異種移植軟組織植入物及制造和使用的方法
【專利說明】
[0001] 本申請是申請日為2013年03月14日的題為"異種移植軟組織植入物及制造和使用 的方法"的中國專利申請?zhí)?01380036946.7的分案申請。
[0002] 相關(guān)申請
[0003] 本申請涉及并要求于2012年5月11日提交的題為"異種移植軟組織植入物及制備 和使用方法"的美國臨時(shí)專利申請序列號(hào)61/646,229的優(yōu)先權(quán)。該229臨時(shí)申請通過引用將 其整體結(jié)合于此。
[0004] 聯(lián)邦政府資助的研究或開發(fā)
[0005] [不適用]
技術(shù)領(lǐng)域
[0006] 本申請涉及用于移植，優(yōu)選移植至人體的組織植入物和組織植入物處理領(lǐng)域。組 織植入物優(yōu)選是異種移植軟組織植入物，但是本申請某些方面可以適用于骨組織或硬組 織，以及更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，如結(jié)合骨或硬組織植入物或者甚至來自同種異體移植(allograft) 或異種移植來源的器官。本申請?zhí)峁┝酥泻?、去除或基本減少來自異種移植植入物 (xenograft implants)的抗原并且滅菌和/或強(qiáng)化異種移植植入物的化學(xué)方法。本發(fā)明技 術(shù)產(chǎn)出了具有優(yōu)異結(jié)構(gòu)、機(jī)械和/或生化完整性的軟組織植入物。本申請還涉及用于處理包 括軟組織如肌腱和韌帶的異種移植植入物的方法，并且涉及由這些方法生產(chǎn)的植入物。
【背景技術(shù)】
[0007 ]當(dāng)病人面對骨科創(chuàng)傷時(shí)，如前交叉韌帶(ACL)的損傷，對這種疾病的理想的解決方 法是修復(fù)這種結(jié)構(gòu)或以重建損傷前的形態(tài)的方式增加自然愈合過程。遺憾的是，目前ACL修 復(fù)和再生已經(jīng)顯示是基本不成功的，這是由于缺少天然組織自然地愈合/再生；因此，全置 換（total replacement)已經(jīng)成為了護(hù)理的標(biāo)準(zhǔn)。已經(jīng)證明通過捐贈(zèng)者的遺體（即，同種異 體移植)肌腱的ACL置換是有效的選擇，使患者可以回到他們受傷前的生活質(zhì)量。然而，由于 原材料具有巨大的可變性以及有限的可獲得性，同種異體移植的選擇背負(fù)著挑戰(zhàn)。外科醫(yī) 生通過限制捐贈(zèng)者的標(biāo)準(zhǔn)(例如，只接受來自45歲以下捐贈(zèng)者的移植物)努力減輕移植的可 變性;然而，這類限制也加劇了可獲得性的挑戰(zhàn)。
[0008] 因此，目標(biāo)是發(fā)現(xiàn)具有相似的基因、物理的和生理屬性的捐贈(zèng)者組織的充足的庫， 這可以減輕或消除上面的問題。這可以通過利用異種移植組織完成。用異種移植組織來源， 通過育種和群落管理，可以選擇和控制供體的基因組成，可以監(jiān)視和控制生產(chǎn)以確保最佳 的健康和肌肉張力，并且可以計(jì)劃和選擇供體的年齡。這類供體因此具有用于創(chuàng)建高質(zhì)量 的移植物的優(yōu)越的生物機(jī)械結(jié)構(gòu)，這些移植物可以在它們的巔峰年齡恢復(fù)。
[0009] 包括軟組織的植入物可以植入受體中以置換和/或修復(fù)存在的軟組織。例如，遺傳 缺陷、疾病、和/或創(chuàng)傷可以損壞軟組織，使得置換和/或修復(fù)合乎需要。這些植入物可以是 同種異體移植物、自體移植物或異種移植物，而受體可以是人、哺乳動(dòng)物、或動(dòng)物受體。經(jīng)常 使用植入物，其中，受體是人類患者。包括人類患者在內(nèi)，已使用包括軟組織的植入物來置 換心臟瓣膜、韌帶、肌腱和皮膚等其他組織中。
[0010] 期望的是處理植入物，特別是自體移植物、同種異體移植物、和異種移植物以中 和、去除或基本減少一種或多種不需要的組分和/或逐漸獲得(instill)-種或多種需要的 組分。例如，可以鈍化植入物或處理植入物以去除或滅活細(xì)菌、病毒、真菌以及其他病原體 和抗原組分。
[0011] 可以用清潔劑和/或y射線處理包括軟組織的植入物。然而，現(xiàn)有技術(shù)受到一個(gè)或 多個(gè)缺點(diǎn)的制約。不期望的來自輻射的結(jié)果可包括自由基、氫和低分子量烴的形成;升高的 不飽和度;褪色和氧化。一些化學(xué)滅菌劑（例如，戊二醛）的使用增加了引發(fā)毒性反應(yīng)的危 險(xiǎn)。此外，一些化學(xué)滅菌劑(例如，過氧化物)可以破壞植入物，尤其是軟組織，某種程度上， 其傾向于比骨和硬組織更脆弱。關(guān)于包括軟組織的植入物的鈍化的特別關(guān)注是處理的軟組 織可能經(jīng)受增加的松弛、降低的硬度、降低的強(qiáng)度或降低的生物相容性，其可以導(dǎo)致植入物 可變的性能。包括用于鈍化的方法在內(nèi)，期望具有不引起過度的松弛或軟組織的硬度或強(qiáng) 度或生物相容性下降的處理方法。
[0012] 為了確保破壞病原體，如人免疫缺陷病毒(HIV)，已經(jīng)使用劑量的y輻射，其導(dǎo)致 組織的破壞（如，3.5Mrad;參見例如，Rasmussen,et al.，J.Arthroscopic and Related Surgery,10(2):188-197,(1994)；Goertzen,et al.,British Soc.of Bone and Joint Surg.,77:204-211(805)；Loty,et al.,International Orthopaedics,14:237-242, (1990))。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用環(huán)氧乙燒導(dǎo)致植入物產(chǎn)生炎癥反應(yīng)(Kudryk,et al ? ,J.Biomedical Materials,26:1477-1488,(1992)；Thoren,et al.,Clin.Orthopaedics,318:259-263, (1995)；Simonian,et al.,Clin.Orthopaedics,302:290-296,(1994)；Jackson,et al., Am. J. Sports Medicine, 18:1-9, (1990))。標(biāo)準(zhǔn)的化學(xué)溶液處理，雖然能有效地對與引入的 化學(xué)溶液接觸的表面滅菌，但是傾向于不能充分滲透至其中可能殘留潛在的致病生物的組 織間隙中。有關(guān)軟組織的滅菌，通過輻射、環(huán)氧乙烷或化學(xué)溶液處理對軟組織破壞的潛力尤 其受到關(guān)注，因?yàn)檐浗M織比骨組織更容易被破壞。甚至更溫和的滅菌劑，如過氧化物，由于 組織的腫脹以及殘留的反應(yīng)副產(chǎn)物的存在可以引起損傷。
[0013] 期望的處理過程包括一個(gè)或多個(gè)下列特征:有效地去除或滅活各種各樣的細(xì)菌、 病毒和真菌病原體;無移植毒性;保留或改善期望的組織特征，如生物機(jī)械強(qiáng)度或生長誘導(dǎo) 特性;對各種各樣的操作修改和/或用于多種多樣的組織類型的有效性;在最終的植入物組 織容器中終止過程的能力，以確保用于移植的滅菌包裝和運(yùn)輸;應(yīng)用自動(dòng)化控制和監(jiān)視系 統(tǒng)以及開發(fā)自動(dòng)化和有效過程的能力。
[0014] 與開發(fā)異種移植植入物相關(guān)的挑戰(zhàn)是充分去除外來的異種抗原。這類表位，特別 是Galal-3Gal_l-4GlcNAc_R(通常稱為a-gal)的存在對于中和、去除或基本上降低是重要 的，因?yàn)槿梭w具有特異性靶向這類復(fù)合糖的抗體。來自外來異種移植來源的移植物，其包括 這種異種抗原，一旦植入，就會(huì)被人體劇烈排斥。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] -方面，本申請涉及用于人類患者使用的異種移植組織植入物。
[0016]本申請進(jìn)一步涉及軟組織植入物，優(yōu)選用于ACL置換，優(yōu)選設(shè)計(jì)自異種移植組織。 異種移植來源材料是受控的并且沒有牛海綿狀腦病(BSE)，或可能對人類受體造成威脅的 其他異種移植特異性或非特異性疾病。處理后獲得的移植物在人類受體中是生物兼容的， 沒有由于異種基因抗原引起的實(shí)質(zhì)上有害的免疫反應(yīng)或排斥。在一些實(shí)施方式中處理后獲 得的移植物是有生物活性的，具有改善的愈合、重塑和結(jié)合。
[0017] 本申請另外涉及用于制造包括更適合用于受體植入的軟組織的植入物的方法。根 據(jù)本發(fā)明技術(shù)處理的軟組織(如，肌腱和韌帶），通過與清潔劑，如包含任何氧化滅菌劑(例 如，過氧化氫）、一種或多種去污劑、鹽水、碳水化合物、醇、酸或堿組分和/或它們的組合的 溶液接觸而完全或部分鈍化。優(yōu)選獲得自異種移植來源的組織用于人體移植。在一些實(shí)施 方式中，使用至少一種碳水化合物(如，糖)的處理步驟是優(yōu)選的。
[0018] 優(yōu)選的方法包括在各種清潔溶液的存在下，含有植入物材料的室中的壓力振蕩， 可選的使用超聲。進(jìn)行特定的處理步驟以中和、去除或基本減少異種抗原，同時(shí)還增強(qiáng)機(jī)械 特性并且優(yōu)選改善植入物的愈合速度。獲得的植入物甚至可以比天然組織更強(qiáng)壯，具有降 低的生物負(fù)荷水平，并且相比其他可用的組織移植物，還具有更快的植入后的結(jié)合。
[0019] 在某些實(shí)施方式中，加工(處理，processing)可以發(fā)生在開放或封閉的容器中。例 如，本申請的某些方面可以完全或部分在具有光滑邊緣的金屬、玻璃或聚合物燒杯或皿中 進(jìn)行用于緩和處理組織以及在容器中注入和排出化學(xué)藥品。本申請的某些方面還可以使用 具有螺紋或壓縮安裝蓋(其擰緊或卡入以提供封閉來阻止在組織的加工、處理、運(yùn)輸或儲(chǔ)存 中的濺出或污染)的容器實(shí)施。加工的一些或全部元件可以在具有或不具有壓力循環(huán)，以及 具有或不具有超聲下進(jìn)行。
[0020] 可以預(yù)期，組織可以原地保留，而不同的化學(xué)藥品或化學(xué)藥品溶液通過注入或流 過器皿或超過或流過組織，或通過在開放或封閉的器皿、室或容器中加入和去除溶液或處 理化學(xué)藥品被引入而接觸?？梢灶A(yù)期，在一個(gè)或多個(gè)加工步驟之前、之間或之后容器從開放 改變到封閉，以及在任何一個(gè)或多個(gè)加壓步驟之前、之間或之后，可以應(yīng)用或從處理中去除 加壓循環(huán)、張力(tension)或超聲。進(jìn)一步預(yù)期，組織可以穿過或置于溶液中，隨后從溶液中 去除或穿過并且進(jìn)入另一溶液中用于加工中的下一步驟。
[0021] 進(jìn)一步預(yù)期，本申請的某些實(shí)施方式可以應(yīng)用至或結(jié)合至不要求或不設(shè)計(jì)圍繞任 何特定存儲(chǔ)或處理器皿的加工場景(processing scenarios)，依賴處理化學(xué)劑流過包括骨 或硬組織和肌腱或其他組織的組織的方法，發(fā)生在開放或封閉的超聲浴中的方法，用于組 織的清創(chuàng)的方法，以及前述的各種組合，如以下那些教導(dǎo)的，例如，在美國專利6，837，907、 6,024,735、5,977,432、5,977,034、5,976，104、5,820,581、5,797,871和5,556,379中，其全 部結(jié)合于此。
[0022] 特別地，應(yīng)該注意，對于多種組織類型的異種移植物的生產(chǎn)，可以實(shí)施涉及受控的 異種抗原的去除或降低的本申請的加工方法，并且該方法對于多種組織類型的異種移植物 的生產(chǎn)是有用的，這些移植物包括軟組織移植物，如肌腱、韌帶、皮膚、硬腦膜物質(zhì)、筋膜和 其他結(jié)締組織，并且還包括硬組織移植物，如骨和骨衍生的組分，如皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨、脫鈣骨 基質(zhì)，組裝的骨移植物和天然存在的或硬組織和軟組織裝配組合的移植物，如骨_肌腱或 骨-肌腱-骨植入物。
[0023] 本申請的方法提供用于植入物加工，憑借此，骨髓、血液、蛋白質(zhì)和顆粒物質(zhì)充分 中和、去除或基本減少，使得殘留的基本是組織基質(zhì)、鈍化的組織基質(zhì)、生物惰性組織基質(zhì) 或生物活性組織基質(zhì)，其中可以達(dá)到任何形式的內(nèi)源材料和可用的組織的降低。如以下更 詳細(xì)的描述，優(yōu)選通過采用引起有效地互相滲透基質(zhì)的各種清潔和滅菌溶液的壓力循環(huán)或 振蕩的方法實(shí)現(xiàn)。通過重復(fù)的循環(huán)和改變清潔溶液，基本上清堵和凈化任何多孔基質(zhì)通道。 使用定義的程序化的（可選的，預(yù)定義的、預(yù)程序化）清洗循環(huán)，優(yōu)選用同時(shí)超聲處理 (concurrent sonication)(也稱為超聲轟擊）以達(dá)到植入物的穿透滅菌。應(yīng)該相信，震蕩液 壓和超聲能量的組合加速了溶液互相滲透以及內(nèi)源物質(zhì)的去除。
[0024] 另外地，在處理中使用滲透梯度，其在組織內(nèi)外產(chǎn)生流。這還稱為滲透循環(huán)(從低 滲溶液轉(zhuǎn)換至高滲溶液）。這是另一種方法，通過該方法可以有效中和、去除或基本減少骨 髓、血液、蛋白質(zhì)、異種抗原和顆粒物質(zhì)。
[0025] 優(yōu)選的方法包括在清潔過程中使用運(yùn)動(dòng)學(xué)限制。將運(yùn)動(dòng)學(xué)限制(優(yōu)選張力)施加至 植入物，而它與清潔劑(如，例如，去污劑、醇、或過氧化物等)接觸可以生產(chǎn)更有效的清潔， 并且減少由于清潔劑引起的任何損害。
[0026]優(yōu)選的方法也可以包括將移植物的最終pH增加至堿性水平(pH大于7,優(yōu)選8左右） 的步驟。不希望被理論束縛，具有堿性pH的軟組織移植物可以有助于移植物加強(qiáng)的愈合。應(yīng) 該相信，至少部分是由于堿性環(huán)境增加成骨細(xì)胞活性的事實(shí)。在一些實(shí)施方式中還可以考 慮，可以去掉增加pH的步驟。沒有增加步驟的移植物的pH是在5與7之間、優(yōu)選約6。
[0027] 優(yōu)選的植入物在表現(xiàn)出至少一種異種抗原的約60%的受控下降，小于約10%的胰 蛋白酶消化，以及大于或等于約1800N的基于分選數(shù)據(jù)的預(yù)測的極限抗拉力(UTF)。
[0028] 在其他實(shí)施方式中，植入物表現(xiàn)出至少一種異種抗原的大于或等于約55%的受控 下降，小于約10%的胰蛋白酶消化，以及于大于或等于約2020N的基于分選數(shù)據(jù)預(yù)測的極限 抗拉力(UTF)。
[0029] 在一些實(shí)施方式中，本申請以有效和經(jīng)濟(jì)的方式提供了用于生產(chǎn)安全和有效的軟 組織(優(yōu)選異種移植物)的方法。在一些實(shí)施方式中，本申請?zhí)峁┝擞糜谇鍧崱⒐嘧⒒蜮g化植 入材料的方法，同時(shí)，不危害起始植入材料的期望的生物學(xué)性能。在一些實(shí)施方式中，本申 請生產(chǎn)了降低的抗原性的植入材料，以及優(yōu)選加強(qiáng)的生物活性的植入物。
[0030] 本申請的一個(gè)實(shí)施方式是包括用糖溶液處理的異種移植肌腱的異種移植肌腱植 入物，與可比較的同種異體移植植入物或自體移植植入物相比，其表現(xiàn)出加強(qiáng)的術(shù)后愈合 和/或強(qiáng)度。
[0031] 該異種移植植入物可以由大量可接受的異種移植來源獲得。例如，植入物可以是 牛來源的。植入物可以取自圣熱特魯?shù)纤古?Santa gertrudis cow)中。
[0032] 異種移植肌腱可以選自存在于體內(nèi)的多種不同的肌腱。例如，植入物可以包括前 伸肌腱（anterior extensor tendon)。例如，植入物可以包括指內(nèi)伸?。‥xtensor Digitorum Medialis)。
[0033]在植入前，異種移植肌腱可以表現(xiàn)出可以接受的pH。例如，在植入前，植入物可以 表現(xiàn)出pH為約8?？商鎿Q地，在植入前植入物可以表現(xiàn)出約8的pH。
[0034]糖可以是任何可以接受的糖。這類糖的實(shí)例包括葡萄糖、右旋糖、結(jié)晶葡萄糖、醛 糖、酮糖、半縮醛、吡喃糖、呋喃糖、赤蘚糖、蘇糖、核糖、阿拉伯糖、甘露糖、阿洛糖、阿卓糖、 木糖、來蘇糖、古洛糖、艾杜糖、半乳糖、塔羅糖、蔗糖和果糖。
[0035] 在一個(gè)實(shí)施方式中，植入物表現(xiàn)出至少一種異種抗原的約60%的受控減少，小于 約10%的胰蛋白酶消化，和大于或等于約1800N的基于分選數(shù)據(jù)的預(yù)測的UTF。減少的異種 抗原可以是a-Gal。在可替換的實(shí)施方式中，植入物表現(xiàn)出至少一種異種抗原的約60%的受 控減少，小于約10%的胰蛋白酶消化，和大于或等于約2020N的基于分選數(shù)據(jù)的預(yù)期的UTF。
[0036] 本申請的一個(gè)實(shí)施方式是加工異種移植肌腱的方法，包括:從肌腱中去除異種抗 原，增強(qiáng)肌腱的強(qiáng)度、肌腱滅