JP2005152486A - エンドトキシンの除去方法および除去装置ならびに血液浄化用吸着剤 - Google Patents

Abstract

【課題】 二酸化チタンを用いて、光照射下または遮光下のいずれにおいても、血液または血漿中に存在するエンドトキシンを効率的に除去することができる方法および装置ならびにそれらに好適に用いられる血液浄化用吸着剤を提供する。
【解決手段】 揮発性を有する酸性またはアルカリ性化合物の水溶液中でのチタンアルコキシド化合物の処理により得られた沈殿物を５５０℃以下で熱処理した二酸化チタン微粒子であって、比表面積２０ｍ²／ｇ以上、平均孔径１５０Å以上３００Å以下、結晶構造の構成比率が、（アナターゼ型／ルチル型）＜９０／１０である二酸化チタンが収容された容器内に、エンドトキシンを含有する血液または血漿を、光照射下または遮光下で流通させ、前記容器から排出される血液または血漿中のエンドトキシンを減少させる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、血液または血漿中に存在するエンドトキシンを効率的に除去するための方法および装置ならびにそれらに好適に用いられる血液浄化用吸着剤に関する。

エンドトキシンは、大腸菌やサルモネラ菌等のグラム陰性菌の細胞表層に存在するリポ多糖類（ＬＰＳ）であり、細菌が死ぬことにより初めて遊離する毒素である。
このエンドトキシンは、生体レベル、細胞レベル、分子レベル等の様々なレベルにおいて、多様な生物活性を示すが、特に、生体レベルでは、過剰に作用すると免疫系が暴走し、高熱や全身的な血液凝固等が起こり、致死的なショックを招くおそれがある。

手術等においてエンドトキシンに感染し、ショック状態に陥ると、致命率が高い。このような場合の多少の有効な処置として、全血交換や血漿交換を行うことも可能である。
しかしながら、これらの処置は、大量の血液や血漿製剤を必要とし、また、それらによる肝炎やＡＩＤＳ等の感染の可能性等の問題もある。

近年、透析治療の現場において、気孔径の大きい高性能透過膜が汎用されるようになり、それに伴って、透析液中から血液中へのエンドトキシンの流入が問題となっている。
また、生物学的製剤へのエンドトキシンの混入も大きな問題となっている。

このため、エンドトキシン除去手段の開発が求められており、最近は、透析治療において血液中へのエンドトキシンの流入を防止するために、疎水性ポリスルフォン膜、疎水性ポリエステルスルフォン膜、ポリエステルポリマーアロイ膜を利用したエンドトキシンフィルタが使用されている。

また、ポリスチレン誘導体繊維に抗生物質を固定化させた繊維も、エンドトキシンの吸着、除去に利用されている。
前記抗生物質としては、エンドトキシンのミセル構造を可逆的に解離させ、その発熱活性や致死毒性を低下させる作用を有するポリミキシンＢ（ＰＭＢ）が使用されている。

さらにまた、白金微粒子を担持させた酸化チタンを用いて、水中のエンドトキシンを分解することができることも開示されている（特許文献１参照）。
特開２００１−２８６７５７号公報

しかしながら、前記エンドトキシンフィルタは、十分なエンドトキシン除去効果を維持することができる耐用期間に限界があり、大きなエンドトキシン負荷がかかる場合、耐用期間が非常に短く、頻繁に交換を要するという課題を有していた。

また、前記ポリスチレン誘導体繊維に抗生物質を固定化させた繊維は、抗生物質を安定化させるために、モジュール内の充填液は酸性（約ｐＨ２）にする必要がある。このため、洗浄には４リットル以上の生理食塩水を使用しなければならない。
しかも、ＰＭＢは、その腎毒性が強く、生体内投与では使用量が制限され、エンドトキシン除去のために多量に用いることはできないという課題を有していた。

上記以外にも、エンドトキシンを除去または無害化（不活性化）させる試みは、数多く検討されているものの、血液または血漿中のエンドトキシンの吸着剤として開発され、実用化されているものとしては、抗生物質ポリミキシンＢを繊維に固定させたトレミキシン（東レ（株）商品名）程度しかなかった。

さらにまた、上記特許文献１に記載されている酸化チタンは、血液または血漿中のエンドトキシンを除去するためのものではなく、その光触媒活性により、水中のエンドトキシンを分解するものであった。
これに対して、本発明者らは、光照射下または遮光下のいずれにおいても、血液または血漿中のエンドトキシン除去効果を得ることができる二酸化チタンを見出した。

したがって、本発明は、二酸化チタンを用いて、光照射下または遮光下のいずれにおいても、血液または血漿中に存在するエンドトキシンを効率的に除去することができる方法および装置ならびにそれらに好適に用いられる血液浄化用吸着剤を提供することを目的とするものである。

本発明に係るエンドトキシンの除去方法は、二酸化チタンに、エンドトキシンを接触させて、血液または血漿中のエンドトキシンを減少させることを特徴とする。
このように、エンドトキシン吸着剤として二酸化チタンを用いることにより、血液または血漿中のエンドトキシンを効率的に除去することができる。

前記エンドトキシンの除去方法においては、前記二酸化チタンに、光照射下で、エンドトキシンを接触させることが好ましい。
光照射により、より優れたエンドトキシン除去効果を得ることができる。

また、本発明に係る他の態様のエンドトキシンの除去方法は、二酸化チタンが収容された容器内に、エンドトキシンを含有する血液または血漿を流通させ、前記容器から排出される血液または血漿中のエンドトキシンを減少させることを特徴とする。
このように、二酸化チタンを用いて、体外において、エンドトキシンを含む血漿または血液を、前記二酸化チタンと接触するように流通循環させることにより、エンドトキシン濃度を低減させることができる。

また、本発明に係るエンドトキシン除去装置は、血液または血漿の導入口および排出口が設けられ、二酸化チタンが収容された容器と、前記容器内または容器外に設けられた光源と、前記血液または血漿の導入口および排出口と連結された流路の一部に接続された循環ポンプとを備えていることを特徴とする。
上記のような装置によれば、血液または血漿流通循環装置において、生体外で前記二酸化チタンによる光触媒活性を発揮させることができ、上記エンドトキシン除去方法に好適に用いることができ、また、光触媒活性を利用せず、遮光状態として用いることも可能である。

さらに、本発明に係る血液浄化用吸着剤は、７０５℃以下で熱処理され、比表面積３５ｍ²／ｇ以上、平均孔径２００Å以上４００Å以下の二酸化チタン微粒子からなり、前記二酸化チタンの結晶構造の構成比率が、（アナターゼ型／ルチル型）≧９０／１０であることを特徴とする。
二酸化チタンが、光照射下、特に、可視光照射下においても光触媒活性を示すためには、その結晶構造が上記のような構成比率であることが好ましく、また、エンドトキシン除去効果の観点から、比表面積の大きい微粒子であることが好ましい。このため、本発明においては、７０５℃以下の比較的低温で熱処理された二酸化チタン微粒子が好適に用いられる。

また、本発明に係る他の態様の血液浄化用吸着剤としては、揮発性を有する酸性またはアルカリ性化合物の水溶液中でのチタンアルコキシド化合物の処理により得られた沈殿物を５５０℃以下で熱処理した二酸化チタン微粒子からなり、比表面積２０ｍ²／ｇ以上、平均孔径１５０Å以上３００Å以下、結晶構造の構成比率が、（アナターゼ型／ルチル型）＜９０／１０であることを特徴とする。
このようなゾル‐ゲル合成法により得られた二酸化チタン微粒子においても、優れたエンドトキシン除去効果を得ることができる。この場合は、その結晶構造が上記のような構成比率、比表面積であることが好ましく、５５０℃以下の比較的低温で熱処理された二酸化チタン微粒子が好適に用いられ、この血液浄化用吸着剤は、光触媒活性を利用しない遮光下においても、より優れた除去能力を発揮する。

前記血液浄化用吸着剤は、二酸化チタン微粒子に含まれる塩素が０．０１ｗｔ％以下であることが好ましい。
前記二酸化チタン微粒子は、血漿または血液中におけるエンドトキシンを除去する医用目的で使用するため、また、エンドトキシン除去効果の観点から、塩素の含有量はできる限り少ないことが好ましい。

上述したとおり、本発明に係るエンドトキシンの除去方法および装置を用いれば、血液または血漿中に存在するエンドトキシンを、光照射下または遮光下のいずれにおいても、効率的に除去することができる。
また、本発明に係る血液浄化用吸着剤は、上記のようなエンドトキシンの除去だけでなく、その光触媒活性により、血液中の肝炎ウイルスやアンモニア、ビリルビン等の有害物質の除去効果も有していることから、血液透析をはじめ、血漿交換、吸着療法等の体外循環による血液浄化治療にも好適に用いることができる。

以下、本発明を、より詳細に説明する。
本発明に係るエンドトキシンの除去方法においては、二酸化チタンに、光照射下または遮光下で、エンドトキシンを接触させて、血液または血漿中のエンドトキシンを減少させることを特徴とする。
このように、エンドトキシン吸着剤として二酸化チタンを用いて、血液または血漿中のエンドトキシンの除去を行うことができる。また、光を照射することにより、光触媒活性を利用して、血漿または血液中のエンドトキシンの除去効果の向上を図ることができる。

ここで、光触媒活性とは、紫外および／または可視光を照射することにより、触媒としての作用を示すことを意味する。
このような光触媒活性を示す二酸化チタンとしては、例えば、二酸化チタン微粒子に酸素欠乏欠陥が形成されているもの、白金が担持されているもの、窒素がドープされているもの等があり、既に市販もされている。

また、二酸化チタン自体（原料二酸化チタン）の製造方法は、一般に、硫酸チタンを加水分解して焼成する硫酸法、四塩化チタンを高温で酸化する塩素法等がある。
本発明においては、血液または血漿中におけるエンドトキシンを除去する医用目的で使用するため、また、エンドトキシン除去効果の観点から、二酸化チタン微粒子に含まれる塩素が０．０１ｗｔ％以下であることが好ましく、このため、硫酸法またはそれに類する方法により得られるものを用いることが好ましい。

本発明においては、前記二酸化チタンの中でも、比表面積が３５ｍ²／ｇ以上、平均孔径２００Å以上４００Å以下の二酸化チタン微粒子が、エンドトキシン除去効果が大きいため、好適に用いられる。
また、二酸化チタンが、特に、可視光照射下においても光触媒活性を示すためには、その結晶構造の構成比率が、（アナターゼ型／ルチル型）≧９０／１０であることが好ましい。
二酸化チタンの結晶構造は、低温領域では、ブルカイト型、アナターゼ型の比率が高く、高温になるにつれて、ルチル型に転移していく。
したがって、上記のように、アナターゼ型の比率が大きく、かつ、比表面積の大きい二酸化チタン微粒子を熱処理して得る場合には、７０５℃以下の比較的低温で熱処理することが好ましい。

上記のような光触媒活性を示す二酸化チタンは、優れたエンドトキシン除去効果を示すだけでなく、その光触媒活性により、肝炎ウイルスやアンモニア、ビリルビン等の有害物質の除去効果も認められる。
なお、二酸化チタンに窒素をドープすることにより、光触媒活性を発現させた二酸化チタンは、ドープされた窒素濃度が高い場合には、該窒素と血液または血漿中の水との反応により、アンモニアが発生する可能性があるため、高濃度窒素ドープの二酸化チタンは、高い光触媒活性を示すものであっても、本発明おいては好ましくない。

上記のように、前記二酸化チタンは、血液または血漿中の特定の有害物質のみを選択的に除去する能力を備えていることから、エンドトキシンの除去目的に限定されず、血液浄化用吸着剤として好適に用いることができる。
なお、本発明における血液浄化用吸着剤とは、上記のようなエンドトキシン除去のための吸着剤も含むものである。

また、本発明における血液浄化用吸着剤としては、ゾル‐ゲル合成法により得られた二酸化チタンであって、５５０℃以下で熱処理した微粒子で、比表面積２０ｍ²／ｇ以上、平均孔径１５０Å以上３００Å以下、結晶構造の構成比率が、（アナターゼ型／ルチル型）＜９０／１０である二酸化チタン微粒子も、好適に用いることができる。

前記ゾル‐ゲル合成法は、焼成時に揮発する酸性またはアルカリ性化合物の水溶液中で、チタンアルコキシド化合物を処理することにより、二酸化チタンを沈殿物として得る方法である。このようにして得られた二酸化チタン微粒子でも、優れたエンドトキシン除去効果を得ることができる。

上記のようなゾル‐ゲル合成法による二酸化チタンの場合は、比表面積２０ｍ²／ｇ以上、平均孔径１５０Å以上３００Å以下、結晶構造の構成比率が、（アナターゼ型／ルチル型）＜９０／１０であることが好ましく、５５０℃以下の比較的低温で熱処理された二酸化チタン微粒子が好適に用いられる。
このような血液浄化用吸着剤は、光触媒活性を利用しない遮光下においても、より優れたエンドトキシン除去能力を発揮する。

また、本発明に係る他の態様のエンドトキシンの除去方法は、二酸化チタンが収容された容器内に、エンドトキシンを含有する血液または血漿を流通させ、前記容器から排出される血液または血漿中のエンドトキシンを減少させることを特徴とするものである。
この方法によれば、二酸化チタンを用いて、体外において、高濃度のエンドトキシンを含む血液または血漿を、前記二酸化チタンと接触するように流通循環させることにより、エンドトキシン濃度を低減させることができる。

前記エンドトキシンの除去方法においては、血液または血漿の導入口および排出口が設けられ、二酸化チタンが収容された容器と、前記容器内または容器外に設けられた光源と、前記血液または血漿の導入口および排出口と連結された流路の一部に接続された循環ポンプとを備えている本発明に係るエンドトキシン除去装置を用いることが好ましい。
上記装置は、生体外における血液または血漿流通循環装置であり、前記二酸化チタンによる光触媒活性を発揮させるため、該二酸化チタンに、エンドトキシンを含む血液または血漿を接触させ、かつ、光照射可能な構成としているが、遮光下において利用してもよい。
なお、前記血液浄化用吸着剤を用いた生体外における血液浄化においても、上記のようなエンドトキシン除去装置と同様の構成を備えた装置を適用することができる。

以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
［実施例１〜３］
硫酸チタンを加水分解して焼成する製造方法（硫酸法）により得られた光触媒活性を有する平均粒径７ｎｍの二酸化チタン粉末（石原産業製ＳＴ−０１）をそれぞれ、１０５℃、４８５℃、７０５℃で３時間熱処理し、表１の実施例１〜３に示すような物性を有する二酸化チタン粉末試料を調製した。

［実施例４］
後に添加するオルトチタン酸テトラエチル（東京化成（株）製）の５０倍量の水中に、触媒として０．２規定塩酸を添加し（オルトチタン酸テトラエチル１００ｇに対して約３２０ｍｌ）、これにオルトチタン酸テトラエチルを添加し、混合して、１２時間静置した。
得られた沈殿物を回収し、４０℃で乾燥後、ふるい分けし、粒径１５０〜２５０μｍの二酸化チタン粉末を得た。
この二酸化チタン粉末を、昇温速度３．３℃／ｍｉｎ．で４８５℃まで昇温して、２時間保持して熱処理した後、自然放冷した。
上記のようなゾル‐ゲル合成法により、表１の実施例４に示すような物性を有する光触媒活性を示さない二酸化チタン粉末試料を調製した。

〈エンドトキシン除去試験〉
ウシ血漿を１０％添加した細胞培地に、エンドトキシンを２１２００ｐｇ／ｍｌ添加した。これに、上記実施例１〜４において調製した各二酸化チタン試料０．１ｇを添加し、光照射下および遮光下で、２４時間静置した。
このときのエンドトキシン量の測定結果を表２に示す。
また、図１に光照射下における測定結果を、図２に遮光下における測定結果を、それぞれグラフとして示す。
なお、基準値として、二酸化チタン試料を添加しない場合の測定値も合わせて示す。

表２、図１および図２のグラフに示したように、光照射下または遮光下のいずれにおいても、実施例１〜４において作製した二酸化チタンにより、同等のエンドトキシンの除去効果が得られることが認められた。
また、ゾル‐ゲル合成法により作製した二酸化チタン（実施例４）は、光照射下においても、遮光下においても、最も優れたエンドトキシン除去効果を示し、特に、光照射下において、非常に優れた除去能力を発揮することが認められた。

実施例における光照射下でのエンドトキシン除去試験の結果を示したグラフである。 実施例における遮光下でのエンドトキシン除去試験の結果を示したグラフである。

Claims (7)

1. 二酸化チタンに、エンドトキシンを接触させて、血液または血漿中のエンドトキシンを減少させることを特徴とするエンドトキシンの除去方法。
2. 前記二酸化チタンに、光照射下で、エンドトキシンを接触させることを特徴とする請求項１記載のエンドトキシンの除去方法。
3. 二酸化チタンが収容された容器内に、エンドトキシンを含有する血液または血漿を流通させ、前記容器から排出される血液または血漿中のエンドトキシンを減少させることを特徴とするエンドトキシンの除去方法。
4. 血液または血漿の導入口および排出口が設けられ、二酸化チタンが収容された容器と、前記容器内または容器外に設けられた光源と、前記血液または血漿の導入口および排出口と連結された流路の一部に接続された循環ポンプとを備えていることを特徴とするエンドトキシン除去装置。
5. ７０５℃以下で熱処理され、比表面積３５ｍ²／ｇ以上、平均孔径２００Å以上４００Å以下の二酸化チタン微粒子からなり、前記二酸化チタンの結晶構造の構成比率が、（アナターゼ型／ルチル型）≧９０／１０であることを特徴とする血液浄化用吸着剤。
6. 揮発性を有する酸性またはアルカリ性化合物の水溶液中でのチタンアルコキシド化合物の処理により得られた沈殿物を５５０℃以下で熱処理した二酸化チタン微粒子からなり、比表面積２０ｍ²／ｇ以上、平均孔径１５０Å以上３００Å以下、結晶構造の構成比率が、（アナターゼ型／ルチル型）＜９０／１０であることを特徴とする血液浄化用吸着剤。
7. 前記二酸化チタン微粒子に含まれる塩素が０．０１ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項５または請求項６記載の血液浄化用吸着剤。

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