(57)【要約】【課題】中期および長期的な体外式肺支援に用いることができる人工肺装置を提供する。【解決手段】人工肺装置１０において、ガス交換膜１１は血液側１２とガス側１４とを分離し、ガス交換膜は、血液側１２およびガス側１４のそれぞれにおいて、生体細胞２２、２１により血液側１２および／またはガス側１４でコロニー形成される異種表面１５、１６を含む。人工肺装置は、体外式または埋込型の肺補助装置を作製するため、あるいは気道圧力試験の肺模型を作製するために使用できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
血液側（１２）とガス側（１４）とを分離するガス交換膜（１１）を有する人工肺装置であって、前記ガス交換膜（１１）は、前記血液側（１２）に異種表面（１５）を含むとともに、前記ガス側（１４）に異種表面（１６）を含み、
前記血液側（１２）の前記異種表面（１５）および／または前記ガス側（１４）の前記異種表面（１６）は生体細胞（２２、２１）によりコロニー形成されている人工肺装置。
【請求項２】
前記異種表面（１５、１６）は、生体細胞（２２、２１）により完全にコロニー形成されている請求項１に記載の人工肺装置。
【請求項３】
前記血液側（１２）の前記異種表面（１５）は、内皮細胞（２２）によりコロニー形成されている請求項１または２に記載の人工肺装置。
【請求項４】
前記ガス側（１４）の前記異種表面（１６）は、肺胞の上皮細胞（２１）によりコロニー形成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の人工肺装置。
【請求項５】
生体細胞（２１、２２）によりコロニー形成されていない前記異種表面（１５、１６）に、非生体コーティングが設けられている請求項１ないし４のいずれかに記載の人工肺装置。
【請求項６】
前記ガス交換膜（１１）が拡散膜である請求項１ないし５のいずれかに記載の人工肺装置。
【請求項７】
内皮と肺細胞との間の前記ガス交換膜（１１）は、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）から作製されている請求項６に記載の人工肺装置。
【請求項８】
前記ガス交換膜（１１）は、多孔性または微孔性である請求項１ないし７のいずれかに記載の人工肺装置。
【請求項９】
前記血液側（１２）は、自然な血液循環または人工灌流装置（３１）に装着するための流入口および流出口（２４、２５）を有する閉鎖した血液室（１７）を含む請求項１ないし８のいずれかに記載の人工肺装置。
【請求項１０】
前記ガス側（１４）は、自然な気道または人工呼吸装置（３０、３１）に装着するための流入口（２７、２８）を有する閉鎖したガス室（１８）を含む請求項１ないし９のいずれかに記載の人工肺装置。
【請求項１１】
前記人工呼吸装置（３０、３１）は異種物質の導入口（３３）を有する請求項１０に記載の人工肺装置。
【請求項１２】
前記生体細胞（２１、２２）は、好ましくは前記呼吸器管、浅皮静脈のセグメントまたは前記臍帯から得られる自己細胞である請求項１ないし１１のいずれかに記載の人工肺装置。
【請求項１３】
体外式肺補助装置を作製するための請求項１ないし１２のいずれかに記載の人工肺装置の使用。
【請求項１４】
埋込型肺補助装置を作製するための請求項１ないし１２のいずれかに記載の人工肺装置の使用。
【請求項１５】
前記人工肺装置の前記ガス室（１８）の流入口（２７）は、自然な気道に装着するために設計され、前記ガス室（１８）の他方の流入口（２８）は、膨張と圧縮とを交互に行なうことにより、前記ガス室（１８）における振動ガス流を発生させる圧力室に連結される請求項１４に記載の使用。
【請求項１６】
気道圧力試験のための肺模型を作製するための請求項１ないし１２のいずれかに記載の人工肺装置の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血液側とガス側とを分離するガス交換膜を有する人工肺装置（システム）に関するものであり、かかるガス交換膜は血液側およびガス側双方に異種表面を含む。
本発明はさらに、体外式または埋込型肺補助装置を作製し、毒性研究における動物模型に代わるものとしての肺模型を作製するための人工肺装置の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
最初に言及された体外式肺補助装置として使用されるタイプの人工肺装置は、本願出願人によりNovaLung iLA（介入性肺補助装置）という商標名で商品化されている。
肺補助装置の新技術については、下記非特許文献１において概要が示されている。下記非特許文献１は、特に前述のNovaLung iLAについて、膜型肺に基づき、非生体タンパク質基質により被覆された高密度拡散膜を有する脈動血流用に設けられたものであると説明している。
【０００３】
NovaLung iLAは、経皮動脈および静脈カニューレ挿入により血液側で直接、患者の循環血液に連結される。NovaLung iLAは血液ポンプを使用することなく、動脈血液の流入制限下で、膜型肺を介して患者の心臓から送られる血液から二酸化炭素を除去し、その血液へ酸素を送り込むことができる。
肺補助装置として原型であるNovaLung iLAの最初の適用成功例が下記非特許文献２において報告されている。
【０００４】
NovaLung iLAおよび本発明による人工肺装置の重要性については、世界保健機構の統計によると肺疾患が３番目に高い死因であるという事実から理解されるであろう。人工呼吸器によりほとんどすべての患者のガス交換を維持することは可能だが、不自然な気道陽圧は、呼吸器関連肺傷害（ＶＡＬＩ）として知られるように、肺および他の器官の傷害を引き起こす。NovaLung iLAにより、肺以外の呼吸により、非常に保護的な呼吸、またはたとえば肺移植への橋渡しを達成し、さらにＶＡＬＩを避けることが初めて可能となった。
【０００５】
しかしながら現在のところ、たとえば重大な腎不全のために透析を実行できるような、肺に長期的に使用可能な臓器置換法、あるいは、たとえば心臓支援装置のように肺を完全に置換できる完全埋込型装置は、いずれも不可能である。したがって肺不全の場合における現時点での唯一の可能性は、人工呼吸器である。しかしながら罹患肺は治療されないため、肺を支援するものとはいえず、生存に必要なガス交換のみを確実になすものである。
【０００６】
厳密に定義された対象患者の基準を満たす場合、損傷の著しい肺病患者は肺移植の候補となる。しかしながら肺移植は医療行為として極めて複雑であり、また、患者に対しても高いリスクを伴うものである。かかる療法概念が、肺のみを病んでいるが肺以外は健康である患者のために排他的に確保されたものである場合を除き、長期結果は不満足なものとなる。さらに考慮されるのは、毎年世界中で利用可能なドナー臓器の数は少なく、ほんのわずかな数の肺移植手術がなされるのみであり、実需を満たしていない点である。
【０００７】
こういった背景に対し、寿命を延ばす治療（ディスティネーション・セラピー）として肺の置換手術が著しく求められている。したがって血液に酸素を送り込み、さらに血液から二酸化炭素を除去することができる体外式または埋込型肺補助装置は、患者にとって非常に価値のあるものである。しかしながら、このような肺補助装置は、移殖に不適当な患者のみではなく、肺移植を待つ患者、および肺移植を待つ期間に、人工呼吸装置を必要とする重大な肺不全を発症してしまった患者が使用してもよい。
【０００８】
NovaLung iLAなどの人工肺補助装置が、主にこの目的で使用可能なことを示す臨床実験がなされている。（下記非特許文献３を参照のこと。）
上記の研究によると、NovaLung iLA肺補助装置によって、人工呼吸器に反応できない肺不全を発症した患者を成功裏に移植へ橋渡ししたことが示されている。現在のところこのような装置は数週間、集中治療室で用いられる。膜型肺を定期的に取り替えない限り、内膜新生および他の要因のため、NovaLung iLAをより長期的に使用することはできない。
【非特許文献１】G. Matheis, "New technologies for respiratory assist", Perfusion 2003, 18, 245 - 251
【非特許文献２】Reng et al., "Pumpless extracorporeal lung assist and adult respiratory distress syndrome", The Lancet 2000, 356, 219 - 220
【非特許文献３】Fischer et al., "BRIDGE TO LUNG TRANSPLANTATION WITH THE NOVEL PUMPLESS INTERVENTIONAL LUNG ASSIST DEVICE NOVALUNG", J Thorac Cardiovasc Surg. 2006, 131 (3), 719-723
【非特許文献４】XU C. et al., "IN VITRO STUDY OF HUMAN VASCULAR ENDOTHELIAL CELL FUNCTION ON MATERIALS WITH VARIOUS SURFACE ROUGHNESS", J BIOMED MATER RES A. 2004 OCT 1, 71 (1), 154 - 161
【非特許文献５】Bos et al., "BLOOD COMPATIBILITY OF SURFACES WITH IMMOBILIZED ALBUMIN-HEPARIN CONJUGATE AND EFFECT OF ENDOTHELIAL CELL SEEDING ON PLATELET ADHESION", J BIOMED MATER RES. 1999 DEC 5, 47 (3), 279 - 291
【非特許文献６】Lieber et al., Int. J. Cancer 1976, 17, 62 - 70
【非特許文献７】Wikenheiser et al., PNAS USA 1993, 90, 11029 - 11033
【非特許文献８】Albera et al., "Human CCD 34+ Haematopoietic Stem Cells (HSC) From Umbilical Cord Blood Display An Endodermal Phenotype When Exposed To Activin A In Vitro", Blood 2005, 106, 484A
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
こういった背景に対し、本発明の目的は、冒頭で述べた人工肺装置を、ほんの短期的な肺の支援だけに用いられるものではなく、中期および長期的な体外式肺支援にも用いることができ、かつ埋込型肺補助装置を作製するためにも用いられるように開発することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によるとこの目的は、冒頭で述べた人工肺装置に関し、血液側の異種表面（外来性の表面）および／またはガス側の異種表面が生体細胞によりコロニーを形成することにより達成される。
本発明の目的はこのような態様で完全に達成される。
本願発明者らは事実上、内膜新生および炎症反応の活性化は、公知の肺補助装置が、血液と常に接触する異種表面を有するという事実に関連していることを見出した。公知の肺補助装置の異種表面は、タンパク質とヘパリンとにより非生体コーティング（被覆）が設けられるが、血液と接触する異種表面を有する臓器支援装置の他の臨床応用例からも理解できるように、全身性反応（炎症促進性免疫反応）は短期的な使用の後にさえ起こるものである。このような臓器支援装置の実施形態は、人工肺を有する心肺装置、機械式血液ポンプ、血液透析およびたとえば人工心臓などの心臓支援装置等があげられる。血液と異種表面との接触に加え、すべての公知の臓器支援装置で必要とされる機械式血液ポンプは、非生理的な剪断力を生じ、これに付随して血液に損傷を与えることとなる。
【００１１】
これらの諸問題は、患者の血液が灌流するNovaLung iLA人工肺を使用することで解決されたであろう。つまりこの装置を介すると、血液は患者の心臓によって生理的に循環されるが、公知の装置では長期的に使用できないためである。
本発明によると、長期的に使用できる肺補助装置は、うまく機能できるように、生理的な灌流および人工呼吸条件を設けられた細胞によりコロニー形成される。本発明による人工肺装置はこれらの要件を完全に満たすものである。
【００１２】
本発明によると、肺機能の置換または支援を行なう一種のバイオハイブリッド（生物混成物）肺はこのようにして利用可能である。これにより、個体化し小区画に分けられた表面部が、従来の非生体コーティングを設けられた表面部にとってかわるという利点がある。
このような態様で、短期的または長期的に使用でき、罹患肺のガス交換機能を完全に行い、かつ血液に十分酸素を送り込むと同時に、血液から二酸化炭素を除去できる人工肺の作製が可能である。
【００１３】
血液側および／またはガス側の異種表面部を避けるため、異種表面部が生体細胞、好ましくは自己細胞により完全にコロニー形成することは有益である。このため、血液側は内皮細胞により、ガス側は肺胞上皮細胞（pneumocytes）によりコロニーを形成する。
血液側およびガス側の双方が生体細胞によりコロニー形成することが絶対に不可欠というわけではない。またそれぞれの他方側に非生体コーティング、たとえばタンパク質およびヘパリンを設けてもよい。
【００１４】
血液側のみが適当な内皮細胞によりコロニー形成され、異種表面が細胞叢により完全に被覆されると、従来技術において公知の炎症反応はもはや起こらない。つまりこの根拠だけでも、本発明による人工肺装置が、患者の血流において既知の肺補助装置よりはるかに長い耐用年数を有することが明らかである。
対照的に、ガス側が肺細胞によりコロニー形成すると、肺細胞が個体に対する隔壁である皮膜として形成された状態で、肺補助装置における一種の生物学的防御が行われる。上皮細胞は、血流、すなわちガス交換膜を通して供給される。
【００１５】
生体細胞として、幹細胞、前駆または分化型細胞が一例としてあげられる。特に臍帯血からの胚幹細胞、幹細胞および前駆体細胞、成人間充織幹細胞、成人幹細胞、内皮前駆細胞または内皮細胞は、上皮細胞の適切な源である。肺細胞の源として、特に臍帯血からの胚幹細胞、幹細胞または前駆体細胞、成人間充織幹細胞、成人幹細胞、肺前駆体細胞、分化型肺胞上皮細胞、特に、Ｉ型およびＩＩ型が適切である。
【００１６】
特に生体細胞は、呼吸管（上皮細胞）または浅皮静脈（内皮細胞）セグメント（切片）から採取して培養できる。しかしながら出願人による初期研究では、生体細胞はたとえば臍帯細胞から培養できることを示している。
本発明による人工肺装置に関してガス交換膜は、自然または人工の材料、またはそれらの混合物のいずれかで作製される分離層形状である。さらに、使用される材料は生物分解性物質であってもよい。
【００１７】
本発明によると人工肺装置の血液側は、自然な血液回路または人工の灌流装置へ装着する流入口および流出口を有する閉鎖された血液室を含み、ガス側は好ましくは、自然な気道または人工呼吸装置に装着するための流入口および流出口を有する閉鎖されたガス室を含む。
人工肺装置を体外式肺補助装置の作製に使用する場合には、血液側血液室は経皮カニューレ挿入により装着されるか、あるいは動脈および静脈への皮下脈管用人工装具により、たとえば鎖骨下動脈および鎖骨下静脈に装着される。ガス側では次いで、肺細胞が自然な吸入法と同様に、加圧により通気されるように、生理的にガス室を通気する人工換気装置が設けられる。
【００１８】
人工肺装置を埋込型肺補助装置の作製に使用する場合には、ガス室は対照的に、流入口により自然な気道、たとえば気管または気管支に結合される。人工肺装置のガス室の流入口は自然な気道へ装着するように設計され、ガス室の他方の流入口は、膨張と圧縮とを交互に行なうことにより、ガス室において振動ガス流を発生させる圧力室に連結してもよい。
【００１９】
しかしながら、人工肺装置はまた、たとえば汚染物質により生じる薬品の毒性や気道圧力を調べるために、毒性研究において動物模型に取って代わって機能できるような肺模型を作製するのに使用されてもよい。この場合血液側は、内皮細胞が生理的にすなわち脈動により灌流されるように設けられた人工の灌流装置、たとえば人工の血液回路に結合される。ガス側は次いで、肺細胞が加圧により生理的に通気される人工呼吸装置に装着される。
【００２０】
さらに人工呼吸装置は、肺細胞および／または内皮細胞への影響が試験済である揮発性物質または異種ガスなどの異種物質の導入口を含むことが好ましい。
人間または動物の血液が、人工の灌流装置を循環することが絶対に不可欠というわけではない。代わりに、人工血液または生体細胞に栄養物を供給する他の適切な生体媒質を用いてもよい。
【００２１】
この肺模型により、たとえば揮発性物質または異種ガスの、肺細胞および内皮細胞の機能への毒性の影響を、動物模型をこの目的のために用いる必要なく試験することができる。
人工肺装置において、一般に、ガス交換膜が、好ましくはポリメチルペンテン（ＰＭＰ）から作製された拡散膜であり、場合に応じて中空繊維膜が多孔性または微孔性膜として設計されたものであれば有利である。
【００２２】
したがって、医療品としての使用が適切であり、かつ現状水準の技術で既に使用されている他の膜を一例としてあげると、血液濾過または透析に関して使用される膜をガス交換膜として採用してもよい。
一方、ガス交換膜の目的は、内皮細胞および上皮細胞によりコロニー形成する基質として機能することであり、さらに血液側方向からの上皮細胞の供給を可能にすることである。したがって基質は、これらの細胞の機械的枠組みを形成しながらも、血液側細胞（内皮）およびガス側細胞（肺細胞）の生理学的相互作用を妨害しないような態様で構成される。
【００２３】
初期研究は、既に臨床的に承認されているガスポリメチルペンテンから作製された交換膜が、異種表面を生体表面構造体に変換するために、肺細胞によりコロニーを形成することができるということを示している。使用された肺細胞は、臍帯血から得られたヒトＣＤ３４+造血性幹細胞（ＨＳＣ）における内皮表現型の生体外での発現を引き起こすことによって産生された。増殖因子アクチビンＡの存在下で培養することにより、ＨＳＣは末端の肺上皮表現型に分化できた。
【００２４】
現行の技術（たとえば上記非特許文献４参照）を用い、内皮細胞を有する血液側のコロニー形成がなされてもよい。
ここで著者らが説明するのは、ヒト培養血管内皮細胞を、径の細い血管の交換に用いることができる、前処理された立体的な支援構造体に培養するための方法である。
上記非特許文献５で、コーティングに付着しコーティング上で増殖する内皮細胞を有するアルブミンへパリンコーティングのコロニー形成を説明している。
【００２５】
ポリメチルペンテン膜を内皮コーティングのみに使用する際には、この膜が血漿漏洩防止の層であることはさらに有利となる。内皮細胞で被覆された現行技術水準で開示されている膜は、膜の他方側に血漿を漏洩させてしまうため、この血漿漏洩を避けるために複雑な態様で被覆されなければならないという点で不利である。ＰＭＰ膜は一方、有利に血漿漏洩防止されている。
【００２６】
本発明にしたがった人工肺装置のさらなる実施形態によるとガス交換膜は、細胞の付着および／または分化に影響するさらなる物質によりコーティングされてもよい。このような要素の一例として、たとえばフィブロネクチン、ラミニン、テネイシンまたはビトロネクチンなどの細胞外基質（ＥＣＭ）構成成分、たとえば、ＥＧＦ（上皮増殖因子）、ＦＧＦ（線維芽細胞増殖因子）、ＧＣＳＦ、ＧＧＦ（膠増殖因子）、ＧＭＣＳＦ、ＧＭＡ、ＧＭＦ（膠成熟因子）、ｌＧＦ（インシュリン様成長因子）、インターフェロン、インターロイキン、リンフォカイン、ＭＣＳＦ、モノカイン、ＮＧＦ（神経成長因子）、ＮＯ（一酸化窒素）、ＰＤ−ＥＣＧＦ（血小板由来内皮細胞増殖因子）、ＰＤＧＦ（血小板由来増殖因子）、ＴＧＦ（変異成長因子）、ＴＮＦ（腫瘍壊死因子）などまたは増殖因子、あるいはまた一方では、細胞の付着および／または分化に影響する抗体、核酸、アプタマーなどがあげられる。
【００２７】
さらなる利点は、説明および添付図面から明らかになるであろう。
前述の特徴および以下にこれから説明される特徴は、それぞれ述べられた組み合わせのみで用いられるのではなく、本願発明の範囲から逸脱することなく、他の組み合わせまたは単独で用いられてもよいことは理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の説明的な実施形態は、以下に図示され詳細に説明される。
この図で参照符号１０は、人工肺装置を極めて概略的に示す。
人工肺装置１０は、血液側１２とガス側１４とを分離するガス交換膜１１を含む。ガス交換膜１１は、血液側１２の閉鎖された血液室１７にある、また、ガス側１４の閉鎖されたガス室１８にある異種表面１５および１６とに向いている。
【００２９】
本発明における用語「異種表面」は、それ自体が生体適合性を有する必要はない人工表面として理解される。
本願の場合、ガス交換膜１１は、NovaLung iLA肺補助装置で使用されたポリメチルペンテン（ＰＭＰ）から作製される拡散膜である。このようなＰＭＰ膜は、たとえばMembrana社、Oehder Str. 28, D-42289 Wuppertal, GermanyからOxyplus capillary membrane （注文番号ＰＭＰ  ９０／２００）の名で販売されているものを用いてもよい。
【００３０】
ガス交換膜１１は、中空に織り込まれた繊維で作製された膜であり、この中空繊維の外部は血液側１２に対向し、内部はガス側１４に対向する。その形状は図示されないが、ガス交換膜１１は単に概略的に示されている。
ガス室１８における異種表面１６は上皮細胞２１によりコロニー形成されており、あたかも肺胞細胞または肺細胞叢で完全に被覆されているかのようである。
【００３１】
一方、血液室１７における異種表面１５は内皮細胞２２によりコロニー形成されており、あたかも内皮細胞叢で完全に被覆されているようである。
血液室１７は、静脈装着部２４と動脈装着部２５との間に、均質な血流２６を生じさせ、内皮細胞２２を確実に均等に灌流させる血流じゃま板（バッフル）２３を含んでいる。
ガス室１８は吸気部２７および排気部２８に連結され、これらの間で、肺細胞２１を通気するためにガス流２９を生じてもよい。
【００３２】
排気部２８はたとえば、ガス室１８の通気が生理的に、つまり加圧により行われるように加圧装置３１に連結されてもよい。一方、排気部２８はまた肺に連結されてもよく、この場合、吸気部２７はさらに気管に連結される。また、加圧装置３１は、振動ガス流を生じる圧力室３１であってもよい。
最後に、吸気部２７を、通気導入口３２、異種物質導入口３３、および給湿導入口３４を含むコネクタ片３０に連結することもまた可能である。
【００３３】
人工肺装置１０はたとえば、体外式肺補助装置を作製するのに使用できる。
このためには、排気部２８は加圧装置３１に連結され、吸気部２７は異種物質濾過部（図示せず）に連結されて、これを介すことで吸気もまた加湿される。
静脈装着部２４は、経皮カニューレを介して患者の静脈に連結され、動脈装着部２５も同様に、経皮カニューレを介して患者の動脈に連結される。この動脈および静脈はたとえば、人工肺装置が人工血管を介して皮下に装着される鎖骨下動脈および鎖骨下静脈でもよい。
【００３４】
このような態様で血流２６は、さらに機械的ポンプを必要とすることなく患者の心臓により移動する。ガス側では、加圧によりガス室１８が生理的に通気されるように通気が行われる。
膜１１は、ガス側１４で肺細胞２１により、血液側１２で内皮細胞２２によりコロニー形成され、人工肺１０は、肺細胞２１が生理的に通気され、内皮細胞２２がたとえば患者の血液で灌流する生理学的状況であるかのようにふるまうため、患者の血液は結果として最適の増殖状態および機能的状態になる。
【００３５】
人工肺装置は血流２６の酸素添加を確実に行い、これにより酸素はガス室１８から血液室１７に流れる。同時に、二酸化炭素が血流２６から除去され、これによりＣＯ2は血液室１７からガス室１８に流れる。
本願発明者らは、この種の体外式肺補助装置が長期間使用可能であることを見出した。これは、内皮細胞２２および血液室１７の生理的な流れの状況が、血流じゃま板２３によりさらに支援されて、従来技術で見られる内膜新生、凝固活性化、炎症反応などが決して起こらないように、血流のいかなる刺激作用をも防止するためである。
【００３６】
またこれに加え、肺細胞２１は、ガス側１４で異種表面１６を被覆し、個々の患者に関し生理的な隔壁を形成し、これにより生物学的防御が行われるためである。肺細胞には、血流２６、すなわちガス交換膜１１を介して栄養物が供給される。このために、ガス交換膜１１には、一方では栄養物および細胞間情報の交換を可能にし、他方では血液がガス室１８を通過するのを防ぐために十分な孔径と形状とを設けることが必要である。
【００３７】
人工肺装置１０はまた、埋込型肺補助装置を作製するために使用できる。この場合、静脈装着部２４および動脈装着部２５は適当なカニューレで、患者体内の静脈および動脈に連結される。吸気部２７は体内の気管へ連結され、排気部は、たとえば、外部の機械的エネルギ源または内在筋肉を介し交互に膨張および圧縮される、埋め込まれた圧力室３１に連結される。したがってこの場合、気道装置への装着部は１つのみで、バイオハイブリッド肺に自然な態様で双方向に流れる通気ガスを供給する振動ガス流が生じる。患者の肺が呼吸運動することでガス室１８の通気がなされ、患者の心臓運動により血液室１７の灌流がおきるように、双方は生理的に行われるものである。
【００３８】
したがって埋込型肺補助装置において吸気部２７は、閉鎖されたガス室１８を患者の自然な気道に装着するために使用される。
一方、人工肺装置１０はまた、気道圧力試験および灌流液／血流における肺毒性物質試験のための肺模型作製に用いてもよい。この場合血液側は、静脈装着部２４および動脈装着部２５を介して、血液室１７が脈動する態様で生理的に灌流される人工血液循環を生じる人工の灌流装置に連結される。
【００３９】
肺排気部２８は加圧装置３１に連結され、気管吸気部２７はコネクタ片３０に連結され、ガス室１８の通気も同様に、すなわち加圧により生理的に行われる。したがって肺細胞２１および内皮細胞２２は、生理的状況下で、従来と同様に成長し生存する。
異種物質の肺細胞２１および内皮細胞２２への影響を毒性研究に関連して調べることができるように、揮発性物質または異種ガスを異種物質導入口３３を介しガス流２９に導入してもよい。この肺模型は、たとえばある物質の毒性または最大作業場濃度を測定するためにこれまで使用されてきた動物模型にとってかわるものとなりうる。
【００４０】
先に説明した３例の適用例において、異種表面１５および１６双方を生体細胞によりコロニー形成することが絶対に不可欠というわけではないという点に留意されたい。上記３つの適用例すべてにおいて、血液側１２の異種表面１５が内皮細胞２２によってコロニー形成される場合、相当の利点が既に達成されている。
このようなコロニー化は、たとえば上記非特許文献５および上記非特許文献４の記載で説明された態様で達成可能であり、これらを参照する記述の内容は本願の主題を形成する。
【００４１】
この場合、ガス側１４の異種表面１６にはたとえばタンパク質およびへパリンで非生体コーティングが設けられてもよい。
一方、ガス側１４の異種表面１６は、肺細胞によりコロニー形成させるだけとし、血液側１２の異種表面１５には非生体コーティングを設けることもまた可能である。後者は肺膜型に関し、血液室１７が人工血液、またはガス側４の肺細胞に単に栄養物を供給するために用いられる培地により透過される場合には、特に好都合であろう。
【００４２】
最初の試験的研究は、ＰＭＰから作製されたガス交換膜１１の肺細胞コロニー化が可能であることを示している。
この研究では、ヒトＩＩ型肺細胞腫瘍細胞株Ａ５４９（American Type Culture Collection, Virginia, USA, #CCL183;上記非特許文献６）およびマウスＳＶ４０形質転換ＩＩ型肺細胞株ＭＬＥ  １２（American Type Culture Collection, Virginia, USA, #CRL2110;上記非特許文献７）を１０％（ｖ／ｖ）のウシ胎仔血清でDulbecco's Modified Eagle's medium（DMEM, Invitrogen, Paisley, UK）に培養した。
【００４３】
大きさ約１ｃｍ×０．５ｃｍのＰＭＰ繊維膜の小片を切断し、紫外線殺菌して培地に入れた。肺細胞を繊維表面上へ取り出し、３７℃で培養した。
細胞の成長を倒立顕微鏡で観測すると、数日以内に細胞は中空繊維の表面全体に広がり、２週間以内に繊維内部で成長した。
この最初の実験は、中空繊維の内部表面が肺細胞によりコロニーを形成できることを示している。
【００４４】
ここで肺細胞源としてのヒト（Ａ５４９）またはマウス（ＭＬＥ  １２）細胞株の使用が絶対に不可欠というわけではなく、代わりに肺細胞は、臍帯血から得られるヒトＣＤ３４+造血性幹細胞（ＨＳＣ）の分化により培養できる。上記非特許文献８を参照のこと。
これらのＨＳＣにおいて、増殖因子アクチビンＡの存在下で培養することによって、内皮表現型の生体外発現を引き起こすことができた。
【００４５】
上述のコロニー化試験は強い肺細胞の細胞株を使用することで行われたが、出願人によって達成された初期の結果では、臍帯血から培養され、増殖因子アクチビンＡの存在下で末端の肺上皮の表現型へ分化した肺細胞もまた、ＰＭＰガス交換膜のガス側でコロニー化する場合に使用できることを示している。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】体外式または埋込型肺補助装置および気道圧力試験の模型の双方を作製するために使用できる新規な人工肺装置を示す。
【図１】
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【外国語明細書】
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【図１】
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