[发明专利]医疗器械和植入物的干细胞捕获和固定涂层

说明书

优先权

本申请要求在2008年8月7日提交的美国临时申请序列号61/086,912(代理案卷号：BST-003P)和在2009年2月27日提交的61/1,153,076(代理案卷号：BST-003P2)的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本申请涉及生物活性材料(生物活性物质)在医疗器械的内表面和/或外表面上——特别是在期望骨或组织向内生长的多孔植入物上——的固定，所述生物活性材料诸如干细胞、其它生物细胞、生物活性分子——尤其是生长因子和其它有治疗价值的材料。在一个特定的实施方式中，本发明使用两亲分子的高密度纳米膜选择性地捕获、浓缩和固定感兴趣的生物活性材料——特别是感兴趣的细胞材料。这种嵌有选择性识别分子或靶部分的高密度纳米膜可以在医疗器械的表面上形成。

本发明的新的结构和方法发现在手术室环境中特别有用，使得医疗人员就在使用之前能够涂覆预制的医疗器械，诸如骨植入物，特别是能够使用从患者提取的生物活性材料(例如，自体和/或内源性移植材料)，由此减少关于生物活性材料的运输和贮存以及由遗传不相容或传染物的传输引起的不良免疫反应的担忧。

背景技术

已经证明多孔医疗植入物器械——特别是金属、陶瓷或聚合结构的——以及生物源的那些在医疗应用中作为组织生长的支架具有极大价值。这种结构发现作为骨生长的支架特别有用，其中多孔结构允许假体器械与作为软骨的相邻骨结合，并且骨生长入该器械的孔中。

已经提议多种技术促进期望的组织向内生长，其包括在将器械植入患者之前，将刺激组织生长的分子诸如生长因子蛋白并入假体器械的孔中。这些技术典型地包括表面涂覆、吸附到金属表面之上、连接到聚合物表面或用生物可降解材料的空隙填充。塑料诸如PLA和PEG发现在这些空隙填充应用中特别有用，虽然任何显著量的这些材料的降解产物可能损害生物学功能。纤维蛋白、胶原和骨基粘固剂(bone based cement)也已经在这些空隙填充应用中应用。也已经提议使用多种类型的涂层在多孔结构中固定生物活性材料的其它技术。

在治疗和/或生物活性材料被并入医疗器械的领域中的多个实例常常集中于使用有限数量的预先确定类型的生物活性分子，诸如特定的生长因子，其通常通过重组技术在无菌生产环境中产生。相比于外科手术室，这种涂层系统通常更适合于制造环境。另外，生长因子和其它治疗材料被发现彼此之间具有复杂的相互作用，所有这些甚至本领域技术人员不能清楚地理解。虽然已经证明选择的由合成生产引入的生长因子具有益处，但是它们昂贵地产生和可能在患者中产生不良反应。另外，选择的成分的混合可能不具有可能存在于内源性组织和流体诸如骨髓和脂肪组织的治疗活性范围。因为这点，在某些过程中，外科医生通常从患者中提取组织或者流体，使其通过分离过程诸如离心，选择已知在期望材料中富集的部分——所述期望材料诸如生长因子、干细胞或祖细胞，然后在损伤或外科手术的点将该材料重新注入患者中以促进愈合。本发明涉及可在患者的自身组织和流体中存在的生物活性分子和生物细胞的捕获和使用，虽然本发明的新的结构也与合成生产的生物活性分子和从细胞培养物收获的生物细胞的使用是相容的。

临床使用的骨髓一般地作为使用注射器型装置从靶患者的骨中提取的抽吸物获得。由于髂嵴、骨盆或髋骨较大的尺寸和邻近于身体的表面，其通常被用作为来源。在一些应用中，骨髓不加饰变(modification)进行使用，但是在许多情况中，一些形式的分离技术诸如离心被用于浓缩骨髓的期望部分。干细胞和生物活性分子——包括细胞因子诸如生长因子，通常是该分离过程的目标，虽然通过离心分离往往选择也包含高水平白细胞和宽范围分子成分的部分。感兴趣的细胞和分子也一般地可以从脂肪(adipose)——也称脂肪(fat)——组织中获得。身体的任何组织都具有潜力，肌肉和神经组织以及与生殖过程相关的组织也是特别感兴趣的。从患者或预定接受者提取的材料(即，自体移植材料)相对于其它来源具有数个优势，包括：固有的生物相容性、低成本的可能性、提供可能具有协同作用和潜在减少的管理问题或者较快的监管审批(regulatory approval)的较宽范围的有用化合物。当骨髓衍生物在外科手术中使用时，它们一般通过注射器注射入期望的活性区域被重新引入到身体中，或者进入随后植入身体中的植入器械或支架材料中。