JP6749239B2 - 細胞インプラントのガス処理用システム - Google Patents

Description

本発明は一般にインプラント装置に関し、より詳細には細胞インプラントのガス処理用システムに関する。

インプラント装置は、疾患、障害、および／または健康状態の治療において治療用物質を導入するのに有用である。細胞および／または組織はインプラント装置内でカプセル化されているため、免疫応答を制限しながら治療用物質を送ることができる。細胞インプラントでのガスおよび栄養の送達の制御は、カプセル化された細胞の生存能力および機能にとって重要である。種々の装置および方法が治療用物質の送達を制御するために開発されてきた。これらの装置および技術は通常、ガスおよび栄養を拡散によって供給する低細胞密度の大きなフォームファクタに頼る。

本発明の目的は、細胞インプラントのガス処理用の新規なシステムを提供することである。

本発明の一態様によると、（ａ）（ｉ）第１のガスを出力（ｏｕｔｐｕｔ）するように構成される電気化的装置、および（ｉｉ）電気化学装置を実質的に完全に密閉し、電気化学装置が必要とする反応物質を通過させることが可能であるように構成される半透過性膜（ｓｅｍｉｐｅｒｍｅａｂｌｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ）エンクロージャ（包囲体；ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）、を備えるガス発生サブシステムと、（ｂ）細胞を受容するように構成され、電気化学装置により出力された第１のガスを受容する第１のチャンバを備える細胞収容サブシステムと、を備える細胞インプラントのガス処理用システムが提供される。

本発明の別のより詳細な特徴では、電気化学装置は電解槽を含んでよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、電解槽は水電解槽を含んでよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、水電解槽は所定量の水を保持するリザーバを備えてよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、第１のガスはガス状酸素を含んでよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、第１のガスはガス状水素を含んでよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、電気化学装置は第２のガスを出力するようにさらに構成されてよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、第１のチャンバは電気化学装置により出力された第２のガスを受容してよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、第１のガスはガス状酸素を含んでよく、第２のガスはガス状水素を含んでよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、半透過性膜エンクロージャは患者の微小血管系（ｍｉｃｒｏｖａｓｃｕｌａｔｕｒｅ）が侵入（ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ）可能であるようにさらに構成されてよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、半透過性膜エンクロージャは単一の層からなってよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、半透過性膜エンクロージャは約０．５μｍ以下の孔径を有してよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、半透過性膜エンクロージャは約３０μｍ〜約５０μｍの厚さを有してよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、半透過性膜エンクロージャは複数の層を備えてよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、半透過性膜エンクロージャは内側層および外側層を備えてよく、内側層は約０．５μｍ以下の孔径を有してよく、外側層は微小血管系が侵入するのに適した孔径を有してよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、半透過性膜エンクロージャは上部および下部（底部）を備えてよく、上部および下部は共に連結されて、内部に電気化学装置が配置される空間を画定できる。

本発明の別のより詳細な特徴では、第１のチャンバの少なくとも一部は、免疫隔離（ｉｍｍｕｎｏ−ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）膜を含む壁により画定されてよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、第１のチャンバの少なくとも一部は、血管新生（ｖａｓｃｕｌａｒｉｚｉｎｇ）膜を含む壁により画定されてよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、第１のチャンバの少なくとも一部は、免疫隔離膜および血管新生膜を備える複数の壁により画定されてよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、ガス発生サブシステムは第１のガス供給管をさらに備えてよく、第１のガス供給管は第１の端部および第２の端部を有してよく、第１のガス供給管の第１の端部は、電気化学装置から第１のガスを受け取るために、電気化学装置と流体連結されてもよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、細胞収容サブシステムは、第１のガスを第１のチャンバ内の細胞に運搬する際に使用するための第１の送達管をさらに備えてよく、第１の送達管は第１の端部、第２の端部、および側壁を有してよく、第１の送達管の第１の端部は第１のガス供給管の第２の端部に流体連結されてよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、第１の送達管は細胞収容サブシステムの第１のチャンバ内に配置されてよく、第１のガスが第１の送達管の第２の端部および第１の送達管の側壁のうち少なくとも１つを通って第１のチャンバに送られるように構成されてよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、細胞収容サブシステムの第１チャンバは選択的透過性壁を有してよく、選択的透過性壁はガス透過性であるが細胞不透過性であってよく、第１の送達管は第１のチャンバの外の第１のチャンバの選択的透過性壁に近くに配置されてよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、細胞収容サブシステムは第２のチャンバをさらに備えてよく、第２のチャンバは選択的透過性壁により第１のチャンバから隔てられて（分離されて）よく、第１の送達管は第２のチャンバ内に供給チャネルとして選択的透過性壁に当接して（隣接して；ａｇａｉｎｓｔ）形成されてよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、第１の送達管は一定距離だけ第１のチャンバの選択的透過性壁から離間されてよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、第１の送達管が第１のチャンバの選択的透過性壁から離間されてよい距離は最大５ｍｍであってよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、第１のチャンバは細胞供給ポートを備えてよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、ガス発生サブシステムおよび細胞収容サブシステムは患者へのインプラント用に（患者に埋め込むために）構成されてよい。

本発明の別の態様によると、上述のシステムと細胞収容サブシステムの第１のチャンバに配置された所定量の細胞との組み合わせが提供される。

本発明の別の態様によると、（ａ）第１の出口から第１のガスを、第２の出口から第２のガスを出力するように構成される電気化学装置と、（ｂ）細胞を受容するように構成された第１のチャンバを備えるインプラント可能（埋め込み可能）な細胞容器と、（ｃ）第１のガスを電気化学装置からインプラント可能な細胞容器へ送るための第１のガス導管であって、第１の端部および第２の端部を備え、第１の端部が電気化学装置の第１の出口と流体連結されており、第２の端部が第１のガスをインプラント可能な細胞容器の第１のチャンバに送るよう構成されている、第１のガス導管と、（ｄ）第２のガスを電気化学装置からインプラント可能な細胞容器に送るための第２のガス導管であって、第１の端部および第２の端部を備え、第１の端部が電気化学装置の第２の出口に流体連結されており、第２の端部が第２のガスをインプラント可能な細胞容器の第１のチャンバに送るよう構成されている、第２のガス導管と、を備える細胞インプラントのガス処理用システムが提供される。

本発明の別のより詳細な特徴では、第１のチャンバの少なくとも一部は、免疫隔離膜により囲まれてよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、第１のガス導管の第２の端部および第２のガス導管の第２の端部はそれぞれ第１のチャンバ内に配置されてよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、第１のガス導管の第２の端部は第１のチャンバ内に配置されてよく、第２のガス導管の第２の端部は第１のチャンバの外に配置されてよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、第１のチャンバは選択的透過性壁を有してよく、選択的透過性壁はガス透過性であるが細胞不透過性であってよく、第２のガス導管の第２の端部はインプラント可能な細胞容器の外の選択的透過性壁の近くに配置されてよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、選択的透過性壁はガスのみ透過可能であってよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、第２のガス導管の第２の端部はインプラント可能な細胞容器の壁から５ｍｍ以下離れていてよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、インプラント可能な細胞容器は第２のチャンバをさらに備えてよく、第１のチャンバと第２のチャンバとは第１の選択的透過性壁により隔てられてよく、第１の選択的透過性壁はガス透過性であるが細胞不透過性であってよく、第１のガス導管の第２の端部および第２のガス導管の第２の端部はそれぞれ第２のチャンバ内に配置されてよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、インプラント可能な細胞容器は第３のチャンバをさらに備えてよく、第３のチャンバは細胞を受容するように構成されてよく、第２のチャンバと第３のチャンバとは第２の選択的透過性壁により隔てられてよく、第２の選択的透過性壁はガス透過性であるが細胞不透過性であってよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、第１の選択的透過性壁および第２の選択的透過性壁はそれぞれ、ガスのみ透過可能であってよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、インプラント可能な細胞容器は第２のチャンバおよび第３のチャンバをさらに備えてよく、第１のチャンバと第２のチャンバとは第１の選択的透過性壁により隔てられてよく、第１の選択的透過性壁はガス透過性であるが細胞不透過性であってよく、第２のチャンバと第３のチャンバとは第２の選択的透過性壁により隔てられてよく、第２の選択的透過性壁はガス透過性であるが細胞不透過性であってよく、第３のチャンバは細胞を受容するように構成されてよく、第１のガス導管の第２の端部および第２のガス導管の第２の端部のうち少なくとも１つは第２のチャンバ内に配置されてよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、第１の選択的透過性壁および第２の選択的透過性壁はそれぞれ、ガスのみ透過可能であってよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、インプラント可能な細胞容器は細胞供給ポートをさらに備えてよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、電気化学装置は水電解槽であってよく、第１のガスはガス状酸素であってよく、第２のガスはガス状水素であってよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、所定量の細胞はインプラント可能な細胞容器の第１のチャンバ内に配置されてよい。

本発明の別の態様によると、（ａ）第１の出口から第１のガスを出力するように構成される電気化学装置と、（ｂ）細胞を受容するように構成された第１チャンバおよび細胞を通過させて細胞を第１のチャンバに供給できる細胞供給ポートを備えるインプラント可能な細胞容器と、（ｃ）第１のガスを電気化学装置からインプラント可能な細胞容器に送るための第１のガス導管であって、第１の端部および第２の端部を備え、第１の端部が電気化学装置の第１の出口と流体連結されており、第２の端部が第１のガスをインプラント可能な細胞容器の第１のチャンバに送るよう構成されている、第１のガス導管と、を備える細胞インプラントのガス処理用システムが提供される。

本発明の別のより詳細な特徴では、第１のチャンバの少なくとも一部は、免疫隔離膜により囲まれてよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、第１のガス導管の第２の端部は第１のチャンバ内に配置されてよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、第１のガス導管の第２の端部は第１のチャンバの外に配置されてよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、第１のチャンバは選択的透過性壁を有してよく、選択的透過性壁はガス透過性であるが細胞不透過性であってよく、第１のガス導管の第２の端部はインプラント可能な細胞容器の外の選択的透過性壁の近くに配置されてよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、第１のガス導管の第２の端部はインプラント可能な細胞容器の選択的透過性壁から５ｍｍ以下離れていてよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、インプラント可能な細胞容器は第２のチャンバをさらに備えてよく、第１のチャンバと第２のチャンバとは第１の選択的透過性膜により隔てられてよく、第１の選択的透過性膜はガス透過性であるが細胞不透過性であってよく、第１のガス導管の第２の端部は第２のチャンバ内に配置されてよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、インプラント可能な細胞容器は第３のチャンバをさらに備えてよく、第３のチャンバは細胞を受容するように構成されてよく、第２のチャンバと第３のチャンバとは第２の選択的透過性膜により隔てられてよく、第２の選択的透過性膜はガス透過性であるが細胞不透過性であってよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、電気化学装置は水電解槽であってよく、第１のガスはガス状酸素であってよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、電気化学装置は電気化学的酸素濃縮器（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｏｘｙｇｅｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ）であってよく、第１のガスはガス状酸素であってよい。

本発明の別の態様によると、上述のシステムとインプラント可能な細胞容器の第１のチャンバに配置された所定量の細胞との組み合わせが提供される。

本発明の別の態様によると、（ａ）第１の出口から第１のガス出力するように構成される電気化学装置と、（ｂ）インプラント可能な細胞容器であって、第１のチャンバおよび第２のチャンバを備え、第１のチャンバと第２のチャンバとは第１の選択的透過性膜により隔てられており、第１の選択的透過性膜はガス透過性であるが細胞不透過性であり、第１のチャンバが細胞を受容するように構成されており、第２のチャンバが第１の選択的透過性膜と連通する供給チャネルを備える、インプラント可能な細胞容器と、（ｃ）第１のガスを電気化学装置からインプラント可能な細胞容器に送るための第１のガス導管であって、第１の端部および第２の端部を備え、第１の端部が電気化学装置の第１の出口と流体連結されており、第２の端部が供給チャネルの端部に連結されている、第１のガス導管と、を備える細胞インプラントのガス処理用システムが提供される。

本発明の別のより詳細な特徴では、第１のチャンバは、細胞を通過させて第１のチャンバに細胞を供給できる細胞供給ポートを備えてよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、第１のチャンバの少なくとも一部は、免疫隔離膜により囲まれてよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、インプラント可能な細胞容器は第３のチャンバをさらに備えてよく、第２のチャンバと第３のチャンバとは第２の選択的透過性膜により隔てられてよく、第２の選択的透過性膜はガス透過性であるが細胞不透過性であってよく、第３のチャンバは細胞を受容するように構成されてよく、供給チャネルは第２の選択的透過性膜と連通してよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、電気化学装置は水電解槽であってよく、第１のガスはガス状酸素であってよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、電気化学装置は電気化学的酸素濃縮器であってよく、第１のガスはガス状酸素であってよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、第１の選択的透過性膜はガスのみ透過可能であってよい。

本発明の別の態様によると、上述のシステムとインプラント可能な細胞容器の第１のチャンバに配置された所定量の細胞との組み合わせが提供される。

本発明の別の態様によると、（ａ）細胞を受容するように構成され、ガスのみ透過可能である第１の選択的透過性膜により部分的に囲まれた第１のチャンバと、（ｂ）第１の選択的透過性膜により部分的に囲まれ、第１の選択的透過性膜と連通する第１のガス供給チャネルを備える第２のチャンバと、を備える細胞容器が提供される。

本発明の別のより詳細な特徴では、第１のチャンバは、細胞を通過させて第１のチャンバに細胞を供給できる細胞供給ポートを備えてよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、第１のチャンバの少なくとも一部は、免疫隔離膜により囲まれてよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、インプラント可能な細胞容器は第３のチャンバをさらに備えてよく、第２のチャンバと第３のチャンバとは第２の選択的透過性膜により隔てられてよく、第２の選択的透過性膜はガスのみ透過可能であってよく、第３のチャンバは細胞を受容するように構成されてよく、第１のガス供給チャネルは第２の選択的透過性膜と連通してよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、第２のチャンバは第２のガス供給チャネルをさらに備えてよく、第２のガス供給チャネルは第１の選択的透過性膜および第２の選択的透過性膜のそれぞれと連通してよい。

本発明の別のより詳細な特徴では、第２のチャンバは第２のガス供給チャネルをさらに備えてよく、第２のガス供給チャネルは第１の選択的透過性膜と連通してよい。

本発明の別の態様によると、（ａ）電気化学的ガス発生サブシステムと、（ｂ）細胞で満たされる密封された体積を備え、電気化学的ガス発生サブシステムからの出力ガスを受容するように構成された細胞収容サブシステムと、（ｃ）電気化学的ガス発生サブシステムの出口から細胞収容サブシステムの入口に接続された不透過性管（管）と、を備え、インプラントが細胞容器の単位露出表面積（ｃｍ^２）当たり６，６００〜８，０００膵島当量（ｉｓｌｅｔ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓ）の細胞パッキング密度（細胞充填密度；ｃｅｌｌ ｐａｃｋｉｎｇ ｄｅｎｓｉｔｙ）および細胞容器中の齧歯類動物の体重の１ｇ当たり最大１００ＩＥＱの全体量を有する場合、齧歯類動物レシピエントは、インスリン治療をしない場合に少なくとも１４日間にわたって毎日の測定血糖値が５０〜２００ｍｇ／ｄＬであるように、電気化学的ガス発生サブシステムの出口から細胞収容サブシステムの入口へ流れ、そして内部体積へ流れるガスは、内部体積内から外に拡散し続ける、細胞インプラントのガス処理用システムが提供される。

本発明の別の態様によると、（ａ）（ｉ）ガス状酸素を含む第１のガスを出力するように構成されると共に、リザーバを備える電気化学装置、および（ｉｉ）リザーバ内に入った所定量のＨ_２Ｏ^１７を含み、それによって電気化学により出力された第１のガスはＯ^１７を含む、ガス発生サブシステムと、（ｂ）細胞を受容するように構成され、電気化学装置により出力されたＯ_２ ^１７を含む第１のガスを受容する第１のチャンバを備える細胞収容サブシステムとを備える細胞インプラントのガス処理用システムが提供される。

本発明のさらなる目的、ならびに態様、特徴、および利点は、一部は以下の記述に規定され、一部はその記述から明らかになるか、または本発明の実践によって知ることができる。当該記述において、その一部を成す添付の図面を参照し、図中には本発明を実践するための各種実施形態を例として示す。実施形態は、本発明を当業者が実施できるように十分に詳細に記述され、その他の実施形態が利用されてもよく、また本発明の範囲から逸脱することなく構造面の変更を行ってもよいことは理解されるべきである。したがって、以下の発明を実施するための形態は限定的に解釈されるべきではなく、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって最も良く規定される。

本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の各種実施形態を示し、その説明とともに本発明の原理を説明する役割を果たす。図中では同様の参照番号は同じ部品を示す。

図１は、本発明の教示に係る細胞インプラントのガス処理用システムの一実施形態の構成図である。 図２は、図１のシステムで電気化学装置として使用されてよい電解槽装置の一実施形態の斜視図である。 図３ａは、図１のシステムで電気化学装置として使用されてよい電解槽装置の別の実施形態の斜視図である。 図３ｂは、図３に示す電解槽装置を部分的に断面で示す斜視図である。 図４は、図１のシステムで電気化学装置として使用されてよい電解槽装置の別の実施形態の分解斜視図である。 図５は、図１のシステムで電気化学装置として使用されてよい電解槽装置の別の実施形態の分解斜視図である。 図６は、図１のシステムで電気化学装置として使用されてよい電気化学的酸素濃縮器（ＥＯＣ）装置の一実施形態の分解斜視図である。 図７ａは、図１のシステムで使用されてよい細胞収容システムの一実施形態の部分分解斜視図である。 図７ｂは、図７ａの細胞収容システムの横断面図である。 図８ａは、図１のシステムで使用されてよい細胞収容システムの別の実施形態の部分分解斜視図である。 図８ｂは、図８ａの細胞収容システムの横断面図である。 図９ａは、図１のシステムで使用されてよい細胞収容システムの別の実施形態の斜視図である。 図９ｂは、線１−１に沿って取得された図９ａの細胞収容システムの断面図である。 図９ｃは、ガスコンパートメントの構造を示す線２−２に沿って取得された図９ｂの細胞収容システムの断面図である。 図１０ａは、図１のシステムで使用されてよい細胞収容システムの別の実施形態の斜視図である。 図１０ｂは、線３−３に沿って取得された図１０ａの細胞収容システムの断面図である。 図１０ｃは、ガスコンパートメントの構造を示す線４−４に沿って取得された図１０ｂの細胞収容システムの断面図である。 図１１ａは、図１のシステムで使用されてよい細胞収容システムの別の実施形態の斜視図である。 図１１ｂは、線５−５に沿って取得された図１１ａの細胞収容システムの断面図である。 図１２は、細胞の酸素処理をした場合およびしない場合のラットの血糖値を示す実験データのグラフである。 図１３は、細胞インプラントの酸素添加をした場合およびしない場合のラットの血糖コントロール（ｇｌｕｃｏｓｅ ｃｏｎｔｒｏｌ）を示す腹腔内耐糖能試験（ｉｎｔｒａｐｅｒｉｔｏｎｅａｌ ｇｌｕｃｏｓｅ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｔｅｓｔ）の実験データのグラフである。

本発明は、ガス、栄養、および他の活性化合物を細胞に供給する細胞インプラントのガス処理用システムに関する。細胞インプラントのガス処理用システムは、電気化学装置と、細胞収容システムとを備えてよく、不透過性管によって電気化学装置の出口を細胞収容システムの入口に接続する。

電気化学装置が電解槽である一実施形態では、細胞インプラントのガス処理用システムは、皮膚表面の上または下に配置される電気化学装置と、皮膚表面下に配置される細胞収容システムと、当該電気化学装置の出口を当該細胞収容システムの入口に接続する不透過性管とを備えてよい。細胞収容システムは、皮下、腹腔内、または脳脊髄液空間内に配置されてよい。特定の皮下位置としては、血管新生を向上させるため、筋組織に重なる領域を挙げてよいが、これに限定されない。

電気化学装置が電解槽である別の実施形態では、細胞インプラントのガス処理用システムは、電気化学装置と細胞収容システムとを備えてよく、これらは当該電解槽の出口を当該細胞収容システムの入口に接続する内部不透過性管と共に単一のユニットに統合される。細胞インプラントのガス処理用システムは、皮下、腹腔内、または脳脊髄液空間内に配置されてよい。特定の皮下位置としては、血管新生を向上させるため、筋組織に重なる領域を挙げてよいが、これに限定されない。

電気化学装置が電気化学的酸素濃縮器である一実施形態では、細胞インプラントのガス処理用システムは、皮膚表面上に配置される電気化学装置と、皮膚表面の上または下に配置される細胞収容システムと、当該電気化学的酸素濃縮器の出口を当該細胞収容システムの入口に接続する不透過性管とを備えてよい。

一実施形態において、電気化学装置は電解槽装置を含んでよく、電解槽は、身体（例えば、間質液（ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉｔａｌ ｆｌｕｉｄ）、血液）または周囲空気から得た水蒸気を電解し、出力（生成）された酸素および／または水素ガスを細胞収容システムに送る。

別の実施形態では、電解槽装置は、電解槽装置のハウジングを実質的に被覆し、かつ電解槽装置のガス出口に接続されたＯ_２およびＨ_２供給管を部分的に被覆する膜エンクロージャをさらに備える。膜エンクロージャは、２つの膜から構成される複合材料を含んでよい。複合材料の内膜（すなわち、電解槽装置のハウジングに最も近い膜）は、生物付着を防止し、細胞には当該複合材料の内膜を通過させないが、液体およびガスは当該複合材料の内膜を通過可能にする選択的膜を構成できる。複合材料の内膜の例としては、孔径０．５μｍ以下の延伸ＰＴＦＥ、シリコーンゴム、およびＴｅｆｌｏｎ（登録商標）が挙げられるが、これらに限定されない。複合材料の内膜の好ましい厚さは３０〜５０μｍである。複合材料の外膜は、当該複合材料の外膜内で微小血管系を成長および存在させることが可能な血管新生膜を構成できるが、微小血管系は複合材料の内膜３０４を貫通しない。この外膜の一例は、少なくとも一部の孔径が３μｍ以上の延伸ＰＴＦＥである。複合材料の外膜の好ましい厚さの範囲は３０〜５０μｍである。複合材料の内膜および複合材料の外膜は、ホットプレスまたは超音波溶接を使用して一緒に固定できる。代替的実施形態では、膜エンクロージャは、単一の膜を備えてよい。単一の膜は、当該単一の膜内で微小血管系を成長および存在させることが可能な血管新生膜を構成できる。この単一の膜の一例は、少なくとも一部の孔径が３μｍ以上の延伸ＰＴＦＥである。単一の膜の好ましい厚さの範囲は３０〜５０μｍである。

別の実施形態では、電気化学装置は、補充可能な水リザーバを有する電解槽装置をさらに備えてよい。当該水リザーバは、酸素および／または水素を電解槽装置の出口から細胞収容システムの入口へと送る。さらなる実施形態では、水リザーバはＨ_２Ｏ^１７で満たすことができるが、Ｈ_２Ｏ^１７の電解によりＯ_２ ^１７が生成され、Ｏ_２ ^１７は細胞収容システムへと送られる。水リザーバは、皮膚表面の上または下に配置される封止可能な管を介して補充できる。

別の実施形態では、電解槽装置は制御電子機器および電力供給部をさらに備えてよい。電力供給部は、交換可能であり電解槽のハウジングの内部に配置される充電式または非充電式のコイン電池を備えてよい。代替的実施形態では、電力供給部は、本体外部に大型電力コンパートメントを備えてよい。大型電力コンパートメントは電解槽のハウジングの内部に配置される充電式電池に電力を供給できる。本体外部の大型電力コンパートメントは、ハウジングまたは電池パック内に配置される充電式または非充電式の電池（例えば、アルカリ電池）を備えてよい。当該電池は、電気配線を介して電解槽装置内部の充電式電池へと電力を伝達する。別の代替的実施形態では、電力コンパートメントは本体外部に配置されてよく、充電式または非充電式の電池（例えば、アルカリ電池）を使用して、電解槽装置の正端子および負端子へ電気配線を介して電力を伝達できる（すなわち、電解槽装置内部に電池がない）。別の実施形態では、電力供給部は経皮的電力伝達用システムを備えてよく、本体外部に配置された磁気コイルに接続されている外部電源（例えば、充電式または非充電式の電池）は、電解槽装置内部に配置された磁気コイルおよび／または電池に電荷を移動させる。

別の実施形態では、電気化学装置は、電気化学的酸素濃縮器（ＥＯＣ）装置を含んでよい。ＥＯＣは皮膚表面上に配置され、ＥＯＣの出口から細胞収容システムの入口へと酸素を送る。別の実施形態では、電気化学的酸素濃縮器は制御電子機器および電力供給部をさらに備えてよい。電力供給部は、交換可能でありＥＯＣのハウジングの内部に配置される充電式または非充電式のコイン電池を備えてよい。代替的実施形態では、電力供給部は、本体外部に大型電力コンパートメントを備えてよい。大型電力コンパートメントはＥＯＣのハウジングの内部に配置される充電式電池に電力を供給できる。本体外部の大型電力コンパートメントは、ハウジングまたは電池パック内に配置される充電式または非充電式の電池（例えば、アルカリ電池）を備えてよい。当該電池は、電気配線を介してＥＯＣ装置内部の充電式電池へと電力を伝達する。さらに別の実施形態においては、電力供給部は経皮的電力伝達用システムを備えてよく、本体外部に配置された磁気コイルに接続されている外部電源（例えば、充電式または非充電式の電池）は、ＥＯＣ装置内部に配置された磁気コイルおよび／または電池に電荷を移動させる。

一実施形態において、細胞収容システムは、単一の内部コンパートメントを備えてよく、内部透過性管は周りの細胞に水素および酸素ガスを送る。効率的な細胞へのガス分配のため、内部コンパートメントの寸法は、長さ２０ｃｍ以下、幅２０ｃｍ以下、および高さ３ｍｍ以下であることが好ましい。内部コンパートメントは、外壁内に固定され第１の内部細胞コンパートメントへのアクセスを有する封止可能な不透過性細胞供給管を使用して細胞で満たされてよい。内部コンパートメントは細胞収容装置の外壁に囲まれる。細胞収容装置の外壁は、選択的透過性膜および血管新生膜から構成される複合材料を含んでよく、当該選択的透過性膜および当該血管新生膜は超音波溶接またはホットプレスを使用して一緒に固定される。選択的透過性膜は、生物付着を防止し、細胞には当該選択的透過性膜を通過させないが、液体およびガスは当該選択的透過性膜を通過可能にする膜を構成できる。選択的透過性膜の一例としては、孔径が０．５μｍ以下の延伸ＰＴＦＥが挙げられるが、これに限定されない。選択的透過性膜の好ましい厚さは３０〜５０μｍである。血管新生膜は、当該血管新生膜内で微小血管系を成長および存在させることが可能な膜を構成できるが、微小血管系は選択的透過性膜を貫通できない。この血管新生膜の一例は、少なくとも一部の孔径が３μｍ以上の延伸ＰＴＦＥである。血管新生膜の好ましい厚さの範囲は３０〜５０μｍである。代替的実施形態では、外壁は、微小血管系は内部コンパートメント内を通ることができるが、内部の細胞、特に細胞集塊（例えば、島（ｉｓｌｅｔｓ））には膜を通過させない単一の血管新生膜を構成できる。この単一の膜の一例は、少なくとも一部の孔径が３μｍ以上の延伸ＰＴＦＥである。この単一の膜の好ましい厚さの範囲は３０〜５０μｍである。細胞と接触する内部管は、透過性管（例えば、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）、Ｇｏｒｅ−ｔｅｘ（登録商標）、およびシリコーンゴム）を含んでよく、当該透過性管は、当該内部管から酸素および／または水素ガスを周りの細胞へと拡散させる電気化学装置の出口から出る不透過性管（例えば、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）、ポリプロピレン、ポリカーボネート、およびタイゴン）に固定されている。内部管は、酸素および／または水素ガスが管の開口端部から出て周りの細胞へと拡散させることが可能な端部が開いた透過性管をさらに構成してよい。

別の実施形態では、細胞収容システムは、内部透過性管内での過剰なガスの蓄積を防止するために通気管をさらに備えてよい。通気管は、内部透過性管の端部と、細胞収容システムの外部かつ皮膚表面上に位置した他方の端部とに固定された不透過性管を構成できる。

別の実施形態では、細胞収容システムは、活性化合物（例えば、Ｎ_２、ＣＯ_２、ＮＯ、栄養素、成長因子、およびホルモン）を外部供給源から細胞コンパートメントに送る第３の透過性栄養送達管をさらに備えてよい。封止可能な不透過性栄養供給管の一方の端部は、皮膚表面の上または下に配置され、外部供給源から栄養を取り込むためのアクセスを提供する。不透過性栄養供給管の他方の端部は、細胞収容システム内部の内部透過性栄養送達管に固定される。栄養は、透過性栄養送達管の壁を通して、または透過性栄養送達管の開口端部から出て透過性栄養送達管の周りの細胞に拡散されうる。

一実施形態では、細胞収容システムは、２つの内部コンパートメントを備えてよい。第１の内部細胞コンパートメントは、外壁内に固定され第１の内部細胞コンパートメントへのアクセスを有する封止可能な不透過性細胞供給管を使用して細胞で満たされる体積を構成できる。第２の内部ガスコンパートメントは、電気化学装置から流れ出る酸素および／または水素ガスを受容する体積を構成できる。細胞への効率的なガス分配のために、第１の内部細胞コンパートメントの寸法は、長さ２０ｃｍ以下、幅２０ｃｍ以下、および高さ１ｍｍ以下であることが好ましい。内部ガスコンパートメントの寸法は、長さ２０ｃｍ以下、幅２０ｃｍ以下、および高さ３ｍｍ以下であることが好ましい。第１の内部細胞コンパートメントは第２の内部ガスコンパートメントから選択的透過性膜を使用して隔てられてよい。選択的透過性膜は支持膜および細胞単離膜から構成される複合材料を含んでよい。支持膜は、細胞単離膜に剛性も付与する透過性膜を構成できる。支持膜の例としては、孔径３μｍ以上の延伸ＰＴＦＥ、シリコーンゴム、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）、およびＧｏｒｅ−ｔｅｘ（登録商標）が挙げられるが、これらに限定されない。支持膜の好ましい厚さの範囲は３０〜５０μｍである。細胞単離膜は、第１の内部細胞コンパートメント内の細胞および液体が第２の内部ガスコンパートメント内に通過するのを防止するガスのみ透過可能な膜を構成できる。細胞単離膜の例としては、孔径０．５μｍ以下の延伸ＰＴＦＥ、シリコーンゴム、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）、およびＧｏｒｅ−ｔｅｘ（登録商標）が挙げられるが、これらに限定されない。細胞単離膜の好ましい厚さの範囲は３０〜５０μｍである。支持膜および細胞単離膜は、ホットプレスまたは超音波溶接を使用して一緒に接合できる。代替的実施形態では、選択的透過性膜は、ガスおよび液体は膜を通過可能だが、第１の内部細胞コンパートメント内の細胞が第２の内部ガスコンパートメント内に通過するのを防止する単一の透過性膜を構成できる。この単一の膜の一例としては、孔径が１．０μｍ以上の延伸ＰＴＦＥが挙げられるが、これに限定されない。この単一の膜の好ましい厚さの範囲は３０〜５０μｍである。第２の内部ガスコンパートメントは２組の隔離チャネルをさらに備えてよく、１組の隔離チャネルは電解槽装置のアノード側出口に接続された不透過性管を介して酸素を供給され、１組の隔離チャネルは電解槽装置のカソード側出口に接続された不透過性管を介して水素を供給される。少なくとも１つのガス不透過性壁により２組の隔離チャネルが仕切られ、酸素ガスおよび水素ガスが第２の内部ガスコンパートメント内で化合することを防ぐ。ガス不透過性壁はガス不透過性ポリマーまたはプラスチックを含んでよい。

別の実施形態では、細胞収容システムは、３つの内部コンパートメントを備えてよい。中央内部ガスコンパートメントは、電気化学装置から流れる酸素および／または水素ガスを受容する体積を構成できる。中央内部ガスコンパートメントの両側にある２つのコンパートメントは、外壁内に固定され、２つの内部細胞コンパートメントへのアクセスを有する封止可能な不透過性細胞供給管を使用して細胞で満たされる２つの体積を構成できる。細胞への効率的なガス分配のために、２つの内部細胞コンパートメントの寸法は、長さ２０ｃｍ以下、幅２０ｃｍ以下、および高さ１ｍｍ以下であることが好ましい。中央内部ガスコンパートメントの寸法は、長さ２０ｃｍ以下、幅２０ｃｍ以下、および高さ３ｍｍ以下であることが好ましい。中央内部ガスコンパートメントは、両側にある内部細胞コンパートメントそれぞれから選択的透過性膜を使用して仕切ることができる。選択的透過性膜は支持膜および細胞単離膜から構成される複合材料を含んでよい。支持膜は、細胞単離膜に剛性も付与する透過性膜を構成できる。支持膜の例としては、孔径３μｍ以上の延伸ＰＴＦＥ、シリコーンゴム、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）、およびＧｏｒｅ−ｔｅｘ（登録商標）が挙げられるが、これらに限定されない。支持膜の好ましい厚さの範囲は３０〜５０μｍである。細胞単離膜は、第１の内部細胞コンパートメント内の細胞および液体が第２の内部ガスコンパートメント内に通過するのを防止するガスのみ透過可能な膜を構成できる。細胞単離膜の例としては、孔径０．５μｍ以下の延伸ＰＴＦＥ、シリコーンゴム、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）、およびＧｏｒｅ−ｔｅｘ（登録商標）が挙げられるが、これらに限定されない。細胞単離膜の好ましい厚さの範囲は３０〜５０μｍである。支持膜および細胞単離膜は、ホットプレスまたは超音波溶接を使用して一緒に接合できる。代替的実施形態では、選択的透過性膜は、ガスおよび液体は膜を通過可能だが、第１の内部細胞コンパートメント内の細胞が第２の内部ガスコンパートメント内に通過するのを防止する単一の透過性膜を構成できる。この単一の膜の一例としては、孔径が１．０μｍ以上の延伸ＰＴＦＥが挙げられるが、これに限定されない。この単一の膜の好ましい厚さの範囲は３０〜５０μｍである。中央内部ガスコンパートメントは２組の隔離されたチャネルをさらに備えてよく、１組の隔離チャネルは電解槽装置のアノード側出口に接続された不透過性管を介して酸素を供給され、１組の隔離チャネルは電解槽装置のカソード側出口に接続された不透過性管を介して水素を供給される。少なくとも１つのガス不透過性壁により２組の隔離チャネルが仕切られ、酸素ガスおよび水素ガスが第２の内部ガスコンパートメント内で化合することを防ぐ。細胞収容システムは、２つのコンパートメントを仕切る内部ガス透過性膜をさらに備えてよく、当該ガス透過性膜によって、酸素ガスおよび水素ガスは第２の内部コンパートメントから細胞が入った第１の内部コンパートメントに拡散できるが、ガス透過性膜により、細胞または液体が第１の内部コンパートメントから第２の内部コンパートメントに拡散することを防止する。この内部ガス透過性膜の例としては、シリコーンゴムおよび孔径が０．５μｍ以下の延伸ＰＴＦＥが挙げられるが、これらに限定されない。中央内部ガスコンパートメントは２組の隔離されたチャネルをさらに備えてよく、１組の隔離チャネルは電解槽装置のアノード側出口に接続された不透過性管を介して酸素を供給され、１組の隔離チャネルは電解槽装置のカソード側出口に接続された不透過性管を介して水素を供給される。少なくとも１つのガス不透過性壁により２組の隔離チャネルが仕切られ、酸素ガスおよび水素ガスが中央内部ガスコンパートメント内で化合することを防ぐ。ガス不透過性壁はガス不透過性ポリマーまたはプラスチックを含んでよい。

別の実施形態では、細胞収容システムは、酸素ガスを細胞収容システムの内部に送る３つの内部コンパートメントと、細胞収容システムの外部に水素ガスを送る水素ガス送達システムとを備えてよい。水素ガス送達システムは、細胞収容システムの外壁から０〜５ｍｍに配置された１つ以上の端部が開いたガス透過性管を備えてよい。端部が開いた透過性管は、電解槽装置のカソードポートから水素ガスが供給される水素供給マニホールドへと接続されてよい。３つの内部コンパートメントは、中央内部ガスコンパートメントと、中央内部ガスコンパートメントの両側にある２つの内部細胞コンパートメントとを備えてよい。中央内部コンパートメントは、電気化学装置のアノードポートに接続された不透過性管を介して酸素ガスを受容する体積を構成できる。中央内部ガスコンパートメントの両側にある２つの細胞コンパートメントは、外壁内に固定され、２つの内部細胞コンパートメントへのアクセスを有する封止可能な不透過性細胞供給管を使用して細胞で満たされる２つの体積を構成できる。中央内部ガスコンパートメントは、両側にある内部細胞コンパートメントそれぞれから選択的透過性膜を使用して仕切ることができる。選択的透過性膜は支持膜および細胞単離膜から構成される複合材料を含んでよい。支持膜は、細胞単離膜に剛性も付与する透過性膜を構成できる。支持膜の例としては、孔径３μｍ以上の延伸ＰＴＦＥ、シリコーンゴム、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）、およびＧｏｒｅ−ｔｅｘ（登録商標）が挙げられるが、これらに限定されない。支持膜の好ましい厚さの範囲は３０〜５０μｍである。細胞単離膜は、第１の内部細胞コンパートメント内の細胞および液体が第２の内部ガスコンパートメント内に通過するのを防止するガスのみ透過可能な膜を構成できる。細胞単離膜の例としては、孔径０．５μｍ以下の延伸ＰＴＦＥ、シリコーンゴム、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）、およびＧｏｒｅ−ｔｅｘ（登録商標）が挙げられるが、これらに限定されない。細胞単離膜の好ましい厚さの範囲は３０〜５０μｍである。支持膜および細胞単離膜は、ホットプレスまたは超音波溶接を使用して一緒に接合できる。代替的実施形態では、選択的透過性膜は、ガスおよび液体は膜を通過可能だが、第１の内部細胞コンパートメント内の細胞が第２の内部ガスコンパートメント内に通過するのを防止する単一の透過性膜を構成できる。この単一の膜の一例としては、孔径が１．０μｍ以上の延伸ＰＴＦＥが挙げられるが、これに限定されない。この単一の膜の好ましい厚さの範囲は３０〜５０μｍである。

ここで図１を参照すると、本発明に係る細胞インプラントのガス処理用システムの一実施形態が示され、本システム全体は参照番号１００により表される。

システム１００は、電気化学装置１０１と、細胞収容システム１０２とを備えてよく、電気化学装置１０１は酸素および／または水素を細胞収容システム１０２に送る。

一実施形態において、電気化学装置１０１は電解槽であってよく、システム１００は、皮膚表面の上または下に配置された電気化学装置１０１と、皮膚表面下に配置された細胞収容システム１０２と、当該電解槽を当該細胞収容システムに接続する不透過性管とを備えてよい。細胞収容システム１０２は例えば、皮下、腹腔内、または脳脊髄液空間内に配置されてよい。特定の皮下位置としては、血管新生を向上させるため、筋組織に重なる領域を挙げてよいが、これに限定されない。

別の実施形態では、電気化学装置１０１は電解槽であってよく、システム１００は、電気化学装置１０１と細胞収容システム１０２とを備えてよく、これらは当該電解槽を当該細胞収容システムに接続する内部不透過性管と共に単一のユニットに統合される。単一のユニットは例えば、皮下、腹腔内、または脳脊髄液空間内に配置されてよい。特定の皮下位置としては、血管新生を向上させるため、筋組織に重なる領域を挙げてよいが、これに限定されない。

別の実施形態では、電気化学装置１０１は、電気化学的酸素濃縮器（ＥＯＣ）であってよく、システム１００は、皮膚表面上に配置される電気化学装置１０１と、皮膚表面下に配置される細胞収容システム１０２と、当該電気化学的酸素濃縮器を当該細胞収容システムに接続する不透過性管とを備えてよい。

本発明に係る電気化学装置の一実施形態は電解槽２００であり、これは図２に示される。電解槽部品は電解槽ハウジング上部２０１および電解槽ハウジング下部２０２に収容され、２つのハウジングセクションは機械的に（例えば、ねじ、超音波溶接、およびプレス嵌めハウジングを使用して）一緒に固定される。電解槽ハウジング上部２０１は電池蓋２０７をさらに備えてよく、電解槽ハウジング上部内に収納された充電式または非充電式の電池にアクセスするために電池蓋２０７は回して外すことができる。電解槽２００は、継手２０３によりアノードポートに接続された酸素供給管２０５を使用して酸素を細胞収容システムに供給できる。電解槽２００はさらに、継手２０４によりカソードポートに接続された水素供給管２０６を使用して水素を細胞収容システムに供給できる。供給管は、ポリプロピレン、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）、ポリカーボネート、ＰＶＣ、およびタイゴンを含むがこれらに限定されないガス不透過性管を含んでよい。アノードポートおよびカソードポートの継手は、バーブ継手、Ｓｗａｇｅ−ｌｏｋ（登録商標）継手、およびルアーロック式継手を含むがこれらに限定されない標準的な管継手を含んでよい。

図３ａおよび図３ｂに示す別の実施形態では、システム１００の電気化学装置は電解槽装置３００の形態をとってもよい。電解槽装置３００はさらに膜エンクロージャ３０１を備えてよい。膜エンクロージャ３０１は電解槽ハウジング上部３０２および電解槽ハウジング下部３０３を実質的に被覆し、酸素供給管３０４および水素供給管３０５を部分的に被覆する。膜エンクロージャ３０１は、２つの膜から構成される複合材料を含んでよい。膜エンクロージャ３０１の内膜３０６は、細胞に当該複合材料の内膜を通過させないが、液体およびガスは当該複合材料の内膜を通過可能にする選択的透過性膜を構成できる。複合材料の内膜の例としては、孔径０．５μｍ以下の延伸ＰＴＦＥ、シリコーンゴム、およびＴｅｆｌｏｎ（登録商標）が挙げられるが、これらに限定されない。複合材料の内膜の好ましい厚さは３０〜５０μｍである。膜エンクロージャ３０１の外膜３０７は、当該複合材料の外膜内で微小血管系を成長および存在させることが可能な血管新生膜を構成できるが、微小血管系は内膜３０６を貫通しない。この外膜の一例は、少なくとも一部の孔径が３μｍ以上の延伸ＰＴＦＥである。複合材料の外膜の好ましい厚さの範囲は３０〜５０μｍである。内膜３０６および外膜３０７は、ホットプレスまたは超音波溶接を使用して一緒に固定できる。代替的実施形態（図示せず）では、膜エンクロージャ３０１は、単一の膜を備えてよい。単一の膜は、当該単一の膜内で微小血管系を成長および存在させることが可能な血管新生膜を構成できる。この単一の膜の一例は、少なくとも一部の孔径が３μｍ以上の延伸ＰＴＦＥである。この単一の膜の好ましい厚さの範囲は３０〜５０μｍである。

システム１００の電気化学装置として使用してよい電解槽装置の別の実施形態の分解図が図４に示され、全体を参照番号４００で表される。電解槽装置４００は水の電解を行うプロトン交換膜（ＰＥＭ）をベースとするシステムである。水は止め輪４４１の穴を介して電解槽装置４００のカソード側に入る。水蒸気源は、身体（例えば、間質液、血液）または周囲空気であってよい。電解槽装置４００が体内に埋め込まれると、水蒸気源が安定的で均一であることを促すために生体適合性膜４４０によって生物付着を防止する。この膜の一例は、少なくとも一部の孔径が３μｍ以上であり、好ましい厚さの範囲が３０〜５０μｍの延伸ＰＴＦＥである。蒸気輸送膜４３９により、生体適合性膜４４０を貫通するいかなる微小血管系もさらに電解槽装置４００内へと進入することを防止し、同時に、生物付着を防ぎ、ガスのみ当該蒸気輸送膜を通過させる。この蒸気輸送膜の例としては、Ｚｉｔｅｘ（登録商標）、Ｇｏｒｅ−ｔｅｘ（登録商標）、シリコーンゴム、ＰＴＦＥ、およびＴｅｆｌｏｎ（登録商標）が挙げられるが、これらに限定されない。

カソード側を通って拡散する水蒸気は膜／電極接合体（ＭＥＡ）４３５により電解される。ＭＥＡ４３５は、プロトン交換膜（ＰＥＭ）４４６の下部に付着しているカソード４４７（例えば、白金黒、白金担持炭素、イリジウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム）と、ＰＥＭ４３５の上部に付着しているアノード４４５（例えば、白金黒、白金担持炭素、イリジウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム）とを有するＰＥＭ４４６（例えば、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）、Ｓｏｌｖａｙ（登録商標）、Ａｑｕｉｖｉｏｎ（登録商標））を備えてよい。水の電解中、アノードの半反応（すなわち、２Ｈ_２Ｏ→Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻）の間、Ｏ_２およびＨ^＋イオンがアノードで生成される。２つの電極間の電位差（電子基板４２０により生じる）がＨ^＋イオンをアノードからカソードへと駆動し、Ｈ^＋イオンは（電子基板４２０の）定電位回路を通過する電子と結合し、カソードの半反応（すなわち、４Ｈ^＋＋４ｅ⁻→２Ｈ_２）の間、カソードでＨ_２を生成する。Ｈ_２Ｏ^１７の電解中、アノードおよびカソードでは同じ半反応が起こるが、ただしＯ_２ ^１７は主にアノードでＯ_２の代わりに生成される。電解槽中に溶け出す周囲の水蒸気、またはＨ_２ＯへのＨ_２Ｏ^１７の混入故に、Ｈ_２Ｏ^１７の電解中いくらかのＯ_２がアノードで生成されうる。

蒸気輸送膜４３３および４３７はＭＥＡ４３５へのガスアクセスを提供するが、混入液体がＭＥＡ４３５に到達するのを防ぐバリアとしても機能する。蒸気輸送膜４３３および４３７は、蒸気輸送膜４３９と同一または類似の膜を構成してよい。集電体４３４（すなわち、正端子）および４３６（すなわち、負端子）は、電子基板４２０の定電位回路への電気的接続を提供する。集電体４３４および４３６は、バルブ金属グループ（Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔａ）の金属または貴金属グループ（Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ）の金属を含むがこれらに限定されない導電性耐食金属を含んでよい。支持メッシュ４３２および４３８により、部品の積み重ねに剛性を付与し、ＭＥＡ表面領域全体に均一に負荷を分散させるように機能する。支持メッシュ４３２および４３８は、バルブ金属グループ（Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔａ）の金属または貴金属グループ（Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ）の金属を含むがこれらに限定されない導電性耐食金属を含んでよい。

電解槽装置４００によって生成されたＯ_２ガスおよびＨ_２ガスは、アノードポート４４２−１およびカソードポート４４３からそれぞれ流れ出る。電解槽装置４００から供給される（アノードポート４４２−１から出る）好ましい酸素濃度の範囲は９０〜１００％酸素ガスである。供給される酸素ガスの好ましい範囲の圧力は、周囲気圧より０〜１００ｍｍＨｇ高い圧力である。細胞収容システムに供給される好ましい範囲の酸素流量は、細胞収容システム中の細胞に消費される酸素（すなわち、約５フェムトモル／分／細胞）の１／１０から細胞収容システム中の細胞に消費される酸素の１０倍である。電解槽４００から供給される（カソードポート４４３から出る）水素ガスの好ましい範囲の圧力は、周囲気圧より０〜１００ｍｍＨｇ高い圧力である。細胞収容システムに供給される好ましい範囲の水素流量は、酸素流量の２倍である。

電解槽装置４００は電池カバー４４２−２の下に配置された充電式または非充電式のコイン電池により電力供給され、電池カバー４４２−２は電池交換のために電解槽ハウジング上部４１０から回して外すことができる。代替的実施形態では、本体外部の大型電力コンパートメントが電池カバー４４２−２下に配置された充電式電池に電力を供給できる。本体外部の大型電力コンパートメントは、ハウジングまたは電池パック内に配置される充電式または非充電式の電池（例えば、アルカリ電池）を備え、電気配線を介して電解槽装置内部の充電式電池に電力を伝達することができる。別の代替的実施形態では、電力コンパートメントは本体外部に配置されてよく、充電式または非充電式の電池（例えば、アルカリ電池）を使用して、電解槽装置の正端子および負端子へ電気配線を介して電力を伝達できる（すなわち、電解槽装置内部に電池がない）。さらに別の実施形態においては、電力供給部は経皮的電力伝達用システムを備えてよく、本体外部に配置された磁気コイルに接続されている外部電源（例えば、充電式または非充電式の電池）は、電解槽装置内部に配置された磁気コイルおよび／または電池に電荷移動させる。

システム１００の電気化学装置として使用してよい電解槽装置のさらに別の実施形態の分解図が図５に示され、全体を参照番号１４００で表される。電解槽装置１４００は電解槽装置４００と同一または類似の内部部品を備えるが、ただし電解槽装置１４００は止め輪（電解槽装置４００の４４１）を有しない。その代わりに、電解槽装置１４００は水リザーバ下部１４４２を備えてよく、その内部に収容された水は、水リザーバ下部１４４２および生体適合性膜１４４０に囲まれる。リザーバ内部の水は封止可能な側面アクセスポート１４４３を使用して補充できる。さらなる実施形態では、水リザーバはＨ_２Ｏ^１７で満たすことができ、Ｈ_２Ｏ^１７の電解によりＯ_２ ^１７が生成され、Ｏ_２ ^１７は細胞収容システムに送られる。

ここで図６を参照すると、システム１００の電気化学装置として使用されてよい電気化学的酸素濃縮器（ＥＯＣ）装置の分解斜視図が示され、ＥＯＣ装置は全体を参照番号５００で表される。ＥＯＣ装置５００は空気由来の酸素を濃縮するプロトン交換膜（ＰＥＭ）をベースとするシステムである。空気は止め輪５４１の穴を介してＥＯＣ装置５００のカソード側に入る。空気源は周囲空気である。

ＥＯＣ装置５００のカソード側を通って拡散する空気は、膜／電極接合体（ＭＥＡ）５３５のアノード側で電気化学的にＯ_２へと濃縮される。ＭＥＡ５３５は、プロトン交換膜（ＰＥＭ）５４６の下部に付着している空気脱分極カソード（ａｉｒ−ｄｅｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｃａｔｈｏｄｅ）５４７（例えば、白金黒、白金担持炭素、イリジウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム）と、ＰＥＭ５４６の上部に付着しているアノード５４５（例えば、白金黒、白金担持炭素、イリジウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム）とを有するＰＥＭ５４６（例えば、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）、Ｓｏｌｖａｙ（登録商標）、Ａｑｕｉｖｉｏｎ（登録商標））を備えてよい。空気由来のＯ_２の電気化学的濃縮中、アノードの半反応（すなわち、２Ｈ_２Ｏ→Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻）の間、実質的に純粋なＯ_２およびＨ^＋イオンがアノードで生成される。２つの電極間の電位差（電子基板５２０により生じる）がＨ^＋イオンをアノードから空気脱分極カソードへと駆動し、Ｈ^＋イオンは（電子基板５２０の）定電位回路を通過する電子およびＯ_２と結合し、カソードの半反応（すなわち、Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻→２Ｈ_２Ｏ）の間、空気脱分極カソードでＨ_２Ｏを生成する。空気のＯ_２への電気化学的濃縮の間、空気脱分極カソードはより低い電位、好ましくは０．７〜１．２Ｖで動作し、空気脱分極カソードは実質的にＨ_２を生成しない。

ＥＯＣ装置５００の積み重ねにおいて、蒸気輸送膜５３３および５３９はＭＥＡ５３５へのガスアクセスを提供するが、混入液体がＭＥＡ５３５に到達するのを防ぐバリアとしても機能する。これらの蒸気輸送膜５３４および５３９の例としては、Ｚｉｔｅｘ（登録商標）、Ｇｏｒｅ−ｔｅｘ（登録商標）、シリコーンゴム、ＰＴＦＥ、およびＴｅｆｌｏｎ（登録商標）が挙げられるが、これらに限定されない。集電体５３４（すなわち、正端子）および５３６（すなわち、負端子）は、電子基板５２０の定電位回路への電気的接続を提供する。集電体５３４および５３６は、バルブ金属グループ（Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔａ）の金属または貴金属グループ（Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ）の金属を含むがこれらに限定されない導電性耐食金属を含んでよい。支持メッシュ５３２および５３８により、部品の積み重ねに剛性を付与し、ＭＥＡ表面領域全体に均一に負荷を分散させるように機能する。支持メッシュ５３２および５３８もまた、バルブ金属グループ（Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔａ）の金属または貴金属グループ（Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ）の金属を含むがこれらに限定されない導電性耐食金属を含んでよい。

ＥＯＣ装置５００によって生成されたＯ_２ガスはアノードポート５４２−１から流れ出る。ＥＯＣ装置４００から供給される（アノードポート５４２−１から出る）好ましい酸素濃度の範囲は９７〜１００％酸素ガスである。供給される酸素ガスの好ましい範囲の圧力は、周囲気圧より０〜１００ｍｍＨｇ高い圧力である。細胞収容システムに供給される好ましい範囲の酸素流量は、細胞収容システム中の細胞に消費される酸素（すなわち、５フェムトモル／分／細胞）の１／１０から細胞収容システム中の細胞に消費される酸素の１０倍である。

ＥＯＣ装置５００は電池カバー５４２−２の下に配置された充電式または非充電式のコイン電池により電力供給され、電池カバー５４２−２は必要なときに電池を交換するためにＥＯＣハウジング上部５１０から回して外すことができる。代替的実施形態では、大型電力コンパートメントが電池カバー５４２下に配置された充電式電池に電力を供給できる。大型電力コンパートメントは、ハウジングまたは電池パック内に配置される充電式または非充電式の電池（例えば、アルカリ電池）を備え、電気配線を介してＥＯＣ装置内部の充電式電池に電力を伝達することができる。さらに別の実施形態においては、電力供給部は経皮的電力伝達用システムを備えてよく、本体外部に配置された磁気コイルに接続されている外部電源（例えば、充電式または非充電式の電池）は、ＥＯＣ装置内部に配置された磁気コイルおよび／または電池に電荷を移動させる。

ここで図７ａを参照すると、システム１００に使用してよい細胞収容システムの一実施形態が示され、細胞収容システムは全体を参照番号６００で表される。酸素ガスおよび水素ガスは、電解槽装置からＯ_２供給管６０２およびＨ_２供給管６０３を介して細胞収容システム６００へと送られる。２本の供給管は、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）、ポリプロピレン、ポリカーボネート、およびタイゴンを含むがこれらに限定されない任意の無孔管を含んでよい。超音波溶接を使用して、外壁６０４内でガス供給管を固定してよい。あるいは、供給管を、医療グレードエポキシ、標準管継手（例えば、バーブ継手、ルアーロック式継手、およびＳｗａｇｅ−ｌｏｋ（登録商標）継手）、またはオーバーモールドを使用して外壁内に固定してもよい。酸素ガスおよび水素ガスは内部コンパートメント６０１に流れ込み、ガスはそれぞれＯ_２送達管６０６およびＨ_２送達管６０７に流れ込む。送達管は、透過性管（例えば、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）、Ｇｏｒｅ−ｔｅｘ（登録商標）、およびシリコーンゴム管）を含んでよい。ガス送達システム内での過剰なガス蓄積を防ぐために、Ｏ_２通気管６１１の一端がＯ_２送達管６０６に接続され、Ｈ_２通気管６１２の一端がＨ_２送達管６０７に接続され、過剰なガスは皮膚表面上に配置された２本の通気管の他方の端部から流れ出る。内部コンパートメント６０１では、２本のガス送達管６０６および６０７が、２本のガス供給管６０２および６０３ならびに２本のガス通気管６１１および６１２の上を覆い、それらの端部は医療グレードエポキシを使用して一緒に固定される。あるいは、管の端部は超音波溶接または標準的な管継手（例えば、バーブ継手、ルアーロック式継手、およびＳｗａｇｅ−ｌｏｋ（登録商標）継手）を使用して一緒に固定されてもよい。通気管は、供給管と同一または類似の管を含んでよく、供給管と同じ手段によって外壁６０４内に固定できる。

細胞は封止可能な細胞移送管６０５を使用して細胞収容システム６００内に移送される。細胞移送管６０５は、供給管６０２および６０３と同一または類似の管を含んでよく、供給管と同じ手段によって外壁６０４内に固定できる。封止可能な細胞移送管６０５は、医療グレードエポキシにより封止されるか、超音波接合されるか、挟持されるか、またはポリマーもしくはプラスチックの挿入部品を使用して封止できる。封止可能な細胞移送管６０５を使用して、細胞収容装置のインプラント後、細胞を移送できる。例えば、細胞収容装置はまず細胞収容装置を血管誘導（ｐｒｅ−ｖａｓｃｕｌａｒｉｚｅ）するために細胞なしで埋め込むことができ、その後、細胞移送管を使用して細胞を細胞収容装置に移送する。

ここで図７ｂを参照すると、細胞６１０が内部コンパートメント６０１を満たしており、Ｏ_２送達管６０６およびＨ_２送達管６０７を取り囲んでいるのが分かる。内部コンパートメント６０１は外壁６０４に囲まれる。外壁６０４は、２枚の複合材料膜の縁部を超音波接合してパウチ状形状を形成することにより形成される。あるいは、外壁６０４を構成する２枚の複合材料膜の縁部を、医療グレードエポキシまたはホットプレスを使用して一緒に固定してもよい。さらに別の代替においては、外壁６０４を構成する複合材料膜は１つの連続的な部品として成形してもよい。細胞への効率的なガス分配のために（外壁６０４に囲まれた）内部コンパートメント６０１の寸法は、長さ２０ｃｍ以下、幅２０ｃｍ以下、および高さ３ｍｍ以下であることが好ましい。

外壁６０４は、選択的透過性膜６０８および血管新生膜６０９から構成される複合材料を含んでよい。選択的透過性膜６０８は、生物付着を防止し、細胞には当該選択的透過性膜を通過させないが、液体およびガスは当該選択的透過性膜を通過可能にする膜を構成できる。選択的透過性膜の一例としては、孔径が０．５μｍ以下の延伸ＰＴＦＥが挙げられるが、これに限定されない。選択的透過性膜の好ましい厚さは３０〜５０μｍである。血管新生膜６０９は、当該血管新生膜内で微小血管系を成長および存在させることが可能な膜を構成できるが、微小血管系は選択的透過性膜６０４を貫通できない。この血管新生膜の一例は、少なくとも一部の孔径が３μｍ以上の延伸ＰＴＦＥである。血管新生膜の好ましい厚さの範囲は３０〜５０μｍである。代替的実施形態では、外壁６０４は、微小血管系は内部コンパートメント６０１内を通ることができるが、内部の細胞、特に細胞集塊（例えば、島）には膜を通過させない単一の血管新生膜を構成できる。この単一の膜の一例は、少なくとも一部の孔径が３μｍ以上の延伸ＰＴＦＥである。この単一の膜の好ましい厚さの範囲は３０〜５０μｍである。

内部コンパートメント６０１を満たす細胞６１０は、以下のカテゴリ、すなわち、個々の細胞、マトリックス内に含まれる個々の細胞、マイクロカプセル化された細胞、凝集細胞、内部コンパートメントに収まる島、組織、または人工組織構造を含むがこれらに限定されない細胞集塊のうちの１つ以上を含んでよい。細胞６１０は、ヒドロゲル、アルギン酸ナトリウム、およびアガロースを含むがこれらに限定されないマトリックス内に含まれる細胞をさらに含んでよい。細胞マトリックスは、免疫調節剤、免疫保護剤、栄養素、酸化防止剤、生物付着を防止する化学物質、血管新生を誘導または防止する化学物質、および酸素を保存する化学物質（例えば、ペルフルオロカーボン）を含むがこれらに限定されないその他の活性化合物をさらに含んでよい。

６１０を含む細胞は１つ以上の生物学的機能を付与できる。生物学的機能の１つは、患者自身の組織を外科的に除去した後、脂肪細胞または筋細胞で空間を満たすことであってよい。あるいは、６１０を含む細胞は、構造的にまたは生理的反応（ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｍａｎｎｅｒ）により治療薬（例えば、ドーパミン、ヒト成長因子、インスリン、痛み止め用鎮痛剤）を分泌してもよい。細胞６１０の種類としては、初代細胞、培養された細胞系、遺伝子組換え細胞または細胞系、成人または胎児の幹細胞、および多能性細胞を挙げてよいが、これらに限定されない。細胞６１０源は、ヒト、ブタ、ウシ、または齧歯類動物を含むがこれらに限定されない任意の哺乳類種由来であってよい。あるいは、細胞は細菌または藻類等の非哺乳類種由来であってもよい。

さらに別の代替においては、細胞６１０は、種々の哺乳類種（例えば、ブタ、ヒト、齧歯類動物、および非ヒト霊長類）および発育段階（例えば、成人、少年少女、および新生児）を含むがこれらに限定されないあらゆる種の膵島を含んでよい。細胞６１０は、膵島のα細胞および／もしくはβ細胞、または類似の機能を実行するために遺伝子組換えされた細胞をさらに含んでよい。

コンパートメント６０１内の細胞パッキング密度の好ましい範囲は、高密度（例えば、約１×１０^９細胞／ｍｌ）から低密度（例えば、約１×１０^３細胞／ｍｌ）の範囲である。細胞収容システムの内部細胞コンパートメント内に置かれた膵島の場合、膵島パッキング密度の好ましい範囲は、レシピエント体重のキログラム当たり１００〜１０，０００ヒト膵島当量である。膵島が細胞収容システムの内部細胞コンパートメント内に置かれたブタ膵島である場合、ブタ膵島パッキング密度の好ましい範囲は、レシピエント体重のキログラム当たり２５，０００〜１００，０００ブタ膵島当量である。

ここで図８ａを参照すると、システム１００に使用してよい細胞収容システムの別の実施形態が示され、細胞収容システムは全体を参照番号７００で表される。酸素ガスおよび水素ガスは、電解槽装置からＯ_２供給管７０２およびＨ_２供給管７０３を介して細胞収容システム７００へと送られる。２本のガス供給管はＯ_２供給管６０２およびＨ_２供給管６０３と同一または類似の管を含んでよく、Ｏ_２供給管６０２およびＨ_２供給管６０３を外壁６０４内に固定するのに使用した手段と同じ手段により外壁７０４内に固定できる。酸素ガスおよび水素ガスが内部コンパートメント７０１に流れ込むと、ガスは内部コンパートメント７０１のほぼ全長に延びるＯ_２送達管７０６およびＨ_２送達管７０７に流れ込む。送達管は、透過性管（例えば、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）、Ｇｏｒｅ−ｔｅｘ（登録商標）、およびシリコーンゴム）を含んでよく、酸素ガスおよび水素ガスは送達管から出て周りの細胞内に拡散する。酸素ガスおよび水素ガスはさらに送達管の開口端部から流れ出ることができる。代替的実施形態では、過剰なガスの蓄積を防ぐために、Ｏ_２送達管６０６およびＨ_２送達管６０７をＯ_２通気管６１１およびＨ_２通気管６１２に接続するのに使用した手段と同じ手段によってＯ_２送達管７０６およびＨ_２送達管７０７を通気管に接続できる。通気管はＯ_２通気管６１１およびＨ_２通気管６０２と同一または類似の管を含んでよく、当該通気管を外壁７０４内に固定する手段は、Ｏ_２通気管６１１およびＨ_２通気管６１２を外壁６０４に固定するのに使用した手段と同じであるかまたは類似していてもよい。

細胞収容システム７００は、活性化合物（例えば、Ｎ_２、ＣＯ_２、ＮＯ、栄養素、成長因子、およびホルモン）を外部供給源から細胞に送るために使用される栄養供給管７０９をさらに備えてよい。栄養供給管７０９の封止可能な端部を使用して、皮膚表面の上または直下に配置された当該封止可能な端部を有する当該送達管に栄養を供給する。栄養送達管はＯ_２供給管７０２およびＨ_２供給管と同一または類似の管を含んでよく、当該栄養供給管を外壁７０４内に固定する手段は、Ｏ_２供給管７０２およびＨ_２供給管７０３を外壁７０４に固定するのに使用した手段と同じであるかまたは類似していてもよい。外部供給源から供給される栄養は栄養供給管７０９から栄養送達管７１１へと流れ込む。内部コンパートメント７０１では、栄養送達管７１１は栄養供給管７０９上を被覆し、その端部は医療グレードエポキシを使用して一緒に固定される。あるいは、管の端部は超音波溶接または標準的な管継手（例えば、バーブ継手、ルアーロック式継手、およびＳｗａｇｅ−ｌｏｋ（登録商標）継手）を使用して一緒に固定されてもよい。栄養送達管７１１は、ガスまたは液体透過性管（例えば、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）、Ｇｏｒｅ−ｔｅｘ（登録商標）、およびシリコーンゴム管）を含んでよく、栄養は送達管から出て周りの細胞内に拡散する。栄養はまた、送達管の開口端部から流れ出てもよい。

さらに図８ａを参照すると、細胞は封止可能な細胞移送管７０５を使用して細胞収容システム７００内に移送される。細胞移送管７０５は細胞移送管６０５と同一または類似の管を含んでよく、細胞移送管６０５を外壁６０４に固定するのに使用した手段と同じ手段によって外壁７０４内に固定できる。

ここで図８ｂを参照すると、細胞７１０は内部コンパートメント７０１を満たしており、Ｏ_２送達管７０６、Ｈ_２送達管７０７、および栄養送達管７１１を取り囲んでいるのが分かる。細胞７１０は細胞６１０と同一または類似の細胞を含んでよい。

内部コンパートメント７０１は外壁７０４に囲まれ、当該外壁は外壁６０４を形成するのに使用した手段と同じ手段により形成される。細胞７１０への効率的なガスおよび栄養分配のために、内部コンパートメント７０１の寸法は、長さ２０ｃｍ以下、幅２０ｃｍ以下、および高さ３ｍｍ以下であることが好ましい。

外壁７０４は、微小血管系は内部コンパートメント７０１内を通ることができるが、内部の細胞、特に細胞集塊（例えば、島）には膜を通過させない単一の血管新生膜を構成できる。この膜の一例は、少なくとも一部の孔径が３μｍ以上の延伸ＰＴＦＥである。この単一の膜の好ましい厚さの範囲は３０〜５０μｍである。代替的実施形態では、外壁７０４は、外壁６０４を形成するのに使用する２枚の膜から構成される複合材料と同一または類似の２枚の膜から構成される複合材料を含んでよい。

ここで図９ａを参照すると、システム１００に使用してよい細胞収容システムの別の実施形態が示され、細胞収容システムは全体を参照番号８００で表される。酸素ガスおよび水素ガスは、電解槽装置からＯ_２供給管８１２およびＨ_２供給管８１３を介して細胞収容システム８００へと送られる。２本のガス供給管はＯ_２供給管６０２およびＨ_２供給管６０３と同一または類似の管を含んでよく、Ｏ_２供給管６０２およびＨ_２供給管６０３を外壁６０４内に固定するのに使用した手段と同じ手段により外壁８０４内に固定できる。細胞は封止可能な細胞移送管８０５を使用して細胞収容システム８００内に移送される。細胞移送管８０５は細胞移送管６０５と同一または類似の管を含んでよく、細胞移送管６０５を外壁６０４に固定するのに使用した手段と同じ手段によって外壁８０４内に固定できる。

ここで図９ｂを参照すると、細胞収容システム８００は、内部細胞コンパートメント８０１と、内部ガスコンパートメント８０２とを備えてよい。内部細胞コンパートメント８０１内に含まれる細胞８１０は細胞６１０と同一または類似の細胞を含んでよい。細胞８１０への効率的なガス分配のために、内部細胞コンパートメント８０１の寸法は、長さ２０ｃｍ以下、幅２０ｃｍ以下、および高さ１ｍｍ以下であることが好ましい。内部ガスコンパートメント８０２の寸法は、長さ２０ｃｍ以下、幅２０ｃｍ以下、および高さ３ｍｍ以下であることが好ましい。

内部細胞コンパートメントおよび内部ガスコンパートメントは両方共、外壁８０４および選択的透過性膜８０３に囲まれる。外壁８０４は、外壁７０４を形成するために使用される単一の膜と同一または類似の単一の血管新生膜を構成できる。代替的実施形態では、外壁８０４は、外壁６０４を形成するのに使用した２枚の膜から構成される複合材料と同一または類似の２枚の膜から構成される複合材料を含んでよい。

選択的透過性膜８０３は支持膜８１５および細胞単離膜８１６から構成される複合材料を含んでよい。支持膜８１５は、細胞単離膜８１６に剛性も付与する透過性膜を構成できる。支持膜の例としては、孔径３μｍ以上の延伸ＰＴＦＥ、シリコーンゴム、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）、およびＧｏｒｅ−ｔｅｘ（登録商標）が挙げられるが、これらに限定されない。支持膜の好ましい厚さの範囲は３０〜５０μｍである。細胞単離膜８０３は、内部細胞コンパートメント８０１内の細胞および液体が内部ガスコンパートメント８０２内に通過するのを防止するガスのみ透過可能な膜を構成できる。細胞単離膜の例としては、シリコーンゴム、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）、およびＧｏｒｅ−⁻Ｔｅｘ（登録商標）が挙げられるが、これらに限定されない。細胞単離膜の好ましい厚さの範囲は３０〜５０μｍである。支持膜８１５および細胞単離膜８１６は、ホットプレスまたは超音波溶接を使用して一緒に接合できる。代替的実施形態では、選択的透過性膜８０３は、ガスおよび液体は膜を通過可能だが、内部細胞コンパートメント８０１内の細胞が内部ガスコンパートメント８０２内に通過するのを防止する単一の透過性膜を構成できる。この単一の膜の一例としては、孔径が３μｍ以上の延伸ＰＴＦＥが挙げられるが、これに限定されない。この単一の膜の好ましい厚さの範囲は３０〜５０μｍである。

内部ガスコンパートメント８０２での酸素ガスおよび水素ガスの混合を防止するため、Ｏ_２供給管８１２は酸素ガスを独立したＯ_２送達チャネル８０６に送り、Ｈ_２供給管８１３は水素ガスを独立したＨ_２送達チャネル８０７に送る。ここで図９ｃを参照すると、ガスコンパートメント８０２の独立したＯ_２送達チャネル８０６および独立したＨ_２送達チャネル８０７はそれぞれ、ガス不透過性壁８１４により囲まれた曲がりくねった経路を形成しているのが分かる。ガス不透過性壁８１４は、任意のガス不透過性プラスチックまたはポリマー（例えば、ポリプロピレン、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）、ポリカーボネート、およびポリスルホン）を含んでよい。ガス不透過性壁は１つの連続的な部品として成形されるか、またはポリマー／プラスチックの１つの連続的なブロックから機械加工できる。あるいは、ガス不透過性壁は、一緒に超音波接合されるかまたは医療グレードエポキシによってエポキシ樹脂で接着される複数の成形された部品または機械加工されたポリマー／プラスチックを含んでよい。代替的実施形態では、内部ガスコンパートメント８０２は、少なくとも１つの独立したＯ_２送達チャネルと、少なくとも１つの独立したＨ_２送達チャネルと、独立したＯ_２送達チャネルを独立したＨ_２送達チャネルから隔てる少なくとも１つのガス不透過性壁とを備えてよい。ガス送達チャネル内での過剰なガス蓄積を防ぐために、この代替的実施形態は、Ｏ_２供給管８１２およびＨ_２供給管８１３を外壁８０４（独立した送達チャネルへのアクセスを有する）に固定するのに使用された手段と同じ手段によって、外壁８０４（独立した送達チャネルへのアクセスを有する）に固定された通気管をさらに含んでよい。通気管は、Ｏ_２通気管６１１およびＨ_２通気管６１２と同一または類似の管を含んでよく、通気管の開口端部は皮膚表面上に配置される。

ここで図１０ａを参照すると、システム１００に使用してよい細胞収容システムの別の実施形態が示され、細胞収容システムは全体を参照番号９００で表される。酸素ガスおよび水素ガスは、電解槽装置からＯ_２供給管９１２およびＨ_２供給管９１３を介して細胞収容システム９００へと送られる。２本のガス供給管はＯ_２供給管６０２およびＨ_２供給管６０３と同一または類似の管を含んでよく、Ｏ_２供給管６０２およびＨ_２供給管６０３を外壁６０４内に固定するのに使用した手段と同じ手段により外壁９０４内に固定できる。細胞は封止可能な細胞移送管９０５を使用して細胞収容システム９００内に移送される。細胞移送管は細胞移送管６０５と同一または類似の管を含んでよく、細胞移送管６０５を外壁６０４に固定するのに使用した手段と同じ手段によって外壁９０４内に固定できる。

ここで図１０ｂを参照すると、細胞収容システム９００が内部細胞コンパートメント９０１の間に挟まれる内部ガスコンパートメント９０２を備えうることが分かる。内部細胞コンパートメント９０１内に含まれる細胞９１０は細胞６１０と同一または類似の細胞を含んでよい。効率的な細胞９１０へのガス分配のため、内部細胞コンパートメント９０１の寸法は、長さ２０ｃｍ以下、幅２０ｃｍ以下、および高さ１ｍｍ以下であることが好ましい。内部ガスコンパートメント９０２の寸法は、長さ２０ｃｍ以下、幅２０ｃｍ以下、および高さ３ｍｍ以下であることが好ましい。

内部細胞コンパートメント９０１は両方共、外壁９０４および選択的透過性膜９０３に囲まれる。内部ガスコンパートメントはすべての側が選択的透過性膜９０３に囲まれている。外壁９０４は、外壁７０４を形成するために使用される単一の血管新生膜と同一または類似の単一の膜を構成できる。代替的実施形態では、外壁９０４は、外壁６０４を形成するのに使用した２枚の膜から構成される複合材料と同一または類似の２枚の膜から構成される複合材料を含んでよい。

選択的透過性膜９０３は、ガスおよび液体は膜を通過可能だが、内部細胞コンパートメント９０１内の細胞、特に細胞集塊（例えば、島）が内部ガスコンパートメント９０２内に通過するのを防止する単一の透過性膜を構成できる。選択的透過性膜の一例としては、孔径が１．０μｍ以上の延伸ＰＴＦＥが挙げられるが、これに限定されない。この選択的透過性膜の好ましい厚さの範囲は３０〜５０μｍである。代替的実施形態では、選択的透過性膜９０３は、選択的透過性膜８０３を構成する２枚の膜から構成される複合材料と同一または類似の２枚の膜から構成される複合材料を含んでよい。

内部ガスコンパートメント９０２での酸素ガスおよび水素ガスの混合を防止するため、Ｏ_２供給管９１２は酸素ガスを独立したＯ_２送達チャネル９０６に送り、Ｈ_２供給管９１３は水素ガスを独立したＨ_２送達チャネル９０７に送る。ここで図１０ｃを参照すると、コンパートメント９０２の独立したＯ_２送達チャネル９０６および独立したＨ_２送達チャネル９０７は、ガス不透過性壁９１４により囲まれた曲がりくねった経路を形成していることが分かる。ガス不透過性壁９１４は、ガス不透過性壁９１４と同一または類似の材料を含んでよく、ガス不透過性壁９１４を形成するのに使用した手段と同じ手段によって形成できる。代替的実施形態では、内部ガスコンパートメント９０２は、少なくとも１つの独立したＯ_２送達チャネルと、少なくとも１つの独立したＨ_２送達チャネルと、独立したＯ_２送達チャネルを独立したＨ_２送達チャネルから隔てる少なくとも１つのガス不透過性壁とを備えてよい。ガス送達チャネル内での過剰なガス蓄積を防ぐために、この代替的実施形態は、Ｏ_２供給管９１２およびＨ_２供給管９１３を外壁９０４（独立した送達チャネルへのアクセスを有する）に固定するのに使用された手段と同じ手段によって、外壁９０４（独立した送達チャネルへのアクセスを有する）に固定された通気管をさらに含んでよい。通気管は、Ｏ_２通気管６１１およびＨ_２通気管６１２と同一または類似の管を含んでよく、通気管の開口端部は皮膚表面上に配置される。

ここで図１１ａを参照すると、システム１００に使用してよい細胞収容システムの別の実施形態が示され、細胞収容システムは全体を参照番号１０００で表される。水素ガスは電解槽装置から不透過性Ｈ_２供給マニホールド１０１３を使用して外部細胞収容システム１０００の外部へと送られる。Ｈ_２供給マニホールド１０１３は電気化学装置の出口から延びる単一の不透過性管を構成でき、細胞収容システムの上に配置された２本の管および細胞収容システムの下に配置された２本の管に枝分かれする。Ｈ_２供給マニホールドは１つの連続的な部品として成形される。あるいは、Ｈ_２供給マニホールドは、医療グレードエポキシ、またはエルボコネクタ、ユニオンコネクタ、およびＴ形コネクタを含むがこれらに限定されない標準的な管継手（例えば、Ｓｗａｇｅ−ｌｏｋ（登録商標）継手、およびルアーロック式継手）により連結される管の部分を含んでもよい。Ｈ_２送達管１００７は、医療グレードエポキシを使用してＨ_２供給マニホールド１０１３の各分岐部の端部に固定される。あるいは、Ｈ_２送達管は超音波溶接または標準的な管継手（例えば、バーブ継手、Ｓｗａｇｅ−ｌｏｋ（登録商標）継手、およびルアーロック式継手）を使用してＨ_２供給マニホールドの各分岐部に固定されてもよい。Ｈ_２送達管１００７は、細胞収容システム１０００の表面の上または下０〜５ｍｍの高さ「ｈ」に配置されたガス透過性管（例えば、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）、Ｇｏｒｅ−Ｔｅｘ（登録商標）、およびシリコーンゴム管）を含んでよい。酸素ガスは電解槽装置からＯ_２供給管１０１２を使用して細胞収容システム１０００の内部へと送られる。Ｏ_２ガス供給管はＯ_２供給管６０２と同一または類似の管を含んでよく、Ｏ_２供給管６０２を外壁６０４に固定するのに使用した手段と同じ手段によって外壁１００４内に固定できる。細胞は封止可能な細胞移送管１００５を使用して細胞収容システム１０００内に移送される。細胞移送管は細胞移送管６０５と同一または類似の管を含んでよく、細胞移送管６０５を外壁６０４に固定するのに使用した手段と同じ手段によって外壁１００４内に固定できる。

ここで図１１ｂを参照すると、細胞収容システム１０００は、内部細胞コンパートメント１００１の間に挟まれた内部ガスコンパートメント１００２を備えていることが分かる。内部細胞コンパートメント１００１内に含まれる細胞１０１０は細胞９１０と同一または類似の細胞を含んでよい。細胞１０１０への効率的なガス分配のために、内部細胞コンパートメント１００１の寸法は、長さ２０ｃｍ以下、幅２０ｃｍ以下、および高さ１ｍｍ以下であることが好ましい。内部ガスコンパートメント１００２の寸法は、長さ２０ｃｍ以下、幅２０ｃｍ以下、および高さ３ｍｍ以下であることが好ましい。

内部細胞コンパートメント１００１は両方共、外壁１００４および選択的透過性膜１００３に囲まれる。内部ガスコンパートメント１００２はすべての側が選択的透過性膜１００３に囲まれている。外壁１００４は、外壁７０４を形成するために使用される単一の膜と同一または類似の単一の血管新生膜を構成できる。代替的実施形態では、外壁１００４は、外壁６０４を形成するのに使用した２枚の膜から構成される複合材料と同一または類似の２枚の膜から構成される複合材料を含んでよい。

選択的透過性膜１００３は、ガスおよび液体は膜を通過可能だが、内部細胞コンパートメント１００１内の細胞が内部ガスコンパートメント１００２内に通過するのを防止する単一の透過性膜を構成できる。選択的透過性膜の一例としては、孔径が１．０μｍ以上の延伸ＰＴＦＥが挙げられるが、これに限定されない。この選択的透過性膜の好ましい厚さの範囲は３０〜５０μｍである。代替的実施形態では、選択的透過性膜１００３は、選択的透過性膜８０３を構成する２枚の膜から構成される複合材料と同一または類似の２枚の膜から構成される複合材料を含んでよい。

上述の細胞インプラントのガス処理用システムの実施形態によると、以下の資料は本発明により克服される障害について記載する。

細胞インプラント。細胞療法、具体的にはカプセル化された細胞インプラントについての研究には長い歴史がある。カプセル化には一般に２つのカテゴリであるマイクロカプセル化およびマクロカプセル化に分類される。マイクロカプセル化では、細胞または組織はカプセル毎の細胞の量が比較的少ないマトリックス（例えば、ヒドロゲル）内に入れられた。マトリックスは細胞に免疫保護を提供しても提供しなくてもよい。マイクロカプセルは通常体内（すなわち腹膜腔）に入れられ、容易に取り出すことができない。マクロカプセル化では、一般に細胞を囲むマトリックスと共にまたはそれ無しで細胞を取り囲む（カプセル化する）多孔質膜がある。マクロカプセル化膜は、埋め込まれた収容細胞を維持すること、宿主の免疫系から細胞を免疫隔離すること、インプラントが体内へ一体化する（血管新生）ことを補助すること、および線維症によりインプラントが完全に身体に囲まれることを促進することのうち１つ以上の機能を実行できる。マクロカプセルは一般に、安全性および交換のために体内から取り出されるように設計される。一般に、１つまたは少数のマクロカプセルが治療を目的としている。本発明は、現在のマクロカプセル化技術の課題の多くを解決する上述の細胞収容システムの新規な実施形態を包含する。

通常の生理学において、細胞は拡散により栄養を供給する血管の数百マイクロメートル以内にあるという事実を踏まえて、マクロカプセル化されたインプラントは通常、薄いフォームファクタ（シートまたは薄く細長い円筒形）を有する。しかし、通常は最も薄い寸法でも最適な生理学的距離よりも大きく、インプラントの大半は組織学的検査で見たときに多様な寸法の壊死性コアを有していた。これらの壊死性コアは中心部の細胞死による結果である。グルコース等のその他の栄養素と比べて（部分的には水溶液中に難溶解性であるため）酸素が不足するため、反応拡散モデルに基づく制限的栄養素は通常、酸素であると考えられている（例えば、Ａｖｇｏｕｓｔｉｎｉａｔｏｓ、Ｅ．Ｓ．ＣｏｌｔｏｎおよびＣ．Ｋ．Ｃｏｌｔｏｎ、Ｄｅｓｉｇｎ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｉｍｍｕｎｏｉｓｏｌａｔｉｏｎ，ｉｎ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｔｉｓｓｕｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、Ｒ．Ｐ．Ｌａｎｚａ、Ｒ．Ｌａｎｇｅｒ、およびＷ．Ｌ．Ｃｈｉｃｋ、Ｅｄｉｔｏｒｓ．１９９７年、Ｒ．Ｇ．Ｌａｎｄｅｓ：テキサス州オースティン ３３６〜３４６ページ；Ａｖｇｏｕｓｔｉｎｉａｔｏｓ、Ｅ．Ｓ．ＣｏｌｔｏｎおよびＣ．Ｋ．Ｃｏｌｔｏｎ、Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｏｘｙｇｅｎ ｍａｓｓ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｓ ｏｎ ｖｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｉｍｍｕｎｏｉｓｏｌａｔｅｄ ｔｉｓｓｕｅ．Ａｎｎ Ｎ Ｙ Ａｃａｄ Ｓｃｉ，８３１：１４５〜６７ページ、１９９７年）。壊死性コアは細胞密度が大きいほど広範であった（大きかった）。一般に、高い細胞密度は、細胞インプラントが外科用インプラントとして実用的であり、利用可能なインプラントサイズであるようにサイズが十分コンパクトでありながらも所望の治療効果を有するために必要である。細胞インプラントの最も多く報告されている研究では通常、低細胞密度でのみ成功している。低細胞密度インプラントは前臨床的または臨床的に効果的であるには、生じる治療化合物の量が少なすぎる。より高い細胞密度のインプラントは一般に埋め込まれた細胞の死により失敗している。加えて、インプラントの失敗には、無効な免疫隔離膜、細胞インプラントの裂け、および埋め込み前の細胞の質の悪さ等の他の原因があった。

細胞インプラントは、バイオ人工膵臓（膵島またはその他のインスリン分泌および／もしくは血糖調節細胞を有する）を作成するために最も広範に提案される。しかし、細胞インプラントは、肝不全、パーキンソン病（Ｌｕｏ ＸＭ、Ｌｉｎ Ｈ、Ｗａｎｇ Ｗら、Ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｏｆ ｎｅｕｒｏｌｏｇｉｃａｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｉｎ ｎｏｎ−ｈｕｍａｎ ｐｒｉｍａｔｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ Ｐａｒｋｉｎｓｏｎ’ｓ ｄｉｓｅａｓｅ ｂｙ ｔｒａｎｓｐｌａｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ ｎｅｏｎａｔａｌ ｐｏｒｃｉｎｅ ｃｈｏｒｏｉｄ ｐｌｅｘｕｓ ｃｅｌｌｓ．Ｊ Ｐａｒｋｉｎｓｏｎｓ Ｄｉｓ．２０１３年１月１日；３（３）：２７５〜９１ページ）、（副）甲状腺疾患、血友病、アルツハイマー病、および疼痛管理、ならびにその他の健康状態および疾患の治療のために提案され、研究されている。インスリン、ヒト成長ホルモン、ドーパミン、カテコールアミン、およびその他の生理学的活性物質、ならびに／または治療化合物を分泌するインプラントが試みられている。

１型糖尿病の治療選択肢の簡単な背景および人工バイオ膵臓を作成するための試みの概略を以下に記す。

糖尿病は米国における約２５８０万人の患者に影響を及ぼしており、これらの患者のうち約５％は１型糖尿病（Ｔ１Ｄ）である。Ｔ１Ｄの標準的治療は患者の血糖検査および１日複数回のインスリン注射である。加えて、ウェアラブルなインスリンポンプおよび部分的に処置を自動化し、より優れた血糖管理をもたらすことが可能な持続血糖測定（ＣＧＭ）システムがあるため、Ｔ１Ｄの重篤な長期にわたる副作用を最小限にする（例えば、Ｂｅｒｇｅｎｓｔａｌ ＲＭ、Ｔａｍｂｏｒｌａｎｅ ＷＶ、Ａｈｍａｎｎ Ａら、Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｓｅｎｓｏｒ−ａｕｇｍｅｎｔｅｄ ｉｎｓｕｌｉｎ−ｐｕｍｐ ｔｈｅｒａｐｙ ｉｎ ｔｙｐｅ １ ｄｉａｂｅｔｅｓ．Ｎ Ｅｎｇｌ Ｊ Ｍｅｄ，３６３：３１１〜２０ページ、２０１０年）。さらに、自動化インスリンポンプおよびＣＧＭシステムとともに機械的人工膵臓として機能する「閉回路」システムに向けて進歩している（Ｋｌｏｎｏｆｆ，Ｄ．Ｃ．、Ｃ．Ｌ．Ｚｉｍｌｉｋｉ、Ｌ．Ａ．Ｓｔｅｖｅｎｓ、Ｐ．Ｂｅａｓｔｏｎ、Ａ．Ｐｉｎｋｏｓ、Ｓ．Ｙ．Ｃｈｏｅ、Ｇ．Ａｒｒｅａｚａ−Ｒｕｂｉｎ、およびＷ．Ｈｅｅｔｄｅｒｋｓ、Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｄｉａｂｅｔｅｓ：ｃｌｉｎｉｃａｌ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｐａｎｃｒｅａｓ（ａｎ ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ ｓｙｓｔｅｍ）．Ｊ Ｄｉａｂｅｔｅｓ Ｓｃｉ Ｔｅｃｈｎｏｌ、５（３）：８０４〜２６ページ、２０１１年）。

Ｔ１Ｄ患者の一部は、死体の膵臓または膵島の移植をするのに相応しい無自覚性低血糖および不安定型糖尿病による高い死亡リスクを有する患者である。このような重篤な形態の糖尿病では、必然的に一生にわたる免疫抑制管理に関連するリスクをメリットが上回る。約３００，０００人の不安定型糖尿病および／または無自覚性低血糖の糖尿病患者がいると推定されているが、その一部だけを必要とする膵島または膵臓を移植される。過去１０年間にわたり、ヒト膵島の単離および精製を含む膵島移植は大きな進歩を遂げた。膵島移植はカナダ、英国、オーストラリア、スイス、およびドイツをはじめとする多くの国で利用可能である。米国においては、いくつかの医療センターは、ＦＤＡ生物製剤認可申請を申請しており、この申請はＮＩＨ支援による極めて重要な臨床試験完了後の処理済みのヒト膵島製品のために提出される。

バイオ人工膵臓はこれらの高リスクＴ１Ｄ患者ならびにＴ１Ｄ患者および潜在的な２型糖尿病患者の両方にとっての選択肢となりうる。最適なバイオ人工膵臓は、簡単な外科的処置、自然な血糖管理、および無免疫抑制を含むいくつかの利点を提供できる。バイオ人工膵臓によるアプローチは、生理学的代謝のニーズを満たし糖尿病の合併症を減らすために、自動でグルコースを感知し、インスリンを産生する膵島を使用する利点を有する。免疫隔離アプローチは、例えば、１）免疫抑制をほとんどまたはまったくしない同種移植および異種移植からの保護、２）複雑な外科的処置なしで正常でない位置に（例えば、皮下に）インプラントを入れる簡単な外科的処置、ならびに３）合併症が起こった場合、または数年後に必要に応じて細胞物質を交換するために取り出すことができる取り出し可能な装置を含むいくつかの利点を有する。インスリン産生幹細胞および特別なウイルスフリーブタ膵島の供給が可能になることもまた近い将来の可能性となっており、インスリン産生細胞の無限の供給源により、ヒトの死体の膵島を用いて治療できたよりもはるかに多い数の患者を治療できる。

膵島移植および細胞移植に関する課題の概要を以下に記す。

膵島移植における障壁の克服。強力な誘導免疫抑制を使用した主要センターからの近年有望な膵島移植結果では、レシピエントの５０％に対して５年を超えるインスリン非依存性を示した（Ｂｅｌｌｉｎ、Ｍ．Ｄ．、Ｆ．Ｂ．Ｂａｒｔｏｎ、Ａ．Ｈｅｉｔｍａｎ、Ｊ．Ｖ．Ｈａｒｍｏｎ、Ｒ．Ｋａｎｄａｓｗａｍｙ、Ａ．Ｎ．Ｂａｌａｍｕｒｕｇａｎ、Ｄ．Ｅ．Ｓｕｔｈｅｒｌａｎｄ、Ｒ．Ａｌｅｊａｎｄｒｏ、およびＢ．Ｊ．Ｈｅｒｉｎｇ、Ｐｏｔｅｎｔ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｉｍｍｕｎｏｔｈｅｒａｐｙ ｐｒｏｍｏｔｅｓ ｌｏｎｇ−ｔｅｒｍ ｉｎｓｕｌｉｎ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ ａｆｔｅｒ ｉｓｌｅｔ ｔｒａｎｓｐｌａｎｔａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｙｐｅ １ ｄｉａｂｅｔｅｓ．Ａｍ Ｊ Ｔｒａｎｓｐｌａｎｔ、１２（６）：１５７６〜８３ページ、２０１２年）。しかしながら、同種異系膵島移植の一般に普及した重大な応用は、１）現在の門脈内（肝）移植部位のための全身的免疫抑制の必要性、および２）ヒト膵島組織の供給は有限であり少ないこと（年に適合するドナーは数千人）の２つの重大な障壁が妨げとなる。門脈内（肝）膵島移植では、膵島の＞５０％は移植されないか、または移植後の最初の８〜１０週間内に損なわれると推定されている（Ｒｉｔｚ−Ｌａｓｅｒ、Ｂ．、Ｊ．Ｏｂｅｒｈｏｌｚｅｒ、Ｃ．Ｔｏｓｏ、Ｍ．Ｃ．Ｂｒｕｌｈａｒｔ、Ｋ．Ｚａｋｒｚｅｗｓｋａ、Ｆ．Ｒｉｓ、Ｐ．Ｂｕｃｈｅｒ、Ｐ．Ｍｏｒｅｌ、およびＪ．Ｐｈｉｌｉｐｐｅ、Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ ｂｅｔａ−ｃｅｌｌｓ ａｆｔｅｒ ｉｓｌｅｔ ｔｒａｎｓｐｌａｎｔａｔｉｏｎ．Ｄｉａｂｅｔｅｓ、５１（３）：５５７〜６１ページ、２００２年）。したがって、門脈内膵島移植では限られた供給量のヒト膵島を非効率的に使用している。

生体適合性の取り出し可能な細胞インプラントシステムの使用は、免疫抑制なしで同種異系膵島をより有効かつ効率的に使用可能にし、最終的には最小限または一切免疫抑制なしで幹細胞由来または異種の膵島を使用することにより、糖尿病での膵島治療におけるこれらの臨床的障壁を解決できる。加えて、免疫抑制ありまたはなしで自分自身の膵島が入った細胞インプラントシステムを用いた簡単な移植処置による利益も享受できるであろう（膵炎および前癌状態の診断のために）膵臓を切除した患者がいる。

細胞インプラント装置。細胞インプラントマクロ装置は膵島およびその他の細胞の種類と共に使用するために設計、製作および試験されている。ＴｈｅｒａＣｙｔｅ，Ｉｎｃ．のＴｈｅｒａＣｙｔｅ（商標）装置を含むいくつかは小動物および大型動物モデル（Ｔａｒａｎｔａｌ、Ａ．Ｆ．、Ｃ．Ｃ．Ｌｅｅ、およびＰ．Ｉｔｋｉｎ−Ａｎｓａｒｉ、Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ ｂｉｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｏｆ ｍａｃｒｏｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ ｆｉｂｒｏｂｌａｓｔｓ ｒｅｖｅａｌｓ ａｌｌｏｇｒａｆｔ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ｒｈｅｓｕｓ ｍｏｎｋｅｙｓ （Ｍａｃａｃａ ｍｕｌａｔｔａ）．Ｔｒａｎｓｐｌａｎｔａｔｉｏｎ、８８（１）：３８〜４１ページ、２００９年）、ならびに優れた生体適合性および安全性特性をもって限られた範囲でヒト（Ｔｉｂｅｌｌ、Ａ．、Ｅ．Ｒａｆａｅｌ、Ｌ．Ｗｅｎｎｂｅｒｇ、Ｊ．Ｎｏｒｄｅｎｓｔｒｏｍ、Ｍ．Ｂｅｒｇｓｔｒｏｍ、Ｒ．Ｌ．Ｇｅｌｌｅｒ、Ｔ．Ｌｏｕｄｏｖａｒｉｓ、Ｒ．Ｃ．Ｊｏｈｎｓｏｎ、Ｊ．Ｈ．Ｂｒａｕｋｅｒ、Ｓ．Ｎｅｕｅｎｆｅｌｄｔ、およびＡ．Ｗｅｒｎｅｒｓｏｎ、Ｓｕｒｖｉｖａｌ ｏｆ ｍａｃｒｏｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ ａｌｌｏｇｅｎｅｉｃ ｐａｒａｔｈｙｒｏｉｄ ｔｉｓｓｕｅ ｏｎｅ ｙｅａｒ ａｆｔｅｒ ｔｒａｎｓｐｌａｎｔａｔｉｏｎ ｉｎ ｎｏｎｉｍｍｕｎｏｓｕｐｐｒｅｓｓｅｄ ｈｕｍａｎｓ．Ｃｅｌｌ Ｔｒａｎｓｐｌａｎｔ、１０（７）：５９１〜９ページ、２００１年）で試験に成功した。装置はさらに、非ヒト霊長目において免疫抑制なしでの異種免疫および自己免疫からの保護を示したが、ヒトを被験者とした１つの研究では軽度の免疫抑制により異種免疫を有した。しかし、治療効果を示す臨床的応用により関連性の高い大型動物モデルおよび膵島供給源を用いた研究は不足している。酸素添加を強化した論理的根拠は有効かつ実用的な細胞インプラントに必須である。細胞インプラントの効果的な治療のために強化された酸素添加は、本発明により克服される障壁の１つである。

高密度細胞インプラントへの酸素の必要性。ヒトに使用するための細胞治療装置の拡大は、膵島の生存能力および機能を支持するために十分な膵島の酸素添加に必要とされる装置のサイズ要件により大幅に損なわれる（例えば、Ｏ’Ｓｕｌｌｉｖａｎ、Ｅ．Ｓ．、Ａ．Ｖｅｇａｓ、Ｄ．Ｇ．Ａｎｄｅｒｓｏｎ、およびＧ．Ｃ．Ｗｅｉｒ、Ｉｓｌｅｔｓ ｔｒａｎｓｐｌａｎｔｅｄ ｉｎ ｉｍｍｕｎｏｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅｓ：ａ ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ ｔｈａｔ ｒｅｍａｉｎ．Ｅｎｄｏｃｒ Ｒｅｖ、３２（６）：８２７〜４４ページ、２０１１年）。膵島（特に、膵β細胞）は特に低酸素状態に敏感である。その膵島生存能力への影響に加えて、酸素の欠乏は、グルコース刺激インスリン分泌（ＧＳＩＳ）で測定した膵島機能に劇的な影響を与える。ＧＳＩＳはエネルギー依存性プロセスであり、酸素効果の閾値は、生存能力に影響を与えるのに必要とされるよりも１００倍高い酸素濃度で見られる。

血管誘導アプローチの制限およびインサイチュー酸素生成を行う価値。免疫隔離装置は、細胞間接触、ならびに免疫隔離装置内および膵島内への宿主の血管の侵入を防ぐ。血管が膵島に侵入できる場合、それにより、膵島が十分な酸素を与えられて血管再生プロセス中（移植後２〜３週間）も生存するならば、酸素供給の問題はなくなる。これは免疫隔離には許容可能ではないため、膵島に酸素を供給する代替的方法が重要となる。血管誘導時には、細胞が装置内に入る前に、血管が装置の外縁部の近くまたはその内部に形成される。ＴｈｅｒａＣｙｔｅ（商標）装置は具体的には、膜の細孔構造により血管をその外膜へと引き込むように設計される。この血管誘導は、非酸素ガス（例えば、Ｎ_２、Ｈ_２、ＣＯ_２）を送り、局所的低酸素状態を誘発し、分子シグナル伝達レベルで血管新生を誘発することにより強化できる。しかし、血管誘導をもってしても、装置内に膵島を入れるのは、代謝的に活性な細胞が移植された場合埋め込み部位における血液供給を通して可能なｐＯ_２（１０〜４０ｍｍＨｇまたはこれよりも低い）により依然として制限されることが実験により実証されている（Ｇｏｈ、Ｆ．、Ｒ．Ｌｏｎｇ、Ｊｒ．、Ｎ．Ｓｉｍｐｓｏｎ、およびＡ．Ｓａｍｂａｎｉｓ、Ｄｕａｌ ｐｅｒｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅｌｙ ｍｏｎｉｔｏｒ ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ ｏｘｙｇｅｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｉｓｓｕｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｓ ｉｎ ｖｉｔｒｏ およびｉｎ ｖｉｖｏ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ Ｐｒｏｇ．２０１１年；Ｇｏｈ、Ｆ．およびＡ．Ｓａｍｂａｎｉｓ、Ｉｎ ｖｉｖｏ ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ ｏｘｙｇｅｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｗｉｔｈｉｎ ａｎ ｉｍｐｌａｎｔｅｄ ｔｉｓｓｕｅ⁻ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ ｐａｎｃｒｅａｔｉｃ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ．Ｔｉｓｓｕｅ Ｅｎｇ Ｐａｒｔ Ｃ Ｍｅｔｈｏｄｓ、１７（９）：８８７〜９４ページ、２０１１年）。

数学的拡散モデルは、装置表面の移植部位のｐＯ_２（３０ｍｍＨｇ）が、マクロカプセル表面積ｃｍ^２当たり１０００膵島当量（ＩＥＱ）を超える膵島細胞密度における膵島の生存能力および機能を可能にするためには不十分である。こうした低密度細胞充填（１０００ＩＥＱ／ｃｍ^２）は、極端に大型のカプセル化細胞インプラント（胴体サイズ）を必要とする。低酸素状態の間の細胞死を遅らせる生化学的作用物質（抗アポトーシス剤）の使用は細胞死を減らすことができるが、長期にわたって細胞機能を損ないやすい。異種供給源の膵島の場合、ヒト膵臓よりもブタ膵臓は多く必要とされうるため、さらに高密度の装置充填が異種移植には必要となりうる。

糖尿病のための細胞インプラント−競合技術。糖尿病のための細胞療法は、多くの研究者および企業の注目を集める領域である。いくつかの技術の概略を以下に記す。

Ｓｅｒｎｏｖａ（カナダ、オンタリオ州ロンドン）は現在、免疫保護しない血管誘導するインプラント装置を利用する。したがって、装置により血管は膵島内で成長でき、これにより膵島内血管新生に必要とされる２〜３週間の間生存するのであれは十分な酸素供給が可能となりうる。初期の同種移植試験では免疫抑制を利用した。

ＶｉａＣｙｔｅ（カリフォルニア州サンディエゴ）は、幹細胞を用いたＴｈｅｒａＣｙｔｅ（商標）装置に類似の装置を利用する。この装置により免疫隔離膜まで血管新生できる。これにはさらなる酸素供給方法がない。

Ｉｓｌｅｔ Ｓｈｅｅｔ Ｍｅｄｉｃａｌはマイクロカプセル化アプローチ（すなわち、膵島が埋め込まれたアルギネートシート）を使用する。この企業は高膵島密度の必要性、酸素添加の必要性、および３５％のパッキング密度の要求を認めているものの、文献からはどんな方法でこの高パッキング密度により十分な酸素が得られるかははっきりしない（例えば、Ｋｒｉｓｈｎａｎ、Ｒ．、Ｒ．Ａｒｏｒａ、Ｍ．Ｌａｍｂ、Ｏ．Ｌｉａｎｇ、Ｓ．Ｍ．Ｗｈｉｔｅ、Ａ．Ｍｏｙ、Ｒ．Ｓｔｏｒｒｓ、Ｒ．Ｄｏｒｉａｎ、Ｓ．Ｋｉｎｇ、Ｃ．Ｆｏｓｔｅｒ、Ｅ．Ｂｏｔｖｉｎｉｃｋ、Ｂ．Ｃｈｏｉ、およびＪ．Ｌａｋｅｙ、Ｖａｓｃｕｌａｒ Ｒｅｍｏｄｅｌｉｎｇ ｉｎ ａ Ｓｕｂｃｕｔａｎｅｏｕｓ Ｓｉｔｅ Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｔｏ Ｉｓｌｅｔ Ｔｒａｎｓｐｌａｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌ Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ．［２０１２年８月５日に引用］；ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈａｎｕｍａｎｍｅｄｉｃａｌｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ．ｏｒｇ／ｂｌｏｇ／ｗｐ−ｃｏｎｔｅｎｔ／ｕｐｌｏａｄｓ／２０１２／０７／２０１２０７−Ｒａｈｕｌ−ＴＴＳ−ｐｏｓｔｅｒ．ｐｄｆより入手）。

Ｌｉｖｉｎｇ Ｃｅｌｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓはさらに、マイクロカプセル化アプローチを使用する。

Ｂｅｔａ−Ｏ_２ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｌｔｄ（イスラエル）は、皮膚を通るラインを介した酸素供給送達を包含する技術を有する。Ｂｅｔａ−Ｏ_２は、アルギネートヒドロゲルスラブ内部に膵島を有する免疫隔離膵島モジュールと酸素透過性膜により膵島モジュールから隔てられたガスチャンバからなるインプラント可能なバイオ人工膵臓に合わせて設計を行う（Ｌｕｄｗｉｇ，Ｂ．、Ｂ．Ｚｉｍｅｒｍａｎ、Ａ．Ｓｔｅｆｆｅｎ、Ｋ．Ｙａｖｒｉａｎｔｓ、Ｄ．Ａｚａｒｏｖ、Ａ．Ｒｅｉｃｈｅｌ、Ｐ．Ｖａｒｄｉ、Ｔ．Ｇｅｒｍａｎ、Ｎ．Ｓｈａｂｔａｙ、Ａ．Ｒｏｔｅｍ、Ｙ．Ｅｖｒｏｎ、Ｔ．Ｎｅｕｆｅｌｄ、Ｓ．Ｍｉｍｏｎ、Ｓ．Ｌｕｄｗｉｇ、Ｍ．Ｄ．Ｂｒｅｎｄｅｌ、Ｓ．Ｒ．Ｂｏｒｎｓｔｅｉｎ、およびＵ．Ｂａｒｋａｉ、Ａ ｎｏｖｅｌ ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ ｉｓｌｅｔ ｔｒａｎｓｐｌａｎｔａｔｉｏｎ ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ｉｍｍｕｎｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｘｙｇｅｎ ｓｕｐｐｌｙ．Ｈｏｒｍ Ｍｅｔａｂ Ｒｅｓ、４２（１３）：９１８〜２２ページ、２０１０年；Ｓｔｅｒｎ、Ｙ．、Ｕ．Ｂａｒｋａｉ、Ａ．Ｒｏｔｅｍ、Ｍ．Ｒｅｉｎｇｅｗｉｒｔｚ、およびＹ．Ｒｏｚｙ．、Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｘｙｇｅｎ ｔｏ ｉｍｐｌａｎｔｅｄ ｃｅｌｌｓ、米国特許第８，０４３，２７１号、２００８年；Ｂａｒｋａｉ、Ｕ．、Ｇ．Ｃ．Ｗｅｉｒ、Ｃ．Ｋ．Ｃｏｌｔｏｎ、Ｂ．Ｌｕｄｗｉｇ、Ｓ．Ｒ．Ｂｏｒｎｓｔｅｉｎ、Ｍ．Ｄ．Ｂｒｅｎｄｅｌ、Ｔ．Ｎｅｕｆｅｌｄ、Ｃ．Ｂｒｅｍｅｒ、Ａ．Ｌｅｏｎ、Ｙ．Ｅｖｒｏｎ、Ｋ．Ｙａｖｒｉａｎｔｓ、Ｄ．Ａｚａｒｏｖ、Ｍ．Ｚｉｍｅｒｍａｎｎ、Ｎ．Ｓｈａｂｔａｙ、Ｍ．Ｂａｌｙｕｒａ、Ｔ．Ｒｏｚｅｎｓｈｔｅｉｎ、Ｐ．Ｖａｒｄｉ、Ｋ．Ｂｌｏｃｈ、Ｐ．ｄｅ Ｖｏｓ、およびＡ．Ｒｏｔｅｍ、Ｅｎｈａｎｃｅｄ ｏｘｙｇｅｎ ｓｕｐｐｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｉｓｌｅｔ ｖｉａｂｉｌｉｔｙ ｉｎ ａ ｎｅｗ ｂｉｏａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｐａｎｃｒｅａｓ．Ｃｅｌｌ Ｔｒａｎｓ．２０１２年；Ｌｕｄｗｉｇ、Ｂ．、Ａ．Ｒｏｔｅｍ、Ｊ．Ｓｃｈｍｉｄ、Ｇ．Ｃ．Ｗｅｉｒ、Ｃ．Ｋ．Ｃｏｌｔｏｎ、Ｍ．Ｄ．Ｂｒｅｎｄｅｌ、Ｔ．Ｎｅｕｆｅｌｄ、Ｎ．Ｌ．Ｂｌｏｃｋ、Ｋ．Ｙａｖｒｉｙａｎｔｓ、Ａ．Ｓｔｅｆｆｅｎ、Ｓ．Ｌｕｄｗｉｇ、Ｔ．Ｃｈａｖａｋｉｓ、Ａ．Ｒｅｉｃｈｅｌ、Ｄ．Ａｚａｒｏｖ、Ｂ．Ｚｉｍｅｒｍａｎｎ、Ｓ．Ｍａｉｍｏｎ、Ｍ．Ｂａｌｙｕｒａ、Ｔ．Ｒｏｚｅｎｓｈｔｅｉｎ、Ｎ．Ｓｈａｂｔａｙ、Ｐ．Ｖａｒｄｉ、Ｋ．Ｂｌｏｃｈ、Ｐ．ｄｅ Ｖｏｓ、Ａ．Ｖ．Ｓｃｈａｌｌｙ、Ｓ．Ｒ．Ｂｏｒｎｓｔｅｉｎ、およびＵ．Ｂａｒｋａｉ、Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｉｓｌｅｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｂｉｏａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｐａｎｃｒｅａｓ ｂｙ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｏｘｙｇｅｎ ｓｕｐｐｌｙ ａｎｄ ｇｒｏｗｔｈ ｈｏｒｍｏｎｅ ｒｅｌｅａｓｉｎｇ ｈｏｒｍｏｎｅ ａｇｏｎｉｓｔ．Ｐｒｏｃ Ｎａｔｌ Ａｃａｄ Ｓｃｉ ＵＳＡ、１０９（１３）：５０２２〜７ページ、２０１２年）。その結果により、インプラントが入れられ酸素供給された糖尿病マウスは６ヶ月間の正常な血糖制御を示すことが示された。膵島チャンバへの酸素ガス供給が停止されると、正常血糖動物は即座に糖尿病になるため、酸素は制限因子であり、供給強化が高密度膵島の生体内における生存能力および機能を支持することが示された。膵島が２または３日間以上生存可能であるために、酸素チャンバを継続的に補充した。研究者は、２４時間毎に酸素チャンバに４０％酸素を注入するか、または皮下アクセスポートを通して２時間毎に１５分間外部空気タンクおよび空気ポンプを介して濾過した大気を供給しなければならなかった。

血管新生中のインプラントを一時的に補助するための短期化学的酸素生成にアプローチするマイアミ大学での研究努力もある（Ｐｅｄｒａｚａ，Ｅ．、Ｍ．Ｍ．Ｃｏｒｏｎｅｌ、Ｃ．Ａ．Ｆｒａｋｅｒ、Ｃ．Ｒｉｃｏｒｄｉ、およびＣ．Ｌ．Ｓｔａｂｌｅｒ、Ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇ ｈｙｐｏｘｉａ−ｉｎｄｕｃｅｄ ｃｅｌｌ ｄｅａｔｈ ｉｎ ｂｅｔａ ｃｅｌｌｓ ａｎｄ ｉｓｌｅｔｓ ｖｉａ ｈｙｄｒｏｌｙｔｉｃａｌｌｙ ａｃｔｉｖａｔｅｄ、ｏｘｙｇｅｎ−ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｐｒｏｃ Ｎａｔｌ Ａｃａｄ Ｓｃｉ ＵＳＡ、１０９（１１）：４２４５〜５０ページ、２０１２年）。しかし、このアプローチでは、酸素を長期的（月／年）に提供できないため、血管新生までのつなぎに限定される。

ＴｈｅｒａＣｙｔｅ（商標）の細胞カプセル化装置は元々糖尿病治療以外の適応のためにＢａｘｔｅｒ，Ｉｎｃ．により開発され、その鍵となる特徴の１つは、免疫隔離する二次膜により血管新生を促進する外を向いた膜である。本発明はＴｈｅｒａＣｙｔｅ，Ｉｎｃ．が市販する細胞収容製品の新規な代替品である。本発明は電気化学的ガス発生装置をさらに備える。元々、３コンパートメント型のＴｈｅｒａＣｙｔｅ（商標）装置は、側面チャンバで生成される第８因子の輸送のため中央チャンバに液体が流れる血友病用途のためにＢａｘｔｅｒにより利用されていた。ＴｈｅｒａＣｙｔｅの刊行物はさらに、装置を血管誘導し、その後細胞収容装置に細胞を導入するメリットを示す。

その他のガス。酸素は一般に、上述のように細胞の生存能力および機能に必要とされることが知られているが、細胞インプラントまたはインプラント近傍に送ることができ、インプラントの細胞および／または周りの組織に利益をもたらすことが可能な他のガスがある。ガス状水素はその酸化防止特性および抗アポトーシス特性により細胞を保護するように機能する（Ｗｏｏｄら、“Ｔｈｅ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｈｉｇｈｗａｙ ｔｏ ｒｅｐｅｒｆｕｓｉｏｎ ｔｈｅｒａｐｙ”、Ｎａｔｕｒｅ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ、１３（６）：６７３〜４ページ（２００７年）；Ｏｈｓａｗａら、“Ｈｙｄｒｏｇｅｎ ａｃｔｓ ａｓ ａ ｔｈｅｒａｐｅｕｔｉｃ ａｎｔｉｏｘｉｄａｎｔ ｂｙ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌｙ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｃｙｔｏｔｏｘｉｃ ｏｘｙｇｅｎ ｒａｄｉｃａｌｓ”、Ｎａｔｕｒｅ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ、１３（６）：６８８〜９４ページ、２００７年）。ガス状二酸化炭素により代謝を調節でき、ガス状一酸化炭素は抗炎症作用および抗アポトーシス作用を有しうる（Ｗａｎｇら、“Ｄｏｎｏｒ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｗｉｔｈ ｃａｒｂｏｎ ｍｏｎｏｘｉｄｅ ｃａｎ ｙｉｅｌｄ ｉｓｌｅｔ ａｌｌｏｇｒａｆｔ ｓｕｒｖｉｖａｌ ａｎｄ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ”、Ｄｉａｂｅｔｅｓ、５４（５）：１４００〜６ページ、２００５年参照）。

実施例１：ラットの細胞インプラントへの酸素供給の有効性の証明。糖尿病誘発ラットモデルでは、２４，０００個のヒト膵島を３ｃｍ^２の細胞収容システムに入れた。外部に配置されたＥＯＣから４０％酸素を、入口を使用して酸素を過剰供給（すなわち、ヒト膵島の公知の酸素消費量よりも多い酸素）しながら細胞収容システムの中央コンパートメントに送った。細胞収容システムはさらに、過剰な酸素を抜くために排出管を有していた。ラットの血糖は移植前２日間を含めて毎日測定した。酸素補充しない装置を用いた糖尿病ラットでは、血糖は高い糖尿病水準のままであった。酸素添加するインプラントを用いたラットでは、血糖値は下がっていたため、糖尿病の部分的（１５０〜３５０ｍｇ／ｄＬ）から完全な（＜１５０ｍｇ／ｄＬ）の回復を示した（実験結果については図１８を参照）。

実施例２：ラットの血糖制御に関する酸素添加の有効性の証明。上述の類似の実験では、ラットは標準的なＩＰ−ＧＴＴ試験により糖負荷について移植後１週間試験された。酸素補給しない２匹のラットは高い糖尿病水準の血糖であった（〜６００ｍｇ／ｄＬ）。ガス処理細胞インプラントシステムを使用して酸素補給したラットは、糖尿病の部分的回復を示し、正常高値の記録（〜２００ｍｇ／ｄＬ）であった。図１９はこの試験による実験結果を示す。

実施例３：１４日間にわたるラットの血糖制御に関する酸素の有効性の証明。別の実施例では、ヒト（２０，０００ＩＥＱ）またはブタ（２４，０００ＩＥＱ）膵島を、酸素を提供する電気化学的酸素発生装置を本体外部に備えた、細胞チャンバおよび１つのガスチャンバを有する３ｃｍ^２の４０μｌ細胞コンテナに入れた。これは、表面積ｃｍ^２当たり６，６００〜８，０００膵島当量の細胞密度に相当する。この量は、レシピエントの体重１ｇ当たり１００ＩＥＱ未満である。細胞容器は、孔径が０．５μｍ未満の内部免疫隔離ＰＴＦＥ膜に貼り付けられた孔径が３μｍ超の延伸ＰＴＦＥから構成される血管新生膜を備える。細胞容器は糖尿病齧歯類動物モデルの皮下に埋め込まれる。細胞コンパートメントとガスコンパートメントの間の膜は、ガス容器に向く粗孔膜を用いた同じ種類の複合材料膜（すなわち、免疫隔離膜に貼り付けられた血管新生膜）である。実験用細胞容器は、膵島の量から予測される代謝消費量の少なくとも１０倍余分に酸素を供給される。対照の細胞容器には酸素が供給されない。酸素が供給された細胞容器内の膵島は、哺乳類においては正常または正常に近い５０〜２００ｍｇ／ｄｌの範囲内の血糖値を維持するのに対し、酸素供給されない膵島は血糖調節能力が損なわれ、グルコース記録が３００〜５００ｍｇ／ｄｌ範囲である。これらの結果は少なくとも１４日間続いた。

上述の本発明の実施形態は単なる例示を目的としており、当業者は本発明の趣旨から逸脱することなく本発明への複数の変形および修正ができるものとする。このような変形および修正はすべて添付の特許請求の範囲に規定される本発明の範囲内であることが意図される。

Claims (32)

1. （ａ）第１の出口から第１のガスを、第２の出口から第２のガスを出力するように構成される電気化学装置であって、前記第１のガスと前記第２のガスとが互いに異なる電気化学装置と、
   （ｂ）細胞を受容するように構成された第１のチャンバを備えるインプラント可能な細胞容器と、
   （ｃ）前記第１のガスを前記電気化学装置から前記インプラント可能な細胞容器に送るための第１のガス導管であって、第１の端部および第２の端部を備え、前記第１の端部が前記電気化学装置の前記第１の出口と流体連結されており、前記第２の端部が前記第１のガスを前記インプラント可能な細胞容器の前記第１のチャンバに送るよう構成されている、第１のガス導管と、
   （ｄ）前記第２のガスを前記電気化学装置から前記インプラント可能な細胞容器に送るための第２のガス導管であって、第１の端部および第２の端部を備え、前記第１の端部が前記電気化学装置の前記第２の出口と流体連結されており、前記第２の端部が前記第２のガスを前記インプラント可能な細胞容器の前記第１のチャンバに送るよう構成されている、第２のガス導管と、
   を備える細胞インプラントのガス処理用システム。
2. 前記第１のチャンバの少なくとも一部は、免疫隔離膜により囲まれる、請求項１に記載のシステム。
3. 前記第１のガス導管の前記第２の端部および前記第２のガス導管の前記第２の端部はそれぞれ前記第１のチャンバ内に配置される、請求項１に記載のシステム。
4. 前記第１のガス導管の前記第２の端部は前記インプラント可能な細胞容器内に配置され、前記第２のガス導管の前記第２の端部は前記インプラント可能な細胞容器の外に配置される、請求項１に記載のシステム。
5. 前記第１のチャンバの少なくとも第１部分は選択的透過性外壁によって囲まれており、前記選択的透過性外壁はガス透過性であり、前記第２のガス導管の前記第２の端部は前記インプラント可能な細胞容器の外で、かつ、前記選択的透過性外壁の近くに配置される、請求項４に記載のシステム。
6. 前記第１のチャンバの少なくとも第２部分は選択的透過性内壁によって囲まれており、前記選択的透過性内壁はガス透過性であるが細胞不透過性である、請求項５に記載のシステム。
7. 前記第２のガス導管の前記第２の端部は前記インプラント可能な細胞容器の前記選択的透過性外壁から５ｍｍ以下離れている、請求項５に記載のシステム。
8. 前記インプラント可能な細胞容器は第２のチャンバをさらに備え、前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとは第１の選択的透過性壁により隔てられており、前記第１の選択的透過性壁はガス透過性であるが細胞不透過性であり、前記第１のガス導管の前記第２の端部および前記第２のガス導管の前記第２の端部はそれぞれ前記第２のチャンバ内に配置される、請求項１に記載のシステム。
9. （ａ）第１の出口から第１のガスを、第２の出口から第２のガスを出力するように構成される電気化学装置であって、前記第１のガスと前記第２のガスとが互いに異なる電気化学装置と、
   （ｂ）インプラント可能な細胞容器であって、第１のチャンバと、第２のチャンバと、第３のチャンバとを備え、前記第１のチャンバは細胞を受容するよう構成されており、前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとは第１の選択的透過性壁により隔てられており、前記第１の選択的透過性壁はガス透過性であるが細胞不透過性であり、前記第３のチャンバは細胞を受容するよう構成されており、前記第２のチャンバと前記第３のチャンバとは第２の選択的透過性壁により隔てられており、前記第２の選択的透過性壁はガス透過性であるが細胞不透過性である、インプラント可能な細胞容器と、
   （ｃ）第１の端部および第２の端部を備える第１のガス導管であって、前記第１のガス導管の前記第１の端部が前記電気化学装置の前記第１の出口と流体連結されており、前記第１のガス導管の前記第２の端部が前記インプラント可能な細胞容器の前記第２のチャンバに流体連結されている、第１のガス導管と、
   （ｄ）第１の端部および第２の端部を備える第２のガス導管であって、前記第２のガス導管の前記第１の端部が前記電気化学装置の前記第２の出口と流体連結されており、前記第２のガス導管の前記第２の端部が前記インプラント可能な細胞容器の外に配置されている、第２のガス導管と、
   を備える細胞インプラントのガス処理用システム。
10. 前記第２のガス導管は、前記インプラント可能な細胞容器より上に配置された少なくとも１つのガス透過性管部材と、前記インプラント可能な細胞容器よりも下に配置された少なくとも１つのガス透過性管部材とを備える、請求項４に記載のシステム。
    
11. 前記インプラント可能な細胞容器は第２のチャンバおよび第３のチャンバをさらに備え、前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとは第１の選択的透過性壁により隔てられており、前記第１の選択的透過性壁はガス透過性であるが細胞不透過性であり、前記第２のチャンバと前記第３のチャンバとは第２の選択的透過性壁により隔てられており、前記第２の選択的透過性壁はガス透過性であるが細胞不透過性であり、前記第３のチャンバは細胞を受容するように構成され、前記第１のガス導管の前記第２の端部および前記第２のガス導管の前記第２の端部のうち少なくとも一方は前記第２のチャンバ内に配置される、請求項１に記載のシステム。
12. 前記第１の選択的透過性壁および前記第２の選択的透過性壁はそれぞれ、ガスのみ透過可能である、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記インプラント可能な細胞容器は細胞供給ポートをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
14. 前記電気化学装置は水電解槽であり、前記第１のガスはガス状酸素であり、前記第２のガスはガス状水素である、請求項１に記載のシステム。
15. 請求項１に記載の前記システムと前記インプラント可能な細胞容器の前記第１のチャンバに配置された所定量の細胞との組み合わせ。
16. （ａ）第１の出口から第１のガスを出力するように構成される電気化学装置と、
    （ｂ）インプラント可能な細胞容器であって、第１のチャンバと、第２のチャンバと、第３のチャンバとを備え、前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとが第１の選択的透過性膜により隔てられており、前記第１の選択的透過性膜はガス透過性であるが細胞不透過性であり、前記第１のチャンバは細胞を受容するよう構成されており、前記第２のチャンバが前記第１の選択的透過性膜と連通する供給チャネルを備え、前記第２のチャンバと前記第３のチャンバとは第２の選択的透過性膜により隔てられており、前記第２の選択的透過性膜はガス透過性であるが細胞透過性であり、前記第３のチャンバは細胞を受容するように構成され、前記供給チャネルは前記第２の選択的透過性膜と連通する、インプラント可能な細胞容器と、
    （ｃ）前記第１のガスを前記電気化学装置から前記インプラント可能な細胞容器に送るための第１のガス導管であって、第１の端部および第２の端部を備え、前記第１の端部は前記電気化学装置の前記第１の出口と流体連結されており、前記第２の端部が前記供給チャネルの端部に連結されている、第１のガス導管と、
    を備える、細胞インプラントのガス処理用システム。
    
17. 前記第１のチャンバは、細胞を通過させて前記第１のチャンバに細胞を供給できる細胞供給ポートを備える、請求項１６に記載のシステム。
18. 前記第１のチャンバの少なくとも一部は免疫隔離膜により囲まれる、請求項１６に記載のシステム。
19. 前記電気化学装置は水電解槽であり、前記第１のガスはガス状酸素である、請求項１６に記載のシステム。
20. 前記電気化学装置は電気化学的酸素濃縮器であり、前記第１のガスはガス状酸素である、請求項１６に記載のシステム。
21. 前記第１の選択的透過性膜はガスのみ透過可能である、請求項１６に記載のシステム。
22. 請求項１６に記載の前記システムと前記インプラント可能な細胞容器の前記第１のチャンバに配置された所定量の細胞との組み合わせ。
23. 前記電気化学装置、前記インプラント可能な細胞容器、前記第１のガス導管および前記第２のガス導管は、患者へのインプラント用に構成されている、請求項１に記載のシステム。
24. 前記電気化学装置は生体適合性膜を備える、請求項１に記載のシステム。
25. 前記生体適合性膜は生体適合性血管新生膜である、請求項２４に記載のシステム。
26. 前記電気化学装置は蒸気輸送膜をさらに備える、請求項２５に記載のシステム。
27. 前記電気化学装置は蒸気輸送膜を備える、請求項１に記載のシステム。
28. 前記第１のガス導管の前記第２の端部および前記第２のガス導管の前記第２の端部の一方は前記第２のチャンバ内に配置されており、前記第１のガス導管の前記第２の端部および前記第２のガス導管の前記第２の端部の他方は前記第２のチャンバ外に配置されている、請求項１１に記載のシステム。
29. 前記細胞インプラントは、前記細胞容器の単位露出表面積（ｃｍ^２）当たり６，６００〜８，０００膵島当量の細胞パッキング密度および前記細胞容器中の齧歯類動物の体重の１ｇ当たり最大１００ＩＥＱの全体量を有しており、齧歯類動物レシピエントは、インスリン治療をしない場合に少なくとも１４日間にわたって毎日の測定血糖値が５０〜２００ｍｇ／ｄＬである、請求項１に記載のシステム。
30. 第１の膜エンクロージャをさらに備え、前記第１の膜エンクロージャは前記電気化学装置を密閉し、前記第１の膜エンクロージャは半透過性膜を備え、前記第１の膜エンクロージャは、液状の反応物質を含む、前記電気化学装置が必要とする、反応物質が通過可能であるよう構成されている、請求項１に記載のシステム。
31. 第１の膜エンクロージャをさらに備え、前記第１の膜エンクロージャは前記電気化学装置を密閉し、前記第１の膜エンクロージャは半透過性膜を備え、前記第１の膜エンクロージャは、液状の反応物質を含む、前記電気化学装置が必要とする、反応物質が通過可能であるよう構成されている、請求項１６に記載のシステム。
32. 前記電気化学装置はリザーバを備え、前記システムは前記リザーバ内に入れられた所定量のＨ_２Ｏ^１７を含み、これによって前記電気化学装置により出力される前記第１のガスはＯ_２ ^１７を含む、請求項１に記載のシステム。
    

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