JP4582081B2

JP4582081B2 - 血液処理用の選択分離膜およびその製造方法およびモジュール

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Publication number: JP4582081B2
Application number: JP2006309864A
Authority: JP
Inventors: 公洋馬淵; 典昭加藤; 基樹京
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 2006-11-16
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2019-04-19
Also published as: JP2007069017A

Description

本発明は、疎水性高分子と親水性高分子からなる選択分離膜において、該親水性高分子の溶出を抑え、安全性が向上した選択分離膜に関する。さらに詳細には、血液浄化に用いた際、親水性高分子の血液への溶出を抑えることにより、安全性が向上した親水性高分子を含有する選択分離膜に関する。

慢性腎不全患者の血液処理方法については、生体腎を模範とし、種々の膜性能向上技術、透析方法が開発されてきた。それらに使用される膜素材としてはセルロース、セルロース誘導体などの天然素材とポリスルホン系、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリロニトリル、エチレンビニルアルコール共重合体などの合成高分子素材が幅広く使用されている。合成高分子素材の中では、生体適合性に優れ、***物質の高い除去性能を発現しうるポリスルホン系樹脂が注目され、近年、ポリスルホン系樹脂を用いた血液浄化用膜が多数上市されている。ポリスルホン系樹脂は、熱可塑性の耐熱性エンジニアプラスチックであり、各産業分野において幅広く用途展開されている。

ポリスルホン系樹脂は比較的疎水性が強く、血液と接触した際に、血漿タンパク質を吸着しやすい。このため血液浄化膜を作製する際に、血液との親和性を高めるために、ポリスルホン系樹脂にポリビニルピロリドンを混ぜることにより親水性を付与する方法が一般的に用いられている。

親水性高分子、特にポリビニルピロリドンを含む選択分離膜を用いた血液透析治療中に、ポリビニルピロリドンの溶出に起因すると考えられるアナフィラキシーショック等の重篤な副作用が発生することが知られている。また、ドイツにおいては、Ｋ−１８（重量平均分子量１００００）以上のポリビニルピロリドンを静注することはできないとの規制がある。さらに、ポリビニルピロリドンを静注することによりアナフィラキシー症状を示すことが報告されている(Pilar Maiques Asuero ら、The Annals of Pharmacotherapy，pp30，January，Vol.30, 1996)。すなわち、ポリスルホン系樹脂膜の親水化剤として、一般に用いられているポリビニルピロリドンは安全性に問題があり、血液浄化用途に用いる際には、血液へのポリビニルピロリドンの溶出をできる限り抑える必要がある。

ポリビニルピロリドンの溶出を抑えるために、これまで多くの方法が提案されている。例えば、特開平１０−２３０１４８には、ポリビニルピロリドンを含むポリスルホン系中空糸膜を熱処理あるいは放射線処理を施すことにより、ポリビニルピロリドンを架橋し、不溶化することでポリビニルピロリドンの溶出を抑える方法が開示されている。また、特開平１０−２４３９９９には、選択分離層の厚みを適切にすることで、ポリビニルピロリドンの溶出を抑える方法が開示されている。しかしながら、これらの手法は、水あるいは熱水への溶出量抑制に対しては効果があるものの、後述するように、血液あるいは血漿への溶出量の指標となる４０％エタノール水溶液への溶出量抑制には不十分である。実際、ポリビニルピロリドンの溶出量を抑制したといわれる透析膜においても、未だ、アナフィラキシーショック発生の報告があり（例えば、中山ら、O−439 、第43回日本透析医学会予稿集、pp620 、 1998 ）、ポリビニルピロリドンを含有する選択分離膜の安全性に対する問題は解決していないのが現状である。

本発明は、上記課題を解決することを目的とし、生体内において異物と認識される親水性高分子が溶出しにくい選択分離膜を提供することを目的とする。

本研究者らは、上記課題を解決し、優れた安全性を具備する選択分離膜を提供するため鋭意研究した結果、本発明に到達した。すなわち本発明は、以下のものである。
（１）疎水性高分子および数平均分子量が５万以下である低分子量体が実質的に除去された親水性高分子から形成された選択分離膜において、４０％エタノール水溶液で抽出される該親水性高分子が選択分離膜の被処理液接触側膜面積１ｍ^２あたり１０ｍｇ以下であり、且つ数平均分子量１０万以上のものを実質的に含まないことを特徴とする血液処理用の選択分離膜。
（２）疎水性高分子がポリスルホン系樹脂である（１）に記載の血液処理用の選択分離膜。
（３）親水性高分子がポリビニルピロリドンである（１）または（２）に記載の血液処理用の選択分離膜。
（４）疎水性高分子および数平均分子量が５万以下である低分子量体が実質的に除去された親水性高分子を用いることにより４０％エタノール水溶液で抽出される該親水性高分子が選択分離膜の被処理液接触側膜面積１ｍ^２あたり１０ｍｇ以下にして、且つ数平均分子量１０万以上のものを実質的に含まないことを特徴とする選択分離膜の製造方法。
（５）疎水性高分子および数平均分子量が５万以下である低分子量体が実質的に除去された親水性高分子から形成された選択分離膜を用いて作製された血液処理用のモジュールであって、該選択分離膜が実質的に乾燥しており、４０％エタノール水溶液で抽出される該親水性高分子が選択分離膜の被処理液接触側膜面積１ｍ^２あたり１０ｍｇ以下であり、且つ数平均分子量１０万以上のものを実質的に含まないことを特徴とする血液処理用の選択分離膜モジュール。

本発明により、親水性高分子を含有するが、該親水性高分子の溶出が少ない選択分離膜を提供することができた。

本発明において、４０％エタノール水溶液で抽出される親水性高分子が、選択分離膜の被処理液側膜面積１ｍ²あたり１０ｍｇ以下であるのは、次の理由による。まず、疎水性高分子と親水性高分子からなる選択分離膜において、該親水性高分子の溶出を皆無にすることは不可能であるので安全性の上限を決める必要があった。溶出するポリビニルピロリドンに対する、アレルギー反応は人によって異なるが、我々がビーグル犬を用いてポリビニルピロリドンを静注したときのアナフィラキシー反応を調べたところ、体重１Ｋｇ当たり５ｍｇのポリビニルピロリドンの静注まではアナフィラキシー反応を起こさないことがわかった。人の固体差を加味しビーグル犬の安全投与量の１／１０を上限とし、また通常血液透析に用いられる透析器の膜面積の上限が約２ｍ²であること、透析患者の体重の下限を４０ｋｇとすると、１透析当たり２０ｍｇがポリビニルピロリドンの投与上限であり、１ｍ²当たり１０ｍｇ以下とすることで安全性が確保できると考えられる。

実際、我々が現在市販されているポリビニルピロリドンを含有するポリスルホン系透析膜の４０％エタノール水溶液での抽出試験によるポリビニルピロリドンの溶出量を測定したところ、１ｍ²あたり数十ｍｇ〜数百ｍｇの溶出があることがわかった。そのため、ポリビニルピロリドンを含有するポリスルホン系膜の安全性を確保するためには、これらの事実により１ｍ²当たり１０ｍｇ以下の溶出量に抑えることで達成できる。

また、我々が４０％エタノール水溶液による抽出を選択した理由は以下による。すなわち、血液浄化の目的で選択分離膜を使用する場合、被処理液は水ではなく、血液あるいは血漿である。血液あるいは血漿は、水に電解質や血漿タンパク質、血球、その他の有機成分を含むので、各種溶質に対する溶解力は水や熱水に比べかなり高いといわれている。４０％エタノール水溶液による抽出は、血液回路に用いられる塩化ビニルの添加剤（フタル酸エステル）の抽出量の測定に使用され、水や熱水に比べ、より血液に近い抽出力を持つといわれている。この４０％エタノール水溶液を用いることによってポリビニルピロリドンを含有する選択分離膜の血液接触時のポリビニルピロリドンの溶出量を測定できると考えた。

実際、我々が現在、市販されている、ポリビニルピロリドンを含有する選択分離膜のポリビニルピロリドン溶出量を他の条件は同一として、７０℃純水と４０％エタノール水溶液で比較したところ、４０％エタノール水溶液による抽出量は７０℃純水の抽出量の５〜２０倍となることがわかった。

以上の研究により、４０％エタノール水溶液で抽出される該親水性高分子が、該選択分離膜の被処理液側膜面積１ｍ²当たり１０ｍｇ以下にすることにより、安全性が著しく向上した選択分離膜が得られることを見出し、本発明に到達した。

本発明において、被処理液とは、選択分離膜によって分離対象となる液体をいい、被処理液接触側とは、膜の被処理液が接触する側の表面をいう。すなわち、血液透析や血液濾過、血液透析濾過、血漿分離においては、被処理液は血液であり，血漿分画においては被処理液は血漿であり、この場合被処理液接触側とは、膜の血液（血漿分画の場合は血漿）接触面をいう。中空糸形状の選択分離膜を血液浄化用途に用いた場合、被処理液接触側とは通常、中空糸内側である。血液透析や血液透析濾過においては、膜の片側に血液を、反対側に透析液を流すが、膜から被処理液へ親水性高分子の溶出を抑えることにより安全性を向上する目的から明らかなように、このような場合、本発明において被処理液は血液あるいは血液成分であって、透析液ではない。

また、本発明は、血液浄化の他、親水性高分子が溶出することで不都合が生じる用途、例えば、食品や飲料、生理活性物質の濃縮や精製等に好適に利用でき、被処理液としては食品、飲料、生理活性物質含有液体等を挙げることができるが、被処理液を再び人体に戻す血液浄化用途に本発明を応用すれば、安全性が向上するため、血液あるいは血液の成分を被処理液として用いた場合に、本発明は最も効果的である。本発明の選択分離膜は、上述のように処理後の血液を人体に戻す血液浄化用途に応用することが好ましく、具体的には血液透析膜、血液透析濾過膜、血液濾過膜、血漿分離膜、血漿分画膜、腹水濃縮膜などが挙げられる。本発明の選択分離膜のとりうる形態としては、平膜、管状膜、中空糸膜等が挙げられるが、単位容積あたりの膜面積を大きくとれる中空糸膜が好ましい。

本発明における疎水性高分子とはポリエステル、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリアミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリメチルメタクリレートなどの合成高分子やセルローストリアセテート、セルロースナイトレート等のセルロース系素材があり、特に限定されるものではないが、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン等のポリスルホン系素材は、血液浄化に用いた際，生体適合性に優れ、***物質の高い除去性能が得られるので好ましい。また、これらは単独で用いても２種以上を混合して用いても良い。

本発明における親水性高分子とはポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、カルボキシメチルセルロース、デンプンおよびその誘導体、酢酸セルロースなどの素材であるが、ポリスルホン系樹脂との相溶性を有することから好ましいのはポリビニルピロリドンである。

本発明の実施形態としては、親水性高分子の分子量が最も重要である。ポリスルホン系樹脂とポリビニルピロリドンからなる膜において、ポリビニルピロリドンは、ポリスルホン系樹脂に取り囲まれて存在していると考えられる。そのため、親水性高分子の分子量を大きくすることで、膜中から抜け落ちにくくなる。ポリビニルピロリドンは分子量の異なるグレードが市販されており、最も分子量が大きいグレード（K-90）は、数平均分子量が約３６万程度であり、この程度の数平均分子量のポリビニルピロリドンは、膜中から抜け落ちることは考えにくい。しかし、市販のポリビニルピロリドンは分子量分布を有しており、数平均分子量数万〜10万程度の分子が多量に含まれている。われわれの検討結果では、K-90を使用して作製されたポリスルホン系樹脂膜の４０％エタノール水溶液での抽出実験により、溶出してくるポリビニルピロリドンをゲルパーミエーションクロマトグラフィーにて測定したところ、その数平均分子量は２〜５万程度であり、10万以上の数平均分子量のポリビニルピロリドンはほとんど検出されなかった。すなわち、クロマトグラフ法や再沈殿法など方法は問わないが、市販のポリビニルピロリドンK-90に処置を施し、低分子量体を積極的に除去し、これを中空糸膜製膜する際に使用することによって、４０％エタノール水溶液抽出によるポリビニルピロリドンの溶出を、被処理液接触側膜面積１m²あたり10mg以下に抑えることが可能になる。除去される低分子量体は通常数平均分子量５万未満、好ましくは１０万未満である。

以下実施例により本発明の詳細を示す。

４０％エタノール抽出試験は以下のような手順で行った。中空糸膜モジュールの中空糸内側（被処理液側）に４００ｍＬの純水を流してフラッシング作業を行った後、モジュール内の純水を４０vol ％エタノール水溶液で中空糸内側を置換した。中空糸外側のモジュールケース内も４０vol ％エタノールで満たして封止した。次に２００ｍＬの４０vol ％エタノール水溶液を、流量１５０ｍＬ／ｍｉｎ、４０℃、１時間中空糸内側を循環させた後、循環した４０vol ％エタノール水溶液中のポリビニルピロリドン濃度を測定した。モジュールの中空糸内側容積とモジュール入口出口のヘッダー部分の体積、すなわちプライミングボリュームに２００ｍL を加えた、抽出液総体積と抽出液中のポリビニルピロリドン濃度から、抽出されたポリビニルピロリドン重量を求め、さらに、中空糸膜モジュールの膜面積（中空糸内径基準）から、被処理液接触側膜面積１m²あたりのポリビニルピロリドン抽出量を求める。

ポリビニルピロリドンの濃度測定にはK.Mueller （１９６８）の方法を用いた。すなわち、検体にクエン酸とヨウ素液を加え、吸光度を測定し、ポリビニルピロリドンK-90から求めた検量線により濃度を求めた。ここで濃度測定の際、エタノールによる発色の阻害をなくすため２倍以上に希釈する必要がある。具体的には例えば２倍希釈であれば、検体（標品あるいは抽出液）を１．２５ｍＬ、水１．２５ｍＬ、０．２Ｍクエン酸水溶液１．２５ｍＬ、０．００６Ｎヨウ素水溶液０．５ｍＬをよく混合し、１０分静置した後、４７０ｎｍでの吸光度を測定し、ポリビニルピロリドンの濃度を測定した。

（実施例１）
ポリビニルピロリドン（Ｋ−９０，BASF社製）0.025g/mL の水溶液を、水溶液の水に対する浴比が2.5 〜3.0 倍の貧溶媒であるアセトン中へ滴下し、再沈殿法により積極的に低分子量体を除去したポリビニルピロリドンを収率90% で得た。これを以下、精製ポリビニルピロリドンと称する。精製前のポリビニルピロリドンと、精製時に排除した分画のゲルパーミエーションクロマトグラフィーのプロファイルを図１、図２に示す。図より明らかなように、精製時に低分子分画（透過時間が長い方向）のみが選択的に排除されていることがわかる。ポリエーテルスルホン（４８００Ｐ、住友化学社製）１６重量部と精製ポリビニルピロリドン５重量部をジメチルアセトアミド７４重量部、水５重量部を混合溶解、脱泡した紡糸原液として、５０％ジメチルアセトアミド水溶液を芯液として使用し、これを二重管オリフィスより吐出し、５０ｃｍの空走部を経て、７５℃、水の凝固浴中に導き中空糸膜を形成し、水洗後まきとり、６０℃で２０ｈｒ乾燥した。この中空糸膜を使用して中空糸内径基準膜面積１．５m²のモジュールを得た。このモジュールで４０％エタノール抽出試験を行った結果、ポリビニルピロリドンの溶出は中空糸内膜面積1m²あたり１．０ｍｇであった。

（実施例２）
ポリスルホン（Ｐ−１７００、ＡＭＯＣＯ社製）２０重量部、精製ポリビニルピロリドン６重量部、ジメチルアセトアミド７４重量部を混合溶解、脱泡した紡糸原液として、４５％ジメチルアセトアミド水溶液を芯液として使用し、これを二重管オリフィスより吐出し、７０ｃｍの空走部を経て、５０℃、水の凝固浴中に導き中空糸膜を形成し、水洗後まきとり、６０℃で２０ｈｒ乾燥した。この中空糸を使用して中空糸内径基準膜面積１．５m²のモジュールを得た。このモジュールで４０％エタノール抽出試験を行った結果、ポリビニルピロリドンの溶出は中空糸内膜面積1m²あたり１．３ｍｇであった。

（比較例）
ポリビニルピロリドンとして精製していないＫ−９０（BASF社製）を用いた以外は実施例２と同様に、中空糸膜を紡糸し、得られた中空糸を使用して中空糸内径基準膜面積１．５m²のモジュールを得た。このモジュールで４０％エタノール抽出試験を行った結果、ポリビニルピロリドンの溶出は中空糸内膜面積1m²あたり１５．２ｍｇであった。

ポリビニルピロリドン（Ｋ−９０）のゲルパーミエーションクロマトグラフィーのプロファイルを示す。ポリビニルピロリドン精製時に排除した分画のゲルパーミエーションクロマトグラフィーのプロファイルを示す。４０％エタノール抽出により溶出が検出されたポリビニルピロリドンのゲルパーミエーションクロマトグラフィーのプロファイルを示す。

Claims

ポリスルホン系樹脂および数平均分子量が５万以下である低分子量体が実質的に除去されたポリビニルピロリドンから形成された選択分離膜において、４０％エタノール水溶液で抽出されるポリビニルピロリドンが選択分離膜の被処理液接触側膜面積１ｍ^２あたり１０ｍｇ以下であり、かつ数平均分子量１０万以上のものを実質的に含まないことを特徴とする血液処理用の選択分離膜。
ポリスルホン系樹脂および数平均分子量が５万以下である低分子量体が実質的に除去されたポリビニルピロリドンから形成された選択分離膜において、４０％エタノール水溶液で抽出されるポリビニルピロリドンが選択分離膜の被処理液接触側膜面積１ｍ^２あたり１０ｍｇ以下にし、かつ数平均分子量１０万以上のものを実質的に含まないことを特徴とする血液処理用の選択分離膜の製造方法。
ポリスルホン系樹脂および数平均分子量が５万以下である低分子量体が実質的に除去されたポリビニルピロリドンから形成された選択分離膜を用いて作製された血液処理用のモジュールであって、該選択分離膜が実質的に乾燥しており、４０％エタノール水溶液で抽出されるポリビニルピロリドンが選択分離膜の被処理液接触側膜面積１ｍ^２あたり１０ｍｇ以下であり、かつ数平均分子量１０万以上のものを実質的に含まないことを特徴とする血液処理用の選択分離膜モジュール。