착용가능한 신장 document_id A220623066646

신기능장애 또는 신부전, 특히 말기 신장 질환은 인체가 물 및 무기질을 제거하고, 유해 대사물질을 분비하고, 산-염기 균형을 유지하고, 전해질 및 무기질 농도를 생리적 범위내로 조절하는 능력을 잃게 한다. 요소, 크레아티닌 및 요산을 포함하는 독성 요독성 폐대사물이 체조직에 축적되며, 이것이 신장의 여과 기능이 대체되지 않을 경우, 사망을 초래한다. 투석은 이러한 폐독소 및 과잉의 물을 제거함으로써 신장 기능을 대체하는 데 보편적으로 사용된다. 투석 처리의 한 유형인 혈액 투석에 있어서, 독소는 환자의 혈액으로부터 혈액투석기에서 외부로 여과된다. 혈액은 환자로부터 다량의 외부적으로 공급된 투석물로부터 반투과성막에 의해 분리된 투석기를 통과한다. 노폐물 및 독소는 혈액으로부터 반투과성 막을 통해 투석물로 투석되어 나가고, 이후 폐기된다. 혈액투석 치료는 일반적으로 수시간 지속되고, 의료진 감독 하에 일주일에 3회 또는 4회 수행되어야 하며, 환자의 자율성과 생활의 질의 상당한 저하를 요한다. 또한, 혈액투석은 지속적으로가 아니라 주기적으로 수행되기 때문에, 환자의 상태 및 일반적 안녕감이 혈액투석 직전(독소 수준이 높은 경우) 및 혈액투석 후(전해질이 불균형인 경우) 모두 저하되는 경향이 있어, 환자가 구역질 및 구토에서부터 부종에 이르는 증상을 갖게 될 수 있다. 복막 투석은 신장 기능을 대체하기 위해 사용된 투석 처리의 또 다른 유형이며, 복막 투석에서는, 무균의 병원균 비함유 투석액이 환자의 복강에 주입된다. 복막은 천연 투석기로서 작용하고, 독성 요독성 폐대사물 및 여러 이온이 환자의 혈류로부터 삼투압 구배를 통해 막을 거쳐 투석액으로 확산된다. 투석액이 제거되어 폐기되고, 반연속적으로 또는 연속적으로 새로운 투석액에 의해 대체된다. 복막 투석 장치 전부가 치료 센터에서 의료진의 감독 하에 있을 것을 요하는 것은 아니지만, 복막 투석에 필요한 다량의 투석액을 배출하고, 폐기하고, 대체하는 것은 여전히 불편하고, 다루기 어렵고, 많은 비용이 든다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 혈액투석 및/또는 복막 투석으로부터 사용된 투석물을 폐기하는 것과는 대조적으로 사용된 투석물을 재구성하는 장치가 설계되었다. 투석액은 투석액으로부터 요소를 제거하는 장치를 사용하는 기기에서 재생성될 수 있다. 예를 들어, 최초의 레디(Redy)®(REcirculating DYalysis) 솔벤트 시스템(Solvent System)(Blumenkrantz et al., Artif. Organs 3(3):230-236, 1978)은 5개의 층을 갖는 흡수제 카트리지로 이루어지며, 이를 통해 요독성 폐대사물을 함유하는 투석액이 흘러 재생된다. 소모된 투석물은, 중금속(즉, 구리 및 납) 및 산화제(즉, 염소 및 클로르아민)을 제거하는 정제층, 투석물 중의 요소를 탄산암모늄으로 분해시키는 소정의 산화알루미늄에 결합된 우레아제를 함유하는 산화알루미늄층, 다른 양이온(즉, 칼륨, 마그네슘 및 칼슘)과 함께 요소 분해로부터 생성된 암모늄 이온을 흡착하는 지르코늄 포스페이트층, 아세테이트에 대한 교환시에 포스페이트 및 그 밖의 음이온(즉, 플루오라이드 및 설페이트)에 결합하는 수화된 산화지르코늄층, 및 그밖의 유기 화합물(즉, 크레아티닌 및 요산)을 흡착하는 활성 탄소층을 통해 흐른다. 일반적으로, 레디® 솔벤트 시스템과 같은 장치에 사용되는 이온 교환 수지는 요소 분해 생성물 뿐만 아니라 복막 투석액으로 확산된 칼슘 및 마그네슘과 같은 필수 이온도 흡착한다. 이후, 이들 이온은 환자에게서 빠르게 대체되어야 한다. 그러나, 현시점에서 이를 수행하는 용이하거나 편리한 메카니즘은 존재하지 않는다. 또한, 혈액투석 및 복막 투석 투석물이 재생될 수 있다고 하더라도, 지속적으로 작동하여 요독성 폐대사물을 효과적으로 제거하고, 환자에 의해 실질적으로 편안하게 착용되도록 충분히 소형이고/이거나 중량이 적게 나가는 장치는 아직 고안되지 않았다. 따라서, 현시점의 장치 및 방법에 비해 안전하고 효과적이며, 환자의 생활의 질을 크게 개선시키는 투석 장치가 필요하다. 환자가 상당한 오랜 기간 동안에도 불편함을 느끼지 않도록 규칙으로 작동하는 투석 장치와 환자의 시간을 크게 소비하지 않고, 의료진의 감독을 요하지 않으며, 투석물의 양이 너무 커서 환자가 사실상 부동 자세로 있어야 하는 것을 요하지 않고, 환자로부터 필수 이온 및 미네랄을 제거하여 외부에서 대체되어야 하는 것을 요하지 않는 투석 장치가 필요하다. 또한, 환자가 연속적으로 착용하여 불편함이 거의 없이 정상 활동을 이행하는 데 충분히 안정한 시스템, 즉, 혈액 순환계내에서의 기능부전 또는 단절이 쉽게 일어날 수 있어 급속한 혈액 손실과 사망을 초래할 수 있는, 혈액의 여과(예를 들어, 혈액투석)을 포함하지 않는 시스템이 유리하다. 따라서, 환자를 독립적으로 기능할 수 있게 하는 투석 장치가 매우 유리하다. 또한, 환자로부터 필수 이온을 제거하지 않으면서 투석액을 재구성할 수 있는 복막 투석 장치가 유리하다. 발명의 요약 본 발명은 종래의 혈액투석 또는 복막 투석 치료의 대안으로서 하루 24시간, 일주일에 7일 지속적으로 환자가 편안하게 착용할 수 있는 복막 투석 장치를 제공한다. 본 발명의 투석 장치는 환자로부터의 양이온 손실을 최소화하는 대체가능한 카트리지를 사용하여 재생되는 복막 투석액을 재순환시킨다. 본 발명의 투석 치료는 연속적 또는 반연속적일 수 있다. 따라서, 본 발명은 착용가능한 복막 투석 장치에 관한 것이다. 일 구체예에서, 상기 장치는 하나 또는 그 초과의 접근 포트(acess port)를 통해 환자의 복강 내로, 그리고 복강으로부터 소정 부피의 복막 투석액을 순환시키는 폐쇄형 유체 시스템 루프를 포함한다. 착용가능한 복막 투석 장치의 상기 유체 시스템 루프에는, 환자의 복강으로, 그리고 복강 밖으로 복막 투석액을 이동시키기 위한 하나 이상의 펌프, 환자 체액의 삼투현상으로부터 초래되는 과잉 유체를 복막 투석액으로 제거하기 위한 대체가능한 배출 용기, 복막 투석액으로부터의 미립물질 및 파편을 제거하기 위한 필터 및 상기 유체 시스템 루프에 부착된, 복막 투석액을 재생시키기 위한 대체가능한 카트리지가 부착되며, 대체가능한 카트리지는, 양이온이 복막 투석액에 보유되고, 이에 따라 환자에 보유되도록 양이온(예를 들어, 칼슘, 마그네슘, 나트륨, 칼륨)을 거부하는 조성물로 이루어진 요소 제거층을 지닌다. 일 구체예에서, 착용가능한 복막 투석 장치는 필요에 따라 재생된 복막 투석액을 추가의 삼투압 제제와 재혼합하여 요구되는 복막 삼투 흐름을 달성하는, 유체 시스템 루프에 부착된 혼합 용기를 추가로 포함한다. 또 다른 구체예에서, 착용가능한 복막 투석 장치는 재생된 복막 투석액으로부터 세균 오염물을 제거하는, 유체 시스템 루프에 부착된 필터를 포함한다. 마이크로프로세서는 유체 시스템 루프 구성요소와 연통하여 펌프 유량 및 투석 장치의 구성요소의 타이밍 및 순서를 조절할 수 있으며, 마이크로프로세서는 또한 외부에서 제어되도록 설계될 수 있다. 또한, 본 발명은 복막 투석액을 재생하는 교체가능한 카트리지에 관한 것으로, 교체가능한 카트리지는 정제층, 양이온을 거부하는 요소 제거층 및 이온교환층을 포함한다. 정제층은 복막 투석액으로부터 중금속, 산화제 및 그 밖의 요독성 폐대사물을 제거하며, 일 구체예에서는, 활성 탄소로 이루어진다. 이온교환층은 복막 투석액으로부터 포스페이트 및 설페이트를 제거하고, 고분자 포스페이트 결합제 또는 무기 흡수제로 이루어질 수 있다. 요소 제거층은 양이온은 거부하나 요소는 통과시키는 조성물로 이루어진다. 따라서, 요소는 환자로부터 제거되지만, 칼슘 및 마그네슘과 같은 필수 이온은 환자에게 보유되고, 나트륨 및 칼륨과 같은 그 밖의 양이온은 재교체가능한 카트리지에서 축적되지 않게 되어, 카트리지의 수명을 연장시킨다. 일 구체예에서, 양이온을 거부하는 조성물은 이온 선택적 나노여과 막으로 이루어진 중공 섬유, 양이온을 거부하는 물질로 된 층을 함유하는 중공 섬유, 이온 교환막, 또는 요소 제거 구성요소를 둘러싸고, 양이온을 거부하는 물질로 이루어진 캡슐화물이다. 양이온 거부 조성물 또는 캡슐화물을 포함하는 이온 거부 물질은 정전기적 반발, 소수성, 크기 배제, 분배(partitioning) 또는 이들의 조합에 의해 양이온을 거부하는 물질일 수 있다. 양이온을 거부하는 조성물 이외에, 일 구체예에서, 요소 제거층은 또한 복막 투석액으로부터 요소를 제거하는 조성물로 이루어진다. 일 구체예에서, 요소 제거층은 염기성 수지(resin)와 함께, 요소를 흡착하는 강산 양이온 교환 수지를 포함한다. 또 다른 구체예에서, 요소 제거층은 요소 분해 효소, 및 요소 분해 생성물을 흡착하는 하나 이상의 이온 교환 흡수제로 이루어진다. 일 구체예에서, 요소 분해 효소는 우레아제이며, 또 다른 구체예에서, 우레아제는 수지 비드, 또는 중공 섬유 또는 솔리드 섬유의 벽에 부착된다. 또한, 본 발명은 착용가능한 복막 투석 장치를 사용하여 환자로부터 요독성 폐대사물을 제거하는 방법으로서, 환자의 요독성 폐대사물이 복막을 거쳐 복막 투석액으로 확산되도록 소정 양의 복막 투석액을 하나 또는 그 초과의 접근 포트를 통해 환자의 복강으로 펌핑시키고; 요독성 폐대사물을 함유하는 투석액을 환자로부터 장치로 펌핑시키고; 과잉 유체를 대체가능한 배출 용기로 배출시키고, 복막 투석액으로부터 미립 물질 및 파편을 여과시키고, 양이온을 거부하는 조성물을 포함하는 요소 제거층을 함유하는 대체가능한 카트리지를 사용하여 요독성 폐대사물을 함유하는 복막 투석액을 재생시키고, 재생된 복막 투석액을 환자의 복강에 반송시키는 것을 포함하는 방법에 관한 것이다. 현재까지의 투석 장치와는 다르게, 본 발명의 착용가능한 복막 투석 장치는 환자에게 비교적 정상적이고, 활동적인 생활방식을 유지하도록 허용할 수 있는 투석 장치를 제공한다. 따라서, 착용가능한 복막 투석 장치는 급속하고 치명적인 혈액 손실을 초래할 수 있는 환자로부터 라인 파괴 또는 단절의 매우 큰 위험을 갖는 착용가능한 혈액 투석 및/또는 여과 시스템에 비해 훨씬 더 안정하다. 복막 투석액의 재생으로 인해, 착용가능한 복막 투석 장치에 순환되어야 하는 투석액의 양을 비교적 적게 필요로 하여 장치를 적고 경량이게 함으로써 전반적으로 착용하는데 편하다. 착용가능한 복막 투석 장치가 복막 투석액의 재생을 통해 지속적으로 작동할 수 있음으로써, 환자가 노동집약적이고, 시간 소모적이고/이거나 작동에 대해 의료진의 감독을 요하는 투석 장치로부터 자유롭게 되어, 환자의 전반적인 안녕감, 생활의 질을 현저히 개선시킨다. 지속적으로 착용가능한 복막 투석 장치의 복막 투석액의 재생은 또한 연결부위를 감염시키는 종래 복막 투석에서 요구되는, 유체 연결기를 복막에 자주 연결시키고 단절시키는 것을 하지 않아도 됨을 의미한다. 또한, 착용가능한 복막 투석 장치는 투석액으로부터, 궁극적으로는 환자의 신체로부터 필수 이온을 제거하지 않으면서 복막 투석액을 재생시킨다. 이는 최근까지, 이러한 필수 이온이 환자에게서 필요에 따라 신속하게 또는 효과적으로 대체될 수 없기 때문에 매우 유리한 것이다.