CN114401752B - 具有受控氧扩散距离的细胞封装装置 - Google Patents

Abstract

提供用于生物体和/或细胞群的细胞封装装置，其包含至少一种生物相容性膜复合材料。细胞封装装置减轻或调整宿主的异物反应，从而能够在细胞不可渗透表面形成足够的血管。另外，封装装置具有足以使封装的细胞存活的氧扩散距离，使得细胞能够分泌治疗有用的物质。生物相容性膜复合材料由细胞不可渗透层和缓解层形成。细胞封装装置通过细胞封装装置的设计或通过使用内腔控制机制来保持最佳的氧扩散距离。内腔控制机制包括也是营养物不可渗透层的加强组件，内部结构柱，内部张紧构件和/或内部细胞置换核。

Description

具有受控氧扩散距离的细胞封装装置

技术领域

本发明涉及可植入医疗装置领域，尤其涉及具有受控氧扩散距离的细胞封装装置及其用途。

背景技术

生物疗法是治疗外周动脉疾病、动脉瘤、心脏病、阿尔茨海默病和帕金森病、自闭症、失明、糖尿病和其他疾病的越来越可行的方法。

对于一般的生物疗法，细胞、病毒、病毒载体、细菌、蛋白质、抗体和其他生物活性实体可以通过将生物活性部分置于患者组织床中的手术或其他介入方法引入患者体内。生物活性实体可以首先放置在装置中，然后再插入患者体内。或者，可以先将装置插入患者体内，然后再添加生物活性实体。

为了维持具有活力和生产力的生物活性实体(例如细胞)群，生物活性实体必须保持对通过宿主血管输送的营养物质(例如氧)的获取。为了最大限度地提高植入的封装细胞的活力和生产力，有必要通过确保血管的形成尽可能接近细胞从而使氧和营养物质被输送到植入的封装细胞所需的扩散距离和时间最小化来最大限度地获取氧和营养物质源。

将外部装置(例如，细胞封装装置)植入体内会触发免疫反应，在该免疫反应中异物巨细胞形成并至少部分地包封植入的装置。在植入的细胞封装装置的表面处或附近存在异物巨细胞使得血管在靠近封装细胞的地方很难形成(如果不是不可能形成的话)，从而限制对维持封装细胞活力和健康所需的氧和营养物质的获取。

本领域仍然需要一种细胞封装装置，该装置提供植入的细胞与宿主免疫细胞的充分免疫隔离，同时减轻或调整异物反应，使得在细胞不可渗透的界面处能够形成足够的血管。还需要提供最佳氧扩散距离的装置，以使界面处的血管最大程度地提高植入细胞存活和分泌治疗有用物质的能力。

发明内容

在一个方面(“方面1”)中，细胞封装装置包括(1)第一生物相容性膜复合材料和第二生物相容性膜复合材料，所述第一生物相容性膜复合材料沿其外周的一部分与第二生物相容性膜复合材料沿其外周的一部分相密封以在其中限定至少一个内腔，和(2)至少一个与所述内腔流体连通的填充管，其中第一生物相容性膜复合材料和第二生物相容性膜复合材料中的至少一者包括第一层和第二层，所述第二层具有实体特征体，所述实体特征体的大部分实体特征体间距小于约50微米，其中封装装置的大部分氧扩散距离小于300微米。

根据方面1的进一步的另一方面(“方面2”)，第一层的单位面积质量(MpA)小于约5g/m²。

根据方面1或方面2的进一步的另一方面(“方面3”)，第一层具有小于约1微米的MPS(最大孔径)。

根据方面1到方面3中任一方面的进一步的另一方面(“方面4”)，第一生物相容性膜复合材料和第二生物相容性膜复合材料中的至少一者在最弱轴上具有大于40N/m的最大拉伸载荷。

根据方面1到方面4中任一方面的进一步的另一方面(“方面5”)，第一层具有大于约50％的第一孔隙率。

根据方面1到方面5中任一方面的进一步的另一方面(“方面6”)，第二层具有大于约60％的第二孔隙率。

根据方面1到方面6中任一方面的进一步的另一方面(“方面7”)，第二层具有小于约200微米的厚度。

根据方面1到方面7中任一方面的进一步的另一方面(“方面8”)，第二层的实体特征体各自包括代表性短轴、代表性长轴和实体特征体深度，其中第二层的代表性短轴、代表性长轴和实体特征体深度中的至少两者的大部分大于约5微米。

根据方面1到方面8中任一方面的进一步的另一方面(“方面9”)，第二层具有有效直径为约1微米至约9微米的孔径。

根据方面1到方面9中任一方面的进一步的另一方面(“方面10”)，实体特征体通过原纤维连接并且原纤维是可变形的。

根据方面1到方面10中任一方面的进一步的另一方面(“方面11”)，与第一层接触的第一实体特征体的至少一部分是结合的实体特征体。

根据方面1到方面11中任一方面的进一步的另一方面(“方面12”)，大部分结合的特征体的实体特征体尺寸为约3微米到约20微米。

根据方面1到方面12中任一方面的进一步的另一方面(“方面13”)，第一层和第二层紧密结合。

根据方面1到方面13中任一方面的进一步的另一方面(“方面14”)，第一层和第二层中的至少一者包括聚合物、含氟聚合物膜、非含氟聚合物膜、织造纺织品、非织造纺织品、纤维或纱线的织造或非织造集合、纤维基质、纺粘非织造材料以及它们的组合。

根据方面1到方面14中任一方面的进一步的另一方面(“方面15”)，第一层和第二层中的至少一者是选自以下的聚合物：膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)膜、氟化乙烯丙烯(FEP)膜和改性的ePTFE膜。

根据方面1到方面15中任一方面的进一步的另一方面(“方面16”)，第一层和第二层中的至少一者是膨胀聚四氟乙烯膜。

根据方面1到方面16中任一方面的进一步的另一方面(“方面17”)，第二层包括纺织品和非含氟聚合物膜中的至少一种。

根据方面17的进一步的另一方面(“方面18”)，纺织品选自织造纺织品、非织造纺织品、纺粘材料、熔喷纤维材料和电纺纳米纤维。

根据方面17的进一步的另一方面(“方面19”)，非含氟聚合物膜选自聚偏二氟乙烯、纳米纤维、聚砜、聚醚砜、聚芳砜、聚醚醚酮、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺以及它们的组合。

根据方面1到方面19中任一方面的进一步的另一方面(“方面20”)，第二层包括膨胀聚四氟乙烯。

根据方面1到方面20中任一方面的进一步的另一方面(“方面21”)，第二层包括节点，其中所述节点是实体特征体。

根据方面1到方面21中任一方面的进一步的另一方面(“方面22”)，包括加强组件。

根据方面22的进一步的另一方面(“方面23”)，加强组件是外部加强组件。

根据方面23的进一步的另一方面(“方面24”)，外部加强组件的刚度为约0.01N/cm至约3N/cm。

根据方面23或方面24的进一步的另一方面(“方面25”)，外部加强组件包括纺粘聚酯非织造材料。

根据方面23到方面25中任一方面的进一步的另一方面(“方面26”)，外部加强组件是聚酯织造网。

根据方面22的进一步的另一方面(“方面27”)，其中，加强组件是内部加强组件。

根据方面27的进一步的另一方面(“方面28”)，包括内部加强组件。

根据方面27或方面28的进一步的另一方面(“方面29”)，内部加强组件是细胞和营养物不可渗透的层。

根据方面27到方面29中任一方面的进一步的另一方面(“方面30”)，内部加强组件基本居中地位于封装装置内并将内腔基本对半分开。

根据方面27到方面30中任一方面的进一步的另一方面(“方面31”)，内部加强组件在其上具有结构柱。

根据方面1到方面31中任一方面的进一步的另一方面(“方面32”)，包括在第一生物相容性膜复合材料和第二生物相容性膜复合材料之间的点结合。

根据方面1到方面32中任一方面的进一步的另一方面(“方面33”)，包括在加强组件与第一生物相容性膜复合材料和第二生物相容性膜复合材料中的至少一者之间的点结合。

根据方面1到方面33中任一方面的进一步的另一方面(“方面34”)，包括直径约1mm且彼此间隔约0.5mm至约9mm的点结合。

根据方面1到方面34中任一方面的进一步的另一方面(“方面35”)，包括设置在内腔中的细胞置换核(cell displacing core)。

根据方面1到方面35中任一方面的进一步的另一方面(“方面36”)，包括将第一生物相容性膜复合材料与第二生物相容性膜复合材料互连的聚合物结构间隔物。

根据方面1到方面36中任一方面的进一步的另一方面(“方面37”)，封装装置由搭接缝、对接缝或鳍缝(fin seam)中的一种或多种形成。

根据方面1到方面37中任一方面的进一步的另一方面(“方面38”)，包括位于内腔内的结构间隔物以保持所需的内腔厚度。

根据方面1到方面38中任一方面的进一步的另一方面(“方面39”)，封装装置具有彼此间隔小于9mm的熔接间距。

根据方面1到方面39中任一方面的进一步的另一方面(“方面40”)，与第一层接触的第二层的实体特征体的至少一部分是结合的实体特征体。

根据方面1到方面40中任一方面的进一步的另一方面(“方面41”)，第二层具有有效直径为约1微米至约9微米的孔径。

根据方面1到方面41中任一方面的进一步的另一方面(“方面42”)，封装装置具有在其上的表面涂层，其中所述表面涂层是选自以下的一种或多种：抗微生物剂、抗体、药物和生物活性分子。

根据方面1到方面41中任一方面的进一步的另一方面(“方面43”)，封装装置具有在其上的亲水性涂层。

在一个方面(“方面44”)中，封装装置包括(1)至少一个生物相容性膜复合材料，该生物相容性膜复合材料沿其外周的一部分密封，以在其中限定至少一个内腔，该内腔具有相对的表面，和(2)至少一个与所述内腔流体连通的填充管，其中至少一个生物相容性膜复合材料包括第一层和第二层，所述第二层的大部分实体特征体的大部分实体特征体间距小于约50微米，其中最大氧扩散距离为约25微米至约500微米。

根据方面44的进一步的另一方面(“方面45”)，第一层的单位面积质量(MpA)小于约5g/m²。

根据方面44或方面45的进一步的另一方面(“方面46”)，第一层具有小于约1微米的MPS(最大孔径)。

根据方面44到方面46中任一方面的进一步的另一方面(“方面47”)，至少一个生物相容性膜复合材料在最弱轴上的最大拉伸载荷大于40N/m。

根据方面44到方面47中任一方面的进一步的另一方面(“方面48”)，第一层具有大于约50％的第一孔隙率。

根据方面44到方面48中任一方面的进一步的另一方面(“方面49”)，第二层具有大于约60％的第二孔隙率。

根据方面44到方面49中任一方面的进一步的另一方面(“方面50”)，第二层具有小于约200微米的厚度。

根据方面44到方面50中任一方面的进一步的另一方面(“方面51”)，第二层的实体特征体各自包括代表性短轴、代表性长轴和实体特征体深度，其中第二层的代表性短轴、代表性长轴和实体特征体深度中的至少两者的大部分大于约5微米。

根据方面44到方面51中任一方面的进一步的另一方面(“方面52”)，第二层具有有效直径为约1微米至约9微米的孔径。

根据方面44到方面52中任一方面的进一步的另一方面(“方面53”)，实体特征体通过原纤维连接并且原纤维是可变形的。

根据方面44到方面53中任一方面的进一步的另一方面(“方面54”)，与第一层接触的第一实体特征体的至少一部分是结合的实体特征体。

根据方面54的进一步的另一方面(“方面55”)，结合的特征体的大部分具有约3微米至约20微米的代表性短轴。

根据方面44到方面55中任一方面的进一步的另一方面(“方面56”)，第一层和第二层紧密结合。

根据方面44到方面56中任一方面的进一步的另一方面(“方面57”)，第一层和第二层中的至少一者包括聚合物、含氟聚合物膜、非含氟聚合物膜、织造纺织品、非织造纺织品、纤维或纱线的织造或非织造集合、纤维基质、纺粘非织造材料以及它们的组合。

根据方面44到方面57中任一方面的进一步的另一方面(“方面58”)，第一层和第二层中的至少一者是选自以下的聚合物：膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)膜、氟化乙烯丙烯(FEP)膜和改性的ePTFE膜。

根据方面44到方面58中任一方面的进一步的另一方面(“方面59”)，第一层和第二层中的至少一者是膨胀聚四氟乙烯膜。

根据方面44到方面59中任一方面的进一步的另一方面(“方面60”)，第二层包括纺织品和非含氟聚合物膜中的至少一种。

根据方面60的进一步的另一方面(“方面61”)，纺织品选自织造纺织品、非织造纺织品、纺粘材料、熔喷纤维材料和电纺纳米纤维。

根据方面60的进一步的另一方面(“方面62”)，非含氟聚合物膜选自聚偏二氟乙烯、纳米纤维、聚砜、聚醚砜、聚芳砜、聚醚醚酮、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺以及它们的组合。

根据方面44到方面62中任一方面的进一步的另一方面(“方面63”)，第二层包括膨胀聚四氟乙烯。

根据方面44到方面63中任一方面的进一步的另一方面(“方面64”)，第二层包括节点，所述节点是实体特征体。

根据方面44到方面64中任一方面的进一步的另一方面(“方面65”)，包括加强组件。

根据方面65的进一步的另一方面(“方面66”)，加强组件是在第二层上的外部加强组件。

根据方面65或方面66的进一步的另一方面(“方面67”)，外部加强组件的刚度为约0.01N/cm至约3N/cm。

根据方面65到方面67中任一方面的进一步的另一方面(“方面68”)，外部加强组件包括纺粘聚酯非织造材料。

根据方面65到方面68中任一方面的进一步的另一方面(“方面69”)，外部加强组件是聚酯织造网。

根据方面65的进一步的另一方面(“方面70”)，包括内部加强组件。

根据方面70的进一步的另一方面(“方面71”)，内部加强组件的刚度为约0.05N/cm至约5N/cm。

根据方面70或方面71的进一步的另一方面(“方面72”)，内部加强组件是细胞和营养物不可渗透的加强组件。

根据方面70到方面72中任一方面的进一步的另一方面(“方面73”)，内部加强组件基本居中地位于封装装置内并将内腔基本对半分开。

根据方面70到方面73中任一方面的进一步的另一方面(“方面74”)，内部加强组件在其上具有结构柱。

根据方面70到方面74中任一方面的进一步的另一方面(“方面75”)，包括在内部加强组件和至少一个生物相容性膜复合材料之间的点结合。

根据方面44到方面75中任一方面的进一步的另一方面(“方面76”)，其中，封装装置包括(1)第一生物相容性膜复合材料和第二生物相容性膜复合材料，和(2)在第一生物相容性膜复合材料和第二生物相容性膜复合材料之间的点结合。

根据方面44到方面76中任一方面的进一步的另一方面(“方面77”)，包括直径约1mm的点结合，其中所述点结合彼此间隔约0.5mm至约9mm。

根据方面44到方面77中任一方面的进一步的另一方面(“方面78”)，包括设置在内腔中的细胞置换核。

根据方面44到方面78中任一方面的进一步的另一方面(“方面79”)，包括将内腔的相对层互连的聚合物结构间隔物。

根据方面44到方面79中任一方面的进一步的另一方面(“方面80”)，封装装置由搭接缝、对接缝或鳍缝中的一种或多种形成。

根据方面44到方面80中任一方面的进一步的另一方面(“方面81”)，包括位于内腔内的结构间隔物以保持所需的内腔厚度。

根据方面44到方面81中任一方面的进一步的另一方面(“方面82”)，封装装置具有彼此间隔小于9mm的熔接间距。

根据方面44到方面82中任一方面的进一步的另一方面(“方面83”)，封装装置具有在其上的表面涂层，所述表面涂层是选自以下的一种或多种：抗微生物剂、抗体、药物和生物活性分子。

根据方面44到方面83中任一方面的进一步的另一方面(“方面84”)，封装装置具有在其上的亲水性涂层。

在一个方面(“方面85)中，一种封装装置包括(1)第一生物相容性膜复合材料，该复合材料沿其外周与第二生物相容性膜复合材料密封，以限定至少一个内腔，该内腔具有第一内表面和第二内表面，并且具有彼此间隔小于9mm的熔接间距，(2)具有大于约0.01N/cm的刚度的外部加强组件，以及(3)至少一个与内腔流体连通的填充管，其中第一生物相容性膜复合材料和第二生物相容性膜复合材料中的至少一者包括第一层和第二层，所述第二层具有实体特征体，该实体特征体的大部分实体特征体间距小于约50微米，其中第一内表面与第二内表面在内腔内间隔开。

根据方面85的进一步的另一方面(“方面86”)，第一层的单位面积质量(MpA)小于约5g/m²。

根据方面85或方面860的进一步的另一方面(“方面87”)，第一层具有小于约1微米的MPS(最大孔径)。

根据方面85到方面87中任一方面的进一步的另一方面(“方面88”)，第一生物相容性膜复合材料和第二生物相容性膜复合材料中的至少一者在最弱轴上具有大于40N/m的最大拉伸载荷。

根据方面85到方面88中任一方面的进一步的另一方面(“方面89”)，第一层具有大于约50％的第一孔隙率。

根据方面85到方面89中任一方面的进一步的另一方面(“方面90”)，第二层具有大于约60％的第二孔隙率。

根据方面85到方面90中任一方面的进一步的另一方面(“方面91”)，第二层具有小于约200微米的厚度。

根据方面85到方面91中任一方面的进一步的另一方面(“方面92”)，第二层的实体特征体各自包括代表性短轴、代表性长轴和实体特征体深度，其中第二层的代表性短轴、代表性长轴和实体特征体深度中的至少两者的大部分大于约5微米。

根据方面85到方面92中任一方面的进一步的另一方面(“方面93”)，第二层具有有效直径为约1微米至约9微米的孔径。

根据方面85到方面93中任一方面的进一步的另一方面(“方面94”)，实体特征体通过原纤维连接并且原纤维是可变形的。

根据方面85到方面94中任一方面的进一步的另一方面(“方面95”)，与第一层接触的第一实体特征体的至少一部分是结合的实体特征体。

根据方面95的进一步的另一方面(“方面96”)，结合的特征体的大部分具有约3微米至约20微米的代表性短轴。

根据方面85到方面96中任一方面的进一步的另一方面(“方面97”)，第一层和第二层紧密结合。

根据方面85到方面97中任一方面的进一步的另一方面(“方面98”)，第一层和第二层中的至少一者包括聚合物、含氟聚合物膜、非含氟聚合物膜、织造纺织品、非织造纺织品、纤维或纱线的织造或非织造集合、纤维基质、纺粘非织造材料以及它们的组合。

根据方面85到方面98中任一方面的进一步的另一方面(“方面99”)，第一层和第二层中的至少一者是选自以下的聚合物：膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)膜、氟化乙烯丙烯(FEP)膜和改性的ePTFE膜。

根据方面85到方面99中任一方面的进一步的另一方面(“方面100”)，第一层和第二层中的至少一者是膨胀聚四氟乙烯膜。

根据方面85到方面100中任一方面的进一步的另一方面(“方面101”)，第二层包括纺织品和非含氟聚合物膜中的至少一种。

根据方面101的进一步的另一方面(“方面102”)，纺织品选自织造纺织品、非织造纺织品、纺粘材料、熔喷纤维材料和电纺纳米纤维。

根据方面85到方面102中任一方面的的进一步的另一方面(“方面103”)，非含氟聚合物材料选自聚偏二氟乙烯、纳米纤维、聚砜、聚醚砜、聚芳砜、聚醚醚酮、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺以及它们的组合。

根据方面85到方面103中任一方面的进一步的另一方面(“方面104”)，第二层包括膨胀聚四氟乙烯膜。

根据方面85到方面1046中任一方面的进一步的另一方面(“方面105”)，实体特征体包括节点，其中所述节点是实体特征体。

根据方面87到方面105中任一方面的进一步的另一方面(“方面106”)，包括加强组件。

根据方面106的进一步的另一方面(“方面107”)，加强组件是外部加强组件。

根据方面106或方面107的进一步的另一方面(“方面108”)，外部加强组件的刚度为约0.01N/cm至约3N/cm。

根据方面106到方面108中任一方面的进一步的另一方面(“方面109”)，外部加强组件包括纺粘聚酯非织造材料。

根据方面106到方面109中任一方面的进一步的另一方面(“方面110”)，外部加强组件是聚酯织造网。

根据方面106的进一步的另一方面(“方面111”)，加强组件是内部加强组件。

根据方面111的进一步的另一方面(“方面112”)，内部加强组件的刚度为0.05N/cm至约5N/cm。

根据方面111或方面112的进一步的另一方面(“方面113”)，内部加强组件是细胞和营养物不可渗透的加强组件。

根据方面111到方面113中任一方面的进一步的另一方面(“方面114”)，内部加强组件基本居中地位于封装装置内并将内腔基本对半分开。

根据方面111到方面114中任一方面的进一步的另一方面(“方面115”)，内部加强组件在其上具有结构柱。

根据方面111到方面115中任一方面的进一步的另一方面(“方面116”)，包括在内部加强组件与第一生物相容性膜复合材料和第二生物相容性膜复合材料中的至少一者之间的点结合。

根据方面85到方面116中任一方面的进一步的另一方面(“方面117”)，包括在第一生物相容性膜复合材料和第二生物相容性膜复合材料之间的点结合。

根据方面85到方面117中任一方面的进一步的另一方面(“方面118”)，封装装置由搭接缝、对接缝或鳍缝中的一种或多种形成。

根据方面85到方面118中任一方面的封装装置的另一方面(“方面119”)，其中第一生物相容性膜复合材料和第二生物相容性膜复合材料中的至少一者的第二层在其中具有紧密结合到第一层表面的实体特征体。

根据方面85到方面119中任一方面的进一步的另一方面(“方面120”)，封装装置具有在其上的表面涂层，其中所述表面涂层是选自以下的一种或多种：抗微生物剂、抗体、药物和生物活性分子。

根据方面85到方面120中任一方面的进一步的另一方面(“方面121”)，封装装置具有在其上的亲水性涂层。

在一个方面(“方面122”)中，封装装置包括(1)第一生物相容性膜复合材料，(1)第二生物相容性膜复合材料，(3)具有约0.01N/cm至约5N/cm的刚度的加强组件，和(4)周边密封，和(5)彼此间隔小于9mm的周边密封的熔接间距，其中第一生物相容性膜复合材料和第二生物相容性膜复合材料中的至少一者的大部分包括第一层和第二层，该第二层具有实体特征，该实体特征的大部分实体特征间距小于约50微米。

根据方面122的进一步的另一方面(“方面123”)，第一层的单位面积质量(MpA)小于约5g/m²。

根据方面122或方面123的进一步的另一方面(“方面124”)，第一层具有小于约1微米的MPS(最大孔径)。

根据方面123到方面124中任一方面的进一步的另一方面(“方面125”)，第一生物相容性膜复合材料和第二生物相容性膜复合材料中的至少一者在最弱轴上具有大于40N/m的最大拉伸载荷。

根据方面123到方面125中任一方面的进一步的另一方面(“方面126”)，第一层具有大于约50％的第一孔隙率。

根据方面123到方面126中任一方面的进一步的另一方面(“方面127”)，第二层具有大于约60％的第二孔隙率。

根据方面123到方面127中任一方面的进一步的另一方面(“方面128”)，第二层具有小于约200微米的厚度。

根据方面123到方面128中任一方面的进一步的另一方面(“方面129”)，第二层的实体特征体各自包括代表性短轴、代表性长轴和实体特征体深度，其中第二层的代表性短轴、代表性长轴和实体特征体深度中的至少两者的大部分大于约5微米。

根据方面123到方面129中任一方面的进一步的另一方面(“方面130”)，第二层具有有效直径为约1微米至约9微米的孔径。

根据方面123到方面130中任一方面的进一步的另一方面(“方面131”)，实体特征体通过原纤维连接并且原纤维是可变形的。

根据方面123到方面131中任一方面的进一步的另一方面(“方面132”)，与第一层接触的第一实体特征体的至少一部分是结合的实体特征体。

根据方面132的进一步的另一方面(“方面133”)，结合的实体特征体的大部分具有约3微米至约20微米的代表性短轴。

根据方面123到方面133中任一方面的进一步的另一方面(“方面134”)，第一层和第二层紧密结合。

根据方面123到方面134中任一方面的进一步的另一方面(“方面135”)，第一层和第二层中的至少一者包括聚合物、含氟聚合物膜、非含氟聚合物膜、织造纺织品、非织造纺织品、纤维或纱线的织造或非织造集合、纤维基质、纺粘非织造材料以及它们的组合。

根据方面123到方面135中任一方面的进一步的另一方面(“方面136”)，第一层和第二层中的至少一者是选自以下的聚合物：膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)膜、氟化乙烯丙烯(FEP)膜和改性的ePTFE膜。

根据方面123到方面136中任一方面的进一步的另一方面(“方面137”)，第一层和第二层中的至少一者是膨胀聚四氟乙烯膜。

根据方面123到方面137中任一方面的进一步的另一方面(“方面138”)，第二层包括纺织品和非含氟聚合物膜中的至少一种。

根据方面138的进一步的另一方面(“方面139”)，纺织品选自织造纺织品、非织造纺织品、纺粘材料、熔喷纤维材料和电纺纳米纤维。

根据方面138的进一步的另一方面(“方面140”)，非含氟聚合物膜选自聚偏二氟乙烯、纳米纤维、聚砜、聚醚砜、聚芳砜、聚醚醚酮、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺以及它们的组合。

根据方面123到方面140中任一方面的进一步的另一方面(“方面141”)，第二层包括膨胀聚四氟乙烯膜。

根据方面123到方面141中任一方面的进一步的另一方面(“方面142”)，第二层包括节点，其中所述节点是实体特征体。

根据方面123到方面142中任一方面的进一步的另一方面(“方面143”)，加强组件是细胞和营养物不可渗透的加强组件。

根据方面123到方面143中任一方面的进一步的另一方面(“方面144”)，加强组件基本居中地位于封装装置内并将内腔基本对半分开。

根据方面123到方面144中任一方面的进一步的另一方面(“方面145”)，加强组件在其上具有结构柱。

根据方面123到方面145中任一方面的进一步的另一方面(“方面146”)，包括在第一生物相容性膜复合材料和第二生物相容性膜复合材料之间的点结合。

根据方面146的进一步的另一方面(“方面147”)，点结合的直径为约1mm且彼此间隔约0.5mm至约9mm。

根据方面123到方面147中任一方面的进一步的另一方面(“方面148”)，封装装置由搭接缝、对接缝或鳍缝中的一种或多种形成。

根据方面123到方面152中任一方面的进一步的另一方面(“方面149”)，封装装置具有在其上的表面涂层，所述表面涂层是选自以下的一种或多种：抗微生物剂、抗体、药物和生物活性分子。

根据方面123到方面149中任一方面的进一步的另一方面(“方面150”)，封装装置具有在其上的亲水性涂层。

在一个方面(“方面151”)中，封装装置包括(1)生物相容性膜复合材料，其沿第一相对边缘与自身密封并沿其外周密封到第二相对边缘上以形成内腔，和(2)至少一个与所述内腔流体连通的填充管，其中生物相容性膜复合材料包括第一层和第二层，所述第二层的大部分实体特征体的大部分实体特征体间距小于约50微米。

根据方面151的进一步的另一方面(“方面152”)，第一层的单位面积质量(MpA)小于约5g/m²。

根据方面151或方面152的进一步的另一方面(“方面153”)，第一层具有小于约1微米的MPS(最大孔径)。

根据方面151到方面153中任一方面的进一步的另一方面(“方面154”)，生物相容性膜复合材料在最弱轴上的最大拉伸载荷大于40N/m。

根据方面151到方面158154中任一方面的进一步的另一方面(“方面155”)，第一层具有大于约50％的第一孔隙率。

根据方面151到方面155中任一方面的进一步的另一方面(“方面156”)，第二层具有大于约60％的第二孔隙率。

根据方面151到方面156中任一方面的进一步的另一方面(“方面157”)，第二层具有小于约200微米的厚度。

根据方面151到方面157中任一方面的进一步的另一方面(“方面158”)，第二层的实体特征体各自包括代表性短轴、代表性长轴和实体特征体深度，其中第二层的代表性短轴、代表性长轴和实体特征体深度中的至少两者的大部分大于约5微米。

根据方面151到方面158中任一方面的进一步的另一方面(“方面159”)，第二层具有有效直径为约1微米至约9微米的孔径。

根据方面151到方面159中任一方面的进一步的另一方面(“方面160”)，实体特征体通过原纤维连接并且原纤维是可变形的。

根据方面151到方面160中任一方面的进一步的另一方面(“方面161”)，与第一层接触的第一实体特征体的至少一部分是结合的实体特征体。

根据方面161的进一步的另一方面(“方面162”)，结合的特征体的大部分具有约3微米至约20微米的代表性短轴。

根据方面151到方面162中任一方面的进一步的另一方面(“方面163”)，第一层和第二层紧密结合。

根据方面151到方面163中任一方面的封装装置的另一方面(“方面164”)，第一层和第二层中的至少一者包括聚合物、含氟聚合物膜、非含氟聚合物膜、织造纺织品、非织造纺织品、纤维或纱线的织造或非织造集合、纤维基质、纺粘非织造材料以及它们的组合。

根据方面151到方面164中任一方面的封装装置的另一方面(“方面165”)，第一层和第二层中的至少一者是选自以下的聚合物：膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)膜、氟化乙烯丙烯(FEP)膜和改性的ePTFE膜。

根据方面151到方面165中任一方面的进一步的另一方面(“方面166”)，第一层和第二层中的至少一者是膨胀聚四氟乙烯膜。

根据方面151到方面166中任一方面的进一步的另一方面(“方面167”)，第二层包括纺织品和非含氟聚合物膜中的至少一种。

根据方面167的进一步的另一方面(“方面168”)，纺织品选自织造纺织品、非织造纺织品、纺粘材料、熔喷纤维材料和电纺纳米纤维。

根据方面167的进一步的另一方面(“方面169”)，非含氟聚合物膜选自聚偏二氟乙烯、纳米纤维、聚砜、聚醚砜、聚芳砜、聚醚醚酮、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺以及它们的组合。

根据方面151到方面167中任一方面的进一步的另一方面(“方面170”)，第一层和第二层中的至少一者包括聚合物、含氟聚合物膜、非含氟聚合物膜、织造纺织品、非织造纺织品、纤维或纱线的织造或非织造集合、纤维基质、纺粘非织造材料以及它们的组合。

根据方面151到方面170中任一方面的进一步的另一方面(“方面171”)，第一层和第二层中的至少一者是选自以下的聚合物：膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)膜、氟化乙烯丙烯(FEP)膜和改性的ePTFE膜。

根据方面151到方面171中任一方面的进一步的另一方面(“方面172”)，第二层包括膨胀聚四氟乙烯。

根据方面151到方面172中任一方面的进一步的另一方面(“方面173”)，第二层包括节点，其中所述节点是实体特征体。

根据方面151到方面174中任一方面的进一步的另一方面(“方面174”)，包括内部加强组件。

根据方面174的进一步的另一方面(“方面175”)，内部加强组件的刚度为约0.05N/cm至约5N/cm。

根据方面174或方面175的进一步的另一方面(“方面176”)，内部加强组件是细胞和营养物不可渗透的加强组件。

根据方面174到方面176中任一方面的进一步的另一方面(“方面177”)，内部加强组件是设置在内腔中的细胞置换核。

根据方面151到方面177中任一方面的进一步的另一方面(“方面178”)，封装装置由搭接缝、对接缝或鳍缝中的一种或多种形成。

根据方面151到方面178中任一方面的进一步的另一方面(“方面179”)，封装装置具有彼此间隔小于9mm的熔接间距。

根据方面151到方面179中任一方面的进一步的另一方面(“方面180”)，封装装置具有在其上的表面涂层，所述表面涂层是选自抗微生物剂、抗体、药物和生物活性分子的一种或多种。

根据方面151到方面180中任一方面的进一步的另一方面(“方面181”)，封装装置具有在其上的亲水性涂层。

根据前述方面中任一方面的进一步的另一方面(“方面182”)，一种用于降低哺乳动物中血糖水平的方法包括移植细胞封装装置，所述细胞封装装置包含前述方面中任一方面的生物相容性膜复合材料，封装在其中的细胞包括PDX1阳性胰腺内胚层细胞群，其中胰腺内胚层细胞成熟为胰岛素分泌细胞，从而降低血糖。

根据前述方面中任一方面的进一步的另一方面(“方面183”)，PDX1阳性胰腺内胚层细胞包括细胞混合物，所述细胞混合物进一步包括内分泌和/或内分泌前体细胞，其中内分泌和/或内分泌前体细胞表达嗜铬粒蛋白A(CHGA)。

根据前述方面中任一方面的进一步的另一方面(“方面184”)，一种用于降低哺乳动物中血糖水平的方法包括移植如权利要求1所述的细胞封装装置，封装在其中的细胞包括PDX1阳性胰腺内胚层细胞群，其中胰腺内胚层细胞成熟为胰岛素分泌细胞，从而降低血糖。

根据前述方面中任一方面的进一步的另一方面(“方面185”)，PDX1阳性胰腺内胚层细胞包括细胞混合物，所述细胞混合物进一步包括内分泌和/或内分泌前体细胞，其中内分泌和/或内分泌前体细胞表达嗜铬粒蛋白A(CHGA)。

根据前述方面中任一方面的进一步的另一方面(“方面186”)，一种用于降低哺乳动物中血糖水平的方法包括移植细胞封装装置，所述细胞封装装置包括生物相容性膜复合材料，所述生物相容性膜复合材料包括第一层，第二层和包括PDX1阳性胰腺内胚层细胞的细胞群，所述第二层具有实体特征体，该实体特征体的实体特征体间距小于约50微米，其中胰腺内胚层细胞成熟为胰岛素分泌细胞，从而降低血糖，其中封装装置的大部分氧扩散距离小于300微米，特别是小于约150微米。

根据前述方面中任一方面的进一步的另一方面(“方面187”)，PDX1阳性胰腺内胚层细胞包括细胞混合物，所述细胞混合物进一步包括内分泌和/或内分泌前体细胞，其中内分泌和/或内分泌前体细胞表达嗜铬粒蛋白A(CHGA)。

根据前述方面中任一方面的进一步的另一方面(“方面188”)，一种用于降低哺乳动物中血糖水平的方法包括移植生物相容性膜复合材料，该生物相容性膜复合材料包括第一层，第二层和包括PDX1阳性胰腺内胚层细胞的细胞群，所述第二层具有实体特征体，该实体特征体的实体特征体间距小于约50微米，其中胰腺内胚层细胞成熟为胰岛素分泌细胞，从而降低血糖，其中封装装置的大部分氧扩散距离小于300微米。

根据前述方面中任一方面的进一步的另一方面(“方面189”)，PDX1阳性胰腺内胚层细胞包括细胞混合物，所述细胞混合物进一步包括内分泌和/或内分泌前体细胞，其中内分泌和/或内分泌前体细胞表达嗜铬粒蛋白A(CHGA)。

根据前述方面中任一方面的进一步的另一方面(“方面190”)，封装的体外PDX1阳性胰腺内胚层细胞包括细胞亚群的混合物，所述细胞亚群的混合物至少包括共表达PDX-1/NKX6.1的胰腺祖细胞群。

根据前述方面中任一方面的进一步的另一方面(“方面191”)，封装的体外PDX1阳性胰腺内胚层细胞包括细胞亚群的混合物，所述细胞亚群的混合物至少包括共表达PDX-1/NKX6.1的胰腺祖细胞群和表达PDX-1/NKX6.1和CHGA的胰腺内分泌和/或内分泌前体群。

根据前述方面中任一方面的进一步的另一方面(“方面192”)，群的至少30％包括共表达PDX-1/NKX6.1的胰腺祖细胞群。

根据前述方面中任一方面的进一步的另一方面(“方面193”)，群的至少40％包括共表达PDX-1/NKX6.1的胰腺祖细胞群。

根据前述方面中任一方面的进一步的另一方面(“方面194”)，群的至少50％包括共表达PDX-1/NKX6.1的胰腺祖细胞群。

根据前述方面中任一方面的进一步的另一方面(“方面195”)，群的至少20％包括表达PDX-1/NKX6.1/CHGA的内分泌和/或内分泌前体群。

根据前述方面中任一方面的进一步的另一方面(“方面196”)，群的至少30％包括表达PDX-1/NKX6.1/CHGA的内分泌和/或内分泌前体群。

根据前述方面中任一方面的进一步的另一方面(“方面197”)，群的至少40％包括表达PDX-1/NKX6.1/CHGA的内分泌和/或内分泌前体群。

根据前述方面中任一方面的进一步的另一方面(“方面198”)，胰腺祖细胞和/或内分泌或内分泌前体细胞能够在体内成熟为胰岛素分泌细胞。

根据前述方面中任一方面的进一步的另一方面(“方面199”)，一种体内产生胰岛素的方法包括移植细胞封装装置，该装置包括前述方面中任一方面的生物相容性膜复合材料和成熟为胰岛素分泌细胞的PDX-1胰腺内胚层细胞群，其中胰岛素分泌细胞响应葡萄糖刺激而分泌胰岛素。

根据前述方面中任一方面的进一步的另一方面(“方面200”)，PDX1阳性胰腺内胚层细胞包括细胞混合物，所述细胞混合物进一步包括内分泌和/或内分泌前体细胞，其中内分泌和/或内分泌前体细胞表达嗜铬粒蛋白A(CHGA)。

根据前述方面中任一方面的进一步的另一方面(“方面201”)，群的至少约30％是表达PDX-1/NKX6.1/CHGA的内分泌和/或内分泌前体群。

根据前述方面中任一方面的进一步的另一方面(“方面202”)，体外人PDX1阳性胰腺内胚层细胞培养物包括PDX-1阳性胰腺内胚层细胞和至少一种转化生长因子β(TGF-β)受体激酶抑制剂的混合物。

根据前述方面中任一方面的进一步的另一方面(“方面203”)，还包括骨形态发生蛋白(BMP)抑制剂。

根据前述方面中任一方面的进一步的另一方面(“方面204”)，TGF-β受体激酶抑制剂是TGF-β受体1型激酶抑制剂。

根据前述方面中任一方面的进一步的另一方面(“方面205”)，TGF-β受体激酶抑制剂是ALK5i。

根据前述方面中任一方面的进一步的另一方面(“方面206”)，BMP抑制剂是头蛋白(noggin)。

附图简要说明

包括附图以提供对本公开的进一步理解，附图被并入本说明书中并构成本说明书的一部分，附图示出了实施方式，并且与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1A是依据本文所述的实施方式，描绘实体特征体间距的确定的示意图，其中三个相邻实体特征体代表三角形的角，三角形的外接圆的内部没有另外的实体特征体，实体特征体间距是形成三角形的实体特征体中的两个实体特征体之间的直线距离；

图1B是依据本文所述实施方式，描绘非相邻实体特征体的确定的示意图，其中实体特征体形成三角形的角，三角形的外接圆包含至少一个另外的实体特征体；

图2是根据本文描述的实施方式的膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)膜中实体特征体(白色形状)之间的间距(白线)的扫描电子显微照片；

图3A是描绘根据本文描述的实施方式的确定实体特征体的长轴和短轴的方法的示意图；

图3B是描绘根据本文描述的实施方式的实体特征体的深度的示意图；

图4是根据本文描述的实施方式的孔的有效直径的示意图；

图5是显示根据本文描述的实施方式的孔径的扫描电子显微照片(SEM)；

图6A是根据本文描述的实施方式定位在细胞不可渗透层表面上的实体特征体形式的热塑性聚合物的示意图；

图6B-6I是根据本文描述的实施方式用于在细胞不可渗透层上形成实体特征体的样品几何结构的示意图；

图7A是根据本文描述的实施方式的生物相容性膜复合材料的示意图，该生物相容性膜复合材料中具有结合的实体特征体，其与细胞不可渗透层的表面紧密结合；

图7B是根据本文描述的实施方式的生物相容性膜复合材料的示意图，缓解层中具有不同高度和宽度的实体特征体；

图8是根据本文描述的实施方式的生物相容性膜复合材料的示意图，该生物相容性膜复合材料具有缓解层，该缓解层中包含作为节点的实体特征体；

图9A-9C是根据本文描述的实施方式的生物相容性膜复合材料的示意图，显示了加强组件的不同位置；

图10是根据本文描述的实施方式的位于细胞不可渗透层上的缓解层的截面图的示意图，其中缓解层的特征至少在于实体特征体尺寸、实体特征体间距、实体特征体深度和厚度；

图11是根据本文描述的实施方式的位于细胞不可渗透层上的缓解层的截面图的示意图，其中缓解层的特征至少在于实体特征体尺寸、实体特征体间距、实体特征体深度、厚度和孔径；

图12A是根据本文描述的实施方式的细胞封装装置的俯视示意图；

图12B是根据本文描述的实施方式的细胞封装装置的横截面示意图，其显示了内腔和氧扩散距离(ODD)；

图13是描绘根据本文描述的实施方式的封装装置的分解示意图；

图14是根据本文描述的实施方式的由膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)膜形成的相当的细胞不可渗透层的顶表面的扫描电子显微照片(SEM)图像；

图15是根据本文描述的实施方式的实施例1的其上具有氟化乙烯丙烯(FEP)不连续层的ePTFE缓解层的顶表面的SEM图像；

图16是根据本文描述的实施方式的实施例1中使用的ePTFE细胞不可渗透层的顶表面的SEM图像；

图17是根据本文描述的实施方式的实施例1的ePTFE缓解层的顶表面的SEM图像；

图18是根据本文描述的实施方式的实施例1中形成的两层ePTFE复合材料的横截面的SEM图像；

图19是根据本文描述的实施方式的实施例1中使用的ePTFE细胞不可渗透层的顶表面的SEM图像；

图20是根据本文描述的实施方式的实施例1中使用的ePTFE缓解层的顶表面的SEM图像；

图21是根据本文描述的实施方式的实施例1中形成的两层ePTFE复合材料的横截面的SEM图像；

图22是根据本文描述的实施方式的由非织造聚酯形成的血管化层的顶表面的SEM图像；

图23A是根据本文描述的实施方式的内腔宽度为9.0mm的实施例2的装置A的示意图；

图23B是根据本文描述的实施方式的内腔宽度为7.2mm的实施例2的装置B的示意图；

图23C是根据本文描述的实施方式的内腔宽度为5.4mm的实施例2的装置C的示意图；

图24A是根据本文描述的实施方式的代表性组织学图像，其描绘了在20周时实施例2的装置A的横截面上的最大移植物厚度；

图24B是根据本文描述的实施方式的代表性组织学图像，其描绘了在20周时实施例2的装置B的横截面上的最大移植物厚度；

图25C是根据本文描述的实施方式的代表性组织学图像，其描绘了在20周时实施例2的装置C的横截面上的最大移植物厚度；

图25是根据本文描述的实施方式的实施例3的其上具有FEP不连续层的ePTFE缓解层的顶表面的SEM图像；

图26是根据本文描述的实施方式的实施例3中使用的ePTFE血管化层的顶表面的SEM图像；

图27是根据本文描述的实施方式的实施例3中形成的三层复合材料的横截面的SEM图像；

图28是描绘根据本文所述的实施方式的平面装置的分解示意图；

图29是根据本文描述的实施方式的平面装置的俯视示意图；

图30A是根据本文描述的实施方式的平面装置的表面的俯视图像；

图30B是实施例3的平面装置的横截面的代表性组织学图像，其显示了体内细胞活力；

图31是根据本文描述的实施方式的沿线A-A截取的图30的平面装置的横截面图像，显示了单个点结合和内腔；

图32是根据本文描述的实施方式的沿线B-B截取的图30的平面装置的横截面图像，显示了两个点结合和内腔；

图33是实施例4的其上具有FEP不连续层的ePTFE血管化层的顶表面的SEM图像；

图34是根据本文描述的实施方式的实施例4的ePTFE两层复合膜的一层(细胞不可渗透层)的节点和原纤维微结构的代表性SEM图像；

图35是根据本文描述的实施方式的实施例4的第二ePTFE膜(缓解层)的节点和原纤维微结构的代表性SEM图像；

图36是根据本文描述的实施方式的实施例4中使用的三层生物相容性膜复合材料的横截面的代表性SEM图像；

图37A是根据本文描述的实施方式的具有柱的加强组件的俯视图；

图37B是沿图37A的A-A截取的横截面，其描绘了根据本文描述的实施方式的具有250微米柱的平面装置；

图37C是沿图37A的A-A截取的横截面，其描绘了根据本文描述的实施方式的具有150微米柱的平面装置；

图37D是沿图37A的A-A截取的横截面，其描绘了根据本文描述的实施方式的具有75微米柱的平面装置；

图37E是根据本文描述的实施方式的实施例3的装置A的横截面的代表性组织学图像，其显示了氧扩散距离和体内细胞活力；

图37F是根据本文描述的实施方式的实施例3的装置B的横截面的代表性组织学图像，其显示了氧扩散距离和体内细胞活力；

图38是根据本文描述的实施方式的代表性细胞置换核的几何结构的示意图；

图39是根据本文描述的实施方式的最终装置形状的不锈钢模具的示意图；

图40A是根据本文描述的实施方式的管状细胞封装装置的图像；

图40B是根据本文描述的实施方式的如图40A所示的管状细胞封装装置的分解示意图；

图41是根据本文描述的实施方式的平面细胞封装装置的一部分的横截面示意图；

图42是根据本文描述的实施方式的具有定位在内腔内的结构间隔物的细胞封装装置的一部分的示意图；

图43是根据本文描述的实施方式的具有管状形状和设置在内腔内的张紧构件的细胞封装装置的示意图；

图44是根据本文描述的实施方式的包括设置在内腔内的张紧构件的细胞封装装置的示意图，该张紧构件与细胞封装装置的至少两个相对部分接触；

图45是根据本文描述的实施方式的包括熔接间隔物的细胞封装装置的示意图；

图46是根据本文描述的实施方式的包括张紧构件和细胞置换核的细胞封装装置的示意图；

图47A是根据本文描述的实施方式的搭接缝的示意图；

图47B是根据本文描述的实施方式的对接缝的示意图；

图47C是根据本文描述的实施方式的鳍缝的示意图；

图48是描绘根据本文描述的实施方式的细胞封装装置的内腔的熔接周边之间的熔接间距(W)的示意图；

图49A是根据本文描述的实施方式的包括细胞置换核的细胞封装装置的横截面前视示意图，其中氧扩散距离(ODD)足够窄以提供适合所含细胞的存活和功能的条件；

图49B是根据本文描述的实施方式的图49A的细胞封装装置的横截面侧视示意图；

图50是根据本文描述的实施方式的图49A和49B所示的细胞封装装置的透视示意图；

图51是根据本文描述的实施方式的包括多个互连的封装装置的封装装置的示意图，这些互连的封装装置沿着封装装置的长度基本上彼此平行；

图52是根据本文描述的实施方式的实施例1的外部加强组件的节点和原纤维微结构的代表性SEM图像；

图53是根据本文描述的实施方式的实施例1的装置A的代表性组织学图像，其显示在细胞不可渗透层处存在异物巨细胞；

图54是根据本文描述的实施方式的实施例1的装置B的代表性组织学图像，其显示在细胞不可渗透层处不存在异物巨细胞；

图55是根据本文描述的实施方式的实施例5的第一细胞封装装置的横截面的代表性组织学图像，其显示了体内细胞活力；

图56是根据本文描述的实施方式的实施例5的第一细胞封装装置的横截面的代表性组织学图像，其显示了体内细胞活力；

图57是实施例8的装置8B的镍钛诺夹(nitinol clip)的图像；

图58是根据本文描述的实施方式的实施例8的装置8B的镍钛诺夹的反面的图像；

图59是根据本文描述的实施方式的实施例8的装置8C的镍钛诺套的图像；

图60是根据本文描述的实施方式在其上具有FEP的实施例8的构建体A、B和C的第二ePTFE层的代表性SEM图像；

图61是根据本文描述的实施方式的实施例8的构建体A中的第三ePTFE膜的节点和原纤维结构的代表性SEM图像；

图62是根据本文描述的实施方式的实施例8的构建体B中的第三ePTFE膜的节点和原纤维结构的代表性SEM图像；

图63是根据本文描述的实施方式的实施例8的构建体C中的第三ePTFE膜的节点和原纤维结构的代表性SEM图像；

图64是根据本文描述的实施方式的实施例8的构建体A的生物相容性膜复合材料的横截面的SEM图像；

图65是根据本文描述的实施方式的实施例8的构建体B的生物相容性膜复合材料的横截面的SEM图像；和

图66是根据本文描述的实施方式的实施例8的构建体C的生物相容性膜复合材料的横截面的SEM图像。

具体实施方式

本领域的技术人员容易理解，可通过构造以实施所需作用的任何数量的方法和设备来实现本公开内容的各个方面。还应注意，本文参考的附图不一定是按比例绘制，而是有可能放大以说明本公开的各个方面，就此而言，附图不应视为限制性的。诸如“上”、“下”、“顶”、“左”、“右”、“前”和“后”等方向描述旨在指代组件和方向所涉及的图(或多个图)中所示和描述的取向。应当理解，术语“生物相容性膜复合材料”和“膜复合材料”在本文中可互换使用。另外，本文所用的术语“细胞封装装置”，“封装装置”和“装置”可互换使用。应当注意，本文描述的所有范围本质上都是示例性的并且包括其间的任何和所有值。此外，本文引用的所有参考文献均通过引用整体并入。

本公开涉及用于生物体(biological entities)和/或细胞群的细胞封装装置，其包含至少一种生物相容性膜复合材料。细胞封装装置能够减轻或调整宿主的异物反应，从而能够在细胞不可渗透表面形成足够的血管。另外，封装装置具有足以使封装的细胞存活的氧扩散距离，使得细胞能够分泌治疗有用的物质。

生物相容性膜复合材料包括第一层和第二层。每一层都是不同的，并为封装细胞的存活提供必要的功能。在某些实施方式中，第一层起到细胞不可渗透层的作用，第二层起到缓解层的作用。在一些实施方式中，缓解层也充当血管化层。在本文中，为方便起见，术语“第一层”与“细胞不可渗透层”可互换使用，术语“第二层”与“缓解层”可互换使用。缓解层减少了异物巨细胞在细胞不可渗透层的表面上的形成。其他层，例如血管化层，网状层，织物层，生物相容性膜复合材料上或之内的加强组件也可以作为细胞封装装置的一部分包括在内。在本文中，“加强组件”可以进一步描述为在外部或内部，并且可以是营养物质可渗透的或营养物质不可渗透的。例如，加强组件可以任选地位于生物相容性膜复合材料的任一侧上(即，外部)或生物相容性膜复合材料内(即，内部)以提供对封装装置的支撑并防止其扭曲。应当理解，本文所用的术语“约”表示指定测量单位的+/-10％。

适用于生物相容性膜复合材料和由其制备的细胞封装装置的生物体包括但不限于细胞、病毒、病毒载体、基因治疗、细菌、蛋白质、多糖、抗体和其它活性生物体。应当理解，如果本文选择使用除细胞之外的生物体，则生物体的生物活性组分或产物需要能够穿过细胞不可渗透层，而不是生物体本身。为简单起见，本文将生物体称为细胞，但本说明书中的任何内容均不将生物体限制为细胞或任何特定类型的细胞，并且以下描述也适用于不是细胞的生物体。

各种类型的原核细胞、真核细胞、哺乳动物细胞、非哺乳动物细胞和/或干细胞可以与本文所述的生物相容性膜复合材料一起使用。在一些实施方式中，细胞分泌治疗有用的物质。此类治疗有用的物质包括激素、生长因子、营养因子、神经递质、淋巴因子、抗体或为装置接受者提供治疗益处的其他细胞产品。此类治疗性细胞产品的例子包括但不限于：激素、生长因子、营养因子、神经递质、淋巴因子、抗体或为装置接受者提供治疗益处的其他细胞产品。此类治疗性细胞产品的实例包括但不限于胰岛素和其他胰腺激素、生长因子、白细胞介素、甲状旁腺激素、促红细胞生成素、转铁蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白、原弹性蛋白、外泌体、囊泡、遗传片段和因子VIII。合适的生长因子的非限制性实例包括血管内皮生长因子、血小板衍生生长因子、血小板活化因子、转化生长因子骨形态发生蛋白、激活素、抑制素、成纤维细胞生长因子、粒细胞集落刺激因子、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子、胶质细胞源性神经营养因子、生长分化因子-9、表皮生长因子和它们的组合。

如上所述，生物相容性膜复合材料包括第一层(即细胞不可渗透层)。细胞不可渗透层用作微孔性免疫隔离屏障，不受血管向内生长的影响，并防止细胞与宿主接触。在本文中，限制或防止血管向内生长的层可称为“紧密”层。在本文中，不具有足够大以允许细胞向内生长的开口的层可被称为“紧密”层。细胞不可渗透层的孔足够小，以允许细胞营养物、氧气、废物和治疗物质从中通过而不允许任何细胞通过。在一些实施方式中，通过孔隙率测定法测量的细胞不可渗透层的最大孔径(下文中称为MPS)小于约1微米、小于约0.50微米、小于约0.30微米，或小于约0.10微米。通过孔隙率测定法测量的MPS可为约0.05微米至约1微米，约0.1微米至约0.80微米，约0.1微米至约0.6微米，约0.1微米至约0.5微米，或约0.2微米至约0.5微米。

因为细胞不可渗透层具有足够小以防止血管向内生长的MPS，所以有必要平衡细胞不可渗透层的参数，这些参数也可能对细胞不可渗透层的传质和扩散特性产生负面影响。例如，虽然MPS足够小以防止细胞进入或血管向内生长，但细胞不可渗透层足够开放以允许分子(即营养物质和治疗分子)从中通过。通过使细胞不可渗透层保持薄、多孔和低质量，进一步使得扩散阻力最小化。应当理解，细胞不可渗透层的足够耐久性和强度得以维持，从而通过确保该紧密层的完整性，在预期使用中在体内提供免疫隔离。因此，有必要在强度和扩散阻力的竞争特性之间进行权衡。

在一些实施方式中，细胞不可渗透层具有小于约10微米、小于约8微米、小于约6微米或小于约4微米的厚度。细胞不可渗透层的厚度可以为约1微米至约10微米、约1微米至约8微米、约1微米至约6微米、约5微米至约10微米、或约1微米至约5微米。此外，应当理解，细胞不可渗透层的足够的孔隙率被保持以允许分子通过。在某些实施方式中，细胞不可渗透膜的孔隙率大于约50％、大于约60％、大于约70％或大于约80％。此外，孔隙率可以在约50％至约98％、约50％至约90％、约50％至约80％，或约60％至约90％的范围内。

应当理解，细胞不可渗透层的足够耐久性和强度得以维持，从而通过确保该紧密层的完整性，在预期使用中在体内提供免疫隔离。由于尽可能减少了影响扩散阻力的特性，因此在维持细胞不可渗透层完整性所需的强度特性方面产生了权衡。在某些实施方式中，细胞不可渗透膜的最弱轴的最大拉伸载荷大于约40N/m、大于约130N/m、大于约260N/m、大于约600N/m、或大于约1000N/m。此外，最弱轴的最大拉伸载荷范围可以为约40N/m到约2000N/m，约40N/m到约780N/m，约40N/m到约350N/m，约130N/m到约2000N/m，约130N/m到约450N/m，或约260N/m到约2000N/m。

在某些实施方式中，细胞不可渗透膜具有正交方向(D1,D2)的拉伸强度组合，其导致几何平均拉伸强度大于约20MPa、大于约50MPa、大于约100MPa、或大于约150MPa，几何平均拉伸强度由下式定义：

此外，几何平均拉伸强度可以在约20MPa至约180MPa、约30MPa至约150MPa、约50MPa至约150MPa、或约100MPa至约150MPa的范围内。

细胞不可渗透层的高固有强度允许细胞不可渗透层达到在应用中维持保持性和坚固性所需的体积强度，同时在足以用于营养物运输的孔隙率下实现其厚度最小化。这使得细胞不可渗透层具有以前无法获得的厚度、孔隙率和体积强度的组合，从而采用减小的厚度实现具有更高扩散速率的坚固构造。

如上所述，生物相容性膜复合材料包括第二层(即缓解层)。该缓解层足够多孔以允许血管组织生长到缓解层中，因此也用作血管化层。缓解层创建合适的环境以尽可能减少(最小化)、减少、抑制或者甚至防止异物巨细胞的形成，同时允许直接进入细胞不可渗透层处的血管。血管组织向内生长到缓解层中促进了营养物质通过细胞不可渗透层的转移。在本文中，具有足够大以允许血管向内生长的开口的层可被称为“开放”层。血管是用于植入细胞的氧和营养物质的来源，需要在缓解层中形成，以便它们足够靠近细胞不可渗透层，从而使营养物质扩散到任何封装细胞的距离最小化。细胞不可渗透层的薄化有助于减小必然发生扩散的距离。

血管组织通过缓解层向内生长直至细胞不可渗透层促进了营养物质通过细胞不可渗透层的转移。缓解层创造了一种环境，该环境使得血管能够充分形成到与细胞不可渗透层相邻的缓解层中，而不是形成异物巨细胞。结果，如实施例中所示，异物巨细胞没有形成在细胞不可渗透层和缓解层的界面处，由此避免异物细胞阻碍细胞存活所需的充分血管化。需要注意的是，异物巨细胞可以独立地形成在细胞不可渗透层和缓解层的界面处，但它们不会阻碍或阻止封装的细胞生长所需的血管化。

缓解层的特征至少部分在于包括多个具有实体特征体间距的实体特征体，这将在下文中详细讨论。如本文所用，“实体特征体”可定义为缓解层内的三维组件，当暴露于环境力例如但不限于细胞运动(例如细胞迁移和向内生长、宿主血管化/内皮血管形成)时，这些三维组件通常是不可移动且不易变形的。为了促进减少或减轻异物巨细胞屏障在细胞不可渗透层处的形成，与缓解层相邻的细胞不可渗透层表面邻接的实体特征体有助于防止多个巨噬细胞在该界面处融合成多核异物巨细胞。在一些实施方式中，与细胞不可渗透层邻接的缓解层中的实体特征体紧密地邻接到细胞不可渗透层,在本文中被称为“结合的实体特征体”。“非结合的实体特征体”是缓解层内未结合(未紧密结合或未以其他方式结合)到细胞不可渗透层的那些实体特征体。术语“紧密结合”和“紧密地结合”是指生物相容性膜复合材料的层或生物相容性膜复合材料内的实体特征体在其表面上的任何点处都不易分离或脱离。

在一些实施方式中，缓解层的实体特征体从由细胞不可渗透层限定的平面向外突出。在这样的实施方式中，缓解层的实体特征体可以与细胞不可渗透层紧密结合并间隔开，使得它们在这个紧密的、细胞不可渗透的界面处对异物巨细胞的形成提供阻挡或屏障。在一些实施方式中，实体特征体可以是缓解层的特征体(例如节点)，并且可以彼此连接，例如通过原纤维或纤维连接。在另一些实施方式中，可以在细胞不可渗透层的表面上提供和/或以其他方式形成实体特征体(例如，印刷的实体特征体)，使得实体特征体从由细胞不可渗透层限定的平面向外突出。

在缓解层具有节点和原纤维微结构(例如由原纤化聚合物形成)的实施方式中，节点是实体特征体，原纤维不是实体特征体。实际上，在一些实施方式中，可以去除原纤维，仅在缓解层中留下节点。在缓解层内的节点是实体特征体的实施方式中，结合到细胞不可渗透层的那些节点是结合的实体特征体。在至少一个实施方式中，缓解层由具有节点和原纤维微结构的膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)膜形成。

对于需要快速扩散时间的应用，缓解层的实体特征体不会对生物相容性膜复合材料的整体扩散阻力产生负面影响。缓解层的实体特征体具有足够小的尺寸，使得它们不会干扰扩散穿过细胞不可渗透层所需的多孔区域的量。此外，缓解层的厚度足够薄，以便在植入后的急性期最大限度地从间质将氧和营养物质大量传输到封装细胞。实体特征体之间的空间足够开放，以允许宿主组织容易和快速地穿透/整合到细胞不可渗透层(即紧密层)，从而缩短急性期的持续时间。“急性期”在本文中定义为宿主细胞/血管浸润之前的时间段。

与细胞不可渗透层相邻的大部分实体特征体的实体特征体间距小于约50微米，小于约40微米，小于约30微米，小于约20微米或小于约10微米。如本文所用，术语“大部分”意在描述超过一半(即，大于50％)的量为被测量参数的测量值。在一些实施方式中，大部分实体特征体间距的范围可以为约5微米到约50微米、约5微米到约45微米、约10微米到约40微米、约10微米到约35微米、或约15微米到约35微米。短语“实体特征体间距”在本文中被定义为两个相邻实体特征体之间的直线距离。在本公开中，如果实体特征体的质心表示外接圆具有空内部的三角形的角，则实体特征体被认为是相邻的。如图1A所示，指定的实体特征体(P)连接到相邻实体特征体(N)以形成三角形100，其中外接圆110内不包含实体特征体。实体特征体(X)表示不是相邻实体特征体的实体特征体。因此，在图1A所示的情况中，实体特征体间距130是指定实体特征体(P)、(N)之间的直线距离。相比之下，图1B中所示的从三角形160绘出的外接圆150在其内部包含实体特征体(N)，因此不能用于确定缓解层(或血管化层)中的实体特征体间距。图2是描绘测量距离的扫描电子显微照片，例如由膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)膜形成的缓解层中的实体特征体210(白色形状)之间的白线200。

实体特征体还包括代表性短轴、代表性长轴和实体特征体深度。实体特征体的代表性短轴在本文中被定义为拟合到实体特征体的椭圆的短轴的长度，其中该椭圆具有与实体特征体相同的面积、取向和质心。实体特征体的代表性长轴在本文中被定义为拟合到实体特征体的椭圆的长轴的长度，其中该椭圆具有与实体特征体相同的面积、取向和质心。长轴的长度大于或等于短轴的长度。拟合实体特征体310的椭圆320的短轴和长轴在图3A中以图形方式示出。实体特征体310的代表性短轴由箭头300描绘，而实体特征体310的代表性长轴由箭头330描绘。层的代表性短轴和代表性长轴是该层中所有测量的代表性短轴和代表性长轴的各自的中值。大部分实体特征体的短轴的尺寸范围为约3微米到约20微米，约3微米到约15微米，或约3微米到约10微米。实体特征体深度是实体特征体在垂直于层(例如，缓解层或血管化层)表面的轴上的投影长度。实体特征体310的实体特征体深度在图3B中以图形方式示出。实体特征体310的深度由线340描绘。在至少一个实施方式中，实体特征体的深度等于或小于缓解层的厚度。层的实体特征体深度是该层中所有测量的实体特征体深度的中值。在至少一个实施方式中，缓解层的代表性短轴、平均代表性长轴和平均实体特征体深度中的至少两者的大部分大于5微米。

在实体特征体通过原纤维或纤维互连的实施方式中，连接实体特征体的边界产生孔。这些孔必须足够开放，以允许细胞快速向内生长和血管化，并且不会对氧和营养物质的传质产生阻力。孔有效直径通过定量图像分析(QIA)测量并在扫描电子显微照片(SEM)图像上进行。孔的“有效直径”定义为面积等于表面孔的测量面积的圆的直径。这种关系由以下等式定义：

参考图4，有效直径是图4所示的圆400的直径，表面孔由附图标记420表示。表面的总孔面积是该表面上所有孔的面积之和。层的孔径是孔的有效直径，其定义了满足以下条件的一个孔径：总孔面积的大约一半由直径小于该孔径的孔组成，并且总孔面积的一半由直径大于或等于该孔径的孔组成。图5示出了孔径500(白色)、孔径较小的孔510(以浅灰色显示)和孔径较大的孔520(以深灰色显示)。与图像530的边缘相交的孔被排除在分析之外并以黑色显示。

缓解层的孔径可以在约1微米至约9微米的有效直径、约3微米至约9微米的有效直径、或约4微米至约9微米的有效直径的范围内，所述有效直径是通过在SEM图像上进行的定量图像分析(QIA)测量的。此外，缓解层的厚度小于约200微米、小于约290微米、小于约280微米、小于约270微米、小于约260微米、小于约200微米、小于约190微米、小于约180微米、小于约170微米、小于约160微米、小于约150微米、小于约140微米、小于约130微米、小于约120微米、小于约110微米、小于约100微米、小于约90微米、小于约80微米、小于约70微米、或小于约60微米、小于约50微米、小于约40微米、小于约30微米、小于约20微米，或小于约10微米。缓解层的厚度可在约60微米至约200微米、约60微米至约170微米、约60微米至约150微米、约60微米至约125微米、约60微米至约100微米、约3微米至约60微米、约10微米至约50微米、约10微米至约40微米、或约15微米至约35微米的范围内。在一些实施方式中，缓解层具有大于约60％的孔隙率。在其他实施方式中，缓解层具有大于约70％、大于约75％、大于约80％或大于约85％的孔隙率。另外，缓解层的孔隙率可以在约60％至约90％、约70％至约90％、约75％至约90％、约80％至约90％、或约80％至约90％的范围内。在至少一个实施方式中，孔隙率可以是约80％。

在一些实施方式中，包括细胞不可渗透层的生物相容性膜复合材料被穿孔而具有离散设置的孔。可以选择穿孔的尺寸、数量和位置以优化细胞功能。可能存在少至一(1)个穿孔。穿孔具有足够的尺寸以允许宿主血管组织(例如毛细血管)穿过生物相容性膜复合材料以支持例如封装的胰腺细胞类型。虽然细胞不可渗透层在不存在穿孔的位置保持其作为微孔免疫隔离屏障的功能，但由于在细胞不可渗透层已被去除的一些部分的离散穿孔，细胞不可渗透层整体不再是细胞不可渗透的，因为离散的穿孔允许宿主的血管向内生长和细胞接触通过生物相容性膜复合材料。因为包含穿孔的细胞不可渗透层的细胞封装装置实施方式允许宿主免疫细胞与细胞接触，细胞不再受到保护免于免疫排斥，除非宿主免疫受损或用免疫抑制药物进行了处理。

可向生物相容性膜复合材料提供任选的加强组件以使体内变形最小化，从而保持细胞床厚度(例如，在封装的装置中)。这种额外的任选的加强组件为生物相容性膜复合材料提供了大于生物相容性膜复合材料本身的刚度，从而提供机械支撑。这种任选的加强组件在本质上可以是连续的，或者可以存在于生物相容性膜复合材料上的离散区域中，例如，在生物相容性膜复合材料的整个表面上形成图案或位于一些特定位置内，例如围绕生物相容性膜复合材料的周边。适用于膜复合材料表面上的加强组件的非限制性图案包括点、直线、斜线、曲线、虚线、网格等。形成加强组件的图案可以单独使用或组合使用。此外，加强组件本质上可以是暂时的(例如，由生物可吸收材料形成)或本质上可以是永久性的(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)网或镍钛诺(Nitinol))。如本领域普通技术人员所理解的，组件刚度的影响不仅取决于单个组件的刚度，还取决于加强组件在最终装置形式中的位置和约束。例如，加强组件的刚度应足以最大程度地减小或防止体内细胞封装装置的扭曲。此外，由于与周围组织的顺应性不匹配，加强组件的刚度不应大到使组织反应最小化。取决于封装装置设计的具体细节，装置的刚度可以为约0.01N/cm到约5N/cm、约0.05N/cm到约4N/cm、约0.1N/cm到约3N/cm，或约0.3N/cm到约2N/cm。在一些实施方式中，可以在生物相容性膜复合材料的一侧或两侧上使用外部加强组件以实现所需的装置刚度。

当与细胞封装装置分开测量时，外部加强组件的刚度可以大于0.01N/cm。外部加强组件的刚度可以在约0.01N/cm至约3N/cm、约0.05N/cm至约2N/cm、约0.09至约1N/cm的范围内。在一些实施方式中，可以使用内部加强组件来实现细胞封装装置的期望刚度。当与细胞封装装置分开测量时，内部加强组件的刚度可以大于约0.05N/cm。内部加强组件的刚度可以在约0.05N/cm至约5N/cm、约0.1N/cm至约3N/cm、或约0.3N/cm至约2N/cm的范围内。

在至少一个实施方式中，可以在缓解层的外表面(例如离细胞封装装置的内腔最远的表面)上提供加强组件以增强生物相容性膜复合材料对环境力的抵抗能力。这是外部加强组件的一个示例。在该方向上，加强组件具有足以允许血管向内生长的孔径，因此也被认为是“开放”层。可用作加强组件的材料包括比生物相容性膜复合材料具有显著更高的刚度的材料。此类材料包括但不限于单独或组合的开放网状生物材料纺织品、织造纺织品、非织造纺织品(例如，纤维或纱线的集合)和纤维基质。在另一个实施方式中，图案化的网格、筛网、股线和/或棒可以用作加强组件。加强组件可以定位在与细胞不可渗透层相邻的生物相容性膜复合材料的外表面上(参见例如图9B)。这是内部加强组件的一个示例，在该取向中，加强组件可以是细胞不可渗透和营养不可渗透的致密层，只要在营养不可渗透致密层(即，加强组件)和细胞不可渗透层之间存在足够的间距以供细胞驻留即可。此外，加强组件可以在缓解层内的离散区域处定向(参见例如图9A)。在一些实施方式中，加强组件可以位于细胞不可渗透层和缓解层之间(参见例如图9C)。应当理解，可以存在不止一个加强组件并且加强组件可以位于生物相容性膜复合材料的外部、生物相容性膜复合材料的内部、生物相容性膜复合材料的外部和内部。尽管本文未详细讨论，但应理解，生物相容性膜复合材料上或之内的其他层(例如，血管化层、网层、织物层、加强层等)未排除在本文内容之外并且被认为在本发明的范围内。

在至少一个实施方式中，细胞不可渗透层和缓解层通过一种或多种生物相容性粘合剂结合在一起以形成生物相容性膜复合材料。粘合剂可以以在细胞不可渗透层和缓解层之间产生离散或紧密结合的方式施加到细胞不可渗透层和缓解层之一或两者的表面上。合适的生物相容性粘合剂的非限制性示例包括氟化乙烯丙烯(FEP)，聚碳酸酯聚氨酯，包括TFE和PAVE的热塑性含氟聚合物，EFEP(乙烯氟化乙烯丙烯)，PEBAX(聚醚酰胺)，PVDF(聚偏二氟乙烯)，

(ab硅酮聚碳酸酯聚氨酯)，ElasthaneTM(聚醚聚氨酯)，

(硅酮聚醚聚氨酯)，聚乙烯，高密度聚乙烯(HDPE)，乙烯氯四氟乙烯(ECTFE)，全氟烷氧基(PFA)，聚丙烯，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)以及它们的组合。在一个或多个实施方式中，缓解层与细胞不可渗透层紧密结合。在另一些实施方式中，细胞不可渗透层和缓解层可以彼此离散地结合。如本文所用，短语“离散结合”或“离散地结合”意在包括围绕限定区域的连续周边的点或线的有意采用的图案的结合或连接。在一些实施方式中，细胞不可渗透层和缓解层作为复合材料共同膨胀。在又一个实施方式中，细胞不可渗透层可以至少部分地通过结合的实体特征体结合到缓解层，从而在细胞不可渗透层和缓解层之间产生离散的结合。在某些紧密结合的实施方式中，测量的复合z-强度大于100kPa。测量的复合z-强度的范围可以为约100kPa到约1300kPa，约100kPa到约1100kPa，约100kPa到约900kPa，约100kPa到约700kPa，约100kPa到约500kPa，约100kPa到约300kPa，或约100kPa到约200kPa。

细胞不可渗透层和缓解层中的至少一者可以由聚合物膜、或者纤维或纱线的织造或非织造集合、或者纤维基质、单独或组合地形成。可以用于细胞不可渗透层和/或缓解层的聚合物的非限制性实例包括但不限于藻酸盐；醋酸纤维素；聚亚烷基二醇，例如聚乙二醇和聚丙二醇；泛乙烯基聚合物，例如聚乙烯醇；壳聚糖；聚丙烯酸酯，例如聚甲基丙烯酸羟乙酯；琼脂糖；水解聚丙烯腈；聚丙烯腈共聚物；聚乙烯基丙烯酸酯，例如聚乙烯-共-丙烯酸，聚烯烃，例如聚丙烯、聚乙烯；聚偏二氟乙烯；氟化乙烯丙烯(FEP)；全氟烷氧基烷烃(PFA)；聚酯砜(PES)；聚氨酯；聚酯；以及它们的共聚物和组合。可以用于形成缓解层的材料的例子包括但不限于生物相容性纺织品，包括织造织物和非织造织物(例如纺粘非织造物、熔喷纤维材料、电纺纳米纤维等)，非含氟聚合物膜，例如聚偏二氟乙烯(PVDF)，纳米纤维，聚砜，聚醚砜，聚芳基砜，聚醚醚酮(PEEK)，聚乙烯，聚丙烯和聚酰亚胺。在示例性实施方式中，血管化层是纺粘聚酯或膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)膜。

在一些实施方式中，缓解层或加强组件中的至少一者由非织造织物形成。有许多类型的非织造织物，每种非织造织物在编织的紧密度和片材的厚度方面可能不同。在一个实施方式中，长丝的横截面是三叶形的。非织造织物可以是结合织物、成形织物或通过除编织或针织以外的工艺制造的工程织物。在一些实施方式中，非织造织物是多孔的、类似纺织品的材料，通常呈平板形式，主要或完全由纤维组成，例如组装成网、片或毡的短纤维。非织造织物的结构基于例如通常随机排列的短纤维的排列。此外，非织造织物可以通过纺织工业中已知的各种技术制造。各种方法可以产生梳理、湿法成网、熔喷、纺粘或气流成网的非织造物。方法和基材在例如授予Colter等人的美国专利公开第2010/0151575号中有所描述。在一个实施方式中，非织造织物是聚四氟乙烯(PTFE)。在一个实施方式中，非织造织物是纺粘聚酯。非织造织物的密度可根据加工条件而变化。在一个实施方式中，非织造织物是纺粘聚酯，其基重为约0.40至约1.00(oz/yd²)，标称厚度为约127微米至约228微米，且纤维直径为约0.5微米至约26微米。在一个实施方式中，长丝的横截面是三叶形的。在一些实施方式中，非织造织物是生物可吸收的。

在一些实施方式中，形成细胞不可渗透层和/或缓解层的聚合物膜的聚合物是可原纤化的。如本文所用的，可原纤化是指将原纤维引入聚合物膜的能力，例如但不限于将实体特征体的一些部分转化为原纤维。例如，原纤维是跨越实体特征体之间的间隙的实体元件。原纤维在暴露于环境力时通常对变形没有抵抗力，因此是可变形的。生物相容性膜复合材料的一层中存在的大部分可变形原纤维的直径可小于约2微米、小于约1微米、小于约0.75微米、小于约0.50微米或小于约0.25微米。在一些实施方式中，大部分可变形原纤维可具有约0.25微米至约2微米、约0.5微米至约2微米、或约0.75微米至约2微米的直径。

可用于形成细胞不可渗透层和缓解层中的一者或多者的可原纤化聚合物的非限制性实例包括但不限于四氟乙烯(TFE)聚合物，例如聚四氟乙烯(PTFE)，膨胀PTFE(ePTFE)，改性的PTFE，TFE共聚物，聚偏二氟乙烯(PVDF)，聚(对二甲苯)(ePPX)(如Sbriglia的美国专利公开第2016/0032069号中教导的)，多孔超高分子量聚乙烯(eUHMWPE)(如Sbriglia的美国专利第9,926,416号中教导的)，多孔乙烯四氟乙烯(eETFE)(如Sbriglia的美国专利第9,932,429号中教导的)，以及多孔偏二氟乙烯-共-四氟乙烯或三氟乙烯[VDF-共-(TFE或TrFE)]聚合物(如Sbriglia的美国专利第9,441,088号中教导的)，以及它们的组合。

在一些实施方式中，可原纤化聚合物是含氟聚合物膜，例如膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)膜。膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)膜具有节点和原纤维微结构，其中节点通过原纤维相互连接，孔是整个膜中位于节点和原纤维之间的空间。如本文所用，术语“节点”旨在表示主要由聚合物材料组成的实体特征体。当存在可变形的原纤维时，这些节点位于多个原纤维的接合处。在一些实施方式中，可以从膜去除原纤维，例如通过等离子体蚀刻来进行。

在至少一个实施方式中，在细胞不可渗透膜层和/或缓解层中使用膨胀聚四氟乙烯膜。在本文中可以使用膨胀聚四氟乙烯膜，例如但不限于根据以下专利文献中描述的方法制备的那些：戈尔(Gore)的美国专利第3,953,566号，Bacino等人的美国专利第7,306,729号，Bacino的美国专利第5,476,589号，Bacino的WO 94/13469，Branca等人的美国专利第5,814,405号，或Branca等人的美国专利第5,183,545号。在一些实施方式中，细胞不可渗透层和/或缓解层由含氟聚合物膜形成，例如但不限于膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)膜，改性的膨胀聚四氟乙烯膜，四氟乙烯(TFE)共聚物膜，聚偏二氟乙烯(PVDF)膜或氟化乙烯丙烯(FEP)膜。

在一些实施方式中，可能希望加强组件和/或附加层(例如血管化层、加强组件、网层、织物层等)是非永久性的(例如，可生物降解的)。在这种情况下，可以使用可生物降解材料来形成加强组件。可生物降解材料的合适例子包括但不限于聚乙交酯:三亚甲基碳酸酯(PGA:TMC)，聚α羟基酸，例如聚乳酸，聚乙醇酸，聚(乙交酯)和聚(丙交酯-共-己内酯)，聚(己内酯)，聚(碳酸酯)，聚(二噁烷酮)，聚(羟基丁酸酯)，聚(羟基戊酸酯)，聚(羟基丁酸酯-共-戊酸酯)，膨胀聚对二甲苯(ePLLA)，例如Sbriglia的美国专利公开第2016/0032069号中教导的，以及它们的共聚物和共混物。或者，缓解层可以涂覆有生物可吸收材料，或者生物可吸收材料可以以粉末形式结合到缓解层中或结合到缓解层上。涂覆的材料可促进感染部位减少、血管形成和有利的1型胶原沉积。

生物相容性膜复合材料可至少部分地在其上具有表面涂层，例如两性离子防污涂层、亲水性涂层或

/肝素涂层(可从W.L.戈尔及同仁股份有限公司(W.L.Gore&Associates,Inc.)商购获得)。作为附加或替代方式，表面涂层可以包含抗微生物剂；抗体(例如抗CD 47抗体(抗纤维化))；药物；生物活性分子(例如血管化刺激剂，例如FGF、VEGF、内皮糖蛋白、PDGF、血管生成素、和整联蛋白；抗纤维化剂，例如TGFb抑制剂；西罗莫司，CSF1R抑制剂；抗炎/免疫调节剂(例如CXCL12和皮质类固醇)抗CD 47抗体(抗纤维化)，以及它们的组合。

在一些实施方式中，缓解层的实体特征体可通过以下方式来形成：将聚合物(例如，热塑性材料)微光刻、微成型、机械加工、选择性沉积或印刷(或以其他方式铺设)到细胞不可渗透层上以形成至少一部分的实体特征体。可以利用任何常规印刷技术，例如转移涂布、丝网印刷、凹版印刷、喷墨印刷、图案化吸收和刮刀涂布，将热塑性聚合物设置在细胞不可渗透层上。图6A示出了位于细胞不可渗透层610上的实体特征体620形式的热塑性聚合物(在印刷完成之后)，其中实体特征体620具有特征体间距630。用于形成实体特征体的几何结构的非限制性示例包括但不限于虚线(参见图6B)、点和/或点线(参见图6C、6G)、几何形状(参见图6H)、直线(参见图6D)、斜线(参见图6F)、曲线(参见图6I)、网格(参见图6E)等，以及它们的组合。

用于形成缓解层的实体特征体的材料包括但不限于热塑性材料，聚氨酯，聚丙烯，硅酮，橡胶，环氧树脂，聚乙烯，聚醚酰胺，聚醚醚酮，聚苯砜，聚砜，硅酮聚碳酸酯聚氨酯，聚醚聚氨酯，聚碳酸酯聚氨酯，硅酮聚醚聚氨酯，聚酯，聚酯对苯二甲酸酯，可熔融加工的含氟聚合物，例如氟化乙烯丙烯(FEP)，四氟乙烯-(全氟烷基)乙烯基醚(PFA)，乙烯和四氟乙烯的交替共聚物(ETFE)，四氟乙烯(TFE)、六氟丙烯(HFP)和偏二氟乙烯(THV)的三元共聚物，聚偏二氟乙烯(PVDF)以及它们的组合。在一些实施方式中，聚四氟乙烯可用于形成图案特征。在另一些实施方式中，实体特征体可以单独形成并且可以粘附到细胞不可渗透层的表面(未示出)。

图7A中描绘了生物相容性膜复合材料700，其包括细胞不可渗透层710、缓解层720和任选的加强组件730。在所描绘的实施方式中，实体特征体750结合到细胞不可渗透层710的表面以形成缓解层720。实体特征体750在图7中描绘为基本上具有相同的高度和宽度，并且在细胞不可渗透层710和任选的加强层730之间延伸，但是应当理解这是一个示例，实体特征体750可以在高度和/或宽度上变化。实体特征体750之间的距离是实体特征体间距760，并且在一些情况下，可以在各种实体特征体750之间变化。

图7B是另一种生物相容性复合材料700，其包括细胞不可渗透层710、缓解层720和任选的加强组件730。在所描绘的实施方式中，实体特征体750，780是高度和宽度不同的节点，并且可以延伸细胞不可渗透层710和任选的加强层730之间的距离或不延伸细胞不可渗透层710和任选的加强层730之间的距离。实体特征体750，780由原纤维770连接。在图7B中，大部分实体特征体深度小于缓解层720的厚度。实体特征体780是结合的实体特征体。

参考图8，描绘了一种生物相容性膜复合材料，其包括细胞不可渗透层810、缓解层820和任选的加强层830。在该实施方式中，缓解层820内的实体特征体850、880是缓解层820的节点，其形成在膨胀聚四氟乙烯膜内。节点850，880通过原纤维870互连。节点850位于缓解层820内。节点880不仅位于缓解层820内，而且还与细胞不可渗透层810接触并且与之紧密结合。

如上所述，加强组件可以在离散区域处的生物相容性膜复合材料的层内或层之间定向。在图9A所示的一个非限制性实施方式中，加强组件920形成为细胞不可渗透层900内表面上的多个离散区域，并且位于生物相容性膜复合材料950中的缓解层910内。在图9B所示的实施方式中，加强组件920位于细胞不可渗透层900上与缓解层910相背的一侧上并且在生物相容性膜复合材料950的外部。在图9C所示的另一个非限制性实施方式中，加强组件920位于细胞不可渗透层900和缓解层910之间，进入生物相容性膜复合材料950内。

参考图10，缓解层1000可以通过将聚合物以一种图案(如上所述)放置来形成，该图案的特征在于以下一项或多项：实体特征体尺寸(即，短轴)1010，实体特征体间距1020，厚度1030，原纤维的缺失和/或孔径(如通过在SEM图像上进行的定量图像分析(QIA)所测量的)，如图10中总体描绘的。显示细胞不可渗透层1050仅供参考。

图11描绘了由具有节点和原纤维微结构的聚合物形成的缓解层1100，其特征在于以下一项或多项：实体特征体尺寸(即，短轴)1110，实体特征体间距1120，实体特征体深度1170，厚度1130，存在原纤维1160和/或孔径1140(如通过在SEM图像上进行的定量图像分析(QIA)所测量的)，如图11中总体描绘。显示细胞不可渗透层1150仅供参考。

生物相容性膜复合材料可以制造成各种形式，包括但不限于细胞封装装置、外壳、腔室、袋、管或盖。在一个实施方式中，生物相容性膜复合材料形成如图12A所示的细胞封装装置。图12A是示例性细胞封装装置1200的俯视图，该装置1200由沿其外周1210的一部分密封的两层生物相容性膜复合材料形成。图12A中仅显示了生物相容性膜复合材料1220的外层(例如，生物相容性膜复合材料在植入时与宿主组织接触的一侧)。细胞封装装置1200包括内室和填充管1230，内室也称为用于容纳对象细胞的内腔(未示出)，填充管1230延伸到内室中并与其流体连通以将对象细胞放置在内腔内。

本文所述的细胞封装装置各自具有氧扩散距离，当植入体内时，该氧扩散距离足以使封装的细胞存活。术语“氧扩散距离”(ODD)意在定义从位于内腔最内部部分的假设细胞到位于最近的细胞不可渗透层外侧上的假设的最近的血管化源的距离。由于该测量在封装装置植入体内并且缓解层能够在细胞不可渗透界面处形成血管时最相关，因此当装置受压时在体外测量氧扩散距离以代表由于内腔内封装细胞的生长而产生内压时的真实状态。用于测量氧扩散距离的体外压力范围可以是0.5到5psi的内压。可以在电池封装装置的活性表面区域的不同位置处测量氧扩散距离。如本文所用，术语“活性表面区域”是指与开放内腔空间接壤的区域，该区域可以促进营养物质的传质(即，微孔)并且可以填充有生物体或细胞。最大扩散距离表示内腔内所有可能的假设细胞到最近的潜在血管化源的最大氧扩散距离。最大氧扩散距离(ODD)在本文中定义为膜复合材料在受到压力时的最大挠曲点。也可以相对于细胞封装装置的总活性表面区域的比例来评估氧扩散距离。如本文所用的大部分氧扩散距离表示在内腔中假设的最内部细胞在装置的大部分活性表面区域(>50％)上的氧扩散距离。为了最大限度地提高封装细胞的活力和生产力，最大扩散距离需要保持在最小距离，或者活性表面区域的大部分氧扩散距离需要保持在最小距离。在一个实施方式中，氧扩散距离在装置的整个活性面积区域上保持一致，使得最大氧扩散距离和大部分氧扩散距离之间的差异最小。

作为一个例子，图12B描绘了类似于图12A所示的细胞封装装置的横截面。细胞封装装置1205包含生物相容性膜复合材料1240和生物相容性膜复合材料1245，其间具有内腔1265。各生物相容性膜复合材料1240、1245由细胞不可渗透层(第一层)1250和缓解层(第二层)1260形成并且围绕其外周1280密封。应当理解，形成装置1205的生物相容性膜复合材料1240、1245可以包含相同或不同的细胞不可渗透层和/或缓解层。诸如加强组件的任选层(第三层)(未示出)可以包括在缓解层1260的外部并且可以至少部分地围绕封装装置或包围封装装置。还应理解，尽管未描绘，封装装置1205具有填充管以注入或以其他方式插入对象细胞。在图12B中示意性显示最大氧扩散距离(ODD)，因为其描绘了膜复合材料的最大挠曲，因此描绘了所有可能的封装细胞1275到可能形成在细胞不可渗透层1250的外部上的最近的可能血管的最大距离。在内腔内没有内部加强组件或其他此类装置以分离在周边密封处连接的两层相对膜复合材料的装置中，ODD可以通过以下方式计算：测量加压时内腔的总膨胀如箭头1270所示的距离，将其除以2(二)，并加上细胞不可渗透层的厚度。在一些实施方式中，最大氧扩散距离(ODD)为约7微米至约500微米、约10微米至约400微米、约25微米至约350微米、约50微米至约300微米、约50微米至约250微米、约75微米至约250微米、约50微米至约200微米、75微米至约200微米、约25微米至约200微米、约10微米至约200微米或约7微米至约100微米。在优选的实施方式中，ODD为约300微米(总内腔厚度600微米)、约200微米(总内腔厚度400微米)、约150微米(总内腔厚度300微米)或约100微米(总内腔厚度200微米)，假设细胞不可渗透膜(第一层)具有如本文所述的厚度(或可忽略不计的厚度)和尺寸。此外，作为仅在最大挠曲点进行测量的替代方式，还可以在电池封装装置的活性表面区域上的多个位置处测量氧扩散距离，以评估大部分活性表面区域上的氧扩散距离(本文中为“大部分氧扩散距离”)。在一些实施方式中，大部分氧扩散距离可以小于300微米。在一些实施方式中，大部分氧扩散距离为约7微米至约300微米、约7微米至约250微米、约7微米至约200微米、约7微米至约150微米、约7微米约100微米，约7微米至约75微米，约7微米至约50微米，或约25微米至约250微米，约25微米至约200微米，或约25微米至约150微米微米。

可以由生物相容性膜复合材料形成的另一种细胞封装装置是平面装置，其包括内部加强组件，该内部加强组件是平面的或基本平面的，是营养物不可渗透的，并且将细胞封装装置在厚度方向上在周边密封上分为两个(或更多个)单独的内腔空间(例如，多个内腔空间)，每个内腔空间由单个生物相容性膜复合材料界定。内部加强组件将内腔分成两部分。在至少一个实施方式中，内部平面插入物居中定位或基本上居中定位并且将内腔基本上对半分开。文中使用的“基本上对半分开”是指将内腔分成在两侧具有相等部分的两半，或者几乎对半分开，其中一半可能略大于另一半。平面装置4100的一部分在图41中以横截面的形式示意性示出。如图所示，生物相容性膜复合材料4120包含细胞不可渗透层4130和缓解层4140。内部加强组件4150将内腔4135分成两部分(图41中仅示出了内腔的一部分4135)。与本文所述的其他细胞封装装置一样，该细胞封装装置具有足以使细胞存活的氧扩散距离。在这样的实施方式中，最大氧扩散距离(ODD)是从内部加强组件4150(例如，平面插入物)到内腔的最大挠曲位置处的细胞不可渗透层4130的外侧的距离，如括号内区域ODD和箭头4160所示，所述内部加强组件4150代表假设的最内部细胞的位置。

细胞封装装置通过固有的装置构造、加强组件的使用或其他内腔控制机制的使用保持最佳氧扩散距离(如图42-46和48所示)。可以通过多种方式控制内腔的厚度。在一个实施方式中，细胞封装装置可以由两个生物相容性膜复合材料形成，其中细胞不可渗透层彼此面对，并且膜复合材料的外周被密封(例如，熔接)或结合在一起，类似于图12B和图41中所示的封装装置。然而，与图12B和图41中所示的实施方式不同，诸如聚合物柱或印刷结构的结构间隔物可以位于内腔内并保持内腔的期望厚度。参考图42，可以看到这种封装装置的内腔的示意图。如图所示，细胞封装装置4200包括第一生物相容性膜复合材料4210，第二生物相容性膜复合材料4220，位于生物相容性膜复合材料4210、4220的细胞不可渗透层4224之间的内腔4230，以及设置在内腔4230内的结构间隔物4240以分离生物相容性膜复合材料4210、4220。结构间隔物4240保持生物相容性膜复合材料4210、4220之间的距离，因此氧扩散距离(ODD)在细胞封装装置4200的整个活性区域上是一致的，使得最大ODD类似于大部分ODD。缓解层4222被定位为电池封装装置4200的外表面，但是这不排除使用外部加强件(例如，网)并且这样的实施方式被认为在本公开的范围内。可以在授予Cully等人的美国专利公开第2018/0125632号中找到对包含结构间隔物的细胞封装装置的进一步描述。

优化氧扩散距离的另一种内腔控制形式是通过使用一个或多个张紧构件来施加背离内腔的相反的横向力。在图43所示的一个实施方式中，细胞封装装置4300形成为管形的封装袋4302并且包括第一生物相容性膜复合材料4306、第二生物相容性膜复合材料4308和内腔4312。填充管(未示出)可以延伸穿过细胞封装袋4302，并且可以与内腔4312流体连通。第一和第二生物相容性膜复合材料4306、4308在它们的外周被密封。张紧构件4304设置在内腔4312内，与细胞封装袋4302的至少两个相对部分接触，并对第一和第二生物相容性膜复合材料4306、4308施加张力。内腔4312位于第一和第二生物相容性膜复合材料4306、4308之间，并从张紧构件4304向内。内腔4312具有厚度4328，其是从第一生物相容性膜4306的最内部到第二生物相容性膜4308的最内部的距离并且由张紧构件4304的厚度4338限定。在该实施方式中，由张紧构件4304提供的细胞封装袋4302上的张力阻止了内腔4312的坍塌或膨胀，因此保持了由张紧构件4304限定的厚度4328。结果，最大和大部分氧扩散距离(ODD)在整个电池封装装置4300上基本相同。应该理解的是，图43没有示出任何任选的组件，例如点结合、结构间隔物、细胞置换核或可以设置在内部容积内的其他结构元件，但是这些实施方式被认为在本公开的范围内。

图44中显示了另一种细胞封装装置，其通过使用张紧构件控制内腔的厚度，从而控制氧扩散距离。图44显示了细胞封装装置4400，其包括沿外周4410密封的第一生物相容性膜复合材料4406和第二生物相容性膜复合材料4408。张紧构件4404设置在内腔4420内，与细胞封装装置4400的至少两个相对部分接触，并且在第一和第二生物相容性膜复合材料4406、4408上施加张力。内腔4420位于第一和第二膜复合材料4406、4408之间并且从熔接间隔物4426向内。在该实施方式中，内腔厚度4428由熔接间隔物4426的厚度限定，并且独立于张紧构件4404的厚度4438，因为熔接间隔物4426从张紧构件4404向内将第一和第二生物相容性膜复合材料4406、4408夹在一起，并且内腔4420的厚度4428是熔接间隔物4426的厚度。因此，在图44所示的实施方式中，内腔厚度4428小于张紧构件4404的厚度4438。或者，熔接间隔物4426的厚度可以等于或大于张紧构件4404的厚度4438，并且在那些实施方式中，内腔4420的厚度4428将等于或大于张紧构件4404的厚度4438。由张紧构件4404提供的细胞封装装置4400上的张力阻止了内腔4420的坍塌或膨胀，并因此保持由熔接间隔物4426限定的厚度，从而通过内腔控制将氧扩散距离保持在期望的距离。

在与关于图42所描述的类似的又一细胞封装装置中，图45所示的细胞封装装置4500也由两个分离的膜复合材料4506、4508形成，这两个分离的膜复合材料沿它们的外周4510的至少一部分密封。张紧构件4504设置在第一和第二膜复合材料4506、4508之间，与细胞封装装置4500的至少两个相对部分接触，并在第一和第二生物相容性膜复合材料4506、4508上施加张力。然而，作为如上所述的熔接间隔物的替代方式，细胞封装装置4500包括将第一和第二生物相容性膜复合材料4506、4508从张紧构件4504向内彼此结合的密封4521。从密封4521向内，定位结构间隔物4526以将第一和第二膜复合材料4506、4508分开，在内部容积的未被张紧构件4504或结构间隔物4526占据的部分中形成内腔4520。在图45所示的实施方式中，内腔4520的厚度4528由结构间隔物4526的高度确定。张紧构件4504的厚度4538大于内腔4520的厚度4528。由张紧构件4504提供的电池封装装置4500上的张力阻止了内腔4520的坍塌或膨胀并因此保持由结构间隔物4526限定的厚度以及氧扩散距离。

在又一封装装置中，氧扩散距离(ODD)通过控制封装装置的周边密封之间的间距和外部加强组件的刚度的组合效应来优化。内腔内周边熔接或离散熔接点与两个生物相容性膜复合材料层之间的内部加强组件或结构间隔物之间的较短距离减少了这些熔接位置之间可能的挠曲量，从而更好地控制ODD。当调整熔接间距以增加或减少内腔长度时，可能还需要调整装置设计以增加或减少内腔宽度，从而适应等同的内腔容积容量。生物相容性膜复合材料的挠曲量和产生的氧扩散距离将取决于封装装置外侧上加强组件的存在和刚度。在熔接位置之间的间距相等时，较硬的加强组件使膜复合材料产生较小的挠曲。外部加强组件的非限制性示例包括纺织品，例如织造网和非织造物，其由以下形成：聚合物或金属线，聚合物或金属杆或肋，夹子，笼，纤维，股线等。在示例性实施方式中，外部加强组件的刚度大于0.01N/cm。在一个实施方式中，外部加强组件的刚度确定为0.097N/cm(参见实施例1)。在该实施方式中，为了控制ODD，内腔的周边熔接点之间的熔接间距小于9mm。使用类似刚度(即～0.097N/cm)的加强组件，可以将熔接间距减小到小于9mm，从而减小氧扩散距离。此外，使用刚度增加(即大于0.097N/cm)的加强组件，可以在等同熔接间距(～9mm)或增加熔接间距(>9mm)时进一步减小氧扩散距离，以保持一致的氧扩散距离。

在另一个实施方式中，氧扩散距离(ODD)可以通过植入技术和将细胞封装装置保持在体内适当位置的机制来控制，例如将细胞封装装置固定到体内所需位置的缝合线，或抑制细胞封装装置的内腔扩张的绗缝。

在一些实施方式中，细胞封装装置被构造成使得氧扩散距离(ODD)由细胞置换核来控制。如图49A和49B中所示，细胞封装装置4900包括被生物相容性膜复合材料4910包围的细胞置换核4905(例如，样条)。细胞置换核4905的外表面和生物相容性膜复合材料4910的内表面之间的空间限定了其中可以包含细胞4915的边界区域。代表假设的最内部细胞的核4905的外表面与可渗透膜4910的内表面之间的最大距离(ODD)足够窄以提供适合所包含细胞4915的存活和功能的条件，由此可以维持大部分所包含细胞4915的活力。特别地，包含在细胞封装装置4900内的细胞4915能够从细胞封装装置4900外部的环境中获取营养物质和其他生物分子，并通过渗透膜4910将废物和治疗物质排出到细胞封装装置4900之外。

图50显示了图49A和图49B所示的细胞封装装置的透视图。细胞封装装置5000包括第一进入端口5015，第二进入端口5025，形成封装装置5000外部的生物相容性膜复合材料5005，以及延伸通过封装装置5000的内腔5010。细胞置换核(未示出))可以定位在内腔5010内(并且如图49A和49B所示)。在一些实施方式中，细胞封装装置5000的横截面可以是圆形、卵形或椭圆形。

在一些实施方式中，细胞封装装置可以包含多个容纳管。如图51所示，可植入装置5100可以包括多个相互连接的细胞封装装置5105，它们沿着细胞封装装置5100的长度基本上彼此平行。在图51所示的实施方式中，细胞封装装置5105可彼此独立地移动，从而使细胞封装装置5100可挠曲和/或顺应组织和/或组织运动。细胞封装装置5105可以被配置为容纳细胞置换核(未示出)以及细胞。每个细胞封装装置5105具有在近端5110处的第一进入端口5170和在远端5115处的第二进入端口5180。第二进入端口5180可以在其上具有可重新密封的盖5150以将细胞封装装置5105的远端密封。虽然未描绘，但可重新密封的盖也可以固定到第一进入端口5170以将电池封装装置5105的近端密封。细胞封装装置5105可以在连接构件5160处，例如在它们的近端处互相连接。在授予Cully等人的美国专利公开第2018/0126134号中描述了类似的管状细胞封装装置。

应当理解，本文所述的装置的接缝可替代地或任选地形成为如图47A-C分别所示的“搭接”缝、“对接”缝或“鳍”缝中的一种或多种。如图47A所示，在“搭接”缝构造中，热塑性熔接膜4720夹在生物相容性膜复合材料4710的两个边缘之间。在封装装置的制造中，“搭接”缝由生物相容性膜复合物4710的一个边缘的内表面与相同或不同的生物相容性膜复合材料4710的外表面结合来产生(在单个生物相容性膜复合材料的情况下，所得封装装置可以具有无接缝的边缘(这同样适用于图47B-C)。图47B显示了“对接”缝构造，其中相同或不同的生物相容性膜复合材料4710的两端的侧面相对以形成细胞封装装置，同时夹在两个热塑性熔接膜4720之间。图47C显示示例性“鳍”缝构造，其中热塑性熔接膜4720夹在生物相容性膜复合材料4710的两个边缘之间。鳍缝与“搭接”缝的区别在于生物相容性膜复合材料4710的两个边缘的两个内表面通过热塑性熔接膜4720结合。所得的细胞封装装置可以由一种接缝构造或接缝构造的组合形成，例如但不限于，图47A-C中所示的那些。此外，在本文所述的任何细胞封装装置的构建中可以使用一个或多个不同的生物相容性膜复合材料4710。

上面大体描述了本发明，参照以下具体实施例可以更进一步理解本发明,除非另外说明，否则，以下实施例仅仅是出于说明的目的，而不是包括所有例子或构成限制。

测试方法

孔隙率

层的孔隙率在本文中定义为由孔隙空间构成的层体积与层总体积相比的比例。孔隙率是通过比较由实心部分和空隙部分组成的多孔结构的堆积密度与实心部分的密度使用以下等式来计算的：

厚度

通过横截面SEM图像的定量图像分析(QIA)测量生物相容性膜复合材料中的层厚度。横截面SEM图像是通过以下方式产生的：将膜固定到粘合剂上，使用液氮冷却的剃须刀片手动切割膜，然后将粘合剂背衬的膜在一端竖立起来，使得横截面是垂直的。然后使用Emitech K550X溅射涂布机(可从英国Quorum技术有限公司(Quorum Technologies Ltd)商购)和铂靶对样品进行溅射涂布。然后使用来自赛默飞世尔科技公司(Thermo Scientific)的FEI Quanta 400扫描电子显微镜对样品进行成像。

然后使用美国国立卫生研究院(NIH)的ImageJ 1.51h测量横截面SEM图像内的层的厚度。图像比例是根据SEM提供的比例设置的。使用手动工具隔离和裁剪感兴趣的层。然后在层厚的方向上绘制多个(至少十个)等距的线。测量所有线的长度并取平均值以定义层厚度。

刚度

刚度测试根据ASTM D790-17标准测试方法进行，对未加强和加强的塑料和电绝缘材料的弯曲性能进行测试。该方法用于确定生物相容性膜复合材料层和/或最终装置的刚度。

遵循ASTM方法的程序B，包括大于5％的应变和用于偏转的1型十字头位置。固定装置的尺寸被调整为具有16mm的跨度和1.6mm的支撑和鼻梁架半径。所使用的测试参数为3.14mm的偏转和96.8毫米/分钟的测试速度。在样品宽度与标准1cm不同的情况下，力通过线性比率归一化为1cm样品宽度。

在最大偏转下以N/cm为单位报告载荷。

拉伸强度

使用5500系列

机电测试系统测试材料的拉伸强度。除非另有说明，否则在施加任何涂层之前对材料进行测试。使用D412F或D638-V狗骨状模具切割样品。然后将样品装入

测试仪夹具并以20英寸/分钟(对于D412F样品)或3英寸/分钟(对于D683-V样品)的恒定速率进行测试，直到失败。最大载荷通过测试面积(定义为规格宽度乘以材料厚度)标准化以定义拉伸应力。材料在垂直方向(D1和D2)进行测试，每个方向的最大应力用于根据以下等式计算材料的几何平均拉伸强度：

最大拉伸载荷

使用5500系列

机电测试系统测试材料的最大拉伸载荷。使用D412F或D638-V狗骨状模具沿对象轴定向切割样品。然后将样品装入

测试仪夹具并以20英寸/分钟(对于D412F样品)或3英寸/分钟(对于D683-V样品)的恒定速率进行测试，直到失败。测试期间持续的最大载荷通过试样规格宽度(D412F样品为6.35mm，D638-V样品为3.175mm)标准化，以定义最大拉伸负载。

复合结合强度(Z-强度)

使用5500系列

机电测试系统测试材料的复合结合强度。除非另有说明，否则在施加任何涂层之前对材料进行测试。使用3M 9500PC双面胶带将样品固定在1”x1”(2.54cm X 2.54cm)压板上，然后装入具有相对的1”x1”钢压板的

中，在该相对钢压板的表面上具有3M 9500PC双面胶带。施加1001N的特征压缩载荷60秒，以使粘合剂对结构进行部分的渗透。在这种结合之后，压板以20英寸/秒的恒定速率分离，直到失效。最大载荷通过测试区域(定义为1”x1”测试区域)标准化，以定义复合材料的结合。

质量/面积

样品被切割(通过手工、激光或模具进行)成已知的几何形状。除非另有说明，否则在施加任何涂层之前对材料进行测试。测量或验证样品的尺寸，并以平方米计算面积。然后在校准的秤上以克为单位对样品称重。以克为单位的质量除以以m²为单位的面积，以计算单位面积的质量，以g/m²为单位。

SEM样品制备

通过以下方式来制备SEM样品：首先将膜复合材料或膜复合材料层固定到粘合剂以便于操作，其中与用于成像的一侧相反的一侧面向粘合剂。然后切割膜以提供大约3mm x3mm的区域用于成像。然后使用Emitech K550X溅射涂布机和铂靶对样品进行溅射涂布。然后使用来自赛默飞世尔科技公司(Thermo Scientific)的FEI Quanta 400扫描电子显微镜以特定的放大倍率和分辨率拍摄图像，该放大倍率和分辨率允许对足够数量的特征体进行可视化以进行稳健的分析，同时确保每个特征体的最小尺寸至少为五个像素的长度。

实体特征体间距

通过在美国国立卫生研究院(NIH)的ImageJ 1.51h中分析SEM图像来确定实体特征体。图像比例是根据SEM图像提供的比例设置的。通过基于尺寸/阴影和/或手动识别的阈值组合来识别和区分出特征体。在结构由连续结构(例如非织造表面或蚀刻表面)组成的情况下，与具有离散实体特征体的结构相反，实体特征体被定义为围绕空隙的结构部分，它们的相应间距从空隙的一侧延伸到相对侧。在区分出特征体后，进行德劳内(Delaunay)三角剖分以识别相邻特征体。在分析中忽略外接圆超出图像边缘的三角剖分。在相邻特征体的最近边缘之间画线并测量长度以定义相邻特征体之间的间距(参见例如图1A)。

所有测量的实体特征体间距的中值标记的值小于或等于一半的测量的实体特征体间距且大于或等于一半的测量的实体特征体间距。因此，如果测量的中值高于或低于某个值，则大部分测量值同样高于或低于该值。因此，中值用作汇总统计量来表示大部分实体特征体间距。

代表性短轴和代表性长轴的测量

通过在NIH的ImageJ 1.51h中分析膜表面的SEM图像来测量代表性短轴。图像比例是根据SEM图像提供的比例设置的。通过基于尺寸/阴影和/或手动识别的阈值组合来识别和区分出特征体。在区分出特征体后，利用内置的粒子分析功能来确定代表性椭圆的长轴和短轴。该椭圆的短轴是被测特征体的代表性短轴。该椭圆的长轴是被测特征体的代表性长轴。所有测量的短轴的中值标记的值小于或等于一半的测量的短轴且大于或等于一半的测量的短轴。类似地，所有测量的长轴的中值标记的值小于或等于一半的测量的长轴且大于或等于一半的测量的长轴。在这两种情况下，如果测量的中值高于或低于某个值，则大部分测量值同样高于或低于该值。因此，中值用作汇总统计量来表示大部分实体特征体代表性短轴和代表性长轴。

实体特征体深度

通过使用膜横截面的SEM图像的定量图像分析(QIA)来确定实体特征体深度。横截面SEM图像是通过以下方式产生的：将膜固定到粘合剂上，使用液氮冷却的剃须刀片手动切割膜，然后将粘合剂背衬的膜在一端竖立起来，使得横截面是垂直的。然后使用EmitechK550X溅射涂布机(可从英国Quorum技术有限公司(Quorum Technologies Ltd)商购)和铂靶对样品进行溅射涂布。然后使用来自赛默飞世尔科技公司(Thermo Scientific)的FEIQuanta 400扫描电子显微镜对样品进行成像。

然后使用美国国立卫生研究院(NIH)的ImageJ 1.51h测量横截面SEM图像内的特征体的深度。图像比例是根据SEM提供的比例设置的。通过基于尺寸/阴影和/或手动识别的阈值组合来识别和区分出特征体。在区分出特征体后，利用内置的粒子分析功能来计算每个实体特征体的弗里特(Feret)直径和由弗里特直径轴定义的轴与水平面之间形成的角。弗里特直径是SEM图像平面中特征体边界上任意两点之间的最远距离。弗里特直径轴是由这两个点定义的线。每个实体特征体的弗里特直径在层厚度方向上的投影是根据以下等式计算的：

投影_厚度＝sinθ*长度_最长轴。

最长轴在层厚度方向上的投影是被测特征体的实体特征体深度。所有测量的实体特征体深度的中值标记的值小于或等于一半的测量的实体特征体深度且大于或等于一半的测量的实体特征体深度。因此，如果测量的中值高于或低于某个值，则大部分测量值同样高于或低于该值。因此，中值用作汇总统计量来表示大部分实体特征体深度。

孔径

通过在NIH的ImageJ 1.51h中分析膜表面的SEM图像来测量孔径。图像比例是根据SEM图像提供的比例设置的。通过基于尺寸/阴影和/或手动识别的阈值组合来对孔进行识别和隔离。在将孔隔离后，利用内置的粒子分析功能来确定每个孔的面积。根据以下等式，将测量的孔面积转换为“有效直径”：

将孔面积相加以定义由孔限定的表面的总面积。这是表面的总孔面积。层的孔径是孔的有效直径，其定义了这样一个孔径：总孔面积的大约一半由直径小于该孔径的孔组成，并且总孔面积的大约一半由直径大于或等于该孔径的孔组成。

MPS(最大孔径)

根据ASTM F316，使用来自安东帕(Anton Paar)的Quantachrome 3Gzh孔隙率计并使用硅油(20.1达因/厘米)作为润湿溶液来测量MPS(最大孔径)。

氧扩散距离(ODD)

为了评估体外氧扩散距离(ODD)，将其中没有细胞的细胞封装装置加压至1.0PSI以模拟封装细胞的体内效应。需要注意的是，假定封装的细胞在周围组织上施加大约1.0PSI的压力。

为了测量ODD，首先将细胞封装装置加压至所需压力(例如，1.0PSI)。此外，可以在不同压力范围(例如0.5到5psi之间)下进行此方法，并绘制ODD随内部压力的变化。用于对细胞封装装置进行加压的流体没有特别限制，只要可以精确控制所需的内部压力即可。如果在细胞不可渗透膜的外表面上存在预期会被体内血管穿透的附加层(例如，加强组件)，则这些层不包括在最终测量中，以便准确测量ODD。

为了计算包括开放的内腔并且该内腔在相对的膜复合材料层之间没有内部加强组件或额外的层或结构的装置的ODD，通过评估内部加压后的厚度变化来测量加压时的内腔膨胀。首先，当电池封装装置与周围气氛处于平衡压力时，测量总装置厚度。这种测量可以通过任何精确的厚度测量方法进行，例如非接触式测量仪或接触式机械测量仪，只要测量仪不会明显改变记录的尺寸即可。可以使用的测量仪的一个非限制性示例是落差计(Mitutoy，Absolute)。可以使用的测量技术的另一个非限制性示例是光学测量显微镜或光学比较仪(基恩斯公式(Keyence))。在本文中，该测量值被称为未加压尺寸。在测量未加压尺寸之前，还应考虑对细胞封装装置进行任何预调节。例如，电池封装装置可以通过以下方式经历模拟的细胞加载预调节步骤：将装置加压至由细胞加载引起的模拟压力(例如5psi)然后逐步将压力降低到与ODD方法更一致的最终压力(例如1psi)。

对内腔加压的一种方法是润湿细胞封装装置以使细胞不可渗透膜暂时不透气。异丙醇是合适的润湿液的一个非限制性例子。然后用压力调节器对封装装置加压，例如用比环境气氛高1.0PSI的空气进行加压。当电池封装装置处于所需压力下，在用于未加压尺寸的相同位置处，进行第二次厚度测量。接下来，从加压尺寸中减去未加压尺寸以获得内腔膨胀值。然后将内腔膨胀值除以二(2)以获得从内腔的最内部部分到细胞不可渗透层的内侧的距离(参见图12B)。然后通过将细胞不可渗透膜的厚度与从限制细胞位置到CIM内部的距离相加来计算最大ODD。最大ODD是装置的最大挠曲点，并且是在细胞封装装置上的任何位置获得的最大ODD。为了计算大部分ODD，需要在装置的活性表面区域上进行多次测量(超过5次)。应注意确保对装置整个横截面的一系列距离都进行了评估。

如果在内腔内或位于相对的膜复合材料层之间存在内部加强结构(例如，加强组件或结构柱)，则需要另一种测试方法。在这种情况下，内部加强结构的存在限制了在未加压状态下获得准确测量的能力，因为需要假设内部加强结构的厚度和位置，并且不能保证任何内部加强结构将细胞封装装置内部均分成两个相等的部分。为了对具有内部加强结构的细胞封装装置进行该替代测试方法，装置的内腔用可固化的液体加压，例如，用双组分硅橡胶(例如，再生橡胶薄浇注型号16301(Reprorubber thin pour model16301)，可从纽约州伊斯兰迪亚的Flexbar机器公司(Flexbar Machine Corporation,Islandia,NY)获得)或双组分环氧树脂(例如，Master Bond EP30LV，来自新泽西州哈肯萨克的马斯特邦德公司(Master Bond Inc.，Hackensack，NJ))进行加压。如果考虑到液体凝固后尺寸的任何变化，则可以在截取细胞封装装置的横截面之后直接进行最终的ODD测量。可以使用在最大挠曲点处的凝固横截面来测量ODD，以确定最大ODD。此外，可以通过在横截面的整个宽度上进行多次测量(超过5次)，在装置的整个活性表面区域上的多个位置使用凝固横截面来测量ODD，以确定大部分ODD。

人PDX1阳性胰腺内胚层和内分泌细胞的体外生产

本文针对多能干细胞(例如hES和iPS细胞)的定向分化方法可以描述为至少四个或五个或六个或七个阶段，这取决于最终阶段的细胞培养或所需的细胞群(例如PDX1阳性胰腺内胚层细胞群(或PEC)，或内分泌前体细胞群，或内分泌细胞群，或未成熟β细胞群或成熟内分泌细胞群)。

阶段1是从多能干细胞产生定形内胚层，需要大约2至5天，优选2天或3天。多能干细胞悬浮在包含RPMI、TGFβ超家族成员生长因子如激活素A、激活素B、GDF-8或GDF-11(100ng/mL)、Wnt家族成员或Wnt通路激活剂如Wnt3a(25ng/mL)和替代的rho-激酶或ROCK抑制剂如Y-27632(10μM)的培养基中，以增强生长、和/或存活和/或增殖、和/或细胞-细胞粘附。约24小时后，将培养基更换为包含RPMI和血清(例如0.2％FBS)以及TGFβ超家族成员生长因子如激活素A、激活素B、GDF-8或GDF-11(100ng/mL)和替代的rho-激酶或ROCK抑制剂的培养基，继续持续24小时(第1天)至48小时(第2天)。或者，在包含激活素/Wnt3a的培养基中约24小时后，在随后的24小时期间在仅包含激活素的培养基(即，培养基不包含Wnt3a)中培养细胞。重要的是，定形内胚层的生产需要血清含量低的细胞培养条件，因此胰岛素或胰岛素样生长因子的含量也低。参见McLean等人，(2007)干细胞(Stem Cells)25:29-38。McLean等人还表明，在第1阶段，将hES细胞与浓度低至0.2μg/mL的胰岛素接触可能不利于定形内胚层的产生。本领域的其他技术人员基本上如本文和以下文献中所述修改了多能细胞向定形内胚层的第1阶段分化：D’Amour等人(2005)，例如至少Agarwal等人，从人胚胎干细胞有效分化功能性肝细胞(Efficient Differentiation of Functional Hepatocytes fromHuman Embryonic Stem Cells)，Stem Cells(2008)26:1117-1127；Borowiak等人，小分子有效地指导小鼠和人胚胎干细胞的内胚层分化(Small Molecules Efficiently DirectEndodermal Differentiation of Mouse and Human Embryonic Stem Cells)，(2009)Cell Stem Cell 4:348-358；Brunner等人，不同的DNA甲基化模式表征分化的人胚胎干细胞和发育中的人胎儿肝脏(Distinct DNA methylation patterns characterizedifferentiated human embryonic stem cells and developing human fetal liver)，(2009)Genome Res.19:1044-1056，Rezania等人，用人多能干细胞体外衍生的胰岛素产生细胞逆转糖尿病(Reversal of Diabetes with Insulin-producing Cells Derived InVitro from Human Pluripotent Stem Cells)(2014)Nat Biotech 32(11):1121-1133(GDF8&GSK3β抑制剂,例如CHIR99021)；和Pagliuca等人，(2014)体外产生功能人胰腺B细胞(Generation of Function Human Pancreatic B-cell In Vitro),Cell 159:428-439(激活素A&CHIR)。为了获得其他内胚层谱系细胞，必须进行正确的分化、规格化、表征和定性鉴定。在此阶段的定形内胚层细胞共表达SOX17和HNF3β(FOXA2)，并且至少不明显表达HNF4alpha、HNF6、PDX1、SOX6、PROX1、PTF1A、CPA、cMYC、NKX6.1、NGN3、PAX3、ARX、NKX2.2、INS、GSC、GHRL、SST或PP。定形内胚层中HNF4α表达的缺失至少在以下文献中得到了支持和详细描述：Duncan等人(1994)，转录因子HNF-4在发育中的小鼠胚胎的胚外内胚层、肠道和肾源性组织中的表达：HNF-4是植入胚泡中初级内胚层的标志物(Expression oftranscription factor HNF-4in the extraembryonic endoderm,gut,and nephrogenictissue of the developing mouse embryo:HNF-4is a marker for primary endodermin the implanting blastocyst)”Proc.Natl.Acad.Sci,91:7598-7602和Si-Tayeb等人(2010)，从诱导多能干细胞高效生成人肝细胞样细胞(Highly Efficient Generation ofHuman Hepatocyte-Like cells from Induced Pluripotent Stem Cells)”，Hepatology51:297-305。

第2阶段采用第1阶段的定形内胚层细胞培养物，通过将悬浮培养物与低血清水平的RPMI(例如0.2％FBS，在1:1000的ITS中稀释)、25ng KGF(或FGF7)和替代的ROCK抑制剂一起孵育24小时(第2天至第3天)，产生前肠内胚层或PDX1阴性前肠内胚层。24小时后(第3天至第4天)，将培养基更换为相同的培养基，但不含TGFβ抑制剂，但仍含有ROCK抑制剂以增强细胞的生长、存活和增殖，再持续24天(第4天至第5天)到48小时(第6天)。正确规范前肠内胚层的关键步骤是去除TGFβ家族生长因子。因此，可以将TGFβ抑制剂添加到第2阶段细胞培养物中，例如2.5μMTGFβ抑制剂4号或5μM SB431542，激活素受体样激酶(ALK)的特异性抑制剂，其是一种TGFβI型受体。由第2阶段产生的前肠内胚层或PDX1阴性前肠内胚层细胞共表达SOX17、HNF1β和HNF4α，并且至少不明显共表达HNF3β(FOXA2)，也不明显共表达HNF6、PDX1、SOX6、PROX1、PTF1A、CPA、cMYC、NKX6.1、NGN3、PAX3、ARX、NKX2.2、INS、GSC、GHRL、SST或PP，它们是定形内胚层、PDX1阳性胰腺内胚层或胰腺祖细胞或内分泌祖细胞/前体以及典型的多激素型细胞的标志。

PEC生产的第3阶段(第5-8天)采用第2阶段的前肠内胚层细胞培养物，并通过DMEM或RPMI(在1％B27中)，0.25μM KAAD环巴胺，类视黄醇如0.2μM视黄酸(RA)或视黄酸类似物，诸如3nM的TTNPB(或CTT3，其是KAAD环巴胺和TTNPB的组合)和50ng/mL的头蛋白(Noggin)处理约24小时(第7天)至48小时(第8天)产生PDX1阳性前肠内胚层细胞。具体而言，申请人从大约2003年以来一直使用DMEM-高葡萄糖，并且当时所有专利和非专利公开都采用DMEM-高葡萄糖，即使没有提及“DMEM-高葡萄糖”等也是如此。这部分是因为吉布可(Gibco)等制造商没有这样命名他们的DMEM，例如DMEM(目录号11960)和Knockout DMEM(目录号10829)。值得注意的是，截至本申请的申请日，Gibco提供了更多的DMEM产品，但仍然没有在他们的某些含有高葡萄糖的DMEM产品中注明“高糖”，例如Knockout DMEM(目录号10829-018)。因此，可以假设在各情况中描述DMEM，是指具有高葡萄糖的DMEM，并且对该领域进行研究和开发的技术人员来说是很明显的。同样，ROCK抑制剂或rho-激酶抑制剂如Y-27632可用于增强生长、存活、增殖和促进细胞间粘附。其他试剂和因素包括但不限于抗坏血酸(例如维生素C)、BMP抑制剂(例如头蛋白(Noggin)、LDN、腱蛋白(Chordin))、SHH抑制剂(例如SANT、环巴胺、HIP1)；和/或PKC激活剂(例如PdBu、TBP、ILV)或其任何组合。或者，第3阶段已经在没有SHH抑制剂(例如第3阶段中的环巴胺)的情况下进行。从第3阶段产生的PDX1阳性前肠细胞共表达PDX1和HNF6以及SOX9和PROX，并且不明显共表达指示定形内胚层或前肠内胚层(PDX1阴性前肠内胚层)细胞或PDX1阳性前肠内胚层细胞的标志物，如上文第1阶段和第2阶段中所述。

上述第3阶段方法是PEC群生产的四个阶段之一。为了产生如下详述的内分泌祖细胞/前体和内分泌细胞，除了头蛋白(Noggin)、KAAD-环巴胺和类视黄醇外，还可以单独和/或组合使用激活素、Wnt和调蛋白(Heregulin)、甲状腺激素、TGFb受体抑制剂、蛋白激酶C激活剂、维生素C和ROCK抑制剂来抑制早期表达NGN3并增加CHGA阴性类型的细胞。

第4阶段(大约第8-14天)PEC培养生产从第3阶段获取培养基，并将其更换为含有以下组分的培养基：DMEM(在1％体积/体积B27补充剂中),外加50ng/mLKGF和50ng/mLEGF，有时还含有50ng/mL头蛋白(Noggin)和ROCK抑制剂，还包括单独的激活素或与调蛋白结合的激活素。或者，可以使用KGF、RA、SANT、PKC激活剂和/或维生素C或其任意组合进一步分化第3阶段细胞。这些方法产生至少共表达PDX1和NKX6.1以及PTF1A的胰腺祖细胞。这些细胞不明显表达指示定形内胚层或前肠内胚层(PDX1阴性前肠内胚层)细胞的标志物，如上文第1、2和3阶段中所述。

第5阶段生产采用上述第4阶段PEC细胞群，并将它们在含有DMEM(具有1％体积/体积B27补充剂)、头蛋白(Noggin)、KGF、EGF、RO(一种γ分泌酶抑制剂)、烟酰胺和/或ALK5抑制剂，或其任何组合(例如头蛋白和ALK5抑制剂)的培养基中进一步分化约1至6天(优选约2天，即第13-15天)，以产生内分泌祖细胞/前体或祖细胞型细胞和/或单激素和多激素胰腺内分泌型细胞。或者，可以使用视黄酸(例如RA或其类似物)、甲状腺激素(例如T3、T4或其类似物)、TGFb受体抑制剂(ALK5抑制剂)、BMP抑制剂(例如头蛋白、腱蛋白、LDN)，或γ分泌酶抑制剂(例如XXI、XX、DAPT、XVI、L685458)和/或β细胞素，或其任何组合将第4阶段的细胞进一步分化。从第5阶段产生的内分泌祖细胞/前体至少共表达PDX1/NKX6.1并表达CHGA、NGN3和Nkx2.2，并且不明显表达指示定形内胚层或前肠内胚层(PDX1阴性前肠内胚层)的标志物，如上文PEC生产的第1、2、3和4阶段中所述。

通过添加试剂或因子的任意组合，第6阶段和第7阶段可以进一步分化第5阶段的细胞群，所述试剂或因子包括但不限于PDGF+SSH抑制剂(例如SANT、环巴胺、HIP1)，BMP抑制剂(例如头蛋白、腱蛋白、LDN)，烟酰胺，胰岛素样生长因子(例如IGF1、IGF2)，TTNBP，ROCK抑制剂(例如Y27632)，TGFb受体抑制剂(例如ALK5i)，甲状腺激素(例如T3、T4及其类似物)和/或γ分泌酶抑制剂(XXI、XX、DAPT、XVI、L685458)或其任意组合，从而实现内分泌细胞、内分泌前体和未成熟β细胞的细胞培养群或适当比例。

第7阶段或未成熟β细胞被认为是内分泌细胞，但是对于以生理方式对葡萄糖作出反应来说，可能足够成熟或可能不够成熟。第7阶段的未成熟β细胞可以表达MAFB，而表达MAFA和MAFB的细胞是完全成熟的细胞，能够以生理方式对葡萄糖作出反应。

第1阶段到第7阶段的细胞群来源于人多能干细胞(例如人胚胎干细胞、诱导多能干细胞、转基因干细胞，例如使用现在可得或以后开发的任何基因编辑工具和应用程序)，并且可能没有它们的确切的自然发生的相应细胞类型，因为它们来自体外(即在人工组织培养中)产生的永生人多能干细胞，而不是体内的内细胞团(即体内人发育不具有人ES细胞等效物)。

可使用第4、5、6或7阶段细胞群中的任何一个将本文中预期的胰腺细胞疗法替代物封装在本文所述的装置中，该装置由本文所述的膜组成，并装载和完全包含在大封装装置中并移植到患者体内，胰腺内胚层谱系细胞在体内(也称为“体内功能”)成熟为胰腺激素分泌细胞或胰岛，例如胰岛素分泌β细胞，并且能够正常响应血糖。

在2009年11月13日提交的题为“来自人多能干细胞的胰腺谱系细胞的封装(ENCAPSULATION OF PACREATIC LINEAGE CELLS DERIVED FROM HUMAN PLURIPOTENT STEMCELLS)”的美国申请第12/618,659号('659申请)中详细描述了胰腺内胚层谱系细胞的封装和体内胰岛素的产生。'659申请要求以下申请的优先权：2008年11月14日提交的题为“来自HES细胞的胰腺祖细胞的封装(ENCAPSULATION OF PACREATIC PROGENITORS DERIVED FROMHES CELLS)”的临时专利申请第61/114,857号；和2008年12月9日提交的题为“胰腺内胚层细胞的封装(ENCAPSULATION OF PACREATICENDODERM CELLS)”的美国临时专利申请第61/121,084号；现在是美国专利8,278,106和8,424,928。本文描述的方法、组成和装置目前代表了优选的实施方式并且是示例性的，不旨在限制本发明的范围。本领域技术人员将想到其中的变化和其他用途，它们包含在本发明的精神内并且由本公开的范围限定。因此，对本领域的普通技术人员而言显而易见的是，可以对本文公开的本发明进行各种取代和修改而不会偏离本发明的范围和精神。

此外，本文所述的实施方式不限于任何一种类型的多能干细胞或人多能干细胞，并且包括但不限于人胚胎干(hES)细胞和人诱导多能干(iPS)细胞或以后开发的其他多能干细胞。本领域还众所周知，在提交本申请时，可以在不破坏人胚胎的情况下进行制备人多能干细胞的方法，并且预期此类方法可用于生产任何人多能干细胞。

从人多能细胞产生胰腺细胞谱系的方法基本上至少按照所列的属于维亚赛特公司(ViaCyte,Inc.)的公开文本中的描述进行，包括但不限于：PCT/US2007/62755(WO2007101130)，PCT/US2008/80516(WO2009052505)，PCT/US2008/82356(WO2010053472)，PCT/US2005/28829(WO2006020919)，PCT/US2014/34425(WO2015160348)，PCT/US2014/60306(WO2016080943)，PCT/US2016/61442(WO2018089011)，PCT/US2014/15156(WO2014124172)，PCT/US2014/22109(WO2014138691)，PCT/US2014/22065(WO2014138671)，PCT/US2005/14239(WO2005116073)，PCT/US2004/43696(WO2005063971)，PCT/US2005/24161(WO2006017134)，PCT/US2006/42413(WO2007051038)，PCT/US2007/15536(WO2008013664)，PCT/US2007/05541(WO2007103282)，PCT/US2008/61053(WO2009131568)，PCT/US2008/65686(WO2009154606)，PCT/US2014/15156(WO2014124172)，PCT/US2018/41648(WO2019014351)，PCT/US2014/26529(WO2014160413)，PCT/US2009/64459(WO2010057039)；和d’Amour等人，2005Nature Biotechnology 23:1534-41；D'Amour等人，2006Nature Biotechnology 24(11):1392-401；McLean等人，2007Stem Cells 25:29-38，Kroon等人，2008Nature Biotechnology 26(4):443-452,Kelly等人，2011NatureBiotechnology 29(8):750-756,Schulz等人，2012PLos One 7(5):e37004；和/或Agulnick等人，2015Stem Cells Transl.Med.4(10):1214-22。

从人多能细胞产生胰腺细胞谱系的方法基本上至少按照以下所列的属于杨森(Janssen)的公开文本中的描述进行，包括但不限于：PCT/US2008/68782(WO200906399)，PCT/US2008/71775(WO200948675)，PCT/US2008/71782(WO200918453)，PCT/US2008/84705(WO200970592)，PCT/US2009/41348(WO2009132063)，PCT/US2009/41356(WO2009132068)，PCT/US2009/49183(WO2010002846)，PCT/US2009/61635(WO2010051213)，PCT/US2009/61774(WO2010051223)，PCT/US2010/42390(WO2011011300)，PCT/US2010/42504(WO2011011349)，PCT/US2010/42393(WO2011011302)，PCT/US2010/60756(WO2011079017)，PCT/US2011/26443(WO2011109279)，PCT/US2011/36043(WO2011143299)，PCT/US2011/48127(WO2012030538)，PCT/US2011/48129(WO2012030539)，PCT/US2011/48131(WO2012030540)，PCT/US2011/47410(WO2012021698)，PCT/US2012/68439(WO2013095953)，PCT/US2013/29360(WO2013134378)，PCT/US2013/39940(WO2013169769)，PCT/US2013/44472(WO2013184888)，PCT/US2013/78191(WO2014106141)，PCTU/S2014/38993(WO2015065524)，PCT/US2013/75939(WO2014105543)，PCT/US2013/75959(WO2014105546)，PCT/US2015/29636(WO2015175307)，PCT/US2015/64713(WO2016100035)，PCT/US2014/41988(WO2015002724)，PCT/US2017/25847(WO2017180361)，PCT/US2017/37373(WO2017222879)，PCT/US2017/37373(WO2017222879)；PCT/US2009/049049(WO2010/002785)，PCT/US2010/060770(WO2011/079018)，PCT/US2014/042796，(WO2015/065537)，PCT/US2008/070418(WO2009/012428)；Bruin等人，2013Diabetologia.56(9):1987-98，Fryer等人，2013Curr.Opin.Endocrinol.Diabetes Obes.20(2):112-7，Chetty等人，2013Nature Methods.10(6):553-6，Rezania等人，2014Nature Biotechnologyy 32(11):1121-33，Bruin等人，2014Stem Cell Res.12(1):194-208，Hrvatin2014Proc.Natl.Acad.Sci.U S A.111(8):3038-43，Bruin等人，2015Stem CellReports.5,1081–1096，Bruin等人，2015Science Transl.Med.,2015,7,316ps23，和/或Bruin等人，2015Stem Cell Reports.14；4(4):605-20。

在一个实施方式中，人多能细胞根据以下优选条件A和/或B之一分化为PDX1阳性胰腺内胚层细胞，包括胰腺祖细胞和内分泌前体。

表1

表1图例：r0.2FBS：RPMI 1640(Mediatech)；0.2％FBS(HyClone)，1xGlutaMAX-1(生命技术(Life Technologies))，1％v/v青霉素/链霉素；db：DMEM高葡萄糖(HyClone)，辅以0.5x B-27补充剂(生命技术(Life Technologies))；A100，A50，A5：100ng/mL重组人激活素A(R&D系统公司(R&D Systems))；A5i：1uM，5uM，10uM ALK5抑制剂；TT3：3nM TTNPB(西格玛-奥德里奇公司(Sigma-Aldrich))；E50：50ng/mL重组人EGF(R&D系统公司)；ITS：胰岛素-转铁蛋白-硒(生命技术)，按1:5000或1:1000稀释；IV：2.5mM TGF-b RI激酶抑制剂IV(EMD生物科学公司(EMD Bioscience))；K50，K25：50ng/mL，25ng/mL重组人KGF(R&D系统公司或派普泰克公司(Peprotech))；N50，N100：50ng/mL或100ng/mL重组人头蛋白(R&D系统公司)；W50：50ng/mL重组小鼠Wnt3A(R&D系统公司)。

本领域普通技术人员将理解，可能存在其他方法产生PDX1阳性胰腺内胚层细胞或PDX1阳性胰腺内胚层谱系细胞，包括胰腺祖细胞或者甚至内分泌和内分泌前体细胞；以及至少Kroon等人2008，Rezania等人2014(同上)和Pagliuca等人2014Cell159(2):428-439(同上)描述的那些PDX1阳性胰腺内胚层细胞。

本领域普通技术人员还将理解，本文描述的用于产生PDX1阳性胰腺内胚层细胞的实施方式由混合群或亚群的混合物组成。并且因为与沿前后轴发生的哺乳动物体内发育不同，并且细胞和组织也因此命名，任何培养容器中的细胞培养都缺乏这种定向模式，因此特别是由于它们的标志物表达而被表征。因此，在体内不会发生任何分化阶段的混合细胞亚群。因此，PDX1阳性胰腺内胚层细胞培养物包括但不限于：i)内分泌前体(例如，如早期内分泌标志物，嗜铬粒蛋白A或CHGA所示)；ii)表达任何典型的胰腺激素如胰岛素(INS)、生长抑素(SST)、胰腺多肽(PP)、胰高血糖素(GCG)或甚至胃泌素、肠促胰岛素、促胰液素或胆囊收缩素的单激素多激素细胞；iii)胰腺前细胞，例如，表达PDX-1但不表达NKX6.1或CHGA的细胞；iv)共表达PDX-1/NKX6.1和CHGA(PDX-1/NKX6.1/CHGA)的内分泌细胞，或非内分泌细胞，例如表达PDX-1/NKX6.1但不表达CHGA(PDX-1+/NKX6.1+/CHA-)；和v)仍然存在不表达PDX-1、NKX6.1或CHGA的细胞(例如三阴性细胞)。

这种PDX1阳性胰腺内胚层细胞群及其混合细胞亚群大多至少表达PDX-1，特别是表达PDX-1/NKX6.1的亚群。PDX1/NKX6.1亚群也被称为“胰腺祖细胞”、“胰腺上皮细胞”或“PEC”或PEC的各版本，例如PEC-01。尽管表1描述了第4阶段的细胞群，但这些不同的亚群不仅仅限于第4阶段。这些亚群中的某些可以例如早在第3阶段和包括第5、6和7阶段在内的之后的阶段中发现(未成熟β细胞)。每个亚群的比例将根据所采用的细胞培养基条件而有所不同。例如，在Agulnick等人2015(同上)中，73-80％的PDX-1/NKX6.1细胞被用于进一步分化为胰岛样细胞(IC)，其中一般含有74-89％的内分泌细胞，并且其中的40-50％表达胰岛素(INS)。因此，不同的细胞培养条件能够产生不同比例的细胞亚群，这可能会影响体内功能，从而影响血清c肽水平。并且只有使用下文更详细描述的体内研究才能确定用于制造PDX1阳性胰腺内胚层谱系细胞培养群的修改方法是否会影响体内功能。此外，不能假设也不应该假设仅仅因为某种细胞类型已经制成并且得到良好的表征，这种方法就会产生相同的细胞中间体，除非这也得到很好的表征。

一方面，提供了一种在体内产生成熟β细胞的方法。该方法包括在体外制造源自人多能干细胞的人定形内胚层谱系细胞，该方法使用至少一个TGFβ超家族成员和/或至少一个TGFβ超家族成员和Wnt家族成员，优选TGFβ超家族成员和Wnt家族成员，优选激活素A、B或GDF-8、GDF-11或GDF-15和Wnt3a，优选激活素A和Wnt3a，优选GDF-8和Wnt3a。从定形内胚层细胞制备PDX1阳性胰腺内胚层细胞的方法，至少使用KGF、BMP抑制剂和视黄酸(RA)或RA类似物，优选KGF、头蛋白和RA。该方法可以进一步用甲状腺激素和/或TGFb-RI抑制剂、BMP抑制剂、KGF、EGF、甲状腺激素和/或蛋白质激酶C激活剂，优选用头蛋白、KGF和EGF，优选额外使用T3或T4和ALK5抑制剂或单独的T3或T4或单独的ALK5抑制剂，或T3或T4、ALK5抑制剂和PKC激活剂例如ILV、TPB和PdBu将PDX1阳性胰腺内胚层细胞分化为未成熟的β细胞或MAFA表达细胞。或者优选使用头蛋白和ALK5i并将PDX1阳性胰腺内胚层细胞或MAFA未成熟β细胞群植入哺乳动物宿主体内并使其成熟以产生包括能够对血糖作出反应的胰岛素分泌细胞的细胞群。

一方面，提供了表达INS和NKX6.1但基本上不表达NGN3的单能人未成熟β细胞或PDX1阳性胰腺内胚层细胞。在一个实施方式中，单能人未成熟β细胞能够成熟为成熟β细胞。在一个实施方式中，单能人未成熟β细胞进一步在体外和体内表达MAFB。在一个实施方式中，未成熟β细胞表达INS、NKX6.1和MAFA并且基本上不表达NGN3。

一方面，至少表达CHGA(或CHGA+)的胰腺内胚层谱系细胞是指内分泌细胞；不表达CHGA(或CHGA-)的胰腺内胚层细胞是指非内分泌细胞。在另一方面，这些内分泌和非内分泌亚群可以是多能祖细胞/前体亚群，例如非内分泌多能胰腺祖细胞亚群或内分泌多能胰腺祖细胞亚群；或者它们可以是单能亚群，例如未成熟的内分泌细胞，优选未成熟的β细胞、未成熟的胰高血糖素细胞等。

一方面，胰腺内胚层或PDX1阳性胰腺内胚层细胞群(第4阶段)中超过10％，优选超过20％、30％、40％，更优选超过50％、60％、70％、80％、90％、95％、98％或100％的细胞是非内分泌(CHGA-)多能祖细胞亚群，当植入哺乳动物宿主时，它们会产生成熟的胰岛素分泌细胞并在体内对葡萄糖作出反应。

一个实施方式提供了一种组合物和方法，用于在体外将多能干细胞基本上分化为胰腺内胚层培养物，并进一步在体外将胰腺内胚层培养物分化为内分泌或内分泌前体细胞。一方面，内分泌前体或内分泌细胞表达CHGA。一方面，内分泌细胞可以在体外产生胰岛素。一方面，体外内分泌胰岛素分泌细胞可响应葡萄糖刺激产生胰岛素。一方面，细胞群中超过10％、优选超过20％、30％、40％、更优选超过50％、60％、70％、80％、90％、95％、98％或100％的细胞是内分泌细胞。

本文所述的实施方式提供将多能人干细胞在体外分化为内分泌细胞的组合物和方法。一方面，内分泌细胞表达CHGA。一方面，内分泌细胞可以在体外产生胰岛素。一方面，内分泌细胞是未成熟的内分泌细胞，例如未成熟的β细胞。一方面，体外产生胰岛素的细胞可以响应葡萄糖刺激产生胰岛素。

一个实施方式提供了一种在哺乳动物体内产生胰岛素的方法，该方法包括：(a)将胰腺内胚层细胞或内分泌细胞或内分泌前体细胞群加载到可植入的半渗透装置中；(b)将带有细胞群的装置植入哺乳动物宿主中；和(c)在体内使装置中的细胞群成熟，其中至少一些内分泌细胞是胰岛素分泌细胞，其响应体内葡萄糖刺激而产生胰岛素，从而在体内为哺乳动物产生胰岛素。在一方面，内分泌细胞源自包含具有更高的非内分泌多能胰腺祖细胞亚群(CHGA-)的PEC的细胞组合物。在另一方面，内分泌细胞源自包含具有减少的内分泌亚群(CHGA+)的PEC的细胞组合物。在另一方面，内分泌细胞是未成熟的内分泌细胞，优选未成熟的β细胞。

一方面，与PDX-1阳性胰腺内胚层群或PDX1/NKX6.1阳性的非内分泌(CHGA-)亚群相比，由多能干细胞体外制备的内分泌细胞表达更多的PDX1和NKX6.1。一方面，与PEC非内分泌多能胰腺祖细胞亚群(CHGA-)相比，由多能干细胞体外制备的内分泌细胞表达PDX1和NKX6.1相对更多。一方面，将骨形态发生蛋白(BMP)和视黄酸(RA)类似物单独或组合添加到细胞培养物中以获得与PEC非内分泌多能祖细胞亚群(CHGA-)相比具有增加的PDX1和NKX6.1表达的内分泌细胞。一方面，BMP选自下组：BMP2、BMP5、BMP6、BMP7、BMP8和BMP4，更优选为BMP4。一方面，视黄酸类似物选自下组：全反式视黄酸和TTNPB(4-[(E)-2-(5,6,7,8-四氢-5,5,8,8-四甲基-2-萘基)-l-丙烯基]苯甲酸芳维甲酸)，或0.1-10μMAM-580(4-[(5,6,7,8-四氢-5,5,8,8-四甲基-2-萘基)甲酰胺基]苯甲酸)，更优选是TTNPB。

一个实施方式提供了一种用于在体外将多能干细胞分化为内分泌细胞和未成熟内分泌细胞，优选未成熟β细胞的方法，包括聚集体解离和重新结合。一方面，解离和重新结合发生在第1阶段、第2阶段、第3阶段、第4阶段、第5阶段、第6阶段或第7阶段或它们的组合。一方面，定形内胚层、PDX1-阴性前肠内胚层、PDX1-阳性前肠内胚层、PEC和/或内分泌和内分泌祖细胞/前体细胞被解离和重新结合。一方面，与内分泌(CHGA+)亚群相比，第7阶段解离和重新聚集的细胞聚集体由更少的非内分泌(CHGA-)亚群组成。一方面，细胞群中超过10％、优选超过20％、30％、40％、更优选超过50％、60％、70％、80％、90％、95％、98％或100％的细胞是内分泌(CHGA+)细胞。

一个实施方式提供了一种通过去除在第4阶段PEC生产过程中产生的内分泌细胞从而富集PDX1+和NKX6.1+的非内分泌多能胰腺祖细胞(CHGA-)亚群来在体外将多能干细胞分化为内分泌细胞的方法。

在一个实施方式中，通过在第3阶段和/或第4阶段不添加头蛋白(Noggin)家族成员来制备富集非内分泌多能祖细胞亚群(CHGA-)的PEC培养物。在一个实施方式中，通过在第3阶段和/或第4阶段不添加头蛋白家族成员来制备相对充满定型为内分泌谱系(CHGA+)的细胞的PEC培养物。一方面，头蛋白家族成员是选自下组的化合物：头蛋白(Noggin)、腱蛋白(Chordin)、卵泡抑素(Follistatin)、卵泡抑素样蛋白、Cerberus、Coco、Dan、Gremlin、骨硬化蛋白(Sclerostin)、PRDC(与Dan和Cerberus相关的蛋白)。

一个实施方式提供了一种通过在包含外源高水平葡萄糖的培养基中培养内分泌细胞来维持培养中的内分泌细胞的方法，其中添加的外源葡萄糖为约1mM至25mM、约1mM至20mM、约5mM至15mM、约5mM至10mM、约5mM至8mM。一方面，培养基是基于DMEM、CMRL或RPMI的培养基。

一个实施方式提供了一种在体外将多能干细胞分化为内分泌细胞的方法，其中进行和不进行细胞聚集体的解离和重新结合。一方面，未解离的或解离并重新结合的细胞聚集体在第6阶段和/或第7阶段被冷冻保存或冷冻，而不影响内分泌细胞的体内功能。一方面，冷冻保存的内分泌细胞培养物被解冻、培养并且当移植时在体内起作用。

另一个实施方式提供了一种用于将多能干细胞分化为内分泌细胞的培养系统，该培养系统至少包含能够在分化的早期阶段阻抑或抑制内分泌基因表达的试剂和能够在分化的后期阶段诱导内分泌基因表达的试剂。一方面，将能够阻抑或抑制内分泌基因表达的试剂加入由胰腺PDX1阴性前肠细胞组成的培养系统。一方面，将能够诱导内分泌基因表达的试剂加入由PDX1阳性胰腺内胚层祖细胞或PEC组成的培养系统。一方面，能够阻抑或抑制内分泌基因表达的试剂是激活TGFβ受体家族的试剂，优选其是激活素，优选其是高水平的激活素，然后是低水平的激活素。一方面，能够诱导内分泌基因表达的试剂是γ分泌酶抑制剂，其选自下组：N-[N-(3,5-二氟苯乙酰基-L-丙氨酰基)]-S-苯基甘氨酸叔丁酯(DAPT)，RO44929097，DAPT(N--[N-(3,5-二氟苯乙酰基-L-丙氨酰基)]-S-苯基甘氨酸叔丁酯)，1-(S)-内(endo)-N-(1,3,3)-三甲基双环[2.2.1]庚-2-基)-4-氟苯基磺酰胺，WPE-III31C，S-3-[N'-(3,5-二氟苯基-α-羟基乙酰基)-L-丙氨酰基]氨基-2,3-二氢-1-甲基-5-苯基-1H-1,4-苯并二氮杂

-2-酮，(N)-[(S)-2-羟基-3-甲基-丁酰基]-1-(L-丙氨酰基)-(S)-1-氨基-3-甲基--4,5,6,7-四氢-2H-3-苯并氮杂

-2-酮，BMS-708163(艾瓦甲西特(Avagacestat)),BMS-708163，司马西特(Semagacestat)(LY450139)，司马西特(Semagacestat)(LY450139)，MK-0752，MK-0752，YO-01027，YO-01027(二苯并氮杂

DBZ)，LY-411575，LY-411575或LY2811376。一方面，高水平的激活素是指高于40ng/mL、50ng/mL和75ng/mL的水平。一方面，在第3阶段期间或在产生胰腺前肠内胚层细胞之前使用高水平的激活素。一方面，低水平的激活素是指低于30ng/mL、20ng/mL、10ng/mL和5ng/mL。一方面，在第4阶段期间或PEC的生产中使用低水平的激活素。一方面，被抑制或诱导的内分泌基因是NGN3。在另一方面，激活素A和Wnt3A单独或组合使用以抑制内分泌表达，优选在胰腺前肠内胚层细胞产生之前或优选在第3阶段期间抑制NGN3表达。一方面，γ分泌酶抑制剂，优选RO44929097或DAPT，在培养系统中用于在PEC产生后，或优选在第5、6和/或7阶段期间诱导内分泌基因表达。

一种包含内分泌细胞的体外细胞培养物，其中至少5％的人细胞表达选自下组的内分泌标志物：胰岛素(INS)，NK6同源异型盒1(NKX6.1)，胰腺和十二指肠同源异型盒1(PDX1)，转录因子相关基因座2(NKX2.2)，配对盒4(PAX4)，神经源性分化1(NEUROD)，叉头盒A1(FOXA1)，叉头盒A2(FOXA2)，蜗牛家族锌指2(SNAIL2)和肌腱膜纤维肉瘤癌基因家族A和B(MAFA和MAFB)，并且基本上不表达选自下组的标志物：神经元素3(NGN3)，胰岛1(ISL1)，肝细胞核因子6(HNF6)，GATA结合蛋白4(GATA4)，GATA结合蛋白6(GATA6)，胰腺特异性转录因子1a(PTF1A)和SRY(性别决定区Y)-9(SOX9)，其中内分泌细胞是单能的，可以成熟为胰腺β细胞。

评估功能反应的体内裸鼠研究

至少如授予Martinson等人的美国专利第8,278,106号的教导中所述，封装装置离体装载有约6-7x10⁶个细胞(或约20μL)的胰腺祖细胞。在培养基中保持少于24-96小时后，将两个装置皮下植入每只雄性免疫缺陷无胸腺裸鼠中。胰腺祖细胞被允许在体内发育和成熟，移植物的功能性能通过在植入后12、16、20和23-24周进行葡萄糖刺激的胰岛素分泌(GSIS)测定来测量。

GSIS测定和C肽分泌的测量

已植入封装的胰腺祖细胞的动物在装置植入后12、16、20和23-24周进行葡萄糖刺激的胰岛素分泌测定，以监测移植物功能。动物禁食4-16小时，通过颈静脉静脉穿刺采集血样，然后通过腹膜内注射无菌30％葡萄糖溶液以3g/kg体重的剂量施用葡萄糖。在施用葡萄糖后90分钟、或60分钟和90分钟、或30分钟和60分钟再次抽取血样。从全血中分离血清，然后使用市售的ELISA试剂盒(Mercodia，目录#10-1141-01，瑞典乌普萨拉)测定人c肽。β-细胞以等摩尔比从胰岛素原中共同释放c-肽与胰岛素，并且c-肽由于其在血液中的较长半衰期而作为胰岛素分泌的替代物被测量。

裸鼠外植体组织学

在植入后的指定时间点，对裸鼠实施安乐死并移出装置。修剪掉多余的组织，并将装置置于中性缓冲的10％福尔马林中至少约6-30小时。在莱卡生物系统公司(LeicaBiosystems)的ASP300S组织处理器中对固定的装置进行处理以用于石蜡包埋。将经过处理的装置切成4-6块，每块大约5mm，并一起埋入石蜡块中。从每个块上切下多个3-10微米的横截面，放在载玻片上并用苏木精和伊红(H&E)染色。使用Hamamatsu Nanozoomer 2.0-HT数字载玻片扫描仪捕获载玻片的图像。

实施例

实施例1

除了在每个装置中使用的生物相容性膜复合材料外，创建了相同的细胞封装装置。一个装置(装置A)由两层生物相容性膜复合材料组成，其中ePTFE膜作为细胞不可渗透层，非织造聚酯作为血管化层，而第二装置(装置B)由三层生物相容性膜复合材料组成，其中ePTFE膜作为细胞不可渗透层，非织造聚酯作为血管化层，并增加了另一个ePTFE膜作为位于细胞不可渗透层和血管化层之间的缓解层。

第一装置(装置A)的细胞不可渗透层由ePTFE膜组成，该膜是市售的微孔亲水ePTFE膜，以商品名

由密理博公司(Millipore)(爱尔兰科克)出售。该ePTFE膜提供了紧密的、细胞不可渗透的界面，并且仍然能够通过该界面进行氧和营养物质的传质。形成装置A的细胞不可渗透层的ePTFE膜1400的表面的代表性扫描电子显微照片(SEM)显示在图14中。MPS确定为0.43微米。

装置A的血管化层由市售的纺粘聚酯非织造材料构成。该血管化层是提供组织锚定并使生物相容性膜复合材料充分血管化的开放层。该血管化层的代表性表面微结构显示在图22的SEM图像中。用于装置A的膜复合材料的各层的相关性质列于表2中。

表2

使用加热层压工艺将装置A的两层(即细胞不可渗透层和血管化层)组装成复合材料。将非织造材料的纤维加热至高于其熔融温度的温度，以使它们在ePTFE膜的整个表面区域上粘附到ePTFE膜，其中纺粘非织造物的纤维与ePTFE膜的表面接触。使用的层压机的两个示例是Galaxy平板层压机和HPL平板层压机。调节条件以使足够的压力和温度以给定的运行速度将聚酯纤维加热并熔化成ePTFE膜。合适的温度范围确定在150℃-170℃之间，压区压力在35kPA至355kPA之间，运行速度为每分钟1-3米。

第二装置(装置B)由三层生物相容性膜复合材料组成。根据戈尔的美国专利第3,953,566号的教导形成装置B的第一ePTFE膜(细胞不可渗透层)。该细胞不可渗透紧密层的MPS确定为0.18微米。

根据Branca等人的美国专利第5,814,405号的教导制备装置B的第二ePTFE膜(缓解层)。在机器方向(MD)膨胀过程中，将氟化乙烯丙烯(FEP)膜施加到第二ePTFE膜上。根据Bacino的WO94/13469的教导，随后通过机器方向(MD)膨胀和横向(TD)膨胀对第二ePTFE膜和FEP进行共加工，由此FEP在第二ePTFE膜上变得不连续。图15所示的SEM图像是其上具有不连续的FEP层1510的第二ePTFE膜表面1500的代表性图像。

通过使材料(FEP位于两个ePTFE膜之间)在高于FEP熔点的温度下接触，将其上包括不连续FEP层的第二ePTFE层层压到第一ePTFE层上。在层压过程中，两个ePTFE膜在横向上不受限制。然后将层压件在高于聚四氟乙烯(PTFE)熔点的条件下横向膨胀，使得每个ePTFE层恢复到在任何通过层压持续的颈缩之前的宽度。根据Butler等人的美国专利第5,902,745号中的教导，该复合材料随后被赋予亲水性。图16所示的SEM图像是第一ePTFE膜1600(细胞不可渗透层)的节点和原纤维微结构的代表性图像。图17所示的SEM图像是第二ePTFE膜1700(缓解层)的节点和原纤维微结构的代表性图像。图18所示的SEM图像是两层复合材料1800(即，第一ePTFE膜1810(细胞不可渗透层)和第二ePTFE膜1820(缓解层))的横截面的代表性图像。第二层的ePTFE膜内的节点充当生物相容性膜复合材料内缓解层的实体特征体。实心特征体间距确定为25.7微米。

装置B的血管化层与装置A的相同，由市售的纺粘聚酯非织造材料构成。该血管化层的代表性表面微结构显示在图22的SEM图像中。该复合材料的装置B的血管化层被放置在缓解层的表面上，并且直到制造最终装置形式时将生物相容性膜复合材料的所有三层熔接在一起时才永久地或以其他方式粘附。

用于装置B的生物相容性膜复合材料的每一层都被评估并表征了各层功能所需的相关参数。用于表征相关参数的方法根据上述测试方法中描述的进行。如果层的参数与该层的特定功能无关，则将其标记为“N/A”。如果由于复合材料层的处理方式而实际上无法获得层的参数，则将其标记为“—”。结果总结在表3中。

表3

接下来，为了将这些复合膜中的每一个形成为装置形式，获得聚碳酸酯聚氨酯膜(即热塑性膜)以在熔接期间围绕装置的组件形成周边密封。然后获得与热塑性膜(即聚碳酸酯聚氨酯)相同材料的填充管，其具有1.60mm的外径和0.889mm的内径。此外，获得了加强机械支撑(即加强组件)。特别地，加强机械支撑是聚酯单丝织造网，具有彼此间隔约300微米的120微米纤维。加强机械支撑层的刚度确定为0.097N/cm。该外部加强组件5200的代表性表面SEM可以在图52中看到。

然后将装置A和装置B的生物相容性膜复合材料各自形成为相同的细胞封装装置，这些装置具有图12A中总体所示的构造。首先使用激光切割台将装置A和装置B的生物相容性膜复合物切割到大约22mm x 11mm的卵形外部尺寸。将热塑性熔接膜(即聚碳酸酯聚氨酯膜)切割成2毫米宽的椭圆环轮廓。生物相容性膜复合材料、聚碳酸酯聚氨酯膜和聚酯网(加强组件)被放置成图13所示的插入堆叠模式。组件的这种插入堆叠模式允许通过熔化热塑性熔接膜(即聚碳酸酯聚氨酯膜)来形成周边密封，以将两个相对的膜复合材料和围绕所述周边的外聚酯网(加强材料)结合。形成装置A和装置B的各层相对于填充管对称地堆叠，使得生物相容性膜复合材料的细胞不可渗透的紧密层内部朝向装置B的内腔。

封装装置的分解图如图13所示。如图13所示，细胞封装装置由第一生物相容性膜复合材料1300沿其外周的一部分与第二生物相容性膜复合材料1310沿其外周的一部分相密封来形成，这通过将两个生物相容性膜复合材料1300、1310与两个熔接膜1340粘附来实现。在两个生物相容性膜复合材料1300、1310之间形成内室，通过填充管1330进入其中。另外的熔接膜1340位于生物相容性膜复合材料1300、1310和加强组件1350的每一侧之上。

通过对装置A使用超声波焊机(赫尔曼超声公司(Herrmann Ultrasonics))或对装置B使用热铆焊机(热压国际公司(Thermal Press International,Inc.))形成围绕封装装置的整体周边密封。在这两种工艺中，热能或振动能和力被施加到插入堆叠体上，以使热塑性膜(聚碳酸酯聚氨酯膜)在高于其软化温度的温度熔化和流动，从而将所有层熔接在一起。生物相容性封装装置以两步熔接工艺构建，其中从一侧施加能量或热量，使得第一生物相容性膜复合材料整合到封装装置的一侧，然后将第二生物相容性膜复合材料整合到装置的相反侧上。通过使用USON Sprint iQ泄漏测试仪在5psi的测试压力下使用压力衰减测试对装置的完整性进行测试来评估熔接的最终适用性。

对于两个装置，如图48所示，围绕细胞封装装置4800的内腔4810的周边密封之间的熔接间距(W)为7.2mm。装置A和装置B具有相同的占用空间并且通常都由附图标记4800表示。

根据上文测试方法部分中提出的体内裸鼠研究评估两个装置的功能反应。载有细胞的装置的功能反应如表4所示。结果表明，与装置A(没有缓解层)相比，装置B(包括缓解层)的功能反应发生了阶跃变化。装置A的代表性组织学图像5300在图53中示出，显示了异物巨细胞5310的存在和在细胞不可渗透层界面处的非常少的血管，由此导致非常少的活的封装细胞。相比之下，装置B的组织学图像5400如图54所示，图中没有显示在细胞不可渗透层处存在异物巨细胞，而是在该位置显示许多血管，导致整个内腔中充满活细胞。通过对这些组织学图像的评估，可以得出结论，装置B的缓解层中实体特征体的存在成功地缓解了细胞不可渗透层上异物巨细胞的形成，从而导致功能反应的阶跃变化，从而证明了在细胞封装装置中存在缓解层的重要性。

表4

**大鼠在GSIS测定前不禁食

实施例2

使用包含三(3)层的另一种膜复合材料来构建实施例1中描述的细胞封装装置形式。唯一的区别是装置的几何结构被修改以有意改变装置内腔的周边密封之间的熔接间距。

构建具有三个不同层的生物相容性膜复合材料。首先，通过分层然后使第一ePTFE层(细胞不可渗透层)和第二ePTFE层(缓解层)共膨胀来制备两层ePTFE复合材料，该第一ePTFE层由根据戈尔的美国专利第3,953,566号的教导制备的干燥的双轴膨胀膜构成，该第二ePTFE层由根据戈尔的美国专利第3,953,566号的教导制备的糊状挤出压延带构成。根据Butler等人的美国专利第5,902,745号中的教导，该两层ePTFE复合材料双轴膨胀，随后被赋予亲水性。该第一ePTFE层提供了紧密的、细胞不可渗透的界面，同时仍然能够进行氧和营养物质的传质。第一ePTFE层1900(细胞不可渗透层)的代表性表面微结构显示在图19的SEM图像中。该细胞不可渗透紧密层的孔径确定为0.35微米。第二ePTFE膜2000(缓解层)的代表性表面微结构如图20所示。显示包括第一ePTFE膜2510(细胞不可渗透层)和第二ePTFE膜2520(缓解层)的复合材料2500的微结构的代表性横截面显示在图21的SEM图像中。

在该生物相容性膜复合材料中还包括额外的第三层，作为补充血管化层。该第三层是市售的纺粘聚酯非织造材料。该第三纺粘聚酯非织造材料2200(血管化层)的代表性表面微结构显示在图22的SEM图像中。通过以下方式将该第三层组装到具有第一和第二ePTFE膜的生物相容性膜复合材料(即两层ePTFE膜复合材料)中：在装置制造期间，将纺粘聚酯非织造物放置在两层ePTFE膜复合材料的第二ePTFE膜2120(缓解层)的顶部上，并在实施例1描述的装置组装过程中用热塑性熔接环在周边进行熔接。

生物相容性膜复合材料的每一层都被评估并表征了各层功能所需的相关参数。用于表征相关参数的方法根据上述测试方法中描述的进行。如果层的参数与该层的特定功能无关，则将其标记为“N/A”。如果由于复合材料层的处理方式而实际上无法获得层的参数，则将其标记为“—”。结果总结在表5中。

表5

当如实施例1所述将该生物相容性膜复合材料整合成细胞封装装置时，其包括相同的外部加强组件，该组件是刚度为0.097N/cm的单丝聚酯织造网。改变装置的几何结构，以有意改变三种不同装置几何结构的周边密封之间的熔接间距。图23A所示的装置A具有9mm的最大熔接间距(W)，图23B所示的装置B具有与实施例1一致的7.2mm的熔接间距(W)，而图23C中所示的装置C具有5.4mm的最窄的熔接间距(W)。图23A-C大体显示了这些细胞封装装置中每一个的几何结构。

评估每个封装装置在1PSI内部压力下的最大氧扩散距离(ODD)，并根据上文测试方法部分中提出的体内裸鼠研究进行植入。结果汇总表如表8所示。结果表明，使用一致的外部加强组件，可以通过控制装置周边密封之间的熔接间距来限制氧扩散距离。氧扩散距离也显示为与如图24A-C所示的内腔中移植物厚度的组织学观察结果一致。如图24A-C所示，具有较窄熔接间距和较小氧扩散距离的装置在20周时表现出体内较薄的移植物厚度，如箭头2420的尺寸所证明的那样，该箭头2420指示装置横截面上的最大移植物厚度。此外，如表6所示，通过GSIS C-肽反应测量的装置的功能反应显示出随着氧扩散距离的减小而显著增加功能的趋势。

表6

实施例3

构建具有三个不同层的生物相容性膜复合材料。根据戈尔的美国专利第3,953,566号的教导形成第一层(细胞不可渗透层)，该第一层由ePTFE膜形成。

形成由第二ePTFE膜(缓解层)和第三ePTFE膜(血管化层)构成的两层复合材料。根据Branca等人的美国专利第5,814,405号的教导制备第二ePTFE膜。根据Branca等人的美国专利第5,814,405号的教导，通过低于熔点(below-the-melt)的MD膨胀步骤对第二ePTFE层的ePTFE带前体进行处理。在第二ePTFE带前体的低于熔点MD膨胀步骤期间，根据Bacino的WO 94/13469的教导施加FEP膜。然后，根据Branca等人的美国专利第5,814,405号的教导，通过非晶态锁定步骤和高于熔点(above-the-melt)MD膨胀步骤对第三ePTFE层的ePTFE带前体进行处理。在该ePTFE带前体的第一低于熔点MD膨胀步骤期间，根据Bacino的WO 94/13469的教导施加FEP膜。将第三ePTFE膜的膨胀ePTFE带前体层压到第二ePTFE膜的膨胀ePTFE带前体上，使得第三ePTFE带的FEP侧与第二ePTFE膜的ePTFE带前体的PTFE侧接触。然后将两层复合材料在高于PTFE熔点的温度下沿机器方向和横向共膨胀。其上具有FEP 2510的第二ePTFE膜2500的代表性表面微结构显示在图25的SEM图像中。

将由第二ePTFE膜(缓解层)和第三ePTFE膜(血管化层)构成的两层复合材料层压到第一ePTFE膜(细胞不可渗透层)上。通过首先使两层ePTFE复合材料与第三ePTFE层(FEP位于两层之间)在高于FEP熔点的温度下接触并且ePTFE膜在横向上不受限制，将其上包括不连续FEP层的第二ePTFE膜的一侧层压到第一ePTFE层上。然后将层压件在高于PTFE熔点的条件下横向膨胀，使得各层恢复到在任何通过层压持续的颈缩之前的宽度。根据Butler等人的美国专利第5,902,745号中的教导，所得生物相容性膜复合材料随后被赋予亲水性。图16所示的SEM图像是第一ePTFE膜(细胞不可渗透层)的节点和原纤维微结构的代表性图像。图26所示的SEM图像是第三ePTFE膜2600(血管化层)的节点和原纤维微结构的代表性图像。图27所示的SEM图像是三层生物相容性膜复合材料的横截面2700的代表性图像，所述三层生物相容性膜复合材料包括第一ePTFE膜3710(细胞不可渗透层)、第二ePTFE膜3720(缓解层)和第三ePTFE膜3730(血管化层)。

生物相容性膜复合材料的每一层都被评估并表征了各层功能所需的相关参数。用于表征相关参数的方法根据上述测试方法中描述的进行。如果层的参数与该层的特定功能无关，则将其标记为“N/A”。如果由于复合材料层的处理方式而实际上无法获得层的参数，则将其标记为“—”。生物相容性膜复合材料的所得性质示于表7中。

表7

将两个相同的生物相容性膜复合材料整合成平面装置2800，该平面装置2800包括内部加强组件2830，如图28中大体上所示。该实施例中描述的平面细胞封装装置与之前描述的装置(即实施例1-2中的装置)的区别在于平面装置是基于加强组件2820(如图28所示)，该加强组件是位于与两个生物相容性膜复合材料的细胞不可渗透层相邻位置的内部加强组件。与在前面实施例中由织造聚酯网提供的外部加强组件相反，该加强组件2820位于装置的内腔内(例如，作为内骨骼)。加强组件2900包括加强插入件2910和一体式填充管2920，该填充管具有流通孔2930以进入加强组件2900的两侧。

通过将一片TFE、HFP和VDF的含氟热塑性三元共聚物放入模腔中并在设定温度高于聚合物软化温度的热压机(Wabash C30H-15-CPX)中压制三元共聚物以使其符合最终尺寸和形状来构建加强组件。所得加强组件的厚度约为270微米，刚度为0.6N/cm。

将两个生物相容性膜复合材料切成约1”x 2”(2.54cm X 5.08cm)并设置在加强组件的两侧，各膜复合材料的细胞不可渗透层向内朝向内腔和加强组件。平面装置的各个组件的分解图如图28所示。

平面装置如图30所示。为了产生平面装置3000，通过以下方式形成熔接：使用脉冲熔接机沿周边对图28所示的材料堆叠体2800进行压缩并施加温度和压力以使热塑性材料软化到足以在各复合膜中形成结合。在熔接过程中，将钢芯轴(未示出)放入填充管3030中以防止填充管3030在加热过程中发生熔接闭合。通过用热头装置施加轻微的手动压力，将加强平面组件3000的内部点结合到每个膜复合材料表面，以在每侧12个位置处产生直径约1mm且间隔至少1.45mm的内部点结合3020。通过测试在5psi的内部压力下浸没在异丙醇中时视觉上检测为气泡流的泄漏是否存在来评估熔接的完整性是否合适。

参考图30，平面装置3000的加强组件3010和内腔3030的内部几何结构以横截面示出。加强组件3010和内腔3030的内部几何结构在图31和图32中示出。图31描绘了沿线A-A截取的平面装置3000的横截面，示出了单个点结合3120和内腔3130。图32是沿线B-B截取的平面装置3000的横截面图像，示出了两个点结合3220和内腔3230。图30中所示的成品平面装置填充有低粘度硅橡胶，以允许图31所示的加强组件3110和图32所示的加强组件3210更好地可视化和成像。

在1PSI下评估平面装置3000的氧扩散距离(ODD)，然后进行植入以根据上文测试方法部分中提出的裸鼠外植体组织学来评估组织学反应。确定平面装置3000在1PSI下具有194微米的最大氧扩散距离。结果还表明，可以通过包括位于平面装置的内腔中的加强组件3040来控制和限制氧扩散距离。可以在代表性组织学横截面中观察到氧扩散距离的控制，如图30B示出的平面装置3000的代表性横截面所示。从组织学评估得出结论，平面装置3000的氧扩散距离成功地实现了24周时的体内细胞活力，如图30B中的活封装细胞3050所证明的。

比较例1

使用实施例3中描述的生物相容性膜复合材料和装置，不同之处在于不存在将加强平面组件结合到生物相容性膜复合材料表面的内部点。该装置实施方式的目的是提供一个比较例，以证明内部点结合在保持适当的氧扩散距离方面的影响。

根据上文测试方法部分中提出的氧扩散距离方法，评估该装置在1PSI下的氧扩散距离(ODD)。为该比较例制造的没有点结合的装置导致最大氧扩散距离为1159微米。将该最大氧扩散距离与实施例3中存在内部点结合时的最大扩散距离194微米进行比较。这些结果表明，可以通过包含位于平面装置的内腔中并结合到生物相容性复合膜的内部加强组件来控制和限制氧扩散距离。

实施例4

除了使用的膜复合材料和使用的内部加强组件的几何结构之外，如实施例3中所述对装置进行构建。

构建具有三个不同层的生物相容性膜复合材料。首先，通过分层然后使第一ePTFE层(细胞不可渗透层)和第二ePTFE层(缓解层)共膨胀来制备两层ePTFE复合材料，该第一ePTFE层由根据戈尔的美国专利第3,953,566号的教导制备的干燥的双轴膨胀膜构成，该第二ePTFE层由根据戈尔的美国专利第3,953,566号的教导制备的糊状挤出压延带构成。两层ePTFE复合材料(细胞不可渗透层/缓解层)发生双轴膨胀以形成最终的复合结构。

根据Branca等人的美国专利第5,814,405号的教导制备第三层(血管化层)。在初始机器方向(MD)膨胀步骤中，将氟化乙烯丙烯(FEP)膜施加到第三ePTFE膜上。根据Bacino的WO/94/13469的教导，随后通过机器方向(MD)膨胀和横向(TD)膨胀对第三ePTFE膜和FEP进行共加工，由此FEP在第三ePTFE膜的表面上变得不连续。图33是其上具有不连续的FEP层3310的第三ePTFE层的表面3300的代表性图像。

第三ePTFE膜被层压到两层ePTFE复合材料上。通过首先使第三ePTFE膜与两层ePTFE复合材料的第二ePTFE膜在高于FEP熔点的温度下接触(FEP位于第二和第三ePTFE膜之间)，将其上具有FEP不连续层的第三ePTFE层的一侧层压到(两层ePTFE复合材料的)第二ePTFE膜上。在层压过程中，ePTFE膜在横向上不受限制。然后将层压件在高于PTFE熔点的条件下横向膨胀，使得各层恢复到其在任何通过层压持续的颈缩之前的原始宽度。根据Butler等人的美国专利第5,902,745号中的教导，所得生物相容性膜复合材料随后被赋予亲水性。图34所示的SEM图像是两层ePTFE复合材料的一侧(即细胞不可渗透层)的节点和原纤维微结构3400的代表性图像。图35所示的SEM图像是第三膜3500(血管化层)的节点和原纤维微结构的代表性图像。图36所示的SEM图像是三层生物相容性膜复合材料3600的横截面的代表性图像，所述三层生物相容性膜复合材料3600包括第一ePTFE膜3610(细胞不可渗透层)、第二ePTFE膜3620(缓解层)和第三ePTFE膜3630(血管化层)。生物相容性膜复合材料的所得性质示于表8中。

表8

当该生物相容性膜复合材料如实施例3所述整合成装置时，内部加强组件的几何结构被修改以有意改变加强平面组件(即柱)的内部点的高度。图37A是具有柱3720的加强组件3700的俯视图。在装置A 3740中，如图37B所示，平面装置3740具有具备250微米柱3745的几何结构。在装置B3760中，如图37C所示，平面装置3760具有具备150微米柱3765的内部几何结构。在装置C 3780中，如图37D所示，平面装置3780具有具备75微米柱3785的内部几何结构。应当注意，膜与柱的结合将由于压缩和聚合物流入膜结构和/或过量聚合物飞溅出预期结合区域而改变最终柱高度。

根据上文测试方法部分中提出的氧扩散距离(ODD)测试，评估各装置在1psi下的氧扩散距离(ODD)。ODD结果的汇总示于表9中。结果表明，可以通过在细胞封装装置的内腔内包含加强组件来控制和限制最大氧扩散距离，并且可以调整加强组件的几何结构以达到所需的氧扩散距离。

表9

根据上文测试方法部分中提出的裸鼠外植体组织学来评估载有细胞的装置A3740和装置B 3760的功能性能。还显示随着柱高度降低而观察到的氧扩散距离的降低与内腔中移植物厚度的组织学观察结果一致，如图37B中装置A 3740和图37C中装置B 3760的代表性横截面所示。此外，可以从组织学评估得出结论，装置A 3740和装置B 3760的缓解层的存在和氧扩散距离使体内细胞活力成为可能，如图37E和图37F中分别示出的活细胞3750、3770所证明的。

实施例5

除了使用不同的膜复合材料之外，如实施例4的装置C中所述构建三种不同的装置。为本实施例构建的该装置旨在展示用于具有内部加强组件的装置中的各种血管化层。

各自具有三个不同层的三种生物相容性膜复合材料以类似的方式构建。这些膜复合材料在下文中将被称为构建体A、构建体B和构建体C。这三种构建体都具有相似的第一层(细胞不可渗透层)和第二层(缓解层)，但具有不同的第三层(血管化层)。

根据戈尔的美国专利第3,953,566号的教导形成第一层(细胞不可渗透层)，该第一层由ePTFE膜形成。

形成由第二ePTFE层(缓解层)和第三ePTFE层(血管化层)构成的三个独特的两层复合材料。根据Branca等人的美国专利第5,814,405号的教导制备第二ePTFE膜。根据Branca等人的美国专利第5,814,405号的教导，通过低于熔点(below-the-melt)的MD膨胀步骤对第二ePTFE层的ePTFE带前体进行处理。在第二ePTFE带前体的低于熔点MD膨胀步骤期间，根据Bacino的WO 94/13469的教导施加FEP膜。根据Branca等人的美国专利第5,814,405号的教导，通过非晶态锁定步骤和高于熔点(above-the-melt)MD膨胀步骤对第三ePTFE层的ePTFE带前体进行处理。带前体的性质和在第三层上进行的膨胀的程度在三种构建体之间有所不同。在第三ePTFE带前体的第一低于熔点MD膨胀步骤期间，根据Bacino的WO94/13469的教导施加FEP膜。将第三ePTFE膜的膨胀ePTFE带前体层压到第二ePTFE膜的膨胀ePTFE带前体上，使得第三ePTFE带的FEP侧与第二ePTFE膜的ePTFE带前体的PTFE侧接触。然后将两层复合材料在高于PTFE熔点的温度下沿机器方向和横向共膨胀。

将由第二ePTFE膜(缓解层)和第三ePTFE膜(血管化层)构成的两层复合材料层压到第一ePTFE膜(细胞不可渗透层)上。通过首先使两层ePTFE复合材料与第一ePTFE层(FEP位于两层之间)在高于FEP熔点的温度下接触并且ePTFE膜在横向上不受限制，将其上包括不连续FEP层的第二ePTFE膜的一侧层压到第一ePTFE层上。然后将层压件在高于PTFE熔点的条件下横向膨胀，使得各层恢复到在任何通过层压持续的颈缩之前的宽度。根据Butler等人的美国专利第5,902,745号中的教导，该复合材料随后被赋予亲水性。图16所示的SEM图像是第一ePTFE膜(细胞不可渗透层)的节点和原纤维结构的代表性图像。图61，图62和图63显示的SEM图像分别是各构建体A、B和C的第三ePTFE膜6100、6200和6300(血管化层)的节点和原纤维结构的代表性图像。图64、图65和图66所示的SEM图像分别是三层生物相容性膜复合材料的横截面结构6400、6500和6600的代表性图像，所述三层生物相容性膜复合材料分别包括第一ePTFE膜6420、6520和6620(细胞不可渗透层)、第二ePTFE膜6440、6540和6640(缓解层)和第三ePTFE膜6460、6560和6660(血管化层)。构建体A、构建体B和构建体C的其上具有FEP 6020的第二ePTFE层6000的代表性表面微结构显示在图60的扫描电子显微照片(SEM)图像中。生物相容性膜复合材料的每一层都被评估并表征了各层功能所需的相关参数。用于表征相关参数的方法根据上述测试方法中描述的进行。

两层复合材料的每一层都被评估并表征了各层功能所需的相关参数。如果层的参数与该层的特定功能无关，则将其标记为“N/A”。如果由于复合材料层的处理方式而实际上无法获得层的参数，则将其标记为“—”。用于表征相关参数的方法根据上述“测试方法”部分中描述的方法进行。结果总结在表10中。

表10

请注意，每个构建体下列出的这些性质的值是针对每个构建体中所有三层的整体值(bulk value)，而不仅仅是第三层(血管化层)的值

如实施例4的装置C所述，将生物相容性膜复合材料整合成细胞封装装置。

根据上文测试方法部分中描述的体内裸鼠研究，使细胞封装装置填充有细胞。植入7周后，如上文所述的测试方法部分中所述，通过组织学评估来检查细胞封装装置。如图55和图56所示，细胞封装装置5500、5600展示了将活细胞5520、5620维持在内腔内的能力，表明其减轻异物巨细胞在细胞不可渗透表面处形成的能力以及维持足够的氧扩散距离的能力。

实施例6

制备实施例3中描述的生物相容性膜复合材料并使其形成为如图40A所示的细胞封装装置4000。该实施例中描述的细胞封装装置与之前描述的封装装置(即实施例1-6中的细胞封装装置)的区别在于该细胞封装装置是基于形成生物相容性膜复合材料的圆柱形管。

管状细胞封装装置4000示于图40A和40B中(图40B以分解图描绘了细胞封装装置)。如图40B所示，管状装置4000包括生物相容性膜复合材料4070、模制内部加强部件4050、端塞4080和填充管4030(用于每个细胞封装装置)。在该实施例中，具有定制设计的横截面(即样条)的挤出硅树脂用作内部加强组件4050。

参考图38，样条3800形成有定制几何结构，其在图38中以横截面示出。如图所示，样条3800具有内径3810和外径3820。内径和外径之间的区域由细胞所驻留的内腔区域组成。

再次参考图40A和40B，获得市售聚碳酸酯聚氨酯的挤出管并将其用作填充管4030以进入内腔。适配器4040被制造成通过在圆柱形空腔中围绕芯轴压缩模制聚碳酸酯聚氨酯来使填充管4030的外径与生物相容性膜复合材料的填充管4030的内径匹配。适配器4040被切割成所需的2mm长度。

端塞4080通过将聚碳酸酯聚氨酯在圆柱形空腔中压缩模制而形成。端塞4080被切割成所需的2mm长度。

参考图39，钢模3910具有两个相同的半模3930(图39中仅显示了一个半模)，其为最终细胞封装装置的形状，该钢模3910被加工为具有两(2)个平行的腔体3920。每个腔体3920由具有不同的长度和直径的三(3)个部分A、B和C构成。

将单个生物相容性膜复合材料切割成大约2.54cm X 3.0cm并以如下方式排列在钢模3910的下半模上：使得生物相容性膜复合材料的细胞不可渗透层在平行的腔体3920上都朝上(即，细胞不可渗透膜或细胞朝向面朝上)。复合材料的另一侧(即缓解层或身体面向侧)与钢模3910的模腔3920的B部分的一部分和A部分接触。

再参看图40A和40B，钢芯轴4020被插入到每个填充管4030中并且适配器4040被放置在填充管4030的一端上以形成芯轴组件。具有适配器4040的芯轴组件的端部在生物相容性膜复合材料顶部上的A部分(如图39所示)处装载到模腔3920的端部中，细胞不可渗透膜保持面朝上。填充管4030位于B部分中，芯轴4020延伸到C部分。

将硅树脂4050的预切件(例如，细胞置换核)(与图38中的样条3800的尺寸和形状相同)放置到A部分(如图39所示)处的每个空腔3920中，与膜复合材料的细胞不可渗透层(未示出)直接接触，并且细胞置换核4050的近端触碰芯轴4020的远端。接下来，将聚碳酸酯聚氨酯塞4080放置在生物相容性膜复合材料顶部上的A部分(如图39所示)处的每个空腔3920的远端中。

获得聚碳酸酯聚氨酯焊接膜4060并将其放置在两个腔体3920之间的生物相容性膜复合材料的顶部上，使熔接膜4060的近端与腔体3920的部分A的近端对齐。熔接膜被放置成使得其覆盖生物相容性膜复合材料长度上的中心线4005。然后将生物相容性膜复合材料折叠在定位在腔体3920中的细胞置换核3800上，使得生物相容性膜复合材料的边缘与半模3910的中心线4005基本对齐，并且位于定位在两个腔体3920之间的熔接膜4060的顶部上，使得熔接膜4060将生物相容性膜复合材料4070结合(下文详细描述)在一起。

将模具的上半部分(未显示)组装到模具3910的下半部分上，并将所得的模具组件放置在预热到高于聚碳酸酯聚氨酯熔融温度的温度的热压机中，并关闭直到聚碳酸酯聚氨酯熔接膜4060、端塞4080和适配器4040整合到生物相容性膜复合材料4070中，此时打开压机，取出模具组件并放在金属台上冷却。

一旦模具组件冷却到足以操作，将其打开并移除封装装置。从填充管4030移除芯轴4020并且移除任何过量的生物相容性膜复合材料。两个孔4035在两个管4070之间的装置4000的中心冲切形成，并与塞4080和适配器4040对齐。两个加强构件4025，其中每个由两(2)件0.5mm厚的聚碳酸酯聚氨酯形成，该两个加强构件4025通过穿过孔4035局部熔化0.5mm厚的聚碳酸酯聚氨酯半部来附接。加强构件4025为封装装置4000提供支撑和刚度。最后，根据Butler等人的美国专利第5,902,745号中的教导，整个细胞封装装置4000被赋予亲水性。

细胞封装装置4000包含两个管4070(在图40A和40B中显示)，其中热密封形成在管4070之间，由生物相容性膜复合材料和熔接膜4060沿图40A所示的中心线的结合形成。

通过测试在5psi的内部压力下浸没在异丙醇中时视觉上检测为气泡流的泄漏是否存在来评估熔接的完整性是否合适。

根据上文测试方法部分中提出的氧扩散距离(ODD)方法，评估细胞封装装置4000的体外内腔膨胀。装置4000在1PSI下产生56μm的体外内腔膨胀和206μm的氧扩散距离。结果表明，可以通过包括位于装置的内腔中的加强组件来控制和限制氧扩散距离，该装置为不同于平面或袋状构造的替代装置形式。

实施例7

除了在每个装置中使用的加强组件外，创建了相同的细胞封装装置。

如实施例1所述构建三个装置(装置7A、7B、7C)。所用的生物相容性膜复合材料先前在实施例1的装置B中描述。对于该实施例，实施例1中描述的附加非织造血管化第三层并未包括在膜复合材料中作为其一部分。生物相容性膜复合材料由实施例1的装置B中描述的第一细胞不可渗透ePTFE层和第二开放ePTFE缓解层组成。这些装置构建为外部加强组件有所不同。

表11显示了用于每个装置的不同外部加强组件。

表11

所有细胞封装装置(装置7A、装置7B和装置7C)都进行了最大氧扩散距离的评估。表12显示了1PSI内部压力下的列表结果。这些结果表明，通过改变外部加强组件的性质，可以充分控制氧扩散距离。

表12

实施例8

如实施例7所述构建两个封装装置(8B和8C)。在这些装置中的每一个中添加额外的外部加强组件，并将该额外加强组件的影响与作为对照的实施例7中描述的装置7A进行比较。

对于装置8B 5700，额外的外部加强组件是直径为254微米(10密耳)的镍钛诺金属丝，其与装置分开弯曲和热定形。对该金属丝进行成形以在装置的短轴上构建2个平行支撑。然后将成形且热定形的镍钛诺夹5720组装以获得装置8B，如图57所示。装置8B 5700的背面如图58所示，其中显示了镍钛诺夹5820。

对于装置8C 5900，如图59所示，额外的外部加强组件是由镍钛诺支架制成的套5920，其直径为8mm，长度为20mm，由0.152mm x 0.2032mm的支柱组成，这些支柱被压平并与装置分开热定形以将支架形成为扁平套，该扁平套可以安装在实施例7的装置7A中构建的封装装置上。镍钛诺套具有两个平行的支撑层，它们沿着装置的长轴连接。然后将形成的且热定形的镍钛诺套5920组装到由实施例7的装置7A描述的装置上以实现装置8C 5900，如图59所示。评估两个装置的最大氧扩散距离，并与作为参考对照的实施例7的装置7A进行比较。1psi内部压力下的结果显示在表13中，并证明可以通过在装置外部增加添加型加强组件来进一步控制ODD。

表13

根据上文测试方法部分中提出的裸鼠外植体组织学来评估载有细胞的装置A3740和装置B 3760的功能性能。还显示随着柱高度降低而观察到的氧扩散距离的降低与内腔中移植物厚度的组织学观察结果一致，如图37B中装置A 3740和图37C中装置B 3760的代表性横截面所示。此外，可以从组织学评估得出结论，装置A 3740和装置B 3760的所得氧扩散距离使体内细胞活力成为可能，如图37E和图37F中分别示出的活细胞3750、3770所证明的。

实施例9

除了在内腔中添加额外的内部加强组件外，如实施例7中所述对封装装置(9B)进行构建。将该额外的内部加强组件的影响与作为对照的实施例7中描述的装置7A进行比较。

添加到装置9B的额外的内部加强组件是0.1mm(4密耳)的镍钛诺片，其被激光切割以适合熔接的内部，并且内部开口约为6.2mm，装置中心的横梁约为1mm宽。在熔接期间将激光切割的镍钛诺内部框架放置在管1330(图13)端部的装置内腔中，使得内部加强组件邻接膜层之间的最内熔接环。

评估装置9B的最大氧扩散距离，并与作为参考对照的实施例7的装置7A进行比较。1psi内部压力下的结果显示在表14中，并证明可以通过在装置内腔内增加添加型加强组件来进一步改善ODD。

表14

上文中已经概括性地并且结合具体实施方式描述了本申请的发明。对本领域的技术人员来说显而易见的是，可以在不偏离本公开的范围的情况下，对实施方式进行各种修改和变动。因此，实施方式旨在覆盖对本发明的这些修改和变动，只要这些修改和变动在所附权利要求及其等同方案的范围之内。

Claims (32)

1. 一种封装装置，其包括：

至少一个生物相容性膜复合材料，所述生物相容性膜复合材料沿其外周的一部分密封，以在其中限定至少一个内腔，所述至少一个内腔具有相对的表面；和

至少一个与所述至少一个内腔连通的填充管，

其中，至少一个生物相容性膜复合材料包括：

第一层，其朝向所述内腔，所述第一层是细胞不可渗透的并且具有小于1微米的最大孔径(MPS)；和

第二层，其朝向外侧，所述第二层在其中具有实体特征体，所述实体特征体的大部分实体特征体间距小于50微米，所述第二层允许细胞向内生长并且

其中，最大氧扩散距离为25微米至500微米，并且

所述实体特征体是在第二层中的三维组件，当暴露于环境力时，所述三维组件是耐变形的。

2. 如权利要求1所述的封装装置，其中，第一层的单位面积质量(MpA)小于5 g/m²。

3. 如权利要求1所述的封装装置，其中，至少一个生物相容性膜复合材料在最弱轴上的最大拉伸载荷大于40 N/m。

4. 如权利要求1所述的封装装置，其中，第二层具有小于200微米的厚度。

5.如权利要求1所述的封装装置，其中，第二层的实体特征体各自包括代表性短轴、代表性长轴和实体特征体深度，并且

其中，第二层的实体特征体的大部分具有的代表性短轴、代表性长轴和实体特征体深度中的至少两者大于5微米。

6.如权利要求1所述的封装装置，其中，实体特征体通过原纤维连接并且原纤维是可变形的。

7.如权利要求1所述的封装装置，其中，与第一层接触的实体特征体的至少一部分是结合的实体特征体。

8.如权利要求1所述的封装装置，其中，大部分实体特征体的代表性短轴为3微米至20微米。

9.如权利要求1所述的封装装置，其中，第一层和第二层紧密结合。

10.如权利要求1所述的封装装置，其中，第一层和第二层中的至少一者是含氟聚合物膜。

11.如权利要求1所述的封装装置，其中，第二层包括选自以下的纺织品：织造纺织品、非织造纺织品、纺粘材料、熔喷纤维材料和电纺纳米纤维。

12.如权利要求1所述的封装装置，其包括加强组件。

13.如权利要求12所述的封装装置，其中，加强组件是在第二层上的外部加强组件。

14. 如权利要求13所述的封装装置，其中，外部加强组件的刚度为0.01 N/cm至3 N/cm。

15.如权利要求13所述的封装装置，其中，外部加强组件包括非织造纺织品。

16.如权利要求13所述的封装装置，其中，外部加强组件是织造纺织品。

17.如权利要求1所述的封装装置，其包括内部加强组件。

18. 如权利要求17所述的封装装置，其中，内部加强组件的刚度为0.05 N/cm至5 N/cm。

19.如权利要求17所述的封装装置，其中，内部加强组件是细胞和营养物不可渗透的加强组件。

20.如权利要求17所述的封装装置，其中，内部加强组件是基本平面的，并且将内腔分成两个部分。

21.如权利要求17所述的封装装置，其中，内部加强组件在其上具有结构柱。

22.如权利要求17所述的封装装置，其包括在内部加强组件和至少一个生物相容性膜复合材料之间的点结合。

23.如权利要求1所述的封装装置，其中，封装装置包括第一生物相容性膜复合材料和第二生物相容性膜复合材料，和在其之间的点结合。

24. 如权利要求22或23所述的封装装置，所述点结合的直径为1 mm且彼此间隔0.5 mm至9 mm。

25.如权利要求1所述的封装装置，其包括设置在内腔中的细胞置换核。

26.如权利要求1所述的封装装置，其包括将内腔的相对层互连的聚合物结构间隔物。

27.如权利要求1所述的封装装置，其包括位于内腔内的结构间隔物以保持所需的内腔厚度。

28. 如权利要求1所述的封装装置，其中，封装装置具有彼此间隔小于9 mm的熔接间距。

29.如权利要求1所述的封装装置，其中，封装装置具有在其上的表面涂层，所述表面涂层是选自以下的一种或多种：抗微生物剂、抗体、药物和生物活性分子。

30.如权利要求1所述的封装装置，其中，封装装置具有在其上的亲水性涂层。

31.一种用于降低哺乳动物中血糖水平的方法，该方法包括：

移植包含权利要求1所述的封装装置，

封装在其中的细胞包括PDX1阳性胰腺内胚层细胞或胰腺内分泌细胞的群，并且

其中胰腺内胚层细胞或胰腺内分泌细胞在体内响应血糖而成熟为胰岛素分泌细胞，从而降低血糖。

32.一种在体内产生胰岛素的方法，该方法包括：

移植如权利要求1所述的封装装置，该封装装置包括成熟为胰岛素分泌细胞的PDX-1胰腺内胚层细胞或胰腺内分泌细胞的群，

其中胰岛素分泌细胞响应葡萄糖刺激而分泌胰岛素。

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