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医療用材料の高機能化 - 東レリサーチセンター
The TRC News, 201605-05 (May 2016) 医療用材料の高機能化 －生体適合性、DDS 特性、生分解性、接着性に注目して－ 吉崎 理華、山本 美夏 技術情報事業部 要 旨 TRC 技術情報事業部では、医療用材料の高機能化に注目し、材料開発での要素技術として特に表面 機能化技術に関する動向を中心に調査し、書籍「医療用材料の高機能化 －生体適合性、DDS 特性、生分解 性、接着性－」を 2016 年 2 月に発刊した。本稿ではその調査結果をもとに、対象用途や技術課題とその 解決方法に関して俯瞰した結果について紹介するものである。 シエチルホスホリルコリンポリマー）の応用展開によ 1. はじめに る生体適合性の向上や、生分解性を有するポリ乳酸の 製造技術改良、応用展開が活発に行われている点が特 先進医療を支える医療用材料の高機能化には大きな期 徴的である。DDS（ドラッグデリバリーシステム）分 待がある。TRC 技術情報事業部（前産業技術調査研究 野は、応答性高分子やハイドロゲルなど高分子材料の 室、2016 年度より組織変更）では、医療用材料の高機 強みを発揮する分野であり、薬剤の放出性を中心にそ 能化に注目し、材料開発での要素技術として特に表面 の改良・開発が活発に行われている。再生医療分野で 機能化技術に関する動向を中心に調査し、とりまとめ は、足場材料を中心に MPC ポリマーやハイドロゲル た書籍「医療用材料の高機能化－生体適合性、DDS 特 などの特徴のある材料展開や材料の構造・形態に関す 1) 性、生分解性、接着性－ 」を 2016 年 2 月に発刊した。 る基礎的な研究・開発が進められている。 本稿は、当該書籍で取り上げた材料の中から高分子系 表 1 は、高分子系材料に関する用途別の主な技術課 材料、そして最近公開された医療用材料に関する国内 題と事例をまとめたものである。これらの各事例は、 特許公開広報より対象用途や技術課題とその解決方法 書籍本文にて取り上げている。 について俯瞰した結果（書籍第 5 章）の一部について 紹介するものである。 3. 特許出願の分析 2. 医療用高分子系材料 公開特許公報（国内および国際公開）より、医療材料 に関連する 2010 年 1 月から 2015 年 6 月までの特許 高分子系材料はすべての用途において、 生体適合性 （血 出願を抽出した。 液適合性）や生分解性（生体吸収性）などの生物学的 全件数（937 件）より材料部材の構成方法（機器、 機能と物性・機能との両立に課題を抱えている。 装置類）に関するものは除外し、材料の種類について 生体適合性が比較的強く求められる用途（インプラ は、高分子系（天然高分子と合成高分子） 、金属、セラ ント、ステント、人工臓器など）である医療機器では、 ミックス･無機、カーボン系、複合系（複合化された素 細胞膜を模倣した MPC ポリマー（生体膜を構成する 材（ハイブリッド）と異種材料からなる複合材料）に リン脂質と同じ極性基をもつ２−メタクリロイルオキ 1 The TRC News, 201605-05 (May 2016) 表 1 用途別 高分子系材料に関する技術課題と事例 医療機器 （A） 用具、容 器、包装、 テープ、 繊維、他 医療機器 （B） インプラント、 人工臓器、カ テーテル、処 置剤、縫合糸、 レンズ、他 DDS 薬物伝 送・徐放 担体、他 再生医療 診断・検査 細胞培養 足場・基 板・器具、 他 全般 発光・発 熱素子、 感熱材 料、他 高分子 （天然、合成） 金属 セラミックス、 無機 カーボン系 （ナノカーボン） 複合系 （ハイブリッド、複合材) 図 1 医療用材料に関する公開特許出願の内容分類 (2010.1-2015.6) 2 The TRC News, 201605-05 (May 2016) 分類した。医療機器のカテゴリーについては、用具、 3.2 解決手段における主な要素技術 容器などの生体適合性の要求が比較的低いと思われる 高分子系材料およびその他の材料系において、解決手 もの（以下、医療機器(A)という）とインプラントやス 段にみられる主な要素技術を用途別に分析すると、材 テント・カテーテル、人工臓器などの生体適合性が強 料の種類に関係なく表面設計技術（コーティング、表 く求められるもの（以下、医療機器(B)という）という 面処理など）に関する出願が多いことが明らかとなっ 独自の分類、その他に DDS 、再生医療、診断･検査、 た。これは生体表面と接触する医療用材料における特 全般（材料の種類に関係なく種々の用途に展開が可能 徴的な傾向であるといえる。 な基本的な材料開発を目指すもの） の観点で分類した。 医療用材料は、生体環境に置かれると生体から異物 公開公報の分類結果（全 363 件）を図 1 に示す。高 として認識され様々な生体反応に曝される。材料表面 分子系の材料に関する出願が全体の約 8 割を占めて は、一連の反応を直接受ける環境であると同時にタン おり幅広く活発に開発が展開されている。DDS や再 パク質や細胞が関与する場所でもあり、材料には生体 生医療の分野では生体高分子を含めた高分子系材料に 適合性（生体親和性）が求められる。例えば、生体内 関する出願が大半である。また、 「全般」の中には、材 にデバイスを埋植する場合、生体組織が安定してデバ 料の種類に関係なく種々の用途に展開が可能な基本的 イスを取り込むことが生体適合性の要件となる。血液 な材料開発を目指すものが多かった。 接触デバイスでは、赤血球や白血球といった血液細胞 が接着しないことに加え、血管内皮細胞が接着・増殖 3.1 用途別にみた主な技術課題 できるという相反する要件が必要となる。 表 2 は、 図１の全般にあたる 50 件を除いた 313 件につ 4. おわりに いて、 その用途と主な技術課題を分類したものである。 医療機器（A）では、生物学的特性に対する課題（血 液適合性、抗菌・抗ウイルス性、皮膚刺激性など）に 高齢化社会に向けて、医療用器具・機器の開発は重要 加えて物理的・化学的特性や成形加工性などの課題が な課題となっており、 その基盤となる高品質、高機能 山積しており、活発な開発活動が行われている。医療 かつコストを押さえた医療用材料の開発が求められて 機器（B）では、生体適合性や生体吸収性などの生物 いる。 （株）東レリサーチセンターでは、今後も先端素 学的特性と物理的・化学的特性との両立が重要な技術 材や新技術、基盤技術をテーマとして取り上げ、研究 が課題といえる。DDS では薬物放出性や生分解性が 開発･技術開発に役立つ書籍を発刊していきたいと考 重要な課題である。再生医療では生体適合性や生体吸 えている。 収性、低侵襲性が重要な課題であり、簡便で低コスト な材料開発も進められている。 表 2 用途別にみた主な技術課題 医療機器（B） 医療機器（A） 用 途 用具、器具、キャップ類、成形品 薬剤容器・袋 包装、フィルム チューブ、ゴム、エラストマー 繊維、布帛、織物、糸 粘・接着剤、テープ、シート インプラント、移植片、体内留置器具 人工臓器、人工血管、デバイス類 カテーテル、ステント、ガイドワイヤ 処置材、止血材、癒着防止・創傷被覆材 組織用粘・接着剤、シーラント 縫合糸、繊維 コンタクトレンズ 主 な 技 術 課 題 血液適合性、抗ウイルス性、滅菌安定性、耐摩耗性、耐衝撃性、成形性 耐熱/ガスバリア性、層間密着性、透明性、非溶質吸着性、成形性 耐滅菌性、抗菌性、耐酸性、耐ブロッキング性、成形性（延伸処理、高速加工） 耐摩擦性、耐熱性、引裂強度、バリア性、可塑剤移行性、成形加工性 抗菌・ウイルス性、血液バリア性、撥油/耐水性、洗濯耐久性 皮膚刺激性、皮膚追随性、耐滅菌処理性、バリア性/水蒸気透過性 生体適合性、生体吸収性、細胞接着性、機械的特性、耐食・耐酸化性、摩耗性 血栓防止性、血中HCV吸着能、変形耐性、機械的特性、耐酸性 生体適合性、操作性、耐摩耗性、潤滑性、変形耐性、溶着安定性、成形性 生体適合性、生体吸収性、吸水/耐水性、止血効果性 生体吸収性、湿潤接着性、殺菌性 異物反応抑制、非石灰化、長期使用性 抗菌性、濡れ性、易滑性、色目 出願件数 （％） 52 (16.6) 41 (13.2) 26 (8.4) 16 (5.2) 13 (4.3) 7 (0.2) 32 (10.2) 23 (7.4) 26 (8.4) 8 (2.7) 6 (1.9) 2 (0.6) 8 (2.7) DDS（薬物伝送・徐放担体、基板、デバイス、他） 薬剤放出性、生分解性、生理活性物質固定化能、潤滑コート性、保存寿命 再生医療（細胞培養足場・基板、器具、他） 生体適合性、生体吸収性、低侵襲性、凍結保存安定性、簡便性・低コスト 診断・検査（発光・発熱材料、感熱材料、他） 高輝度発光能、近赤外吸収（発光）能、放射線遮蔽能、放射線検出能（ドレープ） 19 (6.2) 19 (6.2) 15 (4.9) 計 3 313 (100) The TRC News, 201605-05 (May 2016) 引用文献 1)「医療用材料の高機能化 －生体適合性、 DDS 特性、 生分解性、接着性－」, 東レリサーチセンター (2016)． 吉崎 理華（よしざき りか） 技術情報事業部 部長代理 趣味：JAZZ & Champagne (every other day) 山本 美夏（やまもと みか） 技術情報事業部 趣味：菜園、山登り 東レリサーチセンター 技術書籍のご紹介 http://www.trcbook.com/ ************************************************ 「医療用材料の高機能化－生体適合性、DDS 特性、生 分解性、接着性－」 （2016 年 2 月） 体裁 A4 判 434 ページ 価格 77,760 円（税込価格） 目次 https://www.trcbook.com/zairyo/izai.html ************************************************ 4