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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft das Gebiet der in einen Körper implantierbaren Vorrichtungen
und insbesondere der implantierbaren Vorrichtungen, die lebende Zellen
enthalten.
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Hintergrund der Erfindung
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Verschiedene
Erkrankungen, die durch Hyposekretion einer oder mehrerer Substanzen,
z. B. Hormone, entstehen, sind bekannt. Dazu gehören Diabetes, Parkinsonsche
Krankheit, Alzheimersche Krankheit, Hypo- und Hypertension, Hypothyroidismus
und verschiedene Lebererkrankungen. Das Hormon Insulin beispielsweise
wird durch β-Zellen
in den Langerhansschen Inseln des Pankreas erzeugt. Bei normalen
Individuen wird die Insulinabgabe so reguliert, daß die Blutzuckerwerte
im Bereich von etwa 70 bis 110 Milligramm pro Deziliter bleiben.
Bei Diabetes wird Insulin entweder überhaupt nicht produziert (Diabetes
Typ 1), oder die Körperzellen
reagieren nicht entsprechend auf das Insulin, das produziert wird
(Diabetes Typ 2). Das Ergebnis sind erhöhte Blutzuckerwerte im Blut.
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Erkrankungen,
die durch Hyposekretion eines Hormons verursacht werden, werden
normalerweise durch Verabreichung des fehlenden Hormons behandelt.
Trotz der Fortschritte beim Verständnis und bei der Behandlung
vieler dieser Krankheiten ist es jedoch häufig nicht möglich, den
Stoffwechsel mit exogenen Hormonen genau zu regulieren. Ein Diabetiker
muß beispielsweise
mehrere tägliche
Messungen des Blutinsulins und der Blutzuckerwerte durchführen und
sich dann eine entsprechende Menge Insulin injizieren, um Insulin
und Blutzuckerwerte in einen akzeptablen Bereich zu bringen.
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Eine
Organtransplantation ist heute bei den meisten dieser Erkrankungen
aus verschiedenen Gründen,
einschließlich Abstoßung eines
transplantierten Organs durch das Immunsystem, keine realisierbare
Behandlung. Isolierte Zellen können
in den Körper
implantiert werden, nachdem sie behandelt worden sind, um eine Abstoßung, z.
B. durch Immunsuppression, Bestrahlung oder Kapselung, zu verhindern.
Verfahren zum Immunschutz biologischer Materialien durch Kapselung
sind in den US-Patenten 4 352 883, 5 427 935, 5 879 709, 5 902 745
und 5 912 005 offenbart. Das Kapselungsmaterial wird so gewählt, daß es biokompatibel
ist und eine Diffusion kleiner Moleküle zwischen den Zellen der
Umgebung zuläßt, während die
Zellen vor Immunglobulinen und Zellen des Immunsystems abgeschirmt
werden. Gekapselte β-Zellen
können
beispielsweise in eine Vene injiziert werden (wobei sie sich dann
schließlich in
der Leber ansiedeln) oder unter der Haut, in der Bauchhöhle oder
an anderen Stellen eingebettet werden. Übermäßige Zunahme der Fibrose um
die implantierten Zellen herum beeinträchtigt jedoch allmählich den
Substanzaustausch zwischen den Zellen und ihrer Umgebung. Hypoxygenation
der Zellen führt
schließlich
zum Zelltod.
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Das
US-Patent 5 855 613 offenbart die Einbettung von Zellen in einer
dünnen
Folie aus Alginatgel, das dann in einen Körper implantiert wird.
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Das
US-Patent 5 834 005 offenbart die Immunisolierung von Zellen durch
Plazierung derselben in einer Kammer, die in den Körper implantiert
wird. In der Kammer sind die Zellen vom Immunsystem mit Hilfe einer
Membran abgeschirmt, die für
kleine Moleküle,
z. B. Glukose, Sauerstoff und den von den Zellen abgesonderten Hormonen,
durchlässig,
aber für
Zellen und Antikörper
undurchlässig
ist. Diese implantierten Kammern haben jedoch kein ausreichend hohes
`Oberflächen-Volumen-Verhältnis für einen angemessenen
Austausch zwischen den Zellen und dem Blut. Somit führt auch
in diesem Fall Hypoxygenation letztlich zum Zelltod.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine implantierbare Vorrichtung mit einer Kammer
zum Aufnehmen von Funktionszellen und einen Sauerstofferzeuger zur Lieferung
von Sauerstoff an die Zellen in der Kammer. Die Zellen, die hier
als "Funktionszellen" be zeichnet werden,
werden in die Kammer der Vorrichtung eingebracht, die dann in den
Körper
implantiert wird. Die Vorrichtung weist einen Sauerstofferzeuger auf,
d. h. ein Element, das Sauerstoff erzeugen kann und es für die Zellen
verfügbar
machen kann, so daß die
Funktionszellen keine Hypoxygenation erleiden. Der Sauerstofferzeuger
erzeugt also Sauerstoff und gibt den Sauerstoff normalerweise in
der Nähe
der Zellen frei.
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Die
Kammer hat Wände,
die durchlässig
sind für
Nährstoffe,
die von den Zellen benötigt
werden, sowie für
Substanzen, die von den Zellen erzeugt oder abgesondert werden,
wobei solche Substanzen u. a. sind: Stoffwechselprodukte, Ausscheidungsprodukte,
die von den Zellen produziert werden, und Substanzen, die vom Individuum
benötigt
und von den Funktionszellen erzeugt werden. Im Körper sind die Funktionszellen
immunisoliert von Körperbestandteilen
durch die Wände
der Kammer, während sie
kontinuierlich angemessenen Konzentrationen von Sauerstoff, Nährstoffen
und Hormonen ausgesetzt sind, die die Wände der Kammer durchdringen. Die
Tatsache, daß vom
Sauerstofferzeuger Sauerstoff an die Zellen geliefert wird, ermöglicht es
den Funktionszellen, eine hohe Stoffwechselrate beizubehalten, so
daß eine
kleinere Anzahl von Funktionszellen im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen
für eine
gegebene Wirkung erforderlich ist. Die Vorrichtung, die die Funktionszellen
enthält,
kann in verschiedene Teile des Körpers
implantiert werden, z. B. unter die Haut oder in das Bauchfell.
Die Vorrichtung kann eine beliebige Form haben, wie etwa für eine bestimmte
Anwendung erforderlich. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Vorrichtung als dünnes röhrenförmiges Element konfiguriert,
das die Funktionszelle im Lumen der Röhre enthält. Die Vorrichtung hat normalerweise
eine solche Größe, daß sie durch
Injektion mittels einer Einführungseinrichtung,
z. B. einer Spritze, implantiert werden kann. Ein solcher Implantationsvorgang
kann kurz sein und nur etwa 10 Minuten dauern. Andere Formen der
Vorrichtung, z. B. eine Scheibenform, sind innerhalb des Schutzbereichs
der Erfindung auch denkbar.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist der Sauerstofferzeuger Photosynthesezellen auf, die Kohlendioxid
in Sauerstoff umwandeln, wenn sie beleuchtet werden. Die Photosynthesezellen
sind vorzugsweise einzellige Algen, z. B. ein Hochtemperatur-Stamm
der Chlorella pyrenoidosa (Kategorie Nr. 1230, UTEX) mit einer optimalen
Temperatur, die etwa der Körpertemperatur
entspricht. Andere Photosynthesezellen, die erfindungsgemäß verwendet werden
können,
sind u. a. Chlorella vulgaris, Scenedesmus obligus, Euglena, Volvox
und Spirolina. Die Photosynthesezellen können autotroph oder mixotrop
sein. Isolierte Chloroplasten können
anstelle von intakten Zellen oder zusätzlich zu diesen verwendet werden.
Wenn es sich beim Sauerstofferzeuger um Photosynthesezellen handelt,
weist die Kammer eine Lichtquelle mit einer zugeordneten Stromquelle,
z. B. eine Batterie, auf. Die Photosynthesezellen oder Chloroplasten
können
in einem getrennten Raum in der Vorrichtung enthalten sein, z. B.
können
sie bei einer Vorrichtung in Form einer Röhre in einer dünnen langgestreckten
Kammer enthalten sein, die in der Röhre enthalten ist (im wesentlichen
eine Röhre mit
einem kleineren Durchmesser); oder sie können verteilt sein.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist der Sauerstofferzeuger ein Paar Elektroden auf. Wenn ein elektrisches
Potential an die Elektroden angelegt wird, wird durch Elektrolyse
der umgebenden Wassermoleküle,
die in der Kammer vorhanden sind, Sauerstoff abgegeben. Die Elektroden sind
mit einer Stromquelle verbunden, normalerweise mit einer wiederaufladbaren
Batterie.
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Die
Kammer kann ferner einen Sauerstoffsensor aufweisen, der die Sauerstoffkonzentration
in der Nähe
der Funktionszellen bestimmt. Ein Mikroprozessor kann vorhanden
sein, um den Sauerstofferzeuger anzuschalten, wenn der Sensor erkennt,
daß die
Sauerstoffkonzentration unter einem vorbestimmten Minimum ist, und
um ihn auszuschalten, wenn die Sauerstoffkonzentration über einem vorbestimmten
Maximum ist.
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Die
Funktionszellen sind Pankreasinselzellen (α-Zellen, β-Zellen usw.), Hepatozyten,
Nervenzellen, Nierenrindezellen, vaskuläre Endothelzellen, Schilddrüsenzellen,
Nebenschilddrüsenzellen,
Nebennierenzellen, Thymuszellen, Eizellen und Hodenzellen. In einer
gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsform sind
die Funktionszellen β-Zellen
des Pankreas, die insulinabgebende Zellen sind. Eine solche Vorrichtung
kann zur Verwendung bei der Behandlung von insulinabhängigen Diabetikern
oder zur Überwachung
von Blutzuckerwerten im Körper
konfiguriert werden. Als weiteres Beispiel können die Funktionszellen Leberzellen
sein, so daß die
Vorrichtung als "künstliche
Leber" dienen kann.
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Die
Funktionszellenpopulation in der Vorrichtung kann die Form eines
Individuums haben, kann die Form von Zellenclustern haben oder in
Form von Stücken
von exzidiertem Gewebe auftreten. Diese Gewebe oder Zellen sind
ohne Anspruch auf Vollständigkeit
u. a. folgende: Gewebe oder Zellen, das bzw. die einem Spender entnommen
worden sind, Gewebe oder Zellen, die durch Inkubation oder Kultivierung
aus Spendergewebe oder -zellen gewonnen worden sind, Zellen, die
AUS lebensfähigen
Zellinien gewonnen worden sind, Zellen, die durch gentechnische
Veränderungen
hergestellt worden sind. Die Zellen können von einem Menschen oder
einem Tier stammen und gentechnisch verändert sein oder geklonte Zellen
oder Stammzellen sein. Die Zellen können autolog oder heterolog
mit den Zellen des Empfängers
sein. Die Gewebe oder Zellen können
eine nützliche
Funktion erfüllen,
und zwar durch Absonderung einer vorteilhaften Substanz in den Körper, z.
B. Hormone oder Neurotransmitter, oder durch Beseitigung einer schädlichen
Substanz aus dem Körper durch
deren Aufnahme, z. B. im Falle von Leberzellen, die verschiedene
toxische Substanzen aufnehmen können.
Die Zellen, Zellcluster oder Gewebestücken können in einem flüssigen Medium
oder einer Matrix in der Kammer verteilt sein oder können an
einer Substanz befestigt sein, z. B. an den Wänden der Kammer.
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In
einer weiteren Anwendung wird die erfindungsgemäße Kammer verwendet, um Zellen
als Teil eines Systems zur Erkennung oder Überwachung des Wertes einer
Substanz in Körperfluiden
in den Körper
zu implantieren. Ein solches System weist eine erfindungsgemäße implantierbare
Vorrichtung mit einem Detektor auf, der geeignet ist, eine Eigenschaft
der Funktionszellen zu überwachen,
die mit dem Wert der Substanz in dem Medium korreliert, das die
Funktionszellen umgibt. Beispielswei se offenbart das US-Patent 5
101 814 die Verwendung einer Kammer zum Implantieren von glukoseempfindlichen
Zellen in den Körper
und zur Überwachung
einer optischen oder elektrischen Eigenschaft der Zellen, die mit
Blutzuckerwerten korreliert. Die Erfindung kann eine Detektoranordnung
der Art, wie sie in
US 5 101
814 offenbart ist, einschließen.
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Ein
Verfahren zur Behandlung eines Individuums, das an einem Substanzmangel
leidet, durch Implantation einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die Funktionszellen
enthält,
die die Substanz absondern können,
in das Individuum ist ebenfalls beschrieben. Wenn beispielsweise
das Individuum an Insulinabhängigkeit
(Typ 1) leidet, können
die Funktionszellen β-Zellen
des Pankreas sein.
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Das
Verfahren kann verwendet werden zur Behandlung eines Individuums,
das an einem Zustand leidet, wo eine vorteilhafte Wirkung durch
Entfernung einer Substanz aus dem Körper erreicht werden kann,
z. B. in Fällen
einer Fehlfunktion der Leber. Die Funktionszellen sind bei diesem
Verfahren in der Lage, eine solche Substanz zu entfernen.
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Ein
Verfahren zur Überwachung
eines Standes einer Substanz im Körper eines Individuums mit den
Schritten: Implantieren des oben beschriebenen Systems in den Körper des
Individuums und Überwachen
der Anzeige des Detektors, ist ebenfalls beschrieben.
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Die
Stromquelle der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist normalerweise eine wiederaufladbare Batterie. Die Vorrichtung
weist vorzugsweise eine mit der Batterie in Verbindung stehende
Wiederaufladungsschaltung zur induktiven Fernaufladung der Batterie
auf, wie an sich bekannt. Die Vorrichtung weist vorzugsweise auch
eine elektronische Schaltungsanordnung zur Überwachung von Parametern der
Vorrichtung oder ihrer Umgebung oder zur Steuerung von Betriebsparametern
der Vorrichtung auf. Solche überwachten
Parameter können
Parameter sein, die die Lebensfähigkeit
von Funktionszellen oder den Grad der Erzeugung einer benötigten Substanz,
z. B. den Sauerstoffgehalt; den Gehalt einer erzeugten benötigten Substanz;
den Gehalt einer durch die Vorrichtung zu erzeugenden oder zu entfernenden
Substanz in Körperfluiden
usw. beeinflussen. Die überwachten Parameter
können
beispielsweise verwendet werden, um den Grad der Sauerstofferzeugung
zu steuern (durch Steuerung des Stroms zu den Elektroden oder des
Lichts, das durch die Lichtquelle erzeugt wird, je nachdem). Die
Steuerschaltung kann eine Einrichtung zur drahtlosen Kommunikation
mit einer externen Vorrichtung aufweisen, wie an sich bekannt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Um
die Erfindung zu verstehen und um zu erkennen, wie sie in der Praxis
ausgeführt
werden kann, werden nachstehend bevorzugte Ausführungsformen nur anhand von
nicht einschränkenden
Beispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Diese zeigen folgendes:
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1 ist eine Vorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 ist eine Vorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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3 ist eine Vorrichtung gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung; und
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4 ist eine Vorrichtung gemäß einer
vierten Ausführungsform
der Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung von bevorzugten
Ausführungsformen
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Erste Ausführungsform
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Mit
Bezug zunächst
auf 1 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform
der Vorrichtung in einer Schnittansicht (1a) und
in einer Längsansicht
(1b) dargestellt. Die Vorrichtung hat eine Kammer 100 mit
der allgemeinen Gestalt eines dünnen
Zylinders. Die Kammer hat also ein extrem hohes Oberflächen-Volumen-Verhältnis, das
einen effizienten Austausch von Nährstoffen und Ausscheidungsstoffen
und ein einfaches Einfügen
und Zurückholen
in und aus dem Bauchfell oder einem beliebigen anderen Körperbereich
ermöglicht.
Die Kammer 100 ist flexibel und kann so ausgeführt sein,
daß sie jede
gewünschte
Konfiguration im Körper
annimmt.
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Eine äußere Membran 105 besteht
aus einem halbdurchlässigen
Material, z. B. ein Polyvinylchlorid-Acrylcopolymer. Der Molekulargewicht-Grenzbereich
der äußeren Membran 105 ist
so gewählt,
daß die äußere Membran 105 für Nährstoffe und
aktive Substanzen durchlässig
ist, z. B. Hormone, die von den Zellen ausgeschieden werden, aber für Immunglobuline
und Zellen undurchlässig
ist. Der Molekulargewicht-Grenzbereich der äußeren Membran 105 liegt
vorzugsweise zwischen 16570 × 10–24 g und
115990 × 10–24 g
(10000 und 70000 Dalton). Die äußere Membran 105 hat
eine Antifibrin-Beschichtung 145, die eine übermäßige Fibrosezunahme
verhindert.
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Eine
innere Membran 110 ist durchlässig für kleine anorganische Moleküle, z. B.
Gase, Wasser und Salze. Der Molekulargewicht-Grenzbereich der inneren
Membran 110 liegt vorzugsweise zwischen 165,7 × 10–24 g
und 331,4 × 10–24 g
(100 und 200 Dalton). Die innere Membran 110 kann aus Materialien bestehen,
die normalerweise für
künstliche
Lungenmembranen verwendet werden, z. B. solche Materialien, wie
sie im US-Patent 5 614 378 offenbart sind. Das Innere 130 der
inneren Membran 110 enthält Photosynthesezellen 135.
Die Photosyntheseorganismen können
beispielsweise einzellige Algen, z. B. Chlorella, sein. Eine Lichtquelle 140 erzeugt
Licht vorzugsweise mit einer Wellenlänge im Bereich von 400 bis
700 nm. Licht wird von der Lichtquelle 140 entlang der
Länge der
Kammer 100 durch eine optische Faser 148 geleitet.
Die Kammer 100 enthält eine
Stromquelle 155, einen Mikroprozessor 150, der beispielsweise
eine wiederaufladbare Batterie oder eine beliebige andere Art von
Stromquelle sein kann, und einen Sauerstoffsensor 160.
Die Photosynthesezellen 135 bilden einen Sauerstofferzeuger.
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Vor
einer Implantation der Kammer 100 in den Körper des
Empfängers
werden Funktionszellen 120 in den ringförmigen Raum 115 zwischen äußerer Membran 105 und
innerer Membran 110 eingebracht. Die Funktionszellen 120 können beispielsweise
Langerhanssche Inseln der Bauchspeicheldrüse sein, wobei dann etwa 106 Inseln ausreichen, um eine angemessene
Menge von Insulin zu erzeugen, um Blutzuckerwerte im Körper des
Empfängers
zu regulieren. Die Funktionszellen 120 können in
dem ringförmigen
Raum 115 in einem flüssigen
Medium suspendiert sein oder durch Einbettung in eine Gelmatrix,
die beispielsweise aus Alginat, Polylysin, Chitosan, Polyvinylalkohol,
Polyethylengly kol, Agarose, Gelatine oder k-Carrageenan besteht,
in dem ringförmigen
Raum 115 immobilisiert sein.
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Nachdem
die Funktionszellen 120 eingebracht sind, wird die Kammer 100 mit
Hilfe eines Applikators, der beispielsweise eine Spritze sein kann, in
den Körper
implantiert. Der Prozessor 150, die Lichtquelle 140 und
die Stromquelle 155 können auch
in den Körper
implantiert werden oder können bei
Verwendung außerhalb
des Körpers
sein. Wenn die Lichtquelle 140 bei Verwendung außerhalb
des Körpers
ist, wird die optische Faser 148 so konfiguriert, daß sie durch
die Haut reicht. Wenn der Prozessor 150 bei Verwendung
außerhalb
des Körpers
ist, wird der Sauerstoffsensor 160 so konfiguriert, daß er durch
die Haut reicht.
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Wenn
der Sauerstoffsensor 160 erkennt, daß der Sauerstoffgehalt im ringförmigen Raum 115 unter einem
vorbestimmten Minimum ist, wird die Lichtquelle 140 vom
Mikroprozessor 150 eingeschaltet, um eine Photosynthese
mittels der Photosynthesezellen 135 einzuleiten. Der Sauerstoff,
der durch die Photosynthese in den Photosynthesezellen 135 erzeugt
wird, wird von den Photosynthesezellen 135 abgegeben und
diffundiert durch die innere Membran 110 in den ringförmigen Raum 115 und
wird somit für die
Funktionszellen 120 verfügbar gemacht. Wenn der Sauerstoffsensor 160 erkennt,
daß der
Sauerstoffgehalt im ringförmigen
Raum 115 über
einem vorbestimmten Maximum ist, wird die Lichtquelle 140 vom
Mikroprozessor 150 ausgeschaltet, um die Photosynthese
mittels der Photosynthesezellen 135 zu unterbrechen, um
die Stromquelle 155 zu schonen. Etwa 109 bis
1010 Chlorella-Zellen sind ausreichend, um
eine angemessene Zufuhr von Sauerstoff für 106 Funktionsinseln
zu erzeugen.
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Die
Stromquelle 155 kann periodisch wieder aufgeladen werden,
wenn die Kammer 100 im Körper ist. Beispielsweise können elektrische
Kontakte (nicht dargestellt), die normalerweise außerhalb
des Körpers
angeordnet sind, über
ein transkutanes Kabel mit den Anschlüssen der Stromquelle 155 verbunden
werden. Eine äußere Spannung
wird dann an die Kontakte angelegt, um die Stromquelle 155 wieder
aufzuladen. Als Alternative kann die Stromquelle 155 induktiv
wieder aufgeladen werden durch Anlegen eines elektrischen Feldes
von außerhalb
an die Haut in der Nähe
der Kammer 100.
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Zweite Ausführungsform
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Mit
Bezug auf 2 ist nunmehr eine zweite Ausführungsform
der Erfindung in Schnittansicht (2a) und
Längsansicht
(2b) dargestellt. Diese Ausführungsform ist der ersten Ausführungsform ähnlich,
die in 1 gezeigt ist, und identische
Komponenten sind durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Ein
Paar flexible Elektroden 315a und 315b erstrecken
sich entlang der Länge
der Kammer 300 im Inneren 130 der inneren Membran 110.
Die Elektroden bestehen aus einem biokompatiblen Material, z. B.
Kohlenstoff oder Platin. Die Kammer 300 enthält eine
Stromquelle 355, einen Mikroprozessor 350 und einen
Sauerstoffsensor 160. Die Elektroden 315a und 315b bilden
einen Sauerstofferzeuger.
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Vor
dem Einführen
der Kammer 300 in den Körper
des Empfängers
werden in den ringförmigen Raum 115 zwischen
der äußeren Membran 105 und der
inneren Membran 110 Funktionszellen 120 eingebracht.
Die Funktionszellen können
in einem flüssigen
Medium in dem ringförmigen
Raum 115 suspendiert sein oder durch Einbettung der Funktionszellen 120 in
einer Gelmatrix, die z. B. aus Alginat, Polylysin, Chitosan, Polyvinylalkohol,
Polyethylenglykol, Agarose, Gelatine oder k-Carrageenan gebildet ist,
immobilisiert sein.
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Die
Kammer 300 wird dann unter Verwendung eines Applikators,
der beispielsweise eine Spritze sein kann, in den Körper implantiert.
Der Prozessor 350 und die Stromquelle 355 können auch
in den Körper
implantiert werden oder können
bei Verwendung außerhalb
des Körpers
sein. Wenn der Prozessor 350 bei Verwendung außerhalb
des Körpers ist,
sind die Elektroden 315a und 315b und der Sauerstoffsensor 160 so
konfiguriert, daß sie
durch die Haut reichen.
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Wenn
der Sauerstoffsensor 160 im Körper erkennt, daß der Sauerstoffgehalt
im ringförmigen Raum 115 unter
einem vorbestimmten Minimum ist, bewirkt der Mikroprozessor 350,
daß mit
Hilfe der Stromquelle 355 ein elektrisches Potential zwischen den
Elektroden 315a und 315b erzeugt wird. Dies bewirkt eine
Hydrolyse der Wassermoleküle
im Inneren 130 der inneren Membran 110, wobei
Sauerstoff entsteht. Die Sauerstoffmoleküle diffundieren durch die innere
Membran 110 in den ringförmigen Raum 115 zwischen
der inneren Membran 110 und der äußeren Membran 105 und
werden somit verfügbar
gemacht für
die Funktionszellen 120. Wenn der Sauerstoffsensor 160 erkennt,
daß der
Sauerstoffgehalt im ringförmigen
Raum 115 über
einem vorbestimmten Maximum ist, wird das elektrische Potential
an den Elektroden 315a und 315b durch den Mikroprozessor 350 ausgeschaltet,
um die Stromquelle 155 zu schonen. Die Stromquelle 155 kann
wieder aufgeladen werden, wenn die Kammer 300 im Inneren
des Körpers ist,
wie in Bezug auf die vorherige Ausführungsform beschrieben.
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Dritte Ausführungsform
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In 3 ist eine weitere Ausführungsform der
Erfindung dargestellt. Diese Ausführungsform hat Komponenten
gemeinsam mit der Ausführungsform in 1 und ähnliche
Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Diese
Ausführungsform
hat eine Kammer 400, die aus einer dünnen planaren oder scheibenähnlichen
Form besteht, die nahe der Haut 402 in den Körper implantiert
wird. Die Oberfläche 405 der
Kammer 400, die der Haut 402 am nächsten ist,
ist lichtdurchlässig.
Die Photosynthesezellen 135 und die Funktionszellen 120 befinden
sich im Inneren 410 der Kammer 400. Die Photosynthesezellen 135 werden
mit Licht von einer Lichtquelle 415 bestrahlt, die sich
außerhalb
des Körpers
befindet. Licht von der Lichtquelle 415 dringt durch die
Haut 402 und die Oberfläche 405 in
das Innere 410 der Kammer 400 ein. Der Prozessor 150 und
die Stromquelle 155 können
auch in den Körper implantiert
sein oder können
sich bei Verwendung außerhalb
des Körpers
befinden. Die Lichtquelle 415 kann mit der Vorrichtung
einstückig
sein, wie in 3a gezeigt. Wenn in diesem Fall
der Sauerstoffsensor 160 erkennt, daß der Sauerstoffgehalt im Inneren 410 der
Vorrichtung 400 unter einem vorbestimmten Minimum ist,
wird die Lichtquelle 415 vom Prozessor 150 eingeschaltet,
um eine Photosynthese der Photosynthesezellen 135 einzuleiten.
Wenn der Sauerstoffsensor 160 erkennt, daß der Sauerstoffgehalt
im Inneren 410 über
einem vorbestimmten Maximum ist, wird die Lichtquelle 415 vom
Prozessor 150 ausgeschaltet.
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Die
Photosynthesezellen können
auch durch eine Lichtquelle 415 beleuchtet werden, die
unabhängig
vom Prozessor 150 ist, wie in 3b gezeigt. Wenn
in diesem Fall der Sauerstoffsensor 160 erkennt, daß der Sauerstoffgehalt
im Inneren 410 der Vorrichtung 400 unter einem
vorbestimmten Minimum ist, erzeugt der Prozessor 150 ein
wahrnehmbares Signal, z. B. ein hörbares Signal, das von einem
Lautsprecher 450 erzeugt wird. Dies zeigt dem Individuum
an, daß es
die Haut 402, die über
der Kammer 400 liegt, bestrahlen muß, um eine Photosynthese der
Photosynthesezellen 135 einzuleiten. Wenn der Sauerstoffsensor 160 erkennt,
daß der Sauerstoffgehalt
im Inneren 410 über
einem vorbestimmten Maximum ist, unterbricht der Prozessor 150 das
wahrnehmbare Signal, wobei er das Individuum darüber informiert, daß die Beleuchtung
unterbrochen werden soll.
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Vierte Ausführungsform
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In 4 ist noch eine weitere Ausführungsform
der Erfindung gezeigt. Diese Ausführungsform hat Komponenten
gemeinsam mit der Ausführungsform
in 3, und ähnliche Komponenten sind mit den
gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Diese Ausführungsform hat eine Kammer 500,
die aus einem festen Gel besteht, z. B. Alginat, Polylysin, Chitosan, Polyvinylalkohol,
Polyethylenglykol, Agarose, Gelatine oder k-Carrageenan. Das Gel
ist vorzugsweise lichtdurchlässig.
Die Photosynthesezellen 135 und die Funktionszellen 120 sind
in das Gel eingebettet. Die Photosynthesezellen 135 werden
mit Licht von einer Lichtquelle 415 bestrahlt, die sich
außerhalb des
Körpers
befindet. Licht von der Lichtquelle 415 durchdringt die
Haut 402 und das Gel bis zu den Photosynthesezellen. Der
Prozessor 150 und die Stromquelle 155 können auch
in den Körper
implantiert sein oder können
sich bei Verwendung außerhalb des
Körpers
befinden. Die Lichtquelle 415 kann mit der Vorrichtung
einstückig
sein, wie in 4a gezeigt. Wenn in diesem Fall
der Sauerstoffsensor 160 erkennt, daß der Sauerstoffgehalt im Inneren 510 der Vorrichtung 400 unter
einem vorbestimmten Minimum ist, wird die Lichtquelle 415 vom
Prozessor 150 eingeschaltet, um die Photosynthese der Photosynthesezellen 135 einzuleiten.
Wenn der Sauerstoffsensor 160 erkennt, daß der Sauerstoffgehalt
im Inneren 510 über
einem vorbestimmten Maximum ist, wird die Lichtquelle 415 vom
Prozessor 150 ausgeschaltet.
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Die
Photosynthesezellen können
auch von einer Lichtquelle 415 bestrahlt werden, die vom
Prozessor 150 unabhängig
ist, wie in 4b gezeigt. Wenn in diesem Fall
der Sauerstoffsensor 160 erkennt, daß der Sauerstoffgehalt im Inneren 510 der Kammer 500 unter
einem vorbestimmten Minimum ist, erzeugt der Prozessor 150 ein
wahrnehmbares Signal, z. B. ein hörbares Signal, das von einem
Lautsprecher 450 erzeugt wird. Dies zeigt dem Individuum
an, daß es
die Haut 402, die über
der Kammer 500 liegt, bestrahlen muß, um eine Photosynthese der
Photosynthesezellen 135 einzuleiten. Wenn der Sauerstoffsensor 160 erkennt,
daß der
Sauerstoffgehalt im Inneren 410 über einem vorbestimmten Maximum
ist, unterbricht der Prozessor 150 das wahrnehmbare Signal,
wobei das Individuum informiert wird, daß die Bestrahlung unterbrochen
werden soll.