(57)【要約】生存可能な器官（1）を培養する器官培養装置を開示する。この装置は、ポンプ（3）を用いて、生存可能な器官を培養する培養媒体を与える。ポンプは、入口と出口の間に配置されたポンプ・チャンバ（45）を有する。ポンプは、ポンプ・チャンバの弾性的な管状の側壁（44）を圧縮気体によって繰り返し変形させることによって培養媒体のパルス式汲出し作用を実現する。培養媒体の流路は循環型であっても非循環型であってもよい。装置は、培養媒体用のリザーバ（70、80）および収集容器（74、84）を有する。培養媒体との間の気体移送も行われる。ポンプ自体と、パルス供給される加圧ガスをたとえばポンプに供給する気体圧力制御装置も開示する。
2005535293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生存可能な器官を培養する器官培養装置であって、
チャンバを通る培養媒体の流れのための液体流路に沿って配置された、生存可能な器官を含むチャンバと、
液体流路に沿って設けられ、培養媒体を汲み出すポンプとを有し、
ポンプは、内部を通る培養媒体のための正味流れ方向を持つポンプ・チャンバを有し、正味流れ方向の横側に配置されたポンプ・チャンバの変形可能な壁を繰り返し変形させることによってパルス式汲出し作用を得ることができる装置。
【請求項２】
変形可能な壁は弾性的である、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
気体を培養媒体に送り込むかまたは培養媒体から移送する気体移送手段を有する、請求項1または2に記載の装置。
【請求項４】
前記気体移送手段は、気体を気体透過壁を通して拡散させることによって動作する、請求項3に記載の装置。
【請求項５】
変形可能な壁の前記繰り返される変形は、前記壁の外側の加圧気体によって得ることができる、請求項1から4のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記加圧気体は、前記培養媒体への気体移送を行う、請求項5に記載の装置。
【請求項７】
前記ポンプの前記変形可能な壁は気体透過性であり、したがって、この壁を通して気体移送が行われる、請求項6に記載の装置。
【請求項８】
変形可能な壁は、ポンプ・チャンバの周りを実質的に周方向に延びている、請求項1から7のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
変形可能な壁は管状である、請求項8に記載の装置。
【請求項１０】
ポンプは、ポンプ・チャンバの互いに向かい合う端部の所にあってポンプ・チャンバの長手方向軸上に配置された入口および出口を有し、変形可能な壁は、入口と出口の間に配置され、長手方向軸に実質的に平行である、請求項1から9のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
液体流路または液体流路の一部は、チャンバの方へ汲み出される培養媒体を供給するリザーバから延びている、請求項1から10のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
チャンバの下流側に配置された培養媒体収集手段をさらに有する、請求項1から11のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
チャンバと収集手段は、流量調整弁を介して連通している、請求項12に記載の装置。
【請求項１４】
液体流路または液体流路の一部は液体流循環路を形成し、培養媒体の少なくともいくらかは、使用時に再循環させられる、請求項1から13のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
培養媒体をサンプリングするためにチャンバの下流側に配置されたサンプリング・ポートを含む、請求項1から14のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
使用時に、前記チャンバに生存可能な器官を含むとともに、培養媒体に前記液体流循環路内を循環させる、請求項1から15のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
請求項1から16のいずれか一項に記載の器官培養装置を用いて、生存可能な器官を、輸送し保存することができるように維持する方法。
【請求項１８】
生存可能な器官を収納できるように予め殺菌され、装置の殺菌状態を維持するために密封されたエンクロージャに入れられた、請求項1から17のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
圧縮気体のパルス流を前記ポンプに与えるように気体流を制御する気体圧力制御装置をさらに含み、器官培養装置は、生存可能な器官を収納できるように予め殺菌され、装置の殺菌状態を維持するために密封されたエンクロージャに入れられる、請求項4、5、または6に記載の器官培養装置。
【請求項２０】
液体用のポンプであって、
汲出された液体のための正味流れ方向を内部に有する液体用のポンプ・チャンバと、
正味流れ方向の横側に配置され、ポンプ・チャンバの変形可能な壁の形をした、液体に作用するポンプ部材とを有し、
変形可能な壁は、加圧気体のパルスを受けて汲出しを行う、液体用のポンプ。
【請求項２１】
変形可能な壁は弾性的である、請求項20に記載のポンプ。
【請求項２２】
変形可能な壁は、ポンプ・チャンバの周りを実質的に周方向に延びている、請求項20または21に記載のポンプ。
【請求項２３】
変形可能な壁は管状である、請求項20から22のいずれか一項に記載のポンプ。
【請求項２４】
加圧気体のリザーバからの加圧気体のパルス流を生成する手段を有する、請求項20から23のいずれか一項に記載のポンプ。
【請求項２５】
前記変形可能な壁は気体透過性であり、汲み出された液体と加圧気体との間の気体移送を行う、請求項20から24のいずれか一項に記載のポンプ。
【請求項２６】
パルス供給される加圧気体を供給する気体圧力制御装置であって、
加圧気体の供給源に連結される入口および出口を有し、チャンバの可動壁が移動することによって弾性的に拡張可能である気体アキュムレータ・チャンバと、
前記出口を閉じる閉位置と、前記出口を通過する流出流を生じさせる開位置との間で移動可能な弁部材と、
アキュムレータ・チャンバの可動壁が移動することによって作動させられ、それにより、アキュムレータ・チャンバ内で所定の圧力に達したときに弁部材を閉位置から開位置へ移動させる手段と、
アキュムレータ・チャンバからある体積の気体が放出された後でアキュムレータ・チャンバが収縮したときに弁部材を閉位置に戻す手段とを有する装置。
【請求項２７】
アキュムレータ・チャンバはピストン・シリンダ組立体である、請求項26に記載の装置。
【請求項２８】
可動壁は、弁部材の、閉位置から離れる方向への移動を開始する作動部材を保持する、請求項26または27に記載の装置。
【請求項２９】
弁部材の閉位置からの移動時に、弁部材に作用する偏向手段を有し、それによって、弁部材が開くときの弁部材全体にわたる圧力差をなくした後、弁部材が偏向手段によってその開位置へ移動させられる、請求項26から28のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３０】
人間または動物に関する医療における請求項20から25のいずれか一項に記載のポンプまたは請求項26から29のいずれか一項に記載の装置の使用。
【請求項３１】
装置の前記ポンプとして請求項20に記載のポンプを有する、請求項1記載の器官培養装置。
【請求項３２】
パルス供給される加圧気体を前記ポンプに供給する請求項26から29のいずれか一項に記載の気体圧力制御装置を有する、請求項31に記載の器官培養装置。
【請求項３３】
パルス供給される加圧気体を前記ポンプに供給する請求項26から29のいずれか一項に記載の気体圧力制御装置を有する、請求項20から25のいずれか一項に記載にポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生存可能な器官、特に、生細胞から成るかまたは生細胞を含む器官を培養する器官培養装置に関する。本発明は、本発明の器官培養装置に適用することができ、かつ他の用途に適用することができる構成部材、特に、液体用のポンプ、およびパルス供給される加圧空気を供給するための気体圧力制御装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
「生存可能な器官」は、本明細書では、生体細胞から成るかまたはそのような細胞を含む天然または合成の器官を意味する。細胞は、少なくとも生存可能な状態に維持され、選択的に成長するように培養する必要がある。このような生存可能な器官は、医学、獣医学、ならびに他の生物学およびバイオテクノロジー分野で使用される。生存可能な器官はたとえば、移植またはその他の目的のために生物から取り出された天然の器官であっても、少なくとも部分的に合成した器官であってもよい。たとえば、合成構造は、細胞が存在する、生物学的に適合する材料の合成基板を有してよい。器官は、貯蔵しても、あるいは、たとえば細胞が成長し天然の器官を模倣するように適応する合成構造において、細胞を成長させるために培養してもよい。2002年3月26日に出願され、国際公開公報第02/077336号として公開された本出願人の国際特許出願第GB02/01183号は、細胞を含む剛性の生存可能な器官およびその製造を記載している。
【０００３】
培養媒体を維持し細胞に接触させることによって、細胞を、保存および／または成長のために生存可能な状態に維持する多数の方法および装置が既知である。
【特許文献１】国際公開公報第02/077336号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明者は、保存および/または輸送中に容易に維持される生存可能な器官を培養する簡素な器官培養装置が必要であることを認識した。
【０００５】
本発明で使用される生存可能な器官は、シート、チューブまたは中空器官の形であってよく、通常、結合された細胞および細胞外マトリックスと、好ましくは少なくとも一表面上の内皮細胞の層を含むかまたはそれらから成るシート、チューブ、または中空構造を備える。外部マトリックスによって結合される細胞は通常、平滑筋細胞または繊維芽細胞である。以下は例である。
【０００６】
シート:
皮膚構造体:上皮細胞層付の、線維芽細胞および細胞外マトリックス(ECM)のシート
中空器官(チューブの形である):
膀胱:平滑筋/ECMチューブ+移行上皮
胃:平滑筋/ECM+特殊胃型上皮
チューブ:
消化管の部分(たとえば食道、小腸、結腸、直腸):
食道-平滑筋/ECM+扁平上皮
小腸/結腸/直腸-平滑筋/ECM+円柱上皮+杯細胞
血管または動静脈シャント:平滑筋細胞/ECM、内皮細胞層付
尿道または尿管-平滑筋/ECM+移行上皮
生存可能な器官はたとえば、生体細胞を含む、外科的に移植可能な人工の構造であってよい。
【０００７】
場合によっては生体細胞を含む、シートまたはチューブの形をした人工の構造の製造は、2002年3月26日に出願され、国際公開公報第02/077336号として公開された「硬化されたチューブおよびシートを形成する方法および装置（Methods and Apparatus for Forming Hardened Tubes and Sheets）」という名称の、本出願人の同時係属PCT出願に記載されると共に、2003年1月27日に出願された英国特許出願第0301834.8号にも記載されている。このような構造または器官を供給する供給組立体は、英国特許出願第0207416.9号からの優先権を主張する、「手術に使用できる供給組立体（Delivery Assembly for Use in Surgery）」という名称の、本出願人の同時係属出願に記載されている。これらの特許出願の内容は、参照によって本明細書に組み入れられる。
【０００８】
消化管、たとえば、食道、胃、小腸、結腸、直腸の一部になる構造などの器官において、平滑筋細胞チューブは、多層構造、たとえば2層または3層を有することが望ましい。このような多層を形成する方法は、国際公開公報第02/077336号で開示されている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、一態様では、チャンバを通る培養媒体の流れのための液体流路に沿って配置された、生存可能な器官を含むチャンバと、液体流路に沿って設けられ、培養媒体を汲み出すポンプとを有し、ポンプが、内部を通る培養媒体の正味流れ方向を持つポンプ・チャンバを有し、正味流れ方向の横側に配置されたポンプ・チャンバの変形可能な壁を繰り返し変形させることによってパルス式汲出し作用を得ることのできる、生存可能な器官を培養する器官培養装置が提供される。
【００１０】
ポンプのパルス式汲出し作用は、器官を収納したチャンバ内に有利な条件を形成するのを可能にする。特に、パルス供給される培養媒体は、体内の条件を模倣することによってある形態の組織を維持し形成するのを助けると考えられる。たとえば、培養されている組織が血管組織である場合、パルス供給される培養媒体は、適切な内皮細胞層の培養を助けると考えられる。
【００１１】
変形可能な壁を、ポンプ・チャンバを通る培養媒体の正味流れ方向に対して横側に配置することによって、壁を、正味流れ方向に対して実質的に横方向に変形させることができる。
【００１２】
変形可能な壁のこの配置は、ポンプの流れ特性、したがって、器官が配置されたチャンバ内の流れ特性を、他のポンプ構成と比べて改善できるため有利である。特に、同等の行程容積および行程速度を有するが、変形可能な壁が、他の位置に配置され、たとえば、正味流れ方向の方を向くか、または正味流れ方向から離れる方を向くように配置されたポンプと比べて乱流を低減させることができる。
【００１３】
変形可能な壁は、弾性的に変形可能な壁であることが好ましい。壁は、外部の力、たとえば、その外側表面に作用する圧力によって変形する。この圧力が除去されると、壁の弾性によって、壁はその非変形形状を吸収する。これは、ポンプのその後の行程で汲出しを行えるように培養媒体をポンプ・チャンバに流入させるのを助ける。
【００１４】
この装置では、液体流路は、培養媒体が生存可能な器官の表面上を流れるかまたは循環するのを可能にする。装置は、外部と循環する培養媒体との間の気体移送手段を介した気体移送、たとえば、酸素、および必要に応じて二酸化炭素の培養媒体への移送や、二酸化炭素の除去も可能にすることが好ましい。
【００１５】
気体移送手段は、気体透過壁における気体の拡散によって動作することが好ましい。通常、装置は、液体流路の一部を形成する導管を含む。したがって、装置は、導管の気体透過壁である壁を有し、気体透過壁を通って拡散される気体を閉じ込める気体移送チャンバを含んでよい。
【００１６】
器官培養装置のポンプは加圧気体によって動作することが好ましい。このことは、器官培養装置が、たとえば病院間で生存可能な器官を輸送する間電力を必要としないことが望ましい場合に有利である。簡単な気体−動力ポンプについて以下に説明する。
【００１７】
気体駆動ポンプは、より廉価であり、電動ポンプよりも処分が容易である。器官培養装置を使い捨てにしなければならない場合、（患者間のクロス汚染の危険性を回避するために）処分が容易であることは重要な因子である。
【００１８】
ポンプでは、汲出し作用は、壁の外側の加圧気体により壁を繰り返し変形させることによって得るのが好ましい。加圧気体は、培養媒体に対して気体移送を行う気体であってもよく、ポンプの弾性的に変形可能な壁が、それ自体が気体透過性であり、したがって、壁を通して気体移送が行われるのが最も好ましい。汲出し作用と気体交換作用を組み合わせることによって、簡素で経済的で使い捨てが容易な装置を得ることができる。
【００１９】
他の可能な実施形態では、ポンプを動作させる加圧気体は、培養媒体循環路内の個別のチャンバで気体交換を行うことができる。
【００２０】
通常、ポンプは、ポンプ・チャンバの両側に入口と出口とを有する。これらは、ポンプ・チャンバの長手方向軸上に配置することができる。変形可能な壁は、入口と出口との間に、実質的に長手方向軸に平行に配置することが好ましい。
【００２１】
壁は、ポンプ・チャンバの長手方向軸に向かって内側に変形することが好ましい。壁の変形が壁に沿ってポンプ・チャンバの長手方向軸に平行に進行することは好ましくない。ただし、このような蠕動汲出し作用は可能であってよい。
【００２２】
弾性的に変形可能な壁は第1および第2の部分を含むことが好ましい。あるいは、ポンプ・チャンバの第1および第2の弾性的に変形可能な壁があってもよい。この第1および第2の部分、または第1および第2の壁は、横方向にポンプ・チャンバをはさんで向かい合うか、または横方向にポンプ・チャンバをはさんで斜めに向かい合うことが好ましい。したがって、これらの要素は、ポンプ・チャンバに含まれている液体に対して様々な方向から汲出し作用を働かせることができる。これにより、ポンプ・チャンバ内の「むだ」体積を減らし、すなわち、ポンプの行程を繰り返した後でもポンプ・チャンバ内で実質的に静止したままである液体のむだ体積を減らすことによって、より効率的な汲出しを行うことができる。
【００２３】
弾性的に変形可能な壁は、ポンプ・チャンバの周りを実質的に周方向に延びることがより好ましい。このようにして、変形可能な壁の様々な部分は、実質的にポンプ・チャンバの（正味流れ方向に揃えられた）長手方向軸の方へ変形可能である。通常、変形可能な壁は変形可能なチューブである。このような構造は、上述と同じ理由でポンプ・チャンバ内の「むだ」体積を減らすのを可能にする。
【００２４】
両端部に入口と出口が配置されたポンプ・チャンバの管状は、乱流を抑制しつつ汲出しを行うのを可能にする。特に、ポンプ・チャンバ（および好ましくは変形可能な壁）の長さがその幅と比べて長い場合、壁を比較的わずかに変形させるだけでポンプの十分な行程容積を変位させることができる。これは、乱流を最小限に抑えるうえで助けになる。
【００２５】
装置は、チャンバの方へ汲み出される培養媒体を供給するリザーバを含んでよい。液体流路またはその一部は、リザーバからポンプの方へ、かつ選択的にポンプ・チャンバを通って延びることができる。
【００２６】
流路は非循環型であってよい。流路が完全に非循環型である場合、培養媒体は再循環されない。その場合、ポンプ・チャンバ内の培養媒体はリザーバからのみ得られる。非循環型流路の場合、培養媒体収集手段、たとえばバッグがチャンバの下流側に配置される。収集手段とチャンバは、器官がポンプからのパルス供給流を容易に受けられるようにチャンバ内の背圧を増大させることができる流量調整弁を介して連通することが好ましい。
【００２７】
あるいは、流路は循環型または部分的に循環型であってよい。その場合、培養媒体の少なくともいくらかはチャンバからポンプに再循環され、チャンバに送り返される。培養媒体は、リザーバが存在する場合、リザーバから（たとえば、間欠的にまたは連続的に）補充することができる。その場合、培養媒体収集手段は、流路内に流出体積の培養媒体を収容するのに必要である。
【００２８】
装置は、たとえば装置の使用中に流路から培養媒体をサンプリングして分析するためのサンプリング・ポートを含むことが好ましい。
【００２９】
非循環型装置でも、循環型装置でも、装置は液密状態に密封され、すなわち、リザーバからの培養媒体または装置内の培養媒体が外部にさらされないことが好ましい。このことは、培養媒体および器官が感染または汚染する危険性を少なくするのを助ける。
【００３０】
本発明の器官培養装置全体は、その製造および組立て後に、たとえばγ線放射を使用して装置を殺菌するために照射に適した材料で作ることができる。
【００３１】
第2の態様では、本発明は、上述の本発明の器官培養装置で使用するのに適しているが、他の可能な用途も有する、液体用のポンプを提供する。
【００３２】
この態様では、本発明は、汲み出された液体用のポンプ・チャンバ内に正味流れ方向がある液体用のポンプ・チャンバと、正味流れ方向の横側に配置されたポンプ・チャンバの変形可能な壁の形をした、液体に作用するポンプ部材とを有し、変形可能な壁が、加圧気体のパルス供給の作用を受けて汲出しを行う、液体用のポンプを提供する。
【００３３】
このようなポンプは、比較的少量の液体を取り扱う場合に特に有用で有効である。したがって、ポンプのポンプ・チャンバは、１リットル以下、または１００ｍｌ以下、または場合によっては１０ｍｌ以下の体積を有する。ポンプ・チャンバの体積は、通常ポンプに設けられる入口方向流装置と出口方向流装置、たとえば一方向弁間の体積である。
【００３４】
本発明によるポンプは、リザーバのような加圧気体供給源から、パルス供給される加圧気体を発生させる手段、たとえば、ガスボンベを備えてよい。このような加圧気体のパルス供給流を発生させるのに適した装置については以下に説明する。
【００３５】
ポンプの好ましい特徴について、上記の本発明の第1の態様のポンプに関連して説明する。後述の好ましい特徴は、本発明の第1または第3の態様に組み込むことができる。
【００３６】
ポンプ・チャンバの変形可能な壁部は弾性的に変形可能であることが好ましい。変形可能な壁部は、使用中の汲み出される液体を含むチューブであってよい。この場合、装置の構造が簡略化される。汲み出されている液体へかつ／または汲み出されている液体から気体を移送するために、変形可能な壁部は気体透過性であってよい。このようにして、たとえば、酸素などの気体を、汲み出されている液体に送り込むことができ、この場合、酸素処理が必要である。変形可能な壁部に作用する気体の圧力をパルス出力すると、気体の移動が生じることによって気体移送速度が向上する。
【００３７】
本発明のポンプは、他の医学および獣医学用途および装置に適用することができ、本発明はそのような用途に拡張される。簡素であり電力を必要としないこのポンプは、たとえば、体外から心臓を補助する心臓補助技術において血液を汲み出すのに用いることができる。ポンプ内で酸素移送が行われる場合、ポンプは同時に血液の酸素処理を行うことができる。
【００３８】
本発明によれば、第3の態様では、加圧気体の供給源に連結される入口および出口を有し、チャンバの可動壁が移動することによって弾性的に拡張可能である気体アキュムレータ・チャンバを有し、出口を閉じる閉位置と出口を流出流が通るのを可能にする開位置との間で移動可能な弁部材を有し、アキュムレータ・チャンバの可動壁が移動することによって作動させられ、アキュムレータ・チャンバ内で所定の圧力に達したときに弁部材を閉位置から開位置へ移動させる手段と、アキュムレータ・チャンバからある体積の気体が放出された後でアキュムレータ・チャンバが収縮したときに弁部材を閉位置に戻す手段とを有する、パルス供給される加圧ガスを供給する気体圧力制御装置が提供される。
【００３９】
装置は自己循環型であり、外部制御を必要とせず、すなわち、供給される加圧ガス以外の外部動力源を必要としない。
【００４０】
弾性的に拡張可能なアキュムレータ・チャンバはピストン・シリンダ組立体であってよく、ピストンはチャンバの可動壁を形成する。ピストンは、弁部材の閉位置から離れる移動を開始する作動部材を備えてよい。装置は、弁部材が閉位置から移動する際に弁部材に作用する偏向手段を含んでよく、それによって、弁部材が開くときに弁部材全体にわたる圧力差をなくした後、弁部材は偏向手段によって開位置へ移動させられる。偏向手段は、アキュムレータ・チャンバの可動壁と弁部材との間に張力を作用させ、弁部材が開くときに弁部材をその開位置の方へ偏らせるように配置された構成部材であってよい。
【００４１】
この気体圧力制御装置は、特に上述の気体ポンプの制御に適用することができるが、医学にも適用することができ、本発明は、医学および獣医学プロセスおよび装置におけるそのような装置の使用に拡張される。気体圧力制御装置は、たとえば、患者が口または鼻によってパルス供給空気を供給される正圧人工呼吸システムにおいて、パルス供給空気を患者に供給する際に用いることができる。
【００４２】
本発明は、たとえば、培養装置内に生存可能な器官を形成することによって、生存可能な器官を受け入れることが可能な形態の、本明細書で説明する器官培養装置であって、生存可能な器官を収納できるように予め殺菌され、その殺菌状態を維持する密封されたエンクロージャ内に入れられた装置をさらに提供する。
【００４３】
本発明は、第1の態様の器官培養装置を用いて、生存可能な器官を、輸送および保存が可能なように維持する方法をさらに提供する。
【００４４】
次に、本発明の実施形態について、非制限的な例を介し、添付の図面を参照して説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
図面において、同じ参照符号は同じまたは対応する部品に使用される。
【００４６】
図1に示されている本発明を具体化する器官培養装置は、ハウジング2内の円筒状のチャンバまたはキャビティ８に収納された塩化カルシウム溶液に接触することによって硬化されたアルギン酸ナトリウムのマトリックスに埋め込まれた生体細胞を備えるチューブ1の形をした生存可能な器官を有する。このチューブ１およびハウジング２の性質と、チューブ1をハウジング2内に原位置で（in situ）形成する方法については、2002年3月26日に出願され、内容が参照により本明細書に組み入れられる本出願人の国際特許出願第GB02/01183号（国際公開公報第02/077336号）に詳しく記載されている。
【００４７】
図1の実施形態の修正形態が図2および図3に示されている。共通の特徴について以下に説明する。
【００４８】
図1に示されているハウジング2は、面が図1の断面線の所に位置する中央のくぼみ13aを有する矩形ブロックである本体部13を有しており、この面は、チューブ1を含む円筒状のキャビティ8の半分を形成する半円状の溝14を有している。ハウジング2は、図1に示されておらず、本体部13のくぼみ13aに密封状態に嵌り、チューブ1を含む円筒状のキャビティ8の他方の半分を形成する対応する溝を有する、第2の本体部を有している。この円筒状のキャビティは、本体部13のより大きい端部15、16のボア内まで延びている。第2の本体部は、後述のように、チューブ1の形成時に本体部13上の所定の位置に配置され、チューブ1の培養時に所定の位置に残り、外科医が、培養されたチューブ1の使用を望む患者の手術時に、外科医によってのみ取り外されるものである。
【００４９】
チューブ1をハウジング内に原位置で形成するために、スリーブ21上に配置されたキャビティ14の下方の端部に最初、スライダ部材18が存在する（図1にはスライダ部材18の最終位置で示されている）。スライダ18は、スリーブ21の上方の端部の所の幅の狭いチューブ22が配置されるくぼみをその下方の端部の所に有している。
【００５０】
スリーブ21は、本体13の端部16内のキャビティ14にOリング（図示せず）によって密封されており、スライダ18が横通路20のレベルよりも低い下方位置から上方に、図1に示されている位置まで移動できるようにブロック25によって保持されている。
【００５１】
生体細胞（後でチューブ1が外科的に挿入される患者から抽出された細胞であってよい）を含むアルギン酸ナトリウム溶液を、キャビティ14を満たすように（後述のポート23、24の一方から）横通路20を通して注入する。次いで、ブロック25、およびスライダ18を保持するスリーブ21を上向きに、図1に示されている位置まで押す。塩化カルシウム溶液を導管28を通してスリーブ21の内部に注入する。塩化カルシウム溶液は、チューブ22から現れ、調整弁として働くスライダ部材18を駆動する。スライダ部材18は、キャビティ14の内径よりも小さい外径を有し、したがって、スライダ部材が移動するにつれて、アルギン酸の薄い層が後に残され、ただちに塩化カルシウム溶液に接触し、成形体になるのに十分な程度に化学的に硬化される（この成形体は、チューブ1であり、剛性ではない）。したがって、成形体は、生細胞を含む硬化されたアルギン酸のマトリックスから成っている。スライダ部材は、横通路11との分岐点を越えた位置で、図1に示されているように休止する。スライダ18の移動中、キャップ12を介して余分なアルギン酸溶液が現れる。
【００５２】
ブロック部25において、導管28は、コネクタ27で終わるサイド・チューブ26に連結する。チューブ1を形成する前後に、横通路11とサイド・チューブ26を連続的な導管9によって連結し、チューブ1を含む円筒状キャビティ14を含む密閉され密封された完全な循環路を形成する。この循環路の密封・密閉性を維持するには、端部キャップ12、横通路20、および導管28を閉じておかなければならない。図1では、導管9は、循環路の液体を変更または補充する必要に応じて、閉じた循環路に対する液体の注入と除去を同時に行うのを可能にする弁を持つ入口23および出口24を有している。これによって、循環路を洗浄してアルギン酸溶液および塩化カルシウム溶液を除去し、次いでチューブ1内の細胞の成長を維持し推進するのに適した性質を持つ培養媒体を添加する。このための適切な培養媒体は、当技術分野で既知であり、ここで説明する必要はない。
【００５３】
図1の実施形態は、完全再循環液体流路、すなわち、閉循環路を使用する。これに対して、図2の実施形態は、非再循環液体流路を使用する。図2では、培養媒体リザーバ70が、配管および流量調整弁を介して液体流路内のポンプ3の上流側に取り付けられている。培養媒体は、重力によってポンプ3に流入する。流量調整弁72は、キャビティ14を通して必要とされる培養媒体の流量に応じて、リザーバ70からポンプ3への様々な流量を可能にするように可変であってよい。
【００５４】
培養媒体はポンプ3からキャビティ14を通って横通路11の下流側に流れる。横通路11に流量調整弁76を介して培養媒体収集容器74が連結されている。横通路11に沿って流れる培養媒体は、たとえばバッグであってよい容器74に排出される。図2は概略的であり、容器74は、高さの差による静水頭によって培養媒体の流れを部分的に移動させることができるようにリザーバ70よりも低い位置に配置できることに留意されたい。
【００５５】
流量調整弁76は、キャビティ14内および流路全体にわたって背圧が増大するのを可能にする。したがって、ポンプ3によるパルス式汲出し作用は、圧力波を流路を沿って導くのを可能にする。このような圧力波は細胞の培養および成長の助けになると考えられる。
【００５６】
図3の実施形態は、培養媒体の部分的な再循環を可能にする装置を示している。ポンプ3から導管9、キャビティ14を通り、横通路11に沿ってポンプ3に戻る液体流路があるという点で、液体流循環路を定義可能である。しかし、流量調整弁82を介して導管9と連通する培養媒体リザーバ80が設けられている。培養媒体リザーバ80は、ポンプ3の下流側と連通することができる。これは、ポンプ3を満足いく程度に動作させるのに十分な培養媒体が再循環されるからである。
【００５７】
キャビティ14の下流側に培養媒体収集容器84が設けられている。これは、流量調整弁86を介して横通路と連通している。動作時には、容器84は、リザーバ80から循環路に供給されるのと同じ体積の培養媒体を収集する。
【００５８】
この場合も、容器64をリザーバ80よりも低い高さに配置し、流路に沿った培養媒体の重力流を可能にすることができる。
【００５９】
使用済みの培養媒体をサンプリングして分析するためのサンプリング・ポートを、たとえば通路88に設けることができる。同様に、培養媒体をリザーバ80にサンプリングするか、リザーバ80内の培養媒体を希釈するか、または培養媒体を補充するためのサンプリング・ポートまたは注入ポートを、たとえば通路90に設けることができる。
【００６０】
キャビティ94および導管9によって形成される流路は、図4および5に詳しく示されているポンプ3を含んでいる。ポンプ3は、パルス供給される加圧気体をポンプ3に与えるために調整可能な弁7および管6を介して制御装置4に供給される圧縮気体ボンベ5からの気体を用いて気体駆動される。制御装置4は、図6に詳しく示されている。
【００６１】
機械的動力も電力も必要としないポンプ3によって、培養媒体は流路に沿って流れ、したがって、培養媒体はチューブ1の少なくとも内側表面上を通過する（実際には、チューブ1をキャビティ14の壁から分離することができ、したがって、培養媒体はチューブ1の両方の表面上を通過する）。ポンプ3は、チューブ1の細胞を培養するのに有利であると考えられるパルス出力的に動作するため、天然の状態の細胞がパルス供給流に慣れている場合、培養媒体の流れはある程度パルス供給される。
【００６２】
図4および図5に示されているポンプは、各端部部材が、導管9の隣接する部分に密封連結される連結部33、34を有し、かつ一方向弁を含む、成形合成プラスチック材料の2つの端部部材31、32から成る剛性の複合体30を有している。一方向弁は、弁座35と、ボール36の形であり、圧縮ばね37によって弁座に接触するように偏らされた弁部材とを有している。したがって、これらの弁は、ポンプ3を通る矢印38の方向への一方向流を可能にする。
【００６３】
2つの端部部材31、32は、やはりプラスチック材料で成形され、加圧駆動気体用の入口40および出口41を有する、剛性の円筒状本体部39によって連結されている。本体部39内で、端部部材31、32には、外側表面の軸方向中央領域に周方向のくぼみ43を有する円筒状のシリコーン・ゴム・チューブ42が密封されている。くぼみ43は、チューブ42の周りを延び、入口40および出口41の両方と連通している、周方向のチャンバを形成している。したがって、チューブ42の中央領域には、弾性的に変形可能であり、チューブ42の残りの部分よりもずっと容易に変形する薄い壁部44を有している。出口41は、チャンバ43からの気体の流量を制限するブリード・オリフィス（図示せず）を含んでいる。
【００６４】
図4に示されているポンプは、入口40に与えられ、後述のように生成される、パルス供給される加圧気体によってのみ駆動される。チャンバ43内の圧力パルスは、薄い壁部44を図5に示されているように弾性的に内側に変形させる。これによって、図4および5を見ると分かるように、弁部材45に入っている液体の一部が、ポンプの右側で一方向弁35、36、37を通して押し出される。出口41からの漏れによって圧力パルスが低下すると、薄い壁部44がその円筒状状態に戻り、ある体積の液体がポンプの左側端部の一方向弁を通してチャンバ45に引き込まれる。
【００６５】
各「行程」、すなわち各圧力パルスによって汲み出される体積は、薄い壁部44の寸法を変え、かつ圧力パルス中の圧力変動を変えることによって変更することができる。汲出し速度も、圧力パルスの速度を変えることによって変更することができる。
【００６６】
任意の適切な気体を用いてポンプを駆動することができ、機械的動力源も電源も必要とされない。ばね37を除いて、ポンプ全体を合成プラスチック材料で作ることができ、したがって、ポンプ全体が、たとえばγ線放射による殺菌に適している。
【００６７】
ポンプの修正形態では、壁に多数の開口を有するプラスチック材料の剛性のシリンダが、キャビティ43に挿入されてキャビティ43の端部壁に押し付けられ、したがって、薄い壁部44が張力のかかった状態に維持される。これによって、壁部44の弾性および円筒状態への復帰が向上する。
【００６８】
チューブ42に用いられるシリコーン・ゴム配管は、従来の配管材料（Altec, Bude, Cornwell, EnglandのAltiSilシリコーン・チューブ）であり、気体拡散のために気体を透過させることが分かっている。これによって、ポンプ・チャンバ45内の液体への気体の拡散またはこの液体からの気体の拡散が可能になる。特に、ポンプを駆動するのに用いられる汲出し気体が酸素および／または二酸化炭素であるかあるいは酸素および／または二酸化炭素を含む場合、酸素および／または二酸化炭素をチャンバ45内の液体に送り込むことが可能である。このように、このポンプを図1、図2、または図3の器官培養装置で使用すると、酸素および二酸化炭素と流れる培養媒体との必要な交換を簡単にかつ都合よく行うことができる。あるいは、流路内の、たとえば、気体透過シリコーン・チューブの別の部分に、個別の気体拡散装置を設けることができる。個別の気体拡散装置で使用される気体は、実際に図4および図5のポンプを駆動するのに用いられる気体であってよい。
【００６９】
ポンプを駆動するには、パルス供給される加圧気体を与える必要がある。図1、図2、および図3の装置では、これは、図6に示されている制御装置4によって実現される。図4および図5のポンプと同様に、この装置は、それに供給される加圧気体によってのみ駆動され、他の外部動力は必要とされない。
【００７０】
図6の装置は、周囲の気体入口51および軸方向の出口52を端部壁53に有する円筒状本体50を有している。ピストン54は、シリンダ50に沿って軸方向に滑り可能であり、Oリング55によってシリンダに密封されている。ピストン54は、第2の端部壁57の開口を通って延び、ピストン54を安定させるロッド56を保持している。この開口およびロッド56は、図6を見ると分かるように、気体がピストン54の左側の空間に入りこの空間から出るのを可能にする形状になっている。この空間には、ピストン54を端部壁53の方へ偏らせる圧縮ばね58がある。
【００７１】
ピストン54は、前方の端部の所に開口した中央ボアと、ボアへの横からのアクセスを可能にする閉端部スロット60とを有する軸方向突起スリーブ59を、ピストン54の前面に保持している。長穴60内に突き出るピン62を有するロッド61であって、Oリング64を有し出口52の入口の周りの弁座65に密封される弁部材63を前方の端部に保持するロッド61が、上記のボア内を滑る。弁部材63およびスリーブ59に連結され、延ばされたときに引張りばねとして働き圧縮状態のときに圧縮ばねとして働くことのできるコイルばね66が、ロッド61の周りにある。
【００７２】
装置4は、以下のように動作する。加圧下で入口51に供給された気体は、圧縮ばね58の作用に対抗してピストン54を左側に駆動し、ピストン54の右側のシリンダ・チャンバ67に圧縮気体を充填する。弁部材63は、その全体にわたる気体圧力差によって弁座65に接触した状態に保持される。したがって、ピン62が長穴60に沿って滑り、ばね66が延ばされるが、ばね66によってかけられる引張り力は、弁部材63を弁座65から持ち上げるのに十分な力ではない。ピン62が長穴60の右側端部に達すると、スリーブ59はロッド61を引っ張り、したがって、このとき弁部材63が弁座65から持ち上げられる。それによって弁部材63全体にわたる圧力差が消滅し、したがって、今度はばね66が弁部材63およびロッド61を急速に左側に引っ張り、出口52が完全に開き、パルス状の圧縮ガスを装置から供給するのが可能になる。
【００７３】
チャンバ67内の圧力降下によって、圧縮ばね58はピストン54を右側に移動させ、弁部材を再び弁座65に接触させる。この接触は、ピン62が長穴60の左側端部に達することによって確実になる。ばね66は、ピン62が、平衡状態で長穴60の中央領域に来るように構成されている。
【００７４】
次いで、チャンバ67を充填し出口52を通して気体を放出するサイクルが繰り返される。
【００７５】
出口52が開いているときの出口52からの気体の流出速度は、入口51からの流入速度よりも早くなければならない。これは、適切なブリード・オリフィス、または図1、2、および3に示されている弁7の制御の調整によって実現することができる。装置4全体にわたる圧力差も装置4の行程速度を調整することができる。工程速度および行程容積は、ばね58および66の特性ならびにロッド61の長さを変えることによって調整することができる。
【００７６】
ばね66を除いて、図6の装置全体を、γ線で殺菌可能な合成プラスチック材料で作ることができる。
【００７７】
図6の装置4は、別個のユニットとして示されているが、ポンプ3の構造に組み込み、単体汲出し装置を形成することができる。これらの装置の一方または両方を本体2に組み込み、単体構造を形成することもできる。
【００７８】
前述のように、構成部材2、3、4は、加圧気体供給源以外の外部動力源を必要とせず、さらに殺菌に適している。各構成部材、たとえば本体2、導管9およびポンプ3、ならびに選択的に弁4の組立体を、多くの外科装置に用いられる種類の殺菌可能なパッケージング・エンクロージャに挿入することができ、パッケージング・エンクロージャは次いで密封される。適切なパッケージング材料は、Rexam Medical Packaging Integra（登録商標）Form医療熱形成膜である。密封されたパッケージの内側の装置は次いで、たとえばγ線放射によって既知の方法で殺菌することができる。この形態では、装置は、都合よく保存され、使用時に、チューブ1のような生存可能な器官を準備する初期段階のために実験室に運ばれる。チューブ1が形成された後、装置は、液体用配管およびその他の装置を取り付ける必要なしに、閉じた循環路を通して培養媒体を循環させることによってただちに培養段階を開始することができる。何週間もの時間を必要とすることがある器官の培養期間全体にわたって汚染を容易に回避することができる。
【００７９】
循環する培養媒体から密封された加圧気体を装置の駆動に使用するのは好都合である。というのは、気体の消費量が比較的少なく、適切な圧縮気体のキャニスタまたはボンベによって容易に与えられる。このようなボンベまたはキャニスタの充填状態は、圧力計によって容易に監視される。殺菌が容易ではなく比較的効果である電動装置は避けられる。器官培養装置をたとえば病院間で輸送する際、電源を必要としないことは好都合である。
【００８０】
加圧気体のボンベまたはキャニスタを除いて、図1から図6に示されている器官培養装置はほぼ完全に、射出成形によって合成プラスチック材料で作られた部品で作ることができる。したがって、この装置は製造コストが安く、装置を使い捨てする際に有利である。装置は、現在医療装置の使い捨てに関して定められている基準も満たす。
【００８１】
図面は、装置内に原位置で形成されるチューブの形をした生存可能な器官を含む器官培養装置を示しているが、本発明はこれに制限されない。装置の動作の原則は、腎臓や血管のような天然の器官を含む、他の生存可能な器官の保存および輸送に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
上述のように、図4および5に示されているポンプと、図6のパルス供給される加圧気体を生成する制御装置は、他の多数の医療装置およびその他の装置に用いると共に、医学分野以外の目的に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第1の実施形態による器官培養装置の概略部分断面図。
【図２】本発明の第2の実施形態による器官培養装置の概略部分断面図。
【図３】本発明の第3の実施形態による器官培養装置の概略部分断面図。
【図４】本発明の実施形態であり、図1、図2、および／または図3の器官培養装置で使用されるポンプの概略断面図。
【図５】異なる動作局面における図４のポンプの概略断面図。
【図６】本発明の実施形態であり、図1、図2、および／または図3の器官培養装置で使用される加圧気体流量制御装置の概略断面図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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