本發明涉及新型、生物可降解的、交聯的水凝膠，其可用作組織擴張器。這些水凝膠是生物相容、自膨脹且無膜的(membrane-free)。它們緩慢溶脹，并且引發最小程度的組織應答，同時允許由醫師在置放時簡易地操作。發明背景本發明中報告的研究以基金號R44GM106735由美國國立衛生研究院的美國全科醫學研究會(NationalInstituteofGeneralMedicalSciences)部分支持。發明人為本技術實現要素：負全部責任，其并不必然代表國立衛生研究院的官方觀點。本發明按與退伍軍人事務部(DepartmentofVeteransAffairs)(其為美國政府的機構)的合作研究和開發計劃(CooperativeResearchandDevelopmentAgreementwiththeDepartment)做出，該機構就本發明具有某些權利。組織擴張器是重建性外科手術的重要且主要的部分。它們被用于使皮膚或粘膜擴張并增加，以最終允許外科醫生重建損失的組織。S.R.Baker，“擴張組織基礎”(“Fundamentalsofexpandedtissue”)HeadNeck，(1991)13(4):327-33。組織擴張器已被用于頭部、面部、頸部(H.Jhuma等,“病例報告：采用組織擴張器方法的臉頰缺損修復”(“Repairofacheekdefectwiththetissueexpandermethod:Acasereport”)Bull.TokyoDent.Coll.,(1997)38(4):311-316頁；O.Antonyshyn等,“頭部和頸部重建中的組織擴張”(“Tissueexpansioninheadandneckreconstruction”)Plast.Reconstr.Surg.,(1988)82(1):第58-68頁；J.B.Wieslander,“頭部和頸部中的組織擴張：6年綜述”(“Tissueexpansionintheheadandneck:A6-yearreview”)Scand.J.Plast.Reconstr.Surg.,(1991)25(1):第47-56頁；J.T.Chun和R.J.Rohrich,“在頭頸部燒傷重建中的組織擴張的多功能性”(“Versatilityoftissueexpansioninheadandneckburnreconstruction”)Ann.Plast.Surg.,(1998)41(1):第11-16頁；和S.E.MacLennan等,“頭頸部燒傷重建中的組織擴張”(“Tissueexpansioninheadandneckburnreconstruction”)Clin.Plast.Surg.,(2000)27(1):第121-132頁),胸壁(R.Newman和D.C.Cleveland,“用于診斷的超快速胸部CT的三維重建和具有右全肺切除術綜合征兒童的手術計劃”(“Three-dimensionalreconstructionofultrafastchestCTfordiagnosis和operativeplanninginachildwithrightpneumonectomysyndrome,”)Chest,(1994)106(3):第973-974頁)、肩胛、肩膀、前臂(V.I.Sharobaro等,“整形美容外科中的組織擴張器內鏡植入的首次經驗”(“Firstexperienceofendoscopicimplantationoftissueexpandersinplasticandreconstructivesurgery”)Surg.Endosc.,(2004)17(12)第513-517頁)、耳部(B.S.Bauer,“組織擴張在耳部重建中的作用”(“Theroleoftissueexpansioninreconstructionoftheear”)Clin.Plast.Surg.,(1990)17(2):第319-325頁)、手指(R.L.Simpson和M.E.Flaherty,“燒傷的小拇指”(“Theburnedsmallfinger”)Clin.Plast.Surg.,(1992)19(3):第673-682頁)、發際線(R.Silfen等,“用于兒童嚴重斑禿的前額發際線重建的組織擴張”(“Tissueexpansionforfrontalhairlinerestorationinseverealopeciainachild,”)Burns,(2000)26(3):第294-297頁)、腰骶部、會陰部(T.O.Acarturk等,“采用組織擴張的游離皮瓣的困難創傷的重建”(“Reconstructionofdifficultwoundswithtissue-expandedfreeflaps”)Ann.Plast.Surg.,(2004)52(5):第493-499頁；討論第500頁)、足部(P.Rosselli等,“兒童和青少年馬蹄內翻足手術治療前軟組織擴張器的應用”(“Useofasofttissueexpanderbeforesurgicaltreatmentofclubfootinchildrenandadolescents”)J.Pediatr.Orthop.,(2005)25(3):第353-356頁)，和小腿區域(V.I.Sharobaro等,“整形與重建性外科手術中的組織擴張器內窺鏡植入的首次經驗”(“Firstexperienceofendoscopicimplantationoftissueexpandersinplasticandreconstructivesurgery”)Surg.Endosc.,(2004)17(12)第513-517頁)。水凝膠組織擴張器已開發用于再吸收牙槽嵴、腭裂(K.F.Kobus,“使用滲透擴張器的腭裂修復術：初步報告”(“Cleftpalaterepairwiththeuseofosmoticexpanders:Apreliminaryreport”)JournalofPlastic,Reconstructive&美容Surgery,(2007)60:第414-421頁)，和口腔外(S.J.Bergé等,“采用滲透活性水凝膠系統的組織擴張用于前臂皮瓣供體缺陷的直接封閉”(“Tissueexpansionusingosmoticallyactivehydrogelsystemsfordirectclosureofthedonordefectoftheradialforearmflap”)Plast.Reconstr.Surg.,(2001)108(1):第1-5頁，討論第6-7頁)。組織擴張器已被用于擴張再吸收上頜骨和下頜骨的牙床的附著粘膜。D.Lew等,“在牙槽嵴增高術中軟組織擴張器的應用：初步報告”(“Useofasofttissueexpanderinalveolarridgeaugmentation:Apreliminaryreport”)J.OralMaxillofac.Surg.,(1986)44(7):516-519頁；T.M.Hassan,“案例報告：采用軟組織擴張器的下頜牙槽牙槽嵴增高術”(“Mandibularalveolarridgeaugmentationusingasofttissueexpander:Reportofcase”)J.Conn.StateDent.Assoc.,(1988)62(3):第130-134頁；D.Lew等,“萎縮牙槽嵴上組織擴張器的置放公開方法”(“Anopenprocedureforplacementofatissueexpanderovertheatrophicalveolarridge”)J.OralMaxillofac.Surg.,(1988)46(2):第161-166頁；A.R.Wittkampf,“下頜牙槽嵴重建中采用骨膜下組織擴張器的短期體驗”(“Short-termexperiencewiththesubperiostealtissueexpanderinreconstructionofthemandibularalveolarridge”)J.OralMaxillofac.Surg.,(1989)47(5):第469-474頁；A.A.Quayle等,“采用可擴張組織擴張器的新設計的齒槽牙槽嵴增高術：手術技術和初步結果”(“alveolarridgeaugmentationusinganewdesignofinflatabletissueexpander:Surgicaltechniqueandpreliminaryresults”)Br.J.OralMaxillofac.Surg.,(1990)28(6):第375-382頁；H.C.Schwartz和R.J.Relle,“采用羥基磷灰石的嚴重萎縮下頜牙槽嵴的重建的骨膜下組織擴張器的口腔外放置”(“Extraoralplacementofasubperiostealtissueexpanderforreconstructionwithhydroxylapatiteoftheseverelyatrophicmandibularalveolarridge”)J.OralMaxillofac.Surg.,(1990)48(2):第157-161頁；D.Lew等,“萎縮牙槽嵴修正中，遠端填充端口的骨膜下植入物的應用”(“Useofsubperiostealimplantswithdistalfillingportsinthecorrectionoftheatrophicalveolarridge”)Int.J.OralMaxillofac.Surg.,(1991)20(1):第15-17頁；D.J.Zeiter等,“軟組織擴張器在用于植入物置放的牙槽骨牙槽嵴增高術中的應用”(“Theuseofasofttissueexpanderinanalveolarboneridgeaugmentationforimplantplacement”)Int.J.PeriodonticsRestorativeDent.,(1998)18(4):第403-409頁；和J.M.Vlassis等,“受控的骨膜下組織擴張，以便利用于骨內牙植入物置放的GBR”(“ControlledsubperiostealtissueexpansiontofacilitateGBRfortheplacementofendosseousdentalimplants”)Int.J.PeriodonticsRestorativeDent.,(1999)19(3):第289-297頁。動物研究已支持這些臨床報告。K.Tominaga等,“用于骨膜下組織擴張的動物模型”(“Ananimalmodelforsubperiostealtissueexpansion”)J.OralMaxillofac.Surg.,(1993)51(11):第244-1249頁；和M.B.Hürzeler等,“采用生物可再吸收屏障的萎縮牙槽嵴中的牙科植入物周圍的引導骨再生：在猴子中進行的實驗研究”(“Guidedboneregenerationarounddentalimplantsintheatrophicalveolarridgeusingabioresorbablebarrier:Anexperimentalstudyinthemonkey”)Clin.OralImplantsRes.,(1997)8(4):第323-331頁。然而，這些水凝膠在通過外科手術插入時均不能由外科醫生定形。近期就聯合戰區外傷注冊(JTTR)查詢了2003年1月至2011年5月的來自阿富汗(持久自由軍事行動[OEF])和伊拉克(伊拉克自由行動[OIF])的美國軍事傷況的數據。B.A.Feldt等,“聯合微創面部及頸部外傷(J-FAINT)項目，伊拉克與阿富汗2003-2011”(“Thejointfacialandinvasiveneck創傷(J-FAINT)project,IraqandAfghanistan2003-2011”)Otolaryngol.HeadNeckSurg.,(2013)148(3):第403-408頁。在7177名受傷服役人員中發生的37,523例離散穿透面部及頸部受傷中，骨折部位出現在上頜骨(25％)和下頜骨(21％)。這些損傷中許多將需要牙齒修復程序，其將包括牙體修復，涉及牙齒植入物和口內骨移植物。金屬植入物是口頰、牙齒、耳部、鼻部和已從外傷或疾病損失的面部其它部位的替代的標準療法。金屬植入物的置放需要骨頭以用于穩定性和最終骨整合。當牙齒缺損時，下頜骨和上頜骨牙槽骨發生再吸收–幾乎每位患者中出現的自然現象。當下頜骨或上頜骨再吸收時，通常不具有足夠的骨為植入物提供必要穩定性。在可置入植入物之前，通常必須采用骨移植物來替代缺損骨骼。任何骨骼移植物的手術置入中常見的問題–例如，自生、同種異體移植物、同種移植物等…–是軟組織不足以封蓋大塊骨移植物材料。目前，護理標準采用硅酮“氣囊”類型的組織擴張器。這種類型的組織擴張器需要定期注射液體(通常是無菌鹽水)進入自密封閥以增加該硅酮型組織擴張器的體積。必須使具有閥的莖狀物通過脂質擴張器所置的手術部位的皮膚或粘膜可及。該組織擴張器通常須在位置上保持數周到數月，直至組織已被擴張至所需尺寸。盡管較新的設計已經減少了與組織擴張器相關聯的并發癥(R.H.Schuster等,“組織擴張器在乳腺癌之后的即時乳房重建中的應用”(“Theuseoftissueexpandersinimmediatebreastreconstructionfollowingmastectomyforcancer”)Br.J.Plast.Surg.,(1990)43(4):第413-418頁；S.L.Spear和A.Majidian,“采用有紋理的集成閥組織擴張器和乳房移植物的二階即時乳房重建：從1989年至1996年的171例乳房重建的回顧性分析”(“Immediatebreastreconstructionintwostagesusingtextured,integrated-valvetissueexpandersandbreastimplants:Aretrospectivereviewof171consecutivebreastreconstructionsfrom1989to1996”)Plast.Reconstr.Surg.,(1998)101(1):第53-63頁；和J.J.Disa等,“乳房重建中的組織擴張器的過早移出”(“Theprematureremovaloftissueexpandersinbreastreconstruction”)Plast.Reconstr.Surg.,(1999)104(6):第1662-1665頁)，采用該類型的組織擴張器的常見并發癥是暴露的手術區域周圍的感染(E.K.Manders等,“軟組織擴張：概念與并發癥”(“Soft-tissueexpansion:Conceptsandcomplications”)Plast.Reconstr.Surg.,(1984)74(4):第493-507頁；J.B.McCraw等,“乳房切除術之后，乳房重建中的組織擴張方法和橫向腹直肌肌皮瓣的早期評價”(“Anearlyappraisalofthemethodsoftissueexpansionandthetransverserectusabdominismusculocutaneousflapinreconstructionofthebreastfollowingmastectomy”)Ann.Plast.Surg.,(1987)18(2):第93-113頁；J.Gibney,“乳房重建的組織擴張的長期結果”(“Thelong-termresultsoftissueexpansionforbreastreconstruction”)Clin.Plast.Surg.,(1987)14(3):第509-518頁；J.D.Holmes,“采用組織擴張的乳房重建后的被膜攣縮現象”(“Capsularcontractureafterbreastreconstructionwithtissueexpansion”)Br.J.Plast.Surg.,(1989)42(5):第591-594頁；R.H.Schuster等,“組織擴張器在癌癥起因的乳房切除術之后的即時乳房重建中的應用”(“Theuseoftissueexpandersinimmediatebreastreconstructionfollowingmastectomyforcancer”)Br.J.Plast.Surg.,(1990)43(4):第413-418頁；和G.P.Pisarski等,“小兒燒傷患者中的組織擴張器并發癥”(“Tissueexpandercomplicationsinthepediatricburnpatient”)Plast.Reconstr.Surg.,(1998)102(4):第1008-1012頁)。并且，通常改良外科技術以適應來自組織擴張器手術部位的破裂和出血。V.I.Sharobaro等,“整形和重建性外科手術中組織擴張器的內窺鏡植入初體驗”(“Firstexperienceofendoscopicimplantationoftissueexpandersinplasticandreconstructivesurgery”)Surg.Endosc.,(2004)17(12):第513-517頁。有效覆蓋骨骼移植物的組織擴張器的替代物是避免覆蓋骨骼移植物的軟組織皮瓣壞死的外科技術。釋放骨膜的張力、避免皮瓣中的肌肉，以及在較小程度上垂直釋放切口是臨床實踐中所用的主要技術。G.Greenstein等,“皮瓣進展：獲得無張力初級閉合的實用技術”(“Flapadvancement:practicaltechniquestoattaintension-freeprimaryclosure”)J.Periodontol,(2009)80(1):第4-15頁。用于通過外科手術覆蓋骨骼移植物的口腔粘膜常常在移植物周圍死亡，從而將移植物暴露至口腔的所有微生物，這常導致移植物的缺損或部分缺損。和S.G.Ciancio,“牙周手術后的人牙齦的供血：熒光素血管造影研究”(“Bloodsupplyofhumangingivafollowingperiodontalsurgery.Afluoresceinangiographicstudy”)J.Periodontol,(1977)48(11):第681-692頁；和T.N.McLean等,“黏膜瓣膜瓣手術后的血管變化：狗中的熒光素血管造影研究”(“Vascularchangesfollowingmucoperiostealflapsurgery:Afluoresceinangiographystudyindogs”)J.Periodontol,(1995)66(3):第205-210頁。組織擴張器產生的覆蓋任何移植物材料的額外的軟組織(皮膚或粘膜)將提供臨床治療的顯著改進。題為“具有可控延遲的溶脹性質的易成形干凝膠”(Readilyshapeablexerogelshavingcontrollablydelayedswellingproperties)的WO2007016371A3描述了具有機械軟性質的可重新成形的干凝膠。然而，本申請的申請人已基于后續體外和體內研究對該技術做出了實質上的改進。本發明的新型水凝膠植入物解決了與現有技術設計相關聯的眾多問題。例如，它們：是不含膜(membrane-free)且自溶脹的；包含無毒、生物相容的組分；顯示延遲的溶脹，從而在置放之后不破壞未愈合的切口；顯示受控的溶脹，在不瓦解的情況下所能溶脹到的最大尺寸小于傳統的水凝膠；干燥時是彈性的，并且可由醫護人員塑造成不帶可能會損傷組織的銳利邊緣的平滑形狀；和足夠穩健，以在整個組織擴張過程中保持完整。
發明內容本發明提供組織擴張器，其包含生物可降解的、化學交聯的水凝膠，該水凝膠在干燥狀態下是彈性的。這些生物相容的組織擴張器是自膨脹且不含膜的。它們緩慢溶脹，且引發最小程度的負面組織應答，并且允許由外科醫生在置放時進行快速且簡易的操作。在第1方面中，本發明提供一種水凝膠，其通過酯-丙烯酸酯鍵化學交聯，包含：分子量為1,000-50,000Da的三嵌段(PLGA)x-(PEG)y-(PLGA)z共聚物，其中：所述共聚物的((總PLGA的分子量)/(總共聚物的分子量)×100％)的百分比>60％；并且x、y和z各自獨立地是1-500的整數。在第1個實施方式中，所述三嵌段(PLGA)x-(PEG)y-(PLGA)z共聚物的分子量是2,000-40,000Da。在一個優選實施方式中，所述三嵌段(PLGA)x-(PEG)y-(PLGA)z共聚物的分子量是5,000-20,000Da。在第2個實施方式中，所述共聚物的((總PLGA的分子量)/(總共聚物的分子量)×100％)的百分比是95％-75％。在一個優選實施方式中，所述共聚物的((總PLGA的分子量)/(總共聚物的分子量)×100％)的百分比是95％-85％。在第3個實施方式中，所述三嵌段(PLGA)x-(PEG)y-(PLGA)z共聚物包含所述水凝膠的1％-80％(w/w)。在一個優選實施方式中，所述三嵌段(PLGA)x-(PEG)y-(PLGA)z共聚物包含所述水凝膠的20％-70％(w/w)。在更優選的實施方式中，所述三嵌段(PLGA)x-(PEG)y-(PLGA)z共聚物包含所述水凝膠的30％-60％(w/w)。在第4個實施方式中，所述水凝膠還包含分子量為1,000-200,000Da的(PLGA)-或(PLA)-二丙烯酸酯。在一個優選實施方式中，所述(PLGA)-或(PLA)-二丙烯酸酯的分子量是2,500-150,000Da。在更優選的實施方式中，所述(PLGA)-或(PLA)-二丙烯酸酯的分子量是5,000-100,000Da。在另一個優選實施方式中，所述(PLGA)-或(PLA)-二丙烯酸酯的濃度是所述水凝膠的1％-30％(w/w)。在更優選的實施方式中，所述(PLGA)-或(PLA)-二丙烯酸酯的濃度是所述水凝膠的2％-25％(w/w)。在最優選的實施方式中，所述(PLGA)-或(PLA)-二丙烯酸酯的濃度是所述水凝膠的3％-20％(w/w)。在另一個優選實施方式中，所述(PLGA)-二丙烯酸酯共聚物中的丙交酯:乙交酯(lactide:glycolide)的比的范圍是約50:50-約99:1。在更優選的實施方式中，所述(PLGA)-二丙烯酸酯共聚物中丙交酯:乙交酯的比是約50:50。在第5個實施方式中，所述水凝膠還包含分子量為100-10,000Da的聚乙二醇二丙烯酸酯。在一個優選實施方式中，所述聚乙二醇二丙烯酸酯的分子量是300-5,000Da。在更優選的實施方式中，所述聚乙二醇二丙烯酸酯的分子量是500-1,000Da。在另一個優選實施方式中，所述聚乙二醇二丙烯酸酯的濃度是所述水凝膠的5％-70％(w/w)。在更優選的實施方式中，所述聚乙二醇二丙烯酸酯的濃度是所述水凝膠的10％-60％(w/w)。在一個最優選實施方式中，所述聚乙二醇二丙烯酸酯的濃度是所述水凝膠的15％-55％(w/w)。在第6個實施方式中，所述水凝膠還包含二甲基丙烯酸乙二醇酯作為交聯劑。在一個優選實施方式中，所述二甲基丙烯酸乙二醇酯的濃度是所述水凝膠的1％-30％(w/w)。在更優選的實施方式中，所述二甲基丙烯酸乙二醇酯的濃度是所述水凝膠的3％-20％(w/w)。在一個更優選實施方式中，所述二甲基丙烯酸乙二醇酯的濃度是所述水凝膠的5％-20％(w/w)。在第7個實施方式中，所述水凝膠的交聯密度(三聯鏈/mg)是0.1-5.0。在一個優選實施方式中，所述交聯密度是0.5-4.0。在更優選的實施方式中，所述交聯密度是1.0-3.0。在第8個實施方式中，所述水凝膠的總體疏水性(直接水不溶性含量/水溶性含量)是20％-100％。在一個優選實施方式中，所述總體疏水性是30％-95％。在更優選的實施方式中，所述總體疏水性是40％-90％。在第9個實施方式中，(PLGA)x是約1000-約7000Da，(PEG)y是約200-約2000Da，且(PLGA)z是約1000-約7000Da。在一個優選實施方式中，(PLGA)x是約3000-約5500Da。在另一個優選實施方式中，(PLGA)z是約3000-約5500Da。在另一個優選實施方式中，(PEG)y是約500-約1500Da。在另一個優選實施方式中，x＝z。在第10個實施方式中，(PLGA)x共聚物中的丙交酯:乙交酯的比的范圍是約50:50-約99:1。在一個優選實施方式中，(PLGA)x共聚物中的丙交酯:乙交酯的比是約50:50。在第11個實施方式中，(PLGA)z共聚物中的丙交酯:乙交酯的比的范圍是約50:50-約99:1。在一個優選實施方式中，(PLGA)z共聚物中的丙交酯:乙交酯的比是約50:50。在第12個實施方式中，所述水凝膠浸有選自下組的一種或多種藥物：生長因子、抗生素、鎮痛藥、凝血改良劑，和免疫應答改良劑。在一個優選實施方式中，所述生長因子是成骨蛋白、表皮生長因子、轉化生長因子、肝細胞生長因子、血管內皮細胞生長因子、血小板衍化生長因子、成纖維細胞生長因子、角化細胞生長因子，或細胞因子。在另一個優選實施方式中，所述抗生素是四環素、β-內酰胺酶抑制劑、青霉素，或頭孢菌素。在另一個優選實施方式中，所述鎮痛藥是氨基酰胺類或氨基酯類麻醉劑、非甾族抗炎藥，或甾族抗炎藥。在更優選的實施方式中，所述鎮痛藥是利多卡因或苯佐卡因。在另一個優選實施方式中，所述凝血改良劑是華法林、肝素或凝血酶。在另一個優選實施方式中，所述免疫應答改良劑是依維莫司、非甾族抗炎藥，或甾族抗炎藥。在第2方面，本發明提供一種促進軟組織、皮膚或粘膜組織擴張的方法，其包括如下步驟：a)將組織擴張器植入需要擴張的軟組織、皮膚或粘膜組織目標位置的下方，所述組織擴張器包含：水凝膠，所述水凝膠通過酯-丙烯酸酯鍵化學交聯，其包含：分子量為1,000-50,000Da的三嵌段(PLGA)x-(PEG)y-(PLGA)z共聚物，其中：所述共聚物的((總PLGA的分子量)/(總共聚物的分子量)×100％)百分比>60％，并且x、y和z各自獨立地是1-500的整數；并且b)允許所述組織擴張器在該組織下方自然擴張。在第1個實施方式中，所述水凝膠的1天溶脹比(1天的Wt/Wd)是100％-500％。在一個優選實施方式中，1天溶脹比是100％-300％。在更優選的實施方式中，1天溶脹比是100％-200％。在第2個實施方式中，所述水凝膠的最終溶脹比(>40天的Wt/Wd)是100％-700％。在一個優選實施方式中，最終溶脹比是150％-500％。在更優選的實施方式中，最終溶脹比是200％-400％。在第3個實施方式中，所述水凝膠的彈性模量是0.1-100kPa。在一個優選實施方式中，所述彈性模量是0.5-50kPa。在更優選的實施方式中，所述彈性模量是1-25kPa。在第4個實施方式中，所述水凝膠具有半圓柱形狀，其帶有圓形頂端以協助臨床植入。在第5個實施方式中，所述粘膜組織擴張選自牙槽嵴增高術、腭裂修復術和子宮內腭裂修復術。在第6個實施方式中，所述牙槽嵴增高術響應頜部創傷或拔牙后骨骼再吸收而進行。在第7個實施方式中，所述腭裂修復術響應先天性缺陷進行，其中，所述修復任選在產后或子宮內進行。在第8個實施方式中，所述皮膚擴張應用響應毛發移植，或歸因于創傷傷口、燒傷、先天性缺陷，或外科手術的皮膚移植應用而進行。在第9個實施方式中，所述皮膚擴張應用響應隆乳術或變性手術的美容需要而進行。在第10個實施方式中，所述擴張應用施加于重建性外科手術。在第11個實施方式中，所述方法還包括如下步驟(在步驟a)和b)之間)：閉合切口。在第12個實施方式中，所述方法還包括如下步驟：c)手術移出該組織擴張器。在第13個實施方式中，所述方法還包括如下步驟：c)允許該組織擴張器在體內自然分解。出于說明目的，本發明的水凝膠可以用作施加至因戰爭相關的損傷而具有面部創傷的退伍軍人的組織擴張器。牙槽嵴增高術可用以允許植入永久牙齒植入物以恢復口腔美容和功能性。在第3方面，本發明提供分子量為1,000-50,000Da的三嵌段(PLGA)x-(PEG)y-(PLGA)z共聚物，其中：所述共聚物的((總PLGA的分子量)/(總共聚物的分子量)×100％)的百分比>60％；并且x、y和z各自獨立地是1-500的整數。應理解，上述方面/實施方式，以及本文他處公開的其它方面/實施方式的全部可允許的組合考慮為本發明的其它方面/實施方式。發明詳述本發明提供包含新型水凝膠的組織擴張器，所述水凝膠在手術植入后引發粘膜或皮膚的受控的擴張。這些擴張器可被手術醫生在植入之前重新定形，但不喪失其延遲的擴張的特點。對于牙科目的，這些水凝膠組織擴張器通常置于再吸收的牙槽嵴中。圖1說明組織擴張器在下頜后區中的應用，但其也可用于前部和上頜齒槽區域中。在口腔外部，該裝置可用于擴張多個位置處的皮膚。本發明的水凝膠擴張器為組織擴張器添加了極其有用的特征：改變移植物的尺寸和形狀的能力。這些裝置可用于重建性外科手術的許多區域，因為它們能夠適應廣泛的從大到極小的尺寸和形狀。除了口內和整形外科手術以外，這些裝置可用于子宮內封閉條件例如脊柱裂(T.Kohl,“微創胎兒鏡介入：2010年概述”(“Minimallyinvasivefetoscopicinterventions:Anoverviewin2010”)Surg.Endosc.,(2010)24(8):第2056-2067頁；N.S.Adzick等,“產前的隨機試驗與脊髓脊膜突出的產后修復”(“Arandomizedtrialofprenatalversuspostnatalrepairofmyelomeningocele”)N.Engl.J.Med.,(2011)364(11):第993-1004頁；和M.A.Fichter等,“胎兒脊柱裂修復——當前趨勢和宮內神經外科的發展前景”(“Fetalspinabifidarepair--currenttrendsandprospectsofintrauterineneurosurgery”)FetalDiagn.Ther.,(2008)23(4):第271-286頁)，唇腭裂，尤其是采用常規和胎兒-內窺鏡手術(N.A.Papadopulos等,“胎兒手術和唇腭裂：當前狀況與新觀點”(“Foetalsurgeryandcleftlipandpalate:Currentstatusandnewperspectives”)Br.J.Plast.Surg.,(2005)58(5):第593-607頁)，以及其它子宮內外科手術(T.Kohl,“微創胎兒鏡介入：2010年概述”(“Minimallyinvasivefetoscopicinterventions:Anoverviewin2010,”)Surg.Endosc.,(2010)24(8):第2056-2067頁)。如本文中所用：“AIBN”表示偶氮二異丁腈；“-DA”表示已被二丙烯酸酯化的材料；“DCM”表示二氯甲烷；“DCS”表示差示掃描量熱法；“–DMA”表示材料的甲基丙烯酸酯化；“DMSO”表示二甲亞砜；“EGDMA”表示二甲基丙烯酸乙二醇酯；“醚(ether)”表示二乙醚；“ETO”表示環氧乙烷；“MW”表示分子量；“PEG”表示聚乙二醇；“PLA”表示聚乳酸；“PLGA”表示聚(乳酸-共-乙醇酸)；“RG503-DA”表示商購PLGA的丙烯酸酯化形式；“RT”表示室溫；且“TEA”表示三乙胺；以下制備、實施例和測試說明如何制備和應用本發明的特定實施方式，且不意在限制本發明的范圍：制備：三嵌段共聚物合成：(PLGA)x-(PEG)y-(PLGA)z三嵌段共聚物通過開環反應合成，其中PEG二醇用作引發劑。PEG-二醇的所需的嵌段尺寸是商購的，并且通過溶解于DCM并在醚中沉淀來純化。之后，通過在2頸圓底燒瓶中于深度真空下加熱至150℃持續小時來干燥特定的量。商購的丙交酯和乙交酯單體在乙酸乙酯中重結晶兩次以進一步純化。使用前，辛酸亞錫(Sn(OCt)2)經真空蒸餾以去除剩余的水，和并在干燥劑上貯存。向PEG添加預定摩爾量的這些單體并使Sn(OCt)2催化劑溶解于甲苯(10％w/v)中。使這些在深度真空下放置0.5小時，然后加熱至150℃持續8小時。合成后，將(PLGA)x-(PEG)y-(PLGA)z三嵌段聚合物溶解于小量的DCM，過濾，并在醚中再沉淀。在典型的PLGA合成中，伴隨Sn(Oct)2存在小量的水，起始開環反應。在該反應中，Sn(Oct)2催化劑將聚乙二醇的醇末端帽轉化成活化的–RO-Sn+形式，造成這些位點被用作PLGA鏈的起始，從而產生嵌段共聚物。表1描述了三嵌段(PLGA)x-(PEG)y-(PLGA)z共聚物的若干實施例。因為這些三嵌段共聚物以所列分子量不是市售可得的，它們是定制合成的。在這些三嵌段中，TB05尤其具有生物可降解的嵌段長度，其在分子量方面顯著高于原始PEG嵌段(PLGA:PEG比為10:1)。這使該大分子單體本身是水不溶性的，甚至在交聯之前。該大分子單體以及其它相似物在水凝膠生成中的應用獲得了所得凝膠性質方面的驚人變化。表1：三嵌段(PLGA)x-(PEG)y-(PLGA)z共聚物。三嵌段共聚物丙烯酸酯化：在三嵌段(PLGA)x-(PEG)y-(PLGA)z共聚物的合成和純化之后，所得聚合物用丙烯酸酯末端帽活化以允許交聯。2頸燒瓶用干燥氮氣吹掃20-30分鐘。然后使該三嵌段(PLGA)x-(PEG)y-(PLGA)z共聚物溶解于30ml的苯或DCM。TEA和丙烯酰氯以3倍(-OH)基團的摩爾比添加至該反應瓶，并使該反應混合物在回流條件下于80℃攪拌3小時。然后過濾該反應混合物以去除鹽酸三乙胺，并且將該過濾物滴入過量正己烷以使DA-(PLGA)x-(PEG)y-(PLGA)z-DA產物沉淀。隨后，該產物重溶解于DMSO至約20％w/v的濃度，然后在乙醇中再沉淀。該第二步驟消除了丙烯酰氯副反應中形成的過量的丙烯酸。或者，使該產物溶解于乙酸乙酯并與活化的碳混合24小時，然后過濾，旋轉蒸發(以去除乙酸乙酯)，DCM中重新溶解，并在醚或己烷:乙醇(80:20)混合物中沉淀。最后，沉淀的產物在室溫下低壓干燥24小時。圖2顯示示意化學反應過程。圖3顯示TB05-DA的HNMR表征結果，其中指示的峰的分配確認了成功的三嵌段合成和二丙烯酸酯化(diacrylation)。丙烯酸酯基團的添加使該聚合物變得具有烯鍵活性(vinylically-active)，這允許它參與自由基-鏈，交聯反應，由此將該材料轉化成“大分子單體”。PLGA/PLA丙烯酸酯化：采用對于三嵌段共聚物描述的相似方法來使PLGA丙烯酸酯化。對于該過程，可采用市售來源的PLGA(例如ResomerRG503HMW約25,000Da，Mn約12,000Da，酸末端加帽)，這導致單末端丙烯酸酯化，或可產生定制合成的PLGA/PLA-二丙烯酸酯。對于PLGA/PLA-二丙烯酸酯的合成，聚酯采用1,10-癸二醇作為前體來合成。1,10-癸二醇在RT下于深度真空下短時吹掃以去除任何表面水分，并且，將預定摩爾量的丙交酯、乙交酯和Sn(Oct)2引發劑添加至該癸二醇，然后真空吹掃并在150℃加熱8小時。在丙烯酸酯化之前，使聚酯溶解于二氯甲烷并在己烷中再沉淀以使其純化。由此形成的PLGA或PLA是二醇末端加帽的，這允許在聚酯的兩個末端同時連接丙烯酸酯單元。純化后，使聚酯重新溶解于DCM，并與3x(-OH)摩爾當量的TEA和丙烯酰氯反應，然后純化，如上所述。對于定制合成的材料，該組合物以如下示例命名：“PLGA(1:1，10,000Da)-DA”。二醇末端加帽的聚酯不僅允許該分子的額外的疏水性，而且允許交聯，因為后續的二丙烯酸酯化的聚酯能夠將兩個鏈接合在一起。甲基丙烯酸酯化：甲基丙烯酸酯化的方法與關于丙烯酸酯化所描述的相同，不同之處在于在該反應過程中采用甲基丙烯酰氯而不是丙烯酰氯。水凝膠形成：組分(PLGA)x-(PEG)y-(PLGA)z二丙烯酸酯、PLGA二丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)和商購的PEG二丙烯酸酯，以及其它添加劑(包括市售單體和交聯劑)在DMSO(無水)溶解中合并，至總濃度為10％-30％w/v固體/DMSO。使用前，AIBN從甲醇重結晶，而其它組分按所得或所生成的使用。AIBN以約0.35％w/w固體的濃度添加至該DMSO，并且用惰性氣體短時噴掃該溶液以去除溶解的氧。然后，將該溶液置于65℃烘箱過夜。T.H.Tran等,“用于組織擴張器應用的生物可降解的彈性水凝膠”(“BiodegradableElasticHydrogelsforTissueExpanderApplication”)《生物可降解聚合物手冊》(HandbookofBiodegradablePolymers),(2011)9:第2頁。該溶液經歷自由基交聯反應以形成三維水凝膠網絡。這在從烘箱中移出后經視覺觀察證實，因為溶液因交聯而凝固。將所得的水凝膠浸入乙醇和乙酸乙酯的交替溶液，以在1-2周的時程中去除未經反應的殘基和DMSO。隨后，水凝膠在真空烘箱中干燥多于24小時。進一步通過FTIR證實水凝膠的成功合成。除了PEG前體圖譜以外，三嵌段形成在1750cm-1附近出現的峰，對應酯羰基鍵(C＝O)的形成。丙烯酸酯化之后，在約650cm-1觀察到歸因于＝C-H彎曲的相對較弱的峰。水凝膠形成后，該峰消失，指示自由基鏈聚合，其作為該反應的部分消耗了烯鍵。通過DSC獲得進一步的證實。PEG前體顯示出熔融吸熱，典型地在50-60℃范圍內，其中，所得的三嵌段顯示稍低于原始PEG嵌段的熔融吸熱，這歸因于嵌段共聚。交聯后，在100℃(最大測試溫度)之下沒有觀察到熔融吸熱，指示成功形成了交聯的聚合物，其是熱固性的，并且不在升高的溫度下熔融。隨后所列的實施例是通過該方法形成的水凝膠。圖4顯示該交聯反應的示意性實施例。水凝膠的體外分析機械性能：切割形成的水凝膠圓柱形部分并測量其橫截面積。然后將這些水凝膠部分加載至機械測試裝置(來自伊利諾伊州阿岡昆的質地技術公司(TextureTechnologiesCorp.)的TA.XTPlus質地分析儀)上，采用1/2-英寸半徑的Dacron頂部以0.5mm/秒的十字頭速度壓迫至20％應變，并原位保持60秒，然后撤開頂部。2％應變的應力-應變曲線的斜率測為“彈性模量”。持續60秒后的20％應變的壓力除以20％應變時的初始壓力，并轉化成百分數，產生“應力松弛”。降解的水凝膠的降解后機械強度通過如下方式測定：用1/4-英寸不銹鋼球以0.5mm/秒的十字頭速度壓迫樣品。水凝膠破壞時的力除以水凝膠的高度，獲得“機械強度”(N/mm)。該數字越大，降解后的水凝膠越強。溶脹速率：溶脹研究通過檢測“溶脹比”來進行，其為用溶脹的凝膠的重量(Ws)除以干燥凝膠的重量(Wd)。將樣品水凝膠置于磷酸鹽緩沖鹽水中，然后，在用紙移除過量的水之后，在預定時間點檢測因水中溶脹所致的高度增加。溶脹壓：水凝膠的溶脹壓通過將圓柱形樣品置于具有特別改良的階段的機械測試質地分析儀中來檢測。將標準質地分析儀基底用37℃熱板替代，以允許在檢測過程中的孵育。將22-ml閃爍瓶置于該基底上，并向該瓶中導入干燥水凝膠。放低該質地分析儀的頂部(1/2英寸Dacron)，直至其接觸到水凝膠。使該頂部在該位置保持靜止，同時將10ml的0.154M鹽酸(HCl)添加至該瓶，并使頂部原位保持24小時同時允許水凝膠溶脹。采用相同離子濃度的HCl作為體液(bodilyfluid)，從而PLGA降解可以對溶脹性質的最小影響被加快。記錄水凝膠在該時間過程中發出的最大力(對于所有樣品，這在24小時之前出現)，并除以溶脹的水凝膠的接觸面積。這指示水凝膠能夠通過其自身溶脹力產生的最大的可能的力。實施例1-19：表2列出了水凝膠實施例1-16的組成。配方包括以DMSO中的％w/v所列的組分。除非另有說明，PEG-DA的分子量是700Da，并且反應以0.35％(w/w固體)AIBN起始。表2：水凝膠實施例1-16的配方如上所述分析實施例1-16，且將其性質列于表3。柱指示所示的值：(1)“初始溶脹”是孵育首個24小時之后的溶脹比。(2)“最大溶脹”是在整個實驗時程(通常是60天)中獲得的最高溶脹比。(3)“最大時間”達到最大溶脹所經歷的時間(以天數計)。(4)干燥水凝膠的“彈性”和“應力松弛”指示其被重新定形的能力。(5)“溶脹壓”以mmHg計，并且如前文指示測試。(6)“后置條件”描述圓括號中所列的破壞強度(N/mm)下的水凝膠形貌。“ND”表示對于該類別沒有獲得樣品的數據。表3：水凝膠實施例1-16的性質該系列測試表示一些常規結果。一般而言，采用這些方法和材料制備的水凝膠具有用常規鋒利手術用具重新定形的能力。并且，這些水凝膠具有足夠的壓強來擴張組織。先前的研究者已表明獲取了25～235mmHg范圍內的壓強。S.J.Bergé等,“采用滲透活性水凝膠系統的組織擴張用于前臂皮瓣的供體缺損直接閉合”(“Tissueexpansionusingosmoticallyactivehydrogelsystemsfordirectclosureofthedonordefectoftheradialforearmflap”)Plast.Reconstr.Surg.(2001)108(1):第1-5頁,討論第6-7頁；K.G.Wiese,“因定形水凝膠體和水性溶液的滲透驅動力所致的組織擴張器膨脹”(“Tissueexpanderinflatingduetoosmoticdrivingforcesofashapedbodyofhydrogelandanaqueoussolution”)美國專利號5,496,368；和H.S.Z.Min和P.Svedman,“豬中組織擴張過程中的擴張器壓強和皮膚血流”(“Onexpanderpressureandskinbloodflowduringtissueexpansioninthepig”)AnnalsofPlasticSurgery(1988)21(2):第6頁。因為本發明的水凝膠的擴張受控于時間而非壓強，在該范圍內具有最大可獲得壓強并不困難。檢測最大壓強的重要的一點是確保該水凝膠具有足夠的壓強以擴張皮膚。調節配方獲得了對于擴張器擴張時的溶脹概況和材料強度的最顯著的影響。該信息得到實施例17-19中的改進的裝置材料的制備。實施例17該水凝膠通過如下方式制備：使10％TB05-DA、5％PEGDA和0.75％RG503-DA(w/v)溶液在DMSO中反應。實施例18該水凝膠通過如下方式制備：將10％TB05-DA、5％PEGDA、0.75％RG503-DA(w/v)和0.15％二甲基丙烯酸乙二醇酯溶液在DMSO中反應。實施例19該水凝膠通過如下方式制備：使10％TB05-DA、5％PEGDA和1.5％RG503-DA(w/v)溶液在DMSO中反應。實施例17-19的分析集中于這些水凝膠在制備時和通過環氧乙烷在54℃滅菌16小時周期后的溶脹概況。通過ETO的滅菌增加了擴張速率，這可能歸因于PLGA鏈的一些破壞。不過，一般公認ETO是造成損壞最小的滅菌方法之一。S.E.Moioli等,“TGFβ3從PLGA微球的持續釋放及其對于人類間充質肝細胞的早期成骨分化的影響”(“SustainedreleaseofTGFbeta3fromPLGAmicrospheresanditseffectonearlyosteogenicdifferentiationofhumanmesenchymalstemcells”)TissueEngineering(2006)12(3):第537-546頁。PLGA的添加將擴張減緩回到合理的速率。圖5顯示兩個示例擴張概況，以突顯驚人結果。水溶性三嵌段的應用產生了在極快速溶脹和溶解之前具有延遲建立時間的水凝膠(參見圖5A，由333-1500-333PLGA-PEG-PLGA-二丙烯酸酯和PEG-二丙烯酸酯(700Da)以指示比例合成的水凝膠)。縱軸上的尺度是以100計(in100’s)的擴張比。該結果歸因于完全包含水溶性組分的水凝膠處于極端應力之下以在整個時間段過程中擴張。降解后，鏈被釋放以快速擴張。一般而言，該性質非常適合于其中需要快速、相對較大擴張的情況。然而，對于組織擴張應用而言，這不是必需的。非水溶性的三嵌段共聚物(例如，PLGA-PEG-PLGA，其中PLGA嵌段尺寸顯著大于PEG嵌段尺寸)的應用產生了具有較低初始溶脹以及幾乎零級連續溶脹的擴張器。這歸因于隨著降解移除了疏水PLGA組分，整個擴張器的親水性的中等增加。該特征對于組織擴張器應用是有價值的，因為它允許連續擴張，而不是目前的可注入型鹽水擴張器的步進方式。連續擴張對組織產生的創傷較少，因為壓強維持在幾乎恒定的水平。體內測試：大鼠模型在體內設置中測試本發明的水凝膠。全部動物測試在印第安納大學醫學院(IUMed)的實驗室動物資源中心(LARC)中按照該大學的機構動物保護和利用委員會(IACUC)進行。全部操作在適用于動物和操作的麻醉下進行。基于上述體外結果，制備實施例20-24并用于動物研究。對于如下制備，固定DMSO中約20-25％w/v濃度的大分子單體。由此，配方以組分的％w/w描述。實施例20該水凝膠通過如下方式制備：使包含70.2％TB05-DA、3.5％RG503Ac和26.3％PEGDA(％w/w)組分的(約20％w/v固體)DMSO溶液反應。實施例21該水凝膠通過如下方式制備：使包含45.1％TB05-DA、6.4％RG503Ac、48.4％PEGDA和0.1％EGDiMAC(％w/w)組分的(約20％w/v固體)DMSO溶液反應。實施例22該水凝膠通過如下方式制備：使包含60.5％TB05-DA、9.1％RG503Ac、30.3％PEGDA和0.1％EGDiMAC(％w/w)組分的(約20％w/v固體)DMSO溶液反應。實施例23該水凝膠通過如下方式制備：使包含63.2％TB05-DA、4.8％RG503DA、31.6％PEGDA和0.5％EGDiMAC(％w/w)組分的(約20％w/v固體)DMSO溶液反應。實施例24該水凝膠的配方與實施例17相同，但通過將水凝膠短時浸于PVP水性溶液中并干燥而被覆有PVP(55kDa)。用于動物研究的所有水凝膠均通過ETO滅菌并在用于動物模型之前無菌處理。先驅動物研究在大鼠上進行。簡言之，將大鼠頭蓋骨上方的組織部分翻開，將植入物置于該組織下方，并且通過縫合閉合傷口。然后，用3D表面掃描激光裝置掃描大鼠，以每周三次準確計算擴張面積和體積。還觀察大鼠的任何組織反應跡象。初始18只大鼠的先驅研究在6種模型上進行，并且沒有觀察到組織反應，例如壞死或開裂。一只大鼠因為在鼠籠頂部摩擦頭部而顯示輕微潰瘍，該現象通過將食物置于鼠籠底部而被消減。在擴張6周后，處死大鼠，并對收獲的組織部分進行組織學研究。表5顯示來自先驅研究的初始擴張結果。若干水凝膠成功擴張，而在移出后破碎，這歸因于不充分的疏水含量和交聯。表5：來自實施例19-24的大鼠先驅研究的擴張結果。實施例組織(％)1終末狀況1917/34/43破壞/碎片2023/65/56破壞/碎片2141/58/64破壞/碎片2226/72/97破壞/碎片2324/53/54破壞/碎片2426/46/74破壞/碎片1分別在2天、2周和6周時的組織表面積增加(％)。該大鼠先驅研究顯示，具有溶脹速率和較高密度的永久交聯的合適組合的水凝膠具有改善的可移動性。這可歸因于完全溶脹后的較高強度。基于該信息，制備了另外五個水凝膠并以每擴張器6只大鼠進行測試。三只大鼠在4周后處死，而剩余的在6周后處死。作為對照，植入3種商購的擴張器并以相同方式測試。實施例25-29的組成示于表6。表6：水凝膠實施例25-29和對照的組成由擴張器所得的體積比(體積(t)/體積(i))變化通過采用Faro臂掃描儀分析感興趣的區域來檢測。表7顯示在約第3-4天(初始激增)和約13-19天(延遲期)的溶脹的所得體積。歸因于單一天中處理的動物數量的限制，時間線并不精確匹配，但彼此極為相近。表7：所選實施例和對照的初始和延遲的擴張體積。對擴張器周圍的組織進行帶有統計學分析的組織學檢測。進行卡方檢驗以確定就皰疹、慢性炎癥或急性炎癥而言是否存在任何組間顯著差異。進行針對有序分類響應的曼特-赫斯則檢驗，以確定對于纖維囊、血管形成或泡沫細胞評分而言是否存在任何組間顯著差異。結果指示，對于皰疹(p＝0.17)、纖維囊(p＝0.30)、慢性炎癥(p＝0.30)、泡沫細胞(p＝0.06)或急性炎癥(p＝1.00)而言不存在組間統計學顯著差異。實施例29的血管形成評分顯著高于大多數其它組。完整的組織學評分示于表8。在具有緩慢擴張的減少的初始擴張方面的最佳實例是實施例29。該擴張器還在易于插入和移出方面顯示良好的臨床性能，并且具有顯著少于其它擴張器模型的破碎。如表6最后一欄所示，實施例29具有最高的不可降解交聯劑總濃度(PEGDA+EGDMA的55.0％)。因此，實施例29被鑒定為用于狗研究的邏輯候選物。表8：所選水凝膠擴張器實施例的組織學評分。體內測試：犬模型對于該初始研究，拔出兩只比格犬兩側上頜和下頜部位的臼齒，并且將脊磨碎以模擬人類骨再吸收的自然過程。痊愈3個月后，將6個實施例29擴張器和2個對照擴張器以隨機基本模式通過手術置入狗的頜部的左側或右側下頜或上頜部位。實施例29擴張器通過手術醫生在置放時重新定形。400-1070型擴張器根據生產商指示用螺絲固定至骨頭來插入。允許擴張器在粘膜組織中擴張四周，或直至組織擴張器的第二端點自動移除(“彈出”)。在預定的時間點，在擴張的組織上制備牙印模和牙鑄模，并移出供于分析擴張中的未來應用。在四周時間范圍內，獲取擴張的粘膜的活檢物，并且該粘膜經重新縫合以允許在不處死狗的情況下痊愈。對照擴張器在置入12天內均從粘膜自動移除。這通過直接通過粘膜的排出(expulsion)而發生。實施例29水凝膠中的一個也經歷了置入19天后的極相似模式的排出。在各情況中，排出直接通過組織發生，而不是在縫合點，這指示縫合愈合的時間并非導致這些擴張器通過粘膜損失的機制/問題。在研究末期，5個剩余的擴張器模型中，僅有2個被發現且在所述狗中的一只中的上頜中回收。剩余的3個崩解并未能恢復。可被移出的擴張器中，均觀察到破裂但仍保持足夠大的碎片以允許采用鉗和常規手術工具通過傳統手術方式取出。犬研究的初始結果是驚人的。粘膜組織的擴張明顯需要顯著改變的與實施例29設計相關的水凝膠。這需要進一步理解水凝膠性質和體內結果之間的關系。擴張器的排出表示擴張壓高于組織能夠承受的水平，并且，破裂的擴張器表示擴張的水凝膠的脆弱性質。為了協助觀察并追蹤擴張器，將發熒光的熒光素二丙烯酸酯染料納入水凝膠結構。因此，合成了新一組擴張器模型。在產生的超過80個新模型中，基于體外性質選擇兩個熒光素標記的形式(實施例30和實施例31)用于犬類研究。此外，選擇實施例32作為具有相似擴張性質但具有顯著改善的端強度的原型。(參見表格表9：水凝膠擴張器實施例30-32，其中顯示實施例29用于比較。*(PLG1:RG503DA；PLG2:PLGA-二丙烯酸酯(8.7kDa)；PL2:PLA-二丙烯酸酯(8.7kDa))除了更改水凝膠的體外性質以外，將擴張器的初始形狀調節成基本“半月”形。這基于其擴張耳部將組織暴露至擴張器的角或尖銳邊緣的能力而言具有臨床益處。此外，圓柱形擴張器的該半月形、橫截面在末端具有弧形點以協助植入。這通過在半圓柱形模具中進行反應來實現，如圖6所示。將六個實施例30擴張器置于右上頜和下頜位置，而六個實施例31置入左上頜和下頜位置。因為擴張器已經是半圓柱形的，在置入時對所述擴張器的重新定形受限于調節用于插入的水凝膠的長度。允許擴張器在粘膜組織中擴張約6周。結果顯示，實施例30擴張器中的四個在剖檢日排出(植入后44天)，而所有的實施例31擴張器仍在置入位置保持完整。數據清楚顯示，實施例31擴張器的性能優于實施例30擴張器。此外，觀察到實施例31擴張器在擴張6周后產生臨床上有用的組織皮瓣，并且甚至在從狗回收之后還保持完整。采用3D掃描Faro臂裝置檢測插入的擴張器的體內擴張。圖7顯示實施例31的擴張動力學。擴張區域體積的增加與新組織的形成相配。圖7中的動力學數據表示，擴張在約4-6周中達到平臺期。從動物研究確定的組織學和臨床標記指示，本發明的新型水凝膠擴張器材料是高度生物相容且無毒的，并且通過實施例32的生物相容性測試進一步研究。選擇該水凝膠是因為它化學上類似于實施例31，但不包含熒光素二丙烯酸酯(僅供示蹤目的)，并且不用于容納在臨床材料中。由托西康公司(ToxikonCorporation)(馬薩諸塞州貝德福德)進行實施例32的細胞毒性和生物相容性測試。進行的測試/調控#包括：L929-MEM洗脫/ISO10993-5，皮內注射/ISO10993-10，全身注射/ISO10993-11，兔熱原檢查/ISO10993-11，肌肉植入7天/USP34，NF-29，回復突變試驗/ISO10993-3，和通過不透光度的微粒物質/USP34，NF-29。測試結果指示沒有細胞毒性，沒有皮內毒性，沒有全身毒性，沒有熱源響應跡象，沒有顯著的生物學應答，與陰性對照相同的集落，和平均18.9顆粒/ml(>10μm)和3.7顆粒/ml(>25μm)。總體上，這些測試指示具有最小程度的生物毒性的極好耐受性的材料。因此，認為該材料是高度生物相容的。盡管一些實施例在體內犬模型中成功，但在一些情況中仍出現失敗。因此，制備實施例33用于體內犬測試。實施例33該水凝膠如前所述合成，包含(％w/w)37.6％PLGA-PEG-PLGA、37.6％PEGDA(600)、11.6％二甲基丙烯酸乙二醇酯，和13.2％PLA-二丙烯酸酯(8.7kDa)，DMSO中的w/v固體總濃度為27％。該實施例的初始第1天溶脹是171％，最終溶脹是242％。實施例32和33在犬頜骨模型中測試，如前所述。4個測試的擴張器中，實施例32中的2個在剖檢時未發現，2個以破碎碎片的形式移出。實施例33中有2個以一整塊取出，2個以破碎碎片形式取出，指示該實施例相較于實施例32有所改良。制備實施例34-39以驗證滿足實施例30和31所需的體外性質的材料，而不額外添加熒光素二丙烯酸酯，因為這就調節視角而言是不需要的。對于該工作，DMSO中的％w/v溶劑如表10所示改變。表10：水凝膠實施例34-39的組成。表10縮略詞關鍵:PLG-DMA:PLGA-DMA(1:1，9000Da)；PL-DA:P(DL)La-DA(70,000)實施例34-39如上所述進行體外評估，所得表征結果示于表11。表11：實施例34-39的體外表征。實施例34，其在組成上與實施例31相似，不同之處在于采用了PLA-PEG-PLA三嵌段而不是PLGA-PEG-PLGA三嵌段(具有不希望的初始溶脹)。類似地，實施例35，與疏水劑甲基丙烯酸月桂酯的添加相似，其也具有不希望的初始溶脹。這些結果顯示，模型擴張器的所需組成是非顯而易見的，因為更高度疏水的PLA鏈和甲基丙烯酸月桂酯的添加邏輯上應會導致更低的初始溶脹。觀察到包含PLA-PEG-PLA的組成是不透明且霧狀的，指示基質中的相轉變。該結果指示，對于醫學擴張器應用，PLGA-PEG-PLGA聚合物是希望的。實施例36-39顯示，具有優越體外性質的擴張器可采用PLGA-PEG-PLGA(TB10)伴隨或不伴隨甲基丙烯酸月桂酯來獲得。實施例40進一步顯示所述水凝膠性質的非顯而易見的特點。其類似于實施例38，不同之處在于稍多的二甲基丙烯酸乙二醇酯和PEG(256Da)二丙烯酸酯，而不是PEG(600Da)二丙烯酸酯。實施例40該水凝膠如先前所述采用55.6％TB11-DA、5.6％P(DL)La-DA(70,000)、27.8％PEG-DA(256Da)，和11.1％二甲基丙烯酸乙二醇酯合成(21％w/v固體)。注意到，觀察到實施例40硬且透明，與白堊巖的質地類似。盡管成分中稍有變化，該模型因其脆性無法被切割或改良。類似地，實施例41顯示與過低交聯相關的問題。該水凝膠通過使20％w/vTB11DA直接反應而合成。觀察到的膠凝不一致，并且獲得不合適的量的固體，其中大多數材料保持基本液態。本文所述的新型水凝膠的性質是，其機械性質和溶脹性質由多種組分的復雜相互作用決定。不同于典型的水凝膠，其主要是單體混合物，具有相對較低量的交聯劑，本發明的水凝膠主要包含交聯劑組分。這些新型水凝膠的交聯密度不那么受多重乙烯基組分與單體單元的摩爾比的控制，而是更受多重乙烯基單元的分子量控制。出于該原因，計算交聯密度(即，摩爾交聯劑/摩爾單體)的傳統方法不適于描述這些水凝膠的交聯。作為替代，交聯密度可基于乙烯基單位相比大分子單體的鏈長的相對數量來考慮。以每摩爾為基礎，TB05-DA包含2個乙烯基活性單元/約11kDa的聚合物鏈，等同于0.18VI/kDa(數量乙烯基單元/千道爾頓大分子單體)。其它交聯劑可分別用其相對VI/kDa標記，如表12所示。表12：所選實施例大分子單體的相對VI/kDa應注意，單體對交聯密度沒有貢獻。使實施例水凝膠的組分的質量％含量乘以其相對VI/kDa能獲得各大分子單體對交聯密度的相對摩爾貢獻。將這些加在一起獲得實施例的交聯密度(以#交聯/mg或“Q”計)，如通常所述的交聯密度。表13中以實施例系列顯示相對交聯密度。交聯密度對于控制溶脹和機械性質是重要的。在交聯密度過高的情況中，材料是脆性的，且無法被切割或合適地置入。如果交聯密度過低，所得材料過軟，且會快速溶脹至較大尺寸。表13：選定實施例的初始計算的交聯密度除了交聯密度以外，水凝膠的擴張性質受控于各組分的相對疏水/親水貢獻。盡管這是復雜的系統，并且疏水/親水是相對術語，但一般可理解，常規情況下非水溶性的聚酯鏈的疏水性比聚乙二醇鏈和聚丙烯酸酯主鏈高得多。此外，添加劑例如甲基丙烯酸月桂酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯會增加總體疏水性，盡管二甲基丙烯酸乙二醇酯對交聯具有較大影響。對于三嵌段共聚物，疏水/親水貢獻可計算為其總PLGAMW與其總MW之比。例如，TB05-DA可經計算以具有10,000Da(PLGA)/11,000Da(總)＝0.91的疏水貢獻。純疏水組分(PLGA二丙烯酸酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯)可視作貢獻1x至疏水性，而親水項目(PEG二丙烯酸酯)可視作貢獻1x至親水性。將各組分的疏水貢獻(PEGDA＝0)乘以擴張器中的％w/w含量允許將擴張器的總體疏水性以疏水％來計算。表14顯示所選實施例的初始疏水性。包括實施例1以顯示具有極其不合適的初始疏水性的擴張器。表14：所選擴張器計算的初始疏水性。應注意，交聯密度和疏水/親水貢獻均在定義水凝膠的溶脹中起作用。然而，該量是動態的，因為水解后PLGA/PLA含量相對于水解穩定的親水組分(例如PEG和聚丙烯酸)減少，降低了該材料的總體疏水性并且斷開交聯，由此增加了溶脹。材料的機械性質對于組織擴張器也是重要的。它們必須允許擴張器被按尺寸修整并通過隧道術(tunneling)或類似的外科技術置于組織下方。出于該原因，所述材料不得過于堅硬或過于柔軟。顯示用于植入的良好機械性質的一系列模型示于表15。表15：所選實施例的機械性質當前第1頁1 2 3