专利名称：将活细胞输入生物体液中的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种将活细胞输入生物体液中，尤其是血液中的方法和装置，根据该方法，利用包裹细胞的包膜物质将一个或多个细胞组合到包囊单元中。
本发明还涉及一种用于实施所述方法的装置以及为实现此目的包囊单元。
例如在肝功能衰竭的情况下，已知可给患者接上肝脏反应器。然而这样做必须实施血浆分离，以便从实际的血浆中分离出血液中的细胞组分，特别是红细胞，该血浆中还剩有纤维蛋白。由于血液会在肝脏反应器中凝结，所以并不可以使血液直接通过其中包被着肝细胞的肝脏反应器，也就是说，其中有许多细胞利用包裹细胞的包膜物质被组合到较大的包囊单元中。出于这个原因，不得不将血浆分离器插在要从血液中分离出血浆的部位。然而这样做的缺点在于血浆分离器中存在的毛细管会较快地被阻塞住，结果造成分离器失效，而且将不得不花相当大的劳力和财力来更换。一般说来这样的事八至十小时后就会发生。然而，更为严重得多的缺点在于，血浆分离或血液分离会导致患者外伤性的溶血，而且如果不及时治疗的话甚至可能致命。在以前的生物反应器中，生物系统要么直接而且无防护地暴露于血浆，这样会引起凝结反应并造成补体激活反应，要么被放置在血浆分离膜件后面。使用血浆分离器的一个严重的缺点还在于其会产生所谓的膜污染，即由于小孔上的沉淀物造成的阻塞。因此就目前看来这些系统必须被取代。
人们已知只要还存在健康的肝细胞，受损的肝脏就能够再生。因此，如果可以将患者长时间地接上肝脏反应器，并给予足够时间的话，例如由于中毒或肿瘤手术之类受损的肝脏将有机会再生。然而这需要几天的时间，这个事实会导致以上所提到的问题。
因此，本发明的目的在于得到一种方法和装置，其可以直接处理体液，如血液，而不存在血浆分离的缺点。
根据本发明，这个目的是通过一种将活细胞输入体液中的方法来实现的，其中该方法使许多被包膜物质包裹的细胞组合到包囊单元中，并且为了防止发生凝结或排斥，在包膜物质里面或表面放置了凝结抑制剂或防止凝结的结构物质。
提供了一种用于实施该方法的装置，它具有一个容器，容器带有体液例如血液的入口，以及血液的出口，多个包囊单元排布在该容器中，其中每个包囊单元由许多被包膜物质包裹的细胞构成，所述包膜物质具有凝结抑制剂或防止凝结的结构物质。
根据本发明，凝结抑制剂或防止凝结的结构物质现加入细胞中或分布有所述细胞的包囊单元中。这样，比如血流就能够被直接通过以这种方式形成的“生物反应器”输送，而不需要用技术性的膜件例如中空纤维生物反应器中的毛细管来分离，。这种装置不需要预先分离血浆，也不具有其造成的缺点。
根据本发明，直接从患者身上取得的血液现在可以通过生物反应器而不会发生血液凝结。血液被净化之后，还能直接返回给患者。
与现有技术最重要的区别之一在于该方法能够延续好几天，也就是说，例如肝脏损坏的患者因此具有使其肝脏自己再生的可能性。
根据本发明中方法和装置的另一个优点在于，在细胞恢复和包囊单元形成以及适当的预培养之后，例如可以将用于引入到袋状容器中作为生物反应器的包囊单元冷冻起来。这样提供了下列可能性使该生物反应器能得以储存并且在需要时解冻后就能将它们立即用于患者。
适用于防止血液凝结方法的试剂有，例如，活性凝结抑制剂如肝素、水蛭素或者前列腺素以及凝血噁烷结构物质。
这里，另一种解决方法是将被动的防止凝血的结构物质构筑在包囊单元里或者附着在其上。被动的防止凝血的结构物质避免出现譬如血流中的红细胞将包囊单元识别为外来物体并引起血液凝集的情况。实际上，这样使红细胞看上去具有了一种天然的细胞膜表面。脂类，例如具有蛋白质或糖蛋白的脂类如卵磷脂很适合于实现该目的。类似地，合成产生的或在预先手术中从红细胞表面获得的细胞被膜多糖-蛋白质复合结构能够被整合到混合包囊、基质(纤维蛋白、胶原蛋白、白蛋白)中或其表面上。它们因此形成了亲水和疏水基团的模式，这尤其可避免其它细胞的粘着和血液的凝集。生物组分还可以用合成的组分，例如亲水和疏水性的聚合物代替。
很显然，这样排布在包囊单元中的细胞直接在通过生物反应器导入的血液中培养。除了已经提到的那些优点之外，其还大大降低了成本。因为含有红细胞的血液在流过生物反应器时当然就意味着将氧气直接引入到该系统中了，在体内使用过程中不必给生物反应器补充氧。
实际上，采用本发明的生物反应器治疗患者就可以以类似于例如，输血或者做肾透析的方式对患者进行治疗。
可以把聚合物用作构成包含许多细胞的包囊单元的包膜物质。合适的聚合物的示例有水凝胶如藻酸盐、胶原蛋白、几丁脂以及白蛋白和凝胶。然而同样地，也可采用生物聚合物，例如聚交酯。该生物反应器优选应用的领域为培养肝细胞和肾脏细胞或者血液中的其它细胞。
上述方法涉及的是体外使用，其仅仅暂时性地接触体液，如血液。然而，根据本发明的方法还可以用于体内系统，其在大多数情况下可留在体内一生或尽可能长的时间，并且根据本发明可以提供有包被层以防止受力而停止工作。
示例有人造生物脉管、植入物，如心脏瓣膜和血管。这些都是表面移入了不同细胞的人造或生物构造。这些还包括例如成纤维细胞、平滑肌细胞以及内皮细胞。在内皮化不完全的情况下(尤其是在短时或不完全的覆盖过程中)，很容易发生下面基质暴露的情况。所述基质由胶原蛋白、纤维蛋白或人工聚合物构成。
为了避免立即引发凝集反应，可以将与微囊中具有的相同因子和成分整合入基质里面或上面的这种杂合结构中。
进一步想象得到的应用领域是，例如用于糖尿病患者。在此情况下，可以想象将具有能产生胰岛素的细胞的生物反应器作为植入物装在患者的体内。由于根据本发明的凝结抑制剂或防止凝结的结构物质，这时身体并不将此生物反应器识别为外来物体，也不对它排斥。使用由胚胎干细胞或脐带血或骨髓细胞产生的并被导入包囊单元然后直接注射到患者的血液中的适当的内源性胰岛细胞，将有可能在生物体的多个部位形成小型葡萄糖传感器，其当葡萄糖水平升高时释放适量的胰岛素。
可能的生物传感器的例子有中空纤维生物反应器、固体床反应器、搅拌式发酵罐、微载体系统以及平隔膜生物反应器。
除了作为体液的血液外，根据本发明的方法还可以用于，例如血浆或脑脊髓液。
下面参考附图本发明的图解实施方式进行描述，其中
图1表示了一种根据本发明的装置；以及图2表示了一个被大大放大了包囊单元的表现形式。
图1图解表示了一个容器1，例如其可以采用袋的形式，具有用于净化血液的入口2，以及净化后的血液的出口3。容器1内部排布有大量的包囊单元4，其中每个之内分布着许多细胞5，例如肝细胞(例如约4至10层细胞层)。细胞5被包膜物质6包裹着，这样形成了例如球状的包囊单元4。例如通过适当的混合可以影响包膜结构和细胞5之间的连接。凝结抑制剂或防止凝结的结构物质7也随后被加入到该混合物中。当使用凝结抑制剂例如肝素时，该凝结抑制剂将与包膜物质6混合，这样该凝结抑制剂的分布就不仅仅是在表面上，而且也在其内部。由于包囊单元4以及包膜物质6的多孔性构造，血液也流经该包囊本身。
当使用防止凝结的结构物质7时，要注意确保这些构造物质被优选地排布在包囊单元4的表面上或其外部区域里，以便该包囊单元4不会被红细胞识别为异物。例如脂类就可以被用作防止凝结的结构物质7。
在血液排毒或细胞5培养的过程中，为了确保包囊单元4不被冲洗到容器1之外，出口3必须做得适当小些。或者，也可以在出口的前面设置过滤装置8。还有一种能使包囊单元4保持在容器1中的措施是采用“磁性阱”。为了达到该目的，包囊单元4要额外地设置有微小的磁性成分或者可磁化的物质9，结果使包囊单元4在磁性分离器10上(见图1中虚线)与分布在容器1出口区域处的磁体发生相互作用。同样此处的可磁化物质9将优选地分布在包囊单元4的表面上或外部区域内。
然后包囊单元4就被磁性分离装置10所控制，并能够经由线11(虚线表示)流回到容器1的入口区域。在从血液中分离包囊单元4时要避免包囊单元4被血流带走，这基本上没有太大问题。这是因为红细胞大小约在7至10μm，而包囊单元一般直径大小为50至100μm或200μm。
权利要求
1.一种用于将活细胞输入生物体液中，尤其是血液中的方法，其中将被包膜物质(6)包裹的一个或多个细胞(5)组合到包囊单元(4)中，并且为了防止发生凝结或排斥，在包膜物质(6)里面或表面放置了凝结抑制剂或防止凝结的结构物质(7)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于采用肝素作为凝结抑制剂(7)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于采用水蛭素作为凝结抑制剂(7)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于采用前列腺素作为凝结抑制剂(7)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于采用凝血噁烷作为凝结抑制剂(7)。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于采用聚合物作为包膜物质(6)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于使用了合成聚合物。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于采用聚交酯、聚氨酯、聚酯、凝胶、水凝胶或者聚硅氧烷树脂作为合成聚合物。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于使用了生物聚合物。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于采用藻酸盐、胶原蛋白或者几丁质作为生物聚合物。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于使用的所述防止凝结的结构物质(7)为至少用于所述包囊单元(4)表面上的脂类。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于使用的所述脂类为磷脂酰胆碱或其它细胞膜组分，例如糖萼结构或糖萼组分。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于所述脂类(7)与蛋白质和/或糖脂和/或糖蛋白相结合。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于采用肝细胞作为所述细胞(5)。
15.根据权利要求1和14所述的方法，其特征在于固定于包囊单元(4)中的所述肝细胞(5)分布于具有入口(2)和出口(3)的容器(1)内，所述容器(1)连接患者的血液。
16.一种分布有多个细胞(5)的包囊单元，其中所述细胞(5)被包膜物质(6)包裹着，所述包膜物质(6)含有由防止凝结的结构物质组成的凝结抑制剂(7)。
17.根据权利要求16所述的包囊单元，其特征在于采用肝素作为凝结抑制剂(7)。
18.根据权利要求16所述的包囊单元，其特征在于采用水蛭素作为凝结抑制剂(7)。
19.根据权利要求16所述的包囊单元，其特征在于采用前列腺素作为凝结抑制剂(7)。
20.根据权利要求16所述的包囊单元，其特征在于采用凝血噁烷结构物质作为凝结抑制剂(7)。
21.根据权利要求16所述的包囊单元，其特征在于采用聚合物作为包膜物质(6)。
22.一种用于将活细胞输入生物体液中，尤其是血液中的装置，包括一个具有体液入口(2)和出口(3)的容器，多个包囊单元(4)分布在所述容器(1)中，其中每个包囊单元(4)由许多被包膜物质(6)包裹的细胞(5)构成，所述包膜物质(6)含有凝结抑制剂或防止凝结的结构物质(7)。
23.根据权利要求22所述的装置，其特征在于在所述容器(1)的出口(3)区域具有所述包囊单元(4)的保留装置(8，10)。
24.根据权利要求23所述的装置，其特征在于所述保留装置(8)设计成过滤装置。
25.根据权利要求23所述的装置，其特征在于将磁体部件或者可磁化的物质(9)嵌入所述包囊单元(4)中，并且所述保留装置(8)具有磁性分离器(10)。
全文摘要
本发明公开了一种将活细胞输入体液中，特别是血液中的方法，根据该方法，利用包裹细胞的包膜物质将一个或一些所述细胞组合到包囊单元中。为了防止发生凝结或排斥，在包膜物质里面或表面放置了凝结抑制剂或防止凝结的结构物质。
文档编号A61K38/55GK1622801SQ03802721
公开日2005年6月1日 申请日期2003年1月22日 优先权日2002年1月26日
发明者奥古斯丁纳斯·巴德 申请人:奥古斯丁纳斯·巴德