專利名稱：創(chuàng)傷愈合裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及促進創(chuàng)傷愈合和組織生長，更具體地，涉及通過微細加工 (microfabricated)的創(chuàng)傷治療設備施加受控的微機械力(micro-mechanical force)、流 體來源的生物學介體(mediator)和細胞，以促進哺乳動物中高效的組織生長和/或創(chuàng)傷愈
I=I ο相關技術的討論美國每年產生超過100萬的新的長期創(chuàng)傷，估計治療費用到達數(shù)十億美元。創(chuàng)傷 可以定義為單個器官或器官系統(tǒng)中保護性覆蓋物的缺損。如果沒有這種生理屏障，在正常 情況下受該覆蓋物保護的組織就會發(fā)生生物區(qū)室化(biologic compartmentalization)的 喪失。當組織在生理上不再區(qū)室化時，則發(fā)生流體損失、微生物侵入、電解質失衡，并在某些 情況下發(fā)生代謝功能障礙。非區(qū)室化組織的流體損失包括但不限于血、血漿、淋巴、腸內容 物、膽汁、腦脊髓液、粘液。這些流體損失導致其下層組織脫水并使微生物能夠侵入，導致潛 在的感染，并且在許多情況下導致進行性組織損失。例如，無法治愈的長期下肢皮膚創(chuàng)傷可 導致受影響肢體的部分或全部截肢。這種長期下肢皮膚創(chuàng)傷有幾個病因，包括機械創(chuàng)傷、燒 傷、輻射、動脈供血不足、靜脈淤血、慢性感染、神經病變和全身性疾病如糖尿病等。目前用 于改善創(chuàng)傷愈合的方法著重于有效的導膿、預防感染、減少炎癥和使組織和流體損失最小 化。皮膚和其他器官系統(tǒng)中的大部分創(chuàng)傷的特點是保護性外層以及下層和組織中的 細胞和結締組織基質的丟失。在皮膚創(chuàng)傷的情況下，表皮就是所丟失的外層。表皮覆蓋真 皮以及諸如脂肪、肌肉和骨的更深層結構。在皮膚和其他器官系統(tǒng)中的大型創(chuàng)傷的閉合通 常需要產生數(shù)十億個細胞、通過血管網(wǎng)輸送的營養(yǎng)和來自新生細胞外基質(ECM)中存在的 蛋白質和糖胺聚糖的機械強度。眾所周知，機械力在生物系統(tǒng)中具有基礎性作用。在發(fā)育中，發(fā)育中的肌肉的力 量影響骨的形成。此外，機械力的應用已經是外科手術中的重要輔助手段。牽引成骨術 (distraction osteogenesis)可使骨逐步伸長。組織擴張可使軟組織(包括神經和血管) 逐漸伸長。張力創(chuàng)傷趨近(tension wound approximation)裝置隨時間的推移閉合創(chuàng)傷。 對創(chuàng)傷施加亞大氣壓力已表明能增加創(chuàng)傷內的血管供應并加速愈合。施加微機械力來促進 創(chuàng)傷愈合的設備和方法記載于美國公布專利申請?zhí)?003/0108587中。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個方面涉及允許向創(chuàng)傷表面受控施加微機械力來促進哺乳動物的創(chuàng)傷愈合和/或組織生長的裝置和方法。加快創(chuàng)傷愈合可減少包括感染、斷肢和疼痛的并發(fā) 癥。由于慢性病患者住院、創(chuàng)傷治療和醫(yī)療護理減少而可以獲得間接的經濟收益。本文公 開的裝置和方法可用于促進體內和體外人工組織以及體外組織外植體的生長和發(fā)育。本發(fā)明的某些方法涉及通過用本文所述的創(chuàng)傷愈合設備覆蓋創(chuàng)傷部位來保護受 試者創(chuàng)傷部位的步驟。所述方法可以通過放置設備本身以覆蓋受試者創(chuàng)傷部位或者將該設 備置于醫(yī)療器械和創(chuàng)傷部位之間來實施。醫(yī)療器械包括例如導管、管、套管和石膏。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，使用方法和裝置在亞微米至毫米尺度上局部控制向組織 施加的機械力。向組織施加的微機械力在該組織上產生局部應力和應變場，并且通過促進 細胞增殖和遷移以及刺激血管生成來刺激創(chuàng)傷愈合。本文公開的在小尺度上施加微機械力 的裝置和方法可與施加大尺度力的常規(guī)方法組合使用。這些組合裝置能在向大的組織區(qū)域 內施加力的同時將應力集中到局部以誘導精確的細胞應力，在一些情況下促進創(chuàng)傷收縮， 并且可以適于以連續(xù)或周期性方式施加力?；蛘?，在一些實施方案中，多個微米至毫米尺度 式樣(feature)的同時使用提供了在微觀尺度上控制的大尺度力施加。該方法尤其可用于 促進創(chuàng)傷愈合，然而，它也可以用于刺激體內組織的生長和預條件化(pre-conditioning)， 以提高利用組織工程方法形成的人工血管的壁強度。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，促進組織生長的設備包括具有多個微結構的生物相容性 基體，每個微結構構建和布置成向組織表面施加機械刺激。所述設備配置為通過所述多個 微結構中第一微結構施加第一機械刺激與通過所述多個微結構中第二微結構施加第二機 械刺激是可獨立控制的。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，促進組織生長的設備包括具有多個微室(microchamber) 的生物相容性基體，所述多個微室構建并排列成面向組織表面，并且所述多個微室中的每 個微室均形成封閉的外周。所述設備還包括多個通道，所述多個微室中的每個微室與所述 通道中的一個或更多個流體連通。在一些實施方案中，所述通道是微通道。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，向目標組織表面施加機械刺激來促進組織生長的方法包 括提供基底，所述基底具有包含多個突出微結構的組織朝向面。所述微結構長度與寬度的 比值小于100 1。所述方法還包括利用力使所述基底的所述組織朝向面與目標組織表面 接觸并保持，使得所述突出微結構使所述組織表面變形。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，微室設置在材料基體中面向創(chuàng)傷的一側。所述微室經過 流體微通道連接至真空源或壓力源，使得每個微室能夠向創(chuàng)傷中小的物理局部區(qū)域施加受 控真空或壓力。所述微室可利用由閥控制的微通道連接至真空源，以使每個微室施加的力 可獨立控制。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，將細胞培養(yǎng)室集成到創(chuàng)傷愈合裝置的材料基體中。這些 細胞培養(yǎng)室產生可溶性介體(mediator)，所述可溶性介體隨后經微通道遞送至微室或其它 面向創(chuàng)傷的式樣，以施加至創(chuàng)傷表面。所述可溶性介體可有助于促進創(chuàng)傷愈合。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，用于創(chuàng)傷治療的設備包括具有多個微室的順應性 (conformable)基體，所述多個微室構建并排列成向創(chuàng)傷表面施加物理定位的愈合刺激，向 所述多個微室中的每個室施加這些刺激是可獨立控制的。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，用于創(chuàng)傷治療的設備包括具有多個微室的順應性基體， 所述多個微室構建并排列成面向創(chuàng)傷表面，其中所述多個微室中的每個微室均形成封閉的外周。所述多個微室中的每個微室均與微通道流體連通。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，用于創(chuàng)傷治療的設備包括順應性基體，所述基體具有多 個室和與獨立的室或室組流體連通的至少兩個通道。所述設備包括與每個通道相關聯(lián)的閥 以單獨控制向每個單獨的室或室組施加真空壓力、正壓力、創(chuàng)傷愈合介體和細胞中的一種 或多種。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，用于創(chuàng)傷治療的設備包括在其面上具有開放室的基體， 所述室配置為向創(chuàng)傷表面施加液體。細胞培養(yǎng)室包括在基體內，其中細胞培養(yǎng)室與所述開 放室流體連通。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，用于創(chuàng)傷治療的設備包括順應性基體，所述基體具有多 個構建并排列成向創(chuàng)傷表面施加真空壓力的室。所述設備還包括真空壓力源。包括多個通 道，其中每個通道與所述真空源流體連通并與所述多個室中的至少一個室連接。每個通道 與閥關聯(lián)，以控制向與所述通道流體連通的室施加真空壓力。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，可重復使用的創(chuàng)傷治療設備包括具有多個微室的硅酮橡 膠基體，所述多個微室具有10微米或更小的寬度。在本發(fā)明的另一方面中，提供一種促進創(chuàng)傷愈合的方法。所述方法包括將順應性 基體置于創(chuàng)傷表面上，所述基體具有寬度為10000微米或更小的多個微室以及與所述微室 流體連通的多個微通道。所述方法還包括將真空壓力源連接至所述微通道，以將真空壓力 施加至創(chuàng)傷表面。在本發(fā)明的另一方面中，用于創(chuàng)傷治療的設備包括創(chuàng)傷愈合室的陣列，其具有采 用生物傳感器的反饋控制系統(tǒng)以提高或優(yōu)化創(chuàng)傷愈合過程。所述設備可以包括能夠監(jiān)測 多種物理和生理參數(shù)的生物傳感器，所述多種物理和生理參數(shù)包括但不限于pH、溶解氧含 量、血液中的血紅蛋白濃度、血紅蛋白氧飽和度、細菌計數(shù)、毒素濃度、蛋白質濃度以及代謝 底物和副產物的濃度。所述設備包括能夠通過各種傳感方式測量這些物理和生理參數(shù)的 傳感器。所述設備包括能夠調節(jié)、傳輸、存儲和數(shù)學處理所測量的物理和生理參數(shù)的處理電 路。構成所述設備的一部分的所述處理電路可以包括電子元件、流控元件、氣動元件、基于 細胞的元件、基于化學的元件、光學元件、熱激活元件或其它合適的元件。該電路的其它處 理功能可通過本文未列出的該電路其它物理元件來執(zhí)行。在本發(fā)明的另一方面中，用于創(chuàng)傷治療的設備包括能夠利用多種致動方式施加物 理定位機械刺激的創(chuàng)傷愈合室的陣列。所述機械致動方式包括但不限于超聲波、聲波、壓 電、電阻、熱膨脹和收縮、流控、氣動、形狀記憶合金致動和受控相變。本文中未列舉的其它 合適的機械傳動處理方式可用于對實現(xiàn)創(chuàng)傷組織的機械刺激。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種在創(chuàng)面上沉積多個物理定位的細胞、胞外基質、 蛋白質的層合體(laminate)以實現(xiàn)體內組織和材料的多層生物學功能的方法。該方法包 括沉積不同厚度的生物學層合體，以重建通常由器官或器官系統(tǒng)的外表面提供的復合屏蔽 功能。在皮膚創(chuàng)傷的情況下，該方法允許沉積特定的細胞類型組合以重現(xiàn)真皮的結構和功 能。該方法允許沉積獨特的細胞類型組合以重現(xiàn)真皮的結構和功能。利用該方法沉積的材 料可包括但不限于活細胞、去功能化細胞、可溶性創(chuàng)傷愈合介體、不溶性創(chuàng)傷愈合介體、蛋 白質、胞外基質蛋白、無機材料、可生物降解聚合物和非生物降解聚合物。此外，該方法還可 包括沉積薄壁組織細胞以重建器官功能的能力。
在本發(fā)明的另一方面中，用于創(chuàng)傷治療的設備包括與創(chuàng)面接觸的表面，并且所述 表面可表現(xiàn)出從亞微米樣式尺寸至微米至毫米尺度表面結構的各種表面構造。為了描述 該方面的目的，樣式尺寸是指構成所述表面構造的表面變化的空間間距和空間幅度。在該 設備中，這些紋理可以多種周期性形狀存在，所述形狀包括但不限于正弦波、鋸齒形波、方 波、隨機振幅、三角形波或其它合適的形狀。設備的表面構造可包括相互重疊的具有不同或 相似空間間距和或空間幅度的多種表面構造。所述表面構造可經過多種制作方法實現(xiàn)，其 包括但不限于縮微平版印刷、軟光刻、噴砂、顆粒沉積、薄膜沉積、蛋白質沉積、等離子蝕刻 和納米制作材料(包括納米顆粒和/或納米管)沉積。其它實施方案將在下文描述，或記載于所附權利要求中。


附圖不是按比例繪制的。為了清楚起見，并未標出每個圖中的每個組件。在附圖 中圖la顯示包含與微室流體連通之微通道的創(chuàng)傷治療裝置的一個實施方案的截面 側視圖；圖lb顯示包含與微室流體連通的微通道和控制電路網(wǎng)絡的創(chuàng)傷治療裝置的一個 實施方案的截面?zhèn)纫晥D；圖lc顯示包含與微室流體連通的微通道、控制電路網(wǎng)絡和一系列入口流量控制 管線的創(chuàng)傷治療裝置的一個實施方案的截面?zhèn)纫晥D；圖2a顯示構建并排列成向創(chuàng)傷表面施加局部微機械刺激的微室的一個實施方案 的平面視圖；圖2b顯示構建并排列成向創(chuàng)傷表面施加局部微機械刺激的微室的一個替代實施 方案的平面視圖；圖2c顯示構建并排列成向創(chuàng)傷表面施加局部微機械刺激的微室的一個替代實施 方案的平面視圖；圖2d顯示構建并排列成向創(chuàng)傷表面施加局部微機械刺激的微室的一個替代實施 方案的平面視圖；圖2e顯示構建并排列成向創(chuàng)傷表面施加局部微機械刺激的微室的一個替代實施 方案的平面視圖；圖2f顯示構建并排列成向創(chuàng)傷表面施加局部微機械刺激的微室的一個替代實施 方案的平面視圖；圖2g顯示構建并排列成向創(chuàng)傷表面施加局部微機械刺激的微室的一個替代實施 方案的平面視圖；圖2h顯示構建并排列成向創(chuàng)傷表面施加局部微機械刺激的微室的一個替代實施 方案的平面視圖；圖2i顯示構建并排列成向創(chuàng)傷表面施加局部微機械刺激的微室的一個替代實施 方案的平面視圖；圖2j顯示構建為向創(chuàng)傷表面施加微機械刺激的單個微室的一個實施方案的截面 側視圖和底視圖2k顯示構建為向創(chuàng)傷表面施加微機械刺激的單個微室的一個替代實施方案的 截面?zhèn)纫晥D和底視圖；圖21顯示構建為向創(chuàng)傷表面施加微機械刺激的單個微室的一個替代實施方案的 截面?zhèn)纫晥D和底視圖；圖2m顯示構建為向創(chuàng)傷表面施加微機械刺激的單個微室的一個替代實施方案的 截面?zhèn)纫晥D和底視圖；圖2n顯示構建為向創(chuàng)傷表面施加微機械刺激的單個微室的一個替代實施方案的 截面?zhèn)纫晥D；圖2o顯示構建為向創(chuàng)傷表面施加微機械刺激的單個微室的一個替代實施方案的 截面?zhèn)纫晥D；圖3a是微流體閥的一個實施方案的頂視圖；圖3b是使得微室網(wǎng)絡中的各個微室可獨立尋址的閥構造的一個實施方案的頂視 示意圖；圖4是示出利用創(chuàng)傷治療裝置的方法的一個實施方案的流程圖；圖5a是包括集成式細胞培養(yǎng)室的創(chuàng)傷治療裝置的一個實施方案的頂視圖；圖5b是創(chuàng)傷治療裝置的一個實施方案的頂視圖，所述創(chuàng)傷治療裝置包括集成式 細胞培養(yǎng)室、行和列選擇電路、處理電路、行和列解碼電路、藥物儲器、生物傳感器、信息和 數(shù)據(jù)總線以及流體控制總線；圖6a顯示單個微室的一個實施方案的截面?zhèn)纫晥D，其顯示向創(chuàng)傷表面施加微機 械刺激的致動方案；圖6b顯示微室的一個替代實施方案的截面?zhèn)纫晥D，其顯示向創(chuàng)傷表面施加微機 械刺激的致動方案；圖6c顯示用于促進組織生長的設備的一個實施方案的一部分的截面?zhèn)纫晥D；圖7顯示構建并排列成經過集成到裝置內的可塌縮室向創(chuàng)傷表面施加宏觀收縮 張力的微室的一個實施方案的平面視圖；圖8a 8c顯示根據(jù)本發(fā)明另一實施方案的突出微結構；和圖9顯示包括突出微結構的設備的側視圖。
具體實施例方式將在宏觀尺度上施加至組織的物理力在微尺度上重新分配以影響單個細胞的形 態(tài)和功能。然而，當這些力被均勻地施加到大的區(qū)域上時，單個細胞所經受的應變或變形的 水平可能相當小，從而限制了細胞應答。此外，整體的力施加通常在創(chuàng)傷內導致各種各樣的 應力。目前可用的通過在大尺度上施加機械力(均勻地分布在大于lcm2的區(qū)域上)來幫助 創(chuàng)傷愈合的設備包括張力創(chuàng)傷閉合設備；真空輔助閉合設備；和牽張成骨中所用的設備。 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，將局部集中的力施加到多個較小的區(qū)域內(在一些實施方案中小 于1mm2，并且在一些實施方案中小于100平方微米)，以增大(并在一些情況下優(yōu)化)單個 細胞所經受的力。這種微機械力施加方法的某些實施方案的一個優(yōu)點是能夠在不增加創(chuàng)傷 尺寸的情況下誘導細胞伸展，由此減少創(chuàng)傷裂開的可能性。施加局部力的一種方式是單獨 控制真空壓力和/或正壓力的施加，以將作用于創(chuàng)傷表面的室分開。
利用在必要時以穩(wěn)定或時間依賴性方式機械引發(fā)張力或壓縮的設備，可以使創(chuàng)傷 內的細胞受到受控應力。這些設備也可以制造成能夠局部遞送可溶性和不溶性介體以及藥 物活性劑。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案，為了向創(chuàng)傷表面施加受控的局部力，使多個微通道 與可置于創(chuàng)傷表面的基體中的微結構(例如微室)流體連通。向每個微室施加的真空壓力 (或正壓力)通過微通道來控制。術語“真空壓力”在本文中是指目的室或材料中的壓力小 于參考室、材料、組織或大氣。術語“正壓力”在本文中是指目的室或材料中的壓力大于參 考室、材料、組織或大氣。術語“壓力”在本文中旨在既包括真空壓力也包括正壓力。術語“創(chuàng)傷”在本文中泛指器官或器官系統(tǒng)的損傷。在皮膚的情況下，所述損傷可 深及表皮、真皮和/或皮下組織。根據(jù)創(chuàng)傷的深度，皮膚創(chuàng)傷可分為四個等級i)I級僅限 于上皮的創(chuàng)傷；ii)II級延伸到真皮的創(chuàng)傷；iii)III級延伸到皮下組織的創(chuàng)傷；和iv) IV級(或全厚度創(chuàng)傷)已暴露骨(例如，骨壓力點，例如較大的轉節(jié)或骶骨)的創(chuàng)傷。術 語“部分厚度創(chuàng)傷”是指包括I-III級的創(chuàng)傷；部分厚度創(chuàng)傷的例子包括燒傷、褥瘡、靜脈瘀 血性潰瘍和糖尿病潰瘍。術語“深層創(chuàng)傷”包括III級和IV級創(chuàng)傷。本發(fā)明的方法可用于 治療所有級別的創(chuàng)傷，包括慢性和急性創(chuàng)傷。術語“慢性創(chuàng)傷”是指在30天內未愈合的創(chuàng) 傷。術語“促進創(chuàng)傷愈合”在本文是指使得器官或器官系統(tǒng)的正常生理屏障能夠重建。 在皮膚創(chuàng)傷的情況下，促進創(chuàng)傷愈合可包括誘導肉芽組織形成，和/或誘導創(chuàng)傷收縮，和/ 或誘導血管再形成，和/或誘導上皮形成(即在上皮中產生新的細胞)。通過本發(fā)明方法治療的創(chuàng)傷類型包括各種創(chuàng)傷，其包括但不限于手術創(chuàng)傷；外 傷性創(chuàng)傷；輻射性損傷創(chuàng)傷；中毒性表皮壞死溶解創(chuàng)傷；感染性創(chuàng)傷；腫瘤性創(chuàng)傷；全厚度 創(chuàng)傷；部分厚度創(chuàng)傷和燒傷，以及因各類潰瘍如皮膚潰瘍、角膜潰瘍、動脈阻塞性潰瘍、持續(xù) 壓力引起的褥瘡和糖尿病潰瘍、燒傷潰瘍、損傷潰瘍、放射性潰瘍、藥物誘導的潰瘍、手術后 潰瘍、炎性潰瘍、胃腸道潰瘍、單純潰瘍及其它類型的血管潰瘍和慢性(難治性)潰瘍引起 的創(chuàng)傷。本發(fā)明多個實施方案的方法尤其可用于治療復雜創(chuàng)傷或難以愈合的創(chuàng)傷。許多 因素可對創(chuàng)傷愈合的過程產生不利影響，包括感染、組織被輻射、全身性疾病、藥物、患者年 齡、患者健康以及受試者的營養(yǎng)狀況。此外，阻礙外周血液循環(huán)的任何過程(例如動脈粥樣 硬化、長期壓力、靜脈曲張疾病和靜脈瘀血)均可對介導傷者愈合的氧、營養(yǎng)物、化學信號 和合適細胞類型的傳遞產生不利影響，從而削弱創(chuàng)傷愈合。抑制創(chuàng)傷愈合的因素包括創(chuàng)傷 脫水、藥物如化學治療劑或類固醇，以及患者的健康和/或營養(yǎng)不佳。某些部分和全厚度損 傷，例如燒傷、皮膚移植及多種類型的潰瘍會抵抗修復并使患者產生嚴重的疼痛和不適?；颊叩囊话闵眢w狀況對創(chuàng)傷愈合也很重要。隨著年齡增長，由于皮膚變得更薄且 成纖維細胞的數(shù)目和皮膚膠原蛋白總量減少，所以修復受傷組織的能力降低。如酗酒、貧 血、糖尿病、營養(yǎng)不良、休克和尿毒癥的疾病狀態(tài)導致氧和養(yǎng)分到創(chuàng)傷部位的遞送受損，從 而抑制愈合過程。此外，導致單核細胞減少癥的疾病也可嚴重削弱創(chuàng)傷愈合。用于治療疾病的藥物可導致創(chuàng)傷愈合削弱。用于殺死癌癥患者體內分裂細胞的化 學治療劑也抑制這類患者中同樣依賴于新細胞生長的創(chuàng)傷愈合能力。類固醇對創(chuàng)傷修復的 所有三個階段都產生負面影響，抑制最初的炎性反應，減緩新上皮和血管組織的產生，并削弱疤痕組織中的膠原基質。細菌性創(chuàng)傷感染是創(chuàng)傷愈合時間延長的常見局部原因。人皮膚通常定殖有 多種微生物，包括白色念珠菌(Candida albicans)、表皮葡萄球菌(Staphylococcus epidermidis)、金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)和一些鏈球菌株。因此，將下層 組織暴露于環(huán)境的任何創(chuàng)傷都會至少被駐留菌群感染。護理良好并高度血管化組織中的創(chuàng) 傷抵抗感染，而在缺血組織中的那些創(chuàng)傷要易于感染得多。創(chuàng)傷愈合涉及纖維蛋白凝塊形成、炎性細胞的募集、上皮再形成和基質形成及重 塑。在組織損傷之后，血管破裂會立即導致血液外溢和伴隨的血小板聚集和血液凝固，從而 導致纖維蛋白凝塊形成。纖維蛋白凝塊內捕集的活化血小板脫?；?degranulate)并釋放 出多種細胞因子和生長激素。這些細胞因子和生長激素有助于向損傷部位募集炎性細胞、 刺激血管發(fā)生和引發(fā)與上皮再形成和結締組織收縮有關的組織運動。中性粒細胞和單核細胞通過多種趨化信號募集至受損部位，所述多種趨化信號包 括由脫?；“遽尫诺纳L因子和細胞因子、從細菌蛋白中切下的甲酰甲硫氨酸肽以及 纖維蛋白和其他基質蛋白的水解副產物。中性粒細胞浸潤在數(shù)天后停止，但巨噬細胞通過 持續(xù)向創(chuàng)傷部位募集單核細胞而繼續(xù)積累?；罨木奘杉毎尫派L因子和細胞因子，從 而放大來自脫?；“宓脑缙谛盘枴？蓪?chuàng)傷應用外源性因子，以幫助這些進程。因此，本發(fā)明的實施方案還包括方法，所述方法包括在本文所述設備中包含可溶 性因子和/或產生可溶性因子的細胞(天然產生或利用重組技術產生)。在將儀器安置在 創(chuàng)傷上之后，將添加到設備中的或由細胞產生的可溶性因子(例如，生長因子如表皮生長 因子、細胞因子、P⑶F、胰島素樣生長因子、TGF-0、角質細胞生長因子細胞因子、TNF、趨化 因子、趨化肽、金屬蛋白酶的組織抑制劑等)傳輸?shù)轿⑼ǖ乐械囊后w，并且可以受控方式遞 送至創(chuàng)傷。可溶性因子可通過通向微室的微通道應用于創(chuàng)傷表面。例如，可通過微通道將 PDGF、EGF、GM-CSF、FGF和其他合適的介體運送至微室。除了上述期望的創(chuàng)傷治療效果之外，對單個微室的控制可允許對單個創(chuàng)傷進行多 變量研究，以研究改變創(chuàng)傷愈合參數(shù)(如所施加的真空壓力和所用的可溶性介體)的影響。軟平版印刷技術可用于制造本發(fā)明一個方面的基體。微室和相關聯(lián)的微通道可在 堆疊和粘接諸如硅橡膠和/或聚二甲基硅氧烷(PDMS)的材料層期間形成?？捎糜诒疚墓?開的多個實施方案中的其他材料包括彈性聚合物、可生物降解聚合物、聚乳酸-co-乙醇 酸(PLGA)、塑料、金屬和凝膠。在一個替代實施方案中，每個微通道可與一組施加真空壓力的微室流體連通。可 通過交替進行施加真空壓力和將介體引入微室中的操作而通過同一微通道(即真空壓力 通道)將可溶性介體添加到微室中。在一些實施方案中，可以將可溶性介體通過第一微通 道引入微室中，第二微通道可連接到真空源。在這類實施方案中，向第二微通道施加真空壓 力可將介體從第一微通道拉入或幫助將其拉入微室中。對施加至每個微室的壓力和/或介體的單個控制可通過布置控制流過微通道的 流體的閥來實現(xiàn)。在一些實施方案中，可以將閥埋在置于創(chuàng)傷表面上的結構中。例如，可以 在生產基體時形成氣動控制的微流體閥，并且這些微流體閥可用于選擇性開啟或關閉送至 特定微室的真空壓力，或者改變微室中的真空壓力水平。以該方式，可以使用提供恒定真空壓力的單個真空源，而經各微室施加到創(chuàng)傷表面不同區(qū)域的真空壓力是可調節(jié)的，或者在 一些微室中甚至不存在。用于創(chuàng)傷治療設備中的閥可手動驅動或可響應于控制器。在一些實施方案中，來 自追蹤創(chuàng)傷狀態(tài)的傳感器的反饋可用作控制器的輸入數(shù)據(jù)。在一些實施方案中，可以使用截止閥、開關閥、微流體泵、微流體壓縮機、微流體調 節(jié)器和/或其它微流體組件作為控制流體流入和/或流出每個微室的部件。例如，在一些 實施方案中，向微室遞送介體的微通道可包括截止閥，以在通過另一微通道向微室施加正 壓時防止微通道回流或堵塞。多種微流體閥和泵及其制造方法可見于美國專利申請公布 No. 2002/0127736，其通過引用并入本文?？捎糜诖龠M創(chuàng)傷愈合的多種可溶介體通常用活細胞產生。用于施加到創(chuàng)傷表面的 可溶介體的連續(xù)源可通過將細胞培養(yǎng)室集成到基體中來實現(xiàn)。與微流體閥的集成類似，可 以在制造基體期間形成細胞培養(yǎng)室。細胞培養(yǎng)室可構建并布置為支持成纖維細胞、內皮細 胞、嗜酸性粒細胞、巨核細胞、干細胞或其它合適的細胞。閥、泵或其它微流體組件可用于控 制這些細胞所產生介體的釋放。本發(fā)明的實施方案可包括利用胞外基質(ECM)因子包被創(chuàng)傷愈合設備中面向創(chuàng) 傷的部分來刺激細胞生長。在一些實施方案中，可在室中使用ECM因子來促進細胞與室壁 的粘附。設備的各部分可包被有肽片段、合成分子和/或生長因子，以增強細胞增殖和創(chuàng)傷恐合。如下文更詳細描述的，可以將微觀機械力的施加與外源生長因子和細胞因子相結 合。在一些實施方案中，微觀機械力的施加可與可溶性介體的遞送一起控制，并且可使用反 饋來調節(jié)操作參數(shù)。在一些實施方案中，可以采用控制藥物、蛋白質和其它因子之遞送的動 作來控制水腫，使感染和炎癥最小化，并且有利于創(chuàng)傷愈合。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案， 可將材料制成具有將真空壓力或正壓力局部引至細胞上的亞微米至毫米尺寸構造(如微 室)。創(chuàng)傷治療裝置100的一個實施方案顯示為位于圖Ia中的受試者創(chuàng)傷102上。順 應性基體104包括放置為與創(chuàng)傷表面110接觸的創(chuàng)傷朝向面108。術語“受試者”是指人和 非人動物。受試者可包括期望促進組織生長的任何人或非人動物。創(chuàng)傷朝向面108包括通 過微通道網(wǎng)絡117與真空源114流體連通的微室116。圖Ia中示出6個微通道與微室流體 連通，但是也可以使用更多(或更少)的微通道數(shù)目，例如，100個微通道、1000個微通道、 10000個微通道、100，000個微通道或更多。微通道117可通過歧管118、119連接到真空源 114，并且可以使用多個歧管。在一些實施方案中，數(shù)組微通道可連接到具有歧管的單個微 通道，而所述單個微通道又可以連接到另一歧管。以該方式，微通道117可以逐步從連接到 真空源114的通道120分支出來，使得在面對創(chuàng)傷表面108處的微室附近存在數(shù)千微通道。 在一些實施方案中，集成式控制接口 127決定哪些歧管被激活和/或連接到真空壓力源114 或正壓力源124上。在一些實施方案中，這種控制接口參與真空壓力和正壓力的產生和調 節(jié)。在一些實施方案中，與微室共同設置的微閥128決定流體進出微室的流動，以及哪些微 室連接到真空壓力源114和/或正壓力源124。本文所用的術語“通道”和“微通道”是指流體可通過的限定通路。微通道一般具 有至少一個小于1000微米的維度。例如，微通道可具有1000微米、100微米、10微米、1微米或更小的寬度，或小于1000微米的任意合適的寬度。通道的定義包括微通道。頻道和微 通道不要求特定的結構，該術語不包含只在發(fā)生流體流動時才形成的通路。例如，氣體或液 體相對隨機流過泡沫網(wǎng)的分散空間不被視為流過用于本文目的的通道或微通道。本文使用的術語“室”和“微室”是指由壁限定的體積，所述壁在該室或微室貼靠創(chuàng)傷表面或其它組織表面(在體內或體外)放置時足以產生基本上封閉的體積。微室包含 在室的定義中，通常具有至少一個小于或等于10000微米的維度。例如，圓形微室可具有 10000、小于1000微米、小于100微米、小于10微米、小于1微米或更小的直徑，或小于10000 微米的任何合適的寬度。本文使用的術語“微結構”是指具有至少一個小于或等于10000微米的維度的結 構。術語“微結構”包括限定的體積，例如微室。在一些實施方案中，微結構可具有至少一 個小于10000微米、小于1000微米、小于100微米、小于10微米或1微米或更小的維度。本文使用的術語“突出微結構”是指具有至少一個小于或等于10000微米的維度 且從基面突出的結構。在一些實施方案中，突出微結構可具有至少一個小于10000微米、小 于1000微米、小于100微米、小于10微米、1微米或更小的維度。微室和微室的壁不包含在 突出微結構的定義中?；w104可使用多種制造方法來制造，包括軟平版印刷、批量機械加工和表面微 機械加工。應理解，本發(fā)明不一定限于通過本文描述的一種或多種方法來制造，因為可以采 用其它合適的制造方法。軟平版印刷可包括堆疊和粘合PDMS和/或硅橡膠的層。這些材料的柔性特性允許 基體104在一些實施方案中具有順應性，從而使基體104可以與其覆蓋的創(chuàng)傷表面110的 全部或基本全部的部分接觸。基體也可制造成透明的，使得可以直接目視檢查創(chuàng)傷。在一 些實施方案中，基體104的一部分是透明的，而其他部分是不透明的。在一些實施方案中， 基體104的全部都是不透明的。在許多實施方案中，基體104通過創(chuàng)傷朝向面108與創(chuàng)傷 表面110直接接觸。在一些實施方案中，基體104的創(chuàng)傷朝向面不直接接觸創(chuàng)傷表面110， 因為在基體104和創(chuàng)傷表面之間可設置薄膜或材料層。在一些實施方案中，基體104或基體104的一部分可利用多種材料如熱塑性材料 和/或熱固性材料形成。熱塑性材料的實例包括聚烯烴、聚酯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚醚酯、 聚酰亞胺、聚酰胺酯、聚丙烯酸酯、聚乙酸乙烯酯和聚乙酸乙烯酯的水解衍生物。熱固性材 料的實例包括聚氨酯；丙烯酸酯；環(huán)氧樹脂和硅酮。在一些實施方案中，基體104或基體 104的一部分可利用可生物降解的聚合物材料形成?？缮锝到獾木酆衔锊牧系膶嵗?但不限于聚乳酸-co-乙醇酸(PLGA)、聚(二氧環(huán)己酮)、聚(碳酸三甲烯酯)共聚物和聚 (ε _己內酯)的均聚物和共聚物。在一些實施方案中，基體104可利用無機材料如玻璃、陶 瓷或金屬形成。在一些包括使用軟平版印刷術進行制造的實施方案中，將預固化的彈性體層組裝 并化學鍵合在一起。在鍵合的一些實施方案中，彈性體層由相同的材料構成，一個層中的化 學實體與另一層中相同的化學實體反應以將所述層鍵合在一起。在一些實施方案中，通過 利用光、熱或與單獨的化學物質進行的化學反應對交聯(lián)劑的活化，可導致相似彈性體層的 聚合物鏈之間發(fā)生鍵合。彈性體層可在經微機械加工的模具上鑄塑而成。所述經微機械加工的模具可通過任何適當?shù)姆椒▉順嫿?，例如光刻法、離子銑或電子束平版刻法。 壓力源124可以連接到通道120，以向各微室施加壓力。在一些實施方案中，分開的微通道可從壓力源124通向各微室或其它組件，使得可以在室經受真空壓力的同時將介 體、藥物或其他因子添加到微室中。各個通道/或微通道可包括基體104外部的閥(例如閥125、126)，或集成到基體 104中的閥(見下文圖3a的描述)。閥允許向微室選擇性地施加壓力(包括真空壓力)。 與創(chuàng)傷治療設備相關聯(lián)的閥可手動操作或者是自動的。在自動閥的情況下，閥可通過控制 器響應于從創(chuàng)面內獲取的傳感器信號來啟動。圖2a中示出位于基體104的創(chuàng)傷朝向面200上的微室210陣列的一個實施方案 的截面圖。在該實施方案中，微室為正方形或基本上為正方形，但在其他實施方案中，可以 使用任意合適的且可物理實現(xiàn)的三維幾何形狀。例如，如圖2b所示，可以布置六邊形或基 本為六邊形的微室230，使得創(chuàng)傷治療設備100的創(chuàng)傷處理面基本上被微室完全覆蓋?？梢?在相同的創(chuàng)傷愈合設備上使用不同形狀的微室。在一些實施方案中包括具有三維幾何形狀 的微室，所述幾何形狀可以預定方式或響應于創(chuàng)傷狀態(tài)或其它可變參數(shù)而動態(tài)地變化。在 一些實施方案中，微室可以不覆蓋整個創(chuàng)傷處理區(qū)。例如，在一些實施方案中可使用圓形或 基本為圓形的微室，從而在不形成真空室的微室之間留下區(qū)域。在一些實施方案中，可以使 用不同形狀的微室來覆蓋創(chuàng)傷處理設備的全部或幾乎全部的創(chuàng)傷處理區(qū)。創(chuàng)傷愈合設備的所有微室可以為相同的尺寸，或者，在一些實施方案中，可以在某 些區(qū)域中或整個創(chuàng)傷處理區(qū)域中使用不同的尺寸。在一些實施方案中，微室210的每側為 大約10微米或更小。在一些實施方案中，微室210的每側為100微米。對于六邊形微室 230，從一個角到對角的距離在一些實施方案中為大約10微米，而在一些實施方案中為約 100微米?？墒褂眠m于微室230的其他尺寸。用于本文目的的微室“寬度”是指微室的最大 橫向尺寸。微室的形狀和尺寸可以利用計算設計分析(例如有限單元分析)來設計，以提供 局部應力和/或介體遞送的水平的估計值。圖2c-2o顯示微室的形狀和排布的多個實施方案。每個微室可經過端口與進入所述微室的一個或多個微通道流體連通。在所示實施 方案中，第一端口 212將微室210與通向真空源的微通道流體連通(未顯示)。多種閥、歧 管或其他微通道或通道可插入微室210和真空源之間。第二端口 214將微室210與可溶性 介體源流體連通，使介體可以受控地引入微室210中。微室210可包括其它端口或微流體 互連。為了實現(xiàn)對向微室施加壓力的單獨控制，每個微通道可具有關聯(lián)的閥。在涉及施加真空壓力、正壓力或其它向微室遞送力或信號或者是微室內的介質遞送時，用于本文目 的的短語“可單獨控制”是指能夠控制微室(或一組微室)中的一個或多個這些要素，而基 本上不改變創(chuàng)傷治療裝置中其他微室中的相同要素。在涉及控制要素時(例如微室內真空 壓力或正壓力或介質遞送)時，術語“控制”包括開啟或關閉要素(例如真空壓力或正壓力 或介質遞送)，還包括改變因素的大小。也用于本文目的的術語“可變真空壓力，，和“可變 正壓力”是指其大小可以改變而完全消除壓力或不完全消除壓力的壓力。本文所用的術語 “壓力”既包括真空壓力又包括正壓力。
在一些實施方案中，通道或微通道可流體連通到室或微室，以從創(chuàng)傷表面除去液 體。在一些實施方案中，可將微通道或其它元件構建成從組織中除去膠體、固體、蒸氣和/ 或氣體。圖3a顯示可集成到創(chuàng)傷愈合設備的基體中的開/關微流體閥300的一個實施方案。閥300的通道截面結構包括30微米寬的控制管304，其位于50微米寬的流動管308的 上方。在控制管304和流動管308之間存在例如約30微米厚的PDMS (或其它合適材料) 薄膜310。當通過例如增壓控制管304用空氣向上方控制管304施加壓力時，膜310被向下 推以限制或關閉流動管308?？刂乒?04可以氣動啟動，并且可以將多個閥密實地堆積在基 體中。對每個微室中流入和流出的獨立控制可以通過集成式微閥(如圖3b中示出的)來 實現(xiàn)，由此經過水平或行選擇管311實現(xiàn)流入管314和微室315之間的開式連接。以類似 的方式，可以通過垂直或列選擇管313實現(xiàn)流出管313和微室315之間的開式連接?？刂乒芎土鲃庸艿男螤詈?或尺寸可與實施方案所示的那些不同，并且無意于限 制。微流體泵可以通過使彼此相鄰的幾個控制管定位在流動管上來形成。在本發(fā)明的一 些實施方案中，可以利用這種微流體泵或其它合適的微流體泵向微室遞送可溶性介體或藥 物。通過逐步啟動控制管，可以延流動管泵送流體?？梢允褂瞄y的組合來形成開關，并且， 在一些實施方案中，可以將閥構建成允許在多個微通道中進行逆流。逆流可允許多微通道 進行沖洗、清潔或疏通。在一些實施方案中，可以將微流體壓縮器、調節(jié)器、真空泵和/或其它微流體元件 集成到設備中，從而不需要附接外部壓力源。在一些實施方案中，可以利用電力來控制和 /或啟動各種微流體元件，并且，在一些情況下，可以用電池電力和便攜式電力來給設備供 H1^ ο圖4中以流程圖的方式示出使用創(chuàng)傷治療裝置的方法400。在動作402中，將裝置 置于創(chuàng)傷表面上，使得壓力室(例如微室)面向創(chuàng)傷表面。該裝置不需要完全覆蓋創(chuàng)傷，和 /或它可以延伸到創(chuàng)傷的外周以外。在動作404中向裝置的壓力通道施加壓力?？梢酝ㄟ^ 如下方式來施加真空壓力將真空泵或其它真空源連接至裝置，使得真空源可以流體連通 至與壓力室流體連通的通道網(wǎng)絡。在一些實施方案中，正壓力源也連接至裝置，并且可以流 體連通至與室流體連通的單獨的通道網(wǎng)絡。在動作406中，將第一幅值的壓力送至第一壓力室。在動作408中，將第二幅值的 壓力送至第二壓力室。第二幅值可以與第一幅值相同或不同。在不改變第二壓力室中的 壓力(即第二幅值)的情況下，在動作410中改變送至第一室的壓力幅值(即第一幅值)。 以該方式，送至兩個室的壓力的幅值可單獨控制。如本文所述的，可以利用閥(包括微流體 閥)來控制壓力幅值。在一些實施方案中，在裝置上可存在數(shù)百、數(shù)千或數(shù)百萬個壓力室， 并且單個閥可與少量或大量的壓力室關聯(lián)。如本文所述的，單個微流體閥或微室可與少量 或大量微流體閥或微流體通道關聯(lián)。為了局部產生可溶性介體，創(chuàng)傷愈合裝置的基體可包括在基體自身內部中形成的 細胞培養(yǎng)室。如圖5a所示，細胞培養(yǎng)室502a經微通道117流體連通至幾個微室230。細 胞培養(yǎng)室可以包括細胞例如纖維原細胞、內皮細胞、嗜酸性粒細胞、巨核細胞、干細胞或其 他合適的細胞，以產生可溶性介體。當介體產生時，它們被送至微室230以幫助創(chuàng)傷處理。 介體的遞送可以連續(xù)進行、以規(guī)律的周期性方式進行或響應于來自控制器的特殊指令而進行。來自微室230的真空壓力可以將可溶性介體從細胞培養(yǎng)室502a抽吸至微室230，或者， 在一些實施方案中，可以向細胞培養(yǎng)室502提供壓力，以將可溶性介體推入微室230。圖5a 中示出的各種特征不是按比例繪制的?？稍谑┘蛹毎皩饣|的底層包被到微通道表面上，尤其是如果細胞為貼壁 或錨著依賴性細胞時。通常，為了生長，錨著依賴性細胞需要貼壁到表面且鋪展開。術語 “胞外基質”泛指用于支持細胞生長的材料，包括但不限于分布在多細胞生物整個機體中的 材料，例如糖蛋白、蛋白聚糖和復合糖類。盡管本發(fā)明不受胞外基質性質的限制，但是可用 的胞外基質包括Matrigel、生長因子減少的Matrigel、纖維性膠原、層粘連蛋白、纖連蛋白 和IV型膠原。已經注意到，多種重組生長因子可加快動物模型中的創(chuàng)傷(急性和慢性創(chuàng)傷)愈 合過程。這些重組衍生因子包括血小板衍生生長因子(PDGF)、成纖維細胞生長因子(FGF)、 表皮生長因子(EGF)和轉化生長因子α和β (TGF- α和TGF-β)。此外，其它重組生長因子，包括胰島素、胰島素樣生長因子I和II (分別為IGF-I和IGF-II)、干擾素(IFN)、白細 胞介素(IL)、KGF(角質細胞生長因子)、巨噬細胞集落刺激因子(M-CSF)、血小板源性內皮 細胞生長因子(PD-ECGF)和干細胞因子(SCF)，可以促進創(chuàng)傷愈合過程中所涉及的細胞類 型的激活、增殖和/或刺激。EGF是多肽生長因子(其成熟的加工后形式的長度為53個氨基酸)。在人體內， 這種蛋白質抑制胃酸分泌，而已知小鼠EGF對多種細胞類型(包括內皮細胞、上皮細胞和成 纖維細胞)有促有絲分裂作用。FGF包括大小為14-18kD的一系列單鏈蛋白質，其與強力抗凝血肝素緊密結合。已 報道了兩類FGF，即酸性和堿性FGF。146個氨基酸的堿性形式(bFGF)更為穩(wěn)定，并且在刺 激中胚層細胞如成纖維細胞、內皮細胞和角化細胞的效力方面比酸性FGF(aFGF)強10倍。胰島素是由胰島細胞分泌的蛋白激素。它是響應于葡萄糖、氨基酸、脂肪酸和酮體 的血液水平升高而分泌的，從而通過調節(jié)代謝物和離子的跨膜轉運以及調節(jié)各種胞內生物 合成途徑來促進它們的有效存儲和用作細胞燃料。胰島素促進葡萄糖、脂肪酸和氨基酸進 入細胞。此外，它促進肝糖原、蛋白質和脂質合成，同時抑制葡萄糖生成、糖原降解、蛋白質 代謝和脂解作用。胰島素由通過兩個二硫鍵連接的α和β亞基構成。IGF-I和IGF-II是介導生長激素之作用的生長激素依賴性家族的成員。已知這 些蛋白質對于骨骼生長的調節(jié)有重要作用。這兩種分子與胰島素具有密切的結構同源性， 并且擁有相似的生物活性。IGF-I與胰島素原具有43%的氨基酸序列同源性，而IGF-II與 IGF-I有60%的同源性。與本文所述的其它蛋白質相比，這兩種IGF在一定程度上是獨特 的，其原因是在哺乳動物的血漿中幾乎不存在可檢測的游離IGF分子。相反，這兩種IGF與 更高分子量的特殊載體血漿蛋白結合。兩種IGF分子均刺激DNA、RNA和蛋白質的合成，并 且參與一些細胞類型的增殖、分化和趨化。已知IGF-I的局部施用刺激外周神經的再生。此 夕卜，當局部施用到豬的創(chuàng)傷時，IGF-I和PDGF協(xié)同作用，比單獨施用每種因子時更為有效地 促進愈合。干擾素首先被確認為使細胞抵抗各種病毒感染的蛋白質。已經鑒定了三種干擾 素，S卩α-IFN、β-IFN和Y-IFN，它們是由活化的T和NK細胞(自然殺傷細胞)產生的。 a-IFN由15種左右密切相關蛋白質的家族組成，而β-IFN和Y-IFN作為單個種類存在。此外，在美國專利No. 4，897，471 (通過引用并入本文)中公開了合成的共有α-IFN，其設計為引入所有已知α-IFN亞型之間的共有區(qū)域。所有的IFN都是生長抑制性分子，對淋巴因 子級聯(lián)具有重要作用。每種IFN都對正常細胞、癌細胞和宿主免疫防御細胞產生多種調節(jié) 作用。Y-IFN的活性包括用于增強吞噬作用和腫瘤殺傷能力的巨噬細胞活化。目前，這些 蛋白質主要用于癌癥治療。白介素(IL)是在機體的免疫應答中起主要作用的多肽家族。它們由多種細胞類 型、尤其是T細胞響應于抗體原刺激或促有絲分裂刺激而產生。IL-I是在外來抗原識別之 后產生的。除了介導免疫應答之外，IL-I參與對急性感染的炎性應答。IL-I活化B細胞和 T細胞。它誘導IL-2的合成。它作為B細胞增殖和分化的輔因子。它增強T細胞和NK細 胞的毒性。IL-I還增強骨髓祖細胞對各種集落刺激因子(CSF)的反應。在炎癥中，IL-I引 起骨髓粒細胞的釋放，作為多單核細胞(polymononuclear cell)的化學引誘物，刺激成纖 維細胞的增殖，并且在膠原酶的釋放中起作用。IL-2的T細胞合成是由IL-I誘導的。IL_2是B細胞和T細胞生長因子。它還 是NK細胞生長和活化信號，刺激它們變成高細胞毒性的淋巴因子激活的殺傷細胞(LAK細 胞)。IL-2也調節(jié)巨噬細胞活性，促進細胞毒性。IL-3也稱為多CSF，由抗原或有絲分裂原 誘導的T淋巴細胞合成，參與造血祖細胞的生長和增殖。在體外，IL-4對于粘膜和結締組 織的生長是必要的。它還增強巨噬細胞的殺滅腫瘤作用和抗原呈遞能力。IL-4與CSF在許 多非終末分化造血細胞譜系上協(xié)同相互作用。此外，它激活靜息的B細胞。IL-4還下調單 核細胞的免疫功能，從而抑制單核細胞和巨噬細胞活性，并且抑制經刺激的單核細胞中的 IL-8產生。在抗原刺激之后，IL-5誘導B細胞生長并分化成免疫球蛋白分泌細胞。它還刺激 嗜酸性粒細胞的增殖、分化和活化。由成纖維細胞、內皮細胞和單核細胞以及T細胞產生 的IL-6誘導經活化的B細胞終末分化成產生抗體的細胞。此外，它激活造血祖細胞以響應 IL-3。IL-7在體外誘導B細胞和胸腺細胞的增殖。IL-8在免疫和非免疫細胞類型中均有表 達。在經刺激的單核細胞中，IL-8的表達受IL-4抑制，但是在之前由腫瘤壞死因子(TNF) 或IL-I激活的成纖維細胞和內皮細胞中的表達不受IL-4抑制。在體內，介導嗜中性粒細 胞遷移的因素是未知的，但是具有強力中性粒細胞活化和趨化活性的IL-8可以調節(jié)體內 的嗜中性粒細胞累積。IL-9在某些T細胞系中表達，并由經有絲分裂原刺激的外周血淋巴細胞表達。 IL-9增強肥大細胞增殖，并且它還刺激骨髓源性肥大細胞中IL-6的產生。最近在小鼠中發(fā) 現(xiàn)，IL-10 (也稱為小鼠細胞因子合成抑制因子(CSIF))抑制經刺激的非體液T細胞群中細 胞因子的產生。KGF是一種由正常的間質成纖維細胞分泌的上皮細胞特異性有絲分裂原。在體外， 它已證明在刺激人角化細胞增殖方面與EGF —樣有效。M-CSF也稱為CSF-1，是一種同二聚體集落刺激因子，其只對巨噬細胞祖細胞起作 用。這種巨噬細胞譜系特異性蛋白在體外由成纖維細胞和間質細胞系組成型產生。在體內， 與其它的CSF不同，M-CSF在胚胎發(fā)生中出現(xiàn)看起來較早，表明對該多肽具有潛在的發(fā)育作用。PD-ECGF是一種血小板源性內皮細胞有絲分裂原，其具有約45 kD的分子量。與FGF家族的內皮細胞有絲分裂原不同，PD-ECGF既不結合肝素，也不誘導成纖維細胞增殖。 但是，PD-ECGF的確刺激體外的內皮細胞生長和趨化以及體內的血管發(fā)生。PDGF是一種間充質細胞類型(如成纖維細胞和平滑肌細胞)的強刺激物，但是不 刺激上皮細胞或內皮細胞的生長。在低濃度下，PDGF作為成纖維細胞的化學引誘物，并且 還用作單核細胞和嗜中性粒細胞的化學引誘物和激活信號。
重組SCF是一種新的細胞生長因子，其刺激早期造血祖細胞、神經干細胞和原始 生殖干細胞的生長。SCF表現(xiàn)出與集落刺激因子的強協(xié)同活性，導致集落數(shù)目增加并形成更 大尺寸的集落。因此，對哺乳動物單獨或與其它造血生長因子組合施用藥學劑量的SCF可 改善多個不同器官系統(tǒng)中的受損細胞。TGF-α和TGF-β協(xié)同作用來誘導某些癌細胞系的非錨著依賴性生長。TGF-β 由一類二硫鍵連接的同二聚體蛋白質組成，每個鏈由112個氨基酸組成。這種二聚體蛋 白質產生許多生物效應，例如有絲分裂發(fā)生、生長抑制和分化誘導，其取決于所用的測試。 TGF-β 1是研究最多的與創(chuàng)傷愈合有關的TGF-β種類。作為一類，TGF-β是單核細胞和成 纖維細胞的強化學引誘物。因為上述重組生長因子中的每一種都能夠作為主要參與創(chuàng)傷愈合過程的細胞類 型(即單核細胞/巨噬細胞、嗜中性粒細胞、成纖維細胞以及內皮細胞和上皮細胞)的有絲 分裂原、抑制劑或化學引誘物，所以它們可以用于本發(fā)明的方法中。已發(fā)現(xiàn)EGF在重復施加 至創(chuàng)傷部位時加快表面創(chuàng)傷和燒傷的愈合。PDGF和TGF- β在形成創(chuàng)傷之后不久即向切口 部位施用一次時增強切傷的愈合速度。可溶性因子可以是蛋白質，或者可以在細胞中表達。蛋白質、肽或多肽是指氨基酸 的多聚體，并且這些術語可互換使用。聚合物可包括天然或非天然的氨基酸。蛋白質或多 肽可以通過天然、重組、合成或其它手段在體外或體內產生。蛋白質或多肽可具有翻譯后修 飾，或者可以經化學修飾，包括磷酸化、糖基化、甲?；?、乙酰化、甲基化、巰基氧化等。本文所用的術語“細胞”是指單個生物有機體單元，可以是真核或原核的。真核細 胞家族包括酵母和動物細胞，包括哺乳動物細胞和人細胞?？捎糜诒景l(fā)明的細胞包括可由 患者或匹配的供體獲得的細胞，或已建立的細胞系。細胞可由患者分離和提取出來，和/或 進行基因工程處理以產生細胞因子、抗體或其它生長因子的宿主，從而幫助創(chuàng)傷愈合過程。重組體可指生物、細胞、核酸和蛋白質。重組細胞和生物是包含重組DNA的細胞和 生物。重組DNA是指在自然界中在正常情況下不存在的核酸序列。通常，該術語是指兩條 或更多DNA剪接在一起形成非天然產物。重組蛋白是由重組DNA ( S卩，與自然中存在的核酸 不同的核酸)產生的蛋白質。在產生重組蛋白質時，表面蛋白質的基因中的調控序列通常 與在天然基因中存在的調控序列不同。也可將基因置于正常而言不具有該基因的生物中， 以在期望的生物中產生該蛋白質。可以利用常規(guī)基因工程技術和重組工程技術將期望基因或其它核酸構建體插入 接種到新的微構造膜中或新的組織類似物或替代物中的細胞內，例如如Ausubel等編輯 1989， Current Protocols in Molecular Biology, Green Publishing Associates， Inc. and John Wiley & Sons，Inc.，New York 中所述。與利用細胞培養(yǎng)室502a的情形一樣，可以將一個細胞培養(yǎng)室連接到多個微室 230 (包括數(shù)千個或更多)。在一些實施方案中，可以將一個微室連接到幾個細胞培養(yǎng)室。例如，微室230，可以容納來自細胞培養(yǎng)室502b、502c和502d的可溶性介體。以該方式，可以將若干不同的介體供給到創(chuàng)傷朝向面中的區(qū)域。在一些實施方案中，可以使用微流體泵和/或閥來運送和/或調節(jié)可溶性介體。例 如，微流體控制管線506可通過一個或多個微通道，以形成控制介體流向多個微室的閥。在 一些實施方案中，可以使用微流體閥、泵和通道的復雜網(wǎng)絡來控制各種可溶性介體向微室 的遞送。多種可溶性介體，例如PDGF、EGF、GM-CSF, FGF和其它合適的介體可單獨使用或組 合使用。可通過利用自密封端口 510或其它合適的遞送機構將液體培養(yǎng)基中的細胞懸液 引入細胞培養(yǎng)室502a來實現(xiàn)對細胞培養(yǎng)室502a的接種。端口 510可直接通入細胞培養(yǎng)室 502a中，或者可以經過通道512與其連接。在一些實施方案中，可以使用主要的或中央的細 胞儲器(未顯示)來初始儲存懸浮在液體培養(yǎng)基中的細胞，并且通道可以從所述主要儲器 通向幾個較小的細胞培養(yǎng)室。類似地，可以將試劑經端口直接添加到細胞培養(yǎng)室中，或者添 加到主要儲器中然后分配到細胞培養(yǎng)室。支持細胞成活的條件可以通過提供營養(yǎng)物、水等、 通過端口 510注入培養(yǎng)基或通過微通道遞送這些因子來維持。在一些實施方案中，可以在創(chuàng)傷愈合裝置的基體中包括藥物容納室來代替細胞培 養(yǎng)室。藥物可以容納在室內，并且以選定速度隨時間釋放，其方式與上述可溶性介體相似。 可用于處理創(chuàng)傷的藥物包括抗生素、銀；硝酸銀；醋酸氨芐磺胺；聚維酮碘；磺胺嘧啶銀； 大環(huán)內酯類；青霉素類；頭孢菌素類；氨基糖苷類和喹諾酮類。用于創(chuàng)傷愈合中的其他藥物 包括血管生成因子；維生素；肽和遺傳材料。在一個實施方案中，可以使用采用生物傳感器的反饋控制系統(tǒng)作為創(chuàng)傷愈合過程 的一部分。圖5b提供反饋控制系統(tǒng)實施方案的一個實例的示意圖。根據(jù)具體的創(chuàng)傷類型， 有利的應變和應變速率可以是時間依賴性的，或甚至依賴于愈合狀態(tài)。獲取關于創(chuàng)傷中愈 合程度或未愈合之數(shù)據(jù)的機制可有助于調節(jié)操作參數(shù)?？墒褂萌缦路答佅到y(tǒng)其中測量生 物或物理條件和參數(shù)，并用于確定真空壓力和位置，和/或控制創(chuàng)傷愈合介體的遞送和/或 細胞遞送。這類條件和參數(shù)的實例包括直接影響創(chuàng)傷愈合的變化，如細胞增殖和新血管生 成的速率?？膳c有效的創(chuàng)傷愈合相關聯(lián)的其它條件或參數(shù)的實例包括但不限于創(chuàng)傷的流體 內含物、創(chuàng)傷顏色、創(chuàng)傷相對于周圍組織的高度和創(chuàng)傷組織的順應性?？膳c有效的創(chuàng)傷愈合 相關聯(lián)且可用于反饋系統(tǒng)以改善創(chuàng)傷愈合微室中狀態(tài)的條件或參數(shù)的其它實例包括但不 限于pH、溶解氧含量、血紅蛋白濃度、血紅蛋白氧飽和度、細菌計數(shù)、毒素的濃度、代謝底物 的濃度和代謝副產物的濃度。所列出的這些條件或參數(shù)中的任何條件或參數(shù)均可組合使 用，并且可用于給出有效創(chuàng)傷愈合的指示。反映創(chuàng)傷物理狀況的測量參數(shù)可以通過多種轉導方法來確定。轉導方法包括但不 限于壓電法、壓阻法、電容法、電阻法、電感法、PH法、光發(fā)射法、光傳輸法、光透射法、光激 發(fā)/衰變法和化學法。例如，安裝在創(chuàng)傷上的壓阻式應變儀可以包括檢測創(chuàng)傷相對于周圍 組織的高度的機械方法。這種相對創(chuàng)傷高度的檢測也可通過光學方法來檢測。此外，可以 檢測創(chuàng)傷顏色變化或血紅蛋白水平(由于新血管生長引起)的光學裝置可以用作監(jiān)測創(chuàng)傷 物理狀況的監(jiān)視器，與其它可以測量例如這些變化的設備一樣。生物傳感器可以分布在整 個微室513的陣列內或位于陣列的外圍514、516。傳感器可將數(shù)據(jù)輸入處理單元519，其確定這些參數(shù)的變化率或者這些參數(shù)的一個或多個高階數(shù)學函數(shù)底?；诮邮盏臄?shù)據(jù)和由處理單元進行的分析，控制系統(tǒng)可決定和 實現(xiàn)創(chuàng)傷愈合裝置中單個微室、一組微室或所有微室中操作參數(shù)的不同水平。這通過分布 在整個微室513的陣列中或位于陣列外周517、518處的致動器來實現(xiàn)。該控制系統(tǒng)可以改變多種物理參數(shù)，從而響應于測量的條件而改變創(chuàng)傷愈合狀 態(tài)?？筛淖兊膮?shù)包括但不限于真空壓力、正壓力、組織壓縮、組織張力、PH值、氧輸注速 率、抗生素輸注速率、藥物輸注速率、化學治療劑輸注速率、培養(yǎng)基輸注和抽出速率、可溶性 介體的輸注速率、不溶性介體的輸注速率、活細胞和去功能化細胞的輸注速率、蛋白質的輸 注速率和外部施加的創(chuàng)傷收縮壓力。該控制系統(tǒng)還可用于調節(jié)一個或多個流體入口通道 520中的流動，以及調節(jié)一個或多個流體和廢物流出通道523中的流動?？商峁┢渌鼣?shù)據(jù)/ 信息傳輸總線512、522作為控制系統(tǒng)的組件。在一個實施方案中，該裝置能夠將多種不同的材料層分布并沉積到創(chuàng)面上。也可 進行不同層的沉積，以在體內構建多層生物復合材料和層合物。這些生物層合物由具有不 同厚度的層制成。這些層可以以空間和時間模式及順序的組合來沉積，以優(yōu)化創(chuàng)傷愈合。例 如，可如下改善創(chuàng)傷愈合在創(chuàng)傷的一個區(qū)域內沉積相對厚的某種生物活性劑層，而在創(chuàng)傷 的另一區(qū)域內沉積相對薄的相同材料的層。組成這類生物復合材料或層合物的材料包括但 不限于活細胞、去功能化細胞、胞外基質蛋白、蛋白質、熱塑性聚合物、熱固性聚合物、可生 物降解的聚合物、可溶性創(chuàng)傷愈合介體、不溶性創(chuàng)傷愈合介體、無機材料和納米結構的材料 (包括納米顆粒和/或納米管)。這些生物復合材料的沉積用于重建通常由器官或器官系 統(tǒng)的外表面提供的復合屏蔽功能。此外，該方法包括沉積薄壁細胞從而以受控方式重建器 官結構和功能的能力。在皮膚創(chuàng)傷的情況下，該方法允許沉積材料、生物介體和細胞類型的 特定組合，以重建真皮的結構和功能。然后，該方法允許沉積不同的細胞類型組合，以重建 表皮的結構和功能。在一個實施方案中，微室的陣列能夠將多層材料分配和沉積到除創(chuàng)傷之外的基底 上，以體外構建組織外植體和工程化組織。這種構建可以與上述產生體內生物復合材料相 似的方式來完成。在體外組織外植體和工程化組織的情況下，起始基底不是創(chuàng)面，而是生物 相容性基底。在一個實施方案中，創(chuàng)傷治療裝置601能夠通過微室內的主動機械元件誘導相對大的位移，從而在下層創(chuàng)傷組織中施加相對大的機械應變。在圖6a中，微室600包括面板 611，其能夠向微室下方的組織609施加真空壓力，由此使創(chuàng)傷組織相對于面板611固定。 將組織固定至面板的其他手段包括但不限于微加工的固定柱、微加工的固定脊和粘附表 面構造。該面板可以通過可變形隔膜618與上方的真空室隔開。在與該實施方案相關的一 種方法中，可以首先通過經由集成式微通道607施加真空壓力而將組織相對于所述面板固 定。然后，當向上方的真空室施加較小幅值的第二真空壓力時，可以在創(chuàng)面的組織內引發(fā)相 對大的應變615。向上方的真空室施加真空使隔膜變形，并且使組織相對于固定在微室邊 緣處的組織發(fā)生垂直運動。將組織固定在微室邊緣處可以通過多種方法來實現(xiàn)，其包括但 不限于施加真空壓力、微制作的固定柱和脊以及粘附表面構造。利用這種結構，可以引起 1至1000微米的變形。在圖6b中，微室顯示為與通過可變形的膜631與上方的室619分隔開。室619設 置為在向室施加真空壓力時產生創(chuàng)傷治療裝置的側向壓縮623，并且在向室施加正壓力時產生側向拉伸625。在與該實施方案相關的一種方法中，首先通過施加真空壓力將組織相對于面板固定。然后，當向每隔一個室施加第二真空壓力而向其余室施加正壓力時，在創(chuàng)面組織內引起 相對大的應變。向上方的真空室交替施加的真空壓力和正壓力分別使所述室塌縮和膨脹。 這種塌縮和膨脹使創(chuàng)傷組織相對于相鄰組織垂直運動，由此引起相關組織壓縮和組織拉伸 的物理定位區(qū)域。每個微室邊緣處的組織變形可以通過多種方法來實現(xiàn)，其包括但不限于 施加真空壓力、微制作的固定柱和脊以及粘附表面構造。利用這種結構，可以引起1至1000 微米的變形。圖6c中示出設置為允許從創(chuàng)傷表面654(或其它組織表面)移出材料的設備650 的一個實施方案。設備650包括具有多個微室651的基底655。每個微室651包括開口 652，通過所述開口可以從微室651中移出材料。此外，開口 652允許向微室651傳遞真空 壓力。可以通過接口管656和真空分配層653向微室施加真空壓力。分配管656還可以用 于將材料從微室651運走。箭頭657顯示通過接口管656運出材料的路徑。在一個實施方案中，該裝置能夠向創(chuàng)傷施加宏觀的外部壓縮應力，以增強和/或 優(yōu)化創(chuàng)傷收縮。如圖7所示，創(chuàng)傷治療裝置中配有使創(chuàng)傷治療裝置本身能夠進行機械收縮 的集成式機械致動器。在一個實施方案中，相對可壓縮材料的可塌縮室或區(qū)域701集成到 整個裝置體內。在所述裝置的表面上，所述室或可壓縮區(qū)域下方的區(qū)域被強力粘附至創(chuàng)傷 表面702的裝置表面區(qū)域包圍。這種強力粘附可通過多種方法來實現(xiàn)，其包括但不限于施 加真空壓力、微制作的固定柱和脊以及粘附表面構造。相對可壓縮材料的可塌縮室或區(qū)域 下方的創(chuàng)傷愈合裝置表面區(qū)域是非粘附性的或粘附性相對弱。通過啟動相對可壓縮材料的 可塌縮室或區(qū)域中或附近的一系列局部機械致動器，可以使強力粘附至裝置表面的創(chuàng)傷組 織的兩個空間隔開的區(qū)域緊密相鄰707。這種作用引起下方創(chuàng)面709的宏觀壓縮，且同時 將微機械刺激持續(xù)遞送到創(chuàng)面的組織。通過施加這種宏觀壓縮且同時持續(xù)施加微觀機械刺 激，增強了有效創(chuàng)傷愈合。在一些實施方案中，創(chuàng)傷可以收縮至少10%的面積，并且在一些 實施方案中，收縮高達90%的面積。在相對可壓縮材料的可塌縮室或區(qū)域中或附近實現(xiàn)局部機械致動的一種方法是 向所述室或區(qū)域施加相對真空。實現(xiàn)局部機械致動的其它方法包括但不限于壓電力、靜電 力、磁力、熱膨脹/收縮力、化學膨脹/收縮力量、液壓力和氣動力。在一些實施方案中，可 以采用一種或多種非機械組織刺激，例如熱、電、離子、超聲、射頻、光子、化學和光學刺激。在一些實施方案中，可以將包括多個微室的設備固定至和/或整合到醫(yī)療裝置的 表面上。具有微室陣列的醫(yī)療裝置可以按如下方式制造使得將微室整合到裝置中，使得該 裝置的制造方法包括微室的制作。在一個替代實施方案中，可以將微室陣列的預制形式應 用至獨立制造的裝置的一個或多個表面上?？梢蕴砑游⑹业尼t(yī)療裝置包括但不限于導尿 管；心導管；肺動脈導管；內窺鏡；支氣管鏡；植入式醫(yī)療電子設備；胃管；空腸造口管；結 腸造口管；腦室腹膜分流儀；骨科硬件和脊柱外科硬件。在一些實施方案中，微室和其它構造可由多種材料構成，所述材料包括但不限于 金屬；陶瓷；聚合物和活組織。在一些實施方案中，可利用使用微室的設備來處理活動性出血。在這類實施方案 中，可以使用微流體網(wǎng)絡來將促凝血材料注入特定微室中。其它選定的微室可執(zhí)行其它功能，例如排出凝結和未凝結的血。通過使用整合式擋板壓縮室，微室陣列還可以經過直接壓 縮出血組織或器官來止血。
在一些實施方案中，可以采用包括微室的設備作為向癌癥患者提供化療劑的主要 模式。在這類實施方案中，可以使用微流體網(wǎng)絡將化療劑或短距離放射治療材料注入位置 靠近腫瘤的特定微室內。其它選定微室可執(zhí)行其它功能，例如向腫瘤施加抽吸力來確保治 療材料緊密靠近。在一些實施方案中，包括微室的設備可用于處理燒傷創(chuàng)傷。在這類實施方案中，可 以使用微流體網(wǎng)絡將抗生素和細胞注入到創(chuàng)傷表面上。其它選定的微室可以執(zhí)行其它功 能，例如排出血液并向創(chuàng)傷施加抽吸力以確保敷料粘附。在這類實施方案中，可使用微室來 將細胞如角化細胞或其它皮膚細胞以協(xié)同方式滴注到例如創(chuàng)傷表面上，以使真皮和表皮部 分或全部重建。在這類實施方案中，可以滴注幾種不同的組織、材料和活細胞以使真皮和/ 或表皮的結構和/或功能重建。在一些實施方案中，可以采用包括微室的設備來處理開放性腹部創(chuàng)傷。在腹部器 官腫脹時出現(xiàn)的開放性腹部創(chuàng)傷阻止腹部的筋膜層重新靠近。在某些情況下也可能有意地 留下腹部創(chuàng)口，從而使外科醫(yī)生能夠無需重新打開腹部即可連續(xù)檢查所關注的器官或腹部 區(qū)域。這種情形在通過剖腹手術和利用海綿充填腹部來控制活動性出血的腹部創(chuàng)傷情形中 經常出現(xiàn)。在該情況下，并不致力于止血，而是利用Bogeta袋(一種透明的無菌塑料膜) 來暫時性閉合創(chuàng)傷。在該情況下，通過以規(guī)定的時間間隔除去所述塑料薄膜來再次檢查腹 部。在一些實施方案中，可以使用包括微室的設備來代替所述透明的無菌塑料薄膜。在一些實施方案中，可以使用包括微室的設備作為用于修復體內結構缺陷(如 疝)的修補片。在這類實施方案中，可以將設備原位縫合，以為疝提供機械強力修復。在另 一實施方案中，微室水平的分散抽吸力可用作將修復片原位固定的方法?？衫谜嫌斜?文所公開設備的修補片修復的疝包括但不限于腹股溝疝、腹疝、切口疝、先天性膈疝和創(chuàng) 傷性疝。在一些實施方案中，可以通過通道(例如微通道)將抗生素注入微室中來治療和 /或防止感染。該修補片可部分或全部由可吸收材料制成。在一些實施方案中，包括微室的設備可用于微創(chuàng)手術，例如內窺鏡檢查；腹腔鏡 檢查；胸腔鏡檢查；膀胱鏡檢查和關節(jié)鏡檢查。在這類實施方案中，該設備可以卷成管結構 并插入接受檢查的體腔內。該卷曲微室設備的直徑可比用于進入體腔的一個或更多套管針 的直徑小。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，微結構可在不連接至可控外部壓力和力源的情況下用于 引起組織的機械刺激。也就是說，在一些實施方案中，微結構本身可通過其與組織表面接觸 的形狀和力來提供組織刺激。在一些實施方案中，基底(substrate)上的突出微結構區(qū)域 可通過將基底粘附至受試者目標組織區(qū)域周圍的區(qū)域而與目標組織區(qū)域(如創(chuàng)傷)接觸。 例如，在一些實施方案中，基底可類似于典型的膠布繃帶，因為粘合區(qū)域可以使創(chuàng)傷朝向面 貼靠創(chuàng)傷。在一些實施方案中，可以使用可控力(例如向分散在突出微結構之間的微室施加 的真空)來將突出微結構壓在目標組織上。當兩個物體接觸時，在界面處產生接觸應力分布(stress prof ile)，并且這種接 觸應力分布通常是三維的。應力分布包括位置與接觸界面垂直的一個法向應力軸。此外，應力分布還包括均與接觸界面平行的兩個剪切應力軸。這種三維接觸應力分布被傳遞到相接觸的兩個物體的本體材料上。在傳遞時，應力在相接觸的兩個物體中產生變形(或者應 力分布)。在兩個接觸表面均光滑的情況下，接觸應力分布同樣也是平滑和連續(xù)的。如果一個表面利用突出微結構圖案化，則局部化的微結構形狀增加接觸應力分 布。這種由置于接觸界面之間的微結構所引起的應力幅值局部增加的過程被稱為應力集中 (stress concentration)。通過局部增加所施加應力的幅值，所得局部應力增加，由此增加 對創(chuàng)傷愈合的機械刺激或以其它方式促進組織生長。突出微結構可以為多種形狀中的一種 或多種。在一些實施方案中，微結構可以為基柱、支柱或尖端。在一些實施方案中，突出微 結構可包括平臺、凹陷、錐狀物、半球、多層圖案或任意其它合適的形狀。在一些實施方案 中，突出微結構具有長度、寬度和深度，所述深度是從基底底部至所述微結構從基底底部突 出的最遠點之間的垂直距離。用于本文目的的突出微結構的長度和寬度是正交尺度，其也 與深度正交。與深度正交的尺度中的較大尺寸為長度。在一些實施方案中，長度與寬度的 比值不超過100。在一些實施方案中，長度與寬度的比值不超過50，并且在另一些實施方案 中，長度與寬度的比值不超過10。在一些實施方案中，長度和寬度基本上相等。圖8a至8c分別顯示與組織表面接觸的突出微結構的實施方案以及對應的預測法 向應力分布和剪切應力分布。圖8a是與組織表面808接觸的錐形突出微結構802的截面?zhèn)纫晥D。錐形突出微 結構802從設備基底803上突出。法向應力分布810顯示將沿χ方向在組織表面808上引 起的預計法向應力，剪切應力分布812顯示將沿χ方向在組織表面808上引起的預計剪切 應力。圖8b是與組織表面808接觸的半球形突出微結構804的截面?zhèn)纫晥D。半球形突 出微結構804從基底803上突出。法向應力分布814顯示將沿χ方向在組織表面808上引 起的預計法向應力，剪切應力分布816顯示將沿χ方向在組織表面808上引起的預計剪切 應力。圖8c是與組織表面808接觸的柱形突出微結構806的截面?zhèn)纫晥D。柱形突出微 結構806從基底803上突出。法向應力分布818顯示將沿χ方向在組織表面808上引起的 預計法向應力，剪切應力分布820顯示將沿χ方向在組織表面808上引起的預計剪切應力。 柱形突出微結構806在與其深度垂直的截面上可以為圓柱形，或者柱形突出微結構806可 以為方形截面，或具有其它合適的截面形狀。圖9示出類似于典型的膠布繃帶的設備900的一個實施方案?；?02設置有多 個(例如10000個)突出微結構904(未按比例繪制)?；?02附著至墊片906，并且墊 片906包括具有用于附著至受試者的粘合材料的區(qū)域908。附著至受試者的力將微結構904 壓到創(chuàng)傷表面或其它組織表面上，致使組織變形。本發(fā)明不限于其在說明書中提出或在附圖中示出的結構細節(jié)和組件布置中的應 用。本發(fā)明能夠適用于其它實施方案，并且能夠以多種方式執(zhí)行或實施。此外，本文所用的 短語或術語適用于描述的目的，而不應被視為限制。本文中使用的“包括”、“包含”或“具 有”、“含有”、“涉及”及其變化形式是指涵蓋其后列出的項目、其等同物以及其它項目。因此，已經描述了本發(fā)明的至少一個實施方案的幾個方面，但是，應當理解，本領 域的技術人員很容易會想到各種變化方案、修改方案和改進方案。這些變化方案、修改方案和改進方案也是本說明書的一部分，并且也在本發(fā)明的精神和范圍內。因此，前述說明書和附圖僅是用于舉例。
權利要求
一種用于促進組織生長的設備，包括具有多個微結構的生物相容性基體，每個微結構構建并排列成向組織表面施加機械刺激，其中所述設備配置成通過所述多個微結構中的第一微結構施加第一機械刺激與通過所述多個微結構中的第二微結構施加第二機械刺激是可獨立控制的。
2.權利要求1所述的設備，其中所述第一和第二微結構包括構建并排列成向所述組織 表面施加壓力的微室。
3.權利要求2所述的設備，其中所述第一和第二微結構包括構建并排列成向所述組織 表面施加真空壓力的微室。
4.權利要求3所述的設備，還包括通過通道與所述微室流體連通的真空源。
5.權利要求2所述的設備，還包括與所述微室流體連通以可控地對該微室施加壓力的 壓力源，其中對所述微室施加的壓力可利用集成到該設備中的微流體閥來控制。
6.權利要求1所述的設備，其中通過所述第一微結構施加第一機械刺激可控制成改變 該第一機械刺激的幅值，而不改變通過所述第二微結構施加的第二機械刺激的幅值。
7.權利要求1所述的設備，其中所述基體包含硅橡膠，并且每個微結構包含寬度不超 過10微米的微室。
8.權利要求1所述的設備，其中所述基體包含多個構建并排列成向所述組織表面施加 壓力的微室，每個所述微室的寬度為10000微米或更小。
9.權利要求1所述的設備，還包括控制系統(tǒng)，其控制通過所述第一微結構施加所述第 一機械刺激和通過所述第二微結構施加所述第二刺激。
10.權利要求1所述的設備，其中所述微結構構建并排列成利用以下至少一種向組織 表面施加機械刺激壓電力、靜電力、磁力、熱膨脹力或收縮力以及化學膨脹力或收縮力。
11.權利要求1所述的設備，其中所述微結構可被控制成實現(xiàn)組織創(chuàng)傷的宏觀收縮。
12.權利要求11所述的設備，其中所述微結構可被控制成使組織創(chuàng)傷的面積宏觀收縮 至少10%并小于90%。
13.權利要求1所述的設備，還包括 第一通道；所述多個微結構中的第一組微室，所述第一組中的每個微室都與所述第一通道流體連通；與所述第一通道不同的第二通道；和所述多個微結構中的第二組微室，所述第二組中的每個微室都與所述第二通道流體連通；其中通過所述第一微結構施加所述第一機械刺激包括通過所述第一組中的每個微室施加 機械刺激；通過所述第二微結構施加所述第二機械刺激包括通過所述第二組中的每個微室施加 機械刺激；和所述設備設置成通過所述第一組中每個微室施加機械刺激與通過所述二組中每個微 室施加機械刺激是可獨立控制的。
14.一種用于促進組織生長的設備，所述設備包括具有多個微室的生物相容性基體，所述多個微室構建并排列成面向組織表面，所述多 個微室中的每個微室形成封閉的外周；和多個通道，所述多個微室中的每個微室與所述通道中的一個或更多個流體連通。
15.權利要求14所述的設備，其中所述多個通道包括多個微通道，并且所述多個微室 中的每個微室與所述微通道中的一個或更多個流體連通。
16.權利要求15所述的設備，其中所述微通道中的至少一些被設置成向微室中添加流 體或從微室中除去流體，以使所述微室向所述組織表面施加力。
17.權利要求16所述的設備，其中流體通過第一微通道的流動與流體通過第二微通道 的流動是可獨立控制的。
18.權利要求15所述的設備，其中所述微通道中的至少一些被設置成向所述微室中的 一個或更多個遞送一種或更多種材料。
19.權利要求15所述的設備，其中所述微通道中的至少一些被設置成從所述微室中的 一個或更多個中除去一種或更多種材料。
20.權利要求15所述的設備，還包括感測組織狀態(tài)并為控制系統(tǒng)提供信息的傳感器；和控制系統(tǒng)，其設置成至少部分從基于該傳感器所接收的信息來控制所述設備的參數(shù)。
21.權利要求14所述的設備，還包括細胞培養(yǎng)室，所述細胞培養(yǎng)室通過所述通道中的 至少一個與所述微室中的至少一個流體連通。
22.權利要求21所述的設備，其中所述細胞培養(yǎng)室集成到所述基體中。
23.權利要求14所述的設備，其中所述通道與材料源連接，所述材料源包含以下一種 或多種活細胞；去功能化細胞；創(chuàng)傷愈合介體；蛋白質；無機材料；胞外基質材料以及聚 合物；并且所述通道設置成通過所述微室將所述材料遞送至組織表面。
24.一種向目標組織表面施加機械刺激來促進組織生長的方法，所述方法包括提供基底，所述基底包括朝向組織的表面，其含有多個突出的微結構，所述微結構長度 與寬度的比值小于100 1 ；利用力使所述基底的該組織朝向面與目標組織表面接觸并保持，從而所述突出微結構 使所述組織表面變形。
25.權利要求24所述的方法，其中利用力保持所述組織朝向面與組織表面接觸的動作 包括僅將所述基底直接附著至不包括所述目標組織表面的區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明涉及將微機械力傳輸?shù)胶撩字廖⒚壮叨鹊木植縼泶龠M創(chuàng)傷愈合的方法和設備。可選擇性地將微機械力直接施加到組織，在一些實施方案中，通過利用與微通道流體連通的微室來施加。每個室(或者在一些情況下為一組室)可與閥關聯(lián)以控制真空壓力、正壓力、液體輸送和/或從每個室或每組室中移除液體。本發(fā)明實施方案的應用可縮短創(chuàng)傷愈合時間，降低治療費用，使功能組織得以恢復，并且減少對更具侵入性的治療(包括外科手術)的需要。
文檔編號A61M25/02GK101801311SQ200880023109
公開日2010年8月11日 申請日期2008年4月30日 優(yōu)先權日2007年5月1日
發(fā)明者丹尼斯·P·奧吉爾, 巴爾托洛繆·J·卡內 申請人:布賴漢姆婦女醫(yī)院有限公司