[发明专利]用于制造组织工程用支架的组合物及其生产方法

说明书

与相关申请的交叉参考

本申请要求2009年5月15日提交的美国临时申请序列号61/178,697的优先权，该文献的内容因而通过引用的方式完整并入本文用于全部目的。

发明领域

本发明涉及组织工程领域，特别涉及支架，如可用于替换组织(如器官、骨或其部分)的水凝胶支架。

发明背景

组织工程技术通常要求使用临时支架作为初始细胞粘附和后续组织形成的三维模板。支架被身体代谢的能力允许该支架由新细胞逐步替换以形成有功能的组织。从而，支架设计是组织工程的最重要方面之一。

期望支架拥有用于组织工程中的以下特征：(i)允许细胞/组织生长和养分与代谢废物流动运输的三维多孔结构；(ii)以匹配体外和/或体内细胞/组织生长的可控降解与再吸收速率生物可降解或生物可吸收的；(iii)用于细胞粘附、增殖和分化的有益的表面化学；(iv)与植入部位处组织的那些机械特征匹配的机械特征；和(v)针对各种应用形成多种形状和大小的可加工性。

水凝胶已经显示作为组织工程用支架的巨大前景，原因在于它们的组织样含水量、良好的生物相容性和用于原位移植的注射可及性(injectable accessibility)。除了它们作为支架的用途外，水凝胶可以额外地用于细胞递送。通常，用水凝胶输送细胞由3个步骤组成：(i)将活细胞悬浮于水凝胶前体的水溶液中，(ii)注射该混合物至靶部位和(iii)触发交联过程(凝胶化)以原位形成三维凝胶基质。

然而，在使用水凝胶作为支架和细胞递送材料方面存在巨大挑战。例如，水凝胶具有低的细胞亲和性。因此，当使用水凝胶包封再生医学中通常使用的细胞如成纤维细胞、成骨细胞、内皮、上皮和平滑肌细胞时，这些依赖贴壁细胞(ADC)在水凝胶框架中不展开，而是收缩成类球形状，因而导致低劣的定居和随后细胞死亡频繁发生。此外，对水凝胶主体内部细胞的空间约束阻止了在介导细胞分化和组织再生中必需的细胞移行与细胞-细胞相互作用，以及抑制对组织(如软骨和肝)重组尤其必要的细胞聚集。

因此，本发明的目的是提供可用于制造组织工程用支架的组合物，其至少克服某些上文的缺点。

发明概述

在第一方面，本发明提供组合物，其包含至少一种可降解水凝胶和至少一个类型可降解及表面交联颗粒的混合物。至少一个类型可降解及表面交联颗粒包含比可降解水凝胶降解得更快的材料。该组合物还可以包含一个或多个活细胞种类。

在第二方面，本发明提供制造组合物的方法。该方法包括混合至少一种可降解水凝胶和至少一个类型可降解及表面交联颗粒以形成包含至少一个类型可降解及表面交联颗粒的水凝胶。至少一个类型可降解及表面交联颗粒包含比可降解水凝胶降解得更快的材料。该组合物还可以包含一个或多个活细胞种类。

在第三方面，本发明提供制造组织工程用支架的方法，其中所述方法包括提供包含至少一种可降解水凝胶、至少一个类型可降解及表面交联颗粒和一个或多个活细胞种类的混合物以形成包含至少一个类型可降解及表面交联颗粒和一个或多个活细胞种类的水凝胶。所述可降解及表面交联颗粒包含比可降解水凝胶降解得更快的材料。该方法包括在允许水凝胶中一个或多个活细胞种类增殖和至少一种可降解及表面交联颗粒降解的条件下孵育该混合物，从而旨在允许至少一种可降解及表面交联颗粒降解并且允许一个或多个活细胞种类增殖。该方法包括降解所孵育混合物的至少一种可降解水凝胶以获得组织工程用支架。

附图简述

当连同非限制性实施例和附图考虑时，本发明会在参考详细描述的情况下更好地得到理解，其中：

图1是形成包含空腔和活细胞的可降解水凝胶基质的方法的示意性和组织学图解。本发明人已经为本发明的方法学提出称作相转移细胞培养(PTCC)模型的模型。

图1A显示(i)包含可降解水凝胶前体101′、可降解及表面交联颗粒102和活细胞103的组合物的示意简图。在该实施方案中，活细胞103和可降解及表面交联颗粒102一起悬浮于含水介质内的可降解水凝胶前体101′中。随后，该组合物可以沉降或固化以形成可降解水凝胶101，其中可降解水凝胶可以包封可降解及表面交联颗粒102和活细胞103。还显示(ii)光学显微镜图像，在该图像中可以见到可降解水凝胶101、可降解及表面交联颗粒102和活细胞103。