KR20100098699A - 처리된 지방 조직의 컴퓨터-모델링된 축적을 사용한 유방 재건 또는 확대 - Google Patents

Abstract

연조직의 재건 및 확대를 위한 조직 이동 방법. 본 방법은 환자로부터 지방 조직을 수거하는 단계를 포함한다. 수거된 지방 조직으로부터 상당량의 트라이글리세라이드를 분리 및 제거하는 것을 비롯하여, 지방 조직의 정제된 서브세트를 단리하도록 원심분리를 통해 수거된 지방 조직을 처리한다. 원심분리는 정제된 지방 조직으로부터 물의 분리를 야기하고 성숙 지방세포로부터 오일의 분리를 야기하도록 수행될 수 있다. 구체적으로, 스핀 속도는 성숙 지방세포의 병변을 야기하여 오일을 방출시키기에 충분히 높은 속도로 선택될 수 있다. 계속해서 본 방법은 재건 또는 확대를 위해 확인된 유방 또는 다른 영역에서 정제된 지방 조직을 환자에 이식한다. 이식은 주입 지점 위치 및 각 지점으로부터 주입 경로 방향의 수를 규정하는 주입 경로 모델에 기초하여 수행된다.

Description

처리된 지방 조직의 컴퓨터-모델링된 축적을 사용한 유방 재건 또는 확대 {breast reconstruction or augmentation using computer-modeled deposition of processed adipose tissue}

본 발명은 2007년 12월 14일자로 출원된 미국 특허 출원 제61/013,864호 및 2008년 12월 12일 출원된 미국 특허 출원 제12/334,140호의 우선권을 주장하며, 이들의 전체 개시 내용은 본 명세서에 전체적으로 참고로 포함된다.

본 발명은, 일반적으로, 조직 재건(reconstruction) 및 확대(augmentation), 예를 들어, 유방 조직의 재건 및 확대에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는, 지방 조직을 사용하여, 예를 들어, 처리된 또는 정제된 지방 조직(adipose tissue)(예컨대, 지방-유도 성체 줄기 세포(ADAS) 또는 ADAS의 농도가 높은 지방 조직)의 컴퓨터화된 모델 또는 컴퓨터 지원 수술 계획(computer assisted surgical planning)을 사용한 선택적인 축적(deposition) 또는 주입(injection)에 의해서, 유방을 재건하거나 유방을 확대하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.

매년, 수십만의 여성이 유방 조직을 확대 하거나 또는 재건하기 위하여 유방 수술을 받는다. 수술은 확대를 통해 유방의 크기를 증가시키기 위한 것과 같은 미용적인 것일 수 있다. 많은 다른 경우에, 수술은 유방 조직의 제거 또는 손상을 가져오는 치료적 수술 또는 요법에 뒤따른다. 이러한 유형의 유방 수술은 환자에게 치료 이전의 환자의 유방의 형상 및 질감을 갖는 유방을 제공하고자 하는 재건 수술로 여겨질 수 있다. 예를 들어, 유방암으로 진단받은 여성에서, 치료는 유방을 제거하는 근치적 유방 절제술 또는 유방의 더 작은 부분을 제거하는 종괴 절제술(lumpectomy)을 수반할 수 있다. 유방 또는 유선은 대부분 지방 세포 또는 조직(예컨대, 지방을 저장하는 신체 조직)으로 이루어진다. 조직 제거 대신에 또는 그에 더하여, 유방암의 치료는 방사선요법을 수반할 수 있으며, 이는 전형적으로 예를 들어 섬유증(fibrosis) 또는 병변(lesion)을 유발하여 지방 조직을 포함하는 유방 조직의 영구적인 손상을 야기한다. 손상은 시간이 지남에 따라 훨씬 더 심해질 수 있으며 그 결과로 환자에서 궤양 또는 다른 문제로 발전할 수 있다. 현재, 두 가지 주된 확대 및 재건 기술은 유방 이식물(implant)을 설치하는 것 또는 유방으로 조직을 이동(transfer)시키는 것이지만, 이들 기술 각각은 제한점을 갖고 있어서 이러한 진행중인 문제에 대한 더 우수한 해결책을 찾기 위한 의학계의 연구가 계속되고 있다.

전형 적으로 유방 이식물은 대부분의 성형외과의사에 의해서 비교적 신속히 그리고 효과적으로 설치될 수 있기 때문에 유방 이식물이 가장 대중적인 재건 및 확대 기술이다. 유방 이식물은 여성의 유방의 크기를 증가시키는 데 사용되는 보형물이다. 예를 들어, 원하는 크기 및 형상의 엘라스토머 또는 실리콘 쉘이 멸균식염수로 채워져 있거나 또는 실리콘 젤로 충전되어 있을 수 있으며, 재건 또는 확대 수술은 환자를 절개하여 충전된 쉘을 삽입하는 것을 수반한다. 외과적 수술은 비교적 간단하지만, 많은 환자가 심각한 합병증을 겪어왔다. 이식물은 일반적으로 평생동안 지속되는 장치(lifetime device)가 아니며, 대부분의 환자에서 예를 들어 이식물의 누출 및 수축(deflate)을 야기하는 이식물 파열 후에 추가적인 수술이 필요할 것이다. 면역 반응으로서, 환자의 신체가 이식물 주위에 단단하게 짜여진(tightly-woven) 콜라겐 섬유로 된 캡슐을 형성할 수 있으며, 그 결과로 이식물의 외관 및 질감을 변형시키고 환자에게 통증을 야기할 수 있다. 환자에게 또한 자가면역 문제 또는 감염이 나타날 수 있다. 추가로, 수술 후에 이식물이 움직이거나 위치가 변경되는 경우에는 대칭성을 잃을 수 있다.

의학 산업에 있어서 다수가 유방 또는 신체의 다른 일부, 예를 들어, 얼굴, 엉덩이, 및 다른 영역의 연조직을 재건 또는 확대하는 경우에 조직 이동(tissue transfer)을 사용하는 것을 선호한다. 예를 들어, 의사는 종종 유방 공극(void) 또는 외피(envelope)를 환자 자신의 지방 조직으로 재충전하는 것을 선호한다. 그러나, 지방 조직과 같은 조직의 큰 덩어리의 이동을 포함하는 시도는 별로 성공적이지 못했으며, 그 기술적 과제들은 이러한 기술에 대해 신중한 많은 내과의 및 외과의가 이식물을 사용할 것을 더욱 흔하게 추천하게 만들었다. 지방 조직은 사람 신체의 다수의 곳에서 발견되며, 윤곽 변형 또는 다른 문제를 발생시키지 않으면서 대부분의 환자로부터 수거(harvest)할 수 있을 정도로 과량이 존재한다. 지방 조직의 이식(transplanting) 또는 이동(transfer)은 전형적으로 복부 또는 환자의 허벅지의 지방흡입에 의해 시작된다. 수거 또는 흡인된 지방 조직을 이어서 작은 게이지의 바늘을 사용하여 환자의 유방 영역에 삽입하며, 이는 지방주입(lipoinjection)으로 여겨질 수 있다.

불행히도, 자가 지방 이식(autologous fat transplantation) 또는 지방 조직의 직접 이동(direct transfer)은 현재까지는 매우 불량한 결과를 초래하여 일부는 이동된 조직의 부피 감소가 최대 50 퍼센트 또는 그 이상인 것으로 평가한다. 조직 부피의 감소는 불충분한 재-혈관형성(re-vascularization)의 결과일 수 있으며, 일부 연구에서는 낭종(cysts), 섬유증, 또는 석회화를 또한 야기 할 수 있는 혈액 공급 부족으로 인해 괴사가 일어나는 것으로 나타났다. 일부 경우에, 신체는 이식된 지방 또는 지방 조직의 적어도 일부분을 수 개월 내에 흡수하는 경향이 있다. 지방 조직을 이동시키는 것과 관련된 다른 문제는 지방 조직에서 발견되는 성숙 지방세포(mature adipocyte)가 지방흡입 및 다른 수거 방법에 사용되는 기계적 힘에 의한 흡인 동안 쉽게 손상된다는 점이다. 성숙 지방세포는 지방 조직을 주로 구성하는 세포이며 세포질의 고리 또는 시트로 둘러싸인 하나 이상의 지질을 포함하고, 중간엽줄기세포(mesenchymal stem cell)는 지방세포와 구별될 수 있으며 수거된 지방 조직에서 발견된다. 그러나, 손상된 지방세포는 이식 시에 계속해서 잘 자라고 성장하지 않으며, 소량의 줄기 세포는 방사선요법에 의한 조직 손상과 같은 손상 조직을 치료하는 데에 효과적이지 않다.

조직 이동 문제를 해결하는 방법이 만들어지고 있으나, 현재의 방법은 전형적으로 수행하기에 비교적 복잡하고, 고가이고, 및/또는 효과적인 것으로 입증되어 있지 않다. 예를 들어, 전구지방세포(preadipocyte)(즉, 성숙 지방 세포와 구분되는 전구체 세포) 및 성체 줄기 세포 - 둘 모두 표준 세포 성장 기술을 사용하여 비교적 신속히 성장함 - 를 사용하는 방식이 연구되고 있다. 유방의 지방 조직의 재건 또는 확대를 위해서, 전구지방세포 또는 성체 줄기 세포는 선형적으로 생분해성 매트릭스 등의 안에서 성장시켜 신규한 또는 성장된 조직 세포가 혈관생성을 잘하는 것을 보장하고자 하였다. 추가로, 조직 공학자들은 생분해성 재료로 형성된 지지 구조체 또는 스캐폴드를 사용하여 최종 조직 형상 및 부착의존성 세포(anchorage-dependent cell)가 이동 및 증식하기 위한 물리적 지지체를 제공하였다. 스캐폴드는 다공성 생분해성 중합체 폼(foam)처럼 이식되거나, 또는 하이드로젤처럼 주입될 수 있다. 조직 형성을 촉진하는 미세환경을 제공하도록 성장 인자가 또한 매트릭스 내에 첨가되어야만 할 수 있다. 다른 확대 수술은 환자 자신의 지방 조직을 수거하는 단계, 수거된 조직의 제1 부분을 나중의 이식을 위해 비축하는 단계, 수거된 조직의 제2 부분을 처리하여 줄기 세포를 추출하는 단계, 이식할 지방 조직의 줄기 세포 농도를 증가(즉, 손상된 지방세포를 대체)하고자 이식할 지방 조직의 일부에 추출된 줄기 세포를 혼합하는 단계 및 추가적인 줄기 세포를 갖는 지방 조직을 지방주입하는 단계를 포함한다. 상당한 진전이 제공되었지만, 이러한 조직 이동 기술은 매우 고가이며, 기술적 과제이며, 오직 최상류 설비에서 고도로 훈련된 숙련된 의사에 의해서만 실행가능하고, 장기간의 조직 성장 기간 및 회복 기간이 필요할 수 있다.

유방 이식물과 비교되는 조직 이동과 관련된 다른 진행중인 과제는 새로운 조직을 어떻게 최적으로 위치시키고 분포시킬 것인가 하는 것이다. 일부의 기존의 수술적 방법은 단순히 지방 조직 또는 다른 조직을 하나 이상의 배교적 큰 덩어리(clump)로 유방에 이식 또는 주입하는 것을 요구한다. 이는 흔히 불량한 혈액 공급을 야기하여, 조직의 괴사를 초래할 수 있다. 이러한 덩어리 주입은 또한 재건 또는 확대된 유방에서 현저한 멍울(lump)를 야기한다. 일부 외과의사는 유방의 기저부로부터 유두를 향해 위쪽으로 이식 조직을 여러 층으로 수회 주입하는 절차를 따른다. 이식되는 조직의 다소 더 나은 분포를 제공하지만, 이러한 절차는 균일한 분포를 제공하지 못했으며(예를 들어, 주입 지점에 다수의 작은 멍울을 야기할 수 있음) 의사에 따라 그리고 환자마다 효과가 크게 달랐다. 일부 재건 절차에서는, 조직 확장기(tissue expander)를 먼저 환자에 이식하고, 새로운 조직을 형성하도록 의도된 세포가 시딩된(seeded) 생분해성 매트릭스를 단일 지점에 주입한다. 확장기가 점차로 또는 주기적으로 수축되거나 부피가 감소됨에 따라 조직이 성장하여 확장기 주위의 공극을 채운다. 이러한 방법은 조직 분포에 있어서 일부 개선을 제공하나 조직 확장기의 사용을 필요로 하고 조직 확장기를 조절하기 위한 반복적인 병원 방문을 필요로 한다.

연조직 확대 및 재건을 실행하기 위한 개선된 방법 및 도구가 여전히 요구된다. 바람직하게는, 이러한 방법 및 도구는 방사선 치료 후의 유방 재건과 같은 유방 수술에 사용하기에 매우 적합할 것이다.

도1a 내지 도1c는 환자로부터 지방 조직을 수거하고 수거된 조직을 처리 또는 정제하고, 컴퓨터로 지원(예를 들어, 사전-모델링된 또는 계획된 주입 지점 또는 경로를 제공하거나 및/또는 이동 동안 달성된 분포를 모니터링함)하여 정제된 조직을 환자의 유방으로 이동시키기 위한 본 발명의 방법을 나타낸다;
도 2는 조직 이동을 지원하는 데 사용되는 컴퓨터 소프트웨어 및 메모리(예를 들어, 프로그램, 알고리듬, 및 메모리에 저장 및/또는 그로부터 실행되는 모델링된 데이터)를 포함하는 도구를 기능적으로 나타내는 본 발명의 일 실시 형태의 조직 이동 시스템의 블록 다이어그램이다.
도 3은 연조직 확대 또는 재건을 위해 환자에 이식하기 위한 지방 조직을 준비하기 위한 한 가지 예시적인 방법 또는 프로세스를 나타내는 순서도이다.
도 4는 확대 또는 재건을 위해, 주입 경로를 규정하기 위해, 그리고 조직 주입/이식을 수행하고 조직의 주입 및 분포를 모니터링하는 데 있어서 컴퓨터로 지원하기 위해, 환자의 신체의 영역을 모델링하기는 데 유용한 예시적인 조직 이동 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 실제 유방, 이러한 실시예에서는, 재건될(또는 확대될) 실제 유방의 모델링을 보여주는 단순화된 형태의 컴퓨터 모델링 프로세스를 나타낸다.
도 6은 컴퓨터 모니터 상에 디스플레이되거나, 또는 출력물로 제공될 수 있는 것과 같은 주입 경로 모델을 보여주며, 모델은 원하는 조직 분포(예를 들어, 더욱 균일한 분포)를 달성하기도록 규정된 주입 지점 및 각각의 주입 지점에 대해 규정된 하나 이상의 경로를 나타낸다.
도 7은 도 6의 측면도를 나타내며, 경로는 길이가 상이하거나 동일할 수 있으며, 주입 가이드(injection guide)를 통과하는 수평면 또는 다른 기준 평면에 대해 각 투사(angular projection)가 상이할 수 있음을 나타낸다.

발명의 개요

본 발명은 이식 전에 조직을 준비 또는 정제하는 개선된 기술 및 조직의 더욱 균일한 분포를 달성하여 멍울을 제어하고 향상된 혈관생성을 달성하기 위한 개선된 기술을 포함한 조직 이동을 수행하는 방법을 제공하여 상기한 문제들을 해결한다. 간단히, 본 발명의 실시 형태는 환자 또는 공여자로부터 지방 조직을 수거 또는 제거하는 단계 및 이어서 수거된 조직을 확대 또는 더욱 전형적으로는, 재건(예를 들어, 방사선요법이 연조직을 손상시킨 후)을 위해 확인된(identified) 동일한 또는 상이한 환자의 부위 또는 영역에 이식하기 정제하는 단계를 포함한다. 정제는 일반적으로 물과 트라이글리세라이드를 수거된 지방 조직으로부터 분리할 뿐만 아니라 지방 조직 중의 성숙 지방세포의 상당 부분을 손상시키거나 병변을 야기하는 스핀 속도 및 시간으로 원심분리하는 것을 포함한다. 손상된 성숙 지방세포로부터의 물, 트라이글리세라이드, 및 오일 (그 뿐만 아니라 다른 부생성물 또는 조직 성분)을 새로운 "정제된" 지방 조직으로부터 분리하고, 이를 환자의 조직 주입 부위 또는 영역으로 주입 또는 지방주입한다. 복수의 주입 지점의 위치 및 각각의 주입 지점에 사용되는 하나 이상의 주입 경로의 방향를 정의하는 주입 경로 모델(injection pathway model)에 기초한 조직의 주입 또는 이식을 수행하여 균일한 분포가 달성된다. 주입 경로 모델은 우선 환자에서 주입 영역 또는 부위의 표면 모델(예를 들어, 재건 또는 확대될 유방의 3D 모델)을 만들고, 다음으로 입력 최적화(input optimization) 변수 또는 파라미터, 예를 들어, 주입 지점의 수, 각 지점에서 주입 경로의 수, 및 주입 경로의 길이에 기초하여 분포를 최적화하여 생성된다. 의사에게 실시간 안내를 제공하고, 환자에서 달성된 조직 분포 대 모델링된 조직 분포의 계산이 가능하게 하는 실제 주입 지점 및 경로를 결정하기 위해서 실제 이식이 종종 모니터링된다.

본 조직 이동 방법은 지방 조직의 수거가 성숙 지방세포에 상당한 손상을 야기할 수 있으며 주요 활성 성분이 지방-유도 성체 줄기 세포(ADAS)임을 인식한다. 다른 방법들은 생존하는 성숙 지방세포의 농도를 증가시키고자 시도한 반면, 본 방법은 성숙 지방세포를 실제로 더욱 손상시켜 이식 후의 제거를 촉진하고 또한 트라이글리세라이드를 제거하는 정제 방법을 사용하며, 정제된 지방 조직의 사용의 초기 결과는 치료받은 환자에서 방사선 조사된 영역의 치유를 포함하는 질적 결과에 있어서 상당한 증가를 보여준다.

더욱 구체적으로, 연조직의 재건 및 확대에 유용한 조직 이동 방법이 제공된다. 방법은 일정 부피의 지방 조직을 환자로부터 수거 또는제거하는 단계를 포함한다. 수거된 조직을 원심분리 또는 다른 분리 기술을 통해 처리하여 지방 조직의 정제된 서브세트(subset)를 단리한다. 이러한 처리는 상당량의 트라이글리세라이드를 수거된 지방 조직으로부터 분리 및 제거하는 단계를 포함한다. 계속해서, 방법은 정제된 지방 조직을 재건 또는 확대를 위해 확인된 영역 또는 부위(예를 들어, 환자 얼굴 또는 유방)에서 환자에 이식한다. 원심분리는 정제된 지방 조직으로부터 물이 분리되도록 또한 성숙 지방세포로부터 오일이 분리되도록 하나 이상의 스핀 속도 및 스핀 시간으로 수행될 수 있다. 특히, 스핀 속도는 성숙 지방세포에서 병변 또는 다른 손상을 야기하여 오일이 방출되게 하기에 충분히 높도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 스핀 속도는 약 1000 내지 약 4000 RPM의 범위일 수 있으며, 전형적으로 약 1500 내지 약 2700 RPM 사이이다. 일부 실시 형태에서 이식은 주입 경로 모델에 기초하여 수행되며, 이러한 실시 형태에서, 조직 이동 방법은, 주입 영역 또는 부위의 표면 모델을 준비하는 단계; 최적화 변수, 예를 들어, 사용되는 주입 지점의 수, 주입 경로 길이 및 각 주입 지점에서 주입 경로의 수를 선택 또는 입력하는 단계; 최적화 변수에 기초하여 표면 모델에서 조직의 균일한 분포를 위한 최적 알고리듬을 수행하는 단계; 및 표면 모델에서의 각각의 주입 지점의 위치 및 각각의 주입 지점으로부터 각각의 주입 경로의 방향을 포함하는 주입 경로 모델을 제공하는 단계를 포함하는, 주입 경로 모델을 생성하는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한 이식 동안의 주입 경로를 결정하여 모델로부터의 변동을 확인하기 위하여, 그리고 환자에서 실제로 달성된 조직 분포를 결정하기 위해서, 주입 경로 모델에 기초하여 이식을 모니터링하는 단계를 포함할 수 있다.

발명의 상세한 설명

간단히, 본 발명은 환자의 연조직, 예를 들어, 유방, 얼굴, 엉덩이 등에서 발견되는 조직의 재건 또는 확대를 수행하기 위한 방법 및 관련 도구 및/또는 시스템에 관한 것이다. 본 방법은 ADAS로 구성되거나 ADAS가 적어도 풍부하게 되도록 조직을 처리 또는 정제한 후에 예를 들어, 동일한 환자로부터의 공여 지방 조직 또는 자가 조직의 이동을 포함하기 때문에 지방-유도 성체 줄기 세포 (ADAS) 요법으로 간주될 수 있다. 일부 바람직한 실시 형태에서는, 정제된 지방 조직을 환자의 공여 부위로부터 수거한 다음 원심분리에 의해 정제하여 수거된 조직으로부터 물을 분리하고 손상된 성숙 지방세포로부터 오일을 분리한다. 분리된 물 및 오일을 처리된 조직으로부터 제거하고, 정제된 지방 조직을 예를 들어, 지방주입을 통해 환자의 재건 또는 확대할 영역으로 이동시킨다. 본 발명의 방법은 유방 조직의 확대 및 재건에 사용하기에 매우 적합하며, 하기 논의는 본 발명의 특징을 쉽게 설명하기 위하여 이러한 응용을 강조하지만, 의학 기술 분야의 숙련자는 본 방법이 지방 조직과 같은 연조직으로 구성된 다른 신체 영역에도 유용하다는 것을 쉽게 이해할 것이다.

조직 이동은 일반적으로 우선 여성의 유방과 같이 처리할 영역을 모델링하는 것을 포함한다. 그 다음, 모델링 치료 표면 또는 영역을 사용하여 정제된 조직을 주입하는 데 사용되는 복수의 주입 지점의 위치 및 또한 하나 이상의 경로(예를 들어, 기준 평면(들)로부터의 각 궤도(angular trajectory) 및 바늘 또는 캐뉼러를 삽입하는 각각의 경로의 길이 또는 깊이)를 규정한다. 주입 지점 및 경로의 규정은 일부 경우에 반복적인 최적화 알고리듬에 의해 수행된다. 그 다음, 정제된 조직을 더욱 균일하게 분포시키거나 또는 이식하는 데 사용하기 위하여 수술전의, 계획된 축적을 디스플레이하거나 의사에게 제공한다. 조직 이동은 예를 들어, 의사에게 진행중인 또는 실시간의 피드백을 제공하거나 및/또는 이동된 조직에 의해 환자에서 달성된 분포의 결정을 위한 실제 분포 경로 및 지점을 모니터링하기 위해 (추가적인 이동이 필요한 지 등을 결정하기 위해), 주입 바늘 또는 캐뉼러를 모니터링하는 X-선, MRI, 또는 적외선 장치 또는 그 마커(marker)에 의해 모니터링될 수 있다.

하기 논의는 유방암의 방사선요법 치료로 인한 전문 재건 기술의 필요성과 관련한 배경 논의로부터 시작하며, 이러한 논의는 암 환자에 있어서 유방 조직을 재건하는 데 사용하기에 특히 매우 적합한 본 발명의 수행으로 이어진다. 그러나, 다시 강조하지만, 본 발명의 개념, 예를 들어, 수거된 지방 조직을 이동 또는 이식 전에 처리하는 것은 유방 재건 또는 확대에 사용하는 것뿐만 아니라 다른 재건적 또는 확대적 수술에 있어서도 유용하다.

현재, 여성이 유방암으로 진단받으면, 치료는 유방 조직을 제거하는 종괴절제술 또는 근치적 유방절제술을 수반할 수 있으며, 이러한 조직 제거는 대부분 전형적으로 방사선요법이 뒤따른다. 방사선 요법은 유방에 남아있는 조직의 영구적인 손상을 야기하며, 이러한 손상은 실제로 시간이 지남에 따라 더 심해질 수 있다. 손상은 유방의 피하 지방 조직에서 중간 내지 심각한 범위의 방사선-유도 섬유증을 포함할 수 있으며, 또한 염증 영역 또는 지방 육아종(lipophagic granuloma) 포함할 수 있다. 모세 혈관이 또한 그 수에 있어서 감소될 수 있으며 기저막의 국소적 중복(focal duplication)이 있을 수 있다. 연구는 핵주위 세포질(perinuclear cytoplasm)에 리소좀을 포함하는 지방세포의 손상 또는 지질주위 세포질 시트(perilipidic cytoplasmic sheet)의 확장을 또한 보여주었다. 방사선-유도 섬유증 및 다른 손상은 방사선의 선량을 제한하거나, 또는 어떻게 환자에게 이러한 손상을 제어 또는 감소시키도록 방사선요법을 제공할 수 있는지에 영향을 미친다. 종래의 재건의 시도는 이식물 및 비처리된 지방 조직의 사용을 포함하나, 완전히 성공적인 제건 방법은 아니었다. 이식 수여자는 흔히 궤양으로 고생하며 이는 통증이 있을 수 있거나 또는 심지어 이식물이 노출되게 할 수 있다. 성숙 지방세포로 구성된 지방 조직의 이식 수여자는 조직이 일반적으로 충분하게 혈관생성을 하기 않아 괴사 및 다른 문제를 야기하고, 또한 나중에 육아종을 생성할 수 있는 상당량의 트라이글리세라이드를 포함하기 때문에 효과적이지 않았다. 추가로, 주입된 조직의 분포가 흔히 국지화되거나(localized) 또는 무작위화(random)되어, 불규칙한 질감 또는 형상을 야기할 수 있고 손상된 조직 및 건강한 조직의 스팟(spot)을 국지화할 수 있다. 하기 논의로부터 분명해지는 바와 같이, 본 발명의 조직 이동 방법은 전형적으로 트라이글리세라이드의 수거된 지방 조직을 정제하는 방법 및 환자에 주입한 후, 손상된 성숙 지방제포의 클리어런스(clearance) 또는 제거율을 증가시키는 처리를 포함한다. 조직 이동 방법은 또한 조직 이동 중에 사용하여 주입 지점 위치 및 각각의 이러한 지점으로부터의 주입 경로를 규정하여 더욱 균일한 분포를 달성하기 위한 컴퓨터화된 모델을 생성하는 것을 포함한다.

크게 단순화한 형태로, 도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 조직 이동 방법의 실시를 나타낸다. 도 1A를 참조하면, 조직 이동 방법은 침대 또는 지지대(114)에 누워있는 것으로 도시된 공여자(112)로부터 지방 조직(110)을 수거하는 단계를 포함한다. 일부 바람직한 실시 형태에서, 조직 이동은 자가 조직 이동이며 이러한 실시 형태에서 공여자(112)는 유방 재건 또는 확대(도 1C에 나타낸 바와 같이)를 받는 환자와 동일한 환자이다. 의사 또는 전문가(120)는 지방흡입 기기(130)를 사용하여 일정 부피의 지방 조직을 바늘 또는 캐뉼러(134)를 통해 뽑아낸다. 지방 조직을 얻기 위해 복부(150), 허벅지 또는 전자(trochanteric)영역(152), 또는 무릎(154)을 포함하나 이로 제한되지 않는 다양한 공여 부위가 선택될 수 있다.

도 1B를 참조하면, 본 발명의 방법은 괴사로 인한 대규모 조직 이동과 관련된 종래의 조직 문제 및 다량의 트라이글리세라이드 및 성숙 지방세포를 갖는 지방 조직을 이동하는 것과 관련된 다른 문제를 해결하기 위하여, 수거된 지방 조직(160)을 처리 또는 정제하는 단계를 포함한다. 정제(160) 중에, 전문가 또는 작업자(162)는 일정 부피의 수거된 지방 조직(167)을 포함하는 바이알 또는 다른 조직 용기(166)를 원심분리기(또는 다른 분리 수단)(164)에 넣는다. 도시한 바와 같이, 원심분리기(164)는 일정 시간 동안 작동 또는 회전하여 조직으로부터 물 및 조직에 저장된 대부분의 트라이글리세라이드를 분리한다. 그 다음, 이러한 분리된 성분들은 둘 모두 바이알(166)로부터 제거한다(또는, 대안적으로, 물 및 트라이글리세라이드가 분리된 지방 조직을 환자(112)에 나중의 주입하기 위해 제거한다). 흥미롭게도, 정제 방법(16)은 비교적 비손상된 상태로 성숙 지방세포를 유지하고자 하는 것이 아니며, 그 대신에 지방 조직(167) 중의 다량의 이러한 성숙 지방세포를 더욱 손상시켜 이식후 환자의 신체에서 그의 클리어런스를 촉진하도록 고안된 것이다.

예를 들어, 원심분리 (예컨대, 수분 내지 약 20분 이상의 기간에 걸친 약 1500 rpm 내지 약 4000 rpm 범위의 속도)는 성숙 지방세포의 얇은 세포질 시트에 병변을 야기할 수 있으며, 이는 이식 후의 신속한 클리어런스에 유리하다. 이러한 손상된 지방세포로부터의 오일 또는 다른 부생성물이 또한 지방 조직으로부터 분리되며 정제된 부피의 지방 조직이 남도록 제거된다(또는 조직이 분리된 물, 오일 및 다른 부생성물로부터 제거된다). 원심분리기(164)의 작동 및 정제된 지방 조직의 분리/단리는 원하는 정제 결과를 제공하도록 미리 결정된 하나 이상의 정제 프로그램 또는 프로토콜을 저장하고 나중에 실행하는 컨트롤러(예를 들어, 도시한 바와 같이 모니터를 갖는 컴퓨터 또는 프로세서 및 메모리를 갖는 다른 전자장치)(168)에 의해서 자동적으로 제어될 수 있다.

조직 이동 방법은 또한 환자(112)로의 조직 이동 또는 축적(170)을 포함한다. 처리(160)에 의해서 정제된 조직은 재건 및 확대에 사용하는 경우 성공적인 이식 및 허용성(acceptance)에 있어서 더욱 적합한 것으로 여겨지지만, 지방 및 다른 세포/조직을 주입 및 분포하기 위한 모든 기존의 기술이 정제된 지방 조직을 이식하는 데 사용될 수 있다. 다른 실시 형태에서는, 그럼에도 불구하고, 개선된 분포를 달성하는 이동(170)을 수행하는 것이 바람직하다. 하기 논의로부터 분명해지는 것과 같이, 지방 조직의 더욱 균일한 분포가 환자의 유방(또는 다른 이식 부위 및 영역)의 컴퓨터-지원 모델링을 사용하고 주입 지점의 위치 및 그 지점으로부터의 주입 경로(예를 들어, 지점으로부터의 경로 길이 및 각 궤도)를 최적화하여 달성될 수 잇는 것으로 여겨진다. 게다가, 주입 바늘 또는 캐뉼러 등의 위치를 이동(170) 중에 모니터링하여 의사(172)에게 실시간 피드백을 제공할 수 있고/있거나 모델링된 주입 지점 및 경로가 유용하였는지 또는 이동(170) 중에 그를 따랐는지를 결정(예를 들어, 실제 지점 및 경로를 결정하여 환자(112)에서 달성된 조직 분포를 결정)할 수 있다.

이러한 간단한 배경을 염두에 두고, 프로세스(170)는 의사(172)가 프로세스(160)로부터의 일정 부피의 정제된 지방 조직(174)으로 충전된 주입이기를 사용하여 조직(174)을 바늘 또는 캐뉼러(175)를 통해 환자(112)의 유방(113)으로 이동시키는 것을 도시한다. 주입 가이드(176)는 유방(또는 재건/확대 부위 또는 영역)(113)의 외곽(perimeter) 주변에 위치하여 의사(172)가 주입 지점을 확인하는 것을 도와준다(주입 가이드의 사용에 대한 상세한 설명은 도 6을 또한 참조한다). 주입 가이드(176)는 또한 각각의 주입 지점으로부터 다양한 주입 경로를 따라 조직(174)을 주입하기 위한 기준(예를 들어, 각도기와 유사한 각 오프셋(angular offset)으로 표지된 평면 형태로)을 의사(172)에게 제공한다. 대안적으로, 의사가 미리결정된 주입 지점들의 위치를 찾을 수 있도록 주입 지점은 수술 또는 조직 이동(170) 전에 맵핑 및 표지될 수 있다. 모니터를 갖는 컴퓨터와 같은 제어 시스템(180)이 제공되어 의사(172)에게 주입 경로 모델을 제공하며, 이는 조직 축적을 순차적으로 수행하기 위해 의사(172)가 사용할 모든 주입 지점 및 경로 또는 "다음" 주입 지점 및 그 경로 또는 "다음" 경로와 함께 모니터에 디스플레이되는 유방(113)의 3차원(3D) 모델을 포함할 수 있다. 모니터링 시스템(190)에는 모니터/센서(192)가 제공되어, 가이드(176) 및/또는 바늘(175) 상의 선택적인 마커와 함께 예를 들어, X선, MRI, IR 또는 다른 기술을 사용하여 프로세스(170)의 진행을 추적하여, 의사(172)가 실제로 따르는 주입 지점 및 경로가 확인될 수 있게 한다. 일부 실시 형태에서, 주입 추적 또는 모니터링은 시스템(180)의 모니터(또는 다른 모니터) 상에 실시간 이미지 및 디스플레이를 제공하는 것, 및/또는 실제 주입 지점 및 경로 및/또는 절차(170) 전에 생성된 주입 지점 및 경로 모델로부터의 변동을 나타낼 수 있는 조직 축적 맵을 결정 또는 생성하는 데 나중에 사용되는 정보를 저장하는 것을 포함한다.

본 발명의 조직 이동의 실시 형태는 지방흡인물(lipoaspirate)(예를 들어, 지방흡입 또는 유사한 방법을 통해 환자로부터 수거 또는 흡인된 지방 조직과 같은 조직)의 자가 이식으로 여겨질 수 있다. 주지하는 바와 같이, 이러한 본 발명의 이식 방법의 중요한 용도 중 하나는 방사선 요법 후에 방사선-유도된 병변을 겪는 환자 신체의 한 영역에서의 조직 재생을 위한 것이다. 이러한 목적을 위해, 도 2는 일정 부피의 지방 조직을 수거 또는 입수하는 것에 외에, 이식 시스템(240) 또는 도구(200)가 표면 모델링 시스템(210), 조직 정제 시스템(240), 및 조직 이동 시스템 또는 사이트(260)를 포함하며, 각각은 원하는 최종 기능을 달성하기 위한 자체 도구, 장치 및 시스템을 포함한다는 것을 기능성 블록 형태로 나타낸다.

덩어리 주입을 피하기 위하여 무작위 주입 또는 최적 판단 시도를 사용하기 보다는 오히려 표면 모델링 시스템(21)이 최적화된 주입 지점 및 경로의 맵 또는 모델을 생성하는 데 사용된다. 이러한 목적을 위해, 시스템(210)은 하나 이상의 카메라(214)로부터의 입력을 입수 및 처리하는 프로세서 또는 CPU (212) 및 선택적으로 수동 스캐너 또는 센서(216)를 포함한다. 카메라(214) 및 센서(216)가 암 치료를 받은 유방과 같이 이식받는 부위의 디지털 이미지(222)를 얻는 데, 그리고 암치료를 받은 적이 없는 환자의 유방과 같이 건강한 유방의 이미지(222)를 얻는 데 사용될 수 있다. 이미지(222)는 메모리(220)에 저장되거나, 또는 달리 프로세서(212)에서 이용가능하게 만들어 진다. 대안적으로, 예를 들어, 확대되어 얻게 될 유방의 이미지를 얻기 위해서 또는 환자가 양쪽 유방 모두에 손상을 입었거나 재건에 사용하기 위한 이미지(222)를 제공할 수 없는 경우에, 재건 또는 확대될 영역 또는 표면의 디지털 이미지(222)를 얻기 위해서 이미지(222)를 다른 여성 또는 환자로부터 얻을 수 있다. 프로세서(212)는 예를 들어, 환자의 정상적인 또는 손상되지 않은 유방의 거울 이미지를 생성함으로써, 또는 재건 또는 확대 후의 신체 특성을 모델링하기 위해 재건 및 미용 수술 분야의 숙련자에게 알려진 바와 같이 현재의 유방의 조작을 통해, 모델링 알고리듬(218)을 실행하여 이미지(222)를 처리해 유방 모델(또는 재건 또는 확대할 다른 신체 영역 또는 표면)을 생성한다.

메모리(220) 중의 유방 모델(224)을 사용하여, 프로세서(212)는 하나 이상의 최적화 알고리듬을 사용하여 유방 모델(224) 및 세트의 최적화 변수(226)를 처리하여 세트의 주입 지점 위치 및 그 주입 위치로부터의 경로(주입 지점으로부터의 길이 및 각 궤도에 의해 규정될 수 있는 것과 같은)를 결정(228)하는 주입 최적화기(injection optimizer)(230)를 다음으로 실행한다. 변수 또는 파라미터(226)는 사용될 주입 지점의 최대 수 및 각 지점으로부터의 경로의 수를 포함한다. 전형적으로, 각각의 경로를 통해 주입될 조직의 부피는 미리결정되거나 확정된다(물론 본 발명을 실행하고 유방 내의 원하는 분포를 달성하기 위해 조직의 부피는 각각의 주입 지점 및/또는 각각의 경로에 따라 달라질 수 있지만, 예를 들어, 축적 또는 이동될 정제된 조직의 전체 부피를 주입 경로의 수로 나눈 것)

표면 모델링 시스템(220)은 지방흡인물 수술적 축적의 컴퓨터-지원된, 환자-특이적인 계획을 제공한다. 계획 또는 지원은 맵핑 또는 결정된 주입 지점 위치 및 규정된 경로(228)를 사용하여 달성되며, 이는 상기한 바와 같이, 처치할 신체 영역의 컴퓨터화된 2D 또는 더욱 전형적으로는 3D 모델에 기초하여 생성된다. 모델(224)은 카메라(214), 스캐너(216), 또는 다른 장비(도시하지 않음)로부터의 디지털 및 보정된 사진 또는 이미지 및/또는 레이저 스캐닝 이미지에 의해 얻어진다. 지방흡인물 축적의 컴퓨터-지원된, 수술전 계획은 거의 최대치의 분포 균일성을 달성하도록, 그리고 조직 축적에 있어서 유의미한 오버랩(overlap) 및 갭(gap)을 제한하도록 설계된다. 최적화기(230)에 의해 수행되는 처리는 일부 경우에, 도입 지점의 수 및 초기 위치, 삽입 경로의 실현가능한 길이(함수로서, 예를 들어, 확대 또는 재건될 신체 영역의 크기에 흔히 기초하는, 축적에 사용하기로 계획된 캐뉼러(들)의 길이의 함수로서), 실행가능한 삽입 경로의 피크 각 수치, 및 일부 경우에, 접근불가능하거나 처치불가능한 영역을 포함하는, 제약조건(constraint) 또는 변수(226)를 사용하는 제한 최적화 방법에 기초한다. 일부 바람직한 실시 형태에서, 이러한 변수(226)는 환자 특이적이며 의사 또는 다른 전문가에 의해서 특정 환자 및 환자의 요구 및/또는 신체 형상 및 형태에 적합하도록 선택된다(예를 들어, 주입 최적화기 또는 알고리듬(230)에 의한 최적화 전에 모델링 프로세스의 한 단계로서 메모리(220)로 들어간다).

시스템(210)에 의해서 최적화기(230)를 실행하여 수행되는 환자-최적화된 수술 계획은 조직 축적 경로의 교차에 의해 생성되는 영역(예를 들어, 도 6 참조)의 치수 및 가변성을 최소화 또는 제한하도록 설계된 제한 목적 함수(constrained objective function)를 최소화 또는 감소시키는 것을 포함할 수 있다. 생성된 맵핑된 주입 모델(228)은 최적화된 도입 지점 위치, 및 환자 이미지(222) 및/또는 3D 디지털화 모델(224)을 선택시 겹쳐지는(역시, 예를 들어, 도 6 참조) 이러한 지점으로부터의 삽입 경로의 방향의 복합 표시(composite representation)를 생성하는데 사용되거나 또는 사용될 수 있다. 모델링 시스템(210) 및 그의 수행되는 프로세스의 이점은 조직 축적을 위한 상호작용성 최적화 프로세스를 가능하게 한다는 점이다. 예를 들어, 전문가 또는 의사는 재건 또는 확대 후에 원하는 결과를 얻도록 모델(224)의 생성 중에 그리고 또한 최적화 변수(226)의 선택 또는 세팅 중에(예를 들어, 주입 지점의 수, 경로의 수 등을 변화시켜) 시스템(210)과 상호작용할 수 있다. 이러한 수술전 계획은 판단, 경험, 의사의 숙련 수준에 의존하기 보다는 오히려 수술 절차의 표준화를 이끌어 낼 수 있으며, 수술전 정량 파라미터를 제공할 수 있다. 이는 궁극적으로 환자 마다 다른 임상적 결과에 있어서의 불확실성을 감소시키며 조직 축적에 있어서 달성가능한 정밀도로 환자와 관련된 정량적 문서화(quantitative documentation)를 제공한다.

시스템 또는 세트의 조직 이동 도구(200)는 이식에 사용하기 전에 지방 조직을 처리 또는 정제하기 위한 조직 정제 시스템(240)를 포함한다. 도시한 바와 같이, 수거된 지방 조직(242)은 분리 장치, 예를 들어, 원심분리기(244)에 제공 또는 위치된다. 원심분리기(244)는 수동으로 작동될 수 있거나, 또는 정제 프로토콜(248)(예를 들어, 하나 이상의 원심분리 속력 및 횟수를 규정하는 프로그램)에 기초하여 컨트롤러(246)에 의해서 자동으로 작동한다. 이러한 처리 중에, 조직의 일부분, 예를 들어, 물, 손상된 성숙 지방세포로부터의 오일, 트라이글리세라이드 및 다른 성분이 기타 지방 조직으로부터 분리된다. 이러한 분량 또는 부분을 제거하여(256)일정 부피의 정제된 지방 조직(250)을 남긴다. 예를 들어, 프로토콜(248)은 원심분리기(244) 내의 각각의 저장소 또는 바이알에 삽입될 수거된 분량, 원심 분리기를 작동시키는 회전 속도, 및 기간을 규정할 수 있다. 기간이 끝난 후에, 분닐된, 원치 않는 부분(256)을 원심분리기(244) 내의 각각의 저장소 또는 바이알로부터 제거한다. 대안적으로, 프로토콜(248)은 단계적 절차를 규정할 수 있으며 분리된 조직(256)의 각 단계에서 제거될 부피를 규정할 수 있거나(예를 들어, 제1 속력으로 원심분리를 진행하고, 특정 부피의 분리된 조직(256)을 제거하고, 제2 속도에서 원심분리를 진행하고, 다른 부피의 조직(256)을 제거하는 등등), 또는 이러한 제거는 분리된 조직(256)을 선택적으로 제거하도록 또는 정제된 지방 조직을 원심분리기 저장소 또는 바이알 내의 "링(ring)"으로부터 제거하도록(즉, 원심 분리 속도 및 조직(250)의 밀도에 기초한 정제된 지방 조직(250)의 예상된 위치에 기초함) 구성된 일부 원심분리기(244) 또는 분리 장치를 사용하여 자동적으로 취급될 수 있다.

중요한 것은, 지방 조직을 수거하는 것에 더하여, 자가(또는 다른 공여자) 지방 조직 또는 지방흡인물의 획득 및 처리를 위한 절차가 조직을 정제하는 단계를 포함한다는 것이다. 지방흡인물 정제 절차는 일반적으로 수거된 지방 조직 내에 저장된 대부분의 트라이글리세라이드를 제거하도록 디자인된다. 원심 분리 또는 유사한 기술에 의한 정제는 또한 수거된 지방 조직 중의 성숙 지방세포의 얇은 세포질 시트에서 병변을 야기하도록 기능한다. 다시 말해, 정제는 지방흡입 또는 수거 프로세스에 의해 외상을 입은 지방세포의 추가적인 손상을 의도적으로 야기하는 것을 포함하며, 이러한 추가적인 손상은 이식 후에 처치된 환자가 손상된 성숙 지방세포를 제거할 수 있는 속도를 향상시키도록 바람직하게는 하나 이상의 병변이다. 일부 바람직한 실시 형태에서, 정제는, 일부분, 세트의 지방 세포(즉, 정제된 지방 세포)를 물 성분으로부터, 그리고 손상된 지방세포의 파괴에 의해 생성되는 오일로부터 분리하도록 원심분리를 수행하여 얻어진다. 본 발명의 정제 기술을 사용하는 이점은 다수의 다른 조직 이식 기술에서는 일반적이었던 환자의 신체 밖에서의 추가적인 조직 성장을 위한 임의의 종류의 세포 배양이 필요 없으며, 배양이 없으므로 미생물 오염의 위험성이 더욱 잘 제어되며, 조직 준비 프로세스의 복잡성이 감소되고, 관련 비용이 제어 또는 제한된다는 점이다. 정제 또는 조직 준비 프로세스의 추가적인 이점은 이 프로세스가 기술적으로 어려운 지방-유도 줄기 세포(ADAS)의 단리 또는 추출 단계를 필요로 하지 않으며, 대신에 ADAS가 그의 자연적인 지지 구조체 또는 3D 스캐폴드에 남아있을 수 있어서 혈관생성 및 다른 이득을 용이하게 한다는 점이다.

시스템(200)은 또한 조직 이동 사이트 또는 시스템(260)을 포함한다. 시스템(260)은 조직 이동 중에 또는 전에 의사에게 컴퓨터 지원을 제공하도록 작동하는 프로세서 또는 CPU (280)를 포함한다. 프로세서(280)는 메모리(290)에 접근하고, 예를 들어, 모델링된 주입 지점 위치 및 경로(292)를 모니터(288) 상에 디스플레이하여(또는 하드 카피를 제공하여), 또는 이러한 정보(292)를 유방 또는 환자 신체의 다른 부분의 3D 또는 2D 모델 상에 겹쳐서 분포 모델을 디스플레이하도록 기능한다. 도시한 바와 같이, 도구 또는 시스템(260)은 모델링된 주입 지점을 나타내어 주입을 수행하기 위한 기준 지점 및 평면을 제공하는 인디케이터(274)를 갖는 주입 가이드(270)를 포함한다. 주입 또는 조직 이동은 이러한 경우에 정제 시스템(240)으로부터의 일정 부피의 정제된 지방 조직(264)을 담은 주입이기(262) 또는 유사 장치를 사용하여 수행된다. 모니터 및 가이드(270) 상의 모델링된 주입 분포를 사용하여, 의사(도시하지 않음)는 바늘 또는 캐뉼러(266)를 각각의 주입 지점(예를 들어, 환자 상에 표지되거나 참조된 지점 또는 가이드(270)의 인디케이터(274)에 의한 지점)에서 삽입하고 규정된 경로를 따르도록 노력하여 조직 축적을 수행한다. 예를 들어, 바늘(266) 상의 마커(들)(268)의 위치를 확인하여, 조직 축적 또는 이동 동안 의사가 실제로 사용한 경로를 결정하도록 주입 경로 모니터(284)가 제공된다. 주입 경로 모니터(284)로부터의 이러한 정보는 메모리(290)의 달성된 분포 데이터(294)에 의해 나타낸 바와 같이 프로세서(280)에 의한 추가적인 처리가 있거나 없이 저장될 수 있다.

조직 이동 사이트 또는 세트의 도구(260)를 사용하여, 시스템(200)은 지방 흡인물 축적을 위한 컴퓨터-지원된, 수술중 안내(intra-surgical guidance)를 제공한다. 주입 지점 및 경로(292)를 포함하는 수술전 계획은 의사에게 수술중 안내를 위한 또는 전형적으로 정제된 지방 조직인 지방 조직 축적의 고수준의 균일성을 달성하기 위한 맵을 제공하나, 수술전 계획은 정제되지 않은 지방 조직, 추가적인 줄기 세포를 갖는 지방 조직 또는 다른 조직/세포(예컨대, 분해될 수 있거나 분해될 수 없는, 간엽 세포(mesenchymal cell), 특히 평활근 또는 골격근 세포, 근세포(근육 줄기 세포), 연골세포, 지방세포, 섬유근아세포(fibromyoblast), 외배엽 세포, 신경 세포)와 같은 거의 모든 조직 이동 또는 이식에서 이점을 갖는다. 더욱이, 성장 인자, 안지오펙터(angiofactor), 소염제, 선택적 성장 억제제 등이 또한 조직 이식과 함께 또는 그 후에 제공될 수 있다. 조직 및 세포는 바람직하게는 생검(biopsy)에 의해 얻어지며 배양으로 증대되는 자가 세포이지만, 근친 또는 다른 공여자로부터의 세포가, 예를 들어, 적합한 면역억제제와 함께 사용될 수 있다. 면역학적으로 불활성인 세포, 예를 들어, 배아 세포, 줄기 세포, 및 면역억제제가 필요하지 않도록 유전공학에 의해 생성된 세포가 또한 사용될 수 있다. 또한, 일부 응용에서 조직 확장기(tissue expander)가 유용할 수 있으나, 일반적으로 본 조직 이동 방법에 사용하기 위한 도구는 필요하지 않다.

특정 상호작용 도구, 예를 들어, 시스템(260)은 작업자가 특정 도입 또는 주입 지점 및 그 지점에서의 경로를 선택할 수 있게 해주며 경로마다 그리고 지점마다 진행하여 미리규정된 경로의 네트워크를 완성할 수 있게 해준다(예를 들어, 프로세서(290)를 통한 모니터(288) 상의 모델(292)의 디스플레이를 통해서). 도구 세트(260)의 추가적인 특성은 프로세서에 의해서 사용되어 캐뉼러(266) 삽입시 의사를 안내하기 위한 수술 네비게이션 시스템을 제공할 수 있는 모니터(284)을 포함한다는 것이다. 이러한 모니터링 시스템(284)은 광학 IR 실시간 추적 장치에 기초할 수 있으며, 이는 모니터(288)에 나타난 입체공간적 환자-장착된 기준 프레임 또는 모델과 관련하여 캐뉼러(266)의 3D 위치를 제공하고(예를 들어, IR 반사 마커(268) 등의 형태로), 이때 수술 계획(292)이 또한 겹쳐지거나 맵핑될 수 있다. 이러한 실시 형태에서, 실시간 그래픽 피드백은 컴퓨터 스크린(288)에서 디스플레이된 수술 계획(예를 들어, 조직 이동 분포 맵핑) 상에 생성되어 현재 축적 방향에 대한 정보를 제공하며, 일부 경우에, 계획된 궤도 또는 경로에 대한 편차를 시그널링하고, 일부 추가적인 실시 형태에서, 관련 보정을 제공한다. 수술중(intra-operative) 방법은 계획된 주입 지점 및 경로(292)를 외과 수술시의 실제 지점 및 경로로 옮기는 데 있어서 개선된 정밀도를 보장하며, 또한 작업자 또는 의사가 특정 환자에서 달성할 수 있는 지방흡인물의 실제 기하학적 형상을 설명하는 특이적인 정량적 문서화(294)를 제공한다.

도 3은 일반적으로 305에서 시작하는 조직 준비 프로세스(300)의 단계를 나타내며 환자에 이식 또는 축적하기 위한, 예를 들어, 제거 및/또는 방사선 요법 후 연조직의 확대 또는 재건을 위한 일정 부피의 지방 조직을 준비하는 데 사용된다. 계속해서 방법(300)은 310에서 공여자 및 공여 부위를 선택한다. 상기한 바와 같이, 조직은 전형적으로 자가 조직이나 이는 본 발명에서 필수적인 것은 아니다. 단계 310에서, 지방 조직을 얻기 위한 공여 부위, 예를 들어, 의학적 면적의 무릎, 복부 영역, 전자, 또는 공여자 신체의 다른 영역이 선택된다. 320에서, 공여 부위는 예를 들어, 아드레날린(예를 들어, 10 내지 20 평방센티미터(cc)) 및 리도카인(예를 들어, 500 cc 당 20 내지 30 cc의 리도카인 0.5% 등)이 첨가된 차가운 생리식염수를 선택된 영역에 침투시킴으로써 수거를 위해 준비된다. 330에서는, 일정 부피의 지방 조직(예를 들어, 최대 2 또는 3 cc의 지방 조직 또는 그 이상)을 예를 들어 캐뉼러(예를 들어, 2mm 또는 다른 직경의 캐뉼러) 및 주입이기를 사용하여 빼낸다.

340에서, 예를 들어, 복수의 주입이기를 원심분리기에 직접 넣거나 또는 그 내용물을 상이한 저장소 또는 바이알로 옮김으로써, 수거된 지방 조직이 원심분리에 의한 분리 또는 정제를 위해 원심분리기로 옮겨진다. 일부 실시 형태에서, 작업자는 세트의 미리 결정된 유용한 프로토콜로부터 정제 프로토콜을 선택할 수 있으며, 한편 다른 경우에는 기본값(default) 또는 바람직한 프로토콜이 정제 단계(350)에서의 사용을 위해 설정 또는 확정된다. 일부 경우에, 예를 들어, 프로토콜은, (a) 약 15분의 스핀 시간 동안 약 1900 rpm의 스핀 속도 또는 원심분리 속도; (b) 약 8분 동안 약 2700 rpm의 스핀 속도; (c) 약 15분 동안 약 2700 rpm의 스핀 속도; (d) 약 8분 동안 약 3500 rpm의 스핀 속도; 및 (e) 약 15분 동안 약 3500 rpm의 스핀 속도를 포함할 수 있지만 이로 한정되지 않는다. 더욱 일반적으로, 프로토콜은 조직으로부터의 물, 손상된 성숙 지방세포로부터의 오일, 트라이글리세라이드, 및/또는 다른 원치않는 성분을 상당히 분리하도록 미리 결정된 스핀 속도 및 스핀 시간으로 원심분리기를 작동하는 것으로 생각될 수 있으며, 스핀 속도는 전형적으로 약 1000 rpm 내지 약4000 rpm의 범위 또는 그 이상이지만, 더욱 전형적으로는 약 1900 rpm 내지 약3500 rpm의 사이이고 스핀 시간은 수분 내지 30분의 범위 또는 그 이상이지만, 더욱 전형적으로는 약 8 분 내지 약 15 분의 범위이다. 바람직한 프로토콜은 일반적으로 줄기 세포의 구조적 완결성(integrity)을 유지(예를 들어, ADAS의 세포 생존력(viability)을 상당 정도 유지)하면서 상당한 퍼센트의 성숙 지방세포에서 병변을 야기한 때의 오일의 실질적인 제거적 분리, 및 실질적인 트라이글리세라이드의 분리를 달성하는 것이다. 360에서는, 수거된 지방 조직이 로딩된 원심분리기가 선택된 또는 기본값의 프로토콜에 기초하여 작동된다. 370에서는, 분리된 오일, 물, 트라이글리세라이드, 및/또는 지방 조직으로부터 분리된 다른 성분 또는 조직이 제거되어 더 적은 부피의 정제된 지방 조직(예를 들어, ADAS로 이루어지거나 ADAS가 풍부한 조직)을 생성된다. 정제된 지방 조직은 나중에 환자(예를 들어, 공여자)에게 이동시키기 위하여 단계 380에서, 적어도 일시적으로, 보관 또는 포장되며, 프로세스(300)는 395에서 끝난다. 정제된 지방 조직의 전체 부피는 본 발명을 실시하기 위해 그리고 전형적으로 각각의 환자에 따라 매우 다양할 수 있다. 예로서, 유방 이식물의 평균 크기는 약 325 내지 약 400 cc의 범위이며, 방사선요법 치료가 이어지는 완전한 유방절제술 후의 유방 재건을 실시하기 위해서는 최대 약400 cc 또는 그 이상의 정제된 지방 조직을 준비하는 것이 바람직할 수 있다.

도 4는 405에서 시작하는 본 발명의 조직 이동 또는 축적 프로세스(400)의 예시적인 단계를 나타낸다. 단계 410에서는, 지방 조직과 같은 연조직의 손실 또는 손상 후 확대 또는 재건할 환자의 영역(예를 들어, 환자의 한쪽 또는 양쪽 유방)이 모델링된다. 이러한 모델링(500)은 비교적 일반적으로 도 5에 나타나있으며, 확대 또는 재건할 영역(518) 및 기준 영역(514)(환자의 다른쪽 유방)과 같은 영역의 하나 이상의 사진을 얻는 것을 포함한다. 일부 경우에, 지군 유방 또는 영역(514) 및 이식물이 들어갈 영역(518)의 3D 토포그래피(topography)를 표시하는 복수의 데이터 포인트(data point)(510)를 얻기 위하여, 수동 또는 레이저 스캐너가 사진 대신에 또는 사진에 더하여 사용될 수 있다. 이미지는 520에 도시된 바와 같이 디지털화되어 기준 영역(524) 및 이식 영역 또는 부위(528)의 디지털 이미지 또는 복수의 데이터 포인트를 제공한다. 보간(Interpolation), 필터링, 및 렌더링(rendering)을 사용하여 530에 나타낸 바와 같이 기준 유방 또는 영역 및 확대 또는 재건할 영역의 더욱 완전한 컴퓨터 모델을 생성한다. 그 다음, 텍스쳐링(texturing) 및 다른 처리를 수행하여 재건 또는 확대할 유방(548)의 3D 모델 또는 가상 버전(virtual version)(540)을 달성하며, 이는 전형적으로 유방 또는 신체 영역의 요구되는 또는 최종의 형태이며 기준 유방 또는 영역의 거울 이미지일 수 있거나 또는 재건 또는 확대할 유방 또는 영역을 위해 모델링되거나 텍스쳐화된 모델 또는 계획일 수 있다.

420에서, 계속해서 방법(400)은, 분포 최적화 파라미터 또는 변수 값을 입력하거나 또는 대안적으로 하나 이상의 기본값을 받아들인다. 파라미터 또는 변수는 전형적으로 적어도 주입 지점의 수 및 각 주입 또는 도입 지점에서의 주입 경로의 수를 포함한다. 파라미터는 또한 경로의 최대 길이를 포함할 수 있으며 때때로 경로의 최대 또는 피크 각을 포함할 수 있다. 420에서, 계속해서 방법(400)은 단계 410으로부터의 모델링된 유방 또는 조직 주입 표면을 단계 420의 최적화 파라미터를 사용해 처리하여 세트의 주입 지점으로부터의 바람직한 또는 "최적화된" 주입 경로를 규정하며, 주입 지점 위치가 또한 규정된다. 모델 또는 계획된 주입 맵핑/네트워크은 메모리에 저장되며, 440에서 조직 이동 또는 축적을 수행하는 데 사용하기 위해 의사에게 제공된다. 모델은 전형적으로 단계 410으로부터의 모델링된 유방에 덧씌워지거나 겹쳐지며, 모델은 종종 수술실 내의 컴퓨터 또는 다른 모니터 상에 제공된다. 단계(450)에서, 최적의 주입 가이드가 환자 상에 또는 근처, 예를 들어, 재건 또는 확대할 유방의 외곽 또는 다른 영역 주변에 배치된다. 일부 경우에 모델로부터의 주입 지점을 임플란트 부위에 마크하거나 달리 확인하는 것이 바람직할 수 있기 때문에 가이드는 선택적이다. 460에서는, 일정 부피의 정제된 지방 또는 다른 조직을 각각의 주입 부위에서 그리고 각각의 규정된 경로를 따라 주입하기 위해서 경로 모델이 사용된다. 단계 470은 선택적이며 단계 460의 조직 이동 또는 주입의 모니터링을 제공하여 실제 조직 분포의 주입 안내 및/또는 검증(verification)/문서화를 제공한다. 이어서, 모니터링된 또는 검출된 주입 경로 및 모델링된 조직 분포(계산된 실제 분포)가 480에서 컴퓨터 메모리에 저장될 수 있으며, 프로세스(400)는 단계 495에서 끝난다.

도 6 및 도 7은 모니터에 디스플레이 되거나 또는 작업자 또는 의사에게 달리 제공될 수 있는 예시적인 주입 경로 모델(610)의 예를 제공하며 주입 지점 인디케이터 또는 기준선(622)을 갖는 주입 가이드(620)와 함께 사용 중인 경우를 나타낸다. 복수의 주입 지점(630)이 이식 영역(예를 들어 환자의 유방)의 둘레 주변에 이격되어 있다. 도시된 바와 같이, 지점(630)은 동일하게 이격되어 있지 않으나 대신에 더 우수한 분포를 달성하기 위한 최적화 알고리듬에 의해서 더욱 규칙적인 패턴으로 위치하였다. 또한, 지점(630)에 의해 규정되는 둘레 또는 외각선은 비교적 원형, 계란형, 타원형 등인 것으로 나타나있으나, 흔히 둘레는 불규칙한 형상일 수 있다. 도시한 바와 같이, 최적화 파리미터는 지점의 수가 7개이고 각 지점에서의 주입 경로의 수가 4개인 것으로 설정되었다. 물론, 각각의 이러한 파라미터 또는 변수에 대해서 더 작거나 더 큰 값이 사용될 수 있다. 이동 경로(travel pathway)(634)가 반드시 동일한 길이는 아니며 각 경로에서 의사에 의한 주입은 바늘/캐뉼러 상의 기준 마킹을 필요로 할 수 있거나, 또는 바늘/캐뉼러의 길이를 달리하여 이러한 길이를 맞출 수 있다는 특징이 또한 도 6 및 도 7에 나타나있다. 게다가, 각각의 주입 경로(634)는 이격되어 있으며 주입 또는 도입 지점(630)으로부터의 상응하는 궤도 각(양각 또는 음각)에 의해서 규정되며, 이는 주입 지점을 수평으로 및 수직으로 통과하는 평면(예를 들어, 3D 궤도 경로가 각각의 경로에 대해 규정됨)과 관련될 수 있으며, 일부 경우에, 가이드(620)는 궤도 경로(634)를 위한 수평 기준 평면을 제공한다.

일 실시 형태에서, 컴퓨터 최적화 알고리듬은 비선형, 비제한 최소화를 통해 다중 파라미터 최적화를 수행한다(즉, 투사적2D 버젼으로). 이러한 경우에 입력은 이식 영역 또는 부위의 표면 모델, 도입 지접의 수(예를 들어, 3 내지 10 또는 그 이상), 도입 지점당 경로의 수(예를 들어, 1 내지 5 또는 그 이상), 및 경로 길이(예를 들어, 일부 실시 형태에서는 모든 경로에 대해 확정된 길이)일 수 있다. 프로그램 또는 알고리듬의 출력은 표면 모델 상의 (예를 들어, 환자의 이식 부위 상의) 도입 지점 위치 및 모든 주입 지점에 대한 경로 방향이다. 함수 코스트(function cost)는 전형적으로, 경로가 오버랩하는 영역의 수(대부분의 경우에 최대화됨), 영역의 치수(대부분의 경우 최소화됨), 및 영역 가변성(대부분의 경우 최소화됨)으로 이루어진다. 특히, 알고리듬은 일반적으로 초기의 추측으로부터 시작하여 이어서 도입 지점, 경로 방향, 및 일부 경우에, 경로 길이에 대해, 이식 부위 표면의 모델과 관련된 "최적" 지점을 반복적으로 찾는 것에 의해서 작동한다. 일부 바람직한 경우에, "최적" 지점은 주입 경로의 교차에 의해서 형성되는 영역의 수를 최대화하고 절대적인 크기 및 크기 가변성을 최소화(즉, 균일하게)하도록 선택된다.

기재된 바와 같이, 본 발명의 조직 이동 방법 및 도구는 환자에 이식하기 위한 지방 조직을 준비하는 데 대한 향상된 기술 및 또한 조직 축적을 수행하기 위한 향상된 컴퓨터-지원 모델을 제공한다. 상기에 요약된 조직 준비 및 이동은 많은 조직 확대 및 재건 상황에서 사용될 수 있으며 특정 처치 또는 수술 절차에 한정되지 않는다. 그러나, 본 발명자는 경피증-유형의 만성 미소혈관병증(scleroderma-like chronic microangiopathy)의 감지에 의해 발생하는 병원성의 고려사항에 기초하여, 본 명세서에 기재된 방법 및 도구가 방사선요법을 받은 여성을 처치하기 위한 자가 이식에 특히 적합하며 지방-유도 성체 줄기 세포(ADAS)가 풍부한 조직 또는 정제된 지방 조직에 기초한다는 것에 주목하였다. 이를 염두에 두고, 자가 ADAS의 주입에 기초한, 방사선요법-관련 병적 상태를 최소화 또는 제어하는 것을 목적으로 하는 혁신적인 치료적 접근법을 사용한 임상 실험(clinical trial)이 수행되었다.

임상 실험에서는, 암에 대한 보조적 방사선요법을 받았으며, LENT-SOMA 스케일로 분류시 등급 3 또는 심각한 증상, 또는 등급 4 또는 회복불가능한 기능 손상의 방사선병변(radiolesion)을 나타내지만, 결합조직, 대사 또는 피부 질환의 병력이 없는 20명의 환자가 참여하였다. 방사선 요법에 의해 손상되고 정제된 지방 조직 또는 ADAS-풍부 조직(상기한 바와 같음)을 사용하여 처치되는 영역은 쇄골상(supraclavicular) 영역, 전흉벽(anterior chest wall)(즉, 유방절제술 부위)를 포함하였다. 20명의 환자 중 14명은 초기 또는 실험전 유방 재건의 일부로서 삽입된 유방 보형물이 있었다. 등급 4의 방사선손상이 있는 11명의 환자 그룹에서, 병변은 8명의 경우 흉벽에, 2명의 경우 유방에, 그리고 1명의 경우에 쇄골상에 있었다. 섬유증, 위축증(atrophy), 및 함몰(retraction)이 등급 4로 분류되었다. 흉벽 병변이 있는 8명의 환자 외에, 4명의 환자에 실리콘 젤 유방 이식물이 있었다. 이들 4명의 환자중 3명은 이식물의 노출을 야기하는 궤양을 나타내었고 1명의 환자는 4 제곱센티미터를 초과하는 피부 영역에서 모세혈관확장증(telangectasia)이 있었다. 이식물이 없는 나머지 4명의 환자 중, 1명의 환자는 골방사선괴사성 늑골(osteoradionecrotic rib)을 노출시키는 궤양 및 불응성 통증(refractory pain)이 있었고 1명의 환자는 4 제곱센티미터를 초과하는 피부 영역에서 모세혈관확장증이 있었다. 유방 병변이 있는 2명의 환자 중, 1명의 환자는 궤양 및 기타 모세혈관확장증을 나타내었다. 등급 3 방사선 병변인 9명의 환자 그룹에서는, 1명의 경우에 유방과 관련된 병변이 있었고, 나머지 8명의 경우에는 흉벽에 관련된 병변이 있었다. 이들 환자 중 4명은 실리콘 젤 유방 이식물이 있었다. 이들 환자 모두는 등급 3의 위축증, 섬유증 및 함몰을 나타내었다. 이러한 증상에 더하여, 일부 환자는 모세혈관확장증 및 통증을 겪었다.

조직 이동 프로세스는 공여 부위로서의 영역(예를 들어, 무릎, 복부 영역 또는 전자 영역의 의학적 영역)을 선택하고 이어서 약 15 cc의 아드레날린 및 500 cc 당 약 20 내지 약 30 cc의 리도카인 0.5%가 첨가된 차가운 생리식염수를 영역에 침투시키는 것을 포함하였다. 직경이 2 mm인 캐뉼러 및 3 cc 주입이기를 사용하여 지방 조직을 빼내었다. 주입이기를 원심분리기에 직접 넣고, 그 다음 약 2700 rpm으로 설정하고 15분간 작동시켜, 주입을 위한 정제된 지방 조직을 물 및 손상된 지방 세포의 파괴로부터 생성된 오일로부터 분리하였다. 이어서, 오일 및 잔류 액체(트라이글리세라이드 포함)를 폐기하였다. 1 mm 직경의 주입 캐뉼러를 사용하여 하기 주입 지점 및 경로(상기에 상세히 논의됨)의 수술전 계획 또는 모델에 의해 만들어진 단일 터널 또는 경로로 지방 조직을 동일 환자에게 이식하여 ADAS 또는 정제된 지방 조직의 실질적으로 균일한 분포를 보장하였다.

컴퓨터화된 모델은 조직 이동 및 축적의 수술 절차를 위한 계획을 제공하였고 반복적인 최적화 알고리듬을 실행하는 컴퓨터로 계획되었다. 목표는 접근 지점의 최적 위치뿐만 아니라 삽입 경로의 수 및 방향과 관련된 정량적인 수술전 정보를 획득하는 것이었다. 목적은 의사가 최대 또는 적어도 개선된 분포 균일성을 달성할 수 있게 하는 것, 그리고 조직 축적에 있어서 상당한 오버랩 (멍울 또는 부적절한 혈관형성을 야기할 수 있음) 및 갭을 제한하는 것이었다. 최적화 프로세스에서 최적화될 변수는 도입 지점 위치 및 조직 삽입 경로의 방향이었다. 둘 모두 해부학적인, 환자에 탑재된 기준 프레임 또는 가이드와 관련하여 표현되었다. 도입 지점 및 경로의 최대 수뿐만 아니라 실행가능한 삽입 경로의 피크 각 값이 최적화 절차의 범위로서 설정되었다. 최적 파라미터는 다차원의, 제한되지 않은 비선형 최소화(multidimensional, unconstrained nonlinear minimization)에 의해서 반복적으로 확인되었다. 알고리듬의 목적 함수는 각 세트의 파라미터와 관련된 조직 축적 경로의 교차에 의해서 생성되는 영역의 치수 및 가변성을 최소화하도록 디자인되었다. 최적화 절차의 출력은 미리규정된 세트의 경계 파라미터 하에서 조직 축적의 고도의 균일성을 제공하는 도입 지점 위치 및 삽입 경로 방향을 포함하였다. 알고리듬 수렴(convergence)의 수준 및 목적 함수의 잔류값(residual value)은 수술 절차의 예상되는 기하학적 품질과 관련되었다. 도입 지점 및 각 지점에서의 경로의 수가 증가하면 조직 분포의 균질성 정도가 증가하지만 복잡성이 증가하여 조직 이동 또는 축적을 완료하는 데 필요한 비용 및 시간이 증가한다는 것이 이해될 것이다.

주입 모델 또는 계획에 기초하며 자가의, 정제된 지방 조직을 사용하는 조직 이동 후에, 섬유증, 위축증 및 함몰과 관련하여, 등급 4로 분류된 11명의 환자 중에서, 4명의 환자는 등급 0으로 진척되었고, 5명의 환자는 등급 1로 진척되었고, 2명의 환자는 등급 2로 진척되었다. 궤양이 있는 5명의 환자에서는, 유방 이식물이 있으며 궤양이 보형물의 노출을 야기하였던 3명의 환자 중 2명이 ADAS의 이식 및 재봉합 후에 병변의 치유 및 이식물의 보존을 경험하였다. 나머지 환자에서는, 보형물이 밀려나와서 처치가 성공적이지 못하였다. 유방 이식물이 없으며 궤양이 흉부에 있었던 환자에서는, 정제된 지방 조직 이동이 조직의 탁월한 육아형성(granulation)을 야기하였으며, 이는 나중에 피부 이식편(skin graft)에 의해 덮였다. 유방에 궤양이 있는 환자에서는, 병변이 치유되었다. 쇄골상 영역에 모세혈관확장증 및 함몰이 있는 환자에서는, 모세혈관확장증뿐만 아니라 통증이 사라졌다. 모세혈관확장증이 있는 5명의 환자에서, 2명의 경우에 완전히 해결되었고(즉, 등급 0), 나머지 3명의 경우에는 혈관 직경 및 색상 세기(chromatic intensity)가 상당히 감소되었다(즉, 등급 1). 등급 3으로 분류된 9명에 있어서, 5명의 환자에서 섬유증, 위축증 및 함몰이 등급 0으로 진척되었고, 나머지 4명의 환자에서는 등급 1로 진척되었다. 마지막으로, 모세혈관확장증이 있는 환자에서, 통증을 야기하는 증상이 완전히 없어져서 완전한 치유가 달성되었다.

이러한 결과는 매우 전망이 좋으며, 적어도 초기에 그리고 작은 규모에서의, 본 명세서에 교시된 조직 이동 기술의 잠재적인 효능을 나타낸다. 일찍이 논의된 바와 같이, 제3자에 의해 실시된 종래의 실험들은 성숙 지방세포로 구성된 지방 조직의 이식은 충분히 혈관형성을 하지 않아서 괴사 및 다른 문제를 야기함을 입증하였다. 본 발명자는 또한 이동되는 조직에 존재하는 다량의 트라이글리세라이드가 원치않는 육아종을 생성하였다고 결론지었다. 따라서, 조직 이동 방법은 수거된 조직에 저장된 대부분의 트라이글리세라이드를 제거하는 것을 목적으로 하는 정제 절차를 포함한다. 분리, 예를 들어, 원심분리 또는 다른 장치에 의한 분리는 성숙 지방 세포의 얇은 세포질 시트에 병변을 야기하여(또는 수거 절차에 더하여 달리 추가적인 손상을 야기하여), 환자에 주입한 후의 신속한 클리어런스에 유리하기 때문에 일부분 유익한 것으로 여겨진다. 이러한 접근법을 사용하여, 전형적인 또는 처리되지 않은 지방 조직과 비교하여 줄기세포가 풍부하거나, 높은 퍼센트의 줄기세포를 갖는 조직을 주입하는 것이 가능하였다. 이러한 기술은 줄기 세포의 손실을 막기 위한 조직의 분해(disassociation)에 바람직할 가능성이 크다. 본 명세서에 제안된 상대적으로 간단한 정제 프로세스는 또한 세포 배양과 관련된 미생물 오염의 위험성을 감소시킨다. 또한, 줄기 세포 또는 ADAS는 원칙적으로 미세혈관 베드(microvascular bed)의 재건에 유리한 것으로 여겨지는 자연적인 또는 기존의 3D 스캐폴드 또는 지지 구조체 중에 유지되었다. 정제 절차 후에 수행된 지방 조직의 초미세구조 검사(Ultrastructural examination)는 혈관 주위 부위의 내피 세포 및 간엽 줄기 세포로 구성된 혈관-기질(vasculo-stromal) 구성요소에서 잘 보존된 요소들을 드러냄으로써 이러한 믿음 또는 가설을 확인시켜 주었다. 정제된 지방 조직에 남아있는 잔류 성숙 지방세포는 세포질 막의 방해(interruption)를 나타내었고, 세포괴사에 까지 이르는 다양한 정도의 변성을 나타내었다.

추가로, 본 발명의 ADAS 또는 정제된 지방 조직으로 처리된 조직에 대해 연구가 수행되었다. 1개월 후에, 피하 조직은 정상적인 모르폴로지(morphology)였으며 지방세포는 일반적으로 잘 보존된 것으로 나타났다. 주입된 물질을 제거하는 프로세스가 진행되었고, 제거율이 아마도 가장 느린 섬유성 연결 조직에서 단리된 지질 소적(droplet)을 발견할 수 있었다. 처치된 조직은 일반적으로 처치되지 않은 환자에서보다 더 잘 수화된 것으로 보였다. 지방세포들 사이의 공간은 컸으며 콜라겐이 거의 없었다. 혈관은 고도로 활성화되었고 기저막의 과투과성(hyperpermeability) 및 중복(reduplication)의 양상이 나타났다. 전구지방세포 (즉, 폴리리보솜 및 지질 소적에 풍부한, 길거나 둥글며, 비교적 분화가 덜 된 세포) 의 특성을 갖는 요소가 있었다. 기저막은 이러한 전구지방세포가 지방세포 라인(line)에 속한다는 일부 증거를 제공하였다. 기저막이 중복을 나타내지 않았기 때문에, 그리고 그 외형이 방사선으로 처치된 영역에서의 혈관의 외형과는 대조적으로 정상이었기 때문에, 새롭게 형성된 것일 가능성이 큰 모세혈관이 나타났다. 전체 사진은 재생의 징후와 함께 주입된 물질의 제거의 징후가 특징적으로 나타났다. 재생을 나타내는 현상은 줄기 세포의 지방세포 및 혈관세포 둘 모두로의 성숙을 포함하였다. 주입을 위해 준비된 조직(즉, 정제된 지방 조직)에서 발견되는 전구지방세포보다 처치한 지 1개월 후의 전구지방세포가 더욱 성숙한 것으로 보였다. 이 패턴은 방사선으로 인한 병변으로부터 인지할 수 있는 오래된 미소순환계가 새롭게-형성된 미소순환계와 동일한 조직에 함께 존재함을 시사하였다.

2주 후에, 주입된 물질을 제거하는 프로세스가 추가로 진행되었고, 세포 부스러기는 거의 완전하게 부재하였다. 마크로파지(macrophage) 및 림프 세포는 드물게 발견되었다. 섬유증 영역이 가끔 발견되었지만 조직은 수화된 것으로 보였다. 지방세포들 사이의 공간은 컸으며 콜라겐이 거의 없었다. 지방세포는 잘 보존된 것으로 보였다. 혈관은 단지 가끔 기저막의 과투과성 또는 중복의 징후를 보였다. 전체 사진은 물질의 제거가 끝난 것으로 나타났다. 조직에서 방사선의 효과는 여전히 가시적이었지만, 거의 성숙한 다실(multilocular) 지방세포의 존재가 나타난 것으로 보아 재생 현상이 진전된 상태였다. 중복된 혈관의 부재는 새로 형성된 미소순환계가 진보되었음을 나타내었다. 6개월 후에, 주입된 물질을 제거하는 프로세스가 완료되었다. 연결 조직에서 매우 적은 세포가 발견되었으며, 이는 매우 적은 콜라겐을 가지고 잘 수화된 것으로 보였다. 지방세포는 정상이었다. 지방세포의 성숙은 더 이상 분명하지 않았다. 미세혈관은 정상적인 초미세구조체를 가졌으며 매우 낮은 퍼센트의 혈관이 기저막의 중복을 나타내었다. 그러나, 한 케이스에서, 섬유증 영역이 발견되었다. 전체 사진은 물질의 제거 징후가 없이, 매우 우수한 또는 전망있는 것으로 보였다. 조직은 잘 수화되었고 새롭게 형성된 미소순환계는 병변이 없는 것으로 나타났다. 오래된 혈관은 단지 드물게 남아있는 섬유증 영역에서 발견되었다. 1년 후에, 사진은 세포외 공간이 수축하는 일부 경향 외에는 여전히 실질적으로 변화되지 않았다. 지방세포는 컸으며, 전체 외형은 성숙 지방 조직의 것이었고, 미소순환계가 잘 형성되었다.

방사선 조사된 환자의 큰 집단을 관찰하여 미세혈관 패턴과 관련된 문제가 자발적으로 개선되지 않으며 처치하지 않으면 전형적으로 섬유증으로 발전됨을 입증하였다. 극히 단순화하면, 방사선요법은 상처 영역을 갖는 섬유성 지방 조직을 생성한다. ADAS가 풍부한 정제된 지방 조직을 사용하는 본 발명에 따른 요법은 손상된 조직에서 임상적으로 그리고 초미세구조체 수준에서 둘 모두 평가될 수 있는 완전한 변화를 야기한다. ADAS를 사용한 요법 후의 초기 단계에서는, 잘 수화되었음을 나타내는, 조직의 "간엽화(mesenchymalization)"가 나타나며, 큰 세포외 공간은 태아 연결 조직과 유사하다. 후속하여, 조직은 성숙하여 정상적인 성숙 지방 조직의 양상과 유사한 양상은 나타낸다. 정상적인 지방 조직의, 줄기 세포가 풍부한, 혈관-기질 구성요소의 투여는 따라서 방사선 조사된 조직의 구조를 개선시킬 수 있다.

처음 단계에서는, 정제된 지방 조직이 손상된 영역을 표적으로 한다는 가설을 세웠다. 두번째 또는 그 후의 단계에서는, 줄기 세포는 아마도 새로운 미세혈관의 생성을 야기하는 혈관형성 인자(angiogenic factor)를 분비하며, 한편으로, 새롭게 형성된 혈관은 과투과성이 되는 경향이 있으므로 조직을 수화시킨다. 한편, 조직의 "간엽화"를 이끄는 연쇄적인 사건들은: 줄기 세포가 손상된 영역을 표적화함(덩어리 도는 덜 균일한 분포 기술과 비교하여 손상된 영역으로의 직접적인 균일한 주입에 의한 것이 유리함); 혈관형성 인자의 방출; 새로운 혈관의 형성; 및 수화인 것으로 보인다. 이러한 프로세스는 성숙 지방세포에 있어서ADAS의 발현에 유리한 것으로 보인다. 정제된 지방 조직의 이식 후에, 새롭게 형성된 미소순환계는 기존의 심각하게 손상된 미소순환계를 대체한다. 손상된 혈관은 섬유증 영역에서 여전히 발견되며, 이는 방사선 손상된 조직 전반에서 균일한 효과를 얻도록 각 지점에서 1 내지 약 4개 또는 그 이상의 주입 경로를 갖는 다중 주입 지점을 사용하는 것이 중요하다는 것을 강조한다. 간단히, 본 명세서에 기재된 조직 준비 및 이동 방법을 사용하는 요법은 병변이 시작되며 진행하는 경향을 야기하는 혈관차단(devascularization)에 작용하여 방사선요법 병변을 처치할 수 있는 것으로 보인다.

본 발명을 소정 정도 구체적으로 설명 및 예시하였지만, 본 개시는 단지 설명을 위한 것이며, 하기 청구된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범주를 벗어남이 없이 부분들의 조합 및 배열에 있어서의 수많은 변형이 본 기술 분야의 당업자에 의해 이루어질 수 있는 것으로 이해된다. 본 상세한 설명은 준비된 지방 조직의 사용 및 방사선요법으로 처치된 유방 조직을 재건하기 위한 주입 방법의 특정예를 제공하였다. 그러나, 혁신적인 방법에 따라 정제된 지방 조직은 다른 신체 영역, 예를 들어, 얼굴, 엉덩이 및 지방조직과 같은 연조직이 제거되거나 손상된 기타 영역의 재건을 위해 사용될 수 있다. 게다가, 정제된 조직은 조직 이동을 이용하는 확대 절차, 예를 들어, 유방 확대 등을 위해서 사용될 수 있다. 유사하게, 주입 모델링 기술은 유방의 재건 또는 확대에 제한되지 않는, 균일한 조직 축적이 요구되는 거의 모든 조직 이동 절차에 사용될 수 있다.

Claims (26)

1. 일정 부피의 지방 조직을 환자로부터 수거하는 단계;
   지방 조직을 지방 조직의 정제된 서브세트(subset)를 단리하도록 수거된 일정 부피의 지방 조직을 원심분리로 처리하는 단계; 및
   연조직의 재건 또는 확대를 위해 확인된 영역에서 정제된 지방 조직을 환자에 이식하는 단계 - 이식은 3차원(3D) 주입 경로 모델에 기초하여 수행됨 - 을 포함하는 조직 이동(tissue transfer) 방법.
2. 제1항에 있어서, 수거된 일정 부피의 지방 조직은 트라이글리세라이드를 포함하며, 처리하는 단계는 적어도 일부분의 트라이글리세라이드를 정제된 지방 조직으로부터 분리하여 수행되는 조직 이동 방법.
3. 제1항에 있어서, 원심분리는 정제된 지방 조직으로부터의 물의 분리 및 정제된 지방 조직 중의 성숙 지방세포로부터의 오일의 분리를 야기하도록 선택된 하나 이상의 스핀 속도로 하나 이상의 스핀 시간 동안 수행되는 조직 이동 방법.
4. 제3항에 있어서, 스핀 속도 및 스핀 시간은 성숙 지방세포에서 병변을 야기하도록 선택되는 조직 이동 방법.
5. 제3항에 있어서, 스핀 속도는 약 1000 내지 약 4000 RPM(분당 회전수)의 범위로부터 선택되는 조직 이동 방법.
6. 제1항에 있어서, 이식하는 단계는 주입 경로 모델에 기초하여 수행되며, 3D 주입 경로 모델의 생성은
   연조직의 재건 또는 확대를 위해 확인된 영역을 레이저 스캐닝하는 단계;
   연조직의 재건 또는 확대를 위해 확인된 영역의 3D 모델을 제조하는 단계;
   주입 지점의 수를 선택하는 단계;
   주입 경로 길이를 선택하는 단계;
   주입 지점에서의 주입 경로의 수를 선택하는 단계;
   선택된 주입 지점의 수, 주입 경로 길이 및 주입 경로의 수에 기초하여, 3D 모델 중의 조직의 분포에 대한 최적화 알고리듬을 수행하는 단계; 및
   최적화 알고리듬의 수행에 기초하여 3D 주입 경로 모델을 제공하는 단계 여기서, 3D 주입 경로 모델은 3D 모델 중의 각각의 주입 지점의 위치 및 각각의 주입 지점으로부터 각각의 주입 경로에 대한 방향을 포함함 - 를 포함하는 조직 이동 방법.
7. 제6항에 있어서, 이식 동안 따른 주입 경로를 결정하기 위하여 3D 주입 경로 모델에 기초한 이식을 모니터링하는 단계 - 그에 의해서, 3D 주입 경로 모델과의 편차를 확인하고 달성된 조직 분포를 결정할 수 있음 - 를 추가로 포함하는 조직 이동 방법.
8. 제1항에 있어서, 확대 도는 재건을 위해 확인된 영역이 유방인 조직 이동 방법.
9. 제8항에 있어서, 유방은 앞서 방사선요법을 받는 것이며, 유방 내 조직은 방사선요법에 의해 손상된 조직을 포함하는 조직 이동 방법.
10. 공여 부위로부터 제거된 일정 부피의 지방 조직을 제공하는 단계;
    일정 부피의 지방 조직을 원심분리기에 넣는 단계;
    적어도 정제 시간 동안 일정 회전 속도에서 원심분리기를 작동시키는 단계 회전 속도 및 정제 시간은 원심분리기의 작동이 지방 조직 중의 성숙 지방세포에 손상을 야기하고 일정 부피의 물을 지방 조직으로부터 분리하고 일정 부피의 오일을 손상된 성숙 지방세포로부터 분리하도록 선택됨 - ; 및
    적어도 일부분의 오일 및 물을 지방 조직으로부터 제거하여 일정 부피의 정제된 지방 조직을 생성하는 단계를 포함하는, 조직 이동에 사용하기 위한 지방 조직을 준비하는 방법.
11. 제10항에 있어서, 원심분리기를 작동하는 단계는 성숙 지방세포의 병변을 야기하도록 선택된 회전 속도에서 이루어지는 방법.
12. 제10항에 있어서, 회전 속도는 적어도 약 1000 RPM인 방법.
13. 제10항에 있어서, 원심분리기를 작동하는 단계는 일정 량의 트라이글리세라이드를 지방 세포로부터 분리하는 것을 추가로 포함하고 일정 부피의 정제된 지방 조직을 생성하는 단계는 일정량의 트라이글리세라이드의 일부분을 지방 조직으로부터 제거하는 것을 포함하는 방법.
14. 제10항에 있어서, 일정 부피의 지방 조직을 제공하는 단계는 환자에서 공여 부위를 선택하는 것 및 제거를 위한 공여 부위에서 지방 조직을 준비하기 위하여 공여 부위에 침투시키는 것을 포함하는 방법.
15. 복수의 주입 지점 각각의 위치 및 둘 이상의 주입 경로에 대해 각각의 주입 지점으로부터의 각 궤도를 규정하는 환자 상의 조직 이식 부위를 위한 3차원(3D) 주입 경로 모델을 생성하는 단계;
    3D 주입 경로 모델을 제공하는 단계; 및
    3D 주입 경로 모델에 의해 제공된3D 주입 경로를 사용하여 일정 부피의 조직을 각각의 주입 지점에 주입하는 단계를 포함하는, 향상된 분포를 달성하도록 조직 이동을 수행하는 방법.
16. 제15항에 있어서, 3D 주입 경로 모델을 생성하는 단계는 환자에 대한 조직 이식 부위의 3D 모델을 생성하는 것 및 세트의 최적화 변수 및 3D 모델에 기초하여 조직의 분포를 최적화하는 것을 포함하는 방법.
17. 제15항에 있어서, 세트의 최적화 변수는 주입 지점의 수, 주입 경로의 수, 및 주입 경로의 길이를 포함하는 방법.
18. 제14항에 있어서, 각각의 주입 지점의 규정된 위치 및 주입 경로의 각 궤도에 대한 위치 기준을 제공하는 주입 가이드를 조직 이식 부위 근처에 위치시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
19. 제14항에 있어서, 일정 부피의 조직을 주입하는 데 사용되는 실제 주입 경로를 확인하도록 주입을 모니터링하는 것 및 실제 주입 경로를 규정하는 정보를 메모리에 저장하는 것을 추가로 포함하는 방법.
20. 제19항에 있어서, 3D 주입 경로 모델의 동시에 디스플레이되는 버전을 참조하여 실제 주입 경로를 모니터 상에 디스플레이하는 것 - 그에 의해서 3D 주입 경로 모델과의 편차가 확임됨 - 을 추가로 포함하는 방법.
21. 제14항에 있어서, 조직은 지방-유도 성체 줄기 세포 (ADAS)를 포함하는 방법.
22. 유방을 위한 복수의 주입 지점 및 각각의 주입 지점에서의 주입 경로의 3차원(3D) 모델을 생성하는 단계 - 모델은 각각의 주입 지점의 위치 및 각각의 주입 경로의 방향을 규정함 - ;
    일정 부피의 트라이글리세라이드를 지방 조직으로부터 제거하고 일정 부피의 오일을 손상된, 지방 조직 중의 성숙 지방세포로부터 제거하여 일정 부피의 지방 조직을 정제하는 단계; 및
    생성된 3D 모델의 규정된 주입 지점 및 주입 경로에 기초하여 일정 부피의 정제된 지방 조직의 일부를 이식하여 일정 부피의 정제된 지방 조직을 환자의 유방으로 이동시키는 단계를 포함하는, 방사선요법 후 환자의 유방을 재건하는 방법.
23. 제22항에 있어서, 유방의 3D 모델은 환자의 다른 쪽 유방의 디지털 모델의 생성에 기초하여 생성되는 방법.
24. 제22항에 있어서, 이동시키는 단계 전에, 주입 지점의 각각의 위치에 대한 신체적 기준을 제공하도록 구성된 주입 가이드를 유방의 외곽 주변에 위치시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
25. 제22항에 있어서, 일정 부피의 지방 조직을 환자로부터 수거하는 단계를 추가로 포함하며, 정제하는 단계는 적어도 일부분의 성숙 지방세포의 손상을 야기하도록 약 1000 RPM을 초과하는 스핀 속도에서의 원심분리를 포함하는 방법.
26. 제25항에 있어서, 원심분리에 의해 야기된 손상은 성숙 지방세포의 일부의 세포질 시트에서의 병변을 포함하는 방법.
    

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