足場は種子細胞に成長.生殖.代謝.物質交換の場を提供し.移植された細胞の成長位置を効果的に制御できる。足場は組織の再生を誘導し.そのサイズと形状は組織の構造と機能に重要な影響を与える。足場は生まれたばかりの組織に力学的支持を与え.外圧に耐え.組織の元の形と組織の完全性を維持できる。さらに.足場はアクティブな さらに.足場は活性因子のキャリアとしても機能し.成長因子など一部の生理活性物質の放出を遅らせる一方で.細胞の成長.増殖.分化を促進することができる。
足場材料の研究開発は.組織工学の要となるものです。 本稿では.組織工学的腱に関する現在の研究成果を概観し.細胞足場に着目して.理想的な足場の特徴.足場材料の開発.足場製造プロセスの開発について紹介し.足場.種細胞.成長因子を総合的に考慮して腱細胞に最も適した生活環境を提供し.組織工学的腱が腱欠損の修復に最適かつ信頼できる方法となることを目指したいと思う。
腱の欠損は.最も一般的な臨床症状の一つです。 腱の損傷は.適切な時期に修復されないと.手足の機能不全や障害につながることも少なくありません。 そのため.腱の損傷や欠損を外科的に修復し.機能的に再建することは.外科手術における最も重要な研究テーマの一つとなっています。
腱の損傷は.非欠陥と欠陥の2つに大別されます。 欠陥のある腱に対しては.以下のような治療法があります。
1）腱の欠損を修復するための自家腱移植。
2）同種腱移植術。
3) 同系統の腱移植.4) 人工の腱代替物。 細胞培養技術や移植技術.生体材料科学の発展により.組織工学的人工腱という新しい理想的な腱代替物が.腱の欠損修復の問題を解決することになる。
1.組織工学的腱細胞スキャフォールドの特徴
理想的な生体内移植片は.以下の点を満たしている必要があります。
(1) 細胞足場材料は.無毒で生体親和性の高いものであること。
(2) 生体内で細胞の増殖に伴って徐々に分解・代謝され.吸収される生分解性の材料であること。
(3) 材料の分解生成物は.無毒で生体適合性に優れ.組織や生体に悪影響を及ぼさないものであること。
(4) 加工性に優れ.所望の形状・構造に加工できるものであること。
(5) 足場は開孔構造を有し.その孔径が一定の要件を満たすこと。
(6) 足場は.再生または修復される組織または臓器と同じ形状および大きさでなければならない。
(7) 足場は.細胞親和性が高く.細胞の接着.増殖.マトリックス分泌に適していること。
(8) 足場は.強度.柔軟性など.一定の機械的特性を有していること。
(9) 足場は.通常の滅菌条件下で物理的.化学的.生物学的な力の変化がなく滅菌に耐えられるものでなければならない。
(10) 足場は.細胞培養操作の際に形状を維持するだけでなく.移植された体内で外科手術に耐え.手術中に壊れないこと.体にフィットし.体組織に機械的損傷を形成しないことが必要である。
2.足場材の材質
2.1 コラーゲン
コラーゲンは細胞外マトリックス（ECM）の主成分で.動物の骨や筋膜から煮沸や加水分解などの様々なプロセスで抽出される。 また.腱の組織は主に平行に配列したコラーゲン繊維の太い束で構成されているため.その配向性は腱が受ける牽引力に対応している。
コラーゲン繊維は丈夫で牽引に強く.さらに.足場材を細胞が特異的に認識するように誘導する独自の細胞接着シグナル配列を含んでいる。コラーゲン繊維は丈夫で牽引に強く.調製方法は長年にわたり開発されており.十分に確立されて市販されており.組織工学的腱用細胞外マトリックス足場として成功し.FDAによって承認されている。Bellincampiらは.自己の腱細胞をコラーゲン足場に接種し.ウサギの膝関節と皮下に移植したところ.8週間後にも複合体が確認できたという。その結果.MSCで処理した腱は対照群よりも厚く.コラーゲン繊維の集合体.関節の特性.荷重特性が優れていることがわかりました。
AwardはタイプIコラーゲンを足場にして自家腱欠損部に埋め戻し.対照群はタイプIコラーゲンのみで埋め戻した。 4週間後.実験群は対照群と比較して生体力学的効果が有意に優れていることが確認されたが.組織学的検査では対照群と有意差はなかった。
2.2 フィブロネクチン(FN)
主に細胞外マトリックス（すなわち細胞型）に存在するが.血液中（血漿型と呼ばれる）にも存在し.糖タンパク質のグループに属している。 FNは細胞外マトリックスの主要成分として.細胞接着.細胞増殖・分化.細胞骨格形成.アポトーシスなど多くの生命現象に重要な役割を果たすとともに.創傷治癒や炎症など生体内の多くの病的過程にも関与しています。
フィブリンゲルは.可塑性.接着性.分解性.生体適合性を有する三次元網状ゲルである。トロンビンの作用によりフィブリンモノマーが重合して形成されるが.トロンビンの凝集が遅いため液体からゲルへの変化が遅く.ゲル形成に十分な時間を確保することができる。 フィブリンゲルは.重合中に血小板由来成長因子（PDG F）やトランスフォーミング成長因子β（TG F-β）を放出し.これらは走化性や分裂促進作用を持ち.さらに細胞の増殖.接着.マトリックス分泌を促進する。 しかし.天然バイオマテリアルに共通する欠点である十分な機械的強度が得られず.また.入手が困難な血液に由来することから.その用途は限定されている。
2.3 ポリリン酸カルシウム繊維(CPFF)
CPFFは.リン酸二水素カルシウムまたはメタリン酸カルシウムを主原料とする。 繊維状の無機材料に高溶液で延伸して作られる。 繊維状の外観と炭素繊維に近い機械的特性を持ちながら.組織適合性と分解性が炭素繊維よりも著しく優れており.将来的には腱組織工学用の複合足場構築に最適な新素材となる可能性があります。 Changqingら[5]は.実験的に実証した。 in vitroでは水溶液で分解可能です。 その分解過程は加水分解である。 酵素分解ではなく 実験の結果.CPPFは生体内で約16〜20週間で完全に分解されることがわかった。また.合成原料の成分比率を調整することで.繊維の劣化をコントロールすることも可能です。
2.4 ポリ-α-ヒドロキシ酸
ポリα-ヒドロキシ酸には.ポリ乳酸（PLA）.ポリヒドロキシ酢酸（PGA）およびそれらの共重合体PLGA.PDLA.PLLA.PDLLAがあり.主に3つの構造形態（繊維状足場.多孔質発泡体.管状構造体）があり.PLA.PGAの分解生成物はそれぞれ乳酸.ヒドロキシ酢酸で.三糖サイクルの中間代謝物質である。 生分解性.相溶性に優れ.炎症反応.免疫反応.細胞毒性反応を起こさないため.生分解性生体材料として圧倒的に普及しており.骨.軟骨.血管.神経.皮膚などの組織工学に広く用いられている。
Caoら[7]は.ふくらはぎの肩と膝の腱組織から得た腱細胞を紐状のPGAメッシュ足場に植え付け.1週間のin vitro培養後にヌードマウスの皮下に移植し.12週間後には通常の腱構造に近い腱組織がある程度の生体力学的特性をもって形成できることを明らかにしました。 その後.C aoら[7]は.自己の腱細胞＋PGA＋バイオフィルム包材を用いて.レッグホーン筋内の4cmの腱欠損を修復し.移植した組織工学的腱は.総形態と組織学においてのみ正常腱と類似し.その生体力学特性は正常腱の83%であることを発見しました。
PLAとPGAの共重合体であるPLGAは.生体適合性に優れ.特定の遺伝子の転写を上昇させることができるだけでなく.PLAとPGAの比率を変えることで分解速度を制御でき.PGAの高い分解速度とPLAの高い強度を組み合わせることができるので.PLGAは人工腱用の細胞足場としても使用することが可能である。
OuyangとGohらもポリ乳酸-グリコール酸[PLGA]を足場として用い.自家腱の10mmサイズの欠損部に埋め戻し.対照群にはPLGAのみを移植し.4週間後には細胞量が2週間と比較して著しく減少し.I型とIII型のコラーゲン繊維が形成されており 8週間後.材料は大きく劣化していた。12週間後.欠損はリンパ球の浸潤もなく良好に修復され.実験グループの生体力学的強度は対照グループより有意に高く.正常な腱に近づいた。 これは.RodkeyらやSatoらによるPGA/Dacronを足場とした先行研究と一致するものである。
3.アウトルック
組織工学部門では.組織工学的に作られた細胞足場材料が重要な焦点であり.難しい研究分野である。 適切な足場がなければ.種となる細胞は失われ.死んでしまう。 組織工学用足場材料は.良好な生体適合性.生分解性.三次元構造と可塑性.かなりの機械的強度に加え.種細胞の接着を促進し.その表面で細胞が成長・増殖し.マトリックスを分泌するための良好な微小環境を提供するための良好な表面活性を有する必要があります。
腱の組織工学的足場材料は.現在.天然材料.合成材料.複合材料が研究されている。 コラーゲンなどの天然素材は生体適合性は良いが.機械的性質が悪く.分解が早すぎて加工や成形性が悪いという問題があり.バイオセラミックスやポリマーなどの合成素材は分解速度が遅く.酸性の分解生成物が炎症反応を起こし.機械特性が小さいという問題がある。これらの問題は.複合材料.つまり相補的な特性を持つ2つ以上の生体材料を一定の比率と方法で組み合わせる原理と方法により解決することが可能である。 これらの問題は.複合材料の原理と方法によって解決することができる。複合材料とは.相補的な性質を持つ2つ以上の生体材料を一定の比率と方法で組み合わせ.要求を満たすことができる新しい複合材料を構築することを目的としている。
腱の組織工学は足場材料に対する要求が高く.複合材料の開発は今後も注目される。 組織工学材料の今後の開発の大きな方向性の一つである.特性の組み合わせの準備過程.設計.最適化についてさらなる研究が必要である。