JP6846103B2 - How to make a complex of phosphorylated chitin and titanium, and the complex - Google Patents
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Description
本発明は、可溶性のリン酸化キチンまたは可溶性のリン酸化コラーゲンを製造する方法、リン酸化キチンまたはリン酸化コラーゲンとチタンとの複合体を製造する方法、ポリウレタン発泡体を製造する方法、複合体、可溶性のリン酸化コラーゲンを製造する方法およびリン酸化コラーゲンとチタンとの複合体を製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for producing soluble phosphorylated chitin or soluble phosphorylated collagen, a method for producing a complex of phosphorylated chitin or phosphorylated collagen and titanium, a method for producing a polyurethane foam, a complex, soluble. The present invention relates to a method for producing phosphorylated collagen and a method for producing a complex of phosphorylated collagen and titanium.
生体由来の高分子化合物(以下、単に「生体高分子」ともいう。)には、特異な性質を有するが、一方で化学的には製造が難しい化合物が多く含まれる。また、生体高分子は、自然界に豊富に存在する材料であり、かつ、生体への害が少ないかまたは無害であることが多い。そのため、生体高分子の医学的な応用が研究されている。 Bio-derived polymer compounds (hereinafter, also simply referred to as “biopolymers”) contain many compounds that have unique properties but are chemically difficult to produce. In addition, biopolymers are materials that are abundant in nature and are often harmless or harmless to living organisms. Therefore, medical applications of biopolymers are being studied.
たとえば、リン酸化したタンパク質とチタンまたはチタン合金との間で複合体を形成させると、チタンまたはチタン合金を短期間で、かつ強固に、骨に結合させることができることが知られている(特許文献1など)。 For example, it is known that when a complex is formed between a phosphorylated protein and titanium or a titanium alloy, titanium or the titanium alloy can be firmly bonded to bone in a short period of time (Patent Documents). 1 etc.).
生体高分子をリン酸化する方法の例として、プルランとアルカリ化合物とを水に溶解させた水溶液と、リン酸化試薬と、を混合して反応させることで、プルランをリン酸化する方法が知られている(特許文献2など)。特許文献2によれば、リン酸化されて可溶化されたプルランは、生体組織に対して親和性が高く、また、生体硬組織の補綴材料である金属にも吸着性を示す。 As an example of a method for phosphorylating a biopolymer, a method for phosphorylating purulan by mixing and reacting an aqueous solution of purulan and an alkaline compound in water and a phosphorylating reagent is known. (Patent Document 2, etc.). According to Patent Document 2, the phosphorylated and solubilized pullulan has a high affinity for living tissue and also has an adsorptive property for a metal which is a prosthetic material for living hard tissue.
しかし、生体高分子の多くは、水にも医学分野で通常用いられる溶媒にも不溶または難溶であることが多い。このような不溶性または難溶性(以下、不溶性と難溶性をあわせて単に「不溶性」ともいう。)の生体高分子の例には、エビ、カニ、昆虫(特に甲虫など)の外骨格を構成するキチンや、生体タンパク質であるコラーゲンなどが含まれる。タンパク質を解離して溶解させる溶液として、6Mグアニジン塩酸塩溶液および6M尿素溶液が知られているが、キチンおよびコラーゲンは、6Mグアニジン塩酸塩溶液にも6M尿素溶液にも、数%程度しか溶解しない。 However, many biopolymers are often insoluble or sparingly soluble in both water and solvents commonly used in the medical field. Examples of such insoluble or sparingly soluble biopolymers (hereinafter, insoluble and sparingly soluble are collectively referred to as “insoluble”) constitute the exoskeleton of shrimp, crab, and insect (particularly beetle). It contains chitin and collagen, which is a bioprotein. 6M guanidine hydrochloride solution and 6M urea solution are known as solutions for dissociating and dissolving proteins, but chitin and collagen dissolve only a few percent in both 6M guanidine hydrochloride solution and 6M urea solution. ..
これらの不溶性の生体高分子の医学的な応用を進めるために、生体高分子を可溶化する方法の開発が求められている。たとえば、キチンは、人工的に脱アセチル化してキトサンにすることで、弱酸に溶解することが知られている(特許文献3など)。また、コラーゲンは、メチレン鎖の両端にイミドエステル基を有するアルキルジイミデート二価性架橋試薬で架橋することによって、水に可溶化することが知られている(特許文献4など)。 In order to advance the medical application of these insoluble biopolymers, the development of a method for solubilizing the biopolymer is required. For example, chitin is known to dissolve in a weak acid by artificially deacetylating it into chitosan (Patent Document 3 and the like). Further, it is known that collagen is solubilized in water by cross-linking with an alkyldiimidate divalent cross-linking reagent having imide ester groups at both ends of the methylene chain (Patent Document 4, etc.).
また、生体硬組織の補綴材料としては、アパタイトで被覆したポリウレタン発泡体や、チタン粉末などを含有するポリウレタン発泡体を焼結してなる材料が知られている(特許文献5、特許文献6など)。
Further, as a prosthetic material for a biological hard tissue, a polyurethane foam coated with apatite or a material obtained by sintering a polyurethane foam containing titanium powder or the like is known (
しかし、特許文献3などの方法で得られるキトサンは、キチンとは異なり、免疫原性(抗原性)が強いことが明らかになっている。そのため、キトサンの医学的な応用(たとえば、生体内に埋植する材料への応用)には、限界がある。また、特許文献4などの方法で可溶化されたコラーゲンは、化学的修飾等によって、その性質が変わっていることも多く、そのまま医学的に用いることができるか否かは不明である。 However, it has been clarified that chitosan obtained by a method such as Patent Document 3 has strong immunogenicity (antigenicity) unlike chitin. Therefore, the medical application of chitosan (for example, application to materials to be implanted in the living body) is limited. Further, collagen solubilized by a method such as Patent Document 4 often has its properties changed due to chemical modification or the like, and it is unclear whether or not it can be used medically as it is.
これに対し、特許文献1および特許文献2にも記載のような、リン酸化した生体高分子は、水溶性であり、かつ、もとの生体高分子の性質を損なうことなく有することが多いため、医学的への応用が期待できる化合物である。特許文献1では、生体内でリン酸化したタンパク質を抽出して、リン酸化した生体高分子を得ている。これに対し、より多様な生体高分子を医学的に応用するため、生体高分子を人工的にリン酸化して可溶化する技術の開発が望まれている。特許文献2では、水溶性のプルランを水に溶解させてリン酸化することで、リン酸化プルランを得ている。これに対し、水溶性の化合物のみならず、不溶性の生体高分子も、リン酸化して可溶化する技術の開発が望まれている。
On the other hand, as described in
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、不溶性の生体高分子、特にはキチンおよびコラーゲン、をリン酸化して可溶化する方法を提供することをその目的とする。また、本発明は、リン酸化して可溶化した上記不溶性の生体高分子を、チタンとの複合体や、ポリウレタン発泡体などに応用し、医学的、産業的に広い用途を提供することをその目的とする。 The present invention has been made in view of this point, and an object of the present invention is to provide a method for phosphorylating and solubilizing insoluble biopolymers, particularly chitin and collagen. Further, the present invention is to apply the above-mentioned insoluble biopolymer solubilized by phosphorylation to a composite with titanium, a polyurethane foam, or the like to provide a wide range of medical and industrial uses. The purpose.
本発明は、以下の可溶性のリン酸化キチンまたは可溶性のリン酸化コラーゲンを製造する方法、リン酸化キチンまたはリン酸化コラーゲンとチタンとの複合体を製造する方法、ポリウレタン発泡体を製造する方法、リン酸化コラーゲンを製造する方法およびリン酸化コラーゲンとチタンとの複合体を製造する方法に関する。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention relates to the following methods for producing soluble phosphorylated chitin or soluble phosphorylated collagen, a method for producing phosphorylated chitin or a composite of phosphorylated collagen and titanium, a method for producing a polyurethane foam, and phosphorylation. The present invention relates to a method for producing collagen and a method for producing a complex of phosphorylated collagen and titanium.
[1]非プロトン性溶媒の中にキチンまたは不溶性のコラーゲンを分散させる工程と、触媒の存在下で、分散した前記キチンまたは分散した前記不溶性のコラーゲンをリン酸化する工程と、リン酸化した前記キチンまたはリン酸化した前記不溶性のコラーゲンを分離する工程とを含む、可溶性のリン酸化キチンまたは可溶性のリン酸化コラーゲンを製造する方法。
[2]前記非プロトン性溶媒はヘキサンの単一溶媒である、[1]に記載の可溶性のリン酸化キチンまたは可溶性のリン酸化コラーゲンを製造する方法。
[3]前記非プロトン性溶媒はヘキサンとジメチルホルムアミドとの混合溶媒であり、前記混合溶媒におけるヘキサンとジメチルホルムアミドとの体積比(ヘキサン:ジメチルホルムアミド)は、25:75〜100:0の範囲内(ただし、100:0を含まない)である、[1]に記載の可溶性のリン酸化キチンまたは可溶性のリン酸化コラーゲンを製造する方法。
[4]前記分離する工程は、水に対する透析および遠心分離をこの順に行う、[1]〜[3]のいずれかに記載の可溶性のリン酸化キチンまたは可溶性のリン酸化コラーゲンを製造する方法。
[5]前記分離する工程において、前記透析の後に、透析内液に残った水に不溶性の成分を有機溶媒に溶解させ、さらに、アルコールを加えて水に対する透析を行う、[4]に記載の可溶性のリン酸化キチンまたは可溶性のリン酸化コラーゲンを製造する方法。
[6]上記リン酸化する工程を、不溶性のコラーゲンが分散した分散液の液温を40℃以上50℃以下にして行い、さらに、前記分離する工程の後に、残存した不溶性のコラーゲンを再分散させる工程と、触媒の存在下で、再分散した前記不溶性のコラーゲンを含む分散液の液温を60℃以上90℃以下にして、前記再分散した不溶性のコラーゲンをリン酸化させ、リン酸化ゼラチンとする工程と、前記リン酸化ゼラチンを分離する工程を行う、[1]〜[5]のいずれかに記載の可溶性のリン酸化キチンまたは可溶性のリン酸化コラーゲンを製造する方法。
[7]さらに、前記分離する工程の後に、前記リン酸化したキチンまたは前記リン酸化した不溶性のコラーゲンをその性質ごとに分離する工程を含む、[1]〜[6]のいずれかに記載の可溶性のリン酸化キチンまたは可溶性のリン酸化コラーゲンを製造する方法。
[8]前記リン酸化したキチンまたは前記リン酸化した不溶性のコラーゲンをその性質ごとに分離する工程は、チタンビーズを固定相とするアフィニティクロマトグラフィーを行う工程である、[7]に記載の可溶性のリン酸化キチンまたは可溶性のリン酸化コラーゲンを製造する方法。
[9][1]〜[8]のいずれかに記載の方法で製造した可溶性のリン酸化キチンまたは可溶性のリン酸化コラーゲンを含む溶液と、チタン基材と、を接触させる工程を含む、リン酸化キチンまたはリン酸化コラーゲンとチタンとの複合体を製造する方法。
[10]さらに、前記可溶性のリン酸化キチンまたは可溶性のリン酸化コラーゲンを含む溶液に接触させたチタン基材を、石灰化溶液に浸漬する工程を含む、[9]に記載のリン酸化キチンまたはリン酸化コラーゲンとチタンとの複合体を製造する方法。
[11]チタンまたはチタン合金からなる基材と、前記基材の表面の少なくとも一部を被覆するリン酸化キチン含有層またはリン酸化コラーゲン含有層とを有する、複合体。
[12]前記リン酸化キチン含有層またはリン酸化コラーゲン含有層はヒドロキシアパタイトを含む、[11]に記載の複合体。
[13][1]〜[8]のいずれかに記載の方法で製造した可溶性のリン酸化キチン、ポリオール類およびポリイソシアネート類を含有する混合液を調製する工程と、前記混合液に発泡剤を混和して撹拌および混合する工程とを含む、ポリウレタン発泡体を製造する方法。
[14]ポリオール類とポリイソシアネート類とを反応させて末端にイソシアネート基を有するプレポリマーを製造する工程と、[1]〜[8]のいずれかに記載の方法で製造した可溶性のリン酸化キチン、前記プレポリマー、過剰の水およびポリオール類を含有する混合液を調製する工程と、前記混合液に発泡剤を混和して撹拌および混合する工程とを含む、ポリウレタン発泡体を製造する方法。
[15]濃度が0.5mol/L以上1.0mol/L以下であるリン酸緩衝液の中に可溶性のコラーゲンを分散させる工程と、触媒の存在下で、分散した前記可溶性のコラーゲンをリン酸化する工程と、リン酸化した前記可溶性のコラーゲンを分離する工程とを含む、リン酸化コラーゲンを製造する方法。
[16]さらに、前記分離する工程の後に、前記リン酸化した可溶性のコラーゲンをその性質ごとに分離する工程を含む、[15]に記載のリン酸化コラーゲンを製造する方法。
[17]前記リン酸化した可溶性のコラーゲンをその性質ごとに分離する工程は、チタンビーズを固定相とするアフィニティクロマトグラフィーを行う工程である、[16]に記載のリン酸化コラーゲンを製造する方法。
[18][15]〜[17]のいずれかに記載の方法で製造した可溶性のリン酸化コラーゲンを含む溶液と、チタン基材と、を接触させる工程を含む、リン酸化コラーゲンとチタンとの複合体を製造する方法。
[1] A step of dispersing chitin or insoluble chitin in an aprotic solvent, a step of phosphorylating the dispersed chitin or the dispersed insoluble chitin in the presence of a catalyst, and a phosphorylated chitin. Alternatively, a method for producing soluble phosphorylated chitin or soluble phosphorylated collagen, comprising the step of separating the phosphorylated insoluble collagen.
[2] The method for producing soluble chitin or soluble phosphorylated collagen according to [1], wherein the aprotic solvent is a single solvent of hexane.
[3] The aprotic solvent is a mixed solvent of hexane and dimethylformamide, and the volume ratio of hexane and dimethylformamide (hexane: dimethylformamide) in the mixed solvent is in the range of 25:75 to 100: 0. The method for producing soluble phosphorylated chitin or soluble phosphorylated collagen according to [1], which is (however, does not contain 100: 0).
[4] The method for producing soluble phosphorylated chitin or soluble collagen according to any one of [1] to [3], wherein the separation step is dialysis and centrifugation in this order with respect to water.
[5] The method according to [4], wherein in the separation step, after the dialysis, a component insoluble in water remaining in the dialysis internal solution is dissolved in an organic solvent, and alcohol is further added to perform dialysis against water. A method for producing soluble phosphorylated chitin or soluble phosphorylated collagen.
[6] The above phosphorylation step is performed so that the temperature of the dispersion liquid in which the insoluble collagen is dispersed is 40 ° C. or higher and 50 ° C. or lower, and further, the remaining insoluble collagen is redispersed after the separation step. In the step and in the presence of a catalyst, the temperature of the dispersion containing the redispersed insoluble collagen is set to 60 ° C. or higher and 90 ° C. or lower, and the redispersed insoluble collagen is phosphorylated to obtain phosphorylated gelatin. The method for producing soluble phosphorylated chitin or soluble collagen according to any one of [1] to [5], wherein the step and the step of separating the phosphorylated gelatin are performed.
[7] The solubility according to any one of [1] to [6], further comprising a step of separating the phosphorylated chitin or the phosphorylated insoluble collagen according to its properties after the separation step. A method for producing phosphorylated chitin or soluble collagen.
[8] The soluble step according to [7], wherein the step of separating the phosphorylated chitin or the phosphorylated insoluble collagen according to its properties is a step of performing affinity chromatography using titanium beads as a stationary phase. A method for producing phosphorylated chitin or soluble collagen.
[9] Phosphorylation comprising a step of contacting a solution containing soluble chitin or soluble collagen phosphorylated produced by the method according to any one of [1] to [8] with a titanium substrate. A method for producing a complex of chitin or phosphorylated collagen and titanium.
[10] The phosphorylated chitin or phosphorus according to [9], further comprising a step of immersing the titanium base material in contact with the solution containing the soluble chitin or soluble collagen in the calcification solution. A method for producing a complex of collagen oxide and chitin.
[11] A composite having a base material made of titanium or a titanium alloy and a phosphorylated chitin-containing layer or a phosphorylated collagen-containing layer that covers at least a part of the surface of the base material.
[12] The complex according to [11], wherein the phosphorylated chitin-containing layer or the phosphorylated collagen-containing layer contains hydroxyapatite.
[13] A step of preparing a mixed solution containing soluble phosphorylated chitin, polyols and polyisocyanates produced by the method according to any one of [1] to [8], and adding a foaming agent to the mixed solution. A method for producing a polyurethane foam, which comprises the steps of mixing, stirring and mixing.
[14] A step of reacting polyols with polyisocyanates to produce a prepolymer having an isocyanate group at the terminal, and a soluble phosphorylated chitin produced by the method according to any one of [1] to [8]. A method for producing a polyurethane foam, which comprises a step of preparing a mixed solution containing the prepolymer, excess water and polyols, and a step of mixing the mixed solution with a foaming agent, stirring and mixing.
[15] A step of dispersing soluble collagen in a phosphate buffer having a concentration of 0.5 mol / L or more and 1.0 mol / L or less, and phosphorylation of the dispersed soluble collagen in the presence of a catalyst. A method for producing phosphorylated collagen, which comprises a step of separating the phosphorylated soluble collagen.
[16] The method for producing phosphorylated collagen according to [15], further comprising a step of separating the phosphorylated soluble collagen according to its properties after the separation step.
[17] The method for producing phosphorylated collagen according to [16], wherein the step of separating the phosphorylated soluble collagen according to its properties is a step of performing affinity chromatography using titanium beads as a stationary phase.
[18] A composite of phosphorylated collagen and titanium, which comprises a step of bringing a solution containing soluble collagen produced by the method according to any one of [15] to [17] into contact with a titanium base material. How to make a body.
本発明によれば、不溶性の生体高分子、特にはキチンおよびコラーゲン、をリン酸化して可溶化することが可能となる。また、本発明によれば、リン酸化して可溶化した上記不溶性の生体高分子を、チタンとの複合体や、ポリウレタン発泡体などに応用し、医学的、産業的に広い用途を提供するが可能となる。 According to the present invention, insoluble biopolymers, particularly chitin and collagen, can be phosphorylated and solubilized. Further, according to the present invention, the above-mentioned insoluble biopolymer solubilized by phosphorylation is applied to a composite with titanium, a polyurethane foam, or the like to provide a wide range of medical and industrial uses. It will be possible.
[第1の実施形態]
本発明の第1の実施形態は、可溶性のリン酸化キチンおよび可溶性のリン酸化コラーゲンを製造する方法に係る。本実施形態は、特定の分散媒の中にキチンまたはコラーゲンを分散させる工程と、触媒の存在下で、前記分散したキチンまたはコラーゲンをリン酸化する工程と、リン酸化したキチンまたはコラーゲンを分離する工程と、を含む。本実施形態は、さらに、リン酸化したキチンまたはコラーゲンを、その性質ごとに分離する工程を含んでもよい。なお、可溶性とは、水または有機溶媒への溶解度が生体由来のキチンまたはコラーゲンよりも高くなった状態を意味する。本実施形態は、分散したキチンまたはコラーゲンを触媒の存在下で少なくとも部分的にリン酸化することで、可溶性のリン酸化したキチンまたはコラーゲンを製造するものである。なお、リン酸化コラーゲンとは、グリシンが3塩基ごとに繰り返すいわゆるコラーゲン配列を有する3本のペプチド鎖がらせん構造を形成しているタンパク質が、少なくとも部分的にリン酸化しているものを意味する。この限りにおいて、リン酸化コラーゲンを構成するコラーゲンは、ゼラチン等に変性してもよい。
[First Embodiment]
The first embodiment of the present invention relates to a method for producing soluble chitin and soluble collagen. In this embodiment, a step of dispersing chitin or collagen in a specific dispersion medium, a step of phosphorylating the dispersed chitin or collagen in the presence of a catalyst, and a step of separating the phosphorylated chitin or collagen. And, including. The present embodiment may further include a step of separating phosphorylated chitin or collagen according to its properties. The term "soluble" means a state in which the solubility in water or an organic solvent is higher than that of living-derived chitin or collagen. In this embodiment, soluble phosphorylated chitin or collagen is produced by phosphorylating dispersed chitin or collagen at least partially in the presence of a catalyst. The phosphorylated collagen means a protein in which three peptide chains having a so-called collagen sequence in which glycine repeats every three bases form a spiral structure, at least partially phosphorylated. To this extent, collagen constituting phosphorylated collagen may be denatured into gelatin or the like.
(特定の分散媒の中にキチンを分散させる工程)
本工程では、特定の分散媒の中にキチンまたはコラーゲンを分散させる。上記特定の分散媒とは、キチンまたは不溶性のコラーゲンの場合は非プロトン性溶媒であり、可溶性のコラーゲンの場合は濃度が0.5mol/L以上1.0mol/L以下であるリン酸緩衝液である。
(Step of dispersing chitin in a specific dispersion medium)
In this step, chitin or collagen is dispersed in a specific dispersion medium. The specific dispersion medium is an aprotic solvent in the case of chitin or insoluble collagen, and a phosphate buffer having a concentration of 0.5 mol / L or more and 1.0 mol / L or less in the case of soluble collagen. is there.
キチンまたは不溶性のコラーゲンを分散させるために用いる、上記非プロトン性溶媒とは、プロトン供与性を持たない溶媒を意味する。非プロトン性溶媒の例には、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、ペンタン、n−ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、1,2−ジクロロエタン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、アセトンおよびテトラヒドロフランが含まれる。 The aprotic solvent used for dispersing chitin or insoluble collagen means a solvent having no proton donating property. Examples of aprotic solvents include diethyl ether, diisopropyl ether, tetrahydrofuran, pentane, n-hexane, cyclohexane, heptane, benzene, toluene, xylene, dichloromethane, chloroform, carbon tetrachloride, 1,2-dichloroethane, dimethylformamide, Includes dimethyl sulfoxide, acetonitrile, acetone and tetrahydrofuran.
これらのうち、非プロトン性溶媒は、ヘキサンの単一溶媒であるか、またはヘキサンとジメチルホルムアミドとの混合溶媒であることが好ましい。非プロトン性溶媒が、ヘキサンとジメチルホルムアミドとの混合溶媒であるとき、混合溶媒におけるヘキサンとジメチルホルムアミドとの体積比(ヘキサン:ジメチルホルムアミド)は、25:75〜100:0の範囲内(ただし、100:0を含まない)であることが好ましい。 Of these, the aprotic solvent is preferably a single solvent of hexane or a mixed solvent of hexane and dimethylformamide. When the aprotic solvent is a mixed solvent of hexane and dimethylformamide, the volume ratio of hexane to dimethylformamide (hexane: dimethylformamide) in the mixed solvent is in the range of 25:75 to 100: 0 (however, however. It does not include 100: 0).
非プロトン性溶媒は、得ようとするリン酸化キチンまたはリン酸化コラーゲンの性質に応じて選択することができる。たとえば、非プロトン性溶媒がヘキサンの単一溶媒であるとき、得られるリン酸化キチンまたはリン酸化コラーゲンの大部分は水溶性の性質を示す。一方で、非プロトン性溶媒がヘキサンとジメチルホルムアミドとの混合溶媒であり、上記ヘキサンとジメチルホルムアミドとの体積比が25:75〜50:50の範囲内であるとき、得られるリン酸化キチンまたはリン酸化コラーゲンは、水溶性の性質を示すものと、水には不溶だが有機溶媒(たとえば、ジメチルホルムアミド)に可溶な性質を示すものと、の混合物となる。 The aprotic solvent can be selected depending on the properties of the phosphorylated chitin or phosphorylated collagen to be obtained. For example, when the aprotic solvent is a single solvent of hexane, most of the resulting phosphorylated chitin or phosphorylated collagen exhibits water-soluble properties. On the other hand, when the aprotic solvent is a mixed solvent of hexane and dimethylformamide and the volume ratio of hexane to dimethylformamide is in the range of 25:75 to 50:50, the phosphorylated chitin or phosphorus obtained is obtained. Oxidized collagen is a mixture of those exhibiting water-soluble properties and those exhibiting properties that are insoluble in water but soluble in an organic solvent (for example, dimethylformamide).
可溶性のコラーゲンを分散させるために用いる、上記濃度が0.5mol/L以上1.0mol/L以下であるリン酸緩衝液は、たとえば、リン酸二水素ナトリウムとリン酸水素二ナトリウムとで調製したリン酸緩衝液、またはリン酸水素二ナトリウムとリン酸二水素カリウムとで調製したリン酸緩衝液とすることができる。このとき、リン酸緩衝液のpHは7未満であることが好ましく、pHの調整を容易にする観点からは、リン酸水素二ナトリウムとリン酸二水素カリウムとで調製したリン酸緩衝液が好ましい。 The phosphate buffer having the above concentration of 0.5 mol / L or more and 1.0 mol / L or less used for dispersing soluble collagen was prepared, for example, with sodium dihydrogen phosphate and disodium hydrogen phosphate. It can be a phosphate buffer solution or a phosphate buffer solution prepared by disodium hydrogen phosphate and potassium dihydrogen phosphate. At this time, the pH of the phosphate buffer is preferably less than 7, and from the viewpoint of facilitating pH adjustment, a phosphate buffer prepared with disodium hydrogen phosphate and potassium dihydrogen phosphate is preferable. ..
分散は、公知の方法で行うことができる。たとえば、乾燥したキチンまたはコラーゲンの粉末と上記特定の分散媒とを密閉容器内に入れて、撹拌または振とうすることで、キチンまたはコラーゲンを分散させることができる。このとき、キチンまたはコラーゲンの分散による濁りが非プロトン性溶媒に生じたことが、目視で確認できれば、キチンまたはコラーゲンが十分に分散したと判断してよい。 Dispersion can be carried out by a known method. For example, the chitin or collagen can be dispersed by putting the dried chitin or collagen powder and the above-mentioned specific dispersion medium in a closed container and stirring or shaking the mixture. At this time, if it can be visually confirmed that the aprotic solvent is turbid due to the dispersion of chitin or collagen, it may be determined that the chitin or collagen is sufficiently dispersed.
(触媒の存在下で、分散したキチンまたはコラーゲンをリン酸化する工程)
生体内で高分子をリン酸化する方法として知られているリン酸化酵素(キナーゼ)を触媒とする方法は、この種の酵素の特異性が高いために一般に困難である。そのため非酵素的触媒を用いた化学的なリン酸化法が追究されているが、いまだに十分有効な方法が開発されていない。
(Step of phosphorylating dispersed chitin or collagen in the presence of catalyst)
A method catalyzed by a phosphorylating enzyme (kinase), which is known as a method of phosphorylating a polymer in a living body, is generally difficult due to the high specificity of this type of enzyme. Therefore, a chemical phosphorylation method using a non-enzymatic catalyst has been pursued, but a sufficiently effective method has not yet been developed.
これに対し、本発明における分散したキチンまたはコラーゲンのリン酸化は、生体高分子をリン酸化する方法として知られている、公知の触媒を用いる方法で行うことができる。生体高分子をリン酸化する公知の方法には、上記触媒として酵素を用いる酵素的方法、ならびにリン酸化試薬およびそれによるリン酸化に適した触媒を用いる化学的方法が含まれる。 On the other hand, the phosphorylation of dispersed chitin or collagen in the present invention can be carried out by a method using a known catalyst, which is known as a method for phosphorylating a biopolymer. Known methods for phosphorylating biopolymers include an enzymatic method using an enzyme as the catalyst, and a chemical method using a phosphorylation reagent and a catalyst suitable for phosphorylation thereof.
キチンまたはコラーゲンのリン酸化の可能性あるリン酸化酵素の例には、特異性の広いサイクリックAMP依存性タンパク質キナーゼ(EC2.7.1.37)などが含まれる。 Examples of phosphorylating enzymes that have the potential to phosphorylate chitin or collagen include the highly specific cyclic AMP-dependent protein kinase (EC 2.7.11.37).
上記酵素的方法における撹拌時の温度は、上記酵素の活性温度近辺とすることが好ましい。 The temperature at the time of stirring in the above enzymatic method is preferably around the active temperature of the above enzyme.
化学的方法の例には、公知のリン酸化試薬およびそれによるリン酸化に用いることができる触媒を前記分散液に投入し、撹拌する方法が含まれる。 Examples of the chemical method include a method in which a known phosphorylation reagent and a catalyst that can be used for phosphorylation by the known phosphorylation reagent are added to the dispersion and stirred.
キチンまたはコラーゲンのリン酸化に用いることができるリン酸化試薬は、5酸化リンが好ましい。そのほかの上記リン酸化試薬の例には、第一リン酸ナトリウム(リン酸二水素ナトリウム)、第二リン酸ナトリウム(リン酸水素二ナトリウム)、第三リン酸ナトリウム(リン酸三ナトリウム)、トリポリリン酸ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム、メタリン酸ナトリウム、第一リン酸カリウム(リン酸二水素カリウム)、第二リン酸カリウム(リン酸水素二カリウム)、第三リン酸カリウム(リン酸三カリウム)、トリポリリン酸カリウム、トリメタリン酸カリウム、およびオキシ塩化リンが含まれる。 The phosphorylation reagent that can be used for phosphorylation of chitin or collagen is preferably phosphorus pentoxide. Other examples of the above-mentioned phosphorylation reagents include sodium primary phosphate (sodium dihydrogen phosphate), sodium dibasic phosphate (disodium hydrogen phosphate), sodium tertiary phosphate (trisodium phosphate), and tripolyline. Sodium acid, sodium pyrophosphate, sodium metaphosphate, potassium primary phosphate (potassium dihydrogen phosphate), potassium dibasic phosphate (dipotassium hydrogen phosphate), potassium tertiary phosphate (tripotassium phosphate), tripolyline Includes potassium acid, potassium trimetaphosphate, and phosphorus oxychloride.
上記リン酸化試薬の量は、得られるリン酸化キチンまたはリン酸化コラーゲンに所望する性質に応じて適宜調整すればよい。キチンまたはコラーゲンを十分に可溶化し、かつ、生体への影響を少なくする観点からは、上記リン酸化試薬は、キチンまたはコラーゲンに対するリン酸イオンの量が、10質量%以上200質量%以下となる量で投入されることが好ましい。 The amount of the phosphorylation reagent may be appropriately adjusted according to the desired properties of the obtained phosphorylated chitin or phosphorylated collagen. From the viewpoint of sufficiently solubilizing chitin or collagen and reducing the effect on the living body, the phosphorylation reagent has a phosphate ion content of 10% by mass or more and 200% by mass or less with respect to chitin or collagen. It is preferable that the amount is added.
上記化学的方法によるキチンまたはコラーゲンのリン酸化に用いることができる触媒の例には、メタンスルフォン酸が含まれる。 Examples of catalysts that can be used for phosphorylation of chitin or collagen by the above chemical methods include methanesulphonic acid.
上記化学的方法における撹拌時の温度は、キチンまたはコラーゲンの変性等が生じず、かつ、キチンまたはコラーゲンのリン酸化が十分に生じる温度とすればよい。キチンまたはコラーゲンを十分にリン酸化して可溶化する観点からは、上記撹拌時の温度は、40℃以上50℃以下であることが好ましい。 The temperature at the time of stirring in the above chemical method may be a temperature at which denaturation of chitin or collagen does not occur and phosphorylation of chitin or collagen sufficiently occurs. From the viewpoint of sufficiently phosphorylating and solubilizing chitin or collagen, the temperature at the time of stirring is preferably 40 ° C. or higher and 50 ° C. or lower.
不溶性のコラーゲンをリン酸化するときは、上記温度ではすべてのコラーゲンが可溶化せず、一部のコラーゲンが不溶性のまま残存することがある。この可溶化しなかったコラーゲンは、さらに上記方法により非プロトン性溶媒に分散(再分散)させ、上記方法により60℃以上90℃以下、好ましくは70℃でリン酸化させてリン酸化ゼラチンにして、さらに後述する方法により分離することで、リン酸化したゼラチンとして回収することができる。 When phosphorylating insoluble collagen, not all collagen is solubilized at the above temperatures, and some collagen may remain insoluble. The unsolubilized collagen is further dispersed (redispersed) in an aprotic solvent by the above method, and phosphorylated at 60 ° C. or higher and 90 ° C. or lower, preferably 70 ° C. to obtain phosphorylated gelatin by the above method. Further, by separating by the method described later, it can be recovered as phosphorylated gelatin.
上記化学的方法における撹拌時間は、キチンまたはコラーゲンのリン酸化が十分に生じる時間とすればよく、たとえば、2時間以上5時間以下とすることができる。 The stirring time in the above chemical method may be a time during which phosphorylation of chitin or collagen sufficiently occurs, and may be, for example, 2 hours or more and 5 hours or less.
(リン酸化したキチンまたはコラーゲンを分離する工程)
上記方法でリン酸化したキチンまたはコラーゲンは、水または有機溶媒に可溶である。そのため、上記方法でリン酸化したキチンまたはコラーゲンを、水または有機溶媒に分離することで、可溶性のリン酸化キチンまたはリン酸化コラーゲンを含む溶液を得ることができる。
(Step to separate phosphorylated chitin or collagen)
The chitin or collagen phosphorylated by the above method is soluble in water or an organic solvent. Therefore, by separating the phosphorylated chitin or collagen by the above method into water or an organic solvent, a solution containing soluble chitin or phosphorylated collagen can be obtained.
分離は、公知の方法で行うことができる。分離方法の例には、透析および遠心分離が含まれ、水(たとえば、蒸留水)に対する透析および遠心分離を、この順に行うことが好ましい。分離の精度を高める観点からは、透析は、透析後の外液の電気伝導度に変化がなくなるまで、複数回行うことが好ましい。 Separation can be performed by a known method. Examples of separation methods include dialysis and centrifugation, and it is preferable to perform dialysis and centrifugation on water (for example, distilled water) in this order. From the viewpoint of improving the accuracy of separation, it is preferable to perform dialysis a plurality of times until there is no change in the electrical conductivity of the external liquid after dialysis.
分離の精度をさらに高める観点からは、透析の後に得られた沈渣を有機溶媒(たとえば、ジメチルホルムアミド)に溶解させ、その後、アルコールを加えてさらに水に対する透析を行うことが好ましい。上記アルコールの例には、メタノールおよびエタノールが含まれる。 From the viewpoint of further improving the accuracy of separation, it is preferable to dissolve the sediment obtained after dialysis in an organic solvent (for example, dimethylformamide), and then add alcohol to further perform dialysis with water. Examples of the above alcohols include methanol and ethanol.
(リン酸化したキチンまたはコラーゲンを、その性質ごとに分離する工程)
上記方法でリン酸化したキチンまたはコラーゲンには、おそらくはリン酸基の結合量やリン酸基間の距離などの違いによる、様々な性質を有するキチン誘導体またはコラーゲン誘導体が含まれる。本実施形態は、これらの性質の異なるリン酸化キチンまたはリン酸化コラーゲンを、その性質ごとに分離する工程を含んでもよい。たとえば、アフィニティクロマトグラフィーを行うことで、前記リン酸化したキチンまたはリン酸化したコラーゲンから、カラムの固定相に結合または吸着する化合物を分離することができる。
(Step of separating phosphorylated chitin or collagen according to its properties)
The chitin or collagen phosphorylated by the above method includes a chitin derivative or a collagen derivative having various properties, probably due to differences in the amount of phosphoric acid groups bonded and the distance between the phosphoric acid groups. The present embodiment may include a step of separating phosphorylated chitin or phosphorylated collagen having these different properties according to their properties. For example, affinity chromatography can be used to separate compounds that bind or adsorb to the stationary phase of a column from the phosphorylated chitin or phosphorylated collagen.
上記カラムの固定相には、得ようとする性質を有するリン酸化キチンまたはリン酸化コラーゲンが結合または吸着する物質を用いればよい。たとえば、固定相をチタンビーズとすることで、チタン結合性の性質を有するリン酸化キチンまたはリン酸化コラーゲンを分離して得ることができる。 As the stationary phase of the column, a substance to which phosphorylated chitin or phosphorylated collagen having the property to be obtained binds or is adsorbed may be used. For example, by using titanium beads as the stationary phase, phosphorylated chitin or phosphorylated collagen having a titanium-binding property can be separated and obtained.
リン酸化した生体高分子には、チタンへの結合能を有するものがあることが知られている(たとえば、特許文献1および特許文献2を参照。)。また、チタンは、骨の再建材料として人工骨、人工関節の軸または人工歯根に用いられている。そのため、本実施形態に係る方法によって分離された、チタンに結合または吸着する性質を有するリン酸化キチンまたはリン酸化コラーゲンは、チタンに結合させて、骨の再建材料に応用することができる(後述する第2の実施形態および第3の実施形態を参照。)。
It is known that some phosphorylated biopolymers have an ability to bind to titanium (see, for example,
(効果)
このようにして製造した、可溶性のリン酸化キチンまたは可溶性のリン酸化コラーゲンは、水または有機溶媒に可溶であるため、他の物質との混合または反応、および生体への投与等を容易に行うことが可能であり、工業的、医学的な応用に適している。また、この可溶性のリン酸化キチンまたは可溶性のリン酸化コラーゲンは、もとのキチンまたはコラーゲンの性質を損なうことなく有しているため、生体への悪影響が少なく、医学的な応用に適している。
(effect)
Since the soluble phosphorylated chitin or soluble phosphorylated collagen produced in this manner is soluble in water or an organic solvent, it can be easily mixed or reacted with other substances, administered to a living body, or the like. It is possible and suitable for industrial and medical applications. Further, since this soluble phosphorylated chitin or soluble collagen has without impairing the properties of the original chitin or collagen, it has little adverse effect on the living body and is suitable for medical application.
[第2の実施形態]
本発明の第2の実施形態は、リン酸化キチンまたはリン酸化コラーゲンとチタンとの複合体、およびこのような複合体を製造する方法に係る。本実施形態に係る方法は、前記第1の実施形態に係る方法で製造した可溶性のリン酸化キチンまたは可溶性のリン酸化コラーゲンを含む溶液と、チタン基材と、を接触させる工程を含む。本実施形態に係る方法によって製造されるリン酸化キチンまたはリン酸化コラーゲンとチタンとの複合体は、チタンまたはチタン合金からなる基材と、前記基材の表面の少なくとも一部を被覆するリン酸化キチン含有層またはリン酸化コラーゲン含有層とを有する。
[Second Embodiment]
A second embodiment of the present invention relates to a complex of phosphorylated chitin or phosphorylated collagen and titanium, and a method for producing such a complex. The method according to the present embodiment includes a step of bringing a solution containing soluble chitin or soluble phosphorylated collagen produced by the method according to the first embodiment into contact with a titanium base material. The phosphorylated chitin or the composite of phosphorylated collagen and titanium produced by the method according to the present embodiment is a base material made of titanium or a titanium alloy, and phosphorylated chitin that covers at least a part of the surface of the base material. It has a containing layer or a phosphorylated collagen-containing layer.
リン酸化キチン含有層またはリン酸化コラーゲン含有層にチタン基材をより十分に被覆させる観点からは、前記可溶性のリン酸化キチンまたはリン酸化コラーゲンは、チタンに結合または吸着する性質を有するもののみを分離したものであることが好ましい。 From the viewpoint of more sufficiently covering the phosphorylated chitin-containing layer or the phosphorylated collagen-containing layer with the titanium base material, only those having the property of binding or adsorbing to titanium are separated from the soluble chitin or phosphorylated collagen. It is preferable that the product is made.
チタン基材は、チタンまたはチタン合金を少なくともその表面に有する基材であればよい。基材の形状は、前記複合体の用途に応じて適宜選択することができる。たとえば、本実施形態で製造される複合体を生体インプラントに適用する場合、基材の形状の例には、柱状(ロッド状)、板状、シート状、ブロック状、ワイヤ状、繊維状、粉末状などが含まれる。また、本実施形態で製造される複合体を細胞培養基材に適用する場合、基材の形状の例には、メッシュ状(不織布(titanic web:TW)を含む)、平板状などが含まれる。 The titanium base material may be a base material having titanium or a titanium alloy at least on its surface. The shape of the base material can be appropriately selected depending on the use of the composite. For example, when the composite produced in the present embodiment is applied to a bioimplant, examples of the shape of the base material include columnar (rod-like), plate-like, sheet-like, block-like, wire-like, fibrous, and powder-like. The condition etc. are included. When the complex produced in the present embodiment is applied to a cell culture substrate, examples of the shape of the substrate include a mesh shape (including a non-woven fabric (titanic web: TW)), a flat plate shape, and the like. ..
前記可溶性のリン酸化キチンまたはリン酸化コラーゲンを含む溶液は、第1の実施形態におけるリン酸化したキチンまたはリン酸化したコラーゲンを分離する工程で得られた溶液をそのまま、または濃縮もしくは希釈して用いてもよいし、前記分離する工程で得られた溶液を乾燥させて得られたリン酸化キチンまたはリン酸化コラーゲンを、別の溶媒に溶解させたものを用いてもよい。 As the solution containing soluble phosphorylated chitin or phosphorylated collagen, the solution obtained in the step of separating phosphorylated chitin or phosphorylated collagen in the first embodiment is used as it is, or concentrated or diluted. Alternatively, a phosphorylated chitin or phosphorylated collagen obtained by drying the solution obtained in the separation step may be dissolved in another solvent.
前記接触させる工程は、公知の方法で行い得る。たとえば、前記可溶性のリン酸化キチンまたはリン酸化コラーゲンを含む溶液にチタン基材を浸漬してもよいし、前記可溶性のリン酸化キチンまたは可溶性のリン酸化コラーゲンを含む溶液をチタン基材の表面に塗布してもよい。 The contacting step can be performed by a known method. For example, the titanium substrate may be immersed in the solution containing the soluble chitin or soluble collagen, or the solution containing the soluble chitin or soluble collagen may be applied to the surface of the titanium substrate. You may.
前記接触させる工程は、たとえば、以下の工程によって行うことができる。なお、以下の工程における操作は、すべて無菌条件下のクリーンベンチ内で行われる。終濃度が0.1〜1.0%となるように前記可溶性のリン酸化キチンまたはリン酸化コラーゲンを生理的緩衝液(例えば、ダルベッコ生理的緩衝液)に溶解させた後、無菌ろ過して、リン酸化キチン溶液またはリン酸化コラーゲン溶液を調製する。基材の表面に前記リン酸化キチン溶液またはリン酸化コラーゲン溶液を塗布するか、基材を前記リン酸化キチン溶液またはリン酸化コラーゲン溶液に浸漬して、基材の表面に前記リン酸化キチンまたはリン酸化コラーゲンを吸着させる。次いで、過剰量の液体を吸引除去した後、基材の表面を乾燥させる。前記リン酸化キチンまたはリン酸化コラーゲンが吸着した基材(チタン−リン酸化キチン複合体またはチタン−リン酸化コラーゲン複合体)は、無菌容器内において、乾燥状態かつ10℃以下で保存される。 The contacting step can be performed by, for example, the following steps. All the operations in the following steps are performed in a clean bench under sterile conditions. The soluble phosphorylated chitin or phosphorylated collagen is dissolved in a physiological buffer solution (for example, Dalbecco physiological buffer solution) so that the final concentration is 0.1 to 1.0%, and then sterile filtered. Prepare a phosphorylated chitin solution or a phosphorylated collagen solution. The phosphorylated chitin solution or phosphorylated collagen solution is applied to the surface of the base material, or the base material is immersed in the phosphorylated chitin solution or phosphorylated collagen solution, and the phosphorylated chitin or phosphorylation is carried out on the surface of the base material. Adsorbs collagen. Then, after removing the excess liquid by suction, the surface of the base material is dried. The base material (titanium-phosphorylated chitin complex or titanium-phosphorylated collagen complex) on which the phosphorylated chitin or phosphorylated collagen is adsorbed is stored in a sterile container in a dry state at 10 ° C. or lower.
リン酸化キチン含有層またはリン酸化コラーゲン含有層は、リン酸化キチンまたはリン酸化コラーゲンに加え、用途に応じて他の成分を含んでいてもよい。この場合、リン酸化キチンまたはリン酸化コラーゲンによる骨への結合性をより十分に発揮させるためには、リン酸化キチン含有層中のリン酸化キチンの量またはリン酸化コラーゲン含有層中のリン酸化コラーゲンの量は、80質量%以上であることが好ましい。 The phosphorylated chitin-containing layer or the phosphorylated collagen-containing layer may contain other components in addition to the phosphorylated chitin or the phosphorylated collagen, depending on the intended use. In this case, in order to more fully exert the binding property of phosphorylated chitin or phosphorylated collagen to bone, the amount of phosphorylated chitin in the phosphorylated chitin-containing layer or the phosphorylated collagen in the phosphorylated collagen-containing layer The amount is preferably 80% by mass or more.
(効果)
このようにして製造した複合体は、チタン基材の表面がチタンおよび骨に含まれる各種細胞の両方に対して親和性が高いリン酸化キチンまたはリン酸化コラーゲンで被覆されている。したがって、本実施形態に係る方法で製造された複合体を生体インプラント(例えば、人工骨や人工歯根など)として使用した場合には、短期間でかつ強固に骨と結合させることができる。また、本実施形態に係る方法で製造された複合体を細胞培養基材として使用した場合には、骨に含まれる各種細胞を好適に培養することができる。
(effect)
In the composite thus produced, the surface of the titanium base material is coated with phosphorylated chitin or phosphorylated collagen having high affinity for both titanium and various cells contained in bone. Therefore, when the complex produced by the method according to the present embodiment is used as a bioimplant (for example, artificial bone, artificial tooth root, etc.), it can be firmly bonded to the bone in a short period of time. In addition, when the complex produced by the method according to the present embodiment is used as a cell culture base material, various cells contained in bone can be suitably cultured.
[第3の実施形態]
本発明の第3の実施形態は、リン酸化キチンとチタンとの複合体またはリン酸化コラーゲンとチタンとの複合体、およびこのような複合体を製造する別の方法に係る。本実施形態は、前記第2の実施形態に係る方法において、前記リン酸化キチンまたはリン酸化コラーゲンに、細胞接着性のタンパク質またはその部分ペプチドを結合させる工程を含む。
[Third Embodiment]
A third embodiment of the present invention relates to a complex of phosphorylated chitin and titanium or a complex of phosphorylated collagen and titanium, and another method for producing such a complex. The present embodiment includes the step of binding a cell-adherent protein or a partial peptide thereof to the phosphorylated chitin or phosphorylated collagen in the method according to the second embodiment.
上記細胞接着性のタンパク質の例には、細胞接着に関与するRGD配列を分子表面に有するタンパク質、および同配列を含む合成ペプチドが含まれる。RGD配列は、Arg−Gly−Aspの3残基よりなる配列であり、細胞のαVβ3インテグリンにより認識され、特異的に結合する。RGD配列を分子表面に有するタンパク質の例には、オステオポンチン(osteopontin:OPN)、骨シアロタンパク質(bone sialoprotein:BSP)および象牙質マトリックスタンパク質−1(dentin matrix protein 1:DMP1)が含まれる。 Examples of the cell adhesion proteins include proteins having an RGD sequence involved in cell adhesion on the molecular surface, and synthetic peptides containing the same sequence. The RGD sequence is a sequence consisting of 3 residues of Arg-Gly-Asp, which is recognized by α V β 3 integrin of cells and specifically binds to it. Examples of proteins having an RGD sequence on the molecular surface include osteopontin (OPN), bone sialoprotein (BSP) and dentin matrix protein-1 (DMP1).
上記細胞接着性のタンパク質は、公知のタンパク質架橋剤によって、前記リン酸化キチンまたはリン酸化コラーゲンに結合させることができる。たとえば、タンパク質架橋剤を適切に選択すれば、前記リン酸化キチンが有する、脱アセチル化して露出したアミノ基と、上記細胞接着性のタンパク質のカルボキシル基とを、結合させることができる。また、タンパク質架橋剤を適切に選択すれば、前記リン酸化コラーゲンの分断等によって生じたアミノ基と、上記細胞接着性のタンパク質のカルボキシル基とを、結合させることができる。 The cell-adherent protein can be bound to the phosphorylated chitin or phosphorylated collagen by a known protein cross-linking agent. For example, if a protein cross-linking agent is appropriately selected, the deacetylated and exposed amino group of the phosphorylated chitin can be bound to the carboxyl group of the cell adhesion protein. Further, if the protein cross-linking agent is appropriately selected, the amino group generated by the fragmentation of the phosphorylated collagen and the like can be bonded to the carboxyl group of the cell-adherent protein.
結合は、公知の方法で行うことができる。たとえば、前記リン酸化キチンまたはリン酸化コラーゲンと上記細胞接着性のタンパク質とを、タンパク質架橋剤で架橋させればよい。 The binding can be carried out by a known method. For example, the phosphorylated chitin or phosphorylated collagen and the cell-adherent protein may be crosslinked with a protein cross-linking agent.
タンパク質架橋剤としては、開発されている多種多様な試薬を、目的に応じて用いることができる(たとえばフナコシ株式会社のカタログを参照)。その中で2分子間の異なった反応基、たとえばアミノ基とスルヒドリル基を架橋する試薬の例には、マレイミド−プロピルオキシ−スクシニイミドなどが含まれる。 As the protein cross-linking agent, a wide variety of reagents that have been developed can be used depending on the purpose (see, for example, the catalog of Funakoshi Co., Ltd.). Among them, examples of reagents for cross-linking different reactive groups between two molecules, for example, an amino group and a sulfidyl group, include maleimide-propyloxy-succiniimide and the like.
(効果)
このようにして製造した複合体は、チタン基材の表面を被覆する前記リン酸化キチンまたはリン酸化コラーゲンが、さらに上記細胞接着性のタンパク質と結合している。そのため、細胞接着性のタンパク質がチタン基材と骨との間での骨形成をさらに促進して、チタン基材をさらに短期間で、かつ強固に、骨に結合させることができる。本発明者らの知見によれば、本実施形態に係る方法で製造した複合体は、前記複合体を形成しないチタン基材と比較して、100倍近い速さで、骨に結合することができる。
(effect)
In the composite thus produced, the phosphorylated chitin or phosphorylated collagen that coats the surface of the titanium substrate is further bound to the cell-adherent protein. Therefore, the cell-adherent protein can further promote bone formation between the titanium base material and the bone, and the titanium base material can be bound to the bone in a shorter period of time and more firmly. According to the findings of the present inventors, the composite produced by the method according to the present embodiment can bond to bone at a speed nearly 100 times faster than that of a titanium base material that does not form the composite. it can.
[第4の実施形態]
本発明の第4の実施形態は、表面にヒドロキシアパタイトが析出したリン酸化キチンとチタンとの複合体、およびこのような複合体を製造する方法に係る。本実施形態は、前記第2の実施形態または第3の実施形態に係る方法で可溶性のリン酸化キチンを含む溶液に接触させたチタン基材を、石灰化溶液に浸漬する工程を含む。この工程により、前記複合体の表面を被覆するリン酸化キチンまたはリン酸化コラーゲンにヒドロキシアパタイトが結合し、ヒドロキシアパタイトを析出させることができる。
[Fourth Embodiment]
A fourth embodiment of the present invention relates to a composite of phosphorylated chitin and titanium in which hydroxyapatite is precipitated on the surface, and a method for producing such a composite. The present embodiment includes a step of immersing a titanium substrate contacted with a solution containing soluble phosphorylated chitin by the method according to the second embodiment or the third embodiment in a calcification solution. By this step, hydroxyapatite can be bound to phosphorylated chitin or phosphorylated collagen that coats the surface of the complex, and hydroxyapatite can be precipitated.
石灰化溶液は、リン酸イオンおよびカルシウムイオンを準安定濃度に含む溶液とすることができ、たとえば、15mM/Lのカルシウムイオンおよび9mM/Lのリン酸イオンを含有する、久保木ら(非特許文献1)に記載の溶液とすることができる。 The calcification solution can be a solution containing phosphate ions and calcium ions in a semi-stable concentration, for example, Kubogi et al. (Non-patent) containing 15 mM / L calcium ions and 9 mM / L phosphate ions. It can be the solution described in Document 1).
前記石灰化溶液に浸漬する工程は、たとえば、非特許文献1に記載の、以下の工程によって行うことができる。15mM/Lの塩化カルシウム(CaCl2)、9mM/Lのリン酸二カリウム(K2HPO4)、0.7M/Lの塩化ナトリウム(NaCl)および0.02M/Lの炭酸水素ナトリウム(NaHCO3)を含有する石灰化溶液を用意する。二酸化炭素ガスのバブリングによりpHを6.01〜6.05、好ましくは6.01に調整した上記石灰化溶液に、前記第2の実施形態または第3の実施形態に係る方法で得られた複合体を浸漬し、20℃〜50℃、好ましくは37℃で、12時間〜48時間、好ましくは48時間インキュベートする。その後、チタン基材を取り出して脱塩水で洗浄し、凍結乾燥させる。凍結乾燥したチタン基材を、新しい上記石灰化溶液に再び浸漬し、1日おきに石灰化溶液を交換しつつ、1〜2週間インキュベートする。その後、チタン基材を取り出して脱塩水で洗浄し、凍結乾燥させる。このようにして得られたヒドロキシアパタイトが析出したチタン基材は、無菌容器内において、乾燥状態かつ10℃以下で保存される。
The step of immersing in the calcification solution can be performed by, for example, the following step described in
(効果)
このようにして製造した、表面にヒドロキシアパタイトが析出したチタン基材は、生体に対して親和性の高いヒドロキシアパタイトが均等に析出している。そのため、ヒドロキシアパタイトがチタン基材と骨との間で骨形成をさらに促進して、チタン基材をさらに短期間で、かつ強固に、骨に結合させることができる。
(effect)
In the titanium base material produced in this manner in which hydroxyapatite is precipitated on the surface, hydroxyapatite having a high affinity for a living body is evenly precipitated. Therefore, hydroxyapatite can further promote bone formation between the titanium base material and the bone, and the titanium base material can be firmly bonded to the bone in a shorter period of time.
[第5の実施形態]
本発明の第5の実施形態は、発泡材料の製造方法に係る。本実施形態は、前記第1の実施形態で得られた可溶性のリン酸化キチンを含有するポリウレタン発泡体を製造する工程と、発泡材料を製造する工程とを含む。本実施形態は、さらに、上記ポリウレタン発泡体を石灰化溶液に浸漬する工程を含んでもよい。
[Fifth Embodiment]
A fifth embodiment of the present invention relates to a method for producing a foam material. The present embodiment includes a step of producing a polyurethane foam containing the soluble phosphorylated chitin obtained in the first embodiment, and a step of producing a foam material. The present embodiment may further include a step of immersing the polyurethane foam in a calcification solution.
(リン酸化キチンを含有するポリウレタン発泡体を製造する工程)
上記リン酸化キチンを含有するポリウレタン発泡体を製造する工程では、ワンショット法およびプレポリマー法を含む、従来の方法により、ポリウレタン発泡体を製造することができる。
(Process for producing polyurethane foam containing phosphorylated chitin)
In the step of producing the polyurethane foam containing phosphorylated chitin, the polyurethane foam can be produced by a conventional method including a one-shot method and a prepolymer method.
ワンショット法は、上記リン酸化キチン、ポリオール類およびポリイソシアネート類を含有する混合液を調製する工程と、この混合液に発泡剤を混和して撹拌および混合する工程とを含む。上記撹拌および混合する工程において、上記原料がウレタン化反応および架橋反応などによって反応してウレタン化し、かつ、泡化反応によって発泡する。このとき、たとえば、上記混合液を調製する工程において、予めポリオール類に前記リン酸化キチンを添加し、撹拌して、リン酸化キチンが分散したポリオール類を調製し、このリン酸化キチンが分散したポリオール類とポリイソシアネート類とを混和すればよい。 The one-shot method includes a step of preparing a mixed solution containing the above-mentioned phosphorylated chitin, polyols and polyisocyanates, and a step of mixing the foaming agent with the mixed solution, stirring and mixing. In the steps of stirring and mixing, the raw materials are reacted by a urethanization reaction, a cross-linking reaction or the like to form urethane, and foam by a foaming reaction. At this time, for example, in the step of preparing the mixed solution, the phosphorylated chitin is added to the polyols in advance and stirred to prepare the polyols in which the phosphorylated chitin is dispersed, and the polyol in which the phosphorylated chitin is dispersed. And polyisocyanates may be mixed.
プレポリマー法は、ポリオール類とポリイソシアネート類とを反応させて末端にイソシアネート基を有するプレポリマーを製造する工程と、上記リン酸化キチン、前記プレポリマー、過剰の水およびポリオール類を含有する混合液を調製する工程と、この混合液に発泡剤を混和して撹拌および混合する工程とを含む。上記撹拌および混合する工程において、上記プレポリマーとポリオール類とがウレタン化反応および架橋反応などによって反応してウレタン化し、かつ、泡化反応によって発泡する。このとき、たとえば、上記混合液を調製する工程において、上記過剰の水および上記ポリオール類に前記リン酸化キチンを添加し、撹拌して、リン酸化キチンが分散したポリオール類を調製し、このリン酸化キチンが分散したポリオール類と上記プレポリマーとを混和すればよい。 The prepolymer method is a step of reacting polyols with polyisocyanates to produce a prepolymer having an isocyanate group at the terminal, and a mixed solution containing the phosphorylated chitin, the prepolymer, excess water and polyols. A step of preparing the above, and a step of mixing the foaming agent with the mixed solution, stirring and mixing the mixture. In the steps of stirring and mixing, the prepolymer and the polyols react with each other by a urethanization reaction, a cross-linking reaction or the like to form urethanization, and foam by a foaming reaction. At this time, for example, in the step of preparing the mixed solution, the phosphorylated chitin is added to the excess water and the polyols, and the mixture is stirred to prepare the polyols in which the phosphorylated chitin is dispersed, and the phosphorylation thereof is performed. The above-mentioned prepolymer may be mixed with the polyols in which chitin is dispersed.
上記ポリオールの例には、ポリオキシエチレンジオール、ポリオキシエチレントリオール、ポリオキシエチレンテトロール、ポリオキシエチレンヘキソールおよびポリオキシエチレンオクトールなどのポリエーテル系ポリオール、ポリ(ブチレンアジペート)ジオールなどのアジペート系ポリオールおよびポリ−ε−カプロラクトンジオールなどのカプロラクトン系ポリオールを含むポリエステル系ポリオール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールおよびグリセリンのプロピレンオキシド付加物などのポリオキシアルキレンポリオール、ならびにポリ(ヘキサメチレンカーボネート)ジオールなどのポリカーボネート系ポリオール等が含まれる。これらのポリオールは、1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。 Examples of the above-mentioned polyols include polyether polyols such as polyoxyethylene diol, polyoxyethylene triol, polyoxyethylene tetrol, polyoxyethylene hexol and polyoxyethylene octol, and adipates such as poly (butylene adipate) diol. Polyester-based polyols and polyester-based polyols containing caprolactone-based polyols such as poly-ε-caprolactone diols, polyoxyalkylene polyols such as polyethylene glycol, polypropylene glycol and propylene oxide adducts of glycerin, and polycarbonates such as poly (hexamethylene carbonate) diols. Includes system polyols and the like. These polyols can be used alone or in combination of two or more.
上記ポリイソシアネートの例には、トルエンジイソシアネート(TDI)、トリフェニル−メタン−4,4’,4”−トリイソシアネート、ベンゼン−1,3,5−トリイソシアネート、トルエン−2,4,6−トリイソシアネート、ジフェニル−2,4,4’−トリイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、キシレンジイソシアネート、クロロフェニレンジイソシアネート、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート、ナフタレン−1,5−ジイソシアネート、キシレン−α,α’ジイソシアネート、3,3’−ジメチル−4,4’−ビフェニレン−ジイソシアネート、3,3’−ジメトキシ−4,4’−スルホニルビス(フェニルイソシアネート)、4,4’−メチレンジオール−トリイソシアネート、エチレンジイソシアネート、エチレンジイソチオシアネート、トリメチレンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、および2,2,4−トリメチル−1,6−ヘキサンジイソシアネートが含まれる。これらのポリイソシアネートは、1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。 Examples of the above polyisocyanates include toluene diisocyanate (TDI), triphenyl-methane-4,4', 4 "-triisocyanate, benzene-1,3,5-triisocyanate, and toluene-2,4,6-triisocyanate. Isocyanate, diphenyl-2,4,4'-triisocyanate, hexamethylene diisocyanate (HDI), xylene diisocyanate, chlorophenylene diisocyanate, diphenylmethane-4,4'-diisocyanate, naphthalene-1,5-diisocyanate, xylene-α, α 'Diisocyanate, 3,3'-dimethyl-4,4'-biphenylene-diisocyanate, 3,3'-dimethoxy-4,4'-sulfonylbis (phenylisocyanate), 4,4'-methylenediol-triisocyanate, ethylene Includes diisocyanate, ethylene diisothiocianate, trimethylene diisocyanate, dicyclohexylmethane-4,4'-diisocyanate, isophorone diisocyanate, 1,6-hexamethylene diisocyanate, and 2,2,4-trimethyl-1,6-hexane diisocyanate. These polyisocyanates can be used alone or in combination of two or more.
上記発泡剤の例には、水のほかジクロロメタン(塩化メチレン)、ペンタン、シクロペンタン、ヘキサン、シクロヘキサンおよび炭酸ガスが含まれる。これらの発泡剤は、1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。 Examples of the foaming agent include dichloromethane (methylene chloride), pentane, cyclopentane, hexane, cyclohexane and carbon dioxide in addition to water. These foaming agents may be used alone or in combination of two or more.
本工程は、触媒の存在下で行ってもよい。上記触媒の例には、トリエチレンジアミン、N,N−ジメチルアミノエタノール、N,N’,N’−トリメチルアミノエチルピペラジンなどの第3級アミン(アミン触媒)、オクチル酸スズ(スズオクトエート)およびラウリン酸ジブチルスズ(ジブチルスズジラウレート)などの有機金属化合物(金属触媒)、酢酸塩、ならびにアルカリ金属アルコラート等が挙げられる。これらの触媒は、1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。触媒の効果を高める観点からは、触媒は、アミン触媒と金属触媒との組み合わせであることが好ましい。 This step may be performed in the presence of a catalyst. Examples of the above catalysts include tertiary amines (amine catalysts) such as triethylenediamine, N, N-dimethylaminoethanol, N, N', N'-trimethylaminoethylpiperazine, tin octylate (tinoctate) and Examples thereof include organic metal compounds (metal catalysts) such as dibutyltin laurate (dibutyltin dilaurate), acetates, and alkali metal alcoholates. These catalysts can be used alone or in combination of two or more. From the viewpoint of enhancing the effect of the catalyst, the catalyst is preferably a combination of an amine catalyst and a metal catalyst.
本工程は、整泡剤とともに行ってもよい。上記整泡剤の例には、シリコーン化合物、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムおよびラウリル硫酸ナトリウムなどのアニオン系界面活性剤、ポリエーテルシロキサン、ならびにフェノール系化合物等が含まれる。これらの整泡剤は、1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。 This step may be performed together with a foam stabilizer. Examples of the defoaming agent include silicone compounds, anionic surfactants such as sodium dodecylbenzenesulfonate and sodium lauryl sulfate, polyethersiloxanes, and phenolic compounds. These foam stabilizers can be used alone or in combination of two or more.
(ポリウレタン発泡体を石灰化溶液に浸漬する工程)
石灰化溶液は、前記第4の実施形態と同様のものを用いることができる。浸漬も、前記第4の実施形態と同様に行い得る。
(Step of immersing polyurethane foam in calcification solution)
As the calcification solution, the same solution as in the fourth embodiment can be used. Immersion can also be performed in the same manner as in the fourth embodiment.
(効果)
このようにして製造したポリウレタン発泡体は、従来のポリウレタン発泡体よりもヒドロキシアパタイトの付着率が高い。そのため、ヒドロキシアパタイトがポリウレタン発泡体と骨との間で骨形成をさらに促進して、ポリウレタン発泡体を従来よりも短期間で、かつ強固に、骨に結合させることができる。また、このようにして製造したポリウレタン発泡体は、従来のポリウレタン発泡体よりもより多くのヒドロキシアパタイトを析出させることができる。また、ポリウレタン発泡体にキチン由来の官能基を付与することにより、環境汚染物質の吸着材としても、従来の吸着材よりも高い吸着能を有することが期待される。
(effect)
The polyurethane foam produced in this manner has a higher adhesion rate of hydroxyapatite than the conventional polyurethane foam. Therefore, hydroxyapatite can further promote bone formation between the polyurethane foam and the bone, and the polyurethane foam can be firmly bonded to the bone in a shorter period of time than before. In addition, the polyurethane foam thus produced can precipitate more hydroxyapatite than conventional polyurethane foams. Further, by imparting a chitin-derived functional group to the polyurethane foam, it is expected that the polyurethane foam has a higher adsorbing ability than the conventional adsorbent as an adsorbent for environmental pollutants.
以下、実施例を参照して本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
[実施例1]可溶性のリン酸化キチンの製造
乾燥粉末状のキチン10gを、100mLのヘキサンとジメチルフォルムアミド(DMF)の比が体積比で50/50である混合液の中に分散させた。分散による分散媒の濁りが目視で認められた後、分散液を25℃にて撹拌しつつ、1gのメタンスルフォン酸を触媒として加え、10分間隔で、エタノールに溶解させた5gの5酸化リンを3回にわたり加えて、2時間、反応させた。その後、反応液に蒸留水を加えて、1M NaOHを加えてpHを中性にしてから蒸留水に対する透析を繰り返した。透析後の外液の電気伝導度に変化がなくなるまで透析を行った後、内液を凍結乾燥した。
[Example 1] Production of soluble phosphorylated chitin 10 g of dry powdered chitin was dispersed in a mixed solution in which 100 mL of hexane and dimethylformamide (DMF) had a volume ratio of 50/50. After the turbidity of the dispersion medium due to dispersion was visually observed, 1 g of methanesulphonic acid was added as a catalyst while stirring the dispersion at 25 ° C., and 5 g of phosphorus pentoxide dissolved in ethanol was added at 10-minute intervals. Was added 3 times and reacted for 2 hours. Then, distilled water was added to the reaction solution, 1M NaOH was added to neutralize the pH, and then dialysis with distilled water was repeated. After dialysis was performed until there was no change in the electrical conductivity of the external solution after dialysis, the internal solution was freeze-dried.
図1は、上記方法を行った後の内液から得た、リン酸化を行って可溶化したキチン試料について測定した赤外吸収スペクトルである。900〜1150cm−1付近の、有機リン酸基に特徴的なピーク(図中、矢印部分)が観察された。 FIG. 1 is an infrared absorption spectrum measured for a phosphorylated and solubilized chitin sample obtained from the internal solution after the above method. A peak (indicated by an arrow in the figure) characteristic of an organophosphate group was observed around 900 to 1150 cm- 1.
図2は、上記方法を行った後の内液から得た、リン酸化を行って可溶化した2種類のキチン試料と、上記方法を行わず、リン酸化していないキチン試料について測定した赤外吸収スペクトルである。非プロトン性溶媒を利用してリン酸化を行った試料は、いずれも図2に示すように、900〜1150cm−1付近の、有機リン酸基に特徴的なピークが明瞭に見られたが、リン酸化していないキチンには、上記特徴的なピークは明瞭には見られなかった。 FIG. 2 shows two types of chitin samples obtained by phosphorylation and solubilization obtained from the internal solution after the above method, and infrared measurements of a non-phosphorylated chitin sample without the above method. It is an absorption spectrum. As shown in FIG. 2, all the samples phosphorylated using an aprotic solvent clearly showed a peak characteristic of an organophosphate group in the vicinity of 900 to 1150 cm -1. The above characteristic peak was not clearly seen in non-phosphorylated chitin.
リン酸化前後キチン10mgをケルダール・フラスコにとり、濃硫酸1.5mlと過塩素酸0.5mlを加えて透明化するまで加熱した。試料を定量的に蒸留水の希釈したのち、遊離したリン酸をモリブデン青比色法によって測定した。この結果、リン酸化前のキチン試料にはリンは含まれていないこと、並びに、リン酸化時に、均一のリン酸化が進行したと仮定すれば、キチンのNアセチル・グルコサミン単位の約0.5%程度がリン酸化されていることがわかった。 Before and after phosphorylation, 10 mg of chitin was placed in a Kjeldahl flask, 1.5 ml of concentrated sulfuric acid and 0.5 ml of perchloric acid were added, and the mixture was heated until it became transparent. After the sample was quantitatively diluted with distilled water, the liberated phosphoric acid was measured by the molybdenum blue colorimetric method. As a result, assuming that the chitin sample before phosphorylation does not contain phosphorus and that uniform phosphorylation proceeds during phosphorylation, about 0.5% of the N-acetylglucosamine unit of chitin. It was found that the degree was phosphorylated.
この結果から、本発明に係る方法によって、キチンがリン酸化し、水またはDMFに可溶化することがわかった。 From this result, it was found that chitin was phosphorylated and solubilized in water or DMF by the method according to the present invention.
[実施例2]可溶性のリン酸化コラーゲンの製造
ウシ皮膚由来のコラーゲン1gを300mLの1Mリン酸カリウム緩衝液(pH3)に溶解し、昇温を避けるため氷冷または循環冷却装置を利用し(25℃以下)撹拌しつつ、1gのメタンスルフォン酸を触媒として加えた後、10分間隔で、1gの5酸化リンを3回にわたり加えて3時間、反応させた。その後も、反応物を冷却しつつ、pHが7になるまで1M NaOHを添加した。その後、反応液に蒸留水を加えて、蒸留水に対する透析を行って反応試薬を除去したのち凍結乾燥した。
[Example 2] Production of soluble phosphorylated collagen 1 g of bovine skin-derived collagen is dissolved in 300 mL of 1 M potassium phosphate buffer (pH 3), and an ice-cooled or circulating cooling device is used to avoid temperature rise (25). After adding 1 g of methanesulphonic acid as a catalyst with stirring, 1 g of phosphorus pentoxide was added 3 times at 10-minute intervals and reacted for 3 hours. After that, while cooling the reaction product, 1M NaOH was added until the pH reached 7. Then, distilled water was added to the reaction solution, and the distilled water was dialyzed to remove the reaction reagent, and then freeze-dried.
[実施例3]不溶性コラーゲンとゼラチンのリン酸化と可溶化法
不溶性コラーゲンが大部分を成すコラーゲン、たとえば、ウシ骨コラーゲン、成牛の皮膚コラーゲンのリン酸化は、キチンのリン酸化法を大部分そのまま用いる必要がある。すなわち、1〜5gの不溶性コラーゲンを、300mLのヘキサンとジメチルフォルムアミド(DMF)の比が、体積比で50/50である混合液の中に分散させた。分散液を25℃以下にて撹拌しつつ、1gのメタンスルフォン酸を触媒として加えた後、10分間隔で、エタノールに溶解させた5gの5酸化リンを3回にわたり加えて、2時間、反応させた。溶解した成分を不溶性成分と遠心分離し、上清には、反応液に蒸留水を加えて、1M NaOHを加えてpHを中性にしてから蒸留水に対する透析を行った。透析後の外液の電気伝導度に変化がなくなるまで透析を行った後、内液を凍結乾燥した。
[Example 3] Phosphoration and solubilization method of insoluble collagen and gelatin The phosphorylation of collagen in which insoluble collagen is mostly composed, for example, bovine bone collagen and adult bovine skin collagen, is largely the same as the phosphorylation method of chitin. Need to be used. That is, 1 to 5 g of insoluble collagen was dispersed in a mixed solution in which 300 mL of hexane and dimethylformamide (DMF) had a volume ratio of 50/50. After adding 1 g of methanesulphonic acid as a catalyst while stirring the dispersion at 25 ° C. or lower, 5 g of phosphorus pentoxide dissolved in ethanol was added 3 times at 10-minute intervals, and the reaction was carried out for 2 hours. I let you. The dissolved component was centrifuged from the insoluble component, and distilled water was added to the reaction solution to the supernatant to neutralize the pH by adding 1M NaOH, and then dialysis was performed on the distilled water. After dialysis was performed until there was no change in the electrical conductivity of the external solution after dialysis, the internal solution was freeze-dried.
不溶性の成分は、再び上記の溶媒とリン酸化試試薬、触媒を用いて、ただし温度を60℃にして、可溶化・リン酸化を行った。この操作によって、不溶性コラーゲンの大部分が可溶化され、リン酸化ゼラチンとして回収することができた。リン酸化ゼラチンも蒸留水に対して透析後、凍結乾燥した。 The insoluble component was solubilized and phosphorylated again using the above solvent, phosphorylation reagent, and catalyst at a temperature of 60 ° C. By this operation, most of the insoluble collagen was solubilized and could be recovered as phosphorylated gelatin. Phosphorylated gelatin was also freeze-dried after dialysis with distilled water.
図3は、本実施例において得られた2種類のリン酸化コラーゲン試料、およびリン酸化を行わなかったウシ皮膚由来のコラーゲン試料、の赤外吸収スペクトルである。図3に示すように、本発明の方法でリン酸化したウシ由来コラーゲンに、有機リン酸基に特徴的な、900〜1150cm−1付近のピーク(図中、矢印部分)が、リン酸化を行わなかったウシ由来コラーゲンよりも顕著に見られた。本発明の方法によってリン酸化を行わなかったウシ由来コラーゲンでは、上記ピークは顕著には見られなかった。 FIG. 3 is an infrared absorption spectrum of two types of phosphorylated collagen samples obtained in this example and a collagen sample derived from bovine skin that has not been phosphorylated. As shown in FIG. 3, bovine-derived collagen phosphorylated by the method of the present invention is phosphorylated at a peak (indicated by an arrow in the figure) near 900 to 1150 cm-1, which is characteristic of an organic phosphate group. It was more prominent than bovine collagen that was not present. The above peak was not significantly observed in bovine collagen that was not phosphorylated by the method of the present invention.
この結果から、本発明に係る方法によって、コラーゲンがリン酸化し、水に可溶化することがわかった。 From this result, it was found that collagen was phosphorylated and solubilized in water by the method according to the present invention.
[実施例4]チタンに結合するリン酸化キチンの分離
実施例1で製造したリン酸化キチンを水に溶解した水溶液を用意した。直径45μmのチタン粒子(株式会社大阪チタニウムテクノロジーズ)を詰めたカラム(内径16mm×高さ5cm)を準備した。リン酸緩衝生理食塩水(PBS)(pH7.4)で平衡化したカラムに50mLの上記水溶液を添加した後、リン酸緩衝生理食塩水(PBS)(pH7.4)を添加して非吸着成分を溶出させた。次いで、25mM水酸化ナトリウム水溶液を添加して、吸着成分(リン酸化キチン)を溶出させた。図4は、本実施例における溶出パターンを示すクロマトグラムである。図4中の矢印は、左からそれぞれ、上記水溶液、PBS、水酸化ナトリウム水溶液および洗浄用のPBSを添加したタイミングを示す。上記クロマトグラムの面積比から測定した、チタンへの非吸着成分(水溶液の添加後、水酸化ナトリウム水溶液の添加の直前まで)と吸着成分(水酸化ナトリウム水溶液の添加後、2回目のPBSの添加の直前まで)との量比は、50:50だった。
[Example 4] Separation of phosphorylated chitin bound to titanium An aqueous solution prepared by dissolving the phosphorylated chitin produced in Example 1 in water was prepared. A column (inner diameter 16 mm ×
この結果から、実施例1で製造したリン酸化キチンのうち、50%がチタンに結合する性質を有することがわかった。 From this result, it was found that 50% of the phosphorylated chitin produced in Example 1 had the property of binding to titanium.
[実施例5]チタンに結合するリン酸化コラーゲンの分離
実施例2および実施例3で製造したリン酸化コラーゲンを水に溶解した水溶液を用意した。直径45μmのチタン粒子(株式会社大阪チタニウムテクノロジーズ)を詰めたカラム(内径16mm×高さ5cm)を準備した。リン酸緩衝生理食塩水(PBS)(pH7.4)で平衡化したカラムに4mgの上記水溶液を添加した後、塩酸(pH4.0)を添加して非吸着成分を溶出させた。次いで、25mM水酸化ナトリウム水溶液を添加して、吸着成分(リン酸化キチン)を溶出させた。同様に、本発明の方法でリン酸化しなかったコラーゲンについて、同様の操作を行った。図5は、リン酸化を行ったコラーゲンにおける溶出パターンを示すクロマトグラムである。図6は、リン酸化を行わなかったコラーゲンにおける溶出パターンを示すクロマトグラムである。図5および図6中の矢印は、それぞれ、上記水溶液および水酸化ナトリウム水溶液を添加したタイミングを示す。上記クロマトグラムの面積比から測定した、チタンへの非吸着成分(水溶液の添加後、水酸化ナトリウム水溶液の添加の直前まで)と吸着成分(水酸化ナトリウム水溶液の添加後)との量比は、図5で60:40であり、図6で85:15だった。
[Example 5] Separation of phosphorylated collagen bound to titanium An aqueous solution prepared by dissolving the phosphorylated collagen produced in Examples 2 and 3 in water was prepared. A column (inner diameter 16 mm ×
この結果から、実施例2および実施例3で製造したリン酸化コラーゲンは、リン酸化処理を行わなかったコラーゲンよりもチタンへの親和性が強いことがわかった。 From this result, it was found that the phosphorylated collagen produced in Examples 2 and 3 had a stronger affinity for titanium than the collagen not subjected to the phosphorylation treatment.
[実施例6]リン酸化キチンとチタンとの複合体の製造および生体内への埋植
直径50μmのチタン細繊維からなるチタン製不織布を、直径2mm、高さ3mmの円盤状に切り出した。また、リン酸化キチン(実施例4のクロマトグラフィーにおける吸着成分)をPBSに溶解させて、0.1%リン酸化キチン溶液を調製した。チタン製不織布の成形体をリン酸化キチン溶液に一定時間浸漬した後、乾燥させて、各チタン細繊維の表面をリン酸化キチンでコーティングして、実施例の生体インプラントである、リン酸化キチンとチタンとの複合体を製造した。一方、比較例の生体インプラントとして、リン酸化キチンでコーティングしていないチタン製不織布の成形体も準備した。
[Example 6] Production of composite of phosphorylated chitin and titanium and implantation in a living body A titanium non-woven fabric made of titanium fibrils having a diameter of 50 μm was cut out into a disk shape having a diameter of 2 mm and a height of 3 mm. In addition, phosphorylated chitin (adsorbed component in the chromatography of Example 4) was dissolved in PBS to prepare a 0.1% phosphorylated chitin solution. After immersing the molded body of the titanium non-woven fabric in the phosphorylated chitin solution for a certain period of time, it is dried, and the surface of each titanium fibril is coated with phosphorylated chitin. A complex with and was produced. On the other hand, as a biological implant of a comparative example, a titanium non-woven fabric molded body not coated with phosphorylated chitin was also prepared.
生後8週齢のウイスター系ラットに8%抱水クロラールを腹腔内投与して麻酔した。歯科用ドリルを用いて脛骨に直径2.8mmの穴をあけ、実施例および比較例のインプラントを埋植した。埋植2週間後および6週間後に、インプラントおよびその周辺部を摘出した。得られたサンプルの切片を作製し、Villanueva Osteochrome染色法で骨組織を染色し、インプラント周囲の骨の形成量を比較した。 Eight-week-old Wister rats were anesthetized by intraperitoneal administration of 8% chloral hydrate. A 2.8 mm diameter hole was drilled in the tibia using a dental drill and implants of Examples and Comparative Examples were implanted. Two and six weeks after implantation, the implant and its surroundings were removed. Sections of the obtained samples were prepared, the bone tissue was stained with the Villanueva Osteochrome staining method, and the amount of bone formed around the implant was compared.
図7Aおよび図7Bは、実施例のインプラントを埋植したラットからの組織標本である。図7Bは図7Aを部分的に拡大している。図7Cおよび図7Dは、比較例のインプラントを埋植したラットからの組織標本である。図7Dは図7Cを部分的に拡大している。図7Aおよび図7Bでは、染色された骨組織の基質と骨細胞の旺盛な増殖(濃い色の部分)が観察された。図7Cおよび図7Dでは、一部に細胞の集合はあるものの、全体として図7Aおよび図7Bのような旺盛な骨形成は見られなかった。チタン不織布内の新生骨の面積を比較すると、実施例と比較例とでは4.4倍の差があった。 7A and 7B are tissue specimens from rats with implants of Examples. FIG. 7B is a partial enlargement of FIG. 7A. 7C and 7D are tissue specimens from rats implanted with comparative implants. FIG. 7D is a partial enlargement of FIG. 7C. In FIGS. 7A and 7B, a vigorous proliferation (dark colored part) of the substrate of the stained bone tissue and the bone cells was observed. In FIGS. 7C and 7D, although there was some cell aggregation, the vigorous bone formation as in FIGS. 7A and 7B was not observed as a whole. Comparing the areas of the new bones in the titanium non-woven fabric, there was a 4.4-fold difference between the examples and the comparative examples.
この結果から、本発明の方法で製造したリン酸化キチンとチタンとの複合体は、体内に埋植したときに骨形成を促進することがわかった。そのため、この複合体は、チタン基材と骨との間で骨形成をさらに促進して、チタン基材をさらに短期間で、かつ強固に、骨に結合させることができると考えられる。 From this result, it was found that the complex of phosphorylated chitin and titanium produced by the method of the present invention promotes bone formation when implanted in the body. Therefore, it is considered that this complex can further promote bone formation between the titanium base material and the bone, and can bond the titanium base material to the bone in a shorter period of time and more firmly.
[実施例7]リン酸化キチンとチタンとの複合体の表面へのヒドロキシアパタイトの析出
15mM/Lの塩化カルシウム(CaCl2)、9mM/Lのリン酸二カリウム(K2HPO4)、0.7M/Lの塩化ナトリウム(NaCl)および0.02M/Lの炭酸水素ナトリウム(NaHCO3)を含有する石灰化溶液を用意した。二酸化炭素ガスのバブリングによりpHを6.01に調整した上記石灰化溶液に、前記実施例6で得られたリン酸化キチンとチタンとの複合体を浸漬し、37℃で48時間インキュベートした。その後、チタン基材を取り出して脱塩水で洗浄し、凍結乾燥させた。凍結乾燥したチタン基材を、新しい上記石灰化溶液に再び浸漬し、1日おきに石灰化溶液を交換しつつ、2週間インキュベートした。その後、チタン基材を取り出して脱塩水で洗浄し、凍結乾燥させた。このようにして得られたヒドロキシアパタイトが析出したチタン基材を、無菌容器内において、乾燥状態かつ10℃以下で保存した。
[Example 7] Precipitation of hydroxyapatite on the surface of a complex of phosphorylated chitin and
図8Aおよび図8Bは、上記処理を行う前の複合体の表面の走査型電子顕微鏡(SEM)による写真である。図8Bは図8Aを部分的に拡大している。図8Cおよび図8Dは、上記処理によりヒドロキシアパタイトが析出したチタン基材の表面のSEMによる写真である。図8Dは図8Cを部分的に拡大している。 8A and 8B are scanning electron microscope (SEM) photographs of the surface of the complex before the above treatment. FIG. 8B is a partial enlargement of FIG. 8A. 8C and 8D are SEM photographs of the surface of the titanium substrate on which hydroxyapatite was precipitated by the above treatment. FIG. 8D is a partial enlargement of FIG. 8C.
この結果から、本発明の方法で製造したリン酸化キチンとチタンとの複合体は、表面にヒドロキシアパタイトが均一に析出することがわかった。そのため、この複合体は、ヒドロキシアパタイトがチタン基材と骨との間で骨形成をさらに促進して、チタン基材をさらに短期間で、かつ強固に、骨に結合させることができると考えられる。 From this result, it was found that hydroxyapatite was uniformly precipitated on the surface of the composite of phosphorylated chitin and titanium produced by the method of the present invention. Therefore, it is considered that this complex can further promote bone formation between the titanium base material and the bone by hydroxyapatite, and can bond the titanium base material to the bone in a shorter period of time and more firmly. ..
[実施例8−1]ポリウレタン発泡体の製造(ワンショット法)
以下の成分を用いて、ポリウレタン発泡体を製造した。
[Example 8-1] Production of polyurethane foam (one-shot method)
A polyurethane foam was produced using the following components.
(ポリオール類)
ポリエーテルポリオール、Mw3000、水酸基価56mgKOH/g、官能基数3、品番:サンニックス GP−3050NS、三洋化成工業株式会社(「サンニックス」は同社の登録商標)
(イソシアネート類)
トルエンジイソシアネート(TDI)、2−4TDI/2−6TDIの混合物。比率は2−4TDI/2−6TDI=80/20、品番:コスモネート T−80、三井化学株式会社(「コスモネート」は同社の登録商標)
(リン酸化キチン)
実施例1で製造されたものを使用。
(触媒)
アミン触媒、品番:DABCO 33−LV、エアープロダクツジャパン株式会社(「DABCO」は同社の登録商標)
金属(スズ)触媒、品番:MRH−110、城北化学株式会社
(整泡剤)
シリコーン整泡剤、軟質用シリコーン整泡剤、品番:SZ−1136、東レ・ダウコーニング株式会社
(Polyprides)
Polyether polyol, Mw3000, hydroxyl value 56 mgKOH / g, number of functional groups 3, product number: Sanniks GP-3050NS, Sanyo Chemical Industries, Ltd. ("Sanniks" is a registered trademark of the company)
(Isocyanates)
A mixture of toluene diisocyanate (TDI), 2-4TDI / 2-6TDI. The ratio is 2-4TDI / 2-6TDI = 80/20, product number: Cosmonate T-80, Mitsui Chemicals, Inc. ("Cosmonate" is a registered trademark of the company)
(Phosphorylated chitin)
The one manufactured in Example 1 is used.
(catalyst)
Amine catalyst, product number: DABCO 33-LV, Air Products Japan Co., Ltd. ("DABCO" is a registered trademark of the company)
Metal (tin) catalyst, product number: MRH-110, Johoku Chemical Co., Ltd. (foaming agent)
Silicone defoaming agent, silicone defoaming agent for soft materials, product number: SZ-1136, Toray Dow Corning Co., Ltd.
(混合液の調製)
100質量部の上記ポリオール類に対し、1質量部の上記リン酸化キチンを添加および撹拌して、ポリオール類にリン酸化キチンが分散した混合液1を調製した。上記リン酸化キチンの量を3質量部、5質量部に変更した以外は同様にして、それぞれ、混合液2および混合液3を調製した。
(Preparation of mixed solution)
To 100 parts by mass of the above polyols, 1 part by mass of the above phosphorylated chitin was added and stirred to prepare a
(ポリウレタン発泡体の製造)
101質量部の上記混合液1に、4.4質量部の水(発泡剤)、1.0質量部のアミン触媒、1.5質量部の整泡剤および0.3質量部の金属(スズ)触媒を添加して、撹拌し、さらにイソシアネート52.8質量部を加えて、混合撹拌し、ポリウレタン発泡体1を製造した。混合液1を、103質量部の上記混合液2、105質量部の上記混合液3に変更した以外は同様にして、それぞれ、ポリウレタン発泡体2およびポリウレタン発泡体3を製造した。混合液1を、リン酸化キチンを添加しない上記ポリオール類に変更した以外は同様にして、ポリウレタン発泡体4を製造した。
(Manufacturing of polyurethane foam)
In 101 parts by mass of the above
ポリウレタン発泡体1〜4の製造に用いた材料およびその質量部、ならびにポリウレタン発泡体1〜4中のリン酸化キチンの含有率を、表1に示す。なお、上記リン酸化キチンの含有率は、材料として用いたリン酸化キチンの質量を、すべての材料の質量で除算して求めた値である。 Table 1 shows the materials used for producing the polyurethane foams 1 to 4 and parts by mass thereof, and the content of phosphorylated chitin in the polyurethane foams 1 to 4. The content of the phosphorylated chitin is a value obtained by dividing the mass of the phosphorylated chitin used as a material by the mass of all the materials.
[実施例8−2]ポリウレタン発泡体の製造(プレポリマー法)
以下の成分を用いて、ポリウレタン発泡体を製造した。
[Example 8-2] Production of polyurethane foam (prepolymer method)
A polyurethane foam was produced using the following components.
(ポリオール類)
ポリエチレングリコール、品番:PEG#1000、ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社
(イソシアネート類)
トルエンジイソシアネート(TDI)、2−4TDI/2−6TDIの混合物。比率は2−4TDI/2−6TDI=80/20、品番:コスモネート T−80、三井化学株式会社
(発泡剤)
精製水
(整泡剤)
アデカプルロニックL61、株式会社ADEKA製
(その他)
精製グリセリン、花王株式会社製
(Polyprides)
Polyethylene glycol, product number:
A mixture of toluene diisocyanate (TDI), 2-4TDI / 2-6TDI. The ratio is 2-4TDI / 2-6TDI = 80/20, product number: Cosmonate T-80, Mitsui Chemicals, Inc. (foaming agent)
Purified water (foaming agent)
ADEKA PLRONIC L61, manufactured by ADEKA CORPORATION
(Other)
Purified glycerin, manufactured by Kao Corporation
(プレポリマーの製造)
開始剤をエチレングリコールとし、上記ポリオール類を61.69質量部とグリセリンを3.32質量部配合し、上記イソシアネート類の35質量部とを反応容器に入れ、100℃で4時間混合反応させて、反応性イソシアネート基含有量8.58質量%のウレタンプレポリマーを得た。
(Manufacturing of prepolymer)
The initiator is ethylene glycol, 61.69 parts by mass of the above-mentioned polyol and 3.32 parts by mass of glycerin are mixed, and 35 parts by mass of the above-mentioned isocyanates are placed in a reaction vessel and mixed and reacted at 100 ° C. for 4 hours. , A urethane prepolymer having a reactive isocyanate group content of 8.58% by mass was obtained.
(混合液の調製)
100質量部の発泡剤に対し、5質量部の上記リン酸化キチンおよび1質量部の上記整泡剤を添加および撹拌して、水にリン酸化キチンが分散した混合液4を調製した。上記リン酸化キチンの量を10質量部に変更した以外は同様にして、混合液5を調製した。
(Preparation of mixed solution)
To 100 parts by mass of the foaming agent, 5 parts by mass of the phosphorylated chitin and 1 part by mass of the foam stabilizer were added and stirred to prepare a mixed solution 4 in which the phosphorylated chitin was dispersed in water. The
(ポリウレタン発泡体の製造)
100質量部の上記ウレタンプレポリマーに対して、106質量部の上記混合液4を、液温25℃で混合および撹拌し、その後、発泡容器へ注ぎ込んで、発泡体を得た。得られた発泡体をマイクロ波により1.5kWで10分間乾燥させて、ポリウレタン発泡体5を製造した。混合液4を、111質量部の上記混合液5に変更した以外は同様にして、ポリウレタン発泡体6を製造した。混合液4を、リン酸化キチンを添加しない発泡剤および上記界面活性剤の混合液に変更した以外は同様にして、ポリウレタン発泡体7を製造した。
(Manufacturing of polyurethane foam)
106 parts by mass of the mixed solution 4 was mixed and stirred with respect to 100 parts by mass of the urethane prepolymer at a liquid temperature of 25 ° C., and then poured into a foam container to obtain a foam. The obtained foam was dried by microwave at 1.5 kW for 10 minutes to produce a
ポリウレタン発泡体5〜7の製造に用いた材料およびその質量部、ならびにポリウレタン発泡体5〜7中のリン酸化キチンの含有率を、表2に示す。なお、上記発泡剤としての精製水は、乾燥により除去されるため、上記リン酸化キチンの含有率は、材料として用いたリン酸化キチンの質量を、精製水を除いたすべての材料(表中、「固形分」と表す。)の質量で除算して求めた値である。 Table 2 shows the materials used for producing the polyurethane foams 5 to 7, parts by mass thereof, and the content of phosphorylated chitin in the polyurethane foams 5 to 7. Since the purified water as the foaming agent is removed by drying, the content of the phosphorylated chitin is the mass of the phosphorylated chitin used as the material, and all the materials except the purified water (in the table, It is a value obtained by dividing by the mass of (expressed as "solid content").
[実施例9]ポリウレタン発泡体の石灰化
実施例8−1におけるリン酸化キチンを含有しないポリウレタン発泡体4を試験片1、ポリウレタン発泡体4に実施例6方法の方法に準じてリン酸化キチンをコーティングしたポリウレタン発泡体4’を試験片2、実施例8−1における1.84%のリン酸化キチンを含有するポリウレタン発泡体2を試験片3とした。それぞれの試験片に対して、実施例7と同じ方法で、ヒドロキシアパタイトを析出させた。
[Example 9] Polyurethane foam
図9は、ヒドロキシアパタイトを析出させる前のそれぞれのポリウレタン発泡体の平均質量(図中、「元試料」と示す。)、ならびに、それぞれヒドロキシアパタイトを析出させた後の、試験片1、試験片2および試験片3の質量を示すグラフである。上記平均質量(7.6mg)に対して、試験片1の質量は1.5倍、試験片2の質量は1.7倍、試験片3の質量は2.3倍、それぞれ増加していた。
FIG. 9 shows the average mass of each polyurethane foam before precipitating hydroxyapatite (referred to as “original sample” in the figure), and
この結果から、リン酸化キチンをコーティングしたポリウレタン発泡体は、リン酸化キチンをコーティングしないポリウレタン発泡体よりも、より多くのヒドロキシアパタイトを析出させ、リン酸化キチンを混合して製造したポリウレタン発泡体は、さらに多くのヒドロキシアパタイトを析出させることがわかった。 From this result, the polyurethane foam coated with phosphorylated chitin precipitates more hydroxyapatite than the polyurethane foam not coated with phosphorylated chitin, and the polyurethane foam produced by mixing phosphorylated chitin is It was found that more hydroxyapatite was precipitated.
キチンおよびコラーゲンは、自然界に大量に存在する生体高分子である。これらの生体高分子をリン酸化することで可溶化すれば、生物学的機能性材料を創るための基本材料を新たに提供することができる。また、リン酸化したキチンおよびコラーゲンは、チタンとの複合体の形成や機能性ポリウレタンの調製を通しての医学的応用、再生医療の大量3次元細胞培養基盤の製造、環境浄化用の吸着剤、免疫療法のための大量細胞培養基盤の製造、ナノセルローズ・ファイバーとのハイブリッドによる新規機能性ナノファイバーの調製などの広範な分野において、その利用可能性を秘めている。 Chitin and collagen are biopolymers that are abundant in nature. If these biopolymers are solubilized by phosphorylation, it is possible to provide a new basic material for creating a biologically functional material. In addition, phosphorylated chitin and collagen are used for medical applications through the formation of a complex with titanium and the preparation of functional polyurethane, the production of a large-scale 3D cell culture base for regenerative medicine, an adsorbent for environmental purification, and immunotherapy. It has potential in a wide range of fields such as the production of mass cell culture bases for, and the preparation of novel functional nanofibers by hybridizing with nanocell rose fibers.
Claims (4)
触媒の存在下で、分散した前記キチンをリン酸化する工程と、
前記リン酸化したキチンから、チタンビーズを固定相とするアフィニティクロマトグラフィーにより、チタンに結合または吸着するリン酸化キチンと、チタンに結合または吸着しないリン酸化キチンと、を分離する工程と、
前記分離されたチタンに結合または吸着するリン酸化キチンを含む溶液と、チタン基材と、を接触させて前記リン酸化キチンを前記チタン基材に結合または吸着させる工程と、
を含む、
リン酸化キチンとチタンとの複合体を製造する方法。 The process of dispersing chitin in an aprotic solvent,
A step of phosphorylating the dispersed chitin in the presence of a catalyst,
A step of separating phosphorylated chitin that binds or adsorbs to titanium and phosphorylated chitin that does not bind or adsorb to titanium by affinity chromatography using titanium beads as a stationary phase from the phosphorylated chitin.
A solution containing the phosphorylated chitin bound or adsorbed to the separated titanium, a step of binding or adsorbing the titanium substrate, the phosphorylated chitin by contacting the titanium substrate,
including,
A method for producing a complex of phosphorylated chitin and titanium.
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