JPH0271755A - 人工肝臓装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は人工肝臓装置に関し、より具体的には、動物の
培養肝細胞を用いた人工肝臓装置に係る。

〔従来の技術〕

人工肝臓装置は生体の肝機能の代行若しくは補助を行な
う装置で、重篤な肝不全患者の治療用いられる。従来、
吸着型の人工肝臓、血漿分離型の人工肝臓、および両者
を組合せた人工肝臓装置が臨床的に用いられている。

吸着型の人工肝臓は、カラム内に活性炭等の吸着剤を充
填したものである。この装置は、血液中に含まれる低分
子量の有機物を比較的効率良く除去することができる。

しかし、中程度の分子量の有機物および高分子量の有機
物を高効率で除去することはできず、満足すべき解毒効
果が得られない。

血漿分離型の人工肝臓装置は、毒性物質を含む患者の血
漿を膜を介して分離し、新鮮な血漿を補液するものであ
る。この装置では、全血からの血漿分離効率に限界があ
るため、毒性物質を含む血漿の一部を再び患者の体内に
戻さなければならず、優れた浄化効率は得られない。ま
た、新鮮な血漿による置換が不可欠であるため、大量の
血漿補液を必要とする。このような大量の血漿補液は、
例えばＡＩＤＳ等のウィルス感染が血漿製剤の大量使用
者に頻発していることに示されるように、二次感染の原
因になる。

上記のように、従来の人工肝臓装置による毒物除去効果
には限界がある。このため、例えば次に述べるように、
近年では動物の細胞を組込んだ代謝型の人工肝臓が広く
研究されている。

ソーヤ−（Ｓｏｙｅｒ　）等は、単離された肝細胞や肝
臓切片等を用い、直接血液潅流を行なう幾つかの人工肝
臓装置を提案した。しかし、この装置は血球と肝細胞と
の分離がうまくいかないため、実用化されていない。

マツムラ（Ｋ、Ｎ、Ｍａｔｓｕｍｕｒａ　）は、膜に挟
んだ肝細胞と血液とを間接的に接触させる装置を提案し
ている（米国特許第３７３４８５１号）。しかし、肝細
胞単独ではその長期に亙る生存が困難であるため、この
装置では肝細胞を用いたことによる治療効果は期待でな
い。

更に、濾過血漿を浮遊培養した肝細胞に直接接触させた
後、肝細胞と浄化された血漿とを濾別し、浄化血漿を患
者に戻す方法が提案されている（特開昭５３−９４４９
６号）。しかし、肝細胞の機能は付着依存性であるため
、浮遊培養法においては肝細胞の機能を長期に亙って維
持するのが困難である。

また、肝細胞の培養に必要な酸素を供給するための適当
な方法がない。例えば暴気による酸素供給を行なうと、
血清成分が混入しているため著しい泡立ちを生じてしま
う。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その課題は
、肝細胞を組込んだ代謝型の人工肝臓装置において細胞
密度を高めると共に、細胞の活性および高機能を長期間
維持し、且つ実用上の取扱いの困難さを解消することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記本発明の課題は、多孔質膜により隔てられた第−室
および第二室と、コラーゲンゲル内に封入された状態で
前記第−室に充填された肝細胞と、前記第二室に連通し
て設けられた血液流入口および血液流出口とを具備した
人工肝臓装置によって達成される。

本発明においては、肝細胞と共に、肝臓、肺、心臓真皮
由来の線維芽細胞、血管内皮細胞等の間充繊細胞を前記
コラーゲンゲル中に封入するのが好ましい。

本発明に用いる多孔性膜としては、人工腎臓、血漿分離
器、人工肺、除菌フィルター等として既に実用化されて
いる多孔性膜を好適に用いることができる。これらの多
孔性膜は中空糸型と平膜型に大別されるが、その何れを
用いてもよい。この多孔性膜で隔離された一方のコンパ
ートメント内には、肝細胞を含有したコラーゲンゲルを
充填する。また、他方のコンパートメント内には血液を
潅流させる。

前記コンパートメント内に細胞を含有したゲルマトリッ
クスを充填するには、ゲル形成能を有するコラーゲン溶
液中に肝細胞等を混合し、この液体をコンパートメント
内に注入してゲル化させる。

また、本発明の好ましい態様においては、前記血液流入
口に直列に接続された模型酸素付加装置を設ける。

〔作用〕

本発明の人工肝臓装置において、肝細胞と共に封入され
るコラーゲンゲルは主に次の作用を果す。

■肝細胞の高密度培養を可能とする。この作用は、人工
肝臓装置のコンパクト化に寄与する。

■その内部に肝細胞を封入して安定化することにより、
肝細胞の長期に亙る活性維持を特徴とする特に、間充繊
細胞と共に封入したときに、より優れた活性維持効果が
得られる。

■その内部に肝細胞を封入することにより、多孔性膜が
破損したときにも、肝細胞の血液中への漏出を防止する
。

一方、本発明における多孔性膜の主な作用は次の通りで
ある。

■反応効率を低下させることなく、脆弱な高含水率のゲ
ルを機械的に補強する。

■脆弱な高含水率のゲルを、極細繊維状または極薄フィ
ルム状に成形することを可能にする。これによりゲルの
表面積／体積比を高め、反応効率を顕著に向上させる。

更に、本発明の好ましい態様において用いられる模型酸
素付加装置は、次の作用を奏する。即ち、この模型酸素
付加装置は、脱血ラインで採血された静脈血に酸素を添
加する。こうして、血液は酸素濃度が高められた状態で
人工肝臓装置の前記第二室に流入し、第−室に封入され
た肝細胞による代謝反応を受ける。その際、血液に付加
された酸素は多孔性膜を通って第二室から第一室内に拡
散し、第−室に封入された肝細胞に供給される。この酸
素供給によって、肝細胞の活性をより長期に亙って維持
することが可能となる。

本発明の人工肝臓装置では多孔質膜内に肝細胞が封入充
填され、解毒処理すべき血液または血漿は多孔質膜を介
した拡散により前記肝細胞と接触し、代謝を受ける構造
はなっている。このため、肝細胞と血液との接触を容易
に行なうことができ、且つ肝細胞が血液中に混入する危
険は完全に解消される。また、使用時における繁雑な操
作も解消される。

〔発明の実施例〕

第１図は、本発明による人工肝臓装置の一実施例を示し
ている。同図（Ａ）において、１は円筒状のハウジング
である。ハウジング１の両開口端には、下部蓋体２およ
び上部蓋体３が設置されている。下部蓋体２には液体注
入口４が、上部蓋対には液体導出口５が夫々設けられて
いる。また、ハウジング１には血液人口６および血液比
ロアが設けられている。更に、ハウジング１の内部には
多孔質膜からなる中空糸（図示せず）が多数配設されて
いる。これら中空糸の下端は一つに纏められて液体注入
口４に連通され、上端は同様にして液体導出口５に連通
されている。ハウジング１の内部で且つ中空糸の外側の
空隙（ハウジング空間）は、ハウジング１に設けた血液
人口６および血液比ロアに連通している。

第１図（Ｂ）は、ハウジング１内部に配設された中空糸
の状態を拡大して示している。同図において、８は中空
糸を構成する多孔質膜である。この多孔性膜としては、
平均孔径５人〜１０ｕ１ｍのものが好ましい。多孔質膜
中空糸の内部にはコラーゲンゲル９が充填されている。

コラーゲンの濃度は０．０５〜０．３％、望ましくは０
．１〜０．２％である。

コラーゲンゲル９の中には、肝細胞１０が分散状態で封
入されている。肝細胞の封入密度は１×１０５個／ｕ−
ＩＸＩＧ６個／ｒａｔ！、より望ましくは４Ｘ１０５個
／１１ｉ〜５ｘｔｏ５個／Ｍｉである。好ましい・態様
においては、肝細胞以外に間充繊細胞を封入する。その
封入密度は０〜１ｘ１０６個／ＩＩＪ１１望ましくは５
Ｘ１０４個／ＩＩＪｌ〜１×１０６個／１ｔｔｉｔ、よ
り望ましくは２Ｘ１０う個／ｄ〜４Ｘ　１０５個／ｇで
ある。中空糸の外側の大きい矢印は、ハウジング空間中
の血液の流れを示している。この血液中の基質が、図中
矢印で示すように多孔質膜を透過してゲル中の肝細胞に
まで拡散し、代謝解毒される。

次に、第２図を参照し、第１図に示した実施例の人工肝
臓装置を製造する方法を説明する。

第１図（Ａ）で説明した構造の中空糸型フィルター１１
を用意し、その液体注入口４にはバルブ１２を介して調
整槽１３を接続し、液体導出口５にはポンプ１４を接続
する。調整槽１３には、動物から分離した肝細胞、間充
繊細胞、コラーゲン溶液および培地を低温にて予め混合
しておく。この混合液をポンプ１４で吸引し、中空糸型
フィルター１１中に配設された多数の多孔質中空糸の内
部に充填した後、バルブ１２を閉じる。次いで、中空糸
型フィルター１１の血液人口６に接続した導管１５、血
液比ロアに接続した導管１６を通して培養液を潅流する
。その際、導管１５には酸素付加器１７を設け、潅流さ
れる培養液に酸素を添加する。酸素付加器１７も、第１
図で説明したと同様の中空糸型フィルターからなり、酸
素供給装置１８が接続されている。従って、導管２０か
らポンプ１９で送給された培養液は酸素付加器１７で酸
素を添加された後、中空糸型フィルター１１のハウジン
グ空間内に供給され、循環される。こうして、生理的温
度かつ酸素添加された好適な条件で前培養することによ
り、コラーゲンはゲル化し、ゲルに封入された活性の高
い肝細胞が維持される。なお、酸素付加器１７に酸素源
としては、２０〜６０％の０２と、０＝１０９６の００
２と、残部の窒素とからなる混合物、望ましくは４０〜
５０％の０２と、５０％のＣＯ２と、残部の窒素とから
なる混合ガスを用いるのがよい。

上記で得られた人工肝臓装置は、次のようにして肝不全
患者の治療に用いる。即ち、導管２０の末端に挿管した
カニユーレを、例えば患者の大腿動脈または静脈に穿刺
して採血する。採血された血液はポンプ１９により酸素
付加器１７に送られ、ここで酸素が添加される。酸素付
加器１７には熱交換装置を装着しておき、温度を３７℃
前後に維持しておくのが好ましい。酸素添加された血液
は、導管１５を通って人工肝臓装置の解毒反応槽１１に
導入される。この反応槽１１において、血液中に含まれ
る毒物は肝細胞により代謝され、解毒される。解毒され
た血液は、導管１６を通って患者の大腿静脈等挿入され
たカニユーレを通して返血される。

本発明による人工腎臓装置は、上記のように血液の直接
的な浄化に好適に用いられるのみならず、他の態様で使
用することも可能である。例えば、血漿分離器で分離さ
れた血漿の浄化を行ない、血球と併せて返血するシステ
ムで使用することができる。また体液バランス、特に電
解質の補正を目的とし、ダイアライザーと結合して用い
ることもできる。

以下、具体的な製造例および使用例に基づき、本発明を
より詳細に説明する。

製造例 ５〜８週齢のスプラーグドーリー系ラット（雄）から、
Ｓｅｇｌｅｎ等の方法に準じて肝細胞を分離した。この
肝細胞４Ｘ　１０７個を、３日齢の同種ラット新生児（
雄）の肺からコラ−ゲナーゼ処理により分離して得た線
維芽細胞（継代数２〜８）２Ｘ１０’個と併せた。この
細胞を、ダルベツコ改変イーグル培養液（ＤＥＮ）にコ
ラーゲン０．２％を加えた溶液５０１１１中に浮遊させ
た。ＤＥＭの組成は、ハイドロコーチシン　０．４μｇ
／ｍｉ、インスリン　５Ｍｇ／ｒ！ＩＩ！、トランスフ
ェリン５μｇ／Ｉ！ＡＩ！、トリョードチロニン　２Ｘ
ｌＯ−９Ｍ　、コレラ毒素１０−　”　Ｍ、アデニン１
０−４Ｍ　、ＥＧＰ　ｌＯｎｇ／！！Ｌｌ、牛胎児血清
１０％である。なお、培養液は４℃に冷却して用いた。

この細胞浮遊液を調整槽１３収容し、第２図で説明した
方法により人工肝臓装置を製造した。中空糸型フィルタ
ー１１としては、約１３．０００本のポリプロピレン製
中空糸（内径２００　ｐ　、有効長１０．５ｃＴＩ）を
具備した模型人工肺「キャビオックスｎ−０８（登録商
標）」から熱交換部分を取り除き、そのガス交換部分を
用いた。また、細胞浮遊液充填後の培養は３７℃で行な
い、培養液にはＤＭＥを用いた。

培養７日目における細胞の状態を観察したところ、肝細
胞はゲルの内部全体にネットワークをつくり、細胞間胆
管様構造を形成していた。

比較製造例 製造例で用いたと同じ細胞浮遊液を、直径３５ｏｙの疎
水性プラスチックシャーレに２１１Ｊ！分注し、０２４
０％、００２５％、Ｎ２５５％のインキュベータを用い
て３７℃で培養した。培養液は１日目に０．５ＩＩｉ加
え、その後１日おきに交換した。

培養７日目における細胞の状態を観察したところ、ゲル
の表面には細胞間胆管様構造を維持した肝細胞のコロニ
ーがみられたが、ゲル内部の肝細胞は崩壊死又はそれに
近い細胞が多かった。

使用例１ 上記の製造例で得た人工肝臓装置を用い、第３図に示す
ようにして模擬患者血液の循環解毒実験を行な、っな。

即ち、模擬患者血液を容器２１に満し、第２図で培養液
の循環に用いた導管２０゜１６の端部を容器２１内に浸
漬する。ポンプ１９により、模擬血液を酸素付加器１７
を通して解毒反応槽１１に送給し、循環させた。容器２
１は恒温槽２２内に配置し、温度を３７℃に保持した。

また、マグネティックスクーラー２３を用いることによ
り、容器２１内の模擬血液を攪拌しながら実験を行なっ
た。

使用した模擬血液、血液の循環条件は次の通りである。

く模擬患者血液〉 ・ヘパリン加牛血　　　　　５００ｇ （ヘパリン３単位／ａｆｆ） ・ヘマトクリット値　　８５％ ・塩化アンモニウム　　５００μｇ／旧く循環条件〉 ・模擬血液流量　　　ｌｏｏｍＪ！／分・酸素吹送量　
　　　１５０　ｍＪ！／分上記の実験において、模擬患
者血液中における塩化アンモニウム濃度および尿素濃度
の経時的に測定したところ、下記第１表に示す結果が得
られた。

第　　　１　　　表 アンモニウム （μｇ／ｄり 循環開始前　　　５３０ 循環後３０分　　　５００ ６０分　　　４８０ １２０分　　　４５０ １８０分　　　４２０ 尿素 （［／ｄｉ） この結果に示されるように、製造例で得られた人工肝臓
では活発な細胞活性が維持され、人工肝臓装置としての
有効性を有していた。

使用例２ 酸素付加器１７を取外し、導管２０を直接反応槽１１に
接続した点を除き、使用例１と同じ循環実験を行なった
。その結果を下記第２表に示す。

第　　　２　　　表 アンモニウム　　尿　素 （μｇ／ｄｉ）　　　（［／ｄｉ） 循環開始前　　　５２０　　　　　　ｔ。

循環後３０分　　　５００　　　　　１３６０分　　　
４９０　　　　　　１５ １２０分　　　４７０　　　　　　１８１８０分　　　
４４０　　　　　　２（１この結果は、酸素付加器１７
による酸素添加を行なわなくとも、人工肝臓装置として
の充分に機能し得ることを示している。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明による人工肝臓装置は肝細
胞の細胞活性を長期に亙って安定に且つ高く維持でき、
連続的に長期間の血液浄化を行なうことができる等、顕
著な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例になる人工肝臓装置の説明図
、第２図は第１図の実施例になる人工肝臓装置の製造方
法を示す説明図であり、第３図はその使用実験を示す説
明図である。 １・・・ハウジングである。２・・・下部蓋体、３・・
・上部蓋体、４・・・液体注入口４．５・・・液体導出
口５．６・・・血液入口、７・・・血液出口、８・・・
多孔質膜である。９・・・コラーゲンゲル、１０・・・
肝細胞、１１・・・中空糸型フィルター　１２・・・バ
ルブ、１３・・・調整槽、１４・・・ポンプ、１５．１
６．２０・・・導管、１７・・・酸素付加器、１８・・
・酸素供給装置、１９・・・ポンプ、２１・・・模擬血
液容器、２２・・・恒温槽、２３・・・マグネティック
スターラ− （Ａ） （Ｂ） 第１図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）多孔質膜により隔てられた第一室および第二室と
   、コラーゲンゲル内に封入された状態で前記第一室に充
   填された肝細胞と、前記第二室に連通して設けられた血
   液流入口および血液流出口とを具備したことを特徴とす
   る人工肝臓装置。
2. （２）前記第二室に供給される血液に酸素を付加するた
   めに、前記血液流入口に直列された状態で酸素付加器を
   設けた請求項１に記載の人工肝臓装置。
3. （３）前記第一室には、肝細胞と共に、肝臓、肺、心臓
   真皮由来の線維芽細胞、血管内皮細胞あるいはその他の
   間充繊細胞が封入されている請求項１または２に記載の
   人工肝臓装置。