改善脑脊液的方法及其装置和系统与流程

改善脑脊液的方法及其装置和系统
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2019年4月11日提交的美国临时专利申请号62/832,486的优先权和权益，其全部公开内容通过引用整体并入本文。本技术还要求2020年1月14日提交的美国临时专利申请号62/960,861的优先权和权益。
发明领域
3.本发明的各种实施方案提供了用于改善蛛网膜下腔内流体的系统和方法，更具体地，提供了方法和系统，由此布置、放置或定位在与哺乳动物受试者的蛛网膜下腔流体连通的结构上的改善剂改善蛛网膜下腔内包含的生物分子。


背景技术：

4.许多神经变性疾病与哺乳动物受试者蛛网膜下腔(sas)内脑脊液(csf)或其他流体(例如，间质液)中包含的生物分子(例如，毒性蛋白质)的积累有关。有问题的是，这些(例如，有毒的)生物分子可能会分泌并被csf运输到体内的其他细胞，这一过程可能进行数年。例如，二肽重复蛋白(dpr)和/或tdp-43与肌萎缩侧索硬化症(als或lou gehrig病)、阿尔茨海默病(ad)、额颞叶变性(ftd)、帕金森病(pd)、亨廷顿病(hd)、和进行性核上性麻痹(psp)(仅举几例)的病理学中的神经元死亡有关。因此，研究主要集中在去除有害dpr上。去除dpr和/或tdp-43的技术包括：从csf空间分流csf、稀释csf(例如，用人工流体)、将药物施用到csf、调节csf和/或操纵csf流动。然而，这些传统技术往往会产生并发症。


技术实现要素：

5.因此，期望的是提供原位和其他系统和方法来改善sas中的csf和其他流体(例如间质液)，这是通过将系统或其组件部分或完全植入体内(例如，完全或主要在sas内)。
6.在第一方面，本发明的一些实施方案涉及用于治疗患有病理学、创伤、神经系统疾病、非神经系统疾病或以csf中存在毒性生物分子为特征的缺陷中的至少一种的哺乳动物受试者的方法。在一些实施方案中，该方法包括使用改善剂、改善技术或其组合改善csf中毒性生物分子(例如，通过酶促消化毒性生物分子和/或通过将pin1、外泌体和/或活细胞置于筒中并使csf循环通过筒)。在一些变型中，酶促消化毒性生物分子可包括使用蛋白酶来酶促消化毒性生物分子。毒性生物分子的改善可以至少部分地发生在：受试者的脑室间隙、受试者的脑蛛网膜下腔和/或受试者的腰部区域。
7.在一些实施方式中，该方法可以包括以下步骤：选择具有以下至少一种症状的患者：病理学、创伤学、神经学疾病(例如，肌萎缩侧索硬化(als)，阿尔茨海默病(ad)，额颞叶变性(ftd)，进行性核上性麻痹(psp)，亨廷顿病(hd)和帕金森病(pd)，癌症，颅内转移性疾病(imd)，糖尿病，3型糖尿病，狼疮，中毒，慢性创伤性脑病(cte)，细菌性脑膜炎，动脉瘤，中风，脑血管痉挛和创伤性脑损伤)，非神经系统疾病，或缺陷；从第一位置(例如，腰椎csf空间中的位置)移除一定体积(例如，以约0.1ml/min和约100ml/min之间的流速，约1ml和约
200ml之间)的csf；用筒处理该csf体积以治疗(例如去除、减少、改变、隔离、消化、中和或失活)所述症状，例如(一种或多种)物质(例如tau、cis p-tau、abeta、tdp-43、sod1、dpr、神经丝和α-突触核蛋白)，例如，通过酶活性；以及在第二位置(例如，颈椎csf空间或脑室csf空间中的位置)将处理的csf体积返回患者。在一些应用中，该方法的实施方案还包括在从患者移除一定体积的流体之后等待第一时间长度和/或在将处理的流体体积返回给患者之后等待第二时间长度。
8.在一些实施方式中，该方法还可包括使用传感器测量处理的csf体积的特性；以及在患者的颈部csf空间和/或脑室csf空间中的第二位置处将处理的csf体积返回给患者。在一些变型中，由于该方法的双向和/或双流特征，在替代方案中，可以从患者位置的颈部csf空间和/或脑室csf空间中的第一位置移除一定体积的csf以及可以将至患者的处理的csf体积返回到患者腰部csf空间中的第二位置。此外，csf可以单次或多次可逆地流过酶筒，以增加在筒中的停留时间和治疗功效和有效性。优选地，经处理的csf以与移除csf体积的速率基本相同的速率返回给患者。在一些实施方式中，这些步骤可以至少部分地同时发生。任选地，该方法可以包括在将处理过的csf返回给患者之前用吸取剂(getter)过滤处理过的csf以捕获未结合的酶。
9.在一些变型中，所做出的方法还包括基于测量的csf特性满足或超过预定阈值来更新一组治疗操作参数的一个或多个参数。可设置操作参数以维持特定压力和/或特定体积。
10.在一些实施方式中，该方法可以包括基于测量的流体特性达到或超过预定阈值，重复移除、处理和返回步骤和/或更新一组处理操作参数(例如，保持特定压力、特定体积变化和患者csf空间内的特定流速的至少一种)，直到满足一个或多个标准。
11.在一些变型中，移除的csf体积大于或等于返回的处理过的csf体积。优选地，将csf体积以与从患者移除csf体积基本相同的速率返回给患者。
12.在第二方面，本发明的一些实施方案涉及用于与哺乳动物受试者流体连通(例如，植入(即，完全或部分地)在其中)的csf改善系统。在一个实施方案中，该系统包括基材(例如，筒)和改善剂。改善剂可以是布置在筒内表面上的酶和/或装饰在筒内表面上的酶。或者，改善剂可包括设置在筒中的pin1、外泌体和/或活细胞。
13.在一种实施方式中，改善剂通过酶消化修饰或降解csf中存在的生物分子，并且在一些变型中，用于酶消化的酶可以是蛋白酶(例如，胰蛋白酶；弹性蛋白酶；组织蛋白酶；梭菌蛋白酶；钙蛋白酶，包括钙蛋白酶-2；半胱氨酸蛋白酶(caspase)，包括半胱氨酸蛋白酶-1、半胱氨酸蛋白酶-3、半胱氨酸蛋白酶-6、半胱氨酸蛋白酶-7和半胱氨酸蛋白酶-8；m24同源物；人气道胰蛋白酶样肽酶；蛋白酶k；嗜热菌蛋白酶；asp-n内肽酶；糜蛋白酶；lysc；lysn；谷氨酰内肽酶；葡萄球菌肽酶；arg-c蛋白酶；脯氨酸内肽酶；凝血酶；组织蛋白酶e、s、b、k、l1；tissue type a；肝素酶；颗粒酶，包括颗粒酶a；甲氨蝶呤α；胃蛋白酶；内皮酶；激肽释放酶(kallikrein)-6；激肽释放酶-5；和它们的组合。
14.基材的示例性实施方案可包括可折叠和/或柔性的基材以促进在受试者内基于导管的植入；包括多个纤毛的基材(例如，从外壳部分延伸的纤毛突起、可从基材内缩回和/或延伸的纤维和/或刷状纤维)；置于基材(例如容器)内或之上的珠(例如，超顺磁珠)；透析膜导管；含有生物分子改善剂的管状装置；和/或多个附枝。
15.在某些应用中，该系统还包括皮下端口，其用于采样csf；引入、去除或补充改善剂；引入或移除基材；引入药物；和/或长期维持药物。在另一应用中，该系统还可以包括一个或多个csf流体回路，其具有进出端口(例如，第一进出端口和第二进出端口)，以增加穿过基材的csf流动，以及以下的一种或多种：位于csf回路内的传感器(例如，温度传感器、压力传感器、ph传感器、uv传感器、ir传感器、湍流传感器、拉曼散射传感器、动态光散射传感器、成分浓度传感器、流量传感器及其组合)；泵(例如，蠕动泵、旋片泵、阿基米德螺杆、气囊、充气气囊、液压囊、活塞泵、电动泵、被动泵、自动泵、无阀泵、双向泵及其组合)；阀(例如，单向阀、二尖瓣阀、三尖瓣阀、红宝石阀(ruby valve)及其组合)；和/或位于csf回路内的致动器。优选地，系统控制器(例如，开环控制器、闭环控制器、pid控制器、pid阈值控制器、系统识别算法及其组合)可以可操作地耦合到一个或多个传感器、泵和/或致动器。
16.在一些变型中，该系统还可以包括支架和/或泵(例如具有多孔壁)和/或致动器，使得生物分子改善剂被装饰在泵的内表面上，并且更具体地，生物分子改善剂被多孔壁保留。
17.在一些应用中，系统还包括以下一项或多项：控制系统；csf引导系统；颈导管、腰椎导管或脑室导管中的一种或多种；以及用于测量或感测csf成分和/或csf特性的传感器。控制系统可以维持哺乳动物受试者内的csf压力和/或流量。在一些变型中，控制系统具有可编程存储器、数据处理系统和通信子系统，而csf引导系统具有泵；管道；t型阀、防回流阀和/或截止阀；和访问端口和/或皮下访问端口。
18.在一些实施方案中，处理一定体积的csf可包括使用以下至少一种过滤该一定体积的csf：尺寸过滤、离子过滤、切向流过滤、逆流切向流过滤、超滤、槽口过滤、串联过滤或级联过滤。在其他实施方案中，处理一定体积的csf可以包括：去除废物、使一定体积的csf进行酶消化、使一定体积的csf在使用或不使用抗体的情况下进行生物亲和相互作用、使一定体积的csf进行紫外线辐射、使一定体积的csf进行加热或冷却或温度变化，将一定体积的csf引入电磁场，使一定体积的csf经受压力变化，使一定体积的csf经受ph变化，和/或使一定体积的csf经受单独或与生物亲和剂组合的操作剂(例如，磁珠、纳米颗粒、光镊及其组合)。
19.在一些应用中，该方法还可以包括：在csf中的初始毒性生物分子含量减少后，维持csf中减少的毒性生物分子含量；对csf进行电荷或尺寸过滤以滤除毒性生物分子；对csf进行抗体或纳米抗体处理以过滤毒性生物分子；结合酶促和电荷或尺寸过滤方法以过滤毒性生物分子；和/或增加csf的自然发生的(例如，集中的)流动。
20.在一些实施方式中，可将改善剂引入受试者蛛网膜下腔内的csf中。在其他实施方式中，改善剂可以布置在坚固、可塌缩或柔性结构上，其可以植入受试者体内(例如，通过基于导管的植入)。在一些变型中，该结构包括以下中的一种或多种：基材、纤毛、从基材延伸的纤毛、纤维、从基材延伸的纤维、附枝、从基材延伸的附枝、开窗、珠、多个珠、双稳态整体结构、露头附枝、支架、导管、筒、浆液及其组合。
21.在一些实施方案中，所述结构包括在表面(例如，可液压激活的表面、可气动激活的表面和/或形状记忆表面)上的纤毛，在一些变型中，该表面可包括围绕内核的外壳。使用这样的组合物，该方法还可以包括：使形成纤毛的外壳膨胀；使内核膨胀，使得位于内核和外壳之间的csf被迫通过纤毛；以及使内核和外壳缩小。
22.在其他实施方案中，所述结构可包括纤维。使用这样的组合物，该方法可以包括将纤维从递送装置内延伸到csf中并将纤维缩回到递送装置中。
23.在又一实施方案中，所述结构可包括其上形成有附枝的整体双稳态结构。使用这样的组合物，该方法可以包括扩展整体双稳态结构以将附枝部署到csf中并从整体双稳态结构露出，以及使整体双稳态结构缩小以缩回附枝并在csf中提供混合运动。
24.在该方法的一些实施方案中，改善技术包括在受试者的蛛网膜下腔外引入改善剂并允许csf循环(例如，使用主动或被动泵)经过改善剂。在一些实施方式中，该实施方案包括将经处理的csf返回到蛛网膜下腔。在一些应用中，循环csf和返回处理过的csf可包括经由多个进入蛛网膜下腔的导管插入位置输送csf(例如，使用导管)；通过进入蛛网膜下腔的单个导管插入位置输送csf(例如，使用多腔导管布置)；和/或主动循环(例如，通过主动或被动泵送)以保持受控的流体流动。在一些实施方式中，循环csf包括将改善剂置于导管或筒中并使csf流动通过导管或筒。
25.在第三方面，本发明的一些实施方案涉及csf改善系统，其可植入(例如，完全或部分)哺乳动物受试者内，以便与哺乳动物受试者流体连通。在一些实施方案中，该系统可操作以提供csf的集中流并且被配置为包括：流量控制器、导管、泵和/或结构以改变流体流量。可选地，该系统还可以包括位于蛛网膜下腔的不同流体进入点处的导管(例如，在侧脑室和腰囊中，在大池和腰囊中，在大池和额叶中，在外侧颞侧蛛网膜下腔，和/或在颈部蛛网膜下腔和腰囊中)。在一些实施方式中，一个或多个被动泵、内部主动泵和/或被动流量调节器可基本上植入蛛网膜下腔内。
26.在第四方面，本发明的一些实施方案涉及csf改善系统，其可植入(例如，完全或部分)哺乳动物受试者内，以便与哺乳动物受试者流体连通。在一些实施方案中，该系统被配置为提供csf的集中流并且包括基材；设置在基材上和/或基材内的改善剂；和一个或多个流量控制器、导管、泵和/或结构以改变流体流动。
27.在第五方面，本发明的一些实施方案涉及用于治疗患有病理学、创伤、神经系统疾病、非神经系统疾病或以csf中存在毒性生物分子为特征的缺陷中的至少一种的哺乳动物受试者的方法。在一些实施方案中，该方法包括使用改善剂、改善技术或其组合改善csf中毒性生物分子(例如，通过酶促消化毒性生物分子和/或通过将pin1、外泌体和/或活细胞置于筒中并使csf循环通过筒)。在一些变型中，酶促消化毒性生物分子可包括使用蛋白酶来酶促消化毒性生物分子。毒性生物分子的改善可以至少部分地发生在：受试者的脑室间隙、受试者的脑蛛网膜下腔和/或受试者的腰部区域。在某些应用中，该方法可包括使csf可逆地流过酶筒。
28.在该方法的又一个实施方案中，改善技术包括在从蛛网膜下腔中的第一位置到蛛网膜下腔中的第二位置的流动中循环csf(例如，使用自动气囊泵主动输送csf)。在一些变型中，流动基本上保持在蛛网膜下腔内。在一些应用中，该方法还包括使csf能够在蛛网膜下腔外循环或以自然流速循环csf。循环可以从具有低生物分子浓度的第一位置到具有高生物分子浓度的位置或从具有高生物分子浓度的第一位置到具有低生物分子浓度的位置。
29.在另一个实施方案中，该方法包括增强(例如，csf流的相位、方向和/或幅度)csf的自然发生(例如，集中的)流。在一些应用中，该方法还可以包括将改善剂循环通过受试者的csf。
30.在又一个实施方案中，该方法可以包括将改善剂循环通过受试者的csf。在各种应用中，改善剂可循环通过以自然流量水平流动的csf，改善剂可循环通过受试者蛛网膜下腔外的csf，和/或改善剂可基本上循环通过在受试者蛛网膜下腔内的csf。在一些变型中，使改善剂循环通过蛛网膜下腔内的csf可包括将改善剂应用于多个珠粒，将珠粒引入蛛网膜下腔内的csf(例如，通过将珠粒包含在透析膜导管或多孔袋内，通过将珠粒引入浆液中，将珠粒包含在管状装置中，和/或通过将珠粒包含在多腔导管中)，并使珠粒运动。可选地，可以使用注射器添加或移除珠粒。
31.在一些应用中，当使用多腔导管时，该方法可包括将珠粒从供应储器引入多腔导管的第一腔中，使珠粒循环通过第一腔并通过多腔导管的第二腔，并将珠粒从第二腔引入接收储器中。此外，使改善剂循环通过蛛网膜下腔外的csf可包括将改善剂施加到多个珠粒上，将珠粒引入蛛网膜下腔外的csf中，以及使珠粒循环。在一些变型中，多腔导管的第一腔和第二腔包括孔，其大小使得csf生物分子可以穿过所述孔，同时防止珠粒穿过所述孔。在其他变型中，多腔导管可操作以允许逆流流动。
32.在第六方面，本发明的一些实施方案涉及治疗患有神经或非神经病理、神经或非神经创伤、或神经或非神经缺陷的哺乳动物受试者的方法。在一些实施方案中，该方法包括在受试者中以集中流循环csf。在一些应用中，使用改善剂、改善技术或其组合，改善csf中的毒性生物分子。在其他实施方式中，不使用改善剂。在一些实施方式中，以集中流循环csf包括：以自然流量水平循环csf，使csf能够流出蛛网膜下腔，限制csf仅在蛛网膜下腔内流动，和/或使用被动泵。
33.在第七方面，本发明的一些实施方案涉及用于改善从哺乳动物受试者抽取的流体的套件。在一些实施方案中，该套件包括可移除地附接到受试者的第一位置的脑室管线部分、可移除地附接到受试者的第二位置的腰部管线部分、在脑室管线部分以及腰部管线部分之间流体连通的循环系统、包括与循环系统可操作连通的筒的监测硬件，其中筒包含用于改善流体的改善剂，以及用于抽取流体、使流体循环并将流体返回至受试者的泵送装置。在一些实施方式中，脑室管线部分可包括脑室导管、可移除地附接到脑室导管的导管适配器、皮下进出端口和皮下进出针。在一些实施方式中，腰部管线部分可包括腰部导管、可移除地附接到腰部导管的导管适配器、皮下进出端口和皮下进出针。可选地，脑室管线部分和/或腰部管线部分可以包括腹膜导管。
附图说明
34.当与所附的示意图一起阅读时，可以从以下对各种呈现的实施方案的描述中更充分地理解本发明方面的各个实施方案和实施方式的各种特征和优点以及本发明本身，其中：
35.图1a示出了根据本发明的一些实施方案的在外壳膨胀之后具有多个用改善剂装饰的纤毛的被动基材的示意图；
36.图1b示出了根据本发明的一些实施方案的在内核膨胀之后图1a的被动基材的示意图；
37.图1c示出了根据本发明的一些实施方案的在内核和外壳缩小之后图1b的被动基材的示意图；
38.图2a示出了根据本发明的一些实施方案的具有形成在多个附枝上的多个涂有改善剂的纤毛的整体双稳态结构的静止(缩小)状态的示意图；
39.图2b示出了根据本发明的一些实施方案的图2a的一对附枝之间的间隙的插图的示意图；
40.图2c示出了根据本发明的一些实施方案的图2a的整体双稳态结构的扩展状态的示意图；
41.图3示出了根据本发明的一些实施方案的装饰有改善剂的有孔柔性结构的示意图；
42.图4a示出了根据本发明的一些实施方案的管状结构(例如，导管)的示意图，该管状结构包含用改善剂装饰的多个收缩纤维；
43.图4b示出了根据本发明的一些实施方案的用改善剂装饰的纤维延伸到csf空间中的图4a的管状结构的示意图；
44.图5示出了根据本发明的一些实施方案的放置在脑导水管中的涂层支架的示意图；
45.图6显示了根据本发明的一些实施方案的结合酶促过滤器和尺寸过滤器的系统的示意图；
46.图7a示出了根据本发明的一些实施方案的液压蠕动泵的侧视图的示意图；
47.图7b示出了图7b的蠕动泵的示意性俯视图；
48.图8a示出了根据本发明的一些实施方案的使用sas流体中的正常压力波动来驱动流体通过泵的被动泵的第一级的示意图；
49.图8b示出了根据本发明的一些实施方案的使用sas流体中的正常压力波动来驱动流体通过泵的图8a的被动泵的第二级的示意图；
50.图8c示出了根据本发明的一些实施方案的使用sas流体中的正常压力波动来驱动流体通过泵的图8a的被动泵的第三级的示意图；
51.图8d示出了根据本发明的一些实施方案的具有多孔分隔器的被动泵的示意图；
52.图8e示出了根据本发明的一些实施方案的端开放球囊导管泵的图像；
53.图8f示出了根据本发明的一些实施方案的端封闭球囊导管泵的图像；
54.图9a示出了根据本发明的一些实施方案的用于将流体从左囊主动泵送到右囊的结构的示意图；
55.图9b示出了根据本发明的一些实施方案的处于静止或中间(无流动)状态的图9a的结构的示意图；
56.图9c示出了根据本发明的一些实施方案的用于将流体从右囊主动泵送到左囊的图9a的结构的示意图；
57.图10a示出了根据本发明的一些实施方案的具有大流动系统的第一改善系统的示意图；
58.图10b示出了根据本发明的一些实施方案的具有基本上植入sas内的大流动系统的第二改善系统的示意图；
59.图11示出了根据本发明的一些实施方案的包含多个用改善剂装饰的循环珠的多腔导管的示意图；
60.图12a示出了根据本发明的一些实施方案的用于跨运动皮层传递集中流的系统的示意图；
61.图12b示出了根据本发明的一些实施方案的用于将集中流从脑室区域传递到腰部区域的第一系统的示意图；
62.图12c示出了根据本发明的一些实施方案的用于将集中流从脑室区域传递到腰部区域的第二系统的示意图；
63.图12d示出了根据本发明的一些实施方案的用于将集中流从脑室区域传递到腰部区域的第三系统的示意图；
64.图13示出了根据本发明的一些实施方案的具有柔性闭环筒的加压室自动泵的示意图；
65.图14a示出了根据本发明的一些实施方案的具有球囊填充筒(静止)的加压室自动泵的示意图；
66.图14b示出了根据本发明的一些实施方案的由于周围压力的增加而具有塌缩球囊的图14a的加压室自动泵的示意图；
67.图14c示出了根据本发明的一些实施方案的由于周围压力的下降而具有膨胀球囊的图14a的加压室自动泵的示意图；
68.图15a示出了根据本发明的一些实施方案的用于流体(例如csf)的体外改善的示例性系统的示意图；
69.图15b示出了根据本发明的一些实施方案的用于图15a所示系统的控制系统和泵系统的前视图和后视图的示意图；
70.图15c示出了根据本发明的一些实施方案的用于图15a所示系统的流体引导系统的示意图；
71.图16示出了根据本发明的一些实施方案的使用图15a所示的系统体外改善csf的方法的流程图；
72.图17示出了根据本发明的一些实施方案的与酶筒和后续的吸取剂集成的三级切向流过滤子系统的示意图；
73.图18示出了根据本发明一些实施例的筒的示意图；和
74.图19示出了根据本发明的一些实施方案的改善套件的框图。
具体实施方式
75.虽然本发明的实施方案将主要根据治疗流体中的神经系统疾病，更具体地，根据改善哺乳动物受试者的脑脊液(csf)来描述，但本文所述的系统、方法和技术同样适用非神经疾病和病症，以及应用和病况(例如，癌症、颅内转移性疾病(imd)、糖尿病、3型糖尿病、狼疮、中毒、慢性创伤性脑病(cte)、细菌性脑膜炎、动脉瘤、中风、脑血管痉挛、创伤性脑损伤、类风湿性关节炎、药物过量、某些外伤等)。此外，本发明的实施方案也适用于活细胞中的状况和应用。例如，本发明的某些实施方案和应用或实施方式可以提供将活细胞或外泌体递送至流体(例如，csf)和神经系统的进入点。更具体地，活细胞或其他生物体(例如，酵母、细菌、病毒等)可以放置在外部(体外)筒中，提供可以有益于例如中枢神经系统的健康的分泌产物。可以将csf传送通过包含活细胞的筒。
76.定义
77.如在本说明书和所附权利要求中使用的，下列术语应具有所示的含义，除非上下文另有要求或明确了不同的含义：
78.生物分子是指可由生命系统(即，生物体)产生或与其类似的任何分子。出于说明而非限制的目的，生物分子可包括rna、dna、蛋白质、肽、脂质、碳水化合物、多糖、核酸、寡核苷酸、反义寡核苷酸、多核苷酸、氨基酸、酶、抗体、纳米抗体、分子印迹聚合物、初级代谢物、次级代谢物和天然产物；
79.流体是指任何可流动的生物介质，例如存在于蛛网膜下腔或受试者其他地方的可流动介质，并且包括脑脊液(csf)、间质液(isf)、血液、汗液、眼泪、精液、淋巴液、尿液、母乳等；
80.脑脊液空间是指血脑屏障内部的容积，包括蛛网膜下腔；
81.受试者或患者是指正在接受医学治疗、诊断、监测、研究或护理的哺乳动物(例如，人或动物)；
82.体外是指发生在哺乳动物体外，并且在本文中可以与术语体外部和离体互换使用；和
83.原位是指在哺乳动物体内发生并且可以与术语体内互换使用。
84.改善
85.本发明实施方案提供用于改善哺乳动物受试者的蛛网膜下腔(sas)中的流体(例如脑脊液(csf)、间质液(isf)、血液等)的系统和方法，在本文中通常称为csf，除非另外特别区分(例如仅称为csf)。代表性系统可以完全或部分植入哺乳动物受试者的体内。在体内，系统和/或其组件也可以完全或部分植入sas内。该方法可包括可完全在体内发生的步骤或可包括在体外发生的一些步骤。
86.出于说明而非限制的目的，改善可包括改变流体的物理参数，以及消化、去除、固定、减少和/或改变以变得更可接受和/或使某些实体失活，所述实体包括：目标分子、蛋白质、团聚体、病毒、细菌、细胞、配对物、酶、抗体、物质和/或它们的任何组合。例如，在本发明的一些实施方案和应用中，改善可以是指从血液、组织间液或其中所含的淋巴液或其他液体中去除毒性蛋白质或调理其一种或多种，以及这种去除对治疗影响各种身体功能的疾病或病症的影响(即，改善患者的临床状况)。此外，改善可以通过以下任何一种进行：消化、酶消化、过滤、尺寸过滤、切向流过滤、逆流级联超滤、离心、分离、磁分离(包括与纳米颗粒等)、电物理分离(通过酶、抗体、纳米抗体、分子印迹聚合物、配体-受体复合物和其他电荷和/或生物亲和力相互作用的一种或多种进行)、光子方法(包括荧光激活细胞分选(facs)、紫外线(uv)灭菌和/或光镊)、光声相互作用、化学处理、热方法及其组合。有利地，本发明的各种实施方案或实施方式可降低毒性水平，并且一旦降低，则有助于随时间维持该降低的水平。
87.可以通过多种方式检测由目标生物分子的浓度所反映的改善程度。这些包括光学技术(例如，拉曼、相干斯托克斯和反斯托克斯拉曼光谱；表面增强拉曼光谱；金刚石氮空位磁力测定法；荧光相关光谱；动态光散射等)和纳米结构的使用，例如碳纳米管，酶联免疫吸附测定、表面等离子体共振、液相色谱质谱、环状邻近连接测定等。
88.改善可以包括使用处理系统(例如，uv辐射、ir辐射)以及物质，其特性使其适合用
于改善。
89.csf的改善或改善的csf——这些术语在本文中可互换使用——是指已部分、大部分或完全去除一种或多种目标化合物的已处理的csf体积。应当理解，本文所用的术语去除不仅可以指空间上的分离，如带走，还可以指通过隔离、固定或转化分子(例如，通过形状改变、变性、消化、异构化或翻译后修饰)以使其毒性更小、无毒或无关紧要而有效地去除。
90.改善剂是指能够改善流体的任何材料或过程，包括酶、抗体或抗体片段、核酸、受体、抗细菌、抗病毒、抗dna/rna、蛋白质/氨基酸、碳水化合物、酶、异构酶、具有高低生物特异性结合亲和力的化合物、适体、外泌体、紫外线、温度变化、电场、分子印迹聚合物、活细胞等。
91.通过酶消化改善
92.csf内生物分子的改善也可以通过酶消化，使得在一些实施方案和应用中，改善剂修饰或降解csf中的生物分子。为此，可以通过组和反组搜索(panel and counter panel search)来选择酶-底物对。例如，消化生物分子的候选酶组可以根据稳定性、商业可用性和相关相互作用机制进行分级，而反组可以确保候选酶不会影响csf中酶不应改变的物质。或者，可以通过微生物筛选发现酶，例如突变体狩猎或氮活力测定。在又一个实施方案中，可以通过生物分子工程计算模型来选择酶。
93.2019年7月22日提交的题为“methods of treating neurological disorders”的国际专利申请号pct/us2019/042880和pct/us2019/042879中描述了改善方法和改善化学，其公开内容通过全文引用在此并入本文。
94.在一些实施方案中，用于改善系统的试剂可包括：胰蛋白酶；弹性蛋白酶；梭菌蛋白酶；钙蛋白酶，包括钙蛋白酶-2；半胱氨酸蛋白酶(caspase)，包括半胱氨酸蛋白酶-1、半胱氨酸蛋白酶-3、半胱氨酸蛋白酶-6、半胱氨酸蛋白酶-7和半胱氨酸蛋白酶-8；m24同源物；人气道胰蛋白酶样肽酶；蛋白酶k；嗜热菌蛋白酶；asp-n内肽酶；糜蛋白酶；lysc；lysn；谷氨酰内肽酶；葡萄球菌肽酶；arg-c蛋白酶；脯氨酸内肽酶；凝血酶；组织蛋白酶，包括组织蛋白酶e、s、b、k或l1；tissue type a；肝素酶；颗粒酶，包括颗粒酶a；甲氨蝶呤α；胃蛋白酶；内皮酶；激肽释放酶(kallikrein)-6；激肽释放酶-5；和它们的组合。在其他实施方案中，pin1、外泌体和/或活细胞可用作改善剂。
95.毒性蛋白质的修饰
96.本发明的各种应用提供了治疗以csf中存在毒性蛋白质为特征的神经病症或相关病况的方法，该方法包括：原位或以其他方式将有需要的受试者的csf与有效量的能够修饰毒性蛋白质的翻译后修饰蛋白质接触，从而降低毒性蛋白质的浓度。
97.在一些实施方案中，底物、目标分子或物质可包括：β-淀粉样蛋白(任何种类或形式)的tdp43(例如，错误折叠的tdp-43蛋白，例如突变的tdp-43蛋白)，或活性氧化种类的tau(或任何数量的超磷酸化tau异构体)(例如，tau蛋白聚集体、tau蛋白缠结、tau寡聚体、过度磷酸化的tau蛋白、可溶性tau蛋白、tau二聚体、顺式ptau))蛋白质，炎症介质(例如，细胞因子，包括tnf-a、il-1、il-2、il-6、il-12、干扰素-y等)，α-突触核蛋白(包括肽或寡聚体)，不溶性超氧化物歧化酶-1(sodi)(例如，突变或错误折叠的野生型sod1蛋白)，谷氨酸，神经丝蛋白和抗gmi神经节苷脂抗体，抗agm1神经节苷脂抗体和硫苷脂，血细胞(例如红细胞)，氧合血红蛋白，内皮素，炎症介质，细菌或病毒实体，肿瘤坏死因子-α(tnfa)和igg，细
胞和炎症介质包括但不限于c5a、tnf a、il 2、il-6、干扰素-γ、igg和内毒素，t细胞，b细胞，抗髓鞘抗体和炎症介质，包括但不限于不限于tnf a、il 2、il-6、干扰素-γ、内皮素和烯醇化酶，dpr，循环肿瘤细胞。在某些实施方案中，毒性蛋白质是突变的fus/tls蛋白质。在某些实施方案中，毒性蛋白质处于有毒形式。
98.微管相关蛋白tau是与ad和tau病相关的神经原纤维缠结(nft)的主要成分，其特征是tau过度磷酸化和聚集。tau是一种本质上非结构化的蛋白质，这是因为它的含有投射域、富含碱性脯氨酸的区域和组装域的非常低的疏水性含量。已知tau具有多种翻译后修饰，例如乙酰化、脱酰胺、糖化、糖基化、异构化、甲基化、硝化、磷酸化、蛋白水解、苏糖化和泛素化。tau的过度磷酸化，特别是在组装域中，会降低tau与微管的亲和力并削弱其调节微管动力学和轴突运输的能力。此外，富含碱性脯氨酸的结构域的部分和假重复序列还通过与其带负电荷的表面相互作用来稳定微管。两个n端插入区域和tau的第二、第三和第十个外显子的选择性剪接导致cns中长度不同的六种tau异构体。取决于外显子10的可替代剪接，蛋白质羧基末端部分的组装结构域包含保守的微管蛋白结合基序的三个或四个重复(3r或4r)。tau 4r异构体比3r异构体具有更强的微管结合和稳定能力。成人大脑具有相似水平的3r和4r异构体，而在胎儿阶段仅表达3r tau。在tau病理学(tauopathies)中，改变tau转录体剪接和3r与4r tau异构体比例的突变足以引起神经退行性疾病。除了全长tau蛋白的同种型外，某些tau片段(例如，由内源性蛋白酶裂解产生的片段)也可能表现出聚合或聚集的倾向，促进另一tau同种型或片段的聚合或聚集的能力，和/或将tau聚合或聚集传播到其他细胞的能力，从而导致神经毒性。此类tau片段包括但不限于片段14-441、26-230、1-314、26-44、1-44、1-156、45-230、243-441、256-441、256-368、1-368、1-421、151-421、1-391和x-441，其中x是182至194的任何整数(氨基酸位置根据2n4r同种型的序列编号)。除了这些tau片段之外，某些其他片段，例如片段124-441和1-402(根据2n4r异构体的序列编号的氨基酸位置)，可用作诊断神经系统疾病或监测患者对治疗的进展或反应的生物标志物。tau的翻译后修饰，例如磷酸化和异构化(顺式或反式异构形式)，也会极大地影响tau的聚集能力。例如，脯氨酸前丝氨酸和苏氨酸残基(pser/thr-pro)处的tau过度磷酸化会导致不溶性并导致神经原纤维缠结(nft)。特异在thr231-pro上的tau磷酸化能够结合脯氨酰异构酶pin1，其催化顺式和反式之间的转化。磷酸酶，例如pp2a，仅以反式形式催化tau的去磷酸化。综上所述，人脑组织中的tau可以以多种不同的长度和形态存在，并具有多种翻译后修饰。如本文所用，术语“tau”包括具有一个或多个翻译后修饰并处于任何折叠状态的tau蛋白的各种同工型和片段。当tau从正常进展到nft时，它会经历一种
‘
可溶’状态，在这种状态下，蛋白质可能会过度磷酸化、错误定位、构象改变和/或寡聚但尚未形成纤维状。
99.翻译后修饰蛋白
100.在一些实施方式中，本发明的实施方案提供了治疗以csf中存在毒性蛋白质为特征的神经病症或相关病况的方法，该方法包括：将有需要的受试者的csf与有效量的能够修饰毒性蛋白质的翻译后修饰蛋白质接触，从而降低毒性蛋白质的浓度。
101.在一些变型中，该实施方案还提供了组合物，其包含具有神经病症或相关病况的受试者的csf，其特征在于csf中存在毒性或毒性前形式的毒性蛋白质，并且能够修饰毒性蛋白质而降低毒性蛋白质的浓度。
102.本发明实施方案的翻译后修饰蛋白对毒性或毒性前形式的毒性蛋白质的选择性
改变是通过以下的组合实现的：底物选择性(优先识别毒性或毒性前形式的蛋白质的翻译后修饰蛋白)，活性位点特异性(具有切割毒性或毒性前形式的毒性蛋白质中遇到的残基基序的肽键的特异性的翻译后修饰蛋白)，底物亲和力(基于结合动力学)和酶效率(酶反应速率)。在本发明的某些实施方案中，翻译后修饰蛋白是哺乳动物、微生物(例如真菌、细菌或病毒)或植物蛋白。
103.在本发明的其他方面和实施方案中，翻译后修饰蛋白可以是磷酸酶、异构酶、泛素激活酶(e1)、泛素结合酶(e2)、泛素连接酶(e3)、激酶、乙酰化酶、去乙酰化酶、糖基化酶或去糖基化酶。
104.磷酸酶
105.磷酸酶是从底物蛋白的磷酸化氨基酸残基中去除磷酸基团的酶。在本发明的实施方案的某些变型中，翻译后修饰蛋白是选自包括以下的列表的磷酸酶：pp1、pp2a、pp2b、pp4、pp5、pp6、pp7、pp2c、vhr、dusp1、dusp2、dusp3、dusp4、dusp5、dusp6、dusp7、dusp8、dusp9、dusp10、dusp11、dusp12、dusp13、dusp14、dusp15、dusp16、dusp17、dusp18、dusp19、dusp20、dusp21、dusp22、dusp23、dusp24、dusp25、dusp26、dusp27、dusp28、php、ppp1ca、ppp1cb、ppp1cc、ppp2ca、ppp2cb、ppp3ca、ppp3cb、ppp3cc、ppp4c、ppp5c、ppp6c、cdc14a、cdc14b、cdc14c、cdkn3、pten、ssh1、ssh2、ssh3、ctdp1、ctdsp1、ctdsp2、ctdspl、dullard、epm2a、ilkap、mdsp、pgam5、phlpp1、phlpp2、ppef1、ppef2、ppm1a、ppm1b、ppm1d、ppm1e、ppm1f、ppm1g、ppm1h、ppm1j、ppm1k、ppm1l、ppm1m、ppm1n、pptc7、ptpmt1、ssu72和ublcp1。
106.异构酶
107.异构酶是催化分子从一种异构结构转化为另一种异构结构的酶。分子内键在异构化过程中断裂并形成，导致分子式相同但键连接或空间排列不同的分子。在各种实施方案的某些实施方式中，翻译后修饰蛋白是选自包括以下的列表的异构酶：fk506结合蛋白4(fkbp52)、fk506结合蛋白51(fkbp51，也称为fkbp5)、fk506结合蛋白(fkbp12)、肽基脯氨酰顺式/反式异构酶nima相互作用1(pin1)、丙氨酸消旋酶、甲硫氨酸消旋酶、乳酸消旋酶、酒石酸差向异构酶、磷酸核酮糖3-差向异构酶、udp-葡萄糖4-差向异构酶、甲基丙二酰coa差向异构体酶、海因消旋酶(hydantoin racemase)、马来酸异构酶、马来酰乙酰乙酸异构酶、马来酰丙酮酸异构酶、亚油酸异构酶、呋喃基呋酰胺异构酶、肽基脯氨酰异构酶、法呢醇2-异构酶、2-氯-4-羧基亚甲基丁-2-烯-1,4-内脂(olide)异构酶、ζ-胡萝卜素异构酶、番茄红素原异构酶、β-胡萝卜素异构酶、丙糖-磷酸异构酶、核糖-5-磷酸异构酶、苯丙酮酸互变异构酶、草酰乙酸互变异构酶、类固醇δ-异构酶、l-多巴色素异构酶、蛋白质二硫化物异构酶、前列腺素-d合酶、丙二烯氧化物环化酶、溶血卵磷脂酰基变位酶、precorrin-8x甲基变位酶、磷酸葡糖变位酶、磷酸戊基变位酶、β-赖氨酸5,6-氨基变位酶、酪氨酸2,3-氨基变位酶、(羟氨基)苯变位酶、异分支酸合酶、甲基天冬氨酸变位酶、分支酸合酶、粘康酸环异构酶、3-羧基-顺,顺-粘康酸环异构酶、四羟基蝶啶环异构酶、肌醇-3-磷酸合酶、羧基-顺,顺-粘康酸环化酶、查尔酮异构酶、氯粘康酸环化异构酶、( )-冰片基磷酸合酶、环桉油酚环异构酶、α-蒎烯氧化物脱环酶、二氯粘康酸环异构酶、柯巴基二磷酸合酶、内部柯巴基二磷酸合酶、同向柯巴基-二磷酸合酶、萜二烯基二磷酸合酶、halimadienyl-二磷酸合酶、(s)-β-macrocarpene合酶、番茄红素原ε-环化酶、番茄红素原β-环化酶、prosolanapyrone-iii环化异构酶和d-核糖吡喃酶。在某些实施方案中，异构酶是pin1。
108.泛素化酶
109.泛素化是一种翻译后修饰，其中小调节蛋白泛素与蛋白质底物的目标赖氨酸残基结合。泛素化包括多个步骤，激活(由泛素激活酶e1执行)、结合(由泛素结合酶e2执行)和连接(由泛素连接酶e3执行)。
110.在各种实施方案的某些应用中，翻译后修饰蛋白是选自由以下组成的列表的泛素化酶：e1泛素激活酶，例如uba1、uba2、uba3、uba5、uba6、uba7、atg7、nae1、sae1；e2泛素结合酶，例如ube2a、ube2b、ube2c、ube2d1、ube2d2、ube2d3、ube2d4、ube2e1、ube2e2、ube2e3、ube2f、ube2g1、ube2g2、ube2h、ube2i、ube2j1、ube2j2、ube2k、ube2l3、ube2l6、ube2m、ube2n、ube2o、ube2q1、ube2q2、ube2r1(cdc34)、ube2r2、ube2s、ube2t、ube2u、ube2v1、ube2v2、ube2w、ube2z、atg3、birc6、ufc1；和e3泛素连接酶，例如aff4、amfr、anapc11、ankib1、arel1、arih1、arih2、bard1、bfar、birc2、birc3、birc7、birc8、bmi1、brap、brca1、cbl、cblb、cblc、cbll1、ccdc36、ccnb1ip1、cgrrf1、chfr、cnot4、cul9、cyhr1、dcst1、dtx1、dtx2、dtx3、dtx3l、dtx4、dzip3、e4f1、fancl、g2e3、hace1、hectd1、hectd2、hectd3、hectd4、hecw1、hecw2、herc1、herc2、herc3、herc4、herc5、herc6、hltf、huwe1、irf2bp1、irf2bp2、irf2bpl、itch、kcmf1、kmt2c、kmt2d、lnx1、lnx2、lonrf1、lonrf2、lonrf3、lrsam1、ltn1、maea、map3k1、march1、march10、march11、march2、march3、march4、march5、march6、march7、march8、march9、mdm2、mdm4、mecom、mex3a、mex3b、mex3c、mex3d、mgrn1、mib1、mib2、midi、mid2、mkrn1、mkrn2、mkrn3、mkrn4p、mnat1、msl2、mul1、mycbp2、mylip、nedd4、nedd4l、neurl1、neurl1 b、neurl3、nfx1、nfxl1、nhlrc1、nosip、nsmce1、park2、pcgf1、pcgf2、pcgf3、pcgf5、pcgf6、pdzrn3、pdzrn4、peli1、peli2、peli3、pex10、pex12、pex2、phf7、phrf1、pja1、pja2、plag1、plagl1、pml、ppil2、prpf19、rad18、rag1、rapsn、rbbp6、rbck1、rbx1、rc3h1、rc3h2、rchy1、rffl、rfpl1、rfpl2、rfpl3、rfpl4a、rfpl4al1、rfpl4b、rfwd2、rfwd3、ring1、rlf、rlim、rmnd5a、rmnd5b、rnf10、rnf103、rnf11、rnf111、rnf112、rnf113a、rnf113b、rnf114、rnf115、rnf121、rnf122、nf123、rnf125、rnf126、rnf128、rnf13、rnf130、rnf133、rnf135、rnf138、rnf139、rnf14、rnf141、rnf144a、rnf144b、rnf145、rnf146、rnf148、rnf149、rnf150、rnf151、rnf152、rnf157、rnf165、rnf166、rnf167、rnf168、rnf169、rnf17、rnf170、rnf175、rnf180、rnf181、rnf182、rnf183、rnf185、rnf186、rnf187、rnf19a、rnf19b、rnf2、rnf20、rnf207、rnf208、rnf212、rnf212b、rnf213、rnf214、rnf215、rnf21 6、rnf217、rnf219、rnf220、rnf222、rnf223、rnf224、rnf225、rnf24、rnf25、rnf26、rnf31、rnf32、rnf34、rnf38、rnf39、rnf4、rnf40、rnf41、rnf43、rnf44、rnf5、rnf6、rnf7、rnf8、rnft1、rnft2、rspry1、scaf11、sh3rf1、sh3rf2、sh3rf3、shprh、siah1、siah2、siah3、smurf1、smurf2、stub1、syvn1、tmem129、topors、traf2、traf3、traf4、traf5、traf6、traf7、traip、trim10、trim11、trim13、trim15、trim17、trim2、trim21、trim22、trim23、trim24、trim25、trim26、trim27、trim28、trim3、trim31、trim32、trim33、trim34、trim35、trim36、trim37、trim38、trim39、trim4、trim40、trim41、trim42、trim43、trim43b、trim45、trim46、trim47、trim48、trim49、trim49b、trim49c、trim49d1、trim5、trim50、trim51、trim52、trim54、trim55、trim56、trim58、trim59、trim6、trim60、trim61、trim62、trim63、trim64、trim64b、trim64c、trim65、trim67、trim68、trim69、trim7、trim71、trim72、trim73、trim74、trim75p、trim77、trim8、trim9、triml1、triml2、trip12、ttc3、ube3a、ube3b、
ube3c、ube3d、ube4a、ube4b、ubox5、ubr1、ubr2、ubr3、ubr4、ubr5、ubr7、uhrf1、uhrf2、unk、unkl、vps11、vps18、vps41、vps8、wdr59、wdsub1、wwp1、wwp2、ciar、zbtb12、zfp91、zfpl1、znf280a、znf341、znf511、znf521、znf598、znf645、znrf1、znrf2、znrf3、znrf4、zswim2、zxdc。
111.无试剂循环的情况下引入改善剂
112.可以根据本发明的系统和方法的各种实施方案以多种方式(例如，长期地、间歇地等)处理csf。例如，可以以高流速通过完全植入哺乳动物受试者内但在sas之外的静止或基本静止的改善剂呈现给csf。例如，未经处理的csf可能离开sas，可能会被sas之外的试剂改善，然后可能返回到sas。通常，为了将csf输送到sas和/或身体外并将其返回到sas，这种方法可能需要使用多个导管(和多个插入位置)和/或使用多腔导管(以及可选地仅单个插入位置)。csf流动可以通过主动泵送或被动泵送自然发生。这种方法的优点包括：它对sas的侵入性较小，便于进入与静止改善剂相关的结构，并且它为静止改善剂和任何泵元件提供了更大的空间。这种方法涉及csf的主动循环和需要仔细控制的csf流体流动。
113.在替代方法中，改善剂可以位于sas内的结构上(例如，基材，例如局部固定的坚固基材)，该结构可以是可塌缩的或柔性的并且未处理的csf可以循环经过改善剂。在一些应用中，可能希望改善剂保持静止或基本静止。在其他应用中，可以有意地致动改善剂。术语基本静止意味着改善剂不主动移动，然而，生理学csf运动可能引起结构的或结构中的运动的波动。
114.通常，csf流动可能自然发生；然而，在某些应用中，可能需要主动泵送或被动泵送csf以增强改善活动和效率。取决于实施的循环方法和/或使用的系统或装置，csf流可能完全保留在sas内。然而，在一些实施方式中，csf可以从sas的一个部分被输送到sas的外部并且返回到sas的另一部分，这可能需要一个或两个或多个导管插入位置。
115.在各种实施方式中，为了降低感染的可能性，与改善剂和/或系统组件(例如，皮下端口和储器、主动或被动泵等)相关的结构可以植入表皮下、sas的内部或外部。可以在系统中提供皮下端口和储器以促进：csf取样；引入或移除(例如，坚固)基材；引入、移除或补充/更新改善剂；和/或将药物施用(例如，引入和长期维持)到csf中(例如，通过推注或连续地)。
116.在不存在试剂的主动循环的情况下，原位改善元件也可以降低csf空间中的目标生物分子(例如，dpr)浓度。假设大流动慢(例如，大约0.5ml/min)，改善效果主要是脉动流，这可能是由于呼吸或心动周期。假设酶装置在来回(即脉动)流中的活动横截面是流动横截面面积的10％，并假设生物分子和酶装置之间的一次碰撞或相互作用将改善生物分子，则该分子在n次通过后得到改善(即转化)的概率为：
117.p(n)＝1-(1-0.1)n。
118.因此，对于p(n)》95％，n》ln(0.05)/ln(0.9)＝28，或曝光时间(t)》n x 3秒＝85秒。
119.局部流体流经已用改善剂装饰的元件(例如纤毛)的方法示意性地显示在图1a至图1c中。在一些实施方案中，其上装饰有改善剂的(例如，柔性或可塌缩的、坚固的)结构或基材100可被引入sas中，而无需循环改善剂。在一些应用中，结构或基材100可以通过导管植入到sas中。csf可以选择性地循环(例如，自然地，通过主动泵送csf，和/或通过被动泵送
csf)经过静止或基本静止的改善剂。因此，csf流量可等于或超过自然csf流量。主动和被动泵送以及自然循环可以完全在sas内进行，或者csf可以进出sas。用于液压或气动致动的源和动力可以位于sas外部。表面和结构可以由任何合适的柔顺和有弹性的生物相容材料制成，包括聚合物、弹性体、热塑性弹性体(tpe)等。虽然结合液压或气动致动表面描述了各种实施方案，但该结构可以替代地或者另外地包括形状记忆表面。
120.在一些实施方式中，结构或基材100可以包括内核10a(图1a和1c)、10b(图1b)和外壳20a(图1c)、20b(图1a和1b)，其每个具有缩小或收缩状态(a)和膨胀或扩展状态(b)。多个(例如，毛发状或纤维状)纤毛25可以与外壳20a、20b形成一体或固定地附接到外壳(例如，外壳的外周表面)。有利地，在操作中，不同量的改善剂30可以装饰或附着在纤毛25和/或核和壳中的每一个上。外壳20a、20b还可包括入口/出口端口35，以及多个开口40。入口/出口端口35与能够通过将流体引入外壳20a、20b和从外壳内部移除流体而分别选择性地扩展和收缩外壳20a、20b的源(例如，液压、气动源等)流体连通。多个开口40被构造和布置成在外壳20a、20b的内周表面和外周表面之间提供流体连通。
121.内核10a、10b还可包括入口/出口端口45，该入口/出口端口也与分别通过将流体引入内核10a、10b的内部和从内核的内部移除流体而能够选择性地扩展和收缩内核10a、10b的源(例如，液压、气动源等)流体连通。
122.在操作的第一步骤中，从内核10a和外壳20a都收缩或缩小的静止状态(图1c)，可以引入膨胀流体(例如，通过入口/出口端口)35进入收缩或缩小的外壳20a，使其膨胀或扩展并在收缩或缩小的内核10a和扩展的外壳20b之间产生空隙空间15(图1a)。空隙空间15包含初始的或部分处理的csf。更具体地，随着收缩或缩小的外壳20a扩展或膨胀，csf通过扩展的外壳20b中的开口40并穿过装饰有改善剂30的纤毛25流入空隙空间15，增加改善剂30将酶消化csf内的生物分子的可能性。
123.在下一步骤(图1b)中，可将膨胀流体(例如，经由入口/出口端口45)引入收缩或缩小的内核10a中，使其膨胀或扩展。有利地，随着收缩或缩小的内核10a扩展，空隙空间15中的初始的或部分处理的csf被迫通过扩展的外壳20b中的开口40。当csf离开开口40时，未处理的csf流过装饰有改善剂30的纤毛25，增加了改善剂30酶消化csf内生物分子的可能性。
124.在下一步骤(图1c)中，先前引入扩展的内核10b和扩展的外壳20b中的膨胀流体可从扩展的内核10b和扩展的外壳20b排出，导致每个收缩或缩小至静止状态，例如收缩或缩小的内核10a和收缩或缩小的外壳20a。有利地，随着扩展的外壳20b收缩或缩小，csf流过装饰有改善剂30的纤毛25，增加了改善剂30酶消化csf内生物分子的可能性。
125.用于局部流体流过已经用改善剂装饰的元件(例如纤毛)的方法和系统的另一个实施方案显示在图2a至图2c中。在一些实施方案中，(例如，柔性或可塌缩的、坚固的)结构或基材200可被引入sas中，而无需循环改善剂。在一些应用中，结构或基材200可以通过导管植入到sas中。csf可以选择性地循环(例如，自然地，通过主动泵送csf，和/或通过被动泵送csf)经过静止或基本静止的改善剂。主动和被动泵送以及自然循环可以完全在sas内进行，或者csf可以进出sas。用于液压或气动致动的源和动力可以位于sas外部。尽管结合液压或气动致动表面描述了本发明的各种实施方案，但是结构可替代地或附加地包括形状记忆表面。被动泵送可包括蠕动泵或其他前向排量泵或可使用体内压力变化来为具体系统中的csf循环提供动力。在一些实施方式中，结构或基材200可以包括具有多个附枝210的整体
双稳态基材205a、205b，这些附枝在结构主体215之间形成多个内陷210a和外向210b结构。如图2b所示，多个纤毛220可以与附枝210的外周表面成一体或固定附连到其上，从而从外向附枝210b的外周表面突出以及到每个内陷附枝210a的外周表面并到结构主体215，以覆盖由此形成的口袋。有利地，在操作中，不同量的改善剂可以装饰或附着在附枝210和主体215中的每一个上，包括纤毛220。
126.结构或基材200还可包括入口/出口端口225以提供双稳态基材205a、205b与分别通过将流体引入基材205a、205b的内部和从该基材的内部移除流体而能够选择性地扩展和收缩双稳态基材205a、205b的(例如，液压、气动等)源之间的流体连通。
127.从双稳态基材205a缩小或基本上缩小的静止状态(图2a)，在第一步骤(图2c)中，可引入膨胀流体(例如，经由入口/出口端口225)进入双稳态基材205a，使其膨胀或扩展230。有利地，随着双稳态基材205b和附枝210b扩展230，扩展基材205b和扩展附枝210b混合csf，将更大体积的csf暴露于装饰有改善剂的纤毛220(图2b)，增加改善剂将酶促消化csf内的生物分子的可能性。
128.在下一步骤中，先前引入以扩展基材205b和附枝210b的流体可被排出，使基材205b缩小或收缩235至静止状态(图2a)。再一次，随着双稳态基材205a和附枝210a收缩235，收缩基材205a和收缩附枝210a混合csf，将更大体积的csf暴露于装饰有改善剂的纤毛220，增加改善剂将酶促消化csf内的生物分子的可能性。因此，结构或基材200的多次扩展和收缩循环产生csf的混合运动，进一步增加了csf和涂有改善剂的纤毛220之间的相互作用，以及改善剂酶消化csf内生物分子的可能性。
129.局部流体流过已经用改善剂装饰的元件(例如，开窗)的方法的另一个实施方案示于图3中。在一些实施方案中，(例如，柔性或可塌缩的、坚固的)结构或基材300可被引入sas中，而无需循环改善剂。在一些应用中，结构300可以通过导管植入到sas中。csf可以选择性地循环(例如，自然地，通过主动泵送csf，和/或通过被动泵送csf)经过静止或基本静止的改善剂。因此，csf流量可等于或超过自然csf流量。主动和被动泵送以及自然循环可以完全在sas内进行，或者csf可以进出sas。用于液压或气动致动的源和动力可以位于sas外部。表面和结构可以由任何合适的柔顺和有弹性的生物相容材料制成，包括聚合物、弹性体、热塑性弹性体(tpe)等。虽然结合液压或气动致动表面描述了本发明的各种实施方案和实施方式，但该结构可以替代地或者另外地包括形状记忆表面。
130.在一些实施方式中，基材300的结构可以包括具有多个附枝(即，开窗310)和间隙315的基材305。有利地，不同量的改善剂350可以装饰或附接到每个开窗310。
131.在操作中，在基材305已经被引入sas之后，基材305可以如前所述交替地扩展和收缩。结构300的多次扩展和收缩循环产生csf的混合运动，进一步增加了csf和开窗310上装饰的改善剂350之间的相互作用，以及改善剂酶消化csf内生物分子的可能性。替代地，或另外地，基材305可前后振动或缓慢旋转/扭曲，以产生微动。前后旋转或振动性微动还可增加csf和装饰在开窗310上的改善剂350之间的相互作用，以及改善剂酶消化csf内生物分子的可能性。有利地，结构300可以由单一材料和/或单片材料制成，从而降低机械故障的风险。
132.用于局部流体流过已用改善剂装饰的元件(例如，可延伸纤维)的又另一系统或装置和方法示于图4a和4b中。在一些应用中，结构或基材400可以通过导管植入到sas中。csf可以选择性地循环(例如，自然地，通过主动泵送csf，和/或通过被动泵送csf)经过静止或
基本静止的改善剂。因此，csf流量可以处于或超过自然csf流量水平(例如，流速)。主动和被动泵送以及自然循环可以完全在sas内进行，或者csf可以进出sas。用于液压或气动致动的源和动力可以位于sas外部。表面和结构可以由任何合适的柔顺和有弹性的生物相容材料制成，包括聚合物、弹性体、热塑性弹性体(tpe)等。虽然结合液压或气动致动表面描述了本发明的一些实施方案或应用，但该结构可以替代地或者另外地包括形状记忆表面。
133.在一些实施方案中，结构400可以包括(例如，管状)结构或套管(例如，导管405)，其包含多个毛发状纤维410a、410b(例如，刷状纤维)。有利地，纤维410a、410b是可收缩和可扩展的，使得当导管405被引入sas或从sas抽出时，纤维410a可保持在收缩状态(图4a)；但是，当受到csf流动时(图4b)，收缩的纤维410a可以展开，从导管405伸出到sas中。可选地或替代地，结构或套管400也可以被振动或旋转/扭曲以产生微运动以促进穿过延伸纤维410b的局部csf运动。
134.有利地，可在纤维410a、410b中的每一个上装饰或附着不同量的改善剂415，使得当纤维410b延伸到csf空间中时，延伸的纤维410b提供大体积用于与csf相互作用，增加csf和改善剂415之间的相互作用，以及改善剂415酶消化csf内生物分子的可能性。
135.虽然上述实施方案已经描述为使得相应的结构已经完全植入sas内，但是本领域技术人员可以理解，可以植入结构的一些部分在sas内，而其他部分可以植入哺乳动物受试者的身体内，但在sas之外。这种布置将需要csf从sas循环，通过植入sas外部的结构，然后返回到sas。用于液压或气动致动的源和动力可以位于sas外部。
136.使用已用改善剂装饰的结构的局部流体流动的另一种方法示于图5中。在一些实施方案中，可将具体结构505引入(即，完全植入)sas中(例如，在脑导水管中、第四脑室附近等)，而不需要循环改善剂。相反，csf可以在改善剂的存在下自然地通过主动泵送csf和/或通过被动泵送csf选择性地循环。csf的主动和被动泵送以及csf的自然循环可以完全在sas内进行，或者csf可以进出sas。
137.如图5所示，在一些实施方式中，结构500可以包括具有内周表面的支架505，改善剂可以涂覆、装饰或以其他方式施加到该内周表面。将支架505放置在sas内经历相对高csf流量的位置(例如，在脑导水管中、第四脑室附近等)增加了csf和改善剂之间的相互作用，以及改善剂将酶促消化csf内的生物分子的可能性。
138.在另一实施方式中，结构500可以包括薄片(例如，平面的、波状的、螺旋状的等)，在其上可以涂覆或以其他方式施加改善剂。将涂层片放置在sas中经历相对高csf流动的位置(例如，在运动皮层上，在sas池中，等等)增加了csf和改善剂之间的相互作用，以及改善剂将酶促消化csf内的生物分子的可能性。
139.酶消化和尺寸过滤
140.参考图6，示出了结合酶消化(即，使用酶消化器)和尺寸过滤的系统600的示例性实施方案。在一些应用中，系统600可包括多个尺寸-电荷过滤器605a、605b与包含改善剂610(例如酶消化器)的结构组合。
141.图6所示的环流实施方案利用逆流交换。在操作中，具有最高浓度的小组分615、大的无毒生物分子620和大的生物分子625a的未处理的csf可以在远离最高浓度的第一方向(例如向右)流动进入系统600。
142.在高浓度、未处理的csf进入系统600后，它遇到第一尺寸电荷过滤器(例如，多孔
壁)605a，将沿第一方向行进的高浓度未处理csf与在第二个相反的方向行进的低浓度、已过滤和已处理csf分离。可以选择第一多孔壁605a中的开口的尺寸以允许小组分615通过过滤器，这在小组分615通常从较高浓度流向较低浓度时发生。当小组分615过滤穿过第一多孔壁605a时，一些较小组分615与大的无毒生物分子620和大生物分子625a分离(即，过滤掉)。经过滤的小组分615可与经处理的csf一起流出系统600。
143.在下一步中，过滤后的csf可能遇到或接触改善剂610(例如，在酶消化器中)。虽然可以选择改善剂610以便对小组分615的其余部分或对大的无毒生物分子620具有很小的影响或没有影响，但通过设计，试剂610改善(例如，酶促消化)大的毒性生物分子625a，导致这些改善的生物分子625b的尺寸减小。
144.随着处理过的csf继续向右流动，流出酶消化器和改善剂610，处理过的csf遇到第二个尺寸电荷过滤器(例如多孔壁)605b，以将改善的生物分子625b与不受酶消化影响的大的无毒生物分子620分离。可选择第二多孔壁605b中的开口的尺寸以允许改善的生物分子625b穿过过滤器605b，这发生在改善的生物分子625b趋向于从较高浓度流向较低浓度时。一些小组分615也可以过滤穿过第二多孔壁605b。被第二多孔壁605b过滤掉的那些小组分615和改善的生物分子625b可以被排放(例如，作为废物)到囊或其他位置。包含一些小组分615和大的无毒生物分子620的处理过的csf然后可以向左离开系统600(例如，以逆流流动模式)。
145.参考图17中描绘的另一个过滤系统，显示了与酶筒1707组合的切向流过滤段的实施方案的示意图。系统1700显示了通过导管从患者的蛛网膜下腔(sas)抽取并循环到过滤子系统1700的流体(例如csf)。此时的流体包含多种潜在组分，包括细胞、组织碎片、免疫球蛋白、目标毒性蛋白(例如tdp-43、二肽重复蛋白(drp)、磷酸化tau等)、白蛋白、葡萄糖、离子和其他种类。csf进入切向流过滤(tff)的第一段1701，其中csf被具有高分子量截留(mwco)的膜分离成保留物1702和渗透物1703流。例如，在第一段，大约55kda的mwco将通过细胞和白蛋白，但过滤较小的蛋白质、葡萄糖和离子。然后可将渗透物1703传送到具有较低mwco(例如，约3kda)的第二段tff1704。第二段1704作为渗透物1705过滤较小的种类，例如离子和葡萄糖，而较大的蛋白质作为保留物1706被保留。然后可以将保留物1706传送到酶筒1707。在该筒1707中，酶(例如，胰蛋白酶)消化目标蛋白质并使片段在输出1708通过。有利地，为了增加滞留时间并因此增加保留物1706对设置在和/或装饰在筒1707上的酶(例如，胰蛋白酶)的暴露，csf的流动可以遵循通过筒1707的双流模式，即，流动相可以单次或重复地以双向流动穿过固定相。在这种模式下，csf被吸入，然后在一个或多个循环中排出，然后传递到输出。在该变型中，筒1707的输出端口可以与筒1707的输入端口相同。
146.然后可将酶筒1707的输出1708传送到具有足以将消化的片段与全蛋白质分离的mwco的第三tff段1709。
147.消化的片段，可能包括自消化的胰蛋白酶，然后可以传递到废物1710。保留物流1712可能包含未消化的完整目标蛋白质和在1707中与基材分离的酶。然后可以将该流传递到包含“吸取剂”的第二筒1711，吸取剂例如固定的alpha-1抗胰蛋白酶，其用于捕获从第一筒1707释放的任何游离漂浮的胰蛋白酶。更具体地，为了防止或最小化先前布置在第一筒1707中和/或装饰在第一筒上的松散酶经由处理过的csf到达sas，吸取剂可以位于第一筒1707的下游，使得吸取剂抓住或捕获包含在输出流1712中的松散酶或游离酶。在一些实施
方式中，当酶是胰蛋白酶时，合适的吸取剂材料可以是alpha-1抗胰蛋白酶aat；而对于蛋白酶，更普遍地可以使用苯二酰胺、苯甲脒(例如，苯甲脒sepharose 4fast flow(high sub)，ge healthcare lifescience，cytiva)等。在一些变型中，吸气材料可以固定在表面上，例如管腔、珠粒、细网、纤毛、纤维结构等。最后，输出流1712与其他流1702和1705合并成流1713，其被重新引入并再循环到患者体内。可以调整所述段的mwco以最适合期望的目标种类。
148.有利地，由于切向流过滤段的性质，该过滤系统将不太容易被组织和细胞碎片堵塞。此外，该配置从酶筒1707中去除毒性蛋白质的消化片段。此外，第二筒捕获从第一筒分离的任何酶。最后，由于较早的tff段，筒具有更清洁的进料流。
149.流体流动和增强流体流动
150.虽然在本文描述的系统、方法和装置的一些实施方式中，允许自然csf流动是可接受的，但在其他实施方式中，可能需要使用主动和/或被动泵送技术来控制csf流动。泵送技术可包括泵、阀、致动器及其组合。例如，泵可包括蠕动泵、旋片泵、阿基米德螺杆、气囊、充气囊、液压囊、活塞泵、电动泵、被动泵、自动泵、无阀泵、双向泵及其组合。阀可包括单向阀、二尖瓣阀、三尖瓣阀、红宝石阀及其组合。
151.包括使用改善剂(与使用治疗系统相反)的改善技术可能需要主动(或积极)实施从一个位置(例如，在sas内或从sas外)到在sas内部或外部的另一个位置的流动。实际上，通过提供具有高csf循环的改善剂，可以增加csf和改善剂之间的相互作用，这增加了改善剂酶消化csf内生物分子的可能性。在实施流体流动时，csf可以循环经过装饰或涂覆有改善剂的静止或基本静止的结构，装饰或涂覆有改善剂的结构可以循环经过csf，或者csf和装饰或涂覆有改善剂的结构都可以相互循环经过。
152.在csf循环的情况下，这种运动可以作为流体自然流动的一部分发生，或者，自然流动可以主动或被动地增加。这种主动或被动增加(即，泵送)可以同时、定期、顺序地等发生。此外，如上所述，可以使csf在sas内完全循环，或者，替代地，在csf循环经过改善剂之后，可以将csf运出sas，但稍后重新引入sas中。
153.如前所述，应调节与sas中自然流动的流体和/或人为增加流动的流体相关的压力变化和/或体积变化，以避免或最小化可能导致受试者的脊柱性头痛甚至死亡的影响。因此，当流体从sas移除和/或重新引入sas时，压力瞬变可至少部分取决于所涉及的过程的占空比和流速。
154.尽管在一些应用中，csf的湍流混合可能是期望的，但是通常，csf空间内的高水平流体运动也可能导致受试者不适。因此，流体流动——无论是在sas内主动泵送、在sas内被动泵送，还是从sas泵出并重新引入sas时——都应受到控制，以避免流体过度或不必要的混合。事实上，虽然一些混合是期望的和有益的，但是过度的或不需要的混合通常不是优选的。
155.与系统组件相关的致动的源和电源可以位于sas外部。泵所需的功率可通过以下方式估算：
156.p
h(kw)
＝qρg z/(3.6x106)，
157.其中：
158.p
h(kw)
＝液压功率(kw)，
159.q＝流量(m3/h)，
160.ρ＝流体密度(kg/m3)，
161.g＝重力(9.81m/s2)，和
162.z＝水头差(m)。
163.所需的流量(q)约为20ml/h，或约20x10-6
m3/h。csf的密度(ρ)约为1.00059x103kg/m3。平均脊柱长度(z)约为0.5m。如果泵的效率为0.6，则p＝27μw。
164.锂亚硫酰氯电池(例如，由密苏里州圣路易斯的eaglepicher制造的ltc-ep-200014电池)具有8ah的容量。因此，该电池原则上可以运行约8ah/(30μw/3v)＝8x105h。系统损失会降低这个时间值，而csf的自然流动会降低泵的需求，如果不完全减轻泵的需求。
165.参考图7a和7b，示出了能够植入sas内或受试者身体内的其他地方的示例性整体式、液压激活的蠕动泵700。在一些实施方案中，泵700可包括多个腔室705、710，一对相对的选择性可膨胀囊715a、715b位于这些腔室中。图7a所示的两腔室泵700包括前腔室705和后腔室710，但更多数量的腔室也是可能的。每个腔室705、710的上游和下游可以是二尖瓣720a、720b、720c，其可以构造和布置在囊715a、715b附近。有利地，二尖瓣720a、720b、720c的单向特性防止回流到泵700或以前的腔室705、710中。
166.例如通过交替地使囊715a、715b膨胀和缩小致动囊715a、715b依次导致流体(例如，csf或isf)通过第一二尖瓣720a进入前腔室705。例如，当前腔室705中的囊715a从先前膨胀或膨大的状态收缩或缩小时，囊715a的收缩导致前腔室705内的压力降低，通过第一二尖瓣720a将流体从前腔室705外部吸入前腔室705。当后腔室710中的囊715b同时从先前膨胀或膨大状态收缩或缩小时，囊715b的收缩导致后腔室710中的压力降低，通过第二二尖瓣720b将流体从前腔室705吸入后腔室710。在下一个循环中，当后腔室710中的囊715b从先前缩小或收缩状态膨胀时，囊715b的膨大迫使来自后腔室710的流体经由第三二尖瓣720c流出后腔室710。
167.在一些实施方案中，可能需要具有可完全植入(例如，颅骨或脊椎)sas中的被动泵的结构。参考图8a至8c，示出了具有被动泵805的结构800，该被动泵使用csf本身的正常压力波动来使流体循环通过结构800。在一些变型中，结构800还可以连接到植入的皮下适配器，这将有助于结构800的引入、维护和移除。
168.在一些应用中，结构800可以包括具有第一开口和第二开口的筒810(例如，导管主体)，第一单向阀815a和第二单向阀815b可操作地设置在所述第一开口和第二开口处。每个开口和单向阀815a、815b与csf空间820流体连通。
169.筒810可以是刚性的或柔性的。在一些变型中，刚性筒810可包括多个金属螺环或螺旋结构，其可被配置为支撑径向通畅的管腔。尽管刚性对于促进流体流入筒810是期望的，但是筒810应该保持足够的柔性以贴合sas 820内的解剖学轮廓。在其他变型中，筒可以是柔性的(例如，弹性的)，使得随着筒810的(例如，压缩的)形状恢复，形状的恢复可以驱动流体从sas流入筒810。
170.在一些实施方案中，被动泵805(例如，空气或自动囊)可位于筒810内。改善剂825可以装饰在筒810的内表面上。
171.尽管结构800将被描述为已经完全植入脊柱sas中，但是本领域普通技术人员可以理解它也可以植入颅骨sas中。例如，在一种实施方式中，结构800可以被植入脊柱sas中，在
头尾方向上显著延伸，使得csf在脑干区域和腰椎区域之间循环并得到改善。有利地，这样的位置引起与脑sas流体以及脊柱sas流体的混合。在另一个实施方式中，结构800可以植入颅骨sas中，以便在其中的位置之间(例如，在大脑池和额叶之间、在两个侧半球之间等等)可操作地诱导流动。
172.虽然将在多个阶段中描述被动泵805的操作，但在实践中，步骤的顺序应该被视为更连续的过程。在第一阶段(图8a)，筒810内的被动泵805可以处于膨胀状态，使得被动泵805内830的压力(p')等于在脊柱空间820中的(例如，相对低的)压力(p)。如图8b所示，随着脊柱空间中的压力(p)增加，增加的外部压力(p)压缩被动泵805，导致其缩小。随着被动泵805在筒810内缩小，筒中的压力(p')降低(即低于外部压力(p))，导致流体通过第一单向阀815a流入筒810，同时第二单向阀815b保持关闭。有利地，当未处理的csf经由第一单向阀815a进入筒810时，未处理的csf可暴露于装饰有改善剂825的表面区域，增加了改善剂825将酶促消化csf内的生物分子的可能性。
173.当sas中的压力(p)再次降低时，被动泵805再次膨胀，迫使处理过的csf通过第二单向阀815b从筒810内排出筒。因为膨胀被动泵805在筒810内产生过压，所以第一单向阀815a保持关闭。
174.在另一个实施方案中，泵805可以连接到压力变化的外部源，活动气体储器或泵，或解剖结构中压力有规律变化的另一个位置(例如，腹腔或胸膜腔)。这种压力变化的外部源然后驱动泵中的球囊致动器。
175.在图8d中描绘的又一个实施方案中，装置800'设有多孔分隔器850，其将改善剂825与循环通过装置的管腔830的csf分开。有利地，该构造向csf呈现比可装饰在筒810的内表面上的改善剂的表面显著更大的表面。
176.如图8d所示，该实施方案包括筒810'，该筒包括多孔壁(或分隔器)850。多孔壁850将主管腔830与单独的管腔835分开。在一些变型中，多孔壁850可以与筒810同心和同轴。然而，在一些应用中，多孔壁850可以相对于筒810偏心。
177.在一些实施方式中，可提供改善剂825并将其限制在单独的管腔835内，而csf循环通过主管腔830。当csf流过主管腔830时，未处理或部分处理的csf有机会与改善剂825相互作用，该改善剂例如可以装饰在多个珠粒上。有利地，多孔壁850中的孔的尺寸被确定为将涂覆有改善剂825的珠粒保持和限制在单独的管腔835内，同时允许生物分子通过多孔隔器850。一对单向阀815a、815b形成在筒810的相对端，与csf空间流体连通。被动泵(例如，自动泵)805可以位于主管腔830内。
178.800'的操作类似于800的操作，区别在于改善剂825隔离在多孔壁850后面。
179.参考图8e，示出了用于连续体外使用的端开放式球囊导管自动泵800”的实验室规模实施方案以说明自动泵800”的原理。在一些实施方式中，自动泵800”包括布置在刚性或基本刚性导管855的管腔内的可膨胀球囊860。在一些变型中，筒865也可设置在导管855的管腔内。改善剂可设置在筒865内。或者，可将改善剂粘附到筒865的内表面。
180.第一止回阀870a可以布置在球囊导管855的上游，而第二止回阀870b可以布置在球囊导管855的下游。t形连接件875可设置在球囊导管855的上游但在第一止回阀870a的下游。在压力源885和球囊860之间提供流体连通的管道880设置在t形连接件875中。压力源885是压力变化的外部源，主动气体储器或泵，其构造和布置成选择性地或循环地膨胀和缩
小球囊860以移动csf通过自动泵800”。
181.在操作中，自动泵800”的上游端890a可以插入哺乳动物受试者的第一位置以提供与csf空间的流体连通，而自动泵800”的下游端890b可以插入到哺乳动物受试者的第二位置以提供与csf空间820的流体连通。在一些应用中，球囊860的每个膨胀和缩小循环吸入和排出一定体积的csf，然后将其暴露于包含或粘附到设置在导管855内或与导管流体连通的筒865中的改善剂。更具体地，随着球囊860被缩小(例如，通过压力源885)，在导管855管腔和外部之间产生压差。该压差导致第一(例如，上游)止回阀870a打开并且第二(例如，下游)止回阀870b保持关闭，使得流体从上游端890a被吸入导管855。一旦压力平衡，止回阀890a、890b都关闭。接下来，随着球囊860膨胀(例如，通过压力源885)，在导管855管腔和外部之间产生压差。该压差导致第二(例如，下游)止回阀870b打开，而第一(例如，上游)止回阀870a保持关闭，使得流体从导管855和设置在导管855内的筒865排走和排出朝向下游端890b。
182.参考图8f，示出了用于间歇体外使用的端封闭式球囊导管自动泵800”'的实验室规模实施方案以说明自动泵800”'的原理。在一些实施方式中，自动泵800”'包括布置在刚性或基本刚性导管855的管腔内的可膨胀球囊860。在一些变型中，筒865也可设置在导管855的管腔内。改善剂可设置在筒865内或与该筒流体连通。或者，可将改善剂粘附到筒865的内表面。在操作中，在从患者体内取出一定体积的流体(即一批)之后，该体积的流体可包含在封闭环中，其中，由于双流动能力，取出的流体体积可以被引入和再引入，来回或顺序重复地通过筒865，以增加取出的流体对筒865内的改善剂的停留时间和暴露。一旦该批次的处理完成，则处理体积的流体，即该批次，然后可以从封闭环返回给患者。然后可以从患者体内取出另一批流体，并重复该批次处理过程。
183.更具体地，第一止回阀870a可以布置在球囊导管855的上游，而第二止回阀870b可以布置在球囊导管855的下游。t形连接件875可设置在球囊导管855的上游但在第一止回阀870a的下游。在压力源885和球囊860之间提供流体连通的管道880设置在t形连接件875中。压力源885是压力变化的外部源，主动气体储器或泵，其构造和布置成选择性地或循环地膨胀和缩小球囊860以移动csf通过自动泵800”'。
184.在操作中，自动泵800”的上游端890a和下游端890b在接合890c处物理连接。在一些应用中，球囊860的每个膨胀和缩小循环吸入和排出一定体积的csf，然后将其暴露于包含或粘附到设置在导管855的管腔内的筒865中的改善剂。更具体地，随着球囊860被缩小(例如，通过压力源885)，在导管855管腔和外部之间产生压差。该压差导致第一(例如，上游)止回阀870a打开并且第二(例如，下游)止回阀870b保持关闭，使得流体从上游端890a被吸入导管855的管腔。一旦压力平衡，止回阀870a、870b都关闭。接下来，随着球囊860膨胀(例如，通过压力源885)，在导管855管腔和外部之间产生压差。该压差导致第二(例如，下游)止回阀870b打开，而第一(例如，上游)止回阀870a保持关闭，使得流体从导管855排走和排出朝向下游端890b。
185.端开放式自动泵800”可以用端封闭式自动泵800”'的闭环进行修改，带有合适的阀门，以从患者获得一批流体，隔离患者，处理流体，然后返回处理过的一批流体给患者。
186.参考图13，示出了加压室1305内的自动泵1300的实验室规模实施方案的示意图。在一些实施方式中，csf可以被引入到包括含有改善剂的(例如，柔性管)筒1310的布置中。第一管道1315提供从腔室1305外部的位置与筒1310的第一端的流体连通并且第二管道提
供与筒1310的第二端至腔室1305外部的位置的流体连通。第一止回阀1320a可以在第一端处设置在筒1310的上游并且第二止回阀1320b可以在第二端处设置在筒1310的下游。筒1310可以浸入包含在加压室1305内的液体中。
187.能够产生压力变化的压力产生源(例如，空气压缩机、压差装置等)1325可以被放置成与加压室1305的内部增压空间流体连通。用于释放压力的泄压阀1330也可以放置成与加压室1305的增压空间流体连通。
188.在操作中，一定体积的csf可经由合适的流体连接经由第一管道1315被引入筒1310。压力产生源1325增加包含在加压室1305内的气体(例如，空气)压力，并且泄压阀1330在打开时降低加压室1305内的气体压力。气压的增加导致液体(例如，水)压力的增加，这使柔性筒1310塌缩。塌缩的筒1310经由第二止回阀1320b和第二管道将一定体积的csf驱动出筒1310。当加压气体通过泄压阀1330排出时，液体(例如水)压力降低，导致柔性筒1310扩张。扩张筒1310通过第一止回阀1320a和第一管道1315将新体积的csf吸入筒1310。然后可以重复该循环。
189.参考图14a-14c，示出了具有封装在筒体1410的管腔内的球囊1405的自动泵1400的实施方案。第一止回阀1420a可以设置在筒体1410和球囊1405的上游，而第二止回阀1420b可以设置在筒体1410和球囊1405的下游。罐内流体压力的变化导致球囊1405膨胀和膨大1405b(图14a和14c)或塌缩或收缩1405a(图14b)。在临床操作中，自动泵1400的任一端可设置在sas内的两个不同位置。
190.在临床操作中，csf填充自动泵1400并进一步包围装置。在较低的周围csf压力下，球囊1405b膨大或膨胀(图14c)。在较高的周围csf压力下，球囊1405a塌缩或缩小(图14b)。随着球囊膨胀1405b，第一止回阀1420a关闭而第二止回阀打开，从而导致流体从筒体1410排出。当球囊收缩1405a时，第一止回阀1420a打开而第二止回阀关闭，导致流体被吸入筒体1410。
191.结果，随着sas空间中的流体压力交替地增加和减少，球囊1405将膨胀1405b或收缩1405a。球囊1405的这种重复膨胀和收缩导致流体单向流过止回阀1420a、1420b，从而实现由内部压力波动驱动的csf泵1400。在一些应用中，改善剂可以布置在筒体1410的内腔中。或者，在其他应用中，改善剂可设置在自动泵1400内或与自动泵1400流体串联。
192.参考图9a至9c，显示了用于主动(例如，液压、气动等)泵送csf的完全可植入结构900。虽然将描述该结构与先前描述的结构100、200、300、400、500、600、700、800结合使用，但本领域普通技术人员可以理解，结构900的内表面也可以用改善剂装饰，使得当未处理或部分处理的csf被主动泵向一个方向或另一个方向时，未处理或部分处理的csf可能暴露于用改善剂装饰的表面区域，增加了改善剂将酶消化csf内的生物分子的可能性。
193.结构900的操作原理使用以液压、气动(例如，使用氦气)等方式致动的脉动流。在一些实施方案中，结构900可包括筒905，该筒包含设置在筒905的相对端处的一对囊910、915。尽管该实施方案使用筒905，但本领域技术人员可以理解，坚固筒不是必需的，并且在一些变型中，这对囊910、915可以替代地与sas本身一起布置在两个位置处。
194.从中性或静止状态(图9b)，其中一个囊可以膨胀而另一个囊同时缩小。为了在sas内保持无净体积变化条件，可将膨胀的囊缩小，而将缩小的囊膨胀。优选地，膨胀/缩小的速率和程度不应导致超过或显著超过生理变化的压力或体积变化，也不应导致不希望的或过
度的湍流。如前所述，在某些情况下，需要一定程度的湍流，例如将处理过的和未处理的/部分处理的csf混合。
195.为了从中性或中间状态产生向右的压力梯度(图9a)，第一囊910b可以(例如，液压、气动等)膨胀910a，而第二囊915b可以缩小915a。这产生了从膨胀的囊910a到收缩的囊915a的压力梯度，导致流体从膨胀的囊910a流向收缩的囊915a。膨胀的囊910a和缩小的囊915a中的每一个然后可以返回到静止或中间状态(图9b)，需要膨胀的囊910a被缩小到中间压力910b并且缩小的囊915a被膨胀到中间压力915b。
196.为了从中性或中间状态产生向左(图9c)的压力梯度，第二囊915b可以(例如，液压、气动等)膨胀915c，而第一囊910a可以被缩小910c。这产生了从膨胀的囊915c到收缩的囊910c的压力梯度，导致流体从膨胀的囊915c流向收缩的囊910c。膨胀的囊915c和缩小的囊910c中的每一个然后可以返回到静止或中间状态(图9b)，需要膨胀的囊915c被缩小到中间压力915b并且缩小的囊910c被膨胀到中间压力910b。
197.通过使结构900循环，csf流可以以脉动方式在sas内被致动和循环，而不会在空间中引入或抽取流体。被致动的csf流的相位和/或幅度可以增强或减弱例如受试者的心脏或呼吸周期的现有脉动流，或者，在替代方案中，可以独立于这两者。
198.在另一方面，代替移动阀，可以使用固定结构的阀，例如在具有喷嘴的压电微流体泵中发现的。无阀泵的一个优点是没有明显的运动部件像带阀的泵那样出现故障。此外，非线性流体行为为流动提供了方向性。
199.流量控制
200.在一些实施方案中，可以检测(例如，通过传感器)穿过csf空间的时变流动并且调节流动以优化系统的性能。示例性的普通流量传感器可以包括热线、膜、卡尔曼涡流、文丘里管、皮托管、科里奥利流量计、多普勒传感器等。
201.例如，任何被循环的流动——无论是csf被循环还是被改善剂涂覆或装饰的结构被循环——都可以被控制，例如以被脉搏感知和/或呼吸感知。出于说明而非限制的目的，控制参数可包括：ph、温度、压力、局部流速、机械应力、机械应变、电导率等。
202.控制回路可以包括用于开环、反馈回路、前馈回路等的算法。反馈控制可以是继电器式控制(bang-bang)、pid等。有利地，可以在系统识别级别分析系统，从而可以开发内核。此外，在一些实施方案中，可以将扰动致动(例如，伪随机二进制序列压力序列)赋予系统以进行更好的控制。
203.在本发明的一些实施方式中，可为参数值建立警报和安全轨道。示例性警报和安全轨道可以包括ph(例如，7.1-7.7)、压力(例如，5-15mm hg的脑内压(icp))、生理耐受的温度范围(例如，34-39摄氏度)，等等。在其他实施方式中，在发生堵塞或泵故障的情况下，可以将用于流动的安全旁路结合到结构中。
204.在一些实施方案中，诊断参数可以在系统中收集并由系统收集。例如，这些参数可以包括物理参数(例如，动态、动力学和化学参数)以及用于疾病诊断或疾病研究的参数(例如，使用人工智能、大数据分析等)。
205.带有大流动系统的改善系统
206.参考图10a和10b，显示了用于改善csf的系统1000、1000'的实施方案，其包括用于致动csf流的大流动系统。致动可以包括增加csf的自然发生的流动。增加可以包括增加csf
流的相位、方向和/或幅度。有利地，大流动系统可以植入哺乳动物受试者的体内、sas内部或外部。在替代方案中，大流动系统的基本上全部或一些部分可在体外或体外实施。
207.驱动(例如，主动或被动泵送)流可以完全保持在sas内，可以从sas输送出来并重新引入sas，和/或可以体外输送并重新引入sas中。在一些实施方式中，与改善剂相关联并具有其自己的支撑导管1010的结构1005可以完全植入sas内。出于说明而非限制的目的，结构1005和导管1010被示为已植入大脑sas 1015内(例如，脑室中的位置)而不是脊柱sas 1020中(例如，腰椎区域中的位置)。此外，出于说明而非限制的目的，在大脑sas 1015中创建输出端口1025，在脊柱sas 1020中创建输入端口1030。在其他实施方案中，输入端口1030可以在大脑sas 1015中创建并且输出端口1025可以在脊柱sas 1020中创建，或者输入端口1030和输出端口1025都可以位于大脑sas 1015中，或者替代地，在脊柱sas 1020中。每个端口1025、1030可以使用导管来实现。在一些变型中，可以使用用作输出和输入端口两者的单个端口(例如，使用多腔导管)。
208.大流动系统1050可提供端口1025、1030之间的流体连通。大流动系统1050也可以完全或部分植入受试者体内。在一些应用中，大流动系统1050可以包括csf流动通过的导管1035。csf流可以留在体内或可以在体外，即体外运输。一个或多个传感器1040可设置在管道1035、大流动系统1050以及sas内的离散位置处以向系统控制器1045提供数据信号。典型的传感器1040可以提供ph、温度、压力、流量、流速、成分浓度、uv辐射、ir辐射、湍流、拉曼散射、动态光散射等的数据信号。
209.虽然通过大流动系统1050的csf流可以以csf的自然流速发生是允许的，但如果使用主动或被动压力技术，则可以使用泵1055、致动器、阀门及其组合实现或增强sas外部的csf循环。在一些变型中，泵1055可以包括蠕动泵、旋片泵、阿基米德螺杆、气囊、充气囊、液压囊、活塞泵、电动泵、被动泵、自动泵、无阀泵、双向泵及其组合。在其他变型中，泵1055原则上可以类似于无阀、基于合成射流的微型泵、囊式泵等。在一些应用中，由系统控制器1045执行的算法、驱动程序等可以控制csf的流量和流速。控制算法可以是开环、前馈、反馈等。系统控制器1045可以包括开环控制器、闭环控制器、pid控制器、pid阈值控制器、系统识别算法等。
210.参考图10b，示出了可基本上设置在sas 1015'内的大流动系统1000'。出于说明而非限制的目的，可放置在管或筒1060内的改善剂1005'已完全植入大脑sas1015'内(例如，脑室中的位置)。本领域技术人员可以理解，在替代方案中，植入也可以完全发生在脊柱sas内(例如，腰部区域中的位置)。在一些实施方式中，流动致动器1040a、1040b可以设置在筒1060的相对端处，用于迫使csf流过筒1060的目的。尽管示出了两个流动致动器1040a、1040b，但流动致动器1040a、1040b也可以单独实施。
211.还可以提供支撑导管1010'和通信总线1065。尽管支撑导管1010'和总线1065被示出以暗示它们设置在分开的位置，但是本领域普通技术人员可以理解多腔导管可以用于支撑导管1010'和通信总线1065，使得两者都被限制在单个导管位置。在一些变型中，通信总线1065可以被配置为在远程系统控制器1045'和流动致动器1040a、1040b之间提供电气和电子通信。
212.通过试剂的循环引入改善剂
213.在一些应用中，除了将酶改善剂引入csf中(例如，在sas中)，改善剂还可通过csf
循环，而不是保持静止或基本静止。在一些实施方式中，改善剂可以完全植入(例如，通过导管)在例如sas中并在sas内循环；而在其他实施方式中，改善剂可植入哺乳动物受试者体内但在sas外部，改善剂可从那里循环进出sas。如前所述，当在没有循环的情况下引入改善剂时，csf可能离开sas，循环经过改善剂，并返回到sas。
214.参考图11，在一些实施方案中，系统或装置被植入在表皮1160下方，并且可以包括可以完全植入sas 1150内的(例如，多腔)导管1105；优选地，在sas 1150中或在其内的某个位置，以允许已经用改善剂装饰的结构或支持物(例如，多个超顺磁珠)1125的循环。供应储器1130可位于sas外部，珠粒1125保持静止或基本静止，而csf可循环(例如，自然地或使用主动或被动泵送技术)通过供应储器1130以增加暴露和在csf和涂覆改善剂的珠粒1125之间的相互作用，以及改善剂将酶促消化csf内的生物分子的可能性。
215.在又一实施方式中，可将改善剂和其注入或施加到其上的结构或支持物(例如珠粒)引入sas内或基本上在sas内并循环通过sas，在这种情况下，除了由于自然波动和流动，csf不会被有意或人为地被驱动运动(例如，通过主动或被动泵送)。有利地，通过这种方法，csf可以在改善期间基本上完全保持在sas内，这是期望的。
216.尽管将针对在浆液中包含珠粒1125并且使浆液循环通过多腔导管1105(例如，机械地、渗透地、通过主动或被动泵送、通过气体致动波纹管等等)描述具体化结构1100，本领域普通技术人员可以理解，例如，超顺磁珠粒1125的磁性可以在一些应用中帮助致动珠粒1125的循环。实际上，通过在接收储器内放置磁场，超顺磁珠粒1125可以磁性循环通过sas 1150，因为产生的磁力吸引珠粒1125。在一些变型中，多腔导管1105可包括构造和布置在外腔1115内的内腔1110。例如，可以使用闭合尖端、多腔导管1105(例如，脊髓导管或透析膜导管)。有利地，多腔导管1105需要单个导管插入位置。
217.优选地，外腔1115可以是多孔的，其孔径足够大以允许csf中的生物分子(例如，约10-100nm的直径)穿过多孔膜但足够小以包含珠粒1125(例如,直径大于1μm)。一些超顺磁珠的直径范围可在大约1到3μm之间(例如，加利福尼亚州圣克拉拉的technologies制造的lodestar珠粒的直径约为2.7μm)；然而，其他珠粒可具有更大的直径(例如由密苏里州圣路易斯的corporation制造的4b珠的45-165μm)。
218.在一些实施方式中，已经用改善剂装饰的珠粒1125可以被引入(例如，通过导管中的进入口，使用注射器和针头)到可以完全植入受试者中在sas 1150内或优选在sas 1150外的供应储器1130中。然后可以将珠粒1125从供应储器1130引入(例如，机械地、渗透地、通过磁吸引、通过主动或被动泵送、通过气体致动波纹管等)到内腔1110中。珠粒1125循环通过内腔1110，沿着导管1105的长度向下，然后进入内腔1110和外腔1115之间的空间1120，之后返回到接收储器1135。当在内腔1110和外腔1115之间的空间1120中流动时，循环珠粒1125遇到未处理或部分处理的csf。实际上，未处理或部分处理的含有生物分子的csf自由地穿过多孔外腔1115进入空间1120，在那里它遇到珠粒1125，增加了csf和涂有改善剂的珠粒1125之间的相互作用，以及改善剂将酶促消化csf内的生物分子的可能性。有利地，在珠粒1125循环期间，csf可以保留在sas 1150内。csf可以自然地流入和流出导管1105，或者在一些应用中，csf可以在其在sas 1150中时被主动或被动地泵送。
219.珠粒1125可以并排或同轴循环，类似于连续逆流切向色谱配置。已经穿过导管
1105并且已经暴露于未处理或部分处理的csf的珠粒1125可以从接收储器1135移除(例如，通过出口，使用注射器和针头)。如先前关于供应储器1130所提到的，接收储器1135也可以完全植入在受试者中在sas 1150内或优选在sas 1150外。
220.可以通过假设dpr浓度低于最常见的csf神经蛋白(白蛋白)的浓度来估计涂有改善剂的珠粒的所需体积的上限值，该白蛋白浓度约为69,000g/mol，在4x 10-6
mol/l，其相当于约300mg/l的浓度。相比之下，最不常见的csf神经蛋白(蛋白14-3-3)的浓度可能比白蛋白低八到十个数量级。csf中所有神经蛋白的浓度可能落在10-12
至10-1
g/l的范围内。
221.假设平均珠直径为100μm，浓度为2x10-7
mol/l(转铁蛋白的浓度)，csf体积为0.15l，csf生产率为0.02l/hr，则所需的珠粒体积约为250ml/周。因此，可能有大约1.5x106个珠粒/毫升。
222.在说明性的实施方案中，每个珠粒可以有大约1万亿个功能性反应基团和每个珠粒大约10亿个亲和结合蛋白的容量；因此，对于假定的浓度、csf体积和csf产生率，每年捕获大约2x10
19
个分子。以250ml/周(约12l/年)，该分子数需要2x10
10
个珠粒。
223.相比之下，超顺磁珠的平均珠粒直径约为1-3μm，也就是说比上面计算中使用的直径小两个数量级。其中r对应于珠粒的半径，表面积(a)与体积(v)的比率由以下等式给出：
224.a/v＝4πr2/4/3πr3＝3/r
225.因此，对于珠粒的半径(r)减小100倍，该比率将增加约100。因此，每周需要几十毫升的珠粒来清除甚至是白蛋白类似浓度的毒素。相比之下，如果使用酶代替抗体，则可能需要小得多的珠粒体积，因为酶在相互作用后仍保持活性。实际上，酶所需的体积取决于酶的活性(例如k_m和k_cat)、流速和期望的csf成分转化率。
226.作为在sas中使用和循环通过未处理csf的珠粒的替代方案，可以将已经用改善剂装饰的线状结构引入供应储器1130(例如，在卷轴状结构上)并穿过内腔1110和外腔1115到接收储器1135，其中线状结构的端部可以缠绕(例如，在另一个卷轴状结构上)以将装饰有改善剂的线状结构拉过未处理的csf。将线状结构拉过导管1105增加了csf与涂有改善剂的线状结构之间的暴露和相互作用，以及改善剂将酶促消化csf内的生物分子的可能性。可以采用多股线(例如，纱线结构)并且基材或试剂支撑。
227.没有改善剂的csf集中流动
228.在一些实施方案中，例如从具有相对低浓度毒性生物分子的sas中的第一位置朝向具有相对高浓度毒性生物分子的sas中的第二位置的集中且增加的流动可能是期望的。或者，从具有高浓度毒性生物分子的第一位置转移到具有较低浓度毒性生物分子的第二位置可能是期望的。例如，集中的csf流在sas内、sas外、穿过中枢神经系统和/或来自大脑中部或脊髓中部的运动神经元可能是期望的和有效的。优选地，可以增加从第一位置到第二位置的流量以提供有效的处理而不需要改善剂。相反，可以调整流动本身以将生物分子从停滞位置运输到另一个位置，在该另一个位置生物分子的自然、生理降解更有效地发生。也可能期望集中的或增加的流动去向或来自sas内具有较高改善剂密度的区域，来自或流向sas内具有较低改善剂密度的区域。使用自动囊泵等可能增加自然csf流量。csf流的特征不仅在于由心脏和呼吸振荡驱动的强烈脉动流，而且还在于大循环。脊柱csf振荡运动在大约心脏水平处有一个分水岭。csf必须有大流动，因为脑室通路的阻塞会导致脑积水。观察到csf的尾部和头部运动，但这种流动的机制是有争议的；然而，脊椎体积中csf的双向大运动
(约1cm/min)可以用对流加速的非线性累积效应来解释。来自腰椎区域的csf在大约15-20分钟内进入颅顶，更新椎管体积中整个csf体积的时间是几个小时。此外，颅体积中csf运动在脑sas的各个部分具有不同的流速，范围从4mm/s到5cm/s。由于csf流动是受试者清除毒性生物分子的自然过程的关键组成部分，因此csf流动的异常可能是神经退行性发病机制的一个促成因素。特别是，sas中特定区域的潮红变化可能减少有毒化合物的清除，因此与许多神经毒性蛋白质介导的疾病的病因有关。因此，在本发明的一些实施方案中，设计流动模式以有利地解决神经毒性蛋白质的非均匀分布。此外，可以利用具有空间辨别力的定制流动系统来递送药物，以及从csf中清除有毒成分。
229.csf的集中流动可以通过主动和/或被动泵送机制传递。如果期望特定的流动模式来解决已知的疾病情况和位置，可以植入具有各种流速的导管和泵的系统以实现期望的集中流动模式。例如，如果在患病状态下，额叶中的csf循环受损，则主动泵可以增加流向该区域的流量。这本身可能是有益的，但也可以与改善剂组合。对特定流动模式的推理以适应假定的毒性蛋白质来源和汇集推动了流动系统的设计。可以使用计算流体力学方法计算三维流场。示例新颖的循环路径包括脑池到脑池、脑室到脑池以及脑池到腰部。此外，可以实现多个并行循环路径。流动可由被动泵驱动，如本说明书中别处所述，或主动泵驱动，或其组合。集中流动的方面在图12a至12d中示出。
230.例如，图12a描绘了传递穿过运动皮层的集中流的系统。该系统1200可以包括植入大脑池中的第一导管1205、植入大脑sas中例如运动皮层上方的第二导管1210，以及将通过泵1215传递或输送的csf暴露于改善剂的被动(例如流过)泵1215。在一些实施方式中，不需要改善剂。泵1215可以植入sas内部或外部。
231.图12b描绘了在椎管中赋予集中流的系统1200'。该系统可以包括与植入的(例如，主动或被动)泵1225组合地植入脊柱sas的腰椎到颈椎区域中的第一导管1220a，该泵将通过泵1225传递或运输的csf暴露于改善剂。同样，在一些实施方式中，不需要改善剂。泵1225可以植入sas外部，并且在一些变型中，可以包括皮下进出端口。有利地，流动可以是前后的(rostrocaudal)或相反。相对的导管1220b可以延续sas内的csf流动回路。
232.图12c描绘了系统1200”，其将集中流从脑室传递到腰囊。该系统可以包括第一导管(例如，脑室导管)1230、(例如，皮下)导管1235a和1235b，以及与植入的(例如，主动或被动)泵1240组合的第三(例如，腰椎/鞘内)导管1245，所述泵将通过泵1240传递或输送即从第二导管1235a到第三导管1245(或反之亦然)的csf暴露于改善剂。泵1240可以植入sas外部，并且在一些变型中，可以包括皮下进出端口。有利地，流动可以是前后的或相反。
233.图12d描绘了系统1200”'，其可以包括第一导管(例如，脑室引流)1250、腰椎穿刺通路(例如，到脊柱体积)1260和废物分流器1270(例如，到囊)，其与植入的(例如，主动或被动)泵1265组合，该泵将通过泵1265从第一导管1250传送或输送到腰椎穿刺通路1260(或反之亦然)的csf暴露于改善剂。泵1265可植入sas内。有利地，流动可以是前后的或相反。在一个实施方案中，该系统可以与图6中描述的过滤单元一起使用。这些系统(图12)利用两种常见程序(脑室分流至腹膜用于脑积水和腰椎药物输注脊椎穿刺)的架构。
234.过滤方法
235.在一些实施方式中，改善可以通过各种过滤技术或其组合来完成，包括但不限于死端(普通注射器过滤器)、深度过滤器、亲和过滤器、切向流过滤器、逆流级联超滤器和连
续逆流切向色谱。
236.在本发明的一方面，csf通过含有转化剂的过滤器或筒来改善。这种处理可以是间歇的或连续的。这促使来自间质空间的毒性蛋白质迁移到血液体积中，然后迁移到csf中，或直接迁移到血管周围空间的csf中。一旦毒性蛋白质进入csf，循环系统就会去除、降解或以其他方式使蛋白质无毒。然后，整个系统具有从脑实质中产生毒性蛋白质的高清除率的效果。在本发明某些实施方案的另一方面，csf可以通过含有转化剂的过滤器或筒来改善，从而促使来自间隙空间的毒性蛋白质直接迁移到csf中。一旦毒性蛋白质进入csf，循环系统就会去除、降解或以其他方式使这些蛋白质无毒。然后，整个系统具有从脑实质中高度清除毒性蛋白质的效果。在本发明的一个实施方案中，过滤器为以下类型：死端过滤器、切向过滤器、连续色谱法，例如周期性逆流色谱(pcc)、多柱逆流溶剂梯度纯化(mcsgp)和连续逆流切向色谱(cctc)或单程切向流过滤(sptff)或它们的组合。
237.在本发明的一个实施方案中，过滤器所使用的过滤方法基于以下一种或多种：(1)机电方法，包括但不限于：射频、电磁、紫外线辐射，声波、压电、静电、纳米-、分子/生物力、原子力和超声波过滤和基于超滤的方法；(2)生化/物理化学特性和/或温度方法，包括但不限于：尺寸排阻，孔流，溶液扩散，蛋白质尺寸或二级、三级或四级结构，扩散，疏水/亲水，阴离子/阳离子，高/低结合亲和力，螯合剂，基于磁性或纳米颗粒的系统，以及各种神经化学过滤系统；和(3)生物特异性亲和方法，包括但不限于特异性抗体、基于免疫疗法的、免疫调节的、使用固定化抗体或抗体片段的离体免疫疗法、核酸、受体、抗细菌、抗病毒，抗-dna/rna、蛋白质/氨基酸、碳水化合物、酶、异构酶、具有基于高低生物特异性结合亲和力的系统的化合物。
238.在一些实施方案中，过滤基于通过使用一种或多种酶的酶消化，所述酶可包括：胰蛋白酶；弹性蛋白酶；梭菌蛋白酶；钙蛋白酶，包括钙蛋白酶-2；半胱氨酸蛋白酶(caspase)，包括半胱氨酸蛋白酶-1、半胱氨酸蛋白酶-3、半胱氨酸蛋白酶-6、半胱氨酸蛋白酶-7和半胱氨酸蛋白酶-8；m24同源物；人气道胰蛋白酶样肽酶；蛋白酶k；嗜热菌蛋白酶；asp-n内肽酶；糜蛋白酶；lysc；lysn；谷氨酰内肽酶；葡萄球菌肽酶；arg-c蛋白酶；脯氨酸内肽酶；凝血酶；组织蛋白酶，包括组织蛋白酶e、s、b、k或l1；tissue type a；肝素酶；颗粒酶，包括颗粒酶a；甲氨蝶呤α；胃蛋白酶；内皮酶；激肽释放酶(kallikrein)-6；激肽释放酶-5；和它们的组合。
239.在其他实施方案中，过滤基于依赖于以下组的细胞表面标志物的亲和方法：epcam、notch1、her2 、egfr、乙酰肝素酶和notch1。
240.切向流体流动
241.在一些实施方案中，通过使混合物经受切向流过滤(tff)，将感兴趣的种类例如蛋白质或其他生物部分从包含它们的混合物分离。在一些实施方案中，过滤过程用于保留分子量介于约1kda和约1000kda之间的溶质。如本文所用，术语切向流过滤或tff是指这样一种过程，其中含有待过滤分离的组分的流体混合物以与膜平面相切的高速度再循环以增加往回扩散的传质系数。在这种过滤中，沿膜的长度施加压差，使流体和可过滤的溶质流过过滤器。这种过滤适合作为间歇过程以及连续流动过程进行。例如，溶液可以反复通过膜，同时通过过滤器的(例如，csf)流体被连续抽离到单独的单元中，或者溶液通过膜一次，并且通过过滤器的(例如，csf)流体在下游被连续处理。
242.有利地，tff可以按粒度分级，由此防止或抑制滤饼形成，从而允许长的操作时间。
此外，在一些实施方案中，交替的切向流可用于移除块。特别有利的是，tff克服了传统过滤中发现的极化浓缩效应，其中溶质极化层作为与原始超滤器串联的附加过滤器，并提供显著的溶剂过滤阻力。在tff中，进料流以与膜平面相切的高速度再循环，以增加往回扩散的传质系数。这种流体流动模式增强了保留的溶质从膜表面传输离开并回到进料本体。以平行于过滤膜的方向流动的流体用于连续清洁过滤器表面并防止不可过滤的溶质堵塞。在另一个类似的实施方案中，旋转过滤装置包含外圆柱体和内圆柱体，其中旋转内圆柱体以产生涡流以获得高速度而不改变压力。在tff中，压力差梯度，称为跨膜压力(tmp)，沿膜的长度施加，使流体和可过滤的溶质流过过滤器。
243.在一个实施方式中，本文所述的高性能切向流过滤过程包括使待分离物质的混合物通过设备或模块中的一个或多个过滤膜，该设备或模块设计用于在某些tmp和通量条件下进行一种类型的切向流过滤。特别地，tmp保持在通量v.tmp曲线的压力依赖性区域中的范围内，即在不大于过渡点的tmp值的范围内。因此，过滤在约5％至约100％的过渡点通量范围内的通量下操作。此外，进行过滤使得tmp随时间大致恒定或在整个过滤过程中降低。
244.将tmp维持在该压力依赖性区域内会导致分子量低于膜额定值的分子的保留减少，并提高系统对需要纯化的种类的整体选择性，从而克服浓度极化层的障碍。因此，感兴趣的种类作为保留物被膜选择性保留，而较小的种类作为滤出物通过膜，或者感兴趣的种类作为滤出物通过膜，混合物中的污染物被膜保留。值得注意的是，tmp不会随着过滤时间而增加，并且在整个过滤过程中不一定保持恒定。tmp可随时间保持大致恒定或可随着过滤的进行而降低。如果保留的种类被浓缩，则优选在浓缩步骤的过程中降低tmp。
245.本文的一个优选方面是使用多于一个具有相同孔径的膜，其中膜被放置成彼此平行地层叠，优选地一个在另一个之上。优选地，用于该目的的膜的数量是两个，但可以添加额外的膜。
246.虽然tmp不需要沿膜表面保持基本恒定，但优选保持tmp基本恒定。这种条件通常是通过在膜的滤出物侧产生压力梯度来实现的。因此，滤出物以相同方向并平行于该装置的保留物隔室中的混合物流动而循环通过过滤装置的滤出物隔室。调节再循环材料的入口和出口压力，使得穿过滤出物隔室的压降等于穿过保留物隔室的压降。
247.本发明的某些实施方案还考虑多级级联工艺，其中来自上述工艺的滤出物在第二切向流过滤装置中通过孔径小于第一装置的膜的过滤膜。来自该第二次过滤的滤出物可以循环回到第一装置并且可以重复该过程。在该级联过程中，第二次过滤通常是常规过滤，其中通量保持在大于约100％的过滤点通量的水平；此外，通常，tmp沿膜基本上不保持恒定。
248.在级联过程的一个更优选的实施方案中，两个阶段都涉及切向流超滤，其中孔径为1至1000kda。在三级级联工艺中，第二次过滤的滤出物在第三切向流过滤装置中通过孔径小于第二膜孔径的过滤膜，第三次过滤的滤出物循环返回到第一过滤装置，并且重复该过程。如果在级联过程中只需要两个高性能过滤，那么第三阶段可以是常规的，即，在第三阶段中，通量保持在大于约100％的过滤点通量的水平。在该三级级联工艺的更优选实施方案中，所有三级都涉及切向流超滤。
249.示例性方法可以用于从人或动物受试者的csf过滤物质。示例性方法可以包括使用过滤系统从受试者的包含csf的空间抽取一定体积的包含csf的流体。示例性方法可包括使用过滤系统的第一过滤器将一定体积的流体过滤成渗透物和保留物，其中第一过滤器包
括切向流过滤器。示例性方法可以包括将渗透物返回到受试者的包含csf的空间。示例性方法可包括使用过滤系统的第二过滤器过滤保留物。示例性方法可以包括将过滤的保留物返回到受试者的包含csf的空间。
250.在一些实施方式中，过滤系统的第二过滤器包括死端过滤器或深度过滤器。例如，该方法可包括使用平行操作的过滤系统的多个第二过滤器过滤保留物。在一些实例中，该方法进一步包括，在返回渗透物之前和返回过滤的保留物之前，在组合器处组合渗透物和过滤的保留物并且将组合的渗透物和过滤的保留物返回到受试者的包含csf的空间，从而返回渗透物并返回过滤后的保留物。示例性系统可包括具有联接到渗透物出口和第二过滤器的出口的入口的组合器。该组合器可以被配置为组合由第二过滤器过滤的流体和保留物，其中组合器具有用于将流体返回到受试者的包含csf的空间的出口。在一些变型中，该系统还可以包括第三过滤器，该第三过滤器具有联接到第二保留物出口的入口，并且组合器联接到渗透物出口、第二渗透物出口和第三过滤器的出口并且被配置为组合保留物、第二过滤器的第二保留物以及由第三过滤器过滤的流体。在一些实例中，第二过滤器包括平行布置的多个死端过滤器或深度过滤器。在一些实例中，平行的多个死端过滤器或深度过滤器是自调节的，使得随着死端过滤器或深度过滤器之一变满或堵塞，压力增加导致更多废液被引导至一个或更多其他死端过滤器或深度过滤器。
251.在一些应用中，组合器可以包括止回阀，该止回阀被配置为阻止回流到第二过滤器中。在一些变型中，该方法还可包括计算过滤系统的浪费率并修改系统的一个或多个参数以维持小于阈值的浪费率。在一些实例中，该阈值基于受试者中自然csf产生的预测速率。在一些实例中，阈值为每分钟0.25毫升csf。在一些实例中，阈值为每分钟0.20毫升csf。在一些实例中，过滤系统的第二过滤器包括切向流过滤器，该切向流过滤器被配置为将保留物过滤成第二渗透物和第二保留物，并且将过滤的保留物返回到受试者的包含csf的空间包括将第二渗透物返回到受试者的包含csf的空间。在一些实例中，该方法还包括使用过滤系统的第三过滤器过滤第二保留物并将过滤的第二保留物返回到受试者的包含csf的空间。
252.基材逆流级联超滤
253.本发明的另一个实施方案涉及逆流级联分离系统。在一些实施方式中，逆流级联分离系统可包括一系列互连的级，其中每一级包括接受流动流的渗滤器。每一级中的渗滤器优先可渗透目标溶质，渗滤器优先使溶质进入渗透流，同时优先将剩余的溶质保留在保留物流中。每个级还包括从渗滤器接收渗透流的超滤器，其中超滤器选择性地渗透溶剂但不渗透渗透流中包含的剩余溶质。系统的各个级相互连接，使得第一级之后的每级都接受混合流动流，该混合流是通过将来自不同级的保留物流和渗透物流相结合而形成的。目标溶质被逆流级联通过相互连接的系列级分离。
254.在一些优选实施方案中，系统可以包括三个互连的级。各种优选的系统回收由超滤器收集的溶剂并将该溶剂送回流动流。在某些实施方案中，这些系统包括还包括能够将溶剂均匀分布在渗滤器上的大孔膜的至少一个级。
255.连续逆流切向色谱(cctc)
256.本发明的另一个实施方案涉及一种用于具有多个单程模块的连续单程逆流切向色谱的系统。单程结合步骤模块用于将来自未纯化产品溶液的产品与树脂浆料结合(例如，
永久、半永久或暂时)。单程洗涤步骤模块用于洗涤树脂浆料中的杂质。用于洗脱洗涤步骤模块的输出的单程洗脱步骤模块用作纯化产物溶液。单程再生步骤模块用于再生树脂浆料。优选地，树脂浆料以连续的、单程的方式流过每个单程模块。一个或多个单程模块包括两级或更多级，渗透物流与该单程模块内的树脂浆料流逆流定向。
257.在一些应用中，系统包括具有一个或多个级的多个单程模块，并且每个级包括互连的切向流过滤器和静态混合器。在优选实施方案中，单程模块包括至少两级并且每一级包括互连的切向流过滤器和静态混合器。层析树脂在单程中流过每个模块，而对树脂进行与常规层析过程类似的操作(例如，结合、洗涤、洗脱、再生和平衡)。用于这些操作的缓冲液以与树脂流动相反的方向泵入模块；来自后期级的渗透溶液被循环回之前的级。这在切向流过滤器的渗透溶液中产生与树脂流动方向相反的浓度梯度。
258.体外改善系统和方法
259.用于改善从哺乳动物受试者中取出的csf的体外系统如图15a到15c所示。更具体地，图15a至15c示出了部分可植入系统1500，其包括位于体外的筒1515和流体连通系统1535，其可用于去除对疾病有负面影响并且是疾病的症状的物质，诸如(例如，有毒的)蛋白质、细胞等。出于说明而非限制的目的，应用包括：神经退行性疾病、中风和免疫介导的疾病，例如狼疮。
260.结合图15a至15c参考图16，显示了改善(例如，神经或非神经)疾病的症状的方法。在第一步骤中，医疗专业人员选择显示出特定疾病的一个或多个症状的患者进行治疗(步骤1)。出于说明而非限制的目的，这些疾病可包括：肌萎缩侧索硬化(als)、额颞叶变性(ftd)、进行性核上性麻痹(psp)、阿尔茨海默病(ad)、帕金森病(pd)、亨廷顿病(hd),guillain-barr
é
综合征(gbs)、脑膜炎、脑血管痉挛、药物过量等。
261.在哺乳动物受试者中的第一位置1505处，可以将出口端口进出针(例如，腰部导管)引入(例如，经由皮下接入端口)到受试者的sas空间(例如，在腰部csf空间中)，从中可以去除一定体积csf(步骤2)。在一些实施方式中，移除的csf体积可介于约1ml至约200ml之间且移除流速可介于约0.1ml/min至约100ml/min之间。去除流速可由泵送装置1525控制，例如本文所述的那些主动或被动泵中的任一个。移除的csf体积可以例如经由管道1510a输送至并引入筒1515(步骤3)以在改善剂、改善技术和/或改善过程的存在下进行处理。在一些变型中，处理(步骤5)可以立即开始，而在其他变型中，处理可以在预定时间段期满之后开始(步骤4)。预定时间段或时间或第一等待时段的范围可以从短(以毫秒到分钟计)到长(以一个或多个小时计)以适应泵循环时间、筒压力累积和/或生理再平衡时间。在一些变型中，该过程可以是连续的或基本连续的。
262.一旦移除的csf体积被引入筒1515，移除的csf体积可以被处理(步骤5)(例如，去除、中和、消化转化、隔离等)以改善包含或被认为包含在移除的csf体积中的生物分子或毒性蛋白质(例如，tau、cis ptau abeta、tdp-43、sod1、dpr、神经丝、α突触核蛋白等)。优选地，筒1515包含用于处理生物分子或毒性蛋白质的改善剂。改善剂可以装饰、沉积、附着、粘附到筒1515的内表面；可以装饰、沉积、附着、粘附到布置在筒1515内的珠粒(例如，多孔的、层析树脂珠粒等)上；等等。如前所述，在一些应用中，改善剂可包括pin1、活细胞、外泌体、酶(例如，胰蛋白酶；弹性蛋白酶；组织蛋白酶；梭菌蛋白酶；钙蛋白酶，包括钙蛋白酶-2；半胱氨酸蛋白酶(caspase)，包括半胱氨酸蛋白酶-1、半胱氨酸蛋白酶-3、半胱氨酸蛋白酶-6、
半胱氨酸蛋白酶-7和半胱氨酸蛋白酶-8；m24同源物；人气道胰蛋白酶样肽酶；蛋白酶k；嗜热菌蛋白酶；asp-n内肽酶；糜蛋白酶；lysc；lysn；谷氨酰内肽酶；葡萄球菌肽酶；arg-c蛋白酶；脯氨酸内肽酶；凝血酶；组织蛋白酶e、s、b、k、l1；tissue type a；肝素酶；颗粒酶，包括颗粒酶a；甲氨蝶呤α；胃蛋白酶；内皮酶；激肽释放酶(kallikrein)-6；激肽释放酶-5；和它们的组合)，用于处理(例如，通过酶消化)生物分子或毒性蛋白质，例如tau、cis ptau abeta、tdp-43、sod1、dpr、神经丝、α突触核蛋白等。
263.一旦已在筒1515内处理移除体积的csf(步骤5)，处理的csf体积可经由返回导管1510b返回至哺乳动物受试者(步骤8)。更具体地，可以在第二位置1530处将处理的csf体积返回哺乳动物受试者(步骤8)，例如，使用入口端口进出针(例如，颈导管、脑室导管等)，其将处理的csf体积(例如通过皮下通路)引入受试者的sas空间(例如，进入受试者的颈部csf空间、进入受试者的脑室csf空间等)。优选地，泵送装置1525被进一步构造和布置成以与移除的csf体积的速率相同或基本相同的流速将处理的csf体积返回到哺乳动物受试者(步骤8)。处理移除的csf体积可以包括双流能力，使得在从患者移除一定体积的csf(步骤2)之后并且在将处理过的csf返回给患者(步骤8)之前，可以引入该csf体积并且双向地或重复顺序地重新引入筒1515中以增加滞留时间和移除的csf对筒1515中的改善剂的暴露。尽管按顺序描述了该方法的各个步骤，但本领域的普通技术人员可以理解，当该方法被实践时，随着各种体积的csf通过具体方法的各级，这些步骤可能并且很可能会同时或部分同时发生。
264.在此描述的系统和方法可选地是双向的，使得在第一位置1505处，可以将出口端口进出针(例如，颈导管、脑室导管等)引入(例如经由皮下接入端口)受试者的sas空间(例如，进入受试者的颈部csf空间、进入受试者的脑室csf空间等)，从中可移除一定体积的csf(步骤2)。一旦已在筒1515内处理了移除体积的csf(步骤5)，则处理体积的csf可以经由返回管道1510b在第二位置1530返回到哺乳动物受试者(步骤8)，例如，使用入口端口进出针(例如，腰部导管)，其将处理体积的csf(例如通过皮下进出端口)引入受试者的sas空间(例如，在腰部csf空间中)。
265.在一些变型中，至少一个感测装置可以设置在返回管道1510b中，在筒1515之后，以在处理体积的csf返回给哺乳动物受试者(步骤8)时捕获处理体积的csf的可测量特征(步骤6)。可选地，感测装置可设置在上游管道1510a中。处理体积的示例性特征可以使用被配置为测量以下一项或多项的传感装置来捕获：体积、压力、温度、ph、流速等。有利地，来自感测装置的数据可以被传输到控制系统1520(例如微处理器)，该控制系统尤其接收和处理数据并且此外比较由感测装置提供的感测数据与存储在包含在控制系统1520中的存储器中的预定阈值(步骤7)。由于担心以例如生理上不可接受的流速、压力、温度、体积等(即，以可能对哺乳动物受试者造成伤害或不适的速率、压力、温度、体积等)将处理体积的csf返回sas空间的不利作用，控制系统1520将现有条件与预定阈值进行的比较可以被控制系统1520用于使用通信子系统来控制处理后的csf体积的流量，以保证返回的csf的操作参数在生理上是可接受的。这些比较和感测的数据可用于更新一组操作参数中的参数。例如，如果传感器检测到压力升高，则泵速可降低，或者在某些情况下相反。
266.一旦处理过的csf体积返回到哺乳动物受试者的sas空间(步骤8)，可以重复该方法(步骤10)，直到获得改善目标。在一些实施方式中，在重复该方法(步骤10)之前必须经过第二时间段(步骤9)。第二时间段或第二等待时间段可以是短的(以毫秒到分钟为单位)、长
的(以一个或多个小时为单位)或可变长度的组合。例如，医生可能需要一种治疗方案，其包括基本连续的csf过滤九小时，每天重复一次该治疗方案，持续五天连续的或间隔的天数或更长时间，观察疾病的其他临床测量，并每天重复一次治疗，持续三个月左右，或更多或更少。
267.任选地，除了用于管道1510a和返回管道1510b的管道系统之外，csf引导或循环系统1535可以包括用于注射药物或将推注剂引入管道系统和/或用于从未处理或已处理体积的csf除去废物的进出端口。csf引导或循环系统1535还可包括以下一种或多种：t形阀、截止阀、防回流阀等，用于控制通过管道的csf流动。例如，可以使用各种阀来防止或最小化不希望的流体回流并允许以下一项或多项：灌注、冲洗、气体吹扫、堵塞物的去除、维护操作(例如，部件更换)等。csf引导或循环系统1535还可包括一个或多个位于筒1515之前或之后的过滤系统，作为主要或额外的处理方法。为了说明而非限制的目的，示例性过滤系统可包括：尺寸过滤、离子过滤、切向流过滤、逆流切向流过滤、超滤、槽口过滤、串联过滤、级联过滤及其组合。随着未处理体积的移除csf或处理体积的csf通过csf引导或循环系统1535，流动的csf可流过csf也可经受电磁场、紫外线(uv)辐射、热、生物亲和相互作用(使用或不使用抗体)等的处理站。任选地，生物亲和相互作用可以与操作剂(例如珠粒、纳米颗粒、光镊等)一起出现或可以与操作剂组合使用。
268.筒
269.参考图18，示出了用于处理从哺乳动物受试者中取出的csf的筒1800的一个实施方案。在一些实施方案中，筒1800可以是市售的色谱柱1805，例如由马萨诸塞州沃尔瑟姆的repligen corporation制造的minichrom(11.3mm x 5ml,rep-001)。筒1800可以具有第一端，第一盖1810可移除地附接至其上(例如，通过摩擦配合、拧上、搭扣等)，以及第二端，第二盖1815可移除地附接至其上(例如，通过摩擦配合、拧上、搭扣等)。盖1810、1815中的每一个可以包括开口，第一(例如，上游)管道1820或第二(例如，下游)管道1825可以通过该开口插入以提供到筒1800并通过筒的流体连通。在一些实施方案中，筒1800的内部增压空间1830可以填充有已经被压缩填充的多个(例如，多孔的、色谱树脂)珠粒1835。为了防止成分进入筒1800或从筒中逸出，第一过滤膜1838可设置在筒1800的第一端并且第二过滤膜1840可设置在筒1800的第二端。在一些应用中，改善剂已被装饰在珠粒1835上。
270.在一些应用中，筒1800可以用色谱树脂(例如，琼脂糖、环氧甲基丙烯酸酯、氨基树脂等)压缩填充，该色谱树脂具有共价结合(即固定)到三维树脂基质的蛋白酶。树脂是一种多孔结构，其粒径通常在75-300微米之间，并且取决于具体等级，孔径通常在之间。
271.为了保持筒1800的适当功能和无菌，筒制造过程的各个方面应该被仔细管理。例如，筒1800的活性或蛋白酶消化目标蛋白质的活性位点的可用性和树脂基质内微生物生长的抑制是重要的。在一些实施方式中，粒度可为约1-50微米且孔径可为约8-12纳米。在一些应用中，可能期望窄的孔径分布，而在其他应用中，可能期望宽的孔径分布。在又其他应用中，可能期望孔径的多峰分布。
272.在筒活性的情况，通常用缓冲溶液填充柱1805以进行保存。缓冲剂旨在抑制自催化并防止树脂基质可用表面积上的活性位点减少。已成功实施的缓冲溶液的一个例子是在ph 2下并在4℃下储存的10mm hcl与20mm cacl2。在一些变型中，缓冲液可包括：pbs 1x可
用作固定缓冲液，乙醇胺1m，ph 7.5可用作封闭缓冲液，pbs 1x/0.05％proclin 300可用作储存缓冲液，hbss可用作用作消化缓冲液。
273.在抑制微生物生长的情况下，通常在清洁(例如，符合iso 14644-1洁净室标准)或无菌的环境中组装类似的组件以避免引入微生物，然后进行灭菌过程，其使用经过验证的方法，例如伽马辐射、x射线、uv、电子束、环氧乙烷、蒸汽或它们的组合。
274.可以控制以抑制微生物生长和/或影响酶自降解抑制的另一个变量是溶液的ph水平。ph值为2的溶液可成功实施；然而，ph在约3至约7.5ph范围内的溶液是可能的。
275.另一个可以控制以抑制微生物生长的变量是温度。色谱柱通常储存在2-8℃的温度范围内，该范围已被证明是有效的并被广泛接受。存储可以保持在该温度范围内，直到筒准备好使用。
276.筒1800的制造可以在接近环境温度的清洁室(例如，iso 8级)环境中进行。该制造过程包括将树脂(带有固定的化酶)填充到色谱柱1805上并包装在双层薄膜聚丙烯包装中。然后可以准备包装的筒1800用于消毒过程，其可以是伽马消毒。伽马灭菌已被确定为典型的灭菌技术，其主要由液体缓冲剂的存在驱动。环氧乙烷和蒸汽等技术可能不太可能充分穿透和渗透液体以达到必要的无菌水平。理想地，筒1800一生产就应冷藏，并在运输到灭菌处和从灭菌处运出期间保持冷藏。一旦筒通过灭菌过程，就可以将其运送(例如，冷藏后)到最终目的地，例如合同制造商或库存存放区，在那里它可以储存在2-8℃。
277.在使用中，筒1800可以从其温度受控的环境中取出并放置在护理点(poc)处。在poc处，筒1800可以从其无菌包装中取出并经受冲洗方案以洗掉缓冲溶液以及任何可能不需要的残留成分，例如未结合的酶。冲洗或洗涤减轻当经处理的csf返回受试者时残留/分离的胰蛋白酶或其他改善剂进入身体的风险。
278.冲洗方案可能需要使用不同体积冲洗溶液的多个冲洗程序。有利地，冲洗方案可确保可从筒1800洗脱的任何潜在的残留改善剂或酶(例如，胰蛋白酶)被冲洗掉。例如，在一些实施方式中，筒1800可以用大约一个柱体积(即，1.0cv)的溶液(例如磷酸盐缓冲盐水(pbs))冲洗。pbs已被证明可以消除痕量的残留酶。可以使用更大体积的溶液来增加保证。例如，对于5ml柱1805，筒1800可以用5-6cv(或25-30ml)冲洗。在一些变型中，为了更一致地流过多孔层析树脂，可将筒1800的温度升高至高于环境温度。示例性冲洗方案可以包括用6cv(或30ml)的pbs冲洗，然后第二次冲洗6cv或30ml的汉克斯平衡盐溶液(hbss)。
279.在一个实施方案中，该系统可用于通过已经沉积在或装饰在筒1515上的细胞或外泌体来递送物质。用于改善的细胞或生物分子可基于分泌的有益分子(例如，营养因子、抗炎分子等)或经基因工程改造以产生和释放有益生物分子(例如具有营养因子、抗炎分子等)来选择。因此，可以使用这些有益分子将治疗材料递送(例如通过csf循环)回到哺乳动物受试者(例如脑、脊髓等)中。只要在筒1515上存在针对炎症介质和免疫系统细胞的屏障，如果细胞以其他方式被直接植入体内，应用筒1515的离体性质也可以防止或阻碍受试者的免疫系统攻击外来细胞。
280.更具体地，在一些应用中，具体化系统1500使用外泌体和/或活细胞来改善从哺乳动物受试者去除的csf。外泌体是包含例如dna、rna、蛋白质、脂质和mirna的囊泡。外泌体通常存在于细胞外空间并在体内具有多种功能。例如，已知外泌体可在细胞之间转移，为细胞间联系提供了一种方法。外泌体还表现出保护活性，被认为是通过从具有神经保护作用的
外泌体中释放蛋白质来实现的。从已知具有保护特性的相关细胞中分离的外泌体被装载到筒1515中并且分泌的分子循环到脑和脊髓。
281.在一些实施方式中，系统中的筒1515可以装载有外泌体或细胞，以便当从受试者中取出csf时，csf循环通过填充有外泌体或细胞的筒1515，随后当已处理的csf返回到哺乳动物受试者中，由填充在筒1515中的外泌体或细胞释放的分泌因子可分布到csf中并循环通过脑和脊髓。
282.在某些情况下，外泌体也可能对疾病状态产生负面影响。例如，外泌体可以促进错误折叠蛋白质的转移。还已知外泌体能够穿透血脑屏障。在这种情况下，这些穿透血脑屏障的外泌体应该从csf中去除或降解，从而减少它们对病程的影响。研究还发现，在csf中发现的外泌体的含量会在疾病存在时发生变化。在一些实施方式中，系统1500可用于从csf去除不需要的外泌体或细胞。
283.套件
284.在上述各种系统和装置实施方案的一些实施方式中，包括期望或必要的系统组件和子系统的封装套件将是有用的。参考图19，示出了示例性套件1900的框图。在一些实施方式中，套件1900可以包括用于脑室csf管线、腰椎csf管线、csf循环系统或装置1925的装置、监测硬件1930和泵送装置1940。在一些变型中，脑室csf管线可以包括以下：腹膜导管1905、脑室导管1910、一个或多个导管适配器、皮下进出端口1920和皮下进出针1935。在一些变型中，腰部csf管线可以包括以下：腹膜导管1905、腰部导管1915、一个或多个导管适配器、皮下进出端口1920和皮下进出针1935。在一些变型中，第二腹膜导管1905和/或腹膜导管1905可以是可选的，如果腰部导管1915可以到达受试者的下腹部，这将能够将腰部导管1915直接连接到皮下进出端口1920。
285.在一些实施方案中，csf循环装置1925可包括筒1800(图18)、一个或多个压力传感器(和/或其他传感器)、一个或多个样品端口和泵专用管道。有利地，筒1800可以单独包装和存放。当需要套件1900时，可在poc处添加筒1800。可以选择套件1900的csf循环装置1925中的泵专用管道以与泵送装置(例如，蠕动泵)1940兼容。监控硬件1930可以包括具有触摸屏图形用户界面、随机存取存储器、只读存储器和处理单元的编程的可编程微处理器。可选地，监测硬件1930可以包括支架，其可以被构造和布置为将泵送装置1940可释放地附接到监测硬件1930(如图15b所示)并且用于将监测硬件1930可释放地附接到标准iv杆或类似的固定装置(如图15a所示)。
286.本发明一些实施方案的各种优点
287.本发明的变型和实施方案的显著优点是从csf中去除毒性蛋白质。额外的优点和好处很多。例如，当csf留在体内时，完全植入的装置不必明确调节压力或温度。此外，不需要精确的流量控制，因为在体内存在基本上无净流量的情况；因此，受试者体内没有csf体积变化。
288.通过完全植入该结构，该结构更无菌、更耐受、更便携且在该条件下更易于维护。对于植入的结构，没有流体死腔，也没有可能堵塞的大量管道。
289.当将柔性结构引入sas时，其柔性特性可允许通过较小直径的开口进入身体。
290.在没有主动泵送的情况下，系统在其配置上可能更稳健和更简单。对于整体植入式泵，可将运动部件组合成单件，这比外部泵系统更简单且可能更坚固。
291.或者，外部系统的优势包括能够在没有大干扰的情况下快速交换、修复或调整组件，能够利用非生物相容性材料，例如某些电池电源，以及能够轻松配置为更大的过滤容量、用于温度或压力控制的流量或功率。
292.因为治疗和处理过程可能很长，一旦在csf中实现了低水平的例如dpr，本发明提供了长期使用，对此，侵入性较小、可植入、可移动、低功率、低维护以及非约束属性是合适的。
293.或者，一旦达到低水平的目标蛋白，可以分离体外系统以允许患者移动，然后重新连接以进行额外治疗。
294.本发明的实施方案还能够在dpr例如能够影响受试者身体内的其他位置之前使集中或有针对性的流到需要治疗或处理的特定区域。例如，如果已在腰部区域鉴定出细胞毒性，则本发明的实施方案可局部植入腰部区域，在dpr源的上游或附近，以治疗(即，集中于)患病区域。这种将结构定位在特定区域附近的选择性提供了对问题区域的归零，同时还通过csf介导的运输减少了毒素诱导的损伤的扩散。
295.有利地，一旦该结构已被完全植入，该结构也可用于随意地或替代地以伪连续或周期性方式对csf进行采样。该特征有利于受试者的长期监测和治疗。在受试者中具有完全植入的结构也可以构成独立的诊断工具。
296.系统、子系统、部件和相关处理方法的各种组合和排列被考虑并认为在本发明的范围内。例如，本发明的实施方案可以包括治疗神经和非神经病理、神经和非神经创伤和/或神经和非神经缺陷的体外方法。例如，在一个实施方案中，本发明可用于例如通过酶消化从csf中去除毒性dpr或其他生物分子，从而改善神经或非神经病理、神经或非神经创伤，和/或神经或非神经缺陷，例如(为了说明而非限制)：肌萎缩侧索硬化(als)、额颞叶变性(ftd)、进行性核上性麻痹(psp)、阿尔茨海默病(ad)、帕金森病(pd)、亨廷顿病(hd),guillain-barr
é
综合征(gbs)、脑膜炎、脑血管痉挛、药物过量等。
297.在一些实施方式中，该方法可以包括修改生化环境(例如，真菌、孢子、朊病毒、肽、细菌、病毒、抗原、血细胞、毒性蛋白质、溶解气体、炎症介质等)和/或在哺乳动物受试者(例如，人类)中csf的物理特性(例如，ph、体积、盐度、压力、浓度、温度、渗透压、总蛋白质含量等)的动态分布、动力学分布和/或空间分布中的一种或多种。在一些应用中，动态修改可包括通过以下一种或多种方式改善csf内的(例如有毒)生物分子：通过分流器移除csf、降低csf内(例如有毒)生物分子的浓度、重新分布csf内(例如，有毒)生物分子和/或在csf中集中流动模式。动态修改的一些实施方案可以包括基于实施物理化学过程的处理方法，包括以下一项或多项：过滤、电荷分离、暴露于紫外光、暴露于红外辐射、暴露于核辐射、拉曼散射、动态光散射等等。动力学修改可包括影响流速、局部流速、势能和/或光子或化学激发中的一项或多项。空间修改可包括处理生物、化学和/或分子成分。例如，用于空间修改目的的此类处理可包括分离、降解、灭菌、辐照、固定、隔离、无菌分离、化学反应、分子重构、解聚、局部修改、实体的组合等。
298.动态修改可以包括基于实施集中的csf流的处理方法。在一些实施方案中，可实施集中流使得该流可操作以降低离散目标位置处的一种或多种目标物质(例如，生物分子)的浓度。在其他实施方式中，可实施集中流，使得该流可操作以增加处理位置处的目标物质的浓度。在其他实施方式中，可以实施集中流使得该流可操作以增加目标种类从一个位置到
另一位置的运输。
299.在涉及集中流的一些实施方式中，调节筒或包含改善剂的其他结构可位于蛛网膜下腔(sas)外部，同时将csf主动泵送(例如，经由多个导管)至并通过外部调节筒，并且使得运动神经元位置呈现高循环的csf。
300.空间修改(例如，化学成分的修改)可包括引入可操作以酶促(例如，蛋白水解)消化csf内的生物分子的改善剂(例如，酶)。在一些实施方式中，可将改善剂引入sas内或sas外的csf生物分子，而无需改善剂的循环。csf可以选择性地围绕静止或基本静止的改善剂自然循环，可以主动循环，或可以被动循环。在改善剂基本静止的实例中，可将改善剂布置在(例如，坚固)基材上，例如，使得改善剂装饰在多个多孔珠的外表面上、在包含在筒中的多孔整体结构上，等等。筒允许内源性csf流入，内源性csf在离开筒之前与改善剂接触。在一些变型中，空间修改可包括改善过程的组合和/或改善剂的组合。例如，当改善剂与基材结合时，可以过滤csf，经受改善剂，然后再次过滤。在一些应用中，空间修改可包括改善过程加集中流的组合和/或改善剂加集中流的组合。
301.空间修改(例如，化学成分的修改)可包括引入和循环可操作以酶促(例如，蛋白水解)消化csf内的生物分子的改善剂。在一些实施方式中，改善剂可以是：完全在sas内引入和循环，引入和循环进出sas，或者可以完全在sas之外引入和循环。例如，在一些变型中，改善剂可以在多孔袋、管状装置和/或透析样(例如，透析膜)导管内形成在或装饰在多个(例如，超顺磁性)珠的外表面上，这些珠作为浆液布置在体内(例如，在腰囊中)。用改善剂装饰的珠粒可以在sas内循环(例如，使用磁引力、通过主动泵送等)。csf可围绕循环改善剂自然循环或可主动或被动循环。
302.另一个实施方案可包括体内处理方法，其包括将改善剂引入或放置在sas内(例如，在坚固的、可塌缩的或柔性的基材上或在管状结构、筒或导管内)而不使改善剂循环。在各种应用中，csf可以在改善剂的存在下自然循环(例如，通过被动循环)，使得csf完全保留在sas内；csf可在改善剂存在下通过主动泵送完全在sas内的csf而循环；csf可在改善剂存在下通过被动泵送csf完全在sas内循环；或者csf可以在改善剂的存在下通过主动或被动泵送csf而循环，这可以包括将csf从sas泵送并且回到sas。
303.csf可以在存在(例如液压或气动)可膨胀基材的情况下循环，该基材具有从基材或从并入基材的多个附枝突出的多个纤毛。每个纤毛可以用改善剂装饰，使得随着基材循环扩展和收缩，csf可以混合并且csf内的任何生物分子可以与改善剂相互作用(例如，被其酶消化)。
304.csf可以在存在(例如液压或气动)可膨胀基材的情况下循环，该基材具有结合到基材中的多个露头附枝。每个露头附枝可以用改善剂装饰，使得随着基材循环扩展和收缩，csf可以混合并且csf内的任何生物分子可以与露头附枝上的改善剂相互作用(例如，被其酶消化)。
305.csf可在管状结构存在下循环，该管状结构具有附着在基材内侧上的多根纤维。每根纤维都可以用改善剂装饰并且可以从结构内部延伸并缩回到结构中。csf内的生物分子可与处于伸展状态的纤维上的改善剂相互作用(例如，被其酶消化)。
306.在变型中，将改善剂施加到位于sas内的支架或板的暴露表面并且使csf循环通过支架或板。在一些变型中，允许csf自然循环(例如，通过被动循环)通过支架或板。在其他变
型中，csf可在sas外部循环并在循环通过支架或板之前返回到sas。本发明的一些实施方案可以包括一种处理方法，该方法还包括具有多个传感器和多个泵、阀和/或致动器的大流动系统，这些泵、阀和/或致动器可由系统控制器控制。
307.其他实施方案可包括治疗患有神经或非神经病理、神经或非神经创伤、或神经或非神经缺陷的哺乳动物受试者的方法。在一些实施方案中，该方法包括在受试者中以集中流循环csf。在一些应用中，使用改善剂、改善技术或其组合，改善csf中的毒性生物分子。在其他实施方式中，不使用改善剂。在一些实施方式中，以集中流循环csf包括：以自然流量水平循环csf，使csf能够流出蛛网膜下腔，限制csf仅在蛛网膜下腔内流动，和/或使用被动泵。
308.已经在本文描述了本发明的说明性实施方案，本领域的普通技术人员将理解除了上面具体描述的那些之外的本发明的各种其他特征和优点。因此，应当理解，上述仅是对本发明原理的说明，并且本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行各种修改和添加，包括结构元件和方法步骤的所有组合和排列。因此，所附权利要求不应受已示出和描述的特定特征的限制，而应被解释为也涵盖其修改和等同物。