JP7116276B2 - カルシプロテインパーティクルの吸着材、および吸着除去システムとその利用方法 - Google Patents

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Description

本発明は体液中のカルシプロテインパーティクルの吸着技術に関するものである。
高血圧症、糖尿病、脂質異常症などの生活習慣病、慢性腎臓病、喫煙や加齢などにより引き起こされる動脈硬化が進行すると、血管の慢性炎症などで血管内にできたプラークが血液中のカルシウムをとりこむことにより異所性石灰化が起こる。異所性石灰化により血管内にできる血管石灰化は、脳血管や冠動脈のような動脈で狭窄を起こし、脳梗塞、狭心症、心筋梗塞などの発症に直接関係する。血液中のカルシウムイオンは、例えば、リン酸カルシウムと血清蛋白Fetuin-Aの複合体であるカルシプロテインパーティクル(Calciprotein particle;CPP)として存在しており、このような血管石灰化や慢性炎症などを引き起こす原因物質となり得ることが知られている。そして前記カルシプロテインパーティクルは、慢性腎臓病患者においては腎機能低下とともに血中量が上昇し、透析でも除去できないことが報告されている(非特許文献1~3)。
そこで、動脈硬化が進行した患者や慢性腎臓病などのハイリスクな患者に対しては、血液凝固を抑える抗血小板薬を投与したり、間接的に血液中のリン量を制御する目的での食事制限やリン吸着薬投与などによる予防・治療が施されるが、それでもリスクをコントロールできない患者が多い。また、血液中のカルシプロテインパーティクルを直接的に低減する治療薬は存在せず、体液から効率よくカルシプロテインパーティクルを除去する方法も存在しない。
Clin Calcium.2014(24)1785-92 J Am Soc Nephrol.2010(21)1998-2007 Nephrol Dial Transplant.2012(27)1957-66
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、カルシプロテインパーティクルを吸着することにある。
本発明は、以下の通りである。
[1] 水不溶性担体の表面に、炭化水素基を介してアミノ基、カルボキシル基、リン酸基、ホスフォノ基、ホスフィノ基、チオール基から選択される少なくとも1種が共有結合していることを特徴とする、カルシプロテインパーティクルの吸着材。
[2] 前記炭化水素基が直鎖状炭化水素基である、[1]に記載の吸着材。
[3] 前記炭化水素基に、2つ以上のホスフォノ基が共有結合していることを特徴とする、[1]又は[2]に記載の吸着材。
[4] 前記炭化水素基が直鎖状プロピル基、直鎖状ブチル基、又は直鎖状ヘキシル基であり、その末端の炭素原子に1つの水酸基と2つのホスフォノ基が共有結合している、[1]~[3]のいずれかに記載の吸着材。
[5] 前記炭化水素基が直鎖状ウンデシル基であり、その末端の炭素原子に1つのホスフォノ基が共有結合している、[1]又は[2]に記載の吸着材。
[6] 前記担体が多孔質である、[1]~[5]のいずれかに記載の吸着材。
[7] 体液中に存在するカルシプロテインパーティクルの吸着用である、[1]~[6]のいずれかに記載の吸着材。
[8] [1]~[7]のいずれかに記載の吸着材が液体の入口及び出口を有する容器内に充填されている、カルシプロテインパーティクルの吸着器。
[9] [8]に記載の吸着器と、該吸着器に液体を供給するためのポンプとを備えてなる、透析器または血漿分離器と接続可能な、カルシプロテインパーティクルの吸着システム。
[10] [1]~[7]のいずれかに記載の吸着材とカルシプロテインパーティクルを含有する液体とを接触させる工程を包含する、カルシプロテインパーティクルの吸着方法。
[11] [1]~[7]のいずれかに記載の吸着材とカルシプロテインパーティクルを含有する液体とを接触させる工程を包含する、カルシプロテインパーティクルが除去された液体の製造方法。
本発明によれば、カルシプロテインパーティクルを吸着できる。
図1は本発明の吸着器の一例を示す概略断面図である。
本発明は、カルシプロテインパーティクルを吸着することを目的とする。カルシプロテインパーティクルとは、リン酸カルシウムとタンパク質との複合体であり、より具体的にはリン酸カルシウム(特にポスナークラスター(Posner cluster;成分はCa9(PO4)6))とFetuin-Aなどの複合体であり、好ましくはリン酸カルシウムを含有したFetuin-Aなどが重合することで形成されるナノ粒子を指す。前記リン酸カルシウムには、モネタイト(Monetite:CaHPO4)、ブルシャイト(Brushite:CaHPO4・2H2O)、アモルファス状リン酸カルシウム(Ca9PO46)、ヒドロキシアパタイト(Ca10(PO46(OH)2)などが含まれ、アモルファス状リン酸カルシウム、ヒドロキシアパタイトが好ましい。このカルシプロテインパーティクルは、リン酸カルシウム結晶が表面に露出した構造(プライマリーCPP)であってもよく、その後相転移する事で形成される、リン酸カルシウム結晶がFetuin-Aなどに囲まれた構造(セカンダリーCPP)であってもよいが、プライマリーCPPが好ましい。CPPはFetuin-A以外の体液中のタンパク質も複合体として取り込み、例えば、アルブミンやフィブリノーゲン、RANKL(Receptor activator of nuclear factor kappa-B ligand)、BMP-2(Bone morphogenetic protein 2)、BMP-7(Bone morphogenetic protein 7)、Osteoprotegerinなどが含まれる。カルシプロテインパーティクや複合体として取り込んでいるタンパク質は蛍光標識などの検出用官能基、他分子との結合能力を高めるための反応性基などで修飾されていてもよく、この修飾は、体内で行われても体外で行われてもよい。また遺伝子などの変異によって産生される異常な形態も含まれる。
前記カルシプロテインパーティクルは、水不溶性担体の表面に炭化水素基を介して電子供与性基を共有結合させた吸着材によって吸着乃至除去が可能である。電子供与性基が、カルシプロテインパーティクルと相互作用する部位であり、炭化水素基は、スペーサーの機能を有する部位である。スペーサーが存在することで、前記電子供与性基を担体から遠ざけることができ、電子供与性基とカルシプロテインパーティクルとの接触確率を高めることができ、吸着効率を高めることができる。
前記炭化水素基は、直鎖状炭化水素基であってもよく、分岐鎖状炭化水素基であってもよく、環状炭化水素基であってもよく、いずれの場合も飽和炭化水素基であるのが好ましい。より好ましくは直鎖状炭化水素基又は分岐鎖状炭化水素基であり、さらに好ましくは直鎖状アルキル基又は分岐鎖状アルキル基であり、最も好ましくは直鎖状アルキル基である。また炭化水素基は、最長部分の炭素数が、例えば、1以上、好ましくは2以上、より好ましくは3以上、最も好ましくは4以上であり、例えば、20以下、好ましくは12以下、より好ましくは8以下である。
前記電子供与性基としては、N、S、Pなどに水素原子が結合した基、及びオキソ酸に由来する基などの酸性プロトンを有する基が挙げられる。ヘテロ原子に水素原子が結合した基としては、アミノ基、チオール基、ホスフィノ基などが例示できる。酸性プロトンを有する基としては、カルボキシル基(カルボン酸基)、リン酸基、ホスフォノ基(ホスホン酸基)などが例示できる。これらN、S、Pなどに水素原子が結合した基及び酸性プロトンを有する基は、単独でも2種以上が組み合わさってもよい。好ましい電子供与性基は、酸性プロトンを有する基であり、より好ましくはリン酸基、ホスフォノ基(ホスホン酸基)である。
前記電子供与性基が共有結合した炭化水素基をリガンドと称する。該リガンドでは、炭化水素基の任意の場所に電子供与性基が共有結合していてもよいが、炭化水素基の末端に電子供与性基が共有結合しているのが好ましい。また1つの炭化水素基に共有結合する電子供与性基の数は1つに限られず、好ましくは2つ以上であり、特に2つの電子供与性基が共有結合しているのが好ましい。リガンドが2つ以上の電子供与性基を有することにより、吸着力を高めることができる。2つ以上の電子供与性基を有する場合の電子供与性基間の炭素原子の数は、例えば、1~5個、好ましくは1~3個、より好ましくは1個である。
リガンドが電子供与性基を2つ以上有する場合、少なくとも1つ又は2つは酸性プロトンを有する基であるのが好ましい。炭化水素基に2つ以上の酸性プロトンを有する基(特にホスフォノ基)が共有結合していると、吸着力を高め易くなる。
前記リガンドを構成する炭化水素基には、前記電子供与性基以外の極性基、例えば水酸基が結合していてもよい。水酸基は、前記電子供与性基と協働してカルシプロテインパーティクルとの相互作用性を向上するのに有効である。水酸基と電子供与性基との間の炭素原子の数は、例えば、1~5個、好ましくは1~3個、より好ましくは1個である。
好ましいリガンドは、炭化水素基(好ましくは直鎖状アルキル基)の末端の炭素原子に、1つ又は2つの電子供与性基が共有結合し、かつ0又は1つの水酸基が共有結合したリガンドである。最も好ましいリガンドとしては、直鎖状アルキル基(特に直鎖状プロピル基、直鎖状ブチル基、直鎖状ヘキシル基等の炭素数が3~10程度の直鎖状アルキル基、より好ましくは炭素数が4~6程度の直鎖状アルキル基)の末端の炭素原子に、1つの水酸基と2つのホスフォノ基が共有結合したもの;直鎖状アルキル基(特に直鎖状ウンデシル基等の炭素数8~15程度の直鎖状アルキル基)の末端の炭素原子に、1つのホスフォノ基が共有結合したものなどが挙げられる。
前記リガンドは、水不溶性担体の単位体積(1mL)当たり、10nmol以上含まれていることが望ましい。好ましくは100nmol以上、さらに好ましくは1μmol以上、最も好ましくは3μmol以上である。また前記リガンドは、水不溶性担体の単位体積(1mL)当たり、例えば、100μmol以下、好ましくは50μmol以下である。
なお水不溶性担体の体積は、水中で振動を与えながら水不溶性担体を沈降させていき、その沈降が停止し、振動を与えても水不溶性担体の体積に変化がないことが確認された時の体積(沈降体積)をいう。沈降体積を決定する時の水は、担体が沈降した時に上清みが生じる程度の量があればよい。
前記水不溶性担体は、常温常圧で固体であり、粒状、板状、繊維状、および中空糸状、不織布状などの種々の形状が採用でき、大きさも特に限定されないが、粒状であって、所定の範囲の大きさを有するのが好ましい。粒状水不溶性担体の個数基準の平均粒径は、例えば、10μm以上、好ましくは100μm以上、より好ましくは200μm以上であり、例えば、5mm以下、好ましくは1mm以下、より好ましくは0.8mm以下である。なお粒状水不溶性担体の平均粒径は、実体顕微鏡などによる担体の拡大写真から直径を個々に測定して個数基準で求めることができる。
水不溶性担体を材質に応じて分類すると、ガラスビーズ、シリカゲルなどの無機担体;架橋ポリビニルアルコール、架橋ポリアクリレート、架橋ポリアクリルアミド、架橋ポリスチレンなどの合成高分子担体や二種以上からなる合成重合体担体;結晶性セルロース、架橋セルロース、架橋アガロース、架橋デキストリンなどの多糖類で形成される有機担体;さらには、これらの組み合わせによって得られる有機-有機、有機-無機などの複合担体などが代表として挙げられる。
前記水不溶性担体は、好ましくは親水性を有する。具体的には、水酸基、エーテル基、アミノ基などの親水性基が表面に露出しているのが好ましい。また、体液中の成分に対する非特異吸着が少ないのが好ましく、血液適合性などの安全性に優れるものが好ましい。このような特性を有する担体としては、架橋ポリビニルアルコール、多糖類で構成される有機担体等が挙げられる。
また前記水不溶性担体は、適当な大きさの細孔を多数有する多孔構造を有する担体(多孔質担体)、高分子網目構造が三次元で形成された担体、複数の孔を有しかつその少なくとも一部が貫通孔であるモノリス担体などが挙げられ、これらに限定されるものではないが、好ましくは多孔質担体である。
多孔質担体の場合、吸着対象物質(すなわちカルシプロテインパーティクル)が細孔内に進入可能な程度の排除限界分子量を有していることが好ましい。ここでいう排除限界分子量とは、一般的には成書(例えば、波多野博行、花井俊彦著、実験高速液体クロマトグラフ、化学同人など)で述べられているように、ゲル浸透クロマトグラフィーにおいて細孔内に進入できない分子のうち最小の分子量を持つものの分子量を指し、一般的に球状蛋白質などを用いて測定される。多孔質担体では、その排除限界分子量が、例えば、1万以上、好ましくは10万以上、さらに好ましくは100万以上であり、上限は特にないが、排除限界分子量が大きすぎると不溶性担体の密度が低下し、不溶性担体の強度、即ち耐圧力性能に影響がでる。この様な観点から、排除限界分子量は、例えば、1億以下、好ましくは5000万以下、より好ましくは1000万以下とするのが望ましい。
前記吸着材は、例えば、炭化水素基と電子供与性基と結合形成性官能基とを有するリガンド分子又は炭化水素基と電子供与性基と結合形成性官能基とを有するリガンドポリマーを、水不溶性担体の表面の親水性基に結合することによって製造できる。前記リガンド分子又はポリマーと担体とを結合するにあたっては、リガンド分子又はポリマーの結合形成性官能基と反応する第1官能基と、水不溶性担体の親水性基と反応する第2官能基とを有する中間分子を用いてもよい。リガンド分子又はポリマーの結合形成性官能基が、水不溶性担体の親水性基又は中間分子の第1官能基と結合することによって、前記吸着材が製造される。
前記中間分子が有する第1官能基としては、アミノ基、アミド基、カルボン酸基(カルボニルハライド基、カルボン酸無水物基、カルボン酸エステル基などの活性化カルボン酸基を含む)、スルホン酸基(スルホニルハライド基などの活性化スルホン酸基を含む)、水酸基、チオール基、アルデヒド基、ハロゲン基、エポキシ基、シラノール基などの様々な官能基が例示できる。また第2官能基としては、ハロゲン基、スルホン酸基(スルホニルハライド基などの活性化スルホン酸基を含む)、カルボン酸基(カルボニルハライド基、カルボン酸無水物基などの活性化カルボン酸基を含む)などが例示できる。これら第1官能基及び第2官能基を有する中間分子としては、例えば、エポキシ基とハロゲン基を有する分子(例えば、エピクロロヒドリンなど)が好ましい。ハロゲン基が水不溶性担体の水酸基で求核置換されることで、中間分子が水不溶性担体と結合する。
リガンド分子又はポリマーが有する結合形成性官能基は、中間分子を用いる場合と用いない場合とに分けて指定される。中間分子を用いない場合、該結合形成性官能基としては、親水性基と結合反応性を有する基が採用でき、前記中間分子の第2官能基と同様の範囲から選択できる。また中間分子を用いる場合には、前記中間分子の第1官能基と同様の範囲から、中間分子の第1官能基と相性のよい組み合わせとなるものを結合形成官能基として選択できる。
前記リガンド分子としては、電子供与性基としてのホスフォノ基と、必要に応じて結合し得る水酸基と、結合形成性官能基としてのアミノ基又はチオール基と、炭化水素基としての直鎖アルキル基を有する分子が好ましく、特にメルカプト-n-アルキルホスホン酸、アミノ-1-ヒドロキシ-n-アルキリデンビスホスホン酸などが好ましい。メルカプト-n-アルキルホスホン酸としては、3-メルカプト-n-プロピルホスホン酸、11-メルカプト-n-ウンデシルホスホン酸などの炭素数1~20、好ましくは炭素数8~15の分子が例示できる。アミノ-1-ヒドロキシ-n-アルキリデンビスホスホン酸としては、パミドロン酸、アレンドロン酸、ネリドロン酸などの炭素数が1~20、好ましくは炭素数3~10、より好ましくは炭素数4~6程度の分子が例示できる。
以上の吸着材は、カルシプロテインパーティクルを含む様々な液体を処理可能であり、例えば、脳脊髄液、血液、血漿、血清、腹水、リンパ液、関節内液、骨髄液、および、これらから得られた分画成分を含む様々な生体由来の液性成分を処理できる。またカルシプロテインパーティクルを含む可能性のある液体であれば、水、緩衝液なども処理可能である。
吸着材を用いて、液体からカルシプロテインパーティクルを吸着するには、吸着材と液体とを接触させた後、吸着材と液体とを分離することが必要である。例えば、容器に吸着材と液体とを入れ、静置や振盪などによって十分に接触させた後、デカントや濾過などの適当な固液分離手段を採用してもよいが、好ましくは液体の入口及び出口を有する容器(中空容器)に吸着材を充填した吸着器を用いるのが、安全かつ簡便であり、好ましい。吸着材を液体と接触させることによって、カルシプロテインパーティクルが除去された液体を得ることができる。
吸着器としては、例えば、図1に例示のものが挙げられる。図1の吸着器7は、粒状吸着材3が中空円筒型容器(カラム)6に充填されたものである。中空円筒型容器6の両端には、フィルター4、5が取り付けられており、吸着材3の流出を防ぐ一方で、吸着材3に液体を流通可能になっている。また中空円筒型容器6のフィルター4、5取り付け面には、スクリューネジなどにより中空円筒型容器6に液密に固定可能な蓋体1b、2bが装着されており、この蓋体1b、2bに形成された液体の流入口1a・流出口2aを通じて、中空円筒型容器6内の吸着材3に液体を供給可能になっている。
前記吸着器には、より効果的にカルシプロテインパーティクルを吸着除去させるための器具を取り付けて、吸着システムを構成してもよい。例えば、液体を供給するためのポンプなどを配置してもよく、透析器(ダイアライザー)、血漿分離器、血液フィルターなどを接続してもよい。また、前記吸着器には、1種の吸着材を充填してもよく、2種以上の異なる吸着材を充填してもよい。さらに吸着器を2つ以上用いてもよく、2つ以上の吸着器に充填する吸着材は、互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。2つ以上の吸着器は、直列で用いてもよく、並列で用いてもよい。
好ましい吸着システムは、液体を供給するためのポンプと吸着器とから構成される。より好ましくは、前記吸着器の上流側又は下流側に透析器(ダイアライザー)または血漿分離器が接続しており、血液を透析もしくは血漿分離やろ過をしつつカルシプロテインパーティクルを除去することができる。
本願は、2016年8月1日に出願された日本国特許出願第2016-151390号に基づく優先権の利益を主張するものである。2016年8月1日に出願された日本国特許出願第2016-151390号の明細書の全内容が、本願に参考のため援用される。
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
実施例1
多孔質セルロースビーズ(排除限界分子量500万、粒径400~500μm)40mLにアルカリ性水溶液を加えて全容量を80mLにした後、エピクロルヒドリン30mLを加え、40℃で2時間反応させた。反応後ビーズを水で十分洗浄してエポキシ化セルロースビーズを得た。得られたエポキシ化セルロースビーズにパミドロン酸水溶液を加え50℃で5時間以上振盪した。その後、水で十分洗浄してパミドロン酸固定セルロースビーズ(吸着材A)を得た。乾燥させた吸着材Aに硫酸及び硝酸を加えてマイクロウェーブ分解装置で加圧酸分解を行い、ICP-AES法により得られた溶液のP元素の含有量測定を行った。パミドロン酸の固定化量は元素分析の結果から2μmol/mLであった。
実施例2
実施例1のパミドロン酸水溶液をアレンドロン酸水溶液に代えて、アレンドロン酸固定セルロースビーズ(吸着材B)を得た。アレンドロン酸の固定化量は元素分析の結果から5μmol/mLであった。
実施例3
実施例1のパミドロン酸水溶液をネリドロン酸水溶液に代えて、ネリドロン酸固定セルロースビーズ(吸着材C)を得た。ネリドロン酸の固定化量は元素分析の結果から6μmol/mLであった。
実施例4
実施例1で得られたエポキシ化セルロースビーズに11-メルカプトウンデシルホスホン酸を含むエタノール水溶液を加え40℃で24時間振盪した。その後、水で十分洗浄して11-メルカプトウンデシルホスホン酸固定セルロースビーズ(吸着材D)を得た。11-メルカプトウンデシルホスホン酸の固定化量は元素分析の結果から10μmol/mLであった。
吸着性評価1
実施例1~4の吸着材A、B、C、Dのビーズ30μLにカルシプロテインパーティクル(CPP)を含む血清120μLを加え、室温で1時間振盪した。未処理血清と振盪1時間後の上清中のCPP量は表1のようになった。
なお上記実験において、CPP量は、以下の様にして測定した。
CPPを含む測定対象液に近赤外線蛍光プローブ(Osteosense(登録商標))を加えてCPPに結合させた後、ゲル濾過スピンカラムで分画し、CPPを含む高分子量画分の蛍光を近赤外線スキャナーで定量した。
Figure 0007116276000001
本発明の吸着材を用いれば、カルシプロテインパーティクルの体内での蓄積が関連すると考えられる様々な疾患の治療もしくは予防法としての利用が期待できる。また、カルシプロテインパーティクルが含まれうる体液などの液体を本発明の吸着材で処理することで、液体の清浄化が可能である。
1a.液体の流入口、1b.蓋体
2a.液体の流出口、2b.蓋体
3.吸着材
4、5.フィルター
6.中空円筒型容器(カラム)
7.吸着器

Claims (9)

  1. 水不溶性担体に、炭化水素基を介して少なくとも2つの電子供与性基が共有結合しており、前記電子供与性基が、窒素原子、硫黄原子、若しくはリン原子に水素原子が結合した基、又は酸性プロトンを有する基であることを特徴とする、リン酸カルシウムとタンパク質との複合体であるカルシプロテインパーティクルの吸着材。
  2. 前記炭化水素基の最長部分の炭素数が1以上20以下である、請求項1に記載の吸着材。
  3. 前記電子供与性基が電子供与性基間の炭素原子の数が1~5個となるものを含む、請求項1又は2に記載の吸着材。
  4. 前記炭化水素基に前記電子供与性基以外の極性基がさらに結合している、請求項1~3のいずれかに記載の吸着材。
  5. 前記極性基が水酸基である、請求項4に記載の吸着材。
  6. 前記電子供与性基が電子供与性基と前記水酸基との間の炭素原子の数が1~5個となるものを含む、請求項5に記載の吸着材。
  7. 前記水不溶性担体の形状が粒状、板状、繊維状、中空糸状、および不織布状のいずれかであることを特徴とする、請求項1~6のいずれかに記載の吸着材。
  8. 請求項1~7のいずれかに記載の吸着材が、液体の入口及び出口を有する容器内に充填されている、カルシプロテインパーティクルの吸着器。
  9. 請求項8に記載の吸着器と、前記吸着器に液体を供給するためのポンプとを備えてなる、カルシプロテインパーティクルの吸着システム。
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