JP2013226413A - 血液凝固基質および医療デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】異種粉末または泡を組み込まずに、血液凝固を促進するように働く、簡単な合成ポリマーから作製された一体形成の基質および血液凝固を促進する方法の提供。
【解決手段】ポリプロピレンフィルムの表面から伸びる酸素プラズマ処理した複数のポリプロピレンピラーを有する血液凝固基質およびデバイス、およびフィルムの表面から伸びる酸素プラズマ処理した複数のポリプロピレンピラーを有するポリプロピレンフィルムを含む血液凝固医療デバイスと血液を接触させることを含む、血液凝固を促進する方法。前記ピラーが直径約０．８〜約３μｍであり、約０．５〜約４０のアスペクト比であり、前記ピラーの表面酸含量が約２１％である血液凝固基質。
【選択図】なし
【解決手段】ポリプロピレンフィルムの表面から伸びる酸素プラズマ処理した複数のポリプロピレンピラーを有する血液凝固基質およびデバイス、およびフィルムの表面から伸びる酸素プラズマ処理した複数のポリプロピレンピラーを有するポリプロピレンフィルムを含む血液凝固医療デバイスと血液を接触させることを含む、血液凝固を促進する方法。前記ピラーが直径約０．８〜約３μｍであり、約０．５〜約４０のアスペクト比であり、前記ピラーの表面酸含量が約２１％である血液凝固基質。
【選択図】なし
Description
本発明は、高分子血液凝固基質に関する。
血液凝固基質における血液凝固活性の改善は、現在も継続して必要とされている。そのような構造体は、内科的応用、外科的応用等のような様々なアプリケーション（応用、適用）において、または血液凝固時間の短縮が望まれるいついかなる場合にも、使用に適合することができる。
現在、多くの血液凝固基質が市販されている。どちらも天然産物であるフィブリノゲンおよび／またはトロンビンを組み込んだ止血包帯が入手可能である。しかし、これらの天然由来の産物は、その原資料からの単離、適切な基質形態への形成、およびその後の滅菌を必要とするので、止血基質として使用するために入手し調製するには高価となり得る。同様に、ゼオライト結晶またはキトサンなどの様々な添加物を止血促進剤として組み込んだ止血包帯が存在する。この場合もやはり、これらの基質の調製には、これらの固体粉末材料を基質に安定して組み込むには複雑なプロセスが必要であるため、費用がかかり得る。
米国特許第８，１３３，４８４号明細書では、ゼラチンおよびトランスグルタミナーゼなどの非毒性の架橋剤を含む接着材料を開示している。この接着材料は止血製品として医療目的において有用である。また、止血製品は創傷組織の治療のために有用である。この特許の背景の章では、止血デバイスの詳細な歴史を開示する。
比較的安価な合成材料から作製することができ、異物を組み込まずに血液凝固を促進するのに適切な表面特性を備えた、比較的簡単なデザインを有する血液凝固基質を開発することは望ましい。
米国特許第７，７４５，２２３号明細書では、イオン化された原子または分子に暴露して表面を処理することにより、フィブリン／フィブリノゲンおよび血小板のような血液固有の成分の表面相互作用を増大させることによって、凝固した血液の表面への付着強度を高める方法を開示している。この発明による表面処理は、血液診断（例えば、止血分析）において使用されるプラスチックの使い捨て製品、ならびに動脈シーリングのような医療用インプラントに適用される。血液凝固の付着の改善は、測定不良を減少させ診断のより高い安全性（例えば、増加した血小板含有量を有する患者に対して）および特別な試験（例えば、線溶亢進診断）により良好な有意性をもたらす。
米国特許第５，３４４，６１１号明細書および米国特許第５，４５５，００９号明細書では、高分子血液採取チューブの内壁表面をプラズマ処理することによって、またはプラズマ処理したプラスチック挿入物をそのような採取チューブに挿入することによって、血液採取装置の止血時間を短縮させるプロセスを述べている。しかし、米国特許第５，３４４，６１１号明細書は、プラズマ処理したプラスチック製品のすべてが凝固時間の短縮を示すわけではないことを開示する。
本発明者らは、異種粉末または泡を組み込まずに、血液凝固を促進するように働く、簡単な合成ポリマーから作製された一体形成の基質を見出した。
本発明は、ポリプロピレンフィルムの表面から伸びる酸素プラズマ処理した複数のポリプロピレンピラーを含む血液凝固基質に関する。
別の実施形態では、本発明は、ポリプロピレンフィルムの表面から伸びる酸素プラズマ処理した複数のポリプロピレンピラーを含む血液凝固基質と血液を接触させることを含む、血液凝固の方法に関する。
別の実施形態では、本発明は、ポリプロピレンフィルムの表面から伸びる酸素プラズマ処理した複数のポリプロピレンピラーを有するポリプロピレンフィルムおよび基質を含む血液凝固医療デバイスと血液を接触させることを含む、血液凝固を促進する方法に関する。
別の実施形態では、本発明は、血液凝固基質を形成する方法であって、ａ）窪み部（ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ）を備える溶媒に可溶なモールド（鋳型）を準備するステップと、ｂ）モールドにポリプロピレンフィルムを供給し、モールドの窪み部にポリプロピレンを充填するステップと、ｃ）ステップｂ）のポリプロピレンおよびモールドを処理しポリプロピレンを実質的に凝固させるステップと、ｄ）溶媒（ポリプロピレンは溶解せず、モールドを溶解するように選択される）にモールドおよびポリプロピレンを暴露し、モールドを溶解させ、ピラー化した基質を得るステップと、およびｅ）ピラー化した基質を酸素プラズマ処理するステップを含む方法に関する。
本発明は、湿潤性を高めるためにさらに酸素プラズマ処理した場合に、血液凝固を促進させる、一体型で、長さ対直径が高アスペクト比（ＨＡＲ）の、フィルム上にポリプロピレン（ＰＰ）のサブミクロンからミクロンサイズのピラーが密に充填した表面の特徴を有するポリプロピレンフィルムに関する。
１つの実施形態では、ピラーは０．２〜５ミクロン、好ましくは約０．８μｍ〜約３μｍの範囲の平均直径、および約０．５〜約４０、好ましくは約２〜約２５のアスペクト比（長さ／直径）を有する。特に好ましい実施形態では、ピラーは約１μｍの直径および約２０μｍの高さを有する。
ポリプロピレンフィルム／ピラーの表面は、マイクロ波プラズマ処理装置を用いて酸素プラズマ処理（１００Ｗ、３０秒）される。酸素プラズマ処理は、酸素プラズマ処理していないポリプロピレンフィルムおよびピラーと比較して、その表面により高い酸素含量を有するポリプロピレンフィルムおよびピラーを生じさせる。処理の程度に依存して、ポリプロピレンフィルムおよびピラーは約２１％の酸素含量を有し得る。
酸素プラズマ処理したフィルムおよびピラーは、静止時の水接触角が約１５°未満の基質となるため、ポリプロピレンが高度の疎水性であることは周知であるにもかかわらず、基質は超親水性を示す。
図２のグラフに示すように、突出した表面ピラーを有する酸素プラズマ処理したポリプロピレンフィルムは、有利に、フィルムなし対照の１．０の凝固時間を標準として、０．２の凝固時間を示す。
さらに別の実施形態では、血液凝固基質の表面は実質的に平面であり、ピラーはその平面に対して約±４５°以内の垂直、より好ましくは平面に対して約±３０°以内の垂直である。
別の実施形態では、血液凝固基質は１×１０５〜６×１０８ピラー／ｃｍ２のピラー密度を有する。本発明の目的において、「ピラー密度」は付着構造体表面の平方センチメートル当たりに存在するピラーの数と表すことができる。
さらに別の実施形態では、血液凝固基質はその表面に約１×１０７〜約５×１０７ピラー／ｃｍ２の範囲のピラー密度を有する。
別の実施形態では、本発明は、フィルムの表面から伸びる酸素プラズマ処理した複数のポリプロピレンピラーを有するポリプロピレンフィルムおよび基質を含む、血液凝固医療デバイスに関する。
デバイスのポリプロピレンフィルム／ピラーの表面は、マイクロ波プラズマ処理装置を用いて酸素プラズマ処理（１００Ｗ、３０秒）される。酸素プラズマ処理は、酸素プラズマ処理していないポリプロピレンフィルムおよびピラーと比較して、その表面により高い酸素含量を有するポリプロピレンフィルムおよびピラーを生じさせる。処理の程度に依存して、ポリプロピレンフィルムおよびピラーは約２１％の酸素含量を有し得る。
好ましい実施形態では、血液凝固医療デバイスのポリプロピレンフィルムは酸素プラズマ処理され、約０．８μｍ〜約３μｍの直径、約０．５〜約４０、好ましくは約２〜約２５のアスペクト比のピラーを有する。好ましい実施形態では、ピラーは約１μｍの直径および約２０μｍの高さを有する。
酸素プラズマ処理したフィルムおよびピラーは、静止時の水接触角が約１５°未満となる血液凝固医療デバイスをもたらすため、ポリプロピレンが高度の疎水性であることは周知であるにもかかわらず、デバイスは測定において超親水性を示す。血液凝固医療デバイスは、未処理フィルムの０．９の標準化凝固時間に対して、０．２の標準化凝固時間を示す。
本発明の別の実施形態は、ポリプロピレンフィルムの表面から伸びる複数のポリプロピレンピラーを含む血液凝固基質であって、そのポリプロピレンフィルムおよびピラーが酸素プラズマ処理された血液凝固基質と血液を接触させることを含む、血液凝固を促進する方法に関する。
あるいは、本発明は、フィルムの表面から伸びる酸素プラズマ処理した複数のポリプロピレンピラーを有するポリプロピレンフィルムを含む血液凝固医療デバイスと血液を接触させることを含む、血液凝固を促進する方法に関する。
別の実施形態では、血液凝固基質は、鋳型、高分子自己組織化、リソグラフィおよびエッチングを用いたナノまたはマイクロ成形加工から選択されるプロセスによって少なくとも部分的に形成される。例えば、血液凝固基質を形成する方法は、ａ）窪み部を備えた溶媒に可溶なモールド（鋳型）を準備するステップと、ｂ）モールドにポリプロピレンフィルムを供給し、モールドの窪み部にポリプロピレンを充填するステップと、ｃ）ステップｂ）のポリプロピレンおよびモールドを処理し、ポリプロピレンを実質的に凝固させるステップと、ｄ）溶媒（ポリプロピレンは溶解せず、モールドを溶解するように選択される）にモールドおよびポリプロピレンを暴露し、モールドを溶解させ、ピラー化した基質を得るステップと、およびｅ）ピラー化した基質を酸素プラズマ処理するステップを含む。
本発明を、非限定的な例として、本発明の様々な実施形態を例証する図面を参照として付け加え、以下の記述においてさらに説明する。
（例１）
この実施例は、高アスペクト比を有するポリプロピレンの密に充填された表面構造体を酸素プラズマ処理して、表面により高い表面積とより高い酸素含量を生じさせることができ、このようにしてより速い全血凝固時間をもたらすことができることを示す。ポリカーボネート膜をモールドとして使用し、以下のようなインプリンティングプロセスを用いて、直径１ミクロンおよび高さ２０ミクロンのポリプロピレンピラーを製造した。
・直径１ミクロンの細孔および２．５ｃｍの円直径を有する厚さ２０ミクロンの市販のトラックエッチポリカーボネート膜をＭｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｉｌｌｅｒｉｃａ，ＭＡ，ＵＳＡから入手した。
・該膜を鋳型として使用し、Ｅｔｈｉｃｏｎ，Ｉｎｃ．ｏｆ Ｓｏｍｅｒｖｉｌｌｅ，ＮＪ，ＵＳＡから入手した厚さ３００ミクロンの耐溶媒性のポリプロピレン高分子フィルムをインプリントした。ポリプロピレンフィルムを高温および高圧下（１８０℃、６００ｋＰａ（６バール））で２０分間、ポリカーボネート膜鋳型にプレスして、ポリプロピレンを融解した。
・ポリプロピレン高分子と膜を１７５℃に冷却した後、圧を解除し、その後、膜をジクロロメタンに溶解することによって高分子構造体を型から取り離して解放した。
・マイクロ波プラズマ処理装置を１００Ｗで３０秒間用いて、一部のフィルムを酸素プラズマ処理した。
この実施例は、高アスペクト比を有するポリプロピレンの密に充填された表面構造体を酸素プラズマ処理して、表面により高い表面積とより高い酸素含量を生じさせることができ、このようにしてより速い全血凝固時間をもたらすことができることを示す。ポリカーボネート膜をモールドとして使用し、以下のようなインプリンティングプロセスを用いて、直径１ミクロンおよび高さ２０ミクロンのポリプロピレンピラーを製造した。
・直径１ミクロンの細孔および２．５ｃｍの円直径を有する厚さ２０ミクロンの市販のトラックエッチポリカーボネート膜をＭｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｉｌｌｅｒｉｃａ，ＭＡ，ＵＳＡから入手した。
・該膜を鋳型として使用し、Ｅｔｈｉｃｏｎ，Ｉｎｃ．ｏｆ Ｓｏｍｅｒｖｉｌｌｅ，ＮＪ，ＵＳＡから入手した厚さ３００ミクロンの耐溶媒性のポリプロピレン高分子フィルムをインプリントした。ポリプロピレンフィルムを高温および高圧下（１８０℃、６００ｋＰａ（６バール））で２０分間、ポリカーボネート膜鋳型にプレスして、ポリプロピレンを融解した。
・ポリプロピレン高分子と膜を１７５℃に冷却した後、圧を解除し、その後、膜をジクロロメタンに溶解することによって高分子構造体を型から取り離して解放した。
・マイクロ波プラズマ処理装置を１００Ｗで３０秒間用いて、一部のフィルムを酸素プラズマ処理した。
生成物を柱状のようなピラーとするために鋳型として働く、溶媒に可溶な多孔性のポリカーボネート材料は、別の溶媒に可溶な多孔性の高分子材料に置き換えることができる。あるいは、化学溶媒に暴露することを必要とせずに最終生成物の柱状のような円筒状ピラーを提供するために、陽極酸化処理された酸化アルミニウムなどの可剥性のモールドに置き換えることができる。ポリイミドフィルム（Ｅ．Ｉ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥによりＫＡＰＴＯＮ（商標）の商品名で販売されている）は、高分子の表面を金属などの表面と直接接触することから保護するためのキャッピング手段またはシールドとして使用した。この目的のために、フィルムまたは他の層として提供され得る他の適切な実質上化学的に不活性な材料としては、ポリテトラフルオロエチレン（Ｅ．Ｉ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥによりＴＥＦＬＯＮ（登録商標）の商品名で販売されている）が含まれる。これらの材料は、有利には、ポリカーボネート製の溶媒に可溶なモールドまたは鋳型材料と反応せず、圧縮が完了すれば容易に取り出すまたは剥離することができる。
これらの構造体の表面積の割合は、ポリプロピレンの高表面積ピラーのＳＥＭ画像である図１で表すように、平坦なフィルムの表面積の６．５倍である。
本明細書で接触角測定と称する静止時の水接触角測定は、液滴法を用いて実施した。Ｒａｍｅ−Ｈａｒｔ接触角ゴニオメータをＤｒｏｐ Ｉｍａｇｅソフトウェアと共に使用した。接触角測定の直前にプラズマ処理を行った。測定のために脱イオン水の２マイクロリットルの液滴を表面に置き、各表面について５回の測定を行った。平均接触角を以下の表１に示す。
未処理のピラー化した構造体の接触角は、対応する平坦なフィルムより高く（１４８°対１０１°）、それらのより高い疎水性または非湿潤性が示唆される。酸素プラズマ処理は、表１に示すように、これらの表面の水に対する接触角を大きく低減し、湿潤性の表面（およびより高い親水性）を生じさせる。
表面の元素分析を平坦なフィルムで実施し、結果を以下の表２に示す。酸素プラズマ処理は、フィルム上により高い酸素含量を生じさせる（２０．９％対４．３％）。
酸素プラズマ処理および未処理の両方の、平坦なフィルムおよび高アスペクト比構造のフィルムをインビトロで全血凝固時間について評価した。ウサギの血液をニュージーランドの白色ウサギからＥＤＴＡ管（ＢＤ Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓ）に採取した。血液を４℃で保存し、採取から２日以内に使用した。フィルムを室温のＥＤＴＡの抗凝固処理されたウサギの全血３００μｌと共に２４ウェルプレート（Ｎｕｎｃ）でインキュベートした。５０μｌの０．１Ｍ塩化カルシウム（ＧＣＥ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）を添加して凝固を開始させ、試料を緩やかに振動させた。凝固までの時間を観察し、記録した。ウェルの１つでフィルムなしの対照試験（フィルムなし対照）を同時に実施した。フィルムなし対照の凝固時間は約２０分間であった。試験試料の凝固時間をフィルムなし対照の凝固時間で標準化した（図２）。酸素プラズマ処理した直径１μｍの高アスペクト比のピラーを有したフィルムは、未処理フィルムの０．９の標準化凝固時間に対し、０．２の標準化凝固時間であり、最も迅速な凝固時間を示す。プラズマ処理のみまたは高アスペクト比のピラーのみでは、そのような迅速な凝固時間をもたらさない。
（例２（比較））
ポリジオキサノン（ＰＤＯ）フィルムを使用して、実施例１で述べたのと同様の方法で、高アスペクト比のピラーを製造した。高さ２０μｍで直径１μｍのピラー（アスペクト比２０）のＳＥＭ画像を図３に示す。実施例１で概説したように静止時の水接触角測定を実施した。平均接触角を以下の表３に示す。
ポリジオキサノン（ＰＤＯ）フィルムを使用して、実施例１で述べたのと同様の方法で、高アスペクト比のピラーを製造した。高さ２０μｍで直径１μｍのピラー（アスペクト比２０）のＳＥＭ画像を図３に示す。実施例１で概説したように静止時の水接触角測定を実施した。平均接触角を以下の表３に示す。
ピラー化した構造体の接触角は、酸素プラズマ処理を行わない場合でも、対応する平坦なフィルムより低かった（＜１０°対８０°）。
表面の元素分析を、実施例１で概説したように、平坦なＰＤＯフィルムについて実施した。図４に示すように、酸素プラズマ処理および未処理の両方ともに、類似の酸素含量を有する。
酸素プラズマ処理および未処理の両方の、平坦なＰＤＯフィルムおよび高アスペクト比構造のＰＤＯフィルムについてインビトロで全血凝固時間を評価した。すべての凝固時間をフィルムなし対照で標準化し、図４に示す。ポリプロピレン試料と異なり、酸素プラズマ処理したポリジオキサノン構造体および／または未処理のポリジオキサノン構造体に関しては凝固時間の短縮は認められなかった。すべての試料が類似の凝固時間を示した。
優先権証明書を含む、本明細書で引用するすべての特許、試験手順および他の文書は、その開示が矛盾しない範囲でおよびそのような組み込みが許容されるすべての法域に対して、本明細書の一部とみなすものとする。
下限の数値および上限の数値が本明細書で列挙される場合、任意の下限から任意の上限までの範囲が企図される。
本発明を上記のように説明したが、本発明を多くの方法で変化させることができるのは明白である。そのような変化は本発明の精神および範囲からの逸脱とみなされるべきではなく、当業者に自明なようにそのようなすべての変更は特許請求の範囲に含まれるべきものと考える。
Claims (18)
- ポリプロピレンフィルムの表面から伸びる酸素プラズマ処理した複数のポリプロピレンピラーを含む血液凝固基質。
- 前記ピラーが直径約０．８μｍ〜約３μｍであり、約０．５〜約４０のアスペクト比を有する請求項１に記載の血液凝固基質。
- 静止時の水接触角が約１５°未満である請求項１に記載の血液凝固基質。
- 前記ポリプロピレンフィルムおよび前記ピラーの表面の酸素含量が、酸素プラズマ処理していないポリプロピレンフィルムおよびピラーよりも高い、請求項１に記載の血液凝固基質。
- 前記ポリプロピレンフィルムおよび前記ピラーが約２１％の酸素含量を有する請求項１に記載の血液凝固基質。
- 前記酸素プラズマ処理したポリプロピレンフィルムおよびピラーが、未処理フィルムの０．９の標準化凝固時間と比較して０．２の標準化凝固時間を示す、請求項１に記載の血液凝固基質。
- 前記ピラーが約１μｍの直径および約２０μｍの高さを有する請求項２に記載の血液凝固基質。
- ポリプロピレンフィルムの表面から伸びる酸素プラズマ処理した複数のポリプロピレンピラーを有するポリプロピレンフィルムを含む血液凝固医療デバイス。
- 前記ポリプロピレンフィルムが酸素プラズマ処理を有する請求項８に記載の血液凝固医療デバイス。
- 前記ピラーが直径約０．８μｍ〜約３μｍであり、約０．５〜約４０のアスペクト比を有する請求項８に記載の血液凝固医療デバイス。
- 静止時の水接触角が約１５°未満である請求項８に記載の血液凝固医療デバイス。
- 前記ポリプロピレンフィルムおよび前記ピラーの表面の酸素含量が、酸素プラズマ処理していないポリプロピレンフィルムおよびピラーよりも高い、請求項８に記載の血液凝固医療デバイス。
- 前記ポリプロピレンフィルムおよび前記ピラーが約２１％の酸素含量を有する請求項８に記載の血液凝固医療デバイス。
- 前記酸素プラズマ処理したポリプロピレンフィルムおよびピラーが、未処理フィルムの０．９の標準化凝固時間と比較して０．２の標準化凝固時間を示す、請求項８に記載の血液凝固医療デバイス。
- 前記ピラーが約１μｍの直径および約２０μｍの高さを有する請求項１０に記載の血液凝固医療デバイス。
- ポリプロピレンフィルムの表面から伸びる酸素プラズマ処理した複数のポリプロピレンピラーを含む血液凝固基質と血液を接触させることを含む、血液凝固を促進する方法。
- ポリプロピレンフィルムの表面から伸びる酸素プラズマ処理した複数のポリプロピレンピラーを有するポリプロピレンフィルムを含む血液凝固医療デバイスと血液を接触させることを含む、血液凝固を促進する方法。
- 血液凝固基質を形成する方法であって、
ａ）窪み部を備えた溶媒に可溶なモールドを準備するステップと、
ｂ）ポリプロピレンフィルムをモールドに供給し、前記モールドの前記窪み部にポリプロピレンを充填するステップと、
ｃ）ステップｂ）の前記ポリプロピレンおよび前記モールドを処理し、前記ポリプロピレンを実質的に凝固させるステップと、
ｄ）前記溶媒（ポリプロピレンは溶解せず、モールドを溶解するように選択される）に前記モールドおよび前記ポリプロピレンを暴露し、前記モールドを溶解させ、ピラー化した基質を得るステップと、および
ｅ）前記ピラー化した基質を酸素プラズマ処理するステップ
を含む方法。
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