专利名称：生物人工胰及其制备方法
技术领域：
0003本发明一般地涉及用于在糖尿病动物中产生胰岛素的可植入装置及 其制造方法。-.些实施方式包括用于生物应用的两亲性生物膜(例如，作为替代 的和/或补充的胰岛素源)。 一些实施方式也包括包含在一个或多个两亲性膜中的 活的胰岛素产生细胞，以便防止或减少来自宿主的免疫反应和/或排斥。
背景技术：
0004许多医学缺陷和疾病是由于细胞不能产生正常的生物活性化合物而 引起的。通过将所需的生物活性化合物和/或药剂的来源植入患有缺陷的个体，可 以治疗许多这些缺陷。 一个众所周知的、可以通过植入生物材料和/或药剂治疗的 疾病是I型糖尿病，其中，胰脏胰岛细胞的胰岛素产生严重缺乏、受损或不存在。
0005I型或胰岛素依赖型糖尿病(IDDM)是主要的、昂贵的公众健康问 题，其引发肾脏和血管疾病、心脏病、失明、神经损害、重大残疾、以及早产儿 死亡。 一种治疗方法是移植产生胰岛素的胰岛细胞(9000至12000个胰岛/kg)， 其能将血糖水平回复至正常，并且使患者无需摄取外源性胰岛素。如果能在疾病 的早期阶段能使血糖、胰岛素和C-肽水平正常化，则可以避免糖尿病并发症。胰 岛细胞移植的临床应用的主要障碍一直在于下述问题移植物排斥、人体器官缺 乏、以及获得其的花费。用于防止排斥反应的药物是昂贵的，增加感染风险，并
5且其自身能引起高血糖、高血脂、高血压和肾功能不全，虽然对于更低毒性的药 物疗法正在取得进展。
0006注射胰岛细胞是引人注意的，因为其侵害性比胰脏整体器官移植物 更小，并且具有更低的发病率。移植的人类胰岛(同种异体移植物)己经显示， 在施用免疫抑制药物后，在肝脏中存活，但是难以获得可靠的长期功能。注射进 肝脏通常伴随肝素化以避免血栓形成，其能增加眼并发症的风险。而且，人类胰 岛是稀有且昂贵的细胞类型。因而，很多研究者建议使用动物细胞(异种移植物)， 特别是猪胰岛。虽然猪胰岛相对地难以分离并且脆，但是猪是充足的。
0007遗憾的是，与同种异体移植物移植的免疫屏障相比，成功移植异种 移植物的免疫屏障甚至更加难以克服。人类具有天然的预形成抗体，其能与糖Gal al，3Gal(Gal)反应，该糖在低级哺乳动物的细胞上表达，以引发超急性排斥。此外， 通常有助于控制由补体激活诱导的损害的补体调节蛋白(衰变加速因子、膜辅因 子蛋白、CD59)不能发挥作用，原因在于它们是物种特异性的。
0008根据上述假设，利用半透膜将活的同种异体的或异种的、产生胰岛 素的胰岛细胞进行免疫隔离，可以提供纠正糖尿病的手段。为了避免超急性排斥， 应阻止受体(recipient)的抗体"看见"外来蛋白和激活补体。包封材料也应该可靠 地保护患者免受伴随动物细胞而无意转移的感染过程(例如，细菌)。用于免疫 隔离的材料应允许胰岛素、葡萄糖、氧气和二氧化碳自由通过。这些分子具有小 于35埃(3.5nm)的直径。研究表明30nm的孔径可排除免疫球蛋白、补体和细胞 因子(如肿瘤坏死因子)的迁移以提供免疫隔离。除非能建立免疫耐受，否则， 这些膜也应阻止异种抗原迁移出来进入宿主，在所述宿主中它们可激活间接通路， 导致T辅助细胞激活。由直接细胞毒性引起的免疫移植排斥似乎是移植细胞损失 的主要原因，因为供体细胞在免疫损害(CD4+T细胞耗竭的)小鼠中的生存能力 较好。另夕卜，CD4+细胞分泌干扰素-[Y]，其吸引和激活巨噬细胞和NK细胞。巨噬 细胞转而募集T细胞辅助并引发排斥。B细胞体液介导免疫也在异种移植排斥中 起作用。然而，有足够的证据表明免疫反应不是异种移植失败的唯一原因。
0009进行HEMA (甲基丙烯酸羟乙酯-甲基丙烯酸甲酯)中微囊包埋的卵 巢细胞异体移植的研究的研究者发现，在抗体应答发生之前，细胞就开始失去功 能。移植失败的其它原因包括对包封材料化学的炎症反应、营养缺乏、包封材 料内废物和自由基积聚、以及氧输送不足。
0010鉴于上述，在本领域对提供胰岛素以治疗和/或治愈糖尿病的改良的 方法和/或可植入装置存在需求。
发明概述
0011本发明一般地涉及用于在糖尿病动物中产生胰岛素的可植入装置及
其制造方法。 一些实施方式包括用于生物应用的两亲性生物膜(例如，作为替代的和/或补充的胰岛素源)。 一些实施方式也包括包含在一个或多个两亲性膜中的 活的胰岛素产生细胞，以便防止或减少宿主的免疫反应和/或排斥。
0012在一个实施方式中，本发明涉及生产用于提供胰岛素的可植入装置 的方法，其包括(A)提供至少一个用于产生胰岛素的可植入装置，所述装置包
括在其边缘通过密封件(密封，seal)结合的穿孔中段(perforatedmid-section)， 和至少一个填充口 (filling port)，该口被设计为允许所述穿孔中段用生产胰岛素 的细胞充满；(B)在穿孔中段上放置生物相容的聚合物网状物(网络)；和(C) 在所述穿孔中段上形成至少一个免疫隔离膜。
0013在另一个实施方式中，本发明涉及生产用于提供胰岛素的可植入装 置的方法，其包括(a)提供至少一个用于产生胰岛素的可植入装置，所述装置 包括在其边缘通过密封件(密封)结合的穿孔中段；和至少一个填充口，其被 设计为允许穿孔中段填充有胰岛素产生细胞；(b)在穿孔中段上沉积生物学相容 的聚合物网状物；(c)在所述穿孔中段上形成至少一个免疫隔离膜；(d)将该 装置植入患糖尿病的哺乳动物中；(e)用适量的胰岛素产生细胞填充所述装置； 和(f)密封所述装置以产生所述胰岛素产生装置。
附图简述
0014
图1是与本发明一起使用的支架的一种实施方式的侧视0015图2 (a)和2 (b)是用于通过电纺PU纳米垫涂覆支架的设备图解
和旋转式支架装配的放大0016图3是用于旋转支架的一种示例性装配，其具有这种包括三个喷丝
嘴的装配；
0017图4是本发明的一个人工胰腺实施方式的图，其中，4(A)详解了俯视 图，4(B)详解了剖面俯视图，4(C)详解了剖面侧视图，和4(D)详解了侧视0018图5是7重量百分比Elas-Eon在DMF溶液中在25。C下的瞬时粘度 对剪切速率的图。
0019图6是一组照片，所述照片比较了在最初的5分钟内沉积在SS框架 上和支架的孔中的纳米纤维的量(9至10kv,从针尖至支架llcm);
0020图7是一组照片，所述照片比较了在最初的30分钟内沉积在SS框 架上和支架的孔中的纳米纤维的量(9至10kv，从针尖至支架llcm);
0021图8是与本发明的BAP —起使用的PDMAAm/PMHMS/PDMS两亲 性共网状物(co-network)膜的示例性合成方案；
0022图9A是图l或图4的装置的填充口的特写，图解了在所述口处的硅 密封件的位置(尺寸为mm);
0023图9B是适合于测定透过速率的一种类型的设备的0024图10是被设计为测试BAP的爆破压力的装配的实例；0025图11是根据本发明的一个实施方式的充满胰岛的BAP的示例性方 案的说明；
0026图12是根据本发明的一个实施方式的反应方案的图解和所使用的缩
写，所述图解详解了两亲性网状物和/或共网状物的合成；
0027图13图解了末端-官能化试剂SiH-MA的合成；
0028图14是SiH-MA的！HNMR图谱；
0029图15是根据本发明的产物混合物的'HNMR图谱；
0030图16是用不同的DMAAm:AIBN比(400、 800禾B 1600)制备的代
表性[PDMAAm(PDMS)]-g-PDMS-V接枝物(graft)的GPC迹线0031图17是[PDMAAm(PDMS)]-g-PDMS-V (在表1中的样品35-400)的
1HNMR图谱；
0032图18是在本发明的一个实施方式中使用的选择成分的化学式；0033图19是由具有不同交联剂浓度(4、 8、 13和16%)的G50-1600接 枝物制备的APCN的sol含量和溶胀比的图；和
0034图20是说明两亲性网状物在THF、烃和水中所经受的构象变化的图。
发明详述
0035本发明一般性涉及在患糖尿病的动物中产生胰岛素的可植入装置和 制造所述可植入装置的方法。 一些实施方式包括在生物应用中使用的两亲性生物 膜(例如，作为可选的和/或补充的胰岛素源)。 一些实施方式还包括被包含在--个或多个两亲性膜中从而防止或减少宿主的免疫反应和/或免疫排斥的活的胰岛素 产生细胞。
生物人造胰腺(BAP):
0036在一个实施方式中，根据本发明的BAP被设计为可植入的和可移出 的(可外植的)，并且被设计为含有适当数量的免疫隔离的猪胰岛，其"按需求" 将需要量的胰岛素递送给宿主并且因而维持血糖量」下:常。
0037对于本发明的目的，公认的是由其他人发布了这样的假说，通过半 透膜对活的胰岛素产生胰岛/细胞的免疫隔离提供了用于纠正糖尿病的方法。为了 避免排斥作用，必须防止受体的抗体发觉外来蛋白质。封装材料必须可靠地保护 患者免受无意地与动物细胞一起转移的细菌和病毒侵害。重要的是，免疫隔离的 半透膜应该允许小分子如氧、二氧化碳、葡萄糖和胰岛素自由通过，但是应该防 止大的抗体的进入。研究暗示大约30 nm的孔径可以将免疫球蛋白、补体和细胞 因子(例如，肿瘤坏死因子)排斥在外，提供了有效的免疫隔离。合适的免疫隔 离膜可以由2005年7月28闩提交的标题为"Amphiphilic Co-Networks, Films Made From Amphiphilic Co-Networks and Uses for Such Co-Networks and Films" 、 PC.T公 开号WO 2006/073499中公开的网状物和/或共网状物形成，所述PCT公开通过引用以其全部并入本文。
0038在另一实施方式中，合适的免疫隔离膜可以由2007年8月3日提交 的标题为"Amphiphilic Grafts and Co-Networks and Process for Making Same"、 PCT
发明者B·亚尔琴, G·埃尔德迪, J·P·肯尼迪, J·康, M·查克马克 申请人:阿克伦大学