KR20190104140A - 혈당 조절을 강화하기 위한 방법, 시스템 및 이식 장치 - Google Patents

혈당 조절을 강화하기 위한 방법, 시스템 및 이식 장치 Download PDF

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KR20190104140A
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Abstract

본 발명은, 포도당 센서 및 인슐린 주입 시스템이 조합된 인슐린 및/또는 글루카곤 분비 세포를 선택적으로 포함하는 이식가능한 캡슐화된 장치 등의, 혈당을 조절하기 위한 방법, 시스템 및 장치에 관한 것이다. 예를 들어, 캡슐화 장치는 인슐린 분배용 인슐린 주입 펌프와 연결될 수 있다. 인슐린 주입 펌프는 인슐린 펌프(또는 시린지)와 유체 소통가능하게 연결된 인슐린 파우치 및 캡슐화 장치와 분리된 포도당 센서를 포함할 수 있다. 본 시스템은 인슐린 및 글루카곤 분비 세포를 포함하는 추가적인 이식 장치를 특징으로 할 수 있다.

Description

혈당 조절을 강화하기 위한 방법, 시스템 및 이식 장치
교차 참조
본 출원은 2016년 11월 3일에 출원된 미국 특허 출원 62/417,060에 대해 우선권을 주장하며, 이 미국 특허 출원의 상세 내용(들)은 그 전체가 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
발명의 기술 분야
본 발명은 혈당을 조절하기 위한 방법, 시스템, 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 포도당 센서 및 선택적으로 인슐린 분비 세포 및 인슐린 주입 시스템을 포함하는 이식가능한 캡슐화된 장치(implantable encapsulated device)에 관한 것이다.
정부 지원
본 발명은 NIH에 의해 부여된 허가 제 DK106933 호 하에서 정부의 지원을 받아 이루어졌다. 정부는 본 발명에 대해 일정한 권리를 가진다.
본 발명은 혈당을 조절하기 위한 방법, 시스템, 및 장치에 관한 것으로, 예컨대, 포도당 센서 및 선택적으로 인슐린 분비 세포 및 인슐린 주입 시스템을 포함하는 이식가능한 캡슐화된 장치에 관한 것이다. 예컨대, 본 발명은 인슐린 분배용 인슐린 주입 펌프와 연결된 캡슐화 장치(포도당 센서를 가짐)에 관한 것일 수도 있다. 인슐린 주입 펌프는 인슐린 펌프와 유체 소통가능하게 연결된 인슐린 파우치(insulin pouch)를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 포도당 센서는 캡슐화 장치와 별도로 존재한다. 본 시스템은 인슐린 분비 세포를 포함하는 추가적인 이식 장치를 특징으로 할 수 있다.
다음과 같은 미국 특허, 즉 미국 특허 5,713,888 및 미국 특허 출원 2003/0087427의 개시 내용은 그 전체가 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 혈당 조절 방법, 시스템, 및 장치에 관한 것이다. 예컨대, 본 발명은, 혈관화된 캡슐화 장치 및 장치에 배치된 포도당 센서를 포함하는 시스템에 관한 것이다. 일부 구현예에서, 상기 캡슐화 장치는 인슐린 분배용 인슐린 주입 펌프와 작동가능하게 연결된다. 일부 구현예에서, 시스템은 상기 캡슐화 장치와 인접하게 배치된 가스 채널을 더 포함한다. 일부 구현예에서, 시스템은 상기 캡슐화 장치 내에 배치된 가스 채널을 더 포함한다.
일부 구현예에서, 상기 캡슐화 장치에는 세포가 없다. 일부 구현예에서, 상기 캡슐화 장치는 세포를 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 캡슐화 장치는 혈관화된다.
일부 구현예에서, 상기 인슐린 주입 펌프는 인슐린 펌프와 유체 소통가능하게 연결된 인슐린 파우치를 포함한다.
일부 구현예에서, 시스템은 인슐린 분비 세포, 글루카곤 분비 세포 또는 이들의 조합을 포함하는 제2 캡슐화 장치를 더 포함한다. 일부 구현예에서, 세포(예, 글루카곤 분비 세포)는 저혈당증을 방지하는데 일조한다.
일부 구현예에서, 상기 포도당 센서는 폐루프 제어기 (closed loop controller)를 통해 인슐린 주입 펌프와 작동가능하게 연결되고, 포도당 센서가 포도당의 임계 수준이거나 또는 임계 수준 보다 높은 포도당 수준을 검출하면, 포도당 센서는 신호를 폐루프 제어기에 전달하고, 그에 따라 폐루프 제어기는 소정량의 인슐린을 방출시키도록 인슐린 펌프에 신호를 전달하게 된다. 일부 구현예에서, 상기 시스템은 상기 포도당 센서에 의해 측정된 포도당 수준을 기반으로 인슐린 분비를 조절할 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 캡슐화 장치는 인슐린 분비 세포, 글루카곤 분비 세포 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 캡슐화 장치는 캡슐화 장치 내에 췌도 세포(islet cell)를 로딩(loading)하기 전에 미리 혈관화된다.
일부 구현예에서, 상기 포도당 센서는 포도당 센서에 의해 검출된 포도당 수준을 전달할 수 있는 시스템과 무선으로 연결된다. 일부 구현예에서, 상기 포도당 센서는 교체 가능하다.
본 발명의 캡슐화 장치는 혈관화를 특징으로 한다(혈관화가 포도당 센서의 작용을 돕는다).
글루카곤 분비 세포는 저혈당증을 감지하는데 일조할 수 있다.
일부 구현예에서, 본 장치는 2 이상의 센서 및/또는 한가지 이상의 센서 타입을 포함한다. 서로 다른 센서 타입을 가지는 것이, 유리하며, 예를 들어, 수치가 하나는 높아지고, 다른 하나는 낮아진다면, 이러한 수치를 조합할 수 있는 능력을 제공할 수 있다.
일부 구현예에서, 포도당 센서를 포함하는 캡슐화 장치와 인슐린 전달에 사용되는 캡슐화 장치는 서로 별개의 장치이며, 분리된 위치(예, 서로 별개의 팔 또는 팔 대 복부)에 있다. 이러한 분리는 또한 인슐린 분비 세포와 글루카곤 분비 세포를 포함하는 장치에 유용할 수 있다(인간의 췌도는 내부에 인슐린 분비 세포와 글루카곤 분비 세포 둘다 포함함). 일부 구현예에서, 포도당 센서를 포함하는 장치 및 인슐린 분비 세포를 포함하는 장치는 이격되어 위치한다.
본원에 기술된 임의 특징 또는 특징들의 조합은, 그러한 조합에 포함되는 특징이 문맥, 본 명세서 및 당업자의 지식으로부터 명백한 바와 같이 서로 부합하지 않는 것이 아니라면 본 발명의 범위 내에 포함된다. 본 발명의 추가적인 이점 및 양태는 이하의 상세한 설명 및 청구 범위에서 명백해진다.
본 발명의 특징 및 이점은 첨부 도면과 관련하여 주어진 이하의 상세한 설명을 고려하면 명확해 질 것이다.
도 1a는 세포 또는 조직을 수용하기 위한 단일 챔버 캡슐화 장치의 일 예를 도시한 것이다. 본 장치는 세포 또는 조직을 로딩하기 위해 내강에 접근하기 위한 포트를 포함한다.
도 1b는 도 1a의 장치의 단면을 도시한 것이다. 세포는 메쉬 인서트를 사용하여 형성된 2-층 막 엔벨로프(membrane envelope) 내에 캡슐화된다. 본 장치는 혈관화 막 및 면역차단 막을 포함한다. 본 발명은 면역차단 막을 이용하는 장치로 한정되지 않으며, 일부 구현예에서는, 장치는 혈관화 막만 포함한다.
도 2a는 면역차단 막을 가진 캡슐화 장치의 상세도를 도시한 것이다. 본 장치는, 가스 챔버에 의해 분리된, 2개의 내강 또는 챔버를 포함한다.
도 2b는 면역차단 막이 없는 캡슐화 장치의 상세도를 도시한 것이다. 본 장치는, 가스 챔버에 의해 분리된, 2개의 내강 또는 챔버를 포함한다.
도 3은 포도당 센서가 내부에 배치된 캡슐화 장치의 개략도를 도시한 것이다.
도 4a는 제1 센서 및 제2 센서가 배치된 캡슐화 장치를 포함하는 본 발명의 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4b는 캡슐화 장치의 센서를 판독하기 위한 광학 판독기를 나타낸 것이다.
도 4c는 전자부품(electronic component)중 일부가 완전히 이식되는 경우의 대안으로서, 센서 판독기, 예컨대, 전기화학적 포도당(또는 산소 또는 락테이트) 센서 판독기(피부를 통과하는 와이어를 경유하는)를 도시한 것이다.
도 5a는 포도당 센서가 내부에 배치되고 장치에 인접하게 산소 전달 채널(산소 또는 공기용)이 배치된, 단일-챔버 캡슐화 장치를 포함하는 본 발명의 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5b는 각 장치에 센서가 배치된 이중 챔버 캡슐화 장치를 포함하는 본 발명의 시스템을 개략적으로 도시한 것이다. 산소 전달 채널(산소 또는 공기용)이 장치의 2개의 챔버 사이에 배치되며, 혈관 구조가 존재한다.
도 6은 본 발명의 다양한 구현예들의 구성요소들을 개략적으로 도시한 것이다. 혈관화된 장치가 이식되며(예, 복부 또는 다른 위치에), 이 장치는 인슐린 주입 펌프 또는 시린지와 연결되어 있으며, 인슐린 펌프 또는 시린지는 폐루프 제어기와 연결되어 있으며(유선 또는 무선으로 인슐린 주입 펌프와 연결될 수 있음), 폐루프 제어기는 포도당 판독기(유선 또는 무선으로 센서에 연결됨)와 연결되어 있으며, 포도당 판독기는 센서 판독기와 연결되어 있으며, 센서 판독기는 이식된 장치(광학 센서, 전기화학적 센서, 포도당 센서 및/또는 산소 센서, 락테이트 센서, pH 센서 등 중의 하나 또는 이들의 조합을 포함하는 혈관화된 장치)의 센서를 판독한다. 또한 도 6은 본 발명에 따른 시스템의 비-제한적인 예, 예컨대, 인슐린 조절 시스템을 보여준다. 본 발명은 도 6에 도시된 구성 및 구성요소로 한정되지 않는다. 일부 구현예에서, 본 발명의 인슐린 조절 시스템은 인슐린을 분배하기 위한 인슐린 주입 펌프와 작동가능하게 연결(되거나 또는 필요시 인슐린 주입용 시린지와 연결될 수 있음)된 캡슐화 장치를 포함한다. 일부 구현예에서, 캡슐화 장치는 세포를 포함하지 않는다. 일부 구현예에서, 캡슐화 장치는 세포를 포함한다. 캡슐화 장치는 혈관화될 수 있지만, 본 발명이 혈관화된 캡슐화 장치로 한정되는 것은 아니다. 일부 구현예에서, 인슐린 주입 펌프 또는 인슐린 주입 시린지와 연결된 혈관화된 장치는 어떤 센서도 포함하지 않는다. 일부 또 다른 경우에, 이 장치는 산소 센서 또는 포도당 센서의 조합, 또는 락테이트 센서 또는 모든 센서들의 조합을 포함한다. 일부 경우에, 포도당 판독기를 통해 폐루프 제어기와 통신하는 포도당 센서를 포함하는 장치는, 광학 센서 및 전기화학적 산소 센서 등의 복수의 포도당 센서들을 포함한다. 일부 경우에, 인슐린 및 글루카곤 분비 세포를 포함하는 장치는 인슐린 주입 펌프와 연결된 장치 및 분리된 장치 포도당 센서 및 다른 센서들을 포함하는 장치의 근처에 위치되며, 일부 경우에 각각의 장치들은 멀리 떨어져 위치된다. 일부 경우에, 세포를 포함하거나 또는 센서를 포함하거나 또는 인슐린 주입 펌프와 연결된, 복수의 또는 2 이상의 장치들은, 한 사람의 체내에 이식되며, 일부 경우에 이들 장치는 서로 이격되어 배치된다.
도 7은 이식된 장치 주위에서 혈관 구조가 형성된 후(예, 이식 후 28일차) 인슐린이 이식된 장치의 포트를 통해 주입되었을 때 랫에서 보다 양호한 인슐린 방출 카이네틱스가 달성됨을 보여주는 데이터를 도시한 것이다. 인슐린이 장치를 통해 주입되었을 때, 혈중 인슐린 피크는 28일차에 좌측으로 이동하고(더 빨라짐)(장치 주위의 보다 양호한/더 많은 혈관 구조 때문인 것으로 추측됨), 혈중 총 인슐린(AUC)이 훨씬 많다(장치 이식 후 5일차 및 28일차). 이식 후 5일 및 28일차에, 장치 subQ(SQ)를 통해 동량의 인슐린이 주입되었다.
캡슐화 장치
캡슐화 장치는 세포 또는 조직을 수용(holding)하기 위한 장치이지만, 이는 예컨대 센서, 치료학적 물질(therapeutic agent)의 느린 방출을 위한 입자 등을 또한 수용할 수 있다. 도 1a에 도시된 캡슐화 장치(110)는 단일 챔버 캡슐화 장치이다. 이 장치(100)는 세포(102) 또는 조직을 수용하기 위한 내부 내강(lumen)과, 세포에 대해 비-투과성인 하나 이상의 막, 예컨대 혈관화 막(120)을 포함한다. 일부 구현예에서, 장치(100)는 면역차단 막(130)을 더 포함한다. 비-세포성 인자 또는 분자(150)는 이 세포 비-투과성 막을 통과할 수 있다. 장치(110)는 세포 또는 조직을 로딩하기 위해 내강에 접근하기 위한 포트(180)를 또한 포함한다. 도 1b는 캡슐화 장치의 단면도를 보여준다. 세포는 2층 막 엔벨로프(envelope), 혈관화 막(120) 및 면역차단 막(130)에 의해 내강(114)에 캡슐화된다. 장치(110)는 또한 구조적 지지체, 예컨대 메쉬, 시일(seal) 등을 포함한다.
일부 구현예에서, 캡슐화 장치(110)는 혈관화 막(120) 및 면역차단 막(130)을 포함한다. 일부 구현예에서, 캡슐화 장치(110)는 혈관화 막(120)만 포함한다. 이로써, 이식된 조직 내에서 혈관을 생장시킬 수 있다.
도 1a 및 1b에 도시된 예들에서, 내부의 세포의 직경은 약 5 - 15 ㎛이다. 외막인 혈관화 막(120)의 포어(pore) 크기는 5 - 10 ㎛이다. 혈관화 막(120)의 두께는 약 15 ㎛이다. 면역차단 막(130)의 포어 크기는 약 0.4 ㎛이다. 면역차단 막(130)의 두께는 약 30 ㎛이다. 일부 구현예에서, 막(120, 130)은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)와 같은 물질 또는 다른 유사한 물질로 제조된다. 본 발명은 상기에서 언급된 포어 크기 및 본원에 사용된 막의 두께로 한정되지 않는다. 본 발명은 전술한 물질로 한정되지 않는다.
캡슐화 장치(110)는 다양한 형상 및 크기로 구축될 수 있으며, 다양한 내강 체적을 가진다. 예컨대, 일부 구현예에서, 내강의 부피는 약 4.5 ㎕이다. 일부 구현예에서, 내강의 부피는 20 ㎕이다. 일부 구현예에서, 내강의 부피는 40 ㎕이다. 일부 구현예에서, 장치(110)의 길이는 4 - 5 cm이다. 일부 구현예에서, 장치(110)의 길이는 2 - 5 cm, 예컨대 3 cm이다. 일부 구현예에서, 장치(110)의 길이는 5 - 10 cm이다. 본 발명은 상기에 언급된 치수 및 내강 부피로 한정되지 않는다. 예컨대, 일부 구현예에서, 내강의 부피는 약 100 ㎕이다. 일부 구현예에서, 내강의 부피는 약 200 ㎕이다. 일부 구현예에서, 내강의 부피는 2 - 50 ㎕이다. 일부 구현예에서, 내강의 부피는 10 - 100 ㎕이다. 일부 구현예에서, 내강의 부피는 40 - 200 ㎕이다. 일부 구현예에서, 내강의 부피는 100 - 300 ㎕이다. 일부 구현예에서, 내강의 부피는 200 - 500 ㎕이다.
일부 구현예에서, 캡슐화 장치(110)의 내부에는, 세포 또는 조직으로 된 층이 있을 수 있으며, 예컨대, 장치(110) 내부에 복수의 내강이 존재할 수 있다. 예컨대, 캡슐화 장치(110)는 2개의 챔버 또는 내강을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 장치는 2개 이상의 챔버 또는 내강, 예컨대 3개의 챔버 또는 내강, 4개의 챔버 또는 내강, 5개의 챔버 또는 내강 등을 포함한다. 도 2a 및 2b는, 가스 채널(160)에 의해 분리된 2개의 내강(2개의 챔버)을 포함하는 캡슐화 장치의 예를 보여준다. 도 2a 및 2b는 또한 혈관화 막 및 미세 혈관 구조를 나타낸다. 혈관화 막 내에 혈관이 임베딩된다.
일부 구현예에서, 챔버 또는 내강은 세포들로 된 단일 층을 포함한다. 일부 구현예에서, 챔버 또는 내강은 2개의 세포 층을 포함한다. 일부 구현예에서, 챔버는 3개 이상의 세포 층을 포함한다. 일부 구현예에서, 췌도 스페로이드(islet spheroid) (약 150 ㎛의 크기를 가짐)가 사용된다(도 2a 및 2b에 도시됨). 일부 구현예에서, 췌도 스페로이드로 된 이중 층이 사용된다(챔버에서 또는 각각의 챔버에서 내강의 두께는 약 300 ㎛임). 일부 구현예에서는, 사용되는 스페로이드/세포의 대사 활성도 및 기타 특성에 따라 제3의 층이 지지(supporting)된다. 스페로이드들은 일부 구성에서 서로 접촉하지 않을 수 있으며, 스페로이드 간의 간격은 스페로이드 1개 또는 2개 거리(예, 150 ㎛, 300 ㎛)이거나 또는 그 보다 멀거나 짧을 수 있음에 유념하여야 한다.
혈당 조절 방법 및 시스템
본 발명은 혈당 조절 방법, 시스템 및 장치에 대한 것이다. 본 시스템은 캡슐화된 장치(110) 및 하나 이상의 포도당 센서(410)를 포함할 수 있다. 본 시스템은 산소 전달을 더 포함한다. 산소는 여러가지 메카니즘, 예컨대, 공기 펌프, 산소 발생기 등을 통해 전달될 수 있다. 본 발명을 본 발명은 임의 이론 또는 메카니즘으로 제한하고자 하는 것은 아니지만, 산소 또는 공기 전달은 효소 포도당 산화 효소(oxidase) 때문에 포도당 센서에 중요한 것으로 생각된다. 산소(또는 공기) 전달은, 이 효소를 이용하여 포도당을 측정할 수 있는 화학 반응이 더 이상 산소 제한되지 않게 되므로, 더 많은 효소(예, 포도당 산화 효소)를 센서에 병합시킬 수 있을 것이다. 산소 또는 공기 전달은 보다 정확한 기록값을 수득할 수 있을 뿐만 아니라 센서 시스템의 수명을 연장시킬 수 있다. 센서를 산소 전달이 보강된 혈관화 캡슐화 장치 내에 병합함으로써, 생물 부착(biofouling)의 최소화 및 포도당 감지 카이네틱스의 개선 외에도, 더 많은 효소를 사용할 수 있어 신호 대 잡음 및 센서의 수명 또한 증가시킬 수 있다.
포도당 센서 또는 포도당 센서들은 캡슐화 장치의 내표면, 예컨대, 혈관화되된 전체 내표면을 커버링할 수 있다. 도 3은 캡슐화 장치에 배치된 포도당 센서의 일 예를 보여준다. 장치는 혈관화될 수 있다(210).
센서는 광학, 전기화학, 핵자기 공명(NMR)에 기반한 또는 이들의 조합일 수 있다. 예컨대, 동일 장치에 센서들의 조합이 사용될 수 있다.
도 4a는 혈관화 캡슐화 장치(110)를 포함하는 본 발명의 시스템을 개략적으로 도시한 것으로, 혈관화 캡슐화 장치는 광학 판독기와 통신하는 내부에 배치된 광학적 포도당 센서(410)(예, 적절한 포도당 감지 및 카이네틱스를 위한 센서를 포함하는 장치 주위에서 혈관 구조를 이용가능하도록, 센서를 포함하는 ten 장치로부터 충분히 이격된, 장치의 정상부에 이식됨) 및 전기화학적 센서(430)를 포함한다. 전기화학적 센서(430)는, 특정한 수신 요소(예, 휴대폰 또는 다른 장비)에 무선 신호를 보낼 수 있는 전자 신호 요소(480)와 작동가능하게 연결된다. 전자 장치는 플렉시블하고, 밀봉가능하거나 및/또는 캡슐화될 수 있으며, 완전히 이식될 수 있으며, 필요에 따라 피부를 통해 신체 외부와 연결될 수 있다. 광학 판독기는 이식되는 경우 피부 위 또는 아래에 놓일 수 있다. 도 4b는 센서(401)를 판독하기 위한 광학 판독기(440)를 도시한 것이다. 도 4c는, 도 4a에 도시된 바와 같이 전자 요소들 중 일부가 완전히 이식되는 경우 및 전자 요소들 중 일부가 피부를 통해 신체 외부와 연결되는 경우에 대한 대안인, (피부를 통과하는 유선에 의한) 센서 판독기(320), 예컨대, 전기화학적 포도당(또는 산소 또는 락테이트) 센서 판독기를 도시한 것이다.
도 5a는 내부에 포도당 센서가 배치된 단일-챔버 캡슐화 장치와 장치에 인접하게 배치된 산소 전달 채널(산소 또는 공기를 위한 채널)을 포함하는 본 발명의 시스템을 개략적으로 보여준다. 혈관 구조가 존재한다.
도 5b는 각 장치에 센서가 배치된 이중-챔버 캡슐화 장치를 포함하는 본 발명의 시스템을 개략적으로 도시한 것이다. 산소 전달 채널(산소 또는 공기용)이 장치의 2개의 챔버들 사이에 배치된다. 혈관 구조가 존재한다.
도 6은 본 발명의 시스템, 예컨대, 인슐린 조절 시스템에 대한 비-제한적인 예를 도시한 것이다. 본 발명은 도 6에 도시된 구성 및 요소들로 한정되지 않는다. 일부 구현예에서, 본 발명의 인슐린 조절 시스템은 인슐린을 분배하기 위한 인슐린 주입 펌프과 작동가능하게 연결된 캡슐화 장치(또는 필요에 따라 인슐린 주입용 시린지(syringe)과 연결될 수 있음)를 포함한다. 일부 구현예에서, 캡슐화 장치에는 세포가 존재하지 않는다. 일부 구현예에서, 캡슐화 장치는 세포를 포함한다. 캡슐화 장치는 혈관화될 수 있지만, 본 발명이 혈관화된 캡슐화 장치로 한정되는 것은 아니다.
일부 구현예에서, 본 발명의 시스템은 포도당 센서를 포함하는 캡슐화 장치를 포함한다. 일부 구현예에서, 시스템은 인슐린/글루카곤 분비 세포를 포함하는 이식형 캡슐화 장치를 포함한다. 일부 구현예에서, 시스템은 인슐린 주입 펌프와 연결된 이식형 캡슐화 장치를 포함한다. 일부 구현예에서, 본 발명의 시스템은 포도당 센서 및/또는 인슐린/글루카곤 분비 세포 및/또는 인슐린 주입 펌프를 구비한 캡슐화 장치를 포함한다.
일부 구현예에서, 포도당 센서는 포도당 수준을 반영하는 신호를 수신할 수 있는 휴대폰 또는 다른 시스템과 작동가능하게 연결된다. 예컨대, 포도당 센서는, 포도당 센서에 의해 검출된 포도당 수준을 전달할 수 있는 시스템과 무선으로 연결될 수 있다. 일부 구현예에서, 무선 시스템은 인슐린 주입 펌프의 원격 조절을 가능하게 하기 위해 인슐린 주입 펌프와 작동가능하게 연결된다.
일부 구현예에서, 캡슐화 장치는 면역차단 막을 포함한다. 일부 구현예에서, 캡슐화 장치는 면역차단 막을 포함하지 않는다.
일부 구현예에서, 인슐린 주입 펌프는 인슐린 펌프와 유체 소통가능하게 연결된 인슐린 파우치(pouch)를 포함한다. 일부 구현예에서, 시스템은 캡슐화 장치와 분리된 포도당 센서를 포함한다. 일부 구현예에서, 포도당 센서는 별도의 이식 장치에 수용된다. 일부 구현예에서, 시스템은 인슐린 분비 세포를 포함하는 추가적인 이식 장치를 포함한다(예, 저혈당증 방지에 일조하기 위해).
일부 구현예에서, 포도당 센서는 폐루프 제어기를 통해 인슐린 주입 펌프와 작동가능하게 연결되며, 포도당 센서가 포도당의 임계 수준 또는 임계 수준 보다 높은 포도당 수준을 검출하게 되면, 포도당 센서는 폐루프 제어기에 신호를 보내고, 폐루프 제어기는 소정량의 인슐린을 방출하도록 신호를 인슐린 펌프에 보내게 된다.
본 발명의 시스템은 포도당 센서에 의해 측정된 포도당 수준에 기반하여 인슐린 분비를 조절할 수 있도록 될 수 있다. 일부 구현예에서, 캡슐화 장치는 인슐린 분비 세포를 더 포함한다. 일부 구현예에서, 캡슐화 장치는 췌도 세포 및 세포외 기질의 로딩 이전에, 사전 혈관화된다. 일부 구현예에서, 포도당 센서는 장치의 외식없이 교체될 수 있다.
도 7은 (명확히 이식 후 28일차) 주위에 혈관 구조가 형성된 후, 이식된 장치의 포트를 통해 인슐린을 주입하였을 때, 랫에서 달성된 양호한 인슐린 방출 카이네틱스 결과를 도시한 것이다. 포트를 통해 혈관화된 장치 내로 주입하는 것이 훨씬 좋을 수 있다. 일부 구현예에서, 혈관화된 장치에 포도당 센서가 배치되고, 센서는 수명, 신체와의 일체화 및 포도당 감지 카이네틱스의 개선을 도울 수 있다. 장치의 포도당 센서가 인슐린을 (신체의 다른 위치에 있는) 장치를 통해 전달하는 인슐린 주입 펌프와 제어기를 통해 연결될 수 있다면, 이 인공 췌장은 기존의 최신 기술 시스템과 비교해 보다 우수할 수 있으며, 훨씬 더 비용 효율적이다. 일부 구현예에서, 장치는 또 다른 위치에 이식된다(예, 이 장치는 외부 산소 전달이 없음)(장치는 적층형 장치이고/이거나 미리 혈관화될 수 있으며, 적절한 혈관화가 확립된 시점을 나타내기 위한 산소 센서를 포함할 수 있음). 이후에, 인슐린 분비 세포 및 글루카곤 분비 세포(인간 췌도, 줄기 세포 유래 췌도 세포 등)를 장치에 이식할 수 있으며, 이들 세포는 포도당 변화에 따라 인슐린 및 글루카곤을 방출할 수 있으며, 혈당 수준을 안정시키고, 저혈당 상황을 줄여줄 것이다. 이들 세포는 환자에게 필요한 인슐린 대부분 또는 전체를 공급할 수 있으며, 필요한 추가적인 인슐린이 펌프 또는 주입을 통해 보충될 수도 있다.
본 발명은 인슐린 분배용 인슐린 주입 펌프와 작동가능하게 연결된 캡슐화 장치에 대한 것이다. 일부 구현예에서는, 캡슐화 장치는 세포를 포함하지 않는다. 일부 구현예에서, 캡슐화 장치는 세포를 포함한다. 일부 구현예에서, 캡슐화 장치는 혈관화된다. 일부 구현예에서, 캡슐화 장치는 면역차단 막을 포함한다. 일부 구현예에서, 캡슐화 장치는 면역차단 막을 포함하지 않는다. 일부 구현예에서, 인슐린 주입 펌프는 인슐린 펌프와 유체 소통가능하게 연결된 인슐린 파우치를 포함한다. 일부 구현예에서, 시스템은 캡슐화 장치와 분리된 포도당 센서를 포함한다. 일부 구현예에서, 포도당 센서는 별도의 이식 장치에서 유지된다. 일부 구현예에서, 시스템은 인슐린 분비 세포를 포함하는 추가적인 이식 장치를 포함한다. 일부 구현예에서, 세포는 저혈당증을 방지하는데 도움을 줄 수 있다. 일부 구현예에서, 포도당 센서는 폐루프 제어기를 통해 인슐린 주입 펌프와 작동가능하게 연결되고, 포도당 센서는 포도당의 임계 수준 또는 임계 수준 보다 높은 포도당 수준을 검출하게 되면, 포도당 센서는 폐루프 제어기에 신호를 보내게 되고, 폐루프 제어기는 소정량의 인슐린을 방출하기 위해 신호를 인슐린 펌프에 보내게 된다. 일부 구현예에서, 시스템은 포도당 센서에 의해 측정된 포도당 수준을 기잔으로 인슐린 분비를 조절할 수 있도록 되어 있다. 일부 구현예에서, 캡슐화 장치는 인슐린 분비 세포를 더 포함한다. 일부 구현예에서, 캡슐화 장치는 췌도 및 세포외 기질의 로딩 전에 미리 혈관화된다. 일부 구현예에서, 포도당 센서는 이 포도당 센서에 의해 검출된 포도당 수준을 전달할 수 있는 시스템과 무선 연결된다. 일부 구현예에서, 포도당 센서는 교체 가능하다.
일부 구현예에서, 본 발명의 시스템의 장치는 일시적으로 산소 공급을 받는다. 예컨대, 일부 구현예에서, 시스템이 적절한 혈관화를 달성할 때까지 산소가 초기에(예, 처음에 이식할 때) 일시적으로 공급된다. 일부 구현예에서, 산소는 일시적으로 전달될 수 있고/있거나 산소 농도가 달라질 수 있다. 예컨대, 일부 구현예에서, 산소 고 농도가 유익한 세포 타입이 사용된다. 일부 구현예에서, 산소 저 농도(예, 15% 이하)가 유익한 세포 타입이 사용된다. 일부 구현예에서, 산소 약 21% 산소(예, 20-22%) 농도가 사용되며, 예컨대, 공기가 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 산소 농도 15-22%가 사용된다. 일부 구현예에서, 산소 농도 10-15%가 사용된다. 일부 구현예에서, 산소 농도 5-10%가 사용된다. 일부 구현예에서, 산소 농도 0-5%가 사용된다. 일부 구현예에서, 초기에는 특정한 산소 농도가 사용되고, 이후에는 산소 농도가 증가 또는 감소된다. 일부 구현예에서, 산소가 공급된 후 산소 공급이 중단된다. 일부 구현예에서, 산소가 공급되지 않고, 이후에 산소가 공급된다. 일부 구현예에서, 일정 시간의 사이클로 또는 무한정으로 산소가 공급되고, 산소 공급이 중단된다. 일부 구현예에서, 산소 농도는, 일시적으로 산소를 공급함으로써 국소 면역계 조절에 일조하도록 경우에 맞게 조정된다. 일부 구현예에서, 산소 농도는 혈관화가 이루어지는 시기에 맞게 조정된다. 일부 구현예에서, 미성숙 세포를 이식하고, 처음에는 산소 농도를 낮은 수준으로 사용할 수 있으며, 세포가 성숙해짐에 따라(예, 일정 시간, 예컨대 4-6주 후에), 산소를 보다 높은 농도로 제공할 수 있다.
산소는 여러가지 다른 메카니즘을 통해 시스템으로 전달될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 시스템은 산소 발생기 또는 공기 펌프를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 산소 발생기는 이식가능한 산소 발생기이고, 이는 당업자에게 잘 알려져 있다. 예컨대, 이식가능한 산소 발생기는 전기 화학적 산소 발생 메카니즘(예, 물을 산소와 수소로 분해하기 위해 전기를 사용함), 화학적 메카니즘, 또는 다른 메카니즘을 포함한다. 일부 구현예에서, 산소 발생기는 착용가능한 산소 발생기 또는 펌프이다. 일부 구현예에서, 산소는 헤모글로빈 또는 불소 처리된 미세 기포와 같은 캐리어 매질을 통해 전달된다. 본 발명은 전술한 시스템 또는 물질로 한정되지 않는다.
당해 기술 분야의 당업자라면, 본원에 기술된 변형들 외에도, 본 발명에 대한 다양한 변형예들이 전술한 설명으로부터 자명할 것이다. 이러한 변형예는 역시 첨부된 청구 범위에 포함된다. 본원에 인용된 각각의 참조문헌은 그 전체가 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
본 발명의 바람직한 구현예가 도시 및 기술되었지만, 당해 기술 분야의 당업자라면, 첨부된 청구 범위를 이탈하지 않는 한에서 변형들이 이루어질 수 있음이, 자명할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 청구항에 언급되는 참조 번호는 예시적이며, 특허청의 용이한 검토를 위한 것일 뿐 어떠한 방식으로 한정되지 않는다. 일부 구현예에서, 본원에 제시된 도면들은 각도, 치수의 비율 등을 포함하여 축척에 따라 작성되어 있다. 일부 구현예에서, 도면은 단지 대표적인 것이며 청구 범위가 도면의 치수로 한정되는 것은 아니다. 일부 구현예에서, "포함하는"이라는 표현으로 기술된 본 발명의 설명은, "로 이루어진"으로 기술될 수 있는 구현예를 포함하며, 따라서, "로 이루어진"이라는 표현을 사용하여 본 발명의 하나 이상의 구현예를 청구하는 것에 대한 서면 설명 요건을 충족시킨다.
이하 청구 범위에 언급된 참조 번호는 단지 본 특허 출원의 심사를 용이하게 하기 위한 것으로, 예시적이며, 어떠한 방식으로도 청구 범위를 도면의 대응하는 참조 번호를 가진 구체적인 특징들로 한정하고자 하는 것으로 의도되지 않는다.

Claims (16)

  1. 혈관화된 캡슐화 장치(vascularized encapsulation device) 및 상기 장치에 배치된 포도당 센서를 포함하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 캡슐화 장치가 인슐린 분배용 인슐린 주입 펌프(insulin infusion pump for distribution of insulin)와 작동가능하게 연결된, 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 캡슐화 장치와 인접하게 배치된 가스 채널을 더 포함하는, 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 캡슐화 장치 내에 배치된 가스 채널을 더 포함하는, 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캡슐화 장치가 무-세포성 (cell free)인, 시스템.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캡슐화 장치가 세포를 포함하는, 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캡슐화 장치가 혈관화된(vascularized), 시스템.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 인슐린 주입 펌프가 인슐린 펌프와 유체 소통가능하게 연결된 인슐린 파우치(insulin pouch)를 포함하는, 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    인슐린 분비 세포, 글루카곤 분비 세포 또는 이들의 조합을 포함하는 제2 캡슐화 장치를 더 포함하는, 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 글루카곤 분비 세포가 저혈당증 예방을 돕는, 시스템.
  11. 제2항 또는 제8항에 있어서,
    상기 포도당 센서가 폐루프 제어기(closed loop controller)를 통해 인슐린 주입 펌프와 작동가능하게 연결되고,
    포도당 센서가 포도당의 임계 수준이거나 또는 임계 수준 보다 높은 포도당 수준을 검출하면, 상기 포도당 센서는 신호를 상기 폐루프 제어기에 전달하고, 그에 따라 상기 폐루프 제어기는 소정량의 인슐린을 방출시키도록 인슐린 펌프에 신호를 전달하는, 시스템.
  12. 제2항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템이 상기 포도당 센서에 의해 측정된 포도당 수준을 기반으로 인슐린 분비를 조절할 수 있는, 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 캡슐화 장치가 인슐린 분비 세포, 글루카곤 분비 세포 또는 이들의 조합을 포함하는, 시스템.
  14. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캡슐화 장치는 췌도 세포를 캡슐화 장치 내에 로딩하기 전에 미리 혈관화되는, 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 포도당 센서가 포도당 센서에 의해 검출된 포도당 수준을 전달할 수 있는 시스템과 무선으로 연결된, 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 포도당 센서는 교체 가능한 것인, 시스템.
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