JP3573349B2 - 選択的タンパク質枯渇による腫瘍の治療 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、増殖の力学における正常細胞と腫瘍細胞の普遍的な相違に基く腫瘍の治療に関する。増殖力学におけるこの相違は、共通の栄養源−血液循環による正常細胞及び腫瘍細胞の混合集団の系の調節可能性を説明する。血液中の一つの必須栄養素（好ましくは、必須アミノ酸）の濃度を使用して、生体中のいずれかの腫瘍細胞が必須生産物（好ましくは、タンパク質）を生存に不充分なレベルに選択的に枯渇でき、その間に正常細胞が生存し続け、そして正常にそうする細胞が治療後に増殖する。
背景技術
癌は、発達した世界中の死亡をもたらす２番目の（心臓血管疾患の後の）原因である。過去数10年の多くの研究努力は、形質転換、即ち、正常細胞が癌になるプロセスの機構を理解する上で著しい進歩を生じた。発見のペースは、助けになる分子生物学の新しい手段により過去数年で迅速にされ、これらの多くは癌を理解しようと努めて実際に開発された。不運なことに、癌の治療はおおきな改良を見ず、また幾つかの注目すべき例外でもって、５年の生存率は数十年のこの期間中にほぼ同じ−全体でほぼ50％に留まっていた。
多細胞生物において、個々の細胞の***は全生物の要求により調節される事象である。殆どの細胞は***または有糸***できるが、それらはそれらが形成する組織の状態により刺激されない場合にはめったにそうしない。損傷を加えられる場合、例えば、局所細胞だけでなく、浸潤細胞が、損傷を修復するために有糸***及び組織再生により応答し得る。一旦、修復が行われると、細胞は増殖しないでそれらの静かな存在に戻る。或る場合には、細胞の***は例外ではなく通則である。例えば、骨髄中で、細胞増殖は血液細胞補給を連続的に与える。また、腸内層細胞が、最も外側の層（そこでは、苛酷な環境中で細胞が非常に長くは存続しない）の損失を補填するために連続的に増殖する。健康な個人において、定常状態が血液供給の局所条件、幾何学的な細胞間の関係、局所の保全性により調節されるだけでなく、全身の因子、例えば、成長因子生産、栄養素の利用可能性、等により良く調節される。細胞増殖と正常な有糸***周期調節の損失により引き起こされる細胞の死亡の間の不均衡が腫瘍または新生物をもたらす。増殖が局所に留まる場合、その腫瘍は良性であると言われ、完全な手術切除が治癒をもたらす。しかしながら、幾つかの腫瘍は、その他の組織への広がり、そしてその他の組織中の増殖に必要とされる機構を有する。このような腫瘍は悪性として特徴付けられ、癌と称される。その広がりは局所腫瘍塊からの細胞分離、血液またはリンパ球の循環への侵入、その他の部位への輸送、不適当な部位への進出そしてこれらの部位における継続した増殖を伴う。種々の場所に広がり、二次腫瘍、または転移を形成した癌の治療は、非常に困難であり、成功するためには、攻撃が選択的である必要がある。選択的戦略を見出すことは、臨床上の癌研究努力の主題である。実際に、成功した癌治療を発見する可能性は、癌に関する全ての研究及び細胞生物学の関連局面の主たる動機づけである必要がある。
一般に、腫瘍はモノクローナルであることが明らかであり、即ち、全ての腫瘍細胞は単一前駆細胞に由来していた。前駆細胞を癌にした形質転換は、遅い多期のプロセスであり、殆どの知られている症例において幾つかの特定の遺伝子欠陥を必要とする。冒された遺伝子は癌遺伝子と称され、それらがコードする生産物はオンコプロテイン（oncoproteins）と称される。DNA配列の変化は化学発癌物質、イオン化放射線またはウイルス感染により生じ得るが、多くのその他の因子がそのプロセスに役割を果たす。細胞が腫瘍状と認識される終末効果は、増殖調節の明らかな欠如である。細胞が形質転換されるか否かを決めるために、二つの機能検査をすることができる。（１）細胞が懸濁状態で、即ち、“固定”しないで***する場合、または（２）細胞がヌードマウス（免疫系を有しないマウス）中で腫瘍に成長する場合、その細胞はおそらく形質転換される。最初の癌遺伝子の発見は、おそらくその単一欠陥のみが癌を治癒するようにどうにかして修正されることを必要とするという希望に基いて多大の楽観主義を喚起した。しかし、数十の癌遺伝子（現在まで、丁度百を越える）が非常に迅速に同定され、癌はそれが多数の疾患と考えられるものであることが明らかになった。それにもかかわらず、それらは全て、非常に類似した症状発現と、単一の治癒が未だあるかもしれないという希望を持ち続ける患者の死亡における最終の共通の経路とをもたらす。
現在、いつでも可能な手術治療が依然として最も有効な治療である。癌がその一次部位から広がっていなかった場合、腫瘍の完全切除は癌の治癒をもたらす。手術が可能ではない場合、または癌細胞の広がり手術の前に起こっていた場合、化学療法が幾つかの型の癌を死滅し得る。しかしながら、全ての型が影響を受け易いとは限らず、またその治療はいずれにしてもバランスゲーム−患者を死亡させないで癌の多くを死滅させることである。化学療法に使用される毒性薬品は細胞周期の異なる期に特異的であり、幾つかの細胞のみが単一投薬により死滅されるであろう。それらの幾つかは癌であり、それらの幾つかは連続的に増殖する正常細胞（最も重要には、骨髄及び腸中の細胞）である。治療プロトコルが、癌排除の機会を最大にする方法で異なる薬剤を組み合わせることを目的とする実験及び臨床上の使用につき長年にわたって開発されていた。放射線療法は、殆どの場合、手術と連係して使用される別の可能性である。この場合、再度、その問題は正常な組織と癌組織を充分に区別することである。たとえ、癌が空間上識別されるとしても、今日利用できる放射線送出の方法は充分に正確ではない。非同期性細胞増殖がここでは同様に主たる欠点である。細胞は周期の異なる部分において放射線に等しく影響を受けない。その他の物理的治療アプローチが試みられ、その大部分が試験的なものに留まった。例えば、局所温熱療法（超音波により生じる）が化学療法の補助として使用されていた。
新しいアプローチの殆どの見込みは、癌の増殖及び広がりを阻害し得る天然産物質、または工学的に作られた物質を使用することに基く見込みである。腫瘍壊死因子が同定され、天然形態及び改変形態で試験された。リンフォカイン活性化キラー細胞が調製され、インターロイキン−２と連係して使用された。黒色腫（これは特徴的な表面マーカーを有することが明らかである）に対するワクチン投与が開発中であった。“マジックブレット”薬剤、即ち、特異性抗体の助けにより標的される細胞毒性薬剤が、正常細胞等で見られない抗原を示す癌に対して大いなる見込みを示す。形質転換の詳細がいっぱいになるにつれて、新しい可能性が確かに広がるであろう。丁度百を越える癌遺伝子が同定された。それらがコードするタンパク質の細胞内の異なる場所で見られ、そして多くの癌細胞がそれらの表面抗原によりそのようなものとして同定されないかもしれないというやっかいな可能性がある。介入するために細胞に侵入することは、不可能ではないが、表面に作用を与えるよりも非常に困難になるはずである。そして、非常に有効なことは、強力な表面抗原を有する癌の型についてさえも何ら行われていなかった。
ここに提供された特異なアプローチは全ての腫瘍細胞の特徴の最も普遍的なもの−実際にそれらを腫瘍として規定する性質−正常細胞が成長せず、増殖しない条件下で成長し、増殖するそれらの傾向に基いている。
【図面の簡単な説明】
図中、
図１ 自己拡大（self−enlarging）合成プラント
図２ 成長機能に関する多数の解決
図３ 本発明の系を使用する治療の前の細胞の初期状態の細胞成長機能に関する効果のグラフ
図４ m_U曲線に関する細胞周期の表示
図５ m_U曲線に関する細胞周期の相対位置
図６ 簡単な３タンクの調節可能な系
図７ 腫瘍細胞を選択的に死滅させるために基本的な調節戦略
図８ 基本的な血液濾過系
図９ 二次循環を備えた血液循環系
図10 直接接触表面に固定された酵素
図11 モレキュラーシーブの後に固定された酵素
図12 溶液中の酵素を用いる二次循環
図13 ゲルビーズに結合された酵素を用いる二次循環
図14 ２期濾過
図15 二次循環を伴う多期濾過
図16 体外の血液処理のための完全な系
発明の詳細な説明
成長モデル
読者の利益及び本発明の更に良好な理解のために、独創的な（公表されていない）細胞成長モデルが最初に示される。それは、細胞成長の既知の特徴をうまく記載し、細胞周期の合理的な説明を可能にする。提案された治療は、そのモデルから生じる成長／周期の線図に基いており、またその線図の助けにより最も良く理解し得る。
このモデルにおいて、生成物Ａは合成プラント中で合成される。生成物Ａの合成の領域はS_Aにより表される。細胞の場合、合成のこの領域は典型的には腸膜にあるであろう。Ａの前駆体は、図１に示されるように源S_Pにより供給される。
仮定：
（ａ）その合成プラントは自己拡大プラントであり、その結果、合成領域S_Aにおける生成物Ａの合成が合成領域S_Aの拡大を生じる。
（ｂ）Ａは代謝回転を受ける。
（ｃ）前駆体P_Aは抵抗経路により供給される。経路の長さはS_Aのサイズの平方根に比例し（仮定（ｄ）を参照のこと）、即ち、系は一様に膨張している。
（ｄ）S_Aは2D構造であり、即ち、S_AにおけるＡの質量はS_Aの表面に比例する。
注：仮定（ｄ）は重要ではない。それは最終の式中の指数を単に変化させる。バイオマス（巨大分子の物質）が膜で濃縮される場合、それはδ^２（δは細胞サイズの長さの単位である）に比例するであろう。バイオマスが体積で濃縮される場合、質量はδ^３に比例するであろう。実際に、ｍはδ^Ｘ（式中、２＜ｘ＜３（そしておそらく２に近い））に比例する。
成長の式において、変数は下記のとおりに定義される。
ｔ−時間
m_A−S_AにおけるＡの質量
m_P−S_Aにおける前駆体P_Aの質量
C_PO−S_P（S_Pは前駆体P_Aの源を表す）における前駆体P_Aの濃度
C_PA−S_Aにおける前駆体P_Aの濃度
C_AA−S_AにおけるＡの濃度
M_AS−S_Aで合成されたＡの質量
S_PとS_Aの間の前駆体の流量及びS_Aにおけるその物質収支：

（式中、ＲはS_PからS_Aまでの全抵抗である）
S_AにおけるＡの合成の速度：

（式中、αは定数であり、C_PAはS_Aにおける前駆体P_Aの濃度であり、かつm_AはS_AにおけるＡの質量（合成領域のサイズ）である）本発明者らは、S_Aが成長するにつれて、S_AにおけるＡの濃度C_AAが一定に留まると仮定する。S_AにおけるＡの物質収支：
dm_A＝dm_AS−γm_Adt （３）
（式中、γは代謝回転定数である）
今、S_Aにおける前駆体の蓄積がないと仮定すると、即ち、

と設定すると
（１）は

を与え、
そして（２）、（４）は

を与え、これは

を与える。
今、（３）、（５）は

を与える。
仮定（ｄ）により、即ち、m_Aがδ^２に比例することにより、本発明者らは

と記述でき、（６）を次式のように書き直すことができる。

式（７）は、仮定（ａ）〜（ｄ）でモデル化された生合成領域S_Aの成長を記載する非線形微分方程式である。式中のパラメーター：
C_PO−前駆体P_Aの源S_Pにおける前駆体の濃度
α−合成定数
γ−代謝回転定数
ρ−前駆体輸送の抵抗
式（７）は閉じた形態の解（closed form solutions）を有しない。そこで、本発明者らは、その式を計算により解くのではなく、その解の幾つかの基本的な性質を考察することができる。
簡素化のために添字を取り去ると、本発明者らは次式のように書き直すことができる。

第１に、dm/dt
がｔの関数ではなくｍの関数であることを注目されたい。

に極値をとらせると、

物理的な関係につき、ρ、γ、α＞０。（８）の解の幾つかの特別な特徴：
＊αが０である場合、（８）は

に変形し、これは
ｍ＝m_O e^−γｔに導き、即ち、ｍはその初期値m_Oから０に指数的に減衰するであろう。
＊α＞０かつρ＝０、またはγ＝０である場合、ｍは限界なく大きくなるであろう。
＊α＞０、ρ＝０、かつγ＞０につき、ｍはm_eまで漸近的に大きくなるであろう（またはm_Oに応じて、減少する）。
図２は、ルンゲ−クッタ（Runge−Kutta）法を利用して計算により見出された（８）の解を示す。その解に関する初期条件ｍ（０）＝m_Oの影響に注目されたい。
＊m_O＝０の場合、ｍ＝0;
＊０＜m_O＜m_eの場合、ｍは

で漸近的に大きくなるであろう；
＊m_O＝m_eの場合、ｍ＝m_O;
＊m_O＞m_eの場合、ｍはm_eまで漸近的に減少する（曲線４、図３）
初期条件m_Oはｔ＝０における成長曲線の形状を決定する。
＊０＜m_O＜m_i（変曲点）につき、曲線は凹形として開始する（曲線１、図３）；
＊m_O＝m_iにつき、曲線は直線として開始する（曲線２、図３）：
＊m_i＜m_O＜m_eの場合、曲線は凹形として開始する（曲線３、図３）。
今、本発明者らの注意を、その全体的な生合成が式（８）により記載された多数の良く同調されたプロセスにより記載し得るものと仮定することにより細胞成長にもどすと、その結果、細胞質量（少なくともその生合成成分）がまた式（８）により表されるであろう。更に、***に対する細胞の拘束がプロテインＵ（未だ仮説のものであり、幾つかの候補が現在研究されている）により支配されるものと仮定しよう。プロテインＵは、全細胞質量に比例するサイズの膜で合成される。プロテインＵは迅速な代謝回転を受ける。それは、核局在化レセプターに結合する。核レセプターが一旦飽和されると、過剰のＵが核の外部に蓄積し、次の周期（Ｓ期への制限点を交差すること）につき細胞を誘発する。
以上の仮説により、本発明者らは、細胞中に存在するＵの量m_Uが式（８）により求められると言い得る（迅速な代謝回転の仮説は合成領域のサイズに単に比例するＵの量をもたらす）。次いで***の拘束は、m_Uが閾値レベルm_Utを越えるという条件により記載される（図４）。交差は制限点Ｒを通過すること、即ち、Ｓ期への入ることに相当するであろう。点Ｒを越える成長機能は異なるかもしれない。図４、及びその後の全ての図につき、それは単なる延長（破線）として示される。
成長曲線の形状は、m_Ueとm_Utの関係に依存するであろう。図5a〜5cは三つの可能性を示す。
（ｉ）成長曲線の細胞周期部分が変曲点m_Ui（即ち、m_Ui＝（m_UO＋2m_UO）/2またはm_UO＝2/3m_Ui）に集中される場合、成長は全ての実際の考慮事項につき線形であるであろう（図5a）。曲線のその部分中の最良フィット直線はR2＝0.99993!の測定の係数を生じる。それは、完全成長支持によりなされたアミノ酸とり込みの測定が周期の間に一定の速度を示す理由を説明する（そしてこれらの条件下で、その周期が変曲点にほぼ集中されることを示唆する）。
（ii）図5bは、m_UO＞m_Uiの場合の成長曲線の細胞周期部分の凸形を示す。その凸状は、m_Ueがm_Utに接近するにつれて一層顕著になる（徐々に膨張する培養）。（iii）図5cは、2m_UO＜m_Uiの場合の成長曲線の凹形部分に関する細胞周期を示す。これはm_Utに対してm_Ueの高い値を必要とする。m_Ueの制限はこの状態を確立することを困難にし得る。
m_O＞m_eの場合には重要な状況が発生する。細胞はm_eに収縮すべきである。今、生体機能につき、細胞が最小量の質量（タンパク質）を必要とすることを予測することは妥当である。m_eがこの最小値より下に引き下げられる場合、細胞はm_eに達する途中で死滅するであろう。
制御可能性
この節において、制御可能性の概念に関する簡単な序論が説明のために示される。図６は配管及び単一ポンプにより大きな液体溜めに連結された３つの液体タンクを含む簡単な線形動的系を示す。ポンプから見られる夫々のタンクは、流れに対する抵抗とタンクのキャパシタンスの積である時間定数を有する。３つの時間定数が異なる場合、その系は点別制御可能であることを示すことができる。これは、それがタンク中の液体の３つのレベルによりこの場合に特定される初期状態から或る種の制御作用（この場合には単一ポンプの作用による）により有限時間で最終の（所望の）状態に転移し得ることを意味する。実際に、時間定数が全て異なることを条件として、示されたようにポンプに連結された幾つかのタンクがまた制御可能である。正式には、これは制御可能性基準によりチェックし得る。線形系

（式中は、ｘは長さｎの状態ベクトルであり、ｕは長さｒの制御ベクトルであり、かつｙはマトリックスＡ、Ｂ及びＣにより特定される系の長さｍのアウトプットベクトルであり、nxnr複合マトリックス［Ｂ、AB、A ² Ｂ、...、
A ^n-1 Ｂ］がランクｎのものである場合に制御可能である）
同じ時間定数を有するような幾つかのタンクは、ポンプが液体を溜めに入れたり出したりポンプ輸送するのに使用される際に、同じように挙動するであろう。それらは独立には制御できないであろう。非線形系基準につき、制御可能性の基準は更に複雑であり、そして先にモデルにされたような細胞は成長の力学において強い非線形性を示すという事実にかかわらず、ここでは示されないであろう。ここに示されたタンクによる例は、やがてその問題に対する重要な類似物として利用できると考えられる。単一ポンプでこれらのタンクを制御する可能性を認めることは、多少、反直観的である。本発明者らは、選択的腫瘍枯渇に関する戦略を意図する点で液体タンクの例をうまく使用する。
キャパシタンスとしての細胞
細胞の成長モデルにおいて、本発明者らは細胞の平衡サイズが前駆体濃度の関するであることがわかった。

濃度ｃが高い程、平衡サイズm_e2が高い。その他の定数の影響は同様に理解するのに容易である。平衡サイズ（最終的に、トリガタンパク質Ｕの量）は、（ｉ）高い合成定数α、（ii）低い代謝回転定数γ、及び（iii）低い輸送抵抗ρにより増大される。形質転換のプロセスが寄与因子の幾つかまたは全てに導いてm_e2を高くするという良好な指示がある。生合成プロセスの大きな複雑さ（それにより、数万の物質が完全に協調された様式で生成される）は、細胞をモデルにすることを包括的に考えることからおびえさせるべきではない。式（８）は全細胞質量の力学の基本的な特徴を非常にうまく示す。平衡状態の非***細胞を考え、それにより、所定の条件下で合成できる生成物の量はこれらの生成物の分解を補償するのに充分である。前駆体の濃度（本発明者らはそれを合成のプロセスに入る全てのものの中で唯一重要なもの、または制限するものと考えるべきである）が低い値Cnewに変化される場合、細胞はその質量をm_e2（Cnew）により決定される新しい値に減少するであろう。そうする際に、それは供給管中の圧力の変化に応じてそのレベルを変える液体タンクとして大いに挙動するであろう。応答の非線形性（それにより、細胞応答が簡単なタンクの応答とは異なる）は、工程サイズに依存するであろう。重要な前駆体の濃度が今増大されると、細胞は質量増加により応答するであろう。質量の殆どがタンパク質であり、ビルディングブロックは20アミノ酸（塩基性側鎖を有するリシン、アルギニン及びヒスチジン；酸性側鎖を有するアスパラギン酸及びグルタミン酸；帯電されていない極性側鎖を有するアスパラギン、グルタミン、セリン、スレオニン及びチロシン；非極性側鎖を有するグリシン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、プロリン、フェニルアラニン、メチオニン、トリプトファン及びシステイン）である。これらのうちの10種（アルギニン、スレオニン、メチオニン、リシン、バリン、ロイシン、イソロイシン、ヒスチジン、フェニルアラニン及びトリプトファン）が脊椎動物に必須であり、即ち、それらは他の物質から合成できず、こうして食事により摂取される必要がある（アルギニンは合成し得るが、明らかに充分な量で合成されない）。アミノ酸のいずれかは細胞成長に関する制御パラメーターとして選択し得るが（いずれかの単一アミノ酸の欠如はタンパク質合成を完全に抑制する）、非必須タンパク質を摂取することは増大される合成により補償する細胞の能力と闘う更に強い制御を必要とし得る。これは必須アミノ酸の一つの濃度を調節することを強く示唆する。アミノ酸は細胞膜を自由に横切り、そして内部プールは、幾つかの例外をもって、大部分の時間にわたって細胞外液体と平衡に近く、この液体は順に血液レベルと平衡に近い。こうして、血液循環中の少なくとも一種、好ましくは唯一の必須アミノ酸のレベルを調節することは、細胞タンパク質合成プロセスに対し有効な制御インプットを与えるべきである。
戦略
近い将来にその問題に対し間接的な類似性としてのみ利用すべきである非常に簡単な制御系を示したので、本発明者らはその関心を腫瘍細胞に対する攻撃の戦略を計画することに向ける。その目標は、必須生産物の腫瘍細胞のプールを選択的に枯渇するような方法で有限時間中に全身の栄養利用可能性の条件を調節することであることが明らかである。その調節の問題は、***を行う細胞集団が同調されないという事実（これは正常細胞（骨髄、腸）及び腫瘍細胞の両方につき真実である）により複雑にされる。制御につき通常のアプローチを使用したならば、初期条件が知られるべきである。制御変数は生体中の正常細胞及び癌細胞の質量である。制御インプットは必須栄養素である必須アミノ酸の濃度である。その系は或る種の制御インプットにより初期状態から所望の最終状態に移動され、この場合、そのインプットは有限時間にわたって変化する選択された必須アミノ酸の濃度である。初期条件及び所望の最終状態に基いて、最適のインプット関数が計算し得る。全ての細胞を同調（例えば、静止期に）させることは、初期条件を規定、または設定するであろう。こうして、最初の目標は、通常の治療（化学療法、放射線療法）につき同様に多大の利益であるべきである長い要求条件を同調することである。先に示されたモデルによれば、***している細胞は閾値レベルm_Utより高いトリガタンパク質Ｕの“平衡”（細胞は一定の周期によりそれに達することから妨げられるので真の意味ではない）値m_Ueを有する。m_Ueは細胞の平衡サイズにより決定され、これは順に（重要な）前駆体の濃度ｃにより決定されるので、本発明者らは前駆体の濃度ｃを使用して細胞***を停止し得る。形質転換の最も信頼できそうな説明は、前駆体濃度ｃを含む同じ条件下で、
m_Ue/腫瘍＞m_Ue/正常
であることである。こうして、ｃが充分に低下されて腫瘍細胞が***を停止する場合、正常な細胞が同様に停止するであろう。こうして、図７に示されるような治療の第一期において、全ての細胞が静止期、即ちG_Oに入るまでｃは減少されるべきである。一旦これが行われると、本発明者らは既知の初期条件で更なる制御を開始し得る。腫瘍を死滅させる仕事は選択されたアミノ酸単独の濃度の調節により完結されることが好ましいが、別のアプローチを採用し、この第一工程を同調としてのみ使用し、続いて化学療法の如き通常の処理を行うことができる。次の最も臨界的に精密な工程において、濃度は腫瘍細胞が周期するが、正常な細胞が周期しないレベルに増大される（これは通常の処理に最適である条件である−正常な細胞がG_Oにおいて保護され、そして腫瘍細胞が有糸***により周期する際にそれらが攻撃され得る）。系を制御する仕事は今や極めて簡単になっている。腫瘍細胞は制限点に押しあげられ、次の***を完結するか、またはそうでなければ死滅するはずである。こうして、濃度をこの臨界的なレベルに保持する時間後に、第三期において、それは最低の可能なレベルに低下される（タンパク質の欠如による組織の崩壊を避けるように留意して）。細胞の全てが今やそれらの質量を放出しているが、正常な細胞は周期のG_O期から非常に大きくなることを開始したが、腫瘍細胞は***（Ｍ期）を丁度完結し、正常な細胞のおそらく2/3の質量を有する。系の制御可能性は線形系でなし得たことを越える大きな利点で使用された。数時間後に、腫瘍細胞は必要とされるタンパク質の最小量をなくして、死滅し、一方、正常な細胞はその限界を上まわっても依然として安全である。最後に、第四期において、調節されたアミノ酸の濃度が正常に戻される。
以上において、本発明者らはｃの影響を越えて外部の付加的な影響を無視して細胞の固有のパラメーター（即ち、α、γ、ρ）のみを考慮した。例えば、輸送に対する外部の抵抗が内部の輸送損失ρを有効に増加することによりその動力学に影響することは、明らかである。しかしながら、外部抵抗を無視することは腫瘍の微小組織に鑑みて正当化し得る。それらは、小球に向けて引きつけられ、***細胞の外層を供給する血管により小球構造中で成長する。外層、または二つの外層の下で、腫瘍細胞は静止期にある。コアーは、充分に大きい場合、壊死性である。こうして、血液供給に隣接する最も外部の層のみを標的とすることが充分であるべきである。壊死層の間にサンドイッチにされた細胞は同様に死滅するであろう。
実施例
この節において、先に示された戦略の好ましい実施スキームの詳細な説明が示される。治療に関する二つの基本的なアプローチ、（１）透析に使用される装置に似た体外循環装置中で選択されたアミノ酸の濃度に対する制御を与えること、（２）化学的手段により選択されたアミノ酸を分解または非活性化（マスキング）することにより、その制御を体内で与えることが可能である。両方の場合に濃度を増大することは、必要量のアミノ酸を注入することにより行われる。第一の方法は一層優れており、安全であり、そしておそらく更にタイトな制御を可能にする。第二の方法は実施するのに更に都合がよいが、強い副作用を生じ得る。
体外制御アプローチは動脈（例えば、大腿動脈）及び静脈への連結並びに選択されたアミノ酸を除去するための間置されたフィルターを必要とする。図８は簡単な形状の本発明の一実施態様の装置を示し、それにより血液が管１により動脈循環から採取され、ポンプ２によりフィルター３を通ってポンプ輸送され、管４を通して静脈循環に戻される。図９は装置構成部品の配置を更に詳しく示す本発明の別の実施態様を示す。基本的な形状は制御のための吸着及び分解アプローチの両方につき同じままである。フィルター３は、血液がフィルターの入口６及び出口７で平行に連結された管５の組中を移動する中空繊維型のものである。中空繊維（管）の間の繊維外空間が８により表され、ポンプ９により駆動される別の密閉ループ循環に組み込まれる。繊維外空間８中の流れが反対方向に向けられ、そして入口６中の血液中の圧力が空間８中を流れる媒体（これを外部流と称する）の出口11における圧力より高く、一方、外部流の入口10における圧力が血流の出口７における圧力より高くなるように圧力低下が調節される。中空繊維５の詳細は繊維内の血流12を示す。血液細胞が15により表される。繊維の壁は低分子量の物質及び水のみの通過を可能にするモレキュラーシーブ（数千ダルトン、好ましくは１万〜３万のカットオフを有する）である。空間８中の外部流14は反対方向に向けられる。図10〜13は、選択されたアミノ酸を除去する異なる可能性を示す。これらの全てが吸着及び分解の両方に適用するが、一つまたはその他が選択されたアプローチに更に適し得る。図10において、酵素16が管５の内壁に固定化される。血流12（血液細胞が15により示される）が壁に沿って移動し、選択されたアミノ酸が酵素16の作用により吸着または分解される。これは提案された最も効率の低い方法である。酵素固定化に利用できる表面が非常に制限され、液体が壁に沿って静止しており、物質を主として拡散により接触させる。更に、血液が酵素と直接接触し、その酵素は放出される場合に流れに入るが、また血液血漿の高分子量の成分、更にはおそらく血液細胞との望ましくない相互作用にさらされる。壁は不透過性であるので、外部循環（ポンプ９により誘導される）が必要とされない。図11は水及び小さい溶質の通過を可能にする繊維壁19による改良を示す。上記のように設定された圧力勾配のために、液体が矢印17により示されたように血流の入口で管から流出し、そして矢印18により示されたように出口で戻る。活性酵素16が管19の外壁に固定化される。既知の中空繊維技術が存在し、それにより繊維の外部が多孔質にされる。このような管は活性酵素により被覆される更に大きな表面を与えるであろう。図12は、外部流14が酵素16を溶液中に運ぶ配置を示す。これは選択されたアミノ酸／酵素相互作用の機会を増大する。前記のように、交差流が入口で血流から出て（矢印17）、そしてフィルターの出口で血流に戻る（矢印18）。図13は、酵素16が外部循環14中でポンプ輸送される架橋ゲルビーズ20に固定化されるので図12に示された配置の改良を示す。酵素飽和（吸着が使用される場合）の時点のこのような系の取扱は図12の自由溶液系よりも優れている。図14は改良を示し、この場合、外部流がゲル結合酵素23を有するゲル床型フィルター22を通してポンプ21により今ポンプ輸送される。外部流は、再度、第一期のフィルター３中で濾過された血液血漿の低分子量の成分のみを含む。ポンプ21はゲルビーズによりタイトに充填されたフィルター22中の高い圧力の低下を補償し得る。外部流の入口及び出口における圧力を更に調節して中空繊維フィルター３中の交差流の状態を図９に説明されるように保つことができる。タイトに充填されたゲルフィルター22は、図９の外部循環中を流れる分散ゲルビーズよりも高いアミノ酸除去効率を生じるであろう。
単一フィルター通過の除去比が高い程、全生体レベルの選択されたアミノ酸濃度の調節の速度が高い。制御に関する時間定数の推測が“停滞（holdup）″（生体中のアミノ酸の合計量）対“処理量″（体外フィルター中のアミノ酸の質量流量）の比としてなし得る。フィルターの効率が100％であった場合、即ち、単一フィルター通過中の完全除去を仮定すると、大腿動脈タップによる時間定数は２〜４時間のオーダー（約24時間の細胞周期期間に対する制御要件につき充分に速い）であろう。
血漿液の除去による血液の粘度の増大のために、上記のフィルター配置の効率は単一期において約10％に制限される。多期が図15に示されるように使用し得る。この配置において、血液血漿の低分子量の成分が第一フィルター31中で血液から追い出され、一種以上の酵素と反応させられ、そして第二フィルター32中で血流に戻される。これが夫々第三フィルター33及び第四フィルター34中で繰り返され、次に再度、第五フィルター35及び第六フィルター36中で繰り返される。フィルターに沿ってほぼ一定の圧力差を維持するために、一種以上の酵素が血液と平行してポンプ37によりポンプ輸送される。これがフィルターの更に良好な利用をもたらす。夫々二つのフィルターの３期を用いて、アミノ酸除去の全効率は約50％であり、時間定数を４〜８時間に増大する。
図16はフィルターの別の形状を示し、それにより除去の効率が濾過の前の血液の希釈、または“洗浄″により大幅に高められる。ぜん動性の血液ポンプ40は血液を動脈血管41から膨張室42を通って第一血液フィルター43（これは繊維型のものであることが好ましい）に移動させる。動脈管の圧力がゲージ44により測定される。ヘパリン（これは血液凝固阻止に使用し得る）が注入ポンプ45により血流中に注入される。フィルター入口の圧力が膨張室中でゲージ46により測定される。別のポンプ47が希釈液を膨張室42にポンプ輸送し、そこでそれが入口50によるフィルター43への流入の前に血液と混合される。ポンプ47により血液に添加された流れの全てがフィルター43中の濾過により除去される。濾液がジャケット口48を経由して除去され、ポンプ65により部分的に循環される。ポンプ65への入口圧力がゲージ66により測定される。膨張室67中の圧力がゲージ68により測定され、圧力源に連結された弁69により調節される。このようにして、入口ジャケット口49から出口ジャケット口48への圧力低下が調節できるだけでなく、口49における圧力が調節できる。これはフィルター長さに沿った繊維外部の圧力プロフィールを繊維内部の圧力プロフィールに整合することを可能にし、こうしてフィルター領域の最も有効な利用を可能にする。濾液、即ち、希釈液がジャケット口48から反応室52に移動される。反応器への途中で、この濾液は第二フィルター55の出口57から流出する酵素を運ぶ液体と混合される。酵素を運ぶ液体はポンプ53により反応器52からポンプ輸送されて入口56を経由してフィルター55に戻される。ポンプ53の出口圧力がゲージ54により監視される。一種以上の酵素の作用は、混合物が反応器52中に保持される時間中にフィルター43中の血液から濾過された一種以上のアミノ酸に与えられる。フィルター55中で、一種以上の酵素がフィルター繊維の内部に閉じ込められ、一方、反応生成物を運ぶ液体が濾別され、ジャケット口58を経由して除去される。ここから、それがポンプ47により血流に逆にポンプ輸送される。ポンプ47だけでなく、ポンプ61の入口圧力がゲージ60により測定される。フィルター55用のポンプ61の目的はフィルター43用のポンプ65の目的と同じであり、フィルタージャケット内の圧力低下のプロフィールを調節するためである。ポンプ61の出口圧力が監視され、ゲージ53及び膨張室62を経由して配管に取り付けられた弁64により調節される。フィルター43の出口51における血流の速度は血液ポンプ40中の速度と同じであり、即ち、その機械中では血液容積の変化はない。血液フィルター出口51で調節されるアミノ酸の濃度は、濾過の前に血液に添加される希釈液の比に依存する。1:2の血流対希釈液の比につき、出口の濃度は入口の濃度の約1/3である。これが充分ではない場合、この比を増大し、または血液をその他の同一の濾過期（血液ポンプより小さい）に送ることができる。二つの濾過期において、アミノ酸の約90％の除去がこの配置により可能である。これは図51により示された実施態様（それにより、血液がわずかに50％の除去のために６つのフィルターに通された）よりも明らかに優れた実施態様である。フィルター中の拡散の付加的効果が両方の形状の効率を増大し得る。幾つかの酵素がフィルター55の繊維壁を横切って血流に漏出するが、これはフィルター選択により制御可能である。一般に、30kダルトンのカットオフが、考えられる殆どの酵素を保持するのに充分である。フィルター43から出た後、血流は注入ポンプ70によりアミノ酸により注入し得る。静脈管73を経由して戻す前に、血液が気泡キャッチャー71を通過する。戻り管中の圧力がゲージ72により監視される。
圧力ゲージの全てがコンピューター／コントローラー76により監視される。また、それはアミノ分析装置74からのデータを受け取り、これはコンピューター／コントローラーによる要求の際に血液管75を経由して血液試料を採取する。コンピューター／コントローラーインプットデータ回線77が破線により示される。コンピューター／コントローラーからの全てのアウトプット78が一点鎖線により示される。それらは、コンピューター／コントローラー76に供給されるプレプログラミングされたシーケンス79に従うために装置への入口におけるアミノ酸濃度（これは全身レベルに等しい）のフィードバック制御により要求されるように全てのポンプへの制御パラメーターを設定している。患者80は最良の可能な制御のために装置に連続的に接続し得るが、同じ装置が血液を少量のバッチで処理するのに使用し得る。単一針の血液透析がこのような小さいバッチ処理の例である。
ポンプ及びフィルターは血液細胞の損傷を最小にするように設計される必要がある。透析機械及び血液酸化機械に使用される技術が容易に適用し得る。この場合の唯一の特別な問題は、選択されたアミノ酸を除去する酵素系である。
タンパク質及びその他の窒素含有化合物の合成に使用されないアミノ酸は種々の代謝経路に入り、それによりそれらは主としてエネルギー供給物質に変換される。肝臓及び筋肉、そしてそれ程ではないが脳及び腎臓がアミノ酸分解の主たる部位である。植物、または微生物分解酵素を使用することが可能であり得るが、最良かつ最も安全なアプローチは哺乳類において自然に生じる経路を選択することである。多数の可能性のうちの一つを選択する際に、幾つかの問題：酵素作用の選択性；副生成物の可能な毒性；酵素の入手可能性、純度及びコスト；コファクター；エネルギー要件、等が考慮されるべきである。下記のリストは決して包括的ではない。それは上記の基準に鑑みて許されると考えられる幾つかの可能性を単にリストする。スレオニンが対照に選択される場合、スレオニンアルドラーゼがスレオニンをグリシン及びアセトアルデヒドに分解するのに使用し得る。フェニルアラニンにつき、酵素フェニルアラニンヒドロキシラーゼがそれをチロシンに変換するのに使用し得る−コファクターはDL−６−メチル−5,6,7,8−テトラヒドロプテリンである。アルギニンはアルギナーゼにより尿素及びオルニチンに代謝し得る。ヒスチジンはヒスチジンアンモニアライアーゼによりウロカニン酸に変換し得る。トリプトファンはトリプトファン2,3−ジオキシゲナーゼによりＮ−ホルミルキヌレニンに分解される。
タンパク質構築の自然プロセスにおいて、アミノ酸が最初に特定のtRNA分子に付着される。付着のプロセスは高度に特異性であり、良く理解されており、またそれ自体を吸着フィルター設計のモデルとして示唆する。幾つかの可能性が記載され、図９及び11〜14に示されたフィルター配置で使用される。選択されたアミノ酸のいずれか一つが、この方法で血液から除去し得る。
相当するtRNAへのアミノ酸付着は二つの工程において進行し、その両方が同じ酵素アミノアシル−tRNAシンセターゼにより触媒作用され、ATP（アデノシン三リン酸）により推進される。第一工程において、アミノ酸はアミノアシルアデニレート（また、アミノアシル−AMPと称される;AMPはアデノシン一リン酸を表す）の生成により活性化される。相当するtRNAの不在下で、アミノアシル−AMP中間体は安定な分子であり、そのシンセターゼから解離しない。これは選択されたアミノ酸の除去に関する第一の可能性−図９、11〜13に記載のフィルターの外部循環、または図14のフィルター22中の外部流における相当するアミノアシル−tRNAシンセターゼ及びATPの使用を示す。図９の外部流において、その酵素は溶液中に自由に使用されてもよく（これらのシンセターゼの分子量は100〜200kダルトンのオーダーであり、中空繊維フィルターのモレキュラーシーブの後の血液から単離されたまま容易に保存し得る）または架橋ゲルに結合されてもよい。架橋アガロースゲルによる固定化は、例えば、シバクロンブルーF3GAの如き普通に使用されるリガンドで行い得る。ATPが必要により外部循環に添加される。
第二工程において、アミノアシル−AMPのアミノアシル基がtRNAに転移されてアミノアシル−tRNAを生成し、これはタンパク質合成において活性な中間体である。これは血液からの選択されたアミノ酸の除去の更に別の可能性である。相当するtRNAが供給される場合、その酵素アミノアシル−tRNAシンセターゼがアミノ酸それ自体を結合するのに代えてアミノ酸をtRNAにカップリングすることのみに使用し得る。選択されたアミノアシル−tRNAシンセターゼ及び相当するtRNAの両方が溶液中で外部循環に供給し得る。また、その酵素はゲル固定化でき、そしてtRNAが溶液中で供給でき、またはtRNAがゲル固定化でき、そして酵素が溶液中で供給し得る。中間体及び生成物の全てが充分に大きくてモレキュラーシーブの後に血流から単離されたまま残る。
科学文献及び特許文献の研究が、関連情報を含む幾つかの参考例を明らかにした。従来の試みは、癌細胞中のタンパク質の選択的枯渇を目的とする治療の動的レジメ、またはこのようなプログラムを行うための装置を発明するためになされなかった。ここに含まれる論文の抄録が、アミノ酸供給に対する制限が腫瘍増殖に対し有し得る顕著な効果の証拠として用意される。特許文献からの最も関係があるものはシェッティガーの米国特許第4,955,857号である。それは選択された分解性アミノ酸酵素により装填された血液フィルターを記載する。その発明の目的は、特に或る種の白血病型に関する腫瘍治療に使用される静脈内酵素注射の副作用を最小にすることであった。
AN92082371
AUイーストマン−Ｔ−Ｊ、リスレイ−Ｇ−Ｌ、ブランソン−Ｍ−Ｅ
ヒューストン77036にあるテキサス大学、MDアンダーソン癌センター、外科部門TI“食物アルギニンの枯渇が転移性腫瘍の増殖を抑制する″
SO Arch−Surg1991 11月,126（11）巻,1376−81頁；説明1381−２
ISSN:0004−0010
AB肝臓に転移性のネズミ結腸腫瘍の増殖に関する食物アルギニンの効果が後生的腫瘍性疾患のモデルで調べられた。腫瘍増殖は生体内及び試験管内の両方でアルギニンにより影響された。アルギニン補給食は対照と比較して腫瘍増殖を55％刺激した。逆に、アルギニン枯渇食は対照と比較して腫瘍増殖を78％抑制した。ネズミ及びヒトの両方の結腸腫瘍細胞の試験管内培養は、アルギニンが細胞増殖に必要であることを確かめた。プロピジウムヨージド及びブロモデオキシウリジンを使用するフローサイトメトリー分析は、アルギニンを使用しないで培養された結腸腫瘍細胞が静止Ｓ期に入り、更なる増殖及び細胞周期進行のためにアルギニンに依存することを示唆した。後生的疾患による癌を有する患者における選択的食物アルギニン変調に関する潜在的な役割が説明される。著者。
AN91331208
AUテイラー−Ｍ−Ｗ、フェング−Ｇ−Ｓ
ブルーミントン47405にあるインジアナ大学、生物学部門
TI“インターフェロンγ、インドールアミン2,3−ジオキシゲナーゼ、及びトリプトファン代謝の間の関係”（コメントを参照のこと）
SO FASEB−J1991 8月,5（11）巻,2516−22頁,ISSN:0892−6638 60Refs
CM FASEB−J1991 11月,5（14）巻,3003−４中のコメント
AB インターフェロンは強力な抗癌剤であり、培養中の腫瘍細胞増殖を抑制することが示された。抗増殖効果の生体内の機構は免疫系により直接または間接であり得る。しかしながら、試験管内で、細胞毒性の一次機構はトリプトファンの枯渇によるものである。特に、インターフェロンγ（IFN−γ）はトリプトファン代謝の酵素、インドールアミン2,3−ジオキシゲナーゼ（IDO）を誘導し、これはキヌレニンへのトリプトファン及びその他のインドール誘導体の変換の原因である。多くの細胞内寄生虫、例えば、トキソプラズマ・ゴンジイ（Toxoplasma gon−dii）及びクラミジア・トラコマチス（Chlamydia trachomatis）に対するインターフェロンの抑制効果は同じ機構によるものである。上昇されたキヌレニンレベルが幾つかの疾患においてインターフェロン治療後にヒトに見られ、また酵素がインターフェロン誘導物質、またはインフルエンザウイルスの投与後にげっ菌類中で誘導される。また、IDO誘導が同種腫瘍の拒絶中に生体内で生じ、腫瘍拒絶プロセスにおけるこの酵素の可能な役割を示す。IDOの遺伝子がクローン化され、IFN−αまたはIFN−γにより差別調節されることが示された。IDO誘導はプテリジン生合成の主酵素であるGTP−シクロヒドロラーゼの誘導と相関関係があった。プテリジン合成におけるIDOの直接の役割が示されず、そしてこの平行の誘導はIFN−γにより誘導された遺伝子の協調調節を反映し得る。92基脱除及び炎症におけるIDOの可能な役割が説明される。著者。
AN92125173
AUブラウン−Ｒ−Ｒ、オザキ−Ｙ、ダッタ−Ｓ−Ｐ、ボーデン−Ｅ−Ｃ、ソンデル−Ｐ−Ｍ、マローン−Ｄ−Ｇ
マジソン53792にあるウィスコンシン医科大学、ヒト腫瘍学の部門
TI“癌、自己免疫疾患及びエイズにおけるインターフェロン誘導トリプトファン代謝のインプリケーション″
SO Adv−Exp−Med−Biol1991,294巻,425−35頁,ISSN:0065−2598 77Refs
ABトリプトファン（Trp）はタンパク質、セロトニン及びニコチン酸の生合成に必要とされる必須アミノ酸である。インドールアミン2,3−ジオキシゲナーゼ（IDO）が感染、ウイルス、リポ多糖、またはインターフェロン（IFN）により誘導され、これがキヌレニン（Kyn）経路に沿ってTrpのかなりの代謝を生じる。試験管内のヒト繊維芽中のトキソプラズマ・ゴンジイ及びクラミジア・プシッタチ（Chlamy−dia psittaci）の細胞内増殖がIFN−γにより抑制され、そしてこの抑制が培地中の過剰のTrpにより無効にされる。同様に、試験管内の幾つかのヒト細胞系の増殖がIFN−γにより抑制され、そして過剰のTrpが増殖を回復する。こうして、幾つかの試験管内の系において、IFN−γの抗増殖効果がTrpの誘導枯渇により媒介される。本発明者らは、型Ｉまたは型IIインターフェロンを投与された癌患者がIDOを誘導し、これが減少された血清Trpレベル（前処理の20−50％）及びKyn経路の増大された尿代謝（前処理の５〜500倍）をもたらすことを見出す。本発明者らは、IFNの生体内の抗腫瘍形成効果及び臨床上の副作用がTrpの全体または局所の枯渇により少なくとも一部媒介されるものと考える。自己免疫疾患において報告されたIFNの増加及び自己免疫疾患における上昇された尿Trp代謝産物の本発明者らの先の知見に鑑みて、おそらくTrpの全身または局所の枯渇が自己免疫疾患において生じ、このような疾患における退化、消耗及びその他の兆候に関係し得ると思われる。本発明者らは関節連結の滑液から単離された細胞中に高レベルのIDOを見出す。また、IFNはヒト免疫不全ウイルス（HIV）患者において上昇され、次第に増加するIFNレベルは悪化する予後と関連する。本発明者らはIDOがHIV感染により慢性的に誘導され、日和見感染症により増大され、また慢性のTrpの損失が悪液質、痴呆、下痢そしておそらくエイズ患者の免疫抑制の原因の機構を開始すると提案する。これらの兆候において、エイズはTrp及びニコチン酸の食事欠乏のための古典的ペラグラに似ている。予備研究において、他人が低レベルのTrp及びセロトニン、並びにエイズ患者中の上昇されたレベルのKyn及びキノリン酸を報告する。癌、自己免疫疾患及びエイズにおけるこれらのデータのインプリケーションが説明される。著者。
AN93251363
AUホー−Ｄ−Ｈ、コビントン−Ｗ−Ｐ、ワラーシュテイン−Ｒ−Ｏ、ヘスター−Ｊ−Ｐ、リン−Ｊ−Ｒ、ブラウン−Ｎ−Ｓ、ニューマン−Ｒ−Ａ、クラコフ−Ｉ−Ｈ、フライライヒ−Ｅ−Ｊ
ヒューストン77030にあるテキサス大学、M.D.アンダーソン癌センター、医療部門
TI“トリプトファン側鎖オキシダーゼカラムを使用する患者の血漿トリプトファンの枯渇″
SO Cancer−Invest1993,11（３）巻,252−７頁,ISSN:0735−7907
AB シュードモナスXAから単離された酵素トリプトファン側鎖オキシダーゼの使用が難治性の急性リンパ球白血病の３人の患者において研究された。患者は、治療の前そして治療中に低トリプトファン食またはトリプトファンを含まない栄養過給を与えられた。フェレーシスにより分離された彼らの血漿が、固定化されたトリプトファン側鎖オキシダーゼを含むトリプトファン枯渇カラムに連続的に通された。４倍容までの血漿が２〜３週間にわたって毎週５日でカラムに１日中通され、遊離及び合計の両方の血漿トリプトファンレベルが高速液体クロマトグラフィーにより測定された。プレカラム血漿試料及びポストカラム血漿試料がフェレーシス操作により回収された。全てのポストカラム血漿試料が治療期間中に測定できないトリプトファンレベルを有し、一方、プレカラム試料は常に測定可能であった。一般に、末梢血から単離された血漿のトリプトファンレベルは治療後に減少したが、翌日までに反跳された。酵素枯渇カラムは循環血漿トリプトファンレベルを減少し、その使用は患者により良く寛容される。しかしながら、この方法の更なる開発は食事の効果並びに治療効果に関するこのカラムの使用の期間、間隔、及び頻度の効果の研究を必要とするであろう。問題として、延長された食事のコンプライアンス及び生体貯蔵からのトリプトファンの明らかに徹底的な可動化による難点が挙げられ、これらがこの酵素枯渇カラムの臨床上の適用を排除し得る。著者。

Claims (35)

1. 血液を前記血液の低分子量の成分を前記血液中の必須アミノ酸、アルギニン、スレオニン、メチオニン、リシン、バリン、ロイシン、イソロイシン、ヒスチジン、フェニルアラニンまたはトリプトファンの少なくとも一種の濃度を低下する化学薬剤と反応させる装置を通って血液治療装置の入口から出口に移動させる装置、前記血液への前記必須アミノ酸の添加により前記濃度を増大する装置、前記血液中の前記必須アミノ酸の前記濃度を測定する装置、及び前記濃度の変化のプレプログラミングされたシーケンスを実行する装置を含むことを特徴とする血液治療装置。
2. 前記血液を移動させる前記装置が、好ましくはぜん動型の少なくとも一つの体外血液ポンプ、及び適当な血液配管を含む請求の範囲第１項に記載の装置。
3. 前記血液の低分子量の成分を前記化学薬剤と反応させる前記装置が前記化学薬剤を前記血液から分離する少なくとも一つのモレキュラーシーブを含み、それにより前記アミノ酸を含む前記血液の前記低分子量の成分が前記フィルターを横切って移動して前記化学薬剤と反応し得る請求の範囲第１項または第２項に記載の装置。
4. 前記化学薬剤が前記必須アミノ酸の少なくとも一種の選択的吸着により前記濃度を低下する請求の範囲第１項〜第３項のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記化学薬剤が前記アミノ酸の選択的分解により前記濃度を低下する酵素である請求の範囲第１項〜第３項のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記血液への前記必須アミノ酸の添加により前記濃度を増大する前記装置が注入ポンプを含む請求の範囲第１項〜第３項のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記血液中の前記必須アミノ酸の前記濃度を測定する前記装置がアミノ酸分析装置を含む請求の範囲第１項〜第６項のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記濃度の変化のプレプログラミングされたシーケンスを実行する装置が前記必須アミノ酸の前記濃度を測定する前記装置からのデータを制御し、かつ受け取り、前記血液を前記血液の前記低分子量の成分を前記化学薬剤と反応させる装置を通って移動させる前記装置を制御し、かつ前記必須アミノ酸の前記濃度を増大する前記装置を制御する少なくとも一つのコンピューターを含む請求の範囲第１項〜第７項のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記プレプログラミングされたシーケンスが１日〜７日の範囲の有限時間をスパンする請求の範囲第１項〜第８項のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記プレプログラミングされたシーケンスが少なくとも４つの期を含み、それにより第一期の時間中の第一のレベルの前記濃度が生体中の全ての細胞を静止期に入らせ、かつ第二段階の時間中の第二のレベルの前記濃度が腫瘍細胞を周期に再度入らせるが、正常な細胞を周期に再度入らせず、かつ第三段階の時間中の第三レベルの前記濃度が周期している腫瘍細胞の大半を死滅させ、かつ第四段階における前記濃度が正常な細胞に周期するのを回復させる正常な濃度である請求の範囲第１項〜第９項のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記血液を前記フィルターに入る前に液体により希釈し、次いで前記フィルター中で濃縮し、それにより前記希釈液が前記血液の前記低分子量の成分を前記フィルターを通って前記低分子量の成分を必須アミノ酸の少なくとも一種の濃度を低下する化学薬剤と反応させる装置に運ぶ請求の範囲第１項〜第10項のいずれか一項に記載の装置。
12. （ａ）体外血液ポンプ、
    （ｂ）体外血液フィルター、
    （ｃ）構成部品（ａ）及び（ｂ）を動脈と静脈の間の密閉された体外循環に連結する管を含み、
    それにより前記フィルターが前記アミノ酸を血液から選択的に排除することを特徴とする請求の範囲第１項に記 載の装置。
13. 前記フィルターが前記アミノ酸を選択的に吸着する請求の範囲第12項に記載の装置。
14. 前記選択的吸着が前記アミノ酸に特異性のアミノアシル−tRNAシンセターゼにより行われ、かつATPにより推進される請求の範囲第12項〜第13項のいず れか一項に記載の装置。
15. 前記アミノアシル−tRNAシンセターゼがゲルに結合される請求の範囲第14項に記載の装置。
16. 前記選択的吸着が前記アミノ酸に特異性のtRNAにより行われ、かつ前記アミノ酸に特異性のアミノアシル−tRNAシンセターゼにより触媒作用され、かつATPにより推進される請求の範囲第12項〜第13項のいず れか一項に記載の装置。
17. 前記tRNAがゲルに結合される請求の範囲第16項に記載の装置。
18. 前記アミノアシル−tRNAシンセターゼがゲルに結合される請求の範囲第16項に記載の装置。
19. 前記フィルターが前記必須アミノ酸を選択的に分解する請求の範囲第12項に記載の装置。
20. 前記分解が天然アミノ酸分解酵素の一つにより行われる請求の範囲第19項に記載の装置。
21. 前記酵素が下記の酵素：スレオニンにつきスレオニンアルドラーゼ、フェニルアラニンにつきフェニルアラニンヒドロキシラーゼ、アルギニンにつきアルギナーゼ、ヒスチジンにつきヒスチジンアンモニア−ライアーゼ、トリプトファンにつきトリプトファン2,3−ジオキシゲナーゼから選択される請求の範囲第20項に記載の装置。
22. 前記酵素がゲルに結合される請求の範囲第20項に記載の装置。
23. 前記アミノ酸の前記選択的排除用の前記血液フィルターがモレキュラーシーブにより血液から分離された二次循環外部流をとり込む請求の範囲第12項に記載の装置。
24. 前記アミノ酸の前記選択的排除が前記二次循環外部流に制限された酵素手段により行われる請求の範囲第23項に記載の装置。
25. （ａ）体外血液ポンプ、
    （ｂ）中空繊維型の第一体外フィルター、
    （ｃ）体外血液−血漿フラクションポンプ、
    （ｄ）ゲル床型の第二体外フィルター、
    （ｅ）動脈血液が（ｂ）の前記中空繊維を通って（ａ）によりポンプ輸送され、静脈血流に戻され、一方、前記中空繊維中を濾過する血液血漿の低分子量フラクションが（ｄ）を通って（ｃ）によりポンプ輸送されて（ｄ）と（ｂ）の繊維外空間との間に二次密閉外部循環を形成するように、構成部品（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）を連結する管
    を含み、それにより前記第一フィルターが血液細胞及び高分子量の物質をアミノ酸を含む前記血液−血漿フラクションから分離し、かつ前記血液−血漿フラクションポンプにより供給された前記第二体外フィルターが前記必須アミノ酸を前記血液−血漿フラクションから選択的に排除することを特徴とする血液治療用装置。
26. ゲル床型の前記第二フィルターが前記アミノ酸を選択的に吸着する請求の範囲第25項に記載の装置。
27. 前記選択的吸着が前記アミノ酸に特異性のアミノアシル−tRNAシンセターゼにより行われ、かつATPにより推進される請求の範囲第26項に記載の装置。
28. 前記選択的吸着が前記アミノ酸に特異性のtRNAにより行われ、かつ前記アミノ酸に特異性のアミノアシル−tRNAシンセターゼにより触媒作用され、かつATPにより推進され、かつ前記アミノ酸に特異性の前記tRNAまたは前記アミノアシル−tRNAシンセターゼがゲル結合される請求の範囲第26項に記載の装置。
29. ゲル床型の前記第二フィルターが前記必須アミノ酸を選択的に分解する請求の範囲第25項に記載の装置。
30. 前記分解が天然アミノ酸分解酵素の一つにより行われる請求の範囲第29項に記載の装置。
31. 前記酵素が下記の酵素：スレオニンにつきスレオニンアルドラーゼ、フェニルアラニンにつきフェニルアラニンヒドロキシラーゼ、アルギニンにつきアルギナーゼ、ヒスチジンにつきヒスチジンアンモニア−ライアーゼ、トリプトファンにつきトリプトファン2,3−ジオキシゲナーゼから選択される請求の範囲第30項に記載の装置。
32. （ａ）体外血液ポンプ、
    （ｂ）中空繊維型の第一フィルター、
    （ｃ）第一フィルター濾液ポンプ、
    （ｄ）中空繊維型の第二フィルター、
    （ｅ）第二フィルター濾液ポンプ、
    （ｆ）反応室、
    （ｇ）動脈血液が（ｂ）の前記中空繊維を通って（ａ）によりポンプ輸送され、静脈血流に戻され、一方、血液血漿の低分子量フラクションを運ぶ（ｂ）の前記濾液が（ｆ）を通って前記第二フィルター（ｄ）の前記中空繊維に（ｃ）によりポンプ輸送されるように構成部品（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）を連結する管
    を含み、それにより前記第二フィルター（ｄ）の濃厚液が（ｆ）に流入する前に前記第一フィルター濾液と混合され、それにより前記第二フィルター濾液が（ｅ）によりポンプ輸送されて前記第一フィルター（ｂ）への流入前に前記動脈血液と混合され、それにより前記第一フィルターが血液細胞及び高分子量の物質をアミノ酸を含む前記血液−血漿フラクションから分離し、かつ第二フィルターが前記必須アミノ酸の少なくとも一種を前記の二つのフィルター間で循環される血液希釈液から選択的に排除する酵素を分離することを特徴とする血液治療用装置。
33. 前記フィルターのジャケット中の循環液体流が前記ジャケットの入口及び出口を連結する付加的なポンプにより制御される請求の範囲第32項に記載の装置。
34. 前記フィルターが前記フィルターの前記ジャケット内の平均圧力を調節する装置を含む請求の範囲第32項または第33項に記載の装置。
35. 前記血液が請求の範囲第11項〜第34項に記載のフィルターを含む二つ以上の血液処理期に通される血液治療用装置。

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