CN102596273A - 用于细胞移植的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明描述了在宿主机体中移植细胞的设备和方法。所述设备包含允许血管和结缔组织向内生长的多孔支架、设置用于置于多孔支架中的塞子或塞子系统和设置成包围多孔支架中的邻近开口的密封装置。所述设备还可包含用于将细胞递送到多孔支架中的细胞递送设备。所述细胞移植方法包括两步过程。在宿主机体中孵育所述设备以在位于多孔支架中的塞子周围形成血管化胶原基质。然后使塞子从多孔支架缩回，并将细胞递送至在多孔支架中创建的血管化空间中。

Description

用于细胞移植的方法和设备

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年8月28日提交的美国临时申请61/238,011的优先权，将其全部内容通过引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及细胞疗法的领域，更具体地，涉及将细胞移植到宿主机体中的方法和设备。

背景技术

近来在细胞疗法领域中的发现为在具有关键的未满足的医疗需要的疾病区域中使用细胞移植提供了新的机会。目前，对于许多后天的和先天的病症如糖尿病或帕金森病没有充分有效的药物疗法，其由产生对于生理功能的控制而言必需的生物分子的细胞的缺失或损坏所导致。细胞疗法期待用供体细胞或干细胞替代缺失或损坏的细胞以改善受损的生理功能。例如，胰岛(islets of Langerhans)细胞的移植将提供恢复胰岛素依赖性糖尿病患者中的糖控制的方法。类似地，多巴胺能神经元或神经干细胞的移植已成为帕金森病的有前途的基于细胞的疗法。

在细胞疗法应用中的主要限制因素是在难于将细胞移植到宿主组织中并难于确保在宿主中移植的细胞继续起作用而不引出免疫响应或导致其它有害副作用。已经尝试将治疗细胞直接给药至宿主机体中，例如，在血管系统中或通过植入在器官或组织中。然而，在直接细胞移植的情况下，患者需要维持终身免疫抑制治疗，而免疫抑制药物能够对宿主和植入的细胞导致毒性。另外，将细胞直接暴露于血液可导致即发型血液介导的炎症反应(IBMIR)，其引发凝血连锁并可破坏大部分移植的细胞。而且，细胞可堆积在微血管中并导致血管的堵塞和血栓形成，其可导致抑制细胞的功能损失和对局部组织的损害。

另一个治疗方法是使用设备来递送细胞，所述设备为细胞提供在生物上适合的环境以驻留在宿主机体中。对这种方法的主要挑战是，为了滋养细胞和为细胞的长期存活，在设备中维持最佳环境的血管向设备中的渗入很差。在不存在立即血管化环境的情况下，移植的细胞不能得到足够的氧或容易地排除废物，以及可迅速死亡或由于缺血或低氧的影响而受损。而且，甚至在一些血管在初期生长的情况中，这些血管不可维持。另外，机体的天然炎性级联反应也可导致细胞的死亡或损害。这种方法遇到的一些其它的困难包括设备的过度结疤和/或堵塞壁缝(excessive scarring and/or walling off of thedevice)、设备材料与生物环境不相容、在图像化设备和植入环境中的困难、影响细胞的生物功能的设备的不合适的尺寸、不能为持续的疗效加载适当数目的细胞和当需要置换时难于除去设备。而且，设备构造不可顺应机体的外部轮廓，其可导致设备的异常突出，从而使得设备从美学的角度不被患者接受。

发明内容

因此，仍需要寻找用于成功移植治疗细胞的有效技术。本发明提供了用于递送细胞和在体内长时间维持细胞的方法和设备，同时减轻许多与基于现有设备的细胞治疗方法相关的问题。

在本发明的一个方面，提供了在宿主机体中移植细胞的设备。所述设备包括多孔支架，所述多孔支架包括至少一个具有近端和远端的腔室，和至少一个设置成位于至少一个腔室中的可移动塞子。多孔支架包含具有孔的网，设定网孔尺寸，以促进血管和结缔组织向至少一个腔室中的生长。在一些实施方案中，多孔支架包含聚丙烯网。

本发明的另一个实施方案是在宿主机体中植入细胞的设备，其中所述设备包括多孔支架，所述多孔支架包括一个或多个具有近端和远端的腔室，和在近端和远端中的任一端或两端的开口。所述多孔支架包含孔，设定所述孔的尺寸，以促进血管和结缔组织向一个或多个腔室中的生长。所述设备还包括一个或多个二塞子系统，所述二塞子系统包含设置成位于一个或多个腔室中的外部塞子，和设置成位于外部塞子中的内部塞子。另外，所述设备包含至少一个密封装置，设置成包围腔室中的塞子系统和包围在腔室近端和远端中的任一端或两端的开口。

在本发明的另一方面，提供了在宿主机体中移植细胞的方法。所述方法包括在宿主机体中植入用于保持细胞的设备的步骤，其中所述设备包含多孔支架，所述多孔支架包含至少一个具有近端和远端的腔室。所述多孔支架包含具有孔的网，设定所述孔的尺寸，以促进血管和结缔组织向至少一个腔室中的生长。在一些实施方案中，所述多孔支架包含聚丙烯网。所述设备还包含至少一个塞子，设置成位于至少一个腔室中，以及所述至少一个腔室在近端和远端中的任一端或两端包含开口。所述方法包括以下步骤：在植入设备后，关闭在腔室近端和远端中的任一端或两端的开口。所述方法还包括在宿主机体中维持所述设备直到多孔支架被血管和结缔组织渗透，通过外科切口到达所述设备，重新打开腔室近端和远端中的任一端或两端，从腔室取出塞子以在包在血管化胶原基质中的多孔支架中创建空间，将细胞制品(cellpreparation)递送到血管化空间中，并重新关闭在腔室近端和远端中的任一端或两端的开口。

在另一可选实施方案中，在宿主机体中植入细胞的方法在宿主机体中提供用于保持细胞的可植入设备，其中所述可植入设备包括具有孔的多孔支架，设定所述孔的尺寸，以促进血管和结缔组织向多孔支架中的生长，至少一个二塞子系统，设置成位于多孔支架内。可植入设备的多孔支架包含至少一个腔室，所述腔室在腔室近端和远端中的任一端或两端具有开口。所述设备包含密封装置，以包围在至少一个腔室的近端和远端中的任一端或两端的开口。可植入设备的至少一个塞子系统包含外部塞子，设置成位于至少一个腔室中，和内部塞子，设置成位于外部塞子中。所述方法还包括以下步骤：在宿主机体中植入设备，在宿主机体中维持设备直到所述设备被血管和结缔组织渗透，并提供细胞递送设备，所述细胞递送设备包含至少一个装有细胞制品的细胞输注管，其中所述细胞输注管设置成位于至少一个塞子系统的外部塞子中。另外，所述方法包括通过外科切口到达植入的设备和打开设备的在近端和远端中的任一端或两端的密封装置，从塞子系统收回内部塞子，将细胞输注管插入到外部塞子中，从至少一个腔室收回外部塞子并同时用细胞制品输注腔室，并重新关闭密封装置。应理解的是，前述的一般描述和下面的详细描述仅为示例性的和解释性的，以及不限制由权利要求限定的本发明。

本发明的另一方面提供细胞移植设备，所述细胞移植设备包含具有孔的多孔支架，设定所述孔的尺寸，以促进血管和结缔组织向包含至少一个腔室并优选2-12个腔室的多孔支架中的生长，其中所述多孔支架涂有可生物相容的可生物降解的材料，该材料设计成临时填充支架的孔。在某些实施方案中，所述多孔支架包含聚丙烯网。适合的可生物相容的可生物降解的材料包括例如胶原、纤连蛋白、细胞外基质蛋白和膜细胞骨架蛋白。本发明还提供了将细胞移植到宿主机体中的方法，所述方法包括植入移植设备，所述移植设备包含具有孔的多孔支架，设定所述孔的尺寸，以促进血管和结缔组织向包含至少一个腔室并优选2-12个腔室的多孔支架中的生长，其中所述多孔支架涂有临时填充支架的孔的可生物相容的可生物降解的材料，以及其中所述至少一个腔室填充有待移植的细胞，并密封腔室。

附图(其结合并构成说明书的一部分)与描述一起说明本发明的方法和实施方案。

附图说明

图1A-1E示出与本发明一致的单室细胞移植设备的各种实施方案；

图1F示出与本发明一致的多室细胞移植设备的实施方案；

图2A-2D示出可用于形成与本发明一致的细胞移植设备的各种网构造；

图3A示出根据本发明实施方案的细胞移植设备；

图3B示出图1A的细胞移植设备的部件；

图4示出与本发明实施方案一致的细胞移植设备的多孔支架；

图5A示出与本发明实施方案一致的细胞移植设备的密封装置；

图5B是图3A中示出的密封装置的横截面图；

图6A示出与本发明实施方案一致的细胞移植设备的两部分塞子系统的多个外部塞子；

图6B是图5A中示出的外部塞子的横截面图；

图6C是在植入宿主机体之前塞子系统和单一多孔支架组合件的横截面图；

图6D是图4C中示出的组合件在宿主机体中孵育后的横截面图；

图6E是植入宿主机体中的多孔支架在除去塞子系统后的横截面图；

图7示出与本发明实施方案一致的细胞移植设备的两部分塞子系统的多个内部塞子；

图8示出将细胞包围在与本发明实施方案一致的细胞移植设备的血管化腔室中的密封装置；

图9A示出将细胞递送至与本发明实施方案一致的细胞移植设备的设备；

图9B示出在图8A中示出的递送设备的细胞输注机构；

图9C示出在图8A-8B中示出的递送设备的细胞输注机构的另外步骤；

图10是示出根据本发明的细胞移植方法的步骤的流程图；

图11A-11D示出根据本发明的细胞输注操作的某些步骤的示意性纵览；

图12A示出在腹膜内植入细胞移植设备后血糖测量的线图，如实施例1中所述；

图12B示出在皮下植入细胞移植设备后血糖测量的线图，如实施例1中所述；

图12C示出在移植有胰岛细胞的路易鼠中在移植后40天时，在移植后80天时和在除去设备(在移植后110天时)后的IVGTT应答的线图，如实施例1中所述；

图12D示出在移植有胰岛细胞的路易鼠中响应于葡萄糖激发的胰岛素水平的线图，如实施例1中所述；

图13A示出在植入设备的腔室中的胰岛素的组织学染色，如实施例2中所述；

图13B示出在植入设备的腔室中血管化(微脉管系统)的组织学染色，如实施例2中所述；

图14是对四个与本发明实施方案一致的细胞移植设备计算的平均胶原厚度和总血管/cm²的表，如实施例3中所述；

图15A示出在植入后的2，4和8周后组织结合进细胞移植设备中，如实施例3中所述；

图15B示出在细胞移植之前在植入设备的各个边缘处的血管形成，如实施例3中所述；

图16示出由成熟和未成熟胰岛产生的胰岛素水平的棒图，如实施例4中所述；

图17A示出在植入设备的腔室中的胰岛素和微脉管系统的组织学染色，如实施例4中所述；

图17B示出在细胞移植后在植入设备的腔室中的微脉管系统的组织学染色，如实施例4中所述；

图18示出在胰岛自体移植物移植后血糖水平的线图，如实施例4中所述；

图19A示出在移植有胰岛细胞的Yorkshire-Landrace猪中响应于葡萄糖激发的绝对血糖水平的线图，如实施例4中所述；

图19B示出在移植有胰岛细胞的Yorkshire-Landrace猪中响应于葡萄糖激发的血糖水平的曲线下面积(AUC)的棒图，如实施例4中所述；

图19C示出在移植有胰岛细胞的Yorkshire-Landrace猪中响应于葡萄糖激发的C肽水平折线变化(fold change)的线图，如实施例4中所述。

具体实施方式

现在将详细提及本发明实施方案，其实例在附图中示出。尽可能地，在全部图中将使用相同的标号表示相同或相似的构件。在全部公开中，术语细胞输注和细胞移植可互换使用。

提供了用于在体内容纳治疗细胞的细胞移植设备。在一个示例性实施方案中，细胞移植设备包含至少一个多孔支架，所述多孔支架中包含腔室并在支架近端和远端中的任一端或两端具有开口，和至少一个设置成安放在腔室中的塞子。将在腔室的一端或两端的开口设定尺寸，使得塞子能够从腔室插入和缩回。在一个实施方案中，至少一个多孔支架为管状，以及至少一个塞子为圆柱状和沿着至少一个多孔支架的空腔伸展。在一些实施方案中，所述多孔支架仅在近端开口。在一个这种实施方案中，管状多孔支架的远端包含圆形或平底的表面。在另一个实施方案中，在多孔支架远端的边缘渐缩并彼此接触以密封该远端。

在另一个示例性实施方案中，细胞移植设备包含多孔支架，所述多孔支架包含具有近端和远端的一个或多个腔室。所述一个或多个腔室在近端包含开口。所述设备还包含一个或多个塞子系统，所述塞子系统包含外部塞子，设置成位于一个或多个腔室中，和内部塞子，设置成位于外部塞子中。另外，所述设备包含至少一个密封装置，设置成包围腔室中的塞子系统和密封腔室近端的开口。

多孔支架由应该在体内仅引出温和炎症应答的可生物相容的材料形成。所述温和炎症组分刺激血管发生并促进血管化胶原基质向设备中的结合，但是不在设备周围导致严重炎症。这种可生物相容的材料的实例是聚丙烯。在示例性实施方案中，所述多孔支架包含织造(woven)聚丙烯网，其具有足够刚度以促进设备制造。也选择聚丙烯网以允许微血管进入设备并维持为结实健康的血管，这对于注入设备中的治疗细胞的存活和正常功能性是重要的。

通过促进血管化组织向设备中的受调节的生长，多孔支架防止设备被疤痕组织包住。向内生长的组织也稳定化植入物并防止设备在原位的不慎运动。另外，在一些实施方案中，所述多孔支架涂有生物药物或非生物药物以刺激组织结合和血管发生，例如，生长因子。可将设备用聚合物-药物制剂或其它已知技术浸涂以将涂层施用至设备。刺激组织结合和血管发生的生物药物或非生物药物的实例包括但不限于：VEGF(血管内皮生长因子)、PDGF(血小板源性生长因子)、FGF-1(成纤维细胞生长因子)、NRP-1(跨膜蛋白-1)、Ang-1、Ang2(血管生成素1，2)、TGF-β、内皮因子、MCP-1、αvβ3、αvβ5、CD-31、VE-钙粘着蛋白、肝配蛋白(ephrin)、纤溶酶原激活剂、血管生成素、Del-1、aFGF(酸性成纤维细胞生长因子)、vFGF(碱性成纤维细胞生长因子)、滤泡抑素、G-CSF(粒细胞集落刺激因子)、HGF(肝细胞生长因子)、II-8(白细胞介素-8)、瘦蛋白、肝素结合细胞因子、胎盘生长因子、PD-ECGF(血小板源内皮生长因子)、PTN(多效蛋白)、颗粒体蛋白前体(progranulin)、增殖蛋白、TGF-α和TNF-α。

在一些实施方案中，将所述多孔支架的外表面粗糙化以刺激组织进入。在某些实施方案中，多孔支架包含各种药物洗脱聚合物涂层(drug-elutingpolymer coatings)。在其它实施方案中，多孔支架可涂有不含药物的可生物降解的或不可生物降解的聚合物。支架可部分地或完全地涂有聚合物。可用于涂覆和/或药物洗脱的代表性聚合物包括但不限于：甲基丙烯酸酯聚合物、聚乙烯亚胺和硫酸葡聚糖、聚(乙烯基硅氧烷)-共聚-聚乙烯亚胺(poly(vinylsiloxane)e copolymer epolyethyleneimine)、磷酰胆碱、聚(甲基丙烯酸乙酯)、聚氨酯、聚(乙二醇)、聚(乳酸-乙醇酸)(poly(lactic-glycolic acid))、羟基磷灰石(hydroxyapetite)、聚(乳酸)、聚羟基戊酸酯(polyhydroxyvalerte)和共聚物、聚羟基丁酸酯(polyhydroxybutyrate)和共聚物、聚己酸内酯、聚对二氧杂环己酮(polydiaxanone)、聚酐、聚氰基丙烯酸酯(polycyanocrylates)、聚(氨基酸)、聚(原酸酯)、聚酯、胶原、明胶、纤维素聚合物、壳聚糖和藻酸盐或酯(alginates)或其组合。可用于涂覆支架的另外的实例包括但不限于：胶原、纤连蛋白、细胞外基质蛋白、纽蛋白、琼脂和琼脂糖。应理解的是，可使用各种聚合物的混合物。

关于药物洗脱，在一些说明性实施方案中，多孔支架包含抗生素涂层以将感染最小化。代表性抗生素包括但不限于：氨苄西林(ampicillin)、四环素(tetracycline)、萘夫西林(nafcillin)、苯唑西林(oxacillin)、氯唑西林(cloxacillin)、双氯西林(dicloxacillin)、氟氯西林(flucloxacillin)、万古霉素(vancomycin)、卡那霉素(kanamycin)、庆大霉素(gentamicin)、链霉素(streptomycin)、克林霉素(clindamycin)、甲氧苄氨嘧啶-磺胺甲基异噁唑(trimethoprim-sulfamethoxazole)、利奈唑胺(linezolid)、替考拉宁(teicoplanin)、红霉素(erythromycin)、环丙沙星(ciprofloxacin)、利福平(rifampin)、青霉素(penicillin)、阿莫西林(amoxicillin)、磺胺(sulfonamides)、萘啶酸(nalidixic acid)、诺氟沙星(norfloxacin)、环丙沙星、氧氟沙星(ofloxacin)、司帕沙星(sparfloxacin)、洛美沙星(lomefloxacin)、氟罗沙星(fleroxacin)、培氟沙星(pefloxacin)、氨氟沙星(amifloxacin)、5-氟尿嘧啶(5-fluorouracil)、氯霉素(chloramphenicol)、多粘菌素(polymyxin)、丝裂霉素(mitomycin)、氯喹(chloroquin)、新生霉素(novobiocin)、硝基咪唑(nitroimadazole)。在另一个实施方案中，多孔支架包含杀菌剂。代表性杀菌剂包括但不限于：苯扎氯铵(chlorohexidine chloride)、葡糖酸氯己定(chlorohexidine gluconate)、山梨酸及其盐、硫柳汞(thimerosal)、三氯叔丁醇(chlorobutanol)、苯乙醇(phenethylalcohol)和对羟基苯甲酸盐(p-hydroxybenzoate)。

在一些其它实施方案中，细胞移植设备的一部分涂有抗纤维化药物以抑制纤维组织包封。代表性抗纤维化药物包括但不限于：紫杉酚(paclitaxel)、依维莫司(everolimus)、他罗利姆(tacrolimus)、雷帕霉素(rapamycin)、氢溴酸卤夫酮(halofuginone hydrobromide)、考布他汀(combretastatin)及其类似物和衍生物(例如考布他汀A-1、A-2、A-3、A-4、A-5、A-6、B-1、B-2、B-3、B-4、D-1、D-2，和磷酸考布他汀A-4(Oxigene))、多西紫杉醇(docetaxel)、长春碱(vinblastine)、长春新碱(vincristine)、硫酸长春新碱、长春地辛(vindesine)和长春瑞滨(vinorelbine)、喜树碱(camptothecin)、托泊替坎(topotecan)、伊立替康(irinotecan)、依托泊甙(etoposide)或替尼泊甙(teniposide)、安曲霉素(anthramycin)、米托蒽醌(mitoxantrone)、美诺立尔(menogaril)、诺拉霉素(nogalamycin)、阿克拉霉素A(aclacinomycin A)、橄榄霉素A(olivomycin A)、色霉素A₃(chromomycin A₃)和普利霉素(plicamycin)、甲氨蝶呤(methotrexate)、依达曲沙(edatrexate)、三甲曲沙(trimetrexate)、雷替曲塞(raltitrexed)、吡曲克辛(piritrexim)、二甲叶酸(denopterin)、拓优得(tomudex)、蝶罗呤(pteropterin)及其衍生物和类似物。在一些实施方案中，所述细胞移植设备也可包含聚甲基丙烯酸甲酯或骨水泥(bone cement)或其它类型的氰基丙烯酸酯(cyanoacrylates)。

在一些实施方案中，所述多孔支架由允许使用例如MRIs、fMRIs、CT扫描、X-射线、超声、PET扫描等图像化植入设备的材料形成。在一个这种实施方案中，所述多孔支架包含在免疫上可相容并允许图像化新血管化组织的聚合物网(例如，聚丙烯、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氨酯、聚酯、蚕丝(silk)网等)。在另一个实施方案中，多孔支架包含材料的组合。在一个这种实施方案中，多孔支架包含交织聚丙烯和蚕丝束。

选择支架材料的孔尺寸以促进在多孔支架腔室中的组织结合和血管化。在一些实施方案中，所述孔尺寸可为约50nm-5mm。在一个示例性实施方案中，多孔支架包含具有0.53mm孔直径的织造聚丙烯网。

在一些实施方案中，选择所述孔尺寸以阻止免疫细胞或免疫药物渗透植入设备。在一些其它实施方案中，孔尺寸不一定需要阻止免疫细胞或免疫药物渗透设备。例如，当设备用于移植细胞组合时，该细胞组合包含可为共移植细胞提供免疫保护的免疫保护细胞(例如塞托利(Sertoli)细胞、间充质干细胞(mesenchymal stem cells)等)，就属于这种情况。例如，当设备用于移植同系细胞或源自接受移植的患者的细胞时，也属于这种情况。

将细胞移植设备的塞子或塞子系统设置成适合所述多孔支架的腔室。塞子或塞子系统可包含抑制生物组织向塞子或塞子系统内生长的无孔材料(例如，聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯等)。塞子或塞子系统可为中空或实心结构。然而，如果使用中空塞子，应该小心，以防止当将设备植入宿主组织时胶原或任何其它生物材料渗入到塞子的空腔中。下面更详细地讨论塞子系统。

在一些实施方案中，所述塞子或塞子系统的近端与密封装置连接。在这种实施方案中，将密封装置设置成当塞子或塞子系统完全插入到所述多孔支架的腔室时关闭腔室的邻近开口。将密封装置安排成将塞子或塞子系统保持在多孔支架中的适当位置。在另一个实施方案中，使密封装置与塞子或塞子系统分离。在又一实施方案中，使密封装置与所述多孔支架连接。此外，在一些示例性实施方案中，使用外科缝线(surgical sutures)和/或血管夹(vascularclips)关闭腔室的近端，而不使用单独的密封装置(separate seal)。

当植入在宿主机体中时，所述设备的多孔支架促进血管和结缔组织的向内生长，使得容纳在支架中的塞子或塞子系统包封在血管化组织基质中。当从所述多孔支架除去塞子或塞子系统时，在设备中创建新血管化腔室，然后可将其用于在宿主机体中保持细胞制品。

选择所述多孔支架和塞子或塞子系统的尺寸，以提供对于在体内保持细胞和对于确保细胞在新血管化腔室中长期存活最佳的表面积/体积比率。类似地，在移植设备中的腔室的数目基于待移植细胞的体积和/或数目确定。在一些实施方案中，通过提高或降低腔室数目来调节细胞移植设备的总体积，同时维持每个单独腔室的最佳表面积/体积比率。在其它实施方案中，调节腔室的长度以改变总体积。可选择地，在多种实施方案中，所述细胞移植设备包含固定数目的腔室，但是仅选定数目的腔室注有细胞，取决于设备的总体积需要。在其它实施方案中，调节腔室的长度以及腔室的数目以改变需要的总体积。

可将披露的细胞移植设备以皮下或腹膜内的方式植入在宿主机体中，包括网膜或其它适合的位置。可选择地，可将披露的细胞植入设备部分地以腹膜内的方式植入在宿主机体中，包括植入到网膜中或其它适合的位置，并伸展至皮下环境中。在一个实施方案中，可将细胞加载在设备伸入皮下环境的部分中，而设备的剩余部分位于腹膜内环境中。在另一个实施方案中，可将细胞移植设备按需要植入脑、脊髓区域或任何其它器官，以从移植的细胞引出治疗效果。在多数情况中，宿主是人，但是可为其它哺乳动物或非哺乳动物。所述细胞移植操作是两步法，包括设备植入步骤和接下来的细胞输注(细胞移植)步骤。细胞输注步骤在体内孵育期后进行，在体内孵育期中用血管化胶原基质渗透植入设备。在一个实施方案中，孵育期约为30天，其允许足够的时间用于血管发生和胶原渗透所述多孔支架。孵育期可延长或缩短，取决于需要或希望的新血管化和组织(具有细胞的胶原)形成的程度。例如，移植设备可按不同的速率血管化，取决于设备材料、尺寸或涂层，例如，抗生素涂层、生长因子等。在不同的宿主中或者当位于相同宿主中的不同机体组织中时，移植设备也可按不同速率血管化。测定合适的孵育期是本领域技术人员已知的。例如，在递送细胞之前可实施图像化研究，以确保在孵育期中足够的血管和/或结缔组织在多孔支架的壁周围和通过多孔支架的壁沉积。对于细胞输注步骤，通过外科切口到达植入位置，并从多孔支架除去塞子或塞子系统，以在支架中创建胶原和血管衬里的袋。然后将细胞制品递送至血管化的袋中，并重新密封多孔支架。在另一个实施方案中，细胞移植操作为一步法，由此放置设备并同时植入细胞。在这种情况中，可将细胞置于基质中使得它们不通过设备的孔泄漏，或者可选择地，可将设备涂有可降解聚合物以防止在胶原和血管发生发展过程中细胞从设备泄漏。

在一些实施方案中，可将待移植的细胞在加载至本申请所述的任何移植设备的腔室中之前与可生物相容的粘稠溶液或可生物降解的聚合物制剂混合。这种可生物降解的聚合物将保护细胞，直到设备由宿主机体充分血管化。可将这些制剂在设备置于宿主中之前或之后，但是在胶原基质和血管结构在设备中形成之前置于腔室中。在设计成在设备植入宿主机体中之前用细胞加载的设备中，与可生物相容的粘稠溶液或可生物降解的聚合物制剂混合的细胞将为特别有用的。可作为与细胞联用的可生物降解的制剂使用的代表性聚合物包括但不限于：聚乙烯亚胺和硫酸葡聚糖、聚(乙烯基硅氧烷)-共聚-聚乙烯亚胺、磷酰胆碱、聚(乙二醇)、聚(乳酸-乙醇酸)、聚(乳酸)、聚羟基戊酸酯和共聚物、聚羟基丁酸酯和共聚物、聚对二氧环己酮、聚酐、聚(氨基酸)、聚(原酸酯)、聚酯、胶原、明胶、纤维素聚合物、壳聚糖、藻酸盐、纤连蛋白、细胞外基质蛋白、纽蛋白、琼脂、琼脂糖、透明质酸、基质胶(matrigel)及其组合。

应注意的是，可将细胞置于设备中；然而，也可将细胞包封。下列是示例性的而不是限制性的。聚合物细胞包封体系的实例包括藻酸盐包封(alginate encapsulating)、多糖水凝胶、壳聚糖、藻酸钙或藻酸钡、藻酸盐和聚赖氨酸的层状基质、包封单个细胞或细胞群集的可光聚合的聚(乙二醇)聚合物、聚丙烯酸酯(包括甲基丙烯酸羟基乙酯、甲基丙烯酸甲酯)、硅囊(siliconcapsules)、硅纳米囊(silicon nanocapsules)和聚合物膜(polymembrane)(丙烯腈-共聚-氯乙烯)。

图1A-1E示出细胞移植设备1的各种示例性实施方案。设备1包含聚合物网(例如，聚丙烯网、PTFE网或任何其它适合的材料)，其形成用于在宿主机体中容纳细胞的多孔腔室2。在一些实施方案中，设备1可包含1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12或更多个多孔腔室2。多腔室的使用允许取决于需要的细胞制品的体积而使用任何数目或组合的腔室，其在领域技术人员的知识和技术范围内确定。

如图1A中所示，设备1包含近端3、远端4和容纳在多孔腔室2中的塞子5。在一个实施方案中，多孔腔室2为管状，以及塞子5为圆柱状并沿着多孔腔室2的空腔伸展。在另一个示例性实施方案中，多孔腔室2在近端3包含开口。设定在近端3的开口的尺寸，使得塞子5能够从多孔腔室2插入和缩回。在一个这种实施方案中，在设备孵育期间和在输注细胞至设备中之后，使用外科缝线和/或血管夹密封在近端3的开口。如本领域普通技术人员所理解的，可使用任何其它外科密封元件如微血管夹(microvascularclips)、夹具(clamps)等密封在近端3的开口。在另一个实施方案中，设备1在近端3包含无孔挡板6，如图1B中所示。在一个这种实施方案中，挡板6由有机硅制成。在设备孵育期间和在输注细胞至设备中之后，可将挡板6使用外科缝线、夹具或任何其它适合的密封机构密封。在一个示例性实施方案中，设备1的远端4包含圆形或平底的表面。在另一个实施方案中，设备1在远端4包含开口，其在设备孵育期间和在输注细胞后，可使用外科缝线、夹具或任何其它外科密封元件密封。在又一示例性实施方案中，如图1C中所示，远端4包含无孔部分7，其防止组织在设备的远端向内生长和在细胞输注之前促进塞子5从设备缩回。

在一些实施方案中，如图1D中所示，塞子5的近端与密封装置8连接。在这种实施方案中，将密封装置8设置成当塞子5插入到腔室5中时关闭在近端3的开口。将密封装置8安排成在多孔腔室中将塞子5保持在合适的位置。在另一个实施方案中，塞子5长于多孔腔室2和在设备的近端3和远端4上充当密封装置，如图1E中所示。将在塞子5周围的多孔腔室2的边缘使用外科缝线和/或外科胶密封。在细胞输注之前除去塞子5后，可将在近端3和远端4的开口使用外科缝线、血管夹或任何其它适合的密封机构密封，如本领域普通技术人员所理解。

在一些示例性实施方案中，设备1包含在横向上彼此连接的多个多孔腔室2。在一个这种实施方案中，多个多孔腔室2例如通过以下方法形成：沿着基本平行于设备纵轴的线超声焊接多孔材料的顶表面和底表面。图1F示出具有八个多孔腔室2的细胞移植设备。每个腔室2在设备孵育阶段中容纳塞子5。在输注细胞至腔室中之前，将塞子5从腔室2除去。在一个实施方案中，设备1包含八个多孔腔室并总共具有50mm的长度和45mm的宽度。每个多孔腔室2具有不大于3.5mm的内径并容纳具有约40mm长度和2.5mm直径的塞子5。在这种实施方案中，塞子5由无孔的可生物相容的材料如聚四氟乙烯(PTFE)形成。

本发明细胞移植设备的示例性实施方案由医学级聚丙烯网形成，例如，购自SURGICALMESHTM，Brookfield，Connecticut，USA的聚丙烯针织网(PPKM)。在说明性实施方案中，所述网由直径为0.1mm-0.3mm的单丝形成，网孔尺寸为0.3mm-1mm，0.4mm-0.85mm和0.5mm-0.6mm。图2A-2D示出可用于形成细胞移植设备的各种示例性网构造。图2A示出孔尺寸为0.5mm和单丝厚度为0.3mm的聚丙烯网(PPKM601)；图2B示出孔尺寸为0.53mm和单丝厚度为0.18mm的聚丙烯网(PPKM602)；图2C示出孔尺寸为0.53mm和单丝厚度为0.13mm的聚丙烯网(PPKM404)；以及图2D示出孔尺寸为0.85mm和单丝厚度为0.2mm的聚丙烯网(PPKM604)。

图3A示出细胞移植设备10的另一个示例性实施方案。图3B示出细胞移植设备10的部件。设备10包含多孔支架12、第一密封装置14、至少一个包含外部塞子16和内部塞子18的塞子系统和第二密封装置20。

如图4中所示，细胞移植设备10的多孔支架12可包含聚合物网(例如聚丙烯网、PTFE网或任何其它适合的材料)，其形成一个或多个用于在宿主机体中容纳细胞的多孔腔室22。在一些实施方案中，所述多孔支架12可包含1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12或更多个多孔腔室22。多腔室的使用允许取决于需要的细胞制品的体积而使用任何数目或组合的腔室，其在领域技术人员的知识和技术范围内确定。

多孔腔室22可例如通过以下方法创建：沿着基本平行于设备纵轴的线接合多孔支架12的顶表面和底表面。多个多孔腔室22可具有相同或不同的横截面尺寸和表面积。在一个实施方案中，多个多孔腔室22通过以下方法形成：从支架的近端24至远端26超声焊接聚合物网。多孔支架12的顶表面和底表面横越一个或多个多孔腔室22是连续的，仅由基本平行于多孔支架12的纵轴的超声焊接线28中断。多孔支架12的顶表面和底表面在每个焊线处可稍微呈锯齿状，其为血管化提供另外的表面积并提供设备10在宿主中的物理稳定性。在一个实施方案中，在远端26的边缘渐缩并彼此超声焊接以密封远端26。

参见图3B，将第一密封装置14设置成在设备孵育期间和在细胞输注后密封一个或多个多孔腔室22。第一密封装置14包含惰性的和可生物相容的聚合物膜或任何其它适合的材料。在一个实施方案中，将第一密封装置14在外侧缘和在渐缩近端31超声焊接，如图5A和5B中所示。使第一密封装置14的远端32与多孔支架12的近端24连接。在一个实施方案中，将远端32与多孔支架12的近端24超声焊接。

在多种实施方案中，第一密封装置14包含可重新密封锁34，其在孵育期中帮助将至少一个外部塞子16维持在多孔腔室22中。锁34也防止在细胞输注过程中细胞制品的泄漏。任何适合的可重新密封锁定机构可用作锁34。在一个实施方案中，锁34包含联锁的槽和脊特征(groove and ridgefeatures)，其压在一起时形成密封以及当密封装置14的顶表面和底表面在近端31处拉开时解锁。在设备孵育期后，通过整理(trimming)第一密封装置14的近端31并开启可重新密封锁34，到达外部塞子16。在将细胞制品递送至多孔支架12中之后，重新关闭锁34并使用例如外科缝线、卡钉(staples)或生物胶粘剂(bioadhesives)，或气密密封装置(hermetic seals)重新密封近端31。

塞子系统的数目可对应于细胞移植设备10中的多孔腔室22的数目。在设备孵育期中将外部塞子16容纳在多孔腔室22中。在一些实施方案中，外部塞子16的长度近似等于各自的多孔腔室22的长度。如图6A中所示，在一个实施方案中，将多个外部塞子16使用公共脊状物(spine)42在近端40处连接起来。公共脊状物42可包含一个或多个槽43以促进从多孔腔室22除去外部塞子16。例如，槽43可允许使用镊子抓住公共脊状物42。

在一些实施方案中，外部塞子16具有容纳内部塞子18的中空核心45。如图6B中所示，在一个实施方案中，沿着塞子的内表面的长度用一个或多个内部凸部47限制中空核心45。内部凸部47在外部塞子16和内部塞子18之间提供气隙，其允许在细胞制品的递送期间截留的空气气泡逃离，下面对其进行更详细地描述。气隙也防止在除去内部塞子18期间形成真空，并由此维持在多孔腔室之中和周围的新形成的血管化胶原基质的完整性。因此，在一些方面，包含外部塞子16和内部塞子18的塞子系统可促进将细胞递送至细胞移植设备10，以及也可提高在完整胶原基质中细胞存活的机会。

在一些实施方案中，外部塞子16的近端40和远端41包含密封机构，例如，内槽或渐缩表面，以确保与内部塞子18的有效密封。如图7中所示，内部塞子18的近端50和远端51可包含补充密封机构53以防止在孵育期中胶原基质渗入中空核心45中。例如，在一个实施方案中，密封机构53包含围绕内部塞子18的近端和远端的周围伸展的槽，以及外部塞子16包含围绕它的远端和近端的周围的脊。在这种实施方案中，当将内部塞子18插入到外部塞子16的中空核心45中时在外部塞子16上的脊和在内部塞子18上的槽联锁，以在内部和外部塞子之间形成完整密封并防止任何生物材料渗入中空核心45中。另外，在这种实施方案中，如果外部塞子16包含一个或多个内部凸部47，在外部塞子16的近端和远端的脊的高度可大于内部凸部47的高度。

图6C和6D说明根据本发明的一个实施方案的多孔腔室22和塞子16，18组合件的横截面图。图6C是在植入宿主机体中之前的组合件的横截面图，以及图6D示出在宿主机体中孵育之后的组合件的横截面图。选择多孔腔室22的内径和外部塞子16的外径以围绕外部塞子16的周围维持空间46用于组织形成。例如，在一个说明性实施方案中，多孔腔室22的内径不大于4.5mm以及塞子16的外径不大于3.5mm。在另一个实施方案中，多孔腔室22的内径不大于3.5mm以及塞子16的外径不大于2.5mm。这些实施方案围绕外部塞子16提供例如约0.5mm的空间用于形成血管化胶原基质。围绕外部塞子16的空间也为外部塞子插入到多孔腔室中和从多孔腔室收回提供足够余地。

当细胞移植设备10植入在宿主机体中时，血管和结缔组织通过多孔腔室22渗入空间46并围绕外部塞子16形成血管化组织基质48。塞子16防止组织基质48进一步渗入多孔腔室22的空腔中。当内部塞子18和外部塞子16从多孔腔室22收回时，在多孔腔室22中创建袋49，其可用于在宿主机体中容纳细胞。袋49包封在血管化组织基质48中，如图6E中所示。

内部塞子18的数目可对应于外部塞子16的数目。在设备孵育阶段中内部塞子18容纳在外部塞子16的中空核心45中。在一个实施方案中，将多个内部塞子18使用公共脊状物52在近端50处连接起来。在一些实施方案中，公共脊状物52包含夹子特征54以在从外部塞子16收回期间帮助执握内部塞子18。

如图8中所示，在将细胞制品递送到细胞移植设备10中后重新关闭第一密封装置14时，使用第二密封装置20将细胞制品包含在多孔腔室中。在将细胞制品完全递送至多孔腔室22中并从设备10收回外部塞子16后，第二密封装置20位于多孔支架12的近端24处。在一些实施方案中，第二密封装置20包含槽60以促进使用镊子插入到设备10中。

在本发明的另一方面，披露了将细胞递送到细胞移植设备中的设备和方法，并参照细胞移植设备10进行解释。图9A示出细胞递送设备70的各种部件。细胞递送设备70包含至少一个细胞输注管71、具有夹子特征73的连接器帽(connector cap)72和连接器隔片(connector spacer)74。

细胞输注管71可包含聚合物管材(例如聚乙烯管材)或任何其它适合的材料，以在细胞输注步骤中将细胞制品递送到设备10的多孔腔室22中。在递送系统中细胞输注管的数目可对应于多孔腔室22的数目。

连接器隔片74位于细胞输注管71的远端以及在细胞递送过程中与外部塞子16的近端40联接或交接。连接器隔片74包含一个或多个通孔，细胞输注管71通过这些通孔插入，如图9A中所示。将通孔设置成提供与细胞输注管71的轻干涉配合(light interference fit)。使配合适于在细胞输注过程中将细胞输注管71保持在合适的位置。另外，在某些实施方案中，连接器隔片74包含通风孔(vents)76，以在细胞递送过程中从由内凸部47创建的在外部塞子16中的气隙排出空气，如下面进一步描述。在一个实施方案中，外部塞子16在近端40处包含枢纽(hub)78。在这种实施方案中，在细胞输注过程中将连接器隔片74插入到枢纽78中以将递送设备70固定至细胞移植设备10。

细胞输注管71的近端包含连接器帽72。当所述管插入到外部塞子16中时，连接器帽72向远端朝向连接器隔片74前进。当管71完全插入到外部塞子16中时，连接器帽72安装在连接器隔片74和/或枢纽78上，以及夹子特征73沿着公共脊状物42与外部塞子16和/或枢纽78连接，如图9C中所示。这使得当将细胞制品输注到多孔腔室22中时能够将连接器帽72、连接器隔片74和外部塞子16作为单一单元收回。

在本发明的又一方面，披露了细胞移植的方法以及将参照细胞移植设备10和细胞递送设备70进行解释。所述细胞移植方法不限于本申请披露的设备实施方案以及可与任何细胞移植和细胞递送设备一起使用。

图10是示出示例性细胞移植操作的步骤的流程图。所述细胞移植操作通常为包括设备植入步骤和接下来的细胞输注步骤的两步法。将设备10在递送细胞之前植入宿主机体中，以允许胶原和血管有足够的时间渗透多孔支架12。在一些实施方案中，将设备10在植入之前使用环氧乙烷消毒。可将设备10与基于环氧乙烷的消毒方法的无菌指示条一起包装在自密封包装或任何其它可消毒包装中。在一些其它实施方案中，在植入之前，使用伽玛射线或干热高压灭菌(dry heat autoclaving)消毒设备。使用的消毒方法的类型取决于支架材料，这是由于已知干热高压灭菌使某些聚合物材料(例如聚丙烯)由于低热变形温度而弯曲。伽玛射线以6M-Rad的消毒剂量能够成功消毒细胞植入设备；然而，伽玛射线可降低聚丙烯制成的设备的保质期。

可将设备10皮下植入或腹膜内植入。例如，对于设备在宿主机体中的皮下植入，通过真皮和表皮制造切口，接着小心地钝剥离结缔组织和脂肪，从而创建切口线下面的皮下袋(步骤810)。一旦创建足够的空间(大概地，设备的尺寸)，将设备10植入皮下袋中，并缝合切口(步骤820)。可选择地，可将设备10通过剖腹术植入腹腔中。在设备植入步骤(步骤810和820)后是设备孵育期(步骤830)，在设备孵育期中血管化胶原基质沉积在多孔支架12之中和周围。

在孵育期后，通过第二外科切口到达设备10。例如，可将第一密封装置12的近端31原位整理以开启设备10(步骤840)。然后将内部塞子18从外部塞子16收回并丢弃(步骤850)。在内部塞子除去过程中，通过内部凸部47促进空气运动，其防止在设备内部形成真空，真空能够导致在设备之中和周围任何新形成的血管的破坏。内部塞子18的除去使得内部塞子18的近端50和远端51从外部塞子16的近端40和远端41脱离。然后将细胞制品通过细胞递送设备70递送至设备10中。

图11A-11D示出示例性细胞输注操作的某些步骤的示意性纵览并将参照图10中示出的流程图进行解释。为了将细胞给药至设备10中，将递送设备70的细胞输注管71加载有细胞制品79，并将管插入到外部塞子16的中空核心45中，如图11A(步骤860)中所示。连接器隔片74与外部塞子16的近端41和/或枢纽78联接。当管71前进至外部塞子中时，空气通过外部塞子16的内部凸部47和连接器隔片74的通风孔76排出。当管71一路上前进至外部塞子16中时，连接器帽72与连接器隔片74交接。然后将连接器帽72的夹子73与外部塞子16的枢纽78连接(步骤870)。在这种情况中，然后将外部塞子16、连接器帽72和连接器隔片74从多孔腔室22作为单一单元轻微地收回，以在多孔腔室22的远端创建空间(步骤875)。在一些实施方案中，可将外部塞子16在递送设备70与外部塞子16连接之前从多孔腔室22轻微地收回。换句话说，步骤875可在步骤870之前实施。将温和压力施用至与细胞输注管71连接的注射器，以递送细胞至多孔腔室22中(步骤880)。小心确保当施用压力以递送细胞制品时管71保持在多孔腔室22中。

在一个实施方案中，将外部塞子16在细胞输注开始之前收回约5mm，如图11B中所示。当将压力(P)施用至与细胞输注管71连接的注射器时，将细胞制品79输注至多孔腔室22中。当将细胞制品递送至多孔腔室22中时，将外部塞子16和细胞输注管71从设备收回，如图11C和11D中所示(步骤885)。当设备被细胞制品79完全填充时，停止细胞输注并将细胞输注管71从设备10完全收回(步骤890)。然后评价多孔腔室22的保持细胞制品的能力，并可将任何剩余的细胞制品小心地添加至多孔腔室的末端。将细胞制品通过以下方法容纳在多孔腔室22中：将第二密封装置20放置在多孔腔室22的近端40处，接着关闭第一密封装置12的可重新密封锁34，并用外科缝线或夹具或其它适合的密封机构固定第一密封装置12的近端31(步骤895)。最后，使用外科缝线、夹具或组织胶粘剂关闭外科切口，由此完成细胞移植操作。

披露的用于细胞移植的设备和方法可用于将任何治疗细胞或细胞组合移植至宿主机体中，以向宿主提供治疗性生物材料，用于治疗病症。所述细胞可为同种异体的、异种的或同源的供体细胞，源自患者的细胞，包括干细胞、脐带血细胞和胚胎干细胞。干细胞可分化成适当的治疗细胞。当置于设备中时，细胞可为未成熟的细胞或部分分化的细胞或完全分化的细胞和成熟的细胞。细胞也可为基因工程细胞或细胞系。在一个方面，使用与本发明一致的实施方案移植胰岛细胞(islet of Langerhans cell)，以在宿主机体中提供血糖调节的方法。在另一个方面，使用细胞移植设备的实施方案来共移植胰岛和塞托利细胞，其中在宿主机体中塞托利细胞向胰岛细胞提供免疫保护。在宿主机体中由塞托利细胞提供的免疫保护先前例如披露于美国专利5,725,854，将其全部内容通过引用的方式并入本文。因此，本发明也涵盖通过使用本申请披露的细胞移植设备的实施方案向需要的患者移植治疗量的细胞来治疗各种疾病的方法。

移植的治疗细胞或细胞组合的密度基于宿主体重和细胞疗效测定。如早先所指出的，细胞移植设备的尺寸和使用的多孔腔室的数目(在多腔室设备中)基于所需细胞的数目、在设备孵育期中可达到的血管化程度以及滋养物和细胞产品在植入设备之中和之外的扩散特征确定。

实施例

提供下列实施例以较好地解释各个实施方案以及不应以任何方式解释成限制本发明范围。在这些实施例中使用的细胞移植设备由聚丙烯网形成以及在设备的每个多孔腔室中包含单一PTFE塞子。

1.含有胰岛细胞的细胞移植设备在路易鼠中能够恢复血糖量正常

使用细胞移植设备在路易鼠中植入同源的胰岛细胞用于恢复血糖量正常。将植入细胞的葡萄糖应答与直接给药至大鼠门静脉中的胰岛细胞的葡萄糖应答进行了比较。将路易鼠分成三个研究组，每组九只大鼠。在第一和第二研究组中，分别将设备植入腹膜内和皮下腔室中。在第三组中，将胰岛细胞直接给药至门静脉中。

将植入设备在路易鼠中孵育至少一个月以允许血管向内生长。然后通过注射链脲霉素在大鼠中化学诱发糖尿病。如果三个连续的血糖读数为至少18.0mM，则认为大鼠患上了糖尿病。然后将分离的路易鼠胰岛细胞(10,000IEQ/Kg体重)输注至植入设备中或直接输注到糖尿病大鼠的门静脉中。在胰岛移植后的14天时(由图11A和11B中的图上方的封闭矩形表示)除去胰岛素团粒。将大鼠中的血糖水平监测100天。在移植后的100天时，除去设备以证实移植的胰岛造成糖尿病的逆转。

图12A和12B分别示出接受腹膜内(网膜腔室)和皮下细胞移植设备的大鼠的葡萄糖正常化结果(normalization results)。成功的细胞移植导致血糖水平正常化(葡萄糖读数小于8.0mM)，如实线所示。未实现血糖量正常的移植物由虚线表示。结果表明，在统计上显著数目的接受胰岛细胞的糖尿病大鼠中维持正常的血糖水平。在移植后100天时除去植入设备后，先前显示正常血糖水平(glycemic level)的大鼠变成高血糖水平，从而表明，所述设备含有充分发挥功能的移植物，其在设备除去之前对实现血糖量正常负责。血糖浓度达到非糖尿病水平的比率在研究组之间统计上不同(p＜0.0001，t-检验)。

图12C示出在移植有胰岛细胞的路易鼠中的IVGTT(静脉葡萄糖耐量试验)应答。在移植后的40天和80天实施IVGTT。将具有腹膜内和皮下移植物的大鼠的葡萄糖应答与接受门静脉胰岛细胞的大鼠的葡萄糖应答进行了对比。在每个研究类别中对三只大鼠上实施IVGTT。在移植后的40天和80天时，在移植有胰岛细胞的大鼠中的血糖水平在接受葡萄糖激发的50分钟内掉落至低于8.0mM，如图12C中所示。在100天时除去细胞移植设备。当在110天时给药一丸葡萄糖时血糖水平没有掉落，从而表明，移植的胰岛细胞导致在除去植入设备之前在糖尿病大鼠中实现的血糖量正常。

图12D示出在移植有胰岛细胞的路易鼠中的胰岛素应答。胰岛素水平通过酶联免疫吸附测定(ELISA)测试。一式三份地进行分析。结果表明，在葡萄糖激发后血液胰岛素水平显著不同(p＜0.005，t-检验)。如图12D中所示，在接受移植设备的大鼠中的胰岛素水平与在接受门静脉胰岛细胞的大鼠中的胰岛素水平充分相关。

2.在细胞移植设备的多孔腔室中的胰岛素和血管化的组织学检测

在100天时除去植入设备后，使用抗胰岛素的特异性原发性抗体检测设备中的胰岛素。图13A示出在皮下植入设备的多孔腔室中的胰岛素染色的结果。在腔室中的胰岛素的检测表明，容纳在设备中的胰岛细胞在移植后100天时是活的和起作用的。

也进行了植入设备的组织学评价以检验在沉积在设备之中和周围的胶原基质中血管组织的形成。与内皮细胞相关的因子VIII的免疫组织化学染色显示出深埋在结缔组织中的良好形成的血管结构，如图13B中所示(深色结构表示内皮；细胞核由箭头指出)。组织学评价也证实了新血管化组织渗透至细胞移植设备的核心。

3.评定在细胞移植设备中的血管发生和胶原沉积

为测定植入期(在设备植入和胰岛移入之间的时间)的适当长度，将细胞移植设备皮下植入到八周大的Yorkshire-Landrace猪中达2，4和8周。在植入达相应的时段后，将设备外植(explant)并分析以测定血管发生和胶原沉积的水平。

a)血管发生和胶原沉积的总评定

采用外植设备的腹侧面和背侧面的照片进行血管和组织形成的总分析。将1cmx1cm的网格覆盖在照片上以量化微血管和组织(具有细胞的胶原)形成。针对血管形成对网格中的每个1cm²方框打分，计算外植设备的整个表面的总血管/cm²。测量设备的内侧和外侧周长上的平均厚度以评价胶原沉积的量。图14示出对使用不同多孔材料(网)形成的四个设备计算的平均胶原厚度和总血管/cm²的表。对所有四个网类型在植入后2周时观察到足够的微血管和组织形成。结果也表明，微血管形成和胶原沉积所需的时间量可取决于设备材料(网的多孔性、表面粗糙度等)而变化。

b)血管发生和胶原沉积的组织学分析

通过染色内皮细胞，用苏木精和伊红(Hematoxylin and Eosin)(H&E)染色剂(图15A)，和冯·威利布兰德因子(von Willebrand factor)(图15B)，测定血管发生。图15A显示出在植入后的2，4和8周组织结合至设备中。图15B显示在细胞移植之前在设备的各个边缘处的血管形成。组织结合至设备中的评定显示，设备在胰岛移植之前的所有测量的时间点结合胶原和微血管。

4.接受猪自体移植胰岛的细胞移植设备的评定

将八周大的Yorkshire-Landrace猪用细胞移植设备植入达四周和八周。为了使动物患上糖尿病，实施90％胰腺切除术，接着在手术一天后给药150mg/Kg静脉内剂量的链脲霉素。在实施胰腺切除术之前将胰岛从胰腺分离。在移植物分离和胰腺切除术5天后，将未成熟胰岛移植物移植到动物中，以允许有足够的时间恢复和确认糖尿病。

在移植之前测试未成熟胰岛细胞的胰岛素产生能力。如图16中所示，未成熟胰岛产生正常预期的成熟胰岛产生的胰岛素的约10％。这个事实加上约3-5K IEQ/Kg的低胰岛移植数目(在门静脉移植中正常使用的胰岛素产生胰岛的5-10％)，提供细胞移植设备的严格试验。目前在临床胰岛移植疗法中，对于胰岛素依赖性糖尿病的治疗，足够数量的β-细胞群的输注已经提出了障碍。当递送足够数量的胰岛细胞，约10,000IEQ/Kg受体体重时，常规地实现胰岛素不依赖性。为提供这种数量的胰岛细胞，当今的胰岛移植规程要求每个受体一个以上的供体胰腺，从而在已经有限的供体供应上造成紧张。因此，如果仅使用目前在门静脉移植中使用的胰岛的5-10％就能够实现血糖控制(glycemic control)，能够接受胰岛移植疗法的胰岛素患者的数目将显著增加。

实施了外植设备的组织学分析以测试移植胰岛的长期存活和功能。胰岛移植物功能也通过每两周血糖和每两月静脉葡萄糖耐量试验(IVGTT)进行了监测。

a)胰岛移植物功能的组织学分析

在9周时外植设备后，使用抗胰岛素的特异性原发性抗体检测设备中的胰岛素。图17A示出在外植设备的多孔腔室中胰岛素染色的结果。在腔室中的胰岛素检测表明，容纳在设备中的胰岛细胞在移植后的第9周时是活的和起作用的。外植物切片的免疫组织化学染色显示被结实微血管包围的健康，良好配置的胰岛(图17B；微血管由箭头表示)。

b)血糖测量

在移植后每周测量禁食和非禁食血糖水平以监测胰岛移植物功能。这些测量帮助测定细胞移植设备在血糖水平长期控制中的总体效果。禁食血糖读数提供移植物功能的对照测量。简而言之，从受体动物的静脉收集一滴(数微升)血液，并使用Freestyle Lite血糖测量仪或其它葡萄糖测试设备测定血糖水平。

如图18中所示，移植的胰岛显示出长期葡萄糖控制，直到在72天时设备的外植。在″血糖控制″组(n＝4)中的动物是胰岛素不依赖性的，以及血糖水平由细胞移植设备中的胰岛单独控制。该组中的动物在胰岛移植后显示长期胰岛素不依赖性。然而，在将胰岛移植到设备中后一些动物仍然血糖过多(升高的每日血糖水平)(n＝6)。这与移植前胰岛的差的代谢质量和低胰岛移植剂量(IEQ/Kg)有关。移植前胰岛的质量与长期胰岛功能充分相关。

c)葡糖耐量试验

通过比较移植前和移植后的IVGTT结果，葡糖耐量试验在评定胰岛移植物功能中是重要的。为测试细胞移植设备的效果，在胰腺切除术之前(基线)，在胰岛移植至设备中之后的不同时间点，和在设备外植之后，进行IVGTT。IVGTT通过以下方法实施：注射一定剂量的右旋糖并测量内源性胰岛素将葡萄糖水平带至基线所消耗的时间。除了测量血糖水平之外，在不同的时间点对血液采样，以测量C-肽水平，其为β细胞在产生胰岛素时创造的副产物。使用血糖水平的绝对值(图19A)、血糖水平的曲线下面积(AUC)(图19B)和C-肽水平的折线变化(图19C)解释IVGTT的结果。

如图19A和19B中所示，在将设备外植后葡萄糖水平显著上升(p＜0.001，方差分析)，从而表明设备的除去导致胰岛素功能的消除，类似于不具有胰岛的糖尿病动物。尽管在非胰腺切除术动物中检测到最低的葡萄糖水平，但是在右旋糖注射后胰岛自体移植物受体的葡萄糖水平显示显著的降低，从而表明，未成熟胰岛能够在移植后存活并起作用。

使用Linco的猪C-肽放射免疫分析试剂盒分析IVGTT的血清样品，这种试剂盒利用特异性针对合成性猪C-肽制成的抗体。分析在右旋糖注射后的0，5，15，30，60和120分钟的血清样品中猪C-肽的存在。测试了四个研究组-非胰腺切除术的猪(基线)、胰岛自体移植物受体(胰岛移植后)、已经除去设备的自体移植物受体(设备除去后)和糖尿病对照猪。当检查在不同研究组中的C肽水平的折线变化时，基线和胰岛移植后受体显示非常可比较的结果，尽管在胰岛移植后受体中的C-肽水平在60分钟时与基线组的30分钟相对照提高了(图19C)。而且，设备除去后组和糖尿病对照组的C-肽的折线变化类似，从而表明，移植的胰岛负责设备除去之前的C-肽释放。

考虑到本申请披露的本发明的说明书和实践，本发明的其它实施方案对于本领域技术人员而言将为显而易见的。希望的是，说明书和实施例仅为示例性的，本发明的真正的范围和主旨由所附权利要求指出。

Claims (85)

1.用于在宿主机体中植入细胞的设备，其包括：

包含至少一个具有近端和远端的腔室的多孔支架，所述多孔支架具有孔，设定所述孔的尺寸，以促进血管和结缔组织向所述至少一个腔室的生长；以及

至少一个可移动塞子，设置成位于所述至少一个腔室中；

其中所述多孔支架包含聚丙烯网。

2.权利要求1的设备，其在所述至少一个腔室的开口端还包含与所述聚丙烯网连接的无孔挡板。

3.权利要求1的设备，其中所述腔室仅在一端包含开口。

4.权利要求3的设备，其还包含密封装置以关闭所述开口。

5.权利要求4的设备，其中所述至少一个密封装置包括外科夹子。

6.权利要求4的设备，其中所述至少一个密封装置与所述至少一个可移动塞子连接。

7.权利要求4的设备，其中所述至少一个密封装置包括外科缝线。

8.权利要求1的设备，其中所述多孔支架的至少一部分涂有一种或多种生长因子。

9.权利要求1的设备，其中所述多孔支架的至少一部分涂有一种或多种物质以刺激血管发生和组织结合至所述至少一个多孔腔室中。

10.权利要求9的设备，其中所述一种或多种物质包括血管内皮生长因子(VEGF)。

11.权利要求1的设备，其中所述多孔支架的至少一部分涂有抗纤维化药物。

12.权利要求1的设备，其中所述多孔支架的至少一部分涂有聚合物。

13.权利要求1的设备，其中所述聚合物为药物洗脱聚合物。

14.权利要求1的设备，其中所述多孔支架的至少一部分涂有填充所述多孔支架的孔的一种或多种可生物降解材料。

15.权利要求14的设备，其中所述可生物降解材料包括胶原、纤连蛋白和膜细胞骨架蛋白中的至少一种。

16.权利要求1的设备，其中将所述多孔支架的至少一部分粗糙化，以刺激组织结合至所述至少一个多孔腔室中。

17.权利要求1的设备，其中所述多孔支架包含横向连接的多个腔室。

18.权利要求17的设备，其中所述多个腔室通过超声焊接形成。

19.权利要求17的设备，其还包含用于所述多个腔室的公共密封装置。

20.权利要求17的设备，其还包含用于每个腔室的密封装置。

21.用于在宿主机体中植入细胞的设备，其包含：

包含至少一个具有近端和远端的腔室的多孔支架，所述多孔支架具有孔，设置所述孔的尺寸，以促进血管和结缔组织向所述至少一个腔室中的生长；

其中所述至少一个腔室在所述腔室的近端和远端中的任一端或两端包含开口；

至少一个二塞子系统，其包含设置成位于所述至少一个腔室中的外部塞子和设置成位于所述外部塞子中的内部塞子；和

至少一个密封装置，其设置成在所述腔室的近端和远端中的任一端或两端包围所述开口。

22.权利要求21的设备，其中所述多孔支架包含聚合物网。

23.权利要求22的设备，其中所述聚合物网为聚丙烯网。

24.权利要求21的设备，其中所述多孔支架包含射线可透材料。

25.权利要求21的设备，其中所述多孔支架包含材料组合。

26.权利要求25的设备，其中所述多孔支架包含交织聚丙烯和蚕丝。

27.权利要求21的设备，其中所述至少一个密封装置与所述多孔支架连接。

28.权利要求27的设备，其中所述至少一个密封装置为超声焊接至所述多孔支架的聚合物膜。

29.权利要求21的设备，其中所述至少一个密封装置包含双向锁。

30.权利要求21的设备，其中所述至少一个腔室包含超声焊接的接缝。

31.权利要求21的设备，其中所述外部塞子和所述内部塞子包含补充密封机构。

32.权利要求21的设备，其中所述外部塞子的内壁沿着所述外部塞子的长度包含至少一个凸部。

33.权利要求21的设备，其中所述多孔支架的至少一部分涂有一种或多种生长因子。

34.权利要求21的设备，其中所述多孔支架的至少一部分涂有一种或多种物质，以刺激血管发生和组织结合至所述至少一个多孔腔室中。

35.权利要求34的设备，其中所述一种或多种物质包含血管内皮生长因子(VEGF)。

36.权利要求21的设备，其中所述多孔支架的至少一部分涂有抗纤维化药物。

37.权利要求21的设备，其中所述多孔支架的至少一部分涂有聚合物。

38.权利要求21的设备，其中所述聚合物为药物洗脱聚合物。

39.权利要求21的设备，其中所述多孔支架的至少一部分涂有一种或多种填充所述多孔支架的孔的可生物降解材料。

40.权利要求39的设备，其中所述可生物降解材料包含胶原、纤连蛋白和膜细胞骨架蛋白中的至少一种。

41.权利要求21的设备，其中将所述多孔支架的至少一部分粗糙化，以刺激组织结合至所述至少一个多孔腔室中。

42.权利要求21的设备，其还包含细胞递送设备，所述细胞递送设备包含至少一个设置成位于所述外部塞子中的细胞输注管。

43.权利要求42的设备，其中所述细胞递送设备还包含连接器，所述连接器设置成在所述至少一个细胞输注管插入到所述外部塞子中时与所述外部塞子连接。

44.权利要求43的设备，其中所述连接器包含与所述外部塞子连接的夹子。

45.权利要求42的设备，其中所述连接器与所述外部塞子的连接允许所述连接器和所述外部塞子作为单一单元从所述设备收回。

46.权利要求21的设备，其中所述多孔支架包含一个腔室。

47.权利要求21的设备，其中所述多孔支架包含两个腔室。

48.权利要求21的设备，其中所述多孔支架包含三个腔室。

49.权利要求21的设备，其中所述多孔支架包含四个腔室。

50.权利要求21的设备，其中所述多孔支架包含五个腔室。

51.权利要求21的设备，其中所述多孔支架包含六个腔室。

52.权利要求21的设备，其中所述多孔支架包含七个腔室。

53.权利要求21的设备，其中所述多孔支架包含八个或更多个腔室。

54.在宿主机体中移植细胞的方法，其包括以下步骤：

a.提供可植入设备，用于在所述宿主机体中保持细胞，所述可植入设备包含：

包含至少一个腔室的多孔支架，所述至少一个腔室在所述腔室的近端和远端中的任一端或两端具有开口，所述多孔支架具有孔，设定所述孔的尺寸，以促进血管和结缔组织向所述多孔支架中的生长；

至少一个二塞子系统，其设置成位于所述至少一个腔室中；和

至少一个密封装置，其设置成在所述多孔支架的近端和远端中的任一端或两端包围所述开口；

其中所述至少一个二塞子系统包含设置成位于所述至少一个腔室中的外部塞子和设置成位于所述外部塞子中的内部塞子；

b.在所述宿主机体中植入所述设备；

c.在所述宿主机体中维持所述设备，直到所述设备被血管和结缔组织渗透；

d.提供包含至少一个加载有细胞制品的细胞输注管的细胞递送设备，所述细胞输注管设置成位于所述外部塞子中；

e.通过外科切口到达所述植入设备并开启所述至少一个密封装置；

f.从所述二塞子系统收回所述内部塞子；

g.将所述细胞输注管插入到所述外部塞子中；

h.从所述至少一个腔室收回所述外部塞子并用所述细胞制品输注所述腔室；以及

i.重新关闭所述至少一个密封装置。

55.权利要求54的方法，其还包括以下步骤：在递送细胞之前图像化所述多孔支架。

56.权利要求54的方法，其中所述细胞递送设备还包含连接器，其设置成在所述细胞输注管插入到所述外部塞子中时与所述塞子系统连接。

57.权利要求54的方法，其中所述外部塞子的内壁包含至少一个沿着所述外部塞子的长度伸展的凸部。

58.权利要求54的方法，其中所述至少一个凸部在所述外部塞子的内壁和所述内部塞子之间创建气隙。

59.权利要求47的方法，其中所述气隙防止在将所述内部塞子从所述外部塞子取出时在所述多孔支架中形成真空。

60.权利要求54的方法，其中所述血管和结缔组织向所述多孔腔室中的生长将所述至少一个塞子系统包封在新血管化胶原基质中。

61.权利要求54的方法，其中从所述腔室收回所述塞子系统在所述包封在所述新血管化胶原基质中的腔室中创建空间。

62.权利要求54的方法，其中所述细胞制品包含胰岛细胞。

63.权利要求54的方法，其中所述细胞制品包含塞托利细胞。

64.权利要求54的方法，其中所述细胞制品包含间充质干细胞。

65.权利要求54的方法，其中所述细胞制品包含同种异体的，异种的或同源的供体细胞。

66.权利要求54的方法，其中所述细胞制品包含干细胞。

67.权利要求54的方法，其中所述细胞制品包含基因工程细胞或细胞系。

68.权利要求54的方法，其中所述细胞制品包含细胞类型的组合。

69.权利要求68的方法，其中所述细胞包含胰岛和塞托利细胞。

70.在宿主机体中移植细胞的方法，其包括以下步骤：

a.提供可植入设备，用于在所述宿主机体中保持细胞，所述可植入设备包含：

包含至少一个具有近端和远端的腔室的多孔支架，所述多孔支架具有孔，设置所述孔的尺寸，以促进血管和结缔组织向所述至少一个腔室中的生长；和

至少一个塞子，设置成位于所述至少一个腔室中；

其中所述多孔支架包含聚丙烯网；以及

所述至少一个腔室在所述近端和远端中的任一端或两端包含开口；

b.在所述宿主机体中植入所述设备并在所述腔室的近端和远端中的任一端或两端关闭所述开口；

c.在所述宿主机体中维持所述设备，直到所述设备被血管和结缔组织渗透；

d.通过一个或多个外科切口到达所述植入设备并重新开启所述腔室的近端和远端中的任一端或两端；

e.从所述腔室收回所述至少一个塞子；

f.将细胞制品递送至所述腔室中；以及

g.在所述腔室的近端和远端中的任一端或两端重新密封所述开口。

71.权利要求70的方法，其中使用外科缝线关闭在所述腔室的近端和远端中的任一端或两端的开口。

72.权利要求70的方法，其中使用血管夹关闭在所述腔室的近端和远端中的任一端或两端的开口。

73.权利要求70的方法，其中所述至少一个塞子由聚四氟乙烯形成。

74.在宿主机体中植入细胞的设备，其包含：

多孔支架，所述多孔支架包含至少一个腔室并具有孔，设置所述孔的尺寸，以促进血管和结缔组织向所述至少一个腔室中的生长；

其中所述多孔支架涂有填充所述支架的孔的可生物相容、可生物降解的材料。

75.权利要求74的方法，其中所述可生物相容、可生物降解的材料选自胶原、纤连蛋白、细胞外基质蛋白和膜细胞骨架蛋白。

76.权利要求74的方法，其中所述多孔支架包含聚丙烯网。

77.权利要求74的方法，其中所述腔室填充有待移植的细胞。

78.权利要求77的设备，其中将所述细胞与可生物降解聚合物混合。

79.权利要求78的设备，其中所述可生物降解聚合物选自聚乙烯亚胺和硫酸葡聚糖、聚(乙烯基硅氧烷)-共聚-聚乙烯亚胺、磷酰胆碱、聚(乙二醇)、聚(乳酸-乙醇酸)、聚(乳酸)、聚羟基戊酸酯和共聚物、聚羟基丁酸酯和共聚物、聚对二氧杂环己酮、聚酐、聚(氨基酸)、聚(原酸酯)、聚酯、胶原、明胶、纤维素聚合物、壳聚糖、藻酸盐或酯、纤连蛋白、细胞外基质蛋白、纽蛋白、琼脂、琼脂糖、透明质酸、基质胶及其组合。

80.在宿主机体中移植细胞的方法，其包括以下步骤：

a.提供可植入设备，用于在所述宿主机体中保持细胞，所述可植入设备包含多孔支架，所述多孔支架包含至少一个腔室并具有孔，设定所述孔的尺寸，以促进血管和结缔组织向所述多孔支架中的生长，其中所述多孔支架涂有填充所述支架的孔的可生物相容、可生物降解的材料；

b.将细胞制品递送至所述腔室中并密封所述腔室；以及

c.在所述宿主机体中植入所述设备。

81.权利要求80的方法，其中所述可生物相容、可生物降解材料选自胶原、纤连蛋白、细胞外基质蛋白和膜细胞骨架蛋白。

82.权利要求80的方法，其中所述多孔支架包含聚丙烯网。

83.权利要求80的方法，其中所述腔室填充有待移植的细胞。

84.权利要求83的方法，其中将所述细胞与可生物降解聚合物混合。

85.权利要求84的方法，其中所述可生物降解聚合物选自聚乙烯亚胺和硫酸葡聚糖、聚(乙烯基硅氧烷)-共聚-聚乙烯亚胺、磷酰胆碱、聚(乙二醇)、聚(乳酸-乙醇酸)、聚(乳酸)、聚羟基戊酸酯和共聚物、聚羟基丁酸酯和共聚物、聚对二氧杂环己酮、聚酐、聚(氨基酸)、聚(原酸酯)、聚酯、胶原、明胶、纤维素聚合物、壳聚糖、藻酸盐或酯、纤连蛋白、细胞外基质蛋白、纽蛋白、琼脂、琼脂糖、透明质酸、基质胶及其组合。

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