專利名稱：用于傳遞治療劑的藥物釋放性生物可降解纖維的制作方法
相關(guān)申請的相互參考本申請是2000年8月4日提交的申請09/632,457的部分繼續(xù)申請，該申請要求1999年8月6日提交的美國臨時申請60/147,827的權(quán)益。
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及藥物和組織工程領(lǐng)域，具體地說，本發(fā)明涉及用于傳遞治療劑的藥物釋放性生物可降解纖維。
2.相關(guān)領(lǐng)域描述組織工程是一門使用活細胞替代動物或人中因傷害、疾病或先天缺陷而損失的細胞的學科。這些替代細胞可為自體、同種異體或異種細胞。組織工程領(lǐng)域是一個新的藥物領(lǐng)域，最佳程序還有待闡明。
目前有幾種工程培養(yǎng)組織的方法。一種方法是收集健康供體的細胞，優(yōu)選由同一個體收集，或者至少由相同物種的合適供體收集，并在支架上體外培養(yǎng)這些細胞。此支架通常為三維聚合物網(wǎng)絡(luò)，通常由生物可降解纖維組成。然后，通?？烧T導附著于聚合物網(wǎng)絡(luò)的細胞增殖?？蓪⑦@種布滿細胞的支架植入到受損傷的宿主中，目標是細胞可發(fā)揮其生理功能，并避免宿主免疫系統(tǒng)的破壞。為此，重要的是使用純化的細胞系，因為導入非自體免疫細胞可上調(diào)宿主免疫攻擊強度。該方法的難度在于支架必須小，因為沒有細胞可在遠離氧源和營養(yǎng)源幾毫米以上的情況下生存。因此，不能使用大支架，因為大支架不能及時地充分血管化來保全內(nèi)部區(qū)域中的細胞。
在另一個方法中，將空的三維生物可降解聚合物支架直接植入到患者中，目標是誘導患者體內(nèi)的正確類型的細胞遷移到聚合物支架中。好處在于血管形成可與細胞遷移到基質(zhì)中同時發(fā)生。主要問題在于目前沒有方法確保合適的細胞類型遷移到支架中，并且維持機械和生物特性來滿足患者的生理需要。
在以上的兩種方法中，支架可為生物可降解的，這意味著其隨著時間推移同時在化學和機械上分解。隨著這種分解的發(fā)生，細胞分泌出其自身的胞外基質(zhì)，此胞外基質(zhì)對細胞生存和功能起關(guān)鍵作用。在正常組織中，組織的組成細胞和周圍的胞外基質(zhì)之間存在活躍和動態(tài)的互換。胞外基質(zhì)提供調(diào)節(jié)細胞形態(tài)特性和表型性狀的化學信號，并可誘導分裂、分化乃至細胞死亡。另外，細胞還不斷重排胞外基質(zhì)。細胞同時降解和重建胞外基質(zhì)，并分泌化學物質(zhì)到基質(zhì)中，這些化學物質(zhì)稍后由它們自身或可遷移到該區(qū)域的其它細胞使用。還發(fā)現(xiàn)胞外基質(zhì)在胚胎發(fā)育中是最重要的組分之一。先驅(qū)細胞分泌的化學信號有助于其后的細胞分化成合適的最終表型。例如，這些化學信號引起神經(jīng)嵴細胞分化為軸突、平滑肌細胞或神經(jīng)元。
胞外基質(zhì)和組織細胞之間的整體關(guān)系確立了胞外基質(zhì)為組織工程中的重要參數(shù)。如果需要細胞以特定方式表現(xiàn)，那么胞外基質(zhì)必須提供合適的環(huán)境和合適的化學/生物信號來誘導該細胞類型行為。目前不可能精確地復制出具有生物活性的胞外基質(zhì)。因此，某些研究者使用生物可降解基質(zhì)，使細胞能夠隨著外源基質(zhì)降解而產(chǎn)生其自身胞外基質(zhì)。
在上述組織工程方法中，聚合物支架不僅提供了機械支撐，而且提供了新組織或器官所需的三維形狀。因為細胞為了生存和有功能必須鄰近氧源和營養(yǎng)源，所以現(xiàn)時的主要限制在于血液供應(yīng)。當代方法學大多數(shù)提供非特異性方法來積極輔助血管摻入到聚合物基質(zhì)之中和各處。這將限制置聚合物基質(zhì)的物理尺寸和形狀。目前唯一已轉(zhuǎn)入大范圍臨床應(yīng)用的組織工程部件是人造皮膚，根據(jù)定義其厚度有限。本發(fā)明提供促進合適細胞類型直接遷移到工程化胞外基質(zhì)中的組合物和方法。通過引導特定的三維細胞遷移和功能模式，可誘生定向血管化，這克服了當前對聚合物植入體的形狀和大小的限制。還確保合適的細胞類型物理性定位于基質(zhì)中的特定位置。提供調(diào)節(jié)表型表達隨時間和空間而變化的組合物和方法。
由載荷藥物的聚合載體進行的藥物傳遞大多數(shù)基于以下結(jié)構(gòu)微球體、納米顆粒、泡沫、薄膜、脂質(zhì)體、聚合膠束或病毒包。上述結(jié)構(gòu)具有許多固有的缺點。上述藥物傳遞結(jié)構(gòu)中有幾種在其植入后不能保持在原位。結(jié)果在對植入物出現(xiàn)副反應(yīng)時不能將植入物取出。另外，這些結(jié)構(gòu)每單位體積具有高表面積，導致藥物釋放時間快，此特點與藥物傳遞目標正相反。而且，上述結(jié)構(gòu)中可載荷的藥量受一定局限。這些結(jié)構(gòu)中有些不能用于除藥物傳遞以外還要求機械支撐的情況。
本發(fā)明提供不存在先有技術(shù)已知的藥物傳遞結(jié)構(gòu)缺點的纖維組合物。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及含凝膠或水凝膠的纖維組合物。本發(fā)明還涉及載荷凝膠或水凝膠的生物可降解纖維的組合物以及制作這種纖維的方法。本發(fā)明進一步提供組織工程和藥物傳遞組合物和方法，其中制備的細胞培養(yǎng)用三維基質(zhì)在體外和體內(nèi)使用。本發(fā)明還涉及通過生物可降解聚合物改性和加入的凝膠或水凝膠改性操控治療劑釋放速率的方法。
本發(fā)明的一個實施方案提供含至少一種纖維的藥物傳遞組合物，其中所述纖維含第一種組分和第二種組分，其中所述第一種組分為生物可降解聚合物，所述第二種組分選自凝膠和水凝膠。本發(fā)明的另一個實施方案提供含纖維的藥物傳遞組合物，其中所述纖維含第一種組分和第二種組分，其中所述第一種組分為生物可降解聚合物，所述第二種組分為水，而且其中所述水作為內(nèi)核存在。本發(fā)明的再一個實施方案提供含纖維的藥物傳遞組合物，其中所述纖維含基本由凝膠或水凝膠組成的乳狀液。本發(fā)明的一個實施方案提供含纖維的藥物傳遞組合物，其中所述纖維含第一種組分，其中所述第一種組分為凝膠或水凝膠，而且其中所述纖維含中空芯。本發(fā)明的一個實施方案提供含一種或多種纖維的支架組合物，其中所述纖維包含第一種組分和第二種組分，其中所述第一種組分為生物可降解聚合物，所述第二種組分選自凝膠和水凝膠。本發(fā)明的實施方案還提供生產(chǎn)本發(fā)明纖維的方法。
附圖簡述以下的圖構(gòu)成了本說明書的一部分，包含這些圖是為了進一步闡明本發(fā)明的某些方面。參考這些圖中的一個或多個連同本文提出的具體實施方案的詳述可更好地理解本發(fā)明。所述圖無意限制本發(fā)明的范圍。


圖1A圖示一種雙組分纖維，其具有水芯(10)和含疏水聚合物的壁(20)。
圖1B圖示一種雙組分纖維，其具有水芯(10)、含疏水聚合物的壁(20)和水乳狀液(30)。
圖1C圖示一種雙組分纖維，其具有水芯(10)、含疏水聚合物的壁(20)以及凝膠或水凝膠乳狀液(40)。
圖1D圖示一種雙組分纖維，其具有水芯(10)、含疏水聚合物的壁(20)以及水和凝膠或水凝膠的乳狀液(50)。
圖2A圖示一種雙組分纖維，其具有凝膠或水凝膠芯(60)和含疏水聚合物的壁(20)。
圖2B圖示一種雙組分纖維，其具有凝膠或水凝膠芯(60)、含疏水聚合物的壁(20)和水乳狀液(30)。
圖2C圖示一種雙組分纖維，其具有凝膠或水凝膠芯(60)、含疏水聚合物的壁(20)以及凝膠或水凝膠乳狀液(40)。
圖2D圖示一種雙組分纖維，其具有凝膠或水凝膠芯(60)、含疏水聚合物的壁(20)以及水乳狀液和凝膠或水凝膠乳狀液(50)。
圖3A圖示一種雙組分纖維，其具有凝膠或水凝膠芯(60)和含疏水聚合物的壁(20)，該壁含有藥物(70)。
圖3B圖示一種雙組分纖維，其具有聚合物芯(80)，該聚合物芯由凝膠或水凝膠壁(90)包圍。
圖3C圖示一種雙組分纖維，其具有含水乳狀液(30)的聚合物芯(80)，該聚合物芯由凝膠或水凝膠壁(90)包圍。
圖3D圖示一種雙組分纖維，其具有含凝膠或水凝膠乳狀液(40)的聚合物芯(80)，該聚合物芯由凝膠或水凝膠壁(90)包圍。
圖4A圖示一種雙組分纖維，其具有含水乳狀液和凝膠或水凝膠乳狀液(50)的聚合物芯(80)，該聚合物芯由凝膠或水凝膠壁(90)包圍。
圖4B圖示一種多組分纖維，其具有凝膠或水凝膠芯(60)，該芯由兩層疏水聚合物壁(20和100)包圍，聚合物外壁含水乳狀液(30)，聚合物內(nèi)壁含凝膠或水凝膠乳狀液(40)。
圖4C圖示一種單絲纖維，其含有疏水聚合物(100)和凝膠或水凝膠乳狀液(40)。
圖4D圖示一種單絲纖維，其含有疏水聚合物(100)以及水乳狀液和凝膠或水凝膠乳狀液(50)。
圖5A圖示一種雙組分纖維，其具有疏水聚合物芯(90)和包含疏水聚合物的壁(20)，該壁含凝膠或水凝膠乳狀液(40)。
圖5B圖示一種雙組分纖維，其具有疏水聚合物芯(90)和包含疏水聚合物的壁(20)，該壁含水乳狀液和凝膠或水凝膠乳狀液(50)。
圖5C圖示一種雙組分纖維，其具有疏水聚合物芯(90)和包含疏水聚合物的壁(20)，該芯含水乳狀液(30)，該壁含凝膠或水凝膠乳狀液(40)。
圖5D圖示一種雙組分纖維，其具有疏水聚合物芯(90)和包含疏水聚合物的壁(20)，該芯含凝膠或水凝膠乳狀液(40)，該壁含凝膠或水凝膠乳狀液(40)。
圖6A圖示一種雙組分纖維，其具有疏水聚合物芯(90)和包含疏水聚合物的壁(20)，該芯含水乳狀液和凝膠或水凝膠乳狀液(50)，該壁含凝膠或水凝膠乳狀液(40)。
圖6B圖示一種雙組分纖維，其具有疏水聚合物芯(90)和包含疏水聚合物的壁(20)，該芯含水乳狀液(30)，該壁含水乳狀液和凝膠或水凝膠乳狀液(50)。
圖6C圖示一種雙組分纖維，其具有疏水聚合物芯(90)和包含疏水聚合物的壁(20)，該芯含凝膠或水凝膠乳狀液(40)，該壁含水乳狀液和凝膠或水凝膠乳狀液(50)。
圖6D圖示一種雙組分纖維，其具有疏水聚合物芯(90)和包含疏水聚合物的壁(20)，該芯同時含水和凝膠或水凝膠乳狀液(50)，該壁同時含水和凝膠或水凝膠乳狀液(50)。
圖7圖示一種用于擠出本發(fā)明纖維的濕式擠出裝置。
圖8圖示一種用于本發(fā)明的噴絲頭。
圖9圖示一種用于擠出本發(fā)明纖維的三聯(lián)裝置。
圖10圖示一種用于生產(chǎn)多組分纖維的三聯(lián)噴絲頭。
圖11圖示治療劑經(jīng)過載荷乳狀液的纖維壁的流向。
說明性實施方案的描述本發(fā)明的一個實施方案提供含至少一種纖維的藥物傳遞組合物，其中所述纖維含第一種組分和第二種組分，其中所述第一種組分為生物可降解聚合物，所述第二種組分選自凝膠和水凝膠。本發(fā)明的另一個實施方案提供含纖維的藥物傳遞組合物，其中所述纖維含第一種組分和第二種組分，其中所述第一種組分為生物可降解聚合物，所述第二種組分是水，而且其中所述水作為內(nèi)核存在。本發(fā)明的再一個實施方案提供含纖維的藥物傳遞組合物，其中所述纖維含基本由凝膠或水凝膠組成的乳狀液。本發(fā)明的一個實施方案提供含纖維的藥物傳遞組合物，其中所述纖維含第一種組分，其中所述第一種組分是凝膠或水凝膠，而且其中所述纖維含中空芯。本發(fā)明的一個實施方案提供含一種或多種纖維的支架組合物，其中所述纖維含第一種組分和第二種組分，其中所述第一種組分為生物可降解聚合物，所述第二種組分選自凝膠和水凝膠。本發(fā)明的實施方案還提供生產(chǎn)本發(fā)明纖維的方法。
本發(fā)明的一個實施方案提供一種雙組分纖維，其中纖維的內(nèi)芯(即纖維的內(nèi)徑)含凝膠或水凝膠，纖維的外壁含生物可降解聚合物。本文使用的術(shù)語“凝膠”是指具有至少兩相的膠體體系，其中一相形成連續(xù)的三維網(wǎng)絡(luò)，起彈性固體的作用。本文使用的術(shù)語“水凝膠”是指其中分散相(膠體)與連續(xù)相(水)混合產(chǎn)生粘性膠狀物的膠體。
本發(fā)明的一個替代實施方案提供與上述相反的雙組分纖維，即外壁含凝膠或水凝膠，內(nèi)芯含生物可降解聚合物。
本發(fā)明的另一個實施方案提供一種單絲纖維，其中水凝膠或凝膠隨機分散于整個生物可降解聚合物層中。這種構(gòu)型導致不同相分離，其中生物可降解聚合物纖維構(gòu)成連續(xù)相，凝膠或水凝膠構(gòu)成分散相。本文使用的“連續(xù)相”是指分散體系中固體懸浮于其中或另一種液體的液滴分散于其中的液體。本文使用的“分散相”是指分散體系中由分散在另一體系中的一種體系的顆?；蛞旱谓M成的相。
在某些凝膠或水凝膠濃度為零的實施方案中，提供水芯纖維，即水存在于纖維內(nèi)徑中的纖維。在此情況下，任選混合其它物質(zhì)的水構(gòu)成纖維內(nèi)核，而生物可降解聚合物纖維構(gòu)成了環(huán)繞的纖維表層。在一個替代實施方案中，生物可降解聚合物纖維表層包含凝膠或水凝膠分散體。在另一個實施方案中，生物可降解聚合物纖維表層包含替代凝膠或水凝膠分散體的水分散體。在另一個實施方案中，生物可降解聚合物纖維表層包含水分散體連同凝膠和水凝膠分散體。
在本發(fā)明的一個實施方案中，上述纖維與組成類似的纖維組合。在其它實施方案中，組合類型和組成不相似的纖維。
在一個實施方案中，將治療劑加入到單獨或組合存在的一種或多種上述纖維中。在其它實施方案中，將藥物加入到單獨或組合存在的一種或多種上述纖維中。
在本發(fā)明的某些實施方案中，一層纖維環(huán)繞著一層臨近的內(nèi)纖維。內(nèi)纖維大致位于外纖維的中心。在某些實施方案中，一層或多層被環(huán)繞的纖維在纖維壁或纖維芯中含水凝膠或凝膠。在其它實施方案中，在一層或多層纖維的生物可降解聚合物中加入凝膠或水凝膠作為分散相。本發(fā)明的其它實施方案提供多層纖維，其中每層都包含組成可變的凝膠、水凝膠和治療劑。本發(fā)明的某些實施方案提供在其一層或多層中含一種以上治療劑的纖維。
本發(fā)明進一步涉及通過生物可降解聚合物改性以及加入的凝膠或水凝膠改性以操控治療劑釋放速率的方法。載荷治療劑的纖維適于植入動物中，或者更優(yōu)選適于植入人中，植入時或者為單股，用做治療劑傳遞載體，或者與其它(相似或不同類型的)纖維一起形成纖維型支架，用于組織工程、傷口愈合、再生醫(yī)學或其它醫(yī)學相關(guān)應(yīng)用。這些纖維還可以用于在體外創(chuàng)建細胞培養(yǎng)、組織培養(yǎng)或體外器官發(fā)生的支架，其中這些纖維的具體三維結(jié)構(gòu)可機織、針織、編織，用作非編織網(wǎng)，或保持為平行、非平行、扭曲或隨機的陣列，用于創(chuàng)建復雜的三維支架。因為所述纖維支架中的每根纖維都可載荷不同的治療劑，而每種藥物都可具有不同的釋放動力學模式，所以有可能在支架的特定區(qū)域中誘導特定細胞生長。這就提供了一種通過在纖維支架中的特定位置周密布置特定纖維而建立復雜三維生物結(jié)構(gòu)的能力。這些三維生物結(jié)構(gòu)在其設(shè)計上可為仿生或不仿生的。通過相同的方法，有可能將不同的治療劑釋放到細胞培養(yǎng)物、組織培養(yǎng)物或類器官中的一個區(qū)域，而不釋放到同一樣本中的另一區(qū)域。
該類復雜的三維纖維支架還可植入到動物或人中，以在所述纖維支架中的不同位置誘導特定的生物反應(yīng)。這可通過設(shè)計纖維支架使具有特定治療劑和特定釋放模式的纖維位于支架中的特定位置來實現(xiàn)。這使纖維支架能以時間和空間方式控制治療劑傳遞。
在本申請上下文中的“限定的非均態(tài)模式”是指將特定纖維加入到支架基質(zhì)中，以在支架基質(zhì)中獲得需要的一種或多種治療劑的三維分布。在聚合物纖維釋放出治療劑后，治療劑在纖維中的分布，也許在其中心的分步，控制隨后在基質(zhì)支架的間質(zhì)介質(zhì)中的空間分布。這樣，可在三維支架結(jié)構(gòu)內(nèi)和支架基質(zhì)的附近周圍中建立所需濃度梯度的空間輪廓。時間分布受控于纖維的聚合物組成和凝膠或水凝膠組成以及纖維中多層的運用。
本發(fā)明一方面是含生物可降解聚合物纖維支架的生物相容性植入組合物。在本發(fā)明的各種實施方案中，纖維之間的距離可為約20μm、約70μm、約90μm、約100μm、約120μm、約140μm、約160μm、約180μm、約200μm、約220μm、約240μm、約260μm、約280μm、約300μm、約320μm、約340μm、約360μm、約380μm、約400μm、約450μm或約500μm。在各種實施方案中，纖維之間的距離可低于50μm或高于500μm。
另外，在本發(fā)明的各種實施方案中，預計纖維的直徑為約20μm、約40μm、約60μm、約80μm、約100μm、約120μm、約140μm、約160μm、約180μm、約200μm、約220μm、約240μm、約260μm、約280μm、約300μm、約320μm、約340μm、約360μm、約380μm、約400μm、約450μm或約500μm(包括中間長度)。在各種實施方案中，纖維直徑可低于約20μm或高于約500μm。另外，設(shè)想直徑達3.5cm的大纖維用于某些實施方案。纖維直徑優(yōu)選為約60μm至約500μm。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，纖維或一部分纖維含一種或多種治療劑，使得一種或多種治療劑的濃度沿著纖維或一部分纖維的縱軸變化。一種或多種活性藥劑的濃度可沿纖維縱軸作為距離的函數(shù)以線性、指數(shù)或任何需要的方式變化。變化可以是單向的，即一種或多種治療劑的含量由纖維或一部分纖維的一端向纖維或一部分纖維的另一端下降。含量還可以雙向方式變化，即一種或多種治療劑的含量由纖維或一部分纖維的一端增加至最大，然后向纖維或一部分纖維的另一端下降。
在本發(fā)明的某些實施方案中，組成支架的一部分纖維可以不含治療劑。對于含一種或多種治療劑的纖維，所述一種或多種治療劑包括生長因子、免疫調(diào)節(jié)物、促進血管生成的化合物、抑制血管生成的化合物、抗炎化合物、抗生素、細胞因子、抗凝劑、促凝劑、趨化劑、促凋亡劑、抑凋亡劑、促有絲分裂劑、放射性物質(zhì)、用于顯像研究的造影劑、病毒載體、多核苷酸、治療性基因、DNA、RNA、多肽、糖胺聚糖、碳水化合物、糖蛋白。治療劑還可包括給予患者用來長期維持的藥物，例如心血管藥物，包括血壓、起搏、抗心律不齊、β-阻滯藥物和基于鈣通道的藥物。本發(fā)明的治療劑還包括抗震顫藥物以及其它用于癲癇或其它運動障礙的藥物。這些治療劑還可包括長期藥物，例如避孕藥和生育藥。其可包括神經(jīng)藥物(例如多巴胺)和相關(guān)藥物，以及心理或其它行為藥物。治療劑還可包括化學清除劑，例如螯合劑、抗氧化劑和營養(yǎng)劑。在促進血管生成的治療劑中，該藥物可為血管內(nèi)皮生長因子。治療劑可為合成或天然藥物、蛋白、DNA、RNA或細胞(有或沒有基因工程改變)。根據(jù)長期以來的專利法實踐，在說明書和權(quán)利要求中涉及詞語“包含”或“包括”時，是指一個(種)或多個(種)。
一般來說，本發(fā)明設(shè)想了任何藥物加入本發(fā)明的生物可降解聚合物纖維中的用途。本文使用的詞語“藥物”被定義為能夠給予生物體的化學品，其調(diào)整或改變生物體的生理。本文使用的詞語“藥物”更優(yōu)選被定義為任何要用于治療或預防疾病的物質(zhì)。藥物包括合成和天然的毒素和生物感染物以及公知的藥物，例如“ThePhysicians Desk Reference，”第471版，101-321頁；“Goodman andGilman′s The Pharmacological Basis of Therapeutics”第8版(1990)，84-1614頁和1655-1715頁；以及“The United States Pharmacopeia，TheNational Formulary”，USP XXH NF XVII(1990)列出的藥物，這些參考文獻的化合物通過引用結(jié)合到本文中。術(shù)語“藥物”還包括其標稱特性迄今為止在美國還沒有被發(fā)現(xiàn)或利用的化合物。術(shù)語“藥物”包括藥物的活化前、已活化和代謝形式。還包括組織刺激因子，例如血小板衍生生長因子(PDGF)的二聚體、胰島素樣生長因子(IGF-1)、IGF-2、堿性成纖維細胞生長因子(bFGF)、酸性FGF、血管內(nèi)皮細胞生長因子(VEGF)、神經(jīng)生長因子(NGF)、神經(jīng)營養(yǎng)因子3(NT-3)、神經(jīng)營養(yǎng)因子4(NT-4)、腦衍生神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)、內(nèi)皮細胞生長因子(EGF)、胰島素、白介素1(IL-1)、腫瘤壞死因子α(TNFα)、結(jié)締組織生長因子(CTGF)、轉(zhuǎn)化生長因子α(TGFα)和所有其它生長因子和細胞因子，以及甲狀旁腺激素(PTH)、前列腺素如前列腺素E-1和前列腺素E-2、巨噬細胞集落刺激因子(MCSF)和皮質(zhì)激素如地塞米松、強的松龍和糖皮質(zhì)激素。
本發(fā)明還設(shè)想了形成水凝膠的物質(zhì)在纖維內(nèi)核中的用途。水凝膠是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、高度水合的合成聚合物或生物聚合物基質(zhì)。這些物質(zhì)可在水中吸附至其重量的數(shù)千倍(Hoffman，A.S.，Advanced Drugdelivery Reviews，43(2000)，3-12)。水凝膠可分為兩大類可逆的或物理的和不可逆的或化學的。物理性凝膠中的網(wǎng)絡(luò)由分子纏結(jié)和/或次級力(包括離子力、氫鍵力或疏水作用力)共同維持。物理性水凝膠的特征在于流變學特性隨溫度、離子濃度和稀釋度而顯著變化?；瘜W性凝膠也稱為永久性凝膠，其特征在于化學交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。在交聯(lián)時，這些凝膠在水溶液中達到平衡膨脹水平，該水平主要取決于交聯(lián)度。
可通過本領(lǐng)域一般技術(shù)人員周知的各種方法實現(xiàn)水凝膠的制備。物理性凝膠可通過以下方法形成加熱或冷卻某些聚合物溶液(例如冷卻瓊脂)、使用凍融循環(huán)形成聚合物微晶、降低溶液pH以在同一水溶液的兩種不同聚合物之間形成H-鍵鍵合的凝膠、混合聚陰離子和聚陽離子的溶液以形成復合凝聚層凝膠、用相反電荷的多價離子膠凝聚合電解質(zhì)溶液、使線性聚合物網(wǎng)狀化、將合成聚合物接枝到天然大分子上以及螯合聚陽離子(Hoffman，A.S.，Advanced Drugdelivery Reviews，43(2000)，3-12)。化學性凝膠可通過以下方法產(chǎn)生用輻射、化學交聯(lián)劑如戊二醛或多功能團活性化合物交聯(lián)固態(tài)或溶解狀態(tài)的聚合物。其還可由以下方法制備使溶解狀態(tài)的單體和交聯(lián)劑共聚、使單體和多功能團大分子單體共聚、聚合不同固體聚合物中的單體以形成IPN凝膠，或?qū)⑹杷酆衔锘瘜W轉(zhuǎn)變?yōu)樗z(Hoffman，A.S.，Advanced Drug delivery Reviews，43(2000)，3-12)；Hennick，W.F.and van Nostrum，C.F.，Advanced Drug Delivery Reviews，54(2002)，13-26。
本發(fā)明設(shè)想了水凝膠前體物質(zhì)以及非膠凝化蛋白和多糖在纖維芯中的用途。水凝膠前體物質(zhì)與形成水凝膠的物質(zhì)相同，但它們不接觸通常使物質(zhì)凝膠化的物質(zhì)或條件，或者它們可以是形成凝膠但不是水凝膠的其它蛋白和多糖。例如，藻酸鈉之類的藻酸鹽在二價陽離子(如鈣)存在下凝膠化，而其它物質(zhì)通過pH或溫度的變化產(chǎn)生水凝膠。本發(fā)明的某些實施方案包括從不凝膠化的前體物質(zhì)的用途。本發(fā)明的其它實施方案包括前體物質(zhì)在制作過程中的用途，該制作過程此后可形成凝膠或水凝膠。凝膠或水凝膠在纖維層中的形成可作為纖維制作過程的一部分，在制作出纖維之后或施加適當類型的外部刺激(包括將纖維置于體外或體內(nèi))之后發(fā)生。本文使用的術(shù)語“凝膠”或“水凝膠”意欲包括形成的凝膠或水凝膠以及參與形成凝膠和水凝膠的合適前體分子。
用于纖維結(jié)構(gòu)的生物可降解聚合物可為單組分聚合物或共聚物或聚合物的混合物，可包括聚(L-乳酸)、聚(DL-乳酸)、聚己內(nèi)酯、聚(乙醇酸)、聚酐或天然聚合物或多肽，例如再生膠原或蜘蛛絲和多糖。
使用濕或干/濕(干噴濕)紡絲法生產(chǎn)本發(fā)明要求保護的纖維。每種方法都影響要構(gòu)建的纖維的特性。濕紡法是將聚合物材料擠入含凝固劑的液體浴中的方法。凝固劑通常由可與聚合物溶液中的溶劑混溶的聚合物非溶劑組成，但其還可包含溶劑/非溶劑混合物。在干噴濕紡法中，聚合物溶液首先接觸氣隙，然后進入凝固浴中。
在本發(fā)明的一個實施方案中，纖維包含多個共軸層的生物可降解聚合物。本發(fā)明的藥物傳遞纖維可植入到體內(nèi)的許多部位中，包括皮膚組織、心臟組織、軟組織、神經(jīng)、骨和眼。眼植入術(shù)對治療白內(nèi)障、糖尿病誘發(fā)的增殖性和非增殖性視網(wǎng)膜病、青光眼和黃斑變性特別有用。
本發(fā)明另一方面是生產(chǎn)纖維支架的方法，該支架用于制備能控制一種或多種治療劑的時間和空間濃度的植入體。該方法通常包括用生物可降解聚合物纖維編成三維纖維支架。生物可降解聚合物纖維包含一種或多種治療劑。一種或多種治療劑以限定的非均態(tài)模式分布在纖維支架中。
在本發(fā)明的某些實施方案中，纖維層中包含的凝膠和水凝膠可以無限稀釋濃度存在，即凝膠或水凝膠的濃度為零，使用有或沒有其它物質(zhì)和/或活性物質(zhì)(包括治療劑)的水替代凝膠或水凝膠。
在本發(fā)明的一個實施方案中，用作纖維芯中所含水凝膠的優(yōu)選物質(zhì)是藻酸鹽或修飾的藻酸鹽物質(zhì)。藻酸鹽分子由(1-4)-連接的β-D-甘露糖醛酸(M單元)和α-L-古洛糖醛酸(G單元)單體組成，它們沿著聚合物鏈在比例和順序分布上具有變化。藻酸鹽多糖是聚合電解質(zhì)體系，對二價陽離子(例如Ca2+、Sr2+、Ba2+)具有強親和性，在接觸這些分子時形成穩(wěn)定的水凝膠。生物可降解聚合物是聚(L-乳酸)(PLLA)。在一個實施方案中，包含的藻酸鹽為內(nèi)核，PLLA是外層。藻酸鹽的濃度范圍為0.25％重量/體積至100％重量/體積(即g/100ml水)，優(yōu)選為0.75％重量/體積至20％重量/體積，最優(yōu)選濃度為1％重量/體積。藻酸鹽的來源和組成直接影響其有效濃度。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，環(huán)繞著凝膠或水凝膠內(nèi)核的PLLA外層包含不同分子量PLLA聚合物的混合物，作為增加降解速率的手段。PLLA聚合物的比例和聚合物的分子量范圍可變。在一個代表性實施方案中，聚合物混合物中Mw＝100,000Da的PLLA聚合物占80％(重量)；Mw＝2,000Da的聚合物占15％(重量)；Mw＝300,000Da的聚合物占5％(重量)。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，環(huán)繞著凝膠或水凝膠內(nèi)核的PLLA外層由兩相組成，連續(xù)相含生物可降解聚合物，分散相含由表面活性劑穩(wěn)定的水相。水相任選含治療劑。分散相的量相對于纖維重量在約0％至約85％(重量)的范圍內(nèi)。在一個優(yōu)選實施方案中，分散相的量相對于纖維重量在約33％至約50％(重量)的范圍內(nèi)。隨著分散相比率的增加，聚合物降解速率也增加。這導致載荷的治療劑的釋放速率增加。
在本發(fā)明的一個實施方案中，將設(shè)計用來降解凝膠或水凝膠的物質(zhì)載入纖維的生物可降解聚合物組分的分散水相中(如上所述)。該物質(zhì)隨時間推移緩慢釋放到凝膠或水凝膠中，以分解凝膠或水凝膠。這增加了治療劑釋放速率。另外，許多有潛力的凝膠和水凝膠在動物(或者更重要地是人)中不能直接生物降解。因此，這種設(shè)計式降解有助于機體在不再需要凝膠或水凝膠時將其清除。
在一個實施方案中，通過將膠凝劑直接加入到藻酸鹽溶液中內(nèi)部膠凝藻酸鹽。典型的膠凝劑包括氯化鈣、碳酸鈣、鈣-EDTA(乙二胺四乙酸)或本領(lǐng)域技術(shù)人員周知的含二價陽離子的其它化合物。膠凝劑的濃度范圍為約5mM至約100mM，更優(yōu)選約12mM至約50mM，最優(yōu)選約15mM至30mM。范圍的選擇由需要的水凝膠特性確定。如果在中性pH不易溶，則通常通過降低溶液pH活化膠凝劑。這種酸化可通過多種酸或內(nèi)酯來實現(xiàn)。該名單包括但不限于檸檬酸、鹽酸、D-葡糖酸-δ-內(nèi)酯和冰醋酸。
在另一個實施方案中，通過將膠凝劑源加入到生物可降解纖維中外部膠凝凝膠或水凝膠?；蛘?，將膠凝劑源加入到水相中，將水相載入生物可降解聚合物的一層或多層中。這樣，膠凝劑隨著纖維降解緩慢釋放到凝膠或水凝膠中。在某些實施方案中，隨著纖維降解并變成更不牢固和多孔，凝膠變得更緊密交聯(lián)。這樣，釋放速率有可能隨著纖維降解而持續(xù)改變。釋放速率隨著聚合物變得更多孔而傾向于增加，在此情況下，這種趨勢被變得更緊密交聯(lián)的凝膠相抵消，因此隨著纖維降解而阻滯了進入凝膠或水凝膠的釋放速率。
在另一個實施方案中，膠凝劑在聚合物溶劑中可溶，并在纖維制作時與聚合物溶液混合。在此實施方案中，膠凝劑不是保持在水相中，而是在分子水平上與聚合物混合。隨著纖維降解，其獲得將膠凝劑緩慢釋放到凝膠或水凝膠中的有效作用。該實施方案允許使用有機可溶性膠凝劑源。
在另一個實施方案中，藻酸鹽溶液中載有隨時間活化的膠凝劑，例如在脂球體、微球體、納米顆?；蚱渌谝院蠡罨拿芊馕镏?。這些物質(zhì)可隨時間推移被緩慢活化，或有目的地由某些外部事件活化。這導致隨著時間推移凝膠或被加強或被維持。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，凝膠或水凝膠是外層，而生物可降解聚合物是內(nèi)核。在此實施方案中，膠凝劑在凝固浴中，應(yīng)外部膠凝。
本發(fā)明提供創(chuàng)建單組分藥物釋放性纖維的組合物和方法，以及創(chuàng)建在組織工程應(yīng)用中用于培養(yǎng)細胞的不均一、機織、針織、編織、非機織、扭曲、平行陣列或隨機三維纖維支架的組合物和方法。這些支架可體外和體內(nèi)應(yīng)用，并由于其不均一性而產(chǎn)生治療劑的時間和空間分布。在本發(fā)明中，治療劑可包括藥物、蛋白、肽、單糖或二糖、多糖、糖蛋白、DNA、RNA、病毒或其它目標生物分子。本發(fā)明中的術(shù)語治療劑還包括用于幫助破壞有害組織(如局部區(qū)域中的腫瘤)或用于抑制健康組織生長(例如在目前的支架應(yīng)用中)的放射性物質(zhì)；或用于成像研究的標記物。
A.三維纖維支架為創(chuàng)建本發(fā)明的不均一支架，通過本文描述的方法將治療劑包埋入基質(zhì)的單獨纖維中。治療劑由各個單獨的纖維以可控方式緩慢釋放。纖維結(jié)構(gòu)作為藥物傳遞平臺具有很多超越本領(lǐng)域熟知的其它藥物緩釋劑(如微球體、多孔塞或片)的優(yōu)勢。纖維的主要優(yōu)勢在于其可提供有或沒有形態(tài)結(jié)構(gòu)的復雜三維機織或非機織支架，以允許細胞粘附、擴展、分化和成熟為合適的功能細胞。因為它們可形成形態(tài)結(jié)構(gòu)，所以可生產(chǎn)由于釋放出特定的趨化因子而誘導特定類型細胞遷移至支架的特定區(qū)域的“智能支架”。該支架模擬了胚胎發(fā)育過程和胚胎后組織中的胞外基質(zhì)物質(zhì)的功能。另外，絲可組成為組織修復或再生提供生長基質(zhì)的獨特支架，這無法由其天然結(jié)構(gòu)的聯(lián)想到。
因為機織形態(tài)結(jié)構(gòu)能夠誘導合適的細胞類型進入特定區(qū)域，所以有可能將誘導血管形成的束(strand)加入到纖維中。這可通過提供釋放生長因子如血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)的纖維實現(xiàn)。通過適當間隔機織形態(tài)結(jié)構(gòu)中含VEGF的纖維，可工程培養(yǎng)出大的組織，可為該組織中的細胞提供足夠的血液供應(yīng)，由此吸收氧和營養(yǎng)，并能夠清除廢物。
在支架應(yīng)用中，纖維還具有為機體提供短期機械支撐的優(yōu)勢，其中聚合物纖維可保持任何管狀體的腔，所述管狀體例如為動脈、靜脈、導管(例如膽管、輸尿管、尿道、氣管等)、消化道器官如食道、腸、結(jié)腸，以及結(jié)締組織如腱、韌帶、肌肉和骨。纖維提供愈合過程中支撐機械強度或機械拉伸的有用結(jié)構(gòu)。纖維還可以用于促進神經(jīng)或脊髓的神經(jīng)再生或神經(jīng)重建。
B.纖維結(jié)構(gòu)在本發(fā)明范圍內(nèi)有大量的組合和變化。本發(fā)明涵蓋凝膠或水凝膠與多層、多組分結(jié)構(gòu)的生物可降解聚合物纖維的組合，其中每層完全包含在鄰近外層中，而內(nèi)層一般位于外層中央。這些層可由不同的凝膠或水凝膠或不同的生物可降解聚合物組成。
本發(fā)明還包括凝膠或水凝膠作為生物可降解聚合物層中的分散相的用途，其中連續(xù)相是生物可降解聚合物相。分散相可由內(nèi)部或外部的表面活性劑穩(wěn)定化。
在凝膠或水凝膠分散于生物可降解聚合物層中以及凝膠或水凝膠層位于生物可降解聚合物層內(nèi)部的情況下，可以容許的特殊情況是水凝膠濃度為零。這意味著水(含或不含其他物質(zhì))可用于替代凝膠或水凝膠。
作為另一個特殊情況，最內(nèi)核的聚合物濃度有可能為零，在此情況下通常用于聚合物的溶劑由非溶劑取代。這樣非溶劑內(nèi)核就起內(nèi)部凝固浴的作用。結(jié)果是產(chǎn)生中空纖維。這種特殊情況可在生物可降解聚合物層外部有或沒有凝膠或水凝膠以及在生物可降解聚合物層內(nèi)部有或沒有凝膠、水凝膠或水分散相的情況下發(fā)生。
這產(chǎn)生了大量的潛在組合。基本類型是外部生物可降解聚合物和內(nèi)部凝膠或水凝膠，以及相反的設(shè)計，即凝膠或水凝膠在外部，生物可降解聚合物為內(nèi)核。在這些組合的每一種情況中，生物可降解聚合物層可以有或沒有水、凝膠或水凝膠分散相。另一種情況是具有凝膠或水凝膠分散相的單絲纖維。
C.單個纖維的釋放動力學此外，有各種方法控制治療劑的釋放動力學，因此以時序方式控制治療劑的釋放。以下的論述僅適于其中聚合物外層環(huán)繞著凝膠或水凝膠內(nèi)核的纖維結(jié)構(gòu)?？刂凭酆衔锏牡谝稽c是混合低分子量聚合物和高分子量的纖維形成聚合物。這樣，較低分子量的組分能夠快速降解并由纖維中擴散出來，使纖維更多孔。這使凝膠或水凝膠中的內(nèi)部治療劑更易獲得。加速纖維釋放速率的第二種方法是創(chuàng)建雙相纖維，其中連續(xù)相為生物可降解聚合物，而分散相是由表面活性劑穩(wěn)定的水袋(aqueous pocket)。隨著分散相濃度增加，產(chǎn)生了一條由外部到內(nèi)部凝膠或水凝膠的路徑，其中只有必須降解的聚合物位于分散水相的各個袋之間。其作用是使需要降解以聯(lián)系凝膠或水凝膠與外部空間的聚合物少得多，因此加速了治療劑的釋放。此分散水相還有可能含相同或不同的藥物或治療劑。在此情況下，分散水相中的藥物或治療劑首先被釋放，接著釋放出凝膠或水凝膠中的治療劑。為改變聚合物纖維壁中藥物或治療劑的釋放動力學，有可能要稍微改變上述情況，使分散相現(xiàn)在是凝膠或水凝膠而不是水。在此情況下，流路比水分散相的情況縮短；但是，連接路徑現(xiàn)在必須穿過凝膠或水凝膠袋，治療劑在其中的擴散相比于純水路徑受阻滯。擴散受阻滯的程度隨凝膠或水凝膠的類型、交聯(lián)的類型和程度以及凝膠或水凝膠的濃度而變化。所有這些參數(shù)都在對形成纖維的實體的控制中。還有可能控制生物可降解聚合物中水或凝膠分散相的濃度，其沿纖維長軸隨距離而變化。用這種方法，可使纖維一端的釋放動力學與另一端不同，沿著纖維長度具有釋放動力學的限定梯度。釋放動力學的這種變化可以與治療劑濃度梯度組合或不組合。用同樣的方法，可能使分散相的含量沿著聚合物纖維隨長度而變化，使得在一端的分散相為例如純水，而在纖維的另一端，分散相可為凝膠或水凝膠。其它梯度還可能包括分散相中凝膠濃度的變化。因此，有大量控制方法可用于纖維釋放動力學。除了纖維聚合物壁中的這些變化以外，還可通過改變含治療劑的纖維內(nèi)核中凝膠或水凝膠的類型、濃度以及交聯(lián)程度，控制該纖維的釋放動力學。
在藥物傳遞周期的整個過程中，動力學改變凝膠或水凝膠的釋放動力學的能力構(gòu)成了本發(fā)明的重要方面，其中所述凝膠或水凝膠由內(nèi)核載荷或作為生物可降解聚合物纖維中的分散相。這提供了在其它形式的藥物傳遞性凝膠或水凝膠中不可能存在的獨特機會。由于凝膠載入生物可降解聚合物纖維而可利用的第一種控制方法是該纖維釋放已知凝膠交聯(lián)物質(zhì)的能力。這樣，隨著時間推移，凝膠的交聯(lián)度實際上增加，其阻滯了治療劑的釋放。利用以上概述的方法，即使用分子量混合物或改變分散水相的濃度，生物可降解聚合物纖維表層對交聯(lián)劑的這種釋放是自身可控的。作為一種特殊情況，生物可降解聚合物纖維表層是多層和多組分的生物可降解聚合物表層。這就使得可以產(chǎn)生方向特異性，以及改變生物可降解聚合物纖維表層每層的釋放動力學。例如，設(shè)想在表層中有兩層生物可降解聚合物纖維的情況。最內(nèi)層可含有起交聯(lián)纖維的凝膠或水凝膠內(nèi)核作用的物質(zhì)，該層可由具有快速降解率的生物可降解聚合物組成。而且，該層可含有高度分散的水相。在同一實施例中，最外層可由具有不同降解速率和不同水(或凝膠或水凝膠)分散相濃度(包括零)的不同生物可降解聚合物組成。該實例產(chǎn)生的情況是交聯(lián)劑隨時間推移在內(nèi)部傳遞至纖維內(nèi)核的凝膠或水凝膠，由此產(chǎn)生的情況是纖維內(nèi)核中的凝膠或水凝膠載荷的治療劑的擴散系數(shù)隨時間推移而降低。
另一種特殊情況是聚合物纖維包含降解纖維內(nèi)核中的凝膠或水凝膠的物質(zhì)。使用和以上示例相同的邏輯，又產(chǎn)生了一種情況在纖維內(nèi)核中或分散于纖維中的凝膠或水凝膠中的治療劑的擴散系數(shù)隨時間推移而連續(xù)改變。但是，在這種情況下，擴散速率隨時間推移而增加。這種特殊情況還具有的優(yōu)勢是纖維植入的動物(優(yōu)選人)機體可能不具有降解凝膠或水凝膠所需的特定酶或其他化學條件。在此情況下，在纖維壁中載入合適的降解劑可降解凝膠或水凝膠，因此有助于清除宿主中的凝膠或水凝膠。再者，如上所述，通過改變纖維表層中生物可降解聚合物層的特性，很大程度上可控制降解劑的釋放。
由此可見，利用這些方法，借助于生物可降解聚合物表層的存在，可改變凝膠或水凝膠內(nèi)核或分散于生物可降解聚合物纖維表層中的治療劑的釋放動力學。
在凝膠或水凝膠是外層的情況下，生物可降解聚合物是纖維內(nèi)核。在此情況下，生物可降解聚合物內(nèi)核可由一個或多個上述多組分層構(gòu)成，而且每層都可含有不同濃度的、自身可攜帶或不攜帶治療劑的水或凝膠或水凝膠分散相。治療劑由纖維的全面釋放受控于治療劑的位置，該位置或者在外部凝膠或水凝膠中，或者在生物可降解聚合物內(nèi)核中，或者二者中都有。利用和上述相同的方法，通過由生物可降解聚合物纖維內(nèi)核釋放交聯(lián)劑或降解劑，可改變外部凝膠或水凝膠的釋放動力學。因為這些物質(zhì)由生物可降解聚合物纖維內(nèi)核釋放，它們將改變外部凝膠或水凝膠的特性，因此降低或增加外部凝膠或水凝膠中治療劑的釋放。對于生物可降解聚合物內(nèi)核中的任何治療劑，都可以在兩個水平上控制這些物質(zhì)的釋放。首先，如上闡述，聚合物自身的類型和分子量分布改變釋放動力學，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的。除此之外，任何水或凝膠或水凝膠分散相的濃度將改變生物可降解聚合物中的釋放。但是，因為凝膠或水凝膠環(huán)繞著生物可降解纖維，所以生物可降解聚合物中的所有治療劑都必須通過凝膠或水凝膠擴散。因此，治療劑通過凝膠或水凝膠擴散的任何改變還直接影響纖維內(nèi)核中任何治療劑的釋放。因此，在這種情況下，人們可以通過改變凝膠和生物可降解聚合物鏈段兩者來改變纖維的釋放動力學。
如果分散相是還含有治療劑的凝膠或水凝膠，則通過用相同的方法選擇生物可降解聚合物、分子量分布和分散相濃度，可控制治療劑的釋放。另外，凝膠或水凝膠特性還改變單絲纖維中分散相的治療劑釋放。
D.生物可降解聚合物用于本發(fā)明的優(yōu)選聚合物包括聚(L-乳酸)、聚(DL-乳酸)、聚己內(nèi)酯、聚(乙醇酸)或聚酐的單組分聚合物、共聚物或聚合物混合物。還可以使用天然聚合物，例如再生膠原或天然絲。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解這些聚合物僅僅是可用于本發(fā)明的一類生物可降解聚合物基質(zhì)的實例。其它的生物可降解基質(zhì)包括聚酐、聚原酸酯和聚(氨基酸)(Peppas and Langer，1994)。可利用任何這種基質(zhì)制作用于本發(fā)明的特性可控的生物可降解聚合物基質(zhì)。產(chǎn)生無毒降解產(chǎn)物的生物可降解聚合物的非窮盡性清單列于表1。
表1生物可降解聚合物
根據(jù)Wong and Mooney，1997改寫。
E.凝膠和水凝膠的類型僅就術(shù)語來說，凝膠是起類似固體作用的液體體系。凝膠更技術(shù)地定義為具有至少兩相的膠體體系，其中一相形成起彈性固體作用的連續(xù)三維網(wǎng)絡(luò)。通過物理、分子或化學連接形成的凝膠導致體系分子量的無限大。形成的粘彈性物質(zhì)具有的儲能模量G′，高于損耗模量G″，而且G′和G″都幾乎和頻率無關(guān)。[E.R.Morris，Polysaccharide solution propertiesorigin，rheological characterizationand implications for food systems，F(xiàn)rontiers in Carbohydrate Research 1Food Applications(R.P.Millane，J.N.BeMiller，and R.Chandrasekaran，eds.)，Elsevier，London，1989，132頁]。儲能模量表征樣品的剛性，而損耗模量表征樣品對流動的抗性[Damodaran，Srinivasan，F(xiàn)ood Proteinsand Their Applications，F(xiàn)ood Science and Technology(Marcel Dekker，Inc.)；New York Marcel Dekker，Inc.，1997]。實例是聚合物溶液、膠束溶液、微乳溶液，而在最近這些年，大量由存在的極低濃度小有機分子膠凝的有機溶劑已擴展了該領(lǐng)域。
水凝膠被定義為膠體，其中分散相(膠體)與連續(xù)相(水)混合，產(chǎn)生粘性膠狀物。[Dictionary of Chemical Terms，4th Ed.，McGraw Hill(1989)]。水凝膠能夠在過量水中快速膨脹，并在其溶脹結(jié)構(gòu)中存留大量水。含水凝膠的聚合物在水中可吸附超過其自身重量20％，但形成的水凝膠不溶于水，且保持三維結(jié)構(gòu)。[Amidon，Gordon L.，Transport Processes in Pharmaceutical Systems，Drugs and thePharmaceutical Sciences；v.102 New York Marcel Dekker，Inc.，2000]。它們通常由親水聚合物分子制備，這些親水聚合物分子通過化學鍵或其它內(nèi)聚力如離子相互作用、氫鍵鍵合或疏水作用交聯(lián)。[J.I.Kroschwitz，Concise Encyclopedia of Polymer Science and Engineering，New York，Wiley，XXIX，1341頁，1990]。
水凝膠存在可記憶的參考構(gòu)型，甚至在變形很長時間后體系都可以恢復成該構(gòu)型，在此意義上水凝膠是彈性固體。
有機凝膠被定義為具有交錯聚合組分的有機相。優(yōu)選溶劑包括無毒有機溶劑，包括但不限于二甲亞砜(DMSO)、礦物油和植物油。術(shù)語“有機凝膠”最初用于描述用凝膠溶液使油包水反微乳液膠凝的特定概念(參閱Luisi et al.Colloid&Polymer Science，1990，268卷，356-374頁)。近來該術(shù)語延伸至含兩個不混溶相(油包水)的膠凝體系，該體系穩(wěn)定在富集磷脂酰膽堿并通常氫化的卵磷脂中(參閱Willimanet al.Journal of Pharmaceutical Sciences，1992，81卷，871-874頁和Schchipunov et al.，Colloid Journal，1995，57卷，556-560頁)。這些乳狀液具有層狀相，甚至在沒有膠凝劑時也為凝膠形式，因此命名為有機凝膠，表示該類乳狀液與乳化取向(油包水或水包油)無關(guān)。
用于本發(fā)明的凝膠物質(zhì)類型包括多糖，包括但不限于直鏈淀粉、支鏈淀粉、糖原、纖維素、透明質(zhì)酸酯、軟骨素、肝素、糊精、菊粉、甘露聚糖、幾丁質(zhì)、半乳糖、瓜爾豆膠、角叉藻聚糖、瓊脂、紅藻膠、黃原膠、其它水膠體樹膠、果膠、刺槐豆膠、阿拉伯樹膠、茄替膠、戊聚糖、阿拉伯半乳聚糖、其合成衍生物及其混合物。
可形成水凝膠的物質(zhì)的實例包括天然和合成多糖以及其它天然和合成聚合物及其衍生物，以及它們的組合。合適的多糖和聚合物包括但不限于直鏈淀粉、支鏈淀粉、糖原、纖維素、透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素、肝素、糊精、菊粉、甘露聚糖、幾丁質(zhì)、半乳糖、瓜爾豆膠、角叉藻聚糖、瓊脂、紅藻膠、黃原膠、其它水膠體樹膠、果酸和果膠、刺槐豆膠、阿拉伯樹膠、茄替膠、戊聚糖、阿拉伯半乳聚糖、藻酸鹽和藻酸鹽衍生物、吉蘭糖、吉蘭糖膠、葡萄糖、膠原蛋白(和凝膠)、纖維素、羧甲基纖維素、羥甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、甲基纖維素和甲氧基纖維素、纖維蛋白、黃原膠、瓊脂糖、殼聚糖(聚陽離子多糖聚合物)、白蛋白、人γ球蛋白、支鏈淀粉、角叉菜膠(聚陰離子多糖聚合物)、糊精、葡聚糖、硫酸葡聚糖、角蛋白、菊粉、葡萄糖、直鏈淀粉、糖原、支鏈淀粉、聚賴氨酸和其它多氨基酸、聚酯如聚羥基丁酸酯和聚膦嗪、聚(乙烯醇)、聚(烯化氧)尤其是聚(環(huán)氧乙烷)、聚乙二醇(包括PEO-PPO-PEO和類似的嵌段共聚物，如Pluronics)、聚(烯丙胺)(PAM)、聚(丙烯酸酯)、改性苯乙烯聚合物、pluronic多元醇、Polyoxamer、聚丙烯、聚氨酯、聚(糖醛酸)、聚氯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮以及上述物質(zhì)的共聚物、接枝共聚物、合成衍生物、共混物和其它混合物。多糖是用于本發(fā)明的優(yōu)選聚合物。例如，藻酸鹽生物可相容、無細胞毒性、無致癌性、無致炎性并無免疫原性，因此是良好的使用候選物。
F.聚合材料的類型代表性天然聚合物包括天然多糖，例如阿拉伯聚糖、果聚糖、巖藻聚糖、半乳聚糖、聚半乳糖醛酸、葡聚糖、甘露聚糖、木聚糖(例如菊粉)、果聚糖、巖藻聚糖、角叉藻聚糖、半乳卡洛糖、果膠酸、果膠，包括直鏈淀粉、支鏈淀粉、糖原、支鏈淀粉、纖維素、葡聚糖、糊精、葡萄糖、聚葡萄糖、石耳素、幾丁質(zhì)、瓊脂糖、角蛋白、軟骨素、皮膚素、透明質(zhì)酸、海藻酸、黃原膠、淀粉和各種其它天然均聚物或雜聚物，例如含一種或多種以下醛糖、酮糖、酸或胺的均聚物或雜聚物赤蘚糖、蘇糖、核糖、阿拉伯糖、木糖、來蘇糖、阿洛糖、阿卓糖、葡萄糖、甘露糖、古洛糖、艾杜糖、半乳糖、塔羅糖、赤蘚酮糖、核酮糖、木酮糖、阿洛酮糖、果糖、山梨糖、塔格糖、甘露醇、山梨醇、乳糖、蔗糖、海藻糖、麥芽糖、纖維二糖、甘氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、天冬氨酸、谷氨酸、賴氨酸、精氨酸、組氨酸、葡糖醛酸、葡糖酸、葡糖二酸、半乳糖醛酸、甘露糖醛酸、葡糖胺、半乳糖胺和神經(jīng)氨酸及其天然衍生物。因此，合適的聚合物包括例如蛋白，如白蛋白。
代表性半合成聚合物包括羧甲基纖維素、羥甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、甲基纖維素和甲氧基纖維素。代表性的合成聚合物包括聚磷腈、聚乙烯(例如聚乙二醇(包括稱為Pluronics的化合物類別，可由BASF，Parsippany，N.J.購買)、聚氧乙烯和聚對苯二甲酸乙二醇酯)、聚丙烯(例如聚丙二醇)、聚氨酯、聚乙烯醇(PVA)、聚氯乙烯和聚乙烯吡咯烷酮、聚酰胺(包括尼龍)、聚苯乙烯、聚乳酸、氟化烴聚合物、氟化碳聚合物(例如聚四氟乙烯)、丙烯酸酯、異丁烯酸酯和聚甲基異丁烯酸酯及其衍生物。
聚合材料選自通過應(yīng)用外源方法和內(nèi)源方法可在體內(nèi)使其聚合或改變其粘性的物質(zhì)，所述外源方法例如為單獨或在存在添加催化劑的情況下應(yīng)用光、超聲、輻射或螯合，所述內(nèi)源方法例如為改變生理pH、鈣離子(藻酸鹽)或硼酸鹽離子(聚乙烯醇)擴散入聚合物中或改變溫度至體溫(37℃)。
G.促進血管生成的物質(zhì)本發(fā)明的聚合物纖維包埋的一類治療劑是促進血管生成的治療劑。成功工程建立新組織需要建立血管網(wǎng)絡(luò)。血管生成的誘導由各種因素介導，其中任一種都可和本發(fā)明協(xié)同使用(Folkman andKlagsbrun，1987，其中提及的參考文獻每個都通過引用結(jié)合到本文中)。血管生成因子的實例包括但不限于血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)或血管通透因子(VPF)；成纖維細胞生長因子家族成員，包括酸性成纖維細胞生長因子(aFGF)和堿性成纖維細胞生長因子(bFGF)；白介素-8(IL-8)；表皮生長因子(EGF)；血小板衍生的生長因子(PDGF)或血小板衍生的內(nèi)皮細胞生長因子(PD-ECGF)；轉(zhuǎn)化生長因子α和β(TGF-α、TGF-β)；腫瘤壞死因子α(TNF-α)；肝細胞生長因子(HGF)；粒細胞巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)；胰島素生長因子-1(IGF-1)；血管生成素；血管營養(yǎng)素；血管緊張肽；纖維蛋白和煙酰胺(Folkman，1986，1995；Auerbach and Auerbach，1994；Fidler and Ellis，1994；Folkman andKlagsbrun，1987；Nagy et al.，1995)。
H.細胞因子在某些實施方案中，設(shè)想了加入本發(fā)明聚合物纖維中的具體細胞因子的用途。下表2示范性但非限制性地列出了設(shè)想用于本發(fā)明的細胞因子和相關(guān)因子。
3.1.1.1.表2
G.多核苷酸加入到本發(fā)明聚合物纖維中的多核苷酸擴展至所有種類的核酸分子。所述核酸因此包括基因組DNA、cDNA、單鏈DNA、雙鏈DNA、三鏈DNA、寡核苷酸、Z-DNA、mRNA、tRNA和其它RNA。一般優(yōu)選DNA分子，即便在DNA用于表達治療性RNA如核酶或反義RNA的情況下也是如此。
編碼選定蛋白或RNA的“基因”或DNA段一般指含編碼選定蛋白或RNA的序列的DNA段，但其分離或純化至不含獲得該DNA的物種的總基因組DNA。術(shù)語“基因”和“DNA段”包括DNA段及其較小片段以及重組載體，包括例如質(zhì)粒、粘粒、噬菌體、逆轉(zhuǎn)錄病毒、腺病毒等。
術(shù)語“基因”簡單地用于指功能蛋白或肽編碼單位。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，該功能術(shù)語包括基因組序列和cDNA序列?！芭c其它編碼序列基本分離的”是指目的基因構(gòu)成了DNA段編碼區(qū)的重要部分，而該DAN段不含有大部分天然編碼DNA，例如大染色體片段或其它功能基因或cDNA編碼區(qū)。當然，這是指最初分離的DNA段，未排除基因或編碼區(qū)，例如前導肽編碼序列或靶向序列，后者人工加入到該DNA段中。
本發(fā)明不需要使用高度純化的DNA或載體，只要使用的任何編碼段編碼選擇的蛋白或RNA，且不包括任何對靶細胞具有顯著副作用的編碼序列或調(diào)節(jié)序列。因此，還應(yīng)當理解，有用的核酸序列可包括額外的殘基，例如在編碼區(qū)5′或3′部分側(cè)面的額外非編碼序列，或者可包括各種已知存在于基因中的內(nèi)部序列，即內(nèi)含子。
許多合適的DNA段可得自現(xiàn)有資源，包括商業(yè)來源。人們還可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員周知的各種分子生物學技術(shù)中的任何一種或多種，獲得編碼目的蛋白的新DNA段。例如，可使用具有設(shè)計序列的引物或探針篩選cDNA或基因組文庫。還可以使用聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)產(chǎn)生目的蛋白編碼DNA段。
在鑒別出合適的選定基因或DNA分子之后，可將其插入到本領(lǐng)域目前已知的眾多載體中的任一種中，以便其在整合入靶細胞后控制選定蛋白的表達和生產(chǎn)。在重組表達載體中，DNA段編碼區(qū)的位置處于啟動子/增強子元件控制之下。啟動子可為與選定基因天然相關(guān)的啟動子形式，可使用例如重組克隆和/或PCR技術(shù)，通過分離位于編碼段或外顯子上游的5′非編碼序列獲得。
在其它實施方案中，設(shè)想通過將編碼DNA段定位于受重組或外源啟動子控制的位置，獲得某些優(yōu)勢。本文使用的重組或外源啟動子意指在其天然環(huán)境中與選定基因通常無關(guān)的啟動子。這種啟動子可包括一般與其它選定基因相關(guān)的啟動子和/或分離自任何其它細菌、病毒、真核生物或哺乳動物細胞的啟動子。當然，重要的是使用有效控制DNA段在選擇的靶細胞中表達的啟動子。
使用重組啟動子實現(xiàn)蛋白表達是分子生物學領(lǐng)域技術(shù)人員周知的，參見例如Sambrook et al.(1989；通過引用結(jié)合到本文中)。使用的啟動子可為組成型或誘導型，可在合適條件下用于引導導入的DNA段高水平或可調(diào)節(jié)地表達。在組成型啟動子控制下的基因表達不需要存在特異性底物來誘導基因表達，并在細胞培養(yǎng)的所有條件下都發(fā)生。相反，由誘導型啟動子控制的基因表達對誘導劑的存在或不存在起反應(yīng)。
因此，可使用自哺乳動物細胞中生長的病毒的基因組分離的啟動子，例如RSV、痘苗病毒7.5K、SV40、HSV、腺病毒MLP、MMTVLTR和CMV啟動子，以及通過重組DNA或合成技術(shù)產(chǎn)生的啟動子。目前優(yōu)選的啟動子例如為CMV、RSV LTR、單獨的SV40啟動子以及與SV40增強子組合的SV40啟動子。
具有組織特異性的代表性組織特異性啟動子/增強子元件和轉(zhuǎn)錄控制區(qū)包括但不限于在胰腺泡細胞中有活性的彈性蛋白酶I基因控制區(qū)；在胰腺細胞中有活性的胰島素基因控制區(qū)；在淋巴細胞中有活性的免疫球蛋白基因控制區(qū)；在肝臟中有活性的白蛋白、1-抗胰蛋白酶和-甲胎蛋白基因控制區(qū)；在骨髓細胞中有活性的-球蛋白基因控制區(qū)；在大腦少突膠質(zhì)細胞中有活性的髓鞘堿性蛋白基因控制區(qū)；在骨骼肌中有活性的肌球蛋白輕鏈-2基因控制區(qū)；以及在下丘腦有活性的促性腺素釋放激素基因控制區(qū)。
為充分翻譯插入的蛋白編碼序列，可能還需要特異性起始信號。這些信號包括ATG起始密碼子和鄰近序列。對于將包括起始密碼子和鄰近序列的完整編碼序列插入到合適表達載體中的情況，可能不需要額外的翻譯控制信號。但是，對于僅插入部分編碼序列的情況，應(yīng)提供外源翻譯控制信號，包括ATG起始密碼子。起始密碼子必須與蛋白編碼序列可讀框協(xié)調(diào)，以確保整個插入序列的翻譯。這些外源翻譯控制信號和起始密碼子可為各種來源，既可以是天然的，也可以是合成的?？赏ㄟ^包含轉(zhuǎn)錄弱化序列、增強子元件等增強表達的效率和控制。
可使用各種載體，包括但不限于來源于重組噬菌體DNA、質(zhì)粒DNA或粘粒DNA的載體。例如，可使用質(zhì)粒載體如pBR322、pUC19/18、pUC 118、119和M13 mp系列載體。噬菌體載體可包括gt10、gt11、gt18-23、ZAP/R和EMBL系列噬菌體載體。可使用的粘粒載體包括但不限于pJB8、pCV 103、pCV 107、pCV 108、pTM、pMCS、pNNL、pHSG274、COS202、COS203、pWE15、pWE16和卡隆粒9系列的載體。允許體外轉(zhuǎn)錄RNA的載體如SP6載體也可用于產(chǎn)生可加入到基質(zhì)中的大量RNA。
選定的基因和DNA段還可為位于重組病毒基因組中的DNA插入片段形式，所述重組病毒例如為重組皰疹病毒、逆轉(zhuǎn)錄病毒、痘苗病毒、腺病毒、腺相關(guān)病毒或牛乳頭瘤病毒。盡管可使用整合型載體，但通常優(yōu)選非整合系統(tǒng)，其不會將基因產(chǎn)物傳輸?shù)皆S多代的子細胞中。這樣，基因產(chǎn)物在限定的生物過程如傷口愈合過程中表達，隨著基因在子代中被稀釋，基因產(chǎn)物的表達量減少。
在這種實施方案中，為使基因與靶細胞接觸，應(yīng)制備其基因組包括基因插入片段的重組病毒顆粒，經(jīng)由本發(fā)明聚合物纖維釋放去接觸靶細胞或組織，由此病毒感染細胞并傳遞遺傳物質(zhì)。
序列與文獻所述不同的基因也被設(shè)想用于本發(fā)明，只要改變或修飾的基因其編碼的蛋白仍具有以需要(直接或間接)的方式作用于靶細胞的功能。這些序列包括由點突變產(chǎn)生的序列、由于遺傳編碼簡并性或天然等位基因變體以及通過遺傳工程(即人工)導入其它修飾而產(chǎn)生的序列。
在核苷酸序列中導入變化用來改變編碼蛋白或多肽的功能特性的技術(shù)在本領(lǐng)域眾所周知。這種修飾包括堿基的缺失、插入或置換，由此改變氨基酸序列。改變可用于增加蛋白活性、增加其生物穩(wěn)定性或半衰期、改變其糖基化模式、賦予溫度敏感性或改變蛋白表達模式等。所有這些對核苷酸序列的修飾都包含在本發(fā)明中。
本發(fā)明的一個優(yōu)勢是在基因轉(zhuǎn)移方法和組合物中可使用一種或一種以上的選定基因。因此，核酸傳遞方法必須可以給予一種、兩種、三種或更多種選定基因?？蓱?yīng)用的最大基因數(shù)僅受實際考慮因素的限制，例如同時制備大量基因構(gòu)建物所涉及的困難乃至激發(fā)有害的細胞毒性作用的可能性?？蛇x擇特別的基因組合來改變相同或不同的生化途徑。例如，生長因子基因可與激素基因組合；或者激素和/或生長因子基因可與編碼細胞表面受體的基因組合，該細胞表面受體能夠與第一種基因的多肽產(chǎn)物相互作用。
在使用多個基因時，可將其組合在單個基因構(gòu)建物上，處于一個或多個啟動子控制下，或者可將其制備為相同或不同類型的單獨基因構(gòu)建物。因此，可使用幾乎無窮多組合的不同基因和基因構(gòu)建物。某些基因組合可設(shè)計為實現(xiàn)對細胞刺激和組織生長的協(xié)同作用，或其應(yīng)用可導致這種協(xié)同作用，這種組合的任一種和全部都完全屬于本發(fā)明的范圍。實際上，在科學文獻中已經(jīng)描述了許多種協(xié)同作用，使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠容易地鑒別合適的協(xié)同基因組合乃至基因-蛋白組合。
還應(yīng)當理解的是，如果有需要，核酸片段或基因可與其它物質(zhì)聯(lián)合給予，所述其它物質(zhì)例如為蛋白或多肽或各種藥學活性物質(zhì)。只要遺傳物質(zhì)構(gòu)成了組合物的一部分，則實際上對還可包含的其它組分沒有限制，前提是其它物質(zhì)在接觸靶細胞或組織時不會引起顯著的副作用。因此，核酸可隨同各種其它物質(zhì)一起傳遞，例如在某些實施方案中，人們可能希望給予血管生成因子，如美國專利5,270,300所公開的，該專利通過引用結(jié)合到本文中。
因為基因的化學特性即核苷酸的串必須是不變的，并且因為基因轉(zhuǎn)移和表達過程基本上是相同的，所以應(yīng)當理解的是，由本發(fā)明纖維基質(zhì)轉(zhuǎn)移的基因類型實際上是無限的。這就由用于DNA免疫接種的遺傳物質(zhì)(表達抗原性或免疫原性片段)混合物的轉(zhuǎn)移延伸至細胞功能刺激(如傷口愈合過程中)、細胞殺傷方面(如將腫瘤抑制基因、反義癌基因或凋亡誘導基因轉(zhuǎn)移至癌細胞中)。
僅作為實例，本發(fā)明提供的基因包括但不限于編碼和表達以下物質(zhì)的基因激素、生長因子、生長因子受體、干擾素、白介素、趨化因子、細胞因子、集落刺激因子和趨化因子、轉(zhuǎn)錄和延伸因子、細胞周期控制蛋白(包括激酶和磷酸酶)、DNA修復蛋白、凋亡誘導基因、凋亡抑制基因、癌基因、反義癌基因、腫瘤抑制基因、血管生成和抗血管生成蛋白、免疫應(yīng)答刺激和調(diào)節(jié)蛋白、細胞表面受體、輔助信號轉(zhuǎn)導分子和轉(zhuǎn)運蛋白、酶以及抗細菌和抗病毒蛋白。
H.試劑盒本發(fā)明各個方面所需的所有基本材料和試劑都可一起組裝在試劑盒中。本發(fā)明的試劑盒通常還包括含小瓶的裝置，例如將需要的小瓶保持在其中的注?；虼的Ｋ芰先萜鳎渲兴鲂∑繛槭袌鲣N售用的封閉限制式結(jié)構(gòu)，內(nèi)含需要的組分。不考慮容器的數(shù)量或類型，本發(fā)明的試劑盒通常裝有試劑盒組分使用說明書。
工作實施例包含以下的實施例是為了闡明本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，無意以任何方式限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解的是，以下實施例公開的技術(shù)表示本發(fā)明的發(fā)明人開發(fā)的技術(shù)可良好地用于實施本發(fā)明，因此可被認為等同于其優(yōu)選實施模式。但是，根據(jù)本說明書的公開內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當認識到可對本文公開的具體實施方案進行多種改變，并仍可獲得類似或相似結(jié)果而不偏離本發(fā)明精神和范圍。
實施例13.2.擠出凝膠或水凝膠芯纖維在本發(fā)明的一個實施方案中，使用以下方法產(chǎn)生凝膠或水凝膠芯藥物釋放纖維。使用的裝置示于圖7，該圖詳示了一種纖維噴絲頭，在該噴絲頭中凝固芯液通過小直徑皮下管流動，該皮下管位于平端皮下針的中央。但是，任何相似的構(gòu)型，包括放大版和特別構(gòu)建的裝置，都包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。該構(gòu)型可使聚合物環(huán)流過噴絲頭，以水基凝膠或水凝膠為芯。首先，將生物可降解聚合物，如聚(L-乳酸)(PLLA)、聚(DL-乳酸)、聚己內(nèi)酯、聚(乙醇酸)、聚酐或這些或其它生物可降解聚合物的共聚物或混合物，取決于聚合物類型，以5-30％重量的濃度范圍溶解在某些合適的溶劑(A)中，200kD分子量的PLLA優(yōu)選10％重量。在本實施方案中，溶劑(A)與水的混溶性低，與凝固浴溶劑(B)高度混溶，但與芯中凝膠或水凝膠中的水不混溶。水在該應(yīng)用中不起溶劑或非溶劑的作用。優(yōu)選的溶劑(A)包括氯仿和二氯甲烷。聚合物一溶解在選定溶劑中，通常就將非溶劑(溶劑C)以合適的濃度加入到聚合物溶液中，以降低溶劑體系的溶劑化能力，但不能使溶液達到其濁點。該非溶劑與溶劑(A)和溶劑(B)高度混溶，在某些情況下可與溶劑(B)相同。典型的選擇包括異辛烷、環(huán)己烷和己烷。該非溶劑使聚合物溶液接近其濁點，使得溶液更快速沉淀，在擠入凝固浴溶劑(B)中時形成纖維。
使用本領(lǐng)域?qū)嶋H操作人員已知的標準方法制備凝膠或水凝膠。作為實例，為在內(nèi)部膠凝藻酸鹽芯液，首先將藻酸鈉粉末溶解在蒸餾的去離子水中，獲得的濃度為0.5-50％重量，本實施例需要1％重量。一溶解就將溶液除菌過濾，獲得適用于凝膠擠出方法的母液。為促進藻酸鹽的內(nèi)部膠凝，向溶液中加入合適量的碳酸鈣CaCO3，并通過渦旋、聲處理或勻漿徹底混合。碳酸鈣不溶于中性pH的水，所以粉末最終懸浮在藻酸鹽溶液中。向該溶液中加入合適量的D-葡糖酸-δ-內(nèi)酯(GDL)，以緩慢降低溶液pH，啟動CaCO3釋放出游離Ca++，以交聯(lián)藻酸鹽中的古洛糖醛酸殘基，由此形成水凝膠。膠凝速率和凝膠特性可通過溶液中使用的CaCO3濃度以及GDL對CaCO3的比率來控制。
然后，通過圖7所示的噴絲頭裝置，立即將制備的凝膠溶液和聚合物溶液擠入含溶劑(B)的凝固浴中，使得聚合物環(huán)繞著含凝膠或水凝膠的中心管流動，如果有需要，將選擇的藥物溶解在凝膠中，或包埋入納米球體或脂質(zhì)體中并懸浮在凝膠中。將聚合物溶液和凝膠或水凝膠內(nèi)核按照需要纖維的尺寸通過噴絲頭擠入到凝固浴中，因為這些纖維通常未被拉伸，所以最終的纖維尺寸接近于噴絲頭尺寸。環(huán)外徑對凝膠或水凝膠內(nèi)徑的最佳比率需要通過實驗確定。例如，為獲得外徑接近500 的纖維，本發(fā)明發(fā)明人的實驗室對芯液使用的外腔為18號(gage)，內(nèi)腔為24或25號。任何水基凝膠、前體水凝膠組分或水凝膠都可以通過中心管傳遞。內(nèi)部凝膠或水凝膠經(jīng)常攜帶與有機溶劑不相容的藥物，或者凝膠或水凝膠不耐受存在的有機溶劑。因此，一般優(yōu)選用于凝膠或水凝膠的溶劑(一般為水)與溶劑(A)、(B)和(C)不混溶。溶劑(B)必須與溶劑(A)和(C)高度混溶，與芯液中的水組分不混溶，必須為聚合物的非溶劑；己烷和戊烷是最典型的選擇，但任何滿足以上標準并將溶劑由聚合物溶液中快速提取出來的溶劑在理論上都可行。因此，氯仿和戊烷與作為非溶劑加入的異辛烷組合，成為了良好的溶劑和凝固浴。因為溶劑(A)與凝固浴溶劑(B)高度混溶，所以其由聚合物溶液流自由擴散至凝固浴中，將聚合物溶液的溶劑化能力降低到濁點以下，這使聚合物開始沉淀，形成固體聚合物外層。有時候，聚合物外層必須在暴露于內(nèi)腔中流動的凝膠或水凝膠的壓力之前開始沉淀和形成。這需要內(nèi)腔的軸向位置突出在外環(huán)的出口以下(在本發(fā)明發(fā)明人的實驗室中通常為0-2mm)，以確保聚合物溶液就在凝膠或水凝膠芯液接觸聚合物之前暴露于凝固浴。加入到聚合物溶液中的非溶劑(C)加速了沉淀過程。由于溶劑(A)或(B)都不能自由擴散至芯液中，所以隨著聚合物脫離噴絲頭，產(chǎn)生了僅有單純凝固劑的前端，由此包埋凝膠或水凝膠芯。纖維落入凝固浴的距離對纖維形成及其最終特性很重要，通常為10-30cm。在本發(fā)明發(fā)明人的實驗室中，纖維已可以自由降落，并在凝固浴容器底部收集；但是，也包括其它設(shè)計，包括將纖維由凝固浴中拉出來，作為本發(fā)明的一部分。擠出的纖維可后處理，并以多種方式儲存，包括凍干、冷凍或烘箱干燥，并放置在干燥器(desecrator)或冰箱中，具體取決于載荷的生物分子的推薦儲存條件以及凝膠或水凝膠的特性。
實施例23.3.擠出凝膠包被的聚合物纖維在本發(fā)明的另一個實施方案中，產(chǎn)生包被水凝膠的PLLA或其它生物可降解聚合物纖維。擠出過程類似于所描述的，除了使用的凝固浴含有用于水凝膠的凝固劑或交聯(lián)劑。與前述類似，聚合物和水凝膠通過噴絲頭中擠出，聚合物溶液(可能在水或凝膠分散相中含有藥物)通過噴絲頭內(nèi)芯擠出，而凝膠或水凝膠(可能含有藥物)溶液通過噴絲頭外環(huán)擠出。如所述或如本領(lǐng)域?qū)嶋H操作者已知的其它方法制備溶液，同時通過噴絲頭擠出。對于雙腔噴絲頭的情況，聚合物溶液在不直接接觸凝固劑的情況下被擠出。在此情況下，聚合物溶劑必須通過后處理步驟去除，或者如果沒有理由反對的話，凝固浴可含有溶劑混合物，其中至少一種可同時與水和聚合物溶劑混溶；其實例包括異丙醇、丙酮等。這使得聚合物溶劑(通常為氯仿和二氯甲烷)通過水可混溶溶劑攜帶的凝膠或水凝膠外層離開。凝固浴還含有本領(lǐng)域?qū)嶋H操作者已知的以交聯(lián)或其它方式形成凝膠的溶液。對于藻酸鹽水凝膠，凝固浴可為合適濃度的CaCl2的水溶液。由噴絲頭流出聚合物溶液和藻酸鹽溶液時，藻酸鹽溶液(可含有如上所述的CaCO3和GDL)接觸凝固劑，并通過溶液中的鈣離子交聯(lián)。如果使用聚合物凝固劑，則聚合物/乳狀液中的溶劑將擴散入凝固劑中，聚合物將形成纖維。如果沒有使用凝固劑，則聚合物溶液由快速交聯(lián)藻酸鹽溶液包埋，以至形成藻酸鹽包裹的纖維。聚合物中殘余的溶劑可通過合適的后處理技術(shù)去除。
實施例3擠出使用凝固劑芯液的凝膠或水凝膠在外表面的中空纖維在本發(fā)明的一個實施方案中，使用以下的方法產(chǎn)生凝膠或水凝膠在外表面的中空纖維。裝置包括一個三腔噴絲頭，這也就意味著有三個泵。凝固浴由垂直固定的玻璃管組成，一端插入到凝固液池中，另一端用隔膜密封。用針刺穿隔膜，并用大容量注射器吸出管中的空氣，將凝固劑由池中引入管中。注滿時，取下注射器針頭，用隔膜密封管。和實施例2一樣，凝固劑必須包括膠凝外層凝膠或水凝膠的手段。再者，對于例如藻酸鹽的情況，氯化鈣溶液可能合適。凝膠或水凝膠溶液流過最外腔，生物可降解聚合物流過內(nèi)腔，而如上定義的用于聚合物的凝固劑流過最內(nèi)腔。以確定的速率由凝固浴中拉出纖維。在實驗室中，本發(fā)明的發(fā)明人使用附在改良可變速車床上的滾筒，該車床可精確保持其角速度。然后在不毀壞纖維的情況下，將拉伸和擠出的纖維由滾筒和纖維中心的凝固劑上移出。殘余的凝固劑和水通過凍干、冷凍或烘箱干燥纖維去除，并根據(jù)推薦的儲存條件將其置于干燥器或冰箱中。
實施例4擠出使用水作為芯液(水芯纖維)的中空纖維在本發(fā)明的一個實施方案中，使用以下方法產(chǎn)生水芯藥物釋放性纖維。裝置和實施例1使用的類似。該構(gòu)型可使聚合物環(huán)流過噴絲頭，以水基液體為芯。首先，將生物可降解聚合物，如聚(L-乳酸)(PLLA)、聚(DL-乳酸)、聚己內(nèi)酯、聚(乙醇酸)、聚酐或這些或其它生物可降解聚合物的共聚物或混合物，取決于聚合物類型，以5-30％重量的濃度范圍溶解在某些合適的溶劑(A)中，200kD分子量的PLLA優(yōu)選10％重量。在本實施方案中，溶劑(A)與水的混溶性低，與凝固浴溶劑(B)高度混溶，但與芯中的水不混溶。水在該應(yīng)用中不起溶劑或非溶劑的作用。優(yōu)選的溶劑(A)包括氯仿和二氯甲烷。聚合物一溶解在選擇的溶劑中，就將非溶劑以合適的濃度加入到聚合物溶液中，以降低聚合物溶劑體系的溶劑化能力，但不使該溶液達到其濁點。該非溶劑(溶劑C)與溶劑(A)和溶劑(B)高度混溶。典型的選擇包括異辛烷、環(huán)己烷和己烷。該非溶劑使聚合物溶液接近其濁點，使得溶液在擠入凝固浴中時更快速地形成纖維。
然后，通過噴絲頭裝置將聚合物溶液擠入含溶劑(B)的凝固浴中，使得聚合物環(huán)繞著含水的中心管流動，如果有需要，可將選擇的藥物溶解在水中，或包埋入納米球體或脂質(zhì)體中并懸浮在水中。通過尺寸范圍為16號到27號的噴嘴將聚合物溶液擠入凝固浴中，含水芯液的皮下管的尺寸要合適，以匹配選擇的噴嘴。任何水基液體都可以通過中心管傳遞，只要該溶液不與溶劑(A)混溶。溶劑(B)必須與溶劑(A)和(C)高度混溶，必須為聚合物的非溶劑；己烷和戊烷是最典型的選擇，但任何為聚合物的非溶劑并與溶劑(A)和(C)高度混溶的溶劑都可用于該用途，只要其可將溶劑由聚合物溶液中快速提取出來。例如，戊烷與氯仿和異辛烷高度混溶，也是聚合物的非溶劑。因此，氯仿、異辛烷和戊烷構(gòu)成了一個良好的溶劑、非溶劑和凝固浴組合。因為溶劑(A)與凝固浴溶劑(B)高度混溶，所以其由聚合物溶液流自由擴散至凝固浴中。調(diào)節(jié)內(nèi)部皮下管和噴嘴的相對軸向位置，以確保聚合物溶液環(huán)在水芯接觸聚合物前就暴露于凝固浴。加入到聚合物溶液中的非溶劑加速了沉淀過程，以至在聚合物中形成了夾裹芯溶液的外層。由于溶劑(A)或(C)都不能自由擴散至芯液中，所以隨著聚合物脫離噴絲頭，產(chǎn)生了僅有單純凝固劑的前端。另外，溶劑與芯的不混溶性保護了其及其含量。用于該用途的凝固浴由250ml或更大的燒杯組成，纖維可落入其中，并隨著其凝固而纏繞。落下的高度對纖維形成很重要，通常為10-30cm。將擠出的纖維由燒杯取出，凍干、冷凍或烘箱干燥，并放置在干燥器或冰箱中，具體取決于推薦的儲存條件。
3.4.實施例5實施例1的其它制作技術(shù)，用于親水纖維唯一的差異是使用低分子量(通常在200-600Da的范圍內(nèi))的分子如聚(乙二醇)(PEG)作為凝固浴。該聚合物與氯仿和二氯甲烷混溶，也是聚合物的非溶劑，如PLLA。因此，其有資格作為凝固浴，但是，此獨特的凝固浴在纖維壁中產(chǎn)生了PEG互穿網(wǎng)絡(luò)，使其在接觸水性環(huán)境時親水。這對植入來說是一個有意思的暗示，可改變針對纖維的細胞反應(yīng)。
實施例6神經(jīng)組織工程在本發(fā)明的此方面，將纖維平行陣列裝入管中，并載荷用于軸突生長的神經(jīng)營養(yǎng)蛋白。該管可以是本發(fā)明要求保護的組合物纖維的非常大版本，其中凝膠或水凝膠內(nèi)核的濃度可為零，或者可設(shè)計成具有凝膠或水凝膠外層、多組分凝膠或水凝膠內(nèi)核以及由生物可降解聚合物組組成的中間層。最內(nèi)部的凝膠或水凝膠的濃度可為零，生物可降解聚合物層可載荷治療劑，治療劑或者在分散相中，或者與聚合物直接混合。外部凝膠或水凝膠還可以含有治療劑，內(nèi)部凝膠或水凝膠也可以含有治療劑。管內(nèi)是纖維的平行陣列，本發(fā)明或我們以前的發(fā)明可有或沒有描述過其組成。對于本實施例，至少一種組分，或者為管，或者至少一種纖維，必須為本發(fā)明描述的組合物。將管內(nèi)部的纖維陣列放置于斷裂的外周或中樞神經(jīng)中。治療劑可以線性或某些其它合適的梯度載入載荷其的裝置元件中(管的外部凝膠或水凝膠、中間的生物可降解聚合物層或最內(nèi)部的管內(nèi)核以及管內(nèi)的單個纖維，為本文所述的任一種和所有可能的組成方式)，但裝置中每次出現(xiàn)的梯度根據(jù)需要可有所不同。植入該裝置來橋接神經(jīng)干末端之間的空隙。隨著該裝置釋放其可由神經(jīng)營養(yǎng)蛋白、抗炎劑、血管生成因子、具體趨化劑或化學排斥劑等組成的治療劑，軸突、脈管系統(tǒng)和其它支持細胞和組織開始遷移至病灶。一旦軸突到達遠端，則由存在的Schwann或神經(jīng)膠質(zhì)細胞提供導向信號，然后可產(chǎn)生重接。先前發(fā)現(xiàn)軸突接受這些纖維束的接觸導向，并能夠使用非載荷纖維在大鼠坐骨神經(jīng)切除部位中橫貫至少1.8cm。對于大鼠坐骨神經(jīng)生長來說，管中未載荷纖維的最優(yōu)密度為在1.5mm直徑管中有約32根纖維。
實施例7制備和使用聚合物纖維支架在另一個實施方案中，纖維可載荷目的藥物，并用于要求機械強度的支架或其它醫(yī)學裝置。如果需要機械特性，則可以載荷纖維和未載荷纖維混合的方式機織支架。
纖維還可與市售支架聯(lián)合使用，以傳遞安放位置的藥物。在此情況下，纖維應(yīng)不提供任何機械支撐，而是僅用作藥物傳遞池。
實施例8
制備和使用傷口敷料在另一個實施方案中，可由這些纖維制備紗布或敷料。該敷料具有兩面，上表面釋放用于上皮再形成的分子，并提供這些細胞的基質(zhì)。下表面促進皮膚組織的再生。該敷料設(shè)計用于皮膚傷口愈合，包括燒傷、全厚度皮膚傷口(full thickness dermal wound)以及慢性或非愈合傷口和潰瘍。每根纖維都可具有多組分、多層構(gòu)型，以提供大概對應(yīng)于皮膚傷口愈合的三個階段的藥物或因子的時序性釋放。
作為一個實例，對于設(shè)計用于外傷患者的敷料，首先要釋放的化學物質(zhì)可以是促凝劑，以幫助終止出血。然后下一層可釋放細胞因子，以幫助募集用于下一個階段傷口愈合的嗜中性粒細胞和巨噬細胞。最后，釋放因子來幫助減少過多的傷疤組織和抑制收縮，燒傷患者尤其不能出現(xiàn)收縮。
3.5.實施例9制作人工動脈使用本文描述的技術(shù)可以構(gòu)建人工動脈。用載荷各種生物劑的纖維，可針織、機織、編織或使用非織造技術(shù)制作一系列中空、同心的圓柱狀節(jié)段。最內(nèi)側(cè)圓柱體優(yōu)選緊密機織，并含有促進完整內(nèi)皮細胞層遷移、擴散和功能化的藥物或因子。下一個圓柱體由機織或針織的纖維結(jié)構(gòu)組成，這些纖維主要沿圓周盤繞在內(nèi)部圓柱體周圍。該層誘導平滑肌纖維遷移和增殖，并促進彈性蛋白表達，以產(chǎn)生內(nèi)部彈性介質(zhì)。下一個圓柱體由針織或非織造的纖維組成，含有促進成纖維細胞、巨噬細胞向內(nèi)生長和胞外基質(zhì)產(chǎn)生的藥物。最后一層包括縱向纖維，其通過由VEGF釋放性纖維或其它血管生成促進劑產(chǎn)生人工血管滋養(yǎng)管，促進動脈細胞血管化。
3.6.實施例103.7.藥物傳遞支架在另一個應(yīng)用實施方案中，這些纖維可在適于纖維結(jié)構(gòu)的位置用作藥物傳遞支架。例如，在微球體或其它結(jié)構(gòu)更有可能干擾患者視力的眼內(nèi)，纖維可用小釘固定，不會漂浮在視野中。纖維能夠停留在優(yōu)于微球體或其它結(jié)構(gòu)如納米顆粒、水凝膠等的位置。
3.8.實施例113.9.原位引導血管生成在本實施方案中，將一種或多種纖維沿著需要引導血管生成的路徑置于體內(nèi)，其中所述纖維含有一個或多個家族的血管生成因子，例如VEGF、bFGF、血管緊張素或其它已知誘導血管生成的物質(zhì)。隨著纖維開始釋放血管生成因子，將誘導內(nèi)皮細胞按照類似于正常血管生成的過程由周圍脈管系統(tǒng)向著纖維遷移。使用的纖維可為本發(fā)明描述的一種或多種組合物，或者可為具有VEGF或類似的對內(nèi)部內(nèi)皮細胞具有趨化作用的生長因子以及用于外部平滑肌的不同因子的管。這樣，可以確定產(chǎn)生的血管的尺寸。在該應(yīng)用中，細胞由細胞特異性生長因子引導入最初無細胞的支架中。
3.10.實施例123.11.骨折愈合在另一個傷口愈合實施方案中，將已知增強骨折愈合的蛋白載入纖維中。然后將該纖維包裹在骨折部位的骨四周，其釋放生長因子并增強骨折修復速率。
這些纖維或者可以為螺旋結(jié)構(gòu)(單螺旋或多螺旋)，或者可將其機織成寬松開放的式樣。將螺旋或機織結(jié)構(gòu)的纖維置于骨碎片四周，保持它們在原位，同時釋放其生長因子。
對于非愈合性骨折，由于骨折部位的血液供應(yīng)沒有或很少，可使用含VEGF或其等同物的纖維或纖維組增強骨折區(qū)域的血液供應(yīng)。
在該實施方案中，相比于未治療的骨折，骨折加速愈合，在某些情況下，骨不連合也可愈合。
除此之外，在第三個骨愈合應(yīng)用中，可在骨折的局部區(qū)域使用釋放止痛藥物的纖維。這樣，纖維可用于植入板、螺釘或其它矯形裝置的病例或其它進行骨外科操作的病例。局部疼痛緩解可使患者更快速地將載荷物應(yīng)用于骨折部位，并可產(chǎn)生更強和更快速的好轉(zhuǎn)，又使患者更舒適。
3.12.實施例133.13.皮膚潰瘍愈合和實施例8描述的一類皮膚傷口愈合相類似，該技術(shù)的另一個重要實施例是治愈各種起源的慢性皮膚潰瘍(例如糖尿病足潰瘍、靜脈潰瘍和全身褥瘡性潰瘍)的潛力?；趧?chuàng)建的非機織纖維網(wǎng)可治愈這些病癥和潛在的其它類似病癥，其中所述非機織纖維網(wǎng)釋放已知加速皮膚傷口愈合的因子，例如血小板衍生生長因子(PDGF)、轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)和VEGF或類似蛋白。該非機織網(wǎng)可直接插入或裝入潰瘍或傷口中，其中這些生長因子可有助于加速傷口的愈合過程。這些敷料可設(shè)計用于愈合皮膚瘡和潰瘍。在此情況下，幾乎不需要減少出血；這反而是這些患者的最大需要之一，特別是那些傷口部位缺乏血液供應(yīng)的糖尿病潰瘍患者。因此，誘導血管生成的因子能夠增加循環(huán)，并幫助瘡或潰瘍部位的組織復原。
針對各種類型的傷口或瘡的特別需要，通過改變釋放的生物分子以及釋放它們的動力學，可設(shè)計出各種敷料。
3.14.實施例143.15.肌肉移植術(shù)在另一個實施方案中，纖維平行陣列可載荷肌肉干細胞。這些干細胞可為心肌、平滑肌或骨骼肌來源。這些肌肉干細胞一接種到纖維陣列上，就可將纖維在體外機械伸展，以幫助這些細胞正確地排列和分化。還可以使用非常小直徑的纖維實現(xiàn)排列。我們采用軸突的實驗表明，直徑大約50μm的纖維傾向于幫助細胞平行于纖維軸排列。該束中的其它纖維可釋放血管生成因子，以產(chǎn)生供應(yīng)肌細胞的血管。對于骨骼肌或平滑肌組織，還可包含用于神經(jīng)生長的纖維，以誘導形成神經(jīng)肌肉接合。用于收獲、分離、再生和分化這些干細胞的各種實驗條件是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，不是本發(fā)明的一部分。
實施例15治療青光眼與實施例10描述的眼中藥物傳遞和實施例6簡述的神經(jīng)支架相類似，通過組合眼內(nèi)藥物傳遞和應(yīng)用于視神經(jīng)的神經(jīng)治療，可治療青光眼。視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞經(jīng)歷凋亡，導致視神經(jīng)軸突死亡。假設(shè)如果細胞可在眼內(nèi)以及沿著視神經(jīng)的路徑都得到支持，則細胞應(yīng)當能夠存活。通常，可將釋放生長因子如NT-4、BDNF、CNTF的纖維束局部應(yīng)用于視神經(jīng)外部。同時，將釋放凋亡抑制劑或視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞支持因子的纖維植入眼中。這種組合作用可延長或保持青光眼患者的視力。
由前述實施例可見，一旦理解了基本的生理結(jié)構(gòu)，就可能機織其它的組織、器官或結(jié)構(gòu)。這可延伸至消化系統(tǒng)、骨骼肌系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)的器官。
實施例16在含有水分散相的生物可降解聚合物外層中產(chǎn)生凝膠或水凝膠內(nèi)核在本發(fā)明的另一個實施方案中，凝膠芯纖維也可以在生物可降解聚合物纖維壁中的水、凝膠或水凝膠分散相中含有治療劑。裝置和擠出條件類似于實施例1，本實施例描述的除外。
聚合物一溶解在溶劑(A)中，就將含目的生物分子和表面活性劑的水溶液或凝膠或水凝膠(包括前體)加入到聚合物溶液中。另外，可將表面活性劑加入到溶劑(A)中。水相的濃度通常在1-70％體積/體積聚合物溶液的范圍內(nèi)，對于充滿凝膠或水凝膠的PLLA纖維最通常為4-20％。表面活性劑可為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的一種或組合物質(zhì)，例如牛血清白蛋白(BSA)、聚(乙烯醇)、Pluronic或生物表面活性劑，如磷脂家族。本文沒有具體提及但本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它表面活性劑通過擴展包括在本發(fā)明中。在典型應(yīng)用中，用作表面活性劑的BSA的濃度大約是目的生物分子10-100倍高，水相的通常濃度為2％重量至50％重量。要注意地是，本發(fā)明發(fā)明人的實驗證明，對于凝膠或水凝膠難以獲得高蛋白濃度，因此，表面活性劑的選擇可能取決于分散相的類型。
使用某些類型的機械能如聲處理、渦旋或使液體通過小孔產(chǎn)生的剪切力，在水相和有機相之間形成油包水型乳狀液。根據(jù)水溶液相對于聚合物溶液的體積，使用分部加入的水相，分階段完成乳化，直至將總體積加入到聚合物溶液中。該乳狀液的穩(wěn)定時期必須遠超過擠出所需的時間，以確保整個擠出過程中乳化的均一性。水分散相液滴的大小主要取決于表面活性劑的量和形成乳狀液時施加于體系的機械能總量。水相大小對于纖維的釋放動力學和機械特性是一個重要變量。然后該乳狀液用作聚合物溶液，所有其它細節(jié)都與實施例1的闡述一樣。
實施例17產(chǎn)生外部為凝膠或水凝膠、內(nèi)核為生物可降解聚合物纖維的纖維，在纖維壁中含有水、凝膠或水凝膠分散相該實施例和實施例2在所有細節(jié)上都類似，除了如實施例16所述將分散相加入到聚合物溶液中以外。
實施例18
產(chǎn)生外部為凝膠或水凝膠的中空纖維，在纖維壁中含有凝膠或水凝膠分散相該實施例和實施例3在所有細節(jié)上都類似，除了如實施例16所述將分散相加入到聚合物溶液中以外。
實施例19產(chǎn)生水芯纖維，在纖維壁中含有水、凝膠或水凝膠分散相該實施例和實施例4在所有細節(jié)上都類似，除了如實施例16所述將分散相加入到聚合物溶液中以外。
按照本發(fā)明，在沒有不適當實驗的情況下，本文公開的和要求保護的所有組合物和方法都可被制備和實行。盡管根據(jù)優(yōu)選實施方案描述了本發(fā)明的組合物和方法，但對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見地是，可對組合物和方法進行各種改變，并可應(yīng)用于本文描述方法的步驟或步驟順序中，而不偏離本發(fā)明的原則、精神和范圍。更具體地說，顯然可用某些物理和化學相關(guān)的物質(zhì)取代本文描述的物質(zhì)，同時獲得相同或相似的結(jié)果。所有這些對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的相似替代和修飾實際上屬于所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神、范圍和原則。
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權(quán)利要求
1.一種藥物傳遞組合物，所述組合物包含至少一種纖維，其中所述纖維含第一種組分和第二種組分，其中所述第一種組分為生物可降解聚合物，所述第二種組分選自凝膠和水凝膠。
2.權(quán)利要求1的組合物，其中所述第一種組分存在于纖維芯中，所述第二種組分存在于纖維壁中。
3.權(quán)利要求1的組合物，其中所述第二種組分存在于纖維芯中，所述第一種組分存在于纖維壁中。
4.權(quán)利要求1的組合物，所述組合物還含有至少一種額外的纖維，其中所述額外的纖維環(huán)繞著鄰近的內(nèi)部纖維。
5.權(quán)利要求4的組合物，其中所述鄰近的內(nèi)部纖維大致位于外部纖維的中央。
6.權(quán)利要求1的組合物，其中所述治療劑載入凝膠或水凝膠中。
7.權(quán)利要求6的組合物，其中所述治療劑為生長因子。
8.權(quán)利要求7的組合物，其中所述生長因子為血管生成促進劑。
9.權(quán)利要求7的組合物，其中所述生長因子促進神經(jīng)再生。
10.權(quán)利要求6的組合物，其中所述治療劑為病毒。
11.權(quán)利要求6的組合物，其中所述治療劑選自蛋白、酶、轉(zhuǎn)錄因子、信號轉(zhuǎn)導分子、內(nèi)部信使、第二信使、激酶、蛋白酶、細胞因子、趨化因子、結(jié)構(gòu)蛋白、白介素、激素、抗凝劑、促凝劑、抗炎劑、抗生素、促進血管生成的物質(zhì)、抑制血管生成的物質(zhì)、生長因子、免疫調(diào)節(jié)物、趨化劑、促凋亡劑、抑凋亡劑和促有絲分裂劑。
12.權(quán)利要求1的組合物，其中所述凝膠或水凝膠為前體凝膠或前體水凝膠。
13.權(quán)利要求1的組合物，其中所述生物可降解聚合物纖維含疏水性藥物。
14.權(quán)利要求1的組合物，其中所述凝膠或水凝膠含放射性物質(zhì)。
15.一種含纖維的藥物傳遞組合物，其中所述纖維包含第一種組分和第二種組分，其中所述第一種組分為生物可降解聚合物，所述第二種組分為水，而且其中所述水作為內(nèi)核存在。
16.權(quán)利要求15的組合物，所述組合物還含有至少一種額外的纖維，其中所述額外的纖維環(huán)繞鄰近的內(nèi)部纖維。
17.權(quán)利要求16的組合物，其中所述鄰近的內(nèi)部纖維大致位于外部纖維的中央。
18.權(quán)利要求15的組合物，其中所述生物可降解聚合物纖維含疏水性藥物。
19.一種含纖維的藥物傳遞組合物，其中所述纖維包含基本由凝膠或水凝膠組成的乳狀液。
20.一種含纖維的藥物傳遞組合物，其中所述纖維包含第一種組分，其中所述第一種組分為凝膠或水凝膠，而且其中所述纖維含中空芯。
21.一種支架組合物，所述組合物含一種或多種纖維，其中所述纖維包含第一種組分和第二種組分，其中所述第一種組分為生物可降解聚合物，所述第二種組分選自凝膠或水凝膠。
22.權(quán)利要求21的組合物，其中所述第一種組分存在于纖維芯中，所述第二種組分存在于纖維壁中。
23.權(quán)利要求21的組合物，其中所述第二種組分存在于纖維芯中，所述第一種組分存在于纖維壁中。
24.權(quán)利要求21的組合物，所述組合物還含有至少一種額外的纖維，其中所述額外的纖維環(huán)繞鄰近的內(nèi)部纖維。
25.權(quán)利要求24的組合物，其中所述鄰近的內(nèi)部纖維大致位于外部纖維的中央。
26.權(quán)利要求21的組合物，其中治療劑載入凝膠或水凝膠中。
27.權(quán)利要求26的組合物，其中所述治療劑為生長因子。
28.權(quán)利要求27的組合物，其中所述生長因子為血管生成促進劑。
29.權(quán)利要求27的組合物，其中所述生長因子促進神經(jīng)再生。
30.權(quán)利要求26的組合物，其中所述治療劑為病毒。
31.權(quán)利要求26的組合物，其中所述治療劑選自蛋白、酶、轉(zhuǎn)錄因子、信號轉(zhuǎn)導分子、內(nèi)部信使、第二信使、激酶、蛋白酶、細胞因子、趨化因子、結(jié)構(gòu)蛋白、白介素、激素、抗凝劑、促凝劑、抗炎劑、抗生素、促進血管生成的物質(zhì)、抑制血管生成的物質(zhì)、生長因子、免疫調(diào)節(jié)物、趨化劑、促凋亡劑、抑凋亡劑和促有絲分裂劑。
32.權(quán)利要求21的組合物，其中所述凝膠或水凝膠為前體凝膠或前體水凝膠。
33.權(quán)利要求21的組合物，其中所述生物可降解聚合物纖維含疏水性藥物。
34.權(quán)利要求21的組合物，其中所述凝膠或水凝膠含放射性物質(zhì)。
35.一種生產(chǎn)纖維的方法，其中所述纖維包含第一種組分和第二種組分，其中所述第一種組分為生物可降解聚合物，所述第二種組分選自凝膠或水凝膠。
36.一種生產(chǎn)纖維的方法，其中所述纖維包含基本由凝膠或水凝膠組成的乳狀液。
37.一種生產(chǎn)纖維的方法，其中所述纖維包含第一種組分，其中所述第一種組分為凝膠或水凝膠，而且其中所述纖維含中空芯。
全文摘要
本發(fā)明涉及含凝膠或水凝膠的纖維組合物。本發(fā)明進一步涉及載荷凝膠或水凝膠的生物可降解纖維組合物以及生產(chǎn)這種纖維的方法。本發(fā)明進一步提供組織工程和藥物傳遞組合物和方法，其中制備的細胞培養(yǎng)用三維基質(zhì)在體外和體內(nèi)使用。本發(fā)明還涉及通過生物可降解聚合物改性以及加入的凝膠或水凝膠改性以操控治療劑釋放速率的方法。
文檔編號A61K9/70GK1812753SQ200480018348
公開日2006年8月2日 申請日期2004年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月2日
發(fā)明者K·D·納爾遜, B·B·克羅 申請人:得克薩斯系統(tǒng)大學評議會