CN102908690A - 选择性细胞隔离装置及其相关方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于治疗和/或预防受治疗者患有炎性病症的系统和装置及其相关方法。更具体地，本发明涉及隔离白细胞和/或血小板并随后抑制它们的炎性活动的系统、装置和相关方法。

Description

选择性细胞隔离装置及其相关方法

本申请是申请日为2008年8月29日、申请号为200880113549.4、发明名称为“选择性细胞隔离装置及其相关方法”的发明专利申请的分案申请。

相关申请

本申请要求2007年8月31日提交的序列号为60/969,394的美国临时专利申请的权益和优先权，其全部公开内容通过引用结合到本文中。

有关联帮赞助研究或发展的声明

本发明借助国立卫生研究院（National Institutes of Health）颁发的编号为DK080529和DK074289的拨款在政府的支持下进行。政府在本发明中具有特定权利。

技术领域

本发明涉及用于治疗和/或预防受治疗者中的炎性病症的系统、装置和方法。更具体地，本发明涉及隔离与炎症相关的细胞，例如白细胞和血小板，并随后降低它们的炎性活性的系统、装置和相关方法。

背景技术

多种医疗病症都是由不期望的炎症引起，加重的，和/或由所述炎症表征的。感染，如细菌、病毒和真菌感染；外伤，如跌倒、车祸、枪伤和刀伤；心血管病状，如动脉瘤和与手术有关的局部缺血；以及内源性炎症反应，如胰腺炎和肾炎，常常会导致调节心血管和调节免疫系统功能所涉及的稳态机制的严重的功能障碍。几种如局部缺血和感染这样的病症，通过免疫系统异常或过量的激活，可能导致在几小时至几天时间内发展成心血管功能障碍，并且在某些情况下，能引起生命危险，甚至是致命的。

某些细胞类型对于心血管系统和免疫系统的功能障碍是至关重要的。例如，白细胞，特别是中性白细胞，在各种炎性病症的发病机制及进展中起到重要作用，所述炎性病症包括全身炎症反应综合征（SIRS）、败血症、局部缺血/再灌注损伤和ARDS（见，例如，Kaneider等人（2006）FEBS J 273:4416–4424;Maroszynska等人（2000）Ann.Transplant.5（4）:5-11）。此外，活化的血小板能增强白细胞粘附性和促进白细胞活化。虽然炎症和全身免疫反应在某些情况下是有益的，但是也可能是致命的。

器官的炎性损伤可能导致由白细胞活化和聚集以及血小板活化和聚集诱发的微血管损伤。这些活化的细胞可以通过释放毒性化合物到患者的组织中来促进微血管淤滞和再灌注损伤。在急性炎症中，活化的白细胞和血小板在脉管中呈凝胶样结构相互作用。这导致组织的弱灌注，这些组织通常是由毛细血管补给氧气和营养物质的。活化的白细胞还通过从内皮细胞外渗到组织中而导致损伤，在组织中，白细胞释放通常会消灭入侵微生物或清除坏死碎屑的毒性物质。活化的血小板还能通过增强白细胞的活性和白细胞的内皮迁移（endothelialtransmigration）而导致损伤。当这些过程没有加以控制时，它们可能导致组织损伤和死亡。

在美国，SIRS是引起死亡的第13大主要原因。在美国，每年，伴有SIRS的严重败血症患者达200,000人，即使在重症监护室和使用广谱抗生素的情况下，其死亡率也达30-40％。SIRS的诊断主要依靠观察生理学的变化，例如体温的增加（发热）或减少（低体温）、心率增快（心动过速）、呼吸次数增加（呼吸急促）、白血细胞数升高或降低，以及组织和器官灌注不足。血压下降是与SIRS相关的发生在综合症晚期的一个并发症。具体而言，血压下降可以表现为休克的发展（development of shock），并促进多脏器衰竭，这是导致这些受治疗者死亡的主要原因。感染性休克是一种病症，它包括出现感染和血压下降的临床观察，尽管液体复苏（fluid resuscitation）和适当的心脏血液输出（proper cardiac blood output）。类似的疾病是败血症综合征，包括类似的生理信号，却没有任何类型感染的迹象。诱发败血症样的疾病的其他损伤包括胰腺炎、烧伤、局部缺血、多发性创伤及组织损伤（通常是由于手术和移植造成的）、出血性休克和免疫介导的器官功能障碍。

SIRS和感染性休克的标准疗法包含，施用抗生素以使感染得到控制，以及流体/胶体治疗以维持循环血容量。通常情况下，也施用帮助维持血压的药物，如多巴胺和后叶加压素。

心肺分流术（CPB）能够强烈诱导SIRS的发生，激活补体和凝血系统，并刺激细胞因子的产生。多种用于在CPB过程中限制白细胞活化和积聚的治疗方法正在研究中。事实上，动物和早期临床数据表明，在CPB手术过程中，使用白细胞排除过滤器（leukocyte depletionfilter）能够改善对肺脏和肾脏的损害（见，例如，Gu等人（1996）J.Thorac.Cardiovasc.Surg.112:494–500;Bolling等人（1997）J.Thorac.Cardiovasc.Surg.113:1081–1090;Tang等人（2002）Ann.Thorac.Surg.74:372–377;Alaoja等人（2006）J.Thorac.Cardiovasc.Surg.132:1339–1347）。然而，似乎透析能产生暂时中性粒细胞减少症（见Kaplow等人（1968）JAMA 203:1135）。

用于开发更多种的靶向疗法来治疗败血症的近期策略都不尽人意。此外，新一代抗感染试剂中的许多分子物质价格非常昂贵，并且能够产生不良的免疫和心血管反应，这使它们在某些情况下被禁止使用，例如非菌血症休克。

仍然需要一种有效的治疗炎性病症的方法，这些炎性病症如心源性休克（cardiovascular shock）、败血症、全身炎症反应综合征和过敏反应。

发明概述

受治疗者产生的炎性病症，一部分是来源于与炎症相关的细胞活化，如白细胞和血小板。本发明涉及通过隔离（sequester）白细胞或血小板，和抑制或消除它们的炎性作用，来治疗和/或预防这种病症的系统、装置和方法。本发明的系统、装置和方法在体外隔离白细胞和血小板中的一种或两种，并抑制它们的炎性作用。例如，这些细胞可以被灭活，和/或可以抑制其释放促炎性物质。虽然有许多方法来实现本发明，但其中一种方法是在一个装置的内部隔离白细胞和血小板中的一种或两种，该装置提供了这些细胞可以结合（associate）的表面，并提供了能够灭活细胞和/或抑制其释放促炎性物质的试剂。在一个非限制性实施方式中，该装置含有中空纤维，而细胞则结合在这些纤维的外表上。柠檬酸盐被提供来灭活细胞和/或预防其释放促炎性物质。使用本发明的这种及其他实施方式进行指导的实验，在最大化受治疗者的存活率上取得了前所未有和出人意料的成功。这些结果体现了本发明的系统、装置和方法在一系列炎性疾病和病症中起到的引人注目的效用。

因此，本发明的一方面提供了一种处理白细胞的系统，该系统包括定义通道的装置，该通道允许生物样品流动穿过，并且该装置还包含配置用以隔离一种或多种来源于样品的白细胞的区域。该系统还包括能够抑制白细胞释放促炎性物质或灭活白细胞的试剂。

本发明的这个方面可以有一种或多种以下特征。白细胞可以被活化和/或致敏（prime）。该系统可以进一步包含第二装置，该第二装置与定义通道的装置相连。试剂可以与通道的表面相结合。在一定环境条件下，试剂可以灌注入该通道。试剂可以包含免疫抑制剂、丝氨酸白细胞抑制剂、氧化氮、多形核白细胞抑制因子、分泌性白细胞抑制剂，以及钙螯合剂，其中，钙螯合剂可以是柠檬酸盐、偏聚磷酸钠、乙二胺四乙酸（EDTA）、三乙烯四胺、二亚乙基三胺、菲罗啉，或草酸。不过，试剂优选是钙螯合剂，如柠檬酸盐。

配置用以隔离白细胞的区域可以包含膜。这种膜可以是多孔的、半多孔或非多孔的，和/或该膜的表面积可以大于约0.2m²。配置用以隔离白细胞的区域可以配置成使得该区域内的剪切力足够低，从而使白细胞比血液或液体的其它成分在该区域内停留的时间更长。例如，配置用以隔离白细胞的区域内的剪切力可以低于大约1000达因/厘米²。可替代地，和/或结合在一起，配置用以隔离白细胞的区域可以含有细胞粘附分子（cell-adhesion molecule），以使白细胞比血液或液体的其它成分在该区域内停留的时间更长。

另一方面，本发明提供了一种处理体液内含有的白细胞的方法。该方法包括：（a）在体外隔离已致敏的或已活化的白细胞，和（b）处理白细胞，来抑制白细胞释放促炎性物质和/或灭活白细胞。本发明的这个方面可以有以下一种或多种特征。白细胞可以被隔离一段时间，该时间足以抑制从白细胞释放促炎性物质和/或灭活白细胞，和/或被隔离一段延长的时间，和/或被隔离至少一小时。本方法还进一步包括：将步骤（b）中产生的白细胞返回到受治疗者体内的步骤。在步骤（b）中，钙螯合剂可以用来抑制释放促炎性物质和/或灭活白细胞。步骤（a）可以使用定义通道的装置来实现，其中，该通道包含配置用以隔离白细胞的区域。

另一方面，本发明提供了一种治疗处于正在发展或正患有炎性病症风险的受治疗者的方法。该方法包括：（a）在体外隔离来自于受治疗者的致敏的或活化的白细胞，和（b）处理白细胞，以降低与炎性病症相关的发展中的炎症的风险，或减轻与炎性病症相关的炎症。这种方法可以治疗的炎性病症包括，但不限于：全身炎症反应综合征（SIRS）；心肺分流术综合症；急性呼吸窘迫综合征（ARDS）；败血症；风湿性关节炎；全身性红斑狼疮；炎性肠病；多发性硬化症；牛皮癣；同种异体移植物排斥；哮喘；慢性肾功能衰竭；心肾综合征；肝肾综合征；心肌、中枢神经系统、肝、肾或胰腺的局部缺血再灌注损伤引起的急性器官衰竭；以及毒性损伤例如化疗引起的急性器官功能衰竭。步骤（a）可以使用定义通道的装置来实现，其中该通道包含配置用以隔离白细胞的区域。

本发明的系统、装置和方法并不局限于某一特定类型或种类的白细胞抑制剂。在一些实施方式中，白细胞抑制剂是任何能够抑制白细胞释放促炎性物质和/或灭活白细胞的试剂。白细胞抑制剂的例子包括但不仅限于：免疫抑制剂、丝氨酸白细胞抑制剂、氧化氮、多形核白细胞抑制因子和分泌性白细胞抑制。在一些实施例中，白细胞抑制剂是一种钙螯合剂（如柠檬酸盐）。本发明并不局限于某一特定类型或种类的钙螯合剂，其中包括但不限于，柠檬酸盐、偏聚磷酸钠、乙二胺四乙酸（EDTA）、三乙烯四胺、二亚乙基三胺、o-菲罗啉和草酸等。

可以理解，本发明中任何上述确定的方面或实施方式同样适用于隔离和灭活或抑制血小板（例如，活化的血小板）、白细胞与血小板的组合，或与炎症相关的细胞。据此，在另一个方面，本发明提供了一种治疗处于正在发展或正患有炎性病症的风险的受治疗者的方法。该方法包括：（a）选择性地在体外隔离来自于受治疗者的与炎症相关的致敏的或已活化的细胞，和（b）处理细胞，以减轻与炎性病症相关的发展中的炎症的风险，或减轻与炎性病症相关的炎症。在一些实施方式中，与炎症有关的活化的细胞可以选自由血小板和白细胞组成的组。在一些实施方式中，与炎症有关的致敏的细胞是白细胞。

应当理解的是，本发明中不同的实施方式，包括本发明中在不同方面下所描述的实施方式，旨在普遍适用于本发明的所有方面。任何实施方式都可与任何其他的实施方式联合，除非有不适当的情况发生。所有的例子都是说明性的和非限制性的。

附图概述

本发明的上述方面和实施方式，通过参考下述的详细描述和权利要求可以得到更充分的理解。

图1是本发明的系统中的装置的示范性实施方式的一部分的示意图。在图中，（1）受治疗者血液中的致敏的白细胞被（2）系统中的上游装置，例如，血液过滤装置，活化。在上游装置中，血液流经通过一个中空的室的内部空间，而超滤液（UF）则被过滤通过该室的壁。在血液流出第一装置后，血液然后沿着中空纤维的外面流入第二装置，例如，选择性细胞隔离抑制装置（SCID），同时超滤液（UF）通过中空纤维的内部空间流动。沿着中空纤维的外面流动的血液暴露于条件（3），这个条件（3）允许血液中的白细胞，例如，通过附着到中空纤维的外表面而被隔离，从而便于（4）利用白细胞抑制剂抑制白细胞释放促炎性物质和/或灭活白细胞，所述白细胞抑制剂例如是能够减少离子钙（Ca_i）的柠檬酸。

图2A是本发明的系统中的一个实施方式的图示，包括SCID555，它是系统中唯一的装置，并且包含一种两末端被覆盖（capped）的毛细管内空间（intracapillary space）（ICS）。图2B是一个类似于图2A实施方式的图示，只不过超滤液（UF）是从SCID655中收集到的，SCID655只具有覆盖的ICS的一端。图2C是本发明的系统中的一个实施方式的图示，它包含了第一装置，例如，一种血液过滤装置210，和包含两末端被覆盖的ICS的SCID555。图2D是一个类似于图2C的实施方式的图示，只不过超滤液（UF）是从SCID655中收集到的，SCID655只具有覆盖的ICS的一端。

图3是本发明的系统中的一个实施方式的图示，包括其ICS没有被覆盖的SCID755。

图4A-4F是本发明系统结构的实施方式的图示，如应用于CPB回路。图4A-4C中，经由包含两末端被覆盖的ICS的SCID555（图4A和4B），或经由一末端被覆盖的SCID655处理的血液，循环回流入在静脉贮血器450和充氧器460之前的一段回路中。图4D-4F中，经由包含两末端被覆盖的ICS的SCID555处理的血液，与回路中处于充氧器460之后的一部分中的血液再组合。HF/HC代表血液滤器/血液浓缩器，P代表泵504，而UF代表收集超滤液的容器。

图5显示了本发明SCID555的实施方式的图示，其具有两末端被覆盖的ICS。

图6显示了本发明SCID655的实施方式的图示，其具有一末端被覆盖的ICS。

图7显示了本发明SCID755的实施方式的图示，其具有两端都未被覆盖的ICS入口745和ICS出口746。

图8显示了本发明SCID855的另外一个实施方式。

图9显示了经本发明系统处理的猪模型组的平均动脉压，如实施例1所述。

图10显示了经本发明系统处理的猪模型组的心输出量，如实施例1所述。

图11显示了经本发明系统处理的猪模型组的红细胞比容水平，如实施例1所述。

图12显示了经本发明系统处理的猪模型组的存活曲线，如实施例1所述。

图13显示了在各动物组中（n=2或3/每组）经细菌攻击（bacterialchallenge）后，再经SCID接触一段时间后的平均总白血细胞数，如实施例1所述。

图14A-14D显示了含有中空纤维膜的SCID经三种不同动物的H&E染色的光学显微照片。图14A是低倍显微照片（160×），显示了每个中空纤维周围的粘附细胞。图14B及14C是稍高倍显微照片（400×），显示了沿中空纤维外表面聚集的白细胞。图14D是高倍显微照片（1600×），显示了粘附细胞簇中主要的多形核细胞与单核细胞。

图15是一图表，显示了受治疗者经SICD与柠檬酸盐或肝磷脂疗法治疗后存活率的差异。

图16A和16B是图表，分别比较了在本发明的单泵和双泵系统配置中，白血细胞（WBC）和中性白细胞数。

图17是一图表，显示了本发明系统配置的两个示例性实施方式中血小板的数量。

图18是一图表，显示了经SCID和柠檬酸盐或SCID和肝磷脂处理的动物中平均髓过氧化物酶（MPO）水平。

图19是一图表，显示了经SCID和柠檬酸盐或SCID和肝磷脂处理的动物中CD11b的表达量，CD11b是中性白细胞的膜蛋白，负责中性白细胞与内皮组织的结合。

图20是一图表，显示了在经SCID和柠檬酸盐或SCID和肝磷脂处理的动物中，依据本发明系统的动脉输血导管和静脉输血导管中中性白细胞的数量。

图21是一图表，显示了经SCID和柠檬酸盐或SCID和肝磷脂处理后的动物中，存活的败血症动物的百分率与时间的函数。

图22A-22F是图表，分别显示了实施了心肺旁路术且经包括SCID和柠檬酸盐的本发明系统处理的动物中全身性总白血细胞（WBC）、全身性中性白细胞、全身性淋巴细胞、全身性单核细胞、全身性嗜酸性细胞和全身性血小板的浓度。

图23A和23B是图表，分别显示了实施了心肺旁路术且经包括SCID和柠檬酸盐的本发明系统处理的动物中的全身性钙和回路钙（Ca_i）。

详述

与炎症有关的细胞，如白细胞（或白血细胞）和血小板，通常能防御身体以免受到感染和伤害。然而，许多疾病状态和医疗操作程序可以激活和/或致敏这些细胞，从而可以引起不期望的可致命性免疫和炎症反应。本发明涉及配置用以治疗和/或预防受治疗者出现的炎性病症的系统和装置，及相关的方法。本发明的系统、装置和方法，在体外隔离白细胞和血小板的一种或两种，并抑制其炎性作用。特别地，本发明包括系统、装置和方法，用于在白细胞返回受治疗者之前，隔离白细胞，如激活的和/或致敏的白细胞，并抑制白细胞释放促炎性物质和/或灭活白细胞。本发明还包括系统、装置和方法，用于在与炎症相关的其他类型细胞返回受治疗者之前，隔离这些与炎症相关的其他类型细胞，如血小板（如活化的血小板），并抑制这些细胞释放促炎性物质。

虽然有很多方法来实践本发明，但其中一个方法是在装置内部隔离白细胞和血小板中的一种或两种，该装置提供了这些细胞可以结合的表面，并且该方法提供能够灭活细胞和/或抑制其释放促炎性物质的试剂。在一个非限制性实施方式中，该装置包含中空纤维，而所述细胞可以与这些纤维的外部结合。柠檬酸盐被提供来灭活细胞和/或防止其释放促炎性物质。虽然本发明在此处是关于血液来描述的，但是本发明可以应用于任何能够在体外回路流动穿过的生物样品，如受治疗者体内含有这些细胞的任何液体。例如，示例性的体外回路在序列号为6,561,997的美国专利中进行了叙述。

1．综述

本发明的系统、装置和方法源于意想不到的观察，即特定的装置和系统配置不仅可用于隔离活化的和/或致敏的白细胞，还能够抑制其炎性作用，从而降低了炎性疾病和病症的多器官的效应，如败血症及SIRS的多器官的效应。这些急性作用也有可能影响到慢性炎性状态，如伴随晚期肾病（ESRD）而发生的慢性促炎性状态。这些系统装置和方法还显示出对血小板的有效隔离。利用本发明的实施方式指导的实验在最大限度的增大受治疗者存活率上，获得了前所未有的且出人意料的成功（见，例如，实施例3），并证明了这些系统、装置和方法在治疗、诊断和研究应用一系列疾病和病症时的引人注目的效果。

图1显示了一个示例性实施方式的图示。如图所示，血液接触到了第一装置。此后，白细胞被活化（和/或致敏）。随后，活化的（和/或致敏的）白细胞进入一个通常称为选择性细胞分离抑制装置（SCID）的装置，在该装置中，活化的白细胞被隔离。可以理解，白细胞更可能由于主要的患者病症或其次的其它类型的医疗干预而被活化（和/或被致敏），而不是被所述第一装置活化。

换言之，在SCID中，血液中活化的（和/或致敏的）白细胞被隔离，例如，暂时吸附到SCID内部的一个或多个表面。白细胞的隔离可以通过多种方法来完成，例如，通过在SCID的通道或通道区域中与结合白细胞例如活化的和/或致敏的白细胞的分子相联合，或通过设置血流在装置中的流量来降低白细胞上的剪切应力，以使他们在SCID内与一个或多个表面联合。然后，这些被隔离的白细胞与试剂接触，例如，与柠檬酸盐接触，而灭活白细胞或抑制其释放促炎性物质。这些系统和装置同样适用于其它类型的细胞，如血小板。

虽然没有理论的论证，但人们认为，钙螯合剂，如柠檬酸盐，导致装置中的低Ca_i环境，抑制白细胞释放促炎性物质和/或灭活白细胞。促炎性物质可包括白细胞产生的破坏性酶类和/或细胞因子。这些抑制和/或灭活作用导致了对白细胞炎性状态的改善。这样，在如图1所示的示例性实施方式中（和本发明的其他实施方式），SCID隔离白细胞，例如，中性白细胞和单核细胞，并抑制白细胞释放促炎性物质和/或灭活白细胞，例如，在柠檬酸盐和/或低Ca_i环境下。血小板的隔离和抑制和/或失活能以类似的方式实现。

已经证明，在本发明的包括含有用于隔离白细胞的中空纤维的外壳的装置中，添加一种钙螯合剂，如柠檬酸盐，在改善受治疗者的先天免疫系统方面获得了意想不到的结果。相应的，本发明的系统、装置和方法能够通过直接处理受治疗者的包含白细胞（如活化的和/或致敏的白细胞）或血小板（如活化的血小板）的血液来治疗或预防多种炎性病症（无论是作为原发性疾病情况或是由于医疗介入而引起的情况）。处理之后，血液返回到受治疗者体内。

此外，可以使用任何隔离白细胞或血小板（如活化的白细胞、致敏的白细胞或活化的血小板）和灭活此类细胞，或防止这些细胞释放促炎性物质的系统、装置和方法。相应的，以下各节描述：（1）可用于治疗炎性病症的系统配置，（2）如何隔离与炎症相关的细胞的实施例，（3）说明如何灭活此类细胞和/或抑制其释放促炎性物质的实施例，和（4）可使用此处描述的这些系统、装置和方法处理的炎性病症。虽然随后各节中的讨论大致描述了隔离和抑制和/或灭活特定类型的细胞（例如白细胞），但可以理解，相同的原理可被用于隔离和抑制和/或灭活其它类型的与炎症相关的细胞（例如血小板，如活化的血小板）。

2.系统配置

本文提到的术语“细胞隔离（cytopheresis）”或“选择性细胞隔离（selective cytopheresis）”是指从血液中隔离特定的颗粒。选择性细胞隔离用来从血液中隔离特定细胞，如白细胞（例如，活化的和/或致敏的白细胞）或血小板（例如，活化的血小板），目的是促进抑制此类细胞释放促炎性物质和/或灭活此类细胞。可以理解，这种抑制和/或灭活可能发生在隔离之前、期间和/或之后。

“选择性细胞隔离装置（selective cytopheresis device）”，“选择性细胞隔离抑制装置（selective cytopheresis inhibitory device）”，“SCD”和“SCID”是指本发明的用于隔离特定细胞，如白细胞（例如，活化的和/或致敏的白细胞）或血小板（例如，活化的血小板）的实施方式。这些实施方式也可以在隔离之前、期间和/或之后灭活和/或抑制这些细胞释放促炎性物质。

本发明的系统被配置为实现选择性细胞隔离。在基本形式中，该系统包括SCID、让血液从血源（例如受治疗者，如患者）流出进入SCID的液体连接装置（fluid connection），和让处理后的血液从SCID流入接收体（例如，返回受治疗者）的液体连接装置。所述SCID用于隔离白细胞，如活化的和/或致敏的白细胞，并且促进抑制白细胞释放促炎性物质和/或灭活白细胞。白细胞的隔离可以通过随后的第3节中描述的任何技术来完成。抑制白细胞释放促炎性物质和/或灭活白细胞可以通过随后的第4节中所述的任何技术来完成。

在一些实施方式中，该系统可以包含SCID，该SCID在没有附加处理装置的条件下，可选地，还能够实行其他血液处理。见，例如，图2A-2B和图8。该系统中的其它实施方式可以包括SCID，其可以在同时拥有附加血液处理装置的条件下，可选地实行对其他血液的处理。见，例如，图2C-2D和图4A-4F。例如，附加装置可以在血液进入SCID之前或之后，过滤、充氧或用另外的方式处理血液。此外，系统中的SCID和/或附加装置可以包含用于以其它或补充的方式处理血液的一个以上的组件，例如，多孔过滤器、氧气泵和/或xenographic或allographic细胞（例如，xenographic或allographic肾细胞，如肾小管细胞）。在某些实施方式中，系统中的便于选择性细胞隔离的装置不包含这些附加组件。例如，本发明的SCID可能不包含诸如xenographic或allographic细胞的细胞（如xenographic或allographic肾细胞）。这些基本原则详述如下。

2.A单装置系统

如前所述，该系统可以包含SCID，该SCID可用于实现选择性细胞隔离，并且可选择地，可在系统中没有附加处理装置时实现其它血液处理（见图第2A-2B）。图5概略的显示了所述SCID的一个实施方式。在图5中，SCID555包含多个多孔膜，这些膜是中空纤维552（为了清楚，只明确标记了一个）。这些纤维的管腔内的空间被称为毛细管内空间（“ICS”）540。在这个实施方式中，ICS入口和ICS出口被覆盖544。围绕中空纤维552并在SCID555的外壳554中的空间542被称为毛细管外空间（“ECS”）。含有白细胞的血液进入ECS入口548，并移动进入到围绕纤维552的ECS542中（即移动进入管道中）。白细胞在装置中被隔离，例如被隔离在中空纤维552的外表面上，并被暴露在试剂下，例如柠檬酸盐，而该柠檬酸盐能够抑制白细胞释放促炎性物质和/或灭活白细胞。试剂能够被注入ECS入口548的上游导管（a line upstream），或可能通过一个口注入SCID本身。可替换地，或另外地，可以在使用SCID之前，用该试剂致敏SCID。ECS542中的流速可以在本文所述范围中进行选择，以使得在纤维552的表面上有低剪切力（在本文所述的范围中），从而使白细胞能够与其联合。这样就完成或启动了抑制和/或灭活白细胞。然后，ECS中的血液经过ECS出口550流出SCID，进入了流出物导管。

图2A显示了根据本发明循环中的图5的示例性SCID555的循环。受治疗者的血液进入输血导管，并经由泵204而移动通过该导管。在同一输血导管中，白细胞抑制剂（如柠檬酸盐）可在孔206处注入，可选择地，可用泵注入。输血导管中的血液接着进入ECS入口548，再从ECS出口550流出SCID555。ECS入口548和出口550处的输血导管分别使用带有锁定机制256的输血导管连接器来连接。在中空纤维552的外表面上，白细胞显示已被隔离在ECS542中。ECS出口550处的血液流出物导管将血液返回受治疗者。另外的试剂，如钙（例如，氯化钙或葡萄糖酸钙），可在这条血液流出物导管上的孔258处注入，以使血液被准备好重新进入受治疗者。在某些实施方式中，ICS可以包含xenographic或allographic细胞，例如，肾小管细胞，这些细胞在每条纤维的ICS540的衬里（lining）导管上单层培养，从而为血液的进一步处理提供帮助。然而，在其他实施方式中，ICS是无细胞的。在图2A中的循环中，SCID555的管腔540中充满了生理盐水。

图2B的循环包括了与图2A相同的组件，并且以同样的方式运作，不同的是，图2B利用了图6所示的SCID655，并且，由SCID655来产生超滤液。SCID655包含多个多孔膜，这些多孔膜是中空纤维652。纤维内的管腔内的空间是ICS640，而处在纤维652的外部并在SCID外壳654内部的周围空间是ECS642。含有白细胞的血液进入ECS入口648，并移动进入围绕纤维652的ECS642，再从ECS出口650流出。白细胞的隔离和抑制和/或灭活可以按以上所描述的来完成。然而，在SCID655中，只有ICS的入口被覆盖644。ICS的出口646没有被覆盖。据此，根据多孔中空纤维652的特征（例如，渗透率和孔径），在ECS642中，血液中的一部分可以穿过中空纤维652，并且作为超滤液（UF）进入ICS640。ICS出口646处可以连接一个管，用以收集被作为废物排除的超滤液（UF）。

在具有单处理装置的该系统的另一实施方式中，SCID可以是如图8所示的装置。血液进入SCID855的一个端810，并穿过中空纤维802，而超滤液穿过该中空纤维802进入中空空间804。经中空纤维802滤过的血液进入ECS806，并围绕含有超滤液的中空纤维808，其中超滤液是穿过中空纤维804得到的。ECS中的血液流过充满超滤液的中空纤维808，之后白细胞即被隔离在其上了。在本文所述的范围内选择流速，以使得在超滤液中空纤维808的表面形成一个剪切力（在本文所述范围内），从而使白细胞能够结合在纤维上。血液最终从侧口812流出该装置，同时超滤液作为废弃物经由末端口（end port）813流出。超滤液中空纤维808的内部可选择地含有肾小管细胞。SCID的该实施方式可以被置于针对如图2A-2B的SCID所述的循环中。

在具有图5、6或8的SCID的图2A-2B循环中所示的实施方式中，流速和膜特征可以如下描述。例如，ECS流速可能会从大约100毫升/分钟到大约500毫升/分钟。超滤液废弃物的流速（例如图6和图8所示的SCID）例如，流速从约5毫升/分钟到大约50毫升/分钟。

2.B作为血液透析或血液过滤系统一部分的选择性细胞分离抑制装置

如前所述，在一些实施方式中，SCID是带有用于处理血液的其他装置的系统的一部分。例如，SCID可以作为血液过滤系统、血液透析系统和/或血液透析过滤系统的一部分，在这些系统中，还包括一个或多个与系统内的SCID相分离的过滤筒（filtration cartridge）。当描述系统中这些非SCID的部分时，术语“血液过滤”是指血液透析、血液透析过滤、血液过滤和/或血浓缩，而术语“血液滤器”可以包括一个实现血液透析、血液透析过滤、血液过滤和/或血浓缩中的一种或多种的装置（例如筒）。血液过滤筒配置成在体外血液循环中与SCID并联或串联，而相关的血液泵和管道可用以使血液在体外循环中移动。例如，如图2C和图2D所示，血液从受治疗者流入输血导管中。血液经由泵204流入输血导管。白细胞抑制剂（如柠檬酸盐）可以在孔206处灌注进入相同的输血导管，可选择地，使用泵。血液接着流经常规的血液滤器210中的中空纤维214。透析液被灌注入围绕中空纤维214且在血液滤器210的外壳内的ECS中，而透析发生时，溶质作为“废弃物”跨过血液滤器滤过膜214（中空纤维）而进入透析液中，从而被从血液中移除。相对于血液来说，透析液以逆流的形式流动，且透析液由于透析液泵218而流动。此外，血液中的分子和液体可以作为超滤液而通过血液滤器滤过膜214（中空纤维），这取决于膜孔径的大小。

图2C中的示范性的系统显示了带有图5中的SCID555的循环。血液从血液滤器210中流出，并从ECS入口548进入SCID555。接着，血液流过SCID，该SCID按前述图2A-2B所述的方式在中空纤维552中隔离白细胞，以及抑制从白细胞释放促炎性物质和/或灭活白细胞。进出SCID555的输血导管由带锁定机制256的结合器联接。血液接着从ECS出口550经由血液流出物导管返回到受治疗者。另一种试剂，如钙，可以在该血液流出物导管上的孔258处注入，以便使血液被准备好重新返回受治疗者。在某些实施方式中，SCID的毛细管内空间（ICS）可以包含xenographic或allographic细胞，例如肾小管细胞，这些细胞在每条纤维的管腔的衬里上单层培养，从而为血液的进一步处理提供帮助。然而，在其它的实施方式中，ICS是无细胞的。在图2C的循环中，SCID555的ICS540充满了生理盐水，并且ICS的末端口被覆盖544。

图2D中的循环包括了和图2C中相同的组件，并且用同种方式操作，不同的是，图2D利用了图6中的SCID655，且超滤液是由SCID655产生的。前文中，结合图2B叙述了血液经过SCID655的流动。此外，SCID655的功能在前文的图2B中叙述了。如上所提及的，SCID655仅有ICS入口644被覆盖了。ICS出口646没有被覆盖。相应的，根据多孔中空纤维652的特性，在ECS642中，血液的一部分可以穿过中空纤维652，并作为超滤液（UF）进入ICS。ICS出口646处可以连接一个管，用以收集被作为废物排除的超滤液（UF）。

不希望受到理论的约束，设想，在SCID系统的这些实施方式（以及图1、2A-2B、3和4A-4F所示的那些实施方式）中，流体的几何形态允许白细胞在SCID的ECS中在低剪切力的环境下存活，并且因此，结合在SCID的一个或多个内表面上，例如中空纤维。相反的，在血液过滤筒的典型的应用（例如图2C和2D中循环的第一装置210）中，流过中空纤维的小直径管腔的血液产生了较高的剪切力（较在SCID中而言），这样就阻止了在装置内部白细胞与中空纤维的结合和白细胞的隔离。据此，具有常规的流体循环来支持其相反的操作的血液过滤装置（即血液更倾向于在中空纤维外流动而不是在中空纤维内部流动），可以作为SCID来隔离潜在的损伤性和循环活化的白细胞。这些隔离的白细胞可以用白细胞抑制剂（如柠檬酸盐）来处理。

此外，设想，在低Ca_i存在的情况下（例如，由柠檬酸盐引起），在隔离之前、期间和/或之后，被隔离的白细胞的炎性反应被抑制，和/或被灭活。低Ca_i环境可能抑制白细胞的炎性作用，或灭活白细胞。

在某些实施方式中，仅有超滤液是由血液滤器（例如，在图2C和2D中的血液滤器210）产生的，而并非透析液和超滤液都由此产生。血液在超滤过程中被分成超滤液和截留物，超滤液已经被过滤通过介质，如膜，而截留物并不能通过介质。这种类型系统的一个例子是图7的SCID755，如图3所示系统中。简单来说，在这个系统中，血液经SCID755的ECS入口748流入，进入由SCID外壳754和中空纤维752定义的ECS742，再经SCID755的ECS出口750流出。此外，血液滤器210处的超滤液导管320经由ICS入口745与SCID755的ICS740相连通，并为ICS740提供超滤液。滤过的血液（在ECS742中）和超滤液（在ICS740中）是分隔开的，但是可以通过中空纤维752的膜相互作用。ICS740中的超滤液和SCID755的ECS742中的滤过的血液可以以平行或逆流的方式流动。处理后的超滤液在SCID755的ICS出口746处排出ICS740，并可以作为废弃物来处理。相应的，在这个实施方式中，ICS入口745和ICS出口746没有被覆盖，但是，SCID755在其他方面与图5和图6中所示的基本相同。

更具体地说，在应用依照图7的SCID755的图3的系统中，血液通过输血导管从受治疗者（例如，患者或任何动物）中移出。血液由泵204泵送穿过输血导管。白细胞抑制剂，如柠檬酸盐，可以在孔206处注入，可选地，使用泵。血液接着进入血液滤器210的中空纤维，并且，按照以上针对图2C-2D所描述的方式沉积在血液滤器210的ECS之中。超滤液经过血液滤器210的中空纤维产生，并沉积在血液滤器210的ECS之中。超滤液接着从血液滤器210中经过超滤液导管320，并从ICS入口745流进SCID755。超滤液通过中空纤维752的ICS740移动，并从ICS出口746流出。中空纤维可以是多孔的、半多孔的或非多孔膜。

保留在血液滤器210的中空纤维的ICS（即血液滤器210中的中空纤维的管腔）中的滤过的血液流出血液滤器210，并由泵300泵送进入SCID755的ECS入口748。可选地，该泵可以置于SCID和受治疗者之间的输血导管上，或者第三个泵（没有显示）可以置于SCID和受治疗者之间的输血导管上。血液流入围绕中空纤维752的ECS742中，（即在通道中移动）。白细胞，例如活化的和/或致敏的白细胞，在装置中被隔离，例如，被隔离在中空纤维752的外表面上。血液接着从ECS出口750流出SCID755，并返回受治疗者。带有锁定机制的输血导管接连接器256将输血导管连接在ECS入口748和ECS出口750处。另外的试剂，如钙，可以在返回受治疗者的血液流出物导管上的孔258处注入，以准备好重新进入受治疗者的血液。而且，超滤液泵304将超滤液从ICS740移送至废弃物处。然而，根据系统中泵的流速，没有、一部分或全部的超滤液可能穿过中空纤维752，并返回到ECS742的滤过的血液中。

图7的SCID在图3所示循环中的应用，已经经过100余种大型动物的临床前实验和将近100位患者的第I、第IIa及第IIb期临床研究，没有出现与SCID和灌注循环相关的意料之外的不良情况。尽管ICS可以是无细胞的，但可以理解，本系统中可选地也有可能在ICS740中包含细胞，如肾小管细胞。选择血液的流动速率，以使多孔的中空纤维表面有足够低的剪切力（在本文所述的范围内），从而使白细胞能够通过结合纤维而隔离，例如，血液流速为从约100毫升/分到约500毫升/分。可替代地，血液经过体外循环、经过血液滤器210的中空纤维的管腔和经过SCID755的ECS742的流动速率约为120毫升/分。超滤液可以以在本文所述范围内的流速移动，例如，流速小于50毫升/分，从约5毫升/分到约50毫升/分，和从约10毫升/分到约20毫升/分。可替代地，超滤液流速可以保持在15毫升/分。可选地，平衡的电解质替代溶液（electrolyte replacement solution）（例如含有重碳酸盐基质的溶液）可以以体积比1：1的比例置换产生的超滤液，而被灌注入输血导管。液体（如超滤液）和血液（或含有白细胞的血液）可以以相同或相反的方向流动。

在这个和其他实施方式中，通过SCID的血液流动配置与通过典型的血液过滤筒的血液流动配置相反。也就是说，与在SCID的中空纤维的外部周围流动相比，血液按照其预期用途流经血液过滤筒的中空纤维的内部。通过SCID的这种非传统的血液流动配置，允许在ECS内在中空纤维的外表面处有较低的剪切力，相对而言，血液滤器的中空纤维的管腔中的剪切力则较高，因此能够促进SCID中ECS内白细胞的隔离。相反的，血液流动经过血液滤器的中空纤维内部时，由于血液流经中空纤维的小直径的管腔而产生了高剪切力，从而阻止了白细胞的隔离。例如，试验显示，血液滤器的中空纤维内部的血液产生了1.5x10⁷达因/厘米²的剪切力，而血液流经SCID的特定实施方式的ECS产生了5.77达因/厘米²的剪切力，或者说缩小10⁶倍的剪切力。为了比较，典型动脉壁处的剪切力为6至40达因/厘米²，而典型静脉壁处的剪切力为1至5达因/厘米²。因此，毛细血管壁的剪切应力小于5达因/厘米²。

因此，在一些实施方式中，本发明在配置用于隔离白细胞的通道区域表面，用相当低的剪切力使白细胞能够结合在该表面上和隔离白细胞，例如该区域中活化的和/或致敏的白细胞。例如，在一些实施方式中，在配置用于隔离白细胞的通道区域表面处，剪切力小于1000达因/厘米²、或小于500达因/厘米²、或小于100达因/厘米²、或小于10达因/厘米²、或小于5达因/厘米²是可用的。应该理解的是，这些剪切力在本文所述的任何SCID实施方式中都是可用的。在特定的拥有两套装置的实施方式中，如血液滤器和SCID，血液流过血液滤器和血液流过SCID时剪切力的差异至少可达1000达因/厘米²。

在这些和其他实施方式中，只要非传统的流动配置（即血液在中空纤维外流动，而不是在中空纤维内流动）产生必需的剪切力，则SCID可包括常规的0.7m²的聚砜血液滤器（polysulfone hemofilter）（例如，F40型，Fresenius Medical Care North America,Waltham,MA,U.S.A.），聚砜血滤器被FDA批准用于急性和慢性的血液透析。相似的，本实施方式或任何其它的实施方式中的体外灌注循环，可以使用标准动静脉血液透析管（standard dialysis arteriovenous bloodtubing）。筒和血液管可以放置在任何目前正用于慢性透析的透析液输给泵系统中（例如，Fresenius 2008H）。

在一个示例性的系统中，系统包括来自受治疗者的输液管（输血导管），且一包柠檬酸盐溶液由注入器灌注到输液管中。在柠檬酸盐进入输血导管后的一点处，将第一F40血液滤器筒与输血导管连接起来。输血导管中的血液接着从末端入口孔到末端出口孔流经筒内的中空纤维内部（ICS），而透析液在筒内部和中空纤维外部（ECS），以相对血液流动呈逆流的方式从一侧孔流动到第二侧孔。收集从第二侧孔流出的透析液/超滤液混合物。基本上没有血细胞、血小板或血浆（plasma）从ICS穿到ECS，并且基本上没有白细胞吸附到中空纤维的内部。中空纤维以束形彼此平行排列，且每个纤维的直径大约为240微米。此外，中空纤维的孔足够小，以阻止约为30埃的清蛋白（albumin）分子通过纤维，并且在整条纤维上，孔基本都是这个大小。滤过的血液接着继续从末端出口孔，经输液管，进入第二F40筒（即SCID）的侧孔入口。血液流过第二F40筒的ECS，再从一个侧孔出口流出筒。第二F40筒中产生的任何超滤液都进入ICS并通过一个末端孔流出。筒的另一个末端孔是被覆盖的。基本上没有血细胞、血小板或血浆从ECS穿到ICS，并且，白细胞吸附到中空纤维的内部一段时间。从第二F40筒流出的血液进入输液管中，在该输液管中，由注入器将钙溶液灌注入血液。最后，输液管将处理过的血液返回受治疗者。在某些实施方式中，系统的血液流动速率不能超过500毫升/分，并且血液在系统中的任何点都不能代替空气。此外，考虑到电解质和总白细胞数的床边读数（bedside reading），泵送和灌注的速率需要手动调节。手提的监测装置An

能够从少量提取自受治疗者的血液中产生这些读数。

使用本系统的风险和伴随血液透析疗法产生的风险相似，并且包括，例如，灌注循环的凝固，空气进入循环中，导管或输血管扭结或断开，和温度失调。然而，血液透析装置和相关的血液透析灌注装置已被设计为用警报系统在治疗中鉴定这些问题，并用凝块过滤器和气泡捕捉器减轻受治疗者的任何凝块或空气栓塞。这些泵系统和输血管设备是被FDA批准的，可用于治疗适应症（treatment indication）。

如上提及的，可以在SCID的局部、或系统的部分或全部区域灌注白细胞抑制剂，例如柠檬酸盐。在这个或任何的实施方式中，柠檬酸盐也可以作为抗凝血剂使用，在这种情况下，遍及系统的灌注是有效的。临床经验显示，如果在血液过滤系统中发生凝血，则它将在第一透析筒中启动。抗凝试验设计（anticoagulation protocol），例如全系统的肝磷脂或区域的柠檬酸盐，是目前制定的并在临床血液透析中常规使用的。

2.C作为心肺分流系统的一部分的选择细胞分离抑制装置

如本文中图4A-4F所示和实施例8和实施例9中所描述的，SCID可以在心肺分流术（CPB）循环中应用，用于治疗和/或预防由手术（如分流手术）续发的炎性病症。图4A、4B、4D、4E和4F显示了在示例性的CPB系统的图5中的SCID。图4C显示了在示例性的CPB系统中的图6中的SCID。CPB是用于从心肺左右两侧转向血液。这是通过从心脏的右侧引血和灌流动脉循环完成的。然而，由于全身对肺络（systemic-to-pulmonary collateral）、全身对全身络（systemic-to-systemic collateral）和手术部位出血将血液返回到心脏的左侧，因此，在CPB过程中，心脏的左侧需要特殊的引流机制。可选择地，心搏停搏液（cardioplegia）可通过一个特殊泵和管道机制传递。一个标准的CPB系统有多个特征，可以大致划分为三个子系统。第一个子系统是供应氧气并从血液中清除二氧化碳的充氧通气子系统（oxygenating-ventilating subsystem）。第二子系统是温度控制系统。第三子系统包括导管内监测器（in-line monitor）及安全装置。

如图4A所示的实施方式，血液经由静脉插管400从受治疗者移出进入输血导管410。血液流过输血导管410，经过与SCID流出导管430联接的再循环结合处420。SCID流出导管430包括了用SCID装置555处理的血液。输血导管410中的血液与SCID处理后的血液相混合，并继续进入静脉贮血器450和充氧器460，在充氧器460中，血液被氧化。氧化的血液接着从充氧器460流入与SCID流入导管480的结合处470。输血导管410中的一部分血液经由SCID流入导管480转向SCID555，用于SCID555的处理。血液穿过SCID流入导管480的流量由泵504控制。SCID555被设计用于隔离选择的与炎症相关的细胞，例如，白细胞或血小板。在这些实施方式中，不在血液进入SCID555时添加白细胞抑制剂。包含白细胞的血液进入ECS入口548，并移动进入围绕中空纤维552的ECS542。白细胞在装置中被隔离，例如，被隔离在中空纤维552的外表面上。泵504处的流速可以在本文所述范围内选择，这样，在中空纤维552的表面就有一个低剪切力（在本文所述范围内），于是允许白细胞结合在此。ECS542中的血液经ECS出口550流出SCID，并进入SCID流出导管430。在结合处470，输血导管410中的部分血液在从动脉插管495返回受治疗者之前，还继续前进至动脉过滤器/气泡捕捉器490。

图4B中的循环和图4A中的循环拥有相同的流动方式，所具有的附加特征为，用柠檬酸盐加料装置435和柠檬酸盐泵436将柠檬酸盐添加到SCID流入导管480的血液中，并且由钙加料装置445和钙泵446将钙添加到SCID流出导管430的血液中。在血液流入SCID555时，从柠檬酸盐加料装置435将柠檬酸盐（或其他本文所述的白细胞抑制剂）添加到血液中，来抑制和/或灭活与炎症相关的细胞，如白细胞。钙可以添加入血液中，以准备好重新进入受治疗者的血液。

图4C的循环与图4B的循环功能形式相似，但图4C附加了与血液滤器/血液浓缩器（HF/HC）476相关的特征。具体来说，在结合处470经由SCID流入导管480转向SCID655的一部分氧合的血液，进一步在结合处472分离，其中一部分流向SCID655，而隔离的部分经由流HF/HC流入导管474向HF/HC476流入。HF/HC可以在超滤液从装置经由废弃物管477通过的过程中过滤或浓缩血液。滤过的或浓缩的血液经HF/HC流出导管479流出HF/HC476，HF/HC流出导管479将滤过的或浓缩的血液在结合处444返回SCID流出导管430。如前所述，图4C所示SCID是图6中的SCID。血液从SCID流入导管480流出，进入ECS入口648，经过ECS，从ECS出口650流出，并进入SCID流出导管430。超滤液可能在通过SCID的中空纤维（从ECS到ICS）时产生，同时超滤液从SCID的ICS出口646处通过进入废弃物管478。

流向SCID655的血液可以通过泵504来控制。泵504优选地保持实施方式的恒流，这些实施方式灌注了抑制或灭活白细胞的试剂，如柠檬酸盐，和/或在SCID治疗后，灌注其他的试剂，如钙。可替换地，流向SCID的血液可以通过选择口径来控制，在接合处472和SCID655之间的SCID流入导管480的口径相对于HF/HC流入导管474的口径更小，以至于仅有大约200mL/5L（流量的大约4%）在接合处472处被转向进入SCID。这造成了SCID中的有利于隔离的低剪切力的结果。

图4D-4F中所示的循环与图4A-4C中所示循环不同，不同之处在于，它们在循环中没有使血液再循环，例如，在再循环接合处420。此外，如图4D所示，血液经由静脉插管400从受治疗者中流出进入输血导管410，血液通过输血导管410直接流向静脉贮血器450和氧化血液的充氧器460。氧化的血液接着从充氧器460流入SCID流入导管480上的接合处470。在此处，如上述图4A所述，为了由SCID555隔离白细胞，输血导管410中的部分血液经由SCID流入导管480被转向进入SCID555。从SCID555流出的血液进入SCID流出导管430，并在接合处422与氧化的血液混合。在源自SCID的血液与输血导管410中的血液混合后，血液在由动脉插管495返回受治疗者之前，继续在输血导管410中流向动脉过滤器/气泡捕捉器490。

图4E中的循环和图4D中的循环拥有相似的流动方式，所具有的附加特征为，柠檬酸盐加料装置435和柠檬酸盐泵436将柠檬酸盐添加到SCID流入导管480的血液中，并且由钙加料装置445和钙泵446将钙添加到SCID流出导管430的血液中。如图4B所述，从柠檬酸盐加料装置435将柠檬酸盐或其他任何的白细胞抑制剂添加到血液中，来抑制和/或灭活与炎症相关的细胞，如白细胞。钙可以添加入血液，来制备重新进入受治疗者的血液。

除了将输血导管410中的部分血液转向到SCID流入导管480的接合处，和通过SCID流出导管430将SCID处理后的血液返回输血导管410的接合处，在循环中被定位在了动脉过滤器/气泡捕捉器490之后之外，图4F中所示的循环与图4E中所示的循环拥有相似的流动方式。这两处接合处分别标记为492和494。图4F还描述了其它的子系统和特征，例如热交换器、附加泵、气表（gas meter）和交换机，以及显示器，这些可以在上述的任何实施方式中使用。此外，图4A-4F所述的任何实施方式中的SCID都可以配置有与本文所描述的任何实施方式相一致的特征（例如，装置的诸如SCID、膜特征、流速的配置）。

2.D．选择细胞分离抑制装置的附加特性

在一些实施方式中，本发明的装置配置用于处理和/或预防某种病症。然而，可以理解，大量的不同的配置可以用于处理和/预防特定的病症。

此外，任何实施方式的SCID可以被水平或垂直地定向放置于温控环境中。在SCID运转过程中，含有细胞的SCID的温度优选为保持在大约37℃至大约38℃，以确保SCID中细胞的最佳功能。例如，可以用加温的毯子来保持SCID处于适当的温度，但不限于此。如果系统中使用了其它的装置，最适操作可能需要不同的温度。

在一些实施方式中，本发明的装置和系统由处理器控制（例如电脑软件）。在这样的实施方式中，该装置可配置用于检测受治疗者体内活化的白细胞水平的改变，并将这些信息提供给处理器（例如，关于白细胞水平和/或增加的发展成为炎性病症风险的信息）。在一些实施方式中，当达到某一活化的白细胞水平，或受治疗者被认为有一定程度上发展为炎性病症的风险（例如SIRS）时，为了减少发展为炎性病症的可能性，受治疗者的血液要经过SCID的处理。在一些实施方式中，响应于这些测量数据，该装置或系统自动通过SCID处理受治疗者的血液。在另一些实施方式中，有卫生专业人士警觉到受治疗者体内白细胞水平升高或危险增加，并且由专业人士启动治疗。

设想，本发明的装置可以包含于不同的成套工具或系统中。例如，成套工具或系统可能包含本发明的装置或装置的不同部分，例如，中空纤维血液滤器筒、白细胞抑制剂（例如钙螯合剂，如柠檬酸盐）、allographic细胞（如肾小管细胞）或其他部分。此外，成套工具或系统可以与在受治疗者体内植入过滤装置所需要的不同的手术器械相联合。

3.与炎症相关的细胞的隔离

虽然本发明的系统和装置应该被配置用于从受治疗者隔离白细胞和改善（例如抑制）它们的炎性活性（如炎性反应），但本发明的系统、装置和方法不仅限于用于隔离白细胞和促进抑制从白细胞释放促炎性物质，和/或灭活白细胞的特定设计和技术。白细胞（例如活化的和/或致敏的白细胞）的隔离可以由任何系统、装置或其组件完成。术语“样品”和“样本”使用他们最广义的词义。另一方面，它们意味着包括样品或培养液。另一方面，他们意味着包括生物和环境样品。这些术语包括从人类和其它动物获得的所有类型的样品，包含但不限于，体液如尿液、血液、血清、血浆、粪便、脑脊髓液（CSF）、精液和唾液以及固体组织。然而，这些例子不能解释为用来限制可应用于本发明的样品类型。本发明说明书内容的术语“样品”多指为源自受治疗者的血液。术语“血液”涉及血液的任何方面，例如全血、处理后的血液、滤过的血液或任何从血液中得到的液体。

在本发明的系统或装置中，一个或多个的用于生物样品流动的通道，或者一个或多个其区域可以被配置为用于隔离白细胞的多种方法中的任何一种。如果使用了一个以上的通道，则它们可以被定位为串联和/或并联。在一些实施方式中，筒内，例如可丢弃的筒内，可以包含一个或多个通道。通道或通道区域可以由任何数目的表面来限定，例如1、2、3、4、5、10、20、50、100，或者更多的表面。表面的例子包括但不限于，装置的壁，例如圆柱装置壁和平面装置壁，和/或本文所述的中空纤维的外表面。

定义了通道或通道区域的表面可以从隔离白细胞的多种形式中选择。例如，平的表面（如板）、弯曲的表面（如中空管或纤维）、图形化的表面（如z字形板或凹面）、不规则形状的表面，或其它可用于通道（或其区域）的配置。任何这些表面可以包含孔，并且可以是多孔、选择性多孔或半多孔的。例如，表面可以是膜。术语“膜”指的是在两面都能接收液体的表面，或者一面接收液体而另一面接收气体的表面。典型的膜都是多孔的（例如选择性多孔或半多孔），以至于它能让液体或气体流动通过。可以理解，此处使用的术语“多孔的”描述了表面或膜，这种表面或膜通常包含了多孔、选择性多孔和/或半多孔的表面或膜。此外，通道或通道区域（这些区域可能定义或没有定义该通道）中的附加的表面，可以促进白细胞的隔离，例如微粒（如小球）表面，伸入通道中的一个或多个突出物（projection）的表面，或暴露于流动的生物样品的一个或多个膜的表面。这些附加的表面也可以在平的表面、弯曲表面、图形化表面、不规则形状表面，和其他上述配置以及下述材料之中选择，并且，这些附加的表面可具有下述增强作用。

通道表面或通道区域表面（例如中空纤维外表面）定义了通道或通道区域和/或是通道或通道区域的一部分，该通道或通道区域配置用于隔离白细胞，这些通道表面或通道区域表面不限制于特定的类型、种类或大小，并且这些表面可以由任何合适的材料制成。例如，表面可以是任何的生物相容的聚合物，包括尼龙、聚乙烯、聚氨基甲酸酯、聚对苯二甲酸乙酯（PET）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚芳基醚砜、CUPROPHAN（铜纺）（一种用铜铵法再生的纤维，从Enka获得）、HEMOPHAN（一种经改良的生物相容性修饰的铜纺，从Enka获得）、CUPRAMMONIUM RAYON（铜氨人造丝）（多种铜纺，从Asahi获得）、BIOMEMBRANE（生物膜）（从Asahi获得的铜氨人造丝）、皂化的醋酸纤维素（例如从Teijin或CD医药获得的纤维）、醋酸纤维素（例如从Toyobo Nipro获得的纤维）、纤维素（例如用修饰铜铵法或用粘胶法再生的纤维素，分别从Terumo或Textikombinat（Pirna,GDR）获得）、聚丙烯腈（PAN）、聚砜、丙烯酸酯共聚物（如丙烯腈钠甲基丙烯磺酸钠共聚物，从Hospal获得）、聚碳酸酯共聚物（如从Gambro获得的纤维GAMBRONE）、聚甲基丙烯酸甲酯共聚物（如从Toray获得的纤维），和乙烯乙烯基共聚物（ethylene vinylcopolymer）（如EVAL，从Kuraray获得的乙烯-乙烯醇共聚物）。可替代地，表面可能是尼龙网、棉网、或无纺布纤维（woven fiber）。这些表面可以等厚度或不规则厚度。在一些实施方式中，表面可以包含硅，例如，硅喷涂蒸汽膜（见，例如编号为20040124147的美国专利申请）。在一些实施方式中，表面可以包含聚砜纤维。现有技术中介绍了其它合适的生物相容性纤维，例如，在Salem和Mujais（1993）的透析的辅助器具（Dialysis Therapy）第二版，Ch.5中:透析仪（Dialyzers）,Eds.Nissensen和Fine,Hanley&Belfus,Inc.,Philadelphia,PA.包含中空纤维的药筒不限制于特定的尺寸（例如，长度、宽度、重量或其它尺寸）。

通道可以包括任何表面的组合。例如，通道或通道区域的表面可以包括任何平的、弯曲的、图形化的和/或不规则形状局部面的组合。此外，通道或通道区域可以由一种以上材料的表面限定，或者包含一种以上材料的表面。更进一步，通道可以包括两个或更多的区域。这些不同的区域可以拥有相同的或相异的表面。

如上所述，一个成功使用SCID的实施方式包括了含有中空纤维的外壳。血液的通道由外壳的内部和中空纤维的外部所限定。血液中的白细胞和通道内特定的区域相接合，具体来说，是和中空纤维的外表面相接合。因此，在特定实施方式中，配置用于隔离白细胞的通道区域可包括多孔膜，该多孔膜能够允许较小分子通过，但迫使较大分子和/或细胞沿着该膜流动。此外，在特定实施方式中，配置用于隔离白细胞的通道区域由外壳的表面界定，并且由中空纤维的外表面界定，或包括中空纤维的外表面，而这些表面被配置成使得生物样品（例如受治疗者的血液或滤过的血液）流过这些表面（即流过中空纤维）。见，例如，图1。这些中空纤维可以是多孔、半多孔或非多孔的，并且不同的流体（如超滤液）可能可选地流过或出现在中空纤维内。这些纤维可以由本文所述的任何适宜的材料制成。

在一些实施方式中，本发明的系统、装置和方法配置用于在任何所需的时间内隔离白细胞，例如，从1秒到59秒，从1分钟到59分钟，从1小时到24小时，从1天到7天，一周或一周以上，一个月或一个月以上，一年或一年以上。在一些实施方式中，该装置配置用于在充足的时间内隔离白细胞，以允许后继抑制从白细胞释放促炎性物质和/或灭活白细胞。

可以促进隔离白细胞的任何技术或技术的组合都可以使用，包括如生物的、化学的、机械的和/或物理的技术。在一些实施方式中，使用了生物的或化学的技术来隔离白细胞。这样的技术包括利用组织、细胞、活质分子（例如蛋白质或核酸），或小分子来隔离白细胞。当白细胞处于活化状态时，白细胞能产生选择蛋白（selectin）。这种改变的选择蛋白的产生可以促进白细胞与其他白细胞的结合。反过来讲，白细胞之间的结合也可以促进其他已结合的白细胞产生选择蛋白，产生白细胞指数的结合。因此，选择蛋白在增强隔离方面是有用的。已知的与白细胞结合相关的蛋白质、蛋白质复合物和/或蛋白质组分包括：CD11a、CD11b、CD11c、CD18、CD29、CD34、CD44、CD49d、CD54、podocalyxin、endomucin、粘多糖细胞粘附分子-1（GlyCAM-1）、粘膜细胞粘附分子-1（MAdCAM-1）、E-选择蛋白，L-选择蛋白、P-选择蛋白、表皮淋巴细胞抗原（CLA）、P-选择蛋白糖蛋白配基1（PSGL-1）、白细胞功能抗原-1（LFA-1的）、MAc-1，白细胞表面抗原p150、95，白细胞整合素CR4、很晚期抗原-4（very lateantigen）（VLA-4的）、集合淋巴小结粘附分子-1（LPAM-1）、细胞间粘附分子-1（ICAM-1）、细胞粘附分子-2（ICAM-2）、细胞粘附分子-3（ICMA-3）、灭活的C3b（C3bi）、纤维蛋白素原、纤维结合蛋白、外周淋巴结地址素（PNAd），血管内皮细胞粘附蛋白1（VAP-1）、fract炔、CCL19、CCL21、CCL25和CCL27。已知的与白细胞结合的其他大分子包括，透明质酸，氨基葡聚糖（GAGs）和岩藻糖化寡糖及其前体。在某些实施方式中，用于分离白细胞的小分子或粘附分子，可以包括但不限制于，肽，如氨基酸组成序列为精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（RGD）的肽，和包含唾液酸的分子。因此，任何这些材料都可以用来提高隔离效果。

在使用中，任何这些生物或化学材料都可以结合到本发明的系统或装置的表面（例如在SCID的通道内），用于促进或增强隔离。二选一或是联合的，任何这些材料都可以处于本发明的系统或装置的溶液中。在这种情况下，这些材料可以和附加技术联合来隔离白细胞。例如，这些材料可以在溶液中与白细胞结合，使它们凝聚，以相对于单个白细胞的尺寸来说增加总体尺寸。这些凝聚的白细胞接着可以被特定孔径的膜捕捉。

在一些实施方式中，本发明的系统或装置在机械力的控制下完成对白细胞的贮留。例如，白细胞可以在通道或通道区域（例如多孔中空纤维的外部）的表面（或在其中）被隔离，这种隔离是利用流速和用于最小化表面与白细胞之间剪切力的装置配置来完成的，从而允许白细胞与表面结合。流动的白细胞和隔离表面之间的有用剪切力包括小于1000达因/厘米²、或者小于500达因/厘米²、或者小于100达因/厘米²、或者小于10达因/厘米²、或者小于5达因/厘米²的剪切力。血液经过根据本发明中系统和装置的有助于实现这些剪切力的示例性流速包括，例如小于约500毫升/分，从约100毫升/分到约500毫升/分，和从约200毫升/分到约500毫升/分。

在一些实施方式中，例如，装置可以用物理方法将白细胞保留在一个或多个通道表面或它们的区域上，通过利用如膜或过滤器的表面或通过暴露白细胞到增加的通道表面积，例如，表面积大于约0.2m²、或从约0.2m²到约2.0m²、或从约0.5m²到约1.0m²、或约0.7m²，以增加隔离的白细胞总数和/或增加白细胞在装置中被隔离的时间。

在一些实施方式中，该系统可以通过使白细胞受到一系列装置的影响来完成隔离，例如，2、4、10、20或更多的药筒（例如中空纤维药筒），每个包含一个或多个隔离通道或通道区域，以此增加了配置用于隔离白细胞的区域的长度，和白细胞在此处的保留时间。在任何一个上述的实施方式中，该装置被配置用于在隔离之前、之中、或之后，以允许抑制从白细胞释放促炎性物质和/或灭活白细胞的方式完成白细胞隔离。抑制从白细胞释放促炎性物质和/或灭活白细胞，可以在隔离过程和经过本发明的通道、通道区域或整个系统的转运过程中完成。

应该理解，此处叙述的隔离技术也可以应用于血小板。对于血小板，前述的相似的生物、化学、机械和/或物理的技术可以用于隔离血小板。在某些实施方式中，用于隔离血小板的试剂包括糖蛋白Ibα（GPIbα）、糖蛋白IIb（GPIIb）、糖蛋白IIIa（GPIIIa）、CD41、CD61、血管假性血友病因子、β₂-整合巨噬细胞抗原-1、诸如P-选择蛋白的选择蛋白、以及细胞粘附分子中的一种或几种。

4.与炎症相关的细胞的抑制和/或灭活

本发明的系统和装置被配置用于，以及本发明的方法被设计用于，抑制从白细胞释放促炎性物质和/或灭活白细胞，如受治疗者血液中致敏的或活化的白细胞，以使受治疗者的炎症反应得到预防或减轻。可以使用多种技术。例如在一些实施方式中，系统和装置可以通过将白细胞（例如隔离的活化的和/或致敏的白细胞）暴露在白细胞抑制剂下，来抑制从白细胞释放促炎性物质和/或灭活白细胞。白细胞抑制剂可以共价地或非共价地结合到通道表面，如中空纤维。此外或可代替地，白细胞抑制剂可以在隔离白细胞之前、之中或之后被灌注入装置或系统中，例如在膜表面或其附近。如所提及的，概念性的（proof-of-concept）用柠檬酸盐处理白细胞的SCID，致使受治疗者的存活率增加。

本发明并不限制于使用特定类型或种类的白细胞抑制剂。白细胞抑制剂包括，例如消炎生物制剂、消炎小分子、消炎药物、消炎细胞和消炎膜。在一些实施方式中，白细胞抑制剂是任何能够抑制活化的白细胞活性的材料或复合物，包括但不限制于，非甾体抗炎药（NSAID）、抗细胞因子、甲磺酸伊马替尼、sorafenib、舒尼替苹果酸（sunitinib malate）、反趋化因子、免疫抑制剂、丝氨酸白细胞抑制剂、氧化氮、中性粒细胞抑制因子、分泌性白细胞抑制因子和钙螯合剂。钙螯合剂的例子包括，但不限制于，柠檬酸、偏聚磷酸钠、乙二胺四乙酸（EDTA）、三乙烯四胺、二亚乙基三胺、o-菲罗啉、草酸等。白细胞抑制剂可以是任何已知的用于抑制白细胞或免疫细胞的蛋白质或肽，包括但不限制于，血管生成因子、MARCKS、MANS、补体因子D、含有血管生成因子片段LHGGSPWPPC⁹²QYRGLTSPC³⁹K（SEQ ID NO:1）的二硫化合物C39-C92，和相同的同源合成物；该试剂还可以是这些蛋白质、肽，和据报道的同源物质（Tschesche等人.（1994）J.Biol.Chem.269（48）:30274-80,Horl等人.（1990）PNAS USA 87:6353-57,Takashi等人.（2006）Am.J.Respirat.Cell and Molec.Biol.34:647-652,和Balke等人.（1995）FEBS Letters 371:300-302）这些物质可能促进抑制从白细胞释放促炎性物质和/或灭活白细胞。此外，白细胞抑制剂可以是抑制从白细胞释放促炎性物质和/或灭活白细胞的已知的核酸。白细胞抑制剂可以是溶液或低压冻干的。

任何剂量或浓度的白细胞抑制剂可以用于抑制从白细胞释放促炎性物质和/或灭活白细胞。白细胞抑制剂可以用已知现有技术的任何方法引入通道、通道区域、装置、装置区域或系统的系统区域。例如，白细胞抑制剂可以从孔中被灌注。被灌注入通道的白细胞抑制剂的剂量，可以足以在同一个通道或邻近的通道中，抑制从被隔离的白细胞释放促炎性物质和/或灭活被隔离的白细胞。在一些实施方式中，白细胞抑制剂，例如柠檬酸盐，可以被灌注入系统、系统的区域、或系统内的一个或多个装置，包括实施其它功能而并非用于隔离白细胞的装置。更具体地说，白细胞抑制剂（如柠檬酸盐）可以被灌注入隔离白细胞的通道的上游、中部或下游。可代替地，白细胞抑制剂可以被包含于一个或多个通道、通道区域、装置或系统内的系统区域中。例如，白细胞抑制剂可以以足以抑制从白细胞释放促炎性物质和/或灭活白细胞的剂量，结合到配置用于隔离白细胞的通道或其它通道的表面上。

抑制从白细胞释放促炎性物质和/或灭活白细胞，可以在隔离白细胞之前、之中和/或之后暂时出现。此外，白细胞可以在隔离之后的一段时期内保持抑制或灭活状态。在某些实施方式中，白细胞可以被抑制或灭活一段时间，在这段时间中，白细胞暴露于靶浓度的白细胞抑制剂或暴露于由于暴露于白细胞抑制剂，如柠檬酸盐来形成的靶浓度的Ca_i（典型的是从约0.20mmol/L到约0.40mmol/L）。白细胞暴露于靶浓度的白细胞抑制剂或靶浓度的Ca_i的时间可以在白细胞被隔离之前、之中和/或之后。在某些实施方式中，白细胞在暴露于白细胞抑制剂之后的一段时间内，可以持续成为或保持抑制或灭活的状态。

暴露于白细胞抑制剂的时间可以依据所用试剂、白细胞活性程度、产生的促炎性物质的程度和/或炎性病症损害患者健康的程度而改变。暴露时间可以是，例如，从1秒到59秒，从1分钟到59分钟，从1小时到24小时，从1天到7天，一周或一周以上，一个月或一个月以上，或一年或一年以上。白细胞抑制剂可以在运作系统之前或之中应用于系统。在某些实施方式中，白细胞抑制剂可以在系统运作过程中应用，并且应用于系统的白细胞抑制剂的剂量是可以受监控的。

在一些实施方式中，白细胞抑制剂可以被滴加进入系统中（例如在图2A-2D和图3所示的孔206，或在图4B、4C、4E和4F所示的加料装置435和泵436处）。可以相对于监控的血液特征来调节滴定。例如，可以将柠檬酸盐滴加进入系统，以使血液中的Ca_i维持在一定水平，例如维持在Ca_i浓度为约0.2到约0.4mmol/L。任何生物上适合的柠檬酸盐类型都可以使用，例如0.67%柠檬酸钠或0.5%柠檬酸钠。参见,例如，Tolwani等人，（2006）Clin.J.Am.Soc.Nephrol.1:79-87。在一些实施方式中，在抑制从白细胞释放促炎性物质和/或灭活白细胞之后，第二种溶液可以被添加到系统中（例如，在图2A-2D和图3所示的孔258，或在图4B、4C、4E和4F所示的加料装置445和泵446处），用于重新调整要重新进入受治疗者的血液。例如，在钙离子螯合剂作为白细胞抑制剂的实施方式中，在血液重新返回进入受治疗者之前，可以将钙重新添加回血液中。

在一个实施方式中，一个1000mL含有柠檬酸盐溶液的包，例如ACD-A（Baxter Fenwal,Chicago IL;每100mL成分：葡萄糖2.45g，柠檬酸钠2.2g，柠檬酸730mg，pH4.5-5.5，25°C），可以被附加在本系统的灌注泵和接着附加在动脉导管上（从受治疗者流出流向装置）（例如，在孔206；从处于CPB情况下的受治疗者流出的导管称作静脉导管，并且灌注发生在如加料装置435和泵436处）。负压阀可以用于改善柠檬酸盐泵功能（灌注进入邻近血液泵的负压区域）。柠檬酸盐灌注的初始速度可以是不变的，例如约1.5倍于血液流速单位，单位为mL/h，而血液流速单位为mL/min（例如如果血液流速是大约200mL/min，那么柠檬酸盐灌注的初始恒定速率可以是约300mL/h）。此外，在浓度约为20mg/mL灌注的氯化钙可以在系统中静脉孔附近添加（例如孔258；CPB情况下类似如图4B、4C、4E和4F所示的加料装置445和泵446处的位置）。初始钙灌注速率可以设定为柠檬酸盐灌注速率的10%（如30mL/h）。Ca_i可以连续地或在任意时刻受到监控，例如，前8小时每2小时一次，然后在接下来的16小时里每4小时一次，然后再此后的时间每6至8小时一次。可以根据需要增加监控次数，和在系统中设置一个以上的监控点，例如在柠檬酸盐灌注后和钙灌注之后。

示例性的柠檬酸盐和氯化钙滴定试验设计分别如表1和表2所示。在这个实施方式中，SCID中的目标Ca_i的范围从约0.20mmol/L到约0.40mmol/L，通过柠檬酸盐灌注（例如ACD-A柠檬酸盐溶液）来达到Ca_i靶浓度。在这个动态过程中，柠檬酸盐灌注速率可能需要改变，以使SCID中达到目标Ca_i范围。这样做的试验设计如下，并在上述灌注点进行灌注。

表1

柠檬酸盐灌注滴加指导方针

表2

钙灌注滴加指导方针

应该理解，此处叙述的灭活技术也可以应用于血小板。在某些实施方式中，用于灭活血小板和/或抑制从血小板释放促炎性物质的试剂，包括但不限制于，抑制凝血酶的试剂、抗凝血酶III、meglatran、herudin、蛋白C和组织因子途径抑制物（Tissue Factor Pathwayinhibitor）。此外，一些白细胞抑制剂可以作为血小板抑制剂，例如，钙螯合剂，如柠檬酸、偏聚磷酸钠、乙二胺四乙酸（EDTA）、三乙烯四胺、二亚乙基三胺、o-菲罗啉和草酸都可以灭活血小板和/或抑制从血小板释放促炎性物质。

5.适应症

本发明的系统、装置和方法可以用于治疗和/或预防与炎症相关的大量病症。在此处使用的术语“炎性病症”，包括在机体的免疫细胞被活化之处的任何炎性疾病、任何炎性紊乱和/或任何白细胞活化紊乱。这样的病症可以表征为：（i）伴随病理学后遗症的持续炎性反应，和/或（ii）导致组织破坏的白细胞渗透，例如单核细胞和中性白细胞。炎性病症包括受治疗者出现的原发炎性疾病，和/或医疗过程应答出现的续发炎性紊乱。本发明的系统、装置和方法可以治疗任何受治疗者的任何炎性病症。在此处使用的术语“受治疗者”指的是任何动物（如哺乳动物），包含但不仅限制于，人类（如患者）、非人类的灵长类、啮齿动物等等，这些动物是具体诊断性试验或疗法的接受者。

白细胞如中性白细胞，是许多临床炎性病症发病和发展的主要贡献者，这些炎性病症包括全身炎症反应综合征（SIRS）、败血症、局部缺血/再灌注损伤和急性呼吸窘迫综合征（ARDS）。存在几种不同的和不同类型的白细胞；然而，它们都产生于和源于骨髓中被称为造血干细胞的多潜能细胞（pluripotent cell）。

白细胞也被称为白血细胞，能在身体的各处包括血液和淋巴系统中被发现。白细胞有若干不同种类，包括粒性白细胞和无粒白细胞。粒性白细胞是具有，在光显微镜下观察时其细胞质中出现不同染色颗粒特征的白细胞。这些颗粒含有膜结合酶，此酶主要在消化细胞内吞粒子时作用。有三种类型的粒性白细胞：中性白细胞、嗜碱粒细胞和嗜酸粒细胞，这些是根据它们的染色性质命名的。无粒白细胞是在其细胞质中没有颗粒的特征的白细胞，且包括淋巴细胞、单核细胞和巨噬细胞。

血小板，或凝血细胞，也有利于炎性病症以及体内平衡。血小板在活化后聚集形成血小板栓，并且，它们分泌细胞因子和化学增活素，以吸引和活化白细胞。血小板在身体循环的各处被发现，并且源于巨核细胞。

主要负责引起白细胞和血小板粘附到内皮的分子分别为P-选择蛋白和血管假性血友病因子。这些分子在上皮细胞的相同颗粒中被发现，这些颗粒被称为怀布尔-帕拉德体（Weibel-Paladebody）。当内皮细胞活化时，怀布尔-帕拉德体移动到细胞膜，在上皮细胞表面暴露出P-选择蛋白和可溶解的血管假性血友病因子。这反过来又诱发了级联的白细胞和血小板活化和聚集。

因此，本发明的系统、装置和方法可以治疗和/或预防任何炎性病症，包括受治疗者出现的原发炎性疾病，和/或医疗过程（如，透析或心肺分流术）应答出现的续发炎性紊乱。适用的炎性病症实例包括炎性疾病和/或紊乱，包括但不限制于全身炎症反应综合征（SIRS）、心肺分流术综合症、急性呼吸窘迫综合征（ARDS）、败血症、全身性红斑狼疮、炎性肠病、胰腺炎、肾炎、多发性硬化症、牛皮癣、同种异体移植物排斥、哮喘、慢性肾功能衰竭、心肾综合征、肝肾综合征，和心肌、中枢神经系统、肝、肺、肾或胰腺的局部缺血再灌注损伤引起的急性器官衰竭。

另外的炎性病症实例包括但不限制于，移植（如器官移植、急性移植、异种器官移植）或异种移植或同种移植（如用于烧伤治疗）排斥反应；局部缺血或再灌注损伤，如在采集（harvest）或器官移植、心肌梗死或中风期间遭受的局部缺血或再灌注损伤；移植耐受诱导；关节炎（如类风湿关节炎、银屑病关节炎或骨关节炎）；呼吸道和肺部疾病，包括但不限制于，慢性阻塞性肺疾病（COPD）、肺气肿和支气管炎；溃疡性结肠炎和克罗恩病（Crohn'sdisease）；移植物与宿主病；T细胞介导的过敏性疾病，包括接触性超敏反应、迟发型超敏反应和谷蛋白敏感性肠病（乳糜泻（Celiacdisease））；接触性皮炎（包括由于常春藤毒素（poison ivy）引起的）；淋巴瘤性甲状腺肿；干燥综合征；自身免疫性甲状腺功能亢进，如格雷夫斯病；阿狄森氏疾病（肾上腺自身免疫性疾病）；自身免疫性多腺体病（也称为自身免疫性多腺体综合征）；自身免疫性秃顶；恶性贫血；白癜风；自身免疫性脑下垂体机能减退；传染性神经元炎；其他自体免疫性疾病；肾小球肾炎；血清病；荨麻疹（uticaria）；诸如呼吸道变态反应（花粉症、过敏性鼻炎）或皮肤变态反应的变应性疾病；硬皮病；蕈样肉芽病；急性炎症和呼吸道反应（如急性呼吸窘迫综合征和局部缺血/再灌注损伤）；皮肌炎；结发性脱毛症（alopecia greata）；慢性光化性皮炎；湿疹；贝切特病；掌跖脓疱病（Pustulosis palmoplanteris）；坏疽性脓皮病（Pyoderma gangrenum）；塞杂瑞综合征（Sezary'ssyndrome）；特应性皮炎；全身性硬化症；局限性硬皮病；创伤，如枪、刀、交通事故、跌倒、或战斗创伤；和细胞疗法，如自体的、异源的或异种细胞替换。另外的炎性病症，在本文其他地方或其他已知的现有技术中叙述。

本发明的系统、装置和方法也可以用于在体外支持发育和使用组织和器官。例如，本发明可用于支持为了移植的活体摘除器官程序，组织工程的应用，在体外进行器官培育和制造和应用生物微机电系统（bio-microelectromechanical system）（MEMS）。

鉴于以上所述，下文的具体的非限制实施例用于说明本发明的目的，而不是为了以任何方式限制本发明范围。

实施例

实施例1.在动物模型中与急性败血病和急性肾功能衰竭相关的炎症疗法

这个实施例描述了一系列用于评价本发明的一种治疗关于急性败血病和急性肾功能衰竭的炎症的实施方式的实验。

(I）背景和原理

白细胞，尤其是中性白细胞，是许多临床炎性病症发病和发展的主要贡献者，这些炎性病症包括SIRS、败血症、局部缺血/再灌注损伤和急性呼吸窘迫综合征（ARDS）。正在研究大量的治疗方法，以限制白细胞在炎症部位活化和组织积累，以尽量减少组织破坏和疾病的进展。在美国，每年伴随SIRS出现的严重败血症受治疗者达200,000人，即使在重症监护室和使用广谱抗生素的情况下，其死亡率也达30-40％。

本研究的出发点源于正在进行的鼓舞人心的利用肾小管祖细胞在体外装置中治疗急性肾功能衰竭（ARF）的临床前的和临床研究。ARF源于一系列最后导致多器官衰竭和坏死的病状中由肾毒的和/或局部缺血肾小管细胞损伤继发的急性肾小管坏死（ATN）。需要换肾治疗的ATN受治疗者的死亡率达50%到70%。尽管对疾病的病理生理学有了更好的理解，和对血液透析和血液过滤疗法有了更好改进，如此高的死亡率仍然持续了近十几年。

应用肾小管祖细胞作为这些病症的治疗物，是基于肾小管细胞在败血症休克中起到了重要的免疫调节作用的论断。具体来说，在败血症休克的猪模型中已经证明，严重的败血症休克在菌血症几小时内就能导致急性肾小管坏死（ATN）和ARF。由于观察急性损伤后血液尿素氮和血清肌酸酐的上升需要几天的时间，因此，在早期败血症休克病程中的ARF发展了一个临床上不容易被鉴别的期限。在ARF和ATN中肾免疫调节功能的丧失，其结果倾向于发展成为SIRS、败血症、多器官衰竭和死亡的高风险。最近的一份报告表明，在心脏直视手术的术后过程发生ARF的患者中，败血症病状从3.3％上升到近60％。

ARF或ATN病症，可能特别适合与连续血液滤过技术相结合的治疗，因为尽管在体外合成材料及体外循环都很先进的情况下，单独的急性血液透析或血液过滤，尚不能够将ATN死亡率减少到百分之五十以下。ATN的发展主要是由于肾脏肾小管上皮细胞（renalproximal tubule cell）的损伤和坏死。在败血症休克并发的ATN发作期间，早期对这些细胞功能的替换，可以提供与血液过滤联合的几乎全部的肾脏代替疗法。代谢活动如产氨作用（ammoniagenesis）和谷胱甘肽的再生（reclamation），内分泌活动如维生素D3的激活，与细胞因子稳态（cytokine homeostasis）的额外增加，可提供额外的生理替代活动，以改变当前疾病进展的自然状态。

一个用来测试在所述情况下的肾小管祖细胞效应的系统，由一个串联在肾辅助装置（RAD）之后的过滤装置构成（传统的高通量血液滤器），通常如序列号为6,561,997的美国专利所述。在那些早期实验中，RAD指的是使用了标准的血液过滤筒的体外系统，这个血液过滤筒含有沿着纤维内表面生长的人类肾脏上皮细胞。这种排列使滤液能够进入中空纤维网络的内部间隔，与肾小管细胞呈线性（lined with renal tubulecells），调整运输和代谢功能。血液从受治疗者泵出进入第一血液滤器的纤维，超滤液（UF）在此形成，并分配进入血液滤器下游RAD内的中空纤维空腔。从RAD流出的经处理的UF被收集并作为“尿”排除。从初始血液滤器流出的滤过的血液通过毛细管外空间（ECS）孔流入RAD，分散在装置的纤维中。在流出RAD后，处理过的血液经过第三泵返回受治疗者体内。此体外血液循环的基础是，其血液泵系统和血液导管与肾衰竭患者使用的连续或间歇血液透析疗法中的完全相同。

在RAD内对肾小管祖细胞的体外研究表明，细胞保留了分化的主动转移特性，分化的代谢活动和重要的内分泌过程。其他研究表明，在急性尿毒症犬模型中，当与体外血液灌流循环的血液过滤筒串联整合时，RAD能代替肾脏的过滤、运输、代谢和内分泌功能。此外，RAD减轻了急性尿毒症动物的内毒素休克。

为了更好地理解肾小管细胞疗法的免疫调节作用，用支气管肺泡灌洗（BAL）来评价经受或未经受RAD治疗的败血症的组织特异性结果。BLA样品用于评价SIRS引起的肺微血管损伤和炎症。以下详细的原始数据显示，肾细胞疗法与更小的蛋白质从破坏的血管泄露和更小的炎症相关。

在这个实验模型系统中，肾细胞疗法对全身的和组织特异性炎症过程的作用，可以由第二系列的评价方法更仔细地评估。同时，在评估RAD的临床试验中，登记（enrollment）的障碍是需要含有肝磷脂的全身抗凝，以保持在体外血液导管和透析筒中的血液灌注。在过去十年中，为了减轻全身肝素化和更好保持连续肾替代疗法（CRRT）循环的血液灌注，使用柠檬酸盐作为钙结合剂的局部抗凝成为了标准的治疗方法。

因此，将在使用假的无细胞药筒（sham non-cell cartridge）和含细胞药筒的临床前动物模型进行对比实验，证实了血液循环中的柠檬酸盐和低Ca_i水平并不能降低全身肝磷脂处理下观察到的肾小管细胞疗法的效用。详情如下，柠檬酸盐在一个双药筒系统中抗凝，显示了深刻而意想不到的结果。

（II）实验A-动物模型的初步试验

为了初始评价本实验的实施方式，使用了败血症猪模型建立的可再生SIRS模型。（见，例如，Humes等人.（2003）Crit.Care Med.31:2421–2428.）

方法和材料

通过插入合适的导管制备普通猪（30-35kg）来评价心血管参数和应用连续静脉血液过滤的治疗（CVVH）。在猪腹腔以30×10¹⁰细菌/kg体重注射大肠杆菌。在细菌灌注后15分钟内，动物被置于含有双药筒的CVVH循环中，第一药筒是血液滤器，第二药筒是含有多孔中空纤维的肾辅助装置（RAD）。对本实验而言，RAD指的是图3所示循环中的图7概要显示的装置。图7中，RAD包含了多个膜，其为中空纤维752（为了清晰只标注了一个）。这些纤维的管腔内的空间被称为毛细管内空间（“ICS”）740。围绕中空纤维的空间被称为RAD外壳754中的毛细管外空间（“ECS”）742。含有活化白细胞的血液进入ECS入口748，流入围绕纤维752的ECS742，并经由ECS出口750流出RAD，进入流出物导管。对本实验而言，RAD的中空纤维752是多孔的，并含有allographic肾小管细胞，该肾小管细胞在每条纤维的管腔740导管上单层培养。对照组是仅不含有肾小管细胞的，其它都和RAD相同的假RAD。

如图3所示，从动物流出的血液被泵送进入第一血液滤器的纤维，超滤液（UF）在此形成并分配进入血液滤器下游RAD中空纤维752内的ICS740。从RAD流出的经处理的UF被收集并被作为“废弃物”由UF泵304排除。从初始血液滤器流出的滤过的血液通过毛细管外空间（ECS）入口748流入RAD，并分散在装置的纤维752中。经由ECS出口750流出RAD后，处理过的血液返回受治疗者体内。血液经由血液泵204和300和第三血液泵在系统中移动穿过，泵204和300被放置在血液过滤装置之前和之后，同时第三血液泵（未在图3中显示）放置在RAD和动物之间。柠檬酸盐或肝磷脂从206添加到系统中，如果需要，还可以在血液重新进入受治疗者之前从258处添加第二种试剂（用于制备重新进入的血液）。

在细菌灌注接下来的第一个小时内，灌注体积组成为80mL/kg类晶体和80mL/kg胶质的丸剂（Hepspan），以使动物复苏。在细菌灌注后第15分钟，动物注射100mg/kg的抗生素头孢三嗪，复制临床表现。没有动物注射血管加压药或正性肌力药。

结果和讨论

本研究测量了血压、心输出量、心率、肺毛细血管楔压、全身血管阻力和肾血流量。使用该模型，表明RAD疗法比对照组保持了更好的心血管性能，如心输出量和肾血流量所测定的。肾血流量的改善是因为与对照组相比，RAD动物组有较低的肾血管阻力。

改善的心血管参数导致了更长的存活时间。对照组动物（由不含肾小管细胞的假RAD处理）都在7小时内死亡，然而，所有RAD处理的动物都存活超过了7小时。与对照组的5±1小时相比，RAD组存活了10±2小时（p<0.02）。与对照组相比，败血症休克的白细胞介素（IL-6），预后炎性症候，和γ-干扰素（IFN-γ）及细胞因子炎性反应启动物质在血浆中的水平RAD组更低。

原始数据表明猪模型是一种可靠的急性败血症休克模型，也表明了RAD疗法改良了与细胞因子外形变化有关的心血管性能，并且导致了显著的存活优势。原始数据还表明，RAD疗法可以改善败血症休克引起的多器官功能障碍。

为了改善本模型的可重复性，在给予细菌灌注类晶体/胶体丸剂之后，紧接着容量复苏试验设计（volume resuscitation protocol）立即从100mL/h增加到150mL/h。除了改善本复苏试验设计外，采用支气管肺泡灌洗（BAL）评价经由或未经RAD疗法的败血症的组织特异结果，以便更好地理解肾小管细胞疗法的免疫调节作用。BLA样品用于评价SIRS引起的肺微血管损伤和炎症。结果表明，肾细胞疗法与减小蛋白质从破坏的血管泄露，和减小BAL液体样品炎症，及改进其它SIRS的心血管效应相关。

上述的用容量复苏完善的动物模型（refined animal model）被用于一系列的研究，来评价柠檬酸盐局部抗凝的RAD治疗效果与全身肝磷脂抗凝是否相似。因此，开始通过对比假-RAD（无细胞）药筒和RAD（含细胞）药筒的临床前动物模型来评价，血液循环中的柠檬酸盐和低Ca_i水平是否能够负面影响在全身肝磷脂治疗中观察的肾小管细胞疗法的效果。

意想不到的是，结果表明，使用无肾细胞的RAD柠檬酸盐抗凝（即用柠檬酸盐处理的SCID）在改善源自SIRS的肺损伤的效果显著，和在减少这些大型动物模型的源于败血症休克的心血管功能紊乱和死亡时间上几乎一样有效，详述如下。

（III）实验B-使用或缺失肾上皮细胞系统的大型动物模型对比

上文所述的改进的猪败血症休克模型，用于评价用肾辅助装置（RAD）或选择细胞抑制装置（SCID）的多器官效应。在本实验中，RAD和SCID两者都指的是图3循环中图7所示的装置，如上所述。然而，RAD系统在RAD755的ICS740中含有猪肾上皮细胞，并且用肝磷脂抗凝疗法。SCID系统在SCID755的ICS740中不含有细胞，并且使用柠檬酸盐疗法（不含有肝磷脂）。下述数据源自总共14头动物。7头动物用假控制治疗，所述假控制是指ICS内无猪上皮细胞的RAD和用肝磷脂抗凝疗法，如图9-13中记作“假/肝磷脂”。4头动物用RAD处理，其中含有猪肾上皮细胞的RAD和全身肝磷脂疗法，在图9-13中记作“细胞RAD”。3头动物用SCID处理，其中在ICS中不包含细胞的SCID和使用柠檬酸盐局部抗凝，在图9-13中记作“假/柠檬酸盐”。

心血管参数的观察

如图9所阐释，上述的在猪腹膜腔中给予细菌，能够导致各组均产生快速、严重和最终致命的平均动脉压（MAP）衰退。早期数据显示使用柠檬酸盐的SCID相较于假/肝磷脂对照组减弱了对MAP的影响。图10详细说明了每组的心量输出（CO）。相对于其他组来说，RAD组的CO基本上较高。柠檬酸盐在更多的动物上显示出了重要的效果，尽管相较于假/肝磷脂对照组不如RAD的效果显著。各组中观察到的心搏出量也与此相似。

作为所述败血症过程诱导产生的全身毛细血管泄露的一个近似的测量，图11显示了红细胞比容的变化。在图11中，假/肝磷脂对照组随时间的增长速率较高，反映了从假对照组的血管内室减少的体积速率较RAD和SCID组更大。这些变化在初步评估阶段，相较于假/肝磷脂组而言是与RAD和SCID组中的实质上的生存优势相关的（见图12）。假/肝磷脂组的平均存活时间为7.25±0.26小时，SCID（假/柠檬酸盐）组为9.17±0.51小时，而RAD（ICD空间中含有细胞）组为9.56±0.84小时。这些数据表明，RAD（ICD空间中含有细胞），出乎意料的，还有SCID，相较于假/肝磷脂对照组，两者均提高了心输出量、肾血流量和存活时间。

炎性指标的观察

为了研究猪SIRS模型的各种治疗介入（treatment intervention）的效果，在猪死亡时获得支气管肺泡灌洗（BAL）液体，并评价其作为微血管损伤、多种炎性细胞因子和多形核细胞的绝对总数（PMN）的指标的蛋白质含量。如表3所总结，原始数据显示，在SIRS涉及肺的早期阶段，RAD和SCID疗法均导致了较少的血管损坏和蛋白质泄露，以及较少的炎性细胞因子的释放。IL-6、IL-8和肿瘤坏死因子（TNF）-α的水平在治疗介入时均低于假对照组。IL-1和IL-10的水平没有差异。假对照组的嗜中性细胞绝对数量在1000细胞/mL以上，而RAD和SCID组趋于更低，尽管每组的n=1或2。

表3

源自败血症休克的猪的支气管肺泡灌洗（BAL）液体的蛋白质和细胞因子水平

注：平均值±标准差.在死亡之时完成BAL。

白细胞隔离观察

关于血液透析的文献表明，经过单药筒中空纤维的血液循环导致短暂的一小时嗜中性白细胞减少反应（见，例如，Kaplow等人。（1968）JAMA 203:1135）。为了测试血液流过第二个药筒的毛细管外空间是否能够导致循环的白细胞附着速率的升高，测量了总白细胞（WBC）数量及其在败血症动物之间的差别。结果如图13所示。

如图13所示，每组均出现了体外循环的白细胞反应，在2小时时发展到达低谷并在7小时时恢复。这些动物的从基线至3小时时的平均差分数量，（每组中n=1-2，总数=5）详载于表4。所有白细胞亚型均有减少，最显著的为中性白细胞。

表4

	总WBC	中性白细胞	淋巴细胞	单核细胞
					基线（0小时）	15,696	6,422	6,792	306
最低值(3小时)	2,740	684	1,856	94

注：数值是5头动物的平均数：1头假对照，2头RAD处理的，和2头SCD处理的动物

为了说明在SCID中的白细胞隔离，图14A-D描述了在中空纤维外表面吸附的白细胞的密度。这些图片说明了在SCID中白细胞的隔离。经过这种处理试验的正常动物，在8小时的治疗过程中其WBC不会低于9000，表明了致敏或活化的白细胞吸附在第二膜系统上可能是必需的。

这些数据证实，RAD相较于假/肝磷脂对照组，改善了心输出量、肾血流量（数据未显示）和存活时间。此外，还意外地发现，柠檬酸盐与第二、低剪切力的中空纤维药筒（即SCID）联合使用，具有强大的抗炎作用，即使ICS没有包含细胞。

实施例2.白细胞隔离和抑制和/或灭活的体外研究

在本实施例中所描述的实验结果表明，吸附在透析膜上的白细胞在柠檬酸盐存在下能够被抑制和/或灭活。此外，已有其他数据表明，柠檬酸盐抗凝可以在晚期肾脏疾病（ESRD）患者透析过程中废除中性白细胞脱颗粒（一种钙依赖病状）。为了更详细的评价这一过程，并将其范围扩大至其他白细胞总群和细胞因子的释放，进行了如下体外试验。

方法和材料

用已建立的方法从正常健康的个体中分离白细胞。白细胞（每孔10⁶个细胞）被放置于含有14×14mm正方形聚砜膜（Fresenius,WalnutCreek,CA）的12孔组织培养板中，在RPMI培养基中37℃吸附60min。移去培养基，用PBS洗涤细胞，然后取上清液用于分析细胞释放。下表5叙述了用于达到各种Ca_i水平的含有柠檬酸盐（Ca_i=0.25mmol/L）或不含有柠檬酸盐（Ca_i=0.89mmol/L）的RPMI培养基。每种钙条件也含有或未含有用于活化白细胞的脂多糖（LPS，1μg/mL）。

将细胞暴露在这些条件下60s，然后从培养基中移去，以评价乳铁蛋白（LF）和髓过氧化物酶（MPO）、源自中性白细胞的胞外分泌小囊泡（exocytotic vesicle）的蛋白质的释放，和由白细胞释放的细胞因子、IL-6和IL-8。用市场上买得到的Elisa成套工具（R&D Systems,Cell Sciences,and EMD BioSciences）来测定这些化合物。

结果和讨论

结果见表5。

表5

注：WBC是从两种不同的正常对照中分离的；每个条件重复两次分析，基线不含LPS，激发态含有LPS（1μg/mL）。

低Ca_i含有柠檬酸盐的培养基未增加LF、MPO、IL-6，或IL-8，相反，正常的Ca_i的培养基能够显著地增加这些炎性蛋白质。这些结果证明，吸附在透析膜上的白细胞总群的激活在柠檬酸盐存在下能够被抑制和/或灭活，而柠檬酸盐降低了培养基中的Ca_i水平。低Ca_i水平导致了细胞质钙水平的改变，抑制了白细胞的多发炎性反应（例如释放促炎性物质）和/或灭活白细胞。

实施例3.与人类急性肾功能衰竭(ARF）相关的炎症治疗

本实例中叙述的实验显示了，与那些经肝磷脂处理系统中用相似的装置治疗的患者相比较，在由本发明中名为SCID的实施方式治疗的人类受治疗者中出现了料想不到的存活率，该SCID含有中空纤维导管，且处于由柠檬酸盐处理过的系统中。具体来说，在本实验中，SCID指的是图3中循环所示的图7中的装置。SCID中的ICS不含有肾细胞。

背景

对10位之前经持续静脉血液过滤（CVVH）的ARF和多器官衰竭的病危患者，在第I/II期临床试验（Phase I/II trials）中研究了肾细胞疗法的安全与有效性（见，例如，Humes等人.（2004）Kidney Int.66（4）:1578–1588）。这些患者的预期住院死亡率平均在85％以上。在先前报道的实验中所使用的装置，种有分离自肾脏的人类肾近端小管细胞，这些肾脏来自于尸体移植捐献，但发现由于解剖学或纤维变性的缺陷而不适合于移植。这一临床试验的结果表明，试验性治疗在与CVVH联合使用时，在研究试验设计指导方针下可以安全的释放长达24时。临床数据表明，该所述系统显示并保持了在临床环境中的可行性、耐久性和功能性。如当时与治疗相关联的尿排出量所测定的，保持了患者的心血管稳定性，并增加了天然的肾功能。

用于先前临床研究中的系统，也表明有分化的代谢和内分泌活动。如急性生理学评分评价，除一位患者外，所有接受超过3天追踪治疗的患者都显示了改善。10例受治疗的患者中6例在肾功能恢复后存活超过了28天，尽管使用APACHE 3评分系统预测的这10例患者的死亡率平均为85%。血浆细胞因子水平表明，该细胞疗法根据患者独特的病理生理情况产生了动态的和个性化的反应

良好的第I/II期临床试验结果导致了后续的FDA批准的、随机的、受控的、在12-15临床试点的第II期调查，以确定此细胞疗法是否能够达到改变患者死亡率的目的。一项涉及58例患者的第II期研究，其中40例被随机分配到RAD疗法组，其余18例组成了对照组，具有序贯性器官衰竭评价（SOFA）评分的可比的人口统计和严重的病情。早期结果与第I/II期的结果同样令人注目。肾细胞疗法将28天死亡率从传统的血液过滤疗法对照组的61％降低到了细胞疗法组的34%（见，例如，Tumlin等人（2005）J.Am.Soc.Nephrol.16:46A）。这种存活影响一直持续到90天和180天的随访期（P<0.04），Cox比例危害比（Cox proportional hazard ratio）显示死亡风险为在传统的CRRT组中观察到的50%。为了各种无关的ARF病原学器官衰竭数（1到5以上），或败血症的出现，观察这种肾细胞疗法的存活优势。

方法

为了评价商用细胞制造过程和附加的柠檬酸盐局部抗凝，进行了附加的研究。分析这些患者治疗组的结果，比较具有全身肝磷脂抗凝和柠檬酸盐局部抗凝下的由SCID（ICS不含细胞）治疗的患者的死亡率。如上所述，如图3所示循环中的图7概略显示了本实验中使用的装置。然而，在本实验中，第二血液导管泵在SCID和受治疗者之间（并为在图3所示的装置之间）。

结果

表6显示了SCID/柠檬酸盐系统将存活率在28天和90到180天之间产生了显著的增加。

表6

注：SOFA为序贯性器官衰竭；OF为器官衰竭数；MOF为多器官衰竭数。

图15用图像显示了在用柠檬酸盐（“SCID”/柠檬酸盐）代替肝磷脂（“SCID”/肝磷脂）的装置治疗的患者中，从0天到180天，存活率有显著增加。尽管这些患者组如SOFA评分所测量显示的有相似的疾病活性和器官衰竭数，存活率仍然出现了差异。每组的系统中第二药筒内的ICS均不含细胞。

讨论

这些临床的效果是未料想到的。这些结果在最大化患者存活率上提供了空前的和令人惊奇的成功。尽管这些临床数据源自AFR患者，可以考虑到这些观测将应用于更广泛的情况，例如，用于SIRS、ESRD和其他炎性病症。通过组织学评价无细胞药筒在柠檬酸盐处理和肝磷脂处理的组，从而完成对潜在机制的进一步评价。与上述动物模型得到的数据相似，柠檬酸盐/SCID系统含有第二药筒中空纤维的外表面，在此药筒的血液侧覆盖了白细胞。在肝磷脂/SCID系统中可见相似的结合。

实施例4.单装置系统的炎症疗法

在某些情况下，使用单治疗装置的治疗系统（即没有其他治疗装置的SCID）可能是有益的。如前所讨论的，本发明的某些实施方式在体外循环中使用了第一治疗装置（例如血液滤器），除了完成其主要治疗作用外，还可活化白细胞（以不想要的型式）。系列中的第二治疗装置SCID（例如图2C和2D所示），实现了在ECS的低阻力空间内的吸附和全身隔离。因此，如果并不需要第一治疗装置执行其主要职能，则移除此装置并减少不必要的白细胞活化可是是有益的。在其他实施方式中，如败血症，循环中的白细胞可能已经活化，血液流过单装置的SCID系统（例如图2A和2B所示）的ECS低阻力空间时，白细胞可以充分地吸附和隔离。在这个循环中，输血导管上仅需要一个泵，从而简化了治疗介入。

本试验评价了受治疗者体内的选择细胞分离的效用，和存活率和逐渐缩小的和/或预防的炎性反应的效果（例如，发生炎症反应的，或有发展为炎性反应风险的动物或人类患者）。具体来说，本实验比较了系统中仅有一个SCID的单装置系统，和含有SCID以及其他处理血液的系统组件的双装置系统，例如，含有一个或多个血液过滤筒的系统。对于发生或有风险发生如SIRS病症的受治疗者，单装置系统可以是显著有效的，在此单装置系统中，白细胞隔离和可选择地白细胞灭活和/或抑制从白细胞释放促炎性物质，且此单装置系统是体外循环的主要治疗装置。双装置（或多装置）系统在受治疗者需要多余一种的体外循环治疗时是有用的，例如，同时需要肾透析治疗和白细胞隔离的，以及可选择的白细胞灭活和/或抑制从白细胞释放促炎性物质的急性肾衰竭受治疗者。

第一测试系统将包括如图2A或2B分别所示循环中图5或图6所示的单SCID。第二测试系统将包括如图2C或2D分别所示多装置循环中图5或图6所示的SCID。该两个测试系统中，SCID中空纤维药筒或整个系统将包含柠檬酸盐。对于该两个系统中，SCID的ICS中均不包含超滤液和细胞。

两组受治疗者（如猪）将给予细菌以诱发败血症和SIRS，如上述实施例1所述。每组将接着由所述测试系统之一进行治疗，和采取例如在实施例1中所描述方法测量。比较两组的测量结果。除了所描述的单装置和双装置系统配置外，还对其它装置配置，和含有这些装置的系统配置进行了测试。

可以预期到，在单装置和双装置系统之间暂态白细胞减少和中性白细胞减少幅度是可比的。单装置和双装置系统的WBC数量与对心血管和肺功能指标影响、全身和肺部炎症指标、和白细胞活性标记的改变的关系，可以证实不需要第二治疗装置的简单单装置系统或双装置系统是否对病症有效，尽管预期的是单装置和双装置配置都将有效。

实施例5.白细胞隔离表面积的比较

本试验评估了，具有不同细胞分离表面积的一个或多个SCID中空纤维筒在实施选择细胞分离时的效果，以预防炎性反应，和增大测试受治疗者的存活率。测试了若干膜大小。初步测试将包括了分别比较表面积为约0.7m²和约2.0m²的SCID膜。附加测试组可以包括膜表面积在约0.7m²和约2.0m²之间的比较，和/或膜表面积大于约2.0m²的比较。

在一研究中，如上所述，将准备具有中空纤维筒的SCID，其中的中空纤维筒具有不同的白细胞隔离表面积。如图5大体设计的SCID将置于图2A或2C的循环中，或者如图6大体设计的SCID将置于图2B或2D的循环中。如上述实施例1所述，受治疗者（如猪）将给予细菌，以诱发败血症和SIRS。各组受治疗者，将接着由本文所述的一个或多个系统治疗。每个系统的测试，至少将测试两种不同的SCID膜表面积大小（例如，0.7m²和2.0m²）。将采用如实施例1中所述的测量方法，并比较每个组的测量数据。

在另一研究中，将研究进行过CPB的受治疗者（如猪或牛犊）。经CPB治疗可以引起器官机能障碍，包括急性肾损伤（AKI）和急性肺损伤（ALI）。将在CPB循环中测试SCID，这些SCID具有含有不同白细胞隔离表面积的中空纤维筒。

CPB将如本文实施例8和实施例9中所述，在受治疗者上实施，使用如图4A-4F中任一所示循环配置的SCID。对于每个系统，至少将测试两种不同的SCID膜表面积大小（例如，0.7m²和2.0m²）。端点测量将包括本文所描述的，例如，在实施例1或实施例8中。此外，CPB诱导的AKI和CPB诱导的ALI的严重程度可作为SCID膜隔离表面积的功能评价。

人们预期，增加膜表面积将增加白细胞结合并且导致延长SCID引起的白细胞减少的时间间隔。此外，人们预期，具有较大隔离表面积的SCID（相对较小的隔离表面积）将提高选择细胞分离的效果（例如，通过改进的存活率和/或改进的减少和/或预防炎性反应的效果来测量），并更有利于减轻与CPB相关的并发症，例如，与CPB相关的器官损伤（例如AKI和ALI）。

实施例6.伴随急性肾损伤的败血症休克模型中的选择细胞分离装置

本实施例中所描述的实验，描述了在伴随AKI的败血症休克的猪模型中，带有SCID的单泵和双泵系统，和柠檬酸盐或肝磷脂抗凝给药的临床前试验。本实验一般是针对两个评价。首先，实验评价了使用单泵循环SCID（例如图2D循环中图6所示SCID）的功效，和与之相比的双泵循环SCID（例如图3循环中图7所示SCID）的功效。“单泵”或“双泵”指的是如所示循环中的血液导管上的泵的个数，例如，图2D中的泵204（单泵系统）或图3中泵204和300（双泵系统）。使用单泵循环的一个优点是，流出透析装置可以不需要使用以提供床边照顾（deliver care at the bedside）的附加训练或泵系统。此外，本实验评价在使用柠檬酸盐和与之相对的肝磷脂情况下，SCID隔离活化的白细胞，并抑制其活化状态的作用机制。

材料和方法

为了评价SCID在单泵与双泵循环中的效果，准备了下面两个测试系统。首先，单泵测试系统包括图2D所示循环中图6的SCID。其次，双泵测试系统包括图3中所示循环中图7的SCID。这两个测试系统还包括柠檬酸盐或肝磷脂，但在SCID的ICS中并不包括细胞。

本实施例中的实验，利用了已建立的伴随AKI和多器官机能障碍的败血症休克的猪模型，如实施例1所示。（见，例如，Humes等人.（2003）Crit.Care Med.31:2421–2428.）。简单来说，如上述实施例1所述，给予两组受治疗者（猪）细菌来诱导败血症和SIRS。每组接着选用单泵或双泵测试系统中的一个进行治疗。每个单泵和双泵系统都有两个处理亚组，用柠檬酸盐灌注或肝磷脂灌注的治疗。因此，患有败血症和SIRA的受治疗者之中的一组用由柠檬酸盐或肝磷脂处理过的单泵系统治疗；另一患有败血症和SIRA的受治疗者的组用由柠檬酸盐或肝磷脂处理过的双泵系统治疗。

测量白血细胞、中性白细胞和血小板，以评价单泵和双泵系统的相对效果。此外，为了评价由含有柠檬酸盐与肝磷脂的SCID隔离和抑制活化白细胞的反应机制，在应用柠檬酸盐或肝磷脂的系统中检测了若干指标。评价指标包括，作为中性白细胞活化的指标的髓过氧化物酶（MPO）和CD11b。对于CD11b的测量，采取动物血液样品，加入与白细胞表面表达的CD11b结合的荧光抗体。细胞分类将白血细胞分为不同亚型，而中性白细胞门中的中性粒细胞接着进行荧光强度分析，荧光强度与表面的与荧光抗体结合的CD11b分子数成正比。分析全部的中性白细胞，以平均荧光强度（MFI）作为数值上评价CD11b表达活性水平的指标。评价指标还包括动物的存活率。

结果

图16A、16B和17显示了单泵和双泵系统对白细胞计数、中性白细胞计数及血小板计数的影响结果。由于白细胞隔离（图16A）、中性白细胞隔离（图16B）和血小板隔离（图17），在柠檬酸盐处理和肝磷脂处理的单泵系统下，与在柠檬酸盐处理和肝磷脂处理的双泵系统下基本相同，这些图比较显示了两个单泵亚组的平均值与两个双泵亚组平均值。图18-21显示了柠檬酸盐处理或肝磷脂处理系统的结果。由于，对于由柠檬酸盐处理的单泵和双泵系统与由肝磷脂处理的单泵和双泵系统而言，图18-21测量的特性基本相同，所以这些图比较显示了两个柠檬酸盐亚组的平均值与两个肝磷脂亚组的平均值。

双泵与单泵测试系统的比较。为了评价在单泵和双泵循环之间的压力和/或流量对两个测试系统的SCID隔离白细胞的可能影响，检测了全身血液中的白细胞（WBC）和中性白细胞计数。单泵和双泵系统的有关WBC和中性白细胞细胞计数的结果分别如图16A及图16B所示。如图详示，在这些指标中没有观察到单泵系统（n=5）和双泵系统（n=5）之间的差异。

血小板隔离。血小板计数也用于评价用单泵或双泵系统治疗的动物。如图17所示，含有SCID的单泵和双泵系统，在由SCID治疗后的随后的至少9小时内，均降低了血小板计数。这些数据表明，所述系统具有SCID隔离血小板。

中性白细胞活化。活化的中性白细胞响应侵入微生物或组织损伤而释放了多种酶，以启动组织修复。嗜中性粒释放的主导酶是髓过氧化物酶（MPO）。相应地，测量MPO的全身水平，来显示在受治疗者体内的中性白细胞活性水平。图18显示了，由SCID和柠檬酸盐（SCID均值，n=5）治疗的动物中的平均MPO水平，低于与由SCID和肝磷脂（SCID均值，n=3）治疗的动物组。中性白细胞活化水平也可以通过测量CD11b的表达量来定量分析，CD11b是负责结合到内皮组织上的膜蛋白，这个结合是在炎症位点离开循环的第一步。如图19详示，诱导发生败血症6小时时，与由SCID和柠檬酸盐（柠檬酸盐（全身的）；n=4）治疗的动物组相比，在由SCID和肝磷脂（肝磷脂（全身的）；n=4）治疗的动物中，全身循环中性白细胞的MFI有显著增加。

通过评价在循环的动脉和静脉输血导管中的中性白细胞MFI，以获得整个循环的平均值，更进一步完善了所述分析。从循环的动脉输血导管和循环的静脉输血导管中同时采取样品，动脉输血导管是血液从受治疗者流出进入输血导管之处，静脉输血导管是血液从输血导管流出重新进入受治疗者之处。肝磷脂组（n=4）和柠檬酸盐组（n=4）的MFI（动脉-静脉）的差异在3和6小时时显著不同，如图20所示。这些数据表明，柠檬酸盐灌注抑制（suppresses）循环中的中性白细胞活性水平，这可以由相同时期内循环的中性白细胞的全身性活性降低来印证。

动物存活率。对含有柠檬酸盐的SCID和含有肝磷脂的SCID效果的最终评价是存活效应。如图21所示，在柠檬酸盐组和肝磷脂组中观察动物的持续的存活时间优势。由含有柠檬酸盐的SCID治疗的动物的平均存活时间为8.38+/-0.64小时（n=8），相对来说由含有肝磷脂的SCID治疗的动物的平均存活时间为6.48+/-0.38小时（n=11）。

其他评价也在考虑之中。例如，用于评价全身肝素化与局部柠檬酸盐抗凝的SCID的效果，或单泵或双泵系统的效果的数据集可以包括：1心血管指标（心率；收缩压、舒张压、和MAP；心输出量；全身血管阻力、心搏出量；肾动脉血流量；中心静脉压；肺毛细血管楔压）；2.肺指标（肺动脉收缩压和舒张压、肺（pulmonary）、血管阻力、肺泡动脉氧的梯度）；3.动脉血气体（pO₂、pCO₂、pH、总CO₂）；4.全血球计数（红细胞比容（从毛细血管泄露间接测量）；WBC和差异）；5.炎性指数（细胞因子的全身血清水平（IL-6、IL–8、IL-1、INF-γ、TNF-α））；和6.通过BAL液体的肺炎性指标（蛋白质含量（血管泄漏）；有差异的总细胞计数；TNF-α、IL–6、IL–8、IL-1、INF-γ、中性白细胞髓过氧化物酶和弹性蛋白酶；从BAL液体得到的肺泡巨噬细胞，及在LPS刺激后评价的细胞因子的基线和激活态水平）。此外，可以测量SCID炎性指标（不同细胞因子（IL-6、IL-8、TNF-α、IL-1、INF-γ）的前血液滤器、前第二药液筒、后第二药液筒中血清水平）和中性白细胞胞吐化合物（exocytotic compound）（髓过氧化物酶、弹性蛋白酶和乳铁蛋白），以评估白细胞的活性，并且这些元素的同时测量，也可以在UF中完成，这些UF来自治疗过程中和血液相联系的前和后第二药液筒及UF导管。此外，以通过气相色谱法和质谱分析法来测定血清氧化标志物和BAL液体，以评价各组中炎性诱发的氧化应激。

结论

本实验的数据证实了，包含了SCID和柠檬酸盐处理的体外循环，可以有效地隔离和抑制从白细胞释放促炎性物质或灭活白细胞。具体来说，这些数据表明，白细胞在单泵和双泵循环中的隔离效果是相似的。此外，在败血症休克的动物模型中，与SCID和肝磷脂处理的系统相比较，SCID和柠檬酸盐处理的系统减少了中性白细胞活性的水平。SCID和柠檬酸盐处理系统的效果导致了在败血症致死的动物模型中存活时间的增加。此外，单泵系统和双泵系统均能有效隔离血小板至少9小时。根据这些数据，人们预计血小板的隔离和灭活血小板和/或抑制从血小板释放促炎性物质，可能具有有益的影响，这些影响如整个说明和实施例中所述，和隔离白细胞和灭活白细胞和/或抑制从白细胞释放促炎性物质相似。

实施例7.人类肾晚期疾病的治疗

本实施例所描述的试验设计用于评价由本发明的实施方式治疗的人类受治疗者的存活率，这个实施方式即是，由包含经柠檬酸盐处理的系统，与由肝磷脂处理的系统中的中空纤维的药液筒相比较。配置用于本试验的系统将是分别为图2C或2D之一的循环中所示的图5或图6之一的SCID，其中SCID的ICS中不含有细胞。方法和观测可以包括，在SCID药液筒中不含有附加的肾细胞的柠檬酸盐和肝磷脂系统的对比。

背景

一个与慢性促炎性状态有关的疾病例子是肾终末期疾病（ESRD）。（见，例如，Kimmel等人.（1998）Kidney Int.54:236–244;Bologa等人..（1998）Am.J.Kidney Dis.32:107–114;Zimmermann等人.（1999）Kidney Int.55:648–658）。主要疗法、透析，关注的是移除小分子废物和体液平衡。然而，它并不能解决与ESRD相关的慢性炎症。在ESRD患者中，严重的发病率和和令人无法接受的高达21％的年死亡率相关（见，例如，USRD系统，USRDS 2001年刊数据报道：美国肾终末期疾病图谱，2001，国立卫生研究院，国立糖尿病和消化的和肾疾病研究院:Bethesda.p.561）。

肾终末期疾病患者的预期寿命平均为4至5年。血管变性、心血管疾病、血压控制不佳、频繁感染、慢性疲劳和骨骼退化显着影响生活质量，并产生高发病率、频繁住院和高成本。ESRD患者的死亡率主要原因是心血管疾病，ESRD总死亡率的近50％（见，例如，USRD系统，USRDS 2001年刊数据报道：美国肾终末期疾病图谱，2001，国立卫生研究院，国立糖尿病和消化的和肾疾病研究院：Bethesda.p.561），其次是感染事件。

ESRD患者发展慢性炎性状态，容易使他们同时患心血管疾病和急性感染性并发症。ESRD患者尽管经过充分的血液透析，还是对感染敏感。长期血液透析诱发了细胞因子模式改变，相当于慢性促炎性状态（见，例如，Himmelfarb等人.（2002）Kidney Int.61（2）:705-716;Himmelfarb等人.（2000）Kidney Int.58（6）:2571–2578），不依赖膜活化、炎症，和清除。这些小蛋白可以被血液滤器过滤，但由于产率的提高，血浆水平并不会改变（见，例如，Kimmel等人.（1998）supra;Bologa等人.（1998）supra;Zimmermann等人.（1999）supra;Himmelfarb等人.（2002）supra;Himmelfarb等人（2000）supra）。增强暴露接受血液透析的ESRD患者的氧化应激，进一步中和了免疫系统和增强了对感染的敏感性（见，例如，Himmelfarb等人，（2002）supra;Himmelfarb等人，（2000）supra）。

临床上，ESRD患者出现的慢性炎性状态，由于伴随促炎性反应细胞因子水平升高而出现的CRP水平升高而明显，CRP是一个新兴的临床指标，促炎性反应细胞因子包括IL-1、IL-6和TNF-α（见，例如，Kimmel等人.（1998）supra；Bologa等人.（1998）supra；Zimmermann等人.（1999）supra）。所有这些指标都与增加的ESRD患者死亡率相关。具体来说，IL-6已被确定为一个与血液透析患者的死亡率密切相关的单一预测因子。每增加1皮克/毫升IL-6，就使心血管疾病死亡风险相对的增加4.4％（见，例如，Bologa等人.（1998）supra）。事实上，越来越多的证据表明，促炎性状态是由于ESRD患者体内中性白细胞的致敏和活化。（见，例如，Sela等人.（2005）J.Am.Soc.Nephrol.16:2431–2438）。

方法

终末期肾功能衰竭的患者的血液将经体外循环处理，该循环包含了血液过滤装置、SICD、和柠檬酸盐，或作为对照包含血液过滤装置、SICD、和肝磷脂（即分别为图2C或2D之一的循环中所示的图5或图6之一的SCID，经柠檬酸盐或肝磷脂治疗）。本研究还可能在每个SCID中包含肾小管细胞（这样，SCID也可以作为肾辅助装置，或RAD）。血液将从患者流出，进入血液滤器装置，到达SCID，然后回到患者。也可以包括适当的泵和安全过滤器，以促进血液流动返回患者。

评价经柠檬酸盐或肝磷脂处理的SCID效果的数据集，将包括SCID炎性指标（不同细胞因子（IL-6、IL-8、TNF-α、IL-1、INF-γ）的血前液滤器、前第二药液筒、后第二药液筒的血清水平）和中性白细胞胞吐化合物（髓过氧化物酶、弹性蛋白酶和乳铁蛋白），测量的这些指标用于评价在SCID内不同药液筒组件中的白细胞活性。若使用了含SCID和UF的循环（例如图3循环中图7的SCID），则这些元素的同时测量也可以在和血液相联系的UF前和后第二药液筒中完成，和在治疗过程中UF导管中完成。

结果和讨论

人们期望血液是经含有SCID和柠檬酸盐的体外循环处理的这些患者，比另一些血液是经含有SCID和肝磷脂的体外循环处理的患者将显示明显更好的结果。具体而言，人们期望在接受经柠檬酸盐处理的SCID治疗的患者中，促炎性反应标志相对于那些接受肝磷脂处理的SCID治疗患者更低。

实施例.8作为部分心肺分流术循环的选择细胞装置

本实施例所述实验应用了单血液滤器药筒作为SCID与体外循环相联接（例如，图5或图6所示SCID），这个SCID具有并联循环中的血流量（200mL/min），以增大循环的流量容量。使用柠檬酸盐局部抗凝来改善此并联循环以及灭活白细胞装置的抗凝，这些白细胞沿着SCID内的膜外表面隔离。

该试验设计包括在牛犊模型中的具有SCID的体外CPB循环。在每个循环中使用SCID，具有与循环白细胞的实质降低，和大部分的中性白细胞暂时的相关。这种下降在没有突破隔离效果的操作中一直持续。图4B和4C所示的循环被设计用于将SCID简单合并到现有的CPB循环中，并且不会引起安全性问题。

背景

心脏外科手术的进展，已完全依赖于CPB技术。不幸的是，人们已认识到全身炎性反应的发生与CPB相关，并导致术后多器官功能障碍。在CPB中多发性损伤被显示能启动和扩大此类炎性反应，包括血液组件（膜充氧器）的人工膜活化、手术创伤、器官缺血-再灌注损伤、体温改变、心脏切开吸引中的血液活化、和内毒素释放。这些损伤加速了复杂的炎性反应，包括白细胞活化、细胞因子释放、补体激活，和自由基生成。这些复杂的炎性反应过程往往有助于ALI、AKI、出血障碍、肝功能改变、神经系统功能衰竭、最终多器官衰竭（MOF）的发展。

在需要使用CPB的手术后普遍出现肺功能障碍。这种急性肺损伤可以是轻度的，从术后呼吸困难到暴发性ARDS。近20％的患者在需要CPB的心脏外科手术后，需要超过48个小时的机械换气。ARDS中有约1.5-2.0％发展成为CPB患者，并且其死亡率超过了50％。伴随AKI的肾功能不全也普遍出现在CPB术后的成年患者中。这些患者中，发展至血清肌酸酐和BUN（尿素氮）上升的患者高达40％，其中的1-5％需要透析支持，术后死亡率达到了80％。

导致CPB后的多器官功能障碍的机制有许多，相互关联且复杂，但越来越多的证据表明，在ARDS发展成为CPB诱发后泵综合征（CPB-induced post-pump syndrome）的过程中，循环的血液白细胞活化起到了关键的作用，特别是中性白细胞。越来越多的证据支持，在ARDS和后泵综合征两者中的急性肺损伤是伴随肺中PMN的隔离的主要由中性白细胞介导的。隔离的和活化的PMN迁移到肺组织，导致了组织损伤和器官功能障碍。现有技术中描述的指向CPB过程中白细胞排除的治疗干预，已经在前临床动物模型和早期临床研究中均进行了评价。使用现有技术的白细胞排除过滤器，在CPB过程中循环白细胞计数没有降低，却略微促进了氧的需求，这样的结果是相矛盾的。现有技术中，实施了带有白细胞排除过滤器的选择性冠状动脉旁路搭桥术（CABG）的患者中并没有出现显著的临床改善。相反，本发明的系统、装置和方法将产生有益的作用，如下所述。用血液分离器排除白细胞可以改进术后肺部气体交换功能。

方法和结果

对三头牛犊分别实施手术，标号分别为SCID102、SCID103和SCID107。每头牛犊（约100公斤），被实施全身麻醉，并且和CPB循环连接，以设置一个心室辅助装置（VAD）。通过心搏停搏液和主动脉交叉钳夹，在60-90分钟之间完成CPB。在如图4B或图4C所示位点处安放SCID，对每个动物进行如下鉴定。图22A-22F及23A-23B总结了三头动物的结果（SCID102、SCID103和SCID107）。

手术的细节和结果。对于SCID102，循环的建立如图4B所示，使用F40型药液筒（Fresenius Medical Care，德国）作为循环中的SCID。如图第22A-22F所示，可见白细胞和血小板计数出现了降低。如图22E所示，出现了嗜酸细胞计数的降低，而嗜酸细胞计数在急性肺损伤中有重要地位。

对SCID103，循环的建立如图4B所示，使用HPH1000血液浓缩器（Minntech Therapeutic Technologies,Minneapolis,MN）作为循环中的SCID。SCID治疗持续了75分钟，在SCID治疗结束15分钟后再次取样。如图第22A-22E所示，观察到了时间依赖的白细胞下降。在75分钟时中断SCID，15分钟内中性白细胞出现了大的反弹。没有观察到凝血出现。

对于SCID107，循环的建立如图4C所示，使用HPH1000血液浓缩器（Minntech Therapeutic Technologies,Minneapolis,MN）作为循环中的每个SCID和血液滤器/血液浓缩器。在SCID并入前15分钟启动CPB，且SCID治疗持续了45分钟。在SCID治疗结束15分钟后再次取样。如图第22A-22F所示，在SCID并入循环之前，白细胞和血小板数均下降。在此手术中，获得了压力分布图，并证明了UF流量为50mL/min。

如图23A和23B所示，维持了全身的Ca_i，且SCID循环中Ca_i也在靶范围内。作为此类手术的普通记录，并未在更低的SCID压力中观察到超滤液（UF）。

结论

本实施例所述试验表明，SCID装置并入体外循环，例如CPB循环，可隔离白细胞和血小板，并增强手术中临床结果成功的可能性。

实施例9.动物模型中与心肺分流术诱导的急性肺损伤(ALI）和急性肾损伤(AKI）相关的炎症疗法

作为实施例8所述的实验延伸，本实施例所述试验，设计用于表现本发明的装置在CPB诱导的ALI和AKI治疗中，隔离白细胞和抑制其炎性反应的效果。

具体而言，本实施例的目的是得到有效治疗CPB诱导的ALI或AKI的最优SCID试验方案。为了实现这一目标，采用如图4B、4C、4E或4F中任一所述的CPB循环治疗动物，每个循环都含有SCID和柠檬酸盐加料装置。可替代地，测试了如图4A或4D所示的CPB循环，每个循环中包括了无柠檬酸盐灌注的SCID。此外，当治疗发生时，在CPB中使用的SCID可以用新的SCID代替，和/或一个或多个SCID可以在图4A-4F中的任一图中的“SCID”位置上进行串联或并联。

文献报道了大量用于评价CPB诱导的ALI的机制和治疗干预的猪模型。例如，早期猪模型已证明，可论证的附加损伤能够增强诱导ALI，这种附加损伤包括：（1）CPB的时间长度由60至120分钟；（2）主动脉交叉钳夹和心脏的冷心脏停搏法产生的局部缺血/再灌注损伤；（3）开放性容器的心脏切开吸引促进血液成分的活化（白细胞、血小板和补体）；以及（4）CPB后的内毒素灌注促进SIRS反应，与患者中观察到的相似，这些患者是由于可探测水平的CPB后内毒素，推测可能是由于在心外科手术以及轻微的局部缺血/再灌注损伤后的肠胃屏障功能障碍（gastrointestinal barrier dysfunction）导致的。

已报道了CPB诱导的ALI已建立的猪实验方案，该方案CPB后3.5小时和持续的脂多糖（LPS；60分钟1μg/kg）后2小时内，肺功能和在支气管肺泡的（BAL）液体的分子标记有显著改变。此报道的方案使用了股骨-股骨低温分流术操作，随后，在CPB中断后30分钟时开始60分钟的LPS灌注。观察在这些连续损伤达2小时时测量的肺指标和显著损伤指标。可以发展其它方案，以在CPB参与的临床实践有更多的反射效果时的4小时内，产生可测量的ALI。

本实施例将使用一个利用了60分钟CPB、主动脉交叉钳夹和心脏的冷心脏停搏法作为基线方案的ALI和AKI临床相关的模型，以及在CPB到开放的静脉贮血器过程中的心切开术和心脏抽痰法抽吸术（cardiac suctioning），以促进增加的损伤。若这些处理还不足以引起可测量的ALI和AKI，那么再在CPB完成后附加30-60分钟的大肠杆菌LPS（0.5–1.0μg/kg）灌注。以下将详细描述该CPB猪模型的一般方法。

CPB方案

在一个示例性方案中，约克夏（Yorkshire）猪（30-35kg）在术前给药，为IM阿托品（0.04mg/kg）、阿扎哌隆（4mg/kg）和氯胺酮（25mg/kg），然后用5μg/kg芬太尼和5μg/kg硫喷妥钠麻醉。在用8毫米气管内插管（Mallinckrodt Company,Mexico City,墨西哥）插管后，猪以仰卧位放置。通过持续灌注5mg/kg/小时硫喷妥钠和20μg/kg/小时芬太尼来保持猪麻醉状态。用0.2mg/kg双哌雄双酯诱发肌肉松弛，随后间歇再注入0.1mg/kg以达到最佳外科手术和通气状态（ventilatory condition）。

通过使用一个总容量为10mL/kg的容量循环通风机建立通风，并且吸气的氧分数为1，不含呼气末正压通气。聚乙烯监控导管放置在颈外静脉、股动脉和静脉中。插入食管和直肠温度传感器。实施正中胸骨切开术。一个16或20mm的超音速血管流量探测器放置在肺动脉主干中，并且米勒（Millar）微尖（microtip）压力传感器放置在肺动脉和左心房中。CPB启动之前，读取基线肺动脉压力和流量以及左心房压力读数，以确定心输出量。在全身肝素化（300U/kg）后，18FMedtronic DLP动脉插管放置在升主动脉中，同时，24F MedtronicDLP单级静脉插管放置在右心房中。

用1000mL乳酸化林格氏（Ringer’s）溶液和25mEq的NaHCO₃致敏CPB循环。此循环由美敦力生物离心（Medtronic BiomedicusCentrifugal）血液泵、带整体式热交换器的美敦力亲和（MedtronicAffinity）中空纤维充氧器，和心脏切开术储血器组成。美敦力亲和38微米过滤器放置在动脉支路上以捕获微粒碎片。用12-Ga美敦力标准主动脉根部插管和与Sarns滚压泵和心脏切开术储血器相连的通用管，给左心室通气。净化的血液由心脏切开吸引导管再利用，该导管也与Sarns滚压泵和心脏切开术储血器相连接。启动心肺分流术，中断通气，全身灌注维持在2.4L/min/m²身体表面积。采用适度的灌注低体温（32℃，直肠温度），通过改变流速和静脉苯肾上腺素滴注（0–2μg/kg/min）使平均主动脉压保持在60-80mmHg。升主动脉交叉夹紧，并且在7度将心搏停搏液递送入主动脉根部插管，此心搏停搏液是用密歇根大学的标准停搏液以4:1的比例用血液稀释组成的。该溶液由柠檬酸盐-磷酸盐和葡萄糖（CPD）、氨基丁三醇、和氯化钾组成。心搏停搏液的分配总剂量是1L，每20分钟重复500mL。40分钟后开始全身复温，60分钟后中断体外循环（夹紧时间为45分钟）。在CPB中断之前，使肺部膨胀到呼吸气道压力为30-cmH₂O，持续10秒，共进行3次呼吸，同时，用同一通风机设置重新开始机械通气。在CPB中断期间，滴入肾上腺素冷浸剂（0-1μg/kg/min）以使主动脉血压维持在正常范围内。在体外循环中断的30分钟内，充氧器中的血液转移回到循环中，肝磷脂由鱼精蛋白（每毫克100U肝磷脂）逆转（reversed），且直肠温度回到常温。在CPB之前、之中和CPB之后4小时，记录生理测量。

体外循环

通过实质的改变产生ALI和AKI的CPB猪模型，SCID在改善器官损伤发面的效果可以直接被测定。单药筒SCID将放置于膜充氧器之后的并联的循环中（例如图4F所示）。考虑到，膜充氧器将会活化循环白细胞，这些循环白细胞接下来将在SCID中被隔离。在局部SCID并联血液循环中将添加柠檬酸盐，以降低血液中离子Ca_i，以使其处于靶浓度范围内，例如，约2.0到约0.4mM，以在并联循环的末端Ca²⁺再注入的方式。评价和比较两组动物的情况。第一组将接受SCID和肝磷脂抗凝治疗，第二组将接受SCID和柠檬酸盐抗凝治疗。每组各有3个动物被治疗后对两组初始分析，每组将有6个动物。利用标准的实验溶液和临床试验方案，将达到局部柠檬酸盐抗凝。柠檬酸盐通过与钙离子结合而成为抗凝剂。这样，结合钙将不能用于触发凝固因子。在血液即将返回动物之前，在血流中添加钙，以恢复全身Ca_i水平，这个恢复的钙水平将给予足够的凝固和心脏功能。

当今的基于柠檬酸盐抗凝作用的连续肾脏替代疗法的标准实验方案也将用于此。ACD-A柠檬酸盐IV溶液（Baxter健康护理）将连接到一个柠檬酸盐注射泵和SCID之前的SCID血液注入孔的导管中。在SCID之后，钙将经由一个输注孔而被投入返回的血液中，以恢复全身的钙。柠檬酸盐灌注流速（mL/小时）为血液流速（mL/分钟）的1.5倍，以使前-药筒达到0.2和0.4mmol/L的Ca_i水平。

SCID血流速度设定在200mL/min，并由一个放置在SCID之前的血液循环中的泵控制，流速设置在200mL/min。将氯化钙（20mg/mL,0.9%N.S.）灌注入SCID之后的血液导管中，以使全身的（动物血液中的值）的Ca_i水平达到0.9~1.2mmol/L之间。初始Ca²⁺灌注速率是柠檬酸盐灌注速率的10%。在泵系统反映全身Ca_i水平之前，将评估CPB循环的动脉末端的Ca_i水平，以及SCID并联循环的静脉末端的Ca_i水平。所有的Ca_i将由一台

诊断仪（AbbottLabs）来测量。

急性肺损伤(ALI）的测量

肺功能。CPB之后的ALI会导致肺泡动脉的氧梯度、肺内分流部分、肺内顺应性、以及肺循环血管阻力的增加。这些指标将在CPB之后的4个小时时期内里每30分钟进行一次测量。

肺组织分析。ALI在后泵综合征与中性白细胞在肺脏中的积累和组织液中的增加有关。通过从没用于BAL的切片上获取的肺组织，中性白细胞的聚集将在研究方案的最后阶段进行评估。组织的样品将用于评估嗜中性组织渗透反映的髓过氧化酶组织活性，半定量的中性白细胞计数的组织学处理，和已经通过测量干燥前后重量的差异，通过湿重百分比[（湿重-干重）/湿重]，评估肺脏组织中水的重量。

BAL液体分析。通过在肺的右中叶插入管，连续三次注入20ml生理盐水然后再慢慢抽吸出来的方法获取BAL液。该液体用来评价蛋白质含量（微血管损伤的反映）和细胞因子浓度（IL-1、IL-6、IL-8、IL-10、IFN-γ，和TNF-α）。用一片细胞离心涂片器，采用细胞学染色法，来提供总数和各种细胞成分的百分比，包括上皮细胞、嗜中性粒细胞和嗜中性的巨噬细胞/单核细胞，以此来测定BAL液中的细胞计数。肺泡巨噬细胞将被分离，过夜培养，然后在第二天评价他们的细胞因子对于LPS的响应。细胞-金属蛋白酶-2和-9、弹性酶以及髓过氧化酶的液体水平作为组织损伤过程中重要的活性嗜中性白细胞分泌物的反映，将通过已经成熟的测定法来测量。

急性肾损伤(AKI）测量

近期的临床数据清楚表明，嗜中性白细胞明胶酶联合的脂钙蛋白（lipocalin）（NGAL）是对CPB后的AKI的一个早期的生物标记。CPB之后2小时，尿液和血清中NGAL的含量是一个非常特殊和敏感的AKI的前兆性标记，随后在血清肌氨酸酐和BUN中不断增加。血清和尿液要在基线处收集，即在所有动物CPB之后一小时CPB终止和q时。NGAL水平将由对猪敏感的ELISA测定法来测定。NGAL水平的差异将反映出这个动物模型的AKI的程度。

血清化学（Serum chemistries）将用一个全自动的化学分析仪来测量。包括：IL-1、IL-6、IL-8、IL-10、IFN-γ和TNF-α（R&D Systems）的细胞因子的水平，将采用市售的对猪细胞因子特异反应的ELISA分析成套工具测量。获取BAL液来测定细胞计数和细胞类型分布，作为测量血管泄漏的蛋白质，以及细胞因子水平，包括：IL-1、IL-6、IL-8、IL-10、IFN-γ和TNF-α。

心血管及生化的数据将用反复测量方差法（ANOVA）来分析。利用T检验（Student’s T test）方法，适当选取成对的或非成对的数据，对不同部分的血浆水平和存活时间进行比较。

预期，接受包含SCID的CPB系统中局部柠檬酸盐抗凝的动物将少有肺功能障碍和肺感染，以及用NGAL测定的AKI。同样还预期，伴随嗜中性白血球减少症和白血球减少症的全身WBC计数度将在3小时降到最低值，但两组具有相同的数量级。同样还预期，与肝磷脂组相比，在柠檬酸盐组中白细胞炎性指示物的释放将被抑制。

通过引用并入

为了所有的目的，本文所涉及的每件出版物和专利文件的全部公开内容通过引用其全文而被并入，如同每个独立的出版物或专利文件已被独立地表示出来。

等同

在不背离其精神和本质特性的情况下，本发明可以以其他特定形式实施。因此，上述实施方式被认为在其所有方面都是对本文所描述的发明的说明而非限制。因此，本发明的范围是通过附加的权利要求书所指明，而非前述的说明书，并且认为，所有落入本权利要求的等价的意思和范围内的改变都包含在其中。

具体实施方式

1.一种治疗白细胞的系统，所述系统包括：

定义通道的装置，以用于生物样品的流动，该通道包括配置用以隔离来自于样品的白细胞的区域；和

试剂，其能够抑制从白细胞释放促炎性物质，或使该白细胞失活。

2.根据项目1所述的系统，还包括与所述定义通道的装置相连的第二装置。

3.根据项目1所述的系统，其中，所述试剂与所述通道的表面相关联。

4.根据项目1所述的系统，其中，所述试剂被灌输到所述通道中。

5.根据项目1所述的系统，其中，所述试剂包括钙螯合剂。

6.根据项目5所述的系统，其中，所述钙螯合剂包括柠檬酸盐。

7.根据项目1所述的系统，其中，所述试剂包括免疫抑制剂、丝氨酸白细胞抑制剂、氧化氮、多形核白细胞抑制因子、分泌性白细胞抑制剂和钙螯合剂，其中，该钙螯合剂为由柠檬酸盐、六聚偏磷酸钠、乙二胺四乙酸（EDTA）、三乙烯四胺、二亚乙基三胺、o-菲罗啉和草酸所组成的组中的一个或多个。

8.根据项目1所述的系统，其中，配置用以隔离白细胞的所述区域包括膜。

9.根据项目8所述的系统，其中，所述膜是多孔的。

10.根据项目8所述的系统，其中，所述膜具有大于大约0.2m²的表面积。

11.根据项目1所述的系统，其中，配置用以隔离白细胞的所述区域被配置成使得该区域中的剪切力小于大约1000达因/厘米²。

12.根据项目1所述的系统，其中，配置用以隔离白细胞的所述区域包括细胞-粘附分子。

13.一种用于处里含在体液中的白细胞的方法，该方法包括：

（a）体外隔离致敏的或活化的白细胞；和

（b）处里该白细胞，来抑制促炎性物质的释放或使该白细胞失活。

14.根据项目13所述的方法，其中，所述白细胞被隔离一段时间，该时间足以抑制促炎性物质的释放或使该白细胞失活。

15.根据项目13所述的方法，其中，所述白细胞被隔离一段延长的时间。

16.根据项目15所述的方法，其中，所述白细胞被隔离至少一小时。

17.根据项目13所述的方法，还包括步骤：将步骤（b）中生成的白细胞返回到受治疗者。

18.根据项目13所述的方法，其中，在步骤（b）中，钙螯合剂抑制促炎性物质的释放或使白细胞失活。

19.一种治疗处于正在发展或正患有炎性病症风险的受治疗者的方法，该方法包括：

（a）体外隔离来自于受治疗者的致敏的或活化的白细胞；和

（b）处里该白细胞，来降低与炎性病症相关的发展中的炎症的风险，或减缓与炎性病症相关的炎症。

20.根据项目19所述的方法，其中，所述炎性病症选自，由全身炎症反应综合征（SIRS）、心肺分流术综合症、急性呼吸窘迫综合征（ARDS）、败血症、风湿性关节炎、全身性红斑狼疮、炎性肠病、多发性硬化症、牛皮癣、同种异体移植物排斥、哮喘、慢性肾功能衰竭、心肾综合征、肝肾综合征，和心肌、中枢神经系统、肝、肾或胰腺的缺血再灌注损伤引起的急性器官衰竭所组成的组。

21.根据项目13或19所述的方法，其中，步骤（a）通过使用一种定义通道的装置来完成，该通道包括配置用以隔离白细胞的区域。

22.一种用于治疗血小板的系统，该系统包括：

定义通道的装置，以用于生物样品的流动，该通道包括配置用以隔离来自于样品的血小板的区域；和

试剂，其能够抑制从血小板释放促炎性物质，或使该血小板失活。

23.根据项目22所述的系统，还包括与所述定义通道的装置相连的第二装置。

24.根据项目22所述的系统，其中，所述试剂被灌输到所述通道中。

25.根据项目22所述的系统，其中，所述试剂包括钙螯合剂。

26.根据项目25所述的系统，其中，所述钙螯合剂包括柠檬酸盐。

27.根据项目22所述的系统，其中，配置用以隔离血小板的所述区域包括膜。

28.根据项目27所述的系统，其中，所述膜是多孔的。

29.根据项目27所述的系统，其中，所述膜具有大于大约0.2m²的表面积。

30.根据项目22所述的系统，其中，配置用以隔离血小板的所述区域被配置成使得该区域中的剪切力小于大约1000达因/厘米²。

31.一种用于处里含在体液中的血小板的方法，该方法包括：

（a）体外隔离活化的血小板；和

（b）处里所述血小板，以抑制促炎性物质的释放，或使血小板失活。

32.根据项目31所述的方法，其中，所述血小板被隔离一段时间，该时间足以抑制促炎性物质的释放或使该血小板失活。

33.根据项目31所述的方法，其中，所述血小板被隔离一段延长的时间。

34.根据项目33所述的方法，其中，所述血小板被隔离至少一小时。

35.根据项目31所述的方法，还包括步骤：将步骤（b）中生成的血小板返回到受治疗者。

36.根据项目31所述的方法，其中，在步骤（b）中，钙螯合剂抑制促炎性物质的释放或使该血小板失活。

37.一种用于治疗处于正在发展或正患有炎性病症风险的受治疗者的方法，该方法包括：

（a）体外隔离来自于受治疗者的活化的血小板；和

（b）处里该血小板，来降低与炎性病症相关的发展中的炎症的风险，或减缓与炎性病症相关的炎症。

38.根据项目37所述的方法，其中，所述炎性病症选自，由全身炎症反应综合征（SIRS）、心肺分流术综合症、急性呼吸窘迫综合征（ARDS）、败血症、风湿性关节炎、全身性红斑狼疮、炎性肠病、多发性硬化症、牛皮癣、同种异体移植物排斥、哮喘、慢性肾功能衰竭、心肾综合征、肝肾综合征，和心肌、中枢神经系统、肝、肾或胰腺的缺血再灌注损伤引起的急性器官衰竭所组成的组。

39.根据项目31或37所述的方法，其中，步骤（a）通过使用一种定义通道的装置完成，该通道包括配置用以隔离血小板的区域。

40.一种用于治疗处于正在发展或正患有炎性病症风险的受治疗者的方法，该方法包括：

（a）选择性地体外隔离来自于受治疗者的与炎症相关的致敏的或活化的细胞；和

（b）处里该细胞，来降低与炎性病症相关的发展中的炎症的风险，或减缓与炎性病症相关的炎症。

41.根据项目40所述的方法，其中，与炎症相关的活化的细胞选自由血小板和白细胞所组成的组。

42.根据项目40所述的方法，其中，与炎症相关的致敏的细胞是白细胞。

Claims (20)

1.一种体外装置，其包括：

（a）外壳，其包括用于接受来自受治疗者的体液的流体入口和用于在流过外壳后将体液返回受治疗者的液体出口；以及

（b）放置在外壳内的大量中空纤维，每一个中空纤维具有第一末端、第二末端、限定从第一末端至第二末端延伸的毛细管内空间的内表面、以及外表面，所述外表面与流体入口和流体出口流体连通、用于结合来自通过流体入口进入外壳的体液的活化的白细胞和/或活化的血小板，中空纤维的外表面一起提供了足以减轻受治疗者中炎症的白细胞和/或血小板结合能力，其中外壳配置为阻止体液通过中空纤维的第一末端进入中空纤维的毛细管内空间。

2.根据权利要求1所述的装置，其中外壳配置为当体液以约100毫升/分到约500毫升/分的流速通过流体入口至流体出口时，产生小于100达因/厘米²的剪切力。

3.根据权利要求1所述的装置，其中外壳包括阻止液体到达中空纤维的第一末端的盖。

4.根据权利要求3所述的装置，其中所述盖排除导管与中空纤维的第一末端的液体连通。

5.根据权利要求1所述的装置，其中外壳进一步配置为阻止液体通过中空纤维的第二末端排出装置。

6.根据权利要求1所述的装置，其中外壳包括阻止液体到达中空纤维的第一末端和第二末端的盖。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述盖排除导管与中空纤维的第一末端和第二末端的液体连通。

8.根据权利要求1所述的装置，其中中空纤维的外表面一起限定的表面积为从约0.2m²到约2.0m²。

9.根据权利要求8所述的装置，其中中空纤维的外表面用于结合来自受治疗者的白细胞和/或血小板。

10.根据权利要求1所述的装置，其中中空纤维是多孔的并且允许流体通过其中。

11.根据权利要求1所述的装置，其中中空纤维包括尼龙、聚乙烯、聚氨基甲酸酯、聚对苯二甲酸乙酯、聚四氟乙烯、聚芳基醚砜、聚芳基聚砜、聚砜、纤维素、醋酸纤维素、聚丙烯腈、聚碳酸酯共聚物或聚甲基丙烯酸甲酯共聚物。

12.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括用于连接第一流体导管至流体入口的第一锁定连接器，以及用于连接第二流体导管至流体出口的第二锁定连接器。

13.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括用于将钙螯合剂灌输到通过流体入口进入外壳的体液中的系统。

14.根据权利要求13所述的装置，其中该钙螯合剂为六聚偏磷酸钠、乙二胺四乙酸（EDTA）、三乙烯四胺、二亚乙基三胺、o-菲罗啉、柠檬酸盐或草酸。

15.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括用于将钙灌输到通过流体出口离开外壳的体液中的系统。

16.根据权利要求1所述的装置，其中中空纤维彼此平行排列。

17.根据权利要求1所述的装置，用于治疗或预防受治疗者的炎性病症。

18.根据权利要求17所述的装置，其中炎性病症是急性肾功能衰竭和慢性肾功能衰竭。

19.根据权利要求17所述的装置，其中炎性病症选自全身炎症反应综合征（SIRS）；心肺分流术综合症；急性呼吸窘迫综合征（ARDS）；败血症；风湿性关节炎；全身性红斑狼疮；炎性肠病；多发性硬化症；牛皮癣；同种异体移植物排斥；哮喘；心肾综合征；肝肾综合征；心肌、中枢神经系统、肝、肾或胰腺的局部缺血再灌注损伤引起的急性器官衰竭；以及与肾终末期疾病或心肺分流术相关的炎性病症。

20.根据权利要求1所述的装置，其中体液是血液。

Images