本申请根据35u.s.c.§119(e)要求2015年6月15日提交的美国临时专利申请序号62/175,891、2015年7月31日提交的美国临时专利申请序号62/199,821和2015年7月31日提交的美国临时专利申请序号62/199,842的优先权权益，这些申请的全部内容以全文引用方式并入本文。
发明背景
发明领域
本发明总体上涉及代谢解毒，并且更具体地说涉及使用再循环回路的体外血液过滤和解毒系统和方法。
背景技术：
执行血液的处理以便出于治疗目的来移除各种血液成分。血液处理方法的实例包括血液透析，其允许从患有肾功能不足的患者的血液中移除代谢废弃产物。从患者流出的血液被过滤以便移除这些废弃产物，然后返回到患者。血浆分离术方法也使用切向流动膜分离来处理血液，以便治疗多种疾病状态。膜孔径可加以选择以便移除不必要的血浆成分。血液还可使用利用生化反应的各种设备来处理以便修改存在于血液中的生物成分。例如，通过血浆穿过结合到膜表面上的酶的体外循环，如胆红素或酚类的血液成分可被葡萄糖化或硫酸化。
如离心的各种技术已可用于清洗血细胞，然后将其返回到患者。在这些技术中，离心机用于分批地分离和清洗红细胞。这是相对缓慢的过程，用于执行的装置可为复杂和昂贵的。
相对于支持患有例如受损肝功能的患者来说，目前使用的技术总体上是不足的。常规系统和方法受到各种问题的影响，这些问题与维持这些患者直到可发现用于移植的合适供体器官为止或直到患者的原生肝脏可再生到健康状态为止相关联。
发明概述
本发明的实施方案克服常规技术的前述和各种其他缺点，提供使用再循环回路的体外血液过滤和解毒系统和方法。
根据本发明的一个方面，系统和方法针对与急性肝脏疾病相关的多种治疗应用来提供肝脏支持，允许受损或部分肝脏有可能再生到健康状态，或支持患有急性肝脏衰竭的患者直到可发现用于移植的合适供体器官的全部或一部分为止。
本发明的方面提供体外血液过滤和解毒系统和方法，其使用超滤液产生器、具有包括活细胞的活性滤筒(生物反应器)的再循环回路、和扩散部件，所述扩散部件增加来自超滤液产生器的低分子量组分转移到再循环回路中以便更快速清除和改进治疗。
一方面，本发明提供体外解毒系统。所述系统包括：(a)血液回路，所述血液回路被配置来耦接至患者并且可操作以便传送来自患者的血液穿过超滤液产生器，并且回到患者；(b)再循环回路，所述再循环回路耦接至超滤液产生器并且可操作以便汲取来自超滤液产生器的超滤液并且独立于血液的细胞组分处理超滤液；(c)导管接接合部，所述导管接接合部可操作以便将再循环回路中的超滤液与血液回路中的细胞组分重组，然后再引入患者；和(d)扩散部件，所述扩散部件可操作以便允许增加来自血液的低分子量物质传输到再循环回路内的超滤液流中。在实施方案中，扩散部件被配置成使得再循环回路内的超滤液流与超滤液产生器内的血液流通过半透膜来分隔，其中血液流和超滤液流沿着半透膜的相对侧面来引导。
本发明的方面提供体外血液过滤和解毒系统和方法，其使用白蛋白解毒部件(adc)和具有包括活细胞的活性滤筒的再循环回路。
在一方面，本发明提供体外解毒系统。所述系统包括：(a)血液回路，所述血液回路被配置来耦接至患者并且可操作以便传送来自患者的血液穿过超滤液产生器，并且回到患者；(b)再循环回路，所述再循环回路耦接至超滤液产生器并且可操作以便汲取来自超滤液产生器的超滤液并且独立于血液的细胞组分处理超滤液；(c)导管接接合部，所述导管接接合部可操作以便将再循环回路中的超滤液与血液回路中的细胞组分重组，然后再引入患者；和(d)白蛋白解毒部件(adc)，所述白蛋白解毒部件可操作以便减少白蛋白结合毒素并且增加白蛋白结合容量(abic)。本发明的方面提供体外血液过滤和解毒系统和方法，其使用超滤液产生器、具有包括活细胞的活性滤筒(生物反应器)的再循环回路、柠檬酸盐输注端口和从系统的流体中移除柠檬酸盐从而允许柠檬酸盐抗凝血以便改进患者治疗的部件。
在一方面，本发明提供体外解毒系统。所述系统包括：(a)血液回路，所述血液回路被配置来耦接至患者并且可操作以便传送来自患者的血液穿过超滤液产生器，并且回到患者；(b)再循环回路，所述再循环回路耦接至超滤液产生器并且可操作以便汲取来自超滤液产生器的超滤液并且独立于血液的细胞组分超滤液；(c)导管接接合部，所述导管接接合部可操作以便将再循环回路中的超滤液与血液回路中的细胞组分重组，然后再引入患者；(d)柠檬酸盐输注端口；和(e)可操作以便移除柠檬酸盐的部件。在实施方案中，所述部件是透析器或柠檬酸盐吸收的设备。
另一方面，本发明提供执行体外解毒的方法。所述方法包括使受试者的血液循环穿过本公开的设备并且将血液返回到受试者的循环系统。
附图简述
图1是示出现有技术体外过滤和解毒系统的简化方框图。
图2是示出具有白蛋白解毒部件(adc)的体外过滤和解毒系统的一个实施方案的简化方框图。
图3是示出具有白蛋白解毒部件(adc)的体外过滤和解毒系统的一个实施方案的简化方框图。
图4是示出具有如本文公开的可操作以便移除柠檬酸盐的部件的体外过滤和解毒系统的一个实施方案的简化方框图。
图5是示出具有如本文公开的可操作以便移除柠檬酸盐的部件的体外过滤和解毒系统的一个实施方案的简化方框图。
图6是示出具有如本文公开的扩散部件的体外过滤和解毒系统的一个实施方案的简化方框图。
发明详述
本发明基于使用生物人工肝脏支持系统来改进人肝细胞疗法性能的创新概念。本公开在向需要体外血液处理的受试者提供治疗中提供用于过滤和解毒血液的改进系统。
在进一步描述本发明的组合物和方法之前，应理解本发明不限于所描述的特定系统、方法以及实验条件，因为这些系统、方法以及条件可能有所变化。还应理解，本文中使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，并且不意图为限制性的，因为本发明的范围仅受所附权利要求书限制。
如本说明书以及随附权利要求中所用，除非上下文另有清楚定义，否则单数形式的“一(个/种)”与“所述”包括复数提及形式。因此，例如，对“所述方法”的提及包括一种或多种方法、和/或本文所描述的类型的步骤等等，在阅读完本公开之后，所述方法和步骤对本领域技术人员而言将变得显而易见。
除非另外定义，否则本文所用的所有技术和科学术语都具有与本发明所属领域中的普通技术人员通常所理解相同的含义。虽然在施行或测试本发明时可使用与本文中所述类似或等效的任何方法和材料，但现在描述优选的方法和材料。
应用以下术语、定义和缩写。
术语“白蛋白解毒部件(adc)”是指可操作以便增加白蛋白结合容量(abic)的部件。在一些实施方案中，adc包括活性炭，如具有活性炭的过滤器或管柱，如美国专利号8,236,927所描述，所述专利以全文引用方式并入本文。adc可包括葡聚糖或修饰的葡聚糖，如任选地由长链烷基醚取代的羟基烷氧基丙基-葡聚糖(例如，lipidex-1000tm和亲脂性sephadextmlh-20-100)。在一些实施方案中，adc包括可操作以便螯合、结合或钝化白蛋白结合毒素的生物部件，如包括可结合到表面的细胞和/或生物分子的生物反应器。adc可具有任何合适配置，如管柱、罐、过滤器等。本发明的重要优势是白蛋白在结构上大致上不改变并且在流过adc后保留其天然构象。因此，在输注到患者之后，获得相当高的活性。
术语“可操作以供柠檬酸盐移除的部件”是指可操作以便从溶液中移除柠檬酸盐的设备，如包括柠檬酸盐螯合剂的透析器或过滤器。
术语“活性滤筒”是指包含细胞(例如像c3a细胞系的细胞)的基于中空纤维的滤筒，其在治疗应用和解毒过程中有效用。
术语“血液回路”是指管材回路，其连接到双重内腔导管并且可操作以便使来自患者的血液循环到血液控制单元并且回到患者。
术语“c3a细胞系”是指人肝胚细胞瘤细胞系hepg2的亚克隆。在一些实施方案中，c3a细胞可包含在一个或多个活性滤筒的毛细管外空间中。c3a细胞系已以atcc号crl-10741来保藏在美国菌种保藏中心。
术语“解毒设备”是指提供从流体流中移除特定或非特定分子的手段的滤筒、罐或其他设备。实例是透析滤筒、吸附滤筒或过滤器。
术语“毛细管外空间”(ecs)是指活性滤筒或超滤液产生器的中空纤维外部的空间。活性滤筒的ecs可总体上容纳c3a细胞。
术语“毛细血管内空间”(ics)是指活性滤筒或超滤液产生器的中空纤维内部的空间。ics是全血或超滤流体的流动路径。
术语“再循环回路”是指总体上能够实现超滤流体的过滤、解毒和处理的回路；在一些实现方式中，再循环回路总体上涵盖储槽、氧合器、和一个或多个活性滤筒。
术语“跨膜压力”(tmp)”是指跨越膜的压力。具体地说，在超滤液产生器或其他膜滤筒内，ics中的平均压力减去ecs中的平均压力。超滤量可总体上通过跨越滤筒膜的tmp来确定；相应地，tmp和超滤的量和速率可总体上随着超滤泵的操作特性以及用于超滤液产生器中的膜的各种物理性质(例如，孔径和表面积)而变化。
术语“超滤液”(uf)是指跨越超滤液产生器的半透膜过滤的血浆流体和溶解大分子。
术语“超滤液产生器”(ufg)是指一种设备，其包括或实现为“空白”活性滤筒(即，不含有治疗活性细胞的中空纤维滤筒)并且可操作以便将血浆流体(超滤液)与细胞血液组分分离。中空纤维可由半透膜组成，在一些实现方式中，所述半透膜具有例如大约100,000道尔顿的标称分子量截断值。在使用ufg期间，血液可经由中空纤维的ics来循环；包括血浆和各种大分子的超滤液通过膜纤维壁进入再循环回路，其中它循环穿过一个或多个活性滤筒。
术语“超滤”总体上是指超滤液跨越ufg的半透膜从全血中抽出的过程。在以下描述的一些实施方案中，超滤泵可控制超滤液产生速率，同时ufg的中空纤维膜的孔径可控制渗透膜的超滤液的量。
现在转向附图，图1是示出如美国专利号8,105,491所描述的体外过滤和解毒系统的一个实施方案的简化方框图，所述专利以全文引用方式并入本文。如图1指示，系统10总体上包括血液回路100，所述血液回路被配置来耦接至患者并且可操作以便传送来自患者的血液穿过超滤液产生器(ufg)40，并且回到患者；再循环回路50，所述再循环回路耦接至ufg40并且可操作以便汲取来自ufg40的超滤液并且独立于血液的细胞组分处理超滤液；和导管接接合部15，所述导管接接合部可操作以便将再循环回路50中的超滤液与血液回路100中的细胞组分重组，然后再引入患者。图1还示出布置在再循环回路50内的活性滤筒70和氧合器60。活性滤筒70用于治疗超滤液。
ufg总体上包括一个或多个“空白”中空纤维滤筒，其可操作以便将uf与从患者汲取的全血的细胞组分分离。如果需要，替代方法可用于血浆分离。举例来说，可使用离心。
本发明部分地基于以下意外发现：减少来自患者的输入血浆中的血清白蛋白结合分子的浓度可改进血清白蛋白的结合容量，导致使用生物人工肝脏支持系统(例如本发明的系统)改进人肝细胞疗法的性能。
人血清白蛋白是发现于人血液中并且是人血浆中的最丰富蛋白质，其构成血清蛋白的约一半。它在肝脏中作为前体白蛋白原产生并且用于运输各种生物分子，如激素、脂肪酸、和各种其他化合物，包括被认为毒素的那些化合物。通过在血液回路内并入白蛋白解毒部件，可增加白蛋白结合容量(abic)，导致回到患者的血液中的毒性减少。另外，在超滤液进入活性滤筒之前，将血清白蛋白解毒导致驻留于活性滤筒70中的细胞的细胞计数、生长和生存力增加，还导致因这些细胞的治疗性因子(例如，分泌性蛋白质)的产生增加。
abic是表征白蛋白分子的位点特异性结合功能的度量。如本文所讨论的，已确定肝脏衰竭中的abic减少与白蛋白结合毒素增加有联系。如实施例1进一步所讨论的，使用原代肝细胞的实验证实白蛋白结合毒素的减少和abic的改善导致细胞死亡减少和细胞生存力的对应增加。
相应地，一方面，系统包括：(a)血液回路，所述血液回路被配置来耦接至患者并且可操作以便传送来自患者的血液穿过超滤液产生器，并且回到患者；(b)再循环回路，所述再循环回路耦接至超滤液产生器并且可操作以便汲取来自超滤液产生器的超滤液并且独立于血液的细胞组分处理超滤液；(c)导管接接合部，所述导管接接合部可操作以便将再循环回路中的超滤液与血液回路中的细胞组分重组，然后再引入患者；和(d)adc，其可操作以便减少白蛋白结合毒素并且增加abic。
图2是示出系统10的一个实施方案的简化方框图，其包括设置在活性滤筒70上游和ufg40下游的adc80。
图3是示出系统10的一个实施方案的简化方框图，其包括设置在ufg40和再循环回路50下游的adc80。
虽然图2和3的实施方案包括活性滤筒70下游的adc80，但是设想adc80可设置在沿着血液回路的任何点，例如，再循环回路50中的活性滤筒70的下游或再循环回路50的下游。在一个实施方案中，adc80在再循环回路50中设置在氧合器60的下游和活性滤筒70的上游，或氧合器60和活性滤筒70两者的上游。
在系统包括adc的实施方案中，与流过adc之前的abic相比，adc可操作以便增加abic至少约5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、150、200、300、400、500、1,000％或更大。在一些实施方案中，与流过adc之前的abic相比，abic增加至少约1.5、2.0、3.0、4.0、5.0、10、20、30、40、50、75、100、250、500、1000、5000、10,000或更大倍。另外，adc可操作以便将胆汁酸的总浓度减少到小于约100、90、80、70、60、50、40、30、20、15、10、5或1μmol/l或更小。
abic可使用在本领域中已知的任何方法来测量。在一个实施方案中，确定方法基于血浆样本中的特异性白蛋白结合标记物的未结合分率的估计。通过将所述分率与参考白蛋白溶液中的未结合标记物的分率比较，样本的位点特异性结合容量可半定量地表示。在本发明的情形中abic如klammt等人所描述来确定(zgastroenterol39:24-27(2001))。首先，白蛋白溶液中的白蛋白浓度通过散射测量(比浊法)来确定，然后通过稀释将溶液调整到150μmol/l或300μmol/l的白蛋白浓度。随后，以等摩尔比率来添加具有预定浓度的荧光标记物(丹磺基肌氨酸，sigmachemical)的一个体积的白蛋白溶液并且在25℃下培育20min，所述荧光标记物对于白蛋白的结合位点ii(地西泮结合位点)具有特异性。在培育之后，未结合荧光标记物通过超滤(centrisarti,sartoriusgottingen；排阻大小：20000道尔顿)来分离并且分离溶液中的未结合荧光标记物的量通过荧光光谱测定法(fluoroscan,labsystems,finland；激发：355nm；发射：460nm)来确定。为了增强荧光，未结合荧光标记物的溶液用150μmol/l或300μmol/l浓度的无配体白蛋白(无脂肪酸；来自sigmaaldrich，呈粉末形式)补充。与样本氨基酸溶液一起，对参考白蛋白的对应溶液执行相同测量。参考物是纯化的和去配体化的人血清白蛋白(biseko,biotestpharmagmbh,dreieich,germany)。或者，白蛋白也可从超过50个健康血液供体的血清池中移除(使用deutschesroteskreuz[德国红十字会]标准)。abic使用下式来计算：
根据klammt等人并且使用上式来测量的abic不针对白蛋白的所有结合位点来给出白蛋白的绝对结合容量，而是针对结合至sudlowii结合位点(地西泮结合位点)的配体来给出与参考白蛋白相比的相对结合容量。因此，它可具有超过100％的值。然而，特殊测量方法尤其适合于测量abic的甚至最小变化，因为标记物尤其容易地从键合物中排出。
本发明方法的重要优势是在如严重酸化或使用变性手段的极端条件下，白蛋白在结构上大致上不改变，而是基本上保留其天然构象。因此，在输注到患者中之后，并且归因于改进结合容量，可获得相当高的活性。
在本发明的一个实施例中，根据klammt等人测量的通过adc产生的血液部分的abic是至少60％、优选地至少70％、尤其优选地至少80％并且更具体地说优选地至少90％。
在本发明的尤其优选实现方式中，adc包括活性炭。活性炭有利地用作可形成悬浮液或作为粉末的材料，例如填充在管柱中或作为吸附材料床。重要的是粉末形式的活性炭颗粒可在颗粒之间形成通道，一方面，所述通道足够大以便允许白蛋白溶液以足够流动速率来流过吸附材料，而另一方面足够窄以使得白蛋白溶液中的白蛋白分子可在流过期间以高频率与活性炭颗粒进行直接表面接触。
或者，活性炭也可作为吸附材料嵌入固体多孔基质中，例如由纤维素、树脂或其他聚合物纤维或开孔泡沫体形成的聚合物基质。当将活性炭嵌入基质中时，应注意基质允许白蛋白溶液流入并且基质承载活性炭颗粒以使得其可与白蛋白溶液进行接触。此外，基质材料的孔隙率应使得孔可形成通道以便允许白蛋白溶液流过。
在一个实施方案中，使用具有亲水性质的支撑基质，从而允许吸附材料得以湿润。这类支撑基质可例如包括纤维素或其他天然或合成产生的亲水性聚合物。
活性炭本身是多孔材料，其颗粒具有大孔(>25nm)、中孔(1-25nm)和微孔(<1nm)，以使得活性炭具有很大内表面积。对于活性炭来说，这些孔的大小通常由糖蜜值(大孔)、亚甲基蓝吸附(中孔)和碘值(微孔)来给出。内表面积使用bet来确定并且以m2/g活性炭为单位来给出。活性炭总体上被称为吸附介质，其将分子吸取至其孔中并且保留在其中或将物质通过表面键来固定。因为较高孔隙率和内表面积，与其重量或外部体积相比，活性炭具有很高吸附容量。这取决于能够扩散至这些孔中的分子。
在实施方案中，活性炭被选择来使得它具有100至400，优选地200至300的糖蜜值(iupac)。它还可具有1至100g/100g活性炭、优选地10至30g/100g活性炭的亚甲基蓝吸附(iupac)，500至3000、优选地800至1500的碘值(iupac)，和/或100至5000m2/g活性炭、优选地800至1400m2/g活性炭的总内表面积(bet)(iupac)。
如本文论述，活性滤筒70包括活细胞，其连续地将治疗因子分泌到通过滤筒的uf中。活性滤筒70的细胞取决于足够电离钙来获得功能性。柠檬酸通过结合电离钙(例如，钙阳离子)来充当血流中的抗凝血剂。因此，相比于系统内的局部抗凝血，常规系统受限于全身抗凝血(例如，在患者体内是全身性的)。系统抗凝血剂具有出血或不充分抗凝血和因此过早凝聚的风险，从而负面地影响这些疗法的风险效益比。
参考图1，当前抗凝血方法基于全身性地或在来自患者的输入动脉管线中给予患者的全身抗凝血剂。在肝素的情况下，输注100与2000单位/小时之间，导致活化部分凝血活酶时间(aptt)的全身性延长，从而增加患者的出血风险。因此，问题是用以形成流回到患者的血液的uf不能凝固。
本发明解决此问题并且提供使用柠檬酸盐来实现系统内的局部抗凝血的系统。举例来说，柠檬酸盐施加至系统10的血液回路100中，随后从uf中移除，然后将uf再引入患者。在移除柠檬酸盐后，还将电离钙引入uf中，将uf再引入患者中。
相应地，一方面，系统包括：(a)血液回路，所述血液回路被配置来耦接至患者并且可操作以便传送来自患者的血液穿过超滤液产生器，并且回到患者；(b)再循环回路，所述再循环回路耦接至超滤液产生器并且可操作以便汲取来自超滤液产生器的超滤液并且独立于血液的细胞组分处理超滤液；(c)导管接接合部，所述导管接接合部可操作以便将再循环回路中的超滤液与血液回路中的细胞组分重组，然后再引入患者；(d)柠檬酸盐输注端口；和(e)可操作以便移除柠檬酸盐的部件。在实施方案中，部件是透析器或柠檬酸盐吸收的设备。
图4是示出系统10的一个实施方案的简化方框图，其包括柠檬酸盐输注端口90和可操作以便移除柠檬酸盐的部件85(在此实施方案中示出为透析器)。图2的系统还包括在部件85下游和活性滤筒70上游的电离钙输注端口95以使得在uf通过活性滤筒之前，可将钙再引入uf中。
图5是示出系统10的一个实施方案的简化方框图，其包括柠檬酸盐输注端口90和可操作以便移除柠檬酸盐的部件85(在此实施方案中示出为透析器)。图5的系统还包括在部件85下游和活性滤筒70上游的第一电离钙输注端口95和在活性滤筒70下游的第二电离钙输注端口95以便补充由活性滤筒的细胞耗尽的电离钙。
在各种实施方案中，系统10可包括用于输注除了钙以外的阳离子(例如镁)的一个或多个输注端口，所述阳离子也可与柠檬酸根阴离子复合并且在通过部件85来移除柠檬酸盐之后，必须在uf中加以补充。
在各种实施方案中，系统10可包括沿着血液回路100设置的一个或多个钙和/或柠檬酸盐传感器以便监测电离钙和/或柠檬酸盐浓度。传感器可被配置来检测电离钙、柠檬酸盐和/或柠檬酸钙的水平。在一个实施方案中，系统10包括与沿着血液回路100的每个柠檬酸盐或钙输注端口相邻的传感器。举例来说，钙传感器可定位在钙输注端口95下游和活性滤筒70上游。另外，钙传感器可定位在活性滤筒70下游和接合部15下游。
如本文使用，“柠檬酸盐”是指任何形式的柠檬酸根阴离子，包括柠檬酸(与三个质子复合的柠檬酸根阴离子)、含有柠檬酸根阴离子的盐，和柠檬酸根阴离子的偏酯(partialcaster)。柠檬酸根阴离子是有机三羧酸盐。已指派化学文摘登记号77-92-2的柠檬酸具有分子式hoc(co2h)(ch2co2h)2和192.12g/mol的式量。柠檬酸盐(即，含有柠檬酸根阴离子的盐)由与一个或多个生理可接受阳离子缔合的一个或多个柠檬酸根阴离子组成。示例性生理可接受阳离子包括但不限于质子、铵阳离子和金属阳离子。合适金属阳离子包括但不限于钠、钾、钙和镁，其中钠和钾是优选的，并且钠是更优选的。含有柠檬酸根阴离子的组合物可含有生理可接受阳离子的混合物。
在从uf中移除后，柠檬酸盐通常与质子和/或金属阳离子(例如，钙或镁)缔合。示例性的这些柠檬酸盐化合物是不限于柠檬酸、柠檬酸二氢钠、柠檬酸氢二钠、柠檬酸三钠、柠檬酸三钠二水合物、柠檬酸二氢钾、柠檬酸氢二钾、柠檬酸钙和柠檬酸镁。
在一个实施方案中，柠檬酸钠提供输注至uf中的柠檬酸根阴离子的来源。柠檬酸钠可呈化学干粉、晶体、丸剂或片剂形式。任何生理上可耐受形式的柠檬酸或柠檬酸钠可用于将柠檬酸根阴离子引入uf中。例如，柠檬酸或柠檬酸钠可呈水合物形式，包括一水合物。
在各种实施方案中，系统10被配置来维持进入活性滤筒的uf中的电离钙水平大于约0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2mmol/l或更高。在一个实施方案中，系统10被配置来维持进入活性滤筒的uf中的电离钙水平大于约0.8mmol/l。在各种实施方案中，系统10被配置来维持接合部15下游的流体中的电离钙水平小于约0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2mmol/l或更小。在各种实施方案中，系统10被配置来维持接合部15下游的流体中的电离钙水平小于约0.5mmol/l或更小。
在各种实施方案中，柠檬酸盐在ufg40之前以多达约0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9或2.0摩尔/l的量来输注至uf中。钙和镁盐在柠檬酸盐移除部件85后输注至uf中以便保持电离钙和镁平衡。
当前解毒系统产生来自大约100kd过滤器的uf。因此，活性滤筒的细胞对于存在于患者血液中的低分子量物质(如毒素)的代谢，受到超滤速率的限制，例如，从来自患者的输入血液产生的超滤液的速率。在实际上，使用如美国专利号8,105,491公开和图1示出的系统，超滤速率在约10至60ml/min之间。
在如图1所表示系统的系统中，通过ufg40过滤的血浆部分进入基本上是闭环生物反应器的再循环回路50中，其中滤液以与进入和离开再循环回路50的流量相同的流动速率来流过活性滤筒70。因此，即使在活性滤筒70中100％代谢的情况下，uf中毒素的最大清除率是10至60ml/min。对于如氨或乳酸盐的一些毒素，那些清除率不足以支持肝脏解毒。
本发明的系统解决此问题并且基于以下意外发现：活性滤筒70很有效地移除如毒素的低分子量的小分子，因此毒素的肝脏清除率可高于60ml/min。
相应地，一方面，系统包括：(a)血液回路，所述血液回路被配置来耦接至患者并且可操作以便传送来自患者的血液穿过超滤液产生器，并且回到患者；(b)再循环回路，所述再循环回路耦接至超滤液产生器并且可操作以便汲取来自超滤液产生器的超滤液并且独立于血液的细胞组分处理超滤液；(c)导管接接合部，所述导管接接合部可操作以便将再循环回路中的超滤液与血液回路中的细胞组分重组，然后再引入患者；和(d)扩散部件，所述扩散部件可操作以便允许增加来自血液的低分子量物质传输到再循环回路内的超滤液流中。
在本发明的系统10中，低分子量物质的质量传递的极限通过在ufg40中包括扩散部件110来增加。图6是示出本发明系统10的一个实施方案的简化方框图，其还包括扩散部件110，所述扩散部件可操作以便允许增加来自流过ufg40的血液的低分子量物质传输到通过再循环回路50的穿过活性滤筒70的uf流中。
在实施方案中，ufg40和扩散部件110被配置来以使得再循环回路50内的uf流和ufg40内的血液流通过半透膜来分隔，其中血液流和uf流沿着半透膜的相对侧面来引导。沿着膜的穿过扩散部件110的再循环回路50中的uf流可平行于或反向于穿过ufg40的血液流，如图6示出。在实施方案中，沿着膜穿过扩散部件110的uf流(透析液流)大于进入再循环回路50的跨越膜产生的uf流(滤液流)。举例来说，再循环回路50中的沿着膜的uf流可比跨越膜产生的uf流大至少2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100倍或更大。
在这个配置中，离开血液的物质的最大清除率不受到经过ufg40的uf的速率限制。对于具有穿过扩散部件膜的100％渗透率(筛分100％)并且可通过活性滤筒70中的细胞来100％移除的低分子量物质，这个公开的实施方案中的清除率只受到血液流限制，其可大于60ml/min，例如，约70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、500、100、1500、2000、2500、3000ml/min或更高，这取决于血液流。
在实施方案中，系统10被配置来使得进入ufg40的流量是约150-250ml/min，穿过再循环回路50的流量是约1500至2500ml/min并且接合部15下游的流量是约10至60ml/min。这是经由如图6示出的血液泵20来实现。
在实施方案中，扩散部件110包括具有半透膜的中空纤维过滤器，所述半透膜具有预定分子量截断值。在一些实施方案中，半透膜具有小于约10,000道尔顿，如9,000、8,000、7,000、6,000、5,000、4,000、3,000、2,000、1,000、500或100道尔顿的预定分子量截断值。在一些实施方案中，半透膜具有小于约0.1、0.05、0.01、0.005、0.001、0.0005或0.0001μm的孔径。
如本文使用，低分子量物质是小于约10,000道尔顿，如9,000、8,000、7,000、6,000、5,000、4,000、3,000、2,000、1,000、500或100道尔顿的物质。
一方面，系统包括：(a)血液回路，所述血液回路被配置来耦接至患者并且可操作以便传送来自患者的血液穿过超滤液产生器，并且回到患者；(b)再循环回路，所述再循环回路耦接至超滤液产生器并且可操作以便汲取来自超滤液产生器的超滤液并且独立于血液的细胞组分处理超滤液；(c)导管接接合部，所述导管接接合部可操作以便将再循环回路中的超滤液与血液回路中的细胞组分重组，然后再引入患者；和以下各项中的一个或多个：扩散部件，所述扩散部件可操作以便允许增加来自血液的低分子量物质传输到再循环回路内的超滤液流中，白蛋白解毒部件(adc)，所述白蛋白解毒部件可操作以便减少白蛋白结合毒素并且增加abic，和柠檬酸盐输注端口以及可操作以便移除柠檬酸盐的部件。
一方面，系统包括：(a)血液回路，所述血液回路被配置来耦接至患者并且可操作以便传送来自患者的血液穿过超滤液产生器，并且回到患者；(b)再循环回路，所述再循环回路耦接至超滤液产生器并且可操作以便汲取来自超滤液产生器的超滤液并且独立于血液的细胞组分处理超滤液；(c)导管接接合部，所述导管接接合部可操作以便将再循环回路中的超滤液与血液回路中的细胞组分重组，然后再引入患者；(d)扩散部件，所述扩散部件可操作以便允许增加来自血液的低分子量物质传输到再循环回路内的超滤液流中；和(e)白蛋白解毒部件(adc)，所述白蛋白解毒部件可操作以便减少白蛋白结合毒素并且增加abic。
一方面，系统包括：(a)血液回路，所述血液回路被配置来耦接至患者并且可操作以便传送来自患者的血液穿过超滤液产生器，并且回到患者；(b)再循环回路，所述再循环回路耦接至超滤液产生器并且可操作以便汲取来自超滤液产生器的超滤液并且独立于血液的细胞组分处理超滤液；(c)导管接接合部，所述导管接接合部可操作以便将再循环回路中的超滤液与血液回路中的细胞组分重组，然后再引入患者；(d)扩散部件，所述扩散部件可操作以便允许增加来自血液的低分子量物质传输到再循环回路内的超滤液流中；(e)白蛋白解毒部件(adc)，所述白蛋白解毒部件可操作以便减少白蛋白结合毒素并且增加abic；(f)和柠檬酸盐输注端口；以及(g)可操作以便移除柠檬酸盐的部件。
一方面，系统包括：(a)血液回路，所述血液回路被配置来耦接至患者并且可操作以便传送来自患者的血液穿过超滤液产生器，并且回到患者；(b)再循环回路，所述再循环回路耦接至超滤液产生器并且可操作以便汲取来自超滤液产生器的超滤液并且独立于血液的细胞组分处理超滤液；(c)导管接接合部，所述导管接接合部可操作以便将再循环回路中的超滤液与血液回路中的细胞组分重组，然后再引入患者；(d)扩散部件，所述扩散部件可操作以便允许增加来自血液的低分子量物质传输到再循环回路内的超滤液流中；(e)和柠檬酸盐输注端口；以及(f)可操作以便移除柠檬酸盐的部件。
一方面，系统包括：(a)血液回路，所述血液回路被配置来耦接至患者并且可操作以便传送来自患者的血液穿过超滤液产生器，并且回到患者；(b)再循环回路，所述再循环回路耦接至超滤液产生器并且可操作以便汲取来自超滤液产生器的超滤液并且独立于血液的细胞组分处理超滤液；(c)导管接接合部，所述导管接接合部可操作以便将再循环回路中的超滤液与血液回路中的细胞组分重组，然后再引入患者；(d)白蛋白解毒部件(adc)，所述白蛋白解毒部件可操作以便减少白蛋白结合毒素并且增加abic；(e)和柠檬酸盐输注端口；以及(f)可操作以便移除柠檬酸盐的部件。
本发明的系统10还可包括肝素输注泵，其可用于将肝素引入ufg上游的全血中。本领域技术人员将了解肝素、酸性粘多糖、或其各种衍生物可提供抗凝血效应；其他抗凝血剂可为适合的，这尤其取决于解毒处理的性质和各种其他系统参数。
如以上阐明，肝素输注泵可向ufg上游的血液回路提供肝素或类似抗凝血剂；类似地，葡萄糖输注泵可向再循环回路上游的uf提供葡萄糖以便滋养c3a或其他活性细胞。在一些实施方案中，泵可包括合适传感器或传感器输入、致动器、和控制电子元件，所述控制电子元件可根据传感器输出和控制信号来操作以便分别随着穿过血液回路和再循环回路的总体流动速率而变化来动态调整流动速率。总体流动速率的指示可例如从分布在回路中的各个位置处的流动速率或压力传感器所提供的输出来获得。
在实施方案中，可实现空气检测器以便检测循环流体内的气泡或其他气态污染物。在一些实施方案中，例如，一个或多个空气检测器可并入血液回路中，并且一个或多个额外空气检测器也可在再循环回路中的选定位置处并入。如总体上已知并且在本领域中实施的，许多合适机械过滤系统可用于移除不必要的气体污染。在一些实施方案中，这些过滤系统中的一个或多个可响应于来自一个或多个空气检测器的输出来选择性地操作。因此，虽然为了清楚已经省去一些硬件的表示，但是应认识到本公开涵盖检测和移除来自流体系统、尤其在患者的静脉入口处或附近的空气和其他气泡。
在临床或治疗性治疗期间，uf可通过中空纤维滤筒的内腔(ics)来泵送，从而允许来自uf的毒素、营养物、葡萄糖和溶解氧跨越膜扩散到ecs中，其中活性细胞可将其代谢。代谢物连同白蛋白和由细胞产生的其他蛋白质一起可跨越膜扩散回到uf中以便返回到患者。
如以上阐明并且在本文中涵盖的，c3a细胞系可为人肝胚细胞瘤细胞系hepg2的亚克隆。这种如c3a的母细胞系的一些亚克隆展现肝脏特异性功能能力，如高白蛋白产生和α-胎蛋白(afp)产生。c3a细胞系已展现出这种肝脏特异性功能性，并且在本文中仅以举例方式并且不作为限制来描述。在这方面，应指出本发明的系统和其相应部件的效用在本文中只以举例方式来描述；本领域技术人员认识到所公开的系统和方法可在除了肝脏疗法以外的情形中促进解毒和治疗性治疗。本公开不意欲限于实现任何特定细胞系的任何特定应用。
在一些实施方案中，活性滤筒的中空纤维可具有大于70,000道尔顿的标称分子量截断值，例如，允许如白蛋白的中等分子量分子穿过膜。由c3a或其他活性细胞产生的大分子可能能够扩散到穿过ics循环的uf中；类似地，携带白蛋白的毒素能够从ics扩散到占据ecs的活性细胞中。
如以上阐明，肝素输注泵可向ufg40上游的血液回路提供肝素或类似抗凝血剂；类似地，葡萄糖输注泵可向再循环回路50上游的uf提供葡萄糖以便滋养c3a或其他活性细胞。
在一些实施方案中，血泵20可包括合适传感器或传感器输入、致动器、和控制电子元件，所述控制电子元件可根据传感器输出和控制信号来操作以便随着穿过血液回路100和再循环回路50的总体流动速率而变化来动态调整流动速率。总体流动速率的指示可例如大致上如下阐明从分布在回路中的各个位置处的流动速率或压力传感器所提供的输出来获得。
血液取出压力可在血液回路100中加以测量。血液取出监测血液从患者流出到血泵20的流体压力和任何压力波动。
再循环回路50总体上包括血泵20、氧合器60和一个或多个活性滤筒70。再循环回路可任选地含有一个或多个额外解毒设备。如果需要，那么氧合器60和活性滤筒70的位置可任选地交换。
氧合器60可包括或实现为总体上在本领域中已知的各种膜氧合器中的任何一个或根据已知原理来开发和可操作的其他类型的氧合器。在操作中，氧合器60可提供氧以便在活性滤筒70中执行的解毒或治疗过程中使用。
如以上阐明，再循环回路50可并入一个或多个活性滤筒70，其中的每一个可实现为或包括中空纤维过滤器。因此，每个活性滤筒70可包括使用半透膜的中空纤维束。在uf循环穿过滤筒时，在这些纤维周围，一种或多种类型的活性细胞可用于以选定方式来处理uf。促进活性滤筒70中的处理的活性细胞的特性、数量、密度和遗传组成可随着使用再循环回路50的系统10的总体功能而变化来选择。如本文阐明，系统10和再循环回路50的示例性实施方案并入c3a细胞，然而存在其他替代方案，尤其取决于系统10的所需效用和试图移除或处理的污染物的性质。
在系统10的操作期间，来自回路50的uf可穿过一个或多个额外过滤器或过滤器系列，然后再引入血液回路100。
再循环回路50可进一步包括如阀总成的各种其他部件以便防止回流并且分别在再循环泵的吸入侧和压力侧提供调节的流动速率。一些实施方案可使用动态启用阀组件，其可选择性地调整以便精确地控制流动速率；为了清楚，未在附图的实施方案中展示适合传感器，如温度、压力或流量计和相关联电子元件和控制硬件。本领域技术人员了解各种技术和流量控制装置总体上是已知的并且涵盖在本文中。
在操作中，氧合器60可在活性滤筒70上游的点处定位在再循环回路中以便确保在疗法期间，将足够氧提供给活性细胞。应了解到气体流量计(未展示)可耦接在气体供应与氧合器60之间；如总体上在本领域中已知，这些气体流动计可促进调控输送至氧合器60的氧的量，确保足够氧合作用以便维持保持在活性滤筒70中的治疗性活性细胞。
系统10可被设计来提供连续处理；相应地，一个或多个辅助电池或其他不间断电源可提供在系统10的各个位置处。
使全血返回到患者可涉及使用阀组件或另外根据患者的身体状况和内部血压要求来调节流动速率。系统10可使用或包括接合部15下游的以下特征或硬件中的一些或全部：动态可调整阀组件，其实现精确压力控制或流量调节；安全阀或回流限制器，其防止上游压力变化使血流方向逆转；和气泡检测和移除装置或设备。
关于数据获取和分析，一个或多个内联血液气体分析器可在活性滤筒70的上游或下游(或同时)实现。当两个气体分析器布置在上游和下游时，来自活性滤筒70的上游和下游侧的氧和ph差异可提供在疗法期间随着时间的治疗性细胞功能的重要测量结果。这些测量结果可使用多个内联分析器来实时产生。
提供以下实施例来进一步说明本发明的实施方案，但并不意在限制本发明的范围。虽然它们是可以使用的实施例中的典型，但可替代地使用本领域技术人员已知的其他程序、方法或技术。
实施例1
增加白蛋白结合容量
实验：为了减少白蛋白结合毒素并且为了增加abic，在用炭过滤器处理前后，将原代肝细胞与患有肝脏衰竭的患者的肝素化血浆一起培育。
白蛋白结合毒素的减少和abic的改进导致脂质小滴的形成(作为线粒体功能障碍的指示)减少，作为由于细胞内钙升高所导致的细胞凋亡的指示物的“起泡”减少，和改进生存力，如“生存死亡”测试示出。
为了减少白蛋白结合毒素并且为了增加abic，在用炭过滤器处理前后，将原代肝细胞与患有肝脏衰竭的患者的肝素化血浆一起培育。在处理之前，观察到“泡沫状”细胞，它指示“起泡”，这是细胞凋亡的光学显微术迹象，并且观察到肝细胞内的多个脂质小滴。观察到减少白蛋白结合毒素和由此改进血浆中的abic可预防那些症状(数据未展示)。
本发明参考特定实施方案仅以举例方式，并且不作为限制来示出和详细描述。本领域技术人员了解所描述示例性实施方案的各种修改在本公开的范围和设想内。因此，希望本发明被视为仅由附加权利要求的范围来限制。