JP2739758B2 - Liver assist device using transformed cell line - Google Patents
Liver assist device using transformed cell lineInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
発明の背景
1.発明の分野
本発明は、肝不全または肝機能不全の病に苦しむヒト
または動物患者を補助するための改良された体外肝臓補
助装置およびその使用方法に関する。より詳細には、形
質転換された肝細胞(その後その体細胞表現型に復帰さ
れる)を補給した半透膜を使用する、患者の血液灌流用
に考案された上記の補助装置に関する。
2.従来技術の説明
メディカルサイエンスの進歩は近年人工臓器の分野に
おいて重要な研究をもたらした。一例を挙げると、人工
腎臓透析装置は今や比較的ありふれたものとなってお
り、腎不全患者によって日常的に用いられている。この
種の装置では、患者から血液を取り出し、それを透析物
と共に透析室を通す;一般には患者の腎臓によって除か
れる患者の血液中の不純物は透析室の半透膜を通って拡
散し、透析物によって除去される。
また、過去において、肝不全患者を補助するための体
外肝臓補助装置が提案された。例えば、Wolfら,“培養
細胞および合成毛細管から構成された人工肝臓によるビ
リルビン抱合",Trans.Amer.Soc.Artif.Int.Organs(197
5),p.16−27を参照されたい。Wolfらの方法では、ホロ
ーファイバー半透膜シェル−チューブカートリッジが人
工肝臓として用いられた。この装置は周囲を取り囲むシ
ェル内に多数の細長い半透膜毛細管を収納したものから
成っている。Wolfらは、正常肝臓における肝細胞のin v
ivo機構に形態学上類似した固体組織塊を毛細管のまわ
りに形成するために、毛細管膜の外表面上で培養した一
次肝細胞を利用した。ホローファィバー毛細管上で生育
させたこれらの一次肝細胞は、生存動物の正常肝臓に特
徴的なビリルビン取込み抱合および分泌のような複雑な
機能を果たす能力を有していた。
その他の多数の細胞型、例えばチャイニーズハムスタ
ー卵巣細胞、サル腎細胞、ニワトリおよびマウス由来の
胚線維芽細胞、Chang肝癌細胞、W138細胞およびウイル
スにより形質転換されたハムスター胚線維芽細胞、もホ
ローファイバー毛細管上での生育に成功した。さらに、
ホローファイバー毛細管上で生育した細胞が示した臓器
機能はChickら(Science 187:847−848(1975);Tran
s.Amer.Soc.Artif.Int.Organs 21:8−15(1975))によ
り証明された。この研究は、ホローファイバー毛細管上
での膵臓β細胞の長期維持およびin vitro培養期間中の
これらの膵臓β細胞によるインシュリンの連続生産を立
証するものであった。
先の研究に関する特定文献、並びに背景技術の他の文
献には次のものが含まれる:
Knazek,R.A.(1974).Fed.Proc.Fed.Am.Soc.Exp.Biol.
33:1978−81.
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I.(1972).Science 178:65−67.
Knazek,R.A.;Kohler,P.O.;and Gullino,P.M.(1974).
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Knisely,M.H.;Reneau,D.D.;and Bruley,D.F.(1969).
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Thomlinson,R.H.and Gray,L.M.(1955).Br.J.Cancer
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l,New York.
Wolf,C.F.W.(1978).Intern.J.of Art.Organs.1:45−
51.
Wolfらにより開発されたタイプの肝臓補助装置は多少
なりとも使用可能性を示したが、臨床面でのこの装置の
広範囲にわたる使用を妨げる極めて重大な問題が数多く
残されている。先に記載したように、Wolfらは一次肝細
胞を使用した。これらの細胞は通常分裂せず、従って連
続継代培養で伝えることができない。その結果、Wolfら
の肝臓補助装置の臨床使用には、一次肝細胞の連続供給
が必要となるだろう。このような肝細胞は好ましくは患
者と同じ種から採取すべきであり、さらに処置しようと
する特定の患者と組織適合性であるべきであることを考
慮すると、一次肝細胞の連続供給の要求は、この種の肝
臓補助装置の反復使用における、克服できなくはないに
しても極めて困難な障害を生じさせることは明らかであ
るだろう。
従って、半透膜上で培養した一次肝細胞を使用する提
案に伴う実際上の緒問題を克服しつつ、肝不全患者に必
要とされる肝機能を与える改良された肝臓補助装置およ
び方法の必要性が当分野には明らかに存在している。
発明の要約
本発明は上記の諸問題を解決し、肝不全患者の継続す
る臨床処置にとって極めて有用な、製造上および操作上
の特性を備えている高度に改良された肝臓補助装置を提
供する。
概略的に言えば、本発明は初めに形質転換された肝細
胞(灌流膜上で培養され、その後体細胞表現型に復帰さ
れる)を利用するという原理に基づいている。この方法
での形質転換肝細胞の使用は、このような形質転換細胞
のいくつかの既知性質(すなわち、事実上永久にin vit
roで連続的に継代培養されるそれらの能力、並びにこの
種の細胞に共通した非常に高い増殖速度および接触阻害
の消失)を利用している。特に好適な態様では、ウイル
スによって形質転換された温度感受性細胞が用いられ
る。シアミンウイルス40(SV40)のようなパポバウイル
ス種が肝細胞の形質転換に特に適している。形質転換さ
れた肝細胞の温度感受性は、その肝細胞を数度(例えば
37℃から41℃へ)上昇させる簡単な処置により体細胞状
態への復帰を可能にする。
初めに形質転換された肝細胞は半透過性膜の一方の面
上で培養される。好適な態様では、複数の相互連結され
たシェル−チューブ多重中空毛細管膜カートリッジが用
いられ、形質転換された肝細胞はその毛細管膜の外面
(すなわちシェル側)で培養される。この種の培養はカ
ートリッジの初期接種、それに続く適当な増殖培地の循
環(形質転換肝細胞の集密的単層が現れるまでシェル側
を通して循環させる)を伴う。この時点で、形質転換肝
細胞に熱ショックを与えて体細胞表現型へのその復帰を
起こさせるために、循環増殖培地の温度を上昇させる
(シェル−チューブ膜状態全体を温度調節した温水浴中
に入れることができる)。その後、細胞分裂(増殖)が
やみ、培養済みカートリッジは体外肝臓補助装置として
いつでも使用できる状態になる。
血液灌流法では、患者の血液を取り出して、肝細胞層
の面とは別の半透膜面に接触させた状態でその血液を循
環させる。本発明の好適な態様では、患者の血液を多数
のホローファイバー毛細管の内腔を通過させる。この通
過中に、患者の血液に溶解している分子種(例えばビリ
ルビン)は半透膜毛細管を通って拡散し、その後肝細胞
層によって取り込まれ、代謝される。肝細胞からの代謝
老廃物はカートリッジのシェル側を向流循環される浴液
によって順次除かれる。
上記の方法を実施する場合、肝臓補助装置は、培養済
みの膜カートリッジまたはそれらの同等物のほかに、患
者の血液を患者から灌流カートリッジへ連続的に通過さ
せる手段を含み、さらに老廃物を除くために溶液をカー
トリッジのシェル側へ通す第2流体回路をも包含する。
図面の簡単な説明
第1図は肝臓補助処置の間患者に操作しうる状態で接
続された、本発明による全体的な肝臓補助装置の概略図
であり;
第2図は好適な多重カートリッジ式肝臓補助灌流装置
の構成を示す部分的な概略側面図であり;そして
第3図は第2図に示したチャンバーの平面図である。
好適な実施態様の記載
細胞形質転換の概念は一般によく知られており、通常
機能的に(すなわち、形質転換物質によって変更された
後の細胞の性質によって)定義されている。腫瘍ウイル
スにより誘発される形質転換の場合、形質転換細胞は以
下の性質を示す(Enders“シミアンウイルス40へのヒト
およびハムスター腎細胞の応答により示されるウイルス
による細胞の形質転換",Cell Transformation,p.113−1
52):
1. 増殖パターンの変化、すなわち接触阻害の消失;
2. 形態の変化;
3. 生長速度の増加;
4. 連続継代培養を続ける能力の増加;
5. 代謝の変化;
6. 染色体異常;
7. 感染性ウイルスの増殖を支持する能力の低下;
8. 形質転換物質および他のウイルスによる再感染に対
する抵抗性の増加;
9. 新たな細胞抗原成分の出現;
10. 腫瘍形成能力。
さらに、本発明による最適な形質転換用ウイルス、SV
40、は形質転換細胞において次の特性を誘発する(Mole
cular Biology of Tumor Viruses,Part 2:DNA Tumor Vi
ruses,John Tooze,Editor,Cold Spring Harbor Monogra
phs,10B(1980),Library of Congress Accession No.Q
R 372 06 M64 1980 Part2):
増 殖
高いまたは際限のない飽和細胞密集度a
異なる(一般には減少した)血清要求性a
寒天またはメトセル(Methocel)懸濁液中での増殖…
足場非依存性
感受性動物へ注入した際の腫瘍形成
移動の接触阻害を受けにくい
方向性のない増殖a
正常細胞の単層上での増殖a
表 面
植物レクチンの凝集性の増加a
糖タンパク質および糖脂質の組成変化
密着結合(tight junction)の消失
胎児抗原の出現
ウイルス特異的移植抗原
異なる染色特性
栄養輸送速度の増加
プロテアーゼまたは活性化因子の分泌増加a
細胞内
細胞骨格の破壊
環状ヌクレオチド量の変化
ウイルスの証拠
検出可能なウイルス特異的抗原タンパク質
ウイルスDNA配列の検出
ウイルスmRNAの存在
ウイルスはいくつかの場合に抽出可能。
形質転換細胞は非形質転換親細胞が共有しないこれらの
特性の、全部ではないにしても、多くを示す。
aを付した前記特性のいくつかは形質転換細胞を単離
するための基礎となった。
本発明において“形質転換肝細胞”なる用語は、形質
転換物質で処理され、少なくとも次の性質を示す一次肝
細胞として定義される:
(1)連続継代培養を続ける能力の増加;
(2)in vitro増殖速度の増加;
(3)接触阻害の消失。
形質転換を達成するためにいろいろな形質転換物質を
使用することができるが、本発明によればウイルス形質
転換物質を利用することが好適である。パポバウイルス
群、とりわけSV40、は形質転換物質として有利である。
ヒト細胞はSV40感染に対し半許容性であり、すなわちそ
れらは感染してウイルス複製を支持するが、全ての細胞
が細胞溶解サイクルを完成するわけではない。細胞溶解
サイクルの生存細胞は形質転換され、所望の増殖特性を
示す。しかしながら、それらは数ケ月の培養後SV40ウイ
ルス粒子を放出し続ける。SV40は他のパポバウイルスよ
りも限られた腫瘍形成能を有する。SV40への暴露の経過
を考慮すると、それは恐らくヒトの腫瘍の原因にはなら
ないと思われ、実際、今日までに報告された唯一のSV40
関連ヒト疾患は悪性黒色腫の場合だけである。多種多様
の弱毒化SV40変異体が利用されるが、特に初期遺伝子
(A)機能を欠損しているA群変異体が利用され、それ
らはSV40 T抗原の合成を誘導して宿主細胞DNAの複製を
刺激するが、実験条件下ではウイルスDNAまたはキャプ
シド抗原を産生しない。(A)遺伝子領域におけるこれ
らの変異体は形質転換を維持するのに必要な熱不安定T
抗原(昇温で機能しなくなる)を産生する。従って、こ
れらの温度感受性SV40変異体による形質転換は培養温度
を上げるだけで逆転可能である。温度を上げると、形質
転換細胞はSV40ウイルスDNAまたはSV40キャプシドの生
産をやめ、それらの形質転換特性を失い、そしてもとの
体細胞表現型に復帰する。こうして、温度感受性SV40に
よる形質転換は、温度を数度上昇させることにより形質
転換表現型から体細胞表現型への切り替えを可能にし、
そして半透膜支持体上に大面積の集密的細胞単層を速や
かに生長させるべく、形質転換状態の増殖速度の利用を
可能にする。集密的細胞単層が形成された時点で、ウイ
ルス生産が停止され、代謝的灌流のために体細胞表現型
への復帰が行われる。
SV40のようなウイルス物質を用いる肝細胞の形質転換
は既知手法により達成される。概略的に言えば、一次肝
細胞培養物は酵素により分散させて培養し、その後ウイ
ルス形質転換物質を感染させる。続いて、形質転換され
た肝細胞は連続的に継代培養し、安定した形質転換細胞
を不稔性または一時的形質転換細胞から選別する。その
後、安定した細胞を用いて臨床用の細胞株を樹立する。
好適な形質転換法は以下の実施例において詳細に説明さ
れるだろう。
安定した形質転換細胞株が樹立された後、それらの細
胞は肝臓補助装置を作製するために半透膜上で培養され
る。ここでもまた、コロニー形成法の細部は当分野の技
術の範囲内であり、以下の実施例において特定方法を詳
細に説明することにする。
本発明と関連して用いられる最適な膜構造体は、各シ
ェル内に垂直に配置された多数の合成樹脂毛細管および
最も外側の管状シェルを含む複数(通常3個)の直立し
たチューブ−シェルカートリッジから構成される。カー
トリッジのシェル側(すなわち、毛細管の外側)を毛細
管の内腔または内部から物理的に分離して維持するため
に、適当なシール構造物が用いられる。さらに、カート
リッジのチューブおよびシェル部分を通過するそれぞれ
の流体の連続流のための適当な流入口および流出口が設
けられる。
上記のタイプの特に好適な装置はマサチューセッツ州
デンバーのAmicon Corporation、Scientific Systems D
ivisionからモデル“DC30"として提供される。この装置
はAmicon Corporationから“巨大分子溶液の高速処理用
の高収量ホローファィバー濃縮/透析システムDC30"と
題して発行された技術報告書中に説明されている;この
報告書は参照により本明細書中に引用される。モデルDC
30装置は、適当な流体制御装置と共に、上記のタイプの
3個の直立したチューブ−シェルカートリッジを含む。
Amicon社製のこの装置は、毛細管壁を通って拡散する分
子の大きさを効果的に制限するそれらの排除限界の見地
から、いろいろな種類の内部毛細管を設置することがで
きる。本発明のためには、ホローファイバー毛細管は3
0,000〜50,000ダルトンの排除限界をもつべきであり、
より低い限界が好適である。
さて、図面を参照すると、第1図には本発明による全
体的な肝臓補助装置10が概略的に描かれている。この装
置10は血液入口14、血液出口16、溶液入口18はおよび溶
液出口20を有する数字12で示される膜アセンブリーを含
む。装置12はさらに本発明方法によって作製された肝細
胞を支持しうる少なくとも1つの半透膜を含む。また、
アセンブリー12は上記の膜によって隔てられた血液およ
び浴液用のそれぞれの流路を備えている。
装置10はアセンブリー入口14に連結された血液流入ラ
イン22(慣用ポンプ24を含む)を有する。血液流出ライ
ン28も図示されるように設けられる。流入ライン22およ
び流出ライン28は患者の前腕に移植された適当な動静脈
フィステル30,32に操作しうる状態で接続される(これ
により、ライン22は患者の橈骨動脈に連結され、一方ラ
イン28は前腕静脈に連結される)。もちろん、患者への
他の動静脈接続具も、医師の判断に応じて使用できるだ
ろう。
装置10はさらに浴液貯蔵所34を含み、これに浴液流入
ライン36が接続され、入口18に連結される。溶液をアセ
ンブリー12を通して循環させるために、ライン36の途中
に慣用ポンプ38が配置される。浴液流出ライン40は図示
されるように出口20と老廃物貯蔵所42とを操作しうる状
態で連結する。
次に第2〜3図を参照すると、そこには数字44で示さ
れる改良された膜アセンブリーが例示されている。アセ
ンブリー44は全体的なシステム10の中で用いられ、その
場合概略的に図示したアセンブリー12として機能するこ
とを理解すべきである。どのような場合にも、アセンブ
リー44は3本のバンク46,47および48を含み、各バンク
は5個の直立したチューブ−シェル中空毛細管カートリ
ッジ50を含む。これらのカートリッジはそれぞれ同じも
のであり、その中に多数のホローファイバー毛細管を含
む;好適なカートリッジは30,000ダルトンの排除限界を
有するAmicon ユニットである。アセンブリー44はさら
に共通の血液流入ライン54および分岐ライン56,57およ
び58(それぞれバンク46,47および48中のカートリッジ5
0の上端部に連結され、その上端部に血液を供給する)
を有する3つに分岐した流入ヘッダー52を含む。圧力計
60はアセンブリー内の圧力条件のモニターを容易にする
ために流入ライン54から離れた分岐ライン58の端部に接
続される。類似の3つに分岐した血液流入ヘッダー62は
各カートリッジ50の底に近接して配置され、流入ヘッダ
ー52と同じ方法でそれぞれのバンクに接続される。ヘッ
ダー62は図示されるように共通の血液流出ライン64を含
み、圧力計66がバンク48と関連したその分岐ラインに接
続される。流入および流出ヘッダー52および62は、各カ
ートリッジ50内に含まれるホローファイバー毛細管の内
腔または内部へ連結された短い流入および流出パイプ6
8,70に接続される。従って、患者からの血液は流入ライ
ン54および分岐ライン56,57および58を通過し、各カー
トリッジ50内に含まれる毛細管の内腔を下向きに通過
し、この時点で血液はヘッダー62および流出ライン64を
通って患者へ戻るためにパイプ70を通過する。
全体的なアセンブリー44はまた同様に3つに分岐した
構造の浴液流入ライン72を含み、この流入ライン72はバ
ンク56,57および58のそれぞれのカートリッジ50に操作
しうる状態で接続される。この接続において、ライン72
はカートリッジ50の下端部に近接して接続されることが
分かるだろう。溶液の流出はカートリッジ50の上端部に
近接して接続された流出ライン74によってもたらされ
る。流入および流出ライン72,74の構造から、浴液は血
液の流れに対して向流関係でアセンブリーを通過するこ
とが分かるだろう。さらに、ライン72,74は浴液が毛細
管の外側でカートリッジを通過するように、各カートリ
ッジ50のシェル側に連結される。
アセンブリー44の使用に際して、流入ライン54は患者
の動脈に接続され、一方流出ライン64は適当な静脈に接
続されるであろう。その後、全体の装置に組み込まれた
ポンプ24を作動させて、患者から血液を取り出し、その
血液を上から下へアセンブリーを通過させる。同時に、
貯蔵所34からの溶液を、血液の流れと向流関係で(すな
わち、下から上へ)各カートリッジのシェル側を通過さ
せる。この目的のために、ポンプ38を作動させる。
以下の実施例は肝臓補助装置の作製および使用に関す
る本発明の好適な細部を説明するものである。
実施例
本実施例では、外側表面上に肝細胞の集密的単層を有
する半透膜を定めた多数のホローファイバー管を含む肝
臓補助装置が作製される。
第一段階において、宿主肝細胞はバイオプシーまたは
死体解剖の検体に由来する提供者の肝組織から得られ
る。有利には、肝組織はヒトのものであり、その後の灌
流方法の間に起こりうる免疫反応の問題を最小限に抑え
るために最終患者と組織適合性のものである。
一次肝細胞培養物は、Seglen,Methods in Cell Biolo
gy,Vol.XIIIに記載されるコラゲナーゼ消化の変法を用
いて固体の肝組織を酵素的に分散させることにより、得
られる。より大きいサンプルを細かく切り刻んで1mm3の
大きさにした組織塊を、0.5mM EGTAを含むCa2+不合緩衝
液(緩衝液I,表I)20ml中に浸漬し、41℃で10分かきま
ぜながらインキュベートする。その後、EGTA−緩衝液を
デカントし、組織は洗浄緩衝液(緩衝液III,表I)で数
回洗う。10mM Ca2+と共に0.05%コラゲナーゼ(Sigma
社,タイプIV)を含む標準緩衝液(緩衝液II,表I)20m
lを加え、組織を41℃で60分かきまぜながらインキュベ
ートする。その後、解離した細胞はピペットを用いて10
分おきに取り出し、氷冷した250mlフラスコに入れる。
それぞれの10分間隔のあとに、追加の解離媒体20mlを残
存する非解離組織に加え、かきまぜながらインキュベー
ションを続ける。解離細胞の各アリコートを集めた後、
その細胞懸濁液にFCS(ウシ胎児血清)2mlを加える。
組織の解離後、細胞懸濁液は無菌のナイロンストッキ
ングを通して過し、2本の50ml無菌遠心チューブに等
量ずつ分ける。その細胞を50gで2分遠心し、解離媒体
をデカントし、この遠心チューブに10%FCSを含む洗浄
緩衝液(緩衝液III,表I)10mlを加える。沈澱した細胞
は穏やかに再懸濁し、50gで2分間再度遠心する。上清
をデカントし、細胞を洗浄緩衝液(緩衝液III,表I)10
ml中に再懸濁する。0.1mlアリコートを取り出し、洗浄
緩衝液(緩衝液III,表I)0.8mlおよび0.4%トリパンブ
ルー染料0.1mlに加える。サンプルは血球計数器にの
せ、生存(金色)細胞の数と非生存(青色)細胞の数を
測定する。細胞収量および生存百分率を求める。残りの
細胞は50gで2分遠心し、上清をデカントし、10%FCSを
含むLeibowitz L−15培地を十分量加えて3mlあたり4−
5×106個の生存細胞へ希釈する。この培地中で沈澱細
胞を穏やかに懸濁し、アリコートをプラスチック製のペ
トリ皿に移す。
懸濁液3ml(約4×106生存細胞)を接種したプラスチ
ック製組織培養皿(6mm)は増湿(すなわち、飽和)空
気環境中37℃でインキュベートする。このインキュベー
ション期間中に、接種した細胞の一部が培養皿の壁面に
付着し、インキュベーション後、非付着細胞は培地を流
出させることにより捨てる。それぞれの培養皿に、10%
FCSを含むLeibowitz L−15培地の新鮮なアリコート3ml
を加え、この培養物を初期インキュベーションと同じ条
件下でさらに24時間インキュベートし、この第2インキ
ュベーションの間に付着細胞は平らになって単層を形成
する。
培養した単層の一次肝細胞は、10%FCSを加えたLeibo
witz L−15培地中に懸濁したtsA28 SV40ウイルス(細胞
あたり106−107ウイルス粒子)を重感染させる。ウイル
ス付着のために上記の増湿空気環境中37℃で90分インキ
ュベーション後、付着しないウイルスを流出させ、10%
FCSを加えたLeibowitz L−15培地の新鮮なアリコート3m
lを各培養皿に加える。その後、細胞は上記培地の新鮮
なアリコート3mlを24時間ごとに加えながら、形質転換
された細胞の集落が現れ始めるまで(通常約1週間かか
るだろう)培養を続ける。
形質転換細胞のプラークを同定する際に、クローンは
トリプシンで分散させ、その後安定した形質転換細胞
(すなわち、長期にわたる連続継代培養を続ける能力を
保有するもの)を不稔性または一時的形質転換細胞から
選別するために、慣用手法を用いて連続的に継代培養す
る。その後、安定した形質転換細胞を用いて、増殖およ
び分裂速度が高くしかも増殖培地中のFCS濃度の必要性
が低減した(1%)細胞株を樹立する。所望により、SV
40ウイルス粒子の継続した脱外被(Shedding)は、SV40
に対し免疫化した動物由来の抗SV40血清を補給したL−
15培地中で安定した形質転換細胞を培養することにより
抑えることができる。
安定した形質転換細胞株は本質的に不滅であり、細胞
培養により無限に維持することができる。肝臓補助装置
を作製する場合は、この形質転換細胞株を用いてホロー
ファイバーチューブ束に接種する。このためにWolfら、
“培養細胞および合成毛細管から構成された人工肝臓に
よるビリルビン抱合",Trans.Amer.Soc.Artif.Int.Organ
s,(1975,p.16−27)に記載される方法が用いられる。W
olfらのこの論文は参照によりここに引用される。
基本的に、この技術は還流法であり、その際上記のよ
うな所定のチューブ−シェル半透膜カートリッジは滅菌
して、一次肝細胞をそれぞれのカートリッジのシェル側
に(すなわち、半透過性チューブの外表面上での増殖の
ために)接種する(例えば104−107細胞)。この場合、
形質転換された肝細胞用の適当な増殖培地が、肝細胞と
の増殖促進接触のために、接種済みカートリッジのシェ
ル側を通して循環される。実際には、放出されたSV40ウ
イルス粒子の毛細管内腔への移行を防げ且つ血液タンパ
ク質および肝細胞により分泌されたタンパク質の毛細管
膜バリヤーの通過を妨げるために、30,000ダルトンの排
除限界を有するホラーファイバーチューブを備えた上記
のAmicon ホローファイバーカートリッジが用いられ
る。毛細管膜の排除限界を注意深く選択してウイルス粒
子や溶存タンパク質の厳格な分離を行うことにより、患
者のウイルス伝染および宿主肝細胞に対する患者の免疫
反応の可能性が軽減される。
接種して還流培養を行う間に、形質転換された肝細胞
はホローファイバー毛細管の外側にコロニーを形成す
る。有利には、各カートリッジに104−107個の肝細胞を
接種し、そして用いる循環増殖培地は37℃の温度に保っ
た1%ウシ胎児血清を補給したLeibowitz L−15培地で
ある。集密的細胞単層が形成されたとき(通常、約1〜
8日間の増殖培地循環後)、循環増殖培地の温度を上
げ、さらに41℃に保った温水浴の中にチューブ−シェル
装置を浸漬することにより、インキュベーション温度を
41℃に高める。これは形質転換細胞を体細胞表現型に復
帰させて、ウイルスの複製および細胞DNAの複製をやめ
させ、そして接触阻害の性質を再開させる。集密的単層
を形成するのに要する時間は基本的に接種物の量に左右
される。TsA28 SV40で形質転換されたヒト細胞が増殖す
る最大集密度は約120,000細胞/cm2であり、この集密度
は通常4,000細胞/cm2の接種物を用いて約6日間で達成
できる。接種物中の細胞の数は毛細管ファイバーの全表
面積により決定され、そして最大集密度に達する時間は
接種物中の細胞の数により決定される。全表面積が9,00
0cm2のAmicon毛細管ファイバーカートリッジの場合、合
計5×107細胞の接種物は、平板効率が40%であると仮
定して、6日間のインキュベーション後に使用可能な装
置をもたらすであろう。接種物の量を2倍にすると、イ
ンキュベーション時間が約1日だけ短縮されるだろう。
接種物の量を4倍に増加すると、インキュベーション時
間がもう1日だけ短縮されるだろう。上記の最大集密度
は過度に増殖した単層の状態を表し、集密度単層は許容
しうる最小の単層外形である。特に、栄養培地(すなわ
ち、Leibowitz L−15および患者の血液)が細胞層の反
対側を通過する場合、過度に増殖した単層(すなわち、
2層以上の厚さ)が理想的な状態であるだろう。ホロー
ファイバー毛細管支持体上で増殖させた体細胞表現型の
肝細胞の安定した集密的単層は、その後、毛細管ファイ
バー内腔を通して患者の血液を灌流することにより肝機
能を補助するために用いられる。
最も好適な特定の接種プロトコールを以下に説明す
る:
1. 30,000ダルトンの排除限界を有する滅菌済みAmicon
カートリッジの毛細管外空間に、カートリッジが満配
になるまで、気泡を入れないようにして、1%ECSを含
むLeibowitz L−15培地を満たす。
2. 培地を満たした毛細管外空間に、カートリッジあた
り5×107形質転換肝細胞の接種物を加える。
3. 毛細管の外表面全体に懸濁細胞を均一に分配するた
めに穏やかにかきまぜ、その後細胞を外表面上に沈降さ
せる。
4. 4時間後、カートリッジをローラーラックの上にの
せ、カートリッジを1rpmで非常に遅く回転させて非付着
細胞を毛細管外表面上に再分配する。回転速度は20時間
かけて1/5rpmまで下げるべきである。
5. この24時間の初期付着期間後、カートリッジをロー
ラーラックから取り出し、1%FCSを含むLeibowitz L−
15培地の大型貯蔵槽および培地を毛細管外空間を通して
循環させるためのポンプに接続する。
6. その後、培地を満たした毛細管外空間に5×107形
質転換肝細胞の追加接種物を加え、毛細管の外表面全体
に懸濁細胞を均一に分配するために穏やかにかきまぜ
る。4時間の沈降・付着期間後、ポンプ系を用いて、貯
蔵槽からの培地を毛細管外空間を通してゆっくり循環さ
せる。
7. ポンプ系を用いて、約500ml/分でさらに5日間培地
を連続循環させ、その間にホローファイバー毛細管の全
外表面にコロニーが形成され、形質転換肝細胞の集密的
単層がこれらの表面をすべて覆いつくすであろう。とり
わけ、この培地は0.06ml/分/cm2(毛細管表面積)の速
度、すなわち各HP10カートリッジに対し約500ml/分の速
度で循環すべきである。同時に、同じ溶液を同じ流速で
毛細管内腔を通して向流に循環すべきである。
8. カートリッジはその後41℃の水浴中に入れ、培地を
41℃でカートリッジの毛細管外空間を通して循環するこ
とにより、肝細胞をその体細胞表現型に復帰させる。さ
らに24時間後、1%FCSおよび5mg%(5mg/100ml)ビリ
ルビンを含有するLeibowitz L−15を0.06ml/分/cm2で毛
細管内腔を通してポンプで送る。これは新たに復帰した
肝細胞に抱合すべき基質を与える。その後、シェル側の
浴媒体は、代謝補助機能の効力を調べるために、ビリル
ビン抱合体の存在について分析されるであろう。ひとた
び機能性が判明したら、毛細管内腔に緩衝食塩水を流し
入れて、カートリッジをいつでも使用できるようにす
る。有利には、これらのカートリッジを相互に連結し
て、上記のタイプの多重カートリッジ装置を作製する。
灌流法では、まず初めに補助装置内で患者の血液が凝
固しないような処置がとられる。肝不全凝血障害を伴わ
ない患者の場合は、ヘパリンの300単位/kg(体重)の初
期用量を注射することによりヘパリン投与を行う。灌流
中、400秒以上の活性化血餅形成時間を保つために、必
要に応じて追加のヘパリン滴定を用いることができる。
灌流を停止する直前に、硫酸プロタミンを注射してヘパ
リン投与に拮抗させる。凝血障害(肝不全の二次障害)
をもつか、又は最近腹部を手術した患者の場合は、局所
的なヘパリン投与を用いる。この方法では、ヘパリンは
抗凝血のために肝臓補助装置の輸入回路に加えられ、一
方それに拮抗させるべく輸出回路に硫酸プロタミンが加
えられる。
実際の灌流プロトコールは慣用バイパス灌流に類似し
た手法を用いて達成される。シリコーンゴム管状分流器
は350cc/分の内腔血液流量を確立するために、橈骨動脈
と静脈の間に配置される。また、橈骨動脈と前腕静脈の
側対側(side−to−side)吻合によって外科的につくら
れた動静脈フィステルも、外科的吻合の充分な成熟後に
使用することができる。
ヒトの灌流の場合、本発明の体外肝臓補助装置を通過
する血流量は約100〜350cc/分であるのが好ましい。こ
のような血液の流れは、肝細胞層の面とは別の膜チュー
ブの面と接触させるために、膜チューブの内腔を通って
(すなわち、カートリッジのチューブ側を通って)導入
される。一般に、補助的な肝機能灌流は週に3〜5回、
約4〜10時間にわたってこの装置内に血液を通過させる
べきである。
血液をこの装置内に流すと同時に、浴液は肝細胞との
接触のためにカートリッジのシェル側を通して向流で循
環させる。この浴液は好ましくは1%ウシ胎児血清を補
給し且つ約41℃の温度に保持したLeibowitz L−15培地
である。
灌流の間に、患者の血液に溶存しているビリルビンの
ような分子は、血液からの栄養分と共に毛細管膜を通っ
て肝細胞層へ拡散されるであろう。その後、ビリルビン
や他の分子種は肝細胞に取り込まれて代謝(ビリルビン
の場合は抱合)され、次いで老廃物が肝細胞によってカ
ートリッジのシェル側へ排出されるであろう。こうし
て、培養した肝細胞は通常生体内で正常肝臓が果たす複
雑な機能を果たすであろう。
慢性肝不全の場合の一般的な肝機能の補助のほかに、
遺伝的障害によって失われた代謝能を埋め合わせるため
に損なわれていない代謝能を与えることによって、家族
性高コレステロール血症、全身性ガングリオシドーシ
ス、およびテイ−サックス病(Tay−Sach′s syndrom
e)やI細胞病に類似した他の蓄積症のような広範囲の
遺伝的代謝疾患と関連した臨床症状を軽減する別の用途
にも本発明装置は使用される。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Background of the Invention
1.Field of invention
The present invention relates to a human suffering from a disease of liver failure or liver dysfunction.
Or improved extracorporeal liver replacement to assist animal patients
The present invention relates to an auxiliary device and a method of using the same. More specifically, the shape
Transformed hepatocytes (which then revert to their somatic phenotype)
For blood perfusion of patients using a semi-permeable membrane supplemented with
The present invention relates to the auxiliary device devised in the above.
2.Description of conventional technology
Medical science advances in artificial organs in recent years
Brought important research. One example is artificial
Kidney dialysis machines are now relatively commonplace
And is used daily by patients with renal failure. this
In some devices, blood is drawn from the patient and then dialysed.
Together with the dialysis room; generally removed by the patient's kidneys
Impurities in the patient's blood spread through the semipermeable membrane of the dialysis room.
And is removed by the dialysate.
Also, in the past, the body to assist patients with liver failure
External liver assist devices have been proposed. For example, Wolf et al., “Culture
Vibration by artificial liver composed of cells and synthetic capillaries
Lilvin conjugation ",Trans.Amer.Soc.Artif.Int.Organs(197
5), pp. 16-27. In the method of Wolf et al.
-Fiber semipermeable membrane shell-tube cartridge is human
Used as engineered liver. This device is a
From a number of elongated semi-permeable membrane capillaries in a well
Made up of Wolf et al. Reported that hepatocytes in normal liver
A solid tissue mass similar in morphology to the ivo mechanism
Cultured on the outer surface of the capillary membrane to form
Secondary hepatocytes were utilized. Growing on hollow fiber capillaries
These primary hepatocytes were isolated from normal liver of surviving animals.
Complex like bilirubin uptake conjugation and secretion
Had the ability to perform its functions.
Numerous other cell types, such as Chinese Hamster
-Ovarian cells, monkey kidney cells, chicken and mouse
Embryonic fibroblasts, Chang hepatoma cells, W138 cells and Will
Hamster embryo fibroblasts transformed with
The growth on low fiber capillaries was successful. further,
Organs shown by cells grown on hollow fiber capillaries
The function is Chic et al. (Science 187: 847-848 (1975);Tran
s.Amer.Soc.Artif.Int.Organs 21: 8-15 (1975))
Has been proven. This study was performed on hollow fiber capillaries.
Maintenance of pancreatic β-cells in culture and during in vitro culture
The continuous production of insulin by these pancreatic β cells has been established.
It was proof.
Specific literature on the previous study, as well as other statements in the background art
The offering includes:
Knazek, R.A. (1974).Fed.Proc.Fed.Am.Soc.Exp.Biol.
33: 1978-81.
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I. (1972).Science 178: 65-67.
Knazek, R.A .; Kohler, P.O .; and Gullino, P.M. (1974).
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Knisely, M.H .; Reneau, D.D .; and Bruley, D.F. (1969).
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Kruse, P.F .; and Miedema, E. (1965).J. Cell. Biol.27:
273.
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Rose, G.G. (1967).J. Cell. Biol.32: 108.
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l, New York.
Wolf, C.F.W. (1978).Intern.J.of Art.Organs.1: 45-
51.
Some types of liver assist devices developed by Wolf et al.
Although it has been shown that it can be used, the clinical use of this device
Many critical issues that prevent widespread use
Is left. As described earlier, Wolf et al.
Vesicles were used. These cells do not normally divide, and therefore are
It cannot be transmitted in subculture. As a result, Wolf et al.
The continuous use of primary hepatocytes for clinical use of liver assist devices
Will be required. Such hepatocytes are preferably affected
Should be collected from the same species as
Should be histocompatible with the particular patient
Considering the need for a continuous supply of primary hepatocytes,
Overcoming the repeated use of organ assist devices
Clearly, this can cause very difficult obstacles.
Would.
Therefore, it is advisable to use primary hepatocytes cultured on semipermeable membranes.
It is necessary for patients with hepatic failure while overcoming the practical problems
An improved liver assist device that provides the required liver function and
There is clearly a need in the art for methods and methods.
Summary of the Invention
The present invention solves the above-mentioned problems and continues the treatment of patients with liver failure.
Manufacturing and operationally extremely useful for clinical procedures
To provide a highly improved liver assist device with the characteristics of
Offer.
Briefly, the present invention relates to an initially transformed liver cell.
Vesicles (cultured on perfused membranes and then reverted to the somatic phenotype)
Is used). This way
Use of transformed hepatocytes in such transformed cells
Some known properties of (ie, virtually forever
their ability to be continuously subcultured in ro, as well as
Very high growth rates and contact inhibition common to species cells
Disappearance). In a particularly preferred embodiment, the
Temperature-sensitive cells transformed by
You. Papobails such as cyamine virus 40 (SV40)
Is particularly suitable for the transformation of hepatocytes. Transformed
The temperature sensitivity of hepatocytes that have been isolated may
Somatic by simple treatment to increase from 37 ° C to 41 ° C)
To return to the state.
The first transformed hepatocytes are on one side of the semipermeable membrane
Cultivated. In a preferred embodiment, a plurality of interconnected
Shell-tube multiple hollow capillary membrane cartridge
The transformed hepatocytes are located on the outer surface of the capillary membrane.
(Ie, on the shell side). This type of culture is
Initial inoculation of cartridges, followed by circulation of appropriate growth media
Ring (shell side until confluent monolayer of transformed hepatocytes appears)
Circulated through). At this point, the transformed liver
Heat Shock Cells to Return to Somatic Phenotype
Raise the temperature of the circulating growth medium to wake it up
(In a warm water bath with temperature control of the entire shell-tube membrane state)
Can be put in). Then, cell division (proliferation)
No, the cultured cartridge is an extracorporeal liver assist device
Ready to use at any time.
In blood perfusion, the patient's blood is removed and the hepatocyte layer is removed.
Circulates the blood while in contact with another semipermeable membrane surface
Ring. In a preferred embodiment of the invention, a large number of patient blood
Through the lumen of a hollow fiber capillary tube. This message
During the time, molecular species dissolved in the patient's blood (eg,
Rubin) diffuses through semipermeable membrane capillaries and then hepatocytes
It is taken up and metabolized by the layers. Metabolism from hepatocytes
Waste liquid is circulated countercurrently on the shell side of the cartridge.
Are sequentially removed by
When performing the above method, the liver assist device must be
In addition to the membrane cartridges or their equivalent,
Blood from the patient to the perfusion cartridge
Means to further remove the waste
A second fluid circuit leading to the shell side of the cartridge is also included.
BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
FIG. 1 shows a operatively accessible patient during a liver assist procedure.
Schematic of the overall liver assist device according to the invention, continued
Is;
FIG. 2 shows a preferred multi-cartridge liver assisted perfusion device.
A partial schematic side view showing the configuration of
FIG. 3 is a plan view of the chamber shown in FIG.
Description of the preferred embodiment
The concept of cell transformation is generally well known and usually
Functionally (ie, altered by the transformant)
Later by the nature of the cell). Tumor virus
In the case of cell-induced transformation, the transformed cells
Shows the following properties (Enders "Simian virus 40 to human
And hamster kidney cell responses indicate virus
Transformation of cells by "Cell Transformation, p.113-1
52):
1. Changes in growth pattern, ie, loss of contact inhibition;
2. Morphological changes;
3. increase in growth rate;
4. Increased ability to continue serial subculturing;
5. Metabolic changes;
6. Chromosomal abnormalities;
7. reduced ability to support the growth of infectious virus;
8. Prevent re-infection with transformants and other viruses
Increased resistance;
9. emergence of new cellular antigen components;
10. Tumorigenic ability.
Furthermore, the optimal transforming virus according to the present invention, SV
40, induces the following properties in transformed cells (Mole
cular Biology of Tumor Viruses, Part 2: DNA Tumor Vi
ruses,John Tooze, Editor, Cold Spring Harbor Monogra
phs, 10B (1980), Library of Congress Accession No. Q
R 372 06 M64 1980 Part2):
Multiplication
High or endless saturation of cell densitya
Different (generally reduced) serum requirementsa
Growth in agar or Methocel suspension ...
Scaffold independent
Tumor formation when injected into susceptible animals
Less susceptible to contact hindrance of movement
Undirected growtha
Growth of normal cells on a monolayera
Surface
Increased cohesiveness of plant lectinsa
Changes in composition of glycoproteins and glycolipids
Loss of tight junction
Emergence of fetal antigen
Virus-specific transplantation antigen
Different dyeing properties
Increased nutrient transport speed
Increased secretion of proteases or activatorsa
Intracellular
Destruction of cytoskeleton
Changes in the amount of cyclic nucleotides
Virus evidence
Detectable virus-specific antigen protein
Detection of viral DNA sequences
Presence of viral mRNA
Virus can be extracted in some cases.
Transformed cells are those that are not shared by untransformed parent cells.
Shows many, if not all, of the properties.
Some of the above properties marked with a isolate transformed cells
It was the basis for doing so.
In the present invention, the term "transformed hepatocytes" refers to
Primary liver treated with convertible material and exhibiting at least the following properties:
Defined as a cell:
(1) increased ability to continue continuous subculture;
(2) increased in vitro growth rate;
(3) Loss of contact inhibition.
A variety of transformants to achieve transformation
Can be used, but according to the invention
It is preferred to use a conversion material. Papova virus
The group, especially SV40, is advantageous as a transformant.
Human cells are semi-permissive for SV40 infection, i.e.
They infect and support viral replication, but all cells
Does not complete the cell lysis cycle. Cell lysis
The viable cells of the cycle are transformed to achieve the desired growth characteristics.
Show. However, after several months of cultivation, SV40
Continue releasing ruth particles. SV40 is another Papova virus
Has limited tumorigenicity. Course of exposure to SV40
Given that it probably does not cause human tumors
Apparently not, in fact, the only SV40 reported to date
The only relevant human disease is malignant melanoma. a diversity of
Attenuated SV40 mutants are used, especially in the early genes
(A) a group A mutant deficient in function is used,
Induce the synthesis of the SV40 T antigen and replicate host cell DNA.
Stimulates, but under experimental conditions viral DNA or cap
Does not produce sid antigen. (A) This in the gene region
These mutants have the thermolabile T required to maintain transformation.
Produces antigens (which fail at elevated temperatures). Therefore,
Transformation with these temperature-sensitive SV40 mutants is performed at the culture temperature.
It can be reversed simply by raising. When the temperature is raised, the trait
Converted cells produce SV40 viral DNA or SV40 capsid.
Cease production, lose their transforming properties, and
Revert to somatic phenotype. Thus, the temperature sensitive SV40
Transformation is achieved by raising the temperature by several degrees.
Enables switching from a conversion phenotype to a somatic phenotype,
And a large area confluent cell monolayer on the semipermeable membrane support
Use of the growth rate in the transformed state to grow crabs
to enable. Once a confluent cell monolayer is formed,
Lus production is stopped and somatic phenotype due to metabolic perfusion
Is returned.
Transformation of hepatocytes using viral material such as SV40
Is achieved by known techniques. Roughly speaking, the primary liver
Cell cultures are dispersed and enzymatically cultured and then
Infect Rus transformants. And then transformed
Hepatocytes were continuously subcultured to obtain stable transformed cells.
From sterile or transiently transformed cells. That
Thereafter, a cell line for clinical use is established using the stable cells.
Suitable transformation methods are described in detail in the Examples below.
Will be.
After a stable transformed cell line has been established,
Vesicles are cultured on a semi-permeable membrane to make a liver assist device
You. Again, the details of the colony formation method are described in the art.
It is within the scope of the operation, and the specific method is described in
I will explain in detail.
The optimal membrane structure used in connection with the present invention is
A large number of synthetic resin capillaries vertically arranged in the
Multiple (usually three) uprights, including the outermost tubular shell
Tube-shell cartridge. car
Capillary on the shell side of the cartridge (ie, outside the capillary)
To maintain a physical separation from the lumen or interior of the vessel
A suitable seal structure is used for the second step. In addition, cart
Each passing through the ridge tube and shell
Suitable inlets and outlets for continuous flow of fluid
Be killed.
A particularly preferred device of the above type is Massachusetts
Amicon Corporation, Scientific Systems D, Denver
Provided by ivision as model "DC30". This device
From Amicon Corporation for “High Speed Processing of Macromolecule Solutions”
High yield hollow fiber concentration / dialysis system DC30 "
Described in a technical report issued to
The report is incorporated herein by reference. Model DC
30 devices, with appropriate fluid controls,
Includes three upright tube-shell cartridges.
This device from Amicon is capable of diffusing through the capillary wall.
Aspects of those exclusion limits that effectively limit child size
It is possible to install various types of internal capillaries
Wear. For the purposes of the present invention, hollow fiber capillaries
Should have an exclusion limit of 0,000-50,000 daltons,
Lower limits are preferred.
Referring now to the drawings, FIG.
A physical liver assist device 10 is schematically depicted. This equipment
The device 10 has a blood inlet 14, a blood outlet 16,
Includes a membrane assembly indicated by numeral 12 having a liquid outlet 20
No. Apparatus 12 further comprises a liver prepared by the method of the present invention.
And at least one semi-permeable membrane capable of supporting cells. Also,
Assembly 12 consists of blood and blood separated by the aforementioned membrane.
Each channel is provided for a bath and a bath.
The device 10 has a blood inlet line connected to the assembly inlet 14.
In 22 (including conventional pump 24). Blood spill rye
28 is also provided as shown. Inflow lines 22 and
And the outflow line 28 is a suitable arteriovenous implant implanted in the patient's forearm
Operablely connected to fistula 30, 32 (this
Line 22 is connected to the patient's radial artery while
In 28 is connected to the forearm vein). Of course, to patients
Other arteriovenous connections can be used at the doctor's discretion
Would.
Apparatus 10 further includes a bath reservoir 34 into which a bath inlet is provided.
Line 36 is connected and connected to inlet 18. Aseptic solution
Midway on line 36 to circulate through
A conventional pump 38 is disposed. The bath outflow line 40 is shown
To operate the outlet 20 and waste storage 42 so that
Connect in a state.
Referring next to FIGS. 2-3, there is shown at 44.
An improved membrane assembly is illustrated. Ase
The embry 44 is used in the overall system 10 and its
Function as the schematically illustrated assembly 12.
And should understand. In any case, assemble
Lee 44 includes three banks 46, 47 and 48, each bank
Is a five upright tube-shell hollow capillary cartridge
Including 50. Each of these cartridges is the same
It contains many hollow fiber capillaries in it.
The preferred cartridge has an exclusion limit of 30,000 daltons
Amicon having Unit. Assembly 44
Blood inflow line 54 and branch lines 56, 57 and
And 58 (5 cartridges in banks 46, 47 and 48 respectively)
0 is connected to the upper end and supplies blood to the upper end)
And a three-way inlet header 52 having Pressure gauge
60 facilitates monitoring of pressure conditions within the assembly
To the end of the branch line 58 away from the inflow line 54
Continued. A similar trifurcated blood inflow header 62
Inflow headers located close to the bottom of each cartridge 50
-52 connected to the respective banks. H
The hopper 62 includes a common blood outflow line 64 as shown.
Pressure gauge 66 contacts its branch line associated with bank 48.
Continued. Inflow and outflow headers 52 and 62 are
Inside hollow fiber capillaries contained in cartridge 50
Short inflow and outflow pipes 6 connected to the cavity or interior
Connected to 8,70. Therefore, blood from the patient is
Route 54 and branch lines 56, 57 and 58
Passes down the lumen of the capillary contained in the cartridge 50
At this point, the blood passes through header 62 and outflow line 64
Pass through pipe 70 to return to the patient.
The overall assembly 44 also branched into three as well
A bath liquid inlet line 72 having a
Operate on cartridges 50 of each of inks 56, 57 and 58
It is connected in a possible state. In this connection, line 72
Can be connected close to the lower end of the cartridge 50.
You will understand. Outflow of solution is at the top of cartridge 50
Brought by the closely connected outflow line 74
You. Due to the construction of the inflow and outflow lines 72, 74, the bath
Pass through the assembly in countercurrent relation to the liquid flow.
You will understand. In addition, lines 72 and 74 are
Each cartridge should pass through the cartridge outside the tube.
Connected to the shell side of the cartridge 50.
In use of the assembly 44, the inflow line 54 is connected to the patient
Outflow line 64 to the appropriate vein.
Will be continued. Then built into the whole device
Activate pump 24 to draw blood from the patient and
Blood is passed through the assembly from top to bottom. at the same time,
The solution from the reservoir 34 is flushed with the blood flow in countercurrent
(From bottom to top) pass through the shell side of each cartridge
Let For this purpose, the pump 38 is activated.
The following examples relate to the preparation and use of a liver assist device.
3 illustrates preferred details of the invention.
Example
This example has a confluent monolayer of hepatocytes on the outer surface.
Liver containing multiple hollow fiber tubes with defined semipermeable membranes
A gut assist device is made.
In the first step, the host hepatocytes are biopsied or
Obtained from donor liver tissue from autopsy specimens
You. Advantageously, the liver tissue is of human origin and subsequent
Minimizes possible immune response problems during the flow procedure
To be histocompatible with the end patient.
Primary hepatocyte cultures were obtained from Seglen,Methods in Cell Biolo
gy,Using a modification of collagenase digestion described in Vol.XIII
Enzymatic dispersion of solid liver tissue
Can be Finely chop a larger sample 1mmThreeof
The sized tissue mass is treated with Ca containing 0.5 mM EGTA.2+Incongruence buffer
Solution (Buffer I, Table I) in 20 ml and stir at 41 ° C for 10 minutes
Incubate while heating. Then, EGTA-buffer was added.
Decant and tissues are washed with wash buffer (buffer III, Table I).
Wash twice. 10mM Ca2+Together with 0.05% collagenase (Sigma
Standard buffer (Buffer II, Table I) containing 20m
l and incubate the tissue at 41 ° C for 60 minutes.
To Thereafter, the dissociated cells are removed using a pipette.
Remove every minute and place in an ice-cooled 250 ml flask.
After each 10 minute interval, leave an additional 20 ml of dissociation medium.
In addition to the existing non-dissociated tissue, incubate while stirring.
Continue the session. After collecting each aliquot of dissociated cells,
Add 2 ml of FCS (fetal calf serum) to the cell suspension.
After dissociation of the tissue, the cell suspension is transferred to a sterile nylon stocking
And place in two 50 ml sterile centrifuge tubes.
Divide by amount. The cells are centrifuged at 50g for 2 minutes and dissociation medium
Decant and wash this centrifuge tube with 10% FCS
Add 10 ml of buffer (Buffer III, Table I). Precipitated cells
Is gently resuspended and centrifuged again at 50 g for 2 minutes. Supernatant
And the cells are washed with wash buffer (buffer III, Table I) 10
Resuspend in ml. Remove 0.1 ml aliquot and wash
0.8 ml of buffer (buffer III, Table I) and 0.4% trypanb
Add to 0.1 ml of roux dye. The sample is sent to a hemocytometer.
The number of viable (gold) cells and the number of non-viable (blue) cells.
Measure. Determine cell yield and percent viability. Remaining
The cells are centrifuged at 50 g for 2 minutes, the supernatant is decanted, and 10% FCS
Containing Leibowitz L-15 medium in a sufficient amount,
5 × 106Dilute to viable cells. In this medium
Gently suspend the cells and aliquot the plastic
Transfer to bird dish.
3 ml of suspension (about 4 × 106Live cells)
Tissue culture dishes (6 mm) are humidified (ie, saturated) empty
Incubate at 37 ° C. in air environment. This incube
During the incubation period, some of the inoculated cells
After attachment and incubation, the non-adherent cells
Discard by letting it out. 10% in each culture dish
3 ml fresh aliquot of Leibowitz L-15 medium with FCS
And add the culture to the same conditions as for the initial incubation.
Incubate for another 24 hours under this condition
During adherence, adherent cells flatten to form a monolayer
I do.
Cultured monolayer primary hepatocytes were from Leibo with 10% FCS.
tsA28 SV40 virus (cells) suspended in witz L-15 medium
Per 106−107Virus particles). Will
90 minutes at 37 ° C in the above humidified air environment for adhesion
After the incubation, release the non-adherent virus, and
3m fresh aliquot of Leibowitz L-15 medium with FCS
Add 1 to each culture dish. After that, cells are
While adding 3 ml aliquots every 24 hours
Until the colonies of the cells begin to appear (usually
Continue the culture.
When identifying plaques of transformed cells, clones
Trypsin-dispersed, then stable transformed cells
(That is, the ability to continue long-term continuous subculture
From sterile or transiently transformed cells
Subculture continuously using conventional techniques to select
You. Then, use stable transformed cells to grow and
Of high FCS rate and FCS concentration in growth medium
A cell line with reduced (1%) is established. SV if desired
The continued shedding of 40 virions was SV40
L-supplemented with anti-SV40 serum from animals immunized against
By culturing stable transformed cells in 15 media
Can be suppressed.
A stable transformed cell line is essentially immortal
It can be maintained indefinitely by culture. Liver assist device
When using this transformed cell line,
Inoculate the fiber tube bundle. For this, Wolf et al.
“For an artificial liver composed of cultured cells and synthetic capillaries
Bilirubin conjugation ",Trans.Amer.Soc.Artif.Int.Organ
s,(1975, pp. 16-27). W
This article by olf et al. is incorporated herein by reference.
Basically, this technique is a reflux method, in which
Pre-determined tube-shell semipermeable membrane cartridges are sterile
And transfer the primary hepatocytes to the shell side of each cartridge.
(Ie, growth on the outer surface of the semipermeable tube)
Inoculate (for example, 10Four−107cell). in this case,
A suitable growth medium for transformed hepatocytes is
Of inoculated cartridges for growth-promoting contact
Circulated through the lure side. In fact, the released SV40
Prevents transfer of ills particles into capillary lumen and reduces blood tamper
Capillaries for proteins secreted by dendrites and hepatocytes
30,000 daltons to prevent passage through the membrane barrier
Above with horror fiber tube with removal limit
Amicon Hollow fiber cartridges are used
You. Carefully select the exclusion limit of the capillary membrane to remove virus particles
Strict separation of offspring and dissolved proteins
Virus transmission in the elderly and patient immunity to host hepatocytes
The likelihood of a reaction is reduced.
Transformed hepatocytes during inoculation and reflux culture
Form colonies outside hollow fiber capillaries
You. Advantageously, 10 for each cartridgeFour−107Hepatocytes
Inoculate and maintain the circulating growth medium used at a temperature of 37 ° C.
In Leibowitz L-15 medium supplemented with 1% fetal bovine serum
is there. When a confluent cell monolayer is formed (usually
8 days after circulating the growth medium), raise the temperature of the circulating growth medium.
Tube-shell in a warm water bath maintained at 41 ° C.
By immersing the device, the incubation temperature
Increase to 41 ° C. This restores transformed cells to the somatic phenotype.
Stop virus replication and cellular DNA replication
And resume the nature of the contact inhibition. Confluent single layer
The amount of time it takes to form a seed depends essentially on the amount of inoculum
Is done. Growth of human cells transformed with TsA28 SV40
Maximum confluency of about 120,000 cells / cmTwoAnd this density
Is usually 4,000 cells / cmTwoAchieved in about 6 days with inoculum
it can. The number of cells in the inoculum is the full table of capillary fibers
Determined by area, and the time to reach maximum confluence is
Determined by the number of cells in the inoculum. 9,00 total surface area
0cmTwoFor Amicon capillary fiber cartridges,
5 × 10 in total7The inoculum of cells is assumed to have a plating efficiency of 40%.
Equipment that can be used after 6 days of incubation.
Will result in Doubling the volume of inoculum
The incubation time will be reduced by about one day.
Increasing the volume of inoculum by a factor of 4 during incubation
The time will be reduced by another day. Above confluence
Indicates overgrown monolayer, confluent monolayer is acceptable
This is the smallest possible single-layer profile. In particular, the nutrient medium (Sanawa
That is, Leibowitz L-15 and the patient's blood)
When passing the contralateral side, the overgrown monolayer (ie,
A thickness of two or more layers) would be an ideal condition. Hollow
Of somatic phenotypes grown on fiber capillary supports
A stable confluent monolayer of hepatocytes is then
Liver machine by perfusing the patient's blood through the burr lumen
Used to assist in performance.
The most preferred specific inoculation protocol is described below.
RU:
1. Sterile Amicon with 30,000 dalton exclusion limit
The cartridge is fully loaded in the space outside the capillary of the cartridge
Until 1
Fill the Leibowitz L-15 medium.
2. Place the cartridge in the extra-capillary space
5 × 107Add inoculum of transformed hepatocytes.
3. To evenly distribute the suspended cells over the outer surface of the capillary
Stir gently to allow the cells to settle on the outer surface.
Let
4. After 4 hours, place the cartridge on the roller rack
And rotate the cartridge very slowly at 1 rpm to prevent adhesion
Redistribute the cells onto the outer capillary surface. Rotation speed is 20 hours
Should be reduced to 1/5 rpm.
5. After the initial 24-hour application period, lower the cartridge.
Remove from the rack and remove 1% FCS from Leibowitz L-
15 Large medium storage tank and medium through extra-capillary space
Connect to pump for circulation.
6. After that, 5 × 107form
Add an additional inoculum of transgenic hepatocytes and cover the entire outer surface of the capillary.
Stir gently to evenly distribute the suspended cells
You. After a settling / adhering period of 4 hours, use the pump system to store
The medium from the storage tank is slowly circulated through the extra-capillary space.
Let
7. Using a pump system, culture medium at about 500 ml / min for another 5 days
Is continuously circulated while the hollow fiber capillary
Colonies are formed on the outer surface and confluence of transformed hepatocytes
A monolayer will cover all of these surfaces. Bird
That is, this medium is 0.06 ml / min / cmTwo(Capillary surface area) speed
Degree, i.e. about 500 ml / min for each HP10 cartridge
Should be cycled in degrees. At the same time, the same solution at the same flow rate
It should circulate countercurrently through the capillary lumen.
8. The cartridge is then placed in a 41 ° C water bath and the medium is
Circulate through the outer capillary space of the cartridge at 41 ° C.
This causes the hepatocytes to revert to their somatic phenotype. Sa
24 hours later, 1% FCS and 5mg% (5mg / 100ml)
0.06 ml / min / cm of Leibowitz L-15 containing rubinTwoWith hair
Pump through the tubule lumen. This is a new return
Hepatocytes are provided with a substrate to be conjugated. Then on the shell side
The bath medium was used to determine the efficacy of metabolic support
Will be analyzed for the presence of the bin conjugate. Hitota
Once the function and functionality have been determined, flush the capillary lumen with buffered saline.
To make the cartridge ready for use.
You. Advantageously, these cartridges are interconnected.
Thus, a multiple cartridge device of the type described above is produced.
In perfusion, the patient's blood is first coagulated in an auxiliary device.
Measures are taken to prevent settling. With liver failure coagulation disorder
For patients who do not have an initial dose of 300 units / kg (body weight) of heparin
Heparin is administered by injecting the initial dose. Perfusion
In order to maintain activated clot formation time of 400 seconds or more,
Additional heparin titration can be used if desired.
Immediately before stopping perfusion, injection of protamine sulfate and
Antagonize phosphorus administration. Coagulation disorders (secondary disorders of liver failure)
If you have a recent abdominal surgery
Heparin administration is used. In this way, heparin
Added to the import circuit of liver assist devices for anticoagulation,
Protamine sulfate is added to the export circuit to antagonize it.
available.
The actual perfusion protocol is similar to conventional bypass perfusion
Is achieved using the techniques described above. Silicone rubber tubular flow divider
The radial artery to establish a luminal blood flow of 350cc / min
And placed between the veins. In addition, the radial artery and forearm vein
Created surgically by side-to-side anastomosis
Arteriovenous fistula also develops after full maturation of the surgical anastomosis
Can be used.
In the case of human perfusion, it passes through the extracorporeal liver assist device of the present invention
Preferably, the blood flow is about 100-350 cc / min. This
Blood flow like that of the membrane tube
Through the lumen of the membrane tube to make contact with the surface of the
Introduced (ie through the tube side of the cartridge)
Is done. Generally, supplemental hepatic perfusion is performed 3-5 times a week,
Allow blood to pass through this device for approximately 4-10 hours
Should.
At the same time blood flows into the device, the bath
Circulate countercurrently through the shell side of the cartridge for contact
Ring. The bath is preferably supplemented with 1% fetal bovine serum.
Leibowitz L-15 medium fed and maintained at a temperature of about 41 ° C
It is.
During perfusion, the amount of bilirubin dissolved in the patient's blood
Such molecules pass through the capillary membrane with nutrients from the blood.
Will spread to the hepatocyte layer. Then bilirubin
And other molecular species are taken up by hepatocytes and metabolized (bilirubin
Is conjugated), and the waste products are then lysed by hepatocytes.
It will be discharged to the shell side of the cartridge. Like this
Cultured hepatocytes are usually the complex that normal liver plays in vivo.
Will perform miscellaneous functions.
In addition to general liver function assistance in cases of chronic liver failure,
To make up for metabolic capacity lost by genetic disorders
Give the family an unimpaired metabolic capacity
Hypercholesterolemia, systemic gangliosidosis
Tay-Sach's Syndrom
e) and a wide range of other storage diseases similar to I-cell disease
Alternative uses to reduce clinical symptoms associated with genetic metabolic disorders
The device of the present invention is also used.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハート,ポール・ブイ アメリカ合衆国カンサス州66048,リー ヴンワース,ノース・エスプラネード 603 (56)参考文献 米国特許4675002(US,A) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Hart, Paul Buoy 66048, Lee, Kansas, United States Wunworth, North Esplanade 603 (56) Reference US Pat. No. 4,675,002 (US, A)
Claims (1)
を有し、そして、血液を第2面と接触させながら通すと
同時に老廃物を除くための溶液を肝細胞と接触させなが
ら通す手段を含む肝臓補助装置として使用するための、
半透膜の作製方法であって、 一次肝細胞の集団を用意し、 一次肝細胞をインビトロで増殖せしめ且つその接触阻害
を低減せしめるために該肝細胞を形質転換し、 形質転換された肝細胞の単層が膜の第1面上に形成され
るまで、該形質転換肝細胞を該面上で培養し、そして 培養した形質転換細胞をその体細胞表現型に復帰させる 工程からなる、半透膜の作製方法。 2.肝細胞はウイルスにより形質転換される、請求項1
記載の方法。 3.培養工程は、第1面に形質転換肝細胞をまき、そし
て形質転換肝細胞の増殖を促す培地を該肝細胞に接触さ
せながら通す工程からなる、請求項1記載の方法。 4.肝細胞の単層を有する第1面とその反対側の第2面
を有し、そして、血液を第2面と接触させながら通して
同時に老廃物を除くための溶液を肝細胞と接触させなが
ら通す手段を含む肝臓補助装置として用いるための半透
膜であって、但し、肝細胞の単層は、 一次肝細胞の集団を用意し、 一次肝細胞をインビトロで増殖せしめ且つその接触阻害
を低減せしめるために該肝細胞を形質転換し、 形質転換された肝細胞の単層が第1面上に形成されるま
で、該形質転換肝細胞を該面上で培養し、そして 培養した形質転換細胞をその体細胞表現型に復帰させる
工程により形成されることを特徴とする、半透膜。 5.肝不全または肝機能不全症に苦しむ生物を補助する
ための体外血液処理用肝臓補助装置であって、該装置は
第1面とその反対側の第2面を有する半透膜、該膜の第
1面上の肝細胞の単層、および上記生物から取り出した
血液を第2面に接触させながら通し、同時に老廃物を除
くための溶液を肝細胞と接触させながら通す手段を含
み、改良点が肝細胞層として、肝細胞をインビトロで増
殖せしめ且つその接触阻害を低減せしめるべく初めに形
質転換され、その後体細胞表現型に復帰された一次肝細
胞を用いることからなる、肝臓補助装置。(57) [Claims] A first surface having a monolayer of hepatocytes and a second surface opposite thereto, and a solution for removing waste products while contacting the blood with the second surface while contacting the hepatocytes; For use as a liver assist device including means for passing through,
A method for producing a semipermeable membrane, comprising preparing a population of primary hepatocytes, transforming the hepatocytes to proliferate the primary hepatocytes in vitro and reduce contact inhibition thereof, Culturing the transformed hepatocytes on the first surface of the membrane until a monolayer is formed on the first surface of the membrane, and returning the cultured transformed cells to their somatic phenotype. How to make a film. 2. 2. The hepatocyte is transformed by a virus.
The described method. 3. The method according to claim 1, wherein the culturing step comprises the steps of sowing the transformed hepatocytes on the first surface and passing a culture medium for promoting the growth of the transformed hepatocytes into contact with the hepatocytes. 4. A first surface having a monolayer of hepatocytes and a second surface opposite to the first surface, and a solution for removing waste products at the same time as passing the blood in contact with the second surface; A semipermeable membrane for use as a liver assisting device including means for passing, provided that a monolayer of hepatocytes prepares a population of primary hepatocytes, proliferates primary hepatocytes in vitro and reduces contact inhibition thereof Transforming the hepatocytes to form a monolayer of transformed hepatocytes on the first surface, and culturing the transformed hepatocytes on the surface until a monolayer of transformed hepatocytes is formed on the first surface; Characterized by the step of reverting to a somatic phenotype. 5. A liver assist device for extracorporeal blood treatment for assisting an organism suffering from liver failure or liver dysfunction, the device comprising a semi-permeable membrane having a first surface and a second surface opposite to the first surface, Means for passing a monolayer of hepatocytes on one side and blood drawn from said organism while contacting the second side while simultaneously passing a solution for removing waste products in contact with the hepatocytes; A liver assisting device comprising using, as a hepatocyte layer, primary hepatocytes that were first transformed to grow hepatocytes in vitro and reduce their contact inhibition, and then returned to a somatic phenotype.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09503941A (en) * | 1993-10-08 | 1997-04-22 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ ミシガン | Method and composition for producing bioartificial kidney suitable for in-vivo or in-vitro use |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4675002A (en) | 1985-12-02 | 1987-06-23 | Viles Joseph M | Liver assist device employing transformed cell lines |
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1987
- 1987-02-24 JP JP62501627A patent/JP2739758B2/en not_active Expired - Fee Related
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US4675002A (en) | 1985-12-02 | 1987-06-23 | Viles Joseph M | Liver assist device employing transformed cell lines |
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