(57)【要約】      （修正有）【課題】  医療用具等の試験、あるいは医療診断行為の実験実習などの際にヒトの血液の替わりに使用でき、欠点のないタンパク質粒子を含むコロイド水溶液、およびそのタンパク質粒子をヒト血液中の赤血球に擬した模擬血液を提供する。【解決手段】  タンパク質コロイド水溶液は、毛髪、爪、羊毛、絹フィブロインを由来とするタンパク質から選ばれる少なくとも一種類を微細化したタンパク質コロイドを含む。またタンパク質コロイド水溶液は、カッソンプロットにおける[ずり速度(γSec−１)]１/２＝０のときの[ずり応力(τPa)]１/２が少なくとも0.05 Pa１/２以上の値である。これらのコロイド水溶液は、模擬血液として使用し得る。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
毛髪、爪、羊毛、絹フィブロインを由来とするタンパク質から選ばれる少なくとも一種類を微細化したタンパク質コロイドを含むことを特徴とするコロイド水溶液。
【請求項２】
カッソンプロットにおける[ずり速度(γSec−１)]１/２＝０のときの[ずり応力(τPa)]１/２が少なくとも0.05 Pa１/２以上の値であることを特徴とする請求項１に記載のコロイド水溶液。
【請求項３】
前記コロイドの平均粒径が３〜５０μｍであることを特徴とする請求項１に記載のコロイド水溶液。
【請求項４】
見かけ粘度が１〜４００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする請求項１に記載のコロイド水溶液。
【請求項５】
水溶液中のコロイドの濃度が０．０１〜０．１重量％であることを特徴とする請求項１に記載のコロイド水溶液。
【請求項６】
ヒトから採取した毛髪または爪を微細化したケラチンのコロイドを含む水溶液からなることを特徴とする模擬血液。
【請求項７】
タンパク質のコロイドを含む水溶液であって、カッソンプロットにおける[ずり速度(γSec−１)]１/２＝０のときの[ずり応力(τPa)]１/２が少なくとも0.05 Pa１/２以上の値であることを特徴とする模擬血液。
【請求項８】
前記タンパク質が、ヒトから採取した毛髪または爪を微細化したケラチンを主成分とすることを特徴とする請求項７に記載の模擬血液。
【請求項９】
前記コロイドの平均粒径が３〜５０μｍであることを特徴とする請求項６または７に記載の模擬血液。
【請求項１０】
前記コロイドを含む水溶液の見かけ粘度が１〜４００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする請求項６または７に記載の模擬血液。
【請求項１１】
前記水溶液中のコロイドの濃度が０．０１〜０．１重量％であることを特徴とする請求項６または７に記載の模擬血液。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用中にヒトの血液が循環する医療機器や、使用中に人体の部位に触れて出血させたりする恐れのある医療用具等の試験、あるいは医療診断行為の実験実習などの際にヒトの血液の替わりに使用される模擬血液、およびそのような模擬血液に含まれるべきタンパク質コロイド水溶液に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
人工臓器の開発には、試作段階等で血液を実際に流してみることが必須となる。また、血液循環器系統の疾患のメカニズムを解明する上でも、血液の挙動を様々な面から試験することが重要である。さらには、注射やカテーテルの挿入など医療診断行為の実験実習などでは、しばしば人体模型が使用されているが、実験が不出来なときには生身の人体と同様に出血する構造であれば、実験実習は臨場感があり教育効果は格段に向上する。
【０００３】
このような場面で使用される血液は、ヒト血液であれば最も実際に近いが、ヒトから採取した貴重な血液をこのような用途に使用するには、たとえ輸血などに使えなくなった古い血液でも抵抗感がある。現実にもそのような量を充足するだけの量の血液はない。
【０００４】
一方、同様な場面で家畜等の血液が使われることもある。しかし家畜から血液を採取することはかなりの手間がかかり、採取後に凝固したり腐敗したりするため、保存が困難であり保存期限が限られている。また、ヒトあるいは家畜等の生体由来の血液は、ウィルスに汚染されていることがあり、思わぬ疾病の誘発原因になる危険もある。
【０００５】
このような弊害をなくし、上記した実験等での要求を満たすため、多くはグリセリンの水溶液をヒトの血液と同等に粘度調整したものが使用されている。グリセリンの水溶液は、ヒト血液とはレオロジー特性の面からかなり異なった挙動を示すことから、必ずしも正確な実験はできない。
【０００６】
そこで最近では、生理学的には血液とはいえないが、粘度特性や流動特性など物理化学的には血液と似た性状をもつ模擬血液が開発されつつある。特許文献１には、マイクロカプセルを使用した人工臓器の溶血評価方法が開示され、模擬血液としてロイコ染料を含有するマイクロカプセルの懸濁液を使用する旨が記載されている。特許文献２には、水性分散媒中に平均粒径２０μｍ以下のアルギン酸ゲル粒子が分散含有されてなる模擬血液が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１６６９３０号公報
【特許文献２】特開２００２−１４１０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
模擬血液中の赤血球に、タンパク質粒子が使用可能であることは示唆されているが、多くのタンパク質は、(1)均一な原材料の大量調製は難しい、(2)分解しやすい、(3)不安定で腐敗しやすい、(4)ウイルスなどの異物が混入しやすい、(5)立体構造の保持が難しい、(6)力学特性の範囲が狭い、といった欠点をもっている。
【０００９】
本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、医療用具等の試験、あるいは医療診断行為の実験実習などの際にヒトの血液の替わりに使用でき、上記した欠点を克服できるタンパク質粒子をヒト血液中の赤血球に擬したタンパク質コロイド水溶液、およびそのタンパク質コロイド水溶液を含む模擬血液を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
ヒトの血液中の有形成分の約５０％は赤血球であり、ヒト血液のレオロジー特性は赤血球による影響が大きい。本発明の発明者は、ヒトの毛髪タンパク質を溶液化して利用することを永年研究してきたが、かかる溶液のレオロジー特性がヒト血液のそれと近似していることを見出し、本発明を完成するに到った。
【００１１】
かかる知見の下、前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項１に記載された発明は、毛髪、爪、羊毛、絹フィブロインを由来とするタンパク質から選ばれる少なくとも一種類を微細化したタンパク質コロイドを含むことを特徴とするコロイド水溶液である。
【００１２】
同じく請求項２に記載された発明は、カッソンプロットにおける[ずり速度(γSec−１)]１/２＝０のときの[ずり応力(τPa)]１/２が少なくとも0.05 Pa１/２以上の値であることを特徴とする請求項１に記載のコロイド水溶液である。
【００１３】
請求項３に記載された発明は、前記コロイドの平均粒径が３〜５０μｍであることを特徴とする請求項１に記載のコロイド水溶液である。
【００１４】
請求項４に記載された発明は、見かけ粘度が１〜４００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする請求項１に記載のコロイド水溶液である。
【００１５】
請求項５に記載された発明は、水溶液中のコロイドの濃度が０．０１〜０．１重量％であることを特徴とする請求項１に記載のコロイド水溶液である。
【００１６】
また、特許請求の範囲の請求項６に記載された発明は、ヒトから採取した毛髪または爪を微細化したケラチンのコロイドを含む水溶液からなることを特徴とする模擬血液である。
【００１７】
同じく請求項７に記載された発明は、タンパク質のコロイドを含む水溶液であって、カッソンプロットにおける[ずり速度(γSec−１)]１/２＝０のときの[ずり応力(τPa)]１/２が少なくとも0.05 Pa１/２以上の値であることを特徴とする模擬血液である。
【００１８】
[ずり速度(γSec−１)]１/２＝０のときの[ずり応力(τPa)]１/２が0.05 Pa１/２以下であると、ずり速度が減るにつれてずり応力は小さくなる（見かけ粘度は大きくなる）が、ある程度以上は小さくならないというヒト血液の流動特性から外れることになる。
【００１９】
請求項８に記載された発明は、前記タンパク質が、ヒトから採取した毛髪または爪を微細化したケラチンを主成分とすることを特徴とする請求項７に記載の模擬血液である。
【００２０】
請求項９に記載された発明は、前記コロイドの平均粒径が３〜５０μｍであることを特徴とする請求項６または７に記載の模擬血液である。
【００２１】
コロイドの平均粒径がこの範囲にあるときヒト血液を模するのに好適である。
【００２２】
請求項１０に記載された発明は、前記コロイドを含む水溶液の見かけ粘度が１〜４００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする請求項６または７に記載の模擬血液である。
【００２３】
この粘度範囲にあるとき、ヒト血液の粘度にほぼ一致して好ましい。
【００２４】
請求項１１に記載された発明は、前記水溶液中のコロイドの濃度が０．０１〜０．１重量％であることを特徴とする請求項６または７に記載の模擬血液である。
【００２５】
この濃度範囲にあるときほぼヒト血液の粘度となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の模擬血液は、赤血球の大きさ，形状，やわらかさを表出できるタンパク質を微細成型した微粒子を用いて水溶液化したもので、レオロジー特性の面からヒト血液と類似の挙動を示す。そのため人工臓器や心臓血管疾患の発生メカニズムの解明をする循環シミュレータの開発には生体外模擬実験に使うことができる。
【００２７】
本来であれば生体外模擬実験は、ヒトや動物の血液を用いるのが実験そのものとしては好ましいが，保存や実験による変性，腐敗、さらには感染症や倫理的問題等もある。しかし、本発明の模擬血液は、これらの問題を総て克服できるものである。
【００２８】
しかも、タンパク質を８０％以上も含み、人体から切り離された後は不用物として廃棄されてきた毛髪や爪を原材料として、本発明の模擬血液は利用できるものである。したがって、本発明は資源の有効利用あるいは経済的な面からも優れたものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明のタンパク質コロイド水溶液は、タンパク質を粒子化し、それをホモジナイザーや超音波破砕機でさらに微細化してタンパク質コロイド水溶液としたものである。タンパク質としては、主にケラチンを含むヒトの毛髪や爪を由来とするものが好ましいが、獣毛等も使用でき、なかでも羊毛は原材料としての供給も潤沢である。また衣類等に使用した古羊毛も使用できる。絹のタンパク質も使用できる。
【００３０】
このタンパク質コロイド水溶液の濃度を調整することで、ヒトの血液と似た粘性特性となり、模擬血液が得られる。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３２】
（実施例１）
ヒトの廃棄毛髪１０ｇを尿素３０質量％、チオ尿素２０質量％、２メルカプトエタノール５質量％、２５ｍＭ（ミリモル）トリス−塩酸緩衝液（ｐＨ８．５）を含む混合液２００ｍｌ中で５０℃、４日間処理し、処理溶液を得た。この処理溶液を濾過により未抽出毛髪を除き、タンパク質濃度を測定し、毛髪タンパク質溶液とした。この毛髪タンパク質溶液に、トリクロロ酢酸を５質量％、過塩素酸を５質量％、あるいは、グアニジン塩酸を２０質量％加え、よく攪拌後、水を含む展開用溶液を満たしたシャーレに静かにキャストし、フィルムを作製した（プレキャスト法）。
【００３３】
このフィルムを、水道水を用い半日以上洗浄し、フィルムに共存している尿素、チオ尿素、還元剤などの変成剤を除去した。最後に、蒸留水を用い、２時間、２回交換した。これを大型のスパーテルなどを用いかき取り、乾燥後のフィルムを乳鉢で粉砕して、プレキャスト法によるタンパク質粉末を回収した。このプレキャスト法では、１ｇの毛髪タンパク質を含む溶液から約７７０ｍｇのタンパク質粒子が回収された。
【００３４】
このタンパク質粉末を含む水溶液を、ポリトロンホモジナイザーを用い均一のタンパク質コロイド水溶液とした。
【００３５】
（実施例２）
超音波破砕機を使用して、実施例１で得たタンパク質コロイド水溶液に含まれるタンパク質粒子をより微細化したタンパク質コロイド水溶液を得た。
【００３６】
（実施例３）
実施例１で得られた毛髪タンパク質溶液、１００ｍＭ酢酸／酢酸ナトリウム緩衝液（ｐＨ３．０〜５．０）、塩酸溶液（１０〜５００ｍＭ）、硫酸溶液（１０〜５００ ｍＭ）、１質量％トリクロロ酢酸、１０質量％グアニジン塩酸あるいは１質量％過塩素酸を含む展開用溶液を満たしたシャーレに静かにキャストし、フィルムを作製した（ポストキャスト法）。
【００３７】
このフィルムを、水道水を用い半日以上洗浄し、フィルムに共存している尿素、チオ尿素、還元剤などの変成剤を除去した。最後に、蒸留水を用い、２時間、２回交換した。これを大型のスパーテルなどを用いかき取り、乾燥後のフィルムを乳鉢で粉砕後、ポストキャスト法によるタンパク質粉末を回収した。このポストキャスト法では、１ｇの毛髪タンパク質を含む溶液から約８３０ｍｇのタンパク質が粒子水溶液として回収された。
【００３８】
このタンパク質粉末を含む水溶液を、ポリトロンホモジナイザーを用い均一のタンパク質コロイド水溶液とした。
【００３９】
（実施例４）
超音波破砕機を使用して、実施例３で得たタンパク質コロイド水溶液に含まれるタンパク質粒子をより微細化したタンパク質コロイド水溶液を得た。
【００４０】
（実施例５）
実施例１で得られた毛髪タンパク質溶液を、４０ｍＭ塩化マグネシウム、４０ｍＭ塩化カルシウム、５００ｍＭ塩化ナトリウムあるいは５００ｍＭ塩化カリウムを含む展開用溶液を満たしたシャーレに静かにキャストし、フィルムを作製した（ソフト-ポストキャスト法）。
【００４１】
このフィルムを、水道水を用い半日以上洗浄し、フィルムに共存している尿素、チオ尿素、還元剤などの変成剤を除去した。最後に、蒸留水を用い、２時間、２回交換した。これを大型のスパーテルなどを用いかき取り、乾燥後のフィルムを乳鉢で粉砕後、ソフトポストキャスト法によるタンパク質微細粒子を回収した。このソフトポストキャスト法では、１ｇの毛髪タンパク質を含む溶液から約８８０ｍｇのタンパク質が粒子水溶液として回収された。
【００４２】
このタンパク質粉末を含む水溶液を、ポリトロンホモジナイザーを用い均一のタンパク質コロイド水溶液とした。
【００４３】
（実施例６）
超音波破砕機を使用して、実施例５で得たタンパク質コロイド水溶液に含まれるタンパク質粒子をより微細化したタンパク質コロイド水溶液を得た。
【００４４】
（実施例７）
精錬した絹２０ｇを６５％塩化カルシウムの水溶液１００ｍｌとエチルアルコール４０ｍｌを混合した溶液に入れ、ウォーターバスを用い９０℃以上加熱して、タンパク質を可溶化した。目の粗いふるいを用い、夾雑物をろ過で取り除いた後、タンパク質溶液を、セルロースの透析チューブに入れ、水道水に対して透析した。透析中に絹タンパク質はゲル状の凝集体となるため、透析後これを回収して、ポリトロンホモジナイザーと超音波破砕機を用い均一のタンパク質微粒子のタンパク質コロイド水溶液を作製した。
【００４５】
レーザー回折式粒度分布計を用いて、実施例１〜７で得たタンパク質コロイド水溶液のタンパク質微粒子の粒径を測定した。測定結果から算出した平均粒径を表１に示す。
【００４６】
実施例１〜７で得たタンパク質コロイド水溶液をイオン交換水で、夫々０．０１重量％、０．０５重量％、０．１重量％に希釈し、各濃度のタンパク質コロイド水溶液を23℃の室温で、円錐−円盤型粘度計を用いて粘度を測定した。その結果を表１に示す。
【００４７】
比較のため、グリセリン溶液、ヒト血液の粘度、およびその他のデータを表１に示す。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
図１には実施例５で得たタンパク質コロイド水溶液中の毛髪タンパク質微粒子を１％ローダミンと１：１（Ｖｏｌ：Ｖｏｌ）の割合で混合し、洗浄後のタンパク質粒子の共焦点顕微鏡写真を示す。図２には実施例６で得たタンパク質コロイド水溶液中のローダミンで染色した毛髪タンパク質微粒子の共焦点顕微鏡写真を示す。
【００５０】
図３、図４にはヒト血液と実施例５で得たタンパク質コロイド水溶液の０．０１重量％、０．０５重量％、０．１重量％における粘度分布（血液の粘性を表すカッソンプロット）、および見かけの粘度分布を示す。図中、τはずり応力、γはずり速度、濃度は重量％である。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は模擬血液の発明であり、模擬血液は、人工臓器や心臓血管疾患の発生メカニズムの解明をする循環シミュレータの開発には生体外模擬実験、注射やカテーテルの挿入など医療診断行為の実験実習などにも利用できる。かかる模擬血液の市場は未成熟ではあるが、利用分野が広範であるため、多くの需要が見込まれ産業上の利用可能性は大きい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明を適用する一実施例の模擬血液の顕微鏡写真である。
【００５３】
【図２】本発明を適用する別な実施例の模擬血液の顕微鏡写真である。
【００５４】
【図３】本発明を適用するの模擬血液のカッソンプロット粘度分布を示すグラフである。
【００５５】
【図４】本発明を適用するの模擬血液の見かけ粘度分布を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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