CN100536799C - 动物组织生长诱导支架 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新型的动物组织生长诱导支架，特别适用于管状缺损器官的重建。本发明的组织生长诱导支架由生物相容性材料制成，呈空心的管状，其管体部分包括三层结构：支撑层、附着层和密封层，其中，密封层由可降解材料制成，主要起密封隔离作用，位于附着层的内侧；附着层由可降解材料制成，主要为组织或细胞提供生长的附着体；支撑层主要起机械支撑作用，位于附着层的内侧、外侧或嵌于其内部。附着层可以为多孔结构，例如蜂窝状多孔结构。管体的端部还可以包括手术吻合区，用于提供与器官断端的吻合连接。

Description

动物组织生长诱导支架

技术领域

本发明涉及能移植到动物体内的假体，更具体地说，本发明涉及用生物工程材料制成的动物组织生长诱导支架。本发明的动物组织生长诱导支架特别适用于管状缺损器官的重建。

背景技术

在临床上，由于某些器官的病变或者损伤，有时需要切除患者的部分或全部器官。有些器官在部分或全部切除后，由于其很难再生，或者其功能无法通过代偿作用而由残留部分或其他器官代为行使，因此，往往会对患者的正常生活产生较大影响。例如，有些食管癌患者会被切除部分食管，并将胃提高以使其与剩余食管上段吻合，从而形成胸腔胃，给患者带来较大痛苦。对于这些器官，若有恰当的方法对其进行修复，最大程度地保持器官间的解剖位置结构和所需的功能，是十分有意义的。

在临床上，修复缺损器官的方法一般有自体移植、异体移植和植入组织代用品三种。这三种方法各有缺点。例如，自体移植没有免疫排斥的危险，但是在很多情况下，获得合适的自体组织往往非常困难；异体移植，最难解决的是免疫排斥问题，失败率较高，而且异体器官来源有限，很难找到合适的器官，此外，即使进行了成功的移植，往往也需要附加终身的免疫抑制治疗，从而使受体易发生其他疾病；组织代用品，如硅胶、不锈钢、金属合金等，不受供体来源的限制，应用面最广，但大多数组织代用品的致命弱点是与人体组织相容性差，不能长久驻留体内，容易引起感染，有时还需要二次手术。

为了解决上述问题，目前已有多种采用生物工程材料制成的组织代用品，具有良好的组织相容性，可以在一定程度上代替受损器官行使部分功能。其中有一类被称为组织生长诱导支架，或称细胞生长支架，除了可以为受损器官提供机械支撑以外，还有利于人体正常组织或细胞的附着生长，有利于促进人体残存器官的重建，从而重新生成具有特定形态和完整生理功能的组织或器官。

例如，美国专利6,241,774公开了一种人工食管，包括一个主要起支撑作用的管子，以及位于管子外表面的一层精细的纤维状胶原蛋白，其中，胶原蛋白层中还可以含有b-FGF。中国专利申请02145461.2公开了一种组织工程化食道，由支架材料和种子细胞构成含上皮层和真皮层双层结构的组织工程化食道，其中，真皮层中的血管内皮细胞直接参与毛细血管网的建立。中国专利申请02145460.4公开了一种组织工程化气管及其制备方法，通过体外构建组织工程化上皮组织，并将之种植于气管替代品内侧面，制成组织工程化气管。

但是，目前的组织生长诱导支架也存在着一些其他的缺陷。

有些组织生长诱导支架不能很好的解决器官重建过程中发生的腔道狭窄问题。例如，在器官重建过程中有一个敏感期，大约从新生纤维组织出现开始，持续三个月左右，狭窄主要发生在这一时期。这时，新生的纤维组织较为柔软，而且对外界刺激的反应较为激烈，此时如果没有有效的支撑，新生纤维组织将会因为缺乏约束而逐渐收缩，从而发生腔道狭窄。而有些组织生长诱导支架在植入后降解的比较快，在器官重建还没有全部完成的时候就已经发生解体，不能为新生组织提供有效的支撑，从而造成器官腔道的狭窄。

有些组织生长诱导支架会发生渗漏，特别是与器官断端相结合的吻合口处，常常会因为无法牢固的缝合而发生渗漏。例如，气管发生渗漏常常会造成窒息，食管发生渗漏会将一部分内容物泄漏到胸腔中，严重时可能危及生命。

有些组织生长诱导支架是由可降解部分和不可降解部分构成的，但是，其中的不可降解部分的材料与人体的相容性不好，在完成器官重建的任务之后，还需二次手术将其取出。

有些组织生长诱导支架的结构或形状不合理，例如表面呈平面状，不利于正常细胞的附着和迅速生长，器官重建速度较慢，无法使人体的正常细胞按照预定的初始形态参与器官重建，也不能诱导细胞进行定向生长。

有些组织生长诱导支架所采用的生物工程材料的降解时间控制的不好，例如，在器官重建还没有完成的时候就发生了降解，造成狭窄或渗漏，或者在器官重建完成后，仍然长期驻留在人体内而无法及时降解，从而导致炎症反应等不良后果。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种新型的动物组织生长诱导支架，由生物相容性材料制成，呈空心的管状，其管体部分包括三层结构：支撑层、附着层和密封层，其中，密封层由可降解材料制成，主要起密封隔离作用，位于附着层的内侧；附着层由可降解材料制成，主要为组织或细胞提供生长的附着体；支撑层主要起机械支撑作用，位于附着层的内侧、外侧或嵌于其内部。

本发明的组织生长诱导支架特别适用于管状器官的重建，例如，食管、气管、肠道、血管、输尿管、输卵管、胆管等。可以根据待植入的动物器官的形状、大小、内容物、缺损情况等因素，相应地调整本发明的组织生长诱导支架的形状、尺寸、材料等参数。在本发明的一个优选实施例中，本发明的组织生长诱导支架具有一个或多个分支。

本发明组织生长诱导支架的附着层的表面积较大，可以为细胞提供生长的附着体，可以是各种结构，例如多孔结构、纤维状结构等。在本发明的一个优选实施例中，附着层为蜂窝状多孔结构。所述多孔结构中可以散布一个或多个通透或不通透的凹入区，以增大附着层的表面积并诱导组织立体生长。

本发明组织生长诱导支架的端部可以包括手术吻合区，用于提供与器官断端的吻合连接。本发明所采用的手术吻合区与器官断端的形状配合地比较好，具有良好的强度和韧性，耐缝合，不易发生渗漏，而且可以为重建中的器官提供一定的机械支撑。此外，位于内层的密封膜与手术吻合区之间的连接较为严密，可以有效地防止器官内容物的渗漏。在狗体内进行的试验表明，本发明的组织生长诱导支架很少发生渗漏。

在本发明的一个优选实施例中，手术吻合区由无缝管体或编织结构制成，其材料可以是可降解材料；所述手术吻合区上标有用于定位的位置标识。手术吻合区和支撑层可以是一体化成形，也可以是分别制成，然后连接在一起。

本发明的组织生长诱导支架较好地解决了器官重建中的狭窄问题。本发明组织生长诱导支架的支撑层，可以是具有良好生物相容性的金属支架，可以为重建中以及重建完成后的器官提供长期、有效的机械支撑。在本发明的一个优选实施例中，所述金属支架由钛合金制成，可以为螺旋管状或栅格网管状。支撑层也可以由可降解材料制成，同时对支撑层的材料、密度、厚度、形状等特性进行一定的选择和设计，使其在植入体内至少三个月之后才开始逐步发生降解，从而使重建中的器官顺利度过狭窄敏感期，在六个月、一年或两年后完全降解，又不至于在体内驻留时间太久。在本发明的另一个优选实施例中，支撑层为栅格网管状或螺旋管状，其材料为3-羟基丁酸和3-羟基己酸共聚物。

本发明的组织生长诱导支架具有良好的可降解性和生物相容性。在器官重建完成后，所采用的各种可降解材料可以被动物体逐步吸收降解，没有残余物；而不能降解的部分由于具有良好的生物相容性，因此可以在动物体内长期驻留，无需取出，从而免除了二次手术的痛苦。

本发明的组织生长诱导支架可以按照器官重建的进程，使各个部分有步骤、有计划地降解。本发明组织生长诱导支架的各个部分的材料、尺寸、厚度、形状等都经过特殊的设计，可以使其在完成主要功能后，再逐步降解。例如，密封层主要起到隔离作用，防止内容物渗漏，在组织腔管初步形成后，所起的密封作用完成，即可逐步降解，同时利于新形成的管腔内侧表面上皮的形成，因此，密封膜通常比较薄，降解时间比较早；附着层为多孔结构，表面积巨大，因此降解起来也比较容易，可以在上皮组织形成后再逐步降解；而支撑层由于要为器官提供较长时间的机械支撑，因此通常较为致密，降解时间也要更晚一些，通常要在基本度过狭窄敏感期之后，再逐步降解。

附图说明

附图不一定是成比例的，其目的仅仅在于更好地解释本发明，以便于读者理解，不应该将其理解为对本发明的限制。将附图与具体实施方式结合在一起考虑，可以更好地理解本发明。

图1示出了本发明的一个优选实施例，图中所示的组织生长诱导支架可以用于动物食管的重建；

图2A示出了本发明的另一个优选实施例，图中所示的组织生长诱导支架可以用于动物气管或支气管的重建，其中，左侧的圆圈内示出了管壁的沿管体长度方向的切面；

图2B为左侧圆圈内所示切面的放大图。

具体实施方式

为了更加详细地解释本发明，下面将结合附图对本发明的优选实施例进行描述。在对这些实施例进行描述时，没有对公知的方法、仪器、试剂和材料等进行详细的描述，以避免喧宾夺主、淡化了本发明的主要内容。

实施例1 人工食管

图1示出了本发明的一个优选实施例，该组织生长诱导支架可以用于动物食管的重建(以下简称“人工食管”)。

如图1所示，本发明的人工食管呈空心的管状，包括管体部分和位于两端的手术吻合区104。管体部分大致可分为三层结构：支撑层102、附着层120和密封层140。其中，密封层140位于最里层，其两端固定于手术吻合区104上；附着层120位于中间，支撑层位于最外层，也可以将支撑层置于附着层120的内侧或嵌于附着层120的内部。

手术吻合区

手术吻合区104位于人工食管的两端(图1中仅示出了其中一端)，由无缝管体制成，其材料是3-羟基丁酸和3-羟基己酸共聚物(其中含有12mol％己酸，重均分子量500,000)。两端手术吻合区104上标有对应的位置标识，用于手术端口吻合中的定位。

手术吻合区的主要功能包括：作为连接区，在手术时与动物器官的断端缝合在一起，防止发生渗漏以及脱落；为本发明的组织生长诱导支架提供一定程度的机械支撑；为密封层或附着层等提供附着的骨架。因此，手术吻合区应当具有一定的强度和韧性。

支撑层

支撑层102位于本发明人工食管的中部，其外部轮廓大致与本发明人工食管的外部轮廓保持一致；从垂直于管体侧壁的方向看，呈栅格网管状。如图1所示，支撑层102的两端与手术吻合区104相连。支撑层102为均布或者散布的栅格，其材料是3-羟基丁酸和3-羟基己酸共聚物(其中含有12mol％己酸，重均分子量500,000)。

采用注塑或热压工艺制备支撑层。通过粘合将手术吻合区和支撑层连接在一起。

本发明人工食管支撑层两端无缝管体的尺寸为：外径18—30mm，管长6—20mm，壁厚0.2—1mm；中段栅格网管尺寸为：外径18—30mm，管长60—160mm，壁厚0.2—1mm，栅格的密度和尺寸可以由本领域技术人员根据实际需要而定。

支撑层的主要功能是：为重建中的器官提供机械支撑，维持器官缺损段的腔体结构；为附着层和密封层等提供机械支撑，并作为组织重建的结构骨架。

在度过狭窄敏感期，器官重建基本完成之后，支撑层将逐步降解。

附着层

附着层120位于密封层140的外侧，其内表面与密封层140相邻，其外表面与支撑层102的内表面相连接。通过节点捆扎工艺，将附着层120与支撑层102连接在一起。

附着层120为蜂窝状多孔结构，其中密布很多微孔。采用溶盐致孔法进行制备。附着层120中均匀或不均匀地分散排布着一个或多个通透或不通透的凹入区122。通过冲压法将凹入区122形成于附着层120之中。

附着层120的材料是3-羟基丁酸和3-羟基己酸共聚物(其中含有12mol％己酸，重均分子量500,000)。附着层厚度为0.5mm至2mm。

微孔的孔径为约50μm—约1000μm，优选为约100μm—约500μm，进一步优选为约150μm—约300μm。孔隙率≥90％。管体上按2—8孔/厘米(优选为6孔/厘米)均匀排布直径为0.5—1.5mm(优选为1mm)的凹入区122。

附着层的主要作用是：有利于正常组织、细胞的附着和生长，可以使不同类型的细胞保持适当的接触方式，为细胞提供一个立体的附着和生长环境，使组织附着生长的开始形态发生变化，从一开始就立体性的附着生长，从而加速组织腔管的形成。

密封层

密封层140由一层薄膜构成，位于本发明人工食管的最内层，其两端固定在手术吻合区的内表面上；除了两端的固定区域之外，密封层140的其余区域与附着层120之间可以进行固定，也可以不固定。固定时采用一体化生长工艺。

在本实施例中，采用溶液铸膜工艺制备密封层140。密封层140的厚度为0.01—0.1mm。

密封层140的优选材料是3-羟基丁酸和3-羟基己酸共聚物(其中含有12mol％己酸，重均分子量500,000)。

密封层的主要作用是：从组织开始附着生长到新的组织腔管形成之前，密封层主要起密封隔离作用，防止食管的内容物发生泄漏；在新的组织腔管初步形成后，所起的密封作用完成，密封层逐渐降解而破碎剥离，暴露出的新生组织腔管与食管断端直接接触，以利于食管上皮快速爬生覆盖新生组织腔管内壁。

成品

采用采用热压和粘接工艺，将手术吻合区104、支撑层102、附着层120和密封层140按规定尺寸结合成一体。

将制成的人工食管用纯净水清洗干净，干燥烘箱60℃烘8小时，包装后环氧乙烷灭菌，即得人工食管成品。

在人工食管加工过程中，应尽量避免工艺过程污染，例如注塑加工过程中使用的脱模剂等。因此，在每道工序完成后对工件的及时清洗是必要的。

动物试验

通过外科手术，将本发明的人工食管植入狗的体内，与狗的残留食管连接在一起。在14只狗体内进行试验，发现食管重建效果良好，并且无渗漏现象。7天后，初步形成纤维化腔道；2周后，食管腔道初期重建基本完成。20天后密封层开始因降解而脱落、消失，40天后基本降解完毕。附着层30天后已与新生组织长为一体，并开始降解。150天后支撑结构的剩余材料的重均分子量降为280,000。

实施例2 人工气管

图2A和图2B示出了本发明的一个优选实施例，该组织生长诱导支架可以用于动物气管的重建(以下简称“人工气管”)。

实施例2与实施例1在结构上非常相似，例如，均包括手术吻合区、支撑层、附着层和密封层，而且三种结构的功能也是相似的，在此不再赘述。下面将着重介绍一下两者的区别。

由于本发明的人工气管既可以用于气管，也可以用于支气管，因此，本发明的人工气管可以呈无分支的管状，也可以在主管体上分出一个或多个分支，如图2A所示。密封层240位于管体最内层，固定于附着层220上。手术吻合区204位于管体的几个端部。凹入区222均匀或不均匀地分布在附着层220中；支撑层的主体区为金属支架202，由生物相容性较好的金属制成，优选为钛合金。钛合金具有优越的生物相容性、物理性能、和可加工性能，特别适用于本发明的组织生长诱导支架。金属支架202为螺旋管状(包括单螺旋、双螺旋或多螺旋)或者栅格网管状。在气管重建完成后，金属支架202将永久留置在体内以保持气管腔道开放。

其他的技术细节请参考实施例1。

本发明人工食管各个部分所采用的可降解材料，包括手术吻合区、支撑层、附着层和密封层等，可以是下列三类可降解材料：

第一类：可降解聚-(β-羟基烷酸酯)和聚-(ω-羟基烷酸酯)，即结构式I—III所示的三种结构的均聚物或共聚物或它们的共混物；

其中，R¹是H或C_1-2烷基，n是1或2；

其中，R²是C_3-19烷基或C_3-19链烯基；

其中，R³是H、C_1-19烷基或C_1-19链烯基，m是1或2；

第二类：可降解聚-(α-羟基烷酸酯)和聚-(ω-羟基烷酸酯)，即结构式IV—V所示的两种结构的均聚物或共聚物或它们的共混物；

其中，R是H或CH₃；

其中，n＝5；

第三类：可降解聚亚烷基二羧酸酯，即结构式VI所示结构的均聚物或共聚物或它们的共混物。

其中，m＝2，n＝2或m＝4，n＝2或(m＝4，n＝2)和(m＝4，n＝4)共聚；

其中，包括如下具体化合物及其共混物：3-羟基丁酸和3-羟基己酸共聚物、聚3-羟基丁酸、聚L-乳酸(PLLA)、聚DL-乳酸(PDLLA)、共聚(L-乳酸/DL-乳酸)(PLLA-co-PDLLA)、聚乙醇酸(PGA)、共聚(乳酸/乙醇酸)二元共聚物(PLGA)、共聚(乳酸/己内酯)二元共聚物(PLC)、聚己内酯(PCL)、共聚(乙醇酸/乳酸/己内酯)三元共聚物(PLGC)、聚己内酯/聚醚嵌段共聚物(PCE)、聚己内酯/聚醚/聚乳酸三元共聚物(PCEL)、聚乳酸/聚醚二元共聚物(PLE)。

其中，进一步优选为3-羟基丁酸和3-羟基己酸共聚物。与其他可降解材料相比，这种材料具有更加优越的生物相容性、物理性能和可加工性能，特别适用于本发明的组织生长诱导支架。

手术吻合区可以由无缝管体构成，也可以是编织结构或其他结构。采用编织结构的优点在于可提供更高的适应缝合要求的强度，同时更加柔韧，降解速度可通过编织材料和工艺参数的变化而方便调整。

支撑层可以具有各种结构、形状和尺寸，可以由本领域技术人员根据实际需要而定。例如，支撑层可以是平面状、加强筋，或者二者的组合。所述平面状可以是均布或者散布的栅格、开放曲面、管状、闭合曲面，或者它们的任意组合。所述加强筋可呈网格、环状、螺旋状，或者它们的任意组合。

可以用于将手术吻合区和支撑层连接在一起的技术还包括：一体化生长、热压、焊接、连接件连接等。

可以用于将附着层和支撑层连接在一起的技术还包括：超声焊接工艺、热融合、粘接等。

可以用于将手术吻合区、支撑层、附着层和密封层连接在一起的技术还包括：超声焊接工艺等。

可以用于制备密封层的技术还包括：热压延或热吹塑成膜工艺。

密封层可以由一层薄膜构成，其厚度可以由本领域技术人员根据待植入的动物体的实际情况而定；也可以是其他的结构。密封层通常位于本发明组织生长诱导支架的最内层，有时也可以位于中间层。其两端可以固定在手术吻合区的内表面上；除了两端的固定区域之外，密封层的其余区域与附着层之间可以进行固定，也可以不固定。固定时可以采用一体化生长、超声焊接、热融合或粘接等工艺。可以采用本领域技术人员所熟悉的各种常规技术对密封层的表面进行一定的清洁处理，以清除油脂等污染物，例如用脂肪酶处理。

本发明的组织生长诱导支架中，还可以含有促进细胞生长的药物，例如生长因子，或者防止过度增生的药物，例如紫杉醇。

本文中所涉及的参考文献，包括专利文件、学术论文、出版物等，均以引用的方式将其全部内容包括在本文中。

应当注意，本发明中所涉及的各种技术工艺或操作，包括但不限于：注塑或热压工艺、溶盐致孔法、溶液铸膜、热压延或热吹塑成膜工艺、一体化成形、焊接、连接件连接、超声焊接、节点捆扎工艺、热融合工艺、环氧乙烷灭菌等，均为本领域的常规技术，如果在文中没有特别说明，则本领域的普通技术人员可以参照本发明申请日之前的各种常用工具书、科技文献或相关的说明书、手册等加以实施。

以上所列出的优选实施例是出于解释和说明的目的，不应该被理解为是对本发明范围的限制。虽然本发明是结合上述的优选实施例进行描述的，但本发明也可以以其他的方式加以实施，而不限于所公开的内容。

应当理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员可以在形式和细节上对其做出各种改变和改进，而这些均被认为已落入了本发明的保护范围。

Claims (18)

1.一种动物组织生长诱导支架，由生物相容性材料制成，呈空心的管状，其管体部分包括三层结构：支撑层、附着层和密封层，其中：

所述附着层由可降解材料制成，主要为组织或细胞提供生长的附着体；

所述密封层由可降解材料制成，主要起密封隔离作用，位于所述附着层的内侧；

所述支撑层主要起机械支撑作用，位于所述附着层的内侧、外侧或嵌于其内部。

2.如权利要求1所述的动物组织生长诱导支架，其特征在于，所述附着层为多孔结构。

3.如权利要求2所述的动物组织生长诱导支架，其特征在于，所述多孔结构的孔径在50-1000μm之间。

4.如权利要求3所述的动物组织生长诱导支架，其特征在于，所述多孔结构的孔径在100-500μm之间。

5.如权利要求4所述的动物组织生长诱导支架，其特征在于，所述多孔结构的孔径在150-300μm之间。

6.如权利要求1所述的动物组织生长诱导支架，其特征在于，所述管体的端部还包括手术吻合区。

7.如权利要求6所述的动物组织生长诱导支架，其特征在于，所述手术吻合区由无缝管体或编织结构构成。

8.如权利要求7所述的动物组织生长诱导支架，其特征在于，所述手术吻合区的材料是可降解材料。

9.如权利要求6所述的动物组织生长诱导支架，其特征在于，所述手术吻合区和支撑层是一体化成形的。

10.如权利要求6所述的动物组织生长诱导支架，其特征在于，所述手术吻合区和支撑层被分别制成，然后将二者连接在一起。

11.如权利要求1—10之一所述的动物组织生长诱导支架，其特征在于，所述的附着层中还包括一个或多个通透或不通透的凹入区。

12.如权利要求1—10之一所述的动物组织生长诱导支架，其特征在于，所述的可降解材料是如下材料中的一种或其共混物：3-羟基丁酸和3-羟基己酸共聚物、聚3-羟基丁酸、聚L-乳酸、聚DL-乳酸、共聚(L-乳酸/DL-乳酸)、聚乙醇酸、共聚(乳酸/乙醇酸)二元共聚物、共聚(乳酸/己内酯)二元共聚物、聚己内酯、共聚(乙醇酸/乳酸/己内酯)三元共聚物、聚己内酯/聚醚嵌段共聚物、聚己内酯/聚醚/聚乳酸三元共聚物、聚乳酸/聚醚二元共聚物。

13.如权利要求12所述的动物组织生长诱导支架，其特征在于，所述的可降解材料为3-羟基丁酸和3-羟基己酸共聚物。

14.如权利要求1—10之一所述的动物组织生长诱导支架，其特征在于，所述支撑层为金属支架。

15.如权利要求14所述的动物组织生长诱导支架，其特征在于，所述金属为钛合金。

16.如权利要求14所述的动物组织生长诱导支架，其特征在于，所述动物组织生长诱导支架的管体上，还可以分出一个或多个分支。

17.如权利要求14所述的动物组织生长诱导支架，其特征在于，所述金属支架为螺旋管状或栅格网管状。

18.如权利要求6—10之一所述的动物组织生长诱导支架，其特征在于，所述手术吻合区上标有用于定位的位置标识。

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