[发明专利]组织工程支架

说明书

一种用于组织工程的支架(12)包括：内部(14)、外部(16)和连接内部与外部的基部(22)。内部(14)包括被第一组一个或多个壁包围的通道(18)。外部(16)包括第二组一个或多个壁。这些部分被布置成使得第二组一个或多个壁基本包围第一组一个或多个壁，其中第一组壁与第二组壁之间的间隔在内部(14)与外部(16)之间限定空腔(20)。内部(14)和外部(16)可以具有不同形状；和/或支架(12)还可以包括在内部与外部之间限定的空腔(20)中的填充材料。

技术领域

本发明涉及用于使用支架的组织工程的设备和方法。

背景技术

组织工程通常涉及在生长期间使用支架作为支承件从活细胞生长新的结缔组织或器官。组织工程技术可以用于产生器官或组织移植物以供植入回到供体宿主中。组织工程经常涉及干细胞；将干细胞植入在合适位置可以生成骨骼、肌腱和软骨。应用包括真皮创伤愈合及软骨、韧带或骨骼的修复。

骨再生或修复通常涉及骨移植物的植入。然而骨移植的失败率可能很高。在骨组织工程中，在体内外已证明了干细胞在3D结构系统中的成骨的和生成血管的潜能。典型的组织工程治疗使用由合成支架承载的骨细胞来加速愈合过程。用于骨再生的环境非常复杂，包括不同细胞类型、生长因子、营养供应和机械刺激。

已发现三维骨移植支架的孔隙度可以在体内情况下的骨再生中起到关键作用。孔隙度越大，骨细胞生长越成功，但是这会对支架的机械稳定性产生不利影响。对于诸如骨骼和软骨等承重组织来说，支架的生物力学稳定性尤为重要。

已知由生物兼容性且生物降解性的支架形成骨移植物，该支架可以在骨生成期间支持细胞生存功能。先前已经提出了由陶瓷、合成聚合物、金属或水凝胶制成的支架。例如，诸如大孔隙羟基磷灰石(HA)等陶瓷支架已在试验中取得了一些临床成功。然而，陶瓷是相对易碎的材料并且这类支架易于断裂；此外，陶瓷材料可能不容易被再吸收。

研究表明，第一代共聚物支架在体内外均是生物兼容性的，主要缺点是缺乏促进血管生成和骨生成的生物学诱因。此外，在一定程度上需要人工干预、缺乏支架再现性和机械性能是典型支架制造技术(诸如溶剂浇铸法/粒子沥滤法和静电纺丝法)的缺点。US8,702,808描述了一种包括多孔管状支架的支架植入物。该支架由多孔生物吸收性聚合物或聚合物复合材料(诸如聚已内酯(PCL)或PCL-陶瓷复合材料网)形成。该支架由多层微丝网形成从而形成互连孔隙。

仍存在对于组合在孔隙度、机械稳定性和形状方面的期望性质的组织工程支架的需求。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于组织工程的设备，所述设备包括支架，所述支架包括：

内部，所述内部包括被第一组一个或多个壁包围的通道；

外部，所述外部包括第二组一个或多个壁且被布置使得所述第二组一个或多个壁基本包围所述第一组一个或多个壁，其中所述第一组一个或多个壁与所述第二组一个或多个壁之间的间隔在所述内部与所述外部之间限定空腔；和

基部，所述基部连接所述内部和所述外部。

因此提供了一种包括三维(3D)支架的设备，该3D支架具有已被发现特别适合于快速成型(RP)或其它计算机控制的制造技术的构造。支架的3D形状可以很容易从计算机辅助设计(CAD)数据或模型来再现。可以一致地且在相对较窄的容差范围内再现支架的形状和/或尺寸。从而可以保证质量控制，以供大规模生产。

此外，可以容易地针对不同的组织工程应用定制支架的3D形状。例如，3D支架可以被设计且被成形为在生物反应器中适配于组织工程过程的建模。例如，3D支架可以被设计且被成形为模拟天然骨骼环境，用于体外药物测试。由内部限定的通道可以例如允许：离子交换；氧气流动；或从由支架支撑的培养基中扩散的蛋白质、葡萄糖或药物的运输。