JPH01280465A - 医用材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ この発明はコラーゲンを主要素材とする生体適合性の優
れた医用材料に関するものである。

〔従来の技術］ 昨今、医療技術の進歩に伴って、医用材料に関する研究
も盛んになり、合成もしくは天然の高分子物質を素材と
する数多くの医用材料が提供され使用されつつある。た
とえば、各種の輸液チューブ、カテーテル、手術糸、人
工皮膚、人工胸膜、人工心膜、その他癒着防止膜、人工
胸壁、人工気管、人工食道、人工肘、人工血管などをあ
げることができ、生体の内外で広く検討されている。こ
れらは各種素材を繊維状、糸状、フィルム状、不織布状
、布状、メツシュ状、スポンジ状、管状その他の形状に
成形加工し、またはさらにこれらを適宜組み合わせ゛て
使用目的に最も合致する形状にして用いられている。こ
れらの成形された医用材料に生体親和性、抗凝血性、抗
菌性などの機能を向上させるため、その表面にコーティ
ング、グラフトなどの方法で種々な生理活性物質を複合
させる試みも見られる。

ここで、医用材料の具備すべき条件は、その使用目的、
使用場所、使用期間、血液との接触の度合などによって
軽重の差はあるものの、■毒性、−抗原性、発癌性のな
いこと、■生体親和性のあること、■血液適合性のある
こと、■生体使用場所周辺との物理的・力学的性質の相
違が少ないことなどであり、さらに、特に生体内移植物
につい°ζは、■生体の自己修復能が発渾され、移植目
的が達成された後に、その移植物が生体内で温和に消化
吸収されるか、または生体と一体となって永久に異物感
の無いことが理想であると考えられるようになってきた
。そこで、多くの検討がなされた結果、各種の天然およ
び合成高分子物質の中で、コラーゲン特に可溶化コラー
ゲンがこれらの条件を殆どすべて満たしており、医用材
料の素材として最も優れていることが認められている。

しかし、このコラーゲンは生体親和性が高く、細胞生育
の足場ともなる反面、それだけに生体内における消化吸
収性が良く、無処理のままでは生体の修復よりも先に消
失したり、消失しないまでも移植後短日時の間に力学的
強度が低下したりする。このような欠点を除くため力学
的強度のある他の合成高分子素材と複合させたり、コラ
ーゲン自体を架橋させたりして消化速度の制御が図られ
ている。

発明者らは永年にわたってコラーゲンの医用への応用に
ついての研究を行ない、コラーゲン特をの生体親和性を
損なわずに消化速度を任意に制御でき、力学的性質も良
好となる架橋法について種々検討してきた。ここで、コ
ラーゲンの架橋法としては、放射線、電子線、紫外線、
プラズマなどによる照射法、またはホルマリン、グルク
ールアルデヒド、ジアルデヒド澱粉等のアルデヒド類も
しくはエポキシ化合物による化学的架橋法などがよく知
られている。しかし、これらの方法にはそれぞれ一長一
短があり、医用材料に用いるコラーゲンの架橋法として
は満足できるものではなかった。たとえば、放射線、電
子線の場合、原料に異物が混入する恐れはないが、他に
難点がある。すなわち、コラーゲンはこれらの放射線に
よって元来分解されやすい高分子物質であり、最適照射
条件の設定が困難で、過度の照射では分解が優先し目的
を達成できない恐れがあり、プラズマの場合も同様であ
る。これらと比較して紫外線の場合は比較的温和な処理
ではあるが、反面透過力が小さく厚物の成形物に対して
は表面には有効であっても深部にはほとんど作用せず無
効に近い。また、化学的架橋法は、用いる試薬の殆どが
生体にとって有害な物質であるから、架橋後の試料中に
残留する物質の影響を考慮する必要がある。特に、現在
比較的よく使用されているゲルタールアルデヒドは架橋
効果が大きいが、これを過度に使用するとコラーゲンは
硬化が進み、柔軟性を失い、生体親和性のない脆いプラ
スチック様の物質に変化してしまうおそれがある。

一方、蛋白質とａｍとの反応が、古くからメイラード（
Ｍａｉｌｌａｒｄ）反応として知られていて、蛋白質中
の遊離アミノ基と糖類の配糖体形成能を有する水酸基と
の間に縮合反応が起こり、さらに分解、重合反応を起こ
して含窒素褐色物質を生成すると考えられ、一般に乳製
品、菓子、果実、果汁、ミソ、醤油、ミリンなどの食品
の褐変現象などに深く関係があり、蛋白質の不溶化、食
味および栄養価の低下などにつながるものとされ、コラ
ーゲンの架橋法として積極的にこの反応を利用しようと
する試みは殆んど見られなかった。ただ、特公昭５８−
３８１３４号において、特定条件下で還元糖をコラーゲ
ンの処理剤の一部に利用し、食品用コラーゲンケーシン
グの食味および物性を改良しようとする技術が開示され
ているに過ぎない。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上延べたように、コラーゲンが医用材料の素材として
非常に優れた性質を有しながら、生体内における消化速
度が適度に制御されて、しかも、毒性の全くない安全な
コラーゲンからなる医用材料は従来の技術のおいては得
られていないという問題点があり、これを解決すること
が課題となっていた。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題を解決するために、この発明は単独または不
溶性コラーゲンもしくは他の高分子＠ＩＪＭと組み合わ
せて加工される可溶性コラーゲンの一部もしくは全部を
、単［Ｑによって架橋させた医用材料とする手段を採用
したものである。以下その詳細を述べる。

まず、この発明におけるコラーゲンは、古くからよく知
られた硬蛋白質に属する物質で、咄乳頚の真皮組織など
を構成する繊維杖蛋白質という歴史的な狭義のコラーゲ
ンのみを意味するものではなく、その後判明した削孔類
のみならず鳥類、両生類、魚類その他多くの動物にも広
く分布している類似蛋白をも包含する広義のコラーゲン
（膠原質）をいう。そして、最も現実的で有力な供給源
は、屠殺された獣類の新鮮な真皮組織であり、これを原
料としてたとえば有機溶媒による抽出、水洗、希塩溶液
による抽出、酸およびアルカリ処理、酵素処理などによ
って混在物質を除去して不溶性コラーゲンを残す方法、
または新、鮮な真皮Ｘ１１１織を脱脂した後、定められ
たクエン酸緩衝液で抽出および透析するか、一定のリン
酸水素二ナトリウムで抽出および透析し、得られた沈澱
を再び一定のクエン酸緩衝液で抽出、透析して可溶性コ
ラーゲン（再生コラーゲン、プロコラーゲン、Ｅ、Ｓ、
コラーゲンとも呼ばれる）を得る方法などによって不溶
性のコラーゲンを適宜分離することができる。

つぎに、この発明における不溶性コラーゲンはたとえば
上記の方法によって得られる強靭な物質であり、またそ
の他の裔分子物質、たとえばポリエチレン、天然ゴム、
シリコーン、ポリウレタン、ポリプロピレン、ポリエス
テルなどはいずれも補強用に複合される素材であり、医
用材料としての使用［１的、使用場所、使用時間、血液
との接触の度合によって当然選択使用されるものであり
、この発明においてはこれらの種類、使用量等を特に限
定するものではない。

さらに、この発明における単［８は、前記メイラード反
応を起こし得るもの、すなわちコラーゲン中の遊離アミ
ノ基配糖体形成能を有する水酸基を有する糖類で、特に
生体に対する安全を考慮すれば、具体的には生体中に通
常単体または誘導体として存在するペンドーズ、ヘキソ
ーズに属するアルドース、ケトーズおよびこれらのリン
酸エステルをも含めた単＄７．！　Ｍを最も望ましいも
のとして例示することができる。そして、これら単糖類
を可溶性コラーゲン水溶液中に添加混合し、常温もしく
は５０℃程度以下に加温しながら反応を進行させ適宜成
形すればよい。この際の単糖類の添加量は反応生成物の
重縮合の程度によって調節すればよく、この添加量また
は￥Ｘ糖類の種類等によって反応生成物の着色の程度が
変るが、この発明に直接支障を来たすものではない。

〔作用〕

単糖類の種類、添加量を調整し、可溶性コラーゲンの架
橋の程度を任意に変化させることがきわめて容易である
から、この発明のコラーゲンからなる医用材料は生体内
において適度に制御された消化作用を示すことになる。

〔実施例〕

実施例１： 可ｌ容性コラーゲンの１％（％はｉ［ｒ［パーセント、
以下同じ）水ｉ８？（１（ｐＨ＝　３　）ｌｏｏｍｌず
つを５　ｆｌＡＩのガラス容器に分取し、内１個はその
まま（対照品）とし、他の４個には単ｔＪＮ　１４１と
してそれぞれリボース、グルコース、グルコース−６−
リン酸塩、フラクトースをｏ、ｔ４ずつ加えて溶解した
。溶解後脱泡したそれぞれの液を、プラスチック製平板
容器（縦ＩＱｃ＋ｅ、横１０ｃｍ、深さ２ｃｍ　）に流
延して３０°Ｃ以下で通風乾燥し、厚さ約１００μｍの
均一透明フィルムを得た。この乾燥フィルムを飽和アン
モニアガス含有の空気浴中に約１時開放ｉなし、再び通
風乾燥した。各単糖類添加フィルムは糖の種類により濃
淡はあるもののすべて淡黄褐色透明のフィルムとなった
。これらのフィルムの一部を切取り、純水に浸して２４
時間後の重量膨潤度を測定したところ、第１表のような
結果であった。

第　　１　　表 実施例２： 実施例１と同様にして糖無添加のコラーゲンフィルムを
作製した。ついで、０．１５ａ＋ｏｌ、ｐＨ７，４のリ
ン酸緩衝液に０．３＋ｉｏｌのリボースを溶解した処理
液２００ｓ　Ｉを調製し、この液に約５ｃｍ平方のコラ
ーゲン数枚を浸漬し、３７°Ｃに保持した。そして、第
２表に示すような所定時間ごとに１枚ずつ取出し、水洗
後、常温で風乾させた。実施例１と同様にして重量膨潤
度を測定した結果は第２表のとおりであった。

第　　２　　表 実施例３： 実施例１と同様にして作製したコラーゲンフィルムを用
い、実施例２と同様の緩衝液で糖（リボース）濃度の異
なる６種の処理液を調製し、それぞれの処理液に複数枚
のコラーゲンフィルムを浸漬して３７°Ｃに保持した。

そして第３表に示すような所定時間ごとに試料を取り出
し、乾燥後重量膨潤度を測定した。その結果は第３表の
とおりである°　　　　　　　第　３　表 実施例４： 可溶性コラーゲンの０．５％水溶液を調製し、あらかじ
め内面をプラズマ処理した培養皿８０個（内径６．Ｏｃ
＋ｍの大型のもの２０個、内径３．５ｃＩｍの小型のも
の６０個）にそれぞれ大型のものには３ｍｌ、小型のも
のには１ｍｌ宛を添加して充分底面に展開させた後、風
乾した。その後実施例３と同様のネＪ９濃度の異なる６
種の処理液を大型のものには各１５ｍ１、小型ものには
各５ｍｌ宛を添加し、３７°Ｃに２４時間保持して処理
液を除き、軽く水洗した後通風乾燥させた。これらの培
養皿はインビトロ（ｉｎ　ｖｉＬｒｏ）での細胞培養試
験に供した。

以上の実施例において作製した各フィルムを試料として
引張り強度測定、インビトロの消化試験、培養皿による
細胞培養テスト、生体ｕｍ内への埋め込み試験を行なっ
た。なお、試料の区別は前記各実施例における重量膨潤
度（倍）で示した。

（１）　　フィルム（ｒ￥さ１００ｘ）の引張り強度測
定：試験片は幅１ｃｍ、長さ５ｃｍの短冊型とし、イン
ストロン型万能試験機を用い、試験速度２０ｍｍ／分で
測定した結果は第４表に示すとおりであり、乾燥強度で
は架橋の強弱に余り左右されず、：ａ温時では架橋度の
増大と共に強度も向上する傾向を示した。また、これら
のフィルムは、引張り強度が高いのみでなく、柔軟で靭
性に冨み、生体組織中に移植する際に破損したり、縫合
の際に手術糸による亀裂が生じたりしなかった。

第　　４　　表 （２）消化試験： 架橋度（膨潤度）の異なった数種の試料についてインビ
トロで消化試験を行なった。１１０ｆｆ１の試料を消化
酵素コラ−ゲナーゼの１０１０／ｍｌ、溶液（ベロナー
ル緩衝液、ｐＨ７１，４）　５　ｍｌに浸漬して３７°
Ｃに保持、固形のコラーゲンが消化されて完全に姿を消
すまでの時間を計った。その結果は第５表のとおりであ
った。

第　　５　　表 架橋度が増大するにつれて消化時間は延長され、体内に
移植した場合必要に応じて存在期間を調整することが可
能であると考えられた。

（３）培養皿による細胞培養テスト： 実施例４によって作製した培養皿を用い、常法に従って
繊維芽細胞（３Ｔ３）の培養試験を行なった。

結果は第６表のとおりである。

第　　６　　表 処理液の糖濃度が増加するに従い細胞の生育数は減少す
るが高度の処理物でも細胞との親和性は消失することが
ない。また、広く自由に細胞との親和性を調節すること
が可能である。

（４）生体組織中への埋め込み試験： 各種の処理フィルムを家畜背部皮下組織に埋め込み組織
反応などを定性的に調べた０通常未処理のコラーゲンフ
ィルムは移植後１週間で完全に組繊と接着し、３週間後
には消化吸収されてしまうが、この発明の糖で処理した
コラーゲンの場合は、処理が高度になるほどｍｍ内での
残存率が高く、インビトロの消化テストと一致した。ま
た、強い組繊反応も見られず生体適合性は良好であった
。

〔効果〕

以上この発明による医用材料は未処理コラーゲンを用い
たもの、または他の方法で架橋したものに比べて、多く
の利点が見出され、つぎのようにまとめることができる
。すなわち、 （１）単糖類自身がコラーゲンと同様、生体内物質であ
り、しかも低分子化合物であるため、生体に全く害を及
ぼさず毒性、抗原性、発癌性などを考える必要がない。

（２）簡単な操作、温和な条件で架橋可能であり、しか
も広い範囲に渡って自由に架橋の速度を制御することが
できる。

（３）過度の処理でも生体適合性を失うことがない。

（４）他の架橋法では実現困難であった柔軟性と強度の
保持の両者を共に満足させることができ、特に湿潤状態
での強度が向上し、生体組織との手術糸による縫合が容
易となる。

などであるから、この発明の意義はきわめて大きいとい
える。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）単独または不溶性コラーゲンもしくは他の高分子
   物質と組み合わせて加工される可溶性コラーゲンの一部
   もしくは全部を、単糖類によって架橋させたことを特徴
   する医用材料。