[发明专利]快速制备和使用工程化组织和支架作为个体的植入物

说明书

发明领域

本发明涉及方法、技术装置和组合物以实现短期加工而用于制造支架形式的“灵活”植入物或移植物，所述植入物或移植物可用于治疗或愈合人或动物体中心或周边位置中各种组织和器官的损伤和创伤。本发明特别涉及介由干细胞和不同的特定组织和器官修复促进因子进行的组织再生，所述修复促进因子活化所述内源或外源干细胞以分化为特定的组织细胞，从而重构被损伤破坏的细胞的原始微环境。本发明还涉及加工的时间尺度，其如此之短以至于包括干细胞的制备及干细胞整合、干细胞的活化和定型可以在数分钟内完成。取决于缺陷的尺寸，将加入干细胞用于大的缺陷，但其在较小的缺陷中也在局部被充分地募集。可能结合两种细胞募集的选择以确保数周时期内身体内持续的再生，直到引起组织形态和功能的完全恢复。特别地，本发明涉及新的方法，其能够启动卓越的干细胞制备过程，所述过程如此之短以至于其适用于几秒至数分钟的时间范围。

本方法是基于体外引发小生境形成的概念，所述小生境的形成允许干细胞被引导用于离体/体内和原位重构而无需任何体外增殖或延长的培养过程。此新方法允许在完成体外过程后，产生将自发重构为所选择的靶组织的模板。本发明针对几乎所有种类的人或动物组织。

本发明最后还涉及组合物和制剂、或以所述组合物涂覆的支架，所述组合物或制剂包含(i)干细胞制备物，(ii)促红细胞生成素(EPO)和(ii)促进干细胞分化的因子，(iv)增加干细胞可获得性的因子，和任选地(v)通常存在于局部创伤环境中的因子。

本发明可用于快速和安全地制备个体工程化的移植体、移植物或植入物(优选是支架形式的)，用于快速、高质量和经济的组织再生。

发明背景

植入物的组织工程化就保持无菌性而言是长而有风险的过程，这意味着从供体获得细胞，将细胞转移到实验室，和操作这些细胞以启动增殖和/或分化。在增殖期后，经常通过例如胰蛋白酶消化将细胞从临时的附着基质上除去，然后将其转移到支架上，并再在此支架上培养。因而，此过程需要的经常不只是数天，而是数周才有效。

快速和正确地制造复合3D移植体是目前本领域中未知的。这是基础性的并且确实与现有的教导矛盾，现有的教导着重于下述细胞技术：其用于增殖和分化细胞以在体外引发定型并且通过随后将它们接种在支架上或使它们直接在这些支架上生长。预期那些细胞在体外分化。此过程经常需要平均至少1-2周或甚至更长。

第二类的教导使用下列方法：作为细胞疗法的形式将来自骨髓或血液或粗制骨髓的未分化干细胞手术中直接注射到组织中，所述组织包括例如心肌。对于修复脊髓损伤，细胞被培养用于增殖或者细胞来自特定的来源，例如鼻子或胚胎起源。后者具有进入转化或形成肿瘤的风险。源于鼻子的细胞代表相当有感染性的收获环境，并且在临床上不能作为通用的解决方案而使人信服。骨髓起源的细胞正在研究中。

另外的备选方案从新组织再生。预期局部的环境将最终帮助分化这些细胞。更仔细地检查接受环境，发现了所述细胞在被注射到心脏中后，不分化为例如心肌细胞。在这些情况中，完全没有报道肌肉细胞的形成。而是假设了来自经移植干细胞的分泌活性的相当积极的影响用于支持恢复。在此种研究中总体的效果仅仅是心脏功能4％的改善。这意味着这种微环境假说没有实现组织从新形成的目标，而只是具有辅助作用。

在另一个研究中，将经繁殖的MSC在体外繁殖后注射到去细胞的瓣膜支架中。在体外培养中，细胞经历选择过程，实现了选择具有显著的干细胞特征(更强的复制)和可引起降低的体外炎症的细胞。

至今还不清楚细胞因子在此情境中可能起什么作用。然而，现有技术中公知，体外的分子可被用于控制多能性及诱导分化和定型为特定的组织。

伤口愈合与炎症应答紧密相关。在外科手术植入人工气管后，局部愈合的速度和质量，存活和整合对于植入物摄入和植入的长期成功是关键的。

在炎症过程中，释放细胞因子，例如维持炎症应答的IL-6，IL-1和TNF。然而，炎症可以是双刃剑，如果由于植入支架的不充分重构使得炎症没有适时终止的话。

组织工程中的支架重构被设想为是相当未知的过程，而且其引发机制或者是含糊的，或者是临床上不可行的。常规地，细胞将被接种到所选择的材料上，而整合到此材料中是归因于理想的细胞增殖时间和迁移性渗透的过程。

根本地，炎症作为愈合的前提有积极的一面，对于生物植入工程而言，这需要被考虑。

现有技术没有提供关于下列的适当教导：移植植入物后控制微环境用于可持续的重构，移植后分化未分化的细胞和感应伤口区的干细胞，而且没有适当地教导体外增殖后经移植的细胞的分化以实现真正的无疤痕愈合。