WO1998024385A1 - Artificial blood vessel - Google Patents

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Yasuhiko Shimizu
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Tapic International Co Ltd
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    • A61F2210/0004Particular material properties of prostheses classified in groups A61F2/00 - A61F2/26 or A61F2/82 or A61F9/00 or A61F11/00 or subgroups thereof bioabsorbable
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    • A61L2430/00Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/36Materials or treatment for tissue regeneration for embolization or occlusion, e.g. vaso-occlusive compositions or devices

Definitions

  • the present invention relates to a human blood vessel that can be used in a human medical field and a veterinary medical field, and a method for producing the same.
  • Artificial blood vessels are artificial organs used for the purpose of revascularization in the field of vascular surgery. Artificial blood vessels have the property of being permanently implanted in the living body and therefore require particularly strict standards of safety, and change in size (eg, expansion) throughout the life of the patient (patient). New aneurysms must not occur or rupture. In addition, they must be made of biocompatible and histocompatible materials.
  • Medical artificial blood vessels that have been developed over the past 40 years to lead to today's artificial blood vessels and are currently on the market include PET, expanded polytetrafluoroethylene (EPTFE), and living tissue. There are also those of origin.
  • EPTFE expanded polytetrafluoroethylene
  • artificial blood vessels made of knitted or woven PET (trade name: Dacron) or PTFE (Teflon), or by coating these artificial blood vessels with collagen or gelatin (Hemaseal or Zelseal) Bleeding from the eyes of the woven fabric, or those in which the woven eyes of these artificial blood vessels are coated with albumin to prevent bleeding and thrombus formation on the inner surface of the blood vessel have been developed. I have.
  • EPTFE (trade name Gotex) has the advantage that thrombus is less likely to occur.
  • the arteries of dogs are treated with a surfactant (see Brandel et al., JP-T-60-501540) to form a connective tissue tube.
  • a surfactant see Brandel et al., JP-T-60-501540
  • JP-T-60-501540 a surfactant that causes thrombus is less likely to occur.
  • JP-T-60-501540 a surfactant to form a connective tissue tube.
  • the same type of arteries and veins are collected from the cadaver, gradually frozen, preserved to reduce allogeneic immunity, and used for transplantation.In practice, however, use of immunosuppressants to prevent rejection Is required.
  • artificial blood vessels have been developed in which a human umbilical vein is bridged with a cross-linking agent, and the outside is covered with an extremely coarse mesh of dacron.
  • collagen is known as a medical material, which is used in combination with a biologically-derived or artificial material (Japanese Patent Application Laid-Open (JP-A) No. 2-109569, Japanese Patent Laid-Open No. 7-116). 242).
  • Collagen has excellent biocompatibility and histocompatibility, low antigenicity, has the effect of promoting the spread and growth of host cells, has a hemostatic effect, and is completely absorbed in vivo.
  • This collagen is obtained by extracting from various animals, and is obtained by treating insoluble collagen with alkali or an enzyme.
  • extracted collagen is in the form of monomer oligomers at the molecular level, and is degraded extremely quickly in water, body fluids, blood, and the like.
  • the material As a medical material, the material is easily available, there is little rejection after transplantation into the living body, it can hold the suture for a long time after transplantation, and after a certain period of time, an artificial blood vessel that is completely or partially absorbed and decomposed into the living body Is desired.
  • the novel artificial blood vessel of the present invention has been obtained in combination with a material derived from a living body or an artificial material having a low level.
  • the present invention relates to a collagen layer impregnated with a solution of collagen, at least on the outside of the tube, that is, on the outside or inside and outside of the tube, a collagen layer consisting of ultrafine fibers, and on the outside of the tube.
  • the present invention relates to an artificial blood vessel provided with a lagen coating layer and a matrix gel layer containing collagen in the tube lumen.
  • the present invention also relates to a method for producing such an artificial blood vessel.
  • Tubes made of these materials include hit, hit Arteries and veins of non-animals (such as dogs, dogs, and birds), especially connective tissue tubes derived from umbilical veins, connective tissue tubes derived from human subcutaneous tissue by the Sparks Mandril method, polyurethane, and silicone.
  • Tube made of non-degradable synthetic polymer mesh such as corn or PET, or polyglycolic acid, polylactic acid, polydioxanone, a copolymer of polydalicholic acid and polylactic acid, or polylactic acid
  • a tube made of a mesh of a biodegradable and absorbable synthetic polymer such as a copolymer with ⁇ -caprolactone is used.
  • the tube composed of arteries or veins of a human or a non-human animal used as a supporting skeletal material of the present invention is washed after removing these blood vessels and sonicating with sterile water containing a protease. And treated with a Tris buffer containing a non-ionic surfactant and a protease inhibitor to manually remove adhering substances, further washing with sterile water, and ultrasonic washing.
  • human umbilical vein is used by extracting only larger veins from human umbilical cord, which has a structure in which one artery and two veins are wrapped in Walton's oncolia.
  • the cells of the endothelium and adventitia are removed from the umbilical vein to reduce antigenicity, and a tube is obtained as a connecting tissue tube composed of collagen fibers, elastic fibers and basement membrane. That is, this tube has lower antigenicity and a lower risk of rejection during transplantation.
  • This method allows the effective use of what had been discarded after delivery, and the risk of bacterial infection, because the umbilical vein was derived from the fetus. Less than when used.
  • connective tissue tubes derived from blood vessels of humans and animals other than humans are used as artificial blood vessel materials.
  • blood vessels those that originally functioned as blood vessels are used as blood vessels with reduced antigenicity, so they are superior in compliance required for blood vessels, and are biocompatible and biodegradable.
  • an umbilical vein or the like it is possible to obtain an artificial blood vessel having a small tube diameter, which is difficult to achieve with an artificial material because a thrombus is easily formed in the past.
  • the basement membrane in the connective tissue tract derived from the artery or vein of a human or non-human animal can be used as an induction pathway for cells after transplanting the artificial blood vessel of the present invention into a living body. It has a role as a base for regeneration and promotes regeneration.
  • the connective tissue tube of the transplanted blood vessel is eventually degraded, absorbed into the living body, and replaced by cells of the recipient.
  • the tube of the connective tissue tube formed by the Sparks-mandril method used in the present invention is a rod-shaped material having a desired diameter made of an artificial material such as silicone or PET, and a mesh such as silicone, PET or polyurethane.
  • the covering was implanted in the subcutaneous tissue of a human (patient) for 4 to 8 weeks, and then the rod was removed together with a tubule-like connective tissue tube around which a collagen fiber layer was formed. This is the tube obtained.
  • the thickness of the tube can be adjusted by adjusting the thickness of the mesh material as desired.
  • the tube made of the synthetic polymer used in the present invention is a tube in which a polymer yarn made of PET, polyurethane, silicone, or the like is knitted in a mesh shape.
  • Tube made of a biodegradable and absorbable synthetic polymer used in the present invention, A polymer thread consisting of polydalicholate, polylactic acid, polydioxanone, a copolymer of polyglycolic acid and polylactic acid, a copolymer of polylactic acid and ⁇ -force prolactone, etc. It is a tube woven into
  • the artificial blood vessel of the present invention is obtained by impregnating and coating a tube made of the above-mentioned bulk material made of a supporting skeleton material with an extracted collagen solution.
  • the origin of the collagen used for impregnating and coating the tube is not particularly limited. Collagen obtained from bones, tendons, organs and the like can be used.
  • the extracted collagen used in the present invention is obtained by reducing the antigenicity by extracting these tissues after proteolysis with acids, alkalis, enzymes and the like.
  • the tube is immersed in a hydrochloric acid solution of extracted collagen (type I) and dried.
  • a hydrochloric acid solution of extracted collagen type I
  • collagen molecules are in a dispersed form.
  • the artificial blood vessel of the present invention is provided on the outside of each of the above-mentioned extracted collagen-impregnated tubes 1 and 5 or on the outside and inside of the same tube 6; It has a compressed layer 2 of (I-type) ultrafine fibers.
  • the collagen molecules are not dispersed separately.
  • Hyperfine line with several molecules gathered They form fibers (about 5 nm in diameter), which gather to form microfibers (about 50 ⁇ in diameter), some of which gather into fibrils (about 2 m in diameter), and each of these fibrils It is a structure in which fibers with a diameter of about 6 ⁇ m are alternately overlapped like warp and weft, and these fibers are arranged in a certain direction.
  • the collagen layer having this structure has a thickness of about 0.5 to 2.5 mm, preferably about 1 to 2 mm.
  • the collagen layer composed of the ultrafine fibers is freeze-dried immediately after a hydrochloric acid solution of the extracted collagen is frozen around a connective tissue tube or a synthetic polymer tube impregnated with the extracted collagen and dried. Can be formed by compression.
  • the artificial blood vessel of the present invention is obtained by further impregnating the above-mentioned tube having the collagen layer 2 composed of the ultrafine fibers with the extracted collagen (type I), thereby further forming the amorphous space between the ultrafine fibers.
  • collagen 3 is infiltrated and a layer 3 of extracted collagen is formed on the outer side of the collagen to cover the characteristic fuzzy surface of the collagen layer composed of ultrafine fibers.
  • the collagen molecules do not form a fibrous structure, but are dispersed and present in an amorphous state.
  • the artificial blood vessel of the present invention is obtained by forming two collagen layers comprising an ultrafine fiber layer on the outside or outside and inside of a collagen-impregnated tube and an amorphous layer thereon as described above, and then thermally crosslinking the whole. It is obtained by doing.
  • This artificial blood vessel has a collagen layer with excellent physical properties, which is obtained without using a chemical substance such as a cross-linking agent and without losing the biological properties of collagen.
  • the present invention obtained in this way
  • the collagen layer made of light ultrafine fibers has strength enough to withstand suturing that was not available in the conventional collagen film. Therefore, when the artificial blood vessel of the present invention is transplanted, the blood vessel and the surgical thread of the recipe are used. Even after suturing, the suture is well maintained, and there is no disadvantage that the needle hole of the collagen layer breaks without being able to withstand the load as in the conventional case.
  • the artificial blood vessel of the present invention covers the lumen of the tube made of the supporting skeletal material with a matrix gel layer 4 containing collagen (type I), and as a substitute for the basement membrane, endothelial cells are used. It has the function of promoting extension and regeneration, and is closer to blood vessels in the living body.
  • the tubes formed by the above-mentioned sparks mandril method and the two layers of synthetic polymer mesh are used instead of the basement membrane layer in their lumens.
  • An artificial blood vessel according to the present invention is provided by providing a matrix gel layer containing collagen, which is a basic component of the basement membrane.
  • the matrix gel layer functions similarly to the basement membrane of human and animal blood vessels, and achieves the purpose of promoting the regeneration of the recipient endothelial cells when an artificial blood vessel is transplanted.
  • a matrix gel coating layer is preferably provided on the surface of the basement membrane for the purpose of promoting rapid extension and regeneration of the tissue.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the artificial blood vessel of the present invention in which a tube composed of animal arteries or veins is used as a supporting skeletal material (the cross section is assumed to be circular; the same applies hereinafter). , For each dimension, Exaggerated to help understand structure of invention. Hereinafter the same).
  • Fig. 2 is a schematic cross-sectional view of the artificial blood vessel according to the present invention in which a connective tissue tube derived from a human (patient's own) subcutaneous tissue by the Sparks mandril method is used as a supporting framework material. .
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the artificial blood vessel of the present invention when a tube made of a nondegradable synthetic polymer mesh or a biodegradable and absorbable synthetic polymer mesh is used as a supporting framework material. is there.
  • the artificial blood vessel of the present invention can be used for human and non-human animals (such as dogs, pigs, and pests), especially for connective tissue tubes derived from umbilical veins, and for humans obtained by the Sparks Mandril method.
  • Non-degradable synthetic polymer such as connective tissue tubing, polyurethane, silicone or PET from subcutaneous tissue In vivo, such as a tube made of ash, or a polydarcolic acid, polylactic acid, polydioxanone, a copolymer of polyglycolic acid and polylactic acid, or a copolymer of polylactic acid and polyprolactone.
  • Degradable and absorbable A tube made of a synthetic polymer mesh covered with multiple layers of collagen.
  • the impregnation time is between 12 and 48 hours, preferably 24 hours.
  • the concentration of the extracted collagen is most preferably 0.5% by weight. This treatment promotes the regeneration of the cells after the grafting of the artificial blood vessel by introducing the collagen molecules into the support skeleton. Repeat this process 1 to 5 times.
  • the tube made of the above-mentioned supporting skeletal material, on which the layer of the frozen collagen solution is formed on the outside, or on the outside and inside, is immediately lyophilized without returning to room temperature to evaporate water.
  • the collagen layer has a layered structure composed of ultrafine fibers and is in the form of a nonwoven fabric. At this time The thickness force of the collagen layer of the formed ultrafine fibers is adjusted to be about 0.5 to 2.5 cm, preferably about 1 to 2 cm.
  • the tube of the supporting skeleton material provided with the layer made of the ultra-fine fiber collagen thus obtained is compressed by a press device while passing through a glass or silicon rod.
  • the compression conditions at this time are such that the compression ratio, that is, the ratio of the thickness of the collagen layer after compression to the thickness of the collagen layer before compression is 0.0005 to 0.3, preferably 0.1. .
  • the collagen layer composed of the ultrafine fibers thus obtained has physical properties not found in a conventional collagen membrane.
  • the collagen-coated tube thus obtained is immersed in a 1N hydrochloric acid aqueous solution containing about 0.5 to 3% by weight, particularly about 2% by weight of extracted collagen, and air-dried, depending on the strength of the vessel wall. This is repeated once to 20 times to impregnate the amorphous collagen between the ultrafine fibers, and cast the amorphous collagen layer on the ultrafine fiber layer.
  • the tube thus obtained is subjected to a crosslinking treatment.
  • the crosslinking method include a-beam crosslinking, electron beam crosslinking, ultraviolet crosslinking, and thermal crosslinking, as well as glutaraldehyde crosslinking, epoxy crosslinking, and water-soluble carbodiimide crosslinking.
  • Thermal cross-linking is preferred because trawl shrinkage does not affect the living body without using a chemical substance in the cross-linking treatment.
  • the thermal cross-linking treatment is performed under vacuum at about 105 to 150 ° C, preferably at about 120 to 150 ° C, for about 6 to 48 hours, preferably 6 to 24 hours. carry out. For example, when treated at 140 ° C.
  • the highest crosslinking density is obtained, and the crosslinking ratio is 85 to 90%.
  • the glass rod or the silicon rod is removed, and an artificial blood vessel made of a supporting skeleton material coated with collagen is obtained.
  • the temperature and time of the crosslinking treatment it is possible to adjust the period of time after the artificial blood vessel of the present invention is implanted in a living body.
  • thermal crosslinking may be performed once before or after the above-described compression step, and may be performed once again after the amorphous collagen is cast, for a total of two thermal crosslinkings.
  • the artificial blood vessel of the present invention has the same function as the basement membrane of the blood vessel in the living body by coating the lumen of the tube with a matrix gel immediately after the thermal crosslinking treatment. can do.
  • This matrix gel contains collagen (particularly type IV, for example, 30% by weight), laminin (for example, 50 to 60% by weight), and heparan, on which the endothelial cells of the recipient are spread and regenerated.
  • Proteodalican sulfate for example, 2 to 5% by weight
  • entactin for example, 5 to 10% by weight
  • EGF epidermal growth factor
  • i3 FGF fibroblast growth factor
  • NGF nerve growth factor
  • PDGF platelet-derived growth factor
  • IGF-1 insulin-like growth factor
  • TGF-; 3 transforming growth factor
  • the collagen layer formed on the outside, or on the outside and inside of the tube made of the supporting skeletal material in this way exists in the living body for a certain period after the artificial blood vessel of the present invention is implanted in the living body, In the meantime, the tissue of the recipeant grows and is replaced.
  • the endothelial cells will eventually regenerate and proliferate based on the basement membrane on the luminal surface, Everything is reconstructed and regenerated as its own vascular tissue.
  • tubes from human or non-human animals are degraded and absorbed into the living body at 6 to 10 weeks after transplantation, and in the case of biodegradable and absorbable synthetic polymer mesh at 6 to 8 weeks after transplantation. Is done.
  • the umbilical cord vein was extracted from the human umbilical cord, and washed with a 1% aqueous solution of TRITONX-1000 for 48 hours at room temperature or at 40 ° C, and then washed with running water for 48 hours.
  • the obtained umbilical vein-derived connective tissue tube was immersed in a 1% by weight aqueous collagen solution and dried five times. This was frozen at 120 ° C. for 24 hours while standing in a 1 N hydrochloric acid solution containing 1% by weight of collagen while passing through a support rod. Then, this was freeze-dried to form an ultrafine fiber layer having a thickness of 10 mm. This was compressed at 50 kg to form a 1 mm thick tube.
  • the artificial blood vessel of the present invention uses (1) a force using only a low antigenicity portion of a material derived from a living tissue or an artificial material having a low antigenicity, No rejection occurs. (2) Due to the presence of a collagen layer consisting of formed ultrafine fibers, it can withstand pressure and can be sewn with surgical threads, which could not be expected with conventional collagen membranes. And (3) Since the basement membrane portion derived from a living body or its substitute exists on the luminal surface, there are advantages such as regeneration of the endothelial cells derived from the recipient on the luminal surface.

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Description

明 細 書
人工血管 技術分野
本発明は、 ヒ ト医療領域及び獣医医療領域において使用しうる人 ェ血管並びにその製造方法に関するものである。 背景技術
人工血管は、 血管外科領域において、 血行再建の目的で使用され る人工臓器である。 人工血管は、 生体内に永久的に植えこまれると いう特性をもっために、 安全性において特に厳しい基準が必要とさ れ、 患者 (患畜) の生存期間を通じて、 寸法の変化 (例えば、 拡張) 新たな動脈瘤の発生、 破裂などが起きてはならず、 加えて生体親和 性があり、 組織適合性のある素材によ り構成されていることが必要 である。
現在の人工血管につながるものとして、 今日までの 4 0余年の間 に開発され、 現在市販されている医療用の人工血管には、 P E T製、 延伸ポリテ トラフルォロエチレン ( E P T F E ) 製、 生体組織由来 のものなどがある。 P E T (商品名ダクロン) 又は P T F E (テフ ロン) 製の編物もしく は織物による人工血管、 あるいはこの人工血 管をコ ラーゲン又はゼラチンで被覆して (へマシール ド又はゼル シール)、人工血管置換直後の織物の目からの出血を防止したもの、 またはこれらの人工血管の織物の目をアルブミ ンで被覆して出血及 び血管内面での血栓生成を防止しょう としたものなどが開発されて いる。 E P T F E (商品名ゴァテックスなど) 製のものは、 血栓が 生じ難い利点がある。 一方、 生体組織由来のものと しては、 ィヌの 動脈 を 界面活性剤 で処 理 し て ( B r a n d e l ら 、 特表昭 6 0 — 5 0 1 5 4 0参照) 結合組織管とし、 同種移植を行って良好な開存 性を得ている例もある力 、 実験段階である。 ヒ トにおいて、 同種の 動脈、 静脈を死体から採取して徐々に凍結し、 保存して同種免疫を 減少させて移植に用いているが、 実際には拒絶反応をさけるために 免疫抑制剤の使用が必須である。 また、 ヒ ト臍帯静脈を架橋剤で架 橋し、 その外側を極めて目の粗いダク ロンの網で覆った人工血管も 開発されている。
一方、 医用材料として、 コラーゲンが知られており、 これは、 生 体由来及び人工の材料と組み合わせて用いられている (特開平 2 — 1 0 9 5 6 9号、 特開平 7 — 1 1 6 2 4 2号参照)。 コラーゲンは、 生体親和性、 組織適合性に優れ、 抗原性が低く、 宿主細胞の伸展、 増殖を促進させる作用、 止血作用を有し、 さ らには生体内で完全に 吸収される。 このコラーゲンは、 各種動物から抽出して得られるも ので、 不溶性のコラーゲンをアルカ リ又は酵素で処理したものであ る。 しかし、 抽出コラーゲンは、 分子レベルではモノマ オリ ゴ マーの形であって、 水、 体液、 血液などで極めて早く分解される。 このため、 これらのコ ラーゲンを医用材料として用いるためには、 架橋剤、 ァ線、 紫外線、 電子線、 熱などで架橋して、 物性を与えて から用いる必要があった。 しかし、 強力な架橋剤を用いることは、 コラーゲンのその対生物特性を失う結果となる。 その上、 このよう にして架橋しても、 コ ラーゲン材料の物性、 特に引き裂き強度はほ とんど向上しない。 このため、 コ ラーゲンを他の材料と組み合わせ て人工臓器と して使用した場合、 生体内に移植した後に縫合面の針 穴が負荷に耐え切れずに拡がって、 最終的には破断してしまう例の よう に、 特定の物性を要求される製品は製造が不可能であった。 コ ラ一ゲンを、 他の材料と組み合わせて構成した人工血管も、 縫合し た部分が生体内で長く保持されない欠点を有していた。 発明の開示
医用材料として、 材料が入手しやすく 、 生体に移植した後の拒絶 反応が少なく 、 移植後も長期に縫合を保持でき、 一定期間の後には 全体または一部が生体に吸収分解される人工血管が望まれている。
出願人は、 物性が優れていて縫合に耐え、 しかも架橋方法におい て化学薬品を用いず、 結果としてその対生物特性が損われていない コラーゲンを開発して、 これを、 入手が容易で抗原性の低い生体由 来又は人工の材料と組み合わせて、 本発明の新規な人工血管を得る に至った。
本発明は、 コラーゲンの溶液を含浸させた支持用骨格材料からな るチューブの少なく とも外側、 すなわちチューブの外側、 又は外側 及び内側に超微細線維からなるコ ラーゲン層、 さ らにその外側にコ ラーゲン被覆層を設け、 さ らにチューブ内腔にはコ ラーゲンを含有 するマ ト リ ックスゲル層を設けた人工血管に関するものである。 本 発明はまた、 そのような人工血管の製造方法に関する。
本発明の人工血管には、 支持用骨格材料として種々のバルク材が 用いられる。 それらの材料からなるチューブとしては、 ヒ ト、 ヒ ト 以外の動物 (ィヌ、 ブ夕、 ゥシなど) の動脈及び静脈、 特に、 臍帯 静脈由来の結合組織管、 スパークス · マン ド リル法によるヒ ト皮下 組織由来の結合組織管、 ポリ ウレタン、 シリ コーン又は P E Tなど の非分解性合成高分子メ ッシュからなるチューブ、 あるいは、 ポリ グリ コ一ル酸、 ポリ乳酸、 ポリ ジォキサノ ン、 ポリ ダリ コール酸と ポリ乳酸との共重合体、 又はポリ乳酸と ε —力プロラク ト ンとの共 重合体などの、 生体内分解吸収性合成高分子のメ ッ シュからなる チューブが用いられる。
本発明の支持用骨格材料として用いるヒ ト及びヒ ト以外の動物の 動脈又は静脈からなるチューブは、 これらの血管を摘出した後、 プ 口テアーゼ阻害剤を含む滅菌水で超音波処理して洗浄し、 非イオン 性界面活性剤及びプロテア一ゼ阻害剤を含む ト リ ス緩衝液で処理し 付着物を用手的に除去し、 さ らに滅菌水で洗浄し、 超音波洗浄する ことによつて精製し、生体由来の結合組織管として本発明に用いる。 例えば、 ヒ ト臍帯静脈は、 一本の動脈と二本の静脈がワルトン膠質 で包まれた構造を有しているヒ ト臍帯から、 よ り径の大きい静脈の みを採取して用いる。 この臍帯静脈から内皮及び外膜の細胞を除去 して抗原性を減じ、 膠原繊維、 弾性線維及び基底膜からなる結合組 織管であるチューブを得る。 すなわち、 このチューブは、 抗原性が よ り低く 、 移植時の拒絶反応の危険性も小さい。 この方法によ り、 従来分娩の後に廃棄されていたものを有効利用することができ、 か つ臍帯静脈は胎児由来のものである ことから細菌感染の危険性が成 人 (成獣) の血管を用いた場合よ り も少ない。 このように、 人工血 管材料としてヒ ト及びヒ ト以外の動物の血管由来の結合組織管を用 いた場合は、 本来血管と して機能していたものを抗原性を減じて血 管と して用いるのであるから、 血管に必要なコ ンプライアンスに優 れ、 生体適合性かつ生体内分解性であ り、 また臍帯静脈などを用い た場合は、 従来血栓が形成されやすいという理由で、 人工材料では なかなか達成されなかった細い管径の人工血管を得ることが可能で ある。
ここで、 ヒ ト又はヒ ト以外の動物の動脈もしく は静脈由来の結合 組織管における基底膜は、 この本発明の人工血管を生体に移植した 後に、 細胞の誘導路としてレシピエン トの内皮細胞が再生する土台 となってその再生を促進する役割を有し、 移植した血管の結合組織 管はやがて分解され、生体内に吸収され、レシピエン トの細胞によつ て置き換えられる。
本発明に用いるスパークス · マン ド リ ル法による結合組織管の チューブとは、 シリ コーン、 P E Tなどの人工材料の所望の直径を 有する棒状物に、 シリ コーン、 P E T、 ポリ ウレタンなどのメ ッシュ をかぶせたものを、 ヒ ト (患者本人) の皮下組織内に 4 〜 8週間埋 植し、 その後この棒状物をその周囲に膠原線維層が形成されたカブ セル状の結合組織管と共に摘出 して得 られたチューブである。 チューブの膜厚は、 所望によ り メ ッシュ材の厚みを調節して調整で きる。
本発明に用いる合成高分子からなるチューブは、 P E T、 ポリ ウ レタン、 シリ コーンなどからなる高分子の糸をメ ッシュ状に編み上 げたチューブである。
本発明に用いる生体分解吸収性合成高分子からなるチューブは、 ポリ ダリ コール酸、 ポリ乳酸、 ポリ ジォキサノ ン、 ポリ グリ コール 酸とポリ乳酸との共重合体、 ポリ乳酸と ε —力プロラク トンとの共 重合体などからなる高分子の糸を、 メ ッシュ状に編み上げたチュー ブである。
本発明の人工血管は、 上記バルク材からなる支持用骨格材料製 チューブを、 抽出コラーゲン溶液により含浸及び被覆処理したもの である。 本発明において、 チューブを含浸、 被覆するために用いら れるコラーゲンの由来は、 特に限定されず、 一般に、 ゥシ、 ブ夕、 ゥサギ、 ヒッジ、 ネズミなどのほ乳類又は鳥類などの皮膚、 骨、 軟 骨、 腱、 臓器などから得られるコラーゲンを用いることができる。
本発明において用いられる抽出コラーゲンとは、 これらの組織を 酸、 アルカリ、 酵素などにより蛋白分解した後に抽出して、 抗原性 を減じたものである。
チューブにコラーゲンを含浸させるには、 抽出コラーゲン ( I 型) の塩酸溶液にチューブを浸漬し、 これを乾燥することによって実施 する。 この抽出コラーゲンの塩酸溶液中では、 コラ一ゲン分子はバ ラバラに分散した形をとつている。 この処理によって、 生体由来の 支持用骨格材料の場合は結合組織の間にコラーゲンが入り込んだ構 造が形成され、 人工血管移植後の細胞の増殖が促進される。
本発明の人工血管は、 第 1 図、 第 2図及び第 3図に示すように上 記の抽出コラーゲン含浸チューブ各 1及び 5の外側、 又は同チュー ブ 6の外側及び内側に、 同じく抽出コラーゲン ( I 型) の超微細線 維からなる圧縮した層 2 を有する。 この層は、 コラーゲン分子が、 バラバラに分散しているのではない。 分子数個が集まって超微細線 維(直径約 5 nm ) を形成し、 これが集まつて微細線維(直径約 5 0 ηπι ) を形成し、 そのいくつかが集まって細線維 (直径約 2 m)となり、 この細線維の各々が交互に縦糸と横糸のように重なって直径約 6 ^ m の線維を形成し、 この線維が一定方向に並んでいる構造である。 顕微鏡下では、 圧縮されたハニカム状の、 多孔性不織布様に見える。 この構造を有するコラーゲン層は、 厚さは約 0 . 5 ~ 2 . 5 mm , 好 ましく は約 1 ~ 2 mm の厚さである。 この超微細線維からなるコラ一 ゲン層は、 抽出コ ラーゲンを含浸、 乾燥させた結合組織管又は合成 高分子チューブの周囲に、 抽出コラーゲンの塩酸溶液を凍結させた 後、 ただちに凍結乾燥し、 これを圧縮して形成する ことができる。
本発明の人工血管は、 上記の超微細線維からなるコ ラーゲン層 2 を有するチューブをさ らに抽出コラーゲン ( I 型) に含浸するこ とによ り、 該超微細線維間にさ らにアモルファスなコラーゲンを侵 入させ、 かつ、 さ らにその外側にも抽出コラーゲンの層 3 を形成し て、 超微細線維からなるコラーゲン層に特徴的な毛羽立った表面を 被覆したものである。 この被覆層の中では、 コラーゲン分子は線維 構造を形成しておらず、 バラバラに分散してアモルフ ァス状態で存 在する。
本発明の人工血管は、 コ ラーゲン含浸チューブの外側又は外側及 び内側の超微細線維層及びその上のアモルファス層からなる 2層の コラーゲン層を上記のよう にして形成した後、 全体を熱架橋して得 られるものである。 この人工血管は、 架橋剤などの化学物質を用い ずに、 かつコ ラーゲンの対生物特性を失う ことなく得られた、 物性 の優れたコラーゲン層を有している。 このよう にして得られる本発 明の超微細線維からなるコ ラーゲン層は、 従来のコ ラーゲン膜には なかった縫合に耐える強度を有しているので、 本発明の人工血管を 移植する際に、 レシピエン トの血管と手術糸で縫合した後も、 その 縫合をよく保持し、 従来のよう にコラーゲン層の針穴の部分が負荷 に耐え切れずに破断するというような欠点がない。
さ らに本発明の人工血管は、 その支持用骨格材料からなるチュー ブの内腔を、 コラーゲン (I 型) を含むマ ト リ ックスゲル層 4で被 覆し、 基底膜の代替物として内皮細胞の伸展、 再生を促進する機能 を与えて、さ らに生体内の血管に近づけたものである。前記のスパー クス · マン ド リル法によるチューブ及び 2 種類の合成高分子メ ッ シュからなるチューブは、 上記のコラーゲンの 2層を形成した後、 いずれもその内腔に、 基底膜層のかわり に基底膜の基本的成分であ るコラーゲンを含有するマ ト リ ックスゲルの層を設けて、 本発明の 人工血管とする。 このマ ト リ ックスゲル層が、 ヒ ト及び動物の血管 の基底膜と同様の機能を果たし、 人工血管を移植した場合にレシピ ェン トの内皮細胞の再生を促進させる目的が達成される。 一方、 ヒ ト及びヒ ト以外の動物の血管からなるチューブの場合も、 組織の迅 速な伸展、 再生を促す目的のため、 好ましく は基底膜の表面にマ ト リ ックスゲルの被覆層を有する。 図面の簡単な説明
第 1 図は、 動物の動脈又は静脈からなるチューブを支持用骨格材 料として用いた場合の本発明の人工血管の断面模式図 (断面を円形 と仮定してある。 以下同様) である (なお、 各寸法については、 本 発明の構造の理解を助けるために誇張してある。 以下同様)。
第 2 図は、 スパークス · マン ド リル法によるヒ ト (患者本人) 皮 下組織由来の結合組織管を支持用骨格材料と して用いた場合の本発 明の人工血管の断面模式図である。
第 3 図は、 非分解性合成高分子メ ッシュ又は生体内分解吸収性合 成高分子メ ッシュからなるチューブを支持用骨格材料と して用いた 場合の本発明の人工血管の断面模式図である。
各符号は、
1 : 生体由来の層 (基底膜成分 +弾性線維層 +膠原線維層) に抽出 コラーゲンを含浸させた層、
2 : 抽出コラーゲンを超微細線維化させた層、
3 : 抽出コラーゲンのアモルファス層、
4 : マ ト リ ックスゲルのコーティ ング層、
5 : 生体皮下埋植によって作られた膠原線維層に抽出コラ一ゲンを 含浸させた層、 及び
6 : 非分解性合成高分子メ ッシュ又は生体内分解吸収性合成高分子 メ ッシュを抽出コラーゲンに含浸させた層
を表す。 発明を実施するための最良の形態
本発明の人工血管は、 ヒ ト、 ヒ ト以外の動物 (ィヌ、 ブタ、 ゥシ など) の動脈及び静脈、 特に、 臍帯静脈由来の結合組織管、 スパー クス · マン ド リル法による、 ヒ ト皮下組織由来の結合組織管、 ポリ ウ レタ ン、 シ リ コーン又は P E Tなどの非分解性合成高分子メ ッ シュからなるチューブ、 あるいはポリ ダルコール酸、 ポリ乳酸、 ポ リ ジォキサノ ン、 ポリ グリ コール酸とポリ乳酸との共重合体又はポ リ乳酸と £ 一力プロラク ト ンとの共重合体などの生体内分解吸収性 合成高分子のメ ッ シュからなるチューブを、 コラーゲンの複数の層 で被覆したものである。
このような支持用骨格材料からなるチューブに、 抽出コ ラーゲン 約 0 . 5 〜 3重量%を含む l N 塩酸溶液 (pH = 3 ) を含浸させて、 支持用骨格材料の中にコラーゲンを浸透させ、 乾燥する。 含浸時間 は 1 2 〜 4 8時間、 好ましく は 2 4時間である。 抽出コラーゲンの 濃度は 0 . 5重量%が最も好ましい。 この処理によって、 支持用骨 格にコラーゲン分子が入り込むことによ り人工血管移植後の細胞の 再生が促進される。 この工程を 1 〜 5 回繰り返す。
コラーゲンを含浸させ、 乾燥した支持用骨格材料からなるチュー ブに、 ガラス又はシ リ コーンの棒を通して、 抽出コ ラーゲン約 0 . 5 〜 3重量%、 特に 1 重量%を含む 1 N 塩酸溶液(pH = 3 ) の 入った容器中に立て、 その状態のまま約 6 〜 4 8時間、 好ましく は 1 2時間以上、特に約 2 4時間、好ましく は約— 1 0 °C〜一 1 9 6 °C、 特に約— 2 0 °Cで凍結させる。 このとき、 チューブの外側、 又は外 側及び内側に凍結したコ ラーゲン層中には、 超微細線維からなるコ ラーゲンが形成されている。
凍結したコラーゲン溶液の層がその外側、 又は外側及び内側に形 成された、 上記支持用骨格材料からなるチューブを常温にもどさず にただちに凍結乾燥し、 水を気化させる。 コラーゲン層は、 超微細 線維からなる層状構造を呈して不織布状となっている。 このとき形 成された超微細線維のコ ラーゲン層の厚さ力 約 0. 5〜 2. 5 cm、 好ましく は約 1 〜 2 cmになるよう に調整する。
このようにして得られた、 超微細線維コ ラーゲンからなる層を設 けた上記の支持用骨格材のチューブを、 ガラス又はシリ コーン棒を 通した状態のまま、 プレス装置にて圧縮する。 このときの圧縮条件 は、圧縮比、すなわち圧縮前のコラーゲン層に対する圧縮後のコラー ゲン層の厚みの比が、 0. 0 0 5〜 0. 3、 好ましく は 0. 1 とな るようにする。 このようにして得られた超微細線維からなるコラー ゲン層は、 従来のコラーゲン膜にはなかった物性を有している。
このようにして得られたコラーゲン被覆チューブを、 抽出コラー ゲン約 0. 5〜 3重量%、 特に約 2重量%を含む 1 N 塩酸水溶液中 に浸して風乾する操作を、 血管壁の強度に応じて 1 〜 2 0回繰り返 し、 アモルファスなコラーゲンを超微細線維間に含浸させ、 かつァ モルファスなコラーゲン層を超微細線維層の上にもキャスティ ング する。
このようにして得られたチューブを架橋処理する。 架橋の方法と しては、 ァ線架橋、 電子線架橋、 紫外線架橋、 熱架橋の他、 グルタ ルアルデヒ ド架橋、 エポキシ架橋及び水溶性カルポジイ ミ ド架橋な ども可能であるが、 架橋の程度をコン トロールしゃすく 、 架橋処理 に化学物質を使用せずによ り生体に影響を及ぼさないため、 熱架橋 が好ましい。 熱架橋処理は、 真空下約 1 0 5〜 1 5 0 °Cで、 好まし く は約 1 2 0〜 1 5 0 °Cで、約 6〜 4 8時間、好ましく は 6〜 2 4時 間実施する。 例えば 1 4 0 °Cで 4 8時間処理した場合、 最も大きい 架橋密度が得られ、 その架橋率は 8 5〜 9 0 %である。 架橋処理後 にガラス棒又はシリ コーン棒を取り去り、 コ ラーゲンによ り被覆さ れた支持用骨格材料からなる人工血管が得られる。 この際に架橋処 理の温度及び時間を調節する ことによ り、 本発明の人工血管が生体 内に移植された後に残存する期間を調節することができる。
なお、 このような熱架橋は、 上記の圧縮工程の前又は後に 1 回行 い、 さ らにアモルファスコラーゲンをキャスティ ングした後にもう 1 回行って、 合計 2 回の熱架橋を行ってもよい。
さ らに本発明の人工血管は、熱架橋処理を実施した直後に、チュー ブの内腔をマ ト リ ックスゲルで被覆することによ り、 生体内の血管 の基底膜と同様の機能を付与する ことができる。 このマ ト リ ックス ゲルは、レシピエン トの内皮細胞が伸展、再生する土台となるコラー ゲン(特に IV型、例えば 3 0重量% )、 ラミニン(例えば 5 0 〜 6 0重 量% )、 へパラン硫酸プロテオダリカン (例えば 2 〜 5重量% )、 ェ ンタクティ ン (例えば 5 〜 1 0重量%) ならびに E G F (上皮増殖 因子)、 i3 F G F (線維芽細胞増殖因子)、 N G F (神経増殖因子)、 P D G F (血小板由来増殖因子)、 I G F — 1 (イ ンス リ ン様増殖 因子)、 T G F - ;3 ( ト ランスホーミ ング成長因子) などを含むも のであ り、 このゲルを 1 0重量%水溶液として、 室温で 6 0分間、 デイ ツ ビングの方法によ りチューブの内腔を被覆し、 乾燥する。
このようにして支持用骨格材料からなるチューブの外側、 又は外 側及び内側に形成されたコラーゲン層は、 本発明の人工血管が生体 に移植された後は、 一定の期間生体中に存在し、 その間にレシピエ ン トの組織が増殖して置き替わる。臍帯静脈由来のチューブの場合、 最終的には、 内腔面の基底膜部分を土台に内皮細胞が再生、 増殖し、 全てが自己の血管組織と して再構築され再生する。 一般にヒ ト又は ヒ ト以外の動物由来のチューブは、 移植後 6〜 1 0週間の時期に、 生体内分解吸収性合成高分子メ ッ シュの場合は 6〜 8週間の時期に 生体に分解吸収される。
以下に本発明の実施例を示すが、 これは本発明を限定するもので はない。
実施例 1 ヒ ト臍帯静脈を用いた人工血管
ヒ ト臍帯よ り 臍帯静脈を摘出 し、 これを 1 % の T R I TO N X - 1 0 0水溶液で 4 8時間、 室温または 4 0 °Cで洗浄し、 次いで流水 で 4 8時間洗浄した。 得られた臍帯静脈由来の結合組織管を、 1重 量%のコラーゲン水溶液に浸漬、 乾燥する ことを 5 回繰り返した。 これを、 支持棒を通した状態でコラーゲン 1 重量%を含む 1 N 塩酸 溶液中に立てたまま、 一 2 0 °Cで 2 4時間凍結させた。 次いでこれ を凍結乾燥して厚み 1 0 mm の超微細繊維層を形成させた。 これを 5 0 kgで圧縮して、 厚み 1 mmのチューブとした。 これを、 1 重量% コラーゲン水溶液に浸漬しては乾燥する工程を 1 0 回繰り返した。 次いでこれを 1 4 0 °Cで 1 2時間熱脱水架橋して、 本発明の人工血 管を得た。 ィヌ脛動脈 3 c m をこの人工血管で置換した。 移植後 2か 月半後に屠殺して移植部位を顕微鏡下に観察した結果、 ィヌの自己 血管組織と置き替わっていることが確認された。 産業上の利用可能性
本発明の人工血管は、 ( 1 ) 生体組織由来の材料の抗原性の低い 部分のみを用いる力 又は抗原性の低い人工材料を用いているので、 拒絶反応が起こ らない、 ( 2 )形成された超微細線維からなるコ ラー ゲン層が存在するため、 加圧に耐え、 従来のコラーゲン膜の場合に は期待できなかった手術糸による縫合も可能である、 及び ( 3 ) 内 腔面に生体由来の基底膜部分又はそれの代替物が存在するので、 内 腔面にレシピエン ト由来の内皮細胞が再生する、 などの利点を有す る。

Claims

s冃 求 の 範 囲
1 . 支持用骨格材料からなるチューブの少なく とも外側に、 超微細 線維からなるコラーゲン層が形成されていることを特徴とする人工 血管。
2. チューブの少なく とも外側に形成された超微細線維からなるコ ラーゲン層のさ らに外側にコラーゲン層が形成されている、 請求の 範囲第 1項記載の人工血管。
3. チューブが、 コラーゲンを含浸させたチューブである、 請求の 範囲第 1項又は 2項記載の人工血管。
4. チューブの内腔が、 マ ト リ ックスゲルで被覆されている、 請求 の範囲第 1〜 3項のいずれか 1項記載の人工血管。
5. ( 1 ). 支持用骨格材料からなるチューブにコラーゲンを含浸さ せ、 乾燥し、
( 2 ) . このチューブの少なく とも外側に、 コ ラーゲン酸性溶液を 凍結させた後に凍結乾燥する こ とによ り 、 超微細線維からなるコ ラーゲン層を形成し、
( 3 ) . このよう にして得られたコラーゲン被覆チューブを圧縮し、
( 4 ) . ( 3 ) の工程で得られたチューブにさ らにコラーゲンを含浸 させ、 乾燥し、
( 5 ) . ( 4 ) の工程で得られたチューブを熱架橋処理し、 さ らに
( 6 ) . チューブの内腔を、 マ ト リ ッ クスゲルによって被覆する こ とを特徴とする、 人工血管の製造方法。
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