JPH06506131A - 再播種可能なマトリックスを有する人工膵臓潅流装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 再播種可能なマトリックスを有する人工膵臓潅流装置発明の背景 膵臓のインシュリン生産細胞であるβ細胞は、ランゲルハンス島（ｉｓｌｅｔｓ 　ｏｆ　Ｌａｎｇｅｒｈａｎｓ）として知られている膵臓中の細胞の散在する集 団内に見いだされる細胞母集団の７０％以上を構成する。インシュリンのいくら かの主要な効果は、筋肉及び脂肪を包含する種々の組織によるグルコースの取り 込みを増加させること及び肝臓によるグルコース排出を減少させることである。

絶対的又は相対的なインシュリン欠乏は、グルコースの取り込みを減じそして肝 臓のグルコース排出量を増加させ、それにより糖尿病（ｄｉａｂｅｔｅｓ　ｍｅ ｌｌｉｔｕｓ）の特徴的な異常に高い血中グルコース濃度をもたらす。

膵島（ｐａｎｃｒｅａｔｉｃ　１ｓｌｅｔｓ）からのインシュリン放出は、血液 中のグルコース及び他の栄養素の濃度、胃腸ホルモン及びニューロン刺激を包含 する因子の組み合わせにより制御されている。ヒトでは、グルコースはβ細胞か らのインシュリン分泌のための主要な刺激である。しかしながら、アミノ酸及び 脂肪酸のような他の燃料も分泌を促進する。

糖尿病は、血液及び尿中のグルコースの高められた濃度により一般に特徴付けら れる。インシュリンは、血液中のグルコース及び他の栄養素の濃度を制御又は調 整しようとする努力において糖尿病患者に投与される。この養生の目的は、正常 に近いグルコースのレベルを維持することである。糖尿病に関連した合併症を防 止するためのこの処理の失敗に対する１つの可能な理由は、毎日のインシュリン 注射は生理学的要求に対する正常な島（ｉｓｌｅｔｓ）の迅速なインシュリン分 泌応答に似ていないということである。結果として、インシュリン注射、ダイエ ツト及び訓練によっては達成することが極めて困難であるか又は不可能な目的で ある、常に正常な血中グルコースレベルを維持すること、を可能とする糖尿病に 対する処理の開発に多大の興味が持たれている。

インシュリン放出のための生理学的応答パターンによ（似るように、グルコース センサ、情報プロセッサ及びインシュリンポンプから構成される電気機械的人工 膵臓システムを製造しようとする試みがなされた。今までのところでは、この方 法は有効ではなかった。

糖尿病を処理するための他の方法は、普通の膵臓組織の移植による機能不全器官 の代替である。しかしながら、膵臓組織の移植は、組織タイピング（ｔｉｓｓｕ ｅ　ｔｙｐｉｎｇ）、ドナーがあるかどうか及び免疫反応の問題により成功は限 定されている。

これらの問題を処理するために、研究者は、グルコースレベルに対する器官の生 理学的応答によく似たハイブリッド人工膵臓を作り出すことに関心を集中した。

生きた島を含有する人工膵臓装置は、免疫拒絶を回避するようにデザインされて きた。これらの装置は、免疫反応性細胞及び分子から移植された島を分離する半 透膜を含む。

マツムラは、その−側に一度分散した生きている膵島半透膜を含む人工膵臓装置 を述べている（米国特許第３．８２７．５６５号）。

サン等（米国特許第４．３２３．４５７号（１９８２）は、５００μｍの直径の 中空繊維が通っている容器手段である他の人工膵臓装置を記載している。この容 器は、膵島を保持しておりそして繊維は１００．　０００ダルトンより少ない分 子量の物質の通過を許容する多孔度を有することが記載されている。

チック等（米国特許第４．２４２．４５９号及び第４．　２４２．　４６０、号 （１９８０）は、はぼ円形の（ｃｉｒｃｕｌａｒ）流体漏れのないキャビティと それ自体のまわりに巻かれてコイルを形成する半透過性管を有する細胞培養装置 を記載している。他の細胞培養装置は、ハウジングと、定置スプールであってそ のまわりに半透過性管が巻かれてコイルを形成している定置スプールを含んで成 る。

現在入手可能な人工膵臓装置のどれも、糖尿病と関連した問題及び個体への人工 装置の移植に関連した問題を解決しない。か（して、糖尿病の個体に移植するこ とができそして変化する血中グルコース濃度に対する正常な生理学的応答によく 似たような方法で血中グルコースレベルを制御するのに有効な生育可能なランゲ ルハンス島を含有する膵臓装置に対する要求がある。親出願米国特許出願第０７ ／３９８，７３９号は１つのこのような装置を開示しているけれども、その装置 は生体内使用期間中高の取り替えができない。かくして、例えばインシュリン放 出が減少すると、島を装置から取り出すことができるそして使用中様々の時間に 新たな島で代替することができる膵臓装置に対する要求がある。

本発明の要約 本発明は、人工器官潅流装置、特に、血中グルコース濃度の変化に応答して個体 の血液中へのインシュリンの分泌をもたらす人工膵臓潅流装置に関する。この装 置は、適当な支持材料中の膵臓ランゲルハンス島を入れるハウジングを通って血 液を通過させるための出窓繊維及び、静脈又は動脈のような血管を中空繊維の端 部に接続して個体から装置を通りての連続的流れ及び個体に戻す連続的流れを与 える接続手段を使用する。

島は、中空繊維の長さのまわりに島を物理的に分布させそして島の位置を維持す る支持材料中に懸濁させられて（ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ）ハウジング中に導入され る。本発明に従えば、支持材料（又はマトリックス）は、繊維のまわりに島を物 理的に支持しそして繊維のまわりに島の位置を維持するのに十分に粘性であるが 、ハウジングから島と共に支持材料の取り出しを可能とするのに十分に流動性で ある物質である。この故に、本発明の支持材料は、装置を再播種可能（ｒｅｓｅ ｅｄａｂｌｅ）ならしめる（即ち、島懸濁体（ｉｓｌｅｔ　５ｕｓｐｅｎｓｉｏ ｎ）又はその一部の取り替えにより島の交換を可能とする）。好ましくは、支持 材料は、アルギン酸カルシウムナトリウム又は同様な半ゲル（ゲル状）培地又は マトリックスを含んで成る。好ましくは、このマトリックスは、３７℃で約９０ ０−１０００センチポイズの粘度を有する。

更に、支持材料は、培養物中の島の維持を助ける。この使用においては、支持材 料は、好ましくは、高細胞培養培地及び高細胞を含んでいて島混合物を形成する 。人工膵臓装置に導入するための島懸濁体は、島混合物から、遠心して培養基地 相と島懸濁体相を形成することにより調製される。培養基地相を除去しそして装 置に残りの島懸濁体相を播種する。

図面の簡単な説明 本発明の前記の及び他の目的、特徴及び利点は、添付図面に例示された本発明の 好ましい態様の以下の更に詳しい説明から明らかとなるであろう。図面において は、同様な参照文字は異なる図面全体にわたり同じ部品を示す。図面は必ずしも 一定の尺度ではな（、本発明の詳細な説明することに関して強調がなされている 。

第１図は、本発明を一般的に具体化する人工膵臓潅流装置の略図である。

第２図は、螺旋状に巻かれたハウジングを有する、本発明を具体化する他の人工 膵臓潅流装置の略図である。

第３ａ図は、環状ハウジングを有する本発明の他の態様の部分切り欠き略図であ る。

第３ｂ図は、第３ａ図の態様の平面図である。

第３ｃ図は、軽量環状ハウジングを有する他の態様の部品分解図である。

第４図は、本発明のアルギン酸カルシウムナトリウムマトリックス中の培養物中 のインシュリン生産性の島生育可能性のグラフ図である。

好ましい態様の詳細な説明 本発明は、血中グルコースレベルのばらつきを制御するのに有用な装置及び特に 糖尿病を持った個体におけるこのようなばらつきを処理する方法に関する。この 装置は、血液が約１００，０００ダルトンより小さい分子量を有する分子を選択 的に通過させる中空繊維を通って流れるにつれて、血中グルコースレベルを感知 しそして血中グルコースレベルに応答する、生育可能なそのままの膵臓ランゲル ハンス島（ｖｉａｂｌｅｉｎｔａｃｔ　ｐａｎｃｒｅｔｉｃ　１ｓｌｅｔｓ　ｏ ｆ　Ｌａｎｇｅｒｈａｎｓ）、島断片（ｉｓｅｌｅｔｓ　ｆｒａｇｍｅｎｔｓ） 、β細胞又はそれらの組み合わせを含んで成る。中空繊維という用語は、媒体（ 即ち血液）を輸送することができる種々の中空の組織適合性材料であって、該材 料を横切って物質を選択的に通過させる選ばれた多孔度（ｐｏｒｏｓ　ｉ　ｔｙ ）を有する材料を包含することを意味する。

本発明を具体化する人工膵臓潅流装置は第１図に例示されておりそして一般的に ４０の番号がつけられている。この装置は、ランゲルハンス島１４により取り囲 まれた中空繊維１２を備えている。

個体からの血液は入り口端部１６を通って中空繊維１２内に入りそして出口端部 １８に向けて繊維１２の長さに沿って中空繊維１２内を流れる。中空繊維１２は 、約１００，０００ダルトンより小さい分子量を有する物質の横断方向通過を選 択的に許容する細孔寸法を有する多孔性膜である。か（して、細孔は、血液が繊 維１２の長さに沿って流れるにつれて、グルコース及び必要な栄養素が血液から 中空繊維１２の壁を通って島１４へと拡散することを可能とする。与えられたグ ルコース及び栄養素に応答して、島１４は、インシュリンを発生しそして分泌し 、このインシュリンは、中空繊維１２の外側から中空繊維の壁を通って、中空繊 維中を流れている血液中に拡散する。インシュリン含有血液（即ち、装置から流 れる血液）は、出口端部１８で繊維１２を出て、上記の発生したインシュリンを 個体に与える。

特に、装置４０の生体内使用の際には、中空繊維１２の一端は、血液を受け取る ための動脈のような血管に接続手段により接続されており、そして繊維１２の他 方の端部は、インシュリン含有血液を個体に与えるための静脈のような第２の血 管に接続手段により接続されている。装置４０の生体外使用については、血液又 は他の媒体が入り口端部１６から出口端部１８へと中空繊維１２を通って流れる 限りは、動脈及び静脈への接続以外の接続が好適である。接続手段は、血管移植 片材料のような種々の組織適合性材料の１つから成ることができる。中空繊維の 端部は、動脈又は静脈のような単一の血管に接続手段により接続することができ る。別法として、中空接続の端部は、上記の動脈と静脈のような２つの血管に接 続手段により接続することができる。

好ましくは、中空繊維１２は、ダブリュ・アール・ブレース社−コネクチカット のアミコン事！部により製造されたタイプＸＭののような約１００．０００ダル トン平均多孔度の多孔性アクリルコポリマー膜である。選ばれた細孔寸法は、異 種移植片を宿主免疫反応から保護するためのバリアを与える。細孔寸法は、繊維 がＩｇＧ溶液の〉９０％を保持しなければならないということに基づいて選ばれ る。この保護バリアの結果として、島は、必ずしも島の免疫モジュレーション又 は受容者の免疫抑制を必要とすることな（、イヌ、ウシ、ブタ又はヒト膵臓組織 のような種々の哺乳動物源から得ることができる。

中空繊維の端部は、繊維の内径が血管の内径に実質的にぴったり合う（ｍａ　ｔ 　ｃ　ｈ）ように血管（単数又は複数）に接続されて、血液の滑らかで連続的な 流れを与える。血管の内径に実質的にぴったり合う内径を有する繊維を使用する ことができる。例えば、中空繊維１２は、約４ｍｍ乃至約７ｍｍの均一な内径を 有する。このような直径は、装置を生体内で使用する際に繊維１２の端部が接続 されるべき個体の動脈及び静脈の内径と適合性である。結果として、血管接続連 結部で凝固するためのポテンシャルは減少する。あるいは、中空繊維は、血管の 内径とは異なる内径を有することができる。例えば、中空繊維は、一端で血管の 直径に実質的にぴったり合いそして他端で繊維の直径に実質的にぴったり合う接 続手段と適応させることができ、かくして、血管から装置への血液の滑らかで連 続的な流れを与える。

更に、接続手段は、血管と繊維１２間の滑らかな、本質的に階段のない内部移行 部（ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）を与える突き合わせ接合部（ｂ ｕｔｔ　ｊｃｉｉｎｔ）を含むことができる。突き合わせ接合部は、剛性である ことができるマンドレル又は変形可能な材料からつくることができるマンドレル を使用して作られる。マンドレルを、繊維及び移植片内腔に入れて内径にびつた り合わせる。滑らかな硬質ロッドをマンドレルとして使用することができる。ロ ッドは、繊維及び移植片の両方の内腔にきつく嵌合するテーパ付き端部を有して いなければならない。圧縮されるとき広がる（ｅｘｐａｎｄ）であろう変形可能 な材料もマンドレルとして使用することができる。これは、繊維及び移植片の内 腔に入れそして拡大させることができる。拡大された材料は、移植片及び繊維に しっかりと嵌合して繊維と移植片との間の漸次の移行部（ｇｒａｃｌｕａｌ　ｔ ｒａｎｓｉｔｉｏｎ）を作り出すであろう。所定の位置につ（と、繊維と移植片 との間に残った僅かな隙間にマンドレルのまわりに接着剤を流し込むことができ る。硬化すると、マンドレルを取り外することができ、そして繊維と移植片との 間の滑らかな内部移行部が残るであろう。

繊維は１００−２００ミクロンの肉厚と約６０ｃｍ”より大きい繊維の内表面積 を与えるのに十分な長さを有し、中空繊維１２の内表面積は、繊維の長さと、繊 維の内径とπとの積に等しい。例えば、約６０ｃｍ！又はそれより大なる内表面 積は、必要な量のインシュリンを生産するのに必要な島の数を維持することを可 能とする。例えば、ヒト被験者への移植のためには、中空繊維の内表面積は約１ ００ｃｍ２とすることができる、そして繊維の長さは約５６ｃｍ”とすることが でき、これは試験管内で約３００，０００の島を支持するのに十分であることが 示された。

島１４は、島が中空繊維の回りに分布するように装置に導入又は播種される。中 空繊維１２のまわりに島の適正な分布を保証するため及び中空繊維１２のまわり の所望の位置に島１４を維持するために、島の懸濁体（ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ　 ｏｆ　１ｓｌｅｔｓ）（島懸濁体と呼ぶ）を形成する半ゲルマトリックスのよう な適当な支持材料が使用される。

支持材料は、島の生育可能性を維持しそして島を懸濁体中に物理的に支持するこ とができる種々の材料から成ることができる。

例えば、１つの態様では、半ゲルマトリックスは、水に溶解した栄養素培地及び アルギン酸カルシウムナトリウムの溶液に島を加えることにより形成される。半 ゲルマトリックスは、島を物理的に懸濁させそして支持するのに十分に粘性であ り、しかもピペットで移すことができる（ｐｉｐｅｔｔａｂｌｅ）（即ち、真空 のような適当な手段により装置から取り出すことができそして装置に注入できる ）のに十分に流動性である。

特に、半ゲルマトリックスは、３７℃で約９００−１０００センチボイズの範囲 の粘度を有しており、かくして液体と半個体との中間のコンシスチンシーを有す る。結果として、島懸濁体は、島が繊維１２の外側のまわりに分布されそして維 持されるように装置に導入することができる。

島懸濁体は、流動性を維持しそして注射器等のような吸引手段により取り出し可 能である。これは、これまでに教示された、流動性を維持しておらず、従って装 置から容易に取り出すことができなかった半個体アルギネート又は寒天マトリッ クスと違って、必要又は所望に応じて、装置に新たな島１４を容易に再播種する （ｒｅｓｅｅｄ）ことを可能とする。

このような再播種は、装置の操作寿命を延ばすのに有利である。他の同様なピペ ットで移すことができる粘性マトリックスを、支持材料とじて使用して再播種可 能な人工膵臓潅流装置を与えることができることが理解される。

島懸濁体は、島を維持するのに試験管内培養条件下（例えば、３７℃）での貯蔵 も可能とする。貯蔵に使用するために、島懸濁体は、高細胞培養培地を含んで成 る。“高温合物”という用語は、本明細書では支持材料／島／培養培地混合物を 指すのに使用される。“島懸濁体”という用語は、本明細書では培養培地なしの 支持材料／高湿合物を指すのに使用される。しかし島懸濁体は下記するように他 の成分を含有することができる。

装置使用のために培養物から高温合物を処理するために、高温合物部分を遠心し て培養培地相と島懸濁体相を形成する。培養培地相を除去しそして残りの島懸濁 体相を使用のため装置に導入してインシュリンを生産する。所望の使用期間の後 、培養物からのその後の量の高温合物を同様に処理しそして装置において使用し 、各その後の島懸濁体部分は装置中の島懸濁体の一部又はすべてを代替する。各 島懸濁体部分又はその後の部分は、装置による所望の量のインシュリンの生産の ために十分な量であるべきである。

ハウジングは、プラスチック（例えばポリアクリル）、ステンレス鋼、チタン又 は他の移植可能に金属物質から成ることができる。例えば、ハウジングは、ポリ カーボネート、ポリスルホン、ポリメチルメタクリレート、又はそれらの混合物 であることができる。ハウジングは、組織適合性であり且つ中空繊維１２を保護 するのに十分に剛直でありそして好ましくは軽量でなければならない。第１図に 例示された態様では、押し出されたプラスチックハウジング４２は、はぼ円筒形 でありそして中空繊維と同じ長さである。ハウジング４２は、中空繊維１２を同 軸で取り囲んでおり、中空繊維１２はハウジング４２内に実質的に直線状で曲が りなしに存在する。ハウジング４２の内壁は、繊維１２の外表面のまわりにチャ ンバ３４を形成する。好ましくは、島懸濁体は、このチャンバ３４内で中空繊維 １２の長さに沿って周方向及び長手方向に分布している。

第２図に示された態様では、ハウジング２０は、形状がほぼ管状であるが、例え ば約２２インチ長さの中空繊維１２の輪郭に従う。さらに特定的には、ハウジン グ２０は、繊維１２の長さに沿つて繊維１２のまわりに同軸で配置されておりそ してハウジング２０は、繊維１２と共に縦方向軸線のまわりに螺旋状に巻かれて 空間節約のコンパクトな装置１０を与える。このような構造では、ハウジング２ ０の内壁は、中空繊維１２の外表面のまわりにチャンバを形成する。繊維１２が 島１４によりその長さに沿って取り囲まれるように、島懸濁体が導入されるのは 、このチャンバ内である。

本発明の好ましい態様を第３ａ図及び第３ｂ図に示し、そして一般的に３０の番 号で示す。中空繊維１２は、縦方向軸線のまわりに１つ又はそれより多（のルー プに螺旋状に巻かれ、そして螺旋状に巻かれた繊維は環状ハウジング２２内に囲 われる。この構造では、ハウジング２２内に中空繊維１２により形成された各ル ープは、先行の及び後続のループからスペーサ２４により間隔を置いて配置され ることができる。スペーサ２４は、繊維１２の各ループ間の隙間２５を確実にし 、そして最終的に島懸濁体が中空繊維１２の長さに沿って周方向に配置されるこ とを可能とする。そのために、島懸濁体は、島懸濁体、従って島１４が繊維１２ をその長さに沿って取り囲むように、中空繊維１２のループ間の隙間及び各ルー プの内側及び外側曲線のまわりの区域を実質的に充填する方法で、環状ハウジン グ２２に導入される。

更に、ハウジング２２は、第３ｂ図に示されたような注入口２６及び２８を含む 。これらの口は、島懸濁体がハウジング２２内で螺旋状に巻かれた中空繊維１２ を取り囲むように、ハウジングへの島懸濁体の導入を助ける。本発明においては 、懸濁体は、他方の口２８で発生した負圧により１つの０２６を通じて引かれる 。

更に特定的には、島懸濁体の入った注射器を、注入のために、口２６に配置する 。第２注射器のようなハウジング２２がら空気を引（ための手段が口２８に配置 される。この引（ための手段は、口２８を通じてハウジング２２がら空気を抜き 取るように作動し、かくして口２６からハウジング２２を通って出口２８を出る ように向けられた流れを作り出す。

結果として、負圧は、島懸濁体を、第１注射器から０２６を通じてハウジング２ ２へと口２８に向けて引く。

懸濁体が一部ハウジング２２内に引き込まれ、ハウジング２２から口２８を通じ て抜き出されるのを防止するために、スクリーン３２を取り付けて口２８の内部 開口３６をふさぐことができる。例えば、スクリーン３２は、島が抜き出される のを防止するのに十分な（即ち島より小さい）開口を有する組織適合性網材料を 含んで成る。例えば、ナイテックス（Ｎｙｔｅｘ）ブランド又は同様なタイプの ような２０−３０ミクロン幅の開口を有するスクリーンを使用することができる 。スクリーン３２は、組織適合性エポキシドを含めて、普通の方法及び手段によ って開口３６をおおってハウジング２２の内壁に取り付けられる。　更に、中空 繊維１２は、環状ハウジング２２を出、その結果中空繊維１２の一端１６は、血 液が装置中に、装置を通って及び装置から外に流れるように、動脈のような血管 に接続される。中空繊維１２の反対側端部１８は、第１図に示されたように、個 体にインシュリン含有血液を与えるために、静脈のような第２の血管に接続され る。

管状ハウジング２２は、１個又はそれより多くの縫合部位３８も与えることがで き、縫合部位３８を通して装置３０は個体に取り付けられる。

第３ａ図及び第３ｂ図の装置３０に替わる態様においては、環状ハウジングは、 特に軽量であるようにデザインされる。このような軽量環状ハウジングは、第３ Ｃ図の部品分解図に示されておりそして以下に説明する。

底部半部４４は、８の字型中央キャビティ６８、内側周溝５４、周溝５４に通じ ている２つの穴５６（好ましくは１／１６インチ直径）及び外側のまわりの縫合 部位６４を有するアクリルから機械加工される。中空繊維１２は、端部１６及び １８が装置６０の生体内使用のための血管移植片５２のような接続手段に取り付 けられた状態で、溝５４に螺旋状に巻かれて着座している。更に、ハウジング底 部半部４４は、繊維端部１６及び１８に接続された血管移植片を収容して、これ らの移植片がハウジングから突き出すことを可能とするような形状である。更に 、繊維と移植片内腔との間に滑らかな、本質的に階段のない内部移行部を与える ために、前記した如きマンドレルを使用して突き合わせ接合部を作ることができ る。随意に、第３ｂ図に述べたスクリーン３２のようなスクリーンを、溝５４の 壁に取り付けて溝の穴５６の開口をおおりで、ハウジングへの島懸濁体の導入の 期間中ハウジングから島が引き出されるのを防止することができる。

ハウジング頂部半部４６は、それぞれ、底部半部４４の８の字型中央キャビティ ６８、穴５６及び内側溝５４にぴったり合う８の字型中央キャビティ６８、開口 ５８及び内側層を有するアクリルから機械加工される。

ハウジング頂部半部４６は、それぞれのマツチする部品を整列させて、底部半部 ４４に溶接されるか又はさもなければ底部半部４４に漏れのないようにシールさ れる。開口５８にスナップされているのは、注入口組立体４８である。各注入口 組立体４８は、当業界では良く知られているように、キャップ６２の内側にシリ コンプラグ５ｏを含む。開口５８内に配置された注入口組立体４８は、ハウジン グ内側溝５４内に螺旋状に巻かれた中空繊維１２に島懸濁体を導入するための注 入口又は部位を与える。別法として、注入部位は、ハウジング頂部半部４６又は 底部半部４４に溶接することができる。

ハウジング頂部半部４６及び底部半部４４が一緒に溶接された後、ハウジングが 接続手段に出会う所に組織適合性接着剤を塗布して漏れのないシールを確実にす る。エマージン・アンド・クミンゲス社（Ｅｍｅｒｓｏｎ　ａｎｄ　Ｃｕｍｉｎ ｇｓ、Ｉｎｃ、）（ダブリ−７−ル・ブレース・アンドカンパニーコネクチヵッ トのポリフィブロン事業部）により製造されたＴ６７４のような医学用銘柄のエ ポキシが好ましい。

中央キャビティの故に、繊維１２を取り囲んでいる島懸濁体を有する装置６０は 約４０グラムの重量である。ハウジングの頂部側及び底部側のためのシリコン又 は同様な材料の平面状カバーは、実質的な重量を加えることなく装置６０の生体 内使用の期間中８の字型キャビティをおおいそして流体がキャビティ内に蓄積す るのを防止する。このようなカバーは、溶接、接着剤又は他の方法及び当業界で 普通の手段によって、／’ｔウジング頂部半部４６及び底部半部４４のそれぞれ の外側表面に取り付けられる。

本発明の他の構造が可能であることは理解されるべきである。このような構造は 、繊維１２が島１４によりその長さに沿って取り囲まれるように、中空繊維１２ のまわりに、好ましくは、繊維１２のまわりに周方向及び長手方向に島の分布を 確実にするためにのみ必要である。構造のデザインを最適化する際には、インシ ュリン分泌を刺激する物質及び栄養素及び酸素を包含する物質の血液から島への 拡散を最大にするために、島と中空繊維１２との距離は最小にする必要があるこ とが理解される。

島の調製及び装置へのその導入は、下記の如くして行われる。膵臓のランゲルハ ンス島を、種々の哺乳動物、例えば、イヌ、ウシ、ブタ又はヒトのいずれかの膵 臓組織から単離する。本明細書で使用された“島”（単数又は複数）（ｉｓｌｅ ｔ　ｏｒ　１ｓｅｌｅｔｓ）は、β細胞、インシュリンの実際の生産体、もとの ままの（ｉｎｔａｃｔ）島、島断片又はそれらの組み合わせを包含する、ランゲ ルハンス島内の構成成分細胞型を包含する。供与者の膵臓の外分泌組織から島を 単離するための手順は実施例１に述べられている。

ランゲルハンス島は、適当な支持材料中に懸濁させる。１つのこのような支持材 料は、アルギン酸カルシウムナトリウムを包含する。コラーゲン及びラミニン（ Ｉａｍｉｎｉｎ）及び／又は成長因子のような追加の成分を島懸濁体に加えるこ とができる。例えば、約１００μｇ／ｍｌのコラーゲン■、約８０−１００μｇ ／　ｍｊのコラーゲン■及び約５−１０μｇ／ｍｌのラミニンを島懸濁体に加え ることができる。

島懸濁体は、島の生存能力を高める他の細胞を含有することもできる。

内皮細胞又は繊維芽細胞の存在は、島が天然に存在する環境により似ている環境 を作り出すことができる。成長因子又は基底膜成分を生産する他の細胞型を、島 と共に培養して成長及び生存能力を高めることができる。更に、移植片部位にお ける内皮細胞層は、吻合部位の増加した開通性（ｐａｔｅｎｃｙ）に寄与するこ とができる。

本発明は、人工膵臓潅流装置に装置の使用に先立ちランゲルハンス島の懸濁体を 播種する（ｓｅｅｄｉｎｇ）方法を提供する。本発明は、インシュリン生産のた めの装置の使用に続いて１つの時又は多数の時に新たな島懸濁体を装置に再播種 する方法も提供する。播種又は再播種プロセスにおいては、半ゲル島懸濁体を第 ３ｂ図について前記した如く中空繊維１２の外側に導入する。半ゲルマトリック スは、必要に応じて更なる時に島懸濁体の容易な除去及び置換を可能とするのに 十分に装置の使用期間中流動性にしておきながら、中空繊維１２のまわりの島を それぞれの位置に懸濁させる。例えば、再播種は、装置によるインシュリン生産 の減少の後指示することができる。

入り口端部１６及び出口端部１８は、血管移植片材料、例えばポリウレタン、ポ リテトラフルオロエチレン又はダクロン（商標）（イー・アイ・デュポン・ドウ ・ヌムール・アンド・カンパニー）のような接続手段にて取り付けられる。入り 口端部１６移植片材料は、血管に外科的に接続されそして出口端部１８移植片材 料は、第２の血管に外科的に接続され、そして当業界で周知された手段により繊 維を通る血液流は確立される。

島懸濁体の調製及び好ましい態様での播種及び再播種プロトコルは下記のとおり である。ランゲルハンス島を、アルギン酸カルシウムナトリウム及び細胞培養培 地の溶液（以後アルギネート／培地溶液と呼ぶ）に加えて高温合物を形成する。

装置の播種又は再播種に使用するために、高温合物を遠心して培養培地相及び島 懸濁体相を形成する。培養培地相を除去しそして島懸濁体相を１つ又はそれより 多（の部分においで使用して、本発明の人工膵臓装置に播種及び／又は再播種す る。更に、上記手順の詳細は、後記の実施例Ａに見いだされる。別の態様では、 播種又は再播種の前に島の貯蔵は必要ではない場合には、島懸濁体は、アルギン 酸カルシウム溶液（即ち、細胞培養培地を含まないで）に島を加えることにより 直接形成することができる。

アルギネート／培地溶液のための他の用途は、培養物中の島の長期の維持である 。培養物中に島を維持する際に遭遇する困難は、島が維持されているチャンバの 組織培養プラスチックに島が付着することである。

一度付着すると、それらは、プラスチックから除去しそして実験又は潅流装置播 種のために使用することは、不可能ではないとしても、困難である。島をアルギ ネート／培地溶液と混合することにより高温合物が形成され、これは、島を懸濁 させ及び栄養素を与えて長期間培養物中に島を維持することを可能とする。

高温合物及び島懸濁体は、島の機能に不利な影響を与えることな（容器から容器 に容易に移すことができる。結果として、高温合物は、培養物中に島を維持する ために及び上記した人工膵臓潅流装置のための島懸濁体を製造するための主成分 として使用することができる。この目的で、高温合物は、上記の如く形成されそ して試験管内培養物中に維持される。

第１の量の高温合物の遠心及び得られる培養培地相の島懸濁体相からの分離によ り、装置で使用するための島懸濁体の第１の部分が得られる。

島懸濁体相は、所望の期間インシュリンの生産のために人工膵臓潅流装置中に注 入されそして該装置において使用される。高温合物の第２の量を続いて培養物か ら採取しそして遠心して島懸濁体の第２の部分を調製し、このものは、島懸濁体 のすべて又は一部の除去の後装置に再播種するのに使用される。高温合物の他の 量を同様に培養物から採取しそして遠心して、装置によるインシュリンの連続し た製造のために多数の機会に装置を再播種するのに使用される更なる島懸濁体部 分を製造する。

本発明の高温合物及び島懸濁体は、島を分布させ及び島の位置を維持するための 支持材料を必要とし及び使用期間に続いて島懸濁体のすべて又は一部を置換する ことを望まれる事がある理得る種々の試験管内又は生体内装置に使用することが できることは理解される。細胞培養培地は、島を生体内又は試験管内装置に入れ る前に島を培養物中に維持するのに必要であること及び細胞培養培地は、単離さ れた島がそれらの生存能力を維持する装置中で直ちに使用される場合には必要で はないことが更に理解される。細胞を装置に入れた後、島生存能力は、細胞培養 培地又は装置を通して潅流される血液により維持される。

実施例工　膵臓組織からの島の単離 ランゲルハンス島は、供与動物（例えば、イヌ、ウシ、ブタ）の膵臓から得られ る。ランゲルハンス島は、公表された手順の改変により単離及び精製された。Ｍ ｏｓｋａｌｅｗｓｋｉ、Ｓ、、Ｇｅｎ、Ｃｏｍｐ。

Ｅｎｄｏ、、５　：３４２　（１９６５）；Ｌａｃｙ、Ｐ、Ｅ、ａｎｄ　Ｍ。

Ｋｏｓｔｉａｎｏｖｓｋｙ、Ｄｉａｂｅｔｅｓ、１６：３５　（１９６７）：Ｌ ａｃｙ、Ｐ、Ｅ、ｅｔ　ａ±、、Ｄｉａｂｅｔｅｓ、３１　（Ｓｕｐ且」工４） ：１０９　（１９８２）。簡単に言うと、膵管を介してコラゲナーゼの懸濁液で 膵臓を濯流し、これにより、結合組織を消化しそして腺の完全性（ｉｎｔｅｇｒ ｉｔｙ）を崩壊させた。腺は、組織断片が５００ミクロンより小さい直径の寸法 に減少するまで、大理石と共に振とうさせることにより更に解離（分離）させた （ｄｉｓｓｏｃｉａｔｅｄ）。

この解離手順により、島を取り囲む外分泌組織から島を解放した。次いで、島を 、フィコール（Ｆｉｃｏｌｌ）（商標）（ファーマシア。ファイン・ケミカル社 ）不連続勾配（２７％Ｗ／Ｖ、２３，５％Ｗ／Ｖ及び１１％Ｗ／Ｖ）での遠心に より非島組織から分離した。これは、細胞型の密度の差を利用して、島（低密度 ）が１１％及び２３．５％フィコール層の界面に位置づけられることを可能とし 、一方非島組織は遠心の下に分離される。島を集め、洗浄しそして使用するまで 培養プレートで平板培養した。

実施例■　島の試験管内培養 実施例Ｉの培養プレートから、単離した島を集め、遠心しモしてピペットでとる ことにより培養培地を除去することによって、島のペレットが得られた。このペ レットに、アルギン酸カルシウムナトリウム及び細胞培養培地の１％溶液を加え た。各ウェルがｌＱｍｌ以下を保持した６ウエルのプレートの使用のために、８ −８−１Ｏのアルギネート／培地溶液を各ウェルの島ペレットに加えて、高温合 物を作り出す。３つのプレートを調製しそして約３７℃で貯蔵した。試料を各プ レートから約２又は３日毎に採取しそしてインシュリン排出量をラジオイムノア ッセイにより測定した。遠心し、次いで細胞培養基地相を除去しそして得られる 島懸濁体を新しい細胞培養培地と混合することにより、培地は試料の採取の時点 で完全に変えられた。次いでインシュリンの毎日の生産の計算を行った。ウェル 当たり２．０００の島を含有する高温合物では、インシュリン生産は、２２日の 期間にわたり平均して約０．４単位／日であった。ウェル当たりｓ、ｏｏｏの島 を含有する高温合物では、インシュリン生産は、２２日の期間にわたり約１．０ 単位／日であった。ウェル当たり３０，０００の島を含有する高温合物では、イ ンシュリン生産は、２２日の期間にわたり約１．６単位／日であった。３つのプ レートからのデータは、第４図に示されておりそして、アルギネート／培地溶液 中つェル当たり２，０００．８．０００及び３０．０００の島では、島は少なく とも２２日間維持することができそしてインシュリンを生産し続けることができ ることを証明する。これらのペレットのすべては組織培養プレートにおける高湿 合物中に懸濁していること及びいずれもプラスチックプレートに付着してはいな いことに留意することは重要である。

見込み実施例（Ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｖｅ　Ｅｘａｍｐｌｅ）Ａ　半ゲル調製及び 再播種プロトコル アルギン酸カルシウムナトリウム［ケルコゾル（Ｋｅｌｃｏｓｏｌ）商標、ケル コ社］１グラムをアルミニウムフォイルに包みそして１５分間オートクレーブ処 理した。この１グラムの粉末を１００ｍ１の細胞培養培地に加えそして完全に溶 解するまで（約１時間）撹拌して、１％Ｗ／Ｖアルギネート／培地溶液を形成す る。別の１５ｍ１の培養管において、２００，０００の島を穏やかな遠心により ペレット化する。ペレット化した島から培養培地をデカンテーションしそして約 １４ｍ１のアルギネート／培地溶液を加える。島をアルギネート／培地溶液と穏 やかに混合して均一な高温合物を形成した後、高温合物を１５００Ｘｇで５分間 遠心して２つの層を形成する。底部層（約５ｍ１）は粘性のアルギネート及び島 （本発明の島懸濁体）を含み、頂部層は培養培地から成る。

培養培地は、ピペッティングにより除去しそして残りの島懸濁体を使用して潅流 装置に播種する。島懸濁体は、３７℃で約９００−１０００センチポイズの範囲 の粘度を有する。

島懸濁体を第３ｂ図また及び第３Ｃ図における如く注入口を通して播種するか、 又は成る他の手段により分線させる。播種された装置は、次いで所望の被験者へ の移植の準備がてきている。数日乃至数カ月のようなある期間の装置の使用の後 、又はインシュリン排出量等が減少すると、装置に上記の島懸濁体を再播種する 。再播種は、装置に導入された島懸濁体の第１の部分の除去を含む。このような 除去は、第３ｂ図及び第３Ｃ図に示された注入口２６．２８を通して、注射器に よるなどの吸引による。次いで島懸濁体の代替する部分が、前記の如き注入口を 通して播種される。島懸濁体の最初の部分の除去と島懸濁体の代替部分の導入と の間に、フラッシング又は他の洗浄手順のような他の中間工程が行われうること は理解される。

（目／四’＊）／：ｆｉ”４４？ 補正書の写しく翻訳文）提出書　（特許法第１８４条の８）平成５年９月２７日

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. １．個体にインシュリンを与えるための人工膵臟灌流装置であって、ａ）接続手 段により血管に接続されていて個体から血液を受け取るための一端及び集２接続 手段により血管に接続されていて個体に血液を戻すための他端を有する中空繊維 を備え、該中空繊維は、該中空繊維の長さに沿って血液が該中空繊維内を流れる ように、選択的に物質が該中空繊維を横断通過することを許容する多孔度を有し ており、ｂ）膵臟ランゲルハンス島の懸濁体を収容するハウジングを備え、該懸 濁体は、中空繊維がその長さに沿って膵島により取り囲まれるように、中空繊維 のまわりの支持材料中に分布した膵島を含み、該支持材料は、（ｉ）中空繊維に 対して島の分布を維持するのに十分に粘性であること及び（ｉｉ）島懸濁体のそ の後の取り替えのために島懸濁体の取り出しを可能とするのに十分に流動性であ ることを特徴とする、人工膵臟層流装置。
2. ２．島懸濁体は吸引手段によりハウジングから取り出し可能である請求の範囲第 １項記載の人工膵臟層流装置。
3. ３．支持媒体が、３７℃で約９００乃至約１０００センチポイズの粘度を有する 、請求の範囲第１項記載の人工膵臟灌流装置。
4. ４．支持材料が、アルギン酸カルシウムナトリウムを含んで成る、請求の範囲第 １項記載の人工膵臟灌流装置。
5. ５．島懸濁体が、コラーゲン、ラミニン及び成長因子の少なくとも１種を更に含 む、請求の範囲第１項記載の人工膵臓灌流装置。
6. ６．（ｉ）選択的に物質を横断通過させる多孔度を有する中空繊維及び（ｉｉ） 中空繊維のまわりの膵臟ランゲルハンス島の懸濁体を収容するハウジングを備え た、個体にインシュリンを与えるための人工膵臟灌流装置において、 該装置は、．島懸濁体を形成するように該島が分布しそして懸濁しているマトリ ックスを含み、該マトリックスは、中空繊維のまわりに該島を物理的に懸濁させ そして維持するのに十分な粘性でありそして島懸濁体のその後の取り替えのため に島懸濁体の取り出しを可能とするのに十分流動性であることを特徴とする、人 工膵臓灌流装置。
7. ７．マトリックスが半ゲルである、請求の範囲第６項記載の人工膵臓灌流装置。
8. ８．マトリックスが３７℃で約９００乃至約１０００センチポイズの粘度を有す る、請求の範囲第６項記載の人工膵臓灌流装置。
9. ９．マトリックスがアルギン酸カルシウムナトリウムを含む、請求の範囲第６項 記載の人工膵臓灌流装置。
10. １０．マトリックスが、使用期間の後に島懸濁体の一部の取り出しを可能とする のに十分に使用期間中流動性を維持している、請求の範囲第６項記載の人工膵臟 灌流装置。
11. １１．インシュリンの生産のために装置の使用の前及び後の多数の機会に装置に ランゲルハンス島を播種する方法であって、（ａ）支持材料中に該島を分布させ ることにより島懸濁体を形成し、該支持材料は、該島を物理的に懸濁させるのに 十分に粘性でありそして所望に応じて装置から島懸濁体の取り出しを可能とする のに十分に流動性であり、 （ｂ）島懸濁体の第１の部分を該装置に導入し、このような第１の部分は該装置 による所望の量のインシュリンの生産のために十分なものであり、 （ｃ）装置の使用期間に続いて装置から島懸濁体の該第１の部分の一部又はすべ てを抜き出し、 （ｄ）装置に島懸濁体の第２の部分を導入し、このような第２の部分は、装置に よる所望の量のインシュリンの生産のために十分なものである、 の工程を含むことを特徴とする方法。
12. １２．島懸濁体を形成する工程が、 （ｉ）島、支持材料及び細胞培養培地を含んで成る島混合物を調製し、（ｉｉ） 該島混合物を試験管内で培養物中に維持し、（ｉｉｉ）島混合物を処理して、工 程（ｂ）又は（ｃ）において装置に島懸濁体を導入する工程で使用するための島 懸濁体を得る、ことを特徴とする請求の範囲第１１項記載の播種する方法。
13. １３．島混合物を３７℃で培養物中に維持する、請求の範囲第１２項記載の播種 する方法。
14. １４．培養培地相と島懸濁体相が形成されるように遠心しそして培養培地相を除 去して島懸濁体相を単離することにより島混合物を処理して、装置に導入するた めの島懸濁体を得る、請求の範囲第１２項記載の播種する方法。
15. １５．装置が人工膵臟装置である、請求の範囲第１１項記載の播種する方法。
16. １６．装置に使用するためのランゲルハンス島を調製する方法であって、 （ａ）島を提供し、 （ｂ）該島を、細胞培養培地、及び島混合物を形成するのに十分な量の支持材料 と一緒にし、該支持材料は、島の懸濁体を維持するのに十分に粘性でありそして 装置から島懸濁体の取り出しを可能とするのに十分に流動性でり、 （ｃ）島を維持するための好適な試験管内培養条件下に島混合物を貯蔵する、 ことを特徴とするランゲルハンス島を調製する方法。
17. １７．支持材料がアルギン酸カルシウムナトリウムを含んで成る、請求の範囲第 １６項記載の島を調製する方法。
18. １８．試験管内培養物から島混合物を取り出し、島混合物を遠心して培養培地相 と島懸濁体相を形成し、装置で使用するために島懸濁体相を単離する、工程を更 に含んで成る請求の範囲第１６項記載の島を調製する方法。
19. １９．ランゲルハンス島を維持するための装置であって、島を、島の物理的懸濁 を維持するのに十分に粘性でありそしてその後の島懸濁体の取り換えのために島 懸濁体の取り出しを可能とするのに十分に流動性であることにより特徴付けられ る支持培地と混合することにより島懸濁体を維持することを特徴とする、ランゲ ルハンス島を維持するための装置。