WO2019004377A1 - 移植用チャンバーおよび移植用デバイス - Google Patents

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WO2019004377A1
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membrane
porous membrane
pore diameter
average pore
chamber
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長谷川 和弘
竜太 竹上
邦行 神長
勇輔 望月
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富士フイルム株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a transplantation chamber containing an immunoisolation membrane and a transplantation device comprising the above-mentioned transplantation chamber.
  • Immunoisolation is one of the methods to prevent the immune response in recipients during transplantation of biological components such as cells, tissues and organs, and the immunoisolation membrane allows water, oxygen, glucose, etc. to permeate.
  • the immunoisolation membrane allows water, oxygen, glucose, etc. to permeate.
  • it is a permselective membrane that performs immune isolation by blocking the permeation of immune cells involved in immune rejection.
  • a transplant device utilizing an immunoisolating membrane which allows the physiologically active substance to permeate the transplantation of cells secreting the physiologically active substance can achieve the purpose of transplantation while preventing immune rejection.
  • a vascular network may be formed around the grafting device.
  • the vascular network is not formed and the grafting device is encapsulated by fibroblasts, necrosis of the biological composition may result. It has been shown that the characteristics of formation of such vascular networks depend on the fine structure of the immunoisolation membrane.
  • Non-Patent Document 1 a commercially available transplantation chamber formed using a porous membrane which is a laminated membrane of a cell holding membrane with a pore diameter of 0.45 ⁇ m and an outer membrane of polytetrafluoroethylene (PTFE) with a pore diameter of 5 ⁇ m. It is described that the transplantation was performed using (TheraCyte®) and that this outer membrane induced the formation of new blood vessels in the tissues in the recipient.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • An object of the present invention is to provide a grafting chamber and a grafting device that induce angiogenesis in a recipient and are less likely to cause a decrease in substance permeability.
  • the inventors of the present invention have conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems, and have found a fine structure of an immunoisolation membrane in which a decrease in substance permeability does not easily occur, and use this to prepare a transplantation chamber, and the present invention It was completed.
  • the present invention provides the following ⁇ 1> to ⁇ 11>.
  • ⁇ 1> Transplantation chamber Have an immunoisolation membrane on at least part of the boundary between the inside and the outside,
  • the immunoisolation membrane comprises a porous membrane,
  • the porous membrane comprises a polymer,
  • the porous membrane has a layered dense portion in which the pore size is minimized, in the membrane,
  • the pore diameter continuously increases in the thickness direction from the dense portion toward both the surface A and the other surface B of the porous membrane,
  • the porosity near the surface A is 65% or more,
  • the average pore size of the surface A is larger than the average pore size of the surface B,
  • the implanting chamber wherein the surface B is disposed on the inner side.
  • ⁇ 2> The implantation chamber according to ⁇ 1>, wherein the average pore diameter of the dense part is 0.02 ⁇ m to 1.5 ⁇ m.
  • the implantation chamber as described in ⁇ 1> or ⁇ 2> whose average pore diameter of ⁇ 3> said surface A is 1.0 micrometer-100 micrometers.
  • ⁇ 4> The implantation chamber according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>, wherein the average pore diameter of the surface B is 0.1 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • ⁇ 5> The transplantation chamber according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 4>, wherein the average pore diameter of the surface A is three or more times the average pore diameter of the surface B.
  • ⁇ 6> The transplantation chamber according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 5>, wherein the thickness of the dense portion is 0.5 ⁇ m to 30 ⁇ m.
  • ⁇ 7> The transplantation chamber according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 6>, wherein the thickness of the porous membrane is 10 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • ⁇ 8> The implantation chamber according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 7>, wherein the porous membrane comprises polysulfone or polyethersulfone and at least one hydrophilic polymer.
  • a grafting device according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 8>, wherein the biological composition is contained in the grafting chamber.
  • the transplantation device according to ⁇ 9>, wherein the biological component releases a physiologically active substance.
  • the physiologically active substance is insulin.
  • the present invention it is possible to provide a grafting chamber which induces angiogenesis in a recipient and is less likely to cause a decrease in substance permeability.
  • the transplantation device in which the biological composition is enclosed in the transplantation chamber of the present invention can be used for a long time without receiving an immune rejection reaction after being implanted in a recipient.
  • the implantation chamber is a container for implanting the biological composition into the recipient.
  • the implantation chamber can contain biological constituents therein.
  • the implantation chamber of the present invention has an immunoisolating membrane at the boundary between the inside and the outside (the boundary separating the inside and the outside of the implantation chamber).
  • the immunoisolation membrane comprises a porous membrane comprising a polymer.
  • immunoisolation membrane means a membrane used for immunoisolation.
  • Immunoisolation is one of the methods to prevent the recipient's immune rejection during transplantation.
  • the immune rejection is the rejection of the recipient for the biological composition to be transplanted.
  • Immunoisolation isolates the biological composition from the recipient's immune rejection. Immune rejection includes those based on cellular immune responses and those based on humoral immune responses.
  • the immunoisolation membrane is a selectively permeable membrane that transmits nutrients such as oxygen, water, glucose and the like and blocks the permeation of immune cells and the like involved in immune rejection.
  • the immune cells include macrophages, dendritic cells, neutrophils, eosinophils, basophils, natural killer cells, various T cells, B cells, and other lymphocytes.
  • the immunoisolation membrane preferably blocks permeation of high molecular weight proteins such as immunoglobulins (such as IgM or IgG) and complement, and allows permeation of relatively low molecular weight physiologically active substances such as insulin. Is preferred.
  • the selective permeability of the immunoisolation membrane may be adjusted according to the application.
  • the immunoisolation membrane may be, for example, a selectively permeable membrane that blocks substances having a molecular weight of 500 kDa or more, 100 kDa or more, 80 kDa or more, or 50 kDa or more.
  • the immunoisolation membrane is preferably capable of blocking the permeation of the smallest IgG (molecular weight: about 160 kDa) among antibodies.
  • the immunoisolation membrane may be a selectively permeable membrane that blocks a substance having a diameter of 500 nm or more, 100 nm or more, 50 nm or more, or 10 nm or more as a size as a sphere.
  • the implantation chamber of the present invention includes one or more immunoisolation membranes at the boundary between the inside and the outside.
  • the immunoisolation membrane may consist only of a porous membrane or may comprise other layers such as a hydrogel membrane.
  • at least one surface of the immunoisolation membrane is a porous membrane, and it is also preferred that the immunoisolation membrane comprises a porous membrane.
  • the thickness of the immunoisolation membrane is not particularly limited, but is preferably 10 ⁇ m or more. Further, it may be 500 ⁇ m or less, preferably 300 ⁇ m or less, more preferably 200 ⁇ m or less, still more preferably 100 ⁇ m or less, and particularly preferably 50 ⁇ m or less.
  • the porous membrane refers to a membrane having a plurality of pores.
  • the holes can be identified, for example, in a scanning electron microscope (SEM) image or a transmission electron microscope (TEM) image of the cross section of the film.
  • the thickness of the porous membrane is not particularly limited, but is preferably 10 ⁇ m or more. Further, it may be 250 ⁇ m or less, preferably 200 ⁇ m or less, more preferably 100 ⁇ m or less, and still more preferably 50 ⁇ m or less. By setting the thickness of the porous membrane to 10 ⁇ m or more, it is possible to achieve a membrane strength that does not damage the implantation chamber in the recipient. In addition, by setting the thickness of the porous membrane to 250 ⁇ m or less, a rigid implantation chamber can be provided that does not give discomfort to the recipient.
  • the porous membrane has a layered compact portion in which the pore size is minimized.
  • the pore diameter continuously increases in the thickness direction from the dense portion toward both the surface A and the other surface B of the porous membrane.
  • the surface of the porous membrane which is the outer side of the implantation chamber is referred to as surface A
  • the surface which is the inner side is referred to as surface B.
  • the hole diameter is judged by the average hole diameter of the dividing line of the membrane cross section described later.
  • the surface of the film means the main surface (the front or back surface indicating the area of the film), and does not mean the surface in the thickness direction of the end of the film.
  • the surface of the porous membrane may be an interface with another layer.
  • the porous membrane preferably has a uniform structure in the in-membrane direction (the direction parallel to the membrane surface) with respect to the pore size or the pore size distribution (difference in pore size in the thickness direction).
  • the implantation chamber of the present invention can improve the life. This is because the effect of multistage filtration using a plurality of membranes having substantially different pore sizes can be obtained, and deterioration of the membranes can be prevented.
  • the pore size may be measured from a photograph of the cross section of the membrane obtained by an electron microscope.
  • the porous membrane is cut by a microtome or the like, and a photograph of the cross section of the porous membrane can be obtained as a section of the thin film whose cross section can be observed.
  • the comparison of the pore size in the thickness direction of the membrane is made by comparing the pore sizes at 19 dividing lines when the SEM photograph of the cross section of the membrane is divided into 20 in the thickness direction of the membrane.
  • a total of 50 or more holes intersecting or touching the parting line are continuously selected, the respective pore sizes are measured, and an average value is calculated to be an average pore size.
  • the hole diameter is not the length of the portion where the selected hole intersects with the dividing line, but the area of the hole is calculated by image processing from the SEM photograph of the membrane cross section, and the obtained area is taken as the area of a true circle. Use the calculated diameter.
  • the field of view of the SEM photograph for obtaining the cross section of the film is expanded to be measured at 50.
  • the average pore diameter obtained is compared for each parting line to compare the pore diameter in the thickness direction of the membrane.
  • the layered compact portion where the pore size is minimized refers to the layered portion of the porous membrane including the parting line where the average pore diameter is minimized among the parting lines in the film cross-sectional photograph.
  • the compacted site may contain more than one parting line.
  • the dense portion is assumed to include the two or more continuous parting lines.
  • the thickness of the dense portion is the product of the number of parting lines included in the dense portion and 1/20 of the thickness of the film.
  • the average pore diameter of the dense portion is taken as the minimum pore diameter of the porous membrane.
  • the minimum pore size of the porous membrane is preferably 0.02 ⁇ m to 1.5 ⁇ m, and more preferably 0.02 ⁇ m to 1.3 ⁇ m. This is because the minimum pore size of such a porous membrane can at least prevent normal cell permeation.
  • ASTM F316-80 it is assumed that the average pore diameter of the dense portion is measured by ASTM F316-80.
  • the porous membrane has a dense site in the membrane. “Inside the film means that it is not in contact with the surface of the film, and“ having a dense portion in the film ”means that the dense portion is not a portion including the above-mentioned parting line closest to any surface of the film Means
  • the dense portion is preferably biased toward one of the surface sides of the central portion of the thickness of the porous membrane. Specifically, the dense portion is preferably located at a distance smaller than one half of the thickness of the porous membrane from any one surface of the porous membrane, and more preferably within two fifths of the porous membrane. . This distance may be determined in the film cross-sectional photograph described above.
  • the surface of the porous membrane on the side closer to the dense portion is referred to as “surface X”.
  • the surface X is preferably the surface B (the surface which is the inner side in the implantation chamber).
  • the neutral point of the stress during deformation of the implantation chamber is also located on the biological composition side, and the biological composition can be It is because the stress applied can also be suppressed.
  • the permeability of the physiologically active substance can be further enhanced.
  • the pore size continuously increases in the thickness direction from the dense portion toward both the surface A and the surface B.
  • the pore diameter continuously increases in the thickness direction means that the difference in average pore diameter between the above-mentioned dividing lines adjacent in the thickness direction is the difference between the maximum average pore diameter (maximum pore diameter) and the minimum average pore diameter (minimum pore diameter). It is said to increase to 50% or less, preferably 40% or less, more preferably 30% or less.
  • Continuous increasing essentially means increasing uniformly without decreasing, but decreasing sites may occur accidentally.
  • the average value of the average pore sizes of the combined dividing lines uniformly increases.
  • the pore diameter is continuously increased in the thickness direction from the dense portion toward the surface of the membrane.
  • the structure of the porous membrane in which the pore diameter continuously increases in the thickness direction can be realized, for example, by the manufacturing method described later.
  • the average pore size at the parting line closest to the surface A of the porous membrane is referred to as the average pore size of the surface A
  • the said average hole diameter in the parting line closest to the surface B is called the average hole diameter of the surface B.
  • the average pore size of surface A is larger than the average pore size of surface B.
  • the average pore diameter of the surface A may be 0.15 ⁇ m or more, preferably 1.0 ⁇ m to 100 ⁇ m, more preferably 1.5 ⁇ m to 50 ⁇ m, and still more preferably 2.0 ⁇ m to 25 ⁇ m. .
  • the average pore diameter of the surface B may be 0.05 ⁇ m or more, preferably 0.1 ⁇ m to 10 ⁇ m, more preferably 0.2 ⁇ m to 5.0 ⁇ m, and 0.5 ⁇ m to 2.5 ⁇ m. Is more preferred.
  • the average pore diameter of the surface A is preferably 1.5 or more, more preferably 2 or more, and still more preferably 3 or more times the average pore diameter of the surface B. Further, it is preferably 10 times or less, more preferably 8 times or less.
  • a porous membrane can be produced more stably in the range of such an average hole diameter.
  • the average pore diameter of the parting line at which the average pore diameter is the largest among the parting lines is taken as the maximum pore diameter of the porous membrane.
  • the maximum pore diameter of the porous membrane is preferably 0.15 ⁇ m to 100 ⁇ m, more preferably 1.0 ⁇ m to 50 ⁇ m, and still more preferably 2.0 ⁇ m to 21 ⁇ m.
  • the surface A it is preferable that the surface A have a maximum pore size.
  • the ratio of the average pore diameter of the dense portion to the maximum pore diameter of the porous membrane (the ratio of the minimum pore diameter to the maximum pore diameter of the porous membrane, the maximum pore diameter divided by the minimum pore diameter, referred to herein as "anisotropic ratio 3) is preferable, 3 or more is preferable, 4 or more is more preferable, and 5 or more is further preferable. This is to increase the average pore diameter of regions other than the dense region and to increase the material permeability of the porous membrane.
  • the anisotropy ratio is preferably 25 or less, more preferably 20 or less. This is because an effect such as the above-described multistage filtration can be efficiently obtained when the anisotropy ratio is 25 or less.
  • the porosity near the surface A is 65% or more. By having such a porosity, it is easy to induce angiogenesis in the recipient tissue on the outer surface of the implantation chamber on the surface A side.
  • the vicinity of the surface A indicates a portion having a thickness of one fifth of the thickness of the porous membrane from the surface A.
  • the porosity may be determined from the density in the vicinity of the surface A, and specifically, it is a value determined by the procedure described in the examples.
  • the porosity near the surface A is preferably 67% or more, more preferably 70% or more.
  • the porosity near the surface A is usually 90% or less. By maintaining the porosity to 90% or less, the necessary strength of the porous membrane is maintained, the transplantation chamber may be damaged in the recipient, or the pores may be largely deformed to induce angiogenesis or decrease the selective permeability. Can be prevented.
  • the porous membrane preferably satisfies the formula (I) and the formula (II) on at least one surface.
  • a 0.01 0.015 (II) In the formula, A indicates the ratio of N element (nitrogen atom) to C element (carbon atom) on the surface of the film, and B indicates the ratio of N element to C element at a depth of 30 nm from the same surface.
  • Formula (II) indicates that a certain amount or more of N element is present on at least one surface of the porous membrane, and in formula (I), the N element in the porous membrane is localized at less than 30 nm on the surface Indicates that the
  • the biocompatibility of the porous membrane in particular, the biocompatibility on the surface side satisfying the formulas (I) and (II) is enhanced.
  • the porous membrane only one of the surfaces may satisfy formula (I) and formula (II), or both surfaces may satisfy formula (I) and formula (II), It is preferred that both surfaces satisfy the formula (I) and the formula (II).
  • the surface may be inside or outside in the implantation chamber described later, but it is inside Is preferred.
  • the formula (I) and the formula (II) are preferably surface X.
  • the ratio (A value) of N element to C element on the film surface and the ratio (B value) of N element to C element at a depth of 30 nm from the surface are those calculated using XPS measurement results.
  • XPS measurement is X-ray photoelectron spectroscopy, which is a method of analyzing the composition of elements constituting the film surface by irradiating the film surface with X-rays and measuring the kinetic energy of photoelectrons emitted from the film surface. .
  • the A value was calculated from the result at the start of sputtering under the conditions using monochromatized Al-K ⁇ radiation described in the examples, and the result of the time calculated to be 30 nm from the surface of the film measured from the sputter rate B We shall calculate the value.
  • B / A may be 0.02 or more, preferably 0.03 or more, and more preferably 0.05 or more.
  • A is preferably 0.050 or more, more preferably 0.080 or more.
  • A may be 0.20 or less, preferably 0.15 or less, and more preferably 0.10 or less.
  • B may be 0.001 to 0.10, preferably 0.002 to 0.08, and more preferably 0.003 to 0.07.
  • the element distribution of the porous film is the concentration of water contained in the temperature-controlled air, the time for applying the temperature-controlled air, the temperature of the coagulating solution, the immersion time in the method for producing the porous film described later. It can be controlled by the temperature of the diethylene glycol bath for washing, the immersion time in the diethylene glycol bath for washing, the speed of the porous production line, etc.
  • the distribution of the N element can also be controlled by the water content in the stock solution.
  • the porous membrane comprises a polymer.
  • the porous membrane is preferably essentially composed of a polymer.
  • the polymer forming the porous membrane is preferably biocompatible.
  • biocompatibility is meaning including non-toxic and non-allergenic but does not include the property that the polymer is encapsulated in vivo.
  • the polymer preferably has a number average molecular weight (Mn) of 1,000 to 10,000,000, and more preferably 5,000 to 1,000,000.
  • polymers include thermoplastic or thermosetting polymers, with thermoplastic polymers being preferred.
  • specific examples of the polymer include polysulfone, cellulose acylate such as cellulose acetate, nitrocellulose, sulfonated polysulfone, polyethersulfone, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, styrene-acrylonitrile copolymer, styrene-butadiene copolymer, ethylene-acetic acid Saponified vinyl copolymer, polyvinyl alcohol, polycarbonate, organosiloxane-polycarbonate copolymer, polyester carbonate, organopolysiloxane, polyphenylene oxide, polyamide, polyimide, polyamide imide, polybenzimidazole, ethylene vinyl alcohol copolymer, polytetrafluoroethylene ( And the like.
  • these may be homopolymers, or copolymers, polymer blends, or polymer alloys.
  • polysulfone, polyethersulfone and cellulose acylate are preferable, and polysulfone is more preferable.
  • the porous membrane preferably further contains a hydrophilic polymer.
  • hydrophilic polymers include polyvinyl pyrrolidone, hydroxypropyl cellulose, hydroxyethyl cellulose and the like, and among these, polyvinyl pyrrolidone is preferred. Biocompatibility can be improved by combining a hydrophobic polysulfone or polyethersulfone with a hydrophilic polymer.
  • the porous membrane may contain other components other than the above components as additives.
  • the additives include metal salts of inorganic acids such as sodium chloride, lithium chloride, sodium nitrate, potassium nitrate, sodium sulfate and zinc chloride, metal salts of organic acids such as sodium acetate and sodium formate, and other high polymers such as polyethylene glycol Examples thereof include molecules, polymer electrolytes such as sodium polystyrene sulfonate and polyvinyl benzyltrimethyl ammonium chloride, and ionic surfactants such as sodium dioctyl sulfosuccinate and sodium alkylmethyl taurate.
  • the additive may act as a swelling agent for the porous structure.
  • the porous membrane comprising polysulfone or polyethersulfone preferably comprises lithium chloride.
  • the porous membrane is preferably a membrane formed from one composition as a single layer, and is preferably not a laminated structure of multiple layers.
  • the method for producing the porous membrane is not particularly limited as long as the porous membrane having the above-mentioned structure can be formed, and any conventional polymer membrane forming method can be used.
  • the polymer film forming method may, for example, be a stretching method or a casting method, and the casting method is preferable.
  • the porous membrane having the above-described structure can be produced by adjusting the type and amount of the solvent used for the membrane forming solution and the drying method after casting.
  • the production of a porous membrane using a casting method can be carried out, for example, by a method comprising the following (1) to (4) in this order.
  • a film-forming stock solution containing a polymer, an additive as required, and a solvent as required is cast on a support in a dissolved state.
  • the temperature and humidity are applied to the surface of the cast liquid film.
  • the temperature of the temperature and humidity air may be 4 ° C. to 60 ° C., preferably 10 ° C. to 40 ° C.
  • the relative humidity of the temperature and humidity style may be 15% to 100%, preferably 25% to 95%.
  • the temperature and humidity air may be applied at a velocity of 0.1 m / sec to 10 m / sec for 0.1 second to 30 seconds, preferably 1 second to 10 seconds.
  • the temperature and humidity air may be applied at a velocity of 0.1 m / sec to 10 m / sec for 0.1 second to 30 seconds, preferably 1 second to 10 seconds.
  • the average pore diameter and position of the dense portion can be controlled by the concentration of water contained in the temperature-controlled air and the time for applying the temperature-controlled air.
  • the average pore diameter of the dense portion can also be controlled by the water content in the stock solution for membrane formation.
  • evaporation of the solvent can be controlled by applying temperature-controlled humidity and air to the surface of the liquid film to cause coacervation from the surface of the liquid film toward the inside of the film.
  • the coacervation phase is fixed as micropores to form pores other than micropores by immersing in a coagulating liquid containing a solvent having low solubility of the polymer but having compatibility with the solvent of the polymer. can do.
  • the temperature of the coagulating solution may be -10 ° C to 80 ° C in the process of immersing in the above-mentioned coagulating solution.
  • plastic film or a glass plate may be used as a support.
  • plastic film materials include polyesters such as polyethylene terephthalate (PET), polycarbonates, acrylic resins, epoxy resins, polyurethanes, polyamides, polyolefins, cellulose derivatives, silicones and the like.
  • PET polyethylene terephthalate
  • acrylic resins acrylic resins
  • epoxy resins epoxy resins
  • polyurethanes polyamides
  • polyolefins polyolefins
  • cellulose derivatives cellulose derivatives
  • silicones silicones and the like.
  • glass plate or PET is preferable, and PET is more preferable.
  • the membrane-forming stock solution may contain a solvent.
  • a solvent having high solubility of the polymer to be used hereinafter sometimes referred to as “good solvent” may be used depending on the polymer to be used.
  • the good solvent is preferably one which is quickly replaced with the coagulating solution when the solvent is immersed in the coagulating solution.
  • the solvent include N-methyl-2-pyrrolidone, dioxane, tetrahydrofuran, dimethylformamide, dimethylacetamide or a mixed solvent thereof when the polymer is polysulfone etc., and dioxane, N when the polymer is polyacrylonitrile etc.
  • N-methyl-2-pyrrolidone dimethylformamide, dimethyl acetamide, dimethyl sulfoxide or mixed solvents thereof are mentioned, and when the polymer is polyamide etc., dimethylformamide, dimethyl acetamide or mixed solvents thereof are mentioned, the polymer is cellulose acetate In the case of the like, acetone, dioxane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone or a mixed solvent thereof can be mentioned. Among these, it is preferable to use N-methyl-2-pyrrolidone.
  • non-solvent a solvent which is low in polymer solubility but compatible with the polymer solvent, in addition to the good solvent, as the membrane forming solution.
  • non-solvent include water, cellsorbs, methanol, ethanol, propanol, acetone, tetrahydrofuran, polyethylene glycol, glycerin and the like. Of these, water is preferably used.
  • the polymer concentration as a membrane forming solution may be 5% by mass or more and 35% by mass or less, preferably 10% by mass or more and 30% by mass or less.
  • sufficient permeability for example, permeability to water
  • the porous membrane selectively transmitting the substance Can secure the formation of
  • the additive amount of the additive is not particularly limited as long as the uniformity of the membrane forming solution is not lost by the addition, but it is usually 0.5% by volume or more and 10% by volume or less with respect to the solvent.
  • the ratio of the non-solvent to the good solvent is not particularly limited as long as the mixture can maintain a uniform state, but 1.0 to 50 mass% Preferably, 2.0% by mass to 30% by mass is more preferable, and 3.0% by mass to 10% by mass is more preferable.
  • polyvinyl pyrrolidone is relative to the total mass of polysulfone and polyether sulfone.
  • the content is preferably 50% by mass to 120% by mass, and more preferably 80% by mass to 110% by mass.
  • lithium chloride is preferably contained in an amount of 5% by mass to 20% by mass with respect to the total mass of polysulfone and polyethersulfone, and 10% by mass More preferably, it is contained at 15% by mass.
  • a solvent having low solubility of the polymer examples include alcohols such as water, methanol, ethanol and butanol; glycols such as ethylene glycol and diethylene glycol; aliphatic hydrocarbons such as ether, n-hexane and n-heptane; Glycerol etc. are mentioned.
  • preferred coagulating solutions include water, alcohols or a mixture of two or more thereof. Of these, water is preferably used.
  • the washing can be carried out by immersion in a solvent.
  • Diethylene glycol is preferred as the washing solvent.
  • the distribution of N element in the porous film can be controlled by using diethylene glycol as a washing solvent and adjusting one or both of the temperature and the immersion time of diethylene glycol in which the film is immersed.
  • the remaining amount of polyvinyl pyrrolidone to the membrane can be controlled. After washing with diethylene glycol, it may be further washed with water.
  • JP-A-4-349927, JP-B-4-64966, JP-A-4-351645, JP-A-2010-235808 and the like can be referred to for the method of producing the porous membrane.
  • the immunoisolation membrane may include other layers other than the porous membrane.
  • Other layers include hydrogel membranes.
  • the hydrogel film is preferably biocompatible, and examples thereof include an alginate gel film, an agarose gel film, a polyisopropylacrylamide film, a film containing cellulose, a film containing a cellulose derivative (such as methyl cellulose), a polyvinyl alcohol film, etc. Can be mentioned.
  • Alginic acid gel membrane is preferred as the hydrogel membrane.
  • Specific examples of alginic acid gel membranes include alginic acid-poly-L-lysine-alginic acid polyion complex membranes.
  • the immunoisolation membrane is disposed at least part of the boundary between the inside and the outside of the implantation chamber.
  • the immunoisolation membrane may be disposed on the entire surface of the boundary forming the inside and the outside of the implantation chamber, and for example, 1 to 99%, 5 to 90%, 10 to 80%, 20 to 70% of the entire surface. It may be arranged in a part corresponding to the area of%, 30 to 60%, 40 to 50%, etc.
  • the immunoisolation membrane is disposed on substantially the entire boundary between the inside and the outside of the implantation chamber.
  • the surface on which the immunoisolation membrane is disposed may be one continuous portion or may be divided into two or more portions.
  • the immunoisolation membrane when the immunoisolation membrane is not disposed on the entire surface of the boundary forming the inside and the outside of the transplantation chamber, the remaining part is impermeable to, for example, not only cells but also nutrients such as oxygen, water, and glucose. It should just be formed with materials, such as a sexing film.
  • the implantation chamber may have a junction where the immunoisolation membranes are oppositely joined.
  • the portion of the immunoisolation membrane to which it is conjugated is not particularly limited, but is preferably the end of the immunoisolation membrane. In particular, it is preferable that the ends be joined.
  • the film when the film is referred to as an "end", it means an outer peripheral portion or a part of a fixed width substantially in contact with the side surface (edge) consisting of the thickness of the film. It is preferable that the entire periphery of the immunoisolation membrane is joined except for the injection port described later.
  • the implantation chamber has a configuration in which two immunoisolation membranes are opposed and their outer circumferences are joined, or one immunoisolation membrane of axisymmetric structure is folded in two and the facing outer circumferences are joined. Is also preferred.
  • Bonding can be performed using adhesion or fusion using an adhesive.
  • the surfaces B can be made to face each other and adhered using a curable adhesive.
  • the adhesive include known adhesives such as epoxy type, silicon type, acrylic type and urethane type.
  • the surfaces B may be opposed to each other, and a thermoplastic resin may be sandwiched between the porous membranes, and the two may be joined by heating the portion.
  • the thermoplastic resin it is preferable to use a resin having a melting point lower than that of the polymer forming the porous film.
  • thermoplastic resin examples include polyethylene, polypropylene, polyurethane, polyvinyl chloride, polytetrafluoroethylene, polyethylene terephthalate, polycarbonate and the like.
  • polyethylene, polypropylene, polyurethane, polyvinyl chloride and polytetrafluoroethylene are preferable, and polyethylene, polyurethane and polyvinyl chloride are more preferable.
  • the porous membranes in the immunoisolation membrane may be fused in a state in which the surfaces B are in direct contact with each other without sandwiching other materials between the two. By such fusion, it is possible to obtain a transplantation chamber which has no problem derived from a resin to be inserted or the like.
  • a porous membrane containing a polymer selected from the group consisting of polysulfone and polyethersulfone is used, the porous membranes are fused and integrated by heating to a temperature lower than the melting point of the polymer and higher than the glass transition temperature.
  • heating for fusion may be 190 ° C. or more and less than 340 ° C., and preferably 230 ° C. or more and less than 340 ° C.
  • the form of the implantation chamber is not limited, and any form such as a bag, a bag, a tube, a microcapsule, a drum and the like may be used.
  • a drum-shaped implantation chamber can be formed by bonding an immunoisolation membrane to the upper and lower sides of a silicone ring.
  • the shape of the implantation chamber is preferably a shape that can prevent movement of the implantation chamber in the recipient when used as an implantation device described later.
  • Specific examples of the shape of the implantation chamber include a cylindrical shape, a disk shape, a rectangular shape, an oval shape, a star shape, and a circular shape.
  • the implantation chamber may be sheet-like, strand-like, spiral-like or the like.
  • the implantation chamber may contain the biological component, and may have the above-described shape only when it is used as an implantation device described later.
  • the implantation chamber may include a biocompatible plastic or the like for maintaining the shape and strength of the container.
  • the boundary between the interior and the exterior of the implantation chamber may consist of a porous membrane and a biocompatible plastic.
  • the implantation chamber in which the porous membrane is disposed substantially all over the boundary between the inside and the outside has a network-like biocompatible plastic disposed outside the boundary between the inside and the outside in terms of strength. It may be
  • the implantation chamber be provided with an injection port or the like for injecting a biological component or the like into the implantation chamber.
  • a tube may be provided which leads to the interior of the implantation chamber.
  • the tube may be, for example, one containing a thermoplastic resin.
  • the thermoplastic resin preferably has a melting point lower than that of the porous membrane polymer material.
  • thermoplastic resin used for the tube examples include polyethylene, polypropylene, polyurethane, polyvinyl chloride, polytetrafluoroethylene, polyethylene terephthalate, polycarbonate and the like.
  • polyethylene, polypropylene, polyurethane, polyvinyl chloride and polytetrafluoroethylene are preferable, and polyethylene, polyurethane and polyvinyl chloride are particularly preferable.
  • the tube is, for example, sandwiched with the immunoisolation membrane so as to be in contact with a part of the porous membrane and then joined with the part. Bonding can be performed by heat fusion or adhesion using an adhesive. Among these, heat fusion is preferably performed.
  • the tube preferably contains a thermoplastic resin having a melting point lower than that of the porous membrane polymer material. When a tube containing a thermoplastic resin having a lower melting point is heat-sealed with a porous membrane, it is thought that the tube material can be melted first and then enter the pores of the porous membrane during heating.
  • an adhesive of epoxy type, silicon type, acrylic type, urethane type or the like can be used as the adhesive.
  • bonding can be performed by adhesion.
  • the implantation chamber encloses the biological composition and is used to implant the biological composition into the recipient. Utilization of the implantation chamber can prevent immune rejection of the recipient against the biological composition to be implanted. That is, the immunoisolation membrane can be used to protect biological constituents from the recipient's immune system.
  • the recipient means a living body to receive transplantation. Preferably, the recipient is a mammal, more preferably a human.
  • biological composition By biological composition is meant a structure of biological origin. Organisms include viruses, bacteria, yeast, fungal cells, insects, plants, mammals and the like. It is preferable that the living body is usually a mammal. Mammals include cows, pigs, sheep, cats, dogs, humans and the like. Preferably, the biological construct is a construct derived from any mammal.
  • Biological compositions include organs, tissues, cells and the like. Of these, cells are preferred as biological constituents.
  • the number of cells may be one or more, preferably two or more.
  • the plurality of cells may be separated from one another or may be aggregates.
  • the biological composition may be obtained directly from the living body.
  • the biological component may be obtained directly from the living body, such as embryonic stem cells (ES cells), induced pluripotent stem cells (iPS cells), What induced differentiation of cells such as mesenchymal stem cells may be used.
  • the cells may be progenitor cells.
  • physiologically active substances include various hormones, various cytokines, various enzymes, and various other in vivo factors. More specific examples include insulin, dopamine, factor VIII and the like.
  • insulin is a polypeptide (molecular weight about 6000) in which the A chain of 21 amino acid residues and the B chain of 30 amino acid residues are linked via a disulfide bond.
  • insulin is secreted from ⁇ cells in the islets of Langerhans of the pancreas.
  • the insulin to be secreted may be human insulin or insulin of other mammalian types (eg, pig type).
  • the insulin may be insulin produced by a method of genetic modification. For a method of obtaining genetically modified insulin, for example, the description of Takafumi Kadowaki: Diabetes Navigator (pp.
  • the biological construct is an insulin secreting cell.
  • Insulin-secreting cells are cells that can secrete insulin in response to changes in blood glucose level.
  • the insulin-secreting cells are not particularly limited, and examples thereof include pancreatic ⁇ cells present in the islets of Langerhans of the pancreas.
  • the pancreatic ⁇ cells may be human pancreatic ⁇ cells or pancreatic ⁇ cells such as pigs and mice.
  • the method of extracting pancreatic ⁇ cells from swine can be referred to the description of JP-A-2007-195573.
  • insulin-secreting cells cells derived from human stem cells (for example, see Miyazaki Jun-ichi, Regenerative Medicine, vol. 1, No.
  • An insulinotropic cell which may be a cell (see, for example, Atsuko Fujimiya et al., Regenerative Medicine, Vol. 1, No. 2, p. 63-68, 2002), and which incorporates a gene encoding insulin. (See, for example, HC Lee, J. W. Yoon, et al., Nature, 408, 483-488, 2000). Furthermore, it may be the islet of Langerhans of the pancreas (see, for example, Horiyo, Inoue Ichichi, Regenerative Medicine, Volume 1, No. 2, pp. 69-77, 2002).
  • the device for implantation is a complex comprising at least a chamber for implantation and a biological composition.
  • the implanting chamber encloses the biological composition.
  • the chamber for transplantation may contain only the biological component or may contain other components or components other than the biological component and the biological component.
  • the biological composition may be contained in the implantation chamber together with the hydrogel, preferably in the state of being contained in the hydrogel.
  • the implant device may contain a pH buffer, an inorganic salt, an organic solvent, a protein such as albumin, and a peptide.
  • only one type of biological composition may be contained, or two or more types may be contained.
  • it may contain only biological constituents that release bioactive substances for the purpose of transplantation, or perform other functions of the purpose of transplantation, which support the function of these biological constituents Further biological constituents may be included.
  • the implanting device may be implanted in, for example, the abdominal cavity or subcutaneously.
  • the implantable device may be a vascular connection device.
  • transplanting blood and a membrane in direct contact with each other enables insulin secretion corresponding to a change in blood glucose level.
  • the device for transplantation and the chamber for transplantation are described in Protein Nucleic Acid Enzyme, Volume 45, pp. 2307 to 2312 (Okuhara Hisako, 2000), JP 2009-522269, JP 6-507412, etc. You can refer to
  • the pore diameter and the thickness of the porous membrane can be adjusted to the values described in Table 1 by adjusting the thickness of the membrane forming solution to be cast, the temperature and temperature of relative humidity after casting and the relative humidity.
  • Membranes were similarly produced under control, and porous membranes of Examples 2 to 8 and Comparative Example 1 were obtained. Each of the porous membranes is folded in two so that the surface having the smaller average pore diameter is opposite, and the outer edge portions are directly heat-sealed at 220 ° C. to implant chambers of Examples 1 to 8 and Comparative Example 1 Was produced.
  • the average pore diameter of the surface was judged by the parting line closest to the surface among the parting lines described later.
  • the surface of the porous membrane that is the outer side when used as the implantation chamber is referred to as “surface A”, and the surface on the opposite side is referred to as “surface B”.
  • Example 9 Preparation of polytetrafluoroethylene film- 100 parts by mass of a polytetrafluoroethylene fine powder having a number average molecular weight of 6,200,000 as a crystalline polymer (manufactured by Daikin Industries, Ltd., "Polyflon fine powder F104U”), hydrocarbon oil as an extrusion aid (manufactured by ESSO Sekiyu KK) 20 parts by mass of “Isopar M”) was added, and paste extrusion was performed to form a round bar. This was calendered at a speed of 50 m / min by a calender roll heated to 60 ° C. to prepare a polytetrafluoroethylene film.
  • a polytetrafluoroethylene fine powder having a number average molecular weight of 6,200,000 as a crystalline polymer manufactured by Daikin Industries, Ltd., "Polyflon fine powder F104U”
  • hydrocarbon oil as an extrusion aid manufactured by ESSO Sekiyu
  • the obtained film was passed through a hot air drying oven at 250 ° C. to dry and remove the extruding aid, thereby producing a roll-like polytetrafluoroethylene film having an average thickness of 100 ⁇ m, an average width of 150 mm, and a specific gravity of 1.55.
  • the polytetrafluoroethylene porous membrane is folded in two, with the surface of smaller pore diameter facing each other, and a polyethylene film (Lix (registered trademark) film made by Toyobo Co., Ltd., 50 ⁇ m) is sandwiched between them at the outer edge only.
  • the implantation chamber of Example 9 was produced by heat fusion at 200 ° C.
  • the implantation chamber of Comparative Example 2 was fabricated by opposing the surfaces of the polysulfone porous membrane having smaller pore diameters and folding them in two, and thermally fusing the outer edge portion at 220 ° C. Furthermore, the polysulfone porous membrane was folded in two by facing the surface having a larger pore diameter, and the outer edge portions were directly heat-sealed at 220 ° C. to produce a implantation chamber of Comparative Example 3.
  • Comparative example 4 Two polysulfone porous membranes of Comparative Example 1 were laminated so that the surfaces having smaller average pore diameters face each other, and by bonding, a polysulfone porous membrane having dense portions in the membrane was obtained.
  • the implantation chamber of Comparative Example 4 was produced by folding the laminated polysulfone porous membrane into two and directly heat-sealing the outer edge portions at 220 ° C.
  • the site including the parting line having the smallest average pore size was taken as the compact site, and the average pore size of this site was separately measured by the ASTM F316-80 method.
  • the thickness of the dense portion was the product of the number of parting lines having an average pore diameter within 1.1 times the minimum average pore diameter and 1/20 of the thickness of the membrane.
  • Porosity (%) (1-bulk density / true density) x 100
  • the true density indicates the density of the material constituting the porous film having no pores.
  • 1.24 for polysulfone and 2.15 for polytetrafluoroethylene were used.
  • Angiogenesis Each of the prepared implantation chambers is transplanted into the abdominal cavity of a rat, and after 4 weeks, the chamber is removed and the chamber is removed, and the blood vessel on the inner surface of the rat epidermis in contact with the chamber and the inner surface of the rat epidermal adjacent to the chamber (control site) is observed. The number of each blood vessel was measured visually. For each implantation chamber, the degree of vascularization was evaluated according to the following criteria. A: The number of blood vessels 1.5 times or more of the control site can be observed B: The number of blood vessels is larger than the control site but less than 1.5 times C: no significant difference from the control site
  • a 1.0 cm diameter hole is made in the center of one wall of a vinyl chloride container with a size of 2.0 cm long, 1.0 cm wide and 2.0 cm high, and made of Tigers Polymer around the holes It covered with (50 degrees, 1 mm in thickness).
  • a porous membrane cut to 1.5 cm ⁇ 2.0 cm was placed so as to close the silicone sheet, and another similar container and another silicone sheet were prepared and fixed by clips in a form in which the holes are aligned.
  • the insulin concentration on the permeation side is 70% or more and less than 95% of the supply side ...
  • the insulin concentration on the permeation side is 45% or more and less than 70% on the supply side ...
  • the insulin concentration on the permeation side is less than 45% of the supply side ...
  • cell infiltration inhibitory property With respect to the porous membrane prepared above, inhibition of cell infiltration into the membrane in a living body was evaluated as follows. The evaluation of cell infiltration inhibition is an index of the function of blocking various cells. A 2 cm square porous membrane was implanted and sutured subcutaneously on the back of SD rat (Sprague-Dawley rat). After breeding for one week, the same site was excised, and HE (hematoxylin and eosin) tissue stained sections were prepared. The tissue stained sections were confirmed by an optical microscope, and each porous membrane was evaluated according to the following criteria. A: A cell infiltration inhibition layer is observed. B: Although the cell infiltration inhibition layer is observed, a part where cells infiltrate are observed in part. C: A clear cell infiltration inhibition layer was not observed, but cells were infiltrated throughout.

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Abstract

本発明により、内部と外部との境界の少なくとも一部に多孔質膜を含む免疫隔離膜を有し、上記多孔質膜がポリマーを含み、かつ孔径が最小となる層状の緻密部位を膜内に有し、上記緻密部位から上記多孔質膜の一方の表面Aおよび他方の表面Bの双方に向かって厚み方向で孔径が連続的に増加しており、上記表面A付近の空孔率は65%以上であり、上記表面Aの平均孔径は上記表面Bの平均孔径より大きく、上記表面Bは上記内部側に配置されている移植用チャンバー、ならびに上記移植用チャンバーに生物学的構成物が内包されている移植用デバイスが提供される。本発明の移植用チャンバーはレシピエント中での血管新生を誘導するとともに物質透過性の低下が生じにくい。

Description

移植用チャンバーおよび移植用デバイス
 本発明は、免疫隔離膜を含む移植用チャンバーおよび上記移植用チャンバーを含む移植用デバイスに関する。
 免疫隔離は、細胞、組織、器官などの生物学的構成物の移植の際にレシピエントにおける免疫反応を防止する方法の1つであり、免疫隔離膜は、水、酸素およびグルコース等は透過させる一方で、免疫拒絶反応に関与する免疫細胞等の透過を阻止することにより免疫隔離を行なう選択透過性の膜である。例えば、生理活性物質を分泌する細胞の移植にその生理活性物質を透過させる免疫隔離膜を利用した移植用デバイスにより、免疫拒絶反応を防止しながら移植の目的を達成することができる。
 移植された生物学的構成物への栄養供給や移植された生物学的構成物からの生理活性物質の分泌を継続するためには、移植用デバイスの周辺には血管網が形成されることが好ましい。血管網が形成されず、移植用デバイスが繊維芽細胞により被包されてしまうと、生物学的構成物の壊死に至り得る。このような血管網の形成の特性は、免疫隔離膜の微細構造に依存することが示されてきている。
 非特許文献1では、孔径0.45μmの細胞保持性の膜と孔径5μmのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の外側膜との積層膜である多孔質膜を用いて形成された市販の移植用チャンバー(TheraCyte(登録商標))を用いて移植を行い、この外側膜がレシピエント中の組織で新しい血管の形成を誘導したことが記載されている。
Transplantation , 67, 665(1995)
 非特許文献1に記載の移植用チャンバーでは上記積層膜の小さい孔径の細胞保持性の膜の面が内部空間側となる。このように、免疫隔離に必要な最小孔径が免疫隔離膜の表面にある構成は、タンパク質等の吸着に基づく物質透過性の低下が生じやすい。
 本発明は、レシピエント中での血管新生を誘導するとともに物質透過性の低下が生じにくい移植用チャンバーおよび移植用デバイスを提供することを課題とする。
 本発明者らは、上記課題の解決のために鋭意検討し、物質透過性の低下が生じにくい免疫隔離膜の微細構造を見出し、これを利用して移植用チャンバーを作製して、本発明を完成させた。
 すなわち、本発明は以下の<1>~<11>を提供するものである。
<1>移植用チャンバーであって、
内部と外部との境界の少なくとも一部に免疫隔離膜を有し、
上記免疫隔離膜が多孔質膜を含み、
上記多孔質膜がポリマーを含み、
上記多孔質膜が、孔径が最小となる層状の緻密部位を膜内に有し、
上記緻密部位から上記多孔質膜の一方の表面Aおよび他方の表面Bの双方に向かって厚み方向で孔径が連続的に増加しており、
上記表面A付近の空孔率は65%以上であり、
上記表面Aの平均孔径は上記表面Bの平均孔径より大きく、
上記表面Bは上記内部側に配置されている
上記移植用チャンバー。
<2>上記緻密部位の平均孔径が0.02μm~1.5μmである<1>に記載の移植用チャンバー。
<3>上記表面Aの平均孔径が1.0μm~100μmである<1>または<2>に記載の移植用チャンバー。
<4>上記表面Bの平均孔径が0.1μm~10μmである<1>~<3>のいずれかに記載の移植用チャンバー。
<5>上記表面Aの平均孔径が上記表面Bの平均孔径の3倍以上である<1>~<4>のいずれかに記載の移植用チャンバー。
<6>上記緻密部位の厚みが0.5μm~30μmである<1>~<5>のいずれかに記載の移植用チャンバー。
<7>上記多孔質膜の厚みが10μm~50μmである<1>~<6>のいずれかに記載の移植用チャンバー。
<8>上記多孔質膜がポリスルホンまたはポリエーテルスルホンと少なくとも1種の親水性ポリマーとを含む<1>~<7>のいずれかに記載の移植用チャンバー。
<9><1>~<8>のいずれかに記載の移植用チャンバーに生物学的構成物が内包されている移植用デバイス。
<10>上記生物学的構成物が生理活性物質を放出する<9>に記載の移植用デバイス。
<11>上記生理活性物質がインスリンである<10>に記載の移植用デバイス。
 本発明により、レシピエント中での血管新生を誘導するとともに物質透過性の低下が生じにくい移植用チャンバーを提供することができる。本発明の移植用チャンバーに生物学的構成物を内包した移植用デバイスは、レシピエント内に移植された後、免疫拒絶反応を受けることなく長期の使用が可能である。
実施例1、3および比較例1、2の多孔質膜の孔径分布を示す図である。
 以下、本発明を詳細に説明する。
 本明細書において「~」とはその前後に記載される数値を下限値および上限値として含む意味で使用される。
<<移植用チャンバー>>
 移植用チャンバーは、生物学的構成物をレシピエントに移植するための容器である。移植用チャンバーは、その内部に生物学的構成物を内包することができる。
 本発明の移植用チャンバーは内部と外部との境界(移植用チャンバー内部と外部とを隔てる境界)に免疫隔離膜を有する。免疫隔離膜はポリマーを含む多孔質膜を含む。
<免疫隔離膜>
 本明細書において、免疫隔離膜は免疫隔離のために用いられる膜を意味する。
 免疫隔離は移植の際のレシピエントの免疫拒絶反応を防止する方法の一つである。ここで、免疫拒絶反応は、移植される生物学的構成物に対するレシピエントの拒絶反応である。免疫隔離により、レシピエントの免疫拒絶反応から生物学的構成物が隔離される。免疫拒絶反応としては、細胞性免疫応答に基づくものおよび液性免疫応答に基づくものが挙げられる。
 免疫隔離膜は酸素、水、グルコース等の栄養分は透過させ、免疫拒絶反応に関与する免疫細胞等の透過を阻止する選択透過性の膜である。免疫細胞としては、マクロファージ、樹状細胞、好中球、好酸球、好塩基球、ナチュラルキラー細胞、各種T細胞、B細胞、その他リンパ球が挙げられる。
 免疫隔離膜は、用途に応じ、免疫グロブリン(IgMまたはIgG等)および補体のような高分子量タンパク質の透過を阻止することが好ましく、インスリンなどの比較的低分子量の生理活性物質を透過させることが好ましい。
 免疫隔離膜の選択透過性は用途に応じて調整すればよい。免疫隔離膜は、例えば、分子量500kDa以上、100kDa以上、80kDa以上、または50kDa以上などの物質を遮断する選択透過性の膜であればよい。例えば、免疫隔離膜は、抗体の中で最も小さいIgG(分子量約160kDa)の透過を阻止できることが好ましい。また、免疫隔離膜は、球体としてのサイズとして直径500nm以上、100nm以上、50nm以上、または10nm以上などの物質を遮断する選択透過性の膜であればよい。
 本発明の移植用チャンバーは、内部と外部との境界に1つ以上の免疫隔離膜を含む。免疫隔離膜は多孔質膜のみからなっていてもよく、またはハイドロゲル膜などの他の層を含んでいてもよい。免疫隔離膜の少なくとも1つの表面は多孔質膜であることが好ましく、免疫隔離膜が多孔質膜からなることも好ましい。
 免疫隔離膜の厚みは、特に限定されないが、10μm以上であることが好ましい。また、500μm以下であればよく、300μm以下であることが好ましく、200μm以下であることがより好ましく、100μm以下が更に好ましく、50μm以下が特に好ましい。
[多孔質膜]
(多孔質膜の構造)
 多孔質膜は複数の孔を有する膜をいう。孔は例えば膜断面の走査型電子顕微鏡(SEM)撮影画像または透過型電子顕微鏡(TEM)撮影画像で確認することができる。
 多孔質膜の厚みは、特に限定されないが、10μm以上であることが好ましい。また、250μm以下であればよく、200μm以下であることが好ましく、100μm以下であることがより好ましく、50μm以下であることがさらに好ましい。多孔質膜の厚みを10μm以上とすることにより移植用チャンバーがレシピエント内で破損しない膜強度とすることができる。また、多孔質膜の厚みを250μm以下とすることでレシピエントに不快感を与えない程度の剛性の移植用チャンバーとすることができる。
 本発明の移植用チャンバーにおいて、多孔質膜は、孔径が最小となる層状の緻密部位を膜内に有する。また、この緻密部位から多孔質膜の一方の表面Aおよび他方の表面Bの双方に向かって厚み方向で孔径が連続的に増加している。本明細書では、多孔質膜において移植用チャンバーの外部側となる表面を表面A、内部側となる表面を表面Bとする。孔径は、後述する膜断面の分割線の平均孔径で判断するものとする。
 膜の表面とは主表面(膜の面積を示すおもて面または裏面)を意味し、膜の端の厚み方向の面を意味するものではない。多孔質膜の表面は他の層との界面であってもよい。なお、免疫隔離膜において、多孔質膜は孔径または孔径分布(厚み方向での孔径の差異)などについて膜内方向(膜表面に平行な方向)で一様の構造を有していることが好ましい。
 多孔質膜が厚み方向で孔径分布を有することにより、本発明の移植用チャンバーは、寿命を向上させることができる。実質的に異なる孔径の複数の膜を用いて多段階の濾過を行なったような効果が得られ、膜の劣化を防止することができるからである。
 孔径は電子顕微鏡によって得られた膜断面の写真から測定すればよい。多孔質膜はミクロトーム等により切断し、断面が観察できる薄膜の切片として、多孔質膜断面の写真を得ることができる。
 本明細書において、膜の厚み方向の孔径の比較は、膜断面のSEM撮影写真を膜の厚み方向に20分割したときの19本の分割線における孔径の比較により行なうものとする。分割線と交差するまたは接する孔を連続して50個以上選択し、それぞれの孔径を測定し、平均値を算出して平均孔径とする。ここで、孔径は、選択された孔が分割線と交差する部分の長さではなく、膜断面のSEM撮影写真から孔の面積を画像処理により算出し、得られた面積を真円の面積として算出される直径を用いる。このとき、孔が大きく、50個以上選択できない分割線については、膜断面を得るSEM撮影写真の視野を広げて50個測定するものとする。得られた平均孔径を分割線ごとで比較することにより膜の厚み方向の孔径の比較を行なう。
 孔径が最小となる層状の緻密部位は、上記膜断面写真における分割線のうちで平均孔径が最小となる分割線を含む多孔質膜の層状の部位をいう。緻密部位は2つ以上の分割線を含んでいてもよい。例えば、最小平均孔径の1.1倍以内の平均孔径を有する連続する分割線が2つ以上連続しているとき、緻密部位はこの連続する2つ以上の分割線を含むものとする。本明細書において、緻密部位の厚みは、緻密部位が含む分割線の数と膜の厚みの20分の1との積とする。
 本明細書において、緻密部位の平均孔径を多孔質膜の最小孔径とする。多孔質膜の最小孔径は0.02μm~1.5μmであることが好ましく、0.02μm~1.3μmであることがより好ましい。このような多孔質膜の最小孔径で少なくとも通常の細胞の透過を阻止することができるからである。ここで、緻密部位の平均孔径はASTM F316-80により測定したものとする。
 多孔質膜は、緻密部位を膜内に有する。膜内とは膜の表面に接していないことを意味し、「緻密部位を膜内に有する」とは、緻密部位が、膜のいずれかの表面にもっとも近い上記分割線を含む部位ではないことを意味する。緻密部位を膜内に有する構造の多孔質膜を用いることにより、緻密部位を表面に接して有する多孔質膜を用いた場合よりも、透過させることが意図された物質の透過性が低下しにくい。いかなる理論にも拘泥するものではないが、緻密部位が膜内にあることによりタンパク質の吸着が起こりにくくなるためと考えられる。
 緻密部位は、多孔質膜の厚みの中央部位よりもいずれか一方の表面側に偏っていることが好ましい。具体的には、緻密部位が多孔質膜のいずれか一方の表面から多孔質膜の厚みの2分の1より小さい距離にあることが好ましく、5分の2以内の距離にあることがより好ましい。この距離は上述の膜断面写真において判断すればよい。本明細書において、緻密部位がより近い側の多孔質膜の表面を「表面X」という。表面Xは、表面B(移植用チャンバーにおいて内部側となる表面)であることが好ましい。緻密部位が内包される生物学的構成物により近い側に配置されることになるため、移植用チャンバー変形時の応力の中立点も生物学的構成物側に位置し、生物学的構成物に負荷される応力も抑制できるからである。また、生理活性物質の透過性をより高くすることができるからである。
 本発明の移植用チャンバーの多孔質膜においては緻密部位から表面Aおよび表面Bの双方に向かって厚み方向で孔径が連続的に増加している。「厚み方向で孔径が連続的に増加」とは、厚み方向に隣り合う上述の分割線の間の平均孔径の差異が、最大平均孔径(最大孔径)と最小平均孔径(最小孔径)の差異の50%以下、好ましくは40%以下、より好ましくは30%以下となるように増加していることをいう。「連続的に増加」は、本質的には、減少がなく一律に増加することを意味するものであるが、減少している部位が偶発的に生じていてもよい。例えば、上記の膜の厚み方向の孔径の比較に用いられる膜断面のSEM撮影写真の分割線を表面から2つずつ組み合わせたときに、組み合わせた分割線の平均孔径の平均値が、一律に増加(表面から緻密部位に向かう場合は一律に減少)している場合は、「緻密部位から膜の表面に向かって厚み方向で孔径が連続的に増加している」と判断できる。
 厚み方向で孔径が連続的に増加する多孔質膜の構造は、例えば後述する製造方法により実現することができる。
 本明細書において、上記の膜の厚み方向の孔径の比較に用いられる膜断面のSEM撮影写真において、多孔質膜の表面Aに最も近い分割線における上記平均孔径を表面Aの平均孔径といい、また、表面Bに最も近い分割線における上記平均孔径を表面Bの平均孔径という。本発明の移植用チャンバーにおいては、表面Aの平均孔径は表面Bの平均孔径より大きい。表面A、すなわち、移植用チャンバーの使用時にレシピエントの細胞側となる表面においてより大きい孔径を有することにより、新しい血管の形成、すなわち、血管新生の足場となりやすい。そのため、移植用チャンバーに内包される生物学的構成物への酸素等の供給が安定し、生物学的構成物の壊死等が生じにくい。
 表面Aの平均孔径は、0.15μm以上であればよく、1.0μm~100μmであることが好ましく、1.5μm~50μmであることがより好ましく、2.0μm~25μmであることがさらに好ましい。表面Bの平均孔径は、0.05μm以上であればよく、0.1μm~10μmであることが好ましく、0.2μm~5.0μmであることがより好ましく、0.5μm~2.5μmであることがさらに好ましい。また、表面Aの平均孔径は表面Bの平均孔径の1.5倍以上であることが好ましく、2倍以上であることがより好ましく、3倍以上であることがさらに好ましい。また、10倍以下であることが好ましく、8倍以下であることがより好ましい。このような平均孔径の範囲で、多孔質膜をより安定に作製することができる。
 本明細書において、上記分割線のうちで平均孔径が最大となる分割線のその平均孔径を多孔質膜の最大孔径とする。多孔質膜の最大孔径は0.15μm以上100μm以下であることが好ましく、1.0μm~50μmであることがより好ましく、2.0μm~21μmであることがさらに好ましい。本発明の移植用チャンバーの多孔質膜においては表面Aに最大孔径があることが好ましい。
 緻密部位の平均孔径と多孔質膜の最大孔径との比(多孔質膜の最小孔径と最大孔径との比であって最大孔径を最小孔径で割った値、本明細書において「異方性比」ということもある。)は、3以上が好ましく、4以上がより好ましく、5以上がさらに好ましい。緻密部位以外の平均孔径を大きくし、多孔質膜の物質透過性を高くするためである。また、異方性比は、25以下であることが好ましく、20以下であることがより好ましい。上記の多段濾過のような効果が異方性比が25以下の範囲で効率よく得られるためである。
 本発明の移植用チャンバーにおいて、表面A付近の空孔率は65%以上である。このような空孔率を有することにより、表面A側となる移植用チャンバーの外側面においてレシピエント組織中での血管新生が誘導されやすい。本明細書において、表面A付近とは、表面Aから多孔質膜の厚みの5分の1の厚みの部分を示す。空孔率は表面A付近の密度から求めればよく、具体的には、実施例に記載の手順で求められる値である。表面A付近の空孔率は67%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましい。表面A付近の空孔率は通常90%以下である。空孔率を90%以下とすることで必要な多孔質膜の強度を維持し、レシピエント内で移植用チャンバーが破損したり、孔が大きく変形して血管新生の誘導や選択透過性の低下の原因となったりすることを防止することができる。
(多孔質膜の元素分布)
 多孔質膜は、少なくとも一方の表面において、式(I)および式(II)を満たすことが好ましい。
 B/A ≦ 0.7 (I)
 A ≧ 0.015 (II)
式中、Aは膜の表面におけるC元素(炭素原子)に対するN元素(窒素原子)の比率を示し、Bは同じ表面から30nmの深さにおけるC元素に対するN元素の比率を示す。
 式(II)は多孔質膜の少なくとも一方の表面に一定量以上のN元素が存在することを示すものであり、式(I)は多孔質膜中のN元素が表面30nm未満に偏在していることを示しているものである。
 表面が式(I)および式(II)を満たすことにより、多孔質膜の生体親和性、特に、特に、式(I)および式(II)を満たす表面側の生体親和性が高くなる。
 多孔質膜は、いずれか一方のみの表面が、式(I)および式(II)を満たしていてもよく、または両表面が式(I)および式(II)を満たしていてもよいが、両表面が式(I)および式(II)を満たしていることが好ましい。いずれか一方のみの表面が式(I)および式(II)を満たす場合、その表面は、後述の移植用チャンバーにおいて、内側であっても、または外側であってもよいが、内側であることが好ましい。また、いずれか一方のみの表面が式(I)および式(II)を満たす場合であって、多孔質膜が上述の表面Xを有しているとき、式(I)および式(II)を満たす表面は表面Xであることが好ましい。
 本明細書において、膜表面のC元素に対するN元素の比率(A値)および表面から30nmの深さにおけるC元素に対するN元素の比率(B値)は、XPS測定結果を用いて算出したものとする。XPS測定はX線光電子分光法であり、膜表面にX線を照射し、膜表面から放出される光電子の運動エネルギーを計測することで、膜表面を構成する元素の組成を分析する方法である。実施例に記載する単色化Al-Kα線を用いた条件で、スパッタ開始時の結果からA値を計算し、スパッタレートから測定した膜の表面から30nmであると計算される時間の結果からB値を計算するものとする。
 B/Aは0.02以上であればよく、0.03以上であることが好ましく、0.05以上であることがより好ましい。
 Aは0.050以上であることが好ましく、0.080以上であることがより好ましい。また、Aは0.20以下であればよく、0.15以下であることが好ましく、0.10以下であることがより好ましい。
 Bは0.001~0.10であればよく、0.002~0.08であることが好ましく、0.003~0.07であることがより好ましい。
 多孔質膜の元素分布、特にN元素の分布は、後述する多孔質膜の製造方法において、調温湿風中に含まれる水分濃度、調温湿風を当てる時間、凝固液の温度、浸漬時間、洗浄のためのジエチレングリコール浴の温度、洗浄のためのジエチレングリコール浴への浸漬時間、多孔質製造ラインの速度等によって制御することができる。なお、N元素の分布は、製膜原液中の含有水分量によっても制御することができる。
(多孔質膜の組成)
 多孔質膜はポリマーを含む。多孔質膜は本質的にポリマーから構成されていることが好ましい。
 多孔質膜を形成するポリマーは生体適合性であることが好ましい。ここで、「生体適合性」とは、無毒性、非アレルギー誘発性を含む意味であるが、ポリマーが生体内において被包化される性質を含むものではない。
 ポリマーは数平均分子量(Mn)が1,000~10,000,000であるものが好ましく、5,000~1,000,000であるものがより好ましい。
 ポリマーの例としては、熱可塑性または熱硬化性のポリマーが挙げられ、熱可塑性のポリマーが好ましい。ポリマーの具体的な例としては、ポリスルホン、酢酸セルロース等のセルロースアシレート、ニトロセルロース、スルホン化ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、スチレン-アクリロニトリルコポリマー、スチレン-ブタジエンコポリマー、エチレン-酢酸ビニルコポリマーのケン化物、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート、オルガノシロキサン-ポリカーボネートコポリマー、ポリエステルカーボネート、オルガノポリシロキサン、ポリフェニレンオキシド、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリベンズイミダゾール、エチレンビニルアルコール共重合体、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等を挙げることができる。これらは、溶解性、光学的物性、電気的物性、強度、弾性等の観点から、ホモポリマーであってもよいし、コポリマーやポリマーブレンド、ポリマーアロイとしてもよい。
 これらのうち、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、セルロースアシレートが好ましく、ポリスルホンがより好ましい。
 ポリマーとしてポリスルホンまたはポリエーテルスルホンを用いる場合、多孔質膜は、さらに親水性ポリマーを含むことが好ましい。親水性ポリマーの例としては、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等を挙げることができ、これらのうち、ポリビニルピロリドンが好ましい。疎水性であるポリスルホンまたはポリエーテルスルホンを親水性ポリマーと組み合わせることにより、生体適合性を向上させることができる。
 多孔質膜は上記成分以外の他の成分を添加剤として含んでいてもよい。
 上記添加剤としては、塩化ナトリウム、塩化リチウム、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硫酸ナトリウム、塩化亜鉛等の無機酸の金属塩、酢酸ナトリウム、ギ酸ナトリウム等の有機酸の金属塩、ポリエチレングリコール等のその他の高分子、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム、ポリビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライド等の高分子電解質、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、アルキルメチルタウリン酸ナトリウム等のイオン系界面活性剤等を挙げることができる。添加剤は多孔質構造のための膨潤剤として作用していてもよい。添加剤としては、金属塩を用いることが好ましい。ポリスルホンまたはポリエーテルスルホンを含む多孔質膜は、塩化リチウムを含むことが好ましい。
 多孔質膜は単一の層として1つの組成物から形成された膜であることが好ましく、複数層の積層構造ではないことが好ましい。多孔質膜を単一の層として1つの組成物から形成することにより、単純な手順で安価に移植用チャンバーを製造することが可能である。
(多孔質膜の製造方法)
 多孔質膜の製造方法は、上述の構造の多孔質膜が形成できる限り、特に限定されず、通常のポリマー膜形成方法をいずれも用いることができる。ポリマー膜形成方法としては延伸法および流延法などが挙げられ、流延法が好ましい。
 例えば、流延法においては、製膜原液に用いる溶媒の種類および量や流延後の乾燥方法を調節することにより上述の構造を有する多孔質膜を作製することができる。
 流延法を用いた多孔質膜の製造は、例えば以下(1)~(4)をこの順で含む方法で行なうことができる。
(1)ポリマー、必要に応じて添加剤、および必要に応じて溶媒を含む製膜原液を溶解状態で支持体上に流延する。
(2)流延された液膜の表面に調温湿風を当てる。
(3)調温湿風を当てた後に得られる膜を凝固液に浸漬する。
(4)必要に応じて支持体を剥離する。
 調温湿風の温度は、4℃~60℃、好ましくは10℃~40℃であればよい。調温湿風の相対湿度は、15%~100%、好ましくは25%~95%であればよい。調温湿風は、0.1m/秒~10m/秒の風速で0.1秒間~30秒間、好ましくは1秒間~10秒間、当てていればよい。調温湿風は、0.1m/秒~10m/秒の風速で0.1秒間~30秒間、好ましくは1秒間~10秒間、当てていればよい。
 緻密部位の平均孔径および位置は、調温湿風中に含まれる水分濃度、調温湿風を当てる時間によって制御することができる。なお、緻密部位の平均孔径は、製膜原液中の含有水分量によっても制御することができる。
 上記のように液膜の表面に調温湿風を当てることによって、溶媒の蒸発の制御を行い、液膜の表面から膜内に向かってコアセルベーションを起こすことができる。この状態でポリマーの溶解性が低いがポリマーの溶媒に相溶性を有する溶媒を収容する凝固液に浸漬することによって、上記のコアセルベーション相を微細孔として固定させ微細孔以外の細孔も形成することができる。
 上記の凝固液に浸漬する過程において凝固液の温度は-10℃~80℃であればよい。この間で温度を変化させることによって、緻密部位より支持体面側におけるコアセルベーション相の形成から凝固に至るまでの時間を調節し、支持体面側に至るまでの孔径の大きさを制御することが可能である。凝固液の温度を高くすると、コアセルベーション相の形成が早くなり凝固に至るまでの時間が長くなるため、支持体面側へ向かう孔径は大きくなりやすい。一方、凝固液の温度を低くすると、コアセルベーション相の形成が遅くなり凝固に至るまでの時間が短くなるため、支持体面側へ向かう孔径は大きくなりにくい。
 支持体としては、プラスチックフィルムまたはガラス板を用いればよい。プラスチックフィルムの材料の例としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)などのポリエステル、ポリカーボネート、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリオレフィン、セルロース誘導体、シリコーンなどが挙げられる。支持体としてはガラス板またはPETが好ましく、PETがより好ましい。
 製膜原液は溶媒を含んでいてもよい。溶媒は使用するポリマーに応じて、使用するポリマーの溶解性が高い溶媒(以下、「良溶媒」ということがある)を用いればよい。良溶媒は、溶媒は凝固液に浸漬した場合速やかに凝固液と置換されるものが好ましい。溶媒の例としては、ポリマーがポリスルホン等の場合、N-メチル-2-ピロリドン、ジオキサン、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドあるいはこれらの混合溶媒が挙げられ、ポリマーがポリアクリロニトリル等の場合、ジオキサン、N-メチル-2-ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシドあるいはこれらの混合溶媒が挙げられ、ポリマーがポリアミド等の場合にはジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドあるいはこれらの混合溶媒が挙げられ、ポリマーがセルロースアセテート等の場合はアセトン、ジオキサン、テトラヒドロフラン、N-メチル-2-ピロリドンあるいはこれらの混合溶媒が挙げられる。これらのうち、N-メチル-2-ピロリドンを用いることが好ましい。
 製膜原液は良溶媒に加えて、ポリマーの溶解性が低いがポリマーの溶媒に相溶性を有する溶媒(以下、「非溶媒」ということがある)を用いることが好ましい。非溶媒としては、水、セルソルブ類、メタノール、エタノール、プロパノール、アセトン、テトラヒドロフラン、ポリエチレングリコール、グリセリン等が挙げられる。これらのうち、水を用いることが好ましい。
 製膜原液としてのポリマー濃度は、5質量%以上35質量%以下、好ましくは10質量%以上30質量%以下であればよい。35質量%以下であることにより、得られる多孔質膜に十分な透過性(例えば水の透過性)を与えることができ、5質量%以上とすることにより選択的に物質を透過する多孔質膜の形成を担保することができる。添加剤の添加量は添加によって製膜原液の均一性が失われることが無い限り特に制限は無いが、通常溶媒に対して0.5容量%以上10容量%以下である。製膜原液が非溶媒と良溶媒とを含む場合、非溶媒の良溶媒に対する割合は、混合液が均一状態を保てる範囲であれば特に制限はないが、1.0質量%~50質量%が好ましく、2.0質量%~30質量%がより好ましく、3.0質量%~10質量%がさらに好ましい。
 また、ポリスルホンおよびポリエーテルスルホンからなる群より選択されるポリマーとポリビニルピロリドンとを含む多孔質膜を製造するための製膜原液においては、ポリビニルピロリドンは、ポリスルホンおよびポリエーテルスルホンの総質量に対し、50質量%~120質量%で含まれていることが好ましく、80質量%~110質量%で含まれていることがより好ましい。さらに、製膜原液が添加剤として塩化リチウムを含むとき、塩化リチウムは、ポリスルホンおよびポリエーテルスルホンの総質量に対し、5質量%~20質量%で含まれていることが好ましく、10質量%~15質量%で含まれていることがより好ましい。
 凝固液としては、用いられるポリマーの溶解度が低い溶媒を用いることが好ましい。このような溶媒の例としては、水、メタノール、エタノール、ブタノールなどのアルコール類;エチレングリコール、ジエチレングリコールなどのグリコール類;エーテル、n-ヘキサン、n-ヘプタン等の脂肪族炭化水素類;グリセリン等のグリセロール類などが挙げられる。好ましい凝固液の例としては、水、アルコール類またはこれらの2種以上の混合物が挙げられる。これらのうち、水を用いることが好ましい。
 凝固液への浸漬の後、使用した凝固液とは異なる溶媒で洗浄を行なうことも好ましい。洗浄は、溶媒に浸漬することにより行なうことができる。洗浄溶媒としてはジエチレングリコールが好ましい。洗浄溶媒としてジエチレングリコールを用い、フィルムを浸漬するジエチレングリコールの温度および浸漬時間のいずれか一方または双方を調節することにより、多孔質膜中のN元素の分布を調節できる。特に、多孔質膜の製膜原液にポリビニルピロリドンを用いる場合において、ポリビニルピロリドンの膜への残量を制御することができる。ジエチレングリコールでの洗浄の後さらに、水で洗浄してもよい。
 多孔質膜の製造方法については、特開平4-349927号公報、特公平4-68966号公報、特開平4-351645号公報、特開2010-235808号公報等を参照することができる。
[他の層]
 免疫隔離膜は多孔質膜以外の他の層を含んでいてもよい。
 他の層としては、ハイドロゲル膜が挙げられる。ハイドロゲル膜は、生体適合性であるものが好ましく、例としては、アルギン酸ゲル膜、アガロースゲル膜、ポリイソプロピルアクリルアミド膜、セルロースを含む膜、セルロース誘導体(例えばメチルセルロース)を含む膜、ポリビニルアルコール膜などが挙げられる。ハイドロゲル膜としては、アルギン酸ゲル膜が好ましい。アルギン酸ゲル膜の具体例としては、アルギン酸-ポリ-L-リジン-アルギン酸のポリイオンコンプレックス膜を挙げることができる。
<移植用チャンバーの構造等>
 免疫隔離膜は移植用チャンバーの内部と外部との境界の少なくとも一部に配置される。このように配置することにより、移植用チャンバーに内包される生物学的構成物を外部に存在する免疫細胞等から保護しつつ、水、酸素、グルコース等の栄養分を移植用チャンバーの外部から内部に取り込むことができる。
 免疫隔離膜は移植用チャンバーの内部と外部とを形成する境界の全面に配置されていてもよく、全面に対し、例えば、1~99%、5~90%、10~80%、20~70%、30~60%、40~50%等の面積に相当する一部に配置されていてもよい。免疫隔離膜は移植用チャンバーの内部と外部との境界の実質的に全面に配置されていることが好ましい。免疫隔離膜が配置される面は1つの連続した部分であってもよく、2つ以上の部分に分かれていてもよい。
 免疫隔離膜が移植用チャンバーの内部と外部とを形成する境界の全面に配置されていないとき、残りの部分は、例えば、細胞等に加えて酸素、水、グルコース等の栄養分も透過させない不透過性の膜などの材料で形成されていればよい。
 移植用チャンバーは、免疫隔離膜同士が対向して接合している接合部を有していてもよい。接合している免疫隔離膜の部分は特に限定されないが、免疫隔離膜の端部であることが好ましい。特に、端部同士が接合されていることが好ましい。なお、本明細書において、膜について「端部」というとき、膜の厚みからなる側面(エッジ)に実質的に接する一定幅の外周部分またはその一部を意味する。免疫隔離膜同士は、後述の注入口などを除く外周全てが接合されていることが好ましい。例えば、移植用チャンバーは、2つの免疫隔離膜を対向させてその外周を接合した構成、または、線対称構造の1つの免疫隔離膜が2つ折りにされ、対面した外周を接合した構造であることも好ましい。
 接合は接着剤を利用した接着または融着等を用いて行なうことができる。
 例えば、表面B同士を対向させ、硬化性接着剤を用いて接着させることができる。接着剤としては、エポキシ系、シリコン系、アクリル系、ウレタン系などの公知の接着剤が挙げられる。
 また、表面B同士を対向させ、多孔質膜の間に熱可塑性の樹脂を挟み、その部分を加熱することにより、両者を接合してもよい。このとき、熱可塑性の樹脂として、多孔質膜を形成するポリマーよりも低い融点の樹脂を用いることが好ましい。熱可塑性の樹脂の例として、具体的にはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネートなどが挙げられる。中でもポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレンが好ましく、ポリエチレン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニルがより好ましい。
 さらに、免疫隔離膜中の多孔質膜同士を両者の間に他の材料を挟まずに、表面B同士が直接接した状態で融着してもよい。このような融着によっては、挟み込む樹脂などに由来する問題がない移植用チャンバーを得ることができる。ポリスルホンおよびポリエーテルスルホンからなる群より選択されるポリマーを含む多孔質膜を用いる場合、上記ポリマーの融点未満かつガラス転移温度以上の温度に加熱することによって、多孔質膜同士が融着して一体化することができる。融着のための加熱は具体的には、190℃以上340℃未満であればよく、230℃以上340℃未満が好ましい。
 移植用チャンバーの形態は限定されず、袋、バッグ、チューブ、マイクロカプセル、太鼓などの形態であればよい。例えば、太鼓形態の移植用チャンバーはシリコーンリングの上下に免疫隔離膜を接合させて形成することができる。移植用チャンバーの形状は、後述する移植用デバイスとしての使用の際に、レシピエント内における移植用チャンバーの移動を防止できる形状であることが好ましい。移植用チャンバーの形状の具体例としては、円筒状、円盤状、矩形、卵型、星形、円形などが挙げられる。移植用チャンバーは、シート状、ストランド状、らせん状などであってもよい。移植用チャンバーは、生物学的構成物を内包し、後述の移植用デバイスとした際に初めて上記の形状となるものであってもよい。
 移植用チャンバーは、容器としての形状や強度を維持するための生体適合性プラスチック等を含んでいてもよい。例えば、移植用チャンバーの内部と外部との境界が多孔質膜および生体適合性プラスチックからなっていてもよい。または実質的に内部と外部との境界の全面に多孔質膜が配置されている移植用チャンバーは、強度の観点からさらに内部と外部との境界の外側に網状構造の生体適合性プラスチックが配置されていてもよい。
<注入口>
 移植用チャンバーには、移植用チャンバー内部に生物学的構成物等を注入するための注入口などが設けられていることも好ましい。注入口として、移植用チャンバーの内部に通じるチューブが設けられていてもよい。
 チューブは例えば熱可塑性の樹脂を含むものであればよい。熱可塑性の樹脂は多孔質膜のポリマー材料よりも融点が低いものであることが好ましい。
 チューブに用いられる熱可塑性の樹脂として、具体的にはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネートなどが挙げられる。中でもポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレンが好ましく、ポリエチレン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニルが特に好ましい。
 チューブは、例えば多孔質膜の一部に接するように免疫隔離膜に挟んだ後、上記一部と接合される。接合は熱融着または接着剤を用いた接着等により行うことができる。このうち、熱融着を行うことが好ましい。
 熱融着を行う場合、チューブは多孔質膜のポリマー材料よりも融点が低い熱可塑性の樹脂を含むことが好ましい。融点がより低い熱可塑性の樹脂を含むチューブを多孔質膜と熱融着するとき、加熱時にまずチューブ材が溶けて多孔質膜の孔に入り込むことができると考えられるからである。
 接着を行う場合、接着剤としては、エポキシ系、シリコン系、アクリル系、ウレタン系などの接着剤を用いることができる。例えば、多孔質膜のポリマー材料よりも融点が低い樹脂材料を含むチューブを用いる場合に、接着による接合を行うことができる。
<移植用チャンバーの用途>
 移植用チャンバーは生物学的構成物を内包して、生物学的構成物をレシピエントに移植するために用いられる。移植用チャンバーの利用により、移植される生物学的構成物に対するレシピエントの免疫拒絶反応を防止することができる。すなわち、免疫隔離膜はレシピエントの免疫系からの生物学的構成物の保護のために用いることができる。なお、本明細書において、レシピエントは移植を受ける生体を意味する。レシピエントは哺乳動物であることが好ましく、ヒトであることがより好ましい。
[生物学的構成物]
 生物学的構成物は、生体由来の構造物を意味する。生体としては、ウイルス、細菌、酵母、真菌細胞、昆虫、植物、および哺乳動物などが挙げられる。生体は通常哺乳動物であることが好ましい。哺乳動物としては、ウシ、ブタ、ヒツジ、ネコ、イヌ、ヒト等が挙げられる。生物学的構成物は哺乳動物のいずれか由来の構造物であることが好ましい。
 生物学的構成物としては、器官、組織、細胞などが挙げられる。生物学的構成物としては、これらのうち、細胞が好ましい。細胞は1つであっても複数であってもよいが複数であることが好ましい。複数の細胞は、互いに分離したものであってもよく、集合体であってもよい。
 生物学的構成物は、生体から直接取得したものであってもよい。また、特に生物学的構成物が細胞である場合、生物学的構成物は生体から直接取得したものであってもよく、胚性幹細胞(ES細胞)、誘導多能性幹細胞(iPS細胞)、間葉系幹細胞等の細胞を分化誘導したものであってもよい。細胞は、前駆細胞であってもよい。
 生物学的構成物としては、一態様として、生理活性物質を放出するものが好ましい。生理活性物質の例としては、各種ホルモン、各種サイトカイン、各種酵素、その他各種生体内因子が挙げられる。より具体的な例としては、インスリン、ドーパミン、第VIII因子等が挙げられる。
 ここで、インスリンとは、21アミノ酸残基のA鎖と30アミノ酸残基のB鎖がジスルフィド結合を介してつながったポリペプチド(分子量約6000)である。ほ乳類の生体内においてインスリンは、膵臓のランゲルハンス島にあるβ細胞から分泌されている。本発明において生物学的構成物としてインスリン分泌細胞を用いる場合、分泌するインスリンは、ヒト型のインスリンでもよく、その他のほ乳類型(例えばブタ型)のインスリンでもよい。インスリンは遺伝子組み換えの方法により作製されたインスリンでもよい。遺伝子組み換えインスリンの取得方法としては、例えば、門脇孝編:糖尿病ナビゲーター(270~271頁、田尾健、岡芳和「現在と将来のインスリン製剤」、メディカルレビュー社、2002年参照)の記載を参照できる。各種、インスリン類似体(例えば、H.C.Lee,J.W.Yoon,et al.,Nature、第408巻、483~488頁、2000年参照)を用いてもよい。
 生物学的構成物はインスリン分泌細胞であることが好ましい。インスリン分泌細胞とは、血糖値変化に応答してインスリンを分泌できる細胞をいう。インスリン分泌細胞としては、特に限定されるものではなく、例えば、膵臓のランゲルハンス島に存在する膵β細胞を挙げることができる。膵β細胞としては、ヒトの膵β細胞でもよく、ブタ、マウスなどの膵β細胞であってもよい。ブタからの膵β細胞の抽出方法は特開2007-195573号公報の記載を参考にすることができる。また、インスリン分泌細胞としては、ヒト幹細胞から誘導された細胞(例えば、宮崎純一、再生医療、第1巻、第2号、57~61頁、2002年参照)、または小腸上皮幹細胞から誘導された細胞(例えば、藤宮峯子ら、再生医療、第1巻、第2号、63~68頁、2002年参照)であってもよく、インスリンをコードする遺伝子を組み込んだ、インスリン分泌性の細胞であってもよい(例えば、H.C.Lee,J.W.Yoon,et al.,Nature、第408巻、483~488頁、2000年参照)。さらに、膵臓のランゲルハンス島であってもよい(例えば、堀洋、井上一知、再生医療、第1巻、第2号、69~77頁、2002年参照)。
<<移植用デバイス>>
 移植用デバイスは、少なくとも、移植用チャンバーおよび生物学的構成物を含む複合体である。移植用デバイスにおいては、移植用チャンバーに生物学的構成物が内包されている。
 移植用デバイスにおいて、移植用チャンバーには、生物学的構成物のみが内包されていてもよく、または、生物学的構成物および生物学的構成物以外の他の構成物または成分が内包されていてもよい。例えば、生物学的構成物はハイドロゲルとともに、好ましくはハイドロゲルに内包された状態で、移植用チャンバーに内包されていてもよい。または、移植用デバイスは、pH緩衝剤、無機塩、有機溶媒、アルブミンなどのタンパク質、ペプチドを含んでいてもよい。
 移植用デバイスにおいて、生物学的構成物は1種のみ含まれていてもよく、2種以上含まれていてもよい。例えば、移植の目的の生理活性物質を放出するか、またはその他の移植の目的の機能を果たす生物学的構成物のみが含まれていてもよく、これらの生物学的構成物の機能を補助する生物学的構成物がさらに含まれていてもよい。
 移植用デバイスは例えば腹腔内または皮下などに移植されるものであればよい。または、移植用デバイスは血管接続デバイスであってもよい。例えば、生物学的構成物としてインスリン分泌細胞を用いる場合、血液と膜を直接接するように移植することによって、血糖値変化に対応したインスリン分泌が可能となる。
 移植用デバイスおよび移植用チャンバーについては、蛋白質核酸酵素、第45巻、2307~2312頁、(大河原久子、2000年)、特表2009-522269号公報、特表平6-507412号公報等の記載を参照できる。
 以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
<多孔質膜および移植用チャンバーの作製>
(実施例1~8、および比較例1)
 ポリスルホン(ソルベイ社製 P3500)18質量部、ポリビニルピロリドン(K-30)12質量部、塩化リチウム0.5質量部、水1.0質量部をN-メチル-2-ピロリドン68.5質量部に溶解して製膜原液を得た。この製膜原液を、製品厚みが45μmになるように、PETフィルム表面に流延した。上記流延した液膜表面に25℃、相対湿度40%RHに調節した空気を1m/secの速度で5秒間当てた。その後直ちに30℃の水を満たした凝固液槽に浸漬した。PETを剥離して多孔質膜を得た。その後、25℃のジエチレングリコール浴に120秒間つけ、その後純水でよく洗浄、乾燥し実施例1の多孔質膜を得た。
 また、流延する製膜原液の厚み、流延後の調温湿風の温度および相対湿度の調節、および凝固浴温度の調節により、孔径および多孔質膜の厚みを表1に記載の値にそれぞれ制御して同様に膜を作製し、実施例2~8、および比較例1の多孔質膜を得た。
 平均孔径がより小さい側の表面が対向するように各多孔質膜を2つに折りたたみ、外縁部同士を220℃で直接熱融着することで実施例1~8および比較例1の移植用チャンバーを作製した。ここで、表面の平均孔径は後述する分割線のうちの表面に最も近い分割線で判断した。
 なお、実施例および比較例において、移植用チャンバーとしたときに外側となる多孔質膜の表面を「表面A」その反対側の表面を「表面B」とする。
(実施例9)
-ポリテトラフルオロエチレンフィルムの作製-
 結晶性ポリマーとして数平均分子量が620万のポリテトラフルオロエチレンファインパウダー(ダイキン工業株式会社製、「ポリフロン・ファインパウダーF104U」)100質量部に、押出助剤として炭化水素油(エッソ石油株式会社製、「アイソパーM」)20質量部を加え、丸棒状になるようにペースト押出しを行った。これを、60℃に加熱したカレンダーロールにより50m/分の速度でカレンダー掛けして、ポリテトラフルオロエチレンフィルムを作製した。得られたフィルムを250℃の熱風乾燥炉に通して押出助剤を乾燥除去し、平均厚さ100μm、平均幅150mm、比重1.55のロール状のポリテトラフルオロエチレンフィルムを作製した。
-半加熱フィルムの作製-
 得られたポリテトラフルオロエチレンフィルムを、50℃のロール(表面材質SUS316)上で、タングステンフィラメント内蔵のハロゲンヒーターで近赤外線によりフィルム表面温度が一方の面で360℃となる条件を事前に設定した。続いて、10℃の冷却風を500L/分の流量で送風しながら、同条件の近赤外線照射を1分間行い(非対称加熱処理)、半加熱フィルムを作製した。この処理中、フィルムの表面温度は50℃に保たれていた。
-ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜の作製-
 得られた半加熱フィルムを270℃にて長手方向に12.5倍にロール間延伸し、一旦巻き取りロールに巻き取った。その後、フィルムを305℃に予備加熱した後、両端をクリップで挟み、270℃で幅方向に30倍に延伸した。その後、380℃で熱固定を行った。得られた延伸フィルムの面積延伸倍率は、伸長面積倍率で260倍であった。以上により、実施例9の膜内に緻密部位を有するポリテトラフルオロエチレン(PTFE)多孔質膜を得た。
 ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜を、孔径がより小さい表面を対向させて2つに折りたたみ、その間にポリエチレンフィルム(東洋紡社製 リックス(登録商標)フィルム、50μm)を外縁部のみに挟んで外縁部を200℃で熱融着することで実施例9の移植用チャンバーを作製した。
(比較例2および3)
 ポリスルホン(ソルベイ社製 P3500)12質量部、ポリビニルピロリドン(K-30)12質量部、グリセリン13質量部をN-メチル-2-ピロリドン63質量部に溶解して製膜原液を得た。この製膜原液、製品厚みが50μmになるように、PETフィルム表面に流延し、その後直ちに30℃の水を満たした凝固液槽に浸漬した。PETを剥離して多孔質膜を得た。その後、25℃のジエチレングリコール浴に120秒間つけ、その後純水で良く洗浄、乾燥して、比較例2および3の一方の面から孔径が漸増するポリスルホン多孔質膜を得た。
 ポリスルホン多孔質膜の孔径がより小さい表面を対向させて2つに折りたたみ、外縁部を220℃で熱融着することで比較例2の移植用チャンバーを作製した。さらに、孔径がより大きい表面を対向させてポリスルホン多孔質膜を2つに折りたたみ、外縁部同士を220℃で直接熱融着することで比較例3の移植用チャンバーを作製した。
(比較例4)
 比較例1のポリスルホン多孔質膜2枚を、平均孔径がより小さい表面同士が対向するように積層し、貼り合せにより膜内に緻密部位を有するポリスルホン多孔質膜を得た。
 積層したポリスルホン多孔質膜を2つに折りたたみ、外縁部同士を220℃で直接熱融着することで比較例4の移植用チャンバーを作製した。
<多孔質膜の構造解析>
(平均孔径の測定)
 得られた各多孔質膜にメタノールを含浸させ、液体窒素中で凍結させた。凍結させた多孔質膜からミクロトーム(Leica社製、EM UC6)で断面観察用の切片を切り出し、SEM撮影(日立ハイテクノロジーズ社製、SU8030型FE-SEM)を行なった。SEM撮影は3000倍で行った。それぞれの多孔質膜の断面のSEM撮影写真を上側から厚み方向に20分割する分割線を19本引き、各分割線と交差または接する孔(閉孔)をデジタイザーでなぞり、連続する50個の孔の平均孔径を求めた。ただし孔が大きく、SEM写真の1視野で50個測定できない場合については、複数の視野を準備して50個測定した。求めた各分割線の平均孔径を、一方の表面から他方の表面までで順番にプロットし、膜の厚み方向の平均孔径の分布を求めた。実施例1、3および比較例1、2の多孔質膜の孔径分布を図1に示す。平均孔径が最小の分割線を含む部位を緻密部位とし、この部位の平均孔径は別途ASTM F316-80法により測定した。
 緻密部位の厚みは、最小平均孔径の1.1倍以内の平均孔径を有する分割線の数と膜の厚みの20分の1との積とした。
(空孔率の測定)
 得られた各多孔質膜にメタノールを含浸させ、液体窒素中で凍結させた。凍結させた多孔質膜から滑走ミクロトーム(Thermo SCIENTIFIC社製、HM450)で各多孔質膜の表面に平行に空孔率測定用の切片を切り出した。切片としては、各多孔質膜の、表面Aから多孔質膜の厚みの5分の1の厚みを切り出した。切り出した切片の質量を電子天秤で測定した。測定された質量、膜厚、面積より、切片の嵩密度を計算した。空孔率は下式で算出した。
 空孔率(%)=(1-嵩密度/真密度)×100
 ここで、真密度とは、空孔を有さない多孔質膜を構成する材料の密度を示す。例えば、ポリスルホンの場合は1.24、ポリテトラフルオロエチレンの場合は2.15を使用した。
<多孔質膜および移植用チャンバーの評価>
(老廃物透過性)
 老廃物に見立てたポリスチレンラテックス分散液(Polysciences社製、Polybead Polystyren Microspheres)を固形分が0.1質量%、各多孔質膜の緻密部位の平均孔径の40~50%の粒径となるよう調整した液をそれぞれ準備した。各多孔質膜の表面Bから、分散液を差圧10kPa、100ml/cmで3回濾過した際の分散液透過性(各回の液透過時間)を測定した。各多孔質膜について以下の基準で評価した。ここで、tは(1回目の濾過に要した時間/3回目の濾過に要した時間)を表わす。

A:0.95<t≦1
B:0.9<t≦0.95
C:t≦0.9
(血管新生化)
 作製した各移植用チャンバーをラット腹腔内に移植し、4週間後に開腹してチャンバーを取り除き、チャンバーと接していたラット表皮内面とチャンバーに隣接するラット表皮内面(対照部位)の血管を観察してそれぞれの血管数を目視で計測した。各移植用チャンバーについて、血管新生化の程度を以下の基準で評価した。

A:対照部位の1.5倍以上の血管数が観察できる
B:対照部位より血管数は多いが、1.5倍未満
C:対照部位と有意差なし
(インスリン透過性)
 縦2.0cm、横1.0cm、高さ2.0cmの大きさを持つ塩化ビニル製の容器の1つの壁面の中心に直径1.0cmの穴を空け、穴の周りをタイガースポリマー製 シリコーンシート(50°、厚み1mm)で覆った。シリコーンシートを塞ぐように1.5cm×2.0cmにカットした多孔質膜をのせ、同様の容器とシリコーンシートをもう一つ用意し穴を合わせる形でクリップで固定した。
 片側の容器(供給側)に0.1単位のインスリン(和光純薬工業、インスリンHumaneレコンビナント、097-06474)を含む培地(膵島培養用メディウム、コスモバイオ、PNIM3)を4.0mL入れ、もう一方(透過側)にはインスリンを含まない同様の培地を4.0mL入れた。なお、多孔質膜の表面Bを供給側とした。60分後に供給側、透過側の培地を採取し、Insulin ELISA(ALPCO製、80-INSRT-E01)でインスリン量を定量し、以下の基準で評価した。

60分後に透過側のインスリン濃度が供給側の95%以上・・・AA
60分後に透過側のインスリン濃度が供給側の70%以上95%未満・・・A
60分後に透過側のインスリン濃度が供給側の45%以上70%未満・・・B
60分後に透過側のインスリン濃度が供給側の45%未満・・・C
(細胞浸潤阻害性)
 上記で作製した多孔質膜について生体での膜内への細胞浸潤阻害を以下のように評価した。細胞浸潤阻害性の評価は各種細胞を遮断する機能の指標となる。
 SDラット(Sprague-Dawley rat)の背部皮下に2cm四方の多孔質膜を埋植し縫合した。1週間飼育後に同部位を切除し、HE(ヘマトキシリン・エオシン)組織染色切片を作製した。組織染色切片断面を光学顕微鏡で確認し、各多孔質膜について以下の基準で評価した。
 A:細胞浸潤阻害層が認められる。
 B:細胞浸潤阻害層を認めるものの、一部で細胞が浸潤している箇所が認められる。
 C:明瞭な細胞浸潤阻害層は認められず全般にわたって細胞が浸潤している。
(層間の剥離試験)
 各多孔質膜から幅20mm、長さ100mmの試料を切り出し、U字折り返し試験機(ユアサシステム機器社製、DLDLMS-4U、半径3mm、ストローク10mm、3Hz、10000回、35℃、80%RH)を用いてJIS-C5016(1994)のフレキシブルプリント配線板の耐屈曲性試験法に準じて、繰返し曲げ試験を実施して多孔質膜の界面剥離の有無を観察した。各多孔質膜について以下の基準で評価した。

A:界面の剥離が観察されない
B:界面の剥離が観察される

 以上の構造解析と評価の結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001

Claims (11)

  1. 移植用チャンバーであって、
    内部と外部との境界の少なくとも一部に免疫隔離膜を有し、
    前記免疫隔離膜が多孔質膜を含み、
    前記多孔質膜がポリマーを含み、
    前記多孔質膜が、孔径が最小となる層状の緻密部位を膜内に有し、
    前記緻密部位から前記多孔質膜の一方の表面Aおよび他方の表面Bの双方に向かって厚み方向で孔径が連続的に増加しており、
    前記表面A付近の空孔率は65%以上であり、
    前記表面Aの平均孔径は前記表面Bの平均孔径より大きく、
    前記表面Bは前記内部側に配置されている
    前記移植用チャンバー。
  2. 前記緻密部位の平均孔径が0.02μm~1.5μmである請求項1に記載の移植用チャンバー。
  3. 前記表面Aの平均孔径が1.0μm~100μmである請求項1または2に記載の移植用チャンバー。
  4. 前記表面Bの平均孔径が0.1μm~10μmである請求項1~3のいずれか一項に記載の移植用チャンバー。
  5. 前記表面Aの平均孔径が前記表面Bの平均孔径の3倍以上である請求項1~4のいずれか一項に記載の移植用チャンバー。
  6. 前記緻密部位の厚みが0.5μm~30μmである請求項1~5のいずれか一項に記載の移植用チャンバー。
  7. 前記多孔質膜の厚みが10μm~50μmである請求項1~6のいずれか一項に記載の移植用チャンバー。
  8. 前記多孔質膜がポリスルホンまたはポリエーテルスルホンと少なくとも1種の親水性ポリマーとを含む請求項1~7のいずれか一項に記載の移植用チャンバー。
  9. 請求項1~8のいずれか一項に記載の移植用チャンバーに生物学的構成物が内包されている移植用デバイス。
  10. 前記生物学的構成物が生理活性物質を放出する請求項9に記載の移植用デバイス。
  11. 前記生理活性物質がインスリンである請求項10に記載の移植用デバイス。
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