(57)【要約】本発明は、埋設可能なデバイスと一緒に使用するためのバイオインターフェースメンブランを提供するものであって、バリア細胞層の形成を妨害し、異物レスポンス（ＦＢＲ）層を形成する。最内ＦＢＲ層（４０）は、一般に、マクロファージと異物巨大細胞（４１）とから構成され、メンブラン（４８）の表面（４８Ａ）全体にわたって形成される。中間ＦＢＲ層（４２）は、主に、ファイバブラスト（４３）とファイバマトリクス（４４）とから構成される。最外ＦＢＲ層（４６）は、組織付着を支持するとともに、バリア細胞形成を妨害する。加えて、本発明は、バイオインターフェースメンブランを備えたセンサや、そのようなセンサまたはバイオインターフェースメンブランを備えた埋設可能デバイスや、本発明による埋設可能デバイスによる検体検出を使用したような、ホスト内でのグルコースレベルの観測方法を、もたらす。
2004538455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋設可能なデバイスと一緒に使用するためのバイオインターフェースメンブランであって、
ａ）前記埋設可能デバイスの先端側に位置するとともに、組織の内方成長を支持し、かつ、バリア細胞層の形成を妨害するような、第１ドメインと；
ｂ）前記埋設可能デバイスの基端側に位置するとともに、細胞付着に対して耐性を有し、かつ、細胞および細胞プロセスに対して不透過性であるような、第２ドメインと；
を具備することを特徴とするバイオインターフェースメンブラン。
【請求項２】
請求項１記載のバイオインターフェースメンブランにおいて、
前記第１ドメインが、複数のキャビティと複数の中実部分とを有してなる開放セル構成を備えて形成されていることを特徴とするバイオインターフェースメンブラン。
【請求項３】
請求項２記載のバイオインターフェースメンブランにおいて、
前記開放セル構成が、前記第１ドメインの実質的に全体にわたって３次元内においてキャビティ１個分よりも大きな深さを有していることを特徴とするバイオインターフェースメンブラン。
【請求項４】
請求項２記載のバイオインターフェースメンブランにおいて、
前記キャビティの実質的な寸法が、最も短いところにおいて２０μｍよりも大きく、最も長いところにおいて１０００μｍよりも小さいことを特徴とするバイオインターフェースメンブラン。
【請求項５】
請求項２記載のバイオインターフェースメンブランにおいて、
前記キャビティの実質的な寸法が、最も短いところにおいて２５μｍよりも大きく、最も長いところにおいて５００μｍよりも小さいことを特徴とするバイオインターフェースメンブラン。
【請求項６】
請求項２記載のバイオインターフェースメンブランにおいて、
様々なキャビティ寸法を有した複数の層内において、前記キャビティとキャビティ相互連結体とが、形成されていることを特徴とするバイオインターフェースメンブラン。
【請求項７】
請求項２記載のバイオインターフェースメンブランにおいて、
前記中実部分の実質的な寸法が、最も短いところにおいて５μｍよりも大きく、最も長いところにおいて２０００μｍよりも小さいことを特徴とするバイオインターフェースメンブラン。
【請求項８】
請求項２記載のバイオインターフェースメンブランにおいて、
前記中実部分の実質的な寸法が、最も短いところにおいて１０μｍよりも大きく、最も長いところにおいて１０００μｍよりも小さいことを特徴とするバイオインターフェースメンブラン。
【請求項９】
請求項２記載のバイオインターフェースメンブランにおいて、
前記中実部分の実質的な寸法が、最も短いところにおいて１０μｍよりも大きく、最も長いところにおいて４００μｍよりも小さいことを特徴とするバイオインターフェースメンブラン。
【請求項１０】
請求項２記載のバイオインターフェースメンブランにおいて、
前記中実部分が、シリコーンを備えていることを特徴とするバイオインターフェースメンブラン。
【請求項１１】
請求項２記載のバイオインターフェースメンブランにおいて、
前記中実部分が、ポリウレタンを備えていることを特徴とするバイオインターフェースメンブラン。
【請求項１２】
請求項２記載のバイオインターフェースメンブランにおいて、
前記中実部分が、ブロックコポリマーを備えていることを特徴とするバイオインターフェースメンブラン。
【請求項１３】
請求項２記載のバイオインターフェースメンブランにおいて、
前記中実部分が、ポリテトラフルオロエチレンと、ポリエチレン−コ−テトラフルオロエチレンと、ポリオレフィンと、ポリエステルと、ポリカーボネートと、からなるグループの中から選択された材料から形成されていることを特徴とするバイオインターフェースメンブラン。
【請求項１４】
請求項２記載のバイオインターフェースメンブランにおいて、
前記中実部分が、不織ファイバを備えていることを特徴とするバイオインターフェースメンブラン。
【請求項１５】
請求項１４記載のバイオインターフェースメンブランにおいて、
前記中実部分が、最も短いところにおいて５μｍよりも大きな不織ファイバを備えて構成されていることを特徴とするバイオインターフェースメンブラン。
【請求項１６】
請求項１４記載のバイオインターフェースメンブランにおいて、
前記中実部分が、最も短いところにおいて１０μｍであるような大きな不織ファイバを備えて構成されていることを特徴とするバイオインターフェースメンブラン。
【請求項１７】
請求項１４記載のバイオインターフェースメンブランにおいて、
前記中実部分が、最も短いところにおいて１０μｍ以上の不織ファイバを備えて構成されていることを特徴とするバイオインターフェースメンブラン。
【請求項１８】
請求項１４記載のバイオインターフェースメンブランにおいて、
前記中実部分が、最も短いところにおいて１０μｍよりも大きな不織ファイバを備えて構成されていることを特徴とするバイオインターフェースメンブラン。
【請求項１９】
請求項１４記載のバイオインターフェースメンブランにおいて、
前記中実部分が、ポリテトラフルオロエチレンを備えて構成されていることを特徴とするバイオインターフェースメンブラン。
【請求項２０】
請求項１４記載のバイオインターフェースメンブランにおいて、
前記中実部分が、ポリオレフィンを備えて構成されていることを特徴とするバイオインターフェースメンブラン。
【請求項２１】
請求項１４記載のバイオインターフェースメンブランにおいて、
前記中実部分が、ポリエステルを備えて構成されていることを特徴とするバイオインターフェースメンブラン。
【請求項２２】
請求項１４記載のバイオインターフェースメンブランにおいて、
前記中実部分が、ポリカーボネートを備えて構成されていることを特徴とするバイオインターフェースメンブラン。
【請求項２３】
請求項１記載のバイオインターフェースメンブランにおいて、
前記第２ドメインが、生物学的に安定な材料から構成されていることを特徴とするバイオインターフェースメンブラン。
【請求項２４】
請求項２３記載のバイオインターフェースメンブランにおいて、
前記生物学的に安定な材料が、ポリウレタンと親水性ポリマーとを備えて構成されていることを特徴とするバイオインターフェースメンブラン。
【請求項２５】
請求項２３記載のバイオインターフェースメンブランにおいて、
前記生物学的に安定な材料が、ポリビニルピロリドンを有したポリウレタンとされていることを特徴とするバイオインターフェースメンブラン。
【請求項２６】
請求項２３記載のバイオインターフェースメンブランにおいて、
前記第２ドメインが、５重量％よりも多量のポリビニルピロリドンかつ４５重量％よりも少量のポリビニルピロリドンを含有したポリウレタンとされていることを特徴とするバイオインターフェースメンブラン。
【請求項２７】
請求項２３記載のバイオインターフェースメンブランにおいて、
前記第２ドメインが、２０重量％よりも多量のポリビニルピロリドンかつ３５重量％よりも少量のポリビニルピロリドンを含有したポリウレタンとされていることを特徴とするバイオインターフェースメンブラン。
【請求項２８】
請求項２３記載のバイオインターフェースメンブランにおいて、
前記第２ドメインが、２７重量％というポリビニルピロリドンを含有したポリウレタンとされていることを特徴とするバイオインターフェースメンブラン。
【請求項２９】
バイオインターフェースメンブランであって、
ａ）内部への組織内方成長を促進するという特性と；
ｂ）上面上におけるまたは内部におけるバリア細胞形成を妨害するという特性と；
ｃ）バリア細胞付着に対して耐性を有しているという特性と；
ｄ）内部への細胞侵入を阻止するという特性と；
を具備していることを特徴とするバイオインターフェースメンブラン。
【請求項３０】
バイオインターフェースメンブランであって、
ａ）内部への組織内方成長を可能とし得るように；
ｂ）上面上におけるまたは内部におけるバリア細胞形成を妨害し得るように；
ｃ）バリア細胞付着に対して耐性を有しているように；なおかつ、
ｄ）内部への細胞侵入を阻止し得るように；
組み合わされた少なくとも２つのドメインを具備していることを特徴とするバイオインターフェースメンブラン。
【請求項３１】
埋設可能なデバイス内において使用するためのセンサヘッドであって、
請求項１に記載されたバイオインターフェースメンブランを具備していることを特徴とするセンサヘッド。
【請求項３２】
検体測定デバイスであって、
請求項１に記載されたバイオインターフェースメンブランを具備していることを特徴とする検体測定デバイス。
【請求項３３】
細胞移植デバイスであって、
請求項１に記載されたバイオインターフェースメンブランを具備していることを特徴とする細胞移植デバイス。
【請求項３４】
薬剤搬送デバイスであって、
請求項１に記載されたバイオインターフェースメンブランを具備していることを特徴とする薬剤搬送デバイス。
【請求項３５】
請求項３４記載の埋設可能な薬剤搬送デバイスにおいて、
ポンプと、マイクロカプセルと、マクロカプセルと、からなるグループの中から選択されたものとされていることを特徴とする薬剤搬送デバイス。
【請求項３６】
電気信号測定デバイスであって、
請求項１に記載されたバイオインターフェースメンブランを具備していることを特徴とする電気信号測定デバイス。
【請求項３７】
電気パルス供給デバイスであって、
請求項１に記載されたバイオインターフェースメンブランを具備していることを特徴とする電気パルス供給デバイス。
【請求項３８】
生物学的流体内における検体を測定するための埋設可能なデバイスであって、
ａ）電子回路を有したハウジングと；
ｂ）このハウジング内の前記電子回路に対して動作可能に接続された少なくとも１つの請求項３１記載のセンサヘッドと；
を具備していることを特徴とする埋設可能デバイス。
【請求項３９】
請求項３８記載の埋設可能デバイスにおいて、
前記センサヘッドが、さらに、生物学的試料中のグルコース量を決定するための部材を具備していることを特徴とする埋設可能デバイス。
【請求項４０】
検体レベルを観測するための方法であって、
ａ） i）ホストと、ii）請求項３８記載の埋設可能デバイスと、を準備し；
ｂ）前記ホスト内に前記デバイスを埋設する；
ことを特徴とする方法。
【請求項４１】
請求項４０記載の方法において、
前記埋設を、皮下において行うことを特徴とする方法。
【請求項４２】
生物学的流体内の検体を測定するための方法であって、
ａ） i）ホストと、ii）正確な連続的検体検出を行い得るような請求項３８記載の埋設可能デバイスと、を準備し；
ｂ）前記ホスト内に前記デバイスを埋設する；
ことを特徴とする方法。
【請求項４３】
請求項４２記載の方法において、
前記埋設を、皮下において行うことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、例えば生物学的試料内の検体濃度を検出するためのデバイスや細胞移植デバイスや薬剤搬送デバイスや電気信号供給デバイスや電気信号測定デバイスといったような様々な埋設可能デバイスと一緒に使用し得るような、バイオインターフェースメンブランに関するものである。本発明は、さらに、そのようなメンブランを備えた埋設可能デバイスを使用して検体濃度を決定するための方法に関するものである。より詳細には、本発明は、新規なバイオインターフェースメンブランと、そのようなメンブランを備えたセンサおよび埋設可能デバイスと、埋設可能な検体検出デバイスを使用して生物学的流体試料内のグルコース濃度を観測するための方法と、に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最も重点的に研究されている様々な検体検出デバイスの中の１つは、糖尿病患者の体内のグルコース濃度を検出するための埋設可能なグルコースセンサである。糖尿病と診断される患者数の増大にもかかわらず、現在使用されている埋設可能グルコース濃度観測デバイスの分野における近年の進歩では、長期（例えば、数ヶ月や数年という期間）にわたって安全かつ信頼性のあるデータを提供することができない（例えば、Moatti-Sirat氏他による Diabetologia 35: 224-30 (1992) を参照されたい）。広く使用されている埋設可能グルコース検出デバイスには、２つのタイプがある。これらのタイプは、血管内に埋設されるタイプと、組織内に埋設されるタイプと、である。
【０００３】
組織内に埋設し得るデバイスに関しては、これらデバイスの欠点は、これらデバイスが、埋設から数日間または数週間経過した時点で、それらデバイスの機能を失ってしまう傾向があることである。この機能損失の少なくとも１つの原因は、循環している血液に対して直接的に接触することがなく、埋設デバイスのプローブの先端に対して試料が供給されなくなるからである。この制限のために、従来技術においては、正確なグルコース濃度を連続的に得ることが困難であった。しかしながら、この情報は、多くの場合、糖尿病患者にとっては、糖尿病の適切な管理のためにどのような即時的修正操作が必要であるかを得ることにおいて、極めて重要である。
【０００４】
埋設型検体センサや薬剤搬送デバイスや細胞移植デバイスも含めたようないくつかの医療デバイスは、適切な機能発揮のためには、デバイスと組織との界面を挿通させて溶質を搬送する必要がある。このようなデバイスは、通常は、メンブランとされる。このようなメンブランは、以下においては、細胞不透過性メンブランと称され、デバイスまたはデバイスの一部を封入することができ、デバイスの感応領域に対しての、ホスト炎症細胞やホスト免疫細胞の侵入を防止する。
【０００５】
細胞不透過性メンブランの欠点は、異物レスポンス（foreign body response,ＦＢＲ）と称されるような局所的炎症レスポンスを多くの場合に刺激してしまうことである。こことは、従来より、溶質輸送を必要とする埋設デバイスの機能を制限するものとして認識されている。この問題点を解決しようとするためのこれまでの努力は、デバイスと組織との界面における局所的脈管化を増大させることを目的としていたが、限定的にしか成功していない。
【０００６】
ＦＢＲは、文献によく紹介されており、図１に示すように、主要な３つの層を有している。デバイスに隣接している最内ＦＢＲ層（４０）は、一般に、マクロファージと、異物巨大細胞（４１）（ここでは、バリアセル層と称す）と、から構成されている。これら細胞は、円滑なあるいはマイクロ多孔質（＜１．０μｍ）のメンブラン（４８）の表面全体（４８Ａ）にわたって密接に当接した細胞からなる単一層（４０）を形成している。デバイスに関して第１層よりも先端側に位置している中間ＦＢＲ層（４２）（ファイバゾーンと称される）は、厚いゾーンであって（３０〜１００μｍ）、主には、繊維芽細胞（４３）とファイバ状マトリクス（４４）とから構成されている。最外ＦＢＲ層（４６）緩い連結性の粒状組織であって、新たな血管（４５）（ここでは、脈管領域（４６）と称される）を収容している。最内層（４０）と中間層（４２）とに共通した特徴は、血管がないことである。このため、デバイスと組織との界面（４７）を通っての分子搬送の少なさが、界面（４７）近傍における脈管化の欠乏をもたらすという仮説が提唱され、広く支持されている（Scharp氏他による World J. Surg. 8:221-229 (1984)、および、Colton氏およびAvgoustiniatos氏による J. Biomech. Eng. 113:152-170 (1991)）。
【０００７】
Brauker 氏他による文献（米国特許第５，７４１，３３０号明細書）および Bulter 氏他による文献（米国特許第５，９１３，９９８号明細書）には、埋設メンブラン近傍における血管の数を増大させることを目的とした発明（Brauker 氏他による文献）や、デバイスと組織との界面のところにおいて埋設メンブラン内における成長を目的とした発明（Bulter 氏他による文献）が開示されている。Shults 氏他による文献（米国特許第６，００１，０６７号明細書）には、埋設したグルコースセンサに関してのデバイスと組織との界面のところにおける脈管形成を誘起するようなメンブランが開示されている。図２は、いくつかの血管（４５）が、埋設メンブラン（４８）の近傍に位置している状況が示されている。しかしながら、細胞不透過性メンブランに対して付着している細胞からなる一次層（４０）が、グルコースをブロックしている。この現象については、後述する。
【０００８】
Brauker 氏他による文献（前出）および Shults 氏他による文献の例においては、多孔質でありかつ細胞付着性を有した複数の細胞不透過性層を有した２層メンブランが開示されている。細胞は、そのようなメンブランの格子内へと進入することができ、埋設デバイス（細胞不透過層）内への細胞アクセスを防止することを目的とした最内層上に、単一層を形成する。細胞不透過層が多孔質であることにより、メンブランの格子内へと偽足を到達させることができ、図１および図２に示すように、メンブラン上に付着してメンブランを平坦化させることができる。これにより、メンブランと組織との界面を通しての分子輸送をブロックする。公知技術においては、局所的脈管化が増大して、溶質利用度が増大すると信じられてきた。しかしながら、本発明による考察では、細胞からなる単一層（バリア細胞層）がメンブランに隣接して形成された後には、脈管形成の増大化は、デバイスと組織との間の界面を通しての例えばグルコースや酸素といったような分子の輸送が十分には増大しないことを、示す。
【０００９】
デバイスと組織とを通しての溶質の輸送の防止に関し、従来は論じられなかった１つの機構は、異物カプセルをなす最内層を形成している細胞によって検体輸送に対しての一様なバリアが形成されることである。この細胞層は、密接な細胞と細胞との接合部を有した近接対向細胞どうしからなる単一層を形成する。このバリア細胞層が形成されたときには、このバリア細胞層に、局所的脈管増大が十分に打ち勝つことができない。局所的脈管化のレベルにかかわらず、バリア細胞層は、分子の通過を防止し、分子は、このバリア細胞層を拡散することができない。再度図２を参照すると、血管（４５）は、メンブランの近傍に位置しているものの、バリア細胞層（４０）の不透過特性のために、グルコース輸送は、かなり低減されている。例えば、グルコースとそのリン酸化派生物とは、容易には細胞膜を通過することができず、そのため、バリア層細胞を通過して、わずかのグルコースしか、埋設メンブランへと到達することができない。
【００１０】
本発明者らは、外植したセンサの組織学的検査により、デバイスと組織との界面を通しての分子輸送の禁止に関して最も可能性が高い機構が、メンブランに隣接したバリア細胞層であることを確信するに至った。所望のデバイス機能と、デバイスと組織との界面におけるバリア細胞層の形成の欠乏と、の間には、強い相関が存在する。本発明による考察によれば、実質的なバリア細胞層を有していることが組織学的に観測されたデバイスは、生体内における１２週間後においては、４１％の時間においてしか機能的ではなかった。これに対し、実質的なバリア細胞層を有していなかったデバイスは、生体内における１２週間後において、８６％の時間において機能的であった。
【００１１】
したがって、バリア層の形成を妨害するとともに、ホスト炎症レスポンスを起こさないようにデバイスの感応領域を保護するような、メンブランが要望される。
【特許文献１】
米国特許第５，７４１，３３０号明細書
【特許文献２】
米国特許第５，９１３，９９８号明細書
【特許文献３】
米国特許第６，００１，０６７号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によるバイオインターフェースメンブランは、以下バリア細胞層と称するようなメンブランに対して隣接した細胞単一層の形成を、妨害する。つまり、デバイスと組織との界面を通しての酸素およびグルコースの輸送を阻止する傾向のあるそのようなバリア細胞層の形成を、妨害する。
【００１３】
本発明においては、種々のバイオインターフェースメンブランアーキテクチャー（例えば、後述するものの様々な変形例）を想定することができ、それらも本発明の範囲内であることは、理解されるであろう。
【００１４】
本発明の一見地においては、埋設可能なデバイスと一緒に使用するためのバイオインターフェースメンブランは、埋設可能デバイスの先端側に位置するとともに、組織の内方成長を支持し、かつ、バリア細胞層の形成を妨害するような、第１ドメインと；埋設可能デバイスの基端側に位置するとともに、細胞付着に対して耐性を有し、かつ、細胞および細胞プロセスに対して不透過性であるような、第２ドメインと；を具備するものとして提供される。
【００１５】
本発明の他の見地においては、バイオインターフェースメンブランであって、内部への組織内方成長を促進するという特性と；上面上におけるまたは内部におけるバリア細胞形成を妨害するという特性と；バリア細胞付着に対して耐性を有しているという特性と；内部への細胞侵入を阻止するという特性と；を具備しているようなバイオインターフェースメンブランが提供される。
【００１６】
本発明のさらに他の見地においては、埋設可能なデバイス内において使用するためのセンサヘッドであって、本発明によるバイオインターフェースメンブランを具備しているようなセンサヘッドが提供される。
【００１７】
他の見地においては、生物学的流体内における検体の濃度を測定するための埋設可能デバイスにおいて使用するためのセンサであって、本発明によるバイオインターフェースメンブランを具備しているようなセンサヘッドが提供される。
【００１８】
さらに他の見地においては、生物学的流体内における検体を測定するためのデバイスであって、本発明によるバイオインターフェースメンブランと、電子回路を有したハウジングと、このハウジング内の電子回路に対して動作可能に接続された少なくとも１つのセンサと、を具備しているデバイスが提供される。
【００１９】
本発明においては、さらに、検体レベルを観測するための方法であって、ホストと、上述したような埋設可能デバイスと、を準備し；ホスト内にデバイスを埋設する；という方法が提供される。ある実施形態においては、デバイスは、皮下に埋設される。
【００２０】
本発明は、さらに、生物学的流体内の検体を測定するための方法であって、 i）ホストと、ii）正確な連続的検体検出を行い得るような上述した埋設可能デバイスと、を準備し；ホスト内にデバイスを埋設する；という方法が提供される。ある実施形態においては、デバイスは、皮下に埋設される。
【００２１】
本発明の他の見地においては、埋設可能な薬剤搬送デバイスであって、上述したバイオインターフェースメンブランを具備しているような薬剤搬送デバイスが提供される。好ましくは、薬剤搬送デバイスは、ポンプや、マイクロカプセルや、あるいは、マクロカプセル、とされる。
【００２２】
本発明は、さらに、細胞移植デバイスであって、上述したバイオインターフェースメンブランを具備しているような細胞移植デバイスを提供する。
【００２３】
また、本発明において強調されるものは、電気パルス供給デバイスまたは電気信号測定デバイスであって、上述したバイオインターフェースメンブランを具備している。
【００２４】
本発明によってもたらされるような、バイオインターフェースメンブランや、このようなメンブランを備えたデバイスや、このようなメンブランを使用する方法によれば、埋設したセルや薬剤の長期的保護を行い得るとともに、例えば長期にわたってのホストのグルコース値といったような値に関しての連続的情報を得ることができる。このような能力のために、本発明によるバイオインターフェースメンブランは、移植患者や糖尿病患者や頻繁な薬剤処置を必要とする患者の管理において、極めて重要なものとなり得る。
【００２５】
本発明の理解を容易とするために、複数の用語について、以下に定義する。
【００２６】
本明細書中における『バイオインターフェースメンブラン』という用語は、広義な用語であって、通常的な意味合いで使用されており、限定するものではないけれども、２つ以上のドメインを備えて構成されてデバイスと組織との界面として機能する不透過性メンブランを備えている。好ましくは、バイオインターフェースメンブランは、２つのドメインを備えている。第１のドメインは、組織内方成長を支持するとともに、バリア細胞層の形成を妨害し、さらに、キャビティと中実部分とを有した開放セル構成を有している。第２のドメインは、細胞付着に対して耐性を有しており、細胞（例えば、マクロファージ）に対して不透過性である。このバイオインターフェースメンブランは、生物学的に安定な材料から形成され、複数の層から構成することができ、一様な勾配または非一様な勾配（すなわち、異方性）を有することができ、また、一様なキャビティサイズ構成または非一様なキャビティサイズ構成を有することができる。
【００２７】
本明細書中における『ドメイン』という用語は、広義な用語であって、通常的な意味合いで使用されており、限定するものではないけれども、複数の層から構成された、あるいは、一様な勾配または非一様な勾配（例えば、異方性）を有した、バイオインターフェースメンブランの各領域とすることができる。あるいは、メンブランの複数の部分として構成することができる。
【００２８】
本明細書中における『バリア細胞層』という用語は、広義な用語であって、通常的な意味合いで使用されており、限定するものではないけれども、埋設されたメンブランに対して付着し得るとともにメンブランを通しての分子輸送を妨害し得るような、密接に対向した複数の細胞（例えば、マクロファージ、および、異物巨大細胞）からなる粘着性単一層を備えている。
【００２９】
本明細書中における『先端側』という用語は、広義な用語であって、通常的な意味合いで使用されており、限定するものではないけれども、特定の参照ポイントと比較しての、様々な部材間の空間的位置関係を意味している。例えば、デバイスのいくつかの実施形態は、細胞破壊ドメインと細胞不透過ドメインとを備えたバイオインターフェースメンブランとされる。センサを参照ポイントとし、細胞破壊ドメインがセンサから遠くに位置しているとすれば、この細胞破壊ドメインは、センサよりも先端側に位置していると称される。
【００３０】
本明細書中における『基端側』という用語は、広義な用語であって、通常的な意味合いで使用されており、限定するものではないけれども、特定の参照ポイントと比較しての、様々な部材間の空間的位置関係を意味している。例えば、デバイスのいくつかの実施形態は、細胞破壊ドメインと細胞不透過ドメインとを備えたバイオインターフェースメンブランとされる。センサを参照ポイントとし、細胞不透過ドメインがセンサの近くに位置しているとすれば、この細胞不透過ドメインは、センサよりも基端側に位置していると称される。
【００３１】
本明細書中における『細胞プロセス』という用語は、広義な用語であって、通常的な意味合いで使用されており、限定するものではないけれども、細胞の偽足を備えている。
【００３２】
本明細書中における『中実部分』という用語は、広義な用語であって、通常的な意味合いで使用されており、限定するものではないけれども、開放セル構造を有することもまたは有していないこともできる構造を有した材料であって、いずれにしても、材料内への細胞全体の進入や滞在を禁止する材料を意味している。
【００３３】
本明細書中における『実質的な寸法』という用語は、広義な用語であって、通常的な意味合いで使用されており、限定するものではないけれども、ドメイン内における特定サイズ部分（例えば、ポアまたは中実部分）の直線寸法を意味しており、すべての寸法の５０％以上が特定サイズであり、好ましくは７５％が特定サイズであり、最も好ましくは、９０％の寸法が、特定サイズを有している。
【００３４】
本明細書中における『連続的』という用語は、広義な用語であって、通常的な意味合いで使用されており、限定するものではないけれども、３次元内における切れ目のない湾曲線が２箇所の間にわたって存在しているような中実部分を備えている。
【００３５】
本明細書中における『生物学的に安定』という用語は、広義な用語であって、通常的な意味合いで使用されており、限定するものではないけれども、生体内において起こり得るプロセスによる劣化に対して比較的耐性を有した材料を意味している。
【００３６】
本明細書中における『センサ』という用語は、広義な用語であって、通常的な意味合いで使用されており、限定するものではないけれども、デバイスのうちの、検体を定量化し得る部材または領域を意味している。
【００３７】
本明細書中における『検体』という用語は、広義な用語であって、通常的な意味合いで使用されており、限定するものではないけれども、生物学的流体（例えば、血液または尿）の中の、分析されるべきことを意図した物質または化学的構成要素を意味している。本発明によるバイオインターフェースメンブランも含めた検体検出デバイスによって測定される好ましい検体は、グルコースである。
【００３８】
本明細書中における『動作可能に連結されている』とか『動作可能に接続されている』とかいう用語は、広義な用語であって、通常的な意味合いで使用されており、限定するものではないけれども、１つまたは複数の部材が、他の１つまたは複数の部材に対して、それら部材間にわたって信号を伝達し得るようにして接続されていることを意味している。例えば、１つまたは複数の電極を使用することによって、試料中の検体量を検出することができ、その情報を信号へと変換することができる。その信号は、その後、電子回路手段に対して伝達することができる。この場合、電極は、電子回路に対して『動作可能に接続されている』と称される。
【００３９】
本明細書中における『電子回路』という用語は、広義な用語であって、通常的な意味合いで使用されており、限定するものではないけれども、デバイスのうちの、ホストから得られた生物学的情報を処理するために必要とされた部材を意味している。検体測定デバイスの場合には、生物学的情報は、生物学的流体内の特定の検体に関してセンサによって得られ、その生物学的流体内におけるその検体の量に関するデータを提供する。米国特許第４，７５７，０２２号明細書、米国特許第５，４９７，７７２号明細書、および、米国特許第４，７８７，３９８号明細書には、本発明によるバイオインターフェースメンブランを備えたデバイスと一緒に使用し得るような、電子回路手段が開示されている。
【００４０】
本明細書中における『生物学的試料内におけるグルコース量を決定するための部材』という用語は、広義な用語であって、通常的な意味合いで使用されており、限定するものではないけれども、グルコース量を定量化し得るようなすべての機構（例えば、酵素反応によるもの、あるいは、非酵素反応によるもの）を備えている。例えば、本発明のいくつかの実施形態においては、酸素とグルコースとを過酸化酸素とグルコネートへと変換するような触媒活性を示すグルコースオキシダーゼを含有したメンブランを使用する。すなわち、グルコース＋Ｏ２＝グルコネート＋Ｈ２Ｏ２ という変換を行うような触媒活性を示すグルコースオキシダーゼを含有したメンブランを使用する。各グルコース分子が新陳代謝した分だけ、比例して、反応物Ｏ２ と副生成物Ｈ２Ｏ２とに変化が生じることにより、反応物または副生成物の一方の変動を観測することによって、グルコース濃度を決定することができる。
【００４１】
本明細書中における『ホスト』という用語は、広義な用語であって、通常的な意味合いで使用されており、限定するものではないけれども、例えばヒトといったような動物を意味している。
【００４２】
本明細書中における『正確に』という用語は、広義な用語であって、通常的な意味合いで使用されており、限定するものではないけれども、センサ測定を標準的対照測定と比較したときに、測定したグルコース値の９０％が、標準クラーク誤差の“Ａ”および“Ｂ”領域内にあることを意味している。デバイスの最も正確な動作のためには、すべての分析デバイスの場合と同様に、校正や検証や再校正が必要であることは、理解されるであろう。
【００４３】
本明細書中における『連続的にグルコースを検出する』という用語は、広義な用語であって、通常的な意味合いで使用されており、限定するものではないけれども、血漿グルコース濃度を観測している期間が、例えば約１０分ごとにといったように、連続的に行われること意味している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
図１は、皮膚下に埋設された合成メンブランに対しての従来技術による３層式異物レスポンスを示す図である。
【００４５】
図２は、異物レスポンスの中間層内に新たな脈管増大化が行われているようなデバイスを示す図である。
【００４６】
図３は、本発明によるメンブランを示す図であって、複数のファイバから構成されたバリア細胞破壊ドメインと、細胞不透過ドメインと、を備えている。
【００４７】
図４は、第１ドメインを示す３次元的断面図であって、中実部分とキャビティをとを示している。
【００４８】
図５は、図４の第１ドメインを示す横断面図であって、中実部分とキャビティをとを示している。
【００４９】
図６Ａは、本発明によるメンブランと組み合わせて使用するための埋設可能検体測定デバイスの一実施形態を示す図である。
【００５０】
図６Ｂは、図６Ａにおけるセンサヘッドを示す分解図である。
【００５１】
図６Ｃは、図６Ｂにおける電極−メンブラン領域を示す断面図である。
【００５２】
図７は、時間（すなわち、週間）に対しての機能センサの数を示すグラフであって、細胞不透過ドメインだけを備えている対照デバイス（『対照』）と；細胞不透過ドメインと、不織ファイバからなるバリア細胞破壊ドメインと、を備えたデバイス（『不織ファイバ』）と；細胞不透過ドメインと、多孔性シリコーンからなるバリア細胞破壊ドメインと、を備えたデバイス（『多孔性シリコーン』）と；を比較している。
【００５３】
本発明は、一般的に、新規なバイオインターフェースメンブラン、埋設可能デバイスと組み合わせてのそれらの使用、および、生物学的流体内における検体濃度の決定方法、に関するものである。より詳細には、本発明は、埋設可能デバイスと組み合わせて使用し得るバイオインターフェースメンブラン、および、特に糖尿病患者に関して重要な測定をなすような、生物学的流体内におけるグルコース濃度の観測決定方法を、提供する。
【００５４】
以下の説明は、主に、本発明によるバイオインターフェースメンブランを備えたグルコース観測デバイスに関しておよびそれらの使用方法に関してなされるけれども、そのようなバイオインターフェースメンブランは、グルコースを測定したり観測したりするデバイス内における使用に限定されるものではない。むしろ、そのようなバイオインターフェースメンブランは、例えば、生物学的流体（限定するものではないけれども、コレステロールや、アミノ酸や、乳酸塩）内に存在するような特にオキシダーゼ酵素のための物質（例えば Gough氏他に対する米国特許第４，７０３，７５６号明細書を参照されたい。この文献の記載内容は、参考のため、その全体がここに組み込まれる）といったような他の検体を検出して定量化するデバイスや、細胞移植デバイス（米国特許第６，０１５，５７２号明細書、米国特許第５，９６４，７４５号明細書、および、米国特許第６，０８３，５２３号明細書）や、薬剤搬送デバイス（米国特許第５，４５８，６３１号明細書、米国特許第５，８２０，５８９号明細書、および、米国特許第５，９７２，３６９号明細書）や、例えば埋設可能パルス生成心臓ペースメーカデバイス（米国特許第６，１５７，８６０号明細書、米国特許第５，７８２，８８０号明細書、および、米国特許第５，２０７，２１８号明細書）や心電デバイス（米国特許第４，６２５，７３０号明細書および米国特許第５，９８７，３５２号明細書）や電気的神経刺激デバイス（米国特許第６，１７５，７６７号明細書、米国特許第６，０５５，４５６号明細書、および、米国特許第４，９４０，０６５号明細書）といったような電気供給および／または測定デバイス、も含めたような広範なデバイスに対して適用することができる。
【００５５】
生物学的システム内における検体濃度を検出するための埋設可能デバイスにおいては、本発明によるバイオインターフェースメンブランを使用することによって、バリア細胞層の形成を妨害することができ、これにより、脈管内の検体濃度を代理する検体濃度をセンサが受領することを確保することができる。薬剤搬送デバイスにおいては、本発明によるバイオインターフェースメンブランを使用することによって、デバイス内に収容された薬剤を、そのような薬剤を潜在的に損傷させたり破壊したりし得るようなホスト炎症細胞またはホスト免疫細胞から、保護することができる。加えて、バイオインターフェースメンブランは、ホストの治療のためにデバイスから薬剤を適切に供給することを妨害し得るようなバリア細胞層の形成を防止する。また、細胞移植デバイスにおいては、本発明によるバイオインターフェースメンブランを使用することによって、ホスト炎症レスポンス細胞またはホスト免疫レスポンス細胞による攻撃から移植細胞を保護することができるとともに、同時に、移植細胞にとって必要な栄養素や他の生物学的活性分子を、メンブランを挿通させて拡散させることができる。
【００５６】
バイオインターフェースメンブランを作製する際に使用することが想定される材料は、また、生体劣化を除去するあるいはかなり遅らせる。これは、特に、検体濃度を連続的に測定するデバイスにおいて重要である。例えば、グルコース測定デバイスにおいては、グルコースセンサの電極表面は、薄い電解液相に対して接触している（あるいは、動作可能に接続されている）。薄い電解液相は、例えばグルコースオキシダーゼといったような酵素とポリマーシステムとを含有しているメンブランによってカバーされている。バイオインターフェースメンブランは、この酵素メンブランをカバーするとともに、部分的には、生体劣化をもたらしかねないような外力や外部要因から、センサを保護するように機能する。センサのところにおける生体劣化をかなり遅らせることによって、正確なデータを、長期間（例えば、数ヶ月から数年間）にわたって収集することができる。また、埋設可能な細胞移植デバイスや薬剤搬送デバイスにおけるバイオインターフェースメンブランの生体劣化は、ホスト炎症細胞やホスト免疫細胞の侵入を許してしまい、長期機能が損なわれることとなる。
【００５７】
皮下組織内に埋設されるデバイスおよびプローブは、ほとんど常に、異物の導入に対する生体レスポンスの一部としての異物カプセル化（ＦＢＣ）を誘発する。したがって、グルコースセンサの埋設によって、急速な炎症反応が起こり、繊維状組織が形成されることとなる。最終的には、主に脈管繊維状組織といったような成熟したＦＢＣが、デバイスの周囲に形成される（Shanker 氏および Greisler 氏による Inflammation and Biomaterials in Greco RS, ed. Implantation Biology: the Host Response and Biomedical Devices, pp 68-80, CRC Press (1994)）。
【００５８】
一般に、ＦＢＣの形成は、信頼性の高い情報を連続的に収集することを不可能とする。それは、従来より、身体の中の脈管内の検体レベル（例えば、グルコース濃度や酸素濃度）を模擬していないような流体を含有したカプセル内へと、センサが隔離されてしまうと考えられているからである。同様に、ＦＢＣの組成が、埋設されたデバイスの安定化を妨害して、位置ズレを誘起する。これによっても、信頼性が損なわれる。よって、従来より、当業者は、実用的には、例えば短命のニードル形状を使用することによってあるいは異物反応を最小化し得るようなセンサコーティングを使用することによって、ＦＢＣ形成を最小化しようとしてきた。
【００５９】
従来より公知の手法とは異なり、本発明による特徴点においては、ＦＢＣ形成がすべてのセンサの長期埋設の周辺における支配的事象であって、センサ性能を隠したりブロックしたりするのではなく、センサ性能を支持しなければならないことを認識する。特にグルコース検出デバイスといったような検体検出デバイスの埋設後の早い時点においては、グルコースセンサが、うまく機能することが観測された。しかしながら、埋設から数日〜２週間以上経過すると、そのようなデバイスは、機能を失う。例えば、米国特許第５，７９１，３４４号明細書、および、Gross 氏他による“Performance Evaluation of the Minimed Continuous Monitoring Sustem During Patient home Use”と題する Diabetes Technology and Therapuetics, Vol.2, Number 1, pp 49-56,2000 においては、グルコースオキシダーゼセンサ（米国食品医薬品局により、ヒトに対しての使用が承認されている）が、埋設後の数週間に関しては良好に機能するけれども、３日後に急激に機能を失うことが、報告されている。我々は、我々の埋設可能センサに関して、同様の振舞いを観測した。この結果は、埋設後の最初の数日間に関しては、十分な脈管化が存在すること、したがって、埋設されたグルコースセンサの機能を支持し得るよう十分な酸素とグルコースとの灌流が存在すること、を示唆している。埋設後において少なくとも数日間の間は、皮下組織内に埋設されたグルコースオキシダーゼ付帯電気化学的センサの機能に関して、新たな血管形成が不要であることは、明らかである。
【００６０】
我々は、数日経過後におけるセンサ機能の消失が、埋設後の最初の数日間の間に創傷サイトに対して移動してきた例えば多形核細胞や単核細胞といったような細胞によるものであるらしいことを観測した。そのような細胞は、グルコースと酸素とを消費する。そのような細胞が過剰に存在すれば、センサの酵素層に対して到達する前に、グルコースおよび／または酸素が枯渇してしまい、そのため、デバイスの感度が低下するすなわち機能が消失する。最初の数日間の後においては、デバイス機能のさらなる阻止が、デバイスのメンブランに関連した細胞であってデバイス内へのグルコースの輸送を物理的にブロックするような細胞（例えば、バリア細胞）によってもたらされる。脈管形成が増大したとしても、バリア細胞によるブロックには打ち勝つことができない。本発明は、メンブランの表面上におけるバリア細胞層の形成を妨害するような格別のバイオインターフェースメンブランアーキテクチャーの使用を想定している。本発明は、また、様々な埋設可能デバイス（例えば、特にグルコース測定デバイスといったような検体測定デバイス、細胞移植デバイス、薬剤搬送デバイス、電気信号供給および測定デバイス）と組み合わせてのこれらメンブランの使用を想定している。
【００６１】
センサ界面領域は、特定の検体の検出に関しての観測デバイスの領域をなす。例えば、グルコース観測デバイスのいくつかの実施形態においては、センサ界面は、生物学的試料が酵素（例えば、グルコースオキシダーゼ）と接触する（直接的に接触する、あるいは、１つまたは複数のメンブランまたは層を挿通した後に接触する）ような領域をなす。センサ界面領域は、複数のドメインおよび／または層を備えてなる本発明によるバイオインターフェースメンブランを備えることができ、本発明によるバイオインターフェースメンブランは、直下に位置する酵素メンブランと、埋設可能検体測定デバイスの電極と、を被覆して保護することができる。一般に、本発明によるバイオインターフェースメンブランは、生物学的流体試料とセンサとの直接的接触を防止する。メンブランは、不動化された酵素動脈内における反応のために、生物学的流体中の選択された物質（例えば、検体）だけを挿通させることができる。本発明によるバイオインターフェースメンブランは、生物学的に安定であって、バリア細胞の形成を阻止する。以下、本発明によるバイオインターフェースメンブランの様々な特徴点について、詳細に説明する。
【００６２】
I．バイオインターフェースメンブラン
本発明によるバイオインターフェースメンブランは、２つ以上のドメインから構成されている。図３に示すように、好ましくは、メンブランは、細胞不透過ドメイン（５０）と、細胞破壊ドメインと、を備えている。細胞不透過ドメイン（５０）は、第２ドメインとも称されるものであって、埋設可能デバイスの基端側に位置している。細胞破壊ドメインは、第１ドメインとも称されるものであって、図示の実施形態においては、埋設可能デバイスの先端側に位置した複数の不織ファイバ（４９）を有している。
【００６３】
［Ａ．バリア細胞破壊ドメイン（第１ドメイン）］
上述したように、本発明によるメンブランの最外ドメインは、組織内方成長を支持する材料を備えている。バリア細胞破壊ドメインは、複数のキャビティと複数の中実部分とを有した開放セル構成から構成されている。例えば、図４は、複数の中実部分（６２）と複数のキャビティ（６４）とを有したバリア細胞破壊ドメインの３次元断面（６０）を示している。複数の細胞は、複数のキャビティ内へと進入することができる。しかしながら、そのようにして進入した細胞は、中実部分を貫通して延在することはできない。キャビティは、例えばマクロファージといったようなものも含めて、大部分の物質を挿通させることができる。
【００６４】
開放セル構成は、メンブランの実質的に全体にわたる３次元内において複数のキャビティを含有しているような連続的中実ドメインをもたらす。加えて、様々なキャビティ寸法を有した複数の層内に、複数のキャビティとキャビティ相互連結体とを形成することができる。
【００６５】
キャビティと中実部分との寸法をより明瞭に説明するに際しては、バリア細胞破壊ドメインを貫通してカットする２次元平面（６６）を、使用することができる（図５）。キャビティ（６４）または中実部分（６２）を貫通する寸法は、直線によって記述することができる。この直線の長さは、キャビティと中実部分との境界に位置した２つのポイント間の距離である。このようにして、キャビティの実質的な寸法は、最も短いところにおいて２０μｍよりも大きく、最も長いところにおいて１０００μｍよりも小さい。好ましくは、キャビティの実質的な寸法は、最も短いところにおいて２５μｍよりも大きく、最も長いところにおいて５００μｍよりも小さい。
【００６６】
また、中実部分の実質的な寸法は、最も短いところにおいて５μｍよりも大きく、最も長いところにおいて２０００μｍよりも小さい。好ましくは、中実部分の実質的な寸法は、最も短いところにおいて１０μｍよりも大きく、最も長いところにおいて１０００μｍよりも小さい。最も好ましくは、中実部分の実質的な寸法は、最も短いところにおいて１０μｍよりも大きく、最も長いところにおいて４００μｍよりも小さい。
【００６７】
中実部分は、ポリテトラフルオロエチレン、または、ポリエチレン−コ−テトラフルオロエチレン、から構成することができる。好ましくは、中実部分は、ポリウレタン、あるいは、ブロックコポリマーを備えており、最も好ましくは、中実部分は、シリコーンから構成される。
【００６８】
望ましい実施形態においては、中実部分は、多孔性シリコーン、あるいは、不織ファイバ、から構成される。不織ファイバは、好ましくは、ポリエステル、あるいは、ポリプロピレン、から形成される。例えば、図３は、複数の不織ファイバ（４９）が複数の細胞の連続性を破壊するように機能し、それら細胞が古典的な異物レスポンスを形成し得ない様子を、示している。ＦＢＲの形成に含まれるすべてのタイプの細胞が存在することができる。しかしながら、それら細胞は、平滑表面をなす典型的な異物レスポンスの場合のようには、デバイスの表面に対して平行に秩序だった密着対向細胞単一層を形成することはできない。この例においては、１０μｍという寸法が、異物巨大細胞に対する適切な表面をもたらすものの、複数のファイバは、近傍領域における血管（４５）の成長を可能としかつ助長し、バイオインターフェース領域を脈管化する（図３）。細めのファイバを使用したデバイスが、先の発明では使用されていた。しかしながら、そのようなメンブランは、メンブランがなす格子内の細胞によってもたらされた力によって、剥がされてしまう傾向がある。剥がされた後には、細胞は、生物対抗層が細胞に対して付着性である場合には、あるいは、すべての細胞に対してではなくても様々なプロセスの物理的進入に関して十分なサイズのポアを生物対抗層が有している場合には、生物対抗層がなす平滑表面または微小多孔性表面上にバリア層を形成することができる。
【００６９】
本発明における中実部分として不織ファイバを使用した場合には、不織ファイバは、最も短い寸法において５μｍよりも大きいものとすることができる。好ましくは、不織ファイバは、最も短い寸法において約１０μｍよりも大きいものとされ、最も好ましくは、不織ファイバは、最も短い寸法において１０μｍ以上のものとされる。
【００７０】
不織ファイバは、ポリプロピレン（ＰＰ）や、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）や、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）や、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）や、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）や、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）や、ポリウレタンや、セルロースポリマーや、ポリスルホン酸や、例えばダイブロックやトリブロックといったようなこれらのブロックコポリマー（ブロックコポリマーは、米国特許第４，８０３，２４３号明細書および米国特許第４，６８６，０４４号明細書に開示されており、これら文献の記載内容は、参考のため、ここに組み込まれる）や、あるいは、これらのランダムコポリマーやグラフトコポリマー、から構成することができる。好ましくは、不織ファイバは、ポリオレフィンやポリエステルやポリカーボネートやポリテトラフルオロエチレンから構成される。細胞破壊ドメインの厚さは、約２０μｍよりも厚いものとされ、かつ、約２０００μｍよりも薄いものとされる。
【００７１】
［Ｂ．細胞不透過ドメイン（第２ドメイン）］
ＦＢＣを引き起こして維持するような炎症レスポンスは、実際の検体検出に関する欠点である。炎症は、バイオインターフェースメンブランを通しての輸送をブロックし得るバリア細胞層をインターフェースのところに形成して成長し得る能力を有した炎症レスポンス細胞（例えば、マクロファージ）の侵入に関連している。このような炎症細胞は、また、多くの人工的バイオ材料（最近までは生物学的に非劣化性のものと考えられていたものも含まれている）を生物学的に劣化させ得る。異物によって活性化されたときには、組織マクロファージは、脱顆粒し、それらの細胞骨髄パーオキシダーゼシステムから、次亜塩素酸塩種（漂白剤）および他の酸化性種を放出する。次亜塩素酸塩種および他の酸化性種は、様々なポリマーを分解することが公知である。しかしながら、ポリカーボネートをベースとしたポリウレタンは、このような酸化性種の影響に関して耐性を有していると信じられており、生物学的に耐性があると称される。加えて、次亜塩素酸塩種（漂白剤）および他の酸化性種が、生体内では寿命が短い化学種であることにより、マクロファージが酵素活性メンブランから十分に離間したところに維持されている場合には、バイオ劣化は、起こらない。
【００７２】
本発明は、大部分のメンブランアーキテクチャーにおいて、数μｍ厚さあるいはそれ以上の厚さの細胞不透過性バイオ材料（すなわち、細胞不透過ドメイン）を使用することを想定している。望ましくは、細胞不透過ドメインの厚さは、約１０μｍよりも厚く、約１００μｍよりも薄い。バイオインターフェースメンブランのこの細胞不透過ドメインは、酸素を透過させることができるとともに、グルコースを透過させることもあるいは透過させないこともでき、さらに、生物学的に耐性のある材料（例えば、生体内において数年間にわたって耐性がある）から構成される。このようなバイオ耐性材料は、ホスト細胞（例えば、マクロファージ）に関して不透過性であり、例えば、ポリカーボネートベースのポリウレタンとＰＶＰとのポリマーブレンドとされる。
【００７３】
本発明によるメンブランの最内ドメインは、細胞に対して非接着性であって（すなわち、細胞不透過ドメイン）、Brauker 氏他による文献（前出）および Shults 氏他による文献（前出）における発明とは相違している。これら双方の従来文献においては、細胞不透過メンブラン（Brauker 氏他による文献）あるいはバイオインターフェースメンブラン（Shults 氏他による文献）は、Millipore社（米国マサチューセッツ州 Bedford所在）によって市販されている細胞培養支持体をなす Biopore（登録商標）として公知のメンブランに基づいている。ある種の細胞外液マトリクス分子の存在下においては、また、生体内においては、多くのタイプの細胞が、このメンブランに対して強力に付着することができ、非接着性ドメインとして機能し得ないようにする。さらに、そのメンブランからなる最内層に対して細胞を接着させ得ることにより、バリア細胞層の形成が促進され、これにより、デバイスと組織との境界を通して分子を輸送し得るというメンブランの能力が低減する。しかも、そのような細胞が多重化したときには、最終的には、メンブラン層間にわたっての圧力が引き起こされ、層の剥離やメンブランの破壊につながる。
【００７４】
上述したように、本発明の一実施形態においては、第２ドメインは、細胞付着に対して耐性を有しており、細胞に対して不透過性であり、好ましくは、生物学的に安定な材料から構成されている。第２ドメインは、第１ドメインに関して上述したのと同様の材料から形成することができ、例えばポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）やポリヒドロキシエチルメタクリレートやポリビニルアルコールやポリアクリル酸や例えばポリエチレングリコールのようなポリエーテルや例えばダイブロックやトリブロックといったようなこれらのブロックコポリマー（ブロックコポリマーは、米国特許第４，８０３，２４３号明細書および米国特許第４，６８６，０４４号明細書に開示されており、これら文献の記載内容は、参考のため、ここに組み込まれる）やあるいはこれらのランダムコポリマーやグラフトコポリマーから形成することができる。
【００７５】
好ましくは、第２ドメインは、ポリウレタンと親水性ポリマーとから構成される。望ましくは、親水性ポリマーは、ポリビニルピロリドンとされる。本発明のこの見地における一実施形態においては、第２ドメインは、５重量％よりも多量のポリビニルピロリドンかつ４５重量％よりも少量のポリビニルピロリドンを含有したポリウレタンとされる。好ましくは、第２ドメインは、２０重量％よりも多量のポリビニルピロリドンかつ３５重量％よりも少量のポリビニルピロリドンを含有しており、最も好ましくは、第２ドメインは、約２７重量％のポリビニルピロリドンを含有したポリウレタンとされる。
【００７６】
上述したように、ある望ましい実施形態においては、細胞不透過ドメインは、ポリビニルピロリドンを含有した生体非劣化性のポリウレタンからなるポリマーブレンドから構成される。これにより、生体内でも生体外でも、細胞の付着が防止され、多くの分子が、メンブランを挿通して自由に拡散することができる。しかしながら、このドメインは、このメンブランの直下に配置されたデバイス部材に対しての細胞進入および細胞接触を防止して、細胞付着を防止し、これにより、バリア細胞層の形成を防止する。
【００７７】
II．バイオインターフェースメンブランを使用した埋設可能グルコース観測デバイス
本発明においては、埋設可能デバイスのセンサインターフェース近辺において、独自のメンブランアーキテクチャーを使用することを想定している。しかしながら、本発明は、特定の電子部材（例えば、電極、回路、等）を備えたデバイスを必要とするものではない点を指摘しておく。実際、本発明に基づく特徴点は、埋設のために適切な実質的にすべての観測デバイス（あるいは、埋設され得るように修正を受けた実質的にすべての観測デバイス）と一緒に使用することができる。適切なデバイスとしては、検体観測デバイス、細胞移植デバイス、薬剤搬送デバイス、電気信号供給および測定デバイス、および、Shults氏他に対する米国特許第４，７０３，７５６号明細書および米国特許第４，９９４，１６７号明細書や Gough 氏他に対する米国特許第４，７０３，７５６号明細書や Bessman 氏他に対する米国特許第４，４３１，００４号明細書や Bindra 氏他による Ana. Chem. 63:1692-96 (1991) に記載されているような他のデバイス、がある。これら文献の記載内容は、参考のため、ここに組み込まれる。
【００７８】
さて、図６Ａには、本発明によるメンブランと組み合わせて使用するための検体測定デバイスの好ましい実施形態が示されている。この実施形態においては、セラミック製ボディ（１）とセラミック製ヘッド（１０）とが、センサ電子回路を収容している。センサ電子回路は、回路基板（２）と、マイクロプロセッサ（３）と、バッテリ（４）と、アンテナ（５）と、を備えている。さらに、セラミック製ボディ（１）とセラミック製ヘッド（１０）とは、エポキシ樹脂によってシールされるマッチングテーパージョイント（６）を備えている。その結果、複数の電極は、ソケット（８）を介して、回路基板に対して接続されている。
【００７９】
図６Ｂに詳細に示すように、３つの電極が、セラミック製ヘッド（１０）を貫通して突出している。すなわち、白金製動作電極（２１）と、白金製対向電極（２２）と、銀／塩化銀参照電極（２０）とが、セラミック製ヘッド（１０）を貫通して突出している。各電極は、セラミック製ヘッド（１０）に対して密封溶接（２６）されているとともに、さらに、エポキシ樹脂（２８）によって固定されている。検出領域（２４）は、後述の検出メンブランによってカバーされる。セラミック製ヘッド（１０）は、ｏ−リングによってメンブランを所定位置に固定し得るよう、グルーブ（２９）を備えている。
【００８０】
図６Ｃは、図６Ｂにおける電極−メンブラン領域（２４）を示す断面図であって、センサ先端と機能メンブラン層とを詳細に示している。図６Ｃに示すように、電極−メンブラン領域は、本発明によるバイオインターフェースメンブラン（３３）と、検出メンブラン（３２）と、を備えている。各電極の先端は、自由流体相をなす電解液相（３０）と接触している。電界液相は、例えばグルコースオキシダーゼといったような酵素を含有した検出メンブラン（３２）によって被覆されている。本発明によるインターフェースメンブラン（３３）は、酵素メンブラン（３２）を被覆しており、部分的には、検出メンブラン（３２）の環境負荷クラックを招きかねないような外力からセンサを保護するように機能している。
【００８１】
III．実験例
以下の複数の実験例は、本発明のいくつかの好ましい実施形態およびいくつかの好ましい見地を例示するためにものであって、本発明の範囲を制限するためのものではない。
【００８２】
上記の説明および以下の実験的開示においては、以下の省略記号は、それぞれ以下のものを表している。ＥｑおよびＥｑｓ（当量）；Ｍ（モル濃度）；ｍＭ（ミリモル濃度）；μＭ（マイクロモル濃度）；Ｎ（規定）；ｍｏｌ（モル）；ｍｍｏｌ（ミリモル）；μｍｏｌ（マイクロモル）；ｎｍｏｌ（ナノモル）；ｇ（グラム）；ｍｇ（ミリグラム）；μｇ（マイクログラム）；Ｋｇ（キログラム）；Ｌ（リットル）；ｍＬ（ミリリットル）；ｄＬ（デシリットル）；μＬ（マイクロリットル）；ｃｍ（センチメートル）；ｍｍ（ミリメートル）；μｍ（マイクロメートル）；ｎｍ（ナノメートル）；ｈおよびｈｒ（時間）；ｍｉｎ（分）；ｓおよびｓｅｃ（秒）；℃（摂氏温度）； Astor Wax社（米国ペンシルベニア州 Titusville 所在）；BASF Wyandotte Corporation（米国ニュージャージー州Parsippany 所在）；Data Sciences, Inc.（米国ミネソタ州 St. Paul 所在）；Douglas Hansen Co., Inc.（米国ミネソタ州 Minneapolis 所在）； DuPont（DuPont Co., ドイツ国 Wilmington 所在）；Exxon Chemical 社（米国テキサス州 Houston 所在）； GAF Corporation（米国ニューヨーク州 New York 所在）； Markwell Medical社（米国ウィスコンシン州 Racine 所在）； Meadox Medical, Inc.（米国ニュージャージー州 Oakland 所在）； Mobay（ Mobay Corporation, 米国ペンシルベニア州 Pitttsburgh 所在）；   Sandoz 社（米国ニュージャージー州 East Hanover 所在）； Union Carbide（ Union Carbide  Corporation, 米国イリノイ州 Chicago 所在）。
【００８３】
［実験例１］不織ファイバを使用したバイオインターフェースメンブランの作製
バリア細胞破壊ドメインを、不織ポリエステルファイバ製濾過メンブランから形成することができる。その後、細胞不透過ドメインを、バリア細胞破壊ドメイン上にコーティングすることができる。細胞不透過ドメインの形成に際しては、３Ｌのステンレススチール製ボウル内に、約７０６ｇのジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）を導入し、これに対して、ポリカーボネートウレタン溶液（１３２５ｇ、ＤＭＡＣ内において固体で Chronoflex AR 25%、粘度は５１００ｃｐ）と、ポリビニルピロリドン（１２５ｇ、Plasdone K-90D）と、を添加した。その後、ボウルを、パドルタイプのブレードと一緒に、遊星型ミキサーに装着した。そして、内容物を、室温で１時間にわたって撹拌した。その後、この溶液を、１５２μｍ（０．００６インチ）のギャップを有したナイフエッジで均すことにより、バリア細胞破壊ドメイン上にコーティングし、６０℃でもって２４時間にわたって乾燥させた。このメンブランを、その後、Ｏ−リングによって検出デバイスに対して機械的に固定した。
【００８４】
［実験例２］多孔性シリコーンを使用したバイオインターフェースメンブランの作製
バリア細胞破壊ドメインを、多孔性シリコーンから形成することができる。多孔性シリコーンは、Seare Biomatrix Systems, Inc. から購入した。細胞不透過ドメインの形成に際しては、３Ｌのステンレススチール製ボウル内に、約７０６ｇのジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）を導入し、これに対して、ポリカーボネートウレタン溶液（１３２５ｇ、ＤＭＡＣ内において固体で Chronoflex AR 25%、粘度は５１００ｃｐ）と、ポリビニルピロリドン（１２５ｇ、Plasdone K-90D）と、を添加した。その後、ボウルを、パドルタイプのブレードと一緒に、遊星型ミキサーに装着した。そして、内容物を、室温で１時間にわたって撹拌した。その後、この細胞不透過ドメインコーティング溶液を、３０５μｍ（０．０１２インチ）のギャップを有したナイフオーバーロールを使用することにより、ＰＥＴ製剥離ライナー（Douglas Hansen Co.）上にコーティングした。このフィルムを、１５２℃（３０５°Ｆ）でもって乾燥させた。最終的なフィルムの厚さは、約３８μｍ（０．００１５インチ）であった。バイオインターフェースメンブランは、キャストした細胞不透過ドメイン上に多孔性シリコーンを押圧することによって、形成した。このメンブランを、その後、Ｏ−リングによって検出デバイスに対して機械的に固定した。
【００８５】
［実験例３］グルコース測定デバイスの機能の試験方法
生体内でのセンサ機能を、センサ出力と、外部での血糖値計によって決定した血糖値と、を相関させることにより、決定した。我々は、糖尿病ではないイヌが、糖度の高い餌を消化した後においてさえも、急速な血糖値変化を起こさないことを既に見出している。よって、１０％の右旋性グルコース溶液を、センサを埋設したイヌ内に注入した。第２のカテーテルを、血液採取の目的のために反対側の脚に配置した。埋設したセンサは、パルス型電磁石を使用して３０秒間隔で信号伝送するようにプログラムした。右旋性グルコース溶液を、最初の２５分間については、９．３ｍｌ／ｍｉｎという速度で注入し、次の２０分間については、３．５ｍｌ／ｍｉｎという速度で注入し、その次の２０分間については、１．５ｍｌ／ｍｉｎという速度で注入し、そして、注入ポンプを停止した。血糖値は、考察期間中にわたって血糖値計（LXN Inc., 米国カリフォルニア州 San Diego所在）によっても、５分ごとに測定した。コンピュータによって、センサ出力を収集した。その後、データを編集し、自動的に時間順で表計算ソフト内でグラフ化した。これにより、最適のＲスクエア値（R-squared  value）を得た。このＲスクエア値は、センサが血糖値を良好に追跡していることを反映している。
【００８６】
［実験例４］本発明によるバイオインターフェースメンブランを備えたグルコース測定デバイスの生体内での評価
細胞破壊メンブランの重要性を試験するために、本発明によるバイオインターフェースメンブランを備えた埋設可能グルコースセンサを、イヌ内へと皮下組織内に埋設し、週単位でのグルコースレスポンスを観測した。細胞不透過ドメインだけを備えている対照デバイス（『対照』）を、細胞不透過ドメインと、不織ファイバからなるバリア細胞破壊ドメインと、を備えたデバイス（『不織ファイバ』）に対して；および、細胞不透過ドメインと、多孔性シリコーンからなるバリア細胞破壊ドメインと、を備えたデバイス（『多孔性シリコーン』）に対して；比較した。
【００８７】
各条件のそれぞれに関し、４つのデバイスを、正常な複数のイヌの腹側腹部内に皮下的に埋設した。週単位でもって、実験例３において上述したのと同様にして、各イヌに対してグルコースを注入した。これにより、各イヌの血糖値を、約１２０ｍｇ／ｄｌから約３００ｍｇ／ｄｌへと上昇させた。血糖値を、LXN 社製血糖値計によって、５分間隔で決定した。センサ値は、０．５分間隔で信号伝送した。血糖値と、１分以内での最も近いセンサ値と、の間において回帰分析を行った。０．５よりも大きなＲスクエア値をもたらしたデバイスが、機能的であると判断された。図７は、各条件に関し、１２週間という考察期間にわたっての、機能的デバイスの数を示している。双方の試験デバイスが、最初の９週間までは、対照デバイスよりも、良好な結果を示している。すべての多孔性シリコーンデバイスは、９週間まで機能的である。４つのポリプロピレンファイバデバイスのうちの２つは、最初の２週間まで機能的であり、４つのポリプロピレンファイバデバイスのうちの３つは、１２週間後において機能的であった。これに対し、対照デバイスのすべては、１０週間目までは機能的ではなく、その後、２個の対照デバイスが、残り３週間にわたって機能的であった。これらデータは、細胞不透過層と組み合わせて細胞破壊層を使用することが、埋設可能グルコースセンサの機能を改良することを明瞭に示している。
【００８８】
上述した説明および実験的材料は、本発明を例示するためのものであって、本発明の範囲を制限するものではない。当業者には、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、変形や修正を行い得ることは、明瞭である。引用したすべての文献は、参考のため、それらの全体がここに組み込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】皮膚下に埋設された合成メンブランに対しての従来技術による３層式異物レスポンスを示す図である。
【図２】異物レスポンスの中間層内に新たな脈管増大化が行われているようなデバイスを示す図である。
【図３】本発明によるメンブランを示す図であって、複数のファイバから構成されたバリア細胞破壊ドメインと、細胞不透過ドメインと、を備えている。
【図４】第１ドメインを示す３次元的断面図であって、中実部分とキャビティとを示している。
【図５】図４の第１ドメインを示す横断面図であって、中実部分とキャビティとを示している。
【図６Ａ】本発明によるメンブランと組み合わせて使用するための埋設可能検体測定デバイスの一実施形態を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ａにおけるセンサヘッドを示す分解図である。
【図６Ｃ】図６Ｂにおける電極−メンブラン領域を示す断面図である。
【図７】時間（すなわち、週間）に対しての機能センサの数を示すグラフであって、細胞不透過ドメインだけを備えている対照デバイス（『対照』）と；細胞不透過ドメインと、不織ファイバからなるバリア細胞破壊ドメインと、を備えたデバイス（『不織ファイバ』）と；細胞不透過ドメインと、多孔性シリコーンからなるバリア細胞破壊ドメインと、を備えたデバイス（『多孔性シリコーン』）と；を比較している。
【符号の説明】
【００９０】
３３  バイオインターフェースメンブラン
４９  不織ファイバ（細胞破壊ドメイン、第１ドメイン）
５０  細胞不透過ドメイン（第２ドメイン）
６２  中実部分
６４  キャビティ
【図７】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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