CN116096401A - 应用纳米纤维的封装装置及其用途 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及可植入治疗递送系统、其制造和使用方法。所述治疗递送系统包括纳米纤维芯基材，所述纳米纤维芯基材具有近端和远端以及内部纳米纤维壁，所述内部纳米纤维壁限定沿所述芯基材纵向延伸的内部空间，其中一种或多种治疗剂定位在所述内部空间内。水凝胶围绕所述纳米纤维芯基材，其中所述水凝胶包含0.1％至20％的藻酸盐混合物。所述藻酸盐混合物包含比率为1:1000至1000:1(v/v)的两性离子修饰的藻酸盐和纯藻酸盐。还公开了一种可用于形成所述可植入治疗递送系统的热密封装置。

Description

应用纳米纤维的封装装置及其用途
本申请要求于2020年4月2日提交的美国临时专利申请序列号63/004,331的优先权权益，所述美国临时专利申请特此以全文引用的方式并入。
本发明是在由美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)授予的授权号1R01DK105967-01A1下由政府支持进行的。政府享有本发明中的某些权利。
技术领域
本公开涉及可植入应用纳米纤维的治疗递送系统以及其使用方法。
背景技术
1型糖尿病(T1D)是一种自身免疫性疾病，其特征在于β细胞损失(Scharp和Marchetti,“用于糖尿病疗法的封装胰岛：历史、当前进展和需要解决的关键问题(Encapsulated Islets for Diabetes Therapy:History,Current Progress,andCritical Issues Requiring Solution)”,《先进药物递送评论(Adv.DrugDeliver.Rev.)》67-68:35-73(2014)；Desai和Shea,“胰岛封装技术的进展(Advances inIslet Encapsulation Technologies)”,《自然综述：药物发现(Nat.Rev.Drug Discov.)》16:338-350(2017)；Veiseh等人,“用纳米医学管理糖尿病：挑战和机遇(ManagingDiabetes with Nanomedicine:Challenges and Opportunities)”,《自然综述：药物发现》14:45-57(2015)；Katsarou等人,“1型糖尿病(Type 1Diabetes Mellitus)”,《自然综述疾病导论(Nature Reviews Disease Primers)》3:1-17(2017))。患者必须频繁监测其血糖水平并接受胰岛素疗法以将血糖维持在健康范围内。对于患者来说，此任务不仅压力很大，而且在其生命中的每个时间点无处不在。当前的疗法使用注射多种胰岛素类型或胰岛素泵来满足患者的需求(Ernst等人,“1型糖尿病细胞替代疗法中的纳米技术(Nanotechnology inCell Replacement Therapies for Type 1Diabetes)”,《先进药物递送评论》139:116-138(2019)；Bowers等人,“为胰岛移植工程化血管系统(Engineering the Vasculature forIslet Transplantation)”,《生物材料学报(Acta Biomater.)》95:131-151(2019)；Yu等人,“装有缺氧敏感囊泡的微针阵列贴片提供快速葡萄糖应答性胰岛素递送(Microneedle-array Patches Loaded with Hypoxia-sensitive Vesicles Provide Fast Glucose-responsive Insulin Delivery)”,《美国国家科学院院刊(Proc.Natl.Acad.Sci.U S A)》112:8260-8265(2015))。其它装置，如连续葡萄糖监测器(CGM)为患者提供更多信息和安心，但仍然需要患者的广泛投入和努力(Kovaatchev等人,“四种连续葡萄糖监测器的数值和临床准确性的比较(Comparison of the Numerical and Clinical Accuracy of FourContinuous Glucose Monitors)”,《糖尿病护理(Diabetes Care)》31:1160-1164(2008)；Russell等人,“1型糖尿病门诊病人使用仿生胰腺进行血糖控制(Outpatient GlycemicControl with a Bionic Pancreas in Type 1Diabetes)”,《新英格兰医学杂志(N.Engl.J.Med.)》371:313-325(2014))。可替代地，移植产生胰岛素的细胞通过为患者提供其不幸失去的细胞而代表了一种有希望的1型糖尿病的治愈性治疗(Shapiro等人,“临床胰腺胰岛移植(Clinical Pancreatic Islet Transplantation)”,《内分泌学自然评论(Nature Reviews Endocrinology)》13:268(2017)；Shapiro等人,“使用无糖皮质激素免疫抑制方案对七名1型糖尿病患者进行胰岛移植(Islet Transplantation in SevenPatients with Type 1Diabetes Mellitus Using a Glucocorticoid-freeImmunosuppressive Regimen)”,《新英格兰医学杂志》343:230-238(2000)；Posselt等人,“使用基于抗LFA-1抗体依法珠单抗的免疫抑制方案在1型糖尿病患者中进行胰岛移植(Islet Transplantation in Type 1Diabetics using an Immunosuppressive ProtocolBased on the Anti-LFA-1Antibody Efalizumab)”,《美国移植杂志(Am.J.Transplant)》10:1870-1880(2010)；Barton等人,“临床胰岛移植结果的改善：1999–2010(Improvementin Outcomes of Clinical Islet Transplantation:1999–2010”,《糖尿病护理》35:1436-1445(2012)；Ryan等人,“临床胰岛移植后的五年随访(Five-year Follow-up AfterClinical Islet Transplantation)”,《糖尿病(Diabetes)》54:2060-2069(2005))。值得注意的是，自2000年以来，已有超过1,500名患者接受了人胰岛移植治疗并取得了临床成功(Shapiro等人,“临床胰腺胰岛移植”,《内分泌学自然评论》13:268(2017))。然而，由于需要慢性免疫抑制和供体短缺，从胰岛移植中受益的患者有限。
旨在建立针对宿主的免疫屏障以保护移植的细胞，同时允许葡萄糖、胰岛素和必需营养素的自由转移的细胞封装(Scharp和Marchetti,“用于糖尿病疗法的封装胰岛：历史、当前进展和需要解决的关键问题”,《先进药物递送评论》67-68:35-73(2014)；Desai和Shea,“胰岛封装技术的进展”,《自然综述：药物发现》16:338-350(2017)；Veiseh等人,“用纳米医学管理糖尿病：挑战和机遇”,《自然综述：药物发现》14:45-57(2015)；Ernst等人,“1型糖尿病细胞替代疗法中的纳米技术”,《先进药物递送评论》139:116-138(2019)；Bowers等人,“为胰岛移植工程化血管系统”,《生物材料学报》95:131-151(2019)；Orive等人,“细胞封装：承诺与进步(Cell Encapsulation:Promise and Progress)”,《自然医学(Nat.Med.)》9:104-107(2003)；Orive等人,“细胞封装：技术和临床进展(CellEncapsulation:Technical and Clinical Advances)”,《药物科学趋势(TrendsPharmacol.Sci.)》36:537-546(2015))已广泛研究用于T1D的无免疫抑制细胞替代疗法。近年来，这种方法变得特别有吸引力，因为所取得的进展使得可以从干细胞中产生无限供应的产生胰岛素的β细胞(SC-β细胞)(Veres等人,“绘制人类体外β细胞分化期间的细胞特性(Cellular Identity During Human In Vitroβ-cell Differentiation)”,《自然(Nature)》569:368-373(2019)；Sharon等人,“半岛结构协调异步分化与形态发生以生成胰岛(APeninsular Structure Coordinates Asynchronous Differentiation withMorphogenesis to Generate Pancreatic Islets)”,《细胞(Cell)》176:790-804.e713(2019)；Pagliuca等人,“体外产生功能性人胰腺β细胞(Generation of Functional HumanPancreaticβCells In Vitro)”,《细胞》159:428-439(2014)；Rezania等人，“用人多能干细胞体外衍生的产生胰岛素的细胞逆转糖尿病(Reversal of Diabetes with Insulin-producing Cells Derived In Vitro from Human Pluripotent Stem Cells)”,《自然生物技术(Nat.Biotechnol.)》32:1121(2014)；Guo等人,“由鼠胚胎胰腺间充质表达的因子增强了由hESC生成产生胰岛素的细胞(Factors Expressed by Murine EmbryonicPancreatic Mesenchyme Enhance Generation of Insulin-producing Cells fromhESCs)”,《糖尿病》62:1581-1592(2013)；Van Hoof等人,“人胚胎干细胞在图案大小控制簇中分化为胰腺内胚层(Differentiation of Human Embryonic Stem Cells intoPancreatic Endoderm in Patterned Size-controlled Clusters)”,《干细胞研究(StemCell Research)》6:276-285(2011)；Hogrebe等人,“靶向细胞骨架以指导人多能干细胞的胰腺分化(Targeting the Cytoskeleton to Direct Pancreatic Differentiation ofHuman Pluripotent Stem Cells)”,《自然生物技术》38:460-470(2020)；Maxwell等人,“来自单基因糖尿病患者的基因编辑的人干细胞源性β细胞逆转小鼠先前存在的糖尿病(Gene-edited Human Stem cell–derivedβCells from a Patient with Monogenic DiabetesReverse Preexisting Diabetes in Mice)”,《科学转化医学(Science TranslationalMedicine)》12(2020)；Nair等人,“重演培养中的内分泌细胞聚集促进人干细胞源性β细胞的成熟(Recapitulating Endocrine Cell Clustering in Culture PromotesMaturation of Human Stem-cell-derivedβCells)”,《自然细胞生物学(Nat.CellBiol.)》21:263-274(2019))，从而减轻了尸体供体组织的限制，并使更广泛的患者群体受益。然而，开发一种临床上可行的长期功能性细胞封装装置是一项重大的、尚未解决的挑战(Scharp和Marchetti,“用于糖尿病疗法的封装的胰岛：历史、当前进展和需要解决的关键问题”,《先进药物递送评论》67-68:35-73(2014)；Desai和Shea,“胰岛封装技术的进展”,《自然综述：药物发现》16:338-350(2017)；Veiseh等人,“用纳米医学管理糖尿病：挑战和机遇”,《自然综述：药物发现》14:45-57(2015)；Ernst等人,“1型糖尿病细胞替代疗法中的纳米技术”,《先进药物递送评论》139:116-138(2019))。这些挑战中的一个主要挑战是对封装装置的异物应答，这会导致细胞过度生长和纤维化沉积，从而导致传质减少和移植失败(Scharp和Marchetti，“用于糖尿病疗法的封装的胰岛：历史、当前进展和需要解决的关键问题”,《先进药物递送评论》67-68:35-73(2014)；Chang等人,“用于干细胞源性β细胞替代疗法的纳米多孔免疫保护装置(Nanoporous Immunoprotective Device for Stem-Cell-Derivedβ-Cell Replacement Therapy)”,《ACS纳米(ACS Nano)》11:7747-7757(2017)；Bose等人,“用于治疗性异种细胞长期封装和存活的可回收植入物(A RetrievableImplant for the Long-term Encapsulation and Survival of TherapeuticXenogeneic Cells)”,《自然生物医学工程(Nature Biomedical Engineering)》4:814-826(2020)；Anderson等人,“异物对生物材料的反应(Foreign Body Reaction toBiomaterials)”,《免疫学研讨文辑(Semin.Immunol.)》20:86-100(2008)；Harding和Reynolds,“抗击医疗装置污染(Combating Medical Device Fouling)”,《生物技术趋势(Trends Biotechnol.)》32:140-146(2014)；Grainger,D.W.J.N.b.,“对植入的生物材料充满热情(All Charged Up About Implanted Biomaterials)”,《自然生物技术》31:507-509(2013)；Williams,D.F.J.B.,“关于生物相容性的机制(On the Mechanisms ofBiocompatibility)”,《生物材料(Biomaterials)》29:2941-2953(2008)；Wick等人,“纤维化的免疫学(The Immunology of Fibrosis)”,《免疫学年度评论(Annu.Rev.Immunol.)》31:107-135(2013)；Wynn和Ramalingam,“纤维化机制：纤维化疾病的治疗翻译(Mechanismsof Fibrosis:Therapeutic Translation for Fibrotic Disease)”,《自然医学》18:1028(2012))。例如，ViaCyte装置(Kumagai-Braesch等人,“TheraCyteTM装置可防止免疫宿主的胰岛同种异体排斥反应(The TheraCyteTMDevice Protects Against Islet AllograftRejection in Immunized Hosts)”,《细胞移植(Cell Transplant)》22:1137-1146(2013)；Haller等人,“大囊化人iPSC源性胰腺祖细胞保护小鼠免于STZ诱导的高血糖症(Macroencapsulated Human iPSC-derived Pancreatic Progenitors Protect AgainstSTZ-induced Hyperglycemia in Mice)”,《干细胞报告(Stem Cell Reports)》12:787-800(2019))和β-空气装置(Beta-Air device)(Ludwig等人,“一种提供免疫保护和氧气供应的用于胰岛移植的新型装置(A Novel Device for Islet Transplantation ProvidingImmune Protection and Oxygen Supply)”,《激素与代谢研究(Horm.Metab.Res.)》42:918-922(2010)；Barkai等人,“增强氧气供应提高新型生物人工胰腺中胰岛的活力(Enhanced Oxygen Supply Improves Islet Viability in a New BioartificialPancreas)”,《细胞移植》22:1463-1476(2013))是该领域最先进的两种装置，尽管在预防同种免疫应答和自身免疫应答方面前景看好，但由于异物应答和纤维化反应导致的传质受损，未能提供任何临床益处或长期细胞功能(Bose等人,“用于治疗性异种细胞长期封装和存活的可回收植入物”,《自然生物医学工程》4:814-826(2020)；Pullen,L.C.,“干细胞源性胰腺祖细胞现已移植到患者体内：来自IPITA 2018的报告(Stem Cell–DerivedPancreatic Progenitor Cells Have Now Been Transplanted into Patients:Reportfrom IPITA 2018)”,《美国移植杂志》18:1581-1582(2018)；Liu等人,“两性离子修饰的藻酸盐减轻细胞封装的细胞过度生长(Zwitterionically Modified Alginates MitigateCellular Overgrowth for Cell Encapsulation)”,《自然通讯(Nat.Commun.)》10:1-14(2019)；Hentze等人,“人胚胎干细胞形成畸胎瘤：未来安全性研究的基本参数评估(Teratoma Formation by Human Embryonic Stem Cells:Evaluation of EssentialParameters for Future Safety Studies”,《干细胞研究》2:198-210(2009))。
已经努力应对异物应答的挑战，特别是对于常用的封装材料–藻酸盐水凝胶(Dolgin,E.,“将其封装(Encapsulate This)”,《自然医学》20:9-11(2014)；Vegas等人,“组合水凝胶库能够鉴定减轻灵长类动物异物应答的材料(Combinatorial Hydrogel LibraryEnables Identification of Materials That Mitigate the Foreign Body Responsein Primates)”,《自然生物技术》34:345-352(2016)；Veiseh等人,“对植入啮齿动物和非人灵长类动物中的材料的尺寸和形状依赖性异物免疫应答(Size-and Shape-dependentForeign Body Immune Response to Materials Implanted in Rodents and Non-humanPrimates)”,《自然材料(Nat.Mater.)》14:643-651(2015)；An等人,“为1型糖尿病的潜在治疗设计可回收和可扩展的细胞封装装置(Designing a Retrievable and Scalable CellEncapsulation Device for Potential Treatment of Type 1Diabetes)”,《美国国家科学院院刊》115(2):E263-E272(2017)；Lee和Mooney,“藻酸盐：特性和生物医学应用(Alginate:Properties and Biomedical Applications)”,《聚合物科学进展(Prog.Polym.Sci.)》37:106-126(2012)；Kearney等人,“分子和细胞有效载荷的宏观递送系统(Macroscale Delivery Systems for Molecular and Cellular Payloads)”,《自然材料》12:1004-1017(2013))。例如，已经采用组合方法从774种化学修饰中鉴定出先进的藻酸盐衍生物。在小鼠和非人灵长类动物中，三个“命中”显著减少了植入的藻酸盐微胶囊上的细胞过度生长(Vegas等人,“组合水凝胶库能够鉴定减轻灵长类动物的异物应答的材料”,《自然生物技术》34:345-352(2016)；Lee和Mooney,“藻酸盐：特性和生物医学应用”,《聚合物科学进展》37:106-126(2012))。小组使用不同的方法开发了减轻纤维化的藻酸盐微胶囊。具体地，藻酸盐被两性离子官能团修饰(Liu等人,“两性离子修饰的藻酸盐减轻细胞封装的细胞过度生长”,《自然通讯》10:1-14(2019))，已知所述两性离子官能团具有抗生物污染特性(Jiang等人,“用于生物应用的超低污染、可官能化且可水解的两性离子材料及其衍生物(Ultralow-fouling,Functionalizable,and Hydrolyzable ZwitterionicMaterials and Their Derivatives for Biological Applications)”,《先进材料(Adv.Mater.)》22:920-932(2010)；Ladd等人,“两性离子聚合物对从人血清和血浆中吸附非特异性蛋白质具有高抗性(Zwitterionic Polymers Exhibiting High Resistance toNonspecific Protein Adsorption from Human Serum and Plasma)”,《生物大分子(Biomacromolecules)》9:1357-1361(2008)；Zhang等人,“植入小鼠的两性离子水凝胶抵抗异物反应(Zwitterionic Hydrogels Implanted in Mice Resist the Foreign-bodyReaction)”,《自然生物技术》31:553-556(2013))，并且在包括小鼠、狗和猪的各种模型中观察到细胞过度生长的可重复和稳健减少。由两性离子修饰的藻酸盐制成并用于封装大鼠胰岛的微胶囊能够在免疫活性小鼠中实现至多200天的长期糖尿病矫正。尽管这些结果很有前景，但无法可靠地回收所有移植的微胶囊(Liu等人,“两性离子修饰的藻酸盐减轻细胞封装的细胞过度生长”,《自然通讯》10:1-14(2019)；Bochenek等人,“藻酸盐封装作为移植到恒河猴网膜囊的同种异体胰岛细胞的长期免疫保护(Alginate Encapsulation asLong-term Immune Protection of Allogene Pancreatic Islet Cells Transplantedinto the Omental Bursa of Macaques)”,《自然生物医学工程》2:810-821(2018))以及水凝胶材料的内在弱点(Lee和Mooney,“用于组织工程的水凝胶(Hydrogels for TissueEngineering)”,《化学综述(Chem.Rev.)》101:1869-1879(2001)；Khademhosseini和Langer,“用于组织工程的微工程化水凝胶(Microengineered Hydrogels for TissueEngineering)”,《生物材料》28:5087-5092(2007))为临床应用带来了安全问题。由于非靶细胞的潜在风险，当使用SC-β细胞时，这些问题值得特别考虑(Bose等人,“用于治疗性异种细胞长期封装和存活的可回收植入物”,《自然生物医学工程》4:814-826(2020)；An等人,“为1型糖尿病的潜在治疗设计可回收和可扩展的细胞封装装置”,《美国国家科学院院刊》115(2):E263-E272(2017)；Steele等人,“治疗性细胞封装技术及在糖尿病中的应用(Therapeutic Cell Encapsulation Techniques and Applications in Diabetes)”,《先进药物递送评论》67:74-83(2014)；An等人,“为细胞疗法开发稳健的、基于水凝胶的、应用纳米纤维的封装装置(NEED)(Developing Robust,Hydrogel-based,Nanofiber-enabledEncapsulation Devices(NEEDs)for Cell Therapies)”,《生物材料》37:40-48(2015))。
本发明旨在克服本领域中的这些和其它缺陷。
发明内容
本公开的第一方面涉及一种可植入治疗递送系统，所述可植入治疗递送系统包括：具有近端和远端的纳米纤维芯基材，所述纳米纤维芯基材具有内部纳米纤维壁，所述内部纳米纤维壁限定沿所述芯基材纵向延伸的内部空间，其中一种或多种治疗剂定位在所述内部空间内；以及围绕所述纳米纤维芯基材的水凝胶，其中所述水凝胶包含0.1％至20％的藻酸盐混合物，所述藻酸盐混合物包含比率为1:1000至1000:1(v/v)的两性离子修饰的藻酸盐和纯藻酸盐。
本公开的另一方面涉及一种可植入治疗递送系统，所述可植入治疗递送系统包括：具有近端和远端的纳米纤维芯基材，所述纳米纤维芯基材具有内部纳米纤维壁，所述内部纳米纤维壁限定沿所述芯基材纵向延伸的内部空间，其中一种或多种治疗剂定位在所述内部空间内；以及围绕所述纳米纤维芯基材的生物相容性聚合物涂层，其中所述生物相容性聚合物涂层的厚度为1nm至5mm，并且其中围绕所述纳米纤维芯基材整体的所述聚合物涂层的厚度的标准偏差<100％。
本公开的另一方面涉及一种可植入治疗递送系统，所述可植入治疗递送系统包括：具有近端和远端的纳米纤维芯基材，所述纳米纤维芯基材由内纳米纤维层和围绕所述内纳米纤维层的外纳米纤维层所限定，其中所述内纳米纤维层的纳米纤维结构不同于所述外纳米纤维层的纳米纤维结构，所述纳米纤维芯基材进一步包括被所述基材的所述内纳米纤维层围绕的内部空间，其中一种或多种治疗剂定位在所述内部空间内；以及围绕所述纳米纤维芯基材的生物相容性聚合物涂层。
本公开的另一方面涉及一种将治疗剂递送到有需要的受试者的方法。此方法涉及将本文所描述的可植入治疗递送系统中的任一种可植入治疗递送系统植入所述受试者体内。
本公开的另一方面涉及一种生产可植入治疗递送系统的方法。此方法涉及：提供纵向延伸的纳米纤维芯基材，所述基材具有近端和远端，每个近端和远端具有通向所述纳米纤维芯基材内的至少一个内部空间的开口；密封所述纳米纤维芯基材的所述近端；将所述纳米纤维芯基材的所密封的近端和外表面浸泡在生物相容性聚合物溶液中，以使聚合物溶液渗透到所述纳米纤维芯基材中；用一种或多种交联剂填充所述纳米纤维芯基材的所述至少一个内部空间，以使经涂覆的生物相容性聚合物溶液与所述纳米纤维芯基材交联；通过所述纳米纤维芯基材的所述远端处的所述开口将一种或多种治疗剂装载到所述纳米纤维芯基材的所述至少一个内部空间中；密封所装载的纳米纤维芯基材的所述远端；以及用所述生物相容性聚合物溶液涂覆所述纳米纤维芯基材的所密封的远端以形成所述可植入治疗递送系统。
本公开的另一方面涉及一种生产可植入治疗递送系统的方法。此方法包括：提供纵向延伸的纳米纤维芯基材，所述基材具有近端和远端，每个近端和远端具有通向所述纳米纤维芯基材内的至少一个内部空间的开口；密封所述纳米纤维芯基材的所述近端；将生物相容性聚合物溶液施加到所述纳米纤维芯基材的所密封的近端和外表面；通过所述纳米纤维芯基材的所述远端处的所述开口将一种或多种治疗剂装载到所述纳米纤维芯基材的所述至少一个内部空间中；密封所装载的纳米纤维芯基材的所述远端；将所述生物相容性聚合物溶液施加到所述纳米纤维芯基材的所密封远端；以及使经涂覆的生物相容性聚合物溶液与所述纳米纤维芯基材交联以形成所述可植入治疗递送系统。
本公开的另一方面涉及一种生产可植入治疗递送系统的方法。此方法涉及：提供纵向延伸的纳米纤维芯基材，所述基材具有近端和远端，每个近端和远端具有通向所述纳米纤维芯基材内的至少一个内部空间的开口；密封所述纳米纤维芯基材的所述近端；通过所述纳米纤维芯基材的所述远端处的所述开口将一种或多种治疗剂装载到所述纳米纤维芯基材的所述至少一个内部空间中；密封所装载的纳米纤维芯基材的所述远端；将所密封且装载的纳米纤维芯基材浸泡在交联剂溶液中；用生物相容性聚合物溶液涂覆交联剂浸泡的纳米纤维芯基材；以及使经涂覆的生物相容性聚合物溶液与所述纳米纤维芯基材交联以形成所述可植入治疗递送系统。
本公开的另一方面涉及一种生产多孔纳米纤维基材的方法。此方法涉及：提供一种或多种聚合物溶剂溶液；用粘性糖溶液涂覆旋转收集棒；将所述一种或多种聚合物溶液静电纺丝到经涂覆的旋转收集棒上以形成所述多孔纳米纤维基材；以及将来自所述收集棒的所述粘性糖溶液溶解，从而从所述收集棒去除所述多孔纳米纤维基材。
本公开的最后一个方面涉及一种热密封装置。此热密封装置包括：第一基材部分，所述第一基材部分包括沿其外围边缘的切口；第二基材部分，所述第二基材部分包括与所述第一基材的所述切口在形状和尺寸上基本上相同的切口，所述第二基材进一步包括被配置成容纳加热元件的沟槽，其中所述沟槽与所述第二基材的所述切口对齐；连接器，所述连接器以将所述第一基材部分的所述切口与所述第二基材部分的所述切口对准的方式将所述第一基材部分与所述第二基材部分连接；以及加热元件，所述加热元件定位在所述第二基材部分的所述沟槽中。
为了减轻安全问题，同时利用两性离子藻酸盐的优异生物相容性，本文报道了一种用于递送胰岛和人SC-β细胞的安全(Safe)、低免疫反应性(Hypo-immunoreactive)、胰岛封装(Islet Encapsulation)、长期功能性(Long-term-functional)装置(Device)(称为SHIELD)。SHIELD有若干个独特的功能。首先，所述设计包括同心配置，其中细胞被封装在圆柱形壁内，允许在径向和纵向方向上进行放大，而不会牺牲扩散距离或传质。其次，牢固且稳健的纳米纤维膜具有可调节、互连的孔隙结构，可在确保安全的同时提供出色的传质。第三，开发了一种创新的“进出(in-out)”交联策略以用一层薄的、均匀的、可控的且稳定的藻酸盐水凝胶涂覆纳米纤维膜。最后，两性离子修饰的藻酸盐(Liu等人,“两性离子修饰的藻酸盐减轻细胞封装的细胞过度生长”,《自然通讯》10:1-14(2019)，所述文献特此以全文引用的方式并入)减轻纤维化反应，使SHIELD能够长期发挥作用。成像、拉伸和剥离测试表明，“进出”交联使得在纳米纤维和藻酸盐涂层之间形成互穿复合结构，所述互穿复合结构表现出高拉伸强度和强界面粘附。体外和体内优化最终产生了一种装置，所述装置可防止细胞逃逸和细胞穿透，同时支持封装的细胞的正常功能。使用封装的大鼠胰岛，容易的传质和低水平的纤维化反应使免疫活性糖尿病小鼠能够长期恢复血糖量正常(至多399天)。更重要的是，封装人SC-β细胞的SHIELD在植入后不久矫正了SCID-Beige小鼠的糖尿病至多238天。最后，在狗中实现并证明了可扩展性和容易的回收。这种新装置可转移到用于T1D和其它疾病的细胞疗法。
附图说明
图1A-1O示出了用于SHIELD装置的纳米纤维管的静电纺丝。图1A是示出了由旋转收集器、移动台和连接到静电纺丝喷嘴的高压电源组成的静电纺丝设备的示意图。图1B是长度超过20cm的纳米纤维管的图像。图1C是具有不同直径的纳米纤维管的图像，比例尺，5mm。图1D是纳米纤维管厚度随静电纺丝时间的变化的绘图。图1E是纳米纤维膜的孔径(约1.67μm)的绘图，所述孔径在研究范围内微弱地取决于厚度。图1F-1J是不同纤维直径和孔径的纳米纤维膜的SEM图像，比例尺，2μm(部分数据也在图8中示出)。图1K-1O是健康C57BL6/J小鼠腹腔内空间中14天体内测试后未经涂覆的装置的H&E图像(对于孔径，n＝4或5，灰色箭头指向外表面，而黑色箭头指向内表面；部分数据也在图8中示出)，比例尺，200μm。
图2A-2J示出了“进出交联”方法产生稳健的藻酸盐涂层。图2A-2D示出了浸涂的膜和“进出交联的”膜的拉伸测试。图2A和2B示出了在浸涂的膜中观察到的藻酸盐水凝胶与纳米纤维膜之间的分层。图2C和2D示出了“进出交联的”膜在拉伸测试期间表现出藻酸盐水凝胶与纳米纤维膜之间的优异整合，比例尺，5mm。图2E是未经涂覆的膜、浸涂的膜和“进出交联的”膜的应力-应变曲线。图2F是示出了“进出交联的”膜的藻酸盐与纳米纤维之间的互穿的SEM图像，比例尺，20μm。图2G-2J示出了“进出交联的”膜的剥离测试。图2G-2I示出了剥离测试后水凝胶上剩余的纳米纤维验证了由“进出交联”方法实现的强涂层粘附：图2G是描绘剥离测试的动画，图2H和2I是剥离测试的图像。图2J示出了剥离测试的力/宽度随位移的变化，比例尺，5mm。
图3A-3D示出了SHIELD的热切割装置。图3A和3B分别是示出了由电源(未示出)、PDMS支撑材料和由铁铬铝加热合金制成的竖直定向的加热元件(4mm宽度)组成的透明热切割机的示意图和图像，比例尺，10mm。图3C和3D示出了使用定制设计的热切割机，实现了平滑的拱形密封。这用于整个研究，以最小化SHIELD的尖角、比例尺，5mm。
图4A-4R示出了SHIELD在狗中的可扩展性和可回收性。图4A是植入前悬挂缝合线SHIELD装置的图像(4％，3:7修饰的藻酸盐涂层，长度约12cm)，比例尺，5mm。图4B是示出了悬挂缝合线SHIELD装置的一端与尼龙缝合线粘合的图像，其中箭头指向半透明热粘合区域，比例尺，5mm。图4C-4F是示出了通过缝合线抓握器进行的锚定过程的图像；白色箭头指向缝合线抓握器，黑色箭头指向连接SHIELD的悬挂缝合线，并且灰色箭头指向通过套管针递送的SHIELD，比例尺，5mm：(图4C)打开抓握器；(图4D)抓住悬挂缝合线；(图4E)将抓握器连同悬挂缝合线一起撤出；(图4F)装置通过悬挂缝合线锚定到体壁的腹膜层。图4G-4I示出了植入1个月后的装置的图像：(图4G)一端发生网膜粘附；(图4H和4I)装置的大部分没有粘附，如黑色箭头所示。图4J-4R是植入1个月后回收的装置的图像：(图4J)示出了装置一端轻度粘附的图像，比例尺，10mm；(图4K-4O)整个装置的H&E图像，比例尺，1mm。图4P和4Q是示出了在经涂覆的藻酸盐水凝胶表面上的最小细胞过度生长的图像；灰色箭头指向外表面，而黑色箭头指向纳米纤维膜(图4P中的黑色区域也是纳米纤维膜)：(图4P)光学图像，比例尺，1mm；(图4Q)H&E图像，比例尺，200μm。图4R是示出了在网膜粘附区域中细胞过度生长的图像；灰色箭头指向细胞过度生长，而黑色箭头指向纳米纤维膜，比例尺，200μm。
图5A-5J示出了SHIELD装置的设计和制造。图1A是示出了由内纳米纤维管和外纳米纤维管组成的SHIELD装置的示意图。内纳米纤维管将产生胰岛素的细胞簇保持在外纳米纤维管的内表面周围并且因此维持较短的扩散距离。外纳米纤维管涂覆有两性离子藻酸盐水凝胶以减轻纤维化。图5B-5E示出了SHIELD装置的制造：(图5B)示出了将胰岛/藻酸盐混合物装载到内纳米纤维管的外表面上的过程的示意图；(图5C)装载有胰岛的内纳米纤维管的代表性图像(黑色区域是纳米纤维膜)，比例尺，200μm；(图5D)用于制造外纳米纤维管的进出交联方法的示意图，所述方法可以以可控的厚度生成均匀且稳定的涂层；(图5E)将内纳米纤维管(装载有胰岛)插入经涂覆的外纳米纤维管，然后进行热密封后，实现了SHIELD装置。图5F是示出了纳米纤维膜的互连多孔结构的SEM图像，比例尺，20μm。图5G示出了两性离子藻酸盐的化学结构。图5H是示出了通过进出交联方法制造的经涂覆的藻酸盐水凝胶的均匀性的光学图像(黑色区域是纳米纤维膜；透明区域是藻酸盐水凝胶)，比例尺，200μm。图5I是啮齿动物大小的SHIELD(长度约2.5cm)的代表性图像，比例尺，5mm。图5J是长SHIELD(长度约10cm)的代表性图像，比例尺，5mm。
图6A-6F示出了通过扩散时间控制涂层厚度。图6A是SHIELD装置的代表性图像，其示出了藻酸盐涂层的均匀性，比例尺，2mm。图6B-6E示出了通过调节扩散时间来控制涂层厚度：(图6B)30秒；(图6C)90秒；(图6D)150秒；(图6E)210秒，比例尺，200μm。图6F是涂层厚度随扩散时间的变化的绘图。
图7A-7F示出了未经涂覆的膜、浸涂的膜和进出交联的膜的机械特性的定量。图7A-7B是未经涂覆的膜与浸涂的膜之间的图形比较(在第二断裂点)：(图7A)拉伸强度；(图7B)拉伸应变。图7C-7F是浸涂的膜与进出交联的膜之间的图形比较：(图7C)杨氏模量(Young's modulus)；(图7D)拉伸强度；(图7E和7F)拉伸应变。
图8A-8J示出了通过平衡安全性和传质来优化孔径。图8A是孔径随纤维直径的变化的绘图，比例尺，2μm。图8B是具有不同孔径(平均孔径：0.15μm、0.38μm、0.67μm、1.05μm和1.67μm)的未经涂覆的装置的具有细胞逃逸的样品数量的图。图8C是presto blue测试中荧光单位随温育后天数的变化的绘图。图8D是2天温育后经涂覆的装置内NIH3T3细胞的活/死图像，比例尺，200μm。图8E-8G是健康C57BL6/J小鼠腹腔内空间中14天体内测试后未经涂覆的装置的H&E图像(对于每个孔径，n＝4或5，灰色箭头指向装置的外表面，而黑色箭头指向内表面)，比例尺，200μm：(图8E)1.67μm；(图8F)0.67μm；(图8G)0.15μm。图8H-8J是示出了具有不同孔径的未经涂覆的装置的(图8H)细胞穿透、(图8I)纤维化层厚度和(图8J)具有组织粘附的样品数量的图。
图9A-9Y示出了未经涂覆的装置的体外细胞逃逸测试。图9A-9E是第2天的图像。图9F-9J是第5天的图像。图9K-9O是第10天的图像。图9P-9T是第14天的图像，比例尺，1mm。图9U-9Y是14天温育后装置中的NIH3T3/GFP细胞的图像，比例尺，200μm。
图10A-10Y示出了经涂覆的装置的体外细胞逃逸测试。图10A-10E是第2天的图像。图10F-10J是第5天的图像。图10K-10O是第10天的图像。图10P-10T是第14天的图像，比例尺，1mm。图10U-10Y是14天温育后装置中的NIH3T3/GFP细胞的图像，比例尺，200μm。
图11A-11V示出了孔径为1.67μm的未经涂覆的和经涂覆的装置的体外细胞逃逸测试的结果。图11A-11K示出了对于未经涂覆的装置，细胞逃逸在温育后第5天开始发生。图11L-11V示出了未检测到来自经涂覆的SHIELD装置的细胞逃逸。比例尺，白色1mm，黑色200μm。
图12A-12L示出了稳定的两性离子藻酸盐涂层产生优异的生物相容性。图12A-12B是使用NIH3T3/GFP细胞在藻酸盐水凝胶涂层表面上进行的体外细胞附着测试的图像，比例尺，1mm。图12C-12F是在健康C57BL6/J小鼠腹膜内空间中进行14天体内测试后涂覆有藻酸盐水凝胶的装置的代表性图像；灰色箭头指向经涂覆的装置的外表面，而黑色箭头指向纳米纤维膜(图12C和图12D中的黑色区域也是纳米纤维膜)，比例尺，200μm。图12A、12C和12E使用了3％ SLG100。图12B、12D和12F使用了3％修饰的藻酸盐(SB-藻酸盐：SLG100＝3:7)。图12G是温育1天后装置上细胞附着的定量图。图12H和12I是具有不同比率的SB-藻酸盐与未修饰的高分子量藻酸盐SLG100的藻酸盐水凝胶的涂层稳定性的定量图(对于每个比率，n＝4，在第14天和第28天回收的装置的组合，0:10表示纯SLG100)：(图12H)4％藻酸盐；(图12I)3％藻酸盐。图12J和12K是未经涂覆的装置、涂覆有纯SLG100和修饰的藻酸盐的装置的具有(图12J)细胞穿透和(图12K)组织粘附的样品数量的图。纯SLG100(n＝8)是浓度为3％和4％的样品的组合，而修饰的藻酸盐(n＝20)是3％修饰的藻酸盐(3:7和5:5)和4％修饰的藻酸盐(3:7、5:5和7:3)的样品的组合。图12L是经涂覆的装置上细胞过度生长的定量图。纯SLG100(n＝8)是浓度为3％和4％的样品的组合，而修饰的藻酸盐(n＝12)是3％(3:7)和4％(3:7和5:5)的样品的组合。
图13A-13L是在健康C57BL6/J小鼠的腹膜内空间中进行14天体内测试后涂覆有4％藻酸盐水凝胶的SHIELD装置的代表性图像。SB-藻酸盐/SLG100比率：(图13A-13C)7:3；(图13D-13F)5:5；(图13G-13I)3:7；(图13J-13L)0:10(对于每个比率，n＝4，在第14天和第28天回收，0:10表示纯SLG100。灰色箭头指向外表面。黑色箭头指向纳米纤维膜(黑色区域也是纳米纤维膜)，白色箭头指向由于藻酸盐脱离引起的纤维化)。比例尺，白色1mm，黑色200μm。
图14A-14I示出了在健康C57BL6/J小鼠的腹膜内空间中进行14天体内测试后涂覆有3％藻酸盐水凝胶的SHIELD装置的代表性图像。SB-藻酸盐/SLG100比率：(图14A-14C)5:5；(图14D-14F)3:7；(图14G-14I)0:10(0:10表示纯SLG100)，对于每个比率，n＝4，在第14天和第28天回收。灰色箭头指向外表面。黑色箭头指向纳米纤维膜(黑色区域也是纳米纤维膜)，白色箭头指向由于藻酸盐脱离引起的纤维化，部分数据也在图12中示出。比例尺，白色1mm，黑色200μm。
图15A-15G示出了SHIELD支持大鼠胰岛在C57BL6/J小鼠中的长期功能。图15A是血糖随植入后天数的变化的绘图(回收由箭头连同对应于血糖曲线的虚线指示)。图15B是健康小鼠(n＝5)、用修饰的藻酸盐涂覆的装置(所有修饰的藻酸盐涂覆的装置的组合超过193天，n＝8)和未经涂覆的装置(在第50天，n＝3)处理的糖尿病小鼠的OGTT的绘图。图15C和15D是在第325天回收的SHIELD装置的图像，其示出了罕见的细胞过度生长，灰色箭头指向外表面，而黑色箭头指向纳米纤维膜(图15C中的黑色区域也是纳米纤维膜)，比例尺，200μm。图15C是光学图像；图15D是H&E图像。图15E-15G是第325天回收的SHIELD装置中的胰岛的图像：(图15E)光学图像，比例尺，10mm；(图15F)H&E图像，比例尺，100μm；(图15G)胰岛素/胰高血糖素/DAPI染色，比例尺，25μm。
图16A-16I示出了来自使用大鼠胰岛在C57BL6/J小鼠中的SHIELD装置的体内测试的数据。图16A是体重随植入后天数的变化的绘图。图16B是植入后约50天用未经涂覆的装置(n＝3)和修饰的藻酸盐涂覆的装置(n＝14)处理的小鼠的体重增加的图。图16C是未经涂覆的装置(n＝3)和经涂覆的装置(3％和4％修饰的藻酸盐3:7的组合，n＝15)的具有组织粘附的样品的数量的绘图。图16D是回收之前和之后的体重的绘图(维持血糖量正常直到回收的3％和4％修饰的藻酸盐涂覆的装置的组合，n＝7)。图16E是来自离体GSIS测试的回收的装置的胰岛素分泌的图(维持血糖量正常直到回收的修饰的藻酸盐涂覆的装置的组合，n＝7)。图16F-16G示出了具有大鼠胰岛的SHIELD装置的涂层稳定性的定量(3％修饰的藻酸盐涂层(82天至274天，n＝4)和4％修饰的藻酸盐涂层(34天至399天，n＝11))。图16H是具有胰岛(34天至399天，n＝15)和没有胰岛(3％和4％修饰的藻酸盐3:7的组合，14天至28天，n＝8)的SHIELD装置的细胞过度生长的定量图。图16I是功能性装置(n＝9)和失效装置(n＝6)(涂覆有3％和4％修饰的藻酸盐3:7的装置的组合)上细胞过度生长的定量图。
图17A-17D示出了人SC-β细胞的表征。图17A示出了在封装前通过聚集过程制备的人SC-β细胞的均匀簇(约150μm)，比例尺，400μm。图17B-17D是来自小鼠的回收的装置的人SC-β细胞簇，所述小鼠在第234天采血后意外死亡，比例尺，100μm；(图17B)H&E图像；(图17C)胰岛素/胰高血糖素/DAPI染色；(图17D)C肽/PDX1/DAPI染色。
图18A-18G示出了SHIELD支持人SC-β细胞在SCID-beige小鼠中的长期功能。图18A是血糖随植入后天数的变化的绘图(回收由灰色箭头连同对应于血糖曲线的虚线指示)。图18B是糖尿病小鼠(n＝4)和具有移植的装置的小鼠(第45天和第61天，n＝9)的OGTT的绘图。图18C和18D是在第222天回收的SHIELD装置的图像，其示出了轻度的细胞过度生长，灰色箭头指向外表面，而黑色箭头指向纳米纤维膜(图18C中的黑色区域也是纳米纤维膜)，比例尺，200μm。图18C是光学图像；图18D是H&E图像。图18E-18G是在第238天回收的SHIELD装置中的胰岛的图像，比例尺，100μm：(图18E)H&E图像；(图18F)胰岛素/胰高血糖素/DAPI染色；(图18G)C肽/PDX1/DAPI染色。
图19A-19F示出了来自使用人SC-β细胞在SCID-beige小鼠中的SHIELD装置的体内测试的数据。图19A是体重随植入后天数的变化的绘图。图19B是示出了未接受处理(n＝4)或用SHIELD装置处理(n＝14)的糖尿病小鼠在植入后约50天体重增加的图。图19C是针对短期(第45天和第61天，n＝9)和长期(第172天和第234天，n＝5)从小鼠血清中测量的人C肽的图。图20D是回收之前和之后的体重的绘图(维持血糖量正常直到回收的经涂覆的装置，n＝10)。图19E-19F示出了具有SC-β细胞(≥36天，n＝15)或不具有细胞(来自3％3:7涂层稳定性测试，14天至28天，n＝4)的SHIELD装置的(图19E)涂层稳定性和(图19F)细胞过度生长的定量。
图20A-20D示出了在狗的腹膜内空间中使用的SHIELD装置。图20A和20B是示出了在植入1个月后对网膜具有轻度粘附(半个装置)的悬挂缝合线SHIELD装置的图像。图20C和20D是示出了在植入1个月后两端均对网膜具有粘附的非锚定SHIELD装置的图像，比例尺，10mm。
具体实施方式
本公开涉及可植入应用纳米纤维的治疗递送系统、所述递送系统的生产方法以及其使用方法。
本公开的第一方面涉及一种可植入治疗递送系统，所述可植入治疗递送系统包括：具有近端和远端的纳米纤维芯基材，所述纳米纤维芯基材具有内部纳米纤维壁，所述内部纳米纤维壁限定沿所述芯基材纵向延伸的内部空间，其中一种或多种治疗剂定位在所述内部空间内；以及围绕所述纳米纤维芯基材的水凝胶，其中所述水凝胶包含0.1％至20％的藻酸盐混合物，所述藻酸盐混合物包含比率为1:1000至1000:1(v/v)的两性离子修饰的藻酸盐和纯藻酸盐。
围绕纳米纤维芯基材的水凝胶可以具有范围为约0.1％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％或19％至约1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％的藻酸盐混合物的浓度。在任何实施方式中，水凝胶包含0.5％至约10％的藻酸盐混合物。在任何实施方式中，水凝胶包含0.1％至约7％的藻酸盐混合物。特别有用的水凝胶包含1％至4％的藻酸盐混合物。
根据本公开的此方面，围绕递送系统的纳米纤维芯基材的水凝胶的藻酸盐混合物可以包含比率范围为约1；10；20；30；40；50；60；70；80；90；100；200；300；400；500；600；700；800；900；或1,000至约1；10；20；30；40；50；60；70；80；90；100；200；300；400；500；600；700；800；900；或1,000的两性离子修饰的藻酸盐和纯藻酸盐。在一个实施方式中，藻酸盐混合物包含比率为7:3至3:7(v/v)的两性离子修饰的藻酸盐和纯藻酸盐。例如，两性离子修饰的藻酸盐与纯藻酸盐的比率可以为7:3、6:4、5:5(1:1)、4:6或3:7(v/v)。
根据本公开的此方面，合适的两性离子修饰的藻酸盐包括但不限于在以下中公开的那些：Liu等人,“两性离子修饰的藻酸盐减轻细胞封装的细胞过度生长”,《自然通讯》10(1):5262(2019)；以及Ma和Liu的美国专利申请公开第20190389979号，所述文献的内容特此通过全文引用的方式并入。
在任何实施方式中，围绕如本文所描述的可植入治疗递送系统的纳米纤维芯基材的水凝胶与纳米纤维芯基材交联并互锁。在任何实施方式中，围绕纳米纤维芯基材的水凝胶的厚度为1nm至5mm，其中围绕纳米纤维芯基材整体的水凝胶的厚度的标准偏差<100％。在任何实施方式中，围绕纳米纤维芯基材整体的聚合物涂层厚度的标准偏差<60％。例如，水凝胶的厚度范围可以为约1nm；10nm；100nm；200nm；300nm；400nm；500nm；600nm；700nm；800nm；900nm；1,00nm；2,000nm；3,000nm；4,000nm；5,000nm；6,000nm；7,000nm；8,000nm；9,000nm；10,000nm；20,000nm；30,000nm；40,000nm；50,000nm；60,000nm；70,000nm；80,000nm；90,000nm；100,000nm；200,000nm；300,000nm；400,000nm；500,000nm；600,000nm；700,000nm；800,000nm；900,000nm；1mm；2mm；3mm；或4mm至约10nm；100nm；200nm；300nm；400nm；500nm；600nm；700nm；800nm；900nm；1,00nm；2,000nm；3,000nm；4,000nm；5,000nm；6,000nm；7,000nm；8,000nm；9,000nm；10,000nm；20,000nm；30,000nm；40,000nm；50,000nm；60,000nm；70,000nm；80,000nm；90,000nm；100,000nm；200,000nm；300,000nm；400,000nm；500,000nm；600,000nm；700,000nm；800,000nm；900,000nm；1mm；2mm；3mm；4mm；或5mm。
在任何实施方式中，围绕纳米纤维芯基材的所述水凝胶包含一种或多种生物活性剂，所述生物活性剂选自下组：蛋白质、肽、抗体或其抗体片段、抗体模拟物、核酸、小分子、激素、生长因子、血管生成因子、细胞因子、抗炎剂以及其组合。合适的抗炎剂包括但不限于非甾体抗炎药(NSAID)(例如，双氯芬酸(diclofenac)、二氟尼柳(diflunisal)、依托度酸(etodolac)、非诺洛芬(fenoprofen)、氟比洛芬(flurbiprofen)、布洛芬(ibuprofen)、吲哚美辛(indomethacin)、酮洛芬(ketoprofen)、酮咯酸(ketorolac)、甲芬那酸(mefenamicacid)、美洛昔康(meloxicam)、萘丁美酮(nabumetone)、萘普生(naproxen)、奥沙普嗪(oxaprozin)、吡罗昔康(piroxicam)、双水杨酸酯(salsalate)、舒林酸(sulindac)和托美汀(tolmetin))、镇痛剂(例如，对乙酰氨基酚(acetaminophen)、羟考酮(oxycodone)、曲马多(tramadol)和盐酸丙氧芬(propoxyphene hydrochloride))、糖皮质激素(例如，可的松(cortisone)、地塞米松(dexamethasone)、氢化可的松(hydrocortisone)、甲基强的松龙(hydrocortisone)、强的松龙(prednisolone)和强的松(prednisone))以及二氢叶酸还原酶抑制剂(例如，甲氨蝶呤(methotrexate))。
本公开的另一方面涉及一种可植入治疗递送系统，所述可植入治疗递送系统包括：具有近端和远端的纳米纤维芯基材，所述纳米纤维芯基材具有内部纳米纤维壁，所述内部纳米纤维壁限定沿所述芯基材纵向延伸的内部空间，其中一种或多种治疗剂定位在所述内部空间内；以及围绕所述纳米纤维芯基材的生物相容性聚合物涂层，其中所述生物相容性聚合物涂层的厚度为1nm至5mm，并且其中围绕所述纳米纤维芯基材整体的所述聚合物涂层的厚度的标准偏差<100％。在一个实施方式中，围绕纳米纤维芯基材整体的聚合物涂层厚度的标准偏差<60％。
在任何实施方式中，如本文所描述的这种可植入治疗递送系统的纳米纤维芯基材的内部纳米纤维壁形成直径为0.1mm至30cm的管。例如，管的直径范围可以为约0.1mm、1mm、10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm、110mm、120mm、130mm、140mm、150mm、160mm、170mm、180mm、190mm、200mm、210mm、220mm、230mm、240mm、250mm、260mm、270mm、280mm或290mm至约1mm、10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm、110mm、120mm、130mm、140mm、150mm、160mm、170mm、180mm、190mm、200mm、210mm、220mm、230mm、240mm、250mm、260mm、270mm、280mm、290mm或300mm。在任何实施方式中，所述管是锥形管。在任何实施方式中，所述管是圆柱形管。
在任何实施方式中，如本文所描述的可植入治疗递送系统的内部壁的厚度为1μm至5mm。例如，内部壁的厚度范围可以为约1μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1,000μm、2mm、3mm或4mm至约10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1,000μm、2mm、3mm、4mm或5mm。
在任何实施方式中，如本文所描述的可植入治疗递送系统的纳米纤维芯基材的纳米纤维密度为0.01g/cm3至1.5g/cm3。例如，纳米纤维密度的范围可以是约0.01g/cm3、0.05g/cm3、0.1g/cm3、0.15g/cm3、0.20g/cm3、0.25g/cm3、0.30g/cm3、0.35g/cm3、0.40g/cm3、0.45g/cm3、0.50g/cm3、0.55g/cm3、0.60g/cm3、0.65g/cm3、0.70g/cm3、0.75g/cm3、0.80g/cm3、0.85g/cm3、0.90g/cm3、0.95g/cm3、1.00g/cm3、1.05g/cm3、1.10g/cm3、1.15g/cm3、1.20g/cm3、1.25g/cm3、1.30g/cm3、1.35g/cm3、1.40g/cm3或1.45g/cm3至约0.05g/cm3、0.1g/cm3、0.15g/cm3、0.20g/cm3、0.25g/cm3、0.30g/cm3、0.35g/cm3、0.40g/cm3、0.45g/cm3、0.50g/cm3、0.55g/cm3、0.60g/cm3、0.65g/cm3、0.70g/cm3、0.75g/cm3、0.80g/cm3、0.85g/cm3、0.90g/cm3、0.95g/cm3、1.00g/cm3、1.05g/cm3、1.10g/cm3、1.15g/cm3、1.20g/cm3、1.25g/cm3、1.30g/cm3、1.35g/cm3、1.40g/cm3、1.45g/cm3或1.50g/cm3。
在任何实施方式中，如本文所描述的可植入治疗递送系统的纳米纤维芯基材的纳米纤维的直径为1nm至50μm。例如，纳米纤维直径的范围可以是约1nm；10nm；20nm；30nm；40nm；50nm；60nm；70nm；80nm；90nm；100nm；200nm；300nm；400nm；500nm；600nm；700nm；800nm；900nm；1,000nm；2,000nm；3,000nm；4,000nm；5,000nm；6,000nm；7,000nm；8,000nm；9,000nm；10,000nm；20,000nm；30,000nm；或40,000nm至约10nm；20nm；30nm；40nm；50nm；60nm；70nm；80nm；90nm；100nm；200nm；300nm；400nm；500nm；600nm；700nm；800nm；900nm；1,000nm；2,000nm；3,000nm；4,000nm；5,000nm；6,000nm；7,000nm；8,000nm；9,000nm；10,000nm；20,000nm；30,000nm；40,000nm；或50,000nm。
在任何实施方式中，纳米纤维芯基材包括孔隙，所述孔隙的直径为1nm至50μm。例如，孔隙直径的范围可以是约1nm；10nm；20nm；30nm；40nm；50nm；60nm；70nm；80nm；90nm；100nm；200nm；300nm；400nm；500nm；600nm；700nm；800nm；900nm；1,000nm；2,000nm；3,000nm；4,000nm；5,000nm；6,000nm；7,000nm；8,000nm；9,000nm；10,000nm；20,000nm；30,000nm；或40,000nm至10nm；20nm；30nm；40nm；50nm；60nm；70nm；80nm；90nm；100nm；200nm；300nm；400nm；500nm；600nm；700nm；800nm；900nm；1,000nm；2,000nm；3,000nm；4,000nm；5,000nm；6,000nm；7,000nm；8,000nm；9,000nm；10,000nm；20,000nm；30,000nm；40,000nm或50,000nm。
在任何实施方式中，如本文所描述的可植入治疗递送系统的纳米纤维芯基材的纳米纤维组合物是均质的。在任何实施方式中，纳米纤维芯基材的纳米纤维组合物是非均质的。
本公开的另一方面涉及一种可植入治疗递送系统，所述可植入治疗递送系统包括：具有近端和远端的纳米纤维芯基材，所述纳米纤维芯基材由内纳米纤维层和围绕所述内纳米纤维层的外纳米纤维层所限定，其中所述内纳米纤维层的纳米纤维结构不同于所述外纳米纤维层的纳米纤维结构，所述纳米纤维芯基材进一步包括被所述基材的所述内纳米纤维层围绕的内部空间，其中一种或多种治疗剂定位在所述内部空间内；以及围绕所述纳米纤维芯基材的生物相容性聚合物涂层。
根据本公开的此方面，所述纳米纤维芯基材任选地包括一个或多个中间纳米纤维层，所述中间纳米纤维层定位在所述基材的所述内纳米纤维层与所述外纳米纤维层之间，每个中间纳米纤维层包括不同于所述内纳米纤维层和所述外纳米纤维层的所述纳米纤维结构的纳米纤维结构。
在任何实施方式中，如本文所描述的这种可植入治疗递送系统的纳米纤维基材是圆柱形管。在一些实施方式中，圆柱形管的直径为0.1mm至30cm。例如，圆柱形管的直径范围可以是约0.1mm、1mm、10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm、110mm、120mm、130mm、140mm、150mm、160mm、170mm、180mm、190mm、200mm、210mm、220mm、230mm、240mm、250mm、260mm、270mm、280mm或290mm至1mm、10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm、110mm、120mm、130mm、140mm、150mm、160mm、170mm、180mm、190mm、200mm、210mm、220mm、230mm、240mm、250mm、260mm、270mm、280mm或290mm至多约1mm、10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm、110mm、120mm、130mm、140mm、150mm、160mm、170mm、180mm、190mm、200mm、210mm、220mm、230mm、240mm、250mm、260mm、270mm、280mm或290mm至1mm、10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm、110mm、120mm、130mm、140mm、150mm、160mm、170mm、180mm、190mm、200mm、210mm、220mm、230mm、240mm、250mm、260mm、270mm、280mm、290mm或300mm。在任何实施方式中，纳米纤维基材是锥形管。
在任何实施方式中，如本文所描述的可植入治疗递送系统的内纳米纤维层和外纳米纤维层的纳米纤维的直径独立地为1nm至50μm。例如，纳米纤维直径可以是约1nm；10nm；20nm；30nm；40nm；50nm；60nm；70nm；80nm；90nm；100nm；200nm；300nm；400nm；500nm；600nm；700nm；800nm；900nm；1,000nm；2,000nm；3,000nm；4,000nm；5,000nm；6,000nm；7,000nm；8,000nm；9,000nm；10,000nm；20,000nm；30,000nm；或40,000nm至约10nm；20nm；30nm；40nm；50nm；60nm；70nm；80nm；90nm；100nm；200nm；300nm；400nm；500nm；600nm；700nm；800nm；900nm；1,000nm；2,000nm；3,000nm；4,000nm；5,000nm；6,000nm；7,000nm；8,000nm；9,000nm；10,000nm；20,000nm；30,000nm；40,000nm或50,000nm。
在任何实施方式中，如本文所描述的可植入治疗递送系统的内纳米纤维层和外纳米纤维层的纳米纤维密度独立地为0.01g/cm3至1.5g/cm3。例如，内纳米纤维层和/或外纳米纤维层的纳米纤维密度的范围可以是约0.01g/cm3、0.05g/cm3、0.1g/cm3、0.15g/cm3、0.20g/cm3、0.25g/cm3、0.30g/cm3、0.35g/cm3、0.40g/cm3、0.45g/cm3、0.50g/cm3、0.55g/cm3、0.60g/cm3、0.65g/cm3、0.70g/cm3、0.75g/cm3、0.80g/cm3、0.85g/cm3、0.90g/cm3、0.95g/cm3、1.00g/cm3、1.05g/cm3、1.10g/cm3、1.15g/cm3、1.20g/cm3、1.25g/cm3、1.30g/cm3、1.35g/cm3、1.40g/cm3或1.45g/cm3至约0.05g/cm3、0.1g/cm3、0.15g/cm3、0.20g/cm3、0.25g/cm3、0.30g/cm3、0.35g/cm3、0.40g/cm3、0.45g/cm3、0.50g/cm3、0.55g/cm3、0.60g/cm3、0.65g/cm3、0.70g/cm3、0.75g/cm3、0.80g/cm3、0.85g/cm3、0.90g/cm3、0.95g/cm3、1.00g/cm3、1.05g/cm3、1.10g/cm3、1.15g/cm3、1.20g/cm3、1.25g/cm3、1.30g/cm3、1.35g/cm3、1.40g/cm3、1.45g/cm3或1.50g/cm3。
在任何实施方式中，如本文所描述的可植入治疗递送系统的内纳米纤维层和外纳米纤维层的平均厚度独立地为1μm至5mm。例如，内纳米纤维层和外纳米纤维层的厚度可以为约1μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1mm、2mm、3mm或4mm至约10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1mm、2mm、3mm、4mm或5mm。
在任何实施方式中，如本文所描述的可植入治疗递送系统的内纳米纤维层包括孔隙，所述孔隙的直径为1nm至50μm。在任何实施方式中，外纳米纤维层包括孔隙，所述孔隙的直径为1nm至50μm。例如，孔隙直径的范围可以是约1nm；10nm；20nm；30nm；40nm；50nm；60nm；70nm；80nm；90nm；100nm；200nm；300nm；400nm；500nm；600nm；700nm；800nm；900nm；1,000nm；2,000nm；3,000nm；4,000nm；5,000nm；6,000nm；7,000nm；8,000nm；9,000nm；10,000nm；20,000nm；30,000nm；或40,000nm至约10nm；20nm；30nm；40nm；50nm；60nm；70nm；80nm；90nm；100nm；200nm；300nm；400nm；500nm；600nm；700nm；800nm；900nm；1,000nm；2,000nm；3,000nm；4,000nm；5,000nm；6,000nm；7,000nm；8,000nm；9,000nm；10,000nm；20,000nm；30,000nm；40,000nm或50,000nm。
在任何实施方式中，如本文所描述的可植入治疗递送系统的内纳米纤维层的纳米纤维结构包括<0.26g/cm3的纳米纤维密度，并且外纳米纤维层包括>0.26g/cm3的纳米纤维密度。
在任何实施方式中，内纳米纤维层的纳米纤维结构包括>0.26g/cm3的纳米纤维密度，并且外纳米纤维层包括<0.26g/cm3的纳米纤维密度。
在任何实施方式中，如本文所描述的可植入治疗递送系统的内纳米纤维层和外纳米纤维层包括孔隙，并且内纳米纤维层的孔隙具有比外纳米纤维层的孔隙更大的直径。
在任何实施方式中，如本文所描述的可植入治疗递送系统的内纳米纤维层和外纳米纤维层包括孔隙，并且外纳米纤维层的孔隙具有比内纳米纤维层的孔隙更大的直径。
在任何实施方式中，如本文所描述的可植入治疗递送系统的芯基材的内纳米纤维层和外纳米纤维层的组合厚度为1μm至5mm。例如，基材的芯的内纳米纤维层和外纳米纤维层的组合厚度范围可以是约1μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1mm、2mm、3mm或4mm至约10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1mm、2mm、3mm或4mm至多约10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1mm、2mm、3mm或4mm至约10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1mm、2mm、3mm、4mm或5mm。
根据本公开的所有方面，如本文所描述的可植入治疗递送系统的纳米纤维芯基材具有0.5cm至1000m的长度。例如，纳米纤维芯基材可以具有范围为约0.5cm、1cm、10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、60cm、70cm、80cm、90cm、1m、2m、3m、4m、5m、6m、7m、8m、9m、10m、20m、30m、40m、50m、60m、70m、80m、90m、100m、200m、300m、400m、500m、600m、700m、800m、900m至1cm、10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、60cm、70cm、80cm、90cm、1m、2m、3m、4m、5m、6m、7m、8m、9m、10m、20m、30m、40m、50m、60m、70m、80m、90m、100m、200m、300m、400m、500m、600m、700m、800m或900m，至多约1cm、10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、60cm、70cm、80cm、90cm、1m、2m、3m、4m、5m、6m、7m、8m、9m、10m、20m、30m、40m、50m、60m、70m、80m、90m、100m、200m、300m、400m、500m、600m、700m、800m、900m至1cm、10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、60cm、70cm、80cm、90cm、1m、2m、3m、4m、5m、6m、7m、8m、9m、10m、20m、30m、40m、50m、60m、70m、80m、90m、100m、200m、300m、400m、500m、600m、700m、800m、900m或1000m的长度。在一些实施方式中，纳米纤维芯基材具有1cm至1m的长度。
在任何实施方式中，如本文所描述的可植入治疗递送系统的纳米纤维芯基材包含一种或多种生物活性剂，所述生物活性剂选自下组：蛋白质、肽、抗体或其抗体片段、抗体模拟物、核酸、小分子、激素、生长因子、血管生成因子、细胞因子、抗炎剂以及其组合。合适的抗炎剂包括但不限于双氯芬酸、二氟尼柳、依托度酸、非诺洛芬、氟比洛芬、布洛芬、吲哚美辛、酮洛芬、酮咯酸、甲芬那酸、美洛昔康、萘丁美酮、萘普生、奥沙普嗪、吡罗昔康、双水杨酸酯、舒林酸和托美汀。
在任何实施方式中，如本文所描述的可植入治疗递送系统的纳米纤维芯基材包含不溶于围绕所述基材的一种或多种生物相容性聚合物涂层的材料。纳米纤维芯基材的合适材料包括但不限于尼龙、聚氨酯、聚砜、聚丙烯腈、聚酯(如聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚丁酯)、聚偏二氟乙烯、聚丙烯酰胺、聚(甲基丙烯酸乙酯)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚氯乙烯、聚甲醛、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯并咪唑、聚苯胺、聚苯乙烯、聚乙烯咔唑、聚酰胺、聚乙烯苯酚、乙酸纤维素、聚丙烯酰胺、聚(甲基丙烯酸2-羟乙酯)、聚醚酰亚胺、聚(二茂铁基二甲基硅烷)、聚(乙烯-共-乙酸乙烯酯)、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚丙烯酸-聚芘甲醇、聚(乙烯-共-乙烯醇)、聚间苯二甲酰间苯二胺、聚(乳酸)、聚(ε-己内酯)、聚(乳酸-共-乙醇酸)、聚(l-丙交酯-共-ε-己内酯)以及其组合。
在任何实施方式中，如本文所描述的可植入治疗递送系统的纳米纤维芯基材是半透明的。在任何实施方式中，半透明纳米纤维芯基材对介于400nm与800nm之间的光波长具有>50％的透射率。
在任何实施方式中，细长聚合物支架定位在本文所描述的可植入治疗递送系统的纳米纤维芯基材的内部空间内。在任何实施方式中，细长聚合物支架包括棒、管或膜。在任何实施方式中，细长聚合物支架包含选自下组的材料：硅酮、PDMS、橡胶、尼龙、聚氨酯、聚砜、聚丙烯腈、聚酯(如聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚丁酯)、聚偏二氟乙烯、聚丙烯酰胺、聚(甲基丙烯酸乙酯)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚氯乙烯、聚甲醛、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯并咪唑、聚苯胺、聚苯乙烯、聚乙烯咔唑、聚酰胺、聚乙烯苯酚、乙酸纤维素、聚丙烯酰胺、聚(甲基丙烯酸2-羟乙酯)、聚醚酰亚胺、聚(二茂铁基二甲基硅烷)、聚(乙烯-共-乙酸乙烯酯)、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚丙烯酸-聚芘甲醇、聚(乙烯-共-乙烯醇)、聚间苯二甲酰间苯二胺、聚(乳酸)、聚(ε-己内酯)、聚(乳酸-共-乙醇酸)、聚(l-丙交酯-共-ε-己内酯)以及其组合。
在任何实施方式中，细长聚合物支架包括含有氧载体的内部流体空间。在任何实施方式中，氧载体包括全氟化合物。合适的全氟化合物包括但不限于全氟三丁胺(FC-43)、全氟萘烷、全氟辛基溴、双-全氟丁基乙烯、全氟-4-甲基吗啉、全氟三乙胺、全氟-2-乙基四氢呋喃、全氟-2-丁基四氢呋喃、全氟戊烷、全氟-2-甲基戊烷、全氟己烷、全氟-4-异丙基吗啉、全氟二丁基醚、全氟庚烷、全氟辛烷以及其混合物。
在任何实施方式中，如本文所描述的可植入治疗递送系统的细长聚合物支架包含一种或多种治疗剂，所述治疗剂选自下组：治疗性蛋白质、肽、抗体或其片段、抗体模拟物和其它结合分子、核酸、小分子、激素、生长因子、血管生成因子、细胞因子、抗炎剂以及其组合。上文描述了合适的抗炎剂。
在任何实施方式中，纳米纤维芯基材的内部空间被一个或多个内部纳米纤维壁分隔成两个或更多个子内部空间。
在任何实施方式中，定位于纳米纤维芯基材的内部空间内的一种或多种治疗剂选自下组：蛋白质、肽、抗体或其抗体片段、抗体模拟物、核酸、小分子、激素、生长因子、血管生成因子、细胞因子、抗炎剂以及其组合。上文描述了合适的抗炎剂。
在任何实施方式中，细胞制剂定位在如本文所描述的可植入治疗递送系统的纳米纤维芯基材的内部空间中，并且一种或多种治疗剂从所述细胞制剂中释放。
在任何实施方式中，包埋有细胞制剂的一个或多个水凝胶膜、水凝胶胶囊、水凝胶纤维或水凝胶管定位在纳米纤维芯基材的内部空间中。
在任何实施方式中，将涂覆有包含细胞制剂的水凝胶的多孔支架定位在纳米纤维芯基材的内部空间内。在任何实施方式中，多孔支架包含选自下组的材料：硅酮、PDMS、橡胶、尼龙、聚氨酯、聚砜、聚丙烯腈、聚酯(如聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚丁酯)、聚偏二氟乙烯、聚丙烯酰胺、聚(甲基丙烯酸乙酯)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚氯乙烯、聚甲醛、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯并咪唑、聚苯胺、聚苯乙烯、聚乙烯咔唑、聚酰胺、聚乙烯苯酚、乙酸纤维素、聚丙烯酰胺、聚(甲基丙烯酸2-羟乙酯)、聚醚酰亚胺、聚(二茂铁基二甲基硅烷)、聚(乙烯-共-乙酸乙烯酯)、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚丙烯酸-聚芘甲醇、聚(乙烯-共-乙烯醇)、聚间苯二甲酰间苯二胺、聚(乳酸)、聚(ε-己内酯)、聚(乳酸-共-乙醇酸)、聚(l-丙交酯-共-ε-己内酯)以及其组合。
在任何实施方式中，多孔支架具有直径介于1nm与500μm之间的孔隙。在任何实施方式中，多孔支架是多孔管。在任何实施方式中，多孔管包括含有氧载体的内部流体空间。在任何实施方式中，氧载体包括全氟化合物。上文描述了合适的全氟化合物。
在任何实施方式中，如本文所描述的可植入治疗递送系统的多孔支架包含一种或多种生物活性剂，所述生物活性剂选自下组：蛋白质、肽、抗体或其抗体片段、抗体模拟物、核酸、小分子、激素、生长因子、血管生成因子、细胞因子、抗炎剂以及其组合。上文描述了合适的抗炎剂。
在任何实施方式中，包埋有细胞制剂的细胞生长基质材料定位在纳米纤维芯基材的内部空间中。在任何实施方式中，此细胞生长基质材料是水凝胶材料。在任何实施方式中，细胞生长基质材料损害选自下组的合成聚合物：聚乙二醇(PEG)、聚(丙烯酸)、聚(环氧乙烷)、聚(乙烯醇)、聚磷腈、聚(甲基丙烯酸羟乙酯)、三唑-两性离子水凝胶、聚(磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯)、羧基甜菜碱甲基丙烯酸酯、聚[2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱、N-羟乙基丙烯酰胺、其共聚物、其衍生物以及其组合。在任何实施方式中，细胞生长基质材料损害选自下组的天然聚合物材料：胶原蛋白、弹性蛋白、纤维蛋白、明胶、明胶-甲基丙烯酰、丝素蛋白、糖胺聚糖、葡聚糖、藻酸盐、琼脂糖、壳聚糖、细菌纤维素、角蛋白、基质胶、脱细胞水凝胶以及其衍生物或组合。
在任何实施方式中，细胞生长基质材料进一步包含一种或多种细胞因子以增强细胞生长、分化和/或存活，所述细胞因子选自下组：谷氨酰胺、非必需氨基酸、表皮生长因子、成纤维细胞生长因子、转化生长因子/骨形态发生蛋白、血小板源性生长因子、胰岛素生长因子、细胞因子、纤连蛋白、层粘连蛋白、肝素、胶原蛋白、糖胺聚糖、蛋白聚糖、弹性蛋白、几丁质衍生物、纤维蛋白和纤维蛋白原、FGF、bFGF、酸性FGF(aFGF)、FGF-2、FGF-4、EGF、PDGF、TGF-β、血管生成素-1、血管生成素-2、胎盘生长因子(PlGF)、VEGF、PMA(佛波醇12-肉豆蔻酸酯13-乙酸酯)、其组合。
在任何实施方式中，定位在如本文所描述的可植入治疗递送系统的纳米纤维芯基材的内部空间中的细胞制剂是单细胞制剂或细胞聚集体制剂。在任何实施方式中，细胞制剂是原代细胞制剂或永生化细胞制剂。在任何实施方式中，细胞制剂是哺乳动物细胞制剂。在任何实施方式中，细胞制剂选自由以下的制剂组成的组：灵长类动物细胞、啮齿动物细胞、狗细胞、猫细胞、马细胞、牛细胞和猪细胞。在任何实施方式中，细胞制剂是人细胞制剂。在任何实施方式中，细胞制剂是干细胞或干细胞源性细胞制剂。在任何实施方式中，干细胞是多能干细胞、专能干细胞、寡能干细胞或单能干细胞。在任何实施方式中，干细胞制剂选自下组：胚胎干细胞、外胚层细胞、原始外胚层细胞、原始生殖细胞和诱导多能干细胞。在任何实施方式中，细胞制剂是选自下组的细胞制剂：平滑肌细胞、心肌细胞、血小板、上皮细胞、内皮细胞、尿路上皮细胞、成纤维细胞、胚胎成纤维细胞、成肌细胞、软骨细胞、成软骨细胞、成骨细胞、破骨细胞、角质形成细胞、肝细胞、胆管细胞、胰岛细胞、甲状腺、甲状旁腺、肾上腺、下丘脑、垂体、卵巢、睾丸、唾液腺细胞、脂肪细胞、胚胎干细胞、间充质干细胞、神经细胞、内皮祖细胞、造血细胞、前体细胞、间充质基质细胞、幼仓鼠肾(Baby Hamster Kidney，BHK)细胞、中国仓鼠卵巢(Chinese Hamster Ovary)细胞、人羊膜上皮(Human AmnioticEpithelial，HAE)细胞、脉络丛细胞、嗜铬细胞、肾上腺嗜铬细胞、嗜铬细胞瘤细胞系PC12、人视网膜色素上皮细胞、重组人视网膜色素上皮细胞、分泌NGF的幼仓鼠肾(BHK)细胞、用GLP-1转染的人骨髓源性干细胞、产生BDNF的成纤维细胞、产生NGF的细胞、产生CNTF的细胞、分泌BDNF的雪旺氏细胞(Schwann cell)、分泌IL-2的成肌细胞、分泌内皮抑素的细胞和细胞色素P450酶过表达的猫肾上皮细胞细胞、肌原细胞、胚胎干细胞源性神经祖细胞、辐照肿瘤细胞、近端小管细胞、神经前体细胞、星形胶质细胞、基因工程化细胞。
在任何实施方式中，细胞制剂包括1×103至1×1010个细胞/mL的细胞密度。例如，细胞密度的范围可以为约1×103个细胞/mL、1×104个细胞/mL、1×105个细胞/mL、1×106个细胞/mL、1×107个细胞/mL、1×108个细胞/mL或1×109个细胞/mL至约1×104个细胞/mL、1×105个细胞/mL、1×106个细胞/mL、1×107个细胞/mL、1×108个细胞/mL、1×109个细胞/mL或1×1010个细胞/mL。
在任何实施方式中，细胞制剂是包含释放胰岛素和胰高血糖素的胰岛细胞的制剂。在任何实施方式中，包含胰岛细胞的制剂是人细胞制剂、猪细胞制剂或啮齿动物细胞制剂。在任何实施方式中，细胞制剂包括1×103至6×105胰岛当量(IEQ)/mL的胰岛密度。例如，胰岛当量的范围可以是约1×103、2×103、3×103、4×103、5×103、6×103、7×103、8×103、9×103、1×104、2×104、3×104、4×104、5×104、6×104、7×104、8×104、9×104、1×105、2×105、3×105、4×105或5×105至约2×103、3×103、4×103、5×103、6×103、7×103、8×103、9×103、1×104、2×104、3×104、4×104、5×104、6×104、7×104、8×104、9×104、1×105、2×105、3×105、4×105、5×105或6×105。
在任何实施方式中，如本文所描述的可植入治疗递送系统的纳米纤维芯基材的近端和远端是密封的。在任何实施方式中，纳米纤维芯基材的近端和远端通过热封、缝合线结、夹子、橡胶密封件或螺钉闭合来密封。
在任何实施方式中，如本文所描述的可植入治疗递送系统的外部生物相容性聚合物涂层是水凝胶材料。在任何实施方式中，水凝胶材料是选自下组的合成聚合物：聚乙二醇(PEG)、聚(丙烯酸)、聚(环氧乙烷)、聚(乙烯醇)、聚磷腈、聚(甲基丙烯酸羟乙酯)、三唑-两性离子水凝胶(TR-qCB、TR-CB、TR-SB)、聚(磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯)、羧基甜菜碱甲基丙烯酸酯、聚[2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱、N-羟乙基丙烯酰胺、其共聚物、其衍生物以及其组合。在任何实施方式中，水凝胶材料是选自下组的天然聚合物材料：胶原蛋白、弹性蛋白、纤维蛋白、明胶、明胶-甲基丙烯酰、丝素蛋白、糖胺聚糖、葡聚糖、藻酸盐、琼脂糖、壳聚糖、细菌纤维素、角蛋白、基质胶、脱细胞水凝胶、其衍生物以及其组合。在任何实施方式中，水凝胶材料是两性离子修饰的水凝胶。合适的两性离子修饰的水凝胶包括以下描述的那些：Liu等人,“开发机械稳健的三唑-两性离子水凝胶以减轻用于胰岛封装的异物应答(FBR)(Developing mechanically robust,triazole-zwitterionic hydrogels tomitigate foreign body response(FBR)for islet encapsulation)”,《生物材料》,230:119640(2019)；Liu等人,“两性离子修饰的藻酸盐减轻细胞封装的细胞过度生长”,《自然通讯》10(1):5262(2019)；以及Ma和Liu的美国专利申请公开第20190389979号，所述文献的内容特此通过全文引用的方式并入。
在任何实施方式中，水凝胶材料包含纯藻酸盐、修饰的藻酸盐或纯藻酸盐和修饰的藻酸盐的混合物。在任何实施方式中，修饰的藻酸盐是两性离子修饰的藻酸盐。合适的两性离子修饰的藻酸盐包括但不限于在以下中公开的那些：Liu等人,“两性离子修饰的藻酸盐减轻细胞封装的细胞过度生长”,《自然通讯》10(1):5262(2019)以及Ma和Liu的美国专利申请公开第20190389979号，所述文献的内容特此通过全文引用的方式并入。在任何实施方式中，水凝胶材料包含比率为约1:1000至1000:1(v/v)的纯藻酸盐和修饰的藻酸盐的混合物。纯藻酸盐和修饰的藻酸盐的比率范围可以是约1:1000；10:1000；20:1000；30:1000；40:1000；50:1000；60:1000；70:1000；80:1000；90:1000；100:1000；200:1000；300:1000；400:1000；500:1000；600:1000；700:1000；800:1000；900:1000；或1,000:1000(1:1)至约1000:1；1000:10；1000:20；1000:30；1000:40；1000:50；1000:60；1000:70；1000:80；1000:90；1000:100；1000:200；1000:300；1000:400；1000:500；1000:600；1000:700；1000:800；或1000:900。在任何实施方式中，水凝胶材料包含比率为约3:7至7:3(v/v)的纯藻酸盐和修饰的藻酸盐的混合物。例如，纯藻酸盐和修饰的藻酸盐的比率可以为约3:7、4:6、5:5(1:1)、6:4或7:3(v/v)。
在任何实施方式中，围绕所述纳米纤维芯基材的所述生物相容性聚合物涂层的厚度为1nm至5mm，其中围绕所述纳米纤维芯基材整体的所述生物相容性聚合物涂层的厚度的标准偏差<100％。例如，生物相容性聚合物涂层的厚度范围可以为约1nm；10nm；100nm；200nm；300nm；400nm；500nm；600nm；700nm；800nm；900nm；1,00nm；2,000nm；3,000nm；4,000nm；5,000nm；6,000nm；7,000nm；8,000nm；9,000nm；10,000nm；20,000nm；30,000nm；40,000nm；50,000nm；60,000nm；70,000nm；80,000nm；90,000nm；100,000nm；200,000nm；300,000nm；400,000nm；500,000nm；600,000nm；700,000nm；800,000nm；900,000nm；1mm；2mm；3mm；或4mm至约10nm；100nm；200nm；300nm；400nm；500nm；600nm；700nm；800nm；900nm；1,00nm；2,000nm；3,000nm；4,000nm；5,000nm；6,000nm；7,000nm；8,000nm；9,000nm；10,000nm；20,000nm；30,000nm；40,000nm；50,000nm；60,000nm；70,000nm；80,000nm；90,000nm；100,000nm；200,000nm；300,000nm；400,000nm；500,000nm；600,000nm；700,000nm；800,000nm；900,000nm；1mm；2mm；3mm；4mm；或5mm。
在任何实施方式中，如本文所描述的可植入治疗递送系统的生物相容性聚合物涂层与所述纳米纤维芯基材交联并互锁。
在任何实施方式中，如本文所描述的可植入治疗递送系统的生物相容性聚合物涂层包含一种或多种生物活性剂，所述生物活性剂选自下组：蛋白质、肽、抗体或其抗体片段、抗体模拟物、核酸、小分子、激素、生长因子、血管生成因子、细胞因子、抗炎剂以及其组合。上文描述了合适的抗炎剂。
在任何实施方式中，本文所描述的可植入系统包括一种或多种造影剂以促进体内监测植入物放置、植入物在植入后某个时间点的位置、植入物的健康、对非靶标细胞类型的有害影响、炎症、和/或纤维化。合适的造影剂包括但不限于纳米颗粒、纳米晶体、钆、氧化铁、铁铂、锰、碘、钡、微泡、荧光染料和本领域技术人员已知的其它造影剂。
体内监测方法包括但不限于共焦显微镜、2-光子显微镜、高频超声、光学相干断层扫描(OCT)、光声断层扫描术(PAT)、计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)、单光子发射计算机断层扫描(SPECT)和正电子发射断层扫描(PET)。这些方法单独或组合可以提供有用的手段来监测可植入系统。
本公开的另一方面涉及一种将治疗剂递送到有需要的受试者的方法。此方法涉及将本文所描述的可植入治疗递送系统中的任一种可植入治疗递送系统植入所述受试者体内。
在一些实施方式中，需要治疗的受试者是患有糖尿病的受试者，并且向所述受试者递送治疗剂的方法涉及将可植入治疗递送系统植入患有糖尿病的受试者体内。根据此实施方式，可植入治疗递送系统的一种或多种治疗剂是胰岛素、胰高血糖素或其组合。在任何实施方式中，胰岛素、胰高血糖素或其组合从定位在纳米纤维芯基材的内部空间中的细胞制剂中释放。在任何实施方式中，细胞制剂包括胰岛制剂。在任何实施方式中，胰岛制剂是灵长类动物胰岛制剂、啮齿动物胰岛制剂、狗胰岛制剂、猫胰岛制剂、马胰岛制剂、牛胰岛制剂或猪胰岛制剂。在任何实施方式中，胰岛制剂源自干细胞制剂。在任何实施方式中，干细胞制剂是多能干细胞制剂、专能干细胞制剂、寡能干细胞制剂或单能干细胞制剂。在任何实施方式中，干细胞制剂是包括以下的制剂：胚胎干细胞、外胚层细胞、原始外胚层细胞、原始生殖细胞和诱导多能干细胞。
在一些实施方式中，需要治疗的受试者是患有出血性病症的受试者，并且向所述受试者递送治疗剂的方法涉及将如本文所描述的可植入治疗递送系统植入患有出血性病症的受试者体内。根据此实施方式，所述出血性病症可以是任何出血性病症，如A型血友病、B型血友病、冯维勒布兰德氏病(von Willebrand disease)、因子I缺乏症、因子II缺乏症、因子V缺乏症、因子VII缺乏症、因子X缺乏症、因子XI缺乏症、因子XII缺乏症和因子XIII缺乏症。在任何实施方式中，一种或多种治疗剂是从定位在纳米纤维芯基材的内部空间中的细胞制剂释放的凝血因子。在任何实施方式中，细胞制剂包括重组成肌细胞、间充质基质细胞、诱导多能干细胞源性内皮细胞或其组合。在任何实施方式中，凝血因子选自下组：因子I、因子II、因子V、因子VII、因子VIII、因子IX、因子X、因子XI、因子XII、因子XIII以及其组合。
在一些实施方式中，需要治疗的受试者是患有溶酶体贮积病症的受试者，并且向所述受试者递送治疗剂的方法涉及将如本文所描述的可植入治疗递送系统植入患有溶酶体贮积病症的受试者体内。在任何实施方式中，一种或多种治疗剂是从定位在纳米纤维芯基材的内部空间中的细胞制剂释放的酶。在任何实施方式中，细胞制剂包括造血干细胞、成纤维细胞、成肌细胞、幼仓鼠肾(BHK)细胞、中国仓鼠卵巢细胞、人羊膜上皮(HAE)细胞或其组合。在任何实施方式中，酶选自下组：α-L-艾杜糖醛酸酶、艾杜糖醛酸-2-硫酸酯酶、α-葡糖醛酸酶、芳基硫酸酯酶A、α-半乳糖苷酶A以及其组合。
在一些实施方式中，需要治疗的受试者是患有神经系统病症的受试者，并且向所述受试者递送治疗剂的方法涉及将如本文所描述的可植入治疗递送系统植入患有神经系统病症的受试者体内。在任何实施方式中，神经系统病症是感觉障碍。在任何实施方式中，神经系统病症选自下组：帕金森氏病(Parkinson's disorder)、阿尔茨海默氏病(Alzheimer's disease)、癫痫、亨廷顿氏病(Huntington's disease)、肌萎缩性侧索硬化症、慢性疼痛、视力和听力损失。在任何实施方式中，一种或多种治疗剂是从定位在纳米纤维芯基材的内部空间中的细胞制剂释放的治疗分子。在任何实施方式中，细胞制剂包括脉络丛细胞、嗜铬细胞、嗜铬细胞瘤细胞系PC12、人视网膜色素上皮细胞、分泌NGF的幼仓鼠肾(BHK)细胞、成肌细胞、用GLP-1转染的人骨髓源性干细胞、产生BDNF的成纤维细胞、产生NGF的细胞、产生CNTF的细胞、肾上腺嗜铬细胞、分泌BDNF的雪旺氏细胞以及其组合。在任何实施方式中，治疗分子选自下组：脑脊液、细胞外液、左旋多巴、神经生长因子(NGF)、睫状神经营养因子(CNTF)、BLP-1、脑源性神经营养因子(BDNF)、血管内皮生长因子(VEGF)、脑啡肽、肾上腺素、儿茶酚胺以及其组合。
在一些实施方式中，需要治疗的受试者是患有癌症的受试者，并且向所述受试者递送治疗剂的方法涉及将如本文所描述的可植入治疗递送系统植入患有癌症病症的受试者体内。在任何实施方式中，一种或多种治疗剂是从定位在纳米纤维芯基材的内部空间中的细胞制剂释放的治疗分子。在任何实施方式中，细胞制剂包括分泌IL-2的成肌细胞、分泌内皮抑素的细胞、中国仓鼠卵巢细胞和细胞色素P450酶过表达的猫肾上皮细胞。在任何实施方式中，治疗分子选自IL-2、内皮抑素、细胞色素P450酶以及其组合。
在一些实施方式中，需要治疗的受试者是患有慢性眼病的受试者，并且向所述受试者递送治疗剂的方法涉及将如本文所描述的可植入治疗递送系统植入患有慢性眼病的受试者体内。在任何实施方式中，此方法进一步涉及向受试者施用一种或多种营养因子以保护受损的视网膜神经元并恢复神经回路。在任何实施方式中，慢性眼病选自下组：年龄相关性黄斑变性、糖尿病性视网膜病、色素性视网膜炎、青光眼、黄斑毛细血管扩张症以及其组合。在任何实施方式中，一种或多种治疗剂是从定位在纳米纤维芯基材的内部空间中的细胞制剂释放的治疗分子。在任何实施方式中，细胞制剂包括人视网膜色素上皮细胞、重组人视网膜色素上皮细胞或其组合。在任何实施方式中，治疗分子选自下组：睫状神经营养因子、针对血管内皮生长因子和血小板源性生长因子的拮抗剂以及其组合。
在一些实施方式中，需要治疗的受试者是患有肾衰竭的受试者，并且向所述受试者递送治疗剂的方法涉及将如本文所描述的可植入治疗递送系统植入患有肾衰竭的受试者体内。在任何实施方式中，一种或多种治疗剂是从定位在纳米纤维芯基材的内部空间中的细胞制剂释放的治疗分子。在任何实施方式中，细胞制剂包括肾近端小管细胞、间充质干细胞以及其组合。
在一些实施方式中，需要治疗的受试者是患有慢性疼痛的受试者，并且向所述受试者递送治疗剂的方法涉及将如本文所描述的可植入治疗递送系统植入患有慢性疼痛的受试者体内。在任何实施方式中，慢性疼痛是由退行性背部和膝盖、神经性背部和膝盖或癌症引起的慢性疼痛。在任何实施方式中，一种或多种治疗剂是从定位在纳米纤维芯基材的内部空间中的细胞制剂释放的治疗分子。在任何实施方式中，细胞制剂包括嗜铬细胞、神经前体细胞、间充质干细胞、星形胶质细胞和基因工程化细胞或其组合。在任何实施方式中，治疗分子选自下组：儿茶酚胺、阿片肽、脑啡肽以及其组合。
在一些实施方式中，向有需要的受试者递送治疗剂的方法涉及使用腹腔镜程序植入如本文所描述的可植入治疗递送系统。在一些实施方式中，治疗递送系统被腹膜内、经皮或皮下植入。在一些实施方式中，植入治疗递送系统涉及将递送系统缝合到受试者的体壁。在一些实施方式中，植入治疗递送系统涉及通过经腹入口将递送系统锚定到受试者的体壁。在一些实施方式中，植入治疗递送系统涉及将递送系统包裹在受试者的网膜中。在一些实施方式中，植入治疗递送系统涉及将递送系统定位在肝脏与隔膜之间的腔中。在一些实施方式中，植入治疗递送系统包括将递送系统锚定到隔膜。在一些实施方式中，向有需要的受试者递送治疗剂的方法进一步包括从受试者回收可植入治疗递送系统。在一些实施方式中，递送治疗剂的方法进一步包括在所述回收之后植入替代可植入治疗递送系统。
本公开的另一方面涉及制造如本文所描述的任何可植入治疗递送系统的纳米纤维芯基材的方法。此方法涉及：提供一种或多种聚合物溶液，所述聚合物溶液包含处于溶剂中的1％至50％的聚合物；将所述一种或多种聚合物溶液静电纺丝到旋转收集棒上以形成纳米纤维芯基材，其中所述收集棒涂覆有粘性糖溶液；以及从收集棒去除多孔纳米纤维芯基材。
在任何实施方式中，使用单通道喷嘴或包括不同直径的针的多通道喷嘴来对一种或多种聚合物溶液进行静电纺丝。
在任何实施方式中，从收集棒去除多孔纳米纤维芯基材包括将来自收集棒的糖溶液溶解在水中。
在此方法的任何实施方式中，溶剂包括六氟异丙醇(HFIP)。在任何实施方式中，溶剂是纯HFIP。在任何实施方式中，溶剂包括HFIP和甲酸的混合物。其它合适的有机溶剂包括例如但不限于二氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺、乙醇、甲醇或其任何组合。
在此方法的任何实施方式中，聚合物溶液是1％至50％的聚合物溶液，即聚合物包含约1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％或50％的溶液。在此方法的任何实施方式中，聚合物溶液包含选自下组的一种或多种聚合物：尼龙、聚氨酯、聚砜、聚丙烯腈、聚酯(如聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚丁酯)、聚偏二氟乙烯、聚丙烯酰胺、聚(甲基丙烯酸乙酯)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚氯乙烯、聚甲醛、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯并咪唑、聚苯胺、聚苯乙烯、聚乙烯咔唑、聚酰胺、聚乙烯苯酚、乙酸纤维素、聚丙烯酰胺、聚(甲基丙烯酸2-羟乙酯)、聚醚酰亚胺、聚(二茂铁基二甲基硅烷)、聚(乙烯-共-乙酸乙烯酯)、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚丙烯酸-聚芘甲醇、聚(乙烯-共-乙烯醇)、聚间苯二甲酰间苯二胺、聚(乳酸)、聚(ε-己内酯)、聚(乳酸-共-乙醇酸)和聚(l-丙交酯-共-ε-己内酯)。
在此方法的任何实施方式中，粘性糖溶液包含一种或多种单糖、二糖、寡糖以及其混合物。在任何实施方式中，糖选自葡萄糖、半乳糖、果糖、蔗糖、乳糖、麦芽糖、海藻糖以及其混合物。在任何实施方式中，糖溶液的粘度>4×103mPa·s。在任何实施方式中，粘性糖溶液是包含约25g/mL蔗糖的蔗糖溶液。
在任何实施方式中，制造如本文所描述的任何可植入治疗递送系统的纳米纤维芯基材的方法进一步涉及在有效生成半透明多孔纳米纤维基材的条件下在所述静电纺丝期间将溶剂蒸气施加到收集棒。
本公开的另一方面涉及一种生产可植入治疗递送系统的方法。此方法涉及：提供纵向延伸的纳米纤维芯基材，所述基材具有近端和远端，每个近端和远端具有通向所述纳米纤维芯基材内的至少一个内部空间的开口；密封所述纳米纤维芯基材的所述近端；将所述纳米纤维芯基材的所密封的近端和外表面浸泡在生物相容性聚合物溶液中，以使聚合物溶液渗透到所述纳米纤维芯基材中；用一种或多种交联剂填充所述纳米纤维芯基材的所述至少一个内部空间，以使经涂覆的生物相容性聚合物溶液与所述纳米纤维芯基材交联；通过所述纳米纤维芯基材的所述远端处的所述开口将一种或多种治疗剂装载到所述纳米纤维芯基材的所述至少一个内部空间中；密封所装载的纳米纤维芯基材的所述远端；以及用所述生物相容性聚合物溶液涂覆所述纳米纤维芯基材的所密封的远端以形成所述可植入治疗递送系统。
本公开的另一方面涉及一种生产可植入治疗递送系统的方法。此方法包括：提供纵向延伸的纳米纤维芯基材，所述基材具有近端和远端，每个近端和远端具有通向所述纳米纤维芯基材内的至少一个内部空间的开口；密封所述纳米纤维芯基材的所述近端；将生物相容性聚合物溶液施加到所述纳米纤维芯基材的所密封的近端和外表面；通过所述纳米纤维芯基材的所述远端处的所述开口将一种或多种治疗剂装载到所述纳米纤维芯基材的所述至少一个内部空间中；密封所装载的纳米纤维芯基材的所述远端；将所述生物相容性聚合物溶液施加到所述纳米纤维芯基材的所密封远端；以及使经涂覆的生物相容性聚合物溶液与所述纳米纤维芯基材交联以形成所述可植入治疗递送系统。
本公开的另一方面涉及一种生产可植入治疗递送系统的方法。此方法涉及：提供纵向延伸的纳米纤维芯基材，所述基材具有近端和远端，每个近端和远端具有通向所述纳米纤维芯基材内的至少一个内部空间的开口；密封所述纳米纤维芯基材的所述近端；通过所述纳米纤维芯基材的所述远端处的所述开口将一种或多种治疗剂装载到所述纳米纤维芯基材的所述至少一个内部空间中；密封所装载的纳米纤维芯基材的所述远端；将所密封且装载的纳米纤维芯基材浸泡在交联剂溶液中；用生物相容性聚合物溶液涂覆交联剂浸泡的纳米纤维芯基材；以及使经涂覆的生物相容性聚合物溶液与所述纳米纤维芯基材交联以形成所述可植入治疗递送系统。
在任何实施方式中，根据上述方法将一种或多种治疗剂装载到纳米纤维芯基材的至少一个内部空间中的步骤涉及将一种或多种水凝胶膜、水凝胶胶囊、水凝胶纤维、水凝胶管或其组合定位在至少一个内部空间内，其中所述一种或多种膜、胶囊、纤维或管包埋有释放一种或多种治疗剂的细胞制剂。
在任何实施方式中，根据上述方法将一种或多种治疗剂装载到纳米纤维芯基材的至少一个内部空间中的步骤包括提供涂覆有水凝胶外层的多孔支架，所述水凝胶包埋有释放一种或多种治疗剂的细胞制剂，并且将涂覆有水凝胶包埋的细胞的多孔支架定位在纳米纤维芯基材的至少一个内部空间内。
在任何实施方式中，根据上述方法将一种或多种治疗剂装载到纳米纤维芯基材的至少一个内部空间中的步骤涉及提供细胞外基质前体材料和细胞的混合物；将所述混合物通过纳米纤维芯基材的远端装载到至少一个内部空间中，并且使细胞外基质材料交联。
在任何实施方式中，密封纳米纤维芯基材的近端和/或远端的步骤使用热密封器进行。
在任何实施方式中，施加或涂覆在纳米纤维芯基材上的一种或多种外部生物相容性聚合物溶液是水凝胶材料。在任何实施方式中，水凝胶材料是选自下组的合成聚合物：聚乙二醇(PEG)、聚(丙烯酸)、聚(环氧乙烷)、聚(乙烯醇)、聚磷腈、聚(甲基丙烯酸羟乙酯)、三唑-两性离子水凝胶、聚(磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯)、羧基甜菜碱甲基丙烯酸酯、聚[2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱、N-羟乙基丙烯酰胺、其共聚物、其衍生物以及其组合。在任何实施方式中，水凝胶材料是选自下组的天然聚合物材料：胶原蛋白、弹性蛋白、纤维蛋白、明胶、明胶-甲基丙烯酰、丝素蛋白、糖胺聚糖、葡聚糖、藻酸盐、琼脂糖、壳聚糖、细菌纤维素、角蛋白、基质胶、脱细胞水凝胶、其衍生物以及其组合。在任何实施方式中，水凝胶材料是两性离子修饰的水凝胶，如以下所描述的两性离子修饰的水凝胶：Liu等人“开发机械稳健的三唑-两性离子水凝胶以减轻用于胰岛封装的异物应答(FBR)”,《生物材料》,230:119640(2019)；Liu等人,“两性离子修饰的藻酸盐减轻细胞封装的细胞过度生长”,《自然通讯》10(1):5262(2019)；以及Ma和Liu的美国专利申请公开第20190389979号，所述文献的内容特此通过全文引用的方式并入。在任何实施方式中，水凝胶材料包含纯藻酸盐、修饰的藻酸盐或纯藻酸盐和修饰的藻酸盐的混合物。在任何实施方式中，修饰的藻酸盐是如以下所描述的两性离子修饰的藻酸盐：Liu等人,“两性离子修饰的藻酸盐减轻细胞封装的细胞过度生长”,《自然通讯》10(1):5262(2019)；以及Ma和Liu的美国专利申请公开第20190389979号，所述文献的内容特此通过全文引用的方式并入。在任何实施方式中，水凝胶材料包含比率为约1:1000至1000:1(v/v)的纯藻酸盐和修饰的藻酸盐的混合物。纯藻酸盐和修饰的藻酸盐的比率范围可以是约1:1000；10:1000；20:1000；30:1000；40:1000；50:1000；60:1000；70:1000；80:1000；90:1000；100:1000；200:1000；300:1000；400:1000；500:1000；600:1000；700:1000；800:1000；900:1000；或1,000:1000(1:1)至约1000:1；1000:10；1000:20；1000:30；1000:40；1000:50；1000:60；1000:70；1000:80；1000:90；1000:100；1000:200；1000:300；1000:400；1000:500；1000:600；1000:700；1000:800；或1000:900。在任何实施方式中，水凝胶材料包含比率为约3:7至7:3(v/v)的纯藻酸盐和修饰的藻酸盐的混合物。例如，纯藻酸盐和修饰的藻酸盐的比率可以为约3:7、4:6、5:5(1:1)、6:4或7:3(v/v)。
在任何实施方式中，将涂覆的生物相容性聚合物溶液与纳米纤维芯基材交联的步骤涉及将生物相容性聚合物溶液暴露于一种或多种交联剂。在任何实施方式中，一种或多种交联剂是选自以下的阳离子：Ba2+、Ca2+、Cd2+、Cu2+、Fe2+、Mg2+、Mn2+、Ni2+、Pb2+、Sn2+、Sr2+和Zn2+。
本公开的另一方面涉及一种生产多孔纳米纤维基材的方法。此方法涉及：提供一种或多种聚合物溶剂溶液；用粘性糖溶液涂覆旋转收集棒；将所述一种或多种聚合物溶液静电纺丝到经涂覆的旋转收集棒上以形成所述多孔纳米纤维基材；以及将来自所述收集棒的所述粘性糖溶液溶解，从而从所述收集棒去除所述多孔纳米纤维基材。
在此方法的任何实施方式中，粘性糖溶液包含一种或多种单糖、二糖、寡糖以及其混合物。在任何实施方式中，糖选自葡萄糖、半乳糖、果糖、蔗糖、乳糖、麦芽糖、海藻糖以及其混合物。在任何实施方式中，糖溶液的粘度>4×103mPa·s。在任何实施方式中，粘性糖溶液是包含约25g/mL蔗糖的蔗糖溶液。
在此方法的任何实施方式中，溶剂包括六氟异丙醇(HFIP)。其它合适的有机溶剂包括例如但不限于二氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺、乙醇、甲醇或其任何组合。
在此方法的任何实施方式中，聚合物溶液是1％至50％的聚合物溶液，即聚合物包含约1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％或50％的溶液。合适的聚合物溶液可以包含选自下组的一种或多种聚合物：尼龙、聚氨酯、聚砜、聚丙烯腈、聚酯(如聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚丁酯)、聚偏二氟乙烯、聚丙烯酰胺、聚(甲基丙烯酸乙酯)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚氯乙烯、聚甲醛、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯并咪唑、聚苯胺、聚苯乙烯、聚乙烯咔唑、聚酰胺、聚乙烯苯酚、乙酸纤维素、聚丙烯酰胺、聚(甲基丙烯酸2-羟乙酯)、聚醚酰亚胺、聚(二茂铁基二甲基硅烷)、聚(乙烯-共-乙酸乙烯酯)、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚丙烯酸-聚芘甲醇、聚(乙烯-共-乙烯醇)、聚间苯二甲酰间苯二胺、聚(乳酸)、聚(ε-己内酯)、聚(乳酸-共-乙醇酸)和聚(l-丙交酯-共-ε-己内酯)。
本公开的另一方面涉及一种热密封装置。此热密封装置包括：第一基材部分，所述第一基材部分包括沿其外围边缘的切口；第二基材部分，所述第二基材部分包括与所述第一基材的所述切口在形状和尺寸上基本上相同的切口，所述第二基材进一步包括被配置成容纳加热元件的沟槽，其中所述沟槽与所述第二基材的所述切口对齐；连接器，所述连接器以将所述第一基材部分的所述切口与所述第二基材部分的所述切口对准的方式将所述第一基材部分与所述第二基材部分连接；以及加热元件，所述加热元件定位在所述第二基材部分的所述沟槽中。
在任何实施方式中，加热元件是带状结构。在任何实施方式中，加热元件是扁平的。在任何实施方式中，加热元件定位在所述沟槽中而直立在其窄边缘上。
在任何实施方式中，热密封装置的第一基材部分和第二基材部分由单独的基材材料片制成。在任何实施方式中，热密封装置的第一基材部分和第二基材部分由单个基材材料片制成。在任何实施方式中，热密封装置的第一基材部分和第二基材部分由耐热材料构成。合适的耐热材料包括但不限于陶瓷和金属。在任何实施方式中，热密封装置的第一基材部分和第二基材部分由热固性材料构成。合适的热固性材料包括但不限于聚二甲基硅氧烷、环氧树脂、三聚氰胺甲醛、聚酯树脂、脲甲醛和苯酚甲醛。
在任何实施方式中，热固性材料是透明材料。
在任何实施方式中，第一基材部分和第二基材部分的切口具有圆形边缘。在任何实施方式中，第一基材部分和第二基材部分的切口具有直边缘。在任何实施方式中，第一基材部分和第二基材部分的切口适合于选自以下的形状：拱形、三角形、正方形、圆形等。
产生胰岛素的细胞的封装和移植为1型糖尿病(T1D)提供了有希望的治愈性治疗。然而，用于封装细胞的生物材料通常会引发异物应答，导致细胞过度生长和纤维化组织沉积，这进而会减少来往于移植的细胞的传质。封装装置必须安全、理想地可回收且可扩展以满足临床要求。在此报告了一种用于封装胰岛和干细胞源性β(SC-β)细胞的耐用且安全的纳米纤维装置，所述装置涂覆有薄而均匀的减轻纤维化的两性离子修饰的藻酸盐水凝胶。设计了具有将细胞封装在圆柱形壁内的配置的装置，允许在径向和纵向方向上放大而不牺牲传质。由于其易于传质和低水平的纤维化反应，所述装置支持长期细胞移植，用大鼠胰岛在C57BL6/J小鼠中矫正糖尿病至多399天，并且用人SC-β细胞在SCID-beige小鼠中矫正糖尿病至多238天。在狗中进一步证明了可扩展性和可回收性。这些结果证明了此新装置在T1D和其它疾病的细胞疗法中的潜力。
除非上下文另有说明，否则本文中所描述的技术的给定方面、特征、实施方式或参数的偏好和选项应被视为已经与所述技术的所有其它方面、特征、实施方式和参数的任何和所有偏好和选项一起公开。
呈现以下实施例以展示本申请的各个方面，但并不意图限制要求保护的申请的范围。
本公开的实施方式
实施方式1是一种可植入治疗递送系统，所述可植入治疗递送系统包括：具有近端和远端的纳米纤维芯基材，所述纳米纤维芯基材具有内部纳米纤维壁，所述内部纳米纤维壁限定沿所述芯基材纵向延伸的内部空间，其中一种或多种治疗剂定位在所述内部空间内；以及围绕所述纳米纤维芯基材的水凝胶，其中所述水凝胶包含0.1％至20％的藻酸盐混合物，所述藻酸盐混合物包含比率为1:1000至1000:1(v/v)的两性离子修饰的藻酸盐和纯藻酸盐。
实施方式2是一种可植入治疗递送系统，所述可植入治疗递送系统包括：具有近端和远端的纳米纤维芯基材，所述纳米纤维芯基材具有内部纳米纤维壁，所述内部纳米纤维壁限定沿所述芯基材纵向延伸的内部空间，其中一种或多种治疗剂定位在所述内部空间内；以及围绕所述纳米纤维芯基材的生物相容性聚合物涂层，其中所述生物相容性聚合物涂层的厚度为1nm至5mm，并且其中围绕所述纳米纤维芯基材整体的所述聚合物涂层的厚度的标准偏差<100％。
实施方式3是根据实施方式2所述的可植入治疗递送系统，其中围绕所述纳米纤维芯基材整体的所述聚合物涂层的厚度的标准偏差<60％。
实施方式4是根据实施方式1所述的可植入治疗递送系统，其中所述水凝胶包含1％至4％的藻酸盐混合物，和/或其中所述藻酸盐混合物包含比率为7:3至3:7(v/v)的两性离子修饰的藻酸盐和纯藻酸盐。
实施方式5是根据实施方式1或实施方式2所述的可植入治疗递送系统，其中所述纳米纤维芯基材的所述内部纳米纤维壁形成直径为0.1mm至30cm的管。
实施方式6是根据实施方式5所述的可植入治疗递送系统，其中所述管是锥形管。
实施方式7是根据实施方式5所述的可植入治疗递送系统，其中所述管是圆柱形管。
实施方式8是根据实施方式1至7中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述内部壁的厚度为1μm至5mm。
实施方式9是根据实施方式1至8中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述纳米纤维芯基材的纳米纤维密度为0.01g/cm3至1.5g/cm3。
实施方式10是根据实施方式1至9中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述纳米纤维芯基材的纳米纤维的直径为1nm至50μm。
实施方式11是根据实施方式1至10中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述纳米纤维芯基材包括孔隙，所述孔隙的直径为1nm至50μm。
实施方式12是根据实施方式1至11中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述纳米纤维芯基材的纳米纤维组合物是均质的。
实施方式13是根据实施方式1至11中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述纳米纤维芯基材的纳米纤维组合物是非均质的。
实施方式14是一种可植入治疗递送系统，所述可植入治疗递送系统包括：具有近端和远端的纳米纤维芯基材，所述纳米纤维芯基材由内纳米纤维层和围绕所述内纳米纤维层的外纳米纤维层所限定，其中所述内纳米纤维层的纳米纤维结构不同于所述外纳米纤维层的纳米纤维结构，所述纳米纤维芯基材进一步包括被所述基材的所述内纳米纤维层围绕的内部空间，其中一种或多种治疗剂定位在所述内部空间内；以及围绕所述纳米纤维芯基材的生物相容性聚合物涂层。
实施方式15是根据实施方式14所述的可植入治疗递送系统，其中所述纳米纤维芯基材包括一个或多个中间纳米纤维层，所述中间纳米纤维层定位在所述基材的所述内纳米纤维层与所述外纳米纤维层之间，每个中间纳米纤维层包括不同于所述内纳米纤维层和所述外纳米纤维层的所述纳米纤维结构的纳米纤维结构。
实施方式16是根据实施方式14所述的可植入治疗递送系统，其中所述纳米纤维基材是圆柱形管。
实施方式17是根据实施方式16所述的可植入治疗递送系统，其中所述圆柱形管的直径为0.1mm至30cm。
实施方式18是根据实施方式14所述的可植入治疗递送系统，其中所述纳米纤维基材是锥形管。
实施方式19是根据实施方式14至18中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述内纳米纤维层和所述外纳米纤维层的纳米纤维的直径独立地为1nm至50μm。
实施方式20是根据实施方式14至19中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述内纳米纤维层和所述外纳米纤维层的纳米纤维密度为独立地为0.01g/cm3至1.5g/cm3。
实施方式21是根据实施方式14至20中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述内纳米纤维层和所述外纳米纤维层的平均厚度独立地为1μm至5mm。
实施方式22是根据实施方式14至21中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述内纳米纤维层包括孔隙，所述孔隙的直径为1nm至50μm。
实施方式23是根据实施方式14至22中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述外纳米纤维层包括孔隙，所述孔隙的直径为1nm至50μm。
实施方式24是根据实施方式19所述的可植入治疗递送系统，其中所述内纳米纤维层的所述纳米纤维结构包括<0.26g/cm3的纳米纤维密度，并且所述外纳米纤维层包括>0.26g/cm3的纳米纤维密度。
实施方式25是根据实施方式19所述的可植入治疗递送系统，其中内纳米纤维层的所述纳米纤维结构包括>0.26g/cm3的纳米纤维密度，并且所述外纳米纤维层包括<0.26g/cm3的纳米纤维密度。
实施方式26是根据实施方式14至23中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述内纳米纤维层和所述外纳米纤维层包括孔隙，并且所述内纳米纤维层的所述孔隙具有比所述外纳米纤维层的所述孔隙更大的直径。
实施方式27是根据实施方式14至23中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述内纳米纤维层和所述外纳米纤维层包括孔隙，并且所述外纳米纤维层的所述孔隙具有比所述内纳米纤维层的所述孔隙更大的直径。
实施方式28是根据实施方式14至27中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述芯基材的所述内纳米纤维层和所述外纳米纤维层的组合厚度为1μm至5mm。
实施方式29是根据实施方式1至28中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述纳米纤维芯基材的长度为0.5cm至1000m。
实施方式30是根据实施方式29所述的可植入治疗递送系统，其中所述纳米纤维芯基材的长度为1cm至1m。
实施方式31是根据实施方式1至30中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述纳米纤维芯基材包含一种或多种生物活性剂，所述生物活性剂选自下组：蛋白质、肽、抗体或其抗体片段、抗体模拟物、核酸、小分子、激素、生长因子、血管生成因子、细胞因子、抗炎剂以及其组合。
实施方式32是根据实施方式31所述的可植入治疗递送系统，其中所述抗炎剂选自下组：双氯芬酸、二氟尼柳、依托度酸、非诺洛芬、氟比洛芬、布洛芬、吲哚美辛、酮洛芬、酮咯酸、甲芬那酸、美洛昔康、萘丁美酮、萘普生、奥沙普嗪、吡罗昔康、双水杨酸酯、舒林酸和托美汀。
实施方式33是根据实施方式1至32中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述纳米纤维芯基材包含不溶于围绕所述基材的一个或多个生物相容性聚合物涂层的材料。
实施方式34是根据实施方式1至33中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述纳米纤维芯基材包含选自下组的材料：尼龙、聚氨酯、聚砜、聚丙烯腈、聚酯(如聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚丁酯)、聚偏二氟乙烯、聚丙烯酰胺、聚(甲基丙烯酸乙酯)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚氯乙烯、聚甲醛、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯并咪唑、聚苯胺、聚苯乙烯、聚乙烯咔唑、聚酰胺、聚乙烯苯酚、乙酸纤维素、聚丙烯酰胺、聚(甲基丙烯酸2-羟乙酯)、聚醚酰亚胺、聚(二茂铁基二甲基硅烷)、聚(乙烯-共-乙酸乙烯酯)、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚丙烯酸-聚芘甲醇、聚(乙烯-共-乙烯醇)、聚间苯二甲酰间苯二胺、聚(乳酸)、聚(ε-己内酯)、聚(乳酸-共-乙醇酸)、聚(l-丙交酯-共-ε-己内酯)以及其组合。
实施方式35是根据实施方式1至34中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述纳米纤维芯基材是半透明的。
实施方式36是根据权利要求35所述的可植入治疗递送系统，其中所述半透明纳米纤维芯基材对介于400nm与800nm之间的光波长具有>50％的透射率。
实施方式37是根据实施方式1至36中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中细长聚合物支架定位在所述纳米纤维芯基材的所述内部空间内。
实施方式38是根据实施方式37所述的可植入治疗递送系统，其中所述细长聚合物支架包括棒、管或膜。
实施方式39是根据实施方式37或权利要求38所述的可植入治疗递送系统，其中所述细长聚合物支架包含选自下组的材料：硅酮、PDMS、橡胶、尼龙、聚氨酯、聚砜、聚丙烯腈、聚酯(如聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚丁酯)、聚偏二氟乙烯、聚丙烯酰胺、聚(甲基丙烯酸乙酯)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚氯乙烯、聚甲醛、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯并咪唑、聚苯胺、聚苯乙烯、聚乙烯咔唑、聚酰胺、聚乙烯苯酚、乙酸纤维素、聚丙烯酰胺、聚(甲基丙烯酸2-羟乙酯)、聚醚酰亚胺、聚(二茂铁基二甲基硅烷)、聚(乙烯-共-乙酸乙烯酯)、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚丙烯酸-聚芘甲醇、聚(乙烯-共-乙烯醇)、聚间苯二甲酰间苯二胺、聚(乳酸)、聚(ε-己内酯)、聚(乳酸-共-乙醇酸)、聚(l-丙交酯-共-ε-己内酯)以及其组合。
实施方式40是根据实施方式37至39中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述细长聚合物支架包括含有氧载体的内部流体空间。
实施方式41是根据实施方式40所述的可植入治疗递送系统，其中所述氧载体包括全氟化合物。
实施方式42是根据实施方式41所述的可植入治疗递送系统，其中所述全氟化合物选自下组：全氟三丁胺(FC-43)、全氟萘烷、全氟辛基溴、双-全氟丁基乙烯、全氟-4-甲基吗啉、全氟三乙胺、全氟-2-乙基四氢呋喃、全氟-2-丁基四氢呋喃、全氟戊烷、全氟-2-甲基戊烷、全氟己烷、全氟-4-异丙基吗啉、全氟二丁基醚、全氟庚烷、全氟辛烷以及其混合物。
实施方式43是根据实施方式35至40中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述细长聚合物支架包含选自下组的一种或多种治疗剂：治疗性蛋白质、肽、抗体或其片段、抗体模拟物和其它结合分子、核酸、小分子、激素、生长因子、血管生成因子、细胞因子、抗炎剂以及其组合。
实施方式44是根据实施方式43所述的可植入治疗递送系统，其中所述抗炎剂选自下组：双氯芬酸、二氟尼柳、依托度酸、非诺洛芬、氟比洛芬、布洛芬、吲哚美辛、酮洛芬、酮咯酸、甲芬那酸、美洛昔康、萘丁美酮、萘普生、奥沙普嗪、吡罗昔康、双水杨酸酯、舒林酸和托美汀。
实施方式45是根据实施方式1至44中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述纳米纤维芯基材的所述内部空间被一个或多个内部纳米纤维壁分隔成两个或更多个子内部空间。
实施方式46是根据实施方式1至45中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中定位在所述纳米纤维芯基材的所述内部空间内的所述一种或多种治疗剂选自下组：蛋白质、肽、抗体或其抗体片段、抗体模拟物、核酸、小分子、激素、生长因子、血管生成因子、细胞因子、抗炎剂以及其组合。
实施方式47是根据实施方式46所述的可植入治疗递送系统，其中所述抗炎剂选自下组：双氯芬酸、二氟尼柳、依托度酸、非诺洛芬、氟比洛芬、布洛芬、吲哚美辛、酮洛芬、酮咯酸、甲芬那酸、美洛昔康、萘丁美酮、萘普生、奥沙普嗪、吡罗昔康、双水杨酸酯、舒林酸和托美汀。
实施方式48是根据实施方式1至45中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中细胞制剂定位在所述纳米纤维芯基材的所述内部空间中，并且所述一种或多种治疗剂从所述细胞制剂中释放。
实施方式49是根据实施方式48所述的可植入治疗递送系统，其中包埋有所述细胞制剂的一个或多个水凝胶膜、水凝胶胶囊、水凝胶纤维或水凝胶管定位在所述纳米纤维芯基材的所述内部空间中。
实施方式50是根据实施方式48所述的可植入治疗递送系统，其中将涂覆有包含所述细胞制剂的水凝胶的多孔支架定位在所述纳米纤维芯基材的所述内部空间内。
实施方式51是根据实施方式50所述的可植入治疗递送系统，其中所述多孔支架包含选自下组的材料：硅酮、PDMS、橡胶、尼龙、聚氨酯、聚砜、聚丙烯腈、聚酯(如聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚丁酯)、聚偏二氟乙烯、聚丙烯酰胺、聚(甲基丙烯酸乙酯)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚氯乙烯、聚甲醛、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯并咪唑、聚苯胺、聚苯乙烯、聚乙烯咔唑、聚酰胺、聚乙烯苯酚、乙酸纤维素、聚丙烯酰胺、聚(甲基丙烯酸2-羟乙酯)、聚醚酰亚胺、聚(二茂铁基二甲基硅烷)、聚(乙烯-共-乙酸乙烯酯)、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚丙烯酸-聚芘甲醇、聚(乙烯-共-乙烯醇)、聚间苯二甲酰间苯二胺、聚(乳酸)、聚(ε-己内酯)、聚(乳酸-共-乙醇酸)、聚(l-丙交酯-共-ε-己内酯)以及其组合。
实施方式52是根据实施方式50所述的可植入治疗递送系统，其中所述多孔支架具有直径介于1nm与500μm之间的孔隙。
实施方式53是根据实施方式50所述的可植入治疗递送系统，其中所述多孔支架是多孔管。
实施方式54是根据实施方式53所述的可植入治疗递送系统，其中所述多孔管包括含有氧载体的内部流体空间。
实施方式55是根据实施方式54所述的可植入治疗递送系统，其中所述氧载体包括全氟化合物。
实施方式56是根据实施方式55所述的可植入治疗递送系统，其中所述全氟化合物选自下组：全氟三丁胺(FC-43)、全氟萘烷、全氟辛基溴、双-全氟丁基乙烯、全氟-4-甲基吗啉、全氟三乙胺、全氟-2-乙基四氢呋喃、全氟-2-丁基四氢呋喃、全氟戊烷、全氟-2-甲基戊烷、全氟己烷、全氟-4-异丙基吗啉、全氟二丁基醚、全氟庚烷、全氟辛烷以及其混合物。
实施方式57是根据实施方式50至56中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述多孔支架包含选自下组的一种或多种治疗剂：治疗性蛋白质、肽、抗体或其片段、抗体模拟物和其它结合分子、核酸、小分子、激素、生长因子、血管生成因子、细胞因子、抗炎剂以及其组合。
实施方式58是根据实施方式57所述的可植入治疗递送系统，其中所述抗炎剂选自下组：双氯芬酸、二氟尼柳、依托度酸、非诺洛芬、氟比洛芬、布洛芬、吲哚美辛、酮洛芬、酮咯酸、甲芬那酸、美洛昔康、萘丁美酮、萘普生、奥沙普嗪、吡罗昔康、双水杨酸酯、舒林酸和托美汀。
实施方式59是根据实施方式48所述的可植入治疗递送系统，其中将包埋有所述细胞制剂的细胞生长基质材料定位在所述纳米纤维芯基材的所述内部空间中。
实施方式60是根据实施方式59所述的可植入治疗递送系统，其中所述细胞生长基质材料是水凝胶材料。
实施方式61是根据实施方式59所述的可植入治疗递送系统，其中所述细胞生长基质材料损害选自下组的合成聚合物：聚乙二醇(PEG)、聚(丙烯酸)、聚(环氧乙烷)、聚(乙烯醇)、聚磷腈、聚(甲基丙烯酸羟乙酯)、三唑-两性离子水凝胶、聚(磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯)、羧基甜菜碱甲基丙烯酸酯、聚[2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱、N-羟乙基丙烯酰胺、其共聚物、其衍生物以及其组合。
实施方式62是根据实施方式59所述的可植入治疗递送系统，其中所述细胞生长基质材料损害选自下组的天然聚合物材料：胶原蛋白、弹性蛋白、纤维蛋白、明胶、明胶-甲基丙烯酰、丝素蛋白、糖胺聚糖、葡聚糖、藻酸盐、琼脂糖、壳聚糖、细菌纤维素、角蛋白、基质胶、脱细胞水凝胶以及其衍生物或组合。
实施方式63是根据实施方式59所述的可植入治疗递送系统，其中所述细胞生长基质材料进一步包含一种或多种细胞因子以增强细胞生长、分化和/或存活，所述细胞因子选自下组：谷氨酰胺、非必需氨基酸、表皮生长因子、成纤维细胞生长因子、转化生长因子/骨形态发生蛋白、血小板源性生长因子、胰岛素生长因子、细胞因子、纤连蛋白、层粘连蛋白、肝素、胶原蛋白、糖胺聚糖、蛋白聚糖、弹性蛋白、几丁质衍生物、纤维蛋白和纤维蛋白原、FGF、bFGF、酸性FGF(aFGF)、FGF-2、FGF-4、EGF、PDGF、TGF-β、血管生成素-1、血管生成素-2、胎盘生长因子(PlGF)、VEGF、PMA(佛波醇12-肉豆蔻酸酯13-乙酸酯)、其组合。
实施方式64是根据实施方式48至63中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述细胞制剂是单细胞制剂或细胞聚集体制剂。
实施方式65是根据实施方式48至64中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述细胞制剂是原代细胞制剂或永生化细胞制剂。
实施方式66是根据实施方式48至65中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述细胞制剂是哺乳动物细胞制剂。
实施方式67是根据实施方式48至66中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述细胞制剂选自由以下的制剂组成的组：灵长类动物细胞、啮齿动物细胞、狗细胞、猫细胞、马细胞、牛细胞和猪细胞。
实施方式68是根据实施方式48至67中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述细胞制剂是人细胞制剂。
实施方式69是根据实施方式48至68中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述细胞制剂是干细胞制剂或干细胞源性细胞制剂。
实施方式70是根据实施方式69所述的可植入治疗递送系统，其中所述干细胞是多能干细胞、专能干细胞、寡能干细胞或单能干细胞。
实施方式71是根据实施方式69所述的可植入治疗递送系统，其中所述干细胞制剂选自下组：胚胎干细胞、外胚层细胞、原始外胚层细胞、原始生殖细胞和诱导多能干细胞。
实施方式72是根据实施方式48至68中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述细胞制剂是选自下组的细胞制剂：平滑肌细胞、心肌细胞、血小板、上皮细胞、内皮细胞、尿路上皮细胞、成纤维细胞、胚胎成纤维细胞、成肌细胞、软骨细胞、成软骨细胞、成骨细胞、破骨细胞、角质形成细胞、肝细胞、胆管细胞、胰岛细胞、甲状腺、甲状旁腺、肾上腺、下丘脑、垂体、卵巢、睾丸、唾液腺细胞、脂肪细胞、胚胎干细胞、间充质干细胞、神经细胞、内皮祖细胞、造血细胞、前体细胞、间充质基质细胞、幼仓鼠肾(BHK)细胞、中国仓鼠卵巢细胞、人羊膜上皮(HAE)细胞、脉络丛细胞、嗜铬细胞、肾上腺嗜铬细胞、嗜铬细胞瘤细胞系PC12、人视网膜色素上皮细胞、重组人视网膜色素上皮细胞、分泌NGF的幼仓鼠肾(BHK)细胞、用GLP-1转染的人骨髓源性干细胞、产生BDNF的成纤维细胞、产生NGF的细胞、产生CNTF的细胞、分泌BDNF的雪旺氏细胞、分泌IL-2的成肌细胞、分泌内皮抑素的细胞和细胞色素P450酶过表达的猫肾上皮细胞细胞、肌原细胞、胚胎干细胞源性神经祖细胞、辐照肿瘤细胞、近端小管细胞、神经前体细胞、星形胶质细胞、基因工程化细胞。
实施方式73是根据实施方式66所述的可植入治疗递送系统，其中所述细胞制剂是包含释放胰岛素和胰高血糖素的胰岛细胞的制剂。
实施方式74是根据实施方式67所述的可植入治疗递送系统，其中所述包含胰岛细胞的制剂是人细胞制剂、猪细胞制剂或啮齿动物细胞制剂。
实施方式75是根据实施方式67或68所述的可植入治疗递送系统，其中所述细胞制剂包括1×103至6×105胰岛当量(IEQ)/mL的胰岛密度。
实施方式76是根据实施方式48至74中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述细胞制剂包括1×103至6×1010个细胞/mL的细胞密度。
实施方式77是根据实施方式1至76中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述纳米纤维芯基材的所述近端和所述远端是密封的。
实施方式78是根据实施方式77所述的可植入治疗递送系统，其中所述纳米纤维芯基材的所述近端和所述远端通过热封、缝合线结、夹子、橡胶密封件或螺钉闭合来密封。
实施方式79是根据实施方式2至78中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述外部生物相容性聚合物涂层是水凝胶材料。
实施方式80是根据实施方式79所述的可植入治疗递送系统，其中所述水凝胶材料是选自下组的合成聚合物：聚乙二醇(PEG)、聚(丙烯酸)、聚(环氧乙烷)、聚(乙烯醇)、聚磷腈、聚(甲基丙烯酸羟乙酯)、三唑-两性离子水凝胶(TR-qCB、TR-CB、TR-SB)、聚(磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯)、羧基甜菜碱甲基丙烯酸酯、聚[2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱、N-羟乙基丙烯酰胺、其共聚物、其衍生物以及其组合。
实施方式81是根据实施方式79所述的可植入治疗递送系统，其中所述水凝胶材料是选自下组的天然聚合物材料：胶原蛋白、弹性蛋白、纤维蛋白、明胶、明胶-甲基丙烯酰、丝素蛋白、糖胺聚糖、葡聚糖、藻酸盐、琼脂糖、壳聚糖、细菌纤维素、角蛋白、基质胶、脱细胞水凝胶、其衍生物以及其组合。
实施方式82是根据实施方式79所述的可植入治疗递送系统，其中所述水凝胶材料是两性离子修饰的水凝胶。
实施方式83是根据实施方式79所述的可植入治疗递送系统，其中所述水凝胶材料包含纯藻酸盐、修饰的藻酸盐或纯藻酸盐和修饰的藻酸盐的混合物。
实施方式84是根据实施方式83所述的可植入治疗递送系统，其中所述修饰的藻酸盐是两性离子修饰的藻酸盐。
实施方式85是根据实施方式79所述的可植入治疗递送系统，其中所述水凝胶材料包含比率为约1:1000至1000:1(v/v)的纯藻酸盐和修饰的藻酸盐的混合物。
实施方式86是根据实施方式79所述的可植入治疗递送系统，其中所述水凝胶材料包含比率为约3:7至7:3(v/v)的纯藻酸盐和修饰的藻酸盐的混合物。
实施方式87是根据实施方式2至86中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述生物相容性聚合物涂层与所述纳米纤维芯基材交联并互锁。
实施方式88是根据实施方式2至86中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述生物相容性聚合物涂层包含一种或多种生物活性剂，所述生物活性剂选自下组：蛋白质、肽、抗体或其抗体片段、抗体模拟物、核酸、小分子、激素、生长因子、血管生成因子、细胞因子、抗炎剂以及其组合。
实施方式89是根据实施方式88所述的可植入治疗递送系统，其中所述生物相容性聚合物涂层包含选自下组的抗炎剂：双氯芬酸、二氟尼柳、依托度酸、非诺洛芬、氟比洛芬、布洛芬、吲哚美辛、酮洛芬、酮咯酸、甲芬那酸、美洛昔康、萘丁美酮、萘普生、奥沙普嗪、吡罗昔康、双水杨酸酯、舒林酸和托美汀。
实施方式90是根据实施方式1所述的可植入治疗递送系统，其中围绕所述纳米纤维芯基材的所述水凝胶与所述纳米纤维芯基材交联并互锁。
实施方式91是根据实施方式1所述的可植入治疗递送系统，其中围绕所述纳米纤维芯基材的所述水凝胶的厚度为1nm至5mm，其中围绕所述纳米纤维芯基材整体的所述水凝胶的厚度的标准偏差<100％。
实施方式92是根据实施方式1所述的可植入治疗递送系统，其中围绕所述纳米纤维芯基材的所述水凝胶包含一种或多种生物活性剂，所述生物活性剂选自下组：蛋白质、肽、抗体或其抗体片段、抗体模拟物、核酸、小分子、激素、生长因子、血管生成因子、细胞因子、抗炎剂以及其组合。
实施方式93是根据实施方式92所述的可植入治疗递送系统，其中围绕所述纳米纤维芯基材的所述水凝胶包含选自下组的抗炎剂：双氯芬酸、二氟尼柳、依托度酸、非诺洛芬、氟比洛芬、布洛芬、吲哚美辛、酮洛芬、酮咯酸、甲芬那酸、美洛昔康、萘丁美酮、萘普生、奥沙普嗪、吡罗昔康、双水杨酸酯、舒林酸和托美汀。
实施方式94是根据实施方式14所述的可植入治疗递送系统，其中围绕所述纳米纤维芯基材的所述生物相容性聚合物涂层的厚度为1nm至5mm，其中围绕所述纳米纤维芯基材整体的所述聚合物涂层的厚度的标准偏差<100％。
实施方式95是一种向有需要的受试者递送治疗剂的方法，所述方法包括：将根据实施方式1至94中任一项所述的可植入治疗递送系统植入所述受试者体内。
实施方式96是治疗受试者的糖尿病的方法，所述方法包括：将根据实施方式1至94中任一项所述的可植入治疗递送系统植入患有糖尿病的所述受试者体内。
实施方式97是根据实施方式96所述的方法，其中所述可植入治疗递送系统的一种或多种治疗剂是从定位在纳米纤维芯基材的内部空间中的细胞制剂中释放的胰岛素、胰高血糖素或其组合。
实施方式98是根据实施方式97所述的方法，其中所述细胞制剂包括胰岛制剂。
实施方式99是根据实施方式98所述的方法，其中所述胰岛制剂是灵长类动物胰岛制剂、啮齿动物胰岛制剂、狗胰岛制剂、猫胰岛制剂、马胰岛制剂、牛胰岛制剂或猪胰岛制剂。
实施方式100是根据实施方式98所述的方法，其中所述胰岛制剂源自干细胞制剂。
实施方式101是根据实施方式100所述的方法，其中所述干细胞制剂是多能干细胞制剂、专能干细胞制剂、寡能干细胞制剂或单能干细胞制剂。
实施方式102是根据实施方式100所述的方法，其中所述干细胞制剂选自下组：胚胎干细胞、外胚层细胞、原始外胚层细胞、原始生殖细胞和诱导多能干细胞。
实施方式103是一种治疗受试者的出血性病症的方法，所述方法包括：将根据实施方式1至94中任一项所述的可植入治疗递送系统植入患有出血性病症的所述受试者体内。
实施方式104是根据实施方式103所述的方法，其中所述出血性病症选自下组：A型血友病、B型血友病、冯维勒布兰德氏病、因子I缺乏症、因子II缺乏症、因子V缺乏症、因子VII缺乏症、因子X缺乏症、因子XI缺乏症、因子XII缺乏症和因子XIII缺乏症。
实施方式105是根据实施方式103所述的方法，其中所述一种或多种治疗剂是从定位在纳米纤维芯基材的内部空间中的细胞制剂释放的凝血因子。
实施方式106是根据实施方式105所述的方法，其中所述细胞制剂包括重组成肌细胞、间充质基质细胞、诱导多能干细胞源性内皮细胞或其组合。
实施方式107是根据实施方式105所述的方法，其中所述凝血因子选自下组：因子I、因子II、因子V、因子VII、因子VIII、因子IX、因子X、因子XI、因子XII、因子XIII以及其组合。
实施方式108是治疗受试者的溶酶体贮积病的方法，所述方法包括：将根据实施方式1至94中任一项所述的可植入治疗递送系统植入患有溶酶体贮积病的所述受试者体内。
实施方式109是根据实施方式108所述的方法，其中所述一种或多种治疗剂是从定位在纳米纤维芯基材的内部空间中的细胞制剂释放的酶。
实施方式110是根据实施方式109所述的方法，其中所述细胞制剂包括造血干细胞、成纤维细胞、成肌细胞、幼仓鼠肾(BHK)细胞、中国仓鼠卵巢细胞、人羊膜上皮(HAE)细胞或其组合。
实施方式111是根据实施方式109所述的方法，其中所述酶选自下组：α-L-艾杜糖醛酸酶、艾杜糖醛酸-2-硫酸酯酶、α-葡糖醛酸酶、芳基硫酸酯酶A、α-半乳糖苷酶A以及其组合。
实施方式112是治疗受试者的神经系统病症的方法，所述方法包括：将根据实施方式1至94中任一项所述的可植入治疗递送系统植入患有神经系统病症的所述受试者体内。
实施方式113是根据实施方式112所述的方法，其中所述神经系统病症是感觉障碍。
实施方式114是根据实施方式113所述的方法，其中所述神经系统病症选自下组：帕金森氏病、阿尔茨海默氏病、癫痫、亨廷顿氏病、肌萎缩性侧索硬化症、慢性疼痛、视力损失、听力损失、周围神经损伤和脊髓损伤。
实施方式115是根据实施方式112所述的方法，其中所述一种或多种治疗剂是从定位在纳米纤维芯基材的内部空间中的细胞制剂释放的治疗分子。
实施方式116是根据实施方式115所述的方法，其中所述细胞制剂包括脉络丛细胞、嗜铬细胞、嗜铬细胞瘤细胞系PC12、人视网膜色素上皮细胞、分泌NGF的幼仓鼠肾(BHK)细胞、成肌细胞、用GLP-1转染的人骨髓源性干细胞、产生BDNF的成纤维细胞、产生NGF的细胞、产生CNTF的细胞、肾上腺嗜铬细胞、分泌BDNF的雪旺氏细胞、肌原细胞、胚胎干细胞源性神经祖细胞以及其组合。
实施方式117是根据实施方式115所述的方法，其中所述治疗分子选自下组：脑脊液、细胞外液、左旋多巴、神经生长因子(NGF)、睫状神经营养因子(CNTF)、BLP-1、脑源性神经营养因子(BDNF)、血管内皮生长因子(VEGF)、脑啡肽、肾上腺素、儿茶酚胺以及其组合。
实施方式118是治疗受试者的癌症的方法，所述方法包括：将根据实施方式1至94中任一项所述的可植入治疗递送系统植入患有癌症的所述受试者体内。
实施方式119是根据实施方式118所述的方法，其中所述一种或多种治疗剂是从定位在纳米纤维芯基材的内部空间中的细胞制剂释放的治疗分子。
实施方式120是根据实施方式119所述的方法，其中所述细胞制剂包括分泌IL-2的成肌细胞、分泌内皮抑素的细胞、中国仓鼠卵巢细胞和细胞色素P450酶过表达的猫肾上皮细胞、辐照肿瘤细胞以及其组合。
实施方式121是根据实施方式120所述的方法，其中所述治疗分子选自IL-2、内皮抑素、细胞色素P450酶、肿瘤抗原、细胞因子以及其组合。
实施方式122是治疗受试者的慢性眼病的方法，所述方法包括：将根据实施方式1至94中任一项所述的可植入治疗递送系统植入患有慢性眼病的所述受试者体内。
实施方式123是根据实施方式122所述的方法，所述方法进一步包括：向所述受试者施用一种或多种营养因子以保护受损的视网膜神经元并恢复神经回路。
实施方式124是根据实施方式122所述的方法，其中所述慢性眼病选自下组：年龄相关性黄斑变性、糖尿病性视网膜病、色素性视网膜炎、青光眼、黄斑毛细血管扩张症以及其组合。
实施方式125是根据实施方式122所述的方法，其中所述一种或多种治疗剂是从定位在纳米纤维芯基材的内部空间中的细胞制剂释放的治疗分子。
实施方式126是根据实施方式125所述的方法，其中所述细胞制剂包括人视网膜色素上皮细胞、重组人视网膜色素上皮细胞或其组合。
实施方式127是根据实施方式125所述的方法，其中所述治疗分子选自下组：睫状神经营养因子、针对血管内皮生长因子和血小板源性生长因子的拮抗剂以及其组合。
实施方式128是治疗受试者的肾衰竭的方法，所述方法包括：将根据实施方式1至94中任一项所述的可植入治疗递送系统植入患有肾衰竭的所述受试者体内。
实施方式129是根据实施方式128所述的方法，其中所述一种或多种治疗剂是从定位在纳米纤维芯基材的内部空间中的细胞制剂释放的治疗分子。
实施方式130是根据实施方式129所述的方法，其中所述细胞制剂包括肾近端小管细胞、间充质干细胞以及其组合。
实施方式131是治疗受试者的慢性疼痛的方法，所述方法包括：将根据实施方式1至94中任一项所述的可植入治疗递送系统植入患有慢性疼痛的所述受试者体内。
实施方式132是根据实施方式131所述的方法，其中所述慢性疼痛是由退行性背部和膝盖、神经性背部和膝盖或癌症引起的慢性疼痛。
实施方式133是根据实施方式131所述的方法，其中所述一种或多种治疗剂是从定位在纳米纤维芯基材的内部空间中的细胞制剂释放的治疗分子。
实施方式134是根据实施方式133所述的方法，其中所述细胞制剂包括嗜铬细胞、神经前体细胞、间充质干细胞、星形胶质细胞和基因工程化细胞或其组合。
实施方式135是根据实施方式133所述的方法，其中所述治疗分子选自下组：儿茶酚胺、阿片肽、脑啡肽以及其组合。
实施方式136是根据实施方式95至135中任一项所述的方法，其中所述植入是通过腹腔镜程序进行的。
实施方式137是根据实施方式95至135中任一项所述的方法，其中所述治疗递送系统被腹膜内、经皮或皮下植入。
实施方式138是根据实施方式95至135中任一项所述的方法，其中所述植入涉及将所述递送系统缝合到所述受试者的体壁。
实施方式139是根据实施方式95至135中任一项所述的方法，其中所述植入涉及通过经腹入口将所述递送系统锚定到所述受试者的体壁。
实施方式140是根据实施方式95至135中任一项所述的方法，其中所述植入涉及将所述递送系统包裹在所述受试者的网膜中。
实施方式141是根据实施方式95至135中任一项所述的方法，其中所述植入涉及将所述递送系统定位在肝脏与隔膜之间的腔中。
实施方式142是根据实施方式95至135中任一项所述的方法，其中所述植入涉及将所述递送系统锚定到隔膜。
实施方式143是根据实施方式95至142中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括：从所述受试者回收所述可植入治疗递送系统。
实施方式144是根据实施方式143所述的方法，其中所述方法进一步包括：在所述回收之后植入替代可植入治疗递送系统。
实施方式145是制造根据实施方式1至94中任一项所述的纳米纤维芯基材的方法，所述方法包括：提供一种或多种聚合物溶液，所述聚合物溶液包含处于溶剂中的1％至50％的聚合物；将所述一种或多种聚合物溶液静电纺丝到旋转收集棒上以形成纳米纤维芯基材，其中所述收集棒涂覆有粘性糖溶液；以及从收集棒去除多孔纳米纤维芯基材。
实施方式146是根据实施方式145所述的方法，其中使用单通道喷嘴或包括不同直径的针的多通道喷嘴来对所述一种或多种聚合物溶液进行静电纺丝。
实施方式147是根据实施方式145所述的方法，其中所述去除包括：将来自所述收集棒的所述糖溶液溶解在水中。
实施方式148是根据实施方式145所述的方法，其中所述溶剂包括六氟异丙醇(HFIP)。
实施方式149是根据实施方式145所述的方法，其中所述溶剂是纯HFIP。
实施方式150是根据实施方式145所述的方法，其中所述溶剂包括HFIP和甲酸的混合物。
实施方式151是根据实施方式145所述的方法，其中所述聚合物溶液包含选自下组的一种或多种聚合物：尼龙、聚氨酯、聚砜、聚丙烯腈、聚酯(如聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚丁酯)、聚偏二氟乙烯、聚丙烯酰胺、聚(甲基丙烯酸乙酯)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚氯乙烯、聚甲醛、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯并咪唑、聚苯胺、聚苯乙烯、聚乙烯咔唑、聚酰胺、聚乙烯苯酚、乙酸纤维素、聚丙烯酰胺、聚(甲基丙烯酸2-羟乙酯)、聚醚酰亚胺、聚(二茂铁基二甲基硅烷)、聚(乙烯-共-乙酸乙烯酯)、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚丙烯酸-聚芘甲醇、聚(乙烯-共-乙烯醇)、聚间苯二甲酰间苯二胺、聚(乳酸)、聚(ε-己内酯)、聚(乳酸-共-乙醇酸)和聚(l-丙交酯-共-ε-己内酯)。
实施方式152是根据实施方式145所述的方法，其中所述粘性糖溶液包含一种或多种单糖、二糖、寡糖以及其混合物。
实施方式153是根据实施方式145所述的方法，其中所述糖溶液包含葡萄糖、半乳糖、果糖、蔗糖、乳糖、麦芽糖、海藻糖以及其混合物。
实施方式154是根据实施方式145所述的方法，其中所述糖溶液的粘度>4×103mPa·s。
实施方式155是根据实施方式145所述的方法，其中所述粘性糖溶液是包含约25g/mL蔗糖的蔗糖溶液。
实施方式156是根据实施方式145至156中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括：在有效生成半透明多孔纳米纤维基材的条件下在所述静电纺丝期间将溶剂蒸气施加到所述收集棒。
实施方式157是生产可植入治疗递送系统的方法，所述方法包括：提供纵向延伸的纳米纤维芯基材，所述基材具有近端和远端，每个近端和远端具有通向所述纳米纤维芯基材内的至少一个内部空间的开口；密封所述纳米纤维芯基材的所述近端；将所述纳米纤维芯基材的所密封的近端和外表面浸泡在生物相容性聚合物溶液中，以使聚合物溶液渗透到所述纳米纤维芯基材中；用一种或多种交联剂填充所述纳米纤维芯基材的所述至少一个内部空间，以使经涂覆的生物相容性聚合物溶液与所述纳米纤维芯基材交联；通过所述纳米纤维芯基材的所述远端处的所述开口将一种或多种治疗剂装载到所述纳米纤维芯基材的所述至少一个内部空间中；密封所装载的纳米纤维芯基材的所述远端；以及用所述生物相容性聚合物溶液涂覆所述纳米纤维芯基材的所密封的远端以形成所述可植入治疗递送系统。
实施方式158是生产可植入治疗递送系统的方法，所述方法包括：提供纵向延伸的纳米纤维芯基材，所述基材具有近端和远端，每个近端和远端具有通向所述纳米纤维芯基材内的至少一个内部空间的开口；密封所述纳米纤维芯基材的所述近端；将生物相容性聚合物溶液施加到所述纳米纤维芯基材的所密封的近端和外表面；通过所述纳米纤维芯基材的所述远端处的所述开口将一种或多种治疗剂装载到所述纳米纤维芯基材的所述至少一个内部空间中；密封所装载的纳米纤维芯基材的所述远端；将所述生物相容性聚合物溶液施加到所述纳米纤维芯基材的所密封远端；以及使经涂覆的生物相容性聚合物溶液与所述纳米纤维芯基材交联以形成所述可植入治疗递送系统。
实施方式159是生产可植入治疗递送系统的方法，所述方法包括：提供纵向延伸的纳米纤维芯基材，所述基材具有近端和远端，每个近端和远端具有通向所述纳米纤维芯基材内的至少一个内部空间的开口；密封所述纳米纤维芯基材的所述近端；通过所述纳米纤维芯基材的所述远端处的所述开口将一种或多种治疗剂装载到所述纳米纤维芯基材的所述至少一个内部空间中；密封所装载的纳米纤维芯基材的所述远端；将所密封且装载的纳米纤维芯基材浸泡在交联剂溶液中；用生物相容性聚合物溶液涂覆交联剂浸泡的纳米纤维芯基材；以及使经涂覆的生物相容性聚合物溶液与所述纳米纤维芯基材交联以形成所述可植入治疗递送系统。
实施方式160是根据实施方式157至159中任一项所述的方法，其中所述装载包括：将一种或多种水凝胶膜、水凝胶胶囊、水凝胶纤维、水凝胶管或其组合定位在所述至少一个内部空间内，其中所述一种或多种膜、胶囊、纤维或管包埋有释放所述一种或多种治疗剂的细胞制剂。
实施方式161是根据实施方式157至159中任一项所述的方法，其中所述装载包括：提供涂覆有水凝胶外层的多孔支架，所述水凝胶包埋有释放所述一种或多种治疗剂的细胞制剂，并且将涂覆有水凝胶包埋的细胞的所述多孔支架定位在所述纳米纤维芯基材的所述至少一个内部空间内。
实施方式162是根据实施方式157至159中任一项所述的方法，其中所述装载包括：提供细胞外基质前体材料和细胞的混合物；将所述混合物通过所述纳米纤维芯基材的所述远端装载到所述至少一个内部空间中，并且使所述细胞外基质材料交联。
实施方式1633是根据实施方式157至159中任一项所述的方法，其中所述密封是使用热密封器进行的。
实施方式164是根据实施方式157至159中任一项所述的方法，其中所述一种或多种外部生物相容性聚合物溶液包含水凝胶材料。
实施方式165是根据实施方式164所述的方法，其中所述水凝胶材料是选自下组的合成聚合物：聚乙二醇(PEG)、聚(丙烯酸)、聚(环氧乙烷)、聚(乙烯醇)、聚磷腈、聚(甲基丙烯酸羟乙酯)、三唑-两性离子水凝胶、聚(磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯)、羧基甜菜碱甲基丙烯酸酯、聚[2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱、N-羟乙基丙烯酰胺、其共聚物、其衍生物以及其组合。
实施方式166是根据实施方式164所述的方法，其中所述水凝胶材料是选自下组的天然聚合物材料：胶原蛋白、弹性蛋白、纤维蛋白、明胶、明胶-甲基丙烯酰、丝素蛋白、糖胺聚糖、葡聚糖、藻酸盐、琼脂糖、壳聚糖、细菌纤维素、角蛋白、基质胶、脱细胞水凝胶、其衍生物以及其组合。
实施方式167是根据实施方式164所述的方法，其中所述水凝胶材料是两性离子修饰的水凝胶。
实施方式168是根据实施方式164所述的方法，其中所述水凝胶材料包含纯藻酸盐、修饰的藻酸盐或纯藻酸盐和修饰的藻酸盐的混合物。
实施方式169是根据实施方式168所述的方法，其中所述修饰的藻酸盐是两性离子修饰的藻酸盐。
实施方式170是根据实施方式168所述的方法，其中所述水凝胶材料包含比率为约1:1000至1000:1(v/v)的纯藻酸盐和修饰的藻酸盐的混合物。
实施方式171是根据实施方式168所述的方法，其中所述水凝胶材料包含比率为约3:7至7:3(v/v)的纯藻酸盐和修饰的藻酸盐的混合物。
实施方式172是根据实施方式158或159所述的方法，其中所述交联包括：将所述生物相容性聚合物溶液暴露于一种或多种交联剂。
实施方式173是根据实施方式172所述的方法，其中所述一种或多种交联剂是选自以下的阳离子：Ba2+、Ca2+、Cd2+、Cu2+、Fe2+、Mg2+、Mn2+、Ni2+、Pb2+、Sn2+、Sr2+和Zn2+。
实施方式174是生产多孔纳米纤维基材的方法，所述方法包括：提供一种或多种聚合物溶剂溶液；用粘性糖溶液涂覆旋转收集棒；将所述一种或多种聚合物溶液静电纺丝到经涂覆的旋转收集棒上以形成所述多孔纳米纤维基材；以及将来自所述收集棒的所述粘性糖溶液溶解，从而从所述收集棒去除所述多孔纳米纤维基材。
实施方式175是根据实施方式174所述的方法，其中所述粘性糖溶液包含一种或多种单糖、二糖、寡糖以及其混合物。
实施方式176是根据实施方式174所述的方法，其中所述粘性糖溶液包含葡萄糖、半乳糖、果糖、蔗糖、乳糖、麦芽糖、海藻糖以及其混合物。
实施方式177是根据实施方式174所述的方法，其中所述糖溶液的粘度>4×103mPa·s。
实施方式178是根据实施方式174所述的方法，其中所述粘性糖溶液是包含约25g/mL蔗糖的蔗糖溶液。
实施方式179是根据实施方式174所述的方法，其中所述溶剂包括六氟异丙醇(HFIP)。
实施方式180是根据实施方式174所述的方法，其中所述聚合物溶液是1％至50％的聚合物溶液。
实施方式181是根据实施方式174所述的方法，其中所述聚合物溶液包含选自下组的一种或多种聚合物：尼龙、聚氨酯、聚砜、聚丙烯腈、聚酯(如聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚丁酯)、聚偏二氟乙烯、聚丙烯酰胺、聚(甲基丙烯酸乙酯)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚氯乙烯、聚甲醛、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯并咪唑、聚苯胺、聚苯乙烯、聚乙烯咔唑、聚酰胺、聚乙烯苯酚、乙酸纤维素、聚丙烯酰胺、聚(甲基丙烯酸2-羟乙酯)、聚醚酰亚胺、聚(二茂铁基二甲基硅烷)、聚(乙烯-共-乙酸乙烯酯)、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚丙烯酸-聚芘甲醇、聚(乙烯-共-乙烯醇)、聚间苯二甲酰间苯二胺、聚(乳酸)、聚(ε-己内酯)、聚(乳酸-共-乙醇酸)和聚(l-丙交酯-共-ε-己内酯)。
实施方式182是一种热密封装置，所述装置包括：第一基材部分，所述第一基材部分包括沿其外围边缘的切口；第二基材部分，所述第二基材部分包括与所述第一基材的所述切口在形状和尺寸上基本上相同的切口，所述第二基材进一步包括被配置成容纳加热元件的沟槽，其中所述沟槽与所述第二基材的所述切口对齐；连接器，所述连接器以将所述第一基材部分的所述切口与所述第二基材部分的所述切口对准的方式将所述第一基材部分与所述第二基材部分连接；以及加热元件，所述加热元件定位在所述第二基材部分的所述沟槽中。
实施方式183是根据实施方式182所述的热密封装置，其中所述第一基材部分和所述第二基材部分由单独的基材材料片制成。
实施方式184是根据实施方式182所述的热密封装置，其中所述第一基材部分和所述第二基材部分由单个基材材料片制成。
实施方式185是根据实施方式182所述的热密封装置，其中所述第一基材部分和所述第二基材部分由耐热材料构成。
实施方式186是根据实施方式182所述的热密封装置，其中所述耐热材料是陶瓷材料或金属材料。
实施方式187是根据实施方式182所述的热密封装置，其中所述耐热材料是热固性材料。
实施方式188是根据实施方式187所述的热密封装置，其中所述热固性材料选自下组：聚二甲基硅氧烷、环氧树脂、三聚氰胺甲醛、聚酯树脂、脲甲醛和苯酚甲醛。
实施方式189是根据实施方式187所述的热密封装置，其中所述热固性材料是透明材料。
实施方式190是根据实施方式182所述的热密封装置，其中所述第一基材部分和所述第二基材部分的所述切口具有圆形边缘。
实施方式191是根据实施方式182所述的热密封装置，其中所述加热元件是带状结构。
实施方式192是根据实施方式182所述的热密封装置，其中所述加热元件是扁平的并且定位在所述沟槽中而直立在其窄边缘上。
实施例
材料与方法
材料
聚(己内酰胺)(尼龙6，181110)、甲酸(FA，F0507)、来自牛血浆的凝血酶(T4648)、来自牛血浆的纤维蛋白原(F8630)、链脲霉素(streptozotocin，STZ，S0130)和来自猪皮的明胶(G1890)购自密苏里州圣路易斯的西格玛-奥德里奇公司有限公司(Sigma-AldrichCo.,(St.Louis,MO))。1,1,1,3,3,3-六氟-2-丙醇(HFIP，003409)购自南卡罗来纳州埃斯蒂尔的奥克伍德产品公司(Oakwood Products,Inc.,(Estill,SC))。氯化钙(CaCl2，BDH9224)和氯化钠(NaCl，BDH9286)购自宾夕法尼亚州拉德诺的VWR国际公司(VWR International,(Radnor,PA))。二水氯化钡(BaCl2.2H2O，BX0060-1)购自马萨诸塞州伯灵顿的EMD密理博公司(EMD Millipore Corporation,(Burlington,MA))。常规藻酸钠(PROTANAL LF 10/60FT)和无菌藻酸钠(Pronova SLG 100)购自宾西法尼亚州费城的FMC生物聚合物公司(FMCBioPolymer Co.,(Philadelphia,PA))。蔗糖(8360-6)购自宾夕法尼亚州中央谷的艾万拓性能材料公司(Avantor Performance Materials,LLC.(Center Valley,PA))。在不进一步纯化的情况下使用所有试剂。磺基甜菜碱修饰的藻酸盐(SB-藻酸盐)是根据先前公开的方案合成的(Liu等人,“两性离子修饰的藻酸盐减轻细胞封装的细胞过度生长”,《自然通讯》10:1-14(2019)，所述文献特此通过全文引用的方式并入)。
动物
C57BL/6J小鼠购自杰克逊实验室(Jackson Lab)。SCID-beige小鼠购自泰康利农场(Taconic Farms)。斯普拉格-多雷大鼠(Sprague-Dawley rat)购自查尔斯河实验室(Charles River Laboratories)。比格犬购自玛斯生物资源公司(MarshallBioresources)。所有动物程序均经康奈尔机构动物护理和使用委员会(CornellInstitutional Animal Care and Use Committee)批准。
统计分析
结果以平均值±标准偏差呈现。统计分析由GraphPad Prism 8.0.1进行。当两组比较时，进行非配对t检验，而当多于两组比较时，进行单因素方差分析(one-way ANOVA)和图克多重比较检验(Tukey's multiple comparisons test)。当p值<0.05、<0.01、<.001、<0.0001时，统计显著性分别被确定为n.s.或*、**、***、****。
实施例1–静电纺丝
通过对尼龙6(PA6)溶液进行静电纺丝来制造纳米纤维管。为了制造具有可控纤维直径、孔径、厚度和良好均匀性的纳米纤维管，为SHIELD装置开发了定制的静电纺丝设备(图1A)。具体地，均匀性是通过使用旋转收集器和移动台实现的。两种速度都是由控制器精确调节的。具体地，移动台使喷丝嘴能够前后移动，并且因此使纳米纤维能够均匀地沉积在同时旋转的收集器上。重要的是，移动台的行进长度和收集器的长度都可以轻松调节，以制造具有不同长度的管。除非另有说明，否则棒状收集器的直径、收集距离、收集棒的旋转速度和移动台的速度分别保持在3.2mm、8cm、375rpm、3.48米分钟-1不变。不同孔径的详细静电纺丝参数可以在表1中找到。应当注意，除非另有说明，否则大多数研究使用的是平均孔径为1.05μm的纳米纤维膜。
表1.具有不同平均孔径的静电纺丝纳米纤维管的参数。
Figure BDA0003974838930000571
为了实现良好的可重复性，不仅需要高度可控的静电纺丝设备，还需要聚合物溶液和静电纺丝的稳定配方。通过使用六氟异丙醇(HFIP)和HFIP/FA(8/2，v/v)溶剂系统，实现了尼龙6(PA6)溶液的稳定静电纺丝而没有出现针堵塞，使得制造具有可重复和可控质量的纳米纤维管成为可能。作为示范，制造了超过20cm长的纳米纤维管(图1B)。通过使用具有期望的直径的导电收集棒，生成了具有不同直径的纳米纤维管(图1C)。另外，纳米纤维管的厚度由静电纺丝时间控制(图1D)。而平均孔径是通过调节纳米纤维的直径来定制的(图2A和1F-1J)。此外，观察到厚度对纳米纤维膜孔径的影响最小(图1E)。值得注意的是，孔径对防止细胞穿透有重大影响(图1K-1O)。虽然此研究使用了尼龙6，但与静电纺丝相容的其它聚合物(聚氨酯、聚砜、聚丙烯腈、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯酰胺、聚(甲基丙烯酸乙酯)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚氯乙烯、聚氧乙烯等)也适合制造SHIELD装置。
为了便于从棒状收集器中取出纳米纤维管，在静电纺丝之前，在棒状收集器上涂覆一薄层蔗糖糖浆(25g mL-1)。静电纺丝后，通过在DI水中浸泡，将纳米纤维管从棒状收集器中取出并释放。通过用大体积DI水洗涤三次(每次至少10分钟)来去除蔗糖。然后将纳米纤维管放在干净的表面上进行干燥。为了去除残留溶剂，将干燥的管在真空烘箱中(温度60℃，压力27in.Hg)加热24小时。
实施例2–蔗糖糖浆的制备
通过将45g蔗糖添加到50mL的falcon管中的18mL DI水中来制备蔗糖糖浆并且在溶解后产生约47mL的混合物。将混合物在盖关闭的情况下放入烘箱(132℃)中。每隔10分钟需要摇晃3次，以加速溶解过程。一旦所有蔗糖都溶解了(由无色溶液表示)，取下盖后将溶液保持在烘箱中(80℃)约24小时。最后，溶液变得粘稠(约42mL)并变成金棕色。然后将其从烘箱中取出。将溶液在室温下储存。如果发生沉淀，在烘箱(132℃)中加热溶液30分钟就可以溶解沉淀的蔗糖。常规蔗糖溶液显示出类似于水的低粘度。相比之下，通过我们的方案，蔗糖糖浆变得高度粘稠，使得蔗糖能在收集棒上保持粘附足够长的时间，以便进行制造。由于表面张力，低粘度溶液会在一秒钟内导致收集棒上出现不连续的液滴，这会影响纳米纤维管的形状并且使纳米纤维管难以取出。
实施例3–藻酸盐的进出交联
将外纳米纤维管(ID 3.2mm，孔径1.05μm，干燥)切成约2.5cm长的区段，并且使用透明热切割器密封一端(图3A-3D)。将一端密封的纳米纤维管用20％的氢氧化钠处理过夜，以使其具有亲水性，并且便于藻酸盐前体在进出交联期间的渗透。洗去过量的氢氧化钠后，用高压釜对纳米纤维管进行灭菌(120℃，20分钟)。除非另有说明，否则纳米纤维管的长度、直径和平均孔径分别保持在2.5cm、3.2mm、1.05μm不变。
在进出交联期间，将与注射器(填充有交联缓冲剂，200mM BaCl2)连接的不锈钢毛细管(OD约2.5mm)插入一端密封的纳米纤维管中。首先将纳米纤维管浸入涂层藻酸盐前体中，使藻酸盐前体渗透到纳米纤维膜中，从而在纳米纤维膜的互连的孔隙中交联后形成藻酸盐水凝胶。接下来，用交联缓冲剂填充纳米纤维管，所述交联缓冲剂通过纳米纤维管的多孔膜和交联的藻酸盐扩散。扩散时间被控制，以实现具有期望的厚度的藻酸盐水凝胶涂层。然后，在特定的扩散时间后，立即通过在填充有盐水的储器中摇动具有纳米纤维管的不锈钢毛细管来将未交联的藻酸盐前体洗掉。最后，这些藻酸盐水凝胶涂覆的纳米纤维管被进一步交联(200mM BaCl2)，并且用盐水洗涤至少6次以去除残留的交联剂。重要的是，在将干燥的纳米纤维管浸泡在藻酸盐溶液中之前，不要用交联缓冲剂将其污染。否则，藻酸盐前体的渗透将被阻止，导致藻酸盐水凝胶与纳米纤维膜之间的涂层粘附较差。
实施例4–SHIELD装置的制造
将纳米纤维管(OD 2.2mm，孔径1.67μm，干燥)切成2cm长的区段，并且用高压釜(120℃，20分钟)灭菌以制备内纳米纤维管。接下来，将内纳米纤维内管在交联剂(5mMBaCl2 95mM CaCl2)中浸泡20秒。同时，将细胞与2％ SLG100混合。然后用无菌纸巾去除过量的交联剂。确保管腔中没有可见液体是至关重要的。在施加80μL体积的细胞/SLG100混合物之前，将镊子的一只臂插入内纳米纤维管的管腔中，以便在其周围施加细胞/藻酸盐前体时进行旋转。一旦实现了细胞的均匀装载，就将内纳米纤维管在交联溶液中进一步交联4分钟。然后将内纳米纤维管插入外纳米纤维管(通过进出交联方法涂覆，ID3.2mm，孔径1.05μm，长度约2.5cm)中，紧接着进行6次洗涤。最后，将外纳米纤维管的开口端用透明热切割器密封。另外，在密封端施加涂层藻酸盐前体，并在200mM BaCl2中交联30秒。在洗涤6次后，对SHIELD装置进行成像，并且在植入前温育至少1小时。应当注意，对于大鼠胰岛封装，盐水是洗涤缓冲剂并且也用于溶解藻酸盐，而对于人SC-β细胞的封装，盐水被替换为HBSS。
每个装置的剂量是通过在内纳米纤维管周围分散80μL 2％ SLG100/胰岛混合物来控制的(对于大鼠胰岛是600胰岛当量(IEQ)，或者对于人SC-β细胞是4,500个簇)。在内纳米纤维管的孔隙中存在预装载的交联剂(95CaCl2，5mM BaCl2于盐水中)使得藻酸盐/胰岛混合物在约1分钟内均匀分散并原位交联。通过充分利用藻酸盐水凝胶的收缩(在交联剂中)特性，通过将新交联的内纳米纤维管插入到预先涂覆的外纳米纤维管中，实现了典型的SHIELD装置。插入后在盐水中洗涤并在培养基中温育允许藻酸盐水凝胶的平衡和膨胀，这使得适合的SHIELD装置所具有的胰岛分布在内纳米纤维管与外纳米纤维管之间的壁上，从而确保了短扩散距离。
实施例5–SHIELD装置的表征
通过场发射扫描电子显微镜(Zeiss-Gemini-500-FESEM)对纳米纤维进行成像。通过使用Adobe Acrobat(加利福尼亚州圣何塞的Adobe公司(Adobe,San Jose,CA))分析SEM图像来确定纳米纤维的直径。使用毛细管流动孔隙度仪(PMI，CFP-1100-AEHXL)测量纳米纤维膜的孔径。
实施例6–SHIELD装置的机械测试
使用机械测试机(Instron 5965)测量机械特性。具体地，进行拉伸测试(拉伸速率50毫米分钟-1，夹持距离20mm)以确定纳米纤维管(直径3.2mm，厚度140μm，长度30mm)的机械特性。对于浸涂的样品，除了注入交联剂的时间外，制造过程与进出交联方法相当接近。具体地，浸涂的样品(图2C和2D)是通过首先注入交联剂以防止藻酸盐前体渗透到纳米纤维膜中来制备的。进行剥离测试以确定涂层保真度(拉伸速率50毫米分钟-1，夹持距离20mm，样品宽度10mm)。剥离测试的样品是在具有微小的修改的情况下通过进出交联制备的。具体地，装置的仅部分长度(约2cm)首先被浸泡在藻酸盐前体中，以使藻酸盐渗透。然后，在注入交联剂后，纳米纤维管被移动到约2cm更深的地方，以便具有无互锁相互作用的区域进行夹持。另外，沿长度方向切割经涂覆的管，以产生用于剥离测试的膜(宽度10mm)。应当注意，将含3％常规藻酸钠(PROTANAL LF 10/60FT)的盐水用于拉伸和剥离测试，并且在交联后直接测量。
实施例7–体外测试
使用NIH3T3/GFP小鼠成纤维细胞进行细胞逃逸和细胞附着的测试。NIH3T3小鼠成纤维细胞用于活力测试，根据制造商的方案(赛默飞世尔科技公司(ThermoFisher))进行活/死染色，并且使用倒置的荧光显微镜(EVOS fl)成像。所有样品都在补充有10％ FBS和1％ P/S的DMEM中培养。培养基每隔一天进行更换。培养环境维持在具有5％ CO2湿润气氛的37℃的温育箱中。
对于细胞逃逸测试，将细胞分散在20mg mL-1纤维蛋白原/盐水中，然后与0.5U mL-1凝血酶、100mg mL-1明胶/盐水以1:1的体积比混合，以得到最终浓度为10mg mL-1纤维蛋白原、0.25U mL-1凝血酶、50mg mL-1明胶/盐水溶液，其中细胞密度为100万mL-1。接下来，使用与23G钝针连接的1mL注射器将60μL细胞-基质悬浮液填充到每个一端密封的、经涂覆的或未经涂覆的纳米纤维管(长度2.5cm，直径3mm)中，然后使用透明热切割器进行热密封。在第2天、第5天、第7天、第10天和第14天对用于细胞逃逸测试的装置进行成像。
分别在第2天、第3天和第4天进行presto blue测定。将每个样品在500μLEppendorf管中与400μL 10％presto blue溶液一起温育1小时。温育后，将一式三份的100μL温育的presto blue溶液转移到96孔板中进行荧光读数。激发/发射波长为560/590nm。根据未与样品一起温育的10％presto blue溶液的背景读数对读数进行归一化。
对于细胞附着测试，将经涂覆的纳米纤维管沿长度方向切割成膜。经涂覆的表面朝上，并且用PDMS环固定在6孔板中，将含有2.5×106NIH3T3/GFP细胞的3mL细胞悬浮液接种在涂层表面上。温育1天后，将每个样品轻轻转移到新鲜培养基中，并且在倒置的荧光显微镜(EVOS fl)下进行成像。
实施例8–STZ诱导的糖尿病小鼠
对购自杰克逊实验室的雄性C57BL/6J小鼠腹膜内注射140mg kg-1STZ，使其患上糖尿病。植入前通过至少两次连续测量血糖高于约500mg dL-1证实糖尿病。对购自泰康利农场的雄性SCID-beige小鼠腹膜内注射140mg kg-1STZ来诱发糖尿病。植入前通过至少两次连续测量血糖高于约350mg dL-1证实糖尿病。
实施例9–胰岛分离
从查尔斯河实验室获得的斯普拉格-多雷大鼠被用于胰岛分离。首先，用含3％异氟醚的氧气对大鼠进行麻醉。第二，用由M199培养基溶解的0.16mg mL-1释放酶(liberase)(罗氏诊断有限公司(Roche Diagnostics GmbH))对大鼠胰腺进行插管。第三，将胰腺与其它器官分离并收集到放置在冰浴中的50mL falcon管中(每管2个胰腺)。第四，在37℃水浴中消化胰腺约30分钟。用补充有10％ FBS和1％pen strep的冷RPMI培养基(纯化培养基)来停止消化。剧烈摇晃以使胰腺碎裂成小块后，再用纯化培养基洗涤两次。然后用450μm筛子过滤胰腺。收集上清液并用纯化培养基重新洗涤。然后将细胞悬浮在20mL Histopaque1077中(其中顶部有10mL纯化培养基)，并且在1700RCF(0中断和0加速)下在4℃下离心17分钟(重复两次)。接下来，从Histopaque 1077和纯化培养基的界面收集胰岛。通过重力沉降和手工挑选进一步纯化胰岛以去除杂质。最后，用纯化培养基洗涤胰岛一次，并在低粘附皮氏培养皿中用纯化培养基温育过夜，以便进一步使用。
实施例10–人SC-β细胞的聚集
人SC-β细胞由诺和诺德公司(Novo Nordisk)提供。在聚集过程期间，首先将含约220万mL-1单细胞的再聚集培养基接种到250mL烧瓶中(康宁公司(Corning)，#431144)。将烧瓶放置在具有5％ CO2湿润气氛的37℃温育箱中的定轨振荡器(70rpm)上。48小时后，用培养基取代再聚集培养基，并且进一步培养24小时。在第3天，收获聚集的簇进行封装。
实施例11–用于植入和装置回收的小鼠外科手术
使用含3％异氟醚的氧气对小鼠进行麻醉。将腹侧区剃毛并用必妥碘(betadine)和70％的乙醇进行消毒。切割长度约5mm的最小切口来植入装置，随后通过缝合过程将所述切口关闭。在不同的时间点进行回收。如果血糖得到控制，则进行存活程序。然后进一步监测血糖，以证实小鼠在回收后患有糖尿病，并且之前的正常血糖是由植入的装置引起的。如果血糖在终点失去控制，则在对小鼠实施安乐死后，回收大多数小鼠体内的装置。
实施例12–小鼠监测和表征
在植入后的第一周，每隔一天测量血糖和体重，之后每周测量两次。使用27G针刺入尾静脉来从尾部收集血液并使用Bayer Contour Next EZ血糖仪进行分析。
进行口服葡萄糖耐受测试(OGTT)以证实装置的功能。具体地，在注射以320mg mL-1的浓度溶解在自来水中的2g kg-1D-葡萄糖/体重前，将小鼠禁食约12小时。然后在0分钟、15分钟、30分钟、60分钟、90分钟、120分钟时测量血糖。
当人SC-β细胞被封装和移植后，根据供应商的方案，通过使用超灵敏ELISA试剂盒(Mercodia)测量来自非禁食小鼠的小鼠血清来对人C肽进行定量。收集约200μL面部静脉血并在室温下自然凝固约15分钟。然后在2000rpm下离心10分钟以去除凝块，得到约100μL的血清上清液。
实施例13–回收的装置的表征
回收后立即在光学显微镜(EVOS fl)或立体显微镜(Olympus SZ61)下对回收的装置进行成像。在送去做组织学之前，将装置固定在10％的中性缓冲福尔马林中，并且保持在70％的乙醇中。将回收的装置包埋在石蜡中，切片(厚度10μm)，并通过康奈尔组织学核心设施(Cornell Histology Core Facility)用H&E或马森氏三色(Masson's Trichrome)染色。用显微镜(IN200TC，Amscope)对H&E和马森氏三色样品进行成像。另外，将大鼠胰岛进一步用胰岛素/胰高血糖素/DAPI染色。将人SC-β细胞用C肽/PDX1/DAPI和胰岛素/胰高血糖素/DAPI染色。通过激光扫描共聚焦显微镜(LSM 710)进行成像。
涂层稳定性是通过回收后剩余经涂覆的藻酸盐水凝胶的面积(根据H&E图像)除以原始藻酸盐水凝胶涂层的面积来定量的。对于未经涂覆的装置，通常会发现具有完全覆盖的厚细胞过度生长并且因此通过测量纤维化层的厚度对所述过度生长进行定量。相比之下，经涂覆的装置上的细胞过度生长非常温和，并且通常没有被细胞完全覆盖，因此通过细胞覆盖的百分比来表征。
使用补充有2mM或20mM D-葡萄糖的克林二氏重碳酸盐(Krebs RingerBicarbonate，KRB)缓冲剂(135mM NaCl、3.6mM KCl、5mM NaHCO3、0.5mM NaH2PO4、0.5mMMgCl2、1.5mM CaCl2、10mM HEPES、0.1％ BSA)对回收的装置进行静态GSIS。具体地，将每个回收的装置在2mM D-葡萄糖KRB缓冲剂中温育1小时以平衡，然后依次在2mM和20mM D-葡萄糖KRB缓冲剂中温育(1小时)。应当注意，3mL的缓冲剂被用于GSIS测试。根据供应商的方案，收集2mM和20mM D-葡萄糖的缓冲剂，以使用大鼠超敏胰岛素ELISA(ALPCO 80-INSRTU-EO1，E10)进行表征。
实施例14–用于狗研究的装置的制造和外科手术
SHIELD装置被调整为悬挂缝合线装置的形式。具体地，使用透明热密封器将尼龙缝合线和具有期望的长度的装置粘合在一起(图4B)。另外，热粘合区和缝合线都涂覆有PDMS以减轻组织粘附。用于悬挂缝合线装置的外纳米纤维管(长度约12cm，ID 3.2mm)通过进出交联方法用4％修饰的藻酸盐(3:7)进行涂覆。内纳米纤维管(长度约11cm，OD约2.2mm)用480μL 2％ SLG100进行涂覆，并且在不锈钢毛细管的协助下插入经涂覆的外纳米纤维管中。将尼龙模板(11cm×2.5mm×0.25mm)插入内管以防止扭结。应当注意，具有与尼龙相似刚度的其它塑料膜或橡胶也可以用作模板以防止扭结。除上述程序外，制造过程与一般SHIELD装置相同。用类似程序制造没有悬挂缝合线的长装置(长度约12cm，ID 3.2mm)。
植入和回收两者都是通过腹腔镜外科手术进行的。植入前，用CO2填充腹膜内空间以创造足够的空间进行外科手术操作。将每个装置放置在塑料管(直径约10mm)中并且通过用铝棒推动的套管针进行递送。将这些装置植入靠近膀胱的区域。对于悬挂式缝合线SHIELD装置，缝合线端作为要被PMI缝合线抓握器(OD 2.1mm)抓取的头部递送，并且将缝合线固定到受体的体壁上。在回收期间，通过电烙术分离轻度网膜粘附。然后通过套管针拉出装置。
实施例1至14的结果
具有安全性、可扩展性和生物相容性的SHIELD的设计和制造
在设计SHIELD时考虑了若干个标准。对于可扩展性，采用了同心几何形状，并将细胞封装在圆柱形壁中，其中容量与扩散距离解耦，并且随着装置内径的增加而增加(图5A-5E)，允许在纵向和径向方向上进行放大。对于安全性，使用静电纺丝尼龙纳米纤维膜作为屏障，所述静电纺丝尼龙纳米纤维膜不仅机械稳健，而且具有可调节的孔隙结构(图5F)，使得能够平衡安全性(即防止细胞逃逸)和功能(即容易的传质)。对于生物相容性，用两性离子修饰的藻酸盐涂覆装置以减轻纤维化反应(图5D、5G和5H)，从而维持了容易的传质，并且使封装的细胞能够长期发挥作用。
为了实现同心配置，首先在内纳米纤维管上涂覆满载细胞的藻酸盐水凝胶(图5B和5C)，然后将其插入另一个外纳米纤维管(藻酸盐涂覆的)中，接着使用定制设计的热切割装置进行热密封(图5D、5E和3A-3D)。外管的藻酸盐涂层对装置性能至关重要。先前报道的方法，如用藻酸盐前体浸渍多孔膜和随后的交联，往往对均匀性和厚度控制不佳(An等人,“为细胞疗法开发稳健的、基于水凝胶的、应用纳米纤维的封装装置(NEED)”《生物材料》37:40-48(2015)，所述文献特此通过全文引用的方式并入)。在此开发了一种新方法来实现厚度可控的均匀涂层(图5D)。具体地，首先将一端密封的干燥纳米纤维管浸入藻酸盐前体中，以促进藻酸盐渗透到纳米纤维壁中。随后，将交联溶液从开口端注入管腔中，使交联剂能够均匀地扩散到纳米纤维壁的互连的孔隙中，并且从内到外逐渐交联藻酸盐(此过程称为“进出交联”)，从而形成一层均匀且光滑的水凝胶涂层(图5H和6A)。涂层厚度可以通过调节扩散时间来控制。例如，当扩散时间从30秒延长到210秒时，涂层厚度从约65±15μm增加到约188±21μm(图6B-6F)。在洗去未交联的藻酸盐后，将经涂覆的管进一步交联以提高水凝胶涂层的强度。重要的是，“进出交联”适用于各种长度和直径的装置(图5I和5J)，并且可扩展到临床相关的容量。另外，对于长装置，内管的管腔可以用防止扭结的模板来填充，这对扩展至关重要并且将在狗研究中讨论。
“进出交联”方法产生稳健的藻酸盐涂层
“进出交联”的另一个优点是，纳米纤维膜的互连的孔隙被藻酸盐水凝胶所占据，从而实现了经涂覆的水凝胶与膜之间的稳健的机械互锁，并且因此实现了良好的涂层稳定性。为了验证互锁，首先进行了拉伸测试(图2A-2D)。制备了没有互锁相互作用的浸涂的膜(详见方法)作为对照。应注意，为了方便比较，忽略了藻酸盐的厚度。根据应力-应变曲线，浸涂的膜表现出两个断裂点(图2E)。在约0.56mm mm-1的应变下，第一个应力下降表示藻酸盐涂层的断裂。进一步的延伸导致了经涂覆的藻酸盐与纳米纤维膜之间明显的分层(图2A和2B)，这在“进出交联的”膜上是观察不到的(图2C和2D)。另外，第二断裂点处的应力和应变与未经涂覆的纳米纤维膜的应力和应变一致(图7A和7B)，进一步验证了没有互锁相互作用。相反，“进出交联的”膜只观察到一个断裂点，所述膜的特征在于其杨氏模量比浸涂的膜的杨氏模量大(图7C)。此外，“进出交联的”膜的拉伸强度明显高于浸涂的膜在第一断裂点处的拉伸强度(图7D)。“进出交联的”膜的拉伸应变介于浸涂的膜的两个断裂点之间(图7E和7F)。这些结果表明，“进出交联”导致了整合的纳米纤维-水凝胶复合物的形成。为了查看“进出交联的”膜的结构，扫描电子显微镜(SEM)被用来对冻干样品的横截面进行成像。如预期的，观察到藻酸盐与尼龙纳米纤维之间的互穿(图2F)。最后，为了更直接地测量水凝胶涂层与纳米纤维膜之间的粘附，进行了剥离测试(图2G-2J)。结果显示，经涂覆的水凝胶与纳米纤维膜之间的粘附力为13.1±1.5N m-1(图2J)，考虑到藻酸盐水凝胶固有的弱机械特性，这一点非常显著。剥离后水凝胶上残留的纳米纤维也证明了强粘附(图2H和2I)。总之，很明显，新的“进出交联”方法产生了具有可控厚度和强粘附性的均匀且稳健的藻酸盐涂层。
通过平衡安全性和传质来优化孔径
接下来，力图优化传质，同时确保SHIELD装置可以限制封装的细胞并防止细胞逃逸。通过调节纳米纤维直径，制造了平均孔径范围为0.15μm至1.67μm的装置(图8A和1A-1J)。为了研究细胞逃逸，将分散在60μL纤维蛋白/明胶水凝胶中的GFP表达细胞(NIH3T3/GFP)以100万mL-1的密度封装在装置中，对其进行培养并监测至多2周。将可在2天至3天内被NIH3T3/GFP细胞降解的纤维蛋白凝胶用作基质，以允许细胞自由生长和迁移。对未经涂覆的装置和经涂覆的装置两者进行评估。只有孔径为1.67μm的未经涂覆的装置检测到细胞逃逸(图8B、9A-9T、10A-10T和11A-11V)：5个装置中的2个装置从第5天开始就不能限制细胞，其余3个装置是从第7天到第10天就不能限制细胞(图11A-11K)。所有其它装置完全限制了细胞，尽管内部有大量细胞生长(图9A-9Y、10A-10Y和11A-11V)。
有趣的是，当装置涂覆有藻酸盐水凝胶时，即使是1.67μm的装置也能防止细胞逃逸(图10A-10V和11L-11V)，这表明在纳米纤维膜的互连的孔隙中形成藻酸盐水凝胶可以阻止细胞逃逸。重要的是，在所有研究的孔径中，在经涂覆的和未经涂覆的装置中都发现了大量和拥挤的细胞(图9U-9Y和10U-10Y)。此外，presto blue和活/死染色证实了细胞在经涂覆的装置中保持活力和正常增殖，验证了SHIELD装置的传质对封装的细胞是足够的(图8C和8D)。最后，将空的未经涂覆的装置植入C57BL6/J小鼠的腹腔内两周，以评估纤维化反应和宿主细胞的穿透。组织学图像(图8E-8H和1K-1O)显示，1.67μm装置允许大量的细胞穿透到纳米纤维膜中，而其它装置的细胞穿透很小(对于0.67μm和1.05μm装置)或没有(对于0.15μm和0.38μm装置)。另外，当平均孔径从0.15μm变为1.67μm时，装置上的纤维化层的厚度首先增加，然后减少，其中峰值为0.67μm(图8I)。所有孔径都发生了组织粘附，其中0.38μm装置频率最高(图8J)。考虑到所有这些结果，在接下来的研究中选择了平均孔径为1.05μm的装置，以最大化传质，同时确保没有细胞逃逸，并最小化细胞穿透、纤维化沉积和组织粘附。应注意，这些体内测试是基于未经涂覆的装置进行的；藻酸盐涂层将提供另外的保护，并显著提高生物相容性。
稳定的两性离子藻酸盐涂层产生了优异的生物相容性
藻酸盐水凝胶是一种常用于细胞封装的材料。然而，其不充分的生物相容性仍然是一个挑战。先前开发了两性离子修饰的藻酸盐，并且在小鼠、狗和猪中在微胶囊上显示出细胞过度生长的可重复的且稳健的减少。在此将两性离子藻酸盐之一，即磺基甜菜碱修饰的藻酸盐(SB-藻酸盐)作为薄且均匀的涂层施加到SHIELD装置，以提高其生物相容性。通过在经涂覆的装置的外表面上接种NIH3T3/GFP细胞，证实了与未修饰的SLG100藻酸盐相比，修饰的藻酸盐确实在防止细胞附着方面表现更好(图12A、12B和12G)。为了在体内获得最佳的涂层稳定性，使用了“进出交联”方法，并且尝试了具有三种不同比率的SB-藻酸盐与未修饰的高分子量藻酸盐SLG100的藻酸盐(即SB-藻酸盐:SLG100＝7:3、5:5、3:7)。纯SLG100藻酸盐涂层(或0:10)被包括作为对照。在C57BL6/J小鼠腹腔内植入2周和4周后，回收装置后立即对其进行成像，然后进行组织学切片和H&E染色处理(图12C-12F)。在总藻酸盐浓度为4％的情况下，当比率为7:3时，涂层相对不稳定，基于H&E图像，回收后装置上剩余约69％的经涂覆的水凝胶。然而，其它两个比率(5:5、3:7)有超过90％的经涂覆的水凝胶剩余，这与纯SLG100(即0:10)涂层相当(图12H和13A-13L)。由于较低的浓度预期会提供更好的传质，进一步测试了3％藻酸盐浓度与5:5、3:7和0:10比率。虽然5:5比率导致相对不稳定的涂层并且变化较大(约67％经涂覆的水凝胶剩余)，但3:7和0:10的比率产生更稳健的涂层(约90％经涂覆的水凝胶剩余，图12I和14A-14I)。
值得注意的是，即使有一些水凝胶脱离(3％时为5:5并且4％时为7:3)，在脱离的区域也没有观察到细胞穿透(图12J、13C和14C)，这可能是由于在互连的孔隙内形成水凝胶，证实了涂层和纳米纤维膜提供了双重保护。另外，任何经涂覆的装置(修饰的藻酸盐涂层20个，纯SLG100涂层8个)都没有观察到组织粘附，包括那些有藻酸盐脱离的装置，这表明SB-藻酸盐水凝胶具有优异的生物相容性(图12K)。更重要的是，修饰的藻酸盐涂层(两者在3％时为3:7，并且4％时为5:5、3:7)表现出的细胞过度生长明显少于纯SLG 100(图12C-12F、12L、13A-13I和14A-14I)，与观察到的藻酸盐微胶囊的结果一致(Liu等人,“两性离子修饰的藻酸盐减轻细胞封装的细胞过度生长”,《自然通讯》10:1-14(2019)，所述文献特此通过全文引用的方式并入)。通常，具有纯SLG100或修饰的藻酸盐的涂层可以防止装置被细胞过度生长所完全覆盖。相比之下，未经涂覆的装置通常完全被一层厚度不等的细胞过度生长所覆盖(图1K-1O)。具体地，相对于那些用纯SLG100涂覆的装置(约50％)，用修饰的藻酸盐水凝胶涂覆的装置的细胞覆盖百分比要小得多(约11％)(12C-12F、12L、13A-13L和14A-14I)。此外，细胞过度生长通常很薄，只有一层或两层的细胞。
SHIELD支持大鼠胰岛在C57BL6/J小鼠中的长期功能
为了评估SHIELD装置的功效，封装了大鼠胰岛(600胰岛当量(IEQ))并将其移植到链脲霉素(STZ)诱导的C57BL6/J糖尿病小鼠的腹膜内空间中。研究了用比率均为3:7的3％(n＝4)和4％(n＝11)修饰的藻酸盐涂覆的装置；包括用3％纯SLG100涂覆的装置(n＝4)和未经涂覆的装置(n＝3)作为对照。根据血糖数据，用修饰的藻酸盐涂覆的装置比用纯SLG100涂覆的或未经涂覆的装置的性能好得多(图15A)。尽管所有用装置处理的小鼠在移植后不久就变得血糖正常(2天内有20只小鼠，4天内有1只小鼠)，但用未经涂覆的装置处理的小鼠维持的正常血糖期很短，并且在12天内全部返回到糖尿病状态。相比之下，当用藻酸盐涂覆装置时，正常血糖期大大延长。使用纯的SLG100涂层，4个装置中有2个装置在第35天和第63天失效，1个装置在第85天小鼠被发现死于未知原因时有功能，并且1个装置在第270天被回收时有功能。使用修饰的藻酸盐涂层，15个装置中只有1个装置在100天内(第71天)失效，2个装置在100天与200天之间失效，3个装置在200天与300天之间失效，并且7个装置在至多399天回收时仍有功能(1只小鼠在研究期间死亡，并且1只小鼠的糖尿病自发逆转；关于所有小鼠的详细信息总结于表2中)。植入后约50天，修饰的藻酸盐涂覆的装置组的体重增加(约49％)显著高于未经涂覆的组的体重增加(约22％)(图16A和16B)，这表明修饰的藻酸盐涂覆的装置的性能更好。
表2.所有封装大鼠胰岛的SHIELD装置在C57BL6/J小鼠中的性能。
Figure BDA0003974838930000671
Figure BDA0003974838930000681
为了验证植入的装置的功能，在不同的时间点(接受未经涂覆的装置的小鼠为第50天，接受用3％修饰的藻酸盐涂覆的装置的小鼠为第273天，并且接受用4％修饰的藻酸盐涂覆的装置的小鼠为第192天、第342天、第398天)进行口服葡萄糖耐受测试(OGTT)。结果显示，修饰的藻酸盐涂覆的装置组与健康对照组之间有类似的葡萄糖清除谱。相比之下，用未经涂覆的装置处理的小鼠只观察到轻微的血糖下降(图15B)。重要的是，所有修饰的藻酸盐涂覆的装置(n＝15)都是以微小的切口回收的并且没有任何组织粘附，而未经涂覆的装置(3个中的2个)在回收时有组织粘附问题(图16C)。在回收移植的装置后，普遍观察到血糖增加和体重下降(在约2周内约1.4g)，证实了正常血糖归因于植入的装置的治疗功能(图15A和16D)。此外，对回收的装置进行了离体GSIS测试。检测到相当数量的胰岛素分泌，表明长期植入后装置中封装的胰岛的功能(图16E)。从回收的装置中收获的胰岛的成像表明，大多数胰岛保持健康，呈圆形，很少有坏死(图15E)。H&E图像和胰岛素/胰高血糖素染色也证实了完整的胰岛形态和功能(图15F和15G)。
进一步评估了回收的装置的涂层稳定性和细胞过度生长。与短期(2周至4周)研究相比，长期研究(82天(n＝1)和274天(n＝3))后，3％修饰的藻酸盐(3:7)的涂层稳定性似乎略有下降，但没有统计学显著性(图16F)。具体地，唯一在100天内(第71天)失效的装置有水凝胶脱离(剩下77％)和纤维化升高。相比之下，4％藻酸盐水凝胶涂层表现出相当的长期和短期稳定性，明显优于3％藻酸盐水凝胶涂层的长期稳定性(图16G)。如预期的，与没有胰岛的短期(约11％覆盖)相比，长期植入胰岛导致细胞过度生长增加(约38％覆盖)(图16H)。具体地，在回收前已经失效的装置(6个中的4个)上观察到至多80％的细胞过度生长覆盖(图16I)。然而，大多数有功能的装置都具有最小的细胞过度生长(约10％覆盖)(图15C、15D和16I)。
SHIELD支持人SC-β细胞在SCID-beige小鼠中的长期功能
安全、可扩展和长期功能性封装装置的最有影响的应用是递送人SC-β细胞。为了测试可行性，封装了人SC-β细胞并将其移植到STZ诱导的免疫缺陷SCID-Beige小鼠体内。通过单细胞的聚集制备了SC-β细胞的均匀簇(约150μm)(图17A)，并且将3％修饰的藻酸盐(3:7)用于装置涂层。每只小鼠都被移植了封装大约4,500个簇的装置。大多数装置(15个中的13个)在植入后不久(2天至5天内)矫正了糖尿病，并且在至多238天内保持功能(图18A)。在有功能的装置中，只有1个在100天内失效，3个在100天与200天之间失效(关于所有小鼠的详细信息总结在表3中)。植入后约50天，体重增加约22％，显著高于糖尿病对照组的体重增加(图19A和19B)。OGTT测试揭示，经处理的小鼠在葡萄糖清除方面显著优于未经处理的糖尿病对照，证实了封装的SC-β细胞的功能(图18B)。
表3.所有封装人SC-β细胞的SHIELD装置在SCID-beige小鼠中的性能。
Figure BDA0003974838930000691
通过使用ELISA试剂盒测量小鼠血清中的人C肽的浓度来对人C肽进行定量。结果证实，在短期和长期研究中，植入的SC-β细胞在所有经处理的小鼠中都分泌人C肽(图19C)。尽管C肽的量似乎随着时间的推移而减少，但在植入234天后检测到人C肽的事实表明此装置具有SC-β细胞封装的潜力。为了进一步验证植入的装置的功能，在回收装置后让小鼠保持存活。回收装置后，所有小鼠的血糖增加并且体重下降(图18A和19D)，证实了恢复正常血糖是由于植入的装置引起的。所述装置的成功归因于修饰的藻酸盐涂层的稳定性和优异的生物相容性。总体而言，所有装置(n＝15)都没有组织粘附，并且大多数装置(15个中的13个)的藻酸盐水凝胶涂层保持稳定，与短期研究的装置相当(图19E)。尽管封装的人SC-β细胞具有高密度，但大多数装置(15个中的14个)在SCID-beige小鼠中的细胞过度生长与短期植入C57BL6/J小鼠期间观察到的一样温和(图18C、18D和19F)。回收的装置中的大多数细胞簇是健康的和有功能的，含有具有PDX1表达的C肽/胰岛素阳性细胞，以及胰高血糖素阳性细胞(图17B-17D和18E-18G)。
SHIELD在狗中的可扩展性和可回收性
封装装置的可扩展性对于临床应用是非常值得期望的(An等人,“为1型糖尿病的潜在治疗设计可回收和可扩展的细胞封装装置”,《美国国家科学院院刊》115(2):E263-E272(2017)，所述文献特此通过全文引用的方式并入)。SHIELD可以在径向和纵向上进行扩展，而不影响扩散距离。作为可扩展性和可回收性的概念验证，制造了长装置(长度约12cm，ID 3.2mm)，并且将其腹膜内植入健康狗体内(n＝3)。考虑到3％修饰的藻酸盐(3:7)偶尔会出现涂层脱离，狗实验中使用了4％修饰的藻酸盐(3:7)。使用“进出交联”方法实现了沿装置整个长度的均匀涂层(图4A)。为了防止长装置可能发生的扭结，在内管腔中插入了尼龙带，以确保稳定的形状，同时维持柔性。纤细的几何形状允许使用微创腹腔镜程序来植入装置。在3只狗中，1只狗在没有任何锚定的情况下被植入了装置。在另外两只狗中，装置通过尼龙缝合线锚定到体壁，以便快速定位和便于回收。使用透明热密封器和硅酮涂层将缝合线与装置的一端粘合在一起(图4B)。另外，将缝合线从腹膜壁向外延伸约10cm，以为装置移动提供自由度，并最小化对周围组织的刺激(图4C-4F)。
1个月后，使用类似的腹腔镜程序回收装置。除了可以通过电烙术轻松分离的与网膜的轻度粘附外，所有三个装置都没有与任何器官粘附(图4G-4I和20A-20D)。值得注意的是，对于缝合线锚定的装置之一，网膜粘附只发生在靠近锚定点的一端，其余部分没有粘附(图4G-4K)，这表明修饰的藻酸盐涂层性能优异。光学图像和H&E染色表明，装置的大部分仍被藻酸盐水凝胶覆盖(图4K-4Q)。除了粘附端(图4K和4R)，细胞过度生长最小并且与小鼠体内的装置相当(图4L-4Q)，这表明修饰的藻酸盐水凝胶具有优异的生物相容性。这些结果表明，所述装置可以使用微创程序进行扩展、植入和回收。
实施例1至14的讨论
细胞封装具有为T1D提供无依从、无免疫抑制的治疗的潜力。然而，开发一种同时满足安全性、可扩展性和长期功能性要求的装置是巨大的挑战。主要障碍之一是针对封装材料的异物应答。细胞过度生长和纤维化沉积削弱了氧气和营养素向细胞的转移，以及胰岛素和代谢废物从细胞的转移。最近使用ViaCyte装置和BetaAir装置(本领域最先进的两种装置)的临床试验令人信服地表明，异物应答是功能的关键障碍(Bose等人,“用于治疗性异种细胞长期封装和存活的可回收植入物”,《自然生物医学工程》4:814-826(2020)；Pullen,L.C.,“干细胞源性胰腺祖细胞现已移植到患者体内：来自IPITA2018的报告”,《美国移植杂志》18:1581-1582(2018)；Liu等人,“两性离子修饰的藻酸盐减轻细胞封装的细胞过度生长”,《自然通讯》10:1-14(2019)，所述文献特此通过全文引用的方式并入)。藻酸盐水凝胶，无论是微胶囊还是纤维，在动物研究中都显示出良好的生物相容性。进一步化学修饰可以极大地改善其生物相容性，显著减少异物应答诱导的细胞过度生长和纤维化。然而，水凝胶本质上是脆弱的，并且容易溶胀或破裂，从而为临床应用带来了安全问题，特别是在移植SC-β细胞时。
如本文所报告的，SHIELD将可回收装置的安全性与两性离子修饰的藻酸盐的生物相容性相结合。所述装置的设计有若干个值得重申的创新特征。首先，所述装置具有同心配置，其中细胞被封装在圆柱形壁中。与先前报道的管状或纤维装置相比(An等人,“为1型糖尿病的潜在治疗设计可回收且可扩展的细胞封装装置”,《美国国家科学院院刊》115(2):E263-E272(2017)；An等人,“为细胞疗法开发稳健的、基于水凝胶的、应用纳米纤维的封装装置(NEED)”,《生物材料》37:40-48(2015)，所述文献特此通过全文引用的方式并入)，SHIELD不仅允许在纵向方向上扩展，还允许在径向方向上扩展，而不会显著牺牲传质或扩散距离。原则上，在合理的长度(即约几十厘米而不是几米)下，可以实现临床上相关的细胞装载能力。第二，SHIELD具有纳米纤维膜作为主要屏障以防止细胞逃逸或穿透。静电纺丝纳米纤维膜具有使其成为细胞封装的优异候选者的若干个独特的特性，如优异的机械特性、高孔隙率、可调节且互连的孔隙结构。这些特性能够优化传质，同时确保安全，这对于在临床应用中递送SC-β细胞是最重要的。第三，SHIELD具有两性离子修饰的藻酸盐水凝胶作为外皮，可减轻细胞过度生长，以便于长期植入。重要的是，为了实现薄、均匀且稳健的水凝胶涂层，开发了“进出交联”策略。水凝胶涂层优异的生物相容性和稳定性对于支持产生胰岛素的细胞的长期功能都是至关重要的。
已对纳米纤维膜的孔径和涂层条件进行了系统调查，以实现具有平衡的安全性和功能的SHIELD。与未经涂覆的装置或具有对照藻酸盐涂层的装置相比，优化的SHIELD显著减少了细胞生长。因此，证明了所述装置可以支持免疫活性小鼠体内大鼠胰岛至多399天的长期功能。更重要的是，发现了高密度的人SC-β细胞在所述装置中存活，并且在植入后不久恢复了免疫缺陷糖尿病小鼠的正常血糖，而没有任何成熟期，持续至多238天。最后，进行了大动物研究，以通过在狗的腹膜内植入12cm长的装置来证明可扩展性和可回收性。所述装置可以通过微创腹腔镜程序方便地植入并迅速回收。所有这些结果为SHIELD向T1D患者安全递送人SC-β细胞的潜力提供了概念证明。
尽管本文已经详细描绘和描述了优选实施方式，但是对于相关领域的技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的精神的情况下可以进行各种修改、添加、替换等，并且因此这些被认为是在随后的权利要求中限定的本发明的范围内。

Claims (37)

1.一种可植入治疗递送系统，其包括：
具有近端和远端的纳米纤维芯基材，所述纳米纤维芯基材具有内部纳米纤维壁，所述内部纳米纤维壁限定沿所述芯基材纵向延伸的内部空间，其中一种或多种治疗剂定位在所述内部空间内；以及
围绕所述纳米纤维芯基材的水凝胶，其中所述水凝胶包含0.1％至20％的藻酸盐混合物，所述藻酸盐混合物包含比率为1:1000至1000:1(v/v)的两性离子修饰的藻酸盐和纯藻酸盐。
2.一种可植入治疗递送系统，其包括：
具有近端和远端的纳米纤维芯基材，所述纳米纤维芯基材具有内部纳米纤维壁，所述内部纳米纤维壁限定沿所述芯基材纵向延伸的内部空间，其中一种或多种治疗剂定位在所述内部空间内；以及
围绕所述纳米纤维芯基材的生物相容性聚合物涂层，其中所述生物相容性聚合物涂层的厚度为1nm至5mm，并且其中围绕所述纳米纤维芯基材整体的所述聚合物涂层的厚度的标准偏差<100％。
3.根据权利要求2所述的可植入治疗递送系统，其中围绕所述纳米纤维芯基材整体的所述聚合物涂层的厚度的标准偏差<60％。
4.根据权利要求1所述的可植入治疗递送系统，其中所述藻酸盐混合物包含比率为7:3至3:7(v/v)的两性离子修饰的藻酸盐和纯藻酸盐。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的可植入治疗递送系统，其中所述纳米纤维芯基材的所述内部纳米纤维壁形成直径为0.1mm至30cm的管。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述内部壁的厚度为1μm至5mm。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述纳米纤维芯基材的纳米纤维密度为0.01g/cm3至1.5g/cm3。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述纳米纤维芯基材的纳米纤维的直径为1nm至50μm。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述纳米纤维芯基材包括孔隙，所述孔隙的直径为1nm至50μm。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述纳米纤维芯基材的纳米纤维组合物是均质的。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述纳米纤维芯基材的纳米纤维组合物是非均质的。
12.一种可植入治疗递送系统，其包括：
具有近端和远端的纳米纤维芯基材，所述纳米纤维芯基材由内纳米纤维层和围绕所述内纳米纤维层的外纳米纤维层所限定，其中所述内纳米纤维层的纳米纤维结构不同于所述外纳米纤维层的纳米纤维结构，所述纳米纤维芯基材进一步包括被所述基材的所述内纳米纤维层围绕的内部空间，其中一种或多种治疗剂定位在所述内部空间内；以及
围绕所述纳米纤维芯基材的生物相容性聚合物涂层。
13.根据权利要求12所述的可植入治疗递送系统，其中所述纳米纤维芯基材包括一个或多个中间纳米纤维层，所述中间纳米纤维层定位在所述基材的所述内纳米纤维层与所述外纳米纤维层之间，每个中间纳米纤维层包括不同于所述内纳米纤维层和所述外纳米纤维层的所述纳米纤维结构的纳米纤维结构。
14.根据权利要求12所述的可植入治疗递送系统，其中所述纳米纤维基材是圆柱形管。
15.根据权利要求12所述的可植入治疗递送系统，其中所述纳米纤维基材是锥形管。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述内纳米纤维层和所述外纳米纤维层的纳米纤维直径独立地为1nm至50μm。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述内纳米纤维层和所述外纳米纤维层的纳米纤维密度独立地为0.01g/cm3至1.5g/cm3。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述内纳米纤维层和所述外纳米纤维层的平均厚度独立地为1μm至5mm。
19.根据权利要求12至18中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述内纳米纤维层包括孔隙，所述孔隙的直径为1nm至50μm。
20.根据权利要求12至19中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述外纳米纤维层包括孔隙，所述孔隙的直径为1nm至50μm。
21.根据权利要求12至20中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述芯基材的所述内纳米纤维层和所述外纳米纤维层的组合厚度为1μm至5mm。
22.根据权利要求1至21中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述纳米纤维芯基材的长度为0.5cm至1000m。
23.根据权利要求1至22中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述纳米纤维芯基材包含一种或多种生物活性剂，所述生物活性剂选自下组：蛋白质、肽、抗体或其抗体片段、抗体模拟物、核酸、小分子、激素、生长因子、血管生成因子、细胞因子、抗炎剂以及其组合。
24.根据权利要求1至23中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述纳米纤维芯基材包含不溶于围绕所述基材的一个或多个生物相容性聚合物涂层的材料。
25.根据权利要求1至24中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述纳米纤维芯基材是半透明的。
26.根据权利要求1至25中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中细长聚合物支架定位在所述纳米纤维芯基材的所述内部空间内。
27.根据权利要求1至26中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述纳米纤维芯基材的所述内部空间被一个或多个内部纳米纤维壁分隔成两个或更多个子内部空间。
28.根据权利要求1至27中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中定位在所述纳米纤维芯基材的所述内部空间内的所述一种或多种治疗剂选自下组：蛋白质、肽、抗体或其抗体片段、抗体模拟物、核酸、小分子、激素、生长因子、血管生成因子、细胞因子、抗炎剂以及其组合。
29.根据权利要求1至28中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中细胞制剂定位在所述纳米纤维芯基材的所述内部空间中，并且所述一种或多种治疗剂从所述细胞制剂中释放。
30.根据权利要求1至29中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述纳米纤维芯基材的所述近端和所述远端是密封的。
31.根据权利要求2至30中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述外部生物相容性聚合物涂层是水凝胶材料。
32.根据权利要求2至31中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述生物相容性聚合物涂层与所述纳米纤维芯基材交联并互锁。
33.根据权利要求2至32中任一项所述的可植入治疗递送系统，其中所述生物相容性聚合物涂层包含一种或多种生物活性剂，所述生物活性剂选自下组：蛋白质、肽、抗体或其抗体片段、抗体模拟物、核酸、小分子、激素、生长因子、血管生成因子、细胞因子、抗炎剂以及其组合。
34.根据权利要求1所述的可植入治疗递送系统，其中围绕所述纳米纤维芯基材的所述水凝胶与所述纳米纤维芯基材交联并互锁。
35.根据权利要求1所述的可植入治疗递送系统，其中围绕所述纳米纤维芯基材的所述水凝胶的厚度为1nm至5mm，其中围绕所述纳米纤维芯基材整体的所述水凝胶的厚度的标准偏差<100％。
36.根据权利要求1所述的可植入治疗递送系统，其中围绕所述纳米纤维芯基材的所述水凝胶包含一种或多种生物活性剂，所述生物活性剂选自下组：蛋白质、肽、抗体或其抗体片段、抗体模拟物、核酸、小分子、激素、生长因子、血管生成因子、细胞因子、抗炎剂以及其组合。
37.根据权利要求12所述的可植入治疗递送系统，其中围绕所述纳米纤维芯基材的所述生物相容性聚合物涂层的厚度为1nm至5mm，其中围绕所述纳米纤维芯基材整体的所述聚合物涂层的厚度的标准偏差<100％。
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