[发明专利]用于制备和植入组织支架的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于制备和植入组织支架的方法和装置。

发明背景

软组织(例如软骨、皮肤、肌肉、骨骼、肌腱和韧带)受伤时经常需要通过外科手术来修复损伤和促进愈合。此类外科手术修复可以包括：通过已知的医疗器械缝合或以其他方式修复受损组织，通过其他组织填充受损组织，使用植入物、移植物或这些技术的任何组合。

一种常见的组织损伤涉及软骨损伤，软骨是一种无血管、有回弹力的柔韧结缔组织，软骨通常在关节接合处发挥“减震器”的作用，但是有些类型的软骨也可对管状结构(例如喉、气管和耳)提供支承。软骨组织通常由位于细胞外基质中的软骨细胞(通常称为chondrocytes)构成，细胞外基质包含胶原、结构支架和聚集蛋白聚糖(一种填充空间的蛋白聚糖)。人体中可以发现几种类型的软骨，包括透明软骨、纤维软骨和弹性软骨。透明软骨在人体中表现为明显的片状，或者，可以发现这种类型的软骨融合在骨骼的关节末端。通常存在于人体中的透明软骨为关节软骨、肋软骨和暂时性软骨(即，最终会通过骨化过程转化为骨骼的软骨)。纤维软骨是一种通常位于肌腱与骨骼、骨骼与骨骼和/或透明软骨与透明软骨之间的移行组织。弹性软骨包含遍布细胞外基质的弹性纤维，其通常存在于会厌部、耳部和鼻部。

一个常见的透明软骨损伤的例子为膝盖局灶性关节软骨缺损。强烈冲击关节会导致部分移动各种大小和形状的软骨片，或足以损坏软骨的细胞外基质，从而导致软骨退变。如果不进行治疗，损伤的关节软骨会使关节功能受限，产生令人虚弱的疼痛，并可能导致长期慢性疾病，例如骨关节炎，这种疾病的特征在于软骨破坏以及其下的骨质出现不利变化。由于关节软骨组织损伤一般不会自愈，因此通常必须通过外科手术来修复症状性病灶。现有的治疗模式包括灌洗、移除部分地或完全地不相连的组织块。此外，外科医生通常要使用多种会引起软骨缺损部位出血并形成血块的方法，例如刮除、钻孔或微骨折。据信，来自骨髓的细胞会形成本质上为纤维软骨的疤痕状组织，而且只能对某些症状提供暂时的缓解。不幸的是，修复的组织并不具备与透明软骨相同的机械性能，因此会因磨损而随时间更快地退化。患者通常需要进行二次手术来缓解症状。

最近以来，涉及自体软骨细胞移植的实验方法应用越来越普遍。使用活组织检查法从患者身上取下一片软骨，然后从组织样本中提取细胞，并在实验室中将其培养至合适的数量，从而获得软骨细胞。然后将扩增的软骨细胞以细胞悬液的形式或预装在合成或天然的可生物退化的生物相容性支架上提供给外科医生，以便植入软骨缺损部位。有时，将这些活细胞置于三维的天然或合成支架或者基质中，并保持在组织特异性培养条件下，以形成可移植的功能组织替代物。如果具有合适的条件和信号，细胞会发生增殖、分化并分泌多种基质分子，以形成实际的活组织，其可用作植回患者缺损部位的替代组织。

其他用于修复损伤软骨的技术采用软骨细胞之外的细胞，以形成所需的透明状组织。干细胞或祖细胞(例如脂肪组织、肌肉或骨髓中的细胞)具有在患者体内再生成骨骼和/或软骨的潜能。干细胞可以取自患者(即自体的)，或取自另一名患者(即异体的)。除其他细胞(例如来自滑膜的细胞)外，当将这些祖细胞置于有利于诱导软骨形成的环境中时，据认为它们可再生成软骨组织。

其他通过手术治疗损伤组织的外科技术包括使用手术植入物、支架或基质。已有多种外科手术植入物应用于外科手术，以帮助在不使用细胞的情况下再生软骨。例如，植入物可由多孔的、可生物退化的、生物相容性聚合物基质形成。其他例子包括衍生自生物聚合物(例如透明质酸、胶原和纤维蛋白)的基质。这些植入物通常结合骨髓刺激技术(例如微骨折)使用，使得骨髓可以提供细胞和有助于再生软骨的其他刺激物。