CN103655040A - 使用减压治疗刺激软骨形成的系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了刺激在哺乳动物的组织部位处的软骨形成的方法。还提供了生物相容支架。此外，提供了用于刺激在组织部位处的软骨形成的系统。还提供了歧管、软骨细胞和减压源在刺激在哺乳动物的组织部位处的软骨形成上的用途。

Description

使用减压治疗刺激软骨形成的系统

本申请是申请日为2009年6月25日，申请号为200980122557.X，发明名称为“使用减压治疗刺激软骨形成的系统”（此为修改后的发明名称，原发明名称为“使用减压治疗刺激软骨形成”）的申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2008年6月26日提交的美国临时申请第61/076,028号的权益，其以引用方式并入。

发明背景

1.发明领域

本发明大体上涉及组织治疗系统，并且特别地涉及用于刺激软骨形成的方法。

2.相关技术的描述

临床研究和实践已经显示，在接近组织部位处提供减压加强并且加速组织部位处的新组织的生长。这种现象的应用有很多，但是减压的应用在治疗创伤上已经特别成功。这种治疗（在医学界经常被称为“负压创伤疗法”、“减压疗法”或“真空疗法”）提供了很多益处，包括更快的愈合和增加肉芽组织的形成。通常，减压通过多孔垫或其他歧管作用装置施加于组织。除非另外指明，如本文所使用的，“或”不要求相互排他。多孔垫（经常是开室泡沫）含有小室或孔，小室或孔能够将减压分配至组织并且引导从组织抽出的流体。多孔垫通常被控制大小以适合存在的创伤、被放置为与创伤接触、并且然后在创伤开始愈合和变小时被周期性地替换为更小片的泡沫。多孔垫经常被结合入具有促进治疗的其他组成部分的敷料（dressing）。虽然减压疗法已经用于治疗软组织创伤，但是其尚未用于促进例如软骨再生。

年龄、创伤、磨损和代谢失调例如骨关节炎对软骨的损伤，影响世界上的数百万人。实际上，目前据信，由于常见的损伤软骨的活动，全部美国人中的85%将发展为退行性关节病。关节软骨的逐渐退化和破坏可以是由外伤、关节的结构变形以及超重导致的。这个过程部分通过有程序性细胞死亡或细胞凋亡使软骨变薄。软骨损伤或磨损的临床表现经常是特征和使人衰弱，包括关节的肿胀、捻发音以及机能移动性降低。当病症恶化时，疼痛甚至可以限制最少的体力劳动并且在休息时持续，使睡眠困难。如果病症持续而不进行矫正和/或治疗，那么关节可以被完全破坏，导致患者进行总的修复的大型更换手术或导致患者残疾。软骨创伤的并发症是多重的。例如，被损害的软骨趋于导致对关节和关节面的额外的损伤。对关节面的损伤与进一步限制关节运动的骨刺发育有关。

此外，软骨是身体的多个部位例如耳朵和鼻子的主要结构支持物。因此，由创伤导致的软骨缺乏还可以导致整容（cosmetic）缺陷。因此，总而言之，损伤的和退化的软骨导致降低的生活质量。

然而，身体不能完全修复软骨。软骨主要包括胶原纤维、蛋白多糖和形成细胞外基质的弹性蛋白纤维。基质由被称为软骨细胞的特定细胞形成。软骨细胞是可以以最小的血液供给存活的极少的细胞类型中的一种。然而，当软骨被损伤时，对软骨细胞的足够的血液供给的缺乏导致不能再生新软骨细胞，新软骨细胞的再生的过程需要增加的营养量以及通过血液流获得其他细胞和蛋白质。完全厚度的关节软骨的损伤或骨软骨损伤可以允许正常的炎症反应，但引起功能上不足的纤维软骨形成的修复。

抑制或延迟关节软骨的退化的现有技术包括使用抗炎药、软骨形成刺激因子、抗风湿药、内吸剂、粘性保护剂（viscoprotection）以及储存类固醇（depot steroid）的注射。其他方法包括软骨细胞或合成基质的植入。一种用于软骨损伤的治疗方法是外科手术，并对损伤的组织再附着和重构。以上方法没有一种是完全令人满意的，并且这些方法几乎不恢复全部的机能或使组织回到其天然的正常状态。此外，这些方法没有一种被证明原位地和在体内地再生软骨。

此外，没有已被证明的促进致密结缔组织结构例如韧带和肌腱的愈合的方式。韧带和肌腱创伤是很普遍的并且难以愈合。实际上，通过立即手术以除去损伤的组织并且用移植物代替损伤的组织来修复韧带或肌腱的完全破裂或撕裂是普遍的。在手术后，移植物接受者必须经受康复和愈合的长期工作。通过现有的方法经常难以修复韧带和肌腱。因此，当修复作为选择时，附接于韧带或肌腱的关节和肌肉经常被固定以使组织能够愈合。

因此，目前对用于在结缔组织缺失、损伤或磨损的区域中再生结缔组织的安全、简便、快速、低成本和高效率的系统和方法有迫切的需要。

发明概述

如本文例证性的实施方案描述的利用生物材料刺激软骨的生长的系统和方法解决了现有的软骨修复治疗存在的问题。

在一个实施方案中，提供了刺激在哺乳动物的组织部位处的软骨形成的方法，其包括向组织部位施用软骨细胞或软骨细胞前体，并且向组织部位施加减压持续足够诱导在组织部位处的新软骨的生长的时间。

在一些实施方案中，所述软骨细胞或软骨细胞前体可在被施用于所述组织部位的生物相容支架中。

在一些实施方案中，所述组织部位可具有软骨缺陷。

在一些实施方案中，所述缺陷可以是先天的或可以由关节炎、癌症或创伤导致。

在一些实施方案中，所述减压可经过连接于减压源的歧管被施用于所述组织部位。

在一些实施方案中，所述歧管可以是被施用于所述组织部位的生物相容支架。

在一些实施方案中，所述软骨细胞或软骨细胞前体可以是软骨细胞。

在一些实施方案中，所述软骨细胞或软骨细胞前体可以是间充质干细胞。

在一些实施方案中，所述生物相容支架可以是可生物吸收的。

在一些实施方案中，所述生物相容支架可包括多羟基酸、聚己内酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酐、聚氨基酸、聚原酸酯、聚缩醛、可降解聚氰基丙烯酸酯或可降解聚氨酯。

在一些实施方案中，所述生物相容支架可包括聚丙交酯-乙交酯（PLAGA）共聚物或聚乙二醇-PLAGA共聚物。

在一些实施方案中，所述方法还可包括向所述组织部位施用细胞因子。

在一些实施方案中，所述细胞因子可在生物相容支架中。

在一些实施方案中，所述细胞因子可以是骨形态发生蛋白（BMP）-2、BMP-6、BMP-7、转化生长因子-β（TGF-β）、胰岛素样生长因子（IGF）、血小板衍生生长因子（PDGF）或软骨源性视黄酸敏感蛋白（CD-RAP）。

在一些实施方案中，所述细胞可被接种至所述支架上，并且所述支架可在植入之前被孵化。

在一些实施方案中，抗生素可被施用于所述组织部位。

在一些实施方案中，所述抗生素可被施用于生物相容支架，所述生物相容支架可被施用于所述组织部位。

在一些实施方案中，所述哺乳动物可以是人类。

在一些实施方案中，所述新软骨可被移植至接受者的组织部位。

在另一个实施方案中，提供了包括软骨细胞或软骨细胞前体的生物相容支架，其中支架对于经过支架传输减压来说足够多孔。

在一些实施方案中，所述软骨细胞或软骨细胞前体可以是软骨细胞。

在一些实施方案中，所述软骨细胞或软骨细胞前体可以是间充质干细胞。

在一些实施方案中，所述软骨细胞或软骨细胞前体可包括重组核酸。

在一些实施方案中，所述重组核酸可编码蛋白质。

在一些实施方案中，所述重组核酸可编码miRNA或反义分子。

在一些实施方案中，所述支架可以是可生物吸收的。

在一些实施方案中，所述支架可包括多羟基酸、聚己内酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酐、聚氨基酸、聚原酸酯、聚缩醛、可降解聚氰基丙烯酸酯或可降解聚氨酯。

在一些实施方案中，所述支架可包括聚丙交酯-乙交酯（PLAGA）共聚物或聚乙二醇-PLAGA共聚物。

在一些实施方案中，所述支架还可包括细胞因子。

在一些实施方案中，所述细胞因子可以是骨形态发生蛋白（BMP）-2、BMP-6、BMP-7、转化生长因子-β（TGF-β）、胰岛素样生长因子（IGF）、血小板衍生生长因子（PDGF）或软骨源性视黄酸敏感蛋白（CD-RAP）。

在一些实施方案中，所述支架还可包括抗生素。

在另外的实施方案中，提供了用于刺激在组织部位处的软骨形成的系统，其包括软骨细胞或软骨细胞前体、减压源以及能够从组织部位向减压源传输减压的歧管。

在一些实施方案中，所述歧管可以是生物相容支架。

在一些实施方案中，所述支架可包括所述软骨细胞或软骨细胞前体。

在一些实施方案中，所述软骨细胞或软骨细胞前体可以是软骨细胞。

在一些实施方案中，所述软骨细胞或软骨细胞前体可以是间充质干细胞。

在一些实施方案中，所述软骨细胞或软骨细胞前体可包括重组核酸。

在一些实施方案中，所述生物相容支架可以是可生物吸收的。

在一些实施方案中，所述生物相容支架可包括多羟基酸、聚己内酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酐、聚氨基酸、聚原酸酯、聚缩醛、可降解聚氰基丙烯酸酯或可降解聚氨酯。

在一些实施方案中，所述生物相容支架可包括聚丙交酯-乙交酯（PLAGA）共聚物或聚乙二醇-PLAGA共聚物。

在一些实施方案中，所述系统还可包括细胞因子。

在一些实施方案中，所述细胞因子可以是骨形态发生蛋白（BMP）-2、BMP-6、BMP-7、转化生长因子-β（TGF-β）、胰岛素样生长因子（IGF）、血小板衍生生长因子（PDGF）或软骨源性视黄酸敏感蛋白（CD-RAP）。

在一些实施方案中，所述系统还可包括抗生素。在另外的实施方案中，提供了歧管、软骨细胞和减压源在刺激在哺乳动物的组织部位处的软骨形成上的用途。

在一个实施方案中，提供了用于刺激在组织部位处的软骨形成的系统，该系统包括：

减压源，其用于向组织部位施加减压；

支架，其布置为毗邻组织部位并且具有软骨细胞或软骨细胞前体；

歧管，其布置为毗邻支架，并且与减压源流体地连通以向组织部位分配减压；以及

盖布，其适合于覆盖并且实质上密封歧管和支架于组织部位内，以在减压被施加时保持组织部位处的减压；

借此软骨细胞或软骨细胞前体和减压刺激在组织部位处的新软骨的形成。

在一些实施方案中，所述支架可以是生物相容的。

在一些实施方案中，所述支架可包括所述软骨细胞或软骨细胞前体。

在一些实施方案中，所述软骨细胞或软骨细胞前体可以是软骨细胞。

在一些实施方案中，所述软骨细胞或软骨细胞前体可以是软骨细胞。

在一些实施方案中，所述软骨细胞或软骨细胞前体可包括重组核酸。

在一些实施方案中，所述生物相容支架可以是可生物吸收的。

在一些实施方案中，所述支架可包括多羟基酸、聚己内酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酐、聚氨基酸、聚原酸酯、聚缩醛、可降解聚氰基丙烯酸酯或可降解聚氨酯。

在一些实施方案中，所述支架可包括聚丙交酯-乙交酯（PLAGA）共聚物或聚乙二醇-PLAGA共聚物。

在一些实施方案中，所述系统还可包括细胞因子。

在一些实施方案中，所述细胞因子可以是骨形态发生蛋白（BMP）-2、BMP-6、BMP-7、转化生长因子-β（TGF-β）、胰岛素样生长因子（IGF）、血小板衍生生长因子（PDGF）或软骨源性视黄酸敏感蛋白（CD-RAP）。

在一些实施方案中，所述系统还可包括抗生素。

在一个实施方案中，提供了用于刺激在组织部位处的软骨形成的系统在刺激哺乳动物的组织部位处的软骨形成的用途。

参照下文的附图和详细描述，例证性的实施方案的其他目的、特点和优点将变得明显。

附图简述

图1是用于治疗组织的减压疗法系统的例证性的实施方案；

图2是图示了根据例证性的实施方案向需要软骨再生的组织部位施用减压疗法的方法的流程图；

图3图示了根据例证性的实施方案辅助施用减压疗法以诱导结缔组织再生的塑模的使用；以及

图4A-4C图示了根据例证性的实施方案表明用于软骨再生的减压疗法的结果的组织切片。

具体实施方式

在以下例证性实施方案的详细描述中，参照了形成其一部分的附图。这些实施方案被足够详细地描述以使本领域的技术人员能够实施本发明，并且应当理解，可以利用其他的实施方案并且可以做出逻辑结构的、机械的、电学的以及化学的变化而不偏离本发明的精神或范围。为了避免对于使本领域的技术人员能够实施本文所描述的实施方案来说不必需的细节，描述可能省去了本领域的技术人员已知的某些信息。因此，以下的详细描述不被认为是限制性意义的，并且例证性实施方案的范围仅由所附的权利要求限定。

如本文所使用的，术语“减压”通常是指小于在正在经受治疗的组织部位处的环境压力的压力。在大多数情况下，该减压将小于患者所处之处的大气压。可选择地，减压可以小于与组织部位处的组织相关联的流体静压。虽然术语“真空”和“负压”可以用于描述施加于组织部位的压力，但是施加于组织部位的实际压力减少可以显著地小于通常与绝对真空相关联的压力减少。减压可以初始地在组织部位的区域中产生流体流动。当组织部位周围的流体静压达到所期望的减压时，流动可以减少，而且然后维持减压。除非另外指明，本文陈述的压力值是表压。相似地，提及减压增加，通常是指绝对压力的减少，而减压的下降通常指代绝对压力的增加。

如本文所使用的，术语“组织部位”是指任何组织之上或之内的创伤或缺损的位置，损伤组织包括但不限于骨组织、脂肪组织、肌肉组织、神经组织、皮组织、血管组织、结缔组织、软骨、肌腱或韧带。术语“组织部位”还可以指不一定是创伤的或缺陷的任何组织的区域，而是其中期望增加或促进额外的组织的生长的更换区域。例如，可以在某些组织区域中使用减压组织治疗，以生长可收获并移植至另一个组织位置的额外的组织。

参照图1，示出了用于向组织部位102应用减压疗法的系统100的例证性实施方案。系统100的例证性实施方案向在组织部位102处的创伤106应用减压疗法，组织部位102包括例如需要通过再生被修复的软骨。应当理解，组织部位102可以是任何人类、动物或其他生物的身体组织，包括骨组织、脂肪组织、肌肉组织、皮组织、血管组织、结缔组织、软骨、肌腱或韧带或任何其他组织。组织部位102的治疗可以包括例如腹水或渗出液的流体的除去、例如盐水或诸如生长因子的物质的流体的递送以及减压的传送，以促进软骨的生长。组织部位102上的软骨创伤106可以是由多种原因导致的，包括创伤、手术、磨损、关节炎、癌症等等，或可以是先天的。

系统100包括减压敷料110和盖布（drape）114，减压敷料110包括适合于向组织部位102分配减压的歧管111和适合于毗邻创伤106放置的支架112，盖布114至少部分地覆盖减压敷料110以提供在组织部位102处的创伤106的覆盖密封。软骨细胞或软骨细胞前体可以被直接放置在组织部位102上或被容纳在施用于组织部位102的支架112内。系统100还包括具有过滤器（未示出）的罐115以及减压源116，其中罐115通过导管118与减压敷料110流体连通并且还通过导管119与减压源116流体连通。减压源116适合于向歧管111和支架112供应减压，歧管111和支架112当在操作时向组织部位102分配减压。导管118可以通过管路接头120与减压敷料110流体连通，以通过盖布114向歧管111提供减压。

在又一个实施方案中，减压敷料110可以由连同或代替歧管111、支架112和盖布114的多个层或材料构造。这些层中的某些可以是可生物吸收的，而其它的则不是。例如，歧管111可以包括毗邻生物惰性材料的可生物吸收材料或降解得更缓慢的可生物吸收材料（术语在下文定义），使得减压敷料110可以在不从创伤106除去支持组织生长的任何可吸收的支架112的情况下被除去和更换。

罐115可以是过滤和保持被从组织部位102移出的渗出液和其他流体的流体储存器或收集构件。罐115可以包括其他装置（未示出），包括以下的非限制性的实例：压力反馈装置、体积检测系统、血液检测系统、感染检测系统、流量监测系统和温度监测系统。这些装置中的某些可以与减压源116形成一体。例如，减压源116上的减压口可以包括包含一个或多个过滤器例如气味过滤器的过滤构件。

减压源116可以是供应减压的任何装置，例如真空泵、壁式引流器（wallsuction）或其他源。虽然施加于组织部位的减压的量和性质将通常根据应用变化，但是减压将通常在-5mm Hg至-500mm Hg之间并且更通常在-100mm Hg至-300mm Hg之间。减压治疗中使用的具体的方案取决于组织部位102的位置、减压敷料110或所利用的药剂。此外，减压可以是实质上连续的或周期的施加，使得其随时间推移振荡（oscillate）压力。减压源116可以包括进一步促进向组织部位102应用减压治疗的传感器、处理单元、报警指示器、存储器、数据库、软件、显示单元和用户界面。在一个实施例中，传感器或开关（未示出）可以被布置在减压源116处或减压源116附近，以测定由减压源116产生的源压力。传感器可以与监视和控制由减压源116传送的减压的处理单元通信。

软骨可以是任何类型的软骨。例如，透明软骨是身体内最普通类型的软骨，并且在其细胞外基质中特征性地含有胶原II型纤维。透明软骨存在于关节、肋软骨（肋骨）、鼻子、喉和生长板中。另一种类型的软骨是存在于耳朵、气管和会厌中的弹性软骨。第三种类型的软骨组织纤维软骨，存在于耻骨联合、椎间盘、关节的一部分、半月板和连接肌腱或韧带和骨的部位中。还存在这些类型的软骨的不同组合或中间物，例如在生长板或软骨板（cartilage plate）中的骨端软骨。

减压敷料110的歧管111适合于接触支架112或组织部位102的部分。歧管111可以部分地或全部地与正在被减压敷料110治疗的组织部位102接触。当组织部位102是创伤时，歧管111可以部分地或全部地填充创伤。歧管111可以有任何大小、形状或厚度，取决于多种因素，例如被实施的治疗的类型或组织部位102的性质和大小。例如，歧管111的大小和形状可以由使用者定制，以覆盖支架112和/或组织部位102的特定部分。歧管111可以具有例如正方形形状，或可以被成形为圆形、多边形、不规则形状或任何其他形状。在一个例证性的实施方案中，歧管111是在歧管111与支架112接触或在支架112附近时将减压分配至支架112和组织部位102的泡沫材料。泡沫材料可以是疏水的或亲水的。在一个非限制性的实施例中，歧管111是有开室的网状聚氨酯泡沫，例如可从德克萨斯州的圣安东尼奥的Kinetic Concepts,Inc.获得的

敷料。

在一些实施方案中，歧管111由亲水材料制造，其中歧管111起到通过毛细作用将流体带离组织部位102的作用，同时持续作为歧管向支架112和组织部位102提供减压。不被任何具体的机理束缚，歧管111的毛细作用（wiching）性质通过毛细管流动或其他毛细作用机理将流体从支架112和组织部位102吸走。亲水泡沫的实例是聚乙烯醇的开室泡沫，例如可从德克萨斯州的圣安东尼奥的Kinetic Concepts,Inc.获得的V.A.C.

敷料。其他亲水泡沫可以包括由聚醚制造的亲水泡沫。可以展现出亲水特征的其他泡沫包括已经被处理或被包覆以提供亲水性的疏水泡沫。

在另一个实施方案中，歧管111由不必须在使用减压敷料110之后从组织部位102除去的天然的或合成的可生物吸收材料构造。可生物吸收材料是能够在身体内被吸收或通过排泄或代谢机能从身体除去的材料；在吸收之前，可生物吸收材料可以在体内化学地、酶促地或以其他方式被降解为较简单的化学物质。合适的可生物吸收材料可以包括但不限于聚乳酸（PLA）和聚乙醇酸（PGA）的聚合性共混物。聚合性共混物还可以包括但不限于聚碳酸酯、聚富马酸酯和己内酯。歧管111可以进一步作为用于新细胞生长的支架，或者可以与支架112结合使用以促进细胞生长。

在减压被通过减压敷料110施加时，歧管111还可以促进在组织部位102处的肉芽形成。例如，歧管111的任何或所有的表面都可以具有不平坦的、C形的（course）或疲倦的（jaded）轮廓，这在减压被通过歧管111施加时产生在支架112和组织部位102处的微拉伸（microstrain）和应力。这些微拉伸和应力已经显示出提高新组织生长。

支架112可以被放置为毗邻组织部位102、与组织部位102接触或实质上覆盖组织部位102，以促进创伤106中的软骨的生长。如上文描述的，在向组织部位102传递减压时，支架112还可以作为歧管。支架112是提供创伤106内的软骨108的细胞生长的模板的三维多孔结构。支架材料的非限制性的实例包括磷酸钙、胶原、PLA/PGA、羟基磷灰石、碳酸盐或处理过的同种异体移植材料（processed allograft material）。支架112还可以辅助将流体递送至组织部位102或从组织部位102移出流体。支架112还可以包括被放置在毗邻创伤106的分配表面122，以促进用于将流体和其他的材料向组织部位102移动或从组织部位102移动至支架112中的孔的流体流动、软骨细胞迁移等。在一些实施方案中，支架112是柔性的，以符合组织部位102处的创伤106的形状或轮廓。支架112的设计还可以起到防止软骨过度生长（overgrowth）的作用。支架112的形状和柔韧性可以在不经过过度的实验的情况下选择，取决于在被治疗的身体内的软骨的位置中正在被治疗的软骨的类型。

软骨细胞或软骨细胞前体可以被移植或以其他方式施用于组织部位102或支架112，以促进软骨108的生长。软骨细胞前体的实例是间充质干细胞。软骨细胞或软骨细胞前体的来源可以是患者自体的或包括同种异体移植、异种移植或人工制备的组织的骨软骨移植物（osteochondral graft）。在一个实施方案中，组织源可以是软骨细胞培养物，例如已经通过离体细胞培养方法在有或没有额外的生长因子的情况下制备的软骨细胞或干细胞培养物。细胞培养方法的实例参见例如美国专利第5,226,914号；第5,811,094号；第5,053,050号；第5,486,359号；第5,786,217号和第5,723,331号。组织还可以使用诸如骨软骨移植（mosaicplasty）的技术通过基于传统的非细胞培养的手段来获得，其中软骨使用可商购获得的仪器，例如Acufex7、COR系统或Arthrex7骨软骨自体移植传输系统（OsteochondralAutograft Transfer System）获得。此外，所获得的组织可以被直接施用于支架112，或可以被预先培养。

细胞、软骨细胞或软骨细胞前体可以被瞬时地或稳定地转染以进一步包括重组核酸。这样的核酸的非限制性的实例包括编码蛋白质，例如细胞因子、酶或调节蛋白，的那些核酸；调节核酸，例如使天然蛋白被过度表达或沉默（例如抑制癌症发端或发展）的启动子；miRNA或另一种RNAi分子；反义分子；辅助监测组织形成的标志物；等等。熟练的技术人员可以在不经过过度实验的情况下确定和制备包含用于任何具体施用的合适的重组核酸的软骨细胞或软骨细胞前体。

其他细胞也可以被接种至支架112上和/或放置在组织部位102表面或内部以刺激软骨的生长。非限制性的实例包括成纤维细胞、免疫细胞、不是软骨细胞前体的干细胞，等等。在一些实施方案中，细胞对支架112的附着可以通过用化合物包覆支架112来增强，所述化合物诸如基底膜组分、琼脂、琼脂糖、明胶、阿拉伯胶，I、II、III、IV和V型胶原、纤连蛋白、层粘连蛋白、氨基葡聚糖、聚乙烯醇、它们的混合物以及细胞培养领域的技术人员已知的其他亲水的和肽粘附的材料，在另一个实施方案中，细胞被接种至支架112上，并且孵化支架112，然后支架112被施用于组织部位102。

如上文描述的，细胞因子可以被施用于组织部位102或施用在支架112中。如本文所使用的，细胞因子是影响细胞生长、增殖或分化的蛋白质，包括生长因子和激素。在一些实施方案中，细胞因子是可以促进软骨生长的细胞因子。非限制性的实例包括骨形态发生蛋白（BMP）-2、BMP-6、BMP-7、转化生长因子-β（TGF-β）、胰岛素样生长因子（IGF）、血小板衍生生长因子（PDGF）或软骨源性视黄酸敏感蛋白（cartilage-derived retinoicacid sensitive protein）（CD-RAP）。细胞因子可以是合成的或自然产生的，或被放置在组织部位102处或在支架112中的细胞自然地或转基因地产生。

支架112可以包括但不限于磷酸钙、胶原、PLA/PGA、羟基磷灰石、碳酸盐和/或处理过的同种异体移植材料。在另一个实施方案中，支架112可以用于通过将至少一种治疗剂或预防剂结合于支架112的表面来向组织部位102释放至少一个治疗剂或预防剂。例如，抗生素也可以被施用于支架112，然后被释放至组织部位102。

在一些实施方案中，支架112是包括使得气孔之间流体连通的流动通道连接的多个开放室或“孔”的多孔材料。孔的大小、形状或互连可以是均一的、不规则的或有一定型式的（patterned），并且可以被改变以增强或控制软骨形成、响应、修复或主体一体化（host integration）。此外，支架112中孔的大小、形状或互连性可以被改变以增强或控制新形成的软骨108与组织部位102周围健康组织的一体化。在各种实施方案中，支架112具有高孔隙率（即高空气含量）。在一些实施方案中，期望孔被设计为允许浸润细胞的附着，以诱导新软骨形成。如上文解释的，孔和流动室可以预先用软骨细胞或其他细胞类型接种以促进软骨形成。支架112中的流动通道还促进向组织部位102提供的流体的分配和从组织部位102除去的流体的分配，包括减压向组织部位102的传递。

在一个实施方案中，支架112主要由开室材料制造，开室材料包括流体连接于毗邻孔的多个孔，其中材料的开孔形成多个流动通道并且在材料的开放气孔之间形成多个流动通道。孔的尺寸和形状的变化导致流动通道的变化并且可以用于改变流体经过材料的流动特性。在一些实施方案中，支架112的孔径范围在25μm至500μm之间。在其他的实施方案中，孔径在50μm至250μm之间。在另外的实施方案中，孔径在50μm至150μm之间。

支架112可以由任何生物相容材料形成，生物相容材料即不在体内引出任何不期望的局部或全身效应的材料。生物相容支架112应当还具有为组织生长和细胞增殖提供足够的支持的力学性质和生化性质。可以使用英氏试验机（Instron tester）表征材料的诸如拉伸强度的力学性质，用凝胶渗透色谱法（GPC）表征分子量，用差示扫描量热法（DSC）表征玻璃化转变温度以及用红外（IR）光谱表征键结构。也可以用例如诱变剂测试（例如涉及埃姆斯策动（Ames assay）或体外致畸测定（teratogenicity assay）的），或用于免疫原性、炎症、释放或降解的在动物中的生化研究、细胞研究或植入研究，表征材料的毒性（toxicology）。

在一个实施方案中，支架112由生物惰性材料形成，生物惰性材料即在体内不引起任何响应并且在体内不是可生物吸收的或以其他方式降解的材料。在另一个实施方案中，支架112由如上文定义的术语的可生物吸收材料形成。无论支架112是可生物吸收的还是生物惰性的，当其接触组织部位102时，支架112也可以是生物相容的。如果支架112由可生物吸收材料制造，那么材料可以被设计为在期望的时间范围内降解。在一个实施方案中，期望的降解时间范围是六星期至十二星期。在另一个实施方案中，期望的降解时间范围在三个月至一年之间。在又一个实施方案中，期望的降解时间大于一年。此外，在一些实施方案中，由可生物吸收材料制造的支架112可以与用于制造支架112的材料的分子量相关的方式降解。在这些实施方案中，包括较高分子量的材料的支架112经常比包括较低分子量的材料的支架112在更长的时间内保持结构完整性。

支架112可以通过熔纺、挤出、铸造或聚合物加工领域熟知的其他技术来形成。如果使用溶剂，那么优选的溶剂是被处理除去的那些溶剂或在处理之后保留的量是生物相容的那些溶剂。可以用于形成支架112的聚合物的实例包括天然聚合物和合成聚合物。可以使用的合成聚合物包括但不限于可生物吸收聚合物，例如聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸（PGA）、乳酸-乙醇酸共聚物（polylactic-coglycolide acid）（PLGA）和其他多羟基酸、聚己内酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酐、聚氨基酸、聚原酸酯、聚缩醛、可降解聚氰基丙烯酸酯或可降解聚氨酯，以及聚丙交酯-乙交酯（PLAGA）共聚物（polylactide-coglycolide polymer）或聚乙二醇-PLAGA共聚物。天然聚合物的实例包括但不限于蛋白质例如白蛋白、胶原、纤维蛋白和合成聚氨基酸，以及多糖例如藻酸盐、肝素，以及其他天然存在的糖单元的可生物降解聚合物。聚合性共混物还可以包括但不限于聚碳酸酯、聚富马酸酯和己内酯。

在一些实施方案中，可生物吸收的支架112由PLA、PGA或PLA/PGA共聚物制造。PLA聚合物可以由乳酸的环酯制备。乳酸的L(+)和D(-)形式以及D(-)和L(+)乳酸的非旋光性的DL-乳酸混合物都可以用于制备PLA聚合物。PGA是乙醇酸（羟基乙酸）的均聚物。通常，在乙醇酸向聚乙醇酸转化时，乙醇酸初始地与自身反应以形成环酯乙交酯（cyclic esterglycolide），环酯乙交酯在热和催化剂的存在下被转化为高分子量直链聚合物。还包括，支架112可以是提供经过多个三维通道的流体连通的毡化垫（felted mat）、液体、凝胶、泡沫或任何其他生物相容材料。

盖布114覆盖减压敷料110并且作为诸如液体、空气和其他气体的流体的传输的半渗透性屏障。盖布114在一些实施方案中为减压敷料110提供结构支持，可以使用任何技术，包括通过粘合剂，耦合于减压敷料110或歧管111。如本文所使用的，术语“耦合”包括通过单独的物体耦合并且包括直接耦合。术语“耦合”还包括借助于从同一片材料形成的组成部分中的每个彼此连续的两个或更多个组成部分。此外，术语“耦合”可以包括化学的（例如通过化学键）、机械的、热的或电学的耦合。可以将歧管111耦合于盖布114的技术的具体的非限制性的实例包括焊接（例如超声或Rf焊接）、结合、粘合剂、粘固剂等等。在可选择的实施方案中，盖布114不是分离的粘着结构，而是歧管111自身可以包括起与盖布114相同的作用的不可渗透材料的衬里。

盖布可以是提供气体密封或流体密封的任何材料。盖布可以例如是不可渗透的或半渗透的弹性材料。“弹性”意指具有弹性体的性质。其通常是指具有橡胶样性质的聚合物材料。更具体地，大多数弹性体具有大于100%的伸长率和相当大的回弹性。材料的回弹性是指材料从弹性形变恢复的能力。弹性体的非限制性的实例包括天然橡胶、聚异戊二烯、丁苯橡胶、氯丁橡胶、聚丁二烯、丁腈橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶、乙烯丙烯二烯单体、氯磺化聚乙烯、聚硫橡胶、聚氨酯、EVA膜、共聚酯以及硅氧烷。盖布材料的具体实例包括硅氧烷盖布、3M 

盖布、丙烯酸盖布（例如可从Avery Dennison获得的丙烯酸盖布）或切口盖布（incise drape）。

在操作中，系统100用于刺激在组织部位102处的软骨的形成。护理者可以向组织部位102或减压敷料110施用软骨细胞或软骨细胞前体，然后通过歧管111和支架112向组织部位102施用减压持续足以导致在组织部位102处的新软骨形成的时间。减压的施用可以使得柔性盖布114压缩并且符合组织部位102的表面，因为空气被从盖布114和组织部位102之间的空间内除去。在某些应用中，系统100可以用于整容地改变具有软骨的组织，例如鼻子或耳朵。软骨也可以在一种哺乳动物上获得，然后被移植于另一种哺乳动物，例如在小鼠身上生长鼻子或耳朵以向人类移植。系统100也可以被施用于软骨创伤106并且用于至少部分地填充创伤106。

系统100也可以允许对固定、温度、压力（以及其与关键气体例如氧的相关联的梯度）、渗透力、肿胀力（oncotic force）以及各种营养物质和药剂的加入或除去的有效控制。此外，可以使现有系统和方法中施加减压的装置能够通过预程序化的协调的流入和流出循环，传递用于操纵气体和液体路径的要素。这样的循环将被设计为保持系统的期望的完整性和稳定性，并且仍然允许多重力、流量和浓度在可容忍的范围内变化。

系统100还可以被配置为向组织部位102递送流体，即液体或气体。在本实施方案中，用于向组织部位102递送流体125的流体供应124与减压敷料110通过导管126流体连通，导管126可以直接地或通过导管118间接地连接于减压敷料110（未示出），间接地连接需要使用用于分别控制减压从减压源116的传送和/或流体125从流体供应124的传送的阀127和128。流体供应124可以与减压源116分离、附接于减压源116或整合在减压源116内。流体供应124使治疗过程能够用流体灌注组织部位102以冲洗污染物，抵抗感染或促进创伤106中的组织生长。因此，流体供应124可以用于向组织部位102递送多种灌洗流体、生长因子、抗生素、麻醉剂、抗菌剂、抗病毒剂、细胞生长促进剂或化学活性剂。为了相似的目的，流体供应124也可以用于向组织部位102递送气态流体，目的包括例如递送少量的无菌空气以在保持或不保持减压的情况下促进和保持在组织部位102处的治疗效果。

参照图2，提供了概述向需要软骨再生或通过利用减压系统愈合的组织部位施用减压疗法的方法的例证性实施方案的流程图。首先，被关注的组织区域被例如护理者鉴别（步骤201）。如果组织部位位于患者的皮肤下，即不在直接的视线之内，那么护理者可以通过利用成像设备和技术，例如MRI成像，来鉴别组织部位。此时，然后护理者将确定将经过患者身体到达组织区域的对健康的、正常的组织引起最少的损伤的最佳路径。

然后歧管被递送至组织部位（步骤202）。此外，取决于实施方案，可以在歧管被递送至组织部位之前或之后，连接传送减压、流体、气体或空气的导管。如果组织部位位于患者的皮肤以下，那么歧管可以通过经过患者的皮肤和经过任何间质组织插入身体中来被递送至组织部位。

在一些实施方案中，涵盖了组织部位具有不足以插入歧管的空间。在这些实施方案中，可以插入产生空隙的装置。例如，该装置可以是可膨胀的装置。产生了空隙后，则可以递送歧管。

然后歧管的主要分配表面被定位为毗邻组织部位（步骤203）。然后减压被施加于组织部位（步骤204）。减压可以连续地或以间歇方式施加。此外，涵盖了减压可以与如上文讨论的促进愈合或再生的流体、空气或药剂的递送交替进行。

减压疗法的长度和力度可以由护理者根据多种因素适当地确定，所述因素例如以往的经验、结缔组织再生速率等。可以在软骨部分或完全地再生后，除去歧管（步骤205）。

在一些实施方案中，支架的开孔或流动通道可以被设计为促进某种结缔组织以特定的三维形状生长。因此，在一个实施方案中，支架可以被设计为促进身体表面例如耳朵的软骨生长。更具体地参照图3，示出了用于在耳朵301的顶部的组织部位302处向耳朵301应用减压疗法的系统300的例证性的实施方案。系统300的这一例证性实施方案向耳朵301的缺失部分或软骨创伤306应用减压疗法，以再生缺失的软骨。组织部位302的软骨创伤306可以已经由任何原因导致，包括例如外伤、手术或癌症。系统300包括减压敷料303和盖布314，减压敷料303包括适合于向组织部位302分配减压的歧管311和适合于毗邻软骨创伤306放置的支架312，盖布314至少部分地覆盖减压敷料303以提供覆盖在组织部位302处的创伤306的空气密封。系统300的其余部件包括构成上文描述的系统100的相同部件，包括例如将导管118流体耦合于减压敷料303的管接头120。以上描述的系统300的所有部件以与系统100的部件相似的方式操作。

如上文描述的，支架312可以被放置为毗邻组织部位302、与组织部位302接触或实质上覆盖组织部位302，以促进软骨创伤306中的软骨的生长。支架312是提供用于创伤306内的软骨的细胞生长的模板的三维多孔结构。支架312的形状和柔性可以基于耳朵301的所需形状选择，如由减压敷料303上的虚线表示的。在一个实施方案中，可以使用塑模（mold）（未示出）将支架312形成为所需形状。塑模被创建为符合具有缺失部分的组织部位302处的耳朵301，那么塑模可以用于将支架312形成修复软骨创伤306所需的三维形状。如上文描述的，支架312可以含有软骨细胞，或顶层（coping）可以直接施用于软骨创伤306。如上文详细描述的，当包括支架312的减压敷料303被放置在软骨创伤306的空隙内时，盖布314被放置为覆盖减压敷料303。然后可以通过使用经导管118流体地耦合于减压敷料303的减压源（未示出）施用减压疗法。

在另一个实施方案中，塑模可以被放置为覆盖产生软骨创伤306，产生可以被由流体供应（未示出）经过导管118递送的或流体的其他独立供应递送的含有软骨细胞的流体填充的空隙。在流体填充塑模和软骨创伤306之间的空隙之后，流体硬化以形成采用用于在组织部位302处再生的软骨的所需形状的三维支架312。支架也可以在硬化之后用软骨细胞接种。

按照如本文公开的说明书的考量或本发明的实施，在本文的权利要求的范围内的其他实施方案对于本领域的技术人员将是明显的。期望说明书与实施例共同地意在仅被认为是示例性的，且本发明的范围和精神由实施例之后的权利要求表明。在下文的实施例中描述了例证性的实施方案。

实施例：软骨组织形成的诱导

观察到响应于向完整的颅骨骨膜的表面应用减压疗法的软骨形成。这些观察是有意义的，因为响应于疗法的软骨形成是独特的并且在组织工程领域受到很大关注。在不存在支架材料并且仅施加减压的情况下观察这些形成。在不经受减压的对照中，未观察到软骨形成。

由先天的异常或疾病以及创伤导致的软骨退化具有严重的临床后果。由于缺乏血液供给以及后续的创伤愈合响应，对软骨的损伤通常引起身体的不完全修复。完全厚度的关节软骨的损伤或骨软骨损伤提供正常的炎症反应，但是引起低质的纤维软骨形成。外科手术经常是唯一的选择。用于修复软骨损伤的治疗经常是不能令人满意的，并且几乎不恢复全部的机能或使组织回到其天然的正常状态。本实施例证实了使用

和减压治疗的从骨膜诱导新软骨。

评估泡沫歧管和减压诱导骨膜合成新软骨的能力。暴露兔的完整的未受损伤的颅骨。将

（KCI Licensing,Inc.，圣安东尼奥，德克萨斯州）泡沫敷料施用于骨。对于某些治疗，还使被泡沫覆盖的骨经受减压。在治疗之后，使已治疗的骨经受石蜡包埋、切断和染色，以评估治疗对新的骨形成的效果。

图4A示出了兔颅骨中的天然的未受损伤的骨膜。点表示骨膜的骨皮质和薄层之间的界限。通过对比，图4B和4C示出，通过使用和减压（-125mm Hg），诱导延伸的软骨组织覆盖骨膜。

考虑到以上内容，将观察到，实现了本发明的几种优点并且获得了其他优点。因为可以在以上方法和组成中作出各种变化而不偏离本发明的范围，所以以上说明书中含有的以及附图中示出的所有内容都意在应当被解释为例证性的并且不作为限制意义的。

本说明书中引用的所有参考文献都据此以引用方式并入。本文对参考文献的讨论仅仅意在概述作者进行的主张，并且不做出任何参考文献构成现有技术的承诺。申请人保留质疑所引用的参考文献的准确性和恰当性的权利。

Claims (10)

1.一种刺激在哺乳动物的组织部位处的软骨形成的方法，所述方法包括：

向所述组织部位施用软骨细胞或软骨细胞前体；并且

向所述组织部位施加减压持续足够导致在所述组织部位处的新软骨形成的时间。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述软骨细胞或软骨细胞前体在被施用于所述组织部位的生物相容支架中。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述组织部位具有软骨缺陷。

4.一种生物相容支架，其中所述支架包括软骨细胞或软骨细胞前体，并且其中所述支架对于经过所述支架传输减压来说足够多孔。

5.根据权利要求4所述的支架，其中所述软骨细胞或软骨细胞前体是软骨细胞。

6.一种用于刺激在组织部位处的软骨形成的系统，所述系统包括：

软骨细胞或软骨细胞前体；

减压源；以及

歧管，其能够从所述组织部位向所述减压源传输减压。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述歧管是生物相容支架。

8.权利要求6所述的系统在刺激在哺乳动物的组织部位处的软骨形成上的用途。

9.一种用于刺激在组织部位处的软骨形成的系统，所述系统包括：

减压源，其用于向所述组织部位施加减压；

支架，其布置为毗邻所述组织部位并且具有软骨细胞或软骨细胞前体；

歧管，其布置为毗邻所述支架，并且与所述减压流体地连通以向所述组织部位分配减压；以及

盖布，其适合于覆盖并且实质上密封所述歧管和所述支架于所述组织部位内，以在减压被施加时保持所述组织部位处的减压；

借此所述软骨细胞或软骨细胞前体和减压刺激在所述组织部位处的新软骨的形成。

10.根据权利要求9所述的系统在刺激哺乳动物的组织部位处的软骨形成的用途。

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