JP2008279188A - カニューレ - Google Patents

Abstract

【課題】心臓の心内膜がカニューレの外周面に沿って延伸することが抑制されるカニューレを提供する。
【解決手段】カニューレ１は、管状の本体部２と、該本体部２の外周面を周回するように配置された筒状の多孔質体３とを有している。本体部２の基端側の外周面には、人工血管等と接続するための雄螺子部２ａが設けられている。このカニューレ１が心臓１０に装着される。このとき、このカニューレ１の心臓壁と接する部分に、該多孔質体３が配置される。心内膜は該多孔質体３に浸潤する。これにより、心内膜がカニューレ１の外周面に沿って延伸してカニューレ１を被覆することが抑制される。このため、心内膜がカニューレ１の先端部よりもさらに延伸してその延伸部が切れ、この切れた心内膜片が血液中に混入して血管を閉塞してしまうことが防止される。
【選択図】図１

Description

本発明は、心臓に装着されるカニューレに係り、特にカニューレを被覆する心内膜の一部が切れて血液中に混入することを抑制することができるカニューレに関する。

従来、人口心肺装置を用いる際に、人工心臓装置と心臓とを繋ぐためにカニューレなどの医療用チューブが用いられている。

特開２００５−１２４８５９号には、心臓に血液を輸送する際に使用される人工血管システムが記載されている。また、特表２００２−５１５３０１号の図１には、心臓にカニューレが装着された構成が記載されている。
特開２００５−１２４８５９号 特表２００２−５１５３０１号

心臓にカニューレを装着する場合、時間の経過と共に心臓の内膜（心内膜）がカニューレの外周面を這うように延伸してカニューレを被覆し、カニューレをカプセル化するという現象が生じる。即ち、カニューレを装着するには心筋組織をカニューレの断面積以上に略円形に切除する。装着されたカニューレは心筋組織と直接接触するため、心筋組織に異物として認識され、心内膜を形成している内皮細胞が異物を被覆しようと作用するためにカプセル化が起こる。このカプセル化が進行すると、心内膜がカニューレの先端部よりもさらに延伸してその延伸部が切れ、この切れた心内膜片が血液中に混入して血管を閉塞してしまう（例えば脳梗塞）という課題がある。

本発明は、心内膜がカニューレの外周面に沿って延伸することが抑制されるカニューレを提供することを目的とする。

本発明（請求項１）のカニューレは、心臓に装着されるカニューレにおいて、管状の本体部と、該本体部の外周面を周回するように配置された多孔質体とを有しており、該多孔質体は、心臓に装着したときに少なくとも心内膜と接する部分に配置されていることを特徴とするものである。

請求項２のカニューレは、請求項１において、該多孔質体は該本体部と別体となっていることを特徴とするものである。

請求項３のカニューレは、請求項１において、該多孔質体は該本体部と一体化されていることを特徴とするものである。

請求項４のカニューレは、請求項１ないし３のいずれか１項において、該多孔質体は発泡体よりなることを特徴とするものである。

請求項５のカニューレは、請求項４において、前記多孔質体は発泡ウレタンよりなることを特徴とするものである。

請求項６のカニューレは、請求項１ないし５のいずれか１項において、前記多孔質体の径方向の厚みが０．０１ｍｍ〜１０．０ｍｍであることを特徴とするものである。

請求項７のカニューレは、請求項１ないし６のいずれか1項において、前記多孔質体は、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂からなる、平均孔径が１００〜６５０μｍであり、乾燥状態における見掛け密度が０．０１〜０．１ｇ／ｃｍ^３である多孔性三次元網状構造を有することを特徴とするものである。

本発明のカニューレは、少なくとも心内膜と接する部分に多孔質体が配置されているため、心内膜は該多孔質体に浸潤することになり、心内膜がカニューレの外周面に沿って延伸してカニューレを被覆することが抑制される。このため、心内膜がカニューレの先端部よりもさらに延伸してその延伸部が切れ、この切れた心内膜片が血液中に混入して血管を閉塞してしまうことが防止される。

この多孔質体は本体部と別体となっていてもよい。この場合、該多孔質体を所望の位置に配置することができる。また、この多孔質体は本体部と一体化されていてもよい。この場合、多孔質体が本体部に対してずれることが防止される。

この多孔質体は発泡体よりなることが好ましく、特に発泡ウレタンよりなることが好ましい。また、この多孔質体の径方向の厚みは、０．０１ｍｍ〜１０．０ｍｍであることが好ましい。

以下に図面を参照して本願の実施の形態を詳細に説明する。

図１は実施の形態に係るカニューレ１の斜視図、図２は図１のカニューレ１を心臓に装着した状態を説明する断面図である。

図１の通り、カニューレ１は、管状の本体部２と、該本体部２の外周面を周回するように配置された筒状の多孔質体３とを有している。

この本体部２の基端側には、人工血管等と接続するための雄螺子部２ａが設けられている。該本体部２の該雄螺子部２ａよりも基端側は、基端に向って縮径するテーパ状となっている。この基端側に人工血管等が外嵌され、雄螺子部２ａにナット状部材を締め込むことにより該人工血管が接続される。なお、人工血管を直接に接続する代わりに、適宜の接続用ジョイントを介して人工血管をカニューレ１に接続してもよい。

本実施の形態では、多孔質体３は本体部２に対して摺動可能に外嵌されている。但し、該多孔質体３は本体部２と一体化されていてもよい。多孔質体３を本体部２と一体化するには、接着剤によって接着してもよく、多孔質体３を本体部２の外周で発泡成形して一体化させてもよい。

図２の通り、このカニューレ１が心臓１０に装着される。このとき、このカニューレ１の心臓壁と接する部分に、該多孔質体３が配置される。

この本体部２は、例えば内径１０〜３０ｍｍ程度、径方向厚さ０．５〜３．０ｍｍ程度、軸方向長さ２０〜１００ｍｍ程度である。

本体部２の材質としては特に限定はなく、例えば、チタニウム、チタニウム合金、ＳＵＳ、ポリウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、シリコン樹脂、尿素樹脂などが適宜使用される。

この多孔質体３の径方向厚さは０．０１ｍｍ〜１０．０ｍｍ特に０．５ｍｍ〜３．０ｍｍであることが好ましい。０．５ｍｍ以上であると、多孔質体３が心内膜を十分に浸潤することができるため、心内膜が該多孔質体３を経て本体部２の外周面に達し、さらに本体部２に沿って延伸することが十分に抑制される。なお、多孔質体３が過度に厚いと、（１）カニューレが配置された心房または心室の内部においてカニューレが可動できる幅が大きくなってカニューレの安定性が低減してしまう、（２）心房または心室の容積を減らすことになるため、結果、血液流量に影響する、（３）心房または心室内の血液の流れを不規則にする要因となる可能性がある。このため、この径方向厚さは５．０ｍｍ以下、特に３．０ｍｍ以下であることが好ましい。

この多孔質体３の軸方向長さは、例えば１０〜５０ｍｍ程度である。この多孔質体３は、その先端部が心内膜の表面よりも心臓の内側に３ｍｍ以上、特に５ｍｍ以上突出するように配置されることが好ましい。５ｍｍ以上であると、心内膜が多孔質体３を経て本体部２に達し、さらに該本体部２の外周面に沿って延伸することが十分に抑制される。

多孔質体３としては、合成樹脂の発泡体たとえば発泡ウレタンなどが好適に使用される。合成樹脂の発泡体としては、発泡倍率が１０〜１００倍程度のものが好ましい。気孔径は、平均して５０〜５００μｍ程度が好適である。

多孔質体３は、好ましくは、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂からなる、連通性を有した、平均孔径が５０〜１，０００μｍ特に１００〜６５０μｍ程度、乾燥状態における見掛け密度が０．０１〜０．５ｇ／ｃｍ^３特に０．０１〜０．１ｇ／ｃｍ^３の多孔性三次元網状構造を有する。

この平均孔径及び見掛け密度の測定方法は次の通りである。

［平均孔径の測定］
両刃カミソリで切断した試料の平面（切断面）を電子顕微鏡（トプコン社製、ＳＭ２００）にて撮影した写真を使用して、同一平面上の個々の孔を三次元網状構造の骨格から包囲された図形として画像処理（画像処理装置はニレコ社のＬＵＺＥＸ ＡＰを使用し、画像取り込みＣＣＤカメラはソニー株式会社のＬＥ Ｎ５０を使用。）し、個々の図形の面積を測定する。これを真円面積とし、対応する円の直径を求め孔径とする。ただし、多孔体形成時の相分離の効果によって、多孔体の骨格部分に穿孔されている微細孔は無視して同一平面上の連通孔のみを測定する。

［見掛け密度の測定］
多孔質構造体を約１０ｍｍ×１０ｍｍ×３ｍｍの直方体に両刃カミソリで切断し、投影機（Ｎｉｋｏｎ，Ｖ−１２）にて測定して得た寸法より体積を求め、その重量を体積で除した値から見かけ密度を求める。

このような多孔性三次元網状構造を構成する熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂としては、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリ乳酸樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂、尿素樹脂、フェノール樹脂、エポシキ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂及びメタクリル樹脂並びにそれらの誘導体の１種又は２種以上が例示できるが、好ましくはポリウレタン樹脂であり、中でもセグメント化ポリウレタン樹脂が好適である。

セグメント化ポリウレタン樹脂は、ポリオール、ジイソシアネート及び鎖延長剤の３成分から合成され、いわゆるハードセグメント部分とソフトセグメント部分を分子内に有するブロックポリマー構造によるエラストマー特性を有するため、このようなセグメント化ポリウレタン樹脂を使用した場合に得られる弾性特性は、患者やカニューレが動いた場合に心臓組織と多孔質体の界面に生じる応力を減衰させる効果が期待できる。

熱可塑性ポリウレタン樹脂よりなる多孔性三次元網状構造体を製造するには、まず、熱可塑性ポリウレタン樹脂と、孔形成剤としての後述の水溶性高分子化合物と、熱可塑性ポリウレタン樹脂の良溶媒である有機溶媒とを混合してポリマードープを製造する。具体的には、ポリウレタン樹脂を有機溶媒に混合して均一溶液とした後、この溶液中に水溶性高分子化合物を混合分散させる。有機溶媒としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリジノン、テトラヒドロフランなどがあるが、熱可塑性ポリウレタン樹脂を溶解することができればこの限りではなく、また、有機溶媒を減量するか又は使用せずに熱の作用でポリウレタン樹脂を融解し、ここに孔形成剤を混合することも可能である。

孔形成剤としての水溶性高分子化合物としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、アルギン酸、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロースなどが挙げられるが、熱可塑性樹脂と均質に分散してポリマードープを形成するものであればこの限りではない。また、熱可塑性樹脂の種類によっては、水溶性高分子化合物でなく、フタル酸エステル、パラフィンなどの親油性化合物や塩化リチウム、炭酸カルシウムなどの無機塩類を使用することも可能である。また、高分子用の結晶核剤などを利用して凝固時の二次粒子の生成、即ち、多孔体の骨格形成を助長することも可能である。

熱可塑性ポリウレタン樹脂、有機溶媒及び水溶性高分子化合物などより製造されたポリマードープは、次いで熱可塑性ポリウレタン樹脂の貧溶媒を含有する凝固浴中に浸漬し、凝固浴中に有機溶媒及び水溶性高分子化合物を抽出除去する。このように有機溶媒及び水溶性高分子化合物の一部又は全部を除去することにより、ポリウレタン樹脂からなる多孔性三次元網状構造材料を得ることができる。ここで用いる貧溶媒としては、水、低級アルコール、低炭素数のケトン類などが例示できる。凝固したポリウレタン樹脂は、最終的には、水などで洗浄して残留する有機溶媒や孔形成剤を除去すれば良い。

また、多孔質体３には、アルガトロパン、ピリジン，ニコチン，ニコチン酸，ニコチン酸エステル，ニコチン酸アミド，コラーゲンタイプI，コラーゲンタイプII，コラーゲンタイプIII，コラーゲンタイプIV，アテロ型コラーゲン，フィブロネクチン，ゼラチン，ヒアルロン酸，ヘパリン，ケラタン酸，コンドロイチン，コンドロイチン硫酸，コンドロイチン硫酸Ｂ，ヒドロキシエチルメタクリレートとジメチルアミノエチルメタクリレートの共重合体，ヒドロキシエチルメタクリレートとメタクリル酸の共重合体，アルギン酸，ポリアクリルアミド，ポリジメチルアクリルアミド及びポリビニルピロリドンからなる群から選択される１種又は２種以上が保持又は単に含浸されていてもよい。

さらに多孔質体３は、好ましくは、その多孔構造を構築している骨格基材自体にも微細な孔を設けていることが好ましい。特に、平均孔径が１００〜６５０μｍ、乾燥状態における見かけ密度が０．１０ｇ／ｃｍ^３以下の連通性の三次元網状構造を形成しており、かつ、該多孔性三次元網状構造層を構築するポリウレタン樹脂からなる骨格自体が空隙率７０％以上の多孔質体であり、かつ、該骨格自体の表層は微細孔が点在する緻密な層であることが好ましい。このような微細孔は、骨格表面を平滑な表面でなく複雑な凹凸のある表面とし、コラーゲンや細胞増殖因子などの保持にも有効であり、結果として細胞の生着性を上げることが可能である。ただし、この場合の微細孔は、本発明でいう多孔性三次元網状構造部の平均孔径の計算の概念に導入されるものではない。

図３は、上記のように骨格基材自体にも微細な孔を設けたポリウレタン製多孔体の断面のＳＥＭ像であり、図４Ａはこのポリウレタン製多孔体の表層のＳＥＭ写真、図４Ｂはその部分拡大像である。図３，４Ａ，４Ｂより、多孔体を形成する骨格部分に微細孔が点在することが分かる。

図４Ｂ中の大きい円で囲んだ部分をフェザーカッターで切断し、その断面を観察した写真と同等の条件で撮影されたものが図５である（理解しやすくするために大きい円で囲まれた部分を切断したと記述したが、実際にはランダムに存在する切断面から同等の条件に相当する視野を選択した）。

図５より、ポリウレタン製多孔体の骨格の内部は高空隙率の多孔質となっているものの、その表層は緻密層で被覆されており、かつ、点在的に細胞が浸潤し得ない大きさの微細孔（図５の小さい円で囲まれた箇所）を介して骨格の外部と連通していることがわかる。

ポリウレタン多孔体の構造的特徴、すなわち『三次元網状構造を構築する骨格自体が高空隙率の多孔質であって、かつ、その骨格自体の表層は緻密層で被覆されており、点在的に穿孔する微細孔を介して外界と連通されている』は、以下のような効果を発現する。即ち、ポリウレタン多孔体の骨格自体が多孔質であるために、ここへコラーゲンなどの細胞外マトリックス、アルブミン、酸素、老廃物、水、電解質などが浸潤し、生体組織との間で拡散・交換がされる。一方、細胞成分は骨格内部には存在せず、つまり、細胞の浸潤は骨格表層の緻密層でバリアされる。このようにして、多孔体の骨格部分もが多孔質であって、かつ、細胞（有形成分）が浸潤し得ないために、骨格内部は目詰まりすることなく、多孔体全体へ酸素、栄養分を補給する機能を維持することができ、この結果、良好な組織の浸潤、生着、成熟、血管新生という組織工学上有用な機能が発現される。

このポリウレタン多孔体の骨格部分の空隙率を求めるには、まず、平均孔径の測定を前記の通り行う。即ち、多孔体写真の樹脂部分を白とし、空隙（空気部分）を黒として画像処理法により白部分の面積と黒部分の面積を計算する。画像処理により得られた測定視野総面積と、空隙部分総面積と、ＪＩＳ Ｋ７３１１によるポリウレタン樹脂の比重より計算上の見掛け密度を求める。この見掛け密度は、一般に実測値よりも約１０倍以上大きな値となる。これは骨格部分がポリウレタン樹脂からなる中実構造であると仮定したことにより生じた結果である。そこで、計算上の見掛け密度Ａと実測値の見掛け密度Ｂとを計算式（Ａ−Ｂ）／Ａ×１００（％）に代入して計算することにより、多孔体の骨格自体の空隙率を求めることが可能となる。計算上の見掛け密度が０．９１ｇ／ｃｍ^３であり、実測値の見掛け密度が０．０７７ｇ／ｃｍ^３の場合、空隙率９１．５％の多孔質であると計算される。

このポリウレタン多孔体では、骨格の表面に微細孔は存在しているが、これは細胞が浸潤し得るサイズではなく、あくまで細胞の生着の助けになる凹凸程度のものであることは前述の通りである。この骨格の微細孔は、結果的に生着を補助することを目的とした凹凸の意味合い合わせて持つものの、本質的には、細胞の浸潤後に多孔体全体が、所謂、『目詰まり状態』となった後に、高空隙率の、多孔体の、骨格を栄養分、酸素、水の拡散・交換に最大限に寄与させるための出入口として機能するものである。

実施の形態に係るカニューレ１の斜視図である。 図１のカニューレ１を心臓に装着した状態を説明する断面図である。 ポリウレタン多孔体の断面のＳＥＭ写真である。 ポリウレタン多孔体の表層のＳＥＭ写真である。 ポリウレタン多孔体の断面のＳＥＭ写真である。

符号の説明

１ カニューレ
２ 本体部
２ａ 雄螺子部
３ 多孔質体
１０ 心臓

Claims (7)

1. 心臓に装着されるカニューレにおいて、
   管状の本体部と、
   該本体部の外周面を周回するように配置された多孔質体と
   を有しており、
   該多孔質体は、心臓に装着したときに少なくとも心内膜と接する部分に配置されていることを特徴とするカニューレ。
2. 請求項１において、該多孔質体は該本体部と別体となっていることを特徴とするカニューレ。
3. 請求項１において、該多孔質体は該本体部と一体化されていることを特徴とするカニューレ。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、該多孔質体は発泡体よりなることを特徴とするカニューレ。
5. 請求項４において、前記多孔質体は発泡ウレタンよりなることを特徴とするカニューレ。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項において、前記多孔質体の径方向の厚みが０．０１ｍｍ〜１０．０ｍｍであることを特徴とするカニューレ。
7. 請求項１ないし６のいずれか1項において、前記多孔質体は、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂からなる、平均孔径が１００〜６５０μｍであり、乾燥状態における見掛け密度が０．０１〜０．１ｇ／ｃｍ^３である多孔性三次元網状構造を有することを特徴とするカニューレ。

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