CN101641057A - 可植入的治疗用混合装置 - Google Patents

Abstract

用于接受植入的生物材料的装置(10)包括限定邻接空间的机械保护性表面(16)、用于向所述空间局部递送介质的组件(26，28)、和与所述组件操作上连接的泵或缓慢/持续释放储库结构(14)。所述装置可以包括被设置在所述空间中的另外的柱塞体。所植入的生物材料可以经过包封或者是未包封的。

Description

可植入的治疗用混合装置

发明背景

[0001]细胞替代疗法是用于多种疾病的有前景的潜在治疗选择。许多临床状况和疾病状态是源于缺少由活细胞或组织产生的因子，包括例如糖尿病，其中胰岛素产生不足；帕金森氏病，其中多巴胺产生减少；和贫血症，其中红细胞生成素缺乏。这种状况或疾病可以通过产生所缺失或缺乏的因子的细胞/组织植入物来治疗。

[0002]然而，在细胞替代疗法领域有许多挑战。所移植的细胞的存活力和功能性受到例如缺乏机械性保护、缺少必需因子(例如由于不充分的血管化或由于血管系统不能达到移植部位)、以及抗移植的宿主免疫活性的损害。因此，需要使所植入的细胞的存活力和功能性最佳化的方法和装置。

[0003]作为PCT公布WO 00/35371公布的PCT申请PCT/MX99/00039公开了用于异种移植胰岛-Sertoli细胞混合物的装置，所述文献的全部公开内容被并入本文作为参考。在所述装置中，允许新的毛细血管生长通过一个圆柱状的穿孔的金属网，所述金属网包含未完全闭塞的塑料(例如，

或

)柱塞。在柱塞和金属网之间限定大约1mm的开放空间，以便允许新的毛细血管生长通过该装置的外壁，在柱塞和金属网之间提供血管床。不久之后(4-8周)，将柱塞取出并且放入用于移植的所选细胞作为替代。

[0004]在胰岛细胞聚簇的示例性情况中，非常接近于所植入的细胞的毛细血管床的可利用性被公开为促进细胞移植的移植物移入。此外，认为共同移植的Sertoli细胞的存在赋予装置内部以免疫保护/免疫调节。Sertoli细胞来源于睾丸，其表达FasL(Fas配体)。认为这些细胞赋予局部免疫保护并且在睾丸微环境的情况中允许被移植到睾丸中的其它细胞型延长存活。已经在过去的二十年尝试例如胰岛的细胞的睾丸内移植或胰岛与Sertoli细胞的共同移植，目的在于赋予所移植的细胞免疫保护，以免于接受者免疫系统的免疫攻击。

[0005]尽管上述方法具有潜在的优点，根据系统设计，所植入的细胞仍可以被接受者的免疫系统识别为非自体的、同种异体的活的生物学组织，并且由此经历免疫应答，所述免疫应答在同种异体移植物以及特别在异基因或异种移植物的情况中可能是特别强烈的。参见，例如，图20。结果是所植入的细胞作为异源组织被攻击，甚至单独的Sertoli细胞共同移植也不足以保护治疗用细胞型。因此，可能仍需要对患者进行有力的系统免疫抑制，特别是在物种之间进行移植的情况中，例如从猪移植给人。此外，上述提出的圆柱状装置的一个潜在的缺点在于，所沉积的细胞的圆柱状柱体对于来自新毛细血管的营养素来说太厚，使得在细胞植入物的整个厚度被外周的毛细血管床完全血管化之前营养素不能达到处于更内部的细胞，这样，这些细胞不能生长旺盛和/或所植入的细胞只有一小部分能够存活到发生充分的再血管化。

[0006]可以通过将植入的细胞通过本领域中已知的方法用生物相容的、半渗透性的、免疫保护性的材料或其它材料包封起来以预防宿主免疫应答或使其最小化。选择这种材料的渗透性以允许细胞与宿主环境交换氧、营养素、和其它小分子，而减少或预防细胞被大的宿主免疫系统组分例如免疫细胞和抗体攻击。在这方面，在本领域中已知多种细胞包封方法。被包封的细胞可以为例如宏观结构支架、微胶囊、纳米胶囊、连接的挤出胶囊、或其任何组合的形式。这些形式在许多变量上有所不同，包括尺寸、所含细胞的量、和强度和扩散特征。

[0007]然而，单独的包封系统不能为所植入的细胞提供长期的机械保护或免疫防护。随着时间的过去，并且通过暴露于蠕动、压缩和压力，以及其它物理损害，所述胶囊可能破裂、降解、或撕裂，使植入的细胞暴露于物理损坏以及来自宿主免疫系统的破坏。另外，生物相容性材料内的活细胞难以长时间维持。与连续地递送到血管化组织的氧和其它生长因子和营养素不邻接的细胞，例如在生物材料中间部分的那些，倾向于坏死并且毒害胶囊外周的健康细胞。

[0008]因此，本发明的目的是避免对细胞移植物的接受者进行长时间系统性免疫抑制的需要，所述长时间的系统性免疫抑制目前限制了这种操作对适用细胞治疗的疾病状态的最严重情况的适用性(例如，在胰岛素依赖型糖尿病情况中的低血糖昏迷和不稳定的糖尿病)。

[0009]本发明的目的还在于提供一种组件，其在生物材料植入物的再血管化之前、过程中、和之后促进因子的添加以便有利于所移植的细胞和组织的移植物移入和功能。

[0010]本发明的另一个目的在于提供用于所植入的生物材料的容器，其如下有利于细胞存活：提供机械支持并且(a)使移植物对在该装置内和/或周围生长的新的毛细血管的暴露最大化(例如，通过递送VEGF或VEGF通道激动剂或利用可降解的血管生成材料)；和(b)局部递送既可以促进新的毛细血管生长又保护/增强所植入的生物材料(例如细胞/组织和/或其产物)的物质，例如，抗炎/抗凋亡产品和/或生长因子例如皮质类固醇(例如，氢化泼尼松、地塞米松、氯替泼诺碳酸乙酯、醋酸肤轻松等)、IGF-I、IGF-II、HGF、GLP-I、Exendin-4、INGAP、利索茶碱、己酮可可碱；COX-2抑制剂；白细胞介素-1受体拮抗剂肽(IRAP)、白细胞介素-10(IL-IO)、α1-抗胰蛋白酶(AAT)、TGF-β；IL-I的抗体、干扰素-γ、和TNF-α；抗组织因子、补体抑制物、产生和释放氧气的产品(例如，包封的过氧化物)、或转运增强产品(例如，全氟化碳PFC)；以及内皮祖细胞、干细胞、调节性T细胞T_reg、或本领域技术人员已知的任何其它物质，可以任选地或另外地将其装入胶囊。

发明内容

[0011]为了实现前述和其它目的，本发明提供一种混合器件，使得能够在植入到有此需要的受试者中时进行细胞治疗。混合装置包括(a)生物材料，例如包括一种或多种所需细胞或组织类型的组合物或这种细胞或组织的产物，和/或任选的其它生物相容性材料；所述(a)生物材料与(b)偶联，所述(b)为一种递送系统(诸如例如，泵或缓慢/持续释放容器)，所述递送系统为外部的、外部可接近的或内部的，用于局部递送一种或多种药物，例如免疫抑制/免疫调节分子和/或所选择的营养素和生长因子，所述营养素和生长因子促进所移植的细胞存活并且优选促进所移植的细胞再生和扩展。应该理解，所选择的营养素、因子、细胞因子、药物等的局部递送会促进生物材料例如所移植的细胞的定居(establishment)、保持、和长期存活和功能，而使接受者免疫抑制的副作用最小化。

[0012]本发明通过任选地提供局部化的免疫抑制/免疫调节解决了移植排斥的问题，所述局部化的免疫抑制/免疫调节允许治疗水平的免疫抑制/免疫调节物质的局部化递送，而避免了对接受者患者的长期系统性免疫抑制的需要。本发明还通过提供有益于生物材料的因子的局部递送解决这些问题，所述因子诸如例如有利于细胞移植物移入、生长、和功能的那些。

[0013]在某些实施方案中，所述生物材料是包括一种或多种所选细胞型或组织的组合物。在某些实施方案中，所述生物材料是基本上由一种或多种所选细胞型或组织组成的组合物。在某些实施方案中，所述生物材料是由一种或多种所选细胞型或组织组成的组合物。在这些实施方案的某些中，本发明通过任选地将所述细胞包封在生物相容性材料(例如，基质生物材料)中，提供免受机械应力和宿主免疫系统影响的保护，从而解决了细胞移植物排斥的问题。所述细胞的包封可以使甚至在植入时对局部递送免疫抑制/免疫调节物质的需要减小或优选使其最小化。所述包封的细胞另外得到由所述混合装置提供的机械支持的保护。在一些实施方案中，所述生物材料包括包封的和未包封的细胞/组织和/或其产物的混合物。

[0014]因此，在一个示例性实施方案中，本发明提供一种混合装置，所述混合装置包括微环境和递送系统，所述微环境通过例如为所植入的生物材料提供血管化床而有利于细胞和/或组织存活和功能，所述递送系统用于将一种或多种营养素、因子、细胞因子、和免疫抑制/免疫调节分子直接或间接地局部递送给包含在所述装置中的所植入的生物材料。例如泵或其它储库的递送系统(包括缓慢/持续释放药筒、涂层、包封物、微球或纳米球等)可以是外部的或外部可接近的，通常优选其便于加载不同的介质药筒；或者可以是内部的，例如皮下的，优选具有加载端口，并且是可遥控递送速率的装置。

[0015]所选药物的加载(优选通过外部可接近的泵或其它递送系统(选自前段中所提及的那些)中的可更换的/一次性的药筒来加载)可以根据所植入的细胞环境在不同时间的不同需要来定制。在某些实施方案中，将所植入的生物材料(例如，包括一种或多种类型的细胞、组织、或细胞产物、或其组合的组合物)的一些或全部包封在生物相容的并且优选免疫保护的材料中。所述包封的细胞得到由所述混合装置提供的机械支持的保护而免于物理损伤。

[0016]在某些实施方案中，所植入的细胞(即，植入用于为患者递送治疗作用例如治疗因子的那些)可以是单独的或与其它细胞型组合的自体、异种(heterologous)、同源(syngeneic)、同种异体(allogeneic)、或异基因(xenogeneic)的胰岛中的一种或多种，所述其它细胞型(例如，Sertoli细胞、间充质和骨髓衍生的细胞、内皮祖细胞、干细胞、调节性T细胞T_reg等，属类上都称为植入“辅助细胞”)提供所植入细胞的定居、保持或扩展所需的生长因子和/或其它有利的试剂，或者以其它方式对所植入的细胞有所帮助。

[0017]除了胰岛(其被认为是用于调节糖和能量代谢、和用于治疗糖尿病的一个优选的细胞/组织类型)之外，本发明的混合装置和与那些装置有关的方法还可以应用于其它组织和细胞治疗模型系统。用于移植的组织和细胞可以通过例如在体内表达治疗因子来递送治疗利益。这种组织和细胞的实例包括但不限于产生如下物质的细胞：多巴胺，用于治疗帕金森氏病(Minquez-Castellanos等人，J NeurolNeurosurg Psychiatry in press(2007))；生长激素，用于治疗侏儒症(Chang等人，Trends Biotechnol 17：78-83(1999))；因子VIII和因子IX(Chang等人，Trends Biotechnol 17，78-83(1999))，用于治疗血友病；和红细胞生成素，用于治疗贫血症(Rinsch等人，KidneyIntern 62：1395-1401(2002))。可以设想更多的有利的由细胞产生的因子或细胞/组织活性。所植入的组织或细胞可以表达和/或递送不止一种治疗因子，或者可以包括递送一种或多种治疗因子的两种或更多种细胞型。所植入的组织或细胞还可以或者作为选择表达和/或递送治疗因子的激动剂、类似物、衍生物、嵌合体、融合体、或片段，以便递送治疗作用。

[0018]所植入的组织或细胞还可以或者作为选择在不分泌可扩散因子的情况下递送治疗作用，例如通过提供酶活性来递送治疗作用，所述酶活性例如将底物转化为具有有利效果的产物，和/或代谢、螯合、或吸收有害物质。所植入的组织或细胞可以通过生物材料-连接因子(例如，细胞表面连接因子)来递送治疗作用。

[0019]所述组织或细胞可以不经过遗传修饰而天然地递送治疗作用，或者可以经过遗传工程处理以便递送治疗作用。例如，本发明的生物材料可以包括用表达一种或多种治疗因子和/或辅助细胞因子的表达载体转染的细胞。在另一个实施方案中，本发明的生物材料可以基本上由用表达一种或多种治疗因子和/或辅助细胞因子的表达载体转染的细胞组成。在另一个实施方案中，本发明的生物材料可以由用表达一种或多种治疗因子和/或辅助细胞因子的表达载体转染的细胞组成。这种表达可以是组成性表达或以受到调节的方式进行，例如，响应于所述混合装置所暴露的血流或组织中的生物学调节剂而受到调节。

[0020]在一些实施方案中，所述生物材料是非细胞的。如下所述，这种非细胞的生物材料可以是包封的或未包封的。

[0021]在一些实施方案中，在植入之前，可以将一些或全部的生物材料用生物相容性材料包封，以便改善存活力并且提供免受宿主环境影响的保护。在提供结构完整性和机械强度的同时，这种包封可以进一步保护所植入的生物材料(例如，细胞/组织或其产物)免于宿主的免疫应答。被包封的细胞可以体现为许多不同的形式，诸如例如宏观结构支架、微胶囊、连接的挤出胶囊、或纳米胶囊。这些形式在许多变量上有所不同，包括尺寸、所含细胞的量、和强度和扩散特征。在考虑到装置、细胞型、植入位置和要递送的治疗因子的情况下可以由熟练的医师根据具体患者的情况和需要来选择变量的特定组合。

[0022]优选地，将细胞包封起来以便具有允许交换营养素和细胞副产物和释放治疗因子并且还可以排除宿主免疫效应分子进入胶囊的渗透性特征。

[0023]因此，本发明可以呈现为一种用于接受所植入的生物材料(可以是包封的)的装置(可以是血管化的)，包括：限定和机械保护邻接空间(例如，内部空间)的表面；用于为所述空间选择性地递送至少一种免疫抑制和/或生长因子介质的组件；和用于这种介质的泵或储库，其可以操作上与所述组件相连。所述装置可以是任何形状，包括圆柱状或非圆柱状形状，或者是圆柱状或非圆柱状的基体或组件。所述装置的形状可以根据例如要植入的生物材料、预定的治疗效果、和/或植入的位置来变化。熟练的医师可以评价对于预定应用优选的形状。

[0024]在某些实施方案中，所述装置在形状上与其中允许新的毛细血管生长通过网状物的在PCT申请PCT/MX99/00039(公布为PCT公布WO 00/35371)中所描述的圆柱状装置相似。

[0025]在某些实施方案中，所述装置与其中允许新的毛细血管生长通过网状物的在美国专利申请11/185,011(公布为美国专利公布US2006/0024276)中所描述的瓶形装置相似。在这个实施方案中，将流体歧管组件连接于为装置内部局部提供介质的一个或多个分配导管(“喷淋系统”)。

[0026]在某些实施方案中，所述装置为其中允许新的毛细血管生长通过网状物的笼形装置，其可以是圆柱状或非圆柱状的。在这个实施方案中，由一个或多个分配导管为装置内部局部提供介质。

[0027]在某些实施方案中，所述装置包括没有完全包封邻接空间(例如内部空间)的外部的盘管状元件。所述盘管形状的开放性质提供了更大的表面面积来接受所移植的细胞。另外，所述盘管形状允许由所移植细胞分泌的因子进行更大的扩散。在这个实施方案中，所述盘管包括分配导管。在所述盘管所限定的空间内的一个或多个另外的分配导管也可以为装置内部局部提供介质。

[0028]在某些实施方案中，所述装置可以包括由例如生物相容塑性材料例如

或

制成的外部的硬币状框架，其不完全地包围可以在植入之后血管化的邻接空间(例如内部空间)。在这个实施方案中，由一个或多个分配导管为装置内部局部提供介质。

[0029]在某些实施方案中，所述装置可以包括网状“海绵”元件，其允许装置内部由可以穿过所述网状物的接受者毛细血管发生再血管化。所述海绵元件可以不完全地被由生物相容塑性材料例如或

制成的形状例如盘状物包围，所述形状具有圆边以消除植入物中的尖锐的边缘。在这个实施方案中，由一个或多个分配导管为装置内部局部提供介质。

[0030]在任何上述实施方案中，所述装置可以包含随装置植入的不完全闭塞的柱塞。在允许装置中和装置周围区域发生充分血管化的一段时间以后，可以将所述柱塞取出，并用要移植的生物材料填充原来由柱塞占据的空间。

[0031]在任何前述实施方案中，所述装置可以包括促进例如药物和营养素/生长因子递送的递送系统，以便促进生物材料(例如，移植的细胞)的定居、保持和长期存活和功能。这种递送系统可以包括例如泵/容器、端口、流体或缓慢/持续释放组件(其可以是歧管组件)、和为装置内部局部提供介质的一个或多个分配导管。这种递送系统还可以包括例如缓慢释放涂层、缓慢释放(任选地可再填装的)药筒、或缓慢释放的微球或纳米球。缓慢释放/持续释放组合物和制剂为本领域中已知的(参见，例如，美国专利公布2007/0264343和2008/0020998)。

[0032]在任何上述实施方案中，用于接受生物材料的邻接空间可以包括生物相容性材料例如PET(或，例如其它网状材料)，其可以是生物可降解的。在移植之前，可以为所述生物相容性材料接种待移植的生物材料。

[0033]在任何上述实施方案中，可以将通过局部混合装置递送系统递送给所移植的生物材料的因子配制或包封，以便赋予所述因子缓慢/持续释放特征。在某些实施方案中，为所移植的细胞持续局部递送包含所述因子的介质可以被以较低频率给予所述因子的丸剂来代替。

[0034]在任何上述实施方案中，要给予的因子可以通过例如经由PEG化或包含化学或酶促不稳定的部分来修饰，使得所述因子在离开所述装置限定的空间时被容易地代谢。这可以有助于将由所述因子所引起的不希望有的系统作用减到最小。

[0035]在任何上述实施方案中，所述装置可以另外包括系绳，以便于操作和/或从患者取回所述装置。

[0036]在任何上述实施方案中，可以如下所述通过单步骤或两步骤操作植入所述生物材料。

[0037]本发明还体现为用于在患者中植入生物材料的方法，包括：提供用于接受生物材料的装置，所述装置包括限定了邻接空间(例如，内部空间)的机械保护性表面和用于局部递送介质的系统。

[0038]在优选实施方案中，本发明可以体现为通过两步骤操作在患者中植入生物材料的方法，包括：(1)在患者内的选定位置植入用于接受生物材料的装置，所述装置包括限定邻接空间(例如，内部空间)的机械保护性表面；占据所述装置的一部分邻接空间的柱塞；和用于选择性地向所述邻接空间递送至少一种免疫抑制因子和/或生长因子介质的组件和操作上与所述组件连接的用于这种介质的泵或储库；和允许组织向内生长到所述邻接空间中；(2)取出柱塞并且将包括例如选定的组织/细胞产物的生物材料放置在由柱塞腾出的邻接空间中，并且选择性地向所述邻接空间递送至少一种免疫抑制因子和/或生长因子介质。

[0039]作为选择，本发明可以体现为通过单步骤操作在患者中植入生物材料的方法，包括：在患者内的选定位置植入用于接受生物材料的装置，所述装置包括限定邻接空间的机械保护性表面和用于选择性地为所述邻接空间递送至少一种的免疫抑制和/或生长因子介质的组件和操作上与所述组件连接的用于这种介质的泵或储库，其中要沉积的生物材料被预加载到所述装置中。

[0040]在一些实施方案中，例如其中所述装置的形状是圆柱状的那些实施方案中，本发明可以体现为用于通过如上所述的两步骤或单步骤操作植入装置的方法，使得其没有被放置为与体腔的壁接触。在一些实施方案中，例如其中所述装置的形状是圆柱状的那些实施方案中，本发明可以体现为用于通过如上所述的两步骤或单步骤操作植入装置的方法，使得没有免疫调节剂/免疫抑制剂被递送给所植入的生物材料。

[0041]在某些实施方案中，所述植入位置可以是例如网膜内(在网膜小袋中)、皮下或腹膜内。在这种情况中，装置的输出物可以进入门静脉系统。在某些实施方案中，所述生物材料包括在植入时为患者提供治疗利益的细胞/组织或其产物。

[0042]本发明还可以体现为用于在患者中植入生物材料的方法，其中在将生物材料设置在所述装置限定的空间内部之前，将生物材料包封，以为细胞提供进行分配、保持结构完整性、和/或提供免疫保护的手段。在某些实施方案中，所述生物材料包括在植入时为患者提供治疗利益的细胞/组织或其产物。

[0043]本发明还可以体现为用于在患者中植入生物材料的方法，其中设置在所述装置限定的空间中的生物材料包括例如自体、异种、同源、同种异体、或异基因的细胞/组织。所述细胞可以得自尸体组织或得自活组织。所述细胞可以是非哺乳动物或哺乳动物来源的、非人来源或人来源的、自体或非自体的。所述细胞可以是多向性的、多能的、全能性的或分化的胚胎干细胞或成年干细胞；初次分化的细胞；或无限增殖化细胞，以及其它细胞型。干细胞可以包括例如得自脐带血、羊水、月经血、胎盘、脐带胶质组织、细胞滋养细胞(cytotropoblasts)等。所述生物材料还可以包括上述列举的细胞型的任何组合。本发明的生物材料包括上述列举的细胞型或基本上由上述列举的细胞型组成，或可以由上述列举的细胞型组成。

附图简述

[0044]通过结合附图考虑本发明的目前优选的示例性实施方案的以下更详细说明，可以更完全地了解和理解本发明的这些和其它目的和优点，其中：

[0045]图1是本发明的瓶形装置和泵组件的透视图。

[0046]图2是图1的瓶形装置实施方案的分解透视图。

[0047]图3是本发明的可选实施方案的用于瓶形装置的柱塞组件的透视图。

[0048]图4是本发明的笼形圆柱状装置的透视图。

[0049]图5是图4的笼形圆柱状装置实施方案的透视图。

[0050]图6是用于图4的笼形圆柱状装置的柱塞组件和顶盖/插头组件的透视图。

[0051]图7是本发明的盘管状装置的实例。

[0052]图8是本发明的硬币状装置的透视图。

[0053]图9是图8的硬币状装置的特写透视图。

[0054]图10是图9的硬币状装置实施方案的分解透视图。

[0055]图11是图9的硬币状装置的可选实施方案的实例。

[0056]图12是本发明的海绵样装置的透视图。

[0057]图13举例说明了作为细胞移植物的可选位置的两步骤混合装置的原理。为混合装置预加载PTFE柱塞(1)以阻止其腔闭合。在植入(2)之后，使混合装置保持就位充分时间段以允许接受者组织嵌入其中并且开始壁的血管化(3)。在随后的步骤中，将柱塞从装置取出(4)并将胰岛植入到腔中(5)(新的图1)。

[0058]图14是在移植同源胰岛之后在化学诱导的糖尿病大鼠中的非禁食血糖(mg/dL)随时间的曲线。

[0059]图15是移植了在本发明的混合装置中的同源胰岛之后在化学诱导的糖尿病大鼠中的非禁食血糖(mg/dL)随时间的曲线。

[0060]图16表示接受得自在预血管化的混合装置中的同源胰岛的大鼠的移出装置的代表性组织病理学。

[0061]图17表示植入在C57BL/6小鼠的皮下空间中的代表性的混合装置。植入＞80天后从皮肤观察装置的外观(A)。允许暴露皮下空间以及装置的皮肤切口显示在嵌入装置的结缔组织周围有高密度的血管网状结构(B)。

[0062]图18表示在接受预血管化的混合装置中的同源胰岛移植物的C57BL/6小鼠的糖尿病逆转。

[0063]图19表示在系统性免疫抑制下在混合装置中的同种异体大鼠胰岛同种异体移植物存活。在将同种异体胰岛移植到被免疫抑制的接受者之后观察到长期的移植物功能(＞80天)(实心圆圈)，而未经治疗的对照在12天内排斥移植物(空心三角形)。

[0064]图20是总结了同种异体胰岛移植物的存活时间的表。

[0065]图21表示在大鼠中在系统性免疫抑制情况下被植入到混合装置中的同种异体胰岛移植物的代表性组织病理学评价。在对照的未经治疗的动物中，在移植之后18天接受的混合装置中的所移植组织的组织病理学显示在排斥之后的胰岛损失和纤维化(上图)。得自接受慢性系统性免疫抑制的动物的移出物显示出在混合装置中的保存得很好的胰岛结构，具有最低限度的单核细胞浸润或没有单核细胞浸润(下图)和强烈的胰岛素免疫反应性(右下图：红色＝胰岛素；蓝色＝核染色)。

[0066]图22表示在系统性免疫抑制的情况下接受在混合装置中的同种异体胰岛的Lewis大鼠接受者的血糖特征。在将同种异体胰岛移植物移植到被免疫抑制的接受者中之后不变地观察到长期的移植物功能(＞80天)。尽管有7,000IEQ的移植，但是没有一只动物在随访期间达到稳定的非禁食血糖正常，但是在禁食时显示血糖正常。在80天之后取出混合装置或撤回免疫抑制一致地引起血糖值升高。

[0067]图23表示在大鼠中在同源胰岛移植的时候给予的常规免疫抑制药物对移植物移入和移植物功能的影响。对照动物达到并且长期保持血糖量正常，而接受雷帕霉素、他克莫司、或其二者的动物在治疗的同时表现出只有部分的或原来的无功能。免疫抑制的撤回不改善移植物功能，接受任何一种药物治疗的动物组中仅有1/4的动物在随后的时间达到血糖量正常。

[0068]图24表示选择的免疫抑制药物对大鼠中的已经移入的同源胰岛的功能的影响。持续40天给予的系统性免疫抑制在接受单独的或与雷帕霉素联合的他克莫司的所有组中引起移植物功能受损，而在单独的雷帕霉素组，只有1/3的动物在治疗的同时显示功能异常。在药物撤回之后，接受单独的雷帕霉素的动物和接受单独的他克莫司的组中的1/3动物返回到血糖量正常，而在联合给药组中没有一只动物恢复功能。

[0069]图25表示在啮齿类动物中进行的用于与扩展的局部化免疫疗法相结合的瞬时系统性免疫抑制的实验流程。

[0070]图26表示在大鼠中在局部免疫抑制情况下的同种异体胰岛移植物存活。该曲线总结了在完成系统性免疫抑制的中断流程之后的胰岛同种异体移植的存活比例(保险统计的Kaplan-Meier曲线)。括号中的数据表示通过渗透泵对每个实验组进行的局部治疗。在这些实验中使用甾体以及使用鞘氨醇-1-磷酸酯受体激动剂(S1P agon；50mg/L)的局部递送以实现同种异体移植存活的可观的扩展，所述甾体为磷酸地塞米松(Dexa，20mg/L)或氯替泼诺碳酸乙酯(温和的类固醇SS；0.2、0.5、和10mg/L)。

[0071]图27表示在大鼠中在局部免疫抑制情况下的同种异体胰岛移植物存活。该曲线总结了对照大鼠(接受盐水的局部注射)以及两种S1P激动剂治疗的大鼠的非禁食血糖值。在完成系统性免疫抑制的中断流程之后，对照动物排斥胰岛同种异体移植(实心圆圈)。用于在胰岛移植位置(在混合装置中)通过用于局部化免疫抑制的注射口每天接受S1P激动剂注射的动物保持移植物功能，直到取出带有移植物的装置(箭头)，取出带有移植物的装置引起血糖过高。

[0072]图28表示在局部免疫抑制情况下从动物移出的混合装置的同种异体胰岛移植物的组织病理学。对照动物在完成系统性免疫抑制的中断流程之后排斥胰岛同种异体移植并且只有纤维化区域，伴有单核细胞局部化病灶作为同种异体移植排斥的指示(图28A，右图)和通过免疫荧光显微术显示没有胰岛素免疫反应性(图28A，左图)。在中止系统性免疫抑制之后超过两周的在第46天移出的装置的组织显示保存得很好的胰岛结构，没有单核细胞浸润到装置内并且只存在最少的单核细胞病灶(图28B，右图)。此外，这些部分中的胰岛表现出强烈的胰岛素免疫反应性(图28B，左图)，指示功能性能力得到保持。

[0073]图29表示在混合装置中的同种异体胰岛和持续释放的软的类固醇小珠的Lewis大鼠接受者的血糖特征。在系统性MPA的中断流程之后，对照动物排斥其移植物，而局部给予软的类固醇小珠(SSb)的动物在至少另外的1-2周保持血糖量正常(进行中)。

[0074]图30表示在与环孢菌素A(CsA)聚合物的纳米泡囊和胶束共同移植之后在小鼠中的预血管化的混合装置中的胰岛同种异体移植物的组织病理学评价。对照移出物表现出严重地被单核细胞浸润的胰岛结构(上图)，符合同种异体移植排斥的图片。相反地，在胰岛-CsA纳米容器共植入物的装置中观察到保存得很好的胰岛结构(下图)。

[0075]图31表示狒狒5P56的胰岛素/kg和禁食血糖(FBG)。每天的胰岛素/kg需要量表示为条形图，禁食血糖(FBG)表示为实线。观察到功能上的延迟，并且胰岛素需要减小和FBG降低在第20天变得显著并且在术后第42天(POD 42)得到保持。

[0076]图32表示表示狒狒5P55和5P56的FBG校正的禁食C-肽。两种动物都在POD 17观察到最高的C-肽水平，但是5P56保持阳性的C-肽直到POD 38时间点。

[0077]图33表示得自狒狒5P55的组织学。清楚地检测到胰岛素阳性细胞(绿色染色的)，但是数量较少。在将外源凝集素输注到循环中之后将血管结构染为红色。

[0078]图34表示得自食蟹猴CW3G的移出物组织的H & E染色。在移出的时候，清楚地观察到保存得很好的胰岛素阳性组织(棕色染色的)。

发明详述

[0079]所述装置可以体现为例如以下设计：

[0080]“瓶形”装置：通过图1和2中所示的实施例举例说明作为本发明的实施方案的瓶形混合装置10的实施方案。所述混合装置包括可植入装置12和外部的或外部可接近的泵或其它储库14，所述可植入装置在植入的时候或在第二阶段(在装置的预血管化之后)包含治疗性生物材料(例如，细胞/组织或其产物)，所述外部的或外部可接近的泵或其它储库用于递送例如，所选的营养素、生长因子、和免疫调节/免疫抑制性物质，以便改善所植入的生物材料(例如，组织/细胞)的血管化、存活、功能和生长。可植入装置12包括机械保护性表面，例如，多孔性的外周壁16，其限定了相邻的(例如，内部的)空间或空腔18。所述机械保护性表面被充分穿孔，以便允许毛细血管生长通过所述孔眼，以提供血管化床，用于促进所移植的细胞的移植物移入，如以下所述。因此，所述孔眼可以是例如，100-1000微米、300-800微米、或者更优选为400-700微米。例如，可以提供具有约500微米(直径)的孔的不锈钢网状物，但是所述孔可以略更小或略更大。允许特定的装置位置和治疗方案充分血管化的任何其它尺寸都被考虑为本发明的一部分。

[0081]在一个实施方案中，在血管化阶段中，柱塞20被设置在由机械保护性表面16所限定的空腔内，以便限定具有约1-2mm的壁的血管化空间或间隙。在这方面，优选将所述装置的尺寸限定为厚度总计优选小于1cm，更优选小于0.7cm，但是在网状物内部在柱塞四周有1-2mm的毛细血管向内生长。

[0082]参考所举例说明的实施方案，在血管化阶段期间，空腔18的一端用插入件柱塞20的头部或顶盖22封闭，所述插入件柱塞20被选择性地设置在空腔18内以便限定用于新毛细血管的间隙。在所述装置的相对端部提供歧管组件或结构24。所述歧管结构24包括用于使所述歧管操作上连接于导管28的端口26和岐管顶盖，所述导管28操作上连接于泵或储库14，如图1和2中示意性地举例说明的，并且所述歧管顶盖用于将所递送的介质分配给多个分配导管30以及用于封闭空腔的相应末端。在举例说明的实施方案中，提供了四个导管30，用于从歧管顶盖分配介质到装置12的空腔18中。

[0083]每一个导管都有利地微穿孔以便介质在空腔内的基本上均匀的递送和分配。所述微孔可以是均匀分布的。在可选方案中，所述微孔可以是依比例决定的并且在远离歧管的方向上以补偿沿着导管长度的压力降低的方式沿着导管长度分布，以便确保所注射的介质的均匀分布，如以下更详细描述的。

[0084]需要指出的是，除了递送营养素、因子、细胞因子、药物等通过歧管结构24之外，所述机械保护性表面和/或柱塞(如果提供)可以涂布有适合的介质，例如用适合的药物和/或因子浸渍的生物相容性聚合物，用于另外起到受调节的或不受调节的药物递送系统的作用，特别是在装置是第一次植入时。

[0085]在图2举例说明的实施方案中，插入件柱塞20包括纵向容器32，其设置为在血管化阶段期间选择性地可滑动地接受歧管的导管30。因此，可以在血管化阶段之后简单地将柱塞20全部取出，留下由歧管24的导管30所限定的“喷淋系统”。为装置施加适合的端盖(例如，与柱塞的外部(下部)部分相对应的插头)以便在细胞介质沉积在血管化床所限定的空腔内之后封闭所述空腔的端部。所述插头(未举例说明)可以具有少量凹陷以便容纳所述“喷淋系统”的导管30的端头。

[0086]在可选的实施方案中，歧管组件不是分别提供的，相反，在已经形成血管化床之后，可以使用如图2中所举例说明的类型的包括歧管顶盖和导管的歧管结构来代替所述柱塞。在这种情况下，与柱塞插入末端相对的空腔末端可以设置为装置的固定(优选穿孔的)端壁。此外，为了提供在血管化阶段过程中的递送，根据这个实施方案，优选柱塞本身包括流体或缓慢/持续释放歧管组件，如下参考图3描述这种柱塞的一个实例。

[0087]再次参考图2中举例说明的实施方案，在血管化阶段过程中，可以根据需要或期望使用泵14递送介质通过歧管24，以便将所选的介质分配给相应的导管30。由于柱塞20和用于导管的相应容器32的存在，递送的介质会在空腔内反向移出容器32并且被分配在柱塞20的外表面上，并且(取决于毛细血管形成的阶段)可以通过网状物到周围组织。

[0088]一旦已经充分进行了血管化，可以通过外科手术访问所述柱塞插头，然后使其从空腔中滑动移出。然后将用于移植的生物材料(例如，细胞/组织和/或其产物)布置在之前由柱塞20占据的空腔18内部。

[0089]可以递送适合的介质来在柱塞和新毛细血管之间移动，以便促进柱塞的取出。在这方面，参考图3的可选柱塞实施方案，所述组件可以包括具有导管134的递送系统，所述导管134被设置在柱塞120中，使得它们可用于递送介质，以便促进柱塞120的取出。这种导管134还可以用于在缓慢撤回柱塞120时递送生物材料(例如，细胞/组织和/或其产物)。在这种情况中，可以在缓慢抽出柱塞的同时逐渐地加载所述生物材料(例如，细胞/组织和/或其产物)。

[0090]可以设置导管134，以便与用于所述“喷淋系统”的导管30的容器32交替存在，例如，如举例说明的，在柱塞134中有三个导管介于所述“喷淋系统”的四个导管30之间。因此，柱塞的三个导管134会允许在取出柱塞120的同时进行溶液/细胞加载。在可选的实施方案中，例如，其中柱塞不包括用于细胞沉积的导管，如图2所示的实施方案，可以使用与注射器连接的小的导管在将柱塞取出之后为所述装置递送生物材料(例如，细胞/组织和/或其产物)。

[0091]根据本发明的另一个实施方案，装置在植入时已经加载有生物材料(例如，细胞/组织和/或其产物)而没有任何柱塞结构。因此，在这个实施方案中，省略了第一个预血管化阶段，但是仍使用歧管组件24和导管30(所谓的“喷淋系统”)来为所植入的生物材料提供营养素和生长因子，同时通过递送因子例如血管生成因子而有利于血管化。

[0092]在提供了柱塞20或120并且在血管化之后取出的情况中，其后用例如

或

封闭顶盖等封闭装置适当地封闭所述装置的开口端，如上所述，并且同样地适当地封闭手术开口。其后，可以使用泵递送抗炎药、免疫抑制剂、或其它药物/分子并且通过歧管24和分配导管30分配给所移植的生物材料。应该理解，所述装置的大体上扁平的薄的构造有助于从新的毛细血管递送营养素给所放置的生物材料。

[0093]在某些实施方案中，所述瓶形装置包含被包封的生物材料。

[0094]“笼形”装置：通过图4-6中所示的实施例举例说明作为本发明的实施方案的笼形混合装置的实施方案。所述混合装置(可以是圆柱状的或非圆柱状的)包括可植入装置12和外部的或外部可接近的与对于瓶形装置所述相似的泵或其它储库14，所述可植入装置在植入的时候或在第二阶段(在装置的预血管化之后)包含治疗用生物材料(例如，细胞/组织和/或其产物)，所述外部的或外部可接近的泵或其它储库用于递送例如所选的营养素、生长因子、和免疫调节/免疫抑制性物质，以便改善所植入的生物材料的血管化、存活、功能和生长。可植入装置12包括机械保护性表面，例如，多孔性网状外周壁16，其限定了相邻的(例如，内部的)空间或空腔18。所述机械保护性表面被充分穿孔，以便允许毛细血管生长通过所述孔眼，以提供血管床，用于促进所移植的细胞的移植物移入，如以下所述。因此，所述孔眼可以是例如，100-1000微米、300-800微米、或者更优选为400-700微米。例如，可以提供具有约500微米的孔的不锈钢网状物，但是所述孔可以略更小或略更大。允许特定的装置位置和治疗方案充分血管化的任何其它尺寸都被考虑为本发明的一部分。

[0095]在一个实施方案中，在血管化阶段中，柱塞20被设置在由机械保护性表面16所限定的空腔内，以便限定具有约1-2mm的壁的血管化空间或间隙(参见图5)。在这方面，优选限制所述装置的尺寸，优选其厚度总共为小于1cm，更优选小于0.7cm，但是在网状物内部在柱塞四周有1-2mm的毛细血管向内生长。

[0096]参考图4和5中举例说明的实施方案，在血管化阶段中，用插入件柱塞20的头部或顶盖22封闭空腔的一端，所述插入件柱塞20选择性地设置在空腔内，所述空腔与操作上连接于泵或储库的导管28连接。所递送的介质经过这个导管28被泵送到分配导管30，然后由所述分配导管将介质分配到装置的空腔中。所述导管有利地微穿孔以便在空腔内基本上均匀地递送和分配介质。所述微孔可以是均匀分布的。在可选方案中，所述微孔可以是依比例决定的并且在远离歧管的方向上以补偿沿着导管长度的压力降低的方式沿着导管长度分布，以便确保所注射的介质的均匀分布，如以下更详细描述的。

[0097]需要指出的是，除了递送营养素、因子、细胞因子、药物等通过所述导管结构之外，所述机械保护性表面和/或柱塞(如果提供)可以涂布有适合的介质，例如用适合的药物和/或因子浸渍的生物相容性聚合物，用于还起到药物递送系统的作用，特别是在装置是第一次植入时。

[0098]在图5和6中举例说明的实施方案中，插入件柱塞20包括纵向容器32，其设置为在血管化阶段期间选择性地可滑动地接受导管30。因此，可以在血管化阶段之后简单地将柱塞20全部取出，留下由导管30所限定的“喷淋系统”为装置施加适合的端盖36(例如，与柱塞的外部(下部)部分相对应的插头)以便在细胞介质沉积在血管化床所限定的空腔内之后封闭所述空腔的端部。这个插头可以具有少量凹陷42，用于容纳“喷淋系统”的导管30的端头。

[0099]在血管化阶段过程中，可以根据需要或期望使用泵或储库递送介质通过所述导管结构，以便将所选的介质通过导管30分配到相邻的空腔。由于柱塞20和用于导管的相应容器32的存在，递送的介质会在空腔内反向移出容器并且被分配在柱塞20的外表面上，并且(取决于毛细血管形成的阶段)可以通过网状物到周围组织。

[0100]一旦血管化已经充分进行，可以通过外科手术访问所述柱塞插头，然后使其从空腔中移出(滑出)。然后将用于移植的生物材料(例如，细胞/组织和/或其产物)布置在之前由柱塞20占据的空腔18内部。

[0101]为了在血管化阶段期间提供介质递送，柱塞本身可以包括输注流体或缓慢/持续释放组件，如图5和6中举例说明的。可以输注适合的介质在柱塞和新的毛细血管之间移动，以便例如促进柱塞的取出。所述组件可以包括具有导管34的递送系统，所述导管34被设置在柱塞20中，使得它们可用于递送介质，以便促进柱塞120的取出。这种导管134还可以用于在缓慢撤回柱塞20时递送生物材料(例如，细胞/组织和/或其产物)。在这种情况中，可以在缓慢抽出柱塞的同时逐渐地加载所述生物材料。

[0102]可以设置导管134，以便与用于所述“喷淋系统”的导管30的容器32交替存在，例如，如举例说明的，在柱塞134中的两个导管之间插入所述“喷淋系统”的一个导管。因此，柱塞的二个导管134会允许在取出柱塞20的同时进行溶液/细胞加载。在可选的实施方案(例如，其中柱塞不包括用于细胞沉积的导管)中，可以使用与注射器连接的小的导管在将柱塞取出之后为所述装置递送生物材料。

[0103]在提供了柱塞20并且在血管化之后取出的情况中，其后用例如

或

封闭顶盖等封闭装置36适当地封闭所述装置的开口端，如上所述，并且同样地适当封闭手术开口。其后，可以使用泵或其它储库递送抗炎药、免疫抑制剂、或其它药物/分子并且通过歧管和分配导管30分配给所移植的生物材料(例如，细胞/组织和/或其产物)。

[0104]在一个实施方案中，所述笼形装置在沉积生物材料之前新血管化。

[0105]“盘管形”装置：通过图7中所示的实施例举例说明作为本发明的实施方案的盘管形混合装置10的实施方案。所述混合装置包括包含治疗用生物材料(例如，细胞/组织和/或其产物)的可植入装置12和外部的或外部可接近的泵或其它储库(未举例说明)，所述可植入装置在植入的时候或在第二阶段(在装置的预血管化之后)包含所述治疗用生物材料，所述外部的或外部可接近的泵或其它储库用于递送例如，所选的营养素、生长因子、和免疫调节/免疫抑制性物质，以便改善所植入的组织/细胞的血管化、存活、功能和生长。可植入装置包括盘管形的机械保护性表面，例如限定相邻的(例如，内部的)空间或空腔。所述机械保护性表面不完全包围所述邻接空间。因此，毛细血管能够在例如盘管的线圈之间生长，以便提供用于所移植细胞的移植物移入的血管床，如以下所述。

[0106]在这个实施方案中，盘管形的机械保护性表面可以是形成为盘管的分配导管30。泵或储库通过导管28将介质递送给分配导管30，导管30然后将介质分布到装置的空腔中及其周围。所述导管有利地微穿孔以便介质在空腔内的基本上均匀递送和分配。所述微孔可以是均匀分布的。在可选方案中，所述微孔可以是依比例决定的并且在远离歧管的方向上以补偿沿着导管长度的压力降低的方式沿着导管长度分布，以便确保所注射的介质的均匀分布，如以下更详细描述的。

[0107]需要指出的是，除了递送营养素、因子、细胞因子、药物等通过所述导管结构之外，所述机械保护性表面和/或柱塞(如果提供)可以涂布有或者另外包含适合的介质，例如用适合的药物和/或因子浸渍的生物相容性聚合物，用于还起到药物递送系统的作用，特别是在装置是第一次植入时。

[0108]在血管化阶段过程中，可以根据需要或期望通过泵或其它储库递送介质通过导管结构，以便通过导管30将所选的介质分布在装置中及其周围。

[0109]一旦血管化已经充分进行，可以通过外科手术访问所述柱塞插头，然后以转动的方式使其从空腔中移出。然后将用于移植的生物材料(例如，细胞/组织和/或其产物)与其它因子、药物和/或营养素释放制剂、以及认为必需的其它试剂一起放置在以前由柱塞20占据的空腔内。

[0110]为了在血管化阶段期间提供递送，柱塞本身可以包括流体或缓慢/持续释放歧管组件，如图7中举例说明的。可以输注适合的介质在柱塞和新的毛细血管之间移动，例如用于促进柱塞的取出。所述组件可以包括具有被构建在柱塞20中的导管134的递送系统，使得其可用于递送介质，以便促进柱塞20的取出。这种导管134还可以用于在缓慢撤回柱塞20的时候递送生物材料(例如，细胞/组织和/或其产物)。在这种情况中，可以在缓慢撤回柱塞的同时逐渐加载生物材料。在可选的实施方案(例如，其中柱塞不包括用于细胞沉积的导管)中，可以使用与注射器连接的小的导管在将柱塞取出之后为所述装置递送生物材料。

[0111]在已经为所述装置递送生物材料之后，可以使用泵或其它储库递送抗炎药、免疫抑制剂或其它药物/分子并且通过分配导管30分配给所移植的生物材料(例如，细胞/组织和/或其产物)。

[0112]“硬币状”装置：通过图8-11中的实例举例说明本发明的硬币状混合装置的实施方案。所述混合装置包括包含治疗用生物材料(例如，细胞/组织和/或其产物)的可植入装置12和外部的或外部可接近的泵或其它储库(未举例说明)，所述可植入装置优选在植入的时候但也有可能在第二阶段(在装置的预血管化之后)包含所述治疗用生物材料，所述外部的或外部可接近的泵或其它储库用于递送例如，所选的营养素、生长因子、和免疫调节/免疫抑制性物质，以便改善所植入的生物材料的血管化、存活、功能和生长。可植入装置12包括机械保护性表面，例如硬币状框架16，其限定并且不完全地包围相邻的(例如，内部的)空间或空腔18。

[0113]如图9和10中举例说明的，所述相邻的(例如，内部的)空腔可以包括随所述生物材料一起植入的生物相容性基质材料40。所述基质材料可以包括例如PET或其它生物相容性材料，优选是生物可降解的。在植入之前，可以为所述基体接种用于植入的生物材料。毛细血管能够生长通过基质材料以便促进所移植生物材料的移植物移入。

[0114]参考在图8-10中举例说明的实施方案，硬币状表面16的中心“轴”区域形成了分配导管30。泵或储库14通过导管28将介质递送给分配导管30，然后由分配导管30将介质分布在装置的空腔18中及其周围。所述导管30有利地微穿孔以便介质在空腔内基本上均匀的递送和分配。所述微孔可以是均匀分布的。在可选方案中，所述微孔可以是依比例决定的并且在远离歧管的方向上以补偿沿着导管长度的压力降低的方式沿着导管长度分布，以便确保所注射介质的均匀分布。

[0115]如图11中举例说明的，硬币状装置可以另外包括漏斗元件38，以便促进将介质递送给分配导管30。

[0116]在装置植入之后，可以使用泵递送抗炎药、免疫抑制剂、或其它药物/分子并且通过分配导管30分配给所移植的生物材料。

[0117]“海绵样”装置：通过图12中所示的实例举例说明本发明的海绵样混合装置的实施方案。所述混合装置包括在植入的时候包含治疗用生物材料(例如，细胞/组织和/或其产物)的可植入装置12和外部的或外部可接近的泵或其它储库(未举例说明)，所述泵或其它储库用于递送例如，所选的营养素、生长因子、和免疫调节/免疫抑制性物质，以便改善所植入的组织/细胞的血管化、存活、功能和生长。所述可植入装置12包括海绵样网状元件，可以在植入之前为其接种生物材料。毛细血管能够生长通过所述网状材料以便促进所移植生物材料的移植物移入。

[0118]机械保护性表面被充分地穿孔以允许毛细血管生长通过孔眼，以便为所移植细胞提供用于促进移植物移入的血管床，如以下所述。因此，所述孔眼可以是例如，100-1000微米、300-800微米、或者更优选为400-700微米。例如，可以提供具有约500微米的孔的不锈钢网状物，但是所述孔可以略更小或略更大。允许特定的装置位置和治疗方案充分血管化的任何其它尺寸都被考虑为本发明的一部分。

[0119]在一些实施方案中，所述装置可以包括通过导管将介质递送给一个或多个分配导管(与上述装置中所示那些相似)的泵或储库，然后由所述分配导管将介质分布在装置的网状元件中或其周围。所述导管有利地微穿孔，以便介质在网状元件内的基本上均匀的递送和分配。所述微孔可以是均匀分布的。在可选方案中，所示微孔可以是依比例决定的并且在远离歧管的方向上以补偿沿着导管长度的压力降低的方式沿着导管长度分布，以便确保所注射介质的均匀分布。

[0120]所述海绵元件可以不完全地被由塑性材料例如

或

制成的盘状物或具有圆边的其它形状包围，以消除植入物中的尖锐的边缘。

[0121]在装置植入之后，可以使用泵递送抗炎药、免疫抑制剂、或其它药物/分子并且通过分配导管分配给所移植的生物材料。

[0122]在一些实施方案中，本发明的装置被包装在无菌的包装中，所述包装任选地包括所述装置的标签和/或使用说明书。优选地，所述无菌的、预先包装的装置准备好用于本发明的一种或多种方法。本发明的装置在进行灭菌步骤时可以但不必一定与生物材料结合。本领域技术人员应该理解，在将装置灭菌之前与一种或多种生物材料一起结合的情况中，优选选择灭菌方法以保持所述生物材料的活性和/或存活力。或者，本发明的装置可以在将其与根据本发明的生物材料结合之前进行灭菌。

[0123]在任何上述实施方案中，可以植入已经加载生物材料的装置，或者可以在装置植入时加载生物材料，而不使用任何柱塞结构。在这种实施方案中，省略了第一个预血管化阶段，但是仍使用流体或缓慢/持续释放组件24和导管30(所谓的“喷淋系统”)来为所植入的细胞提供例如营养素和生长因子，同时通过递送因子例如血管生成因子而有利于血管化。

[0124]在任何上述实施方案中，可以在植入前或植入后的任何时间为所述装置添加生物材料或更换装置内的一些或全部生物材料。在一个方面中，这种添加或更换可以通过例如，所述的递送系统进行。

[0125]在任何上述实施方案中，所述机械保护性表面或网状物可以由不锈钢、聚合物或任何提供尺寸稳定性的任何其它适合的材料制成。根据治疗需要，所述表面可以具有任何适合的长度和宽度，以便充分地有利于所选生物材料，例如由所植入细胞提供的生物学因子的治疗效果的产生。因此，所述装置可以具有例如约3-15厘米的长度和宽度。这是包含递送治疗性产物的细胞(例如，递送胰岛素的胰岛细胞)的装置的典型范围。然而，肝细胞的植入可能需要更大的装置，例如其中为了提供所需治疗作用(例如，用于支持生命)需要植入的细胞量更大(例如，在用于在肝功能衰竭和本体肝脏再生之间进行过渡的装置植入的情况中，或者在肝功能衰竭和变应原性肝脏移植之间提供过渡的装置植入的情况中)。在这些情况中，所述装置可以构建为容纳最多100-200ml的细胞/组织体积，因此需要更大的尺寸。在胰岛的情况中，移植的总的包装的细胞压积可以是例如小于15cc的细胞/组织，并且典型地小于例如7cc的组织、5cc的组织，甚至是1cc的组织，这取决于植入的细胞和患者的状态。

[0126]优选机械保护性表面16具有圆边，使得其为相对人体工程学的，以便在植入时使患者舒适，以及使应力集中最小化。然而，所述装置可以为任何圆柱状或非圆柱状形式，或者圆柱状或非圆柱状的任何基体或组件，条件是所述流体或缓慢/持续释放组件的导管30将营养素、因子、免疫抑制剂、和其它介质适当地分布到其中由新的毛细血管递送的营养素不会达到的核心。

[0127]应该理解，在使用多孔性外壁或网状元件的实施方案中，所述外壁或网状物的孔隙度等级会决定新形成的血管床中血管的尺寸。为此，可以根据包封的装置结构的目标应用决定所述网状物或孔的尺寸。

[0128]在包含在所述装置的相应纵向末端限定的封闭端盖或插头36的实施方案中，所述端盖或插头具有适合密封于例如多孔壁的长度，并且可以是例如装置长度的10％，而横向尺寸与多孔体的尺寸相似。如果认为必需或期望，可以提供另外的固定元件以便适当地固定柱塞、歧管、和/或其它端盖就位。

[0129]在包含柱塞单元20或120的实施方案中，优选所述柱塞是固体组件，具有与机械保护性表面16大体上相对应的形状，但是在每个方向减小，以便与表面一起限定间隙。然而，所述柱塞可以具有与所述外部机械保护性表面稍有不同的形状，以便于插入和取出。因此，例如，所述柱塞的壁可以是在插入方向轻微地逐渐变小和/或可以是带有凹槽的或者经过表面处理以便于取出。所述柱塞可以是实心的或是空心的，尽管对于尺寸精确度和为了使介质进入柱塞内部并且可能随时间分解的可能性减到最小而言优选是实心的(除了歧管导管容器和/或其自己的递送歧管之外)。所述柱塞可以由例如

或的材料、可能是生血管的可降解的生物材料、或可能是生血管的可降解的生物相容性材料制成。

[0130]在其中将生物材料放置在装置中之前形成血管床的实施方案中，由装置12的包封和通过机械保护性表面16或在其周围的毛细血管生长所形成的血管床的厚度取决于机械保护性表面16和柱塞20或120之间的间隙，所述空间根据所述被包封的装置的最终用途产生的需要来决定。所述机械保护性表面和柱塞的横向尺寸根据需要的体积和厚度来选择，例如约4-15mm，间距或间隙为约1-2mm。

[0131]根据本发明的实施方案，用于产生血管床以便限定用于接受生物材料的储库以及用于促进所述混合装置内的生物材料的长期存活和功能的操作包括将所述装置植入在患者体内，柱塞(在提供时)设置在机械保护性表面内部或与其邻接，以便限定用于组织向内生长的间隙。所述植入位置可以是例如网膜内(网膜小袋)、肝脏、皮下、腹膜内、肌肉内、或肾包膜下，从而所述装置的输出物可以进入门静脉系统。在优选实施方案中，植入位置不是在血管内。

[0132]在这样植入时，所述多孔体通过患者身体的天然作用被纤维胶原覆盖，并且借助于纤维包裹和患者的组织向内生长在柱塞和机械保护性表面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泵递送适合的因子通过歧管结构而得以促进或增强。另外地或可选择地，所述机械保护性表面和/或柱塞可以涂有适合的介质，例如浸渍有适合的药物/因子的生物相容聚合物，以起到药物递送系统的作用。

[0133]随后，一旦已经形成了纤维胶原层，可以制造部分切口以便暴露装置的柱塞访问末端，以便将其取出。如果认为必需或合乎需要，可以递送适合的介质通过歧管结构，以便促进柱塞的取出。在柱塞被取出时，限定了新血管化的容器，其适合于通过装置的开口进行生物材料的植入。将所述生物材料(其包括产生生物学因子的细胞或基本上由其构成，并且在某些实施方案中可以进一步被包封)和根据所植入的细胞类型选择的可选培养基放置在通过取出柱塞留下的空间所限定的容器内。所述产生生物学因子的细胞与新血管化的组织接触并且通过患者的血流吸收所述生物学因子。同时，可以通过歧管结构递送免疫抑制/免疫调节分子和/或促进所移植细胞的存活并且可能支持例如再生/扩展的所选营养素和生长因子。应该理解，所选择的营养素、因子、细胞因子、药物等的局部递送会促进所移植细胞的长期存活和功能，而使接受者免疫抑制的副作用最小化。

[0134]通过流体或缓慢/持续释放组件和分配导管递送适合的介质确保了对所植入的生物材料的适当支持并且提供有效的局部化免疫抑制，以便减少或排除由宿主免疫系统产生的排斥。因为这种直接的免疫抑制被局部化为针对所植入的生物材料，所以可以不需要系统性免疫抑制，或者可以只在移植前后短时间需要，或者可能以与目前使用的系统性免疫抑制相比以显著降低的剂量需要。可以控制局部递送的剂量，以便使通过新毛细血管转运到患者身体别处的免疫抑制药物的浓度为对患者的任何不利作用减少并且优选使其最小化的程度。另外，可以通过任何方法诱导移植物的耐受性，包括但不限于在限定的时间段(例如，在最初的移植后期间)内将免疫抑制和/或免疫调节因子(包括但不限于，T_reg细胞和下列的因子)递送到装置中。在诱导这种操作上的耐受性时，免疫抑制和/或免疫调节因子的递送可以减少、逐渐变小、或者完全停止。在另一个方面中，细胞在被放置到装置中之前经过适应处理(are tolerized)。在又一个方面中，在将所述装置植入到患者体内之前使细胞在装置内经过适应处理。

[0135]用生物相容的、免疫保护性材料包封生物材料可以进一步使对系统或局部的免疫抑制的需要最小化。

[0136]用于所移植的细胞的长期存活和功能的示例性药物包括用于血管化的药物(例如，VEGF)；消炎药(例如，抗-TNF-α；利索茶碱；α1-抗胰蛋白酶(AAT)；白细胞介素-10(IL-10)；α1-抗胰蛋白酶(AAT)；己酮可可碱；糖皮质激素(例如，氢化泼尼松、地塞米松、氯替泼诺碳酸乙酯、醋酸肤轻松等)；COX-2抑制剂；TGF-β等)；细胞保护剂/抗凋亡药/分子；诱导耐受性的分子(例如，在Zheng等人，Immunity 19(4)：503-514(2003)中描述的Power-Mix，或者其中所述Power-Mix包括(1)IL-2的激动剂、免疫球蛋白、和/或融合蛋白；(2)拮抗剂型IL-15-相关的细胞溶解免疫球蛋白和/或融合蛋白；和(3)正或负的雷帕霉素)；IL-10和IL-10融合体；包括抗体、融合蛋白、小分子、半乳糖凝集素-1、适配体、淋巴细胞活化标记物的抗体和适配体(例如，4BB 1)的共刺激阻滞剂；粘附分子(例如，CD 103等)和涉及为淋巴细胞递送信号的其它分子(例如，LFA1、LF A3、4BB1、和CD45等)；EBNA样分子；IL-35-、IL12-和IL12-受体-靶向抗体和适配体；抗-IL-17抗体；抗-IL-17受体抗体和适配体；和抗-IL-6抗体和IL-6受体抗体和适配体等)；免疫抑制剂(例如，oATP、钙神经素(例如，环孢素、他克莫司等等)；蛋白激酶C抑制剂(例如，AEB071等)；增殖信号的抑制剂(例如，西罗莫司、依维莫司、JAK3抑制剂等)；核苷酸合成抑制剂(例如，硫唑嘌呤、霉酚酸MPA/吗替麦考酚酯MMF、来氟米特、FK778等)；糖皮质激素(例如，氢化泼尼松、地塞米松、氯替泼诺碳酸乙酯、醋酸肤轻松等)；淋巴细胞通道抑制剂(例如，鞘氨醇-1-磷酸酯受体1调节剂等)；细胞表面受体活化的抑制剂(例如贫化或非贫化抗体和融合蛋白质，包括但不限于甲状腺球蛋白(Thymoglobulin)ATG、莫罗单抗-CD3、阿伦单抗、利妥西单抗、达利珠单抗、巴利西单抗、belatacept、campath-1H、Prograf、抗IL-2r、MMF、FTY、LEA和其它)；用于氧气的产生、释放(例如包封的过氧化物等)、或转运增强(例如全氟化碳PFC)的产品；和生长因子(例如，IGF-I、IGF-II、INGAP、exendin-4、GLP-I、HGF等)。

[0137]在一个实施方案中，增强所移植的细胞的长期存活和功能的药物是氧化的ATP(oATP)。oATP阻断P2X受体的ATP结合和活化，所述P2X受体的ATP结合和活化是在多种细胞型上存在的ATP门控阳离子通道。已知P2X受体与免疫/炎性过程有关。因此，oATP能够通过对抗ATP对与炎症和组织破坏有牵连的免疫系统的各种细胞上的ATP的促炎症性作用而发挥抗炎作用。系统地或局部地给予oATP(例如，通过本发明的装置)可以，单独或与其它药物组合，抑制对所移植的本发明装置的T细胞介导的排斥。

[0138]本发明的装置和方法还可以与增强所移植的细胞的长期存活和功能的其它装置和方法联合。例如，本发明的装置和方法可以与高压氧疗法联合。在一个实施方案中，将用于移植的细胞用为所述细胞提供高压氧的装置进行处理。在另一个实施方案中，将移植接受者用为所述接受者提供高压氧的装置进行处理。在另一个实施方案中，将用于移植的细胞置于为所述细胞提供高压氧的装置中，其中所述装置被植入在移植物接受者体内。用于给予高压氧疗法的方法是本领域中已知的。参见，例如，Juang等人，Cell Transplantation11：95-101(2002)。

[0139]本发明的装置和方法可用于治疗包括但不限于以下病症：糖尿病、淀粉样变性、免疫系统病症、炎症、慢性疼痛、关节炎、高血压、神经系统病症、代谢失调、内分泌激素病症、淋巴组织增生病症、脊髓增生病、脊髓发育异常综合征、干细胞病症、吞噬细胞病症、组织细胞病症、红细胞或血小板异常、浆细胞病症、急性白血病、慢性白血病、恶性肿瘤(乳癌、尤因肉瘤、神经母细胞瘤、肾细胞癌等)、甲状腺机能减退、垂体机能减退、性腺机能减退、移植失败、移植物抗宿主疾病(GVD)、静脉闭塞性疾病、移植前化疗的副作用(例如，大量出血、不育症、和肾以及肺和心脏并发症)、和其它病症和可以由熟练医师识别的其它病症和疾病。

[0140]在其中生物材料包括细胞的某些实施方案中，所述细胞可以包括例如胰岛细胞、肝细胞、内分泌细胞、免疫系统细胞、甲状腺细胞、肥大细胞、内皮细胞、骨髓细胞、真皮细胞、神经系统细胞和皮肤细胞，以及由熟练医师识别的许多其它细胞。生物材料可以包括任何这些细胞型或者基本上由其组成，或者可以由任何这些细胞型组成。植入的细胞可以是例如自体的、异种的、同源的、同种异体的、或异基因的。它们可以来源于尸体组织或来源于活组织，来自于非人来源或人来源的细胞，或者是自体或非自体的。所述细胞可以是多向性的、多能的、全能性的或分化的胚胎干细胞或成年干细胞；初次分化的细胞；或无限增殖化细胞，以及其它细胞型。

[0141]为了进一步增强治疗的有效性，所述生物材料可以包括产生因子的细胞或者基本上由其组成，所述产生因子的细胞已经通过已知的技术进行基因操纵，以便对患者产生一种或多种治疗效果，例如分泌治疗因子。在其中生物材料包括用于胰岛素产生的胰岛的某些实施方案中，在对于本文来说，用于治疗糖尿病通常需要的细胞的量为每千克患者体重约6,000-12,000个胰岛。在本发明中，可以将这些与一种或多种辅助细胞或细胞型(例如，Sertoli细胞)组合，以便免疫上保护胰岛免于宿主免疫介导的排斥。另外，或者在可选方案中，设置在装置内的细胞可以包括尤其是在甲状腺和甲状旁腺细胞的情况中产生具有不同治疗活性的物质的细胞。

[0142]可以通过移植的细胞递送的示例性治疗因子包括但不限于以下的一种或多种：胰岛素、胰高血糖素、红细胞生成素；因子VIII；因子IX；血红蛋白；白蛋白；神经递质，例如多巴胺、γ-氨基丁酸(GABA)、谷氨酸、血清素、去甲肾上腺素、肾上腺素、和乙酰胆碱；生长因子例如神经生长因子(NGF)、脑衍生的神经营养因子(BDNF)、神经营养蛋白-3(NT-3)、神经营养蛋白4/5(NT-4/5)、睫状神经营养因子(CNTF)、胶质细胞系衍生的神经营养因子(GDNF)、胆碱能分化因子/白血病抑制因子(CDF/LIF)、表皮生长因子(EGF)、胰岛素样生长因子(IGF)、成纤维细胞生长因子(FGF)、和血小板衍生的生长因子(PDGF)；疼痛抑制剂，例如P物质、儿茶酚胺、强啡肽、内啡肽、或脑啡肽；激素，例如甲状旁腺激素或生长激素；免疫调节剂，例如粒细胞巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)；神经调质；淋巴细胞活素；细胞因子；辅助因子；抗体；适配体；和酶。一种或多种治疗因子的选择及其从细胞产生和释放并且由此从混合装置释放给患者的浓度由接受治疗的患者的需要来决定，并且可以由熟练的医师凭经验决定。

[0143]在一些实施方案中，所述治疗因子具有胰岛素样活性或者胰岛素调节活性。在某些实施方案中，所述治疗因子是胰岛素。在某些实施方案中，所述治疗因子是胰岛素的前体形式，例如前胰岛素原或胰岛素原。在某些实施方案中，所述治疗因子是胰岛素嵌合蛋白或融合蛋白。

[0144]在一些实施方案中，所移植的细胞天然地递送治疗作用，例如通过天然地表达或递送一种或多种治疗因子来递送治疗作用。在一些实施方案中，所植入的细胞可以经过基因修饰，以便递送治疗利益，例如通过以调节或非调节的方式将能够表达一种或多种治疗因子的一种或者多种基因转染到细胞中。

[0145]在一些实施方案中，由于收到来自宿主的刺激或信号(例如，葡萄糖、激素、代谢信号传导药、化学信号传导分子等的血液水平的变化)从所植入的细胞释放治疗因子。

[0146]在一些实施方案中，治疗作用包括控制血液中的胰岛素水平。在某些实施方案中，治疗作用包括控制血液中的葡萄糖水平。在其它实施方案中，治疗作用包括调节患者血液中的一种或多种其它生物学响应调节剂的水平。

[0147]在一些实施方案中，在递送到混合装置中之前，可以用包括生物相容性材料的物理屏障包封所述细胞/组织、其产物、和/或其它非细胞的生物材料，以便改善存活力和/或提供免受宿主环境影响的保护。在提供结构完整性、细胞分配和机械强度的同时，这种包封可以保护所植入的细胞免于宿主的免疫应答。

[0148]优选用于包封活细胞的材料是生物相容的、不防碍所移植的细胞的功能、并且减少患者的免疫应答或使其最小化或者消除。用于包封细胞的材料和方法为本领域中公知的。用于包封的常用材料包括但不限于：天然的材料，例如藻酸盐(Sun等人，J Control Release2：137-141(1985)；Grant等人，FEBS Letters 32(1)：195-198(1973)；Martinsen等人，Biotech Bioeng 33：79-89(1989)；Lanza等人，Transplantation 59(10)：1485-1487(1995))、琼脂糖(参见，例如，Tun等人，Cell Transplant 5(Suppl.1)：S59-63(1996)；Shoichet等人，Biotechnol Bioeng 50：374-381(1996)；Iwata等人，J BiomedMater Res 26(7)：967-977(1992))、胶原(参见，例如，Puviani等人，Int J Artif Organs 22(11)：778-785(1999)；Ratcliffe，Matrix Biol19(4)：353-357(2000)；Jain等人，Transplantation59(3)：319-324(1995))、和弹性蛋白(参见，例如，Geutjes等人，AdvExp Med Biol 585：279-295(2006)；Berglund等人，Tissue Eng10(9-10)：1526-1535(2004)；Lu等人，Biomaterials25(22)：5227-5237(2004))；天然来源的材料，例如

(参见，例如，美国专利6,630,154)；模拟物，例如PureMatrix(参见，例如，Ramachandran等人，Biodrugs 20(5)：263-269(2006)；Leach等人，Acta Biomater 1(2)：155-164(2005)；Ma等人，Tissue Eng 11(1-2)：101-109(2005)；Yamaoka等人，J Biomed Mater Res A 78(1)：1-11(2006))；或合成的聚合物，例如聚(乳酸)(参见，例如，Watanabe等人，Biomacromolecules 3(5)：1109-1114(2002)；Chen等人，Biomaterials 25(11)：2065-2073(2004)；Fukuhira等人，Biomaterials 27(9)：1797-1802(2006))、聚(丙交酯共聚乙交酯)(PLGA)(参见，例如，Li等人，J Biomed Mater Res A80(1)：226-233(2007)；Kang等人，J Biomater Sci Polym Ed17(8)：925-939(2006)；Ellis等人，Biotechnol Bioeng96(1)：177-187(2006))、聚(乙二醇)(PEG)(参见，例如，Contreras等人，Surgery 136：537-547(2004)；Panza等人，Biomaterials 21：1155-1164(2000)；Xie等人，Biomaterials26：403-412(2005)；Chen等人，Biodrugs 15(12)：833-847(2001))、或其组合(参见，例如，Lee等人，Biomaterials 27(30)：5268-5276(2006)；Chandy等人，Artif Organs 23(1)：894-903(1999)；Crooks等人，J Biomed MaterRes 24(9)：1241-1262(1990)；Lee等人，J Biomed Mater Res62：372-377(2002))。

[0149]在某些实施方案中，基质材料包括聚(乙二醇)(PEG)。在某些实施方案中，基质材料基本上由聚(乙二醇)(PEG)组成。在某些实施方案中，基质材料由聚(乙二醇)(PEG)组成。

[0150]在某些实施方案中，所述基质材料包括藻酸盐。在某些实施方案中，所述基质材料基本上由藻酸盐组成。在某些实施方案中，所述基质材料由藻酸盐组成。

[0151]在一些实施方案中，用于包封的基质材料可以经过化学修饰，以便包含用于使包封基体稳定化的官能团。另外，所述材料可以经过化学修饰以允许治疗因子或与这种治疗因子结合的其它分子(即，受体或亲合试剂)的连接(参见，例如，Kim等人，Biomacromolecules4(5)：1214-1223(2003))。治疗因子可以通过共价交联、乳化、离子相互作用、特异性亲合力相互作用、简单的截留、及其任何组合而被并入到基体中。

[0152]在一个实施方案中，抗炎分子被限制在基体表面上，以减少针对植入物的宿主炎症性响应。示例性的抗炎药包括皮质类固醇(地塞米松、氢化可的松、氢化泼尼松、氯替泼诺碳酸乙酯、醋酸肤轻松等)、白细胞介素-1(IL-I)、白细胞介素-10(IL-10)、α1-抗胰蛋白酶(AAT)、利索茶碱、己酮可可碱、COX-2抑制剂、白细胞介素-1受体拮抗剂肽(IRAP)、白细胞介素-10(IL-10)、α1-抗胰蛋白酶(AAT)，TGF-β；针对IL-1的抗体、干扰素-γ、和TNF-α；抗组织因子、和补体抑制物。在另一个实施方案中，将细胞外基质(ECM)分子例如胶原I或IV型、层粘连蛋白、粘连蛋白、或精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸肽结合在基体表面上(Beck等人，Tissue Eng 13(3)：1-1 1(2007))。

[0153]在某些实施方案中，被包封的细胞可以为例如宏观结构支架、微胶囊、纳米胶囊、连接的挤出胶囊、或其任何组合的形式。这些形式在许多变量上有所不同，包括尺寸、所含细胞的量、和强度和扩散特征。

[0154]在一个实施方案中，要植入的生物材料可以被包封在宏观结构支架中。优选混合装置的宏观结构支架为生物材料提供机械完整性、阻止生物材料的凝块和群集，并且还可以包括用于细胞迁移和/或血管生成的支架。宏观结构支架的尺寸可以不同，但是受到氧和营养素对距离支架表面最远的细胞的可达性的限制。

[0155]用于产生宏观结构支架的常用方法包括将用于植入物的基质材料和/或生物材料注射到模具中，随后启动基体形成，使得所述材料呈现模具的形状。可以通过各种方法引发基体形成，包括但不限于：温度变化(Yang等人，Biomaterials 15(2)：113-120；Sefton等人，J Control Release 65(1-2)：173-186(2000))、光聚合(Andreopoulos等人，Biomaterials 27(11)：2468-2476(2006)；Kwon等人，Biomaterials 27(7)：986-995(2006))、共价交联(Geutjes等人，AdvExpMed Biol 585：279-295(2006)；Orban等人，J Biomed Mater ResA 68(4)：756-762(2004)；Hada等人，Blood 68(1)：95-101(1986))、或离子交联(Zmora等人，Biomaterials 23(20)：4087-4094(2002)；Li等人，Biomaterials 26(18)：3919-3928(2005))。取决于应用，支架的基质材料可以在体内被周围的组织降解，或者可以保持长时间稳定性。

[0156]在另一个实施方案中，所述生物材料被包封在微胶囊中。微胶囊在尺寸上典型地比宏观结构支架小，直径为约3毫米(mm)到小于500微米。这限制了在所包封的细胞和周围环境之间的屏障距离。包围所植入细胞的微胶囊“壳”是半渗透性的，其中细胞可以与宿主环境交换氧、营养素、和其它小分子，而阻止包封的细胞被大的宿主免疫系统组分例如免疫细胞和抗体攻击。

[0157]所述微胶囊可以另外包括增加细胞存活力的生物活性分子。例如，所述微胶囊可以包含氧结合剂例如全氟化碳(PFC)，以提高整个微胶囊的氧含量和改善包封细胞的存活力。

[0158]用于产生微胶囊的常用方法包括但不限于平行气流(Sun等人，Methods Enzymol 137：575-580(1988)；Esch等人，Biopolymers50(3)：227-237(1999))、静电液滴形成(Lewinska等人，Artif CellsBlood Substit Immobil Biotechnol 32(1)：41-53(2004)；Sun等人，Tissue Eng 9(Suppl 1)：S65-75(2003))、乳化(Tun等人，CellTransplant 5(Suppl.1)：S59-63(1996)；Iwata等人，Diabetes38(Suppl.1)：224-225(1989))、和离心(Crooks等人，J Biomed MaterRes 24(9)：1241-1262(1990))。可以使用常用的挤出法或对上述提供的平行气流和静电液滴形成参考文献的改造来生产连接的胶囊。微胶囊基体可以通过光致引发(Cruise等人，Biotechnol Bioeng57：655-665(1998)；Lu等人，Biotechnol Bioeng70(5)：479-483(2000))或其它方法(Dusseault等人，Biomaterials26(13)：1515-1522(2005))引起的交联来进一步稳定化。

[0159]在示例性实施方案中，所述生物材料被包封在纳米胶囊中。纳米胶囊在尺寸上典型地比微胶囊小，并且可以包封单个细胞或一簇细胞。半渗透性的纳米胶囊壳可以有1纳米(nm)那么薄，有效地使屏障距离最小化并且允许小分子在包封的细胞和宿主环境之间的最佳交换，同时仍限制被更大的免疫细胞和抗体攻击。

[0160]可以通过在单细胞或一簇细胞周围沉积生物相容性材料的薄层来产生纳米胶囊。这些生物相容性材料包括但不限于：聚(乙二醇)(PEG)、藻酸盐、和

(一种更加生物相容的藻酸盐衍生物)。在一个实施方案中，所述生物相容性材料包括PEG、藻酸盐和/或

在另一个实施方案中，所述生物相容性材料基本上由PEG、藻酸盐和/或

组成。在另一个实施方案中，所述生物相容性材料由PEG、藻酸盐和/或

组成。

[0161]用于在细胞表面上沉积纳米级层常用的技术包括：共价结合(Contreras等人，Surgery 136：537-547(2004)；Panza等人，Biomaterials 21：1155-1164(2000)；Xie等人，Biomaterials26：403-412(2005))、静电相互作用(Krol等人，Nano Lett6(9)：1933-1939(2006)；Miura等人，Biomaterials27(34)：5828-5835(2006))、自由基交联(Cruise等人，CellTransplant 8(3)：293-306(1999)；Hill等人，Ann NY Acad Sci831：332-343(1997))、乳液(Crooks等人，J Biomed Mater Res 24(9)：1241-1262(1990)；Sefton等人，J Control Release65(1-2)：173-186(2000))。

[0162]在某些实施方案中，通过将生物材料与藻酸盐经由20号针头挤出到1.1％CaCl₂溶液中而将生物材料纳米包衣，其中通过平行气流控制液滴尺寸。

[0163]在某些实施方案中，所述生物材料通过水溶性分子进行纳米包衣，所述水溶性分子选自：聚(乙二醇)(PEG)；聚乙烯醇(PVA)；聚乙烯基吡硌烷酮(PVP)；聚乙基噁唑啉(PEOX)；聚氨基酸；聚糖，例如藻酸盐、透明质酸、硫酸软骨素、右旋糖酐、葡聚糖硫酸酯、肝素、硫酸肝素、硫酸乙酰肝素、脱乙酰壳多糖、胞外多糖胶、黄原胶、胍尔豆胶、水溶性纤维素衍生物和角叉菜胶；和蛋白质，例如明胶、胶原和白蛋白。

[0164]在可用于本发明的纳米胶囊的优选实施方案中，所述水溶性分子包括聚(乙二醇)(PEG)。在某些实施方案中，所述水溶性分子由聚(乙二醇)(PEG)组成或基本上由聚(乙二醇)(PEG)组成。

[0165]在可用于本发明的纳米胶囊的另一个优选实施方案中，所述水溶性分子包括藻酸盐。在另一个优选实施方案中，所述水溶性分子由藻酸盐组成或基本上由藻酸盐组成。

[0166]在一些实施方案中，可以通过将生物活性分子连接于纳米胶囊表面生产“活性的”纳米胶囊。例如，可以将抗炎分子限制在基体表面上，以减少针对所包封的生物材料的宿主炎症性响应，例如所包封的细胞/组织和/或其产物，减少对所包封的生物材料的损害。示例性的抗炎药包括皮质类固醇(地塞米松、氢化可的松、氢化泼尼松、氯替泼诺碳酸乙酯、醋酸肤轻松等)、白细胞介素-1(IL-I)；白细胞介素-10(IL-10)；α1-抗胰蛋白酶(AAT)；利索茶碱；己酮可可碱；COX-2抑制剂；白细胞介素-1受体拮抗剂肽(IRAP)；白细胞介素-10(IL-10)；α1-抗胰蛋白酶(AAT)；TGF-β；针对IL-1的抗体、干扰素-γ、和TNF-α；抗组织因子；和补体抑制物。在另一个实施方案中，将细胞外基质(ECM)分子例如胶原I或IV型、层粘连蛋白、纤连蛋白、或精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸肽结合在基体表面上(参见，例如，Beck等人，Tissue Eng 13(3)：1-11(2007))。

实施例1：用植入的包括胰岛的混合装置控制动物的葡萄糖水平

[0167]通过静脉注射链脲佐菌素使Lewis大鼠患糖尿病，并且只有在全血样的非禁食血糖值＞350mg/dL时将其用作胰岛移植接受者。然后在胰岛移植之前40天为一半动物在肩胛下区域的皮下空间中植入本发明的混合装置。所述预植入促进了装置的多孔壁嵌入到接受者的富含胶原并且充分血管化组织中。这时，装置的邻接空间包含

柱塞，以阻止接受者组织阻塞所述空间。

[0168]然后通过本领域中已知的方法分离同源胰岛。在每个动物受试者产生部分切口，并从植入装置的动物受试者取出

柱塞。在植入有装置的动物中，使用小的导管和注射器，将胰岛(3,000IEQ)放置到由柱塞留下的新血管化的空间中，而在没有植入装置的动物中，将胰岛直接植入在肩胛下区域的皮下空间中。

[0169]在移植之后，每天监控动物的葡萄糖水平。在植入单独的胰岛(没有装置)的动物中，只有30％在移植之后达到血糖量正常(参见图14)。相比之下，植入有装置的动物100％都在移植之后表现出维持的(长期的)血糖量正常(非禁食血糖值＜200mg/dL)(参见图15，红色实线)。取出带有移植物的装置(箭头)引起迅速地回到血糖过高，因此证实了血糖值的正常化是由于植入到预血管化装置中的胰岛的功能。在肝脏中接受同源胰岛(3,000IEQ)的接受者也表现出糖尿病的逆转和维持的(长期的)血糖量正常(图15，蓝色虚线)。在胰岛移植＞80天时将装置移出并且将从装置分离的组织用三色染色并且分析胰岛素和von Willebrand因子免疫反应性。观察到保存得很好的胰岛(图16a和b)具有强烈的胰岛素免疫反应性(图16b)以及丰富的血管网状结构网(图16a和c)。

实施例2：在植入包括胰岛的混合装置的动物中的糖尿病剂量依赖性逆转

[0170]通过静脉注射链脲佐菌素使C57BL/6小鼠患有糖尿病并且在皮下空间中植入本发明的混合装置。在植入＞80天后的皮肤切口允许暴露皮下空间以及装置，显示在嵌入装置的结缔组织周围有高密度的血管网状结构(图17)。在植入之后六周，通过将胰岛沉积到预血管化的混合装置中进行递增同源胰岛数(500、1,000、和2,000IEQ)的滴定实验。如图18中所示，实现糖尿病逆转的时间取决于胰岛的沉积剂量。

实施例3：在植入有包括胰岛的混合装置的动物中在有或者没有系统性免疫抑制的情况下的移植物存活力

[0171]通过静脉注射链脲佐菌素使Lewis大鼠患糖尿病。在胰岛移植之前的六周，为化学诱导糖尿病的动物在肩胛下区域的皮下空间中植入本发明的混合装置。所述预植入促进了装置的多孔壁嵌入到接受者的富含胶原并且充分血管化组织中。这时，装置的邻接空间包含

柱塞，以阻止接受者组织阻塞所述空间。

[0172]然后使用实施例1中所述的方法将得自Wistar Furth供体大鼠的同种异体胰岛(大约7,000IEQ)放置到混合装置的新血管化空间中。在移植后，一半的动物受试者从胰岛移植的当天(第0天)开始用免疫抑制剂治疗，所述免疫抑制剂包括西罗莫司(雷帕霉素，在第0、1、2、天以及其后每隔一天以3.0mg/kg通过口服强饲法给药)和他克莫司(FK506；FK；每天SC给予1.0mg/kg)，而另一半保持不接受治疗。未经治疗的受试者在移植的12天内部不变地排斥胰岛同种异体移植物(图19，空心三角形)，而用西罗莫司和他克莫司系统治疗的动物不变地表现出维持的移植物功能＞80天(图19，实心圆圈；图20)。

[0173]在对照动物中在排斥的时候(大约第12天)将装置移出在免疫抑制的动物中在＞80天时移出。在对照的未经治疗的动物中，在移出的混合装置中的移植组织的组织病理学显示在排斥之后的胰岛损失和纤维化(图21，上图)。得自接受慢性系统性免疫抑制的动物的移出物显示出在混合装置中的保存得很好的胰岛结构，具有最低限度的单核细胞浸润或没有单核细胞浸润(下图)和强烈的胰岛素免疫反应性(图21，右下图：红色＝胰岛素；蓝色＝核染色)。

[0174]在将同种异体胰岛移植物移植到被免疫抑制的接受者中之后不变地观察到长期的移植物功能(＞80天)。值得注意的是，尽管有7,000IEQ的移植，但是没有一只动物在随访期间达到稳定的非禁食血糖正常，但是在禁食时显示血糖正常(图22)。在80天之后取出混合装置或撤回免疫抑制一致地引起血糖值升高。这些数据显示，可以在系统性免疫抑制情况下获得植入到混合装置中的胰岛同种异体移植物的延长存活，并且还强调了所选系统性免疫抑制对胰岛移植物移入和功能的潜在的消极影响。

实施例4：常规的系统性免疫抑制对植入有包括胰岛的混合装置的动物中的胰岛移植物移入和功能的影响

[0175]为了评价常规的系统性免疫抑制对预血管化的混合装置的胰岛移植物移入和功能的影响，如实施例3中所述，我们在用雷帕霉素或他克莫司单独的或者组合的治疗(从胰岛移植的当天开始，持续40天)的化学-糖尿病Lewis大鼠中进行同源胰岛移植。对照动物不接受治疗。如图23中所示，在胰岛移植(3,000IEQ)之后对照动物达到并且保持长期的血糖量正常，而接受任一种免疫抑制药物或其二者的动物在治疗时只表现出部分功能或原来的无功能。免疫抑制的撤回不改善移植物功能，接受任何一种药物单一治疗的动物组中只有1/4的动物在随后的时间达到血糖量正常。这些数据提示，使用的常规的系统性免疫抑制可能不利地影响胰岛到混合装置中的移植物移入，并且这可以导致功能性胰岛物质的显著的(并且可能是不可逆的)损失。

[0176]我们还研究了雷帕霉素和他克莫司对具有已经移入的功能性同源胰岛移植物的动物(在移植物植入之后的＞40天)中的同源胰岛移植物功能的影响。如图24中所示，持续40天给予的系统性免疫抑制在接受单独的或与雷帕霉素组合的他克莫司的所有组中引起移植物功能受损，而在单独的雷帕霉素组，只有1/3的动物在治疗的同时显示功能异常。在药物撤回之后，接受单独的雷帕霉素的动物和接受单独的他克莫司的组中的1/3动物返回到血糖量正常，而在联合给药组中没有一只动物恢复功能。我们的数据印证了先前关于他克莫司的毒性的研究，并且提示与雷帕霉素联用可能加剧这种效果。

实施例5：在局部免疫抑制情况下植入包括胰岛的混合装置的动物的移植物存活力

[0177]通过静脉注射链脲佐菌素进行化学诱导使Lewis大鼠患糖尿病。在胰岛移植之前的四十天，如实施例3中所述在皮下空间中为大鼠植入本发明的混合装置(包含柱塞的装置)。然后将同种异体胰岛(7,000IE，分离自Wistar Furth大鼠)放置到所述混合装置的新血管化空间中，并且在移植之后如实施例1和3所述每天监控动物的葡萄糖水平。在移植之后，所有的动物接受系统性免疫抑制处理，包括在第3天静脉内给予T细胞贫化抗淋巴细胞血清(ALS)进行的单剂量诱导处理。从胰岛移植的当天开始，每天口服给予用霉酚酸(MPA，20mg/kg)进行的系统性维持免疫抑制，持续至少三周。在糖尿病接受者的肾包膜下进行的实验性胰岛同种异体移植表明，在这种长期的系统性免疫抑制方案下可以实现＞60天的得以维持的移植物功能，而对照的未经治疗的动物在胰岛植入开始的10天内不变地排斥。在治疗至少两周之后，将系统性免疫抑制逐渐减少并且中止，而保持局部免疫抑制。例如，典型的系统治疗中断流程包括在8天时间内的连续两天减少MPA25％。图25举例说明了与局部扩展的免疫疗法联合的瞬时系统性免疫抑制的实验流程。

[0178]从胰岛移植当天开始，动物还接受使用微渗透泵递送的局部免疫抑制，例如Alzet 100microL体积，2周连续输注，0.25μL/h递送速率1002型泵(Durect Corp.，Cupertino，CA)。装置和泵都被植入在啮齿类动物的背部区域中并且通过PE管将它们连接起来。动物被分成接受局部盐水或没有治疗的对照组和接受来自微渗透泵的各种免疫抑制剂的治疗组，所述免疫抑制剂诸如例如磷酸地塞米松(20mg/L)、氯替泼诺碳酸乙酯(0.2、0.5、和10mg/L)、或鞘氨醇-1-磷酸酯(S1P)受体激动剂(50mg/L)。在许多动物中，这种局部治疗允许同种异体移植存活的清晰的扩展，与从中止系统性免疫抑制开始2周内不变地排斥它们的移植物的对照动物相比(图26)。

[0179]在局部免疫抑制的另一个实施方式中，动物通过与所植入的装置连接的port-a-cath(Min-Ute Mouse Port，AccessTechnologies，Skokie，IL)每天接受注射的S1P受体激动剂(60uL、50mg/L)。与微渗透泵相比，这种方法允许日剂量有近似十倍的增加；然而，这些剂量仍比本领域已知具有免疫抑制效果的系统剂量低大约100倍。通过这种方法进行的局部免疫抑制导致胰岛移植物存活达60天的显著延长(图27)，并且得到的初步组织学结果也证实了单独的局部免疫抑制的有效性(图28)。对照动物在完成系统性免疫抑制的中断流程之后排斥胰岛同种异体移植并且只有纤维化区域，伴有单核细胞局部化病灶作为同种异体移植排斥的指示(图28A，右图)和通过免疫荧光显微术显示没有胰岛素免疫反应性(图28A，左图)。每天通过与装置连接的注射端口接受局部免疫抑制的动物保持移植物功能，直到带有移植物的装置被取出(图27)。在中止系统性免疫抑制超过两周之后，在第46天移出的装置的组织显示保存得很好的胰岛结构，没有单核细胞浸润到装置内并且只存在最少的单核细胞病灶(图28B，右图)。此外，这些部分中的胰岛表现出强烈的胰岛素免疫反应性(图28B，左图)，指示功能性能力得到保持。

实施例6：在持续释放局部免疫抑制情况下植入包括胰岛的混合装置的动物中的移植物存活力

[0180]化学-糖尿病Lewis大鼠(见上文)在预血管化的混合装置中接受7,000IEQ的Wistar Furth胰岛。免疫抑制诱导包括在第3天给予的单个静脉内剂量的抗淋巴细胞血清(ALS)。从胰岛移植的当天开始，给予系统的霉酚酸(20mg/kg)，持续至少3周。通过共同移植包含～4％氯替泼诺碳酸乙酯的持续释放PLA(聚乳酸)微球体(软的类固醇小珠，SSb；估计有60天的释放时间)实现局部免疫抑制。在系统性MPA的中断流程之后，对照动物排斥其移植物，而局部给予SSb的动物在至少另外的1-2周保持血糖量正常(图29)。这些数据提示，通过缓慢释放小珠实现的局部免疫抑制可以帮助延长混合装置中的细胞同种异体移植存活。

实施例7：在持续释放局部免疫抑制情况下植入包括胰岛的混合装置的动物中的胰岛同种异体移植物的组织病理学评价

[0181]在混合装置植入C57BL/6小鼠六周之后，在没有系统性免疫抑制的情况下将DBA/2供体胰岛移植到预血管化的装置中。局部免疫抑制包括共同移植的环孢菌素A(CsA)聚合物纳米容器，其允许药物在大约2周时间内的缓慢释放。对照动物不接受治疗。在胰岛移植之后的10天将装置移出。显示了得自所移出装置的组织的代表性的组织病理学图片。对照移出物表现出严重地被单核细胞浸润的胰岛结构(图30，上图)，符合同种异体移植排斥的图片。相反地，在包括胰岛-CsA纳米容器共植入物的装置中观察到保存得很好的胰岛结构(图30，下图)。这些数据提示，局部免疫抑制可能有益于减少针对混合装置中的同种异体植入的细胞移植物的免疫反应。

实施例8：植入包括胰岛的混合装置的非人灵长类动物中的移植物存活力和功能

[0182]为了评价在已经植入到非人类灵长动物的网膜小袋位置中的混合装置中的同种异体胰岛的存活能力，用链脲佐菌素使2只狒狒(Papio hamadryas)(5-6kg)和1只食蟹猴(Macaca fascicularis)(5kg)患糖尿病。在胰岛移植之前的29-51天植入混合装置，以便使该位置预血管化。在胰岛移植前一天开始免疫抑制。对于狒狒，在POD-1、0、+1、和+2使用10mg/kg甲状腺球蛋白(thymoglobulin)IV；在POD-1、POD 0使用10mg/kg吗替麦考酚酯口服一天两次以及随后的时间使用2.5mg/kg，一天两次；和从POD-1开始使用0.02mg/kg FK506肌肉注射一天两次，调节为保持4-6ng/mL的波谷水平。对于食蟹猴，在POD-1使用1mg/kg的达利珠单抗IV，其后每2周使用1mg/kg IV，持续总共5个剂量；在POD-1和-1使用0.05mg/kg雷帕霉素肌肉注射一天两次，其后为0.025mg/kg肌肉注射一天两次，调节为保持15-20ng/mL的波谷水平；和从POD-1开始使用0.02mg/kg FK506肌肉注射一天两次，调节为保持4-6ng/mL的波谷水平。

[0183]对于2只狒狒的每一只，将得自两个供体的胰岛合并，得到每千克接受者体重为15,000胰岛当量(IEQ)的胰岛质量；对于食蟹猴，植入得自一个供体的3,327IEQ/kg的极低的胰岛质量。体外葡萄糖刺激的胰岛素释放分析的结果提示，狒狒胰岛是低于最佳的，但是食蟹猴胰岛是优异的。将狒狒用甲状腺球蛋白、吗替麦考酚酯和FK506(剂量和时间参见上面详述的内容)进行免疫抑制，而食蟹猴用达利珠单抗、雷帕霉素、和FK506(剂量和时间参见上面详述的内容)处理。每天测量禁食和餐后血糖并根据需要用NPH和

胰岛素治疗受试者。

[0184]对于狒狒5P56得到最好的体内功能(图31)。在POD-51为狒狒5P56植入所述混合装置并且在POD48进行选择性尸检。每天的胰岛素/kg需要量表示为条形图，禁食血糖(FBG)表示为实线。与没有装置的在网膜小袋位置进行胰岛植入的先前的观察结果相似，在功能方面有延迟，并且胰岛素需要降低和FBG降低在第20天变得明显并且保持直到术后第42天(POD)42。图32显示了2只狒狒的经过FBG修正的禁食C-肽。两只动物都在POD 17观察到最高的C-肽水平，但是5P56保持阳性的C-肽，直到POD 38时间点。基于丰富的经验，似乎是两只动物都经历了排斥，这得到组织学结果(图33)的支持，其中明显地检测到胰岛素阳性的细胞(绿色染色)但是数量少。这是我们第一次使用甲状腺球蛋白/MMF/FK506组合进行免疫抑制，其在淋巴细胞从由甲状腺球蛋白诱导的消耗恢复之后明显地不是有效的。

[0185]由于极低的胰岛质量，对于食蟹猴的功能只有很少的证据，其是用我们已经证明在非人类灵长类动物中移植后的第一个月中有效的流程来进行免疫抑制的。然而，在移出的时候，明显地观察到保存得很好的胰岛素阳性组织(棕色染色)(图34)。与经历了排斥反应并且只有零星的小的胰岛素阳性细胞群集的狒狒不同，在食蟹猴中所观察到的胰岛组织呈现是正常。

[0186]这些初步数据明显地证明了胰岛组织可以在被置于非人类灵长类动物的网膜小袋位置内部的装置中存活，强烈地提示植入充分质量的用有效的免疫抑制(局部或系统的)保护的功能性胰岛是可能的。

实施例9：胰岛的包封和移植

[0187]将在邻接空间中包含柱塞的本发明的装置手动置于受试者的腹膜内空腔中，使得端口可从外部接近。在植入操作之后，在端口周围将手术位置封闭。装置保持就位两周，允许装置周围的区域发生血管化。这时，将端口连接于外部的或外部可接近的泵，所述泵递送包括VEGF在内的促血管化因子通过分配导管，以帮助血管化过程。

[0188]在经过两周之后，从得自人尸体供体的胰腺分离胰岛。将胰腺用包含胶原酶的冷HBSS浸渍。扩张的胰腺用冷的溶液消化10分钟，温热到28-32℃，然后浸没在胶原酶溶液中，随后加热到34℃。然后手动或用机器摇动胰腺约10-15分钟。将经过消化的组织用包含HSA的冷的稀释溶液稀释并且收集，以便中和酶的影响。将组织过滤，低速离心并且冲洗。使用COBE自动细胞分离器用Ficoll梯度分离胰岛细胞，然后在Miami Media #1 A中(参见，例如，Fraker等人，CellTransplant.13(5)：497-502(2004))温育24-48小时，之后进行移植。

[0189]然后将胰岛纳米包衣。将分离的胰岛悬浮在包含10％胎牛血清的介质中，然后通过离心3分钟形成团粒。然后将团粒以期望的加载浓度(v/v)与2％藻酸盐混合。然后将藻酸盐/胰岛悬浮液通过20号针挤出到1.1％CaCl₂溶液中，通过平行气流控制液滴尺寸。然后用DPBS漂洗胶囊并且置于旋转器烧瓶中，供给完全补充的RPMI介质，并将其置于37℃的加湿恒温箱内。

[0190]将泵从装置的端口断开。制造部分切口以暴露柱塞访问末端，并且从装置取出柱塞。使用连接于注射器的小的导管向以前由柱塞占据的已经血管化的空间递送纳米包衣的胰岛。将端口周围的手术位置封闭，并且将外部的或外部可接近的泵再连接于端口。将免疫调节和促存活因子通过分配导管泵送到纳米包衣的胰岛。

实施例10：植入有包括未包封的胰岛的混合装置的动物中葡萄糖水平的调节

[0191]使动物受试者(恒河猴)化学诱导为患糖尿病(例如，通过给予链脲佐菌素)。然后为动物受试者植入包括柱塞的本发明装置，如实施例9中所述，并且在血管化阶段允许其恢复两周。

[0192]如实施例9中所述分离胰岛。如实施例9中所述，制造部分切口并且从装置取出柱塞。使用与注射器连接的小的导管将分离的胰岛放置在一半动物受试者的装置中。在另一半动物受试者的装置中没有放置胰岛。在移植之后，每天监控动物的血糖水平。观察到植入有胰岛细胞的动物会表现出比没有植入胰岛细胞的动物更大的血糖水平控制。

实施例11：植入有包括微囊包封的胰岛的混合装置的动物中的葡萄糖水平调节

[0193]如实施例10中所述使动物受试者(恒河猴)患糖尿病。然后为动物受试者植入包括柱塞的本发明装置，如实施例9中所述，并且在血管化阶段允许其恢复两周。

[0194]如实施例9中所述分离胰岛细胞。一半是未包封的，一般是如下微囊包封的。将胰岛悬浮在1.4％海藻酸钠中并且置于液滴产生器中。将产生的包含胰岛的液滴在包含1.1％CaCl₂的漏斗中胶化。将得到的微胶囊用生理盐水(NS)洗涤并与0.05％聚-L-赖氨酸温育，再次用NS洗涤，与藻酸盐培养，并且用NS洗涤最后一次。

[0195]如实施例9中所述，制造部分切口并且从装置取出柱塞。使用与注射器连接的小的导管，使一半的动物受试者在装置中接受微囊包封的胰岛。另一半在装置中接受未包封的胰岛。在移植之后，每天监控动物的血糖水平。植入有包括微囊包封胰岛的装置的动物会表现出与植入包括未包封胰岛的装置的动物相比更大和更长时间的血糖水平调节。

实施例12：植入有包括纳米包衣的胰岛的混合装置的动物中的葡萄糖水平调节

[0196]如实施例10中所述使动物受试者(恒河猴)患糖尿病。如实施例9中所述，为四分之三的动物受试者植入包括柱塞的本发明装置，并且在血管化阶段允许其恢复两周。

[0197]如实施例中所述分离胰岛。将一半胰岛如实施例9中所述纳米包衣，而另一半保持未纳米包衣。

[0198]对于每个植入装置的动物受试者，制造部分切口并将柱塞从装置取出，如实施例9中所述。使用连接于注射器的小的导管，在三分之一的装置中放置纳米包衣的胰岛，在三分之一的装置中放置未纳米包衣的胰岛，在三分之一的装置中放置没有胰岛的相同体积的溶液。其余四分之一的动物受试者腹膜内注射单独的纳米包衣的胰岛，不使用装置。

[0199]在移植之后，每天监控动物的血糖水平。与其植入有胰岛或包含胰岛细胞的装置的动物会表现出与植入装置而没有胰岛细胞的动物相比更大的血糖水平调节。另外观察到在植入有包括纳米包衣的胰岛的装置的动物中会比在植入有包括未纳米包衣的胰岛的装置或植入有单独的纳米包衣的胰岛的动物中更大和时间更长的葡萄糖水平调节。

实施例13：植入有包括微囊包封或纳米包衣的胰岛的动物中的葡萄糖水平调节

[0200]如实施例10中所述使动物受试者(恒河猴)患糖尿病。然后为动物受试者植入包括柱塞的本发明装置，如实施例9中所述，并且在血管化阶段允许其恢复两周。

[0201]如实施例9中所述分离胰岛细胞，然后如实施例9中所述将三分之一纳米包衣，如实施例11所述将三分之一微囊包封，三分之一没有包封。

[0202]如实施例9中所述制造部分切口并将柱塞从装置取出。使用连接于注射器的小的导管，使三分之一的动物受试者在装置中接受纳米包衣的胰岛；三分之一接受微囊包封的胰岛；三分之一接受未包封的胰岛。在移植之后，每天监控动物的血糖水平。观察到植入有纳米包衣的胰岛的动物表现出与植入微囊包封的胰岛或未包封的胰岛的动物相比更大和更长时间的血糖水平调节。

实施例14：在有或者没有免疫抑制的情况下在植入或者没有植入包括未包封的、微囊包封的、或纳米包衣的胰岛的混合装置的动物中的葡萄糖水平调节

[0203]如实施例10中所述使动物受试者(恒河猴)患糖尿病。如实施例9中所述，为四分之三的动物受试者植入包括柱塞的本发明装置，并且在血管化阶段允许其恢复两周。

[0204]如实施例9中所述分离胰岛细胞。如实施例11中所述将三分之一微囊包封，如实施例9所述将三分之一纳米包衣，三分之一未包封。

[0205]对于每个植入装置的动物受试者，制造部分切口并将柱塞从装置取出，如实施例9中所述。使用连接于注射器的小的导管，在三分之一的装置中放置纳米包衣的胰岛，在三分之一的装置中放置微囊包封的胰岛，在三分之一的装置中放置未包封的胰岛。

[0206]将动物分配到八个组中：

1.没有包封，没有装置，没有免疫抑制

2.没有包封，没有装置，有免疫抑制

3.没有包封，有装置，没有免疫抑制

4.没有包封，有装置，有免疫抑制

5.微囊包封，有装置，没有免疫抑制

6.微囊包封，有装置，有免疫抑制

7.纳米包衣，有装置，没有免疫抑制

8.纳米包衣，有装置，有免疫抑制

免疫抑制是以西罗莫司和他克莫司的形式递送的。

[0207]在移植之后，每天监控动物的血糖水平。观察到植入有纳米包衣的胰岛的动物会表现出与植入微囊包封的胰岛或未包封的胰岛的动物相比更大的血糖水平调节。另外观察到在植入有包括纳米包衣的胰岛的装置的动物中会比在植入有包括未纳米包衣的胰岛或植入有单独的纳米包衣的胰岛的动物中具有更大和时间更长的葡萄糖水平调节。另外观察到，在未免疫抑制的动物中，在植入纳米包衣的胰岛的动物中会比在植入有微囊包封的胰岛的动物中具有更大和更长时间的葡萄糖水平调节。

实施例15：植入有包括纳米包衣的人胰岛的混合装置的人类患者中的葡萄糖水平调节

[0208]为人类糖尿病患者植入包括已经分离并且如实施例9中所示纳米包衣的胰岛的本发明装置。优选地，所述胰岛是同种异体的或同源的。

[0209]在移植之后，每天监控患者的血糖水平。观察到在植入装置之后血糖水平的调节会有所改善。

实施例16：植入有包括纳米包衣的猪胰岛的混合装置的人类患者中的葡萄糖水平调节

[0210]为人类糖尿病患者植入在邻接空间中包括柱塞的本发明的装置，如实施例9中所述。然后患者在血管化阶段恢复两周。

[0211]基本上如美国专利申请10/761,180(公布为美国专利公布US 2004/0195710)所述分离胰岛。用University of Wisconsin溶液(Dupont)灌注被麻醉的猪的胰腺，然后通过胰腺切除术将其取出。用包含1mM Trolox(一种抗氧化剂)、1.5mg/ml胶原酶和10,000单位DNA酶1的HBSS使胰管扩张。将扩张的胰腺在冰上消化30分钟，然后在37℃温育20分钟。然后将胰腺手动摇动一分钟。将经过消化的组织过滤通过网状物并且在基于CMRL的培养基中低速离心。使用COBE自动细胞分离器用Ficoll梯度分离胰岛细胞，然后在基于CMRL的介质中温育18-24小时，所述基于CMRL的介质包含5cc的链霉素/青霉素混合物(每100ml培养基)、10mM二甲基硫脲、5mM西替沃酮、2mML-NMMA、和10mM GSH。

[0212]如实施例9中所述制造部分切口并将柱塞从装置取出。使用连接于注射器的小的导管，将分离的纳米包衣的胰岛置于装置中并且将手术开口封闭。

[0213]在移植之后，每天监控患者的血糖水平。观察到在植入装置之后血糖水平的调节会有所改善。另外观察到，通过使用本发明的方法和装置可以减少患者的系统或局部的免疫抑制。

实施例17：植入有包括分泌NGF的细胞的混合装置的阿尔茨海默氏病患者的认知功能改善

[0214]为CNS递送神经生长因子(NGF)被认为可改善阿尔茨海默氏病患者的认知功能。植入分泌NGF的细胞可以提供长期的治疗利益。观察到通过本发明的方法经过纳米包衣并且加载到包含端口的装置中的细胞会比通过以前已知的方法植入的细胞存活更长久并且具有更大的治疗利益。

[0215]如实施例9中所述将释放人NGF的BHK细胞纳米包衣。然后通过导管将纳米包衣的细胞加载到本发明的装置中。将装置立体定向(stereotoxically)放置在受试者的选择的大脑的新皮层/海马区域中并且封闭装置端口周围的手术开口。所述端口连接于外部的或外部可接近的泵。通过所述端口为分配导管泵送免疫调节因子和/或促存活因子，所述分配导管将所述因子递送给纳米包衣的细胞，增强植入细胞的存活。在三到四周之后，通过例如如下的试验评价患者认知功能的改善：(1)小-精神状态检查(Folstein等人，J Psychiatr Res12：189-198(1975))；(2)面貌识别测验(Backman等人，Psychol Aging6：489-492(1991))；(3)立即和延迟(30分钟)测试的空间记忆。观察到在植入所述装置后在这种测试中的表现会有所改善。

[0216]本说明书中引用的所有出版物和专利申请都被全文并入本文作为参考，如同每个单独的出版物或专利申请被明确地和分别地表明被并入本文作为参考一样。

[0217]尽管已经参考目前认为是最实用和优选的实施方案对本发明进行了描述，但是应该理解，本发明不限于公开的实施方案，相反，意在覆盖权利要求的精神实质和范围内所包括的各种变体和等价方案。因此，在可选构造中，如上所述，所述装置可以在植入时没有柱塞，已经包含了生物材料，不提供在网状物和柱塞之间进行血管化的第一阶段，而是喷淋系统来为所植入的生物材料提供例如营养素和生长因子，同时通过递送因子例如血管生成因子而有利于血管化。

Claims (106)

1.用于接受所植入的生物材料的装置，包括限定了邻接空间的机械保护性表面和用于为植入在装置中的材料局部递送介质的系统。

2.权利要求1的装置，其中所述系统包括流体或缓慢/持续释放组件。

3.权利要求2的装置，其中所述系统另外包括用于所述介质的泵或储库，其操作上与所述流体或缓慢/持续释放组件连接。

4.权利要求3的装置，其中所述系统另外包括至少一个微穿孔的介质分配导管，用于在邻接空间中和/或其周围分配介质。

5.权利要求1-4中任一项的装置，另外包括被放置在装置的邻接空间中的柱塞元件，并且其在沉积生物材料之前是可取出的。

6.权利要求5的装置，其中所述柱塞元件材料包括：

(a)塑性材料；

(b)或

或

(c)可降解的生物相容的材料，其可以是生血管的。

7.权利要求1-5中任一项的装置，其中所述邻接空间由所述机械保护性表面完全包封。

8.权利要求1-5中任一项的装置，其中所述邻接空间由所述机械保护性表面不完全地包封。

9.权利要求1-5中任一项的装置，其中所述邻接空间完全包围所述机械保护性表面。

10.权利要求1-5中任一项的装置，其中所述邻接空间不完全地包围所述机械保护性表面。

11.权利要求1-5中任一项的装置，其中在将所述装置植入在患者中时，所述泵或储库在患者外部或可从外部接近。

12.权利要求1-5中任一项的装置，其中所述泵或储库在患者内部。

13.权利要求1-5中任一项的装置，其中所述装置另外包括系绳，以便于操作和/或从患者取回所述装置。

14.权利要求1-5中任一项的装置，其中所述装置是圆柱状的。

15.权利要求14的装置，其中所述装置是圆柱状网状笼或圆柱状网状笼的基体或组件。

16.权利要求1-5中任一项的装置，其中所述装置不是圆柱状的。

17.权利要求16的装置，其中所述装置为：

(a)瓶形的；

(b)盘管形的；

(c)硬币形的；或

(d)海绵样的网状物。

18.权利要求14-17中任一项的装置，其中所述装置在沉积生物材料之前新血管化。

19.权利要求中任一项的装置，其中所述生物材料被包封起来。

20.权利要求中任一项的装置，其中所述生物材料被纳米包衣。

21.权利要求1-5中任一项的装置，其中所述介质包括一种或多种免疫抑制剂/免疫调节剂。

22.权利要求1-5中任一项的装置，其中所述介质包括一种或多种促存活因子。

23.权利要求21或22的装置，其中所述因子是以下的一种或多种：用于血管化的试剂；抗炎药；细胞保护剂/抗凋亡剂；诱导耐受性的试剂；免疫抑制剂；生长因子；和产生氧、释放氧、和增强氧转运的产品。

24.权利要求23的装置，其中用于血管化的试剂包括VEGF.

25.权利要求23的装置，其中所述因子包括选自以下的抗炎药：oATP、抗-TNF-α、利索茶碱、白细胞介素-10(IL-10)、α1-抗胰蛋白酶(AAT)、己酮可可碱、皮质类固醇、COX-2抑制剂、和TGF-β。

26.权利要求23的装置，其中所述抗炎药为oATP或包括oATP。

27.权利要求23的装置，其中所述诱导耐受性的试剂包括选自以下的一种或多种试剂：Power-Mix、IL-1、IL-10融合体、共刺激阻滞剂、涉及为淋巴细胞递送信号的粘附分子和其它分子；EBNA样分子、IL-35-、IL 12-、和IL12-受体靶向抗体和适配体、抗IL-17抗体、抗-IL-17受体抗体和适配体、和抗-IL-6抗体和IL-6受体抗体和适配体。

28.权利要求23的装置，其中所述免疫抑制剂包括选自以下活化信号抑制剂的一种或多种：糖皮质激素、钙神经素、蛋白激酶C抑制剂、增殖信号抑制剂、核苷酸合成抑制剂、淋巴细胞通道抑制剂、和细胞表面受体活化抑制剂。

29.权利要求23的装置，其中所述生长因子包括选自以下的一种或多种：IGF-I、IGF-II、INGAP，exendin-4、GLP-I和HGF。

31.权利要求1-5中任一项的装置，其中所述生物材料不是细胞。

32.权利要求1-5中任一项的装置，其中所述生物材料在被植入到患者中时能够递送治疗效果，其中所述治疗效果包括调节血液中的胰岛素或葡萄糖水平。

33.权利要求1-5中任一项的装置，其中所述生物材料通过提供一种或多种可扩散的治疗因子来递送一种或多种治疗效果。

34.权利要求33的装置，其中所述一种或多种治疗因子包括以下的一种或多种：胰岛素、胰高血糖素、红细胞生成素、因子VIII、因子IX、血红蛋白、白蛋白、神经递质、生长因子、疼痛抑制剂、激素、免疫调节剂、神经调质、淋巴细胞活素、细胞因子、辅助因子、抗体、酶、和适配体。

35.权利要求34的装置，其中一种因子是选自以下的神经递质：多巴胺、γ-氨基丁酸(GABA)、谷氨酸、血清素、去甲肾上腺素、肾上腺素和乙酰胆碱。

36.权利要求34的装置，其中一种因子是选自以下的生长因子：神经生长因子(NGF)、脑产生的神经营养因子(BDNF)、神经营养蛋白-3(NT-3)、神经营养蛋白4/5(NT-4/5)、睫状神经营养因子(CNTF)、胶质细胞系来源的神经营养因子(GDNF)、胆碱能分化因子/白血病抑制因子(CDF/LIF)、表皮生长因子(EGF)、胰岛素样生长因子(IGF)、成纤维细胞生长因子(FGF)和血小板衍生生长因子(PDGF)。

37.权利要求34的装置，其中所述一种或多种因子是选自以下的疼痛抑制剂：P物质、儿茶酚胺、强啡肽、内啡肽和脑啡肽。

38.权利要求34的装置，其中所述一种或多种因子是选自以下的激素：甲状旁腺激素和生长激素。

39.权利要求34的装置，其中所述一种或多种因子是粒细胞巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)。

40.权利要求34的装置，其中所述一种或多种因子具有胰岛素调节活性。

41.权利要求34的装置，其中所述一种或多种因子具有胰岛素样活性。

42.权利要求34的装置，其中一种因子是胰岛素。

43.权利要求34的装置，其中一种因子是胰岛素的前体。

44.权利要求34的装置，其中一种因子是胰岛素原、前胰岛素原、或可分裂的胰岛素前体。

45.权利要求1-5中任一项的装置，其中所述生物材料通过提供一种或多种治疗因子的激动剂、类似物、衍生物、嵌合体、融合体、或片段来递送一种或多种治疗效果。

46.权利要求1-5中任一项的装置，其中所述生物材料通过提供胰岛素的激动剂、类似物、衍生物、嵌合体、融合体、或片段来递送一种或多种治疗效果。

47.权利要求1-5中任一项的装置，其中所述生物材料递送治疗效果而不分泌可扩散的因子。

48.权利要求47的装置，其中所述生物材料包括激活所述治疗效果的酶活性。

49.权利要求47的装置，其中所述生物材料代谢、吸收或螯合有害物质。

50.权利要求47的装置，其中所述治疗效果来源于与生物材料连接的因子。

51.权利要求47的装置，其中所述治疗效果来源于与细胞表面连接的因子。

52.权利要求1-5中任一项的装置，其中所述生物材料递送治疗效果而不经过基因修饰。

53.权利要求1-5中任一项的装置，其中所述生物材料经过遗传工程处理以递送治疗效果。

54.权利要求53的装置，其中所述生物材料包括遗传工程处理的细胞。

55.权利要求1-5中任一项的装置，其中所述生物材料是包括以下一种或多种细胞型的组合物：自体细胞、异种细胞、同源细胞、同种异体细胞、和异基因细胞、

56.权利要求1-5中任一项的装置，其中所述生物材料是哺乳动物。

57.权利要求1-5中任一项的装置，其中所述生物材料是人源的。

58.权利要求1-5中任一项的装置，其中所述生物材料不是人源的。

59.权利要求1-5中任一项的装置，其中所述生物材料是包括异基因细胞的组合物。

60.权利要求1-5中任一项的装置，其中所述生物材料包括得自人类尸体供体的细胞。

61.权利要求1-5中任一项的装置，其中所述生物材料包括衍生自干细胞的细胞。

62.权利要求61的装置，其中所述细胞来源于以下的一种或多种：脐带血、羊水、月经血、胎盘、脐带胶样组织、和细胞滋养细胞。

63.权利要求61的装置，其中所述干细胞是胚胎来源的。

64.权利要求61的装置，其中所述干细胞是成年人来源的。

65.权利要求61的装置，其中所述干细胞是全能的、多向性的、或多能的。

66.权利要求61的装置，其中所述干细胞是分化的。

67.权利要求1-5中任一项的装置，其中所述生物材料包括选自以下的一种或多种细胞型：胰岛细胞、肝细胞、内分泌细胞、免疫系统细胞、骨髓细胞、甲状腺细胞、肥大细胞、真皮细胞、神经系统细胞和皮肤细胞。

68.权利要求1-5中任一项的装置，其中所述生物材料包括胰岛细胞。

69.权利要求54-68种任一项的装置，其中所述生物材料包括经过适应处理的细胞。

70.权利要求1-5中任一项的装置，其中所述生物材料与辅助细胞一起植入，所述辅助细胞有助于所植入的生物材料递送治疗效果。

71.权利要求70的装置，其中所述辅助细胞包括选自以下的一种或多种细胞型：Sertoli细胞、间充质和骨髓来源的细胞、调节性T细胞T_reg、内皮祖细胞和干细胞。

72.权利要求70的装置，其中所述辅助细胞包括Sertoli细胞。

73.权利要求1-5中任一项的装置，其中生物材料的一些或全部被包封起来。

74.权利要求1-5中任一项的装置，其中生物材料的一些或全部被包封在生物相容性材料中。

75.权利要求74的装置，其中所述生物相容性材料包括聚(乙二醇)(PEG)或者由其组成。

76.权利要求74的装置，其中所述生物相容性材料包括或者由其组成。

77.权利要求74的装置，其中所述生物相容性材料包括藻酸盐或者由其组成。

78.权利要求74-77中任一项的装置，其中所述生物相容性材料经过化学修饰。

79.权利要求78的装置，其中所述生物相容的基质材料包括有助于生物材料的定居、维持、或长期存活和功能的因子。

80.权利要求78的装置，其中所述生物相容的基质材料包括抗炎因子。

81.权利要求80的装置，其中至少一种抗炎因子包括以下的一种或多种：oATP、皮质类固醇、利索茶碱、白细胞介素-1受体拮抗剂肽(IRAP)、白细胞介素-10(IL-10)、α1-抗胰蛋白酶(AAT)、TGF-β、IL-I的抗体、干扰素-γ、TNF-α、抗-组织因子、和补体抑制物。

82.权利要求80的装置，其中所述至少一种抗炎因子包括oATP。

83.权利要求78的装置，其中所述生物相容性材料包括细胞外基质因子。

84.权利要求83的装置，其中所述胞外基质因子包括以下的一种或多种：I或IV型胶原、层粘连蛋白、粘连蛋白、和精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸肽。

85.权利要求73的装置，其中所述生物材料是宏观包封的或微囊包封的。

86.权利要求30或54-85中任一项的装置，其中所述生物材料经历高压氧疗法。

87.权利要求73的装置，其中所述生物材料被包封在连接的挤出胶囊中。

88.权利要求73的装置，其中所述生物材料被纳米包封。

89.权利要求88的装置，其中所述生物材料被纳米包衣。

90.权利要求89的装置，其中所述生物材料用以下的一种或多种进行纳米包衣：聚(乙二醇)(PEG)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯基吡硌烷酮(PVP)、聚乙基噁唑啉(poly(thyloxazoline)，PEOX)、聚氨基酸、聚糖、和蛋白质。

91.权利要求90的装置，其中所述聚糖包括以下的一种或多种：藻酸盐、透明质酸、硫酸软骨素、右旋糖酐、葡聚糖硫酸酯、肝素、硫酸肝素、硫酸乙酰肝素、脱乙酰壳多糖、胞外多糖胶、黄原胶、胍尔豆胶、水溶性纤维素衍生物和角叉菜胶。

92.权利要求90的装置，其中所述蛋白质包括以下的一种或多种：明胶、胶原和白蛋白。

93.权利要求89的装置，其中所述生物相容的基质材料包括以下物质或由以下物质组成：聚(乙二醇)(PEG)、或藻酸盐。

94.在患者中植入生物材料的方法，包括植入权利要求1-93中任一项的装置的步骤。

95.在患者中植入生物材料的方法，包括植入权利要求1-5中任一项的装置，其中在植入所述装置的手术操作之后进行的手术操作中将所述生物材料放置在装置中。

96.通过两步骤操作在患者中植入生物材料的方法，包括(1)植入装置，所述装置包括限定邻接空间的机械保护性表面、和包括流体或缓慢的/持续释放组件的用于局部递送介质的系统，并且另外在邻接空间中包括柱塞元件；允许组织向内生长到装置的邻接空间中和/或其周围，(2)取出柱塞元件并且将生物材料沉积到由所述柱塞元件腾出的空间中，和选择性地在邻接空间中和/或其周围递送介质。

97.权利要求96的方法，其中用于局部递送介质的所述系统另外包括用于所述介质的泵或储库，其操作上与所述流体或缓慢/持续释放组件连接。

98.权利要求97的方法，其中用于局部递送介质的系统另外包括至少一个微穿孔的介质分配导管，用于在邻接空间中和/或其周围分配介质。

99.通过两步骤操作在患者中植入生物材料的方法，包括：(1)植入装置，所述装置包括限定邻接空间的机械保护性表面、包括流体或缓慢的/持续释放组件的用于局部递送介质的系统、操作上与所述流体或缓慢的/持续释放组件连接的用于所述介质的泵或储库，其中用于局部递送介质的系统另外包括至少一个微穿孔的介质分配导管，用于在邻接空间中和/或其周围分配介质，并且另外在邻接空间中包括柱塞元件；和允许组织向内生长到装置的邻接空间中和/或其周围，(2)取出柱塞元件并且将生物材料沉积到由所述柱塞元件腾出的空间中，和选择性地在邻接空间中和/或其周围递送介质。

100.在患者中植入生物材料的方法，包括植入权利要求1-5中任一项的装置，其中在植入所述装置的同一手术操作中将所述生物材料放置在装置中。

101.通过单步骤操作在患者中植入生物材料的方法，包括：植入装置，所述装置包括限定邻接空间的机械保护性表面，和用于局部递送介质的系统，所述系统包括流体或缓慢/持续释放组件，其中所述邻接空间包括生物材料。

102.权利要求101的方法，其中用于局部递送介质的所述系统另外包括用于所述介质的泵或储库，其操作上与所述流体或缓慢/持续释放组件连接。

103.权利要求102的方法，其中用于局部递送介质的系统另外包括至少一个微穿孔的介质分配导管，用于在邻接空间中和/或其周围分配介质。

104.权利要求94-103中任一项的方法，其中所述介质包括免疫抑制和/或免疫调节因子。

105.权利要求104的方法，其中所述免疫抑制因子和/或免疫调节因子诱导患者对移植物的耐受。

106.权利要求105的方法，其中在患者中诱导耐受性之后减少免疫抑制和/或免疫调节因子的递送。

107.权利要求96或101的方法，其中植入位置是网膜内、皮下、腹膜内、肌肉内、或肾包膜下。

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