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形狀記憶外支架的開發與血管應用.pdf

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形狀 記憶 支架 開發 血管 應用
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摘要
申請專利號:

CN201680036337.5

申請日:

20160415

公開號:

CN107735049A

公開日:

20180223

當前法律狀態:

有效性:

審查中

法律詳情:
IPC分類號: A61F2/06,A61F2/07,A61F2/86,A61L31/06,C08G63/08 主分類號: A61F2/06,A61F2/07,A61F2/86,A61L31/06,C08G63/08
申請人: 范德比爾特大學,由退伍軍人事務部代表的美國政府
發明人: H-J·宋,T·C·博伊爾,C·布羅菲
地址: 美國田納西
優先權: 62/148,164
專利代理機構: 永新專利商標代理有限公司 代理人: 劉鴻林;張曉威
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201680036337.5

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

本公開的主題包括包含烯丙基官能化且可交聯的第一單體和不可交聯的第二單體的化合物。在一些實施方案中,所述化合物是可光交聯的,并且在一些實施方案中是通過紫外線而可光交聯的。還提供包含本發明化合物的形狀記憶血管移植物,當被加熱到超過所述移植物的熔融溫度時,所述移植物能夠從臨時形狀轉變為原始形狀。又進一步提供用于治療血管病癥的方法,所述方法利用本發明移植物的實施方案。

權利要求書

1.化合物,其包含:至少一種烯丙基官能化且可光交聯的單體;和不可光交聯的第二單體。2.權利要求1的化合物,其中第一單體包含羧酸烯丙酯基團。3.權利要求1的化合物,其中所述第一單體、所述第二單體或兩者是酯。4.權利要求1的化合物,其中所述第一單體、所述第二單體或兩者包含ε-己內酯(CL)。5.權利要求1的化合物,其中所述化合物包含聚(ε-己內酯)-共-(α-羧酸烯丙酯ε-己內酯)。6.權利要求1的化合物,其中所述化合物包含約1摩爾%至約30摩爾%的所述第一單體。7.權利要求1的化合物,其還包含生物活性劑。8.權利要求7的化合物,其中所述生物活性劑包括功能肽、生長因子、化學治療劑或其組合。9.權利要求1的化合物,其中所述化合物是可生物降解的、生物相容的、生物吸收性的或其組合。10.上述權利要求中任一項的化合物,其中所述化合物在約20至約50℃是機械順應的。11.可植入的血管移植物,其包含:至少一種交聯聚合物,所述聚合物包含可交聯的第一單體和不可交聯的第二單體;其中,所述移植物能夠在原始形狀和植入形狀之間轉換。12.權利要求11的移植物,其中第一單體是烯丙基官能化的并且包含羧酸烯丙酯基團。13.權利要求11的移植物,其中所述第一單體、所述第二單體或兩者是酯。14.權利要求11的移植物,其中所述第一單體、所述第二單體或兩者包含ε-己內酯(CL)。15.權利要求11的移植物,其中所述多種交聯聚合物包括聚(ε-己內酯)-共-(α-羧酸烯丙酯ε-己內酯)聚合物。16.權利要求11的移植物,其中所述多種交聯聚合物包含約1摩爾%至約30摩爾%的所述第一單體。17.權利要求11的移植物,其中所述多種交聯聚合物包括約20℃至約50℃的形狀轉變溫度。18.權利要求17的移植物,其中所述移植物被配置成當被加熱到超過所述多種交聯聚合物的形狀轉變溫度時從所述原始形狀轉變為所述移植形狀。19.權利要求11的移植物,其中所述原始形狀選自線狀、片狀、管狀形狀、對應于血管、血管補片、血管旁路移植物、內/外血管支架的形狀及其組合。20.權利要求11的移植物,其中所述移植形狀選自對應于血管、血管補片、血管旁路移植物、內/外血管支架的形狀及其組合。21.權利要求11的移植物,其中所述原始形狀是所述移植形狀的壓縮形式。22.權利要求11的移植物,其還包含生物活性劑。23.權利要求22的移植物,其中所述生物活性劑是下列中的至少一種:多效劑,生長因子,肽,核酸,藥理學試劑,MK2抑制劑,抗增殖劑,抗遷移劑,抗炎劑,或抗纖維化劑。24.權利要求22的移植物,其中所述生物活性劑是下列中的至少一種:雷帕霉素,他克莫司,紫杉醇,馬立馬司他,地塞米松,吡格列酮,AZX,或西洛他唑。25.權利要求11的移植物,其中所述移植物具有50-100%的形狀固定性和50-100%的形狀恢復。26.權利要求11的移植物,其中在37℃下的楊氏模量為約0.05-200MPa。27.權利要求11的移植物,其中所述多種交聯聚合物是可生物降解的、生物相容的、生物吸收性的或其組合。28.權利要求11的移植物,其中所述植入形狀是對應于血管的形狀。29.可植入的組織支撐裝置,其為圍繞組織的可生物降解聚合物支架的形式,所述聚合物支架包含至少一種交聯聚合物,所述聚合物包含:至少一種可交聯的單體和/或至少一種形狀記憶聚合物;其中所述裝置能夠在原始形狀和植入形狀之間轉換;和其中所述裝置在約20℃至約50℃的溫度是機械順應的。30.權利要求29的裝置,其中所述至少一種單體是烯丙基官能化的且包含羧酸烯丙酯基團。31.權利要求29的裝置,其中所述至少一種單體、所述第二單體或兩者包含ε-己內酯(CL)。32.權利要求29的裝置,其中所述多種交聯聚合物包括聚(ε-己內酯)-共–(α-羧酸烯丙酯ε-己內酯)聚合物。33.權利要求29的裝置,其中所述多種交聯聚合物包含約1摩爾%至約30摩爾%的所述第一單體。34.權利要求29的裝置,其中所述移植物具有50-100%的形狀固定性和50-100%的形狀恢復。35.權利要求29的裝置,其中在37℃下的楊氏模量為約0.05-200MPa。36.權利要求29的裝置,其中所述組織是靜脈或動脈。37.權利要求36的裝置,其中所述裝置在所述靜脈或動脈的外部。38.權利要求37的裝置,其中所述裝置具有形狀記憶以在植入時配合在所述組織周圍。39.權利要求29的裝置,其中所述裝置在血管移植物吻合的外部。40.權利要求29的裝置,其中所述裝置進一步包含至少一種生物活性劑。41.權利要求40的裝置,其中所述生物活性劑是下列中的至少一種:多效劑,生長因子,肽,核酸,藥理學試劑,MK2抑制劑,抗增殖劑,抗遷移劑,抗炎劑,或抗纖維化劑。42.權利要求40的裝置,其中所述生物活性劑是下列中的至少一種:雷帕霉素,他克莫司,紫杉醇,馬立馬司他,地塞米松,吡格列酮,AZX或西洛他唑。43.權利要求29的裝置,其中所述裝置形成無接縫且無縫線的護套。44.權利要求29的裝置,其中所述護套是網狀物或結網狀物。45.權利要求36的裝置,其中所述裝置是網狀物或結網狀物。46.權利要求29的裝置,其中所述裝置以模仿所述組織的順應性性質的方式具有彈性徑向表現。47.權利要求29的裝置,其中所述裝置可通過沿其長度延伸或彎曲中的至少一者而變形以適應所述組織的形狀。48.權利要求29的裝置,其中所述裝置是網狀物或是結網狀物,并且包含纖維。49.權利要求44的裝置,其中所述網狀物是編的或織的。50.權利要求29的裝置,其中所述裝置是血液透析移植物或任何旁路移植物。51.權利要求29的裝置,其中所述裝置在血管通路操作溫度(接近體溫)下定制配合。52.權利要求29至15之一的裝置,其中所述聚合物支架是形狀記憶聚合物。53.權利要求29至51之一的裝置,其中所述聚合物支架是形狀記憶聚合物并且具有在體溫或接近體溫的轉變或形狀轉變溫度。54.權利要求29至51之一的裝置,其中所述聚合物支架具有一種可光交聯的單體和一種不可光交聯的單體。55.權利要求29至51之一所述的裝置,其中所述聚合物支架具有一種烯丙基官能化的單體和一種非烯丙基官能化的單體。56.權利要求29至51之一的裝置,其中所述原始形狀是所述移植形狀的壓縮形式。57.權利要求11至28之一的移植物,其中所述聚合物支架是形狀記憶聚合物。58.權利要求11至28之一的移植物,其中所述聚合物支架是形狀記憶聚合物并且具有在體溫或接近體溫的形狀轉變溫度或熔融溫度。

說明書

政府利益

本發明是在政府支持下做出的,其資助號為CBET1219573,由國家科學基金會(National Science Foundation)授予。政府在這項發明中有一定的權利。

技術領域

本公開的主題涉及形狀記憶聚合物。特別地,本公開的主題涉及包含烯丙基官能化的形狀記憶聚合物的血管移植物以及使用所述血管移植物治療血管病癥的方法。

引言

血管病癥經常可以導致嚴重的并發癥或者甚至死亡。這種血管病癥包括但不限于出血、動脈瘤、閉塞和缺血組織。血管病癥也提出了獨特的治療挑戰。當治療細小或難以進入的血管時尤其如此。例如,傳統外科治療技術對周圍組織具有侵入性并且可能成本較高,會導致大量疼痛,并且可能需要漫長的恢復。

在這方面,熱響應形狀記憶聚合物(SMP)在廣泛應用領域引起了極大興趣,包括生物醫學、航空航天、自愈和紡織應用。參照例如Xue等人在“J Material Chemistry,2012:22(15)”中對作為自擴張藥物洗脫支架的彈性星形記憶聚合物的合成與表征的描述。這種SMP在被編程為獨特的臨時形狀之后可以恢復其原始形狀。聚(ε-己內酯)(PCL)是FDA批準用于具體生物醫學應用的一種示例性生物相容、可生物降解聚合物,其可以被化學改性并且交聯以形成SMP。然而,對于生理應用(37℃)來說,其45℃至60℃的熔融溫度(Tm)太高。因此,諸如PCL的SMP在治療血管和其它病癥方面的臨床能力有限。此外,為治療目的使用其它SMP已經受到阻礙,它們需要附加的甲基丙烯酸酯官能化步驟或多步驟單體合成方案。

因而,仍然需要用于治療血管病癥的相對無創、無痛和經濟的組合物和方法。還需要可以用于這種應用并且具有適合于生理應用的熔點的SMP。

本發明的一個實施方案是機械順應的、可模制的形狀記憶外部支撐件(support),其可以圍繞血管移植物吻合定制配合(custom fit)以防止新生內膜形成。該實施方案還可以提供具有抗新生內膜作用的治療劑的局部持續遞送。

其它實施方案包括使用本文公開的組合物的吻合支架,其包含一新類型的基于聚(ε-己內酯)(PCL)的形狀記憶聚合物(SMP)、PCL-共-(α-羧酸烯丙酯ε-己內酯)(x%PCL-y%ACPCL)[x%和y%:摩爾百分比],并且被設計成用于滿足針對血管和血液透析移植物的外支架術而開發的設計標準。抗新生內膜治療劑也可以摻入基質中用于局部持續釋放,并可能具有更顯著的治療作用。

應用于靜脈移植物的外部網狀支撐件已經顯示出通過促進伴有外膜微血管生長(即,新營養血管形成)的“外向重塑”(動脈化)來抑制內膜增生的希望。然而,與動脈的順應性性質相反,迄今使用的材料是高度剛性和硬性的。這排除了向經常發生失敗的吻合術的應用,尤其是在接受PTFE通路移植物的血液透析通路患者中。剛性也增加了再狹窄風險,并且使得難以控制外部支撐件與靜脈之間的間隔。先前的研究表明,這些網狀物應該寬松地配合在移植物周圍,并且不對稱包覆導致不均勻的新營養血管形成、湍流和新生內膜形成,尤其在吻合部位周圍。本發明通過研發一新類型的形狀記憶外部支撐件來克服該問題,所述形狀記憶外部支撐件能夠定制配合每個靜脈吻合以促進更均勻的外向重塑而不是內向重塑,并且隨著時間推移局部地遞送抗新生內膜治療劑。

本發明的實施方案是生物相容、可生物降解的SMP,并且可以定制配合吻合以促進均勻的靜脈-支架間隔和有利于新生內膜消除的外向重塑。

本發明的實施方案涵蓋新型SMP,其維持健康的血管細胞表型,并具有用于改善靜脈開放性的經調節的氧化還原電位。

本發明的實施方案包括SMP,其是機械順應的,從而能夠實現靜脈收縮并且在動脈循環中提供模擬動脈的機械支持,由此減輕由順應性不匹配和動脈血液動力學作用引起的新生內膜形成。

本發明的實施方案涵蓋緩慢降解的SMP,其能夠在關鍵的靜脈適應期間實現持續的機械支持。

本發明的實施方案涵蓋容易在PTFE移植物上部署到靜脈吻合上并且因此能夠提供定點(site-directed)治療介入的SMP。

治療材料和藥物的外膜施用允許通過與成肌纖維細胞/血管平滑肌細胞(VSMC)更密切地接觸并維持較高的藥物濃度和較少的毒性問題而更有效地使內膜增生最小化。

本發明的實施方案可涵蓋可以摻入到基質中的抗新生內膜治療劑(參見下表)。

抗新生內膜劑 分子靶 治療功能 抗新生內膜肽 MK2 纖維化、炎癥、遷移、增生 雷帕霉素 mTOR 增生 他克莫司 FKBPs 炎癥 馬立馬司他 MMPs 遷移 地塞米松 GR 炎癥、遷移、增生 吡格列酮 PPARy 增生 AZX HSP20 遷移、纖維化 西洛他唑 腺苷酸環化酶 遷移、炎癥

本文描述了其它實施方案,具體包括附件1-4。

附圖說明

圖1A-1E包括:(圖1A)α-羧酸烯丙酯ε-己內酯(ACCL)的合成方案、(圖1B)ACCL的1H-NMR譜、(圖1C)x%PCL-y%ACPCL SMP網絡的合成方案、(圖1D)96%PCL-04%ACPCL共聚物的1H-NMR譜以及(圖1E)ACCL:CL投料比與實際x%PCL-y%ACPCL摩爾組成的圖。

圖2A和2B包括:(圖2A)100%PCL-二甲基丙烯酸酯對照的合成方案以及(圖2B)100%PCL(頂部)和100%PCL-二甲基丙烯酸酯(底部)的1H-NMR譜。

圖3包括顯示y%ACPCL與交聯SMP網絡的熱性質之間的相關性的圖。

圖4A-4C包括(圖4A)交聯的96%PCL-4%ACPCL、(圖4A)交聯的89%PCL-11%ACPCL以及(圖4C)100%PCL-二甲基丙烯酸酯SMP網絡的應力控制熱機械循環,其中SMP膜:(1)被加熱到超過Tm并通過受到拉伸應力(0.004MPa min-1至0.039MPa)編程為細長形狀,(2)被冷卻(2℃min-1至0℃)以獲得最大應變ε1(N),(3)緩解應力(0.004MPa min-1至0MPa)以獲得臨時形狀εu(N),以及(4)被加熱(2℃min-1)到超過Tm并獲得原始形狀εp(N)。

圖5A-5F包括用于88%PCL-12%ACPCL的形狀記憶演示,示出了(圖5A)管狀原始形狀,其(圖5B)通過在50℃下加熱、施加應變以及在冰浴中固定而變形為線狀,(圖5C)在37℃下加熱以恢復原始管形狀,以及(圖5D)94%PCL-06%ACPCL吉他形狀,(圖5E)其被加熱到50℃、應變、扭曲并在4℃下固定,然后(圖5F)在48℃下最終恢復原始吉他形狀。

圖6包括示出了光交聯SMP庫的物理化學性質與熱、機械和形狀記憶性質之間的協方差的圖表,其中性質之間的協方差程度由顏色和注釋值表示,表明變量之間的相關性(y%=y%ACPCL;Xg=XG;Mn=Mn;Mw=Mw;Tm=Tm;Hm=ΔHm;Tc=Tc;Etn=E’(37℃);Snmax=εmax;Ssmax=σmax;Rr=Rr(N);Rf=Rf(N))。

圖7包括示出了在特定時間點直接接種在聚合物表面上的HUVEC的生存力的圖(@=與TCPS顯著不同;*=與1%瓊脂糖顯著不同;以及**=與100%PCL和1%瓊脂糖顯著不同,或者如果位于1%瓊脂糖條上方,則僅與100%PCL顯著不同)。

圖8A-8E包括在(圖8A)TCPS、(圖8B)100%PCL、(圖8C)96%PCL-04%ACPCL、(圖8D)89%PCL-11%ACPCL和(圖8E)88%PCL-12%ACPCL上接種后3天的人冠狀動脈內皮細胞(hCAEC)的共聚焦顯微鏡圖像。

圖9A-9C包括88%PCL-12%ACPCL形狀記憶動脈旁路移植物的圖像:(圖9A)原始管狀形狀,(圖9B)在被加熱、變形和固定為其臨時類線狀形狀之后,以及(圖9C)在37℃下恢復原始管狀形狀之后。

圖10A-10E包括(圖10A)閉塞血管(例如雙頸動脈結扎)的微創旁路移植術的示意圖,示出了(圖10B)SMP以其類線狀幾何形狀植入和縫合、(圖10C)通過用C16和Ac-SDKP肽埋入膠原蛋白水凝膠中進行官能化、(圖10D)恢復SMP的管狀原始形狀以及(圖10E)通過管和功能性生物分子血液灌注,其隨著時間的推移誘導血管發生以用于閉塞區域的再生和再灌注。

圖11A-11C包括來自熒光微血管造影的共焦圖像,示出了(圖11A)“聚合物+肽”、(圖11B)“僅肽”以及(圖11C)“未處理”組。

圖12A和圖12B包括體內移植術兩周后的蘇木精-伊紅(H&E)染色的圖像,示出了聚合物管與天然動脈之間的毛細管連接。

圖13包括熒光顯微鏡圖像,示出了2周后在“聚合物+肽”組中的作為血管內皮細胞和白細胞標記的CD31染色。比率尺=200μm。

圖14示出了本發明的血管外移植物或支撐件的實例及其可選特征,包括形狀記憶性質和抗新生內膜治療劑特征。

圖15A和圖15B顯示了x%PCL-y%ACPCL聚合物的性質。15A.具有高度可重復的形狀固定性和形狀恢復的三個連續熱機械(TM)循環,以及15B.宏觀形狀記憶演示示出了優異的形狀記憶能力。

圖16示出了本發明的一個實施方案,并且顯示了端對側(end-to-side)滌綸移植物-動脈吻合處的平均應力分布。沿著縫合的應力大約是沿著遠端主體動脈的應力的8倍。對于在該幾何形狀中的動脈和靜脈移植物,獲得了類似結果。

圖17顯示出MK2i抑制MAPKAP激酶II(MK2)。MK2在應激活化蛋白激酶級聯中。應力、損傷、TGFβ、細胞因子和溶血磷脂酸(LPA)激活p38MAP激酶,p38MAP激酶反過來激活MK2。MK2經由LIM激酶和小熱休克蛋白HSPB1激活纖維化路徑,其導致成肌纖維細胞形成和ECM沉積。MK2還激活導致細胞因子產生的轉錄因子hnRNPA0和TTP。因此,MK2i抑制纖維化和炎癥,纖維化和炎癥都是新生內膜形成不可或缺的。

圖18是示出MK2i影響內膜增厚的圖。在RPMI培養基(30%FBS)中培養14天的HSV環在培養前2小時未處理(對照)或MK2i處理。根據形態計量測量內膜增厚。*p<0.01(N=4-5)。

圖19是示出體內MK2i對壁厚的影響的圖。進行小鼠下腔靜脈到主動脈插入移植(interposition graft)。在植入之前,將移植物在MK2i(100μM)中溫育20分鐘。每周的雙功超聲測量表明MK2i的作用主要在治療的第一周。

圖20A-20F示出了用于制作原型的3D打印方法。圖20A.陽模設計以及圖20B.打印。圖20C(側視圖)負PDMS/玻璃以及圖20D.(頂視圖)。圖20E.多孔89%PCL-11%ACPCL。圖20F.最終的y形CAD設計。

圖21A-B示出了來自具有不同凝膠完整性的支架上的儲庫型凝膠層的MK2i釋放。圖21A.用于MK2i的單向持續釋放的SMP支架的外膜面上的聚(DOPA)涂層和肝素固定的示意圖。圖21B.同具有較低完整性的儲庫層相比,具有較高完整性(交聯密度)的儲庫層以更加持續的速率釋放MK2i(100μM負載)。

圖22示出了血管通路建立的方案。

具體實施方式

本文件中闡述了本公開的主題的一個或多個實施方案的細節。在研究本文件中提供的信息之后,對本文件所述實施方案和其它實施方案的修改對于本領域的普通技術人員來說將是顯而易見的。本文件中提供的信息以及特別是所述示例性實施方案的具體細節主要為了清楚的理解而提供,不應理解為其中有不必要的限制。發生沖突時以包括定義的本文件為準。

本公開的主題包括用于治療血管病癥的化合物和方法。在一些實施方案中,本公開的化合物包括可以經由側鏈烯丙基基團交聯的新型烯丙基官能化形狀記憶聚合物(SMP)。在一些實施方案中,本公開的材料(例如血管移植物)包含SMP,并且在某些實施方案中包括在生理溫度(例如約37℃)或接近生理溫度下啟動的熱響應SMP。本公開的材料和移植物是有利的,因為它們可以具有相對較高的彈性恢復,易于制造和編程,成本低,與血管系統相容,可調和/或可生物降解。因此,擁有這些特征中的一些或全部的本公開的材料的實施方案對于制造用于各種生物醫學應用的簡單且微創的可植入裝置是有利的。

在這方面,本公開的主題包括可以形成SMP材料的化合物。在一些實施方案中,所述化合物包含烯丙基官能化且可交聯的第一單體和不可交聯的第二單體。在具體實施方案中,所述第一單體是可光交聯的。制備本公開的化合物的方法不受特別限制,并且在一些實施方案中,所述化合物經由包括開環聚合的工藝來制備。

血液透析是晚期腎病(ESRD)患者的主要生命線,但動靜脈移植(AVG)失敗會導致顯著的發病率、死亡率和經濟負擔。靜脈吻合處的狹窄最終會導致血流受損,需要血管介入。據報道,在使用聚四氟乙烯(PTFE)透析移植物的血液透析患者中1年后的失敗率為50%,2年后的失敗率為75%。

AVG失敗仍是未被滿足的臨床需要。已經表明,應用在其它環境中的外部網狀支撐件(例如心臟中的隱靜脈移植物或外周旁路移植術)抑制新生內膜形成。由于靜脈吻合處的幾何復雜性和諸如感染和縫合開裂等的并發癥,這些材料在血液透析環境中的成功有限。本發明的實施方案包括機械順應的、可模制的外部支撐件,其可以圍繞每個透析移植物吻合定制配合,而無需縫合以防止新生內膜形成。本發明的裝置提供具有抗新生內膜作用的治療劑的局部持續遞送以進一步消除新生內膜形成。

AVG失敗的改善會顯著影響血液透析患者的臨床結果和經濟影響。該建議提供了獨特平臺來改進外膜藥物遞送方法,并且如果成功的話,可以在其它臨床環境(例如冠狀動脈和外周旁路移植術)中產生治療解決方案。

動靜脈移植(AVG)失敗對正在進行血液透析的晚期腎病(ESRD)患者造成相當大的發病率、死亡率和經濟負擔。靜脈吻合處的狹窄導致血流受損,需要反復的血管介入。AVG失敗發生在靜脈吻合處90%的時間。據報道,在使用聚四氟乙烯(PTFE)AVG的血液透析患者中,1年后的失敗率為50%,2年后的失敗率為75%。

沒有可用的治療來有效地防止AVG失敗。靜脈吻合局部治療的幾種方法最初顯示是有希望的,只是由于不良并發癥(例如感染、縫合開裂)或缺乏開放性益處而在臨床上失敗。最接近市場的方法,即西羅莫司洗脫膠原蛋白膜(Coll-RTM),由于西羅莫司的免疫抑制劑活性和縫合所需的長手術時間而易于感染。

本發明的實施方案是不需要縫合的可定制配合的外部支撐件,并且在進一步的實施方案中,可洗脫諸如抗新生內膜的多效肽的治療劑。所述支撐件可以圍繞靜脈吻合定制配合,以經由促進外向重塑而不是內向重塑以及治療劑的局部持續遞送來防止新生內膜形成和相關聯的AVG失敗(圖1)。

2011年在美國,腎病是第九大致死原因。據估計,3100萬人患有慢性腎病,并且615899人患有腎衰竭(即晚期腎病:ESRD)。ESRD患者需要移植或透析來維持生命。2012年,血液透析患者約為408711人,自2000年以來每年增加約12632人。

PTFE AVG是血液透析血管通路的常見形式,但主要由于新生內膜形成,1年后的失敗率約為50%,2年后的失敗率為75%。一旦AVG失敗,則需要介入技術(即球囊血管成形術+/-支架)或重新進入手術。移植失敗患者的治療費用更加昂貴,約為每患者年87895美元,直接費用超過48億美元,且每年增長。

失敗的主要原因是靜脈吻合處的新生內膜形成,其由PTFE植入、動脈流動和其它因素造成的手術損傷的靜脈響應所觸發。這些事件導致炎癥,伴有血管平滑肌細胞(VSMC)的表型調節、遷移和增殖;以及隨后的過量基質的沉積,以形成新生內膜。

全身藥理學方法在防止靜脈衰竭方面呈現出極少功效,表明需要更多的局部方法。過去的嘗試涉及來自外部外膜層的處理,包括:i)負載有同種異體內皮細胞的凝膠泡沫(VascugelTM,Shire Pharmaceuticals),其由于缺乏開放性益處而隨后被終止;ii)負載有腺病毒載體的膠原擋圈(collagen collar),所述腺病毒載體含有血管內皮生長因子D基因(TrinamTM,Ark Therapeutics Group),其III期臨床試驗由于“戰略原因”而終止;以及iii)紫杉醇洗脫的乙烯醋酸乙烯酯包覆(Vascular WrapTM,Angiotech Pharmaceuticals)6,其III期臨床試驗由于紫杉醇治療組感染率較高而終止。

作為最接近市場的方法,西羅莫司洗脫膠原蛋白膜(Coll-RTM,血管療法)在I/II期臨床試驗中顯示出安全性和技術可行性。然而,該試驗只用了12名患者來進行,不能代表血液透析人群(全是白種人,只有一名糖尿病患者,沒有例如冠狀或外周動脈疾病的常見共發病)并且缺乏對照組。此外,需要精確的縫合過程來包覆靜脈吻合,這不僅增加了手術時間和成本,而且增加了縫合開裂、患者不適感和感染的風險,尤其是對于更具代表性的人群。免疫抑制劑西羅莫司也可能增加這些不良并發癥的風險。

為了解決這種長久企盼的需求,本發明的實施方案包括無縫線的、可定制配合的外部支撐件,其任選地洗脫多效的非免疫抑制性抗新生內膜肽。對于依賴血液透析、冠狀動脈旁路移植術(CABG)、外周旁路移植術(PVBG)或其它動靜脈短路而生存的患者來說,將新型形狀記憶聚合物(SMP)與有前景的肽結合應該最終會減少新生內膜形成、重新操作或其它不利事件。

因此,本發明的實施方案包括一新類型的基于聚(ε-己內酯)(PCL)的SMP、PCL-共-(α-羧酸烯丙酯ε-己內酯)(x%PCL-y%ACPCL)[x%和y%:摩爾百分比],以充分滿足針對血液透析移植物的外支架術而建立的設計標準。

先前研究的聚合物和形狀記憶合金在各種CABG和PVBG臨床前模型中的靜脈移植物中顯示出有前景的抗內膜增生作用,但是難以應用于臨床上遇到的各種幾何復雜的吻合,并且需要縫合。

熱響應SMP解決了這個問題。SMP通過加熱到超過形狀轉變溫度(T)(例如熔融溫度Tm)來從不同的臨時形狀恢復到其原始永久形狀。在血液透析通路手術期間加熱SMP超過其Tm,使得能夠在無縫線或大切口的情況下在幾何復雜的吻合周圍容易地模制外部支撐件,從而減少手術時間和相關聯的感染風險,同時完全避免了縫合開裂的風險。

本發明的一個方面是可植入血管移植物。實施方案包括具有至少一種交聯聚合物的移植物,其中所述聚合物包含可交聯的第一單體和不可交聯的第二單體。所述移植物能夠在原始形狀和植入形狀之間轉換。

本發明的另一方面是圍繞組織的可生物降解聚合物支架形式的可植入組織支撐裝置,所述聚合物支架包含至少一種交聯聚合物,所述是聚合物包含至少一種可交聯的單體和/或至少一種形狀記憶聚合物;其中,所述裝置能夠在原始形狀和植入形狀之間轉換;并且其中,所述裝置在約20至約50℃是機械順應的。

在本發明前述方面的實施方案中,所述第一單體是烯丙基官能化的并且包含羧酸烯丙酯基團。另外,所述第一單體、所述第二單體或兩者是酯。在其它實施方案中,所述第一單體、所述第二單體或兩者包含ε-己內酯(CL)。另外,所述多種交聯聚合物可包含聚(ε-己內酯)-共-(α-羧酸烯丙酯ε-己內酯)聚合物。在其它實施方案中,所述多種交聯聚合物可包含約1摩爾%至約30摩爾%的所述第一單體。在其它實施方案中,所述多種交聯聚合物包括約20℃至約50℃的形狀轉變溫度。

本發明的實施方案可以被配置成當被加熱到超過所述多種交聯聚合物的形狀轉變溫度時從所述原始形狀轉變為所述移植形狀。所述原始形狀可為所述移植形狀的壓縮形式。所述原始形狀可為線狀、片狀、管狀形狀、對應于血管、血管補片、血管旁路移植物、血管支架的形狀及其組合。所述移植形狀可為對應于血管、血管補片、血管旁路移植物、血管支架的形狀及其組合。

本發明的實施方案可任選地進一步包含生物活性劑。所述生物活性劑可為下列中的至少一種:多效劑、生長因子、肽、核酸、藥理學試劑、MK2抑制劑、抗增殖劑、抗遷移劑、抗炎劑或抗纖維化劑。所述生物活性劑也可為下列中的至少一種:雷帕霉素、他克莫司、紫杉醇、馬立馬司他、地塞米松、吡格列酮、AZX或西洛他唑。

本發明的實施方案可具有50-100%的形狀固定性和/或50-100%的形狀恢復。在37℃下的楊氏模量可為約0.05-200MPa。

如上所述,本發明的實施方案圍繞組織。在優選實施方案中,所述組織可為靜脈或動脈。而且,所述實施方案可在所述靜脈或動脈的外部。優選地,實施方案可在血管移植物吻合的外部。

一旦植入,本發明的實施方案可形成無接縫且無縫線的護套。所述護套是網狀物或結網狀物(netting)。另外,一旦植入,優選地,本發明的實施方案以模仿所述組織的順應性性質的方式具有彈性徑向表現。它們可通過沿著其長度延伸或彎曲中的至少一者而變形以適應所述組織的形狀。

本發明的實施方案提供獨特能力,以對每個吻合提供定制配合。支架與靜脈之間的這種空間控制決定性地影響可以減輕新生內膜形成的外膜微血管形成和外向重塑。它也可以有助于最小化不對稱壁增厚,不對稱壁增厚導致湍流、不規則流動和隨后的血栓形成和增生,尤其是在吻合周圍(參見圖14)。

因為ε-己內酯(CL)與新型CL衍生物α-羧酸烯丙酯-ε-己內酯(ACCL)的共聚產生了具有28-43℃的Tm和異常的形狀記憶性質的聚合物庫,使得有可能在血管通路操作溫度(例如28-37℃)下進行定制配合。考慮到其在37℃下的形狀記憶能力,外部支撐件的幾何形狀可以由外科醫生定制,以相對容易地配合不對稱遠端吻合(參見圖22)。

這種獨特的共聚形式還能夠對熱機械性質進行微調,從而可以制造具有模擬動脈的機械性質的SMP支架。這很重要,因為靜脈和合成移植物或動脈之間的順應性不匹配是涉及新生內膜形成的另一個因素。例如,機械順應性從血管到移植物(相當于從動脈轉變到滌綸)降低68%,導致沿縫合線的平均吻合應力增加40%以及隨后在端對側幾何形狀中的新生內膜形成(圖16)。由于摩爾組成、分子量和交聯密度都可以改變以提供比動脈更具剛性的寬范圍的彈性模量(37℃下為1-100MPa),使得該SMP庫的材料性質高度可調。因此,該SMP庫提供了獨特的機會來生成機械順應的、可定制配合的外部支撐件。

孔隙度對于培養外膜微血管形成也是至關重要的,并且可以在支架制造中進行控制。

本發明的實施方案可為可緩慢地生物降解的(>1年)和生物吸收性的,確保其機械性質得以維持直到靜脈重塑穩定化,同時最終被再吸收以避免潛在的長期并發癥。

如上所述,本發明的實施方案包括添加抗新生內膜肽。憑借其抗纖維化和抗炎性質(圖17),MK2(MK2i)的肽抑制劑顯示出作為防止新生內膜形成的藥劑的前景。MK2是TGFβ-p38應激活化蛋白激酶路徑的下游,賦予特異性并且限制脫靶毒性。

已表明,MK2i抑制VSMC增殖、遷移,以及最重要的,抑制合成表型調節。在離體器官培養模型中用MK2i處理人隱靜脈(HSV)導致內膜增厚減少(圖18)。在體內鼠下腔靜脈插入大動脈模型中,在植入之前對靜脈移植物的單個20分鐘離體MK2i處理在28天使壁厚減少了72%(圖19)。這些數據表明MK2i是防止導致新生內膜形成的一系列事件的最全面的治療方法之一。此外,外部支撐件可以通過延長其作用進一步消除新生內膜形成(圖19)。

所述第一單體與所述第二單體的比率也沒有特別的限制。在一些實施方案中,所述化合物包含約1摩爾%、5摩爾%、10摩爾%、15摩爾%、20摩爾%、25摩爾%、30摩爾%、35摩爾%、40摩爾%、45摩爾%或50摩爾%的所述第一單體。在其它實施方案中,所述化合物包含約1摩爾%至約50摩爾%的所述第一單體、約1摩爾%至約30摩爾%的所述第一單體或約1摩爾%至約15摩爾%的所述第一單體。在這樣的實施方案中,所述聚合物的其余部分可以包含所述第二單體。

在其它實施方案中,所述第一單體、第二單體或兩者包含酯。本文使用的術語“酯”由式R1OC(O)R2或R1C(O)OR2表示,其中R1和R2可以獨立地選自、但不限于任選取代的烷基、烯基、炔基等。術語酯包括“聚酯”或者包含兩個或多個酯基的化合物。

在一些實施方案中,烯丙基官能化的第一單體包含羧酸烯丙酯基團。在這種實施方案中,所述單體可包含隨后用烯丙基官能化的羧酸酯基,或者所述單體可用羧酸烯丙酯基團來官能化。本文所述的羧酸烯丙酯基團可以由下式表示:

在其它實施方案中,所述第一單體、所述第二單體或兩者包含ε-己內酯(CL)和/或其衍生物。例如,包含ε-己內酯的第一單體可以包含α-羧酸烯丙酯ε-己內酯(ACCL)單體。在一些實施方案中,所述化合物基于聚己內酯(PCL),因為PCL具有用于血管應用的期望性質,包括生物相容性、合適的生物降解速率和機械順應性。因此,在某些實施方案中,所述化合物包含聚(ε-己內酯)-共-(α-羧酸烯丙酯ε-己內酯)共聚物(PCL-ACPCL),并且本公開的化合物的一些實施方案可以包含下式:其中x和y是沒有特別限制的整數。本公開的聚合物的實施方案還可以表征為x%聚(ε-己內酯)-共-y%(α-羧酸烯丙酯ε-己內酯)(x%PCL-y%ACPCL),其中x%和y%對應于摩爾比并且沒有特別限制。

在一些實施方案中,所述化合物是嵌段共聚物。“嵌段”共聚物是指包含組成單元或單體單元的一個或多個子組合的結構。在一些實施方案中,經由附加工藝從一種或多種可聚合單體衍生出組成單元。對于嵌段的數量沒有限制,并且除非另有明確說明,否則在每個嵌段中,組成單元可以純隨機、交替隨機、規則交替、規則嵌段或隨機嵌段的配置來設置。

如上所述,本公開的化合物可以包含可交聯的烯丙基官能化單體。本文使用的術語“可交聯的”、“交聯”等是指聚合物鏈的一部分通過化學鍵連接至相同聚合物鏈的一部分或另一聚合物鏈的一部分,所述化學鍵將一或多個聚合物鏈的某一或多個原子連接起來。可以形成交聯的示例性化學鍵包括共價鍵和氫鍵,以及疏水性、親水性、離子或靜電相互作用。在一些情況下,與通過非共價鍵交聯的SMP材料相比,共價交聯的SMP材料呈現出優異的形狀記憶性質和熱穩定性。

交聯可以自然和人為地進行。例如,在一些實施方案中,所述第一單體是可光交聯的,其中術語“光交聯”等在本文中用于指暴露于電磁輻射(例如可見光和/或紫外輻射)時形成的交聯。在一些實施方案中,可以通過暴露于具有約100nm至約300nm的波長的紫外光來形成光交聯。本文使用的術語“交聯”等可以包括術語“光交聯”等。

在一些實施方案中,所述烯丙基官能化單體包含可以交聯的側鏈含烯丙基基團(例如羧酸烯丙酯基團)。在一些實施方案中,所述含烯丙基基團可以光交聯至相同化合物或另一化合物的另一含烯丙基基團。

在一些實施方案中,本公開的化合物可以進一步包含生物活性劑。術語“生物活性劑”在本文中用于指改變、促進、加速、延長、抑制、激活或以其它方式影響個體(例如人)的生物學或化學事件的化合物或實體。所述生物活性劑摻入到化合物中的方式沒有特別限制。在一些實施方案中,可以將所述生物活性劑摻入(例如與其混合)到所述化合物中。在一些實施方案中,所述生物活性劑可以經由硫醇-烯點擊化學來共價結合至所述第一單體的含烯丙基基團。

示例性的生物活性劑可包括、但不限于抗癌物質、抗生素、免疫抑制劑、抗病毒劑、酶抑制劑、神經毒素、阿片樣物質、催眠藥、抗組胺劑、潤滑劑、鎮靜劑、抗驚厥劑、肌肉松弛劑、抗痙攣劑和肌肉收縮劑(包括通道阻滯劑)、生長因子、縮瞳藥和抗膽堿能藥、抗寄生蟲劑、抗原生動物劑和/或抗真菌劑、細胞-細胞外基質相互作用的調節劑(包括細胞生長抑制劑和抗粘附分子)、血管舒張劑、DNA、RNA或蛋白質合成的抑制劑、抗高血壓劑、鎮痛劑、退熱劑、甾體抗炎劑和非甾體抗炎劑、抗血管生成因子、血管生成因子、抗分泌因子、抗凝血劑和/或抗血栓形成劑、局部麻醉劑、眼用藥、前列腺素、細胞應答調節劑、細胞、肽(如本文所用包括多肽)、病毒和疫苗。

在一些實施方案中,本公開的化合物是生物相容的。實際上,如較高水平的長期細胞生存力和健康細胞形態所表明的,同100%PCL相比,本公開的化合物和移植物的某些實施方案與內皮細胞(EC)更加生物相容。本文使用的術語“生物相容的”旨在描述當體內施用時通常不會引起不期望的或不利的副作用的物質的特性。例如,生物相容的物質可能不會引起諸如顯著的炎癥和/或急性排斥的副作用。應認識到,“生物相容性”是一個相對術語,即使對于一些生物相容的物質也可以預期一些副作用。在一些實施方案中,生物相容的物質不會引起不可逆的副作用,并且在一些實施方案中,如果物質不引起長期副作用,則該物質是生物相容的。測定物質的一個試驗是測量細胞在體外暴露于材料時是否死亡。例如,生物相容的化合物或移植物可導致小于約30%、20%、10%或5%的細胞死亡。

附加地或替代地,本公開的化合物的一些實施方案是可生物降解的。如本文所用,術語“可生物降解的”描述了在生理條件下降解以形成可以被代謝或排泄而不損傷個體的物質的特性。在某些實施方案中,所述產物可以被代謝或排泄,而沒有對個體的永久損傷。可生物降解的物質還包括在細胞內分解的物質。降解可通過水解、氧化、酶促過程、吞噬作用、其它過程及其組合而發生。物質的降解速率可以改變,并且可能為幾小時、幾天、幾周、幾個月或幾年的時間,這取決于材料。

本公開的化合物的實施方案可以進一步包含附加的官能團和/或單體,以賦予所述化合物期望的特性。向所述化合物添加官能團或單體可以賦予所述化合物期望的官能度和/或影響所述化合物的熔融溫度。因此,可以將某些官能團或單體摻入所述化合物中以調整化合物的熱機械特性。

本公開的主題還包括包含任何本公開的化合物的形狀記憶聚合物(SMP)材料。在一些情況下,所述材料被用于形成移植物,例如用于血管(例如靜脈、動脈)的血管移植物。示例性的血管移植物可以包含多種交聯聚合物,所述聚合物包含烯丙基官能化且可交聯的第一單體以及不可交聯的第二單體,并且所述移植物能夠在臨時形狀和原始形狀之間轉換。

術語“植入形狀”是指通過在材料上施加力和/或使材料暴露于某溫度(即編程步驟)而給予所述材料的形狀。盡管所述材料可以保持其臨時形狀達任何時間長度,但所述形狀之所以被稱為臨時的,是因為所述形狀僅在外力施加于所述材料上時才存在。此外,如下所述,在一些實施方案中,當暴露于超過所述材料的熔融溫度的溫度時,所述材料可以失去其臨時形狀。

術語“原始形狀”是指當所述材料的聚合物處于其天然的、植入前的、無應變的狀態時所述材料的形狀。一旦材料處于其原始形狀,材料通常會保持所述原始形狀,除非外力等被施加到所述材料上。材料的一些實施方案,在以物理上無應力狀態暴露于超過所述材料的熔融溫度的溫度時(即恢復步驟),恢復和/或保持原始形狀。構成所述材料的多個聚合物之間的交聯(在性質上是化學的或物理的)有助于在編程和恢復步驟期間防止不可逆的塑性變形。

針對材料的臨時形狀或原始形狀可以采取何種形狀,沒有特別的限制。在一些實施方案中,臨時形狀選自線狀、片狀、管狀形狀和對應于血管、血管補片、血管旁路移植物、血管支架的形狀及其組合。同樣地,在一些實施方案中,所述原始形狀可以選自線狀、片狀、管狀形狀和對應于血管、血管補片、血管旁路移植物、血管支架的形狀及其組合。如下面進一步討論的,對于本公開的材料的某些治療用途,某些形狀可以是有利的。

因此,本公開的材料的實施方案可以被歸類為熱機械SMP,由此,當在超過和/或低于所述化合物的熔融溫度下轉變時,所述聚合物可以呈現出從臨時形狀到原始形狀的轉變。例如,材料最初可具有原始形狀,并且可以通過將所述材料加熱到超過其熔融溫度同時向所述材料施加將所述材料模制或彎曲成期望的臨時形狀的力,來引起臨時形狀。如果隨后將所述材料冷卻到低于所述材料熔點的溫度同時將所述材料保持在所述臨時形狀,則所述材料可以保持其臨時形狀,并且只要將所述材料維持在低于所述材料的熔融溫度的溫度下,所述材料可以基本保持該臨時形狀。隨后,通過將材料加熱到高于其熔融溫度的溫度,材料可以還原至其原始形狀。

本公開的化合物和包含本公開的化合物的材料可以包括寬范圍的熔融溫度。在一些實施方案中,所述化合物和包含所述化合物的材料包括約20℃至約50℃的熔融溫度,包括約20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃和50℃的熔融溫度。在一些實施方案中,所述化合物和材料包含處于或基本上接近生理溫度(例如,約37℃)的熔融溫度,使得當植入到個體體內時,所述材料可以經歷開關式(switch-like)的形狀轉變。本公開的材料還可以包括較高的彈性恢復。在一些實施方案中,本公開的材料包括90%或更高的應變恢復率(Rr)和/或應變固定率(Rf),并且在一些實施方案中,Rr和Rf可以獨立地為約91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%或更多。本公開的材料還可以擁有使其與血管相似并因此適合與血管結合使用和/或作為血管替代物使用的性質。例如,材料的一些實施方案具有適合與血管系統一起使用的順應性和延展性。一些實施方案還可以包括在37℃下約1.0至約200.0MPa的彈性模量,其可以適用于某些血管應用。

本公開的材料的形狀記憶性質可以通過將本公開的化合物改性來調整。所述材料的熔融溫度和其它性質可以通過以影響所述烯丙基官能化第一單體的烯丙基基團的方式將化合物改性而改變。不受理論或機制的束縛,這是由于化合物的烯丙基可以影響所述化合物和包含所述化合物的任何材料的結晶度和網格點間隔的事實。因此,所述第一單體的摩爾濃度和/或所述第一單體上的烯丙基基團的濃度和排列可以提供用于調整本公開的材料的熱機械、形狀記憶和生物學功能的有效手段。在一些情況下,通過改變所述材料的分子量或凝膠含量可以進一步調整某些實施方案的材料的性質。

因此,本文所述的本公開的化合物和材料擁有優異且預料不到的優點,即具有可調性質,并且在一些情況下可以被調整為具有生理相關的熔融溫度。用于調整所述化合物和材料的性質的方法包括但不限于改變所述聚合物中烯丙基官能化第一單體的摩爾濃度、改變所述烯丙基官能化第一單體中烯丙基基團的濃度以及改變所述聚合物中的第一單體、第二單體或其它單體的尺寸和分子量,或其組合。在某些實施方案中可以被調整來模仿一系列軟組織。

本公開的主題進一步包括用于治療血管病癥的方法。在一些實施方案中,所述方法包括向有需要的個體施用臨時形狀的血管移植物,所述移植物包含多種交聯聚合物,所述交聯聚合物包含烯丙基官能化且可交聯的第一單體和不可交聯的第二單體。實施方案的方法進一步包含允許所述血管移植物從所述臨時形狀轉換成原始形狀的步驟。從臨時形狀到原始形狀的轉換可以通過將所述移植物加熱到超過所述多種聚合物的熔點而開始,并且在一些實施方案中,所述加熱是由從所述個體發出的熱量被動地完成的。

施用所述移植物的步驟可以包括將所述移植物偶聯至感興趣的血管。如本文所用,術語“偶聯”等是指通過任何手段將所述移植物與血管聯接。在一些情況下,偶聯是指將片狀移植物包覆在血管周圍。在其它情況下,偶聯是指將線狀移植物縫合到血管。在另外的其他情況下,偶聯可以指通過管狀移植物的開口插入血管。因此,術語“偶聯”廣義上是指相對于血管或其它治療目標配置移植物的多種方法。

術語“治療”或“處理”是指意圖治愈、減輕、穩定或防止疾病、病理學病癥的對個體的醫學管理。術語“病癥”包括疾病、障礙等。“治療”包括積極治療,即專門針對改善病癥的治療,并且還包括病因治療,即針對去除相關疾病、病理學病癥或障礙的原因的治療。此外,該術語包括姑息治療,即用來緩解癥狀而不是治愈疾病、病理學病癥或障礙的治療;預防性治療,即用來最小化或者部分或完全抑制相關疾病、病理學病癥或障礙形成的治療;以及支持性治療,即針對改善相關疾病、病理學病癥或障礙而用于補充其它特定療法的治療。

此外,術語“個體”或“有需要的個體”是指施用目標,其任選地顯示與特定疾病、病理學病癥、障礙等有關的癥狀。本文公開的方法的個體可以是脊椎動物,例如哺乳動物、魚、鳥、爬行動物或兩棲動物。因此,本文公開的方法的個體可以是人、非人靈長類動物、馬、豬、兔、狗、羊、山羊、牛、貓、豚鼠或嚙齒動物。該術語不表示特定的年齡或性別。因此,不論是雄性還是雌性的成年、新生個體都涵蓋在其中。患者是指患有疾病或障礙的個體。術語“個體”包括人和獸類個體。

可以通過本公開的移植物治療的血管病癥包括但不限于中風、動脈瘤、缺血血管、出血、閉塞、破裂血管、易破裂血管、狹窄、動脈粥樣硬化、外周動脈疾病、動靜脈瘺或其組合。本領域普通技術人員在閱讀本申請時會了解可以用本公開的材料治療的其它血管病癥以及非血管病癥。

所述移植物可以以其臨時形狀或其原始形狀植入。在所述移植物以臨時形狀植入的情況下,所述治療方法的實施方案可以進一步包括在施用步驟之前將臨時形狀的移植物冷卻到低于熔融溫度的溫度的步驟。

本公開的移植物的機械性質和熱性質可以在該系統內調整,以更接近地匹配天然血管的機械性質和熱性質。在一些實施方案中,本公開的移植物可以包括類似于天然動脈的彈性。與靜脈移植物或其它合成移植物相比時,這種仿生可以允許本公開的移植物實現優異的結果。例如,靜脈并非設計用于動脈通常經歷的正弦流動條件且在動脈通常經歷的正弦流動條件下不能良好地工作,并且也不包含類似于動脈的肌肉層。因此,諸如隱靜脈移植物的靜脈移植物可以經歷動脈粥樣硬化、內膜增生、血栓形成和再狹窄。此外,移植術和處理靜脈的過程本身可以導致所述靜脈的缺血性損傷。另一方面,由于具有彈性和模仿動脈的其它機械性質,本公開的移植物可以用作動脈移植物,具有較少或沒有靜脈移植物通常經歷的副作用。

另外,用于治療血管病癥的外科手術(例如傳統的旁路手術)通常是高度侵入性的,其可以延長患者恢復時間和住院時間并且限制那些患有動脈閉塞的患者的治療選擇。然而,本公開的移植物的實施方案可以包括促進手術并且使其侵入性更低的臨時形狀。例如,在一些實施方案中,移植物可以編程為細線狀臨時形狀,其允許經由小口徑導管施用并且可以允許沿著動脈操縱所述移植物。替代地,示例性的移植物可以經由聯接至隧穿裝置沿著動脈隧行(tunnel)。本領域普通技術人員會了解可以降低用于治療血管病癥的手術的侵入性的、用于施用所述移植物的其它臨時形狀和方法。

在具體實施方案中,所述移植物可以用于旁路手術(bypass procedures)。在一些實施方案中,所述移植物包括原始形狀,其是通常采用細長管狀形式的支架。通過將所述移植物包覆或放置在靜脈移植物周圍,可以將所述移植物偶聯至靜脈移植物的外側。這種配置可以改善靜脈對動脈循環的高壓、高流量環境的適應性。在這種實施方案中,所述移植物可以包括片件的臨時形狀,從而通過如下方式使用所述移植物以支撐靜脈移植物:將所述片件偶聯(即包覆)在所述靜脈移植物周圍并且隨后允許所述移植物轉變成其原始支架形狀。

本公開的治療方法的一些實施方案還提供不需要橫切天然動脈的旁路手術。例如,所述移植物可以包括線形(即,細長的線)的臨時形狀,以便于將使所述移植物插入個體以及便于沿著動脈操縱所述移植物。然后可以通過將所述移植物用縫線等綁至動脈來將所述移植物偶聯至所述動脈,并且隨后所述移植物可以轉換成其原始血管旁路移植物形狀。隨后,可以實現從所述動脈進入相鄰移植物的毛細管向內生長,從而相鄰動脈的閉塞區域部分可以隨著時間再生和再灌注。另外,在一些實施方案中,所述移植物可以包含和/或可以與促進血管發生的生物活性劑(例如肽、生長因子等)聯合施用。

治療還可以指將移植物放置于已經破裂或易于破裂的血管之內或之上。然后所述移植物可以包括血管補片的原始形狀,其封閉并保護破裂或潛在的破裂。

因此,本公開的化合物和移植物對于治療血管病癥的方法提供幾個優點。首先,所述移植物可以包括原始形狀,所述原始形狀提供定制配合移植物,其避免了流動介導的血栓形成和增生。定制所述移植物的原始形狀的能力也使其適用于諸如分支動脈的不尋常血管系統,以及適用于治療其它非血管病癥。定制臨時形狀的能力還允許本公開的移植物經由微創技術實現穩健且容易的手術放置。

一旦植入,本公開的移植物可以提供承受類似于動脈的血管脈動的機械順應性。此外,本公開的移植物的實施方案可以是生物相容的,并且任選地可以呈現出足夠緩慢的可生物降解特性以允許血管系統愈合。本公開的移植物還可以具有促進微血管生長以修復受損血管組織的孔隙度。因此,本公開的移植物可以提供容易實施、具有成本效益且對個體的侵入性較小的治療方法。

另外,本公開的主題進一步包括可以包括套件,所述套件可以包括包含本公開的化合物的實施方案的材料,所述材料與用于施用所述材料的裝置一起包裝。如本領域普通技術人員會認識到的,適當的施用輔助裝置將取決于移植物的臨時形狀和/或期望的施用部位。

實施例

通過以下具體但非限制性的實施例進一步說明本公開的主題。以下實施例可包括表示在與本公開的主題相關的開發和實驗過程中的各個時間收集的數據的數據編輯。

實施例1

該實施例描述了示例性x%PCL-y%ACPCL共聚物庫的合成和表征。為制備該共聚物庫,通過在ε-己內酯(CL)的α-碳上的二異丙基胺鋰(lithium diisopropyl amine)(LDA)-介導的負碳離子形成以及隨后的氯甲酸烯丙酯添加,在單一反應中首先合成新型α-羧酸烯丙酯ε-己內酯(ACCL)單體(圖1A)。更具體地,在250mL圓底燒瓶中,在-78℃下將經蒸餾的CL(13.9mL,125mmol)滴加到在無水THF(200mL)中的LDA(125mL的THF/正庚烷/乙苯中的2M,250mmol)。1小時后,將溫度升至-30℃,滴加氯甲酸烯丙酯(13.3mL,125mmol)。30分鐘后,將溫度升至0℃并用飽和NH4Cl(30mL)終止反應。將粗品ACCL用H2O(100mL)稀釋,用乙酸乙酯(300mL×3)萃取,用Na2SO4干燥,過濾,蒸發,并使用Silica Gel Premium Rf(Sorbent Technologies,Norcross,GA)和在己烷中的10%乙酸乙酯,通過柱層析純化。產率:58%(14.3g,72mmol)。1H-NMR證實了期望ACCL產物的形成,如由特征性的烯丙基(5.92(Gi)、5.31(Hii)和4.63(Fii)ppm)和CL峰所示(圖1B)。

使用二乙基鋅催化劑和1,6-己二醇引發劑的ACCL與CL的開環(共)聚合(ROP)生成了新型x%PCL-y%ACPCL(x和y:摩爾比)共聚物庫,其中y=4.16-14.50%,這通過烯丙基CH質子(Gi,δ=5.92ppm)與在PCL和ACPCL單元的ε-碳處的CH2質子(εii,δ=4.15ppm)的比率來測定(圖1C和1D,表1)。為形成這些聚合物,將不同摩爾比的干燥ACCL和CL(總計100mmol)引入含有1,6-己二醇(0.5mmol)的預干燥的試管中。將聚合混合物用兩次冷凍-吹掃-凍融循環脫氣,浸入到140℃油浴中,并通過滴加Zn(Et)2(1mmol,在甲苯中15wt%)催化1小時。將溶液在冷二乙醚中沉淀并真空干燥。

作為對照,通過將甲基丙烯酸2-異氰酰乙酯(0.22g,1.42mmol)加入到100mL圓底燒瓶中的無水THF(20mL)中的100%PCL(1.0g,86.0μMol),來類似地合成100%PCL(表1,Mn=11600Da,PDI=1.54)。將反應混合物加熱至60℃,用二月桂酸二丁基錫(10μL,17nmol)催化1小時。產物用100%己烷和90%己烷/10%甲醇洗滌,然后真空干燥。通過對來自100%PCL-二甲基丙烯酸酯的6.12(I6.12)和5.61ppm(I5.61)峰的歸一化甲基丙烯酸酯質子積分相加,然后除以來自臨近未改性100%PCL的末端羥基的3.66ppm(I3.66,notfunc)CH2質子的歸一化積分,來計算末端羥基至甲基丙烯酸酯轉化率或甲基丙烯酸酯化程度(DM)。PCL呈現出90.5%的末端羥基至甲基丙烯酸酯轉化率(DM)(圖2)。

由于ACCL單體的較低反應性,獲得的烯丙基化合物低于ACCL:CL投料比(表1,圖1E)。分子量(Mn=12-19kDa,多分散指數(PDI)=1.78-2.50)由1,6-己二醇引發劑:總單體比率控制,但也受反應性較低的ACCL單體的投料比的影響。這些共聚物獲得的較高PDI和較低產率(22.6-56.6%)可能是由于涉及聚酯主鏈和側鏈羧酸烯丙酯的酯交換反應。熱性質和烯丙基組成之間有反比關系,可能是因為ACPCL破壞了PCL結晶度,從而降低Tm和百分比結晶度(Xc)(表1)。

表1.x%PCL-y%ACPCL共聚物的表征

a)y%ACPCL由5.90ppm積分(I5.90)與4.15ppm積分(I4.15)的比

率來測定:b)使用THF中的Phenogel 10E3A柱(Phenomenex Inc.,Torrance,CA)通過凝膠滲透色譜法對照PMMA標準(Agilent Technologies,Inc.,Santa Clara,CA)測定分子量性質。c)其中100%結晶PCL的熔化焓。

實施例2

該實施例描述了使用實施例1中合成的聚合物,制備和表征交聯x%PCL-y%ACPCL和100%PCL-二甲基丙烯酸酯SMP膜。將x%PCL-y%ACPCL共聚物的一個亞組和100%PCL-二甲基丙烯酸酯對照進行光交聯以產生形狀記憶效應,并且在凝膠含量、熱性質、機械性質和形狀記憶性質方面進行評估。經由薄膜涂覆器(Precision Gage&ToolCo.,Dayton,OH)和Novacure 2100Spot Curing System(Exfo Photonic Solutions,Inc.,Mississauga,Ontario,Canada)的365nm輻射(4.89J cm-2,18.1mW cm-2),由含有3wt%2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮的10wt%聚合物溶液制備具有均勻厚度(0.2-0.3mm)的交聯x%PCL-y%ACPCL和100%PCL-二甲基丙烯酸酯SMP膜。干燥后,將樣品在DCM中溫育2天以測定凝膠含量。在TA Instruments(New Castle,DE)Q1000差示掃描量熱計上測量熱性質。使用TA Instruments Q2000動態力學分析儀以拉伸模式測定機械性質和形狀記憶性質。

希望制備Tm略高于和低于37℃的SMP,因為對形狀恢復開始的手術偏好取決于特定的生物醫學應用。為了用于各種血管應用,也期望SMP庫呈現出可調的機械性質,具有足夠的順應性和延伸性。此外,為了在形狀編程和恢復之后嚴格控制形狀記憶行為并保持植入物的完整性和功能,尋求具有對小溫度變化的開-關“開關式”響應的完整且可重復的形狀恢復。凝膠含量(XG)涉及材料的百分比交聯,并且在一些SMP網絡中需要10%-30%的最小XG來實現形狀記憶效應。在光交聯(365nm,4.89J cm-2,18.1mW cm-2)之后,與100%PCL-二甲基丙烯酸酯對照的72.0±17.3%相比,x%PCL-y%ACPCL膜的XG為平均57.3±7.2%(表2)。在交聯之前,除85%PCL-15%ACPCL以外,所有材料的Tm均大于37℃(表1)。由于交聯聚合物鏈的移動性受限,材料的交聯導致y=4.16-14.50%共聚物膜的Tm降低至43.4-29.7℃(表2)。這種降低的鏈移動性也破壞了熔融后的鏈排列,如交聯后百分比結晶度(Xc)的降低所表明的。由于無定形ACPCL破壞了PCL的結晶度并降低了Tm、Xc、結晶溫度(Tc)和結晶焓(ΔHC),所以除了Tg以外,熱性質對交聯聚合物的摩爾組成有依賴性(圖3)。所生成的Xc與支鏈PCL交聯膜相似,表明對于這些SMP來說,開關式形狀恢復是有可能的。交聯產生了一個SMP庫,其具有接近37℃的轉變溫度(即Tm)和對于在生理應用中完全形狀恢復和開關式行為而言足夠的Xc。

表2.交聯x%PCL-y%ACPCLSMP膜的凝膠含量和熱性質

a) 其中mextracted是在二氯甲烷中溫育2天并隨后干燥之后的質量,而minitial是初始質量;b)其中100%結晶PCL的熔化焓。

在37℃下等溫評估SMP試驗膜的機械性質以測定對于血管應用的適用性。與100%PCL-二甲基丙烯酸酯對照(表3,對于y=4.16-14.50%:37℃下的拉伸模量(Etn′(37℃))=55.0-2.2Mpa)相比,彈性是相同的數量級或者低一級,這對于血管應用而言可以認為是期望的順應性。較高y%ACPCL的交聯共聚物膜顯示出較低Etn′(37℃)的數量級,其更接近地匹配天然動脈的數量級,并且主要是這些在37℃下部分或完全熔融的材料的結果。斷裂應力σmax在3.3-0.12MPa之間,并且大多數材料在37℃具有良好的延展性,每種試驗膜的斷裂應變εmax超過85%,但85%PCL-15%ACPCL的εmax為28%。這些實驗表明,交聯SMP庫對于血管應用具有適當的延伸性和順應性。

表3.交聯SMP膜的機械性質和形狀記憶性質

a)通過在37℃下以0.1MPa min-1的應力斜率(ramp)進行拉伸試驗來測定的機械性質;b)由應力受控熱機械循環測定的形狀記憶性質。描述了在變形到最大應變ε1(N)之后,與第N次循環(εp(N-1))的開始相比,形狀恢復的好壞程度;c)限定了在卸載應力之后維持編程形狀ε1(N)以獲得臨時形狀εu(N)的能力。f)96%PCL-04%ACPCL試驗膜(其中XG=36.7±8.6%)具有Rr(1)=99.9±0.2,Rr(N)=99.8±0.4%和Rf(N)=99.8±0.1%。

實施例3

該實施例描述了SMP形狀的制備,用來通過應力受控熱機械循環來評估形狀記憶性質(圖4A-4C)。通過將聚乙烯醇(PVA)涂覆的0.90mmO.D.玻璃毛細管浸入聚合物膜預備溶液中以及如上UV交聯,來制備封端聚合物管(長度為1.0-2.0cm,I.D.為0.90mm,O.D.為1.0-1.6mm)。將含有所述管的毛細管干燥并浸入去離子H2O和100%乙醇中,然后手動將所述管從毛細管拉出。將所述管用H2O洗滌,干燥,并且通過將所述管的開口側浸入聚合物溶液中以及UV交聯來將其封閉。通過首先激光蝕刻(Epilog Laser,Golden,CO)含有CAD設計的吉他的2mm PDMS模具,然后將94%PCL-06%ACPCL聚合物溶液澆入模具中以及在48℃熱板上進行UV交聯(365nm,26.1J cm-2,290mW cm-2),來制備包含94%PCL-06%ACPCL的吉他形狀。

第一次循環后的形狀恢復Rr(N),其表明材料恢復其原始形狀(例如管狀形狀)的定量能力,對于每種材料組合物的試驗膜都超過98%,85%PCL-15%ACPCL(Rr(N)=86.9±4.7%)除外(表3)。形狀固定性(Rf)表示材料以臨時形狀(例如線狀形狀)固定的能力,并且對于每種材料組合物的所選膜都超過98%。96%PCL-04%ACPCL和89%PCL-11%ACPCL的三個連續熱機械循環的說明(圖4B和4C)圖示了這些SMP的形狀編程和恢復的可重復性。形狀記憶演示進一步肯定了所述材料在生物醫學應用中的實用性(圖5A-5F和圖9A-9C),包括對于在37℃下的動脈旁路移植術中的微創導管或腹腔鏡部署而言期望的線狀至管狀的轉變。大多數共聚物擁有優異的、緊密可控的形狀記憶能力。

實施例4

該實施例評估了結構-功能關系,以更好地闡明材料性質(Tm、ΔHm、Tc、Etn′(37℃)、σmax、εmax、Rr(N)、Rf(N))與理化性質(y%ACPCL、Mn、Mw、PDI、XG)的相關性。簡而言之,構建一個13×10矩陣,其含有10個聚合物膜中的每一個的每個待比較變量(13個變量)的平均值(圖6)。將矩陣值標準化至其z-記分,以便更易于變量間比較,并且使用MATLAB(MathWorks Inc.,Natick,MA)計算和繪制協方差矩陣。

最接近絕對值1的協方差(covs)表明變量之間最強的相關性,正值和負值分別表明正相關和負相關。熱性質、Etn′(37℃)和σmax與y%ACPCL密切相關(cov=-0.80-0.94),表明摩爾組成對這些性質的主導作用。不受理論或機制的束縛,摩爾組成對某些材料性質的主導可以通過改變烯丙基含量同時改變交聯網絡的結晶度和網格點間隔的事實來解釋。Rr(N)也受到摩爾組成的影響(cov=-0.60),然而可以想象的是,可以調節編程參數(例如固化和變形溫度、應力或應變速率)以改善較高y%ACPCL共聚物的Rr(N)。Mn與εmax具有很強的相關性(cov=0.78),表明可以提高Mn以改善這些SMP的延伸性。另外,可以調整XG以增加Rf(N)(cov=-0.54)和ΔHm(cov=-0.46)。因此,多種材料性質受到摩爾組成的影響,并且許多可以經由調節其它理化性質來調整,以包含具有某些熱、機械和形狀記憶性質的PCL-ACPCLSMP。

實施例5

該實施例描述了用于評估膜的生物相容性的血管相容性研究。將人臍靜脈內皮細胞(HUVEC)接種在聚合物膜上,并使用刃天青測定法在四天的過程中測量其生存力(圖7)。為防止細胞附著在試驗膜下面的組織培養聚苯乙烯(TCPS)上,用1%瓊脂糖溶液涂覆孔。將瓊脂糖涂覆孔干燥,用100%乙醇洗滌,UV滅菌,并用MesoEndo內皮細胞生長培養基(Cell Applications,Inc.,San Diego,CA)洗滌。然后將乙醇浸取、培養基浸泡的聚合物盤(約31mm2,約50μM厚)放置在瓊脂糖涂覆孔上,并將5代紅色熒光蛋白表達HUVEC(P5 RFP-HUVEC)(470個細胞mm-2)直接接種在膜表面、TCPS(陽性對照)和1%瓊脂糖(陰性對照)上。1.5小時后,加入150μL培養基。

經由刃天青測定法在9、35和91小時時間點評估生存力。簡而言之,將刃天青(MesoEndo中5μM)加入到每個孔中,在37℃下溫育4小時,并且在M1000Pro讀板器(Tecan Group Ltd,San Jose,CA)上讀取上清液的560/590nm激發/發射。基于TCPS上的RFP-HUVEC熒光的標準曲線來計算活細胞數量,并且將%細胞生存力標準化為TCPS對照。所有樣品在生物學四重測試中進行試驗。

已知100%PCL(Sigma-Aldrich,Mn=70-90kDa)是生物相容性的,因此被選作對照膜。接種后9小時,與100%PCL(59.4±4.9%)相比,試驗SMP膜上的HUVEC生存力(相對于TCPS為60.0-65.2%)沒有統計學上顯著的差異。在較晚的時間點,所有共聚物膜上的HUVEC生存力(35小時為102.9-106.7%,91小時為85.0-103.0%)大于100%PCL(分別為66.0±14.4%和64.1±32.0%)上的生存力。

另外,通過將P5人冠狀動脈內皮細胞(hCAEC)(Cell Applications,Inc.,San Diego,CA)直接接種到聚合物盤上來評估細胞形態。在盤或TCPS對照上溫育3天后,用4%多聚甲醛固定細胞(15分鐘),用0.5%Triton X-100透化(10分鐘),并用10%牛血清白蛋白封閉(30分鐘)。然后將細胞與2μM Ethidium Homodimer-1(10分鐘)以及50μM Alexa488 Phalloidin(Molecular Probes,Eugene,OR)(20分鐘)一起溫育。在LSM 510META倒置共焦顯微鏡(CarlZeiss,LLC,Thormwood,NY)上對聚合物表面上的細胞成像,同時用Nikon Eclipse Ti倒置熒光顯微鏡(Nikon Instruments Inc.Melville,NY)使TCPS對照成像。使用ImageJ軟件(NIH,Bethesda,MD)對圖像進行后處理和分析。3天后所有膜上的hCAEC共聚焦顯微鏡顯示了標記鵝卵石形態學(圖8A-8E)。因此,SMP與血管EC相容,并且當用作動脈旁路移植物時可能會內皮化。

實施例6

該實施例描述了為評估本公開的化合物和移植物的治療活性而進行的體內動脈旁路移植術。SMP管狀移植物被用來提供通過體內大鼠頸動脈結扎模型中的閉塞區域的血流的導管。選擇89%PCL-11%ACPCL共聚物作為管狀結構體,因為它擁有形狀記憶性質(Rf和Rr>99%)、接近體的Tm溫(37.9℃)和91小時后的高EC生物相容性(103.0%)(圖9A至9C)。

在即將手術前,將包含89%PCL-11%ACPCL的封端SMP移植物(I.D.為0.9cm,O.D.為1.2cm,長度為1.5cm)進行UV滅菌,并制備含有C16和Ac-SDKP的膠原凝膠。對Sprague Dawley大鼠進行左頸總動脈的兩次結扎,作為完全血液停止的模型(圖10A)。試驗組包括“聚合物+肽”、“僅肽”和“未處理”試驗組。在“聚合物+肽”組中,在結扎后立即將帶有兩個封閉端的SMP管放置在整個閉塞區域上,通過縫合將每個管端系在天然動脈上,并且通過棉簽應用,將結構體和動脈埋入含有促血管生成C16和抗炎Ac-SDKP肽的膠原凝膠。在“僅肽”組中,只有含肽膠原凝膠在結扎后立即應用。在“未處理”組中沒有應用聚合物或肽。使用不可降解的縫線對所有切口進行縫合閉合。根據疼痛需要,每8-12小時給予大鼠丁丙諾啡0.05mg/kg SQ并監測兩周。

植入兩周后,在肝素化鹽水(1:20稀釋)中使用0.1μM直徑的羧酸酯改性紅色熒光微球(Life Technologies Corp.,Carlsbad,CA)來進行熒光微血管造影,以評估毛細管生長和血液灌注的面積。在3小時的灌注事件內,使用LSM 510META倒置共焦顯微鏡(Carl Zeiss,LLC,Thormwood,NY)觀察珠粒。在光切割溫度(OCT)包埋聚合物-動脈界面周圍的大鼠組織,在-80℃冷凍24小時,并使用冷凍切片機切片(5μM切片)。

為識別聚合物-動脈界面周圍的血管細胞,將冷凍切片用作為內皮和白細胞細胞標記物的小鼠抗大鼠藻紅蛋白(PE)綴合的CD31抗體(克隆TLD-3A12,BD Biosciences)染色,然后用Hoechst 33258核染色劑(Life Technologies,Inc.)復染。使用Nikon Eclipse Ti倒置熒光顯微鏡(Nikon Instruments Inc.Melville,NY)來捕獲IF-染色的OCT切片的圖像。

2周后,“聚合物+肽”組的來自使用熒光微血管造影的熒光珠粒檢測的極強熒光信號(圖11A)表明血液流經管狀結構體。在其它試驗組(圖11B和圖11C)中幾乎沒有可見熒光,表示在沒有這種組合處理的情況下幾乎完全閉塞。對來自H&E染色的紫色/粉紅色微血管網絡的觀察(圖12A和圖12B)以及“聚合物+肽”組的CD31+血管細胞的熒光(圖13)圖示了經由毛細管互聯的聚合物管與天然動脈之間的吻合。

實施例7

該實施例顯示了本發明的實施方案的特性。

本發明的一個實施方案是交聯的x%PCL-y%ACPCL的組合物(y=10-15%),從而實現定制配合能力、健康VSMC表型的調節以及表面涂層介導的持續單向MK2i遞送。

該實施方案包括這樣的SMP,其具有下列中的至少一者(以任意組合的形式):高形狀固定性和形狀恢復(>95%)(參見圖15),以確保外部支撐件的有效包覆;熔融溫度<37℃(圖15),從而能夠在大約體溫下實現形狀模制;37℃下1-100MPa的拉伸模量Etn’(37℃),從而為靜脈移植物在動脈循環中的健康適應提供機械支持,同時消除因移植物和靜脈之間的順應性不匹配而引起的任何不良影響;高孔隙度(>50%)的直徑約750μM的孔(圖20),從而為了有效的營養和氧氣傳輸而促進新生外膜生長和超出外支架外側的延伸;緩慢降解(至少幾個月),以在靜脈向動脈循環的關鍵適應期期間維持足夠的機械支持;肝素涂層(“儲庫”),以實現MK2i的單向持續釋放。帶正電的MK2i可以以類似于其它肝素結合肽的方式負載到含肝素水凝膠中,并基于肝素濃度釋放;以及期望的MK2i釋放曲線(50μg MK2i/天),以在28天內以等同于典型靜脈吻合的體積實現100μM/天。肝素濃度控制陰離子電荷的密度和肝素層的孔隙度,為諸如陽離子MK2i的藥物提供可變的“釋放窗口”。也可以控制MK2i濃度來改變釋放量和動力學。

實施例8

該實施例顯示了本發明的SMP的定制配合工藝。本發明在體溫下具有優異的形狀記憶能力。本發明的SMP外支架的實例可包含5種不同的x%PCL-y%ACPCL共聚物(y=10%、11%、12%、13%、14%和15%,熔融溫度為28-37℃)。首先,支架可制作成具有8mm直徑以寬松地配合在典型的人隱靜脈(HSV)周圍(約2mm的間隔以允許新生外膜生長),具有0.5mm厚度以允許顯著的可變形性,帶有3.1cm長臂和1cm側臂以充分覆蓋靜脈吻合。與其它外部網狀物類似,可制造直徑為750μM、孔隙度>50%的大孔,以防止缺血并促進外膜生長和外向重塑。

本發明包括SMP外部網狀物,其熔融溫度落在血管通路操作溫度(28-37℃)范圍內,并且含有大孔:陽模可3D打印(圖20a-b)和裝配,然后以聚二甲基硅氧烷(PDMS)包埋以制作含有通道(孔生成器)的陰模(圖20c-d)。然后可將PDMS模具放置在玻璃模具中(圖20d)。然后PDMS與玻璃陰模之間的空間可用聚合物溶液[在二氯甲烷中的25(wt/vol)%的x%PCL-y%ACPCL(y=10%、11%、12%、13%、14和15%)、1(wt/vol)%的2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮]填充,并且UV交聯(4.89J/cm2,18.1mW/cm2)4。然后機械切割PDMS以保留SMP支架(圖20e)。這些模具可以調整到y形狀形式(圖20f)。

肝素涂層可通過首先在SMP的腔面上形成聚(3,4-二羥基-I-苯丙氨酸)(聚(DOPA))薄層來實現。然后,肝素的胺基團可共價綴合到聚(DOPA)上(圖21a)。SMP支撐件的腔面可浸入Tris(pH 8.5)和乙醇(Vtris:V乙醇=7:3)與I-DOPA的混合物中12小時。然后可將DOPA涂覆面浸入具有不同濃度(1、10和50g/L)的肝素溶液(pH 7.4)中24小時。然后AlexaFluor568綴合的MK2i(在100μL PBS中10、100或1000μM)可與肝素涂覆支架樣品一起在37℃溫育2小時。然后,在每個時間點(0.25、0.5、1、2、4、8、12和24小時,然后每天并持續28天)加入新鮮PBS,以模仿體內“無限沉降”狀態,如我們先前所示。收集的上清液可在讀板器上讀取(激發/發射578/603nm),并與未負載SMP/肝素和僅藥物-AlexaFluor568的對照進行比較,以得出標準曲線。

在此范圍內的MK2i劑量應該允許在28天內50μg/天的MK2i釋放以達到100μM/天,其為用于防止體積上等同于典型肘前靜脈(直徑為3mm,厚度為230微米)的靜脈移植物內膜增生的有效劑量。盡管靜脈壁增厚持續超過12周進入動脈暴露,MK2i的2-4周持續釋放曲線可能是理想的,因為大部分VSMC增殖和遷移發生在該窗口內,并且MK2i通過其抗增殖效力抑制VSMC作用。

如預期的那樣(圖21b),最完整的儲庫層(具有最小網眼尺寸的最高交聯)產生最持續的釋放,而最不完整的支架(最大的網眼尺寸)呈現出最突發的釋放。該數據表明,當新生內膜形成由于VSMC增殖和遷移而加速最快時,可以改變儲庫層的完整性以實現在關鍵的2-4周時間段內的持續釋放曲線。然而,因為預期到所用儲庫材料(明膠凝膠)的體內加速降解,所以可使用陰離子肝素涂層來代替陽離子MK2i。

不受理論或機制的束縛,毛細血管形成是因為分布在整個聚合物-動脈界面的C16和Ac-SDKP肽的促血管生成、抗炎活性,從而提供了血液經由沿血液停止方向生成的壓力梯度而被轉移到聚合物結構體并返回至天然動脈的方式。因此,經由毛細管連接與天然血管系統聯接的管狀結構體可以為閉塞動脈提供額外的導管,并且可以消除在動脈旁路移植術過程中進行動脈橫切的需要。

應該理解,在不脫離本文公開的主題的范圍的情況下,可以改變本公開的主題的各種細節。此外,本文提供的描述僅用于說明目的,而并非用于限制的目的。

盡管本文使用的術語被認為是本領域普通技術人員很好理解的,但是提供本文所述的定義以便于解釋本公開的主題。

除非另外定義,否則本文使用的所有技術和科學術語具有與本公開的主題所屬領域的普通技術人員通常理解的相同的含義。盡管在本公開的主題的實踐或試驗中可以使用與本文所述的那些相似或等同的任何方法、裝置和材料,但是現在描述了代表性的方法、裝置和材料。

術語“包含”、“包括”和“具有”旨在是包含性的,并意味著可能存在所列舉要素之外的其它額外要素。

根據長期以來的專利法公約,在本申請中使用的英文術語“a”、“an”和“the”是指“一或多”。因此,例如,對“聚合物”的提及包括多種此類聚合物,以此類推。

除非另外指明,否則說明書和權利要求書中使用的表示成分的量、性質(例如反應條件)等的所有數字應理解為在所有情況下均被術語“約”修飾。因此,除非有相反指示,否則本說明書和權利要求書中提出的數值參數是近似值,其可以根據本公開的主題試圖獲得的期望性質而變化。

如本文所用,在涉及質量、重量、時間、體積、濃度或百分比的數值或量時術語“約”是指在一些實施方案中涵蓋±50%的變化、在一些實施方案中涵蓋±40%的變化、在一些實施方案中涵蓋±30%的變化、在一些實施方案中涵蓋±20%的變化、在一些實施方案中涵蓋±10%的變化、在一些實施方案中涵蓋±5%的變化、在一些實施方案中涵蓋±1%的變化、在一些實施方案中涵蓋±0.5%的變化以及在一些實施方案中涵蓋±0.1%的變化,因為這些變化適合于執行所公開的方法。

如本文所用,范圍可以表示成由“約”一個特定值和/或到“約”另一個特定值。還應該理解的是,本文公開了許多數值,并且除了值本身之外,每個值也在本文中被公開為“約”特定值。例如,如果公開了值“10”,那么“約10”也被公開。還應該理解的是,兩個特定單元之間的每個單元也被公開。例如,如果公開了10和15,則還公開了11、12、13和14。

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