(57)【要約】血液の細胞成分から限外ろ過液を分離すること、再循環回路内の細胞成分とは独立に限外ろ過液を処理すること、処理した限外ろ過液と細胞成分とを再び組み合わせること、及び患者へと全血を戻すことを概して含む、体外ろ過及び解毒システム及び方法を提供する。2018520765.tif 000004
2018520765.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）患者に連結されるように構成され、かつ血液を前記患者から限外ろ過液発生器を通してまた前記患者へと通わせるよう作動する血液回路と、
（ｂ）前記限外ろ過液発生器に連結され、かつ前記限外ろ過液発生器から限外ろ過液を取り出すよう、及び前記血液の細胞成分とは独立に限外ろ過液を処理するよう作動する再循環回路と、
（ｃ）前記患者に再導入する前に、前記再循環回路内の限外ろ過液と、前記血液回路内の細胞成分とを再び組み合わせるよう作動する導管接合部と、
（ｄ）前記血液から前記再循環回路内の限外ろ過液の流れへと低分子量物質の増加した輸送を可能にするよう作動する拡散コンポーネントと
を備える、体外解毒システム。
【請求項２】
前記再循環回路内の限外ろ過液の流れと前記限外ろ過液発生器内の血液の流れとが半透過性膜によって分離されて、前記血液の流れと前記限外ろ過液の流れとが前記半透過性膜の両側に沿って方向づけられるよう、前記拡散コンポーネントが構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記膜に沿う限外ろ過液の流れが、前記血液の流れと同方向であるかまたは逆方向である、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記膜に沿う限外ろ過液の流れが、前記膜を越えて生成され前記再循環回路に入る限外ろ過液の流れよりも大きい、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記再循環回路内の前記膜に沿う限外ろ過液の流れが、前記膜を越えて生成される限外ろ過液の流れよりも少なくとも２、３、４、５、６、７、８、９、または１０倍大きい、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
再循環導管からまた前記血液へと限外ろ過液を送り出す限外ろ過ポンプによって得られる能動的ろ過によって、運搬クロスフローがもたらされる、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記限外ろ過液が、最大で前記血液の流量の５０％、３０％、または２５％の流量で送られる、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記半透過性膜が、約１，０００，０００Ｄａ、５００，０００Ｄａまたは１２０，０００Ｄａ未満のカットオフ値を有する、請求項２に記載のシステム。
【請求項９】
前記再循環回路が、
前記限外ろ過液の処理を実施するよう作動する、活性細胞を含む活性カートリッジ
を備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項１０】
前記限外ろ過液にグルコースを注入するよう作動するグルコースポンプをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記再循環回路が、前記限外ろ過液に酸素を添加するよう作動する酸素供給器を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記再循環回路が、前記処理を監視するよう作動する血液ガス分析器をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記再循環回路が、前記限外ろ過液発生器の下流で前記限外ろ過液の組成を分析するよう作動する漏出検出器を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記血液回路が、既定の流量で前記血液を通わせるよう作動する血液ポンプを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記限外ろ過液発生器が、中空繊維フィルタカートリッジを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記中空繊維フィルタカートリッジが、既定の分子量カットオフ値を有する半透過性膜を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記半透過性膜がアルブミンを透過させる、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記半透過性膜がフィブリノゲンの大半を透過させない、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記中空繊維フィルタカートリッジが合成繊維を含む、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２０】
前記合成繊維がポリスルホンである、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記血液に抗凝固剤を注入するよう作動する抗凝固剤注入ポンプをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項２２】
前記抗凝固剤がヘパリンである、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記再循環回路が、前記限外ろ過液を既定の温度に維持するよう作動する加熱チャンバを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記再循環回路が、前記限外ろ過液を既定の温度に維持するよう作動する熱交換器を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項２５】
前記再循環回路が、選択された流量で前記活性カートリッジを通して前記限外ろ過液を循環させるよう作動する再循環ポンプを備える、請求項９に記載のシステム。
【請求項２６】
前記再循環ポンプによって維持される前記選択された流量が、前記血液回路内で維持される流量とは異なる、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記導管接合部の上流で前記限外ろ過液をろ過するよう作動するフィルタをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項２８】
前記フィルタが中空繊維フィルタを含む、請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記フィルタが、チャコールフィルタ、アンモニアトラップ、及び機械的フィルタのうちの１つまたは複数を含む、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
（ａ）患者に連結されるように構成され、かつ血液を前記患者から限外ろ過液発生器を通してまた前記患者へと通わせるよう作動する血液回路と、
（ｂ）前記限外ろ過液発生器に連結され、かつ前記限外ろ過液発生器から限外ろ過液を取り出すよう、及び前記血液の細胞成分とは独立に限外ろ過液を処理するよう作動する再循環回路と、
（ｃ）前記患者に再導入する前に、前記再循環回路内の限外ろ過液と、前記血液回路内の細胞成分とを再び組み合わせるよう作動する導管接合部と、
（ｄ）アルブミン結合毒素を低減するよう、及びアルブミン結合能力（ＡＢｉＣ）を向上させるよう作動可能なアルブミン解毒コンポーネント（ＡＤＣ）と
を備える、体外解毒システム。
【請求項３１】
前記ＡＤＣが、前記ＡＤＣを通って流れる前のＡＢｉＣと比較して、ＡＢｉＣを、少なくとも５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、または１００％またはそれ以上向上させる、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３２】
前記ＡＤＣが、胆汁酸の総濃度を５０μｍｏｌ／ｌ、４０μｍｏｌ／ｌ、３０μｍｏｌ／ｌ、２０μｍｏｌ／ｌまたは１０μｍｏｌ／ｌ未満に低減するよう作動可能である、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３３】
前記ＡＤＣが、前記限外ろ過液発生器の上流にある前記血液回路内に配置されている、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３４】
前記ＡＤＣが前記再循環回路内に配置されている、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３５】
前記再循環回路が、
前記限外ろ過液の処理を実施するよう作動する、活性細胞を含む活性カートリッジ
を備える、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３６】
前記ＡＤＣが前記活性カートリッジの上流にある、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
前記活性細胞がヒト肝芽腫細胞である、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３８】
前記活性細胞がＣ３Ａ細胞である、請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
前記限外ろ過液にグルコースを注入するよう作動するグルコースポンプをさらに備える、請求項３０に記載のシステム。
【請求項４０】
前記再循環回路が、前記限外ろ過液に酸素を添加するよう作動する酸素供給器を備える、請求項３０に記載のシステム。
【請求項４１】
前記再循環回路が、前記処理を監視するよう作動する血液ガス分析器をさらに備える、請求項３０に記載のシステム。
【請求項４２】
前記ＡＤＣが活性炭を含む、請求項３０に記載のシステム。
【請求項４３】
前記ＡＤＣがチャコールフィルタである、請求項４２に記載のシステム。
【請求項４４】
前記ＡＤＣが、前記限外ろ過液の上流にある前記血液回路内に配置されている、請求項４３に記載のシステム。
【請求項４５】
前記ＡＤＣが生体アルブミン透析コンポーネントを含む、請求項３０に記載のシステム。
【請求項４６】
前記ＡＤＣが、前記活性カートリッジの上流にある前記再循環回路内に配置されている、請求項４５に記載のシステム。
【請求項４７】
前記再循環回路が、前記限外ろ過液発生器の下流で前記限外ろ過液の組成を分析するよう作動する漏出検出器を備える、請求項３０に記載のシステム。
【請求項４８】
前記血液回路が、既定の流量で前記血液を通わせるよう作動する血液ポンプを備える、請求項３０に記載のシステム。
【請求項４９】
前記限外ろ過液発生器が、中空繊維フィルタカートリッジを含む、請求項３０に記載のシステム。
【請求項５０】
前記中空繊維フィルタカートリッジが、既定の分子量カットオフ値を有する半透過性膜を含む、請求項４９に記載のシステム。
【請求項５１】
前記半透過性膜がアルブミンを透過させる、請求項５０に記載のシステム。
【請求項５２】
前記半透過性膜がフィブリノゲンの大半を透過させない、請求項５１に記載のシステム。
【請求項５３】
前記中空繊維フィルタカートリッジが合成繊維を含む、請求項５０に記載のシステム。
【請求項５４】
前記合成繊維がポリスルホンである、請求項５３に記載のシステム。
【請求項５５】
前記血液に抗凝固剤を注入するよう作動する抗凝固剤注入ポンプをさらに備える、請求項３０に記載のシステム。
【請求項５６】
前記抗凝固剤がヘパリンである、請求項５５に記載のシステム。
【請求項５７】
前記再循環回路が、前記限外ろ過液を既定の温度に維持するよう作動する加熱チャンバを備える、請求項３０に記載のシステム。
【請求項５８】
前記再循環回路が、前記限外ろ過液を既定の温度に維持するよう作動する熱交換器を備える、請求項３０に記載のシステム。
【請求項５９】
前記再循環回路が、選択された流量で前記活性カートリッジを通して前記限外ろ過液を循環させるよう作動する再循環ポンプを備える、請求項３５に記載のシステム。
【請求項６０】
前記再循環ポンプによって維持される前記選択された流量が、前記血液回路内で維持される流量とは異なる、請求項５９に記載のシステム。
【請求項６１】
前記導管接合部の上流で前記限外ろ過液をろ過するよう作動するフィルタをさらに備える、請求項６０に記載のシステム。
【請求項６２】
前記フィルタが中空繊維フィルタを含む、請求項６１に記載の前記システム。
【請求項６３】
前記フィルタが、チャコールフィルタ、アンモニアトラップ、及び機械的フィルタのうちの１つまたは複数を含む、請求項６２に記載のシステム。
【請求項６４】
（ａ）患者に連結されるように構成され、かつ血液を前記患者から限外ろ過液発生器を通してまた前記患者へと通わせるよう作動する血液回路と、
（ｂ）前記限外ろ過液発生器に連結され、かつ前記限外ろ過液発生器から限外ろ過液を取り出すよう、及び前記血液の細胞成分とは独立に限外ろ過液を処理するよう作動する再循環回路と、
（ｃ）前記患者に再導入する前に、前記再循環回路内の限外ろ過液と、前記血液回路内の細胞成分とを再び組み合わせるよう作動する導管接合部と、
（ｄ）クエン酸塩注入口と、
（ｅ）溶液からクエン酸塩を除去するよう作動可能なクエン酸塩除去コンポーネントと
を備える、体外解毒システム。
【請求項６５】
前記クエン酸塩注入口が、前記限外ろ過液発生器の上流にある前記血液回路内にある、請求項６４に記載のシステム。
【請求項６６】
前記クエン酸塩除去コンポーネントが前記再循環回路内に配置されている、請求項６５に記載のシステム。
【請求項６７】
前記再循環回路が、
前記限外ろ過液の処理を実施するよう作動する、活性細胞を含む活性カートリッジ
を備える、請求項６６に記載のシステム。
【請求項６８】
前記クエン酸塩除去コンポーネントが前記活性カートリッジの上流にある、請求項６７に記載のシステム。
【請求項６９】
前記クエン酸塩が、前記活性カートリッジを通して処理される前に限外ろ過液から除去される、請求項６８に記載のシステム。
【請求項７０】
前記クエン酸塩除去コンポーネントが、クエン酸塩を除去するよう作動可能な透析器またはクエン酸塩吸収装置である、請求項６４に記載のシステム。
【請求項７１】
前記限外ろ過液発生器が半透過性膜を含む、請求項６４に記載のシステム。
【請求項７２】
フィブリノゲンについての前記膜のふるい係数が、約３０％、２０％または１０％未満である、請求項７１に記載のシステム。
【請求項７３】
前記患者からの血液が、膜より後のクエン酸塩濃度を約０．８ｍｍｏｌ／ｌ、０．５ｍｍｏｌ／ｌまたは０．３５ｍｍｏｌ／ｌ未満に維持する速度でクエン酸塩によって抗凝固処理される、請求項７２に記載のシステム。
【請求項７４】
前記クエン酸塩が、前記再循環回路内の活性カートリッジを通して処理される前に限外ろ過液から除去される、請求項７３に記載のシステム。
【請求項７５】
イオン化カルシウムを検出するためのセンサをさらに備える、請求項６４に記載のシステム。
【請求項７６】
イオン化カルシウム注入口をさらに備える、請求項７５に記載のシステム。
【請求項７７】
前記センサ及び前記イオン化カルシウム注入口が、クエン酸塩を除去するよう作動可能な前記コンポーネントの下流にある、請求項７６に記載のシステム。
【請求項７８】
前記活性細胞がヒト肝芽腫細胞である、請求項６７に記載のシステム。
【請求項７９】
前記活性細胞がＣ３Ａ細胞である、請求項７８に記載のシステム。
【請求項８０】
前記限外ろ過液にグルコースを注入するよう作動するグルコースポンプをさらに備える、請求項６４に記載のシステム。
【請求項８１】
前記再循環回路が、前記限外ろ過液に酸素を添加するよう作動する酸素供給器を備える、請求項６４に記載のシステム。
【請求項８２】
前記再循環回路が、前記処理を監視するよう作動する血液ガス分析器をさらに備える、請求項６４に記載のシステム。
【請求項８３】
前記再循環回路が、前記限外ろ過液発生器の下流で前記限外ろ過液の組成を分析するよう作動する漏出検出器を備える、請求項６４に記載のシステム。
【請求項８４】
前記血液回路が、既定の流量で前記血液を通わせるよう作動する血液ポンプを備える、請求項６４に記載のシステム。
【請求項８５】
前記限外ろ過液発生器が、中空繊維フィルタカートリッジを含む、請求項６４に記載のシステム。
【請求項８６】
前記中空繊維フィルタカートリッジが、既定の分子量カットオフ値を有する半透過性膜を含む、請求項８５に記載のシステム。
【請求項８７】
前記半透過性膜がアルブミンを透過させる、請求項８６に記載のシステム。
【請求項８８】
前記半透過性膜がフィブリノゲンの大半を透過させない、請求項８７に記載のシステム。
【請求項８９】
前記中空繊維フィルタカートリッジが合成繊維を含む、請求項８８に記載のシステム。
【請求項９０】
前記合成繊維がポリスルホンである、請求項８９に記載のシステム。
【請求項９１】
前記血液に抗凝固剤を注入するよう作動する抗凝固剤注入ポンプをさらに備える、請求項６４に記載のシステム。
【請求項９２】
前記抗凝固剤がヘパリンである、請求項９１に記載のシステム。
【請求項９３】
前記再循環回路が、前記限外ろ過液を既定の温度に維持するよう作動する加熱チャンバを備える、請求項６４に記載のシステム。
【請求項９４】
前記再循環回路が、前記限外ろ過液を既定の温度に維持するよう作動する熱交換器を備える、請求項６４に記載のシステム。
【請求項９５】
前記再循環回路が、選択された流量で前記活性カートリッジを通して前記限外ろ過液を循環させるよう作動する再循環ポンプを備える、請求項６７に記載のシステム。
【請求項９６】
前記再循環ポンプによって維持される前記選択された流量が、前記血液回路内で維持される流量とは異なる、請求項９５に記載のシステム。
【請求項９７】
前記導管接合部の上流で前記限外ろ過液をろ過するよう作動するフィルタをさらに備える、請求項９６に記載のシステム。
【請求項９８】
前記フィルタが中空繊維フィルタを含む、請求項９７に記載のシステム。
【請求項９９】
前記フィルタが、チャコールフィルタ、アンモニアトラップ、及び機械的フィルタのうちの１つまたは複数を含む、請求項９８に記載のシステム。
【請求項１００】
対象の血液を請求項１〜２９、３０〜６３または６４〜９９のいずれか１項に記載の装置を通して循環させることを含む、体外解毒を実行する方法。
【請求項１０１】
血液を対象から請求項１〜２９、３０〜６３または６４〜９９のいずれか１項に記載の装置を通して循環させることと、前記血液を前記対象に再導入することとを含む、対象の肝障害または肝疾患を治療する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年６月１５日に出願された米国仮特許出願第６２／１７５，８９１号、２０１５年７月３１日に出願された米国仮特許出願第６２／１９９，８２１号及び２０１５年７月３１日に出願された米国仮特許出願第６２／１９９，８４２号の３５米国特許法第１１９条（e）に基づく優先権の恩典を主張するものであり、その全内容は参照により本明細書に組み入れられる。
【０００２】
発明の分野
本発明は、概して代謝解毒に関し、より詳細には再循環回路を採用した体外血液ろ過及び解毒システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
背景情報
血液処理は、治療的目的のために様々な血液成分を取り除くように行われてきた。血液処理方法の例は、腎機能不全を患う患者の血液から代謝老廃物を取り除くことができる血液透析を含む。患者からの血流は、これらの老廃物を取り除くためにろ過され、その後患者へと戻される。血漿交換の方法はさらに、幅広い種類の疾病状態を治療するために接線流膜分離を用いて血液を処理する。膜の孔サイズは、望ましくない血漿成分を取り除くよう選択され得る。血液はさらに、血液中に存在する生体成分を改変するために、生化学的反応を利用する様々な装置を用いて処理され得る。例えば、ビリルビンまたはフェノールなどの血液成分は、膜表面に結合させた酵素を越える血漿の体外循環によって糖化（ｇｌｕｃｏｎｉｚｅｄ）または硫酸化され得る。
【０００４】
遠心分離などの様々な技術は、血液細胞を、患者に戻す前に洗浄するために利用されてきた。そういった技術では、遠心分離機は、数回にわけて赤血球を分離及び洗浄するために用いられる。これは比較的時間がかかり、これを実行する装置は複雑であり、かつ高価であり得る。
【０００５】
現在用いられている技術は、例えば肝機能障害の患者を補助することに関しては概して不完全である。従来のシステム及び方法は、移植のための適合するドナー臓器が見つかるまで、または患者の本来の肝臓を健康な状態へと再生させ得るまでそういった患者を補助することに関する様々な問題に悩まされる。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の実施形態は、再循環回路を採用する体外血液ろ過及び解毒のシステム及び方法を提供し、前述の、かつ様々な他の従来技術の欠点を克服する。
【０００７】
本発明の１つの態様に従って、システム及び方法は、急性肝疾患に関する複数の治療的適用のための肝臓補助を提供し、障害があるかまたは部分的な肝臓を健康な状態へと潜在的に再生すること、または、移植のための全ての、または一部の適切なドナー臓器が見つかるまで急性肝不全患者を補助することを可能にする。
【０００８】
本発明の態様は、限外ろ過液発生器と、生細胞を含む活性カートリッジ（バイオリアクタ）を有する再循環回路と、より速いクリアランス及び改善された治療のために限外ろ過液発生器から再循環回路へと低分子量成分の移動を増加させる拡散コンポーネントとを採用する、体外血液ろ過及び解毒のシステム及び方法を提供する。
【０００９】
１つの態様では、本発明は体外解毒システムを提供する。システムは、（ａ）患者に連結されるように構成され、かつ血液を患者から限外ろ過液発生器を通してまたその患者へと通わせるよう作動する血液回路と、（ｂ）限外ろ過液発生器に連結され、かつ限外ろ過液発生器から限外ろ過液を取り出すよう、及び血液の細胞成分とは独立に限外ろ過液を処理するよう作動する再循環回路と、（ｃ）患者に再導入する前に、再循環回路内の限外ろ過液と、血液回路内の細胞成分とを再び組み合わせるよう作動する導管接合部と、（ｄ）血液から再循環回路内の限外ろ過液の流れへと低分子量物質の増加した輸送を可能にするよう作動する拡散コンポーネントとを含む。実施形態では、拡散コンポーネントは、再循環回路内の限外ろ過液の流れと限外ろ過液発生器内の血液の流れとが半透過性膜によって分離され、血液の流れと限外ろ過液の流れとが半透過性膜の両側に沿って方向づけられるよう構成される。
【００１０】
本発明の態様は、アルブミン解毒コンポーネント（ＡＤＣ）と、生細胞を含む活性カートリッジを有する再循環回路とを採用する、体外血液ろ過及び解毒システム及び方法を提供する。
【００１１】
１つの態様では、本発明は体外解毒システムを提供する。システムは、（ａ）患者に連結されるように構成され、かつ血液を患者から限外ろ過液発生器を通してまたその患者へと通わせるよう作動する血液回路と、（ｂ）限外ろ過液発生器に連結され、かつ限外ろ過液発生器から限外ろ過液を取り出すよう、及び血液の細胞成分とは独立に限外ろ過液を処理するよう作動する再循環回路と、（ｃ）患者に再導入する前に、再循環回路内の限外ろ過液と、血液回路内の細胞成分とを再び組み合わせるよう作動する導管接合部と、（ｄ）アルブミン結合毒素を低減するよう、及びアルブミン結合能力（ＡＢｉＣ）を向上させるよう作動可能なアルブミン解毒コンポーネント（ＡＤＣ）とを含む。本発明の態様は、限外ろ過液発生器と、生細胞を含む活性カートリッジ（バイオリアクタ）を有する再循環回路と、クエン酸塩注入口、及びシステムの流体からクエン酸塩を取り除くためのコンポーネントであって、それによってクエン酸塩抗凝固剤による患者の治療改善を可能にする、クエン酸塩注入口及びコンポーネントとを採用する、体外血液ろ過及び解毒のシステム及び方法を提供する。
【００１２】
１つの態様では、本発明は体外解毒システムを提供する。システムは、（ａ）患者に連結されるように構成され、かつ血液を患者から限外ろ過液発生器を通してまたその患者へと通わせるよう作動する血液回路と、（ｂ）限外ろ過液発生器に連結され、かつ限外ろ過液発生器から限外ろ過液を取り出すよう、及び血液の細胞成分とは独立に限外ろ過液を処理するよう作動する再循環回路と、（ｃ）患者に再導入する前に、再循環回路内の限外ろ過液と、血液回路内の細胞成分とを再び組み合わせるよう作動する導管接合部と、（ｄ）クエン酸塩注入口と、（ｅ）クエン酸塩除去のために作動可能なコンポーネントとを含む。実施形態では、コンポーネントはクエン酸塩吸収のための透析器または装置である。
【００１３】
さらに他の態様では、本発明は体外解毒を実行する方法を提供する。方法は、本開示の装置を通して対象の血液を循環させること、及び対象の循環系に血液を戻すことを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来技術の体外ろ過及び解毒システムを説明する簡略化されたブロック図である。
【図２】アルブミン解毒コンポーネント（ＡＤＣ）を有する体外ろ過及び解毒システムの１つの実施形態を説明する簡素化されたブロック図である。
【図３】アルブミン解毒コンポーネント（ＡＤＣ）を有する体外ろ過及び解毒システムの１つの実施形態を説明する簡素化されたブロック図である。
【図４】本明細書に開示されるようにクエン酸塩を除去するよう作動可能なコンポーネントを有する体外ろ過及び解毒システムの１つの実施形態を説明する簡素化されたブロック図である。
【図５】本明細書に開示されるようにクエン酸塩を除去するよう作動可能なコンポーネントを有する体外ろ過及び解毒システムの１つの実施形態を説明する簡素化されたブロック図である。
【図６】本明細書に開示されるような拡散コンポーネントを有する体外ろ過及び解毒システムの１つの実施形態を説明する簡素化されたブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
発明の詳細な説明
本発明は、生体人工肝臓補助システムを利用するヒト肝臓細胞治療の実行を改善するための革新的概念に基づいている。本開示は、体外血液治療を必要とする対象に治療を行う際に、血液をろ過及び解毒するための改善されたシステムを提供する。
【００１６】
本構成及び方法がさらに記述される前に、記述された特定のシステム、方法、及び実験状態は、そういったシステム、方法、及び状態が変化する可能性があるので本発明がそれらに制限されないことが理解されよう。本明細書の範囲は添付の特許請求の範囲によって限定されるため、本明細書に用いられる技術が特定の実施形態のみを記述する目的のためのものであり、限定することを意図するものではないことがさらに理解されよう。
【００１７】
本明細書及び添付の特許請求に用いられるように、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、及び「その（ｔｈｅ）」は、文脈が明らかに他のものを指し示していない限り、複数形の指示対象を含む。よって、例えば、「その方法」への言及は、この開示等を読むことで当業者に明らかとなる本明細書に記述されるタイプの１つ以上の方法、及び／またはステップを含む。
【００１８】
他に定義されない限り、本明細書に用いられる全ての技術用語及び科学用語は、本開示が属する当業者が通常理解するようなものと同様の意味を有する。本明細書に記述されるものと類似の、または同等のあらゆる方法及び材料が本発明の実行または検査に用いられ得るが、好適な方法及び材料がここでは記述される。
【００１９】
以下の専門用語、定義及び略称を適用する。
【００２０】
「アルブミン解毒コンポーネント（ＡＤＣ）」という用語は、アルブミン結合能力（ＡＢｉＣ）を向上させるよう作動可能なコンポーネントを指す。いくつかの実施形態では、ＡＤＣは、米国特許第８，２３６，９２７号に記述されるような活性炭を有するフィルタまたはカラムといった活性炭を含む。ＡＤＣは、デキストランまたは長鎖アルキルエーテル（例えば、Ｌｉｐｉｄｅｘ−１０００ＴＭ及び脂溶性ＳｅｐｈａｄｅｘＴＭ  ＬＨ−２０−１００）で置換されていてもよいヒドロキシアルコキシプロピル−デキストランといった改変デキストランを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ＡＤＣは、アルブミン結合毒素を隔離するか、凝固させるかまたは不活性化するよう作動可能な、表面に結合され得る細胞及び／または生体分子を含むバイオリアクタといった生体コンポーネントを含む。ＡＤＣは、カラム、容器、フィルタ等といったあらゆる適切な構成であってもよい。本発明の重要な利点は、アルブミンが実質的に構造的な変化をせず、かつＡＤＣを通って流れる自身の未変性コンホメーションを維持することである。よって、患者への返血の後、かなり高い活性が得られる。
【００２１】
「クエン酸塩除去のために作動可能なコンポーネント」という用語は、クエン酸封鎖剤を含む透析器またはフィルタといった、溶液からクエン酸塩を除去するよう作動可能な装置を指す。
【００２２】
「活性カートリッジ」という用語は、治療的適用及び解毒手順における有用性を有する細胞（例えば、Ｃ３Ａ細胞株の細胞）を含有した中空繊維ベースのカートリッジを指す。
【００２３】
「血液回路」という用語は、２重内腔カテーテルに接続され、かつ血液を患者から血液制御ユニットへと至らせてまた患者に戻して循環させるよう作動する管の回路を指す。
【００２４】
「Ｃ３Ａ細胞株」という用語は、ヒト肝芽腫細胞株ＨｅｐＧ２のサブクローンを指す。いくつかの実施形態では、Ｃ３Ａ細胞は、１つ以上の活性カートリッジの毛細管外空間に含まれ得る。Ｃ３Ａ細胞株は、アメリカンタイプカルチャーコレクションにＡＴＣＣ番号ＣＲＬ−１０７４１として寄託されている。
【００２５】
「解毒装置」という用語は、流体の流れから特異的または非特異的分子の除去方法を提供するカートリッジ、容器、または他の装置を指す。例として、透析カートリッジ、吸着カートリッジ、またはフィルタが挙げられる。
【００２６】
「毛細血管外空間」（ＥＣＳ）という用語は、活性カートリッジまたは限外ろ過液発生器の中空繊維の外側の空間を指す。活性カートリッジのＥＣＳは、Ｃ３Ａ細胞を一般的に収容してもよい。
【００２７】
「毛細血管内空間」（ＩＣＳ）という用語は、活性カートリッジまたは限外ろ過液発生器の中空繊維の内側の空間を指す。ＩＣＳは、全血または限外ろ過液流体のための流路である。
【００２８】
「再循環回路」という用語は、限外ろ過液流体のろ過、解毒、及び処理を一般的に可能にする回路を指し、いくつかの実施態様では、再循環回路は、一般的に貯蔵器、酸素供給器、及び１つ以上の活性カートリッジを包含する。
【００２９】
「膜間圧」（ＴＭＰ）という用語は、膜を通過する圧力を指す。より詳細には、限外ろ過液発生器または他の膜性カートリッジの範囲内で、ＩＣＳ内の平均圧力−ＥＣＳ内の平均圧力である。限外ろ過の量は、カートリッジ膜を通過するＴＭＰによって一般的に決定されてもよく、従ってＴＭＰならびに限外ろ過の量及び速度は、一般的には限外ろ過ポンプの作動特性並びに限外ろ過液発生器に採用される膜の様々な物理的性質（例えば、孔サイズ及び表面領域）の関数であり得る。
【００３０】
「限外ろ過液」（ＵＦ）という用語は、限外ろ過液発生器の半透過性膜を通過してろ過された血漿液及び溶存高分子を指す。
【００３１】
「限外ろ過液発生器」（ＵＦＧ）という用語は、「空の」活性カートリッジ（すなわち、治療的活性細胞を含まない中空繊維カートリッジ）を含むかまたはそのように具現化され、かつ細胞血液成分から血漿液（限外ろ過液）を分離するよう作動する装置を指す。中空繊維は、いくつかの実施態様では、例えば公称分子量カットオフ値がおおよそ１００，０００ダルトンの半透過性膜からできていてもよい。ＵＦＧの使用中、血液は中空繊維のＩＣＳを通って循環してもよく、血漿及び様々な高分子を含む限外ろ過液は、１つ以上の活性カートリッジを通って循環する再循環回路へと膜繊維壁を通り抜ける。
【００３２】
「限外ろ過」という用語は、限外ろ過液がＵＦＧの半透過性膜を通過して全血から取り出される間の手順を一般的に指す。以下に記述されるいくつかの実施形態では、限外ろ過液ポンプは、限外ろ過生成の速度を制御してもよく、一方ＵＦＧの中空繊維膜の孔サイズは、膜を透過する限外ろ過液の量を制御してもよい。
【００３３】
ここで図面を参照すると、図１は、参照によりその全体が本明細書に組み入れられる米国特許第８,１０５,４９１号に記述されるような体外ろ過及び解毒システムの１つの実施形態を説明する簡素化されたブロック図である。図１に示されるように、システム１０は概して、患者に連結されるように構成され、かつ血液を患者から限外ろ過液発生器（ＵＦＧ）４０を通してまたその患者へと通わせるよう作動する血液回路１００と；ＵＦＧ４０に連結され、かつＵＦＧ４０から限外ろ過液を取り出すよう、及び血液の細胞成分とは独立に限外ろ過液を処理するよう作動する再循環回路５０と；患者に再導入する前に、再循環回路５０内の限外ろ過液と、血液回路１００内の細胞成分とを再び組み合わせるよう作動する導管接合部１５とを含む。図１にさらに示されるのは、再循環回路５０内に配置された活性カートリッジ７０及び酸素供給器６０である。活性カートリッジ７０は、限外ろ過液を処理するのに利用される。
【００３４】
ＵＦＧは概して、患者から得られた全血の細胞成分からＵＦを分離するよう作動する１つ以上の「空の」中空繊維カートリッジを含む。望まれる場合には代替的方法が血漿分離のために用いられ得る。例えば、遠心分離が用いられ得る。
【００３５】
本発明は、患者から入ってくる血漿内の血清アルブミン結合分子の濃度を低減することが、血清アルブミンの結合能力を向上させ、その結果例えば本発明のシステムといった生体人工肝臓補助システムを利用したヒト肝細胞治療実行の改善に繋がるという予測されなかった発見に部分的に基づいている。
【００３６】
ヒト血清アルブミンは、ヒトの血液中に見られ、血清タンパク質の約半分を構成するヒト血漿における最も豊富なタンパク質である。それはプレプロアルブミンとして肝臓内で生成され、ホルモン、脂肪酸、及び毒素になり得る物質を含む様々な他の化合物といった様々な生体分子を輸送する機能を持つ。血液回路内にアルブミン解毒化合物を取り込むことで、アルブミン結合能力（ＡＢｉＣ）は向上し、その結果、患者に戻される血液内の毒素を低減することができる。さらに、限外ろ過液が活性カートリッジに入る前に血清アルブミンを解毒することは、活性カートリッジ７０に存在する細胞の数、増殖及び生存能力を増加させ、例えばそういった細胞による分泌タンパク質といった治療的因子の生成を同様に増加させる。
【００３７】
ＡＢｉＣは、アルブミン分子の部位特異的結合機能を特徴付けるために測定される。本明細書に述べられるように、肝臓不全における低下したＡＢｉＣは、増加したアルブミン結合毒素と関連があることが明らかになった。さらに実施例１で述べられるように、初代肝細胞を用いた実験では、アルブミン結合毒素の低減及びＡＢｉＣの向上が細胞死滅を減らし、対応して細胞の生存能力を向上させるということがわかった。
【００３８】
従って、１つの態様では、システムは、（ａ）患者に連結されるように構成され、かつ血液を患者から限外ろ過液発生器を通してまたその患者へと通わせるよう作動する血液回路と、（ｂ）限外ろ過液発生器に連結され、かつ限外ろ過液発生器から限外ろ過液を取り出すよう、及び血液の細胞成分とは独立に限外ろ過液を処理するよう作動する再循環回路と、（ｃ）患者に再導入する前に、再循環回路内の限外ろ過液と、血液回路内の細胞成分とを再び組み合わせるよう作動する導管接合部と、（ｄ）アルブミン結合毒素を低減するよう、及びＡＢｉＣを向上させるよう作動可能なＡＤＣとを含む。
【００３９】
図２は、活性カートリッジ７０の上流、かつＵＦＧ４０の下流に配置されたＡＤＣ８０を含むシステム１０の１つの実施形態を説明する簡素化されたブロック図である。
【００４０】
図３は、ＵＦＧ４０と再循環回路５０の下流に配置されたＡＤＣ８０を含むシステム１０の１つの実施形態を説明する簡素化されたブロック図である。
【００４１】
図２及び３の実施形態が活性カートリッジ７０下流のＡＤＣ８０を含む一方、ＡＤＣ８０は、例えば、再循環回路５０内の活性カートリッジ７０の下流または再循環回路５０の下流といった血液回路に沿ったあらゆるポイントで配置されてもよいことが予測される。１つの実施形態では、ＡＤＣ８０は、酸素供給器６０の下流及び活性カートリッジ７０の上流、または酸素供給器６０と活性カートリッジ７０両方における上流の再循環回路５０内に配置される。
【００４２】
システムがＡＤＣを含む実施形態では、ＡＤＣは、ＡＤＣを通って流れる前のＡＢｉＣと比較して、ＡＢｉＣを、少なくとも約５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、１００、１５０、２００、３００、４００、５００、１０００％またはそれ以上向上させるよう作動可能である。いくつかの実施形態では、ＡＤＣを通って流れる前のＡＢｉＣと比較して、ＡＢｉＣは、少なくとも約１．５、２．０、３．０、４．０、５．０、１０、２０、３０、４０、５０、７５、１００、２５０、５００、１０００、５０００、１０，０００倍またはそれ以上向上する。さらに、ＡＤＣは、胆汁酸の総濃度を、約１００、９０、８０、７０、６０、５０、４０、３０、２０、１５、１０、５または１μｍｏｌ／ｌ未満またはそれ以下に低減するよう作動可能である。
【００４３】
ＡＢｉＣは、当技術分野で既知のあらゆる方法を用いて計測されてもよい。１つの実施形態では、決定方法は、血漿サンプル内の特異的アルブミン結合マーカーの非結合画分の推定に基づいている。参照アルブミン溶液内の非結合マーカーの画分と比較することで、サンプルの部位特異的な結合能力は半定量的に示され得る。本発明の文脈内におけるＡＢｉＣは、Ｋｌａｍｍｔ  ｅｔ  ａｌ．（Ｚ  Ｇａｓｔｒｏｅｎｔｅｒｏｌ  ３９：２４〜２７（２００１））によって述べられたように決定される。最初に、アルブミン溶液におけるアルブミン濃度は、散乱測定（比濁法）によって決定され、溶液はその後希釈によって１５０μｍｏｌ／ｌまたは３００μｍｏｌ／ｌのアルブミン濃度へと調節される。次に、アルブミン溶液の１容量には、アルブミンの結合部位ＩＩ（ジアゼパム結合部位）に対して特異的な規定の濃度の蛍光マーカー（ダンシルサルコシン、Ｓｉｇｍａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ）が等モル比で加えられ、かつ２０分間２５℃でインキュベートされる。インキュベーション後、未結合の蛍光マーカーは限外ろ過（Ｃｅｎｔｒｉｓａｒｔ  Ｉ、Ｓａｒｔｏｒｉｕｓ  Ｇｏｔｔｉｎｇｅｎ；除外サイズ：２００００ダルトン）によって分離され、分離した溶液中の未結合蛍光マーカーの量が、蛍光分光法（Ｆｌｕｏｒｏｓｃａｎ、Ｌａｂｓｙｓｔｅｍｓ、フィンランド；励起：３５５ｎｍ；放出：４６０ｎｍ）によって決定される。蛍光を強めるために、未結合蛍光マーカーの溶液は１５０μｍｏｌ／ｌまたは３００μｍｏｌ／ｌの濃度のリガンドフリーアルブミン（脂肪酸フリー；Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈから粉末形態にて）で補われる。サンプルアミノ酸溶液と同時に、同じ測定が参照アルブミンの対応する溶液に実行される。参照は、精製され、非リガンド化（ｄｅｌｉｇａｎｄｉｓｅｄ）されたヒト血清アルブミン（ＢｉＳｅＫｏ、Ｂｉｏｔｅｓｔ  Ｐｈａｒｍａ  ＧｍｂＨ、ドライアイヒ、ドイツ）である。あるいは、アルブミンは、５０件を超える健康な血液ドナーの血清プールから同様に取り出され得る（Ｄｅｕｔｓｃｈｅｓ  Ｒｏｔｅｓ  Ｋｒｅｕｚ  ［ドイツ赤十字社］基準）。ＡＢｉＣは、以下の方程式を用いて計算される。
2018520765.tif 000003
【００４４】
Ｋｌａｍｍｔ  ｅｔ  ａｌ．に従って、かつ上記の方程式を用いて測定されたＡＢｉＣは、その結合部位の全てについてのアルブミンの絶対的結合能力は提供しないが、ＳｕｄｌｏｗＩＩ結合部位（ジアゼパム結合部位）に結合するリガンドについての、参照アルブミンと比較した相対的結合能力を提供する。よってそれは１００％を超える値を有し得る。特別な測定方法は、しかしながら、マーカーが結合部からとりわけ容易に放出されるため、ＡＢｉＣ内の最小変化をも計測するのにはより適切である。
【００４５】
本発明の方法における重要な利点は、重大な酸性化または変性方法の利用といった極端な状況下でもアルブミンが実質的に構造的な変化をせず、未変性コンホメーションを基本的に維持することである。よって、患者への注入後、改善された結合能力によって大幅な高活性が得られる。
【００４６】
本発明の１つの実施形態では、Ｋｌａｍｍｔ  ｅｔ  ａｌ．に従って測定された、ＡＤＣによって生成された血液画分のＡＢｉＣは、少なくとも６０％、好ましくは少なくとも７０％、より好ましくは少なくとも８０％、さらに好ましくは少なくとも９０％である。
【００４７】
本発明における特定の好適な実施態様では、ＡＤＣは活性炭を含む。活性炭は、例えば、カラムに詰められるか、または吸着剤の床として、懸濁液または粉末の形態であり得る素材として有利に用いられる。粉末内の活性炭粒子は、アルブミン溶液が吸着剤を通して十分な流量で流れることができるよう十分な大きさである一方、アルブミン溶液中のアルブミン分子が流れて通過する間に高頻度で活性炭粒子と直接表面接触するための十分な細さである粒子間チャネルを形成することが重要である。
【００４８】
あるいは、活性炭はさらに、例えば、セルロース、レジンまたは他の高分子繊維から形成された高分子マトリックスまたは開孔フォームといった多孔質体マトリックス内の吸着剤として組み込まれることができる。活性炭をマトリックスに組み込む時、マトリックスがアルブミン溶液を流し、かつアルブミン溶液と接するようになり得る方法でマトリックスが活性炭粒子を保持することができるよう注意すべきである。さらに、マトリックス素材の多孔性は、孔がアルブミン溶液を流して通すことができるようチャネルを形成できるようなものであるべきである。
【００４９】
１つの実施形態では、親水性のあるサポートマトリックスが用いられ、吸着剤を湿らすことができる。そういったサポートマトリックスは、例えば、セルロースまたは他の天然または合成的に生成された親水ポリマーを含むことができる。
【００５０】
活性炭自体は、マクロ孔（＞２５ｎｍ）、メソ細孔（１〜２５ｎｍ）及び微細孔（＜１ｎｍ）をその粒子内に有する多孔性素材であり、それにより活性炭は非常に大きな内部表面積を有する。これらの孔サイズは、モラセスナンバー（マクロ孔）、メチレンブルー吸着量（メソ細孔）及びヨウ素価（微細孔）によって活性炭に通常与えられる。内部表面積は、ＢＥＴを用いて決定され、かつｍ２／ｇ活性炭の単位で与えられる。活性炭は、分子をその孔に取り込みかつ表面結合によってその内部に留めるかまたは物質を固定する吸着媒体として一般的に知られている。高い多孔性及び内部表面積のおかげで、活性炭はその重量または外部容量と比較すると非常に高い吸着能力を有する。これは、これらの孔へと拡散することができる分子に依存する。
【００５１】
実施形態では、活性炭は、１００〜４００、好ましくは２００〜３００のモラセスナンバー（ＩＵＰＡＣ）を有するよう選択される。それはさらに、１〜１００ｇ／１００ｇ活性炭、好ましくは１０〜３０ｇ／１００ｇ活性炭のメチレンブルー吸着量（ＩＵＰＡＣ）、５００〜３０００、好ましくは８００〜１５００のヨウ素価（ＩＵＰＡＣ）、及び／または１００〜５０００ｍ２／ｇ活性炭（ＩＵＰＡＣ）、好ましくは８００〜１４００ｍ２／ｇ活性炭の総内部表面積（ＢＥＴ）を有してもよい。
【００５２】
本明細書に述べられるように、活性カートリッジ７０は、カートリッジを通過するＵＦにおいて治療的因子を連続的に分泌する生細胞を含む。活性カートリッジ７０の細胞は、機能性について十分にイオン化されたカルシウムに依存している。クエン酸塩は、イオン化カルシウム（例えば、カルシウムイオン）に結合することで血流内の抗凝固剤として機能する。このように、従来のシステムは、システム内における局所的な抗凝固に対する全身性の抗凝固に（例えば、患者の体内で全身的に）限定される。系統的な抗凝固剤は、出血または不十分な抗凝固、及びそういった治療にマイナスとなるリスク便益比率に影響を与える早発凝固のリスクをあらわにする。
【００５３】
図１を参照すると、抗凝固のこの方法は、全身的または患者から入ってくる動脈ライン内でのいずれかで患者に与えられた全身性抗凝固剤に基づいている。ヘパリンの場合では、活性化部分トロンボプラスチン時間（ａＰｔｔ）の全体的な延長を引き起こし、患者への出血リスクを増加させる、１００から２０００の間のユニット／時間が注入される。このように、問題点は、患者へ戻す血液を形成するよう用いられるＵＦが、凝固不能となることである。
【００５４】
本発明は、この問題点を解決し、システム内の局所的な抗凝固がクエン酸塩を用いて達成されるシステムを提供することである。例えば、クエン酸塩は、システム１０の血液回路１００へと適用され、続いてＵＦが患者へと再導入される前にＵＦから取り除かれる。イオン化カルシウムはまた、クエン酸塩が除去されかつＵＦが患者へと再導入されるときにＵＦ内に導入される。
【００５５】
従って、１つの態様では、システムは、（ａ）患者に連結されるように構成され、かつ血液を患者から限外ろ過液発生器を通してまたその患者へと通わせるよう作動する血液回路と、（ｂ）限外ろ過液発生器に連結され、かつ限外ろ過液発生器から限外ろ過液を取り出すよう、及び血液の細胞成分とは独立に限外ろ過液を処理するよう作動する再循環回路と、（ｃ）患者に再導入する前に、再循環回路内の限外ろ過液と、血液回路内の細胞成分とを再び組み合わせるよう作動する導管接合部と、（ｄ）クエン酸塩注入口と、（ｅ）クエン酸塩除去のために作動可能なコンポーネントとを含む。実施形態では、コンポーネントはクエン酸塩吸収のための透析器または装置である。
【００５６】
図４は、クエン酸塩注入口９０及びクエン酸塩除去のために作動可能なコンポーネント８５（この実施形態では透析器として示される）を含むシステム１０の１つの実施形態を説明する簡素化されたブロック図である。図２のシステムは、コンポーネント８５の下流及び活性カートリッジ７０の上流にイオン化カルシウム注入口９５を同様に含み、それによりＵＦが活性カートリッジを通過する前にカルシウムがＵＦに再導入されてもよい。
【００５７】
図５は、クエン酸塩注入口９０及びクエン酸塩除去のために作動可能なコンポーネント８５（この実施形態では透析器として示される）を含むシステム１０の１つの実施形態を説明する簡素化されたブロック図である。図５のシステムはさらに、コンポーネント８５の下流及び活性カートリッジ７０の上流に第１イオン化カルシウム注入口９５を含み、活性カートリッジ７０の下流に活性カートリッジの細胞によって枯渇したイオン化カルシウムを補充するための第２イオン化カルシウム注入口９５を含む。
【００５８】
様々な実施形態では、システム１０は、例えば、クエン酸アニオンとさらに複合化され得かつコンポーネント８５によってクエン酸塩が除去された後にＵＦ内に補充されるべきカルシウム以外の陽イオン、例えばマグネシウムを注入するための１つ以上の注入口を含んでもよい。
【００５９】
様々な実施形態では、システム１０は、イオン化カルシウム及び／またはクエン酸塩濃度を監視するために血液回路１００に沿って配置された１つ以上のカルシウム及び／またはクエン酸塩センサを含んでもよい。センサは、イオン化カルシウム、クエン酸塩、及び／またはクエン酸カルシウムのレベルを検出するよう構成されてもよい。１つの実施形態では、システム１０は、血液回路１００に沿う各クエン酸塩注入口またはカルシウム注入口に隣接するセンサを含む。例えば、カルシウムセンサは、カルシウム注入口９５の下流及び活性カートリッジ７０の上流に位置していてもよい。さらに、カルシウムセンサは、活性カートリッジ７０の下流及び接合部１５の下流に位置していてもよい。
【００６０】
本明細書に用いられるように、「クエン酸塩」は、クエン酸（３つのプロトンと複合化されたクエン酸アニオン）、クエン酸アニオンを含む塩、及びクエン酸アニオンの部分的キャスタを含むあらゆる形態のクエン酸アニオンを指す。クエン酸アニオンは、有機トリカルボン酸塩である。Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ａｂｓｔｒａｃｔｓ  Ｒｅｇｉｓｔｒｙ  Ｎｏ．７７−９２−２に割り当てられたクエン酸は、分子式ＨＯＣ（ＣＯ２Ｈ）（ＣＨ２ＣＯ２Ｈ）２であり、かつ１９２．１２ｇ／ｍｏｌの式重量を有する。クエン酸塩（すなわち、クエン酸アニオンを含む塩）は、１つ以上の生理学的に許容される陽イオンと共存する１つ以上のクエン酸アニオンからなる。例示的な生理学的に許容される陽イオンは、プロトン、アンモニウム陽イオン及び金属陽イオンを含むが、これらに限定はされない。適切な金属陽イオンは、ナトリウム、カリウム、カルシウム、及びマグネシウムを含むが、これらに限定はされず、ナトリウム及びカリウムが好ましく、かつナトリウムがより好ましい。クエン酸アニオンを含む組成物は、生理学的に許容される陽イオンの混合物を含んでもよい。
【００６１】
クエン酸塩は一般的に、プロトン及び／または例えば、ＵＦから除去されるカルシウムまたはマグネシウムといった金属陽イオンと共存する。そういったクエン酸塩化合物の例は、クエン酸、クエン酸二水素ナトリウム、クエン酸水素二ナトリウム、クエン酸三ナトリウム、クエン酸三ナトリウム二水和物、クエン酸二水素カリウム、クエン酸水素二カリウム、クエン酸カルシウム、及びクエン酸マグネシウムであるが、これらに限定はされない。
【００６２】
１つの実施形態では、クエン酸ナトリウムは、ＵＦへと注入されるクエン酸アニオンのための供給源を提供する。クエン酸ナトリウムは、乾燥化学粉末、結晶、ペレットまたはタブレットの形態であってもよい。クエン酸またはクエン酸ナトリウムのあらゆる生理学的に許容される形態がＵＦへとクエン酸アニオンを導入するのに用いられてもよい。例えば、クエン酸またはクエン酸ナトリウムは、一水和物を含む水和物の形態であってもよい。
【００６３】
様々な実施形態では、システム１０は、活性カートリッジに入るＵＦ内のイオン化カルシウムのレベルを、約０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１．０、１．１、１．２ｍｍｏｌ／ｌ超またはそれ以上に維持するよう構成される。１つの実施形態では、システム１０は、活性カートリッジに入るＵＦ内のイオン化カルシウムのレベルを約０．８ｍｍｏｌ／ｌ超に維持するよう構成される。様々な実施形態では、システム１０は、接合部１５の下流の流体内のイオン化カルシウムのレベルを、約０．９、０．８、０．７、０．６、０．５、０．４、０．３、０．２ｍｍｏｌ／ｌ未満またはそれ以下に維持するよう構成される。様々な実施形態では、システム１０は、接合部１５の下流の流体内のイオン化カルシウムのレベルを約０．５ｍｍｏｌ／ｌ未満またはそれ以下に維持するよう構成される。
【００６４】
様々な実施形態では、クエン酸塩は、ＵＦＧ４０の前にＵＦへと、最大で約０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１．０、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９または２．０ｍｏｌ／Ｌの量で注入される。カルシウム及びマグネシウム塩は、イオン化カルシウムとマグネシウムのバランスを保つように、クエン酸塩除去コンポーネント８５の後にＵＦへと注入される。
【００６５】
この解毒システムは、おおよそ１００ｋＤのフィルタから来るＵＦを生成する。このように、毒素といった患者の血液に存在する低分子量物質の活性カートリッジの細胞による代謝は、例えば、患者から入ってくる血液から限外ろ過液が生成される比率といった限外ろ過率に限定される。米国特許第８,１０５,４９１号に開示され、図１に示されるような実際に利用されるシステムでは、限外ろ過率は約１０〜６０ｍｌ／分の間である。
【００６６】
図１に表されるものなどのシステムでは、ＵＦＧ４０を通ってろ過された血漿画分は、実質的には閉ループバイオリアクタである再循環回路５０へと入り、ろ過液は、再循環回路５０を出入りする流れと同じ流量で活性カートリッジ７０を通って流れる。このように、活性カートリッジ７０での代謝が１００％であったとしても、ＵＦ内の毒素の最大クリアランスは１０〜６０ｍｌ／分である。アンモニアまたは乳酸といったいくつかの毒素では、これらのクリアランスでは解毒について肝臓を十分に補助しない。
【００６７】
本発明のシステムは、この問題点を解決し、活性カートリッジ７０が毒素といった低分子量の小さい分子を除去するのに非常に効果的であり、肝臓の毒素のクリアランスが結果として６０ｍｌ／分超になり得るという予測されなかった発見に基づいている。
【００６８】
従って、１つの態様では、システムは、（ａ）患者に連結されるように構成され、かつ血液を患者から限外ろ過液発生器を通してまたその患者へと通わせるよう作動する血液回路と、（ｂ）限外ろ過液発生器に連結され、かつ限外ろ過液発生器から限外ろ過液を取り出すよう、及び血液の細胞成分とは独立に限外ろ過液を処理するよう作動する再循環回路と、（ｃ）患者に再導入する前に、再循環回路内の限外ろ過液と、血液回路内の細胞成分とを再び組み合わせるよう作動する導管接合部と、（ｄ）血液から再循環回路内の限外ろ過液の流れへと低分子量物質の増加した輸送を可能にするよう作動する拡散コンポーネントとを含む。
【００６９】
本システム１０では、低分子量物質の物質移動における限界は、ＵＦＧ４０内に拡散コンポーネント１１０を含むことで増加する。図６は、ＵＦＧ４０を通って流れる血液から活性カートリッジ７０を通過する再循環回路５０を通過するＵＦの流れへと低分子量物質の増加した輸送を可能にする拡散コンポーネント１１０をさらに含む本発明のシステム１０における１つの実施形態を説明する簡素化されたブロック図である。
【００７０】
実施形態では、ＵＦＧ４０及び拡散コンポーネント１１０は、再循環回路５０内のＵＦの流れとＵＦＧ４０内の血液の流れとが半透過性膜によって分離され、血液の流れとＵＦの流れとが半透過性膜の両側に沿って方向づけられるよう構成される。拡散コンポーネント１１０を通る膜に沿う再循環回路５０内のＵＦの流れは、図６に示されるように、ＵＦＧ４０を通る血液の流れと逆方向であってもまたは同方向であってもよい。実施形態では、拡散コンポーネント１１０を通る膜に沿うＵＦの流れ（透析液の流れ）は、膜を越えて生成され再循環回路５０に入るＵＦの流れ（ろ過液体の流れ）よりも大きい。例えば、再循環回路５０内の膜に沿うＵＦの流れは、膜を越えて生成されるＵＦの流れよりも少なくとも２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００倍またはそれ以上であってもよい。
【００７１】
この構成では、血液から出る物質の最大クリアランスは、ＵＦＧ４０を介するＵＦ率によって制限されない。拡散コンポーネント膜を通る１００％の透過性（ふるい１００％）を持ち、活性カートリッジ７０の細胞によって１００％除去され得る低分子量物質では、この開示された実施形態におけるクリアランスは血流によって制限されず、例えば、約７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、５００、１００、１５００、２０００、２５００、３０００ｍｌ／分またはそれ以上など、血流に依存して６０ｍｌ／分超であり得る。
【００７２】
実施形態では、システム１０は、ＵＦＧ４０への流れが約１５０〜２５０ｍｌ／分に、再循環回路５０を通る流れが約１５００〜２５００ｍｌ／分に、かつ接合部１５の下流の流れが約１０〜６０ｍｌ／分になるよう構成される。これは、図６に示されるように血液ポンプ２０を介して達成される。
【００７３】
実施形態では、拡散コンポーネント１１０は、既定の分子量カットオフ値をもつ半透過性膜を有する中空繊維フィルタを含む。いくつかの実施形態では、半透過性膜は、９，０００、８，０００、７，０００、６，０００、５，０００、４，０００、３，０００、２，０００、１，０００、５００または１００ダルトンといった約１０，０００ダルトン未満の既定の分子量カットオフ値を有する。いくつかの実施形態では、半透過性膜は、約０．１、０．０５、０．０１、０．００５、０．００１、０．０００５または０．０００１μｍ未満の孔サイズを有する。
【００７４】
本明細書に用いられるように、低分子量物質は、９，０００、８，０００、７，０００、６，０００、５，０００、４，０００、３，０００、２，０００、１，０００、５００または１００ダルトンといった、約１０，０００ダルトン未満の物質である。
【００７５】
１つの態様では、システムは、（ａ）患者に連結されるように構成され、かつ血液を患者から限外ろ過液発生器を通してまたその患者へと通わせるよう作動する血液回路と、（ｂ）限外ろ過液発生器に連結され、かつ限外ろ過液発生器から限外ろ過液を取り出すよう、及び血液の細胞成分とは独立に限外ろ過液を処理するよう作動する再循環回路と、（ｃ）患者に再導入する前に、再循環回路内の限外ろ過液と、血液回路内の細胞成分とを再び組み合わせるよう作動する導管接合部とを含み、かつ、血液から再循環回路内の限外ろ過液の流れへと低分子量物質の増加した輸送を可能にする拡散コンポーネント、アルブミン結合毒素を低減するよう及びＡＢｉＣを向上させるよう作動可能なアルブミン解毒コンポーネント（ＡＤＣ）、ならびにクエン酸塩注入口及びクエン酸塩を除去するために作動可能なコンポーネント、のうちの１つ以上を含む。
【００７６】
１つの態様では、システムは、（ａ）患者に連結されるように構成され、かつ血液を患者から限外ろ過液発生器を通してまたその患者へと通わせるよう作動する血液回路と、（ｂ）限外ろ過液発生器に連結され、かつ限外ろ過液発生器から限外ろ過液を取り出すよう、及び血液の細胞成分とは独立に限外ろ過液を処理するよう作動する再循環回路と、（ｃ）患者に再導入する前に、再循環回路内の限外ろ過液と、血液回路内の細胞成分とを再び組み合わせるよう作動する導管接合部と、（ｄ）血液から再循環回路内の限外ろ過液の流れへと低分子量物質の増加した輸送を可能にするよう作動する拡散コンポーネントと、（ｅ）アルブミン結合毒素を低減するよう、及びＡＢｉＣを向上させるよう作動可能なアルブミン解毒コンポーネント（ＡＤＣ）とを含む。
【００７７】
１つの態様では、システムは、（ａ）患者に連結されるように構成され、かつ血液を患者から限外ろ過液発生器を通してまたその患者へと通わせるよう作動する血液回路と、（ｂ）限外ろ過液発生器に連結され、かつ限外ろ過液発生器から限外ろ過液を取り出すよう、及び血液の細胞成分とは独立に限外ろ過液を処理するよう作動する再循環回路と、（ｃ）患者に再導入する前に、再循環回路内の限外ろ過液と、血液回路内の細胞成分とを再び組み合わせるよう作動する導管接合部と、（ｄ）血液から再循環回路内の限外ろ過液の流れへと低分子量物質の増加した輸送を可能にする拡散コンポーネントと、（ｅ）アルブミン結合毒素を低減するよう、及びＡＢｉＣを向上させるよう作動可能なアルブミン解毒コンポーネント（ＡＤＣ）と、（ｆ）クエン酸塩注入口と、（ｇ）クエン酸塩を除去するために作動可能なコンポーネントとを含む。
【００７８】
１つの態様では、システムは、（ａ）患者に連結されるように構成され、かつ血液を患者から限外ろ過液発生器を通してまたその患者へと通わせるよう作動する血液回路と、（ｂ）限外ろ過液発生器に連結され、かつ限外ろ過液発生器から限外ろ過液を取り出すよう、及び血液の細胞成分とは独立に限外ろ過液を処理するよう作動する再循環回路と、（ｃ）患者に再導入する前に、再循環回路内の限外ろ過液と、血液回路内の細胞成分とを再び組み合わせるよう作動する導管接合部と、（ｄ）血液から再循環回路内の限外ろ過液の流れへと低分子量物質の増加した輸送を可能にするよう作動する拡散コンポーネントと、（ｅ）クエン酸塩注入口と、（ｆ）クエン酸塩を除去するために作動可能なコンポーネントとを含む。
【００７９】
１つの態様では、システムは、（ａ）患者に連結されるように構成され、かつ血液を患者から限外ろ過液発生器を通してまたその患者へと通わせるよう作動する血液回路と、（ｂ）限外ろ過液発生器に連結され、かつ限外ろ過液発生器から限外ろ過液を取り出すよう、及び血液の細胞成分とは独立に限外ろ過液を処理するよう作動する再循環回路と、（ｃ）患者に再導入する前に、再循環回路内の限外ろ過液と、血液回路内の細胞成分とを再び組み合わせるよう作動する導管接合部と、（ｄ）アルブミン結合毒素を低減するよう、及びＡＢｉＣを向上させるよう作動可能なアルブミン解毒コンポーネント（ＡＤＣ）と、（ｅ）クエン酸塩注入口と、（ｆ）クエン酸塩を除去するために作動可能なコンポーネントとを含む。
【００８０】
本発明のシステム１０はさらに、ＵＦＧの上流の全血へとヘパリンを導入するのに用いられ得るヘパリン注入ポンプを含んでもよい。ヘパリン、酸性ムコ多糖類、またはそれらの様々な誘導体が、抗凝固効果を提供してもよく、他の抗凝固剤が解毒治療の性質及び様々な他のシステムパラメータに応じてとりわけ適し得ることが当業者に明らかとなろう。
【００８１】
前述のように、ヘパリン注入ポンプは、ヘパリンまたは類似の抗凝固剤をＵＦＧの上流の血液回路へと供給してもよく、同様に、グルコース注入ポンプは、Ｃ３Ａまたは他の活性細胞に栄養を与えるためにグルコースを再循環回路の上流のＵＦへと供給してもよい。いくつかの実施形態では、ポンプは、適切なセンサまたはセンサ入力、アクチュエータ、ならびにセンサ出力と制御信号に従って血液回路及び再循環回路をそれぞれ通る全流量に応じて流量を動的に調整するよう作動する制御電子機器を含んでもよい。全流量の表示は、例えば、回路内の様々な位置に配置された流量または圧力センサによって供給される出力から得られてもよい。
【００８２】
実施形態では、環流体内の気泡または他のガス状混入物を検出するために気体検出器が実装されてもよい。いくつかの実施形態では、例えば、１つ以上の気体検出器が血液回路に組み込まれてもよく、かつ１つ以上の追加の気体検出器が再循環回路内の選択された位置に同様に組み込まれてもよい。当業者に既知のように、多くの適切な機械的ろ過システムが望ましくないガス状混入物を除去するために採用されてもよい。いくつかの実施形態では、１つ以上のそういったろ過システムは、1つ以上の気体検出器からの出力に応じて選択的に作動してもよい。従って、いくつかのハードウェアの描写が明確さのために省略されてきたが、本開示が気体及び他のガス状気泡の、流体システムからの、特に患者の静脈、またはその付近での検出及び除去が期待されることが明らかとなろう。
【００８３】
医療的または治療的処置の間、ＵＦは中空繊維カートリッジの内腔（ＩＣＳ）を通して送られてもよく、毒素、栄養素、グルコース、及び溶存酸素がＵＦから膜を越えてＥＣＳへと拡散でき、活性細胞がそれらを代謝する。アルブミン及び細胞によって生成された他のタンパク質と共に代謝産物は、患者へと戻るために膜を越えてＵＦへと拡散して戻ってもよい。
【００８４】
前述の、かつ本明細書において企図されるＣ３Ａ細胞株は、ヒト肝芽腫細胞株ＨｅｐＧ２のサブクローンであってもよい。例えば、Ｃ３Ａといったこの親細胞株にのいくつかのサブクローンは、高アルブミン生産及びα−フェトプロテイン（ＡＦＰ）生産といった肝特異的機能能力を示す。Ｃ３Ａ細胞株は、そういった肝特異的機能性を実証し、かつ限定の目的ではない例示の目的でのみ本明細書に記述されている。その点では、本発明のシステム及びそのそれぞれのコンポーネントの利用は例示の目的でのみ本明細書に記述され、開示されたシステム及び方法が肝治療以外の状況における解毒及び治療的処置を促進してもよいことを当業者は認識することに留意されたい。本開示は、何らかの特定の細胞株を組み込む何らかの特定の適用に限定する意図はないものとする。
【００８５】
いくつかの実施形態では、活性カートリッジの中空繊維は、例えばアルブミンといった中分子量の分子が膜を越えることができるよう、７０，０００ダルトン超の公称分子量カットオフ値を有してもよい。Ｃ３Ａまたは他の活性細胞によって生成された高分子は、ＩＣＳを通って循環するＵＦへと拡散可能であってもよく、同様に、アルブミン担持毒素は、ＩＣＳからＥＣＳを占有する活性細胞へと拡散可能である。
【００８６】
前述のように、ヘパリン注入ポンプは、ヘパリンまたは類似の抗凝固剤をＵＦＧ４０の上流の血液回路へと供給してもよく、同様に、グルコース注入ポンプは、Ｃ３Ａまたは他の活性細胞に栄養を与えるためにグルコースを再循環回路５０の上流のＵＦへと供給してもよい。
【００８７】
実施形態では、血液ポンプ２０は、適切なセンサまたはセンサ入力、アクチュエータ、ならびにセンサ出力と制御信号に従って血液回路１００及び再循環回路５０を通る全流量に応じて流量を動的に調整するよう作動する制御電子機器を備えてもよい。全流量の表示は、例えば、以下に述べられるように回路内の様々な位置に実質的に配置された流量または圧力センサによって供給される出力から得られてもよい。
【００８８】
血液抜き出し圧力は、血液回路１００内で測定されてもよい。血液抜き出しは、流体圧力及び患者から血液ポンプ２０への血液流出におけるあらゆる圧力変動を監視する。
【００８９】
再循環回路５０は、血液ポンプ２０、酸素供給器６０及び１つ以上の活性カートリッジ７０を概して含む。再循環回路は、１つ以上の追加的解毒装置を任意に含んでもよい。望まれる場合には、酸素供給器６０及び活性カートリッジ７０の位置は、任意に切り替えることができる。
【００９０】
酸素供給器６０は、当該技術分野で既知の様々な膜酸素供給器のいずれか、または既知の原理に従って開発され、作動する他のタイプの酸素供給器を含むか、またはそこに具現化されてもよい。作動では、酸素供給器６０は、活性カートリッジ７０で実行する解毒または治療的プロセスにおいて利用するための酸素を供給してもよい。
【００９１】
前述のように、再循環回路５０は、それぞれが中空繊維フィルタとして具現化されるかまたはそれを含んでもよい１つ以上の活性カートリッジ７０を組み込んでもよい。従って、各活性カートリッジ７０は、半透過性膜を採用する中空繊維の束を含んでもよい。これらの繊維の周囲では、ＵＦがカートリッジを通して循環するような選択された方法でＵＦを処理するよう１つ以上のタイプの活性細胞が利用されてもよい。活性カートリッジ７０における処理を促進する活性細胞の特性、量、密度、及び遺伝子的構成は、再循環回路５０が採用されるシステム１０の全機能性に応じて選択されてもよい。本明細書で述べられるように、システム１０及び再循環回路５０の例示的実施形態は、Ｃ３Ａ細胞を組み込み、とりわけシステム１０の望ましい利用及び除去するかまたは処理しようとする混入物の性質に基づいて存在する他の選択肢を組み込む。
【００９２】
システム１０の作動中、回路５０からのＵＦは、血液回路１００に再導入する前に１つ以上の追加的フィルタまたは一連のフィルタを通過してもよい。
【００９３】
再循環回路５０はさらに、例えば、逆流を防ぎ、再循環ポンプの吸引側と圧力側それぞれに調整された流量を提供するために弁アセンブリといった様々な他のコンポーネントを備えてもよい。いくつかの実施形態は、流量を正確に制御するよう選択的に調節されてもよい動的作動弁アセンブリを採用してもよいが、温度、圧力、または流量計といった適切なセンサ及び関連する電子機器制御ハードウェアは明確さのために図面の実施形態には示されていない。様々な技術及び流れ制御装置は一般に既知のものであり、本明細書に包含されることが当業者には明らかであろう。
【００９４】
治療中に活性細胞に供給される十分な酸素を確保するために、作動中、酸素供給器６０は活性カートリッジ７０の上流点にある再循環回路内に配置されてもよい。ガス流計（図示せず）がガス供給源と酸素供給器６０の間に連結され、当該技術分野で既知のように、そういったガス流計は活性カートリッジ７０に保持された治療的活性細胞を維持するための十分な酸素を確保する酸素供給器６０に送る酸素量の調節を手助けし得ることがわかる。
【００９５】
システム１０は連続的処理を提供するよう設計されてもよく、従って、１つ以上の補助バッテリまたは他の無停電電源装置がシステム１０の様々な位置に供給されてもよい。
【００９６】
患者に全血を戻すことは、患者の健康状態及び内部血圧必要条件に従って弁アセンブリを利用するかまたは流量を調節することに関与してもよい。システム１０は、正確な圧力制御または流れ調節を可能にする動的調節可能な弁アセンブリ、上流の圧力変動を血液流の逆行から防ぐ安全弁または逆流制限器、及びガス気流検出器及び除去機器または装置といった機能または接合部１５の下流のハードウェアのいくつかまたは全てを採用するかまたは備えてもよい。
【００９７】
データ取得及び分析のために、１つ以上のインライン血液ガス分析器が活性カートリッジ７０の上流または下流（または両方）に実装されてもよい。２つのガス分析器が上流と下流に配置された場合、活性カートリッジ７０の上流側と下流側の両方からの酸素及びｐＨ差異は、治療中に何度も治療的細胞機能の重要な測定を提供することができる。そういった測定は、複数のインライン分析器を用いてリアルタイムに行われてもよい。
【００９８】
以下の実施例は、本発明の実施形態をさらに説明するために提供されるが、本発明の範囲を限定する意図はないものとする。それらは、用いられ得る典型例である一方で、当業者に既知の他の製品、手法、または技術が代替的に用いられてもよい。
【実施例】
【００９９】
実施例１
アルブミン結合能力の向上
実験：アルブミン結合毒素を低減しかつＡＢｉＣを向上させるためのチャコールフィルタでの治療の前後に、初代肝細胞を、肝不全の患者のヘパリン化された血漿で培養した。
【０１００】
アルブミン結合毒素の低減及びＡＢｉＣの向上は、脂肪滴の形成（ミトコンドリア機能障害の指標として）を低減し、細胞内カルシウム上昇によるアポトーシスの指標としての「小疱形成」を低減し、かつ「生死」テストによって示される生存能力の向上をもたらした。
【０１０１】
アルブミン結合毒素を低減しかつＡＢｉＣを向上させるためのチャコールフィルタでの治療の前後に、初代肝細胞を、肝不全の患者のヘパリン化された血漿で培養した。治療前には「泡沫」細胞が観察された。これはアポトーシスの光学顕微鏡検査症状である「小疱形成」及び肝細胞内の複数の脂肪滴を示す。アルブミン結合毒素の低減及びそれによる血漿内の向上したＡＢｉＣが、これらの症状を防ぐことが観察された（データは示さず）。
【０１０２】
本発明は、例示の目的でのみ特定の実施形態に関連して説明され、詳細が述べられてきたが、限定を目的とするものではない。記述された例示的実施形態への様々な修正が本開示の範囲及び意図に含まれることが当業者に明らかとなろう。従って、本発明は添付の特許請求の範囲によってのみ限定されると見なされることを意図する。
【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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