(57)【要約】本発明は、埋設可能なまたは移植可能な手術デバイスを形成し得るよう細胞を支持し得るような生体適合性マトリクスを形成するための装置（３０）、ならびに、この装置（３０）の使用方法に関するものである。マトリクス形成流体は、熱伝導性材料からなる頂面（５１ｂ）および底面（５１ｃ）とマトリクスの厚さを規定するスペーサとによって形成されたチャンバ（７５）内に、収容される。このチャンバ（７５）を冷却することによって、制御された冷却速度でもってマトリクス形成流体を冷凍させ、これにより、所望の一様厚さを有しかつ対称な網目構造を有したマトリクスを得る。
2005518818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリクス形成流体から生体適合性マトリクスを形成するための装置であって、
マトリクス形成流体を収容するとともに、熱伝導性材料からなる少なくとも１つの頂部平面と、熱伝導性材料からなる少なくとも１つの底部平面と、によって形成されたチャンバであり、前記頂部平面および前記底部平面が、前記マトリクス形成流体の頂面および底面から対称的に熱を奪い得るものとされているような、チャンバと；
一様な厚さを有しているとともに、前記頂部平面と前記底部平面との間に配置されることにより前記チャンバの周縁を形成しており、さらに、この周縁内に前記マトリクス形成流体を収容し得るものとされた、少なくとも１つのガスケットと；
前記装置を固定するための複数の固定部材と；
を具備していることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
さらに、冷却流体を収容する容器を具備し、
この容器のサイズが、前記冷却流体内に前記装置を含浸させ得るようなものとされていることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置において、
前記容器が、開放型のものとされていることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置において、
前記容器が、袋状のものとされていることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１記載の装置において、
前記熱伝導性材料が、金属であることを特徴とする装置。
【請求項６】
生体適合性マトリクスを形成するための方法であって、
チャンバを、ガスケットと熱伝導性材料からなりかつ前記マトリクス形成流体に接触する頂部表面と熱伝導性材料からなりかつ前記マトリクス形成流体に接触する底部表面とによって形成された周縁を有するものとした際に、このチャンバ内にマトリクス形成流体を収容し；
実質的に対称的な網目構造と一様な厚さとを有したマトリクスを形成するような条件下で、前記マトリクス形成流体を冷却し；
前記マトリクスを乾燥させ；
前記マトリクスを物理的に架橋する；
ことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法において、
前記物理的な架橋を、熱的な乾燥と、ガンマ線照射と、これらの組合せと、からなるグループの中から選択された手法によって行うことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項６記載の方法において、
前記マトリクス形成流体を、タンパク質を含有したものとすることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項６記載の方法において、
前記冷却を、冷却材内への前記チャンバの含浸と、冷却材を循環させ得るバス内への前記チャンバの配置と、ジャケット構造とされたチャンバ内への冷却材の循環と、からなるグループの中から選択された手法によって行うことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項６記載の方法において、
前記冷却を、２時間以内で温度を４℃〜−７０℃という温度へと低減させるような冷却とすることを特徴とする方法。
【請求項１１】
生物学的に生体適合性を有したマトリクスをキャスティングによって形成するための装置であって、
開放ボックスを形成するマトリクス形成チャンバであるとともに、前記開放ボックスが、連結された５個の表面によって形成され、さらに、この開放ボックスに対して個別の第６の表面を取り付けることによって閉塞ボックスが形成されるものとされ、さらに、熱伝導性材料からなる頂面と熱伝導性材料からなる底面との間において、実質的に一様な厚さを有したスペーサ内において、前記マトリクス形成流体を収容し得るものとされた前記マトリクス形成チャンバと；
少なくとも前記頂面と前記底面とに関して前記マトリクス形成チャンバを収容し得るようなサイズとされているとともに、前記頂面と前記底面との各々に関して少なくとも１つの流体チャネルと少なくとも１つの流体ポートとを備えている、冷却材チャンバと；
少なくとも前記連結された５個の表面を液密的にシールするための複数の固定部材と；
を具備していることを特徴とする装置。
【請求項１２】
培養皮膚デバイスのための生体適合性マトリクスを形成するための方法であって、
ガスケットを、実質的に一様な厚さを有しているとともに、熱伝導性材料からなりかつマトリクス形成流体に接触する頂面と熱伝導性材料からなりかつ前記マトリクス形成流体に接触する底面との間に配置されたものとした際に、このガスケットが形成しているチャンバの周縁内に、前記マトリクス形成流体を供給し；
前記マトリクス形成流体を凍結させることによって、固体シートを形成し；
前記固体シートを乾燥させることによって、生体適合性マトリクスを形成し；
前記マトリクスを物理的に架橋する；
ことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の方法において、
さらに、前記マトリクスを、少なくとも１つの動物細胞に対して適用することを特徴とする方法。
【請求項１４】
実質的に対称的な網目構造を有した生体適合性マトリクスであって、
実質的に一様な厚さでもって熱伝導性第１表面と熱伝導性第２表面との間にマトリクス形成流体を収容し得る装置に対して、前記マトリクス形成流体を供給し；
前記第１表面と前記第２表面とから同時に熱を奪うようにして、制御された冷却速度でもって前記マトリクス形成流体を冷却することによって、固体シートを形成し；
前記固体シートを乾燥させることによって、マトリクスを形成し；
前記マトリクスを物理的に架橋する；
という手法によって形成されたものであるとともに、
接種された細胞を支持し得るものとされていることを特徴とするマトリクス。
【請求項１５】
請求項１４記載のマトリクスにおいて、
少なくとも１つの表皮細胞と少なくとも１つの真皮細胞とを支持し得るものとされていることを特徴とするマトリクス。
【請求項１６】
請求項１４記載のマトリクスにおいて、
前記マトリクス形成流体が、タンパク質とポリペプチドとからなるグループの中から選択された物質を含有していることを特徴とするマトリクス。
【請求項１７】
請求項１４記載のマトリクスにおいて、
前記冷却が、２時間以内で温度を４℃〜−７０℃という温度へと低減させるような冷却とされていることを特徴とするマトリクス。
【請求項１８】
生体適合性かつ網目状のマトリクスを形成するための装置であって、
下段フレームと；
熱伝導性材料からなる底面を有した上段フレームと；
前記下段フレームと前記上段フレームとの間に固定され得るものとされ、さらに、熱伝導性材料からなる頂面を有し、さらに、マトリクス形成流体から形成されることとなるマトリクスの厚さを制御し得るスペーサガスケット内において前記頂面上に前記マトリクス形成流体を収容し得るものとされた、中段フレームと；
前記中段フレームを挟み付けた状態で前記下段フレームと前記上段フレームとを固定するための固定部材と；
を具備してなり、
前記マトリクス形成流体を制御しつつ凍結させるようにして熱を奪い得るものとされ、これにより、前記マトリクスを形成し得るものとされていることを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項１８記載の装置において、
前記下段フレームが、前記マトリクス形成流体を凍結させ得るよう、冷却材を収容し得るチャンバを形成するフレームを備えていることを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項１９記載の装置において、
前記下段フレームが、さらに、この下段フレームに対して冷却流体を供給するとともに前記フレーム内を通してこの冷却流体を流通させるための少なくとも２つのポートと、前記上段フレームに対して固定するための固定部材と、を備えていることを特徴とする装置。
【請求項２１】
請求項１８記載の装置において、
熱伝導性材料からなる前記底面と前記頂面とのうちの少なくとも一方が、実質的に非接着性であることを特徴とする装置。
【請求項２２】
請求項１８記載の装置において、
前記熱伝導性材料が、金属であることを特徴とする装置。
【請求項２３】
請求項１８記載の装置において、
前記スペーサガスケットが、弾性材料から形成されているとともに、前記熱伝導性材料からなる前記面に対して当接していることを特徴とする装置。
【請求項２４】
請求項１８記載の装置において、
熱伝導性材料からなる前記底面と前記頂面とのうちの少なくとも一方が、非接着性コーティングを有していることを特徴とする装置。
【請求項２５】
請求項１８記載の装置において、
前記上段フレームが、前記マトリクス形成流体を凍結させ得るよう、冷却材を収容し得るチャンバを形成するフレームを備えていることを特徴とする装置。
【請求項２６】
請求項２５記載の装置において、
前記上段フレームが、さらに、この上段フレーム内の前記チャンバに対して冷却流体を供給するとともに前記装置内を通してこの冷却流体を流通させるための少なくとも２つのポートと、前記下段フレームに対して固定するための固定部材と、を備えていることを特徴とする装置。
【請求項２７】
生体適合性マトリクスを形成するための方法であって、
チャンバの熱伝導性第１表面と熱伝導性第２表面との間に、かつ、実質的に一様な厚さを有したガスケットによって規定された周縁内に、コラーゲンを含有したマトリクス形成流体を供給し；
制御された冷却速度でもって前記マトリクス形成流体を凍結させることによって、実質的に一様な厚さを有した非架橋固体シートを形成し；
前記固体シートを乾燥させることによって、マトリクスを形成し；
前記マトリクスを物理的に架橋する；
ことを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項２７記載の方法において、
前記物理的な架橋を、熱的な乾燥と、ガンマ線照射と、これらの組合せと、からなるグループの中から選択された手法によって行うことを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項２７記載の方法において、
さらに、前記架橋させたマトリクスを殺菌することを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項２７記載の方法において、
前記第１表面および前記第２表面を、実質的にフラットなものとするとともに、実質的に変形不可能なものとすることを特徴とする方法。
【請求項３１】
請求項２７記載の方法において、
前記冷却を、静的冷却流体内への前記チャンバの含浸と、循環可能とされた冷却流体内への前記チャンバの配置と、冷却チャンバ内への冷却流体の循環と、からなるグループの中から選択された手法によって行うことを特徴とする方法。
【請求項３２】
請求項２７記載の方法において、
前記マトリクスを、厚さを有したものとするとともに、厚さ方向にわたって実質的に一様かつ実質的に対称的な網目構造を有したものとすることを特徴とする方法。
【請求項３３】
生物学的に生体適合性を有したマトリクスをキャスティングによって形成するための装置であって、
開放チャンバを形成する金属チャンバであるとともに、前記開放チャンバが、連結された５個の表面によって形成され、さらに、この開放チャンバに対して個別の第６の表面を取り付けることによって、マトリクス形成流体を収容するための閉塞チャンバが形成されるものとされている、金属チャンバと；
第１表面と第２表面とを離間させることによって、前記マトリクス形成流体の凍結により形成されることとなるマトリクスの厚さを制御し得るものとされた、スペーサと；
少なくとも前記連結された５個の表面を液密的にシールするための複数の固定部材と；
を具備していることを特徴とする装置。
【請求項３４】
請求項３３記載の装置において、
さらに、上段フレームと下段フレームと中段フレームとの長さ全体にわたって冷却材を循環させ得るよう、前記第１表面の長さ全体にわたって延在する少なくとも１つの開口と、前記第２表面の長さ全体にわたって延在する少なくとも１つの開口と、を具備していることを特徴とする装置。
【請求項３５】
皮膚置換デバイスのための生体適合性マトリクスを形成するための方法であって、
閉塞チャンバの熱伝導性第１表面と閉塞チャンバの熱伝導性第２表面との間に、コラーゲンを含有したマトリクス形成流体を供給し；
前記マトリクス形成流体を凍結させることによって、実質的に一様な厚さを有した非架橋固体シートを形成し；
前記固体シートを乾燥させることによって、マトリクスを形成し；
前記マトリクスを物理的に架橋し、これにより、前記マトリクスを、培養真皮細胞層とこの層上にラミネートされた培養表皮細胞とを支持し得るものとする；
ことを特徴とする方法。
【請求項３６】
実質的に一様でありかつ実質的に対称的な網目構造を有した生体適合性マトリクスであって、
熱伝導性第１表面と熱伝導性第２表面との間において、かつ、実質的に一様な厚さのガスケットにより規定された周縁内に、マトリクス形成流体を収容し得る装置に対して、前記マトリクス形成流体を供給し；
前記第１表面と前記第２表面とから同時に熱を奪うようにして、制御された冷却速度でもって前記マトリクス形成流体を冷却することによって、固体シートを形成し；
前記固体シートを乾燥させることによって、マトリクスを形成し；
前記マトリクスを物理的に架橋する；
という手法によって形成されたものであるとともに、
接種された細胞を支持し得るものとされていることを特徴とするマトリクス。
【請求項３７】
請求項３６記載のマトリクスにおいて、
少なくとも１つの動物細胞を支持し得るものとされていることを特徴とするマトリクス。
【請求項３８】
請求項３６記載のマトリクスにおいて、
前記マトリクス形成流体が、さらに、炭水化物を含有していることを特徴とするマトリクス。
【請求項３９】
請求項３６記載のマトリクスにおいて、
前記冷却が、２時間以内で温度を４℃〜−７０℃という温度へと低減させるような冷却とされていることを特徴とするマトリクス。
【請求項４０】
制御された冷却速度でもってマトリクス形成流体を凍結させるための装置であって、
少なくとも、熱伝導性材料からなる頂面と、熱伝導性材料からなる底面と、によって規定された閉塞チャンバを具備し、
このチャンバが、前記マトリクス形成流体を収容するものとされ、
前記熱伝導性材料が、対称的に熱を奪い得る構成とされていることを特徴とする装置。
【請求項４１】
請求項４０記載の装置において、
前記チャンバが、袋状のものとされていることを特徴とする装置。
【請求項４２】
請求項４０記載の装置において、
前記チャンバが、さらに、少なくとも１つのガスケットを備え、
このガスケットが、実質的に一様な厚さを有していて、前記頂面と前記底面とを隔離していることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広義には、細胞を支持することができて例えば培養された皮膚代替デバイスといったような手術デバイスを形成するために使用し得るような網目状の生体適合性マトリクスを形成するための装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
皮膚は、身体の中で最も大きな器官の１つであって、実質的に身体の表面全体を被覆している。皮膚は、２つの主要な層から構成されている。すなわち、１つのタイプの表皮細胞としてのケラチノサイトを含有している胚上皮すなわち表皮と；１つのタイプの真皮細胞としての繊維芽細胞を含有している直下の連結組織層すなわち真皮と；である。皮膚の機能は、感染に対するバリアとして機能することによって傷害や乾燥から器官を保護することであり、周囲環境からの刺激を感知すなわち検出することであり、様々な物質を分泌することであり、体温を調節することであり、水分バランスの維持を補助することである。定量的なおよび定性的な重要性のために、皮膚が実質的に無傷であって健全であることは、器官が健全であるためだけでなく生存するためにも、重要なことである。
【０００３】
皮膚の健全性および完全性は、急性であれ慢性であれ、先天的なまたは突発的な病的状況によって、危うくなり得る。その場合、自然的な皮膚再生プロセスや修復プロセスでは、不十分なこともある。このような状況には、限定されるものではないけれども、火傷や、創傷や、潰瘍や、感染や、先天的異常、がある。大きな表面積にわたって火傷を負った患者は、多くの場合、迅速に大規模な皮膚移植を行う必要がある。３つの例として静脈鬱滞潰瘍や糖尿病潰瘍や床擦れ潰瘍の場合に起こるような、生命を危うくするほどではないような慢性皮膚症状は、処置されずに放置された場合には、より深刻な事態へと進展しかねない。それは、特に、そのような症状を有した患者が他の病状を有しているからである。そのような患者の疾病率や死亡率の低減は、皮膚の構造および機能をタイミング良くかつ効果的に修復することに依存している。
【０００４】
そのような症状や他の症状を治療するために、体外に由来する皮膚移植片を使用することができる。望ましい皮膚移植片は、容易に利用可能なものであり、供与者の皮膚を最小限にしか使用しないものであり、他の場合には、容易にかつ安価に形成および維持できるものである。上記要求のいくつかまたはすべてを満たすような皮膚移植片を形成するためのいくつかのアプローチが、これまでに行われており、様々に良好な結果を残している。しかしながら、いずれの皮膚移植片も、皮膚の構造および機能を再生するものではない。そうではなく、すべてのものは、未傷害の皮膚の一部である。全皮膚厚さでもって移植した場合だけは、治癒時点で多少の瘢痕は残るけれども、正常な無傷の皮膚の実質的にすべての構造および機能を回復することができる。
【０００５】
恒久的な皮膚修復において使用可能であるような部材が形成されている。このような部材は、真皮および／または表皮をなす各構成要素およびそれらの機能を代替もしくは模擬し得るような様々な構成要素を備えている。このような部材の例としては、真皮構成要素を欠いているものの患者自身の培養ケラチノサイトを使用するEpiCel（登録商標）や；コラーゲン−グリコサミノグリカン（ＧＡＧ）マトリクスを使用することによって無細胞の真皮構成要素をもたらし得るとともに薄い表皮自家グラフトを使用している Integra（登録商標）や；真皮マトリクスと薄い表皮自家グラフトとを使用しているAlloDerm（登録商標）や；ポリグリコール酸／ポリ乳酸（ＰＧＡ／ＰＬＡ）マトリクスと、真皮のためのヒト同種繊維芽細胞と、を使用しているDermaGraft（登録商標）や；真皮のためにヒアルランと繊維芽細胞とを使用しているとともに、表皮のためにヒアルランと患者自身のケラチノサイトとを使用している Hyaff/LaserSkin（登録商標）や；真皮のためにポリエチレンオキサイド／ポリブタレート（ＰＥＯ／ＰＢＴ）と患者自身の繊維芽細胞とを使用しているとともに、表面のために患者の培養ケラチノサイトを使用しているPolyActive（登録商標）；がある。
【０００６】
一時的に創傷を被覆するための部材、あるいは、恒久的な皮膚修復プロセスを刺激するための部材、が存在する。このような部材の例としては、真皮のためにコラーゲンゲルと同種繊維芽細胞とを使用しているとともに、表皮のために培養した同種ケラチノサイトを使用している ApliGraft（登録商標）や；真皮のためにコラーゲンと同種繊維芽細胞とを使用しているとともに、表皮のために培養した同種ケラチノサイトを使用している Comp  Cult Skin（登録商標）または OrCel（登録商標）や；真皮のために同種繊維芽細胞を使用しているとともに、表皮のために BioBrane（登録商標）を使用している TransCyte （登録商標）；がある。
【０００７】
上記部材は、それぞれに有効なものではあるけれども、各部材は、欠点や限界を有している。いくつかの部材は、機械的に脆弱であって、必要な取扱いを行うことが困難であるとともに大きな断面のものを搬送する際に引裂を起こしやすい。このため、小さいピースとして使用せざるを得ない。よって、大きな表面積を被覆しようとすれば、外科医の労力が大きくなり、患者にとっても見た目的に望ましくない。このような部材は、また、細菌による汚染を受けやすい。これは、危機的状況にあるために感染リスクが既に増大している患者にとっては、受け入れられない。それぞれの部材は、移植達成速度および治癒時間において、様々に相違している。これら双方は、特定の患者に関して様々な部材の各利点を勘案する際に、考慮されなければならない。例えば、移植達成および治癒に時間がかかることだけが問題であり残りの点は受入可能であるような部材は、望ましくない。それは、回復が、正常な日常生活への最も早い復帰をもたらすからである。
【０００８】
Yannas氏他による米国特許第４，４５８，６７８号明細書には、線維状格子を形成するための方法、および、その線維状格子を生体細胞に対して移植するための方法、が開示されている。線維状格子は、開口した金属トレーすなわちパン内へと、コラーゲンとグリコサミノグリカンとからなる水性スラリーを注ぐことによって、形成される。開口したトレーの使用により、雰囲気条件に対してのスラリーの接触が、非対称なものとなる。すなわち、スラリーの一方の表面は、トレーすなわちパンの表面に対して接触しており（『パン面』と称す）、スラリーの他方の表面は、周囲雰囲気に対して接触している（『エア面』と称す）。パンは、その後、例えば凍結乾燥機の冷蔵棚といったようなヒートシンクに対して接触して配置され、これにより、パン面から水性スラリーの凍結が開始される。凍結は、パン面からエア面に向かう向きにおいて支配的に行われ、熱は、エア面に向けてよりも、パン面に向けて、ずっと早く流れる。冷凍時には、格子の構造は、非対称であって、一般に、エア面に向けてよりもパン面に向けての方がポリマーの網状化がより多く分布する。凍結乾燥後には、得られた格子は、非対称な構造であって、格子を通しての細胞の貫通性が非一様なものとなる。また、Yannas氏他による方法および装置は、厚さの一様性と、意図的に確実に得られる最小厚さと、の双方に限界がある。
【０００９】
米国特許第５，９７６，８７８号明細書に開示されている、本発明者自身による従来の複合型皮膚代替物は、恒久的な皮膚置換においてうまく使用されている。この文献の記載内容は、参考のため、その全体がここに組み込まれる。そのような皮膚代替物は、単一の手順でもって外科手術的に適用されるものであって、培養された表皮細胞からなる層と、合成された真皮メンブラン部材と、この真皮メンブラン部材の一表面上に配置される実質的に非多孔性の合成ラミネート層と、を備えている。合成真皮メンブラン部材は、コラーゲンから形成される、あるいは、コラーゲンとムコ多糖類化合物とから形成される。合成真皮メンブラン部材は、揮発性凍結防止剤を含有している同じコラーゲン溶液またはコラーゲンとムコ多糖類化合物とからなる同じ溶液と一緒にラミネートされる。実質的に非多孔性のラミネート層は、真皮部材と培養表皮細胞層との間に配置することができ、真皮部材の表面上への表皮細胞の固定を促進し得るとともに、細胞状表皮部材をなす細胞に対しての栄養素の移動を促進することができる。また、この複合体を使用することにより、複合体が適用されたサイトに対して、生物学的活性分子を搬送することができる。上記米国特許第５，９７６，８７８号明細書における複合型皮膚代替物を形成するために使用し得るような、合成真皮メンブラン部材の形成装置は、米国特許第５，７１１，１７２号明細書に開示されている。この文献の記載内容は、参考のため、その全体がここに組み込まれる。
【００１０】
上記複合型皮膚代替物の望ましい特性は、他の代替物と比較して、代替物によって被覆された領域内における血管新生速度が速いことであり、細菌による汚染が低減されていることであり、栄養素の供給が増大されていることであり、表皮のバリア機能が改良されていることである。上記複合型皮膚代替物によって被覆された領域は、他の代替物によって被覆された領域と比較して、他の望ましい特性は、上記代替物が、比較的非脆弱であることであり、また、取扱いが容易であることであり、例えば火傷患者が皮膚グラフトを必要とする期間内といったような、比較的素速く形成できることである。しかしながら、他のいずれの皮膚代替物よりも、創傷の全厚さをより速く切除して治癒させ得るとともに、細菌による汚染が低減されているけれども、なおも限界が存在する。よって、正常な無傷の皮膚の構造および機能により近いようなアプローチが、なおも要望されている。
【特許文献１】米国特許第４，４５８，６７８号明細書
【特許文献２】米国特許第５，９７６，８７８号明細書
【特許文献３】米国特許第５，７１１，１７２号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、接種された細胞を支持し得るような実質的に対称的な網目構造を有した生体適合性かつ生分解性のマトリクスを形成するための装置に関するものである。この細胞は、例えば火傷患者の皮膚の手術用置換体といったような移植可能デバイスを形成するための培養皮膚細胞とすることができる。本質的には、マトリクス構成成分を含有した溶液は、装置の頂面および底面（例えば、プレート）の間においてキャスティングされる。このことは、迅速な熱の移動を可能として、これら頂面および底面に対して接触している溶液を、それら頂面および底面上において、急速にかつ一様に冷却することができる。凍結後には、固体マトリクスは、実質的に対称な網目構造を有している。このことは、一様な細胞定住を可能とし、患者内に移植するための改良されたデバイスを提供する。本発明による装置ならびにこの装置を使用した方法は、装置の使用のたびごとに再現性のあるマトリクスをもたらし、これにより、再現性良くデバイスを形成することができる。
【００１２】
ある実施形態においては、装置は、例えば金属といったような熱伝導性材料からなる頂部平面と底部平面とによって形成されたチャンバを具備している。チャンバの側面は、一様な厚さを有しているとともに頂部平面と底部平面との間に配置された少なくとも１つのガスケットによって形成されている。例えばクリップやラッチやクランプ等といったような閉塞部材が、頂部平面と底部平面とを互いに保持する。組み立てられた装置は、冷却材の間接的な接触を可能とし、これにより、マトリクス形成溶液を凍結させることができる。チャンバは、鉛直方向にでもまた水平方向にでも、冷却材中に含浸することができる。例えば、冷却材バス中に含浸することができる。
【００１３】
他の実施形態においては、上記チャンバを具備した装置は、さらに、内部を通って冷却材を流通させ得るあるいは循環させ得るジャケットを具備することができる。この実施形態においては、装置は、熱伝導性材料からなる頂面および底面に対して固定された上段フレームおよび下段フレームを具備している。上段フレームおよび下段フレームは、冷却材を流通させ得るよう、１つまたは複数のポートとチャネルとを備えている。この実施形態は、所望の冷却速度を有した装置を提供する。
【００１４】
他の実施形態においては、本発明は、装置を使用してマトリクスを形成するための方法に関するものである。マトリクス形成溶液は、チャンバ内に収容され、材料に対して接触する。これにより、溶液の頂面および底面から、急速にかつ実質的に一様に熱を奪うことができる。所望厚さのガスケットが、頂面と底面とを隔離し、得られるマトリクスの厚さを制御することができる。所望の冷却速度での冷却をもたらし得る冷却材を使用することにより、チャンバ内に収容された溶液を凍結させて、固体マトリクスを形成することができる。その後、固体マトリクスを、乾燥させて架橋させる。架橋に際しては、化学的架橋剤を添加するのではなく、例えば凍結乾燥や熱的架橋といったような物理的手法を使用する。それは、化学的架橋剤を添加する場合には、残留物が残ってしまい、得られるマトリクスに対してさらにこのマトリクスに対して接触することとなる細胞に対して、悪影響を及ぼしかねないからである。得られた物理的架橋済みマトリクスは、その後、細胞の接種前に、殺菌される。このようにして形成されたマトリクスは、厚さと網目パターンとを有している。これにより、細胞の定住が容易なものとされ、患者内へと容易に移植し得るデバイスが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の上記のおよび他の特徴点は、添付図面を参照しつつ以下の説明を読むことにより、明瞭に理解されるであろう。
【００１６】
本発明は、実質的に一様でありかつ対称的な網目構造を有した細胞状の生体適合性かつ生分解性のマトリクスを形成するための方法および装置に関するものである。マトリクスは、タンパク質を含有したあるいはタンパク質と炭水化物とを含有した水性流体を、制御された冷却速度でもって凍結させ、これにより、凍結乾燥させ、１ｍｍ未満という一様な厚さを有したものとされる。網目状のマトリクスは、接種された細胞に対しての支持体として機能する。細胞は、特にヒトの細胞といったような動物の細胞とされる。ある実施形態においては、細胞は、表皮細胞および真皮細胞とされ、これにより、本出願と同日で出願された“Surgical Device For Skin Therapy or Testing” と題する現在係属中の関連米国特許シリアル番号第１０／０９２，２３７号明細書に記載されているような培養皮膚デバイスが得られる。この文献の記載内容は、参考のため、その全体がここに組み込まれる。本発明による装置を使用して形成されたデバイスは、マトリクスの様々な連続表面に対しての様々なの取付を容易なものとし、所望の厚さを維持する。これは、マトリクスの形成時にタンパク質を含有したあるいはタンパク質と炭水化物とを含有した流体を開放トレーすなわちパンに対して接触させることによって形成されるような、非対称的な網目構造を有しかつ非一様な厚さを有したマトリクスの場合とは、全く対照的である。
【００１７】
創傷内へのまたは創傷上へのマトリクスの生物学的組込は、部分的には、創傷ベッドからマトリクス内への非炎症性連結組織の移動能力に依存する。よって、マトリクスの構造および生物学的特性は、一様でなくてはならず、線維状組織を通しての移動を最適に促進させ得るものでなければならない。本発明による方法および装置は、マトリクス形成流体からの対称的な熱の奪取により、また、熱を奪う表面が剛直であって平面的であることにより、例えばマトリクスの厚さや網目のサイズおよび分布の一様さといったようなマトリクスの構造特性を制御することができる。これにより、対称的な網目構造と一様な厚さとを有したマトリクスが得られる。制御対象をなす他の変数には、マトリクス形成流体を凍結させる際の冷却速度、形成される氷結晶のサイズ、凍結されるマトリクス形成流体の容積、および、マトリクス形成流体内の構成成分の濃度（％ｗｔ／ｖｏｌ）、がある。
【００１８】
ある実施形態においては、本発明は、細胞状の生体適合性かつ生分解性の網目構造を有したマトリクスを形成するための装置に関するものである。装置は、例えばタンパク質含有流体といったようなマトリクス形成流体を収容するための閉塞チャンバを具備している。このチャンバは、６個の面から形成することができ、ボックスのようなものとすることができる。この実施形態においては、６個の面のうちの２個の面が、熱伝導性（例えば、金属製）の互いに平行な矩形プレートとされる。これら面は、マトリクス形成流体を収容しているチャンバの外部において補強支持体をなすフレームによって、より堅固なものとして形成される。チャンバの残りの４個の面は、ガスケットまたはＯ−リングとして機能する材料から構成することができる。これら材料は、厚さを調節することができ、これにより、得られるマトリクスの厚さを規定することができる。ある実施形態においては、ガスケットは、２つの部材から構成される。一方の部材は、２つの平行ストリップとこれらストリップの端部どうしを連結する垂直ストリップとを有したものとされ（Ｕ字形状）、２つのプレートの４つのエッジのうちの３つのエッジに対して配置される。マトリクス形成流体は、ガスケットが無い側面（開放側面）を通してチャンバ内へと導入することができる。その後、第２ガスケット部材を、２つの平行プレートの第４エッジに対して単一ストリップとして配置することができる。これにより、マトリクス形成溶液を収容することができる。他の実施形態においては、ガスケットは、２つの平行プレートの周縁を連結する１個の矩形ストリップまたはＯ−リングとされ、マトリクス形成溶液を導入するための、また、空気を追い出すための、ポートを有することができる。
【００１９】
マトリクスの厚さは、チャンバ内において使用されるガスケット材料の厚さによって、調節することができる。チャンバの形状は、矩形である必要はなく、また、マトリクスは、平面状である必要はない。チャンバは、例えば袋状やサック状や他のタイプのフレキシブル容器といったような任意の形状の連続表面とすることができ、マトリクスの形状および厚さを所望とし得るように、選択的に変形させることができる。チャンバは、マトリクス形成溶液を導入するための、また、空気を追い出すための、ポートを有することができる。
【００２０】
チャンバ内に収容されたマトリクス形成流体は、制御された冷却速度で熱を奪うことによって、凍結される。この冷却は、２つのプレートからなる両対向平面に対して冷却材を同時的にかつ対称的に適用することによって、主にその２つの平面を介して行われる。冷却材の適用は、いくつかの手法によって行うことができる。一例としては、マトリクス形成溶液を収容してシールされたチャンバを、静的冷却材からなる開放バス内の冷却用液体冷却材内に含浸させるあるいはそのような冷却材に対して当接させる。他の例においては、冷却材を、チャンバの平行プレートに対して接触しつつ流通する閉塞循環システムに対して供給することができる。さらに他の例においては、開放容器を通して液体まはた気体の冷却材を流通させることができる。冷却材は、循環させることなく、排出することができる。閉塞された循環型の冷却システムを形成するには、マトリクス形成溶液を介装している両プレートを、例えば冷却材が流通している２つの容器（クーラー）からなる単一の装置内に、組み込むことができる。ある実施形態においては、マトリクス形成溶液に当接している両プレートは、中空ボックスの２つの表面とされ、循環型冷凍器に対して冷却材を供給したり戻したりするベッセル（すなわち、チューブ）のための、あるいは、例えば液体窒素といったような非循環型冷却材を供給して排出するベッセル（すなわち、チューブ）のための、ポートを有している。
【００２１】
与えられた組成を有したマトリクスの構造は、冷却速度を制御することによって、制御することができる。これは、様々な手法によって行うことができる。例えば、開放型システムにおいて冷却材の温度および容量を調節することによって；閉塞型システムにおいて冷却材の温度および流速を調節することによって；特定の熱容量を有した冷却材の選択によって；あるいは、好ましい熱伝導率を有したものとしてチャンバ材質および／または装置材質を選択することによって；行うことができる。マトリクスの構造は、また、マトリクス形成溶液の組成によっても、制御することができる。
【００２２】
凍結されたマトリクスは、その後、化学的架橋剤を併用してあるいは併用せずに、乾燥させて架橋させ、殺菌する。これにより、接種された細胞に対しての支持を行うことができる。マトリクスの凍結速度を対称的なものとして制御することにより、マトリクスの厚さ全体にわたって一様に、一様な分布の対称な網目構造を形成することができる。これにより、マトリクス内への一様な細胞分散を容易なものとし、改良された手術デバイスをもたらす。
【００２３】
ある実施形態においては、図１Ａ〜図１Ｂに示すように、マトリクス形成装置（３０）は、３つのフレームを備えて構成されている。これら３つのフレームは、組立状態においては、形成デバイスあるいは冷凍装置を形成する。３つのフレームとは、下段フレーム（１０）と、キャリアプレートとも称される中段フレーム（１５）と、上段フレーム（２５）と、である。これらフレーム（１０，１５，２５）は、例えばアルミニウムやスチールといったような金属から形成することができる。また、これらフレーム（１０，１５，２５）は、例えば木材やセラミックや硬質プラスチックといったような、他の非フレキシブルな材料から形成することもできる。装置（３０）は、さらに、弾性的スペーサガスケット（２０）と、スペーサガスケットプラグ（２１）と、シリコーンゴムや他の合成材料から形成し得るようなＯ−リングガスケット（図示せず）と、を備えている。
【００２４】
中段フレーム（１５）は、頂面（５１ｂ）を有し、上段フレーム（２５）は、底面（５１ｃ）を有している。双方の面（５１ｂ，５１ｃ）は、変形に耐え得るような任意の非接着性材料（例えば、研磨済みアルミニウムあるいは他の金属材料、セラミック、等）から形成することができる。これにより、後の工程において形成されることとなるマトリクスを容易に引き剥がすことができる。これに代えて、例えばテフロン（登録商標）といったような非固着性材料からなる薄いシート（５３）を、スペーサガスケット（２０）と上段フレーム（２５）との間に配置することによって、さらなる付加的な非粘着性表面を構成することができる。これにより、底面（５１ｃ）と、凍ったマトリクスと、を容易に剥離させることができる。面（５１ｂ，５１ｃ）は、さらに、非接着性材料によってコーティングすることができる。スペーサガスケット（２０）とスペーサガスケットプラグ（２１）とは、シリコーンゴムや他の適切な材料から形成することができる。
【００２５】
図１Ｄ〜図１Ｅにおいては、図１Ａ〜図１Ｃと同様の特徴点については、同様のまたは同じ符号が付されている。図１Ｄ〜図１Ｅに示すように、マトリクス形成装置（３０ａ）は、付加的には、装置（３０）の下段フレーム（１０）および頂面プレート（５０ｄ）とは個別的に使用することができる。この実施形態は、マトリクス形成溶液を収容した装置（３０）を、静的冷却材に対して露出させるに際して、有効である。この実施形態においては、さらに、シート（５０ｄ）を有していないことのために冷却材をシート（５０ｃ）の面（５１ｄ）に対して間接的に接触させ得るような上段フレーム（２５ａ）と、キャリアプレートとも称される中段フレーム（１５ａ）であるとともに、フレーム壁（６１ａ〜６１ｄ）の外表面に対して取り付け得るような例えばドローラッチの半体（４５）といったような固定部材を有している中段フレーム（１５）と、スペーサガスケット（２０）と、スペーサガスケットプラグ（２１）と、付加的には非接着性シート（５３）と、を備えている。
【００２６】
フレーム（１０，１５，２５）とガスケット（２０，２１）とを組み立てることによって各構成要素を互いに固定することで、図１Ｂに示すような装置（３０）を形成することができる。図１Ｃに示すように、組み立てられた装置（３０）の内部には、チャンバ（７５）が形成される。このチャンバ（７５）は、マトリクス形成流体を収容し得るとともに、その流体を、制御された速度でもって冷凍させることができる。チャンバ（７５）は、スペーサガスケット（２０）の内壁（２２ａ〜２２ｃ）と；スペーサガスケットプラグ（２１）の内壁（２３）と；中段フレーム（１５）のうちの、付加的な非粘着性シート（５３）が設置されているあるいは設置されていない頂面（５１ｂ）と；上段フレーム（２５）の底面（５１ｃ）と；によって形成されている。スペーサガスケット（２０）とスペーサガスケットプラグ（２１）とは、互いに同じ厚さのものとされ、この厚さが、装置（３０）内において形成されることとなるマトリクスの厚さを規定する。ある実施形態においては、スペーサガスケット（２０）とスペーサガスケットプラグ（２１）とは、約０．１ｍｍ〜約１０ｍｍという範囲の厚さを有している。他の実施形態においては、スペーサガスケット（２０）とスペーサガスケットプラグ（２１）とは、約０．５ｍｍ〜約１．５ｍｍという範囲の厚さを有している。以下においては、装置（３０）の各構成要素について、さらに詳細に説明する。
【００２７】
［下段フレーム］
下段フレーム（１０）をなす各構成要素が、図２Ａ〜図２Ｃに示されている。下段フレーム（１０）は、少なくとも４つの側面すなわち少なくとも４つの壁（６０ａ〜６０ｄ）を有している。下段フレーム（１０）は、例えばアルミニウムやスチールといったような金属から形成することができる、あるいは、例えば木材やセラミックや硬質プラスチックといったような、他の実質的に剛直な材料から形成することができる。下段フレーム（１０）は、弾性的ガスケットまたはＯ−リングを有している。Ｏ−リングは、シリコーンや、ゴムや、他の合成材料から形成することができる。Ｏ−リングは、フレーム壁（６０ａ〜６０ｄ）の頂面内方位置に凹所として形成されたチャネルグルーブ（４０）の中に、固定される。さらに、金属シート（５０ａ）が設けられている。この金属シート（５０ａ）は、フレーム壁（６０ａ〜６０ｄ）の底面に対して設置されている。ある実施形態においては、この金属シートは、アルミニウムから形成されている。フレーム壁（６０ａ〜６０ｄ）の各エッジと、底部金属シート（５０ａ）の各エッジとは、図２Ｂおよび図２Ｃに示すような固定部材（５５）を受領するための穴（図示せず）を有することができる、および／または、溶接やリベット止めや金属用接着剤によって互いに固定することができる。これにより、各フレーム壁の接合部分がシールされている。これに代えて、各部材は、恒久的に固定することができる。例えば、フレーム壁（６０ａ〜６０ｄ）は、壁どうしの間に接合部分が存在しないような一体部材とすることができる。金属シート（５０ａ）とフレーム壁（６０ａ〜６０ｄ）とにおいては、それぞれ対応する穴どうしは、互いに位置合わせされている。下段フレーム（１０）の少なくとも２つの対向フレーム壁（６０ａ，６０ｃ）は、それぞれ、少なくとも１つの流通ポート（３６）を有している。これら流通ポート（３６）は、フレーム壁（６０ａ，６０ｃ）の鉛直方向外面（９５ａ，９５ｃ）から鉛直方向内面（９６ａ，９６ｃ）までにわたってのフレーム壁（６０ａ，６０ｃ）の幅全体に沿っての流通を可能としている。ホースバーブ（３５）が、流通ポート（３６）に対して取り付けられている。少なくとも２つの対向フレーム壁（６０ａ，６０ｃ）は、あるいは、少なくとも２つの対向フレーム壁（６０ｂ，６０ｄ）は、あるいは、これら双方は
、固定部材（４５）を有している。これら固定部材（４５）は、任意のタイプのカプラや他の取付部材とすることができ、下段フレーム（１０）と上段フレーム（２５）とを係合させることができる。固定部材（４５）は、例えば、鉛直方向外面（９５ａ〜９５ｄ）に対して取り付けられたドローラッチの半体（４５ａ）とすることができる。
【００２８】
［中段フレーム］
中段フレーム（１５）またはキャリアプレートをなす各構成要素が、図１Ａ，３Ａ，３Ｂ，３Ｃに示されている。図３Ａおよび図３Ｃに示すように、中段フレーム（１５）は、中段フレーム（１５）の内部において、フレーム壁（６１ｂ，６１ｄ）の内面（１００ａ，１００ｂ）に対して取り付けられた少なくとも１つの内部支持体（６５）を有している。中段フレーム（１５）は、フレーム壁（６１ａ，６１ｃ）の内面（１０５ａ，１０５ｂ）に対して取り付けられた少なくとも１つの内部支持体（６６）を有することができる。長手方向に沿って、内部支持体（６５）は、複数の流通穴（８５）を有している。これら流通穴（８５）は、中段フレーム（１５）を通して冷却材を案内して流通させ得るよう、冷却材の流れの向きとされている。中段フレーム（１５）をなす壁は、任意の材料から形成することができるとともに、下段フレーム（１０）に関して上述したのと同様に、連結によって形成されたものとも、また、一体部材として連続的に形成されたものとも、することができる。
【００２９】
中段フレーム（１５）は、実質的に剛直なシート（５０ｂ）を有している。このシート（５０ｂ）は、例えば金属やセラミックといったような材料から形成されているとともに、フレーム壁（６１ａ〜６１ｄ）の頂面（図示せず）に対して取り付けられている。ある実施形態においては、シート（５０ｂ）は、鏡面仕上げされた金属表面を有している。シート（５０ｂ）の鏡面仕上げ表面（５１ｂ）は、また、付加的には、例えばテフロン（登録商標）といったような非接着性材料によってコーティングすることができる。シート（５０ｂ）の一表面が、フレーム壁（６１ａ〜６１ｄ）の頂面に対して、例えば金属用接着剤や溶接やリベット止めを使用することによって、取り付けられている。
【００３０】
［上段フレーム］
図４Ａに示すように、上段フレーム（２５）は、４つの壁（６２ａ〜６２ｄ）と、フレーム壁（６２ｂ，６２ｄ）の内面（１１５ｂ，１１５ｄ）を連結している少なくとも１つの内部支持体（１１０）と、を有している。上段フレーム（２５）は、フレーム壁（６２ａ，６２ｃ）の内面（１１５ａ，１１５ｃ）を連結する少なくとも１つの内部支持体（１１１）を有することができる。上段フレーム（２５）に関し、組立態様や構成や壁の材質や支持体については、下段フレーム（１０）に関して上述したものと同様である。内部支持体（１１０）は、この内部支持体（１１０）の幅全体に関して、複数の流通穴（９０）を有している。これら流通穴（９０）は、冷却材の流れの向きとされている。少なくとも２つの対向フレーム壁（６２ａ，６２ｃ）は、あるいは、少なくとも２つの対向フレーム壁（６２ｂ，６２ｄ）は、あるいは、これら双方は、少なくとも１つの流通ポート（３８）を有している。これら流通ポート（３８）は、フレーム壁（６２ａ，６２ｃ）の幅全体に関して、設けられている。各流通ポート（３８）には、ホースバーブ（３７）が取り付けられている。少なくとも２つの対向フレーム壁（６２ａ，６２ｃ）は、あるいは、少なくとも２つの対向フレーム壁（６２ｂ，６２ｄ）は、あるいは、これら双方は、連結部材あるいは固定部材あるいは取付部材（４６）を有している。このような固定部材（４６）は、例えば、上段フレーム（２５）のフレーム壁（６２ａ〜６２ｄ）の鉛直方向外面（１２０ａ〜１２０ｄ）に対して取り付けられたドローラッチとすることができる。連結部材あるいは固定部材あるいは取付部材（４５，４６）が互いに係合することによって、上段フレーム（２５）と下段フレーム（１０）との間に、中段フレーム（１５）を固定することができる。フレーム壁（６２ａ〜６２ｄ）の頂面および底面には、上述した表面（５１ｃ，５１ｄ）が取り付けられている。フレーム壁（６２ａ〜６２ｄ）は、固定部材（５５）を受領するための穴（図示せず）を有することができる、フレーム壁とシートとに関してそれぞれ対応する穴は、互いに位置合わせされている。上段フレーム（２５）は、図１Ｃに示すように、冷却材（１２５）を受領するための冷却材チャンバ（１２８）を形成している。
【００３１】
［装置の組立、および、マトリクスの形成］
図１Ａ〜図１Ｃに示すように、装置（３０）を組み立てるには、液密的シールを形成するための弾性材料（例えば、ガスケット）あるいは部材（例えば、Ｏ−リング）（図示せず）を、下段フレーム（１０）のチャネルグルーブ（４０）内に配置する。弾性的ガスケットあるいはＯ−リングが中段フレーム（１５）と下段フレーム（１０）との間においてシールを形成するようにして、中段フレーム（１５）を、下段フレーム（１０）上に配置する。これにより、冷却材（１２５）を受領するための冷却材チャンバ（１２９）が形成される。スペーサガスケット（２０）を、金属シート（５０ｂ）の頂面（５１ｂ）上に配置する。この場合、スペーサガスケット（２０）の一部を、中段フレーム（１５）の３つの外方エッジに対して面一なものとする。付加的には、非接着性材料（すなわち、テフロン（登録商標））からなる付加的なシート（５３）を、スペーサガスケット（２０）上に配置する。この場合、シート（５３）の各エッジは、スペーサガスケット（２０）の外方エッジに沿って延在させる。その後、上段フレーム（２５）を、スペーサガスケット（２０）上に配置し、これにより、上段フレーム（２５）の底面（５１ｃ）を、スペーサガスケット（２０）に対してあるいは付加的シート（５３）に対して、当接させる。そして、例えばドローラッチの半体（４５，４６）どうしを互いに固定することによって、フレーム（１０，１５，２５）を互いに固定する。
【００３２】
図１Ｃに示すように、マトリクス形成流体を収容するためのチャンバ（７５）は、スペーサガスケット（２０）の内面（２２ａ〜２２ｃ）と；上段フレーム（２５）のシート（５０ｃ）の底面（５１ｃ）もしくは付加的シート（５３）の表面と；中段フレーム（１５）のシート（５０ｂ）の頂面（５１ｂ）と；によって形成されている。チャンバ（７５）は、一側面に、マトリクス形成流体を導入するためのおよびスペーサガスケットプラグ（２１）を挿入するための開口（７６）を有している。スペーサガスケットプラグ（２１）の内面（２３）は、スペーサガスケットプラグ（２１）がチャンバ開口（７６）内へと挿入された時点で、チャンバ（７５）の１つの壁を形成する。
【００３３】
マトリクス形成流体を、装置（３０）のチャンバ（７５）内へと、開口（７６）を通してあるいは他の手段によって、導入し、これにより、実質的にチャンバ（７５）の全体を充填する。ある実施形態においては、流体の導入を、流体内にバブルを閉じ込めてしまわないように、装置（３０）を断続的にコツコツ叩きつつ、例えば２０ｍｌ〜３０ｍｌという増分でもって、行う。その後、スペーサプラグ（２１）を、開口（７６）内へと挿入し、マトリクス形成流体を収容した状態で、チャンバ（７５）をシールする。その後、チャンバ（７５）内に収容されたマトリクス形成流体を、制御された速度でもって冷却し、これにより、マトリクス形成流体を固化させて、マトリクスを形成する。
【００３４】
図１Ｂに示すように、装置（３０）は、冷却材（１２５）の供給源を使用することによって、ホースバーブ（３５，３７）に対して連結された例えばホース（１２６）といったような導管や他のタイプのチューブを介して、チャンバ（７５）に対する間接的接触によって、冷却される。導管（１２６）は、冷却材（１２５）を循環流通させるための冷却材循環器（１２７）に対して接続することができる。これに代えて、冷却材（１２５）を、（循環式ではなく）排出することができる。いずれにしても、冷却材（１２５）は、下段フレーム（１０）の壁（６０ａ〜６０ｄ）の中を、および、下段フレーム（１０）に対して固定されている中段フレーム（１５）の壁（６１ａ〜６１ｄ）の中を、さらに、上段フレーム（２５）の壁（６２ａ〜６２ｄ）の中を、所定時間にわたって、また、所定速度でもって、さらに、マトリクスを制御しつつ冷凍させ得るに十分な温度でもって、一方向的に流通する。
【００３５】
冷却材（１２５）を流通させるあるいは循環させるシステムの使用は、いくつかの理由によって、有利である。すなわち、システムが閉塞されていることのために、開放型のシステムと比較して、有害性が少なくかつより静かである。例えば、静的な温度調節バスとなっている。システムは、冷却材（１２５）の漏洩を防止することができ、冷却材を収容したリザーバとして、任意の容積のリザーバを使用することができる。システムは、より安定的に温度を維持することができ、冷却速度をより安定的に制御することができる。冷却材の制御は、マトリクスを形成するポリマーの網目の分布を決定する一要因である。冷却速度が安定的に制御されていることにより、形成される複数のマトリクス間の再現性が良好なものとなるとともに、網目の分布および品質が望ましいものとなる。
【００３６】
装置（３０）のチャンバ（７５）が、符号（２２ａ〜２２ｃ，２３，５１ｂ，５１ｃ）によって互いに識別される６個の表面（『ボックス』を規定する面）を有しているけれども、これら６個の表面のうちの、４個の表面（２２ａ〜２２ｃ，２３）は、シート（５０ｂ，５０ｃ）がなす表面間において、ガスケット（２０，２１）を介することによって隔離されている。したがって、シート（５０ｂ，５０ｃ）がなす２つの表面を通して、実質的にすべての熱が除去され、冷却が制御される。この点において、マトリクス形成流体の冷却は、２つの表面（５１ｂ，５１ｃ）の間において起こっているものと見なすことができる。
【００３７】
任意のタイプの流体状冷却材（１２５）によって、熱を吸収することができ、チャンバ（７５）内の温度を、制御された速度でもってマトリクス形成流体を冷凍させ得るに十分な程度にまで下げることができる。すなわち、例えば１０分〜２０分といったようにまたは３０分以内といったように、約２時間以内でもって、約４℃〜約−７０℃という温度にまで、下げることができる。流体の冷却は、有利には、効率的にかつ予測可能性をもって行われ、さらに、自動車エンジンの場合に流体冷却の方がエア冷却よりも効率的であるのと同様に、エア冷却の場合よりもより容易に制御される。使用可能な冷却材の例としては、限定するものではないけれども、アルコール（例えば、エタノール、プロパノール、等）や、ポリエチレングリコールや、オイルや、シリコーンオイルや、−７０℃までの温度において低粘度を有しているような他の任意の流体、などがある。ある実施形態においては、冷却材の温度は、約０℃〜約−２００℃とされる。他の実施形態においては、冷却材の温度は、約−２０℃〜約−７０℃とされる。さらに他の実施形態においては、冷却材の温度は、約−４０℃〜約−７０℃とされる。このような温度は、マトリクス内の網目の平均サイズおよび分布を制御する。一例として、マトリクス形成流体は、６０分間〜１２０分間にわたって、−４５℃にまで冷却された９５％エタノールに対して曝される。他の実施形態においては、当業者に公知の手法が使用される。
【００３８】
当業者には公知なように、マトリクス形成溶液の凍結を可能とし得るような、相転移温度を有したガスも、また、冷却材として使用可能である。例えば、制御した速度でもって培地内の細胞を凍結させ得るものとして当業者には公知なような、ガス状窒素（相転移温度：−１９６℃）は、マトリクス形成流体を冷凍させ得る程度に十分な冷却効果をもたらす。ガス状冷却材を使用した実施形態においては、ガス流通量を増大させることにより、より多くの熱を吸収し得るような液体の場合と比較しての、ガスに基づく冷却効果の減少分を、補償することができる。ガス流通量の増大化は、ポンプが不要であることのために、液体の場合よりもより容易に行うことができる。ガス状冷却材を使用することの他の利点は、液体冷却の場合と比較して、少量の漏洩が問題とはならないことであり、ガス冷却システムは、液体がこぼれたりすることがないことにより、より清浄である。
【００３９】
静的な冷却を行うには、図１Ｄおよび図１Ｅに示すような装置（３０ａ）という実施形態が使用される。チャンバ（７５）は、下段フレーム（１０）を備えていないものとして、かつ、上段フレーム（２５）のシート（５０ｄ）を備えていないものとして、構成されている。チャンバ（７５）は、周縁部（２２ａ〜２２ｃ，２３）のところにおいてシールされており、マトリクス形成溶液と液体冷却材との間の接触が防止されている。それは、そのような接触が起こってしまうと、マトリクスの冷凍または融解が失敗してしまうからである。これに代えて、装置（３０ａ）内のチャンバ（７５）は、４つの面のうちの３つの面（例えば、２２ａ〜２２ｃ）においてのみシールされ、残りの１つの面は、シールされない状態とされる。装置（３０ａ）は、未シール面のところにまで、なおかつ、その未シール面を超えないようにして、流体冷却材バス内に浸漬される。
【００４０】
マトリクス形成溶液を冷凍させ得るような状況でもってマトリクス形成溶液を冷却材に対して曝し、これにより、マトリクスを形成した後に、固定部材（４５）を解除する。上段フレーム（２５）を、中段フレーム（１５）から注意深く取り外す。ここで、マトリクスは、シート（５０ｂ）の表面（５１ｂ）上に支持されている。使用されている場合には、非接着性シート（５３）を、冷凍状態のマトリクスの頂面から注意深く取り外す。スペーサガスケット（２０）とスペーサガスケットプラグ（２１）とを、付加的に、中段フレーム（１５）およびマトリクスから、取り外すことができる。中段フレーム（１５）を、下段フレーム（１０）から取り外す。シート（５０ｂ）の表面（５１ｂ）上にマトリクス（１３０）を支持している中段フレーム（１５）を、冷凍乾燥デバイス内に配置し、マトリクス（１３０）内の氷を凍結乾燥させる。
【００４１】
マトリクス形成流体の冷凍速度は、マトリクス形成溶液から周囲雰囲気への急速な熱移動に寄与する１つまたは複数の変数を調節することによって、制御することができる。したがって、本発明は、マトリクス形成流体を収容して接触するために、大いに効果的な熱移動を可能とし得る材料から形成された装置（３０，３０ａ）を使用する。装置（３０）は、それ自体が、冷凍プロセス時に、いくつかの変数を制御することができる。このような変数には、装置（３０）の形状および寸法や；収容するマトリクス形成流体の容積や；マトリクス形成流体に接触する材質の熱伝導度および比熱、すなわち、マトリクス形成流体に接触する実質的に剛直でフラットなシート（５０ｂ，５０ｃ）を形成する特定の材質の熱伝導度および比熱；がある。そのような材質の一例には、良好な熱伝導体である金属（例えば、アルミニウム、ステンレススチール、等）がある。望ましくは、この材質は、また、変形に耐え得るよう実質的に剛直なものとされるとともに、マトリクス形成流体と接触する表面として、非接着性表面および／または研磨済み表面を有している。
【００４２】
マトリクス形成流体から形成されるマトリクス内の網目のサイズおよび一様さは、冷凍プロセス時に形成される氷結晶のサイズに依存する。それは、氷が流体内の溶質の位置を占有し、網目どうしの間の距離を決定するからである。氷結晶のサイズは、冷凍速度に反比例する。冷凍速度は、冷却材の温度に反比例するとともに、冷凍プロセス時にマトリクス形成流体に接触している材質の熱伝導度および比熱に正比例する。
【００４３】
マトリクス内の網目のサイズおよび分布は、また、マトリクス形成流体内において凍結する構成成分の温度によっても、制御することができる。網目間の間隔は、構成成分の濃度に反比例し、マトリクス形成流体の冷凍速度に反比例し、マトリクス形成流体の中の水の濃度に正比例する。マトリクスの厚さは、マトリクス形成流体内の構成成分の濃度に正比例する。マトリクス形成流体内の構成成分の濃度は、網目間の平均間隔を減少させかつマトリクスの厚さを増大させるような組合せ濃度ｗｔ／ｖｏｌ％とすることができる。ある実施形態においては、マトリクス組成物内において約０．１０ｗｔ／ｖｏｌ％〜約２．０ｗｔ／ｖｏｌ％という範囲の構成成分の組合せ濃度を、使用することができる。他の実施形態においては、約０．５０ｗｔ／ｖｏｌ％〜約１．８０ｗｔ／ｖｏｌ％という範囲の構成成分の組合せ濃度を、使用することができる。マトリクスの厚さは、また、チャンバ（７５）内において使用されているスペーサガス（２０）およびスペーサガスケットプラグ（２１）の厚さに、正比例する。ある実施形態においては、チャンバ（７５）は、約０．１ｍｍ〜約０．３ｍｍという範囲の厚さを有したマトリクスを形成し得るように、構成される。
【００４４】
本発明による方法および装置を使用して形成される網目のサイズおよび分布に関しての、冷凍温度の影響は、脱水して乾燥させたマトリクスを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により測定することによって、決定することができる。ある実施形態においては、網目は、楕円球という形状で分布しているとともに、約５０μｍ〜約１５０μｍという範囲の平均直径を有している。
【００４５】
上記においては、生体適合性マトリクスを形成するための装置（３０）について、ならびに、装置（３０）を使用して生体適合性マトリクスを形成するための方法について、開示した。本発明による装置（３０）および方法は、例えば火傷や他の創傷を受けた皮膚を一時的にまたは恒久的に置換するための培養皮膚デバイスといったような埋設可能なまたは移植可能な手術デバイスを形成し得るよう、細胞を支持し得るマトリクスを提供する。このマトリクスを使用することにより、表皮細胞のためのラミネート層として機能する培養真皮細胞をなす１つまたは複数の層を支持することができる。本発明の変形例や他の実施形態は、上記説明により、当業者には明瞭であろう。よって、上記実施形態は、本発明の範囲を何ら限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１Ａ】マトリクスキャスティング装置の一実施形態における様々な構成要素を示す図である。
【図１Ｂ】組み立てられた装置を示す図である。
【図１Ｃ】装置を示す断面図である。
【図１Ｄ】マトリクスキャスティング装置の第２実施形態における様々な構成要素を示す図である。
【図１Ｅ】マトリクスキャスティング装置の第２実施形態を示す断面図である。
【図２Ａ】装置の下段フレームを示す平面図である。
【図２Ｂ】装置の下段フレームを示す底面図である。
【図２Ｃ】装置の下段フレームを示す側面図である。
【図３Ａ】装置の中段フレームを示す平面図である。
【図３Ｂ】装置の中段フレームを示す側面図である。
【図３Ｃ】装置の中段フレームを示す断面図である。
【図４Ａ】装置の上段フレームを示す平面図である。
【図３Ｂ】装置の上段フレームを示す側面図である。
【図３Ｃ】装置の上段フレームを示す断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０    下段フレーム
１５    中段フレーム
１５ａ  中段フレーム
２０    スペーサガスケット
２１    スペーサガスケットプラグ
２５    上段フレーム
２５ａ  上段フレーム
３０    マトリクス形成装置
３０ａ  マトリクス形成装置
３６    流通ポート
３８    流通ポート
４５    固定部材
４６    固定部材
５１ｂ  頂面
５１ｃ  底面
７５    チャンバ
７６    開口
１２５    冷却材
１２８    冷却材チャンバ
【図１Ａ】
2005518818.tif 000003
【図１Ｂ】
2005518818.tif 000004
【図１Ｃ】
2005518818.tif 000005
【図１Ｄ】
2005518818.tif 000006
【図１Ｅ】
2005518818.tif 000007
【図２Ａ】
2005518818.tif 000008
【図２Ｂ】
2005518818.tif 000009
【図２Ｃ】
2005518818.tif 000010
【図３Ａ】
2005518818.tif 000011
【図３Ｂ】
2005518818.tif 000012
【図３Ｃ】
2005518818.tif 000013
【図４Ａ】
2005518818.tif 000014
【図４Ｂ】
2005518818.tif 000015
【図４Ｃ】
2005518818.tif 000016
【国際調査報告】
2005518818.tif 000017
2005518818.tif 000018