CN114222595A - 包括胶原膜的植入物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可植入结构，其包括至少一个生物相容性骨架支架和沉积在该生物相容性骨架支架上的至少一个生物相容性且可生物降解的胶原膜，包括可植入结构的制备方法及可植入结构在牙齿或矫形骨再生、硬脑膜修补术、疝修补术和需要结构植入物的类似程序中的用途。
Description
发明领域
本发明涉及一种可植入结构，其包括至少一个生物相容性骨架支架(biocompatible backbone scaffold)和沉积在该生物相容性骨架支架上的至少一个生物相容性且可生物降解的胶原膜(collagen membrane)，包括可植入结构的制备方法及可植入结构在牙齿或矫形骨再生(dental or orthopedic bone regeneration)、硬脑膜修补术(dura repair)、疝修补术(hernia repair)和需要结构植入物的类似程序中的用途。
发明背景
许多医疗程序需要将多种类型的支架或膜植入体内。这样的支架可以用于例如防止粘连、支撑某些器官或韧带和/或提供用于再生多种类型的组织诸如软骨、韧带和骨的方式。每种类型的支架都需要保留在体内持续一定的时间长度。例如，在修补疝时，支架需要永久地保留在体内，在此时间期间，它为胃壁提供机械支撑并且防止内部器官错位。这样的永久性植入的支架必须是生物相容性的，并且还需要在一定时间长度内提供支撑以及被设计成使得在其附近不引起感染等。其他类型的支架，诸如用于引导组织和骨再生的支架，需要保留在体内持续较短的时间长度，至少直到组织/骨再生已经开始，并且可能地，直到组织/骨再生已经完成。尽管这样的支架也需要防止在其附近的感染；但是与永久性植入的支架不同，它们预期不是永久性的，并且因此可以被设计成生物相容性且可生物降解的两者。
一种已知的生物相容性且可生物降解的材料的类型是胶原。胶原蛋白构成活体中约30％的蛋白质，并且起到用于骨和细胞粘附的支撑物的作用。因此，已知胶原是例如用于细胞培养底物(cell culture substrate)的有用的生物材料，以及用于再生医学的支架材料，再生医学包括软骨、骨、韧带、角膜基质和皮肤的组织工程学。胶原还被用作植入材料，例如作为伤口敷料材料、骨移植材料、止血材料或抗粘连材料。
尽管胶原是生物相容性的且因此将不会被身体排斥，并且可以防止在其附近的感染，但是由胶原制备的植入物通常不提供所需的机械支撑，并且此外，当植入物预期是永久性的时不能被使用，因为胶原植入物倾向于生物降解。此外，由于胶原膜通常由处理过的组织制备，所以将胶原与理论上可以向胶原膜提供机械力的其他材料结合的可能性受到限制。
一些类型的永久性植入物是本领域中已知的，诸如由钛、
多种类型的聚合物及类似物制备的植入物。然而，即使它们是高度生物相容性的，但在许多情况下，合成的植入物的使用带来了在其附近的感染和生物膜形成的风险，该风险需要它们的手术去除和替换。因此，需要既高度生物相容又另外防止在其附近的感染的永久性植入物。
发明概述
本发明提供了一种可植入结构，其包括至少一个生物相容性骨架支架和沉积在所述骨架的表面的至少一部分上的至少一个生物相容性且可生物降解的胶原膜。
根据一些实施方案，本发明提供了一种可植入结构，其包括至少一个生物相容性骨架支架和沉积在所述骨架的表面的至少一部分上的至少一个生物相容性且可生物降解的胶原膜；其中该膜的生物降解速率是可控的。在另一种实施方案中，基于胶原膜的密度和/或交联水平，胶原膜的降解速率是可控的。
根据一些实施方案，所述骨架支架由金属、聚合物剂(polymeric agent)及其任何组合中的至少一种形成。根据一些实施方案，所述骨架支架由钛、镍钛诺(nitinol)、聚四氟乙烯(PTFE，
不锈钢、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酯、硅或其任何组合中的至少一种形成。根据一些实施方案，所述骨架支架呈编织或非编织的网、线、杆(rod)或其任何组合的形式。
根据一些实施方案，至少一个生物相容性且可生物降解的胶原膜包括一个或更多个区域，每个区域具有不同的降解速率。根据一些实施方案，至少一个生物相容性且可生物降解的胶原膜还包含至少一种药学活性剂(pharmaceutically active agent)。根据一些实施方案，所述至少一种药学活性剂选自抗微生物剂、抗炎剂、具有组织再生诱导性质的因子及其任何组合。根据一些实施方案，所述至少一个生物相容性且可生物降解的胶原膜包含交联的胶原。根据一些实施方案，至少一个生物相容性且可生物降解的胶原膜还包括空间保持剂(space maintainer)。
本发明还提供了制备如本文中上文和下文所定义的可植入结构的方法，该方法包括：提供至少一个生物相容性骨架；将所述生物相容性骨架支架的至少一部分浸入包含胶原的溶液中；使所述胶原原纤化；以及使所述胶原交联，从而提供沉积在所述骨架的表面上的交联的胶原膜。在另一种实施方案中，通过向所述胶原上施加压力(例如1kg)来任选地压缩原纤化的胶原，从而形成具有高密度的胶原。在另一种实施方案中，胶原在交联步骤之前或之后被压缩。
根据一些实施方案，所述至少一个生物相容性且可生物降解的胶原膜的形状根据该胶原膜在其上形成的骨架支架的形状来限定。根据一些实施方案，溶液包含至少一种原纤化剂(fibrillation agent)。根据一些实施方案，所述至少一种原纤化剂选自磷酸钠或氢氧化钠。
根据一些实施方案，所述至少一个生物相容性且可生物降解的胶原膜通过酶介导的过程、热、UV辐射、包括还原糖或还原糖衍生物的化学交联剂或其任何组合中的至少一种来交联。根据一些实施方案，还原糖或还原糖衍生物包括醛或酮单糖或单糖衍生物，其中α-碳在含水溶液中处于醛或酮状态。
根据一些实施方案，所述至少一种交联剂包括甘油糖、苏糖、赤藓糖、来苏糖、木糖、阿拉伯糖、核糖、阿洛糖、阿卓糖、葡萄糖、甘露糖、古洛糖、艾杜糖、半乳糖、塔罗糖、或任何其他的二糖、三糖、四糖、戊糖、己糖、庚糖、辛糖、壬糖或癸糖、或其任何组合。
根据一些实施方案，所述至少一个生物相容性且可生物降解的胶原膜包括一个或更多个区域，其中每个区域被交联至不同的交联度。
根据一些实施方案，方法还包括洗涤所述至少一个生物相容性且可生物降解的胶原膜，以去除残留的反应物。根据一些实施方案，方法还包括使胶原膜脱水。
根据一些实施方案，本发明的所述可植入结构被用作用于牙齿或矫形骨再生、疝修补术或硬脑膜修补术的植入装置。根据一些实施方案，本发明的所述可植入结构与至少一种空间保持剂结合使用。
本发明还提供了一种试剂盒，该试剂盒包括如本文中上文和下文所定义的可植入结构。
在另一个方面中，本发明提供了一种试剂盒，该试剂盒包括至少一个生物相容性骨架支架、至少一种胶原溶液及其使用说明书。根据一些实施方案，所述试剂盒还包括至少一种原纤化剂。根据一些实施方案，所述试剂盒还包括至少一种交联剂。
附图说明
被认为是本发明的主题在说明书的结束部分被特别指出并被清楚地要求保护。然而，本发明关于组织和操作的方法以及其目的、特征和优点，在参照附图一起阅读时，通过参考以下详述可以被最好地理解。本发明的实施方案通过实例的方式被说明且不限于附图的各图，在附图中相同的附图标记指示对应的、类似的或相似的元件，并且在附图中：
图1呈现了本发明的可植入结构，其中骨架支架是金属网。
图2呈现了本发明的可植入结构，其中骨架支架是聚合物网。
图3呈现了本发明的可植入结构，其中骨架支架是钛网。
图4呈现了本发明的实施方案的三维可植入结构的实例。
发明的实施方案的详述
本发明涉及一种可植入结构，其包括至少一个生物相容性骨架支架和沉积在所述骨架的外表面的至少一部分上的至少一个生物相容性且可生物降解的胶原膜。特别地，胶原膜和骨架支架两者均是生物相容性的，而只有胶原膜是可生物降解的。因此，胶原膜主要为可植入结构提供所需的生物学性质，诸如生物相容性、生物降解和感染预防，而骨架支架主要为可植入结构提供所需的物理和结构性质，包括在一定时间长度内的机械强度。
在一些实施方案中，本发明提供了一种可植入结构，其包括至少一个生物相容性骨架支架和沉积在所述骨架的表面的至少一部分上的至少一个生物相容性且可生物降解的胶原膜；其中该膜的生物降解速率是可控的。在另一种实施方案中，基于胶原膜的密度和/或交联水平，胶原膜的降解速率是可控的。
根据一些实施方案，在本文中定义，在本发明的胶原膜内的“胶原”是纯的、未改性的胶原。胶原可以被原纤化和/或交联(因此，原纤化剂/交联剂可以在胶原内找到)。胶原与例如其他聚合物、羟基磷灰石、碳纳米管、石墨烯及类似物的复合材料从此定义中被排除。共价改性的胶原，特别是(但不仅限于)胶原与聚合物的缀合物也被排除。
当提及“可植入结构”(与术语“植入物”、“物品”、“结构”、“装置”自始至终可互换地使用)时，其应当被理解为涵盖为了再生软组织或硬组织或器官、支撑受损的软组织或硬组织或器官或增强现有的软组织或硬组织或器官而被制造的医疗装置。本发明的所述可植入结构包括提供植入物的一般结构三维形式的至少一个生物相容性骨架支架，该生物相容性骨架支架的表面被至少一个胶原膜覆盖/包覆(coat)。在一些实施方案中，只有骨架的一部分被至少一个膜覆盖/包覆。在其他实施方案中，所有的骨架被至少一个膜覆盖/包覆(在一些实施方案中，这还包括在所述骨架支架内的空隙和内部空间或孔)。
当提及涉及在所述骨架的表面的至少一部分上沉积至少一个胶原膜的术语“沉积”时，其应当被理解为涵盖以任何化学形式或机械形式或其组合的任何可能的沉积形式，包括包覆、覆盖、浸渍、所述膜的形成、安置(putting)、放置(placing)及其任何组合。
根据一些实施方案，在可植入结构植入之后围绕可植入结构的组织随着时间至少部分地再生，使得其替换胶原膜。因此，胶原膜可以为周围组织提供生长到其中的必需的结构。这可能是必要的，例如当骨架支架提供支撑，但是不能提供周围组织(例如骨)预期填充的体积时。因此，随着胶原膜降解，周围组织可以占据它的位置，基本上是围绕内部支架来构建。
根据一些实施方案，可植入结构中的胶原膜被制备，使得其是高度骨促进作用的(osteo-promotive)。注意，术语“高度骨促进作用的”意指涵盖这样的胶原膜，当在其附近存在骨细胞，即使也存在其他类型的细胞时，该胶原膜特别地促进骨细胞的生长；然而，如果不存在骨细胞，则不是骨细胞的其他类型的组织再生，占据生物降解的胶原的位置。例如，如果本发明的可植入结构被植入口腔中在骨材料和牙龈之间，随着时间的推移，随着胶原膜的生物降解，骨细胞将替换胶原膜，甚至在膜的邻近牙龈组织的一侧上替换胶原膜。此外，例如，如果根据本发明的可植入结构被植入以便修补颅骨，并且因此被放置在颅骨和覆盖它的皮肤之间，则生物降解的胶原膜将被骨细胞替换，甚至在膜的邻近皮肤的一侧上被替换。尽管如此，如果根据本发明的可植入结构被植入到仅存在软组织的地方，例如当修补疝时，则胶原膜将随着时间的推移被周围的软组织替换。
根据一些实施方案，骨架支架完全是内部的，即它完全被本发明的结构的胶原膜覆盖。因此，可以防止容易在植入物的附近发生的感染，特别是接近植入时间时的感染，因为唯一暴露于身体的材料是高度生物相容性的胶原膜。胶原膜还可以实现骨架支架的较慢的暴露，从而降低组织对植入的外来结构的响应。由于胶原膜的高生物相容性，还可以防止植入物的排斥。
根据一些实施方案，胶原膜是可生物降解的，并且因此，本发明的可植入结构是部分可生物降解的。一旦至少部分地生物降解，骨架支架就被暴露；然而，由于本发明的可植入结构已经处在原位持续一段时间并且组织已经愈合，因此感染的风险是低的。根据一些实施方案，胶原膜在约3-24个月内被生物降解。根据一些实施方案，胶原膜在约4-8个月内被生物降解。根据一些实施方案，胶原膜在约5-7个月内被生物降解。根据一些实施方案，胶原膜在约3-10个月内被生物降解。根据一些实施方案，胶原膜在约10-17个月内被生物降解。根据一些实施方案，胶原膜在约17-24个月内被生物降解。根据一些实施方案，胶原膜在约六个月内被生物降解。注意，当超过约70％、80％、90％或95％被降解时，胶原膜被认为是生物降解的。
根据一些实施方案，骨架支架由以下中的至少一种制备：钛，镍钛诺，不锈钢，任何类型的聚合物诸如聚四氟乙烯(PTFE，
)、聚丙烯、聚酯、聚苯乙烯，硅或其任何组合。
根据一些实施方案，骨架支架呈任何合适的形式，诸如呈穿孔表面，编织或非编织的网、线、杆及类似物或其任何组合的形式。骨架支架或其任何部分的厚度可以在约0.05mm-1.0mm的范围内。骨架支架或其任何部分的厚度可以在约0.2mm-2.0mm的范围内。骨架支架或其任何部分的厚度可以在约1.0mm-3.0mm的范围内。骨架支架或其任何部分的厚度可以在约3.0mm-5.0mm的范围内。骨架支架或其任何部分的厚度可以在约5.0mm-7.0mm的范围内。骨架支架的形状可以根据本发明的包括骨架支架的可植入结构的所需形状来设计，其可以是任何合适的形状，包括片、圆柱体、多于一个圆柱体、棱柱体、多于一个棱柱体、立方体(cuboid)、多于一个立方体、长方体(rectangular cuboid)、多于一个长方体、圆盘、塞、其任何组合及类似形状。骨架支架的尺寸可以根据包括骨架支架的胶原膜的所需尺寸来设计，取决于其最终用途，其可以是任何合适的尺寸。根据一些实施方案，本发明的可植入结构的尺寸在0.5cm2-50 cm2的范围内。根据一些实施方案，本发明的可植入结构的尺寸在0.5cm2-1.0cm2的范围内。根据一些实施方案，本发明的可植入结构的尺寸在1.0cm2-5.0cm2的范围内。根据一些实施方案，本发明的可植入结构的尺寸在5.0cm2-20 cm2的范围内。根据一些实施方案，本发明的可植入结构的尺寸在20cm2-50 cm2的范围内。根据一些实施方案，本发明的可植入结构的尺寸可以在制备之后被改变，例如通过切割或修剪。根据一些实施方案，如果本发明的可植入结构的尺寸在其制备之后被改变，则本发明的可植入结构可以经历通过胶原覆盖骨架支架的任何暴露的端部的另外的过程，如本文详述的。
本发明还提供了一种制备可植入结构的方法，该可植入结构包括至少一个生物相容性骨架支架和沉积在所述骨架的表面的至少一部分上的至少一个生物相容性胶原膜，所述方法包括：提供至少一个生物相容性骨架；将所述生物相容性骨架支架的至少一部分浸入包含胶原的溶液中；使所述胶原原纤化；以及使所述胶原交联，从而提供沉积在所述骨架的表面上的交联的胶原膜。
在另一种实施方案中，通过向所述胶原上施加压力(例如1kg)来任选地压缩原纤化的胶原，从而形成具有高密度的胶原。在另一种实施方案中，胶原在交联步骤之前或之后被压缩。
本发明还提供了一种制备可植入结构的方法，该可植入结构包括至少一个生物相容性骨架支架和至少一个生物相容性胶原膜，其中胶原膜包括沉积在所述骨架的表面的至少一部分上的不同交联水平/区域的所述膜，由此，所述膜的降解速率是可控的，该方法包括：
a)提供至少一个生物相容性骨架；将所述生物相容性骨架支架的至少一部分浸入包含胶原的溶液中；使所述胶原原纤化；以及使所述胶原交联，从而提供沉积在所述骨架的表面上的交联的胶原膜；以及
b)将胶原沉积的膜部分地浸入交联溶液中(其中只有一部分的胶原沉积的膜暴露于交联溶液)；从而提供包括至少一个生物相容性骨架支架和至少一个生物相容性胶原膜的可植入结构，其中胶原膜包括沉积在所述骨架的表面的至少一部分上的不同交联水平/区域的所述膜，由此，所述膜的降解速率是可控的。
注意，除非另外特别提及，否则自始至终所述至少一个胶原膜被沉积在骨架支架的表面的至少一部分上。在一些实施方案中，所述至少一个胶原膜被沉积在所述骨架支架的所有表面上。当提及所述骨架支架的表面时，其应当被理解为包括包覆所述骨架的外表面的胶原膜，但是还可以包括骨架的内表面的包覆层，并且穿过骨架支架和/或骨架支架所包括的任何穿孔。例如，如果骨架支架呈网的形式，在一些实施方案中，所制备的胶原膜在所有侧面上包覆网并且还在网的孔中形成，使得胶原膜穿过这些孔从网的一侧到达另一侧。
根据一些实施方案，胶原膜的形状根据骨架支架的形状来限定，因此，根据上文的方法获得和利用的骨架支架具有根据所制备的胶原膜的所需形状来限定的形状。
根据一些实施方案，胶原溶液包含至少一种原纤化剂。溶液中的胶原可以通过本领域中已知的任何方法来原纤化和交联，其中在原纤化和交联期间骨架支架存在于溶液中导致胶原膜包覆骨架支架。
根据一些实施方案，胶原通过中和其pH而被原纤化，例如借助于具有中性或碱性pH的缓冲溶液。根据一些实施方案，原纤化剂可以包括一种或更多种碱和/或盐，诸如磷酸钠、Tris HCl、氢氧化钾或氢氧化钠。
一旦胶原被原纤化，它就可以根据本领域中任何已知的方法来交联。根据一些实施方案，胶原通过酶介导的过程、通过物理处理(例如，热、UV辐射)或借助于化学交联剂中的至少一种来交联，其中交联剂包括还原剂，诸如还原糖或还原糖衍生物、或其任何组合。
根据一些实施方案，至少一种交联剂包括醛或酮单糖或单糖衍生物，其中α-碳在含水溶液中处于醛或酮状态。根据一些实施方案，至少一种交联剂包括如通过引用并入本文的US 6,346,515中详述的化合物和试剂。如其中所详述的，还原糖可以与胶原分子的氨基酸中的α氨基基团或ε氨基基团形成席夫碱。然后，席夫碱可以经历阿马多里重排以形成酮胺产物。然后，两个相邻的酮胺基团可以缩合以形成稳定的分子间交联或分子内交联。
至少一种还原剂选自例如甘油糖、苏糖、赤藓糖、来苏糖、木糖、阿拉伯糖、核糖、阿洛糖、阿卓糖、葡萄糖、甘露糖、古洛糖、艾杜糖、半乳糖、塔罗糖、或任何其他的二糖、三糖、四糖、戊糖、己糖、庚糖、辛糖、壬糖或癸糖、或其任何组合。例如，当交联剂包括核糖时，可以形成经由戊糖素基团的稳定的交联。
如上文详述的，本发明的可植入结构包括至少一个胶原膜和骨架支架，其中，在一定时间段之后，在当骨架支架附近的感染不太可能发生时的时间，胶原膜生物降解，将骨架支架留在原位以提供支撑及类似的作用。根据一些实施方案，胶原膜的降解速率可以通过胶原原纤维之间的交联的程度来控制。交联的程度可以例如通过在胶原原纤维暴露于至少一种交联剂期间的至少一种交联剂的浓度、温度和时间来控制。根据一些实施方案，交联可以以在约0.01％-5％的范围内的至少一种交联剂的浓度进行。根据一些实施方案，交联可以在约20℃-40℃的温度范围内进行。根据一些实施方案，交联可以进行持续约6小时-360小时的持续时间范围。
根据一些实施方案，通过将至少一种交联剂引入胶原溶液中，使胶原原纤维与至少一种交联剂接触。根据一些实施方案，胶原原纤维可以被放置在容器中，该容器允许仅部分胶原原纤维暴露于至少一种交联剂。例如，至少一种交联剂可以仅添加到容器的部分中，仅允许胶原原纤维的所需部分暴露于至少一种交联剂。根据其他实施方案，通过将在内部支架周围形成的胶原原纤维浸入交联溶液中使胶原原纤维与至少一种交联剂接触，使得仅部分或全部的胶原原纤维可以与至少一种交联剂接触。根据一些实施方案，制备胶原膜，使得当期望胶原被骨组织替换时，预期在骨组织方向上被植入的胶原膜的部分以高于预期在远离骨组织的方向的胶原膜的部分的速率降解。
在一些实施方案中，本发明的所述可植入结构包括至少两个胶原膜。在一些实施方案中，所述至少两个胶原膜是相同的。在其他实施方案中，所述至少两个胶原膜是不同的(例如具有不同的密度，使得最靠近骨架的内膜比更远离骨架支架的外膜具有较低/较高的密度，因此具有较高/较低的密度)。
在一些实施方案中，本发明的可植入结构包括至少一个具有不同密度的胶原膜。在一些实施方案中，胶原膜的密度在内膜(更靠近骨架)中较高而在外膜(更远离骨架)中较低。在一些实施方案中，胶原膜的密度在内膜(更靠近骨架)中较低而在外膜中较高。不同的密度是由于包括“压缩步骤”的、用于制备可植入结构的工艺，该压缩步骤产生胶原膜的不同密度区域。在一些实施方案中，根据本发明的方法，“压缩步骤”(例如1Kg)在交联步骤之前或之后进行。在一些实施方案中，胶原膜的不同密度区域/水平导致降解速率的梯度。
根据一些实施方案，制备胶原膜，使得其多个区域以不同的降解速率降解。例如，使被设计成以较慢速率降解的某些区域在膜的其他区域之前与至少一种交联剂接触持续一定时间段，在这之后使整个膜与至少一种交联剂接触。因此，与至少一种交联剂接触持续较长时间段的区域具有较高的交联度，并且因此，以较慢的速率降解。在一些实施方案中，胶原膜的不同交联度导致降解速率的梯度。
根据一些实施方案，本发明的胶原膜包括具有不同交联度、不同密度或两者的区域。在其他实施方案中，基于胶原的交联度和/或其密度，胶原膜的降解速率是可控的。
根据一些实施方案，一旦胶原被交联，包括骨架支架的所制备的胶原膜就被洗涤以去除反应物的残余物，诸如原纤化剂、交联剂、未交联的胶原及类似物。根据另外的实施方案，胶原膜然后通过任何合适的方式被脱水，诸如压缩、空气干燥、冷冻干燥、临界点干燥或其任何组合。设计干燥程序，使得胶原膜保持其三维形状，并且使得该程序不影响胶原膜中的胶原组分生物降解的能力。干燥程序可以另外使胶原膜灭菌并且使其干燥，有效地延长其贮藏寿命。
根据一些实施方案，胶原膜可以包含具有多种治疗效果的至少一种药学活性剂。根据一些实施方案，至少一种药学活性剂通过至少一种交联剂例如还原糖、或通过其与胶原结合的自然趋势被固定在胶原膜内。在胶原膜的逐渐生物降解期间，这样的至少一种药学活性剂逐渐释放到体内。这样的至少一种药学活性剂可以包括抗微生物剂、抗炎剂、具有组织再生诱导性质的生长因子及类似物，以及它们的任何组合。
抗微生物剂可以包括青霉素、头孢菌素类、四环素类、链霉素、庆大霉素、磺胺类和咪康唑。抗炎剂可以包括可的松、其合成衍生物及类似物。组织再生诱导因子可以包括分化因子、骨形态发生蛋白、附着因子(attachment factor)和生长因子，诸如成纤维细胞生长因子、血小板衍生生长因子、转化生长因子、牙骨质生长因子、胰岛素样生长因子及类似物。
根据一些实施方案，本发明的可植入结构可以与空间保持材料(“空间保持剂”)结合使用。术语“结合”意图涵盖其中空间保持剂与胶原膜相邻、通过任何合适的方式附着于胶原膜、或者并入胶原膜的胶原组分中的使用。
为了保持其中再生细胞可以迁移和重新繁殖(repopulate)的空间，在一些程序中可以使用空间保持剂。在一些情况下，这样的空间是自然出现的，例如，当从骨上切除肿瘤时。在其他情况下，这样的空间是不可用的，例如，在多种类型的牙周损伤或骨损伤中。在这样的情况下，可能需要在胶原膜和再生组织之间插入填充材料。空间保持剂的实例是(i)透明质酸(hyaluronan)(透明质酸(hyaluronic acid))，(ii)矿化的冻干骨(mineralizedfreeze dried bone)，(iii)脱蛋白骨(deproteinazed bone)，(iv)合成的羟基磷灰石，(v)富含骨钙素或玻连蛋白的、不同于(ii)-(iv)中提及的那些的结晶材料，以及(vi)热处理的脱矿骨(demineralized bone)，其中骨衍生的物质可以是人类来源的。任何以上的空间保持剂的组合也是可能的，诸如透明质酸与一种或更多种其他空间保持剂的组合。
对于取决于再生部位的尺寸、形式和位置的多种应用，空间保持剂可以富含上文提及的抗菌因子、抗炎因子和组织诱导因子中的一种或更多种；和/或富含预期有助于保持空间保持剂基质的形状的物质，例如选自包括胶原、纤维蛋白、纤连蛋白、骨粘连蛋白、骨桥蛋白、腱生蛋白(tenascin)、血小板反应蛋白的组的一种或更多种基质蛋白；和/或糖胺聚糖，包括硫酸肝素、硫酸皮肤素、硫酸软骨素、硫酸角质素及类似物。
根据一些实施方案，本发明的可植入结构被设计成使得其填充组织将在其中再生的空间。因此，空间保持剂的使用可能不是必须的，因为组织可以再生并且替换生物降解的胶原组分。根据一些实施方案，如本文详述的，本发明的可植入结构可以被制备成具有任何尺寸或形状，特别是根据内部支架的尺寸和形状限定的尺寸或形状。为了使本发明的可植入结构填充一定的体积，它可以由被设计成占据预定体积的骨架支架来制备。例如，骨架支架可以被制备成具有任何形状和尺寸的三维实体，其中胶原膜覆盖内部支架的所有侧面和内部体积。例如，骨架支架可以由网制备，该网被形成为若干相邻的圆柱体、球体、棱柱体或其任何组合的形状，或者任何波浪形或三维或部分三维的形状。根据一些实施方案，胶原膜可以包覆骨架支架，并且可以填充或可以不填充骨架支架的任何或全部的内部体积和/或空隙，例如网状圆柱体(mesh cylinder)的内部体积。当植入时，随着时间的推移，任何周围组织都可能替换生物降解的胶原膜，包括在由骨架支架形成的任何内部体积中的胶原膜。图4中呈现了包含内部体积的三维骨架支架的实例。
本发明还涉及一种包括可植入结构的试剂盒，该可植入结构包括骨架支架和至少一个胶原膜。本发明还提供了一种试剂盒，该试剂盒包括至少一个生物相容性骨架支架、至少一种胶原溶液及其使用说明书。根据一些实施方案，试剂盒还包括交联剂、原纤化剂或两者中的至少一种。另外的实施方案涉及可植入结构作为植入装置的用途，所述植入装置例如牙齿或矫形骨再生植入装置、疝修补术植入装置、硬脑膜修补术植入装置。例如，胶原膜可以用于修补颅骨骨折以及骨不连骨折(nonunion fracture)。
参照图1-图3，呈现了根据本发明的可植入结构的实施方案。图1示出了一种可植入结构(100)，其中胶原膜(101和103)覆盖内部骨架支架的外表面并且进一步缠绕在其中，所述骨架支架是金属网(102)。图2示出了一种可植入结构(200)，其具有作为骨架支架的聚合物网(202)和覆盖该网并且进一步缠绕在其中的胶原膜(201)。在图3中，本发明的可植入结构(300)由钛网(302)的骨架支架和胶原膜(301)形成，该胶原膜覆盖该网并且进一步缠绕在其中。图4呈现了本发明的三维可植入结构(400)的实例，其具有外表面(401)和内部空隙(402)，尽管未示出，但是形成本发明的植入物的三维结构的骨架支架网覆盖有胶原膜并且胶原膜进一步缠绕在其中。
为了更好地理解可以如何实施本发明，提供以下实施例，以下实施例展示根据本公开内容的工艺。
实施例
实施例1-在生物相容性骨架上制备具有不同密度的胶原膜
将640ml的胶原的等分试样与60ml的包含200mM磷酸钠、具有pH11.2的原纤化缓冲液混合。在短暂混合之后，将胶原倒入11cm×16cm的模制板(molding plate)中。将不锈钢网浸没直到离底部约1.7cm的地方。允许原纤化在37℃进行持续18小时。所得到的凝胶在37℃使用1Kg重量压缩持续20小时。将胶原/不锈钢网在37℃，在1％核糖、70％乙醇和29％PBS的介质中交联持续11天。然后将所制备的胶原膜用水洗涤并且通过冻干干燥。图1呈现了所制备的胶原膜。
使用聚合物网代替不锈钢网遵循相同的程序，提供了图2中呈现的胶原膜。此外，使用钛网遵循相同的程序，提供了图3中呈现的胶原膜。
实施例2-在生物相容性骨架上制备具有不同交联度和不同密度的胶原膜
为了制备具有慢速率降解区域和高速率降解区域的胶原膜，将640ml的胶原的等分试样与60ml的包含200mM磷酸钠、具有pH 11.2的原纤化缓冲液混合。在短暂混合之后，将胶原倒入模制板中。将不锈钢网浸入溶液中。允许原纤化在37℃进行持续18小时。将所得到的凝胶在37℃使用1Kg重量压缩持续20小时。将胶原/不锈钢网在1％核糖、70％乙醇和29％PBS的介质中交联。
为了在网上形成不均匀的胶原膜，首先将整个胶原/不锈钢网浸入37℃的交联介质中持续约5天-10天的时间段。在预定的时间段之后，例如通过将形成的膜悬浮在介质的表面上，使得其一面在介质中/介质上并且其另一面暴露于周围大气，将形成的膜从交联介质中部分地去除。通过任何合适的方式将网保持在原位持续约5天-10天，使得胶原在与介质接触的网的一侧或部分上继续交联，但是在不与介质接触的网的一侧或部分上不继续交联。因此，胶原组分在网上不均匀地形成，其中其一侧的交联度高于另一侧的交联度。因此，形成了两个区域—一个具有高交联度并且因此慢降解速率，并且另一个具有相对低的交联度并且因此高降解速率。
然后，将形成的胶原膜用水洗涤并且通过冻干干燥。使用聚合物网或钛代替不锈钢网，遵循相同的程序。
虽然本发明的某些特征已经在本文中被说明和描述，但是许多修改、替换、变化和等效物可以被本领域技术人员想到。因此，应当理解，所附权利要求意图涵盖落在本发明的真实精神内的所有这样的修改和变化。
Claims (21)
1.一种可植入结构，包括至少一个生物相容性骨架支架和沉积在所述骨架的表面的至少一部分上的至少一个生物相容性且可生物降解的胶原膜；其中所述膜的生物降解速率是可控的。
2.根据权利要求1所述的可植入结构，其中所述骨架支架由钛、镍钛诺、聚四氟乙烯(PTFE，
)、不锈钢、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酯、硅或其任何组合中的至少一种形成。
3.根据权利要求1所述的可植入结构，其中所述骨架支架呈编织或非编织的网、线、杆或其任何组合的形式。
4.根据权利要求1所述的可植入结构，其中所述胶原膜还包含至少一种药学活性剂。
5.根据权利要求4所述的可植入结构，其中所述药学活性剂选自抗微生物剂、抗炎剂、具有组织再生诱导性质的因子及其任何组合。
6.根据权利要求1所述的可植入结构，其中所述胶原膜包含交联的胶原。
7.根据权利要求1所述的可植入结构，还包括空间保持剂。
8.一种制备根据权利要求1至7所述的可植入结构的方法，所述方法包括：提供至少一个生物相容性骨架；将所述生物相容性骨架支架的至少一部分浸入包含胶原的溶液中；使所述胶原原纤化；以及使所述胶原交联，从而提供沉积在所述骨架的所述表面上的交联的胶原膜。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述溶液包含至少一种原纤化剂。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述至少一种原纤化剂选自磷酸钠、Tris HCl、氢氧化钾或氢氧化钠。
11.根据权利要求8所述的方法，其中所述胶原通过酶介导的过程、热、UV辐射、至少一种交联剂或其任何组合中的至少一种被交联。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述至少一种交联剂选自甘油糖、苏糖、赤藓糖、来苏糖、木糖、阿拉伯糖、核糖、阿洛糖、阿卓糖、葡萄糖、甘露糖、古洛糖、艾杜糖、半乳糖、塔罗糖、或任何其他的二糖、三糖、四糖、戊糖、己糖、庚糖、辛糖、壬糖或癸糖、或其任何组合。
13.根据权利要求8所述的方法，其中所述胶原包括一个或更多个区域，其中每个区域被交联至不同的交联度。
14.根据权利要求8所述的方法，还包括洗涤所述胶原膜以去除残留的反应物。
15.根据权利要求8的方法，还包括使所述胶原膜脱水。
16.根据权利要求1至7中任一项所述的可植入结构，用于在牙齿或矫形骨再生、疝修补术、硬脑膜修补术及其任何组合中的至少一种中使用。
17.根据权利要求1至7中任一项所述的可植入结构，用于与至少一种空间保持剂结合使用。
18.一种试剂盒，包括根据权利要求1至7中任一项所述的可植入结构。
19.一种试剂盒，包括至少一个生物相容性骨架支架、至少一种胶原溶液及其使用说明书。
20.根据权利要求19所述的试剂盒，其中所述试剂盒还包括至少一种原纤化剂。
21.根据权利要求19所述的试剂盒，其中所述试剂盒还包括至少一种交联剂。
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