(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向のほぼ全長にわたって少なくとも一本の流路が形成されているカテーテルであって、該カテーテルの流路がポリエチレンを含有する熱可塑性樹脂からなり、該熱可塑性樹脂からなる流路の表面には硫酸基が導入されていることを特徴とするインスリン製剤注入カテーテル。
【請求項２】
前記カテーテルの流路の下流側の開口部先端から少なくとも５ｍｍまでのカテーテル表面が流路の表面と連続して、ポリエチレンを含有する熱可塑性樹脂で形成されていて、該熱可塑性樹脂からなるカテーテル表面には硫酸基が導入されている請求項１に記載のインスリン製剤注入カテーテル。
【請求項３】
前記カテーテルの流路の下流側の開口部先端から流路の表面にわたって１ｍｍ以上及び該開口部先端からカテーテル表面にわたって１ｍｍ以上の部分に、２つ以上のアミノ基を有するカップリング剤を介してヘパリンが結合されている請求項２に記載のインスリン製剤注入カテーテル。
【請求項４】
前記カテーテルにカップリング剤を介して結合されているヘパリンにおいて、該ヘパリンとカップリング剤の結合の少なくとも一部が、該ヘパリンのアミノ基を介した共有結合である請求項３に記載のインスリン製剤注入カテーテル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インスリン製剤を持続注入するためのインスリン製剤注入カテーテルに関する。更に詳しくは、本発明は、体内の血糖をコントロールできなくなる糖尿病の治療、療法のなかで、インスリンを定期的に体内に注入する療法であるシリンジポンプや体内埋込型ポンプなどのデバイスを利用して、注入量を制御しながらインスリンを持続注入する際に用いられるインスリン製剤注入カテーテルに関する
【０００２】
【従来の技術】
血糖コントロールのためのインスリン製剤の持続注入デバイスにおいては、大きな問題としてデバイス内部のインスリン製剤の流路がつまるという現象がある。つまるとインスリン製剤が予定した量流れないために血糖を制御しきれず、重篤な高血糖の原因となる。流路がつまってしまった時には、デバイスは当然交換、あるいは流路を洗浄して再開通させねばならない。また、埋込型デバイスの場合、手術が必要となることも考えられる。現在は、この閉塞の問題のため、感染の危険が少なくQOL（クオリティーオブライフ）にすぐれる体内埋込型の持続投与デバイスよりも、ポンプを体に接続する必要がありQOLには劣るが短期間でカテーテル（あるいは留置針）やリザーバーを交換し閉塞リスクを低下できる皮下へのインスリン投与が一般的に行われている。しかしながら、このような短期でのデバイス交換でも、閉塞が全くなくなるわけではない。
【０００３】
本来インスリンは、膵臓から血糖値に応じて血管中に放出される蛋白であり、治療に際しても、血管内にインスリン製剤を持続注入することが理想的である。しかしながら血管への投与の場合では、腹腔内への投与よりさらにつまり易い（文献  M Scavini,et al.,Diabetes Care vol20 610-613 1997）。体内留置デバイスでの閉塞の原因は、タンパク質であるインスリンが変性しやすく、変性によって凝集塊を形成することが原因とされるが、さらに、血管に留置する場合はカテーテル先端での血栓形成が反映している。
現在このようなカテーテルは、血管や腹腔内への投与用では、シリコーン被覆したポリエチレン製が利用されており、皮下注入ではテフロン（登録商標）製カニューレやステンレス製留置針に、塩ビチューブあるいはフッ素樹脂製内面を有するチューブを接続したものが利用されているが、疎水表面は血栓形成を原因とした流路のつまりを抑制する効果は期待できるものの、インスリン変性による凝集塊を原因とした流とのつまりを惹起する性質を依然有しており、インスリン製剤の持続注入用カテーテルとしては不十分である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような現状を改善し、よりQOLに優れ理想的なインスリン持続投与を可能とならしめるため、長期間でのインスリン持続注入においても、また血管に留置する際にも閉塞しがたいカテーテルを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
血糖コントロールのためのインスリン製剤の持続注入療法においては、遺伝子組換え技術によって製造されたヒト型インスリンの中性水溶液製剤が用いられる。この中性溶媒中でインスリンの分子は６量体を形成し、比較的安定な状態であるが、溶液が疎水性表面と接触した状態で攪拌されると、変性し凝集塊を生じることが知られている。これは加熱によっても加速される。
インスリンの吸着変性については、一般的なタンパク質の吸着変性の考え方から、ポリマー表面を親水化することによってある程度回避可能であることは推測できる。すなわち、水に溶解している一般的な球状蛋白質は、内部が比較的疎水性で、表面に親水性残基を配している場合が多く、疎水性表面とこのような蛋白質が接触することにより、内部の疎水性残基が強制的に接触面に露出させられることによって、構造上強い変形負荷がかかり、立体構造を維持できなくなって変性すると考えられている。インスリンも同様な球状蛋白質であり、接触する表面を親水性にすることによってある程度吸着変性が抑えられると予想できる。しかしながら、親水性を付与する官能基の種類と量によっては、蛋白質表面の親水性残基との相互作用が強力であれば、逆に変性を助長してしまうことも十分に考えられるのである。
【０００６】
そこで、親水性を強力に付与でき、かつタンパク質表面のアミノ酸残基との相互作用はそれほど強くない硫酸基に着目し、インスリン変性の機序からもインスリンを変性させ難い表面設計を試み、本考案に至った。
インスリン凝集塊を生じる化学的機序は、近年の研究において以下のように説明されている。すなわち、６量体のインスリン分子がまず会合をとかれ単量体になり、さらに部分的に立体構造が破壊された半変性中間体となる。この半変性中間体は、互いに会合し線維を形成し、インスリン溶液を白濁させる。この白濁が凝集塊であり、持続注入デバイス内部でのつまりの原因と考えられる。この機序の中で、６量体から半変性中間体までの機序は、インスリン分子が空気など疎水性表面との相互作用と、攪拌による物理的刺激、高温、低ｐHが加速すると考えられている。
この機序において、６量体のインスリンが単量体になるステップが凝集塊を生ずる最初のステップとして重要であることはいうまでもないが、この最初のステップを、インスリンが接触するデバイス表面に硫酸基を付与することで回避できることを見出した。
【０００７】
この知見に基づき、上述した課題を解決し目的を達成するため、発明者らは、インスリン溶液が変性し難く、さらに抗血栓性を容易に付与できる表面を探索した結果、本発明を完成した。即ち、本発明では、インスリン製剤注入カテーテルの長手方向のほぼ全長にわたって形成されているインスリン製剤投与用の流路がポリエチレン樹脂を含有する熱可塑性樹脂で形成されており、その流路の表面に硫酸基を導入し、更には抗血栓剤であるヘパリンをも導入することができるインスリン溶液が変性し難く、抗血栓性にも優れたインスリン製剤注入カテーテルを提供するものである。
【０００８】
具体的には、下記の本発明を提供するものである。
１）長手方向のほぼ全長にわたって少なくとも一本の流路が形成されているカテーテルであって、該カテーテルの流路がポリエチレンを含有する熱可塑性樹脂からなり、該熱可塑性樹脂からなる流路の表面には硫酸基が導入されていることをインスリン製剤注入カテーテル。
２）前記カテーテルの流路の下流側の開口部先端から少なくとも５ｍｍまでのカテーテル表面が流路の表面と連続して、ポリエチレンを含有する熱可塑性樹脂で形成されていて、該熱可塑性樹脂からなるカテーテル表面には硫酸基が導入されている１）に記載のインスリン製剤注入カテーテル。
３）前記カテーテルの流路の下流側の開口部先端から流路の表面にわたって１ｍｍ以上及び該開口部先端からカテーテル表面にわたって１ｍｍ以上の部分に、２つ以上のアミノ基を有するカップリング剤を介してヘパリンが結合されている２）に記載のインスリン製剤注入カテーテル。
４）前記カテーテルにカップリング剤を介して結合されているヘパリンにおいて、該ヘパリンとカップリング剤の結合の少なくとも一部が、該ヘパリンのアミノ基を介した共有結合である３）に記載のインスリン製剤注入カテーテル。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一つの実施形態であるポンプ付きカテーテルの概観図であり、図２は、カテーテル先端の断面図である。
【００１０】
インスリン製剤を持続的に流路６を通じてカテーテル１の先端部２の開口部３から吐出できるデバイスであり、インスリン製剤をストックし吐出する駆動部をもつポンプ部４と接続して用いられる。ポンプ部４とカテーテル１は、図のように離脱可能なコネクター５を介して必要に応じて着脱できるようにできる。カテーテル１の構造は、流路を形成する内面に少なくともポリエチレンを含む熱可塑性樹脂部分７が必要である。カテーテルを形成する他の部分も同じ樹脂で作製しても良いが、たとえば体内に埋め込む場合にはX線造影層８や、キンク防止や組織に糸でカテーテルをしばったときの固定性改良のためのシリコーン被覆層９などを必要に応じて設置することができる。またX線造影層は、カテーテルの円周にわたって均一な層状ではなく、造影ラインとして線状に配置しても良い。これら造影層を形成する造影剤を担持している樹脂や、組織と接触する外層を形成する樹脂は、シリコーン以外でも、ポリエチレンやポリプロピレン等のオレフィン樹脂や、オレフィン樹脂に水素添加ポリブタジエンやSEBSを添加したもの、さらには軟質化のためにスクワレン等を添加したもの、ポリウレタン、ポリエステル等のエラストマーが使用できる。
【００１１】
また、構造上先端を血管内面で固定しやすいように、図２のごとく径の小さい部分１０を設けることも、必要に応じて可能である。また、外径の大きなオリーブ１１をたとえば生体適合性に優れX線造影性のあるチタンなどで作製し後加工で接続しても、血管分岐部での固定がしやすくなる。
上述したように、本発明の熱可塑性樹脂部分７のうち少なくともカテーテルの内腔表面（流路の表面）には硫酸基が付与されている。硫酸基は、内腔表面全域にわたって導入されていることが好ましく、さらには内腔表面と連続して下流側の開口部先端から少なくとも５ｍｍまでのカテーテル表面がポリエチレンで形成されるとともにその表面に硫酸基が導入されていることが後述する抗血栓性付与の点から好ましい。
【００１２】
硫酸基は、種々の方法で付与することができるが、例えば、過マンガン酸カリウムを濃硫酸に溶解した溶液を、少なくともポリエチレンを含むカテーテル内腔面（流路の表面）に接触させることにより可能である。過マンガン酸カリ硫酸溶液は、ポリエチレンに含まれる２重結合を開裂させ、その際ポリエチレンに硫酸基を導入する。過マンガン酸カリウム濃度は、２ｍｇ／ｇ程度の濃度であることが好ましいが、必要に応じて増減し、表面の硫酸化条件をコントロールすることができる。処理時間は、一般的な直鎖状低密度ポリエチレンや高密度ポリエチレンの場合、２分程度で十分である。また、カテーテルの力学特性を調整する目的で、ポリエチレンにSEBSのような軟質ポリマー等を添加することが可能であるが、SEBSが添加されたことによって表面に露出したポリエチレン成分が少なくなるような場合にも、過マンガン酸カリウムの濃度と接触時間を必要に応じて変え、適当な量の硫酸基を表面に付与できる。
【００１３】
表１に市販インスリン製剤（ノボ社製ノボリンR注１００）を用いて、各種樹脂表面に吸着できるインスリンの最大値を、水晶発振微量天秤を用いて攪拌下測定した結果を示した。
【００１４】
【表１】
0004242099.tif 000002
【００１５】
なお、表中硫酸化線状低密度ポリエチレンの硫酸化処理条件は、後述の実施例１の２分間処理に相当する。
【００１６】
６量体のインスリン分子は、高さ３０Å直径５０Åの円柱とされており、これを表面に円柱をたてるように密に並べたときの計算上の吸着可能な量は、４２ｎｇ／ｃｍ２となる。すなわち、表１より、硫酸化した表面のみ正常な形での吸着が可能であり、他の表面はインスリン分子が変形し、正常な分子の形をとれない変性した構造で吸着していることは明らかである。この吸着変性インスリン分子が、前記変性の機序のどのステップに属する形状かはさだかではないが、樹脂表面と溶液との界面でのずり応力と、樹脂表面の疎水性から考え、前記機序の６量体から半変性中間体の機序が、樹脂界面で生じていることは十分予想できる。
従って、一旦変形した分子は、表面から解離する際、単量体や半変性中間体の形で解離することが強く示唆され、結果、前記変性の機序のステップが凝集塊形成側に進みやすいといえる。
【００１７】
一方、吸着した際正常な形で吸着している硫酸基を付与した表面（硫酸化低密度ポリエチレン）では、解離する際も安定な６量体として解離するのであるから、前記の変性の機序に沿って凝集塊形成をおこすことがない。
これは、後述する実施例２の結果によっても支持され、硫酸化していない各種樹脂表面で変性の機序を進める反応が進みインスリンの凝集塊を生じやすく、硫酸基を付与した樹脂表面では変性の機序が進まず、インスリン凝集塊が生じにくいことがわかった。
【００１８】
また、特に血管内にカテーテルを留置する場合、本発明によれば、血液と接触するカテーテル外面（表面）にも、少なくともポリエチレンを含有する熱可塑性樹脂を用いることで、血栓形成防止効果のあるヘパリンを容易に結合させることができ、抗血栓性を付与することができる。すなわち、カテーテル内面（流路表面）と外面（カテーテル表面）の必要な部分を同時に上述した方法により硫酸化したのち、先端からヘパリン化処理したい表面にのみ塩基性を有するカップリング剤をコーティング処理し、次にヘパリン水溶液をカテーテル全面に接触させればよい。塩基性を有するカップリング剤は、カテーテル表面の硫酸基と強く相互作用し、結合する。一方ヘパリンは、−ＮＨ−SO３Na基を大量にもち、強い負電荷を有するため、塩基性のカップリング剤と比較的強固に結合することができる。この結果、インスリンの接触するカテーテル内腔面（流路表面）から血液接触面まで、ヘパリンの硫酸基も含め、インスリンが接触できる表面は、継ぎ目無く硫酸基に覆われることになり、インスリンの変性凝集を効果的に抑えると同時に、先端近傍の血液接触部位近傍は、抗血栓性も発揮できる。また、抗血栓性を付与する血液接触部分を、特にやわらかいポリエチレンを含有する他の熱可塑性樹脂で別の部品として作製後、カテーテルに接続することが良く行われるが、前述の効果はこのような場合でも、カテーテル内面からポリエチレン含有樹脂で連続的に先端外面の血液接触面まで覆われるかぎり、有効に付与できる。
【００１９】
ヘパリン化処理する領域は流路の閉塞を防止する点からは、前記カテーテルの流路の下流側の開口部先端から流路の表面にわたって血栓発生抑制効果が得られる１ｍｍ以上、血液のバックフローや拡散によるカテーテル内部への逆流を考慮して２０ｃｍ以下、及びこれと連続して該開口部先端からカテーテル表面にわたって血栓発生抑制効果が得られる少なくとも０．５ｍｍ以上の部分に、２つ以上のアミノ基を有するカップリング剤を介してヘパリンがポリエチレンに導入された硫酸基に結合されていることが好ましい。また、カテーテル血液接触部分への抗血栓性付与を考慮すると、さらにカテーテル表面の血液接触可能範囲あるいはカテーテル表面全域にまでヘパリンが結合されるよう上記処理を施すことが好ましい。
【００２０】
この処理によって、さらに、長期間にわたって抗血栓性を維持させるために、インスリン製剤にヘパリンを添加して流すことができ、その結果、血液接触面に結合したヘパリンが血流ではがれても、インスリン製剤から先端近傍の血液接触面にヘパリンが持続的に供給され、血液接触面の抗血栓性を長期にわたって維持することができるようになる。
利用するカップリング剤としては塩基性ポリマー、特に水溶性ポリマーが好適であり、ポリエチレンイミンや、ポリリジン、スペルミン、ポリエチレングリコールジアミン、エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン等があげられるが、ポリエチレンイミンがコスト等から好適である。
また、動脈のように血流が激しく、ヘパリンが早期にはがれることが危惧される場合は、両端にエポキシ基やイソシアネート基などをもつカップリング剤を追加して、ヘパリンを塩基性ポリマーに共有結合させることができる。その際、ヘパリンの硫酸化アミノ基を部分的に脱硫酸化し、追加したカップリング剤の架橋効果を効率よく行うこともできる。
【００２１】
【実施例】
以下に実施例を用いて本発明を更に詳細に説明する。
（実施例１）ポリエチレンの硫酸化処理
線状低分子量ポリエチレンフィルムを硫酸化処理し、硫酸基が導入されていることを確認した。線状低分子量ポリエチレンは日本ポリケム製ＵＪ９６０ペレットを、厚み０．３ｍｍのフィルム状にプレス成形したものを短冊状に切断し硫酸化処理した。硫酸化処理用処理剤には、過マンガン酸カリウムを濃硫酸に２ｍｇ／ｇの濃度で溶解したものを用い、短冊状ポリエチレンフィルムを適当な時間浸し、水洗後、ＥＳＣＡで表面を分析したところ、図３のごとく表面に硫黄原子を確認した。また、水に接触させた際、撥水し難くなる現象及び、０．０４％トルイジンブルー水溶液で染色されることを確認した。トルイジンブルーは塩基性をもつため、硫酸基のような酸性の表面に付着しやすい性質をもち、硫酸化した表面をよく染色できる。比較のため硫酸化処理を行わなかったフィルムをトルイジンブルーで染色作業を行っても、目視で着色を確認できなかった。
【００２２】
次に、硫酸化の効果を確認するため、一端を閉塞させた内径７ｍｍのガラスチューブ内面に、ポリエチレン（日本ポリケム社製ＵＪ９６０）のキシレン溶液をコーティングし、乾燥させた。実施例１と同様にポリエチレンコート表面を硫酸化したのち、市販インスリン溶液（ノボ社製ノボリンＲ注１００）を７割注入しふたをして、１分間に２０回のサイクルで転倒を繰り返し攪拌した。硫酸化した場合としない場合でのインスリン溶液の濁りを吸光度計で経時的に調べたところ、図４のごとく、硫酸化したチューブでは全くにごらなかったにも関わらず、硫酸化しないチューブでは濁ることを確認した。すなわち、インスリンの凝集が抑えられる表面を、硫酸基を表面に設けることで作製できた。
【００２３】
（実施例２）カテーテルの作製
線状低分子量ポリエチレン（日本ポリケム社製ＵＪ９６０）を内径０．２ｍｍ外径０．５ｍｍのチューブ状に成形し、さらに、外層にシリコーン（ダウコーニング社製Ｑ７−４７５０）をコーティングした後、１１０℃で過熱し、シリコーンを架橋した。このとき先端部はシリコーンが被覆されていない部分をあらかじめ作製しておき、シリコーン架橋後、先端を１４０℃の金型で溶融し、図２のごとく外径１ｍｍ、長さ１ｍｍのオリーブ部分１１を作製した。先端部から前述の２ｍｇ／ｇ過マンガン酸カリウム硫酸溶液を、シリコーン層に溶液が付着しないようにかつオリーブ部分外面が過マンガン酸カリウム濃硫酸溶液に接触するように吸引し、２分間内面を硫酸化処理したのち水洗した。硫酸化処理ができたことは、０．０４％トルイジンブルー水溶液で染色し確認した。
【００２４】
（実施例３）先端のヘパリン化処理１
実施例２で作製したカテーテルの先端オリーブ部分が０．５ｗ／ｖ％ポリエチレンイミン水溶液ｐＨ１０に浸るようにして、３７℃４時間処理した。水洗後、トルイジンブルーで染まらないことから、ポリエチレンイミンがコーティングされたことを確認できた。ポリエチレンイミンコーティングの後、０．５ｍｇ／ｍｌヘパリン５０ｍＭコハク酸ナトリウムｐＨ４溶液中に、カテーテル内腔も含めてカテーテル全面が浸るようにして３７℃２時間インキュベートした。染色されなかったポリエチレンイミンコーティング部分が、トルイジンブルー染色されることを確認し、ヘパリンコーティングが完了したことを確認した。
【００２５】
（実施例４）先端のヘパリン化処理２
市販のヘパリンを蒸留水に溶かし、１０％ヘパリン溶液を作製した。このヘパリン溶液１０ｍｌを５．５Ｎ硫酸０．４ｍｌ中に入れ、９７℃で１０分間インキュベートした。得られたヘパリン中の全アミノ基内の第１級アミノ基は、ヘパリンが最初から有するものおよびＮ−硫酸部位が脱硫酸化されて第１級アミノ化されたものを含めて１１％であった。これを一部脱硫酸化ヘパリンと称する。
次に、上記実施例３記載の処理の内、ポリエチレンイミン処理後の先端オリーブ部分を、一部脱硫酸化ヘパリン０．５％  pH４．５酢酸緩衝溶液に４５℃、２４時間浸漬した。次に、５％グルタルアルデヒド  pH４．５酢酸緩衝溶液中に室温で２４時間浸漬した。続いて１％ＮａＢＨ４、pH１０炭酸緩衝溶液中に、室温、４時間浸漬して一部脱硫酸化したヘパリンを、ポリエチレンイミンと共有結合させた抗血栓表面を有する先端オリーブ部分をもつカテーテルを得た。処理表面がトルイジンブルー染色されることを確認し、ヘパリンコーティングが完了したことを確認した。
【００２６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明は、インスリン製剤注入カテーテルのインスリン製剤投与用の流路がポリエチレン樹脂を含む熱可塑性樹脂で形成されており、その流路の表面に硫酸基を導入しているので、インスリン溶液が変性し難く、更には抗血栓剤をも導入することができるので、抗血栓性にも優れたインスリン製剤注入カテーテルを提供することができる。
また、上記のインスリン製剤注入カテーテルを提供できるので、QOLに優れ理想的なインスリン持続投与を可能とし、長期間でのインスリン持続注入においても、また血管に留置する際にも閉塞しがたいカテーテルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のインスリン製剤注入カテーテルを備えたポンプ付きカテーテルの概観図である。
【図２】図２は、本発明のインスリン製剤注入カテーテルのカテーテル先端の断面図である。
【図３】図３は、硫酸化処理によりポリエチレンフィルムへ硫酸基導入が図られたことを示すグラフである。
【図４】図４は、硫酸化処理によるインスリン凝集抑制効果を示すグラフである。
【符号の説明】
１.  カテーテル  ２. 先端部  ３. 開口部  ４.  ポンプ部  ５.  コネクター６.流路  ７.  熱可塑性樹脂部分  ８.  X線造影層  ９.  シリコーン被覆層
１０.  径の小さい部分  １１.  オリーブ部分
【図１】
0004242099.tif 000003
【図２】
0004242099.tif 000004
【図３】
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【図４】
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