JP2000271213A - 定濃度酸素供給装置 - Google Patents
定濃度酸素供給装置Info
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- JP2000271213A JP2000271213A JP11084507A JP8450799A JP2000271213A JP 2000271213 A JP2000271213 A JP 2000271213A JP 11084507 A JP11084507 A JP 11084507A JP 8450799 A JP8450799 A JP 8450799A JP 2000271213 A JP2000271213 A JP 2000271213A
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- Japan
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 バイオリアクタの機構維持可能時間を長く
し、しかも機能のばらつきを大幅に低減する。 【解決手段】 複数個のバイオリアクタ４と、各バイオ
リアクタ４に対する処理対象溶液の供給量を設定する副
ポンプ５と、各バイオリアクタ４から送り出される処理
済み溶液の溶存酸素量を検出する酸素電極６と、処理対
象溶液を全ての副ポンプ５に供給する第１管路７と、全
てのバイオリアクタ４から送り出される処理済み溶液を
吐出する第２管路８と、各酸素電極６からの出力信号を
入力として、処理済み血液中の溶存酸素量が所定量にな
るように対応する副ポンプ５を制御する制御部９とを有
している。
し、しかも機能のばらつきを大幅に低減する。 【解決手段】 複数個のバイオリアクタ４と、各バイオ
リアクタ４に対する処理対象溶液の供給量を設定する副
ポンプ５と、各バイオリアクタ４から送り出される処理
済み溶液の溶存酸素量を検出する酸素電極６と、処理対
象溶液を全ての副ポンプ５に供給する第１管路７と、全
てのバイオリアクタ４から送り出される処理済み溶液を
吐出する第２管路８と、各酸素電極６からの出力信号を
入力として、処理済み血液中の溶存酸素量が所定量にな
るように対応する副ポンプ５を制御する制御部９とを有
している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は定濃度酸素供給装
置に関し、さらに詳細にいえば、ハイブリッド型人工臓
器、細胞、微生物の代謝の活用する装置に好適な定濃度
酸素供給装置に関する。
置に関し、さらに詳細にいえば、ハイブリッド型人工臓
器、細胞、微生物の代謝の活用する装置に好適な定濃度
酸素供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、ハイブリッド型人工臓器、細
胞、微生物の代謝の活用する装置に関する研究が行われ
ている。
胞、微生物の代謝の活用する装置に関する研究が行われ
ている。
【０００３】例えば、ハイブリッド型バイオ人工臓器
（例えば、人工肝臓）による医療は救命法として、「ひ
とつの生命を救済するためには、ひとつの生命体の犠牲
を待たなければならない」という臓器移植より高く位置
付けられるべきものである。
（例えば、人工肝臓）による医療は救命法として、「ひ
とつの生命を救済するためには、ひとつの生命体の犠牲
を待たなければならない」という臓器移植より高く位置
付けられるべきものである。
【０００４】また、臓器のうち、心臓、腎臓では、機械
的な人工臓器の臨床応用が進んでいるが、肝臓、脳、神
経などの臓器については、機械的な人工臓器では十分な
代替を達成することができない。
的な人工臓器の臨床応用が進んでいるが、肝臓、脳、神
経などの臓器については、機械的な人工臓器では十分な
代替を達成することができない。
【０００５】したがって、人または動物の細胞の機能を
利用するハイブリッド型バイオ人工臓器の研究開発が必
要であり、特に、細胞の機能を維持するバイオリアクタ
の技術が重要である。
利用するハイブリッド型バイオ人工臓器の研究開発が必
要であり、特に、細胞の機能を維持するバイオリアクタ
の技術が重要である。
【０００６】ここで、バイオリアクタ技術として、ホロ
ーファイバー型のバイオリアクタ、ラジアルフロー型の
バイオリアクタが提案されている。
ーファイバー型のバイオリアクタ、ラジアルフロー型の
バイオリアクタが提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ホローファイ
バー型のバイオリアクタを採用する場合には、培養肝細
胞をファイバーの内腔面または外側面に扁平に、かつ重
層に接着させることになり、生体内と異なる培養形態と
なるので、細胞本来の機能を十分に発揮させることがで
きないという不都合がある。この結果、人工臓器として
十分な機能を達成することができなくなってしまう。
バー型のバイオリアクタを採用する場合には、培養肝細
胞をファイバーの内腔面または外側面に扁平に、かつ重
層に接着させることになり、生体内と異なる培養形態と
なるので、細胞本来の機能を十分に発揮させることがで
きないという不都合がある。この結果、人工臓器として
十分な機能を達成することができなくなってしまう。
【０００８】また、ラジアルフロー型のバイオリアクタ
を採用する場合には、ホローファイバー型のバイオリア
クタの細胞培養形態を解消し、肝細胞の機能発現を実現
することができるが、機能を維持できる時間が短いとい
う不都合がある。したがって、人工肝臓として実用化す
るためには動物の新鮮な分離肝細胞と頻繁に取り替える
ことが必要になり、交換作業、コストなどを考慮すれ
ば、実用化することは著しく困難である。
を採用する場合には、ホローファイバー型のバイオリア
クタの細胞培養形態を解消し、肝細胞の機能発現を実現
することができるが、機能を維持できる時間が短いとい
う不都合がある。したがって、人工肝臓として実用化す
るためには動物の新鮮な分離肝細胞と頻繁に取り替える
ことが必要になり、交換作業、コストなどを考慮すれ
ば、実用化することは著しく困難である。
【０００９】以上には、ハイブリッド型バイオ人工肝臓
のみについて説明したが、人工肝臓以外のハイブリッド
型バイオ人工臓器、細胞、微生物の代謝の活用する装置
についても同様の不都合が生じる。
のみについて説明したが、人工肝臓以外のハイブリッド
型バイオ人工臓器、細胞、微生物の代謝の活用する装置
についても同様の不都合が生じる。
【００１０】
【発明の目的】この発明は上記の問題点に鑑みてなされ
たものであり、バイオリアクタの機構維持可能時間を長
くし、しかも機能のばらつきを大幅に低減することがで
きる定濃度酸素供給装置を提供することを目的としてい
る。
たものであり、バイオリアクタの機構維持可能時間を長
くし、しかも機能のばらつきを大幅に低減することがで
きる定濃度酸素供給装置を提供することを目的としてい
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１の定濃度酸素供
給装置は、複数個のバイオリアクタと、各バイオリアク
タに処理対象溶液を供給する供給手段と、各バイオリア
クタが処理した処理済み溶液中の溶存酸素量を検出する
検出手段と、各検出手段からの出力に基づいて処理済み
溶液中の溶存酸素量が一定になるよう供給手段を制御す
る制御手段とを設けたものである。
給装置は、複数個のバイオリアクタと、各バイオリアク
タに処理対象溶液を供給する供給手段と、各バイオリア
クタが処理した処理済み溶液中の溶存酸素量を検出する
検出手段と、各検出手段からの出力に基づいて処理済み
溶液中の溶存酸素量が一定になるよう供給手段を制御す
る制御手段とを設けたものである。
【００１２】
【作用】請求項１の定濃度酸素供給装置であれば、複数
個のバイオリアクタと、各バイオリアクタに処理対象溶
液を供給する供給手段と、各バイオリアクタが処理した
処理済み溶液中の溶存酸素量を検出する検出手段と、各
検出手段からの出力に基づいて処理済み溶液中の溶存酸
素量が一定になるよう供給手段を制御する制御手段とを
設けているので、各バイオリアクタから流出する処理済
み溶液中の溶存酸素量を検出手段によって検出すること
により、各バイオリアクタの機能の程度を検出すること
ができる。そして、機能の程度に応じて制御手段によっ
て供給手段を制御して機能の程度に応じた量の処理対象
溶液をバイオリアクタに供給することができる。この結
果、全てのバイオリアクタから溶存酸素量が等しい処理
済み溶液を供給することができる。
個のバイオリアクタと、各バイオリアクタに処理対象溶
液を供給する供給手段と、各バイオリアクタが処理した
処理済み溶液中の溶存酸素量を検出する検出手段と、各
検出手段からの出力に基づいて処理済み溶液中の溶存酸
素量が一定になるよう供給手段を制御する制御手段とを
設けているので、各バイオリアクタから流出する処理済
み溶液中の溶存酸素量を検出手段によって検出すること
により、各バイオリアクタの機能の程度を検出すること
ができる。そして、機能の程度に応じて制御手段によっ
て供給手段を制御して機能の程度に応じた量の処理対象
溶液をバイオリアクタに供給することができる。この結
果、全てのバイオリアクタから溶存酸素量が等しい処理
済み溶液を供給することができる。
【００１３】したがって、各バイオリアクタ内の細胞の
寿命、機能を維持することができ、ラジアルフロー型の
装置の実用化を可能にすることができる。
寿命、機能を維持することができ、ラジアルフロー型の
装置の実用化を可能にすることができる。
【００１４】ここで、ラジアルフロー型の装置の用途と
しては、以下の用途が例示できる。
しては、以下の用途が例示できる。
【００１５】毒性試験、動物実験代替法、薬理薬効試
験、医薬品・生理活性物質のスクリーニングなど。これ
らの用途においては、バイオリアクタ内細胞を特定の臓
器とみなして、その臓器内での薬品の代謝や毒性をモニ
ターする。具体的には、当該バイオリアクタに被検薬品
を還流し、その時にバイオリアクタから出てくる細胞代
謝物の量、種類、酸素消費量の増減、バイオリアクタ内
細胞の形態変化を測定する。ここで、細胞代謝物の量、
種類を測定する場合には、これらを測定できる他の検出
手段を付加することによって、測定を達成することにな
る。毒性試験・動物実験代替法では肝臓、レポーター生
物を用いた環境測定では卵巣・精巣、薬理薬効試験、医
薬品・生理活性物質のスクリーニングでは標的となる臓
器の機能をバイオリアクタが行う。
験、医薬品・生理活性物質のスクリーニングなど。これ
らの用途においては、バイオリアクタ内細胞を特定の臓
器とみなして、その臓器内での薬品の代謝や毒性をモニ
ターする。具体的には、当該バイオリアクタに被検薬品
を還流し、その時にバイオリアクタから出てくる細胞代
謝物の量、種類、酸素消費量の増減、バイオリアクタ内
細胞の形態変化を測定する。ここで、細胞代謝物の量、
種類を測定する場合には、これらを測定できる他の検出
手段を付加することによって、測定を達成することにな
る。毒性試験・動物実験代替法では肝臓、レポーター生
物を用いた環境測定では卵巣・精巣、薬理薬効試験、医
薬品・生理活性物質のスクリーニングでは標的となる臓
器の機能をバイオリアクタが行う。
【００１６】さらに詳細に説明する。
【００１７】多数のバイオリアクタを互いに並列に接続
することによってラジアルフロー型の人工臓器を構成す
るに当たって、鋭意研究を重ねた結果、培養細胞はその
増殖ステージ、代謝過程によって酸素消費量が大きく異
なること、および溶存酸素分圧が細胞の機能発現と寿命
に密接に関係していることを見出した。そして、この知
見をラジアルフロー型の構成に適用することによって、
請求項１の発明を完成させたのである。
することによってラジアルフロー型の人工臓器を構成す
るに当たって、鋭意研究を重ねた結果、培養細胞はその
増殖ステージ、代謝過程によって酸素消費量が大きく異
なること、および溶存酸素分圧が細胞の機能発現と寿命
に密接に関係していることを見出した。そして、この知
見をラジアルフロー型の構成に適用することによって、
請求項１の発明を完成させたのである。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、この
発明の定濃度酸素供給装置の実施の態様を詳細に説明す
る。
発明の定濃度酸素供給装置の実施の態様を詳細に説明す
る。
【００１９】図１はこの発明の定濃度酸素供給装置の一
実施態様をラジアルフロー型の人工臓器に適用した状態
を示す概略図である。
実施態様をラジアルフロー型の人工臓器に適用した状態
を示す概略図である。
【００２０】このラジアルフロー型の人工臓器は、人体
１に対する血液の取り出し、送り込みを行う主ポンプ２
と、主ポンプ２と接続されて血漿分離処理を行う血漿分
離装置３と、複数個のバイオリアクタ４と、各バイオリ
アクタ４に対する血漿分離後の血液（処理対象溶液）の
供給量を設定する副ポンプ５と、各バイオリアクタ４か
ら送り出される処理済み血液（処理済み溶液）の溶存酸
素量を検出する酸素電極６と、血漿分離後の血液を全て
の副ポンプ５に供給する第１管路７と、全てのバイオリ
アクタ４から送り出される処理済み血液を、血漿分離装
置３および主ポンプ２を介して、もしくは直接に人体１
に戻す第２管路８とを有している。そして、各酸素電極
６からの出力信号を入力として、処理済み血液中の溶存
酸素量が所定量になるように対応する副ポンプ５を制御
する制御部９を有している。
１に対する血液の取り出し、送り込みを行う主ポンプ２
と、主ポンプ２と接続されて血漿分離処理を行う血漿分
離装置３と、複数個のバイオリアクタ４と、各バイオリ
アクタ４に対する血漿分離後の血液（処理対象溶液）の
供給量を設定する副ポンプ５と、各バイオリアクタ４か
ら送り出される処理済み血液（処理済み溶液）の溶存酸
素量を検出する酸素電極６と、血漿分離後の血液を全て
の副ポンプ５に供給する第１管路７と、全てのバイオリ
アクタ４から送り出される処理済み血液を、血漿分離装
置３および主ポンプ２を介して、もしくは直接に人体１
に戻す第２管路８とを有している。そして、各酸素電極
６からの出力信号を入力として、処理済み血液中の溶存
酸素量が所定量になるように対応する副ポンプ５を制御
する制御部９を有している。
【００２１】図２は各制御部の作用を説明するフローチ
ャートである。
ャートである。
【００２２】ステップＳＰ１において、副ポンプ５によ
り処理対象血液をＶ０ｍｌ／ｍｉｎでバイオリアクタ４
に供給し、ステップＳＰ２において、所定時間経過後に
処理済み血液中の溶存酸素量を検出し、ステップＳＰ３
において、検出された溶存酸素量が設定範囲内か、設定
範囲より少ないか、設定範囲より多いかを判定する。
り処理対象血液をＶ０ｍｌ／ｍｉｎでバイオリアクタ４
に供給し、ステップＳＰ２において、所定時間経過後に
処理済み血液中の溶存酸素量を検出し、ステップＳＰ３
において、検出された溶存酸素量が設定範囲内か、設定
範囲より少ないか、設定範囲より多いかを判定する。
【００２３】そして、検出された溶存酸素量が設定範囲
より少ないと判定された場合には、ステップＳＰ４にお
いて、処理対象血液の供給量をＶ１ｍｌ／ｍｉｎだけ減
少させるべく副ポンプ５を制御し、再びステップＳＰ２
の処理を行う。
より少ないと判定された場合には、ステップＳＰ４にお
いて、処理対象血液の供給量をＶ１ｍｌ／ｍｉｎだけ減
少させるべく副ポンプ５を制御し、再びステップＳＰ２
の処理を行う。
【００２４】また、検出された溶存酸素量が設定範囲よ
り多いと判定された場合には、ステップＳＰ５におい
て、処理対象血液の供給量をＶ１ｍｌ／ｍｉｎだけ増加
させる副ポンプ５を制御し、再びステップＳＰ２の処理
を行う。
り多いと判定された場合には、ステップＳＰ５におい
て、処理対象血液の供給量をＶ１ｍｌ／ｍｉｎだけ増加
させる副ポンプ５を制御し、再びステップＳＰ２の処理
を行う。
【００２５】また、検出された溶存酸素量が設定範囲内
であると判定された場合には、そのまま一連の処理を終
了する。
であると判定された場合には、そのまま一連の処理を終
了する。
【００２６】ただし、処理対象溶液の量がある定まった
量である場合には、ステップＳＰ３において検出された
溶存酸素量が設定範囲内であると判定された場合に、ス
テップＳＰ６において、処理対象溶液が残っているか否
かを判定し、残っている場合には再びステップＳＰ２の
処理を行い、逆に残っていない場合にはそのまま一連の
処理を終了するようにすればよい。
量である場合には、ステップＳＰ３において検出された
溶存酸素量が設定範囲内であると判定された場合に、ス
テップＳＰ６において、処理対象溶液が残っているか否
かを判定し、残っている場合には再びステップＳＰ２の
処理を行い、逆に残っていない場合にはそのまま一連の
処理を終了するようにすればよい。
【００２７】したがって、複数個のバイオリアクタ４を
並列的に動作させ、しかも各バイオリアクタ４の機能に
合わせた量の処理対象血液をバイオリアクタ４に供給す
るので、人体１に対する治療を達成できるとともに、定
濃度酸素の処理済み血液を人体１に供給することができ
る。また、機能が優れたバイオリアクタ４に対して多量
の処理対象血液を供給し、機能が余り優れていないバイ
オリアクタ４に対して少量の処理対象血液を供給するの
で、寿命を長くすることができるとともに、十分な機能
達成を実現することができる。
並列的に動作させ、しかも各バイオリアクタ４の機能に
合わせた量の処理対象血液をバイオリアクタ４に供給す
るので、人体１に対する治療を達成できるとともに、定
濃度酸素の処理済み血液を人体１に供給することができ
る。また、機能が優れたバイオリアクタ４に対して多量
の処理対象血液を供給し、機能が余り優れていないバイ
オリアクタ４に対して少量の処理対象血液を供給するの
で、寿命を長くすることができるとともに、十分な機能
達成を実現することができる。
【００２８】図３はこの発明の定濃度酸素供給装置の他
の実施態様を示す概略図である。
の実施態様を示す概略図である。
【００２９】この定濃度酸素供給装置は、培地タンク１
２から第１ポンプ１３によって培地が供給される栄養供
給室１４を有し、この栄養供給室１４は、その内部に攪
拌機１５を有しているとともに、加熱部１６によってそ
の温度が制御されている。そして、栄養供給室１４の内
容物が第２ポンプ１７によってバイオリアクタ１８に供
給され、バイオリアクタ１８から吐出される流体の一部
がそのまま栄養供給室１４に戻されているとともに、残
部が第３ポンプ１９によって廃液タンク２０に導かれて
いる。また、バイオリアクタ１８から吐出される流体の
溶存酸素量を検出する酸素電極２１が設けられていると
ともに、酸素電極２１からの出力信号を入力として第２
ポンプ１７を制御する制御部２２が設けられている。な
お、制御部２２の作用は、図１の実施態様の制御部９の
作用と同様であるから詳細な説明を省略する。
２から第１ポンプ１３によって培地が供給される栄養供
給室１４を有し、この栄養供給室１４は、その内部に攪
拌機１５を有しているとともに、加熱部１６によってそ
の温度が制御されている。そして、栄養供給室１４の内
容物が第２ポンプ１７によってバイオリアクタ１８に供
給され、バイオリアクタ１８から吐出される流体の一部
がそのまま栄養供給室１４に戻されているとともに、残
部が第３ポンプ１９によって廃液タンク２０に導かれて
いる。また、バイオリアクタ１８から吐出される流体の
溶存酸素量を検出する酸素電極２１が設けられていると
ともに、酸素電極２１からの出力信号を入力として第２
ポンプ１７を制御する制御部２２が設けられている。な
お、制御部２２の作用は、図１の実施態様の制御部９の
作用と同様であるから詳細な説明を省略する。
【００３０】この装置を採用すれば、毒性試験などの医
療分野以外の用途に適用することができる。
療分野以外の用途に適用することができる。
【００３１】
【発明の効果】請求項１の発明は、全てのバイオリアク
タから溶存酸素量が等しい処理済み溶液を供給すること
ができ、ひいては、各バイオリアクタ内の細胞の寿命、
機能を維持することができ、ラジアルフロー型の装置の
実用化を可能にすることができるという特有の効果を奏
する。
タから溶存酸素量が等しい処理済み溶液を供給すること
ができ、ひいては、各バイオリアクタ内の細胞の寿命、
機能を維持することができ、ラジアルフロー型の装置の
実用化を可能にすることができるという特有の効果を奏
する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の定濃度酸素供給装置の一実施態様を
ラジアルフロー型の人工臓器に適用した状態を示す概略
図である。
ラジアルフロー型の人工臓器に適用した状態を示す概略
図である。
【図２】制御部の作用を説明するフローチャートであ
る。
る。
【図３】この発明の定濃度酸素供給装置の他の実施態様
を示す概略図である。
を示す概略図である。
４、１８ バイオリアクタ ５ ポンプ ６、２１ 酸素電極 ７ 第１管路 ８ 第２管路 ９、２２ 制御部 １７ 第２ポンプ
フロントページの続き Ｆターム(参考） 4B065 AA90X BC06 BC14 BC25 CA44 4C077 AA07 AA09 AA12 BB02 BB06 BB10 CC09 DD30 EE01 HH03 HH10 HH12 HH20 JJ03 JJ09 JJ12 JJ22 KK15 KK21
Claims (1)
- 【請求項１】 複数個のバイオリアクタ（４）（１８）
と、各バイオリアクタ（４）（１８）に処理対象溶液を
供給する供給手段（５）（１７）と、各バイオリアクタ
（４）（１８）が処理した処理済み溶液中の溶存酸素量
を検出する検出手段（６）（２１）と、各検出手段
（６）（２１）からの出力に基づいて処理済み溶液中の
溶存酸素量が一定になるよう供給手段（５）（１７）を
制御する制御手段（９）（２２）とを設けていることを
特徴とする定濃度酸素供給装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11084507A JP2000271213A (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | 定濃度酸素供給装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11084507A JP2000271213A (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | 定濃度酸素供給装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000271213A true JP2000271213A (ja) | 2000-10-03 |
Family
ID=13832569
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11084507A Pending JP2000271213A (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | 定濃度酸素供給装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000271213A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008047760A1 (fr) * | 2006-10-17 | 2008-04-24 | Tokai University Educational System | Tubule rénal bioartificiel |
| WO2014162335A1 (ja) * | 2013-04-01 | 2014-10-09 | テルモ株式会社 | 循環装置及びその制御方法 |
-
1999
- 1999-03-26 JP JP11084507A patent/JP2000271213A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008047760A1 (fr) * | 2006-10-17 | 2008-04-24 | Tokai University Educational System | Tubule rénal bioartificiel |
| WO2014162335A1 (ja) * | 2013-04-01 | 2014-10-09 | テルモ株式会社 | 循環装置及びその制御方法 |
| JP6005844B2 (ja) * | 2013-04-01 | 2016-10-12 | テルモ株式会社 | 循環装置及びその制御方法 |
| US9968724B2 (en) | 2013-04-01 | 2018-05-15 | Terumo Kabushiki Kaisha | Circulation apparatus and method for controlling same |
| US10850019B2 (en) | 2013-04-01 | 2020-12-01 | Terumo Kabushiki Kaisha | Circulation apparatus and method for controlling the same |
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