用于管腔器官的组织工程装置与方法.pdf

本发明提供了一种用于重建、修复、扩张或替代管腔器官或组织结构的组织工程装置和方法，涉及使用适形于层状排列的管腔器官一部分的可生物降解聚合物基体，处理含有多个细胞群的自体组织、同种异体组织或异种组织以获得组织糜组合物，将所述组合物种植到所述基体，然后将种植后的聚合物基体植入患者体内。

1.  一种器官重建方法，包括如下步骤：
提供适形于层状排列的管腔器官一部分的可生物降解聚合物基体；
获得包含多个细胞群的自体组织、同种异体组织或异种组织；
加工所述组织以获得组织糜组合物；
将所述组合物种植到所述基体上；以及
将所述种植后的聚合物基体植入患者体内。

2.  根据权利要求1所述的方法，还包括将一种或多种基体消化酶加入到所述组织糜组合物的步骤。

3.  根据权利要求2所述的方法，其中所述基体消化酶选自：胶原酶、软骨素酶、胰蛋白酶、弹性蛋白酶、透明质酸酶、肽酶、嗜热菌蛋白酶、蛋白酶以及它们的组合。

4.  根据权利要求1所述的方法，还包括将一种或多种药物加入到所述组织糜组合物的步骤。

5.  根据权利要求4所述的方法，其中所述药物选自：抗生素、抗病毒药、化疗药、抗排异药、止痛药、抗炎药、激素、类固醇类、生长因子、天然来源的蛋白质、遗传工程蛋白、多糖、糖蛋白、脂蛋白以及它们的组合。

6.  根据权利要求1所述的方法，还包括将一种或多种药物加入到所述聚合物基体的步骤。

7.  根据权利要求6所述的方法，其中所述药物选自：抗生素、抗病毒药、化疗药、抗排异药、止痛药、抗炎药、激素、类固醇类、生长因子、天然来源蛋白质、遗传工程蛋白、多糖、糖蛋白、脂蛋白以及它们的组合。

8.  根据权利要求1所述的方法，还包括将一种或多种干细胞加入到所述组织糜组合物的步骤。

9.  一种器官重建的方法，包括如下步骤：
提供适形于层状排列的管腔器官一部分的可生物降解聚合物基体；
获得包含多个细胞群的自体组织、同种异体组织或异种组织；
处理所述组织以获得第一组织糜组合物和第二组织糜组合物；
将所述第一组织糜组合物种植到所述基体的第一区域，将所述第二组织糜组合物种植到所述基体的第二区域；以及
将所述种植后的聚合物基体植入患者体内。

10.  根据权利要求9所述的方法，其中所述第一组织糜组合物由平滑肌组织构成，所述第二组织糜组合物由内皮组织构成。

11.  根据权利要求9所述的方法，还包括将一种或多种基体消化酶加入到一种或多种组织糜组合物的步骤。

12.  根据权利要求11所述的方法，其中所述基体消化酶选自：胶原酶、软骨素酶、胰蛋白酶、弹性蛋白酶、透明质酸酶、肽酶、嗜热菌蛋白酶、蛋白酶以及它们的组合。

13.  根据权利要求9所述的方法，还包括将一种或多种干细胞加入到一种或多种组织糜组合物的步骤。

14.  一种器官重建装置，包括：可植入、可生物降解的聚合物基体，其适形于层状排列的管腔器官的一部分，其中所述基体能够种植经处理的组织组合物，所述组织组合物包括含有多个细胞群的、自体组织、同种异体组织或异种组织糜。

15.  根据权利要求14所述的装置，还包括聚合物网织物。

16.  根据权利要求14所述的装置，还包含一种或多种药物。

17.  根据权利要求16所述的装置，其中所述药物选自：抗生素、抗病毒药、化疗药、抗排异药、止痛药、抗炎药、激素、类固醇类、生长因子、天然来源蛋白质、遗传工程蛋白、多糖、糖蛋白、脂蛋白以及它们的组合。

18.  一种增强的器官重建装置，包括可植入、可生物降解的聚合物网，所述聚合物网具有第一表面和第二表面，还具有与所述第一聚合物网表面接触的第一可生物降解的聚合物基体，并且还具有与所述第二聚合物网表面相接触的第二可生物降解的聚合物基体，其中所述聚合物基体-网-基体构建物适形于层状排列的管腔器官一部分，以及其中所述第一和第二聚合物基体能够种植经处理的组织组合物，所述组织组合物包括含有多个细胞群的、自体组织、同种异体组织或异种组织糜。

19.  根据权利要求18所述的装置，还包含药物。

20.  根据权利要求19所述的装置，其中所述药物选自：抗生素、抗病毒药、化疗药、抗排异药、止痛药、抗炎药、激素、类固醇类、生长因子、天然来源蛋白质、遗传工程蛋白、多糖、糖蛋白、脂蛋白以及它们的组合。

用于管腔器官的组织工程装置与方法
技术领域
本发明涉及用于组织重建、组织修复、组织扩张和组织替代的方法和材料。更具体地讲，本发明提供了利用可植入装置对患者的治疗，该可植入装置由生物相容的、可生物降解的合成或天然聚合物基体组成，该基体成形为适形于管腔器官或组织结构的至少一部分并且种植有组织糜。
背景技术
人泌尿器官膀胱是构成位于盆腔前部的肌膜囊的管腔器官。膀胱是尿液的储库，该器官通过输尿管接受尿液并通过尿道排出。膀胱位于人体的盆骨(耻骨联合)和尿道后面的盆腔中，尿道通往体外。膀胱、输尿管和尿道都有相似的构造，包括带有膜衬里的肌肉结构，所述膜包括覆有粘液的尿道上皮细胞，所述膜对于尿液中的正常可溶性物质来说是不不可渗透的。膀胱的三角区(膀胱三角区)是膀胱底部粘膜的平滑三角形部分。膀胱组织具有弹性且适形，即膀胱会根据储存尿液的量而改变形状和大小。没有尿液时，膀胱类似于放了气的气球；而在尿液量增加时，膀胱变成类似梨形并上升进入腹腔。
膀胱壁主要有三层组织：粘膜、粘膜下层和逼尿肌。包含尿道上皮细胞的粘膜是最内层，由移行细胞上皮组成。粘膜下层紧挨着粘膜及其基底膜，位于它们之下。它由为粘膜提供营养的血管以及淋巴结构成，有助于除去废物。逼尿肌是平滑肌细胞层，其舒张以存储尿液，收缩而排出尿液。
膀胱会受到多种对患者造成伤害的疾病和损伤。例如，感染性疾病、肿瘤和发育异常可能造成膀胱损伤。创伤也可能导致膀胱损伤，例如车祸和运动损伤。
尽管包括合成和天然来源的聚合物在内的多种生物材料已用于组织重建或组织增强，但是还没有材料被证实满足用于膀胱重建的要求。由于机械、结构、功能或生物相容性问题，尝试大都失败了。永久性合成材料会造成机械性失效和形成结石。
还已提出使用天然来源材料，例如冻干硬脑膜、去除上皮的肠段以及小肠粘膜下层进行膀胱替代。然而，已有报道称用硬脑膜、腹膜以及胎盘和筋膜扩张的膀胱随着时间推移会收缩。去除上皮的肠段具有足够的尿道上皮覆盖以用于膀胱重建，但是在粘膜再生或肠段纤维化，或这两个方面仍存在困难。已证实，去除肠段的上皮会导致粘膜再生，而去除粘膜和粘膜下层会导致肠段回缩。
还报道了有关某些胃肠片段用于膀胱手术的其他问题，包括形成结石、粘液产生增多、形成瘤、感染、代谢紊乱、长期挛缩和重吸收。这些尝试已经证明，想要替代尿道上皮的永久性功能并不容易。
由于使用胃肠片段进行膀胱重建会引起多种并发症，因此目前正在寻找替代的解决方法。最近的手术方法已经依赖于天然泌尿组织进行重建，包括自增强和输尿管膀胱扩大成形术。但是，自扩张的长期结果令人失望，而输尿管膀胱扩大成形术仅限于其中输尿管已经扩张的情况。已经提出了逐渐扩大输尿管和膀胱的系统，但尚未在临床上尝试。还尝试了单独地或在天然尿道上皮之上的浆肌移植物和去除上皮的肠段。但是，移植物回缩和初始去除上皮的肠段再形成上皮却再次出现问题。
阻碍膀胱重建的一个重要限制与供体组织的可得性直接相关。有限的膀胱组织可得性阻止了使用正常膀胱组织经常进行常规膀胱重建。而可得到并且被认为可用的膀胱组织自身可能带有固有的缺陷和疾病。例如，在患膀胱癌的患者中，剩余的膀胱组织可能受到癌细胞转移的影响。因此患者的膀胱功能注定不是最佳的。
因此，本领域需要用于管腔器官或组织结构(例如膀胱)进行重建、修复、扩张和替代的改善方法和材料。本发明克服了现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的实施方案涉及包括下述步骤的器官重建方法：提供可生物降解的聚合物基体，其适形于层状排列的管腔器官的一部分；获得包含多个细胞群的自体组织、同种异体组织或异种组织；处理所述组织以获得组织糜组合物；将所述组合物种植到所述基体内；以及将种植后的聚合物基体植入患者体内。
本发明的一个实施方案涉及器官重建方法，该方法包括如下步骤：提供可生物降解的聚合物基体，其适形于层状排列的管腔器官的一部分；获得包含多个细胞群的自体组织、同种异体组织或异种组织；处理所述组织以获得第一组织糜组合物和第二组织糜组合物；将所述第一组织糜组合物种植在所述基体的第一区域，将所述第二组织糜组合物种植在所述基体的第二区域；以及将种植后的聚合物基体植入患者体内。
本发明的又一个实施方案涉及器官重建装置，该装置包括可植入、可生物降解的聚合物基体，其适形于层状排列的管腔器官的一部分，其中所述基体能够种植经处理的组织组合物，所述组织组合物包含含有多个细胞群的、切碎的自体组织、同种异体组织或异种组织。
附图说明
参照一些优选实施方案的附图描述了本发明的一些特征和优点，这些优选实施方案的附图旨在举例说明而非限制本发明。
图1示出正常人膀胱的解剖图。
图2示出可用于本发明组织糜组合物的多种细胞类型的组织层。
图3A、3B和3C示出膀胱组织糜中的尿道上皮细胞和平滑肌细胞进入可吸收支架的细胞迁移、分布和组织。箭头(1)指向尿道上皮细胞簇和层；箭头(2)指向尿道上皮细胞周围的平滑肌样细胞的组织；星形指示新形成的尿道上皮和平滑肌结构内的腔体。
具体实施方式
应当理解，本发明不限于本文所述的具体方法、规程等，因此这些方法和规程可以有所变化。本文所用的术语旨在于仅仅描述具体实施方案，而无意于限制本发明的范围，本发明的范围仅由权利要求书限定。
说明书及权利要求书中所用的“一个”、“该”和“所述”等单数形式包括复数指代，除非文中另有明确说明。因此，例如，提及“细胞”可以指一个或多个细胞，包括本领域技术人员已知的它们的等同物，除非文中另有明确说明。除非另有定义，否则本文中使用的所有技术术语的含义与本发明所涉及领域的普通技术人员通常所理解的含义相同。除了在操作实例或者另有说明之外，本文使用的所有表示成分或反应条件的量的数字应理解为在所有情况下都被术语“约”所修饰。与百分比一起使用时，术语“约”意即±1％。
提到的所有专利和其他出版物以引用方式并入本文，目的在于说明和公开(例如)可用于本发明的这些出版物中所述的方法。提供这些出版物仅仅因为它们的公开早于本发明的申请日。不应该将这一点视为本发明人承认由于先前发明或任何其他原因，本发明人无权承认本公开内容先于这些出版物。有关日期的所有声明或有关这些文档内容的陈述是基于申请人可获取的信息，不包括对这些文档日期或内容正确性的肯定。
本发明提供了用于重建、修复、扩张或替代成形中空器官或组织结构的方法和材料，所述结构显示为不同细胞类型呈层状分开，并且需要保持一般的管腔形状。特别适于本发明的方法和装置的管腔器官或组织结构是那些含有的平滑肌细胞层为器官或结构赋予了适形或可挛缩特性的器官或组织结构。
适于本发明应用的管腔器官的一个实例是膀胱，其具有包括尿道上皮组织的第一细胞类型内层、粘膜下层中间层以及包含平滑肌组织的第二细胞类型外层。这样的组织形式也存在于其他泌尿生殖器官和组织结构中，例如肾盂输尿管和尿道。管腔形构造的器官或组织指由管腔构成或排列为管腔的任何器官或组织，包括管状组织。本发明所涉及的其他合适的管腔形构造的管腔器官、组织结构或管状组织包括输精管、输卵管、泪管、气管、胃、肠、脉管系统、胆管、射精管、附睾管、腮腺管、输尿管、尿道以及手术建立的分流管。
本发明可适于治疗诸如膀胱外翻、膀胱容积不足、膀胱部分或全部切除后的膀胱重建、外伤造成的膀胱损伤的修复之类的疾病。
尽管本文中提及膀胱的重建、修复、扩张和替代，但应当理解，本发明的方法和装置可用于患者体内多个组织和器官的重建、修复、扩张和替代。因此，例如，使用种植了合适组织糜的聚合物基体可重建、修复、扩张或替代如膀胱、输尿管、尿道、肾盂等器官或组织。本发明的装置和方法还可应用于重建、修复、扩张和替代血管组织(参见例如Zdrahala，R.J.，J.Biomater.Appl.10(4)：309-29(1996))；肠组织、胃(参见例如Laurencin，C.T.等人，J.Biomed.Mater.Res.30(2)：133-38(1996))等。待治疗的对象可以是需要重建、修复、扩张或替代器官或组织的任何哺乳动物，例如狗、猫、猪、马、牛或人。
本发明的组织糜来源可以与预期重建、修复、扩张或替代的组织源相同或不同。例如，组织糜可来源于尿道组织，有利于膀胱组织的重建、修复、扩张和替代。管腔器官的形态学相似性，例如膀胱和尿道组织，在本领域中是已知的，参见Dass等人，165J.Urol.1294-1299(2001)；还报道了膀胱组织在尿道重建中的应用，参见A.Atala，4(Suppl.6)Am.J.of Transplantation 5873(2004)。
如前所述，阻碍膀胱重建的一个重要限制与供体组织的可得性直接相关。有限的膀胱组织可得性阻止了使用正常膀胱组织经常进行的常规膀胱重建。可得到并且被认为可用的膀胱组织自身可能带有固有的缺陷和疾病。例如，在患膀胱癌的患者中，剩余的膀胱组织可能受到癌细胞转移的影响。因而该患者的膀胱功能注定不会很好。
因此，其他人尝试了细胞培养方法(Atala等人)，在该方法中从活组织检查中分离出平滑肌细胞和尿道上皮细胞，分别进行体外培养，然后加入到膀胱基底上。但该方法冗长且耗时，患者必须要等待至少8周才能植入组织工程支架。也评估了其他组织作为用于膀胱扩张的细胞来源，例如颊组织。参见El-Sherbiny等人，“Treatment of Urethral Defects：Skin，Buccal or Bladder Mucosa，Tube or Patch？An Experimental Study inDogs，”167J.Urol.2225-2228(2002)(“尿道缺损的治疗：皮肤粘膜、颊粘膜或膀胱粘膜？采用尿管还是修补法？在狗中进行的实验研究”，泌尿学杂志，2002年，第2225-2228页)。
本发明的方法提供了生物相容性的合成或天然聚合物基体，其被成形为适形于待修复、重建、扩张或替代的膀胱结构的一部分或全部。生物相容性材料是没有毒性且对生物功能没有损害的任何物质。本文使用的术语“合成聚合物”指天然中不存在的聚合物，即使该聚合物是由天然生物材料制成的。术语“天然聚合物”指天然存在的聚合物。成形的合成或天然聚合物基体优选是多孔的，使得细胞能够在基体上以及基体孔内沉积和迁移。该基体可由多种支架材料制成，例如冻干泡沫、非织造支架或熔融-吹塑支架。
冻干或冷冻干燥法通过升华从聚合物-溶剂溶液中除去溶剂，剩下的就是多孔固体。更具体地讲，该方法通过固相到气相的转变将溶剂与冷冻溶液分离。被称为升华的这种转变能够不经液相而除去溶剂。最终构建物是由剩余溶质构成的多孔固体结构，通常被描述为泡沫。
将任何天然或合成的生物相容、可生物降解的聚合物或这类聚合物的任何共混物溶解于可通过升华除去的溶剂中，然后将所得的液体溶液倒入末端开放的铰接式模具，在冷冻期间机械转动。在第一步中，将模具用铰链合拢并部分填充溶液。填充期间，该模具的一部分体积仍然是空的。冻干后，倒入模具的溶液体积构成支架体积，而空出的体积构成中空。填充之后，以多种方式旋转模具。将模具垂直放置并且快速旋转，离心力使得液体溶液离开模具中心并且处于侧面上。然后将旋转的模具缓慢冷却或浸入到液氮中快速冷冻。也可将模具垂直放置并缓慢旋转，由此重力使聚合物沉至模具的一侧。假设模具的温度低于环境温度，那么冷冻液体层逐渐在模具内部构建，得到内部的冷冻壳。两种方法都会得到具有与模具内部的几何形状一致的形状和纹理的冷冻构建物。一旦完全冷冻，将该构建物置于真空中以便升华。
多种可吸收聚合物可用于制造泡沫。可用的合适的生物相容并且可生物吸收的聚合物的例子包括选自下列物质的聚合物：脂族聚酯、聚(氨基酸)、共聚(醚-酯)、聚亚烷基草酸酯、聚酰胺、聚(亚胺基碳酸酯)、聚原酸酯、聚氧杂酯(polyoxaester)、聚氨基酯、含胺基的聚氧杂酯、聚(酸酐)、聚磷腈、生物分子(即生物聚合物，例如胶原、弹性蛋白、可生物吸收淀粉等)，以及它们的混合物。
合适的溶剂包括但不限于选自下列物质的溶剂：甲酸、甲酸乙酯、乙酸、六氟异丙醇(HFIP)、环醚(即THF、DMF和PDO)、丙酮、C₂至C₅醇的乙酸酯(例如乙酸乙酯和叔丁基乙酸酯)、甘醇二甲醚(即单甘醇二甲醚、乙基甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、乙基二甘醇二甲醚、三甘醇二甲醚、丁基二甘醇二甲醚和四甘醇二甲醚)、甲基乙基酮、二丙二醇甲基醚、内酯(例如γ-戊内酯、δ-戊内酯、β-丁内酯、γ-丁内酯)、1，4-二氧戊环、1，3-二氧戊环、1，3-二氧戊环-2-酮(碳酸乙二酯)、二甲基碳酸酯、苯、甲苯、苄醇、邻二甲苯、萘、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、氯仿、1，2-二氯甲烷、吗啉、二甲基亚砜、六氟丙酮半水合物(HFAS)、苯甲醚以及它们的混合物。使用标准技术制备聚合物在溶剂中的均匀溶液。
如本领域的技术人员所了解的那样，可利用的适用聚合物浓度或溶剂量随每个体系的不同而不同。已制出几个体系的合适的相图曲线。然而，如果没有可用的合适曲线，也能很容易地用已知方法制出。聚合物的量在很大程度上取决于该聚合物在给定溶剂中的溶解度以及所需泡沫的最终性能。
可用于控制泡沫结构的参数是聚合物-溶剂溶液的冷冻速率。在冷冻步骤过程中闭合的孔形态的类型取决于溶液热力学、冷冻速率、最终冷却温度、溶液浓度、均质或异质核化等。这些相分离现象的详细描述参见本文给出的参考文献。参见A.T.Young，“Microcellular foams viaphase separation，”J.Vac.Sci.Technol.A 4(3)，May/June 1986(“通过相分离的微孔泡沫”，1986年5/6月)；S.Matsuda，“Thermodynamics ofFormation of Porous Polymeric Membrane from Solutions，”Polymer J.Vol.23，No.5，pp 435-444，1991(“溶液形成多孔聚合物膜的热力学”，聚合物杂志，1991年第23卷第5期，第435-444页)。
还可通过两步成模构建泡沫支架，其中所述模的一部分由中空部分组成，另一部分由芯组成。这种设计类似于典型注模工艺中所用的。可通过腔体与芯之间的空间填充该溶液。通过最终构建物的厚度确定该空间。一旦完成填充，可通过上述步骤冷冻该溶液。
本发明的另一个实施方案可包括非织造支架。优选的非织造材料包括由纤维、细丝或膜状细丝结构的联锁层或网络形成的柔韧多孔结构。这些非织造材料可由之前制备/形成的、加工成所需结构网络的纤维、细丝或膜的网形成。
一般来讲，通过将组成成分(通常为纤维)在形成表面或传送表面上沉积来形成非织造材料。这些组分可以是干湿、淬火或熔化的状态。因此，非织造材料可以是干法成网、湿法成网或基于挤出的材料的形式，或者可以形成这些类型的非织造材料的混合物。形成非织造材料的纤维或其他材料通常是合成或天然的聚合物。
干法成网的支架可包括通过扯松法、粗梳法和/或空气动力学操作干燥状态的干纤维形成的那些非织造材料。另外，湿法成网的非织造材料可通过将含纤维的浆液沉积在诸如移动传送带之类的表面上来形成。在除去含水成分并干燥纤维后可以形成非织造纤维网。基于挤出的非织造材料可包括由纺粘纤维、熔喷纤维和多孔膜体系形成的材料。这些非织造材料杂合物可以通过多种层合技术将一个或多个不同类型的非织造材料层组合在一起而形成。还可以用机织织物、编织物或网织物来增强非织造材料。
本发明的非织造材料的密度经设计以获得扩大膀胱的修复所需的理想机械特性。计算密度的方法为：先确定毡的尺寸(长和宽)，例如在每个方向上测量两次，计算每个非织造毡的平均长度和宽度。将修剪的毡称重，记录重量。可以使用Shirley计量器得到每个非织造的平均厚度。通过下列公式计算密度：
密度＝(毡重量(W)(克))/(长度×宽度(cm²))＝
      ((W×1000(mg/cm²))/((厚度(mm))/10(mm/cm))
另外，可使用熔喷技术制造支架：在存在成孔剂的条件下，将熔化聚合物树脂形成的纤维网从喷丝头中挤出至旋转的可伸缩物体上。可伸缩物体可被制成旋转或者移动的，因而允许挤出的聚合物在该可伸缩物体上基本上均匀的涂覆成层。由于更多的聚合物沉积在表面上，该表面的连续转动会产生越来越厚或致密的层。使用可伸缩物体产生表面平滑的三维形状的聚合物纤维网。具体地讲，终产物可以是具有一个出口的中空形状，已通过该出口取出可伸缩形状物体。也可通过使用适当成形的模具(例如模或轴柄)来引导熔喷细丝形成特定的形状而实现更复杂的几何外形。该方法在Keeley等人的美国专利申请序列号11/856,743中有详细描述。
熔喷技术能够融合合成的生物聚合物，例如PGA、PLA或其各自的共聚物，以及天然的聚合物。任一材料构建的支架都是生物相容且可吸收的，但是孔并不足够多到有利于最优细胞增殖或高级的组织向内生长。为了克服这一障碍，在非织造纤维网的制造过程中可加入成孔剂。在熔化纤维挤出过程中，可将成孔剂例如盐或葡萄糖球撒在或喷在熔化的纤维上。也可使用明胶微球。可通过所加成孔剂的量来控制所得支架的孔隙度，而孔径取决于所述球的尺寸。随着这些粒子进入湍流气流，它们随机融合到纤维网中。因为熔喷结构中的细丝通常会由于老化时的结晶引起收缩，所以多孔结构可经历退火工艺，在该工艺中成孔剂保留在结构内。一旦将所述成孔剂-纤维复合物退火，随后将整个构建物浸入水中，使得成孔剂溶解或从纤维网中滤去。所得基体含有聚合物纤维，但纤维之间的距离增大，以实现多孔性。在一个实施方案中，基体具有更多的成孔剂，因此具有更大的孔隙度，孔隙度超过90％。
可用于生物相容、可生物降解支架的聚合物或聚合物混合物还可含有药物成分。形成支架之前，可将前述聚合物与一种或多种药物混合。作为另外一种选择，可形成支架后再涂布这些药物成分。可与本发明支架结合使用的多种药物包括本领域中已知的任何药物。通常，可通过本发明组合物施用的药物和/或生物制剂包括但不限于：抗感染药物，例如抗生素和抗病毒药；化疗药；抗排异药；止痛药和止痛药组合；抗炎药；激素，例如类固醇；生长因子；和其他天然来源或遗传工程(重组的)蛋白、多糖、糖蛋白或脂蛋白。
含有这些物质的支架可通过下述方法配制：将一种或多种药物与用于形成支架的聚合物混合，或者与溶剂、与聚合物-溶剂混合物相混合。或者，可将药物涂布在支架上，优选与可药用载体一起。可使用基本上不降解支架的任何药用载体。药物可以液体、细分固体或任何其他合适的物理形式存在。典型地，但可任选地，它们会包括一种或多种添加剂，例如稀释剂、载体、赋形剂、稳定剂等。另外，可使用多种生物复合物，例如抗体、细胞粘附因子、生长因子等接触和/或结合所选物质(例如药物或其他生物因子)从而递送到本发明的支架内。
使用前还可对合成聚合物进行体外改性，使其带有生长因子和诸如肽和类固醇激素之类的其他生理性物质，以促进增殖和分化。聚乙醇酸聚合物经历四个月的生物降解作用，因此作为细胞递送载体，它允许在植入前体外重构组织结构的大致形式，随后用植入细胞的扩增群体替代聚合物。
可将聚合物基体成形为任何数量的期望构造，以满足任何数量的总体系统、几何形状或空间限制。例如，在使用聚合物基体进行膀胱重建时，可将基体成形为适形于膀胱的整体或一部分的尺寸和形状。另外，聚合物基体可成形为多种尺寸和形状以适形于不同身材的患者的膀胱。任选地，聚合物基体应成形使得在生物降解作用后，所得的重建膀胱在空的时候可以类似于天然膀胱的形式伸缩。聚合物基体还可以成形为其他形式，以适应患者的特殊需要。例如，之前受伤或残疾的患者可能有不同形状的腹腔并可能要求重建的膀胱适合与之贴合。另外，聚合物基体要适形的、层状构造的管腔器官的部分可以相对较小。例如，所述管腔器官的70％至80％或更多可以使用本发明的方法和材料进行替代。
近期的出版物讨论了使用细胞种植的载体基体用于诸如膀胱之类的器官的组织再生。A.Atala，“Tissue Engineering for BladderSubstitution，”World J.Urol.18：364-70，365(2000)(“用于膀胱替代的组织工程”，世界泌尿学杂志，18：364-70，365(2000))提及了所有涉及使用“在体外分离并扩增，再结合到基体，最后植入的细胞”的技术。特别地，文章描述了“不使用任何酶或血清并且具有较大扩增能力的体系...”；J.Yoo等人在“Bladder Augmentation Using Allogeneic BladderSubmucosa Seeded with Cells，”Urology 51：221-225(1998)(“使用种植有细胞的同种异体膀胱粘膜下层进行膀胱扩大”，泌尿学杂志，51：221-225(1998))中使用从狗得到并扩增的尿道上皮和平滑肌细胞种植到同种异体膀胱粘膜下层。美国专利No.6,576,019中公开了涉及分离并体外培养以增加可用于种植的细胞数的“细胞群体”的方法和装置。这些方法不是基于用未体外培养的组织糜直接种植到聚合物基体。专利No.EP 1410811中讨论了组织糜用于种植到生物相容支架，用来修复和/或再生患病或受损组织。但是，该专利中没有涉及应用于整个器官的再生的发明。
本发明聚合物基体包括生物相容性支架，其至少一部分与组织糜悬浮液相接触。可将组织糜悬浮液设置在支架的外表面、支架的内部区域和它们的任意组合，或者作为另外一种选择，整个支架与组织糜悬浮液相接触。
可使用多种常规技术中的任意技术获得组织，例如通过活组织检查或外科手术切除。优选地，在无菌条件下获得组织样本。一旦获得活组织样本后，即将所述样本在无菌条件下处理以得到含有至少一种切碎的、或细分的组织粒子的悬浮液。每种组织碎片的粒度和形状可有所不同，例如组织尺寸可以在约0.1至3mm³的范围内、约0.5至1mm³的范围内、约1至2mm³的范围内或者在约2至3mm³的范围内，但是优选地，组织粒子小于1mm³。组织碎片的形状包括(例如)长条状、带状、薄片状或立方体状。一些方法包括机械粉碎或光学/激光切割。
使用合适的获取工具从供体(自体、同种异体或异种供体)获得本发明中使用的组织样本。收集组织时或者在体外获取并收集组织时，可以将组织样本细碎并分为小粒子。切碎组织可通过多种方法完成。在一个实施方案中，使用两个无菌手术刀在平行方向进行切碎，在另一个实施方案中，使用自动将组织分成所需尺寸粒子的加工工具切碎组织。在一个实施方案中，可使用本领域中普通技术人员已知的多种方法中的任意方法将组织糜从生理流体中分离出来并浓缩，所述方法为例如筛分法、沉淀法或离心法。在一些组织糜被过滤并浓缩的实施方案中，组织糜悬浮液优选在悬浮液中保持少量流体，防止组织变干。在另一个实施方案中，不浓缩组织糜悬浮液，通过高浓度的组织悬浮液或其他载体(例如水凝胶、纤维蛋白胶或胶原)直接将组织糜递送到修复组织的部位。在该实施方案中，组织糜悬浮液可覆盖有上文所述的生物相容支架，以将组织碎片保持在适当位置。
然后使用细胞涂布器或本领域已知的其他工具将组织糜分布到支架上。可以以多种方式中的任一种将组织糜分散到支架上。在一个实施例中，获得具有膀胱完整厚度的活组织检查的组织样本。可以将组织整体切碎并分布在支架上。在第二个实施例中，获得部分厚度的活组织检查的组织样本，然后整体切碎并分布在支架上。这两种方法的差异在于尿道上皮细胞与其他细胞(例如平滑肌细胞)的比例不同。第三个实施例包括将尿道上皮层和浆肌层分离，随后分别将这些层切碎，然后分布于支架的表面。在第四个实施例中，尿道上皮组织糜分布于种植有分离的平滑肌细胞的支架上。在第五个实施例中，可将平滑肌组织糜与种植有分离的尿道上皮细胞的支架相结合。在第六个实施例中，可将尿道上皮和/或平滑肌组织糜与种植在支架上的干细胞相结合。
组织糜具有至少一种可从组织碎片迁移至支架的活细胞。该组织含有可从组织碎片中迁移并开始定植于支架的有效量的细胞。在一个实施方案中，可将组织糜粒子可形成含有组织粒子和生理缓冲溶液的悬浮液。合适的生理缓冲溶液包括但不限于盐水、磷酸盐缓冲溶液、Hank平衡盐溶液、Tris缓冲盐溶液、Hepes缓冲盐溶液以及它们的组合。此外，可在存在或不存在血清的条件下，在本领域的普通技术人员已知的任何标准细胞培养基中切碎组织。将组织糜悬浮液沉积于支架上或组织/器官损伤部位之前，可过滤和浓缩组织糜悬浮液，使得悬浮液中仅留少量生理缓冲溶液。
可将组织糜碎片与基体消化酶接触，有利于细胞从细胞外基体迁移进支架材料中。可用于本发明的合适的基体消化酶包括但不限于：胶原酶、软骨素酶、胰蛋白酶、弹性蛋白酶、透明质酸酶、肽酶、嗜热菌蛋白酶和蛋白酶。
实施例
实施例1：从猪身上得到健康完好的膀胱组织。将膀胱组织切开，吸出膀胱内的囊内流体。然后用磷酸盐缓冲液(PBS)将膀胱组织漂洗三遍，从膀胱获得部分厚度的活组织检查样本，包括尿道上皮层、粘膜下层和一部分平滑肌层。将活检组织切碎成细糊。然后将组织糊均匀分布在可生物吸收支架的5mm穿孔上，使得组织糜糊完全覆盖支架。将载有组织糜的支架皮下植入到患有重症联合免疫缺陷(SCID)的小鼠内4周。针对支架中和周围的细胞迁移、分布和组织结构以及所形成基体的性质，分析苏木精和伊红(H/E)染色的组织学切片。图3显示细胞从膀胱组织糜碎片迁移到聚合物支架的程度。在平滑肌细胞周围观察到尿道上皮细胞簇。组织化簇的大小从具有中央尿道上皮簇的小型簇(图3A)到具有中央腔体的较大簇(图3B)不等。随着这些簇的生长，它们还开始聚结形成更大的结构(图3C)，具有中央腔体的良好组织的尿道上皮细胞层，其周围围绕平滑肌样细胞层。这些结构组成典型正常膀胱所呈现的组织。这些图证明细胞能够从组织糜迁移进支架中，并且能够自身分离并重组成膀胱样结构。