包封装置的制造方法
【专利说明】包封装置 发明领域
[0001] 本发明涉及用于包封生物活性剂的装置的领域。具体而言，生物活性剂可以是适 用于植入活体动物诸如哺乳动物体内的细胞。
[0002] 发明背景
[0003] 存在用于体内植入的改善的包封装置的需求。具体而言，存在与现有装置相比制 备简单但具有改善的生物相容性的装置的需求。此外，存在改善生物活性剂、诸如植入后的 包封细胞的生存力、成熟和/或分化性质和功能的装置的需要。
[0004] 包括细胞在内的多种生物活性剂可以包埋入包含半渗透膜的植入装置中，并植入 体内。所述半渗透膜通常允许营养素、生长因子和小生物活性剂进入而达到所述包封的细 胞，但阻止免疫系统的细胞进入。所述半渗透膜还阻止细胞从包封装置流出。所述植入物的 另一个功能可以是促进装置周围的血管形成以增加所述细胞的存活。例如，US 6, 060, 640 和US 6, 773, 458中公开了用于包封细胞的适合的植入装置。
[0005] 发明概述
[0006] 因此，在一个方面，本发明提供了细胞包封装置，其包含适用于保存活细胞的内 室，其中所述内室被安排在第一个半渗透层和第二个半渗透层之间，且第一个和第二个半 渗透层安置在围绕内室周边的支撑框架上；其中所述支撑框架包含第一个框架元件和第二 个框架元件，且第一个和第二个框架元件，以预定的在第一个和第二个半渗透层之间的间 距，共同决定了第一个和第二个半渗透层的位置。
[0007] 在一个实施方案中，将第一个半渗透层安置于第一个框架元件上，并将第二个半 渗透层安置于第二个框架元件上，且第一个和第二个框架元件相互连接以包围内室周边。
[0008] 优选地第一个和第二个框架元件各自包含（a)与第一个或第二个半渗透层连接 的安置区域和（b)间隔区域，由此当第一个和第二个框架元件相互连接时，各间隔区域被 置于安置区域之间，并一起限定所述层之间的预定的间距。
[0009] 在一个实施方案中，支撑框架还包含装载口（loading port)，可以经其将物质和/ 或细胞悬液引入内室。在另一个实施方案中，所述装置包含在第一个和/或第二个半渗透 层与支撑框架之间的粘合封条（adhesive seal)。
[0010] 优选第一个和第二个框架元件经超声焊接（ultrasonically welded)在一起。在 另一个优选的实施方案中，第一个和/或第二个半渗透层经超声焊接至所述框架。
[0011] 在一个实施方案中，第一个和第二个半渗透层各自包含与内室接触的膜层以及网 状物层，所述网状物层覆于膜层上达到内室的外部。优选地膜层包含聚丙烯、聚碳酸酯、聚 对苯二甲酸乙二酯或聚四氟乙烯。优选地所述网状物层包含尼龙、钛、不锈钢、聚对苯二甲 酸乙二酯、聚四氟乙烯或聚酯。
[0012] 在一个实施方案中，将哺乳动物细胞包封在内室中。优选包封细胞为人细胞。更 优选包封细胞源自诱导性多能干细胞（iPSCs)，例如包封细胞为在包封前已经从iPSCs至 少部分分化的细胞。最优选地包封细胞是胰腺祖细胞。
[0013] 在另一个实施方案中，包封在内室中的细胞能生成和/或分泌治疗剂。治疗剂可 以是例如治疗性蛋白质、肽、核酸或其他生物学活性剂。在一个特定的实施方案中，治疗剂 可以是抗体或其片段、DNA分子或RNA分子。可以使用重组DNA技术将细胞工程化以生成 治疗剂，例如细胞可以是表达外源性多肽或其他治疗剂的重组细胞。
[0014] 在进一步的方面，本发明提供了制备根据任意前述权利要求的细胞包封装置的方 法，其包括将第一个和第二个半渗透层安置于支撑框架上以在所述装置内围起内室，其中 所述支撑框架包含第一个框架元件和第二个框架元件，且第一个和第二个框架元件，以预 定的在第一个和第二个半渗透层之间的间距，共同决定了第一个和第二个半渗透层的位 置。
[0015] 在一个实施方案中，所述方法包括将第一个半渗透层安置于第一个框架元件上， 将第二个半渗透层安置于第二个框架元件上，并使第一个和第二个框架元件包围内室周 边。
[0016] 在进一步的方面，本发明提供了分化细胞的方法，其包括将细胞包封在如上文定 义的装置中，并将装置植入活体哺乳动物中。
[0017] 在一个实施方案中，所述哺乳动物并非人类，且所述包封细胞是人细胞。在另一个 实施方案中，所述哺乳动物是人，且所述包封细胞是人细胞。
[0018] 在另一个实施方案中，所述哺乳动物并非人类，且所述包封细胞是非人类细胞。
[0019] 在进一步的方面，本发明提供了在有需要的个体中预防或治疗糖尿病的方法，其 包括将如上文定义的包含胰腺祖细胞的装置植入个体中。
[0020] 在一个实施方案中，胰腺祖细胞在植入个体中后分化为功能性的葡萄糖响应性胰 岛细胞。
[0021] 在上文定义的方法的一些实施方案中，所述装置被皮下植入。在供选的实施方案 中，所述装置可在鞘内、脑内或腹膜内位置被植入。
[0022] 在进一步的方面，本发明提供了如上文定义的装置在哺乳动物体内用于分化包封 细胞的用途。
[0023] 附图简述
[0024] 图1显示一个如本文所述的包封装置的实施方案的透视图。
[0025] 图2显示如本文所述的包封装置的侧视图。
[0026] 图3显示在图2中所示的包封装置的F位置的截面图。
[0027] 图4显示图3中所示的截面图的G区的扩大图。
[0028] 图5显示如本文所述的包封装置的下部的透视图。
[0029] 图6显示如本文所述的包封装置的下部的侧视图。
[0030] 图7显示在图6中所示的包封装置的下部的D位置的截面图。
[0031] 图8显示图7中所示的截面图的E区的扩大图。
[0032] 图9显示如本文所述的包封装置的装配的示意图。
[0033] 图10显示本发明的包封装置的平面图。
[0034] 图11显示在植入本文所述的装置后在不同的时间在小鼠中的葡萄糖-刺激的人 C-肽水平，所述装置包含人胰腺祖细胞，所述细胞已经从人iPSCs预先分化。
[0035] 图12显示在植入本文所述的装置后在不同的时间（以周计）在小鼠中的葡萄糖 清除（即，葡萄糖刺激后，在以分钟计的各时间的葡萄糖水平），所述装置包含人胰腺祖细 胞，所述细胞已经从人iPSCs预先分化。
[0036] 图13显示由包封的工程化的细胞在小鼠皮下植入后达到的抗体血浆水平。
[0037] 发明详述
[0038] 在本发明的实施方案中，将包含在室内的细胞的各半渗透层安置于支撑框架结构 上，其以对应于内室深度的预定的间距精确地决定所述层的位置。所述框架通常在内室周 边完全包围半渗透层的边缘，这避免了在装置外表面出现半渗透层的粗糙的边缘，并改善 生物相容性。有利地，支撑框架可仅由两个元件形成，所述元件相互连接以限定所述层间的 间距并将它们固定就位。这避免了对置于所述层之间单独间隔物的需求，其简化了制备方 法，并有助于提供的光滑的装置外表面。所述支撑框架还可包含集成的装载口，其有助于将 物质引入装置的内室，并可简化制备方法。
[0039] 细胞包封装置
[0040] 本发明的实施方案涉及用于保存活细胞的包封装置。所述装置通常可以植入动物 中，诸如哺乳动物，包括人。在一个实施方案中，所述装置包含能完全包封细胞于其中的、生 物相容的免疫隔离装置和任选与之组合的一种或多种生物学活性剂。
[0041] 细胞保存在装置中的室中。通常所述室被完全包围，例如包括围绕细胞的连续的 壁结构，使得细胞不能从室中脱离。
[0042] 在一些实施方案中，可将细胞装入所述室中的生物相容的基质材料中或排列于其 上，诸如水凝胶。适合的基质材料包括聚乙烯醇（PVA)、藻酸盐、琼脂糖、明胶、胶原蛋白、聚 乙二醇、纤维蛋白和脱乙酰壳多糖。所述基质可以是例如凝胶、微珠或海绵形式。可在装置 制备期间（即将细胞引入室中之前）将基质加入室中，或者可在载入细胞的同时将基质加 入室中。在一些实施方案中，可先将细胞与基质（例如与多孔的微珠）组合，然后将包含细 胞的所述基质载入室中。
[0043] 本文所述的包封装置的实施方案不意欲限于某种装置尺寸、形状、设计、体积容量 和/或用于制备包封装置的材料，除非在本文在独立权利要求中另外限定。
[0044] 细胞
[0045] 可包封至本文描述的装置中的细胞可以包括任何类型的动物细胞、优选哺乳动物 细胞或人细胞。通常在植入后细胞对个体可具有治疗益处。适合的细胞包括同种异体细胞 和异种细胞、自体细胞或其衍生物。例如，从个体获得干细胞或体细胞并从这些细胞获取治 疗细胞群可能是合乎需要的。该过程通常降低对植入细胞的免疫应答的风险。适用于包 封装置的示例性的细胞类型包括多能干细胞或其衍生物的聚集的或单一的细胞悬液，优选 诱导性多能干（iPS)细胞、更优选人诱导性多能干（hiPS)细胞。在特定的实施方案中，细 胞可包含