CN112996456A - 包封身体器官或团块的胶囊装置及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于治疗或预防伴随身体器官或团块的异常生长的疾病的方法。具体地，提供了一种制造用于包封例如肾脏、肝脏和卵巢的身体器官的胶囊装置的方法。通过覆盖例如肾脏、肝脏和卵巢的身体器官，减慢或停止身体器官的异常生长。与异常生长相关的疾病包括例如多囊性肾病和多囊性肝病。
Description
相关申请
本申请要求2018年11月6日提交的序列号为62/756,358、标题为“包封身体器官或团块的胶囊装置及其用途(CAPSULE DEVICE TO ENCASE A BODY ORGAN OR MASS AND USETHEREOF)”的美国临时申请的优先权，通过引用将其全部并入本文。
技术领域
本发明涉及一种包封身体器官(例如肾脏、肝脏或卵巢)或团块的胶囊装置以及制造所述胶囊装置的方法。更具体地，本发明涉及一种用于减缓或停止身体器官或团块的异常生长的胶囊装置及其制造方法。本发明还涉及胶囊装置在治疗或预防与身体器官或团块的异常生长相关的疾病中的用途，以及用于治疗或预防与身体器官或团块的异常生长相关的疾病的方法。
背景技术
常染色体显性多囊性肾病(ADPKD)
常染色体显性遗传性多囊性肾病(ADPKD)是最常见的遗传性肾病症，其发作发生在任何种族。患病率为活产婴儿的400至1,000分之一(即全世界1,250万人)，是慢性肾病(CKD)的第四大原因(非专利文献1至3)。由于PKD1(编码多囊蛋白1)和PKD2(编码多囊蛋白2)的突变，ADPKD在子宫内启动。PKD1占85％的病例，PKD2占其余病例。该疾病的表型特征是双侧增大的肾脏，其包含大量扩张和压迫周围的肾实质的囊肿。平均而言，半数ADPKD患者在60岁前发展为终末期肾病(ESRD)。然而，从具有巨大囊性肾的新生儿到进入老年其肾脏功能仍保持相对正常的患者，存在显著高的表型变异。PKD1突变导致的疾病(ESRD平均发病年龄58.1岁)比PKD2(ESRD平均发病年龄79.7岁)更严重。除了遗传因素外，许多临床(性别、早期高血压和泌尿系统不良事件病史、妊娠次数)和环境的改变也影响疾病的严重程度。
除ESRD外，ADPKD患者还患有许多与疾病进展有关的改变生命的症状，包括高血压、腹痛和囊肿扩张、血尿和生活质量受损。这些症状的减轻和肾脏功能的逐渐丧失或ESRD发作的延迟，对改善ADPKD患者的生活质量具有重要意义。因此，直到发现完全治愈，针对这些患者的疾病管理的目标都集中在个性化护理策略的开发上，以使临床结果发生有意义的变化，且延缓疾病的进展。
ADPKD和肾脏体积的成像
放射性成像对ADPKD的诊断是必要的，尤其是在该疾病的阳性家族史的情况下。在某些情况下，可以通过基因测试进行诊断。ADPKD患者的典型成像表现为双侧大肾脏，其包含多个尺寸和数量逐渐增加的双侧囊肿。通过考虑以下因素来建立成像诊断标准：成像模式、ADPKD家族史、患者年龄和肾脏囊肿数量。疾病的严重程度是通过囊肿的数量和尺寸来反映的，囊肿导致在耗尽正常肾实质的量的同时肾脏的总体积扩大(非专利文献4)。ADPKD的继发性并发症(例如疼痛、高血压和肉眼血尿)始于儿童期，并最终到50岁影响到大多数患者。这些并发症在肾脏较大的患者中发生的频率增加。
定量放射性成像是作为监测疾病进展速度和对治疗反应的标记物测量ADPKD肾脏和囊肿生长的宝贵工具(非专利文献4)。特别地，测量囊肿和肾脏的尺寸提供了重要的指标，通过该指标估算针对减少异常生长的措施的有效性。放射性成像与超声检查、CT和MRI可用于量化肾脏体积的增长速度。尽管CT和MRI是用于体积成像的最准确技术，但超声检查也可用于初始筛查和尺寸估计。从放射性影像获得的肾脏体积信息可用于指导ADPKD患者的临床管理，例如与ADPKD相关的风险评估。处方治疗需要准确的风险分层，以确定治疗的益处是否超过成本和不良反应的治疗负担。
ADPKD的药物治疗
目前，尚无治愈ADPKD的方法。预防或减慢ADPKD进展的治疗方法尚未完全确立。研究了多种饮食方案，包括低盐、低蛋白饮食和高水分摄入，但确定其功效有限。探索了多种靶向药物疗法，从保护肾脏的药物(例如血管紧张素转化酶抑制剂和血管紧张素受体阻滞剂)到特异性靶向参与囊肿形成和扩张的分子途径的药剂(例如加压素受体阻滞剂、生长抑素和雷帕霉素(mTOR)途径的靶标)。这些用于ADPKD的药物治疗剂显示出不同程度的有希望的结果，但是由于药物不良作用的范围以及患者为了有效而需要连续给药而未被广泛接受。
评估药物治疗功效的另一个困难是该疾病通常始于子宫，一生进展缓慢。ADPKD症状的发作和肾功能不全的发生可能持续数十年。肾功能性生物标记物，例如尿白蛋白和肾小球滤过率(GFR)在疾病早期没有预测价值，仅在对肾功能已造成不可逆转的重大损害后才成为有用的肾功能指示。即使有有希望的用于靶向ADPKD疗法的候选物，也没有能够在疾病的早期阶段测试潜在的治疗方法的疾病进展的标记物。缺乏此类标记物迫使ADPKD患者的治疗试验着重于疾病进展的晚期阶段，在该阶段中有明确的GFR降低迹象。然而，在此阶段，出现在大多数终末期肾病症中看到的其他继发进展，例如炎症和纤维化，掩盖了针对特定ADPKD致病靶标的疗法的影响。测试新型潜在疗法的需求已促使发现能够安全地用于儿童和成人的ADPKD进展的可量化标记物，例如肾脏体积测量。
ADPKD的手术治疗
ADPKD的手术治疗主要集中在管理疾病的短期临床并发症上，而不是在预防疾病的进展或肾衰竭方面(非专利文献5)。当肾囊肿被感染或明显增大导致腹痛时，有或没有硬化治疗的影像引导的经皮抽吸囊肿是首选治疗方法。复发性或抗抽吸囊肿可能需要开腹或腹腔镜引导的外科去顶减压术(decortication)，以切除外壁并排出它们。对于大多数ADPKD患者，囊肿的外科去顶减压术在治疗疾病相关的慢性疼痛方面显示出高度有效的效果(非专利文献6)。然而，尚未确定外科囊肿去顶减压术对减轻高血压或保持肾功能的潜在作用。此外，在肾脏的髓质部分有症状性难以接近的囊肿的ADPKD患者，可能无法通过对皮质囊肿进行外科去顶减压术而获得缓解疼痛的效果。在这些患者中，肾切除术是控制疼痛的最后手段。还进行了肾切除术，以在一些进行肾移植的具有肾脏大量增大的APDKD患者中为肾的同种异体移植创造空间。另外，在进行血液透析的肾肥大的ADPKD患者中，使用经导管的肾动脉栓塞术来减少肾体积并改善肺功能(非专利文献7)。
其他非肾内脏囊性疾病和肿块
除多囊性肾病外，囊肿的异常形成和生长能够影响包括肝脏和卵巢在内的其他器官的完整性和功能。特别地，多囊性肝病(PCLD)能常见于ADPKD患者。PCLD的特征是肝实质多发性弥漫性囊性病变。肝和肝囊肿的体积是评估多囊性肝病严重程度的重要疾病生物标记物。囊肿的数量和尺寸可能相差很大，并可能导致肝脏明显增大。大量肝脏增大的患者可能形成与周围器官压缩有关的症状，包括腹痛和背痛、腹胀、呼吸困难、早饱和餐后早期饱胀、下腔静脉或肝静脉流出梗阻。有症状的PCLD患者的主要治疗方法是手术疗法，包括腹腔镜或开窗术，旨在显著减小多囊性肝的尺寸，并在不损害肝功能的情况下长期缓解症状(非专利文献8)。一些患者可能进行部分肝切除或肝移植以缓解使人衰弱的症状。减少多囊性肝体积增长的新方法可能为对于有症状PCLD患者的当前手术疗法提供替代方法。
多囊性卵巢疾病的特征还在于双侧卵巢增大，并伴有多个周围囊肿。临床管理包括生活方式改变、药物治疗和外科干预。多囊性卵巢疾病的外科管理的目的主要是恢复排卵。各种腹腔镜方法(例如电烙术和激光钻孔)用于处理卵巢皮质和间质。手术并发症包括粘连的形成和卵巢萎缩。另外，被称作团块(mass)的肿块(lump)或隆起物(bump)有时出现在包括人类在内的哺乳动物的身体或器官的一部分。术语团块可能包括肿瘤、炎性病变、隆起血管和其他未指明的肿块。
相关技术文献
[非专利文献]
[非专利文献1]Grantham,J.J.,Clinical practice.Autosomal dominantpolycystic kidney disease.N Engl J Med,2008.359(14):p.1477-85。
[非专利文献2]Grantham,J.J.,S.Mulamalla,and K.I.Swenson-Fields,Whykidneys fail in autosomal dominant polycystic kidney disease.Nat Rev Nephrol,2011.7(10):p.556-66。
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[非专利文献8]Russell,R.T.and C.W.Pinson,Surgical management ofpolycystic liver disease.World J Gastroenterol,2007.13(38):p.5052-9。
发明内容
[本发明要解决的问题]
本发明的一个目的是提供一种用于包封例如肾脏、肝脏或卵巢的身体器官或团块的胶囊装置，以及一种制造所述胶囊装置的方法。本发明的另一个目的是提供胶囊装置在治疗或预防与身体器官或团块的异常生长相关的疾病中的用途，以及一种用于治疗或预防与身体器官或团块异常生长相关的疾病的方法。
[问题的解决方案]
本发明人开发了一种胶囊装置，以包封例如肾脏、肝脏或卵巢的身体器官或团块。使用该胶囊装置允许治疗或预防伴随身体器官异常生长的疾病，例如多囊性肾病(例如ADPKD)等。本发明涵盖以下实施方式：
[实施方式1]一种胶囊装置，其包括具有内部空腔的主体，所述空腔用于包封身体器官或团块。
[实施方式2]根据实施方式1所述的胶囊装置，其中所述胶囊装置具有近似于所述身体器官或团块的形状。
[实施方式3]根据实施方式1或2所述的胶囊装置，其中所述身体器官选自肾脏、肝脏和卵巢。
[实施方式4]根据实施方式1至3中任一个所述的胶囊装置，其中所述胶囊装置用于减缓或停止所述身体器官或团块的生长。
[实施方式5]根据实施方式1至4中任一个所述的胶囊装置，其中所述胶囊装置配置成具有孔，以确保连接至所述身体器官或团块的结构不被干扰。
[实施方式6]根据实施方式1至5中任一个所述的胶囊装置，其中所述身体器官是肾脏。
[实施方式7]根据实施方式6所述的胶囊装置，其中所述胶囊装置用于治疗或预防多囊性肾病。
[实施方式8]根据实施方式6或7所述的胶囊装置，其中所述胶囊装置被设计成基本上覆盖整个肾脏。
[实施方式9]根据实施方式6至8中任一个所述的胶囊装置，其中所述胶囊装置被设计为抑制总肾脏体积的增加。
[实施方式10]根据实施方式6至9中任一个所述的胶囊装置，其中所述胶囊装置被设计为不干扰肾动脉、肾静脉和输尿管。
[实施方式11]根据实施方式1至10中任一个所述的胶囊装置，其中所述胶囊装置是基于受试者的医学成像数据，通过所述胶囊装置的个性化3D制造而生产的。
[实施方式12]根据实施方式11所述的胶囊装置，其中所述个性化3D制造是使用自动3D打印或手动制造来执行的。
[实施方式13]根据实施方式11或12所述的胶囊装置，所述医用成像数据是利用MRI、CT、超声影像、荧光影像或腹腔镜影像获得的。
[实施方式14]根据实施方式1至13中任一个所述的胶囊装置，其中所述胶囊装置的生物相容性材料、弹性性能、配置和/或尺寸是基于个体受试者的医学信息来确定的，所述个体受试者的医学信息选自受试者的年龄、受试者的性别、受试者的过敏敏感性情况、目标器官的解剖学结构以及目标器官的预期生长率。
[实施方式15]根据实施方式1至14中任一个所述的胶囊装置，其中所述胶囊装置配置成通过考虑用于植入所述胶囊装置的手术程序而在所述装置内包括预定的手术开合缝合线。
[实施方式16]根据实施方式1至15中任一个所述的胶囊装置，其中所述胶囊装置被设计为在放置期间至少部分地分开以包封所述器官。
[实施方式17]根据实施方式16所述的胶囊装置，其中所述胶囊装置包括用于闭合所述装置的分开的开口的构件。
[实施方式18]根据实施方式17所述的胶囊装置，其中所述闭合构件选自交织的线、纽扣、钩、紧固件和钩环紧固件。
[实施方式19]根据实施方式1至14中任一个所述的胶囊装置，其中所述胶囊装置由能够通过微创性或腹腔镜手术程序植入的液体可注射材料或柔性可注射材料制成。
[实施方式20]根据实施方式19所述的胶囊装置，其中所述可注射材料能够通过微创性或腹腔镜手术程序植入。
[实施方式21]一种生产根据实施方式1至18中任一个所述的胶囊装置的方法，包括：
测量受试者的身体器官或团块的形状；
设计适合所述身体器官或团块的胶囊装置；和
制造所述胶囊装置。
[实施方式22]根据实施方式21所述的方法，其中使用MRI、CT、超声影像、荧光影像或腹腔镜影像执行所述测量。
[实施方式23]根据实施方式21或22所述的方法，其中所述制造是使用3D打印或手动制造来执行的。
[实施方式24]根据实施方式21至23中任一个所述的方法，其中所述设计包括基于个体受试者的医学信息来确定所述胶囊装置的生物相容性材料、弹性性能、配置和/或尺寸，所述个体受试者的医学信息选自受试者的年龄、受试者的性别、受试者的过敏敏感性情况、目标器官的解剖结构以及目标器官的预期生长率。
[实施方式25]根据实施方式21至24中任一个所述的方法，其中所述设计包括：通过考虑用于植入所述装置的有效的手术程序，在所述装置内包括预定的手术开合缝合线。
[实施方式26]根据实施方式21至25中任一个所述的方法，其中所述设计包括将所述胶囊装置设计成至少部分地分开(split open)以包封所述器官或团块。
[实施方式27]根据实施方式26所述的方法，其中所述设计包括：包括用于闭合所述装置的分开的开口的构件。
[实施方式28]根据实施方式27所述的方法，其中用于闭合所述装置的分开的开口的构件选自交织的线、纽扣、钩、紧固件和钩环紧固件。
[实施方式29]根据实施方式21至24所述的方法，其中所述设计包括选择液体可注射材料或柔性可注射材料，以通过微创性或腹腔镜手术程序来植入和制造所述胶囊装置。
[实施方式30]一种用于治疗或预防有需要的受试者的身体器官或团块的异常生长的方法，包括：
植入实施方式1至20所述的胶囊装置以包封所述受试者的身体器官或团块。
[实施方式31]根据实施方式30所述的方法，其中所述身体器官选自肾脏、肝脏和卵巢。
[实施方式32]根据实施方式30或31所述的方法，其中所述身体器官是肾脏。
[实施方式33]根据实施方式32所述的方法，其中所述异常生长是由ADPKD或ARPKD引起的。
[实施方式34]实施方式1至20的所述胶囊装置在治疗或预防身体器官或团块的异常生长中的用途。
[实施方式35]根据实施方式34所述的用途，其中所述身体器官选自肾脏、肝脏和卵巢。
[实施方式36]根据实施方式35所述的用途，其中所述身体器官是肾脏。
[实施方式37]根据实施方式36所述的用途，其中所述异常生长是由ADPKD或ARPKD引起的。
附图说明
图1A示出用于肾脏的胶囊装置1的整体图像。所述胶囊装置是中空的，具有适合于包封肾脏的尺寸，并且具有孔2以确保与肾脏相连的管状结构不受到干扰。此外，胶囊装置可以设置有在包封肾脏时使用的缝合线3。
图1B示出具有加宽的相对面向的边缘4的胶囊装置1的整体图像。在该示例性图中，所述装置已经沿着缝合线3分开，并且重叠的边缘4用于加强分开的开口的闭合，例如，通过缝合、无需针刺的线缝或胶合。该图示出了边缘4设有用于方便缝合的孔5，并且可以通过缝合的线6闭合分开的部分。
图1C以分开的构型示出具有加宽的相对面向的边缘4的胶囊装置1的整体图像。在该示例性图中，所述装置已经沿着缝合线3分开，并且重叠的边缘4用于例如通过缝合或胶合来加强分开的开口的闭合。该图还示出了孔5可以设置在加宽的边缘4中，以利于缝合或无需针刺的线缝。
图1D以分开的构型示出由硅橡胶制成的胶囊装置，其具有加宽的相对面向的边缘。
图2是示出示例ADPKD的治疗方法的总体方案的流程图。
图3示出胶囊装置的折叠。首先，将折叠的胶囊装置储存在插入体腔的导管中，以将胶囊装置输送至目标肾脏。折叠的胶囊装置随后从导管中释放并在腹膜腔中扩张，然后将其放置在目标肾脏上。
图4示出通过胶囊装置包封肾脏。可弹性拉伸的胶囊装置可以延伸并加宽其开口。在肾脏的下极放置后，移动装置并进一步拉伸以包封肾脏的整个体积。
图5示出胶囊装置上的缝合线的示例。在该示例中，为了方便整个肾脏的包封，预先在胶囊装置上垂直和水平地开槽，并且连接装置的每个部分的线以像鞋带一样的方式连接。在将胶囊装置放置在肾脏上方之后，拉回连接线以将各部分并置，并在整个肾脏体积上方闭合各部分。
图6示出通过3D打印制造的胶囊装置。示出两个不同尺寸(中和大)的大鼠肾脏胶囊装置。
图7示出放置在PKD大鼠的左肾和来自相同大鼠的双侧肾脏上的胶囊装置。
图8示出来自3只PKD大鼠的双侧肾脏。上部：源自PKD大鼠的肾脏，其中胶囊装置放置在双侧肾脏上。中部：PKD大鼠的肾脏，其中胶囊装置仅在左肾中。下部：来自接受两侧假手术的PKD大鼠的肾脏。
图9示出在放置胶囊装置之前(左)和之后(右)的野生型大鼠的右肾。
图10示出没有胶囊装置的Cy/+大鼠的右肾(左)和具有附接的胶囊装置的相同大鼠的左肾(右)。右肾和左肾的重量分别为6.14g和3.91g。
图11示出未包封在胶囊装置中的Cy/+大鼠的右肾(左)和包封在胶囊装置中的相同大鼠的左肾(右)的纵向截面(H&E染色)。
图12示出未包封在胶囊装置中的Cy/+大鼠的右肾(左)以及包封在胶囊装置中的相同大鼠的左肾(右)的纵向截面(H&E染色)的放大皮质段的图像。具有胶囊装置的左肾示出固有的解剖学肾包膜增厚。
图13示出未包封在胶囊装置中的Cy/+大鼠的右肾(左)和包封在胶囊装置中的相同大鼠的左肾(右)的组织学切片(H&E染色)。装入胶囊的左肾示出囊肿的尺寸受到抑制。
图14示出未包封在胶囊装置中的Cy/+大鼠的右肾(左)和包封在胶囊装置中的相同大鼠的左肾(右)的Ki67染色的切片的图像。装入胶囊的左肾示出Ki67(箭头所示)的存在减少。
具体实施方式
如上所述，本发明人开发了一种胶囊装置，其将被植入到活体内以包封身体器官或团块，该胶囊装置可用于减缓或停止包括身体器官或团块的异常生长在内的生长。本发明的胶囊装置可以应用的器官包括肾脏、肝脏和卵巢。另外，所述团块是指出现在身体或器官的一部分中的肿块或隆起物，并且可以包括肿瘤、炎性病变、隆起血管和其他未指明的肿块。下面更详细地描述本发明。
ADPKD的治疗方法及其所用的装置
在图1中示出了示例性的用于肾脏的胶囊装置。该图示出了用于肾脏的胶囊装置1的整体图像。该胶囊装置是中空的，具有适合于包封肾脏的尺寸，并且具有孔2以确保与肾脏相连的管状结构不受到干扰。此外，胶囊装置可以设置有在包封肾脏时使用的缝合线3。因此，本发明的胶囊装置可具有主体，该主体具有用于包封身体器官或团块的内部空腔。以ADPKD的治疗方法为例，图2示出了根据本发明的用于治疗或预防身体器官的异常生长的方法的总体方案。
约束肾脏体积扩张以治疗ADPKD的基本原理
如上所述，已知几种与动物身体器官的异常生长相关的疾病。例如，囊性肾病(囊性肾)被称为引起肾脏体积异常增加的疾病。多囊性肾病(PKD)是一种遗传性病症，主要分为常染色体显性多囊性肾病(ADPKD)和常染色体隐性多囊肾病(ARPKD)；在肾脏(100％)和肝脏(男性60-70％，女性80％)以及胰腺、脾脏、子宫、睾丸、精囊中形成囊肿，且观察到细胞增殖异常、炎症、纤维化和囊肿液体积累。常染色体显性遗传性多囊性肾病(ADPKD)是一种以肾小管衍生的许多囊肿随机扩张为特征的病症，这种囊肿的生长通常导致异常的肾脏肥大。这些囊肿会引起继发性并发症，包括疼痛、高血压和肉眼血尿。通常直到患者年龄达到50至60岁时才检测到肾衰竭。在这种疾病的动物模型中，已经显示靶向分子和病理生理学异常的治疗能够延迟囊肿生长并保护肾脏功能。不幸的是，这些治疗向临床试验的过渡没有进展。原因是肾小球滤过率，一种肾脏疾病进展的常见生物标记物，直到对非囊性实质发生广泛的不可逆损害，肾小球滤过率才显著降低。另一方面，超声检查、CT和MRI已持续多年被用于量化ADPKD患者的肾脏体积的增加。使用这些技术的成像还用于准确量化患者肾脏和总囊肿体积的增加率。
肾脏体积与ADPKD患者的临床症状和肾功能的严重程度密切相关。从结构性疾病进展的角度来看，减少肾脏体积将有益于缓解ADPKD患者的某些与疾病相关的症状，即使它仅防止器官的畸形增大。在具有不同遗传类型的多囊性肾病的动物中的实验研究已表明，在疾病进展过程中较早开始的化学和饮食抑制囊肿生长显著减慢肾功能的下降(Grantham,J.J.,A.B.Chapman,and V.E.Torres,Volume progression in autosomaldominant polycystic kidney disease:the major factor determining clinicaloutcomes.Clin J Am Soc Nephrol,2006.1(1):p.148-57)。总肾脏体积(TKV)是评估人类ADPKD严重程度和进展的重要生物标记物，因为已知它也与GFR下降相关(Grantham,J.J.,等,Volume progression in polycystic kidney disease.N Engl J Med,2006.354(20):p.2122-30；Perrone,R.D.,等,Total Kidney Volume Is aPrognostic Biomarker ofRenal Function Decline and Progression to End-Stage Renal Diseasein Patientswith Autosomal Dominant Polycystic Kidney Disease.Kidney Int Rep,2017.2(3):p.442-450；Yu,A.S.L.,等,Baseline total kidney volume and the rate of kidneygrowth are associated with chronic kidney disease progression in AutosomalDominant Polycystic Kidney Disease.Kidney Int,2018.93(3):p.691-699)。
ADPKD中肾囊肿的生长涉及多种分子途径(Chebib,F.T.and V.E.Torres,Autosomal Dominant Polycystic Kidney Disease:Core Curriculum 2016.Am J KidneyDis,2016.67(5):p.792-810)。ADPKD中的遗传突变导致细胞内钙的减少，其级联导致环磷酸腺苷(cAMP)的增加、蛋白激酶A的激活以及收集管对加压素的紧张效应(tonic effect)的敏感性增加。加压素通过全天刺激肾收集管细胞中cAMP的形成来促进液体重吸收和尿液浓缩。已显示通过施用加压素v2受体阻滞剂或通过简单地增加水摄入来抑制加压素活性可显著延迟啮齿类动物肾囊肿的生长(Nagao,S.,等,Increased water intake decreasesprogression of polycystic kidney disease in the PCK rat.J Am Soc Nephrol,2006.17(8):p.2220-7)。此外，异常的上皮氯化物分泌通过cAMP依赖性转运蛋白发生，有助于在ADPKD中产生和维持充满液体的囊肿。
肾脏体积与功能之间的关系显得复杂的、多因素的。例如，在肾移植后的ADPKD患者中，在天然多囊性肾中观察到与肾功能改善相关的TKV的显著下降(Yamamoto,T.,等,Kidney volume changes in patients with autosomal dominant polycystic kidneydisease after renal transplantation.Transplantation,2012.93(8):p.794-8；Jung,Y.,等,Volume regression of native polycystic kidneys after renaltransplantation.Nephrol Dial Transplant,2016.31(1):p.73-9)。尽管尚不清楚移植后哪些因素影响TKV的降低，但移植后肾功能较好的患者TKV的大幅度降低可能与更有效地消除尿毒症对小管上皮细胞增殖的影响和更大程度地减少流向自体肾的血流量有关。
作为用于ADPKD的潜在治疗方法，发明人开发了在解剖学上装配到肾脏以抑制肾脏的结构进展的3D机械装置。不希望受任何特定理论的束缚，发明人认为，应用于限制肾脏的体积增长的外部机械约束将产生与有利于囊肿生长和扩张的经上皮渗透梯度竞争的液压。使多囊肾受到结构约束可能导致抑制加压素的紧张效应，从而阻止肾囊肿的逐渐发展和扩张。此外，空间需求对于多囊肾扩大的解剖学意义由以下事实证明：右肾往往比左肾小，因为右肾在空间上受到肝脏和周围器官的限制比左肾在腹腔内更大。
胶囊装置的配置和构造
用于胶囊装置的配置和手术计划的肾脏成像
ADPKD患者的肾脏尺寸和形状变化很大。因此，获取肾脏的高分辨率3D图像对于设计和制造所提出的肾脏胶囊装置是至关重要且优选的。放射性成像对于装置植入的外科计划也是重要的。为了精确地可视化肾脏和周围结构的3D解剖结构，高分辨率3D放射性成像模式(如MRI或CT)是重要的。这些成像技术通常用于日常临床环境中：例如，用于肾脏移植的活体供体检查。MRI或CT成像提供了对于移植前评估必不可少的大量解剖学信息，包括肾脏形态、肾血管的数量和尺寸、异常的解剖结构以及手术可及性。对于装置设计和手术计划也很重要的是肾脏囊肿(例如大型外生性囊肿)的构型。一些外生性囊肿可以在放置胶囊装置之前通过手术去除，以减轻囊肿的总负担并改善该装置与肾脏的适应性。根据术前图像，大型外生性囊肿可以通过图像处理以图形方式从图像中排除。当根据处理后的图像配置并与手术计划一致时，该装置将改善装置与肾脏之间的解剖学保真度以及限制ADPKD的结构进展的有效性。
本发明的某些实施方式涉及一种用于包封肾脏的胶囊装置。用于包封肾脏的胶囊装置可用于减缓或阻止与例如多囊性肾病的疾病相关的肾脏异常生长。用于包封肾脏的胶囊装置可以被设计成基本上覆盖整个肾脏。术语“基本上覆盖整个肾脏”是指覆盖大部分的肾脏体积：例如，覆盖70％或更多、80％或更多、90％或更多、95％或更多或98％或更多。用于包封肾脏的胶囊装置目的是抑制总肾脏体积的增加。
在解剖学上，肾动脉、肾静脉和输尿管与肾脏相连。包封肾脏的胶囊装置可以设置有孔，以便基本上覆盖肾脏，而不干扰重要的解剖学结构，例如连接至肾脏的肾动脉、肾静脉和输尿管。换句话说，胶囊装置可以被配置为具有允许连接至身体器官的结构通过的孔。设置在包封肾脏的胶囊装置中的孔可以被构造成具有根据胶囊装置所植入的患者肾脏的尺寸和形状的个体化的位置和尺寸。为了设计包裹个体化肾脏的胶囊装置，可以使用患者的医学成像数据，包括MRI、CT、超声影像、荧光影像和腹腔镜影像。可以使用三维制造技术(例如自动化3D打印技术或手动制造技术)来制造用于包封个体化肾脏的胶囊装置。对于3D打印，例如，可以使用由Stratasys制造的CONNEX 3OBJET 500。一些胶囊装置可以基于没有被个性化的肾脏的总体尺寸和形状来设计。
胶囊装置的材料和制造
从腹部的放射学影像来看，肾脏区域是从周围的内脏器官中分割出来的。影像分割过程可以由专业人员在每个切片上描绘出肾脏边界手动执行，或者通过计算机程序对一组影像进行半自动或全自动执行。该装置的尺寸和形状设计成包封每个分段的肾脏区域。如果在放置胶囊装置之前去除大型外生性囊肿，则将这些囊肿以图形方式排除在成为该装置基本模型的肾脏区域之外。另外，胶囊装置被设计成包含解剖学上合适的孔或间隙，通过该孔或间隙，例如连接到肾脏的血管、收集系统和输尿管的解剖结构不受该装置的阻碍，同时包含肾脏的其余部分。胶囊装置精确地配置有个性化的解剖孔，以确保包括连接到身体器官的血管、导管和管的关键解剖结构不会受到该装置所包封的器官的主要体积的干扰。
使用分段的肾脏胶囊的处理后的3D成像模型，使用3D打印技术来制造装置，或者由装置配置方面的熟练专家手动制造装置。考虑到肾脏的生长预测，包括患者的年龄、性别、过敏敏感性情况、当前的肾脏尺寸、肾囊肿样式、ADPKD分类、人口统计学和临床信息，确定装置的材料性能和厚度。例如，具有预期肾脏快速生长的患者可能需要比具有预期肾脏生长缓慢的患者更刚性的且更厚的胶囊，该胶囊施加更大的力来约束生长。材料的选择包括硅橡胶(由于生物相容性、优异的温度和化学耐性、良好的机械和电性能以及自然的透明度，已广泛用于医疗产品的硅橡胶)。可以使用的其他材料包括天然橡胶、聚氨酯树脂、纤维素、聚四氟乙烯树脂、例如丝和聚酯的纤维以及例如胶原蛋白的蛋白质。作为类似于硅酮的弹性材料的替代方案，可以使用例如外科手术网之类的刚性材料来包裹并约束身体器官或团块的生长。用于外科手术网的基本材料包括合成聚合物、生物学脱细胞胶原蛋白和复合材料。此外，代替仅使用单一类型的材料或配置，可以使用并列配置的弹性和刚性材料的组合，例如硅橡胶和手术网的夹心层。复合材料和配置可提供用于维持胶囊的结构完整性和手术封闭，同时约束身体器官或团块所需的平衡的拉伸和压缩强度。合适的材料应与人体组织和液体具有优异的相容性，植入时的组织响应极低，在较宽的温度范围内保持无菌性、耐受性，高的撕裂强度和拉伸强度、良好的伸长率和柔韧性。对于硅橡胶(硅酮弹性体)，存在各种类型的制造方法，包括挤出、注射成型、压缩成型、传递模塑、吹塑、旋转成型、真空或热成型、匹配成型和低压成型。使用放射性影像中的3D肾脏结构作为模板和模具，考虑到临床和最终产品设计标准，选择适当的成型和制造工艺。
本发明的一些方面涉及一种制造用于包封身体器官的胶囊装置的方法，该方法包括：测量患者的身体器官的形状；设计适合身体器官的胶囊装置；和制造胶囊装置。患者可以是动物，特别是哺乳动物，更特别是人类。示例性的身体器官包括肾脏、肝脏和卵巢。可以使用MRI、CT、超声影像、荧光影像或腹腔镜影像来执行测量。可以使用例如自动3D打印技术或手动制造技术的三维制造技术来执行制造。该设计可以包括基于个体受试者的医学信息来确定胶囊装置的生物相容性材料、弹性性能、配置和/或尺寸，所述医学信息选自：受试者的年龄、受试者的性别、受试者的过敏敏感性情况、目标器官的解剖结构以及目标器官的预期生长率。例如，胶囊装置可以具有近似于目标身体器官的形状。设计可以包括通过考虑用于装置植入的有效外科手术程序而在装置内包括预定的手术开合(opening and closing)缝合线。该设计可包括用于闭合装置的分开的开口的构件。用于闭合装置的分开的部分的机构或构件可以选自交织的线、纽扣、钩、紧固件、钩环紧固件或其他纵横交错于装置的分开的开口的闭合机构。该设计可包括沿着分开的开口的圆周向外加宽装置的边缘，例如以直角加宽，使得加宽的相对面向的边缘并列并相互重叠。例如，通过缝合、线缝或胶合来利用重叠的边缘，以加强对分开的开口的闭合。设计可以包括选择液体可注射材料或柔性可注射材料，以通过微创性或腹腔镜外科手术程序来植入和制造胶囊装置。
用于促进手术植入的胶囊装置的设计和包装
将胶囊装置植入肾脏需要两个关键的手术步骤：接近目标肾脏；并用胶囊装置包封目标肾脏。可以通过开腹手术或微创性腹腔镜手术程序通过手术接近目标肾脏。通常，腹腔镜程序比开腹手术优选，因为它需要较小的切口并导致更快的恢复。然而，腹腔镜程序在技术上要求更高，并且可能在临床上不适用于某些患者。与开腹手术相比，腹腔镜手术程序在空间上对于接近和递送胶囊装置到目标肾脏更加受限。为了通过小手术切口将胶囊装置引入肾周间隙，可以将胶囊装置紧紧折叠并包装在插入体腔的导管中(图3)。当导管进入肾周间隙时，递送的胶囊装置从导管中释放。随后，在植入到肾脏上之前，部署的胶囊装置在肾周间隙内展开和扩张。胶囊装置的替代形式可以由液体可注射材料或柔性可注射材料制成，其通过导管被注射到肾周间隙中以封装在肾脏表面上。一旦封装的材料像筛网层一样固化，则它会施加机械约束来抑制肾脏从肾周间隙向外扩张。
在通过开腹或腹腔镜手术程序将胶囊装置递送至目标肾脏的肾周间隙之后，通过胶囊装置将目标肾脏的整个体积包封起来。可以将弹性且可拉伸的胶囊装置在其开口处手动拉伸以包裹肾脏(图4)。当胶囊装置的弹性开口充分扩大以放置并包含肾脏的一个极点时，即上极或下极，该装置可随后被移动并进一步拉伸以将整个肾脏体积包封在胶囊装置内。当胶囊装置是刚性的或不能在整个肾脏上拉伸时，优选将装置分开或配置成多个部分，以利于肾脏的分段包裹。肾脏包封后，需要将分开的部分并置并密封，以机械方式约束整个肾脏的増长。通过在装置内包括预定的手术开合缝合线，可以提高分开的部分的闭合效率。分开的部分可以具有彼此重叠的加宽边缘，并且可以利用其来加强闭合。在通过胶囊装置包裹肾脏的所有部分之后，通过拉动交织的线、纽扣、钩、紧固件和钩环紧固件或其他纵横交错于打开线的闭合机构以闭合装置的分开的打开线以完成包封(图5)。可以使用粘合剂或加热熔合来闭合分开的部分。包封肾脏和闭合分段式胶囊装置的效率提高，将减少手术时间和技术复杂性。胶囊装置可以由例如具有高、适度或低拉伸性的织物(布、纤维)形成。
如上所述，在本发明的一些实施例中，考虑到用于植入胶囊装置的手术程序，胶囊装置可被配置为在装置内包括预定的手术开合缝合线。例如，胶囊装置可被设计成在放置时分开以包裹肾脏。用于包封肾脏的胶囊装置可被设计为在包裹完成后通过使用交叉的线、纽扣、钩、紧固件、钩环紧固件或其他使分开的开口相交的闭合机构进行闭合。用于包封肾脏的胶囊装置可以由能够通过微创性或腹腔镜手术程序植入的液体可注射材料或柔性可注射材料制成。所述可注射材料能够通过微创性或腹腔镜手术程序植入。在本发明的一些实施方式中，胶囊装置可被设计成在包裹完成之后通过使用包括交叉的线、纽扣、钩、紧固件和钩环紧固件的闭合构件进行闭合。
用于促进放置后监测的胶囊装置的配置
在放置胶囊装置之后，可以通过后续的定量成像来评估和监测肾脏的尺寸和生长以及胶囊的结构变化。为了促进评估结构变化，将在获取的影像上进行几何对准和可视化的基准标记缝合或嵌入胶囊装置中。可替选地，用作装置开口的闭合机构的现有结构，诸如纵横交错于装置的分开的开口的交织的线、纽扣、钩可以用作基准标记。尽管不透射线的金属标记通常用于X射线成像标记，但它们可能会导致伪影，并对CT或MRI影像的影像质量产生负面影响。对于CT，可以使用基于碘的不透射线材料作为基准标记。除碘外，对成像具有高的X射线衰减且记录胶囊的结构变化的材料也可以用作CT成像的基准标记。对于MRI，可以将已在临床上用于成像和增强MR对比的基于钆的或基于锰的材料用作基准标记。通过系列成像研究监测基准标记的位置以及肾脏尺寸和形状的变化，将为评估胶囊装置的治疗效果提供重要信息，并改善接受胶囊装置治疗的ADPKD患者的临床管理。
胶囊装置的放置
肾周解剖间隙
腹腔细分为两部分：前部(腹膜前间隙)和后部(腹膜后间隙)。腹膜后间隙包括肾周间隙，其包含肾脏和相邻的肾旁结构，例如肾门血管、肾盂和近端输尿管、肾上腺和肾周脂肪。这些内容物被围在肾筋膜层之间。肾脏被围在肾周脂肪的包膜中，而肾周脂肪又被封装在肾筋膜内。肾周间隙是位于腰椎侧方的倒置的锥形组织，并由肾前筋膜和肾后筋膜限制。这些筋膜是厚度小于2毫米的致密的弹性结缔组织鞘。这些筋膜限定肾周间隙的前边界和后边界。肾周间隙包含许多薄的分隔物。内侧肾周间隙通过肺门血管与大血管空间连通。腹膜后腔在肾周间隙之前的前部称为肾旁前间隙，而腹膜后腔在肾周间隙之后的后部称为肾旁后间隙。
手术植入胶囊装置的方法
可以通过开腹或腹腔镜手术方法放置胶囊装置。开腹手术方法可以是经腹膜的或腹膜后的，优选后者。腹腔镜手术方法可以是经腹膜的或腹膜后的，并且可以是机器人或人工辅助的。尽管腹腔镜手术方法的侵入性小于开腹手术，但它可能涉及更复杂的手术操作。
术前腹部CT或MR成像研究(包括CT血管造影或MR血管造影)对于手术计划至关重要。对整个腹部解剖结构、肾脏形态、肾脏血管、收集系统和输尿管的评估将为接近目标肾脏和胶囊装置的植入方法提供指导。主动脉和下腔静脉分别贡献了肾脏的主要流入和流出血管。尽管每个肾脏通常由单个肾动脉和静脉供给，但是肾脉管系统的解剖学变异是常见的。为了手术计划，必须仔细评估辅助血管的位置、数量和存在。
肾脏可以通过两个单独的平面进行手术接近：肾旁前间隙和肾旁后间隙。肾旁前间隙通常是空的，并且最好是通过肾前筋膜切开后壁腹膜(posterior parietalperitoneum)接近。内侧肾前筋膜的切口允许接近肾门和结肠的移动。肾旁后间隙通常充满脂肪，并通过在肾后筋膜和后腹壁内衬的横筋膜之间解剖而形成。肾后筋膜内侧部分的解剖导致肾门穿过前部。一些患有ADPKD的患者可能需要进行渐进性的囊肿抽吸和去皮质，以促进识别重要结构和形成用于操作的足够的腹腔空间，尤其是对于腹腔镜方法。
手术方法和皮肤切口的选择取决于许多因素，例如肾脏的位置、患者的身体习性以及医生的喜好。常用的切口包括侧面、胸腹和经腹切口。在侧面方法中，通过从后腹壁肌肉解剖肾筋膜的后层来形成肾旁空间。随后，将肾筋膜的前层从腹膜和结肠肠系膜剥离开来，暴露出包含肾、肾上腺和肾周脂肪的筋膜室。使用解剖和电烙将肾周脂肪从肾脏推开。肾上腺与肾脏上极的进一步分离与肾脏与脾脏、胰脏和肝脏的优异贴附允许安全的肾脏尾侧回缩。在肾脏下极移动后，可以在切口的腹膜侧识别并分离输尿管。肾脏的后侧回缩允许肾门的内侧可视化。在胸腹方法中，在肋骨上方的切口从内侧腋后线开始，穿过肋软骨边缘到达中线，然后沿中线向下至脐部。肾旁间隙是通过解剖腹壁肌肉进入腹膜形成的。还进入胸膜间隙，包括隔膜的划分。在经腹方法中，切口在肋缘下方形成，且在内侧延伸至剑突，然后越过中线。剖开腹壁肌肉进入腹膜腔。
不管选择哪种手术方法，在肾旁间隙和筋膜室形成后，仔细分离肾周脂肪和肾上腺对于暴露肾脏以放置胶囊装置至关重要。接近和移动肾脏后，将装置放在肾脏上方。在完成装置的放置后，肾脏的主要体积由装置包封，而包括收集系统、输尿管、肾动脉和静脉在内的肾门结构不受阻碍并通过装置的孔。
对于非肾脏器官的胶囊装置设计和放置的注意事项
胶囊装置的设计和配置将需要准确评估目标器官中涉及的形态学和疾病进展。为此，可以使用3D医学成像模式(例如MRI、CT和超声成像)来成像器官和邻近身体结构的解剖结构。在获得相关影像之后，从周围的解剖结构中分割出表示待被胶囊装置约束的目标器官或团块的区域。例如，对于多囊性肝病的治疗，整个肝脏或部分肝脏可以是目标区域。考虑到包括关键血管结构和导管结构(例如肝动脉、门静脉、肝静脉和胆管)的邻近结构，从影像中手动划定或自动分割目标肝脏区域。在目标肝区域的分割以及规划所制造的胶囊装置的放置时，还应考虑包括隔膜、右肾、脊柱、十二指肠、胃和右结肠的邻近结构。由于较大的尺寸和更复杂的解剖结构，用于肝脏的胶囊装置在设计、制造和放置方面可能比用于肾脏的胶囊装置更加复杂和困难。另外，应通过考虑肝脏的生长预测和受影响的囊性体积来确定胶囊装置材料和厚度的选择。可能要考虑的其他变量包括患者的年龄、性别、过敏敏感性情况以及人口统计学和临床信息。
用于治疗和预防伴随身体器官或团块的异常生长的疾病的方法
本发明的某些方面涉及一种用于治疗和预防与身体器官或团块的异常生长相关的疾病的方法，该方法包括植入胶囊装置以包封患者的身体器官或团块。患者可以是动物，特别是哺乳动物，更特别是人类。示例性的身体器官包括肾脏、肝脏和卵巢。与身体器官的异常生长相关的疾病可以是例如肾脏、肝脏或卵巢的疾病，而肾脏的疾病可以是，例如多囊性肾病，尤其是ADPKD或ARPKD。在本发明的一些实施方式中，用于治疗和预防与身体器官或团块的异常生长相关的疾病的方法可以还包括以下至少一项：测量身体器官或团块、设计胶囊装置、制造或选择胶囊装置以及监测植入的胶囊装置。
胶囊装置的用途
本发明的一些实施方式涉及胶囊装置用于包封例如肾脏、肝脏和卵巢的身体器官的用途。患者可以是动物，特别是哺乳动物，更特别是人类。示例性的身体器官包括肾脏、肝脏和卵巢。与身体器官的异常生长相关的疾病可以是，例如肾脏、肝脏或卵巢的疾病，而肾脏的疾病可以是，例如多囊性肾病，尤其是ADPKD或ARPKD。
下面示出了本发明的具体实施例，但是本发明不应解释为受这些实施例的限制。
实施例
实施例1：动物
如先前在藤田保健大学(Fujita Health University)的人类疾病动物模型的教育和研究院(Education and Research Facility of Animal Models for HumanDiseases)中所述，繁殖和饲养具有多囊肾的Han：SPRD-Cy/+大鼠的繁殖和饲养(Yu,A.S.L.,et al.,Baseline total kidney volume and the rate of kidney growth areassociated with chronic kidney disease progression in Autosomal DominantPolycystic Kidney Disease.Kidney Int,2018.93(3):p.691-699；Nagao,S.,et al.,Increased water intake decreases progression of polycystic kidney disease inthe PCK rat.J Am Soc Nephrol,2006.17(8):p.2220-7)。使用这些大鼠的方案经过藤田保健大学的动物护理和使用委员会(Animal Care and Use Committee of Fujita HealthUniversity)批准。
雄性和雌性杂合子(Cy/+)大鼠的繁殖产生了含有Cy/+、Cy/Cy或+/+基因型的同窝仔。寿命为三周的Cy/Cy动物不用于本研究。为了选择用于本研究的Cy/+动物，突变分析显示Pkdr1(Anks6)(Cy的应答基因名称)的由C到T的转变。如先前研究所述，在4周龄时，使用PCR-RFLP方法区分+/+和Cy/+大鼠(Brown,J.H.,et al.Missense mutation in sterilealpha motif of novel protein SamCystin is associated with polycystic kidneydisease in(cy/+)rat.J Am Soc Nephrol 16,3517-3526(2005)。使用AppliedBiosystems Gene Amp PCR系统9700获得PCR产物。具有正常肾脏的野生型Sprague-Dawley(SD)大鼠是在4周龄时从日本Charles River(日本神奈川)购买的。
实施例2：胶囊装置的制造
将28周龄的野生型大鼠和22周龄的Han：SPRD-Cy/+PKD大鼠麻醉，并使用R-mCT2微型计算机断层扫描仪(日本理学株式会社(Rigaku Corporation)，日本东京)进行扫描。施用碘化造影剂后，获取腹部的CT影像。使用内部影像分割程序从每个CT影像集中识别出右肾区域和左肾区域，并进行半自动分割。经分割的来自野生型大鼠的肾区域提供了小模板，而经分割的来自PKD大鼠的肾区域对应于大模板。使用这两个模板，通过在小模板(即0百分位数)和大模板(即100百分位数)之间对3D体积数据点进行数学插值，生成了三个中等尺寸的模板：对应于体积数据的50百分位数的中型模板、对应于体积数据的25百分位数的小到中模板和对应于体积数据的75百分位数的中到大模板(图6)。从这五个不同尺寸的模板中，生成了大鼠肾脏的3D体积模型。3D体素的维度为各向同性0.15×0.15×0.15毫米。每个3D体积模型均设计为包封每个经分割的肾脏区域的整个体积。此外，将3D体积模型配置为在肾门区域包含孔，例如与肾脏相连的血管、收集系统和输尿管的门结构能够不受阻碍地通过该孔，同时将肾脏的其余部分包封起来。
使用经分割的肾脏区域的处理后的3D体积模型，使用3D打印技术(CONNEX3OBJET500，Stratasys，美国明尼苏达州)制造肾脏胶囊装置。3D打印机将液态光敏聚合物喷射到构建托盘上，并用紫外线将其固化(Mitsouras,D.,et al.Medical 3D Printingfor the Radiologist.RadioGraphics 35,1965-1988(2015))。两个喷射头喷涂该部件的各层：一个设置用于肾脏胶囊装置材料，而另一个设置用于支撑材料。托盘被一层一层地逐步降低，以打印3D结构。由于肾脏胶囊装置是具有复杂几何形状的壳状结构，因此打印机需要支撑材料(SUP705,Object,Inc.,MA,USA)，该支撑材料保持悬垂并填充胶囊装置的空的空间内部。在完成打印之后，通过使用加压喷水来去除支撑材料，以暴露肾胶囊装置。对于胶囊装置的3D打印材料，我们使用了耐用的橡胶状光敏聚合物，其能够经受反复的挠曲和弯曲(Agilus30Stratasys，美国明尼苏达州)。该材料非常适合于促进胶囊装置的手术放置，以便在体内包封大鼠肾脏。
实施例3：将胶囊装置移植到动物
在14个月的期间内，使用了7只7-8周龄范围的野生型大鼠和6只6.5周龄范围的Han：SPRD-Cy/+PKD大鼠，共进行了六个手术阶段(session)。在实验系列的第一阶段中，主要是为了测试胶囊装置的手术植入的可行性，将8周龄的野生型SD大鼠的左肾用小胶囊包封。用由0.375mg/kg美托咪定、2.0mg/kg咪达唑仑和2.5mg/kg布托啡诺制备的三种类型的混合麻醉剂麻醉大鼠。准备并解剖大鼠的左侧以进入腹膜后和肾周间隙。在仔细分离肾周脂肪组织后，确认左肾并使其完全暴露。将小胶囊装置横向切割且分开，近似从孔开始的圆周的三分之一至二分之一。沿着切割面，将胶囊装置在中间轻轻分开并向后弯曲，以打开装置的下极。在下极中，将裸露的肾脏引入装置中。放置肾脏的下极后，小心地拉伸装置并将其拉到剩余的肾脏上。整个肾脏体积被胶囊装置包封，而肾门结构在装置的门孔内未被覆盖且不受阻碍。通过使用手术用胶将装置的分开线缝合并密封。包封的肾脏被肾周组织和腹膜后腔覆盖。缝合切开的腹膜后筋膜和皮肤。在此阶段，另一只野生型大鼠在未植入胶囊装置的情况下进行了假手术。在5.4-5.6周的随访之后，处死大鼠以取回装入胶囊的(capsuled)和未装入胶囊的(uncapsuled)肾脏。收集血液样本。
在第二阶段中，将6.5周龄的Cy/+PKD大鼠的左肾植入中型胶囊装置。选择中型胶囊装置是因为认为该尺寸合适。小型和小到中型的胶囊似乎太小，无法适应PKD大鼠的肾脏。手术程序与第一阶段相同。随访该大鼠7.1周并处死以取回装入胶囊的和未装入胶囊的肾脏。
在第三阶段中，对来自同胞组的6.5周龄的两只野生型SD大鼠进行了手术：第一只大鼠用于双侧假手术，第二只大鼠用于将中型胶囊装置植入右肾。手术程序与先前的阶段相同。随访两只大鼠12周并处死以取回装入胶囊的和未装入胶囊的肾脏。
在第四阶段中，对来自同胞组的7周龄的三只野生型SD大鼠进行了手术：第一只大鼠用于双侧假手术，第二只大鼠用于将中型胶囊装置植入左肾，以及第三只大鼠用于将中型胶囊装置植入右肾。手术程序与之前的阶段相同。随访所有三只大鼠12周并处死以取回装入胶囊的和未装入胶囊的肾脏。
在第五阶段中，对来自同胞组的6.5周龄的三只Cy/+PKD大鼠进行了手术：第一只大鼠用于双侧假手术，第二只大鼠用于将大型胶囊装置植入左肾，和第三只大鼠用于将大型胶囊装置植入双侧肾脏。选择大型胶囊装置是因为这些PKD大鼠比第二阶段中使用的PKD大鼠重。对于仅在左肾中植入胶囊装置的大鼠，手术程序与第一阶段和第二阶段中的手术程序相同。对于其他两只大鼠的手术程序涉及双侧肾脏。随访所有三只大鼠12周并处死以取回装入胶囊的和装入胶囊的肾脏。
在第六阶段中，对来自同胞组的6.5周龄的两只Cy/+PKD大鼠进行了手术：第一只大鼠用于双侧假手术，第二只大鼠用于将大型胶囊装置植入左肾。手术程序与先前的阶段相同。随访两只大鼠12周并处死以取回装入胶囊的和未装入胶囊的肾脏。
实施例4：胶囊装置的移植效果
为了研究机械解剖学方法用于阻止ADPKD进展的有效性，发明人使用了Han：SPRD-Cy/+(Cy/+)大鼠模型，其发展为多囊性肾病。3D胶囊介入装置被设计和制造成包封大鼠肾脏。从28周龄的野生型大鼠和22周龄的Cy/+大鼠获取的显微计算机断层扫描图像可用于提供3D肾胶囊配置的解剖参考模板。通过对解剖参考模板进行数学插值，可生成五种不同尺寸(小、小到中、中、中到大、大)的大鼠肾脏胶囊的3D成像模型。将3D成像模型输入到3D打印机中，以生产用于体内包封大鼠肾脏的肾脏胶囊装置(图6)。
将胶囊装置通过手术植入到野生型和Cy/+大鼠的肾脏中(图9)。随意确定大鼠用于单侧或双侧植入胶囊装置。在野生型和Cy/+大鼠上也进行了假手术。大鼠很好地耐受手术程序且恢复，随后对其进行了随访。在被认为对于手术肾脏的生长时间足够长且便于确定手术计划的随访期之后，处死大鼠以取回肾脏和胶囊。表1汇总了不同阶段的单个大鼠的结果。与未装入胶囊的肾脏相比，在用胶囊装置包封的Cy/+肾脏中注意到肾脏尺寸的持续显著降低。
在野生型大鼠中，观察到装入胶囊的和未装入胶囊的肾脏之间的肾脏尺寸变化很小。这很可能是因为这些野生型的肾脏在随访期间未生长超出所植入的小型胶囊的体积容量。基于28周龄的野生型大鼠的显微CT影像，构建了植入野生型大鼠内部的小型胶囊装置，而在尸检时，该装入胶囊的野生型大鼠为13.4-13.6周大。如果在尸检时野生型大鼠的随访已延长超出28周，则我们可能已经观察到限制野生型肾脏的正常生长的胶囊装置用于区分装入胶囊的肾脏和未装入胶囊的肾脏之间的尺寸的作用。
在PKD大鼠中，装入胶囊的肾脏的尺寸始终地且显著小于(减少21-36％)未装入胶囊的肾脏的尺寸(图7、8和10)。在PKD大鼠中，肾脏尺寸的增长存在一些变化。例如，第二阶段的PKD大鼠尽管更短的随访期(7.1周)，其绝对肾脏尺寸(未装入胶囊的：6.14g，装入胶囊的：3.91g)比第三阶段(未装入胶囊的：4.23-4.70g，装入胶囊的：2.79-3.73g，随访期12周)大。这可能与大鼠的个体变异有关，因为在第三阶段来自同胞组的三只大鼠具有相似的肾脏尺寸分布。
根据大鼠的基因型和体重，植入了不同尺寸的胶囊装置。对于胶囊装置需要考虑的其他因素是装置的材料性能和厚度以及待被约束的肾脏的生长情况。例如，与具有缓慢的预期生长的肾脏相比，具有快速的预期生长的肾脏可能需要更刚性和更厚的胶囊以获得更大的机械力来约束生长。
实施例5：肾脏的组织学评估
在图11-14中显示了在野生型大鼠和Cy/+大鼠上手术后取回的肾脏的组织学评估。在左肾植入胶囊装置的野生型大鼠中，未装入胶囊的右肾和装入胶囊的左肾未显示可见的组织学差异，特别是没有动态的炎性细胞浸润。在进行假手术和胶囊植入的Cy/+大鼠中，所有肾脏在整个肾实质中均显示出许多肾囊肿。但是，装入胶囊的肾脏中的囊肿的尺寸小于未装入胶囊的肾脏中的囊肿的尺寸，这可能反映了整体肾脏尺寸的差异(图11和13)。另外，与没有胶囊装置的肾脏的固有解剖学肾包膜相比，植入有胶囊装置的肾脏的固有解剖学肾包膜有相当大的增厚(图12)。组织学评估中增厚的固有解剖学肾包膜似乎与纤维化改变相对应。发明人认为，由于存在胶囊装置而引起的机械约束或炎症改变导致天然肾囊中的反应性纤维化改变。
来自Cy/+大鼠的所有肾脏的组织学标本表明存在散布在肾囊肿之间的大量单核细胞。与具有胶囊装置的肾脏相比，没有胶囊装置的肾脏含有更多和更大的肾囊肿、更多的单核细胞和更多的受刺激的细胞增殖。另外，具有胶囊装置的肾脏中非囊性肾组织的比例高于没有胶囊装置的肾脏的非囊性肾组织的比例。
在Cy/+大鼠的囊性小管和正常肾小管的肾上皮细胞中，与未装入胶囊的肾脏相比，装入胶囊的肾脏中细胞增殖标记物Ki67和磷酸化ERK的水平降低(图14)。CCR7阳性单核细胞被划为M1巨噬细胞，其在引起组织损伤中起作用。M1巨噬细胞主要存在于囊性上皮中，且与未装入胶囊的Cy/+肾脏相比，在装入胶囊的Cy/+肾脏中M1巨噬细胞减少。对于野生型大鼠，装入胶囊的和未装入胶囊的肾脏在细胞增殖标记物Ki67和磷酸化ERK方面没有显示出实质性差异。
具有装入胶囊的肾脏的Cy/+大鼠的血清肌酐水平始终低于接受假手术的大鼠(表1)。下表1示出Cy/+大鼠在3个不同实验阶段的情况和结果。
表1
本说明书示出了本发明的优选实施方式，并且对于本领域技术人员而言清楚的是，仅出于举例的目的而提供了这样的实施方式。技术人员可以在不偏离本发明的情况下进行各种变换并添加修改和替换。应该理解的是，在实施本发明时，可以使用在本说明书中描述的本发明的各种替代实施方式。此外，在本说明书中所引用的所有出版物(包括专利和专利申请文件)中描述的内容，应被解释为通过引用与在本说明书中清楚地写出的内容相同。
工业适用性
本发明人成功地开发了一种胶囊装置，用于包封例如肾脏、肝脏或卵巢的身体器官或团块。使用该胶囊装置允许治疗或预防伴随身体器官的异常生长的疾病，例如多囊性肾病。对于多囊性肾病没有有效的治疗方法，本发明提供的治疗方法可能非常有用。
Claims (33)
1.一种胶囊装置，包括具有内部空腔的主体，所述内部空腔用于包封身体器官或团块。
2.根据权利要求1所述的胶囊装置，其中所述胶囊装置具有近似于所述身体器官或团块的形状。
3.根据权利要求1所述的胶囊装置，其中所述身体器官选自肾脏、肝脏和卵巢。
4.根据权利要求1所述的胶囊装置，其中所述胶囊装置用于减缓或停止所述身体器官或团块的生长。
5.根据权利要求1所述的胶囊装置，其中所述胶囊装置配置成具有孔，以确保连接至所述身体器官的结构不被干扰。
6.根据权利要求1所述的胶囊装置，其中所述身体器官是肾脏。
7.根据权利要求6所述的胶囊装置，其中所述胶囊装置用于治疗或预防多囊性肾病。
8.根据权利要求6所述的胶囊装置，其中所述胶囊装置被设计成基本上覆盖整个肾脏。
9.根据权利要求6所述的胶囊装置，其中所述胶囊装置被设计为抑制总肾脏体积的增加。
10.根据权利要求6所述的胶囊装置，其中所述胶囊装置被设计为不干扰肾动脉、肾静脉和输尿管。
11.根据权利要求1所述的胶囊装置，其中所述胶囊装置是基于受试者的医学成像数据，通过所述胶囊装置的个性化3D制造而生产的。
12.根据权利要求11所述的胶囊装置，其中所述个性化3D制造是使用自动3D打印或手动制造来执行的。
13.根据权利要求11所述的胶囊装置，其中所述医学成像数据是利用MRI、CT、超声影像、荧光影像或腹腔镜影像获得的。
14.根据权利要求1所述的胶囊装置，其中所述胶囊装置的生物相容性材料、弹性性能、配置和/或尺寸是基于个体受试者的医学信息来确定的，所述个体受试者的医学信息选自受试者的年龄、受试者的性别、受试者的过敏敏感性情况、目标器官的解剖学结构以及目标器官的预期生长率。
15.根据权利要求1所述的胶囊装置，其中所述胶囊装置配置成通过考虑用于植入所述胶囊装置的手术程序而在所述装置内包括预定的手术开合缝合线。
16.根据权利要求1所述的胶囊装置，其中所述胶囊装置被设计成在放置期间至少部分地分开以包封所述器官或团块。
17.根据权利要求16所述的胶囊装置，其中所述胶囊装置包括用于闭合所述装置的分开的开口的构件。
18.根据权利要求17所述的胶囊装置，其中所述闭合构件选自交织的线、纽扣、钩、紧固件和钩环紧固件。
19.根据权利要求1所述的胶囊装置，其中所述胶囊装置由能够通过微创性或腹腔镜手术程序植入的液体可注射材料或柔性可注射材料制成。
20.根据权利要求19所述的胶囊装置，其中所述可注射材料能够通过微创性或腹腔镜手术程序植入。
21.一种生产根据权利要求1至17中任一项所述的胶囊装置的方法，包括：测量受试者的身体器官或团块的形状；设计适合所述身体器官或团块的胶囊装置；和制造所述胶囊装置。
22.根据权利要求21所述的方法，其中使用MRI、CT、超声影像、荧光影像或腹腔镜影像执行所述测量。
23.根据权利要求21所述的方法，其中所述制造是使用3D打印或手动制造来执行的。
24.根据权利要求21所述的方法，其中所述设计包括基于个体受试者的医学信息来确定的所述胶囊装置的生物相容性材料、弹性性能、配置和/或尺寸，所述个体受试者的医学信息选自受试者的年龄、受试者的性别、受试者的过敏敏感性情况、目标器官的解剖结构以及目标器官的预期生长率。
25.根据权利要求21所述的方法，其中所述设计包括：通过考虑用于植入所述装置的有效的手术程序，在所述装置内包括预定的手术开合缝合线。
26.根据权利要求21所述的方法，其中所述设计包括将所述胶囊装置设计成至少部分地分开以包封所述器官或团块。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述设计包括：包括用于闭合所述装置的分开的开口的构件。
28.根据权利要求27所述的方法，其中用于闭合所述装置的分开的开口的构件选自交织的线、纽扣、钩、紧固件和钩环紧固件。
29.根据权利要求21所述的方法，其中所述设计包括选择液体可注射材料或柔性可注射材料，以通过微创性或腹腔镜手术程序来植入和制造所述胶囊装置。
30.一种用于治疗或预防有需要的受试者的身体器官或团块的异常生长的方法，包括植入权利要求1所述的胶囊装置以包封所述受试者的身体器官或团块。
31.根据权利要求30所述的方法，其中所述身体器官选自肾脏、肝脏和卵巢。
32.根据权利要求30所述的方法，其中所述身体器官是肾脏。
33.根据权利要求32所述的方法，其中所述异常生长是由ADPKD或ARPKD引起的。
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