(57)【要約】生体適合性材料の硬化したチューブを製造するために、レギュレーター部材(318)を一塊の硬化性液体に接触した状態で導管(303)に沿って移動させ、これにより液体の薄層を形成し、この薄層を硬化用流体に即時的に接触させて硬化したチューブを形成する。チューブに生存細胞を組込むことが可能であり、組込み後、生存細胞を導管(303)中で培養すれば外科用インプラントが作製される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬化した生体適合性材料の層をシートまたはチューブの形態で形成する方法であって、
該層を形成するためのガイド表面に接触した状態で一塊の硬化性液体を提供するステップと、
該一塊の硬化性液体の一部分が該ガイド表面上にその上のあらかじめ決められた厚さの層として露呈されるようにレギュレーター部材と該ガイド表面とをそれらの間に間隙を設けて相対移動させるステップと、
こうして形成された硬化性液体の層の硬化を引き起こして該ガイド表面上に硬化層を形成するステップと、
所望により、該ガイド表面から該硬化層を取出すステップと、
を含む、上記方法。
【請求項２】
前記硬化性液体の層をその硬化を引き起こす流体に接触させることにより前記硬化性液体の層の硬化が引き起こされる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
硬化した材料の層をシートまたはチューブの形態で形成する方法であって、
該層を形成するためのガイド表面に接触した状態で一塊の硬化性液体を提供するステップと、
該一塊の硬化性液体の一部分が該ガイド表面上にその上のあらかじめ決められた厚さの層として露呈されるようにレギュレーター部材と該ガイド表面とをそれらの間に間隙を設けて相対移動させるステップと、
こうして形成された硬化性液体の層の硬化を、硬化を誘発する流体との接触により引き起こし、該ガイド表面上に硬化した層を形成するステップと、
所望により、該ガイド表面から該硬化層を取出すステップと、
を含み、
相対移動方向における該レギュレーター部材の位置が、該一塊の硬化性液体および該硬化を誘発する流体のうちの一方により決定される、上記方法。
【請求項４】
前記硬化を引き起こす流体が、
前記硬化性液体用の硬化剤を含有するガス、
乾燥により前記硬化性液体の硬化を誘発するガス、
前記硬化性液体用の架橋剤などの反応性硬化剤を含む液体、および
溶媒抽出により前記硬化性液体の硬化を誘発する液体、
から選択される、請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
前記レギュレーター部材と前記ガイド表面との相対移動により前記層を形成しつつ、前記硬化を引き起こす流体が、前記硬化性液体の層に順送的かつ即時的に接触する、請求項３または４に記載の方法。
【請求項６】
前記レギュレーター部材が、前記硬化を引き起こす流体を前記一塊の硬化性液体から分離するバリヤーとして作用する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記レギュレーター部材が、前記硬化を引き起こす流体により駆動される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記レギュレーター部材が、前記硬化性液体上で浮動するフロートである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記硬化性液体が、実質的に区別されたサブ層を有する硬化層を形成するように異なる溶液の複数の個別バンドを含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記硬化した材料が生体適合性材料である、請求項３に記載の方法。
【請求項１１】
前記生体適合性材料が生体活性剤を含有する、請求項１または１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記硬化性液体が前記生体活性剤を含有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記硬化した材料が生体活性剤を含有し、かつ前記流体が該生体活性剤を含有する、請求項２または３に記載の方法。
【請求項１４】
前記生体活性剤が、医薬、酵素、増殖因子、ホルモン、サイトカイン、抗体、または核酸などの生体活性分子である、請求項１１、１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記生体活性剤が、生存細胞、死滅細胞、または単離された細胞オルガネラである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記ガイド表面上の前記硬化層の表面にin situで細胞培養培地を提供するステップをさらに含む、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記硬化層の少なくとも１つの表面を横切って細胞培養培地の流れが提供される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
生体活性剤を含有する硬化した生体適合性材料のシートまたはチューブであって、該生体活性剤が、その壁厚にわたって制御された分布を有する、上記シートまたはチューブ。
【請求項１９】
前記生体活性剤が、その壁厚を横切って均一な濃度を有するかまたはその壁厚を横切って制御された濃度変化を有する、請求項１８に記載のシートまたはチューブ。
【請求項２０】
前記生体活性剤が、生きている哺乳動物中の所望の部位に送達される、医薬、酵素、増殖因子、ホルモン、サイトカイン、抗体、または核酸などの医薬用分子または他の生体活性分子である、請求項１８または請求項１９に記載のシートまたはチューブ。
【請求項２１】
前記生体活性物質が、生存細胞、死滅細胞、または単離された細胞オルガネラである、請求項１８または請求項１９に記載のシートまたはチューブ。
【請求項２２】
硬化性液体と硬化用流体との接触により材料の硬化層をシートまたはチューブの形態で形成する装置であって、
第１の末端に第１の流体入口を有するとともに密封面を規定するガイドチューブと、レギュレーター要素と該ガイドチューブの内表面との間に間隙を設けて該ガイドチューブ内に位置決め可能かつ該ガイドチューブに沿って移動可能なレギュレーター要素と、を備え、該レギュレーター要素が、装填位置において該密封面で密封を行うように適合化されており、
使用時、流体を該第１の流体入口を通して流動させることにより、該装填位置から該ガイドチューブに沿って該レギュレーター要素を移動させる、上記装置。
【請求項２３】
前記ガイドチューブが、前記第１の流体入口から離れた１つ以上の流体出口を有する、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記ガイドチューブの第１の末端に第２の流体入口をさらに有する、請求項２２または２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記第１の流体入口が前記第２の流体入口内に配置される、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記第１の流体入口から離れた位置に前記レギュレーター要素を保持するための手段を備える、請求項２２〜２５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２７】
その内部ガイド表面上にin situで形成された硬化した生体適合性材料の層をシートまたはチューブの形態で含有する、バイオリアクター。
【請求項２８】
前記生体適合性材料の層が化学反応により硬化される、請求項２７に記載のバイオリアクター。
【請求項２９】
生体活性剤を前記硬化層の表面上に含むかまたは前記硬化層中に分布させて含む、請求項２７または請求項２８に記載のバイオリアクター。
【請求項３０】
生体適合性材料の硬化した第１のチューブと、流体を該第１のチューブに流入させるかまたは該第１のチューブから流出させるための異なる材料の第２のチューブと、を備え、該第１のチューブが、該第２のチューブに接触した状態でin situで形成される、チューブアセンブリー。
【請求項３１】
前記第１のチューブが化学的に硬化される、請求項３０に記載のチューブアセンブリー。
【請求項３２】
前記第１のチューブが前記第２のチューブの周囲に成形される、請求項３０または請求項３１に記載のチューブアセンブリー。
【請求項３３】
前記第１のチューブが、その壁よりも厚い末端部分を有する、請求項３２に記載のチューブアセンブリー。
【請求項３４】
前記第１のチューブが支持部材のガイド表面上に形成され、該支持部材がチューブであってもマンドレルであってもよい、請求項３０〜３３のいずれか１項に記載のチューブアセンブリー。
【請求項３５】
前記生体適合性材料が生体活性剤を含有する、請求項３０〜３４のいずれか１項に記載のチューブアセンブリー。
【請求項３６】
請求項３０に記載のチューブアセンブリーを形成する方法であって、硬化性生体適合性材料からチューブを形成するステップと、該硬化性材料を異なる材料の第２のチューブに接触させるステップと、該硬化性材料の硬化を引き起こすステップと、を含み、該第２のチューブが、流体を該第１のチューブに流入させるかまたは該第１のチューブから流出させるための経路を提供するように、これらのステップが行われる、上記方法。
【請求項３７】
前記第１のチューブが、前記第２のチューブの一部分の周囲で硬化される、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記生体適合性材料が、その硬化を引き起こす流体との接触により硬化される、請求項３６または請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記硬化を引き起こす流体が、前記第２のチューブを介して前記硬化性生体適合性材料に送達される、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
医療用途向け材料のチューブの形成に使用するためのデバイスであって、内部で該チューブが形成されるガイド導管を規定する本体と、該導管に沿って移動するように適合化されかつ断面形状を有するレギュレーター部材とを備え、該レギュレーター部材がそれ自体と該導管との間に間隙を残すことにより、チューブが形成されるようになっており、該導管が、それに液体を導入するための少なくとも１つのポートを有し、該本体および該レギュレーター部材が、密封された筐体内に収容され、その中で滅菌状態にある、上記デバイス。
【請求項４１】
前記チューブが形成されるゾーンにおいて、前記レギュレーター部材が、前記導管の最大断面寸法よりも大きい長手方向の長さを有する、請求項４０に記載のデバイス。
【請求項４２】
前記導管中のスタート位置に前記レギュレーター部材を保持するための支持体を備える、請求項４０または４１に記載のデバイス。
【請求項４３】
生きている細胞を含むチューブの形態の医療用構築物を手術でそれを使用するための準備段階で保持するための装置であって、内部でin situで形成された該医療用構築物を含有しかつそのための培養培地をさらに含有する導管を有する本体と、培養培地を該導管に通して移送するための手段と、を備えた、上記装置。
【請求項４４】
培養培地を循環させるための前記手段が、前記医療用構築物を含有する前記導管の遠隔末端を接続するループ導管と、該ループ導管に沿って培養培地を移送するためのポンプと、を備える、請求項４３に記載の装置。
【請求項４５】
前記培養培地からの二酸化炭素の除去および/または前記培養培地への酸素の添加を行うための手段を備える、請求項４３または４４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硬化性液体を硬化させることにより、フラットシートまたはチューブの形態の硬化材料を製造することに関する。本発明は、生体適合性材料の可撓性シートまたはチューブの製造にとくに適用可能であるが、これに限定されるものではない。本発明の製造物は、事実上、本質的に生体活性すなわち生体適合性であり、医薬用化合物、他の生体活性分子、および生きている細胞のような医学的活性成分(生体活性物質)を含有する移植可能な製造物または哺乳動物組織との長期接触を意図した製造物として用いることが可能である。本発明はまた、そのようなシートまたはチューブを製造するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
外科的処置に使用するための血管のような生物学的に誘導される生体部分の提供に対して大きな需要が存在する(Vacanti and Langer (1999), Lancet 35A, Suppl 1: 32-34)。慣例的には、心臓のバイパス手術では、ある長さの静脈を患者の脚から採取し、心臓の循環系に移植して閉塞部の周囲に代替循環路を提供する。この静脈導管法は、たとえば、患者が拡張蛇行静脈を有していたりまたは静脈を用いる心臓のバイパス手術を既に受けていたりした場合、利用できない。したがって、代替材料が望まれる。１つの選択肢は天然の動脈であるが、これもまた供給に限りがある。
【０００３】
人工移植片は、Dacron(登録商標)またはGore-Tex(登録商標)のような材料から作製されてきた。しかしながら、そのような移植片は、約4〜6mm未満の内部ボアを有する脈管に使用した場合、開存性を保持することができない。
【０００４】
管状の合成された生体適合性スカフォード上で細胞を増殖させることにより、組織工学的かつ生物学的に誘導される血管を提供しようとする試みがなされた(Nikalason et al (1999), Science 284, 489-493)。スカフォード材料は、典型的には、溶融およびそれに続く押出または成形のような従来法によりチューブの形に形成されるプラスチック材料、とくに、PGA(ポリグリコール酸)、PLA(ポリ乳酸)、およびPLGA(ポリ乳酸-co-グリコール酸)のような熱可塑性材料である。プラスチックは押出または成形の前に融解しなければならないので、熱的および/または機械的応力が原因で、形成される構造体中に生物学的活性分子または細胞を組込める可能性は制限される。
【０００５】
このほか、細胞により分泌される治療用分子を所望の組織に送達するために、アルギネートのような材料中に細胞を封入して哺乳動物中に移植することが知られている(Read, T.-A. et al., Nature Biotechnology 19, pages 29-34およびJoki, T. et al., Nature Biotechnology 19, pages 35-39を参照されたい)。この場合、細胞は、典型的にはビーズ中に封入される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、生体適合性材料または他の材料、とくに熱的および/または機械的応力に対して感受性を有する材料のチューブおよびシートを作製する新しい方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
したがって、本発明は、硬化した生体適合性材料の層をシートまたはチューブの形態で形成する方法であって、
該層を形成するためのガイド表面に接触した状態で一塊の硬化性液体を提供するステップと、
該一塊の硬化性液体の一部分が該ガイド表面上にその上のあらかじめ決められた厚さの層として露呈されるようにレギュレーター部材と該ガイド表面とをそれらの間に間隙を設けて相対移動させるステップと、
こうして形成された硬化性液体の層の硬化を引き起こして該ガイド表面上に硬化層を形成するステップと、
所望により、該ガイド表面から該硬化層を取出すステップと、
を含む上記方法を提供する。
【０００８】
「硬化した材料」とは、その壁厚を保持するのに十分な程度に硬質の材料を意味する。本発明に従って形成されるシートおよびチューブは、典型的には、変形可能すなわち可撓性または非硬質であろう。したがって、「硬化した材料」という用語は、多孔性材料、マトリックス、ヒドロゲルのように高い液体含有率を有する固体材料、および容易に変形可能な可撓性材料を含めて使用される。しかしながら、より多くの硬質の構造体の形成も対象となる。
【０００９】
硬化性液体は、任意の適切な手段により、たとえば、冷却もしくは乾燥のような物理的手段によりまたは化学的手段により、硬化させて硬化層を形成しうる成分を含有する。一実施形態では、硬化性材料の層は、その硬化たとえば化学的硬化を引き起こす流体との接触により硬化される。硬化を引き起こす流体としては、硬化性液体用の硬化剤を含有するガス、乾燥により硬化性液体の硬化を誘発するガス、硬化性液体用の反応性硬化剤たとえば架橋剤を含む液体、または溶媒抽出により硬化性液体の硬化を誘発する液体を用いることが可能である。
【００１０】
当業者には当然のことながら、硬化プロセスを支援するのに好適な触媒を組込むことも可能である。
【００１１】
したがって、硬化した材料の層をシートまたはチューブの形態で形成する方法であって、
該層を形成するためのガイド表面に接触した状態で一塊の硬化性液体を提供するステップと、
該一塊の硬化性液体の一部分が該ガイド表面上にその上のあらかじめ決められた厚さの層として露呈されるようにレギュレーター部材と該ガイド表面とをそれらの間に間隙を設けて相対移動させるステップと、
こうして形成された硬化性液体の層をその硬化を引き起こす流体に接触させて該ガイド表面上に硬化層を形成するステップと、
所望により、該ガイド表面から該硬化層を取出すステップと、
を含む上記方法が提供される。
【００１２】
他の選択肢として、硬化性液体内の分子間で結合(たとえば、共有結合、イオン結合、ファン・デル・ワースル結合、および水素結合が挙げられるが、これらに限定されるものではない)を形成するために、または硬化性液体から溶媒を除去するために、たとえば赤外線、紫外線、または可視光などを照射することにより硬化性液体を硬化させることも可能である。
【００１３】
他の選択肢として、物理的方法により、たとえば、熱を加えたり、または溶媒を除去すべく減圧して周辺の大気の圧力を低下させたりすることにより、硬化性液体を硬化させることも可能である。
【００１４】
したがって、硬化性流体と硬化手段との好適な組合せは、形成される構造体の用途に応じて、また構造体内に組込まれる他の成分により課される制約を考慮して、選択することができる。
【００１５】
硬化を引き起こす流体との接触により硬化性液体の層を硬化させる場合、好ましくは、ガイド表面とレギュレーターとの間の相対移動と同時に硬化性液体の層を第2の流体に接触させる。すなわち、レギュレーター部材とガイド表面との相対移動により層を形成しつつ、硬化を引き起こす流体を硬化性液体の層に順送的かつ即時的に接触させる。
【００１６】
硬化を引き起こす流体は、好適なリザーバーに入れて提供することが可能である。好ましくは、第2の流体と第1の流体の層との接触は、第2の流体の流れをレギュレーターとガイド表面との相対移動に連動させることにより達成される。
【００１７】
ガイド表面は、硬化したフラットシートを形成するために平面であってもよい。好ましい実施形態では、ガイド表面は、任意の好適な断面をもつガイドチューブの内表面であってもよい。好ましい実施形態では、ガイド表面は中空円筒の内表面である。少なくともガイド表面が管状である場合、ガイド表面とレギュレーター部材との相対移動方向は、好ましくは垂直である。
【００１８】
硬化性液体の層は、硬化層が所望の形状をもつように、十分な硬化を達成するのに必要な時間にわたりガイド表面上でその形状を実質的に保持しなければならない。形状が保持される度合は、典型的には、層の厚さ、硬化性液体とガイド表面との相互作用、硬化性液体および硬化を引き起こす流体の反応性成分、ならびに/または硬化性液体の粘度のような因子により影響を受ける。
【００１９】
ガイド表面がガイドチューブの内表面である場合、典型的には、硬化したチューブが形成される。ガイドチューブは、任意の所望の断面をもちうる。適切であれば、そのように形成されたチューブの長手方向にスリットを入れ、展開してフラットシートを形成することも可能である。
【００２０】
ガイド表面が平面である場合、レギュレーターは、ガイド表面に対して移動可能な隔壁またはブレードであってもよい。得られるシートの厚さは、レギュレーターとガイド表面との離間距離を適切に設定することにより制御することができる。
【００２１】
ガイド表面がガイドチューブの内表面である場合、レギュレーターは、たとえば、チューブ内に配置されるフロートまたはピストンであってもよい。形成される硬化したシートまたはチューブの壁厚および輪郭は、レギュレーターの寸法およびガイドチューブの内部断面を選択することにより制御することが可能である。
【００２２】
一実施形態では、レギュレーター部材の移動は、硬化を引き起こす流体の流れにより引き起こされる。たとえば、硬化を引き起こす流体をピストン動作で流動させることにより、レギュレーター部材を駆動させることが可能である。一実施形態では、レギュレーター部材は、硬化を引き起こす流体および硬化性液体に対して不混和性の流体から形成することが可能である。たとえば、硬化を引き起こす流体および硬化性液体が水性である場合、レギュレーター部材は、油または任意の他の好適な不混和性液体の液滴であってもよい。他の選択肢として、レギュレーター部材は、ガス状であってもよく、たとえば、気泡であってもよい。不混和性液体またはガスから形成されるレギュレーター部材は、硬化を引き起こす流体よりも先にガイドチューブ中に導入することが可能である。
【００２３】
本発明のとくに効果的な実施形態では、相対移動時の移動方向におけるガイド表面に対するレギュレーター部材の位置は、硬化性液体および/または硬化を誘発し好ましくは移動時にレギュレーターを挟んで硬化性液体とは反対側に位置する流体とくに液体により決定される。したがって、移動方向におけるレギュレーター部材の位置は、それに接触する１種または複数種の液体によってのみ決定しうる。相対移動が垂直でありかつガイド表面がチューブであるいくつかの実施形態では、レギュレーター部材がチューブ内で自動的に中心位置をとることができるので、横方向の束縛は必要ではない。この場合、レギュレーター部材に対する機械的結合または強固な結合は存在せず、レギュレーター部材は、チューブを横切っておよびチューブに沿って自由に移動可能である。
【００２４】
レギュレーター部材に接触する一塊の液体または複数塊の液体のうちの1つに圧力(正圧または負圧)を加えることにより、レギュレーター部材の2つの側面間に圧力差を生じさせて移動方向にレギュレーター部材を移動させ、とくに、一塊の硬化性液体が位置する側に移動させ、これにより、ガイド表面上に硬化用液体の薄層を残すことが可能である。
【００２５】
好ましくは、得られる硬化した材料は、生体適合性材料である。生体適合性材料とは、生きている細胞または組織に有害でも有毒でもない任意の材料であると考えられる。材料は、不活性なものであってもよいし、または生きている細胞または組織により分解しうるものであってもよく、たとえば、生きている細胞または組織により産生される酵素により分解しうるものであってもよい。材料は、哺乳動物体に直接移植するのに好適なものであってもよい。たとえば、切断された神経束の接合に使用するために、コラーゲンのチューブが提案されている。他の選択肢として、生体適合性材料は、材料上または材料内のいずれかで細胞を増殖させるためのスカフォードとして使用するのに好適なものであってもよい。好適な材料としては、アルギネート、コラーゲンなどのような生物学的に誘導される物質、および熱軟化性材料や熱可塑性材料などのような合成材料が挙げられる。好ましくは、これらは不活性なものであるか、または有毒な分解生成物を生じないものである。
【００２６】
好適には、硬化した材料は、生物活性物質、たとえば、医薬、ホルモン、増殖因子、サイトカイン、抗体、DNAのような核酸、ミトコンドリアのような単離された細胞オルガネラ、死滅細胞など、の制御放出を可能にするマトリックス構造を有する。
【００２７】
追加的または代替的に、硬化した材料のマトリックス中に生きている細胞を封入することも可能である。これらの細胞は、真核細胞であっても原核細胞であってもよい。この場合、マトリックスは、細胞と硬化した材料を取り囲む培地との間での、タンパク質、栄養素、酸素、分泌された分子、および廃棄物の交換を支援しうる。
【００２８】
したがって、硬化した材料は、組織工学的スカフォードまたは基材として作用し、細胞の増殖を支援することが可能である。生きている細胞を含有する構造体は、たとえば、移植または他の用途に供する前にin vitroで培養するかまたは患者に直接移植することが可能である。in vitroで培養する場合、細胞が必須の物質(たとえば、細胞および細胞外マトリックス)または塊を形成し、スカフォードによる物理的支持がもはや必要とされなくなったら、スカフォードは分解されてもよい。分解は自己分解により行ってもよいし、または外部から添加するかもしくは構造体内の細胞により産生しうる酵素のような分解剤により引き起こしてもよい。たとえば、アルギネートマトリックスは、ナトリウムイオンに暴露することによりまたはリアーゼにより、分解することができる。硬化性材料は、使用目的に応じて、たとえば、移植前にスカフォードを分解するか否かに応じて、適宜選択可能である。
【００２９】
硬化性液体と硬化剤との好適な組合せは、当技術分野で周知である。たとえば、アルギン酸ナトリウムなどのアルギネートは、カルシウムイオンにより架橋させて好適な生体適合性材料にすることができる。したがって、硬化性液体にアルギン酸ナトリウムを含有させて、硬化剤として塩化カルシウムのようなカルシウム塩を含有する溶液との接触により硬化させることが可能である。シアノアクリレートポリマーは、UV光を照射することにより硬化させることができる。成分の他の可能な組合せは、当業者に周知である。例としては、
水酸化ナトリウム溶液に暴露すると架橋してヒドロゲルを形成する酸可溶性コラーゲン(液体);
塩酸/塩化カルシウムの溶液に暴露すると固体を形成するウレア中に溶解されたフィブロネクチン/フィブリノーゲン(混合物);
クロロホルムを蒸発させると固体のPLA構造体を形成するPLA(ポリ(L-乳酸))/クロロホルム溶液、
が挙げられる。
【００３０】
ガイド表面自体が、最終構造体の一部分を形成することも可能である。たとえば、ガイド表面をPGAで作製することにより、多層構造体を得ることが可能である。この場合、その外層は、ガイド表面PGAより形成され、その内層は、硬化性液体により形成される。
【００３１】
硬化性液体は、1種以上の生物活性剤(生体活性物質)を含有していてもよい。これらの活性剤は、治療効果もしくは予防効果を有する医薬用化合物、酵素、増殖因子、ホルモン、サイトカイン、抗体、核酸、死滅細胞、単離された細胞オルガネラなどのような活性分子であってもよい。追加的または代替的に、生物活性剤は生細胞であってもよい。生物活性剤を一様に分布させて生体適合性材料の硬化したシート中に含有させることが必要な場合、活性剤を第1の流体中に均一に混合し、その結果として、得られる硬化したシートの構造体全体にわたり均一に分布させることが可能である。したがって、本発明は、第1の流体が生物活性剤を含むことを特徴とする方法を提供する。
【００３２】
硬化性液体中のアルギネートまたは他の硬化性物質(hardening material)は、それに含まれる生体活性種との適合性を増大させるべく適切に修飾することが可能である。たとえば、細胞との適合性については、Rowley JA, Madlambayan G. Mooney DJ. Alginate hydrogels as synthetic extracellular matrix materials(合成細胞外マトリックス材料としてのアルギネートヒドロゲル). Biomaterials. 20(1):45-53, 1999 Janに論じられているように、ペプチドをアルギネートに共有結合させることが可能である。
【００３３】
活性成分を含む複数の実質的に区別される層を有するシートを提供するために、硬化性液体は、異なる溶液からなる1層以上の個別層をさらに含んでいてもよい。それぞれの層は、1種以上の活性剤を含有しうる。
【００３４】
さらなる実施形態では、硬化を引き起こす流体中に生物活性成分を導入することが可能である。これにより、シートを横切って活性成分の密度勾配を提供することが可能である。したがって、本発明は、第2の流体が生物活性剤を含むことを特徴とする方法を提供する。
【００３５】
本発明に従って形成されるシートおよびチューブは、多くの潜在的用途を有する。たとえば、平滑筋細胞などの細胞を一様に分布させて含有する硬化したチューブを形成することが可能である。そのようなチューブは、たとえば、生きている哺乳動物体に移植する場合、血管を構築するためのスカフォードとして使用することが可能である。このチューブの内表面上に内皮細胞を接種し、外表面上に繊維芽細胞を接種すれば、血管の三層構造を模擬することが可能である。
【００３６】
他の選択肢として、平滑筋細胞を含む内層と繊維芽細胞を含む外層とをマトリックス内に有する硬化したチューブを形成することが可能である。このようにすれば、平滑筋細胞だけを含有するチューブの外面上に繊維芽細胞を接種する必要はない。
【００３７】
本発明により提供されるシートは、多種多様な方法で使用することが可能である。たとえば、経皮送達用パッチのような治療用具に使用するための活性剤を含有する膜として使用することが可能である。他の選択肢として、組織工学的皮膚のような組織移植片を形成するために使用することも可能である。
【００３８】
生体適合性支持マトリックスを有するシートは、内部器官または疾患部位もしくは創傷部位に直接任意の適切な活性物質を送達するための内部移植片として使用することも可能である。たとえば、血管形成促進因子のような創傷治癒促進因子を含有するシートを腸のような組織の切開面に適用することにより、手術後の組織の結合一体化(たとえば、外科的吻合)を促進することが可能である。他の選択肢として、このようにして、血管形成促進因子を心臓に送達したりまたは抗血管形成因子を腫瘍に送達したりすることも可能である。
【００３９】
他の用途としては、バイオリアクター中への組込み、あるいはインプラント(たとえば、ホルモン性インプラントもしくは避妊用インプラント)中またはたとえば疾病時に身体機能を支援するための体外デバイス(たとえば、肝臓補助デバイス)中での使用が挙げられる。
【００４０】
生きている細胞を含有する本発明により形成されたチューブのさらなる可能性のある用途は、医薬のような生物活性化合物を試験するための試験環境としての用途である。たとえば、チューブにより血管を模擬することが可能である。したがって、本発明の一実施形態は、生きている細胞を含有する本発明により形成されたチューブのアレイおよび化合物の生物活性試験における該アレイの使用である。そのようなアレイは、いわゆるウェルプレート中に提供することが可能であり、本発明の方法に従って壁中にin situでチューブを同時製造または逐次製造することにより作製することが可能である。
【００４１】
好ましい実施形態では、硬化層の形成後、最初にガイド表面から硬化層を取出すことはせずに、培養培地を硬化層に供給できるようにすれば、ガイド表面自体をバイオリアクターとして役立てることが可能である。バイオリアクターは、典型的には、培養培地の流れが供給される細胞の培養物を含有するチャンバーを含む。培地の流れは、たとえば、連続的であっても断続的であってもよい。好ましくは、ガイド表面をバイオリアクターとして使用する場合、硬化層の無菌状態が保持されるように硬化層を封じ込める。したがって、本発明の方法は、ガイド表面上の硬化層にin situで細胞培養培地を提供するさらなるステップを含みうる。好ましい実施形態では、細胞培養培地の流れは、硬化層の1つ以上の表面を横切って提供される。
【００４２】
さらなる態様において、本発明はさらに、内部ガイド表面上にシートまたはチューブの形態でin situで形成された硬化した生体適合性材料の層を含有するバイオリアクターを提供する。硬化層の無菌状態が保持されるように硬化層を囲むべく、バイオリアクターの内部ガイド表面は、典型的には、任意の好適な断面形状のチューブの内表面となる。硬化層は、ガイド表面の全周にわたって延在する必要はない。
【００４３】
バイオリアクターは、硬化したシートまたはチューブに培養培地を供給するための1つ以上の流体入口または流体出口を含んでいてもよい。好ましい実施形態では、バイオリアクターは、硬化層の全長に沿って培養培地の流れを保持することができる。
【００４４】
バイオリアクター内の硬化層は、典型的には、化学反応により硬化されるであろう。硬化層は、マトリックス内またはその表面上に生体活性剤を含有しうる。したがって、培養を必要とする生体活性剤をマトリックス内に分布させて硬化層を形成することが可能である。追加的または代替的に、生体活性剤を培養時に硬化層中または硬化層上に散布することも可能である。
【００４５】
本発明はさらに、硬化性液体と硬化用流体との接触により材料の硬化層をシートまたはチューブの形態で形成する装置であって、第1の末端に第1の流体入口を有するとともに密封面を規定するガイドチューブと、レギュレーター要素と該ガイドチューブの内表面との間に間隙を設けて該ガイドチューブ内に位置決め可能かつ該ガイドチューブに沿って移動可能なレギュレーター要素とを備え、該レギュレーター要素が、装填位置において該密封面で該第１の流体入口に対して密封を行うように適合化されており、使用時、流体が該第１の流体入口に通して流動することにより、該装填位置から該ガイドチューブに沿って該レギュレーター要素が移動する上記装置を提供する。
【００４６】
この装置では、一塊の硬化性液体は、レギュレーター要素の上側に、場合によりレギュレーター要素の周囲に塊を形成するように、ガイドチューブ中に導入される。硬化を引き起こす流体は、硬化性液体の表面よりも下に位置する第1の流体入口を介してガイドチューブ中に導入される。
【００４７】
装填位置では、レギュレーター要素は、第1の流体入口の密封面に対して密封を行う。このことは、レギュレーター要素が、ガイドチューブ内の硬化性液体と第1の流体入口内の硬化を引き起こす流体との接触を防止することを意味する。これは、密封面とレギュレーター要素との間のある特定の相互作用を示唆するものでない。たとえば、レギュレーター要素を第1の流体入口の口元内または口元周囲に設置させることが可能である。他の選択肢として、第1の流体入口から硬化性流体を排除するようにエアを作用させるべく、エアギャップをレギュレーター要素と密封面との間に保持することが可能である。レギュレーター要素は、第1の流体入口と協同して、装填位置における硬化性液体と硬化を引き起こす流体との接触を防止する。
【００４８】
材料の硬化層が形成された後、第1の流体入口を介して未反応の試薬をガイドチューブから除去することが可能である。しかしながら、好ましい実施形態では、ガイドチューブは、未反応の試薬を流出させるために、第1の流体入口から離れた1つ以上の流体出口を有する。
【００４９】
1つ以上の流体出口を介して硬化性液体をガイドチューブに導入することが可能である。他の選択肢として、装置は、ガイドチューブに硬化性液体を導入するためにガイドチューブの第1の末端に第2の流体入口を具備しうる。第1の流体入口を、第2の流体入口内に、たとえば第2の流体入口と同軸にして、配置することが可能である。
【００５０】
装置は、ガイドチューブの第1の末端にさらなる流体入口をさらに具備しうる。
【００５１】
硬化したチューブがガイドチューブ内に形成された後、レギュレーター要素をガイドチューブから除去できるようにするかまたはガイドチューブに沿ったさらなる液体の流れを阻害しない位置に保持できるようにすることが望ましいこともある。したがって、好ましい実施形態では、装置は、第1の流体入口から離れた位置にレギュレーター要素を保持するための手段を具備する。
【００５２】
細胞増殖用の組織工学的スカフォードまたは担体として使用するための生体適合性材料のチューブは、試薬および培養培地の供給と連動させることが必然的に困難である。チューブおよびその内部に含まれるかまたはその表面上に分布するいずれかの成分は、取扱いに対する抵抗力が弱く影響を受けやすい可能性がある。したがって、取扱いにより、チューブ自体または培養される細胞が損傷を受ける可能性がある。さらに、チューブを無菌状態に保持しなければならない場合、取扱いにより汚染の危険性が増大する。本発明の方法および装置は、流体を生体適合性チューブに流入させるかまたは生体適合性チューブから流出させるように適合化されたアクセスチューブと一体化させて生体適合性チューブを形成するための手段を提供する。これにより、硬化したチューブの不必要な取扱いによる損傷の可能性は著しく減少する。
【００５３】
したがって、さらなる態様において、本発明は、硬化した生体適合性材料の第1のチューブと、流体を該第1のチューブに流入させるかまたは該第1のチューブから流出させるための異なる材料の第2のチューブとを備え、該第1のチューブが、該第2のチューブに接触した状態でin situで形成されるチューブアセンブリーを提供する。第1のチューブは、既に述べたように、化学的に硬化させることが可能である。好ましい実施形態では、第1のチューブは、第2のチューブの周囲に成形される。第1のチューブは、その壁よりも厚い末端部分を有しうる。第1のチューブは、チューブであってもマンドレルであってもよい支持部材のガイド表面上に形成することが可能である。したがって、第1のチューブは、本発明の方法によりまたは押出法のような他の方法により形成することが可能である。好ましい実施形態では、第1のチューブは、生体活性剤を生体適合性材料内に分布させて含有する。生体活性剤は、先に記載したタイプのいずれであってもよい。
【００５４】
本発明はさらに、流体を第1のチューブに流入させるかまたは第1のチューブから流出させるための異なる材料の第2のチューブを有する生体適合性材料を提供する。この方法は、硬化性生体適合性材料からチューブを形成するステップと、該硬化性材料を異なる材料の第2のチューブに接触させるステップと、該硬化性材料の硬化を引き起こすステップと、を含み、これらのステップは、該第2のチューブが、流体を該第１のチューブに流入させるかまたは該第1のチューブから流出させるための経路を提供するように、行われる。
【００５５】
生体適合性材料は、任意の適切な手段により、たとえば、冷却もしくは乾燥のような物理的手段によりまたは化学的手段により硬化させることが可能である。多くの場合、生体適合性材料は、化学的手段により、たとえば、その硬化を引き起こす流体との接触により、硬化される。
【００５６】
好ましい実施形態では、第1のチューブは、第2のチューブの一部分の周囲で硬化される。一実施形態では、硬化を引き起こす流体は、第2のチューブを介して硬化性生体適合性材料に送達される。この場合、第2のチューブを形成するために使用される装置は、典型的には、生体適合性材料中に含まれる生体活性剤を培養するためのバイオリアクターを形成するようにうまく適合化される。
【００５７】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の特定の実施形態について説明する。
【００５８】
好ましい実施形態の説明
本発明に係る薄肉チューブを形成するための装置を図1に示す。上部シリンダー1および下部シリンダー3は、バネクリップ5により直立支持体(図示せず)に取付けられる。上部シリンダー1内に配置された第1のピストン7は、上部シリンダー1の内側壁101と密封接触を形成し、下部シリンダー3中に密封状態で配置された第2のピストン9に共通ピストンロッド8により接続される。下部シリンダー3の下端は、チューブ11中に開口し、チューブ11は、上部シリンダー1の開放上端に向かって下向きの出口ノズル13まで延在する。
【００５９】
上部シリンダー1は、ピストン7の上方にアルギン酸ナトリウムの溶液15(2% w/v、脱イオン水中)を含有する。下部シリンダー3は、ピストン9の下方に塩化カルシウムの溶液17(2% w/v、脱イオン水中)を含有する。チューブ11にも塩化カルシウム溶液が充填される。フロート19は、アルギネート溶液15の上端に浮動状態で配置される。これをより詳細に図2に示す。
【００６０】
フロート19は、上部シリンダー1の内部ボアよりも1mm小さい直径の円筒状ヘッド191を有する。一塊の溶液15の表面レベルは、円筒状ヘッド191の上端に近い。テール部分192は、ヘッド191から下方に延在し、安定化アーム193は、テール192の末端からおよびヘッド191の底部からシリンダー1の内壁101に向かって外向きに水平に延在する。動作開始前、安定化アーム193は、上部シリンダーのボア内の中心にフロート19のヘッド191を配置する。
【００６１】
動作時、ピストンロッド8は、機械的デバイス(図示せず)により下方に駆動され、その結果、それぞれのシリンダー中でピストン7および9は下方に移動する。ピストン7が下降するにつれて、フロート19の下方のバルクのアルギネート溶液15もまた降下し、その結果、シリンダー1内でフロート19は下方に移動する。加わる正確な力を明確に分析することはできないが、液体15の減圧はフロート19を引き下ろすように作用すると考えられる。フロートのヘッド191は上部シリンダー1の内部ボアよりも狭いので、アルギネート溶液15の一部分は、フロート19が下方に引っ張られたときに上部シリンダー1の内壁101に接触した状態で保持され、シリンダー1の内壁11上に厚さ0.5mmのアルギネートの層151を残す。これを図3および4に示す。フロートとシリンダー1の内部ボアとの相対寸法を単に変化させることにより、異なる壁厚を有するチューブを容易に形成することができる。アルギネートの濃度もまた、硬化したチューブの厚さに影響を及ぼす可能性がある。
【００６２】
アルギネート溶液15およびフロート19のレベルが上部シリンダー内で下降するにつれて、塩化カルシウム溶液が、ノズル13を介して上部シリンダー1の上端に送り込まれる。したがって、上部シリンダー1内のフロート19の上方の間隙は、塩化カルシウム溶液で即時的に充填され、アルギネートの層151と反応してそれを硬化させる。塩化カルシウム溶液はまた、層151を支持し、層151がシリンダー1の内壁101から剥落したりそれ自体で崩壊したりするのをある程度防止する。
【００６３】
ピストンロッド8を下方に駆動する動作により、アルギネート151の薄層をシリンダー1の内壁101上で露呈させ、それと同時に、シリンダー1の上端に送り込まれた塩化カルシウム溶液により硬化させる。アルギネート層は硬化させるとわずかに収縮するので、シリンダー壁101から分離した状態になる。したがって、好適な硬化時間後、典型的には約10分後、上部シリンダー1をその支持体から単に取外してその内容物を好適な受器に注ぐことにより、硬化したチューブを取り出すことができる。
【００６４】
アルギネート溶液および/または塩化カルシウム溶液に好適な成分を組込むことにより、そのように生成されるチューブは、任意の所望の生物活性物質をアルギネートマトリックス内に分布させて含有しうる。系の成分のいずれをも溶融させる必要はないので、生体分子および細胞を取扱うのに適した温度で全手順を実行することができる。したがって、酵素、増殖因子、サイトカイン、抗体などのような温度感受性生物学的作用剤を、得られた硬化したチューブ中に組込むことができる。加わる剪断力は非常に小さいので、アルギネート溶液中または硬化用塩化カルシウム溶液中に細胞を組み込むことも可能であり、このチューブ形成手順を用いれば細胞は生存可能/インタクトな状態で保持されるであろう。
【００６５】
そのように形成されるチューブの内部輪郭は、フロート19のヘッドの形状を変化させることにより変更しうる。たとえば、ヘッドの側面に形成された溝を有するフロートを使用することにより、チューブの内部に長手方向リブを形成することが可能である。このようなリブにより、チューブに機械的強度を付与しうる。代替的または追加的に、たとえば、形成されるチューブの表面積を増大させるために、所望の形状を形成するようにシリンダー1の壁形状を変化させることが可能である。
【００６６】
任意の所与の活性剤の濃度をチューブの半径を横切って変化させることができる。たとえば、図1および2に示される一塊の液体15を、2つの区別可能な溶液を互いに積重ねて構成し、フロート19を上端に挿入することが可能である。チューブの形成時に大部分または一部分が混合されないのであれば、2層が不混和性である必要はない。これらの成分から形成される硬化したチューブは、典型的には、上部溶液から単独で誘導される上側部分と、下部溶液から単独で誘導される下側部分とを含み、これらはそれぞれの層が主に溶液のうちの1つから誘導される実質的に区別可能な内層および外層から構成される中央部分により分離される。
【００６７】
したがって、たとえば、シリンダー1内において繊維芽細胞を含有するアルギネート溶液上に平滑筋細胞を含有するアルギネート溶液を層状化させることにより、平滑筋細胞の内層と繊維芽細胞の外層とを備えた部分を有するアルギネートマトリックスのチューブを形成することが可能である。シリンダー1内において所望の種類の溶液を互いに積重ねて層状化させることにより、3層以上の区物可能な層を備えた部分を有するチューブを形成することができる。したがって、内皮細胞の内層と、平滑筋細胞の中間層と、繊維芽細胞の外層とを備えた部分を有するチューブを提供することも可能である。したがって、血管のような多層形態の生理学的構造体を模擬することができる。この方法により任意の活性剤を層中に組込みうることは明らかであろう。代替的または追加的に、活性剤を含有しない緩衝層により異なる作用剤の層を分離することも可能である。
【００６８】
他の選択肢として、第2の流体中に生体活性剤を組込むことも可能である。たとえば、第2の流体は、細胞を含有する等張カルシウム溶液、たとえば、塩化カルシウム溶液であってもよい。この場合、チューブの壁を横切って半径方向にこれらの細胞の密度勾配を有するチューブが形成され、密度は、内表面で最高で、外表面に向かって低下する。勾配の変化率は、アルギネート溶液の粘度または塩化カルシウム溶液の濃度のような因子を変化させることにより制御することが可能である。
【００６９】
フロートとシリンダーとの相対移動だけが装置の動作に必要であることは明らかであろう。したがって、本発明の範囲内の装置で他の構成をとるとも可能である。たとえば、シリンダー本体を上方に駆動しながら、ピストンを固定した状態に保持することも可能である。これはまた、フロート19を通過してアルギネートの層を上方に引上げる作用を生じるであろう。
【００７０】
移動可能な部分は、ピストン、シリンダー、またはそれらの両方のいずれについても、図1に示されるような共通ロッドにより連動させる必要はないが、任意の好適な機械的結合により連動させることが可能である。他の選択肢として、それらを個別の制御機構に接続し、それらの移動を好適なデータプロセッサーなどにより同期させることも可能である。
【００７１】
装置をより小型化するために、垂直シリンダー1および3は、図1のように互いに積重ねるのではなく、互いに並べて配置することも可能である。したがって、さらなる例では、シリンダー3の向きを図1に示される配置と逆にして、2つのシリンダー1および3を互いに隣接させて配置する。すなわち、ピストン9を塩化カルシウム溶液17よりも下に配置し、チューブ11をシリンダー3の上端からシリンダー1の上端まで延在させる。動作時、シリンダー1およびピストン9を固定状態に保持し、一方、シリンダー3およびピストン7を下方に駆動する。したがって、装置は、図1中で示されたのと同一の作用を達成するが、著しく小型である。
【００７２】
このタイプの配置は、組織培養キャビネットのような密閉空間で動作させるために、必要になることもある。形成される構造体中に生体材料を組込む場合または構造体を患者に移植しようとする時、本発明の方法は必然的に無菌条件下で行われる。無菌が要求される場合、たとえば、チューブ11を収容するための孔を有するキャップでシリンダー1の上端を閉鎖することにより、使用する装置を適合化できることは明らかである。
【００７３】
このほかの実施形態では、ピストン7は、上部シリンダー1の内壁と密封接触を形成しない。この場合、アルギネート溶液15は、ピストン7の下方で上部シリンダー1中に導入される。オーバーフローリザーバーは、シリンダー1の下端から提供される。シリンダー1内でピストン7を下方に移動すると、オーバーフローリザーバーにアルギネート溶液15が押し込まれる。ピストン7の側面とシリンダー1の内表面101との間に間隙があるので、アルギネートの層151は、先に記載した実施形態のときと同じようにシリンダー1の壁上に保持される。アルギネートがシリンダー1とオーバーフローリザーバーとの間を移動するので、バルクのアルギネート溶液内の圧力はあまり増大しない。このため、硬化させるアルギネートの層151は、加圧下でピストン7を通過して溢れ出ることはないが、バルクの液体がシリンダーとリザーバーとの間を移動する際、単純にシリンダー1の壁151上に残される。
【００７４】
したがって、この系では、フロート19は必要でなく、その役割はピストン7が担う。先の実施形態のときと同じように、2つのピストン7および9は、共通ピストンロッド8により連動されているので、先の場合と同じように、アルギネート溶液がピストンを通過すると同時に、塩化カルシウム溶液が上部シリンダーに送り込まれる。
【００７５】
他の例では、塩化カルシウム溶液を上部シリンダー1に送り込むために下部ピストン9、下部シリンダー3、およびチューブ11を提供する代わりに、圧力作動バルブ機構を介して塩化カルシウム溶液のリザーバーをシリンダー1の上端に直接接続する。シリンダー1内でピストン7が下方に移動させると、一塊のアルギネート溶液15の上方のシリンダー1内の圧力が低下し、バルブが開放され、塩化カルシウム溶液がシリンダー1に引き込まれる。
【００７６】
本発明の代替実施形態を図8、9、および10に示す。図8は、本発明に係る硬化したチューブを形成するために装置の入口ポートアセンブリーを示している。内部ボア4mmのガイドシリンダー1は、それぞれ同軸の内部および外部入口導管3および5を具備する。内部導管3は、塩化カルシウム溶液(2% w/v、脱イオン水中)が充填されたシリンジ(図示せず)からシリンダー1のボア中まで延在する。
【００７７】
アルギン酸ナトリウムの硬化したチューブを形成するために、シリンジから塩化カルシウム溶液を導管に充填することにより、最初に内部導管3から空気を除去する。次に、チューブ形成時にレギュレーター部材として作用するスライダー要素7を、図8に示される装填位置で内部入口導管3の口元31上にかぶせる。
【００７８】
ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)から形成されるスライダー要素7は、直径3mmの円筒状ヘッド部分701を有する。テール部分702は、ヘッド部分701から上方に延在し、そして安定化アーム703は、シリンダー1のボア内の中心にヘッド部分を配置するように、シリンダー1の内壁101に向かって水平に延在する。しかしながら、スライダー要素は、任意の好適な形状をとることが可能であり、当業者であれば、多くの可能な代替形態は自明であろう。一実施形態では、図11に示されるように、シリンダー1の側壁に対して位置決めするための手段を用いない弾丸形スライダー要素が使用される。内部入口導管3の口元31は、相補的な円筒状ブラインドボア704により収容され、ヘッド701の下部表面中まで延在する。スライダーがチップ31上に配置されたときに形成される気泡もすべて、ブラインドボア704内に収容される。
【００７９】
次に、アルギン酸ナトリウム溶液(2% w/v、脱イオン水中)を外部入口導管5に通してシリンダー1内に供給する。アルギネート溶液は、シリンダー1の内壁101とスライダー要素7のヘッド701との間を通ってスライダー要素7の上方で一塊の液体を形成する。アルギネート溶液と塩化カルシウム溶液との接触を防止するために、スライダー要素7を内部導管3上のシールとして機能させる。
【００８０】
次に、塩化カルシウム溶液をシリンジからシリンダー1内に注入する。塩化カルシウム溶液が注入されると、スライダー要素7の下方の液体の圧力が上昇し、ピストン動作によりスライダー要素7が一塊のアルギネート溶液中まで上向きに駆動され、シリンダー1内のアルギネート溶液を押上げる。
【００８１】
スライダー7が上昇するときに、スライダー7のヘッド701とシリンダー1の内壁101との間に形成されたアルギネートの薄層は、内壁101に接触した状態で保持される。アルギネートのこの連続管状層は、スライダー7の下の塩化カルシウム溶液に即時的に露呈され、カルシウムイオンとの反応により硬化される。こうしてスライダー7が塩化カルシウム溶液の注入によりシリンダー101内で押上げられると、アルギネートの逐次伸長的チューブが、シリンダー1の内壁101上に形成される。
【００８２】
典型的には、硬化層の形成後、シリンダーからスライダー要素および未反応試薬を除去することが望ましい。シリンダー1の上部末端を開放状態にして、スライダー要素および未反応試薬を傾注、ピペット採取などにより除去することも可能である。多くの場合、チューブ形成後に試薬を互いに接触した状態で保持してチューブを硬化させることが望ましい。本明細書に記載されているように形成されるアルギネートチューブの場合、典型的には、これを行うのに室温で10〜15分かかる。したがって、チューブ形成後にスライダー要素がシリンダーの下方に落下することがないようにすることが望ましいこともある。硬化時に落下すると、アルギネート層が損傷を受ける可能性がある。したがって、流体入口から離れた位置でスライダーを保持するための手段を提供することができる。
【００８３】
たとえば、一実施形態では、シリンダー1の上部末端はテーパー状ネックを有する。塩化カルシウム溶液の流れにより上方に駆動されたときにスライダー要素がシリンダーネックに残留するように、相補的なテーパーをもたせてスライダー要素の本体を形成する。スライダーの本体をシリンダーのネックから突出する形状とし、突出部分を破壊除去できるように切込線を設けることにより、シリンダーのネックに残留する貫通ボアを有する本体の一部分を残すようにすることも可能である。これにより、シリンダーのネックが開放状態になるので、流体をシリンダーに流入させたりシリンダーから流出させたりするための導管が提供される。
【００８４】
このほかの実施形態では、スライダー要素7を省略して代わりに気泡を用いることも可能である。これは、内部入口導管3に接続された塩化カルシウム溶液のシリンジ(図示せず)中である量の空気を残存させることにより達成される。塩化カルシウム溶液をガイドシリンダーに注入したとき、空気は、スライダー要素7と同等に機能する気泡として先行して移動または強制移動するであろう。この実施形態は、非常に細いチューブ、たとえば、1mm未満の外径を有するチューブを形成するのにとくに有用である。しかしながら、レギュレーター部材としての気泡の使用は、そのような小さいチューブに限定されるものではない。さらなる利点は、気泡がガイド通路中のくびれや旋回などに応じて変形することができるので、ガイドシリンダー1が平行な直線状側面をもつ必要がないということである。したがって、多種多様な形状のチューブ、たとえば、螺旋状チューブ、角度のあるチューブ、または断面が変化するチューブ、を形成することが可能である。
【００８５】
動作時に系の他の成分のいずれとも混合しないかぎり、同じようにしてスライダー要素の代わりに他の流体を使用することができることは明らかであろう。たとえば、塩化カルシウム溶液およびアルギネート溶液の両方と不混和性でありかつ塩化カルシウム溶液よりも密度が小さい油の液滴を使用することも可能である。流体に課せられる特定の物理的用件は、使用する装置の構成に依存して異なる。
【００８６】
図10は、シリンダー1の上部ポートアセンブリー2を示している。このアセンブリー2は、シリンダー1と同一内径の中央導管4を備え、この中央導管4は、中央導管4の口元により規定される環状開口を有する同軸外部導管6に取り囲まれている。分岐導管8もまた、中央導管4への供給を行う。アルギネートチューブの形成時、中央チャネル4が開放され、一方、出口導管6、8が密封される。スライダー要素7は、塩化カルシウム溶液の流れにより導管4中に駆動される。スライダーおよび導管4の特定の形状に依存して、スライダー7は、分岐導管8のレベルの上で中央導管4中に保持されるかまたはポートアセンブリー2から完全に外に出た状態をとりうる。未反応試薬は、導管4、6、および8のうちの任意の1つを介してシリンダーから取出すことが可能である。
【００８７】
硬化されるチューブ中に生存細胞のような生体活性成分を組込む場合、通常、シリンダー1中に導入する前に硬化性液体と混合される。確実に最適混合を行うべく、シリンダーへの導入と同時に、たとえば外部入口導管5に接続されたインラインスタティックフローミキサーにより、細胞などを硬化性液体と混合することが可能である。これにより、チューブ形成の直前まで、生体活性成分を硬化性液体から分離させておくことが可能になる。
【００８８】
硬化層構造体中に組み込まれる細胞が、たとえば、所望の細胞密度を達成するために、使用前にさらに培養を行う必要がある場合、構造体の無菌状態を保持しなければならない。本明細書に記載の装置の特有な利点は、硬化したチューブまたはシート構造体を形成した後、ガイドシリンダー自体が、培養培地中で形成された構造体のインキュベーションを行うためのバイオリアクターを形成しうることである。培養培地は、インキュベーションの前に装置に単に添加してもよいし、他の選択肢として、培養培地の連続的流れをシリンダーに沿って提供してもよい。ガイドシリンダーから取出すことなく生成した構造体を培養できることは、無菌状態を保持し、不必要な取扱いによる構造体の損傷の可能性が減少するという点で、かなり有益である。
【００８９】
培地の連続的流れは、培養培地の流れをシリンダーを通して供給するための手段、たとえば、蠕動ポンプに、入口導管および出口導管を連結させることにより達成することができる。これは多くの方法で達成することができる。たとえば、図8に示される装置の外部導管5を、アルギネートチューブの形成後、そのようなポンプ系に手作業で連結するとともに、シリンダーから培地を流出させるために、シリンダー1の他方の末端で適切な連結を行うことが可能である。この連結手順は、典型的には無菌状態下で行われる。次に、温度、湿度、CO2濃度などを制御して適切な条件下でシリンダーをインキュベートすることができる。シリンダーの内部とインキュベーターの内部との平衡化を可能にすべく、ガス透過性および/または液体不透過性材料からシリンダー自体を形成することも可能である。
【００９０】
他の選択肢として、チューブ形成性試薬(たとえば、アルギネート)や培養培地のような2種以上の流体を逐次的に切り替えて入口導管に送入できるように、バルブ機構を提供することが可能である。三方バルブを用いれば、培養培地の添加前に緩衝剤(たとえば、リン酸塩緩衝食塩水)を用いてシリンダーから未反応試薬を洗浄除去することが可能である。ガイドシリンダーの反対側の末端に好適なアセンブリーを提供することも可能である。
【００９１】
生きている細胞を含有する硬化したチューブを培養するための本発明のデバイスおよびその使用について以下でより詳細に説明する。
【００９２】
追加的または代替的に、入口および出口ポートアセンブリーは、培養培地を供給するための専用ポートを具備することも可能である。そのような入口アセンブリーの例を図9に示す。このアセンブリーの特定のコンポーネントは、図8に示されるものに対応するので、適切な場合には、これらに対しても同一の番号付けを行う。
【００９３】
ポートアセンブリー20は、3つの同軸入口導管を有する。内部導管および中間入口導管、22および24は、試薬の供給用の図8のアセンブリーの内部および外部入口導管3および5にそれぞれ対応する。したがって、アルギネートチューブ28は上述したように形成される。中間導管24のショルダー出口は、装填時にスライダー要素7(図示せず)の周囲に硬化性液体を誘導するように面取りされている。典型的には、装填前に外部導管26を液体で満たすことにより、装填時にアルギネートが外部導管26中に入り込まないようにする。
【００９４】
図9からわかるように、アルギネートのチューブ28の底部末端は、硬化しがなら内部入口導管22の周囲に配置される。塩化カルシウム溶液がスライダー要素7の下方でシリンダー1を満たすので、中間入口導管24の口元に残存するアルギネートの一部分が硬化される。
【００９５】
外部導管26の開口は、中間導管24のショルダー242およびシリンダー1の内壁101により規定された狭い環形である。したがって、この導管からの培養培地の流れにより、硬化したチューブ28はシリンダーの内壁101から容易に分離され、硬化したチューブ28の外表面に沿った流路が形成される。アルギネートチューブ28はシリンダー内において液体の圧力により内壁101上で支持されるが、硬化すると、アルギネートチューブ28は壁101に付着せず、さらには収縮してシリンダー壁101から分離する可能性がある。これにより、チューブ28とシリンダー壁101との間の培地の移動が促進される。したがって、硬化したアルギネートチューブ28がシリンダー1内で形成された後、内部導管22を介してそのボアに沿って、および外部導管26を介してチューブの壁とシリンダー1の内壁101との間に、培養培地を供給することが可能である。
【００９６】
下部および上部ポートアセンブリーの両方が各培地流れに対する個別のポートを有する必要はない。バイオリアクターから流出する前に2つの流れを合流させて一つのポートに通すことができる。しかしながら、2つの流れを個別に保持することが必要な場合には、両方のポートアセンブリーに各流れの専用ポートが必要である。したがって、図9に示される入口ポートアセンブリーを図10の上部ポートアセンブリーに接続して使用することが可能である。この場合、中央チャネル8または中間導管6は、シリンダー1の中央ボアを通る流れを収容することが可能であり、一方、外部導管4は、シリンダー1の壁101と硬化したチューブの壁との間の流れを収容する。そのような構築物はまた、硬化したチューブの外側の培地を、チューブ中を貫流する培地と反対方向に流動させることにより、培地の双方向流れを提供することもできる。
【００９７】
チューブの両方の表面に独立して培地を供給できることには、種々の利点がある。たとえば、培養培地をチューブのボアだけを介して供給すれば、チューブの壁を横切って栄養素などの勾配が形成される。内表面および外表面の両方に沿って培地を送ることにより、この問題を低減することができる。
【００９８】
さらに、チューブの内表面および外表面に異なる培地を供給することも可能である。チューブが、以上に記載したように形成された個別層、たとえば、異なる細胞種の個別層を含む場合、このことが必要になる可能性がある。他の選択肢として、多層チューブの構築に役立てることも可能である。
【００９９】
たとえば、1つの細胞種をマトリックス中に分布された状態で有する硬化したチューブを形成することにより、層状チューブを構築することが可能である。次に、第2の細胞種を含有する適切な培地を適切な表面上で流動させることにより、チューブの内表面上または外表面上に第2の細胞種を接種することが可能である。したがって、平滑筋細胞を含有するアルギネートチューブを最初に形成することにより、血管の構造を模擬することが可能である。次に、異なる細胞種を含有する適切な培地を適切な表面上に送ることにより、チューブの内部に内皮細胞を接種し、外部に繊維芽細胞を接種することができる。したがって、所望の三層構造を有するチューブを構築することができる。そのような構築物の増殖は、発生中の血管内の血液の流れを模擬すべく、たとえば培地のパルス流れにより、促進することが可能である。
【０１００】
さらなる代替的実施形態を図11〜14に示す。このアセンブリーの多くのコンポーネントが図8、9、および10に示されるものと機能的に対応するので、適切な場合には、同一の番号付けを使用する。
【０１０１】
これらの図には、硬化したチューブとガイドシリンダーの内壁との間の流れを提供する導管が、硬化したチューブの形成時にシリンダー自体により閉鎖され、次に、ガイドシリンダーと上部および下部ポートアセンブリーとの相対移動により開放することができる構成が示されている。
【０１０２】
図11には、ガイドシリンダー1を収容するための円筒状窪み203を有するブロック201を備えた下部ポートアセンブリーが示されている。ガイドシリンダー1の底部末端103は、窪み203のフロアー205に対して密封を行う。窪み203の側壁207中に凹設された密封Oリング209は、シリンダー1の外部側壁105との密封接触を提供する。所望により、シリンダー1の底部103に対して密封を行うべく、さらなるOリングをフロアー205に提供することができる。
【０１０３】
内部入口導管22は、円筒状窪み203中に上方に延在し、スライダー要素7に係合する。中間入口導管24は、内部入口導管22と同軸であり、円筒状窪み203のフロアー205中に開口する。外部入口導管26は、側壁207中の環状窪みにより形成される。したがって、図11に示される密閉配置では、外部入口導管26はシリンダー1により密封される。
【０１０４】
図11には、チューブを形成して硬化させるためのレギュレーター部材として作用する弾丸形状のスライダー要素7が示されている。丸形ノーズを有するそのような細長い弾丸形要素7は、上方に押されるとシリンダー1中で所望の中央位置を保持し、均一な壁厚のチューブの形成を行うことを見いだした。スライダー部材7の長さは、シリンダー1の直径よりも大きいことが望ましい。
【０１０５】
硬化したチューブがシリンダー1内で形成された後、図12に示されるようにシリンダー1の底部表面103がOリング209と外部導管26との間に位置するように、窪み203内でシリンダー1を持上げることにより、外部導管26を開放することができる。
【０１０６】
この構成は、開放および密閉の配置をそれぞれ示す図13および14に示された上部ポートアセンブリーに反映されている。したがって、硬化したチューブの形成後に外部導管6と26の間に流体流路を設けることが可能である。必要でないときまたは試薬流れラインに接続する前、スクリュープラグで密封できるように、外部導管6および26の内部をネジ切りすることも可能である。
【０１０７】
上部ポートアセンブリーの中央導管4は、スライダー要素7を収容するのに十分な程度に幅広であり、中央導管4と分岐導管8の接合部に配置された三方バルブ41を有する。記載のごとく、チューブの形成時、中央導管4を開放して、スライダー要素7およびシリンダーから除去すべき未反応試薬の通路を形成するように、バルブ41を設定する。チューブの硬化後、分岐導管8を開放するようにバルブを設定して、硬化したチューブの中央ボアに対して培養培地または他の試薬を送入または送出するための流路を形成する。
【０１０８】
先に述べたように、ガイドシリンダーは、本発明に従って形成されたチューブ(またはシート)の内部または表面に接種された成分を培養するためのバイオリアクターを形成しうる。硬化したチューブの成分は、半径方向およびチューブに沿った軸方向に増殖させることが必要になることもある。したがって、取外し可能な中央部分を設けてシリンダーを構成し、取外したときに、硬化したチューブを両末端で支持したまま、チューブの半径方向の増殖を行えるようにすることも可能である。
【０１０９】
シリンダーの一部を除去した後、チューブをさらに支持するために、ガイドシリンダーの内表面に沿って薄肉膨張性膜を提供することも可能である。したがって、シリンダーの外側部分を除去した後、チューブが外方向に成長するときに、硬化したチューブを膜により物理的にいくらか支持することができる。
【０１１０】
他の選択肢として、シリンダーの全部または一部分を好適な伸縮性/膨張性材料から形成し、硬化したチューブをその中で膨張させるようにすることも可能である。
【０１１１】
この種の装置の特有な利点は、培養終了後、バイオリアクターが、その中で形成された組織工学的構築物用の保存チャンバーとして機能しうることである。たとえば、保存期間中、構築物中の細胞の生存を維持するのに十分新鮮な培地を含有させるようにすれば、培地を供給することなくバイオリアクターを隔離保存することが可能である。たとえば、ガイドシリンダー中で形成された組織工学的構築物を患者に移植するために使用する場合、このことはとくに有利である。外科医が構築物をガイドシリンダーから容易に取出すことができるように装置を構成することにより、その同一装置を組織工学的構築物たとえばある長さの血管を形成するために使用して、in situで構築物を培養し、次に、必要とされるまで構築物を保存し、そして移植用に外科医に届けることが可能になる。したがって、構築物スカフォードを作製してから患者に構築物を移植するまで、無菌状態を容易に保持することができる。
【０１１２】
本発明の他の実施形態を図15〜19に示す。これらの図に示されるデバイスは、生きている哺乳動物体とくに人体に手術により移植することを目的とした、生きている細胞を含有するまたはそれからなる管状インプラントを、無菌条件下で製造するのにとくに好適である。そのようなインプラントの例は、冠状動脈バイパス移植片である。シートインプラントは、たとえば、手術に使用する直前に、チューブをカットすることにより得ることができる。
【０１１３】
図15〜19に示されるデバイスは、いくつかのコンポーネントから形成されており、コンポーネントの全部または大部分は、射出成形プラスチック材料から製造される。したがって、安価に製造することができるので、1回しか使用されないような用途に有利である。このデバイスは、その中で形成されるチューブを観測できるように透明な合成プラスチック材料で作製された2つの部分300、301からなる本体を有する。図16および18には示されていないが、本体部分301は、より大きい本体部分300の窪み302に嵌入し、使用時、部分300に強固に固定され(図示されていない好適な固定手段により)、それにより、本体部分300、301は一緒になって部分300の末端面間に延在するボア303を規定する。窪み302の底面304および本体部分301の底部面305は、ボア303の軸方向中間平面で交差し、それぞれ、ボア303の半分を規定する溝306、307を有する。強固に固定一体化したとき、面304、305は、ボア303を密封する。所望により、シールを使用してもよい。
【０１１４】
大きい本体部分300の末端部分308、309のそれぞれに、ボア303に連通しかつ本体部分300の側部面まで延在する横方向導管310、311が存在する。ボア303の上部末端には、取外し可能なプラグ312が存在し、それをボア313が貫通する。下部側方導管310は、液体を注入できるように挿着された取付部品314を有する。側方導管310の下方で、ボア303は、2つのOリング315、316を有し、図に示されるように、レギュレーターまたはスライダー要素318を含む取外し可能なインサート317を収容する。レギュレーターまたはスライダー要素318は、キャップ形状を有し、PTFEで作製することが可能であり、丸型リード末端319および軸方向後部窪み320を有する。
【０１１５】
インサート317は、レギュレーター部材318と同一の外径をもつスリーブ部分321を有する。スリーブ部分321は、そのリード末端に細い突起322を有する。デバイスの初期位置で、この突起322は、レギュレーター部材318の窪み320中に突出する。したがって、このとき、レギュレーター部材318は、スリーブ部分321上に設置される。スリーブ部分321には、細い部分322の上部末端に開口するより細い通路324に接続する軸方向通路323が存在する。軸方向通路323は、その下部末端でブロック部分325に入り、コネクター327につながった横方向導管326に接続する。ブロック部分325に入り、軸方向通路323のほぼ上部末端まで同軸に延在しているのは、第2の入口導管328である。
【０１１６】
以上に記載したコンポーネントを作製した後、図15〜19のデバイスは、多くの外科用デバイスに使用されるタイプの滅菌可能なパッケージ中に配置され、密封される。好適なパッケージ材料は、Rexam Medical Packaging Integra(登録商標)Form医療用熱成形フィルムである。次に、密封されたパッケージ内のデバイスをγ線照射などの公知の方法で滅菌することが可能である。この形態で、便利に保存され、使用が必要なとき、インプラントの作製の初期段階で実験室に輸送される。この作製段階に入るのは、典型的には、インプラントを用いる手術、たとえば冠動脈バイパス手術に対して患者の準備ができたときである。患者由来の細胞、たとえば、患者の皮膚生検から得られた内皮細胞を培養し、インプラントに組込むための準備をしておく。他の選択肢として、適切であれば、細胞系の細胞を使用することも可能である。
【０１１７】
この段階で、ボア303を垂直にし、レギュレーター部材318が上部Oリング315に密着するとともにスリーブ部分321が下部Oリング316に密着するようにボア303中のインサート317を十分離れた位置において、チューブ形成デバイスを図15のように配置する。レギュレーター部材318は、側方通路310を開放状態にする。患者由来の細胞を含有する上述したようなアルギネート溶液を、インプラントの作製の前駆段階である硬化した管状体を形成するのに適した量で、取付部品314から側方導管310を介してボア303に注入する。細胞を組み込んだこのアルギネート溶液は、本発明の硬化性材料を構成する。硬化用液体は、軸方向通路323を上昇するようにコネクター327を介してデバイスに注入される塩化カルシウム溶液である。最初は、この塩化カルシウム溶液の圧力は、Oリング315で保持されたレギュレーター部材318を持上げるのに不十分であり、したがって、溶液は、導管328に入りデバイスから流出する。この作用は、インサート317から空気をフラッシングする効果があるので、せいぜいごく少量の空気がレギュレーター部材318の窪み320に残留するにすぎない。
【０１１８】
硬化性液体を側方導管310から注入した後、インサート317を図16に示される位置まで押上げる。このとき、塩化カルシウム溶液をより高圧力で導管326から注入することにより、レギュレーター部材318を持上げてインサート317から引き離し、ボア303に沿って上昇させて、先に記載したように、患者の生きている細胞を含有するアルギネートのチューブ330を造形し硬化させる。したがって、レギュレーター部材318は、アルギネートチューブの所望の壁厚に対応する量だけボア303の直径よりも小さい直径を有する。空気および/または過剰液体は、導管311または313を介して逃散させうる。
【０１１９】
形成されたチューブ330を図18に示す。このチューブ330は、非硬質で可撓性があり、図のようにボア303の壁から分離する。図18にはまた、図のようにボア303の上部末端に残留するレギュレーター部材318の最終位置が示されている。この位置で、レギュレーター部材318は、ボアの狭窄部またはOリングのような適切な手段(図示せず)によりトラップされる。したがって、この実施形態でも、硬化用液体(塩化カルシウム溶液)は、本体300、301中のボア303に沿ってレギュレーター部材318を移動させ、チューブ330の形成および硬化を引き起こす。
【０１２０】
この後の段階で、チューブ330中の生きている細胞を培養および増殖に付す。一方、チューブ330のアルギネートを、たとえば酵素的に分解し、さらには消失させて、生きている細胞から形成された管状構造を残すようにすることが可能である。この段階で、生きている細胞にコラーゲンおよびエラスチンを産生させ、チューブ330の強度を得るようにしてもよい。この段階は、患者に移植するためのチューブ330が準備できるまで、適切な期間、たとえば6〜12週間継続しうる。細胞用の培養培地をチューブ330の一方または両方の表面上に連続的に循環させることができるように、可撓性材料で作製された外部チューブ329を側方導管311および結合部327に接続する。好適には、この循環を行うために、チューブ329で作動する蠕動ポンプを利用する。導管328を介して、または循環路組込まれたTコネクターまたは三方バルブ(図示せず)を介して、培養培地の送入、排出、および交換を行うことが可能である。この段階では、装置全体を37℃に保持する。チューブ330の観察は、透明本体部分300、301を介して行うことができる。この段階の継続時間は、患者に移植するための準備が完了した状態のチューブ330を形成する細胞の増殖および発生に必要な時間よりも長くてもよい。インプラント330は、かなり長時間にわたり準備完了状態で保持することができるかまたは保存処理に付すことができる。
【０１２１】
保存段階および細胞増殖段階のさらなる要件は、酸素の導入および二酸化炭素の除去である。このために好適な方法を利用することが可能であり、チューブ329に対してシリコーン材料がこのガス輸送を提供することを見いだした。
【０１２２】
移植手術に対する患者の準備ができたら、チューブ330との望ましくない接触が回避されるようにチューブ330を完全隔離状態のままにして、チューブ330を含有するデバイスを手術室に運ぶことができる。次に、たとえば外科医が、固定を解除して本体部分301を取外すことによりデバイスを開放する。このとき初めてチューブ330が露出されることになる。チューブ330は、持上げて容易に患者に適用することができる。
【０１２３】
使用後、図15〜19に示されるデバイスは廃棄物になり、容易に廃棄処分される。
【０１２４】
図15〜19のデバイスおよび以上に記載したその使用方式のさらなる利点は、滅菌されたデバイス中で最初に形成されてから使用のための外科医に提示されるまで、患者の細胞を含有するチューブ330がデバイス中に保持されることである。このことは、チューブ330に印をつけたりそれを識別したりするのに非常に有利である。壊れやすいインプラントの取扱いおよび装置間の移動を伴う手順は、チューブの損傷および識別の誤りを起こす危険性がある。
【０１２５】
患者に移植するためにまたはvivoもしくはex vivoで使用する構築物を得るために、アルギネートに細胞を封入することが多くのグループにより提案されてきた。細胞を含有するアルギネートビーズを作製するための種々の方法が存在するが、そのようなビーズはきわめて壊れやすく、取扱い時に損傷を受けやすい。したがって、ビーズに損傷を与えることなく、つまり封入された細胞に損傷を与えることなく、細胞の封入されたビーズを適切な脈管または周囲膜に移すことでさえも困難である。
【０１２６】
本発明の装置は、ビーズに対する保護鞘または周囲膜として役立つ硬化したチューブ内にそのようなアルギネートビーズを形成することにより、この問題に対処する手段を提供する。これにより、必要となる後続の取扱いを著しく減少させ、その結果として、ビーズの損傷が減少するであろう。
【０１２７】
実例として、図8および10に示されるような入口および上部ポートアセンブリーを有するシリンダーの内壁101上に、記載のごとく、硬化したアルギネートチューブを形成することが可能である。次に、上部ポートアセンブリー2の中間導管6の口元の下方に小さいエアギャップを残して、シリンダーに塩化カルシウム溶液を充填する。次に、中間導管6(または中央チャネル8)を介して、アルギネート中の細胞の懸濁液を塩化カルシウム中に滴状に送入する。液滴は、塩化カルシウム溶液に接触すると硬化してビーズを形成する。したがって、ビーズの損傷を起こす危険性もなく、鞘又は膜内に、アルギネートビーズが形成される。次に、アセンブリーの無菌状態や構造的完全性を損なうことなく、全アセンブリーをガイドシリンダー1内で培養することが可能である。
【０１２８】
このようにして形成された構造体は、さまざまな用途に使用しうる。たとえば、器官補助デバイスとしてex vivoで使用しうる。鞘または膜の材料の選択、細胞を鞘自体に組込むか否か、さらにまたビーズ中で使用する細胞の選択は、使用目的により決定されるであろう。したがって、たとえば、肝臓補助用のデバイスは、典型的には、封入された肝細胞を含有するであろう。肝細胞を鞘中に組込むことも可能である。腎機能を補助するためにデバイスを使用する場合、たとえば、腎臓透析で使用する場合、腎臓細胞が封入されるであろう。
【０１２９】
追加的または代替的に、鞘は、他の因子、たとえば、封入された細胞用の増殖因子またはそのような刺激因子を分泌することのできる他の細胞種を含有しうる。
【０１３０】
2種以上の細胞種を含有するビーズを同一の鞘内に形成することが可能である。アルギネート懸濁液中で2種以上の細胞種を混合することにより、細胞の不均質混合物を含有するビーズを形成しうる。他の選択肢として、同一のポートを介して異なる細胞懸濁液を逐次供給することにより、または異なるポートを介して異なる細胞懸濁液を同時供給することにより、それぞれ所定の個別細胞集団を含有するビーズの混合物を形成しうる。
【０１３１】
フラットシートを形成するのに好適な本発明の他の実施形態を図5〜7に示す。タンク21は、上述したようなアルギネート溶液15および塩化カルシウム溶液17を移動可能な隔壁23により分離して保持する。タンクの底部表面は、段27により分離された上部表面25および下部表面29を有する。最初に、図5に示されるように、移動可能な隔壁を段27の上部表面25上に密封状態に配置する。動作時、隔壁23を一塊のアルギネート溶液15中に水平に移動させ、隔壁23と段27との間で下部表面29上に延在するアルギネートの層151を残す。隔壁23の移動により露呈されると同時に、塩化カルシウム溶液17がアルギネート層151上を流動するであろう。したがって、段27の高さをもつアルギネートの硬化したフラットシートが、タンク21の下部表面29上に形成される。
【０１３２】
このほかの実施形態では、タンク21の下端は、段27のないフラットなものであってもよい。この場合、形成されるアルギネートシートの前縁を規定するように、水平移動前または水平移動時に必要な量だけ上方に隔壁を移動させる。
【０１３３】
タンク中で異なる溶液を層状化することにより、多層シートを形成することができる。隔壁23の移動により生じるいかなる乱流も、層状溶液の混合を引き起こす傾向をもつ。乱流は、隔壁の移動速度を適切に調節することにより、および溶液15に接触する隔壁23の縁に斜角をつけることにより回避することが可能である。
【０１３４】
本明細書に記載の方法は、手術時に患者に移植するのに好適な構造体を構築するのに適している。とくに、記載のごとく、免疫拒絶を防止するために、患者に由来する自己由来細胞をそのような構造体に組込むことが適切である場合もある。これらの方法を実施するために使用する装置を所望のインプラントの正確なサイズに合わせて調節することにより、材料の廃棄量を低減し、必要とされる生体活性剤の量を最小限に抑えて、好適なインプラントを構築することができる。
【０１３５】
本発明の実施には、簡単な装置が必要とされるにすぎない。記載の方法を実施するのに好適である滅菌された使い捨て処分可能な装置は、低コストで容易に作製することができる。したがって、細胞の操作および本発明に係る構造体の形成は、最小限の費用で、かつ汚染の危険性を最小限に抑えて、無菌条件下で行うことができる。必要とされる装置は単純なものなので、本明細書に記載の方法は容易に自動化することができる。
【０１３６】
ガイド表面とレギュレーター部材との相対移動により薄肉形状に変換されるときに、一塊の硬化性液体が低い剪断力に付される点が、本発明の実施形態の特徴である。生きている細胞がそのような力に十分に耐えられることが判明した。
【０１３７】
以上に記載の代表的な実施形態と組合せて本発明について説明してきたが、本開示内容をみれば、多くの等価な改変形態および変更形態が当業者には自明なものとなろう。したがって、以上に示された本発明の代表的な実施形態は、例示的なものとみなされ、これらに限定されるものではない。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、記載の実施形態に種々の変更を加えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】本発明に係るチューブを形成するための装置を示している。
【図２】本発明に係るチューブを形成するための装置を示している。
【図３】硬化したアルギネートチューブの形成を示している。
【図４】硬化したアルギネートチューブの形成を示している。
【図５】本発明に係るフラットシートを形成するための装置を示している。
【図６】硬化したアルギネートのフラットシートの形成を示している。
【図７】硬化したアルギネートのフラットシートの形成を示している。
【図８】本発明に係る硬化したチューブを形成するための装置の特定の実施形態を示している。
【図９】本発明に係る硬化したチューブを形成するための装置の特定の実施形態を示している。
【図１０】本発明に係る硬化したチューブを形成するための装置の特定の実施形態を示している。
【図１１】本発明に係る硬化したチューブを形成するための装置のポートアセンブリーを示している。
【図１２】本発明に係る硬化したチューブを形成するための装置のポートアセンブリーを示している。
【図１３】本発明に係る硬化したチューブを形成するための装置のポートアセンブリーを示している。
【図１４】本発明に係る硬化したチューブを形成するための装置のポートアセンブリーを示している。
【図１５】生きている細胞を含有するチューブの作製に使用するための本発明に係る他のデバイスの断面図であり、デバイスの動作時の2つの段階を示している。
【図１６】生きている細胞を含有するチューブの作製に使用するための本発明に係る他のデバイスの断面図であり、デバイスの動作時の2つの段階を示している。
【図１７】図15および16のデバイスの2つの本体部分を分離された状態で示す斜視図である。
【図１８】デバイス中における生きている細胞を含有するチューブの保守段階を示す図15および16に対応する断面図である。
【図１９】図15および16のデバイスのコンポーネントの拡大軸方向断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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