JPH0199609A - 改質された再生セルロース膜とその製造方法 - 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、人工臓器等に用いられる改質された再生セル
ロース膜及びその製造法に関する。更に詳しくは、血液
に対する適合性が改質された再生セルロース膜及びその
製造法に関する。

〔従来の技術〕

近年、人工腎臓、人工肺、血漿分離装置等の膜を用いた
人工臓器が、長歩の発展を遂げてきている。周知のよう
に、特に人工透析療法に於いて、再生セルロース膜、と
りわけ銅アンモニウム法再生セルロース膜は、広く用い
られ、透析装置や透析技術の進歩と共に、腎不全患者の
延命、社会復帰に大きな役割を果たしている。これは、
再生セルロース膜が優れた透析性能や機械的強度を有す
るとともに、長年の実績に裏付られた高い安全性を有し
ているからに他ならない。

しかしながら、透析療法の進歩にもかかわらず、透析に
伴う種々の問題がまだ未解決で残されている。例えば、
抗凝固剤が長期大量投与され、そのために生じると考え
られる種々の副作用の問題、また、再生セル巨−ス膜や
その他一部の膜で血液透析を行った場合の一過性の白血
球減少や補体成分の活性化の問題等が指摘されている。

後者の現象については、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。

かかる問題や現象に対して、合成高分子からなる膜が、
比較的軽微な面があると提案されているが、これらの膜
では機械的強度が弱くピンホールが発生し易いこと、耐
熱性が充分でないため滅菌法が限定されること、及び性
能のバランス、即ち透水量と物質透過量のバランスが悪
くその使用方法が特定されるといった欠点がある。

一方、再生セルロース膜の血液親和性を改質する方法が
種々提案されている。例えば、膜表面をヘパリン化する
ことにより抗血栓性を付与する方法が時開５１−１９４
号公報で提案されているが、充分な効果が得られず、ま
たコストも割高になるため実用化されていない。また、
各種ポリマーやビタミンを再生セルロース膜の表面にコ
ーティングする方法も提案されているが、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６１−８１０５号公報に再生セルロース膜にイソ
シアネートプレポリマーを反応させる方法が、特開昭６
０−１１８２０３号公報に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提案されているが、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号公報にジエチルア
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問題点〕

上記のように、再生セルロース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
た再生セルロース膜及びその製造法を提供することにあ
る。

問題点を解決するための手段及び作用 再生セルロース膜を用いた場合生じる補体成分の活性化
や白血球の一過性減少には、膜表面の水酸基が関与して
いると考えられている。一方、この膜表面の水酸基は種
々の官能基と反応し分子鎖を結合する事ができる。結合
した分子鎖は、膜上の水酸基をマスキングし、補体蛋白
や血球と水酸基の直接の接触を妨げる。これにより、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。分子鎖の構造及び官能基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、本発明では、再生セルロース膜の少
なくとも血液と接触する膜面に脂肪族カルボン酸無水物
をエステル結合させたことを特徴とする改質された再生
セルロース膜が提供され、脂肪族カルボン酸無水物及び
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
で再生セルロース膜を処理することにより、脂肪族カル
ボン酸無水物とのエステル化反応を行うことを特徴とす
る改質された再生セルロース膜の製造方法が提供される
。

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は、平膜または中空糸膜等何れの
形状に成型されたものも用いる事ができるが、中空糸膜
が好ましい。例えば、特公昭５〇−４０１６８号公報及
び特開昭５９−２０４９１２号公報に開示されているよ
うな、膜厚が数μ〜６０μであり、外径が１０μ〜数百
μの真円形の横断面を有する中空糸膜等が用いられる。

本発明では、上述の再生セルロース膜に脂肪族カルボン
酸無水物をエステル結合させ、酸膜の改質を行なう。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
、ヘプタデシル酸、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。

このような脂肪族カルボン酸は、毒性も弱く、生体内で
代謝されるため蓄積も起らない。したがって膜に付着し
た未反応物が溶出して、あるいは何らかの操作でエステ
ル結合が開裂して、血°液中へ混入した場合も安全性が
高い。

本発明で言う分子鎖とは、膜表面に少なくともｉが化学
結合した有機化合物であり、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。また、上記のよ
うに官能基となるカルボキシル基及びその酸誘導体基が
必ずしも１個だけでなく限定されることはないが、多官
能の脂肪族カルボン酸の場合、膜表面の水酸基と反応す
る前にカルボン酸同志の反応によりカルボン酸の高分子
化が進み、エステル化の反応性低下が生じることがある
。また、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分子鎖を形成する可能性があるが
、後述するように、分子鎖は、一端が表面に結合してい
るほうが好ましく、モノカルボン酸がより好んで用いら
れる。

これらのカルボン酸は、カルボン酸無水物を用いて、再
生セルロース膜の表面にエステル結合させられる。

再生セルロース膜の表面へのエステル結合は、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、公
知の低分子のアルコールと低分子のカルボン酸無水物と
の反応が適用できる。処理条件として、再生セルロース
膜の物性に影響を与えないように、処理温度を低く抑え
、処理時間をできるだけ短くする事が好ましい。これら
の事項は経済性の面からも有利であり、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。

反応を促進させるエステル化触媒として、硫酸、ｐ−ト
ルエンスルホン酸、塩化亜鉛、酢酸ナトリウム、ピリジ
ン、４−ジメチルアミノピリジン、４−ピロリジンピリ
ジン等が挙げられる。本発明では、これらの触媒を単独
または適宜組合せて用いることができるが、反応を円滑
に進める点や反応後の除去の点から、反応媒体に可溶の
ものをできるだけ少量使用する事が好ましい。

このような観点から、カルボン酸無水物を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で
エステル化反応をさせる方法が好んで用いられ、沈澱物
を生成する事がない。即ち、膜細孔にとり込まれた沈澱
物があると、透析性能の低下を引き起し、あるいは人工
臓器としての使用時に、血液中へ混入の恐れがあり、好
ましくない。また、処理後は除菌のため濾過操作が普通
に行なわれるが、沈澱物はこの操作を困難なものとする
。

反応媒体としては、脂肪族カルボン酸無水物と反応しな
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
カルボン酸無水物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
及び反応後の除去から、脂肪族カルボン酸無水物及びエ
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−ヘキサン、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類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸
プロピル等のエステル類、エチルエーテル、イソプロピ
ルエーテル、ジオキサン等のエーテル類、ｌ、１．２−
１−ジクロロ−１，２，２−トリフルオロエタン、トリ
クロロフルオロメタン、■。

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ＩＪ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−）リクロ
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。

再生セルロース膜を処理する方法としては種々の方法が
ある。即ち、脂肪族カルボン酸無水物及びエステル化触
媒を反応媒体に分散または溶解させた処理液に、再生セ
ルロース膜を投入し攪拌する方法、処理液を充填した浸
漬槽内に高分子膜を浸漬させる方法、高分子膜を充填し
た処理槽に処理液に循環する方法が採用できる。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。

エステル化反応終了後、再生セルロース膜を処理液と分
離され、反応試薬、エステル化触媒または副反応生成物
等が膜に残留しない場合には省略されるが、通常これら
を除去するため洗浄が行われる。この洗浄操作には、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膜に大きな形態変化を起こ
させない溶媒を用い、浸漬抽出、またはソックスレー抽
出が行われる。最後に、減圧乾燥、送風乾燥等により残
留溶媒の除去が行われる。

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
、表面にエステル化される量が、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ｉｔ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。即ち脂肪酸をエステ
ル結合させた疏水性分子鎖の場合、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、分子軸中心に疏水
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、疏水性の分子鎖が、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。

上記のようなアルブミンの選択吸着には、分子鎖が三箇
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、１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。これは自由な分子鎖のほうが、膜の実
質表面を遮蔽し、実質表面でのその他の蛋白質の吸着が
抑制されるためと考えられる。また同じ効果により補体
蛋白の再生セルロース膜との直接接触が妨害され、その
活性化が抑制される。

治療に使用する前に滅菌操作が必要であるが、本発明の
再生セルロース膜は、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
る。

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。

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の尿素水溶液、または１１００ｐｐのビタミン
Ｂ−１”２　（ＶＢＩ□）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。

クリアランス＝ （透析液中の濃度）×（１分間光たりの透析液量）（３
）補体消費率 血清ＩＴＩＩ＋当たり８０ｃＩｌｌの表面積になるよう
に再生セルロース膜を投入し、３７℃で１時間振盪した
後、血清中に残存する補体化をメイヤー等の方法（εｘ
ｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　　　Ｉｍｍｕｎｏｃｈｅｍｉｓ
ｔｒｙ＋　　ｐ　１　３　３　　。

Ｔｈｏｍａｓ、　　１９６１　）により５０％溶血補体
価で求め、コントロールからの低下を補体消費率で表し
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。その後ウサギ血齋を押し出し、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）、フィブリノーゲンに対す
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２ｍｍ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、生成する酸化物を螢光分光で測定す
る。

実施例１ １．１．２−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１２．５ｗｔ％）２
５０ｍｌに、無水カプロン酸０．０４７　ｇ及び４−ジ
メチルアミノピリジン０．０１　ｇを加え、処理液を調
合した。この処理液に再生セルロース中空糸膜（内径２
００μｍ、膜厚１３μｍ、長さ約２０ａｎ）を約６００
本を垂直に２時間時々上下に動かしながら浸漬した。処
理した中空糸膜をメタノール中に一昼夜浸漬した後室温
で減圧乾燥し、再生セルロース中空糸膜を得た。得られ
た中空糸膜の補体消費率の結果を第１表に示す。

実施例２ 無水カプロン酸の代わりに各種脂肪族カルボン酸無水物
を用いた以外は実施例１と同様な方法でエステル化し、
各種再生セルロース中空糸膜を得た。第１表に用いた脂
肪族カルボン酸無水物とその使用量、及びエステル化さ
れた再生セルロース中空糸膜の補体消費率の結果を示す
。

第１表 実施例３ 実施例１〜２の再生セルロース中空糸膜について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１ａ、抗イム
ノグロブリン・ジー抗体を用いた場合の蛍光強度Ｉｔ、
抗フィブリノーゲン抗体を用いた場合の蛍光強度Ｉｆ、
　としたとき、Ｉ　ａ　／　Ｉ　ｉの値及びＩ　ａ　／
　Ｉ　ｆＯ値を、未処理中空糸膜での値で除して、それ
ぞれ（Ａｌｂ／ＩｇＧ）及び（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、これらの中空糸膜では、未処理中空糸膜よりも
アルブミンを選択吸着している。　　　　　　　　（以
下余白）第２表 実施例４ 無水カプロン酸０．４４ｇ、４−ジメチルアミノピリジ
ン０．０２　ｇ及び１，１．２−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
１２．５ｗｔ％）７００ｍｌを加え処理液を調合した。

この処理液に再生セルロース中空糸膜（内径２００μｍ
、膜厚１３μｍ、長さ３０ｃｍ）の束（本数約７，００
０本）を、時々上下しながら３０分間垂直に浸漬した。

処理後の再生セルロース中空糸膜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糸膜束を得た。

第３表に得られた中空糸膜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、この中空糸膜を透析器に組込み、犬による体外循
環を行った。犬は体重約１０ｋｇのピーグル大を用い、
頚部に造設したシャントから１００ｍ１／ｍｉｎ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．
０ＯＯＵ／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
採取し白血球数を測定した。透析直前の白血球数を１０
０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。

第３表 参考例 第３表に未処理の再生セルロース中空糸膜について透析
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１３及び４５であった。

実施例５ ２００−の栓付三角フラスコに、カプロン酸無水物３５
■、４−ジメチルアミノピリジン４曙、１．１．２−　
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１２．５ｗｔ％）１００ｍｌを加
え、処理液を調合した。室温で２時間放置後、２〜３　
ｍ　／　ｍ長に細断した再生セルロース中空糸膜（膜厚
１３μｍ、内径２００μｍ）　　４．５ｇを処理液に投
入し、栓をして、３０℃の水溶中で３０分振とうした。

その後中空糸膜をとり出し、メチルアルコール中に一昼
夜浸漬した後、中空糸膜を濾別し、室温で減圧乾燥した
。同様にして、調合後４，６，８．１６時間室温で放置
した処理液についても実施し、それぞれ中空糸膜を得た
。

補体消費率測定の結果を第４表に示すが、１６時間の放
置後も処理液の反応性は変わらず、２時間と同様な補体
消費率を示す。

第４表 処理液の放置時間　　　　　補体消費率２　　　　　　
　　　　　１４％ ４　　　　　　　　　　　１４％ ６　　　　　　　　　　　１２％ ８　　　　　　　　　　　１３％ １６　　　　　　　　　　　１４％ 〔発明の効果〕 以上の説明から明らかなように、脂肪族カルボン酸無水
物を再生セルロース膜にエステル結合させることにより
、再生セルロース膜の優れた透析性能を維持したまま、
補体成分の活性化が抑制され白血球の一過性減少が軽減
される。また、アルブミンが選択吸着され血液に対する
適合性が改良される。

特許出願人　旭化成工業株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）再生セルロース膜の少なくとも血液と接触する膜
   面に脂肪族カルボン酸無水物をエステル結合させたこと
   を特徴とする改質された再生セルロース膜
2. （２）脂肪族カルボン酸無水物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膜
   を処理することにより、脂肪族カルボン酸無水物と膜表
   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
   改質された再生セルロース膜の製造方法