利用细胞空间分布以调节组织生长的多层支架设计制造技术

一种多层支架装置，其包括腔体电纺层，所述腔体电纺层构造成提供合适的环境以在支架上诱导上皮形成；外部电纺层，所述外部电纺层位于所述腔体电纺层的径向外部并构造成诱导非上皮组织形成；以及至少一个中间层，所述中间层插入在所述腔体电纺层与所述外部电纺层之间，所述中间层构造成组织相应的上皮组织和所述非上皮组织的形成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用细胞空间分布以调节组织生长的多层支架设计相关申请本申请要求于2018年3月16日提交的美国临时专利申请62/644,318的优先权和权益，其全部公开内容通过引用合并于本文。
本公开内容涉及多层支架设计。更具体地，本公开内容涉及可用于调节管状器官例如食道中的组织生长的多层支架。
技术介绍
食道是连接咽和胃，供食物通过的管道。2016年，据估计有16910例新的食道癌病例，导致美国约15690人死亡。另外，先天缺陷(如食道闭锁)或胃食管反流疾病(如巴雷特食管)的并发症需要手术干预。食道癌通常需要通过食道切除术切除食道的受损部分。在手术过程中，切除患病组织，并使用胃、空肠或结肠来重建食道。食道闭锁也可能需要进行这样的手术。例如吻合口漏，心肺并发症和感染之类的疾病导致中位生存期为13到19个月。组织工程化的管状移植物可作为一种替代策略，因为它们可以代替切除的食道组织，从而恢复食道的完整性和连续性同时减少并发症的发生。食道由四个层组成：粘膜、粘膜下层、固有肌层和外膜。粘膜是一种非角质化的鳞状上皮，覆盖食道的内表面，其上皮产生粘液分泌物，有助于润滑摄入的食物。粘膜下层还含有腺体，这些腺体释放出重要的分泌物用于清除食道和提高组织对酸的抵抗力。由横纹肌和平滑肌组成的固有肌层可确保运动功能。平滑肌收缩和松弛(蠕动)的顺序将单次剂量和液体推入胃中。因此，要完全重建食道的结构和功能，应将重点放在实现细胞的空间组织上，以促进食道组织层的恢复。目前已经考虑了几种方法来形成组织工程化的食道。以前的研究使用胶原片、聚乙醇酸网和硅网。然而，这些研究集中于构建上皮层，并且缺乏食道的多组织分层结构。其他研究旨在通过结合上皮和平滑肌组织的培养片来构建复合混合组织，但是该方法不适合广泛的临床应用，因为它具有分层的风险。此外还考虑了多层食管支架，采用热诱导相分离(TIPS)技术或几种材料和技术的组合，以聚(L-丙交酯-己内酯)(PLLC)制成。然而，这些支架仅接种一种细胞类型，从而限制了多个组织层的再生能力。设计可容纳多个细胞群的单一支架具有挑战性。治疗管状器官(例如食道)的各种疾病可能需要切除受损部分。当前的护理标准要求用胃或肠代替食道。这种手术的死亡率和发病率很高。因此，需要使用替代导管。过去，已经有建议使用尸体衍生的管状结构。还建议使用由可以整合到正在发育的细胞材料中的可生物吸收的材料组成的材料。迄今为止，实现组织再生和器官再生的能力是有限的且困难的。希望提供一种可移除的结构，该结构可以被定位成靠近管状器官(例如食道)的吻合口或期望的目标区域并促进天然组织有组织地生长。
技术实现思路
本文公开了多层支架装置的实施方式，其包括腔体电纺层，所述腔体电纺层构造成提供合适的环境以在支架上诱导上皮形成；外部电纺层，所述外部电纺层位于所述腔体电纺层的径向外部并构造成诱导非上皮组织形成；以及至少一个中间层，所述中间层插入在所述腔体电纺层与所述外部电纺层之间，所述中间层构造成组织相应的上皮组织和所述非上皮组织的形成。附图说明结合附图并依据以下详细描述可以最好地理解本公开内容。需要强调的是，根据惯例，附图的各个特征未按比例绘制。相反，为了清楚起见，各个特征的尺寸被任意扩大或缩小。图1是其上接种有细胞的多层支架的实施方案的一部分的截面图；图2是本文公开的多层支架的实施方案的透视图；图3是图2的支架的截面的扫描电镜图(SEM)，放大比例尺为100μm；图4是如本文所公开构造的单层支架的截面的扫描电镜图(SEM)，其具有窄孔构型，放大比例尺为100μm；图5是如本文所公开构造的单层支架的截面的扫描电镜图(SEM)，其具有宽孔构型，放大比例尺为100μm；图6是来自图2的支架的腔体的代表性SEM图像，比例尺为20μm；图7是来自图2的支架的外部的代表性SEM图像，比例尺为20μm；图8是来自图4的支架的腔体的代表性SEM图像，比例尺为20μm；图9是来自图4的支架的外部的代表性SEM图像，比例尺为20μm；图10是来自图5的支架的腔体的代表性SEM图像，比例尺为20μm；图11是来自图5的支架的外部的代表性SEM图像，比例尺为20μm；图12是图2、图4和图5的支架的纤维直径的图示，量度以灰色表示腔体，白色表示外部(平均值+/-SEM，*ANOVAp<0.01)；图13是使用实验和理论方法从汞孔隙率法(灰色柱)和理论模型(白色柱)方法得到的电纺单层支架的平均孔径的图示。平均值±SEM。孔隙率法中的*ANOVAp<0.01。方法之间的*ANOVAp<0.01；图14是电纺支架的负载-延伸曲线的图示，其中平曲线对应于多层支架，而单层支架与虚线曲线相关联(短虚线是窄孔支架，长虚线是宽孔支架)；图15A是图4所示的实施例中SMC在一天和七天后的生存力评估的荧光图像；图15B是图4所示的实施例中SMC在一天和七天后的渗透力评估的荧光图像；图16A是图5所示的实施例中SMC在一天和七天后的生存力评估的荧光图像；图16B是图5所示的实施例中SMC在一天和七天后的渗透力评估的荧光图像；图17A是图4所示的实施例中MSC在一天和七天后的生存力评估的荧光图像；图17B是图4所示的实施例中SMC在一天和七天后的渗透力评估的荧光图像；图18A是图5所示的实施例中SMC在一天和七天后的生存力评估的荧光图像；图18B是图5所示的实施例中SMC在一天和七天后的渗透力评估的荧光图像；和图19是在一天和七天后活细胞占据的空间大小的图形表示。具体实施方式治疗各种管状器官疾病(例如食道疾病)可能需要切除受损的管状器官部分。当前的护理标准要求用胃或肠代替食道。这种手术的死亡率和发病率很高。因此，需要使用替代导管。允许食道组织再生的组织工程化方法将具有重要的临床应用意义。本公开内容提出了一种细胞接种的合成支架的实施方案，该支架可以用来替代切除的管状器官的一部分(例如患者的食道)，并诱导组织再生。本公开内容还提出了一种多层支架装置，其包括腔体电纺层，外部电纺层和至少一个中间层，该中间层插入在腔体层和外部电纺层之间，可以在该外部电纺层上接种细胞从而使得在腔体层上接种的细胞数与在该外部层上接种的细胞数不同。在所公开的方法和装置中，本文所公开的多层支架装置的各种实施方式可以接种合适的细胞材料以促进细胞集落的建立和生长，所述细胞集落可以粘附至多层支架的各个表面。如本文公开的细胞接种的支架可以代替食道或其他管状器官的切除部分。据发现，用如本文所公开的支架替换可出乎意料地诱导组织重新生长，生成功能性器官，例如食道。诱导的再生长包括两个组织层，据信这对所得管状器官的最终功能很重要，即再生器官腔体表面上的上皮和再生器官外表面上的肌肉层，得到具有两个组织层的生物工程化的管状器官(例如食道)。本文公开的多层支架装置10包括腔体电纺层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多层支架装置，其包括：/n腔体电纺层，所述腔体电纺层构造成提供合适的环境以在支架上诱导上皮形成；/n外部电纺层，所述外部电纺层位于所述腔体电纺层的径向外部并构造成诱导非上皮组织形成；以及/n至少一个中间层，所述中间层插入在所述腔体电纺层与所述外部电纺层之间，所述中间层构造成组织相应的上皮组织和所述非上皮组织的形成。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180316 US 62/644,3181.一种多层支架装置，其包括：
腔体电纺层，所述腔体电纺层构造成提供合适的环境以在支架上诱导上皮形成；
外部电纺层，所述外部电纺层位于所述腔体电纺层的径向外部并构造成诱导非上皮组织形成；以及
至少一个中间层，所述中间层插入在所述腔体电纺层与所述外部电纺层之间，所述中间层构造成组织相应的上皮组织和所述非上皮组织的形成。


2.根据权利要求1所述的多层支架，其中所述腔体电纺层包括至少一种细长的聚合物电纺纤维，所述至少一种细长的聚合物电纺纤维的纤维直径为1.0μm至25.0μm；所述至少一种细长的聚合物电纺纤维具有第一端，与所述第一端相对的第二端，以及位于所述第一端和所述第二端之间的中间区域；其中所述中间区域的取向使得在所述腔体电纺层中每平方毫米的所述中间区域上限定出不同位置之间的1000至100000000个接触点。


3.根据权利要求1所述的多层支架，其中所述腔体电纺层的所述至少一种聚合物细长电纺纤维的所述中间区域中每立方毫米具有多个接触点，并且在所述腔体电纺层中限定多个孔，所述孔的平均孔径大于10.0μm。


4.根据权利要求3所述的多层支架，其中存在于所述腔体电纺层中的孔的至少一部分为所述腔体层内的通孔。


5.根据权利要求4所述的多层支架，其中存在于所述腔体层中的孔的平均孔径在10.0μm至1000.0μm之间。


6.根据权利要求1所述的多层支架，其中所述外部电纺层包括至少一种细长的聚合物电纺纤维，所述至少一种细长的聚合物电纺纤维的纤维直径为1.0μm至25.0μm；所述至少一种细长的聚合物电纺纤维具有第一端，与所述第一端相对的第二端，以及位于所述第一端和所述第二端之间的中间区域；其中所述中间区域的取向使得在所述外部电纺层中每平方毫米的所述中间区域上限定出不同位置之间的1000至100000000个接触点。


7.根据权利要求1所述的多层支架，其中所述外部电纺层的所述至少一种聚合物细长电纺纤维的所述中间区域中每立方毫米具有多个接触点，并且在所述外部电纺层中限定多个孔，所述孔的平均孔径大于10.0μm。


8.根据权利要求7所述的多层支架，其中存在于所述外部电纺层中的孔的平均孔径在10.0μm至1000.0μm之间。


9.根据权利要求7所述的多层支架，其中插入在所述腔体电纺层与所述外部电纺层之间的所述至少一个中间层包括至少一种细长的聚合物电纺纤维，所述至少一种细长的聚合物电纺纤维的纤维直径为1.0μm至25.0μm；所述至少一种细长的聚合物电纺纤维具有第一端，与所述第一端相对的第二端，以及位于所述第一端和所述第二端之间的中间区域；其中所述细长的聚合物纤维的所述中间区域的取向使得在所述中间电纺层中每平方毫米的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢里夫·苏莱曼，蒙灵辉，胡顺福，
申请(专利权)人：博奥司时代有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US