JP2021511031A - 増強した生物学的封じ込め材料および増強した生物学的封じ込めエンクロージャー - Google Patents

増強した生物学的封じ込め材料および増強した生物学的封じ込めエンクロージャー Download PDF

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Abstract

生物学的封じ込め容器は、構造組成物および構造組成物に付随する強化組成物を含む容器構造を含む。強化組成物は、コポリマーを含む。コポリマーは、ポリ（グリセロールセバシン酸）またはポリ（グリセロールセバシン酸ウレタン）である。強化組成物はまた、コポリマーに付随する増強剤を含んでいてもよい。強化組成物は構造組成物に対して、強化組成物が、生物学的封じ込め容器に封じ込められた生物学的細胞に利益をもたらすように、配置されている。組成物は、コポリマーおよびコポリマーによって含有される増強剤を含む。生物学的細胞を封じ込める方法は、増強された生物学的封じ込め容器中に生物学的細胞を入れること、および予め決定された条件下で、増強された生物学的封じ込め容器中にそれらを貯蔵することを含む。増強された基板は、基板および該基板の表面をコーティングする強化組成物を含む。【選択図】図４

Description

関連出願の相互参照
[0001]本出願は、その全体が参照により組み入れられる２０１８年１月１７日付けで出願された米国仮出願第６２／６１８，４１９号の優先権と利益を主張する。
発明の分野
[0002]本出願は、生物学的封じ込めおよび細胞培養に向けられる。より具体的には、本出願は、増強した生物学的封じ込め材料、増強した生物学的封じ込めエンクロージャー、およびそれを作製および使用するための方法に向けられる。
[0003]様々なタイプの生きた細胞のための使い捨てのバイオリアクターおよび貯蔵用の封じ込めデバイスは、慣習的に人工ポリマーをベースとしており、ほとんどの場合、体積の特徴を有するバッグまたは組立体に組み立てられたポリマーフィルムであるが、これらのポリマーおよび関連する構築材料は、非生体適合性の、流出しやすい（fugitive）、場合によっては毒性の材料に細胞培養物または細胞容量（cell load）を曝露する。
[0004]現在の技術には限界があるため、細胞培養研究における細胞培養、細胞の増殖、および血液の貯蔵、ならびに生物学的な細胞封じ込めに関する２つの重要な問題が生じる。第１に、血液細胞および組織細胞は、人工のエクスビボ環境でそれらが培養される人工の貯蔵用の封じ込めにおいて、どの程度の時間、それらの意図された、または自然の機能を保持し、生存力を維持して有効な療法を提供するのかという問題である。第２に、人工ポリマーによる封じ込めにおけるエクスビボ培養の目に見えない副次的な作用とは何であるか、およびこれらの副次的な作用が、毒性代謝物質の医学的な続発症（medical sequelae）、構築材料による培養物の汚染、または患者の処置に対して個別化されたドナーの生化学的環境を左右する細胞と接触する人工の材料中で消去できるのかという問題である。
[0005]バイオリアクターの構築において従来使用される多くの材料において、ポリマー表面と固有のポリマーの化学的性質は最適ではない。その例としては、がんの原因となることが公知であるフタル酸エステルで可塑化されたポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が挙げられる。
[0006]標準的な構築材料を改善するための試みがなされてきた。従来の材料の表面改質の試みは、このような改質のための生分解性媒体および樹脂として、例えばラクチドやグリコリドのポリマーを使用している。ラクチドおよびグリコリド生分解性ポリマーは、「嫌気性の」不要な副産物に生分解するが、このような副産物は、細胞系がそれらの環境で軽減しなければならないものである。それゆえに、従来の、生分解性樹脂としてのポリグリコール酸（ＰＧＡ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、またはポリ（乳酸−ｃｏ−グリコール酸）（ＰＬＧＡ）の使用または「傾向」も理想的ではない。１つの問題は、ラクチドおよびグリコリドの分解が、特定の他の「生分解性ポリマー」のように、分解生成物を生成し、それは、拮抗する細胞性廃棄物とみなされるものであり、その副産物としての作用を「中和する」ためには、インビトロで利用できない生体反応としての免疫応答が必要となることにある。
[0007]生物系との有害な相互作用を有する有害な環境成分を軽減し、細胞培養物の生存力、細胞の培養、支持のためのバイオリアクターの構成、細胞治療に関わる開発、および貯蔵、血液の貯蔵、微生物培養、および／または組織エンジニアリングの改善を進展させる生体適合性表面および放出メカニズムを作り出すことが望ましい。
[0008]同様に、細胞培養物の生存力、細胞の培養、および／または細胞の支持のためのバイオリアクターの構成、体細胞、幹細胞、および／または微生物細胞の治療に関わる細胞の開発、および／または細胞の貯蔵、血液の貯蔵、微生物培養、および／または組織エンジニアリングを改善することが望ましい。
[0009]一実施態様において、生物学的封じ込め容器は、構造組成物および構造組成物に付随する強化組成物を含む容器構造を含む。強化組成物は、コポリマーを含む。コポリマーは、ポリ（グリセロールセバシン酸）またはポリ（グリセロールセバシン酸ウレタン）である。
[0010]別の実施態様において、組成物は、コポリマーおよびコポリマーによって含有される増強剤を含む。コポリマーは、ポリ（グリセロールセバシン酸）またはポリ（グリセロールセバシン酸ウレタン）である。
[0011]さらに別の実施態様において、生物学的細胞を封じ込める方法は、増強された生物学的封じ込め容器中に生物学的細胞を入れることを含む。本方法はまた、予め決定された条件下で、増強された生物学的封じ込め容器中に生物学的細胞を貯蔵することも含む。
[0012]別の実施態様において、増強された基板は、基板および該基板の表面をコーティングする強化組成物を含む。
[0013]本発明の様々な特徴および利点は、一例として発明の原理を例示する添付の図面と併せて、以下のより詳細な説明から明らかであると予想される。
[0014]図１は、本発明の開示の一実施態様におけるＰＧＳまたはポリ（グリセロールセバシン酸ウレタン）（ＰＧＳＵ）可塑剤で増強された生物学的封じ込め容器の図式的な断面図を示す。 [0015]図２は、本発明の開示の一実施態様におけるコーティングで増強された生物学的封じ込め容器の図式的な断面図を示す。 [0016]図３は、本発明の開示の一実施態様における２つのフィルム層間にリザーバー層を有する二層構造の封じ込めフィルムの図式的な断面図を示す。 [0017]図４は、図２の増強された生物学的封じ込め容器の斜視図である。
[0018]可能な限り、図面全体にわたり同じ部品を表すのに同じ参照番号が使用される。
[0019]制御された貯蔵、療法のための細胞の増殖、および一般的な保護のための増強された生物学的封じ込め容器は、貯蔵、培養インキュベーション（culture incubation）、または増殖における細胞の維持を改善および強化するための構築物を含み、ここで、細胞環境は、細胞の生存力の管理および毒性成分または副産物の有害な移動の低減を必要とする。
[0020]本明細書に記載される実施態様は、製品、物質の組成物、それを使用する方法、および／またはそれを形成もしくは使用するための方法を含み得る。好ましい実施態様は、生体適合性表面、放出メカニズム、および生物系と有害な相互作用を有する有害な環境成分の軽減を含み得る。
[0021]利益としては、改善された人工ポリマーベースのバイオリアクターおよび貯蔵用の封じ込めを挙げることができる。多くの人工ポリマー材料は、細胞適合性ではない表面を有しており、これらの表面では、不注意で流出しやすい（固有の）細胞片が露出したり、または生じたりして、天然の環境を生物学的に模擬することを試みる環境の妨害となる。本発明の実施態様は、天然の培養環境に類似した汚れのない（pristine）細胞適合性環境を作り出すことができ、加えて、耐久性のガラスリアクターを改善し、それによって細胞環境を強化することができる。
[0022]組成物は、バイオフレンドリーなポリマー、およびバイオフレンドリーなポリマーによって含有される、またはそれ以外の方法でバイオフレンドリーなポリマーに付随する増強剤を含む。一部の実施態様において、増強剤は、バイオフレンドリーなポリマーと物理的に混合されている。一部の実施態様において、増強剤は、バイオフレンドリーなポリマーに化学的に結合している。組成物は、好ましくは、固体または実質的に固体の状態であり、溶媒非含有であるか、または実質的に溶媒非含有である。一部の実施態様において、本組成物は、増強された生物学的封じ込め容器中で使用される。
[0023]バイオフレンドリーなポリマーは、バイオリアクター構築に必要なエンジニアリングの変更を支持することができる。一部の実施態様において、バイオフレンドリーなポリマーは、コポリマーである。一部の実施態様において、コポリマーは、ポリ（グリセロールセバシン酸）（ＰＧＳ）および／またはポリ（グリセロールセバシン酸ウレタン）（ＰＧＳＵ）、ならびに関連する脂肪と二酸のグリセロールエステルのコポリマーであり、これらは、表面の改質を支持するのに望ましい候補である。これらに加えて押出しのための新しい樹脂、およびその結果としての封じ込め構築物のためのフィルムは、コーティングとしてまたはポリマーアニーリングのためのいずれかのエンジニアリングフィルムまたは表面処理として使用するためのこれらの化学的物質から得ることができる。
[0024]一部の実施態様において、バイオフレンドリーなポリマーは、１種またはそれより多くの増強剤を含有しており、増強剤は、バイオフレンドリーなポリマーに共有結合していてもよいし、またはバイオフレンドリーなポリマーと物理的に混合されていてもよい。増強剤は、バイオフレンドリーなポリマーの表面上に配置されることによって、またはバイオフレンドリーなポリマーから増強剤が放出されるときに、細胞の寿命にプラスに寄与するか、または細胞に少なくとも１つの生物学的な利益を提供する。増強剤の機能としては、これらに限定されないが、栄養を供給すること、凝血を防止すること、および／または乳酸を捕捉することが挙げられる。一部の実施態様において、増強剤は、バイオフレンドリーなポリマーを機能的に改質する。
[0025]増強剤としては、これらに限定されないが、細胞の栄養素；２−３−ジホスホグリセリン酸スカベンジャー；亜酸化窒素のヘモグロビン捕捉から保護する組成物、例えば、安定化されたヘモグロビンプロテアーゼ、ヘムリパーゼ、ヘムメタロプロテアーゼ、またはヘモグロビンに特異的なアミノペプチダーゼなど；毒素に対する親和性組成物、例えば、キレート剤または電荷を有する化学物質など、例えば、両性イオン性物質など；ヘモグロビンに対する特異的な酵素活性を有する繊維押出し物；常磁性材料、例えば、超常磁性酸化鉄および他の常磁性金属など；乳酸デヒドロゲナーゼの変性および他のメカニズムであって、過酸化カルシウムおよび過炭酸ナトリウムならびに他のＯ２を放出する酸化物を含有する微粒子を含む、高分子マトリックス内に閉じ込められたＯ２を含む貯蔵中の好気性呼吸を保護するためのメカニズム、ここで、微粒子は、フィルム表面に結合していてもよい、を介した乳酸スカベンジャーであって、これは、マトリックス内の微粒子の分散に組み込まれていてもよいし、またはポリマー内に分散されていてもよく、この概念は、貯蔵用の封じ込め内の利用可能なＯ２が、乳酸生産を引き起こす嫌気性経路を回避することである、乳酸スカベンジャー；細胞保存組成物、例えば、クエン酸、および例えばアルギニン、アデノシン、およびアデニンなどのアミノ酸を含むクエン酸組成物など；抗凝血組成物、例えば、クエン酸、ホスフェート、デキストロース、およびアデニン（ＣＰＤＡ）など；衛生組成物、例えば、殺生剤、抗生物質、または生物静力学的な化合物など；ｐＨのシフトを軽減するかまたは表面エネルギーを低減して細胞の側壁への付着を最小化する表面パシベーション（passivation）組成物；またはそれらの組合せを挙げることができる。
[0026]これらに限定されないが、生物学的封じ込め容器を改善するための、表面の加工、構築材料、またはメカニズムの設計などの、特定の生物学的封じ込めの実施態様が予期される。
[0027]図１〜図４は、低コストのフィルム、ガラス、もしくはプラスチック上に配合されたコーティングもしくは層、低コストのフィルム内のリザーバーの形成、または強化されたポリマーフィルムまたはプラスチック構造の押出しおよび開発で使用されるポリマー原料樹脂成分の再配合および複合化のアプローチを示す。
[0028]図１は、構造組成物１２および強化組成物１４を含む、増強された生物学的封じ込め容器１０の一実施態様を示す。増強された生物学的封じ込め容器１０の外面１６は、比較的滑らかなものとして示されており、内面１８は、増強された生物学的封じ込め容器１０の封じ込め側にあり、外面１６と比較して、相対的に粗いものとして示されているが、どちらが粗くても滑らかであってもよい。例示的な実施態様において、強化組成物１４は、ＰＧＳまたはＰＧＳＵであり、増強された生物学的封じ込め容器１０中で可塑剤としてとして使用される。例示的な実施態様において、増強された生物学的封じ込め容器１０は、構造組成物１２のためのバルクのプラスチックとしてポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）を含む血液バッグである。
[0029]図２は、増強された生物学的封じ込め容器１０の別の実施態様を示す。この実施態様において、強化組成物１４は、増強された生物学的封じ込め容器１０の封じ込め側の構造組成物１２上の層である。増強された生物学的封じ込め容器１０の外面１６および増強された生物学的封じ込め容器１０の封じ込め側にある内面１８は、比較的滑らかなものとして示されており、構造組成物１２の封じ込め側の面は、外面１６および内面１８と比較して、相対的に粗いものとして示されているが、それぞれが独立して、粗くてもよいし、または滑らかであってもよい。増強された生物学的封じ込め容器１０の内面１８は、構造組成物１２の封じ込め側の粗さに類似する粗さまたはそれと異なる粗さを有するように、強化組成物１４によって提供することができる。
[0030]例示的な実施態様において、構造組成物１２は、増強された生物学的封じ込め容器１０中に、バルク原料としてＰＧＳＵを含む。強化組成物１４は、構造組成物１２上のコーティングであり、増強された生物学的封じ込め容器１０の内面１８を形成し、それに対して外面１６は、コーティングされていない。強化組成物１４は、栄養素を含有するかまたは機能的に改変されたＰＧＳ（ＮＰＧＳ）を含む。構造組成物１２の封じ込め側の表面は、図２において粗いものとして示されているが、この実施態様において好ましくは、滑らかである。
[0031]その他の例示的な実施態様において、構造組成物１２は、外面１６がコーティングされていない、低コストのストックフィルムまたはＰＶＣを含む。強化組成物１４は、ＰＧＳまたはＰＧＳＵを含み、これは、バルク原料に対するコーティング、フィルム、共押出しされた層、ポリマー表面の改質として提供されてもよいし、またはカップリング剤の化学的性質によって提供されてもよい。強化組成物１４は、増強された生物学的封じ込め容器１０に、パシベーション、栄養素、バリア、保護、および／または抗凝血性を提供することができる。
[0032]さらに別の例示的な実施態様において、構造組成物１２は、増強された生物学的封じ込め容器１０のバルク原料として、低コストのストックフィルムまたはＰＶＣを含む。強化組成物１４は、増強された生物学的封じ込め容器１０の内面１８を形成する、構造組成物１２上のコーティングであり、それに対して外面１６は、コーティングされていない。強化組成物１４は、ＮＰＧＳ、または栄養素を含有するかもしくは機能的に改変されたＰＧＳＵ（ＮＰＧＳＵ）を含む。機能的な改質剤は、保護成分、抗凝血成分、クエン酸、ホスフェート、デキストロース、および／またはアデニンであり得る。
[0033]図３は、増強された生物学的封じ込め容器１０の別の実施態様を示す。増強された生物学的封じ込め容器１０は、構造組成物１２の封じ込め側上のリザーバー層として強化組成物１４を含む。増強された生物学的封じ込め容器１０はさらに、強化組成物１４の封じ込め側に内面１８を提供する内部フィルム層３２を含む。強化組成物１４は、ＮＰＧＳまたはＮＰＧＳＵを含む。構造組成物１２、強化組成物１４、および内部フィルム層３２は、共押出しされてもよいし、またはそれ以外の方法で互いに隣り合って形成されてもよい。強化組成物１４における栄養素または機能的な改質剤３４は、能動的な拡散によって強化組成物１４から内部フィルム層３２を通過して移動３６し、内面１８で増強された生物学的封じ込め容器１０の内部に放出される。
[0034]図３における構造組成物１２としては、モノマー単位として、炭水化物、短鎖脂肪酸、糖、アミノ酸、オリゴマータンパク質、非免疫原性であるか、または栄養サポートを提供できる官能基化学物質、およびそれらの組合せが挙げられるがこれらに限定されない代謝性のビルディングブロックで構成されるポリマーまたはバイオポリマーを挙げることができるがこれらに限定されない。適切なポリマーとしてはまた、毒性触媒を含まず、熱可塑性を特徴とする、例えばビニル、ウレタン、およびポリエステルなどのエラストマー特性などの人造のポリマーも挙げることができる。触媒作用は、物理的な手段、例えば、高エネルギー放射線、熱的変換、紫外線（ＵＶ）、赤外線（ＩＲ）、Ｘ線、開始剤を用いないフリーラジカル重合を始動させるためのガンマ線、重縮合、酸−塩基、および／または酸化還元反応などによって駆動させることができる。
[0035]図４は、血液バッグの形態の、図２の増強された生物学的封じ込め容器１０の部分斜視図を示す。増強された生物学的封じ込め容器１０は、封入される、または封じ込められるスペースを画定する容器構造を含む。増強された生物学的封じ込め容器１０の一方の側における強化組成物１４は、増強された生物学的封じ込め容器１０の内面１８を提供し、それに対して構造組成物１２によって提供される外面１６は、コーティングされていない。強化組成物１４は、ＰＧＳまたはＰＧＳＵを含んでいてもよく、これは、構造組成物１２に、コーティング、フィルム、共押出しされた層、ポリマー表面の改質として提供されてもよいし、またはカップリング剤の化学的性質によって提供されてもよい。図１、２、および３の容器の実施態様はいずれも、このような形状を有していてもよいし、または他のあらゆる適切な生物学的封じ込め容器の形状を有していてもよい。
[0036]一部の実施態様において、生物学的封じ込め容器のフィルム表面の改質は、トポグラフィーを改善するか、生理学的性質を改善するか、栄養を提供するか、または保護を提供する。
[0037]培養物中の細胞は、リアクターの側壁に接着することが多い。ポリマーフィルムは、接着を防ぐことができる、または封じ込めデバイスの内壁から培養培地に必須の成分を放出できるメカニズムが提供されるように、物理的に改質されていてもよいし、または化学処理されていてもよい。
[0038]比較のための走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）表面分析により、表面内部のトポグラフィー、細胞膜のせん断に影響を与えることによって、血栓形成作用に逆の影響を与える可能性があることが示された。例示的な実施態様によれば、非血栓形成性の表面を作り出すことができる。
[0039]必ずしも全ての細胞が同じように呼吸または代謝するとは限らず、それゆえに全ての細胞が同じように増殖するとは限らない。結果として、カスタムの付加的な設計または細胞の生理学的特性に応じて特殊化した表面の改質がなされた細胞特異的なバイオリアクターおよび細胞の貯蔵用の封じ込めデバイスが望ましい。
[0040]封じ込められた生きた細胞は、代謝する。特定の条件下で、好気性呼吸は、嫌気性呼吸にシフトする場合がある。シフトは、低いＯ２圧力および／または必要な代謝産物の枯渇の結果であり得る。封じ込めの壁は、「食品棚」と考えることができ、そこで、代謝産物とガスの両方を交換することができる。ここで内部の封じ込めの壁は、栄養のリザーバーおよび細胞の支持体として扱われ得る。一部の実施態様において、栄養素支持体を含有するフィルムを、１つまたはそれより多くのベースフィルムと共押出しして、カスタム表面を提供する。封じ込めの壁は、経皮リザーバーとまったく同様に、増殖成分放出の拡散メカニズムの自由エネルギーを用いて構成することができる。同様に、制御放出と、増強された刺激された放出メカニズムとは、熱、光、および／または電磁放射線を使用して統合することができる。
[0041]栄養に加えて、封じ込め表面は、劣化または自己免疫応答による細胞死から内容物を保護することができる。例えば、抗凝血剤および保存剤を、必須の成分が流出して培養物に移動するか、または放出の刺激または分解の制御によって放出されるかのいずれかになるように、接触フィルムに埋め込むことができる。
[0042]一部の実施態様において、表面コーティングは、フィルムの機能性を変化させる。
[0043]コーティングおよび表面処理は、非生体適合性表面を生体適合性表面に変化させる簡単な方法である。コーティングは、培養環境において、複数の必須の成分を送達できる媒体とみなされる場合もあり、またはバリアのパシベーションを介して、非生体適合性表面を生体適合性表面に変化させることもできる。
[0044]一部の実施態様において、ポリマーの複合化は、フィルム樹脂のための新しい構築材料を提供する。ポリマー樹脂は、貯蔵またはインキュベーション中に封じ込めデバイスの内壁から放出することができる必須の成分と複合化することができる。フィルムポリマー構造に必須の生理学的および栄養物質を複合化する代わりに、内部フィルム壁の表面がコーティングされる。
[0045]ポリマーフィルムは、分子レベルで三次元構造とみなすことができ、エンジニアリング特性によってフィルムのインキュベーション機能を改質できるか、または細胞生存のために培養培地に送達するための添加剤および必須の成分を保持できる。これらの添加剤および必須の成分としては、これらに限定されないが、可塑剤、栄養化合物、医薬品有効成分（ＡＰＩ）、生物製剤、薬物とみなされない活性な小分子、保存剤、ガス、または抗酸化剤が挙げられる。
[0046]一部の実施態様において、ポリマー合成は、フィルムおよびコーティング媒体のための新しい構築材料を提供する。
[0047]使い捨ての生物学的封じ込め産業における汎用のフィルムストックには、生物学的封じ込め用途のためのカスタム設計された材料がなかった。医療用デバイス分野におけるほとんどのものと同様に、これらの構築材料は流用されたものであり、流用されたものであるために細胞適合性の問題と取り組まなければならない。
[0048]しかしながら、高分子フィルムストックは、製作に必要なエンジニアリング特性を有するだけでなく、生体適合性に必要なマトリックス純度も有するものとして開発することができる。例えば、材料が、フィルムの表面から移動するかまたは出現した場合に封じ込められた細胞に対するあらゆる毒性または有害作用をなくすために、代謝産物が複合化処理された汚れのないポリマーを開発することができる。
[0049]一部の実施態様において、生物学的封じ込めの強化は、スマートな封じ込めを提供する。フィルム複合構造への電子および光子の統合は、リアルタイムでのモニターおよび分析が可能な「インテリジェント」システムを作り出すことができる。ラボオンチップ技術がフィルムストックに統合されてもよく、それにより、プロセス制御、加えて必須の生理学的および生物学的な情報を提供することができる。
[0050]一実施態様において、典型的な、人工材料で構成された受動的またはニュートラルな内部封じ込め容積は、培養細胞または貯蔵細胞が必須の生化学的または機械生物学的な条件で提供されるようにカスタマイズできる能動的な表面を含むように変更される。
[0051]一部の実施態様において、多数のリアクターおよび貯蔵コンテナーの立体配置は、具体的な生物学的な必要性または結果に対応するように改質された表面を含む。これらのコーティングおよびフィルムによって改質された表面は、培養および貯蔵における意図された、および具体的な使用に応じて具体的に設計することができる。対照的に、封じ込め産業のほとんどは、他の生物医学的または工業的な使用に一般的に使用される材料に頼っている。
[0052]一部の実施態様において、標準的なストックからの既存のフィルム表面は、このようなコーティングを受容するように改質または活性化される。コーティング媒体は、使用されるメカニズムに応じて生物学的不活性または生物学的刺激を提供する、特殊化した生体適合性の樹脂媒体、例えばＰＧＳ、ＰＧＳＵ、またはそれらのコポリマーから得ることができる。例えば、ＰＧＳ単量体は、代謝産物であり、したがってＰＧＳの副産物の分解は、クレブスサイクルへ成分を提供することができる。一方で、グリセロールエステルの無害な性質も、制御放出マトリックスとしてのそれらの使用を許容し得る。コーティングは、対イオンまたはポリマーへの親和性を有する官能性物質と配合される場合、パシベーションまたはスカベンジャー表面として作用し得る。
[0053]フィルムは、押出しのための複合化および配合が可能であり、それにより、内部に独立型の表面または複合表面のいずれかとして壁構造を作り出し、具体的な必要条件を達成したり、または保護を提供したりすることができる。また複合化フィルムは、リザーバーとして材料を保持する構築複合材料としても作用し得る。
[0054]一部の実施態様において、フィルムの化学および表面科学に基づく改良複合化などの化学的および／または物理的なフィルム改質は、細胞接触および界面安定性への統合のための生物学的封じ込めを提供する。
[0055]一実施態様において、ＰＧＳは、ＰＶＣおよびポリウレタン（ＰＵ）フィルムストックのための「非フタル酸」可塑剤として取り込まれる。別の実施態様において、フィルムストックとしての複合化された樹脂系は、細胞接触界面における生体適合性のために、ＰＧＳから誘導されたＰＧＳＵを含む。さらに別の実施態様において、封じ込めのモニターおよび管理のためのスマート材料は、診断システム、例えば能動的（集積回路ベースの技術）および受動的（化学ベースの技術）な診断システムを含んでいてもよい。
[0056]一部の実施態様において、生物学的封じ込めの強化としては、ポリマー樹脂およびコーティング媒体、例えばＰＧＳ樹脂、ならびにウェブストックコーティングのための改質が挙げられる。
[0057]一実施態様において、ＰＧＳは、抗凝血剤、接着防止組成物、セルフ「クリーニング」フィルムコーティング、またはそれらの組合せとして配合される。ＰＧＳは、例えば、凝血させずに血液を貯蔵するためのアデニン含有クエン酸リン酸デキストロース（ＣＰＤＡ）溶液またはクエン酸リン酸デキストロース（ＣＰＤ）溶液のような成分などと併用した、固定された栄養素および添加剤のフィルムコーティングのための、基礎となる媒体の支持体として作用し得る。別の実施態様において、ＰＧＳは、細胞の生存および培養ならびにストックフィルムの使用を支持するための、栄養素支持体、パシベーション層、および／またはバリアフィルムコーティングの改質として役立つ。
[0058]一実施態様において、ＰＧＳまたはＰＧＳおよびコポリマーおよび架橋の選択肢の使用は、コーティング技術の場合において好ましい場合がある。理論に制限されることは望まないが、コーティングは、内壁からの有害な化学物質をパシベーションすることができ、培養または貯蔵の必要性の利益のために、生体適合性および生物活性表面を提供することができる。
[0059]別の実施態様において、ＰＧＳまたはＰＧＳおよびコポリマーおよび架橋の選択肢の使用は、フィルム技術の場合において好ましい場合がある。フィルムおよびフィルム様技術、例えば、スパッターコート、ラッカー、パシベーション処理、およびカップリングの熟成固定などは、封じ込め容器内への毒性材料の漏洩を防止するためのバリアコーティング層として役立つ可能性がある。理論に制限されることは望まないが、開発されたフィルムは、培養または貯蔵の必要性の利益のために、内壁からの有害な化学物質をパシベーションし、生体適合性および生物活性表面を提供する新しい構築材料としてのポリマーの選択肢である。
[0060]一実施態様において、ＰＧＳ樹脂媒体は、栄養のため、緩衝化のため、保護または恒常性の開発のため、赤血球（ＲＢＣ）の輸注および貯蔵のため、細胞療法のための前駆細胞の増殖および培養プロセスのモニターのため、体細胞組織エンジニアリングおよび臓器再生、またはそれらの組合せのために封じ込め内部を処理するための特殊化した培養培地の必要条件を用いて配合されたコーティングのための、代謝産物単量体の具体的な分子量（ＭＷ）および化学量論的なバリエーションに基づく。一部のこのような実施態様において、デバイスは、水を添加するだけで、封じ込めの壁から生じる栄養素支持体を提供することを特徴とする「インスタント」培地を用いた使い捨てのデバイスであってもよい。壁の栄養は、「脱水した」組成物の形態であってもよく、その場合、壁のコーティングは、培地支持体または培地組成物に変換される。
[0061]別の実施態様において、高分子量ＰＧＳ押出し樹脂およびコポリマーは、栄養、緩衝化、保護、またはＲＢＣ輸注および貯蔵における恒常性の開発、前駆細胞の増殖およびインキュベーション、体細胞組織エンジニアリング、またはそれらの組合せのための、封じ込め内部の押出しフィルムストックのための特殊化した培養培地配合物と共に、合成、複合化、および配合される。一部の実施態様において、高分子量ＰＧＳ押出し樹脂は、固体熱可塑性表面が提供されるように、少なくとも２５キロダルトン（ｋＤａ）、代替として２５ｋＤａ〜４０ｋＤａ、代替として少なくとも６０ｋＤａ、代替として６０ｋＤａ〜１００ｋＤａ、またはそれらの間のあらゆる値、範囲、もしくは部分範囲の重量平均分子量を有する。
[0062]別の実施態様において、非ラクチドおよび／または非グリコリド生分解性または生体適合性フィルムコーティング系は、細胞接触の媒介および標準的なフィルムストックからのフィルム壁のパシベーションによって、相反するトポグラフィーをなめらかにし除去するため、流出しやすい毒性のポリマー添加剤を遮断するようなバリアフィルム複合材料の構築のため、またはそれらの組合せのために、調製される。
[0063]別の実施態様において、ＣＰＤＡ溶液「添加剤」（クエン酸、ホスフェート、デキストロース、および／またはアデニン／アデノシン）が、保護、抗凝血、栄養、またはそれらの組合せのために、ＰＧＳ、ＰＧＳＵ、それらのコポリマー、または別の非ラクチドまたは非グリコリドから配合された内壁コーティングまたはフィルムストックポリマーに導入される。
[0064]ＣＰＤＡ溶液成分はいずれも、ＰＧＳ、ＰＧＳＵ、またはそれらのコポリマーの主鎖に取り込まれたりまたはそれらと反応したりできる官能基を含有する。別の実施態様において、１種またはそれより多くのＣＰＤＡ溶液成分がＰＧＳまたはＰＧＳＵポリマーに取り込まれて、ＰＧＳまたはＰＧＳＵに添加剤が固定された（その中で重合された）コーティングが生じる。ＣＰＤＡ改質樹脂はさらに、保護、抗凝血、栄養、自己緩衝化、またはそれらの組合せのために、押出し樹脂またはコーティング媒体に変換されてもよい。
[0065]亜酸化窒素（ＮＯ）は、血管拡張剤であり、ヘモグロビン（Ｈｇｂ）は、収集および貯蔵された血液中のあらゆる遊離のＮＯを補足する。これは、細胞膜溶解から血液が老化するにつれてＮＯの枯渇を悪化させ、結果としてＨｇｂが放出される。また血管収縮も、特に血液量が少ない患者の場合、輸血に不利である。一部の実施態様において、フィルム壁の飽和のためのパシベーションまたはコーティングは、ＨｇｂによるＮＯ捕捉からの保護をもたらす。他の実施態様においても同様に、壁のリザーバーは、ＮＯによってＨｇｂ飽和によるＨｇｂの作用に対抗するために、血液の貯蔵中ずっとＮＯを放出または拡散させる。
[0066]血液は、衛生、健康、および汚染に関連する血液因子を様々な程度で有する多様な集団から収集される。別の実施態様において、受動的なインジケーターまたは能動的な統合型の電子または光子化学的なインジケーターシステムまたはラボオンチップが、血液因子のプロファイリングおよび汚染物質の同定のために、フィルムストックに統合される。さらなる実施態様としては、統合型の化学的なインジケーターストリップまたは化学物質応答性フィルム、完全にスマートな血液プロファイリングデバイスユニット、糖尿病の血中グルコースのモニター、疾患特異的な受血者のための免疫調節マーカー、またはそれらの組合せが挙げられる。
[0067]貯蔵中に血液が老化するにつれて、その代謝挙動は、その酸素（Ｏ２）送達「デバイス」としての有効性に影響を与える。血液代謝副産物である化学物質、例えば２，３−ジホスホグリセリン酸（２，３−ＤＰＧ）は、いったん患者に輸注されるとＯ２取込みを阻害する可能性がある。一部の実施態様において、代謝活性に関する固有の２，３−ＤＰＧフィルム応答としては、２，３−ＤＰＧのためのバッグ上の「インジケーターストリップ」フィルム、血管壁構築物内への２，３−ＤＰＧスカベンジャーの組み込み、またはそれらの組合せが挙げられる。
[0068]別の実施態様において、コーティングは、迅速処理栄養素バッグに適用される。コーティング媒体は、コンテナーの組み立ての前に形成されたフィルム構築材料へのストック処理とみなされる場合がある。フィルム表面の前処理は、構築されたコンテナーに使用直前に添加され得る溶液に対する選択的な親和性または広範な親和性のいずれかを有する。このような封じ込め容器は、必要に応じて臨機応変にそれぞれの処理を捕獲し連結するように予め活性化した表面を含んでいてもよい。
[0069]白血球層は、抗凝血処理された血液サンプルの分画であり、血液の密度勾配遠心分離の後、白血球および血小板のほとんどを含有している。別の実施態様において、コンテナーの側壁上の勾配コーティングは、表面エネルギーの区別により白血球層の血漿、白血球および血小板、ならびに赤血球に過剰な親和性を有する表面エネルギー特性を有するように設計され、それによって分離が安定化される。白血球層バッグは、遠心分離によって達成されるものより大きい分離効率を有し得る。
[0070]別の実施態様において、コンテナーは、内部ガス（Ｏ２および／またはＮＯ）拡散壁を含む。上述したように、側壁ＮＯガス放出を生じさせることは、ＨｇｂによるＮＯ捕捉を軽減することができる。同様に、時間依存的な血液貯蔵は、Ｏ２を枯渇させる。さらなる実施態様は、ＮＯフィルムディフューザー、Ｏ２フィルムディフューザー、またはそれらの組合せを含んでいてもよい。これらのディフューザーは、別の層であってもよいし、または単一の強化組成物に取り込まれていてもよい。例えば、ディフューザーは、微粒子中に取り込まれていてもよい。代替として、ディフューザーは、層内への活性化した水分透過の機能として、または熱もしくは放射熱の活性化によって放出を開始させることによって、ＮＯおよび／またはＯ２を分解して放出するように設計されたマトリックスの化学的作用の一部であってもよい。
[0071]別の実施態様において、抗微生物性の、非抗生物質フィルム壁コーティングは、敗血症および伝染病の伝染を低減する。同様に、押出しのために複合化および配合されたポリマーはまた、構築材料のための組立体としても役立つ可能性がある。さらなる実施態様は、ＰＧＳコーティング、短鎖脂肪酸グリセロールエステルポリマーコーティング、ナノ構造フィルムの改質、またはそれらの組合せを含んでいてもよい。
[0072]別の実施態様において、ＰＧＳ、ＰＧＳＵ、またはそれらのコポリマーの繊維コーティング（クラッディング）は、先進ろ過システムの一部をコーティングする。コーティングは、例えば、毒素および／または生物製剤の分離、回収、または中和のための親和性コーティングであってもよい。コーティングは、例えば、緩衝剤コーティング、Ｈｇｂ捕捉コーティング、または栄養素コーティングであってもよい。コーティングは、「クロマトグラフ」システム、イオン交換システム、勾配放出システム、または材料移動システムのためであってもよく、繊維および繊維のクラッディングを解放することができる。別の実施態様において、コーティングは、ろ過交換をもたらし、毒素ろ過のためにバッグ中で腎臓をシミュレートすることができる。
[0073]別の実施態様において、繊維材料は、装置のろ過に使用される。繊維は、生体分子に選択的な親和性および不要な材料の捕捉または取り込まれた材料の選択的な単離を可能にする化学物質を有する機能的なコーティングのための支持体構造として作用し得る。繊維は、コーティングを含む複合構築物にとって重要な成分であり得る。
[0074]別の実施態様において、ＰＧＳ、ＰＧＳＵ、またはそれらのコポリマーは、先進ろ過システムのためのアルギネートの押出し繊維をコーティングする。繊維押出し物は、１００％の樹脂組成に基づき調製することができる。
[0075]別の実施態様において、コーティングされた成分は、細胞封じ込めに「圧力を加える」ための高圧バッグ、加圧バッグ、二重壁のガス充填バッグ、代謝性ガスの混合物を含むバルーンバッグ、またはそれらの組合せである。
[0076]ＲＢＣは、正常なインビボにおける動脈血液環境において、血液が心臓から離れて毛細血管に流れるときに一定圧力（１２０ｍｍＨｇ＋／−）下にある。血管の流れの静脈側でＲＢＣが０．０ｍｍＨｇの圧力を「感知」すると、ＲＢＣは膨潤し、それによりそれらの天然の酸素含有ホメオスタシスが変更される。静脈の血液は加圧下になく、Ｏ２を運搬しない。一実施態様において、デバイスは、天然の高圧血液環境を作り出して、ＲＢＣの劣化を軽減する。
[0077]一部の実施態様において、電磁気（ＥＭ）および／または拍動性の拍動バッグは、ＲＢＣによるＯ２放出を低減する。一実施態様において、このようなバッグは、個々のバッグまたは外部の貯蔵デバイスのいずれかとしてパルスを生じ、血液コンテナーは、貯蔵デバイスと接触させられるか、貯蔵デバイスの中に設置されることによってパルスを受けるか、または心臓血管の拍動の挙動をシミュレートするように設計される。一実施態様において、デバイスは、電気分解により、水からＯ２を生成する。一実施態様において、特殊化したＥＭ低温デバイスは、細胞を整列させるために低温貯蔵でＥＭパルスを提供する。
[0078]インビボの正常な細胞環境は、組織をサイナスの心電位および圧力脈動に晒す。ＲＢＣがゼロ圧力で停滞しているとき、Ｏ２放出が促進される。理論に制限されることは望まないが、ＲＢＣを正常な高圧のＥＭ曝露から取り出すことは、それらの挙動に顕著に負の影響を与えると考えられる。
[0079]一実施態様において、ＥＭ血液保護バッグは、ＥＭ場を強化するために常磁性材料および／または強い双極子材料が注入されたバッグフィルムを含む。適切な常磁性材料としては、これらに限定されないが、マグネシウム、ナトリウム、鉄、アルミニウム、または他のあらゆる金属または元素が挙げられ、これらは、ｄおよびｆ電子との可能な配位錯体を含む常磁性特性で特徴づけられるものとして配位され、電界効果に応答することができる。血液は、全てのヒト組織のように、インビボにおいてＥＭ場に浸される。ＥＭ場は、エクスビボでのＲＢＣ貯蔵にとって利益があることが示されている。例示的な封じ込めの実施態様は、インビボにおけるＥＭ場への曝露をシミュレートするものである。
[0080]細胞は、呼吸が好気性から嫌気性にシフトすると乳酸を生産する。貯蔵中、細胞は、代謝し、乳酸を生産し続けるが、乳酸は、毒性の代謝副産物であると考えられている。一実施態様において、封じ込め容器の化学的走化性の壁は、乳酸スカベンジャーを含む。適切な乳酸スカベンジャーとしては、これらに限定されないが、ラクターゼ酵素、乳酸デヒドロゲナーゼ、またはルイス塩基の特徴を示す他のあらゆる生体分子が挙げられる。一部の実施態様において、封じ込め容器は、培養物または流体環境からの乳酸の吸着または転化に関する親和性を有する。
[0081]本明細書に記載される概念は、これらに限定されないが、微生物学的な回収および貯蔵ならびにサンプル貯蔵などの他の生物生態学の適用にも拡張することができる。本明細書で開示されたコーティングおよびフィルムは、標準的なガラスまたは硬質プラスチックエンクロージャーがバイオリアクター環境に変換され、複数の形状、サイズ、および立体配置を提供するように、ガラスまたは硬質プラスチック表面に適用することができる。細胞の付着に抵抗するコーティングは、環境にやさしい防汚コーティングとして役立つ可能性がある。細胞接着が促進されるかまたは細胞接着が回避される場合における特異的な親和性または作用を有するコーティングの成形のためのフィルム樹脂は、プロテーゼインプラントにおいて、有害な組織および細胞による使用の妨害を防止するのに有用な場合もある。新たに配合された樹脂は、これらに限定されないが、３次元（３Ｄ）印刷などの適用においてマイクロ押出しのために設計することができる。配合された樹脂は、組織足場としても使用することができる。細胞増殖を促進するコーティングは、創傷ケア包帯剤処置での使用を検討することができる。高圧血液貯蔵バッグは、低い血液量に加えて低血圧を有する患者への輸注を助けることができる。
[0082]例示的な実施態様において、ＰＧＳ樹脂は、その全体が参照により組み入れられる米国特許第９，３５９，４７２号に記載される方法に従って、水が媒介する反応で形成される。
[0083]明細書の前述の部分は例示的な実施態様を例示し記載しているが、様々な変更をすることができ、本発明の範囲から逸脱することなく均等物によって要素を置換できることが当業者には理解されると予想される。加えて、特定の状況または材料を、それらの必須の範囲から逸脱することなく本発明の教示に適合させるために多くの改質を行うことができる。それゆえに、本発明は、本発明の実施のために予期される最良の形態として開示された特定の実施態様に限定されないが、本発明は、添付の特許請求の範囲内に含まれる全ての実施態様を含むことが意図される。
１０ 生物学的封じ込め容器
１２ 構造組成物
１４ 強化組成物
１６ 外面
１８ 内面
３２ 内部フィルム層
３４ 機能的な改変
３６ 進路

Claims (27)

  1. 構造組成物；および
    該構造組成物に付随する強化組成物
    を含む容器構造を含む生物学的封じ込め容器であって、該強化組成物は、ポリ（グリセロールセバシン酸）およびポリ（グリセロールセバシン酸ウレタン）からなる群から選択されるコポリマーを含む、上記生物学的封じ込め容器。
  2. 前記構造組成物が、ポリ塩化ビニルを含む、請求項１に記載の生物学的封じ込め容器。
  3. 前記強化組成物が、前記容器構造の封じ込め側の前記構造組成物の表面上に配置されている、請求項１に記載の生物学的封じ込め容器。
  4. 前記容器構造の封じ込め側の前記強化組成物の表面上に、内部フィルム層をさらに含む、請求項３に記載の生物学的封じ込め容器。
  5. 前記強化組成物が、前記構造組成物と混合された可塑剤である、請求項１に記載の生物学的封じ込め容器。
  6. 前記コポリマーが、ポリ（グリセロールセバシン酸）である、請求項１に記載の生物学的封じ込め容器。
  7. 前記コポリマーが、ポリ（グリセロールセバシン酸ウレタン）である、請求項１に記載の生物学的封じ込め容器。
  8. 前記強化組成物が、前記コポリマーに付随する増強剤をさらに含み、前記強化組成物が前記構造組成物に対して、前記増強剤が、前記生物学的封じ込め容器に封じ込められた生物学的細胞に利益をもたらすように配置されている、請求項１に記載の生物学的封じ込め容器。
  9. 前記増強剤が、前記コポリマーと物理的に混合されている、請求項８に記載の生物学的封じ込め容器。
  10. 前記増強剤が、前記コポリマーに化学的に結合している、請求項８に記載の生物学的封じ込め容器。
  11. 前記増強剤が、細胞の栄養素、２−３−ジホスホグリセリン酸スカベンジャー、亜酸化窒素のヘモグロビン捕捉から保護する組成物、毒素に対する親和性組成物、繊維押出し物、常磁性材料、乳酸スカベンジャー、細胞保存組成物、抗凝血組成物、衛生組成物、表面パシベーション組成物、およびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項８に記載の生物学的封じ込め容器。
  12. 生物学的細胞を封じ込める方法であって、
    請求項１に記載の増強された生物学的封じ込め容器内に生物学的細胞を入れること；および
    予め決定された条件下で、該増強された生物学的封じ込め容器中に該生物学的細胞を貯蔵すること
    を含む、上記方法。
  13. 前記コポリマーが、ポリ（グリセロールセバシン酸）である、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記コポリマーが、ポリ（グリセロールセバシン酸ウレタン）である、請求項１２に記載の方法。
  15. 前記強化組成物が、前記コポリマーに付随する増強剤をさらに含み、前記強化組成物が前記構造組成物に対して、前記増強剤が、前記生物学的封じ込め容器に封じ込められた前記生物学的細胞に利益をもたらすように配置されている、請求項１２に記載の方法。
  16. 前記増強剤が、前記コポリマーと物理的に混合されている、請求項１５に記載の方法。
  17. 前記増強剤が、前記コポリマーに化学的に結合している、請求項１５に記載の方法。
  18. 前記増強剤が、細胞の栄養素、２−３−ジホスホグリセリン酸スカベンジャー、亜酸化窒素のヘモグロビン捕捉から保護する組成物、毒素に対する親和性組成物、繊維押出し物、常磁性材料、乳酸スカベンジャー、細胞保存組成物、抗凝血組成物、衛生組成物、表面パシベーション組成物、およびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１５に記載の方法。
  19. ポリ（グリセロールセバシン酸）およびポリ（グリセロールセバシン酸ウレタン）からなる群から選択されるコポリマー；並びに
    該コポリマーに付随する増強剤
    を含む組成物。
  20. 前記増強剤が、生物学的細胞に少なくとも１つの生物学的な利益を提供する、請求項１９に記載の組成物。
  21. 前記コポリマーが、ポリ（グリセロールセバシン酸）である、請求項１９に記載の組成物。
  22. 前記コポリマーが、ポリ（グリセロールセバシン酸ウレタン）である、請求項１９に記載の組成物。
  23. 前記増強剤が、前記コポリマーと物理的に混合されている、請求項１９に記載の組成物。
  24. 前記増強剤が、前記コポリマーに化学的に結合している、請求項１９に記載の組成物。
  25. 前記増強剤が、細胞の栄養素、２−３−ジホスホグリセリン酸スカベンジャー、亜酸化窒素のヘモグロビン捕捉から保護する組成物、毒素に対する親和性組成物、繊維押出し物、常磁性材料、乳酸スカベンジャー、細胞保存組成物、抗凝血組成物、衛生組成物、表面パシベーション組成物、およびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１９に記載の組成物。
  26. 基板；および
    該基板の表面をコーティングすること強化組成物
    を含む増強された基板であって、該強化組成物は、ポリ（グリセロールセバシン酸）およびポリ（グリセロールセバシン酸ウレタン）からなる群から選択されるコポリマーを含む、上記基板。
  27. 前記強化組成物が、細胞の栄養素、２−３−ジホスホグリセリン酸スカベンジャー、亜酸化窒素のヘモグロビン捕捉から保護する組成物、毒素に対する親和性組成物、繊維押出し物、常磁性材料、乳酸スカベンジャー、細胞保存組成物、抗凝血組成物、衛生組成物、表面パシベーション組成物、およびそれらの組合せからなる群から選択される増強剤をさらに含む、請求項２６に記載の増強された基板。
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