JP4810720B2

JP4810720B2 - 選択除去膜およびそれを用いた血液処理器

Info

Publication number: JP4810720B2
Application number: JP2000181036A
Authority: JP
Inventors: 良忠酒井; 朋子倉地; 博之菅谷
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2000-06-16
Filing date: 2000-06-16
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2020-06-16
Also published as: JP2002001073A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、選択除去膜に関するものであり、特に、血漿分離膜または人工腎臓としての性能を有しかつカチオン性物質を選択的に除去できる膜に関するものである。透析用、濾過用、またはこれらの両用途を兼ねた用途で食品工業、製薬工業及び人工腎臓等の医療分野で用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
特定の物質を除去する方法として吸着を利用して除去する方法、特定の孔を有する膜を用いて孔よりも小さい物質を濾過もしくは透析によって除去する方法があり、血液中のエンドトキシンを吸着する血液浄化器や血液透析器などがある。吸着においては、膜にイオン性基を導入し、電気的な相互作用によって吸着させることが知られている。しかし、イオン性基３ｍｏｌ％以上の膜においては、血液中の成分を吸着させる場合、イオン性基が多量に存在するために、臨床にて使用した場合にアナフィラキシーショックなどの副作用が発生することがあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる従来技術の課題を解決しようとするものであり、カチオン性の物質を安全に選択除去できる膜およびそれを用いた血液処理器を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは，鋭意研究を進めた結果、特定量のアニオン性を持つ物質を導入することにより、カチオン性の物質の選択除去を可能にする膜を見出し、本発明をなすに至った。すなわち本発明は以下の構成を有する選択除去膜およびそれを用いた血液処理器である。
「（１）アニオン性基含有成分を化学結合で導入したポリメチルメタクリレートを膜素材とし、膜中に該アニオン性基が０．１ｍｏｌ％以上、３ｍｏｌ％未満含まれ、牛血液のアルブミンの篩い係数が０．１〜２％で、かつ、１％アルブミン溶液を被処理液として用いた場合の篩い係数が、１〜１２％であり、分子量７万以下のカチオン性物質を選択的に除去することを特徴とする選択除去膜。
（２）選択除去膜を内蔵してなることを特徴とする選択除去膜を用いた血液処理器。」
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明においては、被分離成分の分子量だけでなく、等イオン点による分離も可能とする。すなわち、膜素材へアニオン性基含有成分を化学結合により導入することにより、カチオン性物質を膜自体への吸着及びイオン相互作用による透過速度の規制により除去・分別することができる。
【０００６】
膜素材の主成分としては特に限定するものでは無いが、半透膜として広く用いられているセルロース、セルロースジアセテート、セルローストリアセテート、ポリアクリロニトリル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリメチルメタクリレート、エチレンビニルアルコール共重合体、ポリアミド、ポリカーボネート、これらの誘導体、これらの間の共重合体、およびこれらの間のブレンド体等が適用できる。
【０００７】
アニオン性基としては、スルホン酸基、カルボキシル基、燐酸基等があげられる。
アニオン性基含有成分としてはこれらのアニオン性基を用いていれば特に限定しないが，パラスチレンスルホン酸、ビニルスルホン酸、メタアリルスルホン酸、アクリル酸、メタクリル酸などが用いられる。
【０００８】
アニオン性基含有成分を化学結合で導入する方法については特に限定しないが、膜の主成分を構成する単量体とアニオン性基含有単量体を共重合させることは簡便であり、好ましい。
【０００９】
本発明の効果を得るためにはアニオン性基の含有量が０．１mol％以上であることが必要である。アニオン性基含有率は、吸着に対しては高い程良いが、現実にはアニオン性が高過ぎると、製膜しにくく、強度が低く実用に耐えなくなる。また人工腎臓用膜などの血液処理用途として用いる場合には、特にアンギオテンシン変換酵素阻害剤を併用している患者においてアナフィラキシーショックを惹起することが知られており（Tielemans C. et al.:Kidney Int.38:982-984,1990）、このため、アニオン性基の含有量は３％未満であることが必要であり、１％未満であることが好ましい。
【００１０】
アニオン性基含有率は、膜成分である高分子全体での含有率を言い、膜成分中の特定の高分子中での共重合率を意味しない。例えば、アニオン性基を共重合した高分子とイオン性基を導入していない高分子とのブレンド体の場合でも、全高分子におけるアニオン性基の含有率をいう。含有率は例えば、スルホン酸基、燐酸基であれば元素分析（Ｓ分析、Ｐ分析）等で、カルボキシル基であれば滴定等で求めることができる。
【００１１】
アニオン性基の含有率は膜を構成する成分の繰り返し単位に対するモル分率であり、例えばアニオン性基含有成分を化学結合で導入した材料が、メチルメタクリレートとパラスチレンスルホン酸ソーダからなる共重合体であれば両者の合計モル数に対するパラスチレンスルホン酸ソーダのモル数の百分率である。ただし、アニオン性基を含有する成分が複数のアニオン性基を有する場合にはこの値にアニオン性基の数を掛けた値を採用する。
【００１２】
カチオン性物質としてはカチオン性ペプチド又は／及びカチオン性低分子量蛋白等が該当するが、これらは、健常な生体の場合には通常は比較的少なく、病的状態で増加する傾向がある。これらの成分は身体の恒常性を保つべく産生されることが多いが、中にはかえって傷害を引き起こす成分も知られている。特に人工腎臓療法患者では腎臓からの排泄が阻害されており、傷害を引き起こす成分が体内に蓄積する懸念がある。これらのカチオン性物質としては物理パラメーターとして等イオン点（ＰＩ値）が８以上のものが該当する。また、本発明においては分子量７万以下の物質を特に効率的に除去することが出来る。これらの成分としては、ブラジキニン（分子量:1,100、等イオン点:12.5）、サブスタンスＰ（同1,350、11.5）、ソマトスタチン（同1,600、9.2）、血小板第四因子（同7,800、8.7）、補体フラグメントC3a（同9,100、9.9）、β−トロンボグロブリン（同10,300、8.9）等が挙げられる。
【００１３】
膜の形態としては特に限定されず、平膜状のもの、中空糸膜状のものが該当するが、血液処理用途においては中空糸状のものが好ましく用いられる。
【００１４】
中空糸は共重合体を溶媒に溶解して成膜することにより得られる。中空糸は内側に中空部分を形成させるための液体もしくは気体を、外側に重合体を溶媒に溶かした紡糸原液を流すことができる多重スリットを用い、これらの液体、気体を凝固浴に吐出する事により得られる。内側に注入される液体としては、たとえば、該紡糸原液の溶媒および水やアルコールなどの凝固剤、これらの混合物、あるいは該共重合体やそれとの混合物の非溶媒であるような疎水性の液体、たとえば、ｎ−オクタン、流動パラフィンなどの脂肪族炭化水素、ミリスチン酸イソプロピルの様な脂肪酸エステルなども使用できる。親水性の凝固剤を使用した場合には凝固剤に親和性の高い親水性ポリマ成分が膜内表面に移動し、凝固する。また、吐出糸条が空中での温度変化によってゲル化したり、凝固によって速やかに強固な構造を形成する場合には、自己吸引や圧入によって、窒素ガスや空気などの不活性気体を用いることができる。このような気体注入法は工程上からも非常に有利な方法である。温度変化によってゲル化をおこすような原液系の場合には、乾式部分において冷風を吹き付け、ゲル化を促進させることができる。中空糸の膜厚は紡糸原液の吐出量により、内径は注入液体もしくは気体の量によりコントロールする方法が一般的である。
【００１５】
凝固浴は通常、水やアルコールなどの凝固剤、または紡糸原液を構成している溶媒との混合物からなる。凝固浴の組成はその凝固性によって、紡糸安定性や中空繊維の膜構造に影響する。
【００１６】
膜素材の主成分としてポリスルホンを用いた場合、凝固性の液体を内側に注入して中空糸を形成させる場合は短時間で内表面が形成されるため、内表面を平滑にするためにはさらに多重スリットにおいて重合体が吐出される径の大きさと中空糸の径の大きさを同じにし、かつ、内側に水などの凝固性の高い液を多く加える事が好ましい。
【００１７】
得られた中空糸を用いて血液処理器とする手段は特に限定されないが、一例を示すと次の通りである。まず、中空糸を必要な長さに切断し、必要本数を束ねた後、血液処理器（モジュール）の筒部分となるプラスチックケースに入れる。その後両端に仮のキャップをし、中空糸両端部に樹脂を入れる。このとき遠心機でモジュールを回転させながらキャップもしくは透析液用のポートから樹脂を入れる方法は樹脂が均一に充填されるために好ましい方法である。樹脂が固化した後両端を切断し、中空糸が樹脂で閉塞している部分をカッターで取り除き、ヘッダーと呼ばれる血液入り口、出口ポートを取り付けて血液処理器を得る。
【００１８】
本発明においては、中空糸表面でのタンパク吸着特性を以下の方法を用いて測定した。
試験用の小型モジュールの作成：血液透析器を解体して取り出した血液透析器を解体して取り出した中空糸膜３０本を長さ１４ｃｍのガラス管に入れ、エポキシ樹脂で両端を固定し、両端をカッターで切断した後キャップと取り付け、一般に市販されている血液透析器の小型モジュールを作成した。。
試験液の調整：腹膜透析患者の廃液とヒト血漿（コスモバイオ社）を等容量混合し、必要に応じて測定する物質を加え、各物質が表１に記載の濃度になるように調製する。
測定回路：試験用の小型モジュールに内径１ｍｍのシリコンチューブを接続し、ポンプを用いて中空糸内側の液を循環できる回路を作成した。中空糸内側および回路には試験液を、外側にはｐＨ７．５、５０ｍＭ−Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ、１５０ｍＭ−ＮａＣｌのリン酸緩衝液を４．２ｍｌ封入した。中空糸内側の容量および回路の容量は３．０ｍｌとした。
測定操作：試験液１０ｍｌを準備し、ポンプを用いて中空糸内側に試験液を１．０ml/minで流し、最初の３mlは容器に戻さずに廃棄した。４時間後にポンプを止め、容器の濃度と中空糸膜外側の緩衝液中の濃度を測定した。
濃度測定：濃度測定は全て、株式会社エスアールエルの総合検査案内（１９９８に記載の方法）に記載の方法にて測定した。
吸着率の計算：吸着率は実験によって試験液から減少した測定物質の量で示し、次の式を用いて計算した。吸着率＝（実験開始前の試験液中の濃度×１０−試験終了後の試験液中の濃度×１０−試験終了後のリン酸緩衝液中の濃度×４．２）／（実験開始前の試験液中の濃度×１０）初期の濃度×１００
選択的に除去するとはアルブミンもしくはα１−ミクログロブリンなどのカチオン性以外の物質に対して吸着率が高いことである。また、除去率としてはこの試験において１５％以上の吸着率を示すことが好ましく、さらに好ましくは２０％以上である。
【００１９】
また、吸着率を高めるためには膜の構造として、牛血を用いたモジュールでの性能評価において、アルブミンの篩い係数が０．１〜２％であることが好ましく、更には、０．２〜１．５％であることが好ましい。このアルブミンの篩い係数は透析会誌２９（８）、１２３１〜１２４５頁（１９９６年）に記載の性能評価法によって測定することが出来る。また、孔の大きさは、アルブミン溶液の篩い係数に影響を及ぼすが、１％アルブミン溶液を被処理液として用いた場合の篩い係数が、１〜１２％であることが好ましい。
このアルブミンの篩い係数は上述の透析会誌２９（８）、１２３１〜１２４５頁（１９９６年）に記載の牛血液でのアルブミンの篩い係数測定に準じて行うが、牛血液の代わりに牛血清アルブミンＦｒＶの１％リン酸緩衝液（ｐＨ７．５、５０ｍＭ−Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ、１５０ｍＭ−ＮａＣｌ）を用い、実験開始前の透析液側の液は下側ポートを外して抜き出し、濾過流量１５ｍｌ／ｍｉｎ／ｍ2にて操作を行い、灌流開始後１５分後の値とする。
【００２０】
本発明の選択除去膜は、カチオン性物質を選択的に除去することができるため、例えば、血液透析用もしくは血液濾過用に好適に用いることができ、血漿分離装置、人工腎臓等として好適に用いられる。
【００２１】
【実施例】
実施例１
ポリスチレン換算のＧＰＣ法による重量平均分子量が４０万のシンジオタクチックポリメチルメタクリレート（以下、ｓｙｎ−ＰＭＭＡと略す）３１．７重量部と重量平均分子量が１４０万のｓｙｎ−ＰＭＭＡ３１．７重量部、平均分子量が５０万のアイソタクチックポリメチルメタクリレート（以下、ｉｓｏ−ＰＭＭＡと略す）１６．７重量部、パラスチレンスルホン酸ソーダを１．５ｍｏｌ％含む分子量３０万のポリメチルメタクリレート（Ｃｏ−ＰＭＭＡ）２０重量部をジメチルスルホキシド３７６重量部と混合し、１１０℃で８時間撹拌し紡糸原液を調製した。得られた紡糸原液の１１０℃での粘度は１０００poiseであった。
【００２２】
得られた紡糸原液を９９℃に保温された外径／内径＝２．１／１．９５ｍｍφの環状スリット型中空口金から、１．１ｇ／ｍｉｎの割合で、空気中に吐出した。同時に中空内部には窒素ガスを注入した。乾式部分の長さは６０ｃｍ、凝固浴には４０℃の水を用いた。凝固した中空糸を水洗後、７５℃、７３％のグリセリン水溶液で５％の弛緩熱処理を行ってサンプリングした。該中空糸の内径／膜厚は２００／３０μｍであった。アニオン性基の含有率は、０．３ｍｏｌ％であった。
【００２３】
この中空糸を２２ｃｍの長さに切断し１３０００本束ねて、血液処理液の導入口および導出口を設けた内径３５ｍｍφのポリスチレン管からなるプラスチックケースに入れ、両端を樹脂で固定化した後、水で洗浄を行った。この容器に２５ｋＧｙのγ線を照射し、血液処理器を得た。
【００２４】
本血液透析器の牛血液におけるアルブミンの篩い係数は０．５％であった。
１％アルブミン溶液を非処理液として用いた場合のアルブミンの篩い係数は８％であった。
【００２５】
吸着実験の結果は表１に示した。
比較例１
ポリスチレン換算のＧＰＣ法による重量平均分子量が４０万のｓｙｎ−ＰＭＭＡ５１．７重量部と重量平均分子量が１４０万のｓｙｎ−ＰＭＭＡ３１．７重量部、平均分子量が５０万のｉｓｏ−ＰＭＭＡ１６．７重量部をジメチルスルホキシド３７６重量部と混合し、１１０℃で８時間撹拌し紡糸原液を調製した。
【００２６】
得られた紡糸原液を９９℃に保温された外径／内径＝２．１／１．９５ｍｍφの環状スリット型中空口金から、１．１ｇ／ｍｉｎの割合で、空気中に吐出した。同時に中空内部には窒素ガスを注入した。乾式部分の長さは６０ｃｍ、凝固浴には４０℃の水を用いた。凝固した中空糸を水洗後、７５℃、７３％のグリセリン水溶液で５％の弛緩熱処理を行ってサンプリングした。該中空糸の内径／膜厚は２００／３０μｍであった。
【００２７】
この中空糸を２２ｃｍの長さに切断し１３０００本束ねて、血液処理液の導入口および導出口を設けた内径３５ｍｍφのポリスチレン管からなるプラスチックケースに入れ、両端を樹脂で固定化した後、水で洗浄を行った。この容器に２５ｋＧｙのγ線を照射し、血液処理器を得た。
【００２８】
本血液透析器の牛血液におけるアルブミンの篩い係数は０．５％であった。
１％アルブミン溶液を被処理液として用いた場合のアルブミンの篩い係数は５％であった。
【００２９】
吸着実験の結果は表１に示した。
【００３０】
【表１】

【００３１】
【発明の効果】
本発明によって、被分離成分の分子量だけでなく、等イオン点による分離も可能になり、食品工業、製薬工業では、低分子量塩基性蛋白である不純物の除去、人工腎臓等の血液処理においては、細胞、組織、酸性蛋白と結合し、活性阻害、またはアミロイド繊維を形成させる等の有害反応の惹起を阻止することができる。

Claims

アニオン性基含有成分を化学結合で導入したポリメチルメタクリレートを膜素材とし、膜中に該アニオン性基が０．１ｍｏｌ％以上、３ｍｏｌ％未満含まれ、牛血液のアルブミンの篩い係数が０．１〜２％で、かつ、１％アルブミン溶液を被処理液として用いた場合の篩い係数が、１〜１２％であり、分子量７万以下のカチオン性物質を選択的に除去することを特徴とする選択除去膜。
該アニオン性基がスルホン酸基、カルボキシル基および燐酸基から選ばれることを特徴とする請求項１に記載の選択除去膜。
該カチオン性物質がソマトスタチン、血小板第４因子、リゾチームから選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする請求項１または２に記載の選択除去膜。
血液透析用もしくは血液濾過用に用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の選択除去膜。
請求項１〜４のいずれかに記載の選択除去膜を内蔵してなることを特徴とする血液処理器。