CN107405425B - 层叠组织移植产品 - Google Patents

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Abstract

一种组织移植物,包含两个或多个材料层,其中,每个层包含胞外基质(ECM)或聚合物材料,并且其中通过将一个层的一部分与另一层的一部分互锁将所述层层叠在一起。在一个实施方式中,组织移植物包含具有多个凸耳的材料的第一层、和具有多个孔的材料的第二层,上述第一层的每个凸耳位于贯穿上述第二层的孔中,上述孔和上述凸耳具有尺寸,以使上述凸耳与上述第二层的表面接合,并使上述第一层与上述第二层互锁。在另一些实施方式中,提供一种通过将两个或多个层层叠和互锁来制备组织移植物的方法;还提供组织移植物用于替换或修复人类或其他动物中的组织的用途;还提供一种设备,该设备包括模型、凸耳切割装置、穿刺装置和用于将凸耳穿通组织移植物的层中的穿孔的装置。

Description

层叠组织移植产品
技术领域
本发明涉及在促进损伤的或患病的组织结构的再生和愈合中有用的组织移植产品。更详细而言,本发明涉及层叠移植产品和用于制造该产品的方法,上述产品由多个生物的和/或合成的材料的片形成。
背景技术
来自温血脊椎动物包括人类的去细胞组织的成分可被用作组织移植材料。通常的组织移植组成可来源于真皮、小肠、膀胱、肾小囊、单纯的腺胃(glandular stomach)和前胃基质(请见例如美国专利第4902508号、第5554389号、第6099567号、第7087089号和第8415159号,将它们的全部内容通过引用结合入本文)。这些成分已知是胞外基质(ECM),且在提供用于组织生长和再生的化学和结构环境方面具有重要的作用。用于组织再生的ECM支架通常由从各种器官和从各种动物结缔组织和基膜源分离的去细胞的人类和动物组织来制备。这些支架促进组织再生,且在免疫上耐受良好。
理想的组织移植物是最可能接近自然组织的类似物。需要进行组织处理以除去细胞的成分和确保安全以避免传热性疾病,否则上述细胞的成分会引起排斥。可引入进一步处理以定制移植物的制造,从而满足位点特异的需要,并且改善保存期限。每个连续的处理步骤都有可能损害ECM,改变免疫应答,结果影响组织重构过程。化学处理、干燥和消毒技术损害ECM,因此影响移植物在体内的行为。即用的产品受到外科医生的喜爱。所以,最低限度地处理的湿移植物是优选的。
一些ECM移植材料的一个限制是移植物的厚度取决于从源材料获得的组织层的厚度。例如,前胃ECM片的厚度受到源组织的厚度的限制。此外,一些应用例如疝修补、皮肤移植、硬脑膜的置换、腱修复和整形外科通常需要较厚的移植物,以提供足够的拉伸强度、生物力学性能和生物活性。
ECM组织的各个片通常具有各向异性的力学性质,其由于组织内的胶原纤维的取向而在方向上特异。这导致在ECM组织的天然单层片的物理性质中的方向变化。包含具有不同纤维取向的交替片的层叠移植结构能将结构的方向变化减至最低限度,形成在多个方向上都较强的各向同性结构。
为了定制ECM移植物以满足位点特异性需要,可以使用如下技术来制造包括多个ECM片的层叠移植产品,上述技术是例如压缩、干燥、化学交联、缝合、或通过使用粘合剂(请见美国专利第5885619号、第5955110号和第8415159号)。
使用这些技术而制造的移植产品具有限制。其中,使用空气、加热或冻干来干燥移植产品,作为水丧失的结果,ECM受到损坏。在冻干的情况下,冰晶体形成导致支架的结构变化(4)。当采用脱水和压缩作为方法来制造层叠移植产品时,ECM蛋白质通常会在处理中损坏,结果引起过大的免疫应答。脱水和压缩的产品的另一个限制是它们倾向于在再水合后、在手术处理、移植中和随着时间的分离而分层。
可使用缝合线来克服层叠移植产品分层的倾向。但是,支架将外来的材料引入移植物,这会导致发炎、结疤和包囊,且可能在一些情况下是不期望的(5)。例如,使用永久性合成支架例如Prolene来制造层叠ECM移植产品以将片固定在一起将会导致随着时间的推移发生ECM的更换,但是合成的支架不会重构。这在一些应用中是不期望的,所述应用是移植物应当被患者自身的组织完全替代的情况。永久性的支架导致较大的感染可能性,并限制这类产品在开放的真皮修复应用中的实用性。包括可吸收支架的移植产品在湿的状态下具有有限的保存期限,这是因为支架通常由于水解而分解(6,7)。所以,在相对于持续的期间需要高的拉伸强度的应用中,可吸收支架是不合适的。
层叠移植产品也可由使用粘合剂而结合在一起的ECM片组成。但是,引入粘合剂会产生对细胞迁移的障碍,且会改变ECM重构的典型的机制和动力学。
已知包含粘合在一起的化学交联的ECM片的移植产品引起异物反应,活体营养性质受限。
已知仅由合成聚合物网组成的移植产品提供长期的强度和刚性。但是,随着时间的推移,大量的合成聚合物会导致异物反应,且可能会导致网腐蚀,在这里网会穿过组织层。合成聚合物材料移植物不具有生物成分,所以对创伤和组织修复不提供生物协助。这会导致移植物的包囊和增加不良反应的风险。
所以,从现有的移植产品相关的问题和缺点可以看出,需要一种层叠移植产品,该层叠移植产品包括ECM和/或天然材料或合成聚合物材料,且能容易地被调整成满足广泛的解剖学上的位点的生物力学需求,在手术中或移植后不会发生分层。此外,需要一种移植产品,其在湿的和干的状态下都保持完整。更需要一种层叠移植产品,其可呈现为湿的形态以避免损坏ECM,且保持固有的活体营养的性质。
因此,本发明的目的在于提供一种组织移植产品,其包括两个或多个ECM或聚合物材料的层,该组织移植产品可克服或至少部分地克服上述的一个或多个问题,或至少提供一种现有产品或过程的有用的替代方案。
发明内容
本发明提供一种组织移植产品,其包含两个或多个胞外基质(ECM)或聚合物材料的层,而不使用任何合成材料以将上述层保持在一起,例如支架或粘合剂,因此将排斥、发炎或不期望的包囊的风险减至最低限度。
于是,根据本发明的第一方面,提供一种组织移植产品,其包含两个或多个材料层,其中,每个层包含胞外基质(ECM)或聚合物材料,并且其中通过将一个层的一部分与另一层的一部分互锁而将上述层层叠在一起。
在某一些实施方式中,组织移植产品包含具有多个凸耳的材料的第一层、和具有多个孔的材料的第二层,上述第一层的每个凸耳位于贯穿上述第二层的孔中,上述孔和上述凸耳具有尺寸,以使上述凸耳与上述第二层的表面接合,并使上述第一层与上述第二层互锁。
上述组织移植产品可具有至少一个包含ECM的层,或所有层可具有包含ECM的材料。上述产品可包含任何适合数量的ECM和/或聚合物材料的层,例如2、3、4、5、6、7、8、9或10个ECM和/或聚合物材料的层。上述ECM可由反刍动物的前胃的固有层-粘膜下层(propria-submucosa)形成。上述组织移植产品可具有至少一个包含聚合物材料的层,或所有层可具有包含聚合物材料的材料。上述聚合物材料可以是由聚丙烯、聚四氟乙烯、聚乙醇酸、聚乳酸、聚卡普隆-25或聚酯形成的合成材料。可替代地,上述聚合物材料可以是天然材料,例如蛋白质、多糖、糖蛋白、蛋白聚糖或糖胺聚糖。例子包括胶原、藻酸盐、壳聚糖和丝。
上述第二层的每个孔具有任何适合的形状,包括基本上为圆形、三角形、正方形、长方形、菱形或星形的形状。圆形的孔通常具有2~4mm的范围的直径。每个具有多个孔的层可具有每平方厘米0.5~15个孔的孔密度。
本发明的组织移植产品可以是基本上平坦的片或可以具有三维形状以顺应待移植上述产品的位置。
上述组织移植产品可以是湿的或干的,例如冻干的。
在第二方面,本发明提供一种制备本发明的组织移植产品的方法,其包括层叠两个或多个材料层的步骤,其中,每个层包含胞外基质(ECM)或聚合物材料;通过将一个层的一部分与另一层的一部分互锁将上述层层叠在一起。
在本发明的一些实施方式中,上述方法包括以下步骤:
(i)将具有多个凸耳的材料的第一层施加至具有多个孔的材料的第二层;
(ii)将上述第一层的上述凸耳穿通上述第二层的上述孔,上述孔和上述凸耳具有尺寸,以使上述凸耳与上述第二层的表面接合,并使上述第一层与上述第二层互锁。
在本发明的另一个方面,提供本发明的组织移植产品,其包括:
(i)模型,在该模型上可以覆盖ECM和/或聚合物材料的片;
(ii)凸耳切割装置,该凸耳切割装置用于在ECM或聚合物材料的片中切出凸耳,以形成凸耳片;
(iii)穿刺装置,该穿刺装置用于在ECM或聚合物材料的片中制造穿孔,以形成穿刺片;
(iv)用于将上述凸耳片的上述凸耳穿通上述穿刺片的穿孔的装置,以形成上述组织移植产品。
在本发明的又一个方面,提供一种本发明的组织移植产品用于替换或修复人类或其他动物中的组织的用途。
附图说明
图1是本发明的组织移植产品的示意表示。
图2A和图2B显示本发明的组织移植产品的示意表示的剖视图。
图3是用于制备本发明的组织移植产品的工具的示例的示意表示。
图4是用于制备本发明的组织移植产品的工艺。
图5是用于制备本发明的三维的组织移植产品的工具的示例的示意表示。
图6是显示拖拉的或未拖拉的绵羊前胃基质的湿法处理完整性的直方图。
图7是显示拖拉的或未拖拉的绵羊蜂巢胃基质的湿法处理完整性的直方图。
图8是显示拖拉的或未拖拉的绵羊心包基质的湿法处理完整性的直方图。
详述
定义
本文中所用的术语“胞外基质”(ECM)是指已去细胞的动物或人类组织,其提供用于结构完整性的基质和用于运送其他材料的构架。
本文中所用的术语“去细胞”是指从组织或器官的一部分,例如从ECM除去细胞及其相关的碎片。
本文中所用的术语“聚合物材料”是指包含许多重复的亚基的大分子或巨大分子,且可以是天然材料,包括但不限于多肽和蛋白质(例如胶原)、多糖(例如藻酸盐)和其他生物高分子,例如糖蛋白,也可以是合成材料,包括但不限于聚丙烯、聚四氟乙烯、聚乙醇酸、聚乳酸和聚酯。
本文中所用的术语“互锁”或“互锁的”是指两个或多个重叠的材料片接合并配合在一起。
本文中所用的术语“层叠”或“层叠的”是指一个材料片重叠在另一个材料片上。
本文中所用的术语“片”是指ECM或聚合物材料的基本上平坦的、柔软的部分。
本文中所用的术语“层”是指彼此重叠或相邻、且彼此互锁的两个或多个片。
本文中所用的术语“凸耳”是指被部分地切出的片的一部分,以使得该凸耳经由桥连接保持与上述片的牢固附着。
本文所用的术语“凸耳片”是指被切割出多个凸耳的片。
本文所用的术语“穿刺片”是指被穿刺而具有多个孔的片。
本文所用的术语“拖拉(lugging)”是指将凸耳片的凸耳穿通穿刺片的孔的过程。
本文中所用的术语“拖拉片(lugged sheet)”是指凸耳片的凸耳已穿通穿刺片的孔的凸耳片。
层叠移植产品
本发明总体涉及ECM或聚合物材料的两个或多个片的层叠,其中,这些片通过一个片的部分与另一个片的部分的互锁而结合在一起。虽然本发明并不限定于任何特定的互锁方法,但本发明将根据如下方法进行描述:一个或多个片中的凸耳已穿通其他片的孔,从而使得这些片互锁并结合在一起,以形成层叠移植产品。本发明的层叠移植产品相对于其他类型的层叠产品具有优点,且在各种临床的和治疗的应用中是有用的,包括伤口修复和组织再生,且包括例如疝气或韧带/腱的修复,其相对于ECM的单片的强度,还要求额外的拉伸强度。
本发明的一些实施方式的特征是,不使用任何额外的材料例如缝合线或粘合剂将片层叠,或者在它们的制造过程中不采用干燥步骤,该干燥步骤会造成不良影响或使得器件不适合于伤口或组织修复。这些层叠品具有比单个片的拉伸强度大的拉伸强度。它们还是穿孔的,这有助于流体的排放,减小皮下积液的风险。
现有技术中记载的没有添加其他组成而进行层叠的一些层叠产品不适合于湿式呈现,这是因为它们在水合作用的持续期间倾向于分离。本发明的产品在长时间暴露于水后不会分离,且保持其结构完整性。
一般而言,本发明基于如下方法,该方法包括:将ECM或聚合物材料的多个片重叠,和将上述片的部分互锁以形成层叠移植产品。
胞外基质
用于本发明的源自ECM的基质是胶原基生物可降解基质,包括以其天然的结构和天然的浓度的高度保守的胶原、糖蛋白、蛋白聚糖和糖胺聚糖。用于本发明的一种胞外胶原基质是温血脊椎动物的ECM。ECM可从多种来源获得,例如,从为肉类生产而饲养的动物获得的肠胃组织,上述动物包括猪、牛和绵羊,或其他温血脊椎动物。脊椎动物ECM是商业肉类生产经营的丰富的副产品。
适合用于形成移植产品的ECM组织包括天然关联的ECM蛋白质、糖蛋白和在依据ECM的来源而不同的ECM中天然发现的其他因素。ECM组织的一个来源是温血脊椎动物的前胃组织。
前胃组织是用于本发明的ECM组织的理想的来源。合适的前胃ECM通常包括反刍动物的前胃的固有层-粘膜下层。在本发明的一些特定实施方式中,固有层-粘膜下层来自前胃的瘤胃、蜂巢胃或重瓣胃。这些组织支架通常具有波状外形的内腔表面。在一个实施方式中,ECM组织支架可另外包含去细胞的组织,包括上皮组织、基膜或肌层的部分、及它们的组合。上述组织支架还可包括一种或多种纤维状蛋白质,包括但不限于胶原I、胶原III或弹性蛋白、及它们的组合。公知这些片的厚度和定义随脊椎动物品种的来源不同而变化。
固有层-粘膜下层组织通常具有近腔室表面和内腔表面。内腔表面是面向器官源的内腔的表面,近腔室表面面向平滑肌组织表面。固有层-粘膜下层组织的多个片能以ECM的相邻的片的近腔室表面与内腔表面接触、内腔表面与内腔表面接触、或近腔室表面与近腔室表面接触的方式重叠。来自一些或不同的脊椎动物或器官源的ECM的重叠片的所有的上述组合都能生产包括ECM的层叠移植产品。
根据本发明用于制备ECM的一种方法记载于美国专利第8415159号中。使脊椎动物前胃的片段、优选获自绵羊物种在组织的两侧之间进行透壁渗透流,以使得所有组织或部分组织内的组织层分离和/或去细胞。上述透壁渗透流可以从所有组织或部分组织的内腔侧导向近腔室侧,或者从所有组织或部分组织的近腔室侧导向内腔侧。这可以通过如下实现,例如,在高渗溶液和低渗溶液之间分离组织,以使得透壁渗透流从低渗溶液导向高渗溶液。上述方法还可包括除去所有的或部分的组织层,包括上皮组织、基膜或肌层,及它们的组合。上述高渗溶液和低渗溶液可包括例如水、和任选的至少一种缓冲液、清洁剂或盐。上述高渗溶液比上述低渗溶液包含较高浓度的溶质。在一个特殊的实施方式中,高渗溶液包含4M NaCl,低渗溶液包含0.28%的Triton X-200和0.1%的EDTA。在另一个特殊的实施方式中,低渗溶液包含0.1%的SDS。在另一实施方式中,低渗溶液包含0.028%的Triton X-200、0.1%的EDTA和0.1%SDS。ECM能以水合的或脱水的状态储存。根据本发明冻干的或空气干燥的ECM可以再水合或部分再水合而使用,不会有其向生体性质和机械性质的重大损失。
聚合物材料
在本发明的一些实施方式中,聚合物材料的片可包含在如凸耳片或穿刺片的产品中。例如,通过包含精细编织的持久的合成材料,可将额外的强度或较长的持久性结合入产品中,上述合成材料例如是聚丙烯(普理灵网(Prolene mesh)和Elevate网)、聚四氟乙烯(Gore-Tex网)、聚乙醇酸(薇乔网(Vicryl mesh))、聚乳酸(Paritex progrip网)、聚卡普隆-25(Ultrapro网)、和聚酯(Mersilene网)。合成材料例如聚丙烯、PTFE和聚酯是不可吸收的,且可无限期地存在,提供持久的强度和刚性。合成材料例如聚乙醇酸、聚乳酸和聚卡普隆-25是可吸收的网,且在短期内提供额外的强度,但在长期内会被吸收。可替代地,上述聚合物材料可以是天然材料、或衍生自天然材料,例如蛋白质(例如胶原)、多糖(例如藻酸盐)、糖蛋白或其他材料。
在其他一些实施方式中,上述产品可仅包括聚合物材料的片(即,没有ECM片)。
用于制备移植产品的一般方法
在本发明的一个实施方式中,层叠移植产品由多个重叠的或部分重叠的片形成。所使用的各个片的尺寸并不严格。形成ECM和/或SPM的层叠移植产品的一种方法包括如下步骤:将适当形状的刀具(凸耳刀具)压入片中以形成穿通上述片的许多凸耳,从而形成“凸耳片”。上述凸耳片可以是湿的、干的、冻干的、水合的或已水合的片。凸耳层可包括凸耳片的一个或多个组合,其可以彼此重叠或彼此不重叠。上述凸耳层也可包括凸耳尺寸和各种图案的不同组合,以提高层叠体品的多层的整体强度。将尖锐的或钝的针穿刺ECM或聚合物材料的片以形成许多小的贯穿上述片的穿刺孔,从而形成“穿刺片”。穿刺片可以是湿的、干的、冻干的、水合的或已水合的片。穿刺层可包括穿刺片的一个或多个组合,其可以彼此重叠或彼此不重叠。上述凸耳层至少部分地重叠在上述穿刺层上。在上述方法的这一点上,上述层可以用液体例如等渗盐水再水合。然后,使用销钉、推杆、打孔器、钝针或类似的器件将凸耳层的凸耳穿通穿刺层的穿刺孔,从而将上述凸耳层和上述穿刺层互锁和固定。由此形成本发明的层叠移植产品。
参照图1,显示包括一个凸耳片2和三个穿刺片3的层叠移植产品1。每个部分4显示凸耳已从凸耳片2中被切出,且已穿通穿刺片3的穿刺孔并到达移植产品1的下侧。一个凸耳5显示为已从凸耳片2穿通。没有显示其他凸耳。图2A是层叠移植产品的剖视图。凸耳片2显示为重叠在四个穿刺片3上。凸耳5显示为已从凸耳片2穿通穿刺片3的穿刺孔。每个凸耳5仍然通过连接桥6附着于凸耳片2。应理解,实际上每个凸耳5基本平坦地平放在移植产品1的下侧。因此,所有的片互锁并结合在一起。
在本发明的一些实施方式中,层叠移植产品基本由ECM组织构成,不存在潜在地折中的缝合线、粘合剂和化学预处理,且上述层叠移植产品与用于形成产品的单个片相比具有较大的机械强度和每平方厘米的胶原含量。
在相邻的片之间重叠的组织的量可随预期的用途、期望的性能、所需的层叠强度、所需的产品的表面积或尺寸而不同,可以设为每个片的至少一部分与另一个片的部分重叠和互锁的量。上述凸耳在重叠区域将穿刺片与凸耳片互锁和固定,形成层叠移植产品。
以上定义的术语“互锁的”或“互锁”是指一个或多个凸耳片将一个或多个穿刺片固定在一起而无需添加其他材料例如粘合剂或缝合线、或无需压缩和脱水等处理的方式。所形成的产品在层叠移植产品的不同部位层叠和固定的层和片的数量可以不同。上述移植产品的不同结构可提供增强的机械强度。
上述产品的互锁的片的强度主要依赖于重叠的拖拉片和穿刺片的表面积、固定的密度、凸耳连接桥的强度、凸耳的刚性和抗压缩性、穿刺片中的孔的强度、和凸耳与穿刺孔之间固定的紧度。具有较小的穿刺孔和较大的凸耳的产品的层将以较大的强度被固定,所以凸耳拔出的可能性减小。但是,穿刺孔过于小会阻碍简单的凸耳穿通(拖拉),并且由于穿刺孔的撕裂而可能会失败。
在本发明的一些优选实施方式中,凸耳片包括冻干的组织,且可在重叠在穿刺片上之后穿通穿刺片之前进行水合。但是,在其他实施方式中,凸耳片可包括湿的、干的、水合的或已水合的片,或者它们的组合,由此使得凸耳片具有足够的耐受撕裂、刺穿或其他变形的性质,从而使得凸耳不会变形和从穿刺孔中倒退滑出,否则,撕裂、刺穿或其他变形会对凸耳切割和凸耳穿通的过程不利。
在本发明的一些实施方式中,穿刺片包括湿的组织。但是,在其他一些实施方式中,穿刺片可包括干的、冻干的、水合的、已水合的片,或它们的组合,由此使得穿刺片具有足够的耐受撕裂或其他变形的性质,其中,撕裂或其他变形对穿刺、凸耳穿通或凸耳保持有害。
用于制备移植产品的工具
在制备本发明的移植产品的典型方法中,将用于制备本发明的凸耳和穿刺片的片放置在模型上。在一个实施方式中,片在模型上可以沿纵向和横向拉伸,以在片中产生张力,允许有效的凸耳形成、穿刺和/或凸耳穿通。将上述拉伸的片放置在位于模型的周围的尖锐或钝的销钉之上并将其刺穿,以在拉伸的片中保持张力。可替代地,可以将片放置在模型上并拉伸,并使用夹子、压力、或其他合适的方法来保持片中的张力。
可以使导件例如杆、棒或类似形状的器件穿通拉伸的片而进入模型,以将拉伸的组织固定在模型上,并提供方法用于将任何后续的增加的片对齐。这些导件也可用于将上述过程中使用的工具对齐,包括用于生成穿刺孔的工具和用于将凸耳穿通的工具。以上述方式使用带有导件的模型可确保凸耳片中的凸耳与穿刺片中的穿刺孔彼此上下对齐,还可确保凸耳穿通工具也能对齐且被引导穿通穿刺孔。
在一些实施方式中,将片放在模型上,并使用能穿通未拉伸的/无张力片的杆、棒或类似形状的器件将片夹在适当的位置。在一些实施方式中,将片放在模型上,并使用包括但不限于夹子或压力的方法将上述片固定。
对上述模型的构成没有严格要求,可以将其设计成任何尺寸或形状。在一个实施方式中,上述模型是16mm厚的乙缩醛块。上述模型包括供凸耳、针和销钉穿过该模型的通孔。通孔的密度、形状、尺寸、取向和排列形式以及上述通孔自身的尺寸、取向、形状和形式可根据材料的片和层的种类、厚度和数量及所需的应用进行定制。在一个实施方式中,通孔设置在水平地和垂直地对齐的列中,且直径为3.1mm,中心间隔为3.5mm。在另一个实施方式中,通孔设置在偏移的水平或垂直的列中,使得凸耳切割所需的力能够降低,和/或允许凸耳和固定点的高密度。
在另一个实施方式中,模具由一组小直径的杆制成,上述杆的端部形成模型表面。在这样的实施方式中,杆尖部移动以允许凸耳、针和/或销钉通过。在另一个实施方式中,模型由泡沫制成,该泡沫分开以允许凸耳、针和/或销钉通过。在这些实施方式中,不需要使用加工工具将模型对齐。
在一些实施方式中,模型具有平坦的平面表面,且用于形成层叠有移植产品的平面。
在一典型的过程中,将ECM或聚合物材料的片放在模型上,且用合适形状的刀具(凸耳刀具)切割凸耳以形成凸耳片。移除凸耳片并将新的ECM或聚合物材料的片放在模型上。可替代地,将具有相似的通孔和导向图案的不同的模型放在新的片上。使用一个或多个针刺穿上述新的片以形成穿刺片。接着,将一个或多个凸耳片覆盖在一个或多个穿刺片的层上,使用一个非尖锐(钝末端)的销钉或多个销钉将凸耳片的凸耳穿通穿刺片的层。一旦将凸耳穿通穿刺片的孔后,凸耳倾向于展开,从而将凸耳片和穿刺片互锁在一起以形成层叠移植产品。移植产品可被制成具有至少两个片,但也可以包含3、4、5、6、7、8、9、10个片或更多的片。
当使用湿的片时,在片、凸耳片、穿刺片和工具元件的任何之间可以使用分离条(separation slip)。这样降低表面张力,使得工具元件更容易与上述片和其他工具元件分离,而不需要在片上施加较大的力。上述分离条典型地由薄的、柔性的材料制成,例如聚四氟乙烯(PTFE)或不锈钢,其能够卷绕或从片上剥离而除去,而不需要在片上产生较大的力。
在进行凸耳切割、穿刺和将凸耳压入穿刺片中之前,可使用下压板(hold downplate)来固定组织。在一些实施方式中,上述凸耳刀具可以是由尖锐的金属管制成的刀。在其他实施方式中,上述凸耳刀具可由任何能被磨成刀的材料制成。凸耳刀具将凸耳切割成圆形,但也可切割成任何其他形状,例如但不限于正方形、长方形、三角形或倒三角形、菱形、星形,且保留附着于片的连接桥。
在一些实施方式中,凸耳尽可能地小,以使得凸耳的伸出的自由末端最小限度地侵入。但是,凸耳必须具有足够的宽度以实现保持的目的。例如,对于凸耳的横截面尺寸为2.8mm、中心间隔为3.5mm的凸耳片,优选用于制备包括前胃固有层-粘膜下层ECM片的五片产品。每个凸耳的连接桥优选在实践上尽可能地窄,同时保留将凸耳穿通的操作。对于包括前胃固有层-粘膜下层ECM的五片产品,连接桥的宽度为0.7mm是理想的。较小宽度的凸耳和连接桥可能适合层叠较小数量的片,或适合较薄的片,或适合使用更刚性的拖拉材料(lugging material)。较大宽度的凸耳和连接桥可能更适合层叠较大数量的片、较厚的片、更柔软的材料或不太在意存在较大的凸耳自由末端的情况。
在一些实施方式中,通过使用设置在平台中的多个凸耳刀具切割凸耳来制造凸耳片。凸耳刀具的图案与模型上的通孔匹配。上述凸耳切割台利用模型上的导件和通孔而对齐,且向上述平台施加压力以在模型上的固定的片中切割凸耳,从而形成凸耳片。用以施加压力的偏置力可通过许多适合的方法产生,包括手压、施加重物、电按压、或液压。在大的片上可实施多次凸耳切割操作以制造较大的凸耳片。在另一个实施方式中,凸耳刀具可单独使用,可设置在柔软的片中,可附着于机械臂,或可使用其他切割工具例如但不限于冲模或激光器来切割凸耳。
在一些实施方式中,可使用长锥形的抛光尖针来进行穿刺操作。对于包括前胃固有层-粘膜下层ECM片的五片产品的层叠,其中一个片是凸耳片,其具有宽2.8mm的凸耳,凸耳之间的中心间隔为3.5mm,且具有宽0.7mm的连接桥,可使用直径为1.2mm、中心间隔为3.5mm的针来穿刺上述片并形成孔。但是,具有直径达到且甚至大于1.8mm的针可在完成的产品中产生足够的互锁。较小直径的针可能适合于使用较小宽度的凸耳的互锁,或适合拖拉材料更柔软的情况。
在一些实施方式中,通过用针刺穿片来形成穿刺片。可以在平台中设置多个针。针的图案与模型上的通孔匹配。以与施加力在片中切割凸耳以形成凸耳片的相似的方式,对针台施加力以在片中穿刺小孔。
通过将一个凸耳片部分地或完全地覆盖在一个或多个穿刺片上并对齐,实行上述拖拉操作,可形成层叠的产品。在一些实施方式中,一个凸耳片被拖拉到一个或多个凸耳片的顶部上。凸耳片和穿刺片上的凸耳和穿孔可通过任何合适的方式对齐,但不限于用眼、使用导件或使用夹具。通过将凸耳穿通穿孔以将层和片固定在一起,来形成互锁的层叠移植产品。
在一些实施方式中,使用一个或多个钝的、圆的、和/或非尖锐的销钉(穿通销钉)实施上述拖拉操作。对于包括前胃固有层-粘膜下层ECM的五片产品的层叠,其中一个凸耳片具有宽2.8mm的凸耳,凸耳之间的中心间隔为3.5mm,且具有宽0.7mm的连接桥,使用直径为1.2mm的针来形成穿孔,可使用直径为0.55mm的销钉将凸耳穿通。但是,具有达到且大于1mm直径的穿通销钉将会产生足够的互锁。
在一些实施方式中,多个穿通销钉以图案的形式设置在平台中,该图案与模型上的通孔的图案匹配。利用导件和模型上的通孔将该销钉台对直,对所述台施加偏置力以将凸耳片的凸耳穿通一个或多个穿刺片并进入通孔中,在将销钉缩回和从片除去后使凸耳保持在该位置。由此形成移植产品,其中被推入的凸耳将一个或多个穿刺片锚固于凸耳片。在大的层叠品上可实施多次拖拉操作以制造较大的层叠片。
图3是用于制备本发明的组织移植产品的工具的示例的示意表示。模型11(以虚线)显示为覆盖有ECM或聚合物材料的片12,使用模型周缘销钉13将片12附着于模型11,以维持片12中的张力。下压板14和分离条15显示为用夹子16夹在模型11上。可使用导杆19将穿刺针台17(其可替代地是凸耳刀具台、穿刺针台或穿通销钉台)和间隔台18引导到模型11上。针由台17保持且从其下面伸出。当向穿刺针台17施加朝下的压力时,迫使针20朝下压以刺穿片12。穿刺针台17可以用凸耳刀具台代替,该凸耳刀具台具有从其下面伸出的凸耳刀具。以相似的操作,当向凸耳刀具施加朝下的压力时,该凸耳刀具被朝下压以在片中切割凸耳。另外,穿刺针台17可替代为穿通销钉台,该穿通销钉台具有从其下面伸出的穿通销钉。当向穿通销钉台施加朝下的压力时,穿通销钉被朝下压以将凸耳穿通片,从而获得本发明的互锁的层叠移植产品。
图4是用于制备本发明的组织移植产品的工艺。步骤A和B显示凸耳片的制备。步骤C和D显示穿刺片的制备。步骤E和F显示层叠移植产品的构成。凸耳刀具台21保持多个凸耳刀具22。凸耳刀具22的末端以一定角度被切割,所以当将该凸耳刀具22压入在基板24上保持的ECM或聚合物材料的片23时,在片23中形成半圆形的切口25。将凸耳刀具台21升起,使上述凸耳刀具22从上述片23撤回,将凸耳刀具台21旋转90°,再次朝下压以切割上述片23。这样重复两次,以使得三步骤的过程产生已被切割的凸耳26,从而形成凸耳层27。参照步骤C,保持针29的穿刺针台28显示为位于三个ECM或SPM的片30上。将穿刺针台28朝下压,以使得在片29中制成多个穿孔31,形成穿刺层32。凸耳层27覆盖在穿刺层32上。将保持有多个穿通销钉34的穿通销钉台33朝下压,以使穿通销钉34将凸耳26穿通穿孔31,将穿刺层32和凸耳层27互锁,形成层叠移植产品35。
包括多个片的移植产品
在一些实施方式中,所形成的产品可包括多个凸耳片。片可以被制成具有凸耳图案排列,其相对于其他凸耳片的凸耳图案偏移。这样可避免不同凸耳片上的凸耳被排列在相互的顶部,且可避免凸耳穿通重叠的凸耳片的凸耳孔。这些凸耳片可包含穿孔,允许凸耳穿通凸耳片并进入穿刺片中。将设计成具有不同图案的凸耳和穿孔的片定义为“差异凸耳片/穿刺片”。
在其他实施方式中,将包括一个或多个凸耳片和/或差异凸耳片/穿刺片的层放在一个或多个穿刺片的层之上及之下,有效地将一个或多个穿刺片的层夹在包含凸耳的片的层之间。得到较厚的和较强的产品。三明治式的层叠移植产品通过如下形成:将凸耳穿通穿孔以固定层形成三明治。将上面的凸耳层中的凸耳从顶部穿通穿孔,将下面的凸耳层的片中的凸耳从底部穿通穿孔。可以或可以不将凸耳穿通所有的穿孔,可以或可以不将凸耳穿通相反一侧的凸耳片或差异凸耳片/穿刺片。
参照图2B,三个穿刺片3显示为被夹在顶部的凸耳片7和底部的凸耳片8之间。来自凸耳片8的凸耳9已穿通穿刺片3的穿孔,来自凸耳片7的凸耳10也已穿通穿刺片3的穿孔。
在三明治式的产品中,上面的和下面的凸耳片和/或差异凸耳片/穿刺片中的凸耳可以彼此偏置,以使来自相反侧的凸耳不接触。凸耳未穿通所有的层或片的三明治式的产品在暴露的凸耳可能会导致组织磨损和/或摩擦的情况下具有优点。因此,当凸耳片和/或差异的凸耳片/穿刺片包含可能会更刚性和对组织可能具有较大的磨损的合成材料时,三明治式的设计是理想的。
伪各向同性移植产品
在一些实施方式中,由多个ECM片制备伪各向同性层叠移植产品。本文中所用的术语“伪各向同性(pseudoisotropic)”是指沿着移植材料的各个轴具有相似的物理性质的组织移植材料。本发明的伪层叠移植产品可以由单独的ECM片制成。ECM材料通常在一个方向相对于其他方向较强。这通常是因为ECM中的聚合物纤维(例如胶原)的排列。制备伪各向同性移植结构的方法包括:用凸耳片或穿刺片的第二片覆盖凸耳片或穿刺片的第一片的至少一部分,其中,使第二片旋转以使第一片的纵轴相对于第二片的纵轴成一定角度。可以相似的方式加入凸耳片或穿刺片的额外的片,以制造具有所需层叠片数的伪各向异性层叠移植结构。
大面积移植产品
根据本发明可制造大面积移植产品。由于ECM获自某些动物器官的组织,因此在能被用于移植操作的组织的片的尺寸上存在限制。当需要大面积的移植组织的片时(例如用于大的烧伤创面),必须使用缝合线、粘合剂或其他类型的处理来制造具有足够的表面积的移植产品。但是,根据本发明的将部分重叠的ECM片互锁,使得能制造具有较大表面积的层叠移植产品,该表面积比用于制造移植产品的任何单独的片的表面积都大。
三维的移植产品
在一些实施方式中,移植产品实质上是平坦的柔性产品,且使用平坦的平面模型制造。在另一些实施方式中,移植产品可具有弯曲的三维形状。使用弯曲的模型和拖拉上述片以使其保持它们的形状而不需要引入其他材料或使用其他处理以克服现存技术的限制,从而由片形成三维形状的能力是有益的,这是因为其允许制造更接近地适应人体部分的自然形状的层叠产品。平坦的层叠移植产品具有限制的适应自然弯曲形状的能力,例如乳房移植物,且倾向于形成折叠或褶皱。这些褶皱会成为皮下积液的位点,导致并发症或较差的整容效果。因此,在互锁过程中将器件形成三维适应的形状的能力是有益的。
三维形状的互锁层叠移植产品可使用具有弯曲形状的模型来形成。模型还可具有阶梯状边缘或多个以不同角度配置的平坦表面。上述模型可具有非垂直的通孔,以与非垂直的凸耳刀具、针和销钉一起使用。
上述凸耳和穿刺片优选在制造过程中是水合的,以使组织能更容易地适应优选的形状。
通孔垂直于模型表面的模型可与单独的凸耳刀具、在柔性片中的多个凸耳刀具、在机械臂上的多个凸耳刀具、激光器或其他技术一起使用。在其他实施方式中,凸耳切割台可与具有通孔的模型一起使用,上述通孔配置为与表面不垂直。可替代地,三维形状可由具有多个平坦表面和与各个平坦表面匹配的凸耳切割台的模型形成。同样地,通孔垂直于模型表面的模型可与单独的针、在柔性片中的多个针、在机械臂上的一个或多个针、激光器或其他技术一起使用。在其他实施方式中,针台可与具有通孔的模型一起使用,上述通孔配置为与表面不垂直。可替代地,三维形状可由具有多个平坦表面和与各个平坦表面匹配的针台的模型形成。以相同的方式,通孔垂直于模型表面的模型可与单独的销钉、在柔性片中的销钉、在机械臂上的一个或多个销钉一起使用,或者可使用其他工具例如但不限于推杆、打孔器、冲模或任何非尖锐物体将凸耳穿通穿孔。在其他实施方式中,销钉台可与具有通孔的模型一起使用,上述通孔配置为与表面不垂直。可替代地,三维形状可由具有多个平坦表面和与各个平坦表面匹配的销钉台的模型形成。
可以用手动力将移植产品从模型和夹子移除,或者可以将多余的组织切除离开夹子,且可将产品从模型移除。一旦将产品从模型移除后,该产品可以是干燥的、冻干的、或完全水合的、或保持与经历层叠过程时同样的水合状态,这些都没有分层的风险。可以对上述产品进行进一步处理以适合各种医学应用。可以使用标准技术对上述产品进行消毒。
产品的机械性能可根据医学应用需求通过调节层数、层中的片数、层中的片的种类、修饰形状、调节拖拉图案、尺寸、密度和形状、从各种动物和组织源选择ECM片、SPM片的选择进行定制。
穿孔提高移植物在体内的重构性质。认为穿孔促进ECM组织与内源性的流体和细胞的接触(通过提高植入移植物的表面积)。穿孔还起到导管的作用,使得胞外流体通过移植物。在本发明的移植产品的制造过程中形成的穿孔通过提供流体可从其中流出组织的导管,将会减缓移植结构的片之间的流体积聚。
图5显示用于制备本发明的3D组织移植产品的工具的示例。图5A显示在支架37上的模型36。模型36包括多个用于接受针或销钉的通孔38。固定销钉39显示为在模型36的边缘上,可将ECM或SPM的片固定于模型36。图5B显示使用多个针或销钉的可替代的排列。模型40显示为在支架41上。ECM或SPM的片42显示为在模型40上被拉伸,且通过附着固定于固定销钉43。穿刺针台44(其可以替换为穿通销钉台)安装于平台导件45。
生物活性材料的递送
本发明的层叠移植产品可被用于将生物活性材料递送至移植位点。上述生物活性材料可以是在移植产物的制备中所使用的ECM内生的,或者是在移植产品制造过程之中或之后的ECM和/或聚合物材料层中结合的材料。已知以这种方式递送至移植位点的生物活性材料有利于促进细胞功能,包括创伤愈合和其他令人满意的生理学上的和药理学上的功能。
实施例
实施例1:具有一个凸耳片和四个穿刺片的基础层叠产品
根据美国专利US 8415159中记载的步骤由脊椎动物前胃来制造ECM。前胃ECM片由温血脊椎动物的前胃组织的片段形成,上述片段包括固有层-粘膜下层。
根据以下方法制备凸耳片:对于一个冻干的ECM片,使用切割冲模和压力,在140mm×140mm方形的各个角落冲出四个直径5mm的孔。将上述片放置在140mm×140mm的平坦的乙缩醛板上,该乙缩醛板具有在各个角落等间隔设置的直径5mm的导杆,以与冻干的ECM片中切入的孔相匹配,上述导杆将ECM的一边的位置固定于上述板。上述板在其中央以3.5mm中心间隔(at 3.5mm centres)具有直径3.1mm的通孔的29行×29列的网格,形成大约20mm宽的没有孔的周边部分。上述板起到模型的作用。将具有用于凸耳刀具和与通孔的图案匹配的导孔的下压板放置在冻干的ECM片的顶部。使用夹子将组件固定在一起。将具有与上述导杆孔和上述通孔匹配的通孔尺寸和图案的5mm厚的间隔板放置在上述下压板的顶部。使用凸耳切割台,该凸耳切割台包括具有直径2.5mm的圆管凸耳刀具的乙缩醛平台,上述凸耳刀具的中心间隔为3.5mm,上述凸耳刀具与通孔的图案相匹配,当将上述凸耳刀具穿通上述ECM片时,使用上述乙缩醛平台中的导杆孔和凸耳刀具导孔将凸耳切割平台对齐。将上述组件置于心轴压力机(arbour press)中并进行压缩。将上述凸耳切割平台缩回并移除,旋转180度并放回(replaced)。将上述组件置于心轴压力机中并进行压缩。将上述凸耳切割平台缩回,并与间隔物一起移除。将上述凸耳切割平台旋转90度并放回。如此形成的凸耳片具有宽约2.8mm的凸耳,将其从工具上移除。
根据以下方法制备穿刺片:将四个新的ECM的重叠片在平台的乙缩醛板上拉伸,上述乙缩醛板具有与上述的板相同的尺寸、孔和导杆。上述板还具有从其侧边伸出的销钉,上述侧边用于将拉伸的新的ECM片固定于板。将直径5mm的金属打孔器/导件放进各导杆孔中,穿过新的ECM,刺穿组织并将组织固定在合适的位置。将厚度1mm的PTFE分离条放在新的ECM上。将下压板放在上述PTFE条的顶部,上述下压板也具有与导杆和通孔匹配的尺寸和图案的孔的网格。使用夹子将组件固定在一起。使用包括乙缩醛平台的穿刺针台,其在与通孔匹配的图案的网格中放置有11号尺码的刺绣机针。上述穿刺台还具有与导杆对齐的导孔,使用这些导孔将模型上方的穿刺针台与面向ECM片的针对齐。将上述组件置于心轴压力机中并进行压缩。将上述穿刺台、夹子、下压板和PTFE分离条移除。
根据下述方法来组装层叠移植产品:将凸耳片放在穿刺片的顶部,将四个导孔沿着导杆向下引导以进行对齐。使用等渗盐水溶液将凸耳片再水合。将上述分离条、下压板和夹子放回。使用销钉台,该销钉台包括具有钝的销钉的乙缩醛平台,该销钉配置在与通孔的网格匹配的网格中。上述销钉台还具有与导杆对齐的导孔,并下降在下压板的顶部,使销钉面向ECM片,利用导孔和导杆进行对齐。将上述组件置于心轴压力机中并进行压缩。再进行两次将上述销钉台移除、放回和在心轴压力机中加压。将组件拆开。使用解剖刀将器件从模型切离。由此制造100mm×100mm互锁的层叠移植结构,其是湿润的和柔软的,且外观是厚的粗糙片。接着将该片冻干以制造刚性的多片层器件。
实施例2:具有两个凸耳片和三个穿刺片的层叠产品
如实施例1所述制备ECM片。如实施例1所述还制备两个凸耳片和三个穿刺片。根据下述方法来组装层叠产品:将两个凸耳片放在穿刺片的顶部,将四个导孔沿着导杆向下引导以进行对齐。使用等渗盐水溶液将凸耳片再水合。将上述分离条、下压板和夹子放回。使用销钉台,该销钉台包括具有钝的销钉的乙缩醛平台,该销钉配置在与通孔的网格匹配的网格中。上述销钉台还具有与导杆对齐的导孔,并下降在下压板的顶部,使销钉面向ECM片,利用导孔和导杆进行对齐。将上述组件置于心轴压力机中并进行压缩。再进行两次将上述销钉台移除、放回和在压力机中加压。将组件拆开。使用解剖刀将器件从模型切离。由此制造100mm×100mm的层叠产品,其是湿润的和柔软的,且外观是厚的粗糙片。
实施例3:具有聚丙烯凸耳片的层叠产品
如实施例1所述制备ECM片。除了所使用的片是聚丙烯网以外,如实施例1所述制备凸耳片。如实施例1所述制备穿刺片。根据下述方法来制备层叠产品:将聚丙烯凸耳片放在穿刺片的顶部,将四个导孔沿着导杆向下引导以进行对齐。使用等渗盐水溶液将凸耳片再水合。将上述分离条、下压板和夹子放回。使用销钉台,该销钉台包括具有钝的销钉的乙缩醛平台,该销钉配置在与通孔的网格匹配的网格中。上述销钉台还具有与导杆对齐的导孔,并下降在下压板的顶部,使销钉面向ECM片,利用导孔和导杆进行对齐。将上述组件置于心轴压力机中并进行压缩。再进行两次将上述销钉台移除、放回和在压力机中加压。将组件拆开。使用解剖刀将器件从模型切离。由此制造100mm×100mm互锁的层叠移植结构,其是湿润的和非常柔软的,且外观是厚的粗糙片。
实施例4:具有不同的片的层叠产品
如实施例1所述制备固有层-粘膜下层ECM片。如实施例1所述制备冻干的前胃ECM的凸耳层。根据实施例1的方法制备四个穿刺片,一个由小肠的固有层-粘膜下层构成,一个由聚丙烯网构成,一个由心包构成,一个由肾包膜基质构成。根据下述方法来组装层叠产品:将凸耳片放在穿刺片的顶部,将四个导孔沿着导杆向下引导以进行对齐。使用等渗盐水溶液将凸耳片再水合。将上述分离条、下压板和夹子放回。使用销钉台,该销钉台包括具有钝的销钉的乙缩醛平台,该销钉配置在与通孔的网格匹配的网格中。上述销钉台还具有与导杆对齐的导孔,并下降在下压板的顶部,使销钉面向ECM片,利用导孔和导杆进行对齐。将上述组件置于心轴压力机中并进行压缩。再进行两次将上述销钉台移除、放回和在压力机中加压。将组件拆开。使用解剖刀将器件从模型切离。由此制造100mm×100mm的层叠产品,其是湿润的和柔软的,且外观是厚的粗糙片。聚丙烯的片被夹在产品之中,以使得不呈现合成产品的外观,且降低合成材料在组织界面的暴露,同时还能提供提高的材料强度和刚性的益处。
实施例5:具有偏移的凸耳的列的层叠产品
如实施例1所述制备ECM片。除了所使用的乙缩醛板的通孔的中心点配置成六角形网格,每个连续的通孔的列都这样错开以外,根据实施例1的方法制造了冻干的ECM的凸耳片,其提供在直圆柱方形(straight column square)的上具有密集的通孔图案的排列结构。产生的孔的网格由33列构成,这些列交替包含28或29个通孔。所述板具有宽约20mm的无孔的周边部分。根据实施例1的方法,制造了四个新ECM的重叠的穿刺片。根据下述方法来组装层叠产品:将凸耳片放在穿刺片的顶部,将四个导孔沿着导杆向下引导以进行对齐。使用等渗盐水溶液将凸耳片再水合。将上述分离条、下压板和夹子放回。使用销钉台,该销钉台包括具有钝的销钉的乙缩醛平台,该销钉配置在与通孔的网格匹配的网格中。上述销钉台还具有与导杆对齐的导孔,并下降在下压板的顶部,使销钉面向ECM片,利用导孔和导杆进行对齐。将上述组件置于心轴压力机中并进行压缩。再进行两次将上述销钉台移除、放回和在压力机中加压。将组件拆开。使用解剖刀将器件从模型切离。由此制造100mm×100mm的层叠产品,其是湿润的和柔软的,且外观是厚的粗糙片。由于通孔的偏移的列图案,承受凸耳切割、穿刺和拖拉操作所需要的力减小。
实施例6:层叠的伪各向同性产品
如实施例1所述制备ECM片。根据实施例1的方法制备冻干的ECM的凸耳片。除了将它们的胶原纤维方向特性配置成相对于0°放置的凸耳片为大约36°、-72°、+72°和-36°外,根据实施例1的方法制备四个新ECM的重叠穿刺片,根据下述方法来组装层叠的伪各向同性产品:将凸耳片放在穿刺片的顶部,将四个导孔沿着导杆向下引导以进行对齐。使用等渗盐水溶液将凸耳片再水合。将上述分离条、下压板和夹子放回。使用销钉台,该销钉台包括具有钝的销钉的乙缩醛平台,该销钉配置在与通孔的网格匹配的网格中。上述销钉台还具有与导杆对齐的导孔,并下降在下压板的顶部,使销钉面向ECM片,利用导孔和导杆进行对齐。将上述组件置于心轴压力机中并进行压缩。再进行两次将上述销钉台移除、放回和在压力机中加压。将组件拆开。使用解剖刀将器件从模型切离。由此制造100mm×100mm的层叠的伪各向同性产品,其是湿润的和柔软的,且外观是厚的粗糙片。由于各个片的不同的纤维取向,产品呈现为伪各向同性器件,其在多个片面方向上具有相似的生物力学特性。
实施例7:具有夹在凸耳片之间的穿刺片的层叠产品
如实施例1所述制备ECM片。根据实施例1的方法制备两个冻干的ECM的凸耳片。除了在将四个新的ECM的层叠片于模型上进行拉伸之前,使一个凸耳片以凸耳的自由末端为0°的方式放在乙缩醛板上之外,根据实施例1的方法制备了四个新ECM的重叠穿刺片。结果得到包括在模型上拉伸的四个ECM层的穿刺片,且凸耳被推入通孔腔中。根据下述方法来组装层叠的三明治式产品:将第二凸耳片放在穿刺片的顶部,使凸耳的自由末端相对于第一凸耳片的角度为180°,引导四个导孔沿着导杆向下以进行对齐。使用盐水溶液将凸耳片再水合。将上述分离条、下压板和夹子放回。使用销钉台,该销钉台包括乙缩醛平台且具有钝的销钉,销钉设置在与通孔匹配的网格中,但是自通孔的中心点偏移0.5mm并进行对齐,以使销钉位于相对于第二凸耳片上的凸耳的自由末端最远的位置。上述销钉台还具有与导杆对齐的导孔,并下降在下压板的顶部,使销钉面向ECM片,利用导孔和导杆进行对齐。将上述组件置于心轴压力机中并进行压缩。再进行两次将上述销钉台缩回、放回和在压力机中加压。将组件从加压器中移除,并将其翻转。
使用第二销钉台,该销钉台包括乙缩醛平台且具有钝的销钉,销钉设置在与通孔匹配的网格中,但是自通孔的中心点偏移0.5mm并进行对齐,以使销钉位于相对于第一凸耳片上的凸耳的自由末端最远的位置。上述销钉台还具有与导杆对齐的导孔,并下降在模型的顶部,使销钉面向ECM片,利用导孔和导杆进行对齐。将上述组件置于心轴压力机中并进行压缩。将组件从加压器中移除,将产生的构造的每一侧上的销钉台缩回并移除,移除夹子和下压板,并移除分离条。使用解剖刀将器件从模型切离。由此制造100mm×100mm的层叠的三明治式产品,其是湿润的和非常柔软的,且外观是厚的粗糙片。
实施例8:具有夹在凸耳片之间的穿刺片但凸耳隐藏在产品中的层叠产品
如实施例1所述制备ECM片。制备两个冻干的ECM的凸耳片,一个凸耳片根据实施例1的方法制备,一个凸耳片除了下述内容外根据相同的方法制备,即,模型包括中央具有直径3.1mm的通孔的20行×20列的网格,上述通孔的中心点间隔为5.0mm,形成大约21mm宽的没有孔的周边部分。除了在将四个新的ECM的层叠片于模型上进行拉伸之前,使一个凸耳片以凸耳的自由末端为0°的方式放在乙缩醛板上之外,根据实施例1的方法制备了四个新ECM的重叠穿刺片。结果得到包括在模型上拉伸的四个ECM层的穿刺片,且凸耳被推入通孔腔中。根据下述方法来组装层叠的三明治式产品:
使用销钉台,该销钉台包括具有21行×21列排列的钝的销钉的乙缩醛平台,该销钉配置在与通孔的网格匹配的网格中。上述销钉台还具有与导杆对齐的导孔,并从模型的下面升起,使销钉面向ECM片,利用导孔和导杆进行对齐。将上述组件置于心轴压力机中并进行压缩。将组件从加压器中移除,将销钉台缩回并移除,移除夹子和下压板,并移除分离条。使第一凸耳片的凸耳的自由末端沿着穿刺片的顶部在它们最初朝向的方向上变得平坦。
将第二凸耳片放在穿刺片的顶部,使凸耳的自由末端相对于第一凸耳片的角度为180°,引导四个导孔沿着导杆向下以进行对齐。使用盐水溶液将凸耳片再水合。将上述分离条、下压板放回。将间隔台放在下压板上方,并将夹子放回。使用销钉台,该销钉台包括具有20行×20列排列的钝的销钉的乙缩醛平台,该销钉配置在与通孔的网格匹配的网格中。上述销钉台还具有与导杆对齐的导孔,并下降在下压板的顶部,使销钉面向ECM片,利用导孔和导杆进行对齐。将上述组件置于心轴压力机中并进行压缩。再进行两次将上述销钉台缩回和在压力机中加压。将组件从加压器中移除,并将其拆开。使用解剖刀从模型上切出上述构造物。由此制造100mm×100mm互锁的层叠移植结构,其是湿润的和非常柔软的,且外观是没有突出部的厚的粗糙片。
实施例9:3D手层叠产品
如实施例1所述制备ECM片。通过以下方法制备凸耳片:使用切割冲模和压力在一个冻干的ECM片中冲出八个直径5mm的孔,上述ECM片测量为140mm×240mm,四个孔沿着一侧,位于与长边的距离为10mm的中心点和与一短侧的距离为10mm、111.5mm、130mm和231.5mm的中心点,另四个孔沿着与第一成镜像的仅有的长侧。将上述片放置在140mm×140mm的平坦的乙缩醛板的左边,该乙缩醛板具有四个在各个角落等间隔设置的直径5mm的导杆,以与切入冻干的ECM片的左侧末端的孔相匹配,上述导杆将ECM的位置固定于上述板。上述板在其中央以3.5mm中心间隔具有直径3.1mm的通孔的29行×29列的网格,形成大约20mm宽的没有孔的周边部分。上述板起到模型的作用。将具有用于凸耳刀具和与通孔的图案匹配的导孔的下压板放置在冻干的ECM片的顶部。使用夹子将组件固定在一起。将具有与上述导杆孔和上述通孔匹配的通孔尺寸和图案的5mm厚的间隔板放置在上述下压板的顶部。使用凸耳切割台,该凸耳切割台包括具有直径2.5mm的圆管凸耳刀具的乙缩醛平台,上述凸耳刀具的中心间隔为3.5mm,上述凸耳刀具与通孔的图案相匹配,当将上述凸耳刀具穿通上述ECM片时,使用上述乙缩醛平台中的导杆孔和凸耳刀具导孔将凸耳切割平台对齐。将上述组件置于心轴压力机中并进行压缩。将上述凸耳切割平台缩回并移除,旋转180度并放回。将上述组件置于心轴压力机中并进行压缩。将凸耳切割平台和间隔物移除。将上述凸耳切割平台旋转90度并放回。如此形成的凸耳片具有覆盖大约100mm×100mm正方形的宽约2.8mm的凸耳,将上述凸耳片从工具移除,然后重新定位,以使上述片的右手侧在模型上。使上述片降低并位于导杆之下,下压板准备就绪,使用夹子固定的组件和间隔台准备就绪。将凸耳导件台降低至如下位置,该位置具有与切割ECM片的左手侧时使用的朝向相同的朝向。将上述组件置于心轴压力机中并进行压缩。将上述凸耳切割平台缩回并移除,旋转180度并放回。将上述组件置于心轴压力机中并进行压缩。将上述凸耳切割平台缩回,并与间隔物一起移除。将上述凸耳切割平台旋转90度并放回。如此形成的凸耳片具有覆盖约100mm×200mm长方形的宽约2.8mm的凸耳,将其从工具上移除。
通过以下方法制备穿刺片:将新的ECM片在直径140mm×高70mm的半球状中空的乙缩醛平台上拉伸,该乙缩醛平台上浓密地分布有垂直于半球状表面的2.0mm的孔,将ECM片定位以使其发挥其具有的任意自然的3D形状的最大优势。使用平台的底面上的一排固定销钉将ECM片保持在拉伸位置。该平台具有模型的功能。以相同的方式再施加三个ECM片,每次一个。
通过下述方法来组装顺应互锁的层叠移植结构:将长的凸耳片部分水合,直到其变得柔软,将其放在湿的ECM片的顶部并进行拉伸。用两个11号尺码的刺绣针沿着一排凸耳进行工作,将每个凸耳抬起,制造穿过四个ECM层的穿孔,将针推入最近的模型中可利用的孔中,使用钝的销钉将凸耳穿通穿孔。以相同的方式来处理需要拖拉的区域内的其他列。使用解剖刀将器件从模型切离。层叠移植产品是潮湿的和柔软的,且外观是厚的粗糙片,顺应模型的形状。
实施例10:3D单点层叠产品
如实施例1所述制备ECM的片。通过以下方法制备凸耳片:使用切割冲模和压力在一个冻干的ECM的片中冲出八个直径5mm的孔,上述ECM的片测量为140mm×240mm,四个孔沿着一侧,位于与长边的距离为10mm的中心点和与一短侧的距离为10mm、111.5mm、130mm和231.5mm的中心点,另四个孔沿着与第一成镜像的仅有的长侧。将上述片放置在140mm×140mm的平坦的乙缩醛板的左边,该乙缩醛板具有四个在各个角落等间隔设置的直径5mm的导杆,以与切入冻干的ECM片的左侧末端的孔相匹配,上述导杆将ECM的位置固定于上述板。上述板在其中央以3.5mm中心间隔具有直径3.1mm的通孔的29行×29列的网格,形成大约20mm宽的没有孔的周边部分。上述板起到模型的作用。将具有用于凸耳刀具和与通孔的图案匹配的导孔的下压板放置在冻干的ECM片的顶部。使用夹子将组件固定在一起。将具有与上述导杆孔和上述通孔匹配的通孔尺寸和图案的5mm厚的间隔板放置在上述下压板的顶部。使用凸耳切割台,该凸耳切割台包括具有直径2.5mm的圆管凸耳刀具的乙缩醛平台,上述凸耳刀具的中心间隔为3.5mm,上述凸耳刀具与通孔的图案相匹配,当将上述凸耳刀具穿通上述ECM片时,使用上述乙缩醛平台中的导杆孔和凸耳刀具导孔将凸耳切割平台对齐。将上述组件置于心轴压力机中并进行压缩。将上述凸耳切割平台缩回并移除,旋转180度并放回。将上述组件置于心轴压力机中并进行压缩。将凸耳切割平台和间隔物移除。将上述凸耳切割平台旋转90度并放回。如此形成的凸耳片具有覆盖大约100mm×100mm正方形的宽约2.8mm的凸耳,将上述凸耳片从工具移除,然后重新定位,以使上述片的右手侧在模型上。使上述片降低并位于导杆之下,下压板准备就绪,使用夹子固定的组件和间隔台准备就绪。将凸耳导件台降低至如下位置,该位置具有与切割ECM片的左手侧时使用的朝向相同的朝向。将上述组件置于心轴压力机中并进行压缩。将上述凸耳切割平台缩回并移除,旋转180度并放回。将上述组件置于心轴压力机中并进行压缩。将上述凸耳切割平台缩回,并与间隔物一起移除。将上述凸耳切割平台旋转90度并放回。如此形成的凸耳片具有覆盖约100mm×200mm长方形的宽约2.8mm的凸耳,将其从工具上移除。
通过以下方法制备穿刺片:将新的ECM片在直径140mm×高70的半球状中空的乙缩醛平台上拉伸,该乙缩醛平台上分布有垂直于半球状表面的2.5mm的孔且具有显示为浓密的孔的排列的图案,将ECM片定位以使其发挥其具有的任意自然的3D形状的最大优势。使用平台的底面上的一排固定销钉将ECM片保持在拉伸位置。该平台具有模型的功能。以相同的方式再施加三个ECM片,每次一个。使用机械臂来刺穿上述片。
通过下述方法来组装顺应互锁的层叠移植结构:将长的凸耳片部分水合,直到其变得柔软,将其放在湿的ECM片的顶部并进行拉伸,将围绕穿刺孔上的需要拖拉的区域的周边的凸耳对齐。使用机械臂、并使用钝的销钉工具将各凸耳穿通各个穿孔。使用解剖刀将器件从模型切离。层叠移植产品是潮湿的和柔软的,且外观是厚的粗糙片,顺应模型的形状。
实施例11:3D多点层叠产品
如实施例1所述制备ECM的片。通过以下方法制备凸耳片:使用切割冲模和压力在一个冻干的ECM的片中冲出八个直径5mm的孔,上述ECM的片测量为140mm×240mm,四个孔沿着一侧,位于长边的距离为10mm的中心点和与一短侧的距离为10mm、111.5mm、130mm和231.5mm的中心点,另四个孔沿着与第一成镜像的仅有的长侧。将上述片放置在140mm×140mm的平坦的乙缩醛板的左边,该乙缩醛板具有四个在各个角落等间隔设置的直径5mm的导杆,以与切入冻干的ECM片的左侧末端的孔相匹配,上述导杆将ECM的位置固定于上述板。上述板在其中央具有直径3.1mm的通孔的29行×29列的网格,上述通孔的中心间隔为3.5mm,形成大约20mm宽的没有孔的周边部分。上述板起到模型的作用。将具有用于凸耳刀具和与通孔的图案匹配的导孔的下压板放置在冻干的ECM片的顶部。使用夹子将组件固定在一起。将具有与上述导杆孔和上述通孔匹配的通孔尺寸和图案的5mm厚的间隔板放置在上述下压板的顶部。使用凸耳切割台,该凸耳切割台包括具有直径2.5mm的圆管凸耳刀具的乙缩醛平台,上述凸耳刀具的中心间隔为3.5mm,上述凸耳刀具与通孔的图案相匹配,当将上述凸耳刀具穿通上述ECM片时,使用上述乙缩醛平台中的导杆孔和凸耳刀具导孔将凸耳切割平台对齐。将上述组件置于心轴压力机中并进行压缩。将上述凸耳切割平台缩回并移除,旋转180度并放回。将上述组件置于心轴压力机中并进行压缩。将凸耳切割平台和间隔物移除。将上述凸耳切割平台旋转90度并放回。如此形成的凸耳片具有覆盖大约100mm×100mm正方形的宽约2.8mm的凸耳,将上述凸耳片从工具移除,然后重新定位,以使上述片的右手侧在模型上。使上述片降低并位于导杆之下,下压板准备就绪,使用夹子固定的组件和间隔台准备就绪。将凸耳导件台降低至如下位置,该位置具有与切割ECM片的左手侧时使用的朝向相同的朝向。将上述组件置于心轴压力机中并进行压缩。将上述凸耳切割平台缩回并移除,旋转180度并放回。将上述组件置于心轴压力机中并进行压缩。将上述凸耳切割平台缩回,并与间隔物一起移除。将上述凸耳切割平台旋转90度并放回。如此形成的凸耳片具有覆盖约100mm×200mm长方形的宽约2.8mm的凸耳,将其从工具上移除。
通过以下方法制备穿刺片:将新的ECM片在直径140mm×高70的半球状中空的乙缩醛平台上拉伸,该乙缩醛平台上分布有互相平行的2.5mm的孔的部分且具有显示为浓密的孔的排列的图案,将ECM片定位以使其发挥其具有的任意自然的3D形状的最大优势。使用平台的底面上的一排固定销钉将ECM片保持在拉伸位置。该平台具有模型的功能。以相同的方式再施加三个ECM片,每次一个。使用机械臂来刺穿上述片。使模型在支架上转位,将包含56个11号尺码的刺绣针的针台在两个位置施加于湿的ECM,每次转位使得ECM变成在将要拖拉的区域上具有规则的图案。
通过下述方法来组装顺应互锁的层叠移植结构:将长的凸耳片部分水合,直到其变得柔软,将其放在湿的ECM片的顶部并进行拉伸,将围绕穿刺孔上的需要拖拉的区域的周边的凸耳对齐。使模型在支架上转位,将包含56个以与模型中的孔同样的图案布置的钝的销钉的销钉台在两个位置施加于湿的ECM,每次转位使得ECM变成在将要拖拉的区域被拖拉。使用解剖刀将器件从模型切离。层叠移植产品是潮湿的和柔软的,且外观是厚的粗糙片,顺应模型的形状。
实施例12:绵羊前胃基质的拖拉层叠物及同等的未拖拉层叠物的湿法处理完整性试验
根据实施例1制备包括一个凸耳片和两个穿刺片的冷冻干燥的拖拉层叠物,并进行冷冻干燥。根据福劳登等(Floden et al)的方法,通过层叠制备同等的未拖拉的三片层层叠物。(8).根据美国专利US8415159中记载的步骤制备绵羊前胃基质。将一层湿的绵羊前胃基质放在平坦表面上,使近腔室表面面向上述平坦表面。将第二层放在第一层的顶部,使平滑的近腔室表面朝下并与第一层接触。将第三层放在第二层的顶部,使平滑的近腔室表面朝上。施加压力以除去层之间的所有空隙。然后将该三层层叠物冻干,以制造三层层叠物。
为了比较拖拉层叠物和同等的未拖拉层叠物的层叠强度,进行了湿式处理模拟试验。在进行湿式处理试验之前,将拖拉层叠物和未拖拉层叠物都切割成4cm×4cm的试样。为测试每个层叠物所需要的最终试样量是5个(n=5)。十个培养皿分别填充有20mL的1x PBS。在时间点T=0时,将4cm×4cm的层叠物(拖拉的或未拖拉的)导入培养皿中,使其在湿式处理试验之前在1x PBS中完全再水合。紧接着再水合,用镊子夹住一角将层叠物取出,以一侧到另一侧的移动方式摇动5秒。然后,将层叠物再次导入PBS中,并折叠成四分之一。然后,在仍为折叠的状态下,将层叠物从20cm的高度投进培养皿的盖子中。然后,将层叠物再次导入PBS中,并再摇动5秒。在试验完成时,评价试样分层到何种程度。分层定义为“大于50%的任何层从相对的层分离”。随着湿式处理模拟而分层的试样记录为“不合格”。在T=0小时、T=12小时和24时进行湿式处理模拟试验。使层叠物继续在PBS中浸没和水合,以用于试验的持续时间。在图6中示出来自湿式处理模拟试验的结果。
实施例13:绵羊蜂巢胃的拖拉层叠物和同等的非拖拉层叠物的湿式处理模拟试验
如下制备绵羊蜂巢胃ECM。绵羊蜂巢胃组织源自至少1岁龄的绵羊。将肌肉层从组织物理分离并丢弃。将剩下的组织(约1500g)在0.1%的Triton TX-100(10L)中培养,并在室温下振荡4小时。将溶液丢弃。将组织在包含0.1%TX-100、0.3%TRIS和0.15%EDTA的溶液(10L)中于室温培养18小时。将溶液丢弃。最终将组织在净化水(10L)中清洗10分钟,于室温清洗3次,并进行振荡。根据需要将去细胞的材料冷冻干燥。根据实施例1制备包括一个凸耳片和两个穿刺片的冷冻干燥的拖拉层叠物,并进行冷冻干燥。根据实施例12制备同等的未拖拉的三片层层叠物。根据实施例12进行湿式处理模拟试验,以比较拖拉层叠物与同等的未拖拉层叠物的层叠强度。在图7中显示拖拉的和未拖拉的绵羊蜂巢胃ECM层叠物的结果。绵羊蜂巢胃拖拉层叠物在初始处理(T=0)后没有保持完整。
实施例14:绵羊心包的拖拉层叠物和同等的非拖拉层叠物的湿式处理完整性试验
如下制备用于层叠的绵羊心包ECM。绵羊心包源自至少1岁龄的绵羊。将围心囊从心脏和肺解剖分离,并进行冷冻以帮助从组织除去脂肪。在解冻后,然后根据实施例13将组织清洁和去掉上皮。根据实施例1制备包括一个凸耳片和两个穿刺片的冷冻干燥的心包层叠物,并进行冷冻干燥。根据实施例12制备同等的未拖拉的三片层层叠物。特别地,心包几何结构意味着比实施例1和2的那些器件更小的器件。在湿式处理试验之前,将两种层叠物都切割成2cm×2cm的层叠物。为测试每个层叠物种类所需要的最终试样量是4个(n=4)。根据实施例12进行湿式处理模拟试验。结果示于图8。
虽然以实施例的方式对本发明进行了说明,但应当理解,在不偏离由权利要求书限定的本发明的思想的范围内可以进行变动和修改。此外,已知等同物中存在具体特征,这些等同物纳入本文就如同在本说明书中详细地引用。
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Claims (15)

1.一种组织移植产品,其特征在于,包含两个或多个材料片,其中,每个片包含胞外基质(ECM)或聚合物材料,其中通过将一个片的一部分与另一个片的一部分互锁而将所述片层叠在一起,其中所述第一个片具有多个凸耳,所述第二个片具有多个孔,所述第一个片的每个凸耳位于贯穿所述第二个片的孔中,以使所述第一个片与所述第二个片互锁,且其中各凸耳包含从所述第一个片切割并保持与所述第一个片连接的所述第一个片的一部分。
2.如权利要求1所述的组织移植产品,其特征在于,所述孔和所述凸耳具有尺寸,以使所述凸耳与所述第二个片的表面接合,并使所述第一个片与所述第二个片互锁。
3.如权利要求1所述的组织移植产品,其特征在于,至少一个片包含ECM。
4.如权利要求1~3中任一项所述的组织移植产品,其特征在于,包含2、3、4、5、6、7、8、9或10个ECM和/或聚合物材料的片。
5.如权利要求1~3中任一项所述的组织移植产品,其特征在于,所述ECM由反刍动物的前胃的固有层-粘膜下层形成。
6.如权利要求1~3中任一项所述的组织移植产品,其特征在于,至少一个片包含聚合物材料。
7.如权利要求6所述的组织移植产品,其特征在于,所述聚合物材料是合成聚合物材料。
8.如权利要求7所述的组织移植产品,其特征在于,所述合成聚合物材料由聚丙烯、聚四氟乙烯、聚乙醇酸、聚乳酸、聚卡普隆-25或聚酯形成。
9.如权利要求6所述的组织移植产品,其特征在于,所述聚合物材料是天然聚合物材料。
10.如权利要求9所述的组织移植产品,其特征在于,所述天然聚合物材料是蛋白质、多糖、糖蛋白或蛋白聚糖。
11.如权利要求1~3中任一项所述的组织移植产品,其特征在于,每个孔具有基本上为圆形、三角形、正方形、长方形、菱形或星形的形状。
12.如权利要求1~3中任一项所述的组织移植产品,其特征在于,所述组织移植产品是基本上平坦的片或具有三维形状以顺应待移植所述产品的位置。
13.一种制备权利要求1~12中任一项所述的组织移植产品的方法,其特征在于,包括通过将一个片的一部分与另一个片的一部分互锁而层叠两个或多个材料片的步骤,其中,每个片包含胞外基质(ECM)或聚合物材料,所述的方法包括以下步骤:
(i)将具有多个凸耳的材料的第一个片施加至具有多个孔的材料的第二个片;
(ii)将所述第一个片的所述凸耳穿通所述第二个片的所述孔,所述孔和所述凸耳具有尺寸,以使所述凸耳与所述第二个片的表面接合,并使所述第一个片与所述第二个片互锁,
其中,各凸耳包含从所述第一个片切割并保持与所述第一个片连接的所述第一个片的一部分。
14.一种用于制备权利要求1~12中任一项所述的组织移植产品的设备,其特征在于,包括:
(i)模型,在该模型上可以覆盖胞外基质(ECM)和/或聚合物材料的片;
(ii)凸耳切割装置,该凸耳切割装置用于在ECM或聚合物材料的片中切出凸耳,以形成凸耳片;
(iii)穿刺装置,该穿刺装置用于在ECM或聚合物材料的片中制造穿孔,以形成穿刺片;
(iv)用于将所述凸耳片的所述凸耳穿通所述穿刺片的穿孔以使所述凸耳片和所述穿刺片互锁的装置,以形成所述组织移植产品。
15.权利要求1~12中任一项所述的组织移植产品在制备用于替换或修复人类或其他动物中的组织的产品中的用途。
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