[發明專利]工程化機械功能性人類軟骨和其制備方法

在審

• 申請號: 201680006866.0
• 申請日: 2016-01-20
• 公開（公告）號: CN107206126A
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發明（設計）人: S·普密拉塔納;G·武尼亞克-諾瓦科維奇
• 申請（專利權）人: 紐約市哥倫比亞大學理事會
• 主分類號: A61L27/36
• 分類號: A61L27/36;A61F2/30
• 代理公司: 北京市鑄成律師事務所11313
• 代理人: 張臻賢,屈小春

關于聯邦政府贊助研究的聲明

本發明是在由國家衛生研究院授予的授權號為DE016525和EB002520的政府支持下完成。政府具有本發明中的某些權利。

技術領域

本公開涉及組織工程化領域，并且更具體地涉及組織工程化機械功能性人類軟骨。

背景技術

隨著世界人口老齡化，多年來膝蓋和髖關節置換術估計增加多倍。此外，肌肉骨骼損傷(例如運動損傷)正在增加，在過去十年中，兒科人群增加了一倍以上。

在體外由患者的細胞產生功能性組織將通過提供由于損傷、疾病或老化而損失或損壞的組織的生物替代物而徹底改革再生醫學。對胚胎發育和干細胞生物學的日益增長的理解極大地影響了支架設計、細胞操作以及調節干細胞分化和組織形成的因子(生物化學和物理)的合并的組織工程改造方法。

組織工程改造是軟骨再生特別感興趣的，因為軟骨因其無血管性僅展現出極小的內源性愈合能力。軟骨疾病的標志特征包括機械特性的損失、膠原蛋白降解、蛋白多糖合成減少以及細胞性降低。修復局灶性軟骨病變的方法包括激光焊料焊接、經由骨膜移植物進行的自體移植細胞/組織轉移、鑲嵌式成形術以及用于軟骨再生的自體軟骨細胞植入法。雖然這些選擇可暫時緩解癥狀，但它們也會帶來長期的問題。

在軟骨組織工程改造中，已將支架材料與原代牛軟骨細胞一起用于工程改造具有接近于天然組織的特性的軟骨。然而，當與人類間充質干細胞(hMSC)一起使用時，這些方法產生了非正常軟骨組織，人類間充質干細胞是臨床應用的優選細胞來源。

工程改造組織(或甚至器官)的生物替代物變得越來越可信，但仍然面臨重大障礙。軟骨為組織工程師的主要關注點，因為它是僅含有一種細胞類型的無血管組織，并且最初被認為是一個容易的目標。舉例來說，由從患者的膝蓋收獲并且在培養物中擴增的自體軟骨細胞進行的軟骨修復提供了細胞治療產品。然而，從患者的膝蓋收獲自體軟骨細胞與關節炎的發病和風險相關。不同的細胞來源(諸如骨髓或脂肪hMSC)將引起很高的臨床興趣，因為它將避免從膝蓋收獲組織。

此外，已使用自體和同種異體hMSC作為營養因子的來源，以在臨床試驗中誘導軟骨再生。這些方法中沒有一個能產生機械功能性人類軟骨。迄今為止，由hMSC產生的軟骨的組成和機械特性仍然低于由軟骨細胞實現的組成和機械特性。因此，仍然需要機械功能性軟骨組織的有效組織工程改造。

發明內容

在第一方面，提供一種包括具機械功能性的工程化人類軟骨的醫療裝置。工程化軟骨展現出天然人類軟骨的特性。舉例來說，但不限于，工程化軟骨具有>800kPa的楊氏模量(Young’s module)和<0.3的平衡摩擦系數。在其他實施方案中，工程化人類軟骨具有生理分層特性、剛度或摩擦學特性。

在一個實施方案中，將工程化人類軟骨附著至骨基底。在此方面，醫療裝置為植入物。在一些實施方案中，工程化人類軟骨為解剖學形狀的，并且可用于置換或修復骨骼。在此方面，醫療裝置和/或工程化軟骨可為臨床尺寸的，例如厘米尺寸。骨基底可為髁突的關節表面。可例如通過使患者的髁突成像并采用例如3D打印技術將髁突配置成對應于患者的解剖學人類髁突。因此，醫療裝置可為針對特定患者的個性化骨軟骨組織構建體。在另一個實施方案中，可將工程化軟骨用于諸如注射筆等遞送裝置中，用于局部遞送至骨缺損處。

在另一方面，主題涉及解剖學支架。支架包括脫細胞骨基質；和凝集間充質體。在一個實施方案中，凝集間充質體形成設置于骨基底上的致密細胞層。凝集間充質體的致密細胞層和骨基底形成分層結構。

在一些實施方案中，脫細胞骨基質為多孔的，并且凝集間充質體分散在多孔基質中。換句話說，凝集間充質體滲入多孔骨以形成構建體。

在另一方面，提供一種產生骨軟骨構建體的方法。該方法包括培養人類間充質干細胞以形成凝集間充質體，然后使凝集間充質體融合或附著于骨基底上。

附圖說明

參考附圖提供對本文所描述的主題的各個方面、特征以及實施方案的詳細描述，以下簡要描述附圖。圖式為說明性的，并且未定按比例繪制，為清楚起見，將一些組件和特征放大。圖式說明本主題的各個方面和特征，并且可整體或部分地說明本主題的一個或多個實施方案或實施例。