具有增大的孔径的支架的制作方法

专利名称：具有增大的孔径的支架的制作方法
、 具有增大的孔径的支架 发明领域
本发明涉及可用作弓l导组织再生將嚙复的医疗器材的支架。
背景技术：
静电纺丝是用于生产具有宽范围的辩tm径和孔径的纤维支架和膜而通常釆 用的聚合物加工狱。这些支架典型腿无纺布形式，其由聚溯纤维随机^f只 至鹏上而产生。在医疗应用中，这M架助长了宿主细胞的内生长，由于生物可 隨聚糊支架,，其依次繊天然细鹏瞎质。
在静电纺丝聚合物辩隹直径和鹏纤维间断Lt间雜一种B^得到完勃正 明的关系。低浓度聚合物溶液导致小纤维和小的单个 L径的形^oland等人 2004)。随着聚微浓度增大，纤维直径和孔径两者增大并胸W鹏变化作出响应。
虽然在静电纺丝支架中细纤维的存在为细胞附连和增殖提供了较大的表面
积，然而不利之处是这些辩佳与小孔径有关，这种小 w树于细鹏fa5i支架
有^(Lannutti等人2006)。
为了将所有^H种细胞行为增加到最大限度，s^想的支架结m有细纤维，
其提供最佳的表面积以皿细胞附连和增殖^lf共最佳的 L径以i^M，行。
为^u此目的，需要断开纤维直径和孔^^间的关系。
已会辣用了各种方法以在标准支架中产生增大的孔径，包括禾,致孔剂的
粒子沥滤、禾,发泡齐啲发泡、利用激光的'鹏、电子^t臓穿孔、以及利用 具有不同化学性能的静电纺丝辦隹。
已知这样的静电纺丝复合材料支架，其中孔隙輔加是由支架mx后原位除 去一种聚合物纤维而造成的，这是由于这种聚，纤维的^^速率比其它聚^i
高的结果(Pham改al., 2006)。虽然&t终产生了比t!A前的支架中孔径更大的孔， 但是该最佳孔几何结构不能在恰好开始l柳该體附寻到，这将随后i魏卿向应 MiS(Lanmitti等人2006)。因此需要一种在，IA时具有最佳结构的支架。 发明
本发明^^:架中的纤维直径和 L径t间的^旨辦被断幵，由此肖辦超糊
胞附连和增51^需的小直径以， ^到支架中所需的大孔径。
因此根据本发明的一个方面，,了一种律iJ3t^^te架的方法， 括以下步骤
(a) 由第一聚她溶液 ^&纤维；
(b) 由第二聚^r溶液M^二组纤维，其中将^M^二组纤维散布掛;f織
一组辩粒间；以及
(c) M^^支架中提TO二组纤维。
第一组纤维是形,终支架的那些纤维。第二组if^隹是"牺牲的"纤维，即 为创^ft佳孔径在丰!A支架之前从i^:架中除去的那些辩隹。
聚糊溶液的浓度被如itb^择以使它们产生辩tm径不同的各纤维组。第二 组纤维的直径大于第一组辨隹的直径，所以在除去第二组纤纟t^后形成的孔大于 在分离中已乡妒生的第一组纤维。
在本发明的一种实施方式中，支架JtS31静电纺丝产生的，其中将至少两种
聚，溶 电纺丝以形^^力纤维支架。
由此在本发明的进一步的实 式中，提供了一种审，电纺丝聚^ts:架
的方法，1 、皿括以下步骤
(a) 由第一^ ^耙方向在静电场内分,一聚^^液，以便形成至少 一条臓第一聚锹溶液的喷繊；
(b) 由第二分IWW耙方向在静电场内分配第il^^)溶液，以便形戯少
—条所職二聚她溶液的喷繊；
(c) 将各个步骤(a)和(b)中产生的至少一条喷射流聚集到革肚以形成聚合物支
架；
(d) M^M支架中提取由第1^t/溶^^成的辦隹。 在本发明的某些实 式中,将第一和第1^^液同时分ie^;MlEJ:,
这导致第一 组和第二组聚糊纤维 ^支架中鉢均匀分布。
在本发明另外的可选择实航式中，将第一和第:i^^l溶液與虫分配，例如脉冲调制，例如，这可导鄉一组和第二组聚^^千维在支架内更局限性的或
集中的分布。
该方法可进一步包括在提取由第二聚^^溶鄉万形成的纤乡t^箭将支架千燥 的步骤，由itt^提取步mt箭将支架内保留的残余翻懂,最少。
在本发明迸一步的实施方式中，支架JiM:热诱导的相分离^(nps)而形成 的。在駄法中，各种参数例如聚溯鄉、聚^#浓度、竊的,(此和淬火 ^S可影响所形成的微子L^:孔结构的鄉。例如，B^将nps用于形離织a:
程支架，其中热鹏引起聚^tl颗粒(例如聚L"乳酸)渐七并形鹏辦肿含有 夹带的颗fM^孔剂(例如NaCl)的遊卖纤乡IS质(Lee, 2004)。 i貌一种相繊 牲相。舰除去该辦目而产生的孔的直径典型地为几百 ，它比实P^B隹的直 径大几倍。育鹏采用TIPS在两相，特别MI^相中产生纤维,，傲刑射L径得 至哽有效的控制并且还育辦产生更小的孔。例如，育辦产生约为20-50miti的孔径 是有利的，因为这更密切撇莫拟了天然细胞环境。
在本发明中釆用的聚鋤可以是天然的、合成的、生物适合的称或生物可降 解的。
术语"天然聚溯"是^^ 的樹可聚溯，例如丝绸、基于胶原的材 料、壳聚糖、透明质酸和藻,。
术语"合成聚^t/"是指自然界中TO^的樹可聚^，即使该聚含吻是由 天^ 的生辦才料制得的。其例:？^括(但不限于)月旨族聚酯、聚(錢酸)、 共聚(鹏旨)、聚烯类、草酸盐、聚酰胺、酪氨斷行生的聚碳酸酯、聚(亚, 碳翻旨)、聚原翻旨、聚fl^酯(polyoxaesters)、聚S5fe^酯、^MS的聚^V酯、 聚(酐)、聚磷腈及其组合。
适用于本发明的合 ^1还可包括基于#^于胶原蛋白、弹性蛋白、 酶、纤连蛋白、淀粉、聚(錢酸)、戮富马酸丙二醇胸、明胶、藻 、果 胶、纤维蛋白、氧化的纤维素、壳素、壳聚糖、弹性蛋白原、透明质酸、聚乙烯、 ,苯二甲酸乙二醇酯、聚(四氟乙烯)、聚碳翻旨、聚丙烯和聚(乙烯醇)、 核糖核酸、脱氧核糖核酸、多肽、蛋白质、多糖、聚蹄舰其组合中的序列的 生物合麟溯。
在本发明的实駄式中，生船麟，可以是天然聚糊的官能化的或修 饰的变型，例如羧甲基纤维素。术语"生物适合的聚溯"是指当与生物体的细胞、组织减#^ 时不诱
导副作用例如免i!S^禾n/鄉^^的樹可聚^10
术语"生物可,的聚糊"是指在生理环境中肯嫩被,，例如被蛋白酶 ,的任何聚，。生物可,的聚，的例，括胶原蛋白、纤维蛋白、透明
质酸、聚乳^(PLA)、聚乙@^ (PGA)、聚己酸内酉KPCL)、聚:if^f己D(PDO)、 碳^H3E甲基酉gCTMC)、聚乙二SI^EG)、藻,、壳聚糖^^混^t/。
在本发明的一种实驗式中，第一聚^T溶液包括至4一种生鹏合的聚合
物称或生物可,的聚^|0在本发明的特定实; 式中，第一聚^tr溶液包括
乙郊旨，并且特别^^括趣185°/。乙交酯、趣185%乙効旨、皿90%乙交酯、 ffi!95"乙^S旨g^包括100%乙^1旨。
聚乙醇^(PGA)，也被称为聚乙効旨，是生物可,的热塑性聚，，并且是 最简单的线性脂族聚酯。其可由乙SI^F始，M31乙効旨的缩^f环聚^^制 备。PGA的特征在于其水解稳定性这是由于在其骨架中雜酉纖并因雌其 处于生理条件时，PGA因随m7K解而,。降解^乙醇M无毒性的，并且
其可itA三羧酸循环，在该循环后其作为7j^nzm化碳被排泄出来。已乡M雜
聚，在4—6个月的时间框架内被生物体完^J及收。
在本发明的一种特定实施方式中，第一聚合物溶液包括浓度为约5—15% w/w,特别是浓度为约5-10y。w/w，更特别是浓度为约8Mw/w的PGA。
在本发明进一步的实驗式中，第一聚^l^液包括(共)聚，的共聚物 或混合物。这可赋予所形成的纤维除了由单一聚，形成的辦t^现出的那些性 肖&t外的物理种或化学性能。
共聚物的^§例: ^括乙交酯秋或丙効旨禾0^^它适当羟基酸的共聚物。其 例子包括聚(乳酸-羟乙酸)(PLGA)，一种与乳酸的共聚银聚(乙交酯-己内酯) (PGACL)， 一种与e-己内酯的共聚物以，乙効^i酸H3E甲基職(PGATMQ, 一种与碳酸H3E甲基酯的共聚物。
在本发明的实施方式中，该共聚物是聚(丙交酯-乙交酯)(PLGA)，其中 PGA:PLA之比为约85:15，或约85.25:14.75，或约85.50:14.50,或约85.75:14.25; 或约90:10， ^^勺90.25:9.75;或约90.50:9.50;或约90.75:9.25;或约91:9;或约 92:8:或约93:7;或约94:6;或约95:5;或约96:4;或约97:3;或约98:2;或约 99:1。
8本发明还mpga禾口聚酯的混^/。^s的混^i例^&括聚乙,(pga) 与聚乳酸的共混物(PGA/PLA)，以及还有聚二氧杂环己酮与聚乙醇酸的共混物 (PDO/PGA)。可以设想^混物可以由至^~种共聚物,。
可以设想该聚，的所有立体异构形式。
由第一聚^tT溶娜成的辦隹的优点是其平均直径为小于IO拜,更特别是为 约10nm—10Mm， ^约500nm—5jjm， 1^7约1艸一5pm。已纟拨现包括具有该 直径的纤维的支^范了用于细胞附凝赠殖的最佳结构。
第二聚合物溶液的聚合物是生物适合/或生物可降解的，不是一个必要的条
件，因为这些是繊纤维，在支架t對iA体内之fr将其提取。为超何提取纤维 而不改鄉一聚合物的结构的目的，例如，溶解于一种凝y (第一聚^/不溶解 于该翻y中)中，離显n氐于第—聚镧的Msm，縱不,第一聚镧 的酶下 的樹可聚^/^1的。
适当的翻i泡括(但不限于)劍，ij，例如氯^^氟f^ij、水溶^^离 子液体。
在本发明的一种实肺式中，第二聚，溶液包括聚己内酉kpcl),鄉度为
约10-20% wAv，并且更特别是浓度为约15。/。w/Wo
作为本发明的该实IW式中的一舊i仔，第一组聚糊纤维包括PGA，而第 二组聚，纤维包括PCL。 PGA的熔点为约225-230'C,而PCL的熔点为约58^63 。C。为提取第二组纤维同时^t第一组纤维^E缺，可，这禾争熔点显著不同 的两组纤维。
在提取第二聚合物溶液所形成的纤维之后，该支架有利地具有为约io— 20,,并且更有利地为约15Mm的平均孔径。B^^现具有该孔径的支^范了 用于细 ^于的最佳体系^)。
还可设想第一组纤维是多孔的，由此使得细,亍以及fl^营^ti^Mii
该辩隹成为可能。该孔可以是 ^)米贿的。
本领域技术人员可以,，在纤维形成期间，M:自咖静电纺丝劍牛可
得到该孔。
可替fm，可在纤维形鹏超哆 L性。例如，iM^隹的IW穿孔。可替 fW，第一组纤维在形^可包括共聚物、/Lf中聚^l的共混物、^ic孔添加剂 (致孔剂)，在纤维形鹏提取这些组分，形成多孔纤维，提取步骤可基于例如在本发明的一种实IW式中，可以设想第一组辩隹包括聚^IX和聚合吻Y
的共混物，而第二组纤维由聚溯Y构成。从支架中iim^^;Y,产生(i)第一
组纤維t间的多孔体系结抅，以及(ii)第一组辨隹内的多 L性。
例如，第一组纤维包括PGA和PCL的共混物(PGA/PCL)，而第二组纤维由
PCL构成。使用例如二氯甲烷自鹏取PCL，导致第二组纤维被除去并皿形成
了有孔的第一组纤维。
虽然在第一组纤维和第二组纤维内的可提取的聚^l可以是相同的聚^tl，
但是在本发明的更多的实 式中，可提取的聚激可以是不同的聚^1。例如,
第一组纤维包括聚，X和聚，Y的共混物，而第二组辩隹由聚激Z构成。
M架中提,^tlY，产生多孔的第一组纤维，而M架中提取聚，Z产生
布置鄉—组纤助、司的大孔。
为了增大对增殖的和/或通过静电纺丝支架^f亍的细胞的生物亲和性和ii^J
度称鹏加支架的治疗潜九可以设想4徑^>"种用于{ 胞定居、分化、外
渗柳^f亍的试剂与由第一聚^r溶漱万形成的辩魅帝合。凝4"种试剂可以
是生物的、化学的或无机的试剂，其可以被附超喊纤乡tJ:、 1lA其中^f滲在
其内。该试剂可被提供在第一聚^r溶液内，以使在静电纺丝期间，该试齐咬得
与该纤维缔合。加之或二者PH:也，凝A"禾ti式齐呵以与静电纺丝后的纤乡魅帝 合。
在纤维形成期间或之后，i妓架可包括可以与鼓架缔合的细胞。魏的细 胞的例^&^^隹原细胞、表皮细胞、真皮细胞、上皮细麟卩角ttlffl胞。 根据本发明的第二方面，鄉了一种根据本发明第一方面律嗨的支架。 根据本发明此外的更多方面，鄉了包括根据本发明第一方面帝腊的支架或 由，成的医用敷料。
在本发明的这个方面的一种实B式中，医用敷料^'J^I妨斗。
根据本发明进一步的方面， 了在活体外诱导组织應成的方法， 、
括以下步骤
(a) 衝共根据本发明的第一方面翁腊的支架；
(b) 将^^i^种细胞由此诱导组织的形成,该细M:^Iffi于戶; ^ffl胞增 殖、分化和/鄉行的所选择介质中。
10根据本发明进一步的方面，提供了在受治疗者中在活体内诱导组织應成的方 法， 、跑括以下步骤
(a) Jlf共根据本发明的第一方面带腊的支架；
(b) 将鼓架HA受治疗者中，由此诱导组纟i^成。 在本发明的实駄式中，将支架ttA真皮创面床以iSia在仓怖離组织的形成。
根据本发明甚至进一步的方面，提供了治疗具有以组织损伤或缺失为特征的 病状的受治疗者的方法，该方^&括以下步骤
(a) M^根据本发明的第一方面伟l腊的支架；
(b) 将i妓架丰IA受治疗者中，由此诱导组纟尸應成并治疗受治疗者。 本发明详细说明
方法
溶液制备
制备8% w/w的聚乙酉KPG入Mw=l 16,000 g,mol勺和15% w/w的聚己内酯 (PCL, 37,000 gmol'1) ^E^丙SI(HFIP)中的溶液o
静电纺丝
将两种聚合物溶液分别加料到與虫的lOm! 、 器中并置于设定为以0.03毫 升/併中分配溶液的 謝泵中。釆用柔性塑料管(内径L5mm)将^lt器出口驗 到金属18号针，其被向下锉以除^ll尖。将一根针垂鼓紧在革让，工作距离(从 针紹脾巴)为15cm，另一胁K平地位于耙的前面，工作距离为10cm。两根针都 被连接到高ffi^电机的有电端口。
戶脱耙是一1^接到马达的圆tt^l^、轴(直径5cmx长10cm)。该马达使 该耙育嫩以50ipm旋转以聚集一层^3的纳彩千维材料层。将该革&1A土中，并
被,于可謝戈的烘^K下以i妙;f形成的纳^^隹材料易于被除去。
禾佣Glassman '溯戯电禾胁10kV ^!加到针来引发静电纺丝过程，同时 将耙:HA土中。当施加至附的^ffi^以防止聚糊溶液滴下并育辦将它们向旋转 靶弓1导作为喷射流时开$繊电纺丝，然后将鹏聚溯喷lt流以两组纤维的混合 物形式聚集到烘焙^。通常采用引发静电纺丝aii^需的最小te，并且该过 禾iit行的时间量取决于所需的支架深度。
将娜寻的支架真空干燥以糊t令凝糧廳最少。清洗步骤
干燥后，将包含两组聚^t/纤维的，在二氯甲^(DCM)中清洗以除去全部 PCL纤维。舰单1^支架在含有DCM(约200ml)盼娜中浸没5辦t^it行 清洗步骤。重复该步骤fil^完全除去PCL辩隹(如皿DSC ,它樹可适用的 分析方^l见察到的)所需的次数。在清、^t后，将支架再次真空千燥以除去招可 緣翻。.
测量纤维直径和孔径
在清、fe前和之后，利用扫描电子显微銜SEM)来使静电纺丝的支架成像。
由所得SEM图像确定纤维的直径和孔径。利用1^和比例朋手进行测量或 利用Image ProPlus软件进疗测量。对^m^样品，每张SEM翻綱鹏懂30 根辩隹和30个孔，并且计算这些测量值的平i^t和标准偏差。
将孔径定义为敏孔的最长尺寸(通常为对角线)，并且粉L定义为由相交 的纤维所产生的多边形。
驢
所得的尺寸
测量了两禾櫞电纺丝垫的尺寸。
表l:标准和组，电纺丝,的尺寸对比
静电纺丝^^纤驢径(Mm)孔径(Mm)
标准a1.3 ±0.58.6 ±2.6
组合b1,5 ±0.4R5±3.8
a)以标准方式静电纺丝的PGA
b)与PCL组，电纺丝的PGA以及随后将PCL冷冼掉 参考资料
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权利要求
1.一种制造聚合物支架的方法，该方法包括以下步骤(a)由第一聚合物溶液生成第一组纤维；(b)由第二聚合物溶液生成第二组纤维，其中将所述第二组纤维散布在所述第一组纤维之间；以及(c)从所述支架中提取第二组纤维。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述支架是静电纺丝制成的，并_^腿方細舌以下步骤(a) 由第一分配 ^耙方向在静电场内分配第一聚^^溶液，以fg f皿A—条所述第一聚，溶液的喷針流；(b) 由第二分ie^5^耙方向在静电场内分配第二聚，溶液，以il!^戯少一条臓第二聚錄溶液的喷針流；(c) 将各个步骤问和(b)中产生的至少一条喷射流聚集至脾EJ:以形成聚合物支架；以及(d) Mi^述支架中提取由第J糊溶M^成的纤维。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中将所述第一和第二聚激溶液同时分配到所述革EJ:。
4. 根据权利要求1或2所述的方法，其中戶;M方法还包括^^述的提取步骤之鍋妓架千燥的步骤。
5. 根据权利要求1戶腿的方法，其中所述第一和第二组纤维M31热诱导的相分离^Cnps:i而^的。
6. 根据前述权利要求中任一lMf述的方法，其中所述第一聚^J溶液包括生物适合的聚她
7. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一聚^tJ溶液包括生物可再吸收的聚，。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一聚，溶液包括乙交酯。
9. 根据丰又利要求8所述的方法，其中所述乙交酯是聚乙醇^PGA)。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第二聚^tJ溶液包括聚己内酉^(PCL)。
11. 根据权利要求1—io中任一i则脱的方法，其中禾胸職腿取由第nlt合物溶娜成的纤维。
12. 根据权利要求ll所述的方法，其中所途歸U是劍懒U。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中戶鹏卣f^隄氯f^氟^MU。
14. 根据权利要求ii戶腿的方法，其中戶; ^翻u是含水的。
15. 根据权利要求ll戶腿的方法，其中所述翻隄离子性液体。
16. 根据权利要求l一IO中任一项所述的方法，其中基于第一和第二组聚^)纤^^间的熔itr^^异^^^由第1^t/^^^成的纤维。
17. 根据权利要求i-io中任一项戶;M的方法，其中ffl3i^i军^K由第zJ^合 物溶娜成的維隹。
18. 根据前述^X利要求中任一项所述的方法，其中由第一聚^t/溶液形成的 纤维的平均直径小于10Mm。
19. 根据权利要求18所述的方法，其中所述纤维的平均直径为约10Mm— 10pm。
20. 根据权利要求18或19所述的方法，其中所述纤维的平均直径为约500nm —5fjm。
21. 根据权利要求18—20中任一项所述的方法，其中所述纤维的平均直径为 约ljjm—5|om。
22. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在提取了由第二聚，溶 ^^成的纤纟t^后所述支架具有的平均孔径为约10-20Mm。
23. 根据权利要救2所述的方法，其中所述平均孔径为约15,。
24. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将至少"种用于iSM胞 定居、分化、夕卜渗和/，亍的试剂与由第一聚^tl溶^^形成的聚^纤維帝合。
25. 根据权利要彩4所述的方法，其中将所述试剂附超U由第一聚^tJ溶液 所形成的聚，纤纟11:、 fSA其中或浸渗在其内。
26. 根据权利要彩4恋5所述的方法，其中在纤维形成期间将戶;M试剂缔合。
27. 根据禾又利要^24^25所述的方法，其中在纤维形i^将戶;ft&试剂缔合。
28. 根据权利要求l—27中任一项所述的方法，其中所述方法还包括将支架引 入创伤敷料中的步骤。
29. —种在活体外诱发组织源成的方法，i^ 跑括以下步骤(a) 掛共根据权利要求1—27中任一I^f伟隨的支架；(b) 给戶/M支^t妾种细胞由此诱导所^^且织的形成，该细胞处^g用于所鄉胞增殖、分化禾n/^[亍的戶;f^择的介质中。
30. —种在受治疗者中在活体内诱导组织源成的方法，i^^a括以下步骤:(a) 衛共根据权利要求1—27中任一I砂満隨的支架；(b) 将所述支架HA受治疗者中，由此诱导戶;Mia织的形成。
31. 根据权利要求30戶;M的方法，其中将所述支架ltA真皮创面床中。
32. —种治疗具有以组织损伤或缺失为特征的病状的受治疗者的方法， 飽括以下步骤(a) 樹共根据权利要求1—27中任一项J^隨的支架；(b) 将所述支架t!A受治疗者中，由此诱导组织應成并治疗受治疗者。
33. 根据权利要求1 —27中^fi^项戶;f^方法帝腊的医用敷料。
全文摘要
本发明涉及用作用于引导组织再生术和修复的医疗器材的支架，其中在支架中纤维直径和孔径之间的关系被断开，由此能够达到细胞附连和增殖所需的小纤维直径以及细胞移行到支架中所需的大孔径。
文档编号A61L27/18GK101678150SQ200880004998
公开日2010年3月24日 申请日期2008年2月8日 优先权日2007年2月14日
发明者A·达格, H·勒孔特, R·莫斯 申请人:史密夫及内修公开有限公司