生体模型のための粘膜材
【課題】粘弾性、水濡れ性、切り心地等が生体軟組織に類似した生体軟組織模型の成形用水性ゲル組成物の提供。
【解決手段】鹸化度が９７モル％以上でかつ重合度が５００〜３０００の第一のポリビニルアルコールと鹸化度が７０〜９０モル％でかつ重合度が５００〜３０００である第二のポリビニルアルコールとを含み、含水率が７０〜９５重量％である、生体軟組織の模型を成形するための水性ゲル組成物。
【解決手段】鹸化度が９７モル％以上でかつ重合度が５００〜３０００の第一のポリビニルアルコールと鹸化度が７０〜９０モル％でかつ重合度が５００〜３０００である第二のポリビニルアルコールとを含み、含水率が７０〜９５重量％である、生体軟組織の模型を成形するための水性ゲル組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体軟組織の剥離や切開等の手術の教育やトレーニングに適した、ポリビニルアルコールを含む生体軟組織の模型を成形するための水性ゲル組成物及びそれからの生体軟組織の模型に関する。より詳しくは、本発明は、粘弾性、水濡れ性、切り心地等の特性が生体軟組織に類似した生体軟組織の模型を成形するためのポリビニルアルコールを含む水性ゲル組成物及びそれからの生体軟組織の模型に関する。
【背景技術】
【０００２】
血管壁、内臓、口腔粘膜等の生体軟組織の剥離や切開等の手術の教育やトレーニングのために生体軟組織の模型が用いられている。血管壁や内臓の模型を成形するための材料として、ポリビニルアセテートのホモポリマー又はそのコポリマーと樹液との混合物にゼラチン及びアクリル樹脂を配合した生体モデル作成用組成物が知られている（特許文献１）。しかし、特許文献１記載の組成物は、以下に記載する欠点を有している。
（１）多数の材料を使用するため、所望の特性を有する組成物を得ることが容易ではなかった。
（２）使用する原料が天然物由来であるため、一定の品質の原料を得るのが困難であった。
（３）生体軟組織に特有な切れ味や水濡れ性等の特性を表現するのが困難であった。
一方、ポリビニルアルコールを含む水溶性ゲルがマウスガードの成形用組成物として知られている（特許文献２）。しかし、特許文献２は、ポリビニルアルコールを含む水溶性ゲルを生体軟組織の模型の成形用に使用できることをまったく記載又は示唆していない。
【特許文献１】特開２００５−１２８１３４号公報
【特許文献２】特開２００３−１０２７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上記した従来技術の欠点を改良して、生体軟組織に類似した特性（粘弾性、水濡れ性、切り心地、水分保持性、表面摩擦係数等）を有する生体軟組織の模型を成形するための水性ゲル組成物及びそれから成形した生体軟組織の模型を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者等は、粘弾性、水濡れ性、切り心地等の特性が生体軟組織に類似した生体軟組織の模型の成形のための組成物について鋭意検討を行った結果、本発明を完成させるに至った。
【０００５】
すなわち、本発明は、以下の通りである。
（１）鹸化度が９７モル％以上でかつ重合度が５００〜３０００の第一のポリビニルアルコールと鹸化度が７０〜９０モル％でかつ重合度が５００〜３０００である第二のポリビニルアルコールを含み、含水率が７０〜９５重量％である、生体軟組織の模型を成形するための水性ゲル組成物。
【０００６】
（２）第一のポリビニルアルコール：第二のポリビニルアルコールの重量比が９９：１〜７０：３０である、（１）記載の水性ゲル組成物。
【０００７】
（３）第一のポリビニルアルコール：第二のポリビニルアルコールの重量比が９９：１〜８０：２０である、（２）記載の水性ゲル組成物。
【０００８】
（４）第一のポリビニルアルコールが９９モル％以上の鹸化度及び５００〜２０００の重合度を有する、（１）〜（３）のいずれか１項記載の水性ゲル組成物。
【０００９】
（５）第二のポリビニルアルコールが８６〜９０モル％の鹸化度及び５００〜２０００の重合度を有する、（１）〜（４）のいずれか１項記載の水性ゲル組成物。
【００１０】
（６）生体軟組織が口腔軟組織、鼻腔軟組織又は耳腔軟組織である、（１）〜（５）のいずれか１項記載の水性ゲル組成物。
【００１１】
（７）（ａ）第一及び第二のポリビニルアルコールを水又は第一及び第二のポリビニルアルコールを溶解しかつ水と混和性の有機溶媒と水との混合溶媒に溶解してポリビニルアルコール溶液を作成する工程、及び
（ｂ）得られたポリビニルアルコール溶液をゲル化する工程
を含む、（１）〜（６）のいずれか１項記載の水性ゲル組成物の調製方法。
【００１２】
（８）工程ａで混合溶媒を使用した場合、さらに
（ｃ）工程ｂで得られたゲルから有機溶媒を除いた後、ゲルを水に浸漬する工程
を含む、（７）記載の調製方法。
【００１３】
（９）（１）〜（６）のいずれか１項記載の水性ゲル組成物又は（７）若しくは（８）記載の方法により調製された水性ゲル組成物を含む、生体軟組織の模型。
【００１４】
（１０）生体軟組織が口腔軟組織、鼻腔軟組織又は耳腔軟組織である、（９）記載の生体軟組織の模型。
【００１５】
（１１）（１）〜（６）のいずれか１項記載の水性ゲル組成物又は（７）若しくは（８）記載の方法で調製された水性ゲル組成物を成形することを含む、生体軟組織の模型の製造方法。
【００１６】
（１２）（ａ）第一及び第二のポリビニルアルコールを水又は第一及び第二のポリビニルアルコールを溶解しかつ水と混和性の有機溶媒と水との混合溶媒に溶解してポリビニルアルコール溶液を作成する工程、
（ｂ）得られたポリビニルアルコール溶液を生体軟組織の鋳型に注入した後ゲル化する工程、及び
（ｃ）得られた水性ゲル組成物を鋳型から取り出す工程
を含む、（１１）記載の製造方法。
【００１７】
（１３）工程ａで混合溶媒を使用した場合、さらに
（ｂ’）工程ｂで得られたゲルから有機溶媒を除去した後、ゲルを水に浸漬する工程
を含む、（１２）記載の製造方法。
【００１８】
（１４）（９）〜（１１）のいずれか１項記載の生体軟組織の模型又は（１２）若しくは（１３）記載の方法で製造した生体軟組織の模型を組み込んだ生体模型。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の水性ゲル組成物は、第一及び第二のポリビニルアルコールを併用することにより、単一の鹸化度のポリビニルアルコールを単独で使用する場合に比べ、生体軟組織により近い特性が得られる。
【００２０】
したがって、本発明の水性ゲル組成物を用いることにより、粘弾性、水濡れ性、切り心地、水分保持性等の特性が動物の生体軟組織に酷似し、剥離性やメス等で切ったときの切り心地が実際の生体軟組織によく似た生体軟組織の模型を作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の生体軟組織の模型を成形するための水性ゲル組成物は、鹸化度が９７モル％以上でかつ重合度が５００〜３０００の第一のポリビニルアルコールと鹸化度が７０〜９０モル％でかつ重合度が５００〜３０００である第二のポリビニルアルコールを含み、含水率が７０〜９５重量％である。
【００２２】
本発明において、第一のポリビニルアルコールの鹸化度が９７モル％を下回ると、粘性率が非常に高くなり、かつゲル化しにくくなるという欠点が生じる。また、第一のポリビニルアルコールの重合度が５００を下回ると、強度が低くなりすぎるという欠点が生じ、３０００を上回ると、弾性率が高くなりすぎるという欠点が生じる。
【００２３】
本発明において、第二のポリビニルアルコールの鹸化度が７０モル％を下回ると、粘性率が高くなりすぎ、かつゲル化しにくくなるという欠点が生じ、９０モル％を上回ると、弾性率が低くなるという欠点が生じる。また、第二のポリビニルアルコールの重合度が５００を下回ると、強度が低くなりすぎるという欠点が生じ、３０００を上回ると、弾性率が高くなりすぎるという欠点が生じる。
【００２４】
本発明において、ゲルの含水率が７０重量％を下回ると、硬くなりすぎるという欠点が生じ、９５重量％を上回ると、柔らかくなりすぎるという欠点が生じる。本発明における含水率は、水性ゲル組成物に対する水又は混合溶媒の重量％をいう。
本発明における鹸化度、重合度及び含水率は、それぞれ、残留酢酸基量の測定法、液体クロマトグラフィー法及び重量測定法により測定できる。
【００２５】
本発明の水性ゲル組成物において、鹸化度が９７モル％以上でかつ重合度が５００〜３０００の第一のポリビニルアルコールは、完全鹸化型のポリビニルアルコールとして市場から入手することができるし、公知の方法で製造することもできる。このような第一のポリビニルアルコールは、例えば、日本酢ビ・ポバール株式会社から、商品名ＪＦ−０５、ＪＦ−１０、ＪＦ−１７、ＪＦ−２０、Ｖ、ＶＯ、ＶＣ−１０として、株式会社クラレから、ＰＶＡ−１０５、ＰＶＡ−１１０、ＰＶＡ−１１７、ＰＶＡ−１１７Ｈ、ＰＶＡ−１２０、ＰＶＡ−１２４として、市販されている。第一のポリビニルアルコールは、好ましくは、９９モル％以上の鹸化度と５００〜２０００の重合度を有する。その理由は、生体軟組織により近い弾性率が得られるからである。このようなポリビニルアルコールは、例えば、日本酢ビ・ポバール株式会社から、商品名Ｖ、ＶＯ、ＶＣ−１０として、株式会社クラレから、ＰＶＡ−１１７Ｈとして、市販されている。
【００２６】
本発明における鹸化度が７０〜９０モル％で重合度が５００〜３０００の第二のポリビニルアルコールは、部分鹸化型のポリビニルアルコールとして市場から入手することができるし、公知の方法で製造することもできる。第二のポリビニルアルコール、例えば、日本酢ビ・ポバール株式会社から、商品名ＪＰ−０５、ＪＰ−１０、ＪＰ−１７、ＪＰ−２０、ＪＰ−２７として、株式会社クラレから、ＰＶＡ−２０５、ＰＶＡ−２１０、ＰＶＡ−２１７、ＰＶＡ−２２０、ＰＶＡ−２２４として、市販されている。第二のポリビニルアルコールは、好ましくは８６〜９０モル％の鹸化度と５００〜２０００の重合度を有する。その理由は、水性組成に優れるからである。このような部分鹸化型のポリビニルアルコールは、例えば日本酢ビ・ポバール株式会社から、商品名ＪＰ−５、ＪＰ−１０、ＪＰ−１５、ＶＰ−１８、ＶＰ−２０として、株式会社クラレから、ＰＶＡ−２０５、ＰＶＡ−２１０、ＰＶＡ−２１７、ＰＶＡ−２２０として、市販されている。
【００２７】
本発明の水性ゲル組成物は、好ましくは７０〜９０、特に７０〜８０重量％の含水率を有する。その理由は、生体軟組織に非常に似た弾性率が得られるからである。
【００２８】
本発明の水性ゲル組成物において、第一及び第二のポリビニルアルコールの量比は、対象とする生体軟組織の特性によって変化し得る。湿潤粘膜を含む生体軟組織用の場合、第一のポリビニルアルコール：第二のポリビニルアルコールの重量比を、好ましくは９９：１〜７０：３０、より好ましくは９９：１〜８０：２０とする。その理由は、第二のポリビニルアルコールの重量比が１を下回ると、弾性率が高くなりすぎ、かつ粘性率が低くなりすぎ、３０を上回ると、弾性率が低くなりすぎ、かつ粘性率が高くなりすぎるからである。
【００２９】
本発明における生体軟組織は、硬組織を除く組織、すなわち骨と歯を除く組織を意味し、例えば、口腔粘膜等の口腔軟組織、鼻腔粘膜等の鼻腔軟組織、耳腔粘膜等の耳腔軟組織、内臓（脳、心臓、肝臓、膵臓、脾臓、腎臓、膀胱、肺、胃、小腸、大腸、子宮、食道）、皮膚、筋肉、血管、眼球を含む。好ましい生体軟組織は、湿潤粘膜を含む軟組織、例えば、口腔軟組織、鼻腔軟組織、耳腔軟組織、眼球である。ポリビニルアルコールの鹸化度、重合度、比率や組成物中の含水率を上記の範囲内で変化することにより、対象の生体軟組織により類似する特性を有する生体軟組織の模型を成形するための水性ゲル組成物を得ることができる。各生体軟組織に好適な配合例を以下に例示する。
【００３０】
生体軟組織が口腔軟組織である場合、使用する第一及び第二のポリビニルアルコールの混合物の平均鹸化度は９０〜９５、平均重合度は１０００〜２０００、第一のポリビニルアルコール：第二のポリビニルアルコールの重量比は９９：１〜７０：３０、ゲル組成物の含水率は７０〜９５重量％であることが好ましい。
【００３１】
生体軟組織が鼻腔軟組織である場合、使用するポリビニルアルコール混合物の平均鹸化度は９０〜９８、平均重合度は１０００〜２０００、第一のポリビニルアルコール：第二のポリビニルアルコールの重量比は９９：１〜８０：２０、ゲル組成物の含水率は７０〜９５重量％であることが好ましい。
【００３２】
生体軟組織が耳腔軟組織である場合、使用するポリビニルアルコール混合物の平均鹸化度は９０〜９８、平均重合度は１０００〜２０００、第一のポリビニルアルコール：第二のポリビニルアルコールの重量比は９９：１〜８０：２０、ゲル組成物の含水率は７０〜９５重量％であることが好ましい。
【００３３】
生体軟組織が胃、腸、肝臓等の内臓である場合、使用するポリビニルアルコール混合物の平均鹸化度は８５〜９８、平均重合度は１０００〜２０００、第一のポリビニルアルコール：第二のポリビニルアルコールの重量比は９９：１〜７０：３０、ゲル組成物の含水率は７０〜９５重量％であることが好ましい。
【００３４】
生体軟組織が血管である場合、使用するポリビニルアルコール混合物の平均鹸化度は８５〜９８、重合度は１０００〜２０００、第一のポリビニルアルコール：第二のポリビニルアルコールの重量比は９９：１〜７０：３０、ゲル組成物の含水率は７０〜９５重量％であることが好ましい。
【００３５】
生体軟組織が皮膚である場合、使用するポリビニルアルコール混合物の平均鹸化度は９５〜９８、平均重合度は１０００〜２０００、第一のポリビニルアルコール：第二のポリビニルアルコールの重量比は９９：１〜８０：２０、ゲル組成物の含水率は７０〜９５重量％であることが好ましい。
【００３６】
本発明の水性ゲル組成物は、生体軟組織に近い静止表面摩擦係数、例えば０．１以下の静止表面摩擦係数を有している。シリコーン（静止表面摩擦係数が１．５以上）に比べ非常に小さい。
【００３７】
本発明の水性ゲル組成物は、必要に応じて、本発明の効果を阻害しない範囲内で、少量（例えば水性ゲル組成物に対して３０、好ましくは１０、特に好ましくは５重量％以下）の、第一及び第二のポリビニルアルコール以外の通常のゲル化剤を含むことができる。さらに、本発明の水性ゲル組成物は、実際の生体の色彩を再現するための着色料、保存性改善のための抗菌剤、防黴剤等の添加物を含むこともできる。
【００３８】
本発明の水性ゲル組成物は、例えば、
（ａ）第一及び第二のポリビニルアルコールを水又は第一及び第二のポリビニルアルコールを溶解しかつ水と混和性の有機溶媒と水との混合溶媒に溶解してポリビニルアルコール溶液を作成する工程、及び
（ｂ）得られたポリビニルアルコール溶液をゲル化する工程
を含む調製方法により調製できる。
【００３９】
本発明の水性ゲル組成物の調製に使用する第一及び第二のポリビニルアルコールは、顆粒、粉末、溶液の形態であってよいが、溶解性の点から、好ましくは粉末状の形態である。
【００４０】
ポリビニルアルコール溶液における第一及び第二のポリビニルアルコールの使用量は、該溶液に対して１５〜３０重量％，好ましくは２０〜３０重量％である。第一のポリビニルアルコール：第二のポリビニルアルコールの重量比は、好ましくは９９：１〜７０：３０、より好ましくは９９：１〜８０：２０である。
【００４１】
ポリビニルアルコール溶液を作成する溶媒は、水であるか、又は第一及び第二のポリビニルアルコールを溶解しかつ水と混和性の有機溶媒と水との混合溶媒であるが、第一及び第二のポリビニルアルコールを溶解しかつ水と混和性の有機溶媒と水との混合溶媒が好ましい。その理由は、低温において凍結しないからである。
【００４２】
第一及び第二のポリビニルアルコールを溶解しかつ水と混和性の有機溶媒としては、ジメチルスルホキシド、グリセリン等が例示でき、ジメチルスルホキシドが好ましい。その理由は、ポリビニルアルコールの溶解性に優れ、また、生成するゲルに適度な弾力性を与えるからである。
【００４３】
混合溶媒における水と有機溶媒との比率は、ポリビニルアルコールを溶解し得る限り制限はないが、重量基準で、好ましくは１：１〜１：１０、より好ましくは１：２〜１：５、特に好ましくは１：４である。
【００４４】
ポリビニルアルコールの溶媒への溶解は、公知の方法、例えば６０〜１２０℃、好ましくは１００〜１２０℃、特に約１００℃での加温と攪拌によって行うことができる。加熱は、開放下で行ってもよいが、好ましくは密閉条件で行う。
【００４５】
ポリビニルアルコール溶液のゲル化は、例えば−２０℃で冷却することによって行うことができる。本発明の方法によれば、ゲル化のための冷却時間を極めて短くできる。
【００４６】
本発明の水性ゲル組成物の調製方法は、工程ａで混合溶媒を使用した場合、さらに
（ｂ’）工程ｂで得られたゲルから有機溶媒を除去した後、ゲルを水に浸漬する工程
を含むことができる。この方法によれば、使用した有機溶媒を含まない水性ゲル組成物を調製できる。
【００４７】
水性ゲルの脱溶媒は、エタノールを用いて行うことができる。具体的には、脱溶媒は、水と有機溶媒との混合溶媒を含む水性ゲルをエタノールに浸漬し、有機溶媒をエタノールに置換することによって行うことができる。
【００４８】
脱溶媒した水性ゲルを水に浸漬することにより、ゲル中のエタノールを水に置換することができる。
【００４９】
水に浸漬した水性ゲルは、必要に応じて、熱処理をすることができる。熱処理は、アニーリングのために行うものであり、例えば４０〜７０℃、好ましくは６０〜７０℃、例えば６５℃で１時間ほど加熱することにより行う。熱処理により、水性ゲル組成物の弾性率を変化させることができ、例えば７０℃での熱処理により、水性ゲル組成物の弾性率を低下させることができる。したがって、水性ゲル組成物の一部分を異なる温度条件で熱処理すれば、その部分の弾性率をその他の部分と相違させることができる。
【００５０】
熱処理により水分が失われた場合には、含水により元の水性ゲルの含水率にまで回復することができる。この含水率の回復は、完全鹸化型のポリビニルアルコール単独の水性ゲルでは観察されない。本発明の水性ゲル組成物を乾燥して完全に水分を除去しても、含水処理により元の水性ゲル組成物に復元できる。
【００５１】
本発明は、上記した水性ゲル組成物を含む生体軟組織の模型を包含する。生体軟組織としては、上記のような生体軟組織が含まれ、好ましくは、口腔軟組織、鼻腔軟組織、耳腔軟組織又は眼球である。
【００５２】
本発明の水溶性ゲル組成物は、積層して生体軟組織の模型とすることができる。また、２以上の異なる本発明の水性ゲル組成物を用いることにより、生体軟組織の模型の一部分をほかの部分と異なる物性とすることができる。
【００５３】
本発明の生体軟組織の模型は、上記した水性ゲル組成物を成形することを含む方法により製造することができる。水性ゲル組成物の成形は、公知の方法により行うことができる。たとえば、水性ゲル組成物を加圧して所望の形状に成形する。
【００５４】
水性ゲル組成物から生体軟組織の模型への成形は、
（ａ）第一及び第二のポリビニルアルコールを水又は第一及び第二のポリビニルアルコールを溶解しかつ水と混和性の有機溶媒と水との混合溶媒に溶解してポリビニルアルコール溶液を作成する工程、
（ｂ）得られたポリビニルアルコール溶液を生体軟組織の鋳型に注入した後ゲル化する工程、及び
（ｃ）得られた水性ゲル組成物を鋳型から取り出す工程
を含む方法によって行うこともできる。
【００５５】
生体軟組織の鋳型は、水性ゲルを生体軟組織の形状に成形できる型であればよく、材質は特に限定されない。鋳型は、その一部として、骨模型等の生体硬組織の模型を含むことができる。
【００５６】
鋳型へのポリビニルアルコール溶液の注入は、公知の方法によって行うことができるが、加圧下、例えば１５０〜１６０kg/cm２の圧力下での圧入が、気泡を少なくする又は注入された物質を均質化できる点で好ましい。
【００５７】
生体軟組織の模型の製造方法は、工程ａで混合溶媒を使用した場合、さらに
（ｂ’）工程ｂで得られたゲルから有機溶媒を除いた後、ゲルを水に浸漬する工程
を含むことができる。この方法によれば、使用した有機溶媒を含まない生体軟組織の模型を製造できる。
【００５８】
本発明は、上記の生体軟組織の模型を組み込んだ生体模型も包含する。生体模型としては、生体又はその一部の模型が含まれ、具体的には、口腔模型、鼻腔模型、耳腔模型、眼部模型、頭部模型、胸部模型、腹部模型等を例示できる。
【００５９】
本発明の生体口腔模型は、例えば、水性ゲル組成物を別途作成した骨模型等の生体硬組織の模型に圧着成形して得ることができる。骨模型、歯科模型等の生体硬組織の模型は公知であり、石膏、木材、紙、金属、合成樹脂等から製造される。また、本発明の生体口腔模型は、ポリビニルアルコール溶液を生体硬組織の模型をその一部として含む鋳型に注入しゲル化した後、生体硬組織の模型以外の鋳型を取り外して得ることもできる。
【００６０】
本発明の生体軟組織の模型は、骨模型，歯科模型等の生体硬組織模型との密着性に優れるとともに、生体硬組織模型からの剥離の際には均一に剥離するので、実際の粘膜剥離手術と同様の感触を実現できる。
【実施例】
【００６１】
本発明を以下の実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
【００６２】
〔実施例１〜５〕及び［比較例１］
８０重量部の第一のポリビニルアルコール粉末（日本酢ビ・ポバール株式会社製のＪ−ＰＯＶＡＬ Ｖ；鹸化度９９．０モル％以上、重合度１７００）と２０重量部の第二のポリビニルアルコール粉末（日本酢ビ・ポバール株式会社製のＪ−ＰＯＶＡＬ ＶＰ−１８；鹸化度８６．０〜９０．０モル％、重合度１８００）を混合してポリビニルアルコール混合物を得た。この混合物４０〜１０重量部をジメチルスルホキシド／水混合溶媒（重量比８０／２０）６０〜９０重量部に１２０℃に加熱しながら溶解して、含水率６０、７０、７５、８０、８５及び９０重量％のポリビニルアルコール溶液を作成した。別途作成した鋳型に各ポリビニルアルコール溶液を注入した。その後、鋳型を室温まで冷却してポルビニルアルコール溶液をゲル化した。鋳型中のゲルをエタノールに１２０分浸漬することによりジメチルスルホキシドをエタノールに置換して除去した後、鋳型中のゲルを水に十分浸漬してゲル中のエタノールを水と置換した後、ゲルを鋳型から取り出して、水性ゲル組成物を得た。表１に、実施例１〜５及び比較例１における、第一及び第二のポリビニルアルコールの鹸化度、重合度及び配合比、水性ゲル組成物の含水率を示した。
【００６３】
〔比較例２〜９〕
実施例１〜５における第一及び第二のポリビニルアルコールの代わりに、第一のポリビニルアルコールのみを用いて（比較例２〜４）又は第二のポリビニルアルコールのみを用いて（比較例５〜７）、実施例１〜５と同様にして水性ゲル組成物を得た。さらに、実施例１〜５における第一及び第二のポリビニルアルコールの代わりに、鹸化度９５〜９７モル％、重合度１７００のポリビニルアルコール（日本酢ビ・ポバール株式会社製のＶＭ−１７：中間型ＰＶＡ）のみを用いて（比較例８、９）、同様にして水性ゲル組成物を得た。表１に、比較例２〜９における、ポリビニルアルコールの鹸化度、重合度及び配合比、水性ゲル組成物の含水率を示した。
【００６４】
【表１】
【００６５】
〔実施例６〜１３〕
実施例１〜５における第一及び第二のポリビニルアルコールの重量比を、９８／２、９５／５、９０／１０、８０／２０、７５／２５、７０／３０、６０／４０及び５０／５０に変える以外は、実施例１〜５と同様にして水性ゲル組成物を得た。表２に、実施例６〜１３における、ポリビニルアルコールの鹸化度、重合度及び配合比、水性ゲル組成物の含水率を示した。
【００６６】
【表２】
【００６７】
〔試験例〕
実施例１〜１３及び比較例１〜９で得られた水性ゲル組成物の保形性、硬度、粘性及び切り心地を、以下に記載の方法により、7名のパネル（歯科医、歯科技工士、高分子物性の専門家ら）によって評価したところ、表３（実施例１〜５及び比較例１〜９）及び表４（実施例６〜１３）の結果が得られた。
保形性：肉眼による官能検査により測定した。評価 ○：良好；△：やや不良×：不良
硬度：触感による官能検査により測定した。評価 ５：硬すぎる；４：硬い；３：良好；２：柔らかい；１：柔らかすぎる
粘性：触感による官能検査により測定した。評価 ５：低すぎる；４：やや低い；３：良好；２：やや高い；１：高すぎる
切り心地：メス（１５番）を用いる官能検査により測定した。評価 ○：良好；△：やや不良；×：不良
【００６８】
表３及び表４から、実施例１〜１３の水性ゲル組成物は、保形性が良好でありかつ生体軟組織に極めて近い硬度、粘弾性及び切り心地を有するが、比較例１〜９の水性ゲル組成物は、保形性、硬度、粘弾性及び切り心地のうちの少なくとも１つの特性において劣ることがわかる。特に、実施例１〜５と比較例１〜９の対比により、鹸化度の異なる２種のポリビニルアルコールを使用することにより、単一の鹸化度のポリビニルアルコールを単独で使用する場合よりも極めて優れた特性が得られることがわかる。
【００６９】
【表３】
【００７０】
【表４】
【００７１】
〔実施例１４〕
実施例３のポリビニルアルコール溶液を、顎提模型をその一部に含む生体口腔組織の鋳型に圧入（１５０〜１６０kg/cm２）した後、冷却ゲル化、脱溶媒、熱処理及び含水を実施例１〜５と同様に行った。その後、顎提模型以外の鋳型を取り外して生体口腔軟組織の模型と顎提模型が一体化した生体口腔模型を得た。得られた生体軟組織の模型は、顎提模型との密着性に優れるとともに、剥離の際には顎提模型から均一に剥離した。
【００７２】
〔実施例１５〕
人工食道を形成するステント（材質：ニッケルチタン）の表面に、実施例６のポリビニルアルコール溶液を塗布（厚み：２mm）して、冷却ゲル化、脱溶媒及び含水を実施例１〜５と同様に行った。均一な膜厚で、表面が滑らかな食道軟組織を有する生体食道模型を得た。
【００７３】
〔実施例１６〕
公知の方法に準じて、患者の三次元データ（ＣＴ）からラピッドプロトタイピング（ＲＰ）により患部及び周辺の血管形状を再現したモデル（材質：石こう又はワックス）を得た。このモデルに、実施例６で得られたポリビニルアルコール溶液を塗布（厚み：２mm）して、冷却ゲル化、脱溶媒、熱処理及び含水を実施例１〜５と同様に行い、生体血管模型を得た。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明の水性ゲル組成物を用いることにより、粘弾性、水濡れ性、切り心地、含水率等の特性が動物の生体軟組織に酷似し、剥離性やメス等で切ったときの切り心地が実際の生体軟組織によく似た生体軟組織の模型を作製することができるので、本発明の水性ゲル組成物から得られる生体軟組織の模型は、生体軟組織の剥離や切開等の手術の教育やトレーニングに適している。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体軟組織の剥離や切開等の手術の教育やトレーニングに適した、ポリビニルアルコールを含む生体軟組織の模型を成形するための水性ゲル組成物及びそれからの生体軟組織の模型に関する。より詳しくは、本発明は、粘弾性、水濡れ性、切り心地等の特性が生体軟組織に類似した生体軟組織の模型を成形するためのポリビニルアルコールを含む水性ゲル組成物及びそれからの生体軟組織の模型に関する。
【背景技術】
【０００２】
血管壁、内臓、口腔粘膜等の生体軟組織の剥離や切開等の手術の教育やトレーニングのために生体軟組織の模型が用いられている。血管壁や内臓の模型を成形するための材料として、ポリビニルアセテートのホモポリマー又はそのコポリマーと樹液との混合物にゼラチン及びアクリル樹脂を配合した生体モデル作成用組成物が知られている（特許文献１）。しかし、特許文献１記載の組成物は、以下に記載する欠点を有している。
（１）多数の材料を使用するため、所望の特性を有する組成物を得ることが容易ではなかった。
（２）使用する原料が天然物由来であるため、一定の品質の原料を得るのが困難であった。
（３）生体軟組織に特有な切れ味や水濡れ性等の特性を表現するのが困難であった。
一方、ポリビニルアルコールを含む水溶性ゲルがマウスガードの成形用組成物として知られている（特許文献２）。しかし、特許文献２は、ポリビニルアルコールを含む水溶性ゲルを生体軟組織の模型の成形用に使用できることをまったく記載又は示唆していない。
【特許文献１】特開２００５−１２８１３４号公報
【特許文献２】特開２００３−１０２７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上記した従来技術の欠点を改良して、生体軟組織に類似した特性（粘弾性、水濡れ性、切り心地、水分保持性、表面摩擦係数等）を有する生体軟組織の模型を成形するための水性ゲル組成物及びそれから成形した生体軟組織の模型を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者等は、粘弾性、水濡れ性、切り心地等の特性が生体軟組織に類似した生体軟組織の模型の成形のための組成物について鋭意検討を行った結果、本発明を完成させるに至った。
【０００５】
すなわち、本発明は、以下の通りである。
（１）鹸化度が９７モル％以上でかつ重合度が５００〜３０００の第一のポリビニルアルコールと鹸化度が７０〜９０モル％でかつ重合度が５００〜３０００である第二のポリビニルアルコールを含み、含水率が７０〜９５重量％である、生体軟組織の模型を成形するための水性ゲル組成物。
【０００６】
（２）第一のポリビニルアルコール：第二のポリビニルアルコールの重量比が９９：１〜７０：３０である、（１）記載の水性ゲル組成物。
【０００７】
（３）第一のポリビニルアルコール：第二のポリビニルアルコールの重量比が９９：１〜８０：２０である、（２）記載の水性ゲル組成物。
【０００８】
（４）第一のポリビニルアルコールが９９モル％以上の鹸化度及び５００〜２０００の重合度を有する、（１）〜（３）のいずれか１項記載の水性ゲル組成物。
【０００９】
（５）第二のポリビニルアルコールが８６〜９０モル％の鹸化度及び５００〜２０００の重合度を有する、（１）〜（４）のいずれか１項記載の水性ゲル組成物。
【００１０】
（６）生体軟組織が口腔軟組織、鼻腔軟組織又は耳腔軟組織である、（１）〜（５）のいずれか１項記載の水性ゲル組成物。
【００１１】
（７）（ａ）第一及び第二のポリビニルアルコールを水又は第一及び第二のポリビニルアルコールを溶解しかつ水と混和性の有機溶媒と水との混合溶媒に溶解してポリビニルアルコール溶液を作成する工程、及び
（ｂ）得られたポリビニルアルコール溶液をゲル化する工程
を含む、（１）〜（６）のいずれか１項記載の水性ゲル組成物の調製方法。
【００１２】
（８）工程ａで混合溶媒を使用した場合、さらに
（ｃ）工程ｂで得られたゲルから有機溶媒を除いた後、ゲルを水に浸漬する工程
を含む、（７）記載の調製方法。
【００１３】
（９）（１）〜（６）のいずれか１項記載の水性ゲル組成物又は（７）若しくは（８）記載の方法により調製された水性ゲル組成物を含む、生体軟組織の模型。
【００１４】
（１０）生体軟組織が口腔軟組織、鼻腔軟組織又は耳腔軟組織である、（９）記載の生体軟組織の模型。
【００１５】
（１１）（１）〜（６）のいずれか１項記載の水性ゲル組成物又は（７）若しくは（８）記載の方法で調製された水性ゲル組成物を成形することを含む、生体軟組織の模型の製造方法。
【００１６】
（１２）（ａ）第一及び第二のポリビニルアルコールを水又は第一及び第二のポリビニルアルコールを溶解しかつ水と混和性の有機溶媒と水との混合溶媒に溶解してポリビニルアルコール溶液を作成する工程、
（ｂ）得られたポリビニルアルコール溶液を生体軟組織の鋳型に注入した後ゲル化する工程、及び
（ｃ）得られた水性ゲル組成物を鋳型から取り出す工程
を含む、（１１）記載の製造方法。
【００１７】
（１３）工程ａで混合溶媒を使用した場合、さらに
（ｂ’）工程ｂで得られたゲルから有機溶媒を除去した後、ゲルを水に浸漬する工程
を含む、（１２）記載の製造方法。
【００１８】
（１４）（９）〜（１１）のいずれか１項記載の生体軟組織の模型又は（１２）若しくは（１３）記載の方法で製造した生体軟組織の模型を組み込んだ生体模型。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の水性ゲル組成物は、第一及び第二のポリビニルアルコールを併用することにより、単一の鹸化度のポリビニルアルコールを単独で使用する場合に比べ、生体軟組織により近い特性が得られる。
【００２０】
したがって、本発明の水性ゲル組成物を用いることにより、粘弾性、水濡れ性、切り心地、水分保持性等の特性が動物の生体軟組織に酷似し、剥離性やメス等で切ったときの切り心地が実際の生体軟組織によく似た生体軟組織の模型を作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の生体軟組織の模型を成形するための水性ゲル組成物は、鹸化度が９７モル％以上でかつ重合度が５００〜３０００の第一のポリビニルアルコールと鹸化度が７０〜９０モル％でかつ重合度が５００〜３０００である第二のポリビニルアルコールを含み、含水率が７０〜９５重量％である。
【００２２】
本発明において、第一のポリビニルアルコールの鹸化度が９７モル％を下回ると、粘性率が非常に高くなり、かつゲル化しにくくなるという欠点が生じる。また、第一のポリビニルアルコールの重合度が５００を下回ると、強度が低くなりすぎるという欠点が生じ、３０００を上回ると、弾性率が高くなりすぎるという欠点が生じる。
【００２３】
本発明において、第二のポリビニルアルコールの鹸化度が７０モル％を下回ると、粘性率が高くなりすぎ、かつゲル化しにくくなるという欠点が生じ、９０モル％を上回ると、弾性率が低くなるという欠点が生じる。また、第二のポリビニルアルコールの重合度が５００を下回ると、強度が低くなりすぎるという欠点が生じ、３０００を上回ると、弾性率が高くなりすぎるという欠点が生じる。
【００２４】
本発明において、ゲルの含水率が７０重量％を下回ると、硬くなりすぎるという欠点が生じ、９５重量％を上回ると、柔らかくなりすぎるという欠点が生じる。本発明における含水率は、水性ゲル組成物に対する水又は混合溶媒の重量％をいう。
本発明における鹸化度、重合度及び含水率は、それぞれ、残留酢酸基量の測定法、液体クロマトグラフィー法及び重量測定法により測定できる。
【００２５】
本発明の水性ゲル組成物において、鹸化度が９７モル％以上でかつ重合度が５００〜３０００の第一のポリビニルアルコールは、完全鹸化型のポリビニルアルコールとして市場から入手することができるし、公知の方法で製造することもできる。このような第一のポリビニルアルコールは、例えば、日本酢ビ・ポバール株式会社から、商品名ＪＦ−０５、ＪＦ−１０、ＪＦ−１７、ＪＦ−２０、Ｖ、ＶＯ、ＶＣ−１０として、株式会社クラレから、ＰＶＡ−１０５、ＰＶＡ−１１０、ＰＶＡ−１１７、ＰＶＡ−１１７Ｈ、ＰＶＡ−１２０、ＰＶＡ−１２４として、市販されている。第一のポリビニルアルコールは、好ましくは、９９モル％以上の鹸化度と５００〜２０００の重合度を有する。その理由は、生体軟組織により近い弾性率が得られるからである。このようなポリビニルアルコールは、例えば、日本酢ビ・ポバール株式会社から、商品名Ｖ、ＶＯ、ＶＣ−１０として、株式会社クラレから、ＰＶＡ−１１７Ｈとして、市販されている。
【００２６】
本発明における鹸化度が７０〜９０モル％で重合度が５００〜３０００の第二のポリビニルアルコールは、部分鹸化型のポリビニルアルコールとして市場から入手することができるし、公知の方法で製造することもできる。第二のポリビニルアルコール、例えば、日本酢ビ・ポバール株式会社から、商品名ＪＰ−０５、ＪＰ−１０、ＪＰ−１７、ＪＰ−２０、ＪＰ−２７として、株式会社クラレから、ＰＶＡ−２０５、ＰＶＡ−２１０、ＰＶＡ−２１７、ＰＶＡ−２２０、ＰＶＡ−２２４として、市販されている。第二のポリビニルアルコールは、好ましくは８６〜９０モル％の鹸化度と５００〜２０００の重合度を有する。その理由は、水性組成に優れるからである。このような部分鹸化型のポリビニルアルコールは、例えば日本酢ビ・ポバール株式会社から、商品名ＪＰ−５、ＪＰ−１０、ＪＰ−１５、ＶＰ−１８、ＶＰ−２０として、株式会社クラレから、ＰＶＡ−２０５、ＰＶＡ−２１０、ＰＶＡ−２１７、ＰＶＡ−２２０として、市販されている。
【００２７】
本発明の水性ゲル組成物は、好ましくは７０〜９０、特に７０〜８０重量％の含水率を有する。その理由は、生体軟組織に非常に似た弾性率が得られるからである。
【００２８】
本発明の水性ゲル組成物において、第一及び第二のポリビニルアルコールの量比は、対象とする生体軟組織の特性によって変化し得る。湿潤粘膜を含む生体軟組織用の場合、第一のポリビニルアルコール：第二のポリビニルアルコールの重量比を、好ましくは９９：１〜７０：３０、より好ましくは９９：１〜８０：２０とする。その理由は、第二のポリビニルアルコールの重量比が１を下回ると、弾性率が高くなりすぎ、かつ粘性率が低くなりすぎ、３０を上回ると、弾性率が低くなりすぎ、かつ粘性率が高くなりすぎるからである。
【００２９】
本発明における生体軟組織は、硬組織を除く組織、すなわち骨と歯を除く組織を意味し、例えば、口腔粘膜等の口腔軟組織、鼻腔粘膜等の鼻腔軟組織、耳腔粘膜等の耳腔軟組織、内臓（脳、心臓、肝臓、膵臓、脾臓、腎臓、膀胱、肺、胃、小腸、大腸、子宮、食道）、皮膚、筋肉、血管、眼球を含む。好ましい生体軟組織は、湿潤粘膜を含む軟組織、例えば、口腔軟組織、鼻腔軟組織、耳腔軟組織、眼球である。ポリビニルアルコールの鹸化度、重合度、比率や組成物中の含水率を上記の範囲内で変化することにより、対象の生体軟組織により類似する特性を有する生体軟組織の模型を成形するための水性ゲル組成物を得ることができる。各生体軟組織に好適な配合例を以下に例示する。
【００３０】
生体軟組織が口腔軟組織である場合、使用する第一及び第二のポリビニルアルコールの混合物の平均鹸化度は９０〜９５、平均重合度は１０００〜２０００、第一のポリビニルアルコール：第二のポリビニルアルコールの重量比は９９：１〜７０：３０、ゲル組成物の含水率は７０〜９５重量％であることが好ましい。
【００３１】
生体軟組織が鼻腔軟組織である場合、使用するポリビニルアルコール混合物の平均鹸化度は９０〜９８、平均重合度は１０００〜２０００、第一のポリビニルアルコール：第二のポリビニルアルコールの重量比は９９：１〜８０：２０、ゲル組成物の含水率は７０〜９５重量％であることが好ましい。
【００３２】
生体軟組織が耳腔軟組織である場合、使用するポリビニルアルコール混合物の平均鹸化度は９０〜９８、平均重合度は１０００〜２０００、第一のポリビニルアルコール：第二のポリビニルアルコールの重量比は９９：１〜８０：２０、ゲル組成物の含水率は７０〜９５重量％であることが好ましい。
【００３３】
生体軟組織が胃、腸、肝臓等の内臓である場合、使用するポリビニルアルコール混合物の平均鹸化度は８５〜９８、平均重合度は１０００〜２０００、第一のポリビニルアルコール：第二のポリビニルアルコールの重量比は９９：１〜７０：３０、ゲル組成物の含水率は７０〜９５重量％であることが好ましい。
【００３４】
生体軟組織が血管である場合、使用するポリビニルアルコール混合物の平均鹸化度は８５〜９８、重合度は１０００〜２０００、第一のポリビニルアルコール：第二のポリビニルアルコールの重量比は９９：１〜７０：３０、ゲル組成物の含水率は７０〜９５重量％であることが好ましい。
【００３５】
生体軟組織が皮膚である場合、使用するポリビニルアルコール混合物の平均鹸化度は９５〜９８、平均重合度は１０００〜２０００、第一のポリビニルアルコール：第二のポリビニルアルコールの重量比は９９：１〜８０：２０、ゲル組成物の含水率は７０〜９５重量％であることが好ましい。
【００３６】
本発明の水性ゲル組成物は、生体軟組織に近い静止表面摩擦係数、例えば０．１以下の静止表面摩擦係数を有している。シリコーン（静止表面摩擦係数が１．５以上）に比べ非常に小さい。
【００３７】
本発明の水性ゲル組成物は、必要に応じて、本発明の効果を阻害しない範囲内で、少量（例えば水性ゲル組成物に対して３０、好ましくは１０、特に好ましくは５重量％以下）の、第一及び第二のポリビニルアルコール以外の通常のゲル化剤を含むことができる。さらに、本発明の水性ゲル組成物は、実際の生体の色彩を再現するための着色料、保存性改善のための抗菌剤、防黴剤等の添加物を含むこともできる。
【００３８】
本発明の水性ゲル組成物は、例えば、
（ａ）第一及び第二のポリビニルアルコールを水又は第一及び第二のポリビニルアルコールを溶解しかつ水と混和性の有機溶媒と水との混合溶媒に溶解してポリビニルアルコール溶液を作成する工程、及び
（ｂ）得られたポリビニルアルコール溶液をゲル化する工程
を含む調製方法により調製できる。
【００３９】
本発明の水性ゲル組成物の調製に使用する第一及び第二のポリビニルアルコールは、顆粒、粉末、溶液の形態であってよいが、溶解性の点から、好ましくは粉末状の形態である。
【００４０】
ポリビニルアルコール溶液における第一及び第二のポリビニルアルコールの使用量は、該溶液に対して１５〜３０重量％，好ましくは２０〜３０重量％である。第一のポリビニルアルコール：第二のポリビニルアルコールの重量比は、好ましくは９９：１〜７０：３０、より好ましくは９９：１〜８０：２０である。
【００４１】
ポリビニルアルコール溶液を作成する溶媒は、水であるか、又は第一及び第二のポリビニルアルコールを溶解しかつ水と混和性の有機溶媒と水との混合溶媒であるが、第一及び第二のポリビニルアルコールを溶解しかつ水と混和性の有機溶媒と水との混合溶媒が好ましい。その理由は、低温において凍結しないからである。
【００４２】
第一及び第二のポリビニルアルコールを溶解しかつ水と混和性の有機溶媒としては、ジメチルスルホキシド、グリセリン等が例示でき、ジメチルスルホキシドが好ましい。その理由は、ポリビニルアルコールの溶解性に優れ、また、生成するゲルに適度な弾力性を与えるからである。
【００４３】
混合溶媒における水と有機溶媒との比率は、ポリビニルアルコールを溶解し得る限り制限はないが、重量基準で、好ましくは１：１〜１：１０、より好ましくは１：２〜１：５、特に好ましくは１：４である。
【００４４】
ポリビニルアルコールの溶媒への溶解は、公知の方法、例えば６０〜１２０℃、好ましくは１００〜１２０℃、特に約１００℃での加温と攪拌によって行うことができる。加熱は、開放下で行ってもよいが、好ましくは密閉条件で行う。
【００４５】
ポリビニルアルコール溶液のゲル化は、例えば−２０℃で冷却することによって行うことができる。本発明の方法によれば、ゲル化のための冷却時間を極めて短くできる。
【００４６】
本発明の水性ゲル組成物の調製方法は、工程ａで混合溶媒を使用した場合、さらに
（ｂ’）工程ｂで得られたゲルから有機溶媒を除去した後、ゲルを水に浸漬する工程
を含むことができる。この方法によれば、使用した有機溶媒を含まない水性ゲル組成物を調製できる。
【００４７】
水性ゲルの脱溶媒は、エタノールを用いて行うことができる。具体的には、脱溶媒は、水と有機溶媒との混合溶媒を含む水性ゲルをエタノールに浸漬し、有機溶媒をエタノールに置換することによって行うことができる。
【００４８】
脱溶媒した水性ゲルを水に浸漬することにより、ゲル中のエタノールを水に置換することができる。
【００４９】
水に浸漬した水性ゲルは、必要に応じて、熱処理をすることができる。熱処理は、アニーリングのために行うものであり、例えば４０〜７０℃、好ましくは６０〜７０℃、例えば６５℃で１時間ほど加熱することにより行う。熱処理により、水性ゲル組成物の弾性率を変化させることができ、例えば７０℃での熱処理により、水性ゲル組成物の弾性率を低下させることができる。したがって、水性ゲル組成物の一部分を異なる温度条件で熱処理すれば、その部分の弾性率をその他の部分と相違させることができる。
【００５０】
熱処理により水分が失われた場合には、含水により元の水性ゲルの含水率にまで回復することができる。この含水率の回復は、完全鹸化型のポリビニルアルコール単独の水性ゲルでは観察されない。本発明の水性ゲル組成物を乾燥して完全に水分を除去しても、含水処理により元の水性ゲル組成物に復元できる。
【００５１】
本発明は、上記した水性ゲル組成物を含む生体軟組織の模型を包含する。生体軟組織としては、上記のような生体軟組織が含まれ、好ましくは、口腔軟組織、鼻腔軟組織、耳腔軟組織又は眼球である。
【００５２】
本発明の水溶性ゲル組成物は、積層して生体軟組織の模型とすることができる。また、２以上の異なる本発明の水性ゲル組成物を用いることにより、生体軟組織の模型の一部分をほかの部分と異なる物性とすることができる。
【００５３】
本発明の生体軟組織の模型は、上記した水性ゲル組成物を成形することを含む方法により製造することができる。水性ゲル組成物の成形は、公知の方法により行うことができる。たとえば、水性ゲル組成物を加圧して所望の形状に成形する。
【００５４】
水性ゲル組成物から生体軟組織の模型への成形は、
（ａ）第一及び第二のポリビニルアルコールを水又は第一及び第二のポリビニルアルコールを溶解しかつ水と混和性の有機溶媒と水との混合溶媒に溶解してポリビニルアルコール溶液を作成する工程、
（ｂ）得られたポリビニルアルコール溶液を生体軟組織の鋳型に注入した後ゲル化する工程、及び
（ｃ）得られた水性ゲル組成物を鋳型から取り出す工程
を含む方法によって行うこともできる。
【００５５】
生体軟組織の鋳型は、水性ゲルを生体軟組織の形状に成形できる型であればよく、材質は特に限定されない。鋳型は、その一部として、骨模型等の生体硬組織の模型を含むことができる。
【００５６】
鋳型へのポリビニルアルコール溶液の注入は、公知の方法によって行うことができるが、加圧下、例えば１５０〜１６０kg/cm２の圧力下での圧入が、気泡を少なくする又は注入された物質を均質化できる点で好ましい。
【００５７】
生体軟組織の模型の製造方法は、工程ａで混合溶媒を使用した場合、さらに
（ｂ’）工程ｂで得られたゲルから有機溶媒を除いた後、ゲルを水に浸漬する工程
を含むことができる。この方法によれば、使用した有機溶媒を含まない生体軟組織の模型を製造できる。
【００５８】
本発明は、上記の生体軟組織の模型を組み込んだ生体模型も包含する。生体模型としては、生体又はその一部の模型が含まれ、具体的には、口腔模型、鼻腔模型、耳腔模型、眼部模型、頭部模型、胸部模型、腹部模型等を例示できる。
【００５９】
本発明の生体口腔模型は、例えば、水性ゲル組成物を別途作成した骨模型等の生体硬組織の模型に圧着成形して得ることができる。骨模型、歯科模型等の生体硬組織の模型は公知であり、石膏、木材、紙、金属、合成樹脂等から製造される。また、本発明の生体口腔模型は、ポリビニルアルコール溶液を生体硬組織の模型をその一部として含む鋳型に注入しゲル化した後、生体硬組織の模型以外の鋳型を取り外して得ることもできる。
【００６０】
本発明の生体軟組織の模型は、骨模型，歯科模型等の生体硬組織模型との密着性に優れるとともに、生体硬組織模型からの剥離の際には均一に剥離するので、実際の粘膜剥離手術と同様の感触を実現できる。
【実施例】
【００６１】
本発明を以下の実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
【００６２】
〔実施例１〜５〕及び［比較例１］
８０重量部の第一のポリビニルアルコール粉末（日本酢ビ・ポバール株式会社製のＪ−ＰＯＶＡＬ Ｖ；鹸化度９９．０モル％以上、重合度１７００）と２０重量部の第二のポリビニルアルコール粉末（日本酢ビ・ポバール株式会社製のＪ−ＰＯＶＡＬ ＶＰ−１８；鹸化度８６．０〜９０．０モル％、重合度１８００）を混合してポリビニルアルコール混合物を得た。この混合物４０〜１０重量部をジメチルスルホキシド／水混合溶媒（重量比８０／２０）６０〜９０重量部に１２０℃に加熱しながら溶解して、含水率６０、７０、７５、８０、８５及び９０重量％のポリビニルアルコール溶液を作成した。別途作成した鋳型に各ポリビニルアルコール溶液を注入した。その後、鋳型を室温まで冷却してポルビニルアルコール溶液をゲル化した。鋳型中のゲルをエタノールに１２０分浸漬することによりジメチルスルホキシドをエタノールに置換して除去した後、鋳型中のゲルを水に十分浸漬してゲル中のエタノールを水と置換した後、ゲルを鋳型から取り出して、水性ゲル組成物を得た。表１に、実施例１〜５及び比較例１における、第一及び第二のポリビニルアルコールの鹸化度、重合度及び配合比、水性ゲル組成物の含水率を示した。
【００６３】
〔比較例２〜９〕
実施例１〜５における第一及び第二のポリビニルアルコールの代わりに、第一のポリビニルアルコールのみを用いて（比較例２〜４）又は第二のポリビニルアルコールのみを用いて（比較例５〜７）、実施例１〜５と同様にして水性ゲル組成物を得た。さらに、実施例１〜５における第一及び第二のポリビニルアルコールの代わりに、鹸化度９５〜９７モル％、重合度１７００のポリビニルアルコール（日本酢ビ・ポバール株式会社製のＶＭ−１７：中間型ＰＶＡ）のみを用いて（比較例８、９）、同様にして水性ゲル組成物を得た。表１に、比較例２〜９における、ポリビニルアルコールの鹸化度、重合度及び配合比、水性ゲル組成物の含水率を示した。
【００６４】
【表１】
【００６５】
〔実施例６〜１３〕
実施例１〜５における第一及び第二のポリビニルアルコールの重量比を、９８／２、９５／５、９０／１０、８０／２０、７５／２５、７０／３０、６０／４０及び５０／５０に変える以外は、実施例１〜５と同様にして水性ゲル組成物を得た。表２に、実施例６〜１３における、ポリビニルアルコールの鹸化度、重合度及び配合比、水性ゲル組成物の含水率を示した。
【００６６】
【表２】
【００６７】
〔試験例〕
実施例１〜１３及び比較例１〜９で得られた水性ゲル組成物の保形性、硬度、粘性及び切り心地を、以下に記載の方法により、7名のパネル（歯科医、歯科技工士、高分子物性の専門家ら）によって評価したところ、表３（実施例１〜５及び比較例１〜９）及び表４（実施例６〜１３）の結果が得られた。
保形性：肉眼による官能検査により測定した。評価 ○：良好；△：やや不良×：不良
硬度：触感による官能検査により測定した。評価 ５：硬すぎる；４：硬い；３：良好；２：柔らかい；１：柔らかすぎる
粘性：触感による官能検査により測定した。評価 ５：低すぎる；４：やや低い；３：良好；２：やや高い；１：高すぎる
切り心地：メス（１５番）を用いる官能検査により測定した。評価 ○：良好；△：やや不良；×：不良
【００６８】
表３及び表４から、実施例１〜１３の水性ゲル組成物は、保形性が良好でありかつ生体軟組織に極めて近い硬度、粘弾性及び切り心地を有するが、比較例１〜９の水性ゲル組成物は、保形性、硬度、粘弾性及び切り心地のうちの少なくとも１つの特性において劣ることがわかる。特に、実施例１〜５と比較例１〜９の対比により、鹸化度の異なる２種のポリビニルアルコールを使用することにより、単一の鹸化度のポリビニルアルコールを単独で使用する場合よりも極めて優れた特性が得られることがわかる。
【００６９】
【表３】
【００７０】
【表４】
【００７１】
〔実施例１４〕
実施例３のポリビニルアルコール溶液を、顎提模型をその一部に含む生体口腔組織の鋳型に圧入（１５０〜１６０kg/cm２）した後、冷却ゲル化、脱溶媒、熱処理及び含水を実施例１〜５と同様に行った。その後、顎提模型以外の鋳型を取り外して生体口腔軟組織の模型と顎提模型が一体化した生体口腔模型を得た。得られた生体軟組織の模型は、顎提模型との密着性に優れるとともに、剥離の際には顎提模型から均一に剥離した。
【００７２】
〔実施例１５〕
人工食道を形成するステント（材質：ニッケルチタン）の表面に、実施例６のポリビニルアルコール溶液を塗布（厚み：２mm）して、冷却ゲル化、脱溶媒及び含水を実施例１〜５と同様に行った。均一な膜厚で、表面が滑らかな食道軟組織を有する生体食道模型を得た。
【００７３】
〔実施例１６〕
公知の方法に準じて、患者の三次元データ（ＣＴ）からラピッドプロトタイピング（ＲＰ）により患部及び周辺の血管形状を再現したモデル（材質：石こう又はワックス）を得た。このモデルに、実施例６で得られたポリビニルアルコール溶液を塗布（厚み：２mm）して、冷却ゲル化、脱溶媒、熱処理及び含水を実施例１〜５と同様に行い、生体血管模型を得た。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明の水性ゲル組成物を用いることにより、粘弾性、水濡れ性、切り心地、含水率等の特性が動物の生体軟組織に酷似し、剥離性やメス等で切ったときの切り心地が実際の生体軟組織によく似た生体軟組織の模型を作製することができるので、本発明の水性ゲル組成物から得られる生体軟組織の模型は、生体軟組織の剥離や切開等の手術の教育やトレーニングに適している。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鹸化度が９７モル％以上でかつ重合度が５００〜３０００の第一のポリビニルアルコールと鹸化度が７０〜９０モル％でかつ重合度が５００〜３０００である第二のポリビニルアルコールとを含み、含水率が７０〜９５重量％である、生体軟組織の模型を成形するための水性ゲル組成物。
【請求項２】
第一のポリビニルアルコール：第二のポリビニルアルコールの重量比が９９：１〜７０：３０である、請求項１記載の水性ゲル組成物。
【請求項３】
第一のポリビニルアルコール：第二のポリビニルアルコールの重量比が９９：１〜８０：２０である、請求項２記載の水性ゲル組成物。
【請求項４】
第一のポリビニルアルコールが９９モル％以上の鹸化度及び５００〜２０００の重合度を有する、請求項１〜３のいずれか１項記載の水性ゲル組成物。
【請求項５】
第二のポリビニルアルコールが８６〜９０モル％の鹸化度及び５００〜２０００の重合度を有する、請求項１〜４のいずれか１項記載の水性ゲル組成物。
【請求項６】
生体軟組織が口腔軟組織、鼻腔軟組織又は耳腔軟組織である、請求項１〜５のいずれか１項記載の水性ゲル組成物。
【請求項７】
（ａ）第一及び第二のポリビニルアルコールを水又は第一及び第二のポリビニルアルコールを溶解しかつ水と混和性の有機溶媒と水との混合溶媒に溶解してポリビニルアルコール溶液を作成する工程、及び
（ｂ）得られたポリビニルアルコール溶液をゲル化する工程
を含む、請求項１〜６のいずれか１項記載の水性ゲル組成物の調製方法。
【請求項８】
工程ａで混合溶媒を使用した場合、さらに
（ｂ’）工程ｂで得られたゲルから有機溶媒を除去した後、ゲルを水に浸漬する工程
を含む、請求項７記載の調製方法。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれか１項記載の水性ゲル組成物又は請求項７若しくは８記載の方法により調製された水性ゲル組成物を含む、生体軟組織の模型。
【請求項１０】
生体軟組織が口腔軟組織、鼻腔軟組織又は耳腔軟組織である、請求項９記載の生体軟組織の模型。
【請求項１１】
請求項１〜６のいずれか１項記載の水性ゲル組成物又は請求項７若しくは８記載の方法で調製された水性ゲル組成物を成形することを含む、生体軟組織の模型の製造方法。
【請求項１２】
（ａ）第一及び第二のポリビニルアルコールを水又は第一及び第二のポリビニルアルコールを溶解しかつ水と混和性の有機溶媒と水との混合溶媒に溶解してポリビニルアルコール溶液を作成する工程、
（ｂ）得られたポリビニルアルコール溶液を生体軟組織の鋳型に注入した後ゲル化する工程、及び
（ｃ）得られた水性ゲル組成物を鋳型から取り出す工程
を含む、請求項１１記載の製造方法。
【請求項１３】
工程ａで混合溶媒を使用した場合、さらに
（ｂ’）工程ｂで得られたゲルから有機溶媒を除去した後、ゲルを水に浸漬する工程
を含む、請求項１２記載の製造方法。
【請求項１４】
請求項９〜１１のいずれか１項記載の生体軟組織の模型又は請求項１２若しくは１３記載の方法で製造した生体軟組織の模型を組み込んだ生体模型。
【請求項１】
鹸化度が９７モル％以上でかつ重合度が５００〜３０００の第一のポリビニルアルコールと鹸化度が７０〜９０モル％でかつ重合度が５００〜３０００である第二のポリビニルアルコールとを含み、含水率が７０〜９５重量％である、生体軟組織の模型を成形するための水性ゲル組成物。
【請求項２】
第一のポリビニルアルコール：第二のポリビニルアルコールの重量比が９９：１〜７０：３０である、請求項１記載の水性ゲル組成物。
【請求項３】
第一のポリビニルアルコール：第二のポリビニルアルコールの重量比が９９：１〜８０：２０である、請求項２記載の水性ゲル組成物。
【請求項４】
第一のポリビニルアルコールが９９モル％以上の鹸化度及び５００〜２０００の重合度を有する、請求項１〜３のいずれか１項記載の水性ゲル組成物。
【請求項５】
第二のポリビニルアルコールが８６〜９０モル％の鹸化度及び５００〜２０００の重合度を有する、請求項１〜４のいずれか１項記載の水性ゲル組成物。
【請求項６】
生体軟組織が口腔軟組織、鼻腔軟組織又は耳腔軟組織である、請求項１〜５のいずれか１項記載の水性ゲル組成物。
【請求項７】
（ａ）第一及び第二のポリビニルアルコールを水又は第一及び第二のポリビニルアルコールを溶解しかつ水と混和性の有機溶媒と水との混合溶媒に溶解してポリビニルアルコール溶液を作成する工程、及び
（ｂ）得られたポリビニルアルコール溶液をゲル化する工程
を含む、請求項１〜６のいずれか１項記載の水性ゲル組成物の調製方法。
【請求項８】
工程ａで混合溶媒を使用した場合、さらに
（ｂ’）工程ｂで得られたゲルから有機溶媒を除去した後、ゲルを水に浸漬する工程
を含む、請求項７記載の調製方法。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれか１項記載の水性ゲル組成物又は請求項７若しくは８記載の方法により調製された水性ゲル組成物を含む、生体軟組織の模型。
【請求項１０】
生体軟組織が口腔軟組織、鼻腔軟組織又は耳腔軟組織である、請求項９記載の生体軟組織の模型。
【請求項１１】
請求項１〜６のいずれか１項記載の水性ゲル組成物又は請求項７若しくは８記載の方法で調製された水性ゲル組成物を成形することを含む、生体軟組織の模型の製造方法。
【請求項１２】
（ａ）第一及び第二のポリビニルアルコールを水又は第一及び第二のポリビニルアルコールを溶解しかつ水と混和性の有機溶媒と水との混合溶媒に溶解してポリビニルアルコール溶液を作成する工程、
（ｂ）得られたポリビニルアルコール溶液を生体軟組織の鋳型に注入した後ゲル化する工程、及び
（ｃ）得られた水性ゲル組成物を鋳型から取り出す工程
を含む、請求項１１記載の製造方法。
【請求項１３】
工程ａで混合溶媒を使用した場合、さらに
（ｂ’）工程ｂで得られたゲルから有機溶媒を除去した後、ゲルを水に浸漬する工程
を含む、請求項１２記載の製造方法。
【請求項１４】
請求項９〜１１のいずれか１項記載の生体軟組織の模型又は請求項１２若しくは１３記載の方法で製造した生体軟組織の模型を組み込んだ生体模型。
【公開番号】特開２００７−３１６４３４（Ｐ２００７−３１６４３４Ａ）
【公開日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１４７１０８（Ｐ２００６−１４７１０８）
【出願日】平成１８年５月２６日（２００６．５．２６）
【出願人】（８９９００００３５）株式会社 東北テクノアーチ (68)
【出願人】（５０６１８０３９４）有限会社 テクノ・キャスト (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月２６日（２００６．５．２６）
【出願人】（８９９００００３５）株式会社 東北テクノアーチ (68)
【出願人】（５０６１８０３９４）有限会社 テクノ・キャスト (3)
【Ｆターム（参考）】
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