(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記成分が、赤血球、血小板、白血球、血漿タンパク、白血球由来の産生物、血小板由来の産生物、血液凝固因子、血液凝固因子活性化物質、血液線溶系活性化物質、及び、補体活性化物質からなる群から選ばれる少なくとも一つである、請求項1〜3のいずれかに記載の中空糸の生体適合性評価方法。
【背景技術】
【0002】
近年、血液接触を伴う医療器具、特に体外循環型医療器具の進歩はめざましく、体外循環施行中に血液凝固などを起こして、体外循環が続行できなくなるなどのトラブルは少なくなった。血液透析に代表される体外循環治療時の主なトラブルは、異物である材料表面と血液が接触することにより、生体反応が惹起されることに始まる。主な臨床症状としては血液凝固、アナフィラキシーショック、白血球の一過性減少(ロイコペニア)、発熱、血圧の低下または上昇など多岐にわたる。これら急性の臨床症状を伴う体外循環時の問題発生のメカニズムは古くから研究されており、材料表面と血液が接触することによって、血小板が活性化されることや、セルロースなどの水酸基を多く持つ表面との接触による血液中の補体成分の活性化、陰性荷電表面と血液の接触によるブラジキニンの産生、透析液から血液側にエンドトキシンが逆流入することなどが原因と考えられている。
従来の医療機器はこれらのメカニズムを考慮し、材料の生体適合性または血液適合性を良くすることによって問題を改善してきた。
【0003】
より正確な材料の生体適合性や血液適合性を評価するためには、実際の透析中の患者様より採血して評価する必要があるが、そのためには、開発品の安全性や性能を満足してからでないと評価が出来ない。そこで、生体外で可能な限り臨床条件に近づけるため、中空糸型モジュールと血液を循環させるための回路をつないで血液をポンプなどで流しまたは循環させて、中空糸型モジュールに血液を通液させて、評価を行うことが一般に行われている。(例えば、特許文献1を参照)。
しかしながら、その場合、モジュールに接続している回路部分を満たすために血液量が余分に必要であったり、ポンプによる機械的な刺激によって血液が活性化されたり、又、回路とモジュールとの接続の段差があると血液のよどみができ、血液が凝固してしまう等の評価結果が評価対象である中空糸内表面とは関係のない要素の影響を受けるという欠点があった。
【0004】
よどみによる血液凝固の問題をなくすための方法が、特許文献2に開示されている。しかしながら、回路とポンプを設けたin vitroの血液を用いた評価方法では、現実的には、どうしても、ポンプによる刺激や回路との接触による刺激によって血液が活性化されてしまうために、モジュール内の中空糸内表面のみの生体適合性を精度よく評価することができないという問題点があった。
【0005】
一方、特許文献3には、中空糸の内表面のみの生体適合性を評価する方法が開示されている。その具体的な方法としては、中空糸内表面の血液適合性を評価する目的で、0.1mm厚のポリエチレンテレフタレートフィルムに両面接着テープを貼り、その上に中空糸膜5本を長さ方向をそろえ貼り付ける。この中空糸膜の直径の約半分の厚みの隙間ゲージを中空糸膜の両側に置き、ミクロトーム用の刃を用いて2枚にそぐように切り、中空糸膜の内表面を露出させる。このフィルムを直径2cmの円形に打ち抜いて試料サンプルとして、18mmφのポリスチレンチューブの底に試料サンプルを貼り付け、内側に血液を保持できるように加工する。そのサンプルが入ったチューブ内にヘパリン濃度が50U/mlになるように調整したヒト血液を1ml入れて、37℃60min振盪速度120回/minで浸漬する、という方法が開示されている。
しかしながら、この方法では、中空糸膜を長さ方向に揃えてフィルムに貼り付け、そのうえで、中空糸の直径のおよそ半分をそぐように切るなど操作上、極めて煩雑であり、又、中空糸の内表面以外のチューブにも血液が接触したり、空気との接触が起こるなどして、正確に中空糸内表面の生体適合性を評価できないという欠点は残されたままであった。
【0006】
そこで、評価のために必要な血液量を少なくすると共に、中空糸材料の内表面そのものの生体適合性や血液適合性を正確にかつ簡便に評価できる方法の開発が望まれていた。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」という。)についてさらに詳細に説明する。詳細に本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【0014】
本実施形態において、生体適合性評価の対象となる中空糸は、中空糸デバイス等に収容されて、血液中の特定の物質を分離するために使用できる。
ここで、中空糸デバイスとは、流体から特定の物質を分離するための部品として中空糸を用いるデバイスであり、通常、流体入口と流体出口とを有する可撓性あるいは剛性の容器と、該容器内に収容された中空糸束とから構成される。
中空糸デバイスとしては、例えば、血液透析器、血液濾過器、血液透析濾過器、血漿分離器、血漿成分濾過器などが挙げられ、これらは、特に血液浄化療法で用いられ、主に人工透析(濾過)療法やアフェレシス療法分野において広く用いられる。
【0015】
本実施形態において、中空糸とは、内部にその長手方向に平行な中空部を有する糸状体であって、壁面に複数の細孔を有するものをいう。一般に、中空糸はその壁面に多数の細孔を有しており、その粒径に応じて、中空糸内外での各種物質の交換が可能である。
中空糸の素材には、特に限定はなく、例えば、ポリスルホン、ポリスルホンとポリビニルピロリドンとからなる共重合体等のポリスルホン系ポリマー、ビタミンE固定化ポリスルホン、エチレンビニルアルコール、ポリアクリルニトリル、ポリエチレン、再生セルロース、セルロースジアセテート、セルローストリアセテート、ポリエーテルスルホン、ポリメチルメタクリレート等が挙げられる。
【0016】
評価の際に使用する中空糸の長さに特段の制限はないが、通常長さ1〜100cm、より好ましくは、5cmから50cmの範囲のものが良く用いられる。中空糸の膜の厚さに限定はなく、一般的には、5μm〜100μm、より好ましくは、10μm〜50μmがより好適に使用される。中空糸の内径にも限定はないが、中空糸内部に血液を流すこと、及び物質交換効率の観点から、100〜300μmが好ましい。
【0017】
本実施形態において、血液とは、血液成分を含んだ溶液、若しくは、血液系細胞由来の継代可能な培養細胞を含んだ溶液の事を言う。なお、血液成分とは、赤血球、血小板、白血球、血漿タンパク、白血球由来の産生物、血小板由来の産生物、血液凝固因子、血液凝固因子活性化物質、血液線溶系活性化物質、及び、補体活性化物質等のことを言う。
本実施形態においては、血液として、上記のいずれを用いることもできるが、血球測定がコールターカウンター等によって計測可能でかつ操作が簡便であることを考慮すると、特に、比較的多量の白血球、血小板を含有する溶液である全血や培養細胞を含んだ溶液が好適に用いられる。
【0018】
血液の由来としては、動物の血液であれば特に制限はなく、例えば、ヒト、ウシ、ブタ、ラット、マウス、ウサギ、ヤギ、ヒツジ、サルなどの血液を用いることができる。とりわけ、中空糸デバイスはヒトでの使用が意図されている場合が多く、ヒトの血液が好適に用いられる。
又、血液系細胞由来の培養細胞については、細胞の種類に特に制限はないが、例えば、ヒト単球系細胞株であるTHP−1細胞やマウスのマクロファージ由来の細胞株であるRAW264.7細胞株などを用いることができる。
【0019】
本実施形態において、中空糸の生体適合性評価とは、中空糸内表面と接触した後の血液、又は、中空糸内表面に付着した血液の、接触(付着)前からの変化(具体的には、各種成分の量や質の変化等)を定量的又は定性的に評価することをいう。
【0020】
具体的には、例えば、中空糸内表面と接触させた後の血液の成分の量的な変化としては、血小板や白血球などの血液細胞;C3a、C5a、SC5b−9などのような補体の活性化に伴って増加する補体活性化成分;血液凝固系や血液線溶系の活性化に伴って増加するTATやPIC;血小板の活性化に伴って産生される、β−TGやPF−4;白血球系の細胞の活性化に伴って産生される顆粒球エラスターゼやミエロペルオキシダーゼ、IL−1、TNF−α、IL−6などのサイトカインやMIP−1、MCP−1、RANTESなどのケモカイン等の量(濃度)の変化が挙げられる。さらに、近年では、血液の抗酸化能の指標となるPAO(Potential Anti Oxidant)やBAP(Biological Anti−oxidant Potential)、脂質過酸化分解生成物の一つであるMDA(Malondialdehyde)、スーパーオキサイドアニオンを分解する酵素であるSOD(Super Oxide Dismutase)、酸化ストレス度のマーカーであるヒドロペルオキシドの量(濃度の変化)も、代表的な生体適合性を評価する測定項目として挙げられる。
【0021】
又、中空糸内表面と接触させた後の血液の成分の質的な変化としては、白血球系の細胞である顆粒球細胞の表面マーカーであるインテグリンCD11b/CD18(Mac−1としても知られる)発現又は増加や血小板の活性化に伴うCD62Pの発現又は増加なども挙げられる。
【0022】
さらに、中空糸内表面に付着した血液の変化の測定としては、中空糸内表面に付着した血小板や白血球の数や形態をSEM観察したり、血小板と相互作用するフィブリノーゲンの中空糸内表面への吸着量やその変性度合いを測定することなどが挙げられる。
【0023】
ところで、生体適合性の優れた中空糸としては、ビタミンEを内表面に固定化したポリスルホン製の中空糸が知られている。
その臨床評価の例示として以下のことが報告されている。例えば、ビタミンEを固定化したポリスルホン製の中空糸を含む透析器を使用して透析治療を行った結果、ビタミンEを固定化していないポリスルホン製中空糸を用いた場合に比べて、TATは低値になり、血液凝固系の亢進が抑制されたとの報告がある(寺嶋ら、仙台赤十字病医雑Vol.12,N0.1,95−103,2003)。又、透析患者が、ポリスルホン中空糸を6か月使用した後に、ビタミンE固定化ポリスルホン中空糸を含むダイアライザーに変更した結果、透析開始後15分の補体活性化産物であるC3a濃度が有意に低かったとの報告がある(本橋ら、2007年度Vitamembrane 研究会、ビタミンE固定化ポリスルホン膜(VPS)の臨床評価)。又、ビタミンE固定化中空糸のダイアライザーを使用した場合、ビタミンEを固定化していない中空糸のダイアライザーを使用した場合と比べて、炎症度合いのマーカーであるCRPやIL−6の値が顕著に減少する(Panichi et. al. Blood Purification, 2011;32;7−14.)。さらに、66名の維持透析患者の透析中のd−ROMの値は、ビタミンE固定化ポリスルホン中空糸ダイアライザーでは、その変化が見られなかったが、ビタミンEを固定化していないポリスルホン中空糸ダイアライザーでは、その値が透析後半に有意に上昇した。すなわち、ビタミンE固定化ポリスルホン中空糸ダイアライザーは、透析中の酸化ストレスの影響を受けにくいと推察されている(高橋ら、2014年度Vitamembrane 研究会、維持透析患者の酸化ストレス度(d−ROM)および抗酸化力の検討)。
このように、ビタミンE固定化ポリスルホン中空糸は、ビタミンEを固定化していないポリスルホン中空糸に比べて、生体適合性がすぐれていることが数多く報告されている。
【0024】
本実施形態においては、まず、中空糸内部に血液を導入する。導入量に限定はないが、中空糸内部を血液で満たすことが好ましい。後述のように中空糸が容器に収容されている場合には、例えば、容器中を血液で満たすことが好ましい。
【0025】
次に、本実施形態の評価方法においては、血液を内部に導入した中空糸を回転させる工程を含む。
中空糸内部に血液を導入するだけでは、血液成分、とりわけ、白血球や血小板などの血球成分と中空糸内表面との接触頻度が極めて低いために、臨床を反映した正確なデータを取得することができない。
しかしながら、本実施形態においては、血液導入後に中空糸を回転させるという単純な操作を行うことによって、臨床を反映した正確なデータの取得を実現した。
【0026】
本実施形態において、中空糸を回転させる際には、内部に導入した血液がこぼれないようにすることが好ましく、例えば、中空糸の端部を塞いだり、あるいは、中空糸を密栓できる容器に収容して回転させることが好ましい。
中空糸を収容する密栓できる容器に限定はなく、いかなる形状のものも使用できるが、例えば、このような容器として、上述した中空糸デバイスを利用することも好ましい。その際、中空糸デバイスの長さ、太さ、質量、血液保持容量などに特段の制限はないが、回転を行うに際して支障がないことを考慮すると、それぞれ、長さは1cm〜100cm、太さは1mm〜50cm、質量は0.01g〜10Kg、血液保持容量は10μl〜200ml程度の範囲であることが好ましい。
【0027】
本実施形態において、回転は、中空糸の長手方向と略平行な面内で行うことが好ましい。さらに、その際、中空糸又はその延長線が、回転の中心の近傍を通ることがより好ましい。このような方向で中空糸を回転させると、中空糸内部で血液の流れがより効率的に生じ、中空糸内表面と血液との相互作用をより高めることができる。
また、本実施形態において、回転はローテーターを用いて行うことが好ましい。ここで、ローテーターとは、回転対象物を、平板状の回転体であってその面内で回転する回転体に設置して、回転させる装置のことをいう。
中空糸や中空糸デバイスのローテーターの回転体へのセットの方法に限定はないが、回転体が接地面に対して垂直である場合には、中空糸を回転体にセットした際に、中空糸が接地面に触れないようにセットすることが好ましい。具体的には、
図1に示すように、中空糸(デバイス)がローテーターの回転体のほぼ中心をとおるように、回転体の直径に沿って中空糸デバイスをセットしても良い。あるいは、中空糸(デバイス)が比較的小さい場合は、
図2に示すようにローテーターの回転体の円周に沿って円周(接線)に垂直に(回転体の中心が中空糸の延長線上に乗るように)、中空糸(デバイス)を並べてセットしても良い。また、中空糸(デバイス)は回転体からはみ出すように設置してもよい。
【0028】
ローテーターの回転体の接地面に対する角度については特に制限はないが、ローテーターが設置されている接地面に対して平行になった場合、血球成分が遠心力によって中空糸の両端に偏ってしまい、中空糸内表面と均一に接触することができなくなってしまうので好ましくない。従って、ローテーターの回転体と接地面とがなす角度は、5度〜175度の範囲であることが好ましく、45度〜135度の範囲がより好ましく、さらに好ましくは、60度〜120度の範囲であり、回転体が接地面に対して垂直となるようにすることはとても好ましい。
【0029】
本実施形態において、回転の具体的な方法に特に限定はないが、中空糸の損傷を起こさないこと、極端な血液細胞の破壊が起こらないようにすること、工程の簡便さ等を考慮に入れると、中空糸を中空糸デバイスに収容し、該中空糸デバイスをローテーターの回転体に設置して回転させることによって、中空糸内表面と血液を比較的穏やかに接触させる方法が好ましい。
【0030】
また、ローテーターの回転体の大きさには特に限定はないが、取り扱い性の面から比較的小型で半径の小さな回転体が好ましく、例えば、直径が1cm〜200cm、より好ましくは5cm〜100cm、さらに好ましくは10cm〜50cmの円板が好ましい。そのような回転体を有するローテーターとしては、例えば、「ROTATORRT50」(日本国、タイテック社製)等が挙げられる。なお、回転体は、必ずしもその幅や直径が中空糸(デバイス)の長さより大きい必要はない。
【0031】
回転速度についても特に限定はないが、遠心力によって血液成分が移動するような速い速度は、血液成分を中空糸内表面に十分に接触させることができず、また操作上の安全性の面で好ましくない。従って、比較的ゆっくりした回転速度で撹拌することが好ましく、1から10rpmが実用的であり、さらに好ましくは1から5rpmである。
【0032】
本実施形態において、回転させる時間については、特に限定はないが、できるだけ実臨床における生体適合性評価結果と相関するデータが得られるような時間設定が必要である。そのような観点からは、回転撹拌時間としては、10秒以上であれば良いが、精度の面から、20分以上が好ましい。さらに実臨床時の施行時間を考慮に入れると、30分から24時間が好ましく、さらに好ましくは60分から4時間が好ましい。
【実施例】
【0033】
以下実施例をあげて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は何らこれに限定されるものではない。
【0034】
[実施例1]
健常人からディスポーザブルシリンジと18G翼状針にて180mlの採血を行い、直ちに抗凝固剤としてヘパリン濃度が1000U/Lになるようにヘパリンの入った血液バッグに移し、よく混合した。
【0035】
ポリスルホン製中空糸透析器APS−08SA(旭化成メディカル社製)(以後、透析器1と略す)と、透析器1より生体適合性の高いことがすでに確認されているビタミンEが固定化されたポリスルホン製中空糸透析器VPS−08HA(旭化成メディカル社製)(以後、透析器2と略す)を用意し、それぞれ、予め生理食塩水(2L)で、血液接触面側である中空糸内表面、及び、透析液側である中空糸外表面側を洗浄した。その後、中空糸外表面側(透析液側)に残留した生理食塩水は廃液し、透析液導入出口をキャップで密栓した。
次いで、透析器1、透析器2それぞれに、ヘパリン濃度が1000U/Lの全血液60mlを血液導入口側から、100ml用シリンジを用いてゆっくりと導入し、血液導出口から出てきた液体を排出し、血液導出口と血液導入口にキャップを嵌めて密栓した。
その後、各透析器を、ローテーター「ROTATOR RT−50」(日本国、タイテック社製)の直径20cmの円板状回転体に、
図1のように透析器が回転体の中心付近を通るようにセットして、5rpmの速度で240分間回転撹拌した。
【0036】
回転撹拌終了後に各透析器の血液導出口より取り出した血液を、別の2ml容のエッペンドルフチューブに移し、血球測定装置「XT−1800i」(日本、Sysmex社製)にて白血球数および血小板数を測定した。
【0037】
結果を表1に示す。尚、表1中、透析器に導入する前の元の血液の白血球数および血小板数をpreとして表した。その結果、透析器2の中空糸内表面に接触した血液は、透析器1の中空糸内表面に接触した血液に比べて、白血球数、血小板数共に多く、元の血液の値と近い値となった。これは、透析器2は、透析器1に比べて白血球や血小板を接着させない事、すなわち、透析器2は透析器1より生体適合性が良いことを示しており、本発明の評価方法による評価結果は、実際の生体適合性と一致することが確認できた。
【0038】
【表1】
【0039】
又、透析器1及び透析器2より取り出した血液を、各々、テーブルトップ遠心機4000(日本、KUBOTA社製)にて3500rpmで10分間、遠心分離し、得られた血漿中の6種類のサイトカイン類(IL−1β,IL−5,IL−6,IL−8,IFN−γ,TNF−α)及びケモカイン類(MIP1−α、RANTES)の濃度をBio−Plexシステム(Bio−Rad社製 Bio−Plex Pro ヒト サイトカイン GI27−plex パネル)を用いて測定した。
結果を表2に示す。尚、元の血液について測定した結果をpreとして表した。その結果、透析器2の中空糸内表面に接触した血液は、透析器1の中空糸内表面に接触した血液に比べて、サイトカイン類、ケモカイン類共に低い値を示しており、元の血液の値と近い値であった。これは、透析器2は、透析器1に比べて生体適合性が良いことを示しており、本発明の評価方法による評価結果は、実際の生体適合性と一致することが確認できた。
【0040】
【表2】
【0041】
[実施例2]
健常人からディスポーザブルシリンジと18G翼状針にて180mlの採血を行い、直ちに抗凝固剤としてヘパリン濃度が1000U/Lになるようにヘパリンの入った血液バッグに移し、よく混合した。
【0042】
実施例1で用いたのと同一の透析器1及び透析器2を用意し、それぞれ、予め生理食塩水(2L)で、血液接触面側である中空糸内表面、及び、透析液側である中空糸外表面側を洗浄した。その後、中空糸外表面側(透析液側)に残留した生理食塩水は廃液し、透析液導入出口をキャップで密栓した。
次いで、透析器1、透析器2それぞれに、ヘパリン濃度が1000U/Lの全血液60mlを血液導入口側から、100ml用シリンジを用いてゆっくりと導入し、血液導出口から出てきた液体を排出し、血液導出口と血液導入口にキャップを嵌めて密栓した。
その後、各透析器を、ローテーター「ROTATOR RT−50」(日本国、タイテック社製)の直径20cmの円板状回転体に、
図1のように透析器が回転体の中心付近を通るようにセットして、5rpmの速度で240分間回転撹拌した。
【0043】
回転撹拌終了後に各透析器の血液導出口より血液を取り出した。取り出した血液について、a)血液凝固因子の活性化の指標であるTAT(トロンビン・アンチトロンビンIII複合体)、b)血小板活性化の指標であるβ―TG(β−トロンボグロブリン)、c)抗酸化能の指標であるPAO(Potential Anti Oxidant)、及び、d)抗酸化力を示すBAP(Biological Anti―oxidant Potential)について、以下の手順で測定した。
a)TAT
血液1.8mlを、遠心機「ハイブリッド高速冷却遠心機6200」(日本国、KUBOTA社製)にて室温で、3,500rpmで10分間、遠心分離して血漿を取得し、その血漿中のTAT濃度を酵素免疫測定法で測定した。
b)β―TG
血液2.7mlを15分氷冷し、遠心機「ハイブリッド高速冷却遠心機6200」(日本国、KUBOTA社製)にて4℃で、2000Gで30分間、遠心分離して血漿を取得し、その血漿中のβ―TGを酵素免疫測定法にて測定した。
c)PAO
血液0.5mlを遠心機「ハイブリッド高速冷却遠心機6200」(日本国、KUBOTA社製)にて室温で、3,500rpmで10分間、遠心分離して血漿を取得し、その血漿を用いて、抗酸化能測定キット「PAO」(日本国、日研ザイル株式会社 日本老化制御研究所)を用いて測定した。
d)BAP
血液0.5mlを遠心機「ハイブリッド高速冷却遠心機6200」(日本国、KUBOTA社製)にて室温で、3,500rpmで10分間、遠心分離して血漿を取得し、その血漿を用いて、FREE Carrio Duo フリーラジカル解析装置(日本国、株式会社ウィスマー社製)を用いて測定した。
【0044】
又、回転撹拌終了後に各透析器の血液導出口より血液を取り出した後、生理食塩水(500mL)を血液導入口から、流速100ml/minで流し、中空糸内表面を洗浄した。各透析器のハウジングを解体して、赤血球の残っていない中空糸の長さ10cm、本数100本を取り出し、2,3mmにカットした後、e)中空糸膜内表面に吸着した総タンパク量及びf)中空糸膜内表面に吸着したフィブリノーゲン量について、以下の手順で測定した。
e)中空糸膜内表面に吸着した総タンパク量
カットした中空糸膜に1.0%SDS溶液4.0mlを加え、4時間撹拌した。その後、上清をサンプルとして、総タンパク量をMicro BCA Protein Assay Reagent(米国、Thermo Fisher Scientific社)にて測定し、中空糸内膜面積当たりの総タンパク吸着量として算出した。
f)中空糸膜内表面に吸着したフィブリノーゲン量
カットした中空糸膜に0.5%TritonX−100溶液 2.0mlを加え、1時間撹拌した。その後、上清をサンプルとして、フィブリノーゲン量をAssayMax
TM Human Fibrinogen ELISA Kit(米国、Assaypro LLC社)にて測定し、中空糸内膜面積当たりのフィブリノーゲン吸着量として算出した。
【0045】
上記a)〜f)の測定結果について、表3に示した。その結果、透析器2は、透析器1に比べて、フィブリノーゲン吸着を抑制し、血液凝固因子の活性化や血小板の活性化を起こしにくく、さらには、抗酸化能を有していることが確認された。すなわち、透析器2は透析器1より生体適合性が良いことを示しており、本発明の評価方法による評価結果は、実際の生体適合性と一致することが確認できた。
【0046】
【表3】