JPH01307404A - 改質されたセルロース系透析膜及びその製造法 - 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〕 本発明は、人工腎臓用膜などとして用いられる血液親和
性に優れたセルロース系人工透析膜およびその製法に関
する。

〔従来の技術〕

ある種の高分子膜は人工腎ｌＩ＠用膜、人工肺用膜、プ
ラズマフェレシス用膜などとして患者の治療に広く用い
られている。これらの高分子膜の最も大きな特徴は患者
の血液と直接的に接触することである。現在用いられて
いる医療用高分子膜も血液との接触によって血栓が多少
とも生成するので、治療時に患者の血液中に抗凝固剤で
あるヘパリンを投与して血栓の生成を防止している。し
かしこのような抗血液凝固剤の使用は出血性患者には避
けるべきであり、また長期間にわたり繰り返して使用し
ていると、種々の障害が生じる。さらに、高分子膜表面
と血液が接触することにより、生体の様々な防衛機構が
作動することが指摘されている。再生セルロースからな
る高分子膜で血液透析を行った場合、一過性の白血球減
少や補体成分の活性化が生じる。これらの現象と臨床症
状との関連、或いは臨床的意義は明らかではないが、再
生セルロースからなる高分子膜の他の優れた性能を損な
わず、これらの現象を軽減することが望まれている。

従って、高分子膜の血液親和性を向上させる試みが以前
から行われている。その大きな流れは次の二つである。

一つは、血液の親和性を高める薬剤、即ち抗凝固剤とか
抗血小板剤を高分子膜に包含させておくか、吸着させて
おいて、極少量づつ血液中へ徐放させる方法である。他
の一つは、血液と接触する高分子膜表面の物理化学的特
性を化学修飾などによって改良し、血液親和性を付与し
ようという方法である。しかし何れも一長一短がある。

前者の方法では、包含していた薬剤が枯渇するとか、出
血性患者にはやはり使用しにくいなどの問題点がある。

後者の方法として、各種ポリマーやビタミンを再生セル
ロースからなる高分子膜の表面にコーティングする方法
が既に提案されているが、被膜の安定性や滅菌の方法が
限定されるなどの問題点がある。また、特開昭６１−８
１０５には再生セルロース膜にインシアネートプレポリ
マーを反応させる方法が、特開昭６０−１１８２０３に
はブリッジ剤を介してポリマー酸を化学的に結合させる
方法がそれぞれ提案されているが、いずれも反応物質安
定性、及び反応工程の複雑さなどの問題がある。さらに
、特開昭６１−１１３４５９にジエチルアミノエチルセ
ルロース等の改変セルロースを用いて製膜した透析膜が
提案されているが、血液凝固を軽減する面での改良は十
分とは言えない。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のように、再生セルロースからなる高分子膜の血液
親和性を向上させる試みには、一長一短がある。そこで
、本発明の目的は、再生セルロースからなる高分子膜の
優れた透析性能を損なうことなく、血液親和性を向上さ
せた、改質されたセルロース系高分子膜及びその製造法
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段及び作用〕再生セルロース
からなる高分子膜表面上には、水酸基が存在する。この
ため補体成分が活性化されるというマイナス面を持つが
、一方それを足場にしてグラフト鎖を植えつけられると
いうプラス面を持っている。すなわち、水酸基と反応す
るような官能基、例えばカルボキシル基及びその誘導体
、インシアネート基、ハロゲン基などを主鎖あるいは鎖
末端に持つグラフト鎖を再生セルロースからなる高分子
膜表面と反応させることにより、グラフト鎖が植えつけ
られる。グラフト鎖は、膜上の水酸基をマスキングし、
補体成分の活性化を抑制できるだけでなく、膜表面の物
理化学的性質に影響を与え、他の血液親和性をも改善で
きる。

グラフト鎖の構造には多くの組合せが可能であるが、生
体安全性、生体親和性、経済性、化学反応性などを考慮
し、種々研究を重ねた結果、本発明の完成に到った。

すなわち、本発明によれば、再生セルロースからなる高
分子膜に脂肪族カルボン酸をエステル結合させたことを
特徴とする改質されたセルロース系透析膜が提供される
。

本発明によれば、さらに、脂肪族カルボン酸及びエステ
ル化触媒を反応媒体に溶解または分散させた溶液で再生
セルロースからなる高分子膜を処理することにより、脂
肪族カルボン酸と膜表面の水酸基とのエステル化反応を
行うことを特徴とする改質されたセルロース系透析膜の
製造法が提供される。

本発明で使用する「再生セルロース」とは、天然セルロ
ースを一旦化学的に或いは物理的に変化させた後再生し
たものであって、例えば、銅アンモニウム法再生セルロ
ース、ビスコースレーヨン、セルロースエステルを鹸化
したものが含まれるが、透析性能及び長年の実績により
裏付られた高い安全性等から銅アンモニウム法再生セル
ロースが好んで用いられる。

再生セルロースの形状ｉよ、平膜または中空系膜等何れ
の形状に成型されたものも用いることができるが、中空
糸膜が好ましい。例えば、特公昭５０−４０１６８及び
特開昭５９−２０４９１２に開示されているような、膜
厚が数μ〜６０−であり、外径がｌ〇−〜数百−の真円
形の横断面を有する中空系膜等が用いられる。

本発明で言うグラフト鎖とは、膜表面に少なくとも一端
が化学結合した分子鎖であり、本発明では、エステル結
合した脂肪族カルボン酸残基が相当する。従って、膜表
面の水酸基とエステル結合する脂肪族カルボン酸はすべ
て使用でき、官能基となるカルボキシル基が必ずしも１
個だけでなく２個あるいは３個でもよい。このような脂
肪族カルボン酸として、飽和または不飽和脂肪酸、脂肪
族ジカルボン酸等の脂肪族カルボン酸が挙げられる。膜
上の水酸基のマスキング効果から、脂肪族カルボン酸と
して、炭素数５個以上のものが好ましく、吉草酸、カプ
ロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプ
リン酸、ウンデシル酸、ラウリン酸、トリデシル酸、ミ
リスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、ヘプクデ
シル酸、ステアリン酸、ノナデカン酸、アラキン酸、ベ
ヘン酸、リグノセリン酸等の飽和脂肪酸、オレイン酸、
エライジン酸、セトレイン酸、エルカ酸、ブラシジン酸
、ソルビン酸、リノール酸、リルン酸、アラキドン酸等
の不飽和脂肪酸、及びグルタル酸、アジピン酸、ピメリ
ン酸、スペリン酸、アゼライン酸、セバシン酸等の脂肪
族ジカルボン酸等が用いられる。

上記のように、脂肪族カルボン酸としてモノカルボン酸
のみならず、多官能のカルボン酸を使用することができ
るが、後者の場合、反応中縮合による脂肪族カルボン酸
の高分子化のためか、反応性低下が生じることがある。

また、後述するように、グラフト鎖は、一端が表面に結
合しているほうが好ましく、多官能のカルボン酸の場合
、三箇所以上で表面に結合したループ状のグラフト鎖を
形成する可能性がある。このため、表面に結合させる脂
肪族カルボン酸としては、モノカルボン酸がより好まし
い。

脂肪族カルボン酸を再生セルロースからなる高分子膜表
面にエステル結合させるには、膜表面に存在する水酸基
とのエステル化反応によって行われる。一般によく知ら
れたアルコールとカルボン酸またはその酸誘導体とから
の直接合成法が用いられるが、エステル化触媒を使用し
てエステル化を促進することが好ましい。本発明では、
脂肪族カルボン酸及びエステル化触媒を反応媒体に溶解
または分散させた溶液で再生セルロースからなる高分子
膜を処理することにより、脂肪族カルボン酸と膜表面の
水酸基とのエステル化反応を行う。

反応媒体としては、脂肪族カルボン酸と反応しないこと
、エステル化触媒を失活させないこと、再生セルロース
膜からなる高分子膜に大きな形態変化を生じせしめない
ことが必要である。従って、反応媒体として、上記の要
件を満たし、脂肪族カルボン酸及びエステル化触媒を分
散または溶解させる溶剤は全て用いられる。反応の均一
性、円滑性から、脂肪族カルボン酸及びエステル化触媒
を溶解させる溶剤が好ましい。このような反応媒体とし
て、例えば、ｎ−へキサン、ｎ−へブタン、シクロヘキ
サン、石油エーテル、石油ベンジン、ベンゼン、トルエ
ン等の炭化水素類、アセトン、メチルエチルケトン等の
ケトン顛、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル等の
エステル類、エチルエーテノペイソブロピルエーテノペ
ジオキサン等のエーテル類、１，１．２−）リクロロー
ｌ。

２．２−トリフルオロエタン、トリクロロフルオロメタ
ン、１．１，２．２−テトラクロロ−１゜２−ジフルオ
ロエタン等の塩化弗化炭化水素等が挙げられる。これら
の反応媒体は、単独または混合して使用できる。生体へ
の安全性や反応後の除去の観点から、塩化弗化炭化水素
、特に１．１゜２−トリクロロ−１，２・　２−）リフ
ルオロエタンを含む反応媒体が好ましく、１．１．２−
）’Ｊフクロー１．２．２−トリフルオロエタンとアセ
トンの混合溶媒が好んで用いられる。

反応を促進させるエステル化触媒として、硫酸、塩酸な
どの鉱酸、芳香族スルホン酸などの有機酸、三フッ化ホ
ウ素エーテラートなどのルイス酸、ジシクロヘキシルカ
ルボジイミドなどのカルボジイミド誘導体、カルボジイ
ミド誘導体と４−ジメチルアミノピリジン及び／または
４−ピロリジノピリジンとの混合触媒等が用いられる。

本発明では、反応を円滑に進める点から、反応媒体に可
溶のものが好ましく、用いる反応媒体によって、適宜選
択され、カルボジイミド誘導体と４−ジメチルアミノピ
リジン及び／または４−ピロリジノピリジンとの混合触
媒が好んで用いられる。

また、触媒の使用量は、カルボン酸の種類、即ちその反
応性、反応系の組成、対象高分子膜の形態、種類などに
よって適宜選択されるべきであるが、できるだけ少量使
用するのがよい。

エステル化反応は、上述のように、反応媒体に脂肪族カ
ルボン酸及びエステル化触媒を溶解または分散させた溶
液を処理液として、再生セルロースからなる高分子膜を
処理することによって行われる。即ち、処理液を充填し
た浸漬槽内に高分子膜を浸漬させる、または高分子膜を
充填した処理槽に処理液を循環する等の方法が採用でき
る。さらに、再生セルロースからなる高分子膜を透析器
等に組み立てた後、少なくとも血液を流通させる側に、
処理液を循環させるまたは充填して放置させる方法も当
然採用できる。反応温度は、対象の再生セルロースから
なる高分子膜の物性に影響を与えないように適宜低温と
なるよう選択するのがよく、また反応時間も同じ見地か
らできるだけ短時間で行うようにするのがよい。

またエステル化をした後、再生セルロースからなる高分
子膜を洗浄、精製することは、エステル化反応に使用し
た反応試薬やエステル化触媒を除去するうえで好ましい
。この洗浄、精製のために、反応に使用した溶媒または
メチルアルコール、エチルアルコールなど再生セルロー
スからなる高分子膜に大きな形態変化を起こさせない溶
媒が使用される。

このようにして膜表面がエステル化された再生セルロー
スからなる高分子膜では、実施例に示されるように用い
る高分子膜の優れた透析性能が損なわれることなく、補
体成分の活性化作用が抑制され、白血球一過性減少が軽
微になる。このような効果は、本発明に於いてエステル
化反応が高分子膜表面でのみ起こり、膜内部の化学的及
び物理的構造が維持されているためと考えられる。また
、表面にグラフトされる量が、表面の物理化学的及び生
物化学的性質を改良するに十分な量であるが、水や物質
の透過に悪影響を与えない程度の極微量であるためと考
えられる。

膜表面の物理化学的及び生物化学的性質の改良の効果は
、他の血液親和性にも指摘できる。即ち、グラフト鎖が
、親水性の場合、血漿タンパク質の吸着が抑制されてい
る。この現象の一つの理論的根拠は、ワイ・イカダ（Ｙ
、　Ｉｋａｄａ）　：アドバンス・イン・ポリマーｅサ
イエンス（Ａｄｖａｎｃｅ　ｉｎ　ＰｏｌｙｍｅｒＳｃ
ｉｅｎｃｅ）、第５７巻、１９８４年、第１０３頁以下
、に与えられているが、簡単に要約すると、親水性グラ
フト鎖が植え付けられた血液接触表面では、多量の水を
含んだそのグラフト鎖が材料の実質表面へのタンパク質
吸着や血小板等の細胞の付着を防止するという考えであ
る。このため、血液凝固の原因になる血小板の血液接触
表面への粘着や活性化が起こり難く、また凝固因子の接
触相活性化が生じにくい。即ち、このような蛋白質吸着
が抑制されている血液接触表面では血栓の生成が抑制さ
れると考えられている。

一方、グラフト鎖が、疎水性の場合、血漿タンパクのう
ちアルブミンが選択的に吸着される。アルブミンは、血
液中で脂肪酸のキャリアーとして働き、分子軸中心に疎
水性のポケットを有しているといわれている。このポケ
ットに、疎水性のグラフ）　６１が、結合するため選択
的な吸着が起こると考えられる。このようにアルブミン
が選択吸着する血液接触表面では、血液凝固が起こり難
いと考えられている。その理論的根拠として、フィブリ
ノーゲンや免疫グロブリンのような糖鎖を有する蛋白質
は、この糖鎖を介して血小板と結合するが、アルブミン
は、このような糖鎖を持たず。血小板との特異的な結合
を起こさないため、血液中からアルブミンを優先的に吸
着する血液接触表面では血液凝固が起こり難いと考えら
れている。

上記のような蛋白質の吸着抑制及びアルブミンの選択吸
着には、グラフト鎖が二部所以上で高分子膜表面に結合
し、鎖の運動が抑制された状態よりも、一端が結合し他
の末端が自由に運動できるほうが好ましい。これは自由
なグラフト鎖のほうが、高分子膜の実質表面を遮蔽し、
蛋白質の吸着を抑制するためであり、親水性グラフ）　
１１の場合、水分の含有が増大する効果が加わる。

治療に使用する前に滅菌操作が必要であるが、本発明の
セルロース系透析膜は、各種の滅菌法を利用することが
できる。即ち、組み込んだ透析器を、そのまま乾燥状態
で滅菌するエチレンオキサイドガス滅菌、高圧蒸気滅菌
及びガンマ−線滅菌等が利用でき、または組み込んだ透
析器に水または生理食塩水などを充填した後滅菌する高
圧蒸気滅菌、またはガンマ−線滅菌などが利用できろ。

このような滅菌操作によって、改良された血液親和性が
変化することはない。

〔実施例〕

次に、実施例により本発明の内容をさらに詳細に述べる
。

なお以下の実施例中に記載されている測定項目は、各々
次の方法で測定したものである。

（１）透水量 １００本の中空繊維の束の両端を接着剤で固定したモジ
ュールを作り、中空部に水を満たした後、片端を閉じ、
開口部より２００ｍｍＨｇの圧力をかけながら水を入れ
、単位時間当たりの透水量を測定する。中空繊維の膜面
積は、内径及びモジュールの有効長を測って計算により
求める。

（２）クリアランス （１）と同様のモジュールを作り、水の代わりに１１０
００ｐｐあ尿素水溶液または１１００ｐｐのビタミンＢ
　−１２（ＶＢ、２）水溶液を用いて、（１）と同様の
方法で透析液中の濃度を吸光度から求めて、次式よりク
リアランスを計算する。

Ｘ（１分間当たりの透析液量） （３）補体消費率 中空繊維を細断して２ｍｍ長として、ポリエチレン管に
入れ、これにＧＶバッファーで４倍に稀釈したモルモッ
ト補体（コープイス・ラボ社製）２００Ｉを加える。３
７℃でインキユベートした後、〜上清中の補体価をマイ
ヤー変法（エム・エム・マイヤー（ＩＪｌＭｌＭａｙｅ
ｒ）　：イムノケミストリー（Ｉｍｍｕｎｏ−ｃｈｅｍ
ｉｓｔｒｙ）第２版、第１３３頁、シーシー・トーツス
（Ｃ，Ｃ，Ｔｈｏｍａｓ）出版者、１９６１年、参照）
によって求めた。即ち補体の５０％溶血価（ＣＨ２Ｏ値
）を求め、コントロールに対する補体消費率（％ＣＨ３
０）を算出した。

（４）ＥＩＡ（酵素免疫測定）法 中空繊維内にウサギ血漿を充填し、３７℃で１時間イン
キュベートする。その後ウサギ血漿を押し出し、ＰＢＳ
バッファーで数回洗浄する。この中空繊維内表面に血漿
を吸着させたサンプル内にそれぞれアルブミン、イムノ
グロブリン・ジー（ＩｇＧ）、フィビリノーゲンに対す
るペルオキシダーゼ標識抗体（カペル社製）を充填し、
吸着している蛋白質と抗原抗体反応させる。ＰＢＳバッ
ファーで充分洗浄した後、中空繊維を２１１１１１１長
に細断し、ポリエチレン管に入れる。このポリエチレン
管にペルオキシダーゼの基質である３−（ｐ−ヒドロキ
シフェニル）プロピオン酸及び過酸化水素水を加え、酵
素反応を１時間行わしめて、生成する酸化物を蛍光分光
で測定する。

実施例１ １・　１・　２−トリクロロ−１，２，２−）リフルオ
ロエタン−アセトン混合溶媒（アセトン１２．５ｗｔ％
）２５０ｍｊ！に、カプロン酸０．０４７ｇ、　４−ジ
メチルアミノピリジン０．０１ｇ、及びジシクロへキシ
ルカルボジイミド０．０９ｇを加え、処理液を調合した
。

この処理液にセルロース中空部ｍ（膜の厚さ１１−１外
径２２２Ｊ−１内径２００−１長さ約２０ｃｍ）を約６
００本を垂直に２時間時々上下に動かしながら浸漬した
。処理した中空繊維をメタノール中に一昼夜浸漬した後
室温で減圧乾燥し、セルロース系透析膜を得た。補体消
費率の測定結果を第１表に示す。

実施例２ カプロン酸の代わりに各種脂肪族カルボン酸を用いた以
外は実施例１と同様な方法でエステル化し、各種セルロ
ース系透析膜を得た。第１表に用いた脂肪族カルボン酸
とその使用量及びエステル化されたセルロース系透析膜
の補体消費率の測定結果を示す。

第１表 カプロン酸　　　　　　　４７１３ カプリン酸　　　　　　　７０１３ ラウリン酸　　　　　　　８１１５ ミリスチン酸　　　　　　　９３１６ パルミ・チン酸　　　　　１０４　　　　　１５ステア
リン酸　　　　　１１５　　　　　１１アラキン酸　　
　　　　１２７　　　　１０ベヘン酸　　　　　　　１
３８　　　　　１５オレイン酸　　　　　　　１１５　
　　　　１２リノール酸　　　　　　　１１４　　　　
　１２リルン酸　　　　　　１１３　　　　　１３アジ
ピン酸　　　　　　　５９１８ セバシン酸　　　　　　　８２１７ 実施例３ 実施例１．２のセルロース系透析膜についてＥＩＡ法の
測定を実施した。結果を第２表に示す。

すなわち、抗アルブミン抗体を用いた場合の蛍光強度を
Ｉａ、抗イムノグロブリン抗体を用いた場合の蛍光強度
を■１１抗フィブリノーゲン抗体を用いた場合の蛍光強
度をＩｆとしたとき、Ｉａ／１ｉ及びＩａ／Ｉｆの値を
未処理中空糸での値で除し、それぞれ（Ａｌｂ／ＩｇＧ
）および（Ａｌｂ／Ｆｉｂ）として示した。このように
して得られた値は１．００よりも大きく、これら処理し
た中空糸膜では、未処理中空糸よりもアルブミンを選択
吸着している。

第　　２　　表 脂肪族カルボン酸　　　Ａｌｂ　　　　　Ａｌｂの名称
　　　　　　　　１　ｇＧ　　　　　Ｆ　ｉ　ｂカプロ
ン酸　　　　　　１．１４　　　　　１．３８ラウリン
酸　　　　　　１．０２　　　　　１．３７ミリステン
酸　　　　　１．３５　　　　　１．０９パルミチン酸
　　　　　１．６１　　　　　１．３４ステアリン酸　
　　　　３．２３　　　　　３．５５アラキン酸　　　
　　２．８２　　　　１．５０ベヘン酸　　　　　　　
１．９９　　　．２．０１オレイン酸　　　　　　３．
３６　　　　　２．０６リノール酸　　　　　　１．１
４　　　　　１．３７リルン酸　　　　　　１．２７　
　　　　１．６２実施例４ カプリル酸０．４４ｇ、４−ジメチルアミノピリジン０
．０２　ｇ　、ジシクロへキシルカルボジイミド０．２
６ｇ及びｌ・　１．２−トリクロロ−１，２・２−トリ
フルオロエタン−アセトン混合溶媒（アセトン１２．５
ｗｔ％）　　１００ｍ１を加え、処理液を調合した。こ
の処理液にセルロース中空繊維（膜の厚さ１１μ、外径
２２２−１内径２０ＱＪｓ、長さ３０ｃｍ）の束（本数
約７．０００本）を、時々上下しながら３０分間垂直に
浸漬した。処理後のセルロース中空繊維束をメチルアル
コール中に一昼夜浸漬した後、室温で減圧乾燥すること
によってエステル化された中空繊維束を得た。

第３表にエステル化処理を行った中空繊維について透析
性能及び補体消費率の測定結果を示す。

次に、この中空繊維を透析器に組込み、犬による体外循
環を行った。犬は体重約１０ｋｇのピーグル犬を用い、
頚部に造設したシャントから１０〇−７ｍ　ｉ　ｎの血
流をとって透析器血液側に流した。なお、体外循環に先
だって、生理食塩水で透析器内を洗浄した後、ヘパリン
６、００００　／　Ｌ含有の生理食塩水で透析器及び血
液回路内を充填し、その後血液を流した。透析器入口部
で血液を採取し白血球を測定した。透析直前の白血球数
を１００とした時、透析後１５分及び３０分の価は、そ
れぞれ７８及び８２であった。

参考例 第３表に未処理の再生セルロース中空系膜についての透
析性能および補体消費率の測定結果を示す。

次に、実施例４と同様に犬による体外循環を実施したと
ころ、透析後１５分および３０分の白血球数は、透析直
前の値を１００としたとき、それぞれ１３および４５と
低下していた。

第３表 実施例４　　　比較例 〔発明の効果〕 本発明は次のような顕著な効果を奏する。

イ、補体の活性化が抑制され、白血球一過性減少が大幅
に軽減される。

口、膜の透水性能や透過性能は未処理のセルロース膜と
殆ど変化がない。

ハ、アルブミンの選択吸着性が増大し、血液親和性を向
上させる。

二、製造に要する反応温度が低く、また反応時間も短い
ので、この点からもセルロース系高分子膜の物性が変化
することがない。

ホ、製造が容易であり、用いた試薬等を除去することも
容易であるので、経済的で安全性の高い透析膜が得られ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、再生セルロースからなる高分子膜に脂肪族カルボン
   酸をエステル結合させたことを特徴とする改質されたセ
   ルロース系透析膜。 ２、脂肪炭カルボン酸及びエステル化触媒を反応媒体に
   溶解または分散させた溶液で再生セルロースからなる高
   分子膜を処理することにより、脂肪族カルボン酸と膜表
   面の水酸基とのエステル化反応を行うことを特徴とする
   改質されたセルロース系透析膜の製造法。