JP2019501808A - 抗炎症能および血管新生能を有する細胞の移植のための移植可能デバイスならびにそれを製造する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2016年4月4日に出願された米国仮出願第62/317,990号に基づく優先権を主張し、その内容は全体が参照により本明細書に組み込まれる。
a.酸素を本質的に含むガスを供給するためのガスユニット、および
b.一定程度の物理的柔軟性を有し、機能細胞を生存可能で機能的な条件に維持するために酸素をガスユニットから受け取るよう構成された、複数の機能細胞を含有するユニットのうちの少なくとも1つ
を含む、移植可能医療システムを提供する。
a.酸素を本質的に含むガスを供給するためのガスユニット、および
b.一定程度の物理的柔軟性を有し、機能細胞を生存可能で機能的な条件に維持するために酸素をガスユニットから受け取るよう構成された、複数の機能細胞を含有するユニットのうちの少なくとも1つ
を含む、移植可能医療システムを提供する。
実施例
ガス透過膜、たとえば25μmシリコンPTFE(Silon)を、医療用シリコン接着剤(たとえば、これらに限定されないが、MED2000、Neusil)を使用して、図2、符号6に示すとおり、デバイスの本体部(1)上に取り付けた(たとえば、これに限定されないが、接着した)。いくつかの実施形態では、膜は、25μmから75μmの間の厚さを有する。
いくつかの実施形態では、図5に示すとおり、HTK中に溶解させた4〜8%のHMアルギネートを、親水性PTFE多孔膜(Biopore)の上面上に置く統合工程をまず実施することにより、本発明の機器を製造した。図5Aは、移植デバイスのプラスチックフレーム上に接着された親水性PTFE(Biopore)多孔膜を有する機器の上面図を示す。図5Bは、Biopore膜上に置かれた4〜8%のHMアルギネートを示す。次に、膜を含浸させるために、低真空圧力(たとえば、これに限定されないが、0.025から0.25mPaの間)により、4〜8%のHMアルギネートをPTFE多孔膜内に押し込んだ。余分なアルギネートを膜の表面から拭い取った。複合PTFE膜の一部となった4〜8%のHMアルギネートを、塩化バリウム溶液を用いて架橋した。HMアルギネートを含有するPTFE膜を、乾燥して安定的な特性を達成するよう凍結乾燥させた。複合膜は、以下の細孔を含有する。すなわち、(a)親水性PTFE膜の製造プロセス中に形成されるマイクロ細孔および(b)HMアルギネートポリマーにより創出されるナノ細孔。このプロセスにより生成される得られた膜は、乾燥製品であり、PTFE膜の細孔は、図6Aおよび図6Bに示すとおり、HMアルギネートにより完全に充填される。図6Aおよび図6Bは、本発明の例示的一実施形態を示し、膜表面のESEMを示し、図6Aは、元の状態のPTFE(Biopore)膜を示し、図6Bは、HMアルギネートを含浸させたBiopore膜を示す。乾燥複合材料は、エチレンオキシドにより32℃で18時間滅菌されたのであり、長期間、たとえば、これらに限定されないが、1カ月、3カ月、6カ月、9カ月、12カ月、18カ月、24カ月等の間保存できる。
いくつかの実施形態では、例示的機器は、ポリマーを親水性多孔膜内に含浸させることを含むプロセスにより形成される。いくつかの実施形態では、膜は、実施例1に関して上述の特性を有する。いくつかの実施形態では、ポリマーには、ポリエーテルが含まれる。いくつかの実施形態では、ポリマーには、PEGが含まれる。いくつかの実施形態では、ポリマーには、PEG−DAが含まれる。いくつかの実施形態では、ポリマーには、PEG−Aが含まれる。いくつかの実施形態では、ポリマーには、PEG−DMAが含まれる。「ポリエーテル」という用語は、PEG、PEG−DA、PEG−A、およびPEG−DMAを含むが、これらに限定されないポリマーのクラスを集合的に指すよう本明細書で使用する。いくつかの実施形態では、ポリマーには、4腕ポリエーテル(4−arm polyether)が含まれる。いくつかの実施形態では、ポリマーには、8腕ポリエーテルが含まれる。いくつかの実施形態では、ポリマーには、16腕ポリエーテルが含まれる。
いくつかの実施形態では、例示的機器は、細胞統合工程を含むプロセスにより形成される。いくつかの実施形態では、機能細胞(たとえばランゲルハンス島、ヒト幹細胞、副腎細胞等)を、非架橋または非硬化ヒドロゲル(たとえばHGアルギネート、PEG−DA等)と混合させる。いくつかの実施形態では、そのように製造された混合物は、組織コンパートメントへと通じる専用組織注入ポート内への注入により、移植可能デバイス内に注入される。図12Aは、例示的な移植可能デバイスを示す一方で、図12Bは、図12Aに示す断面に沿った、図12Aの移植可能デバイスの断面図を示し、組織注入ポートおよび組織コンパートメントの位置を示す。いくつかの実施形態では、混合物を注入した後、ヒドロゲルを架橋する。いくつかの実施形態では、架橋は、デバイスを架橋溶液中に浸漬することにより実施される。いくつかの実施形態では、架橋溶液は、ストロンチウムを含む。いくつかの実施形態では、架橋溶液は、バリウムを含む。いくつかの実施形態では、架橋溶液は、カルシウムを含む。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、UV光を用いた照射を通じて硬化させることにより架橋される。
機器の除去
ある実験では、請求項に記載の移植可能デバイスを、ブタに90日間移植した。移植前、組織−アルギネート層のアルギネート含有量は5,346μg/mm3であった。回収後、組織−アルギネート層のアルギネート含有量は、5,300μg/mm3であった。これは、組織−アルギネート層のアルギネート含有量が、実質的に変化しないままであることを実証した。
移植された機器を有するラットに、ガス混合物を補充した。24時間ごとに、各ラットを鎮静させ、図10に示すとおり(この写真には1本の針しか示されていないが)、2つの27Gヒューバー針を2つの移植されたアクセスポートのそれぞれに挿入し、特定の酸素濃度、40mmHgのCO2、およびバランスのN2を含有する10〜15ml(約3から5個のタンク容積)のガス混合物を用いてタンクをパージした。タンク内の最終全圧は、周囲大気圧と等しかった。異なる酸素混合物を得るため、事前に充填されたシリンダーを使用した(Maxima、イスラエル)。図10は、管、機器/デバイス、およびガス補充のためのアクセスポートに関して、移植されたシステムの位置を示す。酸素の補充後(すなわち、1atmの測定値を有する)、針を除去し、所定の内圧に到達するまでガスをデバイス内に押し入れる。同様の一例では、ヒトにおける使用のために構成されたデバイスにおいて、9mlのガスを注入することにより、デバイス内の1.4atmsを達成する。
ある実験では、図11に関して上述のとおり調製した複合膜を、拡散セル内に置いた。複合膜を通じたグルコース、ヒトインスリン、およびラット免疫グロブリン−G(IgG)の拡散率を測定した。空の膜(すなわち、図11に関して上述のとおり処置されていないBiopore膜)を通じたグルコース、ヒトインスリン、およびラットIgGの拡散率を基準とした。複合膜を通じたグルコースおよびヒトインスリンの拡散率は、空の膜を通じたものと同様であった。いくつかの実施形態では、複合膜を通じたグルコースの拡散定数は、1.3*10−6cm2/secから1.5*10−6cm2/secの間である。いくつかの実施形態では、複合膜を通じたインスリンの拡散定数は、1.5*10−7cm2/secから1.7*10−7cm2/secの間である。複合膜を通じたラットIgGの拡散率は、空の膜を通じた拡散率と比較して、ほぼ完全に遮断された。いくつかの実施形態では、複合膜を通じたラットIgGの移動率は、0.05%から0.1%が48時間でソースセルからシンクセルへと移動した。結果として、10kDaのPEG−DAを含浸させたBiopore膜を、免疫障壁として使用できることがわかる。いくつかの実施形態では、デバイスは、PEG−DAを免疫障壁として含浸させた親水性PTFE多孔膜を含む。いくつかの実施形態では、小分子(すなわち、約900Da未満の分子量を有する分子、たとえばグルコース)は、複合膜を自由に通過する。いくつかの実施形態では、中程度の分子(すなわち、約900Daから約100,000Daの間の分子量を有する分子、たとえばインスリン)は、若干遅れて複合膜を通過し、この遅れは、分子の分子量に応じて変化する。いくつかの実施形態では、実質的にすべての大きな分子(すなわち、約100,000Daを超える分子量を有する分子、たとえばIgG)は、複合膜の通過を防止される。
ある実験では、図13および図14に示す注入システムを試験した。図13は、注入システムの図を示す一方で、図14は、実験注入システムの様々な画像を示す。11.5cmの長軸長さおよび7.0cmの短軸長さを有する平坦な楕円のデバイスが、一方の側面に2つのローディングポートおよび他方の側面に2つの排出ポートを備えていた(図14、右上パネルを参照のこと)。600μmの厚さの組織チャンバーを、50μmの厚さを有する多孔膜(0.4μmの孔径のBiopore)の2つの層を、エポキシ接着剤を用いて、組織チャンバーの一方の側面のポリエーテルエーテルケトン(PEEK)でできたリブ上に接着することにより創出し、透明ポリカーボネートが組織チャンバーの他方の側面を形成する。多孔膜は、一定の厚さを維持するために、システムの底部にある平坦な焼結ガラス上に置かれた。ポリソルベート20溶液中にポリスチレンビーズを48時間浸漬させ、HTK溶液中に溶解させた3.5%のHGアルギネートと混合した。ある実験では、すべてのポリスチレンビーズが、150μmの直径を有していた。別の実験では、ポリスチレンビーズは、150μmおよび300μmビーズの混合物であった。ビーズおよびアルギネートの混合物を、10mLシリンジ(図14、左パネルを参照のこと)内にロードし、組織チャンバー内に分速3.5mLの速度で注入した。焼結ガラスを、70mMのストロンチウム溶液中に25分間浸漬させ、4−(2−ヒドロキシエチル)−1−ピペラジンエタンスルホン酸溶液を用いて洗浄し、HGアルギネートの架橋を実施した。150μmのビーズのみを含む注入混合物を図14、上パネルに示す。150μmおよび300μmのビーズを含む注入混合物を、中央下パネルに示し、拡大図で右下パネルに示す。両方の場合で、混合物は、気泡なくチャンバー内に均一に注入した。
Claims (23)
- ポリエーテルおよび光開始剤を含む溶液を親水性多孔膜上に広げること、
親水性多孔膜に溶液を含浸させること、ならびに
親水性多孔膜内に位置する溶液を紫外線への曝露により硬化させて、複合膜を製造すること
を含む、方法。 - 複合膜が、約100,000ダルトンを超える分子量を有する分子が膜を通過するのを防止するのに好適な孔径を有する、請求項1に記載の方法。
- オーブン乾燥または凍結乾燥のいずれかにより複合膜を乾燥させること
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 乾燥させた複合膜を移植可能デバイス内に置くこと
をさらに含む、請求項3に記載の方法。 - 乾燥させた複合膜を移植可能デバイス内に置く工程の前に、
機能細胞をポリマーと混合して、細胞混合物を製造する工程、
細胞混合物を複合膜上に置く工程、および
架橋剤を用いて細胞混合物を架橋して、複合膜に隣接する埋め込まれた細胞層を製造する工程
を実施すること
をさらに含み、
乾燥させた複合膜が移植可能デバイス内に置かれるとき、埋め込まれた細胞層もまた移植可能デバイス内に置かれる、
請求項4に記載の方法。 - 架橋剤が、バリウム、ストロンチウム、およびカルシウムのうちの少なくとも1つを含む、請求項5に記載の方法。
- 機能細胞が、ランゲルハンス島、幹細胞、および副腎細胞のうちの少なくとも1つを含む、請求項5に記載の方法。
- 移植可能デバイスが、外部ソースから酸素の供給を受け取るよう構成されている、請求項5に記載の方法。
- 複合膜が外部酸素ソースと埋め込まれた細胞層との間に位置するように、複合膜および埋め込まれた細胞層が、移植可能デバイス内に位置する、請求項8に記載の方法。
- 基本培地中で機能細胞を培養すること、ならびに
培養された機能細胞および基本培地を移植可能デバイスの組織チャンバー内に注入すること
をさらに含む、請求項4に記載の方法。 - 機能細胞が、ランゲルハンス島、幹細胞、および副腎細胞のうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載の方法。
- 移植可能デバイスが、外部ソースから酸素の供給を受け取るよう構成されている、請求項10に記載の方法。
- 移植可能デバイスが宿主内に移植されるとき、複合膜が組織チャンバーと宿主の組織との間に位置するように、複合膜および組織チャンバーが、移植可能デバイス内に位置する、請求項12に記載の方法。
- ポリエーテルが、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールアクリレート、およびポリエチレングリコールジメタクリレートのうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載の方法。
- 親水性多孔膜に溶液を含浸させる工程が、親水性多孔膜および溶液を2片の透明材の間で加圧して、親水性多孔膜に溶液を含浸させることを含み、硬化工程が、親水性多孔膜および溶液が2片の透明材の間で加圧される間に実施される、請求項1に記載の方法。
- HMアルギネート溶液を親水性多孔膜上に置くこと、
親水性多孔膜上のHMアルギネート溶液を真空圧力に曝露して、HMアルギネートを含浸させた親水性多孔膜を製造すること、
HMアルギネートを含浸させた親水性多孔膜を架橋溶液に曝露して、HMアルギネートを架橋して架橋HMアルギネートを含浸させた親水性多孔膜を製造すること、および
架橋HMアルギネートを含浸させた親水性多孔膜を凍結乾燥させて、複合膜を製造すること
を含む、方法。 - 架橋溶液が、ストロンチウム、バリウム、およびカルシウムのうちの少なくとも1つを含む、請求項16に記載の方法。
- 機能細胞をHGアルギネートと混合し、細胞混合物を製造すること、
細胞混合物を複合膜上に置くこと、および
架橋剤を用いて細胞混合物を架橋して、複合膜に隣接する埋め込まれた細胞層を製造すること
をさらに含む、請求項16に記載の方法。 - 架橋剤が、ストロンチウム、バリウム、およびカルシウムのうちの少なくとも1つを含む、請求項18に記載の方法。
- 複合膜および埋め込まれた細胞層を、酸素を外部酸素ソースから受け取るよう構成された移植可能デバイス内に取り付けること
をさらに含み、
複合膜が外部酸素ソースと埋め込まれた細胞層との間に位置するように、複合膜および埋め込まれた細胞層が、移植可能デバイス内に位置する、
請求項18に記載の方法。 - 機能細胞が、ランゲルハンス島、幹細胞、および副腎細胞のうちの少なくとも1つを含む、請求項18に記載の方法。
- HGアルギネート中の生物活性分子を固定すること
をさらに含む、請求項18に記載の方法。 - 生物活性分子が、抗炎症性分子および抗アポトーシス薬のうちの少なくとも1つを含む、請求項22に記載の方法。
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