[发明专利]细胞支持体和骨再生材料

说明书

技术领域

本发明涉及能够均匀分布细胞的细胞支持体，以及骨再生材料。

背景技术

帮助陷于功能障碍或功能不全的活组织/器官再生的再生医疗的实际应用目前正在进行中。再生医疗是新的医疗技术，其使用3种因子(即细胞、支架和生长因子)来使活组织恢复与原有组织中相同或相似的形式或功能，所述活组织不再仅通过生物体具有的自然愈合能力来恢复。近年来，已经逐渐实现使用细胞的治疗。其实例包括使用自体细胞培养的表皮，使用自体软骨细胞的软骨治疗，使用充质干细胞的骨再生治疗，使用成肌细胞的心肌细胞片层(sheet)治疗，使用角膜上皮片层的角膜再生治疗，以及神经再生治疗。这些新型治疗与基于人造材料(骨修补材料或透明质酸注射)的常规替代医学不同，其帮助活组织的修复或再生并且因此产生高的疗效。实际上，产品如使用自体细胞培养的表皮或培养的软骨已经被投放市场。

然而，疗效变异性的问题或意外的副作用的问题已被关注并且实际上已经在如上所述使用细胞的治疗中出现。这些问题的主要原因被认为是培养中获得的细胞的异质性和细胞在移植部位的不均匀植入。

例如，已知软骨细胞倾向于在培养过程中分化，并且因此，要求将它们保持在恒定状态的培养方法。此外，已知细胞通常根据细胞所处的条件(尤其是细胞密度)而改变其状态。例如，已知充质干细胞(MSC)(目前预期其可应用于治疗)在低细胞密度条件下倾向于分化为脂肪细胞并且，相反，在高细胞密度条件下倾向于分化为骨细胞。对于其他细胞也是一样，一个非常重要的因素是将细胞密度控制在恒定水平。

同时，很多报告已经证实三维培养技术对于在接近体内环境的条件下有效培养细胞是重要的。然而，已知当将细胞接种到三维基质时，细胞不是均匀地分布在基质中并且是不成比例地定位于基质中。因此，对于三维培养，难以保持细胞密度恒定。虽然推测三维细胞培养取决于基质的物理、生物和化学性质，如基质对细胞的黏着性，基质的结构以及基质的亲水性和疏水性，但是通常难以将细胞均匀地分布在三维基质中并保持细胞密度恒定。结果，形成其中细胞状态在三维基质中不均匀的状态，导致与细胞同质性相关的问题。

此外，对于使用获得的细胞进行移植治疗，除了注射细胞悬浮液以外，将培养的细胞(例如，如在软骨细胞的缺端胶原(atelocollagen)凝胶包埋培养中)，与基质一起进行移植。在此情况中，在培养后，针对移植部位的形状适当地修整由三维基质和细胞组成的构建体并将其移植到所述移植部位。如果细胞在三维基质中分布不均匀，则不均匀的细胞分布也出现在通过修整获得的移植用片段中，导致有的部位明显地显示疗效而有的部位几乎不显示疗效。此外，不均匀的细胞密度导致植入片段的物理性质和物理强度不均匀。这样的不均匀性成为导致疗效变异性和植入片段的生存率降低的原因，并且导致缺乏预期的疗效。此外，对于如上所述的三维基质所需的性能，由于其被用于移植，所以重要的是其由具有生物相容性、理想地生物降解性(因为需要在体内自发降解)的材料制成。不幸地，不存在满足所有这些要求的三维基质。

如上所述，从使用细胞的再生医疗的角度，需要这样的三维基质，其应当能够均匀分布细胞，并且在培养步骤和移植步骤中都将细胞保持在不存在不均匀性的状态，并且由于需要应用于移植，所以该三维基质同样由生物可降解材料制成。之前的多孔聚合物、三维胶原基质或胶原凝胶包埋培养很难克服这样的问题。

通常，活组织由细胞和胞外基质(聚合物构建体)组成。多种生命现象是它们复杂相互作用的结果。细胞释放各种生长因子(药物)并且影响它们自己的功能或其他细胞的功能。另一方面，从细胞分泌的胞外基质为细胞功能提供水化空间，充当药物储库(depot)或支架，并且对细胞的功能表现或分化具有显著影响。

近年来有显著进步的再生医疗作为可以替代人造器官或器官移植的高度先进的医学汇集了许多关注。对于实现再生医疗，重要的是在再生医疗中使用每种主要的因子，即，细胞、培养装置、生长因子(药物)和细胞支架(人造胞外基质和材料)。

整形外科或牙科领域中的骨再生已知为在再生医疗领域中汇集了大量关注的领域。影响腿或下背部的骨疾病导致不能行走，而影响牙齿的骨疾病使得进食困难。因此，骨疾病导致QOL的显著下降。