JP6776895B2 - 抗血栓性材料 - Google Patents

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Description

本発明は、抗血栓性材料に関する。
血液と接触する医療機器及び医療器具(例えば、人工腎臓、人工肺、人工血管、人工弁、ステント、ステントグラフト、カテーテル、遊離血栓捕獲器具、血管内視鏡、縫合糸、血液回路、チューブ類、カニューレ、血液バッグ及び注射器等)は、血液の凝固による機能低下を防ぐために、高い抗血栓性が求められている。医療機器及び医療器具に抗血栓性を付与する方法としては、抗凝固剤であるヘパリン又はヘパリン誘導体を基材の表面に塗布又は化学結合させる手法が一般的である。
ヘパリン又はヘパリン誘導体を基材の表面に結合する手法としては、主に、1)基材の表面に導入された官能基と共有結合させることにより固定化する方法と、2)基材の表面に導入された正電荷を帯びたカチオン性化合物とイオン結合により固定化する方法が知られている。
1)の方法としては、亜硝酸処理で酸化したアルデヒド化ヘパリンをアミノ化した基材の表面と共有結合させる方法(特許文献1)、アミノ化ヘパリンとカチオン性化合物であるポリエチレンイミン(以下、「PEI」)を結合させ、ラジカル導入した基材の表面と共有結合させる方法(特許文献2)、基材の表面に導入されたPEIとヘパリンを還元剤の存在化で共有結合させる方法(特許文献3)が報告されている。
2)の方法としては、ヘパリン又はヘパリン誘導体がイオン的に負電荷を帯びることから、正電荷を帯びるカチオン性化合物とイオン結合させる方法が報告されている(特許文献4〜7)。さらに、この方法で得られた抗血栓性材料は、時間とともにヘパリン又はヘパリン誘導体が溶出される特徴があり、ヘパリン又はヘパリン誘導体の結合量や溶出速度を変えることで抗血栓性の強さを制御できるため、様々な正電荷を帯びるカチオン性化合物との組み合わせが検討されてきた。
例えば、アミノリシスやアミド形成反応で基材であるポリエチレンテレフタレート(以下、「PET」)やポリアミドの表面にカチオン性化合物であるポリアミンを処理し、そこにヘパリンをイオン結合させて抗血栓性材料を得る方法(特許文献4〜6)や、第4級アンモニウム塩等の有機カチオン混合物や第4級ホスホニウム化合物とヘパリン又はヘパリン誘導体との間でイオン複合体を形成させ、有機溶媒に溶かして基材の表面に塗布することで抗血栓性材料を得る方法(特許文献7及び8)が報告されている。また、別の方法としては、第3級アミノ基を含むポリマーを基材の表面に塗布して、アミノ基を第4級アンモニウム化してヘパリンをイオン結合させて抗血栓性材料を得る方法(特許文献9)や、カチオン性化合物であるPEIをオゾン処理や、プラズマ処理で基材の表面に導入後、ヘパリンをイオン結合させて抗血栓性材料を得る方法が報告されている(特許文献10及び11)。
また、プラズマ照射を施して基材の表面に負電荷を有する化合物をグラフト重合にて導入後、正電荷を有するポリマーであるPEIをヘパリンとイオン結合するためのリンカーとして導入し、ヘパリンをPEIとイオン結合させて抗血栓性材料を得る方法や(特許文献11)、PET基材のエステル結合を、水酸化ナトリウムにて加水分解した後、過マンガン酸カリウムにて水酸基をカルボキシル基に酸化し、正電荷の官能基を有するポリマーであるPEIを脱水縮合にて導入し、導入されたPEIとヘパリンをイオン結合させて抗血栓性材料を得る方法(特許文献12)等も報告されている。
一方、ヘパリン等の負電荷を帯びたタンパク質非吸着性物質を基材の表面に結合させることで、細胞の表面への吸着を阻害する方法が報告されている(特許文献13)。
特許第4152075号公報 特許第3497612号公報 特表平10−513074号公報 特公昭60−041947号公報 特公昭60−047287号公報 WO2014−168198号公報 特許第4273965号公報 特開平10−151192号公報 特許第3341503号公報 特許第3497612号公報 特許第3834602号公報 WO2014/168198 特許第4982752号公報
しかしながら、特許文献1〜3で開示された方法では、ヘパリン又はヘパリン誘導体が共有結合されることによってその自由度が低下してしまい、必要とされる抗凝固活性を得ることが困難である。
また、特許文献2〜6には、基材の表面に、例えばポリアミン等の正電荷を帯びるカチオン性化合物を導入し、そのカチオン性化合物に対して、アニオン性の抗凝固活性を有する化合物であるヘパリン又はヘパリン誘導体をイオン結合させて固定化する方法が記載されているが、導入する適切なカチオン性化合物の量については記載されていない。被覆するカチオン性化合物の量が少なすぎる場合、高い抗血栓性は得られず、多すぎる場合はヘパリンが溶出した後に露出するカチオン表面が血栓形成を促進しまうことが懸念される。また、被覆するカチオン性化合物の量が多すぎると、基材の表面の構造が埋没してしまい、医療機器としての性能が低下してしまう可能性がある。
さらに、特許文献7及び8で開示された方法では、ヘパリン等を含むイオン複合体を有機溶媒に溶かして基材に塗布しているが、使用する有機溶媒は、イオン複合体は溶解するが基材は溶解しないものである必要があり、塗布後の乾燥工程においても、イオン複合体中の親水性の高い部分が有機溶媒を避けて凝集して相分離を引き起こすため、基材の表面に均一に塗布できないのが現状である。加えて、第4級アンモニウム塩等の有機カチオン混合物や第4級ホスホニウム化合物等の低分子化合物は、塗布のみでは基材と共有結合されないため、抗血栓性材料として使用した場合に、血液等の体液との接触により溶出し易く、ヘパリン又はヘパリン誘導体の溶出速度を制御できない。
さらに、特許文献9〜11には、アミノ基を有するカチオン性のポリマーで基材の表面を被覆し、その後カチオン性のポリマーに対しヘパリンをイオン結合させる方法が記載されているが、基材の表面に導入されるポリマーの適切な量について検討はされていなかった。被覆するポリマーの量が少なすぎる場合、高い抗血栓性は得られず、多すぎる場合は
ヘパリンが溶出した後に露出するカチオン表面が血栓形成を促進しまうことが懸念される。また、被覆するポリマーの量が多すぎると、基材の表面の構造が埋没してしまい、医療機器としての性能が低下してしまう可能性がある。
一方、特許文献12に記載されているように、従来は、ヘパリン等を基材に付着させることで、基材表面に対する細胞接着性が低下してしまうことが知られているため、ヘパリン等を用いた抗血栓性材料を人工血管やステント、ステントグラフト等に用いた場合、血栓を防ぐことはできる一方で、内皮細胞などの接着・増殖による生体化を阻害してしまう場合がある。
そこで本発明は、被覆材料の厚みを減らしつつ、長期間持続的に高い抗血栓性を発揮する抗血栓性材料を提供することを目的としている。
さらに、本発明は、抗血栓性を持たせつつ、基材表面に対する細胞接着性を低下させることのない抗血栓性材料を提供することを目的としている。
さらに、特許文献11及び12は、ヘパリンとイオン結合する正電荷の官能基を有するポリマーの導入自体には着目しているが、正電荷の官能基と負電荷の官能基との定量的な関係に着目して正電荷の官能基と負電荷の官能基との量の比率の検討がなされておらず、ヘパリンが効果を最大限に発揮できるための官能基比率の至適な範囲があることを見出していない。
ヘパリンが効果を発揮するためには、負電荷の官能基を有する基材表面において、正電荷の官能基を有するカチオン性ポリマーが、ヘパリンと結合しやすい特定の構造を形成することが重要であり、ヘパリンを導入する基材に含まれる正電荷の官能基及び負電荷の官能基の比率の制御が、高い抗血栓性を有する材料の開発において重要な因子である。
そのため、本発明のさらなる目的として、負電荷の官能基を有する基材に、正電荷の官能基を有するカチオン性ポリマーを共有結合により導入し、それらの官能基の存在比率を制御してから、硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物をイオン結合にて導入することによって、硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物が血液中に溶出する際に抗血栓性を十分に発揮することができる抗血栓性材料を提供することを目的としている。
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、以下の(1)〜(9)の発明を見出すに至った。
(1) アルキレンイミン、ビニルアミン、アリルアミン、リジン、プロタミン及びジアリルジメチルアンモニウムクロライドからなる群から選択される化合物を構成モノマーとして含むカチオン性ポリマー並びに硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物を含む被覆材料と、該被覆材料によって表面が被覆された基材と、を備え、上記カチオン性ポリマーは、上記基材と共有結合され、上記硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物は、上記カチオン性ポリマーとイオン結合され、上記被覆材料の平均の厚みが15〜400nmである、抗血栓性材料。
(2) 抗ファクターXa活性から算出される、上記被覆材料に含まれるアニオン性の抗凝固活性を有する化合物の総量が50〜1000mIU/cmである、(1)記載の抗血栓性材料。
(3) 表面におけるX線電子分光法(XPS)で測定した全原子の存在量に対する窒素原子の存在比率が6.5〜9.5原子数%である、(1)又は(2)記載の抗血栓性材料。
(4) 上記カチオン性ポリマーの重量平均分子量は、10000〜1000000である、(1)〜(3)のいずれか記載の抗血栓性材料。
(5) 上記基材はポリエステル系ポリマーであり、上記抗血栓性材料の最大応力が350MPa以上である、(1)〜(4)のいずれか記載の抗血栓性材料。
(6) 上記カチオン性ポリマーは、正電荷の官能基を有し、かつ、上記基材は、負電荷の官能基を有し、上記負電荷の官能基に対する上記正電荷の官能基の存在比率は、8.0〜30である、(1)〜(5)のいずれか記載の抗血栓性材料。
(7) 上記カチオン性ポリマーが共有結合する前の上記基材の負電荷の官能基の存在量に対する上記カチオン性ポリマーが共有結合した後の上記基材の負電荷の官能基の存在量の比率は、25%以下である、(1)〜(6)のいずれか記載の抗血栓性材料。
(8) 細胞接着性を有する、(1)〜(7)のいずれか記載の抗血栓性材料。
(9) (1)〜(8)のいずれか記載の抗血栓性材料を有する医療器材。
また、本発明は、上記課題を解決するための(10)〜(13)の発明を提供する。
(10) 硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物と、正電荷の官能基を有するポリマーと、負電荷の官能基を有する基材と、を備え、上記含硫黄多糖類は、上記ポリマーにイオン結合され、上記ポリマーは、上記基材に共有結合され、上記負電荷の官能基に対する上記正電荷の官能基の存在比率は、8.0〜30である、抗血栓性材料。
(11) 上記ポリマーが共有結合する前の上記基材の負電荷の官能基の存在量に対する上記ポリマーが共有結合した後の上記基材の負電荷の官能基の存在量の比率は、25%以下である、(10)に記載の抗血栓性材料。
(12) 上記ポリマーの重量平均分子量は、10000〜750000である、(11)又は(12)に記載の抗血栓性材料。
(13) (10)〜(12)のいずれか記載の抗血栓性材料を有する医療器材。
本発明の抗血栓性材料は、基材の表面の構造を保持し、かつ、基材に共有結合したポリマーを介することにより、硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物以外の成分の溶出を抑えることができ、長期にわたって抗凝固活性を発揮することができるため、抗血栓性を必要とする医療器材(医療機器及び医療器具(より具体的には、人工腎臓、人工肺、人工血管、人工弁、ステント、ステントグラフト、カテーテル、遊離血栓捕獲器具、血管内視鏡、縫合糸、血液回路、チューブ類、カニューレ、血液バッグ、注射器等))に好適に利用できる。
本発明の抗血栓性材料は、アルキレンイミン、ビニルアミン、アリルアミン、リジン、プロタミン及びジアリルジメチルアンモニウムクロライドからなる群から選択される化合物を構成モノマーとして含むカチオン性ポリマー並びに硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物を含む被覆材料と、該被覆材料によって表面が被覆された基材と、を備え、上記カチオン性ポリマーは、上記基材と共有結合され、上記硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物は、上記カチオン性ポリマーとイオン結合され、上記被覆材料の平均の厚みが15〜400nmであることを特徴としている。
本明細書において使用する用語は、特に断りがない限り、下記に示す定義を用いる。
抗血栓性とは、血液と接触する表面で血液が凝固しない性質であり、例えば、血小板の凝集や、トロンビンに代表される血液凝固因子の活性化等で進行する血液凝固を阻害する性質を指す。
抗血栓性材料とは、抗血栓性を有する材料のことであり、特に限定されるものではないが、医療機器及び医療器具(例えば、人工腎臓、人工肺、人工血管、人工弁、ステント、ステントグラフト、カテーテル、遊離血栓捕獲器具、血管内視鏡、縫合糸、血液回路、チューブ類、カニューレ、血液バッグ、注射器等)を構成する材料として用いることができる。これらの医療機器及び医療器具は血液と接触することが多く、医療機器及び医療器具の表面で血液凝固が進行しやすいため、材料に抗血栓性材料を用いることが必要とされている。
基材とは、抗血栓性材料を構成する材料のうち、次に定義する被覆材料に被覆される面を構成する物質のことである。本発明における基材の材質は特に限定されるものではないが、例えばポリエステル系ポリマー、延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレン(以下、「ePTFE」)、ポリウレタン、ポリエーテルウレタン、ポリアミド、塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリメチルメタクリレート等が基材の材質として好ましい。この中でも、抗血栓性材料の基材として汎用性の高いポリエステル系ポリマーが好ましく、少なくともエステルを構成モノマーとして有するポリマーがより好ましい。例えば、PET、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート及びポリブチレンナフタレート等が挙げられ、この中でもPETが抗血栓性材料の基材として汎用性が高くより好ましい。ポリエステル系ポリマーとは、ポリマー中にエステル結合を有するポリマーのことである。
本発明の負電荷の官能基は特に限定されるものではないが、例えば、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基、ニトロ基及び炭酸基等が例として挙げられる。
基材に負電荷の官能基を導入する手法としては特に限定されず、例えば、オゾン処理、コロナ放電若しくはプラズマ処理等で基材にラジカルを発生させ、負電荷の官能基を有するポリマー又は低分子化合物を基材に化学結合させて導入する方法、基材に含まれる官能基(例えば、水酸基やアミノ基等)と化学結合させて導入する方法又はポリエステル系ポリマーの基材の場合、酸若しくは塩基による加水分解等により基材に直接負電荷の官能基を形成する方法等が例示される。
上記手法によって導入される負電荷の官能基は基材の表面に存在しても、内部に存在してもよいが、正電荷の官能基を有するポリマーと結合するという点で、基材の表面の少なくとも一部に存在することが好ましく、基材の表面の全体に存在していることがより好ましい。
被覆材料とは、基材の表面の少なくとも一部を被覆する材料のことであり、本発明において被覆材料は、アルキレンイミン、ビニルアミン、アリルアミン、リジン、プロタミン及びジアリルジメチルアンモニウムクロライドからなる群から選択される化合物を構成モノマーとして含むカチオン性ポリマー並びに硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物を含んでいる。
上記の被覆材料を構成するカチオン性ポリマーは、アルキレンイミン、ビニルアミン、アリルアミン、リジン、プロタミン及びジアリルジメチルアンモニウムクロライドからなる群から選択される化合物を構成モノマーとして含むカチオン性ポリマーである。これらの構成モノマーは、カチオン性の窒素原子を有しているため、ポリマーはカチオン性となり、一方、硫黄原子を含む抗凝固活性を有する化合物はアニオン性であるため、イオン結合することができる。硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物は、ヘパリン、ヘパリン誘導体、デキストラン硫酸、ポリビニルスルホン酸及びポリスチレンスルホン酸等が挙げられ、ヘパリン又はヘパリン誘導体がより好ましい。また、ヘパリン又はヘパリン誘導体は、血液凝固反応を阻害できるものであれば特に限定されず、臨床で一般的に広く使われているヘパリン、未分画ヘパリンや低分子量ヘパリンのほか、アンチトロンビンIIIに高親和性のヘパリン等も含まれる。
被覆材料を構成するカチオン性ポリマーは、カチオン性を有しており細胞毒性等を発現する可能性があるため、血液等の体液中に溶出することは好ましくない。そのため、被覆材料を構成するカチオン性ポリマーは、基材の表面と共有結合している。
本発明の正電荷の官能基は特に限定されるものではないが、アミノ基、イミノ基、第4級アンモニウム基、ホスホニウム基及びピリジニウム基等が例として挙げられる。これらの正電荷の官能基を有するポリマーとしては、例えば、アルキレンイミン、ビニルアミン、アリルアミン、リジン、プロタミン及びジアリルジメチルアンモニウムクロライドからなる群から選択される化合物を構成モノマーとして含むポリマーである。
正電荷を有するポリマーを基材の表面に結合する手法としては特に限定されず、オゾン処理、コロナ放電若しくはプラズマ処理等の方法で基材にラジカルを発生させ、正電荷を有するポリマーを基材表面に化学結合させて導入する方法、加熱処理によって正電荷を有するポリマーとPET等の基材表面へのアミノリシス反応を利用して直接正電荷を有するポリマーを導入する方法、正電荷を有するポリマーを基材表面に物理吸着させる方法又は正電荷を有するポリマーの水溶液と基材を接触させた状態でガンマ線を照射し正電荷を有するポリマーを基材表面に化学結合する方法等が例示される。
上記手法によって導入される正電荷の官能基は基材の表面に存在しても、内部に存在してもよいが、硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物と結合するという点で、基材の表面の少なくとも一部に存在することが好ましく、基材の表面の全体に存在していることがより好ましい。
正電荷の官能基を有するポリマーは、細胞毒性等を発現する可能性があるため、血液等の体液中に溶出することは好ましくない。そのため基材と共有結合していることが好ましい。
ここで、共有結合とは、原子同士で互いの電子を共有することによって生じる化学結合を指す。本発明においては、被覆材料を構成するカチオン性ポリマー及び基材の表面が有する炭素、窒素、酸素、硫黄等の原子同士の共有結合であり、単結合であっても多重結合であっても構わない。共有結合の種類は、限定されるものではないが、例えば、アミン結合、アジド結合、アミド結合、イミン結合等が挙げられる。その中でも特に共有結合の形成しやすさや結合後の安定性等の観点からアミド結合がより好ましい。本願発明者らが鋭意検討した結果、被覆材料を構成するカチオン性ポリマーと基材の表面との間でアミド結合が形成されることにより、カチオン性ポリマーの基材の表面における立体配置が、硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物、例えばヘパリン又はヘパリン誘導体とのイオン結合状態を最適にすることを見出した。共有結合の確認は、カチオン性ポリマーを溶解する溶剤で洗浄しても溶出しないことから判定することができる。
被覆材料を構成するカチオン性ポリマーは、単独重合体であってもよく、共重合体であってもよい。ポリマーが共重合体である場合には、ランダム共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体又は交互共重合体のいずれであってもよいが、ブロック共重合体の場合、窒素原子を含んだ繰り返し単位が連続するブロックの部分と硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物とで相互作用する方が、強固にイオン結合するため、ブロック共重合体がより好ましい。
ここで、単独重合体とは、1種類の構成モノマーを重合して得られる高分子化合物をいい、共重合体とは、2種類以上のモノマーを共重合して得られる高分子化合物をいう。中でもブロック共重合体とは、繰り返し単位の異なる少なくとも2種類以上のポリマーが共有結合でつながり、長い連鎖になったような分子構造の共重合体をいい、ブロックとは、ブロック共重合体を構成する「繰り返し単位の異なる少なくとも2種類以上のポリマー」のそれぞれを指す。
上記のカチオン性ポリマーの構造は直鎖状でもよいし、分岐状でもよい。本発明においては、硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物、と多点でより安定なイオン結合を形成することができるため、分岐状の方がより好ましい。
上記のカチオン性ポリマーは、第1級から第3級のアミノ基及び第4級アンモニウム基のうち少なくとも1つの官能基を有しているが、その中でも、第4級アンモニウム基は、第1級から第3級のアミノ基よりも硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物とのイオン相互作用が強固であり、硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物の溶出速度が制御しやすいため、好ましい。正電荷の官能基を有するポリマー内の異なる級数のアミノ基の比率は、例えば13C NMR等により測定できる。
上記の第4級アンモニウム基を構成する3つのアルキル基の炭素数は特に限定されるものではないが、多すぎると疎水性が高く、また立体障害が大きくなるため、第4級アンモニウム基に効果的に硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物がイオン結合できなくなる。また、多すぎると細胞毒性も生じやすくなることから、第4級アンモニウム基を構成する窒素原子に結合しているアルキル基1つあたりの炭素数は1〜12が好ましく、さらには、2〜6が好ましい。第4級アンモニウム基を構成する窒素原子に結合している3つのアルキル基は全て同じ炭素数であってもよいし、異なっていてもよい。
本発明において、硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物とイオン相互作用に基づく吸着量が多いことから、カチオン性ポリマーとしてポリアルキレンイミンを用いることが好ましい。ポリアルキレンイミンとしては、PEI、ポリプロピレンイミン及びポリブチレンイミン、さらにはアルコキシル化されたポリアルキレンイミン等が挙げられ、なかでもPEIがより好ましい。
PEIの具体例としては、“LUPASOL”(登録商標)(BASF社製)や“EPOMIN”(登録商標)(株式会社日本触媒社製)等が挙げられるが、本発明の効果を妨げない範囲で他のモノマーとの共重合体であってもよく変性体であってもよい。ここでいう変性体とは、カチオン性ポリマーを構成するモノマーの繰り返し単位は同じであるが、例えば、後述する放射線の照射により、その一部がラジカル分解や再結合等を起こしているものを指す。
アルキレンイミン、ビニルアミン、アリルアミン、リジン、プロタミン及びジアリルジメチルアンモニウムクロライド以外に用いられる、共重合体を形成する構成モノマーは、特に限定されるものではないが、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ビニルピロリドン、ビニルアルコール、ビニルカプロラクタム、酢酸ビニル、スチレン、メチルメタクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート及びシロキサン等が例示できる。アルキレンイミン、ビニルアミン、アリルアミン、リジン、プロタミン及びジアリルジメチルアンモニウムクロライド以外に用いられる、共重合体を形成する構成モノマーは、多すぎると硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物、とのイオン結合が弱くなるので10重量%以下であることが好ましい。
本発明において、被覆材料を構成するカチオン性ポリマーの重量平均分子量が小さすぎると、硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物よりも分子量が小さくなるため、基材の表面で安定したイオン結合が形成されず、目的の抗血栓性が得られにくくなる。一方で、カチオン性ポリマーの重量平均分子量が大きすぎると、硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物がカチオン性ポリマーによって内包されてしまい、被覆材料の最表面に露出しにくくなる。このため、被覆材料を構成するポリマーの重量平均分子量は、10000〜1500000が好ましく、10000〜1000000がより好ましい。さらに、基材の表面で安定したイオン結合を形成するためには、硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物よりも分子量が大きい方が、目的の抗血栓性が得られやすいため好ましい。一方で、硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物がカチオン性ポリマーによって内包されて、基材の最表面に露出しづらくなることを防ぐためには、カチオン性ポリマーの重量平均分子量が一定の大きさよりも小さいことが好ましい。このため、被覆材料を構成するカチオン性ポリマーの重量平均分子量は、10000〜750000が特に好ましい。カチオン性ポリマーの重量平均分子量は、例えば、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー法や、光散乱法等により測定することができる。
本発明において、被覆材料を構成するヘパリン又はヘパリン誘導体は、精製されていてもよいし、されていなくてもよい。血液凝固反応を阻害できるものであれば良く、臨床で一般的に広く使われているヘパリン、未分画ヘパリンや低分子量ヘパリンのほか、アンチトロンビンIIIに高親和性のヘパリンなども含まれる。ヘパリンの具体例としては、“ヘパリンナトリウム”(Organon API社製)等が挙げられる。
本発明において、基材の表面の構造を保持しつつ、かつ、硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物以外の成分の溶出を抑えたまま、硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物の抗凝固活性を高く長く発現するために、本願発明者らが鋭意検討した結果、抗血栓性材料の表面におけるXPSによる全原子の存在量に対する窒素原子の存在比率に最適な値が存在することを見出した。原子の存在比率は、「原子数%」で表される。原子数%とは、全原子の存在量を100とした時の、特定原子の割合を原子数換算で示したものである。
すなわち、本発明において、抗血栓性材料の表面におけるXPSで測定した全原子の存在量に対する窒素原子の存在比率にも好ましい値が存在することを見出した。すなわち、抗血栓性材料の表面におけるXPSで測定した全原子の存在量に対する窒素原子の存在比率は、抗血栓性を高めるためには、6.5〜9.5原子数%が好ましく、7.0〜9.0原子数%がより好ましく、7.5〜8.5原子数%がさらにより好ましい。全原子の存在量に対する窒素原子の存在比率が6.5原子数%未満の場合、基材の表面に共有結合するカチオン性ポリマーの量が少ないために基材の表面の構造は保持されるものの、カチオン性ポリマーを介してイオン結合する、ヘパリン又はヘパリン誘導体のような硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物の被覆量が少なくなるため、目的の抗血栓性は得られにくくなる。一方、全原子の存在量に対する窒素原子の存在比率が9.5原子数%を超える場合は、基材の表面に共有結合するカチオン性ポリマーの量が多くなり、被覆材料の厚みに影響を与える。また、カチオン性ポリマーを介してイオン結合する硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物の被覆量が十分量存在するが、硫黄原子を含む抗凝固活性を有する化合物が溶出するにつれて露出した多量のポリマーが、カチオン性を有するために、血栓形成を促進することが分かった。
さらに、全原子の存在量に対する窒素原子の存在比率が9.5原子数%以下であれば、硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物の被覆量が適切な量となるため、内皮細胞の接着性が高められる。抗血栓性と細胞接着性を両立するためには、抗血栓性材料の表面におけるXPSで測定した全原子の存在量に対する窒素原子の存在比率は、6.5〜9.5原子数%が好ましく、7.0〜9.0原子数%がより好ましく、7.5〜8.5原子数%がさらにより好ましい。
具体的に、抗血栓性材料の表面における全原子の存在量に対する窒素原子の存在比率は、XPSによって求めることができる。
[測定条件]
装置 :ESCALAB220iXL(VG Scientific社製)
励起X線 :monochromaticAlKα1,2線(1486.6eV)
X線径 :1mm
X電子脱出角度 :90°(抗血栓性材料の表面に対する検出器の傾き)
ここでいう抗血栓性材料の表面とは、XPSの測定条件におけるX電子脱出角度、すなわち抗血栓性材料の表面に対する検出器の傾きを90°として測定した場合に検出される、測定表面からの深さ10nmまでのことを指す。また、本発明において、基材には窒素原子を含んでいても窒素原子を含んでいなくてもよい。また、本発明において、基材には窒素原子を含んでいても窒素原子を含んでいなくてもよい。
抗血栓性材料の表面にX線を照射し、生じる光電子のエネルギーを測定することで得られる物質中の束縛電子の結合エネルギー値から、抗血栓性材料の表面の原子情報が得られ、また各結合エネルギー値のピークのエネルギーシフトから価数や結合状態に関する情報が得られる。さらに、各ピークの面積比を用いて定量、すなわち各原子や価数、結合状態の存在比率を算出することができる。
具体的には、窒素原子の存在を示すN1sピークは結合エネルギー値が396eV〜403eV付近に見られ、本発明においては、全ピークに対するN1sピークの面積比が6.0〜12.0原子数%であることが好ましいことを見出した。さらに、N1sピークは、主に炭素−窒素(以下、「C−N」)結合に帰属されるn1成分(399eV付近)と、アンモニウム塩又はC−N(n1とは異なる構造)又は窒素酸化物(以下、「NO」)に帰属されるn2成分(401〜402eV付近)にピーク分割することができる。各分割ピーク成分の存在比率は、以下の式1によって算出される。全原子の存在量に対する窒素原子の存在比率及び各分割ピーク成分の存在比率は、小数点第2位を四捨五入して、算出することとする。
分割ratio = N1sratio × (分割percent /100) ・・・式1
分割ratio : 各分割ピーク成分の存在比率(%)
N1sratio : 全原子の存在量に対する窒素原子の存在比率(%)
分割percent : N1sピークにおける各分割ピーク成分の割合(%)
N1sピークの分割によって得られるNOに帰属するn2成分は、本発明においては第4級アンモニウム基の存在を示すものであり、N1sピークの全成分に対するn2成分の割合、すなわち、分割percent(n2)は、20〜70原子数%が好ましく、25〜65原子数%がより好ましく、30〜60原子数%がさらに好ましいことを見出した。分割percent(n2)が20原子数%未満の場合、第4級アンモニウム基の存在量が少ないため、硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物とのイオン相互作用が弱く、溶出速度が早くなり目的の抗血栓性が得られにくくなる。一方、分割percent(n2)が70原子数%を超える場合は、硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物とのイオン相互作用が強固すぎるため、イオン複合体の形成による自由度の低下によって、抗凝固活性を高く長く発現できないだけでなく、溶出速度が遅くなりやすい。また、n2成分の存在比率、すなわち、分割ratio(n2)は、式1によって算出されるため、上記理由により、1.4〜8.4原子数%が好ましく、1.8〜7.2原子数%がより好ましく、2.4〜6.0原子数%がさらにより好ましい。
また、炭素原子の存在を示すC1sピークは結合エネルギー値が282〜292eV付近に見られ、C1sピークは、主に飽和炭化水素等の存在を示唆する炭素−水素(以下、「CHx」)結合や、炭素−炭素(以下、「C−C」)結合、炭素=炭素(以下、「C=C」)結合に帰属されるc1成分(285eV付近)と、エーテルや水酸基の存在を示唆する炭素−酸素(以下、「C−O」)結合や、炭素−窒素(以下、「C−N」)結合に帰属されるc2成分(286eV付近)と、カルボニル基の存在を示唆する炭素=酸素(以下、「C=O」)結合に帰属されるc3成分(287〜288eV付近)と、エステル基やカルボキシル基の存在を示唆する酸素=炭素−酸素(以下、「O=C−O」)結合に帰属されるc4成分(288〜289eV付近)と、ベンゼン環等の共役系の存在を示唆するπ−πサテライトピーク(以下、「π−π」)結合に帰属されるc5成分(290〜292eV付近)にピーク分割することができる。各分割ピーク成分の存在比率は、以下の式2によって算出される。全原子の存在量に対する炭素原子の存在比率及び各分割ピーク成分の存在比率は、小数点第2位を四捨五入して、算出することとする。
分割ratio = C1sratio × (分割percent /100) ・・・式2
分割ratio : 各分割ピーク成分の存在比率(%)
C1sratio : 全原子の存在量に対する炭素原子の存在比率(%)
分割percent : C1sピークにおける各分割ピーク成分の割合(%)
C1sピークの分割によって得られるC=O結合に帰属されるc3成分は、本発明においてはアミド基の存在を示すものであり、本発明においてC1sピークの全成分に対するc3成分の割合、すなわち、本発明において、抗血栓性材料の表面におけるXPSで測定したアミド基の存在比率は、2.0原子数%以上が好ましく、3.0原子数%以上がより好ましいことを見出した。アミド基の存在比率が2.0原子数%未満の場合、被覆材料を構成するカチオン性ポリマーと基材の表面との間で、アミド結合による共有結合が少なく、被覆材料の被覆量が少なくなるとともに、ポリマーの基材の表面における立体配置の影響により硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物とのイオン結合状態が悪くなるため、目的の抗血栓性が得られにくくなる。
本発明において、硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物がイオン結合するための正電荷の官能基量は、負電荷の官能基を有する色素を用いた染色法により定量可能である。
用いられる負電荷の官能基を有する色素の種類は、特に限定されるものではないが、水溶性であることが好ましく、オレンジII、メチルオレンジ、メチルレッド、チモールブルー、ダイサルフィンブルー、ルモガリオン、ヒドロキシナフトールブルー及びクマシーブリリアントブルー等があげられる。
具体的に、本発明における、負電荷の官能基を有する色素としてオレンジIIを用いた染色方法を以下に記す。
サンプル面積4cmに対し、2mLのオレンジII酢酸干渉溶液(pH4.0)で37℃、1時間染色した後、余分なオレンジII溶液を拭き取り、1mM水酸化ナトリウム水溶液で37℃、30分処理して、正電荷の官能基にイオン結合した負電荷の官能基を有する色素を抽出した。抽出液を21mM塩酸で中和し、482nmと550nmの吸光度を紫外・可視分光光度計(U−3900、日立ハイテクサイエンス)にて測定し、482nmと550nmの吸光度を差し引く。別に作製した検量線を用いて、吸光度からサンプルの正電荷の官能基量を定量する。ここで、正電荷の官能基が1molに対して、オレンジIIが1mol結合するとして、本発明では、オレンジIIの定量モル数を正電荷の官能基量とした。
ここで、正電荷の官能基の価数がn価であり、負電荷の官能基を有する色素の価数がm価である場合、以下の式4によって、正電荷の官能基数を定量化することが可能であり、基材に存在する正電荷の官能基及び負電荷の官能基を有する色素、それぞれの価数によらない。
=a×n/m ・・・式4
:正電荷の官能基量(mol)
:負電荷の官能基を有する色素による定量モル数(mol)
n:基材における正電荷の官能基の価数(−)
m:負電荷の官能基を有する色素の価数(−)
本発明において、硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物がイオン結合するための基材における負電荷官の能基量を、正電荷の官能基を有する色素を用いた染色法により定量可能である。
用いられる正電荷の官能基を有する色素の種類は、特に限定されるものではないが、水溶性であることが好ましく、トルイジンブルーO、マラカイトグリーン、メチレンブルー、クリスタルバイオレット及びメチルバイオレット等があげられる。
具体的に、本発明における、正電荷の官能基を有する色素としてトルイジンブルーOを用いた染色方法を以下に記す。
サンプル面積4cmに対し、2mLのトルイジンブルーOリン酸干渉溶液(pH7.0)で37℃、1時間染色した後、余分なトルイジンブルーO溶液を拭き取り、50%(v/v)酢酸水溶液で37℃、30分処理して、負電荷の官能基にイオン結合した正電荷の官能基を有する色素を抽出した。抽出液を、630nmと750nmの吸光度を紫外・可視分光光度計(U−3900、日立ハイテクサイエンス)にて測定し、630nmと750nmの吸光度を差し引く。別に作製した検量線を用いて、吸光度からサンプルの負電荷の官能基量を定量する。ここで、負電荷の官能基が1molに対して、トルイジンブルーOが1mol結合するとして、本発明では、トルイジンブルーOの定量モル数を負電荷の官能基量とした。
ここで、負電荷の官能基の価数がn価であり、正電荷の官能基を有する色素の価数がm価である場合、以下の式5によって、負電荷の官能基数を定量化することが可能であり、基材に存在する負電荷の官能基及び正電荷を有する色素、それぞれの価数によらない。
-=a-×n/m ・・・式5
-:負電荷の官能基量(mol)
-:負電荷の官能基を有する色素による定量モル数(mol)
n:基材における正電荷の官能基の価数(−)
m:負電荷の官能基を有する色素の価数(−)
染色法による硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物がイオン結合するための、基材及びポリマーにおける正電荷の官能基量及び負電荷の官能基量の測定は、硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物を結合する前に行うことが好ましい。しかし、硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物がイオン結合していても、該含硫黄多糖類を溶出させることのできる溶媒で充分に洗浄することができれば、染色法による正電荷の官能基量及び負電荷の官能基量の測定は可能である。
本発明において、硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物の抗凝固活性を高く発現するために、本願発明者らが鋭意検討した結果、抗血栓性材料の負電荷の官能基に対する正電荷の官能基の存在比率に最適な数値領域が存在することを見出した。
本発明において、負電荷の官能基に対する正電荷の官能基の存在比率とは、負電荷の官能基量を1としたときの、正電荷の官能基量と負電荷の官能基量の比率として定義し、以下の式6によって算出される。
ratio(−)=Q/Q ・・・式6
ratio: 負電荷の官能基に対する正電荷の官能基の存在比率
: 正電荷の官能基量
: 負電荷の官能基量
本発明の抗血栓性材料では、負電荷の官能基に対する正電荷の官能基の存在比率は、負電荷の官能基を有する硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物がイオン結合できるよう、1よりも大きな値であることが好ましく、また、高すぎる場合は細胞毒性等が懸念されるため、8.0〜200であることが好ましく、8.0〜30であることがより好ましい。
本発明において、硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物の抗凝固活性を高く発現するために、本願発明者が鋭意検討した結果、抗血栓性材料の基材における、正電荷の官能基を有するカチオン性ポリマーが共有結合する前の基材の負電荷の官能基の存在量に対する、正電荷の官能基を有するカチオン性ポリマーが共有結合した後の基材の負電荷の官能基の存在量の比率に最適な数値領域が存在することを見出した。
本発明において、抗血栓性材料の正電荷の官能基を有するカチオン性ポリマーが共有結合する前の基材の負電荷の官能基の存在量に対する、正電荷の官能基を有するカチオン性ポリマーが共有結合した後の基材の負電荷の官能基の存在量の比率とは、正電荷の官能基を有するポリマーを共有結合させる前の基材の負電荷の官能基量を1としたときの、正電荷の官能基を有するカチオン性ポリマーを共有結合させる前後での基材の負電荷の官能基量の比、として定義し、以下の式7によって算出される。
residue(%)=(Q after/Q before)×100 ・・・式7
residue: 正電荷の官能基を有するカチオン性ポリマーが共有結合する前の基材の負電荷の官能基の存在量に対する正電荷の官能基を有するカチオン性ポリマーが共有結合した後の基材の負電荷の官能基の存在量の比率
after: 正電荷の官能基を有するカチオン性ポリマーが共有結合した後の基材の負電荷の官能基量
before: 正電荷の官能基を有するカチオン性ポリマーが共有結合する前の基材の負電荷の官能基量
本発明の抗血栓性材料では、負電荷の官能基がより多く消費されることで正電荷の官能基を有するカチオン性ポリマーを安定に共有結合することができるため、抗血栓性材料の正電荷の官能基を有するカチオン性ポリマーが共有結合する前の基材の負電荷の官能基の存在量に対する正電荷の官能基を有するカチオン性ポリマーが共有結合した後の基材の負電荷の官能基の存在量の比率は小さな値であることが好ましく、25%以下であることがより好ましく、20%以下であることがさらに好ましい。
本発明の抗血栓性材料は、医療機器及び医療器具(例えば、人工腎臓、人工肺、人工血管、人工弁、ステント、ステントグラフト、カテーテル、遊離血栓捕獲器具、血管内視鏡、縫合糸、血液回路、チューブ類、カニューレ、血液バッグ、注射器等)に好適に用いることができるが、特に遊離血栓捕獲器具及び人工血管の材料として用いることが好ましい。
本発明の抗血栓性材料を遊離血栓捕獲器具に用いる場合、遊離血栓捕獲器具の全ての構成要素に本発明の抗血栓性材料を用いることが好ましいが、遊離した血栓を捕獲するための構成要素である多孔質材料が最も抗血栓性を必要とするため、少なくとも多孔質材料を基材として、多孔質材料に被覆材料を被覆していればよい。基材である多孔質材料としては、特に限定されるものではないが、例えば、多孔膜やメッシュ等が挙げられ、孔や目開きサイズの均一性がより高いことから、メッシュが好ましい。材質としては、特に限定されるものではないが、ニッケル−チタン合金等の金属、ポリウレタン及びポリエステル系等が好適に用いられ、ポリエステル系であるPETがより好適に用いられる。
遊離する血栓の捕捉精度を高めるために、材質であるメッシュがPETの場合には、メッシュを構成する繊維の単糸径が10〜50μmであることが好ましく、20〜40μmであることがより好ましい。また、メッシュの目開きは10〜200μmであることが好ましく、50〜150μmであることがより好ましい。
本発明の抗血栓性材料を人工血管に用いる場合、人工血管の全ての構成要素に本発明の抗血栓性材料を用いることが好ましいが、人工血管の内表面が血液と接触し最も抗血栓性を必要とするため、少なくとも人工血管の内表面を基材として、内表面に被覆材料を被覆していればよい。基材である人工血管の内表面を構成する材料としては、特に限定されるものではないが、例えば、モノフィラメントやマルチフィラメント等で構成された経糸と緯糸からなる織物構造体が好ましい。材質としては、特に限定されるものではないが、ナイロンやポリエステル系ポリマー、ePTFE等が好適に用いられ、ポリエステル系ポリマーであるPETがより好適に用いられる。
人工血管の柔軟性が良好となるためには、材質であるメッシュがPETの場合には、単糸直径が15μm以下であるモノフィラメントやマルチフィラメントが好ましく、単糸直径が10μm以下であるモノフィラメントやマルチフィラメントがより好ましく、単糸直径が5μm以下であるモノフィラメントやマルチフィラメントがさらにより好ましい。
従来の抗血栓材料の場合、基材であるメッシュを被覆材料により被覆することによって、メッシュの微細構造である目開きが破壊されることで、血栓の捕捉精度が低下してしまうおそれがある。また、人工血管の内表面の微細構造である経糸と緯糸からなる織物構造体が破壊されることで、血流等に影響を与えて血栓形成を促進してしまうおそれがある。しかしながら、本発明の抗血栓性材料において、被覆材料の平均の厚みを15〜400nmとすることで、遊離血栓捕獲器具に用いられるメッシュの目開きの微細構造や人工血管の内表面に用いられる織物構造体の微細構造を壊すことなく、高く長い抗血栓性を発現することができる。
基材を被覆する被覆材料の平均の厚みは、厚すぎると基材の表面の構造を破壊してしまい、医療機器の性能に影響を与えてしまう。一方で、薄すぎると、目的の抗血栓性が得られない。また、被覆材料の平均の厚みが厚すぎると、抗凝固活性を有する化合物が溶出した後に露出するカチオン表面が血栓形成を促進しまう。そのため、被覆材料の平均の厚みは、15nm以上であることが好ましく、20nm以上であることがより好ましい。また、400nm以下であることが好ましく、200nm以下であることがより好ましく、100nm以下であることがさらにより好ましい。ここでいう平均の厚みは、例えば後述する走査型透過電子顕微鏡(以下、「STEM」)で被覆材料に由来する原子が観測される厚みであり、少なくとも3点の平均の値を指す。
本発明の抗血栓性材料の製造方法を以下に示す。例えば、基材である遊離血栓捕獲器具のメッシュを構成する繊維や人工血管の織物構造体を構成する繊維を製糸する際に、アルキレンイミン、ビニルアミン、アリルアミン、リジン、プロタミン及びジアリルジメチルアンモニウムクロライドからなる群から選択される化合物を構成モノマーとして含むカチオン性ポリマーと、硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物を含んだ溶液の中に目的の基材を添加して被覆材料による被覆を行なってもよいが、上記カチオン性ポリマーと、硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物の間で、その全てもしくはいずれか一部を予め反応させた後の被覆材料により、基材の表面を被覆してもよい。
その中でも、基材の表面で抗血栓性を効率良く発現させるためには、第1の被覆工程として、アルキレンイミン、ビニルアミン、アリルアミン、リジン、プロタミン及びジアリルジメチルアンモニウムクロライドからなる群から選択される化合物を構成モノマーとして含むカチオン性ポリマーを基材の表面に共有結合させた後、第2の被覆工程として硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物を上記ポリマーにイオン結合させる方法がより好ましい。
また、ポリマーが第1級から第3級のアミノ基を含んでいる場合、硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物とのイオン相互作用を強固にし、硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物の溶出速度を制御しやすくするため、第1の被覆工程後に、ポリマーを第4級アンモニウム化する工程を追加してもよい。
第1の被覆工程として、アルキレンイミン、ビニルアミン、アリルアミン、リジン、プロタミン及びジアリルジメチルアンモニウムクロライドからなる群から選択される化合物を構成モノマーとして含むカチオン性ポリマーを基材の表面に共有結合させた後、第2の被覆工程として硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物を上記ポリマーにイオン結合させる方法を用いた場合の製造方法を以下に示す。
カチオン性ポリマーを基材の表面に共有結合させる方法は、特に限定されるものではないが、基材が官能基(水酸基、チオール基、アミノ基、カルボキシル基、アルデヒド基、イソシアネート基及びチオイソシアネート等)を有する場合、カチオン性ポリマーと化学反応により共有結合させる方法がある。例えば、基材の表面がカルボキシル基等を有する場合、水酸基、チオール基及びアミノ基等を有するカチオン性ポリマーを基材の表面に共有結合させればよいし、水酸基、チオール基及びアミノ基等を有する化合物をカチオン性ポリマーと共有結合させた後、カルボキシル基等を有する基材の表面に共有結合させる方法等が挙げられる。
また、基材が官能基を有しない場合、プラズマやコロナ等で基材の表面を処理した後に、カチオン性ポリマーを共有結合させる方法や、放射線を照射することにより、基材の表面及びポリマーにラジカルを発生させ、その再結合反応により基材の表面とカチオン性ポリマーを共有結合させる方法がある。放射線としてはγ線や電子線が主に用いられる。γ線を用いる場合、γ線源量は250万〜1000万Ciが好ましく、300万〜750万Ciがより好ましい。また、電子線を用いる場合、電子線の加速電圧は5MeV以上が好ましく、10MeV以上がより好ましい。放射線量としては、1〜50kGyが好ましく、5〜35kGyがより好ましい。照射温度は10〜60℃が好ましく、20〜50℃がより好ましい。
放射線を照射することにより共有結合させる方法の場合、ラジカル発生量を制御するため、抗酸化剤を用いてもよい。ここで、抗酸化剤とは、他の分子に電子を与えやすい性質を持つ分子のことを指す。用いられる抗酸化剤は特に限定されるものではないが、例えば、ビタミンCなどの水溶性ビタミン類、ポリフェノール類、メタノール、エタノール、プロパノール、エチレングリコール、プロピレングリコール及びグリセリン等のアルコール類、グルコース、ガラクトース、マンノース及びトレハロース等の糖類、ソジウムハイドロサルファイト、ピロ亜硫酸ナトリウム、二チオン酸ナトリウム等の無機塩類、尿酸、システイン、グルタチオン、ビス(2−ヒドロキシエチル)イミノトリス(ヒドロキシメチル)メタン(以下、「Bis−Tris」)等の緩衝剤等が挙げられる。しかしながら、取り扱い性や残存性等の観点から、特にメタノール、エタノール、プロピレングリコール、Bis−Trisが好ましく、プロピレングリコール、Bis−Trisがより好ましい。これらの抗酸化剤は単独で用いてもよいし、2種類以上混合して用いてもよい。また、抗酸化剤は、水溶液に添加することが好ましい。
基材の材質としてポリエステル系ポリマーを用いる場合、特に限定されるものではないが、加熱条件下でカチオン性ポリマーを接触させることでアミノリシス反応により共有結合させる方法を用いることもできる。また、酸又はアルカリ処理により基材の表面のエステル結合を加水分解させ、基材の表面に生じたカルボキシル基とカチオン性ポリマーのアミノ基を縮合反応させ、共有結合させることもできる。これらの方法において、カチオン性ポリマーを基材の表面に接触させて反応させてもよいが、溶媒に溶解した状態で接触させて反応させてもよい。溶媒としては、水やアルコール等が好ましいが、取り扱い性や残存性等の観点から、特に水が好ましい。また、カチオン性ポリマーを構成するモノマーを基材の表面と接触させた状態で重合した後に、反応させて共有結合させてもよい。
加熱の手段は、特に限定されるものではないが、電気加熱、マイクロ波加熱、遠赤外線加熱等が挙げられる。アミノリシス反応によりポリエステル系ポリマーの基材とカチオン性ポリマーを共有結合させる場合、加熱温度が低すぎるとカチオン性ポリマーによるポリエステル系ポリマーの基材に対してのアミノリシス反応が進行しにくいため、加熱温度はガラス転移点付近以上であることが好ましい。一方で、高すぎるとアミノリシス反応は十分に進行するものの、ポリエステル系ポリマーの基材の骨格構造が壊れやすくなるため、加熱温度は融点以下であることが好ましい。
本発明では、第1の被覆工程の前に、ポリエステル系ポリマーの基材の表面を加水分解及び酸化することがより好ましい。ポリエステル系ポリマーの基材の表面を加水分解及び酸化すると、エステル結合が加水分解及び酸化するため、より被覆材料が結合しやすくなる。加水分解及び酸化する方法としては、具体的には、酸若しくはアルカリ及び酸化剤により処理する方法が好適に用いられる。加水分解及び酸化する方法は、酸又はアルカリのみで処理してもよいが、エステル結合の加水分解により生じる水酸基とカルボキシル基の混在を防ぎ、カチオン性ポリマーのアミノ基との縮合反応を効率良く進行させることができ、さらに水酸基の存在を減らして、血液と接触した際に、補体を活性させることを防ぐことができることから、カチオン性ポリマーの被覆量を上げて抗血栓性を高めるためには、酸若しくはアルカリ及び酸化剤により処理する方法が特に好適に用いられる。
基材のエステル結合を酸又は塩基によって加水分解する場合、産生された水酸基をカルボン酸へと酸化することが好ましい。水酸基の存在は、血液と接触した際に、補体を活性しやすいことが知られており、抗血栓性材料として好ましくないためである
本発明における酸若しくはアルカリ及び酸化剤により、ポリエステル系ポリマーの基材の表面のエステル結合を加水分解及び酸化する工程の組み合わせとしては、酸と酸化剤により処理する方法が好ましい。また、アルカリにより基材の表面を処理した後、酸と酸化剤により処理してもよい。
用いられる酸の種類は、特に限定されるものではないが、例えば、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、次亜塩素酸、亜塩素酸、過塩素酸、硫酸、フルオロスルホン酸、硝酸、リン酸、ヘキサフルオロアンチモン酸、テトラフルオロホウ酸、クロム酸及びホウ酸等の無機酸や、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸及びポリスチレンスルホン酸ナトリウム等のスルホン酸、酢酸、クエン酸、ギ酸、グルコン酸、乳酸、シュウ酸及び酒石酸等のカルボン酸、アスコルビン酸及びメルドラム酸等のビニル性カルボン酸、デオキシリボ核酸及びリボ核酸などの核酸等が挙げられる。その中でも取り扱い性等の観点から、塩酸や硫酸等がより好ましい。
本発明では、第1の被覆工程の前に、ポリエステル系ポリマーの基材の表面のエステル結合を加水分解及び酸化する工程において、酸で処理する際の濃度が重要であることがわかった。例えば、硫酸を用いた場合は、硫酸濃度が0.1〜2.0Mであることが好ましく、0.1〜1.0Mであることがより好ましい。硫酸濃度が低すぎると、ポリエステル系ポリマーの基材の表面にカチオン性ポリマーのアミノ基と縮合反応する十分量のカルボキシル基を導入することができず、硫酸濃度が高すぎると、基材が脆弱化してしまい医療機器の性能に影響を与える可能性がある。
用いられる塩基の種類は、特に限定されるものではないが、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム及び水酸化セシウム等のアルカリ金属の水酸化物、水酸化テトラメチルアンモニウム及び水酸化テトラエチルアンモニウム等のテトラアルキルアンモニウムの水酸化物、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウム、水酸化ユウロピウム及び水酸化タリウム等のアルカリ土類金属の水酸化物、グアニジン化合物、ジアンミン銀(I)水酸化物及びテトラアンミン銅(II)水酸化物等のアンミン錯体の水酸化物、水酸化トリメチルスルホニウム及び水酸化ジフェニルヨードニウム等が挙げられる。その中でも取り扱い性等の観点から、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウム等がより好ましい。
本発明では、第1の被覆工程の前に、ポリエステル系ポリマーの基材の表面のエステル結合を加水分解及び酸化する工程において、塩基で処理する際の濃度が重要であることがわかった。例えば、水酸化ナトリウムを用いた場合は、水酸化ナトリウム濃度が0.5〜2.0%が好ましく、0.5〜1.0%がより好ましい。水酸化ナトリウム濃度が低すぎると、ポリエステル系ポリマーの基材の表面にカチオン性ポリマーのアミノ基と縮合反応する十分量のカルボキシル基を導入することができず、水酸化ナトリウム濃度が高すぎると、基材が脆弱化してしまい医療機器の性能に影響を与える可能性がある。
用いられる酸化剤の種類は、特に限定されるものではないが、例えば、硝酸カリウム、次亜塩素酸、亜塩素酸、過塩素酸、フッ素、塩素、臭素及びヨウ素等のハロゲン、過マンガン酸カリウム、過マンガン酸ナトリウム三水和物、過マンガン酸アンモニウム、過マンガン酸銀、過マンガン酸亜鉛六水和物、過マンガン酸マグネシウム、過マンガン酸カルシウム及び過マンガン酸バリウム等の過マンガン酸塩、硝酸セリウムアンモニウム、クロム酸、二クロム酸、過酸化水素水等の過酸化物、トレンス試薬及び二酸化硫黄等が挙げられるが、その中でも酸化剤の強さや抗血栓性材料の劣化を適度に防ぐことができる等の観点から、過マンガン酸塩がより好ましい。
本発明では、第1の被覆工程の前に、ポリエステル系ポリマーの基材の表面のエステル結合を加水分解及び酸化する工程において、酸化剤で処理する際の濃度が重要であることがわかった。例えば、過マンガン酸カリウムを用いた場合は、過マンガン酸カリウム濃度が0.5〜4.0%が好ましく、1.0〜3.0%がより好ましい。過マンガン酸カリウム濃度が低すぎると、ポリエステル系ポリマーの基材の表面にカチオン性ポリマーのアミノ基と縮合反応する十分量のカルボキシル基を導入することができず、過マンガン酸カリウム濃度が高すぎると、基材が脆弱化してしまい医療機器の性能に影響を与える可能性がある。
カチオン性ポリマーとポリエステル系ポリマーの基材の表面を共有結合させる方法としては、例えば脱水縮合剤等を用いて縮合反応させる方法がある。
用いられる脱水縮合剤の種類は、特に限定されるものではないが、例えば、N,N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド、N,N’−ジイソプロピルカルボジイミド、1−エーテル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド、1−エーテル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(以下、「EDC」)、1,3−ビス(2,2−ジメチルー1,3−ジオキソランー4−イルメチル)カルボジイミド、N−{3−(ジメチルアミノ)プロピル−}−N’−エチルカルボジイミド、N−{3−(ジメチルアミノ)プロピル−}−N’−エチルカルボジイミドメチオダイド、N−tert−ブチル−N’−エチルカルボジイミド、N−シクロヘキシル−N’−(2−モルフォィノエチル)カルボジイミド メソ−p−トルエンスルフォネート、N,N’−ジ−tert−ブチルカルボジイミド又はN,N’−ジ−p−トリカルボジイミド等のカルボジイミド系化合物や、4(−4,6−ジメトキシ−1,3,5−トリアジン−2−イル)−4−メチルモルフォリニウムクロリドn水和物(以下、「DMT−MM」)等のトリアジン系化合物が挙げられる。
脱水縮合剤は、脱水縮合促進剤と共に用いてもよい。用いられる脱水縮合促進剤は、特に限定されるものではないが、例えば、ピリジン、4−ジメチルアミノピリジン(以下、「DMAP」)、トリエチルアミン、イソプロピルアミン、1−ヒドロキシベンゾトリアゾール又はN−ヒドロキシコハク酸イミドが挙げられる。
カチオン性ポリマー、ポリエステル系ポリマー、脱水縮合剤及び脱水縮合促進剤は、混合水溶液にして反応させてよいし、順番に添加して反応を行なってもよい。
基材の材質としてePTFEを用いる場合、特に限定されるものではないが、プラズマやコロナ等により基材の表面を官能基化する方法を用いることができる。また、フッ素樹脂表面処理剤等を用いて基材の表面に存在するフッ素原子を引き抜き、空気中の酸素や水素、水蒸気などと反応して、例えば、水酸基、カルボキシル基及びカルボニル基等を形成する方法を用いることもできる。
上記ポリエステル系ポリマーの基材と同様にして、カチオン性ポリマーをePTFEの基材の表面に共有結合させる第1の被覆工程を実施することができる。
また、カチオン性ポリマーが第1級から第3級のアミノ基を含んでいる場合、硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物とのイオン相互作用を強固にし、硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物の溶出速度を制御しやすくさせる場合に、カチオン性ポリマーを第4級アンモニウム化する工程を追加しても良い。
カチオン性ポリマーを第4級アンモニウム化する方法としては、カチオン性ポリマーを基材の表面に共有結合する前に第4級アンモニウム化してもよいし、カチオン性ポリマーを基材の表面に共有結合した後に第4級アンモニウム化してもよいが、カチオン性ポリマーと硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物とのイオン相互作用を強固にするためには、カチオン性ポリマーが有する第4級アンモニウム基が被覆材料の最表面に存在することが好ましいため、基材の表面に共有結合した後に第4級アンモニウム化するのが好ましい。具体的には、カチオン性ポリマーを基材の表面に共有結合した後に、塩化エーテル、臭化エチル等のハロゲン化アルキル化合物又はグリシジル基含有4級アンモニウム塩を直接接触させてもよいし、水溶液もしくは有機溶剤に溶解させて接触させてもよい。
硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物をカチオン性ポリマーにイオン結合させる第2の被覆工程としては、特に限定されるものではないが、水溶液の状態で接触させる方法が好ましい。
本発明において、ポリエステル系ポリマーの基材の表面のエステル結合がどの程度、加水分解及び酸化しているかどうかについては、上記被覆材料で被覆された基材の最大応力を基準とする。基材の最大応力は、以下の式8に示すように、例えば、引っ張り試験機によって評価した最大荷重と基材の断面積から求めることができる。
上記被覆材料で被覆された基材の最大応力(MPa) = 最大荷重(N)/基材の断面積(mm) ・・・式8
[測定条件]
装置 :引っ張り試験機テンシロンRTE−1210(オリエンテック社製)
ロードセル :500N
試料初期長さ :10mm
引っ張り速度 :5mm/分
本発明において、上記被覆材料で被覆されたポリエステル系ポリマーの基材の最大応力が350MPa以上である場合、医療機器の性能に影響を与える可能性が極めて低いため好ましい。
また、未処理(表面のエステル結合を加水分解及び酸化する工程を実施していない)の基材の最大応力に対する上記被覆材料で被覆された基材の最大応力の割合が80%以上であれば、医療機器の性能に影響を与える可能性が極めて低いため好ましい。
本発明では抗血栓性材料の表面の抗ファクターXa活性を測定した。ここで、抗ファクターXa活性とは、プロトロンビンからトロンビンへの変換を促進する第Xa因子の活性を阻害する程度を表す指標であり、例えば、抗血栓性材料における硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物がヘパリン又はヘパリン誘導体の場合には、その活性単位での表面量を知ることができる。測定には、“テストチーム(登録商標) ヘパリンS”(積水メディカル株式会社製)を用いた。抗ファクターXa活性が低すぎると、抗血栓性材料におけるヘパリン又はヘパリン誘導体の表面量が少なく、目的の抗血栓性は得られにくくなる。すなわち、抗ファクターXa活性は40mIU/cm以上であることが好ましく、50mIU/cm以上であることがより好ましく、60mIU/cm以上であることがさらにより好ましい。ここでいう抗ファクターXa活性による表面量は、37℃で生理食塩水に30分浸漬した後に測定した数値を指す。
本発明の抗血栓性材料においては、基材の表面に被覆したヘパリン又はヘパリン誘導体の抗ファクターXa活性による総担持量が少ないにも関わらず、生理食塩水に30分浸漬した後の初期表面量が高い。総担持量とは、抗ファクターXa活性により測定した全ての溶出量と抗血栓性材料の表面に残存する表面量を合計した量であり、多すぎると、基材の表面の微細構造が破壊されてしまう一方で、低すぎると、目的の抗血栓性が得られにくくなる。さらに、総担持量が多すぎるとヘパリンが溶出した後にカチオン性ポリマーが露出しやすくなる。すなわち、抗血栓性材料の表面の抗ファクターXa活性による総担持量が50〜1000mIU/cmであることが好ましく、60〜1000mIU/cmであることがより好ましく、60〜800mIU/cmであることであることがより好ましい。ここでいう溶出量とは、37℃でヒト血漿に24時間浸漬させて、ヒト血漿中に溶出してきた量を指す。測定には、“テストチーム(登録商標) ヘパリンS”(積水メディカル株式会社製)を用いた。
本発明の抗血栓性材料を用いて、動物実験を実施した結果、抗血栓性と細胞接着性を両立するためには、血漿洗浄後の抗ファクターXa活性が重要であることを見出した。具体的には、血漿に6時間浸漬させたあとの抗血栓性材料の表面に残存する抗ファクターXa活性は、1〜40mIU/cmでありかつ、生理食塩水に30分浸漬した後の初期表面活性が40mIU/cm以上であることが好ましく、血漿に6時間浸漬させたあとの抗血栓性材料の表面に残存する抗ファクターXa活性は、5〜40mIU/cmでありかつ、生理食塩水に30分浸漬した後の初期表面活性が50mIU/cm以上であることがより好ましく、80mIU/cm以上であることがより好ましい。
本発明では抗血栓性材料の表面の抗ファクターXa活性を測定した。ここで、抗ファクターXa活性とは、プロトロンビンからトロンビンへの変換を促進する第Xa因子の活性を阻害する程度を表す指標であり、例えば、抗血栓性材料における硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物がヘパリン又はヘパリン誘導体の場合には、その活性単位での表面量を知ることができる。測定には、“テストチーム(登録商標) ヘパリンS”(積水メディカル株式会社製)を用いた。抗血栓性材料におけるヘパリン又はヘパリン誘導体の表面量が少なすぎると、目的の抗血栓性は得られにくくなることから、抗ファクターXa活性はある程度高いほうが好ましい。一方で、ヘパリン又はヘパリン誘導体の表面量が目的の抗血栓性を発現するために十分量存在するが、基材の表面に存在するヘパリン又はヘパリン誘導体の厚みが増えることで基材の表面の微細構造を保持できなくなることがあることから、抗ファクターXa活性は大きすぎないほうが好ましい。すなわち、抗ファクターXa活性は、40mIU/cmであることが好ましく、80mIU/cmであることがより好ましい。ここでいう抗ファクターXa活性による表面量は、生理食塩水に30分浸漬した後に測定した数値を指す。
本発明において、抗血栓性材料が使用され続けることで、硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物が溶出していくが、その際、露出した正電荷の官能基を有するポリマーは、溶血毒性の懸念がある。溶血毒性を示す指標として、以下の式9で算出される、溶血率を用いた。溶血毒性は、厚生労働省が発行するガイドライン「医療機器の製造販売承認申請等に必要な生物学的安全性評価の基本的考え方について」の溶血毒性試験に沿って、表1のように溶血率の値でグレード分けされている。本発明における溶血毒性としては、「非溶血性」と「軽度の溶血性あり」にグレード分けされることが好ましく「非溶血性」にグレード分けされることがより好ましい。
溶血率(%) = [(At−An)/(Ap−An)]×100 ・・・式9
At : 検体の吸光度
An : 陰性対照の吸光度
Ap : 陽性対照の吸光度
Figure 0006776895
また、本発明の抗血栓性材料は、基材の界面を基点にカチオン性ポリマー及び硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物等から構成される被覆材料が被覆されているだけではなく、基材の界面から深さ方向にも、被覆材料が存在していることが好ましい。
具体的に、基材の界面から深さ方向に被覆材料が存在するかどうかは、STEMとXPS等の組み合わせによって確認することができる。STEMにはエネルギー分散型X線分光分析器(以下、「EDX」)及び電子エネルギー損失分光分析器(以下、「EELS」)等の検出器があり、STEMの測定条件を以下に示す。
[測定条件]
装置 :電界放出型透過電子顕微鏡JEM−2100F(JEOL社製)
EELS検出器 :GIF Tridiem(GATAN社製)
EDX検出器 :JED−2300T(JEOL社製)
画像取得 :Digital Micrograph(GATAN社製)
試料調整 :超薄切片法(銅製マイクログリッドに懸架し、包埋樹脂はアクリル系樹脂を使用。)
加速電圧 :200kV
ビーム径 :直径0.7nm
エネルギー分解能 :約1.0eVFWHM
ここでいう抗血栓性材料の表面とは、XPSで測定される測定表面からの深さ10nmまでのことを指し、抗血栓性材料の界面とは、STEMで測定前の試料調整時に包埋するアクリル系樹脂との境界のことを指す。
基材の界面から深さ方向に被覆材料が存在するかどうかは、例えば、STEMの測定から判断できる。抗血栓性材料の界面から深さ方向にポリマー及び硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物である被覆材料に由来する原子を観測していき、基材に由来する原子が観測された位置よりも深い位置に被覆材料に由来する原子が観測されればよい。例えば、基材がポリエステル系ポリマーやePTFEの場合、基材に由来する酸素原子やフッ素原子等が観測された位置よりも、ポリマーに由来する窒素原子や硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物に由来する硫黄原子が観測されればよい。ここで、基材の界面とは基材に由来する原子が観測された深さ方向の位置のことを指す。ここで、原子の存在はSTEM測定から得られたスペクトルにおいて、バックグラウンドを引いて各原子に由来するピーク強度が認められるかどうかで判断する。
本発明においては、基材の界面の位置から深さ方向において、より抗血栓性材料の界面から離れた位置にポリマー及び硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物である被覆材料に由来する原子が存在する。具体的には、窒素原子及び硫黄原子が少なくとも基材の界面から深さ方向10〜100nmまでに存在していることが好ましく、20〜90nmまでに存在していることがより好ましい。本発明においては、被覆材料が少なくとも基材の界面から深さ方向10〜100nmまでに存在することにより、溶出する硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物の溶出量や溶出速度が好ましい値になり、高く長い抗血栓性を発現しやすくなる。10nm未満しか被覆材料が存在しない場合は、硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物が溶出しやすくなる。一方で、100nmを超える場合は、溶出量や溶出速度は好ましいが、酸若しくはアルカリ及び酸化剤によるポリエステル系ポリマーの加水分解による劣化が起きやすく、基材の引張り強度等の力学特性が低下しやすくなる。そのため、本発明は、細孔が存在する多孔質材料ではない基材において、深さ方向10〜100nmまでに被覆材料を結合させることが好ましい。
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例1)
基材であるPETメッシュ(径:27μm、繊維間距離:100μm)を3.0重量%過マンガン酸カリウム(和光純薬工業株式会社製)、0.6mol/L硫酸(和光純薬工業株式会社製)の水溶液に浸漬し、60℃で3時間反応させてPETメッシュを加水分解及び酸化した(加水分解及び酸化する工程)。反応後の水溶液を除去し、塩酸(和光純薬工業株式会社製)及び蒸留水で洗浄した。
次いでPETメッシュを、0.5重量%DMT−MM(和光純薬工業株式会社製)、被覆材料の一部である5.0重量%PEI(平均分子量約10000;和光純薬工業株式会社製)の水溶液に浸漬し、30℃で2時間反応させてPETメッシュにPEIを縮合反応により共有結合させた(第1の被覆工程)。反応後の水溶液を除去し、蒸留水で洗浄した。
さらにPETメッシュを、臭化エチル(和光純薬工業株式会社製)、もしくは臭化ペンチル(和光純薬工業株式会社製)の1重量%メタノール水溶液に浸漬し、35℃で1時間反応させた後、50℃に加温して4時間反応させ、PETメッシュの表面に共有結合されたPEIを第4級アンモニウム化した(第4級アンモニウム化工程)。反応後の水溶液を除去し、メタノールや蒸留水で洗浄した。
最後に、0.75重量%ヘパリンナトリウム(Organon API社製)、0.1mol/L塩化ナトリウムの水溶液(pH=4)に浸漬し、70℃で6時間反応させて、PEIとイオン結合させた(第2の被覆工程)。反応後の水溶液を除去し、蒸留水で洗浄した。
ここで、第4級アンモニウム化工程を実施せずに第2の被覆工程を実施したPETメッシュをサンプル1、臭化エチルを用いて第4級アンモニウム化工程を実施したPETメッシュをサンプル2、臭化ペンチルを用いて第4級アンモニウム化工程を実施したPETメッシュをサンプル3とした。
STEMによって被覆材料の平均の厚みを分析した結果、サンプル1〜3の被覆材料の平均の厚みは、それぞれ31nm、26nm、28nmとなった。また、サンプル1〜3について、後述する評価1〜8に記載の方法を用いて、性能評価を行った。結果を表2に示す。
(実施例2)
第1の被覆工程において、PEI(平均分子量約70000;和光純薬工業株式会社製)を用いた以外は、実施例1と同様の操作を実施した。
ここで、第4級アンモニウム化工程を実施せずに第2の被覆工程を実施したPETメッシュをサンプル4、臭化エチルを用いて第4級アンモニウム化工程を実施したPETメッシュをサンプル5、臭化ペンチルを用いて第4級アンモニウム化工程を実施したPETメッシュをサンプル6とした。
STEMによって被覆材料の平均の厚みを分析した結果、サンプル4〜6の被覆材料の平均の厚みは、それぞれ44nm、41nm、39nmとなった。また、サンプル4〜6について、後述する評価1〜8に記載の方法を用いて、性能評価を行った。結果を表2に示す。
(実施例3)
第1の被覆工程において、PEI(LUPASOL(登録商標) P;BASF社製))を用いた以外は、実施例1と同様の操作を実施した。
ここで、第4級アンモニウム化工程を実施せずに第2の被覆工程を実施したPETメッシュをサンプル7、臭化エチルを用いて第4級アンモニウム化工程を実施したPETメッシュをサンプル8、臭化ペンチルを用いて第4級アンモニウム化工程を実施したPETメッシュをサンプル9とした。
STEMによって被覆材料の平均の厚みを分析した結果、サンプル7〜9の被覆材料の平均の厚みは、それぞれ81nm、85nm、79nmとなった。また、サンプル7〜9について、後述する評価1〜8に記載の方法を用いて、性能評価を行った。結果を表2に示す。
(比較例1)
第1の被覆工程において、PEI(平均分子量約600;和光純薬工業株式会社製)、又はPEI(LUPASOL(登録商標) SK;BASF社製)を用いた以外は、実施例1のサンプル2と同様の操作を実施した。
ここで、PEI(平均分子量約600;和光純薬工業株式会社製)で第1の被覆工程を実施したPETメッシュをサンプル10、PEI(LUPASOL(登録商標) SK;BASF社製)で第1の被覆工程を実施したPETメッシュをサンプル11とした。
STEMによって被覆材料の平均の厚みを分析した結果、サンプル10と11の被覆材料の平均の厚みは、それぞれ10nm以下と11nmとなった。また、サンプル10及び11について、後述する評価1〜8に記載の方法を用いて、性能評価を行った。結果を表2に示す。
(比較例2)
実施例3と同様の操作を行い、第1の被覆工程を実施した後、PETメッシュを0.5重量%DMT−MM、0.5重量%PAA(和光純薬工業株式会社製)の水溶液に浸漬し、30℃で2時間反応させた(第1の追加工程)。反応後の水溶液を除去し、炭酸ナトリウム水溶液や蒸留水で洗浄した。
さらにPETメッシュを、0.5重量%DMT−MM、5.0重量%PEIの水溶液に浸漬し、30℃で2時間反応させた(第2の追加工程)。反応後の水溶液を除去し、蒸留水で洗浄した。実施例1と同様の操作を行い、臭化エチルを用いて第4級アンモニウム化工程を実施した後、第2の被覆工程を実施した。
ここで、PEI(LUPASOL(登録商標) P;BASF社製))で第2の追加工程を実施したPETメッシュをサンプル12とした。
STEMによって被覆材料の平均の厚みを分析した結果、サンプル12の被覆材料の平均の厚みは、533nmとなった。また、サンプル12について、後述する評価1〜8に記載の方法を用いて、性能評価を行った。結果を表2に示す。
(比較例3)
実施例3と同様の操作を行い、第1の被覆工程を実施した後、PETメッシュを0.5重量%DMT−MM、0.5重量%PAA(和光純薬工業株式会社製)の水溶液に浸漬し、30℃で2時間反応させた(第1の追加工程)。反応後の水溶液を除去し、炭酸ナトリウム水溶液や蒸留水で洗浄した。
さらにPETメッシュを、0.5重量%DMT−MM、5.0重量%PEIの水溶液に浸漬し、30℃で2時間反応させた(第2の追加工程)。反応後の水溶液を除去し、蒸留水で洗浄した。
さらにPETメッシュを、0.5重量%DMT−MM、0.5重量%PAA(和光純薬工業株式会社製)の水溶液に浸漬し、30℃で2時間反応させた(第3の追加工程)。反応後の水溶液を除去し、炭酸ナトリウム水溶液や蒸留水で洗浄した。
さらにPETメッシュを、0.5重量%DMT−MM、5.0重量%PEIの水溶液に浸漬し、30℃で2時間反応させた(第4の追加工程)。反応後の水溶液を除去し、蒸留水で洗浄した。実施例1と同様の操作を行い、臭化エチルを用いて第4級アンモニウム化工程を実施した後、第2の被覆工程を実施した。
ここで、PEI(LUPASOL(登録商標) P;BASF社製)で第2の追加工程と第4の追加工程を実施したPETメッシュをサンプル13とした。
STEMによって被覆材料の平均の厚みを分析した結果、サンプル13の被覆材料の平均の厚みは、821nmとなった。また、サンプル13について、後述する評価1〜8に記載の方法を用いて、性能評価を行った。結果を表2に示す。
(比較例4)
PETメッシュを5%PEIの水溶液に浸漬し、5kGyのγ線を照射(JS−8500型コバルト60γ線照射装置;ノーディオン・インターナショナル社製)し共有結合させた(第1の被覆工程)。反応後の水溶液を除去し、Triton−X100(シグマ−アルドリッチ社製)、生理食塩水や蒸留水で洗浄した。実施例1と同様の操作を行い、臭化エチルを用いて第4級アンモニウム化工程を実施した後、第2の被覆工程を実施した。
ここで、PEI(平均分子量約10000;和光純薬工業株式会社製)で第1の被覆工程を実施したPETメッシュをサンプル14、PEI(LUPASOL(登録商標) P;BASF社製)で第1の被覆工程を実施したPETメッシュをサンプル15とした。
STEMによって被覆材料の平均の厚みを分析した結果、サンプル14と15の被覆材料の平均の厚みは、それぞれ13nmと14nmとなった。また、サンプル14及び15について、後述する評価1〜8に記載の方法を用いて、性能評価を行った。結果を表2に示す。
(比較例5)
PETメッシュを5%PEIの水溶液に浸漬し、80℃で2時間加熱し、PETメッシュにPEIをアミノリシス反応により共有結合させた(第1の被覆工程)。反応後の水溶液を除去し、蒸留水で洗浄した。実施例1と同様の操作を行い、臭化エチルを用いて第4級アンモニウム化工程を実施した後、第2の被覆工程を実施した。
ここで、PEI(平均分子量約10000;和光純薬工業株式会社製)で第1の被覆工程を実施したPETメッシュをサンプル16、PEI(LUPASOL(登録商標) P;BASF社製)で第1の被覆工程を実施したPETメッシュをサンプル17とした。
STEMによって被覆材料の平均の厚みを分析した結果、サンプル16と17の被覆材料の平均の厚みは、共に10nm以下となった。また、サンプル16及び17について、後述する評価1〜8に記載の方法を用いて、性能評価を行った。結果を表2に示す。
(評価1:生理食塩水洗浄後の抗ファクターXa活性による表面量)
“テストチーム(登録商標)ヘパリンS”(積水メディカル株式会社製)のキットの操作手順を参考にして検量線を作成した。具体的には、栄研チューブにヘパリン標準液200μLを添加し、37℃で6分間インキュベートした。ファクターXa液200μLを添加し、混和後に37℃で30秒間インキュベートした。37℃に加温しておいた基質液(S−2222溶液)200μLを添加し、混和後に37℃で3分間インキュベートした。反応停止液300μLを添加し、混和した。マイクロプレートに300μLを添加し、405nmの吸光度をマイクロプレートリーダ(MTP−300;コロナ電気株式会社製)で測定して、テストチーム(登録商標) ヘパリンSのキットの操作手順に従って検量線を作成した。次に、被覆材料を被覆した抗血栓性材料(例えばPETメッシュ)を横幅0.5cm、縦幅0.5cmのサイズにカットし、生理食塩水を用いて37℃で30分間洗浄した。“テストチーム(登録商標)ヘパリンS”(積水メディカル株式会社製)の操作手順を参考にしてサンプルを反応させた。具体的には、生理食塩水洗浄後のサンプルを栄研チューブに入れ、ヒト正常血漿20μL、緩衝液160μL、アンチトロンビンIII液20μL添加し、混和後に37℃で6分間インキュベートした。ファクターXa液200μL添加し、混和後に37℃で30秒間インキュベートした。37℃に加温しておいた基質液200μL添加し、混和後に37℃で3分間インキュベートした。反応停止液300μL添加し、混和した。反応停止後の溶液をエッペンチューブに分注した。この際に、サンプルは取り除いた。マイクロプレートに300μL添加し、405nmの吸光度をマイクロプレートリーダ(MTP−300;コロナ電気株式会社製)で測定して、テストチーム ヘパリンSの操作手順に従って抗ファクターXa活性による表面量を算出した。表面量は高い程よく、40mIU/cm以上であることが好ましく、50mIU/cm以上であることがより好ましく、60mIU/cm以上であることがさらにより好ましい。また、動物実験で被覆材料を被覆した抗血栓性材料の性能を評価した結果、生理食塩水で30分洗浄後の表面量が40mIU/cm以上であることが好ましいことを見出した。そのため、生理食塩水で30分洗浄後の抗ファクターXa活性による表面量が40mIU/cm以上であれば表面量が多いとして(○)、40mIU/cm未満であれば表面量が少ないとして(×)と判定した。
(評価2:ヒト血漿洗浄後の抗ファクターXa活性による表面量)
被覆材料を被覆した抗血栓性材料(例えばPETメッシュ)を横幅1cm、縦幅1cmのサイズにカットし、ヒト血漿(コスモバイオ株式会社製)500μLを用いて37℃で6時間洗浄した。その後、上述した評価1の方法に従って、抗血栓性材料の表面に残存する抗凝固活性を有する化合物の量を算出した。動物実験で被覆材料を被覆した抗血栓性材料の性能を評価した結果、残存表面量が40mIU/cm未満であることが好ましいことを見出した。そのため、ヒト血漿で6時間洗浄後の抗ファクターXa活性による残存表面量が40mIU/cm未満であれば(○)、40mIU/cm以上であれば(×)と判定した。
(評価3:抗ファクターXa活性による総担持量)
被覆材料を被覆した抗血栓性材料(例えばPETメッシュ)を横幅1cm、縦幅1cmのサイズにカットし、ヒト血漿500μLに37℃で24時間浸漬させて、抗凝固活性を有する化合物を溶出させた。“テストチーム(登録商標) ヘパリンS”(積水メディカル株式会社製)を用いて、抗ファクターXa活性によるヒト血漿中に溶出した抗凝固活性を有する化合物の量を算出した。次に、ヒト血漿に24時間浸漬後のPETメッシュを横幅0.5cm、縦幅0.5cmのサイズにカットし、生理食塩水を用いて37℃で30分間洗浄した。その後、上述した評価1の方法に従って、抗血栓性材料の表面に残存する抗凝固活性を有する化合物の表面量を算出した。抗ファクターXa活性により測定した全ての溶出量と抗血栓性材料の表面に残存する表面量を合計した量を総担持量とした。総担持量が多すぎると、基材の表面の微細構造が破壊されてしまう一方で、低すぎると、目的の抗血栓性が得られにくくなる。また、総担持量が多すぎるとヘパリンが溶出した後に露出するカチオン表面が血栓形成を促進しまうことが懸念される。さらに、動物実験で被覆材料を被覆した抗血栓性材料の性能を評価した結果、総担持量が50〜1000mIU/cmであることが好ましいことを見出した。そのため、総担持量が50〜1000mIU/cmとなる場合は(○)、50mIU/cm未満又は1000mIU/cmより大きい場合は(×)と判定した。
(評価4:XPSによる表面分析)
被覆材料を被覆した抗血栓性材料(例えばPETメッシュ)を横幅1cm、縦幅1cmのサイズにカットし、抗血栓性材料の表面における全原子の存在量に対する窒素原子の存在比率を、下記条件でXPS測定を実施して算出した。
[測定条件]
装置 :ESCALAB220iXL(VG Scientific社製)
励起X線 :monochromaticAlKα1,2線(1486.6eV)
X線径 :1mm
X電子脱出角度 :90°(抗血栓性材料の表面に対する検出器の傾き)
ここでいう抗血栓性材料の表面とは、XPSの測定条件におけるX電子脱出角度、すなわち抗血栓性材料の表面に対する検出器の傾きを90°として測定した場合に検出される、測定表面からの深さ10nmまでのことを指す。
(評価5:引っ張り試験)
被覆材料を被覆した抗血栓性材料(例えばPETメッシュ)を横幅1cm、縦幅4cmのサイズにカットし、基材の最大応力を下記条件で引っ張り試験を実施して評価した。
[測定条件]
装置 :引っ張り試験機テンシロンRTE−1210(オリエンテック社製)
ロードセル :500N
試料初期長さ :10mm
引っ張り速度 :5mm/分
以下の式10に示すように、基材の最大応力を引っ張り試験機によって評価した最大荷重と基材の断面積から求めた。
上記被覆材料で被覆された基材の最大応力(MPa) = 最大荷重(N)/上記被覆材料で被覆された基材の断面積(mm) ・・・式10
尚、基材の断面積は、走査型電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製)で横幅1cmの中に存在しているファイバーの本数を測定してから、以下の式11に示すように、算出した。
上記被覆材料で被覆された基材の断面積(mm) = 13.5×13.5×3.14×80(本)/1000000 ・・・式11
最大応力が低いと基材が脆弱化してしまい医療機器の性能に影響を与える可能性があるため、上記被覆材料で被覆されたポリエステル系ポリマーの基材の最大応力が350MPa以上であれば(○)、350MPa未満であれば(×)と判定した。
(評価6:STEMによる厚み分析)
被覆材料を被覆した抗血栓性材料(例えばPETメッシュ)を用いて、被覆材料の平均の厚みを分析した。下記条件でSTEM−EDX法を用いて被覆材料由来の硫黄原子が観測される厚み、STEM−EELS法を用いて被覆材料由来の窒素原子が観測される厚みを分析した。ここでいう平均の厚みは、少なくとも3点の平均の値を指す。
[測定条件]
装置 :電界放出型透過電子顕微鏡JEM−2100F(JEOL社製)
EELS検出器 :GIF Tridiem(GATAN社製)
EDX検出器 :JED−2300T(JEOL社製)
画像取得 :Digital Micrograph(GATAN社製)
試料調整 :超薄切片法(銅製マイクログリッドに懸架し、包埋樹脂はアクリル系樹脂を使用。)
加速電圧 :200kV
ビーム径 :直径0.7nm
エネルギー分解能 :約1.0eVFWHM
被覆材料の厚みが厚すぎると、基材の表面の微細構造が破壊されてしまい、医療機器の性能に影響を与える。一方で、薄すぎると、目的の抗血栓性が得られない。また、被覆材料の厚みが厚すぎると、抗凝固活性を有する化合物が溶出した後にカチオン性ポリマーが露出することで血栓形成を促進しまうことが懸念される。また、動物実験で被覆材料を被覆した抗血栓性材料の性能を評価した結果、被覆材料の平均の厚みは、15〜400nmであることが好ましいことを見出した。そのため、硫黄原子が観測された平均の厚みと、窒素原子が観測された平均の厚みがそれぞれ15〜400nmとなる場合は(○)、いずれか一方の原子が観測された平均の厚みが15nm未満又は400nmよりも大きい場合は(×)と判定した。
(評価7:遊離血栓捕獲器具を用いた動物実験)
被覆材料を被覆したPETメッシュ(径:27μm、繊維間距離:100μm)を用いて遊離血栓捕捉器具を作製し、動物実験にて抗血栓性を評価した。ヘパリンを投与しない過酷な条件下でビーグル犬(雄、体重10〜12kg)の総頚動脈に遊離血栓捕捉器具を留置し、エコー及び造影剤にて血流を確認した。遊離血栓捕捉器具のPETメッシュに血栓が形成して、遊離血栓捕捉器具よりも末梢の血流が完全に確認できなくなる平均の閉塞時間を測定した。ここでいう平均の閉塞時間は、少なくとも3回分の平均の値を指す。平均の閉塞時間が20分以上の場合は、高い抗血栓性があるとして(○)、20分未満の場合は、抗血栓性が不十分として(×)とした。なお、一般的な臨床では抗凝固薬(ヘパリン等)を投与した条件下で遊離血栓捕獲器具は使用されており、かつ手技が20分程度のカテーテル治療において使用されていることから、ヘパリンを投与しない過酷な条件下で閉塞時間が20分以上であれば、臨床で使用することが可能になると考えられることから、○と判断した。
(評価8:人工血管を用いた動物実験)
P.C.Begovacらの文献(Eur Vasc Endovasc Surg 25, 432−437 2003)等を参考にして、イヌ頚動脈に被覆材料を被覆したPET製の人工血管(内径:3mm、長さ:3cm)を移植し、抗血栓性と細胞接着性を評価した。移植2日前からアスピリン100mg/day、ジピリダモール50mg/dayを経口投与した。28日後に人工血管を摘出する日まで毎日投与した。ヘパリンを100IU/kg静脈投与して、クレンメで血流を遮断した後に、血管を5mmトリミングした。端端縫合により人工血管を総頚動脈に移植した。移植後、7日毎にエコー検査を実施して人工血管の開存状況を観察した。以下の式12に示すように、28日後の開存率を算出した。
開存率(%) = Nt(本)×100/移植した人工血管の本数(本) ・・・式12
Nt : 28日後まで開存した人工血管の本数(本)
また、28日後まで開存していた人工血管については、摘出後に病理組織学的検査を実施して内皮細胞の被覆率を評価した。以下の式13に示すように、内皮細胞の被覆率を算出した。
内皮細胞の被覆率(%) = Lt(cm)×100/人工血管の全長(cm) ・・・式13
Lt : 内皮細胞が移入した長さ(cm)
28日後の平均の開存率が60%以上かつ1ヵ月後の平均の内皮細胞の被覆率が40%
以上の場合は、高い抗血栓性と細胞接着性があるとして(○)、それ以外の場合は、抗血栓性又は細胞接着性が不十分として(×)とした。
Figure 0006776895
(実施例4)
基材であるPETメッシュ(径:27μm、繊維間距離:100μm)を0.6重量%過マンガン酸カリウム(和光純薬工業株式会社製)、0.6mol/L硫酸(和光純薬工業株式会社製)の水溶液に浸漬し、60℃で24時間反応させてPETメッシュを加水分解及び酸化した(加水分解及び酸化する工程)。反応後の水溶液を除去し、塩酸(和光純薬工業株式会社製)及び蒸留水で洗浄した。
次いでPETメッシュを、0.5重量%DMT−MM(和光純薬工業株式会社製)、5.0重量%PEI(LUPASOL(登録商標) P;BASF社製、重量平均分子量750000)の水溶液に浸漬し、50℃で2時間反応させてPETメッシュにPEIを縮合反応により共有結合させた。反応後の水溶液を除去し、蒸留水で洗浄した。
さらにPETメッシュを、臭化エチル(和光純薬工業株式会社製)の1重量%メタノール水溶液に浸漬し、35℃で1時間反応させた後、50℃に加温して4時間反応させ、PETメッシュの表面に共有結合されたPEIを第4級アンモニウム化した(第4級アンモニウム化工程)。反応後の水溶液を除去し、メタノールや蒸留水で洗浄した。
PEIの縮合反応後の基材における負電荷の官能基に対する正電荷の官能基の存在比率は、24であった。また、正電荷の官能基を有するポリマーが共有結合する前の基材の負電荷の官能基の存在量に対する正電荷の官能基を有するポリマーが共有結合した後の基材の負電荷の官能基の存在量の比率は21%であった。結果を表3に示す。
最後に、0.75重量%ヘパリンナトリウム(Organon API社製)、0.1mol/L塩化ナトリウムの水溶液(pH=4)に浸漬し、70℃で6時間反応させて、PEIとイオン結合させた。反応後の水溶液を除去し、蒸留水で洗浄した。
得られたサンプルについて、生理食塩水に30分浸漬した後の抗ファクターXa活性による表面量の測定評価(評価9)を実施した。結果を表3に示す。表3に示すとおり、抗ファクターXa活性による表面量は113mIU/cmであり、抗血栓性を有しており、また、溶血毒性評価(評価10)も非溶血性(−)であった。さらに、表3に示すとおり、前述の遊離血栓捕獲器具を用いた動物実験(評価7)では、高い抗血栓性がある(○)となり、人工血管を用いた動物実験(評価8)では、抗血栓性又は高い抗血栓性と細胞接着性がある(○)となった。
(実施例5)
まず、実施例4と同様の操作にてPETメッシュを加水分解及び酸化した。次いで、PEI水溶液の濃度を2.5重量%に変更して、PEIを基材と共有結合させ、臭化エチルを用いて第4級アンモニウム化工程を実施した後、実施例4と同様の操作にてヘパリンをPEIとイオン結合させた。
PEIの縮合反応後の基材における負電荷の官能基に対する正電荷の官能基の存在比率は23であった。また、正電荷の官能基を有するポリマーが共有結合する前の基材の負電荷の官能基の存在量に対する正電荷の官能基を有するポリマーが共有結合した後の基材の負電荷の官能基の存在量の比率は19%であった。結果を表3に示す。
得られたサンプルについて、生理食塩水に30分浸漬した後の抗ファクターXa活性による表面量の測定評価(評価9)を実施した。結果を表3に示す。表3に示すとおり、抗ファクターXa活性による表面量は103mIU/cmであり、抗血栓性を有しており、また、溶血毒性評価(評価10)も非溶血性(−)であった。さらに、表3に示すとおり、前述の遊離血栓捕獲器具を用いた動物実験(評価7)では、高い抗血栓性がある(○)となり、人工血管を用いた動物実験(評価8)では、抗血栓性又は高い抗血栓性と細胞接着性がある(○)となった。
(実施例6)
まず、実施例4と同様の操作にてPETメッシュを加水分解及び酸化した。次いで、PEI水溶液の濃度を1.5重量%に変更して、PEIを基材と共有結合させ、臭化エチルを用いて第4級アンモニウム化工程を実施した後、実施例4と同様の操作にてヘパリンをPEIとイオン結合させた。
PEIの縮合反応後の基材における負電荷の官能基に対する正電荷の官能基の存在比率は15であった。また、正電荷の官能基を有するポリマーが共有結合する前の基材の負電荷の官能基の存在量に対する正電荷の官能基を有するポリマーが共有結合した後の基材の負電荷の官能基の存在量の比率は21%であった。結果を表3に示す。
得られたサンプルについて、生理食塩水に30分浸漬した後の抗ファクターXa活性による表面量の測定評価(評価9)を実施した。結果を表3に示す。表3に示すとおり、抗ファクターXa活性による表面量は75mIU/cmであり、抗血栓性を有しており、また、溶血毒性評価(評価10)も非溶血性(−)であった。さらに、表3に示すとおり、前述の遊離血栓捕獲器具を用いた動物実験(評価7)では、高い抗血栓性がある(○)となり、人工血管を用いた動物実験(評価8)では、抗血栓性又は高い抗血栓性と細胞接着性がある(○)となった。
(実施例7)
まず、実施例4と同様の操作を行い、硫酸水溶液の濃度を0.1mol/Lに変更して加水分解及び酸化する工程を実施した。次いで、0.5重量%DMT−MM、5.0重量%PEI(LUPASOL(登録商標) P;BASF社製、重量平均分子量750000)を用いて実施例4と同様の操作を行い、PEIを基材と共有結合させ、臭化エチルを用いて第4級アンモニウム化工程を実施した後、実施例4と同様の操作にてヘパリンをPEIとイオン結合させた。
PEIの縮合反応後の基材における負電荷の官能基に対する正電荷の官能基の存在比率は、20であった。また、正電荷の官能基を有するポリマーが共有結合する前の基材の負電荷の官能基の存在量に対する正電荷の官能基を有するポリマーが共有結合した後の基材の負電荷の官能基の存在量の比率は19%であった。結果を表3に示す。
得られたサンプルについて、生理食塩水に30分浸漬した後の抗ファクターXa活性による表面量の測定評価を実施した。結果を表3に示す。表3に示すとおり、抗ファクターXa活性による表面量は100mIU/cmであり、抗血栓性を有しており、また、溶血毒性評価(評価10)も非溶血性(−)であった。さらに、表3に示すとおり、前述の遊離血栓捕獲器具を用いた動物実験(評価7)では、高い抗血栓性がある(○)となり、人工血管を用いた動物実験(評価8)では、抗血栓性又は高い抗血栓性と細胞接着性がある(○)となった。
(実施例8)
まず、実施例7と同様の操作にてPETメッシュを加水分解及び酸化した。次いで、PEI水溶液の濃度を2.0重量%に変更して、実施例4と同様の操作を行って、PEIを基材と共有結合させ、臭化エチルを用いて第4級アンモニウム化工程を実施した後、実施例4と同様の操作にてヘパリンをPEIとイオン結合させた。
PEIの縮合反応後の基材における負電荷の官能基に対する正電荷の官能基の存在比率は12であった。また、正電荷の官能基を有するポリマーが共有結合する前の基材の負電荷の官能基の存在量に対する正電荷の官能基を有するポリマーが共有結合した後の基材の負電荷の官能基の存在量の比率は20%であった。結果を表3に示す。
得られたサンプルについて、生理食塩水に30分浸漬した後の抗ファクターXa活性による表面量の測定評価を実施した。結果を表3に示す。表3に示すとおり、抗ファクターXa活性による表面量は97mIU/cmであり、抗血栓性を有しており、また、溶血毒性評価(評価10)も非溶血性(−)であった。さらに、表3に示すとおり、前述の遊離血栓捕獲器具を用いた動物実験(評価7)では、高い抗血栓性がある(○)となり、人工血管を用いた動物実験(評価8)では、抗血栓性又は高い抗血栓性と細胞接着性がある(○)となった。
(実施例9)
まず、実施例4と同様の操作を行い、過マンガン酸カリウムの濃度を3.0重量%、硫酸水溶液の濃度を0.1mol/L、反応時間を3時間に変更して、PETメッシュを加水分解及び酸化する工程を実施した。次いで、0.5重量%DMT−MM、5.0重量%PEI(和光純薬株式会社製、重量平均分子量10000)を用いて実施例4と同様の操作を行いPEIと基材を共有結合させ、臭化エチルを用いて第4級アンモニウム化工程を実施した後、実施例4と同様の操作にてヘパリンをPEIとイオン結合させた。
PEIの縮合反応後の基材における負電荷の官能基に対する正電荷の官能基の存在比率は10であった。また、正電荷の官能基を有するポリマーが共有結合する前の基材の負電荷の官能基の存在量に対する正電荷の官能基を有するポリマーが共有結合した後の基材の負電荷の官能基の存在量の比率は24%であった。結果を表3に示す。
得られたサンプルについて、生理食塩水に30分浸漬した後の抗ファクターXa活性による表面量の測定評価を実施した。結果を表3に示す。表3に示すとおり、抗ファクターXa活性による表面量は71mIU/cmであり、抗血栓性を有しており、また、溶血毒性評価(評価10)も非溶血性(−)であった。さらに、表3に示すとおり、前述の遊離血栓捕獲器具を用いた動物実験(評価7)では、高い抗血栓性がある(○)となり、人工血管を用いた動物実験(評価8)では、抗血栓性又は高い抗血栓性と細胞接着性がある(○)となった。
(比較例6)
まず、実施例9と同様の操作を行い、PETメッシュを加水分解及び酸化後、0.5重量%DMT−MM(和光純薬工業株式会社製)、5.0重量%PEI(LUPASOL(登録商標) P;BASF社製、重量平均分子量750000)にてPEIと基材を共有結合させた。
PEIと基材を共有結合させた後、PETメッシュを0.5重量%DMT−MM、40重量%無水コハク酸(和光純薬工業株式会社製)のジメチルアセトアミドに浸漬し、50℃で17時間反応させた(第1の追加工程)。反応後の溶液を除去し、メタノールや蒸留水で洗浄した。さらにPETメッシュを、0.5重量%DMT−MM、5.0重量%PEIの水溶液に浸漬し、30℃で2時間反応させた(第2の追加工程)。反応後の水溶液を除去し、蒸留水で洗浄した。実施例4と同様の操作を行い、臭化エチルを用いて第4級アンモニウム化工程を実施した後、実施例4と同様の操作にてヘパリンをPEIとイオン結合させた。
PEIの縮合反応後の基材における負電荷の官能基に対する正電荷の官能基の存在比率は40であった。また、正電荷の官能基を有するポリマーが共有結合する前の基材の負電荷の官能基の存在量に対する正電荷の官能基を有するポリマーが共有結合した後の基材の負電荷の官能基の存在量の比率は5%であった。結果を表3に示す。
得られたサンプルについて、生理食塩水に30分浸漬した後の抗ファクターXa活性による表面量の測定評価(評価9)を実施した。結果を表3に示す。表3に示すとおり、抗ファクターXa活性による表面量は181mIU/cmであり、抗血栓性を有しており、また、溶血毒性評価(評価10)も非溶血性(−)であった。さらに、表3に示すとおり、前述の遊離血栓捕獲器具を用いた動物実験(評価7)では、抗血栓性が不十分(×)となり、人工血管を用いた動物実験(評価8)では、抗血栓性又は細胞接着性が不十分(×)となった。
(比較例7)
比較例6と同様の操作を行い、PEIと基材を共有結合させた後、PETメッシュを0.5重量%DMT−MM、0.5重量%PAA(和光純薬工業株式会社製、重量永金分子量5000)の水溶液に浸漬し、30℃で2時間反応させた(第1の追加工程)。反応後の水溶液を除去し、炭酸ナトリウム水溶液や蒸留水で洗浄した。
さらにPETメッシュを、0.5重量%DMT−MM、5.0重量%PEI(LUPASOL(登録商標) P;BASF社製、重量平均分子量750000)の水溶液に浸漬し、30℃で2時間反応させた(第2の追加工程)。反応後の水溶液を除去し、蒸留水で洗浄した。実施例4と同様の操作を行い、臭化エチルを用いて第4級アンモニウム化工程を実施した後、実施例4と同様の操作にてヘパリンをPEIとイオン結合させた。
PEIの縮合反応後の基材における負電荷の官能基に対する正電荷の官能基の存在比率は121であった。また、正電荷の官能基を有するポリマーが共有結合する前の基材の負電荷の官能基の存在量に対する正電荷の官能基を有するポリマーが共有結合した後の基材の負電荷の官能基の存在量の比率は5%であった。
得られたサンプルについて、生理食塩水に30分浸漬した後の抗ファクターXa活性による表面量の測定評価(評価9)を実施した。結果を表3に示す。表3に示すとおり、抗ファクターXa活性による表面量は173mIU/cmであり、抗血栓性を有しており、また、溶血毒性評価(評価10)も非溶血性(−)であった。さらに、表3に示すとおり、前述の遊離血栓捕獲器具を用いた動物実験(評価7)では、抗血栓性が不十分(×)となり、人工血管を用いた動物実験(評価8)では、抗血栓性又は細胞接着性が不十分(×)となった。
(比較例8)
比較例7と同様の操作を行い、PAAの重量平均分子量を1000000に変更し、第1の追加工程を実施した。次いで、比較例7と同様の操作を行い、PEIを用いた第2の追加工程、臭化エチルを用いて第4級アンモニウム化工程を実施した後、実施例4と同様の操作にてヘパリンをPEIとイオン結合させた。
PEIの縮合反応後の基材における負電荷の官能基に対する正電荷の官能基の存在比率は180であった。また、正電荷の官能基を有するポリマーが共有結合する前の基材の負電荷の官能基の存在量に対する正電荷の官能基を有するポリマーが共有結合した後の基材の負電荷の官能基の存在量の比率は2%であった。結果を表3に示す。
得られたサンプルについて、生理食塩水に30分浸漬した後の抗ファクターXa活性による表面量の測定評価(評価9)を実施した。結果を表3に示す。表3に示すとおり、抗ファクターXa活性による表面量は181mIU/cmであり、抗血栓性を有しており、また、溶血毒性評価(評価10)も非溶血性(−)であった。さらに、表3に示すとおり、前述の遊離血栓捕獲器具を用いた動物実験(評価7)では、抗血栓性が不十分(×)となり、人工血管を用いた動物実験(評価8)では、抗血栓性又は細胞接着性が不十分(×)となった。
(比較例9)
まず、実施例7と同様の操作を行い、PETメッシュを加水分解及び酸化後、0.5重量%DMT−MM、0.5重量%PEI(LUPASOL(登録商標) P;BASF社製、重量平均分子量750000)を用いてPEIと基材を共有結合させ、臭化エチルを用いて第4級アンモニウム化工程を実施した後、実施例3と同様の操作にてヘパリンをPEIとイオン結合させた。
PEIの縮合反応後の基材における負電荷の官能基に対する正電荷の官能基の存在比率は6であった。また、正電荷の官能基を有するポリマーが共有結合する前の基材の負電荷の官能基の存在量に対する正電荷の官能基を有するポリマーが共有結合した後の基材の負電荷の官能基の存在量の比率は19%であった。結果を表3に示す。
得られたサンプルについて、生理食塩水に30分浸漬した後の抗ファクターXa活性による表面量の測定評価(評価9)を実施した。結果を表3に示す。表3に示すとおり、抗ファクターXa活性による表面量は38mIU/cmであり、抗血栓性を有さないことが示された。また、溶血毒性評価(評価10)は非溶血性(−)であった。さらに、表3に示すとおり、前述の遊離血栓捕獲器具を用いた動物実験(評価7)では、抗血栓性が不十分(×)となり、人工血管を用いた動物実験(評価8)では、抗血栓性又は細胞接着性が不十分(×)となった。
(比較例10)
実施例9と同様の操作を行い、PETメッシュを加水分解及び酸化後、DMT−MMを添加せずにPEIと基材をイオン結合させ、臭化エチルを用いて第4級アンモニウム化工程を実施した後、実施例4と同様の操作にてヘパリンをPEIとイオン結合させた。
PEIの縮合反応後の基材における負電荷の官能基に対する正電荷の官能基の存在比率は9であった。また、正電荷の官能基を有するポリマーが共有結合する前の基材の負電荷の官能基の存在量に対する正電荷の官能基を有するポリマーが共有結合した後の基材の負電荷の官能基の存在量の比率は26%であった。結果を表3に示す。
得られたサンプルについて、生理食塩水に30分浸漬した後の抗ファクターXa活性による表面量の測定評価(評価9)を実施した。結果を表3に示す。表3に示すとおり、抗ファクターXa活性による表面量は36mIU/cmであり、抗血栓性を有さないことが示された。また、溶血毒性評価(評価10)は非溶血性(−)であった。さらに、表3に示すとおり、前述の遊離血栓捕獲器具を用いた動物実験(評価7)では、抗血栓性が不十分(×)となり、人工血管を用いた動物実験(評価8)では、抗血栓性又は細胞接着性が不十分(×)となった。
(比較例11)
実施例9と同様の操作を行い、PETメッシュを加水分解及び酸化後、0.5重量%DMT−MM、0.5重量%PEI(和光純薬製、重量平均分子量600)を用いてPEIと基材を共有結合させ、臭化エチルを用いて第4級アンモニウム化工程を実施した後、実施例4と同様の操作にてヘパリンをPEIとイオン結合させた。
PEIの縮合反応後の基材における負電荷の官能基に対する正電荷の官能基の存在比率は7であった。また、正電荷の官能基を有するポリマーが共有結合する前の基材の負電荷の官能基の存在量に対する正電荷の官能基を有するポリマーが共有結合した後の基材の負電荷の官能基の存在量の比率は26%であった。結果を表3に示す。
得られたサンプルについて、生理食塩水に30分浸漬した後の抗ファクターXa活性による表面量の測定評価(評価9)を実施した。結果を表3に示す。表3に示すとおり、抗ファクターXa活性による表面量は34mIU/cmであり、抗血栓性を有さないことが示された。また、溶血毒性評価(評価10)は非溶血性(−)であった。さらに、表3に示すとおり、前述の遊離血栓捕獲器具を用いた動物実験(評価7)では、抗血栓性が不十分(×)となり、人工血管を用いた動物実験(評価8)では、抗血栓性又は細胞接着性が不十分(×)となった。
(比較例12)
実施例9と同様の操作を行い、PETメッシュを加水分解及び酸化後、0.5重量%DMT−MM、0.5重量%PEI(和光純薬製、重量平均分子量2000000)を用いてPEIと基材を共有結合させ、臭化エチルを用いて第4級アンモニウム化工程を実施した後、実施例4と同様の操作にてヘパリンをPEIとイオン結合させた。
PEIの縮合反応後の基材における負電荷の官能基に対する正電荷の官能基の存在比率は5であった。また、正電荷の官能基を有するポリマーが共有結合する前の基材の負電荷の官能基の存在量に対する正電荷の官能基を有するポリマーが共有結合した後の基材の負電荷の官能基の存在量の比率の比率は31%であった。結果を表3に示す。
得られたサンプルについて、生理食塩水に30分浸漬した後の抗ファクターXa活性による表面量の測定評価(評価9)を実施した。結果を表3に示す。表3に示すとおり、抗ファクターXa活性による表面量は28mIU/cmであり、抗血栓性を有さないことが示された。また、溶血毒性評価(評価10)は非溶血性(−)であった。さらに、表3に示すとおり、前述の遊離血栓捕獲器具を用いた動物実験(評価7)では、抗血栓性が不十分(×)となり、人工血管を用いた動物実験(評価8)では、抗血栓性又は細胞接着性が不十分(×)となった。
(比較例13)
比較例8と同様の操作を行い、PEIを用いた第2の追加工程を実施した後、再度重量平均分子量1000000のPAAを用いて第3の追加工程を実施し、基材とした。次いで、実施例9と同様の操作を行い、PEIを用いた第4の追加工程、臭化エチルを用いて第4級アンモニウム化工程を実施した後、実施例4と同様の操作にてヘパリンをPEIとイオン結合させた。
PEIの縮合反応後の基材における負電荷の官能基に対する正電荷の官能基の存在比率は244であった。また、正電荷の官能基を有するポリマーが共有結合する前の基材の負電荷の官能基の存在量に対する正電荷の官能基を有するポリマーが共有結合した後の基材の負電荷の官能基の存在量の比率は2%であった。結果を表3に示す。
得られたサンプルについて、生理食塩水に30分浸漬した後の抗ファクターXa活性による表面量の測定評価(評価9)を実施した。結果を表3に示す。表3に示すとおり、抗ファクターXa活性による表面量は160mIU/cmであったが、基材における負電荷の官能基に対する正電荷の官能基の存在比率が高いため、溶血毒性評価(評価10)は軽度の溶血性あり(+)であった。さらに、表3に示すとおり、前述の遊離血栓捕獲器具を用いた動物実験(評価7)では、抗血栓性が不十分(×)となり、人工血管を用いた動物実験(評価8)では、抗血栓性又は細胞接着性が不十分(×)となった。
本発明の材料が有する抗血栓性について、抗ファクターXa活性による表面量評価方法及び溶血毒性の評価方法を下記に示す。
(評価9:抗ファクターXa活性による表面量)
抗血栓性材料(例えばPETメッシュ)を0.5cm×0.5cmのサイズにカットし、生理食塩水を用いて37℃で30分間洗浄した。洗浄後のPETメッシュを“テストチーム(登録商標) ヘパリンS”(積水メディカル株式会社製)の操作手順に従って反応させ、405nmの吸光度をマイクロプレートリーダ(MTP−300;コロナ電気株式会社製)で測定して、テストチーム ヘパリンSの操作手順に従って抗ファクターXa活性による表面量を算出した。表面量は高い程よく、40mIU/cm以上であることが好ましく、80mIU/cm以上であることがより好ましい。
(評価10:溶血毒性評価)
ヒト新鮮血をガラスビーズ入り三角フラスコの壁面を伝うように入れた。手のひらの上で、水平に円を描くように、およそ1秒間に2回の間隔で約5分間振とうし、脱線維血を調製した。抗血栓性材料(例えばPETメッシュ)を1.0×2.0cmのサイズにカットし、生理食塩水で37℃、30分間洗浄してから2mLのマイクロチューブに入れた。メッシュが入ったマイクロチューブに生理食塩水で50倍希釈した脱線維血を1mL添加し、37℃で4時間インキュベートした。インキュベート後、750Gで5分間遠心分離した。上清を採取し、576nmでのUV吸収を測定した。上記式9より算出した値が2より大きい値、すなわち溶血性有りであれば(+)、2以下の値、すなわち非溶血性であれば(−)と判定した。溶血毒性は無い方がよく、非溶血性であることが好ましい。
Figure 0006776895
本発明の抗血栓性材料は、医療分野において、長期間持続的に高い抗血栓性を必要とする医療器材(医療機器及び医療器具)に用いることができる。

Claims (8)

  1. アルキレンイミン、ビニルアミン、アリルアミン、リジン、プロタミン及びジアリルジメチルアンモニウムクロライドからなる群から選択される化合物を構成モノマーとして含むカチオン性ポリマー並びに硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物を含む被覆材料と、該被覆材料によって表面が被覆された基材と、を備え、
    前記カチオン性ポリマーは、前記基材と共有結合され、
    前記硫黄原子を含むアニオン性の抗凝固活性を有する化合物は、前記カチオン性ポリマーとイオン結合され、
    前記カチオン性ポリマーは、正電荷の官能基を有し、かつ、前記基材は、負電荷の官能基を有し、
    前記負電荷の官能基に対する前記正電荷の官能基の存在比率は、8.0〜30であり、
    前記被覆材料の平均の厚みが15〜400nmである、抗血栓性材料。
  2. 抗ファクターXa活性から算出される、前記被覆材料に含まれるアニオン性の抗凝固活性を有する化合物の総量が50〜1000mIU/cmである、請求項1記載の抗血栓性材料。
  3. 表面におけるX線電子分光法(XPS)で測定した全原子の存在量に対する窒素原子の存在比率が6.5〜9.5原子数%である、請求項1又は2記載の抗血栓性材料。
  4. 前記カチオン性ポリマーの重量平均分子量は、10000〜1000000である、請求項1〜3のいずれか一項記載の抗血栓性材料。
  5. 前記基材はポリエステル系ポリマーであり、前記抗血栓性材料の最大応力が350MPa以上である、請求項1〜4のいずれか一項記載の抗血栓性材料。
  6. 前記カチオン性ポリマーが共有結合する前の前記基材の負電荷の官能基の存在量に対する前記カチオン性ポリマーが共有結合した後の前記基材の負電荷の官能基の存在量の比率は、25%以下である、請求項1〜のいずれか一項記載の抗血栓性材料。
  7. 細胞接着性を有する、請求項1〜のいずれか一項記載の抗血栓性材料。
  8. 請求項1〜のいずれか一項記載の抗血栓性材料を有する医療器材。
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