JP6414049B2 - 血液浄化カラム - Google Patents

Description

本発明は、血液浄化等に使用するカラムに係り、エア抜け性に優れ、血液導入時の回路内血液凝固などを惹起しにくい血液浄化カラムに関する。

患者の血液を体外に一旦取り出し、取り出した血液中の病因物質を吸着、濾過等の処理により除去し、その後の血液を患者の体内に戻すアフェレシス療法と呼ばれる治療法が知られている。このアフェレシス療法は、薬物中毒、食中毒、家族性高コレステロール血症の治療や、潰瘍性大腸炎、クローン病、関節リウマチといった自己免疫疾患の治療等に利用され、これらの疾患の原因となると考えられている薬物、毒素、コレステロールなどの物質や、白血球や血小板などの炎症性細胞を患者の血液から除去するのに用いられている。

かかるアフェレシス療法として、一次膜を用いて血液から血漿を分離させ、さらにこの血漿を二次膜に通過させる二重膜濾過血漿交換療法（ＤＦＰＰ：Double Filtration Plasmapheresis）や、患者の体液を直接処理する直接血液潅流療法（ＤＨＰ：Direct Hemo Perfusion）が知られている。ＤＨＰは処理が簡便であることから、近年急速に普及しつつある。ＤＨＰに用いるカラムの使用形態としては、カラムを単独で用いるものの他にも、腎不全患者などに対して行われる透析において、人工腎臓と直列に連結して使用する形態があり、透析合併症である透析アミロイド症の原因物質となるβ_２−ミクログロブリン等を効率的に吸着することもできる。

このようなＤＨＰでは、内部に吸着体を収容したカラムに血液を通し、吸着体にて血液中の除去対象物質を吸着、除去する。かかるカラムは通常、中空筒状のケーシングを有し、長手方向の両端に血液の流入口、流出口が設けられたヘッダーキャップが配され、このケーシングの内部に吸着体が収容されている。ケーシングの血液が流入する端部及び流出する端部に多数の微細な開口を有するフィルタを配置することで、吸着体をケーシング内にとどめておくことが可能となる。

ところで、一般的に血液浄化カラムがＤＨＰなどにより医療用器具として用いられる場合、使用する前に生理食塩水等を通液・充填するという、いわゆるプライミング操作を行う。この際、カラム内や回路内でエアが発生し、カラム内に残留すると生理食塩水等の通液・充填を妨げることになり、吸着体と血液との接触面積が減少し、血液浄化カラムの吸着・除去性能の低下を招くことがある。また、カラムの端部に配するフィルタのエア抜けが悪いカラム、すなわち、エアがカラム内に一旦取り込まれた際、カラム外にかかるエアが抜けにくいフィルタを有する場合、カラム内に残存したエアによりカラム内の血液が活性化し、凝固を起こしやすくなる。特に、先述したような人工腎臓と直列でつないだ形態で使用するカラムの場合、治療前に行うカラムおよび人工腎臓の洗浄（プライミング）は、操作性の観点からカラムと人工腎臓を直列につないだ状態で行うのが好ましいが、人工腎臓として水が充填されないドライ状態やモイスト状態の人工腎臓を使用した場合には、大量のエアがカラム内に流入することになる。そのため、カラムに用いるフィルタとしては、エア抜けに優れると同時に生体適合性に優れる、すなわち血液流通時に回路内凝固などを惹起しにくい性質が求められる。これまでに、ＤＨＰに用いるカラムの端部固定にメッシュを用いるとした特許は存在する（特許文献１、２）。しかし、メッシュに関する規定としては、吸着体をカラム内に保持できる設計のものを用いるべきことが記載されたのみであり、メッシュの設計により上記エア抜け性を改善することについて記載はない。また、カラム内の吸着体として中空糸状または中実糸状の繊維からなる吸着体を用いたカラムの両端にメッシュを備えた発明もある（特許文献３）。しかしながら、当該発明においてもエア抜けに関する思想はなく、逆にカラム内吸着体の安定保持や、カラム内流れの向上を目的として吸着体を網目状布で巻き込んで作成しており、このようなカラム長軸方向に平行に開口したメッシュを配置することは、エア抜け性の観点から好ましくない。

「化学工学と人工臓器 第２版」、共立出版、１９９７年、ｐ１６２〜１６３

特開昭５９−９５０５１号公報 特開２００９−２５４６９５号公報 特開２０１０−１４８８５１号公報

本発明は、血液浄化カラムに内蔵されるフィルタに関し、カラム内に混入したエアの抜け性を飛躍的に向上させ、カラム内に残存したエアによる血液活性化や、吸着体と血液との接触面積の減少による吸着性能低下を防ぐことを目的とする。

本発明に係る血液浄化カラムは、吸着体と、両端が開放端であるケーシングとを有し、ケーシングの内部に吸着体が収容され、ケーシング両端の一方が血液流入側端部、他方が血液流出側端部であり、かかる血液流入端部および／もしく血液流出側端部にフィルタが配置され、フィルタが以下の要件を満たすものである。
（１）開口率が５％以上、８０％以下
（２）目開きの相当直径が１μｍ以上、５０００μｍ以下
（３）目開きの相当直径の前記吸着体の間隙の平均円相当直径に対する比率が４５％以上
上記（３）について、収容される吸着体は内部に間隙を有するものであるが、本発明においては、上記フィルタ目開きの相当直径と上記吸着体における間隙の平均円相当直径とが密接に関連し、両者の比率を適正化することにより、エア抜け性が向上することを見出したものである。

また、フィルタとしては、その親疎水性が重要であり、すなわちその材質の接触角が適正な範囲にあるものが好ましい。そのため、フィルタの材質としては、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、フッ素系樹脂の中から選ばれる少なくとも1種類の素材を含むことが好ましく、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン６、ナイロン６６およびそれらの誘導体の中から選ばれる少なくとも1種類の素材を含むことがより好ましく、さらに好ましくはポリプロピレンまたはその誘導体の少なくともいずれかの素材を含むものである。

本発明によれば、使用前に行うプライミング操作時などに発生するエアを効率よくカラム外に除去でき、血液流通時の回路内凝固が発生しにくい血液浄化カラムを提供できる。

吸着体を内蔵したカラム関する図 片側メッシュ装着カラムに関する図 吸着体を内蔵したカラム内のエア除去率測定に関する回路図 片側メッシュ装着カラム内のエア除去率測定に関する回路図 血液浄化カラムのβ_２−ＭＧクリアランス測定に関する回路図

本発明に係る血液浄化カラムは、カラム内に充填する吸着体および、吸着体を保持するためのフィルタを有するものであり、かかるフィルタの開口率を５％以上、８０％以下とする。

ここで、フィルタの開口率の測定方法としては、フィルタをカラム内に配した際に血流がフィルタを流れる向き、すなわち、カラム両端に血液流入口および流出口が有る場合は、入口から出口に向かう方向と同方向から光学顕微鏡で観察し、５ｍｍ四方に囲まれた範囲を任意に観察し、その範囲に含まれるフィルタを構成する構造体の占める面積をＡｍｍ^２とすると、以下の式で表すことができる。
開口率（％）＝（２５−Ａ）／２５×１００
これを対象となるフィルタ１枚について任意の5箇所の５ｍｍ四方範囲を選んで測定し、その平均値を求める。尚、算出した開口率は、小数点以下第１位を四捨五入する。

開口率が高すぎるとフィルタの強度が不足し、吸着体をケーシングに安定して保持することが困難となる。一方で低すぎると流れの抵抗が増し、エア抜け性が悪化する。また、カラム内血液通液時の圧力損失の増大や、フィルタに血栓などが形成された際にカラム圧の上昇を引き起こしやすくなる。以上のことから、開口率の上限としては８０％以下であり、好ましくは７０％以下、より好ましくは６６％以下となる。一方、下限としては５％以上であり、好ましくは１６％以上、より好ましくは２１％以上となる。

また、上記フィルタの目開きの相当直径は重要なファクターである。目開きの相当直径の測定方法は以下に述べるとおりである。すなわち、フィルタの目開きが厚み方向で均一な場合にはフィルタをその厚み方向から光学顕微鏡で観察し、フィルタの目開きが厚み方向で不均一である場合には最も目開きが最小になる厚み部分をカッター等でスライスして、同様に上記垂直方向から光学顕微鏡で観察し、フィルタの間隙部を任意に３０点抽出して、個々の面積Ｓを測定し、以下の式により個々の目開きの相当直径を算出する。その後、３０点の測定値の平均を算出し、小数点以下第１位を四捨五入する。
目開きの相当直径＝２×（Ｓ／π）^１／２
目開きの相当直径は、大きすぎるとカラム内に吸着体を保持することが困難となる。また、万一、回路やカラム内で異物が発生した際にフィルタで捕捉できない可能性も高まる。そのため、具体的には、目開きの相当直径はカラムを縦方向から見た際の個々の吸着体１つ当りの断面積の１０倍以下とすることが好ましく、より好ましくは５倍以下、さらに好ましくは２.８倍以下である。ここで言う個々の吸着体当りの断面積とは、例えば中実糸であれば糸1本当りの横断面の断面積であり、球状のビーズであれば、ビーズ1個当りについて、ビーズ中心部を通る直線で切断した際に得られる面の面積のことである。一方で、フィルタの目開きの相当直径が小さすぎると、流れの抵抗が増しエア抜け性が低化する。また、カラム内血液通液時の圧力損失の増大や、フィルタに血栓などが形成された際にカラム圧の上昇を引き起こしやすくなる。以上のことから、目開きの相当直径の上限としては５０００μｍ以下であり、好ましくは８００μｍ以下、より好ましくは４００μｍ以下となる。目開きの相当直径の下限としては１μｍ以上であり、好ましくは５μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上となる。

また、エア抜け性は以下に示すような手法で評価できる。血液浄化カラムの両端に、フィルタおよび被処理液の流入口および流出口を備えたヘッダーキャップを配し、次いで純水でカラム内部を洗浄した後、各ポートをキャップでシールした。このカラムを、図２のようなエア抜け性試験用回路にその長手方向を地面に垂直にセットし以下の手順でメッシュにトラップされるカラム内エア除去率を５回測定し、その平均を小数点以下第１位を四捨五入することにより求める。
（１）ポンプを用いて流速１００ｍｌ/ｓで、回路内のエアが完全に抜けるまで純水を循環する。必要に応じてカラムを叩くなどして完全にエアを追い出す。
（２）ポンプを停止し、エアが混入しないよう注意しながらカラムを回路から外し、被処理液の流入口および流出口それぞれに蓋をする。このときのカラム重量を測定し、Aとする。
（３）重量測定後のカラムを再び回路に戻し、流速１００ｍｌ/ｓで純水を循環する。
（４）カラムの被処理液流入口から回路の上流部１ｃｍの所からシリンジを用いて１０ｍｌの乾燥エアを５秒間かけて注入する。
（５）そのまま流速１００ｍｌ/ｓで純水を１分間循環する。この間、回路は静置した状態である。
（６）ポンプを停止し、エアが混入しないよう注意しながらカラムを回路から外し、被処理液の流入口および流出口それぞれに蓋をする。このときのカラム重量を測定し、Bとする。
（７）カラム内エア除去率を、以下の式から算出する。
カラム内エア除去率（％）＝（A―B）／A×１００。
尚、ここでいうエア除去率は、好ましくは４３％以上、より好ましくは５５％以上、さらに好ましくは６３％以上である。

本発明で言う吸着体とは、上記した医療機器における吸着体と同様、血液中の除去対象物質を吸着、除去するものである。充填する吸着体の形態としては、平膜状、粉状、球状粒子、破砕粒子、塊状連続体、繊維状、管状、中空糸状、中実糸状、粒状、板状、破砕中空糸状、破砕中実糸状などのいずれの形状であってもよい。中でも、カラム長手方向に並行に配置されているストレート形状である管状、中空糸状、中実糸状であると、流路もストレート形状となり、また流路長さも最小にできるため、エアがトラップされにくく、好ましい。さらに、中空糸状や中実糸状の場合、それぞれ膜厚部や糸内部の形態を吸着に適した多孔質とすることで吸着面積を十分に確保でき、血液中に含まれる吸着標的物質を効率的に吸着除去でき、また、極細繊維や破砕中空糸、破砕中実糸等と比べて、患者の全血など被処理液の粘性が高くカラム内で凝固などのリスクが高い場合であっても使用することができるメリットが有る。また、特に好ましくは中実糸状である。これは、中空糸の場合には、中空糸の内側と外側で圧力損失が異なる場合などでは、中空糸内外で被処理液の流量に差が生じ、結果としてカラムの吸着効率の低下を引き起こすことが懸念されるためである。また、中空糸の内側と外側の圧力損失を同等にするため、中空糸の内径およびカラム充填率に大きな制約が生じる。さらに、中空糸を充填したカラムに血液を流した場合、中空糸の中空部は、カラム内における中空糸外部の環境に比べて固定された閉鎖的な環境であり、血栓などが形成しやすいことが懸念される。なお、中空糸外部の隙間は、糸がカラム内で動くことで変形するため、固定された閉鎖的な環境ではない。
ここでいう上記カラム長手方向に並行に配置されているストレートな形状とは、１本の糸の両側端面が、可能な限り最短距離に近い長さでカラムの入口・出口端面に接している形状のことである。ただし、糸にクリンプ等の捲縮がかかっていてもよい。 また、多孔質の吸着体は、その多孔質構造が厚み方向に均質であることが好ましい。これにより、吸着に寄与する面積を増大させることができる。一方孔構造がグラジエントである非対称構造や厚み方向に不規則な構造を持つ場合、吸着体の比表面積が低下するため好ましくない。

クリンプ等の捲縮がかかった糸の場合、後述する充填率を求めるためには、糸両端を伸ばしたストレートな形状の状態で糸長さを測定するが、カラム内に内蔵されたストレートな形状の糸の長手方向長さの測定方法としては、カラムから取り出した糸の一片をテープ等で固定し、もう一片には、３ｇ程度のおもりを付与し、糸が直線状になった際の全長を速やかに測定する。この測定をカラム内の糸に対して任意に３０本行い、３０本の平均値を算出する。

また、本発明において、フィルタ目開きの相当直径の、吸着体の間隙の平均円相当直径に対する比率は４５％以上であり、好ましくは５０％以上、さらに好ましくは５６％以上である。上記比率は好ましくは４００％以下であり、より好ましくは２８０％以下、さらに好ましくは２２０％以下である。ここで言う上記平均円相当直径Ｄｅは、非特許文献１に記載の通り、吸着体が管状、中空糸状、中実糸状等のようにカラム長手方向に並行に配置されているストレート形状である場合、以下の式で表される。
吸着体間隙の平均円相当直径Ｄｅ＝４×Ａｆ／Ｗｐ
式中のＡｆは流路断面積であり、ケーシングの長手方向に対し垂直な方向の断面の断面積から、吸着体が占める同方向の断面の断面積の総和を引いた値である。かかる吸着体が占める断面積の総和は、後述する糸径の測定方法で得た糸径Ｄ０とカラム内充填糸本数Ｎから以下の式で求められる。
吸着体が占める断面積の総和＝（Ｄ０／２）^２×π×N
また、Ｗｐは濡れ辺長であり、流路断面における流体が触れる辺の総和、すなわちケーシング内周の辺と吸着体の辺の総和である。吸着体の総表面積は、糸径Ｄ０とカラム内充填糸本数Nおよび糸の長手方向長さLから以下の式で求められる。
吸着体の総表面積＝Ｄ０×π×L
ケーシングの形状としては、両端が開放端であり、例えば四角筒体、六角筒体等の角筒体や円筒体が挙げられ、中でも円筒体、特に断面が真円状の筒体が好ましい。これはケーシングが角をもたないことで、角部での血液の滞留を抑制できるためである。また、両側を開放端とすることで、血液の流れが乱流になりにくく圧力損失を最小限に抑えることができる。また、ケーシングはプラスチックや金属等により構成される器具であることが好ましい。プラスチックの場合は、例えば機械的強度、熱安定性に優れる熱可塑性樹脂が用いられる。このような熱可塑性樹脂の具体例としては、ポリカーボネート系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、セルロース系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアリレート系樹脂、ポリイミド系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、及びこれらの混合物が挙げられる。これらの中でもケーシングに求められる成形性、透明性、放射線耐性の点においてポリスチレン、ポリカーボネートおよびそれらの誘導体が好ましい。透明性に優れた樹脂は、血液灌流時に内部の様子を確認できるため安全性の確保に好都合であり、放射線耐性に優れる樹脂は滅菌時に放射性照射する場合に好ましいためである。前者の場合には、金型による射出成形や、素材を切削加工することにより製作され、後者の場合には、素材を切削加工することにより器具が製作される。中でもコストや成型性、重量、血液適合性の観点からプラスチックが好適に用いられる。

また、吸着体が粒子状、粉状、破砕糸状等のようにカラム内血液流れ方向に対してストレート形状ではない形態である場合、平均円相当直径Ｄｅは以下の式で求められる。
吸着体間隙の平均円相当直径Ｄｅ＝（３２×μ×Ｌ×ｕ／ΔＰ）^１／２
式中のμは被処理液の粘度、Ｌは吸着体充填部の長手方向の長さ、ｕはカラム内平均流速、ΔＰはカラム入部の圧力損失からカラム出部の圧力損失を差し引いた値である。

フィルタ目開きの相当直径の吸着体の間隙の平均円相当直径に対する比率が４５％未満である場合、カラム内を通過するエアの断面積に対し、フィルタの目開きが著しく小さいため、フィルタを通過することが難しく、カラム内にエアが滞留し易い傾向となる。一方で、フィルタ目開きの相当直径の吸着体の間隙の平均円相当直径に対する比率が４００％より大きい場合、吸着体がフィルタ目開きから流出しやすくなり、カラム内での吸着体を保持し難い場合がある。尚、算出した目開きの相当直径は、小数点以下第１位を四捨五入して求めた上で、上記比率を算出する。

また、吸着体として、中空糸や中実糸を充填した場合には、その糸径（中空糸の場合には糸外径）は、小さすぎるとカラムの圧力損失を増大させたり、糸自体がフィルタを通り抜ける危険性がある。一方で大きすぎる場合には、吸着体と血液の接触面積が低下し、血液浄化の効率を悪化させる。そのため、糸径は好ましくは１０００μｍ以下、より好ましくは４５０μｍ以下、さらに好ましくは２８０μｍ以下であり、下限として好ましくは５μｍ以上、より好ましくは３０μｍ以上、さらに好ましくは７０μｍ以上である。

糸径の測定方法としては、カラム内に充填された糸のうち、任意に５０本を抽出し、該糸を洗浄した後、純水で完全に置換し、スライドグラスとカバーガラスの間に挟み、投影機（たとえばNikon社製V-10A）を用いて同一の糸について任意に２箇所ずつ糸の外径（最外周の直径）を測定してその平均値を採り、小数点以下第１位を四捨五入する。尚、充填された中空糸本数が５０本未満である場合には、その全ての糸を測定して、同様に平均値を採る。

また、血流により吸着体が流出するのを防ぐ観点から、フィルタの目開きとしては、血液は通すが吸着体は通さない程度に設定することが好ましい。すなわち、目開きは充填する吸着体１個当たりの直径以下とすることが好ましい。

フィルタの素材としては、アルミニウム等の金属材料、絹などの天然材料および、高分子化合物などを単独あるいは組み合わせて用いることができる。中でもコストや強度、重量、生体適合性などの観点から高分子化合物が好適に用いられ、特にポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、フッ素系樹脂の中から選ばれる少なくとも1種類の素材を含むことが好ましい。この理由として、血液浄化カラムのフィルタに親疎水性のコントロールが求められることが挙げられる。すなわち、フィルタ材料と水との接触角が高い素材を使用すれば、カラム内に流入したエアの抜け性を向上させることができる。フィルタの水との接触角としては、低すぎると、エア抜け性が悪化しカラム内にエアが残存する傾向となる。一方で、高すぎる場合にはフィルタへのタンパク質等の非特異的な吸着が起こり、これが血小板の付着等を惹起することで血液凝固などを引き起こす。そのため、接触角の上限としては、好ましくは１２５°以下、より好ましくは１０８°以下、特に好ましくは１０４°以下であり、一方で下限として好ましくは６６°以上、より好ましくは７２°以上、特に好ましくは８２°以上である。

ここで、フィルタのような構造体の接触角は、繊維径、繊維密度によって影響を受けるため、フィルタ材料と水の接触角は、当該フィルタと同一の素材から成る均一なフィルムを作成した後、フィルム表面と液体の表面との角度を測定して得られる液体の内側の角度をいう。具体的には、フィルタをその良溶媒に溶かした溶液を作成し、この溶液をアルミニウム製の皿に流し込み乾燥雰囲気下で良溶媒を蒸発させ固化させることでフィルムを作成する。

接触角の測定は、接触角計（例えば、協和界面科学社製、ＤｒｏｐＭａｓｔｅｒ ＤＭ５００）を用いて室温（２３℃）で行うことができる。算出には液滴法を用いることができ、シリンジで２μＬの液滴を作製し基材に接触させ、基材表面と液滴と気相の三相の接触点から引いた液滴の接線と液滴―基材界面とのなす角度を求める。また各測定値はそれぞれの基材に対して１０ヶ所接触角を測定し、その平均値を求める。尚、算出した接触角は、小数点以下第１位を四捨五入する。

ここで、接触角の増大によるエア抜け性の向上は、固体と空気の界面張力の低下により説明することが可能である。すなわち、固体の表面に水が接触した際、固体と空気との界面の張力をγ1、水と固体との界面の張力をγ2、水と空気との界面の張力をγ3、気液界面の接線方向と、固液界面の方向とのなす角をθとした時、力の釣り合いは以下の式で表せる。
γ１＝γ３×ｃｏｓθ＋γ２
ここで、θは接触角であり、接触角を大きくすることでγ1を低下させることができる。

接触角が６６°以上、１２５°以下となる高分子化合物の例としては、（メタ）アクリル系樹脂、オレフィン系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリ塩化ビニリデン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリエステル系樹脂若しくはそれらの混合物などが挙げられる。中でも生産時のコストや成形のし易さ、滅菌処理への耐久性といった観点から、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、フッ素系樹脂が好適に用いることができ、さらに好ましくは、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン６、ナイロン６６およびそれらの誘導体である。特に好ましくはポリプロピレンおよびその誘導体である。

また、フィルタの形態としては、多孔体、多孔質体いずれでもよいが、孔が均一に空いている多孔質体が好ましく用いられ、メッシュ、不織布などが挙げられる。中でも、目開きが均一であるため血球成分の付着が少ないこと、フィルタからの溶出物が発生しにくい等の点からメッシュが好適に用いられる。

また、フィルタにおいて、局所的なエア抜け性の悪化を防ぐ目的で、フィルタ全体で均一な開口部をもつことが好ましい。ここで、フィルタ全体で均一な開口部をもつ、とは、開口率が一定でない場合に、フィルタ全体にわたり、いずれの任意の５ｍｍ四方範囲を選択したとしても、開口率の値の変動幅がその平均値の±３０％以下、より好ましくは±１８％以下、さらに好ましくは±１０％以下に含まれるフィルタのことを言う。

フィルタの厚みとしては、厚くなりすぎるとカラム内の吸着体の充填率の低下につながるため、血液浄化効率が低下する。また、カラム内血液通液時の圧力損失も増大する。一方で薄くなりすぎるとフィルタの強度が不足し、吸着体をケーシングに安定して保持することが困難となる。以上のことから、フィルタの厚みの上限としては３０００μｍ以下が好ましく、より好ましくは９００μｍ以下となる。フィルタの厚みの下限としては０．１μｍ以上が好ましく、より好ましくは４０μｍ以上となる。

また、カラム内に保持されるフィルタは、カラム内の長軸方向に対して垂直方向に開口している部分の表面積をＢ１と、カラム内の長軸方向に対して垂直方向以外に開口している部分の総表面積をＢ２とした場合に、Ｂ２の面積を出来る限り小さくすることが好ましい。これは、フィルタでカラム内に吸着体を安定保持する目的や、フィルタをスペーサーとし、カラム内流れの向上等を目的としてカラム内の長軸方向に対して垂直方向以外に開口しているフィルタを用いることも考えられるが、そのようなメッシュは、吸着体間隙を流れるエアの流れを阻害しやすく、またエアをトラップし易いため好ましくない。また、これによりカラム内に充填できる吸着体量が減少し、吸着性能の低下につながる可能性もある。具体的には、Ｂ１／Ｂ２≧１.０の関係を満たすことが好ましく、より好ましくはＢ１／Ｂ２≧５.０、さらに好ましくはＢ１／Ｂ２≧１０.０である。なお、カラム内の長軸方向に対して垂直でも平行でもなく、斜めの方向に開口している場合は、上記分母、分子のいずれにも含めないこととする。

フィルタを配したカラムの形態としては、通常、浄化前の血流が流入する入口部と浄化後の血流が排出される出口部が設けられたケーシングと、ケーシングに収容された吸着体と、入口部および／もしくは出口部の内側に設けられたフィルタと、ケーシング長手方向の両端に配した血液の流入口、流出口が設けられたヘッダーキャップから成る。フィルタは吸着体をケーシング内に保持する関係上、入口および出口の両側にそれぞれ設けることが好ましいが、入口、出口のいずれか一方のみで吸着体を保持できる場合には単独で用いても良く、カラムの片側に本発明に関するフィルタを配し、反対側には本発明とは異なるフィルタを配しても良い。

カラムのケーシング内における吸着体の充填率の上限としては７０％未満であることが好ましく、更に好ましくは６３％以下となる。吸着体の充填率の下限としては１３％以上であることが好ましく、更に好ましくは３０％以上、特に好ましくは４５％以上となる。吸着体の充填率を１３％以上とすることにより、血液浄化に必要な血液量が低減されるため、患者の負担を軽減することができる。一方で吸着体の充填率が７０％以上となるとエア抜け性が悪化する。また、吸着体を充填しにくくなるため、作業効率の低下を招く。尚、ここでいう充填率とは、浄化前の血流が流入する入口部と浄化後の血流が排出される出口部が設けられたケーシング体積に占める吸着体体積の割合のことであり、上記ヘッダー部などは含まない。

以下に本発明に係る血液浄化カラムの作成例について、糸形状として中実糸のものを用いた一例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。

ポリマーを溶媒に溶かした紡糸原液を調製する。紡糸原液は、円形の原液吐出口をもつ口金から吐出され、凝固浴にて中実の糸形状に凝固される。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。また、凝固浴の温度をコントロールすることにより、空隙率を変化させることができる。空隙率は紡糸原液の種類等によって影響を受け得るために、凝固浴の温度も適宜選択されるものであるが、一般に凝固浴温度を高くすることにより、空隙率を高くすることが出来る。この機序は正確には明らかではないが、原液からの脱溶媒と凝固収縮との競争反応で、高温浴では脱溶媒が速く、収縮する前に凝固固定されるからではないかと考えられる。しかしながら、凝固浴温度が高くなりすぎると、細孔径が過大になるため、例えば、中実糸がポリメチルメタクリレート（以下、ＰＭＭＡ）を含む糸で、かつ内管に気体を入れる場合の凝固浴温度は３９℃以上が好ましく、４２℃以上がより好ましい。一方で、５０℃以下が好ましく、より好ましくは４６℃以下である。

次いで、凝固した中実糸に付着している溶媒を洗浄する工程を通過させる。中実糸を洗浄する手段は特に限定されないが、多段の水を張った浴（水洗浴という）中に中実糸を通過させる方法が好ましく用いられる。水洗浴中の水の温度は、糸を構成する重合体の性質に応じて決めればよい。例えばＰＭＭＡを含む糸である場合、３０〜５０℃が用いられる。

また、中実糸は水洗浴の後に孔径を保持するために、保湿成分を付与する工程を入れても良い。ここでいう保湿成分とは、中実糸の湿度を保つことが可能な成分、または、空気中にて、中実糸の湿度低下を防止することが可能な成分をいう。保湿成分の代表例としてはグリセリンやその水溶液などがある。

水洗や保湿成分付与の終わった後、収縮性の高い中実糸の寸法安定性を高めるため、加熱した保湿成分の水溶液が満たされた浴（熱処理浴という）の工程を通過させることも可能である。熱処理浴には加熱した保湿成分の水溶液が満たされており、中実糸がこの熱処理浴を通過することで、熱的な作用を受けて収縮し、以後の工程で収縮しにくくなり、糸構造を安定させることが出来る。このときの熱処理温度は、糸素材によって異なるが、ＰＭＭＡを含む糸の場合には７５℃以上が好ましく、８２℃以上がより好ましい。また、９０℃以下が好ましく、８６℃以下がより好ましい温度として設定される。

得られた中実糸を用いて浄化カラムとする手段の一例を示すと次の通りである。

まず、中実糸を必要な長さに切断し、必要本数を束ねた後、血液浄化カラムの筒部分となるプラスチックケーシングに入れる。その後、中実糸の両端をカッター等で中実糸がケーシング内に収まるよう切断し、カラム両端のカラム両側端面の被処理液の流出入口に、図１に示すように内径と同じ径にカットしたメッシュフィルタを装着する。最後にヘッダーキャップと呼ばれる被処理液の入口、出口ポートを取り付けて血液浄化カラムを得ることができる。

また、医療用具等に用いる際には殺菌又は滅菌して用いることが好ましい。殺菌、滅菌方法としては、種々の殺菌・滅菌方法、例えば、高圧蒸気滅菌、ガンマ線滅菌、エチレンオキサイドガス滅菌、薬剤殺菌、紫外線殺菌などが例示できる。これらの方法のうち、ガンマ線滅菌、高圧蒸気滅菌、エチレンオキサイドガス滅菌は、滅菌効率と材料に与える影響が少なく好ましい。

本発明における血液浄化カラムの使用形態としては、１回の処理量や操作の簡便性などの観点から体外循環回路に組み込みオンラインで吸着除去を行う手法が好ましい。この場合、本発明の浄化カラムを単独で用いても良いし、透析時などにおいて人工腎臓などと直列に繋いで同時に用いることもできる。

実施例１
重量平均分子量が４０万のｓｙｎ−ＰＭＭＡを３１．７重量部、重量平均分子量が１４０万のｓｙｎ−ＰＭＭＡを３１．７重量部、重量平均分子量が５０万のｉｓｏ−ＰＭＭＡを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ＰＭＭＡ共重合体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１２４０ｐｏｉｓｅであった。得られた紡糸原液を９３℃に保温された径０．３ｍｍの円形吐出口をもつ口金から、１．０ｇ／ｍｉｎの速度で、空気中に吐出し、空中部分を５０ｃｍ走行させた後、凝固浴に導いた。凝固浴に用いた水温（凝固浴温度）を４２℃として中実糸を得た。それぞれの中実糸を水洗後、保湿剤としてグリセリンを７０重量％水溶液として付与した後、熱処理浴温度を８４℃とし、余分のグリセリンを除去した後にスペーサー糸を巻き付けて４２ｍ／ｍｉｎで巻き取った。得られた中実糸の糸径は、ニコン社制の投影機Ｖ−１０Ａを用いて測定した結果、１２１μｍであった。

得られた中実糸を公知の方法を用いて束ね、内径３８ｍｍ、軸方向長さ１３３ｍｍのポリカーボネート製円筒状ケーシング内に、糸径１２１μｍの中実糸を充填率５７％となるように内蔵した。次にこのカラムの両側端面の被処理液の流出入口に、図１に示すようにケーシング内径と同等の径にカットした目開き相当直径８４μｍ、開口率３６％のポリプロピレン製メッシュフィルタを装着した。尚、フィルタの目開きの相当直径、開口率、カラムの充填率は、ニコン社制の投影機Ｖ−１０Ａを用いて測定を行い、各々先述した手法で算出した。

さらに、カラム両端に、被処理液の流入口および流出口を備えたヘッダーキャップを配し、次いで純水でカラム内部を洗浄した後、各ポートをキャップでシールし、両側にメッシュを装着したカラムを作成した。このカラムの吸着体間隙の円平均相当直径は９１μmであった。このカラムを、図２のようなエア抜け性試験用回路にその長手方向を地面に垂直にセットし以下の手順でメッシュにトラップされるカラム内エア除去率を測定した。
（１）ポンプを用いて流速１００ｍｌ/ｓで、回路内のエアが完全に抜けるまで純水を循環した。必要に応じてカラムを叩くなどして衝撃を与えることでエアを追い出しやすくした。
（２）ポンプを停止し、エアが混入しないよう注意しながらカラムを回路から外し、被処理液の流入口および流出口それぞれに蓋をした。このときのカラム重量を測定し、Aとした。
（３）重量測定後のカラムを再び回路に戻し、流速１００ｍｌ/ｓで純水を循環した。
（４）カラムの被処理液流入口から回路の上流部１ｃｍの所からシリンジを用いて１０ｍｌの乾燥エアを５秒間かけて注入した。
（５）そのまま流速１００ｍｌ/ｓで純水を１分間循環した。この間、回路は静置した状態であった。
（６）ポンプを停止し、エアが混入しないよう注意しながらカラムを回路から外し、被処理液の流入口および流出口それぞれに蓋をした。このときのカラム重量を測定し、Bとした。
（７）カラム内エア除去率を、以下の式から算出した。結果を表１に示す。
カラム内エア除去率（％）＝（A―B）／A×１００。

実施例２
紡糸原液の吐出速度を１．９ｇ／ｍｉｎとすることで糸径を１８１μｍとした以外は実施例１と同じ方法で中実糸を得て、実施例１と同じ寸法、形状のケーシング内に実施例１と同様に内蔵し、ケーシング両側端面に実施例１と同じ寸法、形状のメッシュフィルタ、ヘッダーキャップを同様に配した。このカラムの吸着体間隙の円平均相当直径は１３５μmであった。このカラムを、実施例１と同様の手順でカラム内エア除去率を測定した。結果を表１に示す。

実施例３
紡糸原液の吐出速度を０．５ｇ／ｍｉｎとすることで糸径を５６μｍとした以外は実施例１と同じ方法で中実糸を得て、実施例１と同じ寸法、形状のケーシング内に実施例１と同様に内蔵し、ケーシング両側端面に実施例１と同じ寸法、形状のメッシュフィルタ、ヘッダーキャップを同様に配した。このカラムの吸着体間隙の円平均相当直径は４２μmであった。このカラムを、実施例１と同様の手順でカラム内エア除去率を測定した。結果を表１に示す。

実施例４
実施例１と同じ方法で中実糸を得て、実施例１と同じ寸法、形状のケーシング内に実施例１と同様に内蔵し、ケーシング両側端面に、目開き相当直径１２４μm、開口率３１％のポリプロピレン製メッシュフィルタ、および実施例１と同じ寸法、形状のヘッダーキャップを実施例１と同様に配した。このカラムの吸着体間隙の円平均相当直径は９１μmであった。このカラムを、実施例１と同様の手順でカラム内エア除去率を測定した。結果を表１に示す。また、得られた浄化カラムのタンパク質除去性能を評価するため、以下に示す方法でβ_２−ＭＧ（ミクログロブリン）のクリアランス測定を行った。結果を表３に示す。

β_２−ＭＧのクリアランスの測定方法
吸着カラムの性能評価として、β_２−ＭＧのクリアランスを測定した。β_２−ＭＧは、長期透析合併症である透析アミロイドーシスの原因タンパク質であることが知られている。
エチレンジアミン四酢酸二ナトリウムを添加した牛血液について、ヘマトクリットが３０±３％、総タンパク量が６．５±０．５ｇ／ｄＬとなるように調整した。採血後、５日以内の牛血液を用いた。

次に、β_２−ＭＧ濃度が１ｍｇ／ｌになるように加え、撹拌した。かかる牛血液について、その２Ｌを循環用に、１．５Ｌをクリアランス測定用として分けた。
回路は図５のようにセットした。回路のうち、被処理液を取り込む入り口部をＢｉ、血液浄化カラム通液後の液出口部をＢｏとした。
Ｂｉを上記で調整した牛血液２Ｌ（３７℃）の入った循環用ビーカー内に入れ、流速を２００ｍＬ／ｍｉｎとしてポンプをスタートし、Ｂｏから排出される液体９０秒間分を廃棄後、ただちにＢｏを循環用ビーカー内に入れて循環状態とした。
循環を１時間行った後ポンプを停止した。
次に、Ｂｉを上記で調整したクリアランス測定用の牛血液内に入れ、Ｂｏを廃棄用ビーカー内に入れた。
流速は２００ｍＬ／ｍｉｎとして、ポンプをスタートしてから２分経過後、クリアランス測定用の牛血液（３７℃）からサンプルを１０ｍｌ採取し、Ｂｉ液とした。スタートから４分３０秒経過後に、Ｂｏから流れたサンプルを１０ｍｌ採取し、Ｂｏ液とした。これらのサンプルは−２０℃以下の冷凍庫で保存した。
各液のβ_２−ＭＧの濃度からクリアランスを下記I式によって算出した。牛血液のロットによって測定値が異なる場合があるので、実施例、比較例には全て同一ロットの牛血液を使用した。

Ｃｏ（ｍｌ／ｍｉｎ）＝（ＣＢｉ−ＣＢｏ）×Ｑ_Ｂ／ＣＢｉ （I）
I式において、Ｃ_Ｏ＝β_２−ＭＧクリアランス（ｍｌ／ｍｉｎ）、ＣＢｉ＝Ｂｉ液におけるβ_２−ＭＧ濃度、ＣＢ_ｏ＝Ｂｏ液におけるβ_２−ＭＧ濃度、Ｑ_Ｂ＝Ｂｉポンプ流量（ｍｌ／ｍｉｎ）である。

実施例５
実施例１と同じ方法で中実糸を得て、実施例１と同じ寸法、形状のケーシング内に実施例１と同様に内蔵し、ケーシング両側端面に、目開き相当直径１０８μm、開口率４０％のポリエチレンテレフタラート製メッシュフィルタ、および実施例１と同じ寸法、形状のヘッダーキャップを実施例１と同様に配した。このカラムの吸着体間隙の円平均相当直径は９１μmであった。このカラムを、実施例１と同様の手順でカラム内エア除去率を測定した。結果を表１に示す。また、実施例４と同様の手順でβ_２−ＭＧのクリアランスを測定した。結果を表３に示す。

実施例６
紡糸原液の吐出速度を４．７ｇ／ｍｉｎとすることで糸径を２６０μｍとした以外は実施例１と同じ方法で中実糸を得て、実施例１と同じ寸法、形状のケーシング内に実施例１と同様に内蔵し、実施例５と同様に、ケーシング両側端面に目開き相当直径１０８μm、開口率４０％のポリプロピレン製メッシュフィルタ、および実施例１と同じ寸法、形状のヘッダーキャップを実施例１と同様に配した。このカラムの吸着体間隙の円平均相当直径は１９４μmであった。このカラムを、実施例１と同様の手順でカラム内エア除去率を測定した。結果を表１に示す。また、実施例４と同様の手順でβ_２−ＭＧのクリアランスを測定した。結果を表３に示す。 比較例１
紡糸原液の吐出速度を４．７ｇ／ｍｉｎとすることで糸径を２６０μｍとした以外は実施例１と同じ方法で中実糸を得て、実施例１と同じ寸法、形状のケーシング内に実施例１と同様に内蔵し、ケーシング両側端面に実施例１と同じ寸法、形状のメッシュフィルタ、ヘッダーキャップを同様に配した。このカラムの吸着体間隙の円平均相当直径は１９４μmであった。このカラムを、実施例１と同様の手順でカラム内エア除去率を測定した。結果を表１に示す。また、実施例４と同様の手順でβ_２−ＭＧのクリアランスを測定した。結果を表３に示す。
実施例７
実施例１と同様の紡糸原液を、９３℃に保温された環状スリット部分の外径／内径＝２．１／１．９５ｍｍφの２重管中空糸用口金から、２．５ｇ／ｍｉｎの速度で、空気中に吐出した。ここで、同時に２重管の内管部分には窒素ガスを注入し、空中部分を５０ｃｍ走行させた後、凝固浴に導いた。凝固浴に用いた水温（凝固浴温度）を４２℃として中空糸膜を得た。それぞれの中空糸膜を水洗後、保湿剤としてグリセリンを７０重量％水溶液として付与した後、熱処理浴温度を８４℃とし、余分のグリセリンを除去した後にスペーサー糸を巻き付けて６０ｍ／ｍｉｎで巻き取った。得られた中空糸の糸径は、ニコン社制の投影機Ｖ−１０Ａを用いて測定した結果、内径２００μｍ、糸外径２６０μｍであった。実施例１と同じ寸法、形状のケーシング内に実施例１と同様に内蔵し、実施例６と同様に、ケーシング両側端面に目開き相当直径１０８μm、開口率４０％のポリプロピレン製メッシュフィルタ、および実施例１と同じ寸法、形状のヘッダーキャップを実施例１と同様に配した。このカラムの吸着体間隙の円平均相当直径は１９５μmであった。このカラムを、実施例１と同様の手順でカラム内エア除去率を測定した。結果を表１に示す。

参考例１
内径４６ｍｍ、軸方向長さ１００ｍｍの円筒状ケーシングの被処理液流出側端面に、図２に示すように、被処理液の流出口と内径と同じ径に円柱状にカットした目開き相当直径３２６μｍ、開口率５１％のポリプロピレン製メッシュフィルタを装着した。さらに、被処理液の流入口および流出口を備えたヘッダーキャップを両端に配し、片側メッシュ装着カラムを作成した。尚、吸着体は内蔵しなかった。この片側メッシュ装着カラムを、実施例１と同様の手順でカラム内エア除去率を測定した。結果を表２に示す。

参考例２
参考例１と同じ寸法、形状のケーシングの被処理液流出側端面に、被処理液の流出口の内径と同じ径に円柱状にカットした目開き相当直径２７４μｍ、開口率４５％、厚み２４５ｍｍのポリテトラフルオロエチレン製メッシュフィルタを装着したこと以外は参考例１と同様にして片側メッシュ装着カラムを作成した。この片側メッシュ装着カラムを、実施例１と同様の手順でカラム内エア除去率を測定した。結果を表２に示す。

参考例３
参考例１と同じ寸法、形状のケーシングの被処理液流出側端面に、被処理液の流出口に内径と同じ径に円柱状にカットした目開き相当直径２７４μｍ、開口率３７％、厚み２９１ｍｍのナイロン６６製メッシュフィルタを装着したこと以外は参考例１と同様にして片側メッシュ装着カラムを作成した。この片側メッシュ装着カラムを、実施例１と同様の手順でカラム内エア除去率を測定した。結果を表２に示す。

参考例４
参考例１と同じ寸法、形状のケーシングの被処理液流出側端面に、被処理液の流出口に内径と同じ径に円柱状にカットした目開き相当直径３０８μｍ、開口率４２％、厚み２８０ｍｍのポリエチレンテレフタラート製メッシュフィルタを装着したこと以外は参考例１と同様にして片側メッシュ装着カラムを作成した。この片側メッシュ装着カラムを、実施例１と同様の手順でカラム内エア除去率を測定した。結果を表２に示す。

表１の結果から、カラム内吸着体間隙の、平均円相当直径に対する目開きの相当直径の割合が４５％以上であると、カラム内エア除去率は高い値を得られるが、４５％未満となると、カラム内エア除去率が５９％と低い値を示すことが分かる。これは、フィルタ目開きの相当直径が、カラム内吸着体間隙の平均円相当直径に比べて小さい場合、カラム内を通過するエアの断面積に対し、フィルタの目開きが著しく小さいため、フィルタにエアがトラップされやすいことが考えられる。なお、ポリエチレンテレフタラート製のメッシュに比べて、ポリプロピレン製のメッシュは、やや高いエア除去率となることが示されている。
表２の結果から、開口率と目開き相当直径がほぼ同等のメッシュを用いても、接触角が高い程、カラム内エア除去率は高い値を示すことがわかる。これは、接触角を大きくすることで、固体と空気の界面の張力を低下させられるためと考えられる。
表３の結果から、吸着体の糸径、充填率が同等であるカラムについて、カラム内エア除去率とβ_２−ＭＧのクリアランスの関係は、カラム内エア除去率が低い程β_２−ＭＧのクリアランスは低下する傾向、すなわちタンパク質の吸着性能は低下する傾向であった。尚、表3の結果において、実施例４および実施例５に係るカラムの吸着体の糸径は１２１μｍである。一方で実施例６および比較例１係るカラムの吸着体の糸径は２６０μｍである。いずれのカラムも吸着体の充填率は５７％であることから、糸径１２１μｍのカラムと２６０μｍのカラムでは、カラム当りの吸着体の表面積が異なるため、これによりタンパク質吸着性能に差が生じたものと考えられる。

１ ヘッダーキャップ
２ 被処理液流出口
３ 被処理液流入口
４ 出口側フィルタ
５ 入口側フィルタ
６ ケーシング
７ 吸着体
８ 血液浄化カラム
９ エア注入用シリンジ
１０ ポンプ
１１ ビーカー
１２ 純水
１３ 片側メッシュ装着カラム
１４ 湯浴（３７℃）
１５ 廃棄用ビーカー
１６ 循環用血漿
１７ クリアランス測定用血漿

Claims (3)

1. 吸着体と、両端が開放端であるケーシングとを有し、前記ケーシングの内部に吸着体が収容され、前記ケーシング両端の一方が血液流入側端部、他方が血液流出端部であり、前記ケーシングの血液流入側端部および／もしくは血液流出側端部にフィルタが少なくとも一つ配置され、以下の要件を満たすことを特徴とする血液浄化カラム。
   （１）前記フィルタの開口率が２１％以上、６６％以下
   （２）前記フィルタの目開きの相当直径が１０μｍ以上、４００μｍ以下
   （３）前記フィルタの目開きの相当直径の前記吸着体の間隙の平均円相当直径に対する比率が５０％以上、２８０％以下
   （４）前記フィルタにおいて、カラム内の長手方向に対して垂直方向に開口している部分の表面積をＢ１と、カラム内の長手方向に対して平行方向に開口している部分の総表面積をＢ２とした場合に、Ｂ１／Ｂ２≧１の関係を満たす
   （５）前記吸着体の形態が中実糸状であり、該中実糸状がカラム長手方向に平行に配置されている
   （６）前記フィルタの形状がメッシュ状である
   （７）前記フィルタ素材の接触角が６６°以上１０８°以下である
   （８）前記フィルタが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ナイロン６、ナイロン６６、ポリエチレンテレフタラート、および、それらの誘導体、からなる群から選ばれる少なくとも１種類の素材を含む
2. 前記中実糸の糸径または外径が１０μｍ以上、１０００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の血液浄化カラム。
3. 人工腎臓と直列に接続する用途に用いられることを特徴とする請求項１または２に記載の血液浄化カラム。
   

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