WO2005016324A1

WO2005016324A1 - 動脈瘤治療用材料

Info

Publication number: WO2005016324A1
Application number: PCT/JP2004/012138
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Ujiie; Yoshiaki Suzuki; Masaya Iwaki; Takanori Uchida
Original assignee: Riken; The Chemo-Sero-Therapeutic Research Institute
Priority date: 2003-08-19
Filing date: 2004-08-18
Publication date: 2005-02-24
Also published as: US20110196415A1; EP1656932A1; US8268300B2; US20070185570A1; EP1656932B1; EP1656932A4; JP2007020590A

Abstract

本発明の目的は、破裂の危険性がある動脈瘤の破裂を防止するイオンビーム照射によって組織適合性を改善した高分子材料を提供することである。本発明によれば、炭素を構成元素として含む高分子材料より構成され、表面の少なくとも一部がイオン衝撃により改質されてなる、動脈瘤治療用材料が提供される。

Description

明細書

動脈瘤治療用材料技術分野

本発明は、動脈瘤の治療のために使用することができる動脈瘤治療用材料、およびその製造方法に関する。背景技術

破裂脳動脈瘤によるくも膜下出血は毎年人口 1 0万人に対して約 1 2人発生する。日本の人口 1億 2千 6百万人の内、約 1万 5千人発生している。約 5 0 %が初回くも膜下出血により死亡し、治療しなければ 2 5〜3 0 % は再出血で死亡する。

動脈瘤の治療法は開頭手術による動脈瘤ネック部分のクリッピング（図 la)、または脱着型コイルを用いた血管内治療による動脈瘤部の血栓形成による方法

(図 lb) が採られている。これらの方法はドーム型の動脈瘤には効果を発揮するがワイドネツクと呼ばれる破裂の危険性を有する脳動脈瘤の治療では、クリッピングは不可能であり、またコイルによる治療も血流で末梢にコィルが流されるため行えない。このワイドネツク型の動脈瘤の破裂防止には ePTFE ファイバー、 ePTFE シート、絹繊維によりラッビング後、フィプリングルーと呼ばれる生体組織接着剤により行われる。しかしこれら素材は血管壁の親和性おょぴフイブリングルーの接着性が非常に乏しく、しばしば解離し、強固なラッビングによる破裂防止が行われないのが現状である。このワイドネツク型脳動脈瘤を迅速にかつ強固にラッピングし、破裂防止可能な素材が臨床医から要望されている。

また、イオン衝撃により改質した高分子材料を各種の生体材料として使用することが提案されている。例えば、炭素を構成元素として含む高分子材料より構成され、表面の少なくとも一部がイオン衝撃により改質されてなる細胞接着性材料

(特開平 5— 4 9 6 8 9号公報)、並びに、炭素を構成元素として含む高分子材料より構成され、表面の少なくとも一部がイオン衝撃により改質されてなる、骨及び/又は筋膜に接着性を有する材料（特開 2 0 0 2— 3 1 5 8 2 1号公報）などが報告されている。イオン衝撃による表面改質としては、上記以外にも、例えば、 Endothelial Cell Adhesion to Ion Implanted Polymers, Y. Suzuki, M. Kusakabe, J.一 S. Lee, M. Kaibara, M. Iwaki and H. Sasabe. Nucl. Instr. and Meth.， B65, (1992) pp 142- 147.、高分子材料へのイオンビーム照射と人工硬膜への応用、鈴木嘉昭、村上泰、中尾愛子、岩木正哉、貝原真、神尾正巳、アイォニクスーィオンの科学と技術一 Vol : 25, No. 284 (1999) pp47-54、イオンビーム照射による高分子の表面改質、鈴木嘉昭、日下部正宏、岩木正哉、高分子、 41卷 5月号、 338 (1992)、イオンビーム照射した ePTFEの人工硬膜への応用、鈴木嘉昭、岩木正哉、貝原真、谷諭、大橋元一郎、神尾正巳、アイォニタス一イオンの科学と技術一 Vol. 27, N. . 7 (2001) pp. 3-11、 A New Surface Modification Technique of Platinum Coils by Ion Implantation and Protein Coating. Use in Intravascular Treatment of Brain Aneurysms, Y. Murayama, Y. Suzuki, F. Vinuela, T. F. Massoud, H. M. Do, G. Guglielmi, M. Iwaki, M. Kamio and T. Abe. Nucl. Instr. and. Meth. in Phys. Res. B127/128 (1997) pp. 1015— 1018、 Ion Implantation and Protein Coating of Detachable Coi丄 s for Endovascular Treatment of Cerebral Aneurysmas '· Concepts and Preliminary Results in Swine Models. Y. murayama, F. Vinuela, Y. Suzuki, H. M. Do, T. F. Massoud. G. Guglielmi, D. Ji, M. Iwaki, M. Kusakabe, M. Kamio, and T. Abe. Neurosurgery, Vol. 0, No. 6 (1997) pp. 1233 - 1244.、 Development of a Biologically Active Guglielmi Detachable Coil for the Treatment of Cerebral Aneurysms. Part I : In Vitro Study, Y. Murayama, Y. Suzuki, F. Vinuela, M. Kaibara, K. Kurotobi, M. Iwaki and T. Abe. AJNR Am J Neuroradiol 20: 1986-1991 (1999)、並びに、 Development of a Biologically Active Guglielmi Detachable Coil for the Treatment of Cerebral Aneurysms. Partll : An Experimental Study in a Swine Aneurysm Model. Y. Murayama, F. Vinuela, Y. Suzuki, Y. Akiba, A. Ulihoa, G. Duckwiler, Y. Gob in, H. Vinters, M. Iwaki and T. Abe. , AJ R Am J Neuroradiol 20： 1992-1999 (1999)などに記載がある。発明の開示

本発明が解決しょうとする課題は、破裂の危険性がある動脈瘤の破裂を防止するイオンビーム照射によって組織適合性を改善した高分子材料を提供することである。

イオンビーム照射した ePTFEは細胞接着性を有する。この素材を動脈瘤破裂を防止するためにラッピング材に用いた場合、血管外壁との親和性を示し破裂防止効果を示す。またラッピング内部で動脈瘤破裂を生じた場合も、その強固な固定性から脳内での血液漏出を阻止する性質を持つ。また細胞接着性を有するため血管壁の自己修復性も改善される。本発明はこれらの知見に基づいて完成したものである。

即ち、本発明によれば、炭素を構成元素として含む高分子材料より構成され、表面の少なくとも一部がイオン衝撃により改質されてなる、動脈瘤治療用材料が提供される。

好ましくは、炭素を構成元素として含む高分子材料は、延伸ポリテトラフルォロェチェン（_ePTFE)、ポリ L酸、シリコーン又は絹である。

好ましくは、加速エネルギーは 1 k e Vから 2 M e Vの範囲内のイオンビームを用いてイオン注入を行うことによって、イオン衝撃による改質を行う。

好ましくは、ドース量 φ は 1 Χ ΐ 0 ^{1 2}≤ψく 1 X 1 0 ^{1 7}個/ c m²となる範囲でイオン注入を行うことによって、イオン衝撃による改質を行う。

本発明の別の側面によれば、炭素を構成元素として含む高分子材料の表面の少なくとも一部にドース量 φ が 1 X 1 0 ^{1 2}≤ φ < 1 X 1 0 ^{1 7}個 Z c m²となる範囲でイオン注入を行うことを特徴とする、動脈瘤治療用材料の製造方法が提供される。

好ましくは、炭素を構成元素として含む高分子材料は、延伸ポリテトラフルォロェチェン（_ePTFE)、ポリ乳酸、シリコーン又は絹である。

本発明の別の側面によれば、動脈瘤治療用材料の製造のための、炭素を構成元素として含む高分子材料であって表面の少なくとも一部がイオン衝撃により改質されてなる高分子材料の使用が提供される。

本発明のさらに別の側面によれば、炭素を構成元素として含む高分子材料であつて表面の少なくとも一部がイオン衝撃により改質されてなる高分子材料を用いて患者の動脈瘤をラッビングすることを含む、動脈瘤を治療する方法が提供される。図面の簡単な説明

図 1は、動脈瘤の治療法の概要を示す。図 1 aは動脈瘤ネック部分のクリッピングを示し、図 1 bは血栓形成による方法を示し、図 1 cはラッビング（ePTFE で動脈瘤周囲を巻く）を示す。

図 2は、 ePTFEの構造式を示す。

図 3は、（a) 未照射 ePTFE (b) Ar⁺ 5xl0¹ 照射試料、及ぴ（c) Kr⁺ lxlO¹⁴照射試料の SEM像（X 8000) を示す。

図 4は、（a) 未照射 ePTFE (b) Ar⁺ 5xl0¹⁴照射試料、及ぴ（c) Kr⁺ lxlO¹⁴照射試料の FT- IR-ATRスぺクトルを示す。

図 5は、 ePTFE試料のラマンスぺクトルを示す。

図 6は、細胞培養位相差顕微鏡観察像を示す。

(a) Ar⁺ 5xl0¹⁴， 1日目

(b) Kr⁺ lxlO¹⁴， 1日目

(c) Ar+ 5xlO^w , 2日目

(d) Kr⁺ lxlO¹⁴ , 2日目

図 7は、本発明の試料をゥサギ頸動脈ヘラッビングした後の状態を示す。

図 8は、ビーグル犬頸動脈に作成した動脈瘤モデルを示す。

図 9は、ビーグル犬の動脈瘤をラッビングした状態を示す。図 1 0は、ゥサギの類動脈にラッビングした未照射 ePTFEの組織学写真 (3ヶ月）を示す。（a)は、 100倍、（b)は 400倍

図 1 1は、ゥサギの頸動脈にラッビングした Ar⁺照射 ePTFEの,袓織学写真（1週間）を示す。（a)は、 100倍、（b)は 400倍

図 1 2は、ゥサギの頸動脈にラッピングした Kr⁺照射材料の組織学写真（1週間）を示す。（a)は、 100倍、（b)は 400倍

図 1 3は、ゥサギの類動脈にラッビングした Ar⁺照射 ePTFEの組織学写真（1ケ月）を示す。（a)は、 100倍、（b)は 400倍

図 1 4は、ゥサギの頸動脈にラッピングした Kr⁺照射材料の組織学写真（1ヶ月）を示す。（a)は、 100倍、（b)は 400倍発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

前述のようにワイドネツク型の脳動脈瘤の治療は、動脈瘤全体を高分子素材でラッビングした後にフィブリングルーと呼ばれる血液由来接着剤で接着し破裂を防止する方法のみである。現在この素材は ePTFEあるいは絹などが用いられているが、細胞接着性が乏しく血管外壁との親和性がなく、かつフイブリングルーによる固定も脆弱性を否めないのが現状である。

ィオンビーム照射した ePTFEなどの高分子材料は、細胞接着性を有し、ラッピングした血管外壁との親和性を有し、ラッビング内部で動脈瘤破裂を生じた場合も、その強固な固定性から脳内での血液漏出を阻止する性質を持つ。また細胞接着性を有するため血管壁の自己修復性も改善される。さらに生体外実験およぴ動物実験でフイブリングルーの接着性に関してもイオンビーム照射によって著しく改善されることが判明した。この素材を用いることによってより完全な未破裂動脈瘤の治療が可能となる。即ち、本発明は、高分子材料（例えば、延伸ポリテトラフルォロエチレン、ポリ乳酸、シリコーン、絹など）にイオンビーム照射して細胞接着性を付与させることにより形成した動脈瘤治療用材料に関するものである。

本発明で使用される炭素を構成元素として有する高分子材料は、生体適合性があり、操作が容易である材料であれば特に限定されず任意の材料を使用できる。本発明で好ましい高分子材料としては、延伸ポリテトラフルォロェチェン（ePTFE)、ポリ乳酸、シリコーン又は絹などが挙げられ、特に延伸ポリテトラフルォロェチェン（ePTFE) が好ましい。

本発明の動脈瘤治療用材料の高分子材料の表面の少なくとも一部は、イオン衝撃により改質されている。注入するイオン種としては H+ , He⁺ , C⁺ , Ν+， Ne+， Na+， N+ , 0+ , A r +， Kr +等が例示されるが、溶出して細胞の成育を阻害するものでなければこれらに特に限定されるものではなレ、。

ドース量 φ は、 1 Χ 1 0¹²≤φく 1 X 1 0¹⁷個 Z cm²の範囲であることが好ましい。 1 X 1 0¹²個 /cm²より低いと、細胞接着性の顕著な改善効果が小さくなり、 1 X 1 0¹⁷個 /cm²より高いと高分子材料が破壌され易くなり、何れも好ましくない。より好ましくは、ドース量 φ は、 l X l O

l X l O ¹ ⁶個 Zcm²の範囲である。

イオン加速エネルギーに関しては、その高低によりエネルギー伝達機構に差異が生ずるものと考えられるが、実用的には、加速エネルギーは IkeV から 5MeV の範囲であり、例えば、 IkeVから 3MeVの範囲内であり、加速エネルギーの下限値は例えば、 lkeV、 2keV、 3keV、 5keV、 1 0keV、 2 OkeVヽ 3 OkeVヽ 5 OkeV 又は 1 0 OkeVとすることができ、加速エネルギーの上限値は例えば、 5MeV、 3 MeV、 2MeV、 lMeV とすることができ、上記した下限値と上限値の任意の組合せの範囲内とすることができる。

ビーム電流密度はおおよそ 0. 5 μ Α c m²を越えない範囲に設定することが好ましい。これは、ビーム電流密度が過大になるとターゲットである高分子材料の温度が上がり過ぎ、高分子材料自身が劣化する上、細胞の接着性が低下する恐れがあるからである。

本発明においてイオン衝撃を与える手段としてはイオン注入が挙げられる。ィオン注入は、その反応自体がイオン · ビームと被注入材料 (ターゲット材料）との間の相互作用に限られる。しかも、イオン入射エネルギーを選択することにより表面から任意に深さイオンを埋め込むことができ、極めて制御性に優れている。これは、プラズマ処理にはない特徴である。注入されたイオンは、比較的質量の軽いイオンに対しては拡散初期に電子阻止能が働き、比較的質量の重いイオンに対しては始めから核阻止能が働くという機構上の差異はあるものの、高分子材料に格子振動による加熱をもたらし（熱的非平衡状態）、溶融，アモルファス化等を引き起こす。

以下の実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明は実施例によつて限定されることはない。実施例 1 ：ラッピング用素材

本実施例では、 Gore- Tex社のゴァテックス EPTFEパッチ II /心膜用シート (PSM-01200) 厚さ 0. 1腿を用いた。図 2に ePTFEの構造式を示す。滅菌包装済みの PSM- 01200を開封し、イオンビーム照射後、動物実験用にはエチレンォキサイドガス（E0G)滅菌を行った。実施例 2 ：イオンビーム照射

イオン注入器 RIKEN 200kV Low Current Implanterで、加速電圧 150keV、照射量を Ar⁺ 5xl0¹⁴ ionsん m²、 Kr+ lxlO¹⁴ ionsん m²とし、イオンビーム照射試料を作成した。イオンビーム電流は 0. 05 A/cm²で照射した。実施例 3 ：物理化学的性質

( 1 ) 電解放射型走查電子顕微鏡 (FE- SEM, Jeol社製 JSM6330F)による表面形状観察

(a)未照射 ePTFE、 (b) Ar⁺ 5xl0¹⁴ ions/cm²照射試料、及び（c) Kr⁺ lxlO¹⁴ ions/cm² 照射試料の SEM像（X 8000) を図 3に示す。照射試料と未照射試料を比べると、未照射試料の方が密度が高く、節同士の間の糸状の部分が多い。これは、イオン照射することでその結合が切断されるからである。 Ar+照射試料と Kr+照射試料を比べると Ar⁺照射試料のダメージが大きい。

( 2 ) フーリエ変換赤外分光全反紂法（FT- IR- ATR法）による測定

フーリエ変換赤外分光全反射法 (Nicolet社製 Nexsus470)を用いてイオン注入によって生成された官能基及び、結合切断の測定を行った。測定は、内部エレメント； Ge 45° 、分解能； —¹、積算回数 200回の条件で行った。

図 4に FT- IR - ATRスぺクトルを示す。イオン注入することによって、 - 0H基、炭素の 2重結合が Control, Κτ, Ατの順に増加し、 CF₂ が Control, Kr, Arの順に減少しているのが観察された。

官能基生成量と CF₂分解量の関係からイオンビーム照射によって CF₂が分解され、結果的に炭素 2重結合が形成される。分解量の大きい Ar⁺イオンビーム照射ほど官能器生成量も大きいものとなる。

( 3 ) 顕微 Raman分光法による測定

顕微ラマン分光法（Joban Yvon社製 LabRam) を用いて試料の分析を行った。測定条件 He- Neレーザー； 632. 817nm、積算回数； 5 times/3secで行った。図 5 にラマンスぺクトノレを示す。

CF₂が Control, Kr, Arの順に減少している。また炭素の二重結合 Control, Kr, Ar の順に増加していることが観察された。

( 4 ) 細胞接着実験

円形約 100ミクロンにパターン化照射した試料を紫外線滅菌した後、直径 60mm のシャーレ一に入れ、 L929の 2. 5xl0⁴ (個/ ml) の懸濁液を 5ml滴下し、 37°C、 5%C0₂ のインキュベータ内で数日間培養した。培養後、リン酸緩衝液 (PBS (-) ) で 2回洗浄し、 2%グルタルアルデヒドを用いて 1時間冷蔵庫内で固定した後、 50， 70， 90， 100%エタノール上昇系列で脱水を行った。 100%エタノールに浸したことにより透明になった ePTFEを位相差顕微鏡を用いて倍率 100倍にて観察した。細胞培養の位相差顕微鏡観察像を図 6に示す。 L929繊維芽細胞は未照射の ePTFE部分にはほとんど接着しないのに対して、ィオンビーム照射部位には選択的に細胞は接着する。また初期接着は Kr⁺ イオンビ一ム照射部に対して Ar+イオンビーム照射部分が良好である。実施例 4 ：動物実験

in vivo (生体内）評価は日本白色家兎（体重 3〜4. 5 kg) 13羽を実験に使用した。 Gore- Tex社のゴァテックス EPTFEパッチ II/心膜用シート（PSM- 01200)厚さ 0. lmmに加速エネルギー 150 keVで Ar⁺⁺ 5xl0¹⁴ , Kr+ lxlO¹⁴を全面照射した 2種類の試料を用いて、頸動脈にラッピングした。血管の上流側はラッピングのみ行い、下流側は自己修復性を見るために外膜を除去した後にイオン照射面が血管に接するようにしラッピングし、血漿分画製剤生体組織接着剤ポルヒール（化血研製）で接着した後、クリップで留めた。急性（1週間）、慢性（1ヶ月、 3ヶ月）の実験を行った。図 7にラッピング後の状態を示す。

また、ビーグル犬の成犬（体重 10kg) 5匹を用いて、動脈瘤モデルを作り、その周りに試料を血漿分画製剤生体組織接着剤ボルヒールのみで貼り付ける実験を行った。図 8には、動脈瘤モデル、図 9にラッピングした状態を示す。

上述の方法にてラッピングしたゥサギの頸動脈を摘出し、ホルマリン固定した後にへマトキシリン ·ェォジン（HE) 染色を行い、位相差顕微鏡で観察したゥサギの頸動脈にラッピングした材料の組織学検査を行った。

図 1 0に未照射の ePTFEをラッビングした試料の組織学写真を示す。 (a)は、 100 倍、（b)は 400倍の倍率で観察を行った。血管壁と未照射試料は接着を示さなかつた。

図 1 1に Ar+， 5xl0¹⁴照射材料の組織学写真（1週間）を示す。 Ar⁺照射試料は血管壁と良好な接着を示した。

図 1 2にゥサギの頸動脈にラッビングした Kr⁺照射 lxlO¹⁴の組織学写真（1 週間）を示す。 Ar⁺照射試料と同様に照射面は血管壁と良好に接着した。

図 1 3に Ar⁺, 5xl0¹⁴照射材料の組織学写真 (1 ヶ月）を示す。照射面と接着した血管壁の修復が観察された。

図 1 4にゥサギの頸動脈にラッピングした Kr+照射 lxlO¹⁴の組織学写真（1 ケ月）を示す。 Ar⁺照射試料と同様に照射面は血管壁と良好に接着し、修復状態も良好であった。

これら組織学写真の結果から、 ePTFE の未照射部分には、血管壁に対する接着性が無く、イオンビーム照射部分は接着性を有することが明らかになった。ィォンビーム照射 ePTFEでラッピングした場合、外膜を除去した部分では、自己修復が見られた。これらの結果より、破裂の危険性がある動脈瘤外壁に本材料をラッビングすることで十分な破裂防止効果を有することがわかる。産業上の利用可能性

本発明により、動脈瘤を治療することができる生体適合性を有する材料おょぴその製造方法が提供されることになつた。本発明の動脈瘤治療用材料は、血管壁に対する接着性と自己修復性とを併有しており、動脈瘤を効果的に治療することができる。

Claims

請求の範囲

1. 炭素を構成元素として含む高分子材料より構成され、表面の少なくとも一部がイオン衝撃により改質されてなる、動脈瘤治療用材料。

2. 炭素を構成元素として含む高分子材料が、延伸ポリテトラフルォロェチェン（ePTFE)、ポリ乳酸、シリコーン又は絹である、請求項 1に記載の動脈瘤治療用材料。

3. 加速エネルギーが I k e Vから 2Me Vの範囲内のイオンビームを用いてイオン注入を行うことによって、イオン衝撃による改質を行う、請求項 1又は 2に記載の動脈瘤治療用材料。

4. ドース量 φ力 1 Χ 10¹²≤φ< 1 Χ 10¹⁷個/ c m²となる範囲でィォン注入を行うことによって、イオン衝撃による改質を行う、請求項 1から 3の何れかに記載の動脈瘤治療用材料。

5. 炭素を構成元素として含む高分子材料の表面の少なくとも一部にドース量 φ が 1 X 10¹²≤φ< 1 X 10¹⁷個 Zcm²となる範囲でイオン注入を行うことを特徴とする、動脈瘤治療用材料の製造方法。

6. 炭素を構成元素として含む高分子材料が、延伸ポリテトラフルォロェチェン（ePTFE)、ポリ乳酸、シリコーン又は絹である、請求項 5に記載の製造方法。