JPS609822B2 - 代謝型人工肝臓 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、０甫乳動物の肝臓より採取した生きた肝細
胞を使用して生体の肝機能を代行もしくは補助するよう
構成した代謝型人工肝臓に関するものである。

従来、重篤な肝不全疾患の治療を目的として多くの装置
が研究され、人工肝臓もしくは人工補助肝として多種多
様のものが提案されている。

一般的に、生体肝では生体の各部位で代謝されて生じる
多種の不要物質の解毒、例えばアンモニア尿素に変えて
排池し易くする等、あるいは生体の各部位で代謝するの
に必要な物質、たとえばブドウ糖等、の生成の機能を有
する。これらの不要物質や有用物質は血液、殊に血酸に
よって運ばれる。肝臓で代謝されて不要物質の少ない、
また有用物質に富んだ血糠は有用血簸といえる。そこで
、生体の肝機能には、たとえば中毒物質やアンモニアな
どのの不要物質の解毒作用だけでなく、生体が正常な活
動を行なうのに必要なたとえばブドウ糖や蛋白質などの
物質を生合成する作用を有することから、人工肝臓は肝
不全患者の肝機能不全をできるだけ正常肝に近い状態で
代行して、必要成分の補給のできることが望ましい。し
かしながら、現在まで必要成分の多くについて知られて
おらず、如何なる物質を補給すべきか不明である。近年
、吸着型人工肝臓として活性炭にアルブミンやゼラチン
等で被膜を作成してマイクロカプセル化したものや、イ
オン交≠期間脂等を利用する研究が盛んに行われている
。

それらの中には肝性昏睡に陥った患者を生存させた臨床
例も確認されているが、これらの吸着型人工肝臓の機能
は血液中又は血擬中の中毒物質の除去を目的としたもの
であり、その適用と治療には限界がありｔ複雑な肝臓の
代謝系を代行することはできない。そこで、肝機能の代
行を行うようにするには〜現時点では生物学的な材料を
使用する以外に方法はない。

この生物学的な材料としては、動物肝を摘出してそのま
ま使用するもの、肝臓を切片もしくは細胞に単離したも
の等があるが、その応用に際しては特に採取、保存、取
扱い方法等に多くの問題が残されている。今日、肝機能
の解明という目的から、肝細胞の作用方法について多く
の研究が進められｔ今日まで多数の報告がなされている
。

例えば、ペリー（茂ｒｒｙ），セグレン（Ｓｅｇｅｎ）
，インゲブレツツェン（ｌｎｇｅｂｒｅ＄ｅｎ）らによ
ってそれぞれ効率の良い細胞分離がなされている。また
、それらの肝細胞の代謝及び合成機能についても、アン
モニアよりの尿素合成能、糖の合成及び体謝、薬物代謝
等多方面の作用が確認されている。従って、肝細胞が至
薄条件下で処理されるならば、その肝細胞の機能は高度
かつ長時間維持し得ることが解明されてきている。単離
された肝細胞、肝切片等の人工肝臓への応用として、ソ
ーャ−（Ｓｏｙｅｒ）らが直接血液環流を行う幾つかの
装置を考案したが、血球と肝細胞の分離がうまくゆかず
実用化されていない。

また、マッムラ（Ｋ．ＮＭａｔｓｍｍｍａ）は肝細胞を
膜に狭んで血液と間接間に接触させる装置を提案してい
る（米国特許第３７３４８５１号明細書）。そこで、本
発明者等は、肝細胞の単離及び保存、代謝機能等の研究
を重ねた結果、肝細胞の持つ機能を充分に維持できる人
工肝臓を得ることができることを突き止めた。すなわち
、代謝槽を設け、この代謝槽内に培養液と共に至適条件
下に肝細砲を投入し、さらにこの代謝槽に炉液血数を導
入すると共に肝細胞の生存と活性を補強するための手段
を適宜施し、このように構成した代謝槽に血球の分離を
行う第１炉過器を介して生体の動脈血液を導入すると共
に代謝槽より肝細胞の分離を行う第２炉過器を介して有
用血糠を導出してこれを第１炉過器で分離された血球と
混じて生体の静脈へ戻すように構成すれば好適であるこ
とが判った。

なお、肝細胞としては、０甫乳動物（免、豚、牛等）か
ら採取、単離した肝細胞の浮遊液又は通出肝臓の切片が
好適に使用される。

肝切片を使用する場合は代謝槽内に適当な保持用具が必
要である。またＬ代謝槽において肝細胞の生存及び活性
の補強を行う手段としては、酸素濃度、ｐＨ、温度等を
常に一定の条件下に保持する装置及び肝細胞の培養のた
めの必要成分の補給装置が好適に使用される。

従って、本発明の一般的な目的は、肝細胞を使用し「
この肝細胞の代謝作用により正常肝と略同様な肝機能を
代行することができる構成が簡単で操作の容易な代謝型
人工肝臓を提供するにある。

本発明の主たる目的は、血液を血球と血凝とに分離する
第１炉過器と、肝細胞と培養液とを充填し第１炉過器で
得られた炉過血酸を導入する代謝槽と、代謝槽内の肝細
胞と皿兼との混合体を一部を循環しながら有用血鰍を分
離する第２炉過器とからなり、第２炉過器で得られた有
用血兼を第１炉過器で分離された血球と共に混合して血
液を再生するよう横成することを特徴とする代謝型人工
肝臓を提供するにある。また、前記の代謝型人工肝臓に
おいて、第１炉過器及び第２炉過器はそれぞれ炉過膜を
使用した透析器機造体からなり、第１炉過器においてポ
ンプの吸引作用下に血液から皿競を炉過して代謝槽へ導
入すると共に血球を分離して導出するよう構成し、第２
炉過器においてポンプ作用下に代謝槽内の肝細胞と血数
との混合体の一部を循環流通させかつ有用皿酸をポンプ
の吸引作用下に炉過するよう構成すれば好適である。

また、代謝槽において肝細胞を至適条件下に保持し得る
よう酸素濃度、ｐＨ、温度等を調節する装暦を設ければ
好適である。

さらに、第１炉過器と代謝槽とを蓮適する炉過血酸通路
に活性炭吸着槽を設ければ、血液中の中毒物質の除去を
有効に達成し得るばかりでなく、遊離炭粉の血液中への
混入を防止することができ好適である。

次に、本発明に係る代謝型人工肝臓の実施例につき添付
図面を参照しながら以下詳細に説明する。

第１図において、参照符号１０‘ま本発明の要部である
代謝槽を示し、この代謝槽１０１こ０甫乳動物から採取
、単離した肝細胞１２を培養液（塩類液）と共に浮遊液
として導入し、生体の動脈系から導かれる炉過血数を混
入して代謝作用を行なうよう構成する。

この場合、肝細砲が有効な代謝作用を行うため、代謝槽
１０内において適度の櫨梓作用を生じるよう横成するの
が望ましい。また、肝細胞の生存及び活性の補給を行う
ため、糟内の酸素濃度、ｐＨ、温度等を監視して常に至
適条件となるよう調節するように構成する。すなわち、
肝細月包に対し至適条件となるように調節する手段とし
て、例えば酸素ガス供給装置１４を設けたり、代謝槽１
０の外側面を温度調節用保温ジャケット１６で園縞する
ことが好適であり、この際代謝槽１０の温度は約３７０
に保持するのが最も好適であることが確認された。さら
に、肝細胞の培養のための必要成分を補給するための装
置を付設すれば一層好適である。このように構成された
代謝槽１０には、生体の動脈系に蓮適する血液導管１８
をポンプ２０及び第１炉過器２２並びにポンプ２４を介
して接続し、ポンプ１８及び２４の作用下に動脈系血液
の炉過血競を代謝槽１０へ導入する。

血液は血球成分と血策とから成っており、血液を直接肝
細胞と接触させる方法は血球と肝細砲の分離ができず、
血液中に肝細胞が混入することとなり、血液が再生でき
ず不都合である。本発明によれば、この欠点は「代謝槽
を設け、この代謝槽内に培養液と共に至適条件下に肝細
胞を投入し、さらにこの代謝槽に蟻液皿環を導入すると
共に肝細胞の生存と活性を補強するための手段を適宜施
し、このように構成した代謝槽に血球の分離を行う第１
猿過器を介して生体の動脈血液を導入すると共に代謝槽
より肝細胞の分離を行う第２櫨過器を介して有用血※を
導出してこれを第１櫨過器で分離された血球と混じて生
体の静脈へ戻すことにより解決される。すなわち、第１
猿過器２２で先づ血液中から血球を遮断して血糠のみを
取り出す必要がある。この場合、第１炉過器２２は人工
腎臓に使用される透析器と同様の構造体で構成し、殊に
炉過膜を多重に形成した積層形もしくは中空繊維を結束
して形成したホローフアィバ形が好適である。また、第
１炉過器２２で血液中の血球を遮断して皿酸のみを透過
させるのが目的であるから、炉過材としては約０．０１
〜０．５仏のポアーサィズの高分子材料からなる膜体が
好適に使用される。なお、炉過材としては、生体材料で
あるコラーゲン等も使用することが可能である。さらに
、第１炉過器２２には、血液から分離された血球を生体
の静脈系へ戻すための導管２６を接続する。この場合、
導管２６には適宜絞り抵抗２８を設ける。また、代謝槽
１０‘こは、槽内の炉過血糠と肝細胞との混合体を循環
移送するポンプ３０と第２猿過器３２を備えた循環系３
４を配設し、さらに第２猿過器３２で炉過された有用血
糠をポンプ３６を設けた導管３８を介して前記第１炉過
器２２に接続する導管２６に流入するよう構成し、有用
血糠と血球とを再び混合して生体の静脈系へ環流させる
。

この場合、第２櫨過器３２は第１炉過器２２と同様に構
成し、すなわち、人工腎臓に使用される透析器と同機の
構造体で構成し、殊に櫨過膜を多重に形成した積層形も
しくは中空繊維を結束して形成したホローフアィバ形が
好適である。また、第２猿過器３２では肝細胞と有用皿
務との混合液中の肝細砲を遮断して有用血嫌のみを透過
させるのが目的であるから、櫨過材としては約０．０１
〜０．５仏のポアーサィズの高分子材料からなる膜体が
好適に使用される。炉過材の一側面において肝細胞と血
酸と、混合体から第１炉過器２２における炉過血藻との
等量の有用血酸を注出するよう横成する。また、前記循
環系３４の第２猿過器３２の出口側にはキャピラリ抵抗
４０を設けて、第２櫨過器３２内の圧力を適正に保持す
るようにする。第２櫨過器３２は、代謝された血酸と肝
細胞との混液から肝細胞を遮断して必要な有用血数のみ
を取り出すのが目的であり、肝細胞が血液中へ混入する
のを防ぐためのものである。肝細胞の大きさは約２０ム
であるから、孔雀約０．０１〜０．５仏の膜を用いれば
肝細胞の透過を防止できる。次に「 このように構成し
た代謝型人工肝臓の作用について説明する。

ポンプ２０の作用によって生体の動脈系から血液を第１
炉過器２２へ導入し、第１炉過器２２でポンプ２４の作
用下に血液中の血球と血数とを分離して炉過血策を代謝
槽ＩＱへ供給する。この場合、ポンプ２０としてはロー
ラ駆動型チューブポンプが好適であり、またポンプ２４
としては１００〜４００側日勤程度の真空圧で２０〜６
０Ｍ／肌程度の送液量が得られる型式のものが好適であ
る。代謝槽耳Ｑへ導入された皿鰍は肝細胞亀２により代
謝作用が行われる。

また、皿競と肝細胸１２との混合体の一部はポンプ３０
の作用下に第２櫨過器３２へ供給され「第２櫨過器３２
においてポンプ３６の作用下に肝細胞亀２と有用皿糠と
を分離して有用皿糠を前記第１炉過器２２で分離された
血球と再び混合し生体の静脈系へ環流させると共に第２
櫨過器３２で分離された肝細胞は代謝槽亀０へ環流させ
る。この場合〜ポンプ３０‘ま前記第１炉過器２２へ血
液を供給するポンプ２０と同様ローラ駆動型チューブポ
ンプが好適であり〜またポンプ３６としては１００〜４
０仇奴Ｈｇ程度の真空圧で２０〜６０の‘／柳程度の送
液量が得られる型式のものが好適である。本発明の装置
による牛血液を用いたィンビトロ（ｉｎｖｉｔｒｏ）実
験について以下に示す。塩化アンモニウム２００ムモル
を添加した牛新鮮血２００の‘を第１櫨過器の血液側を
通してかん流し、櫨液を取に出して代謝槽へ送り込んだ
。

同時に家兎肝細胞（１×１０７個／のと）浮遊液１５０
の‘を第２櫨過器を通してかん流し、その猿液を取り出
して牛新鮮血中へ送り返えした。第１漣過器及び第２猿
過器の膜はポリプロピレン膜（孔径０．４×０．０４払
ｍ）でト面積は３３０のを用いた、血液及び肝細胞浮遊
液の流量は５０の‘／ｍｉｎで、涜液の流量は２の‘／
ｍｉｎでかん流した。ビリルビン抱合能試験の場合はア
ンモニアの代りにビリルビンを添加した。結果は第３図
に示す如く、開始時のアンモニア性窒素１．８の９／ｄ
その濃度が６時間後には約２００仏ｇ／ｄクモこまで低
下した。また、第４図に示す如くト開始時９の９／ｄそ
の濃度のビリルビンは６時間後には全ビリルビンに対し
て抱合ビリルビン濃度は約５０％に達した。第２図は、
本発明に係る代謝型人工肝臓の別の実施例を示すもので
、第１炉過器２２と代謝槽ＩＱとを蓮適する炉過血糠導
管１８ａに活性炭吸着槽４２を接続したものである。

このように構成することにより「皿酸中に含まれる中毒
物質の除去を有効に達成することができる。また、本実
施例の如く血糠導入管系に活性炭吸着槽４２を配設した
場合「活性炭の遊離炭粉を第２濠過器３２の作用により
血液中に混入するのを確実に防止することができるので
効果的である。本発明に係る代謝型人工肝臓によれば、
肝細胞を有効に保存しながら、生体の肝臓における代謝
作用を円滑かつ安全に代行ないいま代謝機能の補助を達
成することができる。

以上「本発明の好適な実施例について説明したが、本発
明の精神を逸脱しない範囲内において種々の設計変更を
なし得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る代謝型人工肝臓の−実施例を示す
系統図、第２図は別の実施例を示す系統図である。 第３図は本発明の人工肝臓によるアンモニア一Ｎの除去
曲線を示すグラフ、第４図は本発明の人工肝臓によるビ
リルビン抱合実験の結果を示すグラフである。１０・・
・代謝槽、１２…肝細胞、奮４…酸素ガス供給装置、１
６・・・温度調節用保温ジャケット、１８…血液導管、
２０・・・ポンプ、２２・・・第１炉過器も２４・・・
ポンプ、２６・・・導管、２８…絞り抵抗、３０…ポン
プ、３２…第２櫨過器、３４・・・循環系、３６・・・
ポンプ、３８…導管、４０・・・キャピラリ抵抗、４２
・・・活性炭吸着槽。 ＦＩＧ．ｌ Ｆ！Ｇ．２ ＦＩＧ．３ ＦＩＧ，ム

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 血液を血球と血漿とに分離する第１濾過器と、肝細
   胞と培養液とを充填し第１濾過器で得られた濾過血漿を
   導入する代謝槽と、代謝槽内の肝細胞と血漿との混合体
   を一部を循環しながら有用血漿を分離する第２濾過血漿
   とからなり、第２濾過血漿で得られた有用血漿を第１濾
   過器で分離された血球と共に混合して血液を再生するよ
   う構成することを特徴とする代謝型人工肝臓。 ２ 第１濾過器及び第２濾過器はそれぞれ透析膜を使用
   した透析器構造体からなり、第１濾過器においてポンプ
   の吸引作用下に血液から血漿を濾過して代謝槽へ導入す
   ると共に血球を分離して導出するよう構成し、第２濾過
   器においてポンプ作用下に代謝槽内の肝細胞と血漿との
   混合体の一部を循環流通させかつ有用血漿をポンプの吸
   引作用下に濾過するよう構成してなる特許請求の範囲第
   １項記載の代謝型人工肝臓。 ３ 代謝槽に肝細胞を至適条件下に保持し得るよう酸素
   濃度、ｐＨ、温度等を調節する装置を設けてなる特許請
   求の範囲第１項又は第２項記載の代謝型人工肝臓。 ４ 血液を血球と血漿とに分離する第１濾過器と、肝細
   胞と培養液とを充填し第１濾過器で得られた濾過血漿を
   導入する代謝槽と、代謝槽内の肝細胞と血漿との混合体
   の一部を循環しながら有用血漿を分離する第２濾過器と
   からなり、さらに第１濾過器と代謝槽とを連通する濾過
   血漿流路に活性炭吸着槽を設け、第２濾過器で得られた
   有用血漿を第１濾過器で分離された血球と共に混合して
   血液を再生するよう構成することを特徴とする代謝型人
   工肝臓。