JP4226050B1 - 体液浄化処理用吸着カラム - Google Patents

Abstract

【課題】 吸着対象物質の飽和吸着量を増大或いは飽和吸着に至るまでの時間を短縮可能で、カラム容量を大幅に低減可能で治療時間の大幅な短縮が可能な体液浄化処理用の吸着カラムを提供する。
【解決手段】 少なくとも低密度リポタンパクを含む吸着対象物質に特異的に結合する官能基６を多孔質担体５の表面に固定してなる体液浄化処理用の吸着カラムであって、多孔質担体５が、３次元網目構造のシリカゲルまたはシリカガラスからなる骨格体７と、骨格体の間隙に形成された水銀圧入法で測定した平均孔径が１μｍ以上４μｍ未満の範囲内の３次元網目状の貫通孔８を有し、且つ、水銀圧入法で測定した平均孔径が吸着対象物質の粒径より大きい細孔９を骨格体の表面に分散して有する２重細孔構造を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、吸着対象物質に特異的に結合する官能基を多孔質担体の表面に固定してなる体液浄化処理用の吸着カラムに関し、特に、血液中のＬＤＬ（低密度リポタンパク）等の病因物質の吸着除去を目的とするアフェレシス治療用の吸着カラムに関する。

アフェレシス治療は、体外循環によって血中から病気の原因となる液性因子（タンパク質やタンパクと結合して血中に存在する抗体やサイトカイン等の免疫関連物質等）や細胞（リンパ球、顆粒球、ウイルス等）を除去し、病態の改善を図る治療法である。

血液中に存在するリポタンパク中のＬＤＬはコレステロールを多く含み、ＬＤＬの血中濃度が上昇する高ＬＤＬ血症が、動脈硬化のリスクを高め心筋梗塞や脳梗塞のリスクを高めることは良く知られている。高ＬＤＬ血症の治療法の一つとして、ＬＤＬアフェレシス治療が実用されているが、治療費が高いことと患者への負担が大きいことから、専ら家族性（遺伝性）高ＬＤＬ血症、閉塞性動脈硬化症、巣状糸球体硬化症等の患者の内の薬物治療が効かない重度の患者にのみ実施されているのが現状である。

ＬＤＬアフェレシス治療は、吸着方式のアフェレシス治療で、吸着対象物質であるＬＤＬに対して親和性を有する官能基を担体の表面に固定してなる吸着カラムに、患者の血液または血漿を灌流させることで、体外循環させた患者の血中からＬＤＬを吸着除去する治療法である。ＬＤＬ吸着カラムとしては、株式会社カネカのリポソーバ（登録商標）（下記の特許文献１、非特許文献１参照）、フレゼニウス社（ドイツ）のＤＡＬＩシステム等（下記の特許文献２参照）がある。これらのＬＤＬ吸着カラムは、多数の細孔を有するビーズ状の多孔質セルロースゲル或いはポリアクリルアミドからなる担体表面に、ＬＤＬに対して親和性を有する官能基（リガンド）としてデキストラン硫酸、ポリアクリル酸等の鎖状多価酸を表面修飾して固定化し、当該表面修飾されたビーズをカラム容器内に充填して構成される。ビーズ径は、直接血液灌流法の場合２５０μｍ程度、血漿灌流法の場合５０μｍ程度である。

特公平４−５１１４３０号公報 谷敍孝、「血液吸着装置の開発」、医器学、Ｖｏｌ．５８、Ｎｏ．６、２６６〜２７３頁、１９８８年 特公平３−２５４７５６号公報 特公平３−３９７３６号公報 特開平７−４１３７４号公報

しかし、現在実用化されている多孔質セルロースゲルビーズ等を担体として使用したＬＤＬ吸着カラムには、以下に示すような問題がある。

第１に、多孔質セルロースゲルビーズがセルロース繊維の絡まった糸鞠状で、ビーズ内の細孔径の分布が０．１〜１μｍと球状のＬＤＬ分子の直径（約２６〜２７μｍ）より４〜４０倍と大きく且つブロードであるため（非特許文献１（４．１担体）参照）、細孔径の拡大とともに細孔容積当たりの表面積が小さくなり、吸着効率が低下する。また、ビーズが糸鞠状のため、細孔径の分布の制御が困難であり、細孔径がＬＤＬ分子の直径程度以下の場合には、細孔表面にはＬＤＬが吸着されず、吸着効率が低下する。

第２に、吸着カラム内に送入された血液或いは血漿は、各ビーズ間の隙間を流路として血流によって流れるが、吸着対象物質であるＬＤＬのビーズ内部の細孔表面への移動は拡散による移動となり、更に、担体がビーズ状でその直径が細孔径に対して大きいので、ＬＤＬはビーズ表面近傍の細孔表面にしか吸着されず、ビーズ表面近傍から深奥部に亘る細孔表面積の全てを有効に利用できない。

第３に、上記第２の問題点を改善するためにビーズ径を小さくすると、各ビーズ状担体間の隙間が狭窄して血流の流路抵抗が高くなって圧力損失が増加し、血流の流量を大きくできない。カラム容器内にビーズ状担体を密に充填した場合を仮定すると、各ビーズ状担体間の隙間の狭窄個所を通過する流路径がビーズ径の１５％程度まで狭くなること、また、当該狭窄個所がビーズ状担体によって４方向から囲まれ、一方向から当該狭窄個所に浸入する流路が対向するビーズ状担体によって大きく屈曲すること等が、圧力損失増加の要因と考えられる。

第４に、多孔質セルロースゲル等のソフトゲルでは、更に圧力損失が高く、高流量で血液或いは血漿を送入した場合、圧密化が起こり一定流量以上では血液或いは血漿を流れなくなる。

第５に、多孔質セルロースゲル等の高分子担体では、微量の添加剤等が含まれているため、血液中のタンパク質の吸着や血液凝固機構の活性化が起こり易くなる。

以上を纏めると、現在実用化されている多孔質セルロースゲルビーズを担体として使用したＬＤＬ吸着カラムには、担体が多孔質セルロースゲルであることに起因する問題（第１、第４及び第５の問題）と、担体がビーズ状であることに起因する問題（第１、第２及び第３の問題）の２タイプの問題がある。

担体が多孔質セルロースゲルであることに起因する第４の問題、即ち、圧力損失が高く、一定流量以上では血液或いは血漿を流れなくなる問題については、担体を無機多孔体で構成する解決法が、上記の特許文献３で提案されている。しかし、特許文献３では、担体として多孔質ガラスビーズ（粒径８０〜１２０メッシュ）とアガロースゲルビーズ（粒径５０〜１００メッシュ）について、圧力と流速の関係を比較し、多孔質ガラスビーズ担体では圧密化が起こらずに、圧力の増加に伴い流速も増大するのに対して、アガロースゲルビーズでは、流速が増加しない点が明らかにされているに過ぎない（特許文献３の図１参照）。ここで、多孔質ガラスビーズ担体のビーズ径は、直接血液灌流法を想定した２５０μｍ程度と大きなものとなっており、各ビーズ状担体間の隙間の狭窄個所を通過する流路径も大きなものとなっている。従って、ビーズ径が圧力損失や流速に与える影響については考慮も評価も一切なされていない。更に、特許文献３では、「担体の形状は粒状、繊維状、膜状、ホロファイバー状等の任意の形状を選ぶことができる。」との記載はあるものの、実際の評価はビーズ状（球状）担体で行われており、担体形状が圧力損失や流速に与える影響については考慮も評価も一切なされていない。

また、特許文献３では、ビーズ状担体を使用したＬＤＬ吸着体としての性能評価が行われているが、現在実用化されているＬＤＬ吸着カラムの使用形態に即した血液或いは血漿を流した状態での動的吸着試験ではなく、球状の吸着体を入れた試験管に血漿を加えて攪拌し、２０℃で１５分間放置後に上澄みのＬＤＬ濃度を測定するという静的吸着試験であるため、ビーズ状担体のビーズ径の影響、つまり、吸着カラム内に血液或いは血漿を通流させた状態での圧力損失の影響は十分に評価されていない。また、動的吸着試験による評価が一切されていないため、ビーズ径や担体形状がＬＤＬ吸着カラムとしての実使用状態での吸着性能に与える影響についての考慮も評価も一切なされていない。

また、上記第１及び第２の問題により、現行のＬＤＬ吸着カラムでは、ＬＤＬの飽和吸着量が約６ｍｇ／ｍＬに止まっており、そのため、カラム容量として非再生型の場合４００〜１０００ｍＬの大きさのカラムが、また、再生型の場合１５０ｍＬ×２本のカラムと複雑な再生システムが必要となる。更に、飽和吸着に至るまでの時間も長いため、治療に要する時間も２〜３時間と長く、患者に与える負担が大きいものである。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、少なくとも低密度リポタンパクを含む吸着対象物質の飽和吸着量を増大或いは飽和吸着に至るまでの時間を短縮可能で、カラム容量を大幅に低減可能で治療時間の大幅な短縮が可能な体液浄化処理用の吸着カラムを提供することにあり、吸着対象物質がＬＤＬの場合には、カラム容量を２００ｍＬ×１本程度に低減でき、治療に要する時間も３０分程度に短縮可能な体液浄化処理用の吸着カラムを提供することにある。

本願発明者等は、現行のＬＤＬ吸着カラムの担体の材質及び形状に改善の余地があることに着目し鋭意検討した結果、吸着対象物質に特異的に結合する官能基を多孔質担体の表面に固定してなる体液浄化処理用の吸着カラムにおいて、従来のようにカラム内にビーズ状の多孔質担体に官能基を固定してなるビーズ状の吸着剤を充填した構成に代えて、多孔質担体として、３次元網目構造のシリカゲルまたはシリカガラスからなる無機質の骨格体と、前記骨格体の間隙に形成された３次元網目状の貫通孔を有し、且つ、前記骨格体に貫通孔より小径の細孔が分散して形成されている一体型の多孔質担体を用い、貫通孔及び細孔の平均孔径を最適化することで、従来の吸着カラムの問題点を解決でき、大幅な性能向上が実現できることを見出した。

即ち、上記目的を達成するための本発明に係る体液浄化処理用の吸着カラムは、少なくとも低密度リポタンパクを含む吸着対象物質に特異的に結合する官能基を多孔質担体の表面に固定してなる体液浄化処理用の吸着カラムであって、前記多孔質担体が、３次元網目構造のシリカゲルまたはシリカガラスからなる骨格体と、前記骨格体の間隙に形成された水銀圧入法で測定した平均孔径が１μｍ以上４μｍ未満の範囲内の３次元網目状の貫通孔を有し、且つ、水銀圧入法で測定した平均孔径が前記体液浄化処理における前記吸着対象物質の最大長より大きく、前記骨格体の表面から内部まで貫通する細孔を分散して有していることを第１の特徴とする。ここで、多孔質担体の表面は、多孔質担体の貫通孔及び細孔の各内壁面に相当するものであり、また、骨格体の表面は貫通孔の内壁面と同意である。

更に、本発明に係る体液浄化処理用の吸着カラムは、上記第１の特徴に加え、前記細孔の水銀圧入法で測定した平均孔径が、前記吸着対象物質の最大長より２倍以上大きいことを第２の特徴とする。

更に、本発明に係る体液浄化処理用の吸着カラムは、上記第１の特徴に加え、前記細孔の水銀圧入法で測定した平均孔径が、２７ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることを第３の特徴とする。

更に、本発明に係る体液浄化処理用の吸着カラムは、上記何れかの特徴に加え、前記官能基が、低密度リポタンパクに特異的に結合する親和性を有するデキストラン硫酸またはその塩、ポリアクリル酸またはその塩、或いは、その他の鎖状多価酸またはその塩であることを第４の特徴とする。

更に、本発明に係る体液浄化処理用の吸着カラムは、上記何れかの特徴に加え、前記多孔質担体が、スピノーダル分解ゾルゲル法で合成されていることを第５の特徴とする。

更に、本発明に係る体液浄化処理用の吸着カラムは、上記第１乃至第５の何れかの特徴に加え、前記多孔質担体が、柱状に成形され、両端面の夫々の少なくとも一部に開口部を有する筒状容器に、前記多孔質担体の柱状側面が前記筒状容器の内壁面に密着して収容され、前記筒状容器の一方の端面の前記開口部と他方の端面の前記開口部の間が、前記多孔質担体の前記貫通孔を介して連通していることを第６の特徴とする。

更に、本発明に係る体液浄化処理用の吸着カラムは、上記第１乃至第５の何れかの特徴に加え、前記多孔質担体が、筒状に成形され、両端面の夫々の少なくとも一部に開口部と有する筒状容器に、前記多孔質担体の筒状外側面の少なくとも一部が前記筒状容器の内壁面から離間して収容され、前記筒状容器の一方の端面の前記開口部が、筒状の前記多孔質担体の外側部と内側部の両方と連通し、前記筒状容器の他方の端面の前記開口部が、筒状の前記多孔質担体の外側部と内側部の何れか一方と連通していることを第７の特徴とする。

上記第１の特徴の体液浄化処理用の吸着カラムによれば、多孔質担体として無機質のシリカゲルまたはシリカガラスを使用しているので、従来の吸着カラムにおける多孔質担体が高分子やソフトゲルであることに起因する問題と、多孔質担体がビーズ状であることに起因する問題が同時に解消される。

具体的には、３次元網目構造の骨格体と骨格体外に形成された３次元網目状の貫通孔を有する一体型の多孔質担体を用いることで、体液浄化処理の対象となる体液（例えば、血漿）の通流路となる貫通孔が３次元網目状に連通することから、貫通孔径が、ビーズ状担体をカラム容器内に密に充填した場合の各ビーズ状担体間の隙間の狭窄個所を通過する流路径と同じであっても、流路抵抗を低く抑制でき、圧力損失をビーズ状担体と比較して低く抑えることができる。また、ビーズ状担体も３次元網目構造の骨格体も、吸着対象物質の細孔内の移動が拡散による移動であり、各担体の表面近傍の細孔に固定されている官能基が専ら有効に機能するものと仮定すれば、担体の立体形状は、単位容積当たりの表面積が大きい３次元網目構造の方が、表面積の小さいビーズ状（球状）より、官能基が有効に機能する細孔表面積を大きくできることになる。従って、同じ流路径では、３次元網目構造の方がビーズ状担体より、圧力損失が低く、有効な細孔面積も大きくなる。つまり、３次元網目構造の方がビーズ状担体より、更に、流路径を小さくして、有効な細孔面積を更に拡大することが可能となる。

ここで、後述するＬＤＬを吸着対象物質とする動的吸着性能の評価結果より、貫通孔の平均孔径が１μｍ未満になると、圧力損失が高くなり過ぎて体液の通流が阻害されるため、体液浄化処理の効率、つまり、ＬＤＬの吸着性能が低下し、逆に、４μｍ以上となると、有効な細孔面積も減少することから体液浄化処理の効率、つまり、ＬＤＬの吸着性能が低下することが判明した。従って、貫通孔の平均孔径が１μｍ以上４μｍ未満の範囲内であれば、少なくともＬＤＬに対し、吸着カラムに処理対象の体液を通流させた状態での動的吸着性能を従来の吸着カラムの５倍程度以上の大幅な向上が図れる。

更に、骨格体に分散して形成される細孔の平均孔径が、吸着対象物質の最大長より大きく設定されることで、骨格体の貫通孔に向けて露出した表面（貫通孔表面）と、骨格体の細孔に向けて露出した表面（細孔表面）の２種類の表面に固定された官能基を吸着対象物質の吸着に供することが可能となる。つまり、細孔径が吸着対象物質の最大長（吸着対象物質が球形、楕円球形或いは円板形であれば、その直径または最大径、吸着対象物質がＬＤＬの場合に相当する）より小さければ、吸着対象物質は細孔内に移動不能または極めて困難となり、吸着対象物質の吸着は専ら貫通孔表面に固定された官能基によることになる。これに対して、細孔径が吸着対象物質の最大長より大きければ、吸着対象物質は少なくとも１つが細孔内に移動して、細孔表面に固定された官能基に吸着可能となり、吸着に供せられる有効な骨格体の表面積が増大する。但し、細孔径が貫通孔径と同程度まで大きくなると、もはや細孔ではなく貫通孔と同等視され、細孔が骨格体の表面に分散しているという条件に該当しなくなる。従って、本発明で使用する３次元網目構造の多孔質担体の特徴は、３次元網目状の貫通孔と、それより孔径の小さい細孔の２種類の孔径による階層的な多孔質構造となっている点である。つまり、斯かる多孔質構造の特徴を利用することで、従来のビーズ状多孔体を用いた吸着カラムに対して大幅な性能向上の図れる条件設定が可能となるのである。

更に、ビーズ状担体をカラム容器内に密に充填した場合の流路径と貫通孔径が同じ場合では、３次元網目構造の骨格体の方がビーズ状担体より径を小さく作製できるため、細孔の担体表面から内部に向けて延伸する延伸長は、ビーズ状担体より３次元網目構造の骨格体の方が短く、吸着対象物質の細孔内への拡散による移動距離が短くなるので、細孔内の官能基への吸着効率が向上する。つまり、ビーズ状担体を用いた従来の吸着カラムと比較して飽和吸着に至るまでの時間も短縮され、短時間で高性能の吸着カラムを最大限に利用可能となり、治療に要する時間が短縮され、患者に与える負担を大幅に軽減できる。

また、上記第２の特徴の体液浄化処理用の吸着カラムによれば、骨格体の表面に分散して形成される細孔の平均孔径が、吸着対象物質の最大長より２倍以上大きく設定されることで、細孔表面に固定された官能基をより効率的に吸着対象物質の吸着に供することが可能となる。つまり、細孔径が吸着対象物質の最大長より２倍以上大きいと、細孔表面に固定された官能基に吸着した吸着対象物質によって、他の吸着対象物質が同じ細孔内に移動して他の官能基に吸着されるのが阻害されにくくなるため、細孔径が大きい程、吸着に有効に利用される細孔の深さ（骨格体表面からの距離）が大きくなり、細孔内に移動して吸着される吸着対象物質が増える。しかし、細孔の平均孔径が大きいと、骨格体の単位表面積当たりの細孔数が減少するため、細孔径をある一定範囲を超えて大きくしても、吸着性能は増加しない。尚、当該一定範囲の上限は、貫通孔径及び吸着対象物質の大きさに依存するため一意には定まらないが、後述する実施例の測定結果より吸着対象物質の最大長の６〜１０倍程度と考えられる。但し、細孔径は、吸着性能が大幅に低下しない限り当該一定範囲を超えて大きくすることは可能である。

更に、上記第３及び第４の特徴の体液浄化処理用の吸着カラムによれば、吸着対象物質がＬＤＬ（直径が約２６〜２７ｎｍ）の場合において良好な吸着性能が得られる。

更に、上記第５の特徴の体液浄化処理用の吸着カラムによれば、スピノーダル分解ゾルゲル法を用いることで、貫通孔径及び細孔径の制御性が向上するため、貫通孔径及び細孔径を適正範囲に調整した高性能な吸着カラムを提供可能となる。

更に、上記第６の特徴の体液浄化処理用の吸着カラムによれば、吸着対象物質を含む体液として血液から血球成分を分離した後の血漿を使用する場合に適した吸着カラムを提供可能となる。

更に、上記第７の特徴の体液浄化処理用の吸着カラムによれば、吸着対象物質を含む体液として血液を使用する場合に適した吸着カラムを提供可能となる。この場合、貫通孔の平均孔径が１μｍ以上４μｍ未満の範囲内であるので、筒状容器の他方の端面の開口部から多孔質担体の外側部と内側部の何れか一方（入口側）に供給された血液中の赤血球（ヒトの赤血球の直径は約８μｍ）や白血球（ヒトの白血球の直径は約７〜２５μｍ）等の貫通孔径より大きな血球は、多孔質担体を通過せずに、そのまま筒状容器の一方の端面の開口部へと搬送され、貫通孔径より大きな血球を除く血漿成分（一部の小径の血小板を含む）は、多孔質担体の一方（入口側）から他方（出口側）へと通過する途中で、血漿中の吸着対象物質が多孔質担体に固定された官能基に吸着され、多孔質担体の出口側から筒状容器の一方の端面の開口部へと搬送され、血球を含む血液と合流して排出可能な構成となるため、血液から血球成分を分離することなく、吸着対象物質を吸着除去する体液浄化処理が可能となる。

本発明に係る体液浄化処理用の吸着カラム（以下、適宜「本発明装置」という。）の実施の形態につき、図面に基づいて説明する。

〈第１実施形態〉
本発明装置１０は、図１に示すように、円柱状の吸着体１が円筒容器２に収容されて構成されている。円筒容器２の各端面には、夫々開口部３，４が形成され、一方の開口部３が処理対象となる体液（本実施形態では、血漿を想定）の送入口となり、他方の開口部４が処理後の体液の排出口となる。

本発明装置１０の主要な構成部品である吸着体１は、図２に模式的に示すように、円柱状に成形された無機系の多孔質担体５の表面に吸着対象物質に特異的に結合する官能基６を表面修飾して固定化したものである。本実施形態では、吸着対象物質として血液中のＬＤＬを想定しており、官能基６として、ＬＤＬに対して親和性を有するデキストラン硫酸またはその塩、ポリアクリル酸またはその塩、或いは、その他の鎖状多価酸またはその塩を使用する。

吸着体１を構成する無機系の多孔質担体５は、図３に模式的に示すように、３次元網目状の一体構造の骨格体７と、骨格体７の間隙に形成された平均孔径が１μｍ以上４μｍ未満の範囲内の３次元網目状の貫通孔８を有してなり、更に、骨格体７の表面には、平均孔径が吸着対象物質であるＬＤＬの直径（最大長に相当）の２６〜２７ｎｍ以上の２７ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲の細孔９が分散して形成されている。従って、本発明装置１０で使用する多孔質担体５は、平均孔径の異なる２種類の細孔（貫通孔８と細孔９）からなる２重細孔構造となっている。図４に、本発明装置１０で使用する多孔質担体５のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真の一例を示す。

次に、多孔質担体５の表面に官能基６としてデキストラン硫酸を固定化した吸着体１の作製方法について説明する。先ず、多孔質担体５の合成方法について説明する。尚、本実施形態で使用する多孔質担体５の合成方法は、上記特許文献４の「無機系多孔質体の製造方法」に開示されている原理に基づくスピノーダル分解ゾルゲル法を使用するものである。

先ず、１Ｍ（体積モル濃度）硝酸水溶液９ｍｌに対してポリエチレングリコール（分子量１０００００）を０．９ｇから１．１ｇの範囲で溶かし、テトラエトキシシランを７ｍｌ加え、均一になるまで攪拌し、４０℃の恒温槽で一晩放置してゲル化させる（工程１）。その後、得られたゲルを１Ｍアンモニア水に浸し、９０℃の下で３日間反応させる（工程２）。その後、ゲルを乾燥させ、加熱することでシリカゲルまたはシリカガラスからなる多孔質担体が得られる（工程３）。尚、この条件下で多孔質担体を製造した場合、当該多孔質担体が有する貫通孔の平均孔径は水銀圧入法により測定すると１μｍ〜５μｍ程度である。また、細孔の平均孔径は水銀圧入法により測定すると約４５ｎｍである。

より具体的には、上記工程１におけるポリエチレングリコールの添加量を夫々１．１ｇとした場合、１．０ｇとした場合、０．９ｇとした場合において、他を同条件として多孔質担体５を製造すると、各多孔質担体が備える貫通孔の平均孔径は、夫々１μｍ、３μｍ、５μｍとなる。これにより、硝酸水溶液に添加するポリエチレングリコールの添加量を調整することで、貫通孔の平均孔径を調整することができる。

また、上記工程２における処理温度を約４０℃〜２５０℃の範囲で調整することで、細孔の平均孔径（水銀圧入法により測定）は約１０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で変化する。従って、上記工程２における処理温度の調整によって、細孔の平均孔径を最適範囲に設定することができる。

上記の方法は、金属の有機及び無機化合物の溶液を混合して、アルコキシドの加水分解反応と脱水縮合反応によりゲル化を進行させ、斯かるゲルを乾燥・加熱することで酸化物固体を作成するゾル−ゲル法を利用している。更に、ゾル−ゲル法の出発溶液に有機高分子を混合することで、ゲル化の進行に伴って生成したシリカ重合体と有機高分子を含む溶媒とのスピノーダル分解により形成された分相構造がゲル化により固定されてμｍオーダーの細孔を有する多孔質ゲルが形成される特徴を利用したものである。即ち、上記方法によれば、ゾル−ゲル法を用いるとともにスピノーダル分解を生じさせることで、多孔質担体を製造することができる（スピノーダル分解ゾル−ゲル法）。

尚、上記工程１〜工程３を経て作製された多孔質担体の貫通孔と細孔を合わせた総空隙率（水銀圧入法により測定）は約５０％〜７０％の範囲内であり、従来のＬＤＬ吸着カラムである株式会社カネカのリポソーバ（型番ＬＡ−１５）の空隙率（約４０％）と比較して１．５倍程度大きい。

次に、上記工程１〜工程３を経て作製された多孔質担体の表面に官能基としてＬＤＬに対して親和性を有するデキストラン硫酸ナトリウムを表面修飾して固定化する方法について説明する。

先ず、上記工程１〜工程３を経て作製された多孔質担体を、γ‐アミノプロピルトリエトキシランの１０％トルエン溶液中で３時間還流し、エタノールで洗浄し、γ‐アミノプロピル化した多孔質担体を得る（工程４）。上記条件下での、有機微量元素分析法によるγ‐アミノプロピル基の固定化量は、０．３ｍｍｏｌ／ｍＬである。

次に、上記工程４を経て得られたγ‐アミノプロピル化多孔質担体の５ｍＬに対して、デキストラン硫酸ナトリウム５００ｍｇを溶かした１／３００Ｍリン酸緩衝水溶液１０ｍＬ（ｐＨ７．０）を作製し、当該水溶液にγ‐アミノプロピル化多孔質担体を浸し、６０℃で３日間振蕩する（工程５）。反応後、該多孔質担体を１％ＮａＢＨ_４水溶液に１５分間浸し、その後、純水と生理食塩水の夫々で順次（記載順で）洗浄し、多孔質担体の表面にデキストラン硫酸ナトリウムを固定化した吸着体を得る（工程６）。上記条件下での、蛍光エックス線回折法によるデキストラン硫酸ナトリウムの固定化量は、１０ｍｇ／ｍＬである。

次に、上記工程１〜工程６を経て作製された吸着体と、従来のＬＤＬ吸着カラムである株式会社カネカのリポソーバ（型番ＬＡ−１５）のビーズ状吸着体とのＬＤＬ吸着性能を比較評価する動的試験方法について説明する。以下の説明では、上記工程１〜工程６を経て作製された吸着体を、従来のビーズ状吸着体と区別するために、適宜「本発明吸着体」と称す。尚、リポソーバ（型番ＬＡ−１５）のビーズ状吸着体の官能基は、本発明装置の吸着体の官能基と同じデキストラン硫酸である。

先ず、貫通孔及び細孔の各平均孔径の異なる複数の本発明吸着体のサンプル、及び、リポソーバ（型番ＬＡ−１５）のビーズ状吸着体の夫々１ｍＬを、ガラス製の小型カラム容器に充填した試験用カラムを準備する。各試験用カラムに純水及び生理食塩水各１０ｍＬを流量０．５ｍＬ／分で順次通液して、各試験用カラムを洗浄した後、新鮮人血漿５ｍＬを所定の流速で通液し、各試験用カラムについて、平均流速（ｍＬ／分）、流出時間（分）、流出液量（ｍＬ）、通液前後の血漿中の総コレステロール濃度（ｍｇ／ｄＬ）、通液前後の血漿中のＨＤＬ（高密度リポタンパク）コレステロール濃度（ｍｇ／ｄＬ）、通液前後の血漿中のトリグリセリド濃度（ｍｇ／ｄＬ）、通液前後の血漿中のＬＤＬ濃度（ｍｇ／ｄＬ）を計測し、各試験用カラムにおける総コレステロール、ＨＤＬ、トリグリセリド及びＬＤＬコレステロールの吸着体１ｍＬ当たりの吸着容量Ａ（ｍｇ／ｍＬ）を下記の数１に示す計算式により算出した。数１中のＣｉ及びＣｏは通液前後の濃度（ｍｇ／ｄＬ）を、Ｖは流出液量（ｍＬ）を夫々示している。

［数１］
Ａ＝（５×Ｃｉ−Ｖ×Ｃｏ）／１００

図５の一覧表に、各試験用カラム（試料番号Ｓ１〜Ｓ４、Ｒ１、Ｒ２）の平均流速（ｍＬ／分）、流出時間（分）、流出液量（ｍＬ）、通液前後の血漿中の総コレステロール濃度（ｍｇ／ｄＬ）、吸着体１ｍＬ当たりの総コレステロール吸着容量Ａ（ｍｇ／ｍＬ）を纏めて示す。尚、試料番号Ｓ１〜Ｓ４は、本発明吸着体を充填した試験用カラム（以下、適宜「本発明試料」と称す）であり、夫々の貫通孔及び細孔の各平均孔径も合わせて表示している。試料番号Ｒ１及びＲ２は、リポソーバ（型番ＬＡ−１５）のビーズ状吸着体を充填した試験用カラム（以下、適宜「比較用試料」と称す）である。尚、本発明試料Ｓ１〜Ｓ４の貫通孔及び細孔の各平均孔径は後述する適正範囲内にある。

図６に、各試験用カラム（試料番号Ｓ１〜Ｓ４、Ｒ１、Ｒ２）の総コレステロール吸着容量Ａ（ｍｇ／ｍＬ）のグラフを示す。尚、グラフ中括弧内の数値は流出時間（分）を示し、吸着に要した処理時間を表している。

図６より明らかなように、本発明試料の場合、流速を上げて流出時間（処理時間）を短くしても、総コレステロールの吸着性能は低下せず、比較用試料と比べて勝っている。特に、本発明試料Ｓ１，Ｓ２と比較用試料Ｒ１とを比べると、総コレステロールの吸着量は約５倍である。この結果、本発明装置では、吸着対象物質がＬＤＬの場合に、カラム容量を２００ｍＬ×１本程度に低減できることになる。

また、図５に示す試験結果において、図７に示す試験結果より、本発明試料では、総コレステロール吸着容量は飽和状態に至っていることが確認できたが、比較用試料では、流通時間が５分及び２５分経過後も飽和状態に至っていないことが確認できている。図７に示す確認試験では、本発明試料の別サンプルに新鮮人血漿を本発明試料Ｓ１、Ｓ２と同じ条件（平均流速１ｍＬ／分）で通液し、溶出血漿を１分毎に１ｍＬずつ採取し、総コレステロール吸着容量を上記数１の算出式により求め、比較用試料の別サンプルに新鮮人血漿を比較用試料Ｒ１と同じ条件（平均流速１ｍＬ／分）で通液し、溶出血漿を２分毎に２ｍＬずつ採取し、総コレステロール吸着容量を上記数１の算出式により求めた。図７に示すように、本発明試料では４分経過後には飽和状態に達しているのに対して、比較用試料では、１０分経過後も飽和状態に達していない。

図５及び図７に示す試験結果より、本発明試料においては、平均流速が早い程、飽和吸着量が低下する傾向にあることが明らかとなった。平均流速と飽和吸着量の間の当該関係については、その理由は不明であるが、本発明試料では、平均流速を上げることで、短い流出時間で、比較用試料より十分大きい吸着量で、飽和吸着量に至る吸着性能を発揮できることを示している。つまり、吸着カラム当たりの飽和吸着量が低下しても、平均流速を上げることで短時間での体液浄化処理が可能となるため、患者に与える負担を大幅に軽減できる。

また、発明が解決しようとする課題の説明において、現行のＬＤＬ吸着カラムでは、ＬＤＬの飽和吸着量が約６ｍｇ／ｍＬに止まっていると指摘したが、図５に示す試験結果では、本発明試料の飽和吸着量と比較用試料の吸着量の何れも、ＬＤＬ吸着量に換算して約６ｍｇ／ｍＬの飽和吸着量に至っていないが、これは、上記動的試験方法の平均流速が速いためと考えられる。比較用試料の吸着量が飽和吸着量に至る程度の遅い平均流速であれば、本発明試料の飽和吸着量は、十分に約６ｍｇ／ｍＬを上回る飽和吸着量が得られることは、図５及び図６の試験結果より容易に推測できる。

次に、本発明試料の吸着選択性についての試験結果を、試料番号Ｓ２（貫通孔径２μｍ、細孔径１３０ｎｍ）の各脂質（総コレステロール、ＨＤＬ、トリグリセリド及びＬＤＬ）の吸着前後の濃度（ｍｇ／ｄＬ）とその前後比（％）を図８の表及び図９のグラフに示す。図８及び図９より、アポリポタンパクＢを含有するＬＤＬを選択的に吸着し、アポリポタンパクＡを含有するＨＤＬを吸着していないことが分かる。また、ＬＤＬの吸着に従いＬＤＬと結合しているトリグリセリドも減少している。この結果、図５及び図６の試験結果の総コレステロール吸着性能により、ＬＤＬに対する吸着性能を評価することができる。

次に、本発明試料のＬＤＬに対する吸着性能の貫通孔及び細孔の各平均孔径に対する依存性について説明する。当該依存性の評価実験のために、上記工程１〜工程６を経て貫通孔及び細孔の各平均孔径の異なる複数の吸着体のサンプルの夫々１ｍＬを、ガラス製の小型カラム容器に充填した試験用カラムを準備する。ここで、貫通孔及び細孔の各平均孔径としては、後述する本発明装置としての適正範囲外のものも含めた試料を準備した。

本発明試料のＬＤＬに対する吸着性能の貫通孔の平均孔径に対する依存性についての評価試験は、各試験用カラムに新鮮人血漿５ｍＬを流速０．５ｍＬ／分で１回通液し、流出液のＬＤＬ濃度を分析して行った。図１０に、細孔の平均孔径６０ｎｍに対して貫通孔の平均孔径を１μｍ〜２０μｍの範囲で変化させた各試験用カラムの、吸着前後のＬＤＬ濃度から上記数１の計算式により算出したＬＤＬ吸着量（ｍｇ）を貫通孔の平均孔径（μｍ）に対してプロットしたＬＤＬ吸着量（飽和吸着量）の貫通孔径特性を示す。図１０に示すように、貫通孔の平均孔径が１μｍ、２μｍ、３μｍ、４μｍ、８．５μｍ、１０μｍ、２０μｍの夫々に対して、ＬＤＬ吸着量は４．９ｍｇ、４．７ｍｇ、２．７ｍｇ、０．８ｍｇ、０．３ｍｇ、０．４ｍｇ、０．４ｍｇであった。

図１０より、貫通孔の平均孔径としては、１μｍ以上４μｍ未満の範囲が好ましいことが分かる。貫通孔の平均孔径が１μｍ未満では、試料自体の作製が困難であるため、評価実験による確認は行われていないが、本発明吸着体の圧力損失が高くなり過ぎて血漿の所望の流速での通液が阻害されるため、ＬＤＬ吸着処理の効率が低下するものと考えられ、逆に、４μｍ以上となると、ＬＤＬ吸着量が１ｍｇより低下し、有効な多孔質担体の表面積が減少することからＬＤＬ吸着処理の効率が低下するものと考えられる。

次に、本発明試料のＬＤＬに対する吸着性能の細孔の平均孔径に対する依存性についての評価試験は、各試験用カラムに新鮮人血漿２ｍＬを流速０．５ｍＬ／分で１回通液し、流出液のＬＤＬ濃度を分析して行った。図１１に、貫通孔の平均孔径２μｍに対して細孔の平均孔径を２０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で変化させた各試験用カラムの、吸着前後のＬＤＬ濃度から上記数１の計算式により算出したＬＤＬ吸着量（ｍｇ）を細孔の平均孔径（ｎｍ）に対してプロットしたＬＤＬ吸着量（飽和吸着量）の細孔径特性を示す。図１１に示すように、細孔の平均孔径が２０ｎｍ、４５ｎｍ、６０ｎｍ、１００ｎｍ、１３０ｎｍ、２００ｎｍの夫々に対して、ＬＤＬ吸着量は１．２ｍｇ、２．９ｍｇ、４．７ｍｇ、４．３ｍｇ、４．２ｍｇ、１．５ｍｇであった。

図１１より、細孔の平均孔径としては、２０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で、ＬＤＬ吸着量が１ｍｇ以上で、更に、約４５ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲で、ＬＤＬ吸着量が３ｍｇ以上とより良好な結果が得られる。従って、細孔の平均孔径の下限値としては、吸着対象物質であるＬＤＬの直径（２６〜２７ｎｍ）以上が好ましくは、更には、ＬＤＬの直径の約２倍（約５０ｎｍ）以上がより好ましい。また、細孔の平均孔径の上限値は、２００ｎｍ以下が好ましく、更には、１５０ｎｍ以下がより好ましい。

〈第２実施形態〉
本発明装置の第２実施形態について説明する。図１２に示すように、第２実施形態の本発明装置２０は、円筒状の吸着体１１が円筒容器１２に収容されて構成されている。円筒容器１２の各端面には、夫々開口部１３，１４が形成され、一方の開口部１３が処理対象となる体液（本実施形態では、血液を想定）の送入口となり、他方の開口部１４が処理後の体液の排出口となる。

図１２に示すように、吸着体１１の筒状外側面１１ａが円筒容器１２の内壁面から離間して、その間に吸着体１１を通過した体液（ここでは、血漿を想定）の通流路１５が形成されている。また、吸着体１１の筒状内側の空間は、吸着体１１を通過しない体液（血液）の通流路１６となる。開口部１３は、通流路１６に連通し、開口部１４は通流路１５と通流路１６の両方に連通している。

本発明装置２０の主要な構成部品である吸着体１１は、外形は円筒状に加工されているが、平均孔径の異なる２種類の細孔（貫通孔と細孔）からなる２重細孔構造を有する一体構造の多孔質担体の表面に、ＬＤＬに対して親和性を有するデキストラン硫酸等の官能基を固定化したもので、第１実施形態の吸着体１と同じである。また、多孔質担体の貫通孔と細孔の各平均孔径も、第１実施形態の多孔質担体５の場合と同じである。従って、吸着体及び多孔質担体の作製方法及びそれらの吸着性能は、第１実施形態と同じであるので、重複する説明は省略する。

図１２に示す構造の本発明装置２０では、血漿以外に粒径の大きな赤血球や白血球等の血球成分を含む血漿と血球を分離する前の血液を、そのまま開口部１３から送入する。本実施形態では、貫通孔の平均孔径は１μｍ以上４μｍ未満の範囲に調整されているので、粒径の大きな赤血球や白血球等は、吸着体１１を通過することなく、開口部１４から排出される。粒径の大きな赤血球や白血球等が吸着体１１の内側で分離された後の吸着対象物質であるＬＤＬ等を含む血漿が、吸着体１１を内側から外側へ通過し、吸着体１１内で吸着対象物質が吸着された後の血漿が、通流路１５を介して開口部１４から排出される。つまり、吸着体１１の内側で分離された粒径の大きな赤血球や白血球等の血球成分と、吸着対象物質が吸着された後の血漿が、開口部１４で合流して本発明装置２０の外側へ排出される。本発明装置２０によれば、開口部１４から排出された血液を、開口部１３側へ還流して循環させることで、吸着体１１内を通過せずに排出された血漿中の吸着対象物質が、徐々に吸着体１１で吸着される。

従って、第２実施形態の本発明装置２０では、多孔質担体の貫通孔の平均孔径は１μｍ以上４μｍ未満の範囲に調整されているにも拘わらず、処理対象の血液から血球成分を分離することなく、吸着対象物質を吸着除去することが可能となる。

以下に、本発明装置の別実施形態につき説明する。

上記第１実施形態では、吸着体１及び円筒容器２の断面形状として円形及び円環形を想定したが、該断面形状は円形及び円環形に限定されるものではない。また、上記第２実施形態では、吸着体１１及び円筒容器１２の断面形状として円環形を想定したが、該断面形状は円環形に限定されるものではない。

また、上記第２実施形態では、開口部（送入口）１３が通流路１６に連通し、開口部（排出口）１４が通流路１５と通流路１６の両方に連通している場合を図１２に例示したが、開口部（送入口）１３が通流路１５に連通し、開口部１３から送入された血液が、吸着体１１の外側の通流路１５に供給され、そこで粒径の大きな赤血球や白血球等が分離された後の吸着対象物質であるＬＤＬ等を含む血漿が、吸着体１１を外側から内側へ通過し、吸着体１１内で吸着対象物質が吸着された後の血漿が、通流路１６を介して開口部１４から排出される構造としても良い。

本発明に係る体液浄化処理用吸着カラムは、血液中のＬＤＬ等の病因物質の吸着除去を目的とするアフェレシス治療用の吸着カラムに利用可能である。

本発明に係る体液浄化処理用吸着カラムの第１実施形態における概略の構成を模式的に示す構成図 本発明に係る体液浄化処理用吸着カラムの吸着体の構造を模式的に示す要部断面図 本発明に係る体液浄化処理用吸着カラムの吸着体を構成する多孔質担体の構造を模式的に示す要部断面図 本発明に係る体液浄化処理用吸着カラムの吸着体を構成する多孔質担体のＳＥＭ写真 本発明に係る体液浄化処理用吸着カラムの吸着体を充填した試験用カラムとリポソーバ（型番ＬＡ−１５）のビーズ状吸着体を充填した試験用カラムの吸着性能を比較評価した結果を纏めた一覧表 本発明に係る体液浄化処理用吸着カラムの吸着体を充填した試験用カラムとリポソーバ（型番ＬＡ−１５）のビーズ状吸着体を充填した試験用カラムの総コレステロール吸着性能を比較評価した結果を示す図 本発明に係る体液浄化処理用吸着カラムの吸着体を充填した試験用カラムとリポソーバ（型番ＬＡ−１５）のビーズ状吸着体を充填した試験用カラムの総コレステロール吸着量の時間変化を比較評価した結果を示す図 本発明に係る体液浄化処理用吸着カラムの吸着体を充填した試験用カラムの吸着選択性を示す表 本発明に係る体液浄化処理用吸着カラムの吸着体を充填した試験用カラムの吸着選択性を示す図 本発明に係る体液浄化処理用吸着カラムの吸着体を充填した試験用カラムのＬＤＬ吸着性能の貫通孔の平均孔径に対する依存性を示す図 本発明に係る体液浄化処理用吸着カラムの吸着体を充填した試験用カラムのＬＤＬ吸着性能の細孔の平均孔径に対する依存性を示す図 本発明に係る体液浄化処理用吸着カラムの第２実施形態における概略の構成を模式的に示す構成図

符号の説明

１： 吸着体
２： 円筒容器
３： 開口部（送入口）
４： 開口部（排出口）
５： 多孔質担体
６： 官能基
７： 骨格体
８： 貫通孔
９： 細孔
１０： 本発明に係る体液浄化処理用吸着カラム
１１： 吸着体
１１ａ： 吸着体の筒状外側面
１２： 円筒容器
１３： 開口部（送入口）
１４： 開口部（排出口）
１５： 通流路（吸着体の外側）
１７： 通流路（吸着体の内側）
２０： 本発明に係る体液浄化処理用吸着カラム

Claims (7)

1. 少なくとも低密度リポタンパクを含む吸着対象物質に特異的に結合する官能基を多孔質担体の表面に固定してなる体液浄化処理用の吸着カラムであって、
   前記多孔質担体が、３次元網目構造のシリカゲルまたはシリカガラスからなる骨格体と、前記骨格体の間隙に形成された水銀圧入法で測定した平均孔径が１μｍ以上４μｍ未満の範囲内の３次元網目状の貫通孔を有し、且つ、水銀圧入法で測定した平均孔径が前記体液浄化処理における前記吸着対象物質の最大長より大きく、前記骨格体の表面から内部まで貫通する細孔を分散して有していることを特徴とする体液浄化処理用吸着カラム。
2. 前記細孔の水銀圧入法で測定した平均孔径が、前記吸着対象物質の最大長より２倍以上大きいことを特徴とする請求項１に記載の体液浄化処理用吸着カラム。
3. 前記細孔の水銀圧入法で測定した平均孔径が、２７ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の体液浄化処理用吸着カラム。
4. 前記官能基が、低密度リポタンパクに特異的に結合する親和性を有するデキストラン硫酸またはその塩、ポリアクリル酸またはその塩、或いは、その他の鎖状多価酸またはその塩であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の体液浄化処理用吸着カラム。
5. 前記多孔質担体が、スピノーダル分解ゾルゲル法で合成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の体液浄化処理用吸着カラム。
6. 前記多孔質担体が、柱状に成形され、両端面の夫々の少なくとも一部に開口部を有する筒状容器に、前記多孔質担体の柱状側面が前記筒状容器の内壁面に密着して収容され、
   前記筒状容器の一方の端面の前記開口部と他方の端面の前記開口部の間が、前記多孔質担体の前記貫通孔を介して連通していることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の体液浄化処理用吸着カラム。
7. 前記多孔質担体が、筒状に成形され、両端面の夫々の少なくとも一部に開口部を有する筒状容器に、前記多孔質担体の筒状外側面の少なくとも一部が前記筒状容器の内壁面から離間して収容され、
   前記筒状容器の一方の端面の前記開口部が、筒状の前記多孔質担体の外側部と内側部の両方と連通し、
   前記筒状容器の他方の端面の前記開口部が、筒状の前記多孔質担体の外側部と内側部の何れか一方と連通していることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の体液浄化処理用吸着カラム。