(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバーを規定するとともに取り囲む膜と、
該膜への／該膜を横切る生物学的に活性のある因子に関する拡散距離を低減するための、前記チャンバー内にある距離手段と、
細胞を分散させるために前記チャンバーの単位体積当たりの細胞支持表面積を増大するための、前記チャンバー内にあり、前記距離手段に固定された、複数の剛毛、複数のプレート、複数のフィラメント、及び／又は、発泡体、からなる支持手段と、
を含む、埋込み型細胞デバイス。
【請求項２】
前記生物学的に活性のある因子が、神経ペプチド、神経伝達物質、ホルモン、サイトカイン、リンホカイン、酵素、生物学的応答修飾物質、成長因子、抗体及び栄養因子からなる群から選択される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記膜は、一方の端でチャンバーの頂部に接続し、もう一方の端でチャンバーの底部に接続している、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記端が接着剤からなるプラグを含む、請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記膜は、生物学的に活性のある因子をチャンバーから中枢神経系等の周辺部へと通す少なくとも１つの生体適合性の半透性層を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項６】
前記膜は、アクリル共重合体を含むポリアクリレート、ポリビニリデン、ポリ塩化ビニル共重合体、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリアミド、セルロースアセテート、セルロースニトレート、ポリエーテルスルホンを含むポリスルホン、ポリホスファゼン、ポリアクリロニトリル、アクリロニトリル／塩化ビニル共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、並びにそれらの誘導体、共重合体及び混合物からなる群から選択される材料からできている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項７】
前記距離手段は、前記チャンバーの第１の端の近くから縦方向に伸びる、ロッド等のボディを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項８】
前記距離手段は、前記チャンバーの第１の端の近くから該チャンバーの第２の端の近くへと縦方向に伸びる、ロッド等のボディを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項９】
前記距離手段は、前記チャンバーの一方の端を通って伸びる、請求項１〜８のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記距離手段の断面は、規則的な形状、不規則な形状、対称形状、非対称形状及びそれらの組合せ形状からなる群から選択される形状をとる、請求項１〜９のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記距離手段は、炭素、金属、合金、ポリマー及びそれらの組合せからなる群から選択される材料からできている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記金属は、医療グレードのチタン、ステンレススチール、又は生体適合性金属を含み、
前記合金は、医療グレードのチタン又はステンレススチールを含み、
前記ポリマーは、アクリル、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアセトニトリル、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリブテステル、絹、綿及びキチンを含む、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記距離手段がツイステッドワイヤーを含む、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記距離手段は、細胞に対して実質的に非毒性である材料からできている、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記距離手段は、前記距離手段の少なくとも一方の端が前記チャンバーの断面の中心にあるか、又は、前記距離手段の前記端（複数）が前記チャンバーの断面の中心から外れる、ように配置されている、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記支持手段は、複数の剛毛の少なくとも一方の端で前記距離手段に固定された該複数の剛毛を含み、該複数の剛毛は該距離手段の周りに広がり、及び該距離手段の長さの少なくとも一部に沿って広がる、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記支持手段が、ブラシ型スカフォールドを構成するために、ツイステッドワイヤーに撚り合わせた複数の剛毛を含む、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記支持手段は、前記距離手段に固定された複数のプレートを含み、該複数のプレートは前記距離手段の周りに広がり、及び該距離手段の長さの少なくとも一部に沿って広がる、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記支持手段は複数のフィラメントを含み、該複数のフィラメントの第１の端は前記距離手段の第１の端の近くに固定され、該複数のフィラメントの第２の端は該距離手段の第２の端の近くに固定されており、該複数のフィラメントは該距離手段の周りに広がり、及び該距離手段の長さの少なくとも一部に沿って広がる、請求項１〜１８のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記支持手段は複数のフィラメントを含み、該複数のフィラメントの第１の端と第２の端とは前記距離手段の長さに沿って異なる場所で該距離手段に固定されている、請求項１〜１９に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記フィラメントがツイステッドヤーン及び網組メッシュチューブからなる群から選択される、請求項１９又は２０に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記支持手段は、細胞接着剤又は細胞生存向上物質のコーティングを含む、請求項１〜２１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記支持手段は、前記距離手段とともに共押出しされる細胞接着剤又は細胞生存向上物質を含む、請求項１〜２２のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記支持手段は、前記チャンバーを該チャンバー内でサブボリュームを規定する複数のコンパートメントに分ける、請求項１〜２３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記支持手段は、請求項１６〜２４の特徴のいずれかの組合せを含む、請求項１〜２４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記支持手段が生体適合性で、実質的に非分解性の材料からできている、請求項１〜２５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２７】
前記支持手段は、アクリル、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアセトニトリル、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリブテステル、絹、綿、キチン、炭素及び生体適合性金属からなる群から選択される材料からできている、請求項１〜２６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２８】
複数の距離手段を更に含む、請求項１〜２７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２９】
前記複数の距離手段は、規則的なパターン又は不規則なパターンで前記チャンバー内に配置されている、請求項２８に記載のデバイス。
【請求項３０】
前記複数の距離手段の少なくとも１つが前記支持手段を含む、請求項２８又は２９に記載のデバイス。
【請求項３１】
前記デバイスを細長いテザーの遠位端と接続する接続手段を更に含む、請求項１〜３０のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項３２】
円形断面を有する前記チャンバーの直径に対する円形断面を有する前記距離手段の直径の比がおよそ１：５〜１：１近くの範囲である、請求項１〜３１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項３３】
前記距離手段は、およそ５０〜１０００μｍの範囲の直径を有する円形断面を含む、請求項１〜３２のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項３４】
前記チャンバーは、およそ２５０〜１５００μｍの範囲の直径を有する円形断面を含む、請求項１〜３３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項３５】
前記拡散距離は、およそ１００〜５００μｍの範囲である、請求項１〜３４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項３６】
前記膜の厚さは、およそ５０〜２００μｍの範囲である、請求項１〜３５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項３７】
デバイスは、各端にプラグを有する細長い円筒形のカプセルである、請求項１〜３６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項３８】
前記円筒の直径はおよそ３５０〜２０００μｍの範囲であり、前記細長いカプセルの長さはおよそ５〜５０ｍｍの範囲である、請求項３７に記載のデバイス。
【請求項３９】
膜に取り囲まれたチャンバーを形成する工程、ただし、該チャンバーは、生物学的に活性のある因子に関する該膜までの／該膜を通る拡散距離を低減する距離手段と、細胞を分散させるために該チャンバーの単位体積当たりの細胞支持表面積を増大する、前記距離手段に固定された、複数の剛毛、複数のプレート、複数のフィラメント、及び／又は、発泡体、からなる支持手段とを含む、
前記チャンバーに、生物学的に活性のある因子を分泌することが可能な又は生物学的機能をレシピエントに与えることが可能な細胞の集団を充填する工程、次いで
前記チャンバーをシールする工程、
を含む、埋込み型細胞デバイスを製造する方法。
【請求項４０】
前記デバイスが請求項１〜３８のいずれか一項に記載のデバイスである請求項３９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は埋込み型医療用デバイスの分野に関する。特に、本発明はカプセル化細胞による疾患及び障害の治療のための支持・拡散スカフォールディングを備えるカプセル等の埋込み型細胞デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの臨床病態、欠乏症、及び疾患状態は、生細胞により産生される１つ又は複数の生物学的に活性のある因子を患者に供給すること、又は生細胞により代謝される有害因子を患者から取り除くことによって治療又は緩和することができる。多くの場合、これらの因子は器官又は組織の機能の障害又は喪失を回復する又は補うことができる。その病因が分泌器官又は分泌組織の機能の喪失にある疾患状態又は欠乏状態の例としては以下のものが挙げられる：
（ａ）膵臓のランゲルハンス島によるインスリンの産生が損なわれる又は失われる糖尿病；
（ｂ）副甲状腺ホルモンの産生の喪失が血清カルシウム濃度の低下を引き起こし、重度の筋テタニーに陥る副甲状腺機能低下症；
（ｃ）ドーパミン産生が減少するパーキンソニズム；及び
（ｄ）エリスロポエチンの欠乏に続発する赤血球の産生の喪失を特徴とする貧血症。器官又は組織の機能の障害又は喪失は更なる代謝機能の喪失をもたらす場合がある。
【０００３】
そのために、多くの研究者らが、全器官、器官組織、又は分泌産物を提供する若しくは代謝機能に影響を及ぼす細胞を移植することにより器官又は組織の機能を再構成しようと努めてきた。その上、移植は劇的な利益をもたらすことができるが、移植に好適なかつ利用可能な器官の数が比較的少ないことからその適用が制限されている。概して、患者は、移植物機能の喪失、及び最終的には移植した組織又は細胞の壊死に陥る、移植物の免疫学的拒絶を回避するために免疫反応を抑制する必要がある。多くの場合、移植物は長期間にわたって、更には患者の生涯にわたって機能性を維持する必要がある。患者をかなりの期間、免疫抑制状態に保持することは望ましいことではなく、また費用もかかる。
【０００４】
かかる移植法の所望の代替手段は、栄養素、老廃物、及び分泌産物の拡散を可能にするが、免疫学的拒絶をする細胞エフェクター及び分子エフェクターを遮断するフィジカルバリア内への細胞又は組織の埋込みである。選択された産物を産生する組織又は細胞を免疫系から保護する多様なデバイスが研究されている。これらとしては血管外拡散チャンバー、血管内拡散チャンバー、血管内限外ろ過チャンバー、及びマイクロカプセル化細胞の埋込みが挙げられる。これらのデバイスによって、患者を免疫抑制状態に維持する必要性が軽減されると考えられる。既知のデバイスの問題はデバイス内で成長する細胞の中心壊死である。中心壊死は、長期の埋込み後に起こり、カプセル内で広範囲に及ぶ細胞死を引き起こすとされる。
【０００５】
細胞を分散させるためにチャンバーの単位体積当たりの表面積を高くする、成長因子、神経ペプチド、酵素、ホルモン、若しくは他の因子等の必要とされる物質を適切な量を送達するために拡散を改善する、又は他の必要とされる代謝機能を長期間にわたって与える方法及びデバイスは、長期の治療を必要とする患者にとって非常に有益なものであると考えられる。
【０００６】
様々なタイプの細胞カプセルが知られている。例えば、特許文献１はデバイスに引張強度を与える内部支持体を有するカプセルを開示している。支持体はカプセルの軸に沿って放射状に伸びるフィンを備え得るか、又は内部支持体の外表面は粗いか若しくは不規則な形状をとり得る。特許文献２は細胞の付着のために網状支持体又は糸状支持体を有するデバイスを開示している。特許文献３はテザーをより剛性にするための補強材からなる細長いテザーを有するカプセル化細胞デバイスを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５，７８６，２１６号
【特許文献２】米国特許第６，６２７，４２２号
【特許文献３】国際公開第２００６／１２２５５１号
【発明の概要】
【０００８】
本発明の１つの実施の形態によると、埋め込み型細胞デバイスが開示される。該デバイスは、チャンバーを規定するとともに取り囲む膜と、前記チャンバー内にあって、生物学的に活性のある因子に関する前記膜までの／前記膜を通る拡散距離を低減するための距離手段と、前記チャンバー内にあって、細胞を分散させるために前記チャンバーの単位体積当たりの細胞支持表面積を増大するための支持手段とを含む。
【０００９】
本発明の別の実施の形態によると、埋め込み型細胞デバイスを製造する方法が開示される。該方法は、膜に取り囲まれたチャンバーを形成することを含み、該チャンバーは、生物学的に活性のある因子に関する該膜までの／該膜を通る拡散距離を低減する距離手段と、細胞を分散させるために該チャンバーの単位体積当たりの細胞支持表面積を増大する支持手段とを含む。その後、前記チャンバーに、生物学的に活性のある因子を分泌することが可能な又は生物学的機能をレシピエントに与えることが可能な細胞の集団を充填し、最後に、前記チャンバーをシールする。
【００１０】
本発明のデバイスは、例えば哺乳動物の脳などの哺乳動物内においてより長期間の細胞生存を可能にする。長期間とは本発明によれば、少なくとも６ヶ月、例えば少なくとも９ヶ月、より好ましくは少なくとも１年を意図するものである。そのため、埋込み型デバイスは埋込みの時点から長期間にわたって使用可能である。
【００１１】
本発明の実施形態は、その利点とともに、添付の図面と併せて以下の詳細な説明から最もよく理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の１つの実施形態によるデバイスの断面図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｅ）は、本発明の多様な実施形態による諸距離手段を示す図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明の多様な実施形態による諸距離手段の断面の正面図及び上面図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｅ）は、本発明の多様な実施形態による諸支持手段の正面図及び上面図である。
【図５】本発明の１つの実施形態によるテザーに加えて様々な支持手段の組合せを含む距離手段を示す図である。
【図６】本発明の１つの実施形態によるデバイスの様々な要素の寸法を含むデバイスを示す図である。
【図７】距離手段としてツイステッドワイヤーと、剛毛形状の支持手段とを含むデバイスを示す図である。ツイステッドワイヤー及び剛毛はまとめて、ブラシ型スカフォールディングを規定する。
【図８】距離手段（ここではツイステッドワイヤー）がエンドクロージャーから突き出て、図示されていないテザー管に接続するリンカーとして働くデバイスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、半径方向において円形断面を有し、チャンバーに対して中心に位置する距離手段のような特定の実施形態を用いて広く説明される。しかしながら、当業者であれば、本発明の代替的な実施形態を用いて本発明を実施することができることが理解されるであろう。さらに、異なる図面においてデバイスの同じ要素は同じ符号を用いて表される。
【００１４】
図１は、本発明の１つの実施形態による埋込み型細胞デバイスの断面図を示している。デバイス１００は、チャンバー１１０を規定するとともに取り囲む膜１０５と、生物学的に活性のある因子に関する膜までの／膜を通る拡散距離Ｄ１を低減する距離手段１１５と、細胞を分散するためにチャンバー１１０の単位体積当たりの細胞支持表面積を増大する支持手段１２０とを含む。距離手段１１５及び支持手段１２０は両方ともチャンバー１１０内に位置する。
【００１５】
距離手段と支持手段との組合せが以下をもたらす：
ａ）チャンバーにおける細胞の改善した、すなわちより均一の分散、
ｂ）チャンバーのあらゆるサブコンパートメントにおける細胞の層の数の低減、
ｃ）中心壊死の低減、すなわちチャンバーの中心部及びその周囲、又は距離手段の周囲における細胞死の指標となる細胞の形態変化の低減、
ｄ）特定のカプセル化細胞集団に対するチャンバー内の生存細胞の数の増大。
【００１６】
生物学的に活性のある因子
チャンバー内に分散する細胞は、生物学的に活性のある因子を分泌することが可能であり、あるいは生物学的機能をレシピエントに与えることが可能である。デバイスのチャンバー内にある細胞は、液体媒体中に懸濁されているか又はヒドロゲル若しくは細胞外マトリクス材料中に固定化されている。本発明及びカプセル化のための細胞の遺伝子操作に使用することができる細胞のタイプは特許文献３（参照することにより本明細書に援用される）に記載されている。
【００１７】
生物学的に活性のある因子は、神経ペプチド、神経伝達物質、ホルモン、サイトカイン、リンホカイン、酵素、生物学的応答修飾物質、成長因子、抗体及び栄養因子からなる群から選択される。
【００１８】
膜
デバイスは、チャンバー１１０を規定するとともに取り囲む、半透性層１２５からなる膜１０５を含む。膜は一方の端でチャンバーの頂部に接続し、及びもう一方の端でチャンバーの底部に接続している。膜は少なくとも１つの生体適合性の半透性層１２５を含み、この半透膜を介して、
生物学的に活性のある因子をチャンバーから中枢神経系等の周辺部に通すことができ、
栄養素を中枢神経系等の周辺部からチャンバーの中に通すことができる。
【００１９】
「生体適合性材料」は、宿主に埋め込んだ後、カプセルの拒絶をもたらす又は例えば分解によりカプセルを動作不能とする程の有害宿主応答を誘起しない材料を含む。本発明の様々な実施形態では、膜は、アクリル共重合体を含むポリアクリレート、ポリビニリデン、ポリ塩化ビニル共重合体、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリアミド、セルロースアセテート、セルロースナイトレート、ポリエーテルスルホンを含むポリスルホン、ポリホスファゼン、ポリアクリロニトリル、アクリロニトリル／塩化ビニル共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、及びそれらの誘導体、共重合体並びにこれらの混合物からなる群から選択される材料からできている。
【００２０】
膜の厚さはおよそ３０〜２３０μｍの範囲である。膜の厚さは、できる限り薄く保って、できる限り小さい空間を取り込むことを念頭に置いて、膜が細胞のカプセル化を維持するのに十分な強度をカプセルに与えるような厚さである。
【００２１】
膜／ジャケットは、好ましくは１０００ｋＤ未満、より好ましくは５０〜７００ｋＤ、より好ましくは７０〜３００ｋＤ、より好ましくは７０〜１５０ｋＤ、例えば７０〜１３０ｋＤの分画分子量を有する。分画分子量は、カプセル化細胞を患者の免疫系から保護しながら、生物活性分子をカプセル等のデバイスから抜け出すことが確実にできるように選択されるものとする。
【００２２】
膜によって規定されるチャンバーは様々な断面形状をとることができる。１つの実施形態では、半径方向でのチャンバーの断面形状は、直径が２２０〜１８００μｍの範囲の円形である。
【００２３】
拡散距離
拡散距離は、チャンバー内において栄養素及び生物学的に活性のある因子がカバーする距離であり、およそ７０〜７００μｍの範囲である。拡散距離はチャンバー内で最大距離によって規定され、栄養素は膜の内表面１７０から栄養素を取り込む細胞までをカバーする。拡散距離はまた、生物学的に活性のある因子が中枢神経系等の周辺部に膜を通過するために細胞（複数の場合もあり）から膜の内表面までをカバーする最大距離としても規定される。
【００２４】
膜を通る有効拡散距離は膜の厚さ、すなわち半透性層１２５の厚さに依拠する。同じ膜の厚さでは、膜までの拡散距離が低減すると、有効拡散距離も低減することが理解される。
【００２５】
距離手段
距離手段１１５はチャンバー１１０内に配置され、生物学的に活性のある因子に関して、膜までの及び膜を通る拡散距離、特に最大拡散距離を低減する。同時に距離手段は、栄養素に関しては膜の内表面（参照符号１７０、図１）から細胞（複数の場合もあり）までの最大拡散距離を低減する。
【００２６】
これより本発明の様々な実施形態による距離手段を示す図２（ａ）〜（ｅ）に言及する。
【００２７】
本発明の１つの実施形態において、距離手段１１５は、チャンバー１１０の第１の端（参照符号１７５、図１）の近くから縦方向に伸びる、ロッド等のボディを含む（図２（ｃ）、（ｄ））。本発明の更に別の実施形態において、距離手段１１５は、図２（ａ）、（ｂ）、（ｅ）に示されるように、チャンバー１１０の第１の端（参照符号１３０、図１）の近くからチャンバー１１０の第２の端（参照符号１３５、図１）の近く又はごく近くへと縦方向に伸びる、ロッド等のボディを含む。
【００２８】
多くの実施形態において、プラグが使用され、デバイスの１つ又は複数の端１３０、１３５を閉じ、そしてシールする。プラグは好適には接着剤を含むことができる。好ましい実施形態において、距離手段は一方又は両方のプラグに固定される。プラグはまた、テザー１５５をデバイスに固定するのに使用でき、又はテザー１５５を固定することができる接続手段１５０を固定するのに使用できる。
【００２９】
接着剤は好ましくは生体適合性である。好ましい実施形態において、接着剤は、照射による滅菌、化学滅菌又はオートクレーブ法に耐えることができるＵＶ硬化性接着剤等の光硬化性接着剤である。ＵＶ硬化性接着剤の例としてはウレタン（メタ）アクリレートが挙げられる。これらはウレタンオリゴマー／アクリレートモノマーブレンド等の様々なブレンドで入手可能である。他の好適な接着剤としては、シアノアクリレート及びエポキシ系接着剤が挙げられる。
【００３０】
別の実施形態において、距離手段（図７の１１５）は、ワイヤーに撚り込んだ剛毛（図７の１２０）を備えるツイステッドワイヤーで作られたボディを含む。
【００３１】
本発明の別の実施形態において、距離手段はその距離手段の少なくとも一方の端がチャンバーの断面の中心にあるように配置されている（図１、図２（ｂ）、（ｃ））。更に別の実施形態において、距離手段の両端が、チャンバー１１０の断面の中心（参照符号１７５及び１８０、図１）から外れている（図２（ａ）、（ｄ）、（ｅ））。
【００３２】
距離手段は、チャンバー１１０の縦軸（参照符号１４０、図１）に対して角度をなして配置されている（図１、図２（ａ）〜（ｅ））。
【００３３】
デバイス１００は、図２（ｄ）、（ｅ）に示されるように、複数の距離手段１１５を含むこともできる。複数の距離手段が、規則的なパターン（図２（ｅ））又は不規則なパターン（図２（ｄ））でチャンバー内に配置され、複数の距離手段１１５の少なくとも１つが支持手段１２０を含む。
【００３４】
これより本発明の様々な実施形態による距離手段の断面の正面図及び上面図を示す図３（ａ）〜（ｃ）に言及する。
【００３５】
距離手段は、様々な断面形状をとり得る、ロッド等のボディを含む。１つの実施形態において、距離手段は円形断面を有するロッドを含む。かかるロッドの断面直径は、およそ３０〜１３００μｍの範囲である。典型的には、チャンバーの断面直径に対する距離手段の断面直径の比は１：６から１：１近くの範囲である。
【００３６】
本発明の様々な実施形態において、距離手段の断面は、規則的な形状（図３（ａ）、（ｃ））、不規則な形状（図３（ｂ））、対称形状（図３（ａ）、（ｃ））、非対称形状（図３（ｂ））及びそれらの組合せからなる群から選択される形状をとる。
【００３７】
本発明の１つの実施形態において、距離手段はツイステッドロッドを含む。ツイステッドロッドは、好ましくは撚ることにより剛毛（後述）等の支持手段に係合させる。撚るとは、ロッドの長さを折り畳み、通常２つの脚を有するＵ字状の曲がったロッドにすることを含む。それから剛毛を曲がったロッドの長さに沿って２つの脚の間に並べる。その後、剛毛がツイステッドロッドの脚の間に固定されるように、曲がったロッドの２つの脚を曲がったロッドの長さに沿って互いに撚り、ツイステッドロッドを形成する。ツイステッドロッドは好ましくはチタンワイヤー等の撚った金属ワイヤーである。
【００３８】
開示した実施形態とは別に、本発明の範囲を変えることなく、接着、融着、溶着、フロック加工等の他の選択肢を利用することが可能であり、剛毛を距離手段に固定することができる。同様の方法は歯間ブラシの分野において存在する。
【００３９】
拡散距離がチャンバーの断面に対する距離手段の断面の相対寸法により規定されることが当業者によって理解されるであろう。また、特定の半径方向での拡散距離は、チャンバーの断面に対する距離手段の断面の相対寸法と、チャンバー内の距離手段の位置決めとにより規定される。
【００４０】
距離手段は、細胞にとって実質的に非毒性である材料からできている。本発明の様々な実施形態において、距離手段は、医療グレードのチタン又はステンレススチール等の金属、医療グレードのチタン又はステンレススチール等の合金、アクリル等のポリマー、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアセトニトリル、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリブテステル、絹、綿、キチン、炭素及び生体適合性金属、並びにそれらの組合せからなる群から選択される材料からできている。
【００４１】
支持手段
支持手段はチャンバー内に配置され、細胞を分散させるためにチャンバーの単位体積当たりの細胞支持表面積を増大する。支持手段はチャンバーの体積を実質的に低減することなく細胞支持面積を増大する。そのため、チャンバーの単位体積当たりの細胞支持面積の増大及びチャンバーの十分な体積の維持により、要求される量の生物学的に活性のある因子を産生するのに最適な数量の細胞をチャンバー内に含むことが可能となる。
【００４２】
支持手段（例えば複数のプレート１２０’’’及び更には密集した剛毛１２０’又はプレート１２０’’）によって、チャンバーのボリュームが、チャンバーのサブボリュームにより規定される個別のコンパートメント（参照符号１６５、図１）に区画化されることになる。換言すると、支持手段１２０は、チャンバー（参照符号１１０、図１）をチャンバー内のサブボリュームを規定する複数のコンパートメント（参照符号１６５、図１）に分ける。
【００４３】
区画化によって、チャンバー内での細胞の均一な分散が確保される。サブボリュームは２つの隣接する支持手段の間に挟まれたチャンバーのボリュームにより規定され得る。サブボリュームはまた、サブボリュームが第１の支持手段の周りの支持手段により遮られるまで、第１の支持手段の周りのチャンバーのボリュームによっても規定され得る。
【００４４】
図４（ａ）〜（ｅ）は本発明の様々な実施形態による支持手段の正面図及び上面図である。
【００４５】
本発明の１つの実施形態において、図４（ａ）によると、支持手段１２０は複数の剛毛１２０’の少なくとも一方の端１４５で距離手段１１５に固定された複数の剛毛１２０’を含み、複数の剛毛１２０’は距離手段１１５の周りに広がり、及び距離手段１１５の長さの少なくとも一部に沿って広がる。
【００４６】
別の実施形態において、図４（ｂ）及び（ｃ）によると、支持手段１２０は距離手段１１５に固定された複数のプレート１２０’’’及び１２０’’を含み、複数のプレート１２０’’’及び１２０’’は距離手段１１５の周りに広がり、及び距離手段１１５の長さの少なくとも一部に沿って広がる。
【００４７】
図４（ｂ）のデバイスにおいて、プレートは距離手段と同心状及び／又は非同心状であってもよい。さらに、プレート１２０’’’は、図４（ｂ）に示されるように距離手段１１５の周りの大きなプレートを含むことができるか、又は一連の小さなプレート１２０’’が距離手段１１５の周りに広がる。
【００４８】
本発明の別の実施形態によれば、図４（ｄ）に示されるように、支持手段１２０は、複数のフィラメント１２０’’’’’の第１の端が距離手段１１５の第１の端の近くに固定されており、複数のフィラメント１２０’’’’’の第２の端が距離手段１１５の第２の端の近くに固定されている複数のフィラメント１２０’’’’’を含み、複数のフィラメント１２０’’’’’が距離手段１１５の周りに広がり、及び距離手段１１５の長さに沿って広がる。本発明の更に別の実施形態において、支持手段１２０は、図４（ｅ）に示されるように、複数のフィラメント１２０’’’’を含み、ここで、複数のフィラメント１２０’’’’の第１の端と第２の端は、距離手段１１５の長さに沿って異なる場所で距離手段１１５に固定されている。フィラメントはツイステッドヤーン及び網組メッシュチューブからなる群から選択される。
【００４９】
支持手段は細胞接着剤又は細胞生存向上物質のコーティングを含むことができる。支持手段はまた、距離手段１１５とともに共押出しされる細胞接着剤又は細胞生存向上物質を含むこともできる。
【００５０】
本発明の他の実施形態において、支持手段は、図５に示されるように、支持手段１２０’、１２０’’、１２０’’’、１２０’’’’、及び１２０’’’’’からなる群から選択される支持手段１２０の組合せを距離手段１１５に沿って含み、距離手段１１５の周りに広げることができる。
【００５１】
支持手段は生体適合性の実質的に非分解性の材料からできている。材料は、アクリル、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアセトニトリル、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリブテステル、絹、綿、キチン、炭素及び生体適合性金属からなる群から選択される。
【００５２】
当業者であれば、複数の剛毛及び複数のプレート等の支持手段が、距離手段と膜との間に放射状の細胞支持体を与えることを理解するであろう。そのため、距離手段と組み合わせることで、かかる支持手段は最大拡散距離を低減するだけでなく、栄養素が距離手段に向かって拡散する間に出くわすかもしれない、又は生物学的に活性のある因子が距離手段から離れて拡散する間に出くわすかもしれない、どんなバリアも実質的に排除する。栄養素又は生物学的に活性のある因子の拡散においてバリアを実質的に排除することにより、拡散の改善、栄養素に関する細胞間での競合の低減、及び中心壊死の低減がもたらされることが明らかである。
【００５３】
寸法
図６は本発明の１つの実施形態によるデバイスの様々な要素の寸法を有するデバイスを示す。
【００５４】
距離手段１１５は半径方向において円形断面を含み、およそ３０〜１３００μｍの範囲の直径Φ１を有する。チャンバー１１０は半径方向において円形断面を含み、およそ２２０〜１８００μｍの範囲の直径Φ２を有する。１つの実施形態では、円形断面を有するチャンバー１１０の直径Φ２に対する円形断面を有する距離手段１１５の直径Φ１の比はおよそ１：６〜１：１近くの範囲である。
【００５５】
拡散距離Ｄ１は通常、およそ７０〜７００μｍの範囲であり、膜１２５の厚さＴはおよそ３０〜２３０μｍの範囲である。
【００５６】
デバイス１００は通常、細長い円筒形のカプセルであり、ここでは円筒の直径Φはおよそ３２０〜２３００μｍの範囲であり、細長いカプセルの長さＬはおよそ３〜６０ｍｍの範囲である。
【００５７】
製造方法
本発明は、埋込み型細胞デバイス１００を製造する方法に関し、該方法は膜１２５に取り囲まれたチャンバー１００を形成することを含み、そのチャンバーは生物学的に活性のある因子に関する膜１２５までの／膜１２５を通る拡散距離を低減する距離手段１１５と、細胞を分散させるためにチャンバー１１０の単位体積当たりの細胞支持表面積を増大する支持手段１２０とを含む。その後、チャンバー１１０に生物学的に活性のある因子を分泌するか、又は生物学的機能をレシピエントに与えることが可能な細胞の集団を充填することと、チャンバー１１０をシールすることとを含む。
【００５８】
１つの実施形態において、埋込み型細胞デバイスはこの目的で設計されたツールを用いて多くのコンポーネントを組み立てることにより製造される。最初に、全てのコンポーネントを十分に洗浄し、コンポーネント製造に伴う粒子状物質を取り除く。出発点としてハブ／注入口を用いて、充填管をハブに接着させ、注入した細胞がハブ及び充填管を通って完成したデバイスに入るようにする。中空の繊維膜を充填管の遠位端に接着させ、続いてスカフォールド材料を中空の繊維膜に挿入する。代案としては、スカフォールド材料を繊維膜に挿入した後に、繊維膜を充填管に接着させる。最後に、充填管の遠位にある中空繊維膜の端を接着により閉じ、それによりデバイスをシールする。代替的には、テザーとデバイスとの両方に取り付けたリンカーを用いて、テザーをデバイスに取り付ける。１つの実施形態において、テザーと膜との両方に接着するチタンリンカーを用いて、円筒形のテザー管を膜に接着させる。
【００５９】
チタンリンカーを使用する代わりに、図８に示されるように、距離手段１１５を、端の接着シール部から突き出して、デバイスに円筒形のテザー管を取り付けるためのリンカーとして機能させることができる。組立デバイスは、細胞充填の前に、例えばオートクレーブ法、化学滅菌又は照射により滅菌する。
【００６０】
１つの実施形態において、距離手段１１５は、距離手段１１５がチャンバー１１０の第１の端１７５の近くに固定されるようにチャンバー１１０に配置される。別の実施形態において、距離手段１１５は、距離手段１１５の第１の端がチャンバー１１０の第１の端１７５の近くに固定され、距離手段１１５の第２の端がチャンバー１１０の第２の端１８０の近くに固定されるようにチャンバー１１０に配置される。別の実施形態において、距離手段１１５は、第１の端１７５又は第２の端１８０から突き出して作られ、円筒形のテザー管へのリンカーとして機能させる。他の実施形態において、距離手段１１５は距離手段の少なくとも一方の端がチャンバー１１０の断面の中心にあるように、又は距離手段１１５の端（複数）がチャンバー１１０の断面の中心を外れるように配置される。距離手段はチャンバーの縦軸に対して角度をなして配置される。
【００６１】
１つの実施形態において、複数の剛毛１２０’を含む支持手段１２０は複数の剛毛の少なくとも一方の端１４５で距離手段１１５に固定され、複数の剛毛１２０’が距離手段１１５の周りに広がり、及び距離手段１１５の長さの少なくとも一部に沿って広がる。
【００６２】
別の実施形態において、複数のプレート１２０’’／１２０’’’を含む支持手段１２０が距離手段１１５に固定され、複数のプレート１２０’’／１２０’’’が距離手段１１５の周りに広がり、及び距離手段１１５の長さの少なくとも一部に沿って広がる。
【００６３】
更に別の実施形態において、複数のフィラメント１２０’’’’’を含む支持手段１２０が、距離手段１１５の第１の端の近くの複数のフィラメント１２０’’’’’の第１の端で、及び距離手段１１５の第２の端の近くの複数のフィラメント１２０’’’’’の第２の端で固定され、複数のフィラメント１２０’’’’’が距離手段１１５の周りに、距離手段１１５の長さに沿って広がる。
【００６４】
更に別の実施形態において、複数のフィラメント１２０’’’’を含む支持手段１２０が、複数のフィラメント１２０’’’’の第１の端と第２の端とが距離手段１１５の長さに沿って異なる場所に固定されるように距離手段１１５に固定される。
【００６５】
支持手段１２０は細胞接着剤又は細胞生存向上物質でコーティングすることができる。別の実施形態において、細胞接着剤又は細胞生存向上物質を含む支持手段１２０は距離手段とともに共押出しされる。
【００６６】
１つの実施形態によれば、複数の距離手段１１５は規則的なパターン又は不規則なパターンでチャンバー１１０内に配置され、複数の距離手段１１５の少なくとも１つは支持手段１２０を含む。
【００６７】
デバイス１００に、細長いテザー１５５の遠位端１６０に接続する接続手段１５０を更に備えることができる。
【００６８】
本方法はデバイスの他の特徴部を設けるための製造工程を含む。
【００６９】
本発明の他の実施形態
埋込み手段
図５によると、デバイス１００はデバイス１００と細長いテザー１５５の遠位端１６０とを接続する接続手段１５０を含む。
【００７０】
細胞デバイスを位置づけるためのビヒクルは、細胞デバイス１００と、カプセルから伸び、少なくとも治療部位から挿入部位の近くに到達するのに十分な長さがあり、それによりカプセルを挿入部位で、例えば頭蓋骨の外表面に固定するのを容易にする、テザー１５５とを含む。続いて挿入部位に皮膚を被せる。代替的なアプローチにおいて、カプセルが治療部位に挿入される前に、カニューレを取り除く。
【００７１】
１つの実施形態において、細胞デバイスをテザーの使用により治療部位へと押し込むことを容易にするために、例えば押し込み道具の小径ワイヤー部をテザーの中空空洞に配置することによりテザーを強化する必要がある場合がある。
【００７２】
細胞デバイスを治療部位に正確に設置することを確実にするために、デバイスを治療部位に押し込む際、デバイスは、デバイスが一軸圧縮応力を受ける時のような押し込みの圧縮応力条件下での変形に対する許容可能なレベルの抵抗性を維持することが望ましい。デバイスが押し込まれる際、かかる抵抗性によって、半径方向又は横方向へのデバイスの拡張が抑えられるといったように、デバイスの大幅な又はあらゆる変形が抑えられる。デバイスに含まれる距離手段によって、デバイスが押し込みの圧縮応力を受ける際の大幅な又はあらゆる変形に対する有効な抵抗性を達成するように変形に対する十分な抵抗性が与えられ、それにより治療部位にデバイスの正確かつ信頼性の高い設置が可能となる。同じ圧縮応力条件では、距離手段が含まれるデバイスの大幅な又はあらゆる変形に対する有効な抵抗性は、距離手段が細胞デバイスに含まれなかった場合のかかる変形に対する抵抗性よりもはるかに高くなることが理解される。
【００７３】
デバイスは治療部位に押し込む際に曲がらないことも望ましい。距離手段はデバイスにより高い剛性及び曲げに対する抵抗を与える働きもある。
【００７４】
貯蔵容器
従来技術で既知の種類のテザーを含む又は含まない細胞デバイスは、米国特許第５，６８１，７４０号に記載の種類の貯蔵容器内で貯蔵し、輸送されてきた。貯蔵容器は、カプセル及び／又はテザーを容器の底に固定する固定手段を備える。
固定手段には、デバイスと他のコンポーネントとの間で過度の接触を避ける働きがある。固定手段はカプセルを数箇所で適所に固定するために、デバイス／テザーよりも小さい直径を有する。
【００７５】
１つの実施形態において、細胞を含むデバイスは、流体媒体中に浸漬されたデバイスを貯蔵するための容器キャビティへの開口部と、該開口部を閉じるためのクロージャーとを有する貯蔵容器（図示せず）内に貯蔵され、前記クロージャーはデバイスをクロージャーに取り付ける固定手段を含む。
【００７６】
容器は、細長く伸びた状態でデバイスを貯蔵するために縦軸１４０に沿って伸びる細長いキャビディを形成することができる。容器の他の内部形状は、治療システムの寸法に合わせて考慮される。
【００７７】
クロージャーは弾性材料の固定部材を含み、またデバイスのグリップ部を狭く囲むような寸法の開口部を設けることができ、それによりデバイスを閉塞部に脱着可能に取り付けることができる。好ましくは、固定部材は、容器とクロージャーとの間に設けられるシール部を形成し、埋込み型細胞デバイスの抗菌貯蔵を容易にする。さらに、クロージャーはセパレートハンドルをクロージャーに取り付ける固定手段を備える外表面を含み得る。
【００７８】
カプセル化細胞療法
カプセル等の細胞デバイス（以下でカプセルと称される）は、成長因子、ホルモン、神経伝達物質、ペプチド、抗体及び相補体等の分子の拡散を、それらの分子量又は分子サイズに基づき制御するようにあつらえられる膜を有する。カプセル化技法を用いて、細胞は、免疫抑制薬を用いて又は用いずに、免疫拒絶を生じることなく宿主に移植することができる。有用な生体適合性のポリマーカプセルは通常、液体媒体中に懸濁されたか又は固定化マトリクス内に固定化された細胞を含有するコア／チャンバーと、単離細胞を含有せず、生体適合性があり、かつ、コア内にある細胞を有害な免疫学的攻撃から十分保護する、周囲の又は周辺領域の選択透過性のマトリクス又は膜（「ジャケット」）とを含有する。カプセル化は免疫系の要素がカプセルに侵入するのを妨げ、それによりカプセル化細胞を免疫破壊から保護する。またカプセル膜の半透性の性質によって、対象の生物学的に活性のある分子／因子をカプセルから周囲の宿主組織へと容易に拡散させることも可能になり、栄養素をカプセル内に容易に拡散させ、カプセル化細胞を支持する。カプセルは生体適合性材料でつくることができる。「生体適合性材料」は、宿主に埋め込んだ後、カプセルの拒絶をもたらす又は例えば分解によりカプセルを動作不能とする程の有害宿主応答を誘起しない材料である。生体適合性材料は、代謝廃棄物を排除しながら、宿主の免疫系のコンポーネント等の巨大分子には相対的に不透過性であるが、インスリン、成長因子、及び栄養素等の小分子に透過性である。多様な生体適合性材料が、本発明の組成物による成長因子の送達に好適である。様々な外表面形態と、他の機械的特性及び構造的特性とを有する多くの生体適合性材料が知られている。カプセルによって、宿主の免疫系の有害な影響を最小限に抑えながら、代謝産物、栄養素及び治療物質の通行が可能となる。生体適合性材料のコンポーネントは周囲の半透性膜及び内部の細胞支持スカフォールディング／支持手段を含み得る。好ましくは、組換え細胞をスカフォールディング上に播種し、それを選択透過性膜によってカプセル化する。フィラメント状の細胞支持スカフォールドは、アクリル、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアセトニトリル、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリブテステル、絹、綿、キチン、炭素、又は生体適合性金属からなる群から選択されるあらゆる生体適合性材料から作ることができる。また、結合した繊維構造を細胞の埋込みに使用することができる。生分解性ポリマーとしては、ポリ（乳酸）（ＰＬＡ）、乳酸グリコール酸共重合体（ＰＬＧＡ）、及びポリ（グリコール酸）（ＰＧＡ）及びそれらの同等物からなるものが挙げられる。発泡スカフォールドは移植細胞が接着され得る表面を与えるのに使用することができる。網組メッシュチューブは血管グラフトとして使用することができる。さらに、コアは細胞の位置を安定化させる、ヒドロゲルから形成された固定化マトリクスからなり得る。ヒドロゲルは、実質的に水からなるゲルの形態における架橋した親水性ポリマーの三次元ネットワークである。
【００７９】
膜／ジャケットは好ましくは、１０００ｋＤ未満、より好ましくは５０〜７００ｋＤ、より好ましくは７０〜３００ｋＤ、より好ましくは７０〜１５０ｋＤ、例えば７０〜１３０ｋＤの分画分子量を有する。分画分子量は、カプセル化細胞を患者の免疫系から保護しながら、生物活性分子をカプセルから抜け出すことができるように選択されるものとする。
【００８０】
様々なポリマー及びポリマーブレンドは、ポリアクリレート（アクリル共重合体を含む）、ポリビニリデン、ポリ塩化ビニル共重合体、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリアミド、セルロースアセテート、セルロースニトレート、ポリスルホン（ポリエーテルスルホンを含む）、ポリホスファゼン、ポリアクリロニトリル、アクリロニトリル／塩化ビニル共重合体、並びにその誘導体、共重合体、アクリロニトリル／塩化ビニル共重合体（Ｐａｎ−ＰＶＣ）及び混合物を含む、周囲の半透性層を製造するのに使用することができる。好ましくは、周囲の半透性膜は生体適合性の半透性の中空繊維膜である。
【００８１】
カプセルは、例えば円筒形、矩形、ディスク形状、パッチ形状、卵形、星形、又は球形を含む、生物活性を維持し、産物又は機能の送達のためのアクセスを与えるのに適したあらゆる立体構造であり得る。その上、カプセルはコイル様に巻いて又は巻き付けて、網状構造又は入れ子構造にすることができる。カプセルが埋込み後に回収される場合、レシピエント宿主の血管内を流れる程に小さい球形カプセルのような、埋込み部位からカプセルの移動を引き起こす傾向がある立体構造は好ましくない。矩形、パッチ、ディスク、円筒、及び平板等の或る特定の形状は、より大きな構造的完全性をもたらし、回収が望まれる場合に好ましい。特に好ましい形状は円筒形状であり、これはかかる形状が工業的に生産することができる中空繊維から容易に作製されるためである。マクロカプセルを使用する場合、各デバイスに、好ましくは少なくとも１０3個の細胞がカプセルに封入され、例えば１０3〜１０8個の細胞がカプセルに封入され、最も好ましくは１０4〜１０6個の細胞がカプセルに封入される。当然のことながら、各カプセル内の細胞の数はカプセルのサイズに依拠する。経験則として、本発明の距離手段及び支持手段を備えるカプセルに、カプセル１μｌ（距離手段及び支持手段を含むチャンバーの体積として算出される体積）当たりおよそ５０００〜５００００個の細胞、より好ましくは１μｌ当たり１００００〜４００００個の細胞、より好ましくは１μｌ当たり２００００〜３００００個の細胞を充填することができる。充填される細胞の数は細胞のサイズにも依拠する。
【００８２】
投与量はカプセルの寸法（長さ、直径）を変更することによって、及び／又はより少ない若しくはより多くの数のカプセルを、好ましくは患者１人当たり１〜１０個のカプセルを埋め込むことによって制御することができる。
【００８３】
スカフォールディング／支持手段は、細胞外マトリクス（ＥＣＭ）分子でコーティングすることができる。細胞外マトリクス分子の好適な例としては、例えばコラーゲン、ラミニン、及びフィブロネクチンが挙げられる。スカフォールディングの表面を、プラズマ照射で処理することにより変性させることもでき、電荷を付与し、細胞の接着を高めることができる。
【００８４】
ポリマー接着剤の使用、又は圧着、節止め及びヒートシーリングを含む、カプセルをシールするあらゆる好適な方法を使用することができる。加えて、あらゆる好適な「ドライ」シーリング法も、例えば米国特許第５，６５３，６８７号（参照することにより本明細書に援用される）に記載されるように使用することができる。
【００８５】
カプセル化細胞デバイスは既知の技法に従って埋め込まれる。多くの埋込み部位が本発明のデバイス及び方法に対して考慮される。これらの埋込み部位としては、脳、脊髄を含む中枢神経系（米国特許第５，１０６，６２７号、同第５，１５６，８４４号、及び同第５，５５４，１４８号（参照することにより本明細書に援用される）を参照されたい）、及び眼の房水及び硝子体液（国際公開第９７／３４５８６号（参照することにより本明細書に援用される）を参照されたい）が挙げられるが、それらに限定されない。
【００８６】
発泡スカフォールド／支持手段
発泡スカフォールドは、オープンセルを有する生体適合性発泡体又は細孔のネットワークを有するマクロ多孔性構造を形成するあらゆる好適な材料から形成することができる。オープンセル発泡体は互いにつながった細孔の網状構造である。発泡スカフォールドは、接着細胞の付着を可能にする非生分解性で安定なスカフォールド材料を提供する。本発明のデバイスで発泡スカフォールドを形成するのに有用なポリマーには、熱可塑性プラスチック及び熱可塑性エラストマーがある。
【００８７】
好適な発泡スカフォールドを形成するのに有用な熱可塑性材料の幾つかの例は、アクリル、モダクリル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン及びポリフッ化ビニリデンである。好適な発泡スカフォールドを形成するのに有用なエラストマー材料の幾つかの例は、ポリアミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリビニルアルコール、ポリエチレン、ビニルアセテート、及びシリコーンである。
【００８８】
ポリスルホン及びポリエーテルスルホン作られる熱可塑性発泡スカフォールドと、ポリウレタン及びポリビニルアルコール作られる熱可塑性エラストマー発泡スカフォールドとが好ましい。
【００８９】
発泡体は細胞が細孔内の壁又は表面に付着することを可能にするサイズの細孔を一部（ただし必ずしも全てではない）有する必要がある。発泡スカフォールドの細孔サイズ、細孔密度及び空隙体積を変更することができる。細孔形状は円形、楕円形又は不規則な形であり得る。細孔形状は大幅に変更することができることから、その寸法を測定される軸に応じて変更することができる。本発明の目的では、発泡体内の少なくとも幾つかの細孔は、２０〜５００μｍの細孔直径を有するべきであり、好ましくは５０〜１５０μｍである。好ましくは、上述の寸法は発泡体の平均細孔サイズを表す。円形ではない場合、細孔のサイズが接着細胞を細孔内の壁又は表面に付着させるのに十分であれば、細孔は可変寸法を有し得る。１つの実施形態において、発泡体は、楕円形の細孔の短軸に沿った直径が２０〜５００μｍであり、長軸に沿った直径が最大１５００μｍである幾つかの楕円形の細孔を有すると考えられる。
【００９０】
上述の細胞許容細孔サイズに加えて、好ましくは、発泡体内の細孔の少なくとも一部は１０μｍ未満でなければないが、細胞は許容されないながら、発泡体を介した栄養素及び生物学的に活性のある分子の輸送チャネルを依然提供する。
【００９１】
発泡体の細孔密度（すなわち上記のように細胞を収容することができる細孔の体積当たりの数）は２０〜９０％、好ましくは５０〜７０％で変更することができる。
【００９２】
同様に、発泡体の空隙体積は２０〜９０％、好ましくは３０〜７０％で変更することができる。
【００９３】
細孔の壁又は表面を細胞外マトリクス分子（単数又は複数）、又は他の好適な分子でコーティングすることができる。このコーティングを用いて、細孔の壁への細胞の接着を促進し、特定の表現型に細胞を保持し、及び／又は細胞分化を誘導することができる。
【００９４】
発泡体の細孔内で表面に接着することができる細胞外マトリクス分子（ＥＣＭ）の好ましい例としては、コラーゲン、ラミニン、ビトロネクチン、ポリオルニチン及びフィブロネクチンが挙げられる。他の好適なＥＣＭ分子としては、グリコサミノグリカン及びプロテオグリカン；例えばコンドロイチン硫酸、ヘパリン硫酸、ヒアルロン、デルマタン硫酸、ケラチン硫酸、ヘパラン硫酸プロテオグリカン（ＨＳＰＧ）及びエラスチンが挙げられる。
【００９５】
ＥＣＭは、間葉由来又は星状膠細胞由来の細胞を含む、ＥＣＭを蓄積することが知られている細胞を培養することにより得ることができる。シュワン細胞を誘導し、アスコルベート及びｃＡＭＰで処理すると、ＥＣＭを合成することができる。例えば、Baron-Van Evercooren et al., "Schwann Cell Differentiation in vitro: Extracellular Matrix Deposition and Interaction," Dev. Neurosci., 8, pp. 182-96 (1986)を参照されたい。
【００９６】
さらに、接着ペプチド断片、例えばＲＧＤ含有配列（ＡｒｇＧｌｙＡｓｐ）、ＹＩＧＳＲ含有配列（ＴｙｒＩｌｅＧｌｙＳｅｒＡｒｇ）、及びＩＫＶＡＶ含有配列（ＩｌｅＬｙｓＶａｌＡｌａＶａｌ）が細胞付着を促進するのに有用であることが見出されている。一部のＲＧＤ含有分子は、例えばＰｅｐＴｉｔｅ−２０００（商標）（Ｔｅｌｉｏｓ）が市販されている。
【００９７】
本発明の発泡スカフォールドを、デバイス内の細胞分散を高める他の材料で処理することもできる。例えば、発泡体の細孔を、細胞の増殖又は移動を阻害する非許容ヒドロゲルで満たすことができる。かかる変更によって、発泡スカフォールドへの接着細胞の付着を改善することができる。好適なヒドロゲルとしては、電荷により細胞を引き離すことができるアニオン性ヒドロゲル（例えばアルギネート又はカラギーナン）が挙げられる。あるいは、「固体」ヒドロゲル（例えばアガロース又はポリエチレンオキシド）を用いて、細胞によって分泌される細胞外マトリクス分子の結合を妨げることにより細胞の増殖を阻害することもできる。
【００９８】
非許容材料の領域を有する発泡スカフォールドを処理することによって、一方の集団が他方の集団よりも過成長することなく、デバイス内での２つ以上の異なる細胞集団のカプセル化が可能になる。このため非許容材料を発泡スカフォールド内で使用し、カプセル化細胞の別々の集団を分離することができる。異なる細胞の集団は、同じ又は異なる細胞型であってもよく、同じ又は異なる生物学的に活性のある分子を産生することができる。１つの実施形態において、一方の細胞集団が他方の細胞集団の成長及び／又は生存を増強させる物質を産生する。別の実施形態において、複数の生物学的に活性のある分子を産生する複数の細胞型がカプセル化される。これにより、レシピエントに治療物質の混合物又は「カクテル」が与えられる。本発明のデバイスはあらゆる好適な方法に従って形成することができる。１つの実施形態において、発泡スカフォールドを予め形成し、個別のコンポーネントとして、予め作製したジャケット、例えば中空繊維膜に挿入することができる。
【００９９】
あらゆる好適な熱可塑性プラスチック又は熱可塑性エラストマーの発泡スカフォールド材料を予め形成して、予め作製したジャケットの中に挿入することができる。１つの実施形態において、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）スポンジを発泡スカフォールドとして使用するのが好ましい。幾つかのＰＶＡスポンジが市販されている。例えば、孔径６０μｍのＰＶＡ発泡体スポンジ＃Ｄ−３（Rippey Corp, Kanebo）が好適である。同様に、ＰＶＡスポンジはIvalon Inc.（San Diego, Calif.）及びHydrofera（Cleveland, Ohio）からも市販されている。ＰＶＡスポンジは、通気したポリ（ビニルアルコール）溶液と架橋剤としてホルムアルデヒド蒸気との反応により形成される不水溶性発泡体である。ＰＶＡ上のヒドロキシル基はアルデヒド基と共有結合的に架橋して、ポリマーネットワークを形成する。発泡体は、湿った状態ではフレキブルかつ弾性であり、乾燥状態では半剛性である。
【０１００】
糸状又は網状の内部スカフォールドを形成するのに用いられるフィラメントはあらゆる好適な生体適合性で実質的に非分解性の材料からできている。糸又は織網を形成するのに有用な材料としては、例えばアクリル、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリブテステル、又は綿、絹、キチン若しくは炭素等の天然繊維のような、繊維に形成することができるあらゆる生体適合性のポリマーが挙げられる。あらゆる好適な熱可塑性ポリマー、熱可塑性エラストマー、又は繊維形成性のある他の合成材料若しくは天然材料を、予め作製した中空繊維膜又は平らな膜シートから形成される中空円筒に挿入することができる。例えば、縫合材料に又は血管グラフトの製造において用いられる絹、ＰＥＴ又はナイロンフィラメントがこの種の用途に大いに資する。他の実施形態において、金属リボン又は金属ワイヤーを使用して、織り込むことができる。これらのフィラメント材料はそれぞれ、十分に制御された表面特性及び形状特性を有し、大量生産することができ、そしてインプラントでの用途で長い歴史がある。或る特定の実施形態において、フィラメントは「編み込み」することができ、その上に細胞突起を付着させることができる粗表面及び「つかむ取っ掛かり」を与えることができる。フィラメントを細胞外マトリクス分子でコーティングし、又は表面処理（例えばプラズマ照射又はＮａＯＨエッチング若しくはＫＯＨエッチング）して、フィラメントへの細胞接着を高めることができる。
【０１０１】
１つの実施形態において、フィラメントは、好ましくはランダムではなく一方向に編成されたフィラメントは撚って束状にし、様々な太さ及び空隙体積の糸を形成する。空隙体積はフィラメント間に存在する空間と定義される。糸における空隙体積は２０〜９５％で変更するものとするが、５０〜９５％が好ましい。フィラメント間の好ましい空隙空間は、スカフォールドに糸の長さに沿って細胞を播種し、細胞をフィラメントに付着させるのに十分な２０〜２００μｍである。糸を構成するフィラメントの好ましい直径は５〜１００μｍである。これらのフィラメントは、撚って束状にして糸を構成するのに十分な機械強度を有するものとする。フィラメントの断面形状は様々であり得るが、円形、矩形、楕円形、三角形、及び星形形状の断面が好ましい。
【０１０２】
図７に示される別の実施形態において、フィラメント又は糸１２０はブラシ型スカフォールドの剛毛として、例えばツイステッドワイヤーブラシ１１５として用いられる。ツイステッドワイヤーコア１１５は埋込みグレードのチタン等の生体適合性材料からできている。フィラメント又は糸１２０の長さは、フィラメント又は糸の長さ越えて折り曲げられ、回転により撚れられ、フィラメント又は糸の剛毛を固定するワイヤーの長さに沿って分布される。剛毛は、膜への挿入に好適なブラシ直径を得るようにな長さに切断される。膜１２５内において、ツイステッドワイヤーコアは、剛毛が分離され、デバイス内に固定された状態を保持し、デバイスを強化する働きがあり、デバイス内の拡散距離を低減する距離手段として働く。図８に示されるように、ツイステッドワイヤーコアは、付着する円筒形のテザー管とのリンカーとして働くようにデバイス端から突き出して作製することもできる。
【０１０３】
別の実施形態において、フィラメント又は糸を網状に織り込む。網は、モノフィラメント又はマルチフィラメントを含有し、製織中に糸又はフィラメントを網に送る働きがあるボビンに類似したキャリアを用いてブレーダーによって製造することができる。キャリアの数は調整可能であり、同じフィラメントと又は異なる組成及び構造のフィラメントの組合せと巻くことができる。ピック数によって規定されるブレードの角度は、キャリアの回転速度及び生産速度により制御される。１つの実施形態において、マンドレルを用いて、網の中空管を作製する。特定の実施形態において、ブレードは単層として構成し、他の実施形態ではブレードは多層構造である。ブレードの引張強度は個々のフィラメントの引張強度の線形和である。
【０１０４】
本発明に使用する好適なモノフィラメントの例が、特許文献２に見出される。一例はブレード状に織り込まれるＰＥＴ糸である。このＰＥＴブレードは、１インチ当たり２０ピック（ｐｐｉ）のピック数で１６キャリアブレーダーを用いて外径７６０μｍのマンドレル上に織り込まれた３４ストランド、４４デニールのマルチフィラメント糸から構成された。ＰＥＴ糸は不織ストランドにも使用することができる。別の例としてはブレードに織り込まれたナイロンモノフィラメントがある。このナイロンブレードは、１８ｐｐｉのピック数で１６キャリアブレーダーを用いて外径７６０μｍのマンドレル上に織り込まれた１３ストランド、４０デニールのマルチフィラメント糸から構成された。更なる例としては、ブレードに織り込まれたステンレススチールマルチフィラメントが挙げられる。このステンレススチールブレードは、９０ｐｐｉのピック数で１６キャリアブレーダーを用いて外径９００μｍのマンドレル上に織り込まれるリボンから構成された。これらのＰＥＴ、ナイロン、及びステンレススチールのブレードの引張強度は、破断時、それぞれ、２．７、２．４、及び３．６ｋｇｆであった。
【０１０５】
１つの実施形態では、管状ブレードが構成される。更なる実施形態において、ブレードは中空繊維膜に挿入される。更なる実施形態において、細胞が中空繊維膜上に播種される。更なる実施形態において、細胞は網管の壁に浸透させ、細胞付着に利用可能な表面積を最大化することができる。この実施形態において、ブレードは、デバイスに対する細胞スカフォールドマトリクスとして及び内部支持体としての両方の役目を果たす。ブレード支持デバイスでの引張強度の増大は代替的なアプローチのものよりも大幅に高い。
【０１０６】
図面は本発明の特定の用途及び実施形態を説明することに留意することが重要であり、本開示の範囲又は特許請求の範囲をそこに提示されるものに限定することを意図するものではない。上記の記載にわたって説明のために、円形断面の距離手段、中心に位置する距離手段、剛毛のような支持手段等々の多くの具体的な詳細が本発明の完全な理解を与えるために記載されている。しかしながら、これらの具体的な詳細の幾つかを用いずに、異なる実施形態を互いに組み合わせて用いることによって本発明を実施することができることは、当業者にとって明らかであろう。本発明の基本原理は実質的に無限の数の様々な組合せを用いて利用することができる。
【０１０７】
したがって、本発明の範囲は次の特許請求の範囲において判断されるものとする。
【図１】
0005852655.tif 000002
【図２−１】
0005852655.tif 000003
【図２−２】
0005852655.tif 000004
【図２−３】
0005852655.tif 000005
【図３】
0005852655.tif 000006
【図４】
0005852655.tif 000007
【図５】
0005852655.tif 000008
【図６】
0005852655.tif 000009
【図７】
0005852655.tif 000010
【図８】
0005852655.tif 000011