JPH024302B2 - - Google Patents
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- External Artificial Organs (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、人工肝臓用代謝補助装置に関する。
さらに具体的には、異種動物より採取した遊離肝
細胞を浮遊させている培地と患者血液との間で限
外過膜を介して物質交換を行なわせる人工肝臓
用代謝補助装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a metabolic support device for an artificial liver.
More specifically, the present invention relates to a metabolic support device for an artificial liver that allows material exchange between a patient's blood and a medium in which free hepatocytes collected from a different species of animal are suspended, via an ultrafiltration membrane.
肝臓は重要な臓器であつて、その機能はつぎの
2つ、すなわち各種化合物の抱合などのいわゆる
解毒能と、糖、アンモニア、脂質などの物質代
識、さらにはアルブミンを始めとする血漿タンパ
クの合成などのいわゆる代謝能とに大別される。
The liver is an important organ that has two functions: detoxification, such as conjugation of various compounds, and synthesis of substances such as sugar, ammonia, and lipids, as well as plasma proteins such as albumin. It is broadly classified into so-called metabolic capacity.
肝臓のこれら機能が低下した場合には、それを
補う人工的な装置が必要であり、したがつて肝機
能補助装置がいろいろと考案されている。活性
炭、イオン交換樹脂などの吸着剤の中には、いわ
ば解毒能の補助として臨床に用いられた例もあ
る。 When these functions of the liver deteriorate, an artificial device is required to compensate for the decline, and therefore various liver function support devices have been devised. Some adsorbents such as activated carbon and ion exchange resins have been used clinically to aid in detoxification.
しかし、吸着剤だけでは複雑な代謝能の補助は
不可能であり、吸着剤の治療成績にも限界があ
る。そこで、患者の低下した肝機能を補助するた
めには、異種動物より採取した肝細胞の代謝能を
利用した代謝補助装置の開発が不可欠なものと考
えられる。この考えのもとに今日までに行なわれ
た研究においては、材料として摘出した動物肝を
そのまま使用するもの、切片として使用するもの
などがある。しかし、遊離肝細胞を浮遊させて用
いるのが、取扱いの簡便さにおいて最もすぐれて
いる〔例えば、特開昭53−94496号公報、
Olumide、F.et al:Surg.82(5)、599(1977)、
葛西真一ほか:人工臓器14(1)、228(1985)〕。 However, it is not possible to support complex metabolic functions using adsorbents alone, and there are limits to the therapeutic results of adsorbents. Therefore, in order to support the decreased liver function of patients, it is considered essential to develop a metabolic support device that utilizes the metabolic ability of hepatocytes collected from xenobiotic animals. Studies conducted to date based on this idea include those that use excised animal livers as they are, and those that use them as sections. However, using suspended free hepatocytes is the most convenient method for handling [for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 53-94496,
Olumide, F. et al: Surg. 82 (5), 599 (1977),
Shinichi Kasai et al.: Artificial Organs 14 (1), 228 (1985)].
一方、異種動物より採取した肝を用いる代謝補
助装置において、異種動物肝細胞から生成するあ
るいは遊離するタンパク質が患者体内に入れば、
患者にとつて有害な免疫学的反応をひきおこすこ
とが自明である。 On the other hand, in a metabolic support device that uses liver collected from a xenogeneic animal, if proteins produced or released from xenogeneic animal liver cells enter the patient's body,
It is obvious that it causes an adverse immunological reaction in the patient.
さりとて前述のOlumideらの如く、キユプロフ
アン膜のように低分子物質だけを通過せしめる膜
を患者血液と肝細胞浮遊培地との間においたので
は、動物肝細胞の代謝能を十分に利用していない
ことになり、代謝補助装置として不満足である。 As suggested by Olumide et al., placing a membrane between the patient's blood and the hepatocyte suspension medium, such as the Cyprofan membrane, which allows only low-molecular substances to pass through, does not fully utilize the metabolic capacity of animal hepatocytes. Therefore, it is unsatisfactory as a metabolic support device.
また、前述の特開昭53−94496号公報に示され
た代謝補助装置においては、過材として約0.01
〜0.5μのポアーサイズの高分子材料からなる膜材
から用いられており、肝細胞浮遊培地はこの膜に
より過され、得られた液が患者体内に注入さ
れる。このような条件下では、肝細胞から生成す
るあるいは遊離するタンパク質が患者体内に入る
おそれがあり、これまた代謝補助装置として不満
足である。 In addition, in the metabolic support device disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-open No. 53-94496, approximately 0.01
A membrane material made of a polymeric material with a pore size of ~0.5μ is used, and the hepatocyte suspension medium is passed through this membrane, and the resulting liquid is injected into the patient's body. Under such conditions, proteins produced or released from hepatocytes may enter the patient's body, which is also unsatisfactory as a metabolic support device.
これに対して葛西らは肝細胞における中分子量
物質代謝の重要性に着目している。彼らの考案に
よる代謝補助装置においては、患者血液又は血漿
と肝細胞浮遊培地とが分画分子量2万から30万で
ある限外過膜を介して接触し、主として拡散に
よつて両者の間に物質交換が行なわれる〔人工臓
器11(6)、941(1982);同13(2)、626(1984);
同14(1)、228(1985)〕。彼らはこの代謝補助装
置をガラクトサミン投与不全犬につなげて潅流
し、犬の生存時間延長に有効であることを認めて
いる。 On the other hand, Kasai et al. have focused on the importance of metabolism of medium-molecular weight substances in hepatocytes. In the metabolic auxiliary device devised by them, patient blood or plasma and hepatocyte suspension medium come into contact through an ultrafiltration membrane with a molecular weight cutoff of 20,000 to 300,000, and the gap between the two is mainly caused by diffusion. Material exchange takes place [Artificial Organs 11 (6), 941 (1982); 13 (2), 626 (1984);
14 (1), 228 (1985)]. They connected this metabolic support device to galactosamine-deficient dogs and perfused them, and found it to be effective in extending the dogs' survival.
このように葛西らの代謝補助装置はその有効性
が実証されているものの、その構造上さまざまの
問題点がふくまれている。すなわち、彼らの装置
においては、限外過膜である中空糸が細胞浮遊
培養槽の側壁から側壁へ低充填密度でスダレ状か
つ多層に充填されており、ポツテイング材により
両側壁に固着されている。空気又は酸素のバブリ
ングにより上記の中空糸の外側の細胞浮遊培地か
ら撹拌され、中空糸の内側を流れる血液又は血漿
との間で物質交換が行なわれる。 Although the effectiveness of Kasai et al.'s metabolic support device has been demonstrated, it has various problems due to its structure. That is, in their device, hollow fibers, which are ultrafiltration membranes, are packed in multiple layers at a low packing density from side wall to side wall of the cell suspension culture tank, and are fixed to both walls with potting material. . The cell suspension medium outside the hollow fibers is stirred by air or oxygen bubbling, and material exchange occurs between the cell suspension medium and the blood or plasma flowing inside the hollow fibers.
彼らの装置を用いて動物実験を行なうことは可
能であるが、培養槽、限外過膜表面積などを拡
大して臨床に用いようとすると、次のいくつかの
困難に遭遇する。主なるものを挙げれば、
(1) バブリングによるだけでは細胞浮遊培地の均
一循環は期し難いが、さりとて他の撹拌手段を
つけ加えるように設計は困難である。
Although it is possible to conduct animal experiments using their equipment, if you try to expand the culture tank, ultrafiltration membrane surface area, etc. and use it clinically, you will encounter the following difficulties. The main ones are: (1) It is difficult to achieve uniform circulation of the cell suspension medium by bubbling alone, but it is difficult to design a system that includes other stirring means.
(2) 血液ポートのプライミング容積を小さく保つ
ような設計は困難である。(2) It is difficult to design a blood port to keep the priming volume small.
(3) 実用機器とするためには中空糸状限外過膜
と細胞培養槽とをあわせてデイスポ化すること
が必要となり、量産に適さない。(3) In order to make it a practical device, it is necessary to make the hollow fiber ultrafiltration membrane and cell culture tank together into a disposable device, which is not suitable for mass production.
(4) バブリングは肝細胞生存率の維持に有害であ
る。(4) Bubbling is harmful to maintaining hepatocyte viability.
本発明は上記の困難に解決を与えることを目的
とし、細胞浮遊培地が患者血漿と中空糸状限外
過膜を介して物質交換を営む場所を細胞槽の内部
から外部へ移すことによつて、この目的を達成し
ようとするものである。 The present invention aims to solve the above-mentioned difficulties by moving the place where the cell suspension medium exchanges substances with the patient's plasma via the hollow fiber ultrafiltration membrane from the inside of the cell bath to the outside. It aims to achieve this purpose.
上記目的は、以下の本発明により達成される。
すなわち、本発明による代謝補助装置は、下記の
部分からなることを特徴とするものである。
The above object is achieved by the present invention as described below.
That is, the metabolic support device according to the present invention is characterized by comprising the following parts.
(a) 異種動物より採取した遊離肝細胞の浮遊培養
槽、
(b) 分画分子量が2万から30万、好ましくは6万
から15万である中空糸状限外過膜より構成さ
れる筒型モジユール、
(c) 血漿分離器、
(d) 培養槽から浮遊している肝細胞をその培地と
ともに連続的にとり出し、筒型モジユールの中
空糸内側を潅流してから培養槽へ戻すための送
液機構、および
(e) 患者からの血液を血漿分離器へ導き、これよ
り得られる血漿を筒型モジユールの中空糸外側
を連続的に潅流してから、血漿分離器より得ら
れる血球成分とともに患者へ戻すための送液機
構。(a) A floating culture tank for free hepatocytes collected from a different species of animal; (b) A cylindrical tube composed of a hollow fiber ultrafiltration membrane with a molecular weight cutoff of 20,000 to 300,000, preferably 60,000 to 150,000. module, (c) Plasma separator, (d) Liquid feed for continuously removing floating hepatocytes along with their culture medium from the culture tank, perfusing the inside of the hollow fibers of the cylindrical module, and then returning it to the culture tank. mechanism, and (e) the blood from the patient is led to a plasma separator, the plasma obtained from this is continuously perfused on the outside of the hollow fiber of the cylindrical module, and then delivered to the patient together with the blood cell components obtained from the plasma separator. Liquid feeding mechanism for returning liquid.
本発明は培養槽から浮遊している肝細胞をその
培地とともにとり出し、中空糸状限外過膜より
構成される筒型モジユールを通過させてから培養
槽に戻すという操作を連続的に行なつたときに、
この操作が肝細胞の生存率(Viability)および
生化学的指標に有害な影響を殆どおよぼさないと
いう新しく発見された知見に基づいている。 In the present invention, floating hepatocytes are taken out from a culture tank together with their culture medium, passed through a cylindrical module composed of a hollow fiber ultrafiltration membrane, and then returned to the culture tank. sometimes,
This procedure is based on the newly discovered finding that this procedure has little detrimental effect on hepatocyte viability and biochemical indicators.
細胞浮遊培地を中空糸状限外過膜より構成さ
れる筒型モジユールを通過させるにあたつては、
肝細胞をその培地とともに中空糸状限外過膜内
側を通過させることが必要である。もしも、肝細
胞をその培地ととも中空糸状分離膜外側を潅流す
ると、筒型モジユールの構造からいつて流れのゆ
るやかなよどみの箇所に肝細胞がトラツプされ
る。よどみの箇所は酸素濃度などの培養条件が悪
いので、この箇所の肝細胞は結果として死滅し、
培養槽全体の肝細胞の生存率の急激な低下を招来
する。 When passing the cell suspension medium through a cylindrical module composed of a hollow fiber ultrafiltration membrane,
It is necessary to pass the hepatocytes together with their culture medium through the hollow fiber ultrafiltration membrane. If hepatocytes are perfused with their culture medium on the outside of the hollow fiber separation membrane, the hepatocytes will be trapped in areas where the flow is slow and stagnant due to the structure of the cylindrical module. Because culture conditions such as oxygen concentration are poor in areas of stagnation, hepatocytes in these areas die as a result.
This results in a rapid decrease in the survival rate of hepatocytes throughout the culture tank.
葛西らの代謝補助装置は先ほど述べたようにそ
の容量拡大に際して設計上いくつかの難点を有し
ている。本発明によればこれらの難点にそれぞれ
次のような解決が与えられる。 As mentioned earlier, Kasai et al.'s metabolic support device has several design difficulties when expanding its capacity. According to the present invention, each of these difficulties can be solved as follows.
(1) 培養槽設計について自由度が与えられるの
で、その材質、形状、撹拌様式、通気方法など
を遊離肝細胞浮遊培養にむけて最適化をはかる
ことができる。(1) Since flexibility is given to the culture tank design, its material, shape, stirring method, ventilation method, etc. can be optimized for free hepatocyte suspension culture.
(2) 血漿分離器としては任意のものを採用し得
る。すなわち、血液ポートのプライミング容積
の小さいものを選択することができるなど、患
者の負担を軽減することにつながる。(2) Any plasma separator can be used. That is, it is possible to select a blood port with a small priming volume, leading to a reduction in the burden on the patient.
(3) 中空糸状限外過膜より構成される筒型モジ
ユール、血漿分離器および送液機構のうちの配
管部分はデイスポ化することが容易となり、滅
菌済のものを量産することができる。(3) The cylindrical module composed of the hollow fiber ultrafiltration membrane, the plasma separator, and the piping part of the liquid feeding mechanism can be easily made into disposable containers, and sterilized products can be mass-produced.
次に本発明を構成する各部分について具体的な
説明を加える。 Next, a detailed description will be given of each part constituting the present invention.
(a) 培養槽:培養槽は、異種動物より採取した遊
離肝細胞を培地に浮遊させて培養することので
きる任意の培養槽であり得る。しかし、本発明
の効果のひとつは、培養槽設計について自由度
が与えられることであつた。よつて、培養槽の
仕様は、当然のことながら、遊離肝細胞の生存
率を可能な限り長時間にわたつて維持し、また
生化学的指標にて表わされる肝細胞の機能を最
大限に発揮し得るものであり得る。(a) Culture tank: The culture tank can be any culture tank capable of culturing free hepatocytes collected from a heterologous animal by suspending them in a medium. However, one of the effects of the present invention is that it provides flexibility in culture tank design. Therefore, the specifications of the culture tank are, of course, to maintain the survival rate of free hepatocytes for as long as possible and to maximize the function of hepatocytes as expressed by biochemical indicators. It can be possible.
その一例として、通気方法をあげることがで
きる。槽内の酸素濃度を保つために、肝細胞の
浮遊している培地に直接酸素あるいは空気をバ
ブリングすることは、肝細胞生存率に有害であ
る。培地表面からのみの酸素供給に限るか、肝
細胞の浮遊していない培地にバブリングした後
その培地を肝細胞の浮遊している培地に添加す
れば、肝細胞生存率はより長い時間にわたつて
維持される。よつて、このような通気方法によ
ることが好ましい。このような通気方法は、本
発明による代識補助装置において始めて採用し
得るものである。 One example is the ventilation method. Bubbling oxygen or air directly into the medium in which hepatocytes are suspended in order to maintain the oxygen concentration within the bath is detrimental to hepatocyte viability. Hepatocyte survival rates can be improved over a longer period of time if oxygen is supplied only from the surface of the medium or by bubbling into the medium without hepatocytes suspended in it and then adding the medium to the medium in which hepatocytes are suspended. maintained. Therefore, it is preferable to use such a ventilation method. Such a ventilation method can be employed for the first time in the surrogacy assisting device according to the present invention.
中空糸状限外過膜が培養槽内部に固着され
ているような培養槽にあつては、上に述べた通
気方法を採用することは困難である。あるい
は、可能になつたとしても、量産に適するもの
ではない。 In the case of a culture tank in which a hollow fiber ultrafiltration membrane is fixed inside the culture tank, it is difficult to employ the aeration method described above. Or even if it were possible, it would not be suitable for mass production.
通気方法の例にとどまらず、本発明による代
謝補助装置においては、培養槽の形状、材質、
容量についても、代謝補助装置の使用の目的に
応じて任意の選択をなし得る。 In addition to the aeration method, the metabolic support device according to the present invention also has various aspects such as the shape and material of the culture tank,
The capacity can also be arbitrarily selected depending on the purpose of use of the metabolic support device.
また、適度の撹拌のための装置、保温のため
の装置、さらにPH、温度、酸素濃度などの培養
条件の監視調節装置などが付設されていること
が好ましいことは言うまでもない。 It goes without saying that it is preferable that a device for appropriate stirring, a device for keeping warm, and a device for monitoring and adjusting culture conditions such as pH, temperature, and oxygen concentration are attached.
ここで、培養槽の中に浮遊させる異種動物よ
り採取した遊離肝細胞について述べる。肝細胞
としては、使用の目的に応じてラツト、犬、
豚、牛、類人猿などの動物より、Berryおよび
Friendのコラゲナーゼ潅流法あるいはSeglen
によるその変法などを用いて調製され得る。凍
結保存した肝細胞も用いることができる。使用
する培地としては、肝細胞の生存率をより長い
時間にわたつて維持し、生化学的指標にて表わ
される肝細胞の機能を最大限に発揮し得るもの
が好ましい。一般には、牛胎児血清添加、
MEM培地あるいはWE培地などが用いられ得
る。インシユリン、デキサメサゾンなどのホル
モン、あるいは酸素運搬剤としてフルオロカー
ボンなどが好ましく添加される。近年、市販さ
れている無血清培地も目的に応じて使用され得
る。細胞を浮遊させる濃度としては、10〜1×
106箇/mlの範囲が好ましい。 Here, we will discuss free hepatocytes collected from a xenobiotic animal suspended in a culture tank. Depending on the purpose of use, liver cells from rats, dogs,
Berry and other animals such as pigs, cows, and apes
Friend's collagenase perfusion method or Seglen
It can be prepared using a modified method thereof, etc. Cryopreserved hepatocytes can also be used. The medium used is preferably one that maintains the survival rate of hepatocytes over a longer period of time and can maximize the functions of hepatocytes as expressed by biochemical indicators. Generally, fetal bovine serum is added,
MEM medium or WE medium can be used. Hormones such as insulin and dexamethasone, or fluorocarbons as oxygen transport agents are preferably added. Serum-free media that have been commercially available in recent years can also be used depending on the purpose. The concentration for suspending cells is 10 to 1×
A range of 10 6 pieces/ml is preferable.
(b) 筒型モジユール:筒型モジユールにおいて
は、中空糸状限外過膜の内側を潅流する肝細
胞浮遊培地と中空糸状限外過膜の外側を潅流
する血漿とが限外過膜を介して接触し、主と
して拡散によつて両者の間に物質交換が行なわ
れる。(b) Cylindrical module: In the cylindrical module, the hepatocyte suspension medium that perfuses the inside of the hollow fiber ultrafiltration membrane and the plasma that perfuses the outside of the hollow fiber ultrafiltration membrane pass through the ultrafiltration membrane. contact, and an exchange of substances takes place between the two, primarily by diffusion.
限外過膜としては、肝細胞浮遊培地中の有
効成分を患者血液中に、患者血漿中の害毒成分
を肝細胞浮遊培地中へ有効にかつ安全に移動さ
せるため、いわゆる人工腎臓でヘモフイルター
あるいは蛋白質リーク膜と呼称されているよう
な、高透水性の分画分子量2万〜30万付近、好
ましくは分画分子量6万〜15万付近の膜モジユ
ールが使用される。 Ultrafiltration membranes are used in so-called artificial kidneys to effectively and safely transfer the active ingredients in the hepatocyte suspension medium into the patient's blood and the harmful components in the patient's plasma into the hepatocyte suspension medium. A highly water-permeable membrane module with a molecular weight cut-off of around 20,000 to 300,000, preferably around 60,000-150,000, which is called a protein leak membrane, is used.
ここで分画分子量とは、分子量(MW)が明
確な指標物質(IgM(MW960000)、アポフエリ
チン(MW480000)、IgG(MW160000)、アル
ブミン(67000)、卵アルブミン(MW45000)、
ペプシン(MW35000”、イヌリン(MW5200)
などの溶液を用いてその透過率を測定して、透
過率(阻止率)とMWを軸とするグラフを描
き、透過率10%(阻止率90%)を示す分子量で
ある。 Here, the molecular weight cutoff refers to indicator substances with clear molecular weights (MW) such as IgM (MW960000), apoferritin (MW480000), IgG (MW160000), albumin (67000), egg albumin (MW45000),
Pepsin (MW35000”, Inulin (MW5200)
The transmittance is measured using a solution such as, and a graph with transmittance (rejection rate) and MW as axes is drawn, and this is the molecular weight that indicates a transmittance of 10% (rejection rate of 90%).
さらに、筒型モジユールにおいては、遊離肝
細胞を中空糸内側を円滑に通過せしめるため
に、中空糸内側が平滑であり、またその内径が
100μ以上あることが好ましい。 Furthermore, in the cylindrical module, the inside of the hollow fiber is smooth and the inner diameter is small in order to allow free hepatocytes to pass through the inside of the hollow fiber smoothly.
It is preferable that the thickness is 100μ or more.
筒型モジユールの限外過膜面積、あるいは
その他の形状・仕様、さらには限外過膜の材
質その他については、代謝補助装置の使用に目
的に応じて任意に選択をなし得る。材質として
は、例えばポリメチルメタクリレート、セルロ
ースアセテート、ポリビニルアルコール、ポリ
カーボネート、ポリスルホンなど生体に安全な
ものであれば良い。 The ultrafiltration membrane area of the cylindrical module, other shapes and specifications, the material of the ultrafiltration membrane, etc. can be arbitrarily selected depending on the purpose of use of the metabolic auxiliary device. The material may be any material that is safe for living organisms, such as polymethyl methacrylate, cellulose acetate, polyvinyl alcohol, polycarbonate, and polysulfone.
(c) 血漿分離器:血漿分離器においては患者から
の血液のうち一部の血漿がとり出され、筒型モ
ジユールの中空糸外側へ連続的に潅流される。(c) Plasma separator: In the plasma separator, part of the plasma from the patient's blood is taken out and continuously perfused outside the hollow fibers of the cylindrical module.
血漿分離器としては、血漿分離速度が高く、
かつ血漿蛋白質の透過性が良好ないずれの膜型
血漿分離器も使用可能である。最近多く開発さ
れている中空糸型の分離器は血液充填量も少な
く好ましく使用される。その膜材質としては例
えば、ポリメチルメタクリレート、セルロース
アセテート、ポリビニルアルコール、ポリエチ
レン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポ
リスルホンなど主体に安全なものであればよ
く、その細孔径は通常0.05〜2ミクロン、好ま
しくは0.1〜1.0ミクロン程度である。 As a plasma separator, it has a high plasma separation speed.
Any membrane type plasma separator that also has good permeability to plasma proteins can be used. Hollow fiber separators, which have been recently developed, are preferably used because they have a small amount of blood filling. The membrane material may be any material that is essentially safe, such as polymethyl methacrylate, cellulose acetate, polyvinyl alcohol, polyethylene, polypropylene, polycarbonate, or polysulfone, and its pore diameter is usually 0.05 to 2 microns, preferably 0.1 to 1.0 microns. It is on the order of microns.
(d),(e) 送液機構:本発明による代謝補助装置に
おいて、送液機構は上に述べた各部分の間を連
結して、血漿および肝細胞浮遊培地を導く配
管、ポンプ、およびその他の部品よりなる。(d), (e) Liquid feeding mechanism: In the metabolic auxiliary device according to the present invention, the liquid feeding mechanism connects each of the above-mentioned parts and includes piping, pumps, and other components for guiding plasma and hepatocyte suspension medium. Consists of parts.
配管としては、いわゆる人工腎臓で使用され
ている滅菌された塩化ビニール製血液回路が好
ましく使用されるが、その他のシリコーンなど
の素材からなる配管も使用できることはいうま
でもない。また、配管の内径についても、代謝
補助装置の使用の目的に応じて任意に選択をな
し得る。 As for the piping, a sterilized vinyl chloride blood circuit used in so-called artificial kidneys is preferably used, but it goes without saying that piping made of other materials such as silicone can also be used. Furthermore, the inner diameter of the pipe can be arbitrarily selected depending on the purpose of use of the metabolic support device.
培地および血液を送液するためのポンプ、圧
力測定器、加温コイルも人工腎臓や血漿交換
(プラズマフエレイシス)で臨床用として開発
されている機器が好ましく使用される。以下、
本発明を第1図を参照しながら説明する。第1
図は本発明装置の1例を示すものである。 As for the pump for feeding the culture medium and blood, the pressure measuring device, and the heating coil, devices that have been developed for clinical use in artificial kidneys and plasma exchange (plasmapheresis) are preferably used. below,
The present invention will be explained with reference to FIG. 1st
The figure shows one example of the device of the present invention.
ポンプ1を備えた回路2により培養槽3から
肝細胞浮遊培地が筒型モジユール4の中空糸内
側へ送りこまれる。この培地はここで患者血漿
と中空糸状限外過膜を介して物質交換を行な
つた後、回路5を経由して培養槽3へ戻る。 A circuit 2 equipped with a pump 1 feeds a hepatocyte suspension medium from a culture tank 3 into the hollow fibers of a cylindrical module 4. This medium exchanges substances with the patient's plasma via the hollow fiber ultrafiltration membrane, and then returns to the culture tank 3 via the circuit 5.
患者血液はポンプ6の働きにより回路7を経
由して血漿分離器8へ導かれる。一部の血漿が
血漿分離器8よりとり出され、2連ポンプ9の
働きにより、回路10を経由して筒型モジユー
ル4の中空糸外側を潅流する。その後、血漿は
二連ポンプ9の働きにより回路11を経て血球
成分と合流し、回路12にて患者体内へ戻る。 The patient's blood is led to a plasma separator 8 via a circuit 7 by the action of a pump 6. A portion of plasma is taken out from the plasma separator 8 and perfused outside the hollow fibers of the cylindrical module 4 via a circuit 10 by the action of a double pump 9. Thereafter, the plasma passes through a circuit 11 under the action of the dual pump 9, merges with blood cell components, and returns to the patient's body through a circuit 12.
第1図において、圧力測定器13は1箇示さ
れているのみであり、また加温コイル、ドリツ
プチエンバーは全く示されていない。しかし、
これらの付属部品は代謝補助装置使用の目的に
沿つて適宜配置され得る。 In FIG. 1, only one pressure measuring device 13 is shown, and the heating coil and drip embers are not shown at all. but,
These accessories can be arranged as appropriate depending on the purpose of using the metabolic assist device.
また、ポンプの配置は第1図に示されたそれ
に必ずしも限定されるものではない。例えば、
第1図における回路10,11にまたがる二連
ポンプ9は、一連ポンプにすることもできる。
そのかわりに、回路12に新たにポンプを配置
すれば、これまでと全く変らない培地および血
液の流れを確保できる。このように、培地およ
び血液の流れが確保できるものであれば、ポン
プの配置は任意に設定できる。 Furthermore, the arrangement of the pumps is not necessarily limited to that shown in FIG. for example,
The dual pump 9 spanning the circuits 10 and 11 in FIG. 1 can also be a series pump.
Instead, if a new pump is placed in the circuit 12, the same flow of culture medium and blood as before can be ensured. In this way, the arrangement of the pumps can be arbitrarily set as long as the flow of the culture medium and blood can be ensured.
次に、送液機構によつて送るべき培地および
血液の流量について述べる。これらは次の条件
に合うかぎり任意に設定することができる。す
なわち、肝細胞の生存率の低下、機能の損害を
最小限に抑制すること、患者あるいは実験動物
におよぼす負担を最小限に抑制すること、培地
と血液との間の物質交換を最も効率的に行なう
ことである。 Next, the flow rates of the culture medium and blood to be sent by the liquid sending mechanism will be described. These can be set arbitrarily as long as the following conditions are met. In other words, it is necessary to minimize the decline in survival rate and functional damage of hepatocytes, to minimize the burden on patients or experimental animals, and to achieve the most efficient exchange of substances between the culture medium and blood. It is something to do.
より具体的に述べれば、筒型モジユールにお
ける培地流量の血漿流量に対する比は1より大
であることが好ましい。また、血漿分離器に導
かれる血液流量、およびそこからひき出される
血漿流量は、血漿分離器の性能、および患者へ
の負担を考えた上で設定される。 More specifically, the ratio of medium flow rate to plasma flow rate in the cylindrical module is preferably greater than 1. Further, the blood flow rate guided to the plasma separator and the plasma flow rate drawn therefrom are set in consideration of the performance of the plasma separator and the burden on the patient.
また、本発明による代謝補助装置において、
培養槽に肝細胞を浮遊せしめると同時に、患者
血液の潅流を開始する必要は必ずしもない。細
胞を培地に浮遊せしめれば、直ちにその最大限
の機能を発揮するものではなく、幾らかの培養
時間が必要である。したがつて、このような場
合、患者の負担を軽減するために、幾らかの培
養時間をおいた後、患者血液の潅流を開始する
のが好ましい。 Further, in the metabolic support device according to the present invention,
It is not necessarily necessary to start perfusion of patient blood at the same time as suspending hepatocytes in the culture tank. When cells are suspended in a medium, they do not immediately exhibit their full potential; some culturing time is required. Therefore, in such a case, in order to reduce the burden on the patient, it is preferable to start perfusion of the patient's blood after some culture time.
以下、実施例を挙げて本発明の効果をさらに具
体的に説明する。 EXAMPLES Hereinafter, the effects of the present invention will be explained in more detail with reference to Examples.
実施例 1
本発明による代謝補助装置の代謝能を調べるた
めに、患者血液のかわりにおいた2ハンクス液
からのアンモニア除去速度あるいは培養槽の中の
肝細胞の生存率の変化などにつき調べた。Example 1 In order to investigate the metabolic ability of the metabolic assist device according to the present invention, changes in the rate of ammonia removal from 2 Hank's solution used instead of patient blood and the survival rate of hepatocytes in a culture tank were investigated.
細胞は体重8Kgのビーグル犬からSeglenの変
法によるコラゲナーゼ潅流法により採取し、洗滌
後2のMEM培地に4×106箇/mlの濃度に懸
濁した。この培地には、あらかじめ10%の牛胎児
血清、10-6Mのインシユリンおよび10-5Mのデキ
サメサゾンを添加した。培養槽はガラス製で撹拌
翼を有しており、37℃の恒温槽の中に保持されて
いた。培養槽気相部には、流量計にて調節された
流速にて酸素および炭酸ガスが送りこまれた。培
地中の溶存酸素分圧は、100−200mmHgの範囲、
培地中のPHは、7.1〜7.3の範囲に保たれた。 Cells were collected from a beagle dog weighing 8 kg by the collagenase perfusion method according to a modification of Seglen, and after washing, they were suspended in MEM medium at a concentration of 4 x 10 6 cells/ml. This medium was previously supplemented with 10% fetal bovine serum, 10 −6 M insulin and 10 −5 M dexamethasone. The culture tank was made of glass and had a stirring blade, and was kept in a constant temperature bath at 37°C. Oxygen and carbon dioxide gas were fed into the gas phase portion of the culture tank at a flow rate controlled by a flow meter. The dissolved oxygen partial pressure in the medium is in the range of 100-200 mmHg,
The PH in the medium was kept in the range of 7.1-7.3.
筒型モジユールとしては分画分子量10万の
PMMA製の中空糸状限外過膜よりなるものを
用いた。その膜面積は、0.4m2、中空糸内径は
300μであつた。 As a cylindrical module, it has a molecular weight cutoff of 100,000.
A hollow fiber ultrafiltration membrane made of PMMA was used. The membrane area is 0.4m 2 and the hollow fiber inner diameter is
It was 300μ.
血漿分離器としてはPMMA製中空糸よりなる
膜面積0.5m2の平均細孔径0.3μ、最大孔径0.5μの
“プラズマツクス”PS−05H(東レ株式会社製)
を用いた。その中空糸内径は330μであつた。 The plasma separator is "PlasmaTux" PS-05H (manufactured by Toray Industries, Inc.), which is made of PMMA hollow fibers and has a membrane area of 0.5m2 , an average pore diameter of 0.3μ, and a maximum pore diameter of 0.5μ.
was used. The inner diameter of the hollow fiber was 330μ.
内径3.5mm、外形6.0mmの塩化ビニール製血液回
路を用いて、上に述べた各部分の間を連結し、血
液ポンプにより次のように送液した。すなわち、
培養槽から肝細胞浮遊培地を100ml/minにてひ
き出し、筒型モジユールの中空糸内側を潅流させ
てから培養槽へ戻した。患者血液のかわりにおい
たハンクス液貯槽からは、120ml/minを血漿分
離器へ導き、一部の液を40ml/minで血漿側へひ
き出し、筒型モジユールの中空糸外側を潅流させ
てから残りのハンクス液とともにハンクス液貯槽
へ戻した。 A vinyl chloride blood circuit with an inner diameter of 3.5 mm and an outer diameter of 6.0 mm was used to connect the above-mentioned parts, and the blood was delivered using a blood pump as follows. That is,
The hepatocyte suspension medium was drawn out from the culture tank at a rate of 100 ml/min, perfused inside the hollow fibers of the cylindrical module, and then returned to the culture tank. From the Hank's solution storage tank, which was placed in place of the patient's blood, 120 ml/min is introduced into the plasma separator, and some of the fluid is drawn out to the plasma side at 40 ml/min. was returned to the Hank's solution storage tank along with Hank's solution.
ハンクス液に塩化アンモニウムを2回にわたつ
て添加し、ハンクス液および肝細胞浮遊培地にお
けるアンモニア濃度の変化を測定した。測定は藤
井−奥田法変法によつた。その結果を第2図に示
した。さらに、トリパンブルー染色法にて計数し
た浮遊肝細胞の生存率もあわせて第2図に示し
た。 Ammonium chloride was added to Hank's solution twice, and changes in ammonia concentration in Hank's solution and hepatocyte suspension medium were measured. Measurements were conducted using a modified Fujii-Okuda method. The results are shown in Figure 2. Furthermore, the survival rate of floating hepatocytes counted by trypan blue staining is also shown in FIG. 2.
また、ルミノアグリゴメーターを用いて測定し
た浮遊肝細胞のATP含量の変化を第3図に示し
た。 Furthermore, Fig. 3 shows changes in ATP content of floating hepatocytes measured using a luminoaggregometer.
肝細胞の生存率については12時間の培養であり
ながらわずかの低下をみたのであつた。細胞内の
ATP量は培養開始と同時に増加を始め、7−8
時間後に最大に達した。12時間後であつてもな
お、培養開始時よりも高いレベルにあつた。ハン
クス液に添加したアンモニアは、6時間後であつ
ても培養開始時間と全く変ならい速度で除去され
た。肝細胞浮遊培地側では、アンモニア濃度の増
加はほとんどみられなかつた。 There was a slight decrease in the survival rate of hepatocytes even after 12 hours of culture. intracellular
The amount of ATP started to increase at the same time as the start of culture, and 7-8
It reached its maximum after an hour. Even after 12 hours, the level was still higher than at the start of the culture. Ammonia added to Hank's solution was removed even after 6 hours at a rate completely comparable to the culture start time. Almost no increase in ammonia concentration was observed on the hepatocyte suspension medium side.
以上より、本発明による代謝補助装置は代謝能
を有し、しかもそれが長時間にわたつて安定であ
るということがいえる。 From the above, it can be said that the metabolic support device according to the present invention has metabolic ability and is stable over a long period of time.
本発明は中空糸限外過膜よりなる筒型モジユ
ールを細胞培養槽の外へ出すことにより、容量拡
大に際する設計および肝細胞を損なわない酸素供
給方法が可能となる。また肝細胞は筒型モジユー
ルの中空糸内側を、血漿は中空糸外側を潅流させ
ることにより肝細胞の培養条件を好ましく保てる
ので、肝細胞の生存率の維持、および生化学的指
標にて表される肝細胞の機能を最大限に発揮する
ことができる。また肝細胞浮遊培地と患者血漿と
を隔てる中空糸状限外過膜の分画分子量を2万
から30万とすることにより、肝細胞浮遊培地中の
有効成分を患者血液中へ、患者血漿中の害毒成分
を肝細胞浮遊培地中へ有効にかつ安全に移動させ
ることができる。
The present invention enables a design for capacity expansion and an oxygen supply method that does not damage hepatocytes by extending a cylindrical module made of a hollow fiber ultrafiltration membrane to the outside of the cell culture tank. In addition, by perfusing hepatocytes through the inside of the hollow fibers of the cylindrical module and perfusing plasma through the outside of the hollow fibers, it is possible to maintain favorable culture conditions for hepatocytes, thereby maintaining the survival rate of hepatocytes and improving biochemical indicators. The function of liver cells can be maximized. In addition, by setting the molecular weight cutoff of the hollow fiber ultrafiltration membrane that separates the hepatocyte suspension medium and the patient's plasma from 20,000 to 300,000, the active ingredients in the hepatocyte suspension medium can be transferred into the patient's blood and the patient's plasma. Harmful components can be effectively and safely transferred into the hepatocyte suspension medium.
第1図は本発明装置の実施態様の一例を示す概
略説明図である。第2図は実施例1アンモニア濃
度変化および浮遊肝細胞の生存率を示し、第3図
は実施例1の浮遊肝細胞のATP含量変化を示す。
1,6,9……ポンプ、3……培養槽、4……
筒型モジユール、8……血漿分離器。
FIG. 1 is a schematic explanatory diagram showing an example of an embodiment of the apparatus of the present invention. FIG. 2 shows changes in ammonia concentration and survival rate of floating hepatocytes in Example 1, and FIG. 3 shows changes in ATP content in floating hepatocytes in Example 1. 1, 6, 9...pump, 3...culture tank, 4...
Cylindrical module, 8...Plasma separator.
Claims (1)
槽、 (b) 分画分子量が2万から30万である中空糸状限
外過膜より構成される筒型モジユール、 (c) 血漿分離器、 (d) 培養槽から浮遊している肝細胞をその培地と
ともに連続的にとり出し、筒型モジユールの中
空糸内側を潅流してから培養槽へ戻すための送
液機構、および (e) 患者からの血液を血漿分離器へ導き、これよ
り得られる血漿を筒型モジユールの中空糸外側
を連続的に潅流してから、血漿分離器より得ら
れる血球成分とともに患者へ戻すための送液機
構。 を有することを特徴とする人工肝臓用代謝補助装
置。[Scope of Claims] 1 (a) A culture tank for free hepatocytes collected from a different species of animal, (b) A cylindrical module composed of a hollow fiber ultrafiltration membrane having a molecular weight cutoff of 20,000 to 300,000, (c) a plasma separator; (d) a liquid delivery mechanism for continuously removing floating hepatocytes from the culture tank along with their culture medium, perfusing the inside of the hollow fibers of the cylindrical module, and then returning the cells to the culture tank; and (e) to lead the blood from the patient to a plasma separator, to continuously perfuse the outside of the hollow fibers of the cylindrical module with the plasma obtained from this, and then to return it to the patient together with the blood cell components obtained from the plasma separator. liquid delivery mechanism. A metabolic support device for an artificial liver, characterized by having the following.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60096691A JPS61255665A (en) | 1985-05-09 | 1985-05-09 | Metabolization aid apparatus for artificial liver |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60096691A JPS61255665A (en) | 1985-05-09 | 1985-05-09 | Metabolization aid apparatus for artificial liver |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61255665A JPS61255665A (en) | 1986-11-13 |
JPH024302B2 true JPH024302B2 (en) | 1990-01-26 |
Family
ID=14171804
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60096691A Granted JPS61255665A (en) | 1985-05-09 | 1985-05-09 | Metabolization aid apparatus for artificial liver |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61255665A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0318102A (en) * | 1989-06-15 | 1991-01-25 | Inax Corp | Paralyzer |
WO2020241468A1 (en) * | 2019-05-30 | 2020-12-03 | 東洋紡株式会社 | Resin composition for insert molding, sealing body for electronic component, and method for producing sealing body for electronic component |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2809969B1 (en) * | 2000-06-09 | 2003-09-26 | Bio Merieux | PREPARATION OF A SAMPLE TO BE ANALYZED FROM A VERY LARGE SAMPLE |
CN103520787B (en) * | 2012-07-06 | 2016-09-14 | 中国科学院大连化学物理研究所 | A kind of based on the hybrid artificial liver carrying microcapsule reciprocating bioreactor |
-
1985
- 1985-05-09 JP JP60096691A patent/JPS61255665A/en active Granted
Cited By (2)
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JPH0318102A (en) * | 1989-06-15 | 1991-01-25 | Inax Corp | Paralyzer |
WO2020241468A1 (en) * | 2019-05-30 | 2020-12-03 | 東洋紡株式会社 | Resin composition for insert molding, sealing body for electronic component, and method for producing sealing body for electronic component |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS61255665A (en) | 1986-11-13 |
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