JP4190079B2

JP4190079B2 - 血液浄化用中空糸膜および中空糸膜型人工腎臓

Info

Publication number: JP4190079B2
Application number: JP06572799A
Authority: JP
Inventors: 誠猿橋; 正富佐々木
Original assignee: Asahi Kasei Kuraray Medical Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Medical Co Ltd
Priority date: 1999-03-12
Filing date: 1999-03-12
Publication date: 2008-12-03
Anticipated expiration: 2019-03-12
Also published as: JP2000254222A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、血液浄化療法、特に血液透析療法及び血液濾過透析療法に用いる血液浄化用中空糸膜および中空糸膜型人工腎臓に関する。より詳しくは、透析液側からのエンドトキシンの侵入を防ぐ一方、血液接触面においては血小板の吸着を抑えた血液浄化用中空糸膜および中空糸膜型人工腎臓に関する。
【０００２】
【従来の技術】
腎不全治療のために、現在中空糸膜を用いた種々の人工腎臓が用いられている。近年、β２−ミクログロブリンを一つの指標とした分子量１万以上の低分子量タンパク質の除去が、治療に有効であることが示され、低分子量タンパク質が通過できる微孔を有する血液浄化膜の開発が盛んに行われてきている。さらに、積極的に低分子量タンパク質の除去を行うために、血液透析と血液濾過を組み合わせた同時血液濾過透析療法が行われている。
【０００３】
しかしながら、上記の治療の際、膜を挟んで反対側を流れる透析液が血液側へ流入するので、低分子量タンパク質を除去するために膜の微孔の大きさ（ポアサイズ）を拡大していくと、透析液に含まれるエンドトキシン（内毒素）が血液側へ侵入する可能性が高まり、発熱等の副作用を惹起することが懸念されている。
【０００４】
エンドトキシンは、疎水性部分を有し、疎水性材料へ吸着しやすいことが知られており、この原理を利用したエンドトキシン除去フィルターが開発されている。特開平１０−１５１１９６号、特開平１０−１１８４７２号は、疎水性高分子のみから中空糸膜を作製し、エンドトキシンを吸着させている。さらに疎水性高分子が血液中のタンパク質を吸着しやすいことによる透水性能の低下を改善させるために中空糸内面のみに親水性高分子を付着させている。これらの出願においては、製膜原液に親水性高分子が存在すると膜外表面の疎水化は不可能であるとして、製膜原液に親水性高分子を混合させず、製膜後に内表面を親水化処理している。
【０００５】
従来の技術では、疎水性高分子からなる中空糸膜に親水性高分子を付与することによって、透水性能が改善することと、中空糸膜の親水性が増加することによるエンドトキシンの吸着能力の低下との調整をとりながら適切な範囲を特定することは示されていなかった。
【０００６】
また、疎水性高分子の製膜原液に親水性高分子を添加し製膜してから、洗浄等により外表面の親水性高分子の量を減少させた場合、血液と接触する表面の親水性高分子量も減少し、血小板の付着等が生じることが特開平６−２９６６８６号に記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記問題を解決した親水性高分子と疎水性高分子が混合された製膜原液から製膜された中空糸膜において、外表面へエンドトキシンを吸着する血液浄化用中空糸膜および中空糸膜型人工腎臓を提供することにある。
【０００８】
さらに本発明の目的は、中空糸膜中の親水性高分子が少なくかつ血小板を吸着させない血液浄化用中空糸膜および中空糸膜型人工腎臓を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記諸目的は、以下の本発明の血液浄化用中空糸膜および中空糸膜型人工腎臓により達成される。
【００１０】
（１）ポリビニルピロリドンと疎水性高分子をその共通溶媒に溶解混合させた製膜原液から製造された中空糸膜において、該中空糸膜の外表面における疎水性高分子に対するポリビニルピロリドンの比率が５〜１７％であることを特徴とする血液浄化用中空糸膜。
【００１１】
（２）前記疎水性高分子がポリスルホン系樹脂であることを特徴とする（１）に記載の血液浄化用中空糸膜。
【００１３】
（３）前記中空糸膜の内表面に抗血栓性物質がコーティングされていることを特徴とする（１）または（２）に記載の血液浄化用中空糸膜。
【００１４】
（４）前記抗血栓性物質がビタミンＥであることを特徴とする（１）ないし（３）に記載の血液浄化用中空糸膜。
【００１５】
（５）上記（１）ないし（４）に記載された中空糸膜を有する中空糸膜型人工腎臓。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明を詳細に説明する。
【００１７】
本発明の血液浄化用中空糸膜を形成する疎水性高分子は、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリスルホン、セルローストリアセテート、ポリカーボネート、ポリアリレート等が挙げられ、これらの単独、または２種以上を組み合わせて使用してもよい。これらの疎水性高分子は、エンドトキシン吸着性を有し、人工腎臓として用いた場合に、透析液側からのエンドトキシンの血液側への侵入を防止することができる。
【００１８】
本発明の血液浄化用中空糸膜は、その製膜原液に親水性高分子を含み、製膜後、一定の洗浄処理を受け、中空糸膜に残存する。本発明に用いられる親水性高分子は、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリビニルピロリドン、ポリテトラメチレンオキサイド等の重合体又はこれらを含む共重合体を含む。好ましくは製膜性、孔径制御の容易さの点でポリビニルピロリドンが好ましい。また、好ましい重量平均分子量は、１万から５百万ダルトン、より好ましくは３万から２百万ダルトンである。透析膜として機能させるための孔径制御が容易である。
【００１９】
本発明の血液浄化用中空糸膜に残存する透析液側（通常、中空糸膜の外表面）の親水性高分子の疎水性高分子に対する比率は、５から２５％が好ましい。この範囲であれば、透析液中に含まれるエンドトキシンを有効に吸着させることができる。より好ましくは５から２０％である。透析液側の親水性高分子の疎水性高分子に対する比率は、Ｘ線光電子分光法（Ｘ−ｒａｙｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，ＸＰＳ）、赤外線分光法、核磁気共鳴法等の測定方法により測定した、該親水性高分子と該疎水性高分子の存在比率をいう。例えば、疎水性高分子としてポリスルホン樹脂（ＰＳ）、親水性高分子としてポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）を選択した場合、ＸＰＳにより、特徴的な元素であるイオウ（ＰＳ）と窒素（ＰＶＰ）の元素比とＰＳおよびＰＶＰの繰り返し単位分子量とから、中空糸膜表面に存在するＰＳとＰＶＰそれぞれの総原子量の比率を算出し求めることができる。
【００２０】
また、本発明の中空糸膜全体の疎水性高分子に対する親水性高分子の比率は、１．０から６．０重量％が好ましい。より好ましくは２．０から５．０重量％である。下限値以下では、洗浄操作を過剰に行わなければならず、効率が悪い。また、上限値以上では、中空糸膜外表面から膜内部へ向かって急激に親水性高分子の比率が上昇することとなり、エンドトキシンの吸着する領域が少なくなり好ましくない。中空糸膜全体の親水性高分子の比率は、中空糸膜を溶媒に溶解してＮＭＲ等により分析する方法や、元素分析による方法等がある。例えば、疎水性高分子としてポリスルホン、親水性高分子としてポリビニルピロリドンを用いた場合、元素分析による窒素とイオウの元素比と各高分子の繰り返し単位の分子量とから、重量比を求めることができる。
【００２１】
中空糸膜を製膜する場合、従来より用いられている湿式紡糸方法あるいは乾湿式紡糸方法が使用できる。これらの紡糸方法を行う場合、前記疎水性高分子と親水性高分子をこれらの共通溶媒に溶解し製膜原液を調整する。この共通溶媒としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルスルフォキシド等の溶媒が溶解性が高く好適であるが、これらに限定されるものではなく、また、２種以上の溶媒を混合して用いてもよい。好ましくは入手の容易さの点で、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドを単独で用いる。
【００２２】
また、製膜原液に粘度調節や孔径制御等の微調整を行うために、アルコール、グリセリン、水等を適量添加しても構わない。排液処理の点から水が好ましく、製膜原液中で０．１から５重量％が上記微調整に好ましい。
【００２３】
製膜原液中の疎水性高分子の濃度は、低すぎると膜強度が小さく、紡糸作業、組立作業を慎重に行わなければならず、効率が悪い。また、濃度が高すぎると製膜原液の粘度が上昇し、膜が緻密となり、人工腎臓としての必要な孔径得るための条件設定が難しい。疎水性高分子としてポリスルホンを用いた場合、好ましい疎水性高分子の製膜原液中の濃度は、１０から３０重量％、好ましくは１２から２５重量％、さらに好ましくは１５から１９重量％である。詳細には、疎水性高分子の種類、分子量等により好ましい濃度範囲が変動するため、この範囲に限定されるものではない。
【００２４】
製膜原液中の親水性高分子の濃度は、低すぎると良好な孔径制御が困難となり、高すぎると製膜原液の粘度が上昇し、紡糸性が悪化する。親水性高分子として重量平均分子量４．５万ダルトンのポリビニルピロリドンを用いた場合、好ましい製膜原液中の濃度は、５から１５重量％、より好ましくは７から１０重量％である。分子量が高いものを用いた場合は、低い濃度でもよく、分子量が低いものを用いた場合は、高い濃度が好ましい。
【００２５】
湿式紡糸あるいは乾湿式紡糸の際、２重管ノズルの内管より吐出する内部液としては、上記共通溶媒と水との混合物が主として用いられる。製膜原液の凝固速度の制御のために上記共通溶媒を２種以上混合したものや、他の液体を混合してもよい。
【００２６】
２重管ノズルより吐出された製膜原液は、水を主体とした凝固浴に浸漬される。製膜原液は、凝固浴によって、中空糸膜としてしっかり形づけられる。その後、必要に応じ水洗浴に浸漬され水洗される。水洗浴の温度が高いほど、外表面のＰＶＰが洗浄される。中空糸膜の外表面のＰＶＰを好ましい比率に調節するために、水洗浴の温度を４０から８０℃とすることが好ましい。特に５０から７０℃で洗浄することが好ましい。該水洗浴の洗浄水は、中空糸膜の周囲を移動しているほうが洗浄効率が高いため、洗浄水を循環させて用いても良い。この際、循環中に洗浄水中のＰＶＰ濃度が徐々に高くなり洗浄効率が低下してくるので、常に新たな洗浄水を供給することが好ましい。１時間に供給する新たな洗浄水の量が、洗浄水総量の１０から５０％であることが好ましい。
【００２７】
水洗浴で洗浄された中空糸膜は巻き取りが行われ、さらに温水、アルコール、アルコールと水との混合溶液等で洗浄することにより中空糸膜外表面のＰＶＰを積極的に洗浄することが可能である。このようにして得られた中空糸膜の外表面の親水性高分子の存在比率を５から２５％、好ましくは５から２０％とすることにより、外表面へのエンドトキシン吸着能が得られる。親水性高分子の外表面存在比率が５％未満であると、水透過性が減少する。親水性高分子の外表面存在比率が２５％を越えると外表面の親水性が高くなり、エンドトキシンの吸着能が低下する。
【００２８】
また、本発明の血液浄化用中空糸膜は、血液と接触する中空糸内表面の血小板付着を抑制するため、抗血栓性物質を付与することが好ましい。中空糸膜外表面の親水性高分子の存在比率を５から２５％とした場合、内表面の親水性高分子の存在比率も低下し、血小板が付着しやすくなるからである。抗血栓性物質とはスチレン−ヒドロキシエチルメタクリレート共重合体、親水基を有する（メタ）アクリル酸系モノマーと疎水基を有する（メタ）アクリル酸系モノマーとの重合体のような親水性部分と疎水性部分を有する高分子物質、エイコサペンタエン酸やドコサヘキサエン酸等の長鎖不飽和脂肪酸、ビタミンＥ等の脂溶性ビタミン類などが挙げられる。処理の容易さや熱に対する安定性が高い点からビタミンＥが好ましい。ビタミンＥとしてはα−トコフェロール、β−トコフェロール、γ−トコフェロール、δ−トコフェロール、α−酢酸トコフェロール、α−ニコチン酸トコフェロールなどが挙げられる。
【００２９】
（実施例１）
ポリスルホン（Ｐ−１７００）１９重量％、ポリビニルピロリドン（Ｋ−３０）９重量％、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド７２重量％を均一溶解させ製膜原液を調整した。内部液はＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド６０重量％、水４０重量％の混合液を用いた。
【００３０】
上記の製膜原液と内部液をそれぞれ２重管吐出ノズルの外管および内管から同時に空気中に吐出し、水が満たされた凝固浴を通過させた。凝固浴を通過させた後、６０℃の温水を１Ｌ／分で１時間シャワー洗浄した。
【００３１】
シャワー洗浄後、中空糸膜を巻き取り１万本の束にし、さらに１１０℃１時間水中で処理し、洗浄した。
【００３２】
（実施例２）
ポリスルホン（Ｐ−１７００）１９重量％、ポリビニルピロリドン（Ｋ−３０）９重量％、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド７２重量％を均一溶解させ製膜原液を調整した。内部液は、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド６０重量％、水４０重量％の混合液に対して０．１重量％のα−酢酸トコフェロールと０．１重量％のポリエチレングリコール−ポリプロピレングリコール共重合体（プルロニックＦ−６８、旭電化工業社製）を添加して用いた。
【００３３】
上記の製膜原液と内部液をそれぞれ２重管吐出ノズルの外管および内管から同時に空気中に吐出し、水が満たされた凝固浴を通過させた。凝固浴を通過させた後、６０℃の温水を１Ｌ／分で１時間シャワー洗浄した。
【００３４】
シャワー洗浄後、中空糸膜を巻き取り１万本の束にし、さらに１１０℃１時間水中で処理し、洗浄した。
【００３５】
（比較例１）
ポリスルホン（Ｐ−１７００）１９重量％、ポリビニルピロリドン（Ｋ−３０）９重量％、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド７２重量％を均一溶解させ製膜原液を調整した。内部液は、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド６０重量％、水４０重量％の混合液して用いた。
【００３６】
上記の製膜原液と内部液をそれぞれ２重管吐出ノズルの外管および内管から同時に空気中に吐出し、水が満たされた凝固浴を通過させた。凝固浴を通過させた後、６０℃の温水を１Ｌ／分で１０分間シャワー洗浄した。
【００３７】
（比較例２）
ポリスルホン（Ｐ−１７００）１９重量％、ポリビニルピロリドン（Ｋ−３０）１重量％、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド８０重量％を均一溶解させ製膜原液を調整した。内部液は、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド６０重量％、水４０重量％の混合液して用いた。
【００３８】
上記の製膜原液と内部液をそれぞれ２重管吐出ノズルの外管および内管から同時に空気中に吐出し、水が満たされた凝固浴を通過させた。凝固浴を通過させた後、６０℃の温水を１Ｌ／分で１時間シャワー洗浄した。
【００３９】
シャワー洗浄後、中空糸膜を巻き取り１万本の束にし、さらに１１０℃１時間水中で処理し、洗浄した。
【００４０】
実施例１、２、比較例１、２で得られた中空糸膜の外表面のポリビニルピロリドンの存在比率をＸＰＳにより測定し、さらに、中空糸膜の内側と連通する血液入口と血液出口、および中空糸膜の外面側と連通する透析液入口と透析液出口とを有するハウジングを用いて有効膜面積１．５ｍ^２の中空糸膜型人工腎臓を作製し、透水性能とエンドトキシン吸着能を測定した。測定結果を表１に示す。
【００４１】
透水性能の測定は、上記中空糸膜型人工腎臓を用いて、逆浸透水を中空糸膜の内側に流速２００ｍｌ／ｍｉｎで送水し、中空糸膜の外面より流速１５ｍｌ／ｍｉｎで濾過し、その時の膜間圧力差を測定して算出した。
【００４２】
エンドトキシンの吸着能の測定は、上記中空糸膜型人工腎臓を用いて以下の通り行った。エンドトキシン濃度８００ＥＵ／Ｌの透析液を、透析液入口より流速３０ｍｌ／ｍｉｎで送液し、透析液出口からの流出量をポンプを用いて５ｍｌ／ｍｉｎに制御し、積極的に中空糸膜の外面側から内側へエンドトキシンを含有する透析液の濾過を４時間行い、中空糸膜の外側から中空糸膜の内側へ濾過された透析液を貯留し、該貯留液のエンドトキシン濃度を測定した。試験液は再循環せず、一方向にのみ流通した。
【００４３】
【表１】

【００４４】
表１の通り、実施例１、２は、比較例１と同等の透水性能を有し、かつ、エンドトキシンの吸着能を有している。一方、比較例１は、４時間の透析液の逆濾過により、血液側へエンドトキシンが検出された。また、比較例２は、血液側のエンドトキシンは検出されなかったが、透水性能が著名に減少した。
【００４５】
（実施例３）
ヒドロキシエチルメタクリレート、メチルメタクリレートおよびブチルメタクリレートのランダム共重合体（ポリマー１）とポリパーフルオロアルキルメタクリレート（ポリマー２）のブロック共重合体（ポリマー１と２の比率は重量比５０：５０、平均分子量３５，０００）のポリマー濃度３０％メチルイソブチルケトン溶液をメタノールでポリマー濃度を０．７％に希釈した。この溶液を実施例１のPS膜内面に通液した後５０℃の乾燥にて溶媒を除去し、ポリマーをPS膜上にコーティングした。
【００４６】
得られた中空糸膜で有効膜面積１．５ｍ^２の人工腎臓の透水性能は３２０ｍｌ／ｍｍＨｇ・ｈｒであった。
【００４７】
（血小板数の経時変化）
実施例１、実施例２および実施例３で得られた中空糸膜を用いて膜面積３００ｃｍ^２のミニモジュールを作製した。
【００４８】
家兎（体重２．７〜３．３ｋｇ）を用い、ネンブタール生食２倍希釈液１ｍｌ／ｋｇを静注して麻酔した。固定台に家兎を固定し頸動静脈の血管を確保し、回路及びミニモジュールを接続して血流量ＱＢ＝１０ｍｌ／ｍｉｎで抗凝固剤を用いずに２時間循環した。採血は、ミニモジュールの動脈側採血ポートから行い、血小板数の経時変化を測定した。なお、血小板の変化率はヘマトクリット値にて補正した（下式）。
【００４９】
【数１】

【００５０】
結果を表２に示す。
【００５１】
【表２】

【００５２】
（赤血球膜MDAの測定）
膜面積６００ｃｍ^２の実施例１、実施例２のミニモジュールを用いて、以下の操作を行った。
【００５３】
まず、滅菌済みミニモジュールを５０ｍｌ生食でプライミングし、１０Ｕ／ｍｌヘパリン加血をミニモジュールに充填して３７℃で６時間インキュベートした。その後、ミニモジュールから血液を回収し、血球計算機（ＳｙｓｍｅｘＳＥ９０００、東亜医用電子株式会社）により赤血球数をカウント（血算）した。また、ミニモジュールから回収した血液１．８ｍｌ（血算済み）を血漿分離（３，０００ｒｐｍ、１５ｍｉｎ、４℃）により血漿を除去し、１０ｍＭＰＢＳ（ｐＨ８．０）５．４ｍｌに沈殿した赤血球を懸濁させ、遠心分離（３，０００ｒｐｍ、１５ｍｉｎ、４℃）し、上清のＰＢＳを除去して洗浄した。この洗浄操作を合計３回行った後、上清のＰＢＳを除去し、５ｍＭＰＢＳ（ｐＨ８．０）５．４ｍｌを添加し、赤血球を溶血させた。
【００５４】
上記溶血させた試料を遠心分離（１０，０００ｒｐｍ、１５ｍｉｎ、４℃)して、上清のＰＢＳを除去し２．５ｍＭＰＢＳ（ｐＨ８．０）５．４ｍｌを赤血球に混合し溶血させる。さらに遠心分離（１０，０００ｒｐｍ、１５ｍｉｎ、４℃)して、上清のＰＢＳを除去し１．２５ｍＭＰＢＳ（ｐＨ８．０）５．４ｍｌを赤血球に混合し溶血させ、遠心分離（１０，０００ｒｐｍ、１５ｍｉｎ、４℃)した。１．２５ｍＭＰＢＳでの溶血、遠心分離、洗浄操作を合計５回繰り返す。最後に上清のＰＢＳを除去した後、１．２５ｍＭＰＢＳで全量を２mlに合わせた。
【００５５】
上記の調整法によって得られた赤血球膜を試料としてＴＢＡ法によりＭＤＡ（マロンジアルデヒド）を測定した（過酸化脂質テストワコー：和光純薬工業社製）。操作方法を以下に示す。
【００５６】
結果を表３に示す。
【００５７】
【表３】

【００５８】
中空糸膜内面側に抗血栓性物質をコーティングすることにより、血小板の減少を抑制することができることがわかる。また、ビタミンＥを用いた場合には赤血球膜脂質の過酸化を抑制できることがわかる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明してきた通り、本発明は、親水性高分子と疎水性高分子が混合された製膜原液から製膜された中空糸膜において、外表面へエンドトキシンを吸着する血液浄化用中空糸膜および中空糸膜型人工腎臓を得ることができる。
【００６０】
さらに本発明は、中空糸膜中の親水性高分子が少なくかつ血小板を吸着させない血液浄化用中空糸膜および中空糸膜型人工腎臓を得ることができる。

Claims

ポリビニルピロリドンと疎水性高分子をその共通溶媒に溶解混合させた製膜原液から製造された中空糸膜において、該中空糸膜の外表面における疎水性高分子に対するポリビニルピロリドンの比率が５〜１７％であることを特徴とする血液浄化用中空糸膜。
前記疎水性高分子がポリスルホン系樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の血液浄化用中空糸膜。
前記中空糸膜の内表面に抗血栓性物質がコーティングされていることを特徴とする請求項１または２に記載の血液浄化用中空糸膜。
前記抗血栓性物質がビタミンＥであることを特徴とする請求項１ないし３に記載の血液浄化用中空糸膜。
請求項１ないし４に記載された中空糸膜を有する中空糸膜型人工腎臓。