CN113727672A - 用于软组织的修复、重建和再生的复合支架 - Google Patents
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Abstract
所公开的复合支架提供了在张力下基本上保持其三维形状的高度多孔且柔性的结构，并且首先通过支架机械性质，并且随后通过在所述支架被再吸收时新再生的功能组织提供了对修复或重建的机械加强。
Description
技术领域
本公开涉及软组织修复和重建，并且更具体地，涉及一种可用于稳定软组织损伤或缺损同时促进新组织再生的复合支架。
背景技术
用于组织工程应用和外科手术修复及重建的生物支架和合成支架是已知的，然而，很少有生物支架和合成支架能够提供以下的最佳组合：用于细胞向内生长的足够的孔隙率；用于细胞迁移和增殖的足够的生物基质和表面积；用于有意义的细胞外基质沉积和组织再生的足够的互连空隙体积和尺寸；足够的复合机械性质和与局部组织的机械负载分担以促进功能组织成熟，同时抵抗所述机械负载下的塌陷或压缩；以及通过完全愈合支持组织修复同时促进功能组织的再生的足够的生物再吸收时间线。
一些如疝气网等支架具有足够的机械性质来完成外科手术修复，但是缺乏不是最佳地适用于膝盖、脚踝、肩肘和手的软组织以及非肌肉骨骼软组织的愈合和再生的行为特性。许多此类支架由会引起急性或慢性不良炎症、疼痛或并发症的永久性合成聚合物制成。另外，许多网状支架基本上是二维的，其中细胞向内生长的表面积不足并且块状组织再生的空隙体积不足，因此不利于功能组织的再生。相反，大多数用于修复和重建软组织的生物支架来源于从同种异体源或异种源收获并加工的块状组织，并且由于块状架构、组织来源和加工方法的任何组合，通常愈合缓慢或不完全。被重建成全新架构的如胶原凝胶或海绵等高度加工的生物材料可以被生产为具有适合组织向内生长的孔隙率，但是缺乏用于韧带或肌腱修复的适当强度和抗塌陷性。
许多由纤维构成的可商购获得的支架具有合适的机械性质，但是由于现有的制造工艺(如编织、织造、编结)和非织造方法(如静电纺丝、气动纺丝、熔喷等)产生的架构缺陷，这些支架不适用于功能组织再生；这是因为纤维在长丝和/或纤维束之间没有足够的空间(孔隙率或空隙体积或密度不足—例如典型的静电纺丝纺织品)，或者用于有意义的组织再生的表面积、空隙体积和尺寸太少(例如典型的平面经编纺织品或编织品，或纤维束)，或者当产生足够的空隙体积时，纤维要么在细胞和生物学相关的尺度上不连续，要么随着结构的张紧而塌陷。
因此，需要一种修复或再生韧带组织的支架和方法。
还需要一种复合支架，即模拟天然肌腱和韧带的机械性质的支架。
进一步需要一种为细胞浸润和组织向内生长提供足够的孔隙率和互连空隙体积，同时在负载或张力下基本上保持其形状的支架。
仍进一步需要一种在一定时间段内是生物可吸收的支架，所述支架持续若干周或若干个月支持愈合，同时促进能够在支架再吸收后承载机械负载的功能组织的再生。
还需要一种使合成聚合物密度最小化并使支架的表面积与体积比率最大化，从而限制异物应答并改善组织再生的支架。
又还需要一种具有可调节的长度、宽度和高度以用于不同程序的支架。
还需要一种在支架材料完全再吸收后再生具有足够强度和厚度的组织的生物可吸收支架。
又还需要一种提供能够促进与支架间隔开的细胞生长以促进肌腱或韧带组织向内生长的第二支撑基质的支架。
此支架仍还需要具有可变尺寸、密度、孔隙率、材料组成、纤维类型和表面特性的工程化的区域，以改善组织再生和/或外科手术操控和植入。
发明内容
公开了一种用于韧带或肌腱修复的复合支架，所述复合支架为修复的和愈合的肌腱或韧带提供机械加强。在实施例中，所述复合支架包括限定空隙体积的支撑结构。多孔材料或水凝胶安置在所述支撑结构的空隙体积内。所述支撑结构加强并支撑所述多孔材料/水凝胶，增强所述支架的拉伸强度，并在所述支架延伸或经受伸长力时抵抗压缩。所述多孔材料/水凝胶具有允许足够的细胞外基质沉积和新功能组织再生的孔隙率和空隙体积。在实施例中，所述空隙体积沿着所述支架的长轴是连续的或基本上连续的，这允许细胞在装置内完全迁移并且允许以在所述支架的轴向方向上的朝向形成新组织，同时在所述支架的机械负载或张紧期间受到保护免于显著塌陷、压缩或过度扩张。任选地，所述支架的全部或部分可以用如血液、骨髓抽吸物、富含血小板的血浆、自体或同种异体细胞等生物流体水合，以调节或引导免疫应答并进一步促进和加速愈合和组织再生。
所公开的复合支架拥有用于细胞增殖和迁移的大表面积，而且拥有足够大的互连空隙空间以允许组织向内生长、细胞外基质沉积和功能组织的生物力学重塑。进一步地，所述支架拥有在张力下保持高度多孔结构的能力，例如在外科手术程序期间和植入后抵抗塌陷，从而在生理负载下保持遍及整个支架的细胞浸润和新组织向内生长的能力。由于装置的复合机械性质，这些负载在装置与局部组织之间机械地分担，即防止近端、修复或天然组织以及所述支架本身内正在发育的新组织的应力遮挡。进一步地，这些复合机械性质促进所述支架内细胞的机械生物学信号传导，以分化并形成承载、朝向的细胞外基质和结缔组织。所公开的复合支架可以使用各种不同的纺织品和复合材料制造方法来制造，并且不限于单一的制造技术。
所公开的复合支架提供了在张力下基本上保持其三维形状的高度多孔且柔性的结构，并且首先通过支架机械性质，并且随后通过在所述支架被再吸收时新再生的功能组织提供了对修复或重建的机械加强。
所公开的支架可以具有拥有不同机械性质的不同区域以促进固定或不同的组织再生。在实施例中，所述复合支架可以在植入之前用细胞、生物抽吸物或生物活性剂浸渍以产生生物“创可贴”。在其它实施例中，生物诱导支架接种有自体、同种异体或异种来源的细胞，持续临时预培养时间段，以允许细胞在所述支架内形成富含胶原的细胞外基质。然后所述支架可以进行处理和/或脱细胞以留下可以随后植入的纤维增强型组织支架，或者可以“按原样”植入。所公开的支架可以与多种目前可用的固定方法兼容，所述固定方法例如缝合线、缝合锚、平头钉、缝钉等。
所公开的复合支架提供了一种用于在所述支架内将组织纤维彼此间隔开，从而为没有被聚合物或对应炎症破坏的更高质量的组织提供向内生长的空间的机制。所述微孔基质充当稳定件，所述稳定件有助于保持此类空间，并为细胞生长提供更大的表面以便组织能够成熟，同时所述支架的主要纤维仍然保持强度。如果所述微孔基质以比所述支撑结构更快的速率再吸收，则所述微孔基质会发生完全质量损失，使得组织可以在体内新产生的体积内回收和重塑，同时主要支撑结构保持强度，从而允许细胞首先侵入然后包封所述结构，而且随着时间的推移产生功能组织。另外，如果使用天然材料来产生如胶原等第二基质，则可以使支架炎症减少并进一步促进细胞向内生长到所述支架中，同时不与包括所述支撑结构的任何合成纤维接触。
根据本公开的一个方面，复合支架包括第一基质和任选的第二基质，所述第一基质和所述任选的第二基质可以彼此一体形成以最大化所述支架的表面积与体积比率，同时仍然保持机械完整性和结构完整性。根据实施例，所述第一基质可以用三维纺织品结构实施，所述三维纺织品结构包括第一支撑层和第二支撑层，所述第一支撑层和第二支撑层间隔开在其间限定内部空间或空隙。多个间隔元件在所述第一支撑层与所述第二支撑层之间延伸以使所述支撑层保持分开。所述第一支撑层和所述第二支撑层可以具有不同的几何形状、纤维或材料组成。所述第一支撑层和所述第二支撑层以及所述间隔元件可以被实施为由合成生物可吸收聚合物、天然聚合物和/或添加剂的任何组合形成的三维纺织品，所述三维纺织品包括复丝纤维或单丝纤维或其任何组合的多层编织或织造表面。所述第二基质安置在所述第一支撑基质的所述第一支撑层与所述第二支撑层之间的所述空隙空间内并紧邻所述第一支撑层和所述第二支撑层。所述第二基质可以用低密度、高表面积材料实施，所述材料包括以下中的任一种：海绵、泡沫、毛毡、变形纤维或纱线、胶原或组织衍生材料、或其任何组合。所述复合支架的所述第一基质和所述第二基质可以具有相同或不同的结构、组成和生物可吸收特性，以促进功能组织的最佳再生。
在实施例中，所述复合支架的最小厚度可以大约大于或等于1mm。所述支架的厚度沿其长度可以是均匀的，或者可以以重复或非重复的方式变化，这取决于所述支架将用于的特定应用。在其它实施例中，所公开的复合支架的长度尺寸可以介于大约2mm到1000mm之间，这取决于所述支架将用于的特定应用。所公开的支架可以以不同的增量长度制造，或者可以以可以由从业者根据需要或视特定程序适当地切割或定制的长度制造。
根据本公开的一个方面，一种复合支架包括：微孔基质，所述微孔基质具有向所述微孔基质的外表面敞开并共同限定空隙空间的大量互连孔隙；以及结构，所述结构支撑所述微孔基质；其中所述复合支架的表面积介于大约0.6m2/克与1.2m2/克之间。
根据本公开的另一方面，一种复合支架包括：微孔基质，所述微孔基质具有向所述微孔基质的外表面敞开并共同限定具有可测量体积的空隙空间的大量互连孔隙；以及结构，所述结构支撑所述微孔基质；其中空隙空间的所述体积介于大约3.5cm3/克与7cm3/克之间。
根据本公开的另一方面，一种复合支架包括：微孔基质，所述微孔基质具有向所述微孔基质的外表面敞开并共同限定具有可测量体积的空隙空间的大量互连孔隙，并且其中所述空隙空间体积介于所述仿生支架的可测量体积的大约80％与90％之间。
根据本公开的另一方面，一种复合支架包括：微孔基质，所述微孔基质具有向所述微孔基质的外表面敞开并共同限定具有可测量体积的空隙空间的大量互连孔隙，并且其中所述支架的渗透率介于大约1400毫达西与2600毫达西之间。
根据本公开的另一方面，一种复合支架包括：微孔基质，所述微孔基质具有向所述微孔基质的外表面敞开并共同限定具有可测量体积的空隙空间的大量互连孔隙，其中所述大量互连孔隙的弯曲度大约介于5μm/μm与45μm/μm之间，其中所述弯曲度定义了所述微孔基质的第一端部与第二端部之间的实际流动路径长度与直线距离的比率。
根据本公开的另一方面，一种复合支架包括：微孔基质，所述微孔基质具有向所述微孔基质的外表面敞开并共同限定具有可测量体积的空隙空间的大量互连孔隙；结构，所述结构支撑所述微孔基质，并且其中所述空隙空间表面积与体积支撑结构体积之比介于大约7,000cm2/cm3与14,000cm2/cm3之间。
根据本公开的另一方面，一种复合支架包括：支撑结构，所述支撑结构限定内部空间；以及微孔基质，所述微孔基质安置在所述支撑结构的所述内部空间内，其中所述微孔基质包括中值孔隙大小介于大约12μm与50μm之间的多个互连孔隙。
根据本公开的另一方面，一种复合支架包括：支撑结构，所述支撑结构限定内部空间；以及微孔基质，所述微孔基质安置在所述支撑结构的所述内部空间内，所述微孔基质具有共同限定空隙空间的大量互连孔隙；其中至少大约60％的所述空隙空间包括大小尺寸为10μm或更大的孔隙。
根据本公开的另一方面，一种复合支架包括：微孔基质，所述微孔基质具有共同限定空隙空间的向所述微孔基质的外表面敞开的大量互连孔隙；以及结构，所述结构支撑所述微孔基质；所述仿生支架具有表示所述仿生支架在基本上干燥状态下的重量的可测量干重值和表示所述仿生支架在基本上干燥状态下的体积的可测量干体积值，其中所述仿生支架的所述重量值由于流体吸收而增加大约200％到600％使所述仿生支架的所述干体积值改变大约0％到10％。
根据本公开的另一方面，一种复合支架包括：微孔基质，所述微孔基质具有共同限定空隙空间的向所述微孔基质的外表面敞开的大量互连孔隙；以及结构，所述结构支撑所述微孔基质；所述复合支架具有表示所述复合支架在基本上干燥状态下的重量的可测量干重值和表示所述复合支架在基本上干燥状态下的尺寸参数的可测量干长度值，其中所述复合支架的所述重量值由于流体吸收而增加大约200％到600％使所述复合支架的所述干长度值改变小于大约0％到3％。
根据本公开的另一方面，一种复合支架包括：微孔基质，所述微孔基质具有共同限定空隙空间的向所述微孔基质的外表面敞开的大量互连孔隙；以及结构，所述结构支撑所述微孔基质；所述复合支架具有表示所述复合支架在基本上干燥状态下的重量的可测量干重值和表示所述复合支架在基本上干燥状态下的尺寸参数的可测量横截面轮廓值，其中所述复合支架的所述重量值由于流体吸收而增加大约200％到600％使所述复合支架的所述横截面轮廓值改变大约0％到10％。
根据本公开的另一方面，一种复合支架包括：微孔基质，所述微孔基质具有共同限定空隙空间的向所述微孔基质的外表面敞开的大量互连孔隙；以及结构，所述结构支撑所述微孔基质；其中所述复合支架的最小尺寸是大约大于或等于1mm的厚度尺寸，并且其中所述复合支架的溶胀曲线可通过所述复合支架的测得的湿厚度相比于所述复合支架的测得的干厚度小于或等于10％的变化来测量。
根据本公开的另一方面，一种复合支架包括：微孔基质，所述微孔基质具有共同限定空隙空间的向所述微孔基质的外表面敞开的大量互连孔隙；以及结构，所述结构支撑所述微孔基质；所述复合支架具有表示所述复合支架在基本上干燥状态下的重量的可测量干重值，其中所述微孔基质占所述复合支架的所述干重值的少于大约6％。
根据本公开的另一方面，一种支架包括：三维支撑结构，所述三维支撑结构具有在支撑结构的第一端部与第二端部之间延伸的长度尺寸，所述支撑结构包括第一外层和第二外层以及多个间隔元件，所述第一外层和所述第二外层在其间间隔开一定距离，从而限定垂直于所述长度尺寸的厚度尺寸，所述多个间隔元件连接所述第一外层和所述第二外层以保持其间的间隔；其中当所述长度尺寸伸长大约13％时，所述支撑结构的所述厚度尺寸的变化小于大约35％。
根据本公开的另一方面，一种支架包括：三维支撑结构，所述三维支撑结构具有在所述支撑结构的第一端部与第二端部之间延伸的长度尺寸并限定垂直于所述长度尺寸的横截面面积，所述支撑结构包括间隔开以在其间限定内部空间体积的第一外层和第二外层，以及延伸穿过所述第一层与所述第二层之间的所述内部空间体积并附接在其间以保持所述第一层和所述第二层分开的多个间隔元件；其中当所述长度尺寸伸长大约13％时，所述横截面面积的变化小于大约5％。
根据本公开的另一方面，一种支架包括：三维支撑结构，所述三维支撑结构具有在支撑结构的第一端部与第二端部之间延伸的长度尺寸并限定垂直于所述长度尺寸的宽度尺寸，所述支撑结构包括第一外层和第二外层以及多个间隔元件，所述第一外层和所述第二外层在其间间隔开一定距离，从而限定垂直于所述长度尺寸和所述宽度尺寸的厚度尺寸，所述多个间隔元件连接所述第一外层和所述第二外层以保持其间的间隔；其中当所述长度尺寸伸长大约13％时，所述支撑结构的所述宽度尺寸的变化小于大约5％。
根据本公开的另一方面，一种支架结构包括：第一外层和第二外层，所述第一外层和所述第二外层具有由其相应的第一端部和第二端部限定的长度尺寸并在其间限定内部空间，所述第一外层和所述第二外层中的每个外层包括基本上平行于相应的长度尺寸延伸的多个互连线圈纵行；多个间隔元件，所述多个间隔元件基本上垂直于所述相应的长度尺寸延伸穿过所述内部空间，并且紧邻所述多个线圈纵行之一附接到所述第一外层和第二外层中的每个外层，所述多个间隔元件至少部分地将所述内部空间分隔成沿着所述第一外层和所述第二外层的所述相应的长度尺寸延伸的多个通道。
根据本公开的另一方面，一种具有可测量体积的复合支架包括：微孔基质，所述微孔基质具有向所述微孔基质的外表面敞开并共同限定空隙空间的大量互连孔隙，其中所述复合支架的密度大约介于0.05g/cc与0.75g/cc之间，其中所述密度被定义为每单位体积的所述复合支架的质量。
根据本公开的另一方面，一种具有可测量体积的复合支架包括：微孔基质，所述微孔基质具有共同限定空隙空间的向所述微孔基质的外表面敞开的大量互连孔隙；以及结构，所述结构支撑所述微孔基质；其中所述复合支架的总表面积与体积比率大约介于160,000:1与190,000:1之间，其中所述比率定义了所述支架的所述表面积与所述复合支架的除所述空隙空间之外的所述体积之比。
根据本公开的另一方面，一种支架包括：三维支撑结构，所述三维支撑结构沿着支撑结构的第一端部与第二端部之间的轴线延伸，所述支撑结构包括间隔开以在其间限定内部空间体积的第一层和第二层，以及延伸穿过所述第一层与所述第二层之间的所述内部空间体积并附接在其间以保持所述第一层和所述第二层分离并限定垂直于所述轴线的横截面的多个间隔元件；以及微孔基质，所述微孔基质在所述内部空间内并且具有在所述支撑结构的第一端部与第二端部之间共同限定空隙空间的大量互连孔隙；其中至少大约60％的所述空隙空间包括大小尺寸为至少10μm或更大的孔隙；并且其中所述空隙空间的体积介于大约3.0cm3/克与9.0cm3/克之间。
根据本公开的另一方面，一种复合支架包括：微孔基质，所述微孔基质具有向所述微孔基质的外表面敞开并共同限定空隙空间的大量互连孔隙；以及结构，所述结构支撑所述微孔基质；所述复合支架具有由外侧限定的基本上呈矩形的横截面，其中多个所述互连孔隙向所述外侧中的一个外侧敞开并且具有相对于所述一个外侧朝向的最大尺寸。在一个实施例中，所述多个所述互连孔隙具有相对于所述一个外侧以大约45°到135°朝向的最大尺寸。
根据本公开的另一方面，一种支架包括：三维支撑结构，所述三维支撑结构具有由其第一端部和第二端部限定的长度尺寸以及由通过空间分开的第一外层和第二外层限定的垂直于所述长度尺寸的厚度尺寸，以及多个间隔元件，所述多个间隔元件延伸穿过所述空间并连接所述第一外层和所述第二外层；其中空隙空间表面积与可测量体积之比介于大约500cm2/cm3与7,000cm2/cm3之间。
根据本公开的另一方面，一种占据可测量体积的复合支架包括：微孔基质，所述微孔基质具有共同限定具有表面积的空隙空间的大量互连孔隙；以及结构，所述结构支撑所述微孔基质；其中所述空隙空间表面积与所述可测量体积之比介于大约5,000cm2/cm3与16,000cm2/cm3之间。
根据本公开的另一方面，一种复合支架包括：微孔基质，所述微孔基质具有向所述微孔基质的外表面敞开并共同限定空隙空间的大量互连孔隙；以及结构，所述结构支撑所述微孔基质；在此，所述复合支架的表面积介于大约0.3m2/克与15m2/克之间。
根据本公开的另一方面，一种用复合支架修复韧带或肌腱损伤的方法包括：A)提供复合支架，所述复合支架包括：i)间隔开以在其间限定内部空间的第一层和第二层，以及延伸穿过所述内部空间并附接到所述第一层和所述第二层的多个间隔元件；以及ii)安置在所述内部空间内的微孔基质，所述微孔基质具有大量互连孔隙；以及B)将所述复合支架沿其长度尺寸预张紧；C)将所述复合支架附接到同种异体移植或自体移植肌腱或受损或撕裂的韧带或肌腱。
根据本公开的另一方面，一种用复合支架修复韧带或肌腱损伤的方法包括：A)提供复合支架，所述复合支架包括：i)间隔开以在其间限定内部空间的第一层和第二层，以及延伸穿过所述内部空间并附接到所述第一层和所述第二层的多个间隔元件；以及ii)安置在所述内部空间内的微孔基质，所述微孔基质具有大量互连孔隙；以及B)将所述复合支架沿其长度尺寸预张紧；C)将所述复合支架附接到同种异体移植或自体移植肌腱或受损或撕裂的韧带或肌腱。
根据本公开的另一方面，一种制造复合支架的方法包括：A)构造三维支撑结构，所述三维支撑结构沿其第一端部和第二端部之间的长度尺寸延伸并在所述支撑结构内限定内表面；以及B)在所述内表面内形成微孔基质，所述微孔基质具有与所述支撑结构的外表面流体连通的大量互连孔隙，其中多个所述互连孔隙相对于所述支撑结构的尺寸特性朝向。在实施例中，所述多个互连孔隙从所述支撑结构的外表面径向向内朝向到所述内部空间中。在实施例中，所述多个互连孔隙朝所述支撑结构的所述长度尺寸朝向。
根据本公开的另一方面，一种复合支架包括：支撑结构，所述支撑结构具有限定内部空间的外部轮廓并沿着其第一端部与第二端部之间的长度尺寸延伸；安置在所述内部空间内的微孔基质，所述微孔基质具有向所述支撑结构的外部敞开的大量互连孔隙；其中多个所述互连孔隙相对于所述支撑结构的尺寸特性朝向。
根据本公开的另一方面，一种复合支架包括：微孔基质，所述微孔基质具有共同限定空隙空间的向所述微孔基质的外表面敞开的大量互连孔隙；以及结构，所述结构支撑所述微孔基质；所述复合支架具有表示所述复合支架在基本上干燥状态下的重量的可测量干重值，其中所述微孔基质占所述复合支架的所述干重值的少于大约6％。
在实施例中，基于质量损失或分子量损失，所述第二支撑基质(例如，海绵)比所述第一支撑基质降解快大约两倍到十二倍。所述复合支架可以具有这样的降解曲线：在植入后至少大约两周内的强度保留大于或等于50％并且在植入后大约六个月到十二个月或更长时间内质量损失为100％。
在实施例中，与安置在所述支撑基质中的更为多孔的基质相比，更高密度或质量的所述支撑基质提供了所公开支架的主要结构和块状结构。更具体地，所述第一支撑基质和第二支撑基质相对于彼此具有不同的密度或质量组分。在一个实施例中，所述第一支撑结构(例如，纺织品)的可测量质量或密度大于或等于所述第二支撑基质(例如，海绵)的质量或密度的一倍。
在所公开的实施例中，所述微孔基质的孔隙结构被设计成在整个支架尺寸上促进细胞附着、增殖和向内生长。在实施例中，可以在架构上对所述装置的面、所述第二基质或孔隙结构进行工程化以促进在某一方向上的细胞迁移或促进如结缔组织等对齐组织的形成。在其它实施例中，所述装置的所述表面在物理或化学特性上可能彼此不同以反映在特定解剖学位置中的使用，即一侧促进与骨的整合，而另一侧促进肌腱的整合；或者一侧促进腹壁再生，而另一侧防止内脏粘连。
在实施例中，与现有的可商购获得的装置相比，本文公开的复合支架提供了明显较高的表面积与体积比率，以促进所述复合支架内更快速和更大量的细胞浸润和组织向内生长。更具体地，主要基于所述第一支撑基质(例如，纺织品)，使用支架旦尼尔、聚合物密度和尺寸计算的所述纤维的表面积与所述装置的体积比率大于10倍。
在实施例中，所述支架可以具有变窄并转变为类似缝合线的尺寸的端部，或者被修改，例如缝合或打结，以附接到本文所述程序中使用的常规缝合线的端部。在其它实施例中，所述第一支撑基质(例如，纺织品)具有被修改为热定形或刺绣或用其它材料浸渍的端部或边缘，以便于更好的操控、更好地与现有组织整合并进一步减少支架在压力、张力或剪切力下的尺寸扭曲。在其它实施例中，任何材料的单丝或复丝缝合线可以纵向穿过所述支架并从两个端部离开，并且附接或固定到所述支架。
在其它实施例中，所述支架的所选区段可以随机地或者以固定的频率重复以通过增加或减少所述纺织品的密度，例如通过改变所述第一支撑基质的纺织品图案，来增加或减少所述支架的密度。在仍其它实施例中，可以选择此类重复的区域以通过改变所述支架的所述外表面的光滑度或粗糙度来改变所述支架的表面光洁度，以便提高所述支架植入后的接受度。
在一个实施例中，所述复合支架仅包括单一的三维支撑基质，所述三维支撑基质可以与本文所描述的第一支撑基质或第二支撑基质相同或不同，并且可以具有本文所描述的复合支架的任何特性。
还公开了一种治疗韧带或肌腱损伤的方法，其中将支架附接到同种异体移植或自体移植肌腱并用于替换受损的韧带或肌腱，或者将所述支架用于增强受损或撕裂的韧带或肌腱。使用方法可以包含：用溶液制备所述支架以提高其性能；预张紧所述支架；和/或固定股骨末端；以及独立地张紧和固定胫骨隧道中的肌腱和移植物。
在使用中，所述复合支架可以用于广泛的医疗程序，包含加强缝合修复、独立修复或重建、或使用组织移植物和用于固定目的的重建。使用所述复合支架加强修复或重建可以适用于膝盖、脚踝、肩部、髋部、肘部、脚和手以及非肌肉骨骼软组织。
根据本公开的另一方面，移植物制备台提供了允许在植入程序之前或植入程序期间独立地张紧组织(例如，肌腱或韧带)以及复合支架的表面和固定机制。
根据本公开的另一方面，固定装置允许组织(例如，肌腱或韧带)和复合支架彼此附接，从而避免交叉缝合的需要。此类装置可以包括具有穿过移植物和肌腱的支腿的夹子。
附图说明
参考以下结合附图的详细描述，可以更容易地理解本发明的各种特征和优点，其中相似的附图标记表示相似的结构元件，并且其中：
图1A是根据本公开的复合支架的概念图；
图1B是根据本公开的复合支架的照片；
图1C是根据本公开的复合支架的照片；
图2A是根据本公开的可用于复合支架的外层的编织图案的概念图；
图2B是根据本公开的可用于复合支架的外层的替代性编织图案的概念图；
图2C是根据本公开的包括图2A-B的外层的纱线组件图案的概念图；
图2D是根据本公开的可用于ACL和转子袖带程序的一对复合支架的纺织品图案的透视图的概念图；
图3A是根据本公开的具有根据图2A的图案制成的至少一个外层的复合支架的平面图的照片；
图3B是图3A的复合支架的侧视图的照片；
图4A是根据本公开的具有根据图2A的图案制成的至少一个外层的复合支架的平面图的SEM照片；
图4B是图4A的复合支架的侧视图的SEM照片；
图4C是沿着图4A中的轴线4A-4A所见的图4A的复合支架的透视横截面视图的SEM照片；
图5A是根据本公开的可用于制造复合支架的模具的透视图；
图5B-C分别是根据本公开的可用于制造复合支架的另一个模具的俯视和侧视平面图；
图5D以图表的形式展示了根据本公开的在冻干过程期间温度、时间和压力的关系；
图6A-6C是根据本公开的沿线A-A截取的图1C的复合支架的微孔基质的矢状横截面视图的SEM照片；
图6D是根据本公开的沿线B-B截取的图1C的复合支架的微孔基质的冠状横截面视图的SEM照片；
图6E是根据本公开的沿线B-B截取的图1C的复合支架的微孔基质的横向横截面视图的SEM照片；
图6F是根据本公开的沿线A-A截取的图1C的复合支架的微孔基质的矢状横截面视图的SEM照片；
图6G是根据本公开的沿线B-B截取的图1C的复合支架的微孔基质的冠状横截面视图的SEM照片；
图6H是根据本公开的沿线B-B截取的图1C的复合支架的微孔基质的横向横截面视图的SEM照片；
图6I是根据本公开的沿线A-A截取的图1C的复合支架的微孔基质的矢状横截面视图的SEM照片；
图7A是根据本公开的附接到复合基质的纤维支撑结构的典型微孔基质的SEM照片；
图7B是根据本公开的附接到复合基质的纤维支撑结构的典型微孔基质的SEM照片；
图7C是根据本公开的复合支架的典型微孔基质的外表面的SEM照片；
图8以图表的形式展示了根据本公开的定义累积总孔隙表面积相对于孔径的关系的测试数据；
图9以图表的形式展示了根据本公开的若干个复合支架样品以及仅纺织品支撑结构的累积总孔隙体积相对于孔径的关系；
图10以图表的形式展示了根据本公开的若干个复合支架样品以及仅纺织品支撑结构的复合支架相对于水银压力的关系；
图11以图表的形式展示了根据本公开的孔径分布相对于对数微分体积的关系；
图12以图表的形式展示了根据本公开的单独肌腱和用复合支架增强的肌腱两者的负载对延伸的关系；
图13A是根据本公开的图1C的复合支架的横截面显微镜视图，其展示了多孔基质与支撑基质的关系；
图13B是根据本公开的与血液水合的图1C的复合支架的横截面显微镜视图，并且展示了红细胞如何完全浸润胶原海绵多孔基质；
图14是根据本公开的附接到人类尸体的一部分的用于MPFL修复或重建的复合支架的照片；
图15概念性地展示了根据本公开的处于制造的各个阶段的圆形纺织品结构的经过图像；
图16概念性地展示了根据本公开的所公开的复合材料可以如何用于增强ACL修复、稳定或重建；并且
图17以图表的形式展示了根据本公开测得的孔径分布相对于孔隙百分比的关系。
具体实施方式
现在参考附图对系统和方法的实施例进行详细的描述，在所述附图中，相似的附图标记指代若干视图中的每个视图中的相同或对应的元件。在整个本说明书中，短语“在实施例中”和此短语的变型通常被理解为意指所描述的特定特征、结构、系统或方法包含所公开的技术的至少一次迭代。此类短语不应被理解为或解释为意指所描述的特定特征、结构、系统或方法是实施例能够被实施的最佳或唯一的方式。相反，此类短语应该被理解为意指可以实施所描述的技术的方式的实例，但是不必是这样做的唯一方式。进一步地，表示如“顶部”、“底部”、“侧面”、“下”和“上”等朝向的词语，以及三维空间中特定轴线上的参考仅用于帮助描述组件相对于彼此的位置。没有表示朝向的词语用于描述绝对朝向，即“上”部分必须始终在顶部。
参考图1A-6D，复合支架10包括彼此一体形成以形成复合支架10的第一三维支撑基质和第二基质，所述第一基质和所述第二基质最大化了支架的表面积与体积比率和表面积与重量比率。参考图1A，在实施例中，第一基质可以用支撑结构5实施，所述支撑结构包括第一外层12和第二外层14，所述第一外层和所述第二外层间隔开以在其之间限定内部空隙空间16。多个间隔元件18在第一外层12与第二外层14之间延伸，以保持层的分离。在实施例中，层12、14和间隔元件18中的每个可以被实施为各自具有不同的几何形状、纤维或材料组成的三维纺织品结构。例如，外层12、14和间隔元件16中的任何一个都可以用复丝纤维和/或单丝纤维的纺织品来实施。支撑层12和14可以被实施为包括多层编织表面的基本上平面的三维纺织品，并且间隔元件16可以用在垂直于层12和14的平面的“Z”方向上的互连纱线来实施，以提供支撑从而防止塌陷。
支撑结构5旨在为生长中的新组织提供机械支撑并提供抗压缩性，使得在患者移动和活动期间维持旨在形成新组织的区域。如此，支撑结构5在其长轴上提供拉伸强度并且在“z方向”上提供刚度以抵抗压缩。
在实施例中，支撑结构5可以由以下中的任何一种形成并且可以任选地涂覆有防粘附材料：30-150旦尼尔复丝纤维、30-150旦尼尔单丝纤维、或30-150旦尼尔复合纱线、或其任何组合，例如复丝纤维和单丝纤维的组合。可以使用包含但不限于热定形或刺绣的方法来密封或固定支架10的粗加工边缘。我喜欢她的小钓竿。在一个实施例中，支撑结构5由聚合物密度为1.25g/cc的75旦尼尔30丝的聚L-乳酸(PLLA)制成。纱线可以编织在加捻纤维纱线上以提供更高刚度的纱线，以便用作如下所述的衬入纱。
在实施例中，支撑结构5的外层12和14中的一个或两个外层可以通过如图2A和2C所展示的使用双纱线的经编开口编链组织22来实施，从而产生图3A中所展示的纺织品层。如从图2A和3A可以看出，外层包括通过单根纬向衬入纱线26连接并且在两侧具有插入柱状结构中的两根0°笔直衬入纱线24的一系列线圈纵行，如图2A所展示的。第一外层12和第二外层14的图案可以相同或不同。在实施例中，外层12和14可以具有相同数量的线圈纵行，其中间隔元件16连接层12和14中的每一层中的相似的对应线圈纵行。在实施例中，外层12和14可以具有不同数量的线圈纵行，其中间隔元件16连接层12和14中的每一层中的线圈纵行。
如本文所使用的，线圈纵行是纵向地衬入织物中的“一列线圈”。每个线圈纵行可以是单纤维或双纤维，所述双纤维用于增加强度，但因此也增加了体积。增加线圈纵行的数量或每个线圈纵行的纱线数量将会提高织物的极限拉伸强度。通过调整线圈纵行的数量，织物的宽度可以改变，这允许将相同的纺织品设计应用于：狭窄的应用，如用于ACL增强，例如5mm宽；中等宽度的应用，如用于肩袖，例如23mm宽；非常宽的应用，如用于疝气，例如200mm宽。可以通过在织物的技术面上添加0°笔直衬入纱线来实现提高极限拉伸强度、抗伸长性和初始刚度的方法。这些衬入纱线以线性方式并入每个线圈纵行中。
用于制造支架10的机器是卡尔·迈耶双针床经编机(Karl Mayer Double NeedleBar Warp Knitting Machine)。这些机器由计算机控制，并且允许修改许多参数以实现对纺织品性质的改变。关键变量包含线圈纵行的数量、每个线圈纵行的纱线数量、向线圈纵行中添加衬入纱线、衬入纱线设计以及每个衬入纱的纱线数量。织物在拉伸负载下的伸展能力可能会受到例如将每两个线圈纵行编织在一起而不是将每三个线圈纵行编织在一起的影响。
参考图3B和4B，间隔元件16可以用垂直于层12和14所在平面的“Z”方向上的多根纱线来实施，所述纱线连接层12和14并提供支撑以防止塌陷。在实施例中，层12和14中的每一层可以具有相同数量的线圈纵行，并且间隔元件16可以连接层12和14中的每一层中的对应线圈纵行。在其它实施例中，间隔元件16可以在层12和14的不同线圈纵行之间对角交叉。间隔元件16可以包括可以是单丝、复丝或复丝和/或变形的纱线。
层12和14中的一个或两个层可以使用图2B中所展示的纺织品图案来实施。适用于层12和14的其它纺织品图案可以包含满穿双梳栉经平织物(Full Tricot)、经平绒(Locknit)和经斜编链(Queenscord)、单梳栉经缎(Single Atlas)、单边(Jersey)、反底单边(reverse jersey)、米兰双罗纹(miland interlock)、米兰诺(Milano)、三平(halfMilano)等。经编表面设计的变化可以用于调节层12和14的包含以下中的任何一种的尺寸、密度和机械性质：表面设计、线圈纵行数量、每个线圈纵行的纱线数量、向线圈纵行中添加衬入纱线、衬入纱线设计、每个衬入纱的纱线数量、延长或降低质量(机器参数)或延长或降低间隙(机器参数)。
用于经编的替代方法是使用如整套成衣编织机(Whole Garment Knittingmachine)等V型床编织机或者使用双剑杆织机或多幅狭布织机(fly-shot loom)来生产编织的3D间隔织物。
在手机织片(knitted panel)之间添加拉线可分散张力并在制造过程期间使织片保持在一起直到拉线被移除，而不会撕裂或卡住。这些拉线可以通过机械方式移除或者可以在擦洗过程中溶解掉。
在说明性实施例中，用三维纺织品实施的五号支撑结构可以具有如以下图1所展示的物理参数。
| 仅纺织品 | |
| 表面积(m<sup>2</sup>/g) | 0.2315 |
| 质量(g) | 0.0684 |
| 样品SA(m<sup>2</sup>) | 0.0158 |
| 骨架密度(g/cc) | 1.24 |
| 骨架体积(cm<sup>3</sup>) | 0.0552 |
| SA:Vol(cm<sup>2</sup>:cm<sup>3</sup>) | 2871 |
具有上述物理值并分别在第一外层12和第二外层14之间限定多个间隔元件18延伸通过的空隙空间的支架可以被计算为具有介于大约500cm2/cm3与7,000cm2/cm3之间的可测量空隙空间表面积与体积比率。
在制造之后，可以擦洗支架纺织品以对其进行清洁并去除可能已经使用过的任何整理剂。擦洗方法可以包含使用水、溶剂和水溶剂混合物。织物可以有约束或无约束地洗涤。织物也可以用试剂处理以修改其表面特性，例如改变其亲水性。为此可以使用各种试剂，包含聚乙二醇。还可以通过如纤维蛋白等试剂处理表面以改善细胞粘附性。当支架的一部分旨在放置成与骨区域接触时，纤维的表面可以涂覆有磷酸钙、羟基磷灰石或生物活性玻璃或生长因子，如骨形态发生蛋白和脱矿骨基质。
在实施例中，复合支架10或其包含层12和14或间隔元件16的任何部分可以包括合成生物可吸收聚合物、天然聚合物和/或添加剂的任何组合。适合用作复合支架一部分的合成生物可吸收聚合物可以包含以下物质中的任何物质的均聚物、共聚物或聚合物共混物：聚乳酸、聚乙醇酸、聚己内酯、聚二噁烷酮、聚羟基烷酸酯、聚酸酐、聚(原酸酯)、聚磷腈、聚(氨基酸)、聚氰基丙烯酸烷基酯、聚(丙二醇富马酸酯、三亚甲基碳酸酯、聚(癸二酸甘油酯)、聚(葡糖酸酯)、聚(乙二醇)、聚(乙烯醇)和聚氨酯或其任何组合。适合用作复合支架的一部分的天然聚合物可以包含蚕丝、胶原、壳聚糖、透明质酸、藻酸盐和羊膜衍生的基质。
复合支架尺寸
在实施例中，复合支架10的厚度(即，支架的相对于更大的长度和宽度尺寸的竖直高度尺寸)可以介于大约.5mm与5mm之间，甚至更优选地介于大约1mm与3mm之间。甚至更优选地，支架的最小厚度可以大约大于或等于1mm。在实施例中，支架10的厚度沿其长度可以是均匀的，或者可以以重复或非重复的方式变化，这取决于支架将用于的特定应用。
在实施例中，所公开的复合支架10的宽度尺寸可以介于大约2mm到1000mm之间，这取决于支架将用于的特定应用。在实施例中，所公开的支架的宽度可以是均匀的，或者可以以重复或非重复的方式变化，这取决于支架将用于的特定应用。例如，支架10可以具有在支架的宽度内变窄并且在尺寸上转变为类似缝合线的尺寸的端部，或者被修改以附接到在本文所描述的程序中使用的常规缝合线的端部。
在实施例中，所公开的复合支架的长度尺寸可以介于大约2mm到1000mm之间，并且甚至更优选地大于或等于大约10英寸，这同样取决于支架将用于的特定应用。在实施例中，所公开的支架可以以不同的增量长度制造，或者可以以可以由从业者根据需要切割或定制的长度制造。图4B是复合支架10的侧视图的SEM照片，所述复合支架可以具有长度尺寸并且由通过多个间隔元件18分开的一对外层12和14形成。图4B的照片是用飞利浦(Philips)/FEI XL30 ESEM扫描电子显微镜(SEM)拍摄的，其中图像上示出了1mm刻度图例并且间隔纱线之间的沿长度尺寸轴线的距离由参考线1-23表示。表1显示了每条参考线及其相应的以微米为单位的距离值以及平均距离。如从表1可以看出，间隔纱线之间的沿长度尺寸轴线的平均距离介于大约200μm与300μm之间。
表1
图4C是图4A的复合支架的透视横截面视图的SEM照片。图4C的照片是用SEM拍摄的，其中图像上示出了1mm刻度图例并且间隔纱线之间的沿垂直于长度尺寸轴线的宽度轴线的距离由参考线1-17表示。表2显示了每条参考线及其相应的以微米为单位的距离值以及平均距离。如从表2可以看出，间隔纱线之间的沿宽度轴线的平均距离介于大约300μm与400μm之间(沿轴线)；
表2
在公开的复合支架10中，间隔元件18(例如，间隔纱线)之间的相应距离产生一系列基本上平行的大小相似的通道，所述通道延伸穿过外层12与外层14之间的空隙。如本文所描述的，这些通道在支撑结构的内部提供了微孔基质15可以形成于其中的空间。重要的是，这些通道沿着装置的轴线形成，从而在支架的两个端部之间存在连续的通道。当被新组织替代时，新组织沿着装置的轴线是实质性的并且因此可承重，且因此是功能组织。
支撑结构添加剂
由任何上述材料制成的复合支架10可以与添加剂组合以增强支架的各种特性，包含促进细胞生长的再生。适合用作复合支架的一部分的此类添加剂可以包含生物制品，包含接种细胞、生物抽吸物和生物活性剂。适合用作复合支架的一部分的接种细胞可以包含脂肪来源的干细胞、间充质干细胞和诱导多能干细胞或其任何组合。适合用作复合支架的一部分的生物抽吸物可以包含全血、富含血小板的血浆和骨髓抽吸物浓缩物或其任何组合。
适合用作复合支架10的一部分的生物活性剂可以包含生长因子、细胞外基质分子和肽、治疗剂和骨诱导或骨传导剂或其任何组合，并且可以在微孔基质15形成之前或之后添加到支撑结构5中。
适合用作复合支架的一部分的生长因子可以包含转化生长因子-β超家族(例如，转化生长因子-β、骨形态发生蛋白)、胰岛素衍生的生长因子、血小板衍生的生长因子、表皮生长因子、白细胞介素1受体拮抗剂、成纤维细胞生长因子和血管内皮生长因子或其任何组合。
适合用作复合支架的一部分的细胞外基质分子和肽可以包含肌腱蛋白-C、透明质酸、糖胺聚糖(例如，硫酸软骨素、硫酸皮肤素和硫酸乙酰肝素)、纤维蛋白、凝血酶、富含亮氨酸的小肽(例如，核心蛋白聚糖和双糖链蛋白聚糖)、纤连蛋白、弹性蛋白和精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)肽或其任何组合。
适合用作复合支架的一部分的治疗剂可以包含非甾体抗炎药(NSAID)(例如，阿司匹林(aspirin)、布洛芬(ibuprofen)、吲哚美辛(indomethacin)、萘丁美酮(nabumetone)、萘普生(naproxen)和双氯芬酸(diclofenac))、甾体抗炎药(例如，可的松(cortisone)和氢化可的松(hydrocortisone))、抗生素或抗微生物剂或其任何组合。
适合用作复合支架的一部分的骨诱导剂或骨传导剂可以包含磷酸三钙、羟基磷灰石和生物活性玻璃或其任何组合。
微孔基质
任选的微孔基质15可以形成在复合支架10的内部空隙空间16内。微孔基质15由支撑结构5支撑和保持，并为细胞的聚居、增殖提供支撑。微孔基质15是可再吸收的或可降解的，并被设计成可被新组织快速替代。由本文所描述的材料制成的微孔基质本身不具有可用的机械强度特性，无论是在拉伸强度还是抗压缩性方面。
在实施例中，公开了一种制造复合支架的方法，所述方法包括：构造三维支撑结构，所述三维支撑结构沿其第一端部与第二端部之间的长度尺寸延伸并在支撑结构内限定内表面；以及在内表面内形成微孔基质，所述微孔基质具有与支撑结构的外表面流体连通的大量互连孔隙60。微孔基质被形成为使得多个互连孔隙60相对于支撑结构的尺寸特性朝向。例如，最接近复合基质的外表面的那些孔隙可以相对于支撑结构的所述最接近的外表面基本上垂直朝向或径向地向内延伸。另外，多个互连孔隙60中的其它孔隙可以以模拟将外层12与外层14分开的间隔元件18(例如，间隔纱线)的朝向的方式朝支撑结构的长度尺寸朝向。
在实施例中，微孔基质15可以用高表面积材料实施，所述高表面积材料如以下中的任一种：海绵、泡沫、或变形纤维或纱线、或其任何组合。用于制作微孔基质15的方法可以包括以下中的任一种：冻干、颗粒浸出、开孔挤出、溶剂浇铸、固态发泡和交联。在一个实施例中，可用作微孔基质的海绵/泡沫可以包括以下中的任一种：经冷冻干燥的海绵、开孔挤出泡沫和颗粒浸出式海绵、或其任何组合。
适合实施微孔15的材料是胶原，包含牛1型胶原。代替胶原或除胶原之外，可以用于多孔基质15的其它材料包含基于聚乙二醇(PEG)、聚己内酯(PCL)或聚(乙交酯-共-己内酯)(PGCL)或其组合的水凝胶。胶原溶液可以在用于固持支架的模具的帮助下浸润到支撑结构5中。辅助支架材料还可以以包封方式涂覆支撑结构5的外表面。具有纺织品和胶原溶液的模具可以被放置到搁板冻干机中，所述搁板冻干机也称为冷冻干燥机，其使用温度受控的搁板来将模具的内容物冷冻到非常冷的温度，例如低至-55C，这在胶原溶液中产生晶体结构，从而在占据支撑结构5的内部空隙空间16的胶原结构中形成互连孔隙的基质。在冻干机室中抽真空，并且将搁板温度逐渐升高，为经冷冻的溶剂提供能量，从而使升华过程发生。升华的溶剂被收集在单独的冷凝器中并从炎症中完全去除。在一定时间段的温热和真空后，在纺织品内形成了高度多孔、低密度的胶原基质。
在此过程期间，微孔基质5中胶原的孔隙率可以以多种方式受到影响。可以分别通过降低或增加胶原溶液的重量百分比来增加或减小体积孔隙率。孔隙的大小可以通过改变模具中的冷冻速率来调节。提高冷冻速率会减小平均大小，并且降低冷冻速率会增大平均大小。
由于孔隙的总表面积与孔隙大小有关，例如大量的小孔隙将比较少的大孔隙具有更大的表面积，所以提高冷冻速率会减小平均孔隙大小，从而增大总表面积，而降低冷冻速率会增大平均大小，从而减少微孔基质的总表面积。图5C是展示了冻干过程期间温度、压力和时间的关系的图。
模具材料(包含迭尔林(Delrin)、铝、不锈钢或其它材料)的变化以不同的方式传递热量，并且可以通过改变胶原蛋白溶液在其冷冻时的结晶来产生不同的微孔基质结构。例如，由用于精密零件制造的热塑性塑料迭尔林制成的模具传递热量更缓慢，从而使得在胶原溶液中形成更大的孔隙大小。相反，由铝形成的模具传递热量非常快，从而产生具有相对较小的孔隙大小的微孔基质。由不锈钢制成的模具比铝传递热量更慢，并且产生的孔隙比利用铝模具产生的孔隙大，但比利用迭尔林模具产生的孔隙小。
另外，调节模具的底表面与空腔的底部之间的模具厚度具有提高或降低热量传递速度的类似效果，这可以产生不同的微孔基质结构。在实施例中，或图5A和5B所示的模具由不锈钢制成并且具有下表2中列出的空腔尺寸，其中5×260mm尺寸柱是指图5A所展示的模具50，并且23×30mm尺寸柱是指图5B所展示的模具57。模具50限定了多个矩形空腔52，并且具有可在其端部处固定的具有销55的夹具54。模具57包含矩形空腔59和投掷孔53的阵列。
表2
| 5×260mm | 23×30mm | |
| 空腔宽度 | 5.21 | 23.20 |
| 空腔长度 | 260.00 | 30.20 |
| 空腔深度 | 4.09 | 8.00 |
| 从空腔底部到模具底部的距离 | 4.70 | 4.70 |
图5A所展示的模具利用了由迭尔林制成的端部夹子，此端部夹子可固定到主模具主体并且可以用于在冻干过程期间夹持纺织品支架。
在说明性实施例中，模具50的空腔52具有基本上呈矩形的横截面形状。其它横截面形状可以用于最大化在支撑结构5中形成微孔基质的过程期间所述支撑结构的表面区域之间的接触。具体地，具有D形、U形、O形或C形中的任何一种的支架可以在冻干期间用于最大化支架形状的表面积并进一步促进在冻干过程期间微孔基质内的孔隙的朝向。具体地，对于具有圆柱形或管状形状的支撑结构5，可以在冻干过程期间使用无论是水平朝向还是竖直朝向的管状模具。
孔隙相对于支架尺寸的对齐可以通过与模具表面的接触来产生。如图6D-E、图6G-H的横截面SEM照片所展示，可以看出微孔基质15内的孔隙紧邻模具表面、垂直于与模具接触的平面形成。在实施例中，申请人已经发现孔隙可以相对于与模具接触的平面向近端以45°到135°朝向。在实施例中，对于与图5A所展示的模具类似的模具，大量的孔隙将垂直于与模具内部的接触表面朝支撑结构5的中心朝向。此类朝向进一步促进细胞更快地向内生长到复合支架10中。
替代性模具设计利用与上文类似的空腔，但增加了牢固成型且气密的顶盖。类似于注射模制，可以使用真空或压力或其它手段来用胶原溶液从一个端部填充模具，并且在另一端部释放滞留的气体，从而有助于在注射过程期间进一步对齐胶原纤维。
另外的替代性模具设计使用将纺织品放置在其侧面，使得纺织品的面垂直于模具的底面的空腔。另外的替代性模具设计可以使用具有“U”形横截面轮廓或另一种形状的空腔，这将产生具有更适用于特定类型植入的形状的成品支架。
有各种制造方法可以用于在纺织品支撑结构的空隙空间内产生微孔基质，所述方法包含盐浸出、气体挤出和使用高压或真空以及气体的其它方法。
微孔基质的再吸收和机械特性可以通过交联进一步修改。通常，用于交联的材料具有潜在的细胞毒性，因此能够使用更低的水平是非常有益的。所公开的程序的益处是，支撑结构5的使用允许微孔基质15利用低水平的交联。将填充有干燥、高度多孔且低密度的胶原微孔基质的3D纺织品从模具空腔中取出并放置到密封室中的如金属丝架等可渗透搁板上。将甲醛和乙醇溶液倒入托盘中，并将此托盘放置在支架的架体下方，并且将室门密封。托盘完全涵盖室的基本尺寸(L×W)，并且来自溶液的蒸气用于交联3D纺织品内的胶原。在设定的时间后，移除托盘，并将产物移动到曝气室中，在所述曝气室中，将清洁干燥的空气或可替代地另一种如氮气等气体泵送通过所述室并从所述室中离开，这有效地终止了交联过程。可以通过增加在所述室中的时间、增加乙醇溶液中甲醛的浓度或减少曝气来增加胶原的交联。同样，可以通过减少在所述室中的时间、降低乙醇溶液中甲醛的浓度来减少交联。
可替代地，可以将化学交联剂添加到胶原溶液中。这些试剂可以包含但不限于各种浓度的醛，如戊二醛、京尼平(genipin)、1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺(EDC)和EDC/N-羟基琥珀酰亚胺(EDC/NHS)。另外的替代性交联模式可以是光化学活化交联的形式，其可以涉及在有或没有交联引发剂的情况下使用UV或可见光来触发交联过程。
复合支架的机械特性
本文公开的复合支架10的机械特性使复合支架最优地用于广泛的医疗程序，包含加强缝合修复、独立修复或重建、或使用组织移植物和用于固定目的的重建。使用Mark-10拉伸试验机以20毫米/分钟的十字头速度对根据本文的描述以及实例1、实例2和实例3制造的复合支架10进行拉伸测试，其中结果列于表3中。
表3
如本文所公开的复合支架10，并且具体地支撑结构5的优点是其在伸长时抵抗压缩的能力。在实施例中，从上表3中的值可以看出，包括支撑结构5的三维纺织品的宽度、高度和横截面面积在相当大的力的作用下抵抗压缩。具体地，对于具有大约9.92mm2横截面面积、大约2.17mm厚度(高度)和大约4.57mm宽度的支撑结构5，支撑结构5由于35N的力而沿其长度轴线的延伸使支撑结构5的长度尺寸延伸大约13％。在实施例中，当长度尺寸伸长大约13％时，支撑结构的厚度尺寸的变化小于大约31％。在实施例中，当长度尺寸伸长大约13％时，横截面面积的变化小于大约35％。在实施例中，当长度尺寸伸长大约13％时，支撑结构的宽度尺寸的变化小于大约5％。
在实施例中，用如本文所公开的三维纺织品支架实施的一定长度的支撑结构5可以在介于大约30％与125％之间的长度尺寸伸长百分比下具有极限负载。在实施例中，支架可以在长度尺寸的伸长百分比介于大约5％与15％之间时产生屈服。在实施例中，支架的韧度可以介于大约0.073克-力/旦尼尔与1.102克-力/旦尼尔之间。在实施例中，支架的刚度可以大约介于2.5N/mm与25N/mm之间，其中刚度定义了支架响应于施加的力而抵抗变形的程度。在实施例中，支架的失效应变可以大约介于20％与70％之间。在实施例中，支架的失效韧度可以大约介于0.3克-力/旦尼尔与2克-力/旦尼尔之间。
在说明性实施例中，用宽度为5mm、长度为40mm且厚度为大约1mm的三维纺织品支架实施或如本文所公开的支撑结构5的极限负载位移可以大约介于5mm与50mm之间，其中极限负载位移定义了在施加到仿生支架的负载量下位移的变化，超过所述负载量，仿生支架将失效。此类测试使用40mm标距长度并根据美国测试与材料协会(ASTM)制定的标准进行。在所展示的实施例中，支架的屈服位移可以大约介于1mm与8mm之间，其中屈服位移定义了仿生支架开始变形时的位移变化。在所展示的实施例中，支架的屈服力可以大约介于20N与70N之间，其中屈服力定义了仿生支架开始变形时的力。在所展示的实施例中，支架的刚度可以大约介于2.5N/mm与25N/mm之间，其中刚度限定了仿生支架响应于施加的力而抵抗变形的程度。在说明性实施例中，支架的极限应变可以大约介于20％与70％之间，其中极限应变定义了由于应力而引起的仿生支架的变形。在所展示的实施例中，支架的极限负载可以大约介于100N与200N之间，其中极限负载被定义为施加到仿生支架的负载量，超过所述量，支架则失效。在说明性实施例中，支架的极限强度可以大约介于2.5MPa与20MPa之间，其中极限强度被定义为仿生支架承受倾向于使仿生支架伸长的负载的能力。在说明性实施例中，支架的极限应力可以大约介于2.5MPa与20MPa之间，其中极限应力被定义为结构能够抵抗的应力最大值，超过所述最大值，结构则失效。在所展示的实施例中，支架的模量可以大约介于2.5MPa与70MPa之间，其中模量定义了具有空隙空间的仿生支架的刚度的度量。在说明性实施例中，支架的模量可以大约介于150MPa与600MPa之间，其中模量定义了没有空隙空间的仿生支架的刚度的度量，其中模量是使用仅包括复合支架的材料的横截面面积来计算的。
根据实施例，本文公开的复合支架通过支架组件的交错降解速率为更大量的再生组织提供更大的支撑。更具体地，支架10的第一支撑基质5和第二支撑基质15具有不同的降解速率。在一个实施例中，基于质量损失或分子量损失，第二支撑基质15(例如，海绵)比第一支撑结构5降解快2倍到12倍。例如，包括第二支撑基质的海绵可能在实施后的3个月到6个月具有质量损失，而包括第一支撑基质的纺织品织物可能在植入后12个月具有质量损失。降解速率的此类差异使得由支架10的内部空隙促进的大量组织向内生长能够继续由纺织品织物支撑更长的时间段。如所指示的，材料降解的参数可以通过质量损失或分子量损失来测量。在一个实施例中，复合支架可以具有这样的降解曲线：在植入后至少大约四周内的强度保留大于或等于50％并且在植入后大约六个月到十二个月内质量损失为100％。
根据实施例，本文公开的复合支架可以具有一旦植入就增强可用性和更好性能的特征。在实施例中，支架10可以具有变窄并转变为类似缝合线的尺寸的端部，或者被修改，例如缝合或打结，以附接到本文所述程序中使用的常规缝合线的端部。在实施例中，支撑结构5(例如，纺织品)具有被修改为热定形或刺绣或用其它材料浸渍的端部或边缘，以便于更好的操控、更好地与现有组织整合并进一步减少支架10在压力、张力或剪切力下的尺寸扭曲。在实施例中，支架10的所选区段可以随机地或者以固定的速度重复以通过增加或减少纺织品的密度，例如通过改变第一支撑结构5的纺织品图案，来增加或减少支架的密度。在实施例中，可以选择此类重复的区域以通过改变支架外表面的冻干、光滑度或粗糙度参数来改变支架的表面光洁度，以便提高支架植入后的接受度。
在实施例中，间隔元件18可以仅位于支架10的内部空间16的一部分中，例如中空管腔，如图X所展示的。在其它实施例中，间隔元件18可以在介于支架10的层12与层14之间的内部空间16中具有任何规则或不规则的重复放置图案。在其它实施例中，间隔元件18本身可以用如毛毡等纺织品或组织或组织衍生的材料或如本文另外所描述的那样来实施。
根据实施例，复合支架也可以接种有细胞，持续临时预培养时间段，以允许细胞在海绵和纺织品组件上形成富含胶原的细胞外基质。然后可以任选地将支架脱细胞以在纺织品结构上留下具有天然细胞外基质蛋白的基质模板，并且随后植入支架以在体内修复肌腱或韧带。
支架孔隙的特性
测试根据实例一和二以及本文所描述的工艺制造的复合支架的多个样品以确定如下所述的各种行为特性。每个样品复合支架中的微孔基质具有向微孔基质和复合支架的外表面敞开的大量互连孔隙。微孔基质内并且相应地复合支架内的孔隙的各种特性可通过水银压入孔隙率测定法(MIP)或气体吸附来测量。水银是一种不会主动填充到多孔结构中的非润湿液体。然而，通过施加压力，使用MIP，水银可以被迫使进入微孔基质的孔隙中，其中更高的压力允许水银进入更小的孔隙中。通过精确地监测水银的体积，同时逐步增加施加的压力，可以精确地测量孔隙大小(直径)和孔隙体积。孔隙大小和体积测量通常可以用于确定微孔基质和复合支架的多种性质。
表面积
所公开的复合支架的重要特性是以下比率：每单位重量的支架的支架表面积。由于由3D纺织品支撑结构支撑的微孔基质内大量互连孔隙，所公开的复合支架具有大的表面积，在所述表面积上可以发生细胞迁移和随后的新组织发育。使用MIP，而不仅仅是几何尺寸和图像定量，可更精确地测量互连孔隙和复合支架外部的总表面积。表面积可以通过假设孔隙是球体、使用以下公式由通过MIP测量的孔隙的已知直径来计算：
A＝4πr2
如此，表面积参数表示可以平方米每克(m2/g)为单位测量的量，即每单位重量的复合支架区域的复合支架表面积。图8是测试数据的图80，其示出了对于若干个复合支架样品以及仅包括包含支撑结构5的3D纺织品的样品，累积总孔隙表面积相对于以微米为单位测量的孔径的关系。在图8的样品中，3D纺织品支撑结构5，无论是单独的还是填充有微孔基质15的，都包括PLLA纤维。所有样品都是根据本文所描述的方法以及实例1和2来产生的。在实施例中，所公开的复合支架的每单位重量的表面积可以介于大约0.3m2/克与1.5m2/克之间。所公开的复合支架的每单位重量的表面积可以介于大约0.6m2/克与1.2m2/克之间。所公开的复合支架的每单位重量的表面积可以介于大约0.71m2/克与1.0m2/克之间。
使用气体吸附如使用氪气，而不仅仅是几何尺寸和图像定量，也可更精确地测量互连孔隙和复合支架外部的总表面积。下表展示了两个宽度为5mm并且长度为40mm的样品。如通过氪气吸附针对直径小于1μm的孔隙所测量的，复合支架的表面积介于大约0.3m2/克与15m2/克之间。
| 样品 | BET SA(m<sup>2</sup>/g) |
| 5mm | 0.5826 |
| 5mm | 0.5558 |
总孔隙体积
复合支架的另一个重要特性是高空隙空间体积，这部分是由于共同限定微孔基质内的空隙空间的孔隙的数量、大小、朝向和互连性。如此高的总孔隙体积促进更快速的血液吸收、细胞迁移和随后的新组织发育。共同形成微孔基质内的空隙空间的孔隙的总体积可以直接使用MIP、通过监测MIP过程期间水银体积的变化来测量。如此，复合支架的孔隙体积参数表示每单位重量的复合支架的总累积空隙体积，例如cm3/g。图9是示出了若干个复合支架样品以及仅纺织品支撑结构的可以立方厘米每克为单位测量的累积总孔隙体积相对于以微米为单位测量的孔径的关系的图90。在图9的样品中，纺织品支撑结构，无论是单独的还是填充有微孔基质的，都包括PLLA纤维。所有样品都是根据本文描述的方法来产生的。在实施例中，所公开的复合支架的总孔隙体积可以介于大约3.0cm3/克与9.0cm3/克之间。所公开的复合支架的体积可以介于大约3.5cm3/克与7.0cm3/克之间。所公开的复合支架的总孔隙体积可以介于大约4.0cm3/克与5.0cm3/克之间。
孔隙率
复合支架的另一个重要特性是孔隙率，所述孔隙率是微孔基质内的空隙空间体积占复合支架本身的可测量体积的百分比的度量。此类计算可以使用在MIP期间获取的测量值来完成。在MIP过程期间，每个样品的质量是已知的，通过监测水银体积，样品的占据体积也是已知的。在MIP期间施加的最低压力下，应该没有水银填充到支架中，因此可以计算复合支架的体积密度。在MIP期间施加的较高压力下，复合支架应该几乎完全被水银填充。因此，支架骨架密度可以计算如下：
孔隙率＝100*1-(低压力下的密度/高压力下的密度)
以这种方式，复合支架的可测量体积不是通过几何学，而是通过相对密度来计算的。图10是对于若干个复合支架样品以及仅纺织品支撑结构，以克每立方厘米为单位的复合支架密度相对于以每平方英寸绝对磅数(即，在真空中，以微米为单位测量)为单位测量的水银压力的关系的图100。在图10的样品中，纺织品支撑结构，无论是单独的还是填充有微孔基质的，都包括PLLA纤维。所有样品都是根据本文描述的方法来产生的。在实施例中，所公开的复合支架的孔隙率可以介于大约75％到98％之间。在实施例中，所公开的复合支架的孔隙率可以介于大约80％到90％之间。在实施例中，所公开的复合支架的孔隙率可以介于大约80％到85％之间。
渗透率
复合支架的另一个重要特性是微孔基质的渗透率，所述渗透率在植入期间和植入后均促进更快地吸收流体，特别是血液，以加速细胞迁移和随后的新组织发育的过程。纺织品支撑结构内的微孔结构(例如，胶原)与单独的胶原海绵相比有助于形成更均匀和界限分明的孔隙结构，其中渗透率为胶原海绵本身渗透率的大约200％。这至少部分是由于互连孔隙的更均匀和界限分明的结构。可以使用下面列出的卡兹-汤普森方程(Katz-Thompsonequation)由水银压入孔隙率测定法(MIP)数据计算可重现的渗透率值：
其中：
k(mD)：空气渗透率
Pt(psia)：Hg开始流动通过孔隙时的压力
Dc(μm)：对应于Pt的直径(Dc＝180/Pt)
Dmax(μm)：水力传导率最大时的直径
水力传导率：流体流动通过多孔材料的容易程度的度量
S(Dmax)：大小为Dmax和更大的连接的孔隙空间的分数/在Dmax下填充的总孔隙率的分数
在以下出版物中阐述了如何使用上述卡兹-汤普森方程计算渗透率：Goa和Hu的题为“使用从水银压入早成中获得的中值低喉道半径估计渗透率(estimating permeabilityusing median poor-throat radius obtained from Mercury intrusion precocity)”,《地球物理学与工程学报(J.Geophysics.Eng.)》(2013)。以这种方式，可以由在MIP期间收集的数据计算可重现的渗透率值。在实施例中，所公开的复合支架的渗透率可以介于大约1200毫达西与3000毫达西之间。在实施例中，所公开的复合支架的孔隙率可以介于大约1400毫达西与2600毫达西之间。在实施例中，所公开的复合支架的孔隙率可以介于大约1600毫达西与2000毫达西之间。
总表面积/支架体积
复合支架的另一个重要特性是总表面积/支架体积比率。每个给定样品的表面积可通过MIP确定。骨架密度可以如以上参考孔隙率参数所解释的那样进行计算。表面积以平方米每单位样品重量(m2/g)为单位报告，并且可以通过乘以样品质量转换为立方米。支架体积等于样品质量除以骨架密度。在实施例中，所公开的复合支架的空隙空间表面积与支架体积之比可以介于大约5,000cm2/cm3与16,000cm2/cm3之间。在实施例中，所公开的复合支架的空隙空间表面积与支架体积之比可以介于大约7,000cm2/cm3与14,000cm2/cm3之间。在实施例中，所公开的复合支架的空隙空间表面积与支架体积之比可以介于大约9,000cm2/cm3与12,000cm2/cm3之间。
孔隙大小
复合支架的另一个重要特性是微孔基质15的空隙空间内的互连孔隙的以微米为单位测量的中值孔隙大小。微孔基质的孔隙必须足够大以允许细胞浸润，同时不能太大以至于在植入后微孔基质再吸收之前减缓细胞增殖和新组织的形成。根据本公开，通过在MIP期间在给定压力下追踪压入体积来有效地测量若干个给定直径的孔隙。由此，中值孔隙大小和孔隙大小分布均被报告。图12是以图表的方式展示了以微米为单位测量的孔径分布相对于以立方厘米每克为单位测量的对数微分体积的关系的图120。在实施例中，微孔基质可以具有中值孔隙大小介于大约10μm与70μm之间的多个互连孔隙。在实施例中，微孔基质可以具有中值孔隙大小介于大约12μm与50μm之间的多个互连孔隙。在实施例中，微孔基质可以具有中值孔隙大小介于大约20μm与35μm之间的多个互连孔隙。
复合支架的另一个重要特性是以微米为单位测量的复合支架微孔基质的空隙空间内的孔隙大小分布。累积孔隙体积可通过MIP确定。一定大小的孔隙对空隙空间的贡献分数可以被计算为给定孔隙大小下的累积空隙空间除以总空隙空间。图12还展示了微孔基质的空隙空间内的孔隙大小分布。从图12可以看出，微孔基质内的总空隙空间中的大部分空隙空间包括大小参数大于10μm的孔隙。在实施例中，微孔基质具有共同限定空隙空间的大量互连孔隙，其中至少大约99％的空隙空间包括大小尺寸为10μm或更大的孔隙。在实施例中，微孔基质具有共同限定空隙空间的大量互连孔隙，其中至少大约95％的空隙空间包括大小尺寸为10μm或更大的孔隙。在实施例中，微孔基质具有共同限定空隙空间的大量互连孔隙，其中至少大约80％的空隙空间包括大小尺寸为10μm或更大的孔隙。
溶胀和吸收
根据实施例，本文公开的复合支架提供了可测量的高吸收能力(例如，能够吸收水性介质)或芯吸性，以促进更快速和更大量地将生物流体和/或细胞吸收在支架内。具体地，复合支架的吸收能力可以通过以下公式测量：
吸收％＝(样品湿质量-样品干质量)/样品干质量*100
在实施例中，所公开的复合支架具有表示支架在基本上干燥状态下的重量的可测量干重值和表示支架在基本上干燥状态下的体积的可测量干体积值，其中支架的重量值由于流体吸收而增加大约200％到600％使支架的干体积值改变大约0％到10％。复合支架的体积变化百分比可以通过以下公式测量：
体积变化％＝(样品湿体积-样品干体积)/样品干体积*100
根据实施例，本文公开的复合支架提供了降低的溶胀曲线，例如，随着吸收流体的增加而抵抗尺寸变化。具体地，复合支架的溶胀变化百分比可以通过以下公式测量：
溶胀％＝(样品湿质量-样品干质量)/(样品湿质量)*100
在实施例中，所公开的复合支架具有表示复合支架在基本上干燥状态下的重量的可测量干重值和表示复合支架在基本上干燥状态下的尺寸参数的可测量干长度值，其中复合支架的重量值由于流体吸收而增加大约200％到600％使复合支架的干长度值改变小于大约0％到3％。复合支架的长度变化百分比可以通过以下公式测量：
长度变化％＝(样品湿长度-样品干长度)/样品干长度*100
在实施例中，所公开的复合支架具有表示复合支架在基本上干燥状态下的重量的可测量干重值和表示复合支架在基本上干燥状态下的尺寸参数的可测量横截面轮廓值，其中复合支架的重量值由于流体吸收而增加大约200％到600％使复合支架的横截面轮廓值改变大约0％到10％。复合支架的横截面轮廓值变化百分比可以通过以下公式测量：
横截面轮廓变化％＝((样品湿宽度*样品湿高度)-(样品干宽度*样品干高度))/(样品干宽度*样品干高度)*100
其它相关形式如下：
湿密度％＝((样品湿重/样品湿体积)/(样品干重/样品干体积)*100
厚度变化％＝(样品湿高度-样品干高度)/样品干高度*100
湿重％＝样品湿重/样品干重*100
填充样品体积％＝(样品湿质量-样品干质量)/(样品干体积)
在整个制造过程中，对复合支架装置进行称重，获取单独纺织品的质量、用PEG400涂覆后的质量以及添加胶原溶液并随后冻干后的质量。每个装置中胶原微孔基质的质量可以计算如下：
质量胶原-质量支架-质量纺织品+PEG 400
然后可以计算胶原与整个复合支架装置相比的干重％：
类别支架密度
复合支架的另一个重要特性是支架密度。根据实施例，对于本文公开的复合支架，与安置在支撑基质中的更为多孔的基质相比，更高密度或质量的支撑基质提供了所公开支架的主要结构和块状结构。更具体地，支架10的第一支撑基质5和第二支撑基质15相对于彼此具有不同的密度或质量组分。在一个实施例中，第一支撑结构5(例如，纺织品)具有可测量的质量或密度，其大于或等于第二支撑基质15(例如，海绵)的质量或密度的一倍，并且更优选地，第二支撑基质15的质量或密度的2倍到5倍。在实施例中，所公开的复合支架的最大支架密度可以小于0.5g/cm3，并且具体地介于大约0.05g/cm3与0.3g/cm3之间。
制造方法
用于制造根据本公开的复合支架的方法如下。如下制造用于ACL修复或增强的由填充有高度多孔胶原基质的三维PLLA纺织品制成的5mm宽、3mm高和260mm长的复合支架。根据所描述的经编技术，使用图2A中所展示的双柱图案制造包括支撑结构的三维(3D)纺织品。所得结构的顶层和底层各有6个线圈纵行。对应的线圈纵行顶层和线圈纵行底层由一系列在Z方向上(例如，垂直于外层12和14的X-Y平面)延伸穿过空隙空间并将层12和14互连的编织间隔纱线互连。3D纺织品作为5mm宽和3mm高的连续长度纺织品接收，并在DI和IPA溶液中进行超声波擦洗(例如，洗涤)以去除颗粒和纱线纺丝整理剂。使用多次洗涤，在洗涤之间更换溶液。洗涤溶液的温度可以是室温，或者至多40C。然后将3D纺织品风干，并切割成一定长度。
在用亲水性溶液涂覆之前制备3-D纺织品的替代性方法涉及以适度的张力将连续长度的纺织品不重叠地包裹在框架(也称为拉幅机框架或缝合架)周围。然后将包裹好的框架浸没在蒸馏水和异丙醇溶液中，并用超声波或在用于搅动的振荡浴中洗涤。可以使用多次洗涤，在洗涤之间更换溶液。洗涤溶液的温度可以是室温，或者至多40C。然后将3D纺织品在张力下在架子上风干。然后将纺织品在处于张力下的同时于架子上切割成一定长度，从而产生均匀的长度。通过利用缝合架、在张力下洗涤以及在张力下干燥，纺织品被热定形，从而减少皱褶，使纺织品的顶面和底面保持相对并绷紧编织结构，因此使最终纺织品在负载下伸长率更小。
然后将经过擦洗并切割成一定长度的3D纺织品浸没在聚乙二醇(PEG)和乙醇的溶液中，以增加亲水性。乙醇中的PEG的浓度被专门控制以在3D纺织品上产生受控制的PEG重量百分比。然后将3D纺织品风干。在用亲水性溶液涂覆之前制备3-D纺织品的替代性方法涉及在擦洗之后，但在切割成一定长度之前，将3D纺织品浸没在PEG和乙醇溶液中。另外的替代性方法涉及在擦洗之后，但切割之前，将包裹在框架上的3D纺织品浸没在PEG和乙醇溶液中。在上文所提及的步骤中，可以利用每个替代性方案的多种组合来实现相同的结果。
接下来，使用低摩尔浓度的乙酸来制备0.6重量％的胶原溶液，并将粉末状的1型牛胶原共混并真空处理以去除滞留的气泡。可以使用不同的低摩尔浓度酸如盐酸来制备胶原溶液。另外，替代性方法可以去除滞留的气泡，例如，通过在离心机中旋转溶液。
可以使用不同重量百分比的胶原溶液。增加胶原的重量百分比会增加基质中胶原的量。减少胶原的重量百分比会减少基质中胶原的量。当与本文所描述的冻干过程一起使用时，这些变化将影响最终的胶原基质密度、结构特性和孔隙率。
图5B中所示出的不锈钢模具57用于引导胶原溶液填充到3D纺织品中，并通过下一个步骤冻干来产生胶原海绵基质结构。模具的空腔填充有少量的胶原溶液。然后，将3D纺织品段放置到模具中，3D纺织品面平行于空腔底部，并在每个端部上使用夹具来固定3D纺织品并防止移动。在接下来的步骤冻干中，通过在每个端部产生用于产物操控和缝合附接的没有多孔胶原基质的平坦区域，这些夹具增添了益处。
然后，将另外的胶原溶液填充到具有纺织品的空腔中，从而将纺织品完全浸没在胶原溶液中。然后，真空处理具有纺织品和胶原溶液的模具，以去除3D纺织品内的剩余空气，以便用溶液完全填充纺织品。将具有纺织品和胶原溶液的模具放置到搁板冻干机中，并在大约2小时的时间段内将温度降至-55C。将用干燥、高度多孔且低密度的胶原基质填充的纺织品从模具空腔中取出并放置到密封室中的金属丝架上。将甲醛和乙醇溶液倒入托盘中，并将托盘放置在产物的架子下方，并且将室门密封。来自溶液的蒸气使纺织品内的胶原交联。在大约2小时后，移除托盘，并将产物移动到曝气室中，在所述曝气室中，将清洁干燥的空气泵送通过所述室并从所述室中离开，这有效地终止了交联过程。经过一定时间段的温热和真空后，在3D纺织品内形成了高度多孔、低密度的胶原基质。
如下制造用于肩袖修复或增强的由填充有高度多孔胶原基质的三维PLLA纺织品制成的23mm宽、3mm高和30mm长的复合支架。如下文所描述的，制造用于ACL修复或增强的由填充有高度多孔胶原基质的三维PLLA纺织品制成的5mm宽、3mm高和260mm长的复合支架。根据所描述的经编技术，使用图2A中所展示的双柱图案制造包括支撑结构的三维(3D)纺织品。所得结构的顶层和底层各有大约25个线圈纵行。对应的线圈纵行顶层和线圈纵行底层由一系列在Z方向上延伸穿过空隙空间并且将层互连的编织间隔纱线互连。
3D纺织品作为5mm宽和3mm高的连续长度纺织品接收，并在DI和IPA溶液中进行超声波擦洗(例如，洗涤)以去除颗粒和纱线纺丝整理剂。使用多次洗涤，在洗涤之间更换溶液。洗涤溶液的温度可以是室温，或者至多40C。然后将3D纺织品风干，并切割成一定长度。然后将经过擦洗和切割成一定长度的3D纺织品浸没在PEG和乙醇的溶液中，以增加亲水性。乙醇中的PEG的浓度被专门控制以在3D纺织品上产生受控制的PEG重量百分比。然后将3D纺织品风干。
接下来，使用低摩尔浓度的乙酸来制备0.6重量％的胶原溶液，并将粉末状的1型牛胶原共混并真空处理以去除滞留的气泡。
图5B中所示出的不锈钢模具用于引导胶原溶液填充到3D纺织品中，并通过下一个步骤冻干来产生胶原海绵基质结构。模具的空腔填充有少量的胶原溶液。然后，将3D纺织品段放置到模具中，3D纺织品面平行于空腔底部，并在每个端部上使用夹具来固定3D纺织品并防止移动。在接下来的步骤冻干中，通过在每个端部产生用于产物操控和缝合附接的没有多孔胶原基质的平坦区域，这些夹具增添了益处。
然后，将另外的胶原溶液填充到具有纺织品的空腔中，从而将纺织品完全浸没在胶原溶液中。然后，真空处理具有纺织品和胶原溶液的模具，以去除3D纺织品内的剩余空气，以便用溶液完全填充纺织品。将具有纺织品和胶原溶液的模具放置到搁板冻干机中，并在2小时的时间段内将温度降至-55C。在冻干机室中抽真空，并且将搁板温度逐渐升高，为经冷冻的溶剂提供能量，从而使升华过程发生。升华的溶剂被收集在单独的冷凝器中并从炎症中完全去除。经过一定时间段的温热和真空后，在3D纺织品内形成了高度多孔、低密度的胶原基质。
模具设计可以使得整个支架被包封在胶原凝胶中，这可以通过更多生物母体生物相容性胶原凝胶而具有保护身体免受纺织品支架组件的影响的益处。
医疗程序
本文所描述的的复合支架可以用于广泛的医疗程序，包含加强缝合修复、独立修复或重建、或使用组织移植物和用于固定目的的重建。使用复合支架加强修复或重建可以适用于膝盖、脚踝、肩肘和手以及非肌肉骨骼软组织。膝盖可以包含ACL(前交叉韧带)、PCL(后交叉韧带)、LCL(外侧副韧带)、MCL(医用副韧带)、MPFL(内侧髌股韧带)、ALL(前外侧韧带)和后外侧角损伤(腓侧副韧带、腘肌腱、腘腓韧带)中的任何一个。脚踝可以包含ATFL(距腓前韧带)和CFL(跟腓韧带)中的任何一个。肩肘和手可以包含转子袖带(冈上肌、冈下肌、肩胛下肌和小圆肌肌腱)、肩锁韧带、UCL(尺侧副韧带)和屈肌腱中的任何一个。非肌肉骨骼软组织可以包含乳房、腹壁和骨盆底中的任何一个。本文所描述的复合支架可以用于固定永久的和可再吸收的材料，包含缝合线、缝合锚、平头钉和缝钉。
本文公开的复合支架的物理尺寸和生物力学特性被优化以用于广泛的医疗程序，包含加强缝合修复、独立修复或重建、或使用组织移植物和用于固定目的的重建。使用复合支架加强修复或重建可以适用于膝盖、脚踝、肩肘和手以及非肌肉骨骼软组织。此类物理特性与可商购获得的如疝网和骨科缝合带等产品的物理特性明显不同，并且更适合上述程序。例如，骨科缝合带以三维实体的形式存在且可测量，对于与外科手术有关的的所有意图和目的，它实际上是二维的，对于再生增强或模拟肌腱或韧带的特性所必需的组织体积几乎没有价值。对于由生物可吸收材料构成的具有广泛的应用并且可以被认为是支架的外科手术网片和补片，在材料完全再吸收之后形成的所得组织平面可能非常薄且弱；这是由于缺少厚度和/或用于支架内细胞向内生长的合适孔隙大小的足够的空隙体积。因此，显然需要产生足够厚度的在聚合物降解后再生更厚的和更坚固的组织平面的组织支架。
在示例性实施例中，图12和下表4通过若干个样品展示了肌腱本身与由所公开的复合支架增强的肌腱的关系，与单独的肌腱相比，所公开的复合支架增强的肌腱始终更加坚固并且在相似的延伸下能够承受更大的力。
表4
所公开的复合支架的另一种替代性形式是利用管状间隔件，无论是经编的还是纬编的，所述管状间隔件可以用作自体移植物、同种异体移植物或修复的肌腱或韧带上的“护套”。生产所述管状间隔件的一种方法是采用平坦的间隔织物，并且然后通过缝合、热封或其它手段附接相对的边缘，以产生管状物，如图18所展示的。可替代地，定制的圆形编织机可以用于编织没有连接接缝的管状间隔织物。制造管状间隔件的另一种替代性方法是通过3D圆形织造预制件的方法织造所述结构，方法和结构在图14中展示。
制造作为用于容纳多孔基质的结构的纺织品组件的替代性方法是用弹性或非弹性材料3D打印结构，然后用多孔基质填充所述结构。
可替代地，结构和基质都可以由一或多种材料进行3D打印，作为单独但组合的实体，或者作为提供强度、孔隙率和抗压缩性的单一实体。
在实施例中，支架包括具有用于提供强度的纺织品外覆盖物和用于提供抗压缩性的3D打印的内部支撑结构的复合结构。此类支架的形状可以是矩形或管状的。编结可以用作生产管状结构的有成本效益的方法。通过在3D打印的内部支撑结构插入物上编结，提供了组织向内生长所需的连续空间。可以提供纵向地编结成外部编结结构的聚合物纤维，以进一步调节支架的拉伸特性。
实例
实例1—纺织品支架的制造
生产了75旦尼尔30丝的聚L-乳酸(PLLA)纱线，以用于制造支架织物。生产了经轴，以供卡尔·迈耶双针床机(Karl Mayer Double Needle Bar Machine)生产织物使用。生产了跨其宽度具有6个线圈纵行的5mm宽织物和具有横跨的27个线圈纵行的23mm宽织物，即，使用22号针床来生产。两个表面层在Z方向上由间隔纱线分开以制造2mm厚的织物。将织物在具有去离子水和异丙醇的混合物的超声波浴中擦洗并干燥。
实例2—ACL增强/修复装置的制造
使用低摩尔浓度乙酸和粉末状的1型牛胶原制备0.6％的胶原溶液(按重量计)。将此溶液共混并真空处理以去除滞留的气泡。如图5A所示出的不锈钢模具的空腔填充有少量的胶原溶液。将来自实例1的纺织品支架(一个26cm长和5mm宽的样品)放置到模具中，使纺织品面平行于空腔底部，并在每个端部使用夹具以固定纺织品并防止移动。将另外的胶原溶液填充到具有纺织品的空腔中，从而将纺织品完全浸没在胶原溶液中。真空处理具有纺织品和胶原溶液的模具，以去除纺织品内的剩余空气，以便用所述溶液完全填充纺织品。
然后将模具放置在SP科学Advantage Plus冻干机(SP Scientific AdvantagePlus Lyophilizer)中，并将样品冻干，冻干过程在2小时的时间段内将冻干机内部从室温降至-55C。将用干燥、高度多孔且低密度的胶原基质填充的纺织品从模具空腔中取出并放置到密封室中的金属丝架上。将甲醛和乙醇溶液倒入托盘中，并将托盘放置在产物的架子下方，并且将室门密封。来自溶液的蒸气使纺织品内的胶原交联。在2小时后，移除托盘，并将产物移动到曝气室中，在所述曝气室中，将清洁干燥的空气泵送通过所述室并从所述室中离开，这有效地终止了交联过程。最终装置适用于ACL增强或修复。
实例3—肩袖增强/修复装置的制造
按照实例2的方法，适合容纳23mm宽织物的模具被用来浸渍来自实例1的50mm×23mm的织物片，但却使用图5B的模具。最终装置适用于肩袖增强或修复。
实例4—基质材料的制造
使用低摩尔浓度乙酸和粉末状的1型牛胶原制备0.6％的胶原溶液(按重量计)。将此溶液共混并真空处理以去除滞留的气泡。然后与实例2和3一样，将溶液冻干。
实例5—肌腱增强的证明
从当地的屠宰场获得猪的深屈肌腱。将来自实例1的复合支架装置在组织上对折，并在一个端部用#2缝合线交叉缝合。使用拉伸试验机模拟移植物制备台。将交叉缝合端部固定在拉伸试验机的上夹爪中。通过将复合支架的两个端部负载到适当的力并固定下夹爪来实现预张紧。将构建体循环到3.75mm的延伸，并且返回到零。性能数据在下表3中示出，并证明了复合支架预张紧以控制由支架提供的加强的能力。
表4
虽然本文所描述的复合支架的大小可以根据预期的应用而变化，但是经考虑，支架可以具有至多1000mm的长度和3mm到1000mm的宽度，以适应不同的软组织大小和应用。进一步地，在支架的端部处，宽度可以逐渐变窄到缝合线宽度。
通过应当结合附图阅读的以下描述，将更全面地理解本公开。在本说明书中，相似的数字是指本公开的各个实施例中的相似元件。技术人员将容易理解，本文描述的方法、设备和系统仅仅是示范性的，并且可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下进行改变。术语“包括”、“包含”和/或其各自的复数形式是开放式的，并且包含列出的部分并且可以包含未列出的另外的部分。术语“和/或”是开放式的并且包含一或多个列出的部分以及列出的部分的组合。
在本说明书的各个地方，数值以组或范围的形式公开。其具体意图是，本说明书包含此类组和范围的成员的每一个单独的子组合以及此类组或范围的各种端点的任何组合。例如，在0到40范围内的整数具体地旨在单独地公开0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39和40，并且在1到20范围内的整数具体地旨在单独地公开1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19和20。实数旨在具有类似的包含性，包含高达至少三个小数位的值。
出于说明的目的呈现了前述描述。这不是穷尽的并且不限于所公开的精确形式或实施例。通过考虑本说明书和所公开的实施例的实践，修改和改编对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。
如本文中所使用的，不定冠词“一个/一种(a/an)”意指“一或多个/一或多种。”类似地，除非复数术语的使用在给定的上下文中是明确的，否则其不一定表示复数。除非另外明确地指出，否则如“和”或“或”等词语意指“和/或”。进一步地，由于通过研究本公开将容易地做出多种修改和改变，所以并不希望将本公开限制于所展示和所描述的确切的构造和操作，并且因此可以采用落入本公开的范围内的所有合适的修改和等效物。
虽然已经在附图中示出本公开的若干实施例，但并不旨在将本公开限于这些实施例，而期望使本公开与本领域所允许的范围一样广泛，并且应以同样的方式阅读本说明书。以上实施例的任何组合还被设想并且处于所附权利要求的范围内。此外，虽然本文中已经描述了说明性实施例，但是任何和所有实施例的范围包含如本领域技术人员基于本公开所理解的等效元素、修改、省略、组合(例如，各个实施例的各方面的组合)、改编和/或变更。权利要求书中的限制将基于权利要求书中采用的语言而宽泛地解释，并且不限于本申请中所描述的实例。实例应被解释为非排他性的。此外，可以以任何方式修改所公开的方法的步骤，包含通过重新排序步骤和/或插入或删除步骤。因此，说明书和实施例被认为仅是说明性的，真正的范围和精神由以下权利要求及其等效物的全部范围指示。
虽然已经在附图中示出本公开的若干实施例，但并不旨在将本公开限于这些实施例，而期望使本公开与本领域所允许的范围一样广泛，并且应以同样的方式阅读本说明书。以上实施例的任何组合还被设想并且处于所附权利要求的范围内。因此，以上描述不应被解释为限制性的，而仅仅是特定实施例的范例。本领域技术人员将设想在本文所附权利要求书的范围和精神内的其它修改。
Claims (154)
1.一种复合支架，其包括：
微孔基质，所述微孔基质具有向所述微孔基质的外表面敞开并共同限定空隙空间的大量互连孔隙；以及
结构，所述结构支撑所述微孔基质；
其中所述复合支架的表面积介于大约0.3m2/克与15.0m2/克之间。
2.根据权利要求1所述的复合支架，其中所述复合支架的所述表面积介于大约0.6m2/克与1.2m2/克之间。
3.根据权利要求1所述的复合支架，其中所述复合支架的所述表面积介于大约0.7m2/克与1.0m2/克之间。
4.根据权利要求1所述的复合支架，其中所述空隙空间的体积介于大约3.0cm3/克与9.0cm3/克之间。
5.一种复合支架，其包括：
微孔基质，所述微孔基质具有向所述微孔基质的外表面敞开并共同限定具有可测量体积的空隙空间的大量互连孔隙；以及
结构，所述结构支撑所述微孔基质；
其中所述空隙空间的所述体积介于大约3.0cm3/克与9.0cm3/克之间。
6.根据权利要求5所述的复合支架，其中空隙空间的所述体积介于大约3.5cm3/克与7.0cm3/克之间。
7.根据权利要求5所述的复合支架，其中空隙空间的所述体积介于大约4.0cm3/克与5.0cm3/克之间。
8.根据权利要求5所述的复合支架，其中所述复合支架的表面积介于大约0.3m2/克与1.5m2/克之间。
9.一种复合支架，其包括：
微孔基质，所述微孔基质具有向所述微孔基质的外表面敞开并共同限定具有体积的空隙空间的大量互连孔隙；以及
结构，所述结构支撑所述微孔基质；
其中所述空隙空间体积介于所述复合支架的可测量体积的大约75％与98％之间。
10.根据权利要求9所述的复合支架，其中所述空隙空间体积介于所述复合支架的可测量体积的大约80％与90％之间。
11.根据权利要求9所述的复合支架，其中所述空隙空间体积介于所述复合支架的可测量体积的大约80％与85％之间。
12.根据权利要求9所述的复合支架，其中所述复合支架的表面积介于大约0.3m2/克与1.5m2/克之间。
13.一种复合支架，其具有体积和表面积并且包括：
微孔基质，所述微孔基质具有共同限定空隙空间的向所述微孔基质的外表面敞开的大量互连孔隙；以及
结构，所述结构支撑所述微孔基质；
其中所述复合支架的渗透率介于大约1200毫达西与3000毫达西之间。
14.根据权利要求13所述的复合支架，其中所述复合支架的渗透率介于大约1400毫达西与2600毫达西之间。
15.根据权利要求13所述的复合支架，其中其中所述复合支架的渗透率介于大约1500毫达西与2200毫达西之间。
16.根据权利要求13所述的复合支架，其中所述空隙空间的体积介于大约3.0cm3/克与9.0cm3/克之间。
17.根据权利要求13所述的复合支架，其中所述复合支架的表面积介于大约0.3m2/克与1.5m2/克之间。
18.一种复合支架，其包括：
微孔基质，所述微孔基质具有向所述微孔基质的外表面敞开并共同限定具有空隙空间体积的空隙空间的大量互连孔隙；以及
结构，所述结构支撑所述微孔基质；
其中所述大量互连孔隙的弯曲度大约介于1μm/μm与50μm/μm之间，其中所述弯曲度定义了所述微孔基质的第一端部与第二端部之间的实际流动路径长度与直线距离的比率。
19.根据权利要求18所述的复合支架，其中所述大量互连孔隙的弯曲度大约介于5μm/μm与30μm/μm之间。
20.根据权利要求18所述的复合支架，其中所述大量互连孔隙的弯曲度大约介于6μm/μm与20μm/μm之间。
21.一种复合支架，其占据可测量体积并且包括：
微孔基质，所述微孔基质具有共同限定具有表面积的空隙空间的大量互连孔隙；以及
结构，所述结构支撑所述微孔基质；
其中所述空隙空间表面积与可测量体积之比介于大约5,000cm2/cm3与16,000cm2/cm3之间。
22.根据权利要求21所述的复合支架，其中所述空隙空间表面积与所述可测量体积之比介于大约7,000cm2/cm3与14,000cm2/cm3之间。
23.根据权利要求21所述的复合支架，其中所述空隙空间表面积与所述可测量体积之比介于大约9,000cm2/cm3与12,000cm2/cm3之间。
24.一种复合支架，其包括：
支撑结构，所述支撑结构限定内部空间；以及
微孔基质，所述微孔基质安置在所述支撑结构的所述内部空间内，
其中所述微孔基质包括中值孔隙大小介于大约10μm与100μm之间的多个互连孔隙。
25.根据权利要求24所述的复合支架，其中所述微孔基质包括中值孔隙大小介于大约12μm与70μm之间的多个互连孔隙。
26.根据权利要求24所述的复合支架，其中所述微孔基质包括中值孔隙大小介于大约20μm与40μm之间的多个互连孔隙。
27.一种复合支架，其包括：
支撑结构，所述支撑结构限定内部空间；以及
微孔基质，所述微孔基质安置在所述支撑结构的所述内部空间内，所述微孔基质具有共同限定空隙空间的大量互连孔隙；
其中至少大约60％的所述空隙空间包括大小尺寸为10μm或更大的孔隙。
28.根据权利要求27所述的复合支架，其中至少大约70％的所述空隙空间包括大小尺寸为10μm或更大的孔隙。
29.根据权利要求27所述的复合支架，其中至少大约80％的所述空隙空间包括大小尺寸为10μm或更大的孔隙。
30.根据前述权利要求1到29中任一权利要求所述的复合支架，其中所述复合支架的拉伸断裂伸长率介于大约20％与125％之间。
31.根据前述权利要求1到29中任一权利要求所述的复合支架，其中所述复合支架的屈服伸长率介于大约5％与50％之间。
32.根据前述权利要求1到29中任一权利要求所述的复合支架，其中所述复合支架的刚度大约介于2.5N/mm与25N/mm之间。
33.根据前述权利要求1到29中任一权利要求所述的复合支架，其中所述复合支架的极限应变大约介于0.2与0.7之间。
34.根据前述权利要求1到29中任一权利要求所述的复合支架，其中所述复合支架的极限强度大约介于2.5MPa与30MPa之间。
35.根据前述权利要求1到29中任一权利要求所述的复合支架，其中所述复合支架的极限应力大约介于2.5MPa与30MPa之间。
36.根据前述权利要求1到29中任一权利要求所述的复合支架，其中所述复合支架的模量大约介于2.5MPa与70MPa之间，其中模量定义了所述复合支架的包含所述空隙空间的横截面面积的应力除以应变。
37.根据前述权利要求1到29中任一权利要求所述的复合支架，其中所述复合支架的模量大约介于150MPa与600MPa之间，其中模量定义了不包含所述空隙空间的构成所述复合支架的块状材料的应力除以应变。
38.根据前述权利要求1到29中任一权利要求所述的复合支架，其中所述支架的极限负载位移大约介于5mm与50mm之间。
39.根据前述权利要求1到29中任一权利要求所述的复合支架，其中所述支架的屈服位移大约介于1mm与8mm之间。
40.根据前述权利要求1到29中任一权利要求所述的复合支架，其中所述支架的屈服力大约介于20N与70N之间。
41.根据前述权利要求1到29中任一权利要求所述的复合支架，其中所述支架的刚度能够大约介于2.5N/mm与25N/mm之间。
42.根据前述权利要求1到29中任一权利要求所述的复合支架，其中所述复合支架的极限应变大约介于20％与70％之间。
43.根据前述权利要求1到29中任一权利要求所述的复合支架，其中所述支架的极限负载大约介于100N与200N之间。
44.根据权利要求1到3和8中任一权利要求所述的复合支架，其中所述复合支架的所述表面积是使用水银压入孔隙率测定法来测量的。
45.根据权利要求44所述的复合支架，其中所述复合支架的所述表面积包含大小大约等于或大于1μm的孔隙的表面积。
46.根据权利要求18所述的复合支架，其中所述空隙空间的体积介于大约3.0cm3/克与9.0cm3/克之间。
47.根据权利要求18所述的复合支架，其中所述复合支架的表面积介于大约0.3m2/克与1.5m2/克之间。
48.根据权利要求27所述的复合支架，其中所述空隙空间的体积介于大约3.0cm3/克与9.0cm3/克之间。
49.根据权利要求27所述的复合支架，其中所述复合支架的表面积介于大约0.3m2/克与1.5m2/克之间。
50.根据权利要求27所述的复合支架，其中所述复合支架的表面积介于大约0.3m2/克与1.5m2/克之间。
51.一种复合支架，其占据可测量体积并且包括：
微孔基质，所述微孔基质具有共同限定具有表面积的空隙空间的大量互连孔隙；以及
结构，所述结构支撑所述微孔基质；
其中所述空隙空间表面积与所述可测量体积之比介于大约5,000cm2/cm3与16,000cm2/cm3之间。
52.根据权利要求51所述的复合支架，其中所述空隙空间表面积与所述可测量体积之比介于大约7,000cm2/cm3与14,000cm2/cm3之间。
53.根据权利要求51所述的复合支架，其中所述空隙空间表面积与所述可测量体积之比介于大约9,000cm2/cm3与12,000cm2/cm3之间。
54.一种复合支架，其包括：
微孔基质，所述微孔基质具有向所述微孔基质的外表面敞开并共同限定空隙空间的大量互连孔隙；以及
结构，所述结构支撑所述微孔基质；
其中所述复合支架的表面积介于大约0.3m2/克与15m2/克之间。
55.根据权利要求54中任一权利要求所述的复合支架，其中所述复合支架的所述表面积是使用气体吸附来测量的。
56.根据权利要求55中任一权利要求所述的复合支架，其中所述复合支架的所述表面积是使用氪气吸附来测量的。
57.根据权利要求54所述的复合支架，其中所述复合支架的所述表面积包含大小大约等于或小于1μm的孔隙的表面积。
58.一种复合支架，其包括：
微孔基质，所述微孔基质具有共同限定空隙空间的向所述微孔基质的外表面敞开的大量互连孔隙；以及
结构，所述结构支撑所述微孔基质；
所述复合支架具有表示所述复合支架在基本上干燥状态下的重量的可测量干重值和表示所述复合支架在基本上干燥状态下的体积的可测量干体积值，
其中所述复合支架的所述重量值由于流体吸收而增加大约200％到600％使所述复合支架的所述干体积值改变大约0％到10％。
59.根据权利要求58所述的复合支架，其中所述复合支架的所述干重值由于流体吸收而增加大约300％到600％使所述复合支架的所述干体积值改变大约2％到7％。
60.根据权利要求58所述的复合支架，其中所述复合支架的所述干重值由于流体吸收而增加大约300％到600％使所述复合支架的所述干体积值改变大约4％到6％。
61.根据权利要求58所述的复合支架，其中所述复合支架的所述干重值由于流体吸收而增加大约300％到600％使所述复合支架的干长度值改变大约0％到3％。
62.根据权利要求58所述的复合支架，其中所述复合支架的所述干重值由于流体吸收而增加大约300％到600％使所述复合支架的干长度值改变大约0％到2％。
63.一种复合支架，其包括：
微孔基质，所述微孔基质具有共同限定空隙空间的向所述微孔基质的外表面敞开的大量互连孔隙；以及
结构，所述结构支撑所述微孔基质；
所述复合支架具有表示所述复合支架在基本上干燥状态下的重量的可测量干重值和表示所述复合支架在基本上干燥状态下的尺寸参数的可测量干长度值，
其中所述复合支架的所述重量值由于流体吸收而增加大约200％到600％使所述复合支架的所述干长度值改变小于大约0％到3％。
64.根据权利要求63所述的复合支架，其中所述复合支架的所述干重值由于流体吸收而增加大约300％到600％使所述复合支架的所述干长度值改变大约0％到2％。
65.根据权利要求63所述的复合支架，其中所述复合支架的所述干重值由于流体吸收而增加大约500％到600％使所述复合支架的所述干长度值改变小于大约1％。
66.根据权利要求63所述的复合支架，其中所述复合支架的所述干重值由于流体吸收而增加大约300％到600％使所述复合支架的所述干体积值改变大约2％到7％。
67.根据权利要求63所述的复合支架，其中所述复合支架的所述干重值由于流体吸收而增加大约300％到600％使所述复合支架的所述干体积值改变大约4％到6％。
68.一种复合支架，其包括：
微孔基质，所述微孔基质具有共同限定空隙空间的向所述微孔基质的外表面敞开的大量互连孔隙；以及
结构，所述结构支撑所述微孔基质；
所述复合支架具有表示所述复合支架在基本上干燥状态下的重量的可测量干重值和表示所述复合支架在基本上干燥状态下的尺寸参数的可测量横截面轮廓值，
其中所述复合支架的所述重量值由于流体吸收而增加大约300％到600％使所述复合支架的所述横截面轮廓值改变大约0％到3％。
69.根据权利要求68所述的复合支架，其中所述复合支架的所述干重值由于流体吸收而增加大约300％到600％使所述复合支架的所述横截面轮廓值改变大约0％到2％。
70.根据权利要求68所述的复合支架，其中所述复合支架的所述干重值由于流体吸收而增加大约500％到600％使所述复合支架的所述横截面轮廓值改变小于大约1％。
71.根据权利要求68所述的复合支架，其中所述复合支架的所述干重值由于流体吸收而增加大约300％到600％使所述复合支架的所述横截面轮廓值增加大约0％到2％。
72.根据权利要求68所述的复合支架，其中所述复合支架的所述干重值由于流体吸收而增加大约500％到600％使所述复合支架的所述横截面轮廓值增加小于大约1％。
73.一种复合支架，其包括：
微孔基质，所述微孔基质具有共同限定空隙空间的向所述微孔基质的外表面敞开的大量互连孔隙；以及
结构，所述结构支撑所述微孔基质；
其中所述复合支架的最小尺寸是大约大于或等于1mm的厚度尺寸，并且
其中所述复合支架的溶胀曲线能通过所述复合支架的测得的湿厚度相比于所述复合支架的测得的干厚度小于或等于10％的变化来测量。
74.一种复合支架，其包括：
微孔基质，所述微孔基质具有共同限定空隙空间的向所述微孔基质的外表面敞开的大量互连孔隙；以及
结构，所述结构支撑所述微孔基质；
所述复合支架具有表示所述复合支架在基本上干燥状态下的重量的可测量干重值，
其中所述微孔基质占所述复合支架的所述干重值的少于大约6％。
75.一种支架，其包括：
三维支撑结构，所述三维支撑结构具有由其第一端部和第二端部限定的长度尺寸和由通过空间分开的第一外层和第二外层限定的垂直于所述长度尺寸的厚度尺寸，以及
多个间隔元件，所述多个间隔元件延伸穿过所述空间并连接所述第一外层和所述第二外层；
其中当所述长度尺寸伸长大约5％时，所述支撑结构的所述厚度尺寸的变化小于大约10％。
76.一种支架，其包括：
三维支撑结构，所述三维支撑结构具有由其第一端部和第二端部限定的长度尺寸和至少部分地由通过空间分开的第一外层和第二外层限定的垂直于所述长度尺寸的横截面面积，以及
多个间隔元件，所述多个间隔元件延伸穿过所述空间并连接所述第一外层和所述第二外层；
其中当所述长度尺寸伸长大约13％时，所述横截面面积的变化小于大约35％。
77.一种支架，其包括：
三维支撑结构，所述三维支撑结构具有由其第一端部和第二端部限定的长度尺寸和至少部分地由第一外层和第二外层限定的垂直于所述长度尺寸的宽度尺寸，
所述第一外层和所述第二外层由空间分开并且进一步限定垂直于所述长度尺寸和所述宽度尺寸的厚度尺寸，以及
多个间隔元件，所述多个间隔元件延伸穿过所述空间并连接所述第一外层和所述第二外层，
其中当所述长度尺寸伸长大约13％时，所述宽度尺寸的变化小于大约5％。
78.一种支架结构，其包括：
第一外层和第二外层，所述第一外层和所述第二外层具有由其相应的第一端部和第二端部限定的长度尺寸并在其间限定内部空间，
所述第一外层和所述第二外层中的每个外层包括基本上平行于相应的长度尺寸延伸的多个互连线圈纵行；
多个间隔元件，所述多个间隔元件基本上垂直于所述相应的长度尺寸延伸穿过所述内部空间，并且紧邻所述多个线圈纵行之一附接到所述第一外层和第二外层中的每个外层，所述多个间隔元件至少部分地将所述内部空间分隔成沿着所述第一外层和所述第二外层的所述相应的长度尺寸延伸的多个通道。
79.根据权利要求78所述的支架结构，其中第一外层和第二外层中的每个外层具有对应数量的线圈纵行，并且其中所述多个间隔元件附接到所述第一外层和所述第二外层中的每个外层的对应线圈纵行。
80.根据权利要求78所述的支架结构，其中所述多个间隔元件包括间隔纱线。
81.根据权利要求78所述的支架结构，其中沿着所述第一外层或所述第二外层的线圈纵行的间隔元件之间的距离介于大约100μm与2500μm之间。
82.根据权利要求78所述的支架结构，其中所述第一外层或所述第二外层中的线圈纵行之间的距离介于大约200μm与5000μm之间。
83.根据权利要求78所述的支架结构，其中所述多个间隔元件的在所述第一外层与所述第二外层之间延伸的长度介于大约100μm与5000μm之间。
84.根据权利要求78所述的支架结构，其中所述第一外层和所述第二外层之一的所述线圈纵行包括编链组织和轴向衬入纱线。
85.根据前述权利要求75到84中任一权利要求所述的支架结构，其中所述支架的拉伸断裂伸长率介于大约20％与125％之间。
86.根据前述权利要求75到84中任一权利要求所述的支架结构，其中所述支架的屈服伸长率介于大约5％与50％之间。
87.根据前述权利要求75到84中任一权利要求所述的支架结构，其中所述支架的刚度大约介于2.5N/mm与25N/mm之间。
88.根据前述权利要求75到84中任一权利要求所述的支架结构，其中所述支架的极限应变大约介于20％与70％之间。
89.根据前述权利要求75到84中任一权利要求所述的支架结构，其中所述支架的极限应力大约介于2.5MPa与30MPa之间。
90.根据前述权利要求75到84中任一权利要求所述的支架结构，其中所述支架的屈服应力大约介于2.5MPa与30MPa之间。
91.根据前述权利要求75到84中任一权利要求所述的支架结构，其中所述支架的模量大约介于2.5MPa与70MPa之间，其中模量定义了所述支架的包含所述空隙空间的横截面面积的应力除以应变。
92.根据前述权利要求75到84中任一权利要求所述的支架结构，其中所述支架的模量大约介于150MPa与600MPa之间，其中模量定义了不包含所述空隙空间的构成所述支架的块状材料的应力除以应变。
93.根据前述权利要求75到84中任一权利要求所述的支架结构，其中所述支架的刚度能够大约介于2.5N/mm与250N/mm之间。
94.根据前述权利要求75到84中任一权利要求所述的支架结构，其中所述支架的极限应变大约介于20％与70％之间。
95.根据前述权利要求75到84中任一权利要求所述的支架结构，其中所述支架的韧度介于大约0.07克-力/旦尼尔与1.10克-力/旦尼尔之间。
96.根据前述权利要求75到84中任一权利要求所述的支架，其中所述支架的失效韧度大约介于0.3克-力/旦尼尔与2克-力/旦尼尔之间。
97.根据前述权利要求75到84中任一权利要求所述的支架，其中所述支架的至少一部分涂覆有亲水性溶液。
98.根据权利要求97所述的支架，其中所述亲水性溶液包括聚乙二醇(PEG)。
99.根据权利要求97所述的支架，其中所述支架包括被编织成三维结构的单丝纱线、复丝纱线或变形纱线或其任何组合。
100.根据前述权利要求75到84中任一权利要求所述的支架，其中所述支架包括生物可吸收聚合物、天然聚合物和/或添加剂的任何组合。
101.根据权利要求100所述的支架，其中所述支架包括以下物质中的任何物质的均聚物、共聚物或聚合物共混物中的任何均聚物、共聚物或聚合物共混物：聚乳酸、聚乙醇酸、聚己内酯、聚二噁烷酮、聚羟基烷酸酯、聚酸酐、聚(原酸酯)、聚磷腈、聚(氨基酸)、聚氰基丙烯酸烷基酯、聚丙二醇富马酸酯、三亚甲基碳酸酯、聚(癸二酸甘油酯)、聚(葡糖酸酯)、聚(乙二醇)、聚(乙烯醇)和聚氨酯或其任何组合。
102.根据前述权利要求75到84中任一权利要求所述的支架结构，其中所述复合支架的横截面面积能够大约介于3mm2与3000mm2之间，其中所述横截面面积定义了在垂直于所述支架的所述长度的某一点处所述支架的二维形状的面积，并且
其中所述横截面面积在5％的伸长率百分比下的变化小于大约10％。
103.一种支架，其包括：
三维支撑结构，所述三维支撑结构具有由其第一端部和
第二端部限定的长度尺寸和由通过空间分开的第一外层和第二外层限定的垂直于所述长度尺寸的厚度尺寸，以及
多个间隔元件，所述多个间隔元件延伸穿过所述空间并连接所述第一外层和所述第二外层；
其中所述空隙空间表面积与所述可测量体积之比介于大约500cm2/cm3与7,000cm2/cm3之间。
104.一种复合支架，其包括：
微孔基质，所述微孔基质具有共同限定空隙空间的向所述微孔基质的外表面敞开的大量互连孔隙；以及
结构，所述结构支撑所述微孔基质；
其中所述复合支架的密度大约介于0.05g/cc与0.75g/cc之间，其中所述密度被定义为每单位体积的所述复合支架的质量。
105.根据权利要求104所述的复合支架，其中所述复合支架的密度大约介于0.10g/cc与0.50g/cc之间。
106.根据权利要求104所述的复合支架，其中所述复合支架的密度大约介于0.15g/cc与0.25g/cc之间。
107.一种复合支架，其包括：
三维支撑结构，所述三维支撑结构具有由其第一端部和第二端部限定并由通过内部空间分开的第一外层和第二外层限定的长度尺寸，
多个间隔元件，所述多个间隔元件延伸穿过所述空间并连接所述第一外层和所述第二外层；
微孔基质，所述微孔基质安置在所述内部空间中并且具有在所述支撑结构的第一端部与第二端部之间共同限定空隙空间的大量互连孔隙。
108.根据权利要求107所述的复合支架，其中至少大约60％的所述空隙空间包括大小尺寸为至少10μm或更大的孔隙。
109.根据权利要求107所述的复合支架，其中所述空隙空间的体积介于大约3.0cm3/克与9.0cm3/克之间。
110.根据前述权利要求104到109中任一权利要求所述的复合支架，其中复合支架的横截面面积能够大约介于3mm2与250mm2之间，并且
其中所述横截面面积在13％的应变百分比下的变化小于大约17％。
111.根据权利要求107所述的复合支架，其中所述复合支架的表面积介于大约0.3m2/克与1.5m2/克之间。
112.一种复合支架，其包括：
微孔基质，所述微孔基质具有向所述微孔基质的外表面敞开并共同限定空隙空间的大量互连孔隙；以及
结构，所述结构支撑所述微孔基质；
所述复合支架具有由外侧限定的基本上呈矩形的横截面，并且
其中紧邻所述外侧中的一个外侧的多个所述互连孔隙具有朝向所述一个外侧的最大尺寸。
113.根据权利要求112所述的复合支架，其中所述多个所述互连孔隙具有相对于所述一个外侧以大约45°到135°朝向的最大尺寸。
114.根据权利要求112所述的复合支架，其中所述多个所述互连孔隙具有相对于所述一个外侧以大约60°到120°朝向的最大尺寸。
115.根据权利要求112所述的复合支架，其中所述多个所述互连孔隙具有相对于所述一个外侧以大约75°到105°朝向的最大尺寸。
116.根据前述权利要求104到112中任一权利要求所述的复合支架，其中所述复合支架的极限应变介于大约0.2与1.25之间。
117.一种复合支架，其包括：
微孔基质，所述微孔基质具有向所述微孔基质的外表面敞开并共同限定空隙空间的大量互连孔隙；以及
结构，所述结构支撑所述微孔基质；
其中所述空隙空间的体积介于大约3.0cm3/克与9.0cm3/克之间。
118.根据权利要求117所述的复合支架，其中空隙空间的所述体积介于大约3.5cm3/克与7.0cm3/克之间。
119.根据权利要求117所述的复合支架，其中空隙空间的所述体积介于大约4.0cm3/克与5.0cm3/克之间。
120.根据前述权利要求104到112中任一权利要求所述的复合支架，其中所述复合支架的极限应力大约介于2.5MPa与30MPa之间。
121.根据前述权利要求104到112中任一权利要求所述的复合支架，其中所述复合支架的屈服应力大约介于2.5MPa与30MPa之间。
122.根据前述权利要求104到112中任一权利要求所述的复合支架，其中所述复合支架的模量大约介于2.5MPa与70MPa之间，其中模量是使用包括所述复合支架和所述空隙空间的材料的横截面面积来计算的。
123.根据前述权利要求104到112中任一权利要求所述的复合支架，其中所述复合支架的模量大约介于150MPa与600MPa之间，其中模量是使用仅包括所述复合支架的材料的横截面面积来计算的。
124.根据前述权利要求104到119中任一权利要求所述的复合支架，其中支撑所述微孔基质的所述结构包括三维纺织品结构。
125.根据前述权利要求104到119中任一权利要求所述的复合支架，其中所述微孔基质包括以下中的任一种：海绵、泡沫、或变形纤维或纱线、或其任何组合。
126.根据权利要求125所述的复合支架，其中所述微孔基质包括以下中的任一种：经冷冻干燥的海绵、开孔挤出泡沫、颗粒浸出式海绵或其任何组合。
127.根据权利要求125所述的复合支架，其中所述微孔基质包括通过编织、织造、冻干、颗粒浸出、开孔挤出、溶剂浇铸、固态发泡和交联中的任一种安置在所述支架内的海绵、泡沫、或变形纤维或纱线、或其任何组合中的任一种。
128.根据前述权利要求104到119中任一权利要求所述的复合支架，其中所述微孔基质包括胶原和水凝胶之一。
129.根据权利要求104到119所述的复合支架，其中所述支架包括被编织成三维结构的单丝纱线、复丝纱线或变形纱线或其任何组合。
130.根据权利要求104到119所述的复合支架，其中所述支架包括合成生物可吸收聚合物、天然聚合物和/或添加剂的任何组合。
131.根据权利要求130所述的复合支架，其中所述支架包括以下物质中的任何物质的均聚物、共聚物或聚合物共混物中的任何均聚物、共聚物或聚合物共混物：聚乳酸、聚乙醇酸、聚己内酯、聚二噁烷酮、聚羟基烷酸酯、聚酸酐、聚(原酸酯)、聚磷腈、聚(氨基酸)、聚氰基丙烯酸烷基酯、聚丙二醇富马酸酯、三亚甲基碳酸酯、聚(癸二酸甘油酯)、聚(葡糖酸酯)、聚(乙二醇)、聚(乙烯醇)和聚氨酯或其任何组合。
132.一种复合支架，其占据可测量体积并且包括：
微孔基质，所述微孔基质具有共同限定具有表面积的空隙空间的大量互连孔隙；以及
结构，所述结构支撑所述微孔基质；
其中所述空隙空间表面积与所述可测量体积之比介于大约5,000cm2/cm3与16,000cm2/cm3之间。
133.根据权利要求132所述的复合支架，其中所述空隙空间表面积与所述可测量体积之比介于大约7,000cm2/cm3与14,000cm2/cm3之间。
134.根据权利要求132所述的复合支架，其中所述空隙空间表面积与所述可测量体积之比介于大约9,000cm2/cm3与12,000cm2/cm3之间。
135.一种用复合支架修复韧带或肌腱损伤的方法，所述方法包括：
A)提供复合支架，所述复合支架包括：
i)间隔开以在其间限定内部空间的第一层和第二层，以及延伸穿过所述内部空间并附接到所述第一层和所述第二层的多个间隔元件；以及
ii)安置在所述内部空间内的微孔基质，所述微孔基质具有大量互连孔隙，以及
B)将所述复合支架沿其长度尺寸预张紧；
C)将所述复合支架附接到同种异体移植肌腱或自体移植肌腱或受损或撕裂的韧带或肌腱。
136.一种制造复合支架的方法，所述方法包括：
A)构造三维支撑结构，所述三维支撑结构沿其第一端部与第二端部之间的长度尺寸延伸并在所述支撑结构内限定内表面；以及
B)在所述内表面内形成微孔基质，所述微孔基质具有与所述支撑结构的外表面流体连通的大量互连孔隙，
其中多个所述互连孔隙相对于所述支撑结构的尺寸特性朝向。
137.根据权利要求136所述的方法，其中所述多个互连孔隙从所述支撑结构的外表面径向向内朝向到所述内部空间中。
138.根据权利要求136所述的方法，其中所述多个互连孔隙朝所述支撑结构的所述长度尺寸朝向。
139.根据权利要求136所述的方法，其中所述支撑结构具有外部轮廓，并且B)包括：
B1)将所述支撑结构安置于溶液填充的模具中，所述模具具有至少部分地模拟所述支撑结构的所述外部轮廓的横截面轮廓，以及
B2)改变所述模具的温度以使所述溶液在所述支撑结构的所述内部空间中结晶。
140.根据权利要求136所述的方法，其进一步包括：
C)用亲水性物质至少部分地覆盖所述支撑结构。
141.根据权利要求136所述的方法，其中A)包括：
A1)编织支架，所述支架包括第一层和第二层，所述第一层和所述第二层间隔开以在其间限定内部空间，但是通过延伸穿过所述内部空间的多个间隔元件附接在一起。
142.根据权利要求140所述的方法，其中用亲水性物质至少部分地覆盖所述三维支撑结构在将微孔基质安置于所述内部空间中之前进行。
143.根据权利要求140所述的方法，其中所述亲水性物质至少部分地包括聚乙二醇(PEG)。
144.根据权利要求2所述的方法，其中所述微孔基质包括胶原和水凝胶之一。
145.根据权利要求136所述的方法，其中所述支撑结构包括支架包括合成生物可吸收聚合物、天然聚合物和/或添加剂的任何组合。
146.根据权利要求145所述的方法，其中所述支架包括被编织成三维结构的单丝纱线、复丝纱线、或复丝纱线和变形纱线、或其任何组合。
147.根据权利要求136所述的方法，其中所述微孔基质包括以下中的任一种：海绵、泡沫、或变形纤维或纱线、或其任何组合。
148.根据权利要求136所述的方法，其中所述微孔基质包括以下中的任一种：经冷冻干燥的海绵、开孔挤出泡沫、颗粒浸出式海绵或其任何组合。
149.根据权利要求136所述的仿生支架，其中B)包括通过冻干、颗粒浸出、开孔挤出、溶剂浇铸、固态发泡和交联中的任一种形成微孔基质。
150.一种复合支架，其包括：
支撑结构，所述支撑结构具有限定内部空间的外部轮廓并沿着其第一端部与第二端部之间的长度尺寸延伸；
安置在所述内部空间内的微孔基质，所述微孔基质具有向所述支撑结构的外部敞开的大量互连孔隙；
其中多个所述互连孔隙相对于所述支撑结构的尺寸特性朝向。
151.根据权利要求150所述的复合支架，其中所述多个互连孔隙从所述支撑结构的外表面径向向内朝向到所述内部空间中。
152.根据权利要求150所述的复合支架，其中所述多个互连孔隙朝所述支撑结构的所述长度尺寸朝向。
153.根据权利要求150所述的复合支架，其中所述支撑结构具有基本上呈矩形形状的横截面外部轮廓。
154.根据权利要求150所述的复合支架，其中所述支撑结构具有基本上呈圆形形状的横截面外部轮廓。
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