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將活細胞輸入生物體液中的方法及裝置.pdf

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細胞 輸入 生物 體液 中的 方法 裝置
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摘要
申請專利號:

CN03802721.6

申請日:

20030122

公開號:

CN1622801A

公開日:

20050601

當前法律狀態:

有效性:

失效

法律詳情:
IPC分類號: A61K9/50,A61K9/00,A61F2/02,A61M1/36 主分類號: A61K9/50,A61K9/00,A61F2/02,A61M1/36
申請人: 奧古斯丁納斯·巴德
發明人: 奧古斯丁納斯·巴德
地址: 德國萊爾特
優先權: 10202982.2
專利代理機構: 中國專利代理(香港)有限公司 代理人: 李連濤;徐雁漪
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法律狀態
申請(專利)號:

CN03802721.6

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

本發明公開了一種將活細胞輸入體液中,特別是血液中的方法,根據該方法,利用包裹細胞的包膜物質將一個或一些所述細胞組合到包囊單元中。為了防止發生凝結或排斥,在包膜物質里面或表面放置了凝結抑制劑或防止凝結的結構物質。

權利要求書

1.一種用于將活細胞輸入生物體液中,尤其是血液中的方法,其中將被包膜物質(6)包裹的一個或多個細胞(5)組合到包囊單元(4)中,并且為了防止發生凝結或排斥,在包膜物質(6)里面或表面放置了凝結抑制劑或防止凝結的結構物質(7)。2.根據權利要求1所述的方法,其特征在于采用肝素作為凝結抑制劑(7)。3.根據權利要求1所述的方法,其特征在于采用水蛭素作為凝結抑制劑(7)。4.根據權利要求1所述的方法,其特征在于采用前列腺素作為凝結抑制劑(7)。5.根據權利要求1所述的方法,其特征在于采用凝血噁烷作為凝結抑制劑(7)。6.根據權利要求1所述的方法,其特征在于采用聚合物作為包膜物質(6)。7.根據權利要求6所述的方法,其特征在于使用了合成聚合物。8.根據權利要求7所述的方法,其特征在于采用聚交酯、聚氨酯、聚酯、凝膠、水凝膠或者聚硅氧烷樹脂作為合成聚合物。9.根據權利要求6所述的方法,其特征在于使用了生物聚合物。10.根據權利要求9所述的方法,其特征在于采用藻酸鹽、膠原蛋白或者幾丁質作為生物聚合物。11.根據權利要求1所述的方法,其特征在于使用的所述防止凝結的結構物質(7)為至少用于所述包囊單元(4)表面上的脂類。12.根據權利要求11所述的方法,其特征在于使用的所述脂類為磷脂酰膽堿或其它細胞膜組分,例如糖萼結構或糖萼組分。13.根據權利要求11或12所述的方法,其特征在于所述脂類(7)與蛋白質和/或糖脂和/或糖蛋白相結合。14.根據權利要求1所述的方法,其特征在于采用肝細胞作為所述細胞(5)。15.根據權利要求1和14所述的方法,其特征在于固定于包囊單元(4)中的所述肝細胞(5)分布于具有入口(2)和出口(3)的容器(1)內,所述容器(1)連接患者的血液。16.一種分布有多個細胞(5)的包囊單元,其中所述細胞(5)被包膜物質(6)包裹著,所述包膜物質(6)含有由防止凝結的結構物質組成的凝結抑制劑(7)。17.根據權利要求16所述的包囊單元,其特征在于采用肝素作為凝結抑制劑(7)。18.根據權利要求16所述的包囊單元,其特征在于采用水蛭素作為凝結抑制劑(7)。19.根據權利要求16所述的包囊單元,其特征在于采用前列腺素作為凝結抑制劑(7)。20.根據權利要求16所述的包囊單元,其特征在于采用凝血噁烷結構物質作為凝結抑制劑(7)。21.根據權利要求16所述的包囊單元,其特征在于采用聚合物作為包膜物質(6)。22.一種用于將活細胞輸入生物體液中,尤其是血液中的裝置,包括一個具有體液入口(2)和出口(3)的容器,多個包囊單元(4)分布在所述容器(1)中,其中每個包囊單元(4)由許多被包膜物質(6)包裹的細胞(5)構成,所述包膜物質(6)含有凝結抑制劑或防止凝結的結構物質(7)。23.根據權利要求22所述的裝置,其特征在于在所述容器(1)的出口(3)區域具有所述包囊單元(4)的保留裝置(8,10)。24.根據權利要求23所述的裝置,其特征在于所述保留裝置(8)設計成過濾裝置。25.根據權利要求23所述的裝置,其特征在于將磁體部件或者可磁化的物質(9)嵌入所述包囊單元(4)中,并且所述保留裝置(8)具有磁性分離器(10)。

說明書

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本發明涉及一種將活細胞輸入生物體液中,尤其是血液中的方法和裝 置,根據該方法,利用包裹細胞的包膜物質將一個或多個細胞組合到包囊 單元中。

本發明還涉及一種用于實施所述方法的裝置以及為實現此目的包囊單 元。

例如在肝功能衰竭的情況下,已知可給患者接上肝臟反應器。然而這 樣做必須實施血漿分離,以便從實際的血漿中分離出血液中的細胞組分, 特別是紅細胞,該血漿中還剩有纖維蛋白。由于血液會在肝臟反應器中凝 結,所以并不可以使血液直接通過其中包被著肝細胞的肝臟反應器,也就 是說,其中有許多細胞利用包裹細胞的包膜物質被組合到較大的包囊單元 中。出于這個原因,不得不將血漿分離器插在要從血液中分離出血漿的部 位。然而這樣做的缺點在于血漿分離器中存在的毛細管會較快地被阻塞 住,結果造成分離器失效,而且將不得不花相當大的勞力和財力來更換。 一般說來這樣的事八至十小時后就會發生。然而,更為嚴重得多的缺點在 于,血漿分離或血液分離會導致患者外傷性的溶血,而且如果不及時治療 的話甚至可能致命。在以前的生物反應器中,生物系統要么直接而且無防 護地暴露于血漿,這樣會引起凝結反應并造成補體激活反應,要么被放置 在血漿分離膜件后面。使用血漿分離器的一個嚴重的缺點還在于其會產生 所謂的膜污染,即由于小孔上的沉淀物造成的阻塞。因此就目前看來這些 系統必須被取代。

人們已知只要還存在健康的肝細胞,受損的肝臟就能夠再生。因此, 如果可以將患者長時間地接上肝臟反應器,并給予足夠時間的話,例如由 于中毒或腫瘤手術之類受損的肝臟將有機會再生。然而這需要幾天的時間, 這個事實會導致以上所提到的問題。

因此,本發明的目的在于得到一種方法和裝置,其可以直接處理體 液,如血液,而不存在血漿分離的缺點。

根據本發明,這個目的是通過一種將活細胞輸入體液中的方法來實現 的,其中該方法使許多被包膜物質包裹的細胞組合到包囊單元中,并且為 了防止發生凝結或排斥,在包膜物質里面或表面放置了凝結抑制劑或防止 凝結的結構物質。

提供了一種用于實施該方法的裝置,它具有一個容器,容器帶有體液例 如血液的入口,以及血液的出口,多個包囊單元排布在該容器中,其中每 個包囊單元由許多被包膜物質包裹的細胞構成,所述包膜物質具有凝結抑 制劑或防止凝結的結構物質。

根據本發明,凝結抑制劑或防止凝結的結構物質現加入細胞中或分布 有所述細胞的包囊單元中。這樣,比如血流就能夠被直接通過以這種方式 形成的“生物反應器”輸送,而不需要用技術性的膜件例如中空纖維生物 反應器中的毛細管來分離,。這種裝置不需要預先分離血漿,也不具有其 造成的缺點。

根據本發明,直接從患者身上取得的血液現在可以通過生物反應器而 不會發生血液凝結。血液被凈化之后,還能直接返回給患者。

與現有技術最重要的區別之一在于該方法能夠延續好幾天,也就是說, 例如肝臟損壞的患者因此具有使其肝臟自己再生的可能性。

根據本發明中方法和裝置的另一個優點在于,在細胞恢復和包囊單元 形成以及適當的預培養之后,例如可以將用于引入到袋狀容器中作為生物 反應器的包囊單元冷凍起來。這樣提供了下列可能性:使該生物反應器能 得以儲存并且在需要時解凍后就能將它們立即用于患者。

適用于防止血液凝結方法的試劑有,例如,活性凝結抑制劑如肝素、水 蛭素或者前列腺素以及凝血噁烷結構物質。

這里,另一種解決方法是將被動的防止凝血的結構物質構筑在包囊單 元里或者附著在其上。被動的防止凝血的結構物質避免出現譬如血流中的 紅細胞將包囊單元識別為外來物體并引起血液凝集的情況。實際上,這樣 使紅細胞看上去具有了一種天然的細胞膜表面。脂類,例如具有蛋白質或 糖蛋白的脂類如卵磷脂很適合于實現該目的。類似地,合成產生的或在預 先手術中從紅細胞表面獲得的細胞被膜多糖-蛋白質復合結構能夠被整合到 混合包囊、基質(纖維蛋白、膠原蛋白、白蛋白)中或其表面上。它們因 此形成了親水和疏水基團的模式,這尤其可避免其它細胞的粘著和血液的 凝集。生物組分還可以用合成的組分,例如親水和疏水性的聚合物代替。

很顯然,這樣排布在包囊單元中的細胞直接在通過生物反應器導入的 血液中培養。除了已經提到的那些優點之外,其還大大降低了成本。因為 含有紅細胞的血液在流過生物反應器時當然就意味著將氧氣直接引入到該 系統中了,在體內使用過程中不必給生物反應器補充氧。

實際上,采用本發明的生物反應器治療患者就可以以類似于例如,輸 血或者做腎透析的方式對患者進行治療。

可以把聚合物用作構成包含許多細胞的包囊單元的包膜物質。合適的 聚合物的示例有水凝膠如藻酸鹽、膠原蛋白、幾丁脂以及白蛋白和凝膠。 然而同樣地,也可采用生物聚合物,例如聚交酯。該生物反應器優選應用 的領域為培養肝細胞和腎臟細胞或者血液中的其它細胞。

上述方法涉及的是體外使用,其僅僅暫時性地接觸體液,如血液。然 而,根據本發明的方法還可以用于體內系統,其在大多數情況下可留在體 內一生或盡可能長的時間,并且根據本發明可以提供有包被層以防止受力 而停止工作。

示例有人造生物脈管、植入物,如心臟瓣膜和血管。這些都是表面移 入了不同細胞的人造或生物構造。這些還包括例如成纖維細胞、平滑肌細 胞以及內皮細胞。在內皮化不完全的情況下(尤其是在短時或不完全的覆 蓋過程中),很容易發生下面基質暴露的情況。所述基質由膠原蛋白、纖 維蛋白或人工聚合物構成。

為了避免立即引發凝集反應,可以將與微囊中具有的相同因子和成分 整合入基質里面或上面的這種雜合結構中。

進一步想象得到的應用領域是,例如用于糖尿病患者。在此情況下, 可以想象將具有能產生胰島素的細胞的生物反應器作為植入物裝在患者的 體內。由于根據本發明的凝結抑制劑或防止凝結的結構物質,這時身體并 不將此生物反應器識別為外來物體,也不對它排斥。使用由胚胎干細胞或 臍帶血或骨髓細胞產生的并被導入包囊單元然后直接注射到患者的血液中 的適當的內源性胰島細胞,將有可能在生物體的多個部位形成小型葡萄糖傳 感器,其當葡萄糖水平升高時釋放適量的胰島素。

可能的生物傳感器的例子有中空纖維生物反應器、固體床反應器、攪 拌式發酵罐、微載體系統以及平隔膜生物反應器。

除了作為體液的血液外,根據本發明的方法還可以用于,例如血漿或 腦脊髓液。

下面參考附圖本發明的圖解實施方式進行描述,其中:

圖1表示了一種根據本發明的裝置;以及

圖2表示了一個被大大放大了包囊單元的表現形式。

圖1圖解表示了一個容器1,例如其可以采用袋的形式,具有用于凈化 血液的入口2,以及凈化后的血液的出口3。容器1內部排布有大量的包囊 單元4,其中每個之內分布著許多細胞5,例如肝細胞(例如約4至10層細 胞層)。細胞5被包膜物質6包裹著,這樣形成了例如球狀的包囊單元4。 例如通過適當的混合可以影響包膜結構和細胞5之間的連接。凝結抑制劑 或防止凝結的結構物質7也隨后被加入到該混合物中。當使用凝結抑制劑 例如肝素時,該凝結抑制劑將與包膜物質6混合,這樣該凝結抑制劑的分布 就不僅僅是在表面上,而且也在其內部。由于包囊單元4以及包膜物質6的 多孔性構造,血液也流經該包囊本身。

當使用防止凝結的結構物質7時,要注意確保這些構造物質被優選地 排布在包囊單元4的表面上或其外部區域里,以便該包囊單元4不會被紅 細胞識別為異物。例如脂類就可以被用作防止凝結的結構物質7。

在血液排毒或細胞5培養的過程中,為了確保包囊單元4不被沖洗到 容器1之外,出口3必須做得適當小些。或者,也可以在出口的前面設置 過濾裝置8。還有一種能使包囊單元4保持在容器1中的措施是采用“磁性 阱”。為了達到該目的,包囊單元4要額外地設置有微小的磁性成分或者 可磁化的物質9,結果使包囊單元4在磁性分離器10上(見圖1中虛線) 與分布在容器1出口區域處的磁體發生相互作用。同樣此處的可磁化物質9 將優選地分布在包囊單元4的表面上或外部區域內。

然后包囊單元4就被磁性分離裝置10所控制,并能夠經由線11(虛線 表示)流回到容器1的入口區域。在從血液中分離包囊單元4時要避免包 囊單元4被血流帶走,這基本上沒有太大問題。這是因為紅細胞大小約在7 至10μm,而包囊單元一般直徑大小為50至100μm或200μm。

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