(57)【要約】【課題】  本発明は、抗血液凝固活性を有する基材からなる、体外循環用モジュールなどの医療用デバイスの性能や品質を正しく評価または検査することが可能な血液流れの良好な血液回路、ならびに該デバイスおよび該回路を含む循環システム、さらには該システムを用いたin vitro評価方法を提供することをその課題とする。【解決手段】  トレーサー応答試験において拡散モデルによる解析を行うとき、応答曲線の曲線下面積に対する、規格化した無次元時間φの２以上の比率が０．２以下であることを特徴とする、抗血液凝固活性を有する化合物を含む材料の血液適合性の評価・検査用の血液回路。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トレーサー応答試験において拡散モデルによる解析を行うとき、応答曲線の曲線下面積に対する、規格化した無次元時間φの２以上の比率が０．２以下であることを特徴とする、抗血液凝固活性を有する化合物を含む材料の血液適合性の評価・検査用の血液回路。
【請求項２】
該回路中の主回路体積を１としたとき、主回路以外の体積が１．５以下であることを特徴とする請求項１に記載の血液適合性の評価・検査用の血液回路。
【請求項３】
請求項１または２に記載の血液適合性の評価・検査用の回路および抗血液凝固活性が付与された基材を用いたモジュールからなる循環システム。
【請求項４】
請求項３に記載の循環システム内に、クエン酸ナトリウムおよびグルコン酸カルシウムを含有する血液を循環させて行う、抗血液凝固活性を有する化合物を含む材料の血液適合性の評価または検査方法。
【請求項５】
循環システムに流れる流体の線速度が１２０〜２３０ｃｍ／ｍｉｎであることを特徴とする、抗血液凝固活性を有する化合物を含む材料の血液適合性の請求項４に記載の評価または検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抗血液凝固活性が付与された材料の血液適合性について、主にin vitroで評価や検査する時に用いる、血液回路および循環システム、ならびにこれらを用いた評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
医療分野で用いられる血液回路のみならず、抗血液凝固活性が付与された材料の開発において性能評価や品質検査に用いられる血液回路には高い血液適合性が求められることから、血液回路内での血栓形成を軽減する必要がある。血栓形成は血液と回路基材との接触によって引き起こされるほか、よどみなど流れ場の問題によっても引き起こされる。医療分野で用いられる既存血液回路はコネクタ、チャンバーなど様々な部品からなり、部品と部品の接続部、回路内径が変化する部分ではよどみが生じる。医療現場ではヘパリンやメシル酸ナファモスタットなどの抗凝固剤を用いるため、血液と回路基材との接触やよどみ部分での滞留による血液成分の活性化が抑えられ、凝固することなく循環することができる。しかし、抗血液凝固性材料の評価・検査においては、材料そのものの抗凝固性能を調べるために抗凝固剤を使用できず、医療現場で使用されている既存の血液回路を、材料の評価・検査にそのまま用いると回路内で凝固が起こって評価や検査が不可能であった。このような問題を解決するために、例えば、回路中の連結部の内径と肉厚を同一にし、端面同士を密着させることにより段差をなくし、接続部での血液の滞留を防ぐ技術が開示されている（特許文献１参照）。その他、血液回路をヘパリンコーティングすることにより血液適合性化、抗血栓性化する技術も開示されている（特許文献２参照）。一方、心肺バイパスのin vitroでの評価として、開放系または閉鎖系回路に抗凝固剤であるヘパリンを添加したヒト血液を循環させる方法が報告されている（非特許文献１参照）。ヘパリン添加血液を用いたin vitro評価は他に、抗血液凝固活性が付与された医療用コネクタ用基材の評価が報告されている（非特許文献２参照）。上述のとおり、血液回路の血液適合性を向上させる試みは種々行われているが、十分であるとは言い難く、またこれらの技術では、評価に抗凝固剤の添加により凝固が起こりにくい状態にした血液を用いており、生体に近い条件ではないという欠点もある。以上のことから、抗凝固材料の性能評価や品質検査を行うのにふさわしい、血栓の形成しない回路や評価方法は未だに知られていない。
【特許文献１】特開２００３−３２００３７号公報
【特許文献２】特開２００４−８６９３号公報
【非特許文献１】Artificial organs. 1999 23(6), pp.547-551
【非特許文献２】Journal of biomaterials applications. 2002 17(1), pp.5-17
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
抗血液凝固活性が付与された基材を用いて作製した医療用デバイスを回路に装着し、ヘパリンやメシル酸ナファモスタットなどの抗凝固剤を添加しない条件下で主にin vitroで血液循環を行った場合、回路内での血栓形成が起こり、該基材の性能や品質を正しく評価または検査することが不可能であるという問題があった。このため、回路内での血栓形成を防ぐことが求められた。本発明は、かかる欠点を改良し、抗血液凝固活性を有する基材からなる、体外循環用モジュールなどの医療用デバイスの性能や品質を正しく評価または検査することが可能な血液流れの良好な血液回路、ならびに該デバイスおよび該回路を含む循環システム、さらには該システムを用いた評価方法を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
発明者らは、血液の滞留が無く、流れの良い回路を検討した結果、回路の構成や線速度を制御することによって、血液に抗凝固剤を添加しなくても血栓を形成しない血液回路を見出した。本発明は下記の構成からなる。
１．トレーサー応答試験において拡散モデルによる解析を行うとき、応答曲線の曲線下面積に対する、規格化した無次元時間φの２以上の比率が０．２以下であることを特徴とする、抗血液凝固活性を有する化合物を含む材料の血液適合性の評価・検査用の血液回路。
２．該回路中の主回路体積を１としたとき、主回路以外の体積が１．５以下であることを特徴とする前記１に記載の血液適合性の評価・検査用の血液回路。
３．前記１または２に記載の血液適合性の評価・検査用の回路および抗血液凝固活性が付与された基材を用いたモジュールからなる循環システム。
４．前記３に記載の循環システム内に、クエン酸ナトリウムおよびグルコン酸カルシウムを含有する血液を循環させて行う、抗血液凝固活性を有する化合物を含む材料の血液適合性の評価または検査方法。
５．循環システムに流れる流体の線速度が１２０〜２３０ｃｍ／ｍｉｎであることを特徴とする、抗血液凝固活性を有する化合物を含む材料の血液適合性の前記４に記載の評価または検査方法。
【発明の効果】
【０００５】
本発明により提供される流れの良好な血液回路を用いると、抗血液凝固活性を有する材料の血液適合性をin vitroでも正しく評価または検査することが可能となり、その結果、安定した品質の製品を市場に供給し、医療現場に安全で安心できる診断・治療を提供できるだけでなく、より高性能の医療用材料、医療用デバイスの創出に結びつけることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明におけるトレーサー応答試験において拡散モデルによる解析を行うとき、応答曲線の曲線下面積に対する、規格化した無次元時間φの２以上の比率が０．２以下である血液回路とは、回路中の血液滞留部分の少ない、流れの良い血液回路である。臨床で使用する血液回路はチューブの他に、血管への空気混入を避けるためのチャンバーやコネクタなどの構成部品からなるが、構成部品が多いほど血液滞留部分は増加する。血液滞留部分では血液のよどみがおこり、血液凝固因子が活性化され、回路内での凝固が促進される。また、チャンバー内での血液と空気との接触や、構成部品とチューブとの接続部における内径の変化も、回路内での血液凝固因子の活性化を引き起こす要因となる。本発明ではこれらの構成部品を極力少なくしチューブの占める割合が多い回路とすることで、抗凝固剤を添加しない血液を用いて抗血液凝固活性を有する材料の血液適合性を評価できることを見いだし、課題を解決するに至ったものである。
【０００７】
本発明において、主回路体積とは、チューブ体積を指し、主回路以外の体積とは、チューブ以外、例えばチャンバー等の体積を指す。主回路以外の体積が大きすぎる場合、例えばチャンバーの体積が大きい、チャンバー個数が多い場合、チャンバー内で血液が空気と接触する機会が増大し、またチャンバーと主回路の接続部において回路内径が変化し、血液のよどみが生じる。空気との接触やよどみはいずれも回路での血液凝固の原因となることから、主回路以外の体積の主回路の体積に対する比率が１．５以下であることが好ましく、１以下であることが更に好ましい。従来の血液回路においては、チャンバーやコネクタを通常通り用いると、主回路以外の体積の主回路の体積に対する比率が上記数値範囲を超えるものとなり、その結果、空気との接触、よどみが生じやすい回路となっていた。これは、血液回路内に相当量の空気が入ると、循環時間に影響することが必至である、という常識的な考えに基づいていた。しかしながら、本発明の検討において、回路内に相当量の空気が入っても循環時間に影響しない、という事実に到ったことにより、従来、評価モジュールに空気が入り凝固が促進されることを防止するために使用していたチャンバーが無くとも、回路として使用可能であることを確認した。さらにヒト血液循環試験における循環終点を「循環不可能となる時間」（例えば、チューブの両端をつないだ部分が圧上昇により外れる時間）と設定することで、モジュールまたは回路圧力測定や、凝固因子等の経時測定を不要とし、圧力測定やサンプリングのための回路へのチューブ接続に必要なコネクタを減らすことにより、上記範囲を達成できるものとした。本発明の血液回路に用いるチューブの材質は特に限定しないが、ポンプとの長時間接触に耐えうるものであることが好ましい。また、本発明の血液回路に用いるチューブの内径および外径は使用するポンプや接続するモジュール、および血液流量に応じて決めることができ、特に限定しない。
【０００８】
本発明の血液回路を用いた評価において、回路への血液の導入方法は特に限定しないが、例えば、回路チューブの一端を血液の入った容器に入れ、ポンプを使って回路内に血液を導入し、反対側の一端まで血液が達した時点でポンプを止め、回路の末端同士を接続してもよい。かかる方法により、チャンバーから血液を添加する方法を採る必要がなくなり、チャンバーの使用数をより減少させることが可能となる。
【０００９】
本発明のトレーサー応答試験とは、流体の混合特性の評価法の一つであるインパルス応答法に基づくものである。トレーサー応答試験は、流体が一定の流量で定常的に流入、流出している回路の入口からトレーサーを瞬時的に注入し、回路出口から排出されるトレーサー濃度を経時的に測定することにより行う。測定は以下の方法により行う。ポンプを用いて回路に０．３５ｇ／Ｌキサンタンガム水溶液（以下、キサンタンガム水溶液）を５．６ｍＬ／ｍｉｎの流量で通液し、いったん通液を止める。トレーサーとしてビタミンＢ１２を０．１ｇ／Ｌの濃度でキサンタンガム水溶液に溶解させた溶液（以下、ビタミンＢ１２溶液）を上記と同じ流量で回路入口から５秒間、通液する。再度、回路にキサンタンガム水溶液を上記と同じ流量で通液し、トレーサーの注入を開始した時点を０秒として回路出口から排出される溶液を、容器１本あたり１０秒間ずつ採取する。採取した溶液の３６０ｎｍにおける吸光度を測定する。予め、任意の濃度に調製したビタミンＢ１２溶液の３６０ｎｍでの吸光度を測定し、結果を検量線として用い、検量線から採取した溶液中のビタミンＢ１２濃度を算出する。
トレーサー応答試験における解析には、化学工学において公知の拡散モデルを用いる。すなわち、トレーサー応答試験の結果から、トレーサー注入後の時間を回路での平均滞留時間で規格化した無次元時間φを用いて、回路出口から排出されるトレーサー濃度の変化を関数Ｅ（φ）で表す。
【００１０】
無次元時間φおよび無次元濃度Ｅ（φ）は、以下の手順により計算する。すなわち、回路の容積をＶ（ｃｍ３）、流量をv（ｃｍ３／Ｓ）、トレーサー注入後の時間をｔとすると、回路の平均滞留時間ｔｍはｔｍ＝Ｖ／ｖで表され、ｔｍで規格化した無次元時間はφ＝ｔ／ｔｍにより表される。回路出口からのトレーサー濃度をｃとすると、無次元濃度Ｅ（φ）はＥ（φ）＝ｃ／ｃ０により表される。ただし、
【００１１】
【数１】
2010082068.tif 000003
【００１２】
とする。次いで、無次元濃度Ｅ（φ）を縦軸、無次元時間φを横軸とした応答曲線を描く。血液回路の理想流れはφ＝１においてトレーサー全量が瞬間的に流出するピストン流れである。もうひとつの理想流れは完全混合である、装置の中でトレーサーが完全に混合されている状態である。実際の回路内の流れはピストン流れと完全混合の中間である。
血液回路に滞留部分がある場合、応答曲線にはテーリングがみられる。テーリングの程度を数値化するため、以下の計算を行う。すなわち、トレーサー応答試験によって得られた応答曲線の曲線下面積を、台形の面積として近似的に求める。例えば、無次元時間のある時点ａでの無次元濃度をＥ（φ）ａ時点ｂでの無次元濃度をＥ（φ）ｂとすると、ａからｂまでの曲線下面積Ｓは、
【００１３】
【数２】
2010082068.tif 000004
【００１４】
で近似的に計算される。続いて、無次元時間φの２以上の曲線下面積の全曲線下面積に対する比率を計算する。無次元時間φの２以上の面積比率は血液回路の滞留の程度を示すものであり、この比率が大きすぎると血液回路の滞留部分が増大し、回路での血液凝固が起こりやすくなることから、０．２以下であることが好ましく、０．１５以下であることが更に好ましい。本発明におけるモジュールは、上記抗血液凝固活性を有する化合物を含む材料が中空糸等の形態でプラスチック製のケース等に内蔵されてなるものであるが、図１に示すように、一般的な中空糸型透析器同様に中空糸の内側に通ずるポート（血液ポート）を２個と外側に通ずるポート（透析液ポート）を２個有するモジュールケースと、このケースの両端にポッティング剤によって固定された中空糸とを含んでなるものが例示される。本発明における循環システムは、上記血液回路、上記モジュールおよびポンプを含んでなるものである。
【００１５】
本発明における線速度の計算方法は、流量を断面積で除すことにより求める。例えば、直径２ｍｍのチューブを用いた回路の場合、断面積は０．０３１４ｃｍ２であるから、流量が５．６ｍＬ／ｍｉｎであれば、線速度は１７８ｃｍ／ｍｉｎと計算される。
【００１６】
線速度は、大きすぎると材料やデバイスの評価に適用したときに材料やデバイスと血液との接触時間が減り、材料やデバイスの抗血栓性が発揮されない。一方、小さすぎると材料やデバイス以外の部分、すなわち回路と接触する時間が増え、回路での血液凝固が起こりやすくなることから、１２０ｃｍ／ｍｉｎ以上、２３０ｃｍ／ｍｉｎ以下が好ましく、１４０ｃｍ／ｍｉｎ以上、２１０ｃｍ／ｍｉｎ以下であることが更に好ましい。
本発明の血液回路を用いて評価または検査される、抗血液凝固活性を有する化合物を含む材料は、医療用デバイスとして好適に用いることができる。医療用デバイスの例として人工腎臓、カテーテル等が挙げられる。
【００１７】
以下、実施例を挙げて本発明の血液回路と循環システム、in vitro評価方法について説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
【実施例】
【００１８】
（中空糸ミニモジュールの作製）
ｉｓｏ−ＰＭＭＡ５重量部とｓｙｎ−ＰＭＭＡ２０重量部を、ジメチルスルホキシド７５重量部に加え、１１０℃で８時間撹拌し製膜原液を得た。この製膜原液をオリフィス型二重円筒型口金から吐出し、空気中を３００ｍｍ通過させた後、水１００％の凝固浴中に導き中空糸を得た。この際、内部注入気体として乾燥窒素を用いた。得られた中空糸の内径は０．２ｍｍであり、膜厚は０．０３ｍｍであった。この中空糸を５０本束ね、中空糸中空部が閉塞しないように留意しつつその両末端をエポキシ系ポッティング剤でモジュールケースに固定し、図１に示すミニモジュール（図１）を作成した。該ミニモジュールの直径は約７ｍｍ、長さは約１２ｃｍであり、一般的な中空糸型透析器同様に中空糸の内側に通ずるポート（血液ポート）を２個と外側に通ずるポート（透析液ポート）を２個有している。該ミニモジュールの中空糸およびモジュール内部を蒸留水にて洗浄し、４ヶ所のポートを密栓し蒸留水を充填した状態でγ線照射した。このときγ線の吸収線量は２５ｋＧｙであった。その後、該ミニモジュールの中空糸およびモジュール内部を、ペリスタポンプを用いて２５℃の温度の蒸留水及び生理食塩水、各３００ｍＬを流速１０ｍＬ／ｍｉｎで流して洗浄し、中空糸ミニモジュール（以下、ミニモジュールと略す。）を得た。蒸留水洗浄と生理食塩水洗浄は同時ではない。
（トレーサー応答試験）
以下に示す回路（１）〜（３）を用いてトレーサー応答試験を行った。すなわち、チューブをポンプに接続し、５．６ｍＬ／ｍｉｎの流量で０．３４６ｇ／Ｌキサンタンガム水溶液を流した。チューブの一端からビタミンＢ１２を０．１ｇ／Ｌの濃度でキサンタンガム水溶液に溶解させた液を０．４７ｍＬ注入し、もう一端から出てくる液を１０秒ずつ採取した。採取溶液の吸光度を波長３６０ｎｍで測定し、検量線からビタミンＢ１２濃度を算出した。以下の式により、無次元濃度Ｅ（φ）および無次元時間φを計算した。
Ｅ（φ）（濃度）（μｇ／ｍＬ）＝ビタミンＢ１２注入量（μｇ）／回路のプライミング体積（ｍＬ）
φ＝実時間(ｓｅｃ)／（回路のプライミング体積（ｍＬ）／流量（ｍＬ／ｍｉｎ）×６０）
Ｅ（φ）＝実濃度／Ｅ（φ）（濃度）
（ヒト血液循環実験）
回路（１）〜（３）を用いてヒト血液循環実験を行った。すなわち、ポンプを用いて５．６ｍＬ／ｍｉｎの流速でヒト血液を回路（１）の一端から導入し、血液が回路全体に満たされた時点で回路の先端同士を接続し、ヒト血液を循環させた。ヒト血液は健常ボランティアから採血し、クエン酸ナトリウムを血液に対して１：９の割合で混合し、循環直前に８．５％グルコン酸カルシウム溶液を血液１ｍＬに対して４３．６μＬの割合で添加した。回路において、血液凝固により循環不可能となるまでの循環時間の平均を「平均循環時間」として求めた。
（実施例１）
内径２ｍｍ、外径４ｍｍのシリコン製チューブを長さ６１．５ｃｍに切断し、回路（１）を作製した（図２）。主回路であるシリコンチューブの体積は回路（１）で２．６ｃｍ３、であった。主回路以外の部分であるチャンバーの体積は４ｃｍ３であったことから、チューブ体積を１としたときの主回路以外の部分の体積は表１に示す通りであった。
【００１９】
続いて、回路（１）を用いて、トレーサー応答試験、ヒト血液循環実験を行った。続いて、ミニモジュールと接続し、ヒト血液循環実験を行った。結果を表１に示す。
（実施例２）
実施例１と同一素材のチューブの一端から１０ｃｍの位置にポリ塩化ビニル製チャンバーを取り付け、チャンバーを含む全長が６１．５ｃｍとなるような回路（２）を作製した（図３）。主回路であるシリコンチューブの体積は回路（２）で２．４ｃｍ３であった。主回路以外の部分であるチャンバーの体積は４ｃｍ３であったことから、チューブ体積を１としたときの主回路以外の部分の体積は表１に示す通りであった。
【００２０】
続いて、回路（２）を用いて、トレーサー応答試験、ヒト血液循環実験を行った。続いて、ミニモジュールと接続し、ヒト血液循環実験を行った。結果を表１に示す。
（実施例３）
実施例１と同一素材のチューブの一端から１０ｃｍおよび反対側の端から１２．５ｃｍの位置にポリ塩化ビニル製チャンバーを１個ずつ、計２個取り付け、チャンバーを含む全長が６１．５ｃｍとなるような回路（３）を作製した（図４）。主回路であるシリコンチューブの体積は回路（３）で２．２ｃｍ３であった。主回路以外の部分であるチャンバーの体積は４ｃｍ３であったことから、チューブ体積を１としたときの主回路以外の部分の体積は表１に示す通りであった。
【００２１】
続いて、回路（３）を用いて、トレーサー応答試験、ヒト血液循環実験を行った。続いて、ミニモジュールと接続し、ヒト血液循環実験を行った。結果を表１に示す。
【００２２】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ミニモジュールを示す概略側面図である。
【図２】トレーサー応答試験で用いる回路（１）を示す概略系統図である。
【図３】トレーサー応答試験で用いる回路（２）を示す概略系統図である。
【図４】トレーサー応答試験で用いる回路（３）を示す概略系統図である。
【符号の説明】
【００２４】
１，１’：血液ポート
２，２’：透析液ポート
３：モジュールケース
４：中空糸
５：ポッティング部
６：ポンプ
７：シリコンチューブ
８：トレーサー回収容器
９：キサンタンガム水溶液入り容器
１０：チャンバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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