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JP2022504682A - 患者の体から尿毒症毒素を除去するシステム及び方法 - Google Patents

患者の体から尿毒症毒素を除去するシステム及び方法 Download PDF

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JP2022504682A JP2021519807A JP2021519807A JP2022504682A JP 2022504682 A JP2022504682 A JP 2022504682A JP 2021519807 A JP2021519807 A JP 2021519807A JP 2021519807 A JP2021519807 A JP 2021519807A JP 2022504682 A JP2022504682 A JP 2022504682A
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デビッド スタール，
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Abstract

ある程度の腎不全に罹患している患者の体内の尿毒症毒素の濃度を低下させるための組成物及び方法が開示されている。本方法は、従来の透析治療の必要性を遅らせるために、又は透析セッションの頻度を減らすための補助療法として、そして任意に、そのような透析セッションの代替として使用できる。【選択図】図1C

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2018年10月12日に出願された米国特許出願第62/744,966号の利益を主張するものであり、この出願は、その全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれる。
腎臓病は、世界人口の10％を苦しめ、大きな健康上の負担となっている。透析と腎移植が現時点での唯一の治療選択肢である。しかし、これらの治療法の経済的コストは非常に高い。
いくつかの治療の試みは、腎臓機能の代わりに消化器系を使用することに基づいている。正常な消化過程において、消化管は栄養分と水分を血流に送り込み、老廃物や未消化物を腸から排出する。腸壁は、栄養素、電解質、水、及び胆汁酸などの特定の消化補助物質の吸収を調節している。また、腸壁は、小分子が腸管から血流に入ることを可能にし、大分子が循環に入ることを防ぐ半透膜の役割も果たしている。消化管から尿毒症の老廃物を取り出すために、外腸瘻、腸管透析、下痢の誘発、経口吸着剤や封入ウレアーゼ酵素の投与など、様々な侵襲的及び非侵襲的な試みがなされてきた。
尿毒症の治療のための潜在的な経口吸着剤として、オキシスターチ、ローカストビーンガムや他の物質が研究されている。また、封入ウレアーゼ酵素は、アンモニアを結合する非吸収性の経口吸着剤として研究されている。遺伝子操作された微生物が封入され、インビトロシステム及び尿毒症ラット動物モデルにおいて尿素及びアンモニアの除去に有効であることが示されている。しかし、これらの治療法はいずれも、腎不全患者の尿毒症の症状を軽減するのに十分な量の尿毒症毒素を除去することはできなかった。さらに、これらのシステムは主要な尿毒症毒素であるインドキシル硫酸の血中への蓄積に対処することはできなかった。
そこで、複数の尿毒症毒素が血中に入る前に消化管から効果的に除去し、患者の尿毒症の症状を緩和する、より効果的な治療法が求められる。
この概要は、以下の詳細な説明に記載されている概念の一部を簡略化して紹介するものである。この要約は、請求される主題の主要な特徴を特定することを意図したものではなく、また、請求される主題の範囲を決定する際の補助として使用することを意図したものでもない。
一態様では、患者の消化器系における1つ以上の尿毒症毒素又は尿毒症毒素前駆体の濃度を低減するための組成物が提供される。一実施形態では、組成物は、複数のヒドロゲル粒子を含み、各粒子は、粒子内に封入された薬剤を含み、1つ以上の尿毒症毒素又は尿毒症毒素前駆体の局所的な濃度を低減するように構成されている。
別の態様では、患者の消化器系における1つ以上の尿毒症毒素の濃度を低減する方法が提供される。一実施形態では、方法は、本明細書に開示の組成物を、それを必要とする患者に投与する工程を含む。
本発明の上述の側面及び付随する多くの利点は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照することで、よりよく理解されるであろう。
図1A-Cは、治療用飲料の形態の例示的な組成物を示している。組成物は、ストローを介して粒子を摂取できるように、飲料用流体に懸濁された1種以上の粒子を含み得る。各種粒子は、蛋白質及びペプチドを含む無機分子又は有機分子、あるいは細菌、酵母、又は真菌を含む生物の生コロニーによる吸収を含むいくつかの手段の1つによって、1つ以上の尿毒症毒素又は尿毒症毒素の前駆体を除去するように構成できる。 図2A-Cは、本明細書で開示される組成物に含めるのに適した例示的な粒子のアーキテクチャを示す。 図3は、市販の96滴形成装置を用いて本明細書に記載されたプロセスにより形成された例示的なCa++アルギネートビーズ（直径～3mm）の写真である。 図4は、例示的なアルギネートビーズを、それが形成されたCaCl2溶液又は水中のいずれかで3週間にわたって保存した場合のサイズへの影響を示す。 図5A-Cは、本明細書に記載されている作業のための例示的なアルギネートカルシウムビーズを形成するために使用されたピペッティング装置と、その装置によって生産されたビーズを示している。アルギネート溶液を市販のピペッターから下のCaCl2溶液に落とした（5A）。図5B及び図5Cは、生成された直径～3mmのビーズのイメージである。ビーズを形成するためにこの特定の方法を用いて最初にCaCl2溶液に接触したアルギネート液滴の形状が非球形であったため、ゲルビーズに時々見られた小さな「幹」が見られた。（5C）。 図6Aは、pH～8.0の50mMトリスバッファー中の2.25 mM BSA+スパイクFITC-BSAで作製したCa++アルギネート（1％）ビーズの蛍光（左）のグラフである。図6Bは、2.5μMのビーズからのFITC-BSAの経時的な損失を示している。Ca++フリーのバッファーに1日保管しただけでも、ビーズからBSAが大幅にエスケープしていることがわかる。 図7A-Bは、未処理（7A）及びグルタルアルデヒド処理（7B）されたBSA-アルギネートビーズのイメージである。処理されたビーズは、表面の周りに「ハロー」があるように見えたが、これはおそらく、アルブミンの架橋によって生じたゲルの凝縮を示しているのであろう。 図8は、未処理及びグルタルアルデヒド処理されたBSA-アルギネートヒドロゲルビーズからのBSAの漏出を示しており、BSAが架橋されたビーズはBSAの漏出が非常に少ないことを示している。 図9は、例示的な架橋BSA-アルギネートビーズによるトリプトファンの吸収のデモンストレーションである。コントロールとしてアルギネートビーズを使用した。溶液にBSA-アルギネートビーズを添加した場合、コントロールのBSAを含まないアルギネートビーズと比較して、溶液のトリプトファン濃度の低下が実質的に大きい。 図10A-Bは、例示的なBSAアルギネートビーズにおけるpHの影響を示す。pH2.0のBSAアルギネートビーズは白色に変わり、直径の半分まで縮むが、pH8.0及び9.0のビーズは透明のままである（10A）。pH2.0で平衡化したビーズをpH8.0に戻すと、透明な状態に戻り、元の直径になる（10B）。 図11は、細菌を含む例示的なビーズによるバッファーからのグルコースの除去を示している。生きた大腸菌を含むビーズは、熱で死滅した大腸菌を含むビーズよりも、周囲のバッファーからより多くのグルコースを除去した。細い棒は標準偏差を表す（n=2）。
本明細書は、ある程度の腎不全を患っている患者の体内の尿毒症毒素の濃度を低下させるための組成物及び方法に関する。いくつかのケースでは、組成物及び方法は、従来の透析治療の必要性を遅らせるために使用することができ、又は透析セッションの頻度を減らすための補助療法として使用することができ、いくつかのケースでは、そのような透析セッションの代替として使用できる。
従って、一態様において、本明細書は、患者の消化器系における1つ以上の尿毒症毒素又は尿毒症毒素前駆体の濃度を低減するための組成物であって、複数のヒドロゲル粒子を含み、各粒子は、粒子内に封入された薬剤を含み、1つ以上の尿毒症毒素又は尿毒症毒素前駆体の局所的な濃度を低減するように構成されている、組成物を開示する。いくつかの実施形態では、各粒子は、2つの薬剤を含み得る。いくつかの実施形態では、各粒子は、細菌株などの3つの薬剤、4つの薬剤、又は5つの薬剤を含み得る。
尿毒症毒素は、尿素や硫酸インドキシルなど、通常は腎臓でろ過されて排泄されるが、慢性腎臓病（CKD）患者の血液中に蓄積される化合物である。本明細書では、尿毒症毒素前駆体とは、体内で尿毒症毒素に変換され得る化合物のことである。例えば、尿毒症毒素である硫酸インドキシルは、肝臓で生成される。食物性蛋白質由来のアミノ酸であるトリプトファンの一部は、腸内細菌によってインドールに代謝され、その後、肝臓でインドキシル硫酸に代謝される。従って、いくつかの実施形態では、インドールなどの消化器系で生成される1つ以上の尿毒症毒素前駆体を除去することが、CKDの管理に望ましい。あるいは、同じ効果を得るために、腸内のインドールの前駆体（トリプトファン）の濃度を低下させることも可能である。
1つ以上の尿毒症毒素又は尿毒症毒素前駆体の濃度を低下させることができる任意の適切な薬剤を、本明細書に開示の組成物に含めることができる。いくつかの実施形態では、薬剤は、結腸を含む患者の消化管における1つ以上の尿毒症毒素又は尿毒症毒素前駆体の局所的な濃度を低減するように構成される。
いくつかの実施形態では、薬剤は、微生物のコロニーである。適切な微生物の例には、細菌、酵母、カビ、及び天然及び遺伝子操作された生物の両方を含むが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、薬剤は、プロバイオティクス組成物を含んでもよい。いくつかの実施形態では、プレバイオティクス組成物は、プロピオニバクテリウム、ラクトバチルス、ビフィドバクテリウム、ストレプトコッカス、又はそれらの組み合わせを含み得る。本明細書の開示の組成物に使用できる適切な細菌には、例えば、尿毒症毒素又は尿毒症毒素前駆体を非毒性化合物に変換するか、もしくは尿毒症毒素又は尿毒症毒素前駆体を非毒性にする1つ以上の酵素を発現するように遺伝子工学的に設計された、大腸菌などの細菌も含まれる。
いくつかの実施形態では、微生物のコロニーは、1つ以上の尿毒症毒素又は尿毒症毒素前駆体を食物源として利用するように構成された1つ以上の微生物株を含む。いくつかの実施形態では、微生物のコロニーは、1つ以上の尿毒症毒素又は尿毒症毒素前駆体を1つ以上の非毒性物質に変換するように構成された1つ以上の微生物株を含む。いくつかの実施形態では、微生物のコロニーは、1つ以上の尿毒症毒素又は尿毒症毒素前駆体を、ヒドロゲル粒子の内部に沈殿する1つ以上の非毒性物質に変換するように構成された1つ以上の微生物株を含んでいる。いくつかの実施形態では、微生物は、ヒドロゲル粒子内の微生物の数を増やすことによって、1つ以上の尿毒症毒素をバイオマスに変換するように構成されている。本明細書に開示の組成物に含まれる微生物は、生微生物培養物及び不活化微生物培養物を含む。
いくつかの実施形態では、微生物がヒドロゲルからエスケープしないように、及び/又は患者の腸内マイクロバイオームを変化させないように、微生物をヒドロゲル内に含んでもよい。
いくつかの実施形態では、組成物の各粒子は、少なくとも2つの微生物を含む。いくつかの実施形態では、組成物の各粒子は、少なくとも2つの共在型の微生物を含む。
いくつかの実施形態では、薬剤は、1つ以上の尿毒症毒素又は尿毒症毒素前駆体を非共有結合するように構成された、吸着剤又は吸収剤などの収着媒（sorbent agent）であり、腸内へのエスケープを防止するためにゲルビーズ内に固定化できる。適切な収着媒には、有機及び無機の収着媒を含む。いくつかの実施形態では、収着媒は、1つ以上の尿毒症毒素又は尿毒症毒素前駆体を、特異的又は非特異的に結合できる蛋白質又はデノボ設計ペプチド又は抗体である。いくつかの実施形態では、収着媒はアルブミンである。いくつかの実施形態では、収着媒は、ウシ血清アルブミン（BSA）である。いくつかの実施形態では、薬剤はトリプトファン又はインドールと結合する。
いくつかの実施形態では、薬剤は、チャコールなどの無機吸着剤を含む。
いくつかの実施形態では、ヒドロゲル粒子は、球状ヒドロゲル粒子を含む。いくつかの実施形態では、球状ヒドロゲル粒子は、約0.1mm～約10mm、約1mm～約10mm、約2mm～約8mm、又は約3mm～約5mmの直径を有する。本明細書では、「約」という用語は、記載された値の±5％を意味する。スフェアの大きさは、薬剤、例えば、細菌生物のロードだけでなく、毒素が薬剤に到達する速度も決定できる。
いくつかの実施形態では、ヒドロゲル粒子は、実質的に球状又はスフェア状であり、両方の用語は、ヒドロゲル粒子が完全な球体ではないが実質的に球状の特性を有することを示す。実質的に球状の粒子には、楕円形の寸法を有する粒子、「涙滴」形状の粒子、及びポックマークやくぼみなどの表面特徴を有する粒子を含む。
いくつかの実施形態では、ヒドロゲル粒子は球形ではない。球形以外のヒドロゲル形状を含むことができ、異なるサイズ及び形状を混合及び組み合わせることができる。例えば、いくつかの実施形態では、キューブ状の形状及びシリンダー状の形状を使用できる。
本明細書で開示する組成物には、任意のタイプの生体適合性ヒドロゲルを使用できる。いくつかの実施形態では、ヒドロゲル又はその一部は難消化性である。本明細書で使用される「難消化性」は、GI管、例えば、ヒトのGI管を実質的にそのまま通過できる材料を指す。難消化性ヒドロゲルの例には、寒天、アルギネート、及び他の天然炭水化物ベースのゲル形成剤を含むが、これらに限定されない。本明細書に開示の組成物に含めるのに適したヒドロゲルの他の例は、ポリアクリルアミド、シリコーン、及びポリエチレングリコール（PEG又はPEO）ポリマーなどのヒドロゲルを形成する合成ポリマーである。
組成物に含まれるヒドロゲルは、非毒性成分を含む。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、「一般的に安全とみなされる」（GRAS）と定義されている成分を含む。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、ヒト又は動物の摂取のためにFDAによって承認されたポリマーなどの成分を含む。いくつかの実施形態では、組成物に含まれるヒドロゲルは非毒性である。
典型的には、ヒドロゲルは多孔性であり、尿毒症毒素又はその前駆体の、組成物の粒子内に封入された微生物などの薬剤への拡散を可能にする。
いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、微生物の成長をサポートし、尿毒症毒素又はその前駆体、及び任意に必要な栄養素及びガスの微生物への拡散を可能にするが、毒素除去微生物が腸内マイクロバイオームに放出されることを防ぎ、それ自体は患者に毒性を示さないヒドロゲルである。
本明細書の開示の組成物に含めるのに適したヒドロゲル粒子は、当技術分野で知られている方法で生産できる。例えば、アルギネートヒドロゲルは、カルシウム又はバリウムカチオンなどの2価のカチオンの存在下でアルギネートナトリウムを架橋することによって生産できる。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは共有結合的に架橋されている。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、カルシウムアルギネート（CA）-カルボキシメチルセルロース（CMC）ヒドロゲルである。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、BSAなどの薬剤をカルシウムアルギネートヒドロゲルに取り込み、次に、ヒドロゲルに取り込まれた薬剤をさらに架橋すること、例えば、アルギネートヒドロゲルに取り込まれたBSAのアミノ基をグルタルアルデヒドで架橋することによって調製される。いくつかの実施形態では、架橋された取り込まれた薬剤、例えば、アルブミン、分子は、それ自体がCa++イオンへの静電結合によってのみ架橋されているアルギネートヒドロゲルなどの粒子のヒドロゲル内で第二のヒドロゲルを形成できる。アミノ基、カルボキシ基、及びヒドロキシ基などの反応性基を含むヒドロゲルを架橋する方法は、当技術分野で知られている。いくつかの実施形態では、ヒドロゲル粒子は、アルギネートなどのヒドロゲルと、アルブミン（例えば、BSA）などの架橋された蛋白質とを含む相互浸透性ネットワークを含む。
いくつかのタイプのゲル形成材料を使用して、開示された組成物のヒドロゲル粒子を作り、ヒドロゲル粒子内に薬剤を封入、例えば、細菌を固定化できる。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、非毒性である安価な商品材料、主にアルギネート（ナトリウムアルギネート又はSA）及びポリ（ビニルアルコール）（PVA）、及び/又はPEGジアクリレート（PEGDA）及びPEGジメタクリレート（PEGDMA）などのポリエチレングリコールのアクリレート誘導体から作られる。
いくつかの実施形態では、PEGのチオール及びノルボルネン誘導体を使用することができ、任意に、光活性化可能な架橋化学を用いて便利に架橋できる。いくつかの実施形態では、細菌などの薬剤は、細菌細胞懸濁液をナトリウムアルギネート溶液と混合し、この混合物を塩化カルシウム浴に滴下することによって固定化され、カルシウムイオンがアルギン酸鎖間にイオン架橋を形成し、溶液の液滴をゲル化させて、粒子、例えば、ビーズにする。同じイオン架橋法を用いて、アルギネートとPVAの混合物（PVA/SA）から粒子を調製できる。いくつかの実施形態では、PVAは、光架橋可能なスチリルピリジニウムPVA誘導体、SbQ-PVAを混合物に含めることによって架橋できる。
いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、PEGヒドロゲル、例えば、PEGアクリレートから調製されたヒドロゲルを含む。いくつかの実施形態では、PEGヒドロゲルは、胃腸管での生分解に耐性を有し得る。いくつかの実施形態では、PEGヒドロゲルへの細菌の固定化は、固定化された細菌を有するヒドロゲルがシートとして形成され、その後小さな立方体に切断されるシートキャスティングアプローチを用いて行うことができる。
いくつかの実施形態では、本明細書に開示の組成物のヒドロゲル粒子を調製するために、ハイブリッドアプローチを使用できる。このハイブリッドアプローチでは、Ca+2浴を用いたイオン性アルギネート滴下法を用いて、SA/PEGアクリレートポリマーミックスのビーズ構造を最初に形成し、同時にフリーラジカル開始プロセスを開始して、アルギネートゲルから拡散する前にPEGアクリレートプレポリマー成分を架橋させる。
様々なサイズの粒子は、当技術分野で知られている方法を用いて形成できる。例えば、Tチャネル流体又はマイクロ流体デバイスにおいて、油相と水相の流量を変化させることで形成できる。この方法では、粒子径を正確に制御できるが、スループットが非常に低く、油分を除去する工程が必要になる。例えば、上述のようにPVAとSAの混合物から粒子を形成する場合、ポリマー溶液は非常に粘性が高くなることがある。このプロセスでは、ポリマー溶液を細い針状のオリフィスから滴下することで、約3mm径の粒子が得られる。針と塩化カルシウム溶液などの受液との間に強い静電界をかけると、約0.5mmの小さなブレッドができる。
本明細書で開示されるヒドロゲル粒子は、様々なアーキテクチャを有することができ、その非限定的な例が図2A～Cに示されている。いくつかの実施形態では、ヒドロゲル粒子(130)は、単一タイプのヒドロゲルを含む固体粒子の形態であり得る（図2A）。いくつかの実施形態では、本明細書に開示のヒドロゲル粒子(150)は、図2Bに示すように、コア(170)及びコアを取り囲む1つ以上の外殻層(160)を含み得る。いくつかの実施形態では、本明細書に開示のヒドロゲル粒子(180)は、図2Cに示すように、異なるタイプのヒドロゲル(190)を含むより大きなヒドロゲル粒子(180)に埋め込まれたいくつかの小さな粒子(200)を有できる。
いくつかの実施形態では、薬剤、例えば、細菌又は収着媒は、粒子のコアにある。いくつかの実施形態では、薬剤、例えば、細菌又は収着媒は、粒子のコア及び殻の両方に存在する。いくつかの実施形態では、粒子の殻は、尿毒症毒素のコアへの拡散を可能にする。いくつかの実施形態では、薬剤、例えば、細菌又は収着媒を含むコアは、難消化性ヒドロゲルを含む。いくつかの実施形態では、殻は、腸溶性コートとして作用する、及び/又は、粒子コア及びコア内に固定化された薬剤を胃の酸性環境から保護する、ポリマー又は他の材料からなる。
いくつかの実施形態では、本明細書に開示の組成物は、流体キャリアをさらに含む。ゲル粒子の摂取を容易にし、患者に毒性のない任意の適切な流体キャリアを、本明細書に開示の組成物に使用できる。例えば、いくつかの実施形態では、流体キャリアは、ブロス、スープ、ティー、コーヒー、ミルク、フルーツピューレ、ジュース、又はそれらの組み合わせを含み得る。いくつかの実施形態では、1つ以上の甘味料、食品着色料、栄養素、香味料、又はそれらの組み合わせを、本明細書で開示される組成物に含めることができる。
いくつかの実施形態では、本明細書で開示される組成物は、腎不全の治療に使用できる。いくつかの実施形態では、1種類以上のヒドロゲル粒子及び流体キャリアを含む本明細書の開示の組成物は、例えば、飲料容器からストローを介して消費できる「バブルティー」として知られる人気のある飲料と同様に、治療用飲料として腎不全を患っている患者に提供できる。図1A-Cは、容器(110)に入ったそのような治療用飲料のいくつかの実施形態を示している。ここで、飲料は、流体キャリア(120)及び1つ以上の種類のヒドロゲル粒子（1、2、3）を含む。いくつかの実施形態では、治療用ドリンク、即ち本明細書の開示の組成物は、図1Aに示されるように、流体キャリア(120)及び1種類の粒子(1)を含む。いくつかの実施形態では、治療用ドリンク、即ち、本明細書の開示の組成物は、図1Bに示すように、流体キャリア(120)及び2種類以上の粒子、例えば、2種類の粒子（1及び2）を含む。いくつかの実施形態では、治療用飲料、即ち、本明細書の開示の組成物は、図1Cに示すように、流体キャリア(120)及び2種類以上の粒子、例えば、3種類の粒子（1、2、及び3）を含む。ヒドロゲル粒子の各タイプは、特定の尿毒症毒素又はその前駆体の濃度を低減するように構成できる。
粒子が、患者の結腸など、薬剤やその前駆体が蓄積し始める消化管の一部に到達すると、粒子内の薬剤、例えば、微生物が、1つ以上の尿毒症毒素を吸収及び/又は生体内変換できる。その後、ヒドロゲル粒子は、封入された薬剤、例えば、微生物、及び吸収された可能性のある余分な液体とともに、そのまま便として排泄される。そのため、粒子に封入された薬剤で腸内細菌叢がコンタミネーションされることはない。治療用ドリンクの組成及び/又は任意の特定の粒子の用量は、例えば、各ドリンク中の毒素特異的ヒドロゲル粒子の数及び比率を調整することによって、個々の患者のニーズに合わせることができる。
いくつかの実施形態では、本明細書に開示の組成物は、中性又は栄養価の高い飲料の一部として消費される。いくつかの実施形態では、患者が2型糖尿病の結果としてその腎機能障害を発症している場合、組成物は無糖であり得る。いくつかの実施形態では、開示された本明細書の組成物は、味付けされた、甘い、又は香ばしい形態（例えば、チキンブロスベースの「バブルティー」）で提供できる。いくつかの実施形態では、本明細書に開示の組成物に含まれる流体キャリアは、患者の食生活及び腎機能障害の程度に基づいて、患者の個々の栄養ニーズに合わせることができる。治療用飲料、即ち、本明細書に開示の組成物は、患者にとって非常にポジティブで楽しい経験を提供することもできる。従って、いくつかの実施形態では、ヒドロゲル粒子の種類を、組成物に食品適合性のある染料を含むことによって色分けすることができ、それによってカラフルなドリンクが得られる。「スフェア」、即ちヒドロゲル粒子と、適切な薬剤、例えば、細菌株とを、患者に合わせた比率で混合及びマッチングすることで、患者が摂取する特定の食事に合わせた治療を行うこともできる。例えば、トリプトファン除去粒子の比率を、蛋白質の多い食事の前に摂取する組成物で増やすことができる。
いくつかの実施形態では、ヒドロゲル粒子は、キャリアの添加及び/又は治療用飲料の形態での投与の前に、乾燥形態で保存できる。いくつかの実施形態では、本明細書の開示の組成物のヒドロゲル粒子に含まれる微生物などの薬剤は、乾燥させ、再水和時に再活性化させることができる。
従って、別の態様において、本明細書で提供されるのは、患者の消化器系における1つ以上の尿毒症毒素の濃度を低減する方法であって、それを必要とする患者に本明細書の開示の組成物を投与する工程を含む方法である。いくつかの実施形態では、患者は、ヒト患者、例えば、腎不全と診断された患者である。いくつかの実施形態では、患者は獣医の患者であり、例えば、イヌ又はネコ（飼いイヌ又はネコ）である。獣医学的適用のために、ヒドロゲル粒子に加えて、本明細書の開示の組成物は、例えば、シリンジ給餌を介して獣医の患者に投与するのに適した、ピューレ状のチキン又はビーフなどのマトリックスをさらに含み得る。獣医学的適用のために、ヒドロゲル粒子のサイズは、粒子が患者によって噛まずに飲み込まれ、GI管を塞がずに通過し、排泄されるように選択できる。
いくつかの実施形態では、本明細書の開示の治療方法は、従来の透析治療の必要性を遅らせるために使用できる。いくつかの実施形態では、本明細書の開示の治療方法は、例えば、透析セッションの頻度を減らすために、又は透析セッションの一部の代替として、補助療法として使用できる。本明細書で使用される「補助療法」は、硫酸インドキシルなどの、透析治療によっても血流からの除去が不十分な1つ以上の尿毒症毒素又はその前駆体の濃度を低減できる療法である。
いくつかの実施形態では、本明細書に開示の方法は、患者のGI管の一部、例えば、患者の結腸における1つ以上の尿毒症毒素又はその前駆体の濃度を低減する。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される方法は、患者の血流中の1つ以上の尿毒症毒素又はその前駆体の濃度を低減する。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される方法は、患者の消化器系（例えば、結腸）におけるトリプトファン又はインドールの濃度を低下させることによって、患者の血流中のインドキシル硫酸の濃度を低下させる。
本明細書に示された特定事項は、例示として、本発明の好ましい実施形態を説明する目的でのみ示されており、本発明の様々な実施形態の原理及び概念的側面の最も有用で容易に理解されると考えられる説明を提供するという目的で提示されている。これに関連して、本発明の基本的な理解に必要な以上に本発明の構造的な詳細を示す試みは行われておらず、図面及び/又は例と一緒に取られた説明は、本発明のいくつかの形態がどのように実際に具現化され得るかを当業者に明らかにするものである。
本明細書で引用した全ての文献は、参照により組み込まれる。本明細書の開示の側面は、必要に応じて変更することができ、上記の参考文献及び出願のシステム、機能、及び概念を採用して、本明細書の開示のさらなる実施形態を提供できる。これらの及び他の変更は、詳細な説明を考慮して本明細書の開示に加えることができる。
任意の上述の実施形態の特定の要素は、他の実施形態の要素と組み合わせたり、代用したりできる。さらに、これらの実施形態の少なくともいくつかにおける特定の要素の包含は、任意であってもよく、ここで、さらなる実施形態は、これらの特定の要素の1つ又は複数を具体的に除外する1つ以上の実施形態を含み得る。さらに、本明細書の開示の特定の実施形態に関連する利点をこれらの実施形態の文脈で説明してきたが、他の実施形態もそのような利点を示すことがあり、且つ本明細書の開示の範囲内に入るために全ての実施形態が必ずしもそのような利点を示す必要はない。
実施例1
Ca 2+ アルギネートスフェアの形成
この実施例では、一般的に「スフェリフィケーション」と呼ばれる方法による例示的な粒子（ポリマースフェア）の形成を示す。この方法は、水又はバッファー中のNa+アルギネートの希薄（<5％）だが粘性のある溶液の液滴の形成と、それに続く遊離Ca++イオン（CaCl2など）を含む溶液へのアルギネート溶液の1つ以上の液滴の移動で構成される。Ca++イオンはアルギネート溶液中に拡散し、アルギネートポリマー鎖のカルボキシル基と複合化して、アルギネートの凝縮と架橋を起こしてゲル化する。このゲル化は、最初はアルギネート液滴の外表面で起こり、アルギネートの流動性のある内部コアの周りにゲル化した「殻」を形成する。Ca++溶液中での粒子のインキュベーションが続くと、Ca++イオンはゲル化したコアテックスを通って内部のコアアルギネート溶液へとさらに拡散していく。ゲル化はビーズの内部に向かって進み、アルギネートマス全体がゲル状になり、ビーズは固体の連続したゲルになる。重要な変数は、アルギネート及びCa++溶液の濃度、アルギネート液滴の体積、アルギネート液滴が注入されたCa++溶液の総体積、温度、pH、インキュベーションの期間、及びいずれかの溶液中の他の溶質の存在である。
アルギネート液滴のCa++溶液への添加は、通常、ピペットチップのような円錐形の物体のオリフィスにアルギネート液滴を形成することによって行われる。典型的には、アルギネートの液滴の大きさは、直径1～5mm程度である。ヒトのGI管への投与経路は摂取によるものであるため、これよりも大きな直径はこの用途では実用的ではない。しかし、研究目的や動物実験のためには、この範囲外の直径が望ましい場合がある。これは、アルギネートの滴がCa++溶液に落ちるオリフィスのサイズを変えることで可能になる。
生産方法
食用アルギネートスフェアの生産には、一度に96個の液滴を生成する液滴形成器具が市販されている。このような市販の器具を使用して、図3に示すようなスフェアを形成した。このようにして形成された液滴は、図4に示すように、形成されたCaCl2溶液中で保存すれば、冷蔵庫で少なくとも3週間保存してもほとんど変化はないが、蒸留水で保存すると膨らみやすくなる。
実験器具を使用した他のスフェア-形成方法は、同様に高速で、再利用が容易である。図5A及び図5Bは、後述する実験でのさらなる作業に使用した装置を示している。様々な濃度のアルギネート溶液をマルチチャンネルピペット（Rainin E4XLS）に吸引した後、50μl/アリコートをCaCl2（0.5-1%）に滴下した。
ビーズのサイズは、2つの蛍光ベースの技術を含むいくつかの技術を用いて測定した。ビーズは、ゲルイメージャー（BioRad）を用いて、紫外線又は青色励起下で蛍光モードで画像化し、ピクセル単位のビーズサイズを測定し、対応するmm単位のサイズを算出した。次に、フルオレセインおよびTexas RedTMフルオロフォア用に設定されたバンドパスフィルターを備えた倒立蛍光顕微鏡（Zeiss Axiovert 25倒立蛍光顕微鏡）でビーズを画像化した（励起: デュアル-バンドパス479/585 nm (Semrock FF01-479/585); 放出: デュアル-バンドパス524/628 nm (Semrock FF01-524/628); ダイクロイック: デュアル-エッジ505/606 nm (Semrock FF505/606-Di01)）。画像化されたビーズのサイズは、顕微鏡標準（Applied Micro SM-3）と相関させた。両方の測定結果から、ビーズのサイズは最初は直径約3mmであることが示された。
実施例2
BSA/ハイドロゲル粒子によるバッファーからのトリプトファンの除去
この実施例は、粒子内に固定化された分子結合剤/吸着剤を含む例示的なヒドロゲル粒子を用いて、尿毒症毒素の前駆体を除去することを示している。尿毒症毒素の1つであるインドキシル硫酸は、インドールの分解物として肝臓で生成される。インドールは、腸内でアミノ酸であるL-トリプトファンが腸内細菌によって代謝された結果、生成される。L-トリプトファンや他の3つの芳香族L-アミノ酸は、アルブミンと強く結合することが知られており、血漿中ではインドキシル硫酸を運ぶのと同じ部位でアルブミンによって輸送される。腸からトリプトファンを除去することで、腸内でのインドールの生産が抑えられ、その結果、下流でのインドキシル硫酸の生産が抑えられ、血中のインドキシル硫酸濃度が低下すると考えられる。アルブミンを担持した例示的なヒドロゲル粒子がGI管を通過しても生き残り、さらにモデル溶液、即ち腸内内容物からトリプトファンを除去できることを実証するために、腸内からのインドール除去のモデルシステムを開発した。アルギネートビーズに封入されたウシ血清アルブミンを含む例示的な組成物を用いて、アルブミン結合毒素を除去する方法の原理実証を以下に記載する。
生産方法
ウシ血清アルブミンを含むアルギネートビーズの調製
様々な濃度（1.0、1.5、2.0％）のナトリウムアルギネートを、まず50mM Tris pH8.0バッファーに溶解して調製した。1mMのBSA（Gemini Bioproducts 30% stock solution Cat# 700-110）を連続的に撹拌しながら加えた。その後、混合物を脱気して気泡を除去した。BSA-アルギネート混合物をマルチピペット（Rainin E4XLS）で吸引し、50μl/アリコートをCaCl2（0.5-1%）に滴下した。アルギネートヒドロゲルに封入されたBSAは、バッファーで洗浄し、使用するまで4℃で保存した。図3は、BSAを封入したアルギネートヒドロゲルビーズを作る過程を示している。ビーズの直径は約3mmであった。BSAを含まないコントロールビーズも同様に生成した。
BSA-アルギネートヒドロゲルは、CaCl2中で少なくとも40分インキュベートすることにより、内部の液体を含まないしっかりとしたもの、又はビーズをCaCl2から1-～15分以内に取り出すことにより、内部の液体のコアを持つもののいずれかを生成できる。ヒドロゲルの固さは、ナトリウムアルギネートの割合によっても異なり、濃度が高くなるほど固さが増す。
蛍光標識BSAを用いた初期実験では、図6に示すように、短い保存期間中にBSAが架橋度の低いアルギネートビーズからエスケープすることが示された。明らかに、この濃度で形成されたゲルは、BSAのようなサイズの蛋白質を固定化するのに十分にタイトではない。そこで、アルギネートビーズに封入された蛋白質（BSAなど）などの尿毒症毒素吸着剤の移動を防ぐ方法を開発した。
BSAを封入したアルギネートビーズを架橋してBSAの漏出を防ぐ
グルタルアルデヒドは、2つの異なる一級アミン基と容易に共有結合を形成する2価のアルデヒドであり、分子間共有結合形成による蛋白質のゲル形成に古くから用いられてきた。過剰な処理を避ければ（活性部位に影響を与え得る）、酵素及び他の蛋白質は、完全に蛋白質の溶液で構成されるアルデヒド架橋ゲルの形成後も機能を維持できる。アルギネート自体にはアミン基がないため、蛋白質を含むアルギネートビーズに対するグルタルアルデヒドの化学的作用は、ヒドロゲルに封入された蛋白質上のアミンの架橋に限定されるはずである。
BSA-アルギネート（1mM BSA、1.5%カルシウムアルギネート）ヒドロゲルビーズ（上記手順で調製）を、0.9%生理食塩水で調製した0.3%グルタルアルデヒドで6分間処理した。グルタルアルデヒド処理は、100mMトリスpH8.0バッファーを用いて停止し、その後、ビーズを50mMトリスpH.8バッファーで洗浄した。その結果を図7A及び図7Bに示す。
未処理及びグルタルアルデヒド処理したBSA-アルギネートビーズを、BSAの漏出について試験した。各セットから約15個のビーズを、37℃のウェルプレート内で1mlのトリスpH8.0バッファーとともにインキュベートした。ウェルのバッファーを定期的に取り出し、黒いウェルプレートに加え、プレートリーダーで読み取った。BSAに内在するトリプトファンに含まれるインドール環の蛍光を280/350nm（励起/放出）で測定した。このグルタルアルデヒドによる処理は、BSAの漏れがあれば、後述のセクションで測定されるトリプトファンの一因となるため重要である。図8は、このグルタルアルデヒド架橋の特定のプロトコルが、未処理のBSAヒドロゲルビーズと比較して、ヒドロゲルからのBSAのエスケープをかなりの程度防ぐことを示している。追加のグルタルアルデヒド処理により、蛋白質のロスをさらに防ぐことができる。
BSAを封入したアルギネートヒドロゲルによるトリプトファンの吸収
例示的なBSA-アルギネートビーズ（1mM BSA、1.5％アルギネート）及びアルギネートのみのビーズ（1.5％アルギネート）を、前セクションに記載したようにグルタルアルデヒドで処理した。グルタルアルデヒド反応と洗浄を停止した後、トリスpH8.0バッファー中の0.5mMトリプトファン1mlを各ウェルプレートのビーズ15個に添加し、37℃でインキュベートした。ビーズの外側のバッファーについて、280/350 nm（励起/放出）の蛍光を読み取ることでトリプトファンを定期的にアッセイした。図9は、BSAを封入したアルギネートビーズによるトリプトファンの吸収を示している。これに対し、アルギネートビーズのみのコントロールでは、BSAアルギネートビーズが存在する場合に比べ、トリプトファン濃度が高いままであった。
BSAアルギネートビーズに対するpHの影響
例示的なBSAを担持したアルギネートビーズの生存率に対するGI管内の通過の影響を判断する最初のステップとして、BSAアルギネートビーズに対するpHの影響を試験し、ビーズが口から結腸まで移動する際に起こる変化をシミュレートした。胃のコンディションにはpH2.0のバッファーを、小腸のコンディションにはpH8.0及び9.0のバッファーを選択した。
例示的なBSAアルギネートビーズを、pH2.0のグリシン-HClバッファー、又はpH2.0に調整したPBSバッファーに加え、時間をおいて画像を撮影した。1時間以内に、BSAアルギネートビーズは白くなっただけでなく、サイズが半分に縮小した（図10A）。一方、pH8.0及び9.0にしたビーズは、透明なままで、大きさも変わらなかった。ビーズをpH2.0のバッファーからpH8.0のトリスバッファーに戻したところ、30分以内に元の透明な状態に戻った（図10B）。BSAはpHの変化に伴いそのコンフォメーションを変化させる。この実施例は、BSAが消化管内で異なるpHにさらされる一方で、ゲルビーズがどれほどよく緩衝されていても、ビーズが酸性の胃環境から小腸や結腸に移動する際に、取り込まれたBSAを再び活性化させることができることを示している。
実施例3
アルギネートビーズへの生菌の封入と異なるpH環境下での生存
材料と方法
バクテリア細胞の増殖と洗浄。E. coli K12（ATCC 10798）をフリーザーストックからLB-アガープレート（Amresco J104, VWR, West Chester, PA, USA）にストリークした。プレートを37℃で少なくとも16時間インキュベートした後、シングルコロニーを採取し、27mlのルーズキャップ付きガラスチューブ中の2-3mlのLBブロス（Amresco J106, VWR）に播種した。播種したブロスを250rpmで震盪しながら37℃で一晩培養した。細胞を1:100で15mlの新鮮なLBブロスに継代培養し、上記と同様に約2時間培養した（OD600=0.8～2.0）。細胞を遠心分離（1mlのアリコート、1.5mlのマイクロフュージチューブで12,000×gで2分間）で回収し、1容量の生理食塩水（記載の通りトリス又は非緩衝）に再懸濁し、再度回収した。2回目の洗浄と回収の後、細胞を0.1～0.25容量の生理食塩水（記載の通りトリス又は非緩衝）に再懸濁した。
最小限のインジケーター培地は以下の成分が含まれていた（g/Lで表示）。K2HPO4(0.3)、NaCl(0.5)、NH4Cl(1)、グルコース(10)、MgSO4(0.5)、CaCl2(0.015)、ブロモシーモールブルー(0.03)。この培地のpHは調整されていないが、テスト時には7.0と測定された。
菌体の加熱殺傷。死んだ大腸菌のコントロールを用いる場合、この時点で洗浄した細胞の一部を別の1.5 mlマイクロフュージチューブに取り出した。このチューブを95℃のヒートブロックに10～15分置いてから取り出した。細胞の熱殺傷は、加熱した混合物の50～100μlをLBアガーにプレーティングすることで確認した。
大腸菌ビーズの形成。細胞を生理食塩水（記載の通りトリス又は非緩衝）に希釈した後、ナトリウムアルギネートを最終濃度2%(w/v)になるように加えた。このアルギネート溶液中の細胞濃度は、OD600=0.5以下（約4×108細胞/ml）が、我々の実験では最も良い構造的完全性を持っていた。アルギネートが溶解した後（少なくとも10分）、広口の滅菌容器に入れた少なくとも10mlの2% CaCl2 (w/v)に、下5mmを無菌的に除去した1000μlのピペットチップを用いて溶液を滴下した。これにより平均直径4mm（又は平均体積約33.5μl）のビーズが得られた。ビーズは、CaCl2溶液中で少なくとも30分間インキュベートした後（特に断りのない限り）、無菌的に新しい滅菌チューブに取り出し、生理食塩水（ビーズを作るのに使用したアルギネート溶液に合わせて、Tris又は非緩衝）でオーバーレイした。
グルコース枯渇培地は以下の成分が含まれていた（g/Lで表示）。K2HPO4(0.3)、NaCl(0.5)、NH4Cl(1)、グルコース(4)、MgSO4(0.5)、CaCl2(0.015)。
生/死染色。カルシウムアルギネートビーズに取り込んだ後の大腸菌の細胞生存率を評価するために、生/死染色キットを使用した（Invitrogen LIVE/DEADTM BacLightTM Bacterial Viability Kit, for microscopy & quantitative assays, ThermoFisher L7012）。このキットには2種類の色素が含まれている。ヨウ化プロピジウムとSYTO 9である。この2つの色素を1:1の割合で混合した。次に、この混合物を生理食塩水（記載の通りトリス又は非緩衝）で希釈し（記載の通り1:100又は1:200）、その後、ビーズにアプライした（ビーズあたり20～40μl）。30分間浸漬した後、ビーズをきれいなレーザーブレードで切り、切断面を顕微鏡スライドガラスの上に置いた。Axiovert倒立顕微鏡（Zeiss Axiovert 25）を用いて、カラーカメラ（Retiga 1300i）と適切な蛍光波長に設定されたフィルター（デュアル-バンドパス479/585 nm励起（Semrock FF01-479/585）及び524/628 nm発光（Semrock FF01-524/628）フィルター）を使用してビーズを画像化した。
グルコース濃度の測定。CVSヘルスアドバンスドグルコースメーター（AgaMatrix, Inc., Salem, NH, USA）を用いて溶液中のグルコース濃度を測定した。適合するテストストリップを機械に挿入した後、テストストリップの端に2μlの液体をアプライした。グルコースの単位はmg/dLである。各時点で溶液を二重に測定し、その平均結果を報告した。
実験#1 - 大腸菌を積んだビーズは生理的温度で周囲の媒体から低分子を枯渇させることができる
生きた大腸菌又は熱で死滅した大腸菌を含むビーズを上述の方法で作製した。6個のビーズ（約200μlの総量）を、10mlの滅菌済みキャップ付きガラステストチューブ内の1ml又は0.5mlのグルコース枯渇培地に加えた。グルコースは、この最初のT=0の時点で測定した。チューブを37℃で250rpmで振盪しながらインキュベートした。19時間培養後、グルコースを再度測定した（図11）。
生きた大腸菌と熱で死滅した大腸菌の両方を含むビーズは、19時間の間に周囲の溶液中のグルコースを明らかに減少させた。熱で死滅した条件で見られた減少は最小限であり、200μlのビーズ/mlの条件では有意ではないようであった。この減少は用量に依存しているようであり、熱で死滅した細胞を含んだビーズでは、（サンプリングされていない）ビーズの体積にグルコースが拡散したことによるものかもしれない。もし、拡散効果による遅延希釈が起こり、ビーズの全体積がグルコースの拡散にアクセス可能な状態（水性）であれば、グルコース濃度のより劇的な減少が予想される。熱で死滅した大腸菌のビーズの外側のバッファー中にグルコースが保持されていたことから、ビーズの体積の大部分は拡散によってグルコースにアクセスできないという仮説が支持された。ビーズは生理食塩水よりも密度が高く（溶液からすぐに沈殿する）、このことは、ビーズの体積の比較的大きな部分がカルシウムアルギネートポリマーであり、水ではないことを示唆している。
生きた大腸菌を含むビーズを使用した場合、希釈では説明できないほど多くのグルコースが溶液から除去された。この結果は、ポリマーマトリックス内の大腸菌細胞は低分子を取り込むことができ、代謝活動を行っているという仮説を裏付けるものである。
実験#2 - 大腸菌を積んだビーズは生理的条件下で酸（代謝の指標）を生成する
大腸菌（生又は熱死滅）を含むビーズを最小限のインディケーター培地（前述）に入れ、37℃で250rpmで振盪しながら一晩培養した。この間、溶液中の遊離の大腸菌がこのインディケーター培地を黄色く変色させ、pHを約4.5（7.0から）に低下させた。生きた大腸菌を含むビーズは、細胞がほとんどビーズ内に収まっているにもかかわらず、同じようにpHの変化を示した（ビーズ外の培地の光学濃度は変化しなかったが、この培地をプレーティングしたところ、いくつかの生きた細胞が見つかった）。熱で死滅した大腸菌を入れたビーズや、菌を入れずに作ったビーズでは、このようなpHの変化は見られなかった。
これらの細胞は好気的条件下で激しく振盪しながら培養されたので、これらのビーズの中で大腸菌が行うエネルギー保存の大部分は好気的呼吸（グルコース及びTCAサイクル）によるものである。このプロセスではCO2が生成され、炭酸を形成して水を酸性化できる。大腸菌は、グルコースを混合酸（乳酸、酢酸、コハク酸、ギ酸）とガスに発酵させることもできるが、この発酵は、ビーズの深さが深くなったときに起こり得るような、酸素のない状態でのみ起こる。
実験#3 - 大腸菌細胞は生/死染色によりビーズ作成プロセスをほぼ生き延びることができたが、低pHに長時間さらされると問題が生じる
生理食塩水（0.9％NaCl）、10mMトリス緩衝生理食塩水（pH7.4）、100mMトリス緩衝生理食塩水（pH7.4）のいずれかで洗浄及び希釈した生細胞又は熱死滅細胞を用いて大腸菌ビーズを作製した。生ビーズを100mMグリシン-HClバッファー（pH2）中で37℃で振盪しながら5分、30分、60分インキュベートした。低pHのインキュベーション後、ビーズを1mLの100mMトリス緩衝生理食塩水（pH7.4）で少なくとも30分間中和した。その後、ビーズを生/死染色で染色し、上述の方法で視覚化した。緑色の染色は生きた細胞を示し、赤色の染色は死んだ細胞を示した。その結果を以下の表1にまとめた。
表1：カルシウムアルギネートビーズに封入された大腸菌をビーズ内の異なる量の緩衝剤の存在下で低pH（100mMグリシン-HCl、pH2.0）に供した。細胞をBacLight LIVE/DEAD染色で染色し、画像化した。生死判定は、放出された蛍光の優勢な色に基づいて目視で行った。緑色を示したビーズは生きた大腸菌を含んでいると判断し、赤色を示したビーズは死んでいると判断した。100 mM Trisバッファーで作ったビーズは黄色が優勢で、これはバッファー濃度が高いことによる保護効果のために、一部の細胞が死滅し、他の細胞が死滅していないことを示している。
Figure 2022504682000002
ヒトの胃のような低いpHに短時間さらされても、大腸菌の細胞死は広がらなかった。しかし、30分及び60分という長時間の曝露では、細胞死を示す赤色の染色が見られた。並行して用意した染色されていないビーズを用いて培養したところ、30分間の低pH処理では、このビーズの中に生きた細胞が残っていないことが確認された。しかし、ゲルビーズ内の培地を緩衝することで保護効果があった。10 mM又は100 mMのトリス緩衝生理食塩水を用いて作製したビーズ中の大腸菌は、5分間の低pH処理に耐えたが、緩衝していない生理食塩水を用いて作製したものは耐えられなかった。さらに、50mMのトリス緩衝生理食塩水を用いて作製したビーズに入れた大腸菌は、15分間の低pH処理に耐えられないことがわかった。しかし、トリスバッファーはゲルビーズから簡単に拡散してしまう。低pHの影響は、ビーズが胃を通過する間にビーズから拡散しない緩衝剤、例えば、滴定可能な基を有する高分子量ポリマーを含めることによって緩和できる。一実施形態では、アルブミン又は別の不活性蛋白質などの蛋白質を、緩衝剤として含めることができる。
例示的な実施形態を図示及び説明してきたが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、そこに様々な変更を加えることができることが理解され得る。

Claims (31)

  1. 患者の消化器系における1つ以上の尿毒症毒素又は尿毒症毒素前駆体の濃度を低減するための組成物であって、複数のヒドロゲル粒子を含み、各粒子は、前記粒子内に封入され、且つ1つ以上の尿毒症毒素又は尿毒症毒素前駆体の局所的な濃度を低減するように構成された薬剤を含む、組成物。
  2. 前記薬剤が微生物のコロニーであり、前記微生物のコロニーが、1つ以上の尿毒症毒素又は尿毒症毒素前駆体を食物源として利用するように構成された1つ以上の微生物株を含む、請求項1に記載の組成物。
  3. 前記薬剤が前記1つ以上の尿毒症毒素又は尿毒症毒素前駆体を1つ以上の非毒性物質に変換するように構成された1つ以上の微生物株を含む微生物のコロニーである、請求項1に記載の組成物。
  4. 前記微生物が生微生物又は熱不活性化微生物である、請求項3に記載の組成物。
  5. 前記薬剤が1つ以上の尿毒症毒素又は尿毒症毒素前駆体を吸着又は吸収する、請求項1に記載の組成物。
  6. 前記薬剤が蛋白質である、請求項1に記載の組成物。
  7. 前記蛋白質がウシ血清アルブミン（BSA）である、請求項1に記載の組成物。
  8. 前記1つ以上の尿毒症毒素又は尿毒症毒素前駆体がトリプトファン又はインドールである、請求項6又は請求項7に記載の組成物。
  9. 前記ヒドロゲル粒子が球状ヒドロゲル粒子を含む、請求項1～8のいずれか1項に記載の組成物。
  10. 前記球状ヒドロゲル粒子が約1mm～約10mm、約1mm～約5mm、又は約3mm～約5mmの直径を有する、請求項9に記載の組成物
  11. 前記ヒドロゲルがGI管のコンディションに曝される前又は後の哺乳動物に対して非毒性である、請求項1～10のいずれか1項に記載の組成物。
  12. 前記ヒドロゲルがヒトにおいて難消化性である、請求項1～11のいずれか1項に記載の組成物。
  13. 前記微生物がヒドロゲル粒子内の微生物の数を増やすことによって、前記1つ以上の尿毒症毒素をバイオマスに変換する、請求項2～4のいずれか1項に記載の組成物。
  14. 前記微生物が前記ヒドロゲル粒子内で前記1つ以上の尿毒症毒素を沈殿した固体に変換する、請求項2～4のいずれか1項に記載の組成物。
  15. 前記ヒドロゲルがポリエチレングリコール（PEG）ヒドロゲルを含む、請求項1～14のいずれか1項に記載の組成物。
  16. 前記ヒドロゲルがアルギン酸カルシウムヒドロゲル又はアルギン酸バリウムヒドロゲルを含む、請求項1～15のいずれか1項に記載の組成物。
  17. 前記ヒドロゲルがさらに共有結合で架橋している、請求項16に記載の組成物。
  18. 前記ヒドロゲルに封入後、前記蛋白質が共有結合で架橋している、請求項6又は7に記載の組成物。
  19. 前記複数のヒドロゲル粒子が1種類以上のヒドロゲル粒子を含み、ヒドロゲル粒子の各種類が異なる尿毒症毒素を除去するように構成されている、請求項1～18のいずれか1項に記載の組成物。
  20. 前記組成物が活性チャコールを含むヒドロゲル粒子をさらに含む、請求項1～19のいずれか1項に記載の組成物。
  21. 前記ヒドロゲル粒子が殻及びコアを含む、請求項1～20のいずれか1項に記載の組成物。
  22. 前記薬剤が前記粒子のコアにある、請求項21に記載の組成物。
  23. 前記粒子の殻が尿毒症毒素のコアへの拡散を可能にする、請求項21又は請求項22に記載の組成物。
  24. 前記コアが難消化性ヒドロゲルを含む、請求項21～23のいずれか1項に記載の組成物。
  25. 前記組成物が流体キャリアをさらに含む、請求項1～24のいずれか1項に記載の組成物。
  26. 前記流体キャリアが1つ以上の甘味料、栄養剤、香味剤、又はそれらの組み合わせを含む、請求項25に記載の組成物。
  27. 患者の消化器系における1つ以上の尿毒症毒素の濃度を低減する方法であって、請求項1～26のいずれか1項に記載の組成物を、それを必要とする患者に投与する工程を含む、方法。
  28. 前記患者が腎不全と診断されている、請求項27記載の方法。
  29. 前記患者がヒトである、請求項27に記載の方法。
  30. 前記患者が獣医の患者である、請求項27に記載の方法。
  31. 前記ヒドロゲル粒子が実質的に変化しない形態で患者から排泄される、請求項27～30のいずれか1項に記載の方法。
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