JPH0529491B2 - - Google Patents

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良した再
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を改良した再生セル
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、会社復
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、再生セルロース膜やその他一部の膜で
血液透析を行つ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
減することが望ましい。

かかる問題や現象に対して、合成高分子からな
る膜が、比較的減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減菌
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つた欠点がある。

一方、再生セルロース膜の血液親和性を改良す
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
法が特開昭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イン
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60−18203号公報にブリツジ剤を介し
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
は未だ十分とは言えない。

〔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、改良し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
基の直接の触媒を妨げる。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
成せが可能であるが、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、本発明の完成に到つた。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
接触する膜面にポリエチレングライコールカルボ
ン酸無水物をエステル結合させたことを特徴とす
る改良した再生セルロース膜が提供され、ポリエ
チレングライコール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、ポリ
エチレングライコールカルボン酸無水物と膜表面
とのエステル化反応を行うことを特徴とする改良
した再生セルロース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つて、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、透析性能およ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50−
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。

本発明で用いる、ポリエチレングライコールカ
ルボン酸無水物とは、一般式が、 HO₂CCH₂−（OCH₂CH₂）_o−OCH₂CO₂H （ｎ＝１〜150） で示されるジカルボン酸、または一般式が、 HO₂CCH₂−（OCH₂CH₂）_o−OR （ｎ＝１〜150；Ｒ＝CH₃またはCH₂CH₃） で示されるモノカルボン酸から誘導される酸無水
物を言う。即ちこのような酸無水物として、上記
ポリエチレングライコールのカルボン酸を２分子
もしくはそれ以上を脱水縮合させた単独の酸無水
物、またはポリエチレングライコールのカルボン
酸とその他のカルボン酸との混合酸無水物を用い
る事ができる。前者の単独酸無水物は、ポリエチ
レングライコールカルボン酸をジシクロヘキシル
カルボジイミド等のカルボジイミド誘導体で脱水
することにより容易に得られる。混成酸無水物の
場合、ポリエチレングライコールのカルボン酸を
優先的にエステル結合させるために、その他のカ
ルボン酸として立体障害の大きいカルボン酸を用
いる事が好ましく、イソ酪酸、イソ吉草酸等との
混成酸無水物が好んで用いられる。

本発明で言う分子鎖とは、膜表面に少なくとも
一端が化学結合した有機化合物であり、本発明で
は、エステル結合したポリエチレングライコール
のカルボン酸残基が相当する。また、官能基とな
る酸無水物結合基が必ずしも１個だけでなく限定
されることはないが、多官能基の場合、膜表面の
水酸基と反応する前に酸無水物同士の反応により
酸無水物の高分子化が進み、エステル化の反応性
低下が生じることがある。また、多官能基の場
合、二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かあるが、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、モノカルポン酸無水物がより好んで用
いられる。

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
つて行われ、公知の低分子のアルコールと低分子
のカルポ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−ピロリジノピリジン等が知られている。
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。

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
する事が好ましく、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が好んで用
いられる。即ちこれらのエステル化触媒を用いる
と、目的とするエステル化反応が常温付近の低温
度で速やかに進み、副反応等による沈澱物の生成
が見られない。後者の効果は、本発明の改良した
再生セルロース膜を人工臓器として使用する際重
要である。即ち、膜細孔にとり込まれた沈澱物が
除去されない場合、透析性能の低下をひき起こ
し、または、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。また処理液は
除菌のため、精密濾過が普通行なわれるが、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、ポリエチレングライコール
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
なる高分子膜におおきな形態変化を生じせしめな
いことが必要である。従つて、反応媒体として、
上記の要件を満たし、ポリエチレングライコール
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、ポリエチレ
ングライコールカルボン産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−ヘプ
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、１，１，２−トリクロ
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、１，１，２，２−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−トリフル
オロエタンを含む反応媒体が好ましく、１，１，
２−トリクロロ−１，２，２−トリフルオロエタ
ンの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、ポリエチレングライコール
カルボン酸無水物及びエステル化触媒を反応媒体
に分散または溶媒させた処理液に、再生セルロー
ス膜を投入し撹拌する方法、処理液を充填して浸
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を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、少なくとも血流を流
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、再生セルロース膜は処
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、またはソツクスレー抽
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
本発明で得られる改良した再生セルロース膜で
は、血漿蛋白の吸着が抑制される。上述したよう
に、膜面にポリエチレングライコールのカルボン
酸残基が膜面にエステル結合されており、多量の
水を含んだ親水性の分子鎖が再生セルロースの実
質膜面を遮蔽するためである。この理論的根拠
は、Y.lkada、Advance in Polymer Science、
vol.59、pp103（1984）に与えられているが、この
ような膜面では、血液凝固の原因となる血小板の
付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、即ち血栓の生成が抑制さ
れると考えられている。

上記のような血漿蛋白吸着抑制には、分子鎖が
二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、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
分子鎖のほうが、膜の実質表面を遮蔽し、実質表
面での蛋白質の吸着が抑制されるためであり、水
分含有量が高いため親水性分子鎖への蛋白質吸着
が生じないためである。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、及びガンマー線
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、またはガンマー線滅菌などが利用で
きる。このような滅菌操作によつて、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
したモジユールを作り、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。中空繊維の模面積は、内径、及び
モジユールの有効長を測つて計算により求め
る。

(2) クリアランス (1)と同様のモジユールを作り、水の代りに
1000ppmの尿素水溶液、または100ppmのビタ
ミンＢ−12（VB₁₂）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分間当たりの透析液量）／（透析前の濃度） (3) 補体消費率 血清１ml当たり80cm²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価をメイヤー等の
方法（Experimental Immunochemistry、
p133、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
で表わした。

(4) 蛋白質吸着量測定 中空糸膜内に牛血漿を37℃で2.5時間循環後、
生理食塩水で数回洗浄し、凍結乾燥する。得ら
れた中空糸膜を２〜３mm長に細断し、0.1％ド
デシル硫酸ナトリウムを含む0.1Mリン酸水素
ナトリウム緩衝液を用いて、吸着した蛋白質を
溶出させる。得られた溶液を高速液体クロマト
グラフイー（カラム：東洋曹達製G3000SW）
で分析する。フイブリノーゲン、ガンマグロブ
リン、及びアルブミン溶離領域のピーク面積を
求め、コントロール（未処理の中空糸膜を用い
た時の面積値）で除して蛋白吸着量の相対値と
した。

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％）750mlに、ポリエチレングライコール
ジカルボン酸（ポリエチレングライコール部の分
子量約400）2.47ｇ及びジシクロヘキシルカルボ
ジイミド1.01ｇを加え30分室温で撹拌し、生成し
たジシクロヘキシルウレアの沈澱物を濾別した。
得られたポリエチレングライコールジカルボン酸
無水物の濾液を1000mlをフラスコに移し、更に４
−ジメチルアミノピリジン0.15ｇ加え、処理液を
調合した。一方、再生セルロース中空糸膜（内径
200μｍ、膜厚13μｍ、長さ約30cm）の束（本数約
7000本）を上下にノズルを装備したステンレス管
に充填し、上記の処理液をチユーブポンプを用
い、下部ノズルからステンレス管に導入し、上部
ノズルからの流出液をフラスコに戻す方式で、30
分循環した。この際ステンレス管とフラスコは、
水浴中にいれ、処理液の液温が35℃を保つように
した。処理した中空糸膜束をメタノール中に一昼
夜浸漬した後室温で減圧乾燥し、改良した再生セ
ルロースの膜を得た。

このようにして得られた再生セルロース中空糸
膜及び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を実施した。結果
を第１表に示す。

実施例 ２ 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％）750ml、ポリエチレングライコールジ
カルボン酸（ポリエチレングライコール部の分子
量約400）とイソ酪酸の混合酸無水物3.33ｇ、及
び４−ピロリジノピリジン1.22ｇを1000mlのフラ
スコに加え、処理液を調合した。以下実施例１と
同様な方法で処理を行い、改良した再生セルロー
ス膜を得た。

このようにして得られた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を実施
した。結果は第１表に示す。

第１表 実施例 実施例 未処理 １ ２ 透水量 ml／mmHg／hr 3.8 4.1 4.0 尿素 クリアランス ml／min 162 164 162 VB₁₂クリアランス ml／min 45 44 43 補体消費率 ％ 16 14 45 実施例 ３ 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％）750mlに、メトキシポリエチレングラ
イコールモノカルボン酸（ポリエチレングライコ
ール部の分子量約400）2.47ｇ及びジシクロヘキ
シルカルボジイミド1.01ｇ加え30分室温で撹拌
し、生成した沈澱物を濾別した。得られたメトキ
シポリエチレングライコールモノカルボン酸無水
物の濾液にジメチルアミノピリジン0.15ｇ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、長さ約
30cm）の束（本数約7000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つて改良し
た再生セルロース膜を得た。

このようにして得られた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を実施
した。結果を第２表に示す。

実施例 ４ 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％）750ml、メトキシポリエチレングライ
コールモノカルボン酸（ポリエチレングライコー
ル部の分子量約400）とイソ酪酸の混合酸無水物
2.91ｇ、及び４−ピロリジノピリジン1.22ｇを
1000mlのフラスコに加え、処理液を調合した。以
下実施例２と同様な方法で処理を行い、改良した
再生セルロース膜を得た。

このようにして得られた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を実施
した。結果は第２表に示す。

第２表 実施例 実施例 ３ ４ 透水量 ml／mmHg／hr 4.0 4.1 尿素 クリアランス ml／min 160 164 VB₁₂クリアランス ml／min 44 45 補体消費率 ％ 10 12 実施例 ５ 実施例１〜４で得られた改良した再生セルロー
ス中空糸膜及び未処理の再生セルロース中空糸膜
を透析器に組込み、犬による体外循環を行つた。
犬は体重10Kgのビーグル犬を用い、頸部に造設し
たシヤントから100ml／minの血流をとつて透析
器血液側に流した。なお体外循環に先だつて、生
理食塩水で透析器内を洗浄した後、ヘパリン
6000U／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100とした時、透析後15分及び30分
の値を第３表に示す。

第３表 中空糸膜 15分値 30分値 実施例１ 70 97 実施例２ 74 92 実施例３ 80 88 実施例４ 78 95 未処理 13 45 実施例 ６ 実施例１〜４で得られた改良した再生セルロー
ス中空糸膜及び未処理の再生セルロース中空糸膜
について蛋白質吸着量測定を行つた。結果を第４
表に示す。

第４表 中空糸膜 ピーク面積相対値 実施例１ 0.456 実施例２ 0.378 実施例３ 0.322 実施例４ 0.350 未処理 1.000 実施例 ７ 内容が1000mlのフラスコ内に、ポリエチレング
ライコールジカルボン酸（ポリエチレングライコ
ール部の分子量約400）2.47ｇ、ジシクロヘキシ
ルカルボジイミド1.01ｇ及び４−ジメチルアミノ
ピリジン0.15ｇを加え、処理液を調合した。処理
液は沈澱物で白濁し、終了時送液チユーブ（内径
３ｍ／ｍ）が閉塞していた。

処理中空糸膜を使用した溶媒で洗浄し、室温で
減圧乾燥後、透水量及び膜に付着しているジシク
ロヘキシルウレア量を測定した。ジシクロヘキシ
ルウレアは中空糸膜を２〜３ｍ／ｍに細断しメタ
ノールで12hrソツクスレー抽出することによつて
溶出させ、ガスクロで定量した。

一方、実施例１でメタノール浸漬前にサンプリ
ングした中空糸膜についても同様の検討を実施し
た。結果を第５表に示す。

第５表 実施例８ 実施例１ 透水量 （未処理に対する比率） 82％ 〜102％ ジシクロヘキシルウレ ア量（mg／ｇ・中空糸） 40 検出されず 〔発明の効果〕 以上の説明から明らかなように、ポリエチレン
グライコール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、血漿蛋白質の膜面への吸着が抑
制され、血液に対する適合性が改良される。さら
に処理液中に沈澱物が生成することなく、沈澱物
が膜に付着することにより生じるデメリツトが回
避される。

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ポリエチ
   レングライコール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良再生セルロース
   膜。 ２ ポリエチレングライコールカルボン酸無水物
   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からなる高分子膜を
   処理することにより、ポリエチレングライコール
   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良再生セルロー
   ス膜の製造法。