JP2014530062A - 血管内の欠陥を修復するためのシステムおよびステントならびに使用の方法 - Google Patents

Abstract

ステントの一部が破損した血管の修復を促進するための生理活性コーティングを有する血管内ステント、そのステントを含むシステム、ならびにそのステントを用いて動脈瘤の閉塞を促進する、および／または破損した血管を修復する方法を開示する。【選択図】 図１

Description

関連出願への相互参照
この出願は２０１１年１０月６日に出願された米国仮出願第61/544,104号に対する優先権を主張し、それをそのまま援用する。

連邦政府により資金提供を受けた研究または開発に関する記載
本発明は、米国国防総省により与えられた助成金番号Ｗ８１ＸＷＨ−１１−２−００６７の下での政府援助によりなされた。米国政府は本発明において一定の権利を有する。

本発明は、概して血管内の欠陥を修復するシステム、血管用ステントおよび方法に関する。より詳細には、本発明は、動脈瘤、例えば神経血管の動脈瘤が含まれる、損傷した血管または欠陥のある血管を処置するためのシステム、血管用ステント、および方法に関する。本発明のシステムおよび方法において用いられる血管用ステントには、頭蓋内または脳動脈瘤が含まれる、損傷した血管または欠陥のある血管の処置における使用のための生理活性コーティングが含まれる。

動脈瘤は、動脈壁における弱さによる動脈の異常な出っ張り（ｂｕｌｇｉｎｇ）または膨らみ（ｂａｌｌｏｏｎｉｎｇ）である。人口のおおよそ２％において起こる頭蓋内または脳動脈瘤は、破裂が起きた場合しばしば生命を脅かす。一般に行われる処置には、動脈瘤をバイパスするための外科的クリッピング術および動脈瘤の血管内コイル塞栓術が含まれる。血管内コイル塞栓術は、動脈瘤に小さな白金のコイルを充填してその動脈瘤の塞栓形成を引き起こすことを含む。血管内コイル塞栓術は、そのコイルはその患者の大腿動脈中に挿入されたカテーテルにより送達されるため、頭蓋内動脈瘤の外科的修復よりも侵襲性が低いという利点を有する。

血管内コイル塞栓術は頸部の狭い動脈瘤の処置において有効であったが、それは広頸性動脈瘤動脈瘤（wide neck aneurysms）の処置においては有効性がより低い。コイルの塊および親動脈の間の不規則な接触面は、特に広頸性動脈瘤において卒中をもたらす血栓症の危険性を増大させる。さらに、動脈瘤嚢のコイルによる充填は疾患状態の親動脈の区間に対処しないため、動脈瘤の局所的再発の高い危険性が残る。ステントは、広頸性頭蓋内動脈瘤を有する患者の処置におけるステント支援コイル塞栓術において、コイルを適所に維持するためおよび冒された動脈の開存性を維持するために用いられてきた。しかし、広頸性動脈瘤の処置におけるステント支援コイル塞栓術は、大きな区間の親動脈の欠陥の解剖学的再建および冒された血管の損なわれた耐久性と関係する難題のため、問題がある。

Ionita et al.は、頭蓋内動脈瘤の一次処置としての、動脈瘤の頸部を覆う低多孔性パッチを有する可変多孔性ステントの使用を記述した(Ionita et al., 2009 Stroke 40:959-965)。非対称血管用ステント（ＡＶＳ）と呼ばれるIonitaの可変多孔性ステントは、ウサギにおいて動脈瘤を処置するために用いられた。ＡＶＳを用いて処置された９匹のウサギのそれぞれがその動脈瘤の完全な閉塞を示した；しかし、９匹のウサギの３匹は、ＡＶＳ処置の後に死んだ。

当技術において、動脈瘤から親動脈への血液の流入を低減する一方で親動脈の血栓形成性閉塞の危険性を最小限にする、および／または破損した血管を治癒させる、動脈瘤を処置するシステム、ステント、および方法に関する必要性が存在する。本発明はその要求を満たす。

Ionita et al., 2009 Stroke 40:959-965

１態様において、本発明には、損傷した、破損した、または欠陥のある血管の修復における使用のための血管内ステントが含まれる。そのステントは、動脈瘤を閉塞させる、および／または破損した血管を修復するのに適しているという利点を有する。

そのステントは、例えば大腿動脈を経由するカテーテル法により処置を必要とする血管の部位に送達することができる。従って、頭蓋内血管の破損、例えば脳動脈瘤の処置において、そのステントおよびそれらのステントを用いる処置の方法は、外科的修復法と比較して最小限に侵襲性である。

本発明のステントは、ステント表面の一部の上にコーティングを有するように設計されている。そのコーティングには、そのステントの外側表面の一部の上に堆積した（ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ）磁性物質、イオンビームでナノ構造形成した（ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ）生体適合性層、およびその生体適合性層上に形成された生理活性層が含まれる。その生理活性層はＰＣＳＭを含む。

特定の態様において、そのステントには最上層のよりよい接着を促進するためにステント表面および磁性層の間に下層が含まれる。

好都合には、その磁性領域は、金属層または磁性金属を含浸させたバイオポリマーが含まれるあらゆる適切な物質で作られていてよい。

特定の態様において、そのステントには、放射線増強断層撮影法（ｒａｄｉａｔｉｏｎ−ｅｎｈａｎｃｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）を容易にするためのコーティング中に埋め込まれたナノスケールの粒子も含まれていてよい。

そのステントは、頭蓋内動脈瘤、特に広頸性動脈瘤の処置のために設計された。

別の態様において、血管内カテーテル、本発明のステント、および磁気を帯びた細胞を含む、ステントを脳動脈に送達するためのシステムが提供される。その磁気を帯びた細胞の磁気を帯びたコーティングとの相互作用が、破損した血管の治癒および再成長を促進する細胞を標的とされる領域に導く。

別の態様において、本発明のステントを動脈瘤を含む脳動脈に、ステントのコーティングを含む部分が動脈瘤の頸部の近位にあるように送達することにより、脳動脈を修復する、および／または動脈瘤を閉塞させる方法が提供される。

本発明ならびにその特性および利点は、添付の図面と合わせて受け取られる、下記の本発明が意図する態様の詳細な記述への参照により、さらに理解および認識されるであろう。

本発明の好ましい態様は、本発明を説明するために、そして本発明を限定するためにではなく提供される添付された図面と合わせて記述されると考えられ、ここで同種の名称は同種の要素を意味し、ここで：

図１Ａは、ステントの反管腔側表面上に生理活性コーティングを有するステントの態様の断面を示す。 図１Ｂは、動脈瘤に面する反管腔側表面上に生理活性コーティングを有するステントを含有する動脈瘤を有する血管を示す。 図２は、図１のステントの生理活性コーティングの態様を図説する。

下記で開示される態様は、余す所のないこと、またはその開示を以下の詳細な記述において開示される正確な形態に限定することを意図していない。むしろ、その態様は、当業者がそれらの教示を利用することができるように選択および記述されている。

１態様において、本発明は、頭蓋内または脳動脈瘤の処置における使用のためのステントを提供する。動脈瘤の頸部の近位の配置のために設計されたステントの一部は、生理活性ステントコーティングを含む。その生理活性ステントコーティングには、磁気を帯びた細胞を誘引するための磁性部分が含まれる。

この開示には、脳動脈瘤の処置のための最小限に侵襲性のプロトコルが含まれる。血管内外科的処置は、その患者へのカテーテルに基づくステントの展開を利用する。従って、細胞誘引のための磁気プロトコルを分子および細胞スケールでの細胞制御のための表面のイオンビームに駆動されるナノパターン形成（ｎａｎｏｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）と組み合わせる生理活性ステントコーティングのプロトタイプが用いられる。

このプロトコルは、脳の外傷を最小限にする速い血管内処置および動脈瘤の頸部の欠陥の迅速な再建を可能にするであろう。動脈瘤の頸部の欠陥の再建は、細胞機能の分子レベルでの制御を必要とする。

これは、ナノスケール（１０^−９ｍ）〜メソスケールのトポグラフィーを利用し、脳動脈瘤の頸部の開口部において組織を再成長させるように制御する最初の技法である。メソスケールは一般に中間的な大きさとして定義される。この開示に関して、メソスケールは一般にナノスケールからおおよそマイクロスケール（１０^−７ｍ）までの長さのスケールを指す。特に、この処置は細胞をその領域に非対称的に誘引し、コーティング上のナノパターン形成された表面を操作することにより組織成長を促進することを求める。

特定の態様において、本開示に従う部分的にコートされた、または非対照的にコートされたステントには、脈動する血液環境、例えば動脈瘤の頸部の領域付近における有効な膜修復、迅速な内皮化および高められた耐久性のための、生物細胞を局所的に誘引するために磁性にされた領域、およびブタ冠状動脈平滑筋（ＰＣＳＭ）の細胞認識のための核（ｎｉｄｕｓ）または座（ｌｏｃｕｓ）としての使用が含まれ、その磁性領域は組織増殖、従って治癒の促進のためのイオンビームでナノ構造形成された生体適合性コーティングと組み合わせられている。

本発明の１態様が図１Ａにおいて示されており、それは本発明に従う生理活性ステントコーティングを有するステント部分１００の断面を示す。ステント壁表面１１０はニッケル層１２０でコートされており、それはそのニッケル層１２０の上にナノパターン形成された金層１３０を有し、それは反管腔側１６０に面している。ステント壁１１０のコートされていない側は、管腔側１７０に面している。複数の磁気を帯びた内皮細胞１５０、例えばＨＵＶＥＣ細胞が、ステント部分１００の反管腔側１６０の近位にある。ステントのステント部分１００は、生理活性ステントコーティングを有する部分１００が動脈瘤の頸部に面するように配置される。特定の態様において、そのステントは可変性の多孔性を有し、動脈瘤内の血流停止およびそれに続く血栓を誘導するための動脈瘤の頸部の領域にわたって配置されるより多孔性の低い部分を有する。一般に、その生理活性コーティングは、そのステントの動脈瘤の頸部の領域に及び、それに面する（ｓｐａｎ ｆａｃｅ）であろう部分のみにわたって非対照的に製作され、動脈瘤に面する。その非対照的なコーティング設計の目的は、誘導される血栓形成活性を動脈瘤の範囲に制限することである。

図１Ｂは、動脈瘤２１０を有する血管２２０を図説し、ステント２３０が血管２２０の管腔中に配置されている。そのステント２３０には上記で記述したようなステント部分１００が含まれる。そのステント２３０はその血管２２０内に、そのステント部分１００がその動脈瘤２１０の頸部の領域の近位にあるように配置される。そのステント部分１００の多孔性は、そのステント２３０の残りの部分の多孔性よりも低い。

図２に関して、特定の態様において、本発明に従うステントにはステント部分１００が含まれ、ここでチタン、ニチノール、またはＳＳ３１６のような物質で作られたステント壁表面１１０は、最上層のステント表面への接着を支持するための下層１４０を含む。その下層はＣｒのような物質で作られている。生物細胞を局所的に誘引するために磁性にされた層１２０、例えばニッケルは、その下層を覆っている。その磁性層１２０は生体適合性コーティング１８０と組み合わせられており、それには金のような材料から作られたイオンビームでナノ構造形成したコーティング１３０および生理活性層１９０が含まれる。そのイオンビームでナノ構造形成したコーティング１３０には、ナノ構造、例えばナノ島状構造（ｎａｎｏ ｉｓｌａｎｄｓ）２００が含まれる。その生理活性層１９０にはＰＣＳＭが含まれる。その生体適合性コーティングは組織の増殖を助けて治癒を促進し、ＰＣＳＭは細胞認識のための核として機能する。

血管修復に適したあらゆるステントを本発明のステントおよび方法において用いることができる。適切なステントの例には、チタンステント、ニチノールステント、およびＳＳ３１６ステントが含まれるが、それらに限定されない。ステントのある領域を、局所的に生物細胞を誘引するために磁性にする。特定の態様において、これはステント上に、動脈瘤の頸部の領域に面するであろう部分において、電気メッキを用いて磁性薄膜をコートすることにより成し遂げられる。特定の態様において、その磁性薄膜は約０．５μｍ〜約１０μｍの範囲の厚さを有する。下層（例えばＣｒ）は、最上層をステント表面物質（例えばＴｉ、ニチノールまたはＳＳ３１６）に接着させるために、マグネトロンスパッタリングを用いて堆積させる。別の態様において、そのステントは、最初の内皮細胞の誘引および付着のための足場として用いることができる独特のバイオポリマーである磁性細菌性ナノセルロース（ＭＢＮＣ）を用いて磁性にすることができる。細菌性ナノセルロース（ＢＮＣ）は、候補磁性ナノ粒子の含浸により磁性にすることができる。コバルトフェライトおよびフェライト錯体ナノ粒子が含まれる磁性ナノ粒子を合成し、それを用いてＢＮＣマトリックスを含浸させてＭＢＮＣを形成した。そのＭＢＮＣを、カスタム設計された微少流体流動装置を用いて、模擬的に再現された血管環境において、磁気的に装填された（ｌｏａｄｅｄ）内皮細胞を誘引する能力に関して評価した。

ＢＮＣ物質のマトリックスに、銀、鉄錯体、コバルトフェライトナノ粒子および有機部分のような様々なナノ粒子を装填することができる。ＢＮＣ菌膜の三つ組（Ｔｒｉｐｌｅｔｓ）を様々なｐＨ条件で成長させた。ｐＨ５が最適な結果をもたらすことが分かった。ＭＢＮＣの磁性特性は確証されている。ＭＢＮＣはステントに組み合わせられるであろう。最初のＢＮＣ薄膜は、細菌株グルコンアセトバクター・キシリナス（Ｇｌｕｃａｎｏｃｅｔｏｂａｃｔｅｒ ｘｙｌｉｎｕｓ）（カタログ番号５３５２４、ＡＴＣＣ、ヴァージニア州マナサス）を以下のように培養することにより調製された。無菌のヘストリン・シュラム培地（Ｄ−グルコース、２．０％ ｗ／ｖ、ペプトン、０．５％（ｗ／ｖ）；酵母抽出物、０．５％（ｗ／ｖ）、リン酸二ナトリウム、０．２７％（ｗ／ｖ）、クエン酸、０．１１５％（ｗ／ｖ）、（ｐＨ５．０）を含有する）に植え付けることにより、一次培養物を形成した。その細菌をまずヘストリン・シュラム培地中に植え付け（一次接種、ホモジナイゼーションの前）、固体寒天を用いた一次接種のために用いた。その培養物を、特定の酸素および水分含量で維持された培養器中で３０℃で３日間培養した。空気／培地の界面において菌膜が形成され、それを３日目に回収した。革のような菌膜を取り外し、１Ｎ ＮａＯＨ溶液で７５℃において２０分間処理した。その菌膜をＭｉｌｌｉｐｏｒｅ水で３回すすいで残留細菌を除去した。精製されたＢＮＣ菌膜を、さらなる磁性機能付与の前に凍結乾燥した。本発明のステントは、カテーテル法により動脈瘤の頸部の欠陥に送達される。ステントの留置は動脈瘤の頸部の開口部付近の血行力学的流動挙動を変化させ、そうしてその動脈瘤の閉塞をもたらす。カテーテル法は核となる細胞を動脈瘤の頸部の開口部に直接送達するために用いられると考えられ、細胞はその磁性ステント領域に誘引される。血流の速度プロフィールおよび流動領域は、動脈瘤およびステントの留置のためにその動脈瘤の頸部の開口部の周辺で著しく変化する。この修正された流動パターンは十分に研究されている。ステントの留置は中大脳動脈（ＭＣＡ）の動脈瘤の動脈瘤内流動速度を約４３〜６４％低減し、ドーム中の流動構造に影響を及ぼす。これらの変化に関する主因は、ステントの孔を通る動脈瘤嚢中への流動に対する増大した抵抗である。カテーテル法による細胞の送達、流動速度の低減、およびステント周囲の渦は結果として内皮細胞に作用する抗力の減少をもたらし、結果として数マイクロメートルのコーティングの厚さを有する磁性コーティングは細胞をステント表面に誘引するのに十分である。

その細胞を、商業的に入手可能な超常磁性酸化鉄ナノ粒子（ＭＮＰ）を用いて磁性標識する、または磁気を帯びさせることができる。量子ドット（ＱＤ）はミセルを標識するために用いられる。特定の態様において、商業的に入手可能な内皮細胞株を本発明の方法における使用のために磁性標識することができる。特定の態様において、その細胞にはヒト大動脈内皮細胞（ＨＡＥＣ）またはヒト臍帯静脈内皮細胞（ＨＵＶＥＣ）（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ、カリフォルニア州カールスバッド）が含まれてよい。酸化鉄（ＩＯ）ナノ粒子は、それらは長い血中保持時間を有し、従ってＭＲＩコントラストに関して優れており、それらは生分解性であり、そしてそれらは低い毒性を示すため、生物学的試験に適している。簡潔には、ナノ結晶を細胞と共に３７℃で２〜３時間保温し、細胞にその粒子を内在化させることにより、細胞をＩＯナノ結晶（Ｏｃｅａｎ ＮａｎｏＴｅｃｈ、アーカンソー州スプリングデール）を用いて標識することができる。一度その細胞がＩＯ粒子を取り込んで磁性になったら、その細胞を洗浄して遊離のナノ粒子を除去し、透過型電子顕微鏡法（ＴＥＭ）を用いて粒子の内在化を検証することができる。磁性標識された細胞はすぐに用いることができる。さらに、そのＩＯナノ粒子には、ビオチンコンジュゲート蛍光抗体による検出および細胞選別による分離を可能にするストレプトアビジンタグが含まれていてよい。ストレプトアビジンおよびビオチン以外の結合対を代わりに用いてもよい。

生体材料のナノ構造形成された表面は接着、分化および増殖を模擬的に再現することが様々なヒト幹細胞において示されている。我々の結果は、方向付けられた照射合成（Ｄｉｒｅｃｔｅｄ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ）（ＤＩＳ）はヒト臍帯静脈内皮細胞（ＨＵＶＥＣ−ＣＳ）に影響を及ぼすナノスケールの環境を真似ることができることを示している。ＨＵＶＥＣ−ＣＳは薄い金（Ａｕ）およびパラジウム（Ｐｄ）の薄膜を堆積させたシリコン（Ｓｉ）ウエハー上で高い細胞増殖速度で増殖し、その試験物質表面上で細胞単層を形成した。Ｓｉウエハー上にマグネトロンスパッタリングで堆積させたＡｕおよびＰｄ薄膜上で増殖させた細胞に対する毒性およびＤＮＡ損傷率の、実験対照上で増殖させた細胞に対する毒性およびＤＮＡ損傷率に対する比較は、ＡｕおよびＰｄ薄膜は低い毒性および低いＤＮＡ損傷の発生率を有することを示した。対照的に、過酸化水素で処理したＨＵＶＥＣ−ＣＳは、既知の生体適合性物質（ＰＤＭＳ、Ｄｅｒｍａｆｉｌｌ）およびＡｕ／Ｓｉ−Ｐｄ／Ｓｉウエハー上に蒔いたＨＵＶＥＣ−ＣＳの毒性およびＤＮＡ損傷よりも有意に高い毒性およびＤＮＡ損傷を示した。

特定の態様において、本発明のステントには治癒を促進するための組織増殖に適したイオンビームでナノ構造形成された生体適合性コーティングが含まれてよい。これは、重イオンスパッタリングによる照射（例えばＡｒ、Ｘｅ等）の間の１００〜２００ｎｍの厚さの金薄膜のナノトポグラフィー展開（ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）により成し遂げることができる。

組織の核は、足場にわたって血管の欠陥を修復するために有用である。血管形成において、動脈壁中の小さな刺創の治癒および動脈瘤において見られる失敗した血管の再構築の両方を見ることができる。中膜の修復および再建を誘導するため、それに対して欠陥部分の周辺の縁（動脈瘤の頸部の開口部）がその成長を方向付けることができる核の役目を果たすであろう介在する同種移植片または同種異系移植片が欠陥部分にわたって必要とされるであろう。

ＰＣＳＭは、様々な血管研究により示されたようにＰＣＳＭ細胞は培養状態でそれらの表現型の可塑性を保持することができ、従ってインビトロでそれらのインビボの分化状態を真似ることができるため、核として選ばれた。

さらに、動脈壁は中膜の再構築のための幹細胞派生体の源を提供する。そのステントコーティングのナノ構造形成された表面は、その内部の幹細胞の分化および増殖を導くための手がかりの役目を果たすであろう。

上記の記述された態様は全ての点において説明としてのみであり限定としてではないと考えられるべきであり、本発明の範囲は前記の記述に限定されない。当業者は変更、置換および他の修正を認識すると考えられ、それはそれでもなお本発明の範囲および特許請求の範囲内に入るであろう。

それぞれの引用された参考文献はそのまま援用される。

１００ ステント部分
１１０ ステント壁表面
１２０ ニッケル層
１３０ 金層
１４０ 下層
１５０ 磁気を帯びた内皮細胞
１６０ 反管腔側
１７０ 管腔側
１８０ 生体適合性コーティング
１９０ 生理活性層
２００ ナノ島状構造
２１０ 動脈瘤
２２０ 血管
２３０ ステント

Claims (12)

1. 脳動脈瘤の処置における使用のための、その表面の一部の上にコーティングを含むステントであって、該コーティングが以下：
   該ステントの外側表面の一部の上に堆積した磁性物質；
   イオンビームでナノ構造形成された生体適合性層；および
   該生体適合性層上に形成された生理活性層、該生理活性層はＰＣＳＭを含む；
   を含む、前記ステント。
2. さらにステントの外側表面および磁性物質の間に下層を含む、請求項２に記載のステント。
3. 磁性物質が磁性金属層および磁性金属を含浸させたポリマーから選択される、請求項１または２のいずれか１項に記載のステント。
4. 金属がニッケルである、請求項４に記載のステント。
5. ポリマーが細菌性ナノセルロースである、請求項４に記載のステント。
6. さらにステント表面の可視化のための放射線増強断層撮影法を提供するためにコーティング中に埋め込まれたナノスケールの粒子を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載のステント。
7. 血管内カテーテルおよび請求項１〜６のいずれか１項に記載のステントを含む、ステントを動脈瘤を有する脳動脈に送達するためのシステム。
8. さらに磁気を帯びた細胞を含む、請求項７に記載のシステム。
9. 磁気を帯びた細胞が内皮細胞である、請求項８に記載のシステム。
10. 以下の工程：
    請求項１〜６のいずれか１項に記載のステントを動脈に、該ステントのコーティングを含む部分が修復および／または閉塞を必要とする動脈瘤の頸部の近位にあるように送達する；
    を含む、脳動脈を修復する、および／または動脈瘤を閉塞させる方法。
11. さらに磁気を帯びた細胞を修復を必要とする動脈の領域に送達することを含む、請求項１０に記載の方法。
12. ステントがカテーテル法により修復を必要とする動脈に送達される、請求項１０または１１に記載の方法。

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