组织工程化椎间盘制造技术

本发明专利技术公开了一种工程化椎间盘植入物，其包含工程化椎间盘，其中工程化椎间盘包含髓核区域和纤维环区域；和两个终板，其中终板包含多孔聚合物泡沫，并且其中终板包含通道。本发明专利技术公开了治疗椎间盘退变的方法，其包含将所公开的工程化椎间盘植入物中的一个或多个工程化椎间盘植入物植入对其有需要的受试者，其中工程化椎间盘植入物的终板连接到受试者的椎骨。骨。骨。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】组织工程化椎间盘
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年11月20日提交的美国临时申请第62/938,078号的权益，其通过引用整体并入本文。
[0003]关于联邦资助研究的声明
[0004]本专利技术是在美国退伍军人事务部颁发的补助金IK2 RX001476、I01 RX002274、IK1RX002445和I21 RX003289下由政府支持进行的。政府拥有本专利技术的某些权利。

技术介绍

[0005]背部和颈部疼痛在现代社会中普遍存在，每年约有一半的成年人受到影响，约有三分之二的成年人在他们生活中的某个时刻受到影响。在全球范围内，背部和颈部疼痛是失能寿命损失年的四大因素中的两大因素，而对这些病状的治疗增加了医疗保健支出，但没有证据表明患者健康状况有所改善。尽管背部疼痛的原因是多方面的，并且仍未得到充分地了解，但椎间盘退变常常与轴向脊柱疼痛和神经源性四肢疼痛相关联。椎间盘退变的特征在于一系列细胞、组成和结构变化，包括髓核(NP)中蛋白聚糖含量的损失、细胞死亡、纤维环(AF)的解体和椎间盘高度塌陷；这些变化在一起最终会损害椎间盘的力学功能。脊柱融合术可以在患有衰弱性轴向颈部或背部疼痛和椎间盘严重退变的患者上进行；当需要去除椎间盘以恢复椎间盘间隙高度(对神经孔间接减压)或进入使椎管变窄的椎间盘
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骨赘复合物时，通常也会进行融合术。脊柱融合术不会恢复原生椎间盘结构或力学功能，因为它会固定退行性运动节段；由于整个脊柱运动学的改变，这可能促成相邻运动节段的退变。在很大程度上由于相邻节段退变这一公认的临床问题，椎间盘切除术后保持椎间盘运动学或使用力学关节成形术装置对椎间盘进行减压已一跃成为融合手术的替代方案，其目标是保持运动的同时恢复椎间盘高度。然而，这些装置的广泛采用一直进展缓慢，部分原因是担心下陷、磨损颗粒的产生和翻修手术的难度。
[0006]考虑到与椎间盘退变相关联的疼痛和失能的社会和经济负担，以及目前可用的手术治疗的局限性，非常需要晚期椎间盘退变的新疗法。组织工程给予了巨大的希望
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用组织工程化复合椎间盘置换退行性椎间盘有恢复原生椎间盘结构、生物学和力学功能的潜能。迄今为止，已经产生了许多复合工程化椎间盘，通常涉及细胞接种的水凝胶(作为NP区域的类似物)在接种细胞的取向或多孔支架内(作为AF区域的类似物)的组合。多种此类复合椎间盘已在体外进行了表征，尽管很少有研究在体内评价这些构建体。了解工程化椎间盘在体内特别是在临床相关长度尺度的大型动物模型中的长期整合和力学功能将是将这些工程化椎间盘技术转化为人体临床试验的重要前提。

技术实现思路

[0007]本专利技术公开了工程化椎间盘植入物，其包含工程化椎间盘，其中工程化椎间盘包含髓核区域和纤维环区域；和两个终板，其中终板包含多孔聚合物泡沫，并且其中终板包含通道。
[0008]本专利技术公开了治疗椎间盘退变的方法，其包含将所公开的工程化椎间盘植入物中的一个或多个工程化椎间盘植入物植入对其有需要的受试者，其中工程化椎间盘植入物的终板连接到受试者的椎骨。
[0009]所公开的方法和组成物的额外优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中了解，或者可以通过所公开的方法和组成物的实践来获悉。所公开的方法和组成物的优点将通过所附权利要求书中特别指出的元素和组合来实现和获得。应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述都只是示例性和解释性的，而不是对所要求保护的本专利技术的限制。
附图说明
[0010]并入本说明书并构成本说明书一部分的附图说明了所公开的方法和组成物的几个实施例，并且与描述一起用于解释所公开的方法和组成物的原理。
[0011]图1示出了工程化椎间盘植入物的组件：1)NP水凝胶2)层状PCL支架3)PCL泡沫终板。
[0012]图2A和图2B是通道和龙骨融入终板的设计(A)和加速骨整合的羟基磷灰石(HA)涂层(B)。
[0013]图3A
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3J示出了如通过(A
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C)MRI T2映射、(D)对胶原(红色)和蛋白聚糖(蓝色)的染色组织学以及(E
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G)区域蛋白聚糖和(H
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J)胶原含量的生化测量所测量的工程化椎间盘植入物组成物的实例。
[0014]图4A
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4F示出了大鼠尾模型中工程化椎间盘植入物压缩(A
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C)和拉伸(D
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F)力学特性的实例。
[0015]图5A
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5D示出了在体内植入山羊颈椎长达8周之后工程化椎间盘植入物压缩(A
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C)力学特性和组织学外观(D)的实例。尺度＝2mm。
[0016]图6A和图6B示出了大鼠和山羊模型的eDAPS制造和细胞接种的示意图。(A)为了制造适合大鼠尾椎间盘间隙大小的eDAPS，纳米纤维、对齐的分层PCL和PEO支架被静电纺丝，以30
°
角切割成条带，并围绕心轴滚动以产生AF区域。然后AF支架接种牛AF细胞，并且UV可固化透明质酸水凝胶接种牛NP细胞。培养2周后，将AF区域和NP区域与PCL泡沫终板结合形成eDAPS。(B)为了制造适合山羊颈椎间盘间隙大小的eDAPS，纳米纤维对齐的PCL支架以30
°
角切割成条带，并接种山羊MSC。山羊MSC也被接种在琼脂糖水凝胶内以形成NP区域。MSC接种的PCL条带培养1周，然后使用定制模具以相反的纤维角度同心滚动条带以产生eDAPS的AF区域。再培养一周后，AF区域和NP区域与PCL泡沫终板结合形成eDAPS。
[0017]图7A
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7J示出了大鼠尾体内植入后的eDAPS结构和组成。(A)在4.7T上获得的每个治疗组的第一回波的代表性原始MR图像(上)和原生椎间盘和eDAPS植入物在10周和20周的平均T2图(下)(尺度＝2mm)。eDAPS(B)NP和(C)AF T2值的量化，柱表示显著性(P<0.01)。与原生大鼠尾椎间盘间隙(尺度＝500μm)相比，通过10周和20周植入物的(D)阿尔新蓝(蛋白聚糖)和天狼猩红(胶原)染色的组织学切片，进一步评估eDAPS生化含量。(E)eDAPS的NP、(F)AF和(G)PCL终板区域中GAG含量的量化。(H)eDAPS(P＝0.01，20W对植入前)的NP(P＝0.01，20W对植入前)、(I)AF(P＝0.04，20W对植入前)和(J)PCL终板区域中胶原含量的量化。定量数据示为带有标准偏差的平均值(对于MRI数据，n＝5
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10/组，对于生化数据，n＝3
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4/
组)。用Kruskal
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Wallis和Dunn的多重比较检验评估组间的显著差异。
[0018]图8示出了大鼠eDAPS植入后的终板T2值。植入10周和20周之后，eDAPS的PCL泡沫终板内的T2弛豫时间(与10周和20周组相比，*P<0.05本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种工程化椎间盘植入物，其包含：工程化椎间盘，其中所述工程化椎间盘包含髓核区域和纤维环区域；和两个终板，其中所述终板包含多孔聚合物泡沫，并且其中所述终板包含通道。2.根据权利要求1所述的工程化椎间盘植入物，其中所述终板进一步包含羟基磷灰石。3.根据权利要求2所述的工程化椎间盘植入物，其中所述羟基磷灰石涂覆在所述终板的表面上。4.根据权利要求2到3中任一项所述的工程化椎间盘植入物，其中所述羟基磷灰石存在于整个所述终板中。5.根据权利要求1到4中任一项所述的工程化椎间盘植入物，其中所述终板具有骨界面侧和椎间盘界面侧。6.根据权利要求5所述的工程化椎间盘植入物，其中所述两个终板中的至少一个终板包含：主体；和突起，所述突起在从所述主体向外延伸的所述骨界面侧上。7.根据权利要求1到6中任一项所述的工程化椎间盘植入物，其中所述两个终板中的至少一个终板进一步包含一种或多种血管促进剂。8.根据权利要求7所述的工程化椎间盘植入物，其中所述一种或多种血管促进剂是血管内皮生长因子、去铁胺、尼莫地平或邻苯二甲酰亚胺新血管形成因子(PNF
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1)。9.根据权利要求1到8中任一项所述的工程化椎间盘植入物，其中所述髓核区域包含顶面、底面和侧边缘，所述侧边缘在所述顶面和底面之间延伸并且限定所述髓核区域的周边。10.根据权利要求9所述的工程化椎间盘植入物，其中所述髓核的所述周边被所述纤维环区域周向地包围。11.根据权利要求1到10中任一项所述的工程化椎间盘植入物，其中所述纤维环区域包含顶面、底面、内侧边缘和外侧边缘，所述外侧边缘限定所述纤维环区域的周边，其中所述内侧边缘和所述外侧边缘在所述顶面和所述底面之间延伸。12.根据权利要求11所述的工程化椎间盘植入物，其中第一终板的所述椎间盘界面侧连接到所述髓核区域和所述纤维环区域的所述顶面，并且其中第二终板的所述椎间盘界面侧连接到所述髓核区域和所述纤维环区域的所述底面。13.根据权利要求1到12中任一项所述的工程化椎间盘植入物，其中所述髓核区域包含水凝胶。14.根据权利要求13所述的工程化椎间盘植入物，其中所述水凝胶包含活细胞。15.根据权利要求14所述的工程化椎间盘植入物，其中所述活细胞是间充质干细胞或原生椎间盘细胞或其组合。16.根据权利要求13到15中任一项所述的工程化椎间盘植入物，其中所述水凝胶是透明质酸或琼脂糖水凝胶。17.根据权利要求1到16中任一项所述的工程化椎间盘植入物，其中所述纤维环区域包含纳米纤维PCL的一个或多个薄片。18.根据权利要求17所述的工程化椎间盘植入物，其中纳米纤维PCL的所述薄片被对齐形成层状结构。
19.根据权利要求1到18中任一项所述的工程化椎间盘植入物，其中所述纤维环区域进一步包含聚环氧乙烷(PEO)。20.根据权利要求1到19中任一项所述的工程化椎间盘植入物，其中所述纤维环区域包含活细胞。21.根据权利要求20所述的工程化椎间盘植入物，其中所述活细胞是间充质干细胞或原生椎间盘细胞。22.根据权利要求15到21中任一项所述的工程化椎间盘植入物，其中所述髓核区域中的所述细胞和所述纤维环区域中的所述细胞来自同一来源。23.根据权利要求15到22中任一项所述的工程化椎间盘植入物，其中所述髓核区域或纤维环区域的所述细胞已进行预先培养。24.根据权利要求1到23中任一项所述的工程化椎间盘植入物，其中所述工程化椎间盘植入物已进行培养。25.根据权利要求1到24中任一项所述的工程化椎间盘植入物，其中所述工程化椎间盘植入物还包含蛋白聚糖和胶原。26.根据权利要求1到25中任一项所述的工程化椎间盘植入物，其中每个终板的所述通道包含多个相对于横轴间隔的通道。27.根据权利要求26所述的工程化椎间盘植入物，其中每个终板的所述多个通道彼此平行或基本上平行，并且其中每个终板的所述多个通道垂直或基本上垂直于...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：宾夕法尼亚大学理事会，
类型：发明
国别省市：