JP2021526386A - 灌流バイオリアクタ、灌流装置、人工肝臓システム及びこれらに関連する方法 - Google Patents

灌流バイオリアクタ、灌流装置、人工肝臓システム及びこれらに関連する方法 Download PDF

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Abstract

灌流バイオリアクタ及び灌流装置を提供する。各灌流装置は、網目状構造体と、網目状構造体内に配置される被包化臓器組織（ＥＯＴ）と、を有する。ＥＯＴは、本体の第１の表面と本体の第２の表面との間で定められる厚さを有する本体を有する。本体は、第１の表面及び第２の表面のうちの１つから本体内に延在する少なくとも１つの流路を有し、本体内に流体を受け取る。少なくとも１つの流路は溶質を流体外に及び本体内に拡散させるように選択される直径を有する。灌流装置は互いに隣接して配置され、バイオリアクタの長さに沿って互いに離間され、流体を受け取り、流体を各灌流装置のＥＯＴ及びＥＯＴ内の少なくとも１つの流路に灌流させる。血漿を処理する方法及び人工肝臓システムも開示される。【選択図】図１１Ａ

Description

関連出願の相互参照
本出願は米国仮特許出願（出願番号第６２／６７４，６９６号、出願日２０１８年５月２２日）の優先権を主張し、その全内容が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は一般に、臓器置換療法に関し、より具体的には、臓器置換療法を行うリアクタ、装置及びシステムに関する。
急性肝不全（ＡＬＦ）は、既存の肝疾患のない患者において、肝臓が重度の損傷を受けた後に肝機能が急激に低下することを特徴とする。急性肝不全の標準的な治療法は肝移植であり、多臓器不全への進行を防ぐために発症から数日以内に肝移植を行う必要がある。肝移植は難しく、リスクが高く、広くは行われていない。肝臓の再生能力は文献で十分に実証されている。ＡＬＦ患者は損傷前に基礎疾患を有していないことが多いため、肝臓の再生に必要な時間だけ例えば体外システム等で肝機能を代替できれば、肝移植の約８０％は回避できる可能性がある。
肝不全を治療するいくつかの体外システムは無細胞肝臓支持システムであり、このシステムは血液を精製するための分子吸着及びアルブミン透析に基づく。このシステムは通常、血液透析と併用して水溶性溶質を除去する。しかし臨床試験においては、標準療法といくつかの承認されている体外循環システムとの間で患者生存率に有意な差は示されていない。
細胞ベースの透析システムがいくつか研究されている。ヒト肝細胞を使用すると異種肝細胞の使用に関連する望ましくない影響を回避できるため、好まれている。しかしヒト肝細胞は入手可能性が限られており、培養が困難であり、時間の経過とともに肝臓特異的機能が急速に低下すると示されているものもある。いくつかの装置では、患者の血液と体外肝細胞との間で質量交換が限られるという別の制限事項もある。
筐体と灌流装置とを備えるバイオリアクタを提供する。筐体は筐体入口及び筐体出口の間で定められる長さを有し、筐体は筐体入口及び筐体出口の間に配置されて筐体入口及び筐体出口と流体連通する筐体の内部空洞を画定する内側表面を有し、灌流装置は筐体の内部空洞内に配置され、灌流装置の各々が網目状構造体と被包化臓器組織とを備え、網目状構造体は筐体の内側表面から支持され、網目状構造体は第２の壁から離間される第１の壁を有し、内部網目状空洞を画定し、網目状構造体の第１の壁及び第２の壁の各々の内部には開口部を有し、網目状構造体を通る流体連通を可能にし、被包化臓器組織は網目状構造体の第１の壁及び第２の壁の間の内部網目状空洞内に配置され、被包化臓器組織は生体適合性架橋ポリマーで少なくとも部分的に被覆される少なくとも１つのオルガノイドを有し、被包化臓器組織は網目状構造体の第１の壁に隣接する本体の第１の表面と網目状構造体の第２の壁に隣接する本体の第２の表面との間で定められる厚さを有する本体を有し、本体は第１の表面及び第２の表面のうちの１つから本体内に延在する少なくとも１つの流路を有し、本体内に流体を受け取り、少なくとも１つの流路は溶質を流体外に及び本体内に拡散させるように選択される直径を有し、灌流装置は筐体の内部空洞内に互いに隣接して配置され、筐体の長さに沿って互いに離間され、筐体入口から筐体出口に搬送される流体を受け取り、流体を各灌流装置の被包化臓器組織に及び被包化臓器組織内の少なくとも１つの流路に灌流させる。
網目状構造体と、被包化臓器組織と、を備える灌流装置を提供する。網目状構造体は第２の壁から離間される第１の壁を有し、内部網目状空洞を画定し、網目状構造体の第１の壁及び第２の壁の各々の内部には開口部を有し、網目状構造体を通る流体連通を可能にし、被包化臓器組織は網目状構造体の第１の壁及び第２の壁の間の内部網目状空洞内に配置され、被包化臓器組織は生体適合性架橋ポリマーで少なくとも部分的に被覆される少なくとも１つのオルガノイドを有し、被包化臓器組織は網目状構造体の第１の壁に隣接する本体の第１の表面と網目状構造体の第２の壁に隣接する本体の第２の表面との間で定められる厚さを有する本体を有し、本体は第１の表面及び第２の表面のうちの１つから本体内に延在する少なくとも１つの流路を有し、本体内に流体を受け取り、少なくとも１つの流路は溶質を流体外に及び本体内に拡散させるように選択される直径を有する。
流体ネットワークと、流体ネットワークを通して血漿を循環させるポンプと、流体ネットワークと流体連通して流体ネットワークから血漿を受け取る灌流バイオリアクタと、を備える人工肝臓システムを提供する。灌流バイオリアクタは筐体と複数の灌流装置とを備え、筐体は筐体入口及び筐体出口の間で定められる長さを有し、筐体は筐体入口及び筐体出口の間で筐体入口及び筐体出口と流体連通する筐体の内部空洞を画定する内側表面を有し、筐体入口は血漿を受け取り、複数の灌流装置は筐体の内部空洞内に配置され、灌流装置の各々が網目状構造体と被包化肝臓組織とを備え、網目状構造体は筐体の内側表面から支持され、網目状構造体は第２の壁から離間される第１の壁を有し、内部網目状空洞を画定し、網目状構造体の第１の壁及び第２の壁の各々の内部には開口部を有し、網目状構造体を通る流体連通を可能にし、被包化肝臓組織は網目状構造体の第１の壁及び第２の壁の間の内部網目状空洞内に配置され、被包化肝臓組織は生体適合性架橋ポリマーで少なくとも部分的に被覆される少なくとも１つのオルガノイドを有し、被包化肝臓組織は網目状構造体の第１の壁に隣接する本体の第１の表面と網目状構造体の第２の壁に隣接する本体の第２の表面との間で定められる厚さを有する本体を有し、本体は第１の表面及び第２の表面のうちの１つから本体内に延在する少なくとも１つの流路を有し、本体内に血漿を受け取り、少なくとも１つの流路は不要な溶質を血漿外に及び本体内に拡散させるように選択される直径を有し、灌流装置は筐体の内部空洞内に互いに隣接して配置され、筐体の長さに沿って互いに離間され、筐体入口から筐体出口に搬送される血漿を受け取り、血漿を各灌流装置の被包化肝臓組織に及び被包化肝臓組織内の少なくとも１つの流路に灌流させる。
生体適合性架橋ポリマーで少なくとも部分的に被覆される少なくとも１つの肝臓オルガノイドを有する被包化肝臓組織内に形成される少なくとも１つの流路に血漿を搬送するステップを含む、血漿を処理する方法を提供する。少なくとも１つの流路は不要な溶質を血漿外に及び被包化肝臓組織内に拡散させるように選択される直径を有する。
生体適合性架橋ポリマーで少なくとも部分的に被覆される少なくとも１つの肝臓オルガノイドを提供するステップと、網目状構造体の空洞内に本体を位置決めして、流体が空洞及び本体の少なくとも１つの流路に入り、空洞から出ることを可能にするステップと、を含む、灌流装置の製造方法を提供する。生体適合性架橋ポリマーで少なくとも部分的に被覆される少なくとも１つの肝臓オルガノイドは本体内に延在する少なくとも１つの流路を有する本体を有し、少なくとも１つの流路は溶質を流体外に及び本体内に拡散させるように選択される直径を有する。
灌流バイオリアクタの概略図である。 図１Ａの灌流バイオリアクタの筐体及び灌流装置の概略図である。 図１Ｂの灌流装置の網目状構造体の一部分の斜視図である。 図２Ａの網目状構造体の別の部分の斜視図である。 図１Ｂの灌流装置で使用する別の網目状構造体の斜視図である。 図１Ｂの灌流装置で使用するために肝臓オルガノイドを被包化し、被包化肝臓組織を生産する工程を示す。 図１Ｂの灌流装置のうちの１つの斜視図である。 図５Ａに示す灌流装置の被包化臓器組織の側面図である。 図５Ａに示す灌流装置の被包化臓器組織の端面図である。 互いに隣接して配置された図１Ｂの灌流装置のうちの２つの被包化臓器組織の側面図である。 図１Ｂの灌流装置において使用する別の被包化臓器組織の側面図である。 図１Ｂの灌流装置において使用する別の被包化臓器組織の側面図である。 図１Ａの灌流バイオリアクタを有する人工肝臓システムの概略図である。 図１Ａの灌流バイオリアクタを有する別の人工肝臓システムの概略図である。 図１Ａの灌流バイオリアクタを有する別の人工肝臓システムの概略図である。 別の灌流バイオリアクタの概略図である。 図１１Ａの灌流バイオリアクタに対する内部支持体の斜視図である。 灌流装置を有する図１１Ｂの内部支持体の斜視図である。
ここで、添付の図面を参照する。
図１Ａは、灌流バイオリアクタ１０を例示する。灌流バイオリアクタ１０は灌流動作を行う装置である。具体的には、灌流バイオリアクタ１０（本明細書では単に「バイオリアクタ１０」と呼ぶこともある）は、液体と、多孔質生体材料内に埋め込まれる細胞及び組織との間の粒子交換を可能にする。バイオリアクタ１０は環境が制御された容器であり、この容器は細胞が生存して代謝活動を行うことを可能にする。図示の実施形態では、以下により詳細に説明するように、バイオリアクタ１０は臓器細胞の凝集体を有し、臓器細胞の凝集体は人体の臓器の代謝機能の少なくとも一部を実行する。バイオリアクタ１０はこの機能性を達成するために、任意の適切な生体適合性プラスチック、金属又はこれらの複合体、例えば、ポリカーボネートから製造することができる。
動作中、バイオリアクタ１０は流体を受け取り、バイオリアクタ１０の外に流体を搬送する。従って、バイオリアクタ１０は、適切な管組織に接続される適切な入口及び適切な出口を有する。図示の実施形態では、バイオリアクタ１０は筐体１６を有し、筐体１６は筐体入口１８Ａと筐体出口１８Ｂとの間に長さＬで延在する細長い本体である。筐体入口１８Ａは、血漿、栄養素又は他の流体材料を筐体１６内へ注入可能であるように構成される。図示の実施形態では、筐体１６は長手方向軸線に沿って延在する円筒体であり、筐体１６の幅よりも長くなっている。筐体１６について他の形状も可能であり、これは本開示の範囲内である。筐体入口１８Ａ及び筐体出口１８Ｂは筐体１６の円錐形端部であり、筐体１６の主要部分の内外に流体を搬送する漏斗として作用する。筐体１６は中空であり、従って流体が搬送されて臓器細胞と相互作用する内部空洞１９を有する。内部空洞１９は図示の実施形態では円筒形であり、内側表面１９Ａを画定する筐体の壁によって区切られている。流体は最初に筐体入口１８Ａに入り、次いで内部空洞１９を通って移動し、筐体出口１８Ｂを介して出ることによって、筐体１６を通って移動する。
図１Ｂを参照すると、バイオリアクタ１０は灌流装置２０も含む。各灌流装置２０は、液体と各灌流装置２０の多孔質生体材料内に埋め込まれる細胞及び組織との間の粒子交換を補助することによって、バイオリアクタ１０の作業を行う。以下により詳細に説明するように、灌流装置２０は臓器細胞の凝集体を含み、臓器細胞の凝集体は人体の臓器の代謝機能の少なくとも一部を実行する。灌流装置２０は筐体１６の内部空洞１９内に配置されている。図１Ｂに示すように、複数の灌流装置２０は、内部空洞１９内に互いに隣接して配置され、筐体１６の長さＬに沿って互いに離間されている。灌流装置２０は灌流装置の積層２０Ａを形成する。図示の実施形態では、灌流装置の積層２０Ａは直立又は垂直配向を有する。灌流装置２０は灌流装置の積層２０Ａ内で互いに積み重ねられている。代替的な実施形態では、灌流装置の積層２０Ａは水平又は傾斜配向を有する。これらの配向に関係なく、灌流装置２０及びこれらの構成要素は、筐体入口１８Ａから筐体１６の内部空洞１９を通って筐体出口１８Ｂに移動する流体と相互作用する。
更に図１Ｂを参照すると、各灌流装置２０は、網目状構造体３０と、１つ以上の被包化臓器組織４０と、を含む。網目状構造体３０は灌流装置２０のコーパスを形成し、灌流装置２０に構造を提供する。網目状構造体３０は多孔質であり、各灌流装置２０を筐体１６に取り付ける筐体１６の内側表面１９Ａから支持される。各灌流装置の被包化臓器組織４０は網目状構造体３０内に位置決めされる。従って網目状構造体３０は、被包化臓器組織４０を保持し、筐体１６内の流体が被包化臓器組織４０と係合することを可能にする、任意の適切な装置である。
バイオリアクタ６００の別の実施形態を図１１Ａ〜１１Ｃに示す。図示の実施形態では、バイオリアクタ６００は筐体６１６を有し、筐体６１６は筐体入口６１８Ａと筐体出口６１８Ｂとの間の長さに延在する細長い本体である。図示の実施形態では、筐体６１６は長手方向軸線に沿って延在する円筒体であり、筐体６１６の幅よりも長くなっている。筐体６１６は透明であり、光が入る。筐体入口６１８Ａ及び筐体出口６１８Ｂは筐体６１６の円錐形端部であり、筐体６１６の主要部分の内外に流体を搬送する漏斗として作用する。筐体６１６は中空であり、従って流体が搬送されて臓器細胞と相互作用する内部空洞６１９を有する。内部空洞６１９は図示の実施形態では円筒形であり、筐体６１６の透明壁によって区切られている。流体は最初に筐体入口６１８Ａに入り、次いで内部空洞６１９を通って移動し、筐体出口６１８Ｂを介して出ることによって、筐体６１６を通って移動する。
更に図１１Ａ〜１１Ｃを参照すると、バイオリアクタ６００は、灌流装置２０を支持する内部支持体６１７を有する。内部支持体６１７は内部空洞６１９内に位置決めされている。内部支持体６１７は、穿孔されて流体の通過を可能にする端板６１７Ａを含む。端板６１７Ａは、両端板６１７Ａの間に延在するラック６１７Ｂによって互いに連結されている。ラック６１７Ｂは互いに離間されている。ラック６１７Ｂは筐体６１６の内側表面に取り付けることができる。ラック６１７Ｂの各々は、ラック６１７Ｂの長さに沿って離間される切り欠き又は溝６１７Ｃを含む。各灌流装置２０の網目状構造体３０は、溝６１７Ｃ内に置かれることによってラック６１７Ｂに着脱可能に取り付けられる。
バイオリアクタ１０、４００の環境は制御されている。図示の実施形態では、バイオリアクタ１０、４００の内部温度が熱交換器を介して制御され、３７℃で一定に維持する。バイオリアクタ１０、４００の内部ｐＨは重炭酸塩を調整することで制御され、約７．４で一定に維持している。図示のバイオリアクタ１０、４００を使用して血漿を処理するので、血漿中に赤血球が存在しない。従って、バイオリアクタ１０、４００中の血漿の酸素含有量が制御される。バイオリアクタ１０、４００は他のタイプの体液と共に使用することができ、より少ないパラメータ又は他のパラメータを制御することができる。
ここで、網目状構造体３０及び被包化臓器組織４０についてより詳細に説明する。
図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、網目状構造体３０は第２の壁３４から離間される第１の壁３２を有し、内部網目状空洞３６を画定する。被包化臓器組織４０（図２Ａ及び２Ｂには図示せず）は、第１の壁３２及び第２の壁３４の間の内部網目状空洞３６内に配置されている。第１の壁３２及び第２の壁３４は多孔質であり、流体が内部網目状空洞３６に入って被包化臓器組織４０と相互作用することを可能にする。第１の壁３２及び第２の壁３４の各々の開口部３８によって網目状構造体３０の多孔質が提供され、これにより網目状構造体３０を通る流体連通を可能にする。図２Ａ及び図２Ｂにおいて、網目状構造体３０は基部３０Ａとキャップ３０Ｂとを含み、キャップ３０Ｂは基部３０Ａ上に取り付け可能であり、網目状構造体３０を閉じ、内部網目状空洞３６を画定する。基部３０Ａは網目状構造体３０の第１の壁３２を含み、キャップ３０Ｂは第２の壁３４を含む。キャップ３０Ｂは基部３０Ａに圧入される。
網目状構造体３０の他の実施形態も可能である。例えば図３は一体型網目状構造体１３０を示す。網目状構造体１３０は円筒状であり、円盤状に形成されている。第１の壁１３２及び第２の壁１３４は離間されて示されており、内部網目状空洞１３６を画定する。第１の壁１３２及び第２の壁１３４はまた、第１の壁１３２及び第２の壁１３４の中に開口部１３８を有する。図３において、網目状構造体１３０はその中に孔１３３を有する側壁１３１を有する。孔１３３は内部網目状空洞１３６と流体連通している。以下により詳細に説明するように、孔１３３は被包化臓器組織４０を構成する構成要素を内部網目状空洞１３６内に導入することを可能にする。この構成にかかわらず、網目状構造体３０、１３０は約１ｍｍ〜約８ｍｍの厚さを有することができ、約１０ｍｍ〜約８０ｍｍの直径を有することができる。網目サイズ（すなわち開口部３８、１３８のサイズ）は、約５００μｍ〜約５ｍｍとすることができる。図２Ａ〜図３では略円形状であるように示しているが、網目状構造体３０、１３０は長方形、正方形、三角形等を含むがこれらに限定されない他の形状を有してもよいことが理解されるであろう。
図４を参照すると、被包化臓器組織４０（本明細書では単に「ＥＯＴ４０」と呼ぶこともある）は、生体適合性架橋ポリマー４４で少なくとも部分的に被覆される１つ以上のオルガノイド４２を有する。各オルガノイド４２は、臓器に似た細胞又は組織の増殖又は培養塊である。図４において、各オルガノイド４２は肝臓に類似する肝臓オルガノイドであり、ＥＯＴ４０は被包化肝臓組織（ＥＬＴ）である。バイオリアクタ１０、４００に入る流体はＥＯＴ４０内のオルガノイド４２の組織又は細胞と化合物を交換し、その結果毒性化合物がオルガノイド４２の細胞によって代謝されて非毒性形態で排除される一方、有用なタンパク質がオルガノイド４２の細胞によって産生されて流体中に放出される。従って、肝臓で処理する必要のあるアルブミン、アンモニア及び他の血漿成分は肝臓オルガノイド４２によって代謝することができ、これはヒト肝臓機能に類似している。オルガノイド４２はまた、別の臓器の細胞又は組織から培養することができる。オルガノイド４２によってその機能を模倣することができる他の臓器の非限定的なリストには、腎臓、内分泌組織並びに血液によって灌流することができ及びオルガノイド４２に凝集することができる任意の他の組織が含まれる。従って本開示における肝臓、肝臓オルガノイド又は被包化肝臓組織への言及は、オルガノイド４２又はＥＯＴ４０を肝細胞又は肝組織からのみ形成されるものに限定するものではないことが理解されるであろう。
図４は、生体適合性架橋ポリマー４４内に複数の単分散肝臓オルガノイド４２を提供する工程を示す。図示のように、単一のｉＰＳＣの分化により、肝芽細胞、内皮前駆細胞及び間葉系前駆細胞が得られる。これら細胞を混合し、懸濁液中で共培養して肝臓オルガノイド４２を形成する。図４に示す肝臓オルガノイド４２の実施形態では、肝芽細胞は（被包化肝臓組織４０内に肝臓オルガノイド４２を導入する前に）間葉系前駆細胞及び内皮前駆細胞によって形成される細胞コアを実質的に覆う肝細胞に分化している。図４に示す肝臓オルガノイド４２の実施形態は略球形形状であり、約１５０μｍの相対直径を有する。次いで肝臓オルガノイド４２は、図４では紫外線として示される架橋剤を使用して、第１の適合性架橋可能基質内で被包される。被包化肝臓組織４０は再生医療における移植可能な肝臓組織（例えば、５ｍｍ〜１０ｃｍのサイズを有する）として使用することができる。あるいは、肝臓オルガノイド４２をマルチウェルプレートとして構成し、薬物開発に使用してスクリーニングされる化合物の代謝又は肝毒性を決定することができる。
被包化肝臓組織４０に使用することができるポリマー４４（ポリマー基質とも呼ばれる）は、肝臓オルガノイド４２の周りにハイドロゲルを形成する。ハイドロゲルとは、水を分散媒体とする親水性のポリマー鎖を指す。ハイドロゲルは天然又は合成のポリマーネットワークから得ることができる。本開示の文脈では、ハイドロゲル内での被包化によって、埋め込まれる肝臓オルガノイド４２がポリマー４４から漏出するのを防止する。一実施形態では、各肝臓オルガノイド４２は個別に被包され、別の実施形態では、被包化肝臓オルガノイド４２はポリマー基質４４内に更に含まれ得る。更に別の実施形態では、肝臓オルガノイド４４はポリマー基質４４内に含まれ、肝臓オルガノイド４４を被包する。図４に示すように、ハイドロゲル材料内で被包される肝臓オルガノイド４２は円盤又は他の円筒状構造を形成する。ハイドロゲル材料内で被包されるオルガノイド４２の他の形状も可能であり、これは本開示の範囲内である。ハイドロゲルは任意の生体適合性材料であり得る。ハイドロゲルのいくつかの非限定的な例としては、ＰＥＧ及びＰＥＧ−ビニルスルホン（ＰＥＧ−ＶＳ）などの任意のポリエチレングリコール（ＰＥＧ）系材料が挙げられる。
図４は被包化臓器組織４０を生産する工程を示す。これはＰＣＴ特許出願（出願番号ＰＣＴ／ＣＡ２０１７／０５１４０４（国際公開第２０１８／０９４５２２号）、出願日２０１７年１１月２３日、発明の名称「被包化肝組織」）に記載され、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。オルガノイド４２を超低付着フラスコから採取し、低速（４００ｇを５分間）で遠心分離してペレットを形成することができる。ペレット（約３０００個のオルガノイド）を、０.１％Ｎ−ビニル−２−ピリリドン及び０．４ｍｇ／ｍＬイルガキュア２９５９を補充したカルシウム及びマグネシウムを含まない滅菌ＰＢＳ中の５％４−アームＰＥＧ−ビニルスルホン（２０ｋＤＡ）溶液に再懸濁することができる。このような溶液（約１００個のオルガノイド４２を含む）５０μＬ溶滴を生成し、９６ウェルプレートのウェルに入れ、続いて紫外線（５分間、１０９０μＷ／ｃｍ２、４ｃｍの距離）で架橋させることができる。生成した被包化肝臓組織４０は、２０ｎｇ／ｍＬのＯＳＭ及び１０μＭのデキサメタゾンを補充した完全ウィリアムＥ媒地／完全ＥＭＢ２媒地（１：１）中で５日間維持することができる。被包化の５日後、ＯＳＭ補充を中断し、完全ウィリアムＥ培地／完全ＥＢＭ２培地の比を１：１から４：１に変えることができる。組織をＯ２／５％ＣＯ２環境で３７℃で培養することができ、培地を隔日で変更することができる。アルブミン分泌を調整培地中で毎週評価することができる。被包化オルガノイド４２は、ハイドロゲルを通してアルブミンを分泌する能力を７週間以上の培養期間にわたって維持可能であり、分泌タンパク質がポリマー４４外部へ拡散されることを確認しながら、ポリマー４４内での被包化オルガノイド４２の生存及び被包化オルガノイド４２の分化状態を確実に維持することができる。被包化肝臓組織４０は、その形状及び完全性を失うことなく器具を用いて操作するのに十分な固さであり得る。
図５Ａ〜５Ｃは、灌流装置２０及びＥＯＴ４０のうちの１つを示す。ＥＯＴ４０は、ＥＯＴ４０に物理的構造を提供する本体４６を有する。本体４６は厚さＴを定める。厚さＴは、網目状構造体３０の第１の壁３２に隣接する本体４６の第１の表面４８Ａと、第２の壁３４に隣接する本体４６の第２の表面４８Ｂとの間で定められる。従ってＥＯＴ４０は、網目状構造体３０によって「サンドイッチ」される。図示の実施形態では、本体４６は網目状構造体３０の形態をとり、従って円筒又は円盤のような形状をしている。網目状構造体３０と同様に本体４６は他の形状を有することができ、これは本開示の一部である。一実施形態では、本体４６の厚さＴは約１ｍｍ〜約３ｍｍである。本体４６の厚さＴについて他の値も可能であり、これは本開示の範囲内である。
図５Ｂ及び５Ｃを参照すると、ＥＯＴ４０は三次元多孔質体である。ＥＯＴ４０は空間的に組織化される通路に埋め込まれ、この通路は筐体１６に供給される流体（例えば、血漿）で灌流される。図５Ｂ及び５Ｃに示すように、本体４６は本体４６内に延在する１つ以上の流路４１を有する。各流路４１は、流体を流路４１内で受け取るために第１の表面４８Ａ及び第２の表面４８Ｂの一方又は両方から本体４６内に延在している。各流路４１は直径Ｄを有する。各流路４１の直径Ｄは、流体内の不要な溶質を流体外に及び代謝されるべき本体４６の周囲組織内に拡散し得るように選択される。流路４１の直径Ｄを制御することにより、流体から特定サイズの分子を除去するのを改善可能にしながら、様々なサイズの対象分子を流体中に残すことを可能にし得る。本体４６内の各流路４１の直径Ｄは同じであってもよいし、異なっていてもよい。一実施形態では、１つ以上の流路４１の直径Ｄは約１５０μｍ〜約７５０μｍである。流路４１の直径Ｄについて他の値も可能であり、これは本開示の範囲内である。
従って各ＥＯＴ４０は血管様構造（すなわち、流路４１）を有し、血管様構造はＥＯＴ４０内の流体及びその溶質の浸透、並びに流体外へ及び本体４６の周囲のポリマー４４ハイドロゲル内へ溶質の拡散を補助し得ることが理解され得る。これは通路を有さず溶質の拡散が重合臓器組織の表面のみに限定される、いくつかの従来の重合臓器組織とは対照的である。
流路４１は任意の適切な技術を用いて形成することができる。いくつかの可能な技術としては、フォトリソグラフィ、犠牲成形又は任意の他の適切な微細加工技術が挙げられる。フォトリソグラフィを使用するとき、例えば流路４１を形成するステップは、本体４６が網目状構造体３０の内部網目状空洞３６内に残っている間に生体適合性架橋ポリマー４４の一部分を紫外線源で硬化させるステップを含む。これは流路４１の最終的な位置に対応する１つ以上の不透明部分を有するフォトマスクで本体４６を覆うステップを含むことができる。次いで、生体適合性架橋ポリマー４４をフォトマスクに適用される紫外線源を使用して硬化させる。本体４６のうちフォトマスクの不透明部分によって被覆される部分は未硬化のままであり、それによって本体４６内に流路４１を形成する。従ってＥＯＴ４０を網目状構造体３０内で光重合することができる。ポリマー４４が網目状構造体３０内にある間に流路４１が生成される場合、フォトリソグラフィにおいて使用するフォトマスクは、不透明部分を網目状構造体３０の開口部３８と調整して、紫外線がハイドロゲルに浸透して硬化が起こることを可能にする必要があり得る。
網目状構造体３０内のフォトリソグラフィの別の実施形態では、流路４１を形成するステップは、少なくとも１つの肝臓オルガノイド４２及び生体適合性架橋ポリマー４４を網目状構造体の内部網目状空洞３６内に注入するステップと、次いで、生体適合性架橋ポリマー４４の一部分を紫外線源で硬化させて塊を凝固させるステップと、を含む。ポリマー４４の硬化していない部分は流路４１を形成する。この結果を達成するための１つの技術は、第１の壁３２及び第２の壁３４内の開口部３８を介して又は孔１３３を介して（図２Ａ〜３参照）、ハイドロゲルポリマー４４及びオルガノイド４２を内部網目状空洞３６内にピペッティングすることを含む。ハイドロゲルポリマー４４及びオルガノイド４２を注入するステップの前に、第１の壁３２及び第２の壁３４並びに第１の壁３２及び第２の壁３４の開口部３８の両方を、例えばガラススライドのような光透過性シールで密封することができる。次いで混合物を硬化させて網目状構造体３０内で光重合させる。
流路４１を形成するステップについては他の技術も可能であり、これは本開示の範囲内である。代替的な実施形態では、光重合後に網目状構造体３０の内部網目状空洞３６にＥＯＴ４０を追加する。更に別の実施形態では、本体４６はバイオプリントされ、又は流路４１を含む加工金型を使用し、又はポリマー若しくは糖の犠牲成形を使用することによって形成される。更に別の実施形態では、肝臓オルガノイド４２の内皮前駆細胞を毛細管状又は毛細管状様構成で組織化する。
流路４１の形状、配向及び経路は変化させることができ、これらのうちの少なくともいくつかはここでより詳細に説明する。
図５Ｂ及び図５Ｃを参照すると、本体４６は複数の流路４１を含む。流路４１Ａは、第１の表面４８Ａ及び第２の表面４８Ｂの間で本体４６を通って延在している。従って流路４１Ａは本体４６を通して流体を連通させる。流路４１Ａの長さＬａは、本体４６の厚さＴと実質的に等しい。流路４１Ｂはまた本体４６を通って延在し、本体４６を通して流体を連通させる。流路４１Ｂの長さＬｂは、流路４１Ｂが第１の表面４８Ａ及び第２の表面４８Ｂに対して偏向又は傾斜しているため、本体４６の厚さＴよりも長い。
図５Ｃ及び５Ｄを参照すると、貫通流路４１Ａ、１４Ｂは、流体が１つの灌流装置２０の本体４６を通って、灌流装置２０のすぐ隣接する別の本体４６Ａに連通されることを可能にする。本体４６の流路４１Ａ、４１Ｂは、隣接する本体４６Ａの流路４１Ｃ、４１Ｄからオフセットされている。灌流装置の積層２０Ａが直立配向を有する実施形態では、本体４６、４６Ａのオフセット流路４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄは垂直方向に整列していない。本体４６、４６Ａの流路４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄは重なり合わない。従って、流体が本体４６、４６Ａの間を直線経路又は非偏位経路で直接流れることを防止する。従ってオフセット流路４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄが流体に対して巻流経路Ｐを定め、流体は本体４６、４６Ａの間の直線経路から偏位する。図５Ｄにおいて、巻流経路Ｐのうちの１つは、流体が流路４１Ａに入り、本体４６を通って流れ、次いで流路４１Ｃに到着するまで本体４６Ａの第１の表面４８Ａに沿って流れ、その時点で流体が流路４１Ｃに入り、本体４６Ａを通って流れることを可能にしている。このように１つの灌流装置２０から次の灌流装置への流体の偏位によって拡散を遅延させ、流体がＥＯＴ４０のオルガノイド４２と相互作用する時間をより多く与えることによって、溶質が流体外に拡散する機会を増加させるのに役立ち得る。
図６は、ＥＯＴ４０の流路１４１の別の構成を示す。流路１４１は、第１の流路又は一次流路１４１Ａと、二次流路１４１Ｂと呼ばれる１つ以上の他の流路１４１とを含む。一次流路１４１Ａは貫通流路であり、第１の表面４８Ａ及び第２の表面４８Ｂの間で本体４６を通って延在している。二次流路１４１Ｂは、第１の表面４８Ａ及び第２の表面４８Ｂの一方における第１の端部１４９Ａから、一次流路１４１Ａにおける本体４６内の第２の端部１４９Ｂまで、本体４６内に延在している。二次流路１４１Ｂの第２の端部１４９Ｂが一次流路１４１Ａ内に開口し、二次流路１４１Ｂは一次流路１４１Ａと流体連通している。従って、本体４６の第１の表面４８Ａ又は第２の表面４８Ｂから、二次流路１４１Ｂを通って一次流路１４１Ａに流体を搬送することができる。一次流路１４１Ａの長さＬａは本体４６の厚さＴに実質的に等しいか、又は本体４６の厚さＴよりも大きい。二次流路１４１Ｂの長さＬｂは本体４６の厚さＴよりも小さいか、又は本体４６の厚さＴよりも大きい。二次流路１４１Ｂの長さＬｂ′は本体４６の厚さＴよりも小さい。二次流路１４１Ｂの長さＬｂ′′は本体４６の厚さＴよりも大きく、この二次流路１４１Ｂは本体４６を通る曲折、巻線又は蛇行経路に従う。二次流路１４１Ｂ′′′は「行き止まり」流路であり、第１の表面４８Ａ及び第２の表面４８Ｂの一方から、他の任意の流路１４１Ａ、１４１Ｂと流体連通していない本体４６内の第２の端部１４９Ｂまで、本体４６内に延在している。行き止まりの二次流路１４１Ｂ′′′は、溶媒を流体外に及び本体４６内に拡散させることができる。
図７は、ＥＯＴ４０の流路２４１の別の構成を示す。本体４６は、２つの一次流路２４１Ａを含む。各一次流路２４１Ａは、第１の表面４８Ａ及び第２の表面４８Ｂの一方から本体４６内に延在している。各一次流路２４１Ａは「行き止まり」流路であり、本体４６を貫通するように延在していない。１つ以上の二次流路２４１Ｂが２つの一次流路２４１Ａの間に延在し、２つの一次流路２４１Ａを流体的に接続する。従って流体は、一次流路２４１Ａのうちの１つに流入し、１つ以上の二次流路２４１Ｂを通って、他の一次流路２４１Ａから流出することによって、第１の表面４８Ａ及び第２の表面４８Ｂのそれぞれから本体４６を通過することができる。
図１Ａ及び１Ｂを参照して、バイオリアクタ１０の動作をより詳細に説明する。筐体１６の筐体入口１８Ａで受け取った流体は内部空洞１９内に搬送され、流体を各灌流装置２０のＥＯＴ４０に灌流させる。従って流体は各網目状構造体３０の第１の壁３２及び第２の壁３４の開口部３８を通って、各ＥＯＴ４０のオルガノイド４２及び流路４１に送達される。図示の実施形態では、流体は重力に逆らって下部筐体入口１８Ａから上部筐体出口１８Ｂに搬送される。図１Ｂに示すように、筐体１６は複数の支持体１７を有し、複数の支持体１７は内側表面１９Ａに取り付けられ、筐体１６の長さＬに沿って離間される。各灌流装置２０の網目状構造体３０は、支持体１７のうちの１つに取り外し可能に取り付けられる。図示の実施形態では、支持体１７は内側表面１９Ａに取り付けられて筐体１６の長さＬに沿って延在する平行な柱１７Ａの切り欠き又は溝である。柱１７Ａは篩で支持され、組織が破損した場合にＥＯＴ４０からのオルガノイド４２が流体出口１８Ｂを出て処理流体中に逃げることを防ぐ。支持体１７について他の構成も可能であり、これは本開示の範囲内である。例えば任意の代替的な実施形態では、各網目状構造体３０は、筐体１６の内側表面１９Ａに取り付ける１つ以上の支持体１７を有する。
更に図１Ｂを参照すると、灌流装置２０Ａの積層は凍結保存することができる。使用する全ての材料は疲労を伴わずに又は最小限の疲労で極低温に耐えることができる。血漿治療を開始する前に、灌流装置２０を凍結保存から取り出してバイオリアクタ１０内に挿入することができる。温かい流体（例えば、温血漿）の循環によりバイオリアクタ１０内のオルガノイド４２を解凍し、更にオルガノイド４２の温度を体温に維持し、組織にとって最適な環境を作り出すことができる。一実施形態では、ヒト肝臓の質量の約０．１％〜約１％が筐体１６の灌流装置２０内に存在する。これは、約数百万〜数十億個の肝細胞に相当し、また灌流装置２０ひとつ当たり約５００〜約１万個のオルガノイドに相当する場合もある。
図８は、本明細書に記載のバイオリアクタ１０、４００を有する人工肝臓システム３００の実施形態を示す。人工肝臓システム３００はヒト肝臓の機能を模倣するのに役立ち、従って「バイオ人工肝臓装置（ＢＡＬＤ）」と呼ぶことがある。人工肝臓システム３００（本明細書では単に「システム３００」と呼ぶこともある）は流体ネットワーク３０２を含み、流体ネットワーク３０２は一連の管、コネクタ及び他の構成要素であり、システム３００の構成間で血漿を伝達する。システム３００は蠕動ポンプ３０４を有し、流体ネットワーク３０２を通して血漿を循環させる。図示の実施形態では、ポンプ３０４は流体ネットワーク３０２を通して約５０ｍＬ／分〜約３００ｍＬ／分の流量で血漿を押す。輸液ポンプをポンプ３０４の直後に置き、生理食塩水及び／又は抗凝固剤（ヘパリン）を挿入することができる。流体ネットワーク３０２は圧力センサを有し、システム３００全体の圧力を決定し、血漿を抽出する圧力と同様の圧力で患者に再流入させることを確実にすることができる。
システム３００は、任意に、分子吸着システム３０６又はＭＡＳとして図８に示す吸着カートリッジを有することができる。ＭＡＳ３０６は任意の適切な灌流装置又はチャコール吸着システムである。ＭＡＳ３０６は流体ネットワーク３０２と流体連通し、血漿から不要な溶質の一部を除去する。不要な溶質には、毒素及び高レベルのビリルビンを含み得る。不要な溶質は、活性炭又は疎水性樹脂への吸着を使用してＭＡＳ３０６中の血漿から除去される。システム３００はまた、図８に示すように、流体ネットワーク３０２と流体連通する酸素供給器３０８を有することができる。酸素供給器３０８の動作により、酸素を血漿中に溶解して酸素化血漿を生成する。バイオリアクタ１０、４００は酸素供給器３０８と流体連通するように示され、酸素供給器３０８から酸素化血漿を受け取る。酸素化血漿はバイオリアクタ１０、４００に入り灌流装置２０のＥＬＴｓ（被包化肝臓組織）４０と相互作用して、この動作により、ＭＡＳ３０６によって未だ除去されていない他の残存する不要な溶質を酸素化血漿の外に及びＥＬＴ４０の本体４６内に拡散させる。代替的な実施形態では、酸素供給器３０８はバイオリアクタ１０、４００の構成要素であり、酸素化はバイオリアクタ１０、４００自体で行われる。一実施形態では、システム３００は酸素供給器を含まない。一実施形態では、酸素化はバイオリアクタ１０、４００の下流側の血漿に対して行われる。バイオリアクタ１０、４００の筐体出口１８Ｂを出る処理済血漿は、市販の体外濾過システム３１０に付着させることができる。従って図８のシステム３００は、既存の体外濾過システム３１０と共に使用する付加装置であってもよい。代替的な実施形態では、システム３００内のバイオリアクタ１０、４００の後に透析器４１６（図９参照）を置き、血漿透析を行う。
図９は、本明細書に記載のバイオリアクタ１０、４００を有する人工肝臓システム４００の別の実施形態を示す。システム４００は、血液回路４０１Ａ及び血漿回路４０１Ｂを含む独立型の体外ユニットである。血液回路４０１Ａはポンプ４０２を含み、血液をシステム４００にポンプ送りする。輸液ポンプ４０２Ａをポンプ４０２の直後に置き、生理食塩水及び抗凝固剤（ヘパリン）を挿入する。図９において、ＭＡＳ４０６は血液回路４０１Ａ内において血漿分画モジュール４０８の前に位置決めされ、血漿分画モジュール４０８は血液から血漿を分離して血漿回路４０１Ｂに血漿を供給する。血漿回路４０１Ｂでは、システム４００は蠕動ポンプ４１０を有し、流体ネットワーク４１２を通して血漿を循環させる。血漿回路４０１Ｂの透析器４１６の前には血液漏出検出器４１４が存在し、これにより透析液を使用して血漿から不要な溶質の一部を除去する。血漿回路４０１Ｂはまた酸素供給器４１８を有し、酸素を血漿中に溶解して酸素化血漿を生成する。バイオリアクタ１０、４００は酸素供給器４１８と流体連通しており、酸素供給器４１８から酸素化血漿を受け取る。酸素化血漿はバイオリアクタ１０、４００に入り灌流装置２０のＥＬＴ４０と相互作用して、この動作により、ＭＡＳ４０６又は透析器４１６によって未だ除去されていない他の残存する不要な溶質を酸素化血漿の外に及びＥＯＴ４０の本体４６内に拡散させる。バイオリアクタ１０、４００の筐体出口１８Ｂを出る処理済血漿は血液回路４０１Ａに戻され、そこで分離した血液製剤と再結合させて患者の血液に戻すか、又は更なる流体処理を行うことができる。血液回路４０１Ａは気泡検出器４２０を有し、血液中に空気が入るのを防止する。システム４００はまた、１つ以上の温度センサ、１つ以上の流量計、１つ以上のセルフィルタ、一定の温度を維持する１つ以上の熱交換器、１つ以上のクランプ、１つ以上の点滴室及び任意の他の適切な装置を含むことができる。
図１０は、本明細書に記載のバイオリアクタ１０、４００を有する人工肝臓システム５００の別の実施形態を示す。システム５００は、血液回路５０１Ａ及び血漿回路５０１Ｂを含む独立型の体外ユニットである。血液回路５０１Ａはポンプ５０２を含み、血液をシステム５００にポンプ送りする。輸液ポンプ５０２Ａをポンプ５０２の直後に置き、生理食塩水及び抗凝固剤（ヘパリン）を挿入する。血漿分画モジュール５０８は血液から血漿を分離して血漿回路５０１Ｂに血漿を提供する。血漿回路５０１Ｂでは、システム５００は蠕動ポンプ５１０を有し、流体ネットワーク５１２を通して血漿を循環させる。ポンプ５１０の上流側に血液漏出検出器５１４が存在する。血漿回路５０１Ｂはまた酸素供給器５１８を有し、酸素を血漿に溶解して酸素化血漿を生成する。バイオリアクタ１０、４００は酸素供給器５１８と流体連通しており、酸素供給器５１８から酸素化血漿を受け取る。酸素化血漿はバイオリアクタ１０、４００に入り灌流装置２０のＥＬＴ４０と相互作用して、この動作により、残存する不要な溶質を酸素化血漿の外に及びＥＯＴｓ４０の本体４６内に拡散させる。バイオリアクタ１０、４００の筐体出口１８Ｂを出る処理済血漿は、血液回路５０１Ａに戻され、次いで透析器５１６に送られ、これにより透析液を使用して血漿から不要な溶質の一部を除去する。処理済血漿は、分離した血液製剤と再結合させて患者の血液に戻すか、又は更なる流体処理を行うことができる。血液回路５０１Ａは気泡検出器５２０を有し、血液中に空気が入るのを防止する。システム５００はまた、１つ以上の温度センサ、１つ以上の流量計、１つ以上のセルフィルタ、一定の温度を維持する１つ以上の熱交換器、１つ以上のクランプ、１つ以上の点滴室及び任意の他の適切な装置を含むことができる。システム５００は、図１０に示すように、バイオリアクタ１０、４００の上流側に位置決めされ得る血液灌流（ＨＰ）カートリッジを含むことができる。
本明細書に開示される実施形態には、以下が含まれる。
Ａ．筐体と灌流装置とを備える灌流バイオリアクタであって、前記筐体は、筐体入口及び筐体出口の間で定められる長さを有し、前記筐体は、前記筐体入口及び前記筐体出口の間に配置されて前記筐体入口及び前記筐体出口と流体連通する、前記筐体の内部空洞を画定する内側表面を有し、前記灌流装置は、前記筐体の前記内部空洞内に配置され、前記灌流装置の各々が、網目状構造体と被包化臓器組織とを備え、前記網目状構造体は前記筐体の前記内側表面から支持され、前記網目状構造体は第２の壁から離間される第１の壁を有し、内部網目状空洞を画定し、前記網目状構造体の前記第１の壁及び前記第２の壁の各々の内部には開口部を有し、前記網目状構造体を通る流体連通を可能にし、前記被包化臓器組織は前記網目状構造体の前記第１の壁及び前記第２の壁の間の前記内部網目状空洞内に配置され、前記被包化臓器組織は生体適合性架橋ポリマーで少なくとも部分的に被覆される少なくとも１つのオルガノイドを有し、前記被包化臓器組織は前記網目状構造体の前記第１の壁に隣接する本体の第１の表面と前記網目状構造体の前記第２の壁に隣接する前記本体の第２の表面との間で定められる厚さを有する前記本体を有し、前記本体は前記第１の表面及び前記第２の表面のうちの１つから前記本体内に延在する少なくとも１つの流路を有し、前記本体内に流体を受け取り、前記少なくとも１つの流路は溶質を前記流体外に及び前記本体内に拡散させるように選択される直径を有し、前記灌流装置は、前記筐体の前記内部空洞内に互いに隣接して配置され、前記筐体の前記長さに沿って互いに離間され、前記筐体入口から前記筐体出口に搬送される前記流体を受け取り、前記流体を各灌流装置の前記被包化臓器組織に及び前記本体内の前記少なくとも１つの流路に灌流させる、灌流バイオリアクタ。
Ｂ．網目状構造体と、被包化臓器組織と、を備える灌流装置であって、前記網目状構造体は第２の壁から離間される第１の壁を有し、内部網目状空洞を画定し、前記網目状構造体の前記第１の壁及び前記第２の壁の各々の内部には開口部を有し、前記網目状構造体を通る流体連通を可能にし、前記被包化臓器組織は前記網目状構造体の前記第１の壁及び前記第２の壁の間の前記内部網目状空洞内に配置され、前記被包化臓器組織は生体適合性架橋ポリマーで少なくとも部分的に被覆される少なくとも１つのオルガノイドを有し、前記被包化臓器組織は前記網目状構造体の前記第１の壁に隣接する本体の第１の表面及び前記網目状構造体の前記第２の壁に隣接する前記本体の第２の表面の間で定められる厚さを有する前記本体を有し、前記本体は前記第１の表面及び前記第２の表面のうちの１つから前記本体内に延在する少なくとも１つの流路を有し、前記本体内に流体を受け取り、前記少なくとも１つの流路は溶質を前記流体外に及び前記本体内に拡散させるように選択される直径を有する、灌流装置。
Ｃ．流体ネットワークと、前記流体ネットワークを通して血漿を循環させるポンプと、前記流体ネットワークと流体連通して前記流体ネットワークから前記血漿を受け取る前記灌流バイオリアクタと、を備える人工肝臓システムであって、前記灌流バイオリアクタは筐体と複数の灌流装置とを備え、前記筐体は筐体入口及び筐体出口の間で定められる長さを有し、前記筐体は前記筐体入口及び前記筐体出口の間で前記筐体入口及び前記筐体出口と流体連通する前記筐体の内部空洞を画定する内側表面を有し、前記筐体入口は前記血漿を受け取り、前記複数の灌流装置は前記筐体の前記内部空洞内に配置され、前記灌流装置の各々が網目状構造体と被包化肝臓組織とを備え、前記網目状構造体は前記筐体の前記内側表面から支持され、前記網目状構造体は第２の壁から離間される第１の壁を有し、内部網目状空洞を画定し、前記網目状構造体の前記第１の壁及び前記第２の壁の各々の内部には開口部を有し、前記網目状構造体を通る流体連通を可能にし、前記被包化肝臓組織は前記網目状構造体の前記第１の壁及び前記第２の壁の間の前記内部網目状空洞内に配置され、前記被包化肝臓組織は生体適合性架橋ポリマーで少なくとも部分的に被覆される少なくとも１つのオルガノイドを有し、前記被包化肝臓組織は前記網目状構造体の前記第１の壁に隣接する本体の第１の表面と前記網目状構造体の前記第２の壁に隣接する前記本体の第２の表面との間で定められる厚さを有する前記本体を有し、前記本体は前記第１の表面及び前記第２の表面のうちの１つから前記本体内に延在する少なくとも１つの流路を有し、前記本体内に前記血漿を受け取り、前記少なくとも１つの流路は不要な溶質を前記血漿外に及び前記本体内に拡散させるように選択される直径を有し、前記灌流装置は前記筐体の前記内部空洞内に互いに隣接して配置され、前記筐体の前記長さに沿って互いに離間され、前記筐体入口から前記筐体出口に搬送される前記血漿を受け取り、前記血漿を各灌流装置の前記被包化肝臓組織に及び前記被包化肝臓組織内の前記少なくとも１つの流路に灌流させる、人工肝臓システム。
Ｄ．生体適合性架橋ポリマーで少なくとも部分的に被覆される少なくとも１つの肝臓オルガノイドを有する被包化肝臓組織内に形成される少なくとも１つの流路に血漿を搬送するステップを含み、前記少なくとも１つの流路は不要な溶質を前記血漿外に及び前記被包化肝臓組織内に拡散させるように選択される直径を有する、血漿を処理する方法。
Ｅ．生体適合性架橋ポリマーで少なくとも部分的に被覆される少なくとも１つの肝臓オルガノイドを提供するステップと、網目状構造体の空洞内に本体を位置決めして、前記流体が前記空洞に及び前記本体の前記少なくとも１つの流路に入り、前記空洞から出ることを可能にするステップと、を含み、前記生体適合性架橋ポリマーで少なくとも部分的に被覆される前記少なくとも１つの肝臓オルガノイドは前記本体内に延在する少なくとも１つの流路を有する前記本体を有し、前記少なくとも１つの流路は溶質を流体外に及び前記本体内に拡散させるように選択される直径を有する、灌流装置の製造方法。
実施形態Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥの各々は、任意の組み合わせで以下の追加要素のうち１つ以上を有することができる。
要素１：各灌流装置の本体の少なくとも１つの流路は、第１の表面及び第２の表面の間で本体を通って延在する。
要素２：少なくとも１つの流路の長さは、本体の厚さに実質的に等しいか、又は本体の厚さよりも大きい。
要素３：灌流装置のうちの１つの少なくとも１つの流路はすぐ隣接する灌流装置の少なくとも１つの流路からオフセットされ、流体は隣接する灌流装置の流路間の巻流経路をたどる。
要素４：本体の少なくとも１つの流路は第１の流路及び少なくとも別の流路を含み、第１の流路は第１の表面及び第２の表面の間で本体を通って延在し、少なくとも別の流路は第１の表面及び第２の表面の一方における第１の端部から第１の流路における本体内の第２の端部まで本体内に延在し、少なくとも別の流路は第１の流路と流体連通している。
要素５：第１の流路の長さは本体の厚さに実質的に等しいか、又は本体の厚さよりも大きく、少なくとも別の流路の長さは本体の厚さよりも小さいか、又は本体の厚さよりも大きい。
要素６：少なくとも別の流路の長さは本体の厚さよりも大きい。
要素７：筐体の長さに沿って離間される複数の支持体であって、各灌流装置の網目状構造体は、支持体の１つに取り外し可能に取り付けられている。
要素８：筐体は直立配向を有し、灌流装置は筐体から積層内で互いに積み重ねて支持されている。
要素９：少なくとも１つの流路の直径は、１５０μｍ〜７５０μｍである。
要素１０：被包化臓器組織の少なくとも１つのオルガノイドは、複数の肝臓オルガノイドを含む。
要素１１：酸素化血漿を搬送するステップは、少なくとも１つの流路から、生体適合性架橋ポリマーで少なくとも部分的に被覆される少なくとも１つの肝臓オルガノイドを有する別の被包化肝臓組織内の第２の流路に酸素化血漿を搬送するステップを含む。
要素１２：酸素化血漿を搬送するステップは、少なくとも１つの流路から、生体適合性架橋ポリマーで少なくとも部分的に被覆される少なくとも１つの肝臓オルガノイドを有する別の被包化肝臓組織内の第２の流路に酸素化血漿を搬送するステップを含み、第２の流路は少なくとも１つの流路と整列していない。
要素１３：少なくとも１つの流路から第２の流路に酸素化血漿を搬送するステップは、少なくとも１つの流路から垂直方向に離間される第２の流路に酸素化血漿を搬送するステップを含む。
要素１４：流体ネットワークを通して血漿を搬送する前に被包化肝臓組織を凍結保存するステップ。
要素１５：凍結保存された被包化肝臓組織を酸素化血漿で加温するステップ。
要素１６：生体適合性架橋ポリマーで少なくとも部分的に被覆される少なくとも１つの肝臓オルガノイドを提供するステップは、フォトリソグラフィを使用して本体内に少なくとも１つの流路を形成するステップを含む。
要素１７：少なくとも１つの流路を形成するステップは、本体が網目状構造体の空洞内に残っている間に、生体適合性架橋ポリマーの一部分を紫外線源で硬化させるステップを含む。
要素１８：少なくとも１つの流路を形成するステップは、少なくとも１つの肝臓オルガノイド及び生体適合性架橋ポリマーを網目状構造体の空洞内に注入するステップと、生体適合性架橋ポリマーの一部分を紫外線源で硬化させるステップと、を含む。
要素１９：少なくとも１つの流路を形成するステップは、少なくとも１つの不透明部分を有するフォトマスクで本体を覆うステップと、生体適合性架橋ポリマーをフォトマスクに適用される紫外線源で硬化させるステップと、を含み、本体のうちフォトマスクの少なくとも１つの不透明部分によって被覆される部分は未硬化のままであり、少なくとも１つの流路を形成する。
要素２０：血漿を酸素化して酸素化血漿を生成するステップ。
要素２１：血漿を酸素化するステップは、血漿を少なくとも１つの流路に搬送する前に血漿を酸素化するステップを含む。
要素２２：血漿を酸素化するステップは、灌流バイオリアクタ内で血漿を酸素化するステップを含む。
要素２３：流体ネットワークと流体連通し、血漿中に酸素を拡散させて酸素化血漿を生成する酸素供給器。
上記の説明は単なる例示であることを意図しており、当業者であれば、開示された本発明の範囲から逸脱することなく、記載の実施形態に変更を加えることができることを認識するであろう。更に本発明の範囲内に収まる他の修正は、本開示の検討に照らして当業者には明らかであり、このような修正は添付の特許請求の範囲内に収まることが意図される。

Claims (45)

  1. 筐体と灌流装置とを備える灌流バイオリアクタであって、
    前記筐体は、筐体入口及び筐体出口の間で定められる長さを有し、
    前記筐体は、前記筐体入口及び前記筐体出口の間に配置されて前記筐体入口及び前記筐体出口と流体連通する、前記筐体の内部空洞を画定する内側表面を有し、
    前記灌流装置は、前記筐体の前記内部空洞内に配置され、
    前記灌流装置の各々が、網目状構造体と被包化臓器組織とを備え、
    前記網目状構造体は前記筐体の前記内側表面から支持され、
    前記網目状構造体は第２の壁から離間される第１の壁を有し、内部網目状空洞を画定し、
    前記網目状構造体の前記第１の壁及び前記第２の壁の各々の内部には開口部を有し、前記網目状構造体を通る流体連通を可能にし、
    前記被包化臓器組織は前記網目状構造体の前記第１の壁及び前記第２の壁の間の前記内部網目状空洞内に配置され、
    前記被包化臓器組織は生体適合性架橋ポリマーで少なくとも部分的に被覆される少なくとも１つのオルガノイドを有し、
    前記被包化臓器組織は前記網目状構造体の前記第１の壁に隣接する本体の第１の表面と前記網目状構造体の前記第２の壁に隣接する前記本体の第２の表面との間で定められる厚さを有する前記本体を有し、
    前記本体は前記第１の表面及び前記第２の表面のうちの１つから前記本体内に延在する少なくとも１つの流路を有し、前記本体内に流体を受け取り、前記少なくとも１つの流路は溶質を前記流体外に及び前記本体内に拡散させるように選択される直径を有し、
    前記灌流装置は、前記筐体の前記内部空洞内に互いに隣接して配置され、前記筐体の前記長さに沿って互いに離間され、前記筐体入口から前記筐体出口に搬送される前記流体を受け取り、前記流体を各灌流装置の前記被包化臓器組織に及び前記本体内の前記少なくとも１つの流路に灌流させる、灌流バイオリアクタ。
  2. 各灌流装置の前記本体の前記少なくとも１つの流路が、前記第１の表面及び前記第２の表面の間で前記本体を通って延在する、請求項１に記載の灌流バイオリアクタ。
  3. 前記少なくとも１つの流路の長さが、前記本体の前記厚さに実質的に等しいか、又は前記本体の前記厚さよりも大きい、請求項２に記載の灌流バイオリアクタ。
  4. 前記灌流装置のうちの１つの前記少なくとも１つの流路がすぐ隣接する灌流装置の前記少なくとも１つの流路からオフセットされ、
    前記流体が前記隣接する灌流装置の前記流路間の巻流経路をたどる、請求項２又は３に記載の灌流バイオリアクタ。
  5. 前記本体の前記少なくとも１つの流路が第１の流路及び少なくとも別の流路を含み、
    前記第１の流路は前記第１の表面及び前記第２の表面の間で前記本体を通って延在し、
    前記少なくとも別の流路は前記第１の表面及び前記第２の表面の一方における第１の端部から前記第１の流路における前記本体内の第２の端部まで前記本体内に延在し、
    前記少なくとも別の流路は前記第１の流路と流体連通している、請求項１に記載の灌流バイオリアクタ。
  6. 前記第１の流路の長さが前記本体の前記厚さに実質的に等しいか、又は前記本体の前記厚さよりも大きく、
    前記少なくとも別の流路の長さが前記本体の前記厚さよりも小さいか、又は前記本体の前記厚さよりも大きい、請求項５に記載の灌流バイオリアクタ。
  7. 前記少なくとも別の流路の前記長さが前記本体の前記厚さよりも大きい、請求項６に記載の灌流バイオリアクタ。
  8. 前記筐体の前記長さに沿って離間される複数の支持体を備え、
    各灌流装置の前記網目状構造体が前記支持体の１つに取り外し可能に取り付けられている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の灌流バイオリアクタ。
  9. 前記筐体が直立配向を有し、
    前記灌流装置が前記筐体から積層内で互いに積み重ねて支持されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の灌流バイオリアクタ。
  10. 前記少なくとも１つの流路の前記直径が１５０μｍ〜７５０μｍである、請求項１〜９のいずれか一項に記載の灌流バイオリアクタ。
  11. 前記被包化臓器組織の前記少なくとも１つのオルガノイドが複数の肝臓オルガノイドを含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の灌流バイオリアクタ。
  12. 網目状構造体と、被包化臓器組織と、を備える灌流装置であって、
    前記網目状構造体は第２の壁から離間される第１の壁を有し、内部網目状空洞を画定し、
    前記網目状構造体の前記第１の壁及び前記第２の壁の各々の内部には開口部を有し、前記網目状構造体を通る流体連通を可能にし、
    前記被包化臓器組織は前記網目状構造体の前記第１の壁及び前記第２の壁の間の前記内部網目状空洞内に配置され、
    前記被包化臓器組織は生体適合性架橋ポリマーで少なくとも部分的に被覆される少なくとも１つのオルガノイドを有し、
    前記被包化臓器組織は前記網目状構造体の前記第１の壁に隣接する本体の第１の表面と前記網目状構造体の前記第２の壁に隣接する前記本体の第２の表面との間で定められる厚さを有する前記本体を有し、
    前記本体は前記第１の表面及び前記第２の表面のうちの１つから前記本体内に延在する少なくとも１つの流路を有し、前記本体内に流体を受け取り、
    前記少なくとも１つの流路は溶質を前記流体外に及び前記本体内に拡散させるように選択される直径を有する、灌流装置。
  13. 各灌流装置の前記本体の前記少なくとも１つの流路が、前記第１の表面及び前記第２の表面の間で前記本体を通って延在する、請求項１２に記載の灌流装置。
  14. 前記少なくとも１つの流路の長さが、前記本体の前記厚さに実質的に等しいか、又は前記本体の前記厚さよりも大きい、請求項１３に記載の灌流装置。
  15. 前記本体の前記少なくとも１つの流路が第１の流路及び少なくとも別の流路を含み、
    前記第１の流路は前記第１の表面及び前記第２の表面の間で前記本体を通って延在し、
    前記少なくとも別の流路は前記第１の表面及び前記第２の表面の一方における第１の端部から前記第１の流路における前記本体内の第２の端部まで前記本体内に延在し、
    前記少なくとも別の流路は前記第１の流路と流体連通している、請求項１２に記載の灌流装置。
  16. 前記第１の流路の長さが前記本体の前記厚さに実質的に等しいか、又は前記本体の前記厚さよりも大きく、
    前記少なくとも別の流路の長さが前記本体の前記厚さよりも小さいか、又は前記本体の前記厚さよりも大きい、請求項１５に記載の灌流装置。
  17. 前記少なくとも別の流路の前記長さが前記本体の前記厚さよりも大きい、請求項１６に記載の灌流装置。
  18. 前記少なくとも１つの流路の前記直径が１５０μｍ〜７５０μｍである、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の灌流装置。
  19. 前記被包化臓器組織の前記少なくとも１つのオルガノイドが複数の肝臓オルガノイドを含む、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の灌流装置。
  20. 流体ネットワークと、
    前記流体ネットワークを通して血漿を循環させるポンプと、
    前記流体ネットワークと流体連通して前記流体ネットワークから前記血漿を受け取る灌流バイオリアクタと、を備える人工肝臓システムであって、
    前記灌流バイオリアクタは筐体と複数の灌流装置とを備え、
    前記筐体は筐体入口及び筐体出口の間で定められる長さを有し、
    前記筐体は前記筐体入口及び前記筐体出口の間で前記筐体入口及び前記筐体出口と流体連通する前記筐体の内部空洞を画定する内側表面を有し、
    前記筐体入口は前記血漿を受け取り、
    前記複数の灌流装置は前記筐体の前記内部空洞内に配置され、
    前記灌流装置の各々が網目状構造体と被包化肝臓組織とを備え、
    前記網目状構造体は前記筐体の前記内側表面から支持され、
    前記網目状構造体は第２の壁から離間される第１の壁を有し、内部網目状空洞を画定し、前記網目状構造体の前記第１の壁及び前記第２の壁の各々の内部には開口部を有し、前記網目状構造体を通る流体連通を可能にし、
    前記被包化肝臓組織は前記網目状構造体の前記第１の壁及び前記第２の壁の間の前記内部網目状空洞内に配置され、
    前記被包化肝臓組織は生体適合性架橋ポリマーで少なくとも部分的に被覆される少なくとも１つのオルガノイドを有し、
    前記被包化肝臓組織は前記網目状構造体の前記第１の壁に隣接する本体の第１の表面と前記網目状構造体の前記第２の壁に隣接する前記本体の第２の表面との間で定められる厚さを有する前記本体を有し、
    前記本体は前記第１の表面及び前記第２の表面のうちの１つから前記本体内に延在する少なくとも１つの流路を有し、前記本体内に前記血漿を受け取り、
    前記少なくとも１つの流路は不要な溶質を前記血漿外に及び前記本体内に拡散させるように選択される直径を有し、
    前記灌流装置は前記筐体の前記内部空洞内に互いに隣接して配置され、前記筐体の前記長さに沿って互いに離間され、
    前記筐体入口から前記筐体出口に搬送される前記血漿を受け取り、前記血漿を各灌流装置の前記被包化肝臓組織に及び前記被包化肝臓組織内の前記少なくとも１つの流路に灌流させる、人工肝臓システム。
  21. 各灌流装置の前記本体の前記少なくとも１つの流路が、前記第１の表面及び前記第２の表面の間で前記本体を通って延在する、請求項２０に記載の人工肝臓システム。
  22. 前記少なくとも１つの流路の長さが、前記本体の前記厚さに実質的に等しいか、又は前記本体の前記厚さよりも大きい、請求項２１に記載の人工肝臓システム。
  23. 前記灌流装置のうちの１つの前記少なくとも１つの流路がすぐ隣接する灌流装置の前記少なくとも１つの流路からオフセットされ、
    前記流体が前記隣接する灌流装置の前記流路間の巻流経路をたどる、請求項２１又は２２に記載の人工肝臓システム。
  24. 前記本体の前記少なくとも１つの流路が第１の流路及び少なくとも別の流路を含み、
    前記第１の流路は前記第１の表面及び前記第２の表面の間で前記本体を通って延在し、
    前記少なくとも別の流路は前記第１の表面及び前記第２の表面の一方における第１の端部から前記第１の流路における前記本体内の第２の端部まで前記本体内に延在し、前記少なくとも別の流路は前記第１の流路と流体連通している、請求項２０に記載の人工肝臓システム。
  25. 前記第１の流路の長さが、前記本体の前記厚さに実質的に等しいか、又は前記本体の前記厚さよりも大きく、
    前記少なくとも別の流路の長さが、前記本体の前記厚さよりも小さいか、又は前記本体の前記厚さよりも大きい、請求項２４に記載の人工肝臓システム。
  26. 前記少なくとも別の流路の前記長さが前記本体の前記厚さよりも大きい、請求項２５に記載の人工肝臓システム。
  27. 前記筐体の前記長さに沿って離間される複数の支持体を備え、
    各灌流装置の前記網目状構造体が前記支持体の１つに取り外し可能に取り付けられている、請求項２０〜２６のいずれか一項に記載の人工肝臓システム。
  28. 前記筐体が直立配向を有し、
    前記灌流装置が前記筐体から積層内で互いに積み重ねて支持されている、請求項２０〜２７のいずれか一項に記載の人工肝臓システム。
  29. 前記少なくとも１つの流路の前記直径が１５０μｍ〜７５０μｍである、請求項２０〜２８のいずれか一項に記載の人工肝臓システム。
  30. 前記被包化臓器組織の前記少なくとも１つのオルガノイドが複数の肝臓オルガノイドを含む、請求項２０〜２９のいずれか一項に記載の人工肝臓系。
  31. 前記流体ネットワークと流体連通する酸素供給器を備え、前記血漿中に酸素を拡散させて酸素化血漿を生成する、請求項２０〜３０のいずれか一項に記載の人工肝臓システム。
  32. 生体適合性架橋ポリマーで少なくとも部分的に被覆される少なくとも１つの肝臓オルガノイドを有する被包化肝臓組織内に形成される少なくとも１つの流路に血漿を搬送するステップを含み、
    前記少なくとも１つの流路は不要な溶質を前記血漿外に及び前記被包化肝臓組織内に拡散させるように選択される直径を有する、血漿を処理する方法。
  33. 前記血漿を搬送するステップが、前記少なくとも１つの流路から、前記生体適合性架橋ポリマーで少なくとも部分的に被覆される少なくとも１つの肝臓オルガノイドを有する別の被包化肝臓組織内の第２の流路に前記血漿を搬送するステップを含む、請求項３２に記載の方法。
  34. 前記血漿を搬送するステップが、前記少なくとも１つの流路から、前記生体適合性架橋ポリマーで少なくとも部分的に被覆される少なくとも１つの肝臓オルガノイドを有する別の被包化肝臓組織内の第２の流路に前記血漿を搬送するステップを含み、
    前記第２の流路が前記少なくとも１つの流路と整列していない、請求項３２に記載の方法。
  35. 前記少なくとも１つの流路から前記第２の流路に前記血漿を搬送するステップは、前記少なくとも１つの流路から垂直方向に離間される前記第２の流路に前記血漿を搬送するステップを含む、請求項３３又は３４に記載の方法。
  36. 前記血漿を搬送する前に前記被包化肝臓組織を凍結保存するステップを含む、請求項３２〜３５のいずれか一項に記載の方法。
  37. 凍結保存された前記被包化肝臓組織を前記血漿で加温するステップを含む、請求項３６に記載の方法。
  38. 前記血漿を酸素化して酸素化血漿を生成するステップを含む、請求項３２〜３７のいずれか一項に記載の方法。
  39. 前記血漿を酸素化するステップが、前記血漿を前記少なくとも１つの流路に搬送する前に前記血漿を酸素化するステップを含む、請求項３８に記載の方法。
  40. 前記血漿を酸素化するステップが、灌流バイオリアクタ内で前記血漿を酸素化するステップを含む、請求項３８に記載の方法。
  41. 生体適合性架橋ポリマーで少なくとも部分的に被覆される少なくとも１つの肝臓オルガノイドを提供するステップと、
    網目状構造体の空洞内に本体を位置決めして、流体が前記空洞に及び前記本体の前記少なくとも１つの流路に入り、前記空洞から出ることを可能にするステップと、を含み、
    前記生体適合性架橋ポリマーで少なくとも部分的に被覆される前記少なくとも１つの肝臓オルガノイドは前記本体内に延在する少なくとも１つの流路を有する前記本体を有し、
    前記少なくとも１つの流路は溶質を流体外に及び前記本体内に拡散させるように選択される直径を有する、灌流装置の製造方法。
  42. 前記生体適合性架橋ポリマーで少なくとも部分的に被覆される前記少なくとも１つの肝臓オルガノイドを提供するステップが、フォトリソグラフィを使用して前記本体内に前記少なくとも１つの流路を形成するステップを含む、請求項４１に記載の方法。
  43. 前記少なくとも１つの流路を形成するステップが、前記本体が前記網目状構造体の前記空洞内に残っている間に、前記生体適合性架橋ポリマーの一部分を紫外線源で硬化させるステップを含む、請求項４２に記載の方法。
  44. 前記少なくとも１つの流路を形成するステップが、前記少なくとも１つの肝臓オルガノイド及び前記生体適合性架橋ポリマーを前記網目状構造体の前記空洞内に注入するステップと、前記生体適合性架橋ポリマーの一部分を紫外線源で硬化させるステップと、を含む、請求項４１に記載の方法。
  45. 前記少なくとも１つの流路を形成するステップが、少なくとも１つの不透明部分を有するフォトマスクで前記本体を覆うステップと、前記生体適合性架橋ポリマーを前記フォトマスクに適用される紫外線源で硬化させるステップと、を含み、
    前記本体のうち前記フォトマスクの前記少なくとも１つの不透明部分によって被覆される部分は未硬化のままであり、前記少なくとも１つの流路を形成する、請求項４２から４４のいずれか一項に記載の方法。
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