JP3722698B2 - 生物学的材料のインプラントを助力する方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
発明の技術分野
本発明は生体臨床医学分野に関し、特に、慢性的な変性疾患の治療における生物学的因子を生産するための細胞のインプラントに関するものであり、例えばスプリントのような組織のインプラント用の材料を形成することである。
【０００２】
発明の背景
個体における生物学的因子の欠陥は、真性糖尿病、パーキンソン病、甲状腺機能低下症などの慢性的な変性疾患が発病する主な原因である。
【０００３】
これらの病気の典型的な治療のいくつかは、不十分な生物学的因子、または、それらの生産を刺激する物質を個体に適用することからなり、通常は化学またはバイオテクノロジーにより得られた生産物を注入する方法による。この種の治療は、特に、適切なレベルに該因子を維持するために必要な用量の頻度に関して、いくつかの不利益を有しており、実質的には達成不可能である。しかしながら、これは最も簡単で安価な選択であるために、最も頻繁に用いられる方法であり続けている。
【０００４】
その因子の生物学的利用能を改善するために、その放出を制御するための方法、装置および器具を開発する試みがなされてきている。
【０００５】
ある代替法は、その必要量および要求量に従って生物学的因子の用量を制御するポンプに関している。しかしながらこの方法は、複雑化することに加えて、ある程度の正確さで要求量を測定する手段がないために用量を制御できず、それゆえにそのポンプはうまく機能しないことがわかっている。
【０００６】
試されてきた他の代替法として、生物学的因子を生産する細胞のインプラントが挙げられる。しかしながら、その細胞と患者の体とが直接接触するために栄養素の流れが妨害され、結果的に細胞が破壊される。さらにインプラントされた細胞の寿命は比較的短く、生物学的因子の移動は限定されている。従ってそれらの治療効果は不十分である。
【０００７】
インプラントを拒絶するような組織は、リンパ球、血漿細胞、および抗体と呼ばれる細胞で構成されている。コラーゲン繊維は、それらが陽性のときでさえ異物を被覆する手段である。生産されるコラーゲン繊維の量は比較的多いために、インプラントされた細胞を破壊することがある。
【０００８】
これらの組織は自然な方法で形成されており、例えば血管、尿道など体の異なる部分におけるインプラント用スプリントとしてそれぞれ用いられる。前記スプリントは患者自身の組織から得られたものであるために推奨される。しかしながら、それらが効果的であることを制限する要因が見出されており、組織の量および大きさに関して体内で利用するより大きい利用率が必要とされている。これまでに、この種のスプリントとして有用な材料を得る方法はなかった。
【０００９】
直接的な細胞インプラントにより起こる拒絶反応の問題を回避するために、一般的に細胞を存在させるチャンバーまたはカプセルから構成される様々な装置が考案されており、それらは隔離されており個体の免疫系に触れない。
【００１０】
一般的に、細胞を含むインプラント装置は、コラーゲンおよびアルジネートのような天然高分子、ポリアクリレート、ビニルアクリロニトリルおよびポリキシレンのような合成高分子からなる。
【００１１】
例えば米国特許第５，６１４，２０５号において、ポリパラキシレン膜と細胞培養物とからなるマトリックスが記載されており、これは真性糖尿病の治療のためにインスリンを生産する。その膜は、栄養素や生物学的因子を通過させることのできるある程度の多孔性を有しているが、免疫因子の通過を妨害する。生体適合材料は拒絶反応を起こさないことが述べられている。
【００１２】
米国特許第５，５６９，４６２号において、関心のある生物学的因子を生産する細胞の、インプラントの虚血期間中に栄養素や老廃物の流れが十分ではないことによる死亡率がどれだけであるか、という記載がある。代案として細胞用チャンバーを有する装置の使用が挙げられ、そこで該チャンバーは、幅１５μｍ、多孔度５μｍのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のような生体適合材料により免疫的に孤立されている。
【００１３】
加えて、マイコフェノール酸、シクロスポリン、ラパマシン等の免疫抑制剤、または、コルチコステロイドのような催炎物質等の免疫調節剤の使用が必要である。
【００１４】
良好な血管新生が達成されて虚血期間が終了すると仮定して、発明者達は、より優れた血管新生のための手段、例えば血管新生を促進する、または血管新生を刺激する物質を生産する物質もしくは細胞を用いることを提案している。
【００１５】
これらの装置はすでに述べたインプラントの様々な不利益を十分に解決していない。なぜなら、それらが生体適合材料であるにもかかわらず、装置の周囲ではインプラント後の比較的短い間しか組織の形成が起こらず、血管新生も不十分であるためである。従って、その領域における組織への血流が遅くなり、そのため栄養素の利用能も低くなる。
【００１６】
その装置を構築する材料は、それらが透過性であるにもかかわらず、インプラント細胞および患者の体の間での、栄養素および生物学的因子の交換に関するさらなる障害が指摘されている。
【００１７】
さらにその上、免疫応答を低減し移植片および／またはインプラントの認識および拒絶反応を抑制するためのシクロスポリンのような生産物の使用は、血管新生にマイナスの影響を有しており、それゆえに移植片またはインプラントが失敗する確率が高くなることがよく知られている。
【００１８】
米国特許第５，７２５，８５４号は、生物学的因子を生産する細胞とともにセルトリ細胞を投与することを含む病気の治療方法を請求している。ここでは免疫学的に特殊な部位をつくるという試みがなされている。セルトリ細胞は、免疫寛容を促進し、かつ生物学的因子を生産する細胞を保護する因子を多く含有しており、その機能を無期限に維持することができる、ということがよく知られている。しかしながら、この代替法は拒絶反応を完全に撲滅することはできないために免疫抑制剤または免疫調節剤を投与しつづける必要があり、これらはそれぞれ血管新生にマイナスの影響を有する。
【００１９】
さらにその上、従来の発明において、生産されたコラーゲン繊維の量を制御する、正確にはインプラントの拒絶反応後の主要因子である物質の量を制御する方法は確立されていない。
【００２０】
このため、病気を治療するために、生物学的因子を生産する細胞をうまく移植することのできる有効で効率のよい方法を見出すことがなお必要とされている。
【００２１】
従って本発明の目的の一つは、病気を治療するために生物学的因子を生産する細胞のインプラントを受けるため、および、組織移植として用いられ得るスプリントを提供するための双方に用いられ得る、簡便で費用のかからない手法で組織を発達させる方法を提供することである。
【００２２】
本発明のさらなる目的は、制御された幅、直径および長さを有する天然コラーゲン繊維チューブを形成する手段を提供することである。
【００２３】
本発明の他の目的は、栄養素および生物学的因子の十分な移動のための良好な血管新生を可能にすることことを特徴とする、孤立した部位を提供することである。
【００２４】
本発明のさらに他の目的は、免疫調節物質の使用を低減することである。
【００２５】
これらおよび他の目的は、以下の発明の詳細な説明においてより詳細に説明されうる。
【００２６】
図１は、本発明による方法を実行するための好ましい装置の一般的な透視図を示す。
【００２７】
図２は、本発明による装置のある密封プラグの好ましい形態の一つを示す。
【００２８】
図３は、本発明の好ましい形態の一つにおける、密封機構に連結されたプランジャーを示す。
【００２９】
本発明の下記説明において、図面に対する参照がなされており、これは明細書本文をより明確にするためである。
【００３０】
発明の詳細な説明
図１によれば、装置（１０）が示されており、これは中間の部分または本体（２０）を含み、これらは好ましくは多孔性であり、その内部は空洞であり、その中にプランジャー（４０）を格納しており、その末端は密封セットまたは密封機構（３０）を有していてもよく、その末端の一方は第一の密封部材（５０）に連結されており、もう一方は第二の密封部材（６０）に連結されており、その末端の一つはプランジャー（４０）に繋がっている。ここで該装置が第二の密封プラグ（６０）によって密封される場合、前記プランジャー（４０）を多孔質本体（２０）内部の位置に堅く維持する。参照されている装置を用いる方法および本発明によれば、第二の密封部材（６０）を他の密封部材（５０）または類似の部材で置き換えてもよく、ここでプランジャー（４０）を格納する空洞はあいたままであることに留意すべきである。この方法において、本発明の明細書本文を通して認められ得るような細胞および／または生物学的因子の生産物質を受け入れるのに十分な内部空間が生じる。
【００３１】
多孔質本体（２０）は、好ましくは、ステンレス鋼、不活性ポリマーまたは任意の他の材料からなる円柱状の格子で構成されており、このような材料は、装置（１０）セットの中間部分に寸法安定性を与え、かつ前記装置の内部に必要な多孔性を与え得るものである。本発明の目的によれば、本発明の中間の多孔質本体（２０）の多孔度は、４０〜１５０メッシュ（直線インチあたりの平方）のメッシュサイズでなければならず、好ましくは円柱形である。この中間の多孔質部分または多孔質本体（２０）の長さは、必要な生物学的因子の生産を十分に助力するために、治療的必要性に十分適合する任意の長さであり得る。すなわち、約１０〜８０ミリメートルである。しかしながら、その長さは該装置が適用されうる使用法の種類に従って顕著に長くてもよく、例えばスプリントを得る場合、その長さは約２００ミリメートルであり得る。すでに述べたように、ここで説明された装置における中間の多孔質本体の両末端は、適切に密封セット（３０）ならびにそれら各々の部材（５０）および／または（６０）と連結される。
【００３２】
下記の方法および患者の組織の機能に応じて、中間の多孔質本体（２０）を構成する格子の多孔度から、コラーゲン繊維で新しく形成される血管のサイズが決定されることを確立できる。そのために、メッシュまたは孔のサイズは、コラーゲン繊維から形成されるチューブが適用される用途の種類に応じて決定される。
【００３３】
本発明による装置（１０）のそれぞれの末端にある密封機構（３０）は、好ましくはチューブ状の断面形状を有し、その長さは前記装置の両末端を密封するという目的に適しており、その割合は、中間の多孔質本体（２０）のその長さの１０〜５０％であり得、かつ多孔質本体（２０）の直径と同様の直径を持ち得る。
【００３４】
密封機構（３０）のひとつの末端に組立て機構および締付け機構があり、この場合これらは、密封部材（５０）および／または（６０）に連結するための好ましい形状の雌型ねじ山を有していてもよい。前記密封機構と反対の末端に、連結部材（３１）がある。これにより、多孔質本体（２０）の対応部分の対応する末端において対応する締付けが可能であり、そのために、締付けまたは非締付けの任意の手段となりうる。
【００３５】
本発明の装置における構造的な部材の好ましい形態の一つによれば、前記連結部材（３１）は、好ましくはチューブの内部および外部壁間に同中心の溝付き部材を有し、そこに多孔質本体（２１）の一末端の一部が挿入され、密封機構（３１）の連結部分に締付けられる。ここで、密封機構と多孔質本体（２１）との間の接触圧力は、密封部材（５０）および／または（６０）が締付けられているときまたは締付けられていないときに発生する張力より強い。
【００３６】
図３によれば、プランジャー（４０）を形成するセットは、好ましくは中の詰まった円柱形断面を有しており、その末端の一つは密封部材（６０）と連結しており、順に多孔質本体（２０）およびシール（３０）のそれぞれに対応する部材に連結している。識別するために、密封部材（６０）は、使用方法に従い密封部材（５０）から識別され除去できるように、密封部材（５０）とわずかに異なった形状であってもよい。末端またはプランジャー（４０）と反対の末端において、溝またはジョイント（４１）を有しうる前記部材の仕上げ部品は、本発明の装置の連結されたセットにおける密封部材（５０）の内部末端（５３）に連結され得る。ここで、プランジャー（４０）は多孔質本体（２０）に完全に固定され、かつ両部材の間の予め決められた離隔距離は同心円で一定である。この形態は、前記プランジャー（４０）の長さが、密封機構（３０）を有する多孔質本体（２０）セットの長さに実際的に等しいことを必要とする。ここで与えられる情報は、プランジャー（４０）が、その末端（４１）が対応する密封部材（５０）および密封機構（５３）と接触しかつそれ自身を連結させるのに十分なほど長いという形態を包含していることに留意するべきである。しかしながら、長さが多孔質本体の長さのわずか一部分であるプランジャーを用いても良好な結果が達成される。プランジャー（４０）の直径は、多孔質本体（２０）の内部直径と事実上等しくてもよい。しかしながら、より良好な結果のために、多孔質本体の内部直径は、プランジャーの外部直径に対して１〜１０ミリメートルの距離を有することが好ましく、プランジャーの直径は好ましくは４〜２５ミリメートルである。
【００３７】
プランジャーは中が詰まっていても中空でもよい。しかしながら、中空のプランジャーを使用すると、装置が患者の体内に置かれる場合、液体がプランジャー中の空間に捕らえられ、その後分解して罹りうる感染症を導きうる、という深刻な不利益が生じることが本出願人により見出されている。
【００３８】
図２によれば、密封部材（５０）は従来の形状でもよい。しかしながら、本発明のより良好なパフォーマンスのための好ましい形態としては、前記密封部材は、所望の半球形状を有するヘッドによって示される締付けゾーン（５１）；多孔質本体（２０）の密封機構（３０）に対応する締付け機構と結合した円柱ゾーン、ここでそれは十分にそれらと結合するために好ましくは密封機構（３０）と同様の直径を有するそれらは雌型ねじ山（５２）であってもよい；好ましくは１〜４ミリメートルでり、プランジャー（４０）の締付け部分（４１）の穴より小さい直径を有する円柱状の部材からなる同円心の締付けゾーン（５３）を含み、これは本発明の装置セットにおけるプランジャーに関する位置合せ用基準である。
【００３９】
密封部材（５０）および／または（６０）を容易に連結かつ脱連結（好ましくは締付けおよび緩めること）するために、締付けゾーン（５１）の半球状のヘッドは、適切な工具、例えば、レンチ、アレンレンチのような種類の工具を用いることを可能とする任意の幾何学的形状の穴を有している。
【００４０】
本発明の好ましい形態において、密封部材（６０）の締付けゾーン（５２）およびプランジャー（４０）の締付け部分（４１）は、両方の部材の成形をより簡単にするため、一部品のセットとして形成される。この一部品のセットは締付けゾーン（６１）および追加の支持部分を含み、該支持部分は、その長さの５０％超の長さである密封プラグ（６０）の軸に対して平行な側面および垂直な側面を有する伸長部材を含み、これは密封機構（３０）の雌型ねじ山部分でそのセットを締付けたり緩めたりするときの、親指および人差し指用支持セットを形成する。前記支持部分の長さは、多孔質本体（２０）の長さの１０〜４０％であり得る。
【００４１】
使用により、生じるコラーゲン繊維チューブの厚さは、多孔質本体（２０）およびプランジャー（４０）間の離隔距離に依存しており、離隔距離はコラーゲン繊維チューブの使用において必要とされる条件に従って決定される。前記離隔距離により、チューブの崩壊に対する耐性およびコラーゲン繊維層の均一性が決定される。
【００４２】
多孔質本体（２０）およびプランジャー（４０）の直径は、体積および厚さによって、それぞれ４〜３５ミリメートルおよび４〜２５ミリメートルから選択され、離隔距離または光束は、好ましくは１〜１５ミリメートルの間の範囲であり、より好ましくは１〜１０ミリメートルである。
【００４３】
本出願人は、コラーゲン繊維チューブの厚さおよび新生された血管のサイズが最適な条件を有する部位を提供するための重要な特徴であり、それにより有効な治療効果を維持するのに十分な期間中細胞が生存できる、ということを見出した。
【００４４】
当該装置は、医学的なグレードの材料で製造される。例えばステンレス鋼、未使用のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、チタン等の材料であり得る。なお、当該装置は、滅菌することのできる材料からなることが好ましい。
【００４５】
生物学的材料のインプラントを助力するための装置の記載から推測され得るように、その部品は、締付けられるパーツを機械加工することにより、または、射出成形することにより形成され得る。選択されるプロセスは使用されうる材料による。
【００４６】
本発明において、生物学的材料の移植のための方法は、上述した装置を利用した生物学的なコラーゲン繊維チューブの形成により得られる保有体の形態において、多孔質本体の一末端に設置された密封部材（６０）を有する装置セットの患者または個体の体への移植を含む。この方法において、プランジャー（４０）はその内部に連結されている。この方法で移植される場合、多孔質本体（２０）は、患者の体の自然作用によりコラーゲン繊維で再び被覆される。その後、コラーゲン繊維層が形成されると、プランジャー（６０）に結合した密封部材を有する装置の一部を露出させるために、部分的な切開が行われ、それは除去される。前記プランジャーが除去された後、密封部材（６０）の穴を介して生物学的因子を生産する細胞の移植に適した血管が新生されたコラーゲン繊維チューブが得られる。該装置は密封部材（５０）で密封され、コラーゲン繊維チューブは生体内に密封される。この間に、生物学的因子を促進する細胞は、血管新生された組織と接触して作用し、生物学的因子は血流により吸収される。
【００４７】
該装置を用いる他の形態において、個体の生体内で生じるコラーゲン繊維チューブがインプラントの際にある種の薬剤を生産する組織であるために、上述した方法に従い、密封部材およびプランジャー（６０）の接続を外すのではなく、患者または個体の体内より装置セットおよびコラーゲン繊維チューブを完全に除去することによって、前記チューブを除去する。前記組織は組織のインプラントまたはスプリントとして使用可能であり、かつ適切である。必要であれば、密封部材（５０）および（６０）ならびにプランジャー（４０）は除去され、コラーゲン繊維チューブは所望の場所または用いられる場所への迅速な移植に用いることができる。
【００４８】
コラーゲン繊維チューブのプロモータとして用いられる場合、装置の直径は、光束で４〜２５ミリメートルであり得、その長さは、スプリントとして用いる場合に必要な形状に基づき計算することにより決定される。
【００４９】
生物学的材料の保有体として用いる場合、密封部材（６０）の一つだけをプランジャー（４０）から除去するか、または両方の部材によって形成されたセットである。生物学的因子を生産する細胞からなる生物学的材料、および必要に応じてコラーゲン繊維中の培養液は、プランジャー（４０）により空にされた空間に注入され、生物学的材料がコラーゲン繊維チューブが形成されない場所に到達することを防ぐために、密封部材（５０）が挿入される。
【００５０】
治療の有効性を増強するために、既知の技術により一般的に操作された因子生産細胞が用いられ得る。
【００５１】
必要に応じて使用される培養液は、移植される細胞の種類によって選択される。
【００５２】
本出願人は、本発明による装置の使用をもって、半分孤立した部位を良好な血管新生および良好な状態で得られることから、細胞が生存能力を有することを見出した。同様に、生物学的因子の良好な交換率が得られる。例えば糖尿病の治療において、血糖のレベルにより与えられる刺激に対してより良い応答を得ることができる。
【００５３】
細胞の量は、糖尿病の治療の場合、文献を参照すると、患者の体重キログラムあたり、ランゲルハンス島が６，０００〜１２，０００個である。本発明においては、拒絶反応から免疫的にそれらを保護するために、これらはセルトリ細胞と組み合わせることができる。上述に加え、該装置は、甲状腺および副甲状腺細胞として治療的な活性を有する物質を生産する細胞をその内側に存在させるために使用されうるものであるが、とりわけて該装置が本発明の意図に含まれない効果を有することは意図するものではない。
【００５４】
実施例
好ましい形態で、生物学的因子を生産する細胞のインプラントを助力するために、体重が１８０〜２００グラムのロングエバンズラットの背面部に本発明の装置を移植した。
【００５５】
本発明の装置を有するラット１０匹のグループと対照グループとに、６５ｍｇ／ｋｇのストレプトゾトシンを静脈投与することにより、糖尿病を誘導した。両方のグループにおけるグルコースのレベルは３３７ｍｇ／ｄＬのオーダーであり、重要な差を示さなかった。
【００５６】
ランゲルハンス島の移植が両方のグループに対して行われた。既知の従来技術を用いてそのランゲルハンス島は分離、保存された。装置を有するラットのグループにおいて、装置によって形成された部位にランゲルハンス島が受け入れられた、という差があった。免疫抑制剤の投与はどの動物に対しても行われなかった。
【００５７】
一週間目は毎日、その後は週に一回、グルコースレベルを測定した。
【００５８】
対照グループの動物は、はじめの３日中、２日連続で２５０ｍｇ／ｄＬを超過する血糖症を示した。
【００５９】
コラーゲン繊維チューブのプロモータ装置を有する動物は、グルコースレベルに関して、１５０ｍｇ／ｄＬへの顕著な減少を示した。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明による方法を実行するための好ましい装置の一般的な透視図を示す。
【図２】 図２は、本発明による装置のある密封プラグの好ましい形態の一つを示す。
【図３】 図３は、本発明の好ましい形態の一つにおける、密封機構に連結されたプランジャーを示す。

Claims (12)

1. 好ましくはチューブ状の中央の本体；
   多孔質の前記本体の対応する末端の密封機構；
   ４〜２５ミリメートルの直径を有する円柱状の部材からなるプランジャー、および
   装置の前記本体用の密封部材
   を含む、生物学的材料のインプラントを助力する装置。
2. 中央の前記本体は、多孔質であり、好ましくは円柱形を有する格子を基礎とし、メッシュサイズが４０〜１５０メッシュであり、直径が５〜３５ミリメートルである、請求項１に記載の生物学的材料のインプラントを助力する装置。
3. 多孔質の前記本体はその末端に密封機構を含み、前記密封機構は組立用の好ましくは雌型ねじ山である連結機構に締付けられている、請求項１に記載の生物学的材料のインプラントを助力する装置。
4. 前記密封部材は、締付け部品、雌型ねじ山を有する円柱状の連結部分、および、直径が１〜５ミリメートルである同円心の締付け部分からなる、請求項１〜３に記載の生物学的材料のインプラントを助力する装置。
5. 前記プランジャーは、前記密封部材の少なくとも一つに繋がれる、または、前記密封部材の少なくとも一つの部分を形成する、請求項１または４に記載の生物学的材料のインプラントを助力する装置。
6. 装置は滅菌することのできる材料からなる、請求項１〜５に記載の生物学的材料のインプラントを助力する装置。
7. 前記プランジャーおよび多孔質の前記本体の間の空間が、所望のコラーゲン繊維チューブの厚さにより１〜１５ミリメートルの間の範囲である、請求項１〜６に記載の生物学的材料のインプラントを助力する装置。
8. コラーゲン繊維のチューブまたは保有体を形成するための装置を患者または個体中に移植する段階、
   血管新生されたコラーゲン繊維の前記チューブまたは前記保有体が形成されたら、前記装置内部のプランジャーを除去する段階、
   所望の生物学的因子を生産する物質を移植する段階、
   血管新生されたコラーゲン繊維の前記チューブまたは前記保有体を、部材で密封する段階
   を含み、前記部材は血管新生されたコラーゲン繊維の前記チューブまたは前記保有体の中に空間を存在させ得るものである、生物学的材料のインプラントを助力する装置。
9. 生物学的因子を生産する物質は、生細胞の培養物である、請求項８に記載の生物学的材料のインプラントを助力する装置。
10. 該生物学的因子を生産する物質は、好ましくはランゲルハンス島である、請求項８および９に記載の生物学的材料のインプラントを助力する装置。
11. 生物学的因子を生産する物質は、セルトリ細胞を含む、請求項８〜１０に記載の生物学的材料のインプラントを助力する装置。
12. 形成されたコラーゲン繊維の前記チューブは、特に気管、尿道、または食道の移植片、好ましくは血管として用いられる、請求項８に記載の生物学的材料のインプラントを助力する装置。

Images