用于植入的生物相容的纤维织物的制作方法
【专利说明】用于植入的生物相容的纤维织物
[0001]要求优先权
[0002]本申请要求2013年3月15日递交的题目为“用于植入的生物相容的纤维织物”的美国临时申请N0.61/798，265的权益和优先权，所述临时申请的公开内容通过引用其全部被并入本申请。
【背景技术】
[0003]为了修复和替换患者的器官，必须符合两个独立的并且通常互斥的参数。首先，任何植入物必须具有包括一定量的刚性的结构完整性以使其一旦被植入便保持在位置上。其次，植入物必须是生物相容的，从而所述植入物不会被身体排斥(rejected)或者产生损伤性炎症。在某些情况中，与简单的假体截然相反，细胞的附着、渗透和增殖对于植入物起到器官的作用也是需要的。没有现有的植入物已能够体现这样的参数。例如，去细胞器官支架、凝胶、聚合物基体(matrices)已被植入，但是出现了一个或更多个机械上的或生物学上的问题。如此，这些系统都尚不能够与必需的生物相容性一起提供合适的机械性能。
【发明内容】
[0004]在一实施方案中，一种生物相容的织物可以包括由至少一种聚合物构成的至少一种电纺纤维，所述至少一种电纺纤维被设置在卷筒上，其中所述电纺纤维在所述卷筒上形成多个绕组(winding)，所述多个绕组中的每个绕组与相邻的绕组形成开口，由此在多个相邻的绕组之间形成多个开口。所述多个开口可以包括一目数。
[0005]在一实施方案中，一种生物相容的织物可以包括由至少一种聚合物构成的至少一种电纺纤维，所述至少一种电纺纤维沿卷筒的线性轴被纵向设置，由此形成多个织物线，其中所述至少一种电纺纤维在相邻的线性设置的织物线之间形成具有一目数开口。多个开口可以构成目数。
[0006]在一实施方案中，一种用于制造生物相容的织物的方法可以包括将生物相容的聚合物电纺成电纺纤维，使所述电纺纤维与在溶剂中具有溶解性的微粒材料接触，使所述电纺纤维与接收表面接触，由此在所述接收表面上形成聚合物网络，所述聚合物网络由多个电纺纤维线和在相邻的电纺纤维线之间的多个间隔构成，从所述接收表面移除所述聚合物网络，由此形成生物相容的织物，以及使所述生物相容的织物与所述溶剂接触，由此移除所述微粒材料。多个开口可以构成一目数。
[0007]在一实施方案中，一种用于动物器官的替代物可以包括一种生物相容的织物，所述生物相容的织物由包括至少一种聚合物的至少一种电纺纤维构成，所述至少一种电纺纤维被设置在卷筒上，其中所述电纺纤维在卷筒上形成多个绕组，所述多个绕组中的每个绕组与相邻的绕组形成开口，由此在多个相邻的绕组之间形成多个开口，并且所述多个开口构成一目数。此外，所述卷筒可以具有所述动物组织或者所述动物组织的部分的形状，并且所述生物相容的织物的至少一个表面包括用表面处理过程处理的所述至少一种电纺纤维的绕组。
[0008]附图简沐
[0009]图1图示说明根据本公开的用于将聚合物纤维电纺至卷筒上的系统的实施方案。
[0010]图2A图示说明根据本公开的用于在卷筒上将电纺纤维形成为绕组的系统的实施方案。
[0011]图2B图示说明根据本公开的用于沿卷筒的纵轴将电纺纤维形成为线的系统的实施方案。
[0012]图3A和3B分别描述根据本公开，不添加水溶性材料形成的生物相容的织物和添加水溶性材料形成的生物相容的织物。
【具体实施方式】
[0013]在一些实施方案中，本文实施方案中的织物可以具有由一个或更多个生物相容的纤维的多个绕组构成的腔结构。术语“织物”在本文中被定义为纺织的、编织的或者以其他方式制造的包括纤维的材料。在一些实施方案中，纤维可以被卷绕在卷筒上，如同线被卷绕在筒管(bobbin)上。在一些实施方案中，纤维可以沿卷筒或者其他表面形式的线性维度以实质上平行的方式被沉积。在一些实施方案中，卷绕织物可以使用电纺技术。
[0014]因此“孔尺寸(poresize) ”在本文中被定义为在诸如嵌段聚合物、聚合物片的非网格结构中，或者在所形成的聚合物支架中引入的引入孔、袋、空隙、洞、间隔等的直径，并且具体地区别于如本文中公开的“目数(mesh size)”。
[0015]如本文中使用的，术语“目数”是织物中每线性量度的开口数目。例如，如果织物具有每线性毫米1200个开口，所述织物被定义为1200目(例如，足以允许12微米的红血细胞通过)，这容易在英制单位和公制单位之间转换。目数可以基于沿特定的线性维度在相邻的纤维之间具有特定的平均直径和平均开口尺寸的纤维数目来确定。因此，由ΙΟμπι的平均直径的纤维构成、在相邻的纤维之间具有ΙΟμπι的平均直径的开口的织物可以沿1_的长度具有总共约50个开口，并且因此可以被定义为50目的织物。
[0016]如本文所使用的，术语“植入物”可以指可以被引入到身体中达永久或者半永久的一段时间的任意结构。植入物可以具有所述植入物可以被用来替代的天然器官或组织的形状和尺寸。可替换地，植入物可以具有与特定的身体器官或组织无关的形状。在再另一个实施方案中，植入物可以具有完整的身体器官或组织的形状，或者只有所述身体器官或组织的一部分的形状。在再另一个实施例中，植入物可以被成形为如同身体器官或组织的一部分，或者可以仅包括一片材料。植入物可以被设计用于引入到动物(包括人)的身体中。
[0017]本文公开的是用于在针对患者的生物相容的植入物中使用包括纺织纤维的织物的组合物和方法。在某些实施方案中，使用聚合物纤维，如聚氨酯和/或聚对苯二甲酸乙二醇酯。在一些实施方案中，聚合物纤维被纺在卷筒上，以便形成织物卷或管。在一些实施方案中，织物卷或管的厚度可以通过当织物卷或管收集纤维时，随着时间改变卷筒的旋转数目来调控。在某些其他的实施方案中，生物相容的织物具有每_约I个开口至每mm约20个开口的目数。目数的一些非限制性的实施例可以包括每mm约I个开口，每mm约2个开口，每mm约4个开口，每mm约6个开口，每mm约8个开口，每mm约10个开口，每mm约15个开口，每mm约20个开口，或者在这些值(包括端点)中任意两个之间的范围。在一些实施方案中，纺织织物的目数可以是每mm约20个开口至每mm约500个开口。目数的一些非限制性的实施例可以包括每mm约20个开口，每mm约40个开口，每mm约60个开口，每mm约80个开口，每mm约100个开口，每mm约200个开口，每mm约300个开口，每mm约400个开口，每mm约500个开口，或者在这些值(包括端点)中任意两个之间的范围。在其他实施方案中，目数可以是每_约500个开口至每mm约1000个开口。目数的一些非限制性的实施例可以包括每mm约500个开口，每mm约600个开口，每mm约700个开口，每mm约800个开口，每mm约1000个开口，或者在这些值(包括端点)中任意两个之间的范围。在一些实施方案中，织物的目数可以通过改变纤维被沉积到卷筒上的速度和方向来调控，如，例如，移动线被纺到织物卷或管上的位置和方向。
[0018]具有一目数的织物可以不仅提供重量轻和柔性的机械支持，而且在某些实施方案中，还可以允许细胞随着时间迀移到网格中并且通过所述网格，并且可以改善植入物的生物相容性。在再其他的实施方案中，织物可以提供足够的结构刚性，以便以外科手术的方式固定到植入物位点，同时在负载应力(如压缩、剪切和扭转)下保留足够的柔性，以便一旦植入物就位时允许患者身体到处移动。
[0019]在再其他的实施方案中，织物可以包括聚合物纤维的附加的表面处理，所述附加的表面处理可以被用来调节和增强对于纤维的细胞附着。在再其他的实施方案中，当被植入患者中时，织物可以不引起无法治疗的炎症或者排斥。同样地，在某些实施方案中，在植入后I天、3天、5天、7天、2周、3周、I个月或更长时间内，织物植入物可以不经受排斥或者威胁生命的炎症。在一些实施方案中，植入物可以被保留在患者中达至少I天、3天、5天、7天、2周、3周、I个月或更长时间。在某些实施方案中，植入物可以被保留在患者中达6个月、I年、多年或者患者终生。在公开的实施方案的一些中，如本文所描述的，在电纺过程期间，当聚合物纤维被沉积在卷筒或者其他表面形式上时，可以通过微粒的添加将间隔引入到织物。
[0020]尽管预期到体现与本公开一致的任何方法或组合物，电纺织物可以具有对于植入物有用的特别的优势。例如，当电纺织物是由沉积(cbposed)在卷筒上的聚合物网络形成的时，因为在植入物被成形之前聚合物已经以线的形式存在，传统的模制过程可以被绕过。如此，创建生物相容的植入物的基于织物的方法允许四个临界参数的控制，所述四个临界参数不能使用固有组合的聚合作用和模制过程控制。首先，因为作为电纺过程的一部分，聚合物被形成为线，而不存在对于设置、固化或者其他耗时过程的需要。其次，聚合物纤维自身可以被指向任何方向以用于设置网格间隔，而不依靠化学过程。网格的形成排除在不是这种情况的固体形式中产生孔的需要。第三，目数自身可以被调整为更大或更小，以促进细胞的向内生长和增殖。在这样的网格被用来为正在生长和迀移的细胞提供结构支撑的情况中，除了给予本文描述的其他优势，网格还可以起细胞支架的作用。在某些实施方案中，颗粒尺寸可以类似地通过如具有美国筛尺寸、泰勒等效、mm或英寸的网格开口的尺寸来认定。第四，网格可以被确定大小以提供结构完整性，如从变形回弹，和在负载下的柔性，以及其他有优势的机械性能。
[0021]纺织织物
[0022]本文公开的生物相容的织物可以通过任意方法生产。一个非限制性的方法可以包括断裂纺纱或自由端纺纱，其中裂片被空气吹到旋转的鼓轮上，在所述旋转的鼓轮上所述裂片将自身附接到从鼓轮不断地被拉出的已形成的织物(如线、绳或纱线)的尾部。其他的非限制性的方法可以包括环锭纺纱和走锭纺纱。在某些实施方案中，纺织机器可以接受粗纱，使所述粗纱变细并且加捻，由此创建可以被卷绕到筒管上的纱线。
[0023]在走锭纺纱中，粗纱被从筒管脱下并且通过辊供给，所述辊以若干不同的速度供给，以始终如一的速率使粗纱变细。线、绳或纱线在滑架(carriage)移出时通过筒管的旋转(spinning)被加捻，并且在滑架返回时被卷在玮管(cop)上。走锭纺纱比环锭纺纱产生更细的线。走锭过程是间歇的过程，因为纺纱机(frame)前进和返回特定的距离，所述走锭纺纱可以产生对于细料和玮纱理想的更软的、较少加捻的线。环锭过程是连续过程，纱线粗糙的并且具有较大的捻度，由此是更强韧的并且更适合于做经纱(warped)。类似的方法具有各种改善，如翼锭纺纱和筒管纺纱和帽锭纺纱。
[0024]电纺织物
[0025]电纺是通过在聚合物溶液(或者包含聚合物溶液的聚合物注入系统)和用于电纺聚合物纳米纤维的接收表面之间施加高电压电势，由聚合物溶液纺织聚合物纤维或聚合物纳米纤维的方法。电压电势可以包括小于或等于约30kV的电压。聚合物可以由聚合物注入系统以小于或等于约50m