專利名稱：將活細胞輸入生物體液中的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將活細胞輸入生物體液中，尤其是血液中的方法和裝置，根據(jù)該方法，利用包裹細胞的包膜物質(zhì)將一個或多個細胞組合到包囊單元中。
本發(fā)明還涉及一種用于實施所述方法的裝置以及為實現(xiàn)此目的包囊單元。
例如在肝功能衰竭的情況下，已知可給患者接上肝臟反應(yīng)器。然而這樣做必須實施血漿分離，以便從實際的血漿中分離出血液中的細胞組分，特別是紅細胞，該血漿中還剩有纖維蛋白。由于血液會在肝臟反應(yīng)器中凝結(jié)，所以并不可以使血液直接通過其中包被著肝細胞的肝臟反應(yīng)器，也就是說，其中有許多細胞利用包裹細胞的包膜物質(zhì)被組合到較大的包囊單元中。出于這個原因，不得不將血漿分離器插在要從血液中分離出血漿的部位。然而這樣做的缺點在于血漿分離器中存在的毛細管會較快地被阻塞住，結(jié)果造成分離器失效，而且將不得不花相當大的勞力和財力來更換。一般說來這樣的事八至十小時后就會發(fā)生。然而，更為嚴重得多的缺點在于，血漿分離或血液分離會導致患者外傷性的溶血，而且如果不及時治療的話甚至可能致命。在以前的生物反應(yīng)器中，生物系統(tǒng)要么直接而且無防護地暴露于血漿，這樣會引起凝結(jié)反應(yīng)并造成補體激活反應(yīng)，要么被放置在血漿分離膜件后面。使用血漿分離器的一個嚴重的缺點還在于其會產(chǎn)生所謂的膜污染，即由于小孔上的沉淀物造成的阻塞。因此就目前看來這些系統(tǒng)必須被取代。
人們已知只要還存在健康的肝細胞，受損的肝臟就能夠再生。因此，如果可以將患者長時間地接上肝臟反應(yīng)器，并給予足夠時間的話，例如由于中毒或腫瘤手術(shù)之類受損的肝臟將有機會再生。然而這需要幾天的時間，這個事實會導致以上所提到的問題。
因此，本發(fā)明的目的在于得到一種方法和裝置，其可以直接處理體液，如血液，而不存在血漿分離的缺點。
根據(jù)本發(fā)明，這個目的是通過一種將活細胞輸入體液中的方法來實現(xiàn)的，其中該方法使許多被包膜物質(zhì)包裹的細胞組合到包囊單元中，并且為了防止發(fā)生凝結(jié)或排斥，在包膜物質(zhì)里面或表面放置了凝結(jié)抑制劑或防止凝結(jié)的結(jié)構(gòu)物質(zhì)。
提供了一種用于實施該方法的裝置，它具有一個容器，容器帶有體液例如血液的入口，以及血液的出口，多個包囊單元排布在該容器中，其中每個包囊單元由許多被包膜物質(zhì)包裹的細胞構(gòu)成，所述包膜物質(zhì)具有凝結(jié)抑制劑或防止凝結(jié)的結(jié)構(gòu)物質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明，凝結(jié)抑制劑或防止凝結(jié)的結(jié)構(gòu)物質(zhì)現(xiàn)加入細胞中或分布有所述細胞的包囊單元中。這樣，比如血流就能夠被直接通過以這種方式形成的“生物反應(yīng)器”輸送，而不需要用技術(shù)性的膜件例如中空纖維生物反應(yīng)器中的毛細管來分離，。這種裝置不需要預(yù)先分離血漿，也不具有其造成的缺點。
根據(jù)本發(fā)明，直接從患者身上取得的血液現(xiàn)在可以通過生物反應(yīng)器而不會發(fā)生血液凝結(jié)。血液被凈化之后，還能直接返回給患者。
與現(xiàn)有技術(shù)最重要的區(qū)別之一在于該方法能夠延續(xù)好幾天，也就是說，例如肝臟損壞的患者因此具有使其肝臟自己再生的可能性。
根據(jù)本發(fā)明中方法和裝置的另一個優(yōu)點在于，在細胞恢復和包囊單元形成以及適當?shù)念A(yù)培養(yǎng)之后，例如可以將用于引入到袋狀容器中作為生物反應(yīng)器的包囊單元冷凍起來。這樣提供了下列可能性使該生物反應(yīng)器能得以儲存并且在需要時解凍后就能將它們立即用于患者。
適用于防止血液凝結(jié)方法的試劑有，例如，活性凝結(jié)抑制劑如肝素、水蛭素或者前列腺素以及凝血噁烷結(jié)構(gòu)物質(zhì)。
這里，另一種解決方法是將被動的防止凝血的結(jié)構(gòu)物質(zhì)構(gòu)筑在包囊單元里或者附著在其上。被動的防止凝血的結(jié)構(gòu)物質(zhì)避免出現(xiàn)譬如血流中的紅細胞將包囊單元識別為外來物體并引起血液凝集的情況。實際上，這樣使紅細胞看上去具有了一種天然的細胞膜表面。脂類，例如具有蛋白質(zhì)或糖蛋白的脂類如卵磷脂很適合于實現(xiàn)該目的。類似地，合成產(chǎn)生的或在預(yù)先手術(shù)中從紅細胞表面獲得的細胞被膜多糖-蛋白質(zhì)復合結(jié)構(gòu)能夠被整合到混合包囊、基質(zhì)(纖維蛋白、膠原蛋白、白蛋白)中或其表面上。它們因此形成了親水和疏水基團的模式，這尤其可避免其它細胞的粘著和血液的凝集。生物組分還可以用合成的組分，例如親水和疏水性的聚合物代替。
很顯然，這樣排布在包囊單元中的細胞直接在通過生物反應(yīng)器導入的血液中培養(yǎng)。除了已經(jīng)提到的那些優(yōu)點之外，其還大大降低了成本。因為含有紅細胞的血液在流過生物反應(yīng)器時當然就意味著將氧氣直接引入到該系統(tǒng)中了，在體內(nèi)使用過程中不必給生物反應(yīng)器補充氧。
實際上，采用本發(fā)明的生物反應(yīng)器治療患者就可以以類似于例如，輸血或者做腎透析的方式對患者進行治療。
可以把聚合物用作構(gòu)成包含許多細胞的包囊單元的包膜物質(zhì)。合適的聚合物的示例有水凝膠如藻酸鹽、膠原蛋白、幾丁脂以及白蛋白和凝膠。然而同樣地，也可采用生物聚合物，例如聚交酯。該生物反應(yīng)器優(yōu)選應(yīng)用的領(lǐng)域為培養(yǎng)肝細胞和腎臟細胞或者血液中的其它細胞。
上述方法涉及的是體外使用，其僅僅暫時性地接觸體液，如血液。然而，根據(jù)本發(fā)明的方法還可以用于體內(nèi)系統(tǒng)，其在大多數(shù)情況下可留在體內(nèi)一生或盡可能長的時間，并且根據(jù)本發(fā)明可以提供有包被層以防止受力而停止工作。
示例有人造生物脈管、植入物，如心臟瓣膜和血管。這些都是表面移入了不同細胞的人造或生物構(gòu)造。這些還包括例如成纖維細胞、平滑肌細胞以及內(nèi)皮細胞。在內(nèi)皮化不完全的情況下(尤其是在短時或不完全的覆蓋過程中)，很容易發(fā)生下面基質(zhì)暴露的情況。所述基質(zhì)由膠原蛋白、纖維蛋白或人工聚合物構(gòu)成。
為了避免立即引發(fā)凝集反應(yīng)，可以將與微囊中具有的相同因子和成分整合入基質(zhì)里面或上面的這種雜合結(jié)構(gòu)中。
進一步想象得到的應(yīng)用領(lǐng)域是，例如用于糖尿病患者。在此情況下，可以想象將具有能產(chǎn)生胰島素的細胞的生物反應(yīng)器作為植入物裝在患者的體內(nèi)。由于根據(jù)本發(fā)明的凝結(jié)抑制劑或防止凝結(jié)的結(jié)構(gòu)物質(zhì)，這時身體并不將此生物反應(yīng)器識別為外來物體，也不對它排斥。使用由胚胎干細胞或臍帶血或骨髓細胞產(chǎn)生的并被導入包囊單元然后直接注射到患者的血液中的適當?shù)膬?nèi)源性胰島細胞，將有可能在生物體的多個部位形成小型葡萄糖傳感器，其當葡萄糖水平升高時釋放適量的胰島素。
可能的生物傳感器的例子有中空纖維生物反應(yīng)器、固體床反應(yīng)器、攪拌式發(fā)酵罐、微載體系統(tǒng)以及平隔膜生物反應(yīng)器。
除了作為體液的血液外，根據(jù)本發(fā)明的方法還可以用于，例如血漿或腦脊髓液。
下面參考附圖本發(fā)明的圖解實施方式進行描述，其中

圖1表示了一種根據(jù)本發(fā)明的裝置；以及圖2表示了一個被大大放大了包囊單元的表現(xiàn)形式。
圖1圖解表示了一個容器1，例如其可以采用袋的形式，具有用于凈化血液的入口2，以及凈化后的血液的出口3。容器1內(nèi)部排布有大量的包囊單元4，其中每個之內(nèi)分布著許多細胞5，例如肝細胞(例如約4至10層細胞層)。細胞5被包膜物質(zhì)6包裹著，這樣形成了例如球狀的包囊單元4。例如通過適當?shù)幕旌峡梢杂绊懓そY(jié)構(gòu)和細胞5之間的連接。凝結(jié)抑制劑或防止凝結(jié)的結(jié)構(gòu)物質(zhì)7也隨后被加入到該混合物中。當使用凝結(jié)抑制劑例如肝素時，該凝結(jié)抑制劑將與包膜物質(zhì)6混合，這樣該凝結(jié)抑制劑的分布就不僅僅是在表面上，而且也在其內(nèi)部。由于包囊單元4以及包膜物質(zhì)6的多孔性構(gòu)造，血液也流經(jīng)該包囊本身。
當使用防止凝結(jié)的結(jié)構(gòu)物質(zhì)7時，要注意確保這些構(gòu)造物質(zhì)被優(yōu)選地排布在包囊單元4的表面上或其外部區(qū)域里，以便該包囊單元4不會被紅細胞識別為異物。例如脂類就可以被用作防止凝結(jié)的結(jié)構(gòu)物質(zhì)7。
在血液排毒或細胞5培養(yǎng)的過程中，為了確保包囊單元4不被沖洗到容器1之外，出口3必須做得適當小些。或者，也可以在出口的前面設(shè)置過濾裝置8。還有一種能使包囊單元4保持在容器1中的措施是采用“磁性阱”。為了達到該目的，包囊單元4要額外地設(shè)置有微小的磁性成分或者可磁化的物質(zhì)9，結(jié)果使包囊單元4在磁性分離器10上(見圖1中虛線)與分布在容器1出口區(qū)域處的磁體發(fā)生相互作用。同樣此處的可磁化物質(zhì)9將優(yōu)選地分布在包囊單元4的表面上或外部區(qū)域內(nèi)。
然后包囊單元4就被磁性分離裝置10所控制，并能夠經(jīng)由線11(虛線表示)流回到容器1的入口區(qū)域。在從血液中分離包囊單元4時要避免包囊單元4被血流帶走，這基本上沒有太大問題。這是因為紅細胞大小約在7至10μm，而包囊單元一般直徑大小為50至100μm或200μm。
權(quán)利要求
1.一種用于將活細胞輸入生物體液中，尤其是血液中的方法，其中將被包膜物質(zhì)(6)包裹的一個或多個細胞(5)組合到包囊單元(4)中，并且為了防止發(fā)生凝結(jié)或排斥，在包膜物質(zhì)(6)里面或表面放置了凝結(jié)抑制劑或防止凝結(jié)的結(jié)構(gòu)物質(zhì)(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于采用肝素作為凝結(jié)抑制劑(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于采用水蛭素作為凝結(jié)抑制劑(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于采用前列腺素作為凝結(jié)抑制劑(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于采用凝血噁烷作為凝結(jié)抑制劑(7)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于采用聚合物作為包膜物質(zhì)(6)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于使用了合成聚合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于采用聚交酯、聚氨酯、聚酯、凝膠、水凝膠或者聚硅氧烷樹脂作為合成聚合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于使用了生物聚合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于采用藻酸鹽、膠原蛋白或者幾丁質(zhì)作為生物聚合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于使用的所述防止凝結(jié)的結(jié)構(gòu)物質(zhì)(7)為至少用于所述包囊單元(4)表面上的脂類。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于使用的所述脂類為磷脂酰膽堿或其它細胞膜組分，例如糖萼結(jié)構(gòu)或糖萼組分。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，其特征在于所述脂類(7)與蛋白質(zhì)和/或糖脂和/或糖蛋白相結(jié)合。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于采用肝細胞作為所述細胞(5)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1和14所述的方法，其特征在于固定于包囊單元(4)中的所述肝細胞(5)分布于具有入口(2)和出口(3)的容器(1)內(nèi)，所述容器(1)連接患者的血液。
16.一種分布有多個細胞(5)的包囊單元，其中所述細胞(5)被包膜物質(zhì)(6)包裹著，所述包膜物質(zhì)(6)含有由防止凝結(jié)的結(jié)構(gòu)物質(zhì)組成的凝結(jié)抑制劑(7)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的包囊單元，其特征在于采用肝素作為凝結(jié)抑制劑(7)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的包囊單元，其特征在于采用水蛭素作為凝結(jié)抑制劑(7)。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的包囊單元，其特征在于采用前列腺素作為凝結(jié)抑制劑(7)。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的包囊單元，其特征在于采用凝血噁烷結(jié)構(gòu)物質(zhì)作為凝結(jié)抑制劑(7)。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的包囊單元，其特征在于采用聚合物作為包膜物質(zhì)(6)。
22.一種用于將活細胞輸入生物體液中，尤其是血液中的裝置，包括一個具有體液入口(2)和出口(3)的容器，多個包囊單元(4)分布在所述容器(1)中，其中每個包囊單元(4)由許多被包膜物質(zhì)(6)包裹的細胞(5)構(gòu)成，所述包膜物質(zhì)(6)含有凝結(jié)抑制劑或防止凝結(jié)的結(jié)構(gòu)物質(zhì)(7)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于在所述容器(1)的出口(3)區(qū)域具有所述包囊單元(4)的保留裝置(8，10)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于所述保留裝置(8)設(shè)計成過濾裝置。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于將磁體部件或者可磁化的物質(zhì)(9)嵌入所述包囊單元(4)中，并且所述保留裝置(8)具有磁性分離器(10)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種將活細胞輸入體液中，特別是血液中的方法，根據(jù)該方法，利用包裹細胞的包膜物質(zhì)將一個或一些所述細胞組合到包囊單元中。為了防止發(fā)生凝結(jié)或排斥，在包膜物質(zhì)里面或表面放置了凝結(jié)抑制劑或防止凝結(jié)的結(jié)構(gòu)物質(zhì)。
文檔編號A61K38/55GK1622801SQ03802721
公開日2005年6月1日 申請日期2003年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月26日
發(fā)明者奧古斯丁納斯·巴德 申請人:奧古斯丁納斯·巴德