JP4830181B2

JP4830181B2 - 過酸化脂質吸着用中空糸膜およびそれを用いたモジュール

Info

Publication number: JP4830181B2
Application number: JP2000213872A
Authority: JP
Inventors: 善広英加; 良之上野; 博之菅谷
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2000-07-14
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2020-07-14
Also published as: JP2002028461A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過酸化脂質吸着用中空糸膜およびそれを用いたモジュールに関する。特に、血漿分離膜または人工腎臓として好適に用いられ、血中の過酸化脂質を吸着除去できる中空糸膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、体外血液循環の分野、とくに血液透析や血漿分離等には中空糸膜を用いた中空糸膜型血液処理器が広く使用され、近年、特に透析膜、血液成分分離膜等の分野においては、高分子製中空糸膜が広く利用されている。しかしながら、長期的に血液透析を行っている患者の中には、血中抗酸化作用の低下や過酸化脂質が高値であるなどが確認されており、これに起因すると思われる長期透析患者の動脈硬化性疾患等が増加している。
【０００３】
粥状動脈硬化巣の形成に重要な役割を演じている泡沫細胞は、酸化的変質を受けた脂質特に低密度リポ蛋白（以下、ＬＤＬという）がマクロファージに取り込まれた結果、そのマクロファージが泡沫化したものである。
【０００４】
これらの問題を解決するため、生体内抗酸化作用、生体膜安定化作用、血小板凝集抑制作用などの種々の生理作用を有するビタミンＥの被膜を透析膜の表面に被覆する膜型血液浄化器が提案されている（特公昭６２−４１７３８号公報）が、いったん生成した患者の血中の過酸化脂質を除去することはできない。
【０００５】
過酸化脂質の中でも、特に酸化ＬＤＬは様々な生物作用をもっており、内皮細胞から一酸化窒素（ＮＯ）産生を抑制するなどの作用以外にも、単球を内皮下に遊送、集積させ、そのものをマクロファージとさせ、酸化ＬＤＬそれ自身を取り込み泡沫細胞とさせ、動脈壁のプラーク形成を促進するほか、内皮細胞や平滑筋細胞傷害を促進するなど、動脈硬化の発症、進展に重要な役割を果たしている。従って、血中から過酸化脂質、特に酸化ＬＤＬを除去することが望ましい。
【０００６】
高脂血症の患者の場合には血中のＬＤＬ量が多いため、ＬＤＬを除去してやることにより動脈硬化の進展予防などに有効である。そこで現在、ＬＤＬの吸着ビーズカラムとして鐘淵化学のリポソーバが使用されている。この吸着材の使用により酸化ＬＤＬも同時に除去されると考えられるが、透析患者の場合は、血中のＬＤＬ濃度は透析患者も健常者と同レベルであり、本カラムを使用すれば、栄養不足などの状態に陥る可能性があるので、透析患者に対しては使用することはできない。
【０００７】
また、高密度リポ蛋白質（ＨＤＬ）は動脈硬化防御因子としての機能を有するため、透析患者の血中のＨＤＬ濃度を下げてはいけない。
【０００８】
これまで市販されているセルロース膜、ポリメチルメタクリレート膜、エチレンービニルアルコール膜、ポリスルホン／ポリビニルピロリドンブレンド膜などに代表される透析膜では過酸化脂質を除去することはできない。むしろ、透析後に透析膜による刺激のため、血中の過酸化脂質の値が増加する傾向にある（腎と透析別冊、38:125(1995)）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、かかる従来技術の欠点を改良し、特に、過酸化脂質を選択的に吸着除去できる中空糸膜およびそれを用いたモジュールを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は次の構成を有する。
「中空糸膜素材にカチオン性ポリマーが含有されていることを特徴とする過酸化脂質吸着用中空糸膜。」
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の中空糸膜は、中空糸膜素材にカチオン性ポリマーを含有することを特徴とする。カチオン性ポリマーとしては、１級、２級、３級アミノ基、４級アンモニウム塩を有するアミノ基含有ポリマー、アジリジン（エチレンイミン）化合物を有するポリマー、キチン、キトサン、アクリルアミド系ポリマー、およびこれらの共重合体またはノニオン、アニオン性化合物との共重合体などが挙げられる。また、該ポリマーは直鎖状、分岐状、環状、いずれであってもよい。また、分子量は６００以上の化合物のことをいう。
【００１２】
アミノ基含有ポリマーの例として、ポリアルキレンイミン、ポリアリルアミン、ポリビニルアミン、およびそれらに置換基の導入されたもの、およびこれらの構成するモノマー単位からなる共重合体などが挙げられる。
【００１３】
ポリエチレンイミン誘導体としては、ポリエチレンイミンをアルキル化、カルボキシル化、フェニル化、リン酸化、スルホン化など種々の割合で誘導体化したものが上げられる。
【００１４】
ポリエチレンイミンには、分子量６００以上の直鎖状、分岐状のものが用いられる。
【００１５】
カチオン性ポリマーの中でも毒性の低さ、入手のしやすさ、取り扱いのしやすさなどから分岐状のポリエチレンイミンが好適に用いられる。
【００１６】
本発明の中空糸膜素材は、特に限定しないが、医療用に用いられている素材が好ましく、例えば、ポリ塩化ビニル、セルロース系ポリマー、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリウレタンなどが挙げられる。この中でも特にポリスルホンは成形が容易で、膜に成形したときの膜性能に優れているため、好適に用いられる。
【００１７】
本発明で用いられるポリスルホンは、主鎖に芳香環、スルフォニル基およびエーテル基をもつもので、例えば、次式（１）、（２）の化学式で示されるポリスルホンが好適に使用されるが、本発明ではこれらに限定されない。式中のｎは、例えば５０〜８０の如き整数である。
【００１８】
【化１】

【００１９】
ポリスルホンの具体例としては、ユーデルポリスルホンＰ−１７００、Ｐ−３５００（テイジンアモコ社製）、ウルトラソンＳ３０１０、Ｓ６０１０（ＢＡＳＦ社製）、ビクトレックス（住友化学）、レーデルＡ（テイジンアモコ社製）、ウルトラソンＥ（ＢＡＳＦ社製）等のポリスルホンが挙げられる。又、本発明で用いられるポリスルホンは上記式（１）及び／又は（２）で表される繰り返し単位のみからなるポリマーが好適ではあるが、本発明の効果を妨げない範囲で他のモノマーと共重合していても良い。特に限定するものではないが、他の共重合モノマーは１０重量％以下であることが好ましい。
【００２０】
本発明においては、ポリビニルピロリドンを用いることが好ましい。ポリビニルピロリドンと前記支持体となる素材との構成・複合方法は特に限定されるものではなく、支持体となる素材とポリビニルピロリドンが積層されていても良いが、混合乃至は相溶されている方が好ましい。また、支持体となる素材としては特に限定されるものではないが、有機高分子ポリマーであることが好ましい。かかる有機高分子ポリマーとしてはポリスルホンが好ましい。
【００２１】
ポリビニルピロリドンとしては、市販されている重量平均分子量３６万、１６万、４万、１万のものが好適に用いられるが、もちろんそれ以外の分子量のものを使用してもかまわない。特に限定されるものではないが、ポリビニルピロリドンの重量平均分子量は２０００〜２００００００が好ましく、１００００〜１５０００００がより好ましい。なお、前記分子量は原料段階での分子量であり、最終製品においては、放射線架橋などにより分子量は前記値よりの遙かに大きなものとなっている場合もある。又、本発明で用いられるポリビニルピロリドンは、支持体となる素材とブレンドして用いる場合、ホモポリマーが好適ではあるが、本発明の効果を妨げない範囲で他のモノマーと共重合していても良い。特に限定するものではないが、他の共重合モノマーは１０重量％以下であることが好ましい。
【００２２】
なお、前記ポリビニルピロリドンや支持体となる素材（例えば、ポリスルホン）以外のポリマーなどが、本発明の効果を妨げない範囲で混合されていても良い。特に限定されるわけではないが、そのようなその他の素材は、中空糸膜全重量中、１０重量％以下であることが好ましい。
【００２３】
中空糸膜における膜厚は１０〜８０μｍが好ましく、２０〜６０μｍがより好ましい。又、膜の平均孔径については、１ｗｔ％アルブミン溶液におけるアルブミン透過率が０．５％以上であることが好ましく、１％以上がより好ましい。内径は１００〜８００μｍであることが好ましく、１５０〜３００μｍがより好ましい。また、本発明の中空糸膜は、人工腎臓としての機能を有することが好ましい。ここで、人工腎臓としての機能を有するというのは人工腎臓の機能分類でいうところのＩ型またはII型に属するものであることをいう（透析会誌、３２（１２）：１４６５〜１４６９，１９９９）。
【００２４】
本発明の中空糸膜は、従来知られている中空糸膜の製造方法などにおいて、前記したカチオンポリマーを導入する方法を適宜用いることにより製造される。中空糸膜の製法の一例として次のような方法がある。
【００２５】
ポリスルホンとポリビニルピロリドン（重量比率２０：１〜１：５が好ましく、５：１〜１：１がより好ましい）を良溶媒（Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドン、ジオキサンなどが好ましい）および良溶媒の混合溶液に溶解させた原液（濃度は、１０〜３０重量％が好ましく、１５〜２５重量％がより好ましい）を二重環状口金から吐出する際に内側に注入液を流し、乾式部を走行させた後凝固浴へ導く。この際、乾式部の湿度が影響を与えるために、乾式部走行中に膜外表面からの水分補給によって、外表面近傍での相分離挙動を速め、孔径拡大し、結果として透析の際の透過・拡散抵抗を減らすことも可能である。ただし、相対湿度が高すぎると外表面での原液凝固が支配的になり、かえって孔径が小さくなり、結果として透析の際の透過・拡散抵抗を増大する傾向がある。そのため、相対湿度としては６０〜９０％が好適である。また、注入液組成としてはプロセス適性から原液に用いた溶媒を基本とする組成からなるものを用いることが好ましい。注入液濃度としては、例えばジメチルアセトアミドを用いたときは、４５〜８０重量％、さらには６０〜７５重量％の水溶液が好適に用いられる。
【００２６】
カチオン性ポリマーを素材に含有させる方法には、素材の成形前の原液にカチオン性ポリマーを混和しておいて、成形する方法や、反応性を有する官能基を導入した素材を混和しておいて、素材を成形後、カチオン性ポリマーを官能基に対して表面反応により固定化する方法、通常の素材をカチオン性ポリマーの溶液に浸漬し、放射線照射、熱処理などによりカチオン性ポリマーを不溶化、固定化する方法、通常の素材にカチオン性ポリマーをコーティングし、吸着固定化する方法、さらに吸着固定化後、放射線照射、熱処理などにより不溶化、固定化する方法などが挙げられる。
【００２７】
また、カチオン性ポリマーを含有させるには膜内表面だけに固定化してもよいし、孔を有する膜全面に含有、固定化してもよい。
【００２８】
モジュールの製造方法としては、特に限定されないが、一例を示すと次の通りである。まず、中空糸膜を必要な長さに切断し、必要本数を束ねた後、筒状ケースに入れる。その後両端に仮のキャップをし、中空糸膜両端部にポッティング剤を入れる。このとき遠心機でモジュールを回転させながらポッティング剤を入れる方法は、ポッティング剤が均一に充填されるために好ましい方法である。ポッティング剤が固化した後、中空糸膜の両端が開口するように両端部を切断し、中空糸膜モジュールを得る。
【００２９】
本発明の中空糸膜は、体外循環用モジュールとして、人工腎臓、血漿分離等に好適に用いられる。人工腎臓に用いるような場合は、ＬＤＬやＨＤＬのような大分子は透析・濾過されない。従って、膜内表面に過酸化脂質と選択的に相互作用するようなリガンドを含有させてやれば、過酸化脂質は吸着除去され、ＬＤＬ、ＨＤＬは吸着されず、患者の体内に戻される。一方、血漿分離膜の場合には、ＬＤＬやＨＤＬは濾過されるが、膜全体に過酸化脂質と選択的に相互作用するようなリガンドを含有させてやれば、膜全体の面積を有効に使えるため過酸化脂質を効率よく除去するには有効である。ただし、濾過されたＬＤＬやＨＤＬは体内に戻すか、新たに新鮮血漿を補充することが好ましい。
【００３０】
以下、本発明の膜型吸着器の性能測定条件を記載する。
（１）抗酸化ＬＤＬ抗体の作製
板部らが作製したものを用いた（Ｈ．Ｉｔａｂｅｅｔａｌ．，Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．２６９：１５２７４、１９９４）。すなわち、ヒト粥状硬化病巣ホモジェネートをマウスに注射して免疫、そのマウスの脾臓からハイブリドーマを作製し、硫酸銅処理ＬＤＬと反応するものを選別した。抗体クラスは、マウスＩｇＭで、未処理ＬＤＬ、アセチルＬＤＬ、マロンジアルデヒドＬＤＬとは反応しない。フォスファチジルコリンのアルデヒド誘導体やヒドロペルオキシドを含めていくつかのフォスファチジルコリン過酸化反応生成物と反応する。１５０ｍＭのＮａＣｌを含む１０ｍＭほう酸緩衝液（ｐＨ８．５）に溶解したものを用いた（蛋白濃度０．６０ｍｇ／ｍｌ）。
（２）酸化ＬＤＬの調製
市販のＬＤＬ（フナコシ製）を脱塩した後、０．２ｍｇ／ｍｌとなるようにリン酸緩衝液（ＰＢＳ）で希釈後、０．５ｍＭ硫酸銅水溶液を１ｗｔ％添加し、３７℃で１６時間反応させた。２５ｍＭのエチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）を１ｗｔ％、１０ｗｔ％アジ化ナトリウムを０．０２ｗｔ％となるように添加したものを酸化ＬＤＬ標品とした。
（３）灌流操作
健常者血漿（日本人、３０歳、ＬＤＬ（βリポ蛋白）濃度２７５ｍｇ／ｄｌ，ＨＤＬ−コレステロール濃度７０ｍｇ／ｄｌ）に上記酸化ＬＤＬを２μｇ／ｍｌとなるように添加した。
【００３１】
内径２００μｍ、膜厚４０μｍの中空糸膜から、長さ１２ｃｍ、本数７０本のミニモジュール（内表面積５３ｃｍ²）を作成し、内径７ｍｍ（外径１０ｍｍ）、長さ２ｃｍのシリコーンチューブ（製品名ＡＲＡＭ）と異形コネクターを介して、内径０．８ｍｍ（外径１ｍｍ）のシリコーンチューブ（製品名ＡＲＡＭ、３７ｃｍのものを両端に２本）でつなぎ、上記血漿１．５ｍｌを０．５ｍｌ／分の流量で２５℃、４時間中空糸内に灌流した（素材表面積１ｍ²あたりの血漿量は２．８×１０²ｍｌ／ｍ²）。
【００３２】
さらにミニモジュールをつけずにシリコーンチューブのみで灌流操作も行った。
【００３３】
灌流前後の血漿中の酸化ＬＤＬ、ＬＤＬ、ＨＤＬ濃度を定量することにより、それぞれの吸着除去率を下記式により算出した。
【００３４】
吸着除去率（％）＝ミニモジュールでの吸着除去率（％）−シリコーンチューブのみでの吸着除去率（％）
それぞれの吸着除去率（％）＝１００×（灌流前の濃度−灌流後の濃度）／灌流前の濃度
（４）酸化ＬＤＬ、ＬＤＬ、ＨＤＬ濃度の測定
抗酸化ＬＤＬ抗体をＰＢＳで５μｇ／ｍｌに希釈し、９６穴のプレートに１００μｌ／ウェルずつ分注し、室温で２時間震盪した後、４℃にて一晩以上壁に吸着させた。
【００３５】
ウェル中の抗体溶液を捨て、１ｗｔ％ＢｏｖｉｎｅＳｅｒｕｍＡｌｂｍｉｎ（ＢＳＡ、フラクションＶ、生化学工業）を含むトリス−塩酸緩衝液（ｐＨ８．０）を２００μｌ／ウェルずつ分注し、室温で２時間震盪して壁をブロッキングした後、ウェル中のＢＳＡ溶液を捨て、酸化ＬＤＬを含んだ血漿および検量線作成用のスタンダード（０〜２μｇ／ｍｌの酸化ＬＤＬを含むＰＢＳ緩衝液）１００μｌ／ウェルずつ分注した。その後、室温で３０分震盪した後、４℃で一晩放置した。
【００３６】
室温に戻し、ウェル中の溶液を捨て、０．０５ｗｔ％トゥイーン−２０（片山化学）を含むトリス−塩酸緩衝液（ｐＨ８．０）でウェルを３回洗浄した。洗浄したウェルにＰＢＳで２０００倍に希釈したヒツジ抗アポＢ抗体（ＴＨＥＢＩＮＤＩＮＧＳＩＴＥ）１００μｌ／ウェルずつ分注し、室温で２時間震盪した後、ウェル中の抗アポＢ抗体を捨て、０．０５ｗｔ％トゥイーン−２０を含むトリス−塩酸緩衝液（ｐＨ８．０）でウェルを３回洗浄した。洗浄したウェルに２ｗｔ％ブロックエース（大日本製薬）を含むトリス−塩酸緩衝液（ｐＨ８．０）で２０００倍に希釈したアルカリ性フォスファターゼ標識ロバ抗ヒツジＩｇＧ抗体（ＣＨＥＭＩＣＯＮ）を１００μｌ／ウェルずつ分注し、室温で２時間震盪した。その後、ウェル中の標識抗体を捨て、０．０５ｗｔ％トゥイーン−２０を含むトリス−塩酸緩衝液（ｐＨ８．０）でウェルを３回洗浄し、さらにトリス−塩酸緩衝液（ｐＨ８．０）で２回洗浄した。続いて、ｐ−ニトロフェニルリン酸（ＢｏｅｈｒｉｎｇｅｒＭａｎｎｈｅｉｍＧｍｂＨ）の１ｍｇ／ｍｌ溶液（０．０００５ＭＭｇＣｌ₂、１Ｍジエタノールアミン緩衝液、ｐＨ９．８）を１００μｌ／ウェルずつ分注し、適当な時間室温で反応させた後、４１５ｎｍの吸光度をプレートリーダーで測定した。スタンダードの結果から検量線を引き、酸化ＬＤＬ濃度を決定した。
【００３７】
ＬＤＬの定量はβ−リポ測定キット（和光純薬）を用いて行った。
【００３８】
ＨＤＬの定量はＨＤＬ−Ｃ測定キット（和光純薬）を用いて行った。
【００３９】
【実施例】
実施例
ポリスルホン（テイジンアモコ社製ユーデルＰ−３５００）１８重量部、ポリビニルピロリドン（ＢＡＳＦ社製Ｋ３０）９重量部をＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド７２重量部、水１重量部に加え、９０℃１４時間加熱溶解した。この製膜原液を外径０．３ｍｍ、内径０．２ｍｍのオリフィス型二重円筒型口金より吐出し芯液としてジメチルアセトアミド５８重量部、水４２重量部からなる溶液を吐出させ、乾式長３５０ｍｍを通過した後、水１００％の凝固浴に導き中空糸を得た。ポリスルホン中空糸分離膜を７０本束ね、中空糸中空部を閉塞しないようにエポキシ系ポッティング剤で両末端をガラス管モジュールケースに固定し、ミニモジュールを作成し、１ｗｔ％のポリエチレンイミン（分子量１万、和光純薬製）水溶液を充填して、２５ｋＧｙにてγ線照射した。該ミニモジュールの直径は約７ｍｍ、長さは１２ｃｍであった。放射線処理した膜は、再度蒸留水で３７℃で３０分間洗浄した後、吸着実験に供した。
【００４０】
実験結果は、表１に示した。
比較例１
実施例と同様にしてミニモジュールを作成し、１ｗｔ％のポリエチレンイミン水溶液の代わりに水を充填して、２５ｋＧｙにてγ線照射したものを作成した。
比較例２
市販のポリメチルメタクリレート透析膜（東レ、ＢＧ）を用いてミニモジュールを作成した。
比較例３
市販のビタミンＥコーティングセルロース膜（エクセブレン、テルモ、ＣＬ−Ｅ１５Ｎ）を用いてミニモジュールを作成した。
【００４１】
実施例および比較例１〜３における酸化ＬＤＬ、ＬＤＬ、ＨＤＬの吸着除去率の結果を表１に示した。
【００４２】
なお、実施例１で作成した中空糸膜の透水性およびβ₂ＭＧクリアランスは比較例１のものと差は見られなかった。
【００４３】
【表１】

【００４４】
【発明の効果】
本発明により、膜型血液浄化器などの用途に用いられ、特に透析患者において動脈硬化の進展を予防したり、その発症を未然に防ぐような場合に好適に用いられる過酸化等質吸着用中空糸膜を提供することができる。

Claims

Ａ．反応性を有する官能基を導入した素材を混和して形成したポリビニルピロリドンを含んだ中空糸膜素材に、ポリエチレンイミンおよびその誘導体を前記官能基に対する表面反応により固定化する方法、Ｂ．ポリビニルピロリドンを含んだ中空糸膜素材をポリエチレンイミンおよびその誘導体の溶液に浸漬し、放射線照射または熱処理により前記ポリエチレンイミンおよびその誘導体を固定化する方法およびＣ．ポリビニルピロリドンを含んだ中空糸膜素材にポリエチレンイミンおよびその誘導体をコーティングした後、放射線照射または熱処理により固定化する方法のいずれかの方法により前記中空糸膜素材にポリエチレンイミンおよびその誘導体が含有されていることを特徴とする過酸化脂質吸着用中空糸膜。
内径２００μｍ、膜厚４０μｍの中空糸膜から、長さ１２ｃｍ、本数７０本のミニモジュール（内表面積５３ｃｍ²）を作成し、内径７ｍｍ（外径１０ｍｍ）、長さ２ｃｍのシリコーンチューブと異形コネクターを介して、内径０．８ｍｍ（外径１ｍｍ）のシリコーンチューブ（３７ｃｍのものを両端に２本）でつなぎ、血漿１．５ｍｌを０．５ｍｌ／分の流量で２５℃、４時間中空糸内に流す、素材表面積１ｍ²あたりの血漿量が２．８×１０²ｍｌ／ｍ²である条件で灌流操作を施したときに、該血漿中に含まれている初期濃度２μｇ／ｍｌの酸化低密度リポ蛋白の吸着除去率が２０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の過酸化脂質吸着用中空糸膜。
低密度リポ蛋白の吸着除去率が５％未満であることを特徴とする請求項１または２に記載の過酸化脂質吸着用中空糸膜。
高密度リポ蛋白の吸着除去率が５％未満であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の過酸化脂質吸着用中空糸膜。
中空糸膜素材がポリスルホンからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の過酸化脂質吸着用中空糸膜。
中空糸膜が体外循環用モジュールに用いられることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の過酸化脂質吸着用中空糸膜。
体外循環用モジュールが血漿分離膜としての機能を有することを特徴とする請求項６に記載の過酸化脂質吸着用中空糸膜。
体外循環用モジュールが人工腎臓としての機能を有することを特徴とする請求項６に記載の過酸化脂質吸着用中空糸膜。
請求項１〜８のいずれかに記載の過酸化脂質吸着用中空糸膜を内蔵してなることを特徴とするモジュール。