JP4625914B1 - 透析プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】灌流液の流入流量および流出流量を完全に等しくしなくても、長時間にわたって、精度の高い分析を安定して行うことができる透析プローブを提供する。
【解決手段】本発明に係る透析プローブ１は、先端部が封止された管状の透析膜２と、透析膜２の後端部に先端部が連結された支持管３と、支持管３の後端部を固定するキャップ部４と、キャップ部４を貫いて空間１０内を透析膜２の先端部に向かって延び、空間１０に灌流液を導く入口導管５と、キャップ部４を貫いて空間１０内を透析膜２の先端部に向かって延び、空間１０内の灌流液を該空間１０外に導く出口導管６と、キャップ部４に設けられた、空間１０を大気圧に保つための少なくとも１つの大気開放貫通穴７とを備え、支持管３の後端部を基準とした場合の突出長は、出口導管６よりも入口導管５の方が長くなっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、生体組織に含まれている種々の生体物質を微小透析法により回収する際に、当該生体組織内に埋め込んで使用される透析プローブに関する。

脳、筋肉、皮膚、腎臓、血管等の生体組織に含まれている種々の生体物質を分析する方法として、微小透析法（マイクロダイアリシス）が知られている。微小透析法とは、生体組織内に埋め込んだ透析膜の内側に人工組織液からなる灌流液を流すことにより、生体組織に含まれている生体物質を単純拡散により灌流液中に連続的に透析回収する方法をいう。回収した生体物質の成分を分析すれば、生体組織の活動を推定し、生体の様々な生理活動を知ることができる。

この方法では、先端部に管状の透析膜を備えた透析プローブが使用されるが、分画分子量（カットオフ値、ＭＷＣＯともいう）が５０，０００Ｄａ以上の透析膜を使用して分子量の高い生体物質を回収する場合は、灌流液が透析膜を通過して生体組織中に漏れ出すのを防ぐために、特にプッシュプル型の透析プローブが使用されることが多い。

プッシュプル型の従来の透析プローブとしては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。この透析プローブは、管状の透析膜と支持管とで形成された閉鎖空間内に注入ポンプから送り出された灌流液を導く入口導管と、閉鎖空間内の灌流液を当該閉鎖空間外にある吸引ポンプへと導く出口導管とを備えている。

特許第２８６６３０１号公報

ところで、微小透析法を用いた生体物質の分析では、数時間にわたる実験の間、生体組織に含まれている生体物質の量（濃度）が変化しない限り、常に一定量の生体物質を回収し続けられることが重要である。このため、プッシュプル型の透析プローブを使用する場合は、入口導管を通って流入する灌流液の流量と、出口導管を通って流出する灌流液（生体物質を含む）の流量を完全に等しくする必要がある。両流量のバランスが崩れると、閉鎖空間内が加圧／減圧状態となって、回収される生体物質の量（濃度）が一時的に増減したり、灌流液が生体組織中に漏れ出して生体組織に悪影響を及ぼしたりして、精度の高い分析を安定して行うことができない。

しかしながら、一般に、灌流液の流量は数μＬ／分と極めて少なく、しかも各ポンプと透析プローブとをつなぐ配管は、内径がφ０．１〜０．３ｍｍ程度、長さが数十ｃｍ以上と非常に細長い。このため、従来のプッシュプル型の透析プローブでは、灌流液の流入流量と流出流量を完全に等しくするのは困難であり、回収される生体物質の量（濃度）にばらつきが生じやすかった。

本発明は上記事情を鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、長時間にわたって、精度の高い分析を安定して行うことができる透析プローブを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１発明に係る透析プローブは、（i）先端部が封止された管状の透析膜と、（ii）透析膜の後端部に先端部が連結された支持管と、（iii）支持管の後端部を固定するキャップ部と、（iv）キャップ部を貫いて透析膜、支持管およびキャップ部で囲まれた空間内を透析膜の先端部に向かって延び、当該空間に灌流液を導く入口導管と、（v）キャップ部を貫いて上記空間内を透析膜の先端部に向かって延び、当該空間内の灌流液を空間外に導く出口導管と、（vi）キャップ部に設けられた、上記空間を大気圧に保つための少なくとも１つの大気開放貫通穴を備え、支持管の後端部を基準とした場合の突出長は、出口導管よりも入口導管の方が長く、出口導管を通って出ていく灌流液の流出流量が、入口導管を通って入ってくる灌流液の流入流量以上となるように設定されることを特徴とする。

上記第１発明における透析膜および支持管は、例えば透析膜の外周面と支持管の内周面面との間に設けられた接着層により接合される。

また、上記課題を解決するために、本発明の第２発明に係る透析プローブは、（i）両端部が開放された管状の透析膜と、（ii）透析膜の一端部に先端部が連結され、透析膜内の空間に灌流液を導く入口導管と、（iii）透析膜内の空間から入口導管とは反対方向に延び、上記空間内の灌流液を当該空間外に導く出口導管とを備え、上記透析膜内の空間が大気開放されており、出口導管を通って出ていく灌流液の流出流量が、入口導管を通って入ってくる灌流液の流入流量以上となるように設定されることを特徴とする。

上記第２発明に係る透析プローブは、（iv）上記空間から出口導管と同一の方向に延びた大気開放管、または、（iv’）透析膜の他端部に同軸的に連結され、透析膜の軸方向に延びる延長管をさらに備え、出口導管は延長管内を通って延びている。

上記第２発明における入口導管および透析膜は、例えば入口導管の外周面と透析膜の内周面との間に設けられた接着層により接合される。

上記第２発明における延長管および透析膜は、例えば延長管の外周面と透析膜の内周面との間に設けられた接着層により接合される。また、上記第２発明における延長管および出口導管は、例えば延長管の内周面の一部と出口導管の外周面の一部との間に設けられた接着層により部分的に接合される。

本発明によれば、灌流液の流入流量および流出流量を完全に等しくしなくても、長時間にわたって、精度の高い分析を安定して行うことができる透析プローブを提供することができる。

第１実施例に係る透析プローブであって、（Ａ）は全体断面図、（Ｂ）（Ｃ）はいずれも透析膜および支持管の連結部分の変形例を示す部分断面図である。 第１実施例に係る透析プローブの使用状態を示す模式図である。 第１実施例に係る透析プローブの動作原理を説明するための図である。 第２実施例に係る透析プローブであって、（Ａ）は全体断面図、（Ｂ）〜（Ｄ）は出口導管の接合部分の変形例を示す部分断面図である。 第２実施例に係る透析プローブの使用状態を示す模式図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る透析プローブの好ましい実施例について説明する。

［第１実施例：脳組織タイプ］
本発明の第１実施例に係る透析プローブ１は、主に脳組織内の生体物質を回収・分析する際に使用されるもので、図１（Ａ）に示すように、先端部が封止された管状の透析膜２と、透析膜２の後端部に先端部が連結された支持管３と、支持管３の後端部を固定するキャップ部４と、キャップ部４を貫いて透析膜２、支持管３およびキャップ部４で囲まれた空間１０内を透析膜２の先端部に向かって延びる入口導管５と、キャップ部４を貫いて空間１０内を透析膜２の先端部に向かって延びる出口導管６と、キャップ部４に設けられた大気開放貫通穴７とを備えている。そして、支持管３の後端部を基準とした場合の突出長は、出口導管６よりも入口導管５の方が長くなっている。

透析膜２は、外径が数百μｍ、膜厚が数十μｍの中空糸透析膜である。本実施例では、人工透析で使用される管状の透析膜を所定長さにカットし、その先端部を適当な樹脂で封止したものを透析膜２とした。本発明では、透析膜２の材質、寸法、分画分子量は特に限定されず、様々な種類の透析膜を使用することができる。

支持管３は、透析膜２よりも剛性が高い材質（ステンレス、シリカガラス等）からなる管状の部材である。図１（Ａ）に示すように、支持管３の内径は透析膜２の外径よりも僅かに大きく、透析膜２の外周面と支持管３の内周面は、これらの間に設けられた接着層８によって接合されている。接着層８は、例えばエポキシ系の接着剤からなる。

透析膜２および支持管３の連結態様は、種々の変形例が考えられる。例えば、図１（Ｂ）に示すように、透析膜２の内径を支持管３の外径よりも僅かに大きくし、透析膜２の内周面と支持管３の外周面を接着層８で接合してもよい。また、図１（Ｃ）に示すように、透析膜２の内径と支持管３の内径を同程度にし、かつ透析膜２の内周面と支持管３の内周面を接着層８により連結管１１の外周面にそれぞれ接合し、連結管１１を介して透析膜２と支持管３とを連結してもよい。

キャップ部４は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等の適当な樹脂からなり、接着層９によって支持管３の後端部側外周面に接合され、支持管３の後端部を固定する。入口導管５および出口導管６は、このキャップ部４に埋め込まれることによって所定の位置に固定されている。接着層９は、例えばエポキシ系の接着剤からなる。

入口導管５は、キャップ部４を貫いて設けられ、空間１０内を支持管３の後端部から透析膜２の先端部に向かって延びている。入口導管５は、例えばシリカガラスからなる細管であるが、キャップ部４から外部に引き出された部分については、不図示のステンレス管に覆われて補強されていることが好ましい。また、透析効率の観点から、入口導管５は透析膜２の先端部にできるだけ近いところまで延びていることが好ましい。

出口導管６は、キャップ部４を貫いて設けられ、空間１０内を支持管３の後端部から透析膜２の後端部に向かって延びている。つまり、図１（Ａ）に示すように、出口導管６は、支持管３の後端部を基準とした場合の突出長が入口導管５よりも短い。出口導管６は、例えばシリカガラスからなる細管であるが、キャップ部４から外部に引き出された部分については、不図示のステンレス管に覆われて補強されていることが好ましい。

キャップ部４には、空間１０につながるφ０．７ｍｍの大気開放貫通穴７が設けられている。これにより、空間１０は閉鎖空間ではなく開放空間となり、空間１０内の圧力が当該透析プローブ１周辺の気圧（大気圧）に維持される。なお、本実施例では、キャップ部４の側面に１つの大気開放貫通穴７を設けたが、これは単なる一例であり、他の場所に複数個の大気開放貫通穴７を設けてもよい。また、大気開放貫通穴７の大きさはφ０．７ｍｍに限定されず、適宜変更することができる。

さらに、空間１０を開放空間とすることができるのであれば、キャップ部４に設けた大気開放貫通穴７の代わりに、大気開放管（図４（Ｄ）参照）をキャップ部４に埋め込んで固定してもよい。

図２は、第１実施例に係る透析プローブ１の使用状態を示す図である。同図に示すように、透析プローブ１の先端部（支持管３から突出した透析膜２の透析有効部分）は、ラットの脳組織に埋め込まれている。また、透析プローブ１から延びた入口導管５はシリンジポンプ１２に接続され、出口導管６はペリスタルティックポンプ１３を通ってコレクター１４に接続されている。

この回収系では、シリンジポンプ１２から送り出された灌流液が、入口導管５を通って透析プローブ１の空間１０内の透析膜２先端部付近に所定の流入流量で流入する。そして、流入した灌流液は、脳組織に含まれている生体物質を取り込みながら空間１０内を上昇し、ペリスタルティックポンプ１３に吸引されることにより、出口導管６を通って空間１０から所定の流出流量で流出する。流出した灌流液（生体物質を含む）は、最終的にコレクター１４に回収され、分析器で分析される。

図３は、第１実施例に係る透析プローブ１の動作原理を説明するための図である。この図から明らかなように、本実施例に係る透析プローブ１では、入口導管５を通って空間１０に灌流液が流入すると、灌流液の液面１７が出口導管６の先端部まで到達する。そして、さらに灌流液が流入すると、透析膜２を透過してきた生体組織１５の生体物質１６を含む灌流液が、ペリスタルティックポンプ１３に吸引され出口導管６を通って流出する。

本実施例に係る透析プローブ１では、灌流液の流出流量と流入流量を等しくする必要はないが、流出流量が流入流量以上となるように各ポンプを設定する必要がある。このように設定することで、液面１７の液面高さをｈに維持することができる。なお、灌流液の流出流量が流入流量よりも大きい場合は、灌流液と、大気開放貫通穴７から空間１０内に取り込まれた空気とが出口導管６の先端部に一緒に吸い込まれる。したがって、この場合も透析膜２の内圧を液面高さｈに比例した水圧に維持することができる。

以上をまとめると、本実施例に係る透析プローブ１によれば、透析膜２の内圧が液面高さｈに比例した水圧に維持されるため、透析膜２の内圧が加圧／減圧状態となって回収される生体物質の量（濃度）が一時的に増減したり、灌流液が生体組織中に漏れ出したりすることなく、精度の高い分析を安定して行うことができる。

また、液面高さｈは、出口導管６の突出長を変化させることにより透析膜長＋１ｍｍ程度にまで小さくすることができる。したがって、本実施例に係る透析プローブ１によれば、ｈの水圧で灌流液が漏れ出さないカットオフ値までの透析膜２を使用して、比較的分子量が大きい生体物質の分析を行うことができる。

次に、本実施例に係る透析プローブ１を使用して、ｉｎ ｖｉｔｒｏ環境下でベータアミロイドの量（濃度）を分析した結果について説明する。主要な実験条件は以下の通りである。

・人工組織液（灌流液）の流入流量：１．０μＬ／分
・人工組織液（灌流液）の流出流量：１．０μＬ／分以上
・透析膜：内径φ３３０μｍ、外径φ４３０μｍ、平均孔径φ０．３μｍ
・透析膜長（支持管からの突出長）：４ｍｍ
・外液：ベータアミロイド標準液（濃度＝９１．１ｎＭ）

上記条件の下、１時間ごとに回収した灌流液に含まれるベータアミロイドの量（濃度）を分析すると、下表のような結果となった。

上表から明らかなように、本実施例に係る透析プローブ１によれば、回収されたベータアミロイドの量（濃度）が大きく変動することなく、５時間にわたって安定した分析を行うことができた。また、外液に含まれているベータアミロイドの量（濃度）を１００％とした場合の回収率も、約３〜約５％の間で安定していた。

［第２実施例：臓器タイプ］
本発明の第２実施例に係る透析プローブ２０は、主に臓器や皮下組織の生体物質を回収・分析する際に使用されるもので、図４（Ａ）に示すように、両端部が開放された管状の透析膜２１と、透析膜２１の一端部に先端部が連結された入口導管２２と、透析膜２１の他端部に同軸的に連結され、透析膜２１の軸方向に延びる延長管２３と、透析膜２内の空間２９から延長管２３内を通って延長管２３よりも長く延びた出口導管２４とを備えている。同図に示すように、出口導管２４の外径は、透析膜２１および延長管２３の内径よりも小さい。また、入口導管２２、延長管２３および出口導管２４は、例えばポリエチレン等の可撓性を有する適当な樹脂材料からなる。

透析膜２１は、外径が数百μｍ、膜厚が数十μｍの中空糸透析膜である。本実施例では、人工透析で使用される管状の透析膜を所定長さにカットしたものを透析膜２１とした。

入口導管２２の外径は、透析膜２１の内径よりも僅かに小さく、透析膜２１の内周面と入口導管２２の外周面は、これらの間に設けられた接着層２６によって接合されている。接着層２６は、例えばエポキシ系の接着剤からなる。透析膜２１および入口導管２２の連結態様は種々の変形例が考えら、例えば、入口導管２２の内径を透析膜２１の外径よりも僅かに大きくし、入口導管２２の内周面と透析膜２１の外周面を接着層２６で接合してもよい。

入口導管２２の先端部はフラットであるが、針先状に整形することもできる。これにより、入口導管２２の先端部を先頭にして、透析プローブ２０を臓器等の生体組織４０に縫い通し、透析膜２１を生体組織４０の表面近傍に固定しやすくなる（図５参照）。

延長管２３の外径は、透析膜２１の内径よりも僅かに小さく、延長管２３の外周面と透析膜２１の内周面は、これらの間に設けられた接着層２７によって接合されている。接着層２７は、例えばエポキシ系の接着剤からなる。

出口導管２４の外径は、延長管２３の内径よりも小さく、延長管２３の内周面の一部と出口導管２４の外周面の一部は、これらの間に設けられた接着層２８により部分的に接合されている。これにより、出口導管２４と延長管２３との間に、透析膜２１内の空間２９を大気圧に保つための大気開放隙間２５を形成することができる。大気開放隙間２５は、第１実施例に係る透析プローブ１の大気開放貫通穴７に相当するものである。

延長管２３および出口導管２４は、透析膜２１に挿入されていると言うこともできるが、図４（Ａ）に示すように、出口導管２４の挿入長は延長管２３の挿入長よりも短い方が好ましい。出口導管２４の挿入長を延長管２３の挿入長よりも長くすると、灌流液の流入流量よりも流出流量が大きい場合に、大気開放隙間２５から取り込まれた空気が透析膜２１内の空間２９に侵入してしまい、生体物質の回収に影響を及ぼすおそれがある。

透析膜２１、延長管２３および出口導管２４の接合態様は、種々の変形例が考えられる。例えば、図４（Ｂ）に示すように、延長管２３の内径を透析膜２１の外径よりも僅かに大きくし、延長管２３の内周面と透析膜２１の外周面を接着層２７で接合するととともに、出口導管２４の外径を透析膜２１の内径よりも小さくし、透析膜２１の内周面の一部と出口導管２４の外周面の一部との間に設けられた接着層２８により、出口導管２４と透析膜２１を部分的に接合してもよい。この場合も、出口導管２４と延長管２３および透析膜２１の間には大気開放隙間２５が形成されるので、空間２９を大気圧に保つことができる。

また、図４（Ｃ）に示すように、透析膜２１の内径と延長管２３の内径を同程度にし、かつ透析膜２１の内周面と延長管２３の内周面を接着層２７により連結管３０の外周面にそれぞれ接合し、連結管３０を介して透析膜２１と延長管２３とを連結してもよい。この場合は、出口導管２４の外周面と連結管３０の内周面とを接着層２８で部分的に接合することにより、空間２９を大気開放するための大気開放隙間２５を形成することができる。

別の変形例として、図４（Ｄ）に示す透析プローブ２０は、透析膜２１内の空間２９から入口導管２２とは反対方向に延びる出口導管２４と大気開放管３１とを備えている。大気開放管３１は、空間２９を大気開放するためのもので、例えばポリエチレン等の可撓性を有する適当な樹脂材料からなる。

出口導管２４および大気開放管３１は、それぞれ接着層３２によって透析膜２１の内周面に接合され、出口導管２４および大気開放管３１も接着層３２によって相互に接合されている。出口導管２４および大気開放管３１は、透析膜２１の端部を封止する接着層３２を貫通して空間２９に挿入されているとも言える。同図に示すように、大気開放管３１の挿入長は、出口導管２４の挿入長よりも短い。また、接着層３２は、例えばエポキシ系の接着剤からなる。

さらに別の変形例として、図４（Ｂ）および図４（Ｃ）の出口導管２４を接着層２７で延長管２３の内周面に接合することもできる。この場合も、出口導管２４の外径を延長管２３の内径よりも小さくしておくことで、大気開放隙間２５を形成することができる。

図５は、第２実施例に係る透析プローブ２０の使用状態を示す図である。同図に示すように、透析膜２１は生体組織４０の表面近傍に埋め込まれて固定され、延長管２３、出口導管２４および入口導管２２は、生体組織４０に埋め込まれた透析膜２１の両端部から生体組織４０外部にまで延びている。図４（Ｄ）に示す透析プローブ２０の場合は、入口導管２２、出口導管２４および大気開放管３１が、生体組織４０外部にまで延びる。

第１実施例に係る透析プローブ１と同様に、本実施例に係る透析プローブ２０によれば、ペリスタルティックポンプによる流出流量をシリンジポンプによる灌流液の流入流量以上に設定することで、透析膜２１内の空間２９を大気圧に維持できる。つまり、灌流液の流入流量と流出流量が完全に等しくなくても、透析膜２１の内圧が加圧／減圧状態となって回収される生体物質の量（濃度）が一時的に増減したり、灌流液が生体組織中に漏れ出したりすることなく、精度の高い分析を安定して行うことができる。

１ 透析プローブ
２ 透析膜
３ 支持管
４ キャップ部
５ 入口導管
６ 出口導管
７ 大気開放貫通穴
８ 接着層
９ 接着層
１０ 空間
１１ 連結管
１２ シリンジポンプ
１３ ペリスタルティックポンプ
１４ コレクター

Claims (7)

1. 先端部が封止された管状の透析膜と、
   前記透析膜の後端部に先端部が連結された支持管と、
   前記支持管の後端部を固定するキャップ部と、
   前記キャップ部を貫いて前記透析膜、前記支持管および前記キャップ部で囲まれた空間内を前記透析膜の先端部に向かって延び、前記空間に灌流液を導く入口導管と、
   前記キャップ部を貫いて前記空間内を前記透析膜の先端部に向かって延び、前記空間内の灌流液を該空間外に導く出口導管と、
   前記キャップ部に設けられた、前記空間を大気圧に保つための少なくとも１つの大気開放貫通穴と、
   を備え、前記支持管の後端部を基準とした場合の突出長は、前記出口導管よりも前記入口導管の方が長く、前記出口導管を通って前記空間から出ていく灌流液の流出流量が、前記入口導管を通って前記空間に入っていく灌流液の流入流量以上となるように設定されることを特徴とする透析プローブ。
2. 前記透析膜および前記支持管は、前記透析膜の外周面と前記支持管の内周面との間に設けられた接着層により接合されていることを特徴とする請求項１に記載の透析プローブ。
3. 両端部が開放された管状の透析膜と、
   前記透析膜の一端部に先端部が連結され、前記透析膜内の空間に灌流液を導く入口導管と、
   前記透析膜内の空間から前記入口導管とは反対の方向に延び、前記空間内の灌流液を該空間外に導く出口導管と、
   を備え、前記空間が大気開放されており、前記出口導管を通って前記空間から出ていく灌流液の流出流量が、前記入口導管を通って前記空間に入っていく灌流液の流入流量以上となるように設定されることを特徴とする透析プローブ。
4. 前記空間から前記出口導管と同一の方向に延びた大気開放管をさらに備えたことを特徴とする請求項３に記載の透析プローブ。
5. 前記透析膜の他端部に同軸的に連結され、前記透析膜の軸方向に延びる延長管をさらに備え、
   前記出口導管は、前記延長管内を通って延びていることを特徴とする請求項３に記載の透析プローブ。
6. 前記入口導管および前記透析膜は、前記入口導管の外周面と前記透析膜の内周面との間に設けられた接着層により接合されていることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の透析プローブ。
7. 前記延長管および前記透析膜は、前記延長管の外周面と前記透析膜の内周面との間に設けられた接着層により接合され、前記延長管および前記出口導管は、前記延長管の内周面の一部と前記出口導管の外周面の一部との間に設けられた接着層により部分的に接合されていることを特徴とする請求項５または６に記載の透析プローブ。

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