JPH09135896A - 人工臓器モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自然分解性で環境汚染することが少なく、人
工腎臓、人工肝臓、人工肺、人工すい臓などに応用でき
る新規人工臓器用モジュールを提供することを目的とす
る。 【解決手段】 中空繊維１、空間部２、容器３、空間部
への液体または気体の入り口４、出口５、血液の入り口
６、血液の出口７、封止部８で構成され、例えば、人工
腎臓では空間部２に灌流液を満たし、入り口４および出
口５を外部環流装置に接続して使用する人工臓器であっ
て、中空繊維１、容器３、封止部８のすべての材料が自
然分解性材料、特に容器３は脂肪族ポリエステルを主成
分とする重合体からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人工臓器、例えば
人工腎臓、人口肝臓などに用いることができる、自然分
解性の新規モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】人工臓器、例えば人工腎臓は医学分野で
広く用いられている。しかしそれに用いられるモジュー
ルの材料、特にその容器や封止材料は、通常の合成樹脂
を用いるため、使用後廃棄する時、自然環境下では分解
性が低く、焼却時は発熱量が大きく炉を痛めるなどの問
題があり、その使用量の増大に伴い、環境保護の見地か
ら見直しが必要である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、焼却
時の発熱が少なく、必要に応じて自然環境下で完全に分
解可能な、新規な人工臓器モジュールを提供するにあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記本発明の目的は、自
然分解性材料からなる中空繊維、脂肪族ポリエステルを
主成分とする重合体からなる容器、および自然分解性材
料からなる封止部を有することを特徴とする新規人工臓
器モシュールによって達成される。

【０００５】ここで、脂肪族ポリエステルを主成分とす
る重合体とは、（１）グリコール酸、乳酸、ヒドロキシ
ブチルカルボン酸などのような脂肪族ヒドロキシカルボ
ン酸、（２）グリコリド、ラクチド、ブチロラクトン、
カプロラクトンなどの脂肪族ラクトン、（３）エチレン
グリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、
ヘキサンジオールなどのような脂肪族ジオール、及び、
ジエチレングリコール、トリエチレングリコールのよう
な脂肪族エーテルグリコール、（４）コハク酸、アジピ
ン酸、セバシン酸などの脂肪族ジカルボン酸などの、脂
肪族ポリエステル重合原料に由来する成分を主要な成分
（４０重量％以上、特に５０％以上）とするものであっ
て、脂肪族ポリエステルのホモポリマー、脂肪族ポリエ
ステル共重合ポリマー、および脂肪族ポリエステルに他
の成分、例えば芳香族ポリエステル、ポリエーテル、ポ
リカーボネート、ポリアミド、ポリ尿素、ポリウレタ
ン、ポリオルガノシロキサンなどの成分を６０重量％以
下（特に５０％以下）共重合（ブロック共重合または／
及びランダム共重合）又は／及び混合した変性体をすべ
て包含する。

【０００６】脂肪族ポリエステルを共重合や混合によっ
て変性する目的は、結晶性の低下、融点の低下（重合温
度や成型温度の低下）、溶融流動性、強靭性、柔軟性や
弾性回復性の改良、接着性、耐熱性やガラス転移温度の
低下または上昇、親水性や撥水性の改良、透明性の改
良、分解性の向上または抑制などが挙げられる。

【０００７】脂肪族ポリエステルの特徴は、自然環境下
（土壌中、淡水中、海水中、堆肥中など）、比較的短期
間（例えば５年以内、とくに２年以内）で分解すること
である。この自然分解性は、脂肪族ポリエステルを主成
分とする共重合体や混合体でも維持されるが、共重合や
混合の成分や比率を変えることにより各種分解速度のも
のを得ることが出来、目的や用途に応じて、適切なもの
を選ぶことができる。人工臓器には各種のものがある
が、本発明モジュールが好ましく適用されるものは、人
工腎臓、人工肝臓、人工肺、人工すい臓などのように中
空繊維を介して血液と物質を交換したり、物質を投与ま
たは除去するものである。例えば、人工腎臓では血液中
の尿素などの不要物質の除去が主として行われ、人工肝
臓では血液中の不要物質の分解除去および必要物質の合
成と補給が行われ、人工肺では血液中の２酸化炭素の除
去と酸素の補給がおこなわれる。これら以外にも、中空
繊維の透析作用、物質交換作用、濾過作用などの機能を
応用して、色々な人工臓器が開発され、今後も開発され
る可能性が高い。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の人工臓器モジュ
ールの説明図である。図において、１は中空繊維であ
り、２は空間部、３は容器、４は空間部への液体または
気体の入り口、５はその出口、６は血液の入り口、７は
血液の出口、８は封止部である。例えば、人工腎臓では
空間部２に灌流液を満たし、入り口４および出口５を外
部環流装置に接続して使用する。同じく人工肝臓では、
空間部２に人間や豚などの肝臓細胞を収納して培養し、
入り口４および出口５は外部環流装置に接続し、必要な
物質を供給し不必要な物質を除去する。また肝臓細胞は
外部環流装置の中で培養しても良い。同様にすい臓その
他の細胞を人工臓器モジュール中やそれに接続する外部
の容器中で培養して、生理的機能を行わせることが出来
る。人工肺では、入り口４から空気または酸素を供給
し、出口５から排出する。

【０００９】また逆に、入り口４および出口５を血液循
環系に接続し、中空繊維への入り口６および出口７を外
部環流装置などに接続することも出来る。

【００１０】本発明モジュールにおいて、図示した中空
繊維１、容器３、封止部８のすべての材料は、自然分解
性である。自然分解性材料としては、セルロース、セル
ロース誘導体、マンナン、アルギン酸などの非水溶性多
糖類、絹、カゼイン、グルテンなど各種蛋白質、ポリア
ミノ酸、それらの誘導体、及び上記各種脂肪族ポリエス
テルおよびその誘導体などが挙げられる。

【００１１】中空繊維１の材料は、自然環境下で分解す
ることが必要であり、セルロース、酢酸セルロースなど
のセルロース誘導体、ポリグルタミン酸およびその誘導
体、絹蛋白、各種脂肪族ポリエステルなどのような繊維
形成性に優れるものが好ましい。紡糸方法は特に限定さ
れないが、湿式、乾式、、乾湿式、溶融などの紡糸方法
が好ましく用いられる。繊維の太さ（外径）、形、膜の
厚さ、中空部の内径、物質交換や濾過のための微細多孔
構造の孔径などは、人工臓器の種類や目的に応じて適宜
選択される。一般に中空繊維の外径は、０．１〜３ｍｍ
程度、特に０．２〜１ｍｍ程度のものが、微細多孔膜の
孔径は、１ｎｍ〜１００μｍ程度、特に５ｎｍ〜３０μ
ｍ程度のものが、それぞれ用いられることが多い。また
膜は、一見孔がなくても、目的の化学物質が通過できれ
ば十分である。中空繊維相互が密着することを防ぐた
め、それに巻縮を与えたりフィンを付けたりして、隙間
の多い立体的構造を形成させることも好ましい。同じ
く、肝臓細胞、すい臓細胞などが付着しやすい形や構造
とすることも好ましい。また中空繊維とは別に、それら
の細胞を固定し安定化するための支持材を容器の内部に
設けることも出来る。

【００１２】容器３の材料は、溶融成型性に優れること
が必要で、脂肪族ポリエステルを主成分とする重合体が
用いられる。さらに、加熱による滅菌処理に耐えるため
には、融点は１００℃以上が好ましく、１３０℃以上が
特に好ましく、１５０℃以上が最も好ましい。融点１０
０℃以上で耐熱性に優れる脂肪族ポリエステルとして
は、ポリブチレンサクシネート（融点約１１６℃）、ポ
リＬ−乳酸（同１７５℃）、ポリ−Ｄ乳酸（同１７５
℃）、ポリヒドロキシブチレート（同１８０℃）、ポリ
グリコール酸（同２２０℃）、およびそれらを主成分と
する共重合体、混合体などが挙げられる。ここで融点
は、十分に熱処理（結晶化）した試料を走査型示差熱量
計（ＤＳＣ）で１０℃／ｍｉｎの速度で昇温しつつ測定
した、結晶の溶融吸熱ピークのピーク値温度である。ポ
リマーの結晶性は、ＤＳＣの溶融吸熱量が大きいほど高
い。耐熱性の見地からは、溶融吸熱量は５ジュール
（Ｊ）／ｇ以上が好ましく、１０Ｊ／ｇが特に好まし
く、２０Ｊ／ｇ以上が最も好ましい。

【００１３】容器３の材料は、実用性の観点から、強靭
性に優れること及び透明性に優れることが望ましい。ポ
リ乳酸、ポリヒドロキシブチレート、ポリグリコール酸
などは、融点が高く透明性に優れるが、分子構造が剛直
であるため成型品が堅く脆いという問題点を持ってい
る。しかし、それらの剛直なポリマーに、他のポリエス
テル成分や異性体をランダム共重合して結晶性を低下さ
せたり、ガラス転移点が２０℃以下特に０℃以下の柔ら
かい脂肪族ポリエステルを３〜５０％、特に５〜３０％
混合したりブロック共重合することにより、強靭性を改
善することが出来る。混合やブロック共重合は、耐熱性
や結晶性をあまり損なわないで、耐衝撃性を十分に改良
可能なので、特に好ましい。たとえば、前記の融点１５
０℃以上の脂肪族ポリエステルの未変性品のアイゾット
衝撃強度は２ｋｇ・ｃｍ／ｃｍ程度であるが、それを混
合法やブロック共重合法により、容易に３〜６ｋｇ・ｃ
ｍ／ｃｍ程度又はそれ以上に改良出来る。容器３の材料
としては、アイゾット衝撃強度は３ｋｇ・ｃｍ／ｃｍ以
上が好ましく、４ｋｇ・ｃｍ／ｃｍ以上が特に好まし
い。また透明度は、一般に異種ポリマーの混合により低
下し混合物は白濁する傾向があるが、ブロック共重合で
は白濁問題が軽減されるので、ブロック共重合法による
耐衝撃性の改良が最も好ましい。勿論、ブロック共重合
とランダム共重合や混合法を併用することも出来る。

【００１４】上記のブロック共重合や混合による高融点
脂肪族ポリエステルの改良に適した低ガラス転移点の脂
肪族ポリエステルの例としては、カプロラクトン、エチ
レンサクシネート、プロピレンサクシネート、ブチレン
サクシネート、ヘキサンサクシネート、オクタンサクシ
ネート、デカンサクシネート、エチレンアジペート、プ
ロピレンアジペート、ブチレンアジペート、ヘキサンア
ジペート、オクタンアジペート、デカンアジペート、エ
チレンアゼレート、プロピレンアゼレート、ブチレンア
ゼレート、ヘキサンアゼレート、オクタンアゼレート、
デカンアゼレート、エチレンセバケート、プロピレンセ
バケート、ブチレンセバケート、ヘキサンセバケート、
オクタンセバケート、デカンセバケート、エチレンデカ
ネート、プロピレンデカネート、ブチレンデカネート、
ヘキサンデカネート、オクタンデカネート、デカンデカ
ネートなどを構成単位（繰返し単位）とするホモポリマ
ーおよび共重合ポリマーが挙げられる。

【００１５】中でも、ポリポリエチレンアゼレート（融
点約７５℃）、ポリヘキサメチレンセバケート（同７５
℃）、ポリエチレンデカネート（同８５℃）、ポリブチ
レンサクシネート（同１１６℃）などのように、融点が
７５℃以上の結晶性ポリマーは、上記混合やブロック共
重合によって耐熱性に優れる組成物が得られるので、特
に好ましい。

【００１６】同様に、容器３の材料として、前記高融点
脂肪族ポリエステルに対して、ポリエチレングリコー
ル、ポリプロピレングリコール、ポリブチレンエーテル
などのポリアルキレンエーテル及びそれらの共重合体、
同じくポリブチレンカーボネート、ポリヘキサンカーボ
ネート、ポリオクタンカーボネートなどのボリアルキレ
ンカーボネート及びそれらのう共重合体を１〜３０％、
特に５〜２０％ブロック共重合又は／および混合して、
柔軟性や耐衝撃性を改良したものも、好ましく用いられ
る。

【００１７】容器３に用いる重合体の分子量は、特に限
定されないが、強靭性や耐衝撃性の見地から通常平均５
万以上、特に８万〜３０万程度が好ましく用いられ、１
０〜２５万のものが最も広く用いられる。

【００１８】容器３の成型方法は特に限定されないが、
溶融射出成型、及び射出成型したものを更に加熱下で加
圧気体などで膨らませるブロー成型などが好ましく用い
られる。上記の耐衝撃性をもつポリマーからは、射出成
型でも十分な強度のものが得られるが、ブロー成型法な
どによって、分子配向させた成型品は、さらに強度、耐
衝撃性、耐熱性、耐久性及び透明性が改良され、長期間
用いる人工臓器の場合特に好ましい。

【００１９】封止部８は、中空繊維を固定し、かつ循環
する液体や気体の漏れを防ぐ重要な部分である。封止部
は、多くの場合ネジ、接着剤、Ｏリングなどで固定し且
つ封止されるが、本発明のモジュールでは、そのネジ、
接着剤、Ｏリングは自然分解性でなければならない。本
発明モジュールの封止部に好適な接着剤としては、アク
リル酸およびその誘導体、例えばアクル酸またはメタク
リル酸のエステル、例えばメタノール、エタノール、プ
ロパノール、ブタノール、ヘキサノール、オクタノール
など脂肪族モノアルコールエステル、同じくエチレング
リコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ヘ
キサンジオールなどの脂肪族ジオールエステル、同じく
前記ポリエチレングリコールなどのポリアルキレンエー
テルグリコール、ポリヘキサンカーボネートなどのポリ
アルキレンカーボネートグリコール、それらのオリゴマ
ー、それらの共重合体などとのエステルなどが挙げられ
る。同様に、各種シアノアクリレート類も好ましい。こ
れらのアクリル系モノマーは、粘度が低くそのままでは
使いにくいものが多いが、必要に応じ、適当な増粘剤例
えば適度に大きい分子量の化合物やポリマーを少量（例
えば１〜３０％、特に５〜２０％）混合して増粘したも
のを用いることが出来る。これらのアクリル系モノマー
は、多くの場合、加熱、紫外線照射、放射線（電子線、
ガンマ線など）照射などにより重合し固化する。加熱重
合では触媒（重合開始剤）を用いることもあるが、触媒
が安全上問題となる時は、触媒が不要の紫外線や放射線
を用いると良い。アクリル系以外の感光性樹脂でも、自
然分解性のものは本発明に応用出来る。なお、ポリエチ
レングリコールジメタクリレートは、嫌気性接着剤とし
て良く知られ、酸素が遮断されると重合、固化する。ま
た、シアノアクリレート（メチル、エチル、プロピルエ
ステルなど）は、瞬間接着剤として知られ、空気中や被
着物の水分によって急速に重合、固化する。

【００２０】アクリル酸系以外の接着剤で本発明に好ま
しいものとしては、脂肪族ポリエステルをソフトセグメ
ントとするポリウレタン、ポリビニルアルコール（ＰＶ
Ａ）、前記天然多糖類、蛋白質などの自然分解性ポリマ
ー、それらの変性体や誘導体が挙げられる。

【００２１】本発明モジュールの容器、封止部をを形成
するポリマーには、必要に応じ、顔料、染料などの着色
剤、金属粒子、無機系または有機系粒子その他の充填
剤、結晶核剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤などの安定
剤、帯電防止剤、滑剤、離型剤、撥水剤、可塑剤、抗菌
剤などの添加剤を配合することが出来る。

【００２２】以下の実施例において、％、部は特に断ら
ない限り重量比である。脂肪族ポリエステルの分子量
は、試料の０．１％クロロホルム溶液のＧＰＣ分析にお
いて、分子量１０００以下の成分をのぞく高分子成分の
分散の重量平均値である。ＤＳＣ測定は、試料１０ｍ
ｇ、窒素雰囲気中、昇温速度１０℃／ｍｉｎの条件で行
った。また衝撃強度（衝撃値）は、試料ポリマーを射出
成型機により、幅６．３５ｍｍの切り欠き付き試験片を
作成し、ＡＳＴＭ Ｄ−２５６ アイゾット衝撃試験法
に準じて測定した。

【００２３】

【実施例】

実施例１ 光学純度９９．５％以上のＬ−ラクチド９０部、平均分
子量１５６０００（数平均分子量７万）で片末端が水酸
基のポリカプロラクトン１０部に対し、触媒としてオク
チル酸錫５０ｐｐｍを混合し、２軸混練押出機に連続供
給し１８８℃で３７分間反応した後、口金より押し出し
水で冷却後切断してチップＣ１を得た。チップＣ１を、
乾燥後、１４０℃の窒素気流中で４時間熱処理（固相重
合）したのち、塩酸を０．１％含むアセトン／メチルエ
チルケトン＝１／２混合液で洗浄し、さらに塩酸を含ま
ぬ同じ混合液で５回洗浄し、触媒および残存モノマーを
完全に除去しチップＣ２を得た。チップＣ２の融点は１
７３℃，分子量は１７６０００、衝撃強度は４．７ｋｇ
・ｃｍ／ｃｍであつた。なお、同じ程度の分子量のポリ
乳酸ホモポリマーの衝撃強度は、２ｋｇ・ｃｍ／ｃｍ前
後でかなり脆く、成型品を高所より落下すると、破損す
るが、ポリマーＣ２の成型品は、破損しない。 チップ
Ｃ２を用い、射出成型法により容器部品を製造した。

【００２４】酢酸セルロース系で、内径０．２ｍｍ，膜
厚１０μｍ，多孔部の孔径５ｎｍの人工腎臓用の中空糸
を束ね、増粘材をふくむシアノアクリレート系接着剤で
固定し、容器に収めた後、シアノアクリレート系接着剤
で封止して、人工腎臓モジュールを完成した。このモジ
ュールは、人工腎臓として使用後、焼却処分してもよ
く、滅菌後、破砕して土壌中や堆肥中にて自然分解させ
ることが出来る。また、破砕したものを加熱溶融して、
ポリ乳酸成分からラクチドを回収することもできる。

【００２５】

【発明の効果】本発明によって、自然環境下で完全に分
解可能な人工臓器が提供され、今後益益々増加すると予
想される人工臓器の使用後の処分が、モノマー回収、埋
め立て、堆肥、焼却などの方法により可能となり、自然
環境保護に大きく貢献する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の人工臓器モジュールの説明図である。

【符号の説明】 １中空繊維 ２空間 ３容器 ４循
環流体の入り口 ５循環流体の出口 ６血液の入り口 ７血液の
出口 ８封止部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】自然分解性材料からなる中空繊維、脂肪族
   ポリエステルを主成分とする重合体からなる容器、およ
   び自然分解性材料からなる封止部を有することを特徴と
   する人工臓器モジュール。
2. 【請求項２】容器の材料が、結晶性で融点１３０℃以
   上、アイゾット衝撃強度３ｋｇ・ｃｍ／ｃｍ以上の重合
   体からなる、請求項１記載の人工臓器モジュール。