用于治疗中枢神经系统病理的装置和方法

专利名称：用于治疗中枢神经系统病理的装置和方法
技术领域：
本发明一般地涉及使用亚大气压(sub-atmospheric pressure)治疗中枢神经系统组
织的装置和方法，更具体但不排它地，涉及使用亚大气压治疗脑组织的装置和方法。
背景技术：
与中枢神经系统(CNS)有关的解剖学、生理学和病理学过程使CNS组织具有独 特性。对三维结构解剖学和神经元显微解剖学关系(神经元功能特异地依赖于和其它神 经元以及其它支持细胞之间的空间关系)的保存以及对适当含氧的血流以及其中存活了 神经元的均勻基质的保持对中枢神经系统组织的存活和功能是至关重要的。此外，中枢 神经系统细胞的不能再生性强调了最大程度使每个可能神经元存活的需要。出于这些原 因，对中枢神经系统中开放和封闭空间病理的治疗是独特的。在威胁CNS组织存活的临床问题中，对中枢神经系统水肿、感染和血液供给的 控制是中心内容。通过收集大量间质性水肿，脑对外伤和创伤产生响应。由于脑封闭在 封闭空间中(硬膜和颅骨)，因此水肿导致CNS的血流和营养表现受到压缩和损害，从 而极大地损害了中枢神经系统的生理恢复并且其自身通常导致CNS主质损害和死亡的发 展。用于减少水肿的当前可用治疗方法包括降低血管通透性的试剂(糖皮质激素地塞 米松、泼尼松、甲基脱氢皮质留醇)、利尿药、机械性心室引流术、脑主质切除术和广泛 颅骨切除术。然而，这些治疗方法的缺点包括不良结果、由药物引起的并发症和不一致 的结果。由于CNS中感染和水肿快速发展的严重后果以及高可能性，因此对快速和有效 治疗的需求仍是至关重要的。目前，很少有成功的方法可用于治疗影响颅内和椎管内 腔、CNS主质和周围结构的病理。在其它处组织可以通过改变敷料进行治疗的情况下， CNS由于其难以接近、结构不确定、易感染和创伤发展等原因而不适合采用这类治疗。 有证据说明对中枢神经系统外伤和其它病理的炎症和免疫反应的长期后果与初发外伤或 损伤的相当或更大。CNS对继发于水肿的血流降低的反应导致了缺氧和局部缺血/再灌 注介导的创伤。这些创伤导致产生神经病理学后遗症，其极大地促进了颅脑损伤不良结 果的产生。此外，脑需要连续提供含氧血液以发挥功能和存活。在将流向脑的血流完全中 断的三分钟内会造成不可逆的脑损伤，尽管脑仍然可以保持存活并且经过更长的时间可 以从减少的血流中恢复。有证据说明脑的病灶区域可以在几天内保持局部缺血和相对无 功能并且仍能够恢复。这一发现导致产生了称为半影区或晕区的缺血区概念，该区域围绕着不可逆创伤区。第二种现象是由受创伤的神经元所局部释放的兴奋毒素的释放、病 灶血流中的变化和水肿。脑血管疾病可以由以下情况造成由于灌注压低、血管破裂导致的局部脑区域 直接创伤和相邻组织的挤压所造成的流向脑细胞的血液不足。如动脉粥样硬化、动脉 瘤、炎症等的脑血管固有疾病或从如心脏的其它处进入并固定在脑血管中的远血栓可以 产生脑血管疾病。中风是定义由于所述一些病理过程而发生的神经学创伤的术语。65岁 以上的人群中有5%的人患有脑血管疾病，该疾病是发达国家中第三主要的死亡原因。此 外，经常会造成终生衰弱、无法在社会和家庭中工作并发挥作用以及频繁需要护理院治 疗。患有中风的人通常在他们剩余的生命中经受严重的伤害。发展中的中风或进行性中风是指初始事件后发展或变化的神经缺陷。据认为 这是由于以下原因所引起的相关动脉的进行性痉挛或狭窄、初发创伤周围脑水肿的发 展、由于血流减少或受创伤脑细胞所释放的局部细胞因子所引起的血栓蔓延。幸运地 是，脑中血管之间存在称作侧支循环的一些连通。从这些侧副管供给血液可以防止缺血 区中脑细胞的死亡。在颅内出血的情况下，出血通常是从小块开始并通过压力剥离使体积增加，并 导致相邻脑组织的移位和挤压。出血周围相邻挤压组织中的水肿可能导致质块效应，并 通过损伤更大面积脑组织使临床状况恶化。相邻脑中的水肿可能造成进行性恶化，这通 常在12至72小时内可以观察到。脑内出血后一周内发生的水肿通常使预后恶化，特别 是在中老年人中。血肿周围的组织被移位和挤压，但并不一定会受到致命的损害。由于 血肿的再吸收和相关组织重新恢复功能从而可以得到改善。这些病况的治疗一直令人失望。在一些情况下，对出血的手术减压可以有助于 防止不可逆挤压。如甘露醇和一些其它渗透剂的试剂可以降低由水肿所引起的颅内压。 在这些情况下，类固醇的价值还不确定，并且最近已提议使用高压氧。因此，尽管对受伤皮肤和皮下组织应用负压(或亚大气压)疗法表明与传统方法 相比治愈率得到提高(如美国专利No.5645081和5636643，7198046和7216651以及美国 公开的专利申请No.2003/0225347、2004/0039391和2004/0122434中所述，它们的内容 作为参考并入本文)，但是仍需要专门适合中枢神经系统独特组织使用的装置和方法。发明简述本发明一般地涉及使用亚大气压治疗中枢神经系统组织的装置和方法，更具体 但不排它地，涉及使用亚大气压治疗脑组织的装置和方法。根据本发明的一个示例性 程序，提供了使用亚大气压治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，其包括将多孔材料邻 近(proximate)所述损伤的中枢神经系统组织定位以提供所述多孔材料的一个或多个孔与 所述损伤的中枢神经系统组织之间的气体连通。在一些情况下，可以将所述多孔材料直 接置于所述损伤的中枢神经系统组织上方。可以将所述多孔材料邻近所述损伤的中枢神 经系统组织原位密封以提供在所述损伤的中枢神经系统组织周围(about)的区域，用于 在所述损伤的中枢神经系统组织处维持亚大气压。然后，可以将真空系统可操作地与所 述多孔材料连接并激活所述真空系统，从而在所述损伤的中枢神经系统组织处提供亚大 气压。可以在所述损伤组织处维持足够时间的亚大气压以减少所述中枢神经系统处的水 肿。
在本发明的另一方面，提供了治疗损伤的中枢神经系统组织的设备。该设备可 以包括如开孔胶原的多孔生物可吸收材料，其具有配置以允许所述多孔材料的一个或多 个孔与要治疗的所述中枢神经系统组织之间气体连通的孔结构。所述多孔材料的生物可 吸收本质可以避免对除去所述多孔材料的二次程序的需要。该设备还包括用于产生亚大 气压的真空源；可以放置所述真空源使其与所述多孔材料气体连通从而将亚大气压分配 至所述中枢神经系统组织。所述多孔材料至少在所述多孔材料的所选表面上可以具有足 够小的孔以防止组织在其中生长。此外，所述多孔材料至少在所述多孔材料的所选表面 上可以具有比成纤维细胞和中枢神经系统细胞尺寸小的孔径，并且可以在除所述所选表 面以外的位置具有比成纤维细胞和中枢神经系统细胞大的孔径。所述多孔材料的孔径可 以足够大以允许白蛋白尺寸大小的蛋白通过其运动。另外，所述多孔生物可吸收材料可 以包含至少一个密封的表面以防止亚大气压通过其传输。该设备还可以包括盖，其配置 以覆盖所述损伤的中枢神经系统组织从而在所述损伤的中枢神经系统组织处在所述盖的 下方维持亚大气压。在使用中，本发明可以提供压力梯度从而将水肿从中枢神经系统中除去，因 此，在更接近生理保存的状态保留了神经功能并提高了恢复和存活的可能性。反过来， 中枢神经系统浮肿的减小可以导致颅内压降低，从而使中枢神经系统损害和疝出的风险 最小化。除消除水肿之外，本发明可以除去增强中枢神经系统中组织对于创伤的炎性和 神经病理学反应的介体、降解产物和毒素。本发明可以保护中枢神经系统免受外源性感染和污染，并且在组织受到中枢神 经系统脓肿、脑膜炎、脑室炎和脑组织感染的污染时有利于并最大可能地使颅内和邻近 结构治愈。也可以通过增加血流和直接减少细菌负荷来保护中枢神经系统组织免受邻近 感染，如以亚临床状态存在于窦(sinuses)、口腔中的感染以及在正常人体状况中存在的 其它潜在感染的腔室(space)。此外，本发明所述的装置和方法可以使(prepare)中枢神 经系统组织达到治愈和减少细菌数的阶段从而可以成功地接受二次处理(例如，垫片、 骨移植物)。本发明还可以有利于使中枢神经系统和硬膜外隙之间连通(communicating)的病 理开放的闭合，例如，在硬膜外隙和硬膜下/硬膜上和/或蛛网膜下腔之间。同样地， 可以最大程度地降低病理过程的发展、减少生理学中枢神经系统完整性的破坏以及对中 枢神经系统血流和营养的干涉。本发明所述的设备和方法可以用于治疗下列病况由于外伤、手术、感染或任 何其它病理过程造成的中枢神经系统暴露；对中枢神经系统周围任何腔室和组织的治 疗，其包括硬膜下/硬膜上和脑室内腔；对继发于任何原因的中枢神经系统主质水肿 的治疗，所述原因包括出血、外伤、肿瘤、感染或任何其它病理状态；对由于任何上 述原因造成的颅内压和椎管内压升高的治疗；和对脑脊液病理的治疗，其中脊髓液与任 何非解剖学和非生理腔室病理学连通。另外，本发明可以用于在发生了中枢神经系统破 裂的区域中促进肉芽组织的形成，并且可以用于控制脑脊液的泄露。另外，经过修饰的 本发明的材料可以用于控制或闭合存在于中枢神经系统、皮肤间隙、鼻内腔和窦内腔之 间的缺陷。


当结合所附附图阅读时，将可以最好地理解本发明优选实施方式的上述简述以 及随后的详细说明。图1以分截面示意性地示出了本发明示例性设备的透视图，该装置原位显示了 对脑损伤的治疗；图2和3示出了未用亚大气压治疗的脑创伤对照动物的核磁共振成像(MRI)扫 描；图4示出了用亚大气压治疗8小时的脑损伤动物的核磁共振成像扫描；图5示出了未用亚大气压治疗的脑创伤对照动物的核磁共振成像扫描；图6和7示出了用亚大气压治疗24小时的脑创伤动物的核磁共振成像扫描；图8示出了未用亚大气压治疗的脑创伤对照动物的核磁共振成像扫描；图9以分截面示意性地示出了大鼠颅骨的正常解剖图，其包括脑和周围肌肉、 骨及其它组织；图10以分截面示意性地示出了图2动物的图片12/26，其显示了血液或流体挤压 和累积的区域；图11以分截面示意性地示出了图4动物的图片12/24，其显示了用多孔材料挤压 和覆盖就位(drape in place)的区域；图12以分截面示意性地示出了图5动物的图片12/24，其显示了用多孔材料挤压 就位的区域；图13以分截面示意性地示出了图6动物的图片12/24，其显示了用多孔材料挤压 和覆盖就位的区域；图14示意性地示出了本发明的多层多孔材料；图15A和15B分别示出了图5和6的核磁共振成像扫描的右下部分，其放大以 显示非治疗动物受冲击脑中相对更多的流体含量；图16示出了轴面的T2-加权核磁共振图，其显示了从大鼠脑的活体内获得的核 磁共振光谱体素(voxels)的位置；图17示出了从假手术脑、创伤脑、以及创伤并治疗的脑中获得的单体素核 磁共振光谱。将代谢产物标记为Ins(肌醇)、Tau(牛磺酸)、Cho(含有胆碱的化合 物)、Cr+PCr(肌酸和肌酸磷(phosphorus creatine))、Glu+Gln(谷氨酸和谷氨酰胺)、 NAA (N-乙酰天冬氨酸)、GABA ( y -氨基丁酸)和Lac (乳酸(lactate))；和图18A和18B示出了通过对脑样品进行硝基酪氨酸染色而进行的神经元退化和 死亡的免疫组织化学分析，其中所述脑样品在冲击后72小时收获，其中治疗组暴露于亚 大气压整72小时；深褐色点是死亡和正在死亡的细胞。发明详述现在参考附图，其中同样的元件在全文中用相同的数字标号，本发明涉及使用 亚大气压(或负压)治疗损伤的中枢神经系统组织的装置和方法。如本文所使用的，将
“损伤(的)”组织定义为包括受到创伤、损害或以任何其它方式受到伤害的组织，例 如，如由于外伤、疾病、感染、手术并发症或其它病理过程所造成的损伤。具体参见图 1，示出了本发明的亚大气压中枢神经系统治疗装置100的示例性构造。亚大气压中枢神经系统治疗装置100可以包括邻近所述损伤的中枢神经系统组织(例如，如脑组织9)放 置的多孔材料10，其用于将亚大气压输送和分配到损伤脑组织9。亚大气压中枢神经系 统治疗设备100还可以包括真空源30，其通过管20与多孔材料10气体连通从而向损伤的 脑组织9提供亚大气压。现在更详细地说明图1，以分截面在具有周围组织的动物中原位示出了本发明的 亚大气压中枢神经系统治疗装置100的示例性构造。所示组织包括皮肤2、肌肉组织4、 颅骨5和损伤脑组织9，在损伤脑组织9上缺失了一部分颅骨5以提供通向损伤的脑组织 9 的治疗(provide treatment access to thedamaged brain tissue 9)。可以将多孑L材料 10 置于 邻近脑组织9的空间(space)从而向所述损伤脑组织9提供亚大气压治疗。所述治疗可以 包括，例如，降低颅内压、减少水肿、除去有害流体或不需要的化合物等。多孔材料10可以具有足够大的孔以使得能够将不需要的化合物从脑组织9和周 围的一个或多个空间/组织中除去并且可以具有足够小的孔以阻止或防止脑组织向内生 长到多孔材料10中。就此而言，所述孔径可以足够大以允许将如细胞因子、毒性物质或 其它介体(mediators)的材料转运出脑组织9从而将该类材料减少至临床期望的水平。例 如，所述孔径可以足够大以允许白蛋白通过多孔材料10。此外，所述孔可以足够小(至 少在多孔材料10与脑组织9接触的地方)以阻止或防止组织生长到多孔材料10中从而使 得多孔材料10不粘附到脑组织9并且在去除时不会对脑组织9造成损伤。例如，为了最 大程度减少向内生长并且避免可能干扰脑生理功能的肉芽组织的过度产生，所述孔径可 以小于成纤维细胞和脑细胞的尺寸。所述多孔材料10可以在组成上和/或形态上是均勻的，或在多孔材料10内部或 在多孔材料10不接触脑组织9的任意位置处可以具有相对较大的孔径。例如，多孔材料 110可以包含非向内生长层112，其具有足够小的孔径从而在与脑接触放置时防止组织在 其中生长，并且可以具有附加层114，附加层114为具有相对较大孔径(例如，比成纤维 细胞和脑细胞大)的不同材料，其与非向内生长层112接触但不和脑接触，如图14。例 如，多孔材料10可以具有足够大的孔径以促进损伤脑组织9周围空间内其它组织处的肉 芽组织的形成。另外，多孔材料10可以包括多孔材料10的一个或多个侧或面，将所述 侧或面密封以防止亚大气压通过其传输，并且同时具有至少一个面，通过该面可以传输 亚大气压。多孔材料10的这种构造可以在多孔材料10的一侧提供对组织的优先治疗而 在所述密封侧不治疗组织。例如，当置于脑主质上脑主质与脑室腔的界面时，可以使用 这种多孔材料10。可以通过多孔材料10—侧上的面治疗所述主质；同时多孔材料10的 一个或多个密封面不会使脑室腔排液从而不会除去所述脑室腔中的流体。类似地，渗透 性沿其长度而不同的多孔材料10将使得亚大气压能够应用到脑主质而不促进如沟、室和 蛛网膜下腔的脑脊液(CSF)腔中的亚大气压，因此，并不优先地从那些腔体中除去脑脊 液。多孔材料10可以包括生物可吸收的或随时间无害降解的材料，如胶原，或在提 供亚大气压疗法后需要除去的材料。多孔材料10可以是不需过多的包装即可容易地符合 脑或腔壁表面的材料，并且可以不需要过多的修整和成型即可达到这样的要求。例如， 可以以带或链的形式提供多孔材料10，它们可以置于脑/颅上或内。所述的带或链可以 具有足够的强度从而在其从头中拉出时不会断裂或留下残余物。例如，当其中置有多孔材料10的腔填充(fil in)时，可以逐渐和逐步除去多孔材料10的带或链。因此，多孔材 料10可以是带或条或链的形式(例如，5X5X200毫米)，具有足够的弹性从而使其在治 疗后可以从颅骨5的小孔中拉出而不需要二次手术。多孔材料10可以是柔性片，其可以 折叠和改变以安装到中枢神经系统的特定区域中，如直接安装在外伤后的脑主质或脑室 系统中。另外，多孔材料10可以是足够顺应(compliant)的从而它对损伤的脑的挤压不会 达到干扰脑功能的程度。然而，多孔材料10可以是足够坚硬的从而其不会倒塌以至于拉 动脑或使脑变形至可能干扰脑功能的程度。可以在多孔材料10中使用的示例性材料可以 包括开孔胶原材料、聚乙醇酸和/或聚乳酸材料、合成聚合物、柔性片状网、开孔聚合 物泡沫、泡沫部分、多孔片、聚乙烯醇泡沫、聚乙烯和/或聚酯材料、弹性蛋白、透明 质酸、海藻酸盐、聚二醇柠檬酸酯(polydiolcitrates)、聚羟基丁酸酯、聚羟基富马酸酯、 聚碳酸三亚甲基酯(polytrimethylenecarbonate)、聚癸二酸甘油酯(polyglycerolsebecate)、 脂肪族/芳香族聚酐或其它适合的材料和以上材料的组合，上述材料中的任一种可以通 过，例如，电纺丝(electrospiraiing)、铸塑或印刷制造。该类材料包括壳聚糖溶液(1.33% 质量/体积的2%乙酸溶液，总体积为20mL)，可以将所述壳聚糖溶液注入到适当尺寸的 模具。然后将所述溶液在-70°C冷冻2小时，然后转移到冻干机中并施加真空24小时。 可以通过2.5% -5%的戊二醛蒸气使所述材料交联12-24小时(或通过紫外辐射交联8小 时)以提供铸塑的多孔材料10。另外，可以通过铸塑聚己内酯(PCL)制备多孔材料10。聚己内酯可以与氯化钠 (1份己内酯比10份氯化钠)混合并置于足够量的氯仿中以溶解所述组分。例如，可以将 SmL溶液倾入到适当尺寸和形状的容器(contained)中并使其干燥12小时。然后，可以 使氯化钠在水中析出24小时。还可能使用电纺丝材料制备多孔材料10。制备电纺丝(electrospun)多孔材料 10的一个示例性制剂和方法是使用以质量计76% 4% 20%的I型胶原6-硫酸软骨 素(CS)聚1，8-辛二醇柠檬酸酯(POC)的组合制备。对于胶原/CS/POC使用了两 种溶剂。将CS溶于水并将胶原和POC溶于2，2，2-三氟乙醇(TFE)。然后使用20% 水/80% TFE溶液(体积/体积)的溶液。对于电纺丝，将含有胶原CS POC混合 物的溶液置于安装了 18Ga针头的3mL注射器中。使用注射泵(New Era Pump Systems, Wantaugh, NY)将溶液以2.0毫升/小时的速率送料到针尖。通过高压电源(HV Power Supply, Gamma High Voltage Research, Ormond Beach.FL)提供 10_20 千伏的电压并将电 压施加到相距15-25厘米的针头(阳极)和接地的接收器(阴极)之间。然后将该材料 与戊二醛交联(等级II，25%的溶液)并加热聚合(80°C)48小时。还可能用初始浓度80 毫克/毫升的胶原在1，1，1，3，3，3-六氟-2-丙醇(HFP)中的溶液开始电纺丝I型胶 原多孔材料，然后使用与胶原CS POC组合相同的电纺丝条件进行。用于产生多孔材料10的其它方法是使用热喷墨印刷技术。可以印刷生物可吸收 材料，如胶原、弹性蛋白、透明质酸、海藻酸盐和聚乳酸/聚乙醇酸共聚物。例如，将 I型胶原(Elastin Products Co.，Owensville, MO)溶于0.05%的乙酸，然后用水稀释至1 毫克/毫升，从而可以印刷该溶液，采用同样的方法也可以印刷1毫克/毫升的海藻酸钠 (Dharma Trading Co., SanRaphael, CA)水溶液。还可以印刷I型胶原(2.86毫克/毫升在0.05%的乙酸中的溶液)和聚乳酸/聚乙醇酸(PURAC America，Blair, NE) (14.29毫克 /毫升在四甘醇(Sigma Aldrich, St.Louis MO)中的溶液)的混合物。可以将来自Hewlett Packard660c打印机的硬件安装到平台上，所述打印机包括步进电动机和墨粉鼓托架。然 后，可以调节硬件在平台以上的高度用于成层印刷。多孔材料10可以包括MRI相容材 料从而可以当多孔材料10就位时进行核磁共振成像。接着说明将亚大气压递送到多孔材料10并分配到损伤脑组织9，可以直接或间 接地连接管20从而与多孔材料10在管20的远端22气体连通。例如，可以将管20的远 端22包埋在多孔材料10中或者可以将其置于多孔材料10上方。管20的远端22还可以 包括一个或多个穿孔以辅助将亚大气压递送到多孔材料10和损伤脑组织9。管20可以 延伸穿过皮肤和皮下组织2中的开孔，可以将所述皮肤和组织用缝合线固定到管20周围 以辅助提供管20周围的密封。可以将管20的近端24可操作地连接到如真空泵的真空源 30以提供亚大气压，所述亚大气压通过管20传输到多孔材料10和损伤脑组织9。真空源30可以包括控制器32以调节亚大气压的产生。例如，可以配置真空源 30以连续或间歇产生亚大气压；例如，可以循环开关真空源30以提供产生和不产生亚大 气压的交替周期。产生和不产生之间的工作循环可以在1比10 (开/关)和10比1 (开/ 关)之间。此外，可以通过周期或循环波形(如正弦波)施加间歇亚大气压。可以在初 步治疗后循环真空源30 (如每分钟若干次)以模拟更接近生理的状况。根据需要，可以 根据对损伤脑组织9中压力监测所确定的情况间歇循环亚大气压。一般说来，可以配置 真空源30从而输送在大气压和低于大气压75毫米汞柱(Hg)(例如，如约20毫米汞柱) 之间的亚大气压以最大程度降低亚大气压对脑主质造成损害的可能性。(过低的负压可能 导致血液流入主质)。该亚大气压的应用可以促使从损伤脑组织9中消除水肿，从而因此 保持了神经学功能以提高在更接近生理的保存状况下恢复和存活的可能性。此外，亚大 气压的应用可以使颅内压正常化至临床期望的水平，可以使组织体积和密度正常化至临 床期望的水平和/或可以使血压和心率中至少一项正常化至临床期望的水平。例如，亚 大气压的应用可以使颅内压正常化至基本正常的损伤前的生理状态，可以使组织体积和 密度正常化至基本正常的损伤前的生理状态和/或可以使血压和心率中至少一项正常化 至基本正常的损伤前的生理状态。为了辅助维持损伤脑组织9处的亚大气压，可以邻近损伤脑组织9设置柔性盖/ 片50或刚性(或半刚性)盖以在损伤脑组织9周围提供区域，在该区域可以维持亚大气 压。具体地，参考图1、11、13，可以通过将盖50粘附到邻近损伤脑组织9的组织(如 皮肤2、202、502)以将盖50设置到损伤脑组织9和多孔材料10上方从而限定了损伤脑 组织9和多孔材料10周围的包围(enclosed)区域。例如，可以使用如纤维蛋白胶的粘合 剂将盖50粘在皮肤2、202、502和/或其它适当组织上。所述粘合剂可以包括自动聚合 胶和/或可以期望包括填充剂从而为所述粘合剂提供足够大的体积以允许所述粘合剂符 合所述粘合剂所接触的可能不规则表面的形状。所述粘合剂可以作为单独组件提供或作 为盖50的一部分提供从而提供自粘盖50。例如，盖50可以包括柔性自粘片，所述自粘 片在其一个或多个表面上包含适合的粘合剂。可以通过盖50和管20之间的配合在盖50下方传输亚大气压。具体地，盖50 可以包括连接管20的远端22的真空口以提供管20与损伤脑组织9上方的盖40下方的空间之间的气体连通。作为另外一种选择，盖50可以包含贯通器(pass through) 52，通过 该贯通器使管20通过从而将管20的远端22置于损伤脑组织9上方的盖50下方的空间内 并与该空间气体连通，如图1所示。此外，盖50还可以保护损伤脑组织9免受超出多孔 材料10和缝合皮肤2已提供的保护范围之外的外源性感染和污染。同样地，盖50还可 以保护周围组织免受损伤脑组织9的感染传播，如脑脓肿、脑膜炎和脊椎组织感染。作 为另外一种选择，不需要使用盖50并且可以缝合、订合或夹合闭合皮肤2和/或硬膜以 在损伤脑组织9周围提供区域，在该区域可以提供亚大气压。在本发明的另一方面，本发明还提供了使用亚大气压治疗损伤脑组织的方法。 具体地，该方法可以包括将多孔材料10邻近损伤脑组织9定位以提供多孔材料10的一个 或多个孔与损伤脑组织9之间的气体连通。可以邻近损伤脑组织9原位密封多孔材料10 从而提供损伤脑组织9周围的区域用于在损伤脑组织9处维持亚大气压。可以将管20在 管20的远端22处连接到多孔材料10，并且可以用缝合线7在皮肤2和皮下组织原位密封 多孔材料10以提供损伤脑组织9周围的区域用于维持亚大气压。可以任选地将其它气密 覆盖物或盖50置于缝合位点上方以促进气密密封。该方法还可以包括将盖50粘附性地 密封和粘合到损伤脑组织9周围的组织(例如，皮肤2)的步骤。可以采用自粘片50的 形式提供盖50，所述自粘片可以定位到损伤脑组织9的上方。在这种情况下，密封盖50 的步骤可以包括将自粘片50粘附性地密封并粘合到损伤脑组织9周围的组织从而在片50 和损伤脑组织9周围的组织之间形成密封。另外，可操作地连接与多孔材料10气体连通 的真空系统30的步骤可以包括将真空系统30与盖40的真空口连接。可以将管20的近端24连接到真空源30从而一旦启动真空系统30则能够将亚大 气压提供给损伤脑组织9。例如，可以将亚大气压维持在比大气压低约20至75毫米汞 柱。可以在损伤脑组织9处维持足够时间的亚大气压从而1)使颅内压正常化至基本正 常的损伤前的生理状态；2)使组织体积和密度正常化至基本正常的损伤前的生理状态； 3)使血压和心率中至少一项正常化至基本正常的损伤前的生理状态；4)使细胞因子、毒 性物质或其它介体减少至临床期望的水平；和/或5)改善患者的认知、意识、运动或感 觉功能，其可以通过格拉斯哥分数(GlasgowscOTe)指示。此外，可以在损伤脑组织9处 维持足够时间的亚大气压从而准备脑组织9以达到治愈和细菌数减少的阶段从而可以成 功地接受二次治疗(例如，垫板)。该方法可以使用至少三小时，或可以使用多天。在真空治疗结束时，可以除去 缝合线7并使皮肤2再开放。接着，可以除去多孔材料10并再次缝合使皮肤2闭合。
实施例大鼠脑创伤和亚大气压暴露实验1进行实验以发展脑挫伤模型和挫伤脑的真空治疗。获得十二只(12)300克的斯 普拉-道来(氏)大鼠(Sprague Dawley rat)并使它们适应居住环境。对于其中两只动物， 在执行任何其它程序前获得脑核磁共振成像扫描(Braker Biospin Horizontal Bore 7Tesla小 动物扫描器，Ettlingen，Germany)。用异氟烷(2%吸入)使这些动物镇静并获得脑扫 描。使这些动物从麻醉中恢复并回到笼中。为了产生创伤，在手术当天用异氟烷使动物镇静(2-2.5%吸入)。刮剃头顶部并用脱毛剂除去毛发。如图1，向下进行中线切开1至 骨5。除去右侧颅骨，从而暴露出右半部脑；硬膜保持完整。将动物置于冲击器设备上 的立体定位支架(气动(皮层)冲击设备；AmScien Instruments，Richmond VA)。然后 冲击每只动物的右前脑。对于第一只动物，用直径3毫米的棒冲击至2.0毫米深。(表 1，1号大鼠)。认为该创伤不够明显。尝试对动物2提高创伤的严重性。用直径6毫 米的棒冲击到第二只动物的脑中至2.5毫米深。(表1，2号大鼠)。认为该创伤过于严 重。对于其余的动物，用直径6毫米的棒冲击到右前脑中至2.0毫米深。(表1，3-12 号大鼠)。对于手术前已进行核磁共振成像扫描的两只动物，这两只动物在冲击后5分钟 内死亡。(表1，3号和8号大鼠)。成功冲击了两只非治疗的对照动物并使它们在加热的笼中从麻醉中恢复。(表 1，4号和5号大鼠)。8小时后，再次麻醉这些动物并获得了核磁共振成像扫描以显现肿 胀程度和水的存在(T2加权核磁共振成像图像)。然后成功冲击了两只真空处理动物，并 将尺寸等于所述除去的骨的一小片聚乙烯醇真空覆盖物(VersaFoam，Kinetic Concepts, Inc., SanAntonio, TX)置于脑上方。(表1，6号和7号大鼠)。将小孔抽气管置于所 述覆盖物上方和所述皮肤下方。将所述管的端部切成角度并放置该管从而使得管端部的 开口紧靠覆盖物。在所述抽气管侧面切出侧口并放置该管从而使得所述的口与泡沫覆盖 物接触。该管伸出切口位点并缝合该切口使其闭合。将一片薄膜覆盖物(Ioban，3M，St Paul, MN)置于所述切口的上方以确保气密密封。使这些动物从麻醉中恢复并置于加热 的笼中。将小孔抽气管与真空源连接。将25毫米汞柱的低水平空真(即比大气压低25 毫米汞柱)在这两只动物的创伤区域应用8小时。接着，用异氟烷(2%吸入)使动物再 次麻醉并进行核磁共振成像扫描。对于其中一只动物，当将该动物置于核磁共振成像扫 描仪中时挤压了创伤位点，从而对脑造成了其它但未定量的创伤。(表1，6号大鼠)。 对该动物的扫描显示脑组织从所述真空覆盖物的一边挤出。成功冲击了其它两只对照动物并将一块聚乙烯醇真空覆盖物置于所述除去的骨 的上方。(表1，9号和12号大鼠)。所述真空覆盖物的面积比所述除去的骨的面积大， 并且稍微延伸到产生以暴露脑的孔的外周之外(1-2毫米)。然后缝合皮肤使其闭合并允 许动物在加热的笼中从麻醉中恢复。接着，在24小时后再次麻醉这些动物并获得了核磁 共振成像扫描。成功冲击了其它两只真空处理动物，放置较大的真空覆盖物，其稍微延 伸到产生以暴露脑的孔的外周之外(1-2毫米)。小孔抽气管伸出切口位点并缝合该切口 使其闭合。抽气管平行于未创伤皮肤朝尾部方向伸出切口位点。将缝合线7置于颈部 皮肤2并用该缝合线7将抽气管20固定到皮肤2上以防止抽气管20在动物移动时移位。 (表1，10号和11号大鼠)。再次放置一小块薄膜覆盖物50以确保气密密封。将25毫 米汞柱的低水平真空应用24小时。接着，再次麻醉这些动物并获得核磁共振成像扫描。 此时，据发现血块阻塞了这些动物其中一只的抽气管，并且不能辨别是否确实将真空施 加到创伤区域。(表1，11号大鼠)。图2-8示出了如表1第5列中所指明的大鼠的核 磁共振成像图像，而图10-13以MRI图像所选图片的分截面示意性地加以说明，其中以
“2”结尾的参考编号(即，102、202、302、502)表示皮肤，以“3”结尾的编号(例 如，203)表示气袋，以“4”结尾的编号表示肌肉，以“5”结尾的编号表示颅骨，以 “6”结尾的编号表示脑，以“8”结尾的编号表示血液或其它液体，而以“9”结尾的编号表示脑冲击区域。图9以分截面示意性地示出了使用相同编号规定的与图10-13相 同的视图(即，皮肤402、肌肉404、颅骨405、脑406)，但是它示出了在进行这些试验 中所使用的任何程序前的动物中的视图。动物研究结果显示对照动物在冲击后8小时和24小时在创伤组织109、309处表 现出具有多余水的明显肿胀。(表1，4、5、9和12号大鼠，图2、10、3、5、12、8)。 在冲击后8和24小时(真空治疗8小时和24小时)，真空治疗的动物在创伤区域209、 509处表现出更小的肿胀和更少的多余水。(表1，7和10号大鼠，图4、11、6、13。 以及9号大鼠，图15A，相对于10号大鼠，图15B)。根据这些结果，得到结论为用6毫 米直径的棒冲击大鼠脑至2.0毫米深在冲击后产生了显著的肿胀程度，所述肿胀程度在24 小时比在8小时显著。对所述脑应用25毫米汞柱的真空显著地降低了脑肿胀，在冲击后 24小时应用了 24小时真空的效果尤其显著。
权利要求
1.用于治疗损伤的中枢神经系统组织的设备，其包括多孔生物可吸收材料，其具有配置成允许所述多孔生物可吸收材料的一个或多个孔 与要治疗的中枢神经系统组织之间气体连通的孔结构，所述多孔生物可吸收材料至少在 用于邻近所述损伤的中枢神经系统组织放置的多孔生物可吸收材料的所选表面上具有足 够小的孔以防止组织在其中生长；和真空源，其用于产生亚大气压，所述真空源的布置使其与所述多孔生物可吸收材料 气体连通从而向要治疗的所述中枢神经系统组织分配亚大气压。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述多孔生物可吸收材料包括开孔胶原。
3.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其中所述多孔生物可吸收材料包括聚二 醇柠檬酸酯。
4.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其中所述多孔生物可吸收材料包括聚乙 醇酸和/或聚乳酸材料。
5.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其中所述多孔生物可吸收材料包括开孔 泡沫。
6.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其中所述多孔生物可吸收材料包括合成 聚合物、柔性片状网和多孔片中的一种或多种。
7.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其中所述多孔生物可吸收材料包括弹性 蛋白、透明质酸、或海藻酸盐，以及它们的组合。
8.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其中所述多孔生物可吸收材料包括电纺 丝材料。
9.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其中所述多孔生物可吸收材料包括铸塑 材料。
10.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其中所述多孔生物可吸收材料包括印制 材料。
11.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其中所述多孔生物可吸收材料包括多孔 材料带O
12.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其中所述多孔生物可吸收材料至少在用 于邻近所述损伤的中枢神经系统组织放置的多孔生物可吸收材料的所选表面上具有比成 纤维细胞和中枢神经系统细胞尺寸小的孔径。
13.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其中所述多孔生物可吸收材料在所述生 物可吸收材料的内部具有比成纤维细胞和中枢神经系统细胞尺寸大的孔径。
14.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其中所述多孔生物可吸收材料在除所选 表面之外的位置具有比成纤维细胞和中枢神经系统细胞尺寸大的孔径。
15.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其中所述多孔生物可吸收材料的孔径足 够大以允许白蛋白尺寸的蛋白通过其运动。
16.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其中所述多孔生物可吸收材料包括至少 一个密封的面以防止通过其传递亚大气压。
17.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其中所述多孔生物可吸收材料在除所述 多孔材料的所选表面之外的表面上包括足够大的孔径以促进肉芽组织形成。
18.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其中所述真空源包括真空泵。
19.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其包括盖，配置所述盖以覆盖所述损伤 的中枢神经系统组织从而在所述损伤的中枢神经系统组织处的所述盖的下方维持亚大气压。
20.根据权利要求19所述的设备，其中所述盖包括自粘片。
21.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其中配置所述真空源以提供约25毫米汞 柱的亚大气压。
22.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其中配置所述真空源以提供最高约75毫 米汞柱的亚大气压。
23.使用亚大气压治疗患者的损伤的中枢神经系统组织的方法，包括i、将多孔材料邻近损伤的中枢神经系统组织定位以提供所述多孔材料的一个或多个 孔与所述损伤的中枢神经系统组织之间的气体连通；ii、邻近所述损伤的中枢神经系统组织原位密封多孔材料以提供在所述损伤的中枢神 经系统组织周围的区域，用于在所述损伤的中枢神经系统组织处维持亚大气压；iii、可操作地将真空系统与所述多孔材料连接用于在所述损伤的中枢神经系统组织 处产生亚大气压；和iv、激活所述真空系统从而在所述损伤的中枢神经系统组织处提供亚大气压。
24.根据权利要求23所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，其中所述定位多孔 材料的步骤包括将所述多孔材料邻近损伤的脑组织定位。
25.根据权利要求23-24中任一项所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，包括 在所述损伤组织处维持足够时间的亚大气压从而使颅内压正常化至基本正常的损伤前的 生理状态。
26.根据权利要求23-25中任一项所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，包括 在所述损伤组织处维持足够时间的亚大气压从而使组织体积和密度正常化至基本正常的 损伤前的生理状态。
27.根据权利要求23-26中任一项所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，包括 在所述损伤组织处维持足够时间的亚大气压从而使血压和心率的至少一项正常化至基本 正常的损伤前的生理状态。
28.根据权利要求23-27中任一项所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，包括 在所述损伤组织处维持足够时间的亚大气压从而使颅内压正常化至临床期望的水平。
29.根据权利要求23-28中任一项所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，包括 在所述损伤组织处维持足够时间的亚大气压从而使组织体积和密度正常化至临床期望的 水平。
30.根据权利要求23-29中任一项所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，包括 在所述损伤组织处维持足够时间的亚大气压从而使血压和心率中至少一项正常化至临床 期望的水平。
31.根据权利要求23-30中任一项所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，包括 在所述损伤组织处维持足够时间的亚大气压从而使细胞因子、毒性物质或其它介体减少 至临床期望的水平。
32.根据权利要求23-31中任一项所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，包括 在所述损伤组织处维持足够时间的亚大气压从而使所述患者的意识状态得到临床改善。
33.根据权利要求23-32中任一项所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，包括 在所述损伤组织处维持足够时间的亚大气压从而使格拉斯哥分数得到改善。
34.根据权利要求23-33中任一项所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，其中 所述维持亚大气压的步骤包括维持约25毫米汞柱的亚大气压。
35.根据权利要求23-34中任一项所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，其中 所述原位密封多孔材料的步骤包括将盖定位在所述损伤组织上方并将所述盖密封到邻近 所述损伤组织的组织用于在所述损伤组织处维持亚大气压。
36.根据权利要求35所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，其中所述将盖定位 在所述损伤组织上方的步骤包括将柔性粘合片定位在所述损伤组织上方。
37.根据权利要求35所述的治疗损伤组织的方法，其中所述将所述盖密封到所述损伤 组织周围的组织的步骤包括将所述盖粘附性地密封并粘合到所述损伤组织周围的组织。
38.根据权利要求35所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，其中所述定位盖的 步骤包括将自粘片定位在所述损伤组织上方，并且其中所述密封所述盖的步骤包括将所 述自粘片粘附性地密封并粘合到所述损伤组织周围的组织从而在所述片和所述损伤组织 周围的组织之间形成密封。
39.根据权利要求23-38中任一项所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，其中 所述定位多孔材料的步骤包括将所述多孔材料定位在所述损伤组织上方。
40.根据权利要求23-38中任一项所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，其中 所述定位多孔材料的步骤包括将所述多孔材料定位在所述损伤组织内。
41.根据权利要求23-40中任一项所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，其中 所述定位多孔材料的步骤包括将多孔的开孔胶原材料邻近所述损伤组织定位。
42.根据权利要求23-41中任一项所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，其中 所述定位多孔材料的步骤包括将聚乙醇酸和/或聚乳酸材料邻近所述损伤组织定位。
43.根据权利要求23-42中任一项所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，其中 所述定位多孔材料的步骤包括将合成聚合物邻近所述损伤组织定位。
44.根据权利要求23-43中任一项所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，其中 所述定位多孔材料的步骤包括将柔性片状网邻近所述损伤组织定位。
45.根据权利要求23-44中任一项所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，其中 所述定位多孔材料的步骤包括将开孔聚合物泡沫邻近所述损伤组织定位。
46.根据权利要求23-45中任一项所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，其中 所述定位多孔材料的步骤包括将泡沫部分邻近所述损伤组织定位。
47.根据权利要求23-46中任一项所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，其中 所述定位多孔材料的步骤包括将多孔片邻近所述损伤组织定位。
48.根据权利要求23-47中任一项所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，其中 所述定位多孔材料的步骤包括将聚乙烯醇泡沫邻近所述损伤组织定位。
49.根据权利要求23-48中任一项所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，其中 所述定位多孔材料的步骤包括将聚乙烯和/或聚酯材料邻近所述损伤组织定位。
50.根据权利要求23-49中任一项所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，其中 所述定位多孔材料的步骤包括将聚二醇柠檬酸酯材料邻近所述损伤组织定位。
51.根据权利要求23-50中任一项所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，其中 所述定位多孔材料的步骤包括将包含聚二醇柠檬酸酯和胶原的材料邻近所述损伤组织定 位。
52.根据权利要求23-51中任一项所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，其中 所述定位多孔材料的步骤包括将包括弹性蛋白、透明质酸、海藻酸盐或它们的组合的材 料邻近所述损伤组织定位。
53.根据权利要求23-52中任一项所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，其中 所述定位多孔材料的步骤包括将所述多孔材料定位在所述中枢神经系统受外伤的部分上 方。
54.根据权利要求23-53中任一项所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，其中 所述可操作地连接真空系统的步骤包括将管在管近端连接到抽吸源并将所述管远端置于 所述多孔材料上方。
55.根据权利要求54所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，其中所述管在所述 远端具有至少一个穿孔，并且其中所述连接管的步骤包括放置所述至少一个穿孔使其与 所述多孔材料气体连通。
56.根据权利要求23-53中任一项所述的治疗损伤的中枢神经系统的方法，其中所述 可操作地连接真空系统的步骤包括将管在管近端连接到抽吸源并且将所述管远端包埋在 所述多孔材料中。
57.根据权利要求56所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，其中所述管在所述 远端具有至少一个穿孔，并且其中所述连接管的步骤包括将所述至少一个穿孔包埋在所 述多孔材料中。
58.根据权利要求23-57中任一项所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，其中 所述维持亚大气压的步骤包括维持不超过75毫米汞柱的亚大气压。
59.根据权利要求23-57中任一项所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，其中 所述原位密封多孔材料的步骤包括将组织在所述多孔材料顶部上方缝合、订合或夹合就 位。
60.根据权利要求23-59中任一项所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，其中 所述激活所述真空系统以提供亚大气压的步骤包括提供产生和不产生亚大气压的交替周 期。
61.根据权利要求23-60中任一项所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，其中 所述定位多孔材料的步骤包括将多孔的电纺丝材料邻近所述损伤组织定位。
62.根据权利要求23-61中任一项所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，其中 所述定位多孔材料的步骤包括将多孔的铸塑材料邻近所述损伤组织定位。
63.根据权利要求23-62中任一项所述的治疗损伤的中枢神经系统组织的方法，其中 所述定位多孔材料的步骤包括将多孔的印制材料邻近所述损伤组织定位。
全文摘要
本发明一般地涉及治疗中枢神经系统组织的装置和方法，更具体但不排他地，涉及治疗脑组织的装置和方法。
文档编号A61M1/00GK102014980SQ200980108899
公开日2011年4月13日 申请日期2009年1月9日 优先权日2008年1月9日
发明者D·L·凯罗尔, J·刘, L·C·阿尔真塔, M·J·莫里克瓦斯, N·H·利瓦伊, S·塔特, W·D·沃纳 申请人:韦克福里斯特大学健康科学院