JP6918326B2 - Composite porous scaffolding material containing dexamethasone and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、病気や事故等によって損傷を受けたり、失われたりした骨組織を修復するために、骨誘導性をもつ化合物デキサメタゾンを含有する複合多孔質足場材料、および、その製造方法に関するものである。 The present invention relates to a composite porous scaffold material containing the compound dexamethasone having bone inducibility and a method for producing the same, in order to repair bone tissue damaged or lost due to a disease or accident. be.
ヒトやその他脊椎動物の骨組織が欠損した場合、欠損がある程度の大きさまでは、その治療として患者自身の腸骨や脾骨等を使用する自家骨組織や同種骨組織の移植が行われてきた。しかしながら、採取することができる自家骨組織の大きさには限界があり、又同種骨組織を移植しようとする場合には、免疫拒絶の問題があり、この点を解決されないと、これらの治療は十分に活用することができない。現在のところ、これらの解決策がないことから、これに代わる新しい治療方法が検討されている。その具体的方法としては、生体組織工学的手法を用いた骨組織の再生・再構築が注目されている。生体組織工学では、組織を再生・再構築する際、細胞の足場となる材料、すなわち足場材料が用いられる。足場材料は、細胞の増殖、分化、細胞外マトリックスの分泌などの機能を維持し、また、新生骨組織の形状を保持する役割を果す。骨欠損の治療効果を高めるためには、足場材料内で骨が形成される骨誘導性、および生体内の自然骨内に埋入したとき、足場材料表面に沿って骨が形成され、足場材料と骨が結合して一体となる骨伝導性が重要である。 When the bone tissue of humans and other vertebrates is deficient, if the deficiency is of a certain size, autologous bone tissue or allogeneic bone tissue that uses the patient's own ilium or splenic bone has been transplanted as a treatment. .. However, there is a limit to the size of autologous bone tissue that can be collected, and there is a problem of immune rejection when trying to transplant allogeneic bone tissue. It cannot be fully utilized. At present, these solutions are not available, and new treatments are being considered to replace them. As a specific method, attention is being paid to regeneration / reconstruction of bone tissue using a biotissue engineering method. In biotissue engineering, a material that serves as a scaffold for cells, that is, a scaffold material, is used when regenerating and reconstructing a tissue. The scaffold material maintains functions such as cell proliferation, differentiation, and extracellular matrix secretion, and also plays a role in maintaining the shape of new bone tissue. In order to enhance the therapeutic effect of bone defects, bone is formed in the scaffold material, and when implanted in natural bone in the living body, bone is formed along the surface of the scaffold material, and the scaffold material Bone conduction is important because the bone is united with the bone.
足場材料は、組織の再生とともに吸収され、最終的には組織に置換される必要がある。通常、足場材料の基材として用いられるのは、ポリ乳酸(PLA)、ポリグリコール酸(PGA)、乳酸とグリコール酸との共重合体(PLGA)、ポリカプロラクトン(PCL)などの生体吸収性合成高分子や、コラーゲン、ゼラチン、キトサン、アルギン酸などの天然高分子が挙げられる。また、リン酸三カルシウム、リン酸八カルシウム等の生体吸収性セラミックスも用いられる。ただし、これらの材料を単独に用いたとしても、骨形成の点で満足する結果を得ることはできない。骨形成を促進するためには、足場材料中の細胞に骨誘導性のシグナルを持続的に供給できるような仕組みが必要である。 The scaffold material needs to be absorbed with tissue regeneration and eventually replaced by tissue. Bioabsorbable synthesis of polylactic acid (PLA), polyglycolic acid (PGA), copolymer of lactic acid and glycolic acid (PLGA), polycaprolactone (PCL), etc. is usually used as the base material for scaffolding materials. Examples include polymers and natural polymers such as collagen, gelatin, chitosan, and alginic acid. In addition, bioabsorbable ceramics such as tricalcium phosphate and octacalcium phosphate are also used. However, even if these materials are used alone, satisfactory results cannot be obtained in terms of bone formation. In order to promote bone formation, a mechanism that can continuously supply bone-inducible signals to cells in the scaffold material is required.
骨誘導性をもつ足場材料の先行研究例として、非特許文献1、2には、生体吸収性高分子とデキサメタゾンの混合物から作製した多孔質足場材料、ナノファイバーメッシュがそれぞれ示されている。多孔質足場材料の基材として成形加工性やハンドリング性にすぐれた生体吸収性高分子が用いられているが、骨伝導を促進する成分が含まれていないため、生体に移植した場合に周辺組織と強固に固定されることは期待できない。また、骨誘導性に加えて骨伝導性も有する多孔質足場材料の先行研究例として、非特許文献3、4には、生体吸収性高分子の微粒子にデキサメタゾンを担持し、ハイドロキシアパタイトからなる多孔質体の空孔表面に物理吸着させた多孔質材料が示されている。しかし、セラミックスを基材としているため、生体吸収性高分子からなる多孔質体と比較して、成形加工性やハンドリング性に乏しい。しかもハイドロキシアパタイトは生体吸収性を持たないため、生体の骨組織に置き換わることはない。細胞が侵入するための多孔質構造を持ち、骨誘導性と骨伝導性の両方を備えた成形加工性の高い足場材料が望まれている。
As examples of previous studies on scaffolding materials having bone inducibility,
また、デキサメタゾンを含有する別の生体組織補填材が開発されている(例えば、特許文献1を参照)。特許文献1によれば、コラーゲン等のハイドロゲル内にリン酸カルシウム微粒子およびデキサメタゾンを含有する生体組織補填材が提供される。しかしながら、当該発明のハイドロゲルは直径1〜1000μmの球状であり、しかもそれらが互いに結合しているわけではないため、組織欠損部位に埋植しても漏出してしまう懸念がある。また、前記ハイドロゲルは細胞が侵入できる多孔質構造をもたないため、細胞が接着できるのはハイドロゲル表面に限られてしまう。そこで、組織が再生されるまで組織欠損部位で形状を保持することができ、かつ細胞が侵入するための多孔質構造をもつ材料が望まれる。
In addition, another biological tissue filling material containing dexamethasone has been developed (see, for example, Patent Document 1). According to
以上から、本発明の課題は、生体吸収性を持ち、生体親和性に優れ、かつ骨の形成誘導を行うとともに、骨伝導性にもすぐれた多孔質足場材料およびその製造方法を提供することである。 From the above, an object of the present invention is to provide a porous scaffold material having bioabsorbability, excellent biocompatibility, inducing bone formation, and excellent bone conductivity, and a method for producing the same. be.
本発明者らは、高分子多孔質体にデキサメタゾン含有リン酸カルシウムナノ粒子を導入して得られた構造体が、特定の形状を保持できるものであり、生体親和性を有し、かつ、骨の形成及び再生誘導を可能にする特性を有するものであることを見出して、本発明を完成させた。 The present inventors have the structure obtained by introducing dexamethasone-containing calcium phosphate nanoparticles into a polymer porous body, which can retain a specific shape, has biocompatibility, and forms bone. And found that it has a property that enables regeneration induction, and completed the present invention.
本発明による複合多孔質足場材料は、生体吸収性高分子からなる多孔質体と、前記多孔質体に位置するデキサメタゾン含有ナノ粒子とを含み、前記デキサメタゾンは少なくとも生体吸収性のリン酸カルシウムに含有され、これにより上記課題を解決する。
前記リン酸カルシウムは、前記デキサメタゾンを内包してもよい。
前記ナノ粒子の粒径は、1nm以上1000nm以下の範囲であってもよい。
前記ナノ粒子は、球状、ロッド状、スター状、紡錘状、三角柱、直方体および立方体からなる群から選択される形状を有してもよい。
前記生体吸収性高分子は、コラーゲン、ゼラチン、ヒアルロン酸、キトサンコンドロイチン硫酸、フィブロネクチン、ビトロネクチン、ラミニン、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、乳酸とグリコール酸の共重合体、ポリ(ε−カプロラクトン)、ポリ(グリセロールセバシン酸)からなる群から選択されてもよい。
前記多孔質体は、孔径が10μm以上1000μm以下の範囲である空孔を有してもよい。
前記生体吸収性高分子は、架橋されていてもよい。
前記複合足場材料の1cm3あたりのナノ粒子の含有量は、1mg以上500mg以下の範囲であってもよい。
前記ナノ粒子におけるデキサメタゾンの含有率は、1wt%以上70wt%以下の範囲であってもよい。
前記ナノ粒子におけるデキサメタゾンの含有率は、18wt%以上50wt%以下の範囲であってもよい。
前記ナノ粒子と前記生体吸収性高分子とは、重量比で、2:1以上1:2以下の範囲を満たしてもよい。
前記デキサメタゾンは、生体吸収性のリン酸カルシウムとハイドロキシアパタイトとの混合物に含有されてもよい。
本発明による上述の複合多孔質足場材料の製造方法は、デキサメタゾン含有ナノ粒子と生体吸収性高分子とを混合し、多孔質化する工程であって、前記デキサメタゾンは少なくとも生体吸収性のリン酸カルシウムに含有される、工程を包含し、これにより上記課題を解決する。
前記多孔質化する工程は、前記ナノ粒子と前記生体吸収性高分子との混合物を凍結乾燥してもよい。
空孔形成剤を使用し、空孔を形成してもよい。
前記空孔形成剤は氷であってもよい。
前記硬質化する工程は、発泡成形法、空孔形成剤除去法および相分離法からなる群から方法を用いてもよい。
前記多孔質化する工程に続いて、前記生体吸収性高分子を架橋する工程をさらに包含してもよい。
前記ナノ粒子と前記生体吸収性高分子とは、重量比で、2:1以上1:2以下の範囲を満たすように混合されてもよい。
前記ナノ粒子と前記生体吸収性高分子とは、重量比で、1.5:1以上1:1.5以下の範囲を満たすように混合されてもよい。
The composite porous scaffold material according to the present invention contains a porous body made of a bioabsorbable polymer and dexamethasone-containing nanoparticles located in the porous body, and the dexamethasone is contained in at least bioabsorbable calcium phosphate. This solves the above problem.
The calcium phosphate may contain the dexamethasone.
The particle size of the nanoparticles may be in the range of 1 nm or more and 1000 nm or less.
The nanoparticles may have a shape selected from the group consisting of spheres, rods, stars, spindles, triangular prisms, rectangular parallelepipeds and cubes.
The bioabsorbable polymer includes collagen, gelatin, hyaluronic acid, chitosanchondroitin sulfate, fibronectin, bitronectin, laminin, polylactic acid, polyglycolic acid, copolymer of lactic acid and glycolic acid, poly (ε-caprolactone), poly ( It may be selected from the group consisting of glycerol sebacic acid).
The porous body may have pores having a pore diameter in the range of 10 μm or more and 1000 μm or less.
The bioabsorbable polymer may be crosslinked.
The content of nanoparticles per 1 cm 3 of the composite scaffold material may be in the range of 1 mg or more and 500 mg or less.
The content of dexamethasone in the nanoparticles may be in the range of 1 wt% or more and 70 wt% or less.
The content of dexamethasone in the nanoparticles may be in the range of 18 wt% or more and 50 wt% or less.
The nanoparticles and the bioabsorbable polymer may satisfy the range of 2: 1 or more and 1: 2 or less in terms of weight ratio.
The dexamethasone may be contained in a mixture of bioabsorbable calcium phosphate and hydroxyapatite.
The method for producing the above-mentioned composite porous scaffold material according to the present invention is a step of mixing dexamethasone-containing nanoparticles and a bioabsorbable polymer to make them porous, and the dexamethasone is contained in at least bioabsorbable calcium phosphate. The steps to be performed are included, thereby solving the above-mentioned problems.
In the step of making the porous material, the mixture of the nanoparticles and the bioabsorbable polymer may be freeze-dried.
Pore-forming agents may be used to form pores.
The pore-forming agent may be ice.
As the hardening step, a method consisting of a foam molding method, a pore forming agent removing method, and a phase separation method may be used.
Following the step of making the porosity, a step of cross-linking the bioabsorbable polymer may be further included.
The nanoparticles and the bioabsorbable polymer may be mixed so as to satisfy the range of 2: 1 or more and 1: 2 or less in terms of weight ratio.
The nanoparticles and the bioabsorbable polymer may be mixed so as to satisfy the range of 1.5: 1 or more and 1: 1.5 or less in terms of weight ratio.
本発明の複合多孔質足場材料は、生体吸収性高分子からなる多孔質体と、そこに位置するデキサメタゾン含有ナノ粒子とを含むので、骨組織の欠損部位に移植される細胞を多孔質体内に侵入させ、細胞を効率的に骨分化させることができる。また、デキサメタゾン含有ナノ粒子は多孔質体に位置するため、ナノ粒子が拡散し、デキサメタゾンが骨欠損部位に供給される効率の低下を抑制できる。さらに、デキサメタゾンを骨組織が再生される間に徐放させることも可能である。加えて、デキサメタゾンを担持するナノ粒子は生体吸収性のリン酸カルシウムを含有するため、骨伝導性に優れる。また、多孔質体およびデキサメタゾン含有ナノ粒子のいずれもが生体吸収性を有し、生体親和性に優れる材料である。 Since the composite porous scaffold material of the present invention contains a porous body made of a bioabsorbable polymer and dexametazone-containing nanoparticles located therein, cells transplanted to a defective site of bone tissue are placed in the porous body. It can invade and efficiently differentiate cells into bone. Further, since the dexamethasone-containing nanoparticles are located in the porous body, it is possible to suppress a decrease in the efficiency with which the nanoparticles are diffused and the dexamethasone is supplied to the bone defect site. In addition, dexamethasone can be sustained during bone tissue regeneration. In addition, the nanoparticles supporting dexamethasone contain bioabsorbable calcium phosphate, and thus have excellent bone conductivity. Further, both the porous body and the dexamethasone-containing nanoparticles have bioabsorbability and are excellent in biocompatibility.
本発明の複合多孔質足場材料の製造方法は、デキサメタゾン含有ナノ粒子と生体吸収性高分子とを混合し、多孔質化する工程であって、デキサメタゾンは少なくとも生体吸収性のリン酸カルシウムに含有される、工程を包含し、上述の複合多孔質足場材料が得られる。本発明の方法によれば、複雑な工程や特別の装置を不要とするため、実用に即している。 The method for producing a composite porous scaffold material of the present invention is a step of mixing dexamethasone-containing nanoparticles and a bioabsorbable polymer to make them porous, in which dexamethasone is contained at least in bioabsorbable calcium phosphate. Including the steps, the above-mentioned composite porous scaffold material is obtained. According to the method of the present invention, a complicated process and a special device are not required, so that the method is practical.
以下、図面を参照しながら本発明の複合多孔質足場材料およびその製造方法について説明する。
図1は、本発明の複合多孔質足場材料を模式的に示す図である。
Hereinafter, the composite porous scaffolding material of the present invention and a method for producing the same will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram schematically showing a composite porous scaffold material of the present invention.
本発明の複合多孔質足場材料(以降では単に本発明の足場材料と称する)100は、生体吸収性高分子からなる多孔質体110と、多孔質体110に位置するデキサメタゾン(DEX)含有ナノ粒子120とを含む。デキサメタゾンは、少なくとも生体吸収性のリン酸カルシウムに含有される。本発明の足場材料100は、多孔質体110およびナノ粒子120のいずれも生体吸収性を有する材料からなるため、全体として生体親和性に優れる。本発明の足場材料100は、デキサメタゾンを含有するため、骨誘導性に優れるが、デキサメタゾンがナノ粒子120に担持され、それが多孔質体110に位置するので、骨組織の欠損部位に移植される細胞を多孔質体110内に侵入させ、効率的に細胞を骨分化することができる。加えて、ナノ粒子120が拡散することがないので、デキサメタゾンの骨欠損部位への供給効率の低下を抑制できる。さらに、デキサメタゾンは徐放されるので、骨組織を長期間にわたって再生できる。DEXを担持するナノ粒子120は少なくともリン酸カルシウムから構成され、骨伝導性に優れる。すなわち、本発明の足場材料100は、生体吸収性および生体親和性に優れ、かつ、骨の形成誘導を行うとともに、骨伝導性にも優れる。
The composite porous scaffolding material of the present invention (hereinafter, simply referred to as the scaffolding material of the present invention) 100 is a
好ましくは、本発明の足場材料100において、ナノ粒子120は、リン酸カルシウムがデキサメタゾンを内包してなる。これにより、長期間の徐放を可能とする。本明細書において、内包は、リン酸カルシウムがデキサメタゾンを少なくとも部分的に包囲していることを意図する。
Preferably, in the
本発明の足場材料100の外形寸法に特に制限はなく、適応部位によって適宜定めればよいが、例示的には、最大辺長が0.1mm以上200mm以下、好ましくは2mm以上100mm以下の範囲を有する。
The external dimensions of the
本発明の足場材料100は、多孔質体110を含有するため、空孔130を備える。空孔130の空孔径は、好ましくは、10μm以上1000μm以下の範囲を有する。空孔径が10μm未満の場合は、播種した細胞や周辺骨組織の細胞は空孔内に侵入することができない。空孔径が1000μmを超えると、細胞由来の細胞外マトリックスによって空孔が充填される効率が著しく低下する。さらに好ましくは、空孔径は20μm以上800μm以下とするのがよい。これにより、骨分化を促進できる。図1では、空孔130は球形を有するが、空孔130の形状は球形に限らない。製造方法によっては、球形以外の形状を有してもよい。
Since the
本発明の足場材料100の気孔率は、通常5〜99.9%、好ましくは20〜99.9%である。気孔率が5%未満の場合は、空孔の連通性が著しく減少し、細胞を均一に分布させることができない。
The porosity of the
本発明の足場材料100において、多孔質体110を構成する生体吸収性高分子(以降では単に高分子と称する)は、生体吸収性を有する限り特に制限はないが、好ましくは、コラーゲン、ゼラチン、キチン、ヒアルロン酸、キトサン、コンドロイチン硫酸、フィブロネクチン、ヒドロネクチン、ラミニン、アルギン酸やケラチンのような天然高分子を挙げることができる。また、ポリグリコール酸、ポリ乳酸、グリコール酸と乳酸の共重合体、ポリ(グリセロールセバシン酸)、ポリリンゴ酸などのポリ(α−ヒドロキシ酸)、ポリ−ε−カプロラクトン、ポリ−β−ヒドロキシカルボン酸などの合成高分子を挙げることができる。
In the
中でも、好ましくは、高分子は、コラーゲン、ゼラチン、ヒアルロン酸、キトサンコンドロイチン硫酸、フィブロネクチン、ビトロネクチン、ラミニン、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、乳酸とグリコール酸の共重合体、ポリ(ε−カプロラクトン)、ポリ(グリセロールセバシン酸)からなる群から選択される。これらの高分子は、生体親和性に特に優れる。 Among them, preferably, the polymer is collagen, gelatin, hyaluronic acid, chitosanchondroitin sulfate, fibronectin, vitronectin, laminin, polylactic acid, polyglycolic acid, copolymer of lactic acid and glycolic acid, poly (ε-caprolactone), poly. Selected from the group consisting of (glycerol sebacic acid). These polymers are particularly excellent in biocompatibility.
さらに好ましくは、高分子は、ウシ、ブタ、サケ、トリ等の動物由来のコラーゲン、ゼラチン、フィブロネクチンおよびラミニンからなる群から選択される天然高分子であり、これらの高分子を1種類、あるいは2種類以上を混合してから用いることができる。これらの中で、細胞親和性に特にすぐれた高分子としてコラーゲン、あるいは、コラーゲンを主成分とする混合物が最も望ましい。本願明細書において、主成分とする量は、コラーゲンを50wt%以上含有するものをいう。 More preferably, the polymer is a natural polymer selected from the group consisting of collagen, gelatin, fibronectin and laminin derived from animals such as cows, pigs, salmon and birds, and one kind or two of these polymers can be used. It can be used after mixing the above types. Among these, collagen or a mixture containing collagen as a main component is most desirable as a polymer having particularly excellent cell affinity. In the specification of the present application, the amount of the main component is one containing 50 wt% or more of collagen.
高分子は、架橋されていてもよい。これにより、多孔質体110が安定化する。特に、高分子がゼラチンやコラーゲンに代表される水溶性生体吸収性高分子である場合、架橋による効果が大きい。高分子がポリ乳酸やポリグリコール酸に代表される水不溶性生体吸収性高分子を用いた場合には、架橋は必ずしも必要ではない。
The polymer may be crosslinked. This stabilizes the
ナノ粒子120において、デキサメタゾンは少なくとも生体吸収性のリン酸カルシウムに含有されるが、具体的には、リン酸三カルシウム(TCP)、リン酸八カルシウム(OCP)が挙げられる。リン酸三カルシウム(TCP)は、β、α、α’、γ相の1種類、あるいは、2種類以上の相からなるものを用いることが可能であるが、目的に応じて適当なものを選ぶ。デキサメタゾンは、リン酸カルシウムに加えて、その他の塩基性のリン酸カルシウムに含有されてもよい。例示的には、β−リン酸三カルシウムとハイドロキシアパタイトとの二相性リン酸カルシウムがある。
In
ナノ粒子120の形状は、ナノ粒子120が多孔質体110に位置できる限り特に制限はないが、例示的には、球状、ロッド状、スター状、紡錘状、三角柱、直方体および立方体からなる群から選択される形状であってよい。これらの形状であれば、ナノ粒子120を多孔質体110に分散させて位置させることができる。
The shape of the
ナノ粒子120の粒径(平均粒径)は、1nm以上1000nm以下の範囲を有する。粒径が1nm未満の場合、デキサメタゾンを含有させることができない場合がある。粒径が1000nmを超えると、多孔質体と複合化する際に、粒子の均一分散性が低下する。好ましくは、粒径は1nm以上800nm以下の範囲である。これにより、ナノ粒子が均一に多孔質体に位置することができる。さらに好ましくは、粒径は5nm以上50nm以下の範囲である。これにより、十分なデキサメタゾンを含有させ、多孔質体に均一に分散させることができる。
The particle size (average particle size) of the
なお、本願明細書において、粒径(平均粒径)は、所定数(例えば100個)の粒子の長軸と短軸とから求める2軸平均径とする。なお、長軸および短軸とは、電子顕微鏡や篩などによって幾何学的に求めた値であってもよいし、沈降法によって間接的に求めた値であってもよい。あるいは、粒子の形状によっては、体積基準の粒度分布から求めてもよい。 In the specification of the present application, the particle size (average particle size) is a biaxial average diameter obtained from the major axis and the minor axis of a predetermined number (for example, 100) of particles. The major axis and the minor axis may be values geometrically obtained by an electron microscope, a sieve, or the like, or may be values indirectly obtained by a sedimentation method. Alternatively, depending on the shape of the particles, it may be obtained from the volume-based particle size distribution.
ナノ粒子120におけるデキサメタゾンの含有率は、好ましくは、1wt%以上70wt%以下の範囲である。デキサメタゾンの含有率が、1wt%未満である場合、デキサメタゾンの供給が十分でなく、骨分化誘導の効果が小さくなる場合がある。デキサメタゾンの含有率が70wt%を超えると、リン酸カルシウムでデキサメタゾンを包囲できない場合がある。デキサメタゾンの含有率は、さらに好ましくは、18wt%以上50wt%以下の範囲である。この範囲であれば、骨形成に十分な量のデキサメタゾンを細胞に持続的に供給することができ、高い骨誘導効率が得られる。
The content of dexamethasone in the
本発明の足場材料100の1cm3あたりのナノ粒子120の含有量は、好ましくは、1mg以上500mg以下の範囲である。ナノ粒子120の含有量が1mg未満である場合、足場材料100におけるナノ粒子120の分布密度が低すぎ、デキサメタゾンの供給が十分でなく、骨分化誘導の効果が小さくなり得る。また十分な骨伝導性が得られない場合がある。ナノ粒子120の含有量が500mgを超えると、すべてのナノ粒子120を多孔質体110に安定に保持するのは困難である。また成形加工性も低下し、所定の空孔を有する足場材料100を得られない場合があり得る。
The content of nanoparticles 120 per 1 cm 3 of the
本発明の足場材料100の1cm3あたりのナノ粒子120の含有量は、さらに好ましくは、5mg以上50mg以下の範囲である。この範囲であれば、骨分化の効果が高くなる。本発明の足場材料100の1cm3あたりのナノ粒子120の含有量は、なおさらに好ましくは、5mg以上20mg以下の範囲である。この範囲であれば、成型加工性もよく、細胞を確実に骨分化させ、かつ十分な骨伝導性を得ることができる。なお、複合多孔質足場材料中のリン酸カルシウムナノ粒子の含有量を高精度に求めることは困難であるため、簡易的に、複合多孔質足場材料の作製に用いたリン酸カルシウムナノ粒子の仕込み量と同じと仮定してもよい。
The content of the nanoparticles 120 per 1 cm 3 of the
本発明の足場材料100において、好ましくは、ナノ粒子120と高分子110と(ナノ粒子120:高分子110)は、質量比で2:1以上1:2以下の範囲を満たす。1:2よりも高分子110が多くなると、デキサメタゾンが十分でなく骨分化の効果が小さくなる。2:1よりもナノ粒子120が多くなると、ナノ粒子120を均一に高分子110に位置できない場合がある。さらに好ましくは、ナノ粒子120と高分子110とは、質量比で1.5:1以上1:1.5以下の範囲を満たす。この範囲であれば、細胞を確実に骨分化させ、十分な骨伝導性を得ることができる。なお、足場材料100におけるナノ粒子120と高分子110との質量比を高精度に求めることは困難であるため、簡易的に、製造時のナノ粒子および高分子の仕込み量と同じとみなすことができる。
In the
本発明による複合多孔質足場材料100は、生体親和性が優れ、かつ、骨の形成及び再生誘導を可能にする。本発明の足場材料100を、人又は動物の骨組織が欠損した部位に埋め込み、含有されるデキサメタゾンを徐放することによって、足場材料100の空孔内に侵入した各種細胞の骨分化誘導し、再生・再構築できる。あるいは、本発明の足場材料100の空孔に骨組織、骨細胞等を接触させ、含有されるデキサメタゾンを徐放することによって、足場材料100の空孔内に侵入した各種細胞の骨分化誘導し、再生・再構築できる。このようにして、本発明の足場材料100を用いれば、生体内および生体外で各種骨組織の修復と再構築を行うことが可能となる。
The composite
次に、本発明の複合多孔質足場材料の例示的な製造方法を説明する。
本発明の足場材料の製造方法は、デキサメタゾンを含有する生体吸収性のリン酸カルシウムからなるナノ粒子と、生体吸収性高分子(高分子)とを混合し、多孔質化する工程を包含する。ここで、高分子は、図1を参照して説明したとおりであるため、省略する。
Next, an exemplary production method of the composite porous scaffolding material of the present invention will be described.
The method for producing a scaffold material of the present invention includes a step of mixing nanoparticles made of bioabsorbable calcium phosphate containing dexamethasone and a bioabsorbable polymer (polymer) to make them porous. Here, the polymer is omitted because it is as described with reference to FIG.
デキサメタゾンを含有する生体吸収性のリン酸カルシウムからなるナノ粒子は、調製してもよいし、入手可能であれば市販されているものであってもよい。例示的なナノ粒子の製造方法は、デキサメタゾンを溶解する溶液と、カルシウムの酸塩と、リン酸塩とを混合し、加熱反応させればよい。デキサメタゾンを溶解する溶液は、デキサメタゾンを水、エタノールに代表されるアルコール等のプロトン性極性溶媒に溶解させた溶液であり、例えば、0.05M以上10M以下の範囲の濃度に調製される。カルシウムの酸塩は、例えば、硝酸カルシウム四水和物であり、0.1M以上1M以下の濃度の水溶液に調製される。リン酸塩は、例えば、リン酸水素二ナトリウムであり、0.1M以上1M以下の濃度の水溶液に調製される。これらを混合し、40℃以上80℃以下の温度に加熱・攪拌し、反応させる。その後、反応で得られたスラリーを室温で10時間以上48時間以下の時間エージングすればよい。なお、混合後、水酸化アンモニウム等によりpHを8以上12以下に制御してもよい。このようにして得られるデキサメタゾンを含有するナノ粒子は、図1を参照して説明したとおりであるため、省略する。 Nanoparticles of bioabsorbable calcium phosphate containing dexamethasone may be prepared or commercially available if available. As an exemplary method for producing nanoparticles, a solution for dissolving dexamethasone, a calcium salt salt, and a phosphate salt may be mixed and heated to react. The solution for dissolving dexamethasone is a solution in which dexamethasone is dissolved in a protic polar solvent such as water or alcohol typified by ethanol, and is prepared, for example, at a concentration in the range of 0.05 M or more and 10 M or less. The calcium salt salt is, for example, calcium nitrate tetrahydrate, and is prepared in an aqueous solution having a concentration of 0.1 M or more and 1 M or less. The phosphate is, for example, disodium hydrogen phosphate, and is prepared in an aqueous solution having a concentration of 0.1 M or more and 1 M or less. These are mixed and heated and stirred at a temperature of 40 ° C. or higher and 80 ° C. or lower to react. Then, the slurry obtained by the reaction may be aged at room temperature for 10 hours or more and 48 hours or less. After mixing, the pH may be controlled to 8 or more and 12 or less with ammonium hydroxide or the like. The nanoparticles containing dexamethasone thus obtained are as described with reference to FIG. 1, and are therefore omitted.
ナノ粒子と高分子とは、重量比で、2:1以上1:2以下となるように混合される。これにより、高分子にナノ粒子を分散させ、位置させることができる。より好ましくは、ナノ粒子と高分子とは、重量比で、1.5:1以上1:1.5以下となるように混合される。これにより、上述の足場材料の1cm3あたりのナノ粒子の含有量を満たす足場材料を製造できる。 The nanoparticles and the polymer are mixed so as to have a weight ratio of 2: 1 or more and 1: 2 or less. As a result, the nanoparticles can be dispersed and positioned in the polymer. More preferably, the nanoparticles and the polymer are mixed so as to have a weight ratio of 1.5: 1 or more and 1: 1.5 or less. Thereby, a scaffolding material satisfying the content of nanoparticles per 1 cm 3 of the above-mentioned scaffolding material can be produced.
ナノ粒子と高分子との混合物の多孔質化は、発泡剤を利用する発泡成形法、空孔形成剤除去法、相分離法等が用いて行われる。このとき高分子は、そのまま用いてもよいし、高分子が均一に溶解する任意の溶媒に溶解させて用いてもよい。例えば、高分子がコラーゲン等の天然高分子である場合、エタノール等のアルコールに代表されるプロトン性極性溶媒を用いることができる。空孔形成剤除去法を採用する場合には、後述する空孔形成剤が高分子と均一に混合されることから、溶媒に溶解させることが好ましい。また、相分離法を採用する場合には、高分子を溶媒に溶解させておけば、相分離を容易に生じさせることができるので、好ましい。 Porousization of a mixture of nanoparticles and a polymer is carried out by using a foam molding method using a foaming agent, a pore forming agent removing method, a phase separation method or the like. At this time, the polymer may be used as it is, or may be dissolved in an arbitrary solvent in which the polymer is uniformly dissolved. For example, when the polymer is a natural polymer such as collagen, a protic polar solvent typified by an alcohol such as ethanol can be used. When the pore-forming agent removing method is adopted, it is preferable to dissolve it in a solvent because the pore-forming agent described later is uniformly mixed with the polymer. Further, when the phase separation method is adopted, it is preferable to dissolve the polymer in a solvent because phase separation can be easily caused.
(1)発泡形成法
発泡剤を利用する発泡成形法では、ナノ粒子と高分子との混合物(以降では単に混合物と称する)に発泡剤を添加し、必要に応じて圧力をかけた状態で加熱する。加熱に伴い発泡剤の作用により、空泡が形成され、本発明の複合多孔質足場材料が得られる。
(1) Foaming formation method In the foaming molding method using a foaming agent, a foaming agent is added to a mixture of nanoparticles and a polymer (hereinafter, simply referred to as a mixture), and if necessary, the mixture is heated under pressure. do. Air bubbles are formed by the action of the foaming agent with heating, and the composite porous scaffold material of the present invention can be obtained.
発泡剤は、上述の混合物(溶融体または混合溶液と呼んでもよい)に混合された状態で発泡作用を発する任意の固体またはガスを使うことができるが、固体の発泡剤は、例示的には、炭酸アンモニウム、炭酸ナトリウム、炭酸マグネシウム、重炭酸ナトリウムなどの塩の粒子または結晶体であり、ガスの発泡剤は、例示的には、二酸化炭素、窒素、水素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスである。なお、ガスの発泡剤を用いる場合には混合物に直接吹き込んで発泡させればよい。 The foaming agent can be any solid or gas that produces a foaming action when mixed with the mixture described above (which may be referred to as a melt or mixed solution), although solid foaming agents are exemplary exemplary. , A particle or crystal of a salt such as ammonium carbonate, sodium carbonate, magnesium carbonate, sodium bicarbonate, and the gas foaming agent is, for example, an inert gas such as carbon dioxide, nitrogen, hydrogen, argon, helium. Is. When a gas foaming agent is used, it may be directly blown into the mixture to foam it.
発泡剤を添加する場合には、発泡させる程度、および、得られる空泡の大きさ等に応じて発泡剤とその量を適宜定めることができる。発泡の際には必要に応じて適宜加圧することができる。発泡の温度は、固体の発泡剤を用いる場合には発泡剤からガスを発生することができる温度が採用される。 When the foaming agent is added, the foaming agent and its amount can be appropriately determined according to the degree of foaming, the size of the obtained air foam, and the like. At the time of foaming, pressurization can be appropriately applied if necessary. As the foaming temperature, when a solid foaming agent is used, a temperature at which gas can be generated from the foaming agent is adopted.
(2)空孔形成除去法
空孔形成剤除去法では、水溶性の糖質や塩の粉末或いは結晶等を空孔形成剤とし、これを混合物と混合し、通常乾燥に付して、高分子の中に空孔形成剤を取り込み、ついでこの空孔形成剤を除去すれば、本発明の複合多孔質足場材料が得られる。空孔形成剤を添加する場合には、空孔形成剤の大きさや形状を適宜選択することによって、得られる空泡の大きさや形状を制御できる。
(2) Pore-forming and removing method In the pore-forming and removing method, water-soluble sugar or salt powder or crystals are used as a porosity-forming agent, which is mixed with a mixture and usually dried and subjected to high molecular weight. By incorporating the pore-forming agent into the molecule and then removing the pore-forming agent, the composite porous scaffold material of the present invention can be obtained. When the pore-forming agent is added, the size and shape of the obtained air bubbles can be controlled by appropriately selecting the size and shape of the pore-forming agent.
空孔形成剤が、塩化ナトリウム又は塩化カリウムからなる中性塩や、ブトウ糖、砂糖などの水溶性糖質や、酒石酸ナトリウム、アスパラギン酸ナトリウムまたはクエン酸ナトリウム等の有機酸塩である場合、水等の溶剤で洗浄すれば、溶解し、除去される。溶剤は、空孔形成剤を溶解するが、高分子を溶解しないものであれば特に制限はない。空孔形成剤が水溶性の塩や水溶性の糖である場合、水で容易に溶解除去される。 Water when the pore-forming agent is a neutral salt composed of sodium chloride or potassium chloride, a water-soluble sugar such as butou sugar or sugar, or an organic acid salt such as sodium tartrate, sodium aspartate or sodium citrate. If it is washed with a solvent such as, it will be dissolved and removed. The solvent dissolves the pore-forming agent, but is not particularly limited as long as it does not dissolve the polymer. When the pore-forming agent is a water-soluble salt or a water-soluble sugar, it is easily dissolved and removed with water.
空孔形成剤として、氷からなる氷微粒子を用いることもできる。この場合も、氷微粒子を混合物と混合し、凍結乾燥させれば、氷微粒子が除去され、本発明の複合多孔質足場材料が得られる。凍結乾燥は、好ましくは、真空減圧下において行われる。 As the pore forming agent, ice fine particles made of ice can also be used. In this case as well, if the ice fine particles are mixed with the mixture and freeze-dried, the ice fine particles are removed, and the composite porous scaffold material of the present invention can be obtained. Freeze-drying is preferably carried out under vacuum vacuum.
(3)相分離法
相分離法では、溶媒に溶解した高分子の溶液を温度変化により濃厚相と希薄相とに相分離し、相分離した溶液を凍結乾燥すると、本発明の複合多孔質足場材料が得られる。相分離を行う条件は、高分子の種類、溶媒の種類、高分子溶液の濃度により異なり、当業者であればこれらを考慮して条件を設定する。この際に温度を徐々に下げる方法と、温度を急に下げる方法と、高分子溶液の曇り温度で一定期間保持してから温度を急に下げる方法がある。これらの条件を適宜設定することにより、得られる複合多孔質足場材料の空孔径や空孔形状を制御できる。
(3) Phase Separation Method In the phase separation method, a solution of a polymer dissolved in a solvent is phase-separated into a concentrated phase and a dilute phase by changing the temperature, and the phase-separated solution is freeze-dried to obtain the composite porous scaffold of the present invention. The material is obtained. The conditions for phase separation differ depending on the type of polymer, the type of solvent, and the concentration of the polymer solution, and those skilled in the art will set the conditions in consideration of these. At this time, there are a method of gradually lowering the temperature, a method of suddenly lowering the temperature, and a method of holding the cloudy temperature of the polymer solution for a certain period of time and then suddenly lowering the temperature. By appropriately setting these conditions, the pore diameter and pore shape of the obtained composite porous scaffold material can be controlled.
以上の操作において、生体吸収性高分子からなる多孔質体と、そこに位置するデキサメタゾン含有ナノ粒子であって、少なくとも生体吸収性のリン酸カルシウムを含有するナノ粒子とを含む、複合多孔質足場材料を製造できる。 In the above operation, a composite porous scaffold material containing a porous body made of a bioabsorbable polymer and nanoparticles containing dexamethasone located therein and containing at least bioabsorbable calcium phosphate is obtained. Can be manufactured.
多孔質化する工程に続いて、高分子を架橋する工程を行ってもよい。これにより、多孔質体の構造を安定させ、強固な足場材料を提供できる。上述したように、ゼラチンやコラーゲンに代表される水溶性生体吸収性高分子を用いた場合には、架橋は必要だが、ポリ乳酸やポリグリコール酸に代表される水不溶性生体吸収性高分子を用いた場合には、架橋は必ずしも必要ではない。用いられる架橋方法としては、従来公知のものが何れも使用できる。一般的に蒸気法や溶液法を用いることができる。 Following the step of making the polymer porous, a step of cross-linking the polymer may be performed. Thereby, the structure of the porous body can be stabilized and a strong scaffolding material can be provided. As described above, when a water-soluble bioabsorbable polymer represented by gelatin or collagen is used, cross-linking is necessary, but a water-insoluble bioabsorbable polymer represented by polylactic acid or polyglycolic acid is used. If so, cross-linking is not always necessary. As the cross-linking method used, any conventionally known cross-linking method can be used. Generally, the vapor method or the solution method can be used.
架橋方法として蒸気法を採用する場合、上記の架橋剤をガス状にして用いるのが好ましい。具体的には、足場材料を一定温度で一定濃度の架橋剤、または、その水溶液で飽和した架橋剤蒸気の雰囲気下で一定時間架橋を行う。蒸気法で用いられる架橋剤としては、従来公知のものが何れも使用できる。好ましく使用される架橋剤は、グルタルアルデヒド、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒドのようなアルデヒド類、特にグルタルアルデヒドである。架橋温度は、足場材料が溶解せず、かつ、架橋剤の蒸気が形成できる範囲内であればよく、通常、20℃〜50℃に設定される。架橋時間は、架橋剤の種類や架橋温度にもよるが、足場材料の生体吸収性を阻害せず、かつ、生体への移植時にこのものが溶解しないような架橋固定化が行われる範囲で行うのが望ましい。好ましい架橋時間は10分から12時間程度である。 When the vapor method is adopted as the cross-linking method, it is preferable to use the above-mentioned cross-linking agent in the form of a gas. Specifically, the scaffolding material is crosslinked at a constant temperature at a constant concentration or in an atmosphere of a crosslinking agent vapor saturated with an aqueous solution thereof for a certain period of time. As the cross-linking agent used in the steam method, any conventionally known cross-linking agent can be used. Preferred cross-linking agents are aldehydes such as glutaraldehyde, formaldehyde, paraformaldehyde, especially glutaraldehyde. The cross-linking temperature may be within a range in which the scaffolding material does not melt and vapor of the cross-linking agent can be formed, and is usually set to 20 ° C. to 50 ° C. The cross-linking time depends on the type of the cross-linking agent and the cross-linking temperature, but it is carried out within a range in which the cross-linking immobilization is performed so as not to inhibit the bioabsorbability of the scaffold material and to prevent the scaffold material from being dissolved at the time of transplantation into a living body. Is desirable. The preferred cross-linking time is about 10 minutes to 12 hours.
架橋方法として溶液法を採用する場合、1−(3−ジメチルアミノプロピル)−3−エチルカルボジイミド塩酸塩のようなカルボジイミド、アルデヒド類、エポキシ類などの架橋剤とN−ヒドロキシコハク酸イミドなどの活性化剤とを用いて架橋する。未架橋の足場材料は水に溶解するので、これらの架橋剤をエタノールと水との混合溶媒に溶解させて架橋する。エタノール対水の体積比は99/1から1/99までである。架橋温度は4℃から40℃で、望ましくは室温である。架橋剤の濃度は5mM〜500mMで、望ましくは10mM〜100mMである。活性化剤の濃度は5mM〜500mMで、望ましくは10mM〜100mMである。 When the solution method is adopted as the cross-linking method, the cross-linking agent such as 1- (3-dimethylaminopropyl) -3-ethylcarbodiimide hydrochloride and other carbodiimides, aldehydes and epoxies and the activity of N-hydroxysuccinimide and the like are used. Crosslink with an agent. Since the uncrosslinked scaffold material is soluble in water, these crosslinkers are dissolved in a mixed solvent of ethanol and water to crosslink. The volume ratio of ethanol to water is from 99/1 to 1/99. The cross-linking temperature is 4 ° C to 40 ° C, preferably room temperature. The concentration of the cross-linking agent is 5 mM to 500 mM, preferably 10 mM to 100 mM. The concentration of the activator is 5 mM to 500 mM, preferably 10 mM to 100 mM.
蒸発法または溶液法による架橋する工程後、得られた足場材料を洗浄し、架橋を停止してもよい。具体的には、最後の架橋反応後の足場材料を室温で純水に浸漬して洗浄し、これを1回の洗浄として3回繰り返す。洗浄後、未反応の活性官能基を失活させるため、複合多孔質足場材料をグリシン水溶液に浸漬する。グリシン水溶液の濃度は0.01M〜1.0Mで、望ましいのは0.05M〜0.3Mである。浸漬温度は4℃〜37℃で、望ましくは4〜30℃である。浸漬時間は1時間〜24時間で、望ましくは4時間〜12時間である。 After the step of cross-linking by the evaporation method or the solution method, the obtained scaffold material may be washed and the cross-linking may be stopped. Specifically, the scaffolding material after the final cross-linking reaction is washed by immersing it in pure water at room temperature, and this is repeated three times as one washing. After washing, the composite porous scaffold material is immersed in an aqueous glycine solution to inactivate unreacted active functional groups. The concentration of the aqueous glycine solution is 0.01M to 1.0M, preferably 0.05M to 0.3M. The immersion temperature is 4 ° C. to 37 ° C., preferably 4 to 30 ° C. The immersion time is 1 to 24 hours, preferably 4 to 12 hours.
上述の多孔質化する工程後、または、架橋する工程後、得られた足場材料を洗浄し、乾燥させてもよい。例示的には、30分間純水での洗浄を3回以上繰り返す。洗浄後、5Pa以下の減圧下で48時間凍結乾燥を行う。 After the above-mentioned porosification step or cross-linking step, the obtained scaffold material may be washed and dried. Illustratively, washing with pure water for 30 minutes is repeated 3 times or more. After washing, freeze-drying is performed for 48 hours under a reduced pressure of 5 Pa or less.
次に具体的な実施例を用いて本発明を詳述するが、本発明がこれら実施例に限定されないことに留意されたい。 Next, the present invention will be described in detail with reference to specific examples, but it should be noted that the present invention is not limited to these examples.
[参考例1]
実施例に先立って、実施例で使用するデキサメタゾンの含有量が異なる3種類のナノ粒子を製造した。ここで、ナノ粒子は、少なくとも生体吸収性リン酸カルシウムを含有した。
[Reference example 1]
Prior to the examples, three types of nanoparticles having different contents of dexamethasone used in the examples were produced. Here, the nanoparticles contained at least bioabsorbable calcium phosphate.
1.5mg、3.0mgおよび4.5mgのデキサメタゾン(シグマアルドリッチ合同会社)をそれぞれ2mLのエタノール(和光純薬株式会社)に溶解し、デキサメタゾンのエタノール溶液を調製した。調製したデキサメタゾンのエタノール溶液を硝酸カルシウム四水和物溶液(シグマアルドリッチ合同会社)に添加し、硝酸カルシウム四水和物の濃度が0.5Mで溶液の総体積が50.0mLなるように調製した。デキサメタゾンを含む0.5M硝酸カルシウム四水和物溶液50.0mLを0.5Mリン酸水素二アンモニウム溶液(シグマアルドリッチ合同会社)33.4mLに150mL/hの速度で滴下した。この混合溶液を55℃で撹拌しながら、水酸化アンモニウム溶液(シグマアルドリッチ合同会社)を滴下して反応溶液のpHを9.5に調整した。その後、撹拌しながら、55℃の水浴中で30分間反応した。反応で得られた生成物のスラリーを室温で36時間保持して熟成(aging)した。この溶液を8000rpmで5分間遠心分離し、Milli−Q水で5回以上洗浄した。
1.5 mg, 3.0 mg and 4.5 mg of dexamethasone (Sigma-Aldrich LLC) were dissolved in 2 mL of ethanol (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), respectively, to prepare an ethanol solution of dexamethasone. The prepared ethanol solution of dexamethasone was added to a calcium nitrate tetrahydrate solution (Sigma Aldrich LLC) to prepare a calcium nitrate tetrahydrate concentration of 0.5 M and a total volume of the solution of 50.0 mL. .. 50.0 mL of a 0.5 M calcium nitrate tetrahydrate solution containing dexamethasone was added dropwise to 33.4 mL of a 0.5 M diammonium hydrogen phosphate solution (Sigma-Aldrich LLC) at a rate of 150 mL / h. While stirring this mixed solution at 55 ° C., an ammonium hydroxide solution (Sigma-Aldrich LLC) was added dropwise to adjust the pH of the reaction solution to 9.5. Then, with stirring, the reaction was carried out in a water bath at 55 ° C. for 30 minutes. The slurry of the product obtained by the reaction was held at room temperature for 36 hours and aged. The solution was centrifuged at 8000 rpm for 5 minutes and washed with Milli-
得られた生成物の形態を、透過型電子顕微鏡(TEM、型番JEM−2100F、日本電子株式会社)で観察した。結果を図2に示す。 The morphology of the obtained product was observed with a transmission electron microscope (TEM, model number JEM-2100F, JEOL Ltd.). The results are shown in FIG.
図2は、参考例1の生成物のTEM像を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing a TEM image of the product of Reference Example 1.
図2には、デキサメタゾン4.5mgを用いて得られる生成物の低倍率のTEM像(A)と高倍率のTEM像(B)とを示す。図2によれば、生成物は、ロッド状の形状を有するナノ粒子であり、長軸は25nm以上70nm以下の範囲であり、短軸は4nm以上20nm以下の範囲であり、長軸および短軸から算出される2軸平均径は、13.5nm以上45nm以下の範囲を有することが分かった。また、ナノ粒子の表面の形態は一様であり、同一材料で覆われていることが示唆される。図示しないが、デキサメタゾンを1.5mgおよび3.0mg用いて得られる生成物も同様の形状を有することを確認した。以降では、デキサメタゾンをそれぞれ1.5mg、3.0mgおよび4.5mg用いて得られた生成物を、ナノ粒子(DEX1.5)、ナノ粒子(DEX3.0)およびナノ粒子(DEX4.5)と称する。 FIG. 2 shows a low-magnification TEM image (A) and a high-magnification TEM image (B) of the product obtained using 4.5 mg of dexamethasone. According to FIG. 2, the product is nanoparticles having a rod-like shape, with a major axis in the range of 25 nm or more and 70 nm or less, a minor axis in the range of 4 nm or more and 20 nm or less, and a major axis and a minor axis. It was found that the biaxial average diameter calculated from the above ranged from 13.5 nm to 45 nm. In addition, the surface morphology of the nanoparticles is uniform, suggesting that they are covered with the same material. Although not shown, it was confirmed that the products obtained with 1.5 mg and 3.0 mg of dexamethasone had similar shapes. Hereinafter, the products obtained by using 1.5 mg, 3.0 mg and 4.5 mg of dexamethasone, respectively, were referred to as nanoparticles (DEX1.5), nanoparticles (DEX3.0) and nanoparticles (DEX4.5). Refer to.
また、ナノ粒子(DEX4.5)の表面の組成を粉末X線回折(XRD)法により分析したところ、ナノ粒子(DEX4.5)の表面は、主相がβ−リン酸三カルシウムであり、第二相がハイドロキシアパタイトであった。 Further, when the composition of the surface of the nanoparticles (DEX4.5) was analyzed by the powder X-ray diffraction (XRD) method, the surface of the nanoparticles (DEX4.5) had a main phase of β-tricalcium phosphate. The second phase was hydroxyapatite.
さらに、ナノ粒子にデキサメタゾンが内包されていることを確認するため、紫外・可視分光光度計を用い、242nmにおける既知濃度のデキサメタゾン溶液の検量線から評価した。具体的には、エタノールで洗浄して表面のデキサメタゾンを除去したナノ粒子(DEX4.5)を塩酸で分解し、この溶液の242nmのピーク強度を測定した。一方、比較のため、デキサメタゾンを含有しないナノ粒子(後述する比較例4で使用)の表面にデキサメタゾンを吸着させ、表面をエタノールで洗浄した後に塩酸で分解し、この溶液の242nmのピーク強度を測定した。その結果、ナノ粒子(DEX4.5)を分解した溶液の吸光ピーク強度は、デキサメタゾンを表面に吸着させたナノ粒子のそれと比較すると、顕著に大きかった。このことから、ナノ粒子(DEX4.5)において、β−リン酸三カルシウムとハイドロキシアパタイトとの二相性リン酸カルシウムが、デキサメタゾンを内包していることが示唆される。 Furthermore, in order to confirm that the nanoparticles contained dexamethasone, evaluation was performed from the calibration curve of the dexamethasone solution having a known concentration at 242 nm using an ultraviolet-visible spectrophotometer. Specifically, nanoparticles (DEX4.5) from which dexamethasone on the surface was removed by washing with ethanol were decomposed with hydrochloric acid, and the peak intensity at 242 nm of this solution was measured. On the other hand, for comparison, dexamethasone was adsorbed on the surface of nanoparticles containing no dexamethasone (used in Comparative Example 4 described later), the surface was washed with ethanol and then decomposed with hydrochloric acid, and the peak intensity at 242 nm of this solution was measured. did. As a result, the absorption peak intensity of the solution obtained by decomposing the nanoparticles (DEX4.5) was significantly higher than that of the nanoparticles having dexamethasone adsorbed on the surface. This suggests that the biphasic calcium phosphate of β-tricalcium phosphate and hydroxyapatite contains dexamethasone in the nanoparticles (DEX4.5).
ナノ粒子(DEX1.5)、ナノ粒子(DEX3.0)およびナノ粒子(DEX4.5)におけるデキサメタゾンの含有量と含有率を測定した。ナノ粒子それぞれ10mgを0.3mLの1M HCl(和光純薬株式会社)に溶解した。次いで、これらの溶液に1.7mLのリン酸緩衝生理食塩水(PBS、ナカライテスク株式会社)を添加して溶液を希釈した。希釈した溶液の試料中のデキサメタゾン量は紫外・可視分光光度計を用い、242nmで、既知濃度のデキサメタゾン溶液の検量線を用いて測定した。これによって、デキサメタゾンの含有量を計算した。ナノ粒子(DEX1.5)、ナノ粒子(DEX3.0)およびナノ粒子(DEX4.5)おけるデキサメタゾンの含有量ならびに含有率は、それぞれ、225 ± 26、382 ± 21および460 ± 35 ng/mg、ならびに、22.5、38.2および46.0wt%であった。これらの結果を簡単のため、表1にまとめる。 The content and content of dexamethasone in nanoparticles (DEX1.5), nanoparticles (DEX3.0) and nanoparticles (DEX4.5) were measured. 10 mg of each nanoparticle was dissolved in 0.3 mL of 1M HCl (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). Then, 1.7 mL of phosphate buffered saline (PBS, Nacalai Tesque, Inc.) was added to these solutions to dilute the solutions. The amount of dexamethasone in the sample of the diluted solution was measured using an ultraviolet / visible spectrophotometer at 242 nm using a calibration curve of a dexamethasone solution having a known concentration. From this, the content of dexamethasone was calculated. The content and content of dexamethasone in nanoparticles (DEX1.5), nanoparticles (DEX3.0) and nanoparticles (DEX4.5) are 225 ± 26, 382 ± 21 and 460 ± 35 ng / mg, respectively. And it was 22.5, 38.2 and 46.0 wt%. These results are summarized in Table 1 for simplicity.
[実施例1]
実施例1では、参考例1におけるナノ粒子(DEX1.5)と、生体吸収性高分子としてコラーゲンとを用いた複合多孔質足場材料を製造した。
[Example 1]
In Example 1, a composite porous scaffold material using the nanoparticles (DEX1.5) in Reference Example 1 and collagen as a bioabsorbable polymer was produced.
ブタ由来I型コラーゲン(新田ゼラチン株式会社)を10(v/v)%エタノール水溶液に溶かし、2.5(wt/v)%のコラーゲン水溶液を調製した。調製したコラーゲンを−5℃の低温チャンバー内で2時間静置し、コラーゲン溶液の温度を−5℃で平衡化した。次いで、ナノ粒子(DEX1.5)を純水に分散し、エタノールの体積濃度が10(v/v)%になるようにエタノールを添加し、粒子濃度が100mg/mLのナノ粒子(DEX1.5)のエタノール水溶液を調製した。ナノ粒子(DEX1.5)のエタノール水溶液を、−5℃の低温チャンバー内の温度に移動し、2時間静置し、温度を−5℃に調整した。 Pig-derived type I collagen (Nitta Gelatin Co., Ltd.) was dissolved in a 10 (v / v)% ethanol aqueous solution to prepare a 2.5 (wt / v)% collagen aqueous solution. The prepared collagen was allowed to stand in a low temperature chamber at −5 ° C. for 2 hours, and the temperature of the collagen solution was equilibrated at −5 ° C. Next, nanoparticles (DEX1.5) were dispersed in pure water, ethanol was added so that the volume concentration of ethanol was 10 (v / v)%, and nanoparticles (DEX1.5) having a particle concentration of 100 mg / mL were added. ) Was prepared. An aqueous ethanol solution of nanoparticles (DEX1.5) was moved to a temperature in a low temperature chamber of −5 ° C. and allowed to stand for 2 hours to adjust the temperature to −5 ° C.
空孔形成剤である氷微粒子を作製するため、液体窒素の入った容器に純水を噴霧し、水滴を凍結させた。凍結物を−15℃の低温チャンバーに容器ごと移した。そのまま低温チャンバー内で約2時間静置することによって、液体窒素を気化させた。次に、低温チャンバー内で公称500μmの目開きをもつ篩と公称425μmの目開きをもつ篩を用いて大きさ425μm〜500μm氷を篩い分けた。低温チャンバー内の温度を−5℃に変更し、作製した氷微粒子を2時間静置し、氷微粒子の温度を−5℃に調整した。 In order to prepare ice fine particles as a pore-forming agent, pure water was sprayed on a container containing liquid nitrogen to freeze water droplets. The frozen product was transferred to a low temperature chamber at −15 ° C. together with the container. Liquid nitrogen was vaporized by allowing it to stand in a low temperature chamber for about 2 hours. Next, ice having a size of 425 μm to 500 μm was sieved using a sieve having a nominal opening of 500 μm and a sieve having a nominal opening of 425 μm in a low temperature chamber. The temperature in the low temperature chamber was changed to −5 ° C., and the prepared ice fine particles were allowed to stand for 2 hours to adjust the temperature of the ice fine particles to −5 ° C.
2.5(w/v)%コラーゲン溶液11mLと、3mLの100mg/mLのナノ粒子(DEX1.5)のエタノール水溶液とを−5℃で混合し、ナノ粒子を均一に懸濁したナノ粒子(DEX1.5)/コラーゲンの混合溶液を調製した。ここで、ナノ粒子(DEX1.5)とコラーゲンとは、重量比で、1:1となるように混合された。この混合溶液に氷微粒子12.5g(15.4mLに相当)を添加し、1:1(体積mL対重量g)の比率で−5℃の低温チャンバー内で混合した。氷微粒子が混合溶液内で均一に分散するようによく攪拌した。 11 mL of a 2.5 (w / v)% collagen solution and 3 mL of an aqueous ethanol solution of 100 mg / mL nanoparticles (DEX1.5) were mixed at -5 ° C, and the nanoparticles were uniformly suspended. A mixed solution of DEX1.5) / collagen was prepared. Here, the nanoparticles (DEX1.5) and collagen were mixed so as to have a weight ratio of 1: 1. 12.5 g (corresponding to 15.4 mL) of ice fine particles were added to this mixed solution, and the mixture was mixed in a low temperature chamber at −5 ° C. at a ratio of 1: 1 (volume mL to weight g). The ice particles were stirred well so that they were uniformly dispersed in the mixed solution.
続いて、この混合溶液と氷微粒子との混合物を、あらかじめ冷却しておいたシリコーン型枠(内寸法65mm×35mm×厚み5mm)に充てんした。この混合物を−12℃で12時間静置した後、さらに−80℃で6時間静置することにより、混合物を凍結させた。凍結物を室温、2日間凍結乾燥を行うことにより、複合多孔質足場材料を得た。
Subsequently, the mixture of this mixed solution and ice fine particles was filled in a pre-cooled silicone mold (internal dimensions 65 mm × 35 mm ×
次いで、得られた複合多孔質足場材料においてコラーゲンを架橋した。架橋反応液として、50mMの1−(3−ジメチルアミノプロピル)−3−エチルカルボジイミド塩酸塩(EDC、株式会社ペプチド研究所)と20mMのN−ヒドロキシコハク酸イミド(NHS、和光純薬株式会社)の80%エタノール水溶液を用いた。複合多孔質足場材料を架橋液に浸漬させ、室温(25℃)で20rpmの速度で振とうしながら、8時間架橋反応を行った。 Collagen was then crosslinked in the resulting composite porous scaffold material. As the cross-linking reaction solution, 50 mM 1- (3-dimethylaminopropyl) -3-ethylcarbodiimide hydrochloride (EDC, Peptide Institute, Ltd.) and 20 mM N-hydroxysuccinimide (NHS, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 80% aqueous ethanol solution was used. The composite porous scaffold material was immersed in the cross-linking solution, and the cross-linking reaction was carried out for 8 hours while shaking at room temperature (25 ° C.) at a speed of 20 rpm.
架橋反応後の複合多孔質足場材料を室温で1時間超純水に浸漬し、これを1回の洗浄として3回繰り返した。続いて、得られた生成物を0.1Mのグリシン水溶液に室温で8時間浸漬した後、1時間、純水での洗浄を3回繰り返した。洗浄後、2日間凍結乾燥を行い、最終製造物の複合多孔質足場材料を得た。なお、以降では、分かり易さのために、実施例1で製造した複合多孔質足場材料を足場材料1と称する。
The composite porous scaffold material after the cross-linking reaction was immersed in ultrapure water for 1 hour at room temperature, and this was repeated 3 times as one washing. Subsequently, the obtained product was immersed in a 0.1 M aqueous solution of glycine at room temperature for 8 hours, and then washed with pure water for 1 hour was repeated 3 times. After washing, freeze-drying was carried out for 2 days to obtain a composite porous scaffold material of the final product. Hereinafter, for the sake of clarity, the composite porous scaffolding material produced in Example 1 will be referred to as
足場材料1の走査電子顕微鏡(SEM、S−4800、株式会社日立ハイテクノロジーズ)で観察した。結果を図3に示す。また、SEM像から空孔径を求め、足場材料1cm3当たりのナノ粒子の含有量(mg)を求めた。結果を表2に示す。
The
足場材料1から徐放されるデキサメタゾンの量を調べた。徐放量の測定には、生検パンチで直径6mm、高さ3mmの円柱状にくり抜いた足場材料1を6個用いた。デキサメタゾンの徐放量は次のようにして測定した。6個の足場材料1を1本の試験管に入れ、PBSを6mL加えて浸漬した。この試験管を37℃、60rpmで振とうし、所定の時間経過した時点で上澄み100μLをサンプリングし、これを徐放量測定に用いた。残りの足場材料/溶液にPBSを100μL補充して引き続き振とうした。振とう時間は、0.5、1、2、4、7、10、13、16、19、22、25、28、31、35日間であった。サンプリングした溶液の吸光度を紫外・可視分光光度計(V−660、日本分光株式会社)で測定し、既知濃度のデキサメタゾン溶液から作成した検量線から、徐放されたデキサメタゾンの濃度を求めた。デキサメタゾンの濃度及び溶液の体積からデキサメタゾンの重量を計算し、累積徐放量で表した。デキサメタゾン累積徐放量をリン酸カルシウムナノ粒子へのデキサメタゾン内包量で除し、徐放されたデキサメタゾンの割合を求めた。この一連の実験を3回繰り返し、平均値を求めた。結果を図6および表3に示す。
The amount of dexamethasone released slowly from
次に、足場材料1を用いて骨組織を再生した。骨組織の再生には、生検パンチで直径6mm、高さ3mmの円柱状にくり抜き、エチレンオキシドガスで22時間滅菌処理した足場材料1を用いた。滅菌した足場材料1をダルベッコ改変イーグル培地(DMEM、シグマアルドリッチジャパン合同会社)中に浸漬し、37℃で4時間インキュベートすることによって平衡化した。ヒト間葉系幹細胞(ロンザジャパン株式会社)をDMEM中に分散させ、2×106 cells/mLの懸濁液を調製し、この細胞懸濁液85μL(細胞数1.7×105個)をこの足場材料1の上面に滴下した。5% CO2、37℃で3時間培養した後、複合多孔質足場材料を上下反転させ、その上面に細胞懸濁液85μLを滴下した。播種した細胞数は合計3.4×105個であった。細胞を播種した足場材料1を、10mM β−グリセロホスフェート(シグマアルドリッチジャパン合同会社)を添加したDMEM中にて、37℃、5% CO2で1週間in vitro培養した後、6週齢のヌードマウスの背中皮下に6、12週間移植した。移植後の外観を観察した。結果を図7(A)および(B)に示す。
Next, the bone tissue was regenerated using the
足場材料1に侵入した細胞を観察するため、ヘマトキシリン・エオジン染色を行い、観察した。結果を図8(A)〜(C)に示す。さらに、骨組織の形成をタンパク質レベルで調べるために、移植12週間の移植物に対して、骨分化関連タンパク質であるI型コラーゲン(Col I)とオステオカルシン(OCN)の免疫染色を行った。結果を図9(A)および(B)に示す。
In order to observe the cells that invaded the
さらに、骨組織の形成を遺伝子レベルで調べるために、移植12週間後の移植物に対して、骨分化マーカー遺伝子であるアルカリホスファターゼ(ALP)、骨シアロタンパク質2(IBSP)、runt−related transcription factor−2(RUNX2)、骨形成因子2(BMP−2)の各発現レベルをリアルタイムRT−PCR法により解析した。足場材料1の骨分化マーカー遺伝子の発現を、デキサメタゾンを含有しない足場材料(後述する比較例4)と比較した。結果を表4に示す。
Furthermore, in order to examine the formation of bone tissue at the genetic level, the bone differentiation marker genes alkaline phosphatase (ALP), bone sialoprotein 2 (IBSP), and runt-related translation factoror were used for the transplanted product 12 weeks after the transplantation. The expression levels of -2 (RUNX2) and bone-forming factor 2 (BMP-2) were analyzed by the real-time RT-PCR method. The expression of the bone differentiation marker gene of the
[実施例2]
実施例2では、参考例1におけるナノ粒子(DEX3.0)と、生体吸収性高分子としてコラーゲンとを用いた複合多孔質足場材料を製造した。ナノ粒子(DEX1.5)に代えて、ナノ粒子(DEX3.0)を用いた以外は、実施例1と同様の手順であるため、説明を省略する。実施例2で製造した複合多孔質足場材料を足場材料2と称する。
[Example 2]
In Example 2, a composite porous scaffold material using the nanoparticles (DEX3.0) in Reference Example 1 and collagen as a bioabsorbable polymer was produced. Since the procedure is the same as that of the first embodiment except that the nanoparticles (DEX3.0) are used instead of the nanoparticles (DEX1.5), the description thereof will be omitted. The composite porous scaffolding material produced in Example 2 is referred to as scaffolding material 2.
足場材料2について、実施例1と同様に、SEM観察を行い、空孔径および足場材料1cm3当たりのナノ粒子の含有量(mg)を求めた。結果を図4および表2に示す。実施例1と同様に、足場材料2から徐放されるデキサメタゾンの量を調べた。結果を図6に示す。実施例1と同様に、足場材料2を用いて骨組織を再生した。移植後の外観を観察し、ヘマトキシリン・エオジン染色および免疫染色を行った。結果を図7(C)、(D)、図8(D)〜(F)および図9(C)、(D)に示す。実施例1と同様に、足場材料2を用いた骨分化マーカー遺伝子の発現を調べた。結果を表4に示す。
For scaffold 2, in the same manner as in Example 1, subjected to SEM observation it was determined the content of the pore size and the
[実施例3]
実施例3では、参考例1におけるナノ粒子(DEX4.5)と、生体吸収性高分子としてコラーゲンとを用いた複合多孔質足場材料を製造した。ナノ粒子(DEX1.5)に代えて、ナノ粒子(DEX4.5)を用いた以外は、実施例1と同様の手順であるため、説明を省略する。実施例3で製造した複合多孔質足場材料を足場材料3と称する。
[Example 3]
In Example 3, a composite porous scaffold material using the nanoparticles (DEX4.5) in Reference Example 1 and collagen as a bioabsorbable polymer was produced. Since the procedure is the same as that of the first embodiment except that the nanoparticles (DEX4.5) are used instead of the nanoparticles (DEX1.5), the description thereof will be omitted. The composite porous scaffolding material produced in Example 3 is referred to as scaffolding material 3.
足場材料3について、実施例1と同様に、SEM観察を行い、空孔径および足場材料1cm3当たりのナノ粒子の含有量(mg)を求めた。結果を図5および表2に示す。実施例1と同様に、足場材料3から徐放されるデキサメタゾンの量を調べた。結果を図6に示す。実施例1と同様に、足場材料3を用いて骨組織を再生した。移植後の外観を観察し、ヘマトキシリン・エオジン染色および免疫染色を行った。結果を図7(E)、(F)、図8(G)〜(I)および図9(E)、(F)に示す。実施例1と同様に、足場材料3を用いた骨分化マーカー遺伝子の発現を調べた。結果を表4に示す。
For scaffold 3, in the same manner as in Example 1, subjected to SEM observation it was determined the content of the pore size and the
[比較例4]
比較例4では、デキサメタゾンを含有しないナノ粒子と、生体吸収性高分子としてコラーゲンとを用いた複合多孔質足場材料を製造した。デキサメタゾンを含有しないナノ粒子は、参考例1において、デキサメタゾンを用いない以外は同様にして製造した。ナノ粒子(DEX1.5)に代えて、デキサメタゾンを含有しないナノ粒子を用いた以外は、実施例1と同様の手順であるため、説明を省略する。比較例4で製造した複合多孔質足場材料を足場材料4と称する。
[Comparative Example 4]
In Comparative Example 4, a composite porous scaffold material using nanoparticles containing no dexamethasone and collagen as a bioabsorbable polymer was produced. The nanoparticles containing no dexamethasone were produced in the same manner in Reference Example 1 except that dexamethasone was not used. Since the procedure is the same as that of Example 1 except that nanoparticles containing no dexamethasone are used instead of nanoparticles (DEX1.5), the description thereof will be omitted. The composite porous scaffolding material produced in Comparative Example 4 is referred to as scaffolding material 4.
実施例1と同様に、足場材料4を用いて骨組織を再生した。移植後の外観を観察し、免疫染色を行った。結果を図10に示す。実施例1と同様に、足場材料4を用いた骨分化マーカー遺伝子の発現を調べた。 Similar to Example 1, the scaffolding material 4 was used to regenerate the bone tissue. The appearance after transplantation was observed, and immunostaining was performed. The results are shown in FIG. Similar to Example 1, the expression of the bone differentiation marker gene using the scaffolding material 4 was examined.
以上の結果を説明する。
図3は、実施例1の足場材料1のSEM像を示す図である。
図4は、実施例2の足場材料2のSEM像を示す図である。
図5は、実施例3の足場材料3のSEM像を示す図である。
The above results will be described.
FIG. 3 is a diagram showing an SEM image of the
FIG. 4 is a diagram showing an SEM image of the scaffolding material 2 of the second embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing an SEM image of the scaffolding material 3 of Example 3.
図3(A)、図4(A)および図5(A)によれば、本発明の足場材料1〜3は、いずれも、氷微粒子のサイズを反映した球状の空孔構造およびそれが連通した空隙からなる多孔質構造を有することが分かった。図3(B)、図4(B)および図5(B)は、高倍率の観察結果であるが、空孔壁面にはナノ粒子に相当する粒子状のものが観察された。
According to FIGS. 3 (A), 4 (A) and 5 (A), the
表2によれば、足場材料1〜3における空孔径は、用いた氷微粒子の大きさおよび形状を反映していることが確認された。足場材料1〜3の外体積1cm3当たりのナノ粒子の含有量は、次のようにして計算した。コラーゲン水溶液(11mL)とナノ粒子のエタノール溶液(3mL)との混合溶液(14mL)の凍結後の体積は、15.4mL(水が氷に状態変化すると体積が1.1倍増加するため)となる。凍結した混合溶液(15.4mL)と氷微粒子(15.4mL)との合計体積は、30.8mLとなり、凍結乾燥後の足場材料の外体積は30.8cm3とみなせる。300mgのナノ粒子を用いたため、外体積1cm3あたりのナノ粒子は、300/30.8〜9.7mg/cm3となる。
According to Table 2, it was confirmed that the pore diameters in the
図6は、実施例1〜3の足場材料1〜3から徐放されるデキサメタゾンの徐放量の時間依存性を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the time dependence of the sustained release amount of dexamethasone released from the
図6によれば、実施例1〜3の足場材料1〜3のいずれも、デキサメタゾンの徐放が35日間にわたって観察され、デキサメタゾンの徐放を可能にすることが示された。また、デキサメタゾンの徐放量は、足場材料に含有されるナノ粒子中のデキサメタゾン濃度の増加にともなって増加した。
According to FIG. 6, sustained release of dexamethasone was observed for 35 days in all of the
表3に示すように、インキュベーション後の足場材料1〜3からの累積デキサメタゾン放出量は、それぞれ、339.9 ± 35.8ng、 553.5 ± 38.3ng、712.5 ± 57.1 ng(以上、足場材料1個あたりの量)であった。足場材料1〜3におけるデキサメタゾンの含有量に対して、徐放したデキサメタゾンの累積割合(%)を計算した。35日間後、足場材料1〜3から放出したデキサメタゾンの累積割合は、それぞれ、76.2 ± 6.8%、72.4 ± 5.7 %、79.1 ± 7.0 %であった。このことから、本発明の足場材料は、少なくとも1か月にわたってデキサメタゾンを徐放でき、骨組織の再生に有利であることが示された。見やすさのために、これらの結果を表3に示す。
As shown in Table 3, the cumulative dexamethasone releases from the
図7は、実施例1〜3の足場材料1〜3を用いて再生した骨組織の外観を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the appearance of bone tissue regenerated using the
図7(A)および(B)は、足場材料1を用い、12週間移植した骨組織の外観であり、図7(C)および(D)は、足場材料2を用い、12週間移植した骨組織の外観であり、図7(E)および(F)は、足場材料3を用い、12週間移植した骨組織の外観である。図7(A)、(C)、(E)は、足場材料1〜3を上面から撮影した様子であり、図7(B)、(D)、(F)は、足場材料1〜3を側面から撮影した様子である。
7 (A) and 7 (B) are appearances of bone tissue transplanted for 12 weeks using
図7ではグレースケールで示すが、移植物(骨組織)は全体に赤色を帯びており、骨組織が形成したことを確認した。特に明度が暗く示される部分は、毛細血管であり、本発明の足場材料が骨組織の再生に有効であることが分かった。また、移植後12週間経過後も、移植前の寸法を維持していることが分かった。 Although shown in gray scale in FIG. 7, the transplant (bone tissue) was entirely reddish, confirming that bone tissue was formed. In particular, the part where the lightness is dark is the capillaries, and it was found that the scaffold material of the present invention is effective for the regeneration of bone tissue. It was also found that the dimensions before transplantation were maintained even 12 weeks after transplantation.
図8は、実施例1〜3の足場材料1〜3を用いて再生した骨組織のヘマトキシリン・エオジン染色像を示す図である。 FIG. 8 is a diagram showing hematoxylin / eosin-stained images of bone tissue regenerated using the scaffolding materials 1-3 of Examples 1 to 3.
図8(A)〜(C)は、足場材料1を用い、12週間移植した骨組織の染色像であり、図8(D)〜(F)は、足場材料2を用い、12週間移植した骨組織の染色像であり、図8(G)〜(I)は、足場材料3を用い、12週間移植した骨組織の染色像である。図8(A)、(D)、(G)は、足場材料1〜3の縦横断面全体であり、図8(B)、(E)、(H)は、図8(A)、(D)、(G)の拡大像であり、図8(C)、(F)、(I)は、図8(B)、(E)、(H)のさらなる拡大像である。
8 (A) to 8 (C) are stained images of bone tissue transplanted for 12 weeks using
図8(A)、(D)、(G)によれば、全体に染色(グレースケールにおいて明度が暗く示される領域に相当する)されており、細胞が空孔内に侵入していること、侵入した細胞が足場材料に一様に分布していること、細胞外マトリックスが一様に堆積していることが示された。 According to FIGS. 8 (A), (D), and (G), the whole is stained (corresponding to the region where the lightness is darkened on the gray scale), and the cells have invaded the pores. It was shown that the invading cells were uniformly distributed in the scaffold material and that the extracellular matrix was uniformly deposited.
図8(C)、(F)、(I)において、矢印(→)は、新生血管を示し、アスタリスク(*)は、新生骨を示す。このことから、本発明の足場材料を用いれば、骨組織の再生が可能であることが示された。 In FIGS. 8C, 8F, and I, the arrow (→) indicates a new blood vessel, and the asterisk (*) indicates a new bone. From this, it was shown that the scaffolding material of the present invention can be used to regenerate bone tissue.
図9は、実施例1〜3の足場材料1〜3を用いて再生した骨組織の免疫染色像を示す図である。
図10は、比較例4の足場材料4を用いて再生した骨組織の免疫染色像を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing immunostaining images of bone tissue regenerated using the
FIG. 10 is a diagram showing an immunostaining image of bone tissue regenerated using the scaffolding material 4 of Comparative Example 4.
図9(A)、(B)は、それぞれ、足場材料1を用い、12週間移植した骨組織のI型コラーゲン(Col I)とオステオカルシン(OCN)の免疫染色像であり、図9(C)、(D)は、足場材料2を用い、12週間移植した骨組織のCol IとOCNの免疫染色像であり、図9(E)、(F)は、足場材料3を用い、12週間移植した骨組織(移植物)のCol IとOCNの免疫染色像である。図10(A)、(B)は、足場材料4を用い、12週間移植した骨組織のCol IとOCNの免疫染色像である。
9 (A) and 9 (B) are immunostained images of type I collagen (Col I) and osteocalcin (OCN) of bone tissue transplanted for 12 weeks using
図9および図10は、グレースケールで示すが、明度が暗く示される領域が、抗Col I抗体、抗OCN抗体によって染色されたことを示す。図9によれば、足場材料1〜3を用いた移植物は、抗Col I抗体、抗OCN抗体によって染色された。特に、図9と図10とを比較すると、足場材料1〜3の染色像は、足場材料4のそれと比較して濃く染色された。このことから、本発明の足場材料1の移植物の骨分化の度合いは、足場材料4に対して有意に高いことが示された。
9 and 10 show in grayscale, but the darkened areas were stained with anti-Col I antibody, anti-OCN antibody. According to FIG. 9, the transplants using the
足場材料1〜3を用いた移植物における骨分化マーカー遺伝子の発現レベルを、足場材料4を用いたそれと比較した結果を表4に示す。
Table 4 shows the results of comparing the expression levels of the bone differentiation marker genes in the transplants using the
表4によれば、足場材料1〜3の移植物では、足場材料4のそれと比較して、骨分化マーカー遺伝子の発現が少なくとも約2倍亢進していることが示された。このことからも、本発明の足場材料は、より高い効率で骨組織を再生することが示された。
According to Table 4, it was shown that the expression of the bone differentiation marker gene was increased at least about 2 times in the transplants of the
本発明の複合多孔質足場材料は、骨組織の欠損部位に移植される、細胞を多孔質内に侵入させることができるので、細胞を効率的に骨分化させることができる。しかも、デキサメタゾン含有ナノ粒子は多孔質体に担持されているため、ナノ粒子がすばやく拡散してデキサメタゾンを骨欠損部位に供給する効率が低下してしまうことを防ぐだけでなく、骨組織が再生される間、ナノ粒子に担持されたデキサメタゾンを徐放することが可能である。複合多孔質足場材料を欠損部位の形状にすることにより、欠損部位に応じた形状の骨組織を再生する。よって、本発明の複合多孔質足場材料は骨再生医療にきわめて有効である。 Since the composite porous scaffold material of the present invention can allow cells to invade into the porous material to be transplanted to a defective site of bone tissue, cells can be efficiently differentiated into bone. Moreover, since the dexamethasone-containing nanoparticles are supported on the porous body, it not only prevents the nanoparticles from diffusing quickly and reducing the efficiency of supplying dexamethasone to the bone defect site, but also regenerates the bone tissue. During this period, the dexamethasone supported on the nanoparticles can be released slowly. By shaping the composite porous scaffold material into the shape of the defect site, the bone tissue having a shape corresponding to the defect site is regenerated. Therefore, the composite porous scaffold material of the present invention is extremely effective in bone regenerative medicine.
100 複合多孔質足場材料
110 多孔質体
120 ナノ粒子
130 空孔
100 Composite
Claims (17)
前記多孔質体に位置するデキサメタゾン含有ナノ粒子とを含み、
前記デキサメタゾンは少なくとも生体吸収性のリン酸カルシウムに含有され、
前記リン酸カルシウムは、前記デキサメタゾンを内包する、複合多孔質足場材料。 A porous body made of a bioabsorbable polymer and
Containing dexamethasone-containing nanoparticles located in the porous body,
The dexamethasone is contained in at least bioabsorbable calcium phosphate ,
The calcium phosphate is a composite porous scaffold material containing the dexamethasone.
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