生物体成分处理用的纤维结构体 【技术领域】
本发明涉及生物体成分处理用的纤维结构体。背景技术 作为以异常活化或增殖的白细胞导致的细胞破坏或障碍为起因的慢性关节风湿 等自身免疫疾病的治疗， 现在已知使血液流入填充了纤维结构体的柱， 以除去血液中过量 的白细胞的血细胞成分除去疗法 ( 专利文献 1 和 2)。
另外， 还已知以吸附细胞因子为目的的柱 ( 专利文献 3 和 4) 或吸附白细胞和毒素 两者的柱 ( 专利文献 5)， 但从操作容易性和减轻身体幼儿患者等的负担的观点考虑， 柱的 小型化受到要求。
专利文献 1 ： 日本特开昭 60-193468 号公报
专利文献 2 ： 日本特开平 5-168706 号公报
专利文献 3 ： 日本特开平 10-225515 号公报
专利文献 4 ： 日本特开平 12-237585 号公报
专利文献 5 ： 日本特开 2002-113097 号公报
发明内容 然而， 为了将柱小型化， 使用具有大表面积的直径为 0.5 ～ 20μm 左右的极细纤维 是有效的， 但如果纤维直径过小， 则产生下述不良情况 ： 纤维骨架丧失， 在纤维之间无法稳 定地确保形成的空隙。
因此， 本发明的目的在于， 提供一种由极细纤维制成的纤维结构体， 同时提供即使 在填充于限定体积的小型柱的情况下， 也能维持适用于生物体成分处理的形体的纤维结构 体。
为了解决上述问题， 本发明人经过反复深入研究， 结果发现适用于生物体成分的 处理材料的纤维结构体， 从而完成本发明。
即， 本发明如以下 1 ～ 7 所示。
1. 生物体成分处理材料用的纤维结构体， 其包含纤维的平均直径不足 50μm、 且 具有卷曲的纤维， 即， 本发明提供一种生物体成分处理用的纤维结构体， 其由平均直径不足 50μm 的纤维制成， 上述纤维的一部分具有卷曲。
2. 上述 1 记载的纤维结构体， 其用于医疗用材料用途。
3. 上述 1 或 2 记载的纤维结构体， 其中上述纤维的平均直径为 0.5 以上且不足 10μm， 上述卷曲的振幅为 5 ～ 200μm， 即， 提供上述 1 或 2 记载的纤维结构体， 其中上述纤 维的平均直径为 0.5 ～ 10μm， 上述卷曲的振幅为 5 ～ 200μm。
4. 上述 1 ～ 3 任一项记载的纤维结构体， 其中上述振幅的变化系数为 0.1 以上， 即， 提供上述 1 ～ 3 任一项记载的纤维结构体， 其中上述振幅的变化系数为 0.1 以上。
5. 上述 1 ～ 4 任一项记载的纤维结构体， 其具有无纺织物、 针织物、 织物、 棉中的任
一种形体， 即， 提供上述 1 ～ 4 任一项记载的纤维结构体， 其是选自无纺织物、 针织物、 织物 和棉中的任一种形体。
6. 上述 1 ～ 5 任一项记载的纤维结构体， 其用于血液处理用途， 即， 提供上述 1 ～ 5 任一项记载的纤维结构体， 其中上述生物体成分是血液。
7. 柱， 其特征在于收纳有上述 1 ～ 6 任一项记载的纤维结构体， 即， 提供一种生物 体成分处理用柱， 其填充了上述 1 ～ 6 任一项记载的纤维结构体。
本发明所述的纤维结构体是在限定的体积中由可以确保更大表面积的极细纤维 构成的纤维结构体， 由于对一部分纤维给予卷曲而提高纤维结构体的形体保持力， 故适用 于作为小型的生物体成分处理用柱的填充材料。 附图说明
图 1 是表示构成纤维结构体的纤维卷曲的振幅和波长的图。 具体实施方式
以下， 对用于实施本发明的优选实施方式进行说明。 本发明的生物体成分处理用的纤维结构体的特征在于， 纤维的平均直径不足 50μm， 上述纤维的一部分具有卷曲。
“生物体成分” 是指在人和动物的体内存在的液体等成分， 可以列举例如， 血液、 淋 巴液、 组织液。
“纤维的平均直径” 是指， 由纤维结构体随机采取小片样本 10 个， 使用扫描型电子 显微镜拍摄 1000 ～ 3000 倍的照片， 测定每张照片上 10 处 ( 共计 100 处 ) 纤维直径的值的 平均值。
“卷曲” 是指纤维以一定振幅、 波长卷曲。
此处， “振幅” 是指， 由纤维结构体随机采取小片样本 10 个， 使用扫描型电子显微镜 拍摄 50 ～ 200 倍的照片， 测定每张照片上 2 处 ( 共计 20 处 ) 卷曲纤维由卷曲隆起的顶点的 凸侧到凹面的底部的凹侧为止的长度的值的平均值， “波长” 是指测定上述每张照片上 2 处 ( 共计 20 处 ) 由隆起的顶点到下一个隆起的顶点为止的长度的值的平均值 ( 图 1)。应予 说明， 为了算出振幅， 用各测定值的标准偏差除以平均值得到的值称为振幅的 “变化系数” 。
纤维结构体的形体优选为无纺织物、 针织物、 织物或棉， 从增大与处理的生物体成 分的接触面积的观点考虑， 更优选无纺织物或棉。应予说明， 在填充于トレミキシン ( 注册 商标 ) 这样的径流型的柱时， 从形体保持的观点考虑， 优选无纺织物。
无纺织物形体的纤维结构体的厚度从其操作容易性的观点考虑， 优选为 0.01 ～ 10cm。
另外， 构成纤维结构体的纤维的平均直径为了容易除去血液中的细胞等， 必须不 足 50μm， 但优选为 0.5 ～ 30μm 的范围， 更优选为 0.5 ～ 20μm 的范围， 进一步优选为 0.5 ～ 10μm 的范围。应予说明， 为了从血液选择性地除去粒细胞， 优选纤维的平均直径为 5 ～ 10μm， 为了以高效率从血液除去淋巴细胞， 优选为 0.5 ～ 4μm。
如果在纤维结构体中含有具有卷曲的纤维， 则即使是平均直径小的纤维结构体， 其形体也容易保持。因此， 在纤维结构体中所含的具有卷曲的纤维的比例优选为 10wt％以
上， 更优选为 30wt％以上， 进一步优选为 50wt％以上。
上述卷曲的振幅如果超过 200μm， 则形体保持效果降低， 如果低于 5μm， 则容易 产生堵塞， 因此优选 5 ～ 200μm 的范围， 更优选 10 ～ 100μm 的范围， 进一步优选其平均为 50μm 左右。
上述振幅的变化系数优选为 0.1 以上， 为了吸附如白细胞这样的粒径存在幅度 (6 ～ 15μm) 的物质， 更优选为 0.4 以上。
上述卷曲的波长如果超过 300μm， 则形体保持效果降低， 如果低于 10μm， 则容易 产生堵塞， 因此优选 10 ～ 300μm 的范围， 更优选 40 ～ 200μm 的范围。
作为上述卷曲的形状， 可以列举例如网状、 弹簧状、 螺旋状、 锯齿状、 山形等， 但也 可以是它们不规则地混合。
构成纤维结构体的纤维， 作为官能团优选固定了胺残基的聚合物， 更优选固定了 季铵和 / 或伯～叔氨基或直链状氨基 ( 以下为季铵基等 ) 的聚合物。
作为用于固定季铵基等的反应性官能团， 可以列举例如卤代甲基、 卤代乙酰基、 卤 代乙酰胺甲基、 卤化烷基等活性卤代基、 环氧化物基团、 羧基、 异氰酸基、 硫代异氰酸基或酸 酐基等， 但优选活性卤代基， 从固定化反应的条件和生成的共价键的稳定性的观点考虑， 更 优选卤代乙酰基。
优选上述伯～叔氨基为， 相对于每 1 个氮原子碳原子数为 18 以下， 更优选相对于 每 1 个氮原子碳原子数为 3 ～ 18。应予说明， 为了吸附细胞因子， 优选具有碳原子数为 4 ～ 14 的烷基的叔氨基。
作为上述直链状氨基， 可以列举例如四亚乙基五胺， 作为上述叔氨基， 可以列举例 如三甲胺、 三乙胺、 N， N- 二甲基己胺、 N， N- 二甲基辛胺、 N， N- 二甲基月桂胺、 N- 甲基 -N- 乙 基 - 己胺。
季铵基等的固定化密度如果过少， 则存在难以表现其功能的倾向， 另一方面， 如果 过多， 则存在纤维结构体的物理强度降低的倾向。 因此， 上述的固定化密度相对于每个聚合 物重复单元优选为 0.01 ～ 2.0 摩尔， 更优选为 0.1 ～ 1.0 摩尔。
作为在聚合物中将季铵基等固定化的方法， 可以列举例如将碘化钾用作催化剂的 反应， 或者在将含有季铵基等的胺残基的聚合物溶解于溶剂 ( 二氯甲烷、 四氢呋喃、 N， N- 二 甲基甲酰胺等 ) 中得到的溶液中， 浸渍无纺织物的纤维结构体后， 蒸发除去溶剂的方法。
应予说明， 对于构成纤维结构体的纤维， 优选代替上述胺残基， 或则除了上述胺残 基之外， 还固定疏水性基团。作为疏水性基团， 可以列举例如 ( 乙基、 辛基、 己基、 月桂基等 烷基或含有芳环的基团。
通过上述官能团的固定化， 本发明的生物体成分处理用的纤维结构体呈现细胞因 子吸附能力。
此处， “细胞因子” 是指， 被指与研究适用白细胞除去疗法的溃疡性大肠炎、 克隆 病或慢性关节风湿等病症相关的细胞因子， 可以列举例如白细胞介素 -1(IL-1)、 白细胞介 素 -6(IL-6)、 白细胞介素 -8(IL-8)、 白细胞介素 -10(IL-10)、 肿瘤坏死因子 -α(TNF-α)、 转化生长因子 -β(TGF-β)、 血管内皮生长因子 (VEGF) 或免疫抑制酸性蛋白 (IAP)。
纤维结构体中固定化的胺残基的种类根据目标细胞因子适当选择即可， 在以白细 胞介素 -1(IL-1)、 白细胞介素 -6(IL-6)、 转化生长因子 -β(TGF-β)、 血管内皮生长因子(VEGF)、 免疫抑制酸性蛋白 (IAP) 等为目标时， 优选固定 N， N- 二甲基己胺、 N， N- 二甲基辛 胺、 N， N- 二甲基月桂胺等。另一方面， 在以白细胞介素 -8(IL-8)、 白细胞介素 -10(IL-10)、 活化型转化生长因子 -β(TGF-β)、 肿瘤坏死因子 -α(TNF-α) 等为目标时， 优选固定四亚 乙基五胺。
作为填充了本发明的生物体成分处理用纤维结构体的生物体成分处理用柱， 优选 使用圆筒状容器， 作为其构成， 可以列举例如， 重叠多层片状的纤维结构体得到的柱、 将纤 维结构体卷为圆筒形状的圆筒状过滤器的两端具有生物体成分的入口和出口的柱、 将纤维 结构体卷为圆筒形状的中空圆筒状过滤器的两端被封闭， 圆筒状容器的生物体成分出口设 置于通到上述中空圆筒状过滤器的外周部的部位， 圆筒状容器的血液入口设置于通到上述 中空圆筒状过滤器的内周部的部位的柱。
作为构成纤维结构体的纤维， 例如， 从生物体适应性等的观点考虑， 优选聚苯乙烯 或聚碳酸酯这样的非结晶性聚合物的纤维， 从成型加工性优异且便宜的观点考虑， 更优选 聚苯乙烯。
应予说明， 只要将相对于非结晶性聚合物具有比热处理温度 T 更高的熔点 Tm(℃ ) 的聚丙烯、 聚对苯二甲酸乙二醇酯这样的结晶性聚合物混炼进行热处理， 则可以对纤维给 予卷曲。其中， 在上述结晶性聚合物的熔点 Tm 为热处理温度 T 以下时， 由于结晶性聚合物 熔解， 因此不能发生卷曲。即， 上述热处理必须在下式所示的范围内进行。 Tg ≤ T ＜ Tm
T： 热处理温度 (℃ )
Tg ： 该非结晶性高分子成分的玻璃化转变温度 (℃ )
Tm ： 该结晶性高分子成分的熔点 (℃ )
用以得到卷曲的非结晶性聚合物和结晶性聚合物的混合比例为， 相对于非结晶性 聚合物量和结晶性聚合物的量之和的结晶性聚合物的量的比例， 优选为 5 ～ 95wt ％的范 围。
在将无纺织物纤维结构体用于血液处理时， 如果拒水性高则在无纺织物内部残留 空气， 成为发生血栓的原因， 因此， 例如在将聚苯乙烯和聚丙烯混合时， 优选上述混合比例 为 5 ～ 20wt％的范围。
在上式所示的温度范围内的热处理时间从生产效率化的观点考虑， 如果兼用高压 蒸汽灭菌处理时的热， 则依照日本药典， 优选在 115 ～ 118 ℃下为 30 分钟以上， 在 121 ～ 124℃下为 15 分钟以上， 在 126 ～ 129℃下为 10 分钟以上。
作为对纤维给予卷曲的其它方法， 可以列举例如， 在对纱加捻的状态下通过加热 和冷却将捻变形固定于纤维后， 在与加捻方向相反的方向上进行加捻的假捻加工， 或者对 纱赋予齿轮的齿的形状的方法。其中， 基于上述非结晶性聚合物和结晶性聚合物混合后的 热处理的方法， 由于可以得到变化系数大的振幅和波长， 因此最优选。
实施例
以下， 通过实验例对本发明的生物体成分处理用的纤维结构体进行说明。 ( 纤维结构体的制作 ) 使用以下原料， 在纺纱速度 800m/ 分、 拉伸倍率 3 倍的制纱条件下得到 36 岛的海岛复合纤维， 其中岛成分进一步由芯鞘复合而得。
· 岛的芯成分 ； 聚丙烯 ( グランドポリマ一公司制， グランドポリプロ J 105WT， Tm 为 160℃附近 )
·岛的鞘成分 ； 将聚苯乙烯 (PS ジヤパン株式会社制， P S J ポリスチレン 685， Tg 为 100℃附近 )90wt％和聚丙烯 ( 同上 )10wt％熔融混炼得到
·海成分 ； 以对苯二甲酸乙二醇酯单元为主要重复单元， 含有间苯二甲酸 -5- 磺酸 钠 3wt％作为共聚成分的共聚聚酯
复合比例 ； 岛的芯成分∶岛的鞘成分∶海成分＝ 42 ∶ 43 ∶ 15( 重量比 )
将该纤维 85wt％和直径 20μm 的聚丙烯纤维 15wt％的两种纤维混合， 通过以 200 2 2 根 /cm 进行针刺来制作毡 ( 目付 ( 日本织物单位面积重量 )150g/m )。接着， 在 90℃下用 3wt％的氢氧化钠水溶液处理该毡， 溶解海成分， 由此制作鞘成分上具有聚苯乙烯和聚丙烯 的混合部位、 芯鞘纤维的直径为 5μm、 松密度为 0.02g/cm3( 总目付 150g/m2) 的纤维结构体 (A)。 另外， 同样地， 通过以 100 根 /cm2 实施针刺， 制作鞘成分上具有聚苯乙烯和聚丙烯的混 合部位、 芯鞘纤维的直径为 5μm、 松密度为 0.02g/cm3( 总目付 150g/m2) 的纤维结构体 (C)。
( 给予卷曲 ) 将上述纤维结构体 (A) 和 (C) 浸渍在生理食盐水中， 分别在 4 种条件下进行热处 理， 得到纤维的一部分具有卷曲的纤维结构体 (B)-1 ～ (B)-4 和 (D)-1 ～ (D)-4。以扫描型 电子显微镜 ( 日本电子株式会社制， JSM-5400LV) 对得到的纤维结构体进行拍照， 算出纤维 的平均直径、 卷曲的振幅、 卷曲的波长和振幅的变化系数。 热处理条件和各纤维结构体的卷 曲的振幅等如表 1 所示。
[ 表 1]
纤维 结构体 (B)-1 (B)-2 (B)-3 (B)-4 (D)-1 (D)-2 (D)-3 (D)-4
热处理 温度 (℃ ) 117 121 125 129 115 121 128 115处理 时间 ( 分 ) 105 120 120 120 55 105 105 20振幅 (μm) 53 23 7 4 190 78 22 230振幅 变化系数 0.6 0.2 0.1 0.09 0.9 0.6 0.3 0.8波长 (μm) 87 27 20 13 169 112 31 215( 实施例 1)由健康志愿者肝素采血 50mL( 肝素浓度 ： 30U/mL)， 实施以下实验。
将纤维结构体 (B)-1 ～ (B)-3 分别剪成直径 10mm 的圆盘状， 将其规定枚数填充于 内容积约 0.9mL、 底面直径 10mm 的圆筒状柱中， 在 37℃下以流量 1.33mL/ 分流过添加了脂 多糖 (LPS) 的上述血液 (LPS 浓度 70EU/mL)5 分钟后， 用多项目自动血细胞分析装置测定血 细胞的组成。 对于测定的各种血细胞数， 进行换算以使红细胞数一致， 由此校正透过样品间 的血细胞数。各血细胞校正值通过下式算出。应予说明， 实施例 1 与下述实施例 2 以及比 较例 1 ～ 3 合并相同血型的 3 名健康志愿者的血液进行了试验。
血细胞数校正值＝透过样品中的血细胞数 × 校正系数
校正系数＝ ( 对照中的红细胞数 )/( 透过样品中的红细胞数 )
对各柱进行血液给液前后的血细胞的除去率通过下式算出。
除去率 (％ ) ＝ {1-( 血细胞数校正值 )/( 对照中的血细胞数 )}×100
( 实施例 2)
与实施例 1 相同地， 求出纤维结构体 (D)-1 ～ (D)-3 的血细胞除去率。结果如表 2 所示。
( 比较例 1) 与实施例 1 相同地， 求出纤维结构体 (A) 的血细胞除去率。结果如表 2 所示。
( 比较例 2)
与实施例 1 相同地， 求出卷曲振幅为 5μm 以下的纤维结构体 (B)-4 的血细胞除去 率。结果如表 2 所示。
( 比较例 3)
与实施例 1 相同地， 求出卷曲振幅为 200μm 以上的纤维结构体 (D)-4 的血细胞除 去率。结果如表 2 所示。
[ 表 2]
根据表 2 的结果可知， 填充了给予卷曲的纤维结构体 (B) 的柱的白细胞除去率 ( 实施例 1) 高于填充了未给予卷曲的纤维结构体 (A) 的柱的白细胞除去率 ( 比较例 1)， 纤 维结构体含有具有卷曲的纤维的纤维结构体具有高形体保持力， 适用于小型的血液成分处 理柱的填充材料。
另外， 在卷曲的振幅为 5 ～ 200μm 的范围以外的纤维结构体中， 白细胞除去率显 著降低， 或者产生堵塞 ( 比较例 2 和 3)， 由此可知卷曲的振幅为 5 ～ 200μm 的必要性。
( 实施例 3)
从与实施例 1 和 2、 比较例 1 ～ 3 中所用的不同的 2 名健康志愿者每名肝素采血 50mL( 肝素浓度 ： 30U/mL)， 用混合的血液实施以下实验 3 次。
将纤维结构体 (A) 剪成直径 10mm 的圆盘状， 将其 3 枚填充于内容积约 0.4mL、 底 面直径 10mm 的圆筒状柱中， 在 37℃下以流量 0.57mL/ 分使添加了 LPS 的上述血液 8mL(LPS 浓度 70EU/mL) 循环 ( 将实际用于治疗时的柱尺寸以表面积为基准按比例缩小， 与该柱尺寸 相符合地， 使血液流速为相当于实际柱 ( 灌注量 50mL) 使用时的 50mL/ 分的 0.57mL/ 分 )1 小时后， 用多项目自动血细胞分析装置测定血细胞的组成。 对于测定的各种血细胞数， 进行 换算以使红细胞数一致， 由此校正透过样品间的血细胞数。各血细胞校正值与实施例 1 相 同地算出。结果如表 3 所示。
[ 表 3]
( 比较例 4)
将アダカラム ( 注册商标 ) 解体， 取出其中的珠 488 粒 (3.85cm3)， 填充于内容积 约 7.2mL、 底面直径 8mm 的圆筒状柱中， 在 37 ℃下以流量 0.42mL/ 分与实施例 3 相同地进 行血液循环 ( 将实际用于治疗时的柱尺寸以表面积为基准按比例缩小， 与该柱尺寸相符合 地， 使血液流速为相当于实际柱 ( 灌注量 170mL) 使用时的 30mL/ 分的 0.42mL/ 分 )1 小时， 并测定血细胞的组成。使用与实施例 3 相同的血液， 重复进行 3 次实验。结果如表 4 所示。
[ 表 4]填充了纤维结构体 (A) 的灌注量为 0.4mL 的小型柱中的白细胞除去率 ( 实施例 3) 高于填充了アダカラム ( 注册商标 ) 中的珠的灌注量为 7.2mL 的小型柱的白细胞除去率 ( 比较例 4)。
产业实用性
本发明可以用作医疗领域的生物体成分处理用柱， 例如， 白细胞除去柱或细胞因 子吸附柱。