JPH03184555A

JPH03184555A - ハイブリッド型人工膵臟

Info

Publication number: JPH03184555A
Application number: JP1324743A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Iwata; 博夫岩田; Hiroshi Amamiya; 浩雨宮; Tetsuzo Akutsu; 阿久津　哲造
Original assignee: KOKURITSU JIYUNKANKIBIYOU CENTER SOUCHIYOU
Current assignee: KOKURITSU JIYUNKANKIBIYOU CENTER SOUCHIYOU
Priority date: 1989-12-13
Filing date: 1989-12-13
Publication date: 1991-08-12
Anticipated expiration: 2012-09-10
Also published as: JP2651516B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、膵臓の機能が冒されたり、低下している糖尿
病患者に対して、膵臓の機能を代行するための人工膵臓
に関し、特にハイブリッド型の人工膵臓に関する。

〔従来の技術］現在、糖尿病の治療にはインスリン製剤が用いられてい
る。すなわち、前もって測定された患者の血中グルコー
ス濃度に応じて、必要量のインスリン製剤が投与されて
いる。しかしながら、糖尿病患者の血中グルコース濃度
の連続的な変化に応じて、インスリンを投与することは
できないため、患者のグルコース代射を生理的にコント
ロールすることができない、従って、血管障害や腎障害
等のような糖尿病の併発症を防止することが難しい。

そこで、新たな治療法として、ハイブリッド型人工膵臓
が注目を集めている。ハイプリント型人工膵臓とは、イ
ンスリンを分泌する組織、すなわち膵ランゲルハンス島
（以下、膵う島と略す）を、半透膜内に包括固定化して
患者の免疫系から隔離した後、体内に移植するものであ
り、生体の膵臓組織に含まれている膵う島と、半透膜と
を複合させるものであるため、ハイブリッド型人工膵臓
と称されている。

ハイブリッド型人工膵臓において膵う島を封入する材料
として、種々の材料が検討されている。

例えば、Ｓｕｎらは、アルギン酸−ポリリジン−アルギ
ン酸の三層構造からなる材料で膵う島を包括固定化して
いる（　Ａ、Ｍ、Ｓｕｎ、　Ｇ、Ｍ、Ｏ’５ｈｅａ　ａ
ｎｄｌｌ、Ｇｈａｒａｐｅｔｉａｎ、　ｒ’ｒｏｇｒｅ
ｓｓ　ｉｎ　Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ　Ｏｒｇａｎｓ６０
１　（１９８５））　。

他方、岩田らは、アガロースを用いて、膵う島を包括固
定化した（岩田博夫、雨宮　浩、松田武久、林　良輔、
高野久輝、阿久津哲造１人工臓器。

ユ、１２６３　（１９８７））。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述した何れの方法においても、包括固
定用材料の原料が天然物であること等の理由により、再
現性に優れた人工膵臓としての機能を果たすものは得ら
れなかった。また、体内に埋め込むに際し、柔軟性に乏
しく、脆いため、強度の点においても難があった。

よって、本発明の目的は、上述した従来のハイブリッド
型人工膵臓における問題を解決するものであり、膵う島
を生きた状態で長期間包括固定化することが可能であり
、柔軟性に優れかつ機械的強度においても優れ、さらに
レシピエンドの免疫系から隔離することが可能な材料に
より膵う島が包括固定されたハイブリッド型人工膵臓を
提供することにある。

〔課題を解決するための手段及び作用〕本願発明者らは
、膵う島を包括固定するための材料及び方法を鋭意検討
した結果、光架橋性ポリビニルアルコールを包括固定用
材料として用いれば上記課題を達成し得ることを見出し
、本発明をなすに至った。

すなわち、本発明のハイプリント型人工膵臓は、側鎖に
光感応性の官能基であるスチリルピリジニウム基または
スチリルキノリニウム基を有する光架橋性ポリビニルア
ルコールの光架橋体ゲルにより膵う島を包括固定してな
る包括固定化物を用いたことを特徴とする。

本発明では、被覆材料として上記光架橋性ポリビニルア
ルコールが用いられる。光架橋性ポリビニルアルコール
とは、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）に、感光性官能
基であるスチリルピリジニウム基またはスチリルキノリ
ニウム基を結合させたものである。このような光架橋性
ポリビニルアルコールとしては、既に市販されており、
例えば東洋合成工業株式会社から人手することができる
。

この光架橋性ポリビニルアルコールは水溶性であり、水
に溶解した状態で使用され、膵う島を分散させた光架橋
性ポリビニルアルコール水溶液を光架橋してゲル化する
ことにより膵う島を包括固定することができる。

光架橋性ポリビニルアルコール水溶液のゲル化すなわち
水不溶化は、感光基の光二量化反応によるものであるが
、スチリルピリジニウム基及びスチリルキノリニウム基
の何れの感光基も、３００ｎｍ乃至４００ｎｍの領域に
吸収極大を有する。

従って、可視光を用いて簡単に不溶化することができる
。もっとも、光の照射に際しては、膵う島に有害な紫外
線をカットする必要がある。よって、有害な紫外線がカ
ットされた可視光を用いることにより、上記感光基を十
分に感光することができ、それによって膵う島を生きた
まま包括固定することができる。

光の照射に際して用いる光源としては、太陽光を用いる
ことが最も手軽であるが、蛍光灯や超高圧水銀灯のよう
な他の光源を用いてもよい、なお、通常の蛍光灯では光
量が少ないため、数本の蛍光灯を束ねた状態で用いる必
要がある。

光架橋性ポリビニルアルコールは、光を照射することに
よりゲル化されるものであるが、このゲルの機械的強度
を高めるｔこは、ポリマー濃度が１重量％以上あること
が必要である。また、１重量％以上の範囲でポリマー濃
度を変えることにより、膵う島と免疫担当細胞との接触
を防止し得る膜から、高濃度光架橋性ポリビニルアルコ
ールを用いることにより抗体の侵入を阻止し得る膜まで
を容易に調製することができる。もっとも、ポリマー濃
度は多くとも５０重量％とすることが好ましい。

５０重置方を超えると、光架橋性ポリビニルアルコール
水溶液の粘度が高くなり過ぎ、膵う島と混合するのが困
難であり、また、架橋ゲル中の物質拡散速度も小さくな
り、インスリン分泌が明害されるからである。

なお、グルコース等の低分子量物質の透過には、このポ
リマー濃度はあまり影響しないことを指摘しておく。

また、光架橋性ポリビニルアルコールの重合度は１００
以上、５０００以下であることが好ましい。重合度が１
００未満の光架橋性ポリビニルアルコールではゲルの機
械的強度が十分なものとならないからであり、重合度が
５０００を超えるポリビニルアルコールを台底すること
は困難であり、また、その水溶液は粘稠すぎて操作性に
欠けるからである。

本発明において用いる膵う島としては、人、牛、豚、ハ
ムスターまたはマウス等から単離したものを適宜使用す
ることができる。単離は、摘出された膵臓をコラゲナー
ゼで一定時間消化し、しかる後、比重遠心法により分別
して膵う島を回収することにより行う。

なお、包括固定用材料は、膵う島を患者の免疫系から隔
離し、免疫担当細胞等と接触しないようにすることが必
要である。従って、膵う島を完全に被覆する形態であれ
ば、包括固定形態は何れの形態であってもよい。例えば
、膵う島細胞を一つ一つ封入するマイクロカプセルタイ
プ、膵う島を数個まとめて封入するゲルタブレットタイ
プ、または糸状に底型された包括固定材料に膵う島を封
入した形態であってもよい。もっとも、グルコース濃度
に対する応答性を高めるには、包括固定用材料の厚みは
極力薄い方が好ましい。

ハイブリッド　　エ　臓の　造　法（マイクロカプセル型人工膵臓の製造方法）膵う島を光
架橋性ポリビニルアルコール含有Ｅａｇｌｅ’　　ｓ　
　ＭＥＭ培養液に分散させる。この分散液に、流動パラ
フィン等の水と混合しない疎水性の液体を加えて十分に
撹拌し、光架橋性ポリビニルアルコール光を照射することにより、光架橋性ポリビニルアルコー
ル溶液をゲル化させる。このとき、懸濁液の凝集を防止
するために、撹拌しつつ光照射する必要がある。

次に、ハンクス液を加えて遠心分離し、下層に沈んだ光
架橋性ポリビニルアルコールのマイクロカプセルを回収
する。

上記のようにして、数１００μｍ程度の粒径のマイクロ
カプセル型のハイブリッド型人工膵臓を得ることができ
る。

（ゲルタブレット型人工膵臓の製造方法）光架橋性ポリ
ビニルアルコールを含有したＥａｇＥｅ’ｓ　　ＭＥＭ
培養液溶液を一定の形状に作製した鋳型内に流し込む．
次に、上記培養液内に膵う島を加え、撹拌し分散させ、
しかる後、光を照射することによりゲル化させ、ゲルタ
ブレット型のハイブリッド型人工膵臓を得ることができ
る。

（糸状ハイブリッド型゛人工膵臓の製造方法）光架橋性
ポリビニルアルコールのＥａｇｆｅｓ　　ＭＥＭ培養液
溶液に膵う島を加えて分散させる。これを、シリコンチ
ューブの中に導入し、しかる後、光を照射することによ
りゲル化させ、チューブから取り出すことにより糸状の
ハイブリッド型人工膵臓を得ることができる。

〔発明の効果〕

本発明のハイブリッド型人工膵臓では、側鎖に光感応性
の官能基であるスチリルピリジニウム基またはスチリル
キノリニウム基を有する光架橋性ポリビニルアルコール
を光架橋することにより得られたゲルを包括固定材料と
して用いているため、膵う島を死滅させることなく、マ
イクロカプセル、ゲルタブレットまたは糸状のような種
々の形態で膵う島を容易に包括固定することができる。

さらに、上記のようなゲルを用いるものであるため、柔
軟性に冨み機械的強度に優れたハイブリッド型人工膵臓
を実現することができ、体内へ埋め込んだ場合のゲルの
破損等も生し難い．また、光架橋性ポリビニルアルコー
ル及び光の照射は、膵う島の製造にも悪影響を及ぼさず
、膵う島が長期間生存するために必要な酸素や栄養素が
上記ゲルを介して膵う島に安定に供給される．他方、膵
ラ島から分泌されたインスリンは包括固定用の上記ゲル
を透過することができる。また、光架橋性ポリビニルア
ルコールからなるゲルにより、膵う島と患者の免疫系と
の隔離も確実に行われる。

〔実施例〕

尖施明土光架橋性ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）（Ｉｆ台度；
１７００、ケン化度；８８％及びスチリルピリジニウム
置換基の割合；１．３モル％）を、ポリマー濃度が１１
．６重量％となるようにＥａｇ７！ｅ’　　ｓ　　ＭＥ
Ｍ培養液に加え、オートクレーブにて加熱滅菌と同時に
光架橋性ＰＶＡを溶解させ、光架橋性ＰＶＡ熔液を得た
。

他方、ハムスターの膵臓からコラゲナーゼ法により、膵
う島を単離した。

直径１０閣、深さ２調のウェルの中で、光架橋性ＰＶＡ
と膵う島を混合し、３０・ＯＷのハロゲンランプを装着
したスライドプロジェクタ−を用いて、１５分ずつ表裏
へ光を照射することにより、光架橋性ＰＶＡをゲル化し
、ハイプリント型人工膵臓を作成した。

大隻班呈光の照射時間を３０分ずつにしたこと以外は、実施例１
と同様にして、ハイブリッド型人工膵臓を作成した。

大旌史主光を照射する方法を、スポット光源装置ＨＸ２００Ｓ　
（エイビ・ンク商会製）を用いて１５秒ずつ表裏に照射
したこと以外は、実施例１と同様にして、ハイプリント
型人工膵臓を作成した。

裏皇班土光を照射する時間を３０秒ずつにしたこと以外は、実施
例３と同様にして、ハイブリッド型人工膵臓を作成した
。

太旌班上光架橋性ＰＶＡとして、重合度＝５００、ケン化度−１
００％及びスチリルピリジニウム置換基ｆｆ１−１．５
モル％のものを用いて、ポリマー濃度を１６，７重量％
としたこと以外は、実施例２と同様にして、ハイブリッ
ド型人工膵臓を作成した。

大１自紐見光架橋性ＰｖＡとして、重合度＝５００、ケン化度＝１
００％、スチリルピリジニウムＷ換基量＝１．５モル％
のものを用い、ポリマー濃度を１６．７重量％としたこ
と以外は、実施例３と同様にして、ハイブリッド型人工
膵臓を作成した。

２施華ユ光架橋性ＰＶＡとして、重合度＝５００、ケン化度＝１
００％、スチリルピリジニウム置換基量＝１．５モル％
のものを用い、ポリマー濃度を１６．７重量％としたこ
と以外は、実施例４と同様にして、ハイブリッド型人工
膵臓を作成した。

尖旌斑ｌポリマー濃度を１重量％としたこと以外は、実施例２と
同様にして、ハイブリッド型人工膵臓を作成した。

知動糺集ポリマー濃度を１重量％としたこと以外は、実施例４と
同様にして、ハイブリッド型人工膵臓を作成した。

且藍班上ポリマー濃度を０．５重量％としたこと以外は、実施例
２と同様にして、ハイブリッド型人工膵臓を作成した。

止毅量主ポリマー濃度を０．５重量％としたこと以外は、実施例
４と同様にして、ハイブリッド型人工膵臓を作成した。

上記の方法で得られた実施例１〜９及び比較例１、２の
ハイブリッド型人工膵臓につき、ゲルタブレットの機械
的強度の測定及び下記のｉｎ　　ｖｉｔｒｏ培！試験を
行った。

（ｉｎ　　ｖｉｔｒｏ培養試験）ｉｎ　　ｖｉＬｒｏ培養試験に際しては、培養液として
５％牛脂児血清を含むＥａｇＩＶ、ｅ’ｓ　　ＭＥＭ培
養液を用い、５％ＣＯ７雰囲気下において３７°Ｃで培
養を行った。培養液の交換は数日ごとに行い、交換され
た培養液はインスリン濃度を決定するために諌結保存し
た。インスリン濃度はインスリンテストＢワコー（ワコ
ー純薬社製）を用いて定量した。第１図〜第３図に、ゲ
ルタブレットへ包括固定化した膵う島の培養期間と、培
養液中に分泌されたインスリン量との関係を示す。

慈果（イ）ゲルタブレットの機械的強度比較例１及び２では、ポリマー濃度が希薄過ぎるためか
、安定なゲルタブレットを得ることができなかった。こ
れに対して、実施例１〜９のハイブリッド型人工膵臓で
は、実用的にも問題のない最適強度を有するハイブリッ
ド型人工膵臓を得ることができた。

（ロ）ｉｎ　　ｖｉｔｒｏ培養試験結果第１図、第２図
及び第３図に示したように、培養期間１１０日まで経過
観察を行ったが、実施例１〜７の何れの場合にもインス
リンを分泌し続け、人工膵臓として機能していることが
確認された。

下記の実施例１０〜１２のパイプリソ１型人工膵臓を用
いて、ｉｎ　　ｖｉｖｏ移植試験を行った。

実益班上立ポリマー濃度を２５７ＪＭ％としたこと以外は、実施例
４と同様にして、ハイブリッド型人工膵臓を作成した。

実長１口」− 膵う島をＣ５７ＢＬ／６マウスから単離したこと以外は
、実施例１０と同様にして、ハイブリッド型人工膵臓を
作成した。

尖脂拠上主膵う島をＢＡＬＢ／Ｃマウスから単離したこと以外は、
実施例１Ｏと同様にして、ハイブリッド型人工膵臓を作
成した。

実施例ＩＯで得られた人工膵臓をＢＡＬＢ／Ｃマウスの
腹腔内に５０日間異種移植し、その後人工膵臓を体内か
ら取出し、さらにｌＯ日間１ｎｖｉＬｒｏで培養し、ｆ
多植後６０日目の一日あたりの膵う島１個あたりのイン
スリン分泌量を測定した。

宝基１実施例１１で得られた人工膵臓をＢＡＬＢ／Ｃマウスの
腹腔内に５０日間同種異系移植し、しかる後人工膵臓を
体内から取出し、さらに１０日間ｉｎ　　ｖｉｔｒｏで
培養し、移植後６０日日の一日あたりの膵う島１個あた
りのインスリン分泌量を測定した。

失扶１実施例１２で得られた人工膵臓をＢＡＬＢ／Ｃマウスの
腹腔内に４０日間同種同系移植し、しかる後人工膵臓を
体内から取出し、さらに２０日間ｉｎ　　ｖｉＬｒｏで
培養したとき移植後６０日日の一日あたりの膵う島１個
あたりのインスリン分泌量を測定した。

慧果実験１〜３の結果を下記の第１表に示す。第１表から明
らかなように、同種及び異種移植の何れにおいても、膵
う島は体内から取り出した後もインスリンを分泌してい
ることがわかる。従って、体内から取出された後も膵う
島が生存しており、ハイブリッド型人工膵臓として機能
していることが確認された。

第 ■ 表

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例１及び２で得たハイプリント型人工膵
臓のｉｎ　　ＶｉｔｒＯ培養試験の結果を示す図、第２
図は実施例３及び４で得たハイブリッド型人工膵臓のｉ
ｎ　　ｖｉｔｒｏ培養試験の結果を示す図、第３図は実
施例５〜７で得たハイブリッド型人工膵臓のｉｎ　　ｖ
ｉＬｒｏ培養試験の結果を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）側鎖に光感応性の官能基であるスチリルピリジニ
ウム基またはスチリルキノリニウム基を有する光架橋性
ポリビニルアルコールの光架橋体ゲルで、膵ランゲルハ
ンス島を包括固定してなる包括固定化物を用いたことを
特徴とするハイブリッド型人工膵臓。
（２）前記光架橋性ポリビニルアルコールの重合度が１
００〜５０００である、請求項１に記載のハイブリッド
型人工膵臓。
（３）前記光架橋性ポリビニルアルコールのポリマー濃
度が１〜５０重量％である、請求項１に記載のハイブリ
ッド型人工膵臓。