JP5836009B2 - スキャフォールド材料及び生体用材料 - Google Patents

Description

本発明は、人工歯根、人工骨、補綴、皮膚端子等の硬組織又は軟組織の細胞を誘導するスキャフォールド材料及びそれを用いた生体用材料に関する。

先天的な異常・欠損又は事故或いは病気により失った身体組織の修復、治療あるいは体組織の破壊を抑制するため、人工的に製造された生体用材料（インプラント材料）を体内に埋め込むあるいは体表面に密着させる治療が行われている。このような生体用材料では、前記生体用材料の全部又は一部に生体内の細胞を誘導し、増殖させるためのスキャフォールド（足場）を備えている。

従来、スキャフォールド（足場）として、細胞を誘導、増殖させるため、金属多孔質体、チタン等の生体適合性の高い金属の線材を絡合した不織布状のものが用いられている。これ以外にも、例えば特開２０１１−１５９５９号公報には、生体適合性の高い線材をコイル状に形成し集積したものが記載されており、特開２００７−２７７７１８では、チタンの薄板をアルカリ水溶液に浸漬させることで、細胞を誘導、増殖させる網目状の浸食層を備えた足場が開示している。

このような足場を設けることで、多くの細胞を効率よく誘導し、さらに増殖することで前記身体組織と前記生体用材料とが細胞組織で接続される。これにより、前記生体用材料を前記身体組織に強固に固定できる。又は、前記生体用材料と前記身体組織との隙間から雑菌等の異物が入らないように封止する。

特開２０１１−１５９５９号公報 特開２００７−２７７７１８号公報

金属多孔質体や金属の線を絡合して形成した不織布状のスキャフォールドは、硬質で変形しにくく、不織布とするためには絡合が必要であるために、生体又は生体用材料に取り付ける足場材料として形成する際には形成時に所望の形状としておく必要がある。また、樹脂製のスキャフォールドの場合も同様であり、ポリ乳酸等の生体内分解吸収性樹脂は硬質であり、変形が難しく、前もって所定の形状としておく必要がある。

そのため、例えば細胞誘導部が形成された人工歯根などの生体用材料に用いる場合に、生体用材料に人体に埋め込まれる埋設部を有し、このスキャフォールドを当該埋設部の細胞誘導部とするには、チタン線材が配置された状態の生体用材料を焼成する必要がある。このような焼成が必要な場合には、所望の形状としておくことのみならず、焼成による変形などの悪影響を生体用材料に与える恐れもある。

そこで本発明は、容易に取り付けることができるスキャフォールド材料を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、細胞を誘導する細胞誘導部と、外力によって変形され、前記外力が解除されると元の形状に戻るように変形する可変部とを備えたスキャフォールド材料であって、前記外力が解除されると元の形状に戻ろうとする復元力を発生し、前記復元力で前記可変部が再変形することで固定対象物に固定されることを特徴とする。

（１）本発明によると、前記可変部が外力により変形し、前記復元力により固定対象物に固定されるので、スキャフォールド材料を固定対象物に取り付けるときに、焼結や溶接等が不要であり、取り付けが容易である。

（２）本発明の前記可変部と前記細胞誘導部との少なくとも一方が前記復元力で固定対象物を押圧する場合、固定対象物の取り付けがさらに容易である。

（３）本発明の前記可変部が前記細胞誘導部の一部又は全部を兼ねる場合、別の部材として製造する場合に比べて製造工程を減らすことができ、製造が容易である。

（４）本発明の外観形状がリング状である場合、形状が簡単であり製造が容易である。

（５）本発明の前記可変部がコイルスプリングである場合、形状が簡単で製造が容易である。

（６）本発明の前記コイルスプリングのらせん内部に細胞を誘導する材料が配置されている場合、製造が容易である。

（７）本発明が人体に埋め込まれる埋込部を有し、請求項１から請求項６のいずれかに記載のスキャフォールド材料を用いた生体用材料であって、前記埋込部は、前記復元力によって前記スキャフォールド材料が固定される取付部を備えている場合、スキャフォールド材料を生体用材料に容易に取り付けることができる。

（８）本発明の前記取付部が前記スキャフォールド材料が外力により変形されたときだけ通過可能な抜止部を備えている場合、前記スキャフォールド材料を生体用材料に容易に取り付けることができるとともに、前記スキャフォールド材料が脱落するのを抑制することが可能である。

本発明にかかるスキャフォールド材料が用いられた人工歯根についての正面図である。 本発明のスキャフォールド材料の一例である、図１に示す人工歯根に取り付けられるスキャフォールド材料の平面図。 図２に示すスキャフォールド材料をIII-III線で切断した断面図 （Ａ）図２のスキャフォールド材料の平面図である。（Ｂ）図２のスキャフォールド材料を変形した状態の平面図である。（Ｃ）図２のスキャフォールド材料を図１に示す人工歯根の第２抜止部を通過させているときの平面図である。（Ｄ）図２のスキャフォールド材料が取り付けられた人工歯根の断面図である。 （Ａ）本発明のスキャフォールド材料の他の例の断面図である。（Ｂ）本発明のスキャフォールド材料の更に他の例の断面図である。 本発明の更に他のスキャフォールド材料の平面図である （Ａ）本発明にかかるスキャフォールド材料の他の例の平面図である。（Ｂ）図７（Ａ）のスキャフォールド材料を変形した状態平面図である。 蛇腹形状のスキャフォールド材料の他の例の概略斜視図である。

（第１の実施形態）
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明にかかる生体用材料の一例である人工歯根の正面図である。なお、図１に示す人工歯根１では、口腔内に突出する義歯部Ｉｔの一部を示している。

人工歯根１は、欠落した歯の代わりである歯冠Ｉｔを顎骨に固定する固定具であり、体液に対する高い耐食性を有し、また、生体に対する毒性が極めて低いことからチタン、またはチタン合金で形成されることが好ましい。

図１に示すように、人工歯根１は、人体（顎骨及び歯肉内）に埋め込まれる埋込部１１と、歯冠Ｉｔを保持する保持部１２と、後述するスキャフォールド材料２が取り付けられる取付部１３とを備えている。なお、図１に示すように、取付部１３は埋込部１１の一部に形成されている。

埋込部１１は円柱状の部材の表面に雄ねじ１１１が形成されており、一方の端部（図中下端）が細く形成されている。また、埋込部１１の他方の端部（図中上端）に、スキャフォールド材料２が取り付けられるための取付部１３が形成されている。

保持部１２は、埋込部１１の他方の端部側に形成されている。なお、保持部１２は取付部１３の後述する第２抜止部１３２と一体に形成されており、埋込部１１の中心軸と同軸の凹穴１２１を備えている。図１に示すように歯冠Ｉｔは突出部Ｉｔ１を備えており、突出部Ｉｔ１を凹穴１２１に挿入し、さらに、突出部Ｉｔ１と凹穴１２１とを接着等の従来よく知られた方法で固定している。

取付部１３は雄ねじ１１１の端部と近接して配置され、雄ねじ１１１の外径よりも大きな外径を有するフランジ状の第１抜止部１３１と、第１抜止部１３１の雄ねじ１１と反対側に、第１抜止部１３１と間隔を開けて配置され、第１抜止部１３１と同径の第２抜止部１３２と、第１抜止部１３１と第２抜止部１３２との間のスキャフォールド材料２が係止される係止部１３３とを備えている。

図１に示すように、第１抜止部１３１及び第２抜止部１３２の外径は係止部１３３の外径よりも大きいので、スキャフォールド材料２を係止部１３３に係止したとき、スキャフォールド材料２が軸方向に移動する（人工歯根１から抜ける）のを抑制することができる。

次にスキャフォールド材料２について図面を参照して説明する。図２は、本発明のスキャフォールド材料の一例であって、図１に示す人工歯根に取り付けられるスキャフォールド材料の上面図であり、図３は図２に示すスキャフォールド材料をIII-III線で切断した断面図である。

スキャフォールド材料２は、生体内の細胞を誘導し、増殖させるものであるので、生体親和性が高いものが好ましい。また、スキャフォールド材料２は、詳しくは後述するが、材料の特性、または材料の特性と構造との組み合わせの特性により、外力が作用することで変形し、外力が解除されると元に戻ろうとする復元力が作用するものであれば、その材料が特に限定されることはない。かかる材料としては、生体に用いることができ、用いられる用途に応じて適宜公知の材料から選ばれればよく、例えば、チタン、チタン合金、ステンレス、ポリ乳酸、フッ素樹脂に加え、ウレタン材料、シリコン、コラーゲン等を挙げることができる。特に、スキャフォールド材料が金属材料を用いたものであることが、前もって形状が形成されていても、生体または生体用材料への取付が容易であるので、その効果が大きい。なお、復元力とは、外力に対して反発する力によって、元の形状に戻ろうとする力であり、例えば弾性力を挙げることができる。以下の説明では、復元力は弾性力として説明するが、それに限定されるものではない。例えば、小さな温度変化で元の形状に戻る形状記憶合金等で生体親和性の高いものがあれば利用することも可能である。

図２、図３に示すように、スキャフォールド材料２は、コイルバネ状の可変部２１を備えている。さらに、スキャフォールド材料２は可変部２１の両端を接合し、リング状の外径を有している。コイルバネ状の可変部２１は、ピッチが狭くなっており、取付部１３に増殖可能な細胞が接触するようにスキャフォールド材料２が配されていると、細胞誘導部２２に生体内の細胞を誘導し、歯肉などの増殖させることができる。すなわち、図２、図３に示すスキャフォールド材料２では、可変部２１が細胞誘導部２２を兼ねている。なお、スキャフォールド材料２では、コイルの外面のみならず内側面においても細胞が誘導されており、コイル全体が可変部２１であり、また細胞誘導部２２としても作用する。

ここで、スキャフォールド材料２を人工歯根１に取り付ける手順について説明する。図４はスキャフォールド材料を人工歯根に取り付ける手順を示す概略図である。図４（Ａ）はスキャフォールド材料の平面図であり、図４（Ｂ）はスキャフォールド材料を拡張させて変形した状態の平面図であり、図４（Ｃ）はスキャフォールド材料を第２抜止部１３２を通過させているときの平面図であり、図４（Ｄ）はスキャフォールド材料が取り付けられた人工歯根の横断面図である。なお、図示している通り、変形前のスキャフォールド材料の内径をｒ１、拡張時のスキャフォールド材料の内径をｒ２、人工歯根１の第２抜止部１３２の外径をＲ１及び係止部１３３の外径をＲ２とする。

図４（Ａ）の状態のスキャフォールド材料２は内径ｒ１であり、Ｒ１＞ｒ１であることから、このままでは第２抜止部１３２を通過することができず、係止部１３３に取り付けることができない。そこで図４（Ｂ）に示すように、スキャフォールド材料２に外向きの力を作用させる。このように力を作用させることで、弾性を有するコイル状に形成されている可変部２１が拡径する弾性変形をする。スキャフォールド材料２は、コイルバネをリング状に形成されているものであるので、外向きの力が作用すると、コイルが伸長する。これにより、スキャフォールド材料２は内径ｒ２（＞ｒ１）に拡開される。

可変部２１はコイルスプリングで構成されているので、外力が大きければ変形量も大きくなる。スキャフォールド材料２では、第２抜止部１３２を通過できればよいので、スキャフォールド材料２に作用させる力は、内径ｒ２が第２抜止部１３２の外径Ｒ１よりも大きくなる程度の力でよい。内径ｒ２が第２抜止部１３２の外径よりも大きくなるようにスキャフォールド材料２を拡開した後、スキャフォールド材料２を第２抜止部１３２の外側を通過させる（図４（Ｃ）参照）。

スキャフォールド材料２が第２抜止部１３２を通過し、人工歯根１の軸方向に係止部１３３と重なったとき、スキャフォールド材料２に作用させている外力が解除される。これにより、コイルバネである可変部２１は変形によって蓄積していた弾性エネルギが開放され、可変部２１は元の形状に戻るような復元力が発生することとなる。これにより、拡開されていたスキャフォールド材料２は、内径ｒ２からｒ１に戻るように変形し、係止部１３３と係合して、人工歯根１に固定される（図４（Ｄ））。

図４（Ｄ）に示す人工歯根１では、係止部１３３の外径Ｒ２がスキャフォールド材料２の元の形状の内径ｒ１よりも大きく、スキャフォールド材料２は、元の形状に戻る前に、係止部１３３と接触する。これにより、スキャフォールド材料２は弾性力（復元力）によって人工歯根１の係止部１３３を内側方向に押圧して、スキャフォールド材料２は固定対象物である人工歯根１の取付部１３に固定されることとなる。

なお、係止部１３３の外径Ｒ２が、スキャフォールド材料２の内径ｒ１と同じ又は内径ｒ１よりも小さい場合もある。この場合について、説明すると、スキャフォールド材料２は第２抜止部１３２を通過したときに、弾性力（復元力）によって元の形状に戻ろうと変形する。これにより、スキャフォールド材料２の内径は、第２抜止部１３２の外径Ｒ１よりも小さくなり、外部からの力が作用したときを除き、第２抜止部１３２を超えて移動するのを抑制することができる。このことから、スキャフォールド材料２が係止部１３３を締め付けなくても、スキャフォールド材料２は取付部１３に抜け止めされた状態で固定される。

また、スキャフォールド材料２は素材や形状によって、復元力で元の形状に完全には戻らない場合もある。すなわち、復元力が作用する範囲で、スキャフォールド材料２が元の形状に戻る途中で変形が終了してしまうことがある。変形が終了する場合も考えて、スキャフォールド材料２を拡開したときの内径ｒ２は、第２抜止部１３２を通過できる程度に押さえておくことが好ましい。このように、拡開の大きさを決定することで、スキャフォールド材料２の元に戻ろうとする変形が途中で止まっても、スキャフォールド材料２の内径は第２抜止部１３２の外径Ｒ１よりも小さくなるので、第２抜止部１３２を通過して抜けるのを抑制することが可能であり、取付部１３にしっかり取り付けられる。

なお、係止部１３３の外径Ｒ２がスキャフォールド材料２の変形前の内径ｒ１よりも大きい場合、スキャフォールド材料２が元の形状に戻らなくても、スキャフォールド材料２が係止部１３３を締め付けることもある。この場合もスキャフォールド材料２はしっかり取り付けられる。

このように、スキャフォールド材料２は、形状が簡単であり製造が簡単である。また、生体用材料である人工歯根１に変形させて取り付けるので、焼成や溶接等の工程が不要である。このことから、スキャフォールド材料２や人工歯根１は熱によって変形したり、脆くなるなどの劣化を抑制することができ、また、熱に弱い材料を採用することもできる。

本発明にかかるスキャフォールド材料の他の例について図面を参照して説明する。図５（Ａ）、（Ｂ）はスキャフォールド材料の他の例の断面図である。図５（Ａ）に示す、スキャフォールド材料２Ａは、コイル状の可変部２１ａの螺旋内部に小径のコイル２３が挿入されている。コイル２３は、スキャフォールド材料２Ａの細胞誘導部２２ａの内腔に細胞をさらに誘導するための材料である。つまり、コイル２３はスキャフォールド材料２Ａの単位体積当たりの断面積を大きくし、螺旋の内部に細胞を誘導することができる。

なお、図５（Ａ）に示すスキャフォールド材料２Ａでは、可変部２１ａの螺旋内部に配置するコイル２３は１個であるが、２個以上、配置されているものであってもよい。また、このコイル２３は可変部２１ａと同様に変形可能な材料である。

また、図５（Ｂ）に示すように、スキャフォールド材料２Ｂは、スキャフォールド材料２Ｂの細胞誘導部２２ｂの細胞の誘導を補助する誘導補助材料２４が配置されることもできる。このように、誘導補助材料２４が配置されていることで、細胞がスキャフォールド材料に誘導される量を増やし、人工歯根と生体組織との定着を向上することができる。

なお、誘導補助材料２４として単位体積当たりの断面積が大きく、スキャフォールド材料２Ｂの変形に合わせて変形可能な、例えば、不織布や織物を採用することができる。また、スキャフォールド材料２Ｂの変形に対応するため、束ねた線材を、一部が欠落した環状（例えば、Ｃ形状）に形成したものを挙げることができる。

本発明にかかるスキャフォールド材料のさらに他の例について図面を参照して説明する。図６は本発明にかかるスキャフォールド材料の平面図である。図６に示すスキャフォールド材料２Ｃは、周方向に等間隔に配置された４個の可変部２１ｃと、隣り合う可変部３２１ｃの間に配置された細胞誘導部２２ｃとを備えている。

細胞誘導部２２ｃは、誘導補助材料２４と同様に、不織布や織物、束ねた線材等を用いることが可能である。このように、スキャフォールド材料２Ｃの可変部２１ｃの一部を細胞誘導部２２ｃとすることで、生体用材料への固定がさらに容易となる。なお、細胞誘導部２２ｃの少なくとも一つを剛性体として形成し、スキャフォールド材料２Ｃの拡開するときに力を作用するための剛性部として形成してもよい。このように、剛性部を備えることで、スキャフォールド材料２Ｃの取り扱いが容易になる。

本発明にかかるスキャフォールド材料の他の例について図面を参照して説明する。図７（Ａ）、（Ｂ）は本発明にかかるスキャフォールド材料の他の例の平面図である。スキャフォールド材料３は、蛇腹形状を有しリング状に形成された可変部３１を備えている。なお、可変部３１は細胞誘導部３２も兼ねている。

図７（Ａ）に示すように、蛇腹形状の可変部３１が縮んでいる状態のとき、人工歯根１の第２抜止部１３２を通過できない。そこで、図７（Ｂ）に示すように、外側に向かって力を作用することで、蛇腹形状の可変部３１が広がり、スキャフォールド材料３が拡開する。この状態で、第２抜止部１３２を通過させ、スキャフォールド材料３が係止部１３３と軸方向に重なったときに力を解除することで、スキャフォールド材料３が、係止部１３３を押圧して係止され、生体用材料に固定される。図７に示すスキャフォールド材料３では、形状が簡単であるとともに、人工歯根１に取り付けるのが容易である。

また、本発明における蛇腹形状の実施形態については、図８に示すように、略リング状の中心軸方向に向けて蛇腹の折り返しが設けられた形状としてもよい。蛇腹形状であるスキャフォールド材料４は、線材４１により形成され、蛇腹の折り返し部４２が、２つの平行な想像円Ｃ１、Ｃ２に交互に接するように設けられて、概略形状として筒状となっている。スキャフォールド材料４は、可変部４３の両側における直線部４４ａ、４４ｂの成す角が大小変化することにより、概略筒状の径が拡径・縮径するように変形することができる。この変形により、スキャフォールド材料４は、固定対象物に固定することができる。スキャフォールド材料４は、直線部４４ａ、４４ｂにより形成される間隙が細胞誘導可能な間隙となることで、細胞誘導部を有することができるが、別体で細胞誘導部を備えてもよい。また、スキャフォールド材料４は、中心軸方向に複数重ねてもよく、径方向に複数重ねてもよい。このように本発明のスキャフォールド材料を複数重ねることにより、固定対象物に固定されたスキャフォールド材料間に細胞誘導可能な間隙を形成することができるので、前記スキャフォールド材料が用いられた生体用材料をより有用とすることができる。

本発明のスキャフォールド材料は、上述の図１から図８の実施形態においては、外力により拡張させた後に復元力により収縮させて対象物に固定させているが、このような外力についての復元力に限定されるものではなく、形状を縮小させる外力を施した後に外力を解除して拡張させて、対象物に固定してもよい。このような場合において、例えば、上述の図１から図８の実施形態のスキャフォールド材料を、一旦縮小させて管内に挿入し、該スキャフォールド材料の外力が解除されて、管内の周回り方向の溝内に該スキャフォールド材料の拡張する復元力によって嵌着されて固定されてもよい。

本発明のスキャフォールド材料は、生体用材料が上記の人工歯根に用いられる場合に用途が限られるものではなく、ろう孔を介して経管栄養摂取に用いられる医療用チューブの、図１のスキャフォールド材料を外嵌させて固定して、外部の雑菌が体内に入ったりするのを抑制する皮膚端子として用いることもできる。また、本発明は、金属またはセラミックス製の人工骨の外周に外嵌させてもよい。また、本発明のスキャフォールド材料を円板状等の板状として、外力により一旦収縮させたのちに、骨の孔部に挿入し外力を解除して拡張させ、該孔部を塞ぐ補綴として用いることもできる。
本発明のスキャフォールド材料は、上記固定対象物に固定対象物が限定されるものではなく、本発明の機能を発揮できるものであれば特に限定されるものではない。

また、本発明のスキャフォールド材料は、形状が特に限定されるものではなく、上述のリング状、円筒状、板状、多角形状、波形状などの三次元形状を用いることができる。また、前記スキャフォールド材料は、細胞誘導可能な材料として、不織布状、網状、コイル状、蛇腹状などの種々の形状を有することができるが、特に、これらのスキャフォールド材料が、細胞が侵入できる間隙を有する可変部が前記スキャフォールド材料の一部又は全部を兼ねることが好ましい。このような可変部としては、コイルバネ状体、伸縮可能な網状体若しくは編組状体、または蛇腹体、波状体、ジグザグ形状体であってもよい。また、これらのスキャフォールド材料は、複数を並列させてもよく、大径のコイル状のスキャフォールド材料の中に小径のスキャフォールド材料を入れたり、編み状のスキャフォールド材料を積層させるなど、重ねて用いても良い。

本発明のスキャフォールド材料は、更に細胞誘導材料がコーティングされていてもよい。前記細胞誘導材料がコーティングされることにより、前記スキャフォールド材料に硬組織及び／又は軟組織をより短期間で定着することができるので、前記スキャフォールド材料が用いられる用途における治療をより効率的に行うことができる。前記細胞誘導材材料としては、細胞を誘導することができるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、アパタイト、β−ＴＣＰ、コラーゲン、ゼラチンおよびその他のグロスファクターから１種以上を用途に応じて適宜用いることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこの内容に限定されるものではない。また本発明の実施形態は、発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の改変を加えることが可能である。

本発明は生体内の細胞と連結するスキャフォールド材料を用い、前記生体組織としっかり連結できる人工歯根、人工骨、補綴、皮膚端子等の生体用材料に利用することが可能である。

１ 人工歯根
１１ 埋込部
１１１ 雄ねじ
１２ 保持部
１２１ 凹穴
１３ 取付部
１３１ 第１抜止部
１３２ 第２抜止部
１３３ 係止部
２ スキャフォールド材料
２１ 可変部
２２ 細胞誘導部
２３ コイル
２４ 誘導補助材料
３ 他の例のスキャフォールド材料
３１ 可変部
３２ 細胞誘導部
４ スキャフォールド材料
４１ 線材
４２ 折り返し部
４３ 可変部
４４ａ、４４ｂ 直線部

Claims (4)

1. 細胞を誘導する細胞誘導部と、
   外力によって変形され、前記外力が解除されると元の形状に戻るように変形する可変部とを備えたスキャフォールドであって、
   前記可変部は、外向きに力を作用すると伸長するように形成された、リング状のコイルスプリングであり、
   前記コイルスプリングは、リング状の内径と外径とを有し、前記リング状の内径の軸周り方向を軸とする螺旋状の線材の螺旋内部に細胞誘導部を有し、
   前記可変部に対して前記外力が解除されると元の形状に戻ろうとする復元力を発生し、前記復元力で前記可変部が再変形することで固定対象物に固定可能である
   スキャフォールド。
2. 前記細胞誘導部に細胞を誘導する材料が配置されている請求項１に記載のスキャフォールド。
3. 人体に埋め込まれる埋込部を有し、請求項１または請求項２のいずれかに記載のスキャフォールドを用いた生体用材料であって、
   前記固定対象物が前記生体用材料であり、
   前記埋込部は、前記復元力によって前記スキャフォールドが固定される取付部を備えたことを特徴とする生体用材料。
4. 前記取付部は、前記スキャフォールドが外力により変形されたときだけ通過可能な抜止部を備えている請求項３に記載の生体用材料。

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