JP6790268B2 - 移植用チャンバーおよび移植用デバイス - Google Patents
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Description
本発明は、耐久性が高く、内包される生物学的構成物の長期維持が可能である移植用チャンバーを提供することを課題とする。本発明はまた、生物学的構成物の長期維持が可能である耐久性の高い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、物理的構造特に孔径が変化しにくい多孔質膜を用いて移植用チャンバーを作製することにより上記の課題を解決することをすべく検討を重ね、本発明を完成させた。
<1>移植用チャンバーであって、
上記移植用チャンバーの内部と外部との境界に免疫隔離膜を有し、
上記免疫隔離膜が多孔質膜を含み、
上記多孔質膜は、90℃の水に3時間浸漬した後の膜面方向の熱収縮率のうち最大の熱収縮率が0.00%以上5.00%以下でありかつ上記膜面方向の熱収縮率のうち、最大の熱収縮率と最小の熱収縮率との差が0.00%以上1.30%以下である上記移植用チャンバー。
<2>上記内部に通じるチューブを有し、
上記多孔質膜の一部と上記チューブの一部とが融着されており、かつ上記最大の熱収縮率が0.05%以上である<1>に記載の移植用チャンバー。
<3>上記チューブがポリエチレン、ポリウレタン、またはポリ塩化ビニルを含む<2>に記載の移植用チャンバー。
<4>上記多孔質膜がポリマーを含む<1>〜<3>のいずれかに記載の移植用チャンバー。
<6>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を含む<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25μm以上100μm以下である、<1>〜<6>のいずれかに記載の移植用チャンバー。
<8>上記多孔質膜のバブルポイント径が0.02μm以上25μm以下である、<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。
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、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。
免疫隔離膜の厚みは、特に限定されないが、10μm〜500μmであればよく、10μm〜250μmであることが好ましく、15μm〜200μmであることがより好ましい。
(多孔質膜の熱収縮率)
本発明の移植用チャンバーにおいて、多孔質膜は、膜面方向の熱収縮率のうち最大の熱収縮率が0.00%以上5.00%以下でありかつ上記膜面方向の熱収縮率のうち、最大の熱収縮率と最小の熱収縮率の差が0.00%以上1.30%以下である。熱収縮率が低く、膜面方向の熱収縮率が等価である多孔質膜は孔径が変化しにくい。本発明者らは、熱収縮率についての具体的な値として、上記の値の範囲とすることにより、物質透過性が変化しにくい移植用チャンバーを提供できることを見出した。
上記最大の熱収縮率は、2.00%以下であることが好ましく、1.00%以下であることがより好ましい。また、最大の熱収縮率と最小の熱収縮率の差は0.50%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。
A:切り出した直後の円形の中心を通る直線の中で最も短い直線の長さ(mm)
B:切り出した直後の円形の中心を通る直線の中で最も長い直線の長さ(mm)
(最大熱収縮率)=(d−A)/d×100%
(最小熱収縮率)=(d−B)/d×100%
(熱収縮率差)=(最大熱収縮率)−(最小熱収縮率)
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〜500μmであればよく、10μm〜250μmであることが好ましく、15μm〜200μmであることがより好ましい。
多孔質膜は、厚み方向で孔径分布を有することが好ましい。また、多孔質膜は、孔径が最小となる層状の緻密部位を内部に有することが好ましい。さらに、この緻密部位から多孔質膜の少なくとも一方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ことが好ましい。孔径は、後述する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、本発明の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。
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。
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。
多孔質膜はポリマーを含んでいればよい。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。
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、ポリフッ化ビニリデン、ポリカーボネートが好ましく、ポリスルホンがより好ましい。
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。
多孔質膜の製造方法としては流延法が好ましい。熱収縮率が低く、膜面方向の熱収縮率が等価である多孔質膜を容易に作製できるからである。
流延法においては、支持体上にポリマーを含む製膜原液が流延される。製膜原液がポリマーとともに含む添加剤や溶媒の選択により、製造される膜に所望の多孔性を付したり、その孔径を調整したりすることができる。
(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。
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。
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。
免疫隔離膜は移植用チャンバーの内部と外部との境界を形成する面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。
免疫隔離膜が移植用チャンバーの内部と外部との境界の全面に配置されていないとき、残りの面は、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。
また、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。
移植用チャンバーは、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。
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。
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。
ポリスルホン多孔質膜
ポリスルホン(ソルベイ社製 P3500)15質量部、ポリビニルピロリドン(K−30)15質量部、塩化リチウム1質量部、水2質量部をN−メチル−2−ピロリドン67質量部に溶解して製膜原液を得た。この製膜原液をPETフィルム表面に流延した。上記流延した液膜表面に30℃、相対湿度80%RHに調節した空気を2m/secの速度で5秒間当てた。その後直ちに65℃の水を満たした凝固液槽に浸漬した。PETフィルムを剥離して多孔質膜を得た。その後、80℃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の厚み50μmの多孔質膜を得た。
酢酸セルロース(CA1:置換度2.9)5質量部をジメチルクロライド55質量部に溶解し、この溶液にメタノールを少量ずつ34質量部添加した。次いで、この溶液にグリセリン0.2質量部と純水6質量部とを少量ずつ添加して未溶解物が殆どない状態の溶液とし、濾紙で濾過することにより、ドープを調製した。
調製したドープをギヤーポンプで送液し、さらに、ろ過を行ってから、エンドレスバンド上に載せて搬送されるポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム上にダイから流延した。
この流延膜を20〜40℃の乾燥風により20分間乾燥した。
エンドレスバンドから、フィルムをPETとともに剥ぎ取り、これを15分間、80〜120℃で熱風乾燥して巻き取り機で巻き取った。なお、PET上の酢酸セルロースには、多数の微細孔が形成されていた。
剥離バーを用いて、酢酸セルロース微細多孔質膜をPETから分離し、実施例5の多孔質膜を得た。
酢酸セルロース(置換度2.9)を別の酢酸セルロース(CA2:置換度2.5)に代える以外は実施例4と同様の手順で膜を作製し実施例6の多孔質膜を得た。
ポリフッ化ビニリデン樹脂15質量部、ジメチルアセトアミド65質量部、ポリエチレングリコール20質量部を混合後、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレエート1質量部を加えて混合溶液を得た。これをガラス上に流延し、ただちに65℃の水中に3分間浸漬し、20℃水中で水洗後乾燥した。
続いて、40℃の30質量%の水酸化ナトリウム水溶液に20分間浸漬後、20℃水中で水洗後乾燥して実施例7の多孔質膜を得た。
ポリカーボネートフィルム(厚み20μm)にヘリウムイオンビームを入射角がこのフィルムの主面に垂直な方向となるように照射した。アルゴンイオンの照射密度は、1.0×107個/cm2とした。得られたフィルムを60℃の6N水酸化ナトリウム水溶液に2分間浸漬後、60℃の純水に10分間浸漬して洗浄し、30℃の乾燥オーブンに60分収容して乾燥させ実施例8の膜を得た。
PTFEパウダー100質量部に液状潤滑剤(流動パラフィン)20質量部を加えた混和物を予備成形し、ペースト押出しにより丸棒状に成形した。このPTFE成形物を、ロール圧延により厚さ0.2mmとした後、抽出溶媒(デカン)を用いて液状潤滑剤を除去し、150℃に加熱した乾燥機で抽出溶媒も除去し、PTFEシートを得た。
得られたシートを2軸延伸機を用いて延伸温度300℃、延伸速度50%/秒の条件で、まず幅方向に約5倍に延伸(第1延伸)した後、次いで2軸方向に同時に延伸(第2延伸)した。第2延伸においては50%/秒の速度で2軸それぞれの方向に同じ7倍に延伸した。延伸の後、膜寸法を固定した状態で380℃で10分間加熱して焼成し比較例1の膜を得た。
特開2011−208125号公報の実施例1に記載の方法で、熱固定温度を変化させることで、所望の熱収縮率の2軸延伸PETフィルムを得た。
このフィルムに対し、アルゴンイオンビームを入射角がこのフィルムの主面に垂直な方向となるように照射した。アルゴンイオンの照射密度は、2.0×107個/cm2とした。照射後のフィルムを60℃に保持したエッチング処理液(エタノール濃度40質量%、水酸化カリウム濃度14質量%の水溶液)に1分間浸漬した。その後、エッチング処理液からフィルムを取り出し、これを60℃の純水に10分間浸漬して洗浄した後、30℃の乾燥オーブンに60分収容して乾燥させ比較例2の膜を得た。
特開2011−208125号公報の実施例1に記載の方法のうち、熱固定温度を変更した以外は比較例2と同様の手順で比較例3の膜を得た。
熱収縮評価
作製した膜を直径47mmの円形に切り出し、円の中心に印をつけた。切り出した膜を90℃熱水に3時間浸漬した。25℃の湿潤状態で膜の以下A、Bを測定後、下記の式に従って最大熱収縮率と最小熱収縮率および熱収縮率比を求めた。
A:中心印を通る直線の中で最も短い直線の長さ(mm)
B:中心印を通る直線の中で最も長い直線の長さ(mm)
(最大熱収縮率)=(47−A)/47×100%
(最小熱収縮率)=(47−B)/47×100%
(熱収縮率差)=(最大熱収縮率)−(最小熱収縮率)
バブルポイント径は、パームポロメータ(西華産業製 CFE−1200AEX)を用いた細孔径分布測定試験において、GALWICK(Porous Materials,Inc社製)で完全に濡らした膜のサンプルに対して空気圧を5cm3/minで増大させて評価した。
構造評価
・多孔質膜2枚を向かい合わせ、周縁部同士を1mm幅でインパルス式ヒートシーラーを用いて、直接接合して、20mm角の正方形(多孔質膜の非接合部が20mm角の正方形)の袋状の移植用チャンバーを作製した。
・移植用チャンバーを90℃熱水で3時間浸漬後、下記(a)〜(c)を評価した。
1:発生なし
2:僅かな反りやシワが発生
3:小さな反りやシワが発生
4:大きな反りやシワが発生
(b)寸法評価(25℃湿潤状態で評価した。)
4辺のうち最も大きく収縮した辺の収縮率で評価した。
(c)孔径変化
熱水浸漬後に乾燥した移植用チャンバーから膜を切り出してバブルポイント径を測定し、熱水浸漬前のバブルポイント径に対する減少分「(浸漬前−浸漬後)/浸漬前」としてを算出した。
・コスモ・バイオ株式会社製膵島培養キット(ラット)を用いて膵島細胞を準備した。
・多孔質膜2枚を向かい合わせ、一部を残して周縁部(外周)同士を1mm幅でインパルス式ヒートシーラーを用いて、直接接合して、20mm角の正方形(多孔質膜の非接合部が20mm角の正方形)の袋状の移植用チャンバーを作製した。
・90℃熱水で3時間浸漬後に乾燥させた。
・移植用チャンバーをエチレンオキシドガスで滅菌し、未接合部から袋内に膵島細胞を入れ、未接合部を上記と同様に接合して封入した。
・移植用チャンバー(移植用デバイス)をI型糖尿病のモデルラットへ移植し、2週間後の血糖値の改善率(以下式)を評価した。
(改善率)=(移植前血糖値−移植後血糖値)/(移植前血糖値−正常値)×100%
多孔質膜2枚を向かい合わせ、周縁部の1辺の中央部の間にポリエチレン製チューブ(ベクトン・ディッキンソンアンドカンパニー社製、イントラメディックポリエチレンチュービングPE100)を挟みこんだ。上記チューブに太さ1.2mmのステンレス針金を挿入し、インパルス式ヒートシーラーを用いて多孔質膜とチューブを接合するとともに、チューブを挟みこんだ辺において多孔質膜同士を直接接合した。続いて、残りの3辺を同様にして直接接合し、チューブに挿入した針金を除去してチューブ付き移植用チャンバーを作製した。
(改善率)=(移植前血糖値−移植後血糖値)/(移植前血糖値−正常値)×100%
さらに、移植後2週間後にチャンバーをラットから取り出し、チャンバーの外観を観察することにより、移植後のチューブ接合部の剥離評価を行なった。
以上の結果を表1〜表3に示す
Claims (11)
- 移植用チャンバーであって、
前記移植用チャンバーの内部と外部との境界に免疫隔離膜を有し、
前記免疫隔離膜が多孔質膜を含み、
前記多孔質膜は、90℃の水に3時間浸漬した後の膜面方向の熱収縮率のうち最大の熱収縮率が0.00%以上5.00%以下でありかつ上記膜面方向の熱収縮率のうち、最大の熱収縮率と最小の熱収縮率との差が0.00%以上1.30%以下である前記移植用チャンバー。 - 前記内部に通じるチューブを有し、
前記多孔質膜の一部と前記チューブの一部とが融着されており、かつ前記最大の熱収縮率が0.05%以上である請求項1に記載の移植用チャンバー。 - 前記チューブがポリエチレン、ポリウレタン、またはポリ塩化ビニルを含む請求項2に記載の移植用チャンバー。
- 前記多孔質膜がポリマーを含む請求項1〜3のいずれか一項に記載の移植用チャンバー。
- 前記免疫隔離膜がポリマーを含む多孔質膜からなる請求項1〜4のいずれか一項に記載の移植用チャンバー。
- 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を含む請求項1〜5のいずれか一項に記載の移植用チャンバー。
- 前記多孔質膜の厚みが25μm以上100μm以下である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の移植用チャンバー。
- 前記多孔質膜のバブルポイント径が0.02μm以上25μm以下である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の移植用チャンバー。
- 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。
- 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。
- 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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