用於修飾醫療裝置表面形態的工藝的製作方法

2023-05-03 14:06:16 8

用於修飾醫療裝置表面形態的工藝的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於修飾醫療裝置表面形態的工藝。除其他有益性質外，所述修飾的表面具有改進各種生物活性劑吸附或結合的能力，所述生物活性劑的加入將使所述醫療裝置變成局部藥物遞送系統。
【專利說明】用於修飾醫療裝置表面形態的工藝

【技術領域】
[0001] 本發明涉及醫療裝置領域。特別地，本發明涉及用於修飾醫療裝置表面形態的工 藝及由此衍生的產品。

【背景技術】
[0002] 控制醫療裝置的性能，例如控制藥物的釋放，是在醫療裝置設計中的一個重要方 面。該性能部分地由該裝置表面積的大小及其特定的物理性質諸如硬度（stiffness)和形 貌（topography)來決定。例如，在醫療裝置上增加的表面積影響藥物吸收速度和能力、藥 物釋放速率、細胞粘附和細胞表型諸如幹細胞分化。被修飾的表面可通過各種方法來生產， 包括蝕刻和塗布。然而，這兩種方法都有弊端。蝕刻在引入新的表面化學時具有損壞表面層 中的分子的缺點。這些問題使表面性質的預測複雜化且可導致不期望的有害效果。此外， 醫療裝置的塗布導致複雜的多組分系統。在後者的情況下，根據其各自的特性選擇聚合物 組分，使得該混合物或組合物滿足所期望的特性。不幸的是，該組合不總是表現存在於各個 組分中的特性的組合。聚合物特性各不相同，這基於眾多因素，其除其他因素外可取決於該 聚合物中鏈對鏈的相互作用或在該聚合物表面上官能團的排布。但當一種聚合物與另一種 組合時，所述因素中的一些不再存在。使用上述實例，在聚合物組合中鏈對鏈相互作用可不 同，因為鏈的類型不同。類似地，在該表面上官能團的排布可以是不同的，因為該混合物含 有不同組群的表面基團。
[0003] 一種常見的醫療裝置類型是大孔腳手架（scaffold)。這些大孔腳手架的內表面可 以通過使用由相分離生成的第二微孔結構來填充自上而下控制的體系結構的大孔進行修 飾。雖然這些方法增加了腳手架的表面積，然而它們也破壞可以限制細胞滲透的原始孔相 互連結性、養分運輸以及最重要地藥物裝載入腳手架。
[0004] 另一種方法，是通過浙濾出與該腳手架聚合物本身被共同擠壓的水溶性ΡΕ0致孔 劑的高度多孔FDM的製造。還報導了使用聚合物溶液而不是聚合物熔化物的FDM產生增加 的孔隙率且不消除大孔空間。水解降解加速也有增加表面積和孔隙率的可能性。然而，這 些方法可以說損害通常與FDM腳手架相關的機械承載能力。
[0005] W02007/106247公開了一種方法，其中通過相轉化在例如支架上使用溶劑+聚合 物形成聚合物的塗層，從而在醫療裝置上形成一層塗層。
[0006] 此外，在加工和貯存過程中，以及在體內應用之後，醫療裝置的表面形態學改變。 因此，醫療裝置的可預測性，以及隨後地臨床效用可依賴於控制這些變化的能力。
[0007] 因此，有對在其表面區域控制包含聚合物組合物的醫療裝置的表面形態的需要。


【發明內容】

[0008] 本發明提供一種用於修飾醫療裝置的表面形態的方法，用以控制藥劑從表面區域 的釋放。本發明也可以使用於生物生產中，其中關於細胞附著、增殖和生物相容性的相同品 質對於來自粘附細胞的細胞產物的生成有益的。
[0009] 因此，本發明的一個方面涉及一種用於修飾醫療裝置表面形態的方法，其包含：
[0010] a)提供包括主體部分和表面區域的醫療裝置，所述表面區域包含生物相容性聚合 物組合物，其包含生物相容性聚合物；
[0011] b)使在所述表面區域中的至少部分所述生物相容性聚合物組合物與所述生物相 容性聚合物的溶劑接觸，以在所述表面區域的至少第一部分上形成第一表面區域膜；和
[0012] c)使至少部分所述第一表面區域膜與所述生物相容聚合物的非溶劑接觸，從而在 至少部分所述表面區域上形成第一固體化的表面區域膜。
[0013] 本發明的另一個方面涉及可通過本發明所述方法獲得的醫療裝置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1顯示本發明的方法的一種可能的設置（setup)。用溶劑潤溼基礎腳手架，並使 其暴露於所述溶劑一段時間，其後，將所述腳手架浸入包含非溶劑的凝固浴中，
[0015] 圖2顯示在該纖維表面上呈現極少表面結構化的未修飾FDM PCL腳手架的SEM圖。 凹陷標記各個PCL球粒之間的邊界，其在所述聚合物熔化物冷卻的過程中形成。400X放大 倍率，
[0016] 圖3顯示了根據表2排布的代表性環境SEM圖像。可辨識顯著差異。800X放大 倍率，
[0017] 圖4顯示：左：用100 μ m厚的纖維和500 μ m厚度的中心到中心纖維距離和80 μ m 的層厚度構建的FDM腳手架（100/0, ls，70/30)。通過減少溶劑暴露時間成功地避免相互連 結性的減少。右：經細胞培養處理的腳手架用於尺寸比較。400X放大倍率，
[0018] 圖5顯示：左：通過使用非溶劑（其為以適當的份數包含純非溶劑、乙醇和以及純 溶劑、二噁烷的混合物）在相分離交界面的非溶劑梯度的緩和，將所述表面的外觀從典型 的洞穴狀/空泡劇烈地改變為具有更小的特徵的更無序表面。上）由100%二噁烷組成的 溶劑浴以及70%乙醇和30%水的非溶劑浴。中）由100%二噁烷組成的溶劑浴以及90% 乙醇和10%二噁烷的非溶劑浴。下）由100%二噁烷組成的溶劑浴以及80%乙醇和20% 二噁烷的非溶劑浴。
[0019] 圖6顯示了一種用溶劑或非溶劑衝洗腳手架的裝置，其包含緊密地安裝在所述腳 手架上的漏鬥。從頂部入口準許進入溶劑和非溶劑。內部存在葉片以引導流體流動。
[0020] 圖7顯示所述腳手架的表面形態。左：NaOH處理的對照腳手架在纖維連接處的 外觀。其近平滑的纖維表面以多邊形的約50 μ m寬的球粒區域（具有位於其邊界的凹陷） 為特徵（1400X)。中：在相同的放大倍率顯示更高程度的表面結構化的經處理（溶劑-非 溶劑處理；該術語"PIPA"也用於根據本發明的表面處理）的腳手架。圖像中央的粘附 細胞的形態是高度伸展的（1400X)右：在更高的放大倍率下顯示多孔特徵的PIPA表面 (11200X)。
[0021] 圖8顯示CelITracker染色的共焦顯微照片，其顯示所述腳手架在第2+7天（頂 行），2+14天（中），和2+21天（下）的上表面。在第2+14天對於PCL(左欄）和經處理的 腳手架（右欄），孔被融合的細胞片層完全覆蓋。
[0022] 圖9顯示在DEXA培養基中在第2+21天所述腳手架的上周邊緣部分內部的細胞分 布。左上：靜態培養的對照腳手架，具有密集強染色的細胞片層。在該圖像的左部可見纖維 基質的沉積。左下：對照腳手架的更高放大倍率顯微照片。所述細胞具有紡錘狀成纖維細 胞外觀。右上：在固體纖維芯和粘附細胞之間具有典型的淡染色的多孔邊界（箭頭）的經 處理（PIPA)的腳手架。邊界厚度的明顯變化來自剖面和所述纖維之間的角度改變。右下： 稀疏存在半立方嗜鹼性細胞。
[0023] 圖10顯示每個腳手架的DNA量。將細胞接種於具有或不具有表面修飾的（PIPA) 腳手架且在靜態條件下培養2+7、2+14、2+21天和從第2+14天開始使用DEXA的2+21天。所 述量被表示為平均值土SD(η = 3)。*相同時間點內腳手架之間的顯著性差異（P〈0. 05)，
[0024] 圖11顯示由每個腳手架μ gDNA歸一化的ALP活性。將細胞接種於具有或不具有 表面修飾的（PIPA)腳手架且在靜態條件下培養2+7、2+14、2+21天和從第2+14天開始使用 DEXA的2+21天。所述活性被表示為平均值土 SD (η = 3)。活性以納摩爾對硝基苯酚/微克 DNA每分鐘（nmol/μ g DNA*min)來表不。*相同時間點內腳手架之間的顯著差異（Ρ〈0. 05)。
[0025] 圖12顯示在DEXA中培養七天後在第2+21天相對於DNA含量歸一化的每個腳手 架的鈣含量。鈣含量被表示為平均值土 SD(n = 4)，（P〈0. 05)。
[0026] 圖 13 顯不三種不同的轉染試劑 Oligofectamine (上），Lipofectamine2000 (中）， TransIT-TKO (下）從 PCL+H20、PCL+Na0H、PIPA+H20 和 PIPA+NaOH 的累積釋放動力學。PIPA 腳手架在4周內顯示較慢的釋放。
[0027] 圖14顯示牛血清白蛋白（左）和溶菌酶（右）從PCL+H20、PCL+NaOH、PIPA+H20 和PIPA+NaOH的累積釋放動力學。PIPA+NaOH腳手架在4周內顯示較慢的釋放。
[0028] 圖15顯示第28天的累積釋放。更暗的4周釋放柱堪比圖13的數據。剩餘的解 釋了困在所述腳手架孔內且未擴散進入周圍介質中的蛋白量。
[0029] 圖16顯示其如何才能通過大孔的幾何結構來控制腳手架的硬度。左）具有4_ 直徑和2mm高度的PIPA腳手架。熔融沉積成型的纖維的方向改變105度每層（pr layer)。 右）其中每個第二層的纖維方向成60度角的腳手架的實例。
[0030] 圖17顯示機械測試結果，結果表明腳手架的機械硬度隨圖16所示的高度各向異 性幾何結構，是高度各向異性的。
[0031] 圖18顯示被吸附在PCL腳手架上的多柔比星的累積釋放曲線。該釋放動力學取 決於負載量、水解處理和形態。
[0032] 圖19顯示在植入豬背部肌袋後PIPA腳手架的染色部分。A)以其整體顯示的未 裝載的PIPA_A+Na0H腳手架與周圍的肌肉B)在孔隙內具有壞死細胞的裝載藥物的PIPA_ Α+NaOH腳手架C+D)表示快速成型腳手架的具有空隙的未裝載腳手架的關閉。所述PIPA修 飾具有深色染色（箭頭）。D+F)部分裝載藥物的腳手架充滿了死細胞或多核細胞。棒分別 為 1mm、500 μ m 和 200 μ m。
[0033] 圖20顯示螢光納米顆粒在所述腳手架內的摻入。A)在螢光顯微鏡（白光無屏障 濾光片）中觀察的沒有顆粒摻入的對照PIPA腳手架。B)在528nm激發和644nm屏障濾光 片下的螢光信號的缺失。C)顆粒摻入的腳手架。D)螢光信號的存在。棒為200 μ m。
[0034] 現將在下文中更詳細地描述本發明。


【發明內容】
[0035]
[0036] 本發明涉及用於修飾醫療裝置表面形態的工藝以獲得對於細胞附著和/或生物 活性物質釋放而言改進的表面。
[0037] 本發明的一個方面涉及用於修飾醫療裝置表面形態的方法，其包含：
[0038] a)提供包含主體部分和表面區域的醫療裝置，所述表面區域包含生物相容的聚合 物組合物,所述生物相容性聚合物組合物包含生物相容性聚合物；
[0039] b)使在所述表面區域中的至少部分所述生物相容性聚合物組合物與所述生物相 容性聚合物的溶劑接觸，以在所述表面區域的至少第一部分上形成第一表面區域膜；
[0040] c)使至少部分所述第一表面區域膜與所述生物相容聚合物的非溶劑接觸，從而在 至少部分所述表面區域上形成第一固化的表面區域膜。
[0041] 在一個實施方案中所述非溶劑可包含第二溶解的聚合物，對於第二溶解的聚合物 而言所述非溶劑為溶劑。所述第二聚合物可通過使所述至少部分表面區域與所述第二聚合 物的第二非溶劑接觸而固化。
[0042] 如本文所用，術語"溶劑"指所述表面區域的所述生物相容性聚合物組合物中的聚 合物的溶劑。術語"非溶劑"是指所述表面區域的所述生物相容性聚合物組合物中的聚合 物的非溶劑。因此，溶劑和非溶劑的選擇是聚合物依賴的，且一組聚合物的溶劑可作為另一 不同組的聚合物的非溶劑。
[0043] 適合的溶劑包括但不限於，例如CH2C12、氯仿、乙醇、異丙醇、正丙醇、二甲基甲醯 胺、二甲基乙醯胺和二甲基亞碸。在一些實施方案中，所述溶劑可為醇類（例如，甲醇、乙 醇、1，3-丙醇、1，4-丁醇）、庚烷、己烷、戊烷、環己酮、三氯乙烷、丙酮、四氫呋喃（THF)、二甲 基乙醯胺（DMAc)、二噁烷、甲苯、二甲苯、二甲基亞碸（DMS0)、二甲基甲醯胺（DMF)、乙酸乙 酯、甲基乙基酮（MEK)和乙腈。
[0044] 適合的非溶劑包括但不限於，例如，水、二噁烷、丙酮、甲苯、環己酮、甲基乙基酮、 苯、甲苯、二甲苯、戊烷、己烷、環己烷、辛烷。表1歸納了特定聚合物的溶劑或非溶劑的一些 實例。
[0045]

【權利要求】
1. 一種用於修飾醫療裝置表面形態的方法，其包含： a) 提供包括主體部分和表面區域的醫療裝置，所述表面區域包含生物相容性聚合物組 合物，所述生物相容性聚合物組合物包含生物相容性聚合物； b) 使在所述表面區域中的至少部分所述生物相容性聚合物組合物與所述生物相容聚 合物的溶劑接觸，以在所述表面區域的至少第一部分上形成第一表面區域膜； c) 使至少部分所述第一表面區域膜與所述生物相容性聚合物的非溶劑接觸，從而在至 少部分所述表面區域上形成第一固化的表面區域膜。
2. 根據權利要求1所述的方法，其進一步包含以下步驟： -將所述第一固化的表面區域膜進行水解處理。
3. 根據權利要求2所述的方法，所述水解處理使用水性鹼性溶液進行。
4. 根據權利要求1-3任一項所述的方法，其進一步包含以下步驟： -將生物活性劑吸附在所述固化的表面區域膜上。
5. 根據權利要求1-4任一項所述的方法，其中在低於所述生物相容性聚合物組合物的 熔點的溫度下，所述生物相容性聚合物的溶劑和非溶劑是可混溶的。
6. 根據權利要求1-5任一項所述的方法，其中所述生物相容性聚合物的溶劑和/或非 溶劑包含生物活性劑。
7. 根據權利要求1-6任一項所述的方法，其中所述醫療裝置的主體部分包含與在所述 表面區域中的所述生物相容性聚合物組合物完全相同的生物相容性聚合物組合物。
8. 根據權利要求1-7任一項所述方法，其中所述生物相容性聚合物的溶劑和/或非溶 劑包含用於摻入所述表面區域的生物活性劑。
9. 根據權利要求4-8任一項所述的方法，其中所述生物活性劑選自由抗病毒劑、抗微 生物劑、血管生成劑、抗原劑、抗腫瘤劑、免疫抑制劑、蛋白質、肽、類固醇、病毒載體、生長因 子、胺基酸、聚核糖核酸，聚脫氧核糖核苷酸、化學修飾的聚核酸、維生素、透明質酸、生物活 性碳水化合物、生物活性脂質骨形態發生蛋白、激素、酶、骨移植物、止痛劑、骨髓、骨移植 物、羥基磷灰石、磷酸鈣、碳酸鈣顆粒、磷酸三鈣、生物玻璃、鍶化合物、實質細胞以及間充質 細胞或其組合組成的組。
10. 根據權利要求4-9任一項所述的方法，其中所述生物活性劑與遞送載體、靶向劑、 內體逃逸劑、亞細胞靶向劑、受控制的釋放載體或其混合物組合。
11. 根據權利要求1-5任一項所述的方法，其中所提供的溶劑不包含溶解在其中的生 物相容性聚合物。
12. 根據前述權利要求任一項所述的方法，其中在所提供的溶劑中所述生物相容性 聚合物的固體含量在0-10%範圍內，諸如〇%，諸如在〇. 01-10% (w/w)範圍內，諸如在 0. 01-5%範圍內，諸如在0. 01-3%範圍內，諸如在0. 01-2%範圍內，諸如在0. 01-1 %範圍 內，諸如在0. 1-10%範圍內，諸如在1-10%範圍內，諸如在2-10%範圍內，諸如在3-10%範 圍內或諸如在5-10%範圍內。
13. 根據前述權利要求任一項所述的方法，其中在所提供的溶劑中的固體含量在 0-10%範圍內，諸如0%，諸如在0.01-10% (w/w)範圍內，諸如在0.01-5%範圍內，諸如在 0. 01-3%範圍內，諸如在0. 01-2%範圍內，諸如在0. 01-1 %範圍內，諸如在0. 1-10%範圍 內，諸如在1-10%範圍內，諸如在2-10%範圍內，諸如在3-10%範圍內或諸如在5-10%範 圍內。
14. 根據前述權利要求任一項所述的方法，其中所述溶劑為多於一種類型溶劑的混合 物。
15. 根據權利要求14所述的方法，其中所述溶劑的混合物為1-5種溶劑的混合物，諸如 1_4種，諸如1_3種，諸如1_2種，諸如2或3種。
16. 根據權利要求14或15所述的方法，其中所述溶劑混合物為二噁烷/乙醇。
17. 根據前述權利要求任一項所述的方法，其中所述非溶劑為多於一種類型非溶劑的 混合物。
18. 根據權利要求17所述的方法，其中所述非溶劑的混合物為1-5種非溶劑的混合物， 諸如1_4種，諸如1_3種，諸如1_2種，諸如2或3種。
19. 根據權利要求17或18所述的方法，其中所述非溶劑混合物為乙醇/水。
20. 根據前述權利要求任一項所述的方法，其中所述非溶劑為非溶劑和溶劑的混合物。
21. 根據前述權利要求任一項所述的方法，其中所述非溶劑進一步包含一部分步驟b) 的溶劑。
22. 根據前述權利要求任一項所述的方法，其中所述溶劑和/或非溶劑包含至少1種溶 解的物質，所述溶解的物質可通過升華從所述固化的表面去除。
23. 根據前述權利要求任一項所述的方法，其中所述整個醫療裝置包含在表面上的生 物相容性聚合物組合物，所述生物相容性聚合物組合物包含生物相容性聚合物，並且其中 對所述整個醫療裝置進行所述方法的步驟b)和c)。
24. 根據權利要求23所述的方法，其中所述醫療裝置由或基本由包含生物相容性聚合 物的所述生物相容性聚合物組合物組成。
25. 通過權利要求1-10任一項所述的方法可獲得的醫療裝置。
26. 根據權利要求10所述的醫療裝置，其中所述表面區域具有粗糙的或粗的形態或具 有通道或孔的形態。
27. 根據權利要求25或26任一項所述的醫療裝置，其被設置用於骨移植物替代組合 物，其中所述醫療裝置具有在1-1〇_範圍內的顆粒尺寸。
28. 根據權利要求25-27任一項所述的醫療裝置，其被設置用於骨移植物替代組合物， 其中所述醫療裝置成形為尺寸在l_20mm範圍內的可包裝的咬合固體元件。
29. 根據權利要求25-28任一項所述的醫療裝置，其中所述醫療裝置成形為形成一個 或多個開放孔隙網絡的框架。
30. 根據權利要求25-29任一項所述的醫療裝置，其中所述醫療裝置選自由骨組織工 程化腳手架、支架、自擴張型支架、球囊擴張支架，支架移植物、移植物、主動脈移植物、心臟 瓣膜假體、腦脊液流體分流器、神經導管、血管移植物、輸尿管移植物、尿道移植物、起搏器 電極、導管、骨盆底修復膜、貼齊?、腹膜貼齊?、心內膜導線、吻合裝置、CABG吻合夾和連接器、 骨科植入物、螺釘、脊椎植入物、電刺激裝置和骨螺釘；美容植入物；和氣孔裝置組成的組。
31. 根據權利要求30所述的醫療裝置，其中所述醫療裝置是骨組織工程化腳手架。
32. 根據權利要求25-31任一項所述的醫療裝置，其中所述醫療裝置是可生物降解的。
33. 根據權利要求25-32任一項所述的醫療裝置，其中所述第一固化的表面區域膜具 有至少2微米的深度。
34. 根據權利要求25-33任一項所述的醫療裝置，其作為藥劑使用。
35. 根據權利要求25-33任一項所述的醫療裝置，其作為受控制的藥物釋放儲庫使用。
36. 根據權利要求25-33任一項所述的醫療裝置，其作為可植入的細胞載體使用。
37. 根據權利要求25-32任一項所述的醫療裝置，其作為皮膚貼劑使用。
38. 根據權利要求25-33任一項所述的醫療裝置，其作為用於幹細胞培養、組織工程、 藥物遞送、藥物檢驗、高通量藥物篩選、生物生產、抗體生產、蛋白生產、和廣泛的細胞生物 學應用的3D細胞培養基板來使用。
【文檔編號】A61L31/10GK104203295SQ201280070658
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2012年12月21日 優先權日:2011年12月23日
【發明者】丹格·廣·斯文·勒, 陳慕婉, 陳孟林, 安妮特·奧弗高·巴特, 科迪·埃裡克·布格, 赫勒·利丹, 約爾根·克耶姆斯, 莫滕·厄斯特高·安徒生, 弗萊明·貝森巴切爾 申請人:丹格·廣·斯文·勒, 陳慕婉, 科迪·埃裡克·布格, 弗萊明·貝森巴切爾