組織の成長を刺激する流体フローを誘発するシステム
哺乳動物の組織部位において組織を治療する装置、システム及び方法が提供されており、これは、組織部位近傍に配置されるように構成され、哺乳動物の血管に流体連結されて哺乳動物から血液を受け取る足場を具える。更に、流動電位を含む荷電面を具える足場が提供されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願のクロスリファレンス
本出願は、２００９年９月１日に出願した米国暫定特許出願第６１／２３８，７７０号、２００８年１２月３１日に出願した、米国暫定特許出願第６１／１４２，０５３号、及び２００９年１２月３１日に出願した、米国暫定特許出願第６１／１４２，０６５号の優先権を主張する。これらの各出願は、ここに、全体を引用して組み込まれている。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、一般的に再生医療に関するものであり、特に、組織の治療に好適に使用する足場、システム及び方法に関する。
【０００３】
関連技術の記載
臨床研究と診療は、組織部位近位に減圧を提供することが、その組織部位において新しい組織の成長を増進及び促進することを示している。この現象の適用は数多くあるが、減圧の適用は創傷治療に特に成功している。この治療（医学界では、頻繁に、「負圧創傷治療」、「減圧治療」、又は「真空治療」と呼ばれる）は、より早い治癒、及び肉芽組織の良好な形成を含む、多くの利点を提供する。典型的には、減圧は、多孔パッドあるいはその他のマニフォールドデバイスを介して組織に適用されてきた。多孔パッドは、減圧を組織に分配して、組織から取り出した流体を導くことができる孔を含んでいる。多孔パッドは、しばしば、治療を容易にするその他の部材を有するドレッシングに組み込まれている。足場も、欠陥部位に配置して、欠陥部位内への組織の成長をサポートすることができる。この足場は、通常、生体吸収性であり、新しい組織を適所に残す。
【０００４】
減圧治療用の足場は、例えば、ＷＯ０８／０９１５２１、ＷＯ０７／０９２３９７、ＷＯ０７／１９６５９０、ＷＯ０７／１０６５９４に記載されている。減圧治療用の現在の足場の適合性は、創傷治癒の現在の知識に照らして評価することができる。身体組織の損傷は、鬱血（数秒乃至数時間）、炎症（数時間乃至数日）、修復（数日乃至数週間）及びリモデリング（数週間乃至数カ月）を含む順次の治癒ステージに応じた創傷治癒をもたらす。創傷治癒プロセスの初期段階については、高レベルの相同性がほとんどの組織タイプに亘って存在する。しかしながら、様々な組織の治癒ステージは、時間が経過するにつれて、タイプが異なる成長ファクタ、サイトカイン、及び細胞を伴って、広がり始める。創傷治癒反応の後期段階は、以前の段階に依存しており、反応の一時的なパターニングや、反応の各要素間における相互関係において複雑さが増す。
【０００５】
損傷を受けた組織の、正常な修復、再生、及び機能回復を容易にするための戦略は、この治癒反応、特にその後者の特徴における特定のステップをサポートし補強する方法に焦点が当てられている。この結果、成長ファクタ、サイトカイン、細胞外マトリックス（ＥＣＭ）類似体、外因性細胞および様々な足場技術が、単独であるいは互いに組み合わせて適用されていた。このアプローチを用いてあるレベルでの成功は達成されたものの、いくつかの重要な課題が残っている。一つの主な課題は、創傷治癒反応におけるサイトカインと成長ファクタの各々のタイミングと組織的影響が、適正な時点で、かつ正しい強調パターンで、個々の外因性ファクタを加える能力を複雑なものにしている。外因性細胞の導入はまた、この細胞の潜在的な免疫原生、並びに細胞の生存能力を維持することが困難なため、更なる問題に直面している。
【０００６】
合成足場及び生物学的足場は、外因性細胞の付着、移動、及びコロニー形成を増強する三次元フレームワークを提供するのに用いられる。これまで、ほとんどすべての足場は、足場を生物学を用いて動作するように作ることができるという考え方に基づいて設計されていた。しかしながら、従来の足場技術は、外因性タンパク質、サイトカイン、成長ファクタ、及び細胞の多孔性足場の間質への受動的な流入に頼っている。このように、足場内への外因性細胞のコロニー形成は、組織のタイプに関係なく、足場の拡散限界内で養分サポートを提供している脈管要素から離れる距離分だけ制限を受けている。更に、足場は、回復プロセスとインプラント周囲の繊維性被膜の形成を長引かせる、免疫原生あるいは異物反応を生じさせることがある。これらの問題はすべて、障害部位における機能的組織再生を低下させる。
【０００７】
従って、更に治癒と組織成長を促す追加のシステムを提供することは有利である。本発明は、このようなシステムを提供する。
【発明の概要】
【０００８】
ここに述べる実施例の足場、システム、及び方法は、インプラントした足場を通じて組織再生の能動的ガイダンスを提供するように設計されている。一の実施例では、哺乳動物の組織部位において組織を治療するシステムが提供されており、このシステムは、組織部位近傍に配置され、哺乳動物から血液を受け取るように哺乳動物の血管に流体連結するように構成した足場と、血管に流体連結されており、血管から足場への血液の流れを調整するべく開位置と閉位置の間で制御可能に構成されたバルブと、を具える。このシステムでは、バルブが開位置にあるときにバルブによって血管から足場へ血液が流れ、バルブが閉位置にあるときに足場への血液の流れを止める。
【０００９】
別の実施例では、患者の組織部位における組織の成長を促進するシステムが提供されており、このシステムは、組織の成長用構造マトリックスを提供するべく組織部位におけるインプラントに適合しており、更に、患者の血管に流体連結するように構成した足場と、血管から足場への血液の流れを調整するべく開位置と閉位置の間で制御可能に構成されたバルブと、このバルブに動作可能に連結されており、開位置と閉位置の間でバルブを変化させるコントローラとを具える。このシステムでは、バルブが開位置にあるときにバルブによって血管から足場へ血液が流れ、閉位置にあるときに足場への血液の流れを止める。
【００１０】
更なる実施例では、骨欠損あるいは骨折へのインプラントに適した足場が提供されており、これは、流動電位を有する荷電表面を具えており、骨欠損にインプラントしたときに、足場近傍の組織からの血液あるいは間質液を含む電解液が、流動電位によって足場の荷電表面上に引き込まれる。
【００１１】
更なる実施例では、欠損あるいは骨折のある骨を治療する方法が提供されており、これは、上述した足場を欠損あるいは骨折箇所にインプラントするステップを具える。また、骨欠損又は骨折へのインプラントに適した足場を変形する方法が提供されており、これは、足場の表面に電荷を誘発するステップを具える。
【００１２】
図に示す実施例のその他の目的、特徴、及び利点は、図面と以下の詳細の説明を参照して明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、足場を用いて組織部位を治療する減圧治療システムの実施例を示す図であり、一部を断面図で示す。図１Ａは、図１に示すシステムの１Ａ−１Ａ線に沿った断面図である。
【図２】図２は、足場を用いて組織部位を治療する減圧治療システムの一部の実施例を示す図であり、一部を断面図で示す。
【図３】図３は、一実施例による組織部位における足場の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の実施例の詳細な説明においては、説明の一部を成す添付図面を参照する。これらの実施例は、当業者が発明を実施できるように十分詳細に記載されており、その他の実施例を用いることができ、論理構造的、機械的、電気的、化学的変更を発明の精神あるいは範囲から外れることなく行うことができると解するべきである。当業者がここに述べる実施例を実施するのに不要な詳細を省略するために、この説明は、当業者に公知の所定の情報を省くことができる。以下の詳細な説明は、従って、限定の意味ではなく、実施例の範囲は特許請求の範囲によってのみ規定される。
【００１５】
図１及び１Ａを参照すると、減圧を適用して、例えば、患者の肢１０３などの患者の身体の組織部位１０２における組織の成長を促進する減圧治療システム１００が示されている。減圧治療システム１００は、組織部位１０２における組織の成長を促進する組織部位１０２にインプラントした足場１０４を具える。この例では、組織部位１０２は、血管１０８を含む血管を有する患者の肢１０３の骨１０７の欠損あるいは創傷１０６に起因している。血管１０８は、血管−足場インターフェース１１０を介して足場１０４に流体連結されて、足場１０４へ血液を提供している。減圧治療システム１００は更に、血管１０８から足場１０４への血液の供給を制御するバルブ１１２と、このバルブ１１２に電気的に接続されたコントローラ１１４を具える。このバルブは、コントローラ１１４によって、開位置と閉位置の間で変動する。バルブ１１２が開いているときに、血管１０８内の血圧が足場１０４と組織部位１０２に血液を流す。創傷１０６における骨組織の成長と治癒は、限定するものではないが、バルブ１１２を介して血液が流れ始めるときに足場１０４と創傷部位１０２に供給される、凝固タンパク質、成長ファクタ、アルブミン、リンパ球、を含む血液の様々な成分によって強化される。
【００１６】
減圧治療システム１００は又、足場１０４に減圧を提供する減圧源１１６を具え、血管１０８から足場１０４に血液を引き込むようにしている。減圧源１１６は導管１１７を介して足場１０４に流体連結されており、この導管は、導管−足場インターフェース、あるいは傾斜付入口１１８によって足場１０４に流体連結されている。導管−足場インターフェース１１８は、足場１０４に減圧を分配するマニフォールドでもよい。減圧治療システム１００は、更に、導管−足場インターフェース１１８と減圧源１１６との間に流体連結されたキャニスタ１２０を具え、組織部位１０２から引き込んだ血液あるいは滲出液などの体液を回収する。このように、血管１０８から足場１０４への血液の引き込みのほかに、減圧源１１６は、組織部位１０２へ減圧を提供するのにも使用することができる。
【００１７】
ここで用いられているように、用語「連結」は、直接的な連結あるいは別の物体を介した間接的な連結を含む。用語「連結」はまた、互いに連続する二又はそれ以上の部品であり、同じ材料片からできている各部品によって連続している部品にも及ぶ。更に、用語「連結」には、化学的、機械的、熱的、あるいは電気的連結が含まれる。流体連結は、流体が指定した部品あるいは位置と連通していることを意味する。
【００１８】
バルブ１１２が開くと、矢印１２１で示すように様々な方向に足場１０４に血液が流れる。コントローラ１１４とバルブ１１２を用いて、組織部位１０２へ供給される血液量を調整することができ、血液は、足場１０４同様に創傷１０６の全てあるいは一部にかかる。しかしながら、バルブ１１２を流れる血液の量は、最終的には、血管１０８内の血圧に依存する。この結果、バルブ１１２が完全に開いており、血圧が低すぎる場合は、減圧源１１６を用いて足場１０４に減圧を適用し、低い血圧を補填することができる。減圧治療に加えて、減圧源１１６によって足場１０４に適用される減圧の大きさと期間を調整して、所望の圧力を達成し、足場１０４に流れるようにする。いくつかの実施例では、足場１０４はより迅速な足場のコロニー化が求められる領域など足場１０４の特定の領域に血液を向けるフローチャネル（図示せず）を具えている。
【００１９】
バルブ１１２は、血管１０８を押して血管１０８を閉鎖する圧縮部材１２２を具える。圧縮部材１２２は、当業者に知られているどのようなタイプの閉鎖機構であっても良いと解すべきである。更に、バルブ１１２は、圧力（例えば導管を介してコントローラ１１４に空気又は液体を注入してバルブを閉める）、酸素生成反応などの化学物質、浸透性刺激、電気デバイス、電気制御バルブ、あるいは機械的デバイスなど、任意のタイプの作動刺激を用いて開位置と閉位置の間で動作可能である。バルブ１１２は、外部刺激を適用するポート（図示せず）を具えていても良い。バルブ１１２は、使用するバルブのタイプによって、例えば電気的導管、機械的導管、あるいは流体導管などのバルブ制御導管１２３を介してコントローラ１１４に動作可能に接続されている。
【００２０】
減圧治療システム１００は、血管１０８から足場１０４へ血液を提供することによって組織再生に使用することができる。創傷１０６における組織の成長と治癒は、限定することなく、血液がバルブ１１２を通って流れ始めるときに足場１０４と創傷部位１０２に供給される、凝固タンパク質や上述した細胞を含む様々な血液成分によって強化される。足場１０４のインプラント時に、血管１０８によって供給される血液からのタンパク質が、創傷治癒と組織形成の初期ステップとして、足場１０４に血栓を形成する。このような加速された血栓形成が、創傷治癒と組織形成の速度を上げることができる。別の例では、創傷治癒あるいは組織形成期間の遅い時期に足場１０４に血液が提供されて、治癒と組織形成を促進する血液中に存在する成長ファクタを提供する。血液中の成長ファクタの例には、ＥＧＦ、ＴＧＦ−α、ＴＧＦ−β、ＰＤＧＦ、ａＦＧＦ、及びｂＦＧＦが含まれる。このように、これらの成長ファクタは血液と共に足場１０４に提供される。
【００２１】
ここで、図２を参照すると、減圧治療システム１００の別の例が示されており、このシステムは、足場１０４に直接連結されているのではなく、血液供給導管１２６によって足場１０４に流体連結されている血管１０８を含む血液供給部分１２４を具える。血液供給導管１２６は、カテーテル、あるいはその他のタイプの生体適合性チューブである。バルブ１１２は、上記と同様の態様で血液供給導管１２６を通る血液の流れを制御する。従って、バルブ１１２は、開位置と閉位置との間で変化して、血管１０８と足場１０４との間の流体連通を制御する。血液供給部分１２４によって、血液は足場１０４へ間接的に供給される。別の実施例では、血液供給導管１２６は血管１０８に連結されておらず、むしろ、患者の身体の外に位置している外部流体源（図示せず）に連結されている。
【００２２】
創傷１０６は、限定するものではないが、骨組織、脂肪組織、筋肉組織、神経組織、皮膚組織、脈管組織、結合組織、軟骨、腱、あるいは靭帯といった任意のタイプの組織部位１０２上又は内に位置する、骨折などの損傷あるいは欠損である。例えば、創傷１０６は、火傷、切開創傷、切除創傷、潰瘍、外傷、慢性的な開放創傷を含む。また、骨１０７は、長骨、短骨、平骨、不規則な骨、及び種子骨を含めて、どのようなタイプの骨でもよい。創傷１０６は、また、必ずしも切開あるいは欠損でなくともよく、代わりに、骨組織など、追加組織の成長を加えるあるいは促進することが望ましい領域といったどのような組織であってもよい。例えば、採取して別の組織位置に移植を行う所定の組織領域に追加組織を育てる減圧組織治療を用いることができる。組織部位１０２は、また、同種移植片あるいは異種移植片をインビトロで、及びインビボで維持するための部位を含むものでも良く、続いて患者１０３にインプラントを行う支持足場を含むものでも良い。患者１０３は、マウス、ラット、ウサギ、猫、犬、ヒトを含む霊長類、などの哺乳動物である。
【００２３】
本明細書のコンテキストにおいて、用語「減圧」は、一般的に、治療を受ける組織部位における周囲圧より低い圧力をいう。ほとんどの場合、この減圧は、患者が位置している所の大気圧より低い。用語「真空」及び「負圧」は、組織部位に適用する圧力を記載するのに使用することができるが、組織部位に適用する実際の圧力は、通常完全な真空に使われる圧力より有意に高い。この用語体系に合わせて、減圧あるいは真空圧の増加は、通常、絶対圧力の相対的な低下を意味し、一方で、減圧又は真空圧の減少は、絶対圧力の相対的増加を意味する。減圧治療は、通常、−５ｍｍＨｇ乃至―５００ｍｍＨｇ、より一般的には−５乃至−３００ｍｍＨｇ、限定するものではないが、−５０、−１２５、あるいは−１７５ｍｍＨｇを含む減圧を適用する。
【００２４】
減圧源１１６は、真空ポンプ、壁吸引、あるいはその他の源など、減圧を供給する任意のデバイスである。また、減圧は、適所において変化があるごとに値が変わって、組織部位１０２と足場１０４を通る三次元減圧勾配を作るものでも良い。勾配は、適所において変化があるごとに値が変わる物理量の変化率である。更に、導管−足場インターフェース１１８は、生物学的勾配、熱勾配、電気的勾配、磁気的勾配、化学的勾配、あるいは正圧勾配を含むその他の物理的特性について勾配を分配するように設計されている。これらの勾配は各々、適当な勾配源によって作られる。
【００２５】
図３を参照すると、減圧治療システム１００の代替の実施例は、構造的に足場１０４と同様に変形足場３０４に電荷を用いて、患者の肢１０３の骨１０７の組織の成長を促進するようにした組織治療システム３００を具える。上述したように、導管１１７を介して減圧源１１６に流体連結されているマニフォールド３１８として導管−足場インターフェース１１８を用いて、変形足場３０４に減圧を適用することができる。変形足場３０４は、組織部位１０２近傍に配置した端面３２８と、この端面から組織部位１０２の髄内組織３３６内に長手方向に延在する髄内エクステンション３３０を具える。端面３２８は荷電面であるので、流動電位が髄内エクステンションに誘発される結果、髄内エクステンション３３０近傍の組織から電解液を引き込む。この変形足場３０４の荷電端面３２８は、例えば、凹部又は凹部ピット３３２のテクスチュアなどの、骨芽細胞の付着と成長を強化するテクスチュア（Ｇｒａｚｉａｎｏ ｅｔ ａｌ．， ２００７）を有する。これらは、どのようなサイズ、形状であっても良い。いくつかの実施例では、凹部ピット３３２は、深さ１０−１２０μｍ乃至３−１００μｍである。
【００２６】
荷電端面３２８は、この分野で知られた手段によって、誘発できる。いくつかの実施例では、この荷電面は、電気分極によって誘発される。例えば、Ｎａｋａｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．， ２００６， ２００７， ２００９； Ｉｔｏｈ ｅｔ ａｌ．， ２００６を参照されたい。この分極は、この荷電面に負電荷あるいは正電荷を作る。様々な実施例では、この荷電面は、負に帯電している。例えば、ヒドロキシル（−ＯＨ)基に露出させるなどして面の化学的性質を機能性ポリマに変えるといった、表面処理によって、表面に電荷を与えることもできる。
【００２７】
組織治療システム３００は、減圧を用いることなく足場３０４内に流体フローを生じさせることもできる。組織部位１０２からの血液、あるいは間質液、といった電解液が荷電端面３２８を通って流れると、流動電位が荷電端面３２８に発生する。例えば、Ｈｉｌｌｓｌｅｙ ａｎｄ Ｆｒａｎｇｏｓ， １９９４を参照のこと。荷電端面３２８は、そこに発生した流動電位によって、組織流体を荷電端面３２８に沿って流すことができる。荷電面は電気浸透流を誘発して、これによって溶液中のカチオンが荷電端部に移動して、このカチオンと共に流体を浸透圧的に引き込むことができる。
【００２８】
上述した勾配を含めて、減圧勾配以外の勾配を足場３０４に適用することもできる。この勾配は、例えば、流動電位によって除去された流体を超えて過剰な流体を除去することが望まれる場合など、流動電位によって発生するフローオーバーの増加が必要な時に追加のフローを提供する。追加のフローが必要な場合の一例は、変形足場３０４のインプラントに続く初期ステージである。
【００２９】
組織治療システム３００を用いて、介護者が組織部位１０２に変形足場３０４を適用し、電気分極によるなどして、端面３２８に電荷を誘発することができる。流動電位は、組織部位１０２からの流体が荷電端面３２８を流れて行くときに荷電端面３２８上に誘発され、この流動電位が、変形足場３０４近傍の組織部位１０２からの血液や間質液を含む電解質流体を引き込む。変形足場３０４を通る追加の流体フローが必要な場合、介護者はマニフォールド１１８と減圧源１１６を用いて変形足場３０４に減圧を適用することもできる。流動電位、すなわち荷電面を移動する電解質も、骨形成を誘発することができる。流動電位中の荷電物質の凹面が骨を形成する一方で、凸面が骨を吸収することが示されている（Ｈｉｌｌｓｌｅｙ ａｎｄ Ｆｒａｎｇｏｓ， １９９４）。
【００３０】
上述した通り、導管−足場インターフェース１１８は、図３にマニフォールド３１８を参照して特に示すように、足場１０４に減圧を分配するマニフォールドである。ここで用いられているように、用語「マニフォールド」は、組織部位１０２への減圧の適用、流体の送達、あるいは組織部位１０２からの流体除去をアシストするべく提供された物質又は構造を意味する。マニフォールド３１８は、通常マニフォールド３１８周囲の組織部位１０２へ提供された、及びこの領域から除去した流体を配分する複数のフローチャネルあるいは経路を具えていても良い。一の実施例では、このフローチャネルあるいは経路は、組織部位１０２へ提供するあるいはこの部位から除去する流体の配分を改良するよう相互接続されている。マニフォールド３１８は、組織部位１０２と接触して配置して、減圧を組織部位１０２へ分配することができる生体適合性材料である。マニフォールド３１８の例には、限定することなく、例えば、セルラー発泡体、開放セル発泡体、多孔質組織コレクション、液体、ゲル、及びフローチャネルを含む又は含む傾向にある発泡体、といったフローチャネルを形成するよう配置された構造エレメントを有するデバイスが含まれる。マニフォールド３１８は、多孔性であっても良く、発泡体、ガーゼ、フェルトマット、あるいは特定の生物学的アプリケーションに適したその他の材料でできていても良い。一の実施例では、マニフォールド３１８は多孔性発泡体であり、フローチャネルとして作用する複数の相互接続されたセルあるいは孔を具えている。この多孔性発泡体は、ポリウレタン、開放セル、テキサス州サンアントニオ所在のＫｉｎｅｔｉｃ Ｃｏｎｃｅｐｔｓ， Ｉｎｃ．製造のＧｒａｎｕＦｏａｍ（登録商標）などの網状発泡体であってもよい。その他の実施例は、「閉鎖セル」を具えていても良い。マニフォールドのこれらの閉鎖セル部分は、複数のセルを具えており、その大部分が隣接するセルと流体連結していない。閉鎖セルは、マニフォールド３１８に選択的に配置して、マニフォールド３１８の周辺表面を通って流体が移動することを防止するようにしても良い。いくつかの場合、マニフォールド３１８を用いて、薬剤、抗菌剤、成長ファクタ、及び様々な溶液などの流体を創傷１０６及び髄内組織３３６に分配することができる。吸収材、ビッキング剤、ヒドロゲル、疎水性材料、及び親水性材料などの、その他の層をマニフォールド３１８内にあるいはその上に含めることができる。
【００３１】
ここで用いられている用語「足場」は、細胞の成長及び／又は組織形成用の構造マトリックスを提供する、組織部位１０２に適用した物質又は構造を意味する。足場１０４は、しばしば、三次元多孔性構造であり、細胞、成長ファクタ、細胞外マトリックス成分、栄養素、インテグリン、あるいはその他の細胞の成長を促進する物質を注入した、又はこれらで被覆された、又はこれらから成るものでもよい。足場１０４は、マトリックスを通るフローを方向づけることによって、マニフォールドの特徴を帯びるようになる。足場１０４は、例えば、図に示すようなほぼ円筒形、ほぼ円形（図示せず、あるいは骨１０７の中間組織内にあるロッド形状（図示せず））を含めて、様々な形状をしている。いくつかの実施例では、足場１０４は患者の肢１０３内の骨欠損の形状をしている。
【００３２】
好適な足場１０４の材料の非限定的な例には、フィブリン、コラーゲン、あるいはフィブロネクチンなどの細胞外マトリックスタンパク質や、人工あるいは天然に生じるポリマであり、このポリマは、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリグリコール酸（ＰＧＡ）、ポリラクチド−コ−グリコライド（ＰＬＧＡ）、ポリビニルピロリドン、ポリカプロラクトーン、ポリカルボン酸、ポリフマル酸、カプロラクトーン、ポリアミド、ポリサッカライド（アルギン酸（例えば、アルギン酸カルシウム）及びキトサンを含む）、ヒアルロン酸、ポリヒドロキシブチレート、ポリヒドロキシバレレート、ポリジオキサノン、ポリオルトエステル、ポリエチレングリコール、ポロキサマー、ポリホスファゼン、ポリアンハイドライド、ポリアミノ酸、ポリアセタル、ポリシアノアクリレート、ポリウレタン、ポリアクリレート、エチレン−ビニルアセテートポリマ、及びその他のアクリル置換セルロースアセテート及びこの派生物、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニル、ポリビニルイミダゾール、クロロスルホン化ポリオレフィン、ポリエチレンオキシド、ポリビニルアルコール、テフロン（登録商標）、ヒドロゲル、ゼラチン、及びナイロン、などの生体吸収性又は非生体吸収性ポリマを含む。足場１０４は、また、ヒドロキシアパタイト、コラリンアパタイト、リン酸カルシウム、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム又はその他の炭酸塩、バイオガラス、同種移植片、自己移植片、異種移植片、脱細胞組織、あるいは上記の任意の混合物、などのセラミックを含むものでも良い。特定の実施例では、足場は、コラーゲン、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリグリコール酸（ＰＧＡ）、ポリラクチド−コ−グリコライド（ＰＬＧＡ）、ポリウレタン、ポリサッカライド、ヒドロキシアパタイト、あるいはポリエチレングリコールを含む。更に、足場１０４は、任意の２つ、３つ、あるいはそれ以上の材料の組み合わせを足場１０４の異なる領域に具える、あるいは非共有結合で組み合わせて、あるいは共有結合で組み合わせたもの（例えば、ポリエチレンオキシド−ポリプロピレングリコールブロックコポリマ、又はターポリマといったコポリマ）、あるいはこれらの組み合わせを含むものを具えていても良い。好適なマトリックス材料は、例えば、Ｍａ ａｎｄ Ｅｌｉｓｓｅｅｆｆ， ２００５，及びＳａｌｔｚｍａｎ， ２００４で論じられている。
【００３３】
いくつかの実施例では、足場１０４は骨伝導性（完全に分化しており、適格性のある骨形成原細胞がインプラント部位において得られる場合に、骨沈着を導く）、あるいは骨誘発性（非骨形成細胞であり骨を形成していな細胞から新しく適格骨形成原細胞を誘発する）である物質を含む。骨伝導性物質の例には、ヒドロキシアパタイトセラミックスを含めて、ヒドロキシアパタイトがある（Ｒｉｍｉｎｕｃｃｉ ａｎｄ Ｂｉａｎｃｏ， ２００３）。
【００３４】
足場１０４は、また、生体細胞を具えていても良い。生体細胞は、古細菌、原核生物、あるいは真核生物を含む、生命体からのものであっても良い。いくつかの実施例では、この細胞は哺乳動物の細胞である。この細胞は天然のものであっても良く、代替的に、例えばタンパク質や核酸（ｍｉＲＮＡなど）といった、組み替え分子を発現するように変性されたものでもよい。ここで用いられている用語「細胞」は、生体組織（一次組織外植片およびこの調合物を含む）、単離細胞、細胞株（形質転換細胞を含む）、及び宿主細胞の調合物を意味する。いくつかの実施例では、自己細胞が用いられている。他の実施例では、異種細胞、同種異系細胞、同系細胞、あるいは幹細胞が用いられている。
【００３５】
これらの実施例は、特定の細胞の使用に限定されるものではない。ここに含まれるものは、完全に分化した細胞、部分的に分化した細胞（例えば、生体幹細胞）、あるいは、未分化細胞（例えば、胚幹細胞あるいは人工多能性幹細胞）である。いくつかの実施例では、この細胞が幹細胞である。これらの幹細胞は、胚幹細胞であってもよい。代替的に、幹細胞が生体幹細胞であってもよい。生体幹細胞の非限定的な例は、人工多能性幹細胞（Ｔａｋａｈａｓｈｉ ａｎｄ Ｙａｍａｎａｋａ， ２００６）、間充織幹細胞、脂肪由来生体幹細胞、造血幹細胞、乳腺幹細胞、神経幹細胞、内皮幹細胞、嗅覚器官生体幹細胞、歯由来幹細胞、毛包間幹細胞、及び精巣幹細胞、である。
【００３６】
細胞は、例えば、骨芽細胞、軟骨細胞、線維芽細胞（例えば、間質線維芽細胞、腱線維芽細胞、皮膚線維芽細胞、靭帯線維芽細胞、心臓線維芽細胞、歯肉線維芽細胞などの歯根線維芽細胞、及び頭蓋顔面線維芽細胞）、筋細胞前駆細胞、心筋細胞、骨格筋細胞、平滑筋細胞、横紋筋細胞、衛星細胞、軟骨細胞（例えば、半月板軟骨細胞、関節軟骨細胞、椎間円板軟骨細胞）、骨細胞、内皮細胞（例えば、大動脈、毛細血管、及び静脈内皮細胞）、上皮細胞（例えば、ケラチン生成細胞、含脂肪細胞、幹細胞）、間葉細胞（例えば、皮膚繊維芽細胞、中皮細胞、骨芽細胞）、含脂肪細胞、ニューロン、グリア細胞、シュアン細胞、星状膠細胞、有足細胞、島細胞、腸細胞、象牙芽細胞、あるいはエナメル芽細胞であってもよい。足場１０４の様々な領域が、様々な細胞を具えていても良い。例えば、足場１０４は、足場１０４のほとんどの部分上に骨芽細胞を、及び、軟骨が望まれている足場１０４の表面に軟骨細胞を蒔くようにしてもよい。
【００３７】
いくつかの実施例では、骨格１０４が更に、生物活性剤を具えている。生物活性剤とは、治療の成果を改善できる化合物又は元素（例えば、鉄）である。例には、栄養素、抗生物質、小さい（＜２０００ｍｗ）有機化合物（例えば、セロトニン、プロスタグランジン、プロスタサイクリン、トロンボキサン、ヒスタミン）、ペプチド（例えば、ブラジキニン）、核酸（例えば、アプタマーあるいは遺伝子ベクター）、及び、例えば、サイトカイン、酵素、又は抗体結合部位を有するタンパク質などのタンパク質がある。足場１０４に含めることができるポリペプチドのその他の非限定的な例は、実質的にホルモン、神経伝達物質、成長ファクタ、成長ファクタ受容体、インターフェロン、インターロイキン、ケモカイン、サイトカイン、コロニー刺激ファクタ、あるいは化学走化性因子タンパク質、あるいはポリペプチドである。更なる例には、最終成分の使用目的によって、転写又は伸長因子、細胞周期制御タンパク質、キナーゼ、ホスファターゼ、ＤＮＡ修復タンパク質、腫瘍遺伝子、腫瘍抑制遺伝子、血管由来タンパク質、抗血管形成タンパク質、免疫反応刺激タンパク質、細胞表面受容体、アクセサリシグナリング分子、輸送タンパク質、酵素、抗菌あるいは抗ウイルスタンパク質、あるいはポリペプチド、及びこれに類するものがある。より具体的な例には、成長ホルモン（ＧＨ）；副甲状腺ホルモン（ＰＴＨ、ＰＴＨ１−３４を含む）；ＢＭＰ−２Ａ、ＢＭＰ−２Ｂ、ＢＭＰ−３、ＢＭＰ−４、ＢＭＰ−５、ＢＭＰ−６、ＢＭＰ−７、及びＢＭＰ−８などの骨形態形成タンパク質（ＢＭＰｓ）；形質変換成長ファクタ−α（ＴＧＦ−α）、ＴＧＦ−β１、及びＴＧＦ−β２；酸性繊維芽細胞成長ファクタ（ａＦＧＦ）；塩基性繊維芽細胞成長ファクタ（ｂＦＧＦ）；顆粒球−コロニー刺激ファクタ（Ｇ−ＣＳＦ）；顆粒球／マクロファージ−コロニー刺激ファクタ（ＧＭ−ＣＳＦ）；上皮成長ファクタ（ＥＧＦ）；血小板由来成長ファクタ（ＰＤＧＦ）；インスリン様成長ファクタ（ＩＧＦ）；白血病抑制ファクタ（ＬＩＦ）；脈管内皮成長ファクタ（ＶＥＧＦ）；アンジオジェニン；アンジオポイエチン−１；ｄｅｌ−１；ホリスタチン；肝細胞成長ファクタ／散乱ファクタ（ＨＧＦ／ＳＦ）；インターロイキン−８（ＩＬ−８）を含むインターロイキン；レプチン；ミッドカイン；胎盤成長ファクタ；血小板由来内皮細胞成長ファクタ（ＰＤ−ＥＣＧＦ）；血小板由来成長ファクタ−ＢＢ（ＰＤＧＦ−ＢＢ）；プレイオトロフィン（ＰＴＮ）；プログラニュリン；プロリフェリン；腫瘍壊死ファクタ−α（ＴＮＦ−α）；神経成長ファクタ（ＮＧＦ）；脳由来神経栄養ファクタ（ＢＤＮＦ）；Ｂ−細胞刺激ファクタ−３（ＢＳＦ−３）；ニューロトロフィン−３（ＮＴ−３）；ニューロトロフィン−４（ＮＴ−４）；グリア成熟ファクタ（ＧＭＦ）；毛様体神経栄養ファクタ（ＣＮＴＦ）；グリア細胞由来神経栄養ファクタ（ＧＤＮＦ）；パーセフィン；ニュールツリン；アルテミン；成長分化因子−９（ＧＤＦ９）；マトリクス・メタロプロテイナーゼ（ＭＭＰ）；アンジオポイエティン１（ａｎｇ１）；及びａｎｇ２；デルタ型リガンド４（ＤＬＬ４）である。いくつかの実施例では、成長ファクタが、成長ホルモン（ＧＨ）、骨形態形成タンパク質（ＢＭＰ）、形質変換成長ファクタ−α（ＴＧＦ−α）、ＴＧＦ−β、繊維芽細胞成長ファクタ（ＦＧＦ）、顆粒球−コロニー刺激ファクタ（Ｇ−ＣＳＦ）、顆粒球／マクロファージ−コロニー刺激ファクタ（ＧＭ−ＣＳＦ）、上皮成長ファクタ（ＥＧＦ）、血小板由来成長ファクタ（ＰＤＧＦ）、インスリン様成長ファクタ（ＩＧＦ）、脈管内皮成長ファクタ（ＶＥＧＦ）、肝細胞成長ファクタ／散乱ファクタ（ＨＧＦ／ＳＦ）、インターロイキン、腫瘍壊死ファクタ−α（ＴＮＦ−α）、あるいは神経成長ファクタ（ＮＧＦ）である。成長ファクタは、ヒトを含むどのようなスピーシーズ由来のものであっても良い。
【００３８】
上述した通り、減圧治療システム１００は、創傷１０６に減圧を適用し、この減圧を、足場１０４を通って均等に分配することができる。いくつかの実施例では、足場が、均一な態様で分配されるというよりは、むしろ足場１０４と３０４を通って減圧を非連続的に分配しており、これによって減圧勾配を作っている。例えば、減圧は、単一ポイント源、あるいは、直線フロー経路に沿った複数の入口を介して、あるいは、ほぼ均質な分配マニフォールドを介して、均一に送達されない。いくつかの実施例では、減圧勾配は空間的に非連続であり、磁気的に非連続であり、あるいは時間的に非連続である。この結果、減圧勾配が創傷１０６全体に生じる。
【００３９】
勾配は、減圧に加わる可変物理量の変化量であり、限定することなく、生物学的勾配、熱勾配、電気的勾配、磁気的勾配、化学的勾配、あるいは正圧勾配を含む。マニフォールド１１８及び３１８と、足場１０４及び３０４は、これらのその他の物理的特徴に関する勾配を分配するように設計されている。図１及び３を参照すると、例えば、マニフォールド１１８と３１８と、足場１０４と３０４は、それぞれ、矢印１２１と３２１で示されており、上記により詳細に説明し、更に、米国暫定特許出願第６１／１４２，０５３号及び６１／１４２，０６５号に説明しているように、減圧勾配及び／又は生物学的勾配を分配している。これらの出願は、ここに引用により組み込まれている。周辺足場１０４と３０４は、減圧あるいはその他の刺激に応じて、矢印１２１と３２１で示すように、各々のフローチャネルを通って骨１０７（図示せず）の髄内空間３３６から迅速に流体を引くが、非連続的に勾配を作って、組織の成長及び／又は組織の治癒を更に促進する。このように、本発明の方法とシステムは、インプラントした足場１０４と３０４、あるいは創傷１０６などの障害部位内での組織再生の能動的ガイダンス手段を提供して、これらの物理量勾配を用いた機能回復を促進する。このように、これらの方法及びシステムは、タンパク質の内因性沈着と、生化学的及び物理的キューを伴う暫定マトリックスの組織化を促進する能動的メカニズムを提供して、足場１０４及び３０４、あるいは創傷１０６内の組織空間の細胞コロニー化を進める。
【００４０】
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ＰＣＴ国際公開 ＷＯ０６／００４９５１
ＰＣＴ国際公開 ＷＯ０７／０９２３９７
ＰＣＴ国際公開 ＷＯ０７／１０６５９４
ＰＣＴ国際公開 ＷＯ０７／１９６５９０
ＰＣＴ国際公開 ＷＯ０８／０９１５２１
米国特許公開 ２００３／０２２５３４７
米国特許公開 ２００８／００３３３２４
米国特許公開 ２００８／０２０８３５８
米国特許番号 ４，７８７，９０６
米国特許番号 ６，１０３，２５５
米国特許番号 ６，３６５，１４６
米国特許番号 ６，６９６，５７５
米国特許番号 ７，１６０，５５３
米国特許番号 ７，３８４，７８６
【００４１】
本明細書に挙げたすべての文献は、ここに引用により組み込まれている。この文献に関する議論は、単に、著者による主張を要約しようとするものであり、この文献が従来技術を構成していることを告白するものではない。出願人は、引用した文献の正確性と関連性を疑う権利を保全している。
【００４２】
上記を鑑みて、本発明のいくつかの利点が達成され、その他の利点が獲得されていることが見て取れる。上述の方法及び組成物には、本発明の範囲から離れることなく、様々な変更を加えることができるので、上の記述に含まれ、添付図面に示されたるすべての事柄は、説明として解釈されるべきであり、限定の意味ではない。
【技術分野】
【０００１】
関連出願のクロスリファレンス
本出願は、２００９年９月１日に出願した米国暫定特許出願第６１／２３８，７７０号、２００８年１２月３１日に出願した、米国暫定特許出願第６１／１４２，０５３号、及び２００９年１２月３１日に出願した、米国暫定特許出願第６１／１４２，０６５号の優先権を主張する。これらの各出願は、ここに、全体を引用して組み込まれている。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、一般的に再生医療に関するものであり、特に、組織の治療に好適に使用する足場、システム及び方法に関する。
【０００３】
関連技術の記載
臨床研究と診療は、組織部位近位に減圧を提供することが、その組織部位において新しい組織の成長を増進及び促進することを示している。この現象の適用は数多くあるが、減圧の適用は創傷治療に特に成功している。この治療（医学界では、頻繁に、「負圧創傷治療」、「減圧治療」、又は「真空治療」と呼ばれる）は、より早い治癒、及び肉芽組織の良好な形成を含む、多くの利点を提供する。典型的には、減圧は、多孔パッドあるいはその他のマニフォールドデバイスを介して組織に適用されてきた。多孔パッドは、減圧を組織に分配して、組織から取り出した流体を導くことができる孔を含んでいる。多孔パッドは、しばしば、治療を容易にするその他の部材を有するドレッシングに組み込まれている。足場も、欠陥部位に配置して、欠陥部位内への組織の成長をサポートすることができる。この足場は、通常、生体吸収性であり、新しい組織を適所に残す。
【０００４】
減圧治療用の足場は、例えば、ＷＯ０８／０９１５２１、ＷＯ０７／０９２３９７、ＷＯ０７／１９６５９０、ＷＯ０７／１０６５９４に記載されている。減圧治療用の現在の足場の適合性は、創傷治癒の現在の知識に照らして評価することができる。身体組織の損傷は、鬱血（数秒乃至数時間）、炎症（数時間乃至数日）、修復（数日乃至数週間）及びリモデリング（数週間乃至数カ月）を含む順次の治癒ステージに応じた創傷治癒をもたらす。創傷治癒プロセスの初期段階については、高レベルの相同性がほとんどの組織タイプに亘って存在する。しかしながら、様々な組織の治癒ステージは、時間が経過するにつれて、タイプが異なる成長ファクタ、サイトカイン、及び細胞を伴って、広がり始める。創傷治癒反応の後期段階は、以前の段階に依存しており、反応の一時的なパターニングや、反応の各要素間における相互関係において複雑さが増す。
【０００５】
損傷を受けた組織の、正常な修復、再生、及び機能回復を容易にするための戦略は、この治癒反応、特にその後者の特徴における特定のステップをサポートし補強する方法に焦点が当てられている。この結果、成長ファクタ、サイトカイン、細胞外マトリックス（ＥＣＭ）類似体、外因性細胞および様々な足場技術が、単独であるいは互いに組み合わせて適用されていた。このアプローチを用いてあるレベルでの成功は達成されたものの、いくつかの重要な課題が残っている。一つの主な課題は、創傷治癒反応におけるサイトカインと成長ファクタの各々のタイミングと組織的影響が、適正な時点で、かつ正しい強調パターンで、個々の外因性ファクタを加える能力を複雑なものにしている。外因性細胞の導入はまた、この細胞の潜在的な免疫原生、並びに細胞の生存能力を維持することが困難なため、更なる問題に直面している。
【０００６】
合成足場及び生物学的足場は、外因性細胞の付着、移動、及びコロニー形成を増強する三次元フレームワークを提供するのに用いられる。これまで、ほとんどすべての足場は、足場を生物学を用いて動作するように作ることができるという考え方に基づいて設計されていた。しかしながら、従来の足場技術は、外因性タンパク質、サイトカイン、成長ファクタ、及び細胞の多孔性足場の間質への受動的な流入に頼っている。このように、足場内への外因性細胞のコロニー形成は、組織のタイプに関係なく、足場の拡散限界内で養分サポートを提供している脈管要素から離れる距離分だけ制限を受けている。更に、足場は、回復プロセスとインプラント周囲の繊維性被膜の形成を長引かせる、免疫原生あるいは異物反応を生じさせることがある。これらの問題はすべて、障害部位における機能的組織再生を低下させる。
【０００７】
従って、更に治癒と組織成長を促す追加のシステムを提供することは有利である。本発明は、このようなシステムを提供する。
【発明の概要】
【０００８】
ここに述べる実施例の足場、システム、及び方法は、インプラントした足場を通じて組織再生の能動的ガイダンスを提供するように設計されている。一の実施例では、哺乳動物の組織部位において組織を治療するシステムが提供されており、このシステムは、組織部位近傍に配置され、哺乳動物から血液を受け取るように哺乳動物の血管に流体連結するように構成した足場と、血管に流体連結されており、血管から足場への血液の流れを調整するべく開位置と閉位置の間で制御可能に構成されたバルブと、を具える。このシステムでは、バルブが開位置にあるときにバルブによって血管から足場へ血液が流れ、バルブが閉位置にあるときに足場への血液の流れを止める。
【０００９】
別の実施例では、患者の組織部位における組織の成長を促進するシステムが提供されており、このシステムは、組織の成長用構造マトリックスを提供するべく組織部位におけるインプラントに適合しており、更に、患者の血管に流体連結するように構成した足場と、血管から足場への血液の流れを調整するべく開位置と閉位置の間で制御可能に構成されたバルブと、このバルブに動作可能に連結されており、開位置と閉位置の間でバルブを変化させるコントローラとを具える。このシステムでは、バルブが開位置にあるときにバルブによって血管から足場へ血液が流れ、閉位置にあるときに足場への血液の流れを止める。
【００１０】
更なる実施例では、骨欠損あるいは骨折へのインプラントに適した足場が提供されており、これは、流動電位を有する荷電表面を具えており、骨欠損にインプラントしたときに、足場近傍の組織からの血液あるいは間質液を含む電解液が、流動電位によって足場の荷電表面上に引き込まれる。
【００１１】
更なる実施例では、欠損あるいは骨折のある骨を治療する方法が提供されており、これは、上述した足場を欠損あるいは骨折箇所にインプラントするステップを具える。また、骨欠損又は骨折へのインプラントに適した足場を変形する方法が提供されており、これは、足場の表面に電荷を誘発するステップを具える。
【００１２】
図に示す実施例のその他の目的、特徴、及び利点は、図面と以下の詳細の説明を参照して明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、足場を用いて組織部位を治療する減圧治療システムの実施例を示す図であり、一部を断面図で示す。図１Ａは、図１に示すシステムの１Ａ−１Ａ線に沿った断面図である。
【図２】図２は、足場を用いて組織部位を治療する減圧治療システムの一部の実施例を示す図であり、一部を断面図で示す。
【図３】図３は、一実施例による組織部位における足場の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の実施例の詳細な説明においては、説明の一部を成す添付図面を参照する。これらの実施例は、当業者が発明を実施できるように十分詳細に記載されており、その他の実施例を用いることができ、論理構造的、機械的、電気的、化学的変更を発明の精神あるいは範囲から外れることなく行うことができると解するべきである。当業者がここに述べる実施例を実施するのに不要な詳細を省略するために、この説明は、当業者に公知の所定の情報を省くことができる。以下の詳細な説明は、従って、限定の意味ではなく、実施例の範囲は特許請求の範囲によってのみ規定される。
【００１５】
図１及び１Ａを参照すると、減圧を適用して、例えば、患者の肢１０３などの患者の身体の組織部位１０２における組織の成長を促進する減圧治療システム１００が示されている。減圧治療システム１００は、組織部位１０２における組織の成長を促進する組織部位１０２にインプラントした足場１０４を具える。この例では、組織部位１０２は、血管１０８を含む血管を有する患者の肢１０３の骨１０７の欠損あるいは創傷１０６に起因している。血管１０８は、血管−足場インターフェース１１０を介して足場１０４に流体連結されて、足場１０４へ血液を提供している。減圧治療システム１００は更に、血管１０８から足場１０４への血液の供給を制御するバルブ１１２と、このバルブ１１２に電気的に接続されたコントローラ１１４を具える。このバルブは、コントローラ１１４によって、開位置と閉位置の間で変動する。バルブ１１２が開いているときに、血管１０８内の血圧が足場１０４と組織部位１０２に血液を流す。創傷１０６における骨組織の成長と治癒は、限定するものではないが、バルブ１１２を介して血液が流れ始めるときに足場１０４と創傷部位１０２に供給される、凝固タンパク質、成長ファクタ、アルブミン、リンパ球、を含む血液の様々な成分によって強化される。
【００１６】
減圧治療システム１００は又、足場１０４に減圧を提供する減圧源１１６を具え、血管１０８から足場１０４に血液を引き込むようにしている。減圧源１１６は導管１１７を介して足場１０４に流体連結されており、この導管は、導管−足場インターフェース、あるいは傾斜付入口１１８によって足場１０４に流体連結されている。導管−足場インターフェース１１８は、足場１０４に減圧を分配するマニフォールドでもよい。減圧治療システム１００は、更に、導管−足場インターフェース１１８と減圧源１１６との間に流体連結されたキャニスタ１２０を具え、組織部位１０２から引き込んだ血液あるいは滲出液などの体液を回収する。このように、血管１０８から足場１０４への血液の引き込みのほかに、減圧源１１６は、組織部位１０２へ減圧を提供するのにも使用することができる。
【００１７】
ここで用いられているように、用語「連結」は、直接的な連結あるいは別の物体を介した間接的な連結を含む。用語「連結」はまた、互いに連続する二又はそれ以上の部品であり、同じ材料片からできている各部品によって連続している部品にも及ぶ。更に、用語「連結」には、化学的、機械的、熱的、あるいは電気的連結が含まれる。流体連結は、流体が指定した部品あるいは位置と連通していることを意味する。
【００１８】
バルブ１１２が開くと、矢印１２１で示すように様々な方向に足場１０４に血液が流れる。コントローラ１１４とバルブ１１２を用いて、組織部位１０２へ供給される血液量を調整することができ、血液は、足場１０４同様に創傷１０６の全てあるいは一部にかかる。しかしながら、バルブ１１２を流れる血液の量は、最終的には、血管１０８内の血圧に依存する。この結果、バルブ１１２が完全に開いており、血圧が低すぎる場合は、減圧源１１６を用いて足場１０４に減圧を適用し、低い血圧を補填することができる。減圧治療に加えて、減圧源１１６によって足場１０４に適用される減圧の大きさと期間を調整して、所望の圧力を達成し、足場１０４に流れるようにする。いくつかの実施例では、足場１０４はより迅速な足場のコロニー化が求められる領域など足場１０４の特定の領域に血液を向けるフローチャネル（図示せず）を具えている。
【００１９】
バルブ１１２は、血管１０８を押して血管１０８を閉鎖する圧縮部材１２２を具える。圧縮部材１２２は、当業者に知られているどのようなタイプの閉鎖機構であっても良いと解すべきである。更に、バルブ１１２は、圧力（例えば導管を介してコントローラ１１４に空気又は液体を注入してバルブを閉める）、酸素生成反応などの化学物質、浸透性刺激、電気デバイス、電気制御バルブ、あるいは機械的デバイスなど、任意のタイプの作動刺激を用いて開位置と閉位置の間で動作可能である。バルブ１１２は、外部刺激を適用するポート（図示せず）を具えていても良い。バルブ１１２は、使用するバルブのタイプによって、例えば電気的導管、機械的導管、あるいは流体導管などのバルブ制御導管１２３を介してコントローラ１１４に動作可能に接続されている。
【００２０】
減圧治療システム１００は、血管１０８から足場１０４へ血液を提供することによって組織再生に使用することができる。創傷１０６における組織の成長と治癒は、限定することなく、血液がバルブ１１２を通って流れ始めるときに足場１０４と創傷部位１０２に供給される、凝固タンパク質や上述した細胞を含む様々な血液成分によって強化される。足場１０４のインプラント時に、血管１０８によって供給される血液からのタンパク質が、創傷治癒と組織形成の初期ステップとして、足場１０４に血栓を形成する。このような加速された血栓形成が、創傷治癒と組織形成の速度を上げることができる。別の例では、創傷治癒あるいは組織形成期間の遅い時期に足場１０４に血液が提供されて、治癒と組織形成を促進する血液中に存在する成長ファクタを提供する。血液中の成長ファクタの例には、ＥＧＦ、ＴＧＦ−α、ＴＧＦ−β、ＰＤＧＦ、ａＦＧＦ、及びｂＦＧＦが含まれる。このように、これらの成長ファクタは血液と共に足場１０４に提供される。
【００２１】
ここで、図２を参照すると、減圧治療システム１００の別の例が示されており、このシステムは、足場１０４に直接連結されているのではなく、血液供給導管１２６によって足場１０４に流体連結されている血管１０８を含む血液供給部分１２４を具える。血液供給導管１２６は、カテーテル、あるいはその他のタイプの生体適合性チューブである。バルブ１１２は、上記と同様の態様で血液供給導管１２６を通る血液の流れを制御する。従って、バルブ１１２は、開位置と閉位置との間で変化して、血管１０８と足場１０４との間の流体連通を制御する。血液供給部分１２４によって、血液は足場１０４へ間接的に供給される。別の実施例では、血液供給導管１２６は血管１０８に連結されておらず、むしろ、患者の身体の外に位置している外部流体源（図示せず）に連結されている。
【００２２】
創傷１０６は、限定するものではないが、骨組織、脂肪組織、筋肉組織、神経組織、皮膚組織、脈管組織、結合組織、軟骨、腱、あるいは靭帯といった任意のタイプの組織部位１０２上又は内に位置する、骨折などの損傷あるいは欠損である。例えば、創傷１０６は、火傷、切開創傷、切除創傷、潰瘍、外傷、慢性的な開放創傷を含む。また、骨１０７は、長骨、短骨、平骨、不規則な骨、及び種子骨を含めて、どのようなタイプの骨でもよい。創傷１０６は、また、必ずしも切開あるいは欠損でなくともよく、代わりに、骨組織など、追加組織の成長を加えるあるいは促進することが望ましい領域といったどのような組織であってもよい。例えば、採取して別の組織位置に移植を行う所定の組織領域に追加組織を育てる減圧組織治療を用いることができる。組織部位１０２は、また、同種移植片あるいは異種移植片をインビトロで、及びインビボで維持するための部位を含むものでも良く、続いて患者１０３にインプラントを行う支持足場を含むものでも良い。患者１０３は、マウス、ラット、ウサギ、猫、犬、ヒトを含む霊長類、などの哺乳動物である。
【００２３】
本明細書のコンテキストにおいて、用語「減圧」は、一般的に、治療を受ける組織部位における周囲圧より低い圧力をいう。ほとんどの場合、この減圧は、患者が位置している所の大気圧より低い。用語「真空」及び「負圧」は、組織部位に適用する圧力を記載するのに使用することができるが、組織部位に適用する実際の圧力は、通常完全な真空に使われる圧力より有意に高い。この用語体系に合わせて、減圧あるいは真空圧の増加は、通常、絶対圧力の相対的な低下を意味し、一方で、減圧又は真空圧の減少は、絶対圧力の相対的増加を意味する。減圧治療は、通常、−５ｍｍＨｇ乃至―５００ｍｍＨｇ、より一般的には−５乃至−３００ｍｍＨｇ、限定するものではないが、−５０、−１２５、あるいは−１７５ｍｍＨｇを含む減圧を適用する。
【００２４】
減圧源１１６は、真空ポンプ、壁吸引、あるいはその他の源など、減圧を供給する任意のデバイスである。また、減圧は、適所において変化があるごとに値が変わって、組織部位１０２と足場１０４を通る三次元減圧勾配を作るものでも良い。勾配は、適所において変化があるごとに値が変わる物理量の変化率である。更に、導管−足場インターフェース１１８は、生物学的勾配、熱勾配、電気的勾配、磁気的勾配、化学的勾配、あるいは正圧勾配を含むその他の物理的特性について勾配を分配するように設計されている。これらの勾配は各々、適当な勾配源によって作られる。
【００２５】
図３を参照すると、減圧治療システム１００の代替の実施例は、構造的に足場１０４と同様に変形足場３０４に電荷を用いて、患者の肢１０３の骨１０７の組織の成長を促進するようにした組織治療システム３００を具える。上述したように、導管１１７を介して減圧源１１６に流体連結されているマニフォールド３１８として導管−足場インターフェース１１８を用いて、変形足場３０４に減圧を適用することができる。変形足場３０４は、組織部位１０２近傍に配置した端面３２８と、この端面から組織部位１０２の髄内組織３３６内に長手方向に延在する髄内エクステンション３３０を具える。端面３２８は荷電面であるので、流動電位が髄内エクステンションに誘発される結果、髄内エクステンション３３０近傍の組織から電解液を引き込む。この変形足場３０４の荷電端面３２８は、例えば、凹部又は凹部ピット３３２のテクスチュアなどの、骨芽細胞の付着と成長を強化するテクスチュア（Ｇｒａｚｉａｎｏ ｅｔ ａｌ．， ２００７）を有する。これらは、どのようなサイズ、形状であっても良い。いくつかの実施例では、凹部ピット３３２は、深さ１０−１２０μｍ乃至３−１００μｍである。
【００２６】
荷電端面３２８は、この分野で知られた手段によって、誘発できる。いくつかの実施例では、この荷電面は、電気分極によって誘発される。例えば、Ｎａｋａｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．， ２００６， ２００７， ２００９； Ｉｔｏｈ ｅｔ ａｌ．， ２００６を参照されたい。この分極は、この荷電面に負電荷あるいは正電荷を作る。様々な実施例では、この荷電面は、負に帯電している。例えば、ヒドロキシル（−ＯＨ)基に露出させるなどして面の化学的性質を機能性ポリマに変えるといった、表面処理によって、表面に電荷を与えることもできる。
【００２７】
組織治療システム３００は、減圧を用いることなく足場３０４内に流体フローを生じさせることもできる。組織部位１０２からの血液、あるいは間質液、といった電解液が荷電端面３２８を通って流れると、流動電位が荷電端面３２８に発生する。例えば、Ｈｉｌｌｓｌｅｙ ａｎｄ Ｆｒａｎｇｏｓ， １９９４を参照のこと。荷電端面３２８は、そこに発生した流動電位によって、組織流体を荷電端面３２８に沿って流すことができる。荷電面は電気浸透流を誘発して、これによって溶液中のカチオンが荷電端部に移動して、このカチオンと共に流体を浸透圧的に引き込むことができる。
【００２８】
上述した勾配を含めて、減圧勾配以外の勾配を足場３０４に適用することもできる。この勾配は、例えば、流動電位によって除去された流体を超えて過剰な流体を除去することが望まれる場合など、流動電位によって発生するフローオーバーの増加が必要な時に追加のフローを提供する。追加のフローが必要な場合の一例は、変形足場３０４のインプラントに続く初期ステージである。
【００２９】
組織治療システム３００を用いて、介護者が組織部位１０２に変形足場３０４を適用し、電気分極によるなどして、端面３２８に電荷を誘発することができる。流動電位は、組織部位１０２からの流体が荷電端面３２８を流れて行くときに荷電端面３２８上に誘発され、この流動電位が、変形足場３０４近傍の組織部位１０２からの血液や間質液を含む電解質流体を引き込む。変形足場３０４を通る追加の流体フローが必要な場合、介護者はマニフォールド１１８と減圧源１１６を用いて変形足場３０４に減圧を適用することもできる。流動電位、すなわち荷電面を移動する電解質も、骨形成を誘発することができる。流動電位中の荷電物質の凹面が骨を形成する一方で、凸面が骨を吸収することが示されている（Ｈｉｌｌｓｌｅｙ ａｎｄ Ｆｒａｎｇｏｓ， １９９４）。
【００３０】
上述した通り、導管−足場インターフェース１１８は、図３にマニフォールド３１８を参照して特に示すように、足場１０４に減圧を分配するマニフォールドである。ここで用いられているように、用語「マニフォールド」は、組織部位１０２への減圧の適用、流体の送達、あるいは組織部位１０２からの流体除去をアシストするべく提供された物質又は構造を意味する。マニフォールド３１８は、通常マニフォールド３１８周囲の組織部位１０２へ提供された、及びこの領域から除去した流体を配分する複数のフローチャネルあるいは経路を具えていても良い。一の実施例では、このフローチャネルあるいは経路は、組織部位１０２へ提供するあるいはこの部位から除去する流体の配分を改良するよう相互接続されている。マニフォールド３１８は、組織部位１０２と接触して配置して、減圧を組織部位１０２へ分配することができる生体適合性材料である。マニフォールド３１８の例には、限定することなく、例えば、セルラー発泡体、開放セル発泡体、多孔質組織コレクション、液体、ゲル、及びフローチャネルを含む又は含む傾向にある発泡体、といったフローチャネルを形成するよう配置された構造エレメントを有するデバイスが含まれる。マニフォールド３１８は、多孔性であっても良く、発泡体、ガーゼ、フェルトマット、あるいは特定の生物学的アプリケーションに適したその他の材料でできていても良い。一の実施例では、マニフォールド３１８は多孔性発泡体であり、フローチャネルとして作用する複数の相互接続されたセルあるいは孔を具えている。この多孔性発泡体は、ポリウレタン、開放セル、テキサス州サンアントニオ所在のＫｉｎｅｔｉｃ Ｃｏｎｃｅｐｔｓ， Ｉｎｃ．製造のＧｒａｎｕＦｏａｍ（登録商標）などの網状発泡体であってもよい。その他の実施例は、「閉鎖セル」を具えていても良い。マニフォールドのこれらの閉鎖セル部分は、複数のセルを具えており、その大部分が隣接するセルと流体連結していない。閉鎖セルは、マニフォールド３１８に選択的に配置して、マニフォールド３１８の周辺表面を通って流体が移動することを防止するようにしても良い。いくつかの場合、マニフォールド３１８を用いて、薬剤、抗菌剤、成長ファクタ、及び様々な溶液などの流体を創傷１０６及び髄内組織３３６に分配することができる。吸収材、ビッキング剤、ヒドロゲル、疎水性材料、及び親水性材料などの、その他の層をマニフォールド３１８内にあるいはその上に含めることができる。
【００３１】
ここで用いられている用語「足場」は、細胞の成長及び／又は組織形成用の構造マトリックスを提供する、組織部位１０２に適用した物質又は構造を意味する。足場１０４は、しばしば、三次元多孔性構造であり、細胞、成長ファクタ、細胞外マトリックス成分、栄養素、インテグリン、あるいはその他の細胞の成長を促進する物質を注入した、又はこれらで被覆された、又はこれらから成るものでもよい。足場１０４は、マトリックスを通るフローを方向づけることによって、マニフォールドの特徴を帯びるようになる。足場１０４は、例えば、図に示すようなほぼ円筒形、ほぼ円形（図示せず、あるいは骨１０７の中間組織内にあるロッド形状（図示せず））を含めて、様々な形状をしている。いくつかの実施例では、足場１０４は患者の肢１０３内の骨欠損の形状をしている。
【００３２】
好適な足場１０４の材料の非限定的な例には、フィブリン、コラーゲン、あるいはフィブロネクチンなどの細胞外マトリックスタンパク質や、人工あるいは天然に生じるポリマであり、このポリマは、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリグリコール酸（ＰＧＡ）、ポリラクチド−コ−グリコライド（ＰＬＧＡ）、ポリビニルピロリドン、ポリカプロラクトーン、ポリカルボン酸、ポリフマル酸、カプロラクトーン、ポリアミド、ポリサッカライド（アルギン酸（例えば、アルギン酸カルシウム）及びキトサンを含む）、ヒアルロン酸、ポリヒドロキシブチレート、ポリヒドロキシバレレート、ポリジオキサノン、ポリオルトエステル、ポリエチレングリコール、ポロキサマー、ポリホスファゼン、ポリアンハイドライド、ポリアミノ酸、ポリアセタル、ポリシアノアクリレート、ポリウレタン、ポリアクリレート、エチレン−ビニルアセテートポリマ、及びその他のアクリル置換セルロースアセテート及びこの派生物、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニル、ポリビニルイミダゾール、クロロスルホン化ポリオレフィン、ポリエチレンオキシド、ポリビニルアルコール、テフロン（登録商標）、ヒドロゲル、ゼラチン、及びナイロン、などの生体吸収性又は非生体吸収性ポリマを含む。足場１０４は、また、ヒドロキシアパタイト、コラリンアパタイト、リン酸カルシウム、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム又はその他の炭酸塩、バイオガラス、同種移植片、自己移植片、異種移植片、脱細胞組織、あるいは上記の任意の混合物、などのセラミックを含むものでも良い。特定の実施例では、足場は、コラーゲン、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリグリコール酸（ＰＧＡ）、ポリラクチド−コ−グリコライド（ＰＬＧＡ）、ポリウレタン、ポリサッカライド、ヒドロキシアパタイト、あるいはポリエチレングリコールを含む。更に、足場１０４は、任意の２つ、３つ、あるいはそれ以上の材料の組み合わせを足場１０４の異なる領域に具える、あるいは非共有結合で組み合わせて、あるいは共有結合で組み合わせたもの（例えば、ポリエチレンオキシド−ポリプロピレングリコールブロックコポリマ、又はターポリマといったコポリマ）、あるいはこれらの組み合わせを含むものを具えていても良い。好適なマトリックス材料は、例えば、Ｍａ ａｎｄ Ｅｌｉｓｓｅｅｆｆ， ２００５，及びＳａｌｔｚｍａｎ， ２００４で論じられている。
【００３３】
いくつかの実施例では、足場１０４は骨伝導性（完全に分化しており、適格性のある骨形成原細胞がインプラント部位において得られる場合に、骨沈着を導く）、あるいは骨誘発性（非骨形成細胞であり骨を形成していな細胞から新しく適格骨形成原細胞を誘発する）である物質を含む。骨伝導性物質の例には、ヒドロキシアパタイトセラミックスを含めて、ヒドロキシアパタイトがある（Ｒｉｍｉｎｕｃｃｉ ａｎｄ Ｂｉａｎｃｏ， ２００３）。
【００３４】
足場１０４は、また、生体細胞を具えていても良い。生体細胞は、古細菌、原核生物、あるいは真核生物を含む、生命体からのものであっても良い。いくつかの実施例では、この細胞は哺乳動物の細胞である。この細胞は天然のものであっても良く、代替的に、例えばタンパク質や核酸（ｍｉＲＮＡなど）といった、組み替え分子を発現するように変性されたものでもよい。ここで用いられている用語「細胞」は、生体組織（一次組織外植片およびこの調合物を含む）、単離細胞、細胞株（形質転換細胞を含む）、及び宿主細胞の調合物を意味する。いくつかの実施例では、自己細胞が用いられている。他の実施例では、異種細胞、同種異系細胞、同系細胞、あるいは幹細胞が用いられている。
【００３５】
これらの実施例は、特定の細胞の使用に限定されるものではない。ここに含まれるものは、完全に分化した細胞、部分的に分化した細胞（例えば、生体幹細胞）、あるいは、未分化細胞（例えば、胚幹細胞あるいは人工多能性幹細胞）である。いくつかの実施例では、この細胞が幹細胞である。これらの幹細胞は、胚幹細胞であってもよい。代替的に、幹細胞が生体幹細胞であってもよい。生体幹細胞の非限定的な例は、人工多能性幹細胞（Ｔａｋａｈａｓｈｉ ａｎｄ Ｙａｍａｎａｋａ， ２００６）、間充織幹細胞、脂肪由来生体幹細胞、造血幹細胞、乳腺幹細胞、神経幹細胞、内皮幹細胞、嗅覚器官生体幹細胞、歯由来幹細胞、毛包間幹細胞、及び精巣幹細胞、である。
【００３６】
細胞は、例えば、骨芽細胞、軟骨細胞、線維芽細胞（例えば、間質線維芽細胞、腱線維芽細胞、皮膚線維芽細胞、靭帯線維芽細胞、心臓線維芽細胞、歯肉線維芽細胞などの歯根線維芽細胞、及び頭蓋顔面線維芽細胞）、筋細胞前駆細胞、心筋細胞、骨格筋細胞、平滑筋細胞、横紋筋細胞、衛星細胞、軟骨細胞（例えば、半月板軟骨細胞、関節軟骨細胞、椎間円板軟骨細胞）、骨細胞、内皮細胞（例えば、大動脈、毛細血管、及び静脈内皮細胞）、上皮細胞（例えば、ケラチン生成細胞、含脂肪細胞、幹細胞）、間葉細胞（例えば、皮膚繊維芽細胞、中皮細胞、骨芽細胞）、含脂肪細胞、ニューロン、グリア細胞、シュアン細胞、星状膠細胞、有足細胞、島細胞、腸細胞、象牙芽細胞、あるいはエナメル芽細胞であってもよい。足場１０４の様々な領域が、様々な細胞を具えていても良い。例えば、足場１０４は、足場１０４のほとんどの部分上に骨芽細胞を、及び、軟骨が望まれている足場１０４の表面に軟骨細胞を蒔くようにしてもよい。
【００３７】
いくつかの実施例では、骨格１０４が更に、生物活性剤を具えている。生物活性剤とは、治療の成果を改善できる化合物又は元素（例えば、鉄）である。例には、栄養素、抗生物質、小さい（＜２０００ｍｗ）有機化合物（例えば、セロトニン、プロスタグランジン、プロスタサイクリン、トロンボキサン、ヒスタミン）、ペプチド（例えば、ブラジキニン）、核酸（例えば、アプタマーあるいは遺伝子ベクター）、及び、例えば、サイトカイン、酵素、又は抗体結合部位を有するタンパク質などのタンパク質がある。足場１０４に含めることができるポリペプチドのその他の非限定的な例は、実質的にホルモン、神経伝達物質、成長ファクタ、成長ファクタ受容体、インターフェロン、インターロイキン、ケモカイン、サイトカイン、コロニー刺激ファクタ、あるいは化学走化性因子タンパク質、あるいはポリペプチドである。更なる例には、最終成分の使用目的によって、転写又は伸長因子、細胞周期制御タンパク質、キナーゼ、ホスファターゼ、ＤＮＡ修復タンパク質、腫瘍遺伝子、腫瘍抑制遺伝子、血管由来タンパク質、抗血管形成タンパク質、免疫反応刺激タンパク質、細胞表面受容体、アクセサリシグナリング分子、輸送タンパク質、酵素、抗菌あるいは抗ウイルスタンパク質、あるいはポリペプチド、及びこれに類するものがある。より具体的な例には、成長ホルモン（ＧＨ）；副甲状腺ホルモン（ＰＴＨ、ＰＴＨ１−３４を含む）；ＢＭＰ−２Ａ、ＢＭＰ−２Ｂ、ＢＭＰ−３、ＢＭＰ−４、ＢＭＰ−５、ＢＭＰ−６、ＢＭＰ−７、及びＢＭＰ−８などの骨形態形成タンパク質（ＢＭＰｓ）；形質変換成長ファクタ−α（ＴＧＦ−α）、ＴＧＦ−β１、及びＴＧＦ−β２；酸性繊維芽細胞成長ファクタ（ａＦＧＦ）；塩基性繊維芽細胞成長ファクタ（ｂＦＧＦ）；顆粒球−コロニー刺激ファクタ（Ｇ−ＣＳＦ）；顆粒球／マクロファージ−コロニー刺激ファクタ（ＧＭ−ＣＳＦ）；上皮成長ファクタ（ＥＧＦ）；血小板由来成長ファクタ（ＰＤＧＦ）；インスリン様成長ファクタ（ＩＧＦ）；白血病抑制ファクタ（ＬＩＦ）；脈管内皮成長ファクタ（ＶＥＧＦ）；アンジオジェニン；アンジオポイエチン−１；ｄｅｌ−１；ホリスタチン；肝細胞成長ファクタ／散乱ファクタ（ＨＧＦ／ＳＦ）；インターロイキン−８（ＩＬ−８）を含むインターロイキン；レプチン；ミッドカイン；胎盤成長ファクタ；血小板由来内皮細胞成長ファクタ（ＰＤ−ＥＣＧＦ）；血小板由来成長ファクタ−ＢＢ（ＰＤＧＦ−ＢＢ）；プレイオトロフィン（ＰＴＮ）；プログラニュリン；プロリフェリン；腫瘍壊死ファクタ−α（ＴＮＦ−α）；神経成長ファクタ（ＮＧＦ）；脳由来神経栄養ファクタ（ＢＤＮＦ）；Ｂ−細胞刺激ファクタ−３（ＢＳＦ−３）；ニューロトロフィン−３（ＮＴ−３）；ニューロトロフィン−４（ＮＴ−４）；グリア成熟ファクタ（ＧＭＦ）；毛様体神経栄養ファクタ（ＣＮＴＦ）；グリア細胞由来神経栄養ファクタ（ＧＤＮＦ）；パーセフィン；ニュールツリン；アルテミン；成長分化因子−９（ＧＤＦ９）；マトリクス・メタロプロテイナーゼ（ＭＭＰ）；アンジオポイエティン１（ａｎｇ１）；及びａｎｇ２；デルタ型リガンド４（ＤＬＬ４）である。いくつかの実施例では、成長ファクタが、成長ホルモン（ＧＨ）、骨形態形成タンパク質（ＢＭＰ）、形質変換成長ファクタ−α（ＴＧＦ−α）、ＴＧＦ−β、繊維芽細胞成長ファクタ（ＦＧＦ）、顆粒球−コロニー刺激ファクタ（Ｇ−ＣＳＦ）、顆粒球／マクロファージ−コロニー刺激ファクタ（ＧＭ−ＣＳＦ）、上皮成長ファクタ（ＥＧＦ）、血小板由来成長ファクタ（ＰＤＧＦ）、インスリン様成長ファクタ（ＩＧＦ）、脈管内皮成長ファクタ（ＶＥＧＦ）、肝細胞成長ファクタ／散乱ファクタ（ＨＧＦ／ＳＦ）、インターロイキン、腫瘍壊死ファクタ−α（ＴＮＦ−α）、あるいは神経成長ファクタ（ＮＧＦ）である。成長ファクタは、ヒトを含むどのようなスピーシーズ由来のものであっても良い。
【００３８】
上述した通り、減圧治療システム１００は、創傷１０６に減圧を適用し、この減圧を、足場１０４を通って均等に分配することができる。いくつかの実施例では、足場が、均一な態様で分配されるというよりは、むしろ足場１０４と３０４を通って減圧を非連続的に分配しており、これによって減圧勾配を作っている。例えば、減圧は、単一ポイント源、あるいは、直線フロー経路に沿った複数の入口を介して、あるいは、ほぼ均質な分配マニフォールドを介して、均一に送達されない。いくつかの実施例では、減圧勾配は空間的に非連続であり、磁気的に非連続であり、あるいは時間的に非連続である。この結果、減圧勾配が創傷１０６全体に生じる。
【００３９】
勾配は、減圧に加わる可変物理量の変化量であり、限定することなく、生物学的勾配、熱勾配、電気的勾配、磁気的勾配、化学的勾配、あるいは正圧勾配を含む。マニフォールド１１８及び３１８と、足場１０４及び３０４は、これらのその他の物理的特徴に関する勾配を分配するように設計されている。図１及び３を参照すると、例えば、マニフォールド１１８と３１８と、足場１０４と３０４は、それぞれ、矢印１２１と３２１で示されており、上記により詳細に説明し、更に、米国暫定特許出願第６１／１４２，０５３号及び６１／１４２，０６５号に説明しているように、減圧勾配及び／又は生物学的勾配を分配している。これらの出願は、ここに引用により組み込まれている。周辺足場１０４と３０４は、減圧あるいはその他の刺激に応じて、矢印１２１と３２１で示すように、各々のフローチャネルを通って骨１０７（図示せず）の髄内空間３３６から迅速に流体を引くが、非連続的に勾配を作って、組織の成長及び／又は組織の治癒を更に促進する。このように、本発明の方法とシステムは、インプラントした足場１０４と３０４、あるいは創傷１０６などの障害部位内での組織再生の能動的ガイダンス手段を提供して、これらの物理量勾配を用いた機能回復を促進する。このように、これらの方法及びシステムは、タンパク質の内因性沈着と、生化学的及び物理的キューを伴う暫定マトリックスの組織化を促進する能動的メカニズムを提供して、足場１０４及び３０４、あるいは創傷１０６内の組織空間の細胞コロニー化を進める。
【００４０】
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ＰＣＴ国際公開 ＷＯ０８／０９１５２１
米国特許公開 ２００３／０２２５３４７
米国特許公開 ２００８／００３３３２４
米国特許公開 ２００８／０２０８３５８
米国特許番号 ４，７８７，９０６
米国特許番号 ６，１０３，２５５
米国特許番号 ６，３６５，１４６
米国特許番号 ６，６９６，５７５
米国特許番号 ７，１６０，５５３
米国特許番号 ７，３８４，７８６
【００４１】
本明細書に挙げたすべての文献は、ここに引用により組み込まれている。この文献に関する議論は、単に、著者による主張を要約しようとするものであり、この文献が従来技術を構成していることを告白するものではない。出願人は、引用した文献の正確性と関連性を疑う権利を保全している。
【００４２】
上記を鑑みて、本発明のいくつかの利点が達成され、その他の利点が獲得されていることが見て取れる。上述の方法及び組成物には、本発明の範囲から離れることなく、様々な変更を加えることができるので、上の記述に含まれ、添付図面に示されたるすべての事柄は、説明として解釈されるべきであり、限定の意味ではない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
哺乳動物の組織部位において組織を治療するシステムにおいて：
前記組織部位近傍に配置するように構成されており、哺乳動物の血管に流体連結して血管から血液を受け取る足場と；
前記血管に連結するように構成されており、開位置と閉位置間で制御可能であり、前記血管から前記足場への血液のフローを調整するように構成されたバルブと；を具え、
前記バルブによって、開位置にあるときは前記血液が前記血管から前記足場へ流れ、閉位置にあるときは前記足場への血液の流れを止める、ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムが更に、前記足場へ前記血管を流体連結するカテーテルを具えることを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項２に記載のシステムにおいて、前記カテーテルへ連結することによって、前記バルブが前記血管に間接的に連結されていることを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記システムが更に、前記足場に勾配を提供する勾配入口を具えることを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項４に記載のシステムにおいて、前記勾配入口が減圧入口であることを特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記バルブが外部からの刺激に応じて開閉することを特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項６に記載のシステムにおいて、前記外部からの刺激が、圧力、電気的刺激、機械的刺激、及び化学的刺激のうちの少なくとも一の刺激であることを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項６に記載のシステムが更に、前記外部からの刺激を適用するためのポートを具えることを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項８に記載のシステムにおいて、前記外部からの刺激が正圧であることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
請求項１に記載のシステムが更に、前記足場に流体連結されおり、前記足場に減圧を提供する減圧システムを具えることを特徴とするシステム。
【請求項１１】
患者の組織部位における組織の成長を促進するシステムにおいて：
組織部位におけるインプラントに適合可能であり、前記組織の成長に構造的マトリックスを提供し、更に患者の血管に流体連結するように構成することができる足場と；
開位置と閉位置の間で制御可能であり、前記血管から前記足場への血液フローを調整するバルブと；
前記バルブに動作可能に連結されて、前記開位置と閉位置との間で前記バルブを変化させるコントローラと；を具え、
前記バルブによって、開位置にあるときは前記血液が前記血管から前記足場へ流れ、閉位置にあるときは前記足場への血液の流れを止める、ことを特徴とするシステム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のシステムにおいて、前記バルブが前記血管に連結されており、更に、前記バルブが前記開位置から閉位置へ変化するときに前記血管を押圧してバルブを通る血液の流れを制限するように構成した圧縮部材を具えることを特徴とするシステム。
【請求項１３】
請求項１１に記載のシステムが更に、前記血管を前記足場に流体連結するように構成された血液供給導管を具え、前記バルブが前記血液供給導管に連結されていることを特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のシステムにおいて、前記バルブが更に、前記バルブが閉位置にあるときに前記血液供給導管を押圧して、前記バルブを介して流れる血液が制限されるように構成された圧縮部材を具えることを特徴とするシステム。
【請求項１５】
請求項１３に記載のシステムにおいて、前記血液供給導管がカテーテルであることを特徴とするシステム。
【請求項１６】
請求項１１に記載のシステムが更に、前記足場を前記血管に流体連結するように構成された血管−足場インターフェースを具えることを特徴とするシステム。
【請求項１７】
請求項１１に記載のシステムが更に、前記足場に流体連結された減圧源を具え、当該減圧源が前記足場に減圧を供給して前記足場を通る血液を引き込むことを特徴とするシステム。
【請求項１８】
請求項１７に記載のシステムが更に、前記足場に流体連結されたキャニスタを具え、前記減圧源が前記足場から前記キャニスタへ血液を引き込むことを特徴とするシステム。
【請求項１９】
請求項１１に記載のシステムにおいて、前記足場が更に、前記組織部位近傍に流動電位端面を具えることを特徴とするシステム。
【請求項２０】
哺乳動物の組織を治療する方法において、当該方法が前記組織を治療するのに十分な態様で前記哺乳類に請求項１に記載のシステムを適用するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法において、前記バルブが開であり、前記足場に血液が流れて、前記足場に繊維状凝固を形成するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２０に記載の方法において、前記システムが更に、前記足場に勾配を提供する勾配入口を具えることを特徴とする方法。
【請求項２３】
骨欠損あるいは骨折へのインプラントに適した足場において、当該足場が流動電位を有するように構成された荷電面を具え、
骨欠損にインプラントしたときに、前記足場近傍の組織からの血液あるいは間質液を含む電解質流体が、前記流動電位によって前記足場の荷電面の上に引き込まれることを特徴とする足場。
【請求項２４】
請求項２３に記載の足場が更に、前記骨格に勾配を提供する勾配入口を具えることを特徴とする足場。
【請求項２５】
請求項２４に記載の足場において、前記勾配入口が減圧入口であることを特徴とする足場。
【請求項２６】
請求項２３に記載の足場において、前記荷電面が分極によって誘発されることを特徴とする足場。
【請求項２７】
請求項２３に記載の足場において、前記荷電面が表面処理によって誘発されることを特徴とする足場。
【請求項２８】
請求項２３に記載の足場において、前記荷電面が負に荷電されていることを特徴とする足場。
【請求項２９】
請求項２３に記載の足場において、前記足場の面が更に凹部ピットを具えることを特徴とする足場。
【請求項３０】
請求項２９に記載の足場において、前記凹型ピットが深さ１０−１２０μｍ乃至深さ３−１００μｍであることを特徴とする足場。
【請求項３１】
請求項２３に記載の足場において、前記足場がヒドロキシアパタイトあるいはポリ乳酸−共−グリコライド（ＰＬＧＡ）を具えることをと特徴とする足場。
【請求項３２】
請求項２３に記載の足場において、前記足場が更に細胞を具えることを特徴とする足場。
【請求項３３】
請求項３２に記載の足場において、前記細胞が骨芽細胞又は幹細胞であることを特徴とする足場。
【請求項３４】
請求項２３に記載の足場において、前記足場が更に、生物活性剤を具えることを特徴とする足場。
【請求項３５】
請求項３４に記載の足場において、前記生物活性剤が成長ファクタあるいは抗生物質であることを特徴とする足場。
【請求項３６】
請求項３４に記載の足場において、前記生物活性剤が、成長ホルモン（ＧＨ）、骨形態形成タンパク質（ＢＭＰ）、形質変換成長ファクタ−α（ＴＧＦ−α）、ＴＧＦ−β、繊維芽細胞成長ファクタ（ＦＧＦ）、顆粒球−コロニー刺激ファクタ（Ｇ−ＣＳＦ）、顆粒球／マクロファージ−コロニー刺激ファクタ（ＧＭ−ＣＳＦ）、上皮成長ファクタ（ＥＧＦ）、血小板由来成長ファクタ（ＰＤＧＦ）、インスリン様成長ファクタ（ＩＧＦ）、脈管内皮成長ファクタ（ＶＥＧＦ）、肝細胞成長ファクタ／散乱ファクタ（ＨＧＦ／ＳＦ）、インターロイキン、腫瘍壊死ファクタ−α（ＴＮＦ−α）、あるいは神経成長ファクタ（ＮＧＦ）であることを特徴とする足場。
【請求項３７】
欠損あるいは骨折のある骨を治療する方法において、当該方法が、請求項２３に記載の足場を当該欠損あるいは骨折にインプラントするステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項３８】
請求項３７に記載の方法において、前記足場が更に、前記足場に勾配を提供する勾配入口を具え、当該勾配が前記入口を介して前記足場に適用されることを特徴とする方法。
【請求項３９】
請求項３８に記載の方法において、前記勾配入口が減圧入口であることを特徴とする方法。
【請求項４０】
骨欠損あるいは骨折へのインプラントに適する足場を変形する方法において、当該方法が、前記足場の表面に電荷を誘発するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項４１】
請求項４０に記載の方法において、前記電荷が電気分極によって誘発されることを特徴とする方法。
【請求項４２】
請求項４０に記載の方法において、前記電荷が表面処理によって誘発されることを特徴とする方法。
【請求項４３】
請求項４０に記載の方法において、前記足場の表面に負電荷が誘発されることを特徴とする方法。
【請求項１】
哺乳動物の組織部位において組織を治療するシステムにおいて：
前記組織部位近傍に配置するように構成されており、哺乳動物の血管に流体連結して血管から血液を受け取る足場と；
前記血管に連結するように構成されており、開位置と閉位置間で制御可能であり、前記血管から前記足場への血液のフローを調整するように構成されたバルブと；を具え、
前記バルブによって、開位置にあるときは前記血液が前記血管から前記足場へ流れ、閉位置にあるときは前記足場への血液の流れを止める、ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムが更に、前記足場へ前記血管を流体連結するカテーテルを具えることを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項２に記載のシステムにおいて、前記カテーテルへ連結することによって、前記バルブが前記血管に間接的に連結されていることを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記システムが更に、前記足場に勾配を提供する勾配入口を具えることを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項４に記載のシステムにおいて、前記勾配入口が減圧入口であることを特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記バルブが外部からの刺激に応じて開閉することを特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項６に記載のシステムにおいて、前記外部からの刺激が、圧力、電気的刺激、機械的刺激、及び化学的刺激のうちの少なくとも一の刺激であることを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項６に記載のシステムが更に、前記外部からの刺激を適用するためのポートを具えることを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項８に記載のシステムにおいて、前記外部からの刺激が正圧であることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
請求項１に記載のシステムが更に、前記足場に流体連結されおり、前記足場に減圧を提供する減圧システムを具えることを特徴とするシステム。
【請求項１１】
患者の組織部位における組織の成長を促進するシステムにおいて：
組織部位におけるインプラントに適合可能であり、前記組織の成長に構造的マトリックスを提供し、更に患者の血管に流体連結するように構成することができる足場と；
開位置と閉位置の間で制御可能であり、前記血管から前記足場への血液フローを調整するバルブと；
前記バルブに動作可能に連結されて、前記開位置と閉位置との間で前記バルブを変化させるコントローラと；を具え、
前記バルブによって、開位置にあるときは前記血液が前記血管から前記足場へ流れ、閉位置にあるときは前記足場への血液の流れを止める、ことを特徴とするシステム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のシステムにおいて、前記バルブが前記血管に連結されており、更に、前記バルブが前記開位置から閉位置へ変化するときに前記血管を押圧してバルブを通る血液の流れを制限するように構成した圧縮部材を具えることを特徴とするシステム。
【請求項１３】
請求項１１に記載のシステムが更に、前記血管を前記足場に流体連結するように構成された血液供給導管を具え、前記バルブが前記血液供給導管に連結されていることを特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のシステムにおいて、前記バルブが更に、前記バルブが閉位置にあるときに前記血液供給導管を押圧して、前記バルブを介して流れる血液が制限されるように構成された圧縮部材を具えることを特徴とするシステム。
【請求項１５】
請求項１３に記載のシステムにおいて、前記血液供給導管がカテーテルであることを特徴とするシステム。
【請求項１６】
請求項１１に記載のシステムが更に、前記足場を前記血管に流体連結するように構成された血管−足場インターフェースを具えることを特徴とするシステム。
【請求項１７】
請求項１１に記載のシステムが更に、前記足場に流体連結された減圧源を具え、当該減圧源が前記足場に減圧を供給して前記足場を通る血液を引き込むことを特徴とするシステム。
【請求項１８】
請求項１７に記載のシステムが更に、前記足場に流体連結されたキャニスタを具え、前記減圧源が前記足場から前記キャニスタへ血液を引き込むことを特徴とするシステム。
【請求項１９】
請求項１１に記載のシステムにおいて、前記足場が更に、前記組織部位近傍に流動電位端面を具えることを特徴とするシステム。
【請求項２０】
哺乳動物の組織を治療する方法において、当該方法が前記組織を治療するのに十分な態様で前記哺乳類に請求項１に記載のシステムを適用するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法において、前記バルブが開であり、前記足場に血液が流れて、前記足場に繊維状凝固を形成するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２０に記載の方法において、前記システムが更に、前記足場に勾配を提供する勾配入口を具えることを特徴とする方法。
【請求項２３】
骨欠損あるいは骨折へのインプラントに適した足場において、当該足場が流動電位を有するように構成された荷電面を具え、
骨欠損にインプラントしたときに、前記足場近傍の組織からの血液あるいは間質液を含む電解質流体が、前記流動電位によって前記足場の荷電面の上に引き込まれることを特徴とする足場。
【請求項２４】
請求項２３に記載の足場が更に、前記骨格に勾配を提供する勾配入口を具えることを特徴とする足場。
【請求項２５】
請求項２４に記載の足場において、前記勾配入口が減圧入口であることを特徴とする足場。
【請求項２６】
請求項２３に記載の足場において、前記荷電面が分極によって誘発されることを特徴とする足場。
【請求項２７】
請求項２３に記載の足場において、前記荷電面が表面処理によって誘発されることを特徴とする足場。
【請求項２８】
請求項２３に記載の足場において、前記荷電面が負に荷電されていることを特徴とする足場。
【請求項２９】
請求項２３に記載の足場において、前記足場の面が更に凹部ピットを具えることを特徴とする足場。
【請求項３０】
請求項２９に記載の足場において、前記凹型ピットが深さ１０−１２０μｍ乃至深さ３−１００μｍであることを特徴とする足場。
【請求項３１】
請求項２３に記載の足場において、前記足場がヒドロキシアパタイトあるいはポリ乳酸−共−グリコライド（ＰＬＧＡ）を具えることをと特徴とする足場。
【請求項３２】
請求項２３に記載の足場において、前記足場が更に細胞を具えることを特徴とする足場。
【請求項３３】
請求項３２に記載の足場において、前記細胞が骨芽細胞又は幹細胞であることを特徴とする足場。
【請求項３４】
請求項２３に記載の足場において、前記足場が更に、生物活性剤を具えることを特徴とする足場。
【請求項３５】
請求項３４に記載の足場において、前記生物活性剤が成長ファクタあるいは抗生物質であることを特徴とする足場。
【請求項３６】
請求項３４に記載の足場において、前記生物活性剤が、成長ホルモン（ＧＨ）、骨形態形成タンパク質（ＢＭＰ）、形質変換成長ファクタ−α（ＴＧＦ−α）、ＴＧＦ−β、繊維芽細胞成長ファクタ（ＦＧＦ）、顆粒球−コロニー刺激ファクタ（Ｇ−ＣＳＦ）、顆粒球／マクロファージ−コロニー刺激ファクタ（ＧＭ−ＣＳＦ）、上皮成長ファクタ（ＥＧＦ）、血小板由来成長ファクタ（ＰＤＧＦ）、インスリン様成長ファクタ（ＩＧＦ）、脈管内皮成長ファクタ（ＶＥＧＦ）、肝細胞成長ファクタ／散乱ファクタ（ＨＧＦ／ＳＦ）、インターロイキン、腫瘍壊死ファクタ−α（ＴＮＦ−α）、あるいは神経成長ファクタ（ＮＧＦ）であることを特徴とする足場。
【請求項３７】
欠損あるいは骨折のある骨を治療する方法において、当該方法が、請求項２３に記載の足場を当該欠損あるいは骨折にインプラントするステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項３８】
請求項３７に記載の方法において、前記足場が更に、前記足場に勾配を提供する勾配入口を具え、当該勾配が前記入口を介して前記足場に適用されることを特徴とする方法。
【請求項３９】
請求項３８に記載の方法において、前記勾配入口が減圧入口であることを特徴とする方法。
【請求項４０】
骨欠損あるいは骨折へのインプラントに適する足場を変形する方法において、当該方法が、前記足場の表面に電荷を誘発するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項４１】
請求項４０に記載の方法において、前記電荷が電気分極によって誘発されることを特徴とする方法。
【請求項４２】
請求項４０に記載の方法において、前記電荷が表面処理によって誘発されることを特徴とする方法。
【請求項４３】
請求項４０に記載の方法において、前記足場の表面に負電荷が誘発されることを特徴とする方法。
【図１】
【図１Ａ】
【図２】
【図３】
【図１Ａ】
【図２】
【図３】
【公表番号】特表２０１２−５１３８５０（Ｐ２０１２−５１３８５０Ａ）
【公表日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４３７２０（Ｐ２０１１−５４３７２０）
【出願日】平成２１年１２月２９日（２００９．１２．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０６９７２７
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０７８３５８
【国際公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【出願人】（５０８２６８７１３）ケーシーアイ ライセンシング インコーポレイテッド (125)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２９日（２００９．１２．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０６９７２７
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０７８３５８
【国際公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【出願人】（５０８２６８７１３）ケーシーアイ ライセンシング インコーポレイテッド (125)
【Ｆターム（参考）】
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