专利名称:用于细胞治疗的杂交装置的制作方法
本申请要求申请日为2004年7月29日的美国临时申请号60/591,919的优先权，该临时申请的内容被收作本文参考。
发明背景其完整内容被收作本文参考的PCT申请号PCT/MX99/00039，PCT公开号WO 00/35371披露了用于胰岛-足细胞混合物的异种移植的装置。在该装置中，新的毛细血管可以通过圆柱形的穿孔的金属网生长，所述装置中容纳有不完全封闭的塑料(例如，Teflon)柱塞。在所述柱塞和网孔之间形成了大约1mm的开放空间，以便允许新的毛细血管通过该装置的外壁生长，在所述柱塞和网孔之间提供血管床。一段时间(4-8周)之后，将所述柱塞取出，并且将用于移植的特定的细胞放置在它的位置上。
毛细血管床在紧靠移植的细胞附近的可利用性，在一个示例场合下靠近胰岛细胞群体，据报导可以促进细胞移植物的移入。另外，共移植的足细胞的存在被认为赋予了该装置免疫保护/免疫调节能力。足细胞来自睾丸，并且能表达FasL(Fas配体)。这些细胞被认为能够产生局部免疫保护作用，并且对于睾丸微环境来说，允许移植到睾丸中的其他细胞类型长时间存活。细胞，如胰岛细胞的睾丸内移植，或胰岛细胞与足细胞的共移植在过去二十年中一直在尝试，其目的是赋予对受体免疫系统免疫攻击移植细胞的免疫保护。
发明概述尽管按照系统的设计，上述方法具有潜在的优势，但移植的细胞仍然能够被受体的系统识别为非自身的，外来的活的生物组织，并因此产生免疫反应，对于异种移植物(不同物种之间的组织移植)来说，这种反应特别强烈。其结果是，移植的细胞会作为异源组织受攻击，甚至是共同移植的足细胞也不能充分保护所述治疗细胞类型。因此，可能需要患者的有效的系统免疫抑制，特别是对于物种之间，如猪与人之间的移植来说。另外，上述提到的圆柱形装置的潜在缺陷是，沉积的圆柱形细胞柱对于来自新的毛细血管的养分来说可能太厚了，以至在细胞移植物的完整厚度被外周毛细血管床完全血管化之前不能到达更靠里面沉积的细胞，因此这些细胞不能繁殖和/或只有小部分的移植的细胞可以存活到出现适当的再血管化。
本发明的目的是避免对细胞移植受体的长期系统免疫抑制的需求，这种需求通常制约了所述方法在需要细胞治疗的最严重的疾病状态(例如，低血糖昏迷，和对于胰岛素依赖型糖尿病来说的不稳定性糖尿病)下的应用。
本发明的另一个目的是在细胞移植物的再血管化之前、期间和之后提供便于添加有利于移植的细胞和组织的移入和功能的组件。本发明的另一个目的是提供有利于细胞存活的细胞/组织移植物插孔，包括让所述移植物最大化接触(例如，通过输送VEGF)生长在所述装置内和/或周围的新的毛细血管，以及输注不仅能促进物质，而且还能保护/增强移植的细胞/组织的物质(例如，抗细胞凋亡物质和/或生长因子，如IGF-I，IGF-II，HGF，GLP-1，Exendin-4，INGAP，Lisophylline等)。
本发明通过提供局部化免疫抑制/免疫调节解决了细胞移植物排斥的问题，它可以局部输送治疗水平的免疫抑制/免疫调节物质，同时避免了受体患者的长期系统性免疫抑制的要求，并且提供了有利于细胞移入，生长和功能的其他因子的添加。
更具体地讲，为了实现上述和其他目的，本发明提出了改进和组合两种类型的装置，以便提供杂交装置，它可以利用装有需要的细胞或细胞组合物的移植装置进行细胞治疗，它通过外部的或内部的泵连接，以便局部输送免疫抑制/免疫调节分子和/或允许移植的细胞存活以及它们的潜在再生/繁殖的特定的生长因子。正如可以理解的，特定因子/细胞因子/药物的局部输送有利于移植细胞的长期存活和功能，同时降低了受体免疫抑制的副作用。
因此，在典型实施方案中，本发明包括提供有利于细胞存活和功能的微环境的装置，和用于将各种因子，细胞因子和免疫抑制/免疫调节分子直接输送到容纳在该装置中的移植细胞的泵。所述泵可以在外部，这通常优选便于加载不同的介质药筒，或位于内部，如位于皮下，具有装载口和遥控的输注装置。特定制剂的加载，优选通过放置在外部泵中的可更换的/一次性的药筒，可以进行修饰，以便适应不同时间的移植细胞环境的不同的要求。典型的制剂包括用于血管形成的制剂(例如，VEGF)，抗炎(例如，抗-TNFα，lysophilline，己酮可可碱，COX-2抑制剂等)，细胞保护/抗细胞凋亡制剂/分子，耐受性诱导分子(例如，Dr.Terry Strom′s power-mix，融合体IL-10，custimulatory blockade等)；免疫抑制剂(例如，雷帕霉素，喜树碱(campath)-1H，ATG，Prograf，抗IL-2r，MMF，FTY，LEA等)；和生长因子(例如，IGF-I，IGF-II，INGAP，exendin-4，GLP-1，HGF)。
移植的细胞可以是同种异体或异种胰岛细胞，单独的或者与其他细胞类型(例如，足细胞，间叶细胞和骨髓衍生的细胞，干细胞等)组合。除了被认为是主要目标的胰岛之外，本发明的方法还可应用在其他组织和细胞治疗模型系统上。
因此，本发明涉及用于接收植入的生物材料的装置，包括形成内部空间的多孔的外壁，和用于选择性地输注至少一种免疫抑制和/或生长因子介质到所述空间的流体歧管组件，以及用于所述介质的泵或储器，它选择性地结合在所述歧管组件上。在典型实施方案中，所述装置大体上是扁平，并且有可能略微弯曲，以便最大化加载量和再血管化，同时解决了潜在的美观问题，特别是对于皮下移植来说，不过，所述装置可以是圆柱形形状的。
所述装置可以与PCT申请号PCT/MX99/00039(PCT公开号为WO00/35371)所披露的装置类似，其中，新的毛细血管可以通过多孔的金属网生长，所述金属网包括不完全闭合的塑料(例如，Teflon)柱塞，或可以仅包括金属网元件，以便可以通过可穿过所述网的受体毛细血管使所述装置内容物再血管化。在后一种情况下，所述装置优选通过一个步骤的方法植入，其中，移植的组织是单独加载的，或优选与可以支持移植的组织/细胞的生活力和功能，同时完成再血管化过程的基质或生物材料结合。例如，所述基质可以是有或没有全氟化碳(PFC)液滴或PFC微型乳剂的Biodritin(以便改善所述腔室内部组织/细胞的氧合作用-例如，参见Mares-Guia的有关的PFC和biodritin的专利，美国专利号6,630,154)。后一个实施方案的优点是，可以通过一次手术植入所述装置，而不是像″柱塞″系统那样需要两次手术。在任意一种实施方案中，装置应当包括输送系统，它是可以输送药物和养分/生长因子的必需部件。
本发明还涉及用于将生物材料植入患者体内的方法，包括提供用于接收生物材料的装置，所述装置包括形成内部空间的多孔的外壁，和用于选择性地输注至少一种免疫抑制和/或生长因子介质到所述内部空间的流体歧管组件，以及可操作地与所述歧管组件连接的用于所述介质的泵或储器；将所述装置植入患者体内的特定位置；让组织通过所述多孔的外壁向内生长进入所述内部空间；将包括特定组织/细胞产物的生物材料放入所述内部空间；和选择性地输注至少一种免疫抑制和/或生长因子介质到所述内部空间。所述植入的位置可以是网膜内(网膜囊)、皮下或腹膜内。在这种场合下，所述装置的输出会进入门静脉系统。
附图的简要说明通过认真研究以下结合附图对本发明的优选的典型实施方案的更详细的说明，可以更全面地了解和理解本发明的其他目的和优点，其中
图1是体现本发明的装置和泵组件的透视图；图2是图1所示装置的实施方案的分解透视图；图3是根据本发明另一种实施方案的柱塞部件的透视图。
发明的详细说明体现本发明的杂交装置10的一种实施方案通过举例形式在图1和2中示出。该杂交装置包括装有治疗性组织/细胞产物的可植入的装置12，可在植入的同时或在第二阶段(在所述装置的预血管化之后)装入，以及外部泵或其他储器14，用于输送特定的养分、生长因子和免疫调节/免疫抑制物质，以便改善植入的组织/细胞的血管形成、存活、功能和生长。可植入的装置12包括多孔的外周壁16，其形成了内部空间或腔室18。所述多孔的外壁具有足够多的穿孔，以便允许毛细血管通过所述穿孔生长，以提供血管床，用于促进移植的细胞的移入，正如下文所披露的。因此，例如，所述穿孔可以为300-800微米，更优选400-700微米。举例来说，可以提供具有大约500微米的孔的不锈钢网，但所述孔可以略小或略大一些。
在一种实施方案中，在血管形成阶段，将柱塞20放置在由多孔外周壁16所形成的腔室内，以便构成具有大约1-2mm厚的血管形成空间或间隙。就此而言，优选限定所述装置的大小，优选它的总厚度小于1cm，更优选小于0.7cm，而在所述网内部，在柱塞周围毛细血管向内生长有1-2mm。
参见所示出的实施方案，腔室18的一端在血管形成阶段由插入柱塞20的头或盖22封闭，所述柱塞20选择性地位于腔室18内部，以便形成用于形成新的毛细血管的间隙。在所述装置的相反一端提供了歧管组件或结构24。歧管结构24包括端口26，用于将歧管可操作地连接在导管28上，后者可操作地连接在泵或储器14上，正如在图1和2中示意性地示出的，以及歧管盖，它用于将输注的介质分配到多个分配导管30，并且封闭所述腔室的各个末端。在所示出的实施方案中，提供了四个导管30，用于将介质从歧管盖中分配到装置12的腔室18中。每一个导管优选是微型穿孔的，以便大体上均匀地将介质输注并且分配到所述腔室内。所述微型穿孔可以是均匀分布的。在另一种方案中，所述微型穿孔能够以沿远离歧管的方向，以补偿沿导管长度的压力降低的方式沿导管长度分布，以便确保输注的介质的均匀分布，正如下文更详细地披露的。
应当指出的是，除了通过歧管结构24输注因子/细胞因子/药物之外，所述外壁和/或柱塞(如果有的话)可以用合适的介质，如用合适的药物/因子浸泡过的聚合物涂敷，还起着药物输送系统的作用，特别是当所述装置被第一次植入时。
在图2所示出的实施方案中，插入柱塞20包括纵向插孔32，插孔32用于在血管形成阶段选择性地可滑动地接纳歧管的导管30。因此，可以在血管形成阶段之后，将柱塞20简单并完整地取出，留下由歧管24的导管30形成的″洒水系统″。将合适的端盖，例如，相当于所述柱塞的外部(下部)的塞子安装在该装置上，用于在细胞介质在由血管化床形成的腔室中沉积之后封闭所述腔室的末端。该塞子(未示出)可以具有小的凹槽，用于容纳″洒水系统″的导管30的末端。
在一个备选方案中，歧管组件不是单独提供的，相反，一旦形成了血管化的床，就可以用包括歧管盖子和图2所示类型的导管的歧管结构更换所述柱塞。在这种情况下，与所述柱塞插入末端相对的腔室的末端可以作为所述装置的固定的，优选穿孔的端壁提供。另外，根据这种替代方案，为了用于在血管形成阶段输液，所述柱塞优选本身包括输液歧管组件，这种柱塞的例子在下面结合图3进行说明。
再次参见图2所示实施方案，在血管形成阶段，可以根据需要或要求利用泵14通过歧管24输送介质，以便将特定的介质分配到各个导管30中。由于柱塞20和所述导管的各个插孔32的存在，输注的介质会回流离开所述插孔，并且被分布在柱塞20的外表面上，分布在所述腔室内部，并且根据毛细血管的形成阶段，可以通过所述网到达周围的组织。
一旦血管形成足够完善，就通过手术找到所述柱塞的塞子，然后使它从腔室中可滑动地移位。然后将用于移植的细胞和/或组织放置在先前被柱塞20所占据的腔室18内。
可以输注合适的介质，使它在柱塞和新的毛细血管之间流动，以便有利于取出所述柱塞。就此而言，可以参见图3所示其他柱塞的实施方案，该组件可以包括构置在柱塞120内的导管134的输液系统，以便可以将它们用于输注溶液而有利于取出柱塞120。所述导管134还可用于在缓慢取出柱塞120的同时输送细胞/组织。在这种情况下，可以在缓慢取出柱塞时逐渐加载细胞/组织。可以提供导管134，以便取代用于″洒水系统″的导管30的插孔132，例如，在柱塞中的三个导管134替代插入″洒水系统″的四个导管30，正如图中所示出的。因此，所述柱塞的三个导管134可以在取出柱塞120的同时加载溶液/细胞。在所述替代方案中，例如，当所述柱塞没有与用于细胞沉积的导管整合时，如图2的实施方案所示，一旦取出了柱塞，就可以通过使用与注射器连接的小的导管(未示出)将组织/细胞输送到所述装置中。
根据本发明的另一种实施方案，植入的装置业已加载了细胞/组织，并且没有任何柱塞结构。因此，在该实施方案中，省略了第一个预血管形成阶段，但是，歧管组件24和导管30，所谓的″洒水系统″仍然用于给移植的细胞提供养分和生长因子，同时通过输送血管形成因子促进血管形成。
在提供柱塞20，120，并且在血管形成之后取出的情况下，该装置的开口末端随后进行适当的封闭，例如，使用Teflon封盖或类似的封闭装置，正如上文所提到的，并且，所述手术切口同样适当地闭合。然后，可以使用所述泵输注抗炎，免疫抑制或其他制剂/分子，并且通过歧管24和分配导管30分配到移植的细胞和组织中。正如可以理解的，所述装置的大体上扁平的薄的结构导致利于将所述养分从新的毛细血管输送到沉积的细胞中。另外，通过歧管和分配导管输注合适的介质，确保了对移植的细胞的适当的支持，以及提供了有效的局部化免疫抑制作用，以便排除宿主免疫系统的排斥。由于所述免疫抑制局限于移植的细胞，可能不需要系统性免疫抑制，或可能仅需要在围移植期短期进行，或与目前使用的系统免疫相比需要明显更小的剂量。可以控制局部输送的剂量，以便通过新的毛细血管输送到患者体内其他地方的免疫抑制药物达到这一程度，即药物的浓度可以为能最小化对患者产生的任何负面影响的程度。
所述多孔的装置壁16优选是宽的，一般是扁平的和窄的，如图所示，具有圆形末端，以便比较符合人机工程学，使患者在植入后舒适一些，并且减轻应力集中。不过，所述装置可以具有更宽的结构，并且甚至可以采用圆柱形形式，使所述输注歧管的导管30适合将养分和其他介质分配到通过新的毛细血管输送的养分无法到达的核心。
所述多孔的外壁可以是不锈钢、聚合物或作为形成腔室的部件能够提供尺寸稳定性，并且提供了毛细血管/组织向内生长所需要的孔隙度的任何其他合适的材料。所述多孔部分的长度可以是符合治疗需要的任何合适的长度和宽度，以便适当地促进由移植的细胞提供的生物学因子的生产，因此，可以是长和宽为大约3-15厘米的装置，这是包含用于输送治疗产物的细胞(例如，输送胰岛素的胰岛细胞)的装置的典型尺寸范围。不过，例如，为了植入肝细胞可能需要较大的装置，要植入用于维持生命的细胞体积(例如，用于肝功能衰竭和天然肝脏再生之间过渡的装置植入的场合，或肝脏衰竭和过敏性肝脏移植之间过渡的场合；在上述场合下，可以将所述装置制作成能容纳高达100-200ml的细胞/组织体积，因此需要较大的尺寸。对于胰岛细胞来说，移植的总的包装的细胞体积可以小于15cc细胞/组织，并且一般小于7cc的组织。
正如可以理解的，所述外壁的孔隙度能决定血管床中新形成的血管的大小。为此，可以按照所包封结构的目标用途确定所述网眼或孔的大小。
在所述装置的各个纵向末端限定的封盖或塞子的长度适合其在，例如，所述多孔壁上密封的功能，并且可以，例如，占该装置长度的10％，同时其横向尺寸类似于所述多孔主体的尺寸。如果认为必要或较理想，可以提供其他固定元件，以便适当固定所述柱塞、歧管和/或其他端盖于原位。
柱塞装置20，120优选是实心部件，其形状大体上相当于穿孔壁16的形状，不过在每一个方向上缩小，以便与所述穿孔壁之间形成间隙。不过，所述柱塞可以具有略微不同于所述外部穿孔壁的形状，以便有利于插入和取出。因此，所述柱塞的壁可以沿插入方向略微缩小，和/或在表面开槽或进行表面处理，以利于取出。所述柱塞可以是实心的或空心的，不过实心的(歧管导管插孔或它自身的输液歧管除外)对于尺寸精度来说是优选的，并且可以降低介质进入所述柱塞内部，并且之后随时间而分解的可能性。
在使用时，通过包封装置12形成的血管床的厚度以及毛细血管通过多孔壁16的生长取决于多孔主体16和柱塞20，120之间的间隙，所述该空间是按照所述包封装置的最终用途的要求决定的。多孔主体和柱塞的横向尺寸是按照体积和厚度要求选择的，从4到15mm，间隔距离或间隙为1-2mm。
根据本发明的实施方案，产生血管床，以便形成用于接收生物材料的储器，并且有利于移植细胞的长期存活和功能的方法包括将所述装置植入患者体内，使柱塞(当提供时)放置在所述多孔壁的内部，以便形成用于组织向内生长的间隙。所述装置的一端是由柱塞头封闭的(如果有的话)或用塞子塞住或整体封闭，而所述装置的另一末端是封闭的或加盖的。例如，使用所述歧管元件(或在心轴随后取代柱塞或结合在它里面的情况下是封闭的)。所述植入部位可以是网膜内(网膜囊)、皮下或腹膜内，以便所述装置的输出进入门静脉系统。
当以这种方式植入时，所述多孔的主体会通过患者身体的天然作用被纤维胶原覆盖，并且通过包囊化和组织向内生长在所述柱塞和多孔壁之间的间隙中形成血管床。所述组织向内生长或血管化阶段可以通过使用所述泵通过歧管结构输注合适的因子得到促进或加强。另外或作为替代，所述外壁和/或柱塞可以用合适的介质，如用合适的药物/因子浸泡过的聚合物包衣，以便起着药物输送系统的作用。
随后，一旦形成了纤维胶原层，则制作部分切口，以便暴露所述装置的柱塞入口末端，以便将它取出。如果认为必要和较理想，可以通过所述歧管结构输注合适的介质，以便有利于柱塞取出。在取出柱塞时，形成了新的血管化插孔，并且适合通过该装置末端的开口植入能产生生物学因子的细胞。将由能产生所述生物学因子的细胞组成的生物材料和根据要植入的细胞类型选择的任选的培养基放置在由通过取出柱塞而留下的空的间隙插孔的插孔内。然后用合适的密封部件密封该装置，使得新的血管化插孔封闭在患者体内。所述生物学因子促进细胞与血管化组织接触起作用，并且生物学因子被血流吸收。同时，通过所述歧管结构输注能够使移植的细胞存活，并且有可能再生/增殖的免疫抑制/免疫调节分子和/或特定的生长因子。正如可以理解的，特定因子/细胞因子/药物的局部输送将有利于移植细胞的长期存活和功能，同时最小化受体免疫抑制的副作用。
为了进一步加强治疗效果，可以使用业已通过已知技术进行过遗传学操作的能产生因子的细胞。在治疗上面所述的糖尿病时，细胞的用量为每千克患者体重6,000-12,000郎格罕氏岛细胞。对于本发明来说，这些细胞可以与足细胞组合，以便保护它们免遭免疫排斥作用。另外或作为替代，沉积在所述装置内的细胞可以包括能产生具有治疗活性的物质的细胞，如甲状腺细胞和甲状旁腺细胞等。
尽管业已结合目前被认为是最可行和优选的实施方案对本发明进行了说明，但应当理解的是，本发明并不局限于所披露的实施方案，相反，希望覆盖包含在所附权利要求
书的构思和范围内的各种改进和等同的装置。例如，在备选结构上，正如上文所提到的，可以植入业已包含了所述细胞/组织的没有柱塞的装置，而没有在网和柱塞之间提供第一阶段的血管形成，不过，利用″洒水系统″给移植的细胞提供养分和生长因子，同时通过输送血管形成因子有利于再血管化。
权利要求
1.用于接收植入的生物材料的装置，包括限定内部空间的多孔的外壁和用于选择性地输注至少一种免疫抑制和/或生长因子介质到所述空间中的流体歧管组件，以及用于所述介质的可操作地与所述歧管组件连接的泵或储器。
2.如权利要求
1的装置，还包括用于放置在所述空间中的柱塞体，以便在所述柱塞和壁之间形成外周间隙。
3.如权利要求
2的装置，其中，所述歧管组件是独立于所述柱塞体形成的，并且，所述柱塞体和所述歧管组件选择性地可交换地放置在所述空间中。
4.如权利要求
3的装置，其中，所述歧管组件包括封盖和至少一个纵向安装的介质分配导管，用于将介质分配到所述空间中。
5.如权利要求
4的装置，其中，存在多个分配导管。
6.如权利要求
4的装置，其中，所述至少一个导管是被微型穿孔的，以便沿它的长度分配介质。
7.如权利要求
1的装置，其中，所述柱塞体和歧管组件被互补构造，以便同时放置在所述空间中。
8.如权利要求
7的装置，其中，所述歧管组件和柱塞体是从所述装置的相对的纵向末端选择性地插入所述空间的。
9.如权利要求
7的装置，其中，所述歧管组件包括封盖和至少一个纵向安装的介质分配导管，用于将介质分配到所述空间中。
10.如权利要求
7的装置，其中，存在多个分配导管。
11.如权利要求
10的装置，其中，所述至少一个导管是微型穿孔的，以便沿它的长度分配介质。
12.如权利要求
1的装置，其中，所述多孔外壁具有第一和第二大体上平行的侧壁。
13.如权利要求
12的装置，其中，所述平行的侧壁是弯曲的。
14.如权利要求
12的装置，其中，所述多孔外壁具有第二和第三凸圆的弯曲侧壁。
15.如权利要求
8的装置，其中，所述柱塞体具有内置的导管，以便在去掉柱塞时，输送生理溶液或特定的组织/细胞产物，或者以便有助于柱塞移动或同时加载特定的细胞产物。
16.如权利要求
15的装置，其中，所述内置的导管选择性地平行地安装在歧管组件的药物输送导管之间。
17.用于将生物材料植入患者体内的方法，包括提供用于接收生物材料的装置，所述装置包括限定内部空间的多孔的外壁和用于选择性地输注至少一种免疫抑制和/或生长因子介质到所述内部空间的流体歧管组件，以及可操作地与所述歧管组件连接的用于所述介质的泵或储器；将所述装置植入患者体内的特定部位；使组织穿过所述多孔的外壁向内生长，进入所述内部空间；将包括特定组织/细胞产物的生物材料放入所述内部空间；和选择性地输注至少一种免疫抑制和/或生长因子介质到所述内部空间。
18.如权利要求
17的方法，其中，所述植入包括将所述装置植入选自网膜内、皮下和腹膜内的部位。
19.如权利要求
17的方法，还包括将柱塞体放入所述内部空间，以便在所述柱塞和壁之间形成外周间隙，使所述组织向内生长进入所述外周间隙。
20.如权利要求
19的方法，还包括在使所述组织向内生长之后，以及在放入所述生物材料之前取出所述柱塞。
21.如权利要求
17的方法，其中，所述生物材料的放置是在所述植入之前进行的。
专利摘要
用于接收植入的生物材料的装置，包括限定内部空间的多孔的外壁，用于选择性地将至少一种免疫抑制和生长因子介质输入所述空间的流体歧管组件，以及可操作地与歧管组件连接的泵结构。所述装置可以包括用于安装在所述空间内的其他柱塞体，以便在柱塞和所述装置的穿孔壁之间限定外周间隙。
文档编号C12M3/00GKCN101022769SQ200580031643
公开日2007年8月22日 申请日期2005年7月20日
发明者C·瑞考蒂 申请人:迈阿密大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan