用于醫療移植物的細胞接種的方法、基底和系統的制作方法
【專利說明】用于醫療移植物的細胞接種的方法、基底和系統
[0001]本申請是申請號為201180031363.6、申請日為2012、12、24的同名申請的分案申請。
[0002]參考相關申請
[0003]本申請要求2010年5月25日提交的標題為METHODS, SUBSTRATES, AND SYSTEMSUSEFUL FOR CELL SEEDING OF MEDICAL GRAFTS 的美國臨時專利申請系列 N0.61/348，135的利益，其通過引用整體并入本文。
[0004]背景
[0005]本發明總地來說涉及醫學材料和方法，并且在具體方面涉及包含細胞的醫療移植物以及用于制備其的方法、基底和裝置。
[0006]組織工程領域已顯示了用于改進跨多種病況或損傷的患者的醫學治療的遠大前景。研究的一個領域是，包含來自患者或其它來源的活細胞的可植入移植物材料的領域。關于來自患者的細胞的收集和再引入(稱為自體細胞治療)，用于處理來自患者的組織樣品以產生可被再引入患者的細胞制劑的方法和系統是已知的。已有人提出，可將此類方法和系統在醫院中在“床邊”使用，例如用于其中生物學組織樣品獲自患者，被處理成細胞組合物并且被再引入患者的單次醫院過程或醫院就診。
[0007]在某些使用模式中，可將待引入患者的細胞與細胞生長基底組合以形成包含細胞的可植入移植物。有時，此類使用模式包括，在應用于細胞生長基底后擴增細胞數目的培養期。其它使用模式不包括這樣的擴增。相反地，將細胞施用至細胞生長基底，然后植入而無需培養期。
[0008]雖然已顯示了應用前景，但包含細胞的移植物材料的臨床實施一直以來進展緩慢。存在對用于將細胞與細胞生長基底組合以便它們在患者中能夠存活并且通常擴增的更方便和/或有效的方法或材料的需要。在某些方面，本發明解決了此類需要。
[0009]概述
[0010]在一些實施方案中，本發明提供了用于制備給患者施用的包含細胞的移植物材料的方法、細胞生長基底和裝置。本發明的細胞生長基底可包括允許它們與細胞懸浮液的增強的組合的特征。在某些實施方案中，此類特征包括，在將細胞懸浮液施用于基底的過程中促進細胞分配的、在細胞生長基底中界定的管狀通道。本文中公開的其它實施方案涉及，用于制備接種細胞的可流動基質(matrix)移植物組合物的方法和裝置；用于在將細胞組合物應用于細胞生長基底之前預條件化(pre-condit1ning)所述細胞生長基底的方法和裝置；用于通過將細胞組合物與基底材料組合來制備接種細胞的可植入移植物的自動化方法和裝置，例如包括用于將細胞分配在整個基底材料中的特征；以及細胞生長基底的顆粒形式和它們用于制備可流動的細胞移植物材料的用途。
[0011 ] 在一個具體的實施方案中，提供了用于支持細胞生長的細胞生長基底。所述基底包括至少一個伸長的管狀通道，該通道具有界定從細胞生長基底主體的表面上的第一管腔開口延伸入細胞生長基底的內部區域的管腔的通道壁。管腔可被構造來接收包含細胞的液體介質流以將細胞分配至細胞生長基底的內部區域中。細胞生長基底可以為細胞生長基質。基底可包含膠原和/或還可包含在基底的外部并且與管腔開口流體連接的合成的聚合管狀元件。基底可包括多個管狀通道。至少一個管狀通道可包括至少一個主管狀通道和至少一個從主管狀通道分枝的次級管狀通道(secondary tubular passage)。基底可包含可重塑的膠原性細胞外基質片層材料，且片層材料可保有用于片層材料的來自動物來源組織的蛋白聚糖、生長因子、和/或糖胺聚糖。
[0012]在另一個實施方案中，提供了用于制備接種細胞的材料的方法，其包括將細胞生長基底例如上述段落中描述的細胞生長基底連接至液體細胞懸浮液的來源，其中連接包括將伸長的通道與所述來源的運輸腔流體連接。該方法還包括將一定量的液體細胞懸浮液運輸通過運輸腔，并進入伸長的通道以將細胞遞送至基底的內部區域。連接步驟可包括，將基底插入細胞接種室(具有與液體細胞懸浮液的來源流體連接的輸入管)和將輸入管流體連接至基底的第一管腔開口。
[0013]在其它實施方案中，提供了用于制備用于遞送至患者的接種細胞的組合物的方法。所述方法包括，將流體細胞外基質顆粒組合物(包含細胞外基質的顆粒和液體介質)與液體細胞懸浮液組合以形成細胞流體組合物。所述方法還可包括，混合細胞流體組合物和/或使細胞流體組合物形成凝膠。導致膠凝的方法(gel-causat1n)可包括改變細胞流體組合物的pH和/或改變細胞流體組合物的溫度的步驟。
[0014]其它實施方案提供了用于制備和施用細胞移植物的方法。所述方法包括將血清蛋白質組合物應用于適合給患者施用的生物相容性基底，以制備包括血清蛋白質組合物和生物相容性基底的預條件化的基底。將細胞添加至預條件化基底以制備細胞移植物，并將細胞移植物施用至患者。應用血清蛋白質組合物的步驟可包括噴霧施用組合物。添加細胞的步驟可包括將液體細胞懸浮液噴霧至預條件化的基底上和/或將液體細胞懸浮液傳輸進入基底的管狀通道。
[0015]在另一個實施方案，提供了用于給基質接種細胞的裝置。裝置包括用于接收液體細胞懸浮液的第一小室和用于接收待接種細胞的細胞生長基質材料的第二小室。接種裝置還包括用于將一定量的液體細胞懸浮液從第一小室轉移至第二小室的通道、用于檢測液體細胞懸浮液的至少一個狀況的裝置和用于將一定量的液體細胞懸浮液應用于第二小室中接收的基質材料的施用裝置。施用裝置可包括至少一個噴嘴或至少一個具有管腔的套管。接種裝置還可包括用于移動噴嘴或套管的機械裝置。在施用裝置包括套管的情況下，可操作移動機械裝置，以向近端(proximally)撤回套管同時從套管的開口例如最遠端開口分配液體細胞懸浮液。接種裝置還可包括用于將基質材料相對于施用裝置保持在預定位置中的定位結構(registrat1n structure)。接種裝置還可包括分配輔助裝置，該分配輔助裝置與第二小室聯接并且可用于在利用施用裝置將細胞施用至基質材料后促進細胞在基質材料內的分配。分配輔助裝置可被操作以產生橫跨基質材料的磁場；可以是混合器，所述混合器可被操作以在第二小室接收的液體中產生流動；可被操作以在第二小室內產生壓力梯度；可被操作以移動第二小室中接收的細胞生長基底；和/或可被操作以旋轉第二小室，從而至少部分地通過離心力將細胞分配在細胞生長基質材料內。當存在時，可被操作以產生流動的混合器可被操作以在第二小室接收的液體中產生脈動的(pulsatile)雙向流動。
[0016]其它實施方案提供了用于制備可流動的接種細胞的移植物的裝置。裝置包括包含液體細胞懸浮液的第一小室，和包含待接種細胞的可流動的細胞生長基底材料的第二小室，第二小室流體連接至第一小室，從而可將液體細胞懸浮液與可流動的細胞生長基底材料組合以形成可流動的接種細胞的移植物材料。裝置還可包括可被操作以混合可流動的接種細胞的移植物材料的混合器。混合器可以是位于可流動的接種細胞的移植物材料的流動路徑內的靜態混合器，或旋轉混合器。第一和/或第二小室可以是通道。
[0017]在另一個實施方案，提供了用于制備用于治療患者包括人患者的接種細胞的基底的方法，和潛在地用于治療患者的方法。所述方法包括，處理患者的組織樣品以獲得患者的細胞懸浮液，和將細胞生長基底加載至細胞接種裝置的溫育小室中。所述方法還包括，起始細胞接種裝置的操作，其中操作引起細胞懸浮液的至少一個狀況的檢測，以及引起細胞懸浮液與細胞生長基底的組合以形成接種細胞的基底。在用于治療患者的方法中，該方法還包括給患者施用接種細胞的基底。
[0018]還提供了用于制備接種細胞的基質的方法，該方法包括將細胞與可膠凝的具有第一粘度的組合物混合以形成可膠凝的細胞混合物，和將可膠凝的細胞混合物施用至細胞生長基底。所述方法還包括使可膠凝的細胞混合物膠凝，以形成與所述細胞生長基底接觸的細胞凝膠。凝膠可具有大于第一粘度的第二粘度。混合物的膠凝可通過任何適當的措施或其組合，包括例如改變(例如升高或降低)混合物的pH和/或改變(例如升高或降低)混合物的溫度來引起。可將混合物與基底接觸，以在基底的外表面上提供涂層(layer)，和/或可將其大體上均勻分配在基底(例如當基底是多孔的時候)，或至少基底的部分中。混合物的隨后膠凝可提供外部細胞化的凝膠層和/或大體上均勻地分配在整個基底或基底的一部分中的細胞化的凝膠。
[0019]在其它實施方案中，提供了接種細胞的移植物，其包括細胞外基質基底材料，應用至基底材料的膠原性凝膠，和附著至基底材料、凝膠或兩者的細胞。膠原性凝膠可包含含有天然膠原的細胞外基質水解物和至少一種另外的來自細胞外基質水解物的來源組織的天然生物學活性物質。至少一種另外的天然生物學活性物質可包括生長因子、糖胺聚糖和/或蛋白聚糖。
[0020]其它實施方案提供了用于制備用于治療患者包括人患者的細胞移植物的方法以及潛在地用于治療患者的方法。所述方法包括從患者獲得血清，處理患者的組織樣品以獲得患者的細胞群。所述方法還包括將血清施用至基質基底(matrix substrate)以制備血清預條件化的基質基底，和將細胞群施用至預條件化的基質基底以形成細胞移植物。在用于治療患者的方法中，該方法還可包括給患者施用細胞移植物。
[0021]在其它實施方案中，提供了用于制備用于治療患者的材料的方法以及潛在地用于治療患者的方法。所述方法包括將細胞懸浮液與顆粒狀細胞生長基底組合，溫育與顆粒狀細胞生長基底接觸的細胞懸浮液以形成細胞化的顆粒體(particulate body)，所述顆粒體具有附著至顆粒狀細胞生長基底的顆粒的細胞，其中在不使細胞數目顯著擴增的條件和持續時間下進行溫育。在用于治療患者的方法中，該方法還包括給患者施用細胞化的顆粒體。在某些形式中，可在有效地實現至少20%的懸浮細胞附著至顆粒而無細胞數目的擴增的條件和持續時間下進行所述方法的溫育。
[0022]另一個實施方案提供了用于治療患者的細胞移植物，以及潛在地細胞移植物在利用細胞移植物治療患者的方法中和/或在制造用于治療患者的材料的方法中的用途。細胞移植物包括包含附著至細胞外基質顆粒的細胞的細胞化的顆粒體。為了用于治療，可將細胞移植物導入患者。
[0023]另一個實施方案提供了包括顆粒狀細胞生長基底材料和附著至細胞生長基底材料的顆粒的細胞的細胞移植物材料。細胞包括內皮祖細胞、肌肉來源細胞或其組合。顆粒可以是從動物來源分離的并且任選地經處理以保留內源生長因子、糖胺聚糖和/或蛋白聚糖的天然來源的細胞外基質片層材料的顆粒。可通過粉碎片層材料以形成隨機產生的顆粒和/或通過切割片層材料以形成規則形狀的顆粒(例如圓形、橢圓形和/或多邊形的形狀)來制備天然來源的細胞外基質片層材料的此類顆粒。
[0024]其它實施方案提供細胞移植物，所述移植物包含由細胞外基質材料組成的纖絲和附著至纖絲的細胞群。纖絲可以是從動物來源分離的并且經處理以保留內源生長因子、糖胺聚糖和/或蛋白聚糖的天然來源的細胞外基質片層材料的區段。
[0025]另一個實施方案提供了細胞移植物，所述移植物包括以纖絲形式存在的細胞生長基底和附著至纖絲的細胞群，其中細胞包括內皮祖細胞。在本發明的其它實施方案中，可將該細胞移植物引入患者的組織，所述實施方案提供了用于血管化患者的組織的方法。
[0026]另一個實施方案提供了用于制備細胞移植物的方法。所述方法包括提供第一細胞生長基底片層，以及首先將細胞組合物施用至第一細胞生長基底片層的表面以形成第一接種細胞的表面。在所述第一施用后，所述方法包括將第二細胞生長基底片層堆疊在所述第一接種細胞的表面上。所述方法還包括隨后將細胞組合物施用至第二細胞生長基底片層的表面。
[0027]另一個實施方案提供了包括第一細胞生長基底片層和堆疊在第一片層上的第二細胞生長基底片層的細胞移植物。移植物還包括位于第一片層與第二片層之間的一層接種的細胞。
[0028]另一個實施方案提供了用于制備接種細胞的移植物的裝置。裝置包括用于接收細胞生長基底的溫育小室和用于將液體細胞懸浮液施用至細胞生長基底的施用裝置，施用裝置包括用于分配一定量的懸浮液的多個套管。裝置可被構造來撤回多個套管同時從其分配一定量的懸浮液。
[0029]在另一個實施方案中，提供了細胞生長基底組合物，其包括包含具有緊湊形狀的片層形式的細胞生長基底顆粒的顆粒材料。在一些形式中，至少25%的片層形式的基底顆粒，當在片層的平面中考慮時，具有第一最大橫截面尺寸軸(dimens1n axis)，該軸不超過在與最大橫截面尺寸軸垂直并且以最大橫截面尺寸軸為中心的線上獲取的第二橫截面軸的長度的約2倍。基底顆粒可具有在約20微米至約2000微米的范圍內的最大橫截面尺寸。基底顆粒可以是從動物來源分離的并且任選地經處理以保留內源生長因子、糖胺聚糖和/或蛋白聚糖的天然來源的細胞外基質片層材料的顆粒。可以例如通過切割片層材料以形成具有緊湊形狀(例如圓形、橢圓形和/或多邊形形狀)的顆粒來制備天然來源的細胞外基質片層材料的此類顆粒。
[0030]另一個實施方案提供了細胞外基質組合物，其包括包含具有緊湊形狀的片層形式的細胞外基質顆粒的顆粒狀細胞外基質材料。至少25%的片層形式的細胞外基質顆粒，當在片層的平面中考慮時，可具有第一最大橫截面尺寸軸，該軸不超過在與最大橫截面尺寸軸垂直并且以最大橫截面尺寸軸為中心的線上獲取的第二橫截面軸的長度的約2倍。細胞外基質顆粒可具有在約20微米至約2000微米的范圍內的最大橫截面尺寸。細胞外基質顆粒可以是從動物來源分離的并且任選地經處理以保留內源生長因子、糖胺聚糖和/或蛋白聚糖的天然來源的細胞外基質片層材料的顆粒。天然來源的細胞外基質片層材料的此類顆粒可以例如通過切割片層材料以形成緊湊形狀(例如圓形、橢圓形和/或多邊形形狀)的顆粒來制備。細胞外基質組合物還可包括附著至顆粒的細胞，在某些實施方案中細胞大體上覆蓋顆粒的整個外表面和/或在表面上形成大體上匯合的單層。細胞可包括內皮細胞、內皮祖細胞或其混合物和/或可以是克隆的。在一些情況下，細胞可由內皮細胞、內皮祖細胞或其混合物組成。
[0031 ] 在另一個實施方案中，提供了細胞生長基底制品，其包括細胞生長基底材料，和封裝細胞生長基底材料并且被構造來指導流體介質流動通過基底材料的封裝材料。封裝材料可界定至少第一開口，和至少與第一開口間隔的第二開口。
[0032]另一個實施方案提供了細胞移植物，其包括來源于脂肪組并且包括干細胞、內皮祖細胞、白細胞、內皮細胞和血管平滑肌細胞的細胞的混合群體。細胞移植物還包括包含細胞外基質材料和/或以顆粒形式存在的細胞生長基底。細胞外基質材料可包括對于細胞外基質材料的來源組織是天然的(native)保留的生物學活性組分。保留的生物學活性組分可以是生長因子、糖胺聚糖和/或蛋白聚糖。當使用時，顆粒狀細胞生長基底可包含片層形式的顆粒。為了這些目的，天然來源的細胞外基質片層材料的片層形式的顆粒可例如通過切割片層材料以形成顆粒例如具有緊湊形狀(例如圓形、橢圓形和/或多邊形形狀)的顆粒來制備。
[0033]在其它實施方案中，提供了包括內皮祖細胞群和顆粒狀細胞生長基底的細胞移植物。顆粒狀細胞生長基底可包括片層形式顆粒和/或可包括細胞外基質材料。用于這些目的細胞外基質顆粒可以為從動物來源分離的并且任選地經處理以保留內源生長因子、糖胺聚糖和/或蛋白聚糖的天然來源的細胞外基質片層材料的顆粒。天然來源的細胞外基質片層材料的此類顆粒可以例如通過切割片層材料以形成緊湊形狀(例如圓形、橢圓形和/或多邊形形狀)的顆粒來制備，或可以為例如通過隨機粉碎片層材料而產生的片層材料的片段。
[0034]另一個實施方案提供了用于給基質接種細胞的系統。系統包括用于將細胞與待接種細胞的細胞生長基底組合的小室。系統還包括用于評估細胞對基底的附著的機械裝置。用于評估的機械裝置可包括細胞計數器。用于接種基質的相關方法包括如下步驟:將細胞與待接種細胞的細胞生長基底組合，和評估細胞對基底的附著。在治療方法中，該方法還可包括給患者包括人患者施用接種有附著的細胞的基底。
[0035]根據本文中的其他描述，本發明的另外的實施方案以及其特征和有利方面將變得顯而易見。
[0036]附圖概述
[0037]圖1提供了本發明的細胞生長基底的一個實施方案的側視圖。
[0038]圖2提供了本發明的細胞生長基底的另一個實施方案的側視圖。
[0039]圖3提供了圖1的基底的頂視圖。
[0040]圖4顯示本發明的可選擇的細胞生長基底的頂視圖。
[0041]圖5顯不細胞生長基底的其它實施方案的頂視圖。
[0042]圖6顯示具有歧管進料(manifold feed)的細胞生長基底的另一個實施方案的頂視圖。
[0043]圖7顯不細胞生長基底的另一個實施方案的頂視圖。
[0044]圖8提供了細胞生長基底的另一個實施方案的頂視圖，所述實施方案在基底中具有較大的主通道和較小的次級通道。
[0045]圖9提供了用于將細胞組合物施用至細胞生長基底的系統的一個實施方案的示意圖。
[0046]圖9A舉例說明圖9的系統的某些亞組件的一個實施方。
[0047]圖9B舉例說明圖9的系統的某些亞組件的另一個實施方案。
[0048]圖10提供用于將細胞組合物與細胞生長基底組合的裝置的另一個實施方案的示意圖。
[0049]圖11為其組合物可用作細胞生長基底的脫細胞ECM片層的緊湊片層顆粒的數字圖像。
[0050]圖11A提供了與遞送裝置組合的本發明的可流動的細胞移植物材料的示意圖。
[0051]圖12提供了本發明的細胞化的纖絲移植物的示意圖。
[0052]圖12A提供了具有遠端滯留倒鉤(retent1n barb)的本發明的細胞化的纖絲移植物的示意圖。
[0053]圖12B提供了用于植入移植物的遞送針套管中接收的圖12A的移植物的示意圖。
[0054]圖13提供了具有多個堆疊的細胞生長基底片層的本發明的細胞移植物的示意圖。
[0055]圖14至16提供了本發明的細胞生長基底制品的示意圖。
[0056]圖17和18提供了本發明的另外的細胞移植物構建體的示意圖。
[0057]詳細描述
[0058]為了幫助理解本發明的原理，現參考實施方案(其中一些實施方案在附圖中進行了舉例說明)，并且使用具體的語言來描述所述實施方案。然而應理解，本發明的范圍無