JPH10510736A - 胸部組織強化技術 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 胸部組織の再構築または増強のための方法および組成物が本明細書中に記載される。分離された細胞、好ましくは筋細胞が、適切な生分解性、ポリマー性マトリックスと組み合わせて移植され、新しい組織を形成する。使用され得るマトリックスには２つの形態がある：その中に懸濁された細胞を有するアルギネートのような材料で形成されるポリマー性ヒドロゲル、および約100ミクロンと300ミクロンとの間の組織内空間を有する繊維マトリックス。好ましいポリマー性材料は約１〜２カ月かけて分解する材料（例えば、ポリ乳酸-グリコール酸コポリマー）である。マトリックスは、移植前に接種され得るかまたは移植され得、血管新生化し得、次いで細胞を接種し得る。好ましい実施態様においては、細胞-マトリックス構造は組織拡張材デバイスと組み合わせて移植される。細胞マトリックスが移植されるか、または細胞が増殖し新しい組織を形成するに従って、拡張材サイズは、それが除去され得、そして所望の再構築または増強が得られるまで減少する。好ましい細胞形態は筋細胞であるが、間葉細胞、繊維芽細胞、軟骨細胞、および脂肪細胞のような他の形態が使用され得る。陰唇のような組織から得られる細胞は、乳頭形態組織の形成のような特定の用途に対して使用され得る。他の材料（例えば、移植された組織の血管新生化を促進する、および／または繊維組織の増殖を抑制する生物活性分子）が、マトリックスと共に移植されて、より正常な組織の発達を増強し得る。

Description

【発明の詳細な説明】 胸部組織強化技術 発明の背景 本発明は、一般に、胸部組織の再構築および増強の分野に関する。 胸部、または乳腺は、結合組織の層による前胸郭にある筋肉に付属する変異し た汗腺である。内部では、各乳腺は、主に繊維芽細胞およびコラーゲン繊維束に より形成される密な結合組織により分離される15〜25の葉、ならびに細網繊維お よびコラーゲン繊維により一緒に保持される脂肪(adipose)（脂肪(fat)）細胞を 含む脂肪組織からなる。それぞれにおいて、葉は広範に分岐する乳汁分泌性の管 である。最小分岐の末端が、乳汁を合成し、そして管システムの中に分泌する、 上皮腺細胞（肺胞細胞）である。立方上皮および円柱上皮、および肺胞細胞から 構成される管は、乳汁中に免疫グロブリンAを分泌し新生児に受動免疫性を与え る、コラーゲン繊維および繊維芽細胞を含有する疎な結合組織、リンパ細胞、な らびに血漿細胞にはめ込まれる。肺胞細胞および管上皮細胞のすぐ外側は筋上皮 細胞であり、これは、収縮して乳汁を絞り出すことにより神経刺激およびホルモ ン刺激に応答する。乳汁分泌性の管の各々は、乳頭を覆う皮膚を通して胸部表面 上で開く。 胸部の外科手術は、美容および治療のように広く類別され得る。美容外科手術 は、増強（例えば、移植；削減；および再構築を用いる）を含む。最も初期の癌 に対する主な処置である治療外科手術は、内部胸壁の完全な軟組織およびリンパ 節、ならびに頭部および頸部に広がる血管の除去；胸のごく一部のみを含み得る 乳腺腫瘤摘出；および組織の小さな領域の破壊に対するレーザー外科手術を含み 得る基礎手術を包含する。再構築手術および移植片の使用は、基礎的な胸部手術 としばしば併用される。基礎的な乳房切除は、胸部、重症の胸筋および軽症の胸 筋の両方、ならびにリンパ節の除去を包含し得る。 毎年250,000を超える胸部再構築処置が行われている。乳癌、先天性の欠陥、 または外傷に帰因する損傷に苦しむ女性は、再構築に代わる手段がほとんどない 。胸部再構築は、癌のための乳房切除時、または直後にしばしば用いられる。再 構築処置は、体のある領域（例えば、臀部または腹部領域）から胸部領域まで、 下部の結合組織および脂肪組織と共に脈管化された皮弁を移植することをしばし ば包含する。外科医はまた、再構築のために胸部移植片を用いる。 胸部再構築の多くの手術法があり、これらは、シリコーン移植、広背節弁、茎 の横筋腹部筋皮神経弁（pedicled transversus abdominis myocutaneous flap） （TRAM）、フリーのTRAM弁、およびフリーの臀部弁による組織拡張を包含する。 完全な再構築は、しばしば乳房切除および主要な再構築に加えて多くの処置を必 要とする。処置は、永久的な移植片に対する組織拡張交換、乳房再構築、再構築 の修正、および乳房固定／整復を包含する。 不運にも、再構築および増強に使用されるシリコーン補綴物は、多くの医学的 な合併症を引き起こしてきた。移植の代替材料を有することが望まれる。 最近用いられている再構築手術法でさえも、特に、関連した筋肉組織を広範に 除去している場合には、正常に見えるあるいは感じる組織を達成することは非常 に困難である。 従って、本発明の目的は、胸部組織の再構築および増強のための方法および組 成物を提供することである。 本発明のさらなる目的は、シリコーンのような異質の材料でなく、組織であり 、そして正常の組織の外観を有する胸部構造を提供するための方法および材料を 提供することである。 発明の要旨 胸部組織の再構築または増強のための方法および組成物が本明細書中に記載さ れる。分離された細胞、好ましくは筋細胞は、適切な生分解性、ポリマー性マト リックスと組み合わせて移植され、新しい組織を形成する。使用され得るマトリ ックスには２つの形態がある：その中に懸濁された細胞を有するアルギネートの ような材料で形成されるポリマー性ヒドロゲル、および約100ミクロンと300ミク ロンとの間の組織内空間を有する繊維マトリックス。好ましいポリマー性材料は 約１〜２カ月かけて分解する材料（例えば、ポリ乳酸-グリコール酸コポリマー ）である。マトリックスは、移植前に接種され得るかまたは移植され得、血管新 生化し得、次いで細胞を接種し得る。好ましい実施態様においては、細胞-マト リックス構造は組織拡張材デバイスと組み合わせて移植される。細胞マトリック スが移植されるか、または細胞が増殖し新しい組織を形成するに従って、拡張材 サイズは、それが除去され得、そして所望の再構築または増強が得られるまで減 少する。好ましい細胞形態は筋細胞であるが、間葉細胞、繊維芽細胞、軟骨細胞 、および脂肪細胞のような他の形態が使用され得る。陰唇のような組織から得ら れる細胞は、乳頭形態組織の形成のような特定の用途に対して使用され得る。他 の材料（例えば、移植された組織の血管新生化を促進する、および／または繊維 組織の増殖を抑制する生物活性分子）が、マトリックスと共に移植されて、より 正常な組織の発達を増強し得る。 細胞ヒドロゲル懸濁液の一連の注射が新しい組織を作製するのに使用される場 合、細胞マトリックス構造は、胸部ガン組織を除去する外科手術時に、引き続い ての再構築手術の間に、または一定の時間にわたり（例えば、一週間ごとに）移 植され得る。 図面の簡単な説明 図１は、胸部組織増強のためにポリマー性マトリックス上に分離された細胞を 胸部に移植する方法の模式図である。 図２は、ストラットと共に胸部組織に移植された繊維プレートの模式図であり 、これにより周囲の組織および皮膚を支持し、そして新しい組織が細胞-ヒドロ ゲル懸濁液の注射によりストラット内に形成され得る。 図３A、３Bおよび３Cは、組織拡張材（expander）の移植に続く、細胞-ヒドロ ゲル懸濁液の一連の注射の模式図であり、懸濁液が注射される毎に組織拡張材の サイズが減少する。図３Aは、最大に拡張した組織拡張材であり；図３Bは、拡張 材から液体を引き抜いて、そこに細胞-ポリマー懸濁液が注入される隣接組織と 拡張材との間の空間が形成された状態であり；そして図３Cは、拡張材が最大に 収縮して、図１のように拡張された組織拡張材の多くが占めていた空間に新しい 組織が形成される状態である。 発明の詳細な説明 Ｉ．移植される細胞 移植される細胞は、標準的な技術（例えば、コラゲナーゼ、トリプシン、また は他のプロテアーゼ溶液による消化）を用いて分離される。好ましい細胞形態は 、間葉細胞、特に平滑筋細胞または骨格筋細胞、筋細胞（筋肉幹細胞）、軟骨細 胞、脂肪細胞、繊維筋芽細胞（fibromyoblast）ならびに延性の細胞および皮膚 細胞を含む外胚葉細胞である。いくつかの場合において、神経細胞を含むことが 所望され得る。細胞は、通常または遺伝的に扱われ、さらなる機能または通常の 機能を提供し得る。 細胞は、好ましくは、バイオプシーから得られ、および培地中で拡張される自 己細胞であるが、適切な免疫抑制を有する近い血縁者または同種の他のドナー由 来の細胞が使用され得る。免疫学的に不活性な細胞（例えば、胚性細胞、幹細胞 、および免疫抑制の必要性を避けるために遺伝的に扱われる細胞）もまた使用さ れ得る。免疫抑制の方法および薬剤は移植の当業者に公知である。好ましい化合 物は、推奨される用量を用いるシクロスポリンである。 好ましい実施態様においては、骨格筋細胞または平滑筋細胞はバイオプシーか ら得られ、そして続く移植のための培地で拡張される。骨格筋細胞または平滑筋 細胞は、体の任意の部分のバイオプシーにより容易に得られ得る（例えば、骨格 筋バイオプシーは、腕、前腕、または下肢より容易に得られ得、そして平滑筋は 全身の皮下組織に隣接した領域から得られ得る）。いずれかの形態の筋肉を得る ために、バイオプシーされる領域は、皮下注射される少量のリドカインにより局 所的に麻酔され得る。あるいは、リドカインゼリーの小さなパッチがバイオプシ ーされる領域上に塗布され得、そしてバイオプシー試料を得る前に5分〜20分の 期間そこに放置され得る。バイオプシーは、処置をきわめて簡単にし、かつほと んど痛みを伴わない迅速な作用針（rapid action needle）であるバイオプシー 針の使用によりたやすく得られ得る。麻酔剤の添加により、処置はもっぱら痛み を伴わない。次いで、骨格筋または平滑筋のいずれかのこの小さなバイオプシー コアは、リン酸緩衝化された生理食塩水からなる媒地に移され得る。次いで、バ イオプシー試料は、筋肉が外移植技術を用いて増殖し得る実験に移され、ここで 、筋肉は培養プレートに付着する小片に分けられ、そして血清含有媒地が添加さ れる。あるいは、筋肉バイオプシーは、薬品（例えば、トリプシン）で酵素的に 消化され得、そして細胞は慣例的に使用される任意の媒地を有する培養プレート 中に分散され得る。培養プレート中での細胞拡張の後、細胞は、十分な数の細胞 が得られるまで通常の技術を用いて容易に発生し得る。 II．デバイス製作： ３つの主要なタイプのマトリックスが新しい組織または増強組織を作製するの に使用され得る。本明細書中に使用されるように、用語「生侵食性」または「生 分解性」は、インビボで酵素的に、または化学的に分解されてより簡単な化学種 になる物質を言う。 ヒドロゲルポリマー溶液 １つの実施態様においては、適応性のあるイオン性ヒドロゲルを形成し得るポ リマーは細胞を支持するために使用される。ポリマー溶液中の細胞懸濁液の注射 が行われ、デバイス全体での細胞接種の再現性を改善し、剪断力または圧力で誘 発される壊死から細胞を保護し、あるいは、細胞送達の空間的位置の規定を促進 し得る。注射可能なポリマーはまた、他のいかなるマトリックスも使用すること なく細胞を送達し新しい組織の形成を促進するのに用いられ得る。 好ましい実施態様においては、ヒドロゲルは、ポリマーのイオン性塩をイオン 架橋することにより生成され、その長さはイオン濃度またはポリマー濃度のいず れかの増加により増加する。ポリマー溶液は、移植される細胞と混合されて懸濁 液を形成し、次いでこれは懸濁液が硬化する前に患者に直接注射される。次いで 、懸濁液は、インビボでの生理学的濃度のイオン（例えば、ポリマーがアルギネ ートのような多糖類である場合におけるカルシウム）の存在により、短時間で硬 化する。 ポリマー 体内への移植のために細胞と混合されるポリマー性材料は、ヒドロゲルを形成 するべきである。ヒドロゲルは、有機ポリマー（天然ポリマー、または合成ポリ マー）が共有結合、イオン結合、または水素結合を介して架橋されて３次元開格 子構造を作り出す場合に形成され、水分子を取り込んでゲルを形成する物質とし て定義される。ヒドロゲルを形成するのに使用され得る材料の例としては、アル ギネートのような多糖類、ポリホスファゼン、およびヒドロキシエチルメタクリ レート（HEMA）のようなポリアクリレート（これらはイオン的に架橋される）、 あるいは、Pluronics^TMまたはTetronics^TM、ポリエチレンオキシド-ポリプロピ レングリコールブロックコポリマー（これらはそれぞれ温度またはpHにより架橋 される）のようなブロックコポリマーが挙げられる。他の材料としては、フィブ リンのようなタンパク質、ポリビニルピロリドンのようなポリマー、ヒアルロン 酸およびコラーゲンが挙げられる。 一般に、これらのポリマーは、少なくとも部分的に水溶液（例えば、水、緩衝 化された塩溶液、またはアルコール水溶液）に可溶性であり、これらは荷電した 側基、またはその一価のイオン性塩を有する。カチオンと反応し得る酸性側基を 有するポリマーの例としては、ポリ（ホスファゼン）、ポリ（アクリル酸）、ポ リ（メタクリル酸）、アクリル酸とメタクリル酸とのコポリマー、ポリ（酢酸ビ ニル）、およびスルホン化ポリマー（例えば、スルホン化ポリスチレン）が挙げ られる。アクリル酸またはメタクリル酸とビニルエーテルモノマーまたはビニル エーテルポリマーとの反応により形成される酸性側基を有するコポリマーもまた 使用され得る。酸性基の例としては、カルボン酸基、スルホン酸基、ハロゲン化 （好ましくはフッ化）アルコール基、フェノール性OH基、および酸性OH基が挙げ られる。 アニオンと反応し得る塩基性側基を有するポリマーの例としては、ポリ（ビニ ルアミン）、ポリ（ビニルピリジン）、ポリ（ビニルイミダゾール）、およびい くつかのイミノ置換ポリホスファゼンが挙げられる。ポリマーのアンモニウム塩 または第４級塩はまた、窒素骨格またはペンダントイミノ基から形成され得る。 塩基性側基の例としては、アミノ基およびイミノ基が挙げられる。 アルギネートは、水中で、室温にて２価のカチオンとイオン的に架橋し得、ヒ ドロゲルマトリックスを形成する。これらの穏和な条件に依存して、アルギネー トは、例えば、Limの米国特許第4,352,883号に記載されるように、ハイブリドー マ細胞カプセル化のために最も一般的に使用されているポリマーである。Limの プロセスにおいては、カプセル化される生物学的材料を含有する水溶液は水溶性 ポリマーの溶液中に懸濁され、この懸濁液は、多価カチオンとの接触により分離 したマイクロカプセルに形成される小滴に形成され、次いで、マイクロカプセル の表面はポリアミノ酸で架橋されて、カプセル化された材料の周囲に半透膜を形 成する。 ポリホスファゼンは、交互の単結合と二重結合とにより分離された、窒素およ びリンからなる骨格を有するポリマーである。各々のリン原子は、２つの側鎖（ 「R」）に共有結合する。ポリホスファゼンにおける繰り返し単位は、以下の一 般構造を有する： ここで、nは整数である。 架橋に適切なポリホスファゼンは、酸性であり、かつ二価または三価のカチオ ンと塩架橋を形成し得る大多数の側鎖基を有する。好ましい酸性側基の例として は、カルボン酸基およびスルホン酸基が挙げられる。加水分解的に安定なポリホ スファゼンは、二価または三価のカチオン（例えば、Ca²⁺またはAl³⁺）により架 橋される、カルボン酸側基を有するモノマーから形成される。イミダゾール、ア ミノ酸エステル、またはグリセロール側基を有するモノマーの導入による加水分 解により分解するポリマーが、合成され得る。例えば、ポリアニオン性ポリ［ビ ス（カルボキシラートフェノキシ）］ホスファゼン（PCPP）が合成され得、これ は室温またはそれ以下にて、水性媒体中で解離した多価カチオンと架橋してヒド ロゲルマトリックスを形成する。 生侵食性ポリホスファゼンは、側鎖、多価カチオンと塩架橋を形成し得る酸性 側基、およびインビボ条件下で加水分解する側基（例えば、イミダゾール基、ア ミノ酸エステル、グリセロール、およびグルコシル）のうち、少なくとも２つの 異なる形態を有する。本明細書中に使用されるように、用語「生侵食性」または 「生分解性」は所望の用途（通常インビボ治療）において受容可能な期間内（約 25℃と38℃との間の温度を有するpH6〜8の生理学的溶液に一旦曝してから、約５ 年未満、最も好ましくは約１年未満）に消滅するかまたは分解するポリマーを意 味する。側鎖の加水分解によりポリマーが分解する。加水分解する側鎖の例は、 非置換および置換イミダゾール、ならびに基がアミノ結合を介してリン原子と結 合したアミノ酸エステル（両方のR基がこのように結合したポリホスファゼンは ポリアミノホスファゼンとして公知である）である。ポリイミダゾールホスファ ゼンについては、ホスファゼン骨格上のいくつかの「R」基が環窒素原子を介し て骨格中のリン原子に結合されるイミダゾール環である。他の「R」基は、加水 分解に寄与しない有機残基（例えば、メチルフェノキシ基、またはAllcockら、M acromolecule 10:824-830(1977)の学術論文に示される他の基）であり得る。種 々のタイプのポリホスファゼンの合成および分析方法が以下により記載され、こ れらの教示は、本明細書中に参考として具体的に援用される：Allcock，H.R．ら 、Inorg ．Chem．11、2584(1972)；Allcockら、Macromolecules 16、715(1983)； Allcockら、Macromolecules 19、1508(1986)；Allcockら、Biomaterials、19、5 00(1988)、Allcockら、Macromolecules 21、1980(1988)；Allcockら、Inorg. Ch em ．21(2)、515-521(1982)；Allcockら、Macromolecules 22、75(1989)；Allcoc kら、米国特許第4,440,921号、同第4,495,174号、および同第4,880,622号；Magi llら、米国特許第4,946,938号；およびGrollemanら、J.Controlled Release 3、 143(1986)。 上記の他のポリマーの合成方法は、当業者に公知である。例えば、Concise En cyclopedia of Polymer Science およびPolymeric Amines and Ammonium Salts、 E．Goethals編（Pergamen Press、Elmsford、NY 1980）を参照のこと。ポリ（ア クリル酸）のような多くのポリマーは市販されている。 荷電した側基を有する水溶性ポリマーは、ポリマーを反対の電荷の多価イオン （多価カチオン（ポリマーが酸性側基を有する場合）、または多価アニオン（ポ リマーが塩基性側基を有する場合）のいずれか）を含有する水溶液と反応させる ことにより架橋される。酸性側基を有するポリマーを架橋してヒドロゲルを形成 するに好ましいカチオンは、二価および三価のカチオン（例えば、銅、カルシウ ム、アルミニウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム、およびスズ）で あるが、二官能性、三官能性、または四官能性有機カチオン（例えば、R₃N⁺-＼ ／＼／＼／-⁺NR₃のようなアルキルアンモニウム塩）もまた使用され得る。これ らのカチオンの塩の水溶液はポリマーに添加されて、軟性で高度に膨潤したヒド ロゲルおよび膜を形成する。カチオン濃度が高いほど、または原子価が高いほど 、ポリマーの架橋度が大きくなる。0.005Mのような低い濃度から、ポリマーが架 橋することが示されている。高い濃度は、塩の溶解性により制限される。 ポリマーを架橋してヒドロゲルを形成するに好ましいアニオンは、低分子量ジ カルボン酸（例えば、テレフタル酸）、硫酸イオン、および炭酸イオンのような 二価および三価のアニオンである。これらのアニオンの塩の水溶液は、カチオン に関して記載されたようにしてポリマーに添加されて、軟性で高度に膨潤したヒ ドロゲルおよび膜を形成する。 多くのポリカチオンは、複合体に使用され得、そしてそれによりポリマーヒド ロゲルを半透性表面の膜に安定化させ得る。使用され得る材料の例としては、塩 基性反応基（例えば、アミンまたはイミン基）を有するポリマー、3,000と100,0 00との間の好ましい分子量を有するポリマー（例えば、ポリエチレンイミンおよ びポリリジン）が挙げられる。これらは市販されている。ポリカチオンの一例は ポリ（L-リジン）であり、合成ポリアミンの例は：ポリエチレンイミン、ポリ（ ビニルアミン）、およびポリ（アリルアミン）である。天然のポリカチオン（例 えば、多糖類、キトサン）もまた存在する。 ポリマーヒドロゲル上の塩基性の表面基との反応により、半透膜を形成するの に使用され得るポリアニオンとしては、アクリル酸、メタクリル酸、および他の 他のアクリル酸誘導体のポリマーおよびコポリマー、スルホン化ポリスチレンの ようなペンダントSO₃H基を有するポリマー、ならびにカルボン酸基を有するポリ スチレンが挙げられる。 細胞懸濁液の作製方法 ポリマーを、生理的pHで、水溶液、好ましくは0.1M リン酸カリウム溶液に溶 解し、ポリマーヒドロゲルを形成する濃度（例えば、アルギネートの場合、0.5 重量％〜２重量％、好ましくは１重量％アルギネート）にする。単離された細胞 をポリマー溶液中に懸濁し、1,000,000細胞／ml〜50,000,000細胞／ml、最も好 ましくは10,000,000細胞／ml〜20,000,000細胞／mlの濃度にする。 ポリマー性マトリックス マトリックスの形状 器官が構築され、うまく移植され、そして機能するために、移植後、血管の内 殖が起こる前に細胞成長および分化が起こり得るように、マトリックスは充分な 表面積を有し、かつ充分に栄養に曝さなければならない。移植の成功およびマト リックス内部における細胞成長に必要とされる時間は、マトリックスを移植した 領域が前血管新生する（prevascularize）場合、非常に短縮される。移植後、細 胞増殖が起こるので、その形状は、栄養および老廃物（waste product）の拡散 、および血管の内殖の接続を可能にしなければならない。 組織の組織化は、マトリックスの微細構造により制御され得る。特定の孔サイ ズおよび構造を利用し、宿主由来の繊維状血管（fibrovascular）組織の内殖の パターンおよび程度、ならびに移植細胞の組織化を制御し得る。マトリックスの 表面幾何学および表面化学を調整し、移植細胞または宿主細胞の接合、組織化お よび機能を制御し得る。 好ましい実施態様において、マトリックスは繊維状構造を有するポリマーから 形成される。繊維状構造は、栄養および気体の、マトリックス表面に付着した細 胞への自由拡散を可能にするに十分な間隙空間を有する。この空間は、代表的に は、100ミクロン〜300ミクロンの範囲であるが、マトリックスが移植され、血管 がマトリックスに浸透し得、次いで細胞がマトリックス内に接種される場合には 、より狭い空間を利用し得る。本明細書中に使用されるように、「繊維状」は、 それ自身が絡み合った１本以上の繊維、織り網目および不織り網目内の複数の繊 維、 およびスポンジ様のデバイスを包含する。 細胞は、マトリックス上への接種後に移植され得るか、あるいは既に所望の部 位で移植されたマトリックスに注入され得るかのいずれかである。後者は、マト リックスを使用してその部位を前血管新生し得るという利点を有する。この場合 、足場の設計および構築が最も重要である。マトリックスは、血管の内殖に対し て、柔軟であり、無毒であり、注入可能な多孔性テンプレートであるべきである 。孔は、細胞あるいは患者に損傷を与えることなく、血管の内殖および細胞（例 えば、筋細胞）の注入を可能にすべきである。これらは、一般的に、約100ミク ロンから300ミクロンの間の範囲の、相互連絡した孔である。マトリックスは表 面積を最大にするように成形し、栄養および成長因子の細胞への十分な拡散を可 能にし、そして新しい血管および結合組織の内殖を可能にすべきである。現時点 では、圧縮に対して耐性である多孔構造は、移植、前血管新生、続く接種に対し て好ましい。 マトリックスが前血管新生される本実施態様において、細胞をマトリックスの 至る所に分散させるための手段（例えば、接種後に除去し得るカテーテルを用い る）をマトリックスに組み込むことが望まれ得る。 マトリックス全体またはマトリックス外部の形状は、再構築した組織または増 殖した組織に依存する。多くの場合、細胞−マトリックス構造体は、実質的にデ ィスクであって、重力によって変形し、ティアドロップ形状を形成する、現在使 用されるシリコーン製移植片と類似である。この形状はまた、下記のようにスト ラットを使用して得られ、機械的な力に対する耐性を与え、それによって所望の 形状を生じ得る。マトリックスの形状は、それ自体ディスク形状でないが、移植 されるべき細胞を接種した場合、ディスク形状に見えるか、あるいは移植後にデ ィスク形状またはティアドロップ形状の輪郭を作り出す。 ポリマー 天然ポリマーまたは合成ポリマーのいずれかがマトリックス形成のために使用 され得るが、合成ポリマーが再生性および放出速度の制御に対して好ましい。使 用し得る合成ポリマーは、生侵食性（bioerodible）ポリマー（例えば、ポリ(ラ クチド)（PLA）、ポリ(グリコール酸)（PGA）、ポリ(ラクチド-コ-グリコリド) （PLGA）、ポリ(カプロラクトン)、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリアンヒ ドリド、ポリアミノ酸、ポリオルトエステル、ポリアセタール、ポリシアノアク リレートおよび分解性ポリウレタン）、ならびに非侵食性ポリマー（例えば、ポ リアクリレート、エチレン-ビニルアセテートポリマーおよび他のアシル置換セ ルロースアセテートおよびその誘導体、非侵食性ポリウレタン、ポリスチレン、 ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニル、ポリ(ビニルイミダゾール)、クロロスルホ ン化ポリオレフィン（polyolifin）、ポリエチレンオキシド、ポリビニルアルコ クスの一部分を形成するために非分解性材料が使用され得るが、それらは好まし くない。分離した細胞の移植前に前血管新生されるマトリックスの移植に好まし い非分解性材料は、ポリビニルアルコールスポンジ、あるいはそのアルキル化誘 導体およびアシル化誘導体であり、エステルを含む。非吸収性のポリビニルアル コールスポンジは、IvalonとしてUnipoint Industriesから購入可能である。こ の材料の作製方法は、Wilsonによる米国特許第2,609,347号；Hammonによる米国 特許第2,653,917号、Hammonによる米国特許第2,659,935号、Wilsonによる米国特 許第2,664,366号、Wilsonによる米国特許第2,664,367号、およびWilsonによる米 国特許第2,846,407号に記載され、この教示は本明細書中に参考として援用され る。これらの材料は全て購入可能である。 天然ポリマーの例は、タンパク質（例えば、アルブミン、コラーゲン、合成ポ リアミノ酸、およびプロラミン）ならびに多糖類（例えば、アルギネート、ヘパ リン、および糖単位の他の天然に存在する生分解性ポリマー）を包含する。 PLA、PGAおよびPLA/PGAコポリマーは、生分解性マトリックスの形成に特に有 用である。PLAポリマーは、通常、乳酸の環状エステルから調製される。乳酸のL (+)およびD(-)形態は両方とも、PLAポリマーの調製に使用され得、同様に乳酸の D(-)およびL(+)の光学不活性なDL-乳酸混合物も使用され得る。ポリラクチドの 調製方法は特許文献において十分に示される。以下の米国特許（これらの教示は 本明細書中で参考として援用される）は、適切なポリラクチド、これらの特性お よびこれらの調製を詳述する：Doroughによる第1、995、970号；Schneiderによる 第2,703,316号；Salzbergによる第2,758,987号；Zeileによる第2,951,828号；Hi gginsによる第2,676,945号；および第2、683、136号；Trehuによる第3,531,561号 。 PAGは、グリコール酸（ヒドロキシ酢酸）のホモポリマーである。グリコール 酸のポリ(グリコール酸)への変換において、グリコール酸はまず、それ自身と反 応して環状グリコリドエステルを形成する。この環状グリコリドエステルは、熱 および触媒の存在下で高分子量の直鎖ポリマーに変換される。PGAポリマーおよ びこれらの特性は、「Cyanamid Research Develops World's First Synthetic A bsorbable Suture」、Chemistry and Industry、905(1970)に、より詳細に記載 される。 マトリックスの腐食は、PLA、PGAまたはPLA/PGAの分子量に関係する。より高 い分子量（重量平均分子量90,000以上）により、構造の完全性を長い期間保持す るポリマー性マトリックスが生じる；一方、より低い分子量（重量平均分子量30 ,000以下）により、放出が遅くなり、そしてマトリックス寿命が短くなる。好ま しい材料はポリ(ラクチド-コ-グリコリド)（50：50）であり、移植後約６週間（ １カ月〜２カ月の間）で分解する。 マトリックスに使用する全てのポリマーは、その後成長および増殖する細胞に 適切な支持体を提供するために必要な機械的パラメーターおよび生化学的パラメ ーターを満足しなければならない。これらのポリマーは、機械的特性（例えば、 Instronテスターを使用する引張強度）に関して、ゲル浸透クロマトグラフィー( GPC)によるポリマー分子量、示査走査熱量計(DSC)によるガラス転移温度および 赤外(IR)分光計による結合構造）について、初期スクリーニング試験（Amesアッ セイおよびインビトロ奇形発生アッセイを包含する）、ならびに免疫原性、炎症 に関する動物おける移植研究、放出および分解研究による毒物学に関して特徴付 けられ得る。 ポリマーコーティング いくつかの実施態様において、細胞とポリマーの結合は、ポリマーを、基底膜 成分、アガー、アガロース、ゼラチン、アラビアゴム、コラーゲン（I型、II型 、III型、IV型およびV型）、フィブロネクチン、ラミニン、グリコサミノグリカ ン、 ポリビニルアルコール、これらの混合物、ならびに細胞培養の当業者に公知の、 他の親水性およびペプチド結合材料のような化合物でコーティングすることによ って増強される。ポリマー性マトリックスをコーティングするための好ましい材 料は、ポリビニルアルコールまたはコラーゲンである。 ストラット いくつかの実施態様において、支持体に対して提供されるデバイス（本明細書 中では「ストラット」という）を使用してさらなる構造体を作製することが所望 され得る。これらは、生分解性ポリマーまたは非分解性ポリマーであり得る。こ れらのポリマーを挿入して、細胞-マトリックス、特にヒドロゲル-細胞懸濁液を 使用して得られる形状よりもより規定された形状を形成する。類似のものが、「 ステー」として機能し、周辺の組織および皮膚を押し上げ、そして移植細胞から 分離するストラットを用いてコルセットに作製され得る。好ましい実施態様にお いて、ストラットは、細胞-マトリックス構造体の移植前、あるいは移植時に、 移植される。これらのストラットは、上記のような、マトリックス形成に使用さ れ得るものと同じタイプのポリマー材料から形成され、必要な機械的な力に抵抗 するに十分な強度を有する。 組織拡張材 あるいは、またはさらに、組織拡張材が使用され、細胞マトリックス構造体の 移植のためのさらなる空間が作製され得る。組織拡張材は、購入可能であり、そ して、Cohen，J ．Dermatol．Surg．Oncol．19:614-615(1993)、BennettおよびHi rt，J ．Dermatol．Surg．Oncol．19:1066-1073(1993)、Hammondら，Plastic and Reconstructive Surgery ，92(2):255-259(1993)、WaltonおよびBrown，Annals of Plastic Surgery 30(2)，105-110（1993年２月）、Kennaら,Annals of Plast ic Surgery 32，346-349(1994)（これらの教示は本明細書中に援用される）によ り概説されるように、日常的に皮膚の拡張（例えば、形成外科手術の前に）に使 用される。皮膚が長い期間（数週〜数カ月）張った状態にある場合、皮膚は非常 に顕著な伸張により応答する。これは、新陳代謝活性および組織成長に関係する 。 組織拡張材の一般的に容認された定義は、皮膚表面下にあり、皮膚を伸張するた めに使用されるデバイスである。球状の組織拡張材は多次元の拡張材であり、代 表的には、膨張性のデバイスで皮下の空間の容積を膨張させることにより付与さ れる。あるいは、複数の小球型材料を移植してもよく、そしてデバイスは１つ以 上の小球型材料の除去によって収縮するかまたは置き換えられる。 胸部の再構築における組織拡張材の使用はよく理解される（例えば、Hammond ら、1993を参照のこと）。解剖学的に配向したかまたは形付けられた拡張材のい くつかの異なる型が設計され、再構築された胸部により自然な輪郭を与える。デ バイスは、例えば、McGhan Medical Corporation，Santa Barbara，CA、Dow Cor ning-Wright，Arlington、TN、およびMentor Corporation，Goleta、GAから購入 可能である。 細胞を死滅させ得る圧力を移植細胞から除去することは重要である。例えば、 以下でより詳述される１つの好ましい実施態様において、ヒドロゲル-細胞懸濁 液は、組織が作製されるべき領域内に注入される。細胞-ポリマー懸濁液の注入 空間は、ヒドロゲル-細胞懸濁液を注入する前に組織拡張材の移植によって作製 される。組織拡張材を、所望の数のモジュールの移植によって膨張させるか、ま たは拡張させて、組織形成に必要な空間および皮膚を最大にする。図3A、図3Bお よび図3Cにおいて詳細に示されるように、細胞マトリックスが注入される度に組 織拡張材を収縮させるか、またはモジュールを除去して、注入される細胞-マト リックスの容積と等しい量の空間を残す。一担、その空間が新しい組織または細 胞-マトリックス懸濁液で実質的に満たされれば、ほとんどの場合、局所麻酔お よび小さな切開を用いて、組織拡張材は取り除かれる。 ポリマー性マトリックスへの添加 いくつかの実施態様において、生物活性分子を細胞に添加することが所望され 得る。種々の生物活性分子は、本明細書中に記載のマトリックスを使用して送達 され得る。これらは、一般的に本明細書中では、「因子」または「生物活性因子 」といわれる。 好ましい実施態様において、生物活性因子は、成長因子、血管形成因子、抗炎 症剤のような繊維芽細胞組織の内殖を選択的に阻害する化合物、および形質転換 （癌性の）細胞の成長および増殖を選択的に阻害する化合物である。これらの因 子を使用して、移植細胞の成長および機能、形成する組織への血管の内殖、およ び／または移植片周辺の繊維状細胞の沈着および組織化を制御し得る。 成長因子の例は、ヘパリン結合成長因子（hbgf）、形質転換成長因子αまたは β（TGFβ）、α繊維芽細胞成長因子（FGF）、表皮細胞成長因子（TGF）、血管 内皮細胞成長因子（VEGF）を包含し、これらのいくつかは脈管形成因子でもある 。他の因子はホルモン（例えば、インシュリン、グルカゴンおよびエストロゲン ）を包含する。いくつかの実施態様において、神経成長因子（NGF）または筋肉 形態発生因子（MMP）のような因子を組み込むことが所望され得る。 ステロイド系抗炎症剤を使用して、移植マトリックスに対する炎症を軽減し、 これによって、マトリックス内への繊維芽細胞の組織成長量を減少させ得る。 正常細胞の成長を阻害しない選択的な化学療法剤（例えば、抗体標的化化学療 法剤）が利用可能な場合、これらはマトリックス中に組み込まれ得、そして胸部 切除後に残留する、全ての残余の癌細胞を阻害するために使用され得る。 これらの因子は当業者に公知であり、そして購入可能であるか、または文献に 記載される。インビボ用量は、細胞培養におけるインビトロ放出の研究に基づい て計算される；有効用量は、細胞増殖または細胞生存を、コントロールと比較し て増加させる用量であり、以下の実施例においてより詳述される。好ましくは、 生物活性因子は１重量％から30重量％の間で組み込まれるが、この因子は0.01重 量％から95重量％の間の重量％で組み込まれ得る。 生物活性分子は、マトリックス中に組み込まれ得、そしてマトリックスの拡散 および／または分解によりその期間にわたって放出され得る。これらは、細胞懸 濁液で懸濁され得る。これらは、細胞で懸濁されるか、あるいはマトリックスに 付着するかまたはマトリックス内に組み込まれるミクロスフェア中に組み込まれ 得る。あるいはそれらのいくつかの組み合わせである、ミクロスフェアは、代表 的には、マトリックスを形成する材料と同様の材料で形成され、構造特性よりも むしろ放出特性に対して選択される。放出特性はまた、ミクロスフェアのサイズ および物理的特性によって決定され得る。組織成長における適切なミクロスフェ アおよびその使用方法は、1994年12月16日に米国特許商標庁に本明細書と共に同 時出願された、David J．Mooney、Robert S．Langer、およびJoseph P．Vacanti 、による米国特許出願番号第08/358,235号、題名「Localized Delivery of Fact ors Enhancing Survival of Transplanted Cells」に記載され、その教示を本明 細書において援用する。 III ．移植方法 上記で一般的に考察したように、新しい胸部組織を作製するために使用し得る 、３つの方法がある。これらは、単独で、あるいは種々の組み合わせによって使 用され得る。改変は、移植前あるいはマトリックス移植後に続いて導入されてマ トリックスの前血管新生を可能にする、ヒドロゲル溶液または固体繊維状マトリ ックスであり得る細胞を包含する。設計された組織形成は、組織拡張材を用いて 組織形成のための所望の空間を作製し、次いで、目的の細胞がこの新しく作製さ れた空間へ送達される間、組織拡張材を連続的に収縮させることによって調節さ れ得る。これは、組織の形状が予め規定された（pre-define）形状となることを 可能にし、そして新組織形成のための細胞の連続導入を可能にする。あるいは、 予備形成されたのマトリックスが移植され、血管新生を可能にし得、次いで、新 組織を形成する分離細胞が、好ましくはマトリックス分解物として接種され得る 。適切な系の選択は、必要とされる増殖の程度に依存し、そして全注入が一度に 行われ得るか、あるいは連続的方法で行われ得、その後の注入が行われる前に適 切な血管新生と共に組織形成を可能にするかどうかを決定する。 細胞型を選択して、移植材料の構造ならびに外観を変化させ得る。例えば、よ り硬い移植片が所望であれば、軟骨が使用され得る。いくつかの実施態様におい て、例えば、脂肪細胞（adipocyte）または他の軟組織成分を使用して、より柔 軟な組織を作製することが所望され得る。 図１は、胸部組織増殖のためにポリマー性マトリックス12上の分離細胞10を胸 部14内に移植するためのプロセスの模式図である。細胞は、マトリックス12に付 着し、マトリックス12は、最初はディスク形状であるが移植時にティアドロップ 形状に変形する。血管新生が起こり、そしてマトリックスが分解すると、新しい 組織が形成される。 図２は、ストラット24と共に胸部組織22内に移植される繊維状プレート20の模 式図である。ストラット24は、周囲の組織および皮膚の支持体を提供し、細胞- ヒドロゲル懸濁液注入後にこのストラット内で新組織が形成することを可能にす る（図示せず）。 図3A、3Bおよび3Cは、懸濁液が注入される毎にサイズが減少する組織拡張材を 用いて（図3B）、組織拡張材の移植後に細胞-ヒドロゲル懸濁液を連続的に注入 し（図3A）、その結果、この拡張材の体積が減少することにより残る空間に新組 織が形成する（図3C）ことを示す模式図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バカンティ，ジョセフ ピー. アメリカ合衆国 マサチューセッツ 01890，ウィンチェスター，ウッドサイド ロード 14 (72)発明者 アタラ，アンソニー アメリカ合衆国 マサチューセッツ 02193，ウエストン，ウエスタリー ロー ド 74 (72)発明者 ムーニー，デイビッド ジェイ. アメリカ合衆国 ミシガン 48103，アン アーバー，ウエスト ヒューロン スト リート 1008 (72)発明者 ランガー，ロバート エス. アメリカ合衆国 マサチューセッツ 02158，ニュートン，ロンバード ストリ ート 77 【要約の続き】 細胞のような他の形態が使用され得る。陰唇のような組 織から得られる細胞は、乳頭形態組織の形成のような特 定の用途に対して使用され得る。他の材料（例えば、移 植された組織の血管新生化を促進する、および／または 繊維組織の増殖を抑制する生物活性分子）が、マトリッ クスと共に移植されて、より正常な組織の発達を増強し 得る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．胸部組織の増強または再構築のための方法において使用される組成物であっ て、間葉細胞、筋細胞、軟骨細胞、脂肪細胞、繊維筋芽細胞、および外胚葉細胞 からなる群より選択される分離したヒト細胞の有効量を含有し、成形されたポリ マー性マトリックスとの組み合わせにより胸部組織を形成し、ここで、該細胞は 増殖して、正常な胸部と類似した表面性状、感触および一般的外観を有する組織 を形成するかまたは増強する、組成物。 ２．前記細胞が平滑筋細胞または骨格筋細胞である、請求項１に記載の組成物。 ３．繊維マトリックスがディスク形状またはティアドロップ形状を有する、請求 項１に記載の組成物。 ４．周囲の組織を支持するストラットをさらに含有する、請求項１に記載の組成 物。 ５．血管新生、細胞生存、増殖または分化を促進する分子、繊維組織の内部増殖 を抑制する分子、ガン細胞の増殖を抑制する分子、および炎症を抑制する分子か らなる群より選択される生物活性分子をさらに含有する、請求項１に記載の組成 物。 ６．組織拡張材をさらに含有する、請求項１に記載の組成物。 ７．前記マトリックスが細胞の接種前の移植および血管新生に適切であり、移植 に続いて該マトリックス全体に細胞を分散すること、および圧縮に対して耐性で あることにより特徴づけられる、請求項１に記載の組成物。 ８．前記マトリックスが生分解性ポリマーで形成される、請求項１に記載の組 成物。 ９．神経細胞をさらに含有する、請求項１に記載の組成物。 １０．胸部組織を置き換えるまたは増強するための方法であって、請求項１から ９のいずれかに記載の組成物を移植する工程を包含する、方法。 １１．マトリックスと同時に細胞を移植する工程を包含する、請求項１０に記載 の方法。 １２．マトリックスが生体適合性、生分解性ヒドロゲルである、請求項１０に記 載の方法。 １３．マトリックスが移植され、血管新生し得、次いで細胞を接種する、請求項 １０に記載の方法。 １４．マトリックスが繊維性、ポリマー性マトリックスである、請求項１０に記 載の方法。 １５．マトリックスが生分解性ポリマーで形成される、請求項１０に記載の方法 。 １６．周囲の組織を支持するため、および該組織がマトリックスを変形させるの を防ぐために、該マトリックスが移植される部位で患者にストラットを移植する 工程をさらに包含する、請求項１０に記載の方法。 １７．血管新生、細胞生存、増殖または分化を促進する分子、繊維症の組織の内 部増殖を抑制する分子、ガン細胞の増殖を抑制する分子、および炎症を抑制する 分子からなる群より選択される生物活性分子を患者に移植する工程をさらに包 含する、請求項１０に記載の方法。 １８．前記マトリックスおよび細胞が移植される部位で、患者に組織拡張材を移 植する工程をさらに包含し、該拡張材が、該細胞またはマトリックスを移植する 前に移植される、請求項１０に記載の方法。 １９．神経細胞をマトリックスに接種する工程をさらに包含する、請求項１０に 記載の方法。