具有包括两性离子部分的带正电组分的主链的聚合物纤维

criteria)”,《控制释放杂志(journal of controlled release)》263:231-239(2017))，但在更大t1d群体中的广泛应用受到妨碍，这是因为供体胰岛短缺和需要长期免疫抑制以防止免疫排斥。最近，人胚胎干细胞(hesc)衍生胰岛技术的发展具有为移植提供β细胞的无限供应的潜力(pagliuca等人,“体外产生功能性人胰腺β细胞(generation of functional human pancreaticβcells in vitro)”,《细胞(cell)》159(2):428-439(2014)；hogrebe等人,“靶向细胞骨架以指导人多能干细胞的直接胰腺分化(targeting the cytoskeleton to direct pancreatic differentiation of human pluripotent stem cells)”,《自然
·
生物技术(nature biotechnology)》1-11(2020))。然而，畸胎瘤形成是移植中的风险和安全问题。因此，迫切需要一种免疫保护性封装装置，其既安全，不会使细胞逃逸/穿透或装置破裂，又具有功能，支持长期细胞功能，异物反应低且质量扩散高。
5.目前，存在两种主要类型的封装装置：微观装置和宏观装置(ernst等人,“胰岛封装(islet encapsulation)”,《材料化学杂志b(journal of materials chemistry b)》6(42):6705-6722(2018))。对于微观装置，海藻酸盐微胶囊可能代表研究最多的胰岛封装平台(veiseh等人,“啮齿动物和非人灵长类动物中对植入材料的大小和形状依赖性异物免疫反应(size-and shape-dependent foreign body immune response to materials implanted in rodents and non-human primates)”,《自然
·
材料(nature materials)》14(6):643-651(2015)；calafiore和basta,“微封装胰岛的临床应用：进展和挑战的实际展望(clinical application of microencapsulated islets:actual prospectives on progress and challenges)”,《先进药物递送综述(advanced drug delivery reviews)》67:84-92(2014))。具有大表面积的微封装可提供充分的质量转移以维持足够胰岛的存活和功能。然而，微观装置在完整移植物取回方面受到限制，给临床应用带来安全问题和风险。已开发宏观装置，如长纤维、薄片和扩散室作为胰岛运输的替代策略(an等人,“设计用于潜在治疗1型糖尿病的可取回和可缩放细胞封装装置(designing a retrievable and scalable cell encapsulation device for potential treatment of type 1diabetes)”,《美国国家科学院院刊》115(2):e263-e272(2018)；ludwig等人,“无需免疫抑制的人胰岛移植(transplantation of human islets without immunosuppression)”,《美国国家科学院院刊》110(47):19054-19058(2013)；bose等人,“用于治疗性异种细胞的长期封装和存活的可取回植入物(a retrievable implant for the long-term encapsulation and survival of therapeutic xenogeneic cells)”,《自然
·
生物医学工程》1-13(2020))。尽管基于水凝胶的宏观装置，如海藻酸盐和聚乙二醇(peg)已确认具有生物相容性和高扩散率(mahou等人,“用于将细胞递送到皮下空间的可注射和固有血管化半互穿聚合物网络”,《生物材料》131:27-35(2017)；an等人,“设计用于潜在治疗1型糖尿病的可取回和可缩放细胞封装装置”,《美国国家科学院院刊》115(2):e263-e272(2018)；zhang等人,“t1dm小鼠中平衡的带电免疫逃避水凝胶的快速和长期葡萄糖调控(rapid and long-term glycemic regulation with a balanced charged immune-evasive hydrogel in t1dm mice)”,《先进功能材料(advanced functional materials)》29(19):1900140(2019))，但其往往具有相对低的机械强度。此外，水凝胶这种固有的柔软性易于细胞进入和逃逸。一些由疏水性聚四氟乙烯(ptfe)或聚己内酯(pcl)制成的疏水性宏观装置在机械上稳固且被视为在一定程度上防止细胞逃逸(neufeld等人,“小型猪中用于胰岛异种移植
的免疫隔离膜系统的功效(the efficacy of an immunoisolating membrane system for islet xenotransplantation in minipigs)”,《公共科学图书馆
·
综合(plos one)》8(8)(2013)；ludwig等人,“在非人灵长类动物糖尿病模型中无需免疫抑制的实验性胰岛异种移植的有利结果(favorable outcome of experimental islet xenotransplantation without immunosuppression in a nonhuman primate model of diabetes)”,《美国国家科学院院刊》114(44):11745-11750(2017)；nyitray等人,“聚己内酯薄膜微和纳米多孔细胞封装装置(polycaprolactone thin-film micro-and nanoporous cell-encapsulation devices)”,《美国化学学会
·
纳米(acs nano)》9(6):5675-5682(2015))。然而，装置周围的纤维化生长是一个重要问题，因为其阻止跨装置的质量递送(mass delivery)并且使装置取回困难。
6.聚氨酯(pu)，一种重要的生物材料，先前已应用于胰岛封装，但pu由于其疏水性具有扩散约束(即葡萄糖和胰岛素进出胰岛)(ward等人,“具有致密聚氨酯膜的混杂人工胰腺的开发(development of a hybrid artificial pancreas with a dense polyurethane membrane),《asaio杂志(asaio journal)》(美国人工内脏学会(american society for artificial internal organs):1992)39(3):m261-7(1993)；zondervan等人,“用于封装朗格汉斯岛的聚氨酯膜的设计(design of a polyurethane membrane for the encapsulation of islets of langerhans)”,《生物材料》13(3):136-144(1992))。两性离子聚合物最近因其超亲水性和优越的生物相容性而在细胞封装方面受到越来越多的关注(chien等人,“可生物降解和可官能化羧基甜菜碱水凝胶中的直接细胞封装(direct cell encapsulation in biodegradable and functionalizable carboxybetaine hydrogels)”,《生物材料》33(23):5706-5712(2012)；bai等人,“通过在两性离子水凝胶中培养来扩增原始人造血干细胞(expansion of primitive human hematopoietic stem cells by culture in a zwitterionic hydrogel)”,《自然
·
医学(nature medicine)》25(10):1566-1575(2019)；dong等人,“用于3d细胞封装的原位“可点击”两性离子淀粉基水凝胶(in situ“clickable”zwitterionic starch-based hydrogel for 3d cell encapsulation)”,《美国化学学会应用材料与界面(acs applied materials&interfaces)》8(7):4442-4455(2016))。先前报道，两性离子改性的海藻酸盐和三唑-两性离子水凝胶有效减轻纤维化沉积并被应用于胰岛封装(liu等人,“开发机械上稳固的三唑-两性离子水凝胶以减轻胰岛封装的异物反应(fbr)(developing mechanically robust,triazole-zwitterionic hydrogels to mitigate foreign body response(fbr)for islet encapsulation)”,《生物材料》230:119640(2020)；liu等人,“两性离子改性的海藻酸盐减轻细胞封装的细胞过度生长(zwitterionically modified alginates mitigate cellular overgrowth for cell encapsulation)”,《自然
·
通讯(nature communications)》10(1):1-14(2019))。尽管如此，水凝胶材料的低机械强度严重限制其实际用途。
7.本技术涉及克服所属技术中的这些和其它缺陷。


技术实现要素：

8.本技术的第一方面涉及一种直径为1nm至10,000nm的一种或多种生物相容性聚合
物的纤维，其中所述聚合物具有包括两性离子部分的带正电组分的主链。
9.本技术的第二方面涉及一种可植入治疗递送系统，其包括限定腔室的外壳。所述外壳是多孔的并且由直径为1nm至10,000nm的一种或多种生物相容性聚合物的纤维形成，其中所述聚合物具有包括两性离子部分的带正电组分的主链。
10.本技术的另一方面涉及一种制备可植入治疗递送系统的方法。所述方法包括提供直径为1nm至10,000nm的一种或多种生物相容性聚合物的纤维，其中所述聚合物具有包括两性离子部分的带正电组分的主链。随后将纤维施加在模型周围以产生拉长的多孔管。随后从模型取出拉长的多孔管以产生拉长的中空多孔管，所述拉长的中空多孔管在其内限定腔室并且在第一开放端与第二开放端之间延伸。接着密封拉长的中空多孔管的第一端以封闭第一端，而第二端保持开放。随后将水凝胶通过开放第二端插入到腔室中。随后将水凝胶交联到拉长的中空多孔管的纤维，并且密封拉长的中空多孔管的第二端。
11.本技术的另一方面涉及一种治疗糖尿病的方法，其包括选择患有糖尿病的受试者，以及将在腔室内含有胰岛细胞的本技术的可植入治疗递送系统植入到所选择的受试者中。
12.本技术的另一方面涉及一种向受试者递送治疗剂的方法。所述方法包括将在腔室内含有胰岛细胞的本技术的可植入治疗递送系统植入到受试者中。
13.本技术的又一方面涉及式(ii)的基于两性离子磺基甜菜碱的尼龙聚合物
[0014][0015]
其中
[0016]
r1为c
1-10
烷基；
[0017]
r2为so
3-、co
2-、磷酸根或
[0018]
a、b、c、d、e和f为独立地选自1至20的整数；
[0019]
g和h为独立地选自1至10,000,000的整数；并且
[0020]
表示连接点。
[0021]
本技术的最后一个方面涉及式(iii)的基于两性离子磺基甜菜碱的聚二甲基硅氧烷聚合物
[0022][0023]
其中
[0024]
x和y独立地选自取代或未取代的c
1-20
亚烷基；
[0025]
q为o或nh；
[0026]
z为聚二甲基硅氧烷；
[0027]
r1为h或c
1-10
烷基；
[0028]
r2为so
3-、co
2-或磷酸根；
[0029]
a、b和c为独立地选自1至20的整数；并且
[0030]
d和e为独立地选自1至10,000,000的整数。
[0031]
申请人已发现，由两性离子聚氨酯聚合物制成的封装装置适用于治疗中的胰岛封装。聚合物的两性离子部分有助于改良聚氨酯的亲水性、质量递送、防污特性和生物相容性。聚氨酯主链确保机械稳固性。迄今为止，对两性离子聚氨酯的研究极有限并且主要聚焦于体外研究(wang等人,“具有可调表面和整体特性的两性离子聚氨酯(zwitterionic polyurethanes with tunable surface and bulk properties)”,《美国化学学会应用材料与界面》10(43):37609-37617(2018)；chen等人,“具有多形状记忆效应和自愈特性的两性离子聚氨酯的开发(development of zwitterionic polyurethanes with multi-shape memory effects and self-healing properties)”,《材料化学杂志a(journal of materials chemistry a)》3(6):2924-2933(2015)；hong等人,“用于减少血栓形成的带有磷酸胆碱基团的可生物降解弹性聚(酯氨酯)脲的合成、表征和紫杉醇释放(synthesis,characterization,and paclitaxel release from a biodegradable,elastomeric,poly(ester urethane)urea bearing phosphorylcholine groups for reduced thrombogenicity)”,《生物大分子(biomacromolecules)》13(11):3686-3694(2012))。
[0032]
开发了一系列两性离子聚氨酯(zpu)聚合物，其中通过调整合成中采用的两性离子磺基甜菜碱(sb)含量来精细调节所得聚合物的机械特性、亲水性、防污特性和生物相容性。将zpu聚合物电纺丝以制造纳米纤维封装装置，所述装置整合了用于胰岛运输的各种有吸引力的特性。首先，与常规pu装置相反，作为装置壁的zpu纳米纤维膜是亲水性的。水滴和体外葡萄糖刺激的胰岛素分泌试验证实此厚且亲水性的壁允许充分的质量递送。同时，zpu膜可维持机械稳固，其中断裂应变》1.5且拉伸应力》10mpa。其次，zpu膜展现优异的防污性能(即低非特异性蛋白质或细胞附着和巨噬细胞激活)。另外，zpu装置能够防止细胞进入和逃逸，其中电纺丝纤维的大小小于281nm。更重要的是，zpu装置在具有长达6个月的不同植入时间点的具有免疫能力的小鼠的腹膜内空间中诱导极小细胞沉积，可再现地小于约10μm，而相对于zpu装置，pu装置上细胞沉积的厚度高3倍。最后，已证明zpu装置安全、生物相容且具有长期功能，使得能够使用封装的大鼠胰岛在化学诱导的糖尿病c57bl/6小鼠中进行糖尿病矫正长达3个月。本技术的zpu装置代表了一种用于t1d的细胞封装疗法的开发的有前景的候选者。
附图说明
[0033]
图1a-1d是用于形成本技术的聚合物的聚二甲基硅氧烷变体的反应方案。
[0034]
图2a-2j显示两性离子聚氨酯(zpu)装置的设计和制造以及其材料表征。图2a是本技术的示例性zpu聚合物的化学结构。图2b是封装胰岛的zpu装置的示意图。图2c显示具有各种尺寸的电纺丝zpu装置。图2d是电纺丝zpu装置的扫描电子显微照片。图2e是pu和zpu-2装置的xps谱。图2f是pu和zpu-2装置的n1s xps谱。图2g是pu和zpu-2装置的ft-ir光谱。图2h是各种zpu装置的拉伸试验的图(应力-应变曲线)。图2i是对zpu和pu装置的水滴试验的
图像。图2j显示在c57bl/6j小鼠(n＝4)中腹膜内植入后1个月取回的zpu-2和zpu-3装置的h&e染色图像。
[0035]
图3a-3d显示zpu装置的体外表征。图3a描绘荧光图像，显示通过imagej定量的pu和zpu膜表面上fitc标记的血纤维蛋白原的吸附，以及图形表示。图3b是nih/3t3细胞在tcps、pu和zpu膜上培养3天之后的荧光显微图像，以及图形表示。图3c是显示来自在不同表面上培养的巨噬细胞的tnf-α分泌的定量的图。平均值
±
sem；n＝6；*p《0.05。图3d是与培养1天后的游离胰岛相比，zpu装置中封装的大鼠胰岛的体外gsis的图，平均值
±
sem(n＝4)。
[0036]
图4a-4d显示对zpu装置的细胞穿透的评估。图4a是由不同聚合物浓度(从左到右：10％、15％和20％)制成的zpu装置的sem图像。图4b是电纺丝时作为zpu聚合物浓度的函数的纤维大小的图。图4c显示在c57bl/6j小鼠(n＝3-4)中腹膜内植入后1个月取回的zpu装置(从左到右：10％、15％和20％zpu)的h&e染色图像。图4d是各种zpu装置的细胞穿透的定量的图。
[0037]
图5a-b显示zpu装置减轻小鼠中细胞过度生长。图5a是不同植入时间点空白pu和zpu装置的代表性h&e染色图像。图5b是显示从h&e染色图像测量的装置周围细胞过度生长的厚度的分析的图，平均值
±
sem(n＝3-4)。
[0038]
图6a-6l显示使用大鼠胰岛的zpu装置的治疗潜力。图6a是非禁食小鼠(n＝17)的血糖浓度的图。图6b是第60天取回之前腹膜内葡萄糖耐量试验(ipgtt)的图(每组n＝4)。图6c是第60天从zpu取回的大鼠胰岛的离体gsis的图，n＝3，平均值
±
sem，*p《0.05。图6d是第90天取回之前的ipgtt的图(每组n＝3)。图6e是第90天从zpu取回的大鼠胰岛的离体gsis的图，n＝3，平均值
±
sem，*p《0.05。图6f是第60天不同组中胰腺的总胰岛素含量的测量的图。(n＝4-5)。图6g是第60天取回后封装的大鼠胰岛的亮场图像。比例尺，500μm。图6h是第60天剥离膜之后取回的含胰岛的zpu装置的h&e染色横截面图像。比例尺，1000μm。图6i是第60天取回的含胰岛的zpu装置的h&e染色横截面图像。比例尺，100μm。图6j是第60天取回的zpu装置中大鼠胰岛的免疫组织化学染色(比例尺：50μm)。图6k是第90天取回的含胰岛的zpu装置的h&e染色横截面图像。比例尺，200μm。图6l是第90天取回的zpu装置中大鼠胰岛的免疫组织化学染色(比例尺：50μm)。
具体实施方式
[0039]
本技术的第一方面涉及一种直径为1nm至10,000nm的一种或多种生物相容性聚合物的纤维，其中所述聚合物具有包括两性离子部分的带正电组分的主链。
[0040]
如上文所用，以及在本文的整个描述中，除非另外指明，否则以下术语应理解为具有以下含义。如果在本文中未另外定义，那么本文所用的所有技术和科学术语均具有与本技术所属领域的一般技术人员通常所理解相同的含义。除非另有说明，否则在本文术语具有多个定义的情况下，以本节中的定义为准。
[0041]
如本文所用，术语“两性离子”是指在同一分子中包括带正电和带负电基团两者的部分。在不受任何理论束缚的情况下，据信两性离子官能团可提供改良的亲水性和生物相容性。
[0042]
术语“共聚物”是指由多于一种单体物种衍生的聚合物。
[0043]
术语“无规共聚物”或“无规聚合物”是指不同构建嵌段的序列没有确定顺序的共
聚物(-m1m2m1m1m2m1m2m2-，其中m1和m2代表不同单体)。
[0044]
术语“嵌段共聚物”或“嵌段聚合物”是指由不同重复单元的长序列组成的大分子。示例性嵌段聚合物包括但不限于anbm、anbmam、anbmck或anbmckan，其中a、b和c代表不同单体，并且n、m和k为每个嵌段中存在的单体的数目。
[0045]
术语“烷基”意指可为直链或支链的脂肪族烃基。当不作另外限定时，所述术语是指20个或更少碳原子的烷基。支链意指一个或多个低级烷基(如甲基、乙基或丙基)连接于线性烷基链。示例性烷基包括甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、正戊基、3-戊基等。
[0046]
术语“芳基”意指6至约19个碳原子或6至约10个碳原子的芳香族单环或多环(multi-cyclic/polycyclic)环系统，并包括芳烷基。芳基的环系统可以任选地被取代。代表性的芳基包括但不限于如苯基、萘基、薁基、菲基、蒽基、芴基、芘基、联亚三苯基、屈基和稠四苯基的基团。
[0047]“未取代”原子带有由其原子价决定的所有氢原子。
[0048]
术语“任选经取代”用于指示一个基团可以在所述基团的每个可取代原子处有一个取代基(包括单一原子上有多于一个取代基)，条件是不超过指定原子的正常原子价，并且每个取代基的身份与其它原子无关。每个残基中最多有三个h原子被烷基、卤素、卤烷基、羟基、低级烷氧基、羧基、烷氧羰基(carboalkoxy)(也称为烷氧基羰基(alkoxycarbonyl))、甲酰胺基(也称为烷基氨基羰基)、氰基、羰基、硝基、氨基、烷氨基、二烷氨基、巯基、烷硫基、亚砜、砜、酰氨基、脒基、苯基、苯甲基、杂芳基、苯氧基、苯甲氧基或杂芳氧基替换。当取代基是酮基(即，＝o)时，则原子上的两个氢被替换。取代基和/或变量的组合仅当此类组合产生稳定化合物时才是可容许的。“稳定化合物”意指足够稳固以经受住从反应混合物分离得到适用纯度和配制成有效治疗剂的化合物。
[0049]
如本文所用，术语“侧接官能团”是指作为来自共聚物的主链的侧接支链的官能团。在一个实施方式中，侧接官能团提供额外官能团可连接到聚合物的主链的位置。
[0050]
如本文所用，术语“主链(backbone/backbone chain/main chain)”是指线性链，相对于所述链的所有其它链(长链或短链或两者)可视为侧接的。聚合物的主链(backbone chain)或主链(main chain)可为一起产生分子的连续链的一系列共价结合的原子。
[0051]
如本文所用，术语“生物相容性”是指当引入到生物系统中时呈惰性的材料。生物相容性材料在引入其的中生物系统中将不会被分解(可生物降解)且将不会引起反应。
[0052]
术语“其衍生物”是指其盐、其酯、其游离酸形式、其游离碱形式、其溶剂化物、其氘代衍生物、其水合物、其n-氧化物、其多晶型物、其立体异构体、其几何异构体、其互变异构体、其互变异构体的混合物、其对映异构体、其非对映异构体、其外消旋体、其立体异构体的混合物、其同位素(例如氚、氘)，或其组合。
[0053]
本技术的纤维可用于手术缝合线和血管支架，如用于血管再生的管状支架。
[0054]
在本技术的纤维一个实施方式中，纤维包括式(i)的基于两性离子磺基甜菜碱的聚氨酯聚合物：
[0055][0056]
其中
[0057]
x为取代或未取代的c
1-20
亚烷基，或
[0058]
y为c
1-20
亚烷基、亚烷基、
[0059]
z在每次出现时独立地选自c
1-6
亚烷基和二甲基甲硅烷基；
[0060]
q为
[0061]
r1为c
1-10
烷基；
[0062]
r2为so
3-、co
2-、磷酸根或
[0063]
a、b、c、d和n为独立地选自1至20的整数；
[0064]
e和f独立地为选自1至10,000,000的整数；
[0065]
g为选自0至10,000,000的整数；并且
[0066]
表示连接点。
[0067]
聚氨酯树脂通常通过多异氰酸酯组分与多元醇组分之间的反应产生，并且广泛用于各种工业领域，例如作为弹性体、透镜、合成革、搪塑粉、弹性模制品、rim模制品、油漆、粘合剂、密封材料或泡沫。在本技术中，异氰酸酯与两性离子单体反应以产生聚氨酯聚合物，其中两性离子并入到聚合物的主链中。
[0068]
在本技术的两性离子聚氨酯聚合物的制备中，可使用多异氰酸酯，例如二异氰酸酯，如脂环族二异氰酸酯、脂肪族二异氰酸酯、芳烷基二异氰酸酯和芳香族二异氰酸酯，只要不损害本技术的聚氨酯树脂的特性即可。
[0069]
脂环族二异氰酸酯的实例包括1,3-环戊烷二异氰酸酯、1,4-环己烷二异氰酸酯、
1,3-环己烷二异氰酸酯、3-异氰酸基甲基-3,5,5-三甲基环己基异氰酸酯(也称为异佛尔酮二异氰酸酯)、4,4'-亚甲基-双(环己基异氰酸酯)、甲基-2,4-环己烷二异氰酸酯、甲基-2,6-环己烷二异氰酸酯、1,3-双(异氰酸基甲基)环己烷、1,3-双(异氰酸基乙基)环己烷、1,4-双(异氰酸基乙基)环己烷和2,5-或2,6-双(异氰酸基甲基)降冰片烷(nbdi)以及其混合物。
[0070]
脂肪族二异氰酸酯的实例包括三亚甲基二异氰酸酯、四亚甲基二异氰酸酯、五亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、1,2-亚丙基二异氰酸酯、1,2-亚丁基二异氰酸酯、2,3-亚丁基二异氰酸酯、1,3-亚丁基二异氰酸酯、2,4,4-或2,2,4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯和己酸2,6-二异氰酸基甲酯。
[0071]
芳烷基二异氰酸酯的实例包括1,3-或1,4-二甲苯二异氰酸酯或其混合物、1,3-或1,4-四甲基二甲苯二异氰酸酯或其混合物和ω,ω'-二异氰酸基-1,4-二乙苯。
[0072]
芳香族二异氰酸酯的实例包括2,4-甲苯二异氰酸酯和2,6-甲苯二异氰酸酯，以及这些甲苯二异氰酸酯的异构混合物；4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯和2,2'-二苯基甲烷二异氰酸酯，以及这些二苯基甲烷二异氰酸酯的任何异构混合物；甲苯二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯和萘二异氰酸酯。
[0073]
这些二异氰酸酯的衍生物可组合使用。更具体来说，还可组合使用这些二异氰酸酯的多聚体(二聚体或三聚体(例如异氰尿酸酯改性的产物))。
[0074]
在本技术的两性离子聚氨酯聚合物的一个实施方式中，多异氰酸酯选自下组：六亚甲基二异氰酸酯、聚(六亚甲基二异氰酸酯)、二环己基甲烷4,4'-二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、亚乙基二异氰酸酯和对苯二异氰酸酯。
[0075]
在本技术纤维的另一实施方式中，纤维包括式(ii)的基于两性离子磺基甜菜碱的尼龙聚合物
[0076][0077]
其中
[0078]
r1为a c
1-10
烷基；
[0079]
r2为so
3-、co
2-、磷酸根或
[0080]
a、b、c、d、e和f为独立地选自1至20的整数；
[0081]
g和h为选自1至10,000,000的整数；并且
[0082]
表示连接点。
[0083]
尼龙是一系列特征在于主链中存在酰胺基-conh的聚酰胺聚合物的通用名称。本技术的聚酰胺可包含两性离子二胺组分与二羧酸(或二酰氯)组分的聚缩反应产物(或残余物)，和/或通过内酰胺的开环聚合得到。在用于提及本技术的聚酰胺的组分时，“残余物”是指作为特定反应方案中的化学物种的所得产物或后续配制物或化学产品的部分，而无论所
述部分是否实际上从化学物种中获得。
[0084]
聚酰胺一般通过所属领域中众所周知的方法制备。可适用于本技术的聚酰胺合成的方法的实例公开于carothers的美国专利第2,130,523号；bagrodia等人的美国专利第6,737,464号；bersted等人的美国专利第8,057,732号；bersted等人的美国专利第6,531,529号；delannoy等人的美国专利第6,359,055号；和vankan等人的美国专利第5,665,815号中，所述专利均以全文引用的方式并入本文中。
[0085]
在本技术的纤维的一个实施方式中，两性离子聚合物可在聚合物的主链中包括聚二甲基硅氧烷基团。
[0086]
在本技术的纤维的另一实施方式中，纤维包括式(iii)的基于两性离子磺基甜菜碱的聚二甲基硅氧烷聚合物
[0087][0088]
其中
[0089]
x和y独立地选自取代或未取代的c
1-20
亚烷基；
[0090]
q为o或nh；
[0091]
z为聚二甲基硅氧烷；
[0092]
r1为h或c
1-10
烷基；
[0093]
r2为so
3-、co
2-或磷酸根；
[0094]
a、b和c为独立地选自1至20的整数；并且
[0095]
d和e独立地为选自1至10,000,000的整数。
[0096]
图1a-1d显示用于形成本技术的示例性聚合物的可行反应方案。这些聚合物在主链中具有聚二甲基硅氧烷并且由二醇和二胺与二异氰酸酯反应形成。随后两性离子部分由聚合物与三氟乙酸反应形成。
[0097]
在一个实施方式中，本技术的生物相容性两性离子聚合物可通过但不限于以下技术中的任一者形成：可逆加成-断裂链转移(raft)聚合、原子转移自由基聚合(atrp)、氮氧化物介导的聚合(nmp)、氰氧基介导的自由基聚合、常规自由基聚合、开环聚合(rop)、乳液聚合、悬浮聚合等。所有这些方法应为所属领域技术人员已知。氮氧化物介导的自由基聚合是指一种自由基聚合方法，其利用烷氧基胺引发剂产生具有立体化学控制良好和多分散指数非常低的聚合物。开环聚合是指链增长聚合的一种形式，其中聚合物链的末端充当反应性中心，在那里其它环状单体可通过打开其环系统进行反应并且形成更长的聚合物链。增长中心可以是自由基、阴离子或阳离子。阴离子开环聚合或“arop”是指涉及亲核试剂作为引发剂的开环聚合。开环可通过引发剂对碳的亲核攻击触发，形成将充当亲核试剂的新物种。序列可重复直到形成聚合物。阴离子rop的典型实例为ε-己内酯的rop，由醇盐官能团引发。
[0098]
本技术的两性离子聚合物可进一步包括多元醇。适用于形成本技术的两性离子聚合物的合适多元醇包括但不限于乙二醇、丙二醇、聚己内酯二醇、二丙二醇、1,2,4-丁三醇、1,7-庚二醇、甘油、聚己内酯二醇、聚(四氢呋喃)、异山梨醇、聚乙二醇、丁二醇、聚环氧乙烷、人参三醇、人参炔三醇、塔罗糖、胶苦瓜醇b(balsaminol b)、苦瓜醇(momordol)、赤藓糖
醇、肠二醇、木糖醇、米格列醇、山梨糖醇、甘露糖醇、半乳糖醇、异麦芽酮糖醇和麦芽糖醇。合适的多元醇还可包括糖类，如己醛糖、戊醛糖、丁四糖、丙醛糖、醛糖、阿洛糖、阿卓糖、阿拉伯糖、支链淀粉、直链淀粉、右旋糖、赤藓糖、果糖、半乳糖、葡萄糖、古洛糖、己糖、艾杜糖、己酮醣、酮糖、乳糖、来苏糖、麦芽糖、甘露糖、戊糖、核糖、蔗糖(saccharose/sucrose)、塔罗糖、丁糖、丙糖、木糖，以及其相应的立体异构体。二醇可为不同分子量的聚合物，或含有分子量的混合物。
[0099]
在本技术的两性离子聚氨酯聚合物的形成中，催化剂选自下组：二月桂酸二丁基锡、三乙胺、三亚乙基二胺、n-甲基吗啉、四甲基锡、四辛基锡、二甲基二辛基锡和三乙基氯化锡。
[0100]
可适用于本技术的聚氨酯聚合物的形成的另外方法公开于kuwamura等人的美国专利第8,722,752号；hoefer等人的美国专利第4,826,944号；kluth等人的美国专利第4,742,087号；barthel的美国专利第2,833,730号；和selifonov的美国专利第8,492,433号中，所述专利均以全文引用的方式并入本文中。
[0101]
适用于形成本技术的两性离子尼龙聚合物的合适二羧酸包括脂肪族二羧酸，如草酸、琥珀酸、己二酸或癸二酸。其它类型的二羧酸也可用于本技术的尼龙中，包括脂环族二羧酸，如环丁烷二羧酸、六氢对苯二甲酸或六氢异酞酸；芳香族二羧酸，如邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、甲基对苯二甲酸、萘-2,6-二羧酸或萘-2,7-二羧酸；羧酸，如二苯醚二羧酸、二苯砜二羧酸、二苯氧基乙烷二羧酸或3,5-二羧基苯磺酸钠，以及羟基羧酸，如乙醇酸、对羟基苯甲酸或对-b-羟基乙氧基苯甲酸。
[0102]
在本技术的两性离子尼龙聚合物的形成中，催化剂的使用可能必需和或可不必需。催化剂的使用将取决于所选择的单体。在一些实施方式中，两性离子尼龙聚合物可能需要使用酸或碱催化剂，所述催化剂的选择对于所属领域的技术人员将显而易见。
[0103]
用于形成本技术的两性离子聚合物的聚合溶液还可包含引发剂。合适的引发剂很大程度上取决于聚合的细节，包括所使用的单体类型、催化剂系统的类型、溶剂系统和反应条件。引发剂产生可与反应混合物中的单体反应的活性中心(例如自由基或阳离子)，从而起始聚合过程。
[0104]
在一些实施方式中，引发剂可为光引发剂、热引发剂、紫外线引发剂或另一类型的引发剂。
[0105]
光引发剂在用uv光照射时产生自由基，其引发光聚合。引发剂可为例如2-羟基-4'-(2-羟基乙氧基)-2-甲基苯甲酮、安息香醚、苯偶酰缩酮、α-二烷氧基苯乙酮、α-羟基苯酮、α-氨基-烷基苯酮、酰基氧化膦、二苯甲酮/胺、噻吨酮/胺、偶氮双异丁腈、苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基次膦酸锂或其组合。合适光引发剂的其它实例包括苯乙酮；大茴香偶姻；蒽醌；蒽醌-2-磺酸，钠盐单水合物；三羰基铬；苯偶酰；安息香，升华；安息香乙醚；安息香异丁醚；安息香甲醚；二苯甲酮；二苯甲酮/1-羟基环己基苯酮，50/50共混物；3,3',4,4'-二苯甲酮四甲酸二酐；4-苯基二苯酮；2-苯甲基-2-(二甲氨基)-4'-吗啉代苯丁酮；4,4'-双(二乙氨基)二苯甲酮；4,4'-双(二甲氨基)二苯甲酮；樟脑醌；2-氯噻吨-9-酮；(异丙苯)环戊二烯基铁(ii)六氟磷酸盐；二苯并环庚烯酮；2,2-二乙氧基苯乙酮；4,4'-二羟基二苯甲酮；2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮；4-(二甲氨基)二苯甲酮；4,4'-二甲基苯偶酰；2,5-二甲基二苯甲酮；3,4-二甲基二苯甲酮；二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦/2-羟基-2-甲基苯丙酮，
50/50共混物；4'-乙氧基苯乙酮；2-乙基蒽醌；二茂铁；3'-羟基苯乙酮；4'-羟基苯乙酮；3-羟基二苯甲酮；4-羟基二苯甲酮；1-羟基环己基苯基酮；2-羟基-2-甲基苯丙酮；2-甲基二苯甲酮；3-甲基二苯甲酮；甲基苯甲酰甲酸酯；2-甲基-4'-(甲硫基)-2-吗啉代苯丙酮；菲醌；4'-苯氧基苯乙酮；噻吨-9-酮；三芳基锍六氟锑酸盐，混合，在碳酸亚丙酯中50％；三芳基锍六氟磷酸盐，混合，在碳酸亚丙酯中50％，或其组合。
[0106]
热自由基引发剂在加热时分解成引发聚合的自由基片段。示例性热自由基引发剂包括过硫酸铵；焦亚硫酸钠；过氧化苯甲酰；过氧化二叔戊基；过氧化苯甲酸叔丁酯；过氧化二异丙苯；偶氮双异丁腈(aibn)；1,1'偶氮双(环己烷甲腈)(abcn)；4,4'-偶氮双(4-氰基戊酸)(acva)；2,2'-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)；和2,2'-偶氮双(环己烷甲腈)。
[0107]
聚合溶液中的引发剂可在约0.01wt％至10wt％范围内。
[0108]
另外，聚合溶液可进一步包含交联剂。交联剂与两性离子聚合物上的反应性基团相互作用，无论是主链的一部分还是侧接基团。交联剂将反应混合物中的两条聚合物链化学键结在一起，从而按指数律增加聚合物的分子量。
[0109]
合适类别的交联剂选自下组：异氰酸酯、酸酐、多(甲基)丙烯酸化交联剂、多元酸和酰卤。交联剂可为例如聚(乙二醇)二甲基丙烯酸酯、四甲基乙二胺、羧基甜菜碱二丙烯酰胺交联剂、羧基甜菜碱二丙烯酸酯、其它双官能和多官能单体和大分子单体，或其组合。
[0110]
交联剂可为二异氰酸酯。适合于本技术的示例性二异氰酸酯在上文公开。可与本技术的两性离子聚合物上的残余反应性基团相互作用的其它交联剂包括多(甲基)酰化交联剂，如二乙二醇二甲基丙烯酸酯(degdma)、二乙二醇二丙烯酸酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯(tegdma)、乙二醇二甲基丙烯酸酯(egdma)、己烷-1,6-二醇二丙烯酸酯(hdda)、乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚(乙二醇)二丙烯酸酯、聚(乙二醇)二甲基丙烯酸酯、四(乙二醇)二丙烯酸酯或三乙二醇二甲基丙烯酸酯。
[0111]
此外，还可使用如多元酸、酸酐和酰卤的交联剂。这些类型的示例性交联剂包括马来酸、2-甲基马来酸、衣康酸、2-甲基衣康酸、α,β-亚甲基戊二酸、马来酸酐、衣康酸酐、丙烯酸酐、甲基丙烯酸酐、1,4-亚苯基二丙烯酰氯等。
[0112]
用于本文所描述的聚合反应中的任一者的两性离子单体(两性离子二醇和两性离子二胺)和异氰酸酯和/或二羧酸的浓度部分取决于单体和聚合物产物的溶解度以及溶剂的蒸发温度。溶剂浓度也会影响聚合物的凝胶化。不足的溶剂可导致聚合物在较短时间段内交联而达不到足够高的转化率。反应中溶解在溶剂中的单体的浓度可在1％至100％重量百分比单体的范围内。通常，小于90wt％的单体浓度适合于确保所得聚合物的溶解度，并且另外防止过早交联和凝胶化。在本技术的聚合物的形成的一些实例中，单
[0113]
基于两性离子二醇和或二胺单体、异氰酸酯和二羧酸溶解度，以及与所使用的聚合类型相容的沸点和聚合温度的要求，选择用于制备本技术的两性离子聚合物的方法的合适溶剂。适用于形成本文所描述的两性离子聚合物的示例性溶剂包括但不限于水、甲醇、乙醇、二氯甲烷、甲苯、二噁烷、thf、氯仿、环己烷、二甲亚砜、二甲基甲酰胺、丙酮、乙腈、正丁醇、正戊醇、氯苯、二乙醚、叔丁醇、1,2,-二氯乙烯、二异丙醚、乙醇、乙酸乙酯、乙基甲基酮、庚烷、己烷、异丙醇、异戊醇、甲醇、戊烷、正丙醇、五氯乙烷、1,1,2,2,-四氯乙烷、1,1,1,-三氯乙烷、四氯乙烯、四氯甲烷、三氯乙烯、水、二甲苯、苯、硝基甲烷、甘油和其混合物。
[0114]
本技术的聚合反应中使用的溶剂可进一步包括稳定剂、表面活性剂或分散剂。合
适的表面活性剂包括离子型和非离子型表面活性剂，如烷基聚乙二醇醚，如月桂醇、油醇和硬脂醇的乙氧基化产物；烷基酚聚乙二醇醚，如辛基酚或壬基酚、二异丙酚、三异丙酚的乙氧基化产物；烷基、芳基或烷芳基磺酸盐、硫酸盐、磷酸盐等的碱金属铵盐，包括月桂基硫酸钠、辛基酚乙二醇醚硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、月桂基二甘醇硫酸钠和三叔丁基苯酚铵；以及五甘醇和八甘醇磺酸盐、磺基琥珀酸盐，如磺基琥珀酸乙氧基化壬基苯酚半酯二钠、正辛基癸基磺基琥珀酸二钠、二辛基磺基琥珀酸钠等。
[0115]
本技术的两性离子聚合物可为共聚物，包括随机或统计学的共聚物，或嵌段共聚物。此外，本技术的两性离子聚合物可混合在一起，和或由不同单体或聚合物嵌段的共聚形成。
[0116]
抑制剂可用于防止本技术的两性离子聚合物的过度聚合或交联。示例性抑制剂包括但不限于吩噻嗪、氢醌或抗氧化剂抑制剂，如ethanox
tm
家族(纽约州斯克内克塔迪圣莱科特国际集团(si group,schenectady,ny))(例如ethanox 330
tm
)、irganox(新泽西州弗洛勒姆帕克巴斯夫(basf,florham park,new jersey))和staboxol(德国曼海姆莱茵化学(rhein chemie,mannheim,germany))。
[0117]
在本技术的纤维的另一实施方式中，纤维的直径为1nm至10,000nm。纤维可为纳米纤维，直径范围为1nm至10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm、200nm、210nm、220nm、230nm、240nm、250nm、260nm、270nm、280nm、290nm、300nm、310nm、320nm、330nm、340nm、350nm、360nm、370nm、380nm、390nm或400nm。在另一实施方式中，纤维的直径为1nm至1000nm；1nm至10,000nm；1nm至100,000nm；或1nm至1,000,000nm。纤维可通过将聚合物溶液挤压通过窄孔来制备，并且随后挤出的长丝可通过湿纺、干纺、电纺丝或熔融纺丝工艺以纤维形式收集在旋转纺锤上。可基于溶液中聚合物的浓度和使用的孔的大小来控制纤维的直径。
[0118]
已知通过由集电极与纺丝电极之间的电压差产生的电场通过静电纺丝(也称为“电纺丝”)从聚合溶液产生细纤维。举例来说，如美国专利第6,743,273号中所示，聚合溶液泵送到呈旋转发射器形式的纺丝电极，其中泵溶液从储槽泵送并且被迫穿过发射器中的孔。在离开时，栅格与发射体之间的静电势赋予电荷，其使得液体被“纺丝”为薄的细纤维，其中纤维收集在衬底上作为效率层。在此工艺期间，溶剂从细纤维中蒸发，溶剂在其飞行期间减小纤维直径。可用于形成本技术的纤维的另外的电纺丝技术公开于martin等人的美国专利第4,044,404号；kleinmeyer等人的美国专利第7,086,846号；和jirsak等人的美国专利申请公开第us2006/0290031号中，所述专利和公开均以全文引用的方式并入本文中。
[0119]
通过熔融纺丝形成纤维在所属领域中是众所周知的，并且公开于fain等人的美国专利第5,149,517和第5,156,831号；watanabe的美国专利第4,606,872号；yamamoto等人的美国专利第5,213,677号；singer的美国专利第4,005,183号；iwashita等人的美国专利第5,037,589号；sasaki等人的美国专利第4,628,001号；和yamada等人的美国专利第4,606,808号中，所述专利均以全文引用的方式并入本文中。一般来说，熔融纺丝需要在具有纺丝头的纺丝筒中加热熔融感兴趣的聚合物。通过用气体加压或通过用活塞按压将熔融聚合物挤出纺丝头成为长丝，其卷绕在以恒定速度旋转的滚筒上，以得到连续长度聚合物长丝。
[0120]
本技术的第二方面涉及一种可植入治疗递送系统，其包括限定腔室的外壳。所述外壳是多孔的并且由直径为1nm至10,000nm的一种或多种生物相容性聚合物的纤维形成，
其中所述聚合物具有包括两性离子部分的带正电组分的主链。
[0121]
在本技术的可植入治疗递送系统的一个实施方式中，生物相容性聚合物包括式(i)的基于两性离子磺基甜菜碱的聚氨酯聚合物：
[0122][0123]
其中
[0124]
x为取代或未取代的c
1-20
亚烷基，或
[0125]
y为c
1-20
亚烷基、亚烷基、
[0126]
z在每次出现时独立地选自c
1-6
亚烷基和二甲基甲硅烷基；
[0127]
q为
[0128]
r1为c
1-10
烷基；
[0129]
r2为so
3-、co
2-、磷酸根或
[0130]
a、b、c、d和n为独立地选自1至20的整数；
[0131]
e和f独立地为选自1至10,000,000的整数；
[0132]
g为选自0至10,000,000的整数；并且
[0133]
表示连接点。
[0134]
在本技术的可植入治疗递送系统的另一实施方式中，生物相容性聚合物包括式(ii)的基于两性离子磺基甜菜碱的尼龙聚合物
[0135][0136]
其中
[0137]
r1为c
1-10
烷基；
[0138]
r2为so
3-、co
2-、磷酸根或
[0139]
a、b、c、d、e和f为独立地选自1至20的整数；
[0140]
g和h为选自1至10,000,000的整数；并且
[0141]
表示连接点。
[0142]
在本技术的可植入治疗递送系统的另一实施方式中，生物相容性聚合物包括式(iii)的基于两性离子磺基甜菜碱的聚二甲基硅氧烷聚合物
[0143][0144]
其中
[0145]
x和y独立地选自取代或未取代的c
1-20
亚烷基；
[0146]
q为o或nh；
[0147]
z为聚二甲基硅氧烷；
[0148]
r1为h或c
1-10
烷基；
[0149]
r2为so
3-、co
2-或磷酸根；
[0150]
a、b和c为独立地选自1至20的整数；并且
[0151]
d和e独立地为选自1至10,000,000的整数。
[0152]
在可植入治疗递送系统的另一实施方式中，外壳是在第一端与第二端之间延伸的拉长的中空多孔管，其中纤维缠绕在腔室周围。在可植入治疗递送系统的另一实施方式中，多孔管具有密封的第一端。此外，中空多孔管的腔室可含有水凝胶。
[0153]
如图2b中所示，可植入治疗递送系统2包括形成拉长的中空多孔管4的纤维。密封的第一端6将水凝胶保持在拉长的中空多孔管4中。水凝胶可包括细胞8。在图2c中，可植入治疗递送系统2具有密封的第一端6和密封的第二端10。在可植入治疗递送系统2中，密封的第一端6和密封的第二端10含有具有细胞8(在图2c中不可见)的水凝胶。
[0154]
水凝胶包含可与外壳的聚合纤维形成交联的材料。合适的水凝胶材料包括天然和合成聚合材料。水凝胶的组成可为均聚、共聚或多聚的。合适的水凝胶材料包括但不限于衍生自胶原蛋白、透明质酸盐、纤维蛋白、海藻酸盐、琼脂糖、壳聚糖、细菌纤维素、弹性蛋白、角蛋白、matrigel
tm
(马萨诸塞州图克斯伯里(tewksbury ma.)，corning life sciences)、dna(作为真正的聚合物)和其组合的水凝胶材料。在其它实施方式中，合适的水凝胶为合成
聚合物，包括衍生自聚乙二醇(peg)、聚(丙烯酸)和其衍生物、聚(环氧乙烷)和其共聚物、聚(乙烯醇)、聚磷腈和其组合的水凝胶。
[0155]
在可植入治疗递送系统的另一实施方式中，水凝胶包括海藻酸盐。在另一实施方式中，水凝胶和多孔纤维管交联。
[0156]
适合于将多孔纤维管交联到可植入治疗递送系统的水凝胶的示例性阳离子交联剂包括二价阳离子，如ba
2+
、ca
2+
、cd
2+
、cu
2+
、fe
2+
、mg
2+
、mn
2+
、ni
2+
、pb
2+
、sn
2+
、sr
2+
和zn
2+
。在一个实施方式中，二价交联剂为氯化钙。其它合适的阳离子交联剂包括但不限于al
3+
和fe
3+
。交联剂可存在于水凝胶、多孔纤维管中，或在将水凝胶添加到多孔纤维管中之后作为溶液施加。交联剂的浓度需要足以将水凝胶交联并粘附到多孔纤维管。因此，在一些实施方式中，交联剂以过量浓度存在。示例性交联溶液包括cacl2、bacl2的水溶液。
[0157]
在可植入治疗递送系统的另一实施方式中，拉长的中空多孔管在第一端和第二端处密封，使得腔室封闭。
[0158]
可植入治疗递送系统可包括在封闭腔室内的细胞制剂，其通过拉长的中空多孔管从腔室释放治疗剂。
[0159]
在一个实施方式中，治疗剂为从可植入治疗递送系统的水凝胶内封装或存在的组织和/或细胞制剂产生和/或分泌或释放的生物试剂。细胞可包含天然存在或基因工程改造的细胞，其可呈单一细胞和/或细胞簇形式。在一个实施方式中，可植入治疗递送系统的水凝胶内的细胞分泌一种或多种适用于治疗疾病或病状的生物因子。这些因子从细胞分泌，从水凝胶释放，并且递送到或扩散到有需要的周围靶细胞、组织或器官。合适的细胞包括但不限于一种或多种选自下组的细胞类型：平滑肌细胞、心肌细胞、血小板、上皮细胞、内皮细胞、尿道上皮细胞、成纤维细胞、胚胎成纤维细胞、成肌细胞、软骨细胞、成软骨细胞、成骨细胞、破骨细胞、角质细胞、肝细胞、胆管细胞、胰岛细胞、甲状腺细胞、甲状旁腺细胞、肾上腺细胞、下丘脑细胞、垂体细胞、卵巢细胞、睾丸细胞、唾液腺细胞、脂肪细胞、胚胎干细胞、间充质干细胞、神经细胞、内皮祖细胞、造血细胞和前体细胞。
[0160]
在一个实施方式中，细胞为胰岛素分泌细胞，如胰岛细胞。
[0161]
如上文所指出，合适的细胞包括祖细胞和/或干细胞。合适的干细胞可为多能、多潜能、寡能或单能细胞或细胞群，并且包括胚胎干细胞、外胚层细胞、原始外胚层细胞和原始生殖细胞。在另一实施方式中，合适的干细胞还包括诱导多能干(ips)细胞，其为衍生自非多能细胞的多能干细胞。参见zhou等人,《细胞
·
干细胞(cell stem cell)》4:381-384(2009)；yu等人,《科学(science)》324(5928):797-801(2009)；yu等人,《科学》318(5858):1917-20(2007)；takahashi等人,《细胞》131:861-72(2007)；以及takahashi和yamanaka,《细胞》126:663-76(2006)，其以全文引用的方式并入本文中。根据此实施方式，水凝胶可进一步包含适合于促进干细胞分化成能够产生和释放感兴趣的治疗剂的所需细胞群的生长和分化因子。
[0162]
适用于本文所描述的可植入治疗递送系统的细胞可衍生自能够产生所需细胞的任何动物。从中收集细胞的动物可为脊椎动物或无脊椎动物、哺乳动物或非哺乳动物、人或非人。动物来源的实例包括但不限于灵长类动物、啮齿动物、犬科动物、猫科动物、马科动物、牛科动物或猪科动物。细胞可获自或包含原代细胞制剂或永生化细胞制剂。细胞可从与植入接受者相同的物种或与植入接受者不同的物种分离。
[0163]
胰岛细胞为产生激素的细胞簇。通常应用胰岛当量(ieq)来描述胰岛细胞的密度。胰岛细胞聚集体(或整个胰岛)对于每个150μm直径的聚集体可含有约1500-2000个细胞，这被定义为一个胰岛当量。在一些实施方式中，本文所描述的系统包含大约1
×
103ieq胰岛细胞/ml至约1
×
106ieq胰岛细胞/ml之间或更大的胰岛细胞密度。在一个实施方式中，系统的细胞保持容量至少部分基于系统的长度。细胞能够在可植入系统中体内存活至少一个月、两个月、三个月、四个月、五个月、六个月、七个月、八个月、九个月、十个月、十一个月、十二个月或一年或更长时间，其功能代表在细胞引入到系统中或细胞在系统中完全发育和/或成熟(例如植入需要在体内进一步发育或成熟为功能细胞的祖细胞)时表达的功能的至少约50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％或更多。在一些实施方式中，系统中的细胞或细胞制剂在系统内扩增以在体内植入系统后增加细胞密度和/或细胞功能。
[0164]
当可植入治疗递送系统的水凝胶含有细胞或细胞制剂时，可将另外的细胞特异性生长和/或分化因子添加到水凝胶溶液中以增强细胞生长、分化和存活。这些因子包括补充剂(例如谷氨酰胺、非必需氨基酸)、生长因子(例如表皮生长因子、成纤维细胞生长因子、转化生长因子/骨形态发生蛋白、血小板衍生生长因子、胰岛素生长因子、细胞因子)、细胞外基质蛋白(例如纤连蛋白、层粘连蛋白、肝素、胶原蛋白、糖胺聚糖、蛋白聚糖、弹性蛋白、几丁质衍生物、纤维蛋白和血纤维蛋白原)、血管生成因子(例如fgf、bfgf、酸性fgf(afgf)、fgf-2、fgf-4、egf、pdgf、tgf-β、血管生成素-1、血管生成素-2、胎盘生长因子(plgf)、vegf和pma(佛波醇12-肉豆蔻酸酯13-乙酸酯))以及信号传导因子和/或转录因子。
[0165]
在本技术的可植入治疗递送系统的另一实施方式中，拉长的中空多孔管具有直径为10nm至1mm的孔。理想地，系统的孔足够大以允许治疗剂从系统中流出到受试者中，但不过大以允许细胞迁移出可植入治疗递送系统。
[0166]
可植入治疗递送系统的拉长的中空多孔管的拉伸强度可在0.01mpa至100mpa范围内。
[0167]
可植入系统的直径一般在微米至厘米范围内。在一个实施方式中，拉长的中空多孔管的腔室的直径为0.1mm至10cm。举例来说，可植入系统的直径可为0.1mm、0.5mm、1mm、5mm、10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm或100mm。
[0168]
拉长的中空多孔管的壁厚可为10μm至1cm。另外，拉长的中空多孔管的长度可为1cm至10m。
[0169]
本技术的另一方面涉及一种制备可植入治疗递送系统的方法。所述方法包括提供直径为1nm至10,000nm的一种或多种生物相容性聚合物的纤维，其中所述聚合物具有包括两性离子部分的带正电组分的主链。随后将纤维施加在模型周围以产生拉长的多孔管。随后从模型取出拉长的多孔管以产生拉长的中空多孔管，所述拉长的中空多孔管在其内限定腔室并且在第一开放端与第二开放端之间延伸。接着密封拉长的中空多孔管的第一端以封闭第一端，而第二端保持开放。随后将水凝胶通过开放的第二端插入到腔室中。随后将水凝胶交联到拉长的中空多孔管的纤维，并且密封拉长的中空多孔管的第二端。
[0170]
在制备可植入治疗递送系统的方法另一实施方式中，将纤维施加在模型周围以产生拉长的多孔管通过电纺丝实现。在电纺丝工艺期间，电纺丝聚合纤维可直接缠绕在圆柱
状模型周围。
[0171]
在形成本技术的可植入治疗递送系统的方法的另一实施方式中，交联需要将可植入治疗递送系统暴露于交联剂。合适的交联剂在上文论述。另外，如上文所论述，水凝胶可包括细胞制剂，并且这些细胞可为胰岛细胞。
[0172]
在制备本技术的可植入治疗递送系统的方法的另一实施方式中，纤维的聚合物包括式(i)的基于两性离子磺基甜菜碱的聚氨酯聚合物：
[0173][0174]
其中
[0175]
x为取代或未取代的c
1-20
亚烷基，或y为c
1-20
亚烷基、亚烷基、
[0176]
z在每次出现时独立地选自c
1-6
亚烷基和二甲基甲硅烷基；
[0177]
q为r1为c
1-10
烷基；
[0178]
r2为so
3-、co
2-、磷酸根或a、b、c、d和n为独立地选自1至20的整数；
[0179]
e和f独立地为选自1至10,000,000的整数；
[0180]
g为选自0至10,000,000的整数；并且
[0181]
表示连接点。
[0182]
在制备本技术的可植入治疗递送系统的方法的另一实施方式中，纤维的聚合物包括式(ii)的基于两性离子磺基甜菜碱的尼龙聚合物
[0183][0184]
其中
[0185]
r1为c
1-10
烷基；
[0186]
r2为so
3-、co
2-、磷酸根或
[0187]
a、b、c、d、e和f为独立地选自1至20的整数；
[0188]
g和h为选自1至10,000,000的整数；并且
[0189]
表示连接点。
[0190]
在制备本技术的可植入治疗递送系统的方法的另一实施方式中，纤维的聚合物包括式(iii)的基于两性离子磺基甜菜碱的聚二甲基硅氧烷聚合物
[0191][0192]
其中
[0193]
x和y独立地选自取代或未取代的c
1-20
亚烷基；
[0194]
q为o或nh；
[0195]
z为聚二甲基硅氧烷；
[0196]
r1为h或c
1-10
烷基；
[0197]
r2为so
3-、co
2-或磷酸根；
[0198]
a、b和c为独立地选自1至20的整数；并且
[0199]
d和e独立地为选自1至10,000,000的整数。
[0200]
本技术的另一方面涉及一种治疗糖尿病的方法，其包括选择患有糖尿病的受试者，以及将本技术的可植入治疗递送系统植入到所选择的受试者中。
[0201]
糖尿病可分成两大类型疾病：i型(t1d)和ii型(t2d)。术语“糖尿病”在本文中还指一组代谢疾病，其中患者具有高血糖水平，包括i型糖尿病(t1d)、ii型糖尿病(t2d)、妊娠期糖尿病、先天性糖尿病、成年型糖尿病(mody)、囊性纤维化相关糖尿病、血色沉着病相关糖尿病、药物诱导的糖尿病(例如类固醇糖尿病)以及几种形式的单基因糖尿病。
[0202]
因此，在一个实施方式中，受试者已被诊断为患有i型糖尿病(t1d)、ii型糖尿病(t2d)、妊娠期糖尿病、先天性糖尿病、成年型糖尿病(mody)、囊性纤维化相关糖尿病、血色沉着病相关糖尿病、药物诱导的糖尿病或单基因糖尿病中的一种或多种。
[0203]
本技术的另一方面涉及一种向受试者递送治疗剂的方法。所述方法包括将本技术的可植入治疗递送系统植入到受试者中。
[0204]
适合使用可植入治疗递送系统治疗的病状或疾病包括尤其需要长期重复施用治疗剂的慢性疾病或疾病病况。在一个实施方式中，病状为需要持续进行的胰岛素疗法的糖尿病。
[0205]
本文所描述的可植入治疗递送系统可用于治疗需要将生物活性物质连续供应到生物体中的多种疾病和病状。系统可含有生物活性剂和/或细胞或产生一种或多种所关注的生物活性物质的细胞的均质或非均质混合物。生物活性剂和/或细胞完全封装在拉长的多孔管内。此种半透性外层允许封装的感兴趣的生物活性物质(例如在治疗糖尿病的情况
下，胰岛素、胰高血糖素、胰多肽等)从系统中出来，使活性物质可用于系统外和接受受试者身体内的靶细胞。在一个实施方式中，半透性拉长的多孔管允许受试者中天然存在的营养物通过膜向存在于水凝胶中的细胞提供必需的营养物。同时，此种半透膜可防止接受受试者的细胞，更特定地，其免疫系统细胞通过并进入可植入系统以伤害系统中的细胞。举例来说，在糖尿病的情况下，此方法可允许葡萄糖和氧(例如含于身体内)刺激植入系统的产生胰岛素的细胞以视身体需要实时释放胰岛素，同时防止宿主免疫系统细胞识别并破坏植入的细胞。
[0206]
可植入治疗递送系统可以手术方式植入到受试者中。在一个实施方式中，系统使用微创手术技术，如腹腔镜植入。取决于所递送的治疗剂、待治疗的病状和作为递送靶标的组织或器官，系统可经皮、皮下、腹膜内、胸内、肌肉内、关节内、眼内或颅内植入。
[0207]
在一个实施方式中，可植入治疗递送系统在植入位点处锚定或固定(例如通过缝合)以将系统和/或释放的治疗剂维持在植入位点处或附近。在一个实施方式中，锚定位点处于或紧密接近作为治疗焦点的组织或器官。在从系统递送治疗剂并非位置依赖性并且试剂的生物分布取决于受试者的脉管系统或体液的另一实施方式中，系统可植入且锚定在远程位置。在一个实施方式中，可植入递送系统在腹部、前臂、侧腹、背部、臀部、腿部等皮肤下经皮或皮下植入，在那里所述系统一直保留直到需要取出的时间。
[0208]
在另一实施方式中，可植入治疗递送系统在植入后可取回。如上文所描述锚定或固定系统防止系统在患者内部迁移、移动或穿越并且有助于轻松取回。根据此实施方式，系统可进一步包含有助于取回的系链。当细胞停止释放足够量的治疗剂时需要取回。在取回之后，取回的系统可由另一系统替换以维持受试者中的治疗剂递送。第二或后续植入系统可在相同或不同位置植入。
[0209]
本文所描述的可植入治疗递送系统提供若干优点，其优于为递送胰岛素分泌细胞以便治疗糖尿病而开发的其它细胞封装技术。主要优点为可植入系统的水凝胶中的细胞分散产生短扩散距离，其提供快速葡萄糖反应性。短扩散距离还增强向系统内的胰岛细胞的营养物和氧递送，从而极大地改善长期胰岛细胞存活和功能。
[0210]
含有产生且分泌胰岛素的细胞(例如胰岛细胞)的可植入治疗递送系统适合于治疗患有i型(青少年糖尿病)或ii型糖尿病的受试者。合适的受试者包括患有胰岛素缺乏的儿童、成人和老年受试者。
[0211]
根据一个实施方式，含有产生胰岛素的细胞的可植入治疗递送系统经腹腔镜植入到腹腔或胸腔中。糖尿病患者利用可植入系统可显著减少监测血糖水平的需要并且可完全消除对胰岛素注射的需要。可定期(例如每月或每两个月)监测植入系统以确保植入物的细胞充分起作用。
[0212]
根据本技术涉及治疗糖尿病的方面，可植入治疗递送系统包含产生胰岛素的细胞。合适的胰岛素分泌细胞包括胰岛细胞。由于本文所描述的可植入系统内的细胞受保护免于宿主免疫系统影响，因此胰岛细胞可衍生自任何合适来源，即，人或非人。合适动物来源的实例包括但不限于灵长类动物、猪、牛科动物、马科动物、猫科动物、犬科动物和啮齿动物。在一个实施方式中，胰岛细胞为干细胞或祖细胞，包括分化成产生胰岛素的胰岛细胞的诱导多能干细胞。合适的胰岛素分泌细胞群和用于产生此类群体的方法是所属领域中已知的，参见例如但不限于martinson等人的美国专利第8,425,928号；fiore的美国专利第5,
773,255号和第5,712,159号；perfetti等人的美国专利第6,642,003号；rezania等人,“用人多能干细胞体外衍生的产生胰岛素的细胞逆转糖尿病(reversal of diabetes with insulin-producing cells derived in vitro from human pluripotent stem cells)”,《自然
·
生物技术》32:1121-1133(2014)；kuo等人,“干细胞疗法：来自人脂肪衍生干细胞和脐带msc的产生胰岛素的细胞的分化潜能(stem cell therapy:differentiation potential of insulin producing cells from human adipose derived stem cells and umbilical cord mscs)”,《国际临床医学杂志(int'l.j.clin.med.)》1(1):21-25(2014)；thakkar等人,“用于i型糖尿病的来自自体和同种异体来源的胰岛素分泌脂肪衍生间充质基质细胞以及骨髓衍生造血干细胞(insulin-secreting adipose-derived mesenchymal stromal cells with bone marrow-derived hematopoietic stem cells from autologous and allogenic sources for type idiabetes mellitus)”,《细胞疗法(cytotherapy)》doi.org/10.1016/j.jcyt.2015.03.608(2015年4月在线出版)，其以全文引用的方式并入本文中。
[0213]
此外，可植入治疗递送系统可用于治疗与胰岛素分泌水平不足相关的病状。这些是受试者产生的胰岛素血浆水平低于维持血液中正常葡萄糖含量所需的水平，使得患有与胰岛素分泌不足相关病状的受试者变为高血糖的病状。在此种病状中，患病受试者的胰腺β细胞分泌的胰岛素水平不足以维持血液中存在正常浓度葡萄糖(即，血糖正常)。
[0214]
与胰岛素分泌水平不足相关的病状之一为胰岛素抵抗。胰岛素抵抗是受试者的细胞对胰岛素的降糖作用变得较不敏感的病状。肌肉和脂肪细胞中的胰岛素抵抗减少葡萄糖摄取(以及因此，葡萄糖以糖原和甘油三酯的形式局部储存)，而肝细胞中的胰岛素抵抗引起糖原合成和储存减少并且无法抑制葡萄糖产生和释放到血液中。胰岛素抵抗通常是指胰岛素的降糖作用降低。然而，胰岛素的其它功能也可能受影响。举例来说，脂肪细胞中的胰岛素抵抗降低胰岛素对脂质的正常作用，并且引起循环脂质的摄取减少和储存的甘油三酯的水解增加。这些细胞中储存的脂质的动员增加使血浆中的游离脂肪酸升高。血液脂肪酸浓度升高、肌肉葡萄糖摄取减少和肝脏葡萄糖产生增加均促成血糖水平升高。如果存在胰岛素抵抗，则胰腺需要分泌更多胰岛素。如果不发生此代偿性增加，则血糖浓度增加并且发生ii型糖尿病。
[0215]
与胰岛素分泌水平不足相关的另一病状为代谢综合征。代谢综合征一般用于定义与罹患ii型糖尿病和动脉粥样硬化性血管疾病的风险增加相关的一系列异常。相关病状和症状包括但不限于空腹高血糖症(ii型糖尿病空腹血糖受损、葡萄糖耐量受损或胰岛素抵抗)、高血压；向心性肥胖(也称为内脏型、男性型或苹果形肥胖)，意指超重并且脂肪主要沉积在腰周围；hdl胆固醇减少；以及甘油三酯升高。
[0216]
可能与胰岛素分泌水平不足相关的其它病状包括但不限于高尿酸血症、脂肪肝(尤其在并发肥胖中)进展到非酒精性脂肪肝病、多囊卵巢综合征(女性中)和黑棘皮病。
[0217]
本技术的又一方面涉及式(ii)的基于两性离子磺基甜菜碱的尼龙聚合物
[0218][0219]
其中
[0220]
r1为c
1-10
烷基；
[0221]
r2为so
3-、co
2-、磷酸根或
[0222]
a、b、c、d、e和f为独立地选自1至20的整数；
[0223]
g和h为选自1至10,000,000的整数；并且
[0224]
表示连接点。
[0225]
在基于两性离子磺基甜菜碱的尼龙聚合物的一个实施方式中，尼龙聚合物的g:h的摩尔比在0.01:0.99至0.99:0.01范围内。尼龙聚合物的数均分子量可为1000至1000000克/摩尔聚合物，并且玻璃化转变点可为-60℃至300℃。
[0226]
本技术的最后一个方面涉及式(iii)的基于两性离子磺基甜菜碱的聚二甲基硅氧烷聚合物
[0227][0228]
其中
[0229]
x和y独立地选自取代或未取代的c
1-20
亚烷基；
[0230]
q为o或nh；
[0231]
z为聚二甲基硅氧烷；
[0232]
r1为h或c
1-10
烷基；
[0233]
r2为so
3-、co
2-或磷酸根；
[0234]
a、b和c为独立地选自1至20的整数；并且
[0235]
d和e独立地为选自1至10,000,000的整数。
[0236]
在基于两性离子磺基甜菜碱的聚二甲基硅氧烷聚合物的一个实施方式中，聚合物的d:e的摩尔比在0.01:0.99至0.99:0.01范围内。基于聚二甲基硅氧烷的聚合物的数均分子量可为1000至1000000克/摩尔聚合物，并且玻璃化转变点可为-60℃至300℃。
[0237]
除非上下文另有说明，否则本文中所描述的技术的给定方面、特征、实施方式或参数的偏好和选项应被视为已经与所述技术的所有其它方面、特征、实施方式和参数的任何和所有偏好和选项一起公开。
[0238]
呈现以下实施例以说明本技术的各个方面，但并不意图限制要求保护的申请的范围。
[0239]
实施例
nmr(cdcl3,400mhz):δ4.92(s,2h),3.19(t,4h),2.45(t,4h),2.22(s,3h),1.42(s,18h)。
[0253]
将n,n'-((甲基氮烷二基)双(乙烷-2,1-二基))双(2,2-二甲基丙酰胺)(2.85g，10.0mmol)、1,3-丙磺酸内酯(2.45g，20.0mmol)和无水二氯甲烷(30ml)添加到150ml圆底烧瓶中。将混合物在氮气气氛下在40℃下搅拌48小时。反应后，使用旋转蒸发器去除溶剂。产物用无水乙醚沉淀，且用无水乙醚洗涤，得到白色粉末。h
1 nmr(d2o,400mhz):δ3.39-3.65(m,10h),3.15(s,3h),2.94(t,2h),2.21(m,2h),1.40(s,18h)。
[0254]
最后，将3.0g所得产物用12ml三氟乙酸(tfa)和12ml二氯甲烷的混合物在室温下处理过夜，用旋转蒸发器浓缩，并且在无水乙醚中沉淀，得到白色粉末(磺基甜菜碱-二胺单体)。h
1 nmr(d2o,400mhz):δ3.81(m,4h),3.67(m,2h),3.57(m,4h),3.30(s,3h),3.00(t,2h),2.26(s,2h)。
[0255]
卤胺-二醇单体
[0256]
将5,5-二甲基乙内酰脲(13.21g，100mmol)、二乙醇胺(10.6g，100mmol)、8.1g(100mmol)37％甲醛溶液和100ml甲醇添加到250ml圆底烧瓶中。将混合物在室温下搅拌4小时。使用旋转蒸发器从反应混合物中去除溶剂。随后将产生的粘性残余物溶解于乙酸乙酯中，并且出于进一步干燥的目的添加无水硫酸钠。去除硫酸钠后，将所得溶液储存在冰箱中。12小时后，使用冷溶液过滤后，得到从乙酸乙酯溶液中沉淀的白色固体产物。卤胺-二醇单体的结构通过h
1 nmr(dmso-d6,400mhz)确认。峰为：δ8.27(s,1h),4.37(t,2h),4.30(s,2h),3.42(m,4h),2.64(t,2h),1.28(s,6h)。
[0257]
thap单体
[0258]
thap使用迈克尔(michael)型反应合成。将二乙醇胺(10.5g，0.1mol)添加到丙烯酸叔丁酯(12.8g，0.1mol)中，并且将反应溶液在氮气气氛下在35℃下搅拌过夜，并且在反应期间避光。使用旋转蒸发器去除所得溶液，从而去除任何未反应的材料，且随后使用二氯甲烷和甲醇(4:1)通过快速色谱纯化产物，得到呈无色油状的thap，产率为87％。h
1 nmr(400mhz,cdcl3,ppm):3.55(t,4h),3.17(s,2h),2.75(t,2h),2.58(m,4h),2.35(t,2h),1.40(s,9h)。
[0259]
实施例2-合成两性离子聚氨酯(zpu)和两性离子尼龙(zn)
[0260]
两性离子聚氨酯
[0261][0262]
方案1.两性离子聚氨酯的反应路线
[0263]
zpu的合成路线显示于方案1中。在本研究中，sb-二醇/ptmg以各种摩尔比0:1、1:1、2:1和3:1(分别形成pu、zpu-1、zpu-2、zpu-3)共混，并且在氮气气氛下在80℃下溶解于dmso溶剂中。随后在添加两小滴sn(oct)2催化剂之后，将hdi逐滴添加到烧瓶中。将混合物在80℃下剧烈搅拌1小时。如果反应溶液的粘度显著增加，则添加dmso。将充当扩链剂的1,4-二氨基丁烷逐滴添加到溶液中，并且在氮气保护下在80℃下搅拌过夜。(sb-二醇+ptmg):hdi:1,4-二氨基丁烷的摩尔比设定为1:2:1。反应后，聚合物溶液在乙醚中沉淀，且随后用乙醚洗涤三次。随后将所得白色粉末用di水洗涤三次，并且放置在70℃下的真空烘箱中24小时以去除残余溶剂。为了制备zpu聚合物膜，将zpu粉末各自在50℃下溶解于hfip中，接着浇铸到聚(四氟乙烯)盘中并且放在60℃下的真空烘箱中1天。
[0264]
两性离子尼龙
[0265][0266]
方案2.基于羧基甜菜碱的尼龙的反应路线
[0267]
用于形成zn的示例性合成路线显示于方案2中。将sb-二胺和六亚甲基二胺以各种摩尔比共混，且随后在0℃下在氮气填充的500ml三颈烧瓶中溶解于无水dmso中。随后将无
水三乙胺添加到溶液中。历时30分钟将己二酰氯逐滴添加到混合物中。将混合物在0℃下搅拌1小时，且随后在50℃下搅拌18小时。随后将聚合物在乙醚中沉淀并且用乙醚洗涤若干次。将所得聚合物用水洗涤若干次并且在真空烘箱中干燥。(sb-二胺+六亚甲基二胺):三甲胺:己二酰氯摩尔比设定为1:2:1。
[0268]
基于聚二甲基硅氧烷的两性离子聚合物的示例性合成方案可见于图1a-1d中。这些聚合物在主链中具有聚二甲基硅氧烷并且由二醇和二胺与二异氰酸酯反应形成。使用锡催化剂，二异氰酸酯与二胺和二醇反应以形成前体单体。随后单体与二胺一起反应以形成聚合物，所述聚合物随后用酸处理以形成两性离子部分。
[0269]
实施例3-通过电纺丝制造zpu装置
[0270]
zpu聚合物首先在室温下通过充分搅拌溶解于hfip溶剂中。将聚合物溶液加载到10ml塑料注射器(bd生物科学(bd biosciences))中并且通过注射泵(美国harvard apparatus)以1.2ml/小时进料。纳米纤维在15kv下纺丝，其中22g钝针作为纺丝头。针尖与收集器之间的距离设定为12cm。将具有不同尺寸的旋转铝棒(mcmaster-carr)放置在聚合物溶液射流的路径中并且用于收集电纺丝纤维。棒以400-450rpm的速度旋转。40分钟电纺丝后，将纳米纤维管与棒一起浸没在di水浴中过夜。随后将管小心地从棒取出，并且在真空烘箱中在40℃下干燥1天。使用手动脉冲密封器(加利福尼亚州(ca)impulse sealer supply)热密封管的端部。最后将管放置到70％乙醇溶液中并且使用uv光灭菌以供将来使用。
[0271]
实施例4-zpu装置表征
[0272]
扫描电子显微镜(sem)(leo 1550fesem)用于观察zpu纳米纤维管的形态。imagej软件用于分析和定量纤维直径。在ta仪器(ta instruments)dma q800动态机械热分析(dmta)上进行zpu纳米纤维管的拉伸试验。所有样品安装于保持器之间，相隔约2cm距离。将样品以5mm/分钟的速率拉伸直到失效。为了验证聚合物化学结构，通过ft-ir(傅立叶变换红外光谱法，布鲁克(bruker)vertex v80v真空ft-ir系统)分析zpu纳米纤维管。波数在400至4000cm-1
范围内，扫描64次。在scienta omicron esca-2sr上以约1
×
10-9
毫巴的操作压力进行xps分析。半球形分析仪确定电子动能，对于宽/调查扫描使用200ev的通过能并且对于高分辨率扫描使用50ev的通过能。结合能(be)标度使用在284.6ev的be下的c
1s
作为参考校正。元素组成通过casaxps软件基于来自c
1s
、n
1s
、o
1s
和s
2p
峰的峰面积确定。使用重力法测试zpu纳米纤维管的吸水率。将zpu纳米纤维管干燥并且称量得到干重(m
干
)。将管浸没到0.9％盐水溶液中并且称量得到湿重(m
湿
)。吸水率计算为(m
湿-m
干
)/m
干
×
100％。
[0273]
实施例5-蛋白质吸附分析
[0274]
使用荧光法评估zpu膜上的蛋白质吸附。简单来说，用活检打孔器将zpu膜切成小圆盘(直径为6mm并且厚度为1mm)。将以上圆盘在室温下放置于fitc标记的血纤维蛋白原溶液(0.1mg/ml的pbs溶液)中1小时。在此时间段后，用pbs缓冲液轻缓地洗涤膜三次以去除松散吸附的蛋白质。使用具有10
×
透镜的荧光显微镜以固定曝光时间拍摄zpu膜表面的荧光图像。imagej软件用于分析和定量每个样品的荧光强度。
[0275]
实施例6-细胞粘附分析
[0276]
nih/3t3细胞在使用前保持在含5％co2的37℃加湿培育箱中。细胞培养基由达尔伯克氏改良伊格尔培养基(dulbecco's modified eagle medium，dmem)、10％胎牛血清
(fbs)和2％青霉素链霉素组成。将纳米纤维zpu膜(6mm
×
6mm)用无菌pbs洗涤三次并且放置到12孔板的各个孔中。将2ml在105个细胞/ml下的细胞悬浮液添加到每个孔中，并且与样品一起孵育3天。孵育后，将膜用pbs轻缓洗涤并且转移到新的12孔板。将活/死(live/dead)分析试剂盒添加到每个孔中并且孵育30分钟。最后使用evos amf4300成像系统获取荧光图像。
[0277]
实施例7-细胞因子分泌
[0278]
从6-8周龄c57bl/6j小鼠(杰克逊实验室)的股骨或胫骨收集用于细胞因子分泌分析的鼠类骨髓衍生巨噬细胞(bmdm)。将细胞用ack裂解缓冲液(英杰)处理，离心，并且再悬浮于由达尔伯克氏改良伊格尔培养基(dmem)、10％fbs、1％青霉素链霉素和用于巨噬细胞分化的15％巨噬细胞集落刺激因子(mcsf)组成的培养基中。培养一周后，使用细胞刮棒分离bmdm，并且将其以105个细胞/孔的密度接种在组织培养板上的培养基中。使细胞附着6小时，此时更换培养基并且添加ifnγ(20ng/ml)/lps(25ng/ml)以及样品。将样品孵育12小时，并且收集上清液且遵循制造商说明书(赛默飞世尔(thermofisher))，通过酶联免疫吸附分析(elisa)分析tnf-α分泌。
[0279]
实施例8-大鼠胰岛分离和纯化
[0280]
来自查尔斯河实验室的雄性史泊格-多利大鼠用作胰岛供体。简单来说，将大鼠胆管插管，并且通过注射冷的0.15％释放酶(liberase)(研究级，罗氏(roche))的rpmi 1640培养基溶液来扩张胰腺。将胰腺在37℃水浴中消化30分钟。胰岛使用不连续histopaque1077(西格玛)梯度密度纯化并且从分界面收集。这些胰岛通过一系列六个重力沉降进一步纯化。最后，将纯化的胰岛在显微镜下手工挑选且用无菌盐水溶液洗涤。随后将胰岛在含10％热灭活胎牛血清(hifbs)和1％青霉素/链霉素的rpmi 1640培养基中培养过夜以供进一步使用。
[0281]
实施例9-胰岛封装
[0282]
在胰岛封装之前，制备无菌zpu管(直径：1.0mm；长度：2.5cm)。通过手动脉冲密封器(impulse sealer supply，加利福尼亚州)热密封装置的一端。将培养的胰岛以562rcf离心1分钟且用0.9％盐水溶液洗涤。洗涤后，将约250ieq胰岛再悬浮于2％slg100海藻酸盐溶液中。将含有胰岛的海藻酸盐溶液加载到装置中并且放置到含有100mm cacl2和5mm bacl2的交联缓冲液中10分钟。交联后，将具有封装的胰岛的装置用0.9％盐水溶液洗涤5次以去除残余交联缓冲液。在植入之前，热密封装置的另一端。
[0283]
实施例10-装置的移植和取回
[0284]
具有免疫能力的雄性c57bl/6小鼠用于植入。通过腹膜间注射链脲佐菌素(130mg/kg体重)溶液(13mg/ml的5mm柠檬酸钠缓冲溶液)产生糖尿病小鼠。连续两次测量非空腹血糖水平超过300mg/dl的小鼠视为糖尿病。小鼠使用3％异氟醚/氧气麻醉并且在整个程序中维持在相同比率下。腹部剃毛和消毒后，沿腹部中线制造1mm切口，并且使用钝器解剖暴露腹膜内层。随后用镊子夹紧腹膜壁，并且使用手术刀制造1mm切口。将总共具有500-600ieq胰岛的两个装置通过切口植入到腹膜腔中。通过手术缝合封闭切口。对于空装置植入，遵循相同程序。
[0285]
在取回装置后预定时间内，移植的小鼠保持存活。在取回后监测bg水平以便进一步证实植入装置的功能。如果不存在其它表征，如离体gsis分析或成像，则将取回的装置固
定在10％中性缓冲福尔马林中用于染色。
[0286]
实施例11-血糖监测
[0287]
使用刺血针从尾静脉收集一小滴血液，并且用商业血糖仪(contour next ez血糖仪)测量血糖浓度。非空腹bg水平低于200mg/dl的小鼠视为血糖正常。
[0288]
实施例12-腹膜内葡萄糖耐量试验(ipgtt)分析
[0289]
移植后2或3个月进行ipgtt分析。具有zpu装置的小鼠在腹膜内注射葡萄糖溶液(2g/kg重量)之前禁食大约16小时。在所需时间点测量bg水平。
[0290]
实施例13-体外和离体葡萄糖刺激的胰岛素分泌
[0291]
首先制备克雷布斯林格氏碳酸氢盐(krebs ringer bicarbonate，krb)缓冲液(98.5mm nacl、4.9mm kcl、2.6mm cacl2、1.2mm mgso4·
7h2o、1.2mm kh2po4和25.9mm nahco3，补充有20mm hepes和0.1％bsa(血清学(serological)))。对于体外葡萄糖刺激的胰岛素分泌(gsis)研究，将含胰岛的zpu装置和相同数目的裸胰岛在37℃，5％co2下在krb缓冲液中培养1小时，且随后在同一条件下与2.8mm或16.7mm d-葡萄糖一起孵育1小时。收集上清液并储存以供将来分析。对于离体gsis研究，将取回的含胰岛zpu装置放置于补充有2.8mm d-葡萄糖的krb缓冲液中30分钟，并且在补充有2.8mm或16.7mm d-葡萄糖的krb缓冲溶液中孵育1小时。收集上清液并储存以供将来分析。遵循制造商说明书，使用小鼠/大鼠胰岛素elisa试剂盒(alpco)定量胰岛素含量。在synergy酶标仪(伯腾(biotek))中测量450nm下的反应溶液吸光度。获得作为高葡萄糖(16.7mm)刺激后的胰岛素含量除以低葡萄糖(2.8mm)溶液后的胰岛素含量的比率的刺激指数(si)。
[0292]
实施例14-胰腺中的胰岛素含量
[0293]
为了测量糖尿病小鼠、健康小鼠和移植小鼠的胰腺中的总胰岛素含量，将均质化胰腺组织放置于酸-乙醇(1.5％hcl的70％乙醇溶液)中，使用剪刀切成小片，在-20℃下消化过夜，离心并且用ph 7.5tris缓冲液中和。收集上清液并且将其存储在-80℃下以用于如上文所描述的胰岛素含量测定。
[0294]
实施例15-组织学分析和免疫染色
[0295]
将取回的装置固定在4％多聚甲醛中，包埋在石蜡中且随后通过康奈尔组织学核心设施(cornell histology core facility)切片。样品在切片机上以5μm的厚度切片。随后用苏木精/伊红染色石蜡切片。为了进行免疫荧光染色，将组织学载玻片脱石蜡，接着依序在二甲苯、乙醇和水中洗涤。随后将这些载玻片在edta溶液中煮沸以进行抗原暴露。在室温下用10％山羊血清阻断非特异性结合45分钟。将这些载玻片倒出，并且与一级兔抗胰岛素抗体(1:200)和一级小鼠抗胰高血糖素抗体(1:200)一起在4℃下孵育过夜。将切片洗涤并且与fitc缀合二级抗体alexa fluor 594驴抗兔抗体(1:400稀释)和alexa fluor 488山羊抗小鼠抗体(1:400稀释)一起在室温下孵育30分钟。用dapi标记细胞核，并且使用evos amf4300成像系统捕获荧光图像。
[0296]
结果
[0297]
纳米纤维zpu装置的合成、制造和表征
[0298]
zpu聚合物(示例性结构显示在图2a中)由磺基甜菜碱-二醇(sb-二醇)、聚(四亚甲基醚)二醇(ptmg)、六亚甲基二异氰酸酯(hdi)和1,4-二氨基丁烷合成。sb-二醇充当硬链段，并且被合成并引入以改良zpu聚合物的亲水性、防污特性和生物相容性。分子量为2kda
的不可生物降解ptmg充当软链段，并且由于长的软链段可改良zpu的机械强度而被选择。作为化学构建嵌段的hdi用于合成zpu聚合物。作为扩链剂的1,4-二氨基丁烷用于调整zpu聚合物的分子量。一系列具有各种sb含量作为聚合物主链的一部分的zpu聚合物通过如方案1中所说明的便捷两步聚合合成。合成的两性离子聚氨酯称为zpu
x
，其中x代表sb-二醇:ptmg的摩尔比。作为对照的无sb含量的合成聚氨酯表示为pu。
[0299]
为了制造zpu装置，将zpu聚合物电纺丝到旋转铝棒上以获得纳米纤维管状管道。纳米纤维的大小可通过调整zpu聚合物的浓度来精细调节，而纳米纤维管的壁厚可通过沉积时间来控制。制造具有不同尺寸(内径：1至5mm；壁厚：100至200μm)的zpu装置，并且其显示在图2b和2c中。zpu装置的端部可通过热密封器简单地密封。sem图像显示电纺丝zpu膜具有纳米多孔结构，其具有随机定向的非织造纤维(图2d)，纤维平均直径为约280nm。
[0300]
为了评估zpu装置的体特性，使用xps分析来确定元素组成和sb部分。在zpu-2中检测到以230ev(结合能，s
2s
)和168ev(结合能，s
2p
)为中心的两个峰，但在pu中未检测到，其指示来自sb基团的硫原子(图2e)。此外，pu和zpu-2聚合物基于其n
1s
谱清楚地区分(图2f)。zpu-2的n
1s
谱由两个峰组成，来自磺基甜菜碱的季铵的402ev和来自氨基甲酸酯氮的399ev，而对于pu仅检测到一个峰(399ev)。此发现证实含有sb基团的两性离子聚氨酯成功合成。ft-ir结果(图2g)显示，对于zpu-2，在1037cm-1
处出现的峰归因于so
3-的存在。此特征峰是存在sb基团的另一有说服力的证据。通过拉伸试验研究zpu装置的机械特性。发现zpu的拉伸强度和断裂应变(图2h)随sb含量增加而降低。具有低sb含量的zpu-1装置具有弹性，而具有高sb含量的zpu-3装置变脆。具有中等sb含量的zpu-2装置显示机械稳固，其中断裂应变》1.5且拉伸应力》10mpa。
[0301]
由ptfe、pcl和pu制成的当前封装装置为疏水性的。这些装置往往会对质量转移产生负面影响并且诱导严重生物污染和fbr。可应用表面改性以增强表面润湿性和生物相容性，但仍存在限制。举例来说，改性仅发生在离表面的深度较小的地方，并且改性后诱导的特性可随时间推移劣化(liu等人,“通过表面引发原子转移自由基聚合得到的金表面上超低污染聚丙烯酰胺(ultralow fouling polyacrylamide on gold surfaces via surface-initiated atom transfer radical polymerization)”,《生物大分子》13(4):1086-1092(2012)，其以全文引用的方式并入本文中)。在本文中，zpu装置的亲水性通过调节sb含量来调控。使用水滴试验来评估装置的质量转移。不含任何sb基团的pu装置的表面显示为疏水性的。即使在毛细管驱动芯吸现象的情况下，在30秒后整个水滴也保留在纳米多孔表面上(图2i)。相比之下，水滴立即润湿zpu-2表面并且由装置吸附。结果表明，相对于pu装置，zpu装置具有优良的质量递送。
[0302]
为了将zpu纳米多孔膜应用为细胞封装装置，膜需要在水性环境中稳定(即，保持完整)。组织学研究(图2j)展现，在c57bl/6j小鼠中腹膜内植入后1个月，zpu-3装置的纳米纤维变得蓬松，而zpu-2装置可保持完整。如果sb含量过高，则zpu-3聚合物的纤维相互作用可显著减弱，尤其是在水性环境中。在稳定性与亲水性之间取得微妙的平衡。综合来说，zpu-2装置归因于其平衡的亲水性、机械稳固性和体内条件下的稳定性而被选择为细胞封装装置。
[0303]
zpu装置的体外表征
[0304]
医疗装置的表面上的蛋白质吸附被视为异物反应的初始和关键步骤。血纤维蛋白
原(fg)用作模型蛋白质以评定zpu装置的防污性能，以及pu装置作为对照。fg为参与血小板凝集和印迹凝块形成的凝固蛋白(jansen等人,“两性离子peg-pc水凝胶以模量依赖性方式调节异物反应(zwitterionic peg-pc hydrogels modulate the foreign body response in a modulus-dependent manner)”,《生物大分子》19(7):2880-2888(2018)，其以全文引用的方式并入本文中)。相对于pu装置，zpu装置上的fg吸附量为21.1％(图3a)。显然，zpu表面对非特异性蛋白质吸附具有高度抗性。接下来，研究体外zpu装置上的细胞附着。在37℃下孵育3天后，nih/3t3细胞在对照pu装置表面上快速附着、增殖并且形成融合层，而在zpu装置上仅观察到分散细胞(图3b)。pu和zpu表面上的细胞密度分别为2.1
×
104个细胞/mm2和4.3
×
102个细胞/cm2。这些结果表明zpu装置可减少细胞粘附。
[0305]
通过接种鼠类骨髓衍生巨噬细胞(bmdm)并且检查与促炎性巨噬细胞相关的肿瘤坏死因子-α(tnf-α)的释放来研究zpu装置上的巨噬细胞激活(an等人,“开发用于细胞疗法的稳固、基于水凝胶、纳米纤维实现的封装装置(need)(developing robust,hydrogel-based,nanofiber-enabled encapsulation devices(needs)for cell therapies)”,《生物材料》37:40-48(2015)，其以全文引用的方式并入本文中)。当与在pu装置上培养的bmdm相比时，在zpu装置上培养的bmdm分泌低水平的tnf-α(图3c)。此研究证明将两性离子部分(sb)并入到聚氨酯中可体外减弱巨噬细胞的炎性激活。
[0306]
为了研究zpu装置的质量转移，进行静态葡萄糖刺激的胰岛素分泌(gsis)实验。图3d显示zpu装置对葡萄糖变化起反应并且分泌胰岛素。此外，封装到zpu装置中的胰岛的刺激指数(在高葡萄糖刺激之后的胰岛素值除以在低葡萄糖刺激之后的胰岛素值的比率)(3.21
±
0.38)与游离胰岛的刺激指数(3.17
±
0.25)没有统计学差异。尽管zpu膜相对厚(约200μm)，但质量扩散未受损害。此与先前亲水性试验良好一致。结果进一步证实亲水性zpu装置可提供优良的质量转移。
[0307]
zpu装置安全性的评估
[0308]
封装装置的安全性对于临床应用至关重要，尤其当使用人胚胎干细胞(hesc)衍生的产生胰岛素的细胞时。装置需要创建持久的物理屏障以排除对封装的细胞有害的免疫细胞和介体，并且还防止封装的细胞逃逸出装置。因此，可防止细胞穿透和逃逸的封装装置对于临床环境中的长期应用将至关重要。精细调节与孔大小相关的纤维大小以防止细胞穿透或逃逸。如图4a中所示，zpu纤维的尺寸容易通过聚合物溶液的浓度调节。zpu纤维的大小随聚合物浓度的增加而增加。
[0309]
为了验证zpu装置是否可提供物理免疫保护屏障，将具有不同纤维大小的三种zpu装置(图4a)植入到c57bl/6j小鼠的腹膜内空间1个月。平均纤维直径为280nm的zpu装置完全排除细胞穿透(图4b和4c)。几乎所有细胞都被最外层阻挡。对于平均纤维直径分别为417和649nm的其它两个装置，不同数目的细胞(图4d)穿透到装置中，并且对于具有最大纤维大小的装置，一些细胞甚至迁移到内部。以上结果表明zpu装置可经工程改造以防止细胞进入和逃逸。
[0310]
zpu装置的体内生物相容性
[0311]
植入装置的性能通常受异物反应(fbr)阻碍。因此，迫切需要开发具有低fbr的新颖医疗装置。选择具有免疫能力的c57bl/6j小鼠，因为此品系显示引发针对外来植入物的强fbr(veiseh等人,“啮齿动物和非人灵长类动物中对植入材料的大小和形状依赖性异物
免疫反应”(size-and shape-dependent foreign body immune response to materials implanted in rodents and non-human primates),《自然
·
材料》14(6):643-651(2015)，其以全文引用的方式并入本文中)。在植入后的选定时间点(2周、1个月、3个月和6个月)评估对空白zpu装置的fbr。选择pu装置作为阳性对照进行比较。在14天，观察到zpu装置在其周围具有极薄的细胞过度生长(7.2
±
1.6μm)，而pu装置诱导厚得多的细胞过度生长(24.2
±
2.7μm)(图5a)。结果表明具有sb部分的zpu装置可有效减轻细胞生长。一般认为装置周围较厚的细胞过度生长对质量转移具有负面影响。受短期结果鼓励，进一步进行较长期研究(即1、3和6个月)。获得相似且一致的结果：与pu对照的情况相比，zpu装置上的细胞过度生长显著更薄(图5a)。1、3和6个月时zpu装置上的细胞过度生长的厚度分别为4.9
±
0.4、7.7
±
1.8和9.8
±
4.0μm，其分别为pu表面上沉积的厚度的约28.9、16.3、29.6和26.7％(图5b)。这些定量表明zpu装置在短期(14天)和长期(180天)均显著减少c57bl/6j小鼠的腹膜内空间中的细胞过度生长。此外，所有植入的zpu装置(n＝15)均容易取回而无组织粘附，而15个pu装置中的4个具有组织粘附，使得取回困难。
[0312]
小鼠的糖尿病矫正
[0313]
在证实zpu装置的机械、质量转移和防污特性以及安全性和生物相容性之后，探索其作为用于治疗t1d的细胞封装平台的治疗潜力。首先将大鼠胰岛混合到海藻酸盐溶液中。随后将负载胰岛的海藻酸盐溶液注射到装置中，且随后使用钙离子和钡离子的混合物进行交联。密封开放端后，将封装大鼠胰岛(每只小鼠500-600胰岛当量)的zpu装置移植到链脲佐菌素(stz)诱导的糖尿病c57bl/6j小鼠的腹膜腔中，并且评估其恢复血糖正常的能力。图6a显示移植后随时间推移的血糖浓度(bg)。在移植后一周内，所有移植小鼠的bg水平下降到正常血糖范围(bg《200mg/dl)。13只小鼠中的8只保持血糖正常2个月，直到取回装置。取回后，治愈的小鼠的bg水平上升，证实装置功能。此外，装置容易取回并且不存在组织粘附。移植后2个月进行腹膜内葡萄糖耐量试验(ipgtt)(图6b)。移植小鼠在90分钟内逐渐实现血糖正常，进一步证实移植胰岛的功能。然而，即使在120分钟之后，糖尿病小鼠的bg也未能下降到正常范围。取回的zpu装置的葡萄糖刺激的胰岛素分泌(gsis)试验(图6c)表明胰岛对葡萄糖变化起反应并且分泌胰岛素，这是正常胰岛功能的进一步证据。在另一组3个月移植实验中，4只小鼠中的3只被治愈直到取回。再次进行ipgtt和gsis(图6d和6e)分析以验证移植胰岛的活力和正常功能。还测量移植小鼠、糖尿病小鼠和健康小鼠的胰腺胰岛素含量。移植小鼠和糖尿病小鼠的胰腺胰岛素含量仅为健康小鼠的1％。此结果表明含有胰岛的zpu装置递送绝大部分胰岛素以控制血糖水平。
[0314]
取回后的表征还显示，在小心地剥离取回的装置的纳米纤维膜之后，负载胰岛的海藻酸盐水凝胶中存在大量健康大鼠胰岛(图6f)。许多取回的胰岛展现与移植之前的完整胰岛一样健康的形态，如横截面的h&e染色所示(图6g)。尽管封装的细胞或异种供体组织使fbr略微升高，但组织学分析(图6h)证实zpu装置周围存在低至约8.9
±
1.3μm的薄细胞沉积。移植胰岛的活力和正常功能通过阳性胰岛素染色进一步验证(图6i)。此外，装置容易取回并且不存在组织粘附。最后，如通过组织学分析验证，不存在细胞进入装置和从装置逃逸(图6j)。对于3个月移植实验，组织学分析和阳性胰岛素染色(图6k和6l)证实装置的长期功能。矫正高血糖症早期失败的一些小鼠可归因于无意变量，如负载细胞的海藻酸盐的崩解、装置缺陷和胰岛数目或内在生物变化。综合来说，上文所描述的数据为zpu装置用于t1d治
疗的用途提供概念证明。
[0315]
讨论
[0316]
虽然细胞封装代表t1d治疗的有前景的方法之一，但临床使用仍具有挑战性，部分因为缺乏同时满足胰岛封装的若干要求的适当装置。举例来说，基于水凝胶的装置往往具有不良机械特性。一些多孔膜，如ptfe或聚氨酯容易诱导严重fbr并且具有质量扩散约束。合成了具有可调整亲水性的两性离子聚氨酯聚合物，并且zpu-2被鉴别为具有所需特征的聚合物。设计和制造了由zpu-2聚合物制成的纳米纤维封装装置。这是第一次将两性离子聚氨酯应用为细胞封装装置。优化的zpu装置具有亲水性与机械稳固性的组合。另外，zpu装置展现优良的质量转移，如快速水滴吸收和体外gsis试验中所证明。zpu装置的机械稳固性和优良的质量转移特性满足胰岛封装的两个准则。
[0317]
此外，医疗装置在复杂生物介质(例如体液、血液和细胞裂解物)的情形下需要具有防污特性。尤其对于纳米多孔装置来说，一个严重问题是附着的蛋白质和细胞的污染，这可引起孔堵塞和对质量转移的负面影响。纳米纤维zpu装置显示对蛋白质吸附和细胞附着具有高度抗性。需要适当封装装置，从而不仅解决免疫排斥而且解决长期安全性问题，尤其是在使用人胚胎干细胞(hesc)衍生细胞时。具有适当纳米纤维大小(《281nm)的zpu装置机械耐久并且完全排除细胞穿透到装置中，同时允许移植细胞所需的足够质量转移。同时，所有封装的细胞被装置容纳并且不会从其中逃逸。zpu装置的安全性对于胰岛封装来说是另一重要优点。
[0318]
封装装置的另一关键准则是减轻纤维化反应的能力。当前装置的生物相容性对于胰岛封装来说仍不令人满意。水凝胶涂层常用于改良医疗装置的生物相容性。然而，水凝胶涂层在体内条件下易于溶胀并且甚至破裂，从而损害装置功能(an等人,“开发用于细胞疗法的稳固、基于水凝胶、纳米纤维实现的封装装置(need)”,《生物材料》37:40-48(2015)，其以全文引用的方式并入本文中)。出人意料地发现，无任何水凝胶涂层的zpu装置可减轻细胞过度生长，使其低至10μm长达6个月，而常规pu装置诱导厚得多的细胞过度生长。数据与先前工作(liu等人,“两性离子改性的海藻酸盐减轻细胞封装的细胞过度生长”(zwitterionically modified alginates mitigate cellular overgrowth for cell encapsulation),《自然
·
通讯》10(1):1-14(2019)，其以全文引用的方式并入本文中)一致，支持两性离子基团由于其强水合作用，在材料生物相容性方面发挥重要作用。这种减轻细胞沉积的两性离子改性可应用于完全不同的材料。优异生物相容性和制造简易性使zpu装置为胰岛封装所期望。为了证明此zpu装置的潜在应用，将大鼠胰岛封装以在糖尿病小鼠中恢复血糖正常长达约3个月。
[0319]
产生胰岛素的细胞的封装和移植代表1型糖尿病(t1d)的有前景的疗法。然而，既安全(即没有细胞逃逸/穿透并且没有破裂)又具有功能(即低异物反应和高质量扩散)的封装装置仍然是一个挑战。为了解决此挑战，合成一系列在pu主链中具有磺基甜菜碱(sb)的两性离子聚氨酯(zpu)，并且将其用于通过电纺丝制造具有可调纳米多孔结构的封装装置。与常规聚氨酯(pu)相比，zpu装置展现类似稳固的机械特性，但亲水性和防污性高得多，并且在c57bl/6小鼠中腹膜内植入后，诱导较低异物反应(fbr)或细胞过度生长长达6个月。具有约280nm的纳米纤维大小的zpu装置在小鼠中防止细胞穿透并且实现糖尿病矫正长达约3个月。zpu装置具有其低fbr两性离子化学和高度多孔但耐久的纳米纤维结构，为开发用于1
型糖尿病和其它疾病的安全且功能性细胞封装装置提供了有前景的候选者。
[0320]
设计并合成一系列具有各种sb含量作为pu主链的一部分的不可生物降解且机械稳固的两性离子聚氨酯。zpu聚合物通过电纺丝处理以获得用于胰岛封装的纳米纤维装置。已证明其亲水性、机械稳固性、优良的质量转移以及优异的防污特性。可容易地调节zpu装置的纤维大小以防止细胞进入和逃逸。更重要的是，与常规pu装置相比，zpu装置显示在植入后有效减轻细胞过度生长。已展现zpu装置用于在t1d治疗中进行细胞封装的用途。zpu装置可促成用于t1d和其它激素缺乏疾病的细胞替代疗法。
[0321]
尽管在本文中已详细描绘和描述优选实施方式，但对于相关领域的技术人员，将显而易见的是，可在不脱离本技术的精神的情况下进行各种修改、添加、取代等，并且这些修改、添加、取代等因此被视为处于如所附权利要求书中所限定的本技术的范围内。