JP7219428B2 - 多成分系電界紡糸繊維スキャフォールド - Google Patents

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Description

この出願は、2015年4月29日に出願された「Multi-Component Nanofiber Scaffolds」と題する米国特許仮出願第62/154,286号に対する優先権、及び同米国特許仮出願の利益を主張する。その出願の開示内容は、その全体が本参照により本明細書に組み込まれる。
$250億を超える額が、毎年、急性及び慢性の非治癒性創傷に費やされている。このことは、効果的で高額でない創傷治癒イノベーションへの未だ満たされぬ臨床的需要を描写する。糖尿病人工単独において、患者の25%が、切断に至るであろう足部潰瘍を発症することになる。細胞ベースの創傷包帯は、手が出ないほど高額であり、従って非治癒性創傷を有する患者にとってしばしば実行可能な選択肢ではない。
創傷治癒イノベーションへの需要に加え、細胞内殖を促進しつつ、天然の血管のメカニクスを効果的に擬態することが可能である人工血管移植片への需要が存在する。米国に置ける全ての死のおよそ30%が心血管疾患(CVD)の結果であり、米国においては毎年140万人の患者が動脈補綴を要する。冠状動脈及び末梢血管バイパス移植の手順は、米国においては毎年およそ600,000人の患者において、もっとも一般的には伏在静脈または内胸動脈で実施されている。自家血管代替物の使用は再建血管手術の分野を進歩させるのに大きな影響を与えてきたが、これらの組織源は共存症ゆえ最大で患者の20%において不十分または利用不可能であるかもしれず、またより高齢のドナーからの移植片の再現可能性は限定的である。さらに、その採取は手術手順に、時間、コスト、及びさらなる罹患の可能性を追加する。
American Society of Nephrologyによれば、300,000より多い米国人が末期腎不全(ESRD)を有し、生存するために人工透析に依存している。血液透析のための血管アクセスを作成するためには、動静脈(AV)瘻が一般的に構築される。しかしながら、アクセス失敗は現在、ESRDを有する患者に関して入院の主因の1つである。感染、及び延伸ポリテトラフルオロエチレン(ePTFE)から作製される移植片などの合成移植片の初期血栓症、並びにAV瘻の内膜過形成が、これらの手順がより優れた成功率を有することを妨げる。現在、合成血管移植片を作製するためには、ePTFE、ポリエチレンテレフタレート(PET)、及びポリウレタン(PU)が使用される。しかしながら、これらの合成物では、内皮化欠損ゆえの新生内膜過形成の形成、感染、血栓症、及び天然血管へのコンプライアンスミスマッチが問題であり、これらの材料のいずれも、直径が6mmより小さい好結果の移植物を生じるのに適していることが証明されていない。
天然の血管コンプライアンスにマッチすることは、血管移植物の重要な特質であり、移植片の機械的特性を天然血管のそれに細かく調和させる能力を要する。移植片と天然血管との間のコンプライアンスミスマッチは、血流を乱し、再循環、流分岐、及び低い壁剪断応力の区画をもたらす。低い壁剪断応力は、新生内膜過形成を刺激する、血管作用性物質の放出、遺伝子活性化、タンパク質発現、及び細胞骨格再編成を起こす。伏在静脈移植片も吻合から離れた部位で狭窄症に悩まされるが、新生内膜過形成は、自家及び補綴バイパス移植片の両者において失敗の原因とみられる。
ポリマー繊維は、体内で見られる物理的構造を擬態し、細胞リモデリング及び創傷治癒を促進しうる。そのような繊維で構成されるスキャフォールドは、創傷治癒、及び血管移植片適用の両者において有効でありうる。
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、以下のものがある(国際出願日以降国際段階で引用された文献及び他国に国内移行した際に引用された文献を含む)。
(先行技術文献)
(特許文献)
(特許文献1) 米国特許出願公開第2012/0093717号明細書
(特許文献2) 米国特許出願公開第2013/0310920号明細書
(特許文献3) 米国特許出願公開第2010/0105799号明細書
(特許文献4) 国際公開第2010/048281号
(特許文献5) 米国特許出願公開第2011/0083987号明細書
(特許文献6) 米国特許出願公開第2017/0007741号明細書
(特許文献7) 米国特許出願公開第2014/0142718号明細書
(特許文献8) 豪国特許出願公告第2009207489号明細書
(特許文献9) 米国特許出願公開第2005/0220848号明細書
(特許文献10) 米国特許出願公開第2008/0208323号明細書
(特許文献11) 米国特許出願公開第2011/0083987号明細書
(特許文献12) 国際公開第2010/048281号
(特許文献13) 米国特許第7,172,765号明細書
(特許文献14) 米国特許出願公開第2016/0176559号明細書
(特許文献15) 米国特許出願公開第2008/0208323号明細書
(特許文献16) 米国特許出願公開第2011/0083987号明細書
(特許文献17) 米国特許出願公開第2002/0090725号明細書
(特許文献18) 米国特許出願公開第2017/0182206号明細書
(特許文献19) 米国特許出願公開第2007/0232169号明細書
(特許文献20) 米国特許出願公開第2006/0060999号明細書
(特許文献21) 米国特許出願公開第2009/0152773号明細書
(特許文献22) 米国特許出願公開第2009/0162468号明細書
(特許文献23) 米国特許出願公開第2009/0253328号明細書
(特許文献24) 米国特許出願公開第2006/0135020号明細書
(特許文献25) 米国特許出願公開第2006/0204539号明細書
(特許文献26) 米国特許出願公開第2011/0177395号明細書
(特許文献27) 国際公開第2015/153011号
(特許文献28) 米国特許出願公開第2012/0271405号明細書
(特許文献29) 国際公開第2005/096989号
(特許文献30) 中国特許出願公開第102008755号明細書
(特許文献31) 米国特許出願公開第2012/0093717号明細書
(特許文献32) 国際公開第2010/048281号
(特許文献33) 米国特許出願公開第2003/0168756号明細書
(特許文献34) 米国特許出願公開第2011/0022149号明細書
(特許文献35) 米国特許出願公開第2011/0030885号明細書
(特許文献36) 米国特許出願公開第2014/0309726号明細書
(特許文献37) 米国特許第4,738,740号明細書
(特許文献38) 米国特許第5,258,027号明細書
(特許文献39) 米国特許第5,628,788号明細書
(特許文献40) 米国特許第6,143,022号明細書
(特許文献41) 米国特許出願公開第2002/0142458号明細書
(特許文献42) 米国特許出願公開第2003/0226750号明細書
(特許文献43) 米国特許出願公開第2005/0177249号明細書
(特許文献44) 米国特許出願公開第2005/0277985号明細書
(特許文献45) 米国特許出願公開第2006/0134157号明細書
(特許文献46) 米国特許出願公開第2006/0154063号明細書
(特許文献47) 米国特許出願公開第2006/0085063号明細書
(特許文献48) 米国特許出願公開第2006/0200232号明細書
(特許文献49) 米国特許第7,115,220号明細書
(特許文献50) 米国特許第7,220,281号明細書
(特許文献51) 米国特許出願公開第2007/0142907号明細書
(特許文献52) 米国特許出願公開第2007/0191956号明細書
(特許文献53) 米国特許出願公開第2007/0269481号明細書
(特許文献54) 米国特許出願公開第2007/0286880号明細書
(特許文献55) 米国特許第7,390,760号明細書
(特許文献56) 米国特許第7,413,575号明細書
(特許文献57) 米国特許出願公開第2008/0208358号明細書
(特許文献58) 米国特許出願公開第2009/0018643号明細書
(特許文献59) 米国特許第7,490,563号明細書
(特許文献60) 米国特許出願公開第2009/0108503号明細書
(特許文献61) 米国特許出願公開第2009/0143855号明細書
(特許文献62) 米国特許第7,629,030号明細書
(特許文献63) 米国特許出願公開第2010/0082114号明細書
(特許文献64) 米国特許第7,718,351号明細書
(特許文献65) 米国特許出願公開第2010/0166854号明細書
(特許文献66) 米国特許出願公開第2010/0222771号明細書
(特許文献67) 米国特許出願公開第2010/0233115号明細書
(特許文献68) 米国特許出願公開第2010/0273258号明細書
(特許文献69) 米国特許出願公開第2010/0303881号明細書
(特許文献70) 米国特許出願公開第2011/0028834号明細書
(特許文献71) 米国特許出願公開第2011/0070283号明細書
(特許文献72) 米国特許出願公開第2011/0098826号明細書
(特許文献73) 米国特許出願公開第2011/0166647号明細書
(特許文献74) 米国特許第7,993,567号明細書
(特許文献75) 米国特許出願公開第2011/0270412号明細書
(特許文献76) 米国特許出願公開第2012/0068384号明細書
(特許文献77) 米国特許第8,157,722号明細書
(特許文献78) 米国特許出願公開第2013/0103079号明細書
(特許文献79) 米国特許出願公開第2013/0150963号明細書
(特許文献80) 米国特許出願公開第2014/0030315号明細書
(特許文献81) 米国特許出願公開第2014/0057346号明細書
(特許文献82) 米国特許出願公開第2014/0072951号明細書
(特許文献83) 米国特許第8,691,543号明細書
(特許文献84) 米国特許第8771582号明細書
(特許文献85) 米国特許出願公開第2014/0271795号明細書
(特許文献86) 米国特許出願公開第2014/0272225号明細書
(特許文献87) 欧州特許出願公開第416846号明細書
(特許文献88) 国際公開第2000/010622号
(特許文献89) 国際公開第2001/015754号
(特許文献90) 国際公開第2005/012606号
(特許文献91) 国際公開第2006/138552号
(特許文献92) 国際公開第2008/137659号
(特許文献93) 国際公開第2009/089035号
(特許文献94) 国際公開第2010/040129号
(特許文献95) 国際公開第2010/124207号
(特許文献96) 欧州特許出願公開第2422003号明細書
(特許文献97) 特表2012-527217号公報
(特許文献98) 国際公開第2013/078051号
(特許文献99) 国際公開第2013/106822号
(特許文献100) 国際公開第2014/031721号
(特許文献101) 国際公開第2014/145864号
(特許文献102) 国際公開第2015/187555号
(非特許文献)
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ある実施形態においては、スキャフォールドは、第一分解速度を有する第一材料を有する第一ポリマー電界紡糸繊維と、第一分解速度とは異なる第二分解速度を有する第二材料を有する第二ポリマー電界紡糸繊維とを有しうる。いくらかの実施形態においては、第一分解速度は、第二分解速度よりも高いまたは速いかもしれない。
別の一実施形態においては、スキャフォールドは、細胞浸透速度に実質的に相当する第一分解速度を有する第一材料を有する第一ポリマー電界紡糸繊維と、第一分解速度より遅い第二分解速度を有する第二材料を有する第二ポリマー電界紡糸繊維とを有しうる。
さらに別の一実施形態においては、キットは、第一分解速度を有する第一材料を有する第一ポリマー電界紡糸繊維と、前記第一分解速度とは異なる第二分解速度を有する第二材料を有する第二ポリマー電界紡糸繊維とを有するスキャフォールド、及びシール可能パウチを有しうる。
他の実施形態においては、スキャフォールドを製造する方法は、第一ポリマー注入システムからマンドレル上へ第一ポリマー溶液を排出させることにより、第一分解速度を有する第一ポリマー繊維を電界紡糸する工程と、第二ポリマー注入システムからマンドレル上へ第二ポリマー溶液を排出させることにより、第一分解速度とは異なる第二分解速度を有する第二ポリマー繊維を電界紡糸する工程とを有しうる。いくらかの実施形態においては、それらの電界紡糸する工程は、同時に実施されうる。
さらに別の一実施形態においては、創傷治癒を改善する方法は、第一分解速度を有する第一材料を有する第一ポリマー電界紡糸繊維と、第一分解速度とは異なる第二分解速度を有する第二ポリマー電界紡糸繊維とを有するスキャフォールドを、創傷の部分に適用する工程を有しうる。
図1Aは、脱細胞化組織の走査電子顕微鏡画像を例証する。 図1Bは、本開示に従うスキャフォールドの実施形態の走査電子顕微鏡画像を例証する。図1Bのスキャフォールドは、図1Aの脱細胞化組織と多くの微小構造的類似点を共有する。 図2A-Fは、スキャフォールドなしでの創傷の治癒を例証する。図2Aは、第0日における創傷を例証する。 図2Bは、第7日における同創傷を例証し、33%の創傷閉鎖を有する。 図2Cは、第14日における同創傷を例証し、78%の創傷閉鎖を有する。 図2Dは、第21日における同創傷を例証し、97%の創傷閉鎖を有する。 図2Eは、第28日における同創傷を例証し、100%の創傷閉鎖を有する。 図2Fは、第28における創傷の組織学を示す。組織学は、創傷のおよそ2/3のギャップを有する不完全な表皮層を示した。創傷を覆うかさぶたは豊富な好中球を有し、創傷下の繊維組織は隣接する繊維層の約2倍の厚さであった。軽度から中程度の広汎性皮下リンパ球浸潤が存在した。 図3A-Fは、本開示に従い第0日において適用されたスキャフォールドの実施形態を伴う、創傷の治癒を例証する。図3Aは、第0日における、スキャフォールドを伴う創傷を例証する。 図3Bは、第7日における、同スキャフォールドを伴う同創傷を例証し、28%の創傷閉鎖を有する。 図3Cは、第14日における、同スキャフォールドを伴う同創傷を例証し、96%の創傷閉鎖を有する。 図3Dは、第21日における、同スキャフォールドを伴う同創傷を例証し、100%の創傷閉鎖を有する。 図3Eは、第28日における、同スキャフォールドを伴う同創傷を例証し、100%の創傷閉鎖を有する。 図3Fは、第28におけるスキャフォールドを伴う創傷の組織学を示す。組織学は、正常な厚さ及びケラチン産生を伴う、創傷部位を覆う完全な表皮層を示した。創傷下の繊維組織は、隣接する繊維層の約2倍の厚さであった。軽度から中程度の広汎性皮下リンパ球浸潤が存在した。 図4A-Fは、高抗張力線により引き起こされた重症な下肢損傷を有するウマの治癒経過を例証する。図4Aは、繋及び砲骨上の初期の高抗張力線創傷を例証する。 図4Bは、本開示に従いスキャフォールドを適用して5週間後の、完全に治癒した両創傷を例証する。 図4Cは、損傷時の繋への血管損傷を例証する。 図4Dは、本開示に従いスキャフォールドで覆われた、繋への同血管損傷を例証する。 図4Eは、本開示に従う繋創傷を覆うスキャフォールド上のパラフィンガーゼ包帯を例証する。 図4Fは、スキャフォールドが適用されて4週間後の、繋創傷治癒を例証する。 図5A-Eは、ヘイレーキに衝突することにより引き起こされた、大きな肩及び胴の裂傷を有するウマの治癒過程を例証する。図5Aは、損傷時における裂傷を例証する。 図5Bは、損傷時における裂傷を例証し、本開示に従い創傷に適用されたスキャフォールドを伴う。 図5Cは、4週間の治癒の後の創傷を例証し、肉芽組織の再成長の証拠を伴う。 図5Dは、2ヶ月(8週間)の治癒の後の創傷を例証し、上皮形成及び毛の再成長の証拠を伴う。 図5Eは、5ヶ月(20週間)の治癒の後の創傷を例証し、さらなる上皮形成及び毛の再成長を伴う。 図6A-Fは、ラットモデルにおいてin vivoで1ヶ月後の、本開示に従う血管移植片へと形成されたスキャフォールドの組織学を例証する。図6A-Fは、内膜、中膜、外膜を伴って完成した新たな血管の再建もまた例証する。図6Aは、Masson's Trichromeでの染色を例証し、活発なECMリモデリング、コラーゲン堆積、及び生理的リモデリングを示す。 図6Bは、ピクロシリウスレッド(PCR)染色の偏光画像であり、強度なコラーゲン堆積及び組織化、並びに細繊維から太繊維への成熟を例証する。 図6Cは、Verhoeff's Van Geison(VVG)染色を例証し、エラスチン堆積及び組織化を示す。 図6Dは、Hart's染色を例証し、VVG染色結果を確認する。 図6Eは、石灰化に関するAlizarinレッド染色を例証し、認識できる異所性石灰化は示さない。 図6Fは、Von Kossa染色を例証し、石灰化の欠如を確認する。 図7A-Fは、天然ヒツジの下大静脈(IVC)の組織学を例証する。図7Aは、天然IVCのH&E染色を例証する。 図7Bは、天然IVCのPCR染色を例証する。 図7Cは、天然IVCのMasson's Trichrome染色を例証する。 図7Dは、天然IVCのHart's染色を例証する。 図7Eは、天然IVCのVon Willebrand Factor(vWF)染色を例証する。 図7Fは、天然IVCの平滑筋アクチン(SMA)染色を例証する。 図8A-Fは、ヒツジモデルにおけるin vivoで6ヶ月後の、本開示に従う血管移植片へと形成されたスキャフォールドの組織学を例証する。図8A-Fは、図7A-Fにおいて示された天然ヒツジIVCの組織学と比較されうる。図8Aは、血管移植片のH&E染色を例証し、ポリマースキャフォールド分解、及び天然IVCを擬態する薄い新生組織形成を示す。 図8Bは、血管移植片のPCR染色を例証し、天然IVCを擬態する成熟コラーゲン形成を示す。 図8Cは、血管移植片のMasson's Trichrome染色を例証し、天然IVCを擬態する成熟コラーゲン形成を示す。 図8Dは、血管移植片のHart's染色を例証し、天然IVCを擬態する方向付けられたエラスチンを示す。 図8Eは、血管移植片のvWF染色を例証し、完全な内皮裏打ちを示す。 図8Fは、血管移植片のSMA染色を例証し、天然IVCを擬態する方向付けられた平滑筋層を示す。 図9Aは、天然IVCのエラスチン含量と、ヒツジモデルにおけるin vivoで6ヶ月後の、本開示に従う血管移植片へと形成されたスキャフォールドとの比較を例証する。 図9Bは、天然IVCのコラーゲン含量と、ヒツジモデルにおけるin vivoで6ヶ月後の、本開示に従う血管移植片へと形成されたスキャフォールドとの比較を例証する。天然IVCとスキャフォールドとの間の、類似するエラスチン及びコラーゲン含量は、図9A及び9Bに例証される通り、スキャフォールドの完全に機能的な新生血管へのリモデリングを示す。 図10は、本開示に従い血管移植片へと形成されたスキャフォールドについての%/mmHgでのコンプライアンス値(「PLCL+PGA」と標識)を、ヒト頸動脈、及び様々な市販の合成血管移植片との比較で例証する。エラーバーは、標準偏差を表わす。 図11は、本開示に従い血管移植片へと形成されたスキャフォールドについてのMPaでの破裂圧力(「PLCL+PGA」と標識)を、ヒト頸動脈、及び様々な市販の合成血管移植片との比較で例証する。エラーバーは、標準偏差を表わす。 図12は、本開示に従い血管移植片へと形成されたスキャフォールドについての力(g)での移植片縫合保持強度(「PLCL+PGA」と標識)を、ヒト頸動脈、ヒト伏在静脈、及び様々な市販の合成血管移植片との比較で例証する。エラーバーは、標準偏差を表わす。 図13Aは、本開示に従う、電界紡糸後かつ分解前の、ポリグリコライド(PGA)及びポリ(ラクチド-co-カプロラクトン)(PLCL)を有するスキャフォールドの、走査電子顕微鏡(SEM)画像である。 図13Bは、37℃にてPBS中で1週間後の同スキャフォールドを例証し、1週間以内のPGA繊維の分解を示す。 図14は、37℃にてPBS中における、様々なポリマー組合せの繊維の、引張強度(UTS)の下落を例証する。PGA繊維は約1週間以内に分解し、ポリジオキサノン(PDO)繊維は約4週間以内に分解し、PLCL/PDO繊維は約8週間以内に分解し、PLCL/PGA繊維は約12週間以内に分解し、またPLCL繊維は約24週間以内に分解する。
本組成物及び方法が開示される前に、工程、組成物、または方法は変化しうるため、この発明は、開示される特定の工程、組成物、または方法に限定されないことが理解されるべきである。開示において使用される用語が、特定のバージョンまたは実施形態を開示する目的のみのためであり、本発明の範囲を限定することを意図せず、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によってのみ限定されることになることもまた理解されるべきである。別に定義されない限り、本明細書において使用される全ての技術的及び科学的用語は、当業者により一般的に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書において開示されるのと類似または同等のあらゆる方法及び材料が、本発明の実施形態の実施または試験において使用されうるが、好ましい方法、装置、及び材料が以下では開示される。本明細書において言及される全ての刊行物は、その全体が本参照により組み込まれる。本明細書におけるいかなるものも、先行発明のせいで本発明がそのような開示に先行する権利がないという承認として解釈されるべきではない。
本明細書において及び添付の特許請求の範囲において使用される単数形「a」、「an」、及び「the」は、文脈が明らかに別に規定しない限り、複数の言及を含むこともまた特筆されなければならない。従って、例えば、「繊維」への言及は、1つまたはそれより多い「繊維」及び当業者に既知であるその同等物への言及である、などである。
本明細書において使用される用語「約」及び「およそ」は、使用される数字の数値のプラスまたはマイナス10%を意味する。従って、約40%は、30%-50%の範囲にあることを意味する。
本明細書において使用される用語「動物」、「患者」、及び「対象」は、ヒト、並びに野生動物、飼育動物、及び家畜などの非ヒト脊椎動物を含むがこれらに限定されない。いくらかの実施形態においては、用語「動物」、「患者」、「対象」は、ヒトを指しうる。
電界紡糸繊維
電界紡糸は、ポリマー溶液を繊維へと加工するために使用されうる方法である。生じる繊維の直径がナノメートルスケールにある実施形態においては、その繊維はナノ繊維と呼ばれうる。繊維は、マンドレルまたはコレクターなどの様々な受け面を使用することにより、様々な形へと形成されうる。いくらかの実施形態においては、パッチなどの平坦形のシートもしくはシート様繊維鋳物、または繊維スキャフォールドは、実質的に丸いまたは円筒状のマンドレルを使用し、生じる繊維鋳物を切断して巻きを解くことでシートを形成することにより形成されうる。生じる繊維鋳物または形は、生物学的構造物の修復または置換を含む多くの応用において使用されうる。いくらかの実施形態においては、生じる繊維スキャフォールドは、生物学的生物またはその一部中へと移植されうる。別の実施形態においては、生じる繊維スキャフォールドは、創傷もしくはその一部上に配置され、または創傷もしくはその一部に固定されうる。
電界紡糸方法には、ポリマー注入システムとマンドレルとの間に高いDC電圧ポテンシャルを適用することにより、ポリマー溶液から繊維を紡糸する工程が関与しうる。いくらかの実施形態においては、1つまたはそれより多い電荷が、電界紡糸システムの1つまたはそれより多い構成要素に適用されうる。いくらかの実施形態においては、電荷は、マンドレル、ポリマー注入システム、またはそれらの組合せもしくは部分に適用されうる。理論に拘束されることは望まないが、ポリマー溶液がポリマー注入システムから排出される際に、電荷への露出ゆえ、ポリマー溶液が不安定化させられると考えられている。不安的化された溶液はそれから、帯電しているマンドレルに引きつけられうる。不安定化溶液がポリマー注入システムからマンドレルへと移動する際、その溶液が蒸発してもよく、ポリマーは引き延ばされてもよく、マンドレル上に堆積する長い細繊維を残す。ポリマー溶液は、ポリマー注入システムから排出され電荷に露出させられる際に、Taylorコーンを形成しうる。
いくらかの実施形態においては、ときに「共紡糸」と呼ばれる工程において、1つよりも多いポリマー溶液から同じマンドレル上に1つよりも多いポリマー繊維が同時に電界紡糸されうる。
ポリマー注入システム
ポリマー注入システムは、注入システムからマンドレルへのポリマー溶液の流れを許容するように、いくらかの量のポリマー溶液を大気中に排出するように構成される、あらゆるシステムを含みうる。いくらかの実施形態においては、ポリマー注入システムは、制御された体積流量で、繊維へと形成されることになるポリマー溶液の連続または線状流を送達しうる。他の実施形態においては、ポリマー注入システムは、繊維へと形成されることになるポリマー溶液の可変流を送達しうる。さらに別の実施形態においては、ポリマー注入システムは、複数の繊維へと形成されることになるポリマー溶液の断続流を送達するように構成されうる。いくらかの実施形態においては、ポリマー注入システムは、手動または自動制御下のシリンジを含みうる。いくらかの実施形態においては、ポリマー注入システムは、個別または複合の手動または自動制御下の、複数のシリンジ、及び複数の針または針様構成要素を含みうる。いくらかの実施形態においては、複数シリンジポリマー注入システムは、各シリンジが同じポリマー溶液を含有して、複数のシリンジ、及び複数の針または針様構成要素を含みうる。いくらかの実施形態においては、複数シリンジポリマー注入システムは、各シリンジが異なるポリマー溶液を含有して、複数のシリンジ、及び複数の針または針様構成要素を含みうる。他の実施形態においては、ポリマー注入システムは、第一ポリマー注入システム、第二ポリマー注入システム、第三ポリマー注入システム、及び以下同様などの、1つまたはそれより多いポリマー注入システムを有しうる。いくらかの実施形態においては、電荷が、ポリマー注入システムに、またはその一部に適用されうる。いくらかの実施形態においては、電荷は、ポリマー注入システムの針または針様構成要素に適用されうる。
いくらかの実施形態においては、ポリマー溶液は、約5mL/hと比べて小さいまたは等しい流速にて、ポリマー注入システムから排出されうる。別の実施形態においては、ポリマー溶液は、約0.01mL/hから約50mL/hの範囲にある流速にて、ポリマー注入システムから排出されうる。ポリマー溶液がポリマー注入システムから排出される流速は、非限定的な例において、約0.01mL/h、約0.05mL/h、約0.1mL/h、約0.5mL/h、約1mL/h、約2mL/h、約3mL/h、約4mL/h、約5mL/h、約6mL/h、約7mL/h、約8mL/h、約9mL/h、約10mL/h、約11mL/h、約12mL/h、約13mL/h、約14mL/h、約15mL/h、約16mL/h、約17mL/h、約18mL/h、約19mL/h、約20mL/h、約21mL/h、約22mL/h、約23mL/h、約24mL/h、約25mL/h、約26mL/h、約27mL/h、約28mL/h、約29mL/h、約30mL/h、約31mL/h、約32mL/h、約33mL/h、約34mL/h、約35mL/h、約36mL/h、約37mL/h、約38mL/h、約39mL/h、約40mL/h、約41mL/h、約42mL/h、約43mL/h、約44mL/h、約45mL/h、約46mL/h、約47mL/h、約48mL/h、約49mL/h、約50mL/h、または端点を含むこれらの値のうちのあらゆる2つの値の間のあらゆる範囲でありうる。
ポリマー溶液がポリマー注入システムからマンドレル方向へと移動する際、生じる繊維の直径は、約0.1μmから約10μmの範囲にありうる。電界紡糸繊維の直径のいくらかの非限定的な例は、約0.1μm、約0.2μm、約0.5μm、約1μm、約2μm、約5μm、約10μm、約20μm、または端点を含むこれらの値のうちのあらゆる2つの値の間の範囲を含みうる。
ポリマー溶液
いくらかの実施形態においては、ポリマー注入システムは、ポリマー溶液で満たされうる。いくらかの実施形態においては、ポリマー溶液は、1つまたはそれより多いポリマーを有しうる。いくらかの実施形態においては、ポリマー溶液は、熱の適用によりポリマー液へと形成される流体でありうる。ポリマー溶液は、限定することなく、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエステル、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリロニトリル、シリコン、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアミド、ポリスチレン、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルアセテート(PVAc)、ポリカプロラクトン(PCL)、ポリ乳酸(PLA)、ポリグリコライド(PGA)、ポリグリセロールセバシン酸、ポリジオールクエン酸、ポリヒドロキシブチル酸、ポリエーテルアミド、ポリジアキサノン(PDO)、ポリ(ラクチド-co-カプロラクトン)(PLCL)、ポリ(ラクチド-co-グリコライド)、ポリ-L-ラクチド、及びこれらの組合せまたは誘導体などの、合成または半合成ポリマーを含みうる。電界紡糸のために使用されうる代替的ポリマー溶液は、フィブロネクチン、コラーゲン、ゼラチン、ヒアルロン酸、キトサン、またはこれらの組合せなどの、天然ポリマーを含みうる。ポリマー溶液は、あらゆる組合せまたは組成比で、合成ポリマー及び天然起源のポリマーの組合せもまた含みうると理解されうる。いくらかの非限定的な例においては、ポリマー溶液は、例えば、約10%から約90%の、ポリエチレンテレフタレート対ポリウレタンの重量パーセント比を有しうる。そのような重量パーセント比の非限定的な例は、10%、25%、33%、50%、66%、75%、90%、または端点を含むこれらの値のうちのあらゆる2つの値の間の範囲を含みうる。
いくらかの実施形態においては、ポリマー溶液は、1つまたはそれより多い溶剤を有しうる。いくらかの実施形態においては、溶剤は、例えば、アセトン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N-メチルピロリドン、N,N-ジメチルホルムアミド、Nアセトニトリル、ヘキサン誘導体、エーテル、ジオキサン、酢酸エチル、ピリジン、トルエン、キシレン、テトラヒドロフラン、トリフルオロ酢酸、ヘキサフルオロイソプロパノール、酢酸、ジメチルアセトアミド、クロロホルム、ジクロロメタン、水、アルコール、イオン化合物、またはこれらの組合せを有しうる。1つの溶剤または複数の溶剤中の1つのポリマーまたは複数のポリマーの濃度範囲は、限定することなく、約1wt%から約50wt%でありうる。溶液中のポリマー濃度のいくらかの非限定的な例は、約1wt%、3wt%、5wt%、約10wt%、約15wt%、約20wt%、約25wt%、約30wt%、約35wt%、約40wt%、約45wt%、約50wt%、または端点を含むこれらの値のうちのあらゆる2つの値の間の範囲を含みうる。
いくらかの実施形態においては、ポリマー溶液は、追加の材料もまた含みうる。そのような追加の材料の非限定的な例は、放射線不透過性材料、コントラスト剤、導電性材料、蛍光材料、発光性材料、抗生剤、成長因子、ビタミン、サイトカイン、ステロイド、抗炎症性薬、小分子、糖、塩、ペプチド、タンパク質、細胞因子、DNA、RNA、もしくは非侵害性イメージングを補助するためのあらゆる他の材料、またはこれらのあらゆる組合せを含みうる。いくらかの実施形態においては、放射性透過性材料は、例えば、バリウム、タンタル、タングステン、ヨウ素、ガドリニウム、金、白金、ビスマス、または酸化ビスマス(III)を含みうる。いくらかの実施形態においては、導電性材料は、例えば、金、銀、鉄、またはポリアニリンを含みうる。
いくらかの実施形態においては、ポリマー溶液中に、約1wt%から約500wt%の量で追加の材料が存在しうる。いくらかの非限定的な例においては、その追加の材料は、約1wt%、約5wt%、約10wt%、約15wt%、約20wt%、約25wt%、約30wt%、約35wt%、約40wt%、約45wt%、約50wt%、約55wt%、約60wt%、約65wt%、約70wt%、約75wt%、約80wt%、約85wt%、約90wt%、約95wt%、約100wt%、約125wt%、約150wt%、約175wt%、約200wt%、約225wt%、約250wt%、約275wt%、約300wt%、約325wt%、約350wt%、約375wt%、約400wt%、約425wt%、約450wt%、約475wt%、約500wt%、または端点を含むこれらのあらゆる2つの値の間のあらゆる範囲の量で、ポリマー溶液中に存在しうる。
ポリマー溶液中のポリマーの種類は、電界紡糸繊維の特徴を決定しうる。いくらかの繊維は、移植される際、生体安定性であり、かつ吸収性または生分解性ではないポリマーで構成されうる。そのような繊維は、移植されたままである期間にわたり、一般的に化学的に不変のままでありうる。あるいは、繊維は、時間と共に吸収または生分解されうるポリマーで構成されうる。
いくらかの実施形態においては、ポリマー電界紡糸繊維は、分解速度を有しうる。分解速度は、いくつもの方法で定義されうる。それは、例えば、繊維が体組織または体液に露出される場合に完全に分解するのにかかる時間量による定義を含む。そのような実施形態においては、分解速度は、例えば、約1日から約24ヶ月でありうる。繊維が体組織または体液に露出される場合に完全に分解するのにかかる時間量の観点での分解速度のいくらかの非限定的な例は、約1日、約2日、約3日、約4日、約5日、約6日、約7日、約8日、約9日、約10日、約11日、約12日、約13日、約14日、約15日、約16日、約17日、約18日、約19日、約20日、約21日、約22日、約23日、約24日、約25日、約26日、約27日、約28日、約29日、約30日、約1ヶ月、約1.5ヶ月、約2ヶ月、約2.5ヶ月、約3ヶ月、約3.5ヶ月、約4ヶ月、約4.5ヶ月、約5ヶ月、約5.5ヶ月、約6ヶ月、約6.5ヶ月、約7ヶ月、約7.5ヶ月、約8ヶ月、約8.5ヶ月、約9ヶ月、約9.5ヶ月、約10ヶ月、約10.5ヶ月、約11ヶ月、約11.5ヶ月、約12ヶ月、約12.5ヶ月、約13ヶ月、約13.5ヶ月、約14ヶ月、約14.5ヶ月、約15ヶ月、約15.5ヶ月、約16ヶ月、約16.5ヶ月、約17ヶ月、約17.5ヶ月、約18ヶ月、約18.5ヶ月、約19ヶ月、約19.5ヶ月、約20ヶ月、約20.5ヶ月、約21ヶ月、約21.5ヶ月、約22ヶ月、約22.5ヶ月、約23ヶ月、約23.5ヶ月、約24ヶ月、または端点を含むこれらの値のあらゆる2つの値の間のあらゆる範囲の量を含む。
別の実施形態においては、ポリマー電界紡糸繊維の分解速度は、例えば、時間、日、週、または月などの単位時間あたりの、繊維質量損失量により定義されうる。さらに別の実施形態においては、ポリマー電界紡糸繊維の分解速度は、例えば、単位時間あたりの繊維強度の損失により定義されうる。測定される強度の損失は、例えば、繊維の引張強度(UTS)でありうる。そのような実施形態においては、分解速度は、例えば、1週間で25%のUTS損失、2週間で50%のUTS損失、4週間で100%のUTS損失、等々として表現されうる。例えば、PGAは約1週間で100%の強度損失を有してもよく、PDOは約4週間で100%の強度損失を有してもよく、またPLCLは約24週間で100%の強度損失を有してもよい。
本明細書において開示される繊維は、器官及び/または組織の修復または置換のための、初期のテンプレートまたはスキャフォールドとして振る舞いうる。これらの器官または組織のテンプレートまたはスキャフォールドは、組織または器官がいったん天然の構造及び細胞により置換または修復されると、in vivoで分解しうる。ポリマー溶液及びその結果生じる電界紡糸繊維は1種類よりも多いポリマーで構成されうること、またその各ポリマーが、特定の分解速度において生体安定性または生分解性などの特定の特徴を有しうることが、さらに理解されうる。
電界紡績構成要素への電荷の適用
電界紡糸システムにおいては、例えば、マンドレルもしくはポリマー注入システム、またはそれらの一部などの、1つもしくはそれより多い構成要素、または構成要素の一部に、1つまたはそれよい多い電荷が適用されうる。いくらかの実施形態においては、正電荷が、ポリマー注入システムまたはその一部に適用されうる。いくらかの実施形態においては、負電荷が、ポリマー注入システムまたはその一部に適用されうる。いくらかの実施形態においては、ポリマー注入システムまたはその一部は、アースされていうる。いくらかの実施形態においては、正電荷が、マンドレルまたはその一部に適用されうる。いくらかの実施形態においては、負電荷が、マンドレルまたはその一部に適用されうる。いくらかの実施形態においては、マンドレルまたはその一部は、アースされていうる。いくらかの実施形態においては、1つもしくはそれより多い構成要素、またはその一部が、同じ電荷を受けうる。いくらかの実施形態においては、1つもしくはそれより多い構成要素、またはその一部が、1つまたはそれより多い異なる電荷を受けうる。
電界紡糸システムのあらゆる構成要素またはその一部に適用される電荷は、端点を含んで約-15kVから約30kVでありうる。いくらかの非限定的な例においては、電界紡糸システムのあらゆる構成要素またはその一部に適用される電荷は、約-15kV、約-10kV、約-5kV、約-3kV、約-1kV、約-0.01kV、約0.01kV、約1kV、約5kV、約10kV、約12kV、約15kV、約20kV、約25kV、約30kV、または端点を含むこれらの値のあらゆる2つの値の間のあらゆる範囲でありうる。いくらかの実施形態においては、電界紡糸システムのあらゆる構成要素、またはその一部が、アースされていうる。
電界紡糸の間のマンドレルの動き
電界紡糸の間には、いくらかの実施形態においては、マンドレルが、ポリマー注入システムに対して動きうる。いくらかの実施形態においては、ポリマー注入システムが、マンドレルに対して動きうる。一つの電界紡糸構成要素の別の電界紡糸構成要素に対する動きは、例えば、実質的に回転的、実質的に並進的、またはそれらのあらゆる組合せでありうる。いくらかの実施形態においては、電界紡糸システムの一つまたはそれより多い構成要素は、手動制御下で動きうる。いくらかの実施形態においては、電界紡糸システムの一つまたはそれより多い構成要素は、自動制御下で動きうる。いくらかの実施形態においては、マンドレルは、一つもしくはそれより多いモーターまたは運動制御システムを使用して移動させられうる支持構造と接触していてもよく、あるいはその支持構造上に据えられていてもよい。マンドレル上に堆積させられる電界紡糸繊維のパターンは、ポリマー注入システムに対するマンドレルの、一つまたはそれより多い運動に依存しうる。いくらかの実施形態においては、マンドレル表面は、その長軸まわりに回転するように構成されうる。一つの非限定的な例においては、線型軸沿いの並進速度よりも速い長軸まわりの回転速度を有するマンドレルは、ほぼ螺旋形の電界紡糸繊維堆積をもたらし、マンドレルまわりに巻線を形成しうる。別の一例においては、回転軸まわりの回転速度よりも速い線型軸沿いの並進速度を有するマンドレルは、マンドレルの線型領域に沿って、大まかには線型の電界紡糸堆積をもたらしうる。
多成分系電界紡糸繊維スキャフォールド
いくらかの実施形態においては、各材料が上で開示されたような異なる分解速度を有する、二つまたはそれより多い異なる材料をスキャフォールドが有することは、スキャフォールドにとって有利でありうる。それは、そのようなスキャフォールドにおいては、適切な分解速度を有する適切な第一及び第二材料を選択することによって、スキャフォールドのin vivoでの分解速度が選択的に制御されうるためである。いくらかの実施形態においては、in vivoで速く分解してスキャフォールド中への細胞内殖または浸潤を促進するスキャフォールド空隙を生じさせるような、比較的高いまたは速い分解速度を有する第一材料を含めることは、有利でありうる。第二材料がin vivoでよりゆっくり分解し、新たに浸潤した細胞による新しい細胞外マトリックスの形成及び発達を支持するスキャフォールドを提供するような、第一分解速度よりも遅いまたは低い分解速度を有する第二材料を含めることもまた、有利でありうる。そのようなスキャフォールドは、創傷治癒を促進するのにとくに有利でありうる。
いくらかの実施形態においては、スキャフォールドは、第一材料を有する第一ポリマー電界紡糸繊維と、第二材料を有する第二ポリマー電界紡糸繊維とを有しうる。第一材料は、上で開示されたような第一分解速度を有してもよく、また第二材料は第二分解速度を有しうる。いくらかの実施形態においては、第一及び第二分解速度は、互いに異なりうる。第一分解速度は、例えば、第二分解速度よりも高く(または速く)てもよく、あるいは第二速度よりも低く(または遅く)てもよい。分解速度は、本明細書において開示されるあらゆる速度であってもよく、あるいは当技術分野において既知の速度と同等のあらゆる速度であってもよい。いくらかの実施形態においては、第一材料は約1週間の第一分解速度を有してもよく(つまり、in vivoで約1週間後には第一材料の100%が分解されている)、また第二材料は約4ヶ月の第二分解速度を有してもよい(つまり、in vivoで約4ヶ月後には第二材料の100%が分解されている)。細胞浸潤が起こる速度に相関する速度で第一材料が分解しうる(つまり、所与の期間をかけて失われる第一材料の量が、同じ期間をかけてスキャフォールドに浸潤する細胞材料の量と直接的に相関する)ため、これらの分解速度は創傷治癒適用においてとくに効果的でありうる。第一材料の比較的迅速な分解は、さらなる細胞浸潤を促進するのに適切なサイズを有する空隙を、スキャフォールド内に生じうる。次に、第二材料は、新たに浸潤する細胞に構造的安定性を提供することを許容する速度で分解しうる。こうして、第二材料は、浸潤した細胞がそれ自身の細胞外マトリックスを形成するのを促進するように機械的積載物を移動させるのに十分に長くin vivoで残存したままであり、最終的には治癒した組織の長期的機能に貢献する。
スキャフォールドの第一及び第二材料は、本明細書において開示されるあらゆるポリマー、または当技術分野において既知であるあらゆる同等物を有しうる。一実施形態においては、第一材料はポリグリコライド(PGA)を有し、また第二材料はポリ(ラクチド-co-カプロラクトン)(PLCL)を有する。別の一実施形態においては、第一材料はポリジオキサノン(PDO)を有し、また第二材料はPLCLを有する。いくらかの実施形態においては、in vivoで約1週間以内に分解し、材料自身の分解速度に相関する速度で細胞がスキャフォールドに浸潤することを許容するため、PGAが有用でありうる。他の実施形態においては、類似する理由で、PDOはが有用でありうる。いくらかの実施形態においては、PLCLは、in vivoで約4ヶ月以内に分解し、これが、新たに形成する細胞外マトリックスに械的積載物及び力を適切に移動させうる、治癒中の創傷のための比較的弾性のスキャフォールドを許容し、組織化された組織構造へ細胞がリモデリングすることを許容するため、有用でありうる。
いくらかの実施形態においては、第一材料は、第二材料の第二分解速度と比較して約2倍から約52倍高いまたは速い第一分解速度を有しうる。第一材料の分解速度は、例えば、第二材料の分解速度より約2倍高く、第二材料の分解速度より約3倍高く、第二材料の分解速度より約4倍高く、第二材料の分解速度より約5倍高く、第二材料の分解速度より約6倍高く、第二材料の分解速度より約7倍高く、第二材料の分解速度より約8倍高く、第二材料の分解速度より約9倍高く、 第二材料の分解速度より約10倍高く、第二材料の分解速度より約11倍高く、第二材料の分解速度より約12倍高く、第二材料の分解速度より約13倍高く、第二材料の分解速度より約14倍高く、第二材料の分解速度より約15倍高く、第二材料の分解速度より約16倍高く、第二材料の分解速度より約17倍高く、第二材料の分解速度より約18倍高く、第二材料の分解速度より約19倍高く、第二材料の分解速度より約20倍高く、第二材料の分解速度より約21倍高く、第二材料の分解速度より約22倍高く、第二材料の分解速度より約23倍高く、第二材料の分解速度より約24倍高く、第二材料の分解速度より約25倍高く、第二材料の分解速度より約26倍高く、第二材料の分解速度より約27倍高く、第二材料の分解速度より約28倍高く、第二材料の分解速度より約29倍高く、第二材料の分解速度より約30倍高く、第二材料の分解速度より約31倍高く、第二材料の分解速度より約32倍高く、第二材料の分解速度より約33倍高く、第二材料の分解速度より約34倍高く、第二材料の分解速度より約35倍高く、第二材料の分解速度より約36倍高く、第二材料の分解速度より約37倍高く、第二材料の分解速度より約38倍高く、第二材料の分解速度より約39倍高く、第二材料の分解速度より約40倍高く、第二材料の分解速度より約41倍高く、第二材料の分解速度より約42倍高く、第二材料の分解速度より約43倍高く、第二材料の分解速度より約44倍高く、第二材料の分解速度より約45倍高く、第二材料の分解速度より約46倍高く、第二材料の分解速度より約47倍高く、第二材料の分解速度より約48倍高く、第二材料の分解速度より約49倍高く、第二材料の分解速度より約50倍高く、第二材料の分解速度より約51倍高く、第二材料の分解速度より約52倍高く、または端点を含むこれらの値のあらゆる2つの値の間のあらゆる範囲でありうる。
いくらかの実施形態においては、第一ポリマー電界紡糸繊維及び第二ポリマー電界紡糸背には、ある重量比で存在しうる。いくらかの例においては、その重量比は、例えば、約1:1、約2:1、約3:1、約1:2、約1:3、または端点を含むこれらの値のあらゆる2つの値の間のあらゆる範囲でありうる。好ましい実施形態においては、重量比は、約1:1でありうる。
一定の実施形態においては、第一ポリマー電界紡糸繊維はポリマー電界紡糸繊維の第一層を有してもよく、第二ポリマー電界紡糸繊維はポリマー電界紡糸繊維の第二層を有してもよい。いくらかの実施形態においては、本明細書において開示されるスキャフォールドは、各層が単一材料を有する、あるいは各層が1つよりも多い材料を有する、ポリマー電界紡糸繊維の複数の層を有しうる。いくらかの実施形態においては、第一層は、例えばPGA電界紡糸繊維を有する層であってもよく、第二層は、例えばPLCL電界紡糸繊維を有する層であってもよい。スキャフォールドは、約1層、約2層、約3層、約4層、約4層、及び以下同様を含む、あらゆる数の層を有しうる。
いくらかの実施形態においては、スキャフォールドは、少なくとも1つの生物学的細胞をさらに有しうる。いくらかの例においては、その生物学的細胞は、分化細胞、多分化能性幹細胞、多能性幹細胞、全能性幹細胞、自家細胞、同系細胞、同種異系細胞、骨髄幹細胞、臍帯血幹細胞、間葉細胞、胚性幹細胞、人工多能性幹細胞、上皮細胞、内皮細胞、造血細胞、免疫学的細胞、及びこれらのあらゆる組合せでありうる。
上で開示されたように、いくらかの実施形態においては、スキャフォールドは、細胞浸潤速度に実質的に相当する第一分解速度を有する第一材料を有する第一ポリマー電界紡糸繊維と、第一分解速度よりも遅い第二分解速度を有する第二材料を有する第二ポリマー電界紡糸繊維とを有しうる。他の実施形態においては、スキャフォールドは、細胞浸潤速度に実質的に相当する第一分解速度を有する第一材料を有する第一ポリマー電界紡糸繊維と、第一分解速度よりも速い第二分解速度を有する第二材料を有する第二ポリマー電界紡糸繊維とを有しうる。
本開示は、本明細書において開示されるスキャフォールドと、シール可能パウチとを有するキットを、さらに思索する。いくらかのそのような実施形態においては、そのシール可能パウチは、一つまたはそれより多い乾燥剤成分と、ホイル成分と、例えば市販のTYVEKなどの少なくとも一つのフラッシュ紡糸高密度ポリエチレン繊維とを有する。とくに将来での使用のために棚上または移動ケアユニット中などにスキャフォールドがおそらく貯蔵されるであろう場合には、スキャフォールドを保存するためにこれらの要素のあらゆる組合せが使用されうる。いくらかの実施形態においては、キット内のスキャフォールドは、約2年にわたり環境条件中で安定でありうる。
本明細書において開示されるスキャフォールドを製造する方法は、第一ポリマー注入システムからマンドレル上へ第一ポリマー溶液を排出させることにより、第一分解速度を有する第一ポリマーを電界紡糸する工程と、第二ポリマー注入システムからそのマンドレル上へ第二ポリマー溶液を排出させることにより、第一分解速度とは異なる第二分解速度を有する第二ポリマーを電界紡糸する工程とを有しうる。いくらかの実施形態においては、 時に「共紡糸」と呼ばれるプロセスにおいて、その方法の二つの電界紡糸する工程は同時に実施されうる。
上で開示されたように、創傷治癒を改善する方法は、第一分解速度を有する第一材料を有する第一ポリマー電界紡糸繊維と、第一分解速度とは異なる第二分解速度を有する第二材料を有する第二ポリマー電界紡糸繊維とを有するスキャフォールドを、創傷の部分に適用する工程を有しうる。いくらかの場合においては、創傷の部分は、創傷全体を有しうる。いくらかの実施形態においては、創傷治癒を改善する方法は、分化細胞、多分化能性幹細胞、多能性幹細胞、全能性幹細胞、自家細胞、同系細胞、同種異系細胞、骨髄幹細胞、臍帯血幹細胞、間葉細胞、胚性幹細胞、人工多能性幹細胞、上皮細胞、内皮細胞、造血細胞、免疫学的細胞、及びこれらのあらゆる組合せからなる群から選択される少なくとも1つの生物学的細胞で、スキャフォールドに前播種する工程をさらに有しうる。いくらかの実施形態においては、創傷治癒を改善する方法は、スキャフォールドを処理に浸漬させる工程をさらに有しうる。その処理は、例えば、血小板濃縮血漿、骨髄、間質血管細胞群、及びこれらのあらゆる組合せ、または当技術分野において既知であるあらゆるそれらの同等物を有しうる。いくらかの実施形態においては、創傷治癒を改善する方法は、創傷の部分にスキャフォールドを縫合する工程をさらに有しうる。他の実施形態においては、創傷治癒を改善する方法は、スキャフォールドが適用された後に創傷の部分を包帯する工程をさらに有しうる。
多成分系血管移植片
本明細書において使用される用語「コンプライアンス」は、適用された力にかけられた際の材料の変形の程度を指す。一実施形態においては、「コンプライアンス」は、張力対材料のストレスの比として計算されうる。いくらかの実施形態においては、「コンプライアンス」は、材料のYoung弾性率の逆数とみなされうる。
本明細書において使用される用語「破裂圧力」は、チューブまたは円筒形などの閉鎖形状内の、その閉鎖形状を有する材料を破裂または断裂させるのに十分である、内圧を指す。いくらかの実施形態においては、「破裂圧力」は、その閉鎖形状を有する材料の引張強度と同じでありうる。
いくらかの実施形態においては、本明細書において開示されるスキャフォールドは、血管または血管移植片の形状を有しうる。そのような実施形態においては、血管移植片は、コンプライアンス、破裂圧力、及び縫合保持強度を有しうる。
いくらかの実施形態においては、スキャフォールドのコンプライアンスは、mmHgあたり約2%からmmHgあたり約14%でありうる。スキャフォールドのコンプライアンスは、例えば、mmHgあたり約2%、mmHgあたり約3%、mmHgあたり約4%、mmHgあたり約5%、mmHgあたり約6%、mmHgあたり約7%、mmHgあたり約8%、mmHgあたり約9%、mmHgあたり約10%、mmHgあたり約11%、mmHgあたり約12%、mmHgあたり約13%、mmHgあたり約14%、または端点を含むこれらの値のあらゆる2つの値の間のあらゆる範囲でありうる。いくらかの実施形態においては、スキャフォールドのコンプライアンスは、至る所において変動しうる。他の実施形態においては、スキャフォールドのコンプライアンスは、至る所において均一でありうる。いくらかの実施形態においては、第一端と第二端とを有する血管移植片へと形成されるスキャフォールドのコンプライアンスは、第一端と第二端との間で変動しうる。
いくらかの実施形態においては、スキャフォールドの破裂圧力は、約0.01MPaから約10MPaでありうる。その破裂圧力は、例えば、約0.01MPa、約0.05MPa、約0.1MPa、約0.15MPa、約0.2MPa、約0.25MPa、約0.3MPa、約0.35MPa、約0.4MPa、約0.45MPa、約0.5MPa、約0.55MPa、約0.6MPa、約0.65MPa、約0.7MPa、約0.75MPa、約0.8MPa、約0.85MPa、約0.9MPa、約0.95MPa、約1MPa、約1.5MPa、約2MPa、約2.5MPa、約3MPa、約3.5MPa、約4MPa、約4.5MPa、約5MPa、約5.5MPa、約6MPa、約6.5MPa、約7MPa、約7.5MPa、約8MPa、約8.5MPa、約9MPa、 約9.5MPa、約10MPa、または端点を含むこれらの値のあらゆる2つの値の間のあらゆる範囲でありうる。
いくらかの実施形態においては、スキャフォールドの縫合保持強度は、約100gから約3500gでありうる。その縫合保持強度は、例えば、約100g、約150g、約200g、約250g、約300g、約350g、約400g、約450g、約500g、約550g、約600g、約650g、約700g、約750g、約800g、約850g、約900g、約950g、約1000g、約1100g、約1200g、約1300g、約1400g、約1500g、約1600g、約1700g、約1800g、約1900g、約2000g、約2100g、約2200g、約2300g、約2400g、約2500g、約2600g、約2700g、約2800g、約2900g、約3000g、約3100g、約3200g、約3300g、約3400g、約3500g、または端点を含むこれらの値のあらゆる2つの値の間のあらゆる範囲でありうる。
いくらかの実施形態においては、血管移植片へと形成されるスキャフォールドの内側または外側のいずれかの直径は、約0.01mmから約30mmの範囲にわたる。血管移植片直径は、例えば、約0.01mm、約0.05mm、約0.1mm、約0.2mm、約0.3mm、約0.4mm、約0.5mm、約0.6mm、約0.7mm、約0.8mm、約0.9mm、約1mm、約2mm、約3mm、約4mm、約5mm、約6mm、約7mm、約8mm、約9mm、約10mm、約11mm、約12mm、約13mm、約14mm、約15mm、約16mm、約17mm、約18mm、約19mm、約20mm、約21mm、約22mm、約23mm、約24mm、約25mm、約26mm、約27mm、約28mm、約29mm、約30mm、または端点を含むこれらの値のあらゆる2つの値の間のあらゆる範囲でありうる。
血管移植片の形状を含むあらゆる形状にある、本明細書において開示される多成分系電界紡糸繊維の使用は、図6A-6Fに示されるように、3つの主要な特質、1)分解特性を正確に制御すること、2)細胞浸潤を促進すべく時間の関数としてスキャフォールド空隙率を増加させること、及び3)完全に機能的な器官への新たな細胞外マトリックスの成熟及び組織化を促進すべく生化学的積載物を新生血管に移動させることを達成しうる。重量比1:1でPGA及びPLCLを有するスキャフォールドにおいては、例えば、PGA繊維はin vivoで約第一週のうちに分解することになり、これは、血管移植片に初期機械的強度を提供しつつ、浸潤細胞が移入するための追加の空隙を提供する。PLCLは、およそ12週間にわたりin vivoで残留することになり、これは新たに堆積した細胞外マトリックス上への生化学的力を徐々に移行させることで、細胞外マトリックスの成熟及び組織化を引き起こすことを許容する。移植片がPGA繊維のみからなる場合、動脈瘤が迅速に発達するであろう。また、血管は一週間以内に断裂するであろう。移植片全体がPLCLのみからなる場合は、細胞がスキャフォールドに完全に浸潤することを許容する十分な空隙は存在しないであろう。このことは、慢性炎症反応、不十分なリモデリング、及び狭窄を引き起こすであろう。多成分系スキャフォールドは、血管移植片の成功を増強しうる。
[実施例1]
実施例1:スキャフォールドを製造する方法
共紡糸PLCL+PGAを作成するため、10wt%PGAがヘキサフルオロイソプロパノール(HFIP)中に溶解されて第一溶液を形成し、また5wt%PLCLがHFIP中に溶解されて第二溶液を形成した。各溶液はマグネチック攪拌子により少なくとも3時間にわたり室温にて攪拌された。およそ繊維の50%が純粋PGAで繊維の50%が純粋PLCLとなるように、PGA溶液は、第一シリンジ中に配置され約2.5mL/hrの流速にてディスペンされ、またPLCL溶液は、第二シリンジ中に配置され約5mL/hrの流速にてディスペンされた。両溶液は、針先端から20cmに配置させられ30RPMにて回転させられたマンドレル上に、同時に電界紡績(共紡績)された。+25kVの電荷がシリンジ先端に適用され、望ましい壁厚が達成されるまで、電界紡績された繊維がマンドレル上に堆積された。電界紡糸されたスキャフォールドはそれからマンドレルから除去され、最後に滅菌されて移植のために備えられた。この製造プロセスは、移植片のあらゆる直径及び長さに合わせて容易に調節されてもよく、またより大きい生産量にも適していうる。
[実施例2]
実施例2:ブタモデル
創傷を作成するため、3cmx3cmの全厚の皮膚パッチがYorkshireブタの背中から切除された。PGA及びPLCLを重量比1:1で有するスキャフォールド(n=4)が、創傷端に一致するようにトリミングされ、創傷床中に配置された(各創傷床中に一つのスキャフォールド)。比較のため、対照創傷が、スキャフォールド処置なしで作成された。創傷個所は、創傷を湿ったままに保持するため透明の粘着性創傷包帯で覆われ、それから綿ガーゼ及び保護ラップで包まれた。粘着性創傷包帯及び保護ラップは、創傷をイメージングするために7日毎に除去され、それから新たな包帯で置換された。ブタは28日後に安楽死させられ、試料が組織学のために調製された。組織学的性状はグレード化及びスコア化され、創傷閉鎖パーセントが各タイムポイントにおいて測定された。図2A-Fは、スキャフォールドなしでの対照創傷の治癒を例証する。図2Aは、第0日における創傷を例証する。図2Bは、第7日における同創傷を例証し、33%の創傷閉鎖を有する。図2Cは、第14日における同創傷を例証し、78%の創傷閉鎖を有する。図2Dは、第21日における同創傷を例証し、97%の創傷閉鎖を有する。図2Eは、第28日における同じ創傷を例証し、100%の創傷閉鎖を有する。図2Fは、第28における創傷の組織学を示す。組織学は、創傷のおよそ2/3のギャップを有する不完全な表皮層を示した。創傷を覆うかさぶたは豊富な好中球を有し、創傷下の繊維組織は隣接する繊維層の約2倍の厚さであった。軽度から中程度の広汎性皮下リンパ球浸潤が存在した。図3A-Fは、スキャフォールド処理された創傷の治癒を例証する。図3Aは、第0日における、創傷を例証する。図3Bは、第7日における、同スキャフォールドを伴う同創傷を例証し、28%の創傷閉鎖を有する。図3Cは、第14日における、同スキャフォールドを伴う同創傷を例証し、96%の創傷閉鎖を有する。図3Dは、第21日における、同スキャフォールドを伴う同創傷を例証し、100%の創傷閉鎖を有する。図3Eは、第28日における、同スキャフォールドを伴う同創傷を例証し、100%の創傷閉鎖を有する。図3Fは、第28におけるスキャフォールドを伴う創傷の組織学を示す。組織学は、正常な厚さ及びケラチン産生を伴う、創傷部位を覆う完全な表皮層を示した。創傷下の繊維組織は隣接する繊維層の約2倍の厚さであった。軽度から中程度の広汎性皮下リンパ球浸潤が存在した。スキャフォールド処理された創傷は、完全または実質的に完全な創傷閉鎖を、対照創傷より約1週間前に達成した。
[実施例3]
実施例3:外傷ウマ損傷における現場での使用
本明細書において開示のスキャフォールドは、イヌ、ネコ、ウマ、及び爬虫類を含む飼育種にわたる様々な適用において、獣医師により成功を伴って使用された。図4A-4F、及び図5A-5Fは、外傷損傷を有する2匹のウマの、スキャフォールドにより増強された治癒を例証する。いずれの場合においても、PGA及びPLCLを重量比1:1で有するスキャフォールドが、処理中への追加の浸漬または細胞の播種なしで使用された。
図4A-4Fは、高抗張力線により引き起こされた重症な下肢損傷を有するウマの治癒経過を例証する。図4Aは、繋及び砲骨上の初期の高抗張力線創傷を例証する。図4Bは、本開示に従いスキャフォールドを適用した5週間後の、完全に治癒した両創傷を例証する。図4Cは、損傷時の繋への血管損傷を例証する。図4Dは、本開示に従いスキャフォールドで覆われた、繋への同血管損傷を例証する。図4Eは、本開示に従う繋創傷を覆うスキャフォールド上のパラフィンガーゼ包帯を例証する。図4Fは、スキャフォールドが適用されて4週間後の、繋創傷治癒を例証する。
図5A-5Eは、ヘイレーキに衝突することにより引き起こされた、大きな肩及び胴の裂傷を有するウマの治癒過程を例証する。図5Aは、損傷時における裂傷を例証する。図5Bは、損傷時における裂傷を例証し、本開示に従い創傷に適用されたスキャフォールドを伴う。図5Cは、4週間の治癒の後の創傷を例証し、肉芽組織の再成長の証拠を伴う。図5Dは、2ヶ月(8週間)の治癒の後の創傷を例証し、上皮形成及び毛の再成長の証拠を伴う。図5Eは、5ヶ月(20週間)の治癒の後の創傷を例証し、さらなる上皮形成及び毛の再成長を伴う。
[実施例4]
実施例4:比較に基づく血管移植片の機械的試験
市販の血管移植片は、ヒト頸動脈のコンプライアンスに一致するコンプライアンスを示していない。図10に示されるように、天然のヒト頸動脈の平均コンプアライアンス(5.4%/mmHg)は、最も迎合的な市販の血管移植片のコンプライアンス(ウマヘテロ移植片2.6%/mmHg)のおよそ2倍大きい。同様に、ヒト冠状動脈の平均コンプアライアンス(3.8%/mmHg)は、最も迎合的な市販の移植片のコンプライアンスのおよそ1.5倍である。このコンプライアンス不一致は、そのような移植片の粗末な臨床成績における主な寄与因子でありうる。図10に示されるように、本開示に従う血管移植片は約3.2%/mmHgのコンプライアンスを有し、これはヒト冠状動脈を非常によく擬態する。
本開示に従う血管移植片の破裂圧力は、図11に示されるように、天然のヒト伏在静脈及び頸動脈において見られる破裂圧力よりも十分に高い。このことは、最小限の破裂圧力が達成される限り、移植片コンプライアンスを適合させるために壁面厚を調節することが可能でありうる(つまり、より薄い壁面はより高いコンプライアンスを有する)ことを示唆する。これに対し、組織工学操作移植片、及びePTFE移植片は、天然の静脈及び動脈の破裂圧力にかろうじて達する。
図12において示されるように、本開示に従う血管移植片は、潜在的な血管補綴に推奨される、2Nまたは204g標準最小縫合保持強度を超えた。縫合がin vivoでの吻合の間に縫合が血管移植片にわたり裂けると、手術の持続時間及び患者に対する合併症のリスクが増大しうるため、縫合保持強度は重要な特質である。
[実施例5]
実施例5:ヒツジモデルにおける血管移植片
七匹の若年ヒツジが、本開示に従って作製された血管移植片を用いて、下大静脈(IVC)及び頸動脈移植手順を受けた。外科的移植の後、動物は、14日かけて回復させられ、6ヶ月にわたり追跡された。移植片のin vivo開通性が、移植後3ヶ月及び6ヶ月において評価された。各追跡評価において、血管移植片の統合性を評価するため、動物は静脈血採取、獣医学的検査、及びイメージングを受けた。移植片のin vivoでの内腔及び長さ方向の成長を評価するため、麻酔下の動物を用いて、心エコーと蛍光透視との両方の血管造影が実施された。手術から3ヶ月後に一匹の動物が死亡し、IVC及び頸動脈の両者において閉塞を示した。残りの動物は6ヶ月後に安楽死させられ、全体的な病理学的評価及び組織採取を受けた。下大静脈及び頸動脈の移植を受けた領域は、組織内殖、繊維形成の形跡、及び凝血について視覚的に評価された。採取された組織は、それから組織学のために保存された。詳細な組織学的評価は、図7A-F、及び図8A-Fにおいて示されるように実施された。図9A及び9Bは、天然のIVC及び本研究の終局における移植血管の、類似するエラスチン及びコラーゲン含量をそれぞれ例証する。
[実施例6]
実施例6:外傷性カメ甲損傷における現場での使用
成体Gopherガメが、車に衝突された後にAnimal Veterinary Hospital of Orlandoに現れた。事故の間に甲の背面が外傷的に除去され、損傷の最も深い部分は側膜の表面まで及んでいた。カメは甲修復処理及びリハビリテーションのために病院に入院した。創傷はきれいにされて清拭された。PGA及びPLCLを重量比1:1で有するスキャフォールドが、2週間にわたり患部に適用された。2週間後、パッチは除去され、顕著な甲の再成長が観察された。パッチの非患部縁がトリミングされ、そのセクションがさらに2週間にわたり損傷領域に再適用された。処理獣医師Bruce Bogoslavsky,DVMは、「爬虫類を扱う私の27年の獣医学診療において、損傷を受けた甲のこのような迅速な再成長は見たことがなく、この結果は[スキャフォールド]の使用に起因するとしか考えられない」と述べた。
本開示はその代表的な実施形態の記述により例証され、またその実施形態は一定の詳細を伴って開示されてきたが、添付の特許請求の範囲の範囲をそのような詳細に制限する、あるいはいかように制限することも、出願人の意図ではない。当業者には、追加の利点及び修正が容易に露になるであろう。従って、開示はそのより広い態様において、いかなる示され開示される特定の詳細、代表的装置及び方法、並びに/または例証的実施例にも制限されない。従って、出願人の一般的な発明的構想の真髄または範囲から逸脱することなく、そのような詳細からは逸脱がなされうる。

Claims (11)

  1. スキャフォールドであって、
    約0.5μm~約5μmの直径を有し、約37℃でリン酸緩衝生理食塩水(PBS)中で第一の期間内で完全に分解するように構成される、第一材料を有する第一ポリマー電界紡糸繊維と、
    約0.5μm~約5μmの直径を有し、約37℃でリン酸緩衝生理食塩水(PBS)中で第二の期間内で完全に分解するように構成される、第二材料を有する第二ポリマー電界紡糸繊維とを有し、
    前記第一の期間は約1週間であり、および前記第二の期間は約24週間であり、および
    前記第一材料は、ポリグリコライドであり、および前記第二材料は、ポリ(ラクチド-co-カプロラクトン)であり、
    ここで、前記ポリマー電界紡糸繊維の分解速度は、繊維の引張強度(UTS)の損失によって定義され、「完全に分解」とは100%のUTS損失を意味する、スキャフォールド。
  2. 請求項1記載のスキャフォールドであって、さらに、分化細胞、多分化能性幹細胞、多能性幹細胞、全能性幹細胞、自家細胞、同系細胞、同種異系細胞、骨髄幹細胞、臍帯血幹細胞、間葉細胞、胚性幹細胞、人工多能性幹細胞、上皮細胞、内皮細胞、造血細胞、免疫学的細胞、およびこれらのあらゆる組合せからなる群から選択される少なくとも1つの生物学的細胞を有する、スキャフォールド。
  3. 請求項1または2記載のスキャフォールドにおいて、前記第一ポリマー電界紡糸繊維および前記第二ポリマー電界紡繊維は、1:1、2:1、3:1、1:2、および1:3からなる群から選択される重量比で存在する、スキャフォールド。
  4. 請求項記載のスキャフォールドにおいて、前記スキャフォールドは第一端および第二端を有し、前記コンプライアンスは前記第一端から前記第二端にかけて変化する、スキャフォールド。
  5. キットであって、
    約0.5μm~約5μmの直径を有し、約37℃でリン酸緩衝生理食塩水(PBS)中で第一の期間内で完全に分解するように構成される、第一材料を有する第一ポリマー電界紡糸繊維と、
    約0.5μm~約5μmの直径を有し、約37℃でリン酸緩衝生理食塩水(PBS)中で第二の期間内で完全に分解するように構成される、第二材料を有する第二ポリマー電界紡糸繊維を有するスキャフォールドであって、
    前記第一材料は、ポリグリコライドであり、および前記第二材料は、ポリ(ラクチド-co-カプロラクトン)であり、
    前記第一の期間は約1週間であり、および前記第二の期間は約24週間である、スキャフォールドと、
    少なくとも1つのフラッシュ紡糸高密度ポリエチレン繊維、ホイル成分、および乾燥剤成分を有するシール可能パウチと、を有
    ここで、前記ポリマー電界紡糸繊維の分解速度は、繊維の引張強度(UTS)の損失によって定義され、「完全に分解」とは100%のUTS損失を意味する、キット。
  6. 請求項記載のキットにおいて、前記スキャフォールドが環境条件中で約2年にわたり安定である、キット。
  7. スキャフォールドを製造する方法であって、前記方法は、
    第一ポリマー注入システムからマンドレル上へ第一ポリマー溶液を排出させることにより、約0.5μm~約5μmの直径を有する第一ポリマー繊維を電界紡糸する工程と、
    第二ポリマー注入システムから前記マンドレル上へ第二ポリマー溶液を排出させることにより、約0.5μm~約5μmの直径を有する第二ポリマー繊維を電界紡糸する工程とを有し、
    前記第一ポリマー繊維は、約37℃でリン酸緩衝生理食塩水(PBS)中で第一の期間内で完全に分解するように構成され、および前記第二ポリマー繊維は約37℃でリン酸緩衝生理食塩水(PBS)中で第二の期間内で完全に分解するように構成され、
    前記第一の期間は約1週間であり、および前記第二の期間は約24週間であり、
    前記第一ポリマー溶液は、ポリグリコライドであり、および前記第二ポリマー溶液は、ポリ(ラクチド-co-カプロラクトン)であ
    ここで、前記ポリマー電界紡糸繊維の分解速度は、繊維の引張強度(UTS)の損失によって定義され、「完全に分解」とは100%のUTS損失を意味する、方法。
  8. 請求項記載の方法において、前記第一ポリマー繊維を電界紡糸する工程および前記第二ポリマー繊維を電界紡糸する工程が同時に実施される、方法。
  9. 創傷治癒を改善するためのスキャフォールドであって、
    約0.5μm~約5μmの直径を有し、約37℃でリン酸緩衝生理食塩水(PBS)中で第一の期間内で完全に分解するように構成される、第一材料を有する第一ポリマー電界紡糸繊維と、
    約0.5μm~約5μmの直径を有し、約37℃でリン酸緩衝生理食塩水(PBS)中で第二の期間内で完全に分解するように構成される、第二材料を有する第二ポリマー電界紡糸繊維とを有し、
    前記第一の期間は約1週間であり、および前記第二の期間は約24週間であり、
    前記第一材料は、ポリグリコライドであり、および前記第二材料は、ポリ(ラクチド-co-カプロラクトン)であり、および
    前記スキャフォールドは創傷の部分に適用され、
    ここで、前記ポリマー電界紡糸繊維の分解速度は、繊維の引張強度(UTS)の損失によって定義され、「完全に分解」とは100%のUTS損失を意味する、スキャフォールド。
  10. 請求項記載のスキャフォールドにおいて、前記スキャフォールドは、分化細胞、多分化能性幹細胞、多能性幹細胞、全能性幹細胞、自家細胞、同系細胞、同種異系細胞、骨髄幹細胞、臍帯血幹細胞、間葉細胞、胚性幹細胞、人工多能性幹細胞、上皮細胞、内皮細胞、造血細胞、免疫学的細胞、およびこれらのあらゆる組合せからなる群から選択される少なくとも1つの生物学的細胞で前播種される、スキャフォールド。
  11. 請求項または10記載のスキャフォールドにおいて、前記スキャフォールドは、血小板濃縮血漿、骨髄、間質血管細胞群、およびこれらの組合せからなる群から選択される処理に浸漬される、スキャフォールド。
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