JPH0618582B2 - 人工皮膚 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、製造および取扱いが簡単で、すぐれた創傷被
覆特性を有する人工皮膚に関する。

［従来の技術］ 事故、災害時または外科および整形外科領域において、
広範な外傷性、熱傷性の皮膚欠損を起こすことが多い。
この皮膚欠損を保護し、上皮再生を促進し、治癒させる
創傷被覆材を「人工皮膚」と呼ぶ。人工皮膚を必要とす
る患者は特に熱傷に多く、比較的大きな医療機関を訪れ
る熱傷患者数は、１年間に人口１０万人につき４００
人、そのうち入院する患者は４０人、熱傷範囲３０％以
上の最重傷患者は３人、熱傷死亡数は１．４４人と推定
されている。

熱傷を被ったとき、その深度により、表皮のみの場合は
「第１度熱傷」、表皮と真皮の一部の場合は「第２度熱
傷」、また表皮と真皮の全部の場合は「第３度熱傷」と
呼ばれている。第１度熱傷では、表皮の残存細胞が増殖
して表皮が再生される。浅い第２度熱傷では、周囲にあ
る表皮細胞が内部に向かって増殖移動し、やがて表皮は
再生される。しかし、深い第２度熱傷および第３度熱傷
の場合、再生は不可能といってよく、やがて火傷がふさ
がっても、正常皮膚とは全く異なる瘢痕が残る。こうし
た熱傷の場合、患者自身の目立たない部分からの皮膚移
植、すなわち自家植皮が行なわれる。しかし、広範囲の
熱傷に対しては患者自身の皮膚にも限界があり、自家植
皮で置き換えていく途中のつなぎとして、また採皮膚部
に新たな表皮が再生してくるまで皮膚欠損部を一時的に
被覆して治療を促進させるものとして、人工皮膚、厳密
には創傷被覆材料が必要となる。

このような目的で現在使用されているものに、凍結乾燥
豚皮（ＬＰＳ）がある。これは生体材料そのものであ
り、外観的にヒトの皮膚に近く、柔軟で密着し、上皮化
を促進し、鎮痛作用もあるなどの特徴がある。しかし、
最大の欠点は創傷面でＬＰＳが融解するために２〜３日
毎にはりかえる必要があり、使用前に約３０分生理食塩
水で再生しなければならないことである。

また、最近コラーゲン製人工皮膚が使用されている。こ
れは牛皮の真皮層を酸処理し、種特異的抗原決定基のテ
ロペプチドや他の蛋白質を除去したアテロコラーゲンで
あって、膜、スポンジ、不織布状のものがある。これは
抗原性もなく、ガス滅菌が可能であるなど多くの特長を
有しているが、ときに軽い疼痛や不快感をきたすことが
ある。

さらに、人の血液からつくったプラズマ膜やフイブリン
膜は、生体への刺激性がなく、しかも生体に吸収される
特長をもつところから、人工皮膚としての利用価値が高
いといわれる。この膜は、クエン酸ナトリウムによって
凝固防止した人の血液から血漿を分離し、これに塩化カ
ルシウムとトロンビンを加えて凝固させてつくり、乾燥
後アルコール液につけておく。この膜は弾力性があり、
柔軟、白色、網目状であり、これを２％重クロム酸カリ
溶液で処理したものをプラズマ膜という。しかし、この
膜は分泌のある創面の場合は膜に穴をあけておかないと
分泌液流出が十分でなく、また、人血からつくるために
高価で、しかも供給に限度があるのが難点である。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来、種々の人工皮膚が使用されているが、いずれも一
長一短があり、使用前に再生処理を要する、使用時に疼
痛感や不快感を与える、分泌液の流出性が悪い、などの
問題が残されており、とくに原料入手および製造技術の
点で、安価で十分な量の確保が困難であった。

［問題点を解決するための手段］ 本発明者らは、上記の問題点を解決すべく鋭意研究した
結果、本出願人が先に提案した特願昭５９−２８１６０
号に記載のトランスグルタミナーゼ（ＥＣ ２．３．
２．１３．以下「ＴＧase」と略す）による蛋白質膜が
人工皮膚としてすぐれた特性を有することを見出した。
しかし、トランスグルタミナーゼはε−（γ−グルタミ
ル）リジン結合形成を触媒する機能を有するものであれ
ば、前号記載のものに限定されるものではないことは言
うまでもない。

すなわち、本発明は蛋白質および／またはペプチドを含
有する溶液にＴＧaseを添加して得られる膜を成分とし
て含有することを特徴とする人工皮膚である。

［作用］ 本発明の人工皮膚または蛋白質膜は、ＴＧaseの触媒作
用によるε−（γ−グルタミル）リジン架橋形成に基づ
いた蛋白質重合物であって、これをプロテアーゼ処理す
ると加水分解され、溶液となる。従って、生分解性を有
し、かつ結合剤も酵素であるから、生体適合性がよく、
生体に対する刺激性などの影響がきわめて少ない。

本発明品は従来のコラーゲン膜やシリコーン膜並みある
いはそれ以上の引張強度と伸度を有し、すぐれた柔軟性
を示すが、最も重要な差違はその大きな水蒸気透過量
（７，０００〜８，０００ｇ／m²・Day）にあり、コラ
ーゲン製（５００）の１４〜１６倍、シリコーン膜（９
６０〜１，７００）の４〜８倍にも達し、酸素透過性も
よいことから、第２度以上の熱傷患者にも有効である。

また、本発明品は原料となる蛋白質またはペプチドの入
手が容易であり、その製造方法も比較的簡便であるか
ら、安価に量産できるうえに、製品は消毒用アルコール
に浸漬しておけばよく、使用時には別段の前処理を要せ
ず取扱いが簡単である。

さらに、ＴＧaseの添加により膜化することから、２種
以上の蛋白質またはペプチドを順次積層して複合膜を形
成することができ、これにより鎮痛作用や肉芽、表皮形
成の促進作用が要求される創傷面に接する部分と、抗菌
性や水蒸気透性が要求される表皮相当部分とに分け、そ
れぞれ患部に最も適した人工皮膚を形成することも可能
である。

［実施態様］ 本発明に用いられる膜化用蛋白質は、その起源に制約さ
れず、植物性蛋白質、動物性蛋白質などいかなるもので
も使用できる。植物性蛋白質としては油糧種子の脱脂物
（脱脂大豆など）及びそれらより分離した蛋白を挙げる
ことができる。また、動物性蛋白質としては、乳蛋白
質、ゼラチン、コラーゲン等を例示することができる。

基質は蛋白質に限らずペプチド類であってもよい。具体
的には、大豆、小麦、トウモロコシ、米などの植物蛋
白、乳カゼイン、卵白、アルブミン、ゼラチン、コラー
ゲンなどの動物蛋白を酸、酵素などで分解して得られる
ペプチドを添加してもよい。このペプチド類の調製は、
例えばコラーゲンでは、高温、高圧に加熱し、加水分解
することによっても得られる。酵素的なペプチド調製法
としては蛋白質分解酵素であるコラゲナーゼ、パパイ
ン、ブロメリンなどのペプチダーゼ、アスペルギス属糸
状菌の産生する酸性プロテアーゼなどを用いる方法を例
示できる。これらのペプチドのグルタミン残基とリジン
残基が反応し、ε−（γ−グルタミン）リジン架橋結合
を形成し、巨大分子様のネットワーク構造が形成され
る。

本発明の人工皮膚またはその膜成分を製造するには、ま
ず、上記のような蛋白質（および／またはペプチド）の
２重量％以上を含有する溶液を調製する。蛋白質含有液
の濃度は比較的高いことが望ましく、通常２重量％以
上、好ましくは５重量％ないし１５重量％であればよ
い。

この高濃度蛋白含有溶液に、特開昭５８−１４９６４５
号に記載されている方法（以下、単に「公報記載の方
法」という。）で調製したＴＧaseを蛋白質１ｇに対し
て、１ユニット／ｇ・蛋白質以上添加し、直ちに、平板
型枠（例えば、メタアクリル樹脂製）に流し込み、１０
〜６０℃にて、水分率１０％以下となるまで（通常、３
〜５時間）風乾または送風乾燥すると型枠から容易に剥
離する強靱な蛋白質膜が得られる。膜化する方法は、上
記のような流延成形法（キャスト法）に限らず、他の方
法を用いてもよい。

以上は１種類の蛋白質またはペプチドに対してＴＧase
で膜化させる条件について説明したが、人工皮膚に用い
る場合は、２種類以上の蛋白質またはペプチドによる膜
を積層させ、ハイブリッド膜を調製することが有利な場
合がある。

すなわち創傷面に接する部分に、血液及び生体適合性に
優れたアテロコラーゲンを基質としてＴＧaseを反応さ
せて、上述のようなキャスティング膜を調製する。一方
表皮に相当する部分に異物の刺激、細菌感染などに対す
る抵抗性をもち、水蒸気透過性の優れたものが要求され
ることから、例えば他の蛋白質を用いて、その濃度、Ｔ
Ｇase等を変えて重合度を制御した状態で積層し、同様
にキャスティングし、ハイブリッド膜を調整することが
できる。この場合、アテロコラーゲン層には、肉芽、表
皮形成の促進、非抗原性、鎮痛作用、生体化と吸収性な
どの機能を付与することが可能である。また、複合膜に
おいて、表皮に相当する部分の材料として、水蒸気透過
性の優れたシリコーン膜、ポリウレタン膜や多孔性テフ
ロン膜のような多孔性高分子膜を使用し、水蒸気透過
性、柔軟性と強度を向上させ、抗菌剤は透過するが微生
物は透過させない等の機能を付与することも可能であ
る。

ＴＧaseによる架橋膜は、蛋白またはペプチド中の分子
間あるいは分子内でグルタミン残基のγ−カルボキシア
ミド基と、リジン残基のε−アミノ基との間のε−（γ
−グルタミル）リジン架橋形成によるものであるが、更
に架橋度を上げることもできる。すなわち、キャスティ
ング膜をホルムアルデヒド０．１％、Ｎａ₂ＳＯ₄１２．
０％、Ｎａ₂ＨＣＯ₃０．５％、Ｎａ₂ＣＯ₃０．１％、水
８７．３％、pH ８．５〜９．５の溶液で、３０℃、
２時間処理し、更に２時間水洗した後、熱風乾燥機内で
１．５〜２時間乾燥すると、更に強度の増した膜が得ら
れる。また、グルタルアルデヒド処理の場合には、グル
タルアルデヒド０．０５％、Ｎａ₂ＳＯ₄２０％、水８０
％、pH４．５〜５．５溶液で３０℃、２時間処理するこ
とにより、結合量２〜３％の強靱な膜が調製できる。更
に、紫外線照射（３０Ｗの紫外線殺菌灯下、１０〜２０
cmの距離をおいて３時間照射後、２時間水洗）処理によ
っても高度に架橋化することができる。

以上のようにして調製された蛋白質膜は、臨床用に便利
な一定の大きさに切断され、必要に応じて多数の小孔を
あけ、グリセリンまたはポリエチレングリコールで滅菌
処理した後、消毒用アルコール中に保存される。使用時
に、表皮の脱落した体表面にこれを密着させ、周辺を縫
合するか、医用接着剤で固定化することによって使用す
る。

［実施例］ 以下、本発明を実施例により具体的に説明する。

実施例１ １）フィルムの調製法 前記公報記載の方法で調製したαｓ₁−カゼインを５％
溶液となるように０．１Ｍトリス−塩酸緩衝液（５ｍＭ
ＣａＣｌ₂、２０ｍＭ ジチオスレイトール（ＤＴ
Ｔ）、０．１％グリセリン含有、pH ７．６）で調製し
た。これを３０℃に恒温にしてから同上の方法で調製さ
れたＴＧaseを０．０２ユニット／mg・蛋白加え、素早
く攪拌後、直ちにメタアクリル樹脂板上の２０×５０×
１．５mmの型枠に均一に流し込み、３７℃恒温槽中に１
５分程度静置し、ゲル化した。これを４０℃、７５％相
対湿度（ＲＨ）の循環恒温槽で乾燥し、カゼイン膜を得
た。これを剥離した後２５％グルタルアルデヒド液０．
４ｍ、硫酸ナトリウム（Na₂ＳＯ₄）４０．０ｇ、グリ
セリン１．６ｍ、水１５９．６ｍの割合で調製した
処理液（pH５．０）に３０℃、３時間浸漬した。これを
流水中で洗浄した後McIlvain緩衝液（pH ５）中に浸
漬、更に１２１℃、２０分オートクレーブ処理で殺菌し
た。膜は滅菌緩衝液中に湿潤状態で保存した。コントロ
ール膜（対照膜）はＴＧaseを予め失活処理して同量加
えたもので調製した。

２）水蒸気（Ｈ₂Ｏ）透過性の測定 第１図のように上部にコック１のある測定セル２に供試
膜３をセットした後、滅菌水を上部コック１から長い針
を持った注射器で注入しコックを閉じた。これを３７
℃、ＲＨ７０％の循環恒温槽にセットした外部記録計付
の秤量天秤上にフィルム面下部を１０cm開けて載せ、経
時的に重量減少量（水蒸気透過量）を測定した。測定値
は２４時間後の透過面積（m²）当りの水蒸気透過量とし
て求めた。

３）酸素（Ｏ₂）透過性の測定 Ｎ．Ｍinouraらの方法で（Ｊ．Ａpplied Ｐolvmer Ｓ
ci．，24,965-973(1979)）に順じて行なった。すなわち
第２図のように膜３を直接酸素電極４の陰極（白金）５
に接触するように装着し、更に目の粗いナイロンメッシ
ュ６でカバーした後0.5N ＫＣｌを電極液７にして、図
のように配線し測定した。測定条件は印加電圧−0.7Vol
t、回路抵抗２１５０Ω、測定温度２０℃±１℃であ
る。はじめＮ₂又はＡｒガスで系内の溶存酸素を除いた
後Ｏ₂ボンベからＯ₂ガスをバブリングさせると、膜を透
過したＯ₂が検出される。その到達最高電流値の測定か
らＯ₂透過係数を次の式によって求めた。

但しｉ∞：到達Ｍax電流（Ａ），Ｌ：膜厚（cm），Ｎ：
反応１モル当りの電子数（この場合、Ｏ₂＋２Ｈ₂Ｏ＋４
e^-→４ＯＨ^-なので４）Ｆ：フアラディー定数、Ｐｓ：
Ｏ₂分圧、Ａ：カソード（陰極）面積（本実験では０．
１９６cm²）。

４）膜厚の測定 日本光学工業（株）のデジマイクロ（ＭＵＥ−５０１）
に球形測定子をつけ、測定力１４０±５０ｇで測定し
た。

５）膜強度の測定 試料膜を５０×１０mmの短冊状に切断し、不動工業
（株）のレオメーターにセットし、測定サンプル長を２
０mmに合わせ、引張試験を行なった。破断強度を単位断
面積（mm²）当りの最大荷重（ｇ）で表わし、伸張度は
測定サンプル長２０mmを基準にし最大荷重に達するまで
の伸び（mm）を百分率（％）で表わした。

６）結果、２）〜５）の測定結果を次表に示す 現在市販の人工皮膚の場合、水分透過量はコラーゲン膜
で５００、シリコーン膜で９６０〜１，７００、シリコ
ーン・コラーゲン不織布で１，２５２ｇ／m²・Ｄayと低
く、熱傷度合にもよるが、出来るだけ高いものが望まれ
ている。酸素透過量も現在市販のものは５．８×１０
^-10程度で、これも１０^-9オーダー程度のものが要求さ
れている。

これに対して、本発明による膜は非常に大きな水蒸気透
過性を有し、Ｏ₂透過性もよいので、第２度以上の熱傷
患者にも有効と考えられる。

実施例２ 可溶性コラーゲン（牛皮、シグマ社製）を１０重量％溶
液となるように０．１Ｍトリス−塩酸緩衝液（５ｍＭ
ＣａＣｌ₂，２０ｍＭ）ジチオスレイトール0.1％グリセ
リン含有、pH７．６）に分散し、これを３０〜５０℃に
加温して溶液状とした。これに前記公報記載の方法で調
製されたＴＧaseをコラーゲン１mgに対して０．０９ユ
ニットを加え、よく攪拌後すばやくメタアクリル樹脂板
（または硬質ビニル板）上の２０×５０×１．５mmの型
枠に流し込み、３７℃に保つと即座にゲル化した。これ
を４０℃で５時間送風乾燥し、コラーゲン膜が得られ
た。

得られたコラーゲン膜は水分率１０．２％、膜厚４５μ
ｍ、引張強度２５０ｇ／cm、伸度１１０％を有し、水に
不溶な膜となった。この膜をエチレンオキサイド：炭酸
ガス＝２０：８０の雰囲気中、４０℃２気圧で５時間ガ
ス滅菌した後、消毒用アルコール中に保存した。この膜
の水蒸気透過量は１３５０ｇ／m²・Ｄay（膜厚５５μ
ｍ）、Ｏ₂透過量は１．７×１０^-10（cm³（ＳＴＰ）−c
m）／（cm²−sec−cmＨｇ）であった。

［発明の効果］ 以上から明らかな如く、本発明によれば引張強度、伸
度、柔軟性や酸素透過性のみならずすぐれた水蒸気透過
性を有する生体適合性の強い人工皮膚を提供することが
でき、しかも安価に量産することができるから、産業上
きわめて有益である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る人工皮膚の水蒸気透過量測定に用
いた装置の説明図、第２図は同じく酸素透過量測定に用
いた装置の説明図である。 ２…測定セル、３…供試膜、４…酸素電極、７…電極液
（０．５Ｎ ＫＣｌ）。 Ｈ…水蒸気、 Ｎ…マグネチック スターラー （Magnetic stirrer） Ｏ…マイクロアメーター（Mictroammeter） Ｐ…ボルトメーター（Voltemeter） Ｑ…ドライ セル（Ｄry cell） Ｒ…レコーダー（Ｒecorder） Ｓ…０．５ＮＫＣｌ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蛋白質および／またはペプチドを２重量％
   以上含有する溶液またはスラリーにトランスグルタミナ
   ーゼを添加して得られる膜を成分として含有することを
   特徴とする人工皮膚。
2. 【請求項２】トランスグルタミナーゼの添加量が、蛋白
   質および／またはペプチド１ｇに対して１ユニット以上
   である特許請求の範囲第１項に記載の人工皮膚。
3. 【請求項３】膜が２種以上の蛋白質またはペプチドを積
   層したものである特許請求の範囲第１項に記載の人工皮
   膚。