KR20220005068A - 비외상적으로 형성된 조직 조성물, 디바이스, 그리고 준비 및 치료 방법 - Google Patents

비외상적으로 형성된 조직 조성물, 디바이스, 그리고 준비 및 치료 방법 Download PDF

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KR20220005068A
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organ tissue
ftsgp
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KR1020217039452A
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토마스 앤드류 다벤포트
폴 뮬하우저
그레고리 구이난
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티슈밀 테크놀로지스 엘엘씨
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Abstract

프로세스 및 시스템은 액체 배지에서 전층 피부 이식편 입자(FTSGP), 연골 입자 및 다른 기관 조직 입자와 같은 파쇄된 조직 입자(TP)의 비외상적 준비를 제공한다. 결과적인 조직 생성물은 매우 생존 가능한 세포를 함유하는 수용액 내의 조직 입자의 현탁액일 수 있고, 병상 또는 수술실에서 신속하게 준비되고 주사기 또는 유사한 어플리케이터를 통해 환자에게 편리하게 전달될 수 있다. 파쇄된 조직 입자는 상처 치유, 미용성형 수술 및 정형외과 연골 수복을 포함하는 외과적 적용에 사용될 수 있다.

Description

비외상적으로 형성된 조직 조성물, 디바이스, 그리고 준비 및 치료 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2019년 5월 6일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/843,724호, 2019년 5월 7일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/844,232호, 및 2019년 9월 26일자로 출원된 미국 특허 출원 제16/584,755호에 대한 우선권을 주장하며, 이들 문헌의 내용은 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.
발명의 분야
본 발명은 액체 배지에서 비외상적으로 미세하게 파쇄된 조직 입자(Tissue Particle; TP)를 준비하기 위한 프로세스, 방법, 디바이스 및 시스템에 관한 것이다. 용어 조직 입자(TP)는 전층 피부 이식편(Full Thickness Skin Graft; FTSG), 분할 피부 이식편(Split Skin Graft; SSG), 연골 이식편(Cartilage Graft; CG) 또는 다른 기관 이식 조직으로부터 채취된 후에, 파쇄 프로세스 동안에 생존력(viability)을 유지하는 작은 파쇄된 조직 입자를 생성하기 위해 본원에 설명된 프로세스를 받는 조직을 포함하는 것을 의미한다. 이러한 프로세스의 결과적인 생성물은 수성 현탁액에 고도로 생존 가능한 상호 연결된 조직 세포 및 세포외 기질 물질을 함유하는 전층 피부 이식편 또는 연골 이식편 미립자와 같은 TP의 현탁액일 수 있으며, 이는 병상의 폐쇄 무균 시스템에서, 진료소 처치로서, 또는 수술실에서 신속하게 준비되고, 주사기를 통해 또는 다른 제어 가능한 적용 방법에 의해 신체의 상처/부상/결함을 치료하도록 편리하고 균일하게 전달될 수 있다. TP, 예컨대 FTSG, CG 현탁액은, 그 중에서도, 성형 수술, 정형 외과 수술, 또는 상처 치유, 미용성형 수술 또는 관절 수술과 같은 다른 외과적 적용에 적절하게 지시된 대로 사용될 수 있다. 용어 파쇄된 TP는 본원에 설명된 목적을 위해, 다양한 크기 및 형상을 포함하여, 본 발명에 따라 처리되는 미세하게 절단된 고도로 생존 가능한 조직을 지칭하는 것을 의미한다. 피부의 경우에, 파쇄된 TP는 바람직하게는 FTSG이다.
이식 적용을 위해 조직을 처리하는 데는 극복할 다수의 문제가 존재한다. 피부 상처의 치료의 경우, 가장 효과적인 이식조직편(transplant)은 전층 피부 이식편이다. 전층 피부 이식편은 표피 및 전체 진피를 포함하여, 이식된 피부의 특성의 대부분이 프로세스에서 보존될 수 있게 한다. 그러나, FTSG를 이식하기 위해서는 전체 진피 층이 제거될 필요가 있기 때문에, 결과적인 피부 이식 공여 부위는 재생을 지원하지 않으며, 폐쇄 봉합될 필요가 있을 것이다. 결과적으로, 현재의 방법에 의해서는 작은 FTSG만이 사용될 수 있다. 그럼에도 불구하고, FTSG의 결과는 피부의 정상적인 특성(특히, 질감, 색상 및 두께)을 보다 많이 유지하고, 치유될 때 수축할 가능성도 적은 이식편이다. 이것은 FTSG가 이식편에 대한 보다 심미적으로 만족스러운 선택이 되게 한다.
대안적으로, 보다 큰 상처 영역을 치료하기 위해, 의사는 결과적인 공여 부위가 적절한 상처 드레싱(wound dressing)으로 시간 경과에 따라 스스로 치유될 수 있기 때문에 부분층 피부 이식편(Split Thickness Skin Graft; STSG)을 사용한다. STSG는 표피 및 진피의 가변적인 부분만을 포함하여, 봉합으로 공여 부위 상처를 폐쇄할 필요 없이 공여 부위가 재상피화(re-epithelialization)에 의해 치유될 정도로 충분한 진피를 남긴다. 그러나, 이러한 공여 부위는 고통스럽고 치유가 느리며, 채취된 STSG 이식편은 종종 여전히 큰 상처 영역을 덮을 정도로 충분히 크지 않다. 그러면, STSG는 메시 형태로 될 수 있어, 보다 작은 조직 섹션이 보다 큰 영역을 효과적으로 덮도록 확장될 수 있게 한다. 메시형 외관, 다양한 색소침착 및 얇음의 조합은 STSG가 FTSG보다 미용적으로 덜 매력적이게 한다. 대부분의 STSG 처치는 수술실 환경에서 수행되어야 한다.
큰 상처를 효과적으로 치료하고, 공여 부위 치유를 개선하며, 외래환자 진료소 처치와 같은 처치가 수행될 수 있게 하는 다양한 기술 및 시스템이 외과적 적용을 위한 다양한 유형에 대해 개발되었다.
일부 기술은 분리층 또는 전층 진피를 포함하기보다는 표피만을 채취하는 데 중점을 두고 있다. 이식 기술로서 피부의 최외부 층인 표피만을 이용하는 것은 그 용도가 있지만, 치유 향상에 바람직한 진피의 구조 성분 또는 세포가 전혀 포함되어 있지 않기 때문에 가장 제한적인 이식 효과를 제공한다.
표피 조직을 채취하기 위한 그러한 상업적으로 알려진 하나의 디바이스는 KCI, an Acelity Company에 의해 시판되는 Cellutome Epidermal Harvesting System이다. 이러한 시스템은 진공을 사용하여 공여 부위 상에 일련의 표피 마이크로-돔(epidermal micro-dome)을 생성하고, 표피 마이크로-돔은 블레이드를 사용하여 손으로 절단되고, 접착 패드를 사용하여 환자에게 이송된다. 이러한 기술은 수술실 밖에서 수행될 수 있으며, 작은 영역의 표재성 상처를 이식하는 데에만 적합한 42개의 작은 표피 피부 패치만을 제공한다. 이러한 표피 이식편은 진피의 구조 성분 또는 세포를 포함하지 않기 때문에, 이러한 이식편은 표재성 상처에 최상으로 작용하고, STSG의 공여 부위보다 빠르긴 하지만 치유를 필요로 하는 작은 표재성 공여 부위를 생성한다.
부분층 피부 이식 기술의 최근 변화는 Acell, Inc.에 의해 시판되는 Xpansion Micro Auto Grafting Kit이다. 이러한 디바이스는 상처 상에 이식할 목적으로 부분층 피부 자가이식편의 채취, 기계적 준비 및 적용에 사용하도록 설계된 일회용 기구로 구성된다. 상업적 환경에서, 이러한 기술은 수동 피부절제기 유형 디바이스(hand dermatome type device)로 작은 부분층 피부 이식편을 수동으로 채취한 후에, 일련의 평행한 절단 디스크 블레이드를 사용하여 손으로 이식편을 추가로 민싱(mincing)한 후에, 스패튤라(spatula)를 사용하여 민싱된 조각을 보다 큰 상처 영역에 걸쳐 펼치는 것을 포함한다. 이러한 프로세스는 여전히 치유가 필요한 공여 부위를 생성하고, 또한 적층된 평행 롤러 블레이드들 사이로부터 민싱된 조직을 제거할 필요성과, 이식편의 작은 조각에 대한 핸들링 및 이송의 문제를 제시한다.
전층 피부 이식 기술의 최근 변화는 전층 이식편을 처리하는 채취 디바이스로서 미국 공개 제2016/0310159호 및 제2016/0310157호에 개시되어 있다. 이러한 디바이스는 공여 부위로부터 전층 피부 샘플의 관형 미세-칼럼(tubular micro-column)을 코어링(coring) 및 포착(capturing)하기 위해 초음파의 도움을 받는 인접한 중공 니들-포인트 튜브의 행 또는 어레이를 이용한다. 조직 어레이의 관형 칼럼은 상처 부위(이식 부위)에 걸쳐 산재되도록 의도된다. 이러한 기술은 많은 수의 채취된 조직 미세-칼럼을 필요로 하지만, 디바이스는 사용 시마다 얻을 수 있는 한정된 수의 칼럼에 의해 제한된다. 또한, Cellutome 또는 Xpansion 디바이스와 같이, 이러한 디바이스는 치유가 필요한 부수적인 공여 부위를 생성하고, 결과적인 조직 형태는 불규칙한 상처 부위에 걸쳐 균일하게 펼치기 어렵고, 넓은 영역을 이식하기에 적합하지 않다.
지금까지, 전층 피부 이식편, 부분층 피부 이식편 또는 연골 이식편과 같은, 외과적 적용에서 일부 이식편을 이식에 효과적으로 사용하는 수단이 불충분하게 해결된 상태로 남아 있었다. 알려진 종래 기술 방법 및 디바이스에 의해 효과적인 방식으로 피부 이식편 또는 연골 이식편과 같은 조직을 최상으로 처리하는 방법의 미해결 문제는, 그 중에서도, 1) 너무 큰 부수적인 상처를 생성하지 않고 큰 전층 피부 이식편을 채취할 수 없어서, 피부 이식편의 최적 표준인 FTSG를 봉합에 의해 폐쇄될 수 있는 매우 작은 이식편으로 제한하는 것; 2) STSG로 인한, 고통스럽고 치유가 느린 공여 부위의 생성; 3) 신속하게 처리하고, 폐쇄 무균 시스템에서 조작하며, 불규칙한 표면을 갖는 상처에 걸쳐 균일하게 적용되기 용이한 높은 세포 생존력을 갖는 피부 이식편 또는 연골 이식편으로부터 이식편 조직 형태를 달성할 수 없는 것; 및 4) 보다 넓은 영역을 덮도록 확장되거나 만성 또는 오염된 상처를 치료하도록 처리될 수 있는 전층 피부 이식편을 시간 및 비용 효과적인 방식으로 처리할 수 없는 것을 포함한다.
본 개시는 살아있는 조직 처리의 전술한 많은 문제를 다루고 있다. 디바이스 및 처리 방법은 특히 상처에 용이하게 분배될 수 있는 매우 높은 세포 생존력을 갖는 수성 현탁액에서 비외상적으로 채취된 조직을 미립자로 처리하도록 설계된다. 모든 피부 세포 유형 및 피부 세포외 기질을 포함하는 전층 피부를 사용하여, 처치 동안에 공여 부위를 완전히 봉합 폐쇄한 후에, 높은 생존력의 자가 피부 세포를 포함하는 이식편을 갖는 원래 피부 영역보다 훨씬 더 넓은 영역을 덮도록 조직을 처리하는 능력을 갖는 부수적인 부위로부터 이식편이 채취될 수 있다. 폐쇄 시스템 디바이스 및 수성 환경은, 피부 또는 연골 이식편에서 조직 세포의 생존력의 유해한 손실 없이, 편의성, 이송 용이성, 및 무균, 온도 및 pH의 제어를 허용한다. 생성된 이식편 형태는 액체 또는 페이스트 형태이고, 원하는 대로 정확하고 균일하게 분배될 수 있다. 연골의 경우에, 이식편은 무관절 영역으로부터 채취되고, 처리되어 연골 결함 내에 이식될 수 있다.
생존 가능한 진피 및 피하 세포 및 간질 조직 성분의 혼합물인 피부의 모든 조직 성분을 포함하는 전층 피부의 예에서, 결과적으로 쉽게 파쇄된 조직 형태의 풍부함은 현재 이용 가능한 다른 디바이스 및 실행 방법의 용량을 초과한다.
따라서, 본 발명의 일 양태에서, 액체 배지에 존재하는 복수의 기계적으로 분리된 전층 피부 이식편 미립자(FTSGP)를 포함하는 전층 피부 이식편(FTSG) 조성물이 제공된다. 조성물은 전층 피부 세포 및 세포외 기질 물질을 포함하는 FTSGP를 포함한다. FTSGP 내의 복수의 피부 세포의 대부분은 바람직하게는 처리 후에 생존 가능하며, FTSGP 내의 피부 세포의 적어도 약 50%는 처리 후에 생존 가능하다.
FTSGP는, 특정 외과적 이식 적용에 대하여, 최대 치수에 걸쳐 측정될 때 약 200 μ 내지 1500 μ(0.020 ㎜ 내지 1.50 ㎜), 바람직하게는 약 350 μ 내지 1250 μ(0.35 ㎜ 내지 1.25 ㎜), 보다 바람직하게는 약 500 μ 내지 약 1000 μ, 훨씬 더 바람직하게는 약 500 내지 약 750 μ 또는 250 μ 내지 750 μ의 평균 크기를 갖는다. 조직 파쇄물의 공칭 평균 크기는 특정 외과적 이식 목적을 위해 원하는 기계적 처리의 지속시간 및/또는 속도에 따라 제어 가능하게 변경될 수 있다. 전체 프로세스는 채취 시점부터 자가 이식 시점까지 조직 이식편 물질의 세포 생존력을 최적으로 최대화하도록 신속하게 완료될 수 있다. 파쇄 프로세스는, 특정 외과적 적용에 원하는 공칭 조직 입자 크기 및 처리되는 조직의 유형에 대해, 예를 들어 3 분 내지 10 분 이내에 효과적으로 완료될 수 있다.
TP, 또는 피부의 경우에 FTSGP는 본원에서 추가로 설명되는 바와 같은 디바이스를 사용하여 액체 배지에서 FTSG를 미립자로 비외상적으로 슬라이싱함으로써 형성될 수 있다. 바람직하게는, 액체 배지는 친수성 배지일 수 있지만, 친유성 배지일 수도 있다. FTSGP는 액체 배지에 현탁될 수 있다. 액체 배지 자체는 용액, 에멀젼, 현탁액 및 이들의 조합의 형태일 수 있다.
본 발명은 처리된 조직의 모든 세포 유형 및 세포외 기질 성분을 포함하는 조직을 처리할 것이다. 전층 피부의 경우, 이것은 모든 표피 및 진피 세포뿐만 아니라, 피부 부속 세포 및 세포외 기질을 포함한다.
본 발명의 다른 양태에서, 기관 조직을 처리하기 위한 디바이스가 포함되며, 처리 디바이스는,
a) 유체를 수용하고 상기 조직을 받아들이기 위한 용기;
b) 용기 내에서 병치 상태로 지지된 한 쌍의 절단 디바이스로서, 절단 디바이스 중 적어도 하나는 다른 절단 디바이스에 대해 이동 가능하여 그 사이에서 조직을 절단하는 것인, 한 쌍의 절단 디바이스; 및
c) 병치된 절단 디바이스를 통해 유체 및 유체에 현탁된 조직의 반복적인 유동을 유발하는 교반 디바이스로서, 교반 디바이스는 이동 가능한 절단 디바이스 중 적어도 하나와 협력하여 이동하고 병치된 절단 디바이스를 통해 유체 및 조직을 반복적으로 이동시키는 것인, 교반 디바이스
를 포함한다.
적어도 하나의 아동 가능한 절단 디바이스는 다른 절단 디바이스에 인접할 수 있다. 이동 가능한 절단 디바이스는 이동을 위해 교반 디바이스에 장착되거나 교반 디바이스와 통합될 수 있다. 병치된 절단 디바이스 중 하나는 고정될 수 있다.
교반 디바이스는 병치된 절단 디바이스를 통해 유체 및 조직의 순환 유동을 유발한다. 바람직하게는, 교반 디바이스는 병치된 절단 블레이드 사이의 공간을 통한 유체 및 조직의 와류 추진 이동을 반복적으로 생성한다. 교반 디바이스는 다양한 형태를 취할 수 있으며, 바람직하게는 교반 디바이스는 병치된 절단 블레이드를 통한 유체 및 조직의 순환 유동을 반복적으로 유발하기 위한 임펠러를 포함하거나 임펠러이다. 또한, 교반 디바이스 및 이동 가능한 블레이드가 축을 중심으로 회전 방향으로 이동 가능한 것도 바람직하다.
도면 및 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 임펠러는 바람직하게는 액체 및 조직의 연속적인 순환 이동을 유발하기 위해 상기 축을 따른 곡면을 갖는다. 더욱이, 상기 절단 디바이스 중 적어도 하나는, 각진 공간을 사이에 두고 반경방향으로 배열된 블레이드를 포함하고, 바람직하게는 다른 절단 디바이스는, 만곡된 각진 공간을 사이에 두고 반경방향으로 배열된 복수의 상기 블레이드를 포함한다. 아동 가능한 절단 디바이스의 블레이드 에지 사이의 각진 공간은 병치된 절단 디바이스의 블레이드의 각진 공간과 상이할 수 있다. 절단 디바이스는 공통 전단 평면을 따라 물리적으로 접촉할 수 있다.
설명된 바와 같이, 용기는 유체 및 조직을 받아들이기 위한 개구를 포함하고, 또한 유체 및 처리된 조직의 배출을 위한 출구를 포함할 수 있다. 시스템은 또한 배출된 유체 및 처리된 조직을 받아들이기 위해 출구와 유체 연통하는 분배 디바이스를 포함할 수 있다. 분배기는, 상처 영역 상에 파쇄된 조직 입자, 특히 FTSGP를 함유하는 유체 조성물을 분배하는 정확하고 용이한 방법이기 때문에 특히 유용한 주사기를 포함하는, 다양한 디바이스로부터 선택될 수 있다.
상기 언급된 바와 같이, 본 개시는 또한 처리된 조직을 미립자 형태로 형성하기 위한 방법을 포함하며, 상기 방법은,
한 쌍의 절단 디바이스를 병치 상태로 지지하는 용기를 제공하는 단계;
유체 및 기관 조직을 상기 용기 내에 배치하는 단계;
상기 기관 조직을 절단하기 위해 상기 절단 디바이스 중 적어도 하나를 이동시키는 단계; 및
조직을 점진적으로 더 작은 미립자로 반복적으로 슬라이싱 또는 절단하기 위해 절단 디바이스를 통해 유체 및 조직을 연속적으로 이동시키기 위한 교반 디바이스를 제공하는 단계
를 포함한다.
상기 방법은 출구와 유체 연통하는 분배 디바이스를 제공하는 단계; 및 유체 및 조직을 분배 디바이스 내로 배출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 개시의 다른 양태에서, 바람직하게는 수성 현탁액에, 복수의 전층 피부 이식편 미립자(FTSGP)가 포함되며, 복수의 전층 피부 이식편 미립자(FTSGP)는,
한 쌍의 절단 디바이스를 병치 상태로 지지하는 용기를 제공하는 단계;
유체 및 조직을 용기 내에 배치하는 단계;
조직, 하나의 경우에 FTSG 조직을 절단하기 위해 적어도 하나의 절단 디바이스를 이동시키는 단계; 및
조직을 점진적으로 더 작은 미립자로 반복적으로 절단하기 위해 절단 디바이스를 통해 상기 유체 및 상기 기관 조직을 연속적으로 이동시키기 위한 교반 디바이스를 제공하는 단계를 포함하는 프로세스에 의해 제조된다.
이전에 언급된 바와 같이, 복수의 조직 입자(TP) 또는 하나의 경우에 전층 피부 이식 미립자(FTSGP)를 함유하는 그러한 생성물에서, 바람직하게는 미립자는 수성 현탁액에서 처리 및 분배되고, 복수의 FTSGP의 대부분은 바람직하게는 적어도 50% 이상, 처리 후에 생존 가능하다. 이러한 높은 생존력은 본 발명의 디바이스에 의한 비외상적 슬라이딩의 사용, 식염수 또는 pH를 완충하고 건조를 방지할 수 있는 다른 등장성 호환 배지와 같은 생물학적 친화적 액체 배지의 사용을 포함하는 여러 요인으로 인한 것이다. 이전에 언급된 바와 같이, 액체 배지의 선택은 친수성 특성, 친유성 특성 중 하나일 수 있거나, 에멀젼과 같이 둘 모두의 양태를 가질 수 있다. 이 프로세스는 또한 과도한 열을 발생시키지 않으며, 온도는 세포에 부정적인 영향을 미치지 않도록 제어될 수 있다. 다양한 크기의 파쇄가 고려되지만, 일부 실시예에서, TP 또는 FTSGP는 최대 치수에 걸쳐 측정될 때 약 150 μ 내지 약 1000 μ의 평균 크기를 갖는다.
보다 작은 입자 크기는 시술자에게 친숙하고 상처 부위에 제어된 침착을 위해 용이하게 조작되는 주사기와 같은 디바이스를 통한 분배를 용이하게 한다. 예를 들어, 명목상 400 μ보다 작은 입자는 18 게이지 바늘을 통해 전달되거나, 명목상 200 μ 미만의 입자는 22 게이지 바늘을 통해 전달되기에 유용하다.
바늘 주입을 통한 피하 이식의 경우, 표피가 주입 이전에 제거된다. 이것은 여러 방법을 통해 실행될 수 있으며, 일상적인 수술 처치이다. 표피가 제거된 상태에서, 진피 요소만이 처리하고, 표피가 없는 진피 요소만이 진피 또는 피하 평면 내로 주입될 수 있다. 그렇지 않으면, 이러한 전체 프로세스는 다른 조직 또는 전층 피부의 처리와 동일하다.
도 1 내지 도 4는 조직 이식편, 즉 전층 피부 이식편(FTSG)을 파쇄하기 위한 처리 디바이스를 도시하는 단면도이다.
도 5 내지 도 8은 도 1 내지 도 4의 처리 디바이스의 파쇄 메커니즘을 개략적으로 상세하게 도시한다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 파쇄 메커니즘을 더욱 상세하게 도시한다.
도 11a는 도 9 및 도 10의 파쇄 메커니즘의 일부의 부분 평면도이다.
도 11b는 도 9 및 도 10의 파쇄 메커니즘의 부분 단면 측면도이다.
도 12a 내지 도 12d는 블레이드 에지에 대한 다양한 구성, 및 본 발명의 파쇄 메커니즘의 전단 평면에 대한 블레이드의 관계를 도시한다.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 파쇄 메커니즘의 절단 블레이드의 대안적인 배열을 도시한다.
도 14는 본 발명의 파쇄 메커니즘을 사용하여 생성된 재순환 유동 경로의 개략도이다.
도 15a는 어플리케이터의 바람직한 실시예에 부착된 도 1 내지 도 4의 처리 디바이스의 단면도이다.
도 15b는 도 15a의 어플리케이터의 분해도이다.
도 15c 및 도 15d는 각각 도 15b의 어플리케이터의 측면도 및 단면도이다.
도 15e는 도 15b의 어플리케이터의 수평 단면도이다.
도 16 내지 도 18은 분리 및 어플리케이터 디바이스의 다른 실시예에 부착된 본 발명의 처리 디바이스의 다른 실시예를 부분 단면도로 도시한다.
도 19는 어플리케이터 디바이스로서 사용하도록 구성된 제거 가능한 분리 디바이스의 다른 실시예와 함께 처리 디바이스를 개략적으로 도시한다.
도 20 및 도 21은 조직을 보다 편리하게 파쇄하기 위해 단일의 큰 와류를 별도의 보다 작은 와류로 전환시키기 위한 배플을 포함하는 본 발명의 처리 디바이스의 축방향 및 측방향 단면도를 도시한다.
도 22는 처리 디바이스 용기로부터 외부로 재순환하는 본 발명의 처리 디바이스를 통한 유동을 단면도로 도시한다.
도 23은 용액으로부터 입자를 분리 및 압축하기 위해 원심 디바이스와 함께 사용되는 본 발명의 처리 디바이스를 도시하는 개략도이다.
도 24는 본 발명의 시스템 진행의 개략적인 흐름도이다.
도 25는 본 발명에 따라 처리되고, 본 발명의 디바이스, 방법 및 시스템을 사용하는 처리 동안 및 처리 직후에 87.7% 내지 98.1%의 세포 생존력을 나타내는 FTSGP의 샘플을 나타내는 표이다.
도 26a는 배플 없이 4 분의 처리 후에 본원에 설명된 바와 같은 본 발명의 처리기로부터 흡인된 유체 현탁액 내의 파쇄된 FTSGP의 본 발명의 샘플의 사진을 나타낸다.
도 26b는 배플 없이 총 7 분의 처리 후에 흡인된 파쇄된 FTSGP의 본 발명의 후속 샘플의 사진을 나타낸다.
도 27은 본 발명의 프로세스 및 디바이스를 사용하여 배플 없이 총 7 분의 처리 후에 파쇄된 FTSGP의 본 발명의 샘플의 사진을 나타낸다.
도 28a는 처리 이전의 FTSG의 일부에 대한 확대도로서, 단면도는 대체로 백색의 진피의 두꺼운 층(진피 유두, 줄기 세포가 풍부한 모낭, 땀샘, 모세혈관, 감각 신경 섬유, 피지샘 및 다른 진피 성분을 포함함 - 모두가 풍부한 콜라겐 섬유 및 결합 조직 내에 수용됨) 위에 표피 조직의 얇은 층(전형적으로, 유색의 각질층, 투명층, 과립층, 세포가 밀집된 유극층, 및 기저층을 포함함)을 드러내고 있다.
도 28b는 처리기 챔버 내에 수용된 35 ㎖의 완충 용액에 현탁된 본 발명의 파쇄된 FTSGP 입자의 결과적인 조밀한 혼합물을 도시한다.
도 28c는 페트리 디쉬에 제공되는 밀집된 본 발명의 FTSGP 조직 입자 용액의 확대도를 도시한다.
도 28d는 혼합물이 사전 처리된 조직의 단면도에서 보아 비례적으로 변하는 상이한 양의 표피(유색) 대 진피(대체로 백색)를 함유하는 것을 가리키도록 주석이 달려 있는, 본 발명의 처리된 FTSGP의 확대도를 도시한다.
도 29a 내지 도 29d는 상이한 날짜에, 그리고 다른 환자로부터 복부 성형술로 유래된 것을 사용하고, 도 28a 내지 도 28d와 동일한 디바이스 및 동일한 파라미터를 사용하여 처리된 샘플을 도시한다.
도 30a 및 도 30b는 각각 본 발명에 따른 채취된 연골 부분 및 파쇄된 연골을 도시한다.
도 31은 처리 디바이스, 어플리케이터 디바이스 및 재사용 가능한 장비를 포함하는, 본 발명에 따라 사용되는 디바이스 기술을 개략적으로 도시한다.
도 32는 본 발명에 따라 이용되는 준비, 처리 및 적용을 순차적으로 도시한다.
도 33은 전층 피부 이식편 및 연골 이식편을 참조하여 본 발명을 도시한다.
도 34는 도입, 파쇄 및 분배를 포함하는 본 발명에 이용되는 프로세스를 도시한다.
도 35는 세포 및 세포외 결합 조직을 함유하는 전층 피부 이식 입자를 포함하는 본 발명에 따라 생성된 가변적인 조직 입자 크기를 도시한다.
도 36은 본 발명에 따라 이용될 수 있는 분배 옵션을 도시한다.
도 37은 본 발명에 대한 임상 적응증의 예를 도시한다.
도 38은 본 발명의 현재 개발 상황을 도시한다.
디바이스는 처리 세포 생존력과, 조직 핸들링 및 이송의 편의성을 최적화하는 특징을 갖는다. 구체적으로, 수성 처리는 조직의 등장 요인(isotonic factor)에 따라 이상적으로 가변하는 처리의 온도, pH 및 염도 제어를 허용한다. pH는 생리학적 완충액으로 제어될 수 있다. 가변 블레이드 속도는 절단 디바이스를 통해 수성 배지에 현탁된 조직을 반복적으로 이동시키는 와류의 형성에 의해 유발된 임의의 잠재적인 압력 손상(baro-trauma)의 제어를 허용한다.
매우 날카로운 절단 블레이드의 선택은 파쇄된 조직이 생존 가능하게 유지되는 것을 보장하는 데 하나의 중요한 요소이다. pH 제어된 수성 배지의 사용은, 처리 동안의 배지의 온도뿐만 아니라 시간을 제어하는 능력과 함께, 또한 본 발명의 예외적으로 높은 정도의 생존력을 갖는 파쇄를 달성하는 데 중요한 요소이다.
대량 생산된 일회용 면도날 및 마이크로톰 블레이드(microtome blade)는 세계에서 가장 날카로운 강철 블레이드 중 하나이다. 면도날은 전형적으로 12% 내지 14.5%의 크롬 조성 및 약 0.6%의 탄소 함량을 갖는 마르텐사이트계 스테인리스강이다. 그러한 블레이드를 생산하기 위한 대용량 선형 프로세스는 연속 제조 프로세스를 통해 리본으로 연장되는 제어된 두께의 롤 성형 스트립으로 시작한다. 선형 제조 프로세스는, 예를 들어 양 측면에 다수의 뚜렷한 단차식 경사형/패싯형 절단 블레이드 에지를 연삭하는 것을 포함하는 다수의 순차적인 자동화 프로세스의 매우 엄격하고 반복 가능한 제어를 가능하게 하며; 절단 에지는 면도날의 경우 30 ㎚, 및 마이크로톰 블레이드의 경우 3 ㎚만큼 얇고; 에지는 별도의 진공 챔버에서 도포된 경화 코팅(예를 들어, 에지를 경화시키기 위한 티타늄 + 인조 다이아몬드)으로 강화된 후에, 예를 들어 보다 미끄러운 에지를 위한 저마찰 중합체 필름이 도포된다. 개별 블레이드는 반복 가능한 방식으로 인라인으로 점진적으로 다이-스탬핑(die-stamping)된다.
블레이드의 날카로움은 세포 저작(cell mastication)을 최소화하기 위해 절대적으로 필요하다. 살아있는 세포 덩이를 통과하거나 그 사이를 통과하고 틈새 공간을 통과하는 매우 날카로운 블레이드의 사용은 세포의 전단력 및 분쇄가 가장 적은 절단선을 따라 훼손된 세포의 좁은 마진을 최상으로 보장한다. 예각으로 통과하는 2 개의 블레이드 에지 사이의 조직의 슬라이싱은 각각의 절단 전체에 걸친 조직의 안정화를 가능하게 하여, 파쇄된 입자로의 전층 피부 조직의 제어된 비외상적 슬라이싱을 달성한다.
자동화된 프로세스를 통해 달성 가능한 매우 날카로운 블레이드의 사용은 반복성을 보장하고 파쇄 프로세스를 촉진시켜서, 자가 전층 피부가 몇 분 내에 새로운 파쇄된 이식 가능한 조직 입자로 신속하게 변환될 수 있게 한다.
세포 생존력을 유지하기 위한 최상의 관례는 채취된 조직을 젖은 상태로 유지한 후에, (예를 들어, 식염수, 완충 용액, 또는 BioUife Solution® 또는 다른 세포 배양/보존 용액 등에서의) 핸들링 전체에 걸쳐 pH 제어 용액에 현탁된 상태로 유지하는 것이다.
디바이스에 대한 상세한 설명
살균 유체에 유지된 전층 피부 이식편(FTSG)을 파쇄하기 위한 하나의 바람직한 실시예가 일반적으로 도 1 내지 도 4에 도시되어 있다.
처리 디바이스(10)는 커버(16)에 의해 적절하게 둘러싸일 수 있는 개방된 상단부(14)를 갖는 액밀 용기(liquid-tight container)(12)를 포함한다. 커버(16)는 유체 내로의 조직의 삽입을 허용하는 입구 구멍(18)을 갖는다. 바람직한 실시예에서, 용기는 개방된 상단부(14)와 반대측에 있고 출구 개구(17)를 갖는 폐쇄된 곡선형 바닥(20)을 갖는 대체로 원통형이다. 커버(16) 및 용기(12)는 다양한 재료로 제조될 수 있지만, 바람직한 실시예에서, 커버 및 용기는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리이미드(PA), 아크릴로니트릴 부타디엔(ABS), 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 및 폴리우레탄(PU)과 같은 적합한 플라스틱으로 형성된다. 이들 중합체의 조합 또는 공중합체가 사용될 수 있다. 유리, 세라믹 또는 금속 용기가 또한 사용될 수 있다. 용기(12)는 내부에서 처리되는 유체 및 조직의 처리 및 품질을 시각화하기 위해 투명할 수 있다.
유체 및 세포 내용물의 격납(containment)을 최상으로 보장하도록 처리 동안에 커버 개구를 폐쇄하기 위해, 수동으로 개방 및 폐쇄될 수 있는 추가적인 제거 가능하거나 인접된 보호 커버가 포함될 수 있다.
용기 및 파쇄 메커니즘, 분리 디바이스 및 어플리케이터를 포함하는 전체 처리 디바이스를 구성하는 모든 구성요소는 단일 환자 사용 및 일회용을 위해 패키징되고 벌크 살균될 것으로 또한 고려된다. 패키징된 디바이스는 감마 또는 e-빔 또는 에틸렌-옥사이드(EtO)로 조사될 수 있다. 대안적으로, 처리 디바이스는 살균 가능하고 재사용 가능할 수 있다.
용기(12)는 바닥(20)으로부터 연장되고 개구(17)를 통해 용기(12)의 내부(13)와 유체 연통하는 대체로 기다란 관형 도관(22)을 포함한다. 도관은 그 하단부가 용기 장착부(container mount)(24)에서 종단된다. 도 1에 도시된 바람직한 실시예에서 도관(22)에 대해 직각으로 연장되는 출구(26)가 도관(22)의 외측으로 연장되고 도관(22)과 유체 연통한다. 도관(22), 용기 장착부(24) 및 출구(26)의 목적에 대한 설명은 하기에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.
커버(16)는 중심축(A)을 따라 이동하도록 용기(12)의 개방된 상단부(14)에서 이동 가능하게 지지된다. 용기(12)의 상단부(14)는, 예를 들어 커버(16)의 인접한 스커트(skirt)(16b)에 있는 슬롯(slot)(16a)에 안착되는 외향 키(outwardly directed key)(12a)를 포함한다. 키(12a)는 슬롯(16a) 내에서 축(A)을 따라 이동 가능하여, 용기(12)에 대한 커버(16)의 이동을 허용하는 한편, 축(A)을 중심으로 한 커버(16)의 회전을 제한한다.
커버(16)는 캡(31)에 의해 덮인 상부 컵-형상 공동(30)을 갖는, 내측으로 형성되고 하향으로 연장되는 대체로 관형 스템(tubular stem)(28)을 더 포함한다. 스템(28)은 나사형 하단부(34) 및 확장된 헤드(38)에서 종단되는 상단부(36)를 갖는 장착 로드(mounting rod)(32)를 수용한다. 헤드(38)는 공동(30)의 하단부와 확장된 헤드(38) 사이에 포획된 스프링(39), 예를 들어 하나 이상의 벨빌(Belleville), 돔(dome), 단일 또는 다수의 파형 와셔(wave type washer)에 의해 지지되어 공동(30) 내에 포획적으로 유지된다. 스프링 또는 스프링들(39)은 추가적으로 통상적인 유형의 와셔(39b) 사이에 포획적으로 개재될 수 있고, 로드(32)의 나사형 하단부(34)는 축(A)을 중심으로 임펠러(impeller)(108) 내로 나사결합된다. 로드(32)의 나사형 단부(34)에 인접한 숄더(shoulder)(32b)는 임펠러(108)에 대해 지지된다.
디스크형 고정 절단 부재(102)는 축(A)에 대해 수직인 평면에서 스템(28)의 말단부 상에 지지된다. 고정 절단 부재(102)는 예를 들어 스템(28)과 고정 절단 부재(102) 사이를 결합하는 정합 핀(28a) 또는 다른 키형 특징부에 의해 축(A)을 중심으로 회전하는 것이 구속된다.
이제, 도 1 내지 도 4와, 도 9 및 도 10에 가장 잘 도시된 바와 같이, 서브-조립된 로드(32), 헤드(38), 임펠러(108) 및 블레이드(112)는 함께 포착되고, 스템(28)에 대해 축(A)을 중심으로 회전하도록 구성된다. 헤드(38)와 공동(30)의 하단부 사이에 있는 스프링 또는 스프링들(39)은 헤드(38)를 들어올리고, 이에 의해 스템(28)을 들어올리고 스템(38)을 통해 임펠러(108)를 들어올려서, 고정 절단 부재(102)에 대한 압축 시에 회전 블레이드 에지(112a)를 연속적으로 구속한다.
특히 도 5 내지 도 11b를 참조하면, 스템(28)을 통해 헤드(38) 및 하단부(34)를 갖는 로드(32) 및 스프링(39)에 의해 축(A)을 따라 고정 절단 부재(102)에 대해 압축적으로 유지되는 연관된 회전 블레이드(112)를 갖는 회전 임펠러(108)의 서브조립체가 집합적으로 파쇄 메커니즘으로 지칭된다.
하기에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 구동 샤프트(42)는 구동 샤프트(42)의 하단부에 있는 구동 결합부(46)에 의해 도 1에 개략적으로 도시된 작동 가능한 처리기(processor)(44)에 부착된다. 처리기(44)는 구동 샤프트(42)를 회전시키고, 이에 의해 파쇄 메커니즘(40) 내에서 고정 블레이드 에지(122)에 대해 회전 블레이드(112)를 회전시켜서, 용기(12) 내의 조직, 특히 FTSG를 파쇄시킨다. 적합한 회전 샤프트 시일(47 및 41)이 구동 결합부(46)와 구동 샤프트(42) 사이에 유체 시일을 제공한다.
처리기(44)는 바람직하게는 각각의 사용 후에 무균적으로 세정되기 용이하도록 구성된 재사용 가능한 디바이스이다. 처리기(44)는 또한, 사용자가 살균 분야에서 수술 디바이스를 인터페이스하기 위한 표준 관례를 사용하여 처리 디바이스를 부착, 사용 및 제거할 수 있게 하도록 하는 방식으로 기계적으로 결합하도록 처리 디바이스(10)를 교체 가능하게 수용한다. 처리기(44)는 또한, 결합된 처리 디바이스에 의해 뒤덮이지 않는 표면을 분리하기 위해 살균 드레이프(sterile drape)를 수용하도록 구성될 수 있다. 처리기는 또한, 수술실 환경에서 용이하게 이용 가능한 압축 공기에 의해 완전히 살균 가능하고 그리고/또는 동력이 공급되는 디바이스일 수 있다.
도 2에 도시되고 하기에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 임펠러(108)의 회전은 용기(12)의 내부 주위로의, 그리고 파쇄 메커니즘(40)을 통한 유체 및 수용된 조직, 특히 FTSG의 연속적인 순환 유동(CF)을 제공하여, FTSG를 점진적으로 보다 작은 입자로 지속적으로 절단한다. 파쇄 메커니즘(40)은 파쇄 전체에 걸쳐 용기(12) 내부에 FTSG 및 유체를 유지하기 위해 용기(12)의 개방된 바닥(20)의 출구 개구(17) 위에 유밀(fluid-tight) 관계로 안착된다. 적합한 시일(19)이 파쇄 메커니즘(40)과 출구 개구(17) 사이에 유체 시일을 제공한다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 구동 샤프트(42)는 용기(12)의 개방된 바닥(20)에 있는 개구(17)로부터 파쇄 메커니즘(40)을 분리시키도록 상승될 수 있다. 축(A)을 따른 구동 샤프트(42)의 상향 이동은 키(12a)가 슬롯(16a) 내에서 이동하는 상태로 용기(12)에 대한 커버(16)의 상향 이동을 야기한다. 이것은 용기(12)의 바닥(20) 상의 밀봉 위치로부터 파쇄 메커니즘(40)을 들어올려서, 유체 유동을 위해 출구 개구(17)를 접근 가능하게 한다.
파쇄 메커니즘
파쇄 메커니즘(40)의 작동 구성요소는 도 5 내지 도 8을 추가로 참조하여 더욱 상세하게 나타낸다.
파쇄 메커니즘(40)은 축(A)을 따라 서로 축방향으로 정렬된 베이스 구성요소(100) 및 고정 절단 부재(102)를 포함한다. 베이스 구성요소(100)는 종속 장착부(104)가 회전을 제공하도록 구동 샤프트(42)에 장착된다. 장착부(104) 위에는 대체로 횡방향인 편평한 원형 플레이트(106)가 있다. 플레이트(106)는 또한 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 용기(12)의 바닥(20)의 개구(17)에서 안착면으로서의 역할을 한다.
베이스 구성요소(100)의 상단부는 축(A)의 직경방향 대향 양측에서 플레이트(106)로부터 상향으로 연장되는 2 개 이상의 임펠러 베인(impeller vane)(110)을 갖는 임펠러(108)로서의 역할을 한다. 임펠러 베인(110) 각각은 하기에서 보다 상세하게 설명되는 목적을 위해 상보적인 방식으로 축(A)을 따라 만곡되어 있다. 각각의 임펠러 베인(110)은 상단부에서 절단 블레이드(112)를 대면 관계로 지지한다. 또한 하기에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 임펠러 베인(110)의 상단부에 있는 절단 블레이드(112)는 고정 절단 부재(102)와 병치 상태로 지지된다. 블레이드(112)는 고정 절단 부재(102)에 대해 베이스 구성요소(100)와 함께 회전한다.
도 5 내지 도 8에 도시된 바람직한 실시예에서, 고정 절단 부재(102)는 대체로 디스크 형상의 본체(102a)를 갖는다. 본체(102a)는 원주방향으로 배열되는 이격된 블레이드면(120)을 한정한다. 각각의 블레이드면(120)은 정점(122a)에서 수렴하는 한 쌍의 수렴 블레이드 에지(122)를 포함한다. 각각의 블레이드면 사이에는 구멍부(breach)(124)가 한정된다. 구멍부(124)는 베이스 구성요소(100)가 회전할 때 FTSG 및 다른 TP와 같은 TP 및 유체가 본체(102a)를 통과하게 하는 블레이드면 사이의 개방된 공간이다.
도 7 및 도 8에 도시된 일 실시예에서, 고정 블레이드 에지(122)는 디스크형 본체(102a)의 외부 에지를 형성하는 원의 호와 수렴하는 종방향 반경방향 연장 부재(123)에 의해 한정된다.
도 5 및 도 6에 도시된 보다 바람직한 실시예에서, 블레이드면(120)은 수렴하는 블레이드면(120)의 정점(122a)이 테이퍼진 곡면에 있어서 고정 절단 부재(102)의 원주부 부근에서 수렴되는 눈물 방울 형상으로 형성된다. 이러한 형상은 통과되는 조직, 특히 TP의 완전한 파쇄를 촉진하는 것을 돕는 것으로 밝혀졌다.
임펠러(108)에 대한 고정 절단 부재(102)의 배열은 도 9 내지 도 12에 개략적으로 도시되어 있다. 고정 절단 부재(102)의 하부 에지와 임펠러(108)의 상단부 사이에 작은 간극 공간(S)이 제공되어, 연장되는 회전 절단 블레이드(112)가 고정 절단 부재(102)의 디스크형 본체(102a)의 하부 에지에 대해 병치 상태로 지지된다. 이것은 조직이 전단 및 파쇄되는 전단 평면(SP)을 생성한다.
고정 절단 부재(102)는 바람직하게는 스테인리스강이고, 정밀하게 연마되고 날카로운 버어(burr)가 없는 고정 블레이드 에지(122)로 CNC 가공된다. 하부 전단 평면(SP) 표면은 편평해야 하고, 바람직하게는 0.08 ㎛ 이상의 마감 처리되어야 한다. 스테인리스강 재료는 일반적으로 내식성 및 경화 등급, 예를 들어 440C 스테인리스강으로서, 어닐링된 상태로 가공되고 55 내지 60 RC로 진공 열처리되어, 경화된 표면 및 내구성있는 지속 가능한 절삭 에지를 달성할 수 있다. 고정 절단 부재(102)는 대안적으로 다른 비부식성 재료일 수 있거나, 대안적인 경도를 가질 수 있고 다른 정밀 프로세스에 의해 제조될 수 있다. 고정 절단 부재(102) 및 병치된 회전 절단 블레이드(112)는, 압축 결합 시에, 예를 들어 플라스틱 또는 세라믹과 같은 상이한 재료 또는 상이한 경도를 갖거나, 대향 표면들이 전단 평면(SP)을 따라 서로 슬라이딩할 때 마모 또는 겔링(galling) 상태를 최상으로 회피하기 위해 대안적으로 처리되거나 적용된 표면 마감을 가질 수 있다. 추가적으로, 고정 절단 부재(102)의 블레이드 에지(122) 및/또는 회전 절단 블레이드(112)의 블레이드 에지(112a)는 날카롭게 형성되거나, 이후에 날카로워질 수 있다.
회전 절단 블레이드(112)는 고정 절단 부재(102)의 디스크형 본체(102a)의 하부 에지에 대해 절단 블레이드(112)의 에지를 바이어싱시키는 탄성중합체 패드(130)와 같은 스프링에 의해 지지된 상태로 임펠러(108)의 상단부에 장착될 수 있다. 절단 블레이드 에지(112a)를 고정 절단 부재(102)에 대해 물리적 접촉 상태로 유지하는 것은 조직의 찢어짐(tearing) 및 썰림(shredding)을 최소화하는 것으로 밝혀졌다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 고정 절단 부재(102)는 축(A)을 중심으로 반경방향으로 배열된 2 개 이상의 구멍부(124)(바람직하게는 3 개가 도시되어 있음)를 가질 수 있으며, 각각은 관련 블레이드 에지(122)를 갖는다. 회전 베이스 구성요소(100)는 유사하게 축(A)을 중심으로 반경방향으로 배열된 2 개 이상의 절단 블레이드(112)(바람직하게는 2 개가 도시되어 있음)를 가질 수 있다. 그러나, 회전 블레이드(112)의 수량은 최상으로는, 다수의 블레이드가 동시에 맞물리는 경우에 합성되는 누적 절단력을 최소화함으로써 절단 효율을 최대화하기 위해, 고정 블레이드(122)의 수량과 상이하다.
회전 절단 블레이드(112)는 병치된 고정 블레이드 에지(122)에 대해 예각인 절단 각도로 위치되고, 그에 따라 조직은 회전 블레이드(112)와 병치된 고정 블레이드(122) 사이에 포착될 때 슬라이싱 작용에 의해 절단될 것이다.
도 12a는 회전 블레이드(112)의 절단 에지(112a)가 연마된 이중 경사 에지로 제조될 수 있다는 것을 도시한다. 이중 경사는 블레이드의 양측에서 경사진 것을 지칭한다. 대안적으로, 도 12b 및 도 12c에 도시된 바와 같이, 절단 에지(112a)는 FTSG의 파쇄를 더욱 최대화하는 이차 원위 호닝(honing)된 이중 경사 에지로 보다 날카롭게 제조될 수 있다. 호닝은 보다 미세한 그릿 연마재(grit abrasive)에 의해 표면으로부터 비교적 더 적은 양의 재료를 제거하는 보다 정밀한 연마 연삭 또는 래핑(lapping) 프로세스를 지칭한다. 우리의 기능적인 원리-검증 시스템에 사용된 절단 블레이드(112)는 바람직하게는 이차 호닝된 이중 경사 에지뿐만 아니라, 추가의 미세하게 호닝된 이중 경사 에지, 예를 들어 이중 경사 에지의 3 개의 단계식 세트를 갖는 더욱 날카로워진 블레이드를 이용한다.
회전 절단 블레이드(112)는 최상으로는 고정 절단 부재(102)의 하부면에 대해 예각으로 배열되고, 그에 따라 회전 블레이드 절단 에지(112a)의 팁은 블레이드면(120)의 고정 블레이드 에지(122)에 대해 예각으로 통과한다.
이전에 전술한 바와 같이, 스프링(39)은 회전 전체에 걸쳐 고정 블레이드 에지(122)에 대한 접촉을 유지하기 위해 회전 블레이드 에지(112a)에 압축 예하중을 가하는 데 사용될 수 있다. 도 12c는, 특히 절단 블레이드(112)가 실질적으로 강성이고, 예를 들어 두께가 약 0.010 인치일 수 있는 경우, 회전 블레이드의 절단 에지(112a)가 전단 평면(SP)에 대해 예하중 하에서 유연하게 순응할 수 있다는 것을 도시한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 도 9에 도시된 바와 같이, 절단 블레이드(112) 자체는, 특히 절단 블레이드(112)가 실질적으로 가요성이고, 예를 들어 두께가 약 0.003 내지 0.006 인치일 수 있는 경우, 전단 평면(SP)에 대해 예하중 하에서 유연하게 순응할 수 있다.
도 12d는 회전 블레이드(112)의 블레이드 에지(112a)가 편평하거나 평탄한 범위(112b)를 갖도록 형성될 수 있는 실시예를 도시한다. 이러한 평탄한 범위(112b)는 전단 평면(SP)에서 고정 절단 부재(102)의 블레이드 에지(122)와 동일 평면상에 또는 동일 선상에 있도록 형성된다.
바람직한 실시예에서, 전단 평면(SP)은 챔버 임펠러 및 블레이드 회전축에 수직이다. 전단 평면(SP)은 또한 축(A)에 대해 다른 방향을 취할 수 있다. 하나의 예가 도 13a에 도시되어 있으며, 도 13a는 부싱(bushing)(200), 회전식 시일(210), 스테이터(stator)(220), 로터(rotor)(240) 및 절단 챔버(260)를 도시한다. 로터(240)의 블레이드(242)는 중심축(A)에 대한 고정 블레이드인 스테이터(220)의 블레이드(222)에 매우 근접하게 통과한다.
또한, 이러한 실시예에서, 로터 블레이드(242)는 일체로 형성된 임펠러 베인으로서 구성된 표면을 갖는다. 회전하는 에지는 대체로 선단 임펠러 베인 에지까지 확장될 수 있다. 회전하는 로터 블레이드 및 고정된 스테이터 블레이드 에지는 정밀한 슬라이싱을 최상으로 달성하기 위해 물리적으로 밀접 접촉한 상태를 유지해야 한다. 블레이드는 밀접하게 제어되는 최소 전단 간격, 바람직하게는 30 마이크로미터 미만을 위해 기계 호닝될 수 있다. 고정된 절단 블레이드 에지의 전단 평면에 대해 예각으로 회전하는 블레이드 에지를 위치시키는 것은 작용되는 조직에 대한 전단 절단을 용이하게 한다. 회전하는 블레이드 에지와 대향하는 블레이드 에지의 전단면 사이에 스프링 보조 압축 결합을 유지하는 것은 조직이 수렴하는 블레이드 에지 사이에서 미끄러지기보다는 정확하게 슬라이싱되는 것을 최상으로 보장한다.
전단 평면에서 조직을 절단하기 위한 다른 기술 및 배열이 또한 당업자의 고려 내에 있을 수 있다.
조직 파쇄
본 발명의 프로세스 디바이스(10)의 기본 구성요소가 설명되었지만, 조직, 특히 본원에 규정된 TP의 파쇄의 하나의 바람직한 예가 도면과 관련하여 설명될 것이다.
처음에, 도 1 내지 도 4를 참조하면, 유체 배지에서 전술한 바와 같이 준비된 FTSG는 커버(16)의 입구 구멍(18)을 통해 용기(12) 내로 삽입될 수 있다. 용기(12)에 배치될 수 있는 조직 및 유체의 체적에 대한 안내를 제공하기 위해 충전 라인(F)이 제공될 수 있다. 그 후에, 구동 결합부(46)에 연결된 회전 메커니즘이 활성화되어 구동 샤프트(42) 및 파쇄 메커니즘(40)의 회전을 야기한다.
도 2를 참조하면, 그러한 회전은 용기(12) 내에 와류를 확립함으로써 유체에서의 조직의 순환 유동을 야기한다. 이러한 와류는 내부에 함유된 조직을 완전히 파쇄하기 위해 파쇄 메커니즘을 통해 조직을 지속적으로 이동시키는 것을 제공한다. 순환 유동 경로 및 확립된 와류는 임펠러(108)의 임펠러 베인(110)의 구성에 의해 생성된다.
도 14에 개략적으로 도시된 바와 같이, 임펠러 베인(110)은 임펠러 베인(110)의 상부 또는 선단 부분(110a)이 유체 및 함유된 조직, 특히 FTSG에 축방향 추력을 부여하는 반면, 임펠러 베인(110)의 하부 또는 말단 부분(110b)이 반경방향 추력을 제공하도록 구성된다. 임펠러 베인(110a 및 110b)의 구성은 용기(12) 전체에 걸쳐 FTSG를 지속적으로 이동시키는 것을 제공한다. 임펠러(108)는 FTSGP가 함유된 유체가 고정 절단 부재(102)의 구멍부(124)를 통해 구동되어, 회전 블레이드(112)와 고정 블레이드(122) 사이를 통과한 후에, 용기(12)의 측벽 및 트로프형 바닥(trough-like bottom)(20)에 대해 편향되어, 유동을 반대 방향으로 역전하여 외부 주변 용적부(PV)를 통해 순환하게 한다. 다음에, 유체 유동은 와류로 전환되어, 중앙 용적부(CV)를 통해 조직을 혼합 및 구동시켜서 파쇄 메커니즘(40)을 통해 다시 복귀하게 하여, FTSG가 지속적이고 반복적으로 절단 및 파쇄되게 한다.
당업자는 대안적으로, 예를 들어 용기(12) 전체에 걸친 그리고 파쇄 메커니즘(40)을 통한, 조직이 현탁된 유체의 효과적인 순환 유동을 향상시키도록 임펠러 베인 및/또는 내부 용기 기하형상 및/또는 바닥(20) 형태를 구성할 수 있을 것이다. 내부 유동 특성은, 예를 들어 피치를 증가 또는 감소시키거나 다른 방식으로 임펠러 베인(110)의 형태를 재형성함으로써; 또는 반경방향 추력을 위해 구성된 베인의 부분(110b)의 피치에 대해 축방향 추력을 위해 구성된 베인의 부분(110a)의 피치를 증가 또는 감소시킴으로써; 또는 축방향 추진 베인면 또는 반경방향 추진 베인면 중 어느 하나를 제거하기 위해, 향상될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본원에 설명된 바와 같은 FTSG 및 다른 조직 입자와 같은 TP가 완전히 파쇄되면, 구동 샤프트(42)가 상승되어, 임펠러(108)가 용기의 안착 위치로부터 분리될 수 있다. 플레이트(106)가 개구(17)로부터 분리되어, 도관(22) 및 출구(26)와의 유체 연통을 확립한다. 파쇄된 조직은 하기에서 설명되는 방식으로 사용하기 위해 출구(26)를 통해 중력 구동식 드레인(gravity driven drain)에 의해 배출된다.
FTSG 또는 다른 조직 이식편의 TP로의 파쇄를 완료하면, 임펠러(108)의 회전이 중지될 수 있고, 물보다 큰 비중을 갖는 본원에 규정된 TP는 용기(12)의 바닥(20)에 침전할 것이다. 당업자는 처리 디바이스(10) 내에서 용기(12)의 바닥(20)으로부터 침전된 TP를 수동으로 인출하기 위해 대안적인 방법이 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 침전된 TP는 입구 구멍(18)을 통해 용기(12) 내로 삽입될 수 있는 기다란 캐뉼라 팁(elongated cannulated tip)(도시되지 않음)과 조합하여 통상적인 주사기 내로 흡인될 수 있다. 그러한 방식으로, 처리기(10)로부터 TP를 흡인하는 데 사용된 동일한 주사기가 다음에 적용 디바이스로서 사용될 수 있다. 입구 구멍(18)을 통해 TP를 수동으로 흡인하는 이러한 방식에서는, 처리 디바이스(10)가 드레인(39) 또는 출구(26)를 포함할 필요가 없다.
파쇄된 FTSGP의 배출
이제, 파쇄된 조직 입자(TP), 예를 들어 특히 FTSGP를 어플리케이터(300) 내로 배출하는 것이 도 15a 내지 도 15e와 관련하여 설명될 수 있다. 도 15a를 참조하면, TP를 수집 및 분배하는 데 사용될 수 있는 어플리케이터(300)는 전형적으로 제어된 용적을 전달 및 계량하는 잘 알려진 수단을 제공하는 주사기로 구성된다.
주사기 어플리케이터(300)는 또한 TP로부터 과잉 유체를 분리하기 위한 디바이스로서의 역할을 한다. 원통형 스크린 필터(screen filter)(302)는 어플리케이터 본체(303)에 대한 인서트(insert)로서 형성되고, 플런저(304) 및 피스톤(306)을 수용하기 위한 내부 어플리케이터 챔버(308) 루멘을 갖는다. 주변 드레인 채널(305)은 파쇄된 TP 내의 과잉 유체가 필터 벽을 통해 드레인 채널(305)을 통해 그리고 드레인 출구(310) 밖으로 자유롭게 통과할 수 있도록 필터(302)를 둘러쌀 수 있다. 스크린 필터는 어플리케이터의 360°, 또는 도 15a에 도시된 바와 같이 그 일부만을 에워싸서, 창(307)을 통해 내용물을 관찰하기에 충분한 영역을 남길 수 있다. 필터(302)는 예를 들어 유체가 TP를 함유하면서 통과할 수 있게 하는 50 미크론의 개구를 갖는 미세한 메시일 수 있다. 대안적으로, 필터(302)는, 이용된 필터 개구보다 큰 습윤 입자를 선택적으로 보유하면서, 더 작은 입자를 용액과 함께 배출하기 위해, 예를 들어 특정 크기의 보다 큰 개구를 갖는 레이저 절단형, 직조 메시형 또는 산 에칭 천공형 스크린으로 구성될 수 있다. 주사기 어플리케이터(300)는 또한, TP로부터 액체를 분리하고, 적용을 위한 별도의 디바이스 또는 용기 상으로 또는 내로, 예를 들어 부착된 주사기 내로 TP를 분배하도록 구성될 수 있다.
도 15a는 또한 처리 디바이스(10)가 예를 들어 베이어닛 장착부(bayonet mount)(115)에 의해 처리기(44) 상에 부착되는 것을 도시한다. 처리 디바이스(44)는 무선일 수 있고, 수용된 재충전식 배터리에 의해 구동되는 저전압 DC 모터(114)를 포함할 수 있다. 배터리는 바람직하게는 원격 ACDC 충전기에 연결하여 재충전된다. 저전압 DC 모터는 또한 원격으로 연결된 ACDC 전원을 통해 전력이 공급될 수 있다. 그러한 방식 모두에서, 저전압 DC 전력의 사용은 수용액의 잠재적인 존재 하에서 처리 디바이스(10)의 안전한 사용을 가능하게 한다. 축방향으로 연결된 구동 결합부(46)는 처리기(44)의 모터 샤프트를 중앙 샤프트 조립체에 연결한다. TP가 파쇄되면, 모터(114)는 자동으로 감속되거나 정지되고 상승되어 임펠러 아래의 시일(19)을 개방하여, 파쇄된 조직 혼합물 및 용액이 중력 구동식 드레인(39)을 통해 처리 챔버로부터 출구(26)를 통해 포트(320)를 통해 배출되어 어플리케이터(300)로 들어가게 한다.
어플리케이터(300)는 플런저(304) 및 피스톤(306)이 상승된 위치에 있고 캡(318)이 분배 오리피스를 폐쇄하도록 제 위치에 있는 것으로 도시되어 있다. TP 및 용액이 애플리케이터(300)로 들어가는 경우, 유체는 필터 벽(302)을 통해 그리고 유동 채널(305)을 통해 자유롭게 통과하고 트레인 출구(310)를 통해 유체 폐기물 드레인 용기(317) 내로 어플리케이터(300)를 빠져나가기 때문에, 유체는 TP로부터 배출된다. 그 후에, 플런저(304)는 피스톤(306)이 포트(320)를 폐쇄할 수 있게 하도록 어플리케이터 챔버(308) 내로 충분히 전진될 수 있다. 다음에, 어플리케이터(300)는 처리 디바이스(10)의 출구 포트(26a)로부터 어플리케이터(300)의 입구 포트(320)를 분리함으로써 처리 디바이스(10)로부터 제거될 수 있다. 그 후에, 캡(318)은 어플리케이터(300)로부터 제거될 수 있고, 선택된 어플리케이터 팁(301)은 하기에서 보다 상세하게 설명되는 방식으로 TP를 분배하기 위해 분배 오리피스(309)에 부착될 수 있다.
도 16에 도시된 본 발명의 다른 실시예는 처리기(44) 상에 기계적으로 결합된 처리 디바이스(10)를 포함하는 것에 대하여 도 15a와 유사하다. 구동 결합부(46)는 유사하게 출구(26)를 통해 용기(12)를 배출하기 위해 시일(19)을 개방하도록 상승될 수 있지만, 도 16(및 다양한 이전의 도 1, 도 2, 도 3)에 도시된 바와 같이, 구동 샤프트(42)는, 예를 들어 구동 샤프트(42) 상에 일체로 성형된 핀을 갖는 로터 펌프(118)를 포함한다. 로터 펌프(118)는 분리 디바이스(415)를 통해 용액을 순환시키기 위해 축(A)을 통해 모터(114)에 의해 구동된다.
도 16은 처리 디바이스(10)로부터 출구 도관(26) 및 입구 도관(29)을 통해 유체를 순환시키는 상이한 분리 디바이스(415)를 소개한다. TP 파쇄를 완료하면, 모터(114)는 구동 결합부(46) 및 구동 샤프트(42)와 함께 자동으로 상승되어, 임펠러(108) 아래의 챔버 시일(19)을 개방하여 용기(12)로부터 유체 및 TP를 방출한다.
원통형 필터 튜브(402) 라이닝을 수용하는 원통형 분리 챔버(416)로 들어가도록 출구 채널(26)을 통해 그리고 전환 밸브(417)를 통해 용액 및 TP를 펌핑하기 위해 모터 속도가 적절하게 변경된다. 필터 튜브(402)는, 예를 들어 특히 원하는 크기의 TP를 포착하기에 적절한 크기의 개구를 갖는 직조 메시, 천공된 필름 또는 산 에칭된 스크린일 수 있다. 유체가 필터 튜브 및 원주방향 드레인 채널(405)을 통과하고 입구 도관(29)을 통해 분리 디바이스(415)를 빠져나가서 처리 디바이스(10)의 용기(12) 내로 복귀함에 따라, 입자는 분리 챔버(416) 내에 포획된다. 수회의 짧은 통과 내에서, TP가 용기(12)로부터 실질적으로 헹궈지고 분리 디바이스(415) 내로 이송됨에 따라, 모터(114)는 자동으로 정지할 것이다.
다음에, 전환 밸브(417)는 분리 챔버(416)로부터 어플리케이터(400) 내로의 유체 경로를 개방하기 위해 자동으로 또는 수동으로 스위칭되고, 예를 들어 시계 방향으로 90° 선회될 수 있다. 입구 도관(29)은 용기(12)의 충전 라인(F) 아래에 위치되어, 수용된 유체의 헤드 압력이 분리 챔버(416)로부터 전환 밸브(417)를 통해 어플리케이터 부착부(411)를 통해 탈착 가능한 어플리케이터(400)의 어플리케이터 챔버(408) 내로 실질적으로 TP를 플러싱(flushing)할 수 있게 한다.
그 후에, 전환 밸브(415)가 폐쇄되고; 어플리케이터(400)가 어플리케이터 부착부(411)로부터 분리되며; 피스톤을 갖는 플런저(예를 들어, 이전의 도 15b에 도시됨)가 어플리케이터(400)의 루멘 내로 수동으로 삽입된다. 캡(418)은 제거되고(예를 들어, 루어형(Luer type) 연결부를 가짐), 선택된 어플리케이터 팁으로 교체된다(예를 들어, 도 15b에 소개됨). 이러한 방식으로, 어플리케이터(400)는 하기에서 더욱 상세하게 설명되는 방식으로 원하는 자가 이식 부위에 TP를 분배할 준비가 된다.
처리 디바이스(10), 분리 디바이스(415) 및 어플리케이터(400)는 일체형 살균 조립체로서 패키징될 수 있다. 어플리케이터(400)는 대안적으로 별도로 살균 패키징될 수 있다.
이제 도 17을 참조하면, 처리기(44)를 갖는 처리 디바이스(10) 및 어플리케이터(500)의 다른 실시예가 여기서는 상이한 유형의 분리 디바이스(515)에 결합된 것으로 도시되어 있다. 이러한 실시예에서, 펌프(118)는 유사하게 파쇄된 FTSGP가 현탁된 용액을 용기(12)로부터 출구(26)를 통해 순환시키고 입구(29)를 통해 복귀하며, 출구(26) 및 입구(29) 모두는 분리 챔버(515)와 유체 연통하고, 분리 챔버(515)는 이러한 구성에서 사이클론 작용(cyclonic action)을 이용하여 TP를 용액으로부터 분리한다. 이 시스템은 원심분리기 분야에 있어서의 고체 입자의 종말 침강 속도(terminal settling velocity)의 원리를 사용한다. 출구(26)는 처리 디바이스(10)로부터 분리 디바이스(515)의 분리 챔버(516) 내로 접선 방향으로 들어간다. 하이드로 사이클론 내의 고속 원심분리 필드는 입자가 원추형 챔버(516)의 외벽으로 빠르게 이동하게 하고, 밸브(517)를 통해, 어플리케이터 부착부(511)를 통해 어플리케이터(500) 내로 원추형 벽의 내부에서 하향으로 이동하도록 강제될 것이다. 다음에, 밸브(517)가 폐쇄될 수 있고, 어플리케이터(500)가 수집기로부터 분리되고, 피스톤을 갖는 플런저가 어플리케이터(500) 내로 삽입되고, 어플리케이터 캡(518)이 선택된 분배 팁으로 교체되며, 이에 따라 어플리케이터는 이하에서 설명되는 방식으로 TP를 분배할 준비가 된다.
처리 디바이스(10)가 처리기(44)에 결합된 또 다른 실시예가 도 18에 도시되어 있다. 도 18에서, 입구 채널(20) 및 출구 채널(26)은 소용돌이치는 TP 입자를 중앙 드레인을 향해 모으기 위해 월풀(whirlpool) 유사 작용을 이용하는 분리 챔버(616)와 유체 연결되는 것으로 도시되어 있으며, 중앙 드레인을 통해 농축된 TP가 어플리케이터(600) 내의 어플리케이터 챔버(608) 내로 퇴적될 것이다. 상기 실시예에서와 같이, 그 후에 밸브(617)가 폐쇄되고, 어플리케이터(600)가 분리되며, 어플리케이터 캡(618)이 선택된 분배 팁으로 교체된다. 다음에, 어플리케이터(600)는 이하에서 더욱 상세하게 설명되는 방식으로 TP를 분배할 준비가 된다.
처리 디바이스(10)가 도 16에 도시된 것과 유사하게 출구(26) 및 입구(29)를 통해 분리 디바이스(716) 상에 결합되는 또 다른 실시예가 도 19에 도시되어 있다. 또한 도 16의 실시예와 유사하게, 분리 디바이스(716)는 필터 튜브(702)에 의해 드레인 채널 또는 채널들(705)로부터 분리된 분리 챔버(716)를 포함하고, 그에 따라 분리 챔버(716)를 통과하는 용액은 필터 튜브(702)를 통과하여, 드레인 채널(705)을 통과하고 입구(29)를 통과하고 처리 디바이스(10)를 통해 재순환된다. 그러나, 이러한 실시예에서, 출구(26) 및 입구(29)는 밀봉 가능한 폐쇄식 포트(720)(도시되지 않음)를 포함할 수 있으며, 그에 따라 분리 디바이스(716)는 유체가 탈착 가능한 출구(26) 및 입구(29) 유동 경로로부터 누출되는 것을 억제하면서 처리 디바이스(10)로부터 탈착 가능할 수 있다. 이러한 방식으로, 분리된 분리 디바이스(716)는 플런저(704) 및 피스톤(706)과, 탈착 가능한 캡(718)을 포함할 수 있으며, 함께 도 15c 및 도 15d에 유사하게 설명된 바와 같이 어플리케이터(700)로서 사용될 수 있다.
도 2 및 도 14에 개략적으로 도시된 순환 유동(CF) 경로는, 유체 유동 패턴의 재순환 특성을 보다 명확하게 나타내기 위해, 난류 와류 소용돌이를 표시하지 않음으로써 상당히 단순화되어 있다. 초기 프로토타입은, 임펠러에 의해 유도된 와류가 유체 현탁된 TP를 지속적으로 재순환하고 혼합하는 것이 바람직하지만, 또한 입자가 파쇄 메커니즘(40)을 통해 흡인되기 전에 필요한 것보다 훨씬 더 많은 순환 시간을 용기(12) 주위로 이동하게 하였다는 것을 밝혀냈다.
도 20의 축방향 도면 및 도 21의 측면도는 TP를 보다 편리하게 파쇄하기 위해 처리 디바이스(10)에 대한 바람직한 개선을 소개한다. 스템(28)으로부터 방사되는 수직 배플 패널(140)의 배치는 단일 와류를 효과적으로 차단한다. 배플은 고정 절단 부재(102) 상의 수렴하는 블레이드 에지(122)의 각 세트의 정점에 근접하게 위치된다. 용기(12) 내의 소용돌이치는 유체는 각 배플(140)에서 튀어나와서 각 배플(140)에 인접한 별도의 보다 작은 와류(V)를 생성한다. 보다 작은 와류(V)는 파쇄 메커니즘(40)의 연속적으로 폐쇄되는 구멍부(124) 각각을 통해 TP를 보다 편리하게 운반한다.
도 2 및 도 14에 설명된 바와 같은 처리 디바이스(10) 내의 순환 유동(CF) 경로는 바람직한 실시예를 나타내지만(또한 다수의 다른 도면에서 예로서 포함됨), 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 파쇄 메커니즘을 반복적으로 통과하도록 용기(12)의 중앙 용적부(CV)를 통해 유체 및 TP를 연속적으로 재순환시키기 위해 임펠러(108)가 이용되는 반면, 유체 및 TP는 복귀 시에 주변 용적부(PV)를 통해 반드시 재순환될 필요는 없다. 따라서, 도 22는 유체 및 현탁된 TP가 다른 예로서, 재순환 도관(150)을 통해 용기(12)의 외부로 유동하기 위해, 파쇄 메커니즘(40)을 통해 다른 방식으로 재순환될 수 있다는 것을 교시한다.
또한, 도 22는 샤프트(42)와 일체형이고 축(A)을 중심으로 회전하는 로터 펌프(118)를 도시하는 반면, 당업자는 유체 구동 펌프가 대안적으로 처리 디바이스(10)로부터의 출구(26)와 처리 디바이스(10)로의 복귀 입구(29) 사이의 재순환 도관(150)을 따라 다른 곳에 포함될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 또한 이와 같이, 순환 펌프(도시되지 않음)는 처리기(10)를 구동하는 데도 사용되는 모터에 의해 구동되거나 모터와 연관될 필요가 없으며, 예를 들어 별도로 작동 가능한 유체 펌프일 수 있다. 또한, 여전히 도 22를 참조하면, 그러한 재순환 도관(150)은 하나 이상의 전환 밸브(117)를 포함할 수 있으며, 그에 따라 (분쇄 완료 시에) 유체 및 현탁된 TP는, 예를 들어 도 15a 내지 도 15e, 도 16, 도 17, 도 18 또는 도 19를 통해 설명된 바와 같이, 임의의 다양한 유형의 분리 디바이스를 통해 순환하도록 전환될 수 있다.
더 더욱이, 처리 디바이스(10)의 용기(12) 외부에 재순환 도관(150)을 갖도록 구성된 시스템에서 사용되는 도 22의 임펠러(108)는 반경방향 추력을 위해 구성된 베인(110b)을 가질 필요가 없다. 그러한 실시예에서, 임펠러(108)에서 축방향 추력을 위해 단독으로 구성되는 피치를 갖는 베인(110a)은, 용기(12)로부터 축(A)을 따라, 출구 채널(26)을 통해, 재순환 도관(150)을 통해, 그리고 입구 채널(29)을 통해 조직 함유 용액을 순환시키는 것을 촉진하여, 용기(12) 내에서 파쇄 메커니즘(40)을 통해 연속적으로 재순환되도록 하기에 충분할 수 있다.
또 다른 실시예가 도 23에 개략적으로 도시되어 있다. 여기서, 처리 디바이스(910)는, 통상적인 주사기(도시되지 않음)를 통해 분배하기 위해, 본원에 규정된 바와 같이, 처리된 TP를 효과적으로 분리 및 압축하도록 원심분리기 유형의 분리 디바이스(919)와 함께 사용되는 것으로 도시되어 있다. 분리 디바이스(919)는 보호 커버(976) 내에 뒤덮여질 수 있다. 처리 디바이스(910) 및 분리 디바이스(919)는, 에워싸는 슈라우드(shroud)(976)와 함께, 바람직하게는 단일 유닛으로 통합되어, 단일 환자 용도, 일회용 디바이스 또는 레드 백 의료 폐기물(red bag medical waste)로서 패키징되고 사전 살균될 수 있다. 디바이스는 개별 환자에 대한 처치 내에서 여러 번 사용될 수 있다. 조합된 처리 디바이스(910)와 분리 디바이스(919)는 무균적으로 세정 가능한 재사용 가능 처리기(944) 상에, 예를 들어 베이어닛 결합부(960)에 의해 축방향으로 정렬되고 고정 가능하게 결합되도록 구성된다.
처리 디바이스(910) 내에서 TP의 파쇄를 완료하면, TP는 용기(912)의 바닥(920)으로부터 드레인(939)을 통해 용액으로 방출된다. 드레인(939)은 원심 분리 디바이스(919)의 중앙 챔버(972) 내로 유체 연통하도록, 바람직하게는 처리 디바이스(910)의 중심축(A) 주위에 위치되거나, 그렇지 않으면 용기(912)의 바닥(920)에 적절하게 위치된다.
하나 이상의 개별 수집 챔버(973)가 중앙 챔버(972)로부터 반경방향으로 돌출하고, 각각의 수집 챔버는 원위 출구 오리피스(974)를 갖는다. 원위 출구 오리피스(974)는 표준 루어 캡(975) 또는 표준 루어 팁형 주사기(도시되지 않음)의 교체 가능한 부착을 위한 표준 암나사형 루어 결합부를 갖는다.
중앙 챔버(972) 및 반경방향 연장 수집 챔버(973)는 중공 사출 블로우 성형된 구성요소로서 일체로 형성되거나, 사출 성형된 구성요소의 조립체로서 제조되거나, 예를 들어 사출 블로우 성형된 유니바디 코어(unibody core) 상에 부착된 사출 성형된 루어 피팅(Luer fitting)을 갖는 조합으로 제조될 수 있다.
원심 분리 디바이스(919)는 바람직하게는 처리 디바이스(910)의 축(A)과 일치하거나 축방향으로 정렬되는 축을 중심으로, 정밀 방사형 볼 베어링(도시되지 않음)에서 고속, 예를 들어 최대 300 G로 회전하도록 구성된다. 회전 분리 디바이스(919)는 바람직하게는 보호 슈라우드(976) 내에 싸여 있다. 처리 디바이스(910) 및 원심 분리 디바이스(919)가 동일한 축을 중심으로 회전하면, 볼 베어링의 내부 샤프트 직경은 처리 디바이스(910) 내에서 임펠러(908)의 회전에 대해 원심 분리 디바이스(919)의 독립적인 회전을 가능하게 하도록 충분히 큰 크기일 수 있다.
몇 분 동안만 원심분리 회전되면, TP가 현탁된 용액은 반경방향 연장 수집 챔버 내에서 분리되고 압축된다. 다음에, 원위방향으로 연장되는 암형 루어 커넥터(974) 상의 루어 캡(975)은 풀려지고, 적절한 크기의 표준 주사기로 교환된다. 다음에 압축된 TP를 주사기 내로 흡인하면, 충전된 주사기는 분리 디바이스(919)로부터 분리되고, 선택된 루어 피팅 어플리케이터 팁(예를 들어, 이전에 도 15에서 설명됨)이 부착되어, 이제 자가 TP를 적용할 준비가 된다.
파쇄된 미립자
본원에 설명된 바와 같은 현탁된 TP, 특히 FTSGP 또는 다른 조직 입자의 용액은, 예를 들어 (즉, 식염수, 완충 용액, 또는 BioLife Solution® 또는 다른 세포 배양/보존 용액 등에서의) 핸들링 동안에, 다른 FDA 승인 첨가제와 조합하여 혼합될 수 있다. 자연적으로 연결된 세포 및 세포외 기질 물질로 구성된 파쇄물(morsel)의 불균질한 혼합물을 달성하기 위해, 혼합물은 와류 순환을 사용하여 처리 디바이스(10) 내에서 생성될 수 있다. 대안적으로, TP의 일부 현탁액/분산액은 균질할 수 있다. 생성된 분산액 또는 에멀젼(emulsion)이 균질한지 불균질한지 여부는, 다른 요인 중에서도, 조직(들)의 유형, 조직(들)이 현탁된 배지, 프로세스의 속도 및 온도를 포함하지만 이에 제한되지 않는 다수의 요인에 따라 달라질 수 있다. 본 발명의 TP 현탁액/분산액뿐만 아니라 생성된 현탁액/분산액 자체를 생성하는 방법의 중요한 이점은 파쇄를 달성하기 위한 처리 동안 및 처리 직후에 높은 세포 생존력과 관련된다. 본원에 설명된 바와 같이, 높은 세포 생존력을 유지하면서 파쇄되는 이러한 능력은 본 발명에 특유한 것이며, 종래의 방법에 의해 달성되지 못한다. 본원에 설명된 방법은 환자의 병상에서 대체로 실시간으로 이루어진 처리 직후에 적어도 50%의 생존력; 또는 처리 직후에 적어도 60%의 생존력; 또는 처리 직후에 적어도 70%의 생존력; 또는 처리 직후에 적어도 80%의 생존력; 또는 처리 직후에 적어도 85%의 생존력; 또는 처리 직후에 적어도 90%의 생존력; 또는 처리 직후에 적어도 92%의 생존력; 또는 처리 직후에 적어도 94%의 생존력; 또는 처리 직후에 적어도 96%의 생존력; 또는 처리 직후에 적어도 97%의 생존력; 또는 처리 직후에 적어도 98%의 생존력; 또는 처리 직후에 적어도 99%의 생존력을 갖는 TP를 함유하는 현탁액 또는 분산액을 생성한다. 일반적으로, 처리는 약 1 시간이 소요될 수 있지만, 바람직하게는 1 시간 미만, 예를 들어, 45 분 이하, 40 분 이하, 30 분 이하, 20 분 이하, 또는 10 분 이하가 소요될 수 있다.
TP는 또한 조직 입자의 밀도, 점도 및 일관성을 변화시키도록 원심분리될 수 있으며, 이는 대안적인 외과적 적용에 바람직할 수 있다. 원심분리 속도 및 원심분리 지속시간을 조절하는 것은 결과로 출력되는 조직 입자 형태의 맞춤화를 가능하게 하며, 예를 들어 일관성 및 밀도는 용액, 페이스트(paste) 또는 크림(cream)으로 나타날 수 있다. 바람직하게는, 결과적인 출력물(Id.)은 유동성이고 그리고/또는 펼침(spreading)에 의해 용이하게 적용된다. 결과적인 출력물은 또한, 예를 들어 압축된 조직 형태로 제공될 수 있거나, 압축된 세포 물질로 제공되도록 추가로 회전될 수 있다.
본원에 규정된 바와 같은 TP는 다양한 유체 분배 디바이스, 가장 특별하게는 제어된 용적을 용이하게 계량하기에 익숙하고 유용한 주사기로부터 가장 효율적으로 전달될 수 있다. 목표 입자 크기는 표준 루어 커넥터의 루멘을 통해 유체 조성물로서 자유롭게 통과할 것이다. 팁은, 예를 들어 표준 루어 나사산에 의해, 어플리케이터에 교환 가능하게 부착될 수 있다. 다양한 교환 가능한 어플리케이터 팁은 주어진 처치에 대한 외과의의 옵션에 따라 특정 적용에 가장 적절한 선택을 위해 분배 키트 내에 포함될 수 있다. 크림, 페이스트 또는 유체 형태에서, TP, 예를 들어 FTSGP는 다양한 선택된 팁 유형의 어플리케이터 팁을 통해 주사기로부터 분배될 수 있다. 팁은 넓은 영역에 걸쳐 펼치도록 좁은/긴 팬형 출구 오리피스를 가질 수 있다. 그러한 팬형 팁은 가요성의 낮은 듀로미터(durometer) 실리콘 또는 열가소성 엘라스토머로 구성될 수 있고, 얇은 가요성 에지를 가질 수 있어서, TP를 크고 불규칙한 상처 표면, 예를 들어 화상부에 걸쳐 부드럽고 균일하게 펼치기에 유용할 수 있다.
조밀 형태에서, 본 발명의 TP는, 예를 들어 스패튤라에 의해, 영역에 걸쳐 또는 틈새 내로 펼쳐지거나 적용될 수 있다. 조밀 형태에서, TP, 예를 들어 연골 입자(CP)는 예를 들어 연골 결함에 대한 필러로서 사용될 수 있다. 이와 같이, 본원에 규정된 바와 같은 CP 또는 다른 조직 입자와 같은 TP는, 예를 들어 결합제로서, 피브린 아교(fibrin glue), 자가 혈소판 풍부 혈장, 성장 인자 또는 다른 FDA 승인 물질과 혼합될 수 있다. 연골 또는 기관 TP는 또한 내시경 주사기 부착부를 통해 전달될 수 있다.
유체, 크림 또는 용액 형태에서, 부분층 진피 피부 이식편 입자는 대안적으로, 피하 적용을 위해, 예를 들어 미용상 결함을 충전하기 위해, 주사기로부터 가요성 캐뉼라 또는 바늘을 통해 분배될 수 있다. 설명된 바와 같은 다양한 TP를 전달하기 위해, 루멘은 예를 들어 22 내지 18 게이지, 또는 가장 특별하게는 22 또는 21 게이지의 범위일 수 있다.
고용해성 형태에서, 그러한 경우에 본원에 설명된 바와 같이 보다 작은 다양성을 가질 수 있는 TP는 넓은 영역에 걸쳐 분무될 수 있다. 화상 또는 열린 상처에 사용하기 위한 TP의 경우에, 상처 부위를 촉촉하고 감염으로부터 보호된 상태로 유지하면서 적용된 TP가 이동하는 것을 방지하기 위해 비접착성의 외과적 상처 드레싱이 사용될 수 있다. 그러한 상업적으로 입수 가능한 드레싱은, 예를 들어 상업적으로 입수 가능한 Drawtex, Sofsorb, Kalginate 또는 Aquasorb 드레싱을 포함한다.
시스템 방법론
디바이스의 시스템은 체계적인 순서로 프로세스를 수행하도록 설명된다. 작동 시에 시스템 진행을 나타내는 도 24를 추가로 참조하면, 시스템 및 프로세스는, 1) 처리 디바이스(950)가 조직을 도입하여 용액 내의 조직 입자로 파쇄하는 데 사용되는 것; 2) 다음에 분리 디바이스가 용액에 현탁된 파쇄된 조직을 분배하기 위해 우세한 용액으로부터 분리하는 것; 및 3) 다음에, 어플리케이터 디바이스(952)가 수집된 파쇄 조직을 외과적으로 분배하고 적용하는 데 사용되는 것을 포함한다. 지금까지, 원하는 결과를 달성하기 위해 3-단계 프로세스를 수행하기 위한 비제한적인 세부사항을 이용하는 몇 개의 대안적으로 구성된 디바이스 및 방법이 설명되었다.
처리기 디바이스는 다양한 유형의 분리 디바이스와 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 분리 디바이스는, 도 15a 내지 도 15e, 도 16 및 도 19에 설명된 바와 같이 조직 입자를 분리하기 위해 용액이 유동하는 필터 튜브를 포함하는 디바이스; 또는 도 17에 설명된 바와 같이 조직 입자를 분리하기 위해 챔버 내에서 사이클론 작용을 이용하는 분리 디바이스; 또는 도 18에 설명된 바와 같이 챔버 내에서 월풀 작용을 사용하는 디바이스; 또는 도 23에 설명된 바와 같이 원심분리기로서 수행하는 디바이스의 형태를 취할 수 있거나; 또는 조직 입자가 스크린(도시되지 않음)을 통해 우세한 용액을 걸러냄으로써 간단히 분리될 수 있거나; 또는 침전된 조직 입자가 표준 주사기를 사용하여 용액으로부터 흡인될 수 있거나; 또는 우세한 용액으로부터 용액 내의 조직 입자를 분리하기 위해 임의의 수의 다른 방법이 고려될 수 있다.
처리기 디바이스는 또한 다양한 유형의 어플리케이터 디바이스와 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 어플리케이터 디바이스는 표준 주사기일 수 있거나; 또는 분리 디바이스는 도 15a 내지 도 15e 또는 도 19에 설명된 바와 같은 어플리케이터로서 사용하도록 추가로 배치될 수 있거나; 또는 주걱을 사용하여 조직 미립자를 수동으로 적용하기 위해 스패튤라가 사용될 수 있거나; 또는 액체 현탁액 내의 조직 미립자가 큰 상처 영역에 분무될 수 있거나; 또는 제어된 방식으로 조직 미립자를 전달 및 적용하기 위해 임의의 수의 다른 방법이 이용될 수 있다.
FTSG 프로세스 검증 연구
인간 복부 성형술로부터 채취된 전층 피부 이식편(FTSG)이 본원에 개시된 방법에 따라, 그리고 본원에 개시된 장치 및 시스템을 사용하여 준비되었다.
기록된 다양한 크기의 채취된 샘플 FTSG 각각은 배플이 없는 도 1 내지 도 4 및 배플을 갖는 도 20 및 도 21에 일반적으로 설명된 바와 같이 모델링된 제작된 실험 테스트 장치 내로 별도로 그리고 개별적으로 배치되었다. 처리 디바이스는 얼음 조각으로 사전 냉각된 35 ㎖의 완충 식염수 용액으로 충전되었다. 다음에, FTSG는 70 ℉의 주변 실온에서 분 단위로 타이밍되는 증분 단계 지속시간 동안에 약 550 rpm의 슬라이싱 속도로 샘플을 처리함으로써 파쇄되었다. 이전 테스트에서는 각 샘플을 처리하는 경과 시간에 걸쳐 냉각된 완충 식염수의 온도 상승이 미미한 것으로 입증되었다.
파쇄된 조직 샘플은 세포 생존력을 결정하도록 정량적으로 평가되었다. 용액에 현탁된 처리된 FTSGP가 주사기를 사용하여 0.5 ㎖ 분취량으로 이송되었다. 분취량은 조각 얼음 용기에서 냉각 상태로 유지되었다. 샘플은 원심분리기에서 700 RPM으로 5 분 동안 회전된 후에 상층액(supernatant)을 제거했다. 정량적 세포 생존력 분석이 표준 트리판 블루 테스트 프로토콜을 사용하여 수행되어, 착색하여 보라색의 파열된 죽은 세포에 대한 살아있는 세포를 계수했다. 도 25로서 포함된 표는 - 다수의 예시적인 샘플 로트 및 처리 파라미터 및 처리 지속시간에 걸쳐 - 일관되게 87% 내지 98% 범위에 있는 매우 생존 가능한 세포 생존력 테스트 결과를 문서화하며, 샘플의 샘플링은 하기에서 설명된다.
추가적인 MTT 테스트는 데이터 신뢰성을 일관되게 확인하기 위해 유사한 정량적 결과를 산출했다. 파쇄된 조직 입자는 또한 정성적으로 평가되었다. 용액에 현탁된 결과적인 파쇄된 조직 입자는 처리기로부터 캐뉼라를 통해 주사기 내로 흡입되고 페트리 디쉬(petri dish)로 배출되어, 미터 자 옆에 얕은 풀(pool) 또는 퍼들(puddle)을 형성하였다. 테스트 샘플 번호로 각각 식별되는 파쇄된 FTSGP의 사진이 상대적인 파쇄 크기 및 입자 외관을 시각적으로 및 정성적으로 문서화하도록 본원에 나타나 있다. 이미지에서 분명한 바와 같이, 조직 입자 크기는 각 샘플 내에서 비교적 일정하다. 최대 입자 크기는 처리 시간의 총 지속시간이 길어짐에 따라 점차 작아졌다.
예시적인 파쇄 연구에서, 각각 약 12 ㎜ x 6 ㎜ x 4 ㎜ 두께인 전층 피부 이식편의 10 개 부분(FTSG)은 35 ㎖의 완충 용액을 수용하는 배플이 없는 처리기에서 약 550 RPM으로 회전하는 블레이드에 의해 파쇄되었다. 도 26a(테스트 1b)는 4 분의 처리 후에 처리기로부터 흡인된 유체 현탁액 내의 파쇄된 FTSGP의 샘플을 나타낸다. 용액 내의 FTSGP는 개별 입자를 시각화하기 위해 페트리 디쉬에 얕은 풀을 형성하도록 이송된다. 개별 입자의 최대 크기는 일반적으로 임의의 축에서 약 1.5 내지 2.0 ㎜ 이하인 것으로 나타난다. 대부분의 입자 크기는 1 ㎜ 미만으로 나타난다. 도 26은 추가 3 분 후에, 총 7 분 후에 흡인된 후속 샘플을 도시한다. 제2 샘플은 입자가 보다 밀집된 것으로 나타나며, 전형적인 최대 입자 크기는 폭이 1.5 ㎜ 이하로 감소된 것으로 나타난다.
여전히 동일한 환자 조직을 사용하는 다음의 예시적인 파쇄 연구에서, 처리 챔버는 3 개의 배플 및 FTSG의 (10 개에 비해) 4 개 부분을 포함했다. 샘플은 또한 35 ㎖ 완충액 및 550 RPM으로 처리되었다. 도 27에 도시된 바와 같이, 3 분 동안 처리된 후에, 결과적인 파쇄된 FTSGP는 4 분 후의 이전 샘플과 유사한 크기 및 입자 밀도를 가졌다.
여기에 포함되지 않은 다른 연구에서, 유사하게 파쇄된 FTSGP가 22 게이지 바늘을 통해 주입 가능한 것으로 입증되었다. 본원에 사용되는 바와 같은 용어 "주입 가능한"은 주사기를 통한 분배를 포함하는 것을 의미하며, 신체 내로만 주입되는 것에 제한되지 않고, 상처와 같은 신체 상에 분배하는 것도 포함한다.
다음의 예시적인 파쇄 연구(테스트 4a)에서 - 다시 동일한 환자 조직 및 처리 디바이스 및 프로세스 파라미터를 사용함 -, 약 2 ㎝ x 3 ㎝ 크기의 조직의 다수의 보다 큰 부분이 처리기 내로 삽입되고 4 분 동안 파쇄되었다. 도 28a는 처리 이전의 FTSG의 일부를 확대한 것으로서, 단면도는 대체로 백색의 진피의 두꺼운 층(진피 유두, 줄기 세포가 풍부한 모낭, 땀샘, 모세혈관, 감각 신경 섬유, 피지샘 및 다른 진피 성분을 포함함 - 모두가 풍부한 콜라겐 섬유 및 결합 조직 내에 수용됨) 위에 표피 조직의 얇은 층(전형적으로, 유색의 각질층, 투명층, 과립층, 세포가 밀집된 유극층, 및 기저층을 포함함)을 드러내고 있다.
도 28b(여전히 테스트 4a)는 처리기 챔버 내에 수용된 35 ㎖의 완충 용액에 현탁된 파쇄된 입자의 결과적인 조밀한 혼합물을 도시한다. 도 28c는 페트리 디쉬에 제공되는 밀집된 조직 입자 용액의 확대도를 도시한다. 도 28d는 혼합물이 사전 처리된 조직의 단면도에서 보아 예상한 대로 비례적으로 변하는 상이한 양의 표피(유색) 대 진피(대체로 백색)를 함유하는 것을 가리키도록 주석이 달려 있는, 처리된 FTSGP의 확대도를 도시한다. 또한, 표피 조직(세포 구조가 보다 밀집됨)은 보다 섬유질의 진피 조직에 비해 더 날카롭게 슬라이싱되는 것으로 나타난다. 표피 및 진피 조직 입자는 혼합물 전체에 걸쳐 다소 일관되게 분포되는 것으로 나타난다.
도 29a는 도 28a 내지 도 28d와 동일한 디바이스 및 동일한 프로세스 파라미터를 사용하지만, 상이한 날짜에, 그리고 상이한 환자로부터의 복부 성형술 유래 조직을 사용하여 처리되었다. 전체적으로, 이들 연구는 정성적 외관 및 입자 크기에 대해 일관된 FTSGP 출력을 달성할 뿐만 아니라 일관되게 높은 정량적 세포 생존력을 달성할 수 있는 반복 가능한 프로세스를 보여준다.
약 2.5 ㎝ x 4.5 ㎝의 크기를 갖는 FTSG의 유사한 크기의(약간 더 큰) 단일 부분은 4 분 동안 파쇄된 후에 도 29a의 사진을 촬영하였다(상이한 샘플 테스트 1b). 다음에, 도 29b(샘플 테스트 1c)는 추가 3 분 동안, 총 7 분 동안 파쇄되었다. 그리고, 도 29c(샘플 1d)는 추가 3 분 동안, 총 10 분 동안 파쇄되었다. 개별 입자 크기를 보다 잘 시각화하기 위해 결과적인 FTSGP의 작은 얕은 퍼들만이 이러한 이미지 각각에 나타나 있다. 이러한 연구를 위해 처리된 FTSGP의 전체 용적은 도 28a 내지 도 28d에 대한 이전 연구에서와 같이 밀집된 것으로 나타났다.
도 25의 표 데이터는 도 26a 및 도 26b, 도 27 및 도 29a 내지 도 29e에 포함된 예시적인 테스트 샘플에 대해 문서화된 FTSGP 혼합물 각각에 대한 상대적 구성 및 반복 가능한 세포 생존력 출력을 보여준다.
상기의 도 29c(테스트 1d)에 도시된 FTSGP 및 후속 샘플(테스트 2b)은 700 RPM으로 4 분 동안 15 ㎖ 분취량으로 추가로 원심분리되었다. 도 29d에 도시된 결과적인 조직 형태는 도 29e에 보여진 바와 같이 주사기를 통해 분배될 수 있는 미세한 페이스트형 혼합물을 달성하는 능력을 보여준다. 그러한 FTSGP 조직 형태는 예를 들어 광범위한 상처 표면에 용이하게 적용 및 분산될 수 있다.
관절 연골 프로세스 검증 연구
관절 연골은 2.5 ㎜ 링 큐렛(ring curette)을 사용하여 소 무릎 관절구의 주변 에지로부터 채취된 후에, 본원에 개시된 방법에 따라, 그리고 본원에 개시된 디바이스 및 시스템을 사용하여 파쇄되었다.
도 30a에 도시된 채취된 연골 부분(1/16/17의 테스트 4a)은 대략적인 크기가 약 1.0 내지 2.2 ㎝ 길이, 2 내지 2.5 ㎜ 폭 및 0.75 내지 1.2 ㎜ 두께의 범위에 있었다. 연골의 부분은 배플이 없는 도 1 내지 도 4에서 이전에 설명된 바와 같은 장치 내의 35 ㎖의 완충 식염수 용액 내로 한 번에 3 개 내지 4 개씩 삽입되고, 슬라이싱 블레이드는 파쇄 메커니즘 내에서 약 550 RPM으로 회전하였다. 연골 조직 이식편은 실온에서 총 15 분의 지속시간 동안 파쇄되었다.
결과적인 연골 파쇄물이 도 30b에 도시되어 있으며, 이는 전층 피부 이식편 조직을 유사하게 처리하기 위해 본원에 설명된 바와 같은 프로세스에 의해 디바이스 내에서 관절 연골을 미세하게 파쇄하는 능력을 보여준다.
본 발명의 추가 세부사항은 도 31 내지 도 38과 관련하여 이하에서 도시되고 설명된다. 이러한 세부사항은 기술 이점 및 구성요소, 요구사항 및 이익, 기술 절차, 조직 유형 및 준비, 프로세스, 가변적인 조직 입자 크기, 조직 분배 옵션, 임상 적응증 및 개발 상태를 포함한다.
본 발명은 상당한 비충족 요구를 충족시키는 것으로 고려된다. 전층 피부 이식편은 만성 상처 및 화상에 대한 최적 표준이지만, 피부종(dermatomas)이 치유되지 않는 공여 부위를 생성하고 처치가 전형적으로 수술실에서 실행되어야 하기 때문에 거의 사용되지 않는다.
본 발명은 치유를 위한 기존의 공여 부위를 남기지 않고 신속하게 전층 피부 이식편을 생성할 수 있다.
본 발명은 또한 상처의 해부학적 구조에 맞게 적용되도록 맞춤화될 수 있으며, 진료소 처치로서 실행될 수 있다. 본 발명의 결과적인 프로세스 및 이에 의해 생성된 이식편은 처리가 빠르고, 최소 침습성이고, 방부성이고, 우수한 생존력을 제공하며, 상처 치유를 위한 비용 효과적인 해결책이다. 본 발명의 시스템, 장비 및 프로세스는 파쇄된 TP의 준비 및 조직을 유지하는 데 도움이 되는 pH를 갖는 유체의 형성, 및 상처, 미용성형 또는 성형 수술 영역, 내부 기관 영역 등일 수 있는 치료하고자 하는 영역 상으로/내로 TP의 분배를 포함하여, 병상에서 수행될 수 있다.
도 31에 도시된 바와 같이, 처리 디바이스(950), 어플리케이터(952) 및 재사용 가능한 장비(954)를 포함하는 본 발명의 디바이스의 사용은 원래 조직 구조의 보유, 높은 조직/세포 생존력(90% 내지 95% ) 및 조직 입자 크기를 변경하는 능력을 허용한다. 또한 스프레드 페이스트(spread paste), 스프레이(spray) 및 주사제와 같은 다용도의 분배 방법이 사용될 수 있다. 이들은 모두 진료소내 처치에 대해 허용 가능하며, 약 20 분 이내, 바람직하게는 약 10 분 이내에 완료될 수 있다. 또한, 본 발명은 피부, 연골 및 기관과 같은 다수의 조직 유형의 처리를 허용한다.
도 32를 참조하면, 완전한 전체 처치가 30 분 이내에 완료된다. 처치가 빠른 치유, 낮은 통증 레벨, 빠른 채취 및 처리, 봉합 폐쇄된 공여 부위를 제공하므로, 준비(955)가 개선된다. 파쇄된 TP를 형성하기 위한 처리(956)는 약 10 분이 걸리지 않는 폐쇄된 살균 시스템에서 수행된다. 프로세스는 자동화되고, 가변적인 입자 크기를 수용할 수 있으며, 높은 세포 생존력(90%+, 예컨대 99%)을 얻을 수 있다. 적용(957)은 불규칙한 표면에 대해, 그리고 가변적인 상처 크기에 따라 선택 가능한 팁에 의해 실행될 수 있다. 또한, 적용은 주입 가능할 수 있다. 본 발명의 파쇄된 TP는 바람직하게는 일단 의도된 크기로 파쇄되면 생존력을 유지하기에 적합한 pH에서 준비된다. 고도로 생존 가능한 파쇄 TP를 함유하는 유체는 치료될 영역 상으로 또는 영역 내로 통상적인 주사기를 사용하여 분배될 수 있다. 파쇄된 TP가 내부에 현탁된 유체는 상처, 또는 신체 관절과 같은 치료가 필요한 신체의 다른 영역, 성형 수술 적용 또는 미용성형 적용, 또는 조직의 건강 및/또는 환자의 전반적인 외관 및 건강을 향상시키기 위한 다른 사용 영역에 적용될 수 있다.
이제 도 33을 참조하면, 전층 피부 이식편(FTSG)과 연골 이식편(CG)을 모두 사용하는 준비 프로세스가 도시되어 있다.
도 34는 1 ㎜ 주사기로부터 분배된 용액 내의 파쇄된 복부 성형 조직에 대한 기본 3-단계 프로세스를 도시한다. 이것은 도입(958), 파쇄(공여 부위 조직을 입자로 절단)(959) 및 분배(961)를 포함한다.
도 35는 본 발명의 프로세스에 의해, 그리고 본원에 논의된 디바이스 및 시스템을 사용하여 형성될 수 있는, 세포 및 세포외 성분을 함유하는 전층 피부 이식편 입자(FTSG)(파쇄물로도 지칭됨)의 가변적인 조직 입자 크기를 도시한다.
도 36은 팬 팁 와이퍼(fan-tip wiper)(981)를 사용하는 펼침(980); 캐뉼라(983)를 사용하는 페이스트(982); 노즐(985)을 사용하는 스프레이(984) 및 바늘(987)을 사용하는 주사제(986)를 포함하는 다양한 분배 팁 옵션 및 디바이스를 도시하며, 이들 모두는 적절한 어플리케이터 디바이스(952)로부터 나온다.
도 37은 적절한 팁 선택을 갖는 주입 디바이스를 사용하는 상처 치유(990), 피부 마취 주사제(991) 및 연골 수복(992)을 포함하는 임상 적응증의 비제한적인 예를 도시한다.
도 38은 소의 무릎 관절 연골의 파쇄된 조직뿐만 아니라 본 발명의 프로세스를 사용하여 형성된 복부 성형으로부터의 파쇄된 조직을 보여준다. 이들 파쇄된 연골 및 피부 미립자(입자)는 본원에 설명된 임의의 분배 디바이스를 사용하여 환자에게 분배될 수 있다. 이러한 결과는 표준 트리판 및 MTT 테스트 프로토콜을 사용하여 87% 내지 98%의 세포 생존력을 갖는 것으로 반복적으로 검증되었다.
상기에 제시된 설명 및 도면은 단지 예로서 의도된 것이며, 하기의 청구범위에 기재된 것을 제외하고는 어떠한 방식으로도 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 당업자는 다수의 다른 방식으로 전술한 다양한 예시적인 실시예의 요소의 다양한 기술적 양태를 용이하게 결합할 수 있으며, 이들 모두는 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주된다는 점이 특히 주목된다.

Claims (51)

  1. 액체 배지에 존재하는 복수의 기계적으로 슬라이싱(slicing)된 조직 파쇄물(TP)을 포함하는 조직 조성물에 있어서,
    파쇄 직후의 조직 또는 피부 세포의 세포 생존력은 적어도 약 50%인 것인 조직 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조직 파쇄물은 자연적으로 상호 연결된 세포 및 세포외 기질 물질로 구성되는 것인 조직 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 조직 또는 특히 TP는 조직 성분을 포함하는 것인 조직 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 TP 내의 조직 또는 피부 세포의 적어도 75%는 처리 직후에 생존 가능한 것인 조직 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 TP 내의 조직 또는 피부 세포의 적어도 약 90%는 처리 후에 생존 가능한 것인 조직 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 TP는 수용액에 현탁되는 것인 조직 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 TP는 전층 피부 이식편(FTSG), 분할 피부 이식편(SSG), 연골 이식편(CG) 및 다른 기관 이식편 조직으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 채취된 조직으로부터 형성된 조직 입자인 것인 조직 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 TP 또는 FTSGP는 최대 치수에 걸쳐 측정될 때 약 150 μ 내지 1500 μ(0.25 ㎜ 내지 1.50 ㎜)의 평균 크기를 갖는 것인 조직 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    FTSGP는 최대 치수에 걸쳐 측정될 때 약 350 μ 내지 1250 μ(0.35 ㎜ 내지 1.25 ㎜)의 평균 크기를 갖는 것인 조직 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    FTSGP는 최대 치수에 걸쳐 측정될 때 약 250 μ 내지 약 1000 μ, 바람직하게는 약 400 μ 내지 약 750 μ의 평균 크기를 갖는 것인 조직 조성물.
  11. 제2항에 있어서,
    조직 파쇄물의 최대 치수에 걸쳐 측정할 때 달성된 공칭 평균 크기는, 특정한 외과적 이식 목적을 위해 요구되는 기계적 처리의 지속시간 및/또는 속도에 따라 제어 가능하게 변경될 수 있는 것인 조직 조성물.
  12. 제1항에 있어서,
    FTSGP는 액체 배지에서 상기 FTSG를 미립자로 비외상적으로 슬라이싱함으로써 형성되는 것인 조직 조성물.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 액체 배지는 생물학적 친수성 용액인 것인 조직 조성물.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 액체 배지는 친유성 배지인 것인 조직 조성물.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 액체는 용액, 에멀젼, 현탁액 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것인 조직 조성물.
  16. 제2항에 있어서,
    상기 세포외 기질 물질은 진피 세포외 기질의 모든 성분을 포함하는 것인 조직 조성물.
  17. 기관 조직을 처리하기 위한 디바이스에 있어서,
    a) 유체를 수용하고 상기 기관 조직을 받아들이기 위한 용기;
    b) 상기 용기 내에서 병치 상태로 지지된 한 쌍의 절단 디바이스로서, 상기 절단 디바이스 중 적어도 하나는 다른 절단 디바이스에 대해 이동 가능하여 이들 절단 디바이스 사이에서 기관 조직을 절단하는 것인, 한 쌍의 절단 디바이스;
    c) 상기 병치된 절단 디바이스를 통한 상기 유체 및 기관 조직의 반복적인 유동을 유발하는 교반 디바이스로서, 상기 교반 디바이스는, 상기 이동 가능한 절단 디바이스 중 적어도 하나와 협력하여 이동하고 상기 병치된 절단 디바이스를 통해 상기 유체 및 기관 조직을 반복적으로 이동시켜서 상기 기관 조직을 반복적으로 절단할 수 있게 하는 것인, 교반 디바이스
    를 포함하는 처리 디바이스.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 이동 가능한 절단 디바이스 중 적어도 하나는 다른 절단 디바이스에 인접하는 것인 처리 디바이스.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 이동 가능한 절단 디바이스는 상기 교반 디바이스와 함께 이동하도록 상기 교반 디바이스에 장착되거나 상기 교반 디바이스와 통합되는 것인 처리 디바이스.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 병치된 절단 디바이스 중 적어도 하나는 고정되는 것인 처리 디바이스.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 병치된 절단 디바이스 각각은 복수의 이격된 절단 블레이드를 포함하는 것인 처리 디바이스.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 교반 디바이스는 상기 병치된 절단 디바이스를 통한 상기 유체 및 기관 조직의 순환 유동을 유발하는 것인 처리 디바이스.
  23. 제17항에 있어서,
    상기 교반 디바이스는 상기 병치된 절단 블레이드 사이의 공간을 통한 상기 유체 및 상기 기관 조직의 와류 운동을 반복적으로 생성하는 것인 처리 디바이스.
  24. 제17항에 있어서,
    상기 교반 디바이스는 상기 병치된 절단 블레이드를 통한 상기 유체 및 상기 기관 조직의 순환 유동을 반복적으로 유발하기 위한 임펠러를 포함하는 것인 처리 디바이스.
  25. 제17항에 있어서,
    상기 교반 디바이스 및 상기 이동 가능한 블레이드는 축을 중심으로 회전 방향으로 이동 가능한 것인 처리 디바이스.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 임펠러는 상기 액체 및 상기 기관 조직의 연속적인 순환 이동을 유발하기 위해 상기 축을 따른 곡면을 갖는 것인 처리 디바이스.
  27. 제17항에 있어서,
    상기 절단 디바이스 중 적어도 하나는, 각진 공간을 사이에 두고 반경방향으로 배열된 복수의 블레이드를 포함하는 것인 처리 디바이스.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 절단 디바이스 중 다른 하나는, 각진 공간을 사이에 두고 반경방향으로 배열된 복수의 블레이드를 포함하는 것인 처리 디바이스.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 이동 가능한 절단 디바이스의 블레이드 에지들 사이의 상기 각진 공간은, 상기 병치된 절단 디바이스의 상기 블레이드의 상기 각진 공간과 상이한 것인 처리 디바이스.
  30. 제17항에 있어서,
    상기 용기는 상기 유체 및 상기 기관 조직을 받아들이기 위한 개구를 포함하는 것인 처리 디바이스.
  31. 제17항에 있어서,
    상기 절단 디바이스들은 공통 전단 평면을 따라 물리적으로 접촉하는 것인 처리 디바이스.
  32. 제17항에 있어서,
    상기 용기는 상기 유체 및 절단된 기관 조직을 배출하기 위한 출구를 포함하는 것인 처리 디바이스.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 배출된 유체 및 상기 절단된 기관 조직을 받아들이기 위해 상기 출구와 유체 연통하는 분배 디바이스
    를 더 포함하는 처리 디바이스.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 분배 디바이스는 주사기인 것인 처리 디바이스.
  35. 처리된 기관 조직을 미립자 형태로 형성하기 위한 방법에 있어서,
    한 쌍의 절단 디바이스를 병치 상태로 지지하는 용기를 제공하는 단계;
    유체 및 기관 조직을 상기 용기 내에 배치하는 단계;
    상기 기관 조직을 절단하기 위해 상기 절단 디바이스 중 적어도 하나를 이동시키는 단계;
    상기 기관 조직을 점진적으로 더 작은 미립자로 반복적으로 절단하기 위해 상기 절단 디바이스를 통해 상기 유체 및 상기 기관 조직을 연속적으로 이동시키기 위한 교반 디바이스를 제공하는 단계
    를 포함하는 방법.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 유체를 이동시키기 위한 교반 디바이스는 임펠러인 것인 방법.
  37. 제35항에 있어서,
    상기 병치된 절단 디바이스 중 다른 하나를 고정 위치에 유지하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 이동 가능한 절단 디바이스와 함께 이동하도록 상기 임펠러를 상기 이동 가능한 절단 디바이스에 장착하거나 상기 이동 가능한 절단 디바이스와 통합하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 임펠러 및 상기 절단 디바이스의 상기 이동은 회전 이동인 것인 방법.
  40. 제35항에 있어서,
    상기 용기는 출구를 포함하고,
    상기 방법은 상기 출구를 통해 상기 유체 및 상기 절단된 기관 조직을 배출하는 단계를 더 포함하는 방법.
  41. 제40항에 있어서,
    상기 출구와 유체 연통하는 분배 디바이스를 제공하는 단계;
    상기 유체 및 상기 절단된 기관 조직을 상기 분배 디바이스 내로 배출하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  42. 복수의 전층 피부 이식편 미립자(FTSGP)에 있어서, 전층 피부 이식편 미립자는,
    한 쌍의 절단 디바이스를 병치 상태로 지지하는 용기를 제공하는 단계;
    유체 및 FTSG 조직을 상기 용기 내에 배치하는 단계;
    상기 FTSG 조직을 절단하기 위해 상기 절단 디바이스 중 적어도 하나를 이동시키는 단계;
    상기 기관 조직을 점진적으로 더 작은 FTSGP로 반복적으로 절단하기 위해 상기 절단 디바이스를 통해 상기 유체 및 상기 기관 조직을 연속적으로 이동시키기 위한 교반 디바이스를 제공하는 단계
    를 포함하는 프로세스에 의해 제조되는 것인 전층 피부 이식편 미립자.
  43. 제42항에 있어서,
    수성 현탁액 내에 있는 것인 생성물.
  44. 제42항에 있어서,
    복수의 TP의 대부분이 처리 동안 및 처리 직후에 생존 가능한 것인 생성물.
  45. 제42항에 있어서,
    상기 FTSGP는 최대 치수에 걸쳐 측정될 때 약 500 μ 내지 약 1000 μ의 평균 크기를 갖는 것인 생성물.
  46. 제45항에 있어서,
    FTSGP는 유체 배지에서 비외상적으로 슬라이싱함으로써 형성되는 것인 생성물.
  47. 제46항에 있어서,
    상기 액체 배지는 친수성 배지인 것인 생성물.
  48. 제44항에 있어서,
    상기 액체 배지는 친유성 배지인 것인 생성물.
  49. 제31항에 있어서,
    상기 이동 가능한 절단 디바이스는 블레이드 에지를 포함하는 것인 처리 디바이스.
  50. 제49항에 있어서,
    상기 이동 가능한 절단 디바이스의 상기 블레이드 에지는 이중 경사 에지인 것인 처리 디바이스.
  51. 제49항에 있어서,
    상기 이동 가능한 절단 디바이스의 상기 블레이드 에지는 공통 전단 평면에서 상기 다른 절단 디바이스와 실질적으로 동일 평면상에 있도록 설계된 평탄한 범위를 갖는 것인 처리 디바이스.
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