(57)【要約】      （修正有）【課題】抗血栓性を有し、機械的強度が高く、かつ柔軟性も良好な人工血管の提供。【解決手段】人工血管において、外径φが３０ｎｍ以上２００ｎｍ以下、かつカーボン純度が９５ｗｔ％以上、かつ残留重金属濃度が３０００ｐｐｍ以下のカーボンナノチューブ２Ｂを含有する複合材料２で構成された人工血管１。特に、該人工血管において、カーボンナノチューブの含有率を４０ｗｔ％以下とすることによって、人工血管の柔軟性を良好なものとすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直径φが３０ｎｍ以上２００ｎｍ以下、かつカーボン純度が９５ｗｔ％以上、かつ残留重金属濃度が３０００ｐｐｍ以下のカーボンナノチューブを含有する複合材料で形成されたことを特徴とする人工血管。
【請求項２】
前記カーボンナノチューブの含有率が４０ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項１に記載の人工血管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工血管に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、医療業界において人工血管に多く用いられている材料として、延伸性ポリテトラフルオロエチレン（ｅ−ＰＴＦＥ）と、デュポン社製のポリエステル繊維(商品名：ダクロン)を編んで筒状にしたものが挙げられる。一般に、内径８〜４０ｍｍ程度の大口径の人工血管にはダクロン織布製人工血管が用いられ、小口径の人工血管には、抗血栓性等の生体適合性はダクロン織布製人工血管に劣るものの内腔が確保されやすいという点でｅ−ＰＴＦＥが主に使用されている。
内径が３〜６ｍｍほどの小口径人工血管に関して多くの研究がなされているが、人工血管としての充分な性能を有しておらず、更なる改良が必要とされている。
特許文献１には、水酸アパタイトを人工血管表面にコーティングすることで、抗血栓性を改善し、小口径であっても充分に機能し得る人工血管が記載されている。
また特許文献２には、アルブミン層とエラスチン層の２層をコーティングし、血液凝固、血漿蛋白の付着および細胞の過剰な成長を制御している人工血管が記載されている。これにより、小口径でも内膜肥厚を起こさず、人工血管の高い開存性を有している。
また特許文献３には、人工気管・気管支、人工食道等の人工臓器において、生体吸収性素材のカーボンナノチューブを使用することで、慢性期には自己組織に置き換わるようにし、拒絶反応を低減させた人工臓器が記載されている。この人工臓器は、気密性・水密性が高く、手術後早期に呼吸・食事摂取が可能となり患者の負担が小さい。
更に食道の手術においては、切除部の代替として患者の他の部分の食道を切除して用いる必要がなく、皮膚切開がないので患者の負担が小さく、低侵襲である。
【特許文献１】特開平５−３１７４０８号公報
【特許文献２】特開平９−１７３３６１号公報
【特許文献３】特開２００５−２７０３９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来の人工血管には以下のような問題があった。
特許文献１、２に記載の技術では、抗血栓性を確保するために、高分子繊維材料からなる基材に、それぞれ水酸アパタイトや、アルブミン層とエラスチン層のコーティングを施している。そのため、長期的な使用に際して、コーティングの剥離や脱落が生じる可能性があるという問題がある。
また、管状部材の内周面へのコーティングは一般に難しい技術であり、膜厚・膜質の均一性や生産性の点で問題がある。
一方、特許文献３の技術では、気密性、水密性の高い生体吸収性素材としてカーボンナノチューブで微細繊維状不織布管を形成して、人工臓器に用いることが提案されている。確かに、材質面ではカーボンナノチューブは化学的に安定しており、純カーボンである限り生体に無害と考えられる。しかしながら不織布管であるとカーボンナノチューブが表面から離脱する可能性がある。この場合、カーボンナノチューブは、ナノサイズの微細形状を有するため、生体内を移動したり、生体内に蓄積されたりすることが考えられる。特許文献３には、カーボンナノチューブの離脱を防止する技術、あるいは離脱した場合の安全性を確保するための技術については、全く開示されておらず、直ちに人工血管に応用できる技術ではないという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、耐久性、抗血栓性に優れた人工血管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】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明の人工血管は、直径φが３０ｎｍ以上２００ｎｍ以下、かつカーボン純度が９５ｗｔ％以上、かつ残留重金属濃度が３０００ｐｐｍ以下のカーボンナノチューブを含有する複合材料で形成された構成とする。
この発明によれば、カーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴと略称する）を含有させた複合材料で人工血管を構成するので、表面の低摩擦性に優れており、抗血栓性を有する。また、ＣＮＴは、複合材料の基材に複合されているため、基材の機械的強度を向上するとともに、基材内に安定保持され、長期使用においても性能が劣化しない。
また、カーボン純度を９５ｗｔ％以上、かつ残留重金属濃度を３０００ｐｐｍ以下とするので、生体に留置した場合においても、生体の健康に影響しない。
また、ＣＮＴの直径φが３０ｎｍ以上とされていることから、生体内に長期間留置した場合においても、毛細血管等へのＣＮＴの侵入を防止でき、２００ｎｍ以下とされていることから、ＣＮＴが体内を移動しても脳、肺、心臓等への蓄積の恐れがない。
【０００６】
また、本発明の人工血管では、請求項１に記載の人工血管において、前記カーボンナノチューブの含有率が４０ｗｔ％以下であることが好ましい。
この場合、ＣＮＴの含有率が４０ｗｔ％以下であるため、人工血管の柔軟性が良好となる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の人工血管によれば、ＣＮＴを含有した複合材料を用いるので、耐久性、抗血栓性を向上することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
まず、本発明の実施形態に係る人工血管について説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る人工血管の模式的な正面図および側面図である。図１（ｃ）は、図１（ａ）のＡ部の模式断面図である。
【０００９】
本実施形態の人工血管１は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、最小内径Ｄ１、最大外径Ｄ２の蛇腹状に延伸加工されたチューブ部材からなる。
本実施形態の人工血管１は、基材２Ａとして、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を用い、この基材２Ａ内に、ＣＮＴ２Ｂを分散させて複合材料２を形成し、複合材料２を延伸加工し、ＣＮＴを含有させた延伸性ＰＴＦＥ（ｅ−ＰＴＦＥ）から構成したものである。
人工血管１の径寸法は、必要に応じて適宜設定することができる。
【００１０】
ＣＮＴ２Ｂとしては、例えば、単層、二層、多層などの円環状の断面構造を有するＣＮＴを採用することができる。ＣＮＴ２Ｂの長さは特に限定されないが、生体内の移動性、留置性を考慮して、ＣＮＴ外径φは、３０ｎｍ以上かつ２００ｎｍ以下とする。
このようなＣＮＴ２Ｂの製造方法としては、特に限定されない。例えば、アーク放電法、レーザ蒸発法、触媒気相成長法（ＣＣＶＤ）などを挙げることができる。ＣＣＶＤは、高純度のＣＮＴを効率よく製造できるため量産性が高いので特に好ましい。
本実施形態では、ＣＣＶＤの一種である浮遊流動反応法を採用している。
浮遊流動反応法は、炭化水素ガスと、重金属からなる触媒粒子とを反応雰囲気に浮遊せしめることにより、触媒粒子を核としてＣＮＴを成長させる周知の製造方法である。触媒粒子の径と同程度の外径を有するＣＮＴが得られるところから、ＣＮＴ外径の制御性に優れる製造方法であり、本実施形態のように、ＣＮＴ外径を制限する場合でも、効率よく量産することが可能である。
【００１１】
ＣＮＴ２Ｂのアスペクト比、すなわち、外径に対する長さの比は、上述のように特に限定されない。ただし、浮遊流動反応法など重金属の触媒粒子を用いる場合には、アスペクト比が小さすぎると、例えば、ＣＮＴに対する触媒粒子である重金属の割合が大きくなるため、一定のＣＮＴ含有量に対して、残留重金属濃度が高くなってしまう。
そのため、本実施形態では、反応条件を調整してＣＮＴの成長長さを制御することで、アスペクト比を調整している。これにより残留重金属濃度を所定範囲に収めるようにしている。
ＣＮＴ２Ｂの残留重金属濃度の所定範囲としては、本実施形態では、生体の健康面から、３０００ｐｐｍ以下としている。後述する具体例では、アスペクト比が１０〜１００の間に分布する状態で、このような残留重金属濃度が達成できている。
ここで、重金属とは、生体の健康に影響のある重金属を意味しており、例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏなどを挙げることができる。
【００１２】
また、ＣＮＴ２Ｂのカーボン純度は、本実施形態では、生体の健康面から９５ｗｔ％以上としている。浮遊流動反応法では、炭化水素を原料としているため、反応条件によってはある程度の有機不純物が発生し、この有機不純物の中には生体の健康に影響を与える化合物も含まれると考えられる。このため、カーボン純度を高めることで、このような有機不純物の量を許容範囲内に収めることができる。
【００１３】
次に、このような人工血管１の作用について、具体的な実験結果に基づいて説明する。
図２は、実験例４に用いた体外血液循環装置の模式構成図である。図３は、実験例４の実験結果を示すグラフである。横軸はＣＮＴ含有率（ｗｔ％）、縦軸は相対血小板被覆率（％）を示す。
【００１４】
人工血管１は、抗血栓性や柔軟性（湾曲性）などが求められるが、生体内に移植されて用いられることから生体に対する安全性を確保することが重要となる。
ＣＮＴは、材質面では純カーボンである限りにおいて生体適合性材料であり、生体に影響しないと考えられるが、機械的、化学的に安定した微細形状の物質であるため、万一、生体内に残留した場合、長期的に健康に影響する可能性がある。
そこで、発明者は、鋭意、研究を進めたところ、ＣＮＴの生体内の残留特性には、ＣＮＴ外径が大きく寄与していることが判明し、本発明に至ったものである。
【００１５】
［実験例１］
まず、ＣＮＴ外径と体内の残留特性との関係について、ラットにＣＮＴ外径を変えたＣＮＴを注入し、ラット体内における移動特性、残留特性について調べた実験について説明する。
本実験では、浮遊流動反応法によって、ＣＮＴ外径がφ１５ｎｍ、φ２５ｎｍ、φ３０ｎｍ、φ７５ｎｍ、φ１５０ｎｍ、φ２００ｎｍ、φ２２５ｎｍ、φ３５０ｎｍ、φ６００ｎｍのＣＮＴを製造した。それぞれは、ラットの健康が、カーボン純度、残留重金属の影響を受けないように、カーボン純度は９９．５ｗｔ％、重金属濃度は１５００ｐｐｍに設定した。
なお、この実験条件はＣＮＴの生体内の挙動を短時間で調べるためのもので、このＣＮＴの注入量（約１５ｍｇ）は、人工血管１から離脱する可能性のあるＣＮＴの量に対してあり得ないほど過剰に設定されている。例えば、ｅ−ＰＴＦＥにＣＮＴを１０ｗｔ％含有させた、最大外径Ｄ２が４．５ｍｍ、最大内径Ｄ１が２．５ｍｍ、長さ３００ｍｍの人工血管１は、ＣＮＴを０．５ｇ含んでいるが、１５ｍｇのＣＮＴを離脱させるには、摩耗が人工血管１の全長全周に亙り層厚の２．５％に達した状態でなければならず、これは現実には起こりえない使用条件である。
【００１６】
そして、これらのＣＮＴをそれぞれ生理食塩水に３０ｗｔ％分散させた溶液５０ｍｌを調製し、この溶液を各１０匹のラットに対して、食道より注入し、１０日間放置した。
そして、各ラットの体温、心拍数、体重、血圧、その他症状（下痢、嘔吐、震え、衰弱、異常な行動）が平常値と変化したか、変化していないかを観察し、安全性の指標として、安全性（％）＝正常なラット数/ラット総数を評価した。
また、実験後、ラットの脳、心臓、大腸の細胞を採取し、パラフィンに包埋し、ミクロトームにより３μｍ程度に薄切りし、脳細胞に対してはＡｚａｎ染色、心臓に対しては、ポディアン染色、大腸に対してはＨＥ染色で染色後、電子顕微鏡にて、ＣＮＴの有無を確認した。
この実験結果を表１に示す。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
表１の実験結果によれば、ＣＮＴ外径φが３０ｎｍ〜６００ｎｍでは、ＣＮＴは、ラットの心臓および脳への移動が確認されず、φ１５ｎｍ、φ２５ｎｍでは、心臓および脳にＣＮＴが検出され、ＣＮＴの移動が確認された。また、ＣＮＴ外径φが１５ｎｍ〜２００ｎｍでは、大腸での残留が確認されず、２２５ｎｍ、３５０ｎｍ、６００ｎｍでは、大腸での残留が検出された。
また、安全性評価は、ＣＮＴ外径φが３０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で１００％であった。
【００１９】
ＣＮＴ外径が小さい場合にＣＮＴが心臓、脳へ移動しているのは、ＣＮＴ外径が小さいために、ＣＮＴが細胞に容易に貫入できるため、細胞内を移動したり、血管に侵入したりし易くなるからだと考えられる。
ＣＮＴ外径が大きい場合にＣＮＴが大腸に残留するのは、ＣＮＴ外径が大きいことで細胞への貫入性が悪くなって、内臓を移動できなくなるものの、大腸内壁には引っ掛かりやすくなるので、体外へは排泄できなくなるからだと考えられる。
安全性評価については、心臓、脳への移動と、大腸への残留が認められる場合に、ラットへの健康の影響が見られ、安全性値を低下させており、ラット内でのＣＮＴの残留特性とラットへの健康の影響は密接な関係があることが分かる。
【００２０】
［実験例２］
次に、ＣＮＴをＰＴＦＥに複合させた場合の安全性を評価するため、ＰＴＦＥを基材として、実験例１と同様の条件（カーボン純度は９９．５ｗｔ％、重金属濃度は１５００ｐｐｍ）で、ＣＮＴ外径を変えたＣＮＴを、それぞれ２５ｗｔ％ずつ含有させた７種類の複合材料を作製し、これらの複合材料に延伸加工を施して、最大外径Ｄ２が４．５ｍｍ、最小内径Ｄ１が２．５ｍｍの蛇腹状の人工血管をそれぞれ作製した。そして、作製した人工血管を１０匹のラットに移植し、３０日間放置して、実験例１と同様にラットを観察し、安全性（％）を評価した。
この結果を表２に示す。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
表２に示すように、実験例１と同様に、ＣＮＴ２ＢのＣＮＴ外径φが３０ｎｍ〜２００ｎｍである試料では、安全性値が１００％となった。
一方、１５ｎｍ、２５ｎｍ、２２５ｎｍの試料では、安全性値が低い結果となっている。この原因は、実験例１と同様に、表面から離脱したＣＮＴが生体内に移動、貯留されて、健康に影響を与えた結果と考えられる。人工血管では、外表面や吻合箇所が、生体と直接接触しており、また人工血管内部には血液が流動しているので、仮に、表面からＣＮＴが離脱すれば、接触する細胞や血液を通して、ＣＮＴが生体内を容易に移動、循環する。
本実験例によれば、このような実使用条件に近い条件下においても、ＣＮＴ外径φが３０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲では、生体に対して安全に用いることができるのが分かる。
【００２３】
実験例１、２の結果から、本実施形態の人工血管１では、ＣＮＴ２ＢのＣＮＴ外径φを３０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲に設定した。
【００２４】
［実験例３］
実験例３では、このようなＣＮＴ２Ｂにおけるカーボン純度と残留重金属濃度との影響について調べるため、ＣＮＴ外径を、φ３０ｎｍ、φ２００ｎｍに固定し、それぞれ、カーボン純度（ｗｔ％）を、９０、９２．５、９５、９７．５、９９．５に、また残留重金属濃度（ｐｐｍ）を、１５００、２０００、３０００、３２５０、４５００、６０００に設定して、各組合せにおいて、ＣＮＴ含有率を１０ｗｔ％とした複合材料を製造し、これらの複合材料に延伸加工を施して、最大外径Ｄ２が４．５ｍｍ、最小内径Ｄ１が２．５ｍｍの蛇腹状の人工血管をそれぞれ作製した。そして、作製した人工血管を１０匹のラットに移植し、３０日間放置して、実験例１と同様にラットを観察し、安全性（％）を評価した。
この実験結果について、表３、表４に示す。
【００２５】
【表３】
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【００２６】
【表４】
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【００２７】
本実験例の条件では、ＣＮＴ外径をＣＮＴが生体内を移動したり生体内に残留したりしない限界値に設定しているため、ＣＮＴが生体内に残留することによる問題は発生しないはずであるが、不純物や重金属を含むＣＮＴが多量に注入されることで、場合によっては、生体の健康に影響し、安全性値が低下している。
表３、４のいずれの結果でも、カーボン純度９５ｗｔ％以上、残留重金属濃度３０００ｐｐｍ以下の条件において、安全性値が１００％となっている。
このため、このような条件下であれば、万一、ＣＮＴが人工血管１から離脱して、ＣＮＴの不純物や重金属が生体内に摂取されても、生体に対して安全である。
【００２８】
なお、本実施形態の人工血管１では、ＣＮＴ２Ｂが基材２Ａに分散されているので、仮にＣＮＴ２Ｂが離脱する場合、人工血管１の外表面１ａ、内表面１ｂからに限られる。表面の摩耗が進行しない限り、内部に含有されるＣＮＴが離脱していくことはない。
そのため、仮に経時使用で人工血管１が劣化した場合でも、例えば、ＣＮＴを含む樹脂層を基材の表面にコーティングした場合のように、ＣＮＴを含む樹脂層が剥がれてＣＮＴが大量に離脱するおそれはないものである。したがって、人工血管の機能と、安全性とが確保され、人工血管の長寿命化を図ることができる。
【００２９】
［実験例４］
実験例４では、ＣＮＴを含有する人工血管の抗血栓性を評価した。
評価用試料としては、浮動流動反応法により製造されたカーボン純度９９．５ｗｔ％かつ残留重金属濃度２０００ｐｐｍ以下、外径φが３０ｎｍのＣＮＴを、ＰＴＦＥに、それぞれ、０ｗｔ％、１０ｗｔ％、２５ｗｔ％、４０ｗｔ％、５０ｗｔ％含有させた複合材料を製造し、これらの複合材料に延伸加工を施して、最大外径Ｄ２が４．５ｍｍ、最小内径Ｄ１が２．５ｍｍの蛇腹状の人工血管をそれぞれ作製した。
作製した人工血管を、図２に示す体外血液循環装置２０内に設置し、全血を７２時間流動させた。
【００３０】
体外血液循環装置２０は、循環血液の温度を体温の温度範囲に保つための温水１１が満たされた水槽１０、温水１１上に浸漬され、全血からなる血液１２を内蔵する容器１３、容器１３から血液１２の流路を形成する循環パイプ１４、および循環パイプ１４内で血液１２を循環させるポンプ１５からなる。
上記試料からなるテストサンプル１６は、循環パイプ１４内において、ポンプ１５の下流側に配置される。
【００３１】
７２時間の流動終了後、各試料の表面に付着した血小板を蛍光プローブにより可視化し、蛍光顕微鏡で血小板付着量を評価した。
そして、ＣＮＴ含有率０ｗｔ％の試料の血小板付着量によって、各試料の血小板付着量を規格化して、相対血小板被覆率（％）を求めた。すなわち、相対血小板被覆率（％）＝（試料の血小板付着量／ＣＮＴ含有率０ｗｔ％の試料の血小板付着量）×１００であり、相対血小板被覆率が小さいほど抗血栓性が高くなっている。
この結果、ＣＮＴ含有率１０ｗｔ％、２５ｗｔ％、４０ｗｔ％、５０ｗｔ％の相対血小板被覆率は、それぞれ６０％、４２％、３７％、３６％となった。この結果を図３のグラフに示す。
【００３２】
図３によれば、いずれのＣＮＴ含有率においても、相対血小板被覆率は１００％より低く、ＣＮＴ含有率０ｗｔ％の場合に比べて、良好な抗血栓性を備えていることが分かる。
さらに詳しく見ると、相対血小板被覆率は、ＣＮＴ含有率が０〜１０ｗｔ％では、１００％から６０％に急激に減少し、さらにＣＮＴ含有率の増加とともに徐々に減少し、ＣＮＴ含有率２５ｗｔ％以上では、きわめて緩やかに減少している。
この理由は、ＣＮＴをわずかでも含有することで、人工血管の表面が低摩擦となり、血小板が付着しにくくなるためと考えられる。ＣＮＴの含有率が増えるほど、表面の摩擦特性はＣＮＴの有する摩擦特性が支配的となるため、ある程度以上ＣＮＴの含有率が増えると、相対血小板被覆率の大きな変化は見られなくなる。
【００３３】
このように、本実施形態の人工血管１は、内部に含有されるＣＮＴ２Ｂが表面に露出して、表面の摩擦特性を改善するため、優れた抗血栓性を備える。
ただし、ＣＮＴ２Ｂの含有率が高くなると、複合材料２の硬度が高くなりすぎ、柔軟性に乏しい脆い人工血管になってしまう。そのため、ＣＮＴ含有率は、あまり大きくならないようにすることが好ましい。良好なＣＮＴ含有率としては、例えば、４０ｗｔ％以下が好適である。
【００３４】
本実施形態の人工血管１によれば、基材２ＡにＣＮＴ２Ｂを分散した複合材料２によって製作するので、基材に表面コーティングを行う場合に比べて、製造が容易であり、しかも耐久性を向上することができる。また、ＣＮＴの低摩擦性により、良好な抗血栓性を有する人工血管とすることができる。
そして、ＣＮＴ外径、カーボン純度、残留重金属濃度を、適切に設定することにより、良好な安全性を確保することができる。
【００３５】
なお、上記の説明では、基材２ＡがＰＴＦＥからなり、ＣＮＴを含有させた後、延伸加工を施して、ＣＮＴ含有のｅ−ＰＴＦＥとした場合の例で説明したが、基材２Ａの材質はこれに限定されず、また延伸加工も必須ではない。例えば、ＰＴＦＥ、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル等を基材２Ａとして、それぞれＣＮＴ２Ｂを含有させた構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態に係る人工血管の模式的な正面図（一部破断して示す）および正面図のＡ部拡大断面図である。
【図２】実験例４に用いた体外血液循環装置の模式構成図である。
【図３】実験例４の実験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３７】
１  人工血管
１ａ  外表面
１ｂ  内表面
２  複合材料
２Ａ  基材
２Ｂ  カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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