ES2414285T3 - Composition and procedures for the production of biological tissues and tissue constructions - Google Patents

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ES2414285T3
ES2414285T3 ES02753826T ES02753826T ES2414285T3 ES 2414285 T3 ES2414285 T3 ES 2414285T3 ES 02753826 T ES02753826 T ES 02753826T ES 02753826 T ES02753826 T ES 02753826T ES 2414285 T3 ES2414285 T3 ES 2414285T3
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Laurence J. Tarrant
Shuichi Mizuno
Toshimasa Tokuno
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Abstract

Un procedimiento para preparación de una construcción tisular implantable, comprendiendo dicho procedimiento: (a) proporcionar una estructura de múltiples capas implantable que comprende: (i) una capa de integración; y (ii) una capa de soporte celular que comprende una matriz de esponja, estando la capa de soporte celularunida operativamente a la primera capa de integración; y (b) introducir una solución que comprende condrocitos suspendidos en dicha estructura de múltiples capas paracrear un dispositivo sembrado; y (c) cultivar dicho dispositivo sembrado en condiciones que comprenden una presión hidrostática cíclica con unafase de reposo a presión atmosférica durante uno a sesenta días.A method for preparing an implantable tissue construct, said method comprising: (a) providing an implantable multilayer structure comprising: (i) an integration layer; and (ii) a cell support layer comprising a sponge matrix, the cell support layer being operably linked to the first integration layer; and (b) introducing a solution comprising suspended chondrocytes into said multilayer structure to create a seeded device; and (c) culturing said seeded device under conditions comprising cyclic hydrostatic pressure with a dormant phase at atmospheric pressure for one to sixty days.

Description

Composición y procedimientos para la producción de tejidos biológicos y construcciones tisulares Composition and procedures for the production of biological tissues and tissue constructions

Campo de la invención Field of the Invention

La presente invención se refiere a procedimientos para preparar tejidos y construcciones tisulares. En particular, la invención enumera procedimientos que incorporan células en matrices biológicas. The present invention relates to methods for preparing tissues and tissue constructions. In particular, the invention lists methods that incorporate cells into biological matrices.

Antecedentes Background

Los tejidos y órganos de vertebrados con frecuencia no consiguen recuperar la forma y la función normales cuando se dañan y con frecuencia no consiguen (debido a traumatismo metabólico y/o mecánico) integrarse adecuadamente con un huésped cuando se trasplantan. En un intento de reconstruir tejidos y órganos, los cirujanos han implantado tejidos vivos o materiales no vivos en lugar de estructuras anatómicas nativas dañadas o resecadas. Estas técnicas tradicionales tienen limitaciones. Por ejemplo aunque los autoinjertos son histocompatibles, la pérdida de tejido del sitio donador con frecuencia crea patologías anatómicas y/o fisiológicas en el mismo huésped. Por otro lado, los aloinjertos y xenoinjertos trasplantados con frecuencia provocan una respuesta inmune patológica que se aproxima al rechazo de estos injertos por el huésped. Vertebrate tissues and organs often fail to regain normal form and function when they are damaged and often fail (due to metabolic and / or mechanical trauma) to integrate properly with a host when they are transplanted. In an attempt to reconstruct tissues and organs, surgeons have implanted living tissues or non-living materials instead of damaged or resected native anatomical structures. These traditional techniques have limitations. For example, although autografts are histocompatible, loss of donor site tissue often creates anatomical and / or physiological pathologies in the same host. On the other hand, transplanted allografts and xenografts often cause a pathological immune response that approximates rejection of these grafts by the host.

Los materiales de trasplante no vivos tienen una utilidad marginal en la reparación y trasplante de tejidos nativos, construcciones tisulares y órganos. Específicamente, los materiales no vivos trasplantados están especialmente sujetos a extrusión, infección y formación de tejido cicatrizante. Non-living transplant materials have a marginal utility in the repair and transplantation of native tissues, tissue constructions and organs. Specifically, transplanted non-living materials are especially subject to extrusion, infection and scar tissue formation.

También se ha descrito el uso de tejido modificado por biotecnología como alternativa a tejidos nativos trasplantados y materiales no vivos. Por ejemplo, la Patente de Estados Unidos Nº 5.902.741 de Purchio y col. enseña un procedimiento para cultivar tejido cartilaginoso in vitro usando un armazón inoculado con un medio nutriente que porta células cartilaginosas o precursores. De forma similar la Patente de Estados Unidos Nº 5.928.945 de Selektar y col. enseña un procedimiento para producir neo-cartílago obtenido por ingeniería biológica aplicando tensión de flujo de cizallamiento de flujo de fluido a condrocitos. En otro ejemplo, la Patente de Estados Unidos Nº 6.080.194 de Pachence y col. enseña un molde para producir cartílago articular que comprende una matriz de colágeno densa situada en la superficie del defecto de cartílago para evitar la migración celular y crecimiento interno vascular a partir de la placa sub-condral. The use of biotechnology modified tissue as an alternative to transplanted native tissues and non-living materials has also been described. For example, U.S. Patent No. 5,902,741 to Purchio et al. teaches a procedure for culturing cartilaginous tissue in vitro using a framework inoculated with a nutrient medium that carries cartilaginous cells or precursors. Similarly, U.S. Patent No. 5,928,945 to Selektar et al. teaches a process for producing neo-cartilage obtained by biological engineering by applying flow shear flow stress to chondrocytes. In another example, US Patent No. 6,080,194 to Pachence et al. It teaches a mold for producing articular cartilage comprising a matrix of dense collagen located on the surface of the cartilage defect to prevent cellular migration and internal vascular growth from the sub-condral plate.

SMITH R L y col.: “In vitro stimulation of articular chondrocyte mRNA and extracellular matrix synthesis by hydrostatic pressure” JOURNAL OF ORTHOPAEDIC RESEARCH, JOHN WILEY & SONS, INC, NEEDHAM, MA, vol. 14, Nº 1, 1 de enero de 1996 (), páginas 53-60, ISSN: 0736-0266, desvela un procedimiento que comprende: aproporcionar una solución que comprende condrocitos; b- sembrar los condrocitos en un dispositivo para obtener una monocapa de alta densidad en un dispositivo sembrado; c- tratar dicho dispositivo sembrado en condiciones que comprenden someter a dicho dispositivo sembrado con condrocitos a cultivo con una presión hidrostática cíclica de 10 MPa a 1 Hz durante 4 horas. La presión hidrostática cíclica simula la presión hidrostática fisiológica y activa los condrocitos. SMITH R L et al .: “In vitro stimulation of articular chondrocyte mRNA and extracellular matrix synthesis by hydrostatic pressure” JOURNAL OF ORTHOPAEDIC RESEARCH, JOHN WILEY & SONS, INC, NEEDHAM, MA, vol. 14, No. 1, January 1, 1996 (), pages 53-60, ISSN: 0736-0266, discloses a procedure comprising: providing a solution comprising chondrocytes; b- sowing the chondrocytes in a device to obtain a high density monolayer in a sown device; c- treating said seeded device under conditions comprising subjecting said chondrocyte seeded device to culture with a cyclic hydrostatic pressure of 10 MPa at 1 Hz for 4 hours. Cyclic hydrostatic pressure simulates physiological hydrostatic pressure and activates chondrocytes.

Sin embargo, estas composiciones y procedimientos (en la técnica anterior) sólo se aproximan a una fracción del repertorio anatómico y fisiológico del tejido nativo que intentan remplazar. Más específicamente, estos defectos en la técnica anterior pueden, en parte, atribuirse a la incapacidad para sembrar de forma uniforme, cultivar y diferenciar células a través de la sección transversal completa de una capa de soporte celular tridimensional. Lo que se necesita, por lo tanto son tejido trasplantable y construcciones tisulares que pueden soportar células en su estado metabólico normal y pueden integrarse anatómicamente y fisiológicamente con un huésped sin provocar una patogenia. However, these compositions and procedures (in the prior art) only approximate a fraction of the anatomical and physiological repertoire of the native tissue they are trying to replace. More specifically, these defects in the prior art can, in part, be attributed to the inability to uniformly sow, cultivate and differentiate cells across the entire cross section of a three-dimensional cell support layer. What is needed, therefore, are transplantable tissue and tissue constructs that can support cells in their normal metabolic state and can be anatomically and physiologically integrated with a host without causing a pathogenesis.

Sumario de la invención Summary of the invention

La presente invención se refiere a procedimientos para la preparación de tejidos y construcciones tisulares. En particular, la invención se refiere a la construcción de una estructura biológica en múltiples capas (es decir armazón de sistema) que comprende células vivas incorporadas en una matriz de soporte celular. El procedimiento de la invención se define en la reivindicación 1. La presente invención contempla una composición que comprende una primera capa de integración; una segunda capa de soporte celular (que comprende una matriz de esponja) unida operativamente a dicha primera capa de integración en la que dicha capa de soporte está sembrada con células (suspendidas en un gel), y una tercera capa protectora unida operativamente a dicha primera y segunda capas. The present invention relates to processes for the preparation of tissues and tissue constructions. In particular, the invention relates to the construction of a multi-layered biological structure (ie system framework) comprising living cells incorporated in a cell support matrix. The process of the invention is defined in claim 1. The present invention contemplates a composition comprising a first integration layer; a second cellular support layer (comprising a sponge matrix) operatively attached to said first integration layer in which said support layer is seeded with cells (suspended in a gel), and a third protective layer operatively linked to said first and second layers.

No se pretende que el procedimiento de la presente invención se limite a proporcionar una composición que comprenda un sistema de múltiples capas que tenga un número específico de capas. En una realización, dicho sistema de múltiples capas comprende dos capas. En una realización preferida, dicho sistema de múltiples capas comprende tres capas. En otra realización, dicho sistema de múltiples capas comprende más de tres capas. It is not intended that the process of the present invention be limited to providing a composition comprising a multilayer system having a specific number of layers. In one embodiment, said multilayer system comprises two layers. In a preferred embodiment, said multilayer system comprises three layers. In another embodiment, said multi-layer system comprises more than three layers.

No se pretende que el elemento de gel de dicha capa de soporte celular se limite a una composición única. En una realización, dicho elemento de gel comprende gelatina. En otra realización, dicho elemento de gel comprende It is not intended that the gel element of said cell support layer be limited to a single composition. In one embodiment, said gel element comprises gelatin. In another embodiment, said gel element comprises

colágeno. En una realización preferida, dicho elemento de gel comprende colágeno de Tipo I. collagen In a preferred embodiment, said gel element comprises Type I collagen.

No se pretende que los procedimientos de la presente invención se limiten a células recogidas de ninguna especie particular. En una realización, dichas células son células de mamífero. En una realización preferida, dichas células son de un ser humano. Las células usadas en los procedimientos de la presente invención son condrocitos recogidos de tejido conectivo. En una realización preferida, dicho tejido conectivo es cartílago. It is not intended that the methods of the present invention be limited to cells collected from any particular species. In one embodiment, said cells are mammalian cells. In a preferred embodiment, said cells are from a human being. The cells used in the methods of the present invention are chondrocytes collected from connective tissue. In a preferred embodiment, said connective tissue is cartilage.

En una realización, la presente invención describe procedimientos para preparar tejidos o construcciones tisulares usando un sistema de múltiples capas que incluye una matriz de soporte celular sembrada con células vivas directamente aisladas y/o expandidas a partir de tejido viable. En una realización preferida, la presente invención contempla un procedimiento que proporciona una matriz de soporte celular, un gel y células; mezclar dichas células con dicho gel para formar una suspensión celular; y poner en contacto dicha suspensión celular con dicha matriz de soporte celular para crear una matriz sembrada de células. In one embodiment, the present invention describes methods for preparing tissue or tissue constructs using a multilayer system that includes a cell support matrix seeded with live cells directly isolated and / or expanded from viable tissue. In a preferred embodiment, the present invention contemplates a method that provides a cell support matrix, a gel and cells; mixing said cells with said gel to form a cell suspension; and contacting said cell suspension with said cell support matrix to create a cell seeded matrix.

En otra realización, la presente invención comprende además aplicar calor a dicha matriz sembrada con células en condiciones en las que dicho gel se cura a una forma sustancialmente sólida, formando de este modo una matriz sembrada con células curada con calor. In another embodiment, the present invention further comprises applying heat to said matrix seeded with cells under conditions in which said gel is cured to a substantially solid form, thereby forming a matrix seeded with heat cured cells.

La presente invención comprende además cultivar dicha matriz sembrada con células curada por calor en condiciones que comprenden presión hidrostática cíclica, pudiendo dicha matriz de soporte celular consistir esencialmente en colágeno de tipo I poroso y siendo dichas células condrocitos. The present invention further comprises culturing said matrix seeded with heat cured cells under conditions comprising cyclic hydrostatic pressure, said cell support matrix being able to consist essentially of porous type I collagen and said chondrocyte cells being.

En una realización, la presente invención describe un procedimiento, que comprende: In one embodiment, the present invention describes a method, comprising:

a) proporcionar, i) una solución que comprende condrocitos suspendidos; ii) una matriz de esponja; y iii) un medio de tratamiento; b) introducir dicha matriz de esponja en dicha solución en condiciones tales que dicha solución entre en dicha esponja por acción capilar y dichos condrocitos entren en contacto con dicha matriz para crear un dispositivo sembrado; y c) tratar dicho dispositivo sembrado con dicho medio de tratamiento en condiciones tales que al menos una parte de dicha solución solidifique dentro de dicho dispositivo. a) provide, i) a solution comprising suspended chondrocytes; ii) a sponge matrix; and iii) a means of treatment; b) introducing said sponge matrix into said solution under conditions such that said solution enters said sponge by capillary action and said chondrocytes come into contact with said matrix to create a seeded device; and c) treating said seeded device with said treatment medium under conditions such that at least a portion of said solution solidifies within said device.

En una realización de la presente invención, dicho medio de tratamiento comprende una cámara de cultivo. En otra realización, la presente invención contempla un tratamiento, de dicho dispositivo sembrado, que comprende calentar en ausencia de dióxido de carbono. In an embodiment of the present invention, said treatment medium comprises a culture chamber. In another embodiment, the present invention contemplates a treatment of said seeded device, which comprises heating in the absence of carbon dioxide.

En una realización de la presente invención, la matriz de esponja se configura para trasplantarse a una articulación de un ser humano. In one embodiment of the present invention, the sponge matrix is configured to transplant into a joint of a human being.

En una realización de la presente invención, la solución de suspensión de condrocitos comprende colágeno de tipo I acuoso neutralizado. In one embodiment of the present invention, the chondrocyte suspension solution comprises neutralized aqueous type I collagen.

En otra realización la presente invención comprende además, después de la etapa (c) anterior, cultivar dichos condrocitos en condiciones tales que dichos condrocitos elaboren productos génicos asociados con la matriz extracelular. En una realización, dicho cultivo se realiza bajo presión hidrostática constante o cíclica estando dicha presión hidrostática cíclica en un intervalo de aproximadamente 0,01 - 10,0 MPa a 0,5 Hz. En otra realización, dicha presión hidrostática cíclica está en un intervalo de 0,5 - 5,0 MPa a 0,5 Hz. En una realización preferida, dicha presión hidrostática cíclica es aproximadamente 3,0 MPa de presión a 0,5 Hz. En una realización la duración de dicha presión cíclica es 1 - 30 días. En otra realización, la duración de dicha presión cíclica es 5 - 8 días. En una realización preferida, la duración de dicha presión cíclica es de aproximadamente 6 días. In another embodiment, the present invention further comprises, after step (c) above, culturing said chondrocytes under conditions such that said chondrocytes develop gene products associated with the extracellular matrix. In one embodiment, said culture is performed under constant or cyclic hydrostatic pressure with said cyclic hydrostatic pressure being in a range of about 0.01-10.0 MPa at 0.5 Hz. In another embodiment, said cyclic hydrostatic pressure is in a range. 0.5-5.0 MPa at 0.5 Hz. In a preferred embodiment, said cyclic hydrostatic pressure is approximately 3.0 MPa pressure at 0.5 Hz. In one embodiment the duration of said cyclic pressure is 1 - 30 days. In another embodiment, the duration of said cyclic pressure is 5-8 days. In a preferred embodiment, the duration of said cyclic pressure is approximately 6 days.

En una realización la presente invención contempla una fase de reposo (después de exposición a presión cíclica). En una realización, la duración de dicha fase de reposo está en el intervalo de 1 - 60 días. En una realización, la duración de dicha fase de reposo está en el intervalo de 4 - 21 días. En una realización preferida, dicha fase de reposo es de aproximadamente 12 días. In one embodiment the present invention contemplates a resting phase (after exposure to cyclic pressure). In one embodiment, the duration of said resting phase is in the range of 1-60 days. In one embodiment, the duration of said resting phase is in the range of 4-21 days. In a preferred embodiment, said resting phase is approximately 12 days.

En otra realización la presente invención describe un procedimiento, que comprende: In another embodiment the present invention describes a method, comprising:

a) proporcionar i) una solución que comprende condrocitos suspendidos en colágeno acuoso; ii) una matriz de soporte celular; y iii) un medio de tratamiento; b) introducir dicha matriz en dicha solución en condiciones tales que dicha solución entre en dicha esponja por acción capilar y dichos condrocitos entren en contacto con dicha matriz para crear un dispositivo sembrado; y c) hacer reaccionar dicho dispositivo sembrado con dicho medio de tratamiento en condiciones tales que al menos una parte de dicha solución solidifique dentro de dicho dispositivo. a) providing i) a solution comprising chondrocytes suspended in aqueous collagen; ii) a cell support matrix; and iii) a means of treatment; b) introducing said matrix into said solution under conditions such that said solution enters said sponge by capillary action and said chondrocytes come into contact with said matrix to create a seeded device; and c) reacting said seeded device with said treatment medium under conditions such that at least a part of said solution solidifies within said device.

En una realización de la presente invención, dicha solución de suspensión de condrocitos está al menos parcialmente gelificada. In an embodiment of the present invention, said chondrocyte suspension solution is at least partially gelled.

En una realización de la presente invención, el medio de tratamiento comprende una cámara de cultivo. En otra realización el tratamiento comprende calentar en ausencia de dióxido de carbono. In one embodiment of the present invention, the treatment medium comprises a culture chamber. In another embodiment the treatment comprises heating in the absence of carbon dioxide.

En una realización de la presente invención, la matriz de esponja comprende colágeno de tipo I configurado para trasplantarse a una articulación de un ser humano. In one embodiment of the present invention, the sponge matrix comprises type I collagen configured to be transplanted into a joint of a human being.

En otra realización, la presente invención comprende además, después de la etapa (c), cultivar dichos condrocitos en condiciones tales que dichos condrocitos elaboren productos génicos asociados con la matriz extracelular. In another embodiment, the present invention further comprises, after step (c), culturing said chondrocytes under conditions such that said chondrocytes develop gene products associated with the extracellular matrix.

5 En una realización de la presente invención, dicho cultivo se realiza bajo presión hidrostática cíclica estando dicha presión hidrostática cíclica en un intervalo de aproximadamente 0,01 - 10,0 MPa a 0,5 Hz. En otra realización, dicha presión hidrostática cíclica está en un intervalo de 0,5 - 5,0 MPa a 0,5 Hz. En una realización preferida, dicha presión hidrostática cíclica es aproximadamente 3,0 MPa de presión a 0,5 Hz. En una realización la duración de dicha presión cíclica es 1 -30 días. En otra realización, la duración de dicha presión cíclica es de 5 - 8 días. En una In one embodiment of the present invention, said culture is performed under cyclic hydrostatic pressure, said cyclic hydrostatic pressure being in a range of about 0.01-10.0 MPa at 0.5 Hz. In another embodiment, said cyclic hydrostatic pressure is in a range of 0.5-5.0 MPa at 0.5 Hz. In a preferred embodiment, said cyclic hydrostatic pressure is approximately 3.0 MPa pressure at 0.5 Hz. In one embodiment the duration of said cyclic pressure It's 1 -30 days. In another embodiment, the duration of said cyclic pressure is 5-8 days. In a

10 realización preferida, la duración de dicha presión cíclica es de aproximadamente 6 días. In a preferred embodiment, the duration of said cyclic pressure is approximately 6 days.

La presente invención contempla una fase de reposo (después de exposición a presión cíclica), estando la duración de dicha fase de reposo en el intervalo de 1 - 60 días. En otra realización, la duración de dicha fase de reposo está en el intervalo de 4 - 21 días. En una realización preferida, dicha fase de reposo es de aproximadamente 12 días. The present invention contemplates a resting phase (after exposure to cyclic pressure), the duration of said resting phase being in the range of 1-60 days. In another embodiment, the duration of said resting phase is in the range of 4-21 days. In a preferred embodiment, said resting phase is approximately 12 days.

No se pretende que la presente invención se limite a una situación en la que dichos condrocitos estén suspendidos It is not intended that the present invention be limited to a situation in which said chondrocytes are suspended.

15 en una solución de sol-gel. No se pretende que la presente invención se limite a ningún grado específico de gelificación para dicha solución de sol-gel que contiene condrocitos. 15 in a sol-gel solution. It is not intended that the present invention be limited to any specific degree of gelation for said sol-gel solution containing chondrocytes.

No se pretende que la presente invención se limite a una situación en la que la solución de suspensión de condrocitos completa se solidifique. Es decir, es suficiente que una parte significativa de la solución se solidifique, inmovilizando sustancialmente de este modo en una realización las células suspendidas dentro de una matriz It is not intended that the present invention be limited to a situation in which the complete chondrocyte suspension solution solidifies. That is, it is sufficient for a significant part of the solution to solidify, thereby substantially immobilizing in one embodiment the cells suspended within a matrix.

20 sembrada. 20 seeded.

En una realización, la presente invención contempla un sistema, que comprende: i) una capa de soporte celular configurada para permitir el crecimiento de células en tres dimensiones, teniendo dicha capa de soporte celular un lado de integración y un lado funcional, y en la que dicho soporte celular se siembra con al menos un tipo celular para crear células sembradas; ii) una capa de integración que está en contacto con dicho lado de integración de In one embodiment, the present invention contemplates a system, comprising: i) a cell support layer configured to allow the growth of cells in three dimensions, said cell support layer having an integration side and a functional side, and in the that said cell support is seeded with at least one cell type to create seeded cells; ii) an integration layer that is in contact with said integration side of

25 dicha capa de soporte celular, configurándose dicha capa de integración para poder insertarse en el tejido; y iii) una capa protectora que está en contacto con dicho lado funcional de dicha capa de soporte celular, configurándose dicha capa protectora para proteger dichas células sembradas de los efectos de agentes transportados por la sangre. Said cellular support layer, said integration layer being configured to be inserted into the tissue; and iii) a protective layer that is in contact with said functional side of said cellular support layer, said protective layer being configured to protect said seeded cells from the effects of blood transported agents.

En una realización de la presente invención, dichos agentes transportados por la sangre son factores de In an embodiment of the present invention, said blood transport agents are factors of

30 coagulación, citocinas y/o células citotóxicas. En una realización de la presente invención, dichas células sembradas están en contacto con un fluido nutriente. En otra realización de la presente invención, dicha capa de integración se configura para poder insertarse en tejido después de cirugía. 30 coagulation, cytokines and / or cytotoxic cells. In an embodiment of the present invention, said seeded cells are in contact with a nutrient fluid. In another embodiment of the present invention, said integration layer is configured to be inserted into tissue after surgery.

La presente invención puede usarse en un procedimiento para insertar un sistema que comprende: i) una capa de soporte celular configurada para permitir el crecimiento de células en tres dimensiones, teniendo dicha capa de The present invention can be used in a method for inserting a system comprising: i) a cell support layer configured to allow the growth of cells in three dimensions, said layer having

35 soporte celular un lado de integración y un lado funcional, y en la que dicho soporte celular se siembra con al menos un tipo celular para crear células sembradas; ii) una capa de integración que está en contacto con dicho lado de integración de dicha capa de soporte celular, configurándose dicha capa de integración para poder insertarse en tejido; y iii) una capa protectora que está en contacto con dicho lado funcional de dicha capa de soporte celular, configurándose dicha capa protectora para proteger dichas células sembradas de los efectos de agentes A cellular support an integration side and a functional side, and wherein said cellular support is seeded with at least one cell type to create seeded cells; ii) an integration layer that is in contact with said integration side of said cellular support layer, said integration layer being configured to be inserted into tissue; and iii) a protective layer that is in contact with said functional side of said cellular support layer, said protective layer being configured to protect said seeded cells from the effects of agents

40 transportados por la sangre y en los tejidos de un paciente. La inserción del sistema en el paciente es después de la cirugía en dicho paciente. 40 carried by the blood and tissues of a patient. The insertion of the system in the patient is after surgery in said patient.

Descripción de los dibujos Description of the drawings

La Figura 1 proyecta datos sobre el efecto de la presión hidrostática cíclica, en comparación con presión atmosférica estática, en producción de glicosaminoglicano (GAG) por condrocitos cultivados dentro de la matriz Figure 1 projects data on the effect of cyclic hydrostatic pressure, compared to static atmospheric pressure, on glycosaminoglycan (GAG) production by chondrocytes grown within the matrix

45 de TESS. Específicamente, esta figura muestra que hay un aumento del 300 % (p < 0,001) en la producción de GAG en matrices de TESS en el grupo de ensayo (3,0 MPa de CHP a 0,5 Hz) con respecto a las matrices de TESS en el grupo de control (solamente presión atmosférica). La Figura 2A es una microfotografía que presenta la elaboración de tinción de Safranina-O de la matriz extracelular por condrocitos, cultivados bajo presión atmosférica estática (grupo de control) dentro de la matriz 45 of TESS. Specifically, this figure shows that there is a 300% increase (p <0.001) in the production of GAG in TESS matrices in the test group (3.0 MPa of CHP at 0.5 Hz) with respect to the matrices of TESS in the control group (atmospheric pressure only). Figure 2A is a photomicrograph showing the production of Safranin-O staining of the extracellular matrix by chondrocytes, grown under static atmospheric pressure (control group) within the matrix

50 de TESS. En esta figura el elemento de esponja en panal de la matriz de soporte celular (por ejemplo la matriz de TESS) se marca con “HC” y un área de la matriz extracelular (elaborada por los condrocitos cultivados) está marcada con un “*”. La Figura 2B es una microfotografía que presenta la elaboración de tinción con Safranina-O de la matriz extracelular por condrocitos, cultivados bajo presión hidrostática cíclica (grupo de ensayo) dentro de la matriz 50 of TESS. In this figure the honeycomb sponge element of the cell support matrix (for example the TESS matrix) is marked with "HC" and an area of the extracellular matrix (made by cultured chondrocytes) is marked with a "*" . Figure 2B is a photomicrograph showing the preparation of Safranin-O staining of the extracellular matrix by chondrocytes, cultured under cyclic hydrostatic pressure (test group) within the matrix

55 de TESS. En esta figura el elemento de esponja en panal de la matriz de soporte celular (por ejemplo la matriz de TESS) está marcado con “HC” y un área de matriz extracelular (elaborada por los condrocitos cultivados) está marcada con un “*”. La Figura 3A es otra microfotografía que presenta la elaboración de tinción con Safranina-O de matriz TESS 55. In this figure the honeycomb sponge element of the cellular support matrix (for example the TESS matrix) is marked with "HC" and an extracellular matrix area (made by cultured chondrocytes) is marked with a "*". Figure 3A is another photomicrograph showing the staining with matrix Safranin-O

extracelular por condrocitos, cultivados bajo presión atmosférica estática (grupo de control), dentro de la matriz de TESS. En esta figura el elemento de esponja en panal de la matriz de soporte celular (por ejemplo la matriz de TESS) está marcado con “HC” y un área de matriz extracelular (elaborada por los condrocitos cultivados) está marcada con un “*”. La Figura 3B es otra microfotografía que presenta la elaboración de tinción con Safranina-O de la matriz extracelular por condrocitos, cultivados bajo presión hidrostática cíclica (grupo de ensayo), dentro de la matriz de TESS. En esta figura el elemento de esponja en panal de la matriz de soporte celular (por ejemplo la matriz de TESS) está marcado con “HC” y un área de matriz extracelular (elaborada por los condrocitos cultivados) está marcada con un “*”. La Figura 4 ilustra datos sobre el efecto de la presión hidrostática cíclica, en comparación con presión atmosférica estática, en la producción de glicosaminoglicanos (GAG) por condrocitos cultivados con la matriz de TESS. Específicamente, esta figura muestra que hay un aumento del 132 % (p < 0,006) en la producción de GAG en matrices de TESS en el grupo de ensayo (3,0 MPa de CHP a 0,5 HZ) en comparación con matrices de TESS en el grupo de control (presión atmosférica solamente). extracellular by chondrocytes, grown under static atmospheric pressure (control group), within the TESS matrix. In this figure the honeycomb sponge element of the cellular support matrix (for example the TESS matrix) is marked with "HC" and an extracellular matrix area (made by cultured chondrocytes) is marked with a "*". Figure 3B is another photomicrograph showing the production of Safranin-O staining of the extracellular matrix by chondrocytes, cultured under cyclic hydrostatic pressure (test group), within the TESS matrix. In this figure the honeycomb sponge element of the cellular support matrix (for example the TESS matrix) is marked with "HC" and an extracellular matrix area (made by cultured chondrocytes) is marked with a "*". Figure 4 illustrates data on the effect of cyclic hydrostatic pressure, compared to static atmospheric pressure, on the production of glycosaminoglycans (GAG) by chondrocytes cultured with the TESS matrix. Specifically, this figure shows that there is a 132% increase (p <0.006) in the production of GAG in TESS matrices in the test group (3.0 MPa of CHP at 0.5 HZ) compared to TESS matrices in the control group (atmospheric pressure only).

Definiciones Definitions

Como se usa en el presente documento, el término “tejido” se refiere a una colección de células similares y las sustancias intercelulares que los rodean. Apreciarán los expertos en la materia que hay cuatro tipos tisulares básicos en el cuerpo, 1) epitelio; 2) tejido conectivo incluyendo sangre, hueso y cartílago; 3) músculo; y 4) nervio. As used herein, the term "tissue" refers to a collection of similar cells and the intercellular substances that surround them. Those skilled in the art will appreciate that there are four basic tissue types in the body, 1) epithelium; 2) connective tissue including blood, bone and cartilage; 3) muscle; and 4) nerve.

Como se usa en el presente documento, el término “neo-tejido” se refiere a una composición, que comprende células, que se aproxima a la forma y función de un tejido nativo in situ. As used herein, the term "neo-tissue" refers to a composition, which comprises cells, that approximates the shape and function of a native tissue in situ.

Como se usa en el presente documento, el término “neo-órgano” se refiere a una composición sintética, que comprende células, que se aproxima a la forma y función de un órgano nativo in situ. As used herein, the term "neo-organ" refers to a synthetic composition, which comprises cells, that approximates the form and function of a native organ in situ.

Como se usa en el presente documento, el término “neo-cartílago” se refiere a una pluralidad de condrocitos en un estadio transicional de histogénesis. Este estado transicional de histogénesis se caracteriza por la elaboración de productos génicos asociados con la matriz extracelular (es decir GAG) y una morfología que comprende encapsulación parcial en lagunas. En una realización, este neo-cartílago se fabrica por Histogenics Corporation (Easthampton, MA) con la marca comercial NEOCART. As used herein, the term "neo-cartilage" refers to a plurality of chondrocytes in a transitional stage of histogenesis. This transitional state of histogenesis is characterized by the elaboration of gene products associated with the extracellular matrix (ie GAG) and a morphology comprising partial encapsulation in lagoons. In one embodiment, this neo-cartilage is manufactured by Histogenics Corporation (Easthampton, MA) under the trademark NEOCART.

Como se usa en el presente documento, la expresión “construcción tisular” se refiere a una población de células mixtas sustancialmente avascular que (en una realización preferida) se propaga en un sistema de cultivo tisular incluyendo, pero sin limitación, el procesador tisular de TESS. As used herein, the term "tissue construction" refers to a population of substantially avascular mixed cells that (in a preferred embodiment) is propagated in a tissue culture system including, but not limited to, the TESS tissue processor. .

La expresión “construcción de neo-tejido” se refiere a construcciones tisulares formadas de novo a partir de células o tejido por los procedimientos de la presente invención. The term "neo-tissue construction" refers to tissue constructs formed de novo from cells or tissue by the methods of the present invention.

Como se usa en el presente documento, la expresión “ambiente nativo” se refiere al ambiente biológico in situ que soporta un tejido nativo o una construcción tisular. As used herein, the term "native environment" refers to the in situ biological environment that supports a native tissue or tissue construction.

Como se usa en el presente documento, el término “biocompatible” se refiere a composiciones (por ejemplo células, tejidos, matrices, etc.) que no interrumpen sustancialmente las funciones biológicas normales de otras composiciones con las que entran en contacto. Por ejemplo, la presente invención contempla una composición que comprende un sistema de múltiples capas que tiene una estructura física y química que es biocompatible con las células y tejido producido por dicho sistema (por ejemplo neo-tejidos), y que también es biocompatible con las células o tejidos en los que se suministra dicho sistema (y sus células o tejido). En realizaciones seleccionadas, la presente invención también contempla materiales biocompatibles que son tanto biodegradables como no biodegradables. As used herein, the term "biocompatible" refers to compositions (eg cells, tissues, matrices, etc.) that do not substantially disrupt the normal biological functions of other compositions with which they come into contact. For example, the present invention contemplates a composition comprising a multilayer system that has a physical and chemical structure that is biocompatible with the cells and tissue produced by said system (eg neo-tissues), and that is also biocompatible with cells or tissues in which said system is supplied (and its cells or tissue). In selected embodiments, the present invention also contemplates biocompatible materials that are both biodegradable and non-biodegradable.

Como se usa en el presente documento, el término “matriz” se refiere una composición que comprende una pluralidad de poros que dividen el espacio libre en intersticios parcialmente cerrados en los que dichos intersticios están en comunicación fluida. Un tipo de matriz es una “matriz de esponja” que comprende una matriz que capta fluido por acción capilar. En realizaciones seleccionadas, la presente invención contempla una composición que comprende una capa de soporte celular, en la que dicha capa de soporte celular comprende una matriz de esponja de colágeno. As used herein, the term "matrix" refers to a composition comprising a plurality of pores that divide the free space into partially closed interstices in which said interstices are in fluid communication. One type of matrix is a "sponge matrix" comprising a matrix that captures fluid by capillary action. In selected embodiments, the present invention contemplates a composition comprising a cell support layer, wherein said cell support layer comprises a collagen sponge matrix.

Como se usa en el presente documento, la expresión “matriz de TESS” se refiere a una realización comercial (una composición patentada fabricada por Koken Company LTD., Tokio, Japón) de la capa de soporte celular descrita en la presente invención. As used herein, the term "TESS matrix" refers to a commercial embodiment (a patented composition manufactured by Koken Company LTD., Tokyo, Japan) of the cell support layer described in the present invention.

Como se usa en el presente documento, la expresión “tamaño de poro” se refiere a la dimensión en sección transversal media de los intersticios en una matriz. As used herein, the term "pore size" refers to the average cross-sectional dimension of the interstices in a matrix.

Como se usa en el presente documento, la expresión “superficie funcional” se refiere a la superficie dirigida hacia una región de una célula, tejido u órgano que lleva a cabo al menos una función. Por ejemplo, en un sistema para As used herein, the term "functional surface" refers to the surface directed towards a region of a cell, tissue or organ that performs at least one function. For example, in a system for

producir cartílago, la expresión “superficie funcional” se refiere a la superficie dirigida hacia el sinovio cuando el sistema se implanta en un huésped. De forma similar, en un sistema para producir mucosa oral, la expresión “superficie funcional” se refiere a la superficie dirigida hacia el interior de la boca una vez que el sistema se ha implantado en un huésped. produce cartilage, the term "functional surface" refers to the surface directed towards the synovium when the system is implanted in a host. Similarly, in a system for producing oral mucosa, the term "functional surface" refers to the surface directed towards the inside of the mouth once the system has been implanted in a host.

Como se usa en el presente documento, el término “donante” se refiere a un ser humano o no humano del que se toman células, tejidos, sangre o un órgano para trasplante. As used herein, the term "donor" refers to a human or non-human being from which cells, tissues, blood or an organ for transplantation are taken.

Como se usa en el presente documento, un “huésped” se refiere a un individuo (bien humano o bien no humano) en el que se trasplantan células, tejido, sangre u órganos. Por ejemplo, la presente invención contempla procedimientos en los que se toman células (por ejemplo condrocitos) de un donante para multiplicación in vitro y trasplante en un huésped (si el donador y el huésped son el mismo individuo o son individuos diferentes). As used herein, a "host" refers to an individual (either human or non-human) in which cells, tissue, blood or organs are transplanted. For example, the present invention contemplates procedures in which cells (eg chondrocytes) are taken from a donor for in vitro multiplication and transplantation into a host (if the donor and the host are the same individual or are different individuals).

Como se usa en el presente documento, la palabra “condrocito” se refiere a un tipo específico de célula cartilaginosa. In vivo, estas células se caracterizan por morfologías y fisiologías definidas (observadas in situ) en comparación con las morfologías y fisiologías in vitro (observadas en cultivo tisular) para estas mismas células. Por ejemplo, los condrocitos recogidos de tróclea de mamífero adulto sustancialmente no se dividen y no elaboran sustancialmente ninguna matriz extracelular (es decir GAG). Por el contrario los condrocitos sustancialmente quiescentes aislados de tróclea de mamíferos adultos se activan in vitro (por ejemplo cuando se sitúan en cultivo tisular) de modo que una mayoría de estas células cultivadas se dividen y producen, in vitro, productos génicos asociados con la matriz extracelular (es decir GAG). As used herein, the word "chondrocyte" refers to a specific type of cartilaginous cell. In vivo, these cells are characterized by defined morphologies and physiologies (observed in situ) compared to morphologies and physiologies in vitro (observed in tissue culture) for these same cells. For example, chondrocytes collected from adult mammalian trochlea substantially do not divide and do not produce substantially any extracellular matrix (ie GAG). In contrast, substantially quiescent chondrocytes isolated from adult mammalian trochlea are activated in vitro (for example when placed in tissue culture) so that a majority of these cultured cells divide and produce, in vitro, gene products associated with the matrix extracellular (ie GAG).

Como se usa en el presente documento, la expresión “condrocitos suspendidos” se refiere a cualquier número de condrocitos en un fluido. En una realización preferida dicho fluido comprende colágeno de tipo I acuoso. As used herein, the term "suspended chondrocytes" refers to any number of chondrocytes in a fluid. In a preferred embodiment said fluid comprises aqueous type I collagen.

Como se usa en el presente documento, la expresión “suministrar tejido” se refiere al procedimiento de introducir, insertar, inyectar o trasplantar células o tejido de un donante a un huésped. Por ejemplo, la presente invención contempla procedimientos en los que se suministra tejido que ha crecido en el sistema de múltiples capas de la presente invención (es decir neo-tejido) en un huésped en, por ejemplo, el sitio de una lesión (es decir lesión diana). As used herein, the term "supply tissue" refers to the procedure of introducing, inserting, injecting or transplanting cells or tissue from a donor to a host. For example, the present invention contemplates methods in which tissue that has grown in the multilayer system of the present invention (i.e. neo-tissue) is supplied in a host at, for example, the site of an injury (i.e. target lesion).

Como se usa en el presente documento, la expresión “presión hidrostática cíclica” (y la abreviatura “CHP”) se refiere a la aplicación de periodos repetidos (por ejemplo dos o más) de presión hidrostática aplicada (dentro de un intervalo de carga definido) que preferentemente crea una forma de onda sinusoidal de presión medida. En una realización preferida dicha CHP es 3,0 MPa a 0,5 Hz. As used herein, the term "cyclic hydrostatic pressure" (and the abbreviation "CHP") refers to the application of repeated periods (for example two or more) of applied hydrostatic pressure (within a defined load range ) that preferably creates a sine waveform of measured pressure. In a preferred embodiment said CHP is 3.0 MPa at 0.5 Hz.

Como se usa en el presente documento, la expresión “presión constante” se refiere a la aplicación de una carga de presión sustancialmente no fluctuante (por ejemplo más o menos un 20 % o menos, o más preferentemente un 5 % As used herein, the term "constant pressure" refers to the application of a substantially non-fluctuating pressure load (for example more or less 20% or less, or more preferably 5%

o menos) o presión no cíclica durante un periodo de tiempo. or less) or non-cyclic pressure for a period of time.

Como se usa en el presente documento, el término “carga” o “intervalo de carga” se refiere a un periodo de carga de CHP aplicada seguido de un retorno a presión ambiental (por ejemplo en la que no se aplica presión externa). As used herein, the term "load" or "load range" refers to a period of applied CHP loading followed by a return to ambient pressure (for example in which no external pressure is applied).

Como se usa en el presente documento, la expresión “fase de reposo” se refiere a un periodo de tiempo variable en el que las células se mantienen en cultivo a aproximadamente presión atmosférica después de exposición a un cultivo bajo presión hidrostática cíclica. As used herein, the term "resting phase" refers to a variable period of time in which the cells are maintained in culture at approximately atmospheric pressure after exposure to a culture under cyclic hydrostatic pressure.

Como se usa en el presente documento, la expresión “formación de novo” se refiere a la producción de células (por ejemplo, condrocitos, fibroblastos, fibrocondrocitos, tenocitos y osteoblastos) o tejidos (por ejemplo tejido conectivo cartilaginoso, fibrocartílago, tendón y hueso) dentro de una estructura de soporte (por ejemplo sistema de múltiples capas, armazón o matriz de colágeno). As used herein, the term "de novo formation" refers to the production of cells (for example, chondrocytes, fibroblasts, fibrochondrocytes, tenocytes and osteoblasts) or tissues (for example cartilaginous connective tissue, fibrocartilage, tendon and bone ) within a support structure (for example multi-layer system, frame or collagen matrix).

Como se usa en el presente documento, la expresión “Colágeno de tipo I” se caracteriza por dos cadenas alfa 1 (I) y una cadena alfa 2 (I) (colágeno heterotrimérico). Las cadenas alfa 1(I) son aproximadamente de 300 nm de longitud. El colágeno de tipo I se encuentra predominantemente en hueso, piel (en estructuras de tipo lámina) y tendón (en estructuras de tipo cuerda). El colágeno de tipo I se tipifica adicionalmente por su reacción con el núcleo proteico de otro componente de tejido conectivo conocido como proteoglicano. As used herein, the term "Type I collagen" is characterized by two alpha 1 (I) chains and an alpha 2 (I) chain (heterotrimeric collagen). The alpha 1 (I) chains are approximately 300 nm in length. Type I collagen is found predominantly in bone, skin (in sheet-like structures) and tendon (in rope-like structures). Type I collagen is further typified by its reaction with the protein core of another connective tissue component known as proteoglycan.

Como se usa en el presente documento, la expresión “colágeno de tipo II” se caracteriza por tres cadenas idénticas alfa 1 (II) (colágeno homotrimérico) presentes en el cromosoma 12. El colágeno de tipo II en cartílago se presenta como fibrillas delgadas en una malla suelta, que interacciona fuertemente con otros componentes (especialmente proteoglicanos). El colágeno de tipo II está reticulado de forma covalente con colágeno de tipo IX y otros colágenos FACIT, que ayudan en la formación de colágeno de tipo II. Esta molécula también es capaz de unirse e interaccionar con moléculas de integrina y decorina. As used herein, the term "type II collagen" is characterized by three identical alpha 1 (II) chains (homotrimeric collagen) present on chromosome 12. Type II collagen in cartilage is presented as thin fibrils in a loose mesh, which interacts strongly with other components (especially proteoglycans). Type II collagen is covalently crosslinked with type IX collagen and other FACIT collagen, which aids in the formation of type II collagen. This molecule is also able to bind and interact with integrin and decorin molecules.

Como se usa en el presente documento, “colágeno de tipo I acuoso neutralizado” se refiere a colágeno de tipo I sin carga. As used herein, "neutralized aqueous type I collagen" refers to type I collagen without charge.

Como se usa en el presente documento, “MMP” se refiere a “metaloproteinasa de matriz”. MMP se asocia con degeneración de cartílagos en una articulación enferma. MMP puede distinguirse adicionalmente como MMP-1, MMP-2, MMP-9, etc. As used herein, "MMP" refers to "matrix metalloproteinase." MMP is associated with degeneration of cartilage in a diseased joint. MMP can be further distinguished as MMP-1, MMP-2, MMP-9, etc.

Como se usa en el presente documento, el término “MPa” significa MegaPascal. Un MPa es igual a 145 psi. As used herein, the term "MPa" means MegaPascal. An MPa is equal to 145 psi.

Como se usa en el presente documento, el término “mandril” se refiere a un eje, huso o varilla ahusado o cilíndrico que actúa como un núcleo alrededor del cual el material puede moldearse por vaciado, forjarse, torsionarse o modelarse de otro modo. As used herein, the term "mandrel" refers to a tapered, cylindrical shaft, spindle or rod that acts as a core around which the material can be cast by casting, forged, twisted or otherwise modeled.

Como se usa en el presente documento, la expresión “tejido epitelial” se refiere a la capa celular (normalmente avascular) que abarca las superficies libres, cutáneas, mucosas y serosas, incluyendo las glándulas y otras estructuras derivadas de las mismas. El tejido epitelial presenta células escamosas, cúbicas y/o columnares tras su examen histológico. Además, el tejido epitelial puede describirse como simple, estratificado o pseudoestratificado. As used herein, the term "epithelial tissue" refers to the cell layer (usually avascular) that encompasses the free, cutaneous, mucous and serous surfaces, including the glands and other structures derived therefrom. The epithelial tissue has squamous, cubic and / or columnar cells after histological examination. In addition, epithelial tissue can be described as simple, stratified or pseudostratified.

Como se usa en el presente documento, la expresión “tejido conectivo” se refiere a tejido que protege y soporta el cuerpo y sus órganos, y tejidos que unen órganos entre sí. Los ejemplos de tales tejidos incluyen (pero sin limitación) mesénquima, tejido conectivo mucoso, areolar (suelto), adiposo, reticular, elástico, colagenoso, óseo, sangre o cartilaginoso (por ejemplo, cartílago hialino, fibroso y elástico). As used herein, the term "connective tissue" refers to tissue that protects and supports the body and its organs, and tissues that bind organs together. Examples of such tissues include (but not limited to) mesenchyme, mucous connective tissue, areolar (loose), adipose, reticular, elastic, collagenous, bone, blood or cartilaginous (for example, hyaline, fibrous and elastic cartilage).

Como se usa en el presente documento, la expresión “tejido muscular” se refiere a tejido que se caracteriza por la capacidad para contraerse tras estimulación y puede categorizarse como esquelético, cardíaco y liso. As used herein, the term "muscle tissue" refers to tissue that is characterized by the ability to contract after stimulation and can be categorized as skeletal, cardiac and smooth.

Como se usa en el presente documento, la expresión “tejido nervioso” se refiere a tejido (que comprende fibras nerviosas, dendritas y tejidos de soporte) que inicia y transmite impulsos nerviosos. As used herein, the term "nerve tissue" refers to tissue (comprising nerve fibers, dendrites and support tissues) that initiates and transmits nerve impulses.

Como se usa en el presente documento, las expresiones “tejido de membrana” y “tejido membranoso” se refiere a una combinación de tejido epitelial y tejido conectivo que forma una membrana. Los ejemplos de tales membranas incluyen (pero sin limitación) membranas mucosas, serosas, cutáneas y sinoviales. As used herein, the terms "membrane tissue" and "membranous tissue" refers to a combination of epithelial tissue and connective tissue that forms a membrane. Examples of such membranes include (but not limited to) mucous, serous, cutaneous and synovial membranes.

Como se usa en el presente documento, la expresión “solución de sol-gel” se refiere a una suspensión coloidal que puede cambiar de un líquido (sol) a un material más sólido (gel). En una realización preferida, el “sol” es una suspensión de colágeno acuoso que cambia, por tratamiento con calor, a un gel. As used herein, the term "sol-gel solution" refers to a colloidal suspension that can change from a liquid (sol) to a more solid material (gel). In a preferred embodiment, the "sun" is an aqueous collagen suspension that changes, by heat treatment, to a gel.

Como se usa en el presente documento, el término “gel” o “gelificado” se refiere al estado de la materia entre líquido y sólido. Como tal, un “gel” tiene algunas de las propiedades de un líquido (es decir, la forma es elástica y deformable) y algunas de las propiedades de un sólido (es decir, la forma es suficientemente discreta para mantener tres dimensiones en una superficie bidimensional). As used herein, the term "gel" or "gelled" refers to the state of matter between liquid and solid. As such, a "gel" has some of the properties of a liquid (that is, the shape is elastic and deformable) and some of the properties of a solid (that is, the shape is discrete enough to maintain three dimensions on a surface two-dimensional).

Como se usa en el presente documento, la expresión “parcialmente gelificado” se refiere al estado de la materia entre líquido y sólido de modo que una sustancia demuestre más de las propiedades de un líquido (es decir, la forma es elástica y deformable) y menos de las propiedades de un sólido (es decir, la forma es suficientemente discreta para mantener tres dimensiones en una superficie bidimensional). As used herein, the term "partially gelled" refers to the state of matter between liquid and solid so that a substance demonstrates more of the properties of a liquid (ie, the shape is elastic and deformable) and less than the properties of a solid (that is, the shape is discrete enough to maintain three dimensions on a two-dimensional surface).

Como se usa en el presente documento, el término “solidifica” o “solidificado” se refiere a cualquier procedimiento por el que una sustancia se haga sólida, compacta o dura. As used herein, the term "solidifies" or "solidified" refers to any process whereby a substance becomes solid, compact or hard.

Como se usa en el presente documento, la expresión “solidifica parcialmente” o “solidificado parcialmente” se refiere a cualquier procedimiento por el que una sustancia se haga en algún grado más sólida compacta o dura en comparación con la sustancia sobre la que se actúa. As used herein, the term "partially solidified" or "partially solidified" refers to any process whereby a substance is made to some degree more compact or hard solid compared to the substance on which it is acted.

Como se usa en el presente documento, las palabras “curar” o “curado” se refiere a la aplicación de un procedimiento químico o físico para solidificar adicionalmente un gel. As used herein, the words "cure" or "cure" refers to the application of a chemical or physical process to further solidify a gel.

Como se usa en el presente documento, la expresión “medio de tratamiento” se refiere a cualquier dispositivo que pueda regular la temperatura, presión atmosférica y/o saturación de gas. As used herein, the term "treatment medium" refers to any device that can regulate the temperature, atmospheric pressure and / or gas saturation.

Como se usa en el presente documento, la expresión “dispositivo sembrado” se refiere a una matriz que contiene cualquier número de células. En una realización preferida, dicho dispositivo sembrado comprende condrocitos dispuestos dentro de una matriz de esponja de colágeno. As used herein, the term "seeded device" refers to a matrix that contains any number of cells. In a preferred embodiment, said seeded device comprises chondrocytes disposed within a collagen sponge matrix.

Como se usa en el presente documento, la expresión “elaborar productos génicos” se refiere a la producción de péptidos y/o proteínas por una célula. En una realización preferida, los condrocitos producen proteínas asociadas con la matriz extracelular de cartílago (incluyendo pero sin limitación GAG). As used herein, the term "make gene products" refers to the production of peptides and / or proteins by a cell. In a preferred embodiment, the chondrocytes produce proteins associated with the extracellular matrix of cartilage (including but not limited to GAG).

Descripción detallada de la invención Detailed description of the invention

La presente invención refiere a procedimientos para la preparación de neo-tejidos y construcciones tisulares. En particular, la invención se refiere a la construcción de una estructura biológica de múltiples capas (por ejemplo, cualquier forma tridimensional) que incluye al menos una capa de matriz sembrada con células vivas. The present invention relates to processes for the preparation of neo-tissues and tissue constructions. In particular, the invention relates to the construction of a multi-layer biological structure (for example, any three-dimensional shape) that includes at least one matrix layer seeded with living cells.

I. Diseño general de un sistema para la producción de tejidos y construcciones tisulares I. General design of a system for tissue production and tissue construction

La presente invención proporciona un procedimiento para la preparación de una composición que comprende una matriz que contiene células, originalmente recogidas de un órgano o tejido in situ, que se han expandido posteriormente (mediante cultivo celular in vitro) antes de sembrar dentro de dicha matriz. En una realización, esta composición, que comprende una matriz sembrada, se sitúa (como un casete) en un aparato de cultivo tisular (en un ejemplo un procesador tisular) de modo que las células dispuestas dentro de dicho sistema puedan expandirse en número y/o diferenciarse. No se pretende que la presente invención se limite a ningún tipo específico de célula. Dichas células son condrocitos que se multiplican y diferencian cuando se cultivan en condiciones que incluyen presión hidrostática cíclica. The present invention provides a process for the preparation of a composition comprising a matrix containing cells, originally collected from an organ or tissue in situ, which have subsequently been expanded (by in vitro cell culture) before seeding into said matrix. In one embodiment, this composition, which comprises a seeded matrix, is placed (as a cassette) in a tissue culture apparatus (in an example a tissue processor) so that the cells arranged within said system can expand in number and / or differentiate. It is not intended that the present invention be limited to any specific type of cell. These cells are chondrocytes that multiply and differentiate when grown under conditions that include cyclic hydrostatic pressure.

La presente invención no se limita a una configuración específica. En una realización, sin embargo, la presente invención prepara un sistema que comprende dos capas. The present invention is not limited to a specific configuration. In one embodiment, however, the present invention prepares a system comprising two layers.

La capa de soporte celular proporciona una plataforma que contiene las células sembradas en el sistema y proporciona soporte para dichas células a medida que ellas: a) se dividen y diferencian (en un aparato de cultivo tisular) en un neo-tejido y b) cuando dicho sistema se implanta en un huésped. The cell support layer provides a platform that contains the cells seeded in the system and provides support for said cells as they: a) divide and differentiate (in a tissue culture apparatus) into a neo-tissue and b) when said system is implanted in a host.

La capa de integración protege el neo-tejido a medida que se divide, ex vivo, en un aparato de cultivo tisular. Una vez que dicho neo-tejido se implanta en un huésped, la capa de integración se orienta para enfrentarse a una superficie tisular nativa de dicho huésped, exponiendo de este modo dicho neo-tejido al medio, incluyendo factores humorales (por ejemplo, hormonas y factores tróficos), en el sitio de trasplante. The integration layer protects the neo-tissue as it is divided, ex vivo, into a tissue culture apparatus. Once said neo-tissue is implanted in a host, the integration layer is oriented to face a tissue surface native to said host, thereby exposing said neo-tissue to the medium, including humoral factors (e.g., hormones and trophic factors), at the transplant site.

En algunas realizaciones, el sistema también comprende una capa protectora que encapsula sustancialmente la capa de soporte celular y la capa de integración. El diseño de múltiples capas de los sistemas puede fabricarse en una diversidad de formas. En una realización, el sistema puede ser una lámina. En otra realización, el sistema puede formarse para aproximarse a la estructura tridimensional de un tejido u órgano como se observa in vivo incluyendo, pero sin limitación tubos, elipsoides y claviformes. In some embodiments, the system also comprises a protective layer that substantially encapsulates the cell support layer and the integration layer. The multi-layer design of the systems can be manufactured in a variety of ways. In one embodiment, the system may be a sheet. In another embodiment, the system can be formed to approximate the three-dimensional structure of a tissue or organ as seen in vivo including, but not limited to tubes, ellipsoids and claviforms.

Los neo-tejidos (o “productos”) propagados de acuerdo con los procedimientos enumerados en la presente invención replican sustancialmente tejidos nativos. Específicamente, los sistemas y procedimientos de la presente invención producen tejidos que reproducen sustancialmente la anatomía y fisiología de tejidos nativos. En una realización, los neo-tejidos preparados en la presente invención se propagan de células originalmente recogidas del huésped pretendido (por ejemplo, son autólogas). En algunas realizaciones las capas de integración y de soporte celular de la presente invención son biodegradables. En estas realizaciones, los componentes no celulares del sistema se biodegradan de modo que, tras su implantación en un huésped, sólo se integra el neo-tejido en el huésped. Neo-tissues (or "products") propagated in accordance with the procedures listed in the present invention substantially replicate native tissues. Specifically, the systems and procedures of the present invention produce tissues that substantially reproduce the anatomy and physiology of native tissues. In one embodiment, the neo-tissues prepared in the present invention are propagated from cells originally collected from the intended host (for example, they are autologous). In some embodiments the cell support and integration layers of the present invention are biodegradable. In these embodiments, the non-cellular components of the system are biodegraded so that, after implantation in a host, only the neo-tissue is integrated into the host.

Como se ha descrito anteriormente el sistema de múltiples capas comprende al menos dos capas, una capa de soporte celular y una capa de integración. En realizaciones seleccionadas, el sistema también incorpora una capa protectora. Cada una de estas capas se describe en más detalle posteriormente. Sin embargo, la presente invención también contempla la incorporación de capas complementarias en el sistema. Estas capas complementarias pueden contener una diversidad de factores tróficos incluyendo, pero sin limitación, factor de crecimiento epidérmico (EGF), factor de crecimiento transformante P (por ejemplo, TGF β-1, TGF β-2, etc.), factor de crecimiento derivado de plaquetas (por ejemplo, PDGF-AA, PDGF-AB y PDGF-BB), factores de crecimiento de fibroblastos (FGF), factores de crecimiento de tipo insulina (IGF), factores de necrosis tumoral (TNF), factores estimulantes de colonias (CSF), factores de crecimiento nervioso (NGF), factor de crecimiento de tejido conectivo (CTGF), factor neurotrófico derivado de cerebro (BDNF), factor neurotrófico ciliar (CNTF), factores pro-angiogénicos o anti-angiogénicos, y otros agentes terapéuticos incluyendo, pero sin limitación, citocinas, interleucinas (por ejemplo, IL-1, IL-2) u otros cofactores tales como heparina o calmodulina, antibióticos, agentes antineoplásicos y antibacterianos, para estimular adicionalmente o controlar la remodelación tisular o para combatir la sepsis. As described above, the multilayer system comprises at least two layers, a cell support layer and an integration layer. In selected embodiments, the system also incorporates a protective layer. Each of these layers is described in more detail later. However, the present invention also contemplates the incorporation of complementary layers in the system. These complementary layers may contain a variety of trophic factors including, but not limited to, epidermal growth factor (EGF), transforming growth factor P (e.g., TGF β-1, TGF β-2, etc.), growth factor platelet-derived (e.g. PDGF-AA, PDGF-AB and PDGF-BB), fibroblast growth factors (FGF), insulin-like growth factors (IGF), tumor necrosis factors (TNF), stimulatory factors colonies (CSF), nerve growth factors (NGF), connective tissue growth factor (CTGF), brain-derived neurotrophic factor (BDNF), ciliary neurotrophic factor (CNTF), pro-angiogenic or anti-angiogenic factors, and others therapeutic agents including, but not limited to, cytokines, interleukins (e.g., IL-1, IL-2) or other cofactors such as heparin or calmodulin, antibiotics, antineoplastic and antibacterial agents, to further stimulate or control the remodeling tissue ion or to combat sepsis.

En otras realizaciones, tales capas complementarias pueden proporcionar factores ontogénicos o morfogénicos tales como, proteínas morfogénicas del hueso (BMP 1-8); productos génicos de la familia de Hedgehog (hh); productos génicos de la familia de Hox; productos génicos de la familia de Pax; productos génicos de Notch; osteoprotegerina; y proteínas de unión a osteoprotegerina. In other embodiments, such complementary layers may provide ontogenic or morphogenic factors such as bone morphogenic proteins (BMP 1-8); gene products from the Hedgehog family (hh); gene products of the Hox family; gene products of the Pax family; Notch gene products; osteoprotegerin; and osteoprotegerin binding proteins.

Es importante observar que aunque el diseño general del sistema de la presente invención posibilita un sistema que comprende más de una capa, la presente invención también contempla realizaciones que comprenden solamente la capa de soporte celular. It is important to note that although the general design of the system of the present invention enables a system comprising more than one layer, the present invention also contemplates embodiments comprising only the cellular support layer.

II. Los componentes del sistema de múltiples capas II. The multilayer system components

1. La capa de soporte celular (y “matriz de TESS”) 1. The cell support layer (and "TESS matrix")

La capa de soporte celular de la presente invención (en una realización comercial específica denominada “matriz de TESS”) comprende una matriz que facilita la propagación tridimensional de tejido y construcciones tisulares. La función de la capa de soporte celular es, en parte, proporcionar una plataforma de crecimiento para condrocitos. Las características deseables de la capa de soporte celular incluyen (pero sin limitación) biocompatibilidad, hidrofilia, y carga neutra. En una realización, la capa de soporte celular comprende una matriz (o estructura reticular de tipo panal) fabricada sustancialmente de colágeno de tipo I. En una realización preferida dicha matriz de colágeno de tipo I en panal se denomina “matriz de TESS”. The cellular support layer of the present invention (in a specific commercial embodiment called "TESS matrix") comprises a matrix that facilitates three-dimensional propagation of tissue and tissue constructs. The function of the cell support layer is, in part, to provide a growth platform for chondrocytes. Desirable characteristics of the cell support layer include (but not limited to) biocompatibility, hydrophilicity, and neutral charge. In one embodiment, the cellular support layer comprises a matrix (or honeycomb reticular structure) made substantially of type I collagen. In a preferred embodiment said type I collagen matrix in honeycomb is called a "TESS matrix."

No se pretende que esta capa de soporte celular se limite a ningún material o formulación específico. Por ejemplo, la matriz descrita en la Patente japonesa Nº 6.022.744 es adecuada para su uso como una capa de soporte celular como se describe en la presente invención. Esta matriz se prepara por gelificación de una solución de colágeno acuosa ácida con gas de amoniaco para formar un gel de colágeno y después liofilizar dicho gel para evaporar sustancialmente todo el agua, formando de este modo una matriz seca sustancialmente porosa. It is not intended that this cell support layer be limited to any specific material or formulation. For example, the matrix described in Japanese Patent No. 6,022,744 is suitable for use as a cell support layer as described in the present invention. This matrix is prepared by gelling a solution of acidic aqueous collagen with ammonia gas to form a collagen gel and then lyophilizing said gel to substantially evaporate all of the water, thereby forming a substantially porous dry matrix.

En un ejemplo, se vierten 300 gramos de una solución de atelocolágeno acuosa al 1 % (mantenida a pH 3,0) en una bandeja de 10 x 20 cm. Esta bandeja se sitúa después en un recipiente de 5 litros. Se sitúa después un recipiente abierto de 50 ml que contiene 30 ml de una solución de amoniaco acuoso al 3 % junto a la bandeja, en la cámara de 5 litros, que contiene 300 gramos de dicha solución acuosa al 1 % de atelocolágeno. El recipiente de 5 litros (que contiene las bandejas abiertas de atelocolágeno y amoniaco) se sella después y se deja reposar a temperatura ambiente durante 12 horas. Durante este periodo el gas de amoniaco liberado del recipiente abierto de amoniaco acuoso, y confinado dentro del recipiente de 5 litros sellado, se hace reaccionar con el atelocolágeno acuoso, gelificando de este modo dicha solución acuosa de atelocolágeno. In one example, 300 grams of a 1% aqueous atelocollagen solution (maintained at pH 3.0) is poured into a 10 x 20 cm tray. This tray is then placed in a 5 liter container. An open 50 ml container containing 30 ml of a 3% aqueous ammonia solution is placed next to the tray, in the 5 liter chamber, containing 300 grams of said 1% aqueous solution of atelocollagen. The 5 liter container (containing the open trays of atelocollagen and ammonia) is then sealed and allowed to stand at room temperature for 12 hours. During this period the ammonia gas released from the open container of aqueous ammonia, and confined within the sealed 5 liter vessel, is reacted with the aqueous atelocollagen, thereby gelling said aqueous solution of atelocollagen.

Este gel de colágeno se lava después con agua durante una noche y, posteriormente, se liofiliza para producir una matriz de tipo esponja. Esta matriz liofilizada se corta después en cuadrados, se esteriliza y se almacena bajo una envoltura estéril. This collagen gel is then washed with water overnight and subsequently lyophilized to produce a sponge-like matrix. This lyophilized matrix is then cut into squares, sterilized and stored under a sterile envelope.

La presente invención contempla matrices preparadas de acuerdo con otros protocolos. En una realización, se usará la matriz preparada de acuerdo con el protocolo expuesto en la Patente de Estados Unidos Nº 5.206.028 de Li. En otra realización, se usarán las matrices de colágeno preparadas de acuerdo con los protocolos expuestos en la Patente de Estados Unidos Nº 5.656.492 de Glowacki y col. The present invention contemplates matrices prepared in accordance with other protocols. In one embodiment, the matrix prepared according to the protocol set forth in US Patent No. 5,206,028 to Li will be used. In another embodiment, the collagen matrices prepared in accordance with the protocols set forth in US Patent No. 5,656,492 to Glowacki et al.

El tamaño de poro de estas matrices de colágeno puede ajustarse variando el pH de la dispersión, la concentración de colágeno y el ciclo de liofilización (por ejemplo, tiempo de congelación, intervalo de temperaturas y tiempo del ciclo). Véase, Patente de Estados Unidos Nº 4.522.753 de Yannas y col. Aunque no se pretende que la presente invención se limite a ningún mecanismo específico, el ajuste a tamaño de poro puede ser ventajoso en la promoción de la distribución uniforme de células con diferentes morfologías. The pore size of these collagen matrices can be adjusted by varying the pH of the dispersion, the concentration of collagen and the lyophilization cycle (for example, freezing time, temperature range and cycle time). See, U.S. Patent No. 4,522,753 to Yannas et al. Although it is not intended that the present invention be limited to any specific mechanism, adjustment to pore size may be advantageous in promoting the uniform distribution of cells with different morphologies.

Por ejemplo, los condrocitos cultivados en una matriz de colágeno de tipo I muestran infiltración aumentada en dicha matriz cuando el tamaño de poro medio de dicha matriz era mayor de 100 micrómetros. Véase, Patente de Estados Unidos Nº 6.080.194 de Pachence y col. Aunque no se pretende que la capa de soporte de la presente invención se limite a un tamaño de poro específico, en una realización de la presente invención dicho tamaño de poro está en un intervalo de aproximadamente 50-500 micrómetros. En otra realización, el tamaño de poro está en un intervalo de 100-300 micrómetros. En otra realización, el tamaño del poro es de aproximadamente 200 micrómetros. For example, chondrocytes cultured in a type I collagen matrix show increased infiltration in said matrix when the average pore size of said matrix was greater than 100 micrometers. See, U.S. Patent No. 6,080,194 to Pachence et al. Although it is not intended that the support layer of the present invention be limited to a specific pore size, in an embodiment of the present invention said pore size is in a range of about 50-500 micrometers. In another embodiment, the pore size is in a range of 100-300 micrometers. In another embodiment, the pore size is about 200 micrometers.

No se pretende que la presente invención se limite a una capa de soporte celular que comprende colágeno de tipo I. En otras realizaciones, las capas de soporte celular del sistema están compuestas de otros materiales, incluyendo (pero sin limitación): otros colágenos tales como colágeno de tipo II y tipo IV; geles de colágeno contraídos por células que contienen otros componentes de la matriz extracelular tales como, proteoglicanos, glicosaminoglicanos, glicoproteínas (por ejemplo, fibronectina, laminina, etc.); elastina y/o factores de crecimiento peptídicos bioactivos o citocinas; otros biopolímeros tales como fibrina; fibras biodegradables sintéticas compuestas de tales polímeros como ácidos polilácticos o poliglicólicos, policaprolactonas o poliaminoácidos, o sus copolímeros; y estructuras de construcciones que comprenden colágeno y ácido poliláctico. It is not intended that the present invention be limited to a cellular support layer comprising type I collagen. In other embodiments, the cellular support layers of the system are composed of other materials, including (but not limited to): other collagens such as type II and type IV collagen; collagen gels contracted by cells containing other components of the extracellular matrix such as proteoglycans, glycosaminoglycans, glycoproteins (eg, fibronectin, laminin, etc.); elastin and / or bioactive peptide growth factors or cytokines; other biopolymers such as fibrin; synthetic biodegradable fibers composed of such polymers such as polylactic or polyglycolic acids, polycaprolactones or polyamino acids, or their copolymers; and construction structures comprising collagen and polylactic acid.

2. Componente de gel 2. Gel component

En una realización preferida del procedimiento de la presente invención, la matriz de soporte celular de la presente invención actúa como una esponja que capta por capilaridad (y distribuye uniformemente a lo largo de los intersticios de la matriz) células suspendidas en una solución de sol-gel en la que dicha solución de sol-gel está en su estado de sol. No se pretende que la presente invención se limite a un tipo específico de sol-gel. Sin embargo, las características preferidas de este sol-gel incluyen, pero sin limitación, una viscosidad (como un sol) que promueve la mezcla fácil de células en condiciones tales que se requieran fuerzas de cizallamiento solamente nominales para mezclar dichas células con dicho gel. En una realización preferida este sol-gel está sustancialmente compuesto de colágeno de tipo I y está disponible en el mercado (por ejemplo, VITROGEN producido por Cohesion Corporation de In a preferred embodiment of the process of the present invention, the cell support matrix of the present invention acts as a sponge that captures by capillarity (and evenly distributes along the interstices of the matrix) cells suspended in a solution of sol- gel in which said sol-gel solution is in its sol state. It is not intended that the present invention be limited to a specific type of sol-gel. However, preferred features of this sol-gel include, but are not limited to, a viscosity (such as a sun) that promotes easy mixing of cells under conditions that require only nominal shear forces to mix said cells with said gel. In a preferred embodiment this sol-gel is substantially composed of type I collagen and is commercially available (for example, VITROGEN produced by Cohesion Corporation of

Palo Alto, CA.). VITROGEN es un colágeno dérmico bovino solubilizado en pepsina purificado (es decir, 99.9 % puro) disuelto en HCl 0,012 N y mantenido como una solución estéril. Palo Alto, CA.). VITROGEN is a bovine dermal collagen solubilized in purified pepsin (i.e. 99.9% pure) dissolved in 0.012 N HCl and maintained as a sterile solution.

Otra característica preferida de este sol-gel es la capacidad para curarse (o cambiar) a una forma sólida, caracterizándose dicha forma sólida por una incapacidad sustancial para verterse o mezclarse libremente. No se pretende que la presente invención se limite a ningún mecanismo específico para curar dicho sol-gel a una forma sólida (por ejemplo, gel). En una realización, dicho curado comprende la aplicación de calor. En una realización preferida, el sol-gel se cura por la aplicación a una temperatura de aproximadamente 37 ºC. En otras realizaciones dicho sol-gel puede curarse a una forma sustancialmente sólida mediante exposición a compuestos químicos o radiación ultravioleta. Another preferred feature of this sol-gel is the ability to cure (or change) to a solid form, said solid form characterized by a substantial inability to pour or mix freely. It is not intended that the present invention be limited to any specific mechanism for curing said sol-gel to a solid form (eg, gel). In one embodiment, said curing comprises the application of heat. In a preferred embodiment, the sol gel is cured by application at a temperature of approximately 37 ° C. In other embodiments said sol-gel can be cured to a substantially solid form by exposure to chemical compounds or ultraviolet radiation.

En otra realización, la presente invención contempla el uso de geles vehículo polipeptídicos. In another embodiment, the present invention contemplates the use of polypeptide vehicle gels.

3. La capa de integración 3. The integration layer

El procedimiento de la presente invención también contempla una matriz de soporte, sembrada con células, que comprende además una capa de integración. La integración facilita la incorporación (in situ) de dicha matriz de soporte, sembrada con células, en una lesión o defecto en el cuerpo. En una realización, la capa de integración se pone en contacto con un órgano o tejido in situ. Es decir, la capa de integración forma una interfaz entre la matriz de soporte introducida (quirúrgicamente) sembrada con células y tejido u órgano in situ nativo de un receptor. The process of the present invention also contemplates a support matrix, seeded with cells, further comprising an integration layer. Integration facilitates the incorporation (in situ) of said support matrix, seeded with cells, into a lesion or defect in the body. In one embodiment, the integration layer is contacted with an organ or tissue in situ. That is, the integration layer forms an interface between the support matrix introduced (surgically) seeded with cells and tissue or organ in situ native to a receptor.

Dependiendo del tipo particular de células sembradas en la matriz de soporte y el tejido en el que se incorporarán dichas células, la capa de integración puede proporcionar funciones diferentes. En una realización, la capa protectora protege a la matriz sembrada con células implantada de señales endocrinas o paracrinas producidas por el tejido nativo del huésped. En otra realización la capa de integración puede configurarse para facilitar la transmisión de señales endocrinas o paracrinas del tejido nativo del huésped a la matriz sembrada con células implantada. Depending on the particular type of cells seeded in the support matrix and the tissue in which said cells will be incorporated, the integration layer may provide different functions. In one embodiment, the protective layer protects the seeded matrix with implanted cells from endocrine or paracrine signals produced by the host's native tissue. In another embodiment the integration layer can be configured to facilitate the transmission of endocrine or paracrine signals from the host's native tissue to the matrix seeded with implanted cells.

No se pretende que el procedimiento de la presente invención se limite a ningún mecanismo específico de acción para la capa de integración. En una realización, la capa de integración evita la infiltración de vasos sanguíneos y células no deseadas del tejido óseo subyacente en una matriz sembrada con condrocitos implantada en una articulación móvil de un huésped. It is not intended that the process of the present invention be limited to any specific mechanism of action for the integration layer. In one embodiment, the integration layer prevents infiltration of blood vessels and unwanted cells of the underlying bone tissue in a matrix seeded with chondrocytes implanted in a mobile joint of a host.

Al preparar la capa de integración de la presente invención, puede prepararse una barrera de colágeno densa de acuerdo con el procedimiento presentado en la Patente de Estados Unidos Nº 5.206.028. Una matriz de colágeno poroso, que tenga un grosor de aproximadamente 4 mm a 10 mm, se hidrata usando una cámara con humedad controlada (con una humedad relativa del 80 % a 25 °C) durante 60 minutos. El material de colágeno se comprime entre dos láminas de teflón a un grosor de menos de 0,2 mm. El material comprimido se reticula después en una solución de formaldehído al 0,5 %, bicarbonato sódico al 1 % a pH 8 durante 60 minutos. La membrana reticulada se aclara después exhaustivamente con agua, y se liofiliza durante aproximadamente 48 horas. La barrera de colágeno densa tiene una construcción interna de fibras densamente empaquetadas que se entrecruzan en una estructura de múltiples capas. In preparing the integration layer of the present invention, a dense collagen barrier can be prepared in accordance with the procedure presented in US Patent No. 5,206,028. A porous collagen matrix, which is approximately 4 mm to 10 mm thick, is hydrated using a chamber with controlled humidity (with a relative humidity of 80% at 25 ° C) for 60 minutes. The collagen material is compressed between two sheets of Teflon at a thickness of less than 0.2 mm. The compressed material is then crosslinked in a solution of 0.5% formaldehyde, 1% sodium bicarbonate at pH 8 for 60 minutes. The crosslinked membrane is then rinsed thoroughly with water, and lyophilized for approximately 48 hours. The dense collagen barrier has an internal construction of densely packed fibers that intersect in a multilayer structure.

En otra realización, la capa de integración se prepara a partir de dispersiones o soluciones basadas en colágeno que se secan al aire en forma de láminas. El secado se realiza a temperaturas que varían de aproximadamente 4 a 40 °C durante un periodo de tiempo de aproximadamente 7 a 48 horas. In another embodiment, the integration layer is prepared from dispersions or solutions based on collagen that are air dried in the form of sheets. Drying is carried out at temperatures ranging from about 4 to 40 ° C for a period of time from about 7 to 48 hours.

En otra realización, la capa de integración está comprendida por un copolímero de polietilenglicol y colágeno que absorbe lentamente el líquido y se biodegrada lentamente. La naturaleza adhesiva del copolímero de polietilenglicol y colágeno puede permitir que el sistema se sitúe más eficazmente en, y adherirse a, una lesión o defecto. In another embodiment, the integration layer is comprised of a copolymer of polyethylene glycol and collagen that slowly absorbs the liquid and biodegrades slowly. The adhesive nature of the polyethylene glycol and collagen copolymer can allow the system to be more effectively placed in, and adhere to, a lesion or defect.

No se pretende que la capa de integración enumerada en la presente invención se limite a un copolímero de polietilenglicol y colágeno. Por ejemplo, en otras realizaciones, la capa o las capas de integración del sistema pueden estar comprendidas por colágeno, fibrina, agarosa, alginato, quitina, ácido poliláctico, ácido poliglicólico, copolímeros de ácido poliláctico y poliglicólico y copolímeros de colágeno y fibrina. Además, la capa de integración puede incluir además materiales para promover, estimular o inhibir el crecimiento y desarrollo de tejidos y células específicos. It is not intended that the integration layer listed in the present invention be limited to a copolymer of polyethylene glycol and collagen. For example, in other embodiments, the system integration layer or layers may be comprised of collagen, fibrin, agarose, alginate, chitin, polylactic acid, polyglycolic acid, polylactic and polyglycolic acid copolymers, and collagen and fibrin copolymers. In addition, the integration layer may also include materials to promote, stimulate or inhibit the growth and development of specific tissues and cells.

Los ejemplos de tales materiales incluyen (pero sin limitación): polvo de hueso desmineralizado, factores de crecimiento y desarrollo tales como proteínas morfogenéticas del hueso; factores de crecimiento epidérmico; enzimas que estimulan la alteración de la matriz extracelular, tales como condroitinasa ABC (Patente de Estados Unidos Nº 5.916.557); y factores pro-angiogénicos tales como factor de crecimiento de células endoteliales vasculares (VEGF). Examples of such materials include (but not limited to): demineralized bone powder, growth and development factors such as bone morphogenetic proteins; epidermal growth factors; enzymes that stimulate the alteration of the extracellular matrix, such as chondroitinase ABC (US Patent No. 5,916,557); and pro-angiogenic factors such as vascular endothelial cell growth factor (VEGF).

En realizaciones de la presente invención diseñadas para promover la vascularización, la capa de integración de la presente invención puede contener factor anti-trombogénico tal como heparina, o materiales artificiales altamente cargados negativamente tales como copolímeros de estireno-etileno o butileno-etileno que producen un efecto antitrombogénico. In embodiments of the present invention designed to promote vascularization, the integration layer of the present invention may contain anti-thrombogenic factor such as heparin, or highly negatively charged artificial materials such as styrene-ethylene or butylene-ethylene copolymers that produce a antithrombogenic effect.

En otra realización de la presente invención diseñada para promover la formación de tejido óseo (por ejemplo, en el que se siembran osteoblastos en la matriz de soporte) la capa de integración puede contener factores osteogénicos y/o polvo de hueso desmineralizado para estimular el tejido subcondral in situ. In another embodiment of the present invention designed to promote bone tissue formation (eg, in which osteoblasts are planted in the support matrix) the integration layer may contain osteogenic factors and / or demineralized bone powder to stimulate tissue. subchondral in situ.

4. La capa protectora 4. The protective layer

Los procedimientos preferidos de la presente invención también contemplan una matriz de soporte, sembrada con las células, que comprende además una capa protectora. La capa protectora encapsula la superficie externa de una matriz de soporte sembrada con células. La capa protectora aísla una matriz de soporte sembrada con células del traumatismo mecánico y fisiológico que, en algunas aplicaciones, se asocia con la implantación de una matriz sembrada con células en un huésped; permitiendo simultáneamente que los nutrientes se muevan a dicha matriz sembrada con células. En una realización, la capa protectora se aplica a la matriz sembrada con células antes y/o después de que dicha matriz se retire de un procesador tisular. Preferred methods of the present invention also contemplate a support matrix, seeded with the cells, further comprising a protective layer. The protective layer encapsulates the outer surface of a support matrix seeded with cells. The protective layer isolates a support matrix seeded with mechanical and physiological trauma cells which, in some applications, is associated with the implantation of a matrix seeded with cells in a host; simultaneously allowing nutrients to move to said matrix seeded with cells. In one embodiment, the protective layer is applied to the matrix seeded with cells before and / or after said matrix is removed from a tissue processor.

En una realización preferida, la capa protectora comprende una solución patentada, designada CT3, que se fabrica por Cohesion Technologies de Palto Alto, CA que se aplica sobre la superficie de una matriz sembrada con condrocitos que se ha retirado después de un periodo de cultivo dado en un procesador tisular. En una realización, un cirujano aplica esta CT3 en aerosol a hueso subcondral in situ. Al situar la capa de soporte celular, un cirujano sitúa el material polimérico en la lesión y, sin esperar a que se polimerice completamente, sitúa el neo-cartílago en posición. De este modo, la capa dirigida hacia el hueso subcondral sella el hueso subcondral y mantiene la capa de soporte celular (por ejemplo, neo-cartílago) en su sitio. La capa protectora externa que comprende dicho polímero se aplica después en una forma que polimeriza rápidamente, y se aplica de tal manera que la mantenga por debajo de la superficie móvil de la articulación para evitar que se desplace por fricción. In a preferred embodiment, the protective layer comprises a patented solution, designated CT3, which is manufactured by Cohesion Technologies of Palto Alto, CA that is applied on the surface of a chondrocyte-plated matrix that has been removed after a given cultivation period. in a tissue processor. In one embodiment, a surgeon applies this CT3 in aerosol to subchondral bone in situ. By placing the cell support layer, a surgeon places the polymeric material in the lesion and, without waiting for it to completely polymerize, places the neo-cartilage in position. In this way, the layer directed towards the subchondral bone seals the subchondral bone and keeps the cell support layer (eg, neo-cartilage) in place. The outer protective layer comprising said polymer is then applied in a form that rapidly polymerizes, and is applied in such a way as to keep it below the mobile surface of the joint to prevent friction travel.

En una realización, una vez que el sistema se ha suministrado o implantado en el defecto o lesión diana, la capa protectora protege el nuevo tejido de fuerzas o procesos dirigidos hacia él desde la superficie funcional, facilitando de este modo la integración del soporte celular con el tejido nativo que rodea la lesión. Por ejemplo, cuando se usa para proteger neo-cartílago implantado, esta capa protectora puede sustituir a otros tipos de intervenciones quirúrgicas protectoras haciendo innecesaria la necesidad de retirar una capa fina del periostio del paciente de un hueso canalicular, y su aseguración posterior en su sitio sobre el sistema para contener el neo-cartílago. In one embodiment, once the system has been supplied or implanted in the target defect or lesion, the protective layer protects the new tissue from forces or processes directed towards it from the functional surface, thereby facilitating the integration of the cellular support with the native tissue surrounding the lesion. For example, when used to protect implanted neo-cartilage, this protective layer can replace other types of protective surgical interventions making it unnecessary to remove a thin layer of the patient's periosteum from a canalicular bone, and its subsequent securing in place. on the system to contain the neo-cartilage.

En un sistema para la producción de neo-cartílago, es deseable además que la capa protectora esté cargada positivamente o cargada neutra para contener químicamente la matriz natural producida por el neo-cartílago a medida que se desarrolle y produce componentes cargados negativamente tales como condroitín sulfato y otros glicosaminoglicanos. In a system for the production of neo-cartilage, it is further desirable that the protective layer be positively charged or neutrally charged to chemically contain the natural matrix produced by the neo-cartilage as it develops and produces negatively charged components such as chondroitin sulfate and other glycosaminoglycans.

La capa protectora del sistema puede tomar diferentes formas. La utilización de una forma frente a las otras depende de la naturaleza de la lesión y el sitio de lesión en el que deba suministrarse, devolverse o implantarse el neo-tejido. En una realización la presente invención contempla una lesión o parte de una lesión, in situ, con dicha capa protectora para crear un revestimiento y posteriormente poner en contacto una matriz de soporte sembrada con células con dicho revestimiento. The protective layer of the system can take different forms. The use of one form against the others depends on the nature of the lesion and the site of the lesion in which the neo-tissue must be delivered, returned or implanted. In one embodiment the present invention contemplates an injury or part of an injury, in situ, with said protective layer to create a liner and subsequently contact a support matrix seeded with cells with said liner.

No se pretende que la presente invención se limite a un sistema de múltiples capas que comprenda una capa protectora compuesta de ningún material específico. Por ejemplo, en una realización, la capa protectora comprende un sellante adhesivo que se aplica por el médico o cirujano después de situar la capa de integración y capa de soporte celular en la lesión, y no está, por lo tanto, unida al sistema en el momento de la siembra inicial de células. Para formar un sellado eficaz, es deseable que el sellante adhesivo se pulverice o se aplique con un instrumento tal como una jeringa de gran calibre de modo que el sellante adhesivo pueda manipularse fácilmente por el facultativo antes de la polimerización (o fijación) del copolímero. It is not intended that the present invention be limited to a multilayer system comprising a protective layer composed of any specific material. For example, in one embodiment, the protective layer comprises an adhesive sealant that is applied by the doctor or surgeon after placing the integration layer and cell support layer in the lesion, and is therefore not attached to the system in the time of initial planting of cells. To form an effective seal, it is desirable that the adhesive sealant be sprayed or applied with an instrument such as a large gauge syringe so that the adhesive sealant can be easily handled by the practitioner before polymerization (or fixation) of the copolymer.

Es deseable además que este material (es decir, sellante) sea capaz de resistir 0,01 – 15,00 MPa de tensión. El material usado para esta aplicación debería ser un polímero biológicamente fiable que con el tiempo se biodegradará en el cuerpo. Un ejemplo de un material que se prefiere es un copolímero (o construcción) de polietilenglicol y colágeno. De hecho, para las realizaciones de la presente invención en las que se siembran condrocitos en una matriz de colágeno, se prefieren sellantes basados en colágeno. Algunas de las ventajas de usar dicho copolímero (o construcción) en la capa protectora incluyen que dicho copolímero es eficaz, seguro, fuerte y duradero y que también puede usarse por el médico como un sellante quirúrgico después del suministro del sistema de múltiples capas o matriz (y las células correspondientes o neo-tejido) en la lesión diana. It is further desirable that this material (ie sealant) be able to withstand 0.01-15.00 MPa of tension. The material used for this application should be a biologically reliable polymer that will eventually biodegrade in the body. An example of a preferred material is a copolymer (or construction) of polyethylene glycol and collagen. In fact, for embodiments of the present invention in which chondrocytes are planted in a collagen matrix, collagen based sealants are preferred. Some of the advantages of using said copolymer (or construction) in the protective layer include that said copolymer is effective, safe, strong and durable and that it can also be used by the physician as a surgical sealant after delivery of the multi-layer system or matrix (and corresponding cells or neo-tissue) in the target lesion.

En otra realización, la capa externa/protectora comprende una capa protectora de un sellante (es decir, material) pulverizado sobre la superficie del sistema de múltiples capas antes de cultivar dicho sistema, y después se refuerza con más del mismo material una vez que se sitúa en la lesión. In another embodiment, the outer / protective layer comprises a protective layer of a sealant (ie, material) sprayed on the surface of the multilayer system before cultivating said system, and then reinforced with more of the same material once it is locates in the injury.

En otra realización, puede usarse cualquiera de las composiciones de polímeros biocompatibles de gelificación rápida descritas en la Solicitud de Patente de Estados Unidos Nº de Serie 20010055615 (correspondiente al Nº de serie 09/293.708) de Wallace (publicada el 27 de diciembre de 2001) puede usarse como la capa protectora en la presente invención. In another embodiment, any of the fast gelling biocompatible polymer compositions described in US Patent Application Serial No. 20010055615 (corresponding to Serial No. 09 / 293,708) by Wallace (published December 27, 2001) can be used It can be used as the protective layer in the present invention.

En otra realización más, la capa protectora comprende un material rígido, pero flexible, que puede aplicarse encajándolo en un sitio de lesión, sellando eficazmente la lesión y cumpliendo adicionalmente la función protectora. Dicha realización puede denominarse capa protectora de calaje. Los ejemplos de materiales adecuados para su uso en esta realización incluyen, pero sin limitación, formas de polilactato o copolímero de ácido poliláctico-poliglicólico, y una estructura condensada no-tejida de N-glucosamina de diversos grados de acetilación. La presente invención contempla el uso de tales materiales bien usados individualmente o bien en combinación. Además, la presente invención contempla realizaciones adicionales en las que el sellante adhesivo (referido anteriormente) también puede usarse junto con dicha capa protectora de calaje como un sellante extra alrededor de la periferia del sistema insertado. In yet another embodiment, the protective layer comprises a rigid, but flexible material, which can be applied by fitting it to a site of injury, effectively sealing the lesion and additionally fulfilling the protective function. Said embodiment may be referred to as a protective coating layer. Examples of materials suitable for use in this embodiment include, but are not limited to, polylactate-polyglycolic acid polylactate or copolymer forms, and a non-woven condensed N-glucosamine structure of varying degrees of acetylation. The present invention contemplates the use of such materials either used individually or in combination. In addition, the present invention contemplates additional embodiments in which the adhesive sealant (referred to above) can also be used together with said protective layer of calage as an extra sealant around the periphery of the inserted system.

III. Dispositivos de cultivo tisular y procesadores tisulares III. Tissue culture devices and tissue processors

1. Incubadores convencionales 1. Conventional incubators

Los procedimientos de la presente invención emplean una diversidad de dispositivos de cultivo tisular. Se usan incubadores de cultivo tisular convencionales y ambientes de incubación para expandir (o multiplicar) células recogidas de tejidos u órganos. En una realización preferida, esta expansión de células se asocia con la retirada de células muertas y residuos celulares (por ejemplo, matriz extracelular nativa residual). Es decir, pueden usarse técnicas de cultivo tisular convencionales para seleccionar y multiplicar una población o poblaciones de células deseadas. Estas células expandidas pueden después incorporarse en las matrices de soporte celular tridimensionales enumeradas en la presente invención. En una realización preferida, por ejemplo, los condrocitos recogidos de cartílago articular se expanden en cultivo. Estos condrocitos expandidos se siembran después en la matriz de soporte sólido para formar una matriz sembrada. Esta matriz sembrada puede después situarse en un procesador tisular. The methods of the present invention employ a variety of tissue culture devices. Conventional tissue culture incubators and incubation environments are used to expand (or multiply) cells collected from tissues or organs. In a preferred embodiment, this cell expansion is associated with the removal of dead cells and cellular debris (eg, residual native extracellular matrix). That is, conventional tissue culture techniques can be used to select and multiply a desired population or populations of cells. These expanded cells can then be incorporated into the three-dimensional cell support matrices listed in the present invention. In a preferred embodiment, for example, chondrocytes collected from articular cartilage are expanded in culture. These expanded chondrocytes are then seeded in the solid support matrix to form a seeded matrix. This seeded matrix can then be placed in a tissue processor.

2. Procesadores tisulares 2. Tissue processors

Un procesador tisular tiene la capacidad de regular/modificar las condiciones de cultivo tisular incluyendo la aplicación de presión hidrostática constante o cíclica, la recirculación del medio, y la regulación de la concentración de oxígeno. En una realización preferida dicho procesador tisular es el sistema de soporte de ingeniería tisular (TESS) descrito en la Solicitud de Patente de Estados Unidos publicada 20010021529 (correspondiente a la Solicitud de Patente de Estados Unidos Nº de Serie 09/796.422) asignada a Takagi Industrial Co. Ltd. A tissue processor has the ability to regulate / modify tissue culture conditions including the application of constant or cyclic hydrostatic pressure, the recirculation of the medium, and the regulation of oxygen concentration. In a preferred embodiment said tissue processor is the tissue engineering support system (TESS) described in published US Patent Application 20010021529 (corresponding to US Patent Application Serial No. 09 / 796,422) assigned to Takagi Industrial Co. Ltd.

El procesador TESS proporciona un aparato para cultivar células o tejido que comprende: una unidad de cultivo que tiene una cámara de cultivo que contiene células o tejido y medio de cultivo; un medio de aplicación de presión para aplicar presión a las células o tejido en la cámara de cultivo; y un medio de aporte de medio de cultivo para el aporte de suministro continuo o intermitente de medio de cultivo a la unidad de cultivo. (Véase la Figura 1 y el texto correspondiente de la Solicitud de Patente de Estados Unidos Nº de Serie 09/796.422). El procesador TESS también puede comprender un medio de control (por ejemplo válvula de despresurización) para controlar el medio de aplicación de presión o medio de aporte de medio de cultivo. Generalmente, la presión aplicada a las células o tejido se establece dependiendo del tipo de células o tejido para cultivar. El procesador TESS comprende además un medio capaz de absorber gases tales como nitrógeno, dióxido de carbono y oxígeno. Además, el procesador TESS comprende además un espacio sellado herméticamente que incluye un medio de calentamiento y un medio humidificador. The TESS processor provides an apparatus for culturing cells or tissue comprising: a culture unit having a culture chamber containing cells or tissue and culture medium; a means of applying pressure to apply pressure to the cells or tissue in the culture chamber; and a culture medium contribution medium for the contribution of continuous or intermittent supply of culture medium to the culture unit. (See Figure 1 and the corresponding text of US Patent Application Serial No. 09 / 796,422). The TESS processor may also comprise a control means (for example depressurization valve) for controlling the pressure application medium or culture medium supply medium. Generally, the pressure applied to the cells or tissue is established depending on the type of cells or tissue to be cultured. The TESS processor further comprises a medium capable of absorbing gases such as nitrogen, carbon dioxide and oxygen. In addition, the TESS processor further comprises a hermetically sealed space that includes a heating medium and a humidifying medium.

3. Aplicaciones de procesadores tisulares 3. Applications of tissue processors

Ciertas células son extremadamente difíciles de cultivar en cultivo tridimensional (3-D) de modo que puedan formar un neo-tejido (por ejemplo, neo-cartílago). El procesador TESS no solamente facilita el crecimiento y cultivo de estas células difíciles de cultivar sino que permite cultivar junto un cultivo mixto de células. Estas poblaciones mixtas de células pueden cultivarse en el TESS en condiciones tales que se auto-organicen en una construcción tisular que se acerque a la organización histológica de un órgano in situ. Aunque no se pretende que la presente invención se limite a ningún mecanismo o protocolo de cultivo tisular específico, el TESS perfunde al medio bajo presión, facilitando de este modo el suministro de oxígeno y nutrientes al interior de matrices 3-D sembradas con células. Certain cells are extremely difficult to grow in three-dimensional (3-D) culture so that they can form a neo-tissue (eg, neo-cartilage). The TESS processor not only facilitates the growth and culture of these difficult-to-grow cells but also allows a mixed cell culture to be grown together. These mixed cell populations can be cultured in the TESS under conditions such that they self-organize in a tissue construction that approaches the histological organization of an organ in situ. Although it is not intended that the present invention be limited to any specific tissue culture mechanism or protocol, the TESS perfuses the medium under pressure, thereby facilitating the supply of oxygen and nutrients into 3-D matrices seeded with cells.

Los neo-tejidos pueden estar compuestos de células humanas sanas o cancerosas. Las células cancerosas podrían usarse como un sistema modelo para explorar antineoplasia y permitir que el investigador desarrolle, in vitro, el régimen farmacológico óptimo antes de los ensayos clínicos. Neo-tissues can be composed of healthy or cancerous human cells. Cancer cells could be used as a model system to explore antineoplasia and allow the researcher to develop, in vitro, the optimal pharmacological regimen before clinical trials.

Por ejemplo, un neo-tejido 3-D comprendido por células secretoras derivadas de epitelio y células del estroma derivadas de mesodermo podría aproximarse a la morfología de tejido de próstata in situ. Dicho neo-tejido de “tipo prostático” podría permitir que un investigador explorara, como un fármaco de represión de tumor de próstata, los muchos análogos de vitamina D. For example, a 3-D neo-tissue comprised of secretory cells derived from epithelium and stromal cells derived from mesoderm could approximate the morphology of prostate tissue in situ. Said "prostatic type" tissue could allow a researcher to explore, as a prostate tumor repression drug, the many vitamin D analogues.

Además, estos cultivos en 3-D podrían estar comprendidos por células cancerosas (a partir de un tumor metastatizado en un órgano) y células “normales” que son la diana para las metástasis de dichas células cancerosas, facilitando de este modo el estudio de interacciones metastásicas. Tales sistemas serían especialmente importantes en casos en los que la mortalidad de cáncer no resulte de un cáncer primario de células secretoras In addition, these 3-D cultures could be comprised of cancer cells (from a metastatic tumor in an organ) and "normal" cells that are the target for metastasis of said cancer cells, thus facilitating the study of interactions metastatic Such systems would be especially important in cases where cancer mortality does not result from a primary cancer of secretory cells.

epiteliales (por ejemplo, en cáncer de próstata o mama), sino de la transformación de hueso por interacción con células migratorias del sitio de cáncer primario. Dicho cultivo en 3-D sería valioso para evaluar los regímenes farmacológicos combinatorios indicados para metástasis de próstata (por ejemplo, agentes quimioterapéuticos/ represores de andrógenos tales como carboplatino). epithelial (for example, in prostate or breast cancer), but of bone transformation by interaction with migratory cells of the primary cancer site. Such 3-D culture would be valuable for evaluating the combinatorial pharmacological regimens indicated for prostate metastases (eg, chemotherapeutic agents / androgen repressors such as carboplatin).

IV. Visión de conjunto de la formación de neo-tejidos IV. Overview of neo-tissue formation

La presente invención proporciona procedimientos para la formación de neo-tejido usando los componentes del sistema de múltiples capas descrito anteriormente. Más específicamente, estos componentes se combinan y se hacen reaccionar en condiciones tales que se produzca un neo-tejido tridimensional viable. La combinación y condiciones de reacción para estos componentes pueden variarse de acuerdo con el tipo de neo-tejido producido y la aplicación pretendida para este mismo neo-tejido. En una realización preferida, sin embargo, se produce neocartílago de acuerdo con el siguiente esquema. The present invention provides methods for the formation of neo-tissue using the components of the multilayer system described above. More specifically, these components are combined and reacted under conditions such that a viable three-dimensional neo-tissue is produced. The combination and reaction conditions for these components can be varied according to the type of neo-tissue produced and the intended application for this same neo-tissue. In a preferred embodiment, however, neocartilage is produced according to the following scheme.

1. Aislamiento de condrocitos de fuente tisular 1. Isolation of chondrocytes from tissue source

Los condrocitos se aislaron enzimáticamente de cartílago recogido en condiciones estériles de las extremidades posteriores de cerdos de 6 meses de edad. El fémur se separó de la tibia y se expuso la cabeza de la tróclea. Se retiraron tiras de cartílago de la tróclea usando una hoja quirúrgica. El cartílago se picó, se digirió en una solución de colagenasa de tipo 1 al 0,15 % en DMEM: mezcla de nutrientes F-12 (DMEM/F-12) 1:1 con penicilina-estreptomicina al 1 % (P/S) y se agitó suavemente durante 18 horas a 37 °C. Se recogieron condrocitos y se aclararon dos veces con PBS por centrifugación a 3000 rpm durante 5 minutos. Los condrocitos se resuspendieron en DMEM/F-12 complementado con suero bovino fetal inactivado por calor al 10 % (FBS) y P/S al 1 %. Chondrocytes were enzymatically isolated from cartilage collected under sterile conditions from the hind limbs of pigs 6 months of age. The femur separated from the tibia and exposed the head of the trochlea. Strips of cartilage were removed from the trochlea using a surgical sheet. The cartilage was chopped, digested in a 0.15% type 1 collagenase solution in DMEM: 1: 1 F-12 (DMEM / F-12) nutrient mixture with 1% penicillin-streptomycin (P / S ) and stirred gently for 18 hours at 37 ° C. Chondrocytes were collected and rinsed twice with PBS by centrifugation at 3000 rpm for 5 minutes. The chondrocytes were resuspended in DMEM / F-12 supplemented with 10% heat-inactivated fetal bovine serum (FBS) and 1% P / S.

2. Siembra de células en la matriz de TESS 2. Planting of cells in the TESS matrix

Se incubaron condrocitos aislados durante un periodo de cinco días a 37 °C en un incubador convencional. Las células se recogieron después por tripsinización. Se sembró una suspensión celular de 150.000 células en 18 μl de solución de VITROGEN por matriz (teniendo dicha matriz un volumen aproximado de 19 μl) con nueve matrices por grupo. No se pretende que la presente invención se limite a un tamaño o forma de matriz de soporte celular o número de células específico. De hecho, en una realización de la presente invención, la matriz sembrada puede aumentarse de escala hasta un mayor volumen (en el que se siembra aproximadamente 1 μl de la suspensión celular descrita anteriormente en 1 μl de matriz). Las matrices del grupo de control se incubaron en un incubador a 37 °C y el grupo de ensayo se incubó en el TESS. (Véase, Ejemplo 1 y Tabla 1). Isolated chondrocytes were incubated for a period of five days at 37 ° C in a conventional incubator. The cells were then collected by trypsinization. A cell suspension of 150,000 cells was seeded in 18 μl of VITROGEN solution per matrix (said matrix having an approximate volume of 19 μl) with nine matrices per group. It is not intended that the present invention be limited to a specific cell support matrix size or shape or number of cells. In fact, in one embodiment of the present invention, the seeded matrix can be scaled up to a larger volume (in which approximately 1 µl of the cell suspension described above is seeded in 1 µl of matrix). The matrices of the control group were incubated in an incubator at 37 ° C and the test group was incubated in the TESS. (See, Example 1 and Table 1).

En otro ejemplo experimental, los condrocitos aislados se incubaron durante un periodo de cinco días a 37 °C en un incubador convencional. Las células se recogieron después por tripsinización. Se sembró una suspensión celular de In another experimental example, the isolated chondrocytes were incubated for a period of five days at 37 ° C in a conventional incubator. The cells were then collected by trypsinization. A cell suspension of

300.000 células en 18 μl de solución de VITROGEN por matriz (teniendo dicha matriz un volumen aproximado de 19 μl) con ocho matrices por grupo. No se pretende que la presente invención se limite a números de células o tamaño 300,000 cells in 18 μl of VITROGEN solution per matrix (said matrix having an approximate volume of 19 μl) with eight matrices per group. It is not intended that the present invention be limited to cell numbers or size

o forma de matriz de soporte celular específicos. De hecho, en una realización de la presente invención, la matriz sembrada puede aumentarse de escala hasta un mayor volumen (en el que se siembra aproximadamente 1 μl de la suspensión de células descrita anteriormente en 1 μl de matriz). Las matrices del grupo de control se incubaron en un incubador a 37 °C y el grupo de ensayo se incubó en el TESS. (Véase, Ejemplo 2 y Tabla 2). or specific cell support matrix form. In fact, in one embodiment of the present invention, the seeded matrix can be scaled up to a larger volume (in which approximately 1 µl of the cell suspension described above is seeded in 1 µl of matrix). The matrices of the control group were incubated in an incubator at 37 ° C and the test group was incubated in the TESS. (See, Example 2 and Table 2).

3. Bioquímica (ensayo DMB) 3. Biochemistry (DMB test)

Al final del cultivo se usaron seis matrices de cada grupo en el ensayo de bioquímica. Brevemente, las matrices se transfirieron a tubos de microcentrífuga y se digirieron en 300 μl de papaína (125 μg/ml en fosfato sódico 0,1 M, EDTA disódico 5 mM y L-cisteína-HCl 5 mM) durante 18 horas a 60 °C. Se midió la producción de GAG en las matrices usando un microensayo de azul de dimetileno modificado (DMB) con condroitín sulfato de tiburón como un control (referencia: Connective Tissue Research, 1982, vol. 9, págs. 247-248) At the end of the culture, six matrices of each group were used in the biochemistry test. Briefly, the matrices were transferred to microcentrifuge tubes and digested in 300 μl of papain (125 μg / ml in 0.1 M sodium phosphate, 5 mM disodium EDTA and 5 mM L-cysteine-HCl) for 18 hours at 60 ° C. GAG production in the matrices was measured using a modified dimethylene blue (DMB) microassay with shark chondroitin sulfate as a control (reference: Connective Tissue Research, 1982, vol. 9, pp. 247-248)

4. Histología 4. Histology

Las matrices restantes de cada grupo se fijaron en paraformaldehído al 4 %. Las matrices se procesaron y se incluyeron en parafina. Se cortaron secciones de 10 μm en un microtomo y se tiñeron con safranina-O (Saf O). The remaining matrices of each group were fixed in 4% paraformaldehyde. The matrices were processed and included in paraffin. Sections of 10 μm were cut in a microtome and stained with safranine-O (Saf O).

V. Protocolos preferidos para crecimiento de neo-tejido V. Preferred protocols for neo-tissue growth

La presente invención contempla protocolos para el crecimiento (es decir, in vivo, ex vivo e in vitro) de neo-tejidos, usando el componente del sistema de múltiples capas descrito en la presente solicitud. En realizaciones preferidas, el procesador TESS se usa para suministrar presión hidrostática constante o cíclica a la matriz sembrada con células. En esta realización preferida, estas matrices sembradas con células se mantienen en fase de reposo (en un ejemplo en un incubador convencional o procesador TESS mantenido a 37 °C a presión atmosférica) posterior a exposición a presión hidrostática constante o cíclica. The present invention contemplates protocols for the growth (i.e., in vivo, ex vivo and in vitro) of neo-tissues, using the multilayer system component described in the present application. In preferred embodiments, the TESS processor is used to deliver constant or cyclic hydrostatic pressure to the matrix seeded with cells. In this preferred embodiment, these cell-seeded matrices are kept at rest (in an example in a conventional incubator or TESS processor maintained at 37 ° C at atmospheric pressure) after exposure to constant or cyclic hydrostatic pressure.

1. Producción de neo-cartílago 1. Production of neo-cartilage

En una realización preferida, se siembran condrocitos de cerdo autólogos en la matriz de soporte celular y se incuban bajo presión hidrostática cíclica a 37 °C y CO2 5 %. En esta realización preferida, dicha presión hidrostática cíclica es de aproximadamente 3,0 MPa de presión a 0,5 Hz. En esta realización preferida la duración de dicha presión cíclica es de aproximadamente 6 días seguido de una fase de reposo de 12 días en un incubador mantenido a 37 °C a presión atmosférica. Al final de esta fase de reposo, las matrices se recogieron para análisis bioquímico e histológico como se describe en el Ejemplo 1 y Ejemplo 2. In a preferred embodiment, autologous pig chondrocytes are seeded in the cell support matrix and incubated under cyclic hydrostatic pressure at 37 ° C and 5% CO2. In this preferred embodiment, said cyclic hydrostatic pressure is about 3.0 MPa of pressure at 0.5 Hz. In this preferred embodiment the duration of said cyclic pressure is about 6 days followed by a 12-day resting phase in a incubator maintained at 37 ° C at atmospheric pressure. At the end of this resting phase, the matrices were collected for biochemical and histological analysis as described in Example 1 and Example 2.

2. Protocolo alternativo 2. Alternative protocol

En otra realización, la presente invención contempla un algoritmo para el crecimiento (es decir, in vivo, ex vivo e in vitro) de células, usando los componentes de la presente invención, que implica la aplicación de presión hidrostática a cartílago in situ aislado (o condrocitos adheridos a una matriz) y sometidos al régimen que comprende la aplicación cíclica de presión hidrostática durante aproximadamente 1-8 horas seguido de aproximadamente 16-23 horas de periodo de recuperación. In another embodiment, the present invention contemplates an algorithm for the growth (i.e., in vivo, ex vivo and in vitro) of cells, using the components of the present invention, which involves the application of hydrostatic pressure to cartilage isolated in situ ( or chondrocytes adhered to a matrix) and subjected to the regime comprising the cyclic application of hydrostatic pressure for approximately 1-8 hours followed by approximately 16-23 hours of recovery period.

3. Concentración de oxígeno reducida 3. Reduced oxygen concentration

En una realización alternativa la matriz de soporte celular sembrada con condrocitos descrita anteriormente puede cultivarse a concentración de O2 reducida (es decir, menos del 20 % de saturación) durante la formación de neocartílago en el procesador TESS. Aunque no se pretende que la presente invención se limite a ningún mecanismo específico, la concentración de oxígeno reducida de cartílago, observada in vivo, puede deberse a su falta (normal) de vascularización que produce una presión parcial de oxígeno menor (en comparación con los tejidos adyacentes). En una realización, se cultivan neo-tejidos a concentración de oxígeno entre aproximadamente el 0 % y aproximadamente el 19 % de saturación. En otra realización, dicha concentración de oxígeno es de aproximadamente el 2 % de saturación. In an alternative embodiment the cell support matrix seeded with chondrocytes described above can be grown at reduced O2 concentration (i.e. less than 20% saturation) during neocartilage formation in the TESS processor. Although it is not intended that the present invention be limited to any specific mechanism, the reduced oxygen concentration of cartilage, observed in vivo, may be due to its (normal) lack of vascularization resulting in a lower partial pressure of oxygen (compared to adjacent tissues). In one embodiment, neo-tissues are grown at oxygen concentration between about 0% and about 19% saturation. In another embodiment, said oxygen concentration is about 2% saturation.

VI. Aplicaciones médicas SAW. Medical applications

Los procedimientos de la presente invención preparan construcciones tisulares que son adecuados para su uso en una diversidad de aplicaciones médicas. En una realización, la matriz sembrada con células curada con calor preparada en la presente invención puede implantarse in vivo para reparar células o tejido dañado. En otra realización, la matriz sembrada con células curada por calor preparada por la presente invención puede reemplazar The methods of the present invention prepare tissue constructs that are suitable for use in a variety of medical applications. In one embodiment, the heat-cured cell seeded matrix prepared in the present invention can be implanted in vivo to repair damaged tissue or cells. In another embodiment, the heat-cured cell seeded matrix prepared by the present invention can replace

o aumentar tejido existente o unir entre sí tejidos o estructuras biológicos como se describe posteriormente. or increase existing tissue or join together biological tissues or structures as described below.

1. Aplicaciones de reparación tisular 1. Tissue repair applications

No se pretende que el uso de los procedimientos de la presente invención para preparar tejido, se limite a la reparación, reemplazo, reconstrucción o aumento de ningún tipo tisular (o celular) específico. Por ejemplo, en una realización, se repara, reemplaza, reconstruye o aumenta tejido cartilaginoso dañado. En otra realización, se reparan, reemplazan, reconstruyen o aumentan defectos tisulares producidos por tumor, traumatismo, infección o malformación congénita (que implica diversos tipos tisulares o celulares). It is not intended that the use of the methods of the present invention to prepare tissue be limited to repair, replacement, reconstruction or augmentation of any specific tissue (or cellular) type. For example, in one embodiment, damaged cartilaginous tissue is repaired, replaced, rebuilt or augmented. In another embodiment, tissue defects caused by tumor, trauma, infection or congenital malformation (involving various tissue or cell types) are repaired, replaced, reconstructed or increased.

A. Reparación de cartílago A. Cartilage repair

Aunque la presente invención es útil en procedimientos para la reparación de defectos cartilaginosos de grosor completo, también puede dirigirse a la reparación de defectos de grosor parcial. Además, los procedimientos de la presente invención pueden combinarse con técnicas para formar moldes de áreas con defectos de modo que puedan producirse neo-tejidos formados a medida, que se adaptan y ajustan dimensionalmente para el defecto de un paciente particular. Además, los sistemas y procedimientos de la presente invención pueden usarse para crear estructuras cartilaginosas completas tales como meniscos, o pueden usarse para crear materiales para reemplazo parcial o total de una superficie articular. En otras realizaciones, pueden estar disponibles neo-tejidos cartilaginosos (es decir, neo-cartílago) de acuerdo con la presente invención para combinar con materiales aloplásticos para formar articulaciones artificiales. En una realización, los neo-tejidos cartilaginosos (es decir, neo-cartílago) descritos en la presente invención repararán y/o reemplazarán tendones y ligamentos. En una realización específica dicho ligamento es el ligamento cruzado anterior (ACL). En otra realización, los neo-tejidos cartilaginosos (es decir, neocartílago) descritos en la presente invención repararán y/o reemplazarán discos vertebrales. Although the present invention is useful in procedures for the repair of full-thickness cartilaginous defects, it can also be directed to the repair of partial thickness defects. In addition, the methods of the present invention can be combined with techniques for forming molds of defective areas so that custom-formed neo-tissues can be produced, which are adapted and adjusted dimensionally for the defect of a particular patient. In addition, the systems and methods of the present invention can be used to create complete cartilaginous structures such as menisci, or they can be used to create materials for partial or total replacement of an articular surface. In other embodiments, cartilaginous neo-tissues (ie, neo-cartilage) may be available in accordance with the present invention to combine with alloplastic materials to form artificial joints. In one embodiment, the cartilaginous neo-tissues (ie, neo-cartilage) described in the present invention will repair and / or replace tendons and ligaments. In a specific embodiment said ligament is the anterior cruciate ligament (ACL). In another embodiment, the cartilaginous neo-tissues (ie, neocartilage) described in the present invention will repair and / or replace vertebral discs.

Los procedimientos de la presente invención pueden ser adaptables a formación de construcciones de neo-tejidos combinando, por ejemplo, cartílago formado y hueso formado para usarse para reemplazo de una superficie articular completa incluyendo hueso subcondral, o se usarán para reemplazo de un hueso pequeño cubierto de cartílago tal como puede hallarse en la muñeca. Bien usadas para formar neo-tejido cartilaginoso, o bien para formar construcciones de neo-tejido, estas composiciones pueden moldearse en estructuras implantables para reemplazo total de la articulación y para reemplazo de media articulación en articulaciones pequeñas tales como las de la mano The methods of the present invention can be adaptable to neo-tissue construct formation by combining, for example, formed cartilage and formed bone to be used for replacement of a complete joint surface including subchondral bone, or will be used for replacement of a small covered bone. of cartilage as it can be found on the wrist. Either used to form cartilaginous neo-tissue, or to form neo-tissue constructs, these compositions can be molded into implantable structures for total joint replacement and for replacement of half joint in small joints such as those in the hand

o la articulación temporomandibular. or the temporomandibular joint.

En otra realización, estos procedimientos pueden usarse para crear un neo-tejido cartilaginoso, de grosor completo, implantable para situar en una articulación que soporte un gran peso tal como la rodilla. Pueden utilizarse provechosamente procedimientos artroscópicos en la recogida de condrocitos nativos para incorporar en un neotejido formado por estas composiciones y procedimientos. In another embodiment, these procedures can be used to create a full-thickness, implantable cartilaginous neo-tissue to place in a joint that supports a large weight such as the knee. Arthroscopic procedures can be used profitably in the collection of native chondrocytes to incorporate into a neotechid formed by these compositions and procedures.

Se empleará un primer procedimiento artroscópico para evaluar el alcance del defecto cartilaginoso potencial y para recoger condrocitos nativos para cultivo y suministro posterior a la matriz de soporte celular preparada por la presente invención. Basándose en un molde formado en el momento del primer procedimiento artroscópico, o basándose en mediciones realizadas durante el procedimiento, se formará un modelo dimensional del defecto anticipado y el neo-tejido se formará para adaptarse en tamaño y forma a este modelo. A first arthroscopic procedure will be used to assess the extent of the potential cartilaginous defect and to collect native chondrocytes for culture and subsequent delivery to the cell support matrix prepared by the present invention. Based on a mold formed at the time of the first arthroscopic procedure, or based on measurements made during the procedure, a dimensional model of the anticipated defect will be formed and the neo-tissue will be formed to fit this model in size and shape.

Se llevará a cabo un segundo procedimiento artroscópico para desbridar un área dañada del cartílago nativo in situ y reemplazar el área dañada con el neo-cartílago preparado de acuerdo con la presente invención. A second arthroscopic procedure will be carried out to debride a damaged area of the native cartilage in situ and replace the damaged area with the neo-cartilage prepared in accordance with the present invention.

Se emplearán otras adaptaciones de técnicas quirúrgicas convencionales en otros sitios anatómicos para recoger celdas de cartílago nativo, para desbridar tejido cartilaginoso dañado, para crear un defecto dentro de la superficie articular del huésped (por ejemplo incluyendo una escisión completa de una superficie de articulación o una escisión parcial de una superficie de articulación), para implantar neo-tejido en el defecto del huésped y para conservar el neo-tejido en ese sitio. Other adaptations of conventional surgical techniques will be employed at other anatomical sites to collect native cartilage cells, to debride damaged cartilaginous tissue, to create a defect within the host's articular surface (for example including a complete excision of a joint surface or a partial excision of a joint surface), to implant neo-tissue in the host defect and to conserve the neo-tissue at that site.

B. Reparación de defectos tisulares B. Repair of tissue defects

Se conocen bien defectos producidos por tumor, traumatismo, infección o malformación congénita, en las técnicas médica y quirúrgica. La reconstrucción de tales defectos puede requerir reemplazo de tejido de grosor completo, o puede requerir reemplazo de construcciones tisulares. Por ejemplo, en una realización, puede ser necesario reconstruir una escisión tomada del párpado inferior (por ejemplo, en el caso de un carcinoma de células basales) por un procedimiento de colgajo extensivo que “emplea” tejidos adyacentes o tejidos del párpado superior. Como alternativa, pueden emplearse procedimientos de injerto usando los otros párpados o el septo nasal como sitios donadores (a pesar del hecho de que puede haber problemas de sitio donador, y que se requerirá cierto reordenamiento tisular local en el área reconstruida). Defects caused by tumor, trauma, infection or congenital malformation are well known in medical and surgical techniques. Reconstruction of such defects may require replacement of full thickness tissue, or may require replacement of tissue constructions. For example, in one embodiment, it may be necessary to reconstruct an excision taken from the lower eyelid (for example, in the case of a basal cell carcinoma) by an extensive flap procedure that "employs" adjacent tissues or upper eyelid tissues. Alternatively, graft procedures can be used using the other eyelids or the nasal septum as donor sites (despite the fact that there may be donor site problems, and that some local tissue rearrangement will be required in the reconstructed area).

La presente invención puede adaptarse para reparar estos defectos. Por ejemplo, puede situarse una construcción neotisular que proporcione tanto neo-cartílago como una capa de cobertura (conjuntiva o epidérmica) en dicho defecto para simplificar la tarea de reconstrucción. Como alternativa, un neotejido que comprenda las tres capas de tejido del párpado podría omitir la necesidad de ningún reordenamiento tisular local sustancial. Un neo-tejido que comprendiera neo-cartílago obviaría la necesidad de recoger un injerto de cartílago de otro sitio con los consecuentes riesgos para el sitio donador. The present invention can be adapted to repair these defects. For example, a neotisular construction can be placed that provides both neo-cartilage and a covering layer (conjunctive or epidermal) in said defect to simplify the reconstruction task. As an alternative, a neotech that comprises the three layers of eyelid tissue could omit the need for any substantial local tissue rearrangement. A neo-tissue comprising neo-cartilage would obviate the need to pick up a cartilage graft from another site with the consequent risks to the donor site.

En otra realización, se reparará un defecto de deformación de septo nasal usando neo-cartílago. La reparación de fístulas persistentes después de procedimientos de fisura del paladar también puede ser susceptible de tratamiento con el neo-cartílago descrito en la presente invención. Estas fístulas provocadas por reparaciones de fisuras del paladar pueden requerir reconstrucción usando una construcción tisular con dos capas mucosas externas que cubren una capa ósea interna. In another embodiment, a nasal septal deformation defect will be repaired using neo-cartilage. The repair of persistent fistulas after cleft palate procedures may also be susceptible to treatment with the neo-cartilage described in the present invention. These fistulas caused by cleft palate repairs may require reconstruction using a tissue construction with two outer mucous layers that cover an internal bone layer.

En otra realización, los neo-tejidos preparados en la presente invención también se adaptarán a problemas reconstructivos difíciles. Usando los procedimientos de la presente invención podría producirse mucosa oral en cantidades significativas para rellenar o recubrir defectos intraorales con un tejido especializado que tenga características funcionales apropiadas para la localización intraoral. También puede realizarse reconstrucción de otras áreas especializadas tales como lecho de las uñas y cartílago articular para articulaciones grandes y pequeñas usando las composiciones y procedimientos de la presente invención. La presente invención también puede proporcionar soluciones reconstructivas para articulación temporomandibular dañada o pueden aplicarse para reparar enfermedades degenerativas tales como artritis reumatoide. In another embodiment, the neo-tissues prepared in the present invention will also adapt to difficult reconstructive problems. Using the methods of the present invention, oral mucosa could be produced in significant amounts to fill or coat intraoral defects with specialized tissue having functional characteristics appropriate for intraoral localization. Reconstruction of other specialized areas such as nail bed and articular cartilage for large and small joints can also be performed using the compositions and methods of the present invention. The present invention may also provide reconstructive solutions for damaged temporomandibular joint or may be applied to repair degenerative diseases such as rheumatoid arthritis.

C. Ligamento y tendón C. Ligament and tendon

Los procedimientos de la presente invención se adaptarán a la producción de tendón y ligamentos in vitro. En una realización, esto se promoverá mediante el estiramiento de células progenitoras de ligamento y tendón, sobre un armazón, ex vivo durante el desarrollo exógeno de ligamento o tendón. Los ligamentos contemplados por la presente invención derivarán de células progenitoras de ligamentos, células madre mesenquimales, o fibroblastos especialmente fibroblastos derivados de las células de la vaina que rodean al ligamento y el tendón, o fibroblastos o tenocitos derivados del ligamento o tendón en sí mismos. Pueden usarse ligamentos y tendones autólogos para reemplazar ligamentos y tendones dañados en el propio cuerpo del paciente sin miedo a respuesta inmune u otras respuestas adversas. The methods of the present invention will be adapted to the production of tendon and ligaments in vitro. In one embodiment, this will be promoted by stretching ligament and tendon progenitor cells, over a framework, ex vivo during exogenous ligament or tendon development. The ligaments contemplated by the present invention will be derived from ligament progenitor cells, mesenchymal stem cells, or fibroblasts especially fibroblasts derived from the sheath cells surrounding the ligament and tendon, or fibroblasts or tenocytes derived from the ligament or tendon themselves. Autologous ligaments and tendons can be used to replace damaged ligaments and tendons in the patient's own body without fear of immune response or other adverse responses.

El armazón estirado, al que se ha hecho referencia anteriormente, puede considerarse otra capa de la composición de múltiples capas descrita en la presente invención. Este armazón permitirá a las células progenitoras estirarse ex vivo (por ejemplo en un procesador TESS modificado) para aplicar un estímulo físico que provoque que produzcan proteínas y componentes de la matriz que sean coherentes con verdaderos neo-ligamentos o neo-tendones. The stretched frame, referred to above, can be considered another layer of the multilayer composition described in the present invention. This framework will allow progenitor cells to stretch ex vivo (for example in a modified TESS processor) to apply a physical stimulus that causes them to produce proteins and matrix components that are consistent with true neo-ligaments or neo-tendons.

En una realización, el armazón que se estira consistirá en un material fibroso que puede resistir tensiones de tracción que quedan dentro del intervalo de las tensiones de tracción a las que se someten normalmente el cartílago y el ligamento en el transcurso de la vida. Más específicamente, el material fibroso puede resistir un intervalo de tensiones de tracción que son necesarias para inducir que dichas células comiencen a producir los productos génicos normales en la relación correcta que diferencia ligamento y tendón de otros tejidos u órganos, y que permite que estos productos génicos tomen la orientación y condición física, de modo que se pueda desarrollar un ligamento In one embodiment, the stretched frame will consist of a fibrous material that can withstand tensile stresses that are within the range of tensile stresses to which the cartilage and ligament are normally subjected over the course of life. More specifically, the fibrous material can withstand a range of tensile stresses that are necessary to induce said cells to start producing normal gene products in the correct relationship that differentiates ligament and tendon from other tissues or organs, and allows these products genetics take orientation and fitness, so that a ligament can be developed

o tendón sano y morfológicamente fiable en dicho armazón. Además, el material fibroso debería tener un grado de elasticidad que pueda acomodar la cantidad de estiramiento de células progenitoras requerido para inducir que dichas células formen neoligamento o neotendón. or healthy and morphologically reliable tendon in said framework. In addition, the fibrous material should have a degree of elasticity that can accommodate the amount of progenitor cell stretching required to induce said cells to form neoligament or neotendon.

El ligamento y tendón desarrollados sobre dicho armazón adquirirán una fuerza de tracción, una elasticidad y una estructura para soportar hueso y músculo in vivo, que es equivalente a la fuerza de tracción y estructura de ligamento y tendón desarrollados dentro del cuerpo durante el transcurso normal de crecimiento y diferenciación. El armazón también se diseña para que una vez que el neoligamento o neotendón sea suficientemente funcional, el armazón reintroduzca el ligamento o tendón en la lesión y lo soporte hasta que se integre en el cuerpo. En una realización el armazón se degradará después de la implantación. The ligament and tendon developed on said framework will acquire a tensile strength, elasticity and structure to support bone and muscle in vivo, which is equivalent to the tensile strength and ligament and tendon structure developed within the body during the normal course of Growth and differentiation. The framework is also designed so that once the neoligament or neotendon is sufficiently functional, the framework reintroduces the ligament or tendon into the lesion and supports it until it is integrated into the body. In one embodiment the frame will degrade after implantation.

En una realización, las células situadas en el armazón se seleccionarán de células en un estadio en su vida de desarrollo de modo que (cuando se sitúan en el armazón y se someten a las condiciones físicas y químicas de un aparato de cultivo tisular tridimensional diseñado para inducir diferenciación de cartílago y ligamento) estas células produzcan sustancialmente todos los productos génicos elaborados por ligamentos o tendones morfológicamente fiables. In one embodiment, the cells located in the framework will be selected from cells in a stage in their development life so that (when they are located in the framework and are subjected to the physical and chemical conditions of a three-dimensional tissue culture apparatus designed to induce differentiation of cartilage and ligament) these cells produce substantially all gene products made by morphologically reliable ligaments or tendons.

En una realización, el armazón se selecciona de una diversidad de materiales, incluyendo pero sin limitación, poliésteres (incluyendo polialquinoatos), poliglicolatos, polilactatos, materiales de sutura biodegradables. También pueden ser adecuados otros materiales siempre que estos materiales puedan degradarse de forma segura dentro del cuerpo, y siempre que los productos de degradación no interfieran con la función metabólica normal del cartílago y ligamento o el tejido circundante. In one embodiment, the framework is selected from a variety of materials, including but not limited to, polyesters (including polyalkinoates), polyglycolate, polylactates, biodegradable suture materials. Other materials may also be suitable as long as these materials can be safely degraded within the body, and as long as the degradation products do not interfere with the normal metabolic function of the cartilage and ligament or the surrounding tissue.

Es necesario que la estructura física del armazón sea coherente con su función pretendida (por ejemplo la aplicación uniforme de fuerza de tracción en el nivel celular (micrométrico)). Estas tensiones son muy suaves en comparación con las tensiones a las que se somete el cartílago o ligamento maduro. También es importante que la estructura fibrosa resista la ruptura a las fuerzas de tracción requeridas. En una realización, se entrelazarán fibras de 1-10 micrómetros de diámetro en una diversidad de patrones de entrelazado incluyendo, pero sin limitación, un entrelazado sólido, un entrelazado de centro hueco (tal como el entrelazado de rompecabezas chino) de modo que la aplicación de fuerza de tracción a los extremos del armazón produzca un estiramiento uniforme de la superficie del armazón. Para producir un ligamento con sus propios puntos de anclaje de hueso sería posible incorporar en los extremos polares del armazón tales sustancias como polvo de hueso desmineralizado, que se induciría bajo el estímulo físico correcto que formara hueso para incorporar en el hueso existente cuando se sitúa in situ en el cuerpo. It is necessary that the physical structure of the frame be consistent with its intended function (for example the uniform application of tensile force at the cellular (micrometric) level). These tensions are very mild compared to the tensions to which the mature cartilage or ligament is subjected. It is also important that the fibrous structure resists rupture at the required tensile forces. In one embodiment, fibers of 1-10 micrometers in diameter will be entwined in a variety of interlacing patterns including, but not limited to, a solid interlacing, a hollow center interlacing (such as Chinese puzzle interlacing) so that the application of tensile force at the ends of the frame produces a uniform stretch of the surface of the frame. In order to produce a ligament with its own bone anchor points, it would be possible to incorporate such substances as demineralized bone powder into the polar ends of the framework, which would be induced under the correct physical stimulus that would form bone to incorporate into the existing bone when it is placed in situ in the body.

D. Otras aplicaciones D. Other applications

Los procedimientos de la presente invención también pueden usarse como modelo para dilucidar el mecanismo de ciertas enfermedades. Por ejemplo, en una realización, los sistemas de múltiples capas de la presente invención también pueden usarse como modelos para el estudio de condiciones fisiológicas o patológicas in vitro. Por ejemplo, en una realización de la invención el sistema puede usarse como un modelo para la barrera hematoencefálica. En otra realización, puede usarse un cultivo tridimensional de epitelio de mucosa (producido usando las composiciones y procedimientos de la presente invención) como un sistema modelo para estudiar infección por virus del herpes o virus del papiloma. Dicho sistema modelo podría usarse para ensayar la eficacia de medicamentos antivirales. The methods of the present invention can also be used as a model to elucidate the mechanism of certain diseases. For example, in one embodiment, the multilayer systems of the present invention can also be used as models for the study of physiological or pathological conditions in vitro. For example, in one embodiment of the invention the system can be used as a model for the blood brain barrier. In another embodiment, a three-dimensional mucosal epithelium culture (produced using the compositions and methods of the present invention) can be used as a model system for studying herpes virus or papillomavirus infection. Such a model system could be used to test the efficacy of antiviral drugs.

Como alternativa, los procedimientos de la presente invención pueden usarse para estudiar la farmacocinética de diversos fármacos y factores de crecimiento. Por ejemplo, los neotejidos preparados en la presente invención también pueden usarse para la exploración in vitro de compuestos citotóxicos, alérgenos, factores de crecimiento y reguladores, compuestos farmacéuticos. Para este fin, el neotejido puede mantenerse in vitro y exponerse al compuesto para ensayar. Por ejemplo, la actividad de un compuesto citotóxico puede medirse por su capacidad para dañar o matar células en cultivo. Esto puede evaluarse fácilmente por técnicas de tinción vital conocidas. Alternatively, the methods of the present invention can be used to study the pharmacokinetics of various drugs and growth factors. For example, the neo-tissues prepared in the present invention can also be used for in vitro exploration of cytotoxic compounds, allergens, growth factors and regulators, pharmaceutical compounds. For this purpose, the neotejido can be maintained in vitro and exposed to the test compound. For example, the activity of a cytotoxic compound can be measured by its ability to damage or kill cells in culture. This can easily be evaluated by known vital staining techniques.

El efecto de los factores de crecimiento o reguladores puede evaluarse analizando el contenido celular de un neotejido, por ejemplo, por recuentos celulares totales y/o recuentos celulares diferenciales. Esto puede conseguirse usando técnicas citológicas y/o histológicas convencionales incluyendo el uso de técnicas de inmunocitoquímica que emplean anticuerpos que definen antígenos celulares específicos de tipo. Puede evaluarse el efecto de diversos fármacos en células normales cultivadas en el sistema tridimensional. Por ejemplo, los fármacos que aumentan la formación de glóbulos rojos pueden ensayarse en cultivos de médula ósea tridimensionales. Los fármacos que afectan al metabolismo del colesterol, por ejemplo reduciendo la producción de colesterol, podrían ensayarse en el sistema de hígado tridimensional. Los cultivos tridimensionales de células tumorales pueden usarse como sistemas modelo para ensayar, por ejemplo, la eficacia de agentes antitumorales. The effect of growth factors or regulators can be assessed by analyzing the cellular content of a neotech, for example, by total cell counts and / or differential cell counts. This can be achieved using conventional cytological and / or histological techniques including the use of immunocytochemical techniques that employ antibodies that define type-specific cell antigens. The effect of various drugs on normal cells cultured in the three-dimensional system can be evaluated. For example, drugs that increase the formation of red blood cells can be tested in three-dimensional bone marrow cultures. Drugs that affect cholesterol metabolism, for example by reducing cholesterol production, could be tested in the three-dimensional liver system. Three-dimensional cultures of tumor cells can be used as model systems to test, for example, the efficacy of antitumor agents.

Los procedimientos de la presente invención también pueden usarse en el diagnóstico y tratamiento de tumores malignos y enfermedades. Por ejemplo, puede tomarse una biopsia de cualquier tejido (por ejemplo, médula ósea, piel, hígado, etc.) de un paciente que se sospecha que tiene un tumor maligno. Si las células de la biopsia se cultivan en el sistema de la invención, las células malignas pueden expandirse por clonación durante la proliferación de dicho cultivo, aumentando de este modo las probabilidades de detectar un tumor maligno y, por lo tanto, aumentando la precisión del diagnóstico y puntualidad del tratamiento. Dicha aplicación de la presente invención puede ser especialmente útil en enfermedades tales como el SIDA en las que la población de células infectadas está empobrecida in vivo. Además, en dicho caso, el cultivo del paciente podría usarse in vitro para explorar compuestos (por ejemplo compuestos citotóxicos o farmacéuticos) para identificar los que son más eficaces (es decir los que destruyen las células malignas o enfermas, pero evitan las células normales). Estos agentes podrían usarse después para tratar terapéuticamente al paciente. The methods of the present invention can also be used in the diagnosis and treatment of malignant tumors and diseases. For example, a biopsy of any tissue (for example, bone marrow, skin, liver, etc.) can be taken from a patient suspected of having a malignant tumor. If the biopsy cells are cultured in the system of the invention, the malignant cells can be expanded by cloning during the proliferation of said culture, thereby increasing the chances of detecting a malignant tumor and, therefore, increasing the accuracy of the diagnosis and punctuality of treatment. Said application of the present invention may be especially useful in diseases such as AIDS in which the population of infected cells is impoverished in vivo. In addition, in that case, the patient's culture could be used in vitro to explore compounds (for example cytotoxic or pharmaceutical compounds) to identify those that are most effective (i.e. those that destroy malignant or diseased cells, but avoid normal cells) . These agents could then be used to treat the patient therapeutically.

VII. Realizaciones alternativas VII. Alternative realizations

Aunque ciertas realizaciones del sistema de múltiples capas para producir neotejidos o construcciones de neotejidos comprenden una construcción de tres capas, la presente invención también contempla sistemas de múltiples capas que comprenden más de tres capas. Although certain embodiments of the multilayer system for producing neotextiles or neotextile constructions comprise a three layer construction, the present invention also contemplates multilayer systems comprising more than three layers.

Por ejemplo, al producir un neotejido o construcción de neotejido, las capas del sistema de múltiples capas pueden disponerse para incluir: una capa inferior de unión al tejido; una segunda capa que soporta una matriz biológica, en la que reside un primer tipo de células tisulares; una tercera capa de integración desplegada sobre la segunda capa para integrar la segunda capa con una capa adicional de matriz biológica, en la que reside un segundo tipo de célula tisular; y una capa superior protectora dispuesta sobre la capa adicional de matriz biológica. Dicha disposición podría proporcionar una construcción tisular que incluyera una capa de cartílago protegida por una capa de mucosa. Preferentemente, la capa de integración se formaría de un material que potenciaría la unión normal de la capa de cartílago y la capa mucosa de modo que su comportamiento unitario en condiciones fisiológicas replicaría el comportamiento del tejido nativo. For example, by producing a neotextile or neotextile construction, the layers of the multilayer system may be arranged to include: a lower layer of tissue attachment; a second layer that supports a biological matrix, in which a first type of tissue cells resides; a third integration layer deployed on the second layer to integrate the second layer with an additional layer of biological matrix, in which a second type of tissue cell resides; and a protective top layer disposed on the additional layer of biological matrix. Such an arrangement could provide a tissue construction that includes a layer of cartilage protected by a layer of mucosa. Preferably, the integration layer would be formed of a material that would enhance the normal union of the cartilage layer and the mucous layer so that their unitary behavior under physiological conditions would replicate the behavior of the native tissue.

También se contemplan estructuras más complejas con múltiples matrices de soporte celular sembradas con células de al menos dos tipos tisulares, con capas de integración situadas entre cada matriz. Por ejemplo, podría fabricarse una construcción tisular del septo nasal (de acuerdo con estos principios) con una capa mucosa externa, una capa cartilaginosa interna y una segunda capa mucosa externa. More complex structures are also contemplated with multiple cell support matrices seeded with cells of at least two tissue types, with integration layers located between each matrix. For example, a tissue construction of the nasal septum (according to these principles) could be made with an external mucous layer, an internal cartilaginous layer and a second external mucous layer.

En otra realización, puede producirse una construcción de neotejido de acuerdo con la presente invención que incluye las tres capas del septo nasal. In another embodiment, a neo-woven construction can be produced in accordance with the present invention that includes the three layers of the nasal septum.

En otras realizaciones, los neotejidos preparados por la presente invención pueden moldearse en una diversidad de formas. Por ejemplo, pueden formarse estructuras tubulares tales como vasos sanguíneos, canales u otros conductos especializados (por ejemplo uréter, esófago, etc.) esculpiendo un neotejido alrededor de un mandril u otra estructura en forma de tubo. In other embodiments, the neotides prepared by the present invention can be molded in a variety of ways. For example, tubular structures such as blood vessels, channels or other specialized ducts (for example, ureter, esophagus, etc.) can be formed by sculpting a neotejido around a mandrel or other tube-shaped structure.

En otras realizaciones los procedimientos de la presente invención podrían usarse para crear estructuras luminales, tubulares o cilíndricas tales como, por ejemplo, un vaso sanguíneo de múltiples capas. In other embodiments the methods of the present invention could be used to create luminal, tubular or cylindrical structures such as, for example, a multilayer blood vessel.

En otra realización, los procedimientos de la presente invención pueden usare para producir una réplica de un tendón o un ligamento (es decir neotendón o neoligamento). El sistema de múltiples capas de la presente invención puede formarse dentro de un tubo de guía externo para producir una estructura que replique funcionalmente un tendón. Para moldear un neoligamento se puede insertar una matriz de soporte celular sembrada en un tubo de guía externo que actuaría como un molde de modelado para el neoligamento. En otra realización, puede emplearse un mandril que se degrade lentamente usando un material como ácido poliglicólico láctico (PGLA). In another embodiment, the methods of the present invention can be used to produce a replica of a tendon or ligament (i.e. neotendon or neoligament). The multilayer system of the present invention can be formed within an external guide tube to produce a structure that functionally replicates a tendon. To mold a neoligament, a cell support matrix seeded can be inserted into an external guide tube that would act as a modeling mold for the neoligament. In another embodiment, a mandrel that slowly degrades using a material such as lactic polyglycolic acid (PGLA) can be employed.

En otra realización más los procedimientos de la presente invención pueden usarse para formar una réplica tisular de la mucosa oral (es decir neomucosa). El sistema para formar mucosa oral puede incluir una matriz para soportar el crecimiento y diferenciación de queratinocitos, y también puede incluir una capa protectora dirigida hacia la superficie funcional de la mucosa oral (es decir hacia la cavidad oral). Dicha capa protectora se construiría para proteger la capa de soporte celular subyacente del impacto químico y enzimático de contacto con una saliva, así como, de fuerzas físicas inherentes en la localización anatómica intraoral. In yet another embodiment, the methods of the present invention can be used to form a tissue replica of the oral mucosa (i.e. neomucosa). The system for forming oral mucosa may include a matrix to support the growth and differentiation of keratinocytes, and may also include a protective layer directed towards the functional surface of the oral mucosa (ie towards the oral cavity). Said protective layer would be constructed to protect the underlying cellular support layer from the chemical and enzymatic impact of contact with a saliva, as well as physical forces inherent in the intraoral anatomical location.

El sistema para formar mucosa oral puede incluir además una capa de integración adaptada para facilitar la unión de las células formadas en la capa de soporte celular con el hueso subyacente. La capa de integración puede, por ejemplo, incluir factores osteogénicos o polvo de hueso desmineralizado para estimular e inducir el desarrollo de ligamento de hueso y periostio. Como otro ejemplo, esta capa puede comprender dermis cadavérica incluida en (o estratificada con) factores osteogénicos o polvo de hueso desmineralizado. The system for forming oral mucosa may also include an integration layer adapted to facilitate the union of the cells formed in the cell support layer with the underlying bone. The integration layer may, for example, include osteogenic factors or demineralized bone powder to stimulate and induce the development of bone ligament and periosteum. As another example, this layer may comprise cadaveric dermis included in (or stratified with) osteogenic factors or demineralized bone powder.

En otra realización, los procedimientos de la presente invención pueden usarse para formar una réplica de tejido de la piel (por ejemplo neoepidermis o neodermis). Por ejemplo, puede proporcionarse una capa de soporte celular que permita el crecimiento y la diferenciación de queratinocitos en epitelio estratificado, queratinizado. Fijada a dicha capa de soporte celular puede haber una capa de integración que contenga además fibroblastos, factores de In another embodiment, the methods of the present invention can be used to form a replica of skin tissue (eg neoepidermis or neodermis). For example, a cell support layer can be provided that allows the growth and differentiation of keratinocytes into stratified, keratinized epithelium. Attached to said cell support layer there may be an integration layer that also contains fibroblasts,

crecimiento y materiales nutrientes apropiados capaces de producir una réplica tisular de la dermis (es decir neodermis). La capa de integración puede adaptarse adicionalmente para unir la réplica de tejido cutáneo con su lecho tisular subyacente. growth and appropriate nutrient materials capable of producing a tissue replica of the dermis (ie neodermis). The integration layer can be further adapted to join the replica of skin tissue with its underlying tissue bed.

Un neotejido de piel puede tener numerosos usos médicos. Por ejemplo, dicho neotejido puede usarse en cirugía aguda o reconstructiva de quemaduras, en la reconstrucción de escisiones, o en el tratamiento de heridas crónicas o llagas por presión. A skin tissue can have numerous medical uses. For example, said neotexture can be used in acute or reconstructive burn surgery, in the reconstruction of excisions, or in the treatment of chronic wounds or pressure sores.

En una realización adicional, el sistema de múltiples capas de la presente invención se moldea en una construcción tisular in vitro para explorar compuestos citotóxicos y farmacéuticos, y para evaluar las respuestas biológicas a citocinas y factores del crecimiento/reguladores. Por ejemplo, una construcción tisular que se aproxima a la forma y función de una glándula prostática de ser humano o animal no humano (es decir una neopróstata o neoglándula como se caracteriza por un compuesto de células del estroma y glandulares puede comprender un sistema, que incluye una capa protectora y múltiples capas de soporte celular. En dicha realización, la capa protectora puede actuar para contener el neoórgano dentro de un volumen deseado y ayudar a conservar su forma e integridad. Dicho sistema puede opcionalmente tener una capa de integración. La capa de integración puede anclar el sistema, por ejemplo, en el sustrato de cultivo in vitro empleado (por ejemplo una placa de cultivo, matraz, portaobjetos, etc.). Cada capa de soporte celular puede proporcionar un tipo celular principal presente en (y recogido de) la glándula prostática nativa. Los ejemplos de tales tipos celulares incluyen, pero sin limitación, epitelio secretor de glándula prostática, músculo liso del estroma y tejido conectivo fibroso. Para formar un neoórgano con dimensiones que se aproximan a las de la glándula prostática nativa, puede moldearse un sistema de múltiples capas para incluir una capa protectora, una capa de integración opcional, y una pluralidad de capas de soporte celular. Dicha pluralidad de capas de soporte celular pueden comprender, por ejemplo, varios conjuntos de tres capas de soporte celular apilados entre sí y desplegados dentro de un sistema único. La combinación de tipos celulares puede aproximarse a la estructura y función de la glándula prostática in situ. In a further embodiment, the multilayer system of the present invention is molded into an in vitro tissue construct to explore cytotoxic and pharmaceutical compounds, and to evaluate biological responses to cytokines and growth / regulatory factors. For example, a tissue construction that approximates the shape and function of a prostate gland of a human or non-human animal (i.e. a neoprostate or neogland as characterized by a compound of stromal and glandular cells may comprise a system, which it includes a protective layer and multiple layers of cellular support.In said embodiment, the protective layer can act to contain the neo-organ within a desired volume and help preserve its shape and integrity.This system may optionally have an integration layer. of integration can anchor the system, for example, in the in vitro culture substrate used (for example a culture plate, flask, slides, etc.) Each cell support layer can provide a main cell type present in (and collected de) the native prostate gland Examples of such cell types include, but are not limited to, secretory epithelium of the prostate gland, mu Smooth stroma muscle and fibrous connective tissue. To form a neo-organ with dimensions that approximate those of the native prostate gland, a multi-layer system can be molded to include a protective layer, an optional integration layer, and a plurality of cell support layers. Said plurality of cell support layers may comprise, for example, several sets of three cell support layers stacked together and deployed within a single system. The combination of cell types can approximate the structure and function of the prostate gland in situ.

Parte experimental Experimental part

Los siguientes ejemplos sirven para ilustrar realizaciones preferidas y aspectos de la presente invención y no deben interpretarse como limitantes del alcance de la misma. The following examples serve to illustrate preferred embodiments and aspects of the present invention and should not be construed as limiting the scope thereof.

Ejemplo 1 Example 1

Este ejemplo proporciona un caso en el que los tejidos se formaron in vitro en una realización de la presente invención. Brevemente, se aislaron de forma enzimática condrocitos articulares de cerdo (sAC) de cartílago con colagenasa de tipo I. Las células se suspendieron en colágeno (VITROGEN) como se ha descrito anteriormente y se introdujeron por capilaridad en el elemento de esponja en panal de la matriz de soporte celular (por ejemplo la matriz de TESS). Las células se incubaron en su soporte tridimensional (es decir, la matriz de TESS) a 37 ºC, CO2 5 % y O2 20 %. Después de 24 horas, algunas de estas matrices celulares (es decir capas de soporte celular que comprendían el grupo de ensayo) se transfirieron al procesador TESS™ y se incubaron a 3,0 MPa de presión hidrostática cíclica como se ha descrito anteriormente durante 6 días seguido de una fase de reposo de 12 días. This example provides a case in which tissues were formed in vitro in an embodiment of the present invention. Briefly, articular pig chondrocytes (sAC) were isolated enzymatically from cartilage with type I collagenase. The cells were suspended in collagen (VITROGEN) as described above and introduced by capillary into the honeycomb sponge element of the cell support matrix (for example the TESS matrix). The cells were incubated on their three-dimensional support (i.e., the TESS matrix) at 37 ° C, 5% CO2 and 20% O2. After 24 hours, some of these cell matrices (i.e. cell support layers comprising the test group) were transferred to the TESS ™ processor and incubated at 3.0 MPa of cyclic hydrostatic pressure as described above for 6 days. followed by a 12-day rest phase.

El grupo de control comprendido por matrices de TESS sembradas con condrocitos se incubó durante 18 días a 37 ºC, CO2 5 % y O2 20 % y a presión atmosférica. The control group comprised of TESS matrices seeded with chondrocytes was incubated for 18 days at 37 ° C, 5% CO2 and 20% O2 and at atmospheric pressure.

Al final del periodo de cultivo, las matrices se recogieron para análisis bioquímico e histológico como se observa en la Tabla 1. Para análisis bioquímico, se midió la producción de glicosaminoglicanos (GAG) usando un microensayo de azul de dimetilmetileno modificado (DMB). La Figura 1, descrita en la “Descripción de los Dibujos” de la presente memoria descriptiva, representa, en forma gráfica, los datos expuestos en la Tabla 1. Para análisis histológico, se midió la formación de neotejido por tinción con Safranina-O. La histología del grupo de control se ilustra en la Fig. 2A. La histología del grupo de ensayo se proyecta en la Fig. 2B. At the end of the culture period, the matrices were collected for biochemical and histological analysis as seen in Table 1. For biochemical analysis, the production of glycosaminoglycans (GAG) was measured using a modified dimethylmethylene blue (DMB) microassay. Figure 1, described in the "Description of the Drawings" of the present specification, represents, in graphical form, the data set forth in Table 1. For histological analysis, the formation of neotejido was measured by staining with Safranin-O. The histology of the control group is illustrated in Fig. 2A. The histology of the test group is projected in Fig. 2B.

Tabla 1 Table 1

Grupo (n = 8 matrices por grupo) Group (n = 8 matrices per group)
Condiciones de Presión Días totales en cultivo Producción de GAG (μg/ml) (media +/- DT) (n = 6 matrices) Pressure Conditions Total days in cultivation GAG production (μg / ml) (mean +/- DT) (n = 6 matrices)

En procesador TESS (Presión Cíclica 3 MPa, a 0,5 Hz) In TESS processor (Cyclic Pressure 3 MPa, at 0.5 Hz)
En incubador (Presión Atmosférica) In incubator (Atmospheric Pressure)

Control Control
- 18 días 18 4,71 ± 0,71 - 18 days 18 4.71 ± 0.71

Ensayo Test
6 días 12 días 18 14,11 ± 1,10 6 days 12 days 18 14.11 ± 1.10

NOTA: 1) Todos los cultivos se incubaron a 37 ºC, CO2 5 % y O2 20 %. 2) En cultivo en TESS, el caudal del medio fue de 0,05 ml/min. 3) Se recogieron dos matrices de cada grupo para análisis histológico. NOTE: 1) All cultures were incubated at 37 ° C, 5% CO2 and 20% O2. 2) In TESS culture, the flow rate of the medium was 0.05 ml / min. 3) Two matrices of each group were collected for histological analysis.

Ejemplo 2 Example 2

Este ejemplo proporciona otro caso en el que los tejidos se formaron in vitro en otra realización de la presente invención. Se aislaron de forma enzimática condrocitos articulares de cerdo (sAC) de cartílago con colagenasa de tipo I. Las células se suspendieron en colágeno (VITROGEN) como se ha descrito anteriormente (por ejemplo This example provides another case in which tissues were formed in vitro in another embodiment of the present invention. Articular articular pig chondrocytes (sAC) of cartilage with type I collagenase were isolated enzymatically. The cells were suspended in collagen (VITROGEN) as described above (eg.

5 300.000 células en 18 μl de VITROGEN) y se introdujeron por capilaridad en el elemento de esponja en panal de la matriz de soporte celular (es decir la matriz de TESS), teniendo cada matriz un volumen de aproximadamente 19 μl. 5 300,000 cells in 18 μl of VITROGEN) and were introduced by capillarity in the honeycomb sponge element of the cell support matrix (ie the TESS matrix), each matrix having a volume of approximately 19 μl.

Las células en su matriz de soporte celular se incubaron a 37 ºC, CO2 5 % y O2 20 %. Después de 24 horas, algunas de estas matrices celulares (el grupo de ensayo) se transfirieron al procesador TESS™ y se incubaron a 3,0 MPa de presión hidrostática cíclica como se ha descrito anteriormente durante 6 días seguido de incubación durante 12 días The cells in their cell support matrix were incubated at 37 ° C, 5% CO2 and 20% O2. After 24 hours, some of these cell matrices (the test group) were transferred to the TESS ™ processor and incubated at 3.0 MPa of cyclic hydrostatic pressure as described above for 6 days followed by incubation for 12 days.

10 a presión atmosférica a 37 ºC, CO2 5 % y O2 20 %. 10 at atmospheric pressure at 37 ºC, CO2 5% and O2 20%.

Las matrices celulares restantes que comprendían el grupo de control se incubaron a presión atmosférica durante 18 días a 37 ºC, CO2 5 % y O2 20 %. The remaining cell matrices comprising the control group were incubated at atmospheric pressure for 18 days at 37 ° C, 5% CO2 and 20% O2.

Al final del periodo de cultivo, las matrices se recogieron para análisis bioquímico e histológico como se observa en la Tabla 2. Para análisis bioquímico, se midió la producción de glicosaminoglicanos (GAG) usando un microensayo At the end of the culture period, the matrices were collected for biochemical and histological analysis as seen in Table 2. For biochemical analysis, the production of glycosaminoglycans (GAG) was measured using a microassay.

15 de azul de dimetilmetileno modificado (DMB). La Figura 4, descrita en la “Descripción de los Dibujos” de la presente memoria descriptiva, representa, en forma gráfica, los datos expuestos en la Tabla 2. Para análisis histológico, se midió la formación de neotejido por tinción con Safranina-O. La histología del grupo de control se ilustra en la Figura 3A. La histología del grupo de ensayo se proyecta en la Figura Fig. 3B. 15 of modified dimethylmethylene blue (DMB). Figure 4, described in the "Description of the Drawings" of the present specification, represents, in graphical form, the data set forth in Table 2. For histological analysis, the formation of neotexture was measured by staining with Safranin-O. The histology of the control group is illustrated in Figure 3A. The histology of the test group is projected in Figure Fig. 3B.

Tabla 2 Table 2

Grupo (n = 8 matrices por grupo) Group (n = 8 matrices per group)
Condiciones de Presión Días totales en cultivo Producción de GAG (μg/ml) (media +/- DT) (n = 6 matrices) Pressure Conditions Total days in cultivation GAG production (μg / ml) (mean +/- DT) (n = 6 matrices)

En TESS (Presión Cíclica 3 MPa, a 0,5 Hz) In TESS (Cyclic Pressure 3 MPa, at 0.5 Hz)
En incubador (Presión Atmosférica) In incubator (Atmospheric Pressure)

Control Control
- 18 días 18 19,24 ± 2,14 - 18 days 18 19.24 ± 2.14

Ensayo Test
6 días 12 días 18 25,44 ± 1,37 6 days 12 days 18 25.44 ± 1.37

NOTA: 1) Todos los cultivos se incubaron a 37 ºC, CO2 5 % y O2 20 %. 2) En cultivo en TESS, el caudal del medio fue de 0,05 ml/min. 3) Se recogieron dos matrices de cada grupo para análisis histológico. NOTE: 1) All cultures were incubated at 37 ° C, 5% CO2 and 20% O2. 2) In TESS culture, the flow rate of the medium was 0.05 ml / min. 3) Two matrices of each group were collected for histological analysis.

Claims (12)

REIVINDICACIONES 1. Un procedimiento para preparación de una construcción tisular implantable, comprendiendo dicho procedimiento: 1. A procedure for preparing an implantable tissue construction, said procedure comprising:
(a)(to)
proporcionar una estructura de múltiples capas implantable que comprende:  provide an implantable multilayer structure comprising:
(i)(i)
una capa de integración; y  an integration layer; Y
(ii)(ii)
una capa de soporte celular que comprende una matriz de esponja, estando la capa de soporte celular unida operativamente a la primera capa de integración; y  a cell support layer comprising a sponge matrix, the cell support layer being operatively attached to the first integration layer; Y
(b)(b)
introducir una solución que comprende condrocitos suspendidos en dicha estructura de múltiples capas para crear un dispositivo sembrado; y  introducing a solution comprising chondrocytes suspended in said multilayer structure to create a seeded device; Y
(c)(C)
cultivar dicho dispositivo sembrado en condiciones que comprenden una presión hidrostática cíclica con una fase de reposo a presión atmosférica durante uno a sesenta días.  culturing said seeded device under conditions comprising a cyclic hydrostatic pressure with a resting phase at atmospheric pressure for one to sixty days.
2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la estructura de múltiples capas implantable comprende además: 2. The method of claim 1, wherein the implantable multilayer structure further comprises: (iii) una capa protectora que aísla una superficie externa de la capa de soporte celular, estando la capa protectora unida operativamente a la capa de soporte celular y la capa de integración. (iii) a protective layer that insulates an outer surface of the cell support layer, the protective layer being operatively attached to the cell support layer and the integration layer.
3.3.
El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dichos condrocitos se suspenden en una solución de colágeno de Tipo 1 acuosa.  The method of claim 1, wherein said chondrocytes are suspended in an aqueous Type 1 collagen solution.
4.Four.
El procedimiento de la reivindicación 3, en el que dicha solución es un sol-gel.  The method of claim 3, wherein said solution is a sol-gel.
5.5.
El procedimiento de la reivindicación 4, en el que dicho sol-gel está al menos parcialmente gelificado.  The method of claim 4, wherein said sol gel is at least partially gelled.
6.6.
El procedimiento de la reivindicación 5, en el que dicho cultivo da como resultado la activación de dichos condrocitos para elaborar productos génicos asociados con una matriz extracelular.  The method of claim 5, wherein said culture results in the activation of said chondrocytes to make gene products associated with an extracellular matrix.
7.7.
El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la fase de reposo es de cuatro a veintiún días.  The method of claim 1, wherein the resting phase is four to twenty one days.
8.8.
El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicho cultivo se realiza bajo la presión hidrostática cíclica de 3 MPa a 0,5 Hz durante seis días seguido de doce días de la fase de reposo.  The method of claim 1, wherein said culture is performed under the cyclic hydrostatic pressure of 3 MPa at 0.5 Hz for six days followed by twelve days of the resting phase.
9.9.
El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha matriz de esponja de dicha capa de soporte celular se compone de un colágeno de Tipo 1 en panal biodegradable.  The method of claim 1, wherein said sponge matrix of said cell support layer is composed of a Type 1 collagen in biodegradable honeycomb.
10.10.
El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la capa de integración comprende un copolímero de polietilenglicol y colágeno, colágeno, fibrina, agarosa, alginato, quitina, ácido poliláctico, ácido poliglicólico, un copolímero de ácido poliláctico, un copolímero de ácido poliglicólico, un copolímero de colágeno o un copolímero de fibrina.  The method of claim 1, wherein the integration layer comprises a copolymer of polyethylene glycol and collagen, collagen, fibrin, agarose, alginate, chitin, polylactic acid, polyglycolic acid, a polylactic acid copolymer, a polyglycolic acid copolymer, a collagen copolymer or a fibrin copolymer.
11.eleven.
El procedimiento de la reivindicación 9, en el que dicho colágeno de Tipo 1 en panal biodegradable se prepara a partir de colágeno de Tipo 1 gelificando una solución acuosa ácida de colágeno de Tipo 1 con gas de amoniaco para formar un gel de colágeno y liofilizando dicho gel para dar una matriz seca porosa.  The method of claim 9, wherein said Type 1 collagen in biodegradable honeycomb is prepared from Type 1 collagen by gelling an acidic aqueous solution of Type 1 collagen with ammonia gas to form a collagen gel and lyophilizing said gel to give a dry porous matrix.
12.12.
El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha matriz sembrada se cultiva en concentración de oxígeno reducida de menos del 20 % de saturación.  The method of claim 1, wherein said seeded matrix is grown in reduced oxygen concentration of less than 20% saturation.
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