TWI650143B - 牛皮純化膠原蛋白植入物作爲青光眼手術輔助之應用 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種牛皮純化膠原蛋白植入物作為青光眼手術輔助之應用，特徵在於所述之牛皮純化膠原蛋白植入物係由經乾燥脫水之牛皮純化膠原蛋白(例如牛皮純化100%純第I型去端肽膠原蛋白(100% pure Type I Atelocollagen))組成，且具有20-200微米3D孔洞。

Description

牛皮純化膠原蛋白植入物作為青光眼手術輔助之應用

本發明係關於一種牛皮純化膠原蛋白植入物作為青光眼手術輔助之應用。更特別地，本發明係關於一種經乾燥脫水之牛皮純化膠原蛋白植入物用於輔助青光眼小樑切除手術(Trabeculectomy)傷口復原的應用。

青光眼是導致失明的最主要原因之一。全世界有超過6600萬的青光眼患者，其佔有人口比率的1.0~1.2%左右，全世界每年約有十分之一的青光眼患者需要進行顯微手術，因此預估每年將有六百六十萬人，超過1000萬次的青光眼手術需求。據研究顯示，估計到2020及2040年分別會有7600萬及1.1億的青光眼患者(Y.C.Tham等人，Ophthalmology 121：2081-2090,2014)。2013年統計，在亞洲的盛行率約為3.54%(95%credible interval(CrI)1.83 to 6.28)，當中原發隅角開放性青光眼POAG(2.34%,95%CrI 0.96 to 4.55)遠高於原發隅角閉鎖性青光眼PACG(0.73%,95%CrI 0.18 to 1.96)(E.W.Chan等人，Br J Ophthalmol,2016)。

正常情形下房水(aqueous humor)自睫狀體(ciliary body)生成後經小樑網(trabecular meshwork)，流到薛氐管(canal of Schlemm)然後流到血液中回收。青光眼患者是指此一流通管道受阻，造成眼球內壓力(Intra-ocular Pressure,IOP)異常增加(一般人正常眼壓在10-21mmHg，青光眼患者IOP>21mmHg)，此高眼壓會壓迫視網膜及視神經，亦可能造成局部血管塌陷，影響眼球正常的 血液供應，造成視神經萎縮及視野缺損，臨床上稱為青光眼。青光眼的治療首要目的在於降低升高的眼球內壓力，防止視神經及視野進一步惡化，以保護視網膜，視神經及其它組織。青光眼可依照前房隅角的情況分為隅角開放性青光眼(Open-angle glaucoma)及隅角閉鎖性青光眼(Angle-closure glaucoma)，除此以外，還有先天性青光眼及續發性青光眼。當藥物無法控制眼壓導致常常疼痛會演變為難治型青光眼。

對於使用降眼壓藥物仍無法控制病情的患者，目前治療上多採用小樑切除術聯合抗代謝藥物(Trabeculectomy combined with antimetabolites)或植入引流裝置(Drainage device implant therapy)治療，然而其成功率仍然不高且可能有併發症。

由於傳統青光眼手術(青光眼濾過性手術或小樑切除術)，對於新生血管性青光眼、青少年青光眼、非首次青光眼手術患者、及外傷性青光眼患者，手術的成功率不超過50%。而手術失敗最主要的原因在於結膜下手術傷口的結疤，導致人造的房水流通通道受到阻塞，眼壓再度升高。目前治療上多採用小樑切除術聯合抗代謝藥物(Trabeculectomy combined with antimetabolites)或植入引流裝置(drainage device implant therapy)治療難治性青光眼取得較好的效果。但由於引流裝置昂貴，同時兩者都發生一些較嚴重的併發症。在小樑切除術或濾過性手術時常會使用antimetabolites(如Mitomycin-C(MMC)或抗癌藥物5-Fluorouracil(5-FU)，後者目前並未經衛生福利部核准於青光眼手術適應症)來抑制結疤的形成。雖然MMC作為青光眼手術後並用治療為現在國內標準治療，但是根據國內回溯性研究顯示[10]，MMC治療原發性(primary)青光眼兩年完全成功率(≦21mmHg)為60.6%，而在治療繼發性青光眼兩年完全成功率(≦21mmHg)則僅達41.9%；然而，於 青光眼小樑切除手術後並用MMC的治療的併發症發生率卻是58.5%。而且，antimetabolites(如MMC)可能引發許多的副作用(包括低眼壓，淺前房，結膜變薄，眼內炎等等)。

另外，房水引流管是植入一個不會被分解的引流管使得房水的流動通道能夠建立。但是，這個不會被分解的植入物是個異物，手術的失敗率很高常常伴隨著通道被阻塞、眼球感染、引流管移位、眼球移動障礙等副作用。

可吸收性膠原蛋白作為青光眼手術輔助是目前最有潛力的技術。截至目前為止此類可吸收性膠原蛋白作為青光眼手術輔助的臨床研究，皆顯示此技術是一個極安全的技術，而在有效性上並不比目前的青光眼手術加上MMC藥物輔助差，且不會增加青光眼手術併發症的機率。膠原蛋白為動物體內含量最高的蛋白質，廣泛存在動物體的結締組織間造成穩固的支架作用。從豬或牛動物來源，經過去除引起免疫反應的端肽，並純化的膠原蛋白在體內可以被完全分解。

膠原蛋白常被用來誘導組織增生及防止傷口結疤的材料。目前已知的膠原蛋白超過20型，而第一型膠原蛋白以廣泛應用在醫療器材作為組織的引導、再生或阻隔避免感染，例如“NanoSigma”Resorbable Collagen Membrane(衛署醫器製字第002868號)、"Sunmax" Collagen Dental Membrane(衛署醫器製字第002868號)及“Horien”Collagen Dental Matrix(衛署醫器製字第003459號)皆為國內自製產品。目前於先前技術文獻中所述及之眼科用植入膠原蛋白，多為Aeon Astron Corporation的Ologen^TM(之前稱作OculusGen^TM)或是Life Spring BioTech Co.的iGen^TM，兩者屬同一技術來源，植入物為豬來源的膠原蛋白，組成為具有10-300微米3D孔洞的1%膠原蛋白/C-6-S共聚物(>90%冷凍乾燥豬源性 膠原蛋白與<10%之冷凍乾燥糖胺聚醣(glycosaminoglycan))(W.C.Hsu,J.Y.等人，Google Patents,2006；美國專利USP 7,544,368)。

本發明遂嘗試將一種具有三維多孔結構的可吸收性脫水牛皮純化膠原蛋白基質，應用於輔助青光眼小樑切除手術(Trabeculectomy)，希望藉由該膠原蛋白植入物的多孔性結構，可於青光眼小樑切除手術傷口提供一個良好的再生環境，讓組織細胞的增生隨機的分佈而不產生結膜下結疤，並且經由其吸水特性以輔助小樑切除術降低眼壓，增加手術成功率，及進而取代MMC等抑制結疤藥物的使用，避免產生因為使用該等藥物所導致的不良副作用。

基於以上之目的發現，本發明之可吸收性牛皮純化膠原蛋白植入物在置入後，除了維持一個結膜下的空間外，基質內的孔會吸收房水，預防低眼壓。飽和的基質同時形成一個壓力作用在鞏膜瓣下，而在結膜開/合的情況下，此壓力的作用得以控制房水的進出，如此可以調節初期未癒合傷口下的眼內壓力。

於是，本發明之一方面係關於，一種由牛皮純化膠原蛋白，較佳為100%純第I型去端肽膠原蛋白(100%pure Type I Atelocollagen)，所組成之膠原蛋白植入物作為青光眼手術輔助復原物之應用，其中所述之乾燥脫水牛皮純化膠原蛋白植入物具有20-200微米之三維立體孔洞。

於本發明之一些具體實施態樣，所述之青光眼手術為青光眼小樑切除手術(Trabeculectomy)。於本發明之一項具體實施態樣，所述之膠原蛋白植入物用於輔助青光眼小樑切除手術(Trabeculectomy)的傷口復原。

於本發明之一些具體實施態樣，所述之牛皮純化膠 原蛋白植入物係由經乾燥脫水之100%牛皮純化膠原蛋白所組成。於本發明之其他具體實施態樣，所述之膠原蛋白植入物係由脫水100%純第一型去端肽膠原蛋白所組成。

於本發明之一些具體實施態樣，所述之膠原蛋白植入物係生物可吸收性。於本發明之其他具體實施態樣，所述之膠原蛋白植入物係用於在青光眼小樑切除術進行結膜縫合前植入鞏膜瓣上的結膜下空間。於本發明之一些具體實施態樣，所述之膠原蛋白植入物係用於提供組織細胞的增生環境。

圖一為本發明之可吸收性牛皮純化膠原蛋白植入物外觀的掃描式電子顯微鏡放大圖。左圖為植入物之側面觀察圖，右圖為植入物之正面觀察圖。

圖二係植入28天後取下圍繞測試物與對照物之肌肉組織，進行固定製備得的組織病理切片觀察圖。圖A為試驗組膠原蛋白植入物之組織病理切片觀察(動物ID：1左臀肌)，箭頭指示為植入位置(20x,H&E stain)。圖B為對照組植入物之組織病理切片觀察(動物ID：1右臀肌)，箭頭指示為植入位置(20x,H&E stain)。

圖三為兔子於術後3、7、14、21、28天的眼壓變化百分比(IOP change%)。

圖四係膠原蛋白植入物植入21天後實驗組切片染色圖(H&E stain)。植入物明顯變薄，周圍被新生組織包覆且孔洞內已有組織長入。圖中所示圈內可發現生長進入之組織。

圖五係膠原蛋白植入物植入21天後的組織切片染色圖(Masson's trichrome染色)。箭頭所指為新生之血管。

圖六為實驗組植入膠原蛋白植入物28天後的組織切片染色圖 (H&E染色)。

圖七係對照組植入14天後之組織切片染色圖(H&E染色)。箭頭所指為結膜下方結痂及鞏膜傷口的癒合。

本發明之其他特色及優點將於下列實施範例中被進一步舉例與說明，而該實施範例僅作為輔助說明，並非用於限制本發明之範圍。

在以下各實施例中，本發明的吸收性膠原蛋白植入物係由臺灣台中工業區的”台科生物科技有限公司”出產的100%純牛皮純化膠原蛋白所組成，產品型號為Fully Aid Collagen Wound Dressing LOT：Fa。

實施例1.膠原蛋白植入物輔助小樑切除術之操作例

於本發明所例舉使用之膠原蛋白植入物，係完全由經乾燥脫水之牛皮純化100%純第一型去端肽膠原蛋白(100%pure Type I Atelocollagen)所組成，具有20~200微米3D孔洞。透過試片外觀放大的掃描式電子顯微鏡觀察結果(圖一)可以發現，在乾燥的膠原蛋白層狀結構中，每一層有許多微米級的孔(直徑約為20~200微米)，而層和層之間約為10~20微米間隔的散亂排列，且有許多不規則的支架橋接形成孔洞。因此，本發明膠原蛋白植入物所具有之立體結構可有利於纖維母細胞的成長，藉此纖維母細胞在傷口形成的初期會在該膠原蛋白植入物的孔徑內成長，如此便可預期形成一個沒有結疤的組織復原。

本發明之膠原蛋白植入物係為輔助小樑切除術設計，其手術進行亦與傳統小樑切除術相同，惟在青光眼小樑切除術進行結膜縫合前，將本發明之膠原蛋白植入物置入鞏膜瓣上的結膜下空間即可。膠原蛋白植入物輔助小樑切除手術的標準操作 流程：進行球後麻醉(retrobulbar anesthesia)。使用碘酒進行消毒感控，放置無菌洞巾。放置眼瞼窺器(eyelid speculum)。使用0-0 silk固定上直肌。使用11號手術刀於在十到十二點鐘區域進行穹窿底結膜翻瓣(Fornix-based conjunctival flap)。使用電灼刀進行鞏膜止血(Scleral hemostasis)。使用11號手術刀於在十到十二點鐘區域進行輪部底鞏膜翻瓣(Limbal-based scleral flap)。使用11號手術刀在鞏膜翻瓣下進行部分厚度鞏膜切除術(Partial thickness sclerectomy)。以25號針在兩點鐘方向(at 2 o’clock as a side pore)進行前房穿孔。在鞏膜切除位置進行穿孔到前房。輪底翻瓣後方(post.Lip of limbal wound)進行小樑切除術(Trabeculectomy)。測試過濾(filtration)功能及傷口滲漏。小樑切除位置旁進行手術周邊虹膜切除術。在小樑切除手術進行結膜縫合前，研究人員(或助手)將本發明之膠原蛋白植入物的鋁箔包裝以無菌操作方式打開，醫師使用夾子將膠原蛋白植入物取出，置入鞏膜瓣上的結膜下空間，接著以10-0尼龍縫線進行結膜縫合。施予含有類固醇及抗生素之藥物(例如Vigamox、Tobradex)。最後加上紗布加壓。手術後，病患須於約定的時間定期回診，同時醫師通常會給予青光眼手術，術後含抗生素及類固醇用藥的眼藥水或眼藥膏。

實施例2.吸收性膠原蛋白植入物之內毒素含量測試

內毒素是由革蘭氏陰性菌所產生的物質，易引發人體的過敏反應與發炎反應。為了避免醫療器材在製造過程可能產生的內毒素對人體造成影響，必須審慎測試並評估其使用上的安全性。此試驗體系為鱟試劑(Limulus amebocyte lysate,LAL)。本實例遂以動力呈色法，測試本發明膠原蛋白植入物的內毒素含量。內毒素測定係根據ISO10993-12、USP<85>與USP<161>規範所敘述的方法與條件進行處理及測試。

取3件試驗物質(膠原蛋白植入物)，每件依據0.2g±10%/mL比例以5.00mL無熱原水於37±1℃萃取1小時，混合後之萃取液即為測試溶液。試驗物質測試溶液以無熱原水序列稀釋後進行內毒素含量測試。取25μL無熱原水及25μL不同序列稀釋的測試試驗物質溶液於96孔盤中後，再加入50μL LAL試劑溶液。檢量線溶液：取50μL不同濃度檢量線溶液，個別加於96孔盤中，再加入50μL LAL試劑溶液。陰性對照組：取50μL無熱原水加於96孔盤中，再加入50μL LAL試劑溶液。陽性對照組：取25μL添加測試所使用之標準品內毒素溶液及25μL不同序列稀釋的測試樣品溶液於96孔盤中後，再加入50μL LAL試劑溶液。

由表一之結果顯示，本發明之吸收性膠原蛋白植入物的內毒素含量為0.0422 EU/device。檢量線的回歸係數為0.999，顯示本產品製程及包裝滅菌並不會產生殘留毒性。

實施例3. 吸收性膠原蛋白植入物之生物安全性測試

醫療器材組成應考量是否對人體產生不良反應。當醫療器材預期與人體組織有接觸時，應根據接觸方式與時間來謹慎執行相關之生物相容性測試，以避免醫材在製造過程中產生或 汙染到有毒物質而導致可能的生理傷害。本實例係以肌肉植入刺激試驗評估本發明之吸收性膠原蛋白植入物在SD大鼠肌肉植入試驗物28天後的可能反應。

使用USP高密度聚乙烯參考標準物(USP high density polyethylene reference standard)(Lot.No.IOK217)當作對照組使用。測試物(本發明之膠原蛋白植入物)與對照物皆被裁剪成約寬1mm，長10mm大小再植入。對照物手術前以75%酒精消毒。試驗前，先以電剪將大腿與臀部位置的毛剔除，在手術前動物皆以Isofluorane(Medi-Union Co.,Ltd)氣麻麻醉。測試物和對照物分別以無菌手術法植入左臀和右臀肌肉中，植入時應順著肌肉纖維平行置入測試物與對照物。術後傷口分層縫合，每隻動物可得1個測試物植入與1個對照物植入。在本試驗中，10隻動物總共可得10個試驗組和10個對照組。術後，動物在28天內需觀察是否有病變或死亡等不良反應。在試驗結束日(植入28天後)，將動物人道犧牲。取下圍繞測試物與對照物之肌肉組織並進行肉眼巨觀觀察。之後，置於10%中性福馬林中固定至少24小時以準備組織切片。於顯微鏡下做分析並記錄各組得分。紀錄試驗組和對照組得分係依照ISO 10993-6與下列公式計算，若要無刺激反應，則試驗組與對照組之平均得分需相差在2.9以內。

Total scores=(subtotal score of cell type/response)x2+subtotal score of response

結果：在10隻試驗動物中，植入手術皆相當成功(圖1)，在28天的觀察期間並無任何症狀，亦無任何動物死亡。在最後一天之肌肉巨觀觀察結果顯示，在試驗組或是對照組皆無觀察到有明顯的病變或症狀。而且由試驗組病理切片發現，以肉眼已 觀察不到本發明之吸收性膠原蛋白植入物，表示測試物已經全數分解(圖二A)。相較於對照組之組織病理切片觀察結果，對照物植入物仍存在動物的植入部位(圖二B)。

針對個體組織病理評分的結果顯示，試驗組和對照組皆無明顯異常之差別，而計算最終得分差異(evaluation scores)為(17*2+20)/10-(9*2+10)/10=2.6(無刺激性得分：0~2.9)，因此當與對照組比較時，本發明之吸收性膠原蛋白植入物在28天肌肉植入後，對於大鼠肌肉組織並無刺激性與不良反應。

實施例4. 吸收性膠原蛋白植入物用於青光眼小樑切開術之有效性評估

多孔膠原蛋白植入物在體內降解時間受到組織來源、膠原蛋白萃取/純化流程、製程、材料組成等因素影響，而在體內需要傷口癒合後盡速降解，然而體外實驗無法模擬房水流出及體內實際受力下癒合的生理環境。因此動物實驗為臨床試驗執行前確認體內降解時間之重要考量資訊，可以提供未來臨床試驗執行上對病患更加的保障。兔子眼球體積5~6cm³接近人類的6.5cm³，為適合眼球手術最小型哺乳動物。

18隻兔子進籠後由中心人員代養，手術當天陸續以寵物籠移至手術室秤重麻醉後，由彰化秀傳醫院兩位眼科專科醫師同時進行小樑切開術(trabeculotomy)，首先在角膜緣底部的結膜翻瓣後，製作一個3x4mm的方形鞏膜翻瓣。沿著虹膜周邊切開進行1x2mm的鞏膜造口(sclerostomy)，由小樑網以手術剪剪開切入前房。使用10~0尼龍縫合線鬆縫一針關閉鞏膜翻瓣。接著於右眼植入本發明之膠原蛋白植入物，左眼手術後自然癒合為對照組。最後再以10~0尼龍縫合線縫合關閉結膜翻瓣，手術過程約10~15分鐘。術後回到兔籠繼續由中心人員代養，給予抗生素(Neomycin) 及止痛劑(1%Prednisolone acetate)眼藥水每日兩次，持續到術後一周。

本實驗係在手術前及第3、7、14、21、28天，使用儀器(Tono-Pen；Medtronic,FL)測量兔子眼壓。每次量測由同一位人員操作取五點中位數。將每個量測點的眼壓中位數相對於起始平均眼壓的改變率(IOPchange%)作為比較依據。於犧牲日領出兔子於手術室進行過量麻醉劑注射後，利用快速靜脈注射KCl(2mmol/kg)來完成安樂死。在第3、7、14每個時間點犧牲三隻，21、28天各犧牲四隻。犧牲後以手術刀及組織剪裁取手術部分角膜及鞏膜約1x1cm後立即以4%福馬林固定至少一天。經過酒精梯度脫水後以xylene三次滲透試片後以石蠟包埋試片。使用切片機進行5~10μm切片，脫蠟後進行常規H&E及Masson's trichrome stain組織切片染色。經顯微鏡觀察組織癒合情形並透過量測膠原蛋白植入物的厚度改變及殘留情形。

由動物實驗結果發現，小樑切開術配合植入本發明之膠原蛋白植入物，於類似人眼球大小的17隻紐西蘭白兔眼球的結膜和鞏膜之間，並沒有任何造成感染發炎或眼壓過低。比較術後初期眼壓的變化發現，在實驗組(本發明之膠原蛋白植入物)與對照組(trabeculotomy only)的IOP數值都下降。術前所有兔子的雙眼平均眼壓為18.6±4.9mmHg。由結果(圖三)可以發現，兩組眼壓相同且都顯著下降，術後3天實驗組眼壓為14.5±4.7mmHg，對照組眼壓為14.4±4.1mmHg。而實驗組在實驗周期內眼壓穩定略為增加，7、14、21、28天眼壓分別14.3±1.9、13.7±2.1、15.1±1.4、15.5±0.5mmHg。但對照組在第21天眼壓17.3±2.2mmHg已接近起始眼壓平均值，而第28天眼壓23.3±3.3mmHg已高於眼壓平均值。由實驗組與對照組標準差值差異亦發現，植入本發明膠原蛋白植入物之 實驗組的眼壓較為穩定，而對照組相對有較大的標準差。

組織切片結果顯示，淋巴球聚集在實驗組有較多的傾向，但沒有組織壞死(Necrosis)的跡象。實驗組持續有巨噬細胞進行植入物的代謝，並且有部分區域有新生血管長入植入區。由圖四之實驗組切片染色圖可以發現，膠原蛋白植入21天後，生長進入植入物之組織為散亂方向的鬆散結構(參圈圈部份)。於圖五中，箭頭所指為生長進入膠原蛋白植入物之新生血管。術後第28天切片染色結果顯示，大部分實驗組植入28天後外觀無法看出膠原蛋白植入物的確切位置，表示本發明之多孔膠原蛋白植入物幾乎已分解代謝，剩餘部分已被鬆散層狀新生組織取代(圖六)。相較於實驗組，對照組在術後14天於結膜下方形成較緻密的結痂，於鞏膜切口也有癒合的傷口(圖七)。

綜合上述，本發明之吸收性膠原蛋白植入物係由經乾燥脫水之牛皮純膠原蛋白組成，其經由動物生物安全性(bio-safety)及生物相容性(bio-compatibility)測試，顯示已通過ISO 10993有關生物相容性的安全測試，並且不會產生殘留毒性。由動物眼刺激/肌肉植入刺激試驗結果亦證明，本發明之吸收性膠原蛋白植入物不會造成眼球刺激，可藉由其吸水特性而具有降眼壓作用，且在90天肌肉植入後已100%分解，對周遭組織沒有傷害，於動物體內可完全吸收，並可讓組織細胞的增生達隨機的分佈，而不產生結膜下結疤。因此，藉由使用本發明之吸收性膠原蛋白植入物，使病患可以在相同或更佳的降眼壓效果下，減少MMC藥物輔助併發症(>50%)造成的風險及永久性傷害。

Claims (7)

1. 一種由乾燥脫水之100%純的牛皮純化膠原蛋白組成之生物可吸收性膠原蛋白植入物作為青光眼小樑切除手術(Trabeculectomy)手術輔助復原物之用途，其中，該膠原蛋白植入物具有20~200微米之三維立體孔洞。
2. 根據申請專利範圍第1項之用途，其中，該生物可吸收性膠原蛋白植入物係用於輔助青光眼小樑切除手術(Trabeculectomy)的傷口復原。
3. 根據申請專利範圍第1項之用途，其中，該生物可吸收性膠原蛋白植入物係用於吸收房水穩定眼壓。
4. 根據申請專利範圍第1之用途，其中，該牛皮純化膠原蛋白為第I型膠原蛋白(Type I Collagen)。
5. 根據申請專利範圍第1項之用途，其中，該牛皮純化膠原蛋白為100%純的第I型去端肽膠原蛋白(100% pure Type I Atelocollagen)。
6. 根據申請專利範圍第1項之用途，其中，該生物可吸收性膠原蛋白植入物係用於在青光眼小樑切除術進行結膜縫合前植入鞏膜瓣上的結膜下空間。
7. 根據申請專利範圍第1項之用途，其中，該生物可吸收性膠原蛋白植入物之三維立體孔洞係用於提供植入部位組織細胞的增生環境。