JP2833630B2

JP2833630B2 - 再播種可能なマトリックスを有する人工膵臓潅流装置

Info

Publication number: JP2833630B2
Application number: JP4508841A
Authority: JP
Inventors: チツク，ウイリアム・エル; ラツプ，ランドール・ジー
Original assignee: ダブリユ・アール・グレイス・アンド・カンパニー・コネテイカツト
Priority date: 1991-03-25
Filing date: 1992-03-24
Publication date: 1998-12-09
Anticipated expiration: 2013-12-09
Also published as: AU658414B2; AU1654392A; EP0577719B1; ATE138800T1; JPH06506131A; DE69211342T2; DE69211342D1; EP0577719A1; CA2107119A1; WO1992016164A1; DK105093A; US5116493A; DK105093D0

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景膵臓のインシュリン生産細胞であるβ細胞は、ランゲ
ルハンス島（islets of Langerhans）として知られてい
る膵臓中の細胞の散在する集団内に見いだされる細胞母
集団の70％以上を構成する。インシュリンのいくらかの
主要な効果は、筋肉及び脂肪を包含する種々の組織によ
るグルコースの取り込みを増加させること及び肝臓によ
るグルコース排出を減少させることである。絶対的又は
相対的なインシュリン欠乏は、グルコースの取り込みを
減じそして肝臓のグルコース排出量を増加させ、それに
より糖尿病（diabetes mellitus）の特徴的な異常に高
い血中グルコース濃度をもたらす。

膵島（pancreatic islets）からのインシュリン放出
は、血液中のグルコース及び他の栄養素の濃度、胃腸ホ
ルモン及びニューロン刺激を包含する因子の組み合わせ
により制御されている。ヒトでは、グルコースはβ細胞
からのインシュリン分泌のための主要な刺激である。し
かしながら、アミノ酸及び脂肪酸のような他の燃料も分
泌を促進する。

糖尿病は、血液及び尿中のグルコースの高められた濃
度により一般に特徴付けられる。インシュリンは、血液
中のグルコース及び他の栄養素の濃度を制御又は調整し
ようとする努力において糖尿病患者に投与される。この
養生の目的は、正常に近いグルコースのレベルを維持す
ることである。糖尿病に関連した合併症を防止するため
のこの処理の失敗に対する１つの可能な理由は、毎日の
インシュリン注射は生理学的要求に対する正常な島（is
lets）の迅速なインシュリン分泌応答に似ていないとい
うことである。結果として、インシュリン注射、ダイエ
ット及び訓練によっては達成することが極めて困難であ
るか又は不可能な目的である、常に正常な血中グルコー
スレベルを維持すること、を可能とする糖尿病に対する
処理の開発に多大の興味が持たれている。

インシュリン放出のための生理学的応答パターンによ
く似るように、グルコースセンサ、情報プロセッサ及び
インシュリンポンプから構成される電気機械的人工膵臓
システムを製造しようとする試みがなされた。今までの
ところでは、この方法は有効ではなかった。

糖尿病を処理するための他の方法は、普通の膵臓組織
の移植による機能不全官の代替である。しかしながら、
膵臓組織の移植は、組織タイピング（tissue typin
g）、ドナーがあるかどうか及び免疫反応の問題により
成功は限定されている。

これらの問題を処理するために、研究者は、グルコー
スレベルに対する器官の生理学的応答によく似たハイブ
リッド人工膵臓を作り出すことに関心を集中した。生き
た島を含有する人工膵臓装置は、免疫拒絶を回避するよ
うにデザインされてきた。これらの装置は、免疫反応性
細胞及び分子から移植された島を分離する半透膜を含
む。

マツムラは、その一側に一度分散した生きている膵島
半透膜を含む人工膵臓装置を述べている（米国特許第3,
827,565号）。

サン等（米国特許第4,323,457号（1982）は、500μｍ
の直径の中空繊維が通っている容器手段である他の人工
膵臓装置を記載している。この容器は、膵島を保持して
おりそして繊維は100,000ダルトンより少ない分子量の
物質の通過を許容する多孔島を有することが記載されて
いる。

チック等（米国特許第4,242,459号及び第4,242,460,
号（1980）は、ほぼ円形の（circular）流体漏れのない
キャビテイとそれ自体のまわりに巻かれてコイルを形成
する半透過性管を有する細胞培養装置を記載している。
他の細胞培養装置は、ハウジングと、定置スプールであ
ってそのまわりに半透過性管が巻かれてコイルを形成し
ている定置スプールを含んで成る。

現在入手可能な人工膵臓装置のどれも、糖尿病と関連
した問題及び個体への人工装置の移植に関連した問題を
解決しない。かくして、糖尿病の個体に移植することが
できそして変化する血中グルコース濃度に対する正常な
生理学的応答によく似たような方法で血中グルコースレ
ベルを制御するのに有効な生育可能なランゲルハンス島
を含有する膵臓装置に対する要求がある。国際公開WO91
/02498は、装置内の島の所望の位置及び分布を維持する
寒天又はアルギン酸カルシウムのような半固体支持材料
の存在により、生体内使用期間中の島生育可能性を延ば
す装置を開示している。しかしながら、この半固体支持
材料は、生体内使用後の島の取り替えを排除する。

国際公開WO91/02498は、装置内の島の所望の位置及び
分布を維持する寒天又はアルギン酸カルシウムのような
半固体支持材料の存在により、生体内使用期間中の島生
育可能性を延ばす装置を開示している。しかしながら、
この半固体支持材料は、生体内使用後の島の取り替えを
排除する。

国際公開EO88/10103は、生きている、免疫学的に外来
の細胞又は組織を含有する半透過性カテーテルを含む脈
管内人工器官を開示している。このカテーテルは、個体
の血管内に配置されそして少なくとも１つの皮下の出入
り口（access port）に接続されている。生きている細
胞又は組織は、該出入り口を通じて懸濁液の注入により
装置に導入される。細胞又は組織の注入時の装置内の圧
力は、随意に設けられる第２の出入り口を通じて排気す
ることにより減少させる。２つの出入り口付き装置はフ
ラッシュすることができそして追加の細胞又は組織の注
入により再負荷する（reload）ことができる。

有為な進歩があったけれども、島の生育能力を延ば
し、しかも装置から島を取り出しそして新たな島と取り
替えて更に装置の生体内有用性の期間を延長することが
できるようにした、膵臓装置に対する要求がまだある。

本発明の要約本発明は、人工器官灌流装置、特に、血中グルコース
濃度の変化に応答して個体の血液中へのインシュリンの
分泌をもたらす人工膵臓灌流装置に関する。この装置
は、適当な支持材料中の膵臓ランゲルハンス島を入れる
ハウジングを通って血液を通過させるための中空繊維及
び、静脈又は動脈のような血管を中空繊維の端部に接続
して個体から装置を通っての連続的流れ及び個体に戻す
連続的流れを与える接続手段を使用する。

島は、中空繊維の長さのまわりに島を物理的に分布さ
せそして島の位置を維持する支持材料中に懸濁させられ
て（suspended）ハウジング中に導入される。本発明の
支持材料（マトリックス）は、時により、本明細書で
は、“島支持マトリックス”（又はマトリックス）と言
う。本発明に従えば、該支持材料（又はマトリックス）
は、繊維のまわりに島を物理的に支持しそして繊維のま
わりに島の位置を維持するのに十分に粘性であるが、ハ
ウジングから島と共に支持材料の取り出しを可能とする
のに十分に流動性である物質である。この故に、本発明
の支持材料は、装置を再播種可能（reseedable）ならし
める（即ち、島懸濁体（islet suspension）又はその一
部の取り替えにより島の交換を可能とする）。好ましく
は、支持材料は、アルギン酸カルシウムナトリウム又は
同様な半ゲル（ゲル状）培地又はマトリックスを含んで
成る。好ましくは、このマトリックスは、37℃で約900
−1000センチポイズの粘性を有する。

更に、支持材料は、培養物中の島の維持を助ける。こ
の使用においては、支持材料は、好ましくは、島細胞培
養培地及び島細胞を含んでいて島混合物を形成する。人
工膵臓装置に導入するための島懸濁体は、島混合物か
ら、遠心して培養培地相と島懸濁体相を形成することに
より調製される。培養培地相を除去しそして装置に残り
の島懸濁体相を播種する。

図面の簡単な説明本発明の前記の及び他の目的、特徴及び利点は、添付
図面に例示された本発明の好ましい態様の以下の更に詳
しい説明から明らかとなるであろう。図面においては、
同様な参照文字は異なる図面全体にわたり同じ部品を示
す。図面は必ずしも一定の尺度ではなく、本発明の原理
を説明することに関して強調がなされている。

第１図は、本発明を一般的に具体化する人工膵臓灌流
装置の略図である。

第２図は、螺旋状に巻かれたハウジングを有する、本
発明を具体化する他の人工膵臓灌流装置の略図である。

第3a図は、環状ハウジングを有する本発明の他の態様
の部分切り欠き略図である。

第3b図は、第3a図の態様の平面図である。

第3c図は、軽量環状ハウジングを有する他の態様の部
品分解図である。

第４図は、本発明のアルギン酸カルシウムナトリウム
マトリックス中の培養物中のインシュリン生産性の島生
育可能性のグラフ図である。

好ましい態様の詳細な説明本発明は、血中グルコースレベルのばらつきを制御す
るのに有用な装置及び特に糖尿病を持った個体における
このようなばらつきを処理する方法に関する。この装置
は、血液が約100,000ダルトンより小さい分子量を有す
る分子を選択的に通過させる中空繊維を通って流れるに
つれて、血中グルコースレベルを感知しそして血中グル
コースレベルに応答する、生育可能なそのままの膵臓ラ
ンゲルハンス島（viable intact pancretic islets of
Langerhans）、島断片（iselets fragments）、β細胞
又はそれらの組み合わせを含んで成る。中空繊維という
用語は、媒体（即ち血液）を輸送することができる種々
の中空の組織適合性材料であって、該材料を横切って物
質を選択的に通過させる選ばれた多孔度（porosity）を
有する材料を包含することを意味する。

本発明を具体化する人工膵臓灌流装置は第１図に例示
されておりそして一般的に40の番号がつけられている。
この装置は、ランゲルハンス島14により取り囲まれた中
空繊維12を備えている。

個体からの血液は入り口端部16を通って中空繊維12内
に入りそして出口端部18に向けて繊維12の流さに沿って
中空繊維12内を流れる。中空繊維12は、約100,000ダル
トンより小さい分子量を有する物質の横断方向通過を選
択的に許容する細孔寸法を有する多孔性膜である。かく
して、細孔は、血液が繊維12の長さに沿って流れるにつ
れて、グルコース及び必要な栄養素が血液から中空繊維
12の壁を通って島14へと拡散することを可能とする。与
えられたグルコース及び栄養素に応答して、島14は、イ
ンシュリンを発生しそして分泌し、このインシュリン
は、中空繊維12の外側から中空繊維の壁を通って、中空
繊維中を流れている血液中に拡散する。インシュリン含
有血液（即ち、装置から流れる血液）は、出口端部18で
繊維12を出て、上記の発生したインシュリンを個体に与
える。

特に、装置40の生体内使用の際には、中空繊維12の一
端は、血液を受け取るための動脈のような血管に接続手
段により接続されており、そして繊維12の他方の端部
は、インシュリン含有血液を個体に与えるための静脈の
ような第２の血管に接続手段により接続されている。装
置40の生体外使用については、血液又は他の媒体が入り
口端部16から出口端部18へと中空繊維12を通って流れる
限りは、動脈及び静脈への接続以外の接続が好適であ
る。接続手段は、血管移植片材料ような種々の組織適合
性材料の１つから成ることができる。中空繊維の端部
は、動脈又は静脈のような単一の血管に接続手段により
接続することができる。別法として、中空接続の端部
は、上記の動脈と静脈のような２つの血管に接続手段に
より接続することができる。

好ましくは、中空繊維12は、ダブリュ・アール・グレ
ース社−コネクチカットのアミコン事業部により製造さ
れたタイプXMののような約100,000ダルトン平均多孔度
の多孔性アクリルコポリマー膜である。選ばれた細孔寸
法は、異種移植片を宿主免疫反応から保護するためのバ
リアを与える。細孔寸法は、繊維がIgG溶液の＞90％を
保持しなければならないということに基づいて選ばれ
る。この保護バリアの結果として、島は、必ずしも島の
免疫モジュレーション又は受容者の免疫抑制を必要とす
ることなく、イヌ、ウシ、ブタ又はヒト膵臓組織のよう
な種々の哺乳動物源から得ることができる。

中空繊維の端部は、繊維の内径が血管の内径に実質的
にぴったりと合う（match）ように血管（単数又は複
数）に接続されて、血液の滑らかで連続的な流れを与え
る。血管の内径に実質的にぴったり合う内径を有する繊
維を使用することができる。例えば、中空繊維12は、約
4mm乃至約7mmの均一な内径を有する。このような直径
は、装置を生体内で使用する際に繊維12の端部が接続さ
れるべき個体の動脈及び静脈の内径と適合性である。結
果として、血管接続連結部で凝固するためのポテンシャ
ルは減少する。あるいは、中空繊維は、血管の内径とは
異なる内径を有することができる。例えば、中空繊維
は、一端で血管の直径に実質的にぴったり合いそして他
端で繊維の直径に実質的にぴったり合う接続手段と適応
させることができ、かくして、血管から装置への血液の
滑らかで連続的な流れを与える。

更に、接続手段は、血管と繊維12間の滑らかな、本質
的に階段のない内部移行部（internal transition）を
与える突き合わせ接合部（butt joint）を含むことがで
きる。突き合わせ接合部は、剛性であることができるマ
ンドレル又は変形可能な材料からつくることができるマ
ンドレルを使用して作られる。マンドレルを、繊維及び
移植片内腔に入れて内径にぴったり合わせる。滑らかな
硬質ロッドをマンドレルとして使用することができる。
ロッドは、繊維及び移植片の両方の内腔にきつく嵌合す
るテーパ付き端部を有していなければならない。圧縮さ
れるとき広がる（expand）であろう変形可能な材料もマ
ンドレルとして使用することができる。これは、繊維及
び移植片の内腔に入れそして拡大させることができる。
拡大された材料は、移植片及び繊維にしっかりと嵌合し
て繊維と移植片との間の漸次の移行部（gradual transi
tion）を作り出すであろう。所定の位置につくと、繊維
と移植片との間に残った僅かな隙間にマンドレルのまわ
りに接着剤を流し込むことができる。硬化すると、マン
ドレルを取り外することができ、そして繊維と移植片と
の間の滑らかな内部移行部が残るであろう。

繊維は100−200ミクロンの肉厚と約60cm²より大きい
繊維の内表面積を与えるのに十分な長さを有し、中空繊
維12の内表面積は、繊維の長さと、繊維の内径とπとの
積に等しい。例えば、約60cm²又はそれより大なる内表
面積は、必要な量のインシュリンを生産するのに必要な
島の数を維持することを可能とする。例えば、ヒト被験
者への移植のためには、中空繊維の内表面積は約100cm²
とすることができる、そして繊維の長さは約56cm²とす
ることができ、これは試験管内で約300,000の島を支持
するのに十分であることが示された。

島14は、島が中空繊維の回りに分布するように装置に
導入又は播種される。中空繊維12のまわりに島の適正な
分布を保証するため及び中空繊維12のまわりの所望の位
置に島14を維持するために、島の懸濁体（suspension o
f islets）（島懸濁体と呼ぶ）を形成する半ゲルマトリ
ックスのような適当な支持材料が使用される。支持材料
は、島の生育可能性を維持しそして島を懸濁体中に物理
的に支持することができる種々の材料から成ることがで
きる。

例えば、１つの態様では、半ゲルマトリックスは、水
に溶解した栄養素培地及びアルギン酸カルシウムナトリ
ウムの溶液に島を加えることにより形成される。半ゲル
マトリックスは、島を物理的に懸濁させそして支持する
のに十分に粘性であり、しかもピペットで移すことがで
きる（pipettable）（即ち、真空のよな適当な手段によ
り装置から取り出すことができそして装置に注入でき
る）のに十分に流動性である。特に、半ゲルマトリック
スは、37℃で約900−1000センチポイズの範囲の粘度を
有しており、かくして液体と半個体との中間のコンシス
テンシーを有する。結果として、島懸濁体は、島が繊維
12の外側のまわりに分布されそして維持されるように装
置に導入することができる。島懸濁体は、流動性を維持
しそして注射器等のような吸引手段により取り出し可能
である。これは、これまでに教示された、流動性を維持
しておらず、従って装置から容易に取り出すことがてき
なかった半個体アルギネート又は寒天マトリックスと違
って、必要又は所望に応じて、装置に新たな島14を容易
に再播種する（reseed）ことを可能とする。このような
再播種は、装置の操作寿命を延ばすのに有利である。他
の同様なピペットで移すことができる粘性マトリックス
を、支持材料として使用して再播種可能な人工膵臓灌流
装置を与えることができることが理解される。

島懸濁体は、島を維持するのに試験管内培養条件下
（例えば、37℃）での貯蔵も可能とする。貯蔵に使用す
るために、島懸濁体は、島細胞培養培地を含んで成る。
“島混合物”という用語は、本明細書では支持材料／島
／培養培地混合物を指すのに使用される。“島懸濁体”
という用語は、本明細書では培養培地なしの支持材料／
島混合物を指すのに使用される。しかし島懸濁体は下記
するように他の成分を含有することができる。

装置使用のために培養物から島混合物を処理するため
に、島混合物部分を遠心して培養培地相と島懸濁体相を
形成する。培養培地相を除去しそして残りの島懸濁体相
を使用のため装置に導入してインシュリンを生産する。
所望の使用期間の後、培養物からのその後の量の島混合
物を同様に処理しそして装置において使用し、各その後
の島懸濁体部分は装置中の島懸濁体の一部又はすべてを
代替する。各島懸濁体部分又はその後の部分は、装置に
よる所望の量のインシュリンの生産のために十分な量で
あるべきである。

ハウジングは、プラスチック（例えばポリアクリ
ル）、ステンレス鋼、チタン又は他の移植可能に金属物
質から成ることができる。例えば、ハウジングは、ポリ
カーボネート、ポリスルホン、ポリメチルメタクリレー
ト、又はそれらの混合物であることができる。ハウジン
グは、組織適合性であり且つ中空繊維12を保護するのに
十分に剛直でありそして好ましくは軽量でなければなら
ない。第１図に例示された態様では、押し出されたプラ
スチックハウジング42は、ほぼ円筒形でありそして中空
繊維と同じ長さである。ハウジング42は、中空繊維12を
同軸で取り囲んでおり、中空繊維12はハウジング42内に
実質的に直線状で曲がりなしに存在する。ハウジング42
の内壁は、繊維12の外表面のまわりにチャンバ34を形成
する。好ましくは、島懸濁体は、このチャンバ34内で中
空繊維12の長さに沿って周方向及び長手方向に分布して
いる。

第２図に示された態様では、ハウジング20は、形状が
ほぼ管状であるが、例えば約22インチ長さの中空繊維12
の輪郭に従う。さらに特定的には、ハウジング20は、繊
維12の長さに沿って繊維12のまわりに同軸で配置されて
おりそしてハウジング20は、繊維12と共に縦方向軸線の
まわりに螺旋状に巻かれて空間節約のコンパクトな装置
10を与える。このような構造では、ハウジング20の内壁
は、中空繊維12の外表面のまわりにチャンバを形成す
る。繊維12が島14によりその長さに沿って取り囲まれる
ように、島懸濁体が導入されるのは、このチャンバ内で
ある。

本発明の好ましい態様を第3a図及び第3b図に示し、そ
して一般的に30の番号で示す。中空繊維12は、縦方向軸
線のまわりに１つ又はそれより多くのループに螺旋状に
巻かれ、そして螺旋状に巻かれた繊維は環状ハウジング
22内に囲われる。この構造では、ハウジング22内に中空
繊維12により形成された各ループは、先行の及び後続の
ループからスペーサ24により間隔を置いて配置されるこ
とができる。スペーサ24は、繊維12の各ループ間の隙間
25を確実にし、そして最終的に島懸濁体が中空繊維12の
長さに沿って周方向に配置されることを可能とする。そ
のために、島懸濁体は、島懸濁体、従って島14が繊維12
をその長さに沿って取り囲むように、中空繊維12のルー
プ間の隙間及び各ループの内側及び外側曲線のまわりの
区域を実質的に充填する方法で、環状ハウジング22に導
入される。

更に、ハウジング22は、第3b図に示されたような注入
口26及び28を含む。これらの口は、島懸濁体がハウジン
グ22内で螺旋状に巻かれた中空繊維12を取り囲むよう
に、ハウジングへの島懸濁体の導入を助ける。本発明に
おいては、懸濁体は、他方の口28で発生した負圧により
１つの口26を通じて引かれる。

更に特定的には、島懸濁体の入った注射器を、注入の
ために、口26に配置する。第２注射器のようなハウジン
グ22から空気を引くための手段が口28に配置される。こ
の引くための手段は、口28を通じてハウジング22から空
気を抜き取るように作動し、かくして口26からハジンン
グ22を通って出口28を出るように向けられた流れを作り
出す。結果としては、負圧は、島懸濁体を、第１注射器
から口26を通じてハウジング22へと口28に向けて引く。

懸濁体が一度ハウジング22内に引き込まれ、ハウジン
グ22から口28を通じて抜き出されるのを防止するため
に、スクリーン32を取り付けて口28の内部開口36をふさ
ぐことができる。例えば、スクリーン32は、島が抜き出
されるのを防止するのに十分な（即ち島より小さい）開
口を有する組織適合性網材料を含んで成る。例えば、ナ
イテックス（Nytex）ブランド又は同様なタイプのよう
な20−30ミクロン幅の開口を有するスクリーンを使用す
ることができる。スクリーン32は、組織適合性エポキシ
ドを含めて、普通の方法及び手段によって開口36をおお
ってハウジング22の内壁に取り付けられる。更に、中空
繊維12は、環状ハウジング22を出、その結果中空繊維12
の一端16は、血液が装置中に、装置を通って及び装置か
ら外に外れるように、動脈のような血管に接続される。
中空繊維12の反対側端部18は、第１図に示されたよう
に、個体にインシュリン含有血液を与えるために、静脈
のような第２の血管に接続される。

管状ハウジング22は、１個又はそれより多くの縫合部
位38も与えることができ、縫合部位38を通して装置30は
個体に取り付けられる。

第3a図及び第3b図の装置30に替わる態様においては、
環状ハウジングは、特に軽量であるようにデザインされ
る。このような軽量環状ハウジングは、第3c図の部品分
解図に示されておりそして以下に説明する。

底部半部44は、８の字型中央キャビテイ68、内側周溝
54、周溝54に通じている２つの穴56（好ましくは1/16イ
ンチ直径）及び外側のまわりの縫合部位64を有するアク
リルから機械加工される。中空繊維12は、端部16及び18
が装置60の生体内使用のための血管移植片52のような接
続手段に取り付けられた状態で、溝54に螺旋状に巻かれ
て着座している。更に、ハウジング底部半部44は、繊維
端部16及び18に接続された血管移植片を収容して、これ
らの移植片がハウジングから突き出すことを可能とする
ような形状である。更に、繊維と移植片内腔との間に滑
らかな、本質的に階段のない内部移行部を与えるため
に、前記した如きマンドレルを使用して突き合わせ接合
部を作ることができる。随意に、第3b図に述べたスクリ
ーン32のようなスクリーンを、溝54の壁に取り付けて溝
の穴56の開口をおおって、ハウジングへの島懸濁体の導
入の期間中ハウジングから島が引き出されるのを防止す
ることができる。

ハウジング頂部半部46は、それぞれ、底部半部44の８
の字型中央キャビティ68、穴56及び内側溝54にぴったり
合う８の字型中央キャビテイ68、開口58及び内側周を有
するアクリルから機械加工される。ハウジング頂部半部
46は、それぞれのマッチする部品を整列させて、底部半
部44に溶接されるか又はさもなければ底部半部44に漏れ
のないようにシールされる。開口58にスナップされてい
るのは、注入口組立体48である。各注入口組立体48は、
当業界では良く知られているように、キャップ62の内側
にシリコンプラグ50を含む。開口58内に配置された注入
口組立体48は、ハウジング内側溝54内に螺旋状に巻かれ
た中空繊維12に島懸濁体を導入するための注入口又は部
位を与える。別法として、注入部位は、ハウジング頂部
半部46又は底部半部44に溶接することができる。

ハウジング頂部半部46及び底部半部44が一緒に溶接さ
れた後、ハウジングが接続手段に出会う所に組織適合性
接着剤を塗布して漏れのないシールを確実にする。エマ
ーソン・アンド・クミングス社（Emerson and Cumings,
Inc.）（ダブリ・アール・グレース・アンドカンパニー
コネクチカットのポリフイブロン事業部）により製造さ
れたT674のような医学用銘柄のエポキシが好ましい。

中央キャビテイの故に、繊維12を取り囲んでいる島懸
濁体を有する装置60は約40グラムの重量である。ハウジ
ングの頂部側及び底部側のためのシリコン又は同様な材
料の平面状カバーは、実質的な重量を加えることなく装
置60の生体内使用の期間中８の字型キャビテイをおおい
そして流体がキャビテイ内に蓄積するのを防止する。こ
のようなカバーは、溶接、接着剤又は他の方法及び当業
界で普通の手段によって、ハウジング頂部半部46及び底
部半部44のそれぞれの外側表面に取り付けられる。

本発明の他の構造が可能であることは理解されるべき
である。このような構造は、繊維12が島14によりその長
さに沿って取り囲まれるように、中空繊維12のまわり
に、好ましくは、繊維12のまわりに周方向及び長手方向
に島の分布を確実にするためにのみ必要である。構造の
デザインを最適化する際には、インシュリン分泌を刺激
する物質及び栄養素及び酸素を包含する物質の血液から
島への拡散を最大にするために、島と中空繊維12との距
離は最小にする必要があることが理解される。

島の調製及び装置へのその導入は、下記の如くして行
われる。膵臓のランゲルハンス島を、種々の哺乳動物、
例えば、イヌ、ウシ、ブタ又はヒトのいずれかの膵臓組
織から単離する。本明細書で使用された“島”（単数又
は複数）（islet or iselets）は、β細胞、インシュリ
ンの実際の生産体、もとのままの（intact）島、島断片
又はそれらの組み合わせを包含する、ランゲルハンス島
内の構成成分細胞型を包含する。供与者の膵臓の外分泌
組織から島を単離するための手順は実施例１に述べられ
ている。

ランゲルハンス島は、適当な支持材料中に懸濁させ
る。１つのこのような支持材料は、アルギン酸カルシウ
ムナトリウムを包含する。コラーゲン及びラミニン（la
minin）及び／又は成長因子のような追加の成分を島懸
濁体に加えることができる。例えば、約100μg/mlのコ
ラーゲンＩ、約80−100μg/mlのコラーゲンIV及び約５
−10μg/mlのラミニンを島懸濁体に加えることができ
る。

島懸濁体は、島の生存能力を高める他の細胞を含有す
ることもできる。内皮細胞又は繊維芽裁縫の存在は、島
が天然に存在する環境により似ている環境を作り出すこ
とができる。成長因子又は基底膜成分を生産する他の細
胞型を、島と共に培養して成長及び生存能力を高めるこ
とができる。更に、移植片部位における内皮細胞層は、
吻合部位の増加した開通性（patency）に寄与すること
ができる。

本発明は、人工膵臓灌流装置に装置の使用に先立ちラ
ンゲルハンス島の懸濁体を播種する（seeding）方法を
提供する。本発明は、インシュリン生産のための装置の
使用に続いて１つの時又は多数の時に新たな島懸濁体を
装置に再播種する方法も提供する。播種又は再播種プロ
セスにおいては、半ゲル島懸濁体を第3b図について前記
した如く中空繊維12の外側に導入する。半ゲルマトリッ
クスは、必要に応じて更なる時に島懸濁体の容易な除去
及び置換を可能とするのに十分に装置の使用期間中流動
性にしておきながら、中空繊維12のまわりの島をそれぞ
れの位置に懸濁させる。例えば、再播種は、装置による
インシュリン生産の減少の後指示することができる。

入り口端部16及び出口端部18は、血管移植片材料、例
えばポリウレタン、ポリテトラフルオロエチレン又はダ
クロン（商標）（イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムー
ル・アンド・カンパニー）のような接続手段にて取り付
けられる。入り口端部16移植片材料は、血管に外科的に
接続されそして出口端部18移植片材料は、第２の血管に
外科的に接続され、そして当業界で周知された手段によ
り繊維を通る血管流は確立される。

島懸濁体の調製及び好ましい態様での播種及び再播種
プロトコルは下記のとおりである。ランゲニハンス島
を、アルギン酸カルシウムナトリウム及び細胞培養培地
の溶液（以後アルギネート／培地溶液と呼ぶ）に加えて
島混合物を形成する。装置の播種又は再播種に使用する
ために、島混合物を遠心して培養培地相及び島懸濁体相
を形成する。培養培地相を除去しそして島懸濁体相を１
つ又はそれより多くの部分において使用して、本発明の
人工膵臓装置に播種及び／又は再播種する。更に、上記
手順の詳細は、後記の実施例Ａに見いだされる。別の態
様では、播種又は再播種の前に島の貯蔵は必要ではない
場合には、島懸濁体は、アルギン酸カルシウム溶液（即
ち、細胞培養培地を含まないで）に島を加えることによ
り直接形成することができる。

アルギネート／培地溶液のための他の用途は、培養物
中の島の長期の維持である。培養物中に島を維持する際
に遭遇する困難は、島が維持されているチャンバの組織
培養プラスチックに島が付着することである。一度付着
すると、それらは、プラスチックから除去しそして実験
又は灌流装置播種のために使用することは、不可能では
ないとしても、困難である。島をカルギネート／培地溶
液と混合することにより島混合物が形成され、これは、
島を懸濁させ及び栄養素を与えて長期間培養物中に島を
維持することを可能とする。

島混合物及び島懸濁体は、島の機能に不利な影響を与
えることなく容器から容器に容易に移すことができる。
結果として、島混合物は、培養物中に島を維持するため
に及び上記した人工膵臓灌流装置のための島懸濁体を製
造するための主成分として使用することができる。この
目的で、島混合物は、上記の如く形成されそして試験管
内培養物中に維持される。第１の量の島混合物の遠心及
び得られる培養培地相の島懸濁体相からの分離により、
装置で使用するための島懸濁体の第１の部分が得られ
る。島懸濁体相は、所望の期間インシュリンの生産のた
めに人工膵臓灌流装置中に注入されそして該装置におい
て使用される。島混合物の第２の量を続いて培養物から
採取しそして遠心して島懸濁体の第２の部分を調製し、
このものは、島懸濁体のすべて又は一部の除去の後装置
に再播種するのに使用される。島混合物の他の量を同様
に培養物から採取しそして遠心して、装置によるインシ
ュリンの連続した製造のために多数の機会に装置を再播
種するのに使用される更なる島懸濁体部分を製造する。

本発明の島混合物及び島懸濁体は、島を分布させ及び
島の位置を維持するための支持材料を必要とし及び使用
期間に続いて島懸濁体のすべて又は一部を置換すること
を望まれる事がある理得る種々の試験管内又は生体内装
置に使用することができることは理解される。細胞培養
培地は、島を生体内又は試験管内装置に入れる前に島を
培養物中に維持するのに必要であること及び細胞培養培
地は、単離された島がそれらの生存能力を維持する装置
中で直ちに使用される場合には必要ではないことが更に
理解される。細胞を装置に入れた後、島生存能力は、細
胞培養培地又は装置を通して灌流される血液により維持
される。

実施例Ｉ膵臓組織からの島の単離ランゲルハンス島は、供与動物（例えば、イヌ、ウ
シ、ブタ）の膵臓から得られる。ランゲルハンス島は、
公表された手順の改変により単離及び精製された。Mosk
alewski,S.,Gen.Comp.Endo.,5:342（1965）;Lacy,P.E.a
nd M.Kostianovsky,Diabetes，16:35（1967）;Lacy,P.
E.et al.,Diabetes，31(Suppl.4）:109（1982）。簡単
に言うと、膵管を介してコラゲナーゼの懸濁液で膵臓を
灌流し、これにより、結合組織を消化しそして腺の完全
性（integrity）を崩壊させた。腺は、組織断片が500ミ
クロンより小さい直径の寸法に減少するまで、大理石と
共に振とうさせることにより更に解離（分離）させた
（dissociated）。この解離手順により、島を取り囲む
外分泌組織から島を解放した。次いで、島を、フィコー
ル（Ficoll）（商標）（ファーマシア。ファイン・ケミ
カル社）不連続勾配（27％w/v、23.5％w/v及び11％w/
v）での遠心により非島組織から分離した。これは、細
胞型の密度の差を利用して、島（低密度）が11％及び2
3.5％フィコール層の界面に位置付けられることを可能
とし、一方非島組織は遠心の下に分離される。島を集
め、洗浄しそして使用するまで培養プレートで平板培養
した。

実施例II 島の試験管内培養実施例Ｉの培養プレートから、単離した島を集め、遠
心しそしてピペットでとることにより培養培地を除去す
ることによって、島のペレットが得られた。このペレッ
トに、アルギン酸カルシウムナトリウム及び細胞培養培
地の１％溶液を加えた。各ウエルが10ml以下を保持した
６ウエルのプレートの使用のために、８−10mlのアルギ
ネート／培地溶液を各ウエルの島ペレットに加えて、島
混合物を作り出す。３つのプレートを調製しそして約37
℃で貯蔵した。試料を各プレートから約２又は３日毎に
採取しそしてインシュリン排出量をラジオイムノアッセ
イにより測定した。遠心し、次いで細胞培養培地相を除
去しそして得られる島懸濁体を新しい細胞培養培地と混
合することにより、培地は試料の採取の時点で完全に変
えられた。次いでインシュリンの毎日の生産の計算を行
った。ウエル当たり2,000の島を含有する島混合物で
は、インシュリン生産は、22日の期間にわたり平均して
約0.4単位／日であった。ウエル当たり8,000の島を含有
する島混合物では、インシュリン生産は、22日の期間に
わたり約1.0単位／日であった。ウエル当たり30,000の
島を含有する島混合物では、インシュリン生産は、22日
の期間にわたり約1.6単位／日であった。３つのプレー
トからのデータは、第４図に示されておりそして、アル
ギネート／培地培養中ウエル当たり2,000、8,000及び3
0,000の島では、島は少なくとも22日間維持することが
できそしてインシュリンを生産し続けることができるこ
とを証明する。これらのペレットのすべては組織培養プ
レートにおける島混合物中に懸濁していること及びいず
れもプラスチックプレートに付着してはいないことに留
意することは重要である。

見込み実施例（Prospective Example）Ａ半ゲル調製
及び再播種プロトコルアルギン酸カルシウムナトリウム［ケルコゾル（Kelc
osol）商標、ケルコ社］１グラムをアルミニウムフォイ
ルに包みそして15分間オートクレーブ処理した。この１
グラムの粉末を100mlの細胞培養培地に加えそして完全
に溶解するまで（約１時間）攪拌して、１％w/vアルギ
ネート／培地溶液を形成する。別の15mlの培養管におい
て、200,000の島を穏やかな遠心によりペレット化す
る。ペレット化した島から培養培地をデカンテーション
しそして約14mlのアルギネート／培地溶液を加える。島
をアルギネート／培地溶液と穏やかに混合して均一な島
混合物を形成した後、島混合物を1500×ｇで５分間遠心
して２つの層を形成する。底部層（約5ml）は粘性のア
ルギネート及び島（本発明の島懸濁体）を含み、頂部層
は培養培地から成る。培養培地は、ピペッティングによ
り除去しそして残りの島懸濁体を使用して灌流装置に播
種する。島懸濁体は、37℃で約900−1000センチポイズ
の範囲の粘度を有する。

島懸濁体を第3b図また及び第3c図における如く注入口
を通して播種するか、又は或る他の手段により分布させ
る。播種された装置は、次いで所望の被験者への移植の
準備がてきている。数日乃至数カ月のようなある期間の
装置の使用の後、又はインシュリン排出量等が減少する
と、装置に上記の島懸濁体を再播種する。再播種は、装
置に導入された島懸濁体の第１の部分の除去を含む。こ
のような除去は、第3b図及び第3c図に示された注入口2
6,28を通して、注射器によるなどの吸引による。次いで
島懸濁体の代替する部分が、前記の如き注入口を通して
播種される。島懸濁体の最初の部分の除去と島懸濁体の
代替部分の導入との間に、フラッシング又は他の洗浄手
順のような他の中間工程が行われうることは理解され
る。

なお、本発明の特徴及び態様を以下に示す。

1.個体にインシュリンを与えるための人工膵臓灌流装置
（40）であって、（ｉ）個体の血管の少なくとも１つに接続されている中
空繊維（12）であって、個体からの血液が該中空繊維
（12）を通って流れそして個体に戻るようになっている
中空繊維（12）を備え、該中空繊維（12）は、該繊維
（12）を流れている血液中に及び該繊維（12）を流れて
いる血液から、物質が該繊維の壁を横断して選択的に通
過することを許容する多孔度を有しており、そして、（ii）該中空繊維（12）の外側に配置されたハウジング
（42）であって、チャンバ（34）が該ハウジング（42）
内に形成されているが、該チャンバは中空繊維（12）の
外側に形成されているようなハウジング（42）を備え、
該チャンバ（34）は膵臓のランゲクハンス島（14）の懸
濁体を収容しており、該懸濁体は、中空繊維（12）がそ
の長さに沿って膵島（14）により取り囲まれるように、
中空繊維（12）のまわりの支持材料中に分布している膵
島（14）を含む、型の装置が、中空繊維（12）に対して該島（14）の分布を維持する
のに十分に粘性であり、しかも、該装置（40）から該島
（14）懸濁体を取り出してその後それを取り替えること
を可能とするのに十分に流動性である島支持マトリック
スを含んで成ることを特徴とする、人工膵臓灌流装置。

2.該島支持マトリックスが半ゲルである、上記１項記載
の人工膵臓灌流装置（40）。

3.島支持マトリックスが、37℃で約900乃至約1000セン
チポイズの粘度を有する、上記１項記載の人工膵臓灌流
装置（40）。

4.島支持マトリックスが、アルギン酸カルシウムナトリ
ウムを含んで成る、上記１項記載の人工膵臓灌流装置
（40）。

5.島支持マトリックスが、コラーゲン、ラミニン及び成
長因子の少なくとも１種を更に含む、上記１項記載の人
工膵臓灌流装置（40）。

6.島（14）懸濁体が吸引手段により該装置（40）から取
り出し可能である、上記１項記載の人工膵臓灌流装置
（40）。

7.島支持マトリックスが、島（14）懸濁体の少なくとも
一部を装置（40）から使用期間の後に取り出すことを可
能とするのに十分な使用中流動性を維持する、上記１項
記載の人工膵臓灌流装置（40）。

8.島支持材料は、血液が中空繊維（12）を通って流れる
ような、配置されているときの十分な流動性を維持して
いる、上記７項記載の人工膵臓灌流装置（40）。

9.島支持材料は、島培養培地が中空繊維（12）を通って
流れるような、配置されているときの十分な流動性を維
持している、上記７項記載の人工膵臓灌流装置（40）。

10.インシュリンの生産のために装置の使用の前及び後
の多数の機会に装置にランゲルハンス島（14）を播種す
る方法であって、（ａ）島支持マトリックス中に該島（14）を分布させる
ことにより島（14）懸濁体を形成し、該島支持マトリッ
クスは、該島（14）を物理的に懸濁させるのに十分に粘
性であり、しかも所望に応じて該装置からの島（14）懸
濁体の取り出しを可能とするのに十分に流動性であり、（ｂ）島（14）懸濁体の第１の部分を該装置に導入し、
このような第１の部分は該装置による所望の量のインシ
ュリンの生産のために十分なものであり、（ｃ）該装置の使用期間に続いて該装置から島（14）懸
濁体の該第１の部分の一部又はすべてを抜き出し、そし
て、（ｄ）該装置に島（14）懸濁体の第２の部分を導入し、
このような第２の部分は、該装置による所望の量のイン
シュリンの生産のために十分なものである、の工程を含
むことを特徴とする方法。

11.島（14）懸濁体を形成する工程が、（ｉ）島（14）、島支持マトリックス及び細胞培養培地
を含んで成る島（14）混合物を調製し、（ii）該島（14）混合物を試験管内で培養物中に維持
し、（iii）該島（14）混合物を処理して、工程（ｂ）又は
（ｃ）に従って該装置に導入するのに使用するための島
（14）懸濁体をうる、ことを含む上記10項記載の播種する方法。

12.島（14）混合物を約37℃で培養物中に維持する、上
記11項記載の播種する方法。

13.培養培地相と島（14）懸濁体相が形成されるように
遠心しそして培養培地相を除去して島（14）懸濁体相を
単離することにより島（14）混合物を処理して、該装置
に導入するための島（14）懸濁体を得る、上記11項記載
の播種する方法。

14.該装置が人工膵臓装置（40）である、上記10項記載
の播種する方法。

15.装置に使用するためのランゲルハンス島（14）を調
製する方法であって、（ａ）島（14）を提供し、（ｂ）該島（14）を、島細胞培養地、及び島（14）混合
物を形成するのに十分な量の島支持マトリックスと一緒
にし、該マトリックスは、島（14）の懸濁体を維持する
のに十分に粘性であり、しかも該装置からの島（14）懸
濁体の取り出しを可能とするのに十分に流動性でり、そ
して、（ｃ）（14）島を維持するための好適な試験管内培養条
件下に該島（14）混合物を貯蔵する、ことを特徴とするランゲルハンス島（14）を調製する方
法。

16.島支持マトリックスがアルギン酸カルシウムナトリ
ウムを含んで成る、上記15記載の島（14）を調製する方
法。

17.（ｄ）試験管内培養物から該島（14）混合物を取り
出し、（ｅ）該島（14）混合物を遠心して培養培地相と島（1
4）懸濁体相を形成し、（ｆ）該装置で使用するために該島（14）懸濁体相を単
離する、工程を更に含んで成る上記15項記載の島（14）
を調製する方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献国際公開91／2498（ＷＯ，Ａ１) 国際公開88／10103（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) A61M 1/36 567

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】個体にインシュリンを与えるための人工膵
臓灌流装置（40）であって、（ｉ）個体の血管の少なくとも１つに接続されている中
空繊維（12）であって、個体からの血液が該中空繊維
（12）を通って流れそして個体に戻るようになっている
中空繊維（12）を備え、該中空繊維（12）は、該繊維
（12）を流れている血液中に及び該繊維（12）を流れて
いる血液から、物質が該繊維の壁を横断して選択的に通
過することを許容する多孔度を有しており、そして、（ii）該中空繊維（12）の外側に配置されたハウジング
（42）であって、チャンバ（34）が該ハウジング（42）
内に形成されているが、該チャンバは中空繊維（12）の
外側に形成されているようなハウジング（42）を備え、
該チャンバ（34）は膵臓のランゲルハンス島（14）の懸
濁体を収容しており、該懸濁体は、中空繊維（12）がそ
の長さに沿って膵島（14）により取り囲まれるように、
中空繊維（12）のまわりの支持材料中に分布している膵
島（14）を含む、型の装置が、中空繊維（12）に対して該島（14）の分布を維持するの
に十分に粘性であり、しかも、該装置（40）から該島
（14）懸濁体を取り出してその後それを取り替えること
を可能とするのに十分に流動性である島支持マトリック
スを含んで成ることを特徴とする、人工膵臓灌流装置。
【請求項２】インシュリンの生産のために装置の使用の
前及び後の多数の機会に装置にランゲルハンス島（14）
を播種する方法であって、（ａ）島支持マトリックス中に該島（14）を分布させる
ことにより島（14）懸濁体を形成し、該島支持マトリッ
クスは、該島（14）を物理的に懸濁させるのに十分に粘
性であり、しかも所望に応じて該装置からの島（14）懸
濁体の取り出しを可能とするのに十分に流動性であり、（ｂ）島（14）懸濁体の第１の部分を該装置に導入し、
このような第１の部分は該装置による所望の量のインシ
ュリンの生産のために十分なものであり、（ｃ）該装置の使用期間に続いて該装置から島（14）懸
濁体の該第１の部分の一部又はすべてを抜き出し、そし
て、（ｄ）該装置に島（14）懸濁体の第２の部分を導入し、
このような第２の部分は、該装置による所望の量のイン
シュリンの生産のために十分なものである、の工程を含むことを特徴とする方法。
【請求項３】装置に使用するためのランゲルハンス島
（14）を調製する方法であって、（ａ）島（14）を提供し、（ｂ）該島（14）を、細胞培養培地、及び島（14）混合
物を形成するのに十分な量の島支持マトリックスと一緒
にし、該マトリックスは、島（14）の懸濁体を維持する
のに十分に粘性であり、しかも該装置からの島（14）懸
濁体の取り出しを可能とするのに十分に流動性でり、そ
して、（ｃ）（14）島を維持するための好適な試験管内培養条
件下に該島（14）混合物を貯蔵する、ことを特徴とするランゲルハンス島（14）を調製する方
法。