可植入装置的制作方法

专利名称：可植入装置的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及可^V医疗装置，具体地涉及含活细胞的可植 入医疗装置。
背景技术：
氧对于包括有氧代谢的许多生理和代谢过程来说是必需的。氧缺乏常导致细胞损伤或死亡。氧在创伤愈合包括由成纤维细胞形成胶原、 血管新生和多形核细胞功能方面发挥着重要作用。在常规治疗技术无 效的情况下，有时^f吏用高压氧疗法用于创伤愈「合。有些疾病是由于一种或多种物质比如激素的分泌不足引起的。例如，由以下细胞分泌的激素分泌不足可引起疾病胰岛细胞、肝细胞、 曱状腺细胞、甲状旁腺细胞、神经细胞、卵巢细胞、肾上腺细胞、肾 皮质细胞、血管内皮细胞、胸JJ^J^卵巢细胞和睾丸细胞。这些疾 病包括糖尿病、帕金森氏病、阿尔茨海默氏病、低血压和高血压、甲 状腺功能不足以及各种肝病。例如激素胰岛素是由胰岛的p细胞产生 的。在正常个体中，胰島素释放受调控，从而将血糖水平维持在70-110 亳克每分升。对糖尿病患者，胰岛素或者根本不产生(I型糖尿病)， 或者机体细胞不能对所产生胰岛素作出适当的反应(II型糖尿病)。 因此血糖水平升高。由激素分泌不足引起的疾病通常通过施用激素治疗。不过，尽管 在理解和治疗很多这些疾病方面取得了进步，但使用外源激素精确地 调节代谢经常是不可能的。例如糖尿病患者需要争天测量几次血糖水 平以及随后注射适量的胰岛素以将胰岛素和葡萄糖水平调整至可接受 的范围之内。由于一些原因，包括免疫系统对移植器官的排斥，器官移植在今 天对大多数这些疾病来说并不是可行的治疗方式。分离的细胞可被植 入体内，并联合对患者或细胞进行处理以防止排斥，例如通过包封所 述细胞，或通过向患者应用免疫抑制剂或辐射。Vardi等的PCT公开WO 01/50983以及其在国家阶段、被转让给 本申请受让人的美国专利申请10/466,069，在此引入作为参考，其描 述了包含容纳功能细胞和IU^生器之腔室的可^装置，所述IU1生 器用于给所述功能细胞供氧。在一个实施方案中，所述氧发生器包含 光合细胞，当光照时其可将二氧化碳转化成氧。在另一个实施方案中， 所述氧发生器包含通过电解产生氧的电极。在此引入作为参考的Colton等人的美国专利6，368，592描述了通 过使用将水电解成氢和氧的氧发生器产生氧而体外或体内给细胞供氧 的技术。该氧发生器可用于向容纳于M体内之包封腔室中的细胞供 氧，比如用半透屏障层所围绕的免疫隔离(immunoisolation)腔室， 所述半透屏障层允许被选择的组分1和离开所述腔室。生物活性分 子可与所述细胞一起存在。在此引入作为参考的Giampapa的美国专利5,443,508描述了可植 入生物剂递送系统。该系统包括适于皮下植入皮肤真皮之下的容器 (pod )。所述容器包括多孔表面并具有至少一个与所述多孔表面以流 体连通的内部腔室。该系统包括适于可拆卸地固定于所述腔室的拱顶。 所述拱顶包括内部腔室，每个均与容器内部以流体连通。在^之前， 所述腔室被负载以生物活性剂，比如激素、酶、生物反应调节剂、自 由基清除剂、或遗传改变的细胞培养物。时控释放的微泵将所述试剂 泵入所述容器的内部腔室，通过多孔表面传入生长因子刺激的毛细基 质内，随后l该对象的血流。在内容物^或在医学要求改变药物 时，可将该容器取出、重装填并再固定到所述拱顶，或可通过向拱顶 内注射而经皮原位再注入。所述容器表面可以用一种或多种血管生长 因子或相关生物分子处理。在此引入作为参考的Yang等的美国专利5，614，378描述了用于 封闭生态生命支持系统中产氧的光生物反应器系统。其中描述了该光 生物反应器系统可用于在人工肺中将二氧化碳转化为氧。在此引入作为参考的Clark， Jr.的美国专利4，721，677描述了可植 入生物传感器和感测在存在氧时由分析物如葡萄糖和酶之间的酶促反 应所产生的产物如过氧化氢的方法。所述生物传感器配有封闭腔室以 容纳氧并可适于从邻近该容器的动物组织中提取氧。该生物传感器被 设计成光学或电学感测由所述S^1反应生成的产物用作该分析物的函 数。在此引入作为参考的Monzyk等的PCT公开WO 03/011445描述 了光解细胞和整合了该光解细胞的光解人工肺。在此引入作为参考的Kertz的PCT公开WO卯/15526描述了体被 (integument)和培养和生长活有机材料的相关方法。所述体被包括 可透气、不可透过液体和污染物的膜制成的小室以完全封闭和密封培 养物，与周围环境中的生物污染物相隔离。该膜允许在所述活有机材 料和周围环境之间进行气体交换以促进生长和防止污染。Wu H et al" in，，In situ electrochemical oxygen generation with an immunoisolation device," Ann N Y Acad Sci 875:105-25 (1999)，在此引 入作为参考，其描述了以电解分解水的原位电化学氡发生器以向邻近 的平面免疫屏障扩散腔室(planar immunobarrier diffusion chamber) 供氧。用包封在钛环装置中的p TC3细胞进行体外培养试验。对有或 没有原位氧产生时细胞的生长和活力进行了研究。通过包封对生物材料进行免疫保护的方法例如描述于美国专利 4,352,883、 5,427,935、 5,879,709、 5,902,745和5,912,005中，所有均 在此引入作为参考。典型地选择包封材料以便其为生物相容的，并且 当将所述细胞屏蔽开免疫球蛋白和免疫系统的细胞时能使小分子在环 境中的细胞之间扩散。例如包封的p细胞可注射入静脉中(在此情况 下其将最终定位于犴脏中)或埋入皮肤下、腹腔中、或其它部位。但 是，植入细胞周围的纤维化过度生长逐渐阻碍了细胞和其环境之间的 物质交换。细胞缺氧典型地导致细胞死亡。在此引入作为参考的Antanavich等的美国专利5,855,613描述了 将细胞包埋入藻酸凝胶片中，然后将其^体内。
在此引入作为参考的Usala的美国专利5,834,005描述了通过将细 胞置入^体内的腔室内来免疫隔离细胞。在所述腔室内，所述细胞 通过膜屏蔽开免疫系统，该膜可透过小分子比如葡萄糖、氧、以及由 细胞分泌的激素，但不能透过细胞，抗体。在此引入作为参考的Palti的美国专利5,101,814描述了使用腔室 将葡萄糖敏感细胞^体内，并监测与葡萄糖水平相关的所述细胞的 光学和电学性质。在此引入作为参考的Palti的美国专利6,091,974和5,529,066描述 了用于包封可^细胞的包嚢(capsule)以提高由细胞所产生电信号 的可检测性。该包嚢包括低电导率(高电阻)膜和半透性(低电阻) 膜。该低电导率膜在所述包囊之电极之间的细胞团(cell mass)周围 密封，并进一步扩展以增加电极之间的电阻。该半透性膜使得营养物 和废料从细胞团流入和流出。该半透性膜封闭所述细胞团的至少 一个 电极，并与该低电导率膜配合以完全封闭该细胞团。如果需要，该低 电导率膜可封闭一个电极。电极用来险测来自所述细胞团的电信号。在此引入作为参考的Ash等的美国专利4，402，694描述了用于给患 者供应激素的体腔出入装置。该装置包括置于体内的可植入基座(housing),并具有非透过性体外部分以及半透性皮下部分。将激素 源比如活的激素产生细胞例如胰岛细胞随后可移除地置于所g座内 以向患者供应激素。传感器可置于皮下部分内并可操作地与分配器(dispenser)相结合以释放药物到基座中并到达所述患者。在此引入作为参考的Aebischer等的美国专利5，011，472描述了提 供混合模块系统的技术，用于将活性因子递送至对象，并且在某些情 况下递送至对象的特定解剖学区域。该系统包括含可分泌活性剂之活 细胞的细胞贮库，其优选适于^所i^t象体内，并且还包括至少一 个半透膜，由此所移植细胞可由跨该膜运输的营养物提供营养，同时 又避免免疫性、细菌和病毒攻击。该系统还包括泵送装置，其可为可 ^的或体外的，用于vM"象抽取体液入细胞贮库中并主动将所分泌 生物因子从细胞贮库运输到该对象的选定区域。在此引入作为参考的Chick等的美国专利5,116,494描述了用作人 工胰脏的装置。该装置包含#*^座中的胰島围绕的中空纤维。所 述胰岛混悬于温度敏感的基质中，所述基质足够粘以在低于约45摄氏 度的温度下支持胰岛并且有足够的流动性以使得可在高于约45摄氏 度的温度下移除胰岛悬液。可用温(例如48至50摄氏度的溶液)冲 洗通过该装置以使温度敏感基质的物理状态从半固态变为液化半皿 态。温度敏感性支綺材料被描述为可在体外培养中长期维持蜂岛细胞。在此引入作为参考的Mullon等的美国专利5,741,334描述了包含 孔隙度范围从约25Kd到约200Kd之中空纤维的人工胰脏灌注装置。 该中空纤维有一个末端与血管相连以接受血液，以及第二末端与血管 相连以返回血液。胰島环绕该中空纤维。该中空纤维和胰岛被包含半 透膜的基座所环绕，所述半透膜具有足够的小孔径以对胰岛和宿主提 供保护^免疫>^应物质。在此引入作为参考的Struthers等的美国专利5,702,444描述了可 植入的人工内分泌胰脏，包含柔软、塑性、生物相容的、多孔可水合 材料的反应体，支持彼此空间隔离关系的内分泌胰岛的扩增，还包含 包封并支持所述反应体的微孔屏障膜，其与其中的胰岛间隔开，并且 分子量超过60,000道尔顿的分子不能透过该膜。在此引入作为参考的Fraker等的美国专利6，630，154描述了包括 至少一种糖胺聚糖比如CIS、至少一种全氟化物质以及至少一种藻酸 盐比如藻酸钠的组合物。在此引入作为参考的Yoneda等的美国专利申请公开 2004/0109302描述了一种植物栽培方法，包括用发射白光或双色光的 发光二极管以2微秒到1亳秒的时段和20%至70%的占空比(duty ratio)用脉沖照射光栽培植物。在此引入作为参考的Jordan的美国专利5，381，075描述了驱动浸 入式闪光系统来增强藻类生长的方法。该闪光系统包括多个排列成为 藻类照明的光源元件。所述光源元件电连接以形成成排的光源元件。 以预定顺序M律性间隔向每排光源供应能量，以基本均匀地向每排 光源元件供应一系列能量脉冲，同时维持能量供应的基本连续负载。 所述能量脉冲基本是方波的半个周期。发明内容在本发明的一些实施方案中，装置包含适于^Xt象体内的腔室， 所述腔室包含一种或多种类型的功能细胞，以及含叶绿素的元件。典
型地，所述含叶绿素的元件包括完整的光合细胞(例如单细胞或多细 胞藻类的光合细胞)和/或分离的叶绿体。该含叶绿素的元件给功能细 胞供氧和/或消耗由功能细胞产生的二氧化碳。该腔室具有一个或多个 壁j该壁适于透过营养物和由该细胞所产生,或分泌之物质。该壁还典 型k将细胞与身体成分免疫隔离。对某些应'用来说，该腔室适于^ 对象皮肤下或腹膜内。对某些应用来说，该腔室形状可为棱柱、长管 状元件、薄片、球、或适于具体应用的其它形状。在本发明的一些实施方案中，该装置还包含适于给所述含叶绿素 的元件提供光照的光源。对某些应用来说，该装置另外包含适于驱动 光源以提供光照的控制单元。在一些实施方案中，该控制单元被配置 成驱动光源提供串联脉冲光照。对某些应用来说，该控制单元根据功 能细胞和/或含叶绿素元件的一或多种感测参数来调节脉冲的一或多种^IL例如，该腔室可包含检测功能细胞附近和/或含叶绿素元件附 近的氧浓度的氧传感器。提供串联脉冲光照一般地减少装置的能量消 耗，和/或提供对含叶绿素元件之产氧量的控制，和/或提供对含叶绿 素元件消耗二氧化碳量的控制。在本发明的一些实施方案中，所述腔室包含贮氧器，其典型地包 含存贮和释放氧的材料，比如对该贮氧器附近氧浓度可作出反应。该贮氧器典型地存贮由含叶绿素元件产生的超过功能细胞当前需要的 氧，并且如果后来由含叶绿素元件产生的氧不足，则释放贮存的氧。对某些应用来说，但并非必要地，所述含叶绿素的元件包括专性 光能自养生物的叶绿素。如在包括权利要求的本申请中所使用的，专 性光能自养生物为在本文所述装置的普通使用条件下J^仅通过光合 作用产生能量并JLJ^本不能利用周围环境中的有机材料作为能源的有 机体。因此，这种专性光能自养生物基本不能在暗处在有机介质中生长。(参见例如Smith AJ "Acetate assimilation by Nitrobacter agilis in relation to its obligate autotrophy，，" Journal of Bacteriology95:844-855 (1968)，在此引入作为参考。)适合的专性光能自养生物包 括但不限于，某些蓝细菌(以前被称为蓝绿藻)，例如聚球蓝细菌属(Synechococcus )， 某些硫杆菌(Thiobacilli )以及绿菌属(Chlorobium)的细菌。可替代地或另外地，所述含叶绿素元件包括单细胞藻类的叶绿素，
或者其它自养或兼养或兼性光合细胞的叶绿素。
典型地，所述腔室适于容纳与含叶绿素元件混合的功能细胞。作 为替代，该腔室包含两个或更多个区室，其中一些容纳所述功能细胞， 另一些容纳含叶绿素元件。对某些应用来说，所述功能细胞和/或所述 含叶绿素元件被*在所述腔室中的液体介质或基质之内。可替代地 或另外地，所述功能细胞和/或所述含叶绿素元件与基底相结合，所述 基底例如所述腔室的 一个或多个壁。
在本发明的一些实施方案中，所迷功能细胞包括p细胞、a细胞、 其它胰岛细胞、肝细胞、神经细胞、肾皮质细胞、血管内皮细胞、甲 状腺细胞、甲状旁腺细胞、肾上腺细胞、胸腺细胞、卵巢细胞、和/ 或睾丸细胞。
在本发明的一些实施方案中，该装置被配置成 治疗具有以下特征的病况所述功能细胞的天然群体不足或缺乏， 或这些细胞的有效性降低，从而导致由该细胞分泌的有益物质如 激素或神经递质的供应不足。容纳在所述腔室中的功能细胞分泌 所述有益物质。例如，所述功能细胞可包括p细胞，所述装置可 配置成治疗I型或II型糖尿病。 治疗具有以下特征的病况所述功能细胞的天然群体不足或缺乏， 或这些细胞的有效性降低，从而导致该细胞对物质(例如毒性物 质)的摄取、吸收和/或降解不足。例如，所述功能细胞可包括肝 细胞，所述装置可配置成^L取各种毒性物质。
感测所述功能细胞对其敏感的身体成分的水平。所述装置被配置 成通过监测 一般地与所述成分水平相关的功能细胞和/或含叶绿 素元件的性质来感测所述成分，所述性质通常与该成分的7jc平相 关联。例如，该装置可监测由所述含叶绿素元件产生的氧水平。 可替代地或另外地，该装置适于使用用于监测所述功能细胞的电 或光性质的技术来检测成分比如葡萄糖，如在前述美国专利 5，101，814中所述。对某些应用来说，所述功能细胞包括(5细胞， 所述装置被配置成通过直接或间接监测所述p细胞的活性来感测 葡萄糖水平。
在本发明的一些实施方案中，装置包含适于容纳功能细胞并植入
对象体内皮肤下的腔室和适于置于邻近所述皮肤的身体外部的氧发生 器。因此根据本发明的一个实施方案，提供包括适于^个体体内之腔室的装置，所述腔室包括 功能细胞；和含叶绿素元件，其包括专性光能自养生物的叶绿素。对某些应用来说，所述功能细胞包括单一细胞类型。作为替代， 所述功能细胞包括多种细胞类型。对某些应用来说，所述含叶绿素元件包括单细胞专性光能自养生 物的叶绿素。可替代地或另外地，所述含叶绿素元件包括多细胞专性 光能自养生物的叶绿素。对某些应用来说，所述含叶绿素元件以^"更于由该元件向所述功能 细胞供氧的方式置于所述功能细胞附近。可替代地或另外地，该含叶 绿素元件以便于含叶绿素元件消耗由功能细胞所产生二氧化碳的方式 置于所述功能细胞附近。对某些应用来i兌，所述功能细胞与所述含叶绿素元件混合。对某 些应用来说，所述功能细胞不与所述含叶绿素元件免疫隔离。对某些应用来i兌，所述腔室包括液体介质，其中所述功能细胞分 散于其中。对某些应用来说，该腔室包括基质，其中所述功能细胞分 散于其中。对某些应用来说，该腔室包括基底，其中所述功能细胞附 着于其上。对某些应用来i兌，所述腔室包括一个或多个壁，其适于^f吏功能细 胞与身体成分互相免疫隔离。对某些应用来i兌，所述腔室适于^A^体内皮下。作为替代，该腔 室适于礼、所述身体皿内。对某些应用来说，所述腔室包括^^质，其中包埋有所述功能 细胞和所述含叶绿素元件。对某些应用来说，含叶绿素元件包括基因工程化专性光能自养生 物的叶绿素。
对某些应用来说，所述腔室为棱形。对某些应用来说，所述腔室 包括贮氧器。对某些应用来i兌，该装置包括可充电电池。对某些应用 来说，所述腔室涂敷有血管生长因子。对某些应用来"i兌，所述专性光能自养生物包括石;W菌属细菌。可 替代地或另外地，专性光能自养生物包括绿菌属的细菌。进一步作为 替代或另外地，专性光能自养生物包括蓝细菌。对某些应用来i兌，所 述蓝细菌包括聚球蓝细菌属的蓝细菌。对某些应用来说，所述含叶绿素元件的至少一部分包括专性光能自养生物的完整细胞。对某些应用来说，所述腔室包括10,000-600，000 个胰岛。作为替代，所述腔室包括少于10,000个胰岛。对某些应用来说，所述腔室包括配置成将所述功能细胞与所述含 叶绿素元件分开的膜。对某些应用来说，该膜配置成允许气体通过。在一个实施方案中，所述装置包括配置成向所述含叶绿素元件提 供光照的光源。对某些应用来说，该装置包括控制单元，其适于驱动 光源来提供串联脉冲的光照。可替代地或另外地，该装置包括控制单 元，其适于驱动光源在交替的"开"和"关"期间间歇地提供光照。对某些应用来说，该装置包括控制单元，其适于通过控制由所述 光源提供的光水平来控制由所述含叶绿素元件提供的氧水平。对某些 应用来i兌，该光源与该腔室物理性结合。作为替代，该光源配置成植 入该腔室附近的体内。进一步作为替代，光源配置成置于该腔室附近 的体外。在一个实施方案中，所述功能细胞可釋r放物质，并且所述腔室包 括一个或多个可透过所述物质^a基本不透过所述功能细胞的壁，以侵_该物质释放至身体。对某些应用来说，功能细胞选自胰岛细胞、肝细胞、甲状腺细胞、曱状旁腺细胞、神经细胞、卵巢细胞、肾上腺细 胞、肾皮质细胞、血管内皮细胞、胸腺细胞、卵巢细胞、睾丸细胞、 基因工程化细胞、克隆细胞和干细胞。作为替代，所述功能细胞包括胰腺P细胞。对某些应用来说，该腔室包括l千万至6亿个p细胞。作为替代，该腔室包括少于l千万个p细胞。对某些应用来说，所述腔室包括含p细胞的胰岛。对某些应用来说，该腔室包括10,000-600,000个胰岛。作为替代，该腔室包括少于10,000个胰岛。在一个实施方案中，所述功能细胞能执行至少一种选自以下的作用吸收来自身体的物质、以及降解来自身体的物质。对某些应用来 说，所述功能细胞包括肝细胞。
在一个实施方案中，该装置包括用于测定所述功能细胞附近氧浓 度的氧传感器。对某些应用来说，该装置包括控制单元，该控制单元 被配置成当所述功能细胞附近氧浓度低于第 一 阈值时活化所述含叶绿 素元件、并且当功能细胞附近氧浓度高于第二阈值时失活所述含叶绿 素元件。对某些应用来说，所述装置包括光源，且所述控制单元适于 通过控制由该光源所产生的光水平来控制由所述含叶绿素元件拔:供的 氧水平。对某些应用来说，所述第一阈值为30-50 mmHg，所述第二 阈值为80-100 mmHg。对某些应用来说，该装置包括适于确定所述功能细胞对其敏感的 物质在身体中水平的示数的控制单元。对某些应用来说，该控制单元 配置成通过监测选自以下的性质来确定所述示数所述功能细胞的性 质、以及所述含叶绿素元件的性质。对某些应用来说，所述功能细胞 的性质包括该功能细胞的电性质，并且该控制单元被配置成监测该功 能细胞的电性质。作为替代，所述功能细胞的性质包括该功能细胞的 光性质，并且控制单元被配置成监测该功能细胞的光性质。对某些应 用来^兌，所述物质包括葡萄糖，并且该控制单元适于确定葡萄糖水平 的示数。对某些应用来说，所述功能细胞包括胰腺p细胞。才艮据本发明的一个实施方案，还提供与所述功能细胞一^^吏用的 装置，该装置包括适于植入个体体内并容纳所述功能细胞的腔室，该 腔室包括含有专性光能自养生物之叶绿素的含叶绿素元件。对某些应用来说，所述功能细胞包括所述个体的自体功能细胞并 且所述腔室适于容纳该自体功能细胞。根据本发明的一个实施方案，进一步提供一种装置，该装置包括适于^个体体内的腔室，该腔室包括功能细胞和含叶绿素元件；配置成向所述含叶绿素元件提供光照的光源；和适于驱动该光源提供串联脉冲光照的控制单元。
对某些应用来说，所述含叶绿素元件包括藻类细胞的叶绿素。可 替代地或另外地，所述含叶绿素元件包括专性光能自养生物的叶绿素。对某些应用来说，所述控制单元适于将每一脉冲配置成具有50，1000纳秒的持续时间。作为替代，控制单元适于将每一脉冲配置 成具有1-5000微秒的持续时间。对某些应用来说，所述控制单元适于驱动所述光源不施加持续时 长5000-10,000纳秒之间连续脉沖的光。对某些应用来说，所述控制单元适于将每一脉冲配置成具有 700-卯0纳秒的持续时间，并驱动所述光源不施加持续时长4000-6000 纳秒之间连续脉冲的光。对某些应用来说，所述光源包括一个或多个发光二极管(LED)。对某些应用来说，所述光源物理耦合至所述腔室。作为替代，该 光源被配置成植入该腔室附近的体内。进一步作为替代，该光源被配 置成置于该腔室附近的体外。对某些应用来说，所述含叶绿素元件以便于由含叶绿素元件消耗 由功能细胞所产生二氧化碳的方式被置于该功能细胞附近。对某些应用来说，所述功能细胞与所述含叶绿素元件相混合。对某些应用来说，所述腔室包括基质，其中分^t有所述功能细胞。 对某些应用来说，该腔室包括^^质，其中包埋有该功能细胞和该 含叶绿素元件。对某些应用来说，所述腔室涂有血管生长因子。对某些应用来说，所述含叶绿素元件的至少一部分包括完整的光 合细胞。可替代地或另外地，所述含叶绿素元件的至少一部分包括分 离的叶绿体。对某些应用来说，所述光源被配置成提供具有400-800 nm之间波 长的光，比如630-670 nm之间波长。对某些应用来说，所述控制单元适于在至少24小时持续时间的少 于卯％的期间内提供光照，比如持续时间的少于50 % ，例如持续时间 的少于10。/0。
在一个实施方案中，所述控制单元适于驱动所述光源以在交替的 "开"和"关"期间间歇地提供光照。对某些应用来说，每一"开"期间持续0.5至5分钟。作为替代，每一"开"期间持续5分钟至5小时。对 某些应用来说，每一"关"期l )持续0.5至5分钟。作为替代，每一 "关，: 期间持续5分钟至5小时。' '对某些应用来说，每一"开"期间持续时间等于每一"关"期间持续 时间的10%至1000%,例如等于每一"关"期间持续时间的50%至 200%。在一个实施方案中，所述腔室包括贮氧器。对某些应用来^兌，所 述控制单元适于根据所述贮氧器的至少一种氧气存储特性来设定所述 脉冲的至少一种M。对某些应用来说，所述控制单元适于根据选自以下的至少一种感 测M来设定脉冲的至少一种^:所述功能细胞的感测^、以及 所述含叶绿素元件的感测参数。对某些应用来i兌，该装置包括用于确 定所述腔室中氧浓度的氧传感器，所述至少一种感测^t包括所述氧 浓度，且所述控制单元适于根据氧浓度来设定所述脉冲的至少一种参 数。在一个实施方案中，所述含叶绿素元件以《更于由含叶绿素元件向 所述功能细胞供氧的方式置于该功能细胞附近。对某些应用来说，所 述控制单元适于通过设定至少一种脉冲^t来控制由所述含叶绿素元 件提供的氧水平。在一个实施方案中，所述功能细胞能释放物质，且所述腔室包括 一个或多个可透过该物质但基本不透过该功能细胞的壁，以便该物质 被释放至身体。对某些应用来说，所述功能细胞选自胰岛细胞、肝 细胞、甲状腺细胞、甲状旁腺细胞、神经细胞、卵巢细胞、肾上腺细 胞、肾皮质细胞、血管内皮细胞、胸腺细胞、卵巢细胞、睾丸细胞、 基因工程化细胞、克隆细胞和干细胞。作为替代，所述功能细胞包括 胰腺p细胞。在一个实施方案中，所述功能细胞能执行至少一个选自以下的作 用吸收来自身体的物质、以及降解来自身体的物质。对某些应用来 说，所述功能细胞包括肝细胞。
对某些应用来说，所述控制单元适于确定所述功能细胞对其敏感 的物质在身体中的水平的示数。对某些应用来说，该控制单元-皮配置成通过监测选自以下的性质来确定所述示数所述功能细胞的性质、 以及所述拿叶绿素元件的性质。对某些应用来说，呵述物质包括葡萄糖，并且所k控制单元适于确定葡萄糖水平的示数。^某些应用来说，所述功能细胞包括胰腺p细胞。根据本发明的一个实施方案，还提供了与所述功能细胞一起使用 的装置，所述装置包括适于^个体体内并用以容纳所述功能细胞的腔室，所述腔室包 括含叶绿素元件；配置成向所述含叶绿素元件提供光照的光源；适于驱动所述光源来提供串联脉冲光照的控制单元。才艮据本发明的一个实施方案，此外又提供了包括适于M个体体 内之腔室的装置，该腔室包括功能细胞；含叶绿素元件；和贮氧器。对某些应用来说，所述含叶绿素元件的至少一部分包括完整的光 合细胞。可替代地或另外地，所述含叶绿素元件的至少一部分包括分 离的叶绿体。对某些应用来说，所述含叶绿素元件包括藻类细胞的叶 绿素。对某些应用来说，所述含叶绿素元件包括专性光能自养生物的 叶绿素。对某些应用来说，所述功能细胞和所述含叶绿素元件中至少一种 被包含在贮氧器中。对某些应用来说，所述腔室涂有血管生长因子。对某些应用来说，所述贮氧器包括全氟化碳化合物。可替代地或 另外地，该贮氧器包括血红蛋白。进一步可替代地或另外地，该贮氧 器包括珪酮。对某些应用来说，所述贮氧器包括水基材料。对某些应用来^兌，
该7JC基材料包括7JC凝胶，例如藻酸盐和/或琼脂糖。对某些应用来说，所述贮氧器包括凝g质。对某些应用来说， 所述功能细胞和所述含叶绿素元件被包埋在该^^质中。对某些应用来说，该装置包括配置成向所述含叶绿素元件提供光照的光源；以及适于驱动所述光源提供串联脉冲光照的控制单元。对 某些应用来说，该控制单元适于根据所述贮氧器的至少一种氧存储特 性来设定至少一种脉冲参数。根据本发明的一个实施方案，此外又提供了用于与功能细胞一起 使用的装置，该装置包括适于^个体体内并容纳功能细胞的腔室， 该腔室包括含叶绿素的元件；和 贮氧器。根据本发明的一个实施方案，还进一步提供一种装置，其包括 适于^个体体内皮下的腔室，该腔室包括功能细胞；以及 适于置于邻近皮肤的体外并通过皮肤将氧传输到功能细胞的M对某些应用来说，所述氧发生器适于直接靠着皮肤放置。对某些应用来说，所述装置包括适于以增强氧扩散通过的方式处 理皮肤的处理单元。对某些应用来^兌，所述IL良生器适于利用电解来产生氧。对某些应用来说，所述腔室涂有血管生长因子。对某些应用来说，所述氧发生器适于置于皮肤以内l-15mm。对 某些应用来i兌，所述HJL生器适于置于皮肤以内10mm。对某些应用来说，该装置包括适于活化和失活氧发生器的控制单 元。对某些应用来说，该控制单元被配置成当功能细胞附近的氧浓度 低于第一阈值时活化该氧发生器并且当功能细胞附近的氧浓度高于第 二阈值时失活该氧发生器。在一个实施方案中，所述功能细胞能释放物质，且所述腔室包括 一个或多个可透过该物质但基本不透过该功能细胞的壁，以侵，该物质 被释放至身体。对某些应用来说，该功能细胞选自胰岛细胞、肝细 胞、曱状腺细胞、甲状旁腺细胞、神经细胞、卵巢细胞、肾上腺细胞、 肾皮质细胞、血管内皮细胞、胸腺细胞、卵巢细胞、睾丸细胞、基因 工程化细胞、克隆绅胞和干细胞。作为替代，该功能细胞包枰胰腺p 细胞。在一个实施方案中，所述功能细胞能执行选自以下的至少一种作 用吸收来自身体的物质，以及降解来自身体的物质。对某些应用来 说，该功能细胞包括肝细胞。对某些应用来说，该装置包括适于确定所述功能细胞对其敏感的 物质在体内之水平的示数的控制单元。对某些应用来说，该控制单元 适于通过监测所述功能细胞的性质来确定所述示数。对某些应用来说，所述物质包括葡萄糖，并且所述控制单元适于 确定该葡萄糖水平的示数。对某些应用来说，功能细胞包括胰腺p细 胞。根据本发明的一个实施方案，还提供了与功能细胞一起使用的装 置，所述装置包括适于;tiUV个体体内皮下并且容纳所述功能细胞的腔室；和适于置于邻近皮肤的体外并通过皮肤将氧传输到功能细胞的SJL 生器。^L据本发明的一个实施方案，进一步提供了包括适于^个体体 内之腔室的装置，所述腔室包括功能细胞； 含叶绿素元件；和透气但不透液体的膜，其配置成将所述含叶绿素元件与以下至少 之一相分离(a)所述功能细胞，和(b)体液。对某些应用来说，所述膜配置成将所述含叶绿素元件与所述功能 细胞相分离。可替代地或另外地，该膜被配置成将该含叶绿素元件与 体';^目分离。作为替代，该膜被配置成将该含叶绿素元件与所述功能 细胞和体液相分离。对某些应用来说，所述含叶绿素元件包括藻类细胞的叶绿素。 对某些应用来说，所述腔室包括贮氧器。
在一个实施方案中，所述功能细胞能释放物质，且所述腔室包括 一个或多个对所述物质可透过但对所述功能细胞基本不透过的壁，以 便所述物质被释放至身体。 *在一个实施方案中，所述功能细胞能执行至少一种选自以下的作用吸收来自身体的物质，以及降解来自身体的物质。
在一个实施方案中，所述装置包括光源，其被配置成给所述含叶 绿素的元件提供光照。对某些应用来说，所述装置包括控制单元，其 适于驱动所述光源提供串联脉冲光照。可替代地或另外地，该装置包 括控制单元，其适于驱动所述光源在交替的"开"和"关"期间间歇地提 供光照。
根据本发明的一个实施方案，还进一步提供了一种方法，其包括 将容纳所述功能细胞和所述含叶绿素元件的腔室^个体体内，所述 含叶绿素元件包括专性光能自养生物的叶绿素。
根据本发明的一个实施方案，还提供了一种方法，其包括将所述 功能细胞和所述含叶绿素元件加载入适于植入个体体内的腔室中，所 述含叶绿素元件包括专性光能自养生物的叶绿素。
根据本发明的一个实施方案，进一步提供了一种方法，其包括将容纳所述功能细胞和所述含叶绿素元件的腔室植入个体体内；和以串联脉冲向所述含叶绿素的元件提供光照。
根据本发明的一个实施方案，还进一步4C供了一种方法，其包括 将包括贮氧器并容纳功能细胞和含叶绿素元件的腔室^个体体内。根据本发明的一个实施方案，另外还提供了一种方法，其包括将容纳功能细胞的腔室皮下植入个体体内；在体外产生氧；和通过皮肤将氧传输至所述功能细胞。根据本发明的一个实施方案，另外又提供了一种方法，其包括 将功能细胞和含叶绿素元件置于腔室中； 使用透气但不透液体的膜将所述含叶绿素元件与以下至少之一相分离(a)所述功能细胞，和(b)体液；和 将所述腔室^HUV个体体内。从以下对其实施方案以及附图的详细描述中，将更充分地理解本 发明，其中


图1是根据本发明的一个实施方案，容纳功能细胞的装置的示意图；图2是显示才艮据本发明的一个实施方案所测量试验结果的图；图3是根据本发明的一个实施方案，容纳功能细胞的另一种装置 的横截面示意图。
具体实施方式
图1是^^据本发明的一个实施方案的装置10的示意图。装置10 包含腔室20、光源22以及控制单元24。腔室20适于^对象体内并 包含功能细胞30和含叶绿素的元件32。(图中的元件，比如功能细胞 30和含叶绿素的元件32，是高度示意性地显示，而并非按比例绘制。) 典型地，含叶绿素的元件32包括完整的光合细胞和/或分离的叶绿体。 含叶绿素的元件32给功能细胞30供氧和/或消耗由功能细胞30产生 的二氧化碳。腔室20典型地含^J&^质33，其中包埋有功能细胞30 和含叶绿素的元件32。 ^J!^质33包含例如藻酸盐、聚赖氨酸、壳 聚糖、聚乙烯醇、聚乙二醇、琼脂糖、明胶或k-卡拉胶。对某些应用 来说，除了^J!^质33以外或代替凝J!1^质33，腔室20包含一种或 多种与微藻相容的流体。装置10典型地但非必需地具有少于200 cc 的总体积，例如少于50cc。腔室20具有一个或多个壁，其适于透过养分和由功能细胞30 和/或含叶绿素元件32所产生、分泌、^L取和/或吸收的物质。所述的 壁典型地也将所述细胞与身体成分相免疫隔离。例如，所述的壁可包 含聚氯乙烯丙烯酸共聚物、纤维素酯、纤维素乙酸酯或生物相容性聚 合物。对某些应用来说，所述的壁含有适于緩慢释放抗纤维化因子和/ 或抗炎因子(例如可的松)的材料。典型地，所述壁的截留分子量为
约50至约500,000道尔顿，比如约50至约1,000道尔顿，约1,000至 约10,000道尔顿，约10,000至约40,000道尔顿，约40,000至约70,000 道尔顿，约70,000至约250,000道尔顿，或者约250,000至约500,000 道尔顿。畔某些应用来说，所述壁用能抑制纤维化碑度生长的抗纤维 蛋白涂层i^行涂覆。 '典型地，腔室20适于容纳与含叶绿素元件32相混合的功能细胞 30,以便功能细胞30不与含叶绿素元件32相分离。作为替代，腔室 20包含两个或更多个区室(例如被一个或多个膜隔开)，其中一些区 室容纳功能细胞30，另一些容纳含叶绿素的元件32。例如，可使用上 述Vardi等的专利申请'983和'069中描述的技术，参见其附图1A和 1B。对某些应用来说，含叶绿素的元件32通过透气但不透液体的膜 与功能细胞30和/或其它体液分隔开。对某些应用来说，功能细胞30 和/或含叶绿素的元件32分軟于腔室20中液体介质或基质内。可替代 地或另外地，功能细胞30和/或含叶绿素的元件32结合至基底比如腔 室20的一个或多个壁。对某些应用来^兌，适于将腔室20 ^对象皮肤之下或皿内。 对某些应用来i兌，所述腔室为棱形(例如直角棱形，如图l所示)、长 管状元件、薄片、球或适于特定应用的其它合适形状。在本发明的一个具体实施方案中，腔室20包含贮氧器，其典型 包含贮存和释放氧的材料,例如对所述贮氧器附近氧浓度敏感的材料。 可用作贮氧器的示例性材料包括但不限于全氟化碳化合物、血红蛋 白、硅酮、水基材料(例如水^，比如藻酸盐或琼脂糖或其混合物)、 以及上述在美国专利6,630,154中描述的材料。对某些应用来i兌，■ 基质33包含和/或用作贮氧器。所述贮氧器典型地存贮由含叶绿素元 件32产生的超过功能细胞30当前需要的部分氧，并且如果后来由含 叶绿素元件32产生的氧不足时，释放所贮存的氧。光源22适于^叶绿素的元件32提供光照。对某些应用来说， 光源22包含发光二极管34，其可例如排列成阵列。典型地，光源22 被配置成发出具有从约400到约800 nm之间一个或多个波长的光， 例如从约630到约670 nm。对某些应用来说，光源22与腔室20的至 少一个壁物理性结合，而对于其它应用而言光源22不与腔室结合，而 是适于定位于所述腔室附近，或#^对象内或在对象外部。在后一种
情况下，对某些应用来说来自光源22的光穿itXt象皮肤，以到达装置 10的其余部分。控制单元24被配置成驱动光源22给腔室20提供适合的光照， 典型地保持氧浓度在约30到约120 ,mmHg之间。在本发明的一个实 施方案中，控制单元24被配置成在交替的"开"和"关"期间间歇性地驱 动光源22，使得光源在"开"期间而不在"关"期间提供光照。例如，每 个"开"期间可持续约0.5分钟到约5分钟，或约5分钟到约5小时， 每个"关"期间可持续约0.5分钟到约5分钟，或约5分钟到约5小时。 每个"开"期间的持续时间典型地为每个"关"期间持续时间的约10 % 到约1000%,比如为每个"关"期间持续时间的约50%到约200%。对于那些腔室20包含j^氧器且控制单元24被配置成在交替的 "开"和"关"期间间歇性地驱动光源22的应用来说，所述贮氧器典型地 贮存由含叶绿素元件32利用由其在"开"期间持续时间内吸收的光所 产生的部分氧，并在含叶绿素的元件32不产生氧时释放所贮存的氧供 功能细胞30使用。对某些应用来说，控制单元24被配置成根据贮氧 器的至少一种氧贮存性质来设定"开"和/或"关"期间的至少一个参 数。在交替的"开"和"关，，期间提供光照一般地可防止含叶绿素元件 32的氧化，否则如果元件32的密度相对较高，可能在用于给元件32 照明的一些光强度下《^发生这种氧化。参见图2，其显示了根据本发明的一个实施方案所测量的试验结 果。将单细胞藻类固定于板形藻酸盐^J!1S质中。给所述基质以交替 的"开"和"关，，时段照明，每个"开，，时段持续约5分钟，每个"关"时段 持续约5分钟。用针型克拉克氧电极测量基质内氧浓度。从图中可看 出，在"开"期间M内的氧浓度增加，因为基质存贮了由发生于藻类 中的光合作用产生的氧。在"关"期间，基质内的氧浓度降低，因为藻 类消耗了所贮存的氧。在本发明的一个实施方案中，控制单元24被配置成驱动光源22 提供串联脉冲比如方波脉冲的光照。例如，每一脉冲可持续约50到约 1000纳秒，或持续约1到约5000微秒，1^是持续约4000到约10,000 纳秒的不提供光照的时段。例如，可在每个持续约700到约卯0纳秒 比如约800纳秒的时段期间提供光照，这些时段被每个持续约4000到 约6000纳秒比如约5000纳秒的在此期间不提供光照的时段分隔开。 对某些应用来说，这些给光和不给光的时段分别对应叶绿素一般地吸 收和利用光能的自然时段。对于控制单元24被配置成以交替的"开，， 和"关，，时段驱动光碌22的应用来说，所述控制单元驱动所述求源以只 在"开"时段期间施;串联脉沖。以串联脉冲提供光照一般地可减少装置10的能耗，和/或提供对 由含叶绿素元件32产氧量的控制，和/或提供对由含叶绿素元件32消 耗二氧化碳的量的控制。此外，提供串联脉冲光照一般地可防止含叶 绿素元件32的氧化，否则如果给元件32的密度相对较高，可能会在 给元件32充足照明所必需的光强度下发生这种氧化。对某些应用来说，控制单元24根据对功能细胞30和/或含叶绿 素元件32的一个或多个所感测参数来调节一个或多个脉冲参数和/或 "开"/"关"时段。例如，腔室20可包含检测功能细胞30和/或含叶绿 素元件32附近氧浓度的氧传感器(未显示)。装置10典型地包含功率源36，其位于腔室20中的控制单元24 中，或祐itAJ^象体内或在对象体外。典型地，功率源36包含电池， 其可为可充电的，可以是或者无线或者有线的。在本发明的一个实施方案中，含叶绿素的元件32包括专性光能 自养生物的叶绿素。如本申请包括权利要求中所用，专性光能自养生 物为一种生物,其在装置10的普通使用条件下基本上仅通过光合作用 产生能量，并JLi4Ui不能使用周围环境中的有机材料作为能量源。 因此,这样的专性光能自养生物基本上不能在暗处于有机介质中生长。 (参见例如Smith AJ, "Acetate assimilation by Nitrobacter agilis in relation to its 'obligate autotrophy，，" Journal of Bacteriology 95:844-855(1968),其在此引入作为参考。)适合的专性光能自养生物 包括但不限于某些蓝细菌(以前称为蓝绿藻)、某些减軒菌以及绿菌 属的细菌。可替代地或另外地，含叶绿素的元件32包括单细胞藻类或者其 它的自养型或兼养型光合细胞。在本发明的一个实施方案中，功能细胞30包括p细胞、a细胞、 其它胰岛细胞、肝细胞、神经细胞、肾皮质细胞、血管内皮细胞、甲
状腺细胞、甲状旁腺细胞、肾上腺细胞、胸腺细胞、卵巢细胞和/或睾 丸细胞。在本发明的一个实施方案中，装置10被配置成 '治疗具有以下特征的病况所述功能细胞的天然群体不足或缺乏， 或这些细胞的有效性降低，从而导致由该细胞分泌的有益物质如 激素或神经递质的供应不足。容纳在腔室20中的功能细胞30分 泌所述有益物质。例如，功能细胞30可包括p细胞，装置10可 配置成治疗I型或II型糖尿病。本文包括权利要求书中使用的"p 细胞，，包括分离的P细胞和/或胰岛中的p细胞和/或干细胞来源的 胰岛素产生细胞、和/或源于肿瘤的胰島素产生细胞、和/或基因 工程化胰岛素产生细胞，和/或转分化的非p细胞来源的胰島素产 生细胞、和/或任何胰岛素产生细胞、和/或不同来源的胰岛素产 生细胞的混合物。 治疗具有以下特征的病况所述功能细胞的天然群体不足或缺乏， 或这些细胞的有效性降低，从而导致该细胞对物质(例如毒性物 质)的摄取、吸收和/或降解不足。例如，功能细胞30可包括肝 细胞，装置10可配置成摄取各种毒性物质。 感测功能细胞30对其敏感的身体成分的水平。装置10被配置成 通过监测一般地与所述成分水平相关的功能细胞30和/或含叶绿 素元件32的性质来感测所述成分,所述性质通常与该成分的水平 相关联。例如，装置10可监测由含叶绿素元件32产生的氧水平。 可替代地或另外地，装置10适于使用用于监测功能细胞30的电 或光性质的技术来检测成分比如葡萄糖，如在前述美国专利 5,101,814中所述。对某些应用来说，功能细胞30包括p细胞，装置io被配置成通过直接或间接监测所述p细胞的活性来感测葡萄糖水平。对于其中功能细胞30包括p细胞的应用而言，含p细胞的胰岛 的数目典型为约10,000到约600,000 (例如约100,000到约600,000 )， 和/或p细胞的数目典型为约1千万到约6亿(例如约1亿到约6亿)。 发明yU目信胰岛和/或P细胞的这些数目低于常规P细胞移植技术中典 型使用的数目，这至少部分因为使用本发明所述技术对p细胞来说可 获得更高的氧浓度。对某些应用来说，功能细胞30包括少于IO，OOO
个胰岛和/或少于l千万个p细胞。对某些应用来说，(3细胞在;tiLA^ 增殖，从而在;SLAJ^增加了其数量。对某些应用来说，功能细胞包括单个细胞、细胞蔟、或切除组织 块。组织或细胞可包括例如从供体动物取出的组织或细胞、通过孵育 或培g体组织和细胞而获得的组织或细胞、得自活细胞系的细胞、和/或得自基因工程的细胞。对某些应用来说，所述组织或细胞是人或 动物来源的。可代替地或另外地，所述组织或细胞是基因工程化的、 克隆细胞、和/或源于干细胞。对某些应用来说，所述组织或细胞是自 体的；可代替地，所述组织或细胞对于所述对象细胞来说是异源的。现在参考图3，其为根据本发明的一个实施方案的装置50的横 截面示意图。装置50包含腔室60，其包含功能细胞70。除了在下文 描述的以外，腔室60通常与上文参考图l描述的腔室20类似。腔室 60典型地不包括含叶绿素的元件。腔室60适于皮下;ti^对象身体皮 肤72以下。装置50还包含氧发生器74，其适于放置到皮肤72附近 的体外。典型地，lUL生器74适于直接贴靠于皮肤放置。H生器 74产生氧，其穿过皮肤72并l腔室60，在此功能细胞70能利用氧。 对某些应用来说，预先处理皮肤72以增强氧通过其扩散。此预处理可 包括机械、电、化学和/或生物(例如VEGF)预处理。例如，电预处 理可使用Avrahami的美国专利6，148，232中描述的技术进行施加。例 如氧发生器74也可使用电解或已知产生氧的其它技术。例如，对某些 应用来说，氧发生器74包含小容器比如圆柱体，例如长约8cm直径 约1 cm。在本发明的一个实施方案中，在^UV腔室20 (图1)或腔室60 (图3)之前，将血管生长因子施用到;tf^部位附近。例如，可在植 入前几天或几周施用所述血管生长因子。血管生长因子通常促进^ 部位附近的毛细血管生长，其通常经由血液循环增加对所述腔室的氧 输送。血管生长因子包括例如血管内皮生长因子(VEGF)、血小板来 源的生长因子(PDGF)、血管通透性生长因子(VPF)、碱性成纤维 细胞生长因子(bFGF)或转化生长因子p (TGF-p)。在本发明的一个实施方案中，在^之前以血管生长因子涂覆腔 室20或腔室60。例如，可使用在Giampapa的美国专利5，443，508中 描述的技术，其在此引入作为参考。
对某些应用来^兌，装置50包^^控制单元80，其适于活化和失活 氧发生器74。对某些应用来说，控制单元80配置成当功能细胞70附 近氧浓度低于第一阈值(例如约30至约50 mmHg的阈值，比如约40 mmHg)时,活化氧发生器74，并且当功能细胞70 ，近氧浓度高于第 二阈值(例如约80至约100 mmHg的阈值)时失活氧发生器74。对某些应用来说，本发明中描述的技术与前述Vardi等在专利申 请'983和'069中描述的技术联^f吏用。对于本领域的技术人员来说，可以理解本发明不限于以上所显示 和描述的内容。相反，本发明的范围包括以上所述各种特征的组合及 其亚组合，以及本领域技术人员通过阅读前述说明而可以作出的不属 于现有技术的变化和修改。
权利要求
1. 包含适于#^个体身体内之腔室的装置，所述腔室包括 功能细胞；和含叶威素的元件，所述含叶绿素的元件包含专性光能自养生物的 叶绿素。
2. 根据权利要求l的装置，其中所述功能细胞包含单个细胞类型。
3. 根据权利要求1的装置，其中所述功能细胞包含多种细胞类型。
4. 根据权利要求l的装置，其中所述含叶绿素的元件包含单细胞 专性光能自养生物的叶绿素。
5. 根据权利要求l的装置，其中所述含叶绿素的元件包含多细胞 专性光能自养生物的叶绿素。
6. 根据权利要求l的装置，其中所述含叶绿素的元件以便于给所 述功能细胞供氧的方式置于所述功能细胞附近。
7. 根据权利要求l的装置，其中所述含叶绿素的元件以便于消耗 由所述功能细胞所产生二氧化碳的方式置于所述功能细胞附近。
8. 根据权利要求l的装置，其中所述功能细胞与所述含叶绿素的 元件混合在一起。
9. 根据权利要求l的装置，其中所述功能细胞不与所述含叶绿素 的元件免疫隔离。
10. 根据权利要求l的装置，其中所述腔室包含液体介质，所述 功能细胞分歉于其中。
11. 根据权利要求l的装置，其中所述腔室包含基质，所述功能 细胞^t于其中。
12. 根据权利要求l的装置，其中所述腔室包含基底，所述功能 细胞附着于其上。
13. 根据权利要求l的装置，其中所述腔室包含一个或多个壁， 其适于4吏所述功能细胞与所述身体的成分免疫隔离。
14. 根据权利要求l的装置，其中所述腔室适于皮下^体内。
15. 根据权利要求l的装置，其中所述腔室适于植入所述身体的 舰内。
16. 根据权利要求l的装置，其中所述腔室包含^^质，其中 包埋有所述功能细胞和所述含叶绿素的元件
17. 根据权利要求l的装置，其中所述含叶绿素的元件包含基因 工程化专性光能自养生物的叶绿素。
18. 根据权利要求l的装置，其中所述腔室为棱形。
19. 根据权利要求l的装置，其中所述腔室包含贮氧器。
20. 根据权利要求l的装置，其包含可充电电池。
21. 根据权利要求l的装置，其中所述腔室涂有血管生长因子。
22. 根据权利要求l的装置，其中所述专性光能自养生物包括石危 杆菌(Thiobacilli)属的细菌。
23. 根据权利要求l的装置，其中所述专性光能自养生物包括绿 菌(Chlorobium)属的细菌。
24. 才艮据权利要求l-23中任一项的装置，其中所述专性光能自养 生物包括蓝细菌(cyanobacteria)。
25. 根据权利要求24的装置，其中所述蓝细菌包括聚球蓝细菌 (Synechococcus)属的蓝细菌。
26. 根据权利要求l-23中任一项的装置，其中含叶绿素的元件的 至少一部分包括专性光能自养生物的完整细胞。
27. 根据权利要求26的装置，其中所述腔室包含10,000至600,000 个胰島。
28. 根据权利要求26的装置，其中所述腔室包含少于10,000个胰岛。
29. 根据权利要求1-23中任一项的装置，其中所述腔室包含被配 置成将所述功能细胞与所述含叶绿素元件相分离的膜。
30. 根据权利要求29的装置，其中所述膜被配置成容许气体通过。
31. 根据权利要求l-23中任一项的装置，其包含被配置成给所述 含叶绿素元件提供光照的光源。
32. 根据权利要求31的装置，其包含适于驱动所述光源提供串联 脉冲光照的控制单元。
33. 根据权利要求31的装置，其包含适于驱动所述光源在交替的 "开"和"关"期间间歇地^^供光照的控制单元。 .
34. 根据权利要求31的装置，其包含控制单元，该控制单元适于 通过控制由所述光源提供的光照水平而控制由所述含叶绿素的元件提 供的氧水平。
35. 根据权利要求31的装置，其中所述光源与所述腔室物理性结合。
36. 根据权利要求31的装置，其中所述光源被配置成植入所述腔 室附近的体内。
37. 根据权利要求31的装置，其中所述光源被配置成置于所述腔 室附近的体外。
38. 根据权利要求1-23中任一项的装置，其中所述功能细胞能释 放物质，并且其中所述腔室包含一个或多个能透过所述物质但基本不 可透过所述功能细胞的壁，以^更所述物质^L^放至所述身体。
39. 根据权利要求38的装置，其中所述功能细胞选自胰岛细胞、 肝细胞、曱状腺细胞、甲状旁腺细胞、神经细胞、卵巢细胞、肾上腺 细胞、肾皮质细胞、血管内皮细胞、胸腺细胞、卵巢细胞、睾丸细胞、 基因工程化细胞、克隆细胞和千细胞。
40. 根据权利要求38的装置，其中所述功能细胞包含胰腺P细胞。
41. 根据权利要求40的装置，其中所述腔室包含1千万至6亿个 P细胞。
42. 根据权利要求40的装置，其中所述腔室包含少于1千万个P 细胞。
43. 根据权利要求40的装置，其中所述腔室包含含p细胞的胰岛。
44. 根据权利要求43的装置，其中所述腔室包含10,000到600,000 个胰岛。
45. 根据权利要求43的装置，其中所述腔室包含少于10,000个胰 岛。
46. 根据权利要求l-23中任一项的装置，其中所述功能细胞能执 行至少一种选自以下的作用吸收来自身体的物质、以及降解来自身 体的物质。 '
47. 根据权利要求46的装置，其中所述功能细胞包含肝细胞。
48. 根据权利要求1-23中任一项的装置，其包含用于确定所述功 能细胞附近氧浓度的氧传感器。
49. 根据权利要求48的装置，其包含控制单元，该控制单元被配 置成当所述功能细胞附近氧浓度低于第一阈值时活化含叶绿素的元 件、并且当功能细胞附近氧浓度高于第二阈值时失活含叶绿素的元件。
50. 根据权利要求49的装置，其包含光源，其中所述控制单元适 于通过控制由光源所产生的光照水平来控制由含叶绿素的元件所提供 的氧水平。
51. 根据权利要求49的装置，其中所述第一阈值为30到50 mmHg，所述第二阈值为80到100 mmHg。
52. 根据权利要求1-23中任一项的装置，其包含适于确定所述功 能细胞对其敏感的物质之体内水平的示数的控制单元。
53. 根据权利要求52的装置，其中所述控制单元适于通过监测选 自以下的性质来确定所述示数所述功能细胞的性质、以及所述含叶 绿素的元件的性质。
54. 根据权利要求53的装置，其中所述功能细胞的性质包括所述 功能细胞的电学性质，并且其中所述控制单元适于监测所述功能细胞 的所述电学性质。
55. 根据权利要求53的装置，其中所述功能细胞的性质包括所述 功能细胞的光学性质，并且其中所述控制单元适于监测所述功能细胞 的所述光学性质。
56. 根据权利要求52的装置，其中所述物质包含葡萄糖，并且所 述控制单元适于确定所述葡萄糖的水平的示数。
57. 根据权利要求52的装置，其中所述功能细胞包含胰腺P细胞。
58. 用于与功能细胞一起使用的装置，所述装置包含适于^v个 体体内并且容纳所述功能细胞的腔室，所述腔室包含含专性光能自养 生物之叶绿素的元件。
59. 根据权利要求58的装置，其中所述功能细胞包括所述个体的 自体功能细胞，并且其中所述腔室适于容纳所述自体功能细胞。
60. —种装置，其包含适于^个体体内的腔室，该腔室包含功能细胞和含叶绿素的元件；配置成给所述含叶绿素的元件提供光照的光源；和 适于驱动所述光源从而以串联脉冲提供光照的控制单元。
61. 根据权利要求60的装置，其中所述含叶绿素的元件包含藻类 细胞的叶绿素。
62. 根据权利要求60的装置，其中所述含叶绿素的元件包含专性 光能自养生物的叶绿素。
63. 根据权利要求60的装置，其中所述控制单元适于将每一脉沖 配置成具有50到1000纳秒的持续时间。
64. 根据权利要求60的装置，其中所述控制单元适于#^一脉冲 配置成具有1到5000微秒的持续时间。
65. 根据权利要求60的装置，其中所述控制单元适于驱动所述光 源而在具有5000到10,000纳秒持续时间的连续脉冲之间停止4I:供光 照。
66. 根据权利要求60的装置，其中所述控制单元适于#^一脉冲 配置成具有700到卯0纳秒的持续时间，并适于驱动所述光源而在具 有4000到6000纳秒持续时间的连续脉冲之间停止提供光照。
67. 根据权利要求60的装置，其中所述光源包含一个或多个发光 二极管。
68. 根据权利要求60的装置，其中所述光源与所述腔室物理性结合。
69. 根据权利要求60的装置，其中所述光源被配置成植入所述腔 室附近的体内。
70. 根据权利要求60的装置，其中所述光源被配置成置于所述腔 室附近的体外。
71. 根据权利要求60的装置，其中所述含叶绿素的元件以便于由 所述含叶绿素元件消耗由所述功能细胞所产生的二氧化碳的方式被置 于所述功能细胞附近。
72. 根据权利要求60的装置，其中所述功能细胞与所述含叶绿素 的元件混合在一起。
73. 根据权利要求60的装置，其中所述腔室包含M,其中M 有所述功能细胞。
74. 根据权利要求60的装置，其中所述腔室包含^1&质，其中 包埋有所述功能细胞和所述含叶绿素的元件。
75. 根据权利要求60的装置，其中所述腔室涂有血管生长因子。
76. 根据权利要求60的装置，其中所述含叶绿素元件的至少一部 分包括完整的光合细胞。
77. 根据权利要求60的装置，其中所述含叶绿素元件的至少一部 分包括分离的叶缘体。
78. 根据权利要求60-77中任一项的装置，其中所述光源被配置 成提供具有400到800 nm波长的光。
79. 根据权利要求78的装置，其中所述光源被配置成提供具有 630到670 nm波长的光。
80. 根据权利要求60-77中任一项的装置，其中所述控制单元适 于在持续至少24小时之时段的少于90 0/。的时间内提供光照。
81. 根据权利要求80的装置，其中所述控制单元适于在所述时段 的少于50 o/。的时间内提供光照。
82. 根据权利要求81的装置，其中所述控制单元适于在所述时段 的少于10 %的时间内提供光照。
83. 根据权利要求60-77中任一项的装置，其中所述控制单元适 于驱动所述光源在交替的"开"和"关"期间间歇地提供光照。
84. 根据权利要求83的装置，其中每个所述"开"时段持续0.5分 钟到5分钟。
85. 根据权利要求83的装置，其中每个所述"开"时段持续5分钟 到5小时。
86. 根据权利要求83的装置，其中每个所述"关"时段持续0.5分 钟到5分钟。
87. 根据权利要求83的装置，其中每个所述"关"时段持续5分钟 到5小时。
88. 根据权利要求83的装置，其中每个所述"开，，时段的持续时间 等于每个"关，，时段持续时间的10%到1000%。
89. 根据权利要求88的装置，其中每个所述"开"时段的持续时间 等于每个"关"时段持续时间的50%到200% 。
90. 根据权利要求60-77中任一项的装置，其中所述腔室包含贮 氧器。
91. 根据权利要求90的装置，其中所述控制单元适于根据所述贮 氧器的至少一种氧贮存性质来i殳置至少一种脉冲^lt。
92. 根据权利要求60-77中任一项的装置，其中所述控制单元适 于根据选自以下的至少一种感测M来设置至少一种脉沖^t:所述 功能细胞的感测^lt、以及所述含叶绿素元件的感测^lt。
93. 根据权利要求92的装置，其包含用于确定所述腔室中氧浓度 的氧传感器，其中所述至少一种感测参数包括所述氧浓度，并且其中 所述控制单元适于根据氧浓度来设置所述至少一种脉冲^lt。
94. 根据权利要求60-77中任一项的装置，其中所述含叶绿素的 元件以〗更于由所述含叶绿素的元件给所述功能细胞供氧的方式置于所 述功能细胞附近。
95. 根据权利要求94的装置，其中所述控制单元适于通过设定至 少一种脉冲M来控制由含叶绿素的元件提供的氧水平。
96. 根据权利要求60-77中任一项的装置，其中所述功能细胞能 释放物质，并且其中所述腔室包含一个或多个可透过所述物质但基本 不透过所述功能细胞的壁，以便该物质被释放至所述身体。
97. 根据权利要求96的装置，其中所述功能细胞选自胰岛细胞、 肝细胞、曱状腺细胞、甲状旁腺细胞、神经细胞、卵巢细胞、肾上腺 细胞、肾皮质细胞、血管内皮细胞、胸腺细胞、卵巢细胞、睾丸细胞、 基因工程化细胞、鸟隆细胞和干细胞。
98. 根据权利要求96的装置，其中所述功能细胞包含胰腺P细胞。
99. 根据权利要求60-77中任一项的装置，其中所述功能细胞能 执行至少一个选自以下的作用吸收来自所述身体的物质、以及降解 来自所述身体的物质。
100. 根据权利要求99的装置，其中所述功能细胞包含肝细胞。
101. 根据权利要求60-77中任一项的装置，其中所述控制单元适 于确定所述功能细胞对其敏感的物质的体内水平的示数。
102. 根据权利要求101的装置，其中所述控制单元适于通过监测 选自以下的性质来确定示数所述功能细胞的性质、以及所述含叶绿 素元件的性质。
103. 根据权利要求101的装置，其中所述物质包括葡萄糖，并且 其中所述控制单元适于确定所述葡萄糖水平的示数。
104. 根据权利要求101的装置，其中所述功能细胞包含胰腺P细胞。
105. 用于与功能细胞一起使用的装置，所述装置包含适于M个体体内并且容纳所述功能细胞的腔室，所述腔室包含 含叶绿素的元件；配置成给所述含叶绿素的元件拔:供光照的光源；和适于驱动所述光源从而以串联脉冲提供光照的控制单元。
106. 包含适于^v个体体内之腔室的装置，所述腔室包含 功能细胞；含叶绿素的元件；和 贮氧器。
107. 根据权利要求106的装置，其中所述含叶绿素元件的至少一 部分包括完整的光合细胞。
108. 根据权利要求106的装置，其中所述含叶绿素元件的至少一 部分包括分离的叶绿体。
109. 根据权利要求106的装置，其中所述含叶绿素的元件包含藻 类鈿胞的叶绿素。
110. 根据权利要求106的装置，其中所述含叶绿素的元件包含专 性光能自养生物的叶绿素。
111. 根据权利要求106的装置，其中所述功能细胞和所述含叶绿 素元件中至少 一种包含于所述贮氧器中。
112. 根据权利要求106的装置，其中所述腔室涂有血管生长因子。
113. 根据权利要求106的装置，其中所述贮氧器包含全氟化碳化 合物。
114. 根据权利要求106的装置，其中所述贮氧器包含血红蛋白。
115. 根据权利要求106的装置，其中所述贮氧器包含硅酮。
116. 根据权利要求106-115中任一项的装置，其中所述贮氧器包 含水基材料。
117. 根据权利要求116的装置，其中所述水基材料包含7jC凝胶。
118. 根据权利要求117的装置，其中所述^J^选自藻酸盐和琼 脂糖。
119. 根据权利要求106-115中任一项的装置，其中所述贮氧器包
120. 根据权利要求119的装置，其中所述功能细胞和所述含叶绿 素的元件被包埋于所述^JI^质中。
121. 根据权利要求106-115中任一项的装置，其包含 配置成给所述含叶绿素的元件提供光照的光源；和 适于驱动所述光源从而以串联脉冲^^供光照的控制单元。
122. 根据权利要求121的装置，其中所述控制单元适于根据所述 贮氧器的至少 一种氧贮存性质来i殳置至少 一种脉冲参数。
123. 用于与功能细胞一^^吏用的装置，所述装置包含适于^个 体体内并且容纳所述功能细胞的腔室，所述腔室包含含叶绿素元件；和贮氧器。
124. —种装置，其包备适于皮下^个体体内的腔室，所述腔室包含功能细胞；和适于置于所述皮肤附近之体外并且通过所述皮肤传送氧到所述功 能细胞的ILiC生器。
125. 根据权利要求124的装置，其中所述氧发生器适于直接贴靠 于所述皮肤放置。
126. 根据权利要求124的装置，其包含适于以增强氧扩散通过其 中的方式处理所述皮肤的处理单元。
127. 根据权利要求124的装置，其中所述氧发生器适于利用电解 来产生氧。
128. 根据权利要求124的装置，其中所述腔室涂有血管生长因子。
129. 根据权利要求124-128中任一项的装置，其中所述氧发生器 适于置于所述皮肤内1 mm到15 mm之间。
130. 根据权利要求129的装置，其中所述氧发生器适于置于所述 皮肤10mm之内。
131. 根据权利要求124-128中任一项的装置，其包含适于活化和 失活所述IUt生器的控制单元。
132. 根据权利要求131的装置，其中所述控制单元被配置成当所 述功能细胞附近氧浓度低于第一阈值时活化氧发生器、并且当功能细 胞附近氧浓度高于第二阈值时失活氧发生器。
133. 根据权利要求124-128中任一项的装置，其中所述功能细胞 能释放物质，并且其中所述腔室包含一个或多个可透过所述物质但基 本不透过所述功能细胞的壁，以便该物质被释放至所述身体。
134. 根据权利要求133的装置，其中所述功能细胞选自胰岛细 胞、肝细胞、甲状腺细胞、曱状旁腺细胞、神经细胞、卵巢细胞、肾 上腺细胞、肾皮质细胞、血管内皮细胞、胸腺细胞、卵巢细胞、睾丸细胞、基因工程化细胞、克隆细胞和干细胞。
135. 根据权利要求133的装置，其中所述功能细胞包含胰腺P细胞。
136. 根据权利要求124-128中任一项的装置，其中所述功能细胞 能执行至少一种选自以下的作用吸收来自所述身体的物质、以及降 解来自所述身体的物质。
137. 根据权利要求136的装置，其中所述功能细胞包含肝细胞。
138. 根据权利要求124-128中任一项的装置，其包含适于确定所 述功能细胞对其敏感的物质的体内水平之示数的控制单元。
139. 根据权利要求138的装置，其中所述控制单元适于通过监测 所述功能细胞的性质来确定所述示数。
140. 根据权利要求138的装置，其中所述物质包括葡萄糖，并且 其中所述控制单元适于确定所述葡萄糖水平的示数。
141. 根据权利要求138的装置，其中所述功能细胞包含胰腺P细胞。
142. 用于与功能细胞一起使用的装置，所述装置包含适于皮下植入个体体内并且容纳所述功能细胞的腔室；和适于置于所述皮肤附近之体外并且传输氧通过所述皮肤到达所述 功能细胞的氡殳生器。
143. 包含适于^个体体内之腔室的装置，所述腔室包括 功能细胞；含叶绿素的元件；和透气而不透液体的膜，所述膜被配置成将所述含叶绿素的元件与 以下至少一种相分离(a)所述功能细胞，和(b)体液。
144. 根据权利要求143的装置，其中所述膜被配置成将所述含叶 绿素的元件与所述功能细船目分离。
145. 根据权利要求143的装置，其中所述膜被配置成将所述含叶 绿素的元件与所述体液相分离。
146. 根据权利要求143的装置，其中所述膜被配置成将所述含叶 绿素的元件与所述功能细胞和所述体液相分离。
147. 根据权利要求143的装置，其中所述含叶绿素的元件包含藻 类细胞的叶绿素。
148. 根据权利要求143的装置，其中所述腔室包含贮氧器。
149. 根据权利要求143的装置，其中所述功能细胞能释放物质， 并且其中所述腔室包含一个或多个可透过所述物质而基本不透过所述 功能细胞的壁，以便所述物质被释放至所述身体。
150. 根据权利要求143的装置，其中所述功能细胞能执行至少一 种选自以下的作用吸收来自所述身体的物质、以及降解来自所述身 体的物质。
151. 根据权利要求143-150中任一项的装置，其包含被配置成给 所述含叶绿素的元件提供光照的光源。
152. 根据权利要求151的装置，其包含适于驱动所述光源从而以 串联脉沖揭_供光照的控制单元。
153. 根据权利要求151的装置，其包含适于驱动所述光源在交替 的"开"和"关，，期间间歇地提供光照的控制单元。
154. —种方法，其包括将容纳功能细胞和含叶绿素元件的腔室植 入个体体内，所述含叶绿素的元件包括专性光能自养生物的叶绿素。
155. —种方法，其包括将功能细胞和含叶绿素元件加载到适于植 入个体体内的腔室中，所述含叶绿素的元件包括专性光能自养生物的叶绿素。
156. —种方法，其包括将容纳功能细胞和含叶绿素元件的腔室#^个体体内；和 以串联脉冲给所述含叶绿素的元件提供光照。
157. —种方法，其包括将包括贮氧器并容纳功能细胞和含叶绿素 元件的腔室#^个体体内。
158. —种方法，其包括 将容纳功能细胞的腔室皮下tiL^个体体内； 在体外产生氧；和传输所述氧通过皮肤到所述功能细胞。
159. —种方法，其包括将功能细胞和备叶绿素的元件置于腔室内；使用透气但不透液体的膜将所述含叶绿素的元件与以下至少一种 相分离U)所述功能细胞和(b)个体体液；和将所述腔室#^所述个体体内。
160. 根据权利要求159的方法，其中分离包括将所述含叶绿素的 元件与所述功能细胞和所述体液二者都相分离。
全文摘要
本发明提供包括适于植入个体体内之腔室(20)的装置(10)，所述腔室包括功能细胞(30)和含叶绿素的元件(32)，所述含叶绿素的元件包含专性光合自养生物的叶绿素。还描述了其它实施方案。
文档编号A61F2/02GK101123984SQ200580047325
公开日2008年2月13日 申请日期2005年11月27日 优先权日2004年11月30日
发明者康斯坦丁·布洛什, 普尼纳·瓦尔迪, 约阿夫·埃夫龙, 阿维·罗特姆 申请人:贝塔O2技术有限公司