JP2651516B2 - ハイブリッド型人工膵臟 - Google Patents

ハイブリッド型人工膵臟

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JP2651516B2 JP1324743A JP32474389A JP2651516B2 JP 2651516 B2 JP2651516 B2 JP 2651516B2 JP 1324743 A JP1324743 A JP 1324743A JP 32474389 A JP32474389 A JP 32474389A JP 2651516 B2 JP2651516 B2 JP 2651516B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、膵臓の機能が冒されたり、低下している糖
尿病患者に対して、膵臓の機能を代行するための人工膵
臓に関し、特にハイブリッド型の人工膵臓に関する。
〔従来の技術〕
現在、糖尿病の治療にはインスリン製剤が用いられて
いる。すなわち、前もって測定された患者の血中グルコ
ース濃度に応じて、必要量のインスリン製剤が投与され
ている。しかしながら、糖尿病患者の血中グルコース濃
度の連続的な変化に応じて、インスリンを投与すること
はできないため、患者のグルコース代射を生理的にコン
トロールすることができない。従って、血管障害や腎障
害等のような糖尿病の併発症を防止することが難しい。
そこで、新たな治療法として、ハイブリッド型人工膵
臓が注目を集めている。ハイブリッド型人工膵臓とは、
インスリンを分泌する組織、すなわち膵ランゲルハンス
島(以下、膵ラ島と略す)を、半透膜内に包括固定化し
て患者の免疫系から隔離した後、体内に移植するもので
あり、生体の膵臓組織に含まれている膵ラ島と、半透膜
とを複合させるものであるため、ハイブリッド型人工膵
臓と称されている。
ハイブリッド型人工膵臓において膵ラ島を封入する材
料として、種々の材料が検討されている。例えば、Sun
らは、アルギン酸−ポリリジン−アルギン酸の三層構造
からなる材料で膵ラ島を包括固定化している(A.M.Sun,
G.M.O'Shea and H.Gharapetian,Progress in Artificia
l Organs,601(1985))。
他方、岩田らは、アガロースを用いて、膵ラ島を包括
固定化した(岩田博夫,雨宮 浩,松田武久,林 良
輔,高野久輝,阿久津哲造,人工臓器,16,1263(198
7))。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、上述した何れの方法においても、包括
固定用材料の原料が天然物であること等の理由により、
再現性に優れた人工膵臓としての機能を果たすものは得
られなかった。また、体内に埋め込むに際し、柔軟性に
乏しく、脆いため、強度の点においても難があった。
よって、本発明の目的は、上述した従来のハイブリッ
ド型人工膵臓における問題を解決するものであり、膵ラ
島を生きた状態で長期間包括固定化することが可能であ
り、柔軟性に優れかつ機械的強度においても優れ、さら
にレシピエントの免疫系から隔離することが可能な材料
により膵ラ島が包括固定されたハイブリッド型人工膵臓
を提供することにある。
〔課題を解決するための手段及び作用〕
本願発明者らは、膵ラ島を包括固定するための材料及
び方法を鋭意検討した結果、光架橋性ポリビニルアルコ
ールを包括固定用材料として用いれば上記課題を達成し
得ることを見出し、本発明をなすに至った。
すなわち、本発明のハイブリッド型人工膵臓は、側鎖
に光感応性の官能基であるスチリルピリジニウム基また
はスチリルキノリニウム基を有する光架橋性ポリビニル
アルコールの光架橋体ゲルにより膵ラ島を包括固定して
なる包括固定化物を用いたことを特徴とする。
本発明では、被覆材料として上記光架橋性ポリビニル
アルコールが用いられる。光架橋性ポリビニルアルコー
ルとは、ポリビニルアルコール(PVA)に、感光性官能
基であるスチリルピリジニウム基またはスチリルキノリ
ニウム基を結合させたものである。このような光架橋性
ポリビニルアルコールとしては、既に市販されており、
例えば東洋合成工業株式会社から入手することができ
る。この光架橋性ポリビニルアルコールは水溶性であ
り、水に溶解した状態で使用され、膵ラ島を分散させた
光架橋性ポリビニルアルコール水溶液を光架橋してゲル
化することにより膵ラ島を包括固定することができる。
光架橋性ポリビニルアルコール水溶液のゲル化すなわ
ち水不溶化は、感光基の光二量化反応によるものである
が、スチリルピリジニウム基及びスチリルキノリニウム
基の何れの感光基も、300nm乃至400nmの領域に吸収極大
を有する。従って、可視光を用いて簡単に不溶化するこ
とができる。もっとも、光の照射に際しては、膵ラ島に
有害な紫外線をカットする必要がある。よって、有害な
紫外線がカットされた可視光を用いることにより、上記
感光基を十分に感光することができ、それによって膵ラ
島を生きたまま包括固定することができる。
光の照射に際して用いる光源としては、太陽光を用い
ることが最も手軽であるが、蛍光灯や超高圧水銀灯のよ
うな他の光源を用いてもよい。なお、通常の蛍光灯では
光量が少ないため、数本の蛍光灯を束ねた状態で用いる
必要がある。
光架橋性ポリビニルアルコールは、光を照射すること
によりゲル化されるものであるが、このゲルの機械的強
度を高めるには、ポリマー濃度が1重量%以上あること
が必要である。また、1重量%以上の範囲でポリマー濃
度を変えることにより、膵ラ島と免疫担当細胞との接触
を防止し得る膜から、高濃度光架橋性ポリビニルアルコ
ールを用いることにより抗体の侵入を阻止し得る膜まで
を容易に調製することができる。もっとも、ポリマー濃
度は多くとも50重量%とすることが好ましい。50重量%
を超えると、光架橋性ポリビニルアルコール水溶液の粘
度が高くなり過ぎ、膵ラ島と混合するのが困難であり、
また、架橋ゲル中の物質拡散速度も小さくなり、インス
リン分泌が阻害されるからである。
なお、グルコース等の低分子量物質の透過には、この
ポリマー濃度はあまり影響しないことを指摘しておく。
また、光架橋性ポリビニルアルコールの重合度は100
以上、5000以下であることが好ましい。重合度が100未
満の光架橋性ポリビニルアルコールではゲルの機械的強
度が十分なものとならないからであり、重合度が5000を
超えるポリビニルアルコールを合成することは困難であ
り、また、その水溶液は粘稠すぎて操作性に欠けるから
である。
本発明において用いる膵ラ島としては、人、牛、豚、
ハムスターまたはマウス等から単離したものを適宜使用
することができる。単離は、摘出された膵臓をコラゲナ
ーゼで一定時間消化し、しかる後、比重遠心法により分
別して膵ラ島を回収することにより行う。
なお、包括固定用材料は、膵ラ島を患者の免疫系から
隔離し、免疫担当細胞等と接触しないようにすることが
必要である。従って、膵ラ島を完全に被覆する形態であ
れば、包括固定形態は何れの形態であってもよい。例え
ば、膵ラ島細胞を一つ一つ封入するマイクロカプセルタ
イプ、膵ラ島を数個まとめて封入するゲルタブレットタ
イプ、または糸状に成型された包括固定材料に膵ラ島を
封入した形態であってもよい。もっとも、グルコース濃
度に対する応答性を高めるには、包括固定用材料の厚み
は極力薄い方が好ましい。
ハイブリッド型人工膵臓の製造方法 (マイクロカプセル型人工膵臓の製造方法) 膵ラ島を光架橋性ポリビニルアルコール含有Eagle's
MEM培養液に分散させる。この分散液に、流動パラフィ
ン等の水と混合しない疎水性の液体を加えて十分に撹拌
し、光架橋性ポリビニルアルコール溶液を懸濁させる。
しかる後、光を照射することにより、光架橋性ポリビニ
ルアルコール溶液をゲル化させる。このとき、懸濁液の
凝集を防止するために、撹拌しつつ光照射する必要があ
る。
次に、ハンクス液を加えて遠心分離し、下層に沈んだ
光架橋性ポリビニルアルコールのマイクロカプセルを回
収する。
上記のようにして、数100μm程度の粒径のマイクロ
カプセル型のハイブリッド型人工膵臓を得ることができ
る。
(ゲルタブレット型人工膵臓の製造方法) 光架橋性ポリビニルアルコールを含有したEagle's ME
M培養液溶液を一定の形状に作製した鋳型内に流し込
む。次に、上記培養液内に膵ラ島を加え、撹拌し分散さ
せ、しかる後、光を照射することによりゲル化させ、ゲ
ルタブレット型のハイブリット型人工膵臓を得ることが
できる。
(糸状ハイブリッド型人工膵臓の製造方法) 光架橋性ポリビニルアルコールのEagle's MEM培養液
溶液に膵ラ島を加えて分散させる。これを、シリコンチ
ューブの中に導入し、しかる後、光を照射することによ
りゲル化させ、チューブから取り出すことにより糸状の
ハイブリッド型人工膵臓を得ることができる。
〔発明の効果〕
本発明のハイブリッド型人工膵臓では、側鎖に光感応
性の官能基であるスチリルピリジニウム基またはスチリ
ルキノリニウム基を有する光架橋性ポリビニルアルコー
ルを光架橋することにより得られたゲルを包括固定材料
として用いているため、膵ラ島を死滅させることなく、
マイクロカプセル、ゲルタブレットまたは糸状のような
種々の形態で膵ラ島を容易に包括固定することができ
る。
さらに、上記のようなゲルを用いるものであるため、
柔軟性に富み機械的強度に優れたハイブリッド型人工膵
臓を実現することができ、体内へ埋め込んだ場合のゲル
の破損等も生じ難い。また、光架橋性ポリビニルアルコ
ール及び光の照射は、膵ラ島の製造にも悪影響を及ぼさ
ず、膵ラ島が長期間生存するために必要な酸素や栄養素
が上記ゲルを介して膵ラ島に安定に供給される。他方、
膵ラ島から分泌されたインスリンは包括固定用の上記ゲ
ルを透過することができる。また、光架橋性ポリビニル
アルコールからなるゲルにより、膵ラ島と患者の免疫系
との隔離も確実に行われる。
〔実施例〕 実施例1 光架橋性ポリビニルアルコール(PVA)(重合度;170
0、ケン化度;88%及びスチリルピリジニウム置換基の割
合;1.3モル%)を、ポリマー濃度が11.6重量%となるよ
うにEagle's MEM培養液に加え、オートクレーブにて加
熱滅菌と同時に光架橋性PVAを溶解させ、光架橋性PVA溶
液を得た。
他方、ハムスターの膵臓からコラゲナーゼ法により、
膵ラ島を単離した。
直径10mm、深さ2mmのウエルの中で、光架橋性PVAと膵
ラ島を混合し、300Wのハロゲンランプを装着したスライ
ドプロジェクターを用いて、15分ずつ表裏へ光を照射す
ることにより、光架橋性PVAをゲル化し、ハイブリッド
型人工膵臓を作成した。
実施例2 光の照射時間を30分ずつにしたこと以外は、実施例1
と同様にして、ハイブリッド型人工膵臓を作成した。
実施例3 光を照射する方法を、スポット光源装置HX−200S(エ
イビック商会製)を用いて15秒ずつ表裏に照射したこと
以外は、実施例1と同様にして、ハイブリッド型人工膵
臓を作成した。
実施例4 光を照射する時間を30秒ずつにしたこと以外は、実施
例3と同様にして、ハイブリッド型人工膵臓を作成し
た。
実施例5 光架橋性PVAとして、重合度=500、ケン化度=100%
及びスチリルピリジニウム置換基量=1.5モル%のもの
を用いて、ポリマー濃度を16.7重量%としたこと以外
は、実施例2と同様にして、ハイブリッド型人工膵臓を
作成した。
実施例6 光架橋性PVAとして、重合度=500、ケン化度=100
%、スチリルピリジニウム置換基量=1.5モル%のもの
を用い、ポリマー濃度を16.7重量%としたこと以外は、
実施例3と同様にして、ハイブリッド型人工膵臓を作成
した。
実施例7 光架橋性PVAとして、重合度=500、ケン化度=100
%、スチリルピリジニウム置換基量=1.5モル%のもの
を用い、ポリマー濃度を16.7重量%としたこと以外は、
実施例4と同様にして、ハイブリッド型人工膵臓を作成
した。
実施例8 ポリマー濃度を1重量%としたこと以外は、実施例2
と同様にして、ハイブリッド型人工膵臓を作成した。
実施例9 ポリマー濃度を1重量%としたこと以外は、実施例4
と同様にして、ハイブリッド型人工膵臓を作成した。
比較例1 ポリマー濃度を0.5重量%としたこと以外は、実施例
2と同様にして、ハイブリッド型人工膵臓を作成した。
比較例2 ポリマー濃度を0.5重量%としたこと以外は、実施例
4と同様にして、ハイブリッド型人工膵臓を作成した。
上記の方法で得られた実施例1〜9及び比較例1,2の
ハイブリッド型人工膵臓につき、ゲルタブレッドの機械
的強度の測定及び下記のin vitro培養試験を行った。
(in vitro培養試験) in vitro培養試験に際しては、培養液として5%牛胎
児血清を含むEagle's MEM培養液を用い、5%CO2雰囲気
下において37℃で培養を行った。培養液の交換は数日ご
とに行い、交換された培養液はインスリン濃度を決定す
るために凍結保存した。インスリン濃度はインスリンテ
ストBワコー(ワコー純薬社製)を用いて定量した。第
1図〜第3図に、ゲルタブレットへ包括固定化した膵ラ
島の培養期間と、培養液中に分泌されたインスリン量と
の関係を示す。
結果 (イ)ゲルタブレットの機械的強度 比較例1及び2では、ポリマー濃度が希薄過ぎるため
か、安定なゲルタブレットを得ることができなかった。
これに対して、実施例1〜9のハイブリッド型人工膵臓
では、実用的にも問題のない最適強度を有するハイブリ
ッド型人工膵臓を得ることができた。
(ロ)in vitro培養試験結果 第1図、第2図及び第3図に示したように、培養期間
110日まで経過観察を行ったが、実施例1〜7の何れの
場合にもインスリンを分泌し続け、人工膵臓として機能
していることが確認された。
下記の実施例10〜12のハイブリッド型人工膵臓を用い
て、in vivo移植試験を行った。
実施例10 ポリマー濃度を25重量%としたこと以外は、実施例4
と同様にして、ハイブリッド型人工膵臓を作成した。
実施例11 膵ラ島をC57BL/6マウスから単離したこと以外は、実
施例10と同様にして、ハイブリッド型人工膵臓を作成し
た。
実施例12 膵ラ島をBALB/Cマウスから単離したこと以外は、実施
例10と同様にして、ハイブリッド型人工膵臓を作成し
た。
in vivo移植試験 実験1 実施例10で得られた人工膵臓をBALB/Cマウスの腹腔内
に50日間異種移植し、その後人工膵臓を体内から取出
し、さらに10日間in vitroで培養し、移植後60日目の一
日あたりの膵ラ島1個あたりのインスリン分泌量を測定
した。
実験2 実施例11で得られた人工膵臓をBALB/Cマウスの腹腔内
に50日間同種累系移植し、しかる後人工膵臓を体内から
取出し、さらに10日間in vitroで培養し、移植後60日目
の一日あたりの膵ラ島1個あたりのインスリン分泌量を
測定した。
実験3 実施例12で得られた人工膵臓をBALB/Cマウスの腹腔内
に40日間同種同系移植し、しかる後人工膵臓を体内から
取出し、さらに20日間in vitroで培養したとき移植後60
日目の一日あたりの膵ラ島1個あたりのインスリン分泌
量を測定した。
結果 実験1−3の結果を下記の第1表に示す。第1表から
明らかなように同種及び異種移植の何れにおいても、膵
ラ島は体内から取り出した後もインスリンを分泌してい
ることがわかる。従って、体内から取出された後も膵ラ
島が存在しており、ハイブリッド型人工膵臓として機能
していることが確認された。
【図面の簡単な説明】
第1図は、実施例1及び2で得たハイブリッド型人工膵
臓のin vitro培養試験の結果を示す図、第2図は実施例
3及び4で得たハイブリッド型人工膵臓のin vitro培養
試験の結果を示す図、第3図は実施例5〜7で得たハイ
ブリッド型人工膵臓のin vitro培養試験の結果を示す図
である。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】側鎖に光感応性の官能基であるスチリルピ
    リジニウム基またはスチリルキノリニウム基を有する光
    架橋性ポリビニルアルコールの光架橋体ゲルで、膵ラン
    ゲルハンス島を包括固定してなる包括固定化物を用いた
    ことを特徴とするハイブリッド型人工膵臓。
  2. 【請求項2】前記光架橋性ポリビニルアルコールの重合
    度が100〜5000である、請求項1に記載のハイブリッド
    型人工膵臓。
  3. 【請求項3】前記光架橋性ポリビニルアルコールのポリ
    マー濃度が1〜50重量%である、請求項1に記載のハイ
    ブリッド型人工膵臓。
JP1324743A 1989-12-13 1989-12-13 ハイブリッド型人工膵臟 Expired - Lifetime JP2651516B2 (ja)

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