DE2325538A1

DE2325538A1 - Verfahren und geraet zum reinigen von blut

Info

Publication number: DE2325538A1
Application number: DE2325538A
Authority: DE
Inventors: Kenneth N Matsumura
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-12-29
Filing date: 1973-05-19
Publication date: 1974-12-05
Also published as: US3734851A; FR2229429B1; AU486293B2; US3827565A; NL7307060A; NL178224C; AU5583973A; GB1401191A; FR2229429A1; CH554680A; DE2325538C2

Description

Betreff:

DR.-ING. Q. RIEBLING PATENTANWALT 2325538

Mein Zeichen

S273-14/Io/Wm

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L J

ihr Zeichen ihre Nachricht vom 8Θ9 Lindau (Bodensee)

Rennerie 10 - Postfach 3160

17. Mai 1973

KENNETH N. MATSUMÜRA,

215o Shattuck Avenue, Berkeley/CaIifοrnia/USÄ

Verfahren und Gerät zum Reinigen von Blut

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Gerät zum Behandeln von Körperflüssigkeit und im allgemeinen das Gebiet künstlicher Organe.

Erfolgreiche künstliche Organe sind auf jene Organe begrenzt gewesen, die die einfachste Funktion auf-

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weisen, ζ. B. in dem Fall der Niere zu filtern und in dem Fall des Herzens zu pumpen. Es ist als unmöglich angenommen worden, ein Verfahren und Gerät für die Behandlung von Blut zu entwickeln, um die Funktion viel komplizierterer Organe zu ersetzen oder ergänzen, wie beispielsweise die Leber, infolge der Vielfalt der Funktionen dieses Organs bei dem Entfernen der chemischen Umwandlung und dem Zusetzen einer Vielzahl von Chemikalien in das Blut. Dem Erfinder der vorliegenden Erfindung ist es jedoch gelungen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und Gerät für die Behandlung von Blut oder anderer Körperflüssigkeit vorzusehen, welches die verschiedenen und komplizierten Funktionen versehen wird, die normalerweise durch die Leber ausgeführt werden.

Die Technik der vorliegenden Erfindung ist auch wertvoll beim Vorsehen der lang gesuchten, erfolgreichen künstlichen endokrinen Bauchspeicheldrüsen.

Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

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Es zeigt:

Fig. 1 eine teilweise weggeschnittene Perspektivansicht des Gerätes;

Fig. 2 eine Vertikalschnittansicht längs der Linie II-II von Fig. Ij

Fig. 3 eine Vertikalschnittansicht längs der Linie III-III von Fig. 1; und

Fig. 4 eine auseinandergenommene Ansicht des Gerätes.

Das Verfahren der"vorliegenden Erfindung enthält das Anbringen einer halbdurchlässigen Membrane 12 auf einer Seite von zu behandelndem Blut oder zu behandelnder Körperflüssigkeit, wie durch die Pfeile 14 angedeutet und das Anbringen von lebenden Leberzellen 15 auf der gegenüberliegenden Seite der Membrane 12 und in deren Nähe.

Vorzugsweise wird eine zweite halbdurchlässige Membrane 13 auf der gegenüberliegenden Seite der Zellen angebracht und Dialysatflüssigkeit,angedeutet durch die Pfeile 17,

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fliesst über die zweite Membrane ohne Berührung mit dem Blut 14 und den Zellen 15. Auf diese Weise fliessen durch das Blut mitgeführte verbrauchte Produkte durch die erste Membrane, wobei die Zellenschicht darauf einwirkt, fliessen durch die zweite Membrane, und werden durch die Dialysatflüssigkeit aufgenommen und weggeführt. Gleichzeitig werden durch die Zellen erzeugte erwünschte Produkte und im Blut enthaltene Substanzen,auf die die Zellen einwirken, um erwünschte Produkte zu bilden, in dem Blutstroml4 aufgenommen. Gleichermassen fliesst jegliches erwünschtes Salz oder jede erwünschte Substanz, wie beispielsweise Aminosäuren und Vitamine, in der Dialysatflüssigkeit durch das Gerät, um in den Blutstrom zu gelangen, worin die Konzentration solcher Bestandteile erschöpft worden ist.

Die erste Membrane ist von solcher Art, um den Durchgang von Molekülen zu erlauben, aber vorzugsweise wird der Durchgang von Zellen nicht erlaubt. Somit verhindert die Membrane 12 die übertragung von immunologischen Zellen im Blut, welche sonst die Leberzellen zerstören könnten, wenn genetische histo-Inkompatibilität zwischen den Leberzellen und dem behandelten Tier besteht, und sie verhindert auch den Verlust von Leber-

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zellen in das Blut, Die Membrane 12 erlaubt optimalen Durchgang der Moleküle von grosser Divergenz in Grosse, Form und elektrischer Ladung, wie beispielsweise Protein, Kohlehydrat, Bilirubin, Ammoniak etc. Eine solche Membrane kann ζ. Β. aus membranenartigem Filtermaterial sein, wie beispielsweise Millipore-Filter MF,(hergestellt aus gemischten Estern von Zellulose) HAW, mit einer Porosität oder durehschnittlichen Porengrösse von etwa ο ,45 Mikron. Andere Arten von Membranen (z. B. andere Millipore-Membranen) können als geeignet gefunden werden. Jede Membrane von verschiedener Chemie und Struktur weist ihre charakteristischen Eigenschaften auf bezüglich des bevorzugten Durchganges bestimmter Moleküle der erlaubten Diffusionsrate, der Giftigkeit, der Leichtigkeit der Handhabung, der Festigkeit, der Dauerhaftigkeit in der Anwendung, der Gerinsel bildenden Eigenschaft etc., wie im Fachgebiet wohlbekannt, und wird demgemäss durch einen Fachmann ausgewählt. Membranen werden von solcher Dicke sein, um den leichten oder schnellen Austausch von Molekülen zu erlauben, und können von etwa 3o bis 15o Mikron variieren.

Die Membrane 13 ist von solcher Art, um den Durchgang

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von Molekülen von geringerer Grosse als Proteinraoleküle und jene verschiedener Form und elektrischer Ladung zu erlauben. Sie verhindert den Durchgang grosser Moleküle, wie beispielsweise Proteine, und den Verlust von Leberzellen in die Dialysatflüssigkeit. Während des HepatifikationsVorganges wechselt das behandelte Blut durch die Membrane 12 Moleküle, wie beispielsweise nichtkonjugiertes Bilirubin, Ammoniak, Glukose, Proteine, Aminosäuren, Vitamine etc., mit Molekularprodukten der Leberzellen. Gleichzeitig fliessen solche Leberzellen, produkte, wie konjugiertes Bilirubin, Gallensalze, Harnsäure etc. durch die Membrane 13 heraus in die Dialysatflüssigkeit. Eine vorteilhafte Membrane für die Verwendung als die zweite Membrane ist die Zelleophan-Membrane, wie sie in künstlichen Nieren verwendet wird. Die Membrane 13 variiert in der Dicke von etwa 25 bis etwa 75 Mikron. Andere Arten von Membranen, wie beispielsweise jene, die aus Silastic hergestellt sind, können geeignet sein. Die Membrane wird durch Fachleute ausgewählt, um z. B. ihren bekannten, bevorzugten Durchgang der Moleküle, den richtigen Mangel an Giftigkeit, ihre Festigkeit, die Leichtigkeit der Handhabung und die Dauerhaftigkeit in der Anwendung aufzuweisen.

Die Dialysatflüssigkeit wird in der Zusammensetzung

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variieren, abhängig von dem behandelten Tier, und seiner besonderen Mängel. Solche wässrigen Dialysatflüssigkeiten sin dm Handel erhältlich.

Die Leberzellenschicht kann, wenn gewünscht, hergestellt werden durch Präparieren einer "augenblicklichen" konfluierenden oder superkonfluierenden "Mono"-Schicht, wobei wohlbekannte Gewebekulturtechniken verwendet werden, auf jeder Membrane vor ihrem Zusammenbau zu der hierin beschriebenen und dargestellten Dreifolienstruktur aus einer frischen, wässrigen Suspension von Leberzellen, d.h. einmal dispergierten Zellen» Eine solche Suspension kann durch viele bekannte Gewebespaltungsverfahren hergestellt werden, wie beispielsweise das Trypsin-Verfahren von Ä. Moscona. Durch den Ausdruck "augenblicklich" ist gemeint, daß eine Membrane mit einer Suspension von lebenden Zellen bei hoher Konzentration behandelt wird, oder in Berührung damit gebracht wird, und eine "mono"-Schicht wird dann durch Zellenanbringung an die Membrane gebildet, wobei unverzüglich eine konfluierende oder super-konfluierende "Mono"-Schicht hergestellt wird. Eine konfluierende "Mono"-Schicht ist eine Schicht, die die Membrane auf eine Tiefe von einer Zelle vollständig

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bedeckt, aber es versteht sich, daß ein kleinerer Teil der Oberfläche der Membrane mit einer Schicht von mehr als einer Zelle in der Tiefe bedeckt werden kann; und in einer superkonfluierenden "Mono"-Schicht ist eine solche Bedeckung zwei oder mehr Zellen tief. Diese Ausdrücke und Verfahren sind im Fachgebiet wohlbekannt. Wenn eine konfluierende Schicht auf die übliche Art und Weise hergestellt wird, ausgehend mit einer Suspension von 2,5 χ Io Zellen pro cm Leberzellen, entsteht eine unerwünschte Änderung in dem Verhältnis von Epithelialzellen: Fibroplastzellen in der Monoschicht von jenen in vivo gefundenen. Fibroplastzellen profilieren sich wahlweise schneller als Epithelialzellen,' Es ist deshalb besonders vorteilhaft, eine konfluierende oder superkonfluierende "Mono"-Schicht aus zwei Gründen zu verwenden: Erstens um maximale Hepatifikation pro Oberfläche zu erlauben und zweitens die Profilierung von Fibroplasten als auch die Entdifferenzierung von epithelialen Zellen zu verhindern. Die Tiefe der Leberzellenschicht ist vorteilhafterweise die Dicke einer Zellenschicht für optimalen Austausch mit sowohl dem Blut und dem Dialysat als auch zum Verhindern der Entdifferenzierung. Es ist jedoch nicht wesentlich, eine "Mono"-Schicht zu verwenden,

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solang die Zellenschicht den Fluss zwischen den Membranen erlaubt, wie hierin beschrieben.

Das Verfahren und Gerät der vorliegenden Erfindung wird als eine künstliche Leber-Niere verwendet, zur Verwendung, wenn sowohl die Leber als auch die Niere gleichzeitig versagen, oder als eine künstliche endokrine Bauchspeicheldrüsen-Niere, in Fällen von Diabetis mit Elektrolyt-Ungleichgewicht. In dem letzteren Fall ist die Zellenschicht der Btreifolienstruktur zusammengesetzt aus Bauchspeicheldrüsenzellen, die getrennt sind, unter Verwendung der Technik, beschrieben von S. Moskalewski in Gen. Comp. Endoc. 5,: 342 ( 1965 ) oder C.Hellerstrom (1964), Acta Endocrinol. 45: 122 - 132; oder hergestellt aus Insulinoma-Zellen von einem Patienten. Eine Mono-Schicht von Insulinoma-Zellen kann aus niedrigeren Zellenkonzentrationen gebildet werden, z. B. fünf

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mal Io Zellen pro cm durch herkömmliche Verfahren.

Vorzugsweise wird eine Anzahl von Behandlungseinheiten Io, jede bei einem Minimum eine Kombination der Körperflüssigkeit oder Blut, Membrane und lebende Zellen enthaltend, in einem Gehäuse 11 zusammengesetzt, wie in Fig. 2 dargestellt, und ist mit einem Einlaß

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- Io -

und einem Auslaß 42 ausgebildet, zum Einlassen und Auslassen des zu behandelnden Blutes. Vorzugsweise und in der hier speziell dargestellten Form enthält jede Einheit Io das Paar von Membranen 12 und 13, mit den lebenden Zellen 15, die dazwischengeschichtet sind, so daß das Blut 14 veranlasst wird, über die Membrane

12 zu fHessen, während die Dialysat-Flüssigkeit 17 veranlasst wird, über die Membrane 13 zu fliessen. Siehe Fig. 3. Demgemäss ist das Gehäuse 11 mit Einlaß- und Auslaß-Öffnungen 43 und 44 für die Zuführung und den Auslaß von Dialysatflüssigkeit · versehen. Membranen 12 und 13 sind rund um ihre Kanten abgedichtet, wie bei 16 veranschaulicht, durch eine geeignete Anordnung, wie beispielsweise Silastic-Klebstoff, um die lebende Zellenschicht 15 dazwischen einzuschliessen. Wie in Fig. 2 und 3 dargestellt, sind Einheiten Io in abwechselnd umgekehrten Stellungen so befestigt, daß Membranen 12 von benachbarten Einheiten im Abstand zueinander angeordnet sind, um einen Blutweg 18 dazwischen vorzusehen; und Membranen

13 sind in im Abstand zueinander angeordneter gegenüberstehender Stellung und bilden Durchgänge 19 dazwischen für Dialysat-Flüssigkeit.

Der Fluss der Flüssigkeiten durch solche Durchgänge wird auch eingeschränkt und durch Rahmen 21, 21'

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gerichtet, welche die Seitenwände 22, 23, 24 und solcher Durchgänge vorsehen; und deren Stirnwände 27, 28, 29 und 3o. Von den Seitenwänden 22 und 23 neben ihrer Verbindung erstrecken sich Trennwände 32' nach innen; und von den Stirnwänden 29 und 3o in dem Rahmen 21' erstrecken sich Trennwände 33 nach innen, die sich im allgemeinen senkrecht zu den Wänden 29 und 3o erstrecken, und die Wände 34 im allgemeinen parallel zu den Wänden 29 und 3o, um eine eingeschlossene Fläche 35 zu bilden. Fläche oder öffnung 35 grenzt im zusammengebauten Zustand an den Raum 36 in dem Rahmen 21, um einen Eintrittoder Ausgangsdurchgang oder Vorratsbehälter zu bilden, der mit dem Durchgang 18 verbunden ist. Gleichermassen passen öffnungen 38, eingerahmt wurch Wände 32, 32' in dem Rahmen 21 mit Flächen oder öffnungen 39 in dem Rahmen 21' zusammen, wenn sie zusammengebaut sind, um eine Leitung oder einen Durchgang oder Vorratsbehälter zu bilden, der mit dem Dialysatdurchgang 19 an einem Ende des Gerätes Verbunden ist,und sie an dem anderen Ende abzuziehen, ähnlich der obigen Anordnung für die Leitung von Blut zu und von den hepatifierenden Einheiten. Einlaß- und Auslaß-Leitungen 4o und 42 sind vorgesehen, wie oben angegeben, um das Einführen und Abziehen der

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Körperflüssigkeit, wie Beispielsweise Blut, ermöglichen; und Leitungen 43 bzw. 44 ermöglichen das Einführen und Abziehen der Dialysat-Flüssigkeit, um im Gegenstrom zum Fluss von Blut zu fHessen. Fluss kann gleichlaufend bewirkt werden, aber es ist vorteilhaft, ihn gegenläufig auszuführen. Die Rahmen 21 und dasGehäuse können aus Silastic-Lucite oder anderem Material hergestellt sein, das mit Körperflüssigkeiten verträglich ist, und werden vorzugsweise behandelt, um einen Blutgerinseleffekt im Blut zu vermeiden. Das Verfahren kann mit Zellenbehandlung betrieben werden und Diealyse des Blutes wird gleichzeitig oder in Reihe erreicht.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche :

1. Gerät zum Reinigen von Blut, gekennzeichnet durch eine halbdurchlässige Membrane (12) und eine damit vereinigte Anordnung (15) zum Anbringen von zu behandelnder Körperflüssigkeit in Berührung mit einer Seite der Membrane; und einmal dispergierte lebende Leberzellen (15), die nahe der gegenüberliegenden Seite der Membrane und ohne direkte Berührung mit der Körperflüssigkeit angebracht sind.

2. Gerät zum Reinigen von Blut, gekennzeichnet durch eine halbdurchlässige Membrane (12) und eine damit vereinigte Anordnung zum Anbringen von zu behandelnder Körperflüssigkeit, in Berührung mit einer Seite der Membrane; und lebende Bauchspeicheldrüsenzellen, die nahe der gegenüberliegenden Seite der Membrane und ohne direkte Berührung mit der Körperflüssigkeit angebracht sind.

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3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine zweite halbdurchlässige Membrane (13), deren eine Seite neben der zuerst erwähnten Membrane liegend angebracht ist und die Zellen dazwischen enthält; und

eine Anordnung, die Dialysat-Flüssigkeit auf der gegenüberliegenden Seite der zweiten Membrane und ohne direkte Berührung mit den Zellen und der Körperflüssigkeit anbringt.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die zuerst erwähnte Membrane für Moleküle durchlässig ist, die kleiner sind als die Zellen; und die an zweiter Stelle erwähnten Membrane für Moleküle durchlässig ist, die kleiner als Proteinmoleküle sind.

5. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Zellen in einer konfluierenden - superkonfluierenden Monoschicht angeordnet sind.

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6. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Zellen in einer Schicht angeordnet sind, die eine Dicke von etwa einer Zelle aufweist.

7. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Membrane aus einem membranenartigen Filtermaterial besteht.

8. Verfahren zur Behandlung von Körperflüssigkeit, unfer Ahwehc(nn<f cfes Gerdh nach Ansfruc/t j A/s ? gekennzeichnet durch das Anbringen der zu behandelnden Flüssigkeit in Berührung mit einer Seite einer halbdurchlässigen Membrane (12);

und das Anbringen einmal dispergierter lebender Leberzellen nahe der gegenüberliegenden Seite der Membrane.

9. Verfahren der Behandlung von Körperflüssigkeit, unfcr /4*Hendmij e/as aertffe Hutit AhSurhcA /14M ? gekennzeichnet durch

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das Anbringen der zu behandelnden Flüssigkeit in Berührung mit einer Seite einer halbdurchlässigen Membrane (12); und

das Anbringen von lebenden Bauchspeicheldrüsenzellen nahe der gegenüberliegenden Seite der Membrane.

Io. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch das Dialysieren der Flüssigkeit über einer zweiten Membrane mit einer Dialyse-Flüssigkeit.

11. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch das Anbringen einer Seite einer zweiten halbdurchlässigen Membrane neben der ersten Membrane liegend, um die Zellen dazwischen zu enthalten; und

das Anbringen von Dialysat-Flüssigkeit auf der gegenüberliegenden Seite der zweiten Membrane, und ohne direkte Berührung mit den Zellen und der Körperflüssigkeit.

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12. Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch das Veranlassen der Körperflüssigkeit, in einer Richtung der ersten Membrane zu fliessen; und

das Veranlassen der Dialysat-Flüssigkeit in einer entgegengesetzten Richtung der zweiten Membrane zu fliessen.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die zuerst erwähnte Membrane für Moleküle durchlässig ist, die kleiner sind als die Zellen; und die an zweiter Stelle erwähnte Membrane für Moleküle durchlässig ist, die kleiner als Protein-Moleküle sind.

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