JP2019024399A - 酸素供給機構 - Google Patents
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Abstract
【課題】低動力で長期稼働が可能であり、コンタミネーションリスクの低い閉鎖系酸素供給機構を提供することを課題とする。【解決手段】酸素供給部位と、メディエータ流体保持容器と、酸素供給部位とメディエータ流体保持容器とを接続する流路とを備え、酸素供給部位及びメディエータ流体保持容器が酸素透過膜を備えることを特徴とする酸素供給機構に関する。【選択図】図3
Description
本発明は、細胞への酸素供給を可能にする機構(デバイス)に関する。
再生医療等における細胞・組織移植では、移植された細胞・組織への酸素供給が不足することによる細胞死が課題となっている。移植細胞・組織への酸素供給手段としては、例えば、移植部位周辺におけるプレ血管新生法(prevascularization)(非特許文献1)、例えば過酸化カルシウム等の酸素徐放材の併用(特許文献1)、in vivoでの酸素発生(特許文献2)、気体透過膜を介した気体状酸素の供給(特許文献3)等が知られている。
Biotechnology Advances,2016,34,112頁〜121頁
これらの中でも、気体透過膜を介した気体状酸素の供給は、他手法と比較して簡便である。
しかしながら、気体透過膜を介した気体状酸素の供給では、定期的な流体の再充填が必要であり、さらには、外部との接触によるデバイス内部のコンタミネーションリスクもある。
上記従来の状況に鑑み、本発明は、低動力で長期稼働が可能であり、コンタミネーションリスクの低い閉鎖系酸素供給機構を提供することを課題とする。
本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、酸素透過膜を介して外気から酸素をメディエータ流体中に取り込み、酸素を取り込んだメディエータ流体を循環させることで細胞に連続して酸素を供給する閉鎖系の流体循環機構によって、上記課題を解決できることを見出し、発明を完成した。
すなわち、本発明に係る酸素供給機構は、酸素供給部位と、メディエータ流体保持容器と、酸素供給部位とメディエータ流体保持容器とを接続する流路とを備え、酸素供給部位及びメディエータ流体保持容器が酸素透過膜を備えることを特徴とする。
本発明により、細胞に対して低動力で長期間にわたって酸素供給が可能になる。また、閉鎖系のためコンタミネーションリスクが低い。さらに、単純な構造であるため、メンテナンス性が高い。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更及び修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
本発明で提供する酸素供給機構は、酸素透過膜を介して細胞に酸素を供給する1つ以上の酸素供給部位、酸素透過膜を介して外気から酸素を取り込む1つ以上のメディエータ流体保持容器、及び酸素供給部位とメディエータ流体保持容器とを接続する1つ以上の流路を備え、閉鎖系の流体循環機構の状態で稼働できることを特徴とする。
本発明における「閉鎖系」とは、酸素透過膜を介する以外に、外部への物質の移動及び外部からの物質の移動が行われない系を指す。
本発明で提供する酸素供給機構において、酸素供給部位、メディエータ流体保持容器、流路等の形状及び素材は、閉鎖系の流体循環機構において、酸素透過膜を介して外気から取り込んだ酸素を、酸素供給部位まで運び、酸素透過膜を介して細胞に供給することが可能であれば、限定されない。本発明で提供する酸素供給機構において、各部品の素材としては、生体適合性の高い素材、例えばPTFE、シリコーン、ポリウレタン、PE、PP等であることが望ましい。
本発明で提供する酸素供給機構において、酸素供給部位及びメディエータ流体保持容器は、酸素透過膜を備える。酸素供給部位及びメディエータ流体保持容器は、酸素透過膜のみから形成されていてもよい。酸素供給部位及びメディエータ流体保持容器の一部が酸素透過膜により形成される場合、酸素透過膜部分は、一箇所以上でよく、酸素透過膜全体の大きさは、限定されないが、例えば酸素供給部位であれば、酸素供給部位全体の表面積の通常30%〜99%、好ましくは60%〜95%であり、例えばメディエータ流体保持容器であれば、メディエータ流体保持容器全体の表面積の通常20%〜99%、好ましくは40%〜95%である。
本発明で提供する酸素供給機構において、酸素透過膜の素材は限定されない。酸素透過膜としては、酸素透過性が高い素材が望ましい。このような素材は、例えばポリジメチルシロキサン、フッ素系ポリマー等である。酸素透過膜の酸素透過性は、表面積が大きく、厚みが小さいほど有利である。
本発明で提供する酸素供給機構において、酸素透過膜の厚みは限定されない。素材としてポリジメチルシロキサンを用いる場合、酸素透過膜の厚みは、酸素透過性と強度信頼性の両立の観点から通常10μm〜1mm程度、好ましくは20μm〜0.2mmの範囲が望ましい。
本発明で提供する酸素供給機構において、酸素透過膜は、酸素透過膜の補強のためにサポート材と貼り合わせて使用することもできる。サポート材としては、例えばPTFE、PVDF、ナイロン、ポリアミド、ポリエーテルスルホン、PE、PP、セルロース、セルロース誘導体(酢酸セルロース、ニトロセルロース等)、セルロース混合エステル等が挙げられる。また、酸素透過膜として多孔質膜を用いることで、酸素透過膜の酸素透過性を大きく下げることなく、強度を向上することができる。さらに、酸素透過膜の構造を、多孔質材の細孔内に酸素透過性の素材を導入した構造にすることで、強度の高い酸素透過膜を実現することもできる。
本発明が提供する酸素供給機構において、メディエータ流体は、閉鎖系の流体循環機構において、酸素透過膜を介して外気から取り込んだ酸素を、酸素供給部位まで運び、酸素透過膜を介して細胞に供給することができる物質であれば、限定されない。メディエータ流体は、気体でも液体でもよい。メディエータ流体としては、気体であれば、例えば空気等、液体であれば、例えば人工赤血球を含む液体等が挙げられる。メディエータ流体は、体積あたりの酸素含有可能量の観点から、気体であることが好ましい。
本発明が提供する酸素供給機構において、酸素供給部位は、1つでも2つ以上でもよい。
本発明が提供する酸素供給機構において、メディエータ流体保持容器は、1つでも2つ以上でもよい。
本発明が提供する酸素供給機構において、酸素供給部位とメディエータ流体保持容器とを接続する流路及びメディエータ流体保持容器同士を接続する流路は、1つでも2つ以上でもよい。
本発明が提供する酸素供給機構は、バルブ、逆止弁、センサ、吸着材、フィルタ等の酸素の供給及び/又は取り込みに直接関係しない部位を含んでいてもよい。
例えば本発明が提供する酸素供給機構がバルブを備える場合、メディエータ流体保持容器内のメディエータ流体の量が低下した場合に、メディエータ流体を外部から補充することができる。また、例えば本発明が提供する酸素供給機構が流路内に逆止弁を備える場合、流体の流れの制御が容易となり、低酸素濃度の流体と高酸素濃度の流体との不要な混合を容易に防ぐことができる。さらに、例えば本発明が提供する酸素供給機構がセンサを備える場合、例えば酸素供給量の不足を検知し、酸素供給量を上昇させるようなフィードバック制御を行うことができる。また、例えば本発明が提供する酸素供給機構が吸着材として吸湿剤を備える場合、メディエータ流体中に混入した水蒸気を吸着し、水蒸気の結露による流路の閉塞を予防することができる。
本発明が提供する酸素供給機構において、メディエータ流体保持容器から酸素供給部位に酸素を送るための動力・機構は限定されない。動力・機構は、使用時の利便性の観点から、軽量・高信頼性・長期使用可能・防水容易・小音であるものが望ましい。例えば、本発明で提供する酸素供給機構をヒト(装着者)に使用する場合、機構として、装着者の動きを動力に変える機構を用いてもよいし、装着者や介助者が手動で動作可能である機構を用いてもよい。動力・機構は、電力、空気圧、手動(ゼンマイバネ等の使用も含む)、装着者の動きに伴う慣性力、及び装着者の動きに伴う力学的な作用からなる群から選択される少なくとも1つ以上であることが好ましい。上記動力・機構により、本発明の酸素供給機構を容易に稼働させることができる。
本発明で提供する酸素供給機構を用いて酸素を供給する細胞の由来、種類、フェノタイプ、遺伝子改変の有無、継代数等は限定されない。さらに、浮遊細胞、接着細胞、シングル、シート、オルガノイドの性質・形態も限定されない。また、酸素供給先の細胞の用途も限定されない。細胞は、移植細胞、移植向けに培養される細胞、有用物質産生向けに培養される細胞、及び研究向けに培養される細胞が好ましい。上記細胞を使用することにより、酸素供給量の増大による細胞の増殖性や機能の向上の効果が特に顕著に得られる。
本発明が提供する酸素供給機構の用途は限定されず、例えば移植、細胞培養、細胞保存、細胞輸送、微生物培養、植物育成等に使用することができる。本発明が提供する酸素供給機構の大きさは限定されず、用途に応じて変更することができる。
本発明が提供する酸素供給機構では、酸素供給部位における細胞の酸素消費により低下した酸素濃度を有するメディエータ流体に、メディエータ流体保持容器におけるそれより高い酸素濃度を有するメディエータ流体が吹き込まれることで、酸素が供給される。メディエータ流体保持容器中のメディエータ流体の酸素濃度は、酸素供給部位近傍のメディエータ流体と混合されることで一時的に低下するが、酸素透過膜を介して外気から酸素を補充することにより回復する。このような酸素の流れが、酸素透過膜を介することで閉鎖系の中で完結する。すなわち、外気と直接接触しない隔離されたメディエータ流体が、メディエータ流体保持容器の酸素透過膜を介して外気から酸素を取り込み、酸素供給部位まで運ばれて、酸素供給部位の酸素透過膜を介して細胞に酸素を供給する。このことにより、コンタミネーションリスクとなる外気を細胞の近傍まで導入しなくても細胞に酸素を供給することができる。さらに、細胞に供給する酸素の供給源は、限定されないが、大気中の酸素にすることもできるため、ガスボンベやガスシリンジ、ガス発生装置のような機構を使用しなくてもよく、酸素供給機構全体を簡便にすることができる。これらの特徴により、本発明は、移植のような安全性と簡便性が重視される用途において特に効果的である。
本発明が提供する酸素供給機構の一例を、図1を使用して説明する。
図1では、酸素供給機構は、酸素透過膜B1を有する1つの酸素供給部位Gと、酸素透過膜B2を有する1つのメディエータ流体保持容器Hと、酸素供給部位Gとメディエータ流体保持容器Hとを接続する1つの流路Cとを備える。
図1では、酸素供給機構は、酸素透過膜B1を有する1つの酸素供給部位Gと、酸素透過膜B2を有する1つのメディエータ流体保持容器Hと、酸素供給部位Gとメディエータ流体保持容器Hとを接続する1つの流路Cとを備える。
図1の場合では、例えば、メディエータ流体保持容器Hを圧縮することで高酸素流体E(酸素濃度が高いメディエータ流体)が流路Cを通って、酸素供給部位Gに供給される。酸素供給部位Gは、高酸素流体Eを受け取るために、膨張可能な部位、例えば伸縮可能な膜、折りたたみ機構、蛇腹状機構、スライド式機構等を含むことが好ましい。酸素供給部位Gに供給された高酸素流体Eは、メディエータ流体保持容器Hの圧縮を解除することで再度メディエータ流体保持容器Hの内部に戻る。このとき、高酸素流体Eは、酸素供給部位G近傍の低酸素流体D(酸素透過膜B1を介して細胞Aに酸素を供給したことにより酸素濃度が低くなったメディエータ流体)と混合することで酸素濃度が低下し、中酸素流体F(高酸素流体と低酸素流体の間の酸素濃度を有するメディエータ流体)になっている。この中酸素流体Fは、メディエータ流体保持容器H内において酸素透過膜B2を介した外気からの酸素供給によって再度高酸素流体Eになる。これを繰り返すことで、酸素を細胞Aに供給し続けることができる。
酸素供給部位Gは細胞Aの近傍に位置するため、酸素供給部位Gの膨張は細胞A近傍の液体を撹拌し得る。これは、細胞Aに対してストレスになり得る一方で、液体の撹拌による高効率な液交換という効果が得られる可能性もある。せん断応力に強い細胞Aを用いている場合や、足場材(三次元構造体)の形状等によって細胞Aがせん断応力を受けにくい状態にある場合等の、細胞Aに対するストレスが十分に小さい条件では、酸素供給部位Gの膨張は、高効率な液交換によるメリットのみを受けられる可能性があり、酸素供給だけでなく栄養供給や代謝物除去の観点からも好ましい。
次に、本発明が提供する酸素供給機構の別の一例を、図2を使用して説明する。
図2では、酸素供給機構は、酸素透過膜B1を有する1つの酸素供給部位Gと、酸素透過膜B2を有する2つのメディエータ流体保持容器、すなわち、第1のメディエータ流体保持容器H1及び第2のメディエータ流体保持容器H2と、2つの流路、すなわち、酸素供給部位と第1のメディエータ流体保持容器H1とを接続する第1の流路C1及び酸素供給部位と第2のメディエータ流体保持容器H2とを接続する第2の流路C2とを備える。
図2では、酸素供給機構は、酸素透過膜B1を有する1つの酸素供給部位Gと、酸素透過膜B2を有する2つのメディエータ流体保持容器、すなわち、第1のメディエータ流体保持容器H1及び第2のメディエータ流体保持容器H2と、2つの流路、すなわち、酸素供給部位と第1のメディエータ流体保持容器H1とを接続する第1の流路C1及び酸素供給部位と第2のメディエータ流体保持容器H2とを接続する第2の流路C2とを備える。
図2の場合、例えば、第1のメディエータ流体保持容器H1を圧縮することにより、高酸素流体Eは、第1の流路C1を通って、酸素供給部位Gに移動し、酸素供給部位Gの低酸素流体Dは、高酸素流体Eと混合して中酸素流体Fになり、第2の流路C2を通って、第2のメディエータ流体保持容器H2に移動する。第2のメディエータ流体保持容器H2は、高酸素流体Eを受け取るために、膨張可能な部位を含むことが好ましい。酸素供給部位Gには膨張可能な部位が必ずしも必要ではないが、上記のような液交換によるメリットを受けるために備えさせることもできる。次いで、第1のメディエータ流体保持容器H1の圧縮を解除することで、第2のメディエータ流体保持容器H2中の中酸素流体Fの一部は、第2の流路C2、酸素供給部位G及び第1の流路C1を通って、第1のメディエータ流体保持容器H1に戻る。このとき、第1のメディエータ流体保持容器H1、酸素供給部位G及び第2のメディエータ流体保持容器H2の酸素濃度は比較的平均化され、メディエータ流体は全体を通して中酸素流体Fになる。その後、2つのメディエータ流体保持容器H1及びH2では、酸素透過膜B2を介して外気から酸素が供給され、中酸素流体Fは高酸素流体Eになる。
本発明が提供する酸素供給機構のさらに別の一例を、図3を使用して説明する。
図3では、動作のサイクルを、第1のメディエータ流体保持容器H1の圧縮と第2のメディエータ流体保持容器H2の圧縮の繰り返しとしている。メディエータ流体保持容器H1及びH2内の酸素濃度が十分に高くなるのを待つことが出来る場合は、このような動作のサイクルとすることで酸素供給部位Gに対して高酸素流体Eを送り続けることができる。
図3では、動作のサイクルを、第1のメディエータ流体保持容器H1の圧縮と第2のメディエータ流体保持容器H2の圧縮の繰り返しとしている。メディエータ流体保持容器H1及びH2内の酸素濃度が十分に高くなるのを待つことが出来る場合は、このような動作のサイクルとすることで酸素供給部位Gに対して高酸素流体Eを送り続けることができる。
本発明が提供する酸素供給機構のさらにまた別の一例を、図4を使用して説明する。
図4では、酸素供給機構は、酸素透過膜B1を有する1つの酸素供給部位Gと、酸素透過膜B2を有する2つのメディエータ流体保持容器、すなわち、第1のメディエータ流体保持容器H1及び第2のメディエータ流体保持容器H2と、3つの流路、すなわち、酸素供給部位Gと第1のメディエータ流体保持容器H1とを接続する第1の流路C1、酸素供給部位Gと第2のメディエータ流体保持容器H2とを接続する第2の流路C2(逆止弁を備える)及び第1のメディエータ流体保持容器H1と第2のメディエータ流体保持容器H2とを接続する第3の流路C3(逆止弁を備える)とを備えることもできる。
図4では、酸素供給機構は、酸素透過膜B1を有する1つの酸素供給部位Gと、酸素透過膜B2を有する2つのメディエータ流体保持容器、すなわち、第1のメディエータ流体保持容器H1及び第2のメディエータ流体保持容器H2と、3つの流路、すなわち、酸素供給部位Gと第1のメディエータ流体保持容器H1とを接続する第1の流路C1、酸素供給部位Gと第2のメディエータ流体保持容器H2とを接続する第2の流路C2(逆止弁を備える)及び第1のメディエータ流体保持容器H1と第2のメディエータ流体保持容器H2とを接続する第3の流路C3(逆止弁を備える)とを備えることもできる。
図4の場合、第1のメディエータ流体保持容器H1を圧縮することで、第2のメディエータ流体保持容器H2に入った中酸素流体Fが、第2の流路C2及び第3の流路C3の逆止弁により、酸素供給部位Gに戻ることなく第1のメディエータ流体保持容器H1に戻る。このような動作のサイクルとすることで酸素供給部位Gに対して高酸素流体Eを送り続けることができる。
<実施例1>
実施例1では、1つの酸素供給部位Gと1つのメディエータ流体保持容器Hとそれらを接続する1つの流路Cとを備える酸素供給機構を検討した(図1参照)。
厚み0.03mmのPDMSフィルム(酸素透過膜)を成形し、表面積70cm2で5cm3〜10cm3の範囲内で体積変化可能な酸素供給部位Gと、表面積70cm2で45cm3〜50cm3の範囲内で体積変化可能なメディエータ流体保持容器Hと、流路Cとを備える酸素供給機構1を作製した。
実施例1では、1つの酸素供給部位Gと1つのメディエータ流体保持容器Hとそれらを接続する1つの流路Cとを備える酸素供給機構を検討した(図1参照)。
厚み0.03mmのPDMSフィルム(酸素透過膜)を成形し、表面積70cm2で5cm3〜10cm3の範囲内で体積変化可能な酸素供給部位Gと、表面積70cm2で45cm3〜50cm3の範囲内で体積変化可能なメディエータ流体保持容器Hと、流路Cとを備える酸素供給機構1を作製した。
<実施例2>
実施例2では、1つの酸素供給部位Gと2つのメディエータ流体保持容器H1及びH2と酸素供給部位Gとメディエータ流体保持容器H1及びH2とを接続する2つの流路C1及びC2とを備える酸素供給機構を検討した(図2及び3参照)。
厚み0.03mmのPDMSフィルム(酸素透過膜)を成形し、表面積70cm2で体積7cm3の酸素供給部位Gと、表面積70cm2で15cm3〜30cm3の範囲内で体積変化可能なメディエータ流体保持容器H1及びH2と、流路C1及びC2とを備える酸素供給機構2を作製した。
実施例2では、1つの酸素供給部位Gと2つのメディエータ流体保持容器H1及びH2と酸素供給部位Gとメディエータ流体保持容器H1及びH2とを接続する2つの流路C1及びC2とを備える酸素供給機構を検討した(図2及び3参照)。
厚み0.03mmのPDMSフィルム(酸素透過膜)を成形し、表面積70cm2で体積7cm3の酸素供給部位Gと、表面積70cm2で15cm3〜30cm3の範囲内で体積変化可能なメディエータ流体保持容器H1及びH2と、流路C1及びC2とを備える酸素供給機構2を作製した。
<実施例3>
実施例3では、1つの酸素供給部位Gと2つのメディエータ流体保持容器H1及びH2と酸素供給部位Gとメディエータ流体保持容器H1及びH2とを接続する2つの流路C1及びC2と2つのメディエータ流体保持容器H1とH2同士を接続する流路C3とを備え、流路C2及びC3内にそれぞれ1つずつの逆止弁を備える酸素供給機構を検討した(図4参照)。
厚み0.03mmのPDMSフィルム(酸素透過膜)を成形し、表面積70cm2で体積7cm3の酸素供給部位Gと、表面積70cm2で15cm3〜30cm3の範囲内で体積変化可能なメディエータ流体保持容器H1及びH2と、流路C1及び逆止弁付き流路C2及びC3とを備える酸素供給機構3を作製した。
実施例3では、1つの酸素供給部位Gと2つのメディエータ流体保持容器H1及びH2と酸素供給部位Gとメディエータ流体保持容器H1及びH2とを接続する2つの流路C1及びC2と2つのメディエータ流体保持容器H1とH2同士を接続する流路C3とを備え、流路C2及びC3内にそれぞれ1つずつの逆止弁を備える酸素供給機構を検討した(図4参照)。
厚み0.03mmのPDMSフィルム(酸素透過膜)を成形し、表面積70cm2で体積7cm3の酸素供給部位Gと、表面積70cm2で15cm3〜30cm3の範囲内で体積変化可能なメディエータ流体保持容器H1及びH2と、流路C1及び逆止弁付き流路C2及びC3とを備える酸素供給機構3を作製した。
<実施例4>
実施例4では、酸素供給機構1、2及び3を用いて、脱酸素水への酸素供給速度を検討した。
酸素供給機構1に関しては、メディエータ流体保持容器Hを、流路C内を通るメディエータ流体の流速が6.0mL/minとなるように圧縮した後に、酸素供給部位Gからメディエータ流体保持容器Hに流速30mL/minでメディエータ流体が戻るように圧縮を解除するサイクルを繰り返した。
実施例4では、酸素供給機構1、2及び3を用いて、脱酸素水への酸素供給速度を検討した。
酸素供給機構1に関しては、メディエータ流体保持容器Hを、流路C内を通るメディエータ流体の流速が6.0mL/minとなるように圧縮した後に、酸素供給部位Gからメディエータ流体保持容器Hに流速30mL/minでメディエータ流体が戻るように圧縮を解除するサイクルを繰り返した。
酸素供給機構2に関しては、メディエータ流体保持容器H1及びH2を、流路C1及びC2内を通るメディエータ流体の流速が3.0mL/minとなるように交互に圧縮することで流体を循環させた(図3の動作方法)。
酸素供給機構3に関しては、メディエータ流体保持容器H1を、流路C1及びC2内を通るメディエータ流体の流速が6.0mL/minとなるように圧縮した後に、流路C3内を通るメディエータ流体の流速が30mL/minとなるように、メディエータ流体保持容器H2からメディエータ流体保持容器H1にメディエータ流体が戻るように圧縮を解除するサイクルを繰り返した。
その結果、平均酸素供給速度は、酸素供給機構1に関して1.9μmol/min、酸素供給機構2に関して2.4μmol/min、酸素供給機構3に関して2.4μmol/minとなった。これらは、細胞の種類にもよるが、最大で109〜1010程度の細胞数を生存させ続けるのに十分な酸素供給速度である。
<実施例5>
実施例5では、酸素供給機構2を用いてin vitroでの細胞培養の検討を行った。細胞としてはHepG2細胞を用い、細胞の近傍に酸素供給機構2を設置し動作させた状態で細胞の増殖性を評価した。その結果、細胞数107まで細胞死が見られなかった。これは、酸素供給機構2による酸素供給に由来する効果と考えられる。
実施例5では、酸素供給機構2を用いてin vitroでの細胞培養の検討を行った。細胞としてはHepG2細胞を用い、細胞の近傍に酸素供給機構2を設置し動作させた状態で細胞の増殖性を評価した。その結果、細胞数107まで細胞死が見られなかった。これは、酸素供給機構2による酸素供給に由来する効果と考えられる。
<比較例1>
比較例1では、実施例5と同様にした状態で、酸素供給機構2による酸素供給を行わずにin vitroでの細胞培養の検討を行った。その結果、細胞数106程度から酸素不足に起因すると考えられる細胞の増殖停止が見られた。
比較例1では、実施例5と同様にした状態で、酸素供給機構2による酸素供給を行わずにin vitroでの細胞培養の検討を行った。その結果、細胞数106程度から酸素不足に起因すると考えられる細胞の増殖停止が見られた。
<実施例6>
実施例6では、酸素供給機構2の防水性(水のコンタミネーションリスク)について検討した。
酸素供給機構2を水中に入れて24時間負荷を加えた後に、酸素供給機構2の内部に浸入した水を定量した。
その結果、酸素供給機構2の内部に浸入した水の量は、検出限界以下であった。
実施例6では、酸素供給機構2の防水性(水のコンタミネーションリスク)について検討した。
酸素供給機構2を水中に入れて24時間負荷を加えた後に、酸素供給機構2の内部に浸入した水を定量した。
その結果、酸素供給機構2の内部に浸入した水の量は、検出限界以下であった。
<比較例2>
比較例2では、閉鎖系でない酸素供給機構の防水性について検討した。
酸素供給機構1と同様の構成で、メディエータ流体保持容器の代わりにフィルタを取り付けた比較供給機構1を作成し、水中に入れて24時間負荷を加えた後に、比較供給機構1の内部に浸入した水を定量した。
その結果、負荷の印加による内圧の変動に伴って、約0.2gの水が比較供給機構1の内部に入り込んでいた。
比較例2では、閉鎖系でない酸素供給機構の防水性について検討した。
酸素供給機構1と同様の構成で、メディエータ流体保持容器の代わりにフィルタを取り付けた比較供給機構1を作成し、水中に入れて24時間負荷を加えた後に、比較供給機構1の内部に浸入した水を定量した。
その結果、負荷の印加による内圧の変動に伴って、約0.2gの水が比較供給機構1の内部に入り込んでいた。
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
A:細胞(酸素を消費)、B1及びB2:酸素透過膜、C及びC1〜C3:流路、D:低酸素流体、E:高酸素流体、F:中酸素流体、G:酸素供給部位、H並びにH1及びH2:メディエータ流体保持容器
Claims (9)
- 細胞に酸素を供給するための酸素供給機構であって、
酸素供給機構が、外気から隔離されたメディエータ流体を含む閉鎖系の流体循環機構であり、
酸素供給機構が、1つ以上の酸素供給部位と、1つ以上のメディエータ流体保持容器と、酸素供給部位とメディエータ流体保持容器とを接続する1つ以上の流路とを備え、
酸素供給部位及びメディエータ流体保持容器が、酸素透過膜を備えることを特徴とする酸素供給機構。 - メディエータ流体保持容器が、1つであり、酸素供給部位の体積が、可変であることを特徴とする、請求項1に記載の酸素供給機構。
- 1つの酸素供給部位と、第1のメディエータ流体保持容器及び第2のメディエータ流体保持容器と、第1のメディエータ流体保持容器と酸素供給部位とを接続する第1の流路及び第2のメディエータ流体保持容器と酸素供給部位とを接続する第2の流路とを備えることを特徴とする、請求項1に記載の酸素供給機構。
- 第1のメディエータ流体保持容器と第2のメディエータ流体保持容器とを接続する第3の流路をさらに備え、
第1の流路、第2の流路、及び第3の流路のうち少なくとも1つ以上が、逆止弁を備えることを特徴とする、請求項3に記載の酸素供給機構。 - メディエータ流体保持容器を圧縮する機構を備える、請求項1〜4のいずれか一項に記載の酸素供給機構。
- メディエータ流体保持容器を圧縮する機構の動力が、電力、空気圧、手動、装着者の動きに伴う慣性力、及び装着者の動きに伴う力学的な作用からなる群から選択される少なくとも1つ以上であることを特徴とする、請求項5に記載の酸素供給機構。
- 酸素透過膜が、ポリジメチルシロキサン又はフッ素系ポリマーを含み、
酸素透過膜の膜厚が、10μm〜1mmであることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の酸素供給機構。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の酸素供給機構を用いて細胞に酸素を供給する方法であって、ヒトの治療方法を含まない方法。
- 細胞が、移植細胞、移植向けに培養される細胞、有用物質産生向けに培養される細胞又は研究向けに培養される細胞であることを特徴とする、請求項8に記載の方法。
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