JP2008099737A - Bioartificial glomerulus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bioartificial glomerulus suitable for a continuous hemofiltration. <P>SOLUTION: The continuous hemofiltration has high antithrombogenicity and promotes the filtration by covering a hollow fiber inner face in the inner face of a hemofiltration apparatus using a patient's own vascular endothelial cell, and expanding the aperture of a fenestra (a window) of the cell membrane similarly to that of the glomerular endothelial cell. The aperture of the fenestra of the endothelial cell is continuously expanded by the application of actin filament interruption agent. The application dose is sufficient for sustaining the expansion of the aperture continuously at least for 7 days. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、人工糸球体、具体的にはフェネストラ径を拡大させる内皮細胞を用いたバイオ人工糸球体に関する。   The present invention relates to an artificial glomerulus, specifically, a bioartificial glomerulus using endothelial cells that enlarge the diameter of fenestra.

現行の人工腎臓としての透析療法は、糸球体の濾過機能を間欠的に、しかも不完全に代行しているに過ぎない。1週間168時間中の12時間(約7%)を透析治療に充てるに過ぎず、生体の腎臓に比し、その水分や代謝物排泄能は著しく低い。したがって、維持血液透析患者は水分や食事摂取に著しい制限を受け、なおかつ、そうした不完全さから生じる様々な合併症に苦しめられている。また、それらの合併症のための入院や手術などの治療費は年々膨大化してり、わが国の医療費増大の一因となっている。   The current dialysis therapy as an artificial kidney merely substitutes the glomerular filtration function intermittently and incompletely. Only 12 hours (about 7%) out of 168 hours per week are used for dialysis treatment, and its ability to excrete water and metabolites is significantly lower than that of living kidneys. Therefore, maintenance hemodialysis patients are severely restricted in water and food intake, and suffer from various complications resulting from such imperfections. In addition, the cost of treatment for such complications such as hospitalization and surgery is increasing year by year, which contributes to an increase in medical costs in Japan.

現行の血液透析治療をより効率の高いものにするためには、週12時間という強い制限因子を取り除くことが不可避的に必要となる。しかし一方で、患者は通院や治療のために隔日に日中の大切な時間を奪われており、現状の透析技術でそれ以上の治療時間を費やすことは事実上不可能である。腎機能に近づける治療効率を確保するための長い治療時間の必要性と患者の自由度確保との間の矛盾を解決するためには、治療システムにおける技術的飛躍が必要である。   In order to make current hemodialysis treatment more efficient, it is unavoidable to remove the strong limiting factor of 12 hours per week. However, on the other hand, patients are deprived of important time during the day every other day for hospital visits and treatment, and it is virtually impossible to spend more treatment time with the current dialysis technology. In order to resolve the contradiction between the necessity of a long treatment time to ensure the treatment efficiency close to the renal function and the freedom of the patient, a technological leap in the treatment system is necessary.

既に本発明者は、1日10リットル(L)の持続血液濾過を行なうことにより現行の血液透析に比して、尿素、クレアチニン、尿酸などの低分子量物質から透析アミロイドーシスの原因タンパクであるβ2-microglobulinまでを著しく低値に維持できることを明らかにし
た(非特許文献1参照)。1日10Lの持続血液濾過は、約7 ml/minの濾過液を持続的に血液中から除去することであり、一般に使われる膜面積1.8 m2程度の中空糸モジュールは必
要なく、膜面積0.2〜0.3 m2の胸ポケットに収納可能な濾過モジュールでよいために装着
にともなう煩わしさも最小限にできる(非特許文献2)。飲食した水分や生じた代謝産物を、日を越えて体内に蓄積させるのではなく、腎臓同様に直ちに濾過し除去できるので身体への負担も少なく、合併症も生じにくい。ただし、そのような装着持続的濾過が可能となるためには、全身的抗凝固療法を最小限にしても1本の濾過器が少なくとも1週間以上
機能することが必要になる。人工素材を用いた現行の持続血液濾過器は、全身性抗凝固療法を行なった上で1本の濾過器が最大24時間機能することが求められているに過ぎない。
Saito A, Takagi T, Sugiura S, Ono M, Minakuchi K, Teraoka S, Ota K.: Maintaining low concentration of plasma β2-microglobulin through continuous slow haemodialysis. Nephrol Dial Transplant 10(Suppl. 3): 52-56, 1995 Saito A: Research in the development of a wearable bioartificial kidney with a continuous hemofilter and a bioartificial tubule device using tubular epithelial cells. Artif Organs 2004; 28:58-63
Already, the present inventor performed 10 liters (L) of continuous blood filtration per day from β 2 which is a causative protein of dialysis amyloidosis from low molecular weight substances such as urea, creatinine and uric acid as compared with current hemodialysis. -It was clarified that even microglobulin can be maintained at a remarkably low value (see Non-Patent Document 1). Continuous blood filtration of 10L / day is the continuous removal of about 7 ml / min of filtrate from the blood, and generally does not require a hollow fiber module with a membrane area of about 1.8 m 2 , and a membrane area of 0.2 Since a filtration module that can be stored in a breast pocket of ˜0.3 m 2 suffices, troublesomeness associated with wearing can be minimized (Non-patent Document 2). Eating and drinking water and the resulting metabolites do not accumulate in the body beyond the day, but can be filtered and removed immediately like the kidneys, so there is less burden on the body and less complications occur. However, in order to allow such continuous wearing filtration, it is necessary for one filter to function for at least one week or more even if systemic anticoagulation therapy is minimized. Current continuous hemofilters using artificial materials are only required to function for up to 24 hours after a systemic anticoagulant therapy.
Saito A, Takagi T, Sugiura S, Ono M, Minakuchi K, Teraoka S, Ota K .: Maintaining low concentration of plasma β2-microglobulin through continuous slow haemodialysis. Nephrol Dial Transplant 10 (Suppl. 3): 52-56, 1995 Saito A: Research in the development of a wearable bioartificial kidney with a continuous hemofilter and a bioartificial tubule device using tubular epithelial cells. Artif Organs 2004; 28: 58-63

本発明者は上記の現状に鑑みて諸問題を検討した結果、特にうっ血性心不全患者や慢性腎不全患者などにおいて、過剰水分や蓄積代謝産物を速やかに除去できるように持続血液濾過器の内面に患者自身の血管内皮細胞を用いて中空糸内面を被覆し、その細胞膜のフェネストラ(fenestra;窓)の孔径を糸球体内皮細胞のそれと同様に拡大させ、濾過が促進されるようにするという着想を得て、抗血栓性の高い持続血液濾過器(バイオ人工糸球体)を開発する研究を行ない、本発明の完成に至った。   As a result of studying various problems in view of the above-mentioned present situation, the present inventor has found that the inner surface of the continuous blood filter is capable of quickly removing excess water and accumulated metabolites, particularly in patients with congestive heart failure and chronic renal failure. The idea is to cover the inner surface of the hollow fiber with the patient's own vascular endothelial cells and enlarge the pore size of the cell membrane fenestra, similar to that of the glomerular endothelial cells, to facilitate filtration. As a result, research for developing a continuous blood filter (bioartificial glomerulus) having high antithrombotic properties was conducted, and the present invention was completed.

本発明のバイオ人工糸球体は、血液濾過器として、患者自身の内皮細胞を用いて内面を被覆した中空糸の血液濾過膜とこれを収容する濾過容器とからなるバイオ人工糸球体であり、少なくとも7日間持続して、該細胞の細胞膜フェネストラの数を増やすか、その孔径を糸球体内皮細胞のフェネストラ孔径の0.5〜2倍まで拡大させるか、あるいはそれら両方による効果により血液濾過を促進させることを特徴としている。   The bioartificial glomerulus of the present invention is a bioartificial glomerulus comprising a hollow fiber blood filtration membrane coated with an inner surface using a patient's own endothelial cells and a filtration container containing the same as a blood filter, Sustained for 7 days, increase the number of cell membrane fenestra in the cell, expand its pore size to 0.5-2 times the glomerular endothelial cell phenestral pore size, or promote blood filtration by the effect of both It is characterized by that.

前記内皮細胞が好ましくは血管内皮細胞であり、あるいは前記内皮細胞が患者から採取された内皮前駆細胞由来であることが望ましい。
前記内皮細胞は、アクチンフィラメント妨害薬剤の適用によりそのフェネストラの数が増えるか、あるいはその孔径が拡大される。
The endothelial cells are preferably vascular endothelial cells, or the endothelial cells are derived from endothelial progenitor cells collected from a patient.
The number of phenestra increases or the pore diameter of the endothelial cells increases by application of an actin filament blocking agent.

前記アクチンフィラメント妨害薬剤が、Cytochalasin B、 Latruncyulin A、 Swinholide A、 Halichondramide/Dihydorohalichondramide、 Jasplakinolide /Misakinolideからなる群より少なくとも1種選択される。   The actin filament interfering drug is selected from the group consisting of Cytochalasin B, Latruncyulin A, Swinholide A, Halichondramide / Dihydorohalichondramide, Jasplakinolide / Misakinolide.

前記中空糸に抗血液凝固薬剤を適用し、全身的抗凝固療法を最小限とする血液濾過器であってもよい。
前記中空糸が、好ましくはポリスルホン、セルロース酢酸、またはポリイミドなどからの高透過性の血液濾過器用膜で形成されている。
It may be a blood filter that applies an anticoagulant drug to the hollow fiber to minimize systemic anticoagulation therapy.
The hollow fiber is preferably formed of a highly permeable blood filter membrane made of polysulfone, cellulose acetate, polyimide, or the like.

前記の薬剤の適用は、予め中空糸に該薬剤を担持させてあるか、あるいは使用に先立って、該薬剤を含む流体を流すことによるものである。
本発明によるバイオ人工糸球体の製造方法は、血液濾過膜である中空糸の内面を患者自身の内皮細胞によって被覆し、次いでこれを濾過容器に収容し、血液濾過に使用する際に、アクチンフィラメント妨害薬剤を適用して該細胞の細胞膜フェネストラの数を増やすか、その孔径を糸球体内皮細胞のフェネストラ孔径の0.5〜2倍まで拡大させるか、あるいはそれら両方の効果により血液濾過を促進させることを特徴としている。
The application of the drug is performed by allowing the drug to be supported on a hollow fiber in advance or by flowing a fluid containing the drug prior to use.
In the method for producing a bioartificial glomerulus according to the present invention, the inner surface of a hollow fiber, which is a blood filtration membrane, is coated with the patient's own endothelial cells, then accommodated in a filtration container and used for blood filtration. Apply interfering drugs to increase the number of cell membrane fenestra in the cell, expand its pore size to 0.5-2 times the glomerular endothelial cell phenestral pore size, or promote blood filtration by the effects of both It is characterized by that.

アクチンフィラメント妨害薬剤の適用量として、その薬剤が前記内皮細胞の細胞膜フェネストラの孔径を糸球体内皮細胞のフェネストラ孔径の0.5〜2倍、拡大させるとともに、かつ、その孔径の拡大が少なくとも持続して7日間、継続させるのに充分な量である。   As an applied amount of the actin filament interfering agent, the agent expands the pore diameter of the plasma membrane fenestra of the endothelial cells by 0.5 to 2 times the phenestral pore diameter of the glomerular endothelial cells, and the expansion of the pore diameter continues at least. Enough to last for 7 days.

本発明のバイオ人工糸球体は、腎臓機能の忠実な再現を可能とする細胞を付けることで効率よく、かつ24時間連続的に少なくとも7日間、濾過ができる人工糸球体である。すなわち血液濾過器内面に自己内皮細胞を生着させ、アクチンフィラメント妨害薬剤の作用によりフェネストラ径を持続的に拡大させ、抗血栓性の高い持続血液濾過器となっている。   The bioartificial glomerulus of the present invention is an artificial glomerulus that can be filtered efficiently for 24 hours continuously for at least 7 days by attaching cells that enable faithful reproduction of kidney function. That is, self-endothelial cells are engrafted on the inner surface of the blood filter, and the diameter of the fenestra is continuously expanded by the action of an actin filament-blocking agent, thereby providing a continuous blood filter with high antithrombotic properties.

本発明のバイオ人工糸球体は、慢性・急性心不全や慢性・急性腎不全/多臓器不全などの過剰水分貯留や代謝物質の蓄積を呈する病態を改善すべく持続的な血液濾過を必要とする場合に、へパリンなどの抗血液凝固剤を持続的に用いることの弊害を防止し、長期に機能する安全で簡便な持続治療システムを提供することが可能とする。
[発明の詳細な説明]
「人工糸球体」は、腎臓の濾過装置として血液から老廃物や水分などをこし取る糸球体の濾過機能を模するものであり、糸球体による濾過を人工的に実施する血液濾過器である。「バイオ人工糸球体」は、そうした人工糸球体に細胞、組織、生体物質などを組み込んだものである。また「バイオ人工腎臓」とは、バイオ人工糸球体(bioartificial glomer
ulus)とバイオ人工尿細管(bioartificial tubules)とから構成される系であり、腎臓
機能の再現を可能とする細胞を付けることで効率よくかつ24時間連続的に透析ができ、また尿細管の有用物質の再吸収機能をも付加することができる。図1に本発明者が目指すバイオ人工腎臓の概念図を示す。現在の透析治療に使われる人工腎臓は、限られた時間内で急速な透析のみを行なうものであり、その効果は限られている。
バイオ人工糸球体
本発明のバイオ人工糸球体は、
血液濾過器として、患者自身の内皮細胞を用いて内面を被覆した中空糸の血液濾過膜とこれを収容する濾過容器とからなるバイオ人工糸球体であり、少なくとも7日間持続して、該細胞の細胞膜フェネストラの数を増やすか、その孔径を糸球体内皮細胞のフェネストラ孔径の0.5〜2倍まで拡大させるか、あるいはそれら両方の効果により血液濾過を促進させることを特徴としている。
When the bioartificial glomerulus of the present invention requires continuous hemofiltration to improve the pathology of excessive water retention and accumulation of metabolites such as chronic / acute heart failure and chronic / acute renal failure / multi-organ failure In addition, it is possible to prevent the adverse effects of continuously using an anticoagulant such as heparin and to provide a safe and simple continuous treatment system that functions for a long time.
Detailed Description of the Invention
The “artificial glomerulus” is a blood filter that mimics the filtration function of a glomerulus that scrapes waste products and moisture from blood as a kidney filtration device, and artificially performs filtration with the glomerulus. “Bioartificial glomeruli” are cells in which cells, tissues, biological materials, etc. are incorporated into such artificial glomeruli. “Bioartificial kidney” means bioartificial glomer.
ulus) and bioartificial tubules, which can be dialyzed efficiently and continuously for 24 hours by attaching cells that allow reproduction of kidney function. Useful tubules A substance reabsorption function can also be added. FIG. 1 shows a conceptual diagram of a bioartificial kidney aimed by the present inventor. The artificial kidney used for the current dialysis treatment performs only rapid dialysis within a limited time, and its effect is limited.
Bioartificial glomerulus The bioartificial glomerulus of the present invention is
The blood filter is a bioartificial glomerulus comprising a hollow fiber blood filtration membrane coated with an inner surface of the patient's own endothelial cells and a filtration container containing the same, and lasts for at least 7 days. It is characterized by increasing the number of cell membrane fenestra, expanding its pore size to 0.5 to 2 times the phenestral pore size of glomerular endothelial cells, or promoting blood filtration by the effects of both.

本発明のバイオ人工糸球体は、自己内皮細胞を生着させた中空糸およびこれを収容する容器を用いてなる血液濾過器である。すなわち、慢性・急性心不全や慢性・急性腎不全/多臓器不全などの過剰水分貯留や代謝物質の蓄積を呈する病態の改善のために、持続的な血液濾過を必要とする場合に、へパリンなどの抗凝固剤を持続的に用いることの弊害を防止して、安全でしかも簡便な持続的血液濾過システムを実現する医療用デバイスである。   The bioartificial glomerulus of the present invention is a blood filter using a hollow fiber engrafted with self-endothelial cells and a container containing the hollow fiber. In other words, heparin, etc. when continuous hemofiltration is required to improve the pathology of excessive water retention and accumulation of metabolites such as chronic / acute heart failure and chronic / acute renal failure / multi-organ failure It is a medical device that realizes a safe and simple continuous blood filtration system by preventing the harmful effects of continuous use of the anticoagulant.

糸球体を構成する毛細血管は有窓毛細血管であり、その内皮細胞細胞膜には無数の円形小穴が存在する。この小孔はフェネストラ(fenestra、窓)と呼ばれ、一般に有窓細胞である、有窓毛細血管内皮細胞、糸球体内皮細胞の細胞膜に開いており、その孔サイズ(本明細書では「フェネストラ孔径」もしくは「フェネストラ径」という)は、おおよそ直径30〜80nmである。これは血管内外の物質透過を容易にしている。   The capillaries constituting the glomerulus are fenestrated capillaries, and countless small holes exist in the endothelial cell membrane. This small pore is called fenestra (fenestra, window), and is open to the cell membranes of fenestrated cells, fenestrated capillary endothelial cells and glomerular endothelial cells. Or “fenestra diameter”) is approximately 30 to 80 nm in diameter. This facilitates material permeation inside and outside the blood vessel.

糸球体には通常、動脈圧(40-50mmHg)がかかっているが、糸球体内皮細胞は有窓のため
、毛細血管壁より血漿成分(水、電解質、老廃物など)が容易に濾過される。本発明のバイオ人工糸球体は、薬剤の適用により中空糸膜内面を被覆している内皮細胞の細胞膜フェネストラの数を増やすか、その孔径を糸球体内皮細胞のフェネストラ孔径の0.5〜2倍まで拡大させるか、あるいはそれら両方の効果により血液濾過を促進させる血液濾過器である。
・濾過膜
血液濾過膜は、血液を限外濾過する濾過物質およびこれを収容する容器からなる。その濾過物質は、多孔性物質であることが求められるが、血液透析にはこれまで中空糸膜を基本とする濾過膜が使用されてきており、本発明のバイオ人工糸球体の濾過膜でもその数々の利点から中空糸が採用される。
Normally, arterial pressure (40-50mmHg) is applied to the glomerulus, but because glomerular endothelial cells have windows, plasma components (water, electrolytes, waste products, etc.) are easily filtered from the capillary wall. . The bioartificial glomerulus of the present invention increases the number of cell membrane fenestra of the endothelial cells covering the inner surface of the hollow fiber membrane by applying a drug, or the pore diameter is 0.5 to 2 times the fenestral pore diameter of the glomerular endothelial cells. A blood filter that promotes blood filtration by the effects of both, or both.
-Filtration membrane A blood filtration membrane consists of the filtration substance which ultrafilters the blood, and the container which accommodates this. The filtration material is required to be a porous material, but filtration membranes based on hollow fiber membranes have been used for hemodialysis so far, and the filtration membrane of the bioartificial glomerulus of the present invention also has such a filtration membrane. Hollow fiber is adopted due to many advantages.

<中空糸>
本発明の人工糸球体では、微細孔径の分布が比較的均一であり、しかも物質の担持容量が極めて大きい中空糸繊維膜が好ましく使用される。その中空糸膜は、通常ろ過、物質の分離に広く使用されている構造のもので、内表面から外表面の間の膜側面には多数の微細孔が空いている。その微細孔は、0.001μm〜数μm、好ましくは0.03〜1μmの径である。中空糸を使用する膜体では、その構造特性から、他の多孔性物質と比べて単位表面積当たりの物質の担持量または収容容量は極めて大きい。したがって微小な医療デバイスとする場合にも極めて大きい担持能力を有する担体として利用できる。
<Hollow fiber>
In the artificial glomerulus of the present invention, a hollow fiber membrane having a relatively uniform distribution of fine pore diameters and an extremely large substance carrying capacity is preferably used. The hollow fiber membrane has a structure that is generally used for filtration and separation of substances, and a large number of micropores are formed on the side surface of the membrane between the inner surface and the outer surface. The micropores have a diameter of 0.001 μm to several μm, preferably 0.03 to 1 μm. In the membrane body using the hollow fiber, the carrying amount or accommodating capacity of the substance per unit surface area is extremely large as compared with other porous substances due to its structural characteristics. Therefore, it can be used as a carrier having a very large carrying capacity even in the case of a minute medical device.

中空糸材料として、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、酢酸セルロースなどが利用される。好ましい基材としては、血液透析用の中空糸膜であればいずれでもよいが、人工腎臓用の合成高分子中空糸膜が好ましく採用される。したがって前記中空糸はセルロース酢酸、ポリスルホン、またはポリイミド
、エチレン・ビニールアルコール共重合体からの膜で形成されていることが望ましい。
As the hollow fiber material, polysulfone, polyethersulfone, polyacrylonitrile, polyvinyl alcohol, cellulose acetate and the like are used. The base material may be any hollow fiber membrane for hemodialysis, but a synthetic polymer hollow fiber membrane for an artificial kidney is preferably employed. Therefore, it is desirable that the hollow fiber is formed of a film made of cellulose acetate, polysulfone, polyimide, or ethylene / vinyl alcohol copolymer.

血液濾過に好適な限外濾過用中空糸として、非対称微孔性中空繊維の製造方法が特許第2916446号に開示されている。この中空繊維は、外側に向かって孔径が順次大きくなる連続多孔性スポンジ構造と微孔性バリヤー層を有する内面を有する構造を有する。このため該中空糸繊維は、人工腎臓、人工透析用フィルターなどに利用されている。そのような中空糸繊維は流体透過性、機械的強さおよび加工性にも優れているために、本発明の中空糸膜の材料として好適である。   Japanese Patent No. 2916446 discloses a method for producing an asymmetric microporous hollow fiber as an ultrafiltration hollow fiber suitable for blood filtration. This hollow fiber has a structure having an inner surface having a continuous porous sponge structure in which the pore diameter increases sequentially toward the outside and a microporous barrier layer. For this reason, the hollow fiber is used for artificial kidneys, filters for artificial dialysis, and the like. Since such hollow fiber is excellent in fluid permeability, mechanical strength and processability, it is suitable as a material for the hollow fiber membrane of the present invention.

<内皮細胞>
本発明のバイオ人工糸球体では、患者の内皮細胞、好ましくは血管内皮細胞、より好ましくは患者の末梢血から採取された内皮前駆細胞由来の内皮細胞(例えば血管内皮細胞)を使用する。中空糸の濾過膜内面の表面に内皮細胞を貼り付けるのは、糸球体の場合と同様に持続的かつ充分量の濾過を確保し、血液適合性と抗血栓性を獲得するためである。このことにより持続血液濾過器に人工素材を用いる場合に必要となる抗血液凝固措置が基本的には不要となる。また患者自身の内皮細胞を用いることによって、血液濾過において無用の拒絶反応を回避することができる。
<Endothelial cells>
In the bioartificial glomerulus of the present invention, endothelial cells from patients, preferably vascular endothelial cells, more preferably endothelial precursor cells derived from peripheral blood of patients (for example, vascular endothelial cells) are used. The reason why the endothelial cells are affixed to the inner surface of the filtration membrane of the hollow fiber is to secure a continuous and sufficient amount of filtration and acquire blood compatibility and antithrombotic properties as in the case of the glomerulus. This basically eliminates the need for anticoagulant measures, which are necessary when using artificial materials for continuous blood filters. In addition, unnecessary rejection in blood filtration can be avoided by using the patient's own endothelial cells.

一般に自己内皮細胞を濾過膜表面にコンフルエントな単層に生着・維持することは、血液適合性と抗血栓性を獲得することにはなるが、持続的で充分量の濾過を得ることを著しく抑制する結果となるのが通例である。有窓細胞と言われる糸球体内皮細胞は、薄い細胞質と細胞膜にある大きな窓(fenestra)によって濾過を可能にしている。このため内皮細胞により濾過膜にコンフルエントな単層を形成しながら充分な濾過液を得られるのは糸球体内皮細胞のみである。しかしそうした糸球体内皮細胞を本発明のバイオ人工糸球体のために用いることは、入手の問題と倫理性の面から明らかに現実的ではない。   In general, engraftment and maintenance of autologous endothelial cells in a confluent monolayer on the surface of the filtration membrane will achieve hemocompatibility and antithrombotic properties, but it will significantly increase the ability to obtain a sustained and sufficient amount of filtration. It is customary to result in suppression. Glomerular endothelial cells, called fenestrated cells, allow filtration through a thin cytoplasm and a large fenestra in the cell membrane. For this reason, only glomerular endothelial cells can obtain a sufficient filtrate while forming a confluent monolayer on the filtration membrane with endothelial cells. However, the use of such glomerular endothelial cells for the bioartificial glomerulus of the present invention is clearly not realistic from the viewpoint of availability and ethics.

望ましくは、患者由来であり糸球体以外の内皮細胞を濾過膜表面にコンフルエントな単層に生着維持することである。高い血液適合性と抗血栓性を有しながら、高い濾過性能を用いうるバイオ人工糸球体の開発には、患者自身の血管内皮細胞により血液濾過器の濾過膜内面をコンフルエントな細胞単層を形成させ、大きなフェネストラを形成させることが考えられる。   Desirably, the endothelial cells other than the glomeruli are engrafted and maintained in a monolayer confluent on the surface of the filtration membrane. To develop a bioartificial glomerulus that has high blood compatibility and antithrombogenicity and can use high filtration performance, a confluent cell monolayer is formed on the inner surface of the filtration membrane of the hemofilter using the patient's own vascular endothelial cells. It is conceivable to form a large fenestra.

内皮細胞のフェネストラが、細胞内のアクチンフィラメント(actin filament)により形成・維持されており、そのアクチンフィラメントの阻害によりフェネストラ数を増加できることは、肝sinusoid内皮細胞において示された(Steffan AM, Gendrault JL, Kirn A. Increase in the number of fenestra in mouse endothelial liver cells by altering the cytoskeleton with cytochalasin B. Hepatology 1987;7:1230-1238:Braet F, Spector I, Shochet N, Crews P, Higa T, Menu E, De zanger R, Wisse E. The new anti-actin agent dihydrohalichondramide reveals fenestra-forming centers in hepatic endothelial cells. BioMed Central Cell Biology, HYPERLINK "http://www.biomedcentral.com/1471-2121/3/7" http://www.biomedcentral.com/1471-2121/3/7)。しかし、肝sinusoid内皮細胞フェネストラの径の拡大は見られず、かつ僅か数分後には元に復するとされた。この理由から、かかる内皮細胞は本発明には実用的とならない。 It has been shown in hepatic sinusoid endothelial cells that phenestra of endothelial cells is formed and maintained by intracellular actin filaments and inhibition of the actin filaments can increase the number of phenestra (Steffan AM, Gendrault JL , Kirn A. Increase in the number of fenestra in mouse endothelial liver cells by altering the cytoskeleton with cytochalasin B. Hepatology 1987; 7: 1230-1238: Braet F, Spector I, Shochet N, Crews P, Higa T, Menu E, De zanger R, Wisse E. The new anti-actin agent dihydrohalichondramide reveals fenestra-forming centers in hepatic endothelial cells. BioMed Central Cell Biology, HYPERLINK "http://www.biomedcentral.com/1471-2121/3/7" http : //www.biomedcentral.com/1471-2121/3/7 ). However, the diameter of hepatic sinusoid endothelial cell phenestra did not increase, and only a few minutes later was restored. For this reason, such endothelial cells are not practical for the present invention.

これに対して本発明者の研究において、Cytochalasin Bなどのアクチンフィラメント妨害薬を用い、その濃度と作用時間を変化させて、ラット糸球体内皮細胞(rat glomerular
endothelial cells)、ヒト臍帯血静脈内皮細胞(Human umbilical vein endothelial cells;HUVEC)のフェネストラ径の変化と静水圧下の濾過量の測定が行なわれた。また、Cytochalasin B処理数日後のその径と濾過量の推移が検索された。過去に濾過液量の変化
を考慮に入れた検討はなされていない。このような本発明者の検討からラット糸球体内皮
細胞、HUVECにおいてはCytochalasin B処理7日後にも、細胞障害がなくフェネストラ径
は拡大した状態であること、静水圧下濾過液量増加も維持されることが明らかとなった。このことから、血管内皮細胞のフェネストラ径を持続的に拡大させること、それによる濾過液量を増大させることが可能となり、本発明のバイオ人工糸球体の完成となった。
In contrast, in the present inventors' study, rat glomerular endothelial cells (rat glomerular cells) were used by changing the concentration and action time of actin filament blockers such as Cytochalasin B.
endothelial cells), changes in fenestra diameter of human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) and filtration under hydrostatic pressure were measured. In addition, changes in diameter and filtration amount after several days of Cytochalasin B treatment were searched. There have been no studies in the past that have taken into account changes in the amount of filtrate. From such studies by the present inventors, in rat glomerular endothelial cells and HUVEC, even after 7 days of Cytochalasin B treatment, there is no cell damage and the phenestra diameter is expanded, and the increase in filtrate volume under hydrostatic pressure is maintained. It became clear. From this, it became possible to continuously increase the diameter of fenestra of vascular endothelial cells, thereby increasing the amount of filtrate, and the bioartificial glomerulus of the present invention was completed.

血液濾過の際、濾過器へ流される血液は濾過膜である中空糸内の管腔内を通る。中空糸濾過膜に内皮細胞を貼り付けるのは、中空糸の内管内面壁である。その内管の壁面には中空糸外部に通じる多数の小孔が空いており、水、電解質、低分子老廃物などはその小孔から外部の透析液中へ出て行く。そうした小孔は、該内皮細胞の単層で覆われるため塞がってしまう状態になるが、今度は内皮細胞の細胞膜に空いた多数のフェネストラを介して濾過されることになる。   During blood filtration, blood that flows to the filter passes through a lumen in a hollow fiber that is a filtration membrane. It is the inner tube inner wall of the hollow fiber that attaches the endothelial cells to the hollow fiber membrane. The wall surface of the inner tube has a large number of small holes leading to the outside of the hollow fiber, and water, electrolytes, low-molecular waste products, and the like go out from the small holes into the external dialysate. Such small pores are covered with a single layer of endothelial cells and thus become clogged, but this time they are filtered through a number of fenestras vacated in the cell membrane of the endothelial cells.

本発明のバイオ人工糸球体は、腎臓の糸球体を模するものであり、上記のように本来は糸球体内皮細胞が望ましいが、本発明では、入手、取り扱いおよび増殖が容易な内皮細胞、具体的には血管内皮細胞が好ましく使用される。可能であれば内皮細胞は、末梢血から採取した血管内皮細胞、血管内皮前駆細胞を使用することも望ましい。採取した細胞、またはそれから誘導される細胞の培養により本発明に使用される内皮細胞に供される。血管内皮細胞は、末梢血または臍帯静脈血などから分離される。末梢血血管内皮細胞またはヒト臍帯血静脈内皮細胞(HUVEC)を中空糸の膜内面に播種することにより、それらの細胞から放出されるプロスタグランジン類、t−PAに代表されるタンパク性因子、一酸化窒素などの細胞調節因子により血栓形成、急性期閉塞を抑制する効果が期待される。   The bioartificial glomerulus of the present invention mimics the glomerulus of the kidney. As described above, it is originally desirable to use glomerular endothelial cells. However, in the present invention, the endothelial cells that are easy to obtain, handle and proliferate, In particular, vascular endothelial cells are preferably used. If possible, it is also desirable to use vascular endothelial cells or vascular endothelial precursor cells collected from peripheral blood as the endothelial cells. The collected cells or cells derived therefrom are used for the endothelial cells used in the present invention. Vascular endothelial cells are isolated from peripheral blood or umbilical vein blood. Prostaglandins released from peripheral blood vascular endothelial cells or human umbilical cord blood vein endothelial cells (HUVEC) on the inner surface of the membrane of the hollow fiber, protein factors represented by t-PA, The effect of suppressing thrombus formation and acute occlusion is expected by cell regulatory factors such as nitric oxide.

さらにそうした血管内皮細胞は、特定の誘導条件下で血管内皮前駆細胞から誘導することができる。血管内皮前駆細胞は、末梢血、骨髄などに存在しており、高い増殖能、血管内皮様機能ならびに血管内皮細胞を含む血管内皮系細胞への分化能を有する細胞である。血管内皮前駆細胞は、骨髄、末梢血または臍帯血からからフィコール密度勾配遠心分離により分離した単核球画分を血管内皮前駆細胞の培養に好適な培養条件で培養し、コロニーを形成する細胞として分離される。進歩著しい細胞工学技術を適用することにより、血管内皮前駆細胞の分離・培養増殖、より分化した血管内皮細胞への誘導を行なうことが可能である。なお、骨髄より得られる幹細胞由来の分化血管内皮前駆細胞は、あらゆる臓器の血管内皮細胞に分化し得る。同様に末梢血中に体性幹細胞が見出されれば、これより血管内皮前駆細胞も誘導し得るであろう。   Furthermore, such vascular endothelial cells can be derived from vascular endothelial progenitor cells under certain inducing conditions. Vascular endothelial progenitor cells are present in peripheral blood, bone marrow, and the like, and have high proliferative ability, vascular endothelium-like function, and differentiation ability into vascular endothelial cells including vascular endothelial cells. Vascular endothelial progenitor cells are a cell that forms a colony by culturing a mononuclear cell fraction separated from bone marrow, peripheral blood or umbilical cord blood by Ficoll density gradient centrifugation under culture conditions suitable for culturing vascular endothelial progenitor cells. To be separated. By applying remarkable cell engineering techniques, it is possible to isolate and proliferate vascular endothelial progenitor cells and to induce differentiation into more differentiated vascular endothelial cells. The stem cell-derived differentiated vascular endothelial progenitor cells obtained from bone marrow can be differentiated into vascular endothelial cells of any organ. Similarly, if somatic stem cells are found in the peripheral blood, vascular endothelial progenitor cells may also be induced therefrom.

本発明のバイオ人工糸球体では、糸球体内皮細胞ではなく、他の臓器、組織部位に由来する血管内皮細胞を使用する。臓器ごとに血管内皮細胞の性状(例えば血管内皮細胞増殖因子依存性、トランスポーターの発現)が異なるため、そのままでは糸球体内皮細胞の代替細胞とすることはできない。同じ有窓細胞であっても細胞膜のフェネストラ径も、また糸球体内皮細胞の場合と同等またはそれに近い径に調整する必要がある。そこでフェネストラ径を拡大する、あるいはフェネストラの数を増やす効果があると思われる薬剤を使用して、血液濾過に好適なフェネストラ径を確保する。
・薬剤
前記内皮細胞は、アクチンフィラメント妨害薬剤を適用することによりそのフェネストラ孔径を拡大される。抗actin filament薬が内皮細胞のフェネストラに与える影響は、従来肝臓のsinusoidの内皮細胞のみで認められる現象と考えられ、sinusoid内皮細胞で検討されてきた。しかし本発明者の研究によって、糸球体内皮細胞やHUVECにおいてフェネス
トラ径の拡大が認められ、また、肝臓のsinusoid内皮細胞では一過性と考えられたフェネストラに対する効果が長期に現れることも明らかになった。
In the bioartificial glomerulus of the present invention, vascular endothelial cells derived from other organs and tissue sites are used instead of glomerular endothelial cells. Since the properties of vascular endothelial cells (for example, vascular endothelial growth factor dependency, transporter expression) differ from organ to organ, they cannot be used as replacement cells for glomerular endothelial cells as they are. Even with the same fenestrated cell, the phenestral diameter of the cell membrane must be adjusted to the same or close to that of glomerular endothelial cells. Therefore, a fenestra diameter suitable for blood filtration is ensured by using a drug that seems to have an effect of enlarging the fenestra diameter or increasing the number of fenestras.
-Drugs The endothelial cells are enlarged in their fenestra pore size by applying an actin filament blocking drug. The effect of anti-actin filament drugs on phenestra of endothelial cells is considered to be a phenomenon that is conventionally observed only in the sinusoid endothelial cells of the liver, and has been studied in sinusoid endothelial cells. However, the study by the present inventor has revealed that the diameter of fenestra is increased in glomerular endothelial cells and HUVEC, and that the effect on fenestra, which is considered transient in liver sinusoid endothelial cells, has been revealed for a long time. It was.

内皮細胞のフェネストラ径を拡大する、あるいはフェネストラの数を増やす効果があると思われるアクチンフィラメント(Actin filament)妨害薬は、本発明者の実験(図2)で
示されたCytochalasin B以外にも、限定するものではないが、例えば、latrunculin A, swinholide A, jasplakinolide/misakinolide, halichon- dramide/dihydrohalichondramideなどが挙げられる。さらに、VEGF(Roberts WG, Palade GE. Increased microvascular permeability and endothelial fenestra- tion induced by vascular endothelial growth factor. J Cell Sci 2995;108 :2369-2379:Chen J, Braet F, Brodsky S, Weinstein T, Romanov V, Noiri E, Gollgorsky MS. VEGF-induced mobilization of caveolae
and increase in permeability of endothelial cells. Am J Physiol Cell Physiol 2002; 282 :C1053-C1063))や、Angiotensin II(Otani a, Takagi H, Suzuma K, Honda Y. Angitensin II potentiates vascular endothelial growth facto
r-induced angiogenic activity in renal microcapillary endothelial cells. Circ Res 1998;82:619-628), Atrial Natriuretic Peptide(ANP)なども内皮細胞の透過性を促進する働きがあるが、これらは投与後の一過性の効果であり、持続投与は患者の他の機能への影響からその治療への応用は困難である。
In addition to Cytochalasin B shown in the experiment of the present inventor (Act 2), an actin filament blocking agent that seems to have an effect of expanding the diameter of phenestra of endothelial cells or increasing the number of phenestra is as follows. Although it does not limit, for example, latrunculin A, swinholide A, jasplakinolide / misakinolide, halichon-dramide / dihydrohalichondramide etc. are mentioned. Furthermore, VEGF (Roberts WG, Palade GE. Increased microvascular permeability and endothelial fenestra- tion induced by vascular endothelial growth factor. J Cell Sci 2995; 108: 2369-2379: Chen J, Braet F, Brodsky S, Weinstein T, Romanov V , Noiri E, Gollgorsky MS. VEGF-induced mobilization of caveolae
Am J Physiol Cell Physiol 2002; 282: C1053-C1063) ) and Angiotensin II (Otani a, Takagi H, Suzuma K, Honda Y. Angitensin II potentiates vascular endothelial growth facto
Circ Res 1998; 82: 619-628), Atrial Natriuretic Peptide (ANP) also promotes endothelial cell permeability, but these are transient after administration. It is a sexual effect, and continuous administration is difficult to apply to its treatment due to its influence on other functions of the patient.

したがって細胞への障害を回避し、拡張効果の持続性を確保する観点から、好ましい前記アクチンフィラメント妨害薬剤は、Cytochalasin B、 Latruncyulin A、 Swinholide A、 Halichondramide/Dihydorohalichondramide、 Jasplakinolide/ Misakinolideからなる群より少なくとも1種選択されることが望ましい。これらの薬剤単独で用いてもよく、あるいは2種以上を組み合わせて使用される。   Therefore, from the viewpoint of avoiding damage to cells and ensuring the sustainability of the expansion effect, the preferred actin filament interfering drug is preferably at least 1 from the group consisting of Cytochalasin B, Latruncyulin A, Swinholide A, Halichondramide / Dihydorohalichondramide, Jasplakinolide / Misakinolide. It is desirable to select the species. These agents may be used alone or in combination of two or more.

さらに、抗血液凝固薬剤などの他の薬剤を併用して適用してもよい。例えば前記中空糸にさらに抗血液凝固薬剤を適用し、抗血栓性を高めた血液濾過器としてもよい。中空糸を血液濾過剤として用いる場合には、担持する薬剤は抗血液凝固剤であることが望ましい。とりわけ初期血栓形成の抑制に極めて有効である、アルガトロバン(抗トロンビン薬)および塩酸サルポグレラート(抗血小板薬)が好ましい。したがって本発明のバイオ人工糸球体は、前記中空糸に抗凝固薬剤を適用し、全身的抗凝固療法を最小限とする血液濾過器であることが望ましい。とりわけ装着持続的血液濾過は、小型高機能化された濾過手段によって簡便に行なうことが求められるが、本発明のバイオ人工糸球体はいわゆる抗血栓性回路を確立してそうした要請に応えるものである。   Furthermore, other drugs such as anticoagulant drugs may be used in combination. For example, an anti-coagulant drug may be further applied to the hollow fiber to provide a blood filter with enhanced antithrombogenicity. When the hollow fiber is used as a blood filter agent, it is desirable that the drug to be carried is an anticoagulant. In particular, argatroban (antithrombin drug) and sarpogrelate hydrochloride (antiplatelet drug), which are extremely effective in suppressing the formation of initial thrombus, are preferred. Therefore, the bioartificial glomerulus of the present invention is desirably a blood filter that applies an anticoagulant drug to the hollow fiber and minimizes systemic anticoagulation therapy. In particular, wearing continuous blood filtration is required to be easily performed by a small and highly functional filtering means, but the bioartificial glomerulus of the present invention establishes a so-called antithrombotic circuit to meet such a demand. .

前記の薬剤の適用は、予め中空糸に該薬剤を担持させてあるか、あるいは使用に先立って、該薬剤を含む流体を流すことによる。そうした適用の方法は、使用する薬剤に基づいて適宜、選択される。例えば、上記の抗凝固薬剤は、必要な量を中空糸に予め担持させる態様が採られるであろうし、前記アクチンフィラメント妨害薬剤は、使用に先立って該薬剤を含む流体を流して、中空糸に付けた内皮細胞のフェネストラ径を拡大することが好ましい。あるいは、アクチンフィラメント妨害薬剤を中空糸の血液流入側に担持させてもよく、使用時に内皮細胞のフェネストラ径が拡大される。
・血液濾過器(濾過容器)
現行の血液濾過装置も、中空糸濾過膜を濾過器内部に収めたカートリッジタイプとして使用されているが、本発明のバイオ人工糸球体も、好ましくはそうしたカートリッジタイプのデバイスである。したがって上記中空糸膜を収める濾過容器は、従来のカートリッジと同じ材質、材料で作製されてよい。持続血液濾過のために装着型または埋め込み型とする場合には、その目的に好適な形態をとり、より小型化させて生体適応性の材料で製造されるのが望ましい。
The application of the drug is performed by allowing the hollow fiber to carry the drug in advance or by flowing a fluid containing the drug prior to use. The method of such application is appropriately selected based on the drug used. For example, the above-mentioned anticoagulant drug may be preloaded on a hollow fiber in a necessary amount, and the actin filament blocking drug flows into the hollow fiber by flowing a fluid containing the drug prior to use. It is preferable to enlarge the diameter of the phenestra of the attached endothelial cells. Alternatively, an actin filament interfering agent may be carried on the blood inflow side of the hollow fiber, and the diameter of the phenestra of the endothelial cells is enlarged during use.
・ Blood filter (filtration container)
The current blood filtration apparatus is also used as a cartridge type in which a hollow fiber filtration membrane is housed in a filter, but the bioartificial glomerulus of the present invention is also preferably such a cartridge type device. Therefore, the filtration container that houses the hollow fiber membrane may be made of the same material and material as the conventional cartridge. In the case of a wearable type or an implantable type for continuous blood filtration, it is desirable to take a form suitable for that purpose and to make it more compact and manufactured from a biocompatible material.

製造方法
本発明のバイオ人工糸球体の製造方法は、
血液濾過膜である中空糸の内面を患者自身の内皮細胞によって被覆し、次いで
これを濾過容器に収容し、血液濾過に使用する際に、アクチンフィラメント妨害薬剤を適用して該細胞の細胞膜フェネストラの数を増やすか、その孔径を糸球体内皮細胞のフェネ
ストラ孔径の0.5〜2倍まで拡大させるか、あるいはそれら両方の効果により血液濾過を促進させることを特徴としている。
Production method The production method of the bioartificial glomerulus of the present invention comprises:
The inner surface of the hollow fiber, which is a blood filtration membrane, is coated with the patient's own endothelial cells, then housed in a filtration container, and when used for hemofiltration, an actin filament interfering agent is applied to the cell membrane fenestra. It is characterized by increasing the number, expanding the pore diameter to 0.5-2 times the phenestral pore diameter of glomerular endothelial cells, or promoting blood filtration by the effects of both.

アクチンフィラメント妨害薬剤の適用量として、その薬剤が前記内皮細胞の細胞膜フェネストラの孔径を糸球体内皮細胞のフェネストラ孔径の(フェネストラ孔径の平均値をベースとして)0.5〜2倍、好ましくは0.8〜1.2倍、より好ましくは実質的に1倍まで拡大させるとともに、かつ、その孔径の拡大が少なくとも持続して7日間以上、継続させるのに充分な量であることが望ましい。あるいはアクチンフィラメント妨害薬剤の適用により細胞膜フェネストラの数を増やす効果が得られてもよく、このように前記薬剤を適用して該細胞の細胞膜フェネストラの数を増やすか、その孔径を拡大させるか、あるいはそれら両方の効果により血液濾過を促進させる。   The applied amount of the actin filament interfering drug is 0.5 to 2 times the pore diameter of the cell membrane fenestra of the endothelial cells (based on the average value of the fenestra pore diameter), preferably 0. It is desirable that the amount be 8 to 1.2 times, more preferably substantially 1 time, and the amount is sufficient to continue the expansion of the pore size for at least 7 days. Alternatively, the effect of increasing the number of cell membrane fenestra may be obtained by applying an actin filament interfering agent, and thus the agent is applied to increase the number of cell membrane fenestra in the cell, or the pore size is expanded, or Both effects promote blood filtration.

中空糸内面に被覆された内皮細胞の細胞膜フェネストラ径の拡大が、少なくとも持続して7日間、継続させるのは、腎不全患者の持続血液濾過を実現するのに7日未満では実質的に不充分であるからである。したがって1本の血液濾過器は、持続濾過時に少なくとも1週間以上、機能することが望ましい。このようなフェネストラ孔径の拡大と、拡大の持続時間は、実効のある持続濾過のために必要とされる。この意味から本発明のバイオ人工糸球体は、間欠的な血液透析用はもちろん、完全な腎機能の代行を目指す人工腎臓用に好適である。   It is substantially insufficient in less than 7 days to achieve continuous hemofiltration in patients with renal failure that the enlargement of the plasma membrane fenestra diameter of the endothelial cells coated on the hollow fiber inner surface continues for at least 7 days. Because. Therefore, it is desirable that one hemofilter function for at least one week or more during continuous filtration. Such enlargement of the fenestra pore size and the duration of the expansion are required for effective continuous filtration. In this sense, the bioartificial glomerulus of the present invention is suitable not only for intermittent hemodialysis, but also for an artificial kidney aiming at a substitute for complete renal function.

患者の血管内皮前駆細胞の採取は、以下のようにして行う。本治療法の意義と具体的方法、問題点を十分に説明し、治療に同意を得た末期腎不全患者から、Leukapheresis用COBEシステムなど遠心分離血球分画機により1)、患者末梢血液を数リットル処理し、単核球
分画を採取する。採取された単核細胞を、Lymphoprep mediumを用いた濃度勾配法にて分
離するか、または、細胞濾過デバイスを用いて分離する2)。CD133陽性単核細胞は、magnetic cell sortingにて採取し、EBM-2培地を用いて培養する。内皮細胞化の証明として、
(1)ecNOS, Flk-1/KDR (VEGFR-2), CD31のmRNA発現をRT-PCRにより、(2)VEGFあるいはAcetylcholineの刺激によるNO分泌反応などで評価する。採取した内皮細胞は中空糸モ
ジュール内に107〜108個/mlの密度で90℃ごとに回転させて4回播種する。播種後の中空糸モジュールをCO2インキュベーターにて培養し、コンフルエントな単層を形成したところ
でCytochalasin Bをメディウム中に10μg/mlの濃度で添加して2時間培養する。CytochalasinB添加メディウムは、Cytochalasin B無添加メディウムで充分に洗浄し、患者の持続濾過治療に用いる。
A patient's vascular endothelial progenitor cells are collected as follows. From the patients with end-stage renal disease who fully explained the significance, specific methods, and problems of this treatment method and obtained consent for treatment, centrifuge blood cell fractionator such as Cube system for Leukapheresis 1) Process liters and collect the mononuclear cell fraction. The collected mononuclear cells are separated by a concentration gradient method using Lymphoprep medium or separated using a cell filtration device 2) . CD133 positive mononuclear cells are collected by magnetic cell sorting and cultured using EBM-2 medium. As proof of endothelialization,
(1) mRNA expression of ecNOS, Flk-1 / KDR (VEGFR-2) and CD31 is evaluated by RT-PCR, and (2) NO secretion reaction by stimulation of VEGF or Acetylcholine. The collected endothelial cells are seeded in a hollow fiber module at a density of 10 7 to 10 8 cells / ml by rotating every 90 ° C. four times. After sowing, the hollow fiber module is cultured in a CO 2 incubator. When a confluent monolayer is formed, Cytochalasin B is added to the medium at a concentration of 10 μg / ml and cultured for 2 hours. Cytochalasin B-added medium is thoroughly washed with Cytochalasin B-free medium and used for continuous filtration treatment of patients.

文献
1)Hernandez DA, et al. Human endothelial cell cultures from progenitor cells obtained by leukapheresis. Am Surgeon2000;66:355―359
2)Aoki M, et al. Derivation of functional endothelial progenitor cells from human umbilical cord blood mononuclear cells isolated by a novel cell filtration device. Stem Cells 2004;22:994-1002 www.StemCells.co m
患者から得た内皮細胞を中空糸内に生着させるには、例えば膜面積0.4m2ポリスルホン膜中空糸デバイス(中空糸1600本、内径300nm)の場合、血管内皮細胞を106/mLの密度で
中空糸内に1時間ごとに4回播種させると、24時間以内にコンフルエントな単層が形成されることを本発明者は確認している。小型持続濾過器のためには、膜面積0.2m2ポリスルホン膜中空糸を使用するのがよい。内皮細胞が中空糸内面に定着することを促進するために、コラーゲン、フィブロネクチン、ラミニンに代表される細胞接着性タンパク質、接着性のポリマーなどにより細胞播種前に中空糸表面を被覆してもよい。
Reference 1) Hernandez DA, et al. Human endothelial cell cultures from progenitor cells obtained by leukapheresis. Am Surgeon2000; 66: 355-359
2) Aoki M, et al. Derivation of functional endothelial progenitor cells from human umbilical cord blood mononuclear cells isolated by a novel cell filtration device.Stem Cells 2004; 22: 994-1002 www.StemCells.com
In order to engraft the endothelial cells obtained from the patient in the hollow fiber, for example, in the case of a membrane area of 0.4 m 2 polysulfone membrane hollow fiber device (1600 hollow fibers, inner diameter 300 nm), the density of vascular endothelial cells is 10 6 / mL Thus, the present inventors have confirmed that a confluent monolayer is formed within 24 hours when the hollow fiber is seeded four times every hour. For small continuous filters, a membrane area of 0.2 m 2 polysulfone membrane hollow fiber should be used. In order to promote the establishment of endothelial cells on the inner surface of the hollow fiber, the surface of the hollow fiber may be coated with a cell adhesion protein represented by collagen, fibronectin, laminin, an adhesive polymer or the like before cell seeding.

血液は腎臓の糸球体で濾過され、血球およびタンパク質以外の物質は、原尿として尿細
管へ移行し、尿細管で必要なものは再吸収され、老廃物などは分泌されて、尿を形成し体外に排泄される。生体の腎臓は、代謝、血圧・電解質調節、内分泌機能をも発揮しているが、それらの機能に関与する細胞種が多く複雑であることから、最も再生し難い臓器の一つと考えられる。
Blood is filtered through the glomeruli of the kidneys, and substances other than blood cells and proteins are transferred to the tubules as raw urine, what is needed in the tubules is reabsorbed, and waste products are secreted to form urine. It is excreted outside the body. The living kidney also exhibits metabolism, blood pressure / electrolyte regulation, and endocrine function, but is considered one of the most difficult organs to regenerate because of the many cell types involved in these functions.

現用人工腎臓およびそれを使用する治療は技術的に確立されているが、現用人工腎臓の機能は生体腎臓の機能にはるかに及ばず、体内老廃物の除去ならびに電解質調整の一部を代行するにすぎない。すなわち選択性に乏しくアミノ酸やホルモンといった有用物質も除去してしまい、生体腎臓のもつ代謝・内分泌機能は代替できないために、患者は種々の合併症に苦しんでいる。このような理由から次世代型人工腎臓治療として連続的かつ高効率なシステムの開発が不可欠となっている。携帯型人工腎臓治療や透析液再生型腹膜透析など、新しい人工腎臓治療システムの開発が進められている。患者由来の糸球体/尿細管細胞もしくは遺伝子導入により同様な機能を強化した細胞を用いたバイオ人工腎臓システムの開発が目指されている。   Although the current artificial kidney and the treatment using it are technically established, the function of the current artificial kidney is far from the function of the living kidney, and it is necessary to replace the body waste and part of the electrolyte adjustment. Only. In other words, patients suffer from various complications because they are poor in selectivity and remove useful substances such as amino acids and hormones, and cannot replace the metabolic and endocrine functions of living kidneys. For these reasons, it is essential to develop a continuous and highly efficient system for next-generation artificial kidney treatment. Development of new artificial kidney treatment systems such as portable artificial kidney treatment and dialysate regeneration type peritoneal dialysis is underway. Development of a bioartificial kidney system using patient-derived glomerular / tubule cells or cells with similar functions enhanced by gene transfer is aimed at.

高い血液適合性と抗血栓性を有しながら、なおかつ高い濾過性能を用いうるバイオ人工糸球体の開発には、患者自身の血管内皮細胞を用いて血液濾過器の濾過膜内面をコンフルエントな細胞単層を形成させ、大きなフェネストラを形成させることが必要である。本発明は、糸球体内皮細胞の細胞膜にあるフェネストラという穴(窓)の数と径の拡大および
持続時間の延長を、薬剤を添加することで可能としたバイオ人工糸球体であり、その製造方法である。このような薬剤の適用と得られる効果は、バイオ人工糸球体の透析効率を長期間維持する上で重要である。なお薬剤を添加することでフェネストラの数が増加することは、肝臓の細胞について報告されているが、フェネストラ径の拡大についての言及は全くなく、その持続時間も短いとされていた。
In order to develop a bioartificial glomerulus that has high blood compatibility and antithrombotic properties, yet can be used for high filtration performance, the inner surface of the filtration membrane of the hemofilter is confluent by using the patient's own vascular endothelial cells. It is necessary to form a layer and form a large fenestra. The present invention is a bioartificial glomerulus capable of expanding the number and diameter of fenestra holes (windows) in the cell membrane of glomerular endothelial cells and extending the duration thereof by adding a drug. It is. The application of such a drug and the obtained effect are important in maintaining the dialysis efficiency of the bioartificial glomerulus for a long period of time. The increase in the number of fenestra by adding a drug has been reported for liver cells, but there was no mention of enlargement of the fenestra diameter, and the duration was also short.

本発明者は、Cytochalasin Bなどのアクチンフィラメント妨害薬を用い、その濃度と作用時間を変化させて、ラット糸球体内皮細胞、ヒト臍帯静脈内皮細胞(Human umbilical vein endothelial cells;HUVEC)のフェネストラ径の変化と静水圧下の濾過量の測定を行なった。また、Cytochalasin B処理数日後のその径と濾過量の推移を検索した。過去に濾過液量の変化を考慮に入れた検討はなされていない。本発明者の検討からラット糸球体内皮細胞、HUVECにおいてはCytochalasin B処理7日後にも、細胞障害は見られずフェネストラ径は拡大した状態であること、静水圧下濾過液量増加も維持されることが明らかとなった。   The present inventor uses an actin filament interfering agent such as Cytochalasin B, and changes the concentration and action time of rat glomerular endothelial cells, human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) of fenestra diameter. The change and the amount of filtration under hydrostatic pressure were measured. We also searched for changes in diameter and filtration volume after several days of Cytochalasin B treatment. There have been no studies in the past that have taken into account changes in the amount of filtrate. From the study of the present inventors, in rat glomerular endothelial cells and HUVEC, even after 7 days of Cytochalasin B treatment, no cell damage is observed, the phenestral diameter is in an expanded state, and the increase in filtrate volume under hydrostatic pressure is maintained. It became clear.

HUVECを用いた場合でもラット糸球体内皮細胞と同様の結果が得られたことより、有窓内皮細胞は、Cytochalasin BあるいはLatrunculin Aの作用により、そのフェネスト
ラ径の持続的拡大が見られた。これより、血管内皮細胞でも同様の効果が得られることがわかった。
Even when HUVEC was used, the same results as those obtained with rat glomerular endothelial cells were obtained. As a result, sustained enlargement of the fenestra diameter of fenestrated endothelial cells was observed by the action of Cytochalasin B or Latrunculin A. From this, it was found that the same effect can be obtained with vascular endothelial cells.

本発明のバイオ人工糸球体は、本発明者が作製したバイオ人工尿細管(Saito A, Artif
Organs 28、 2004)と併せて、完成な人工腎臓(図1)開発の先駆けにもなり得るもの
と考える。
The bioartificial glomerulus of the present invention is a bioartificial tubule (Saito A, Artif produced by the present inventor).
In conjunction with Organs 28, 2004), it can be a pioneer in developing a complete artificial kidney (Figure 1).

本明細書に記載される使用材料はこの発明の範囲内の好適例にすぎない。また、以下の実施例中で用いる装置名および、使用材料の濃度、使用量、処理時間、処理温度等の数値的条件、処理方法等はこの発明の範囲内の好適例にすぎない。また、以下の説明をいくつかの図を参照して行なうが、これらの図はこの発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。
[実施例]
The materials used herein are only preferred examples within the scope of this invention. In addition, the device names used in the following examples, the concentration of the materials used, the amount used, the processing time, the processing conditions, the numerical conditions such as the processing temperature, the processing method, and the like are merely preferred examples within the scope of the present invention. The following description will be made with reference to some drawings, which are merely schematically shown so that the present invention can be understood.
[Example]

ラット糸球体内皮細胞のフェネストラ径を拡大させるため、アクチンフィラメント(actin filament)妨害薬の一つであるCytochalasin B 10μg/mlを、該内皮細胞を播種した培
地に2時間加えるとラット糸球体内皮細胞のフェネストラ径が著明に大きくなり、細胞障害もなくフェネストラの拡大は少なくとも5日間以上保たれた(図2-A、B)。
In order to enlarge the phenestral diameter of rat glomerular endothelial cells, Cytochalasin B 10 μg / ml, which is one of actin filament blockers, is added to the medium in which the endothelial cells are seeded for 2 hours. The diameter of fenestra was markedly increased, and the enlargement of fenestra was maintained for at least 5 days without cell damage (FIGS. 2-A and B).

次にFluorescence-phalloidinによるアクチンフィラメント染色にて、Cytochalasin B
を加えた群では、アクチンフィラメントの妨害(interruption)が確認され、斑点状のアクチンフィラメントが散在していた(図3-A、B)。
Next, actin filament staining with Fluorescence-phalloidin, Cytochalasin B
In the group to which Actin was added, interruption of actin filaments was confirmed, and spotted actin filaments were scattered (FIGS. 3A and 3B).

10 μg/ml Cytochalasin Bで2時間処理した後、4日目のラット糸球体内皮細胞をtranswellに播種、コンフルエントな状態になった段階で同一の静水圧下での対側への水移行
を測定した。Transwellを用いた実験で、Cytochalasin B(CB)を培地に2時間加え、4日後にHorse radish Peroxidase濾過実験を行ったところ、Cytochalasin Bで処理した群
では非処理群に比し有意の水移行が見られた。このことからCytochalasin Bを加えない群に比べ、約6倍の濾過性を保たれたことがわかった(図4)。
After treatment with 10 μg / ml Cytochalasin B for 2 hours, seeding rat glomerular endothelial cells on day 4 in transwell, and measuring water transfer to the contralateral side under the same hydrostatic pressure at the stage of confluence did. In an experiment using Transwell, Cytochalasin B (CB) was added to the medium for 2 hours, and after 4 days, a Horse radish Peroxidase filtration experiment was conducted. The group treated with Cytochalasin B showed significant water transfer compared to the non-treated group. It was seen. From this, it was found that about 6 times the filterability was maintained as compared with the group to which Cytochalasin B was not added (FIG. 4).

ラット糸球体内皮細胞以外の内皮細胞を用いる実験として、HUVEC(ヒト臍帯血静脈内皮細胞)に、Cytochalasin BあるいはLatrunculin A (LA)を加えて、同様に濾過実験を行った(図5-A〜5-C)。   As an experiment using endothelial cells other than rat glomerular endothelial cells, Cytochalasin B or Latrunculin A (LA) was added to HUVEC (human umbilical cord blood vein endothelial cells), and a filtration experiment was performed in the same manner (FIGS. 5-A to 5). 5-C).

HUVECのコンフルエントな単層培養液中に、Cytochalasin B 10μg/dlを添加し、
あるいは添加せずに培養して、7日後に走査型電子顕微鏡(Scanning electron microscopy;SEM)で観察した。図5-BのSEM像(15000倍)から、細胞障害もなくフェネス
トラの明らかな拡大が認められた。
Add Cytochalasin B 10 μg / dl into a confluent monolayer culture of HUVEC,
Or it culture | cultivated without adding and observed with the scanning electron microscope (Scanning electron microscopy; SEM) seven days later. From the SEM image (15000 times) in FIG. 5-B, a clear enlargement of fenestra was observed without cell damage.

他方、HUVEC培養液中にLatrunculin A (LA)を添加して2時間反応させた後、メディウムを変えて4日間培養し、SEM(×15000)で観察した。その結果、HUVECに
おいてもLAの添加により明らかなフェネストラ径の拡大が認められた(図5-C)。
On the other hand, Latrunculin A (LA) was added to the HUVEC culture solution and allowed to react for 2 hours. After changing the medium, the cells were cultured for 4 days and observed with SEM (× 15000). As a result, even in HUVEC, a clear enlargement of the fenestra diameter was recognized by the addition of LA (FIG. 5-C).

内皮細胞のフェネストラは細胞内のアクチンフィラメントにより形成・維持されており、そのアクチンフィラメントの阻害によりフェネストラ数を増加できることは、肝sinusoid内皮細胞において示されていたが、フェネストラの径の拡大は見られず、しかもその増加の状態は僅か数分後には元に戻るとされていた。上記の結果は、バイオ人工糸球体の機能に好適な特性が付与されることを示すものである。   Endothelial phenestra is formed and maintained by intracellular actin filaments, and it has been shown in liver sinusoid endothelial cells that inhibition of actin filaments can increase the number of phenestra, but the diameter of phenestra has increased. Moreover, the state of the increase was supposed to return to the original state after only a few minutes. The above results indicate that characteristics suitable for the function of the bioartificial glomerulus are imparted.

図1はバイオ人工腎臓の模式図を表す。図中のA、Vはそれぞれ動脈、静脈を意味する。FIG. 1 shows a schematic diagram of a bioartificial kidney. A and V in the figure mean arteries and veins, respectively. 図2-Aは、Cytochalasin B不在で培養したラット糸球体(Glomerular)内皮細胞のSEM写真である。(Scale bar = 1 μm)FIG. 2-A is a SEM photograph of rat glomerular endothelial cells cultured in the absence of Cytochalasin B. (Scale bar = 1 μm) 図2-Bは10 μg/ml Cytochalasin Bの存在下(2時間)、培養したラット糸球体内皮細胞のSEM写真である。図2-Aと同一の拡大倍率である(Scale bar = 1 μm)。FIG. 2-B is a SEM photograph of rat glomerular endothelial cells cultured in the presence of 10 μg / ml Cytochalasin B (2 hours). This is the same magnification as in FIG. 2-A (Scale bar = 1 μm). 図3-AはCytochalasin B不在下での、Fluorescence-phalloidinによるactin filament 染色結果を示す。FIG. 3-A shows the result of actin filament staining with Fluorescence-phalloidin in the absence of Cytochalasin B. 図3-BはCytochalasin B存在下での、Fluorescence-phalloidinによるactin filament 染色結果を示す。FIG. 3B shows the result of actin filament staining with Fluorescence-phalloidin in the presence of Cytochalasin B. 図4は10 μg/ml Cytochalasin Bで2時間処理し、4日目のrat糸球体内皮細胞をtranswellに播種、コンフルエントな状態になった段階で同一の静水圧下での対側への水移行を測定した。ODは、光学密度である。Cytochalasin B(CB)で処理した内皮細胞群(Cells with CB)では非処理内皮細胞群(Cells without CB)に比し有意の水移行が見られた。Fig. 4 shows treatment with 10 μg / ml Cytochalasin B for 2 hours, seeding rat glomerular endothelial cells on day 4 in transwell, and water transfer to the contralateral side under the same hydrostatic pressure when confluent Was measured. OD is the optical density. In the endothelial cell group (Cells with CB) treated with Cytochalasin B (CB), significant water migration was observed as compared with the non-treated endothelial cell group (Cells without CB). 図5-AはHUVECのコンフルエントな単層培養液中にCytochalasin B を添加しない場合、7日後のSEM像(15000倍)を示す。FIG. 5-A shows an SEM image (15000 times) after 7 days when Cytochalasin B is not added to a confluent monolayer culture of HUVEC. 図5-BはHUVECのコンフルエントな単層培養液中にCytochalasin B 10μg/dlを添加して7日後のSEM像(15000倍)を示す。フェネストラの明らかな拡大が認められる。FIG. 5-B shows an SEM image (15000 times) after 7 days of adding Cytochalasin B 10 μg / dl to a confluent monolayer culture of HUVEC. A clear expansion of the fenestra is observed. 図5-Cは、HUVEC培養液中にLatrunculin A (LA)を添加して2時間反応させた後、メディウムを変えて4日間培養し、SEM(×15000)で観察した顕微鏡写真である。HUVECにおいてもLAの添加により明らかなフェネストラ径の拡大が認められた。FIG. 5-C is a photomicrograph obtained by adding Latrunculin A (LA) to the HUVEC culture solution and reacting for 2 hours, then changing the medium and culturing for 4 days and observing with SEM (× 15000). Also in HUVEC, the enlargement of the fenestra diameter was recognized with the addition of LA.

Claims (10)

血液濾過器として、患者自身の内皮細胞を用いて内面を被覆した中空糸の血液濾過膜とこれを収容する濾過容器とからなるバイオ人工糸球体であり、少なくとも7日間持続して、該細胞の細胞膜フェネストラの数を増やすか、その孔径を糸球体内皮細胞のフェネストラ孔径の0.5〜2倍まで拡大させるか、あるいはそれら両方による効果により血液濾過を促進させることを特徴とするバイオ人工糸球体。   The blood filter is a bioartificial glomerulus comprising a hollow fiber blood filtration membrane coated with an inner surface of the patient's own endothelial cells and a filtration container containing the same, and lasts for at least 7 days. A bioartificial glomerulus that increases the number of cell membrane fenestra, enlarges its pore size to 0.5-2 times the phenestral pore size of glomerular endothelial cells, or promotes blood filtration by the effect of both . 前記内皮細胞が血管内皮細胞である、請求項1に記載のバイオ人工糸球体。   The bioartificial glomerulus according to claim 1, wherein the endothelial cells are vascular endothelial cells. 前記内皮細胞が患者から採取された内皮前駆細胞由来である、請求項1または2に記載のバイオ人工糸球体。   The bioartificial glomerulus according to claim 1 or 2, wherein the endothelial cells are derived from endothelial progenitor cells collected from a patient. 前記内皮細胞は、アクチンフィラメント妨害薬剤の適用により前記フェネストラの数が増えるか、あるいはその孔径が拡大されることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載のバイオ人工糸球体。   The bioartificial glomerulus according to any one of claims 1 to 3, wherein the number of the phenestra is increased or the pore diameter of the endothelial cells is increased by application of an actin filament-blocking agent. 前記アクチンフィラメント妨害薬剤が、Cytochalasin B、 Latruncyulin A、 Swinholide A、 Halichondramide/Dihydorohalichondramide、 Jasplakinolide /Misakinolideからなる群より少なくとも1種選択されることを特徴とする、請求項4に記載のバイオ人工糸球体。   The bioartificial glomerulus according to claim 4, wherein the actin filament interfering drug is selected from the group consisting of Cytochalasin B, Latruncyulin A, Swinholide A, Halichondramide / Dihydorohalichondramide, Jasplakinolide / Misakinolide. 前記中空糸に抗血液凝固薬剤を適用し、全身的抗凝固療法を最小限とする血液濾過器であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載のバイオ人工糸球体。   The bioartificial glomerulus according to claim 1, wherein the bioartificial glomerulus is a hemofilter that applies an anticoagulant drug to the hollow fiber to minimize systemic anticoagulation therapy. 前記中空糸が、ポリスルホン、セルロース酢酸、またはポリイミドからの膜で形成されている、請求項1〜6のいずれかに記載のバイオ人工糸球体。   The bioartificial glomerulus according to any one of claims 1 to 6, wherein the hollow fiber is formed of a membrane made of polysulfone, cellulose acetate, or polyimide. 前記の薬剤の適用が、予め中空糸に該薬剤を担持させてあるか、あるいは使用に先立って、該薬剤を含む流体を流すことによる、請求項4または6に記載のバイオ人工糸球体。   The bioartificial glomerulus according to claim 4 or 6, wherein the drug is applied to the hollow fiber in advance, or the fluid containing the drug is allowed to flow prior to use. 血液濾過膜である中空糸の内面を患者自身の内皮細胞によって被覆し、次いで
これを濾過容器に収容し、血液濾過に使用する際に、アクチンフィラメント妨害薬剤を適用して該細胞の細胞膜フェネストラの数を増やすか、その孔径を糸球体内皮細胞のフェネストラ孔径の0.5〜2倍まで拡大させるか、あるいはそれら両方の効果により血液濾過を促進させることを特徴とする、バイオ人工糸球体の製造方法。
The inner surface of the hollow fiber, which is a blood filtration membrane, is coated with the patient's own endothelial cells, then housed in a filtration container, and when used for hemofiltration, an actin filament interfering agent is applied to the cell membrane fenestra. Production of a bioartificial glomerulus characterized by increasing the number, expanding the pore diameter to 0.5-2 times the phenestral pore diameter of glomerular endothelial cells, or promoting blood filtration by the effects of both Method.
アクチンフィラメント妨害薬剤の適用量として、その薬剤が前記内皮細胞の細胞膜フェネストラの孔径を糸球体内皮細胞のフェネストラ孔径の0.5〜2倍、拡大させるとともに、かつ、その孔径の拡大が少なくとも持続して7日間、継続させるのに充分な量である、請求項9に記載のバイオ人工糸球体の製造方法。   As an applied amount of the actin filament interfering agent, the agent expands the pore diameter of the plasma membrane fenestra of the endothelial cells by 0.5 to 2 times the phenestral pore diameter of the glomerular endothelial cells, and the expansion of the pore diameter continues at least. The method for producing a bioartificial glomerulus according to claim 9, wherein the amount is sufficient to continue for 7 days.
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