブ状の丸編を得る工程と、
２）生分解性高分子を溶融紡糸法またはウェット紡糸法によりモノフィラメントまたはマルチフィラメント糸に紡糸した後に合糸し、且つ、仮撚して生分解性マルチフィラメント仮撚り糸を得る工程と、
３）前記工程１）において得られたチューブ状の丸編に工程２）において得られた生分解性マルチフィラメント仮撚り糸を挿入する工程と、
４）前記挿入された生分解性マルチフィラメント仮撚り糸を引っ張ってバルキー性を与える工程と、を含む多孔質の３次元支持体の製造方法を提供する。

本発明に係る多孔質の３次元支持体の製造方法において、工程１）において得られた丸編は、細幅丸編織機を用いて丸編みされる概ね円形断面を有する繊維であり、５０〜１２０ｍｍの長さを有し、その丸編の直径は５〜２０ｍｍであり、さらに好ましくは、５〜１２ｍｍである。

このとき、用いられる生分解性高分子は、体内に挿入したり体外に貼着しても人体に無害な素材であり、その具体例は、上述した通りである。

工程２）は、生分解性マルチフィラメント仮撚り糸を得る工程であり、生分解性天然高分子を紡糸口金を用いて紡糸して、単糸の直径が５〜３０μｍである極細マルチフィラメント糸を製造する。このとき、工程２）において得られた生分解性マルチフィラメント糸は、３０μｍを超えない極細繊維であり、腰強さ２．０〜９．０ｇ／ｄ及び伸び率２０〜８０％の物性を満たしているので、後続する延伸仮撚り工程時における糸切れの発生及び品位低下を極力抑えることができる。一方、本発明に係る生分解性マルチフィラメント仮撚り糸の単糸直径が３０μｍを超えると、細胞培養、細胞伝達または薬物伝達後の分解速度が低下する虞があり、硬さが増大して作業性や施術便宜性が低下するという欠点がある。

また、人体内に支持体として適用される場合に、合糸後におけるマルチフィラメント直径は、好ましくは、８０〜８０００μｍであり、さらに好ましくは、１０００〜４０００μｍである。

このとき、合糸の直径が８０μｍ未満であれば、医療用支持体が３次元構造を有し難く、８０００μｍを超えると、生体内に適用したときに、生体内における使用高分子の異物反応が大きくなるという欠点がある。

工程３）においては、工程１）において得られたチューブ状の丸編の長さに比べて、工程２）において得られた生分解性マルチフィラメント仮撚り糸の長さを１〜３倍長くして挿入する。

工程４）は、挿入された生分解性マルチフィラメント仮撚り糸を引っ張ってバルキー性を与える工程であり、前記引張りによって生分解性マルチフィラメント仮撚り糸に１０〜１５０μｍの気孔及びバルキー性を与える。

このとき、バルキー性が与えられていない生分解性マルチフィラメント仮撚り糸に比べて、１５０〜１０００％嵩張ったバルキー性が与えられる。

本発明の製造方法において、バルキー性を与える方式としては、生分解性マルチフィラメント仮撚り糸を引張り可能な据置台に巻き取った後、５〜２０％の範囲に引っ張る方式を採用する。このとき、引張り率が５％未満であれば、バルキー性を与えることが困難であり、引張り率が２０％を超えると、繊維の糸切れが発生しやすいため好ましくない。

また、バルキー性を与える他の方式としては、連続工程時における延伸方法を採用する。

以下、実施例を挙げて本発明に係る多孔質の３次元支持体及びその製造方法について詳述する。

これらの実施例は、本発明をより具体的に説明するためのものであり、本発明の範囲がこれらの実施例に限定されることはない。

＜実施例１＞
ラクチド及びグリコーリドが１０：９０の重量比で共重合されたポリ乳酸−グリコール酸の共重合体（ＰＬＧＡ）高分子チップから製造したマルチフィラメント糸４本を合糸したものを細幅丸編織機に投入して、８ｍｍの直径及び１００ｍｍの長さを有する丸編を製造した。

ラクチド及びグリコーリドが１０：９０の重量比で共重合されたポリ乳酸−グリコール酸の共重合体（ＰＬＧＡ）合成高分子チップを溶融紡糸法によってポリ乳酸−グリコール酸の共重合体（ＰＬＧＡ）（１０：９０）５０ｄｅ／１６ｆｉｌａのマルチフィラメント糸に紡糸した。４本の繊維糸を合糸した後にローラー状の仮撚り機を用いてＺ方向の撚りを有するＤＴＹ系仮撚り糸を製造した。

前記ポリ乳酸−グリコール酸の共重合体（ＰＬＧＡ）２００ｄｅ／６４ｆｉｌａのＤＴＹ系仮撚り糸を６４合に合糸し、前記製造されたポリ乳酸−グリコール酸の共重合体（ＰＬＧＡ）（１０：９０）丸編に通させた後、前記ポリ乳酸−グリコール酸の共重合体（ＰＬＧＡ）２００ｄｅ／６４ｆｉｌａのＤＴＹ系仮撚り糸を１５％引っ張って多孔質の３次元支持体を製造し、２４ウェルマイクロプレート培養皿において培養しやすいように１０ｍｍに切断した。このとき、製造されたスキャフォールドは、バルキー構造によって支持体の内部空間の相互連結性に優れており、前記バルキー構造を有するスキャフォールドのバルキー性は、５００％であった。

＜実施例２〜６＞
前記実施例１に従い製造されたポリ乳酸−グリコール酸の共重合体（ＰＬＧＡ）２００ｄｅ／６４ｆｉｌａのＤＴＹ系仮撚り糸を１６合、３２合、１００合、１５０合及び２００合にそれぞれ合糸した以外は、前記実施例１の方法と同様にして多孔質の３次元支持体を製造した。

以上述べたように、本発明は、生分解性高分子製のチューブ状の丸編の内部にバルキー性付き生分解性マルチフィラメント仮撚り糸が挿入された多孔質の３次元支持体を提供した。

本発明の多孔質の３次元支持体は、丸編のネット状の網目状構造と生分解性マルチフィラメント仮撚り糸に与えられた１０〜１５０μｍの気孔によって多孔質化され、しかも、前記生分解性マルチフィラメント仮撚り糸が丸編の内部に挿設されて１５０〜１０００％のバルキー性が与えられることにより支持体の内部空間の連結性が良好になり、その結果、３次元構造上において細胞培養、細胞伝達または薬物伝達の用途に好適に且つ安定的に用いることができる。

以上、本発明は、記載された具体例についてのみ詳細に説明されたが、本発明の技術的思想の範囲内において種々の変形及び修正が可能であるということは当業者にとって自明であり、これらの変形及び修正が添付の特許請求の範囲に属するということはいうまでもない。

Claims (5)

1. 生分解性高分子製のマルチフィラメント合糸を細幅丸編織機に投入してネット状の網目状構造を有するチューブ状の丸編を得る工程と、
   生分解性高分子を溶融紡糸またはウェット紡糸によりモノフィラメントまたはマルチフィラメント糸に紡糸した後に合糸し、且つ、仮撚して生分解性マルチフィラメント仮撚り糸を得る工程と、
   前記ネット状の網目状構造を有するチューブ状の丸編に前記生分解性マルチフィラメント仮撚り糸を挿入する工程と、
   前記挿入された生分解性マルチフィラメント仮撚り糸を引っ張ってバルキー性を与える工程と、を含むことを特徴とする多孔質の３次元支持体の製造方法。
2. 前記生分解性マルチフィラメント仮撚り糸を得る工程におけるモノフィラメントまたはマルチフィラメント糸の単糸直径が５〜３０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の多孔質の３次元支持体の製造方法。
3. 前記生分解性マルチフィラメント仮撚り糸を得る工程における合糸後のマルチフィラメント糸の直径が８０〜８０００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の多孔質の３次元支持体の製造方法。
4. 前記引張りが５〜２０％にて行われることを特徴とする請求項１に記載の多孔質の３次元支持体の製造方法。
5. 前記引張りによって生分解性マルチフィラメント仮撚り糸に１０〜１５０μｍの気孔が与えられることを特徴とする請求項１に記載の多孔質の３次元支持体の製造方法。