胶原构建物及用于产生所述胶原构建物的方法与流程

本发明涉及胶原构建物及用于产生所述胶原构建物的方法。

更具体地，本发明涉及呈线或绳形式的胶原构建物，其用于替代已经断裂的肌腱和韧带，诸如前十字韧带(acl)。

背景技术：

韧带为特殊的结缔软组织，其连接不同的器官或组织且使骨和骨接附。在后者情况下，韧带由于足够柔韧以使骨自然运动而为关节提供稳定性，但同时是强壮且不能延伸的以防止对所施加的力产生抵抗。肌腱连接肌肉与骨并能够承受张力。此外，肌腱被动调节运动过程中的力，这提供额外的稳定性而无需主动工作。它们的弹性使肌腱能够高效储存并回收能量。在肌腱和韧带中，胶原纤维束嵌入由蛋白聚糖组分构成的连接矩阵。这些胶原纤维束提供承载元件。在肌腱中，胶原纤维以几乎平行的形式排列，由此使它们能够承受单向高载量。在韧带中，胶原纤维以较不平行的形式排列，由此使它们能够承受一个方向上的主要张力及其它方向上的较小张力。

每年数十万人发生韧带扭伤、撕裂或断裂，特别是在膝盖、肩膀及踝中，或遭受上肢和下肢肌腱损伤，特别是在肩膀、膝盖、足和踝中。经常受到这些类型的损伤的影响的一种韧带为膝盖的前十字韧带(acl)。acl用作前胫骨平移的主要稳定结构且用作膝盖外翻内翻角度的次要稳定结构且通常由于与运动损伤和交通事故相关的屈曲-旋转-外翻力而易发生断裂或撕裂。断裂或撕裂通常导致：严重的运动受限；疼痛和不适；及不能参与运动和锻炼。仅在美国每年就有超过200,000人发生acl撕裂或断裂，这导致用于acl再造手术和全面康复的开支为约30亿美元。通常已知的是，acl具有差的治愈能力。当acl遭受导致关节不稳定的严重撕裂或断裂时，需要全面的手术置换和再造。最常见的措施为通过将撕裂的韧带用患者自身的组织替换而对撕裂的acl进行再造(也称为自体移植)。用于替换韧带的其它选择包括来自另一个生命体的供体组织(也称为同种异体移植)及合成移植。

外科医生已经考虑了包含胶原纤维、生物可降解聚合物及其复合物的韧带构建物。当将其用于合成移植时，移植材料有时由线性排列的天然胶原纤维构成；然而，该排列通常使得对断裂或破裂的肌腱进行的修复变得困难。还取决于修复的性质，拉伸强度不是最佳的。因此，对于以下替代材料尤其是针对acl的以下替代材料存在持续需求，该替代材料同时具有适当的机械强度及适当的物理性质从而能够进行手术植入。

应当理解的是，如果在本申请中引用任何现有技术公开，则该引用不构成承认所述公开构成了在任何国家中本领域的一般公知常识的一部分。

技术实现要素：

根据一个方面，本申请提供了一种胶原构建物，其包含：

多个伸长的条带，每个条带具有长度；

每个条带包含多个胶原纤维，所述胶原纤维基本上沿相应条带的长度对齐；

其中所述条带聚集在一起以产生所述胶原构建物。

每个条带中至少一个胶原纤维可连续地沿其相应条带的整个长度延伸。

每个条带中至少50％或者至少80％的胶原纤维可连续地沿每个相应条带的整个长度延伸。

在一个实施方案中，每个条带可具有的厚度为50μm至400μm。在另一个实施方案中，每个条带可具有的厚度为100μm至200μm。

在一个实施方案中，每个条带可具有的宽度为50μm至5mm。在另一个实施方案中，每个条带所具有的宽度为1mm至3mm。

多个所述条带可交织、编辫、编织或交结在一起以形成一个或多个胶原绳。

多个所述胶原绳可交织、编辫、编织或交结在一起以形成一个或多个胶原缆。

所述胶原构建物可具有的长度为0.5cm至50cm。在一个实施方案中，所述胶原构建物可具有的长度为2cm至20cm。

所述胶原构建物可具有的横截面积为0.002mm²至18mm²。在一个实施方案中，所述胶原构建物可具有的横截面积为0.6mm²至2mm²。

所述胶原构建物能够经受650n的拉伸负荷而不会断开或遭受任何永久的变形或损害。

所述胶原构建物可包括肌腱或韧带假体。在一个实施方案中，所述假体可为前十字韧带假体。

根据另一个方面，本申请提供了用于产生胶原构建物的方法，其包括以下步骤：

a)形成包含多个胶原纤维的胶原膜，其中大部分所述纤维基本上在共同方向上彼此平行对齐；

b)将所述膜沿与所述共同方向基本上平行地取向的分割线分割，由此将伸长的条带由所述膜分离；和

c)将所述伸长的条带聚集在一起以形成所述胶原构建物。

所述方法可包括以下步骤：将所述膜用丙酮处理且随后干燥所述膜，由此将所述胶原纤维以其对齐的取向固定。

所述方法可包括以如下方式分割所述膜：使得每个条带具有足以使得至少一个所述胶原纤维连续地沿其相应条带的整个长度延伸的宽度。

聚集所述条带的步骤可包括使多个所述胶原条带交织、编辫、编织、交结或缠绕在一起以产生胶原绳。

所述方法可包括聚集足够的条带以使得所述胶原绳所具有的横截面积为0.002mm²至18mm²。

所述方法可包括将足够的条带聚集在一起以产生具有足够尺寸的胶原绳以用作前十字韧带假体。

本发明扩展至提供用于前十字韧带替代的医学试剂盒，其包含本申请所述的胶原构建物，其封装于无菌包装中。

本发明进一步扩展至本申请所述的胶原构建物及由本申请所述的方法产生的胶原构建物，其用于替代肌腱或韧带，诸如前十字韧带。

根据另一个方面，本申请提供了修复前十字韧带部分或完全撕裂的方法，其包括：

提供本申请所述的胶原构建物；

植入所述胶原构建物以增强、修复或替代所述前十字韧带；和

原位固定所述胶原构建物。

本发明的其他实施方案涉及呈绳形式的可植入的胶原构建物，其提供了针对已经断裂的韧带或肌腱诸如前十字韧带(acl)的新的且可选的替代。

在一些实施方案中，所述可植入的胶原构建物由多个交织和/或编织在一起的胶原纤维构建，由此其能够经受650n的最大拉伸负荷而不会断开或遭受任何永久的变形或损害。在一个实施方案中，所述胶原构建物所具有的直径为≤10mm且横截面积为约75-80mm²。

本发明的其他特征、优势和详细内容将由本领域技术人员在阅读以下附图及对实施方案的详细描述后所认识到，所述描述仅示例说明本发明。

附图说明

本发明现将通过举例的方式参照附图进行描述，其中：

图1显示了被排列以待分割为伸长的条带的胶原支架；

图2显示了图1的胶原支架的放大倍数为×100的扫描电子显微术(sem)图像；且

图3显示了以由图1的胶原支架分割的伸长的条带制成的呈胶原绳形式的胶原构建物。

具体实施方式

本发明现如下参照显示了本发明实施方案的附图进行更全面的描述。然而，本发明可按许多不同的形式来实施且不应理解为限于本申请所阐述的实施方案；相反地，提供这些实施方案以使得本发明变得全面和完整且将使得本领域技术人员能够完全认识到本发明的范围。

同样的数字在通篇指代同样的要素。在附图中，某些线、层、组分、要素或特征的厚度可为了清晰而被夸大。折线示例说明任选的特征或操作，除非另作说明。

本申请使用的术语学仅用于描述具体实施方案的目的而不意在限制本申请。本申请使用的单数形式“一个”、“一种”和“所述”意在同时包括复数形式，除非上下文另有明确说明。还将理解的是，本说明书使用的术语“包含”和/或“包括”是指存在所描述的特征、整数、步骤、操作、要素和/或组分，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、要素、组分和/或其组合。

本申请使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目中的任何一个和各种组合。本申请使用的短语例如“在x和y之间”及“在约x和y之间”应当被解释为包括x和y。本申请使用的短语例如“在约x和y之间”是指“在约x和约y之间”。本申请使用的短语例如“约x至y”是指“约x至约y”。

除非另有定义，本申请使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本申请所属领域的技术人员所通常理解相同的含义。还将理解的是，术语例如常用字典所定义的那些术语应当被解释为具有与其在本说明书和相关领域中的含义一致的含义且不应当以理想化或过于形式的方式被解释，除非本申请明确如此定义。出于简要和/或清楚的目的而可能没有对众所周知的功能或构造进行详细描述。

应当理解的是，当提及一个要素在另一个要素“上”、与另一个要素“附接”、与另一个要素“连接”、与另一个要素“偶联”、与另一个要素“接触”等时，其可直接在另一个要素上、直接与另一个要素附接、直接与另一个要素连接、直接与另一个要素偶联或直接与另一个要素接触或也可存在插入要素。相反地，当提及一个要素例如“直接”在另一个要素“上”、“直接”与另一个要素“附接”、“直接”与另一个要素“连接”、“直接”与另一个要素“偶联”或与另一个要素“直接接触”时，不存在插入要素。本领域技术人员还将认识到的是，对与另一个特征“相邻”排列的结构或特征的提及可具有与所述相邻特征重叠或位于所述相邻特征下的部分。

应当理解的是，尽管术语“第一”、“第二”等可在本申请中用于描述各个要素、组分、区域、层和/或片段，但是这些要素、组分、区域、层和/或片段不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于将一个要素、组分、区域、层或片段与另一个区域、层或片段进行区分。因此，如下讨论的第一要素、组分、区域、层或片段也可被称为第二要素、组分、区域、层或片段而不偏离本发明的教导。操作(或步骤)的顺序不限于权利要求书或附图所呈现的顺序，除非另作特别说明。

术语“植入物”、“假体”和“构建物”在本申请中互换使用以指代呈胶原绳或线形式的可植入的胶原构建物，其被构造为替代哺乳动物受试者(兽用或医用(人类))的(至少部分的)天然肌腱或天然韧带。所述韧带可为前十字韧带。术语“可植入的”是指胶原构建物可插入、嵌入、植入或以其他方式长期地附接于患者或置于患者上或置于患者中。

本申请使用的术语“胶原构建物”是指包含胶原的材料。所述胶原构建物可为供使用的完成的或最终形式或为未完成的或完成前形式。所述胶原构建物可包含天然胶原、天然胶原组织、合成胶原和/或其任何组合。本申请使用的术语“合成胶原”是指已经形成的且由其天然存在的状态在化学和/或物理上改变为伸长的纤维或胶原纤维束的胶原材料。在一个实施方案中，所述胶原材料可由根据在wo2013/185173中所述的方法产生的胶原膜获得。在其他实施方案中，所述胶原可为非变性的胶原，诸如来自肌腱或皮肤的完整或片段化的天然胶原纤维。

示例性胶原构建物包括但不限于胶原纤维和胶原纤维束，其被排列为绳、交结的绳、条带、交织物、辫状物、编织物、线缆、韧带或肌腱假体等。所述胶原纤维或纤维束可旋转、交结、编织、编辫或交织，从而定义相应旋转、交结、编织、编辫或交织的胶原构建物。

胶原纤维由三个多肽链组成，其相互缠绕以形成向右旋转的三链螺旋。每个胶原多肽链被称为α链且富含甘氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸。存在众多不同的α链且这些α链的不同组合相应于不同类型的胶原。在一些实施方案中，本发明的胶原膜包含i型胶原。i型胶原由两个α1链和一个α2链构成。

在一些实施方案中，由分离自来源的致密结缔组织提供所述胶原纤维或束。本申请使用的术语“致密结缔组织”是指存在于所有哺乳动物的肌腱、韧带和真皮中的主要包含i型胶原纤维或束的基质。致密结缔组织不同于“疏松结缔组织”。疏松结缔组织的特征在于松散排列的纤维和大量的细胞且例如存在于覆盖身体表面和衬托内脏器官的上皮下。

在一些实施方案中，本发明提供了包含大于80％的i型胶原的胶原膜。在其他实施方案中，所述胶原膜包含至少85％的i型胶原。在其他实施方案中，所述胶原膜包含大于90％的i型胶原。

胶原“微纤丝”、“纤丝”、“纤维”和“天然纤维”是指存在于韧带中的天然存在的结构。微纤丝的直径为约3.5至50nm。纤丝的直径为约50nm至50μm。天然纤维的直径为高于50μm。在一些实施方案中，所述纤维和/或胶原构建物可含有细胞、工程化细胞、干细胞等及以上的组合。

术语“缝线”是指柔性的伸长的材料，其用于附接所述胶原构建物于靶标解剖结构，从而有助于保持所述胶原构建物在身体的位置上。缝线可为可吸收的或不可吸收的、合成的或天然的。缝线可被构造为保持植入物在位置上达至少初始植入后阶段即至少约1周，但可持久地位于身体内或如上所述可随时间推移基本上被吸收。缝线可为单丝或多丝(交织的)缝合线、丝棉、肠线或金属线或其组合，其可用于保持植入物的一部分顶靠或附接于靶标结构，通常为骨和/或组织。缝线可包含可吸收的或不可吸收的生物相容性材料。缝线材料的实例包括弹性材料，诸如聚合物、共聚物和/或其衍生物包括vicryl^tm及其他材料包括nitinol及它们的组合。缝线可用于与缝线锚定物(骨或组织锚定物)一起使用。

术语“柔性的”是指所涉及的元件可为屈曲的或弯曲的。

术语“交织”和“编织”及其衍生术语是指以任何方式使多个(通常为三个或更多个)纤维或纤维束交织和/或(相互)编织、交错和/或连锁在一起，包括手动或自动编织、交织、针织和/或打结及这些或其他连锁或交错构造方式的组合。

图1显示了包含胶原膜12的胶原支架10。膜12为基本上平的网或片的形式，由其可重复分割各个伸长的条带14，直到整个膜12都被分割为这样的条带14或直到获得充足的条带14。所述分割通常使用激光分割机完成，但也可使用常规的机械分割机或剪刀来完成。

尽管以平面图观察时膜12显示为长方形，但是应当认识到的是，膜12可按任何其他几何形状提供，例如圆形、椭圆形或梯形。膜12的具体形状可取决于获得膜12的来源。本申请使用的术语“来源”是指任何哺乳动物中含有致密结缔组织的任何胶原组织。在一些实施方案中，含有致密结缔组织的组织为肌腱。肌腱为哺乳动物中连接肌肉与骨的组织。在一些实施方案中，含有胶原的组织可由任何哺乳动物分离，包括但不限于羊、牛、猪或人。在其他实施方案中，含有胶原的组织由人分离。

在示例性实施方案中，膜12根据如在wo2013/185173中所述的方法产生。

膜12包含含有由猪内部器官衬里获得的组织片段的胶原，其经处理以由所述片段除去所有非胶原性组织。在初始处理中，所有脂肪组织在物理上由组织片段移除，然后对组织片段进行化学处理以使非胶原蛋白变性。随后将组织片段离心并洗涤以由组织片段除去残留溶液和核酸。将组织片段在框上伸展以降低其横截面厚度以得到具有所需厚度的膜12。取决于胶原构建物的预期用途，例如待由膜12形成的胶原构建物的所需直径，选择膜12的厚度，由此可用于替代已经断裂的前十字韧带(acl)。在一个实施方案中，膜12所具有的厚度为50μm至400μm。在另一个实施方案中，膜12所具有的厚度为100μm至200μm。在另一个实施方案中，膜12所具有的厚度为约100μm。

膜12可用丙酮处理并空气干燥同时仍然在框上伸展以使得其中的胶原纤维和纤维束固定于它们的天然排列位置。然而，应当认识到的是，用于将胶原纤维固定于它们的天然排列位置的其他方法也是可能的，诸如用碱-酸处理膜12。然后可将膜12压制和/或滚压以在膜12的对面上产生平滑的表面。

图2显示了膜12的扫描电子显微术(sem)图像(×100)。观察到膜12包含众多纤维16，大部分所述纤维基本上在共同方向上彼此对齐。许多纤维16可基本上彼此平行。观察到纤维16的对齐使膜12具有清晰的微观纹理，其与在纸张中所发现的相似。纤维16可分支为较小的纤维或纤丝，其可彼此重新组合或与其他纤维16重新组合。因此，纤维16在膜12中形成互连的网。众多微纤丝和/或纤丝20由纤维16横向伸出，这有助于使膜12的网互连。

当由膜12分割条带14时，对膜12进行分割所沿的分割线18的方向或取向与微观纹理对齐，即与纤维16伸长的方向对齐。分割线18通过虚线呈现在图2中。尽管分割线18在图2中显示为彼此相对接近地定位且间隔仅为约250μm，但是应当认识到的是，相邻的分割线18可按不同程度间隔开来以产生具有所需宽度的条带14。在一个实施方案中，条带14所具有的宽度为50μm至5mm。在另一个实施方案中，条带14所具有的宽度为1mm至3mm。在另一个实施方案中，条带14所具有的宽度为约2mm。每个条带14以该方式将包含至少一些沿条带14的全部长度连续伸展的纤维16。在一些实施方案中，对条带14的宽度进行选择及对分割线18的对齐进行选择以使得条带14中至少50％的纤维16将沿条带14的全部长度连续伸展。在另一个实施方案中，条带14中至少80％的纤维16将沿其全部长度连续伸展。在另一个实施方案中，条带14中至少90％的纤维16将沿其全部长度连续伸展。

应当认识到的是，在一些实施方案中，可对条带14进行分割以包含单个纤维16。

然后将一个或多个条带14以形成胶原构建物的方式聚集。在所述聚集前，条带14可任选沿其长度即与对齐的纤维16平行的方向滚压以形成圆柱或管状形状。可选择地，条带14可交结或旋转以形成伸长的线。在图3所示的一个实施方案中，条带14交织在一起以形成呈胶原绳22形式的胶原构建物。交织物可为相对紧密的交织物以形成具有相对刚性圆柱状结构的胶原绳22。可选择地，交织物可为相对松散的交织物，其具有较小的结构刚性且由此提供较大的柔性。对紧密交织物或松散交织物的选择将取决于在需要替代肌腱或韧带的患者身体中的靶标定位及需要展现的所需机械性质。在一些实施方案中，松散交织物或编辫结构是优选的，这是因为其降低了条带14中的以下剪切力，所述剪切力通过在屈曲或拉紧胶原绳22的过程中邻接来自相邻条带14的压力而产生。

在一些实施方案中，胶原绳22可包含三个或更多个交织在一起的条带14。在其他实施方案中，胶原绳22可包含三个或更多个编辫在一起的条带14。如果需要使所得的胶原构建物比胶原绳22厚，则多个胶原绳22可交织或编辫在一起以形成胶原缆。

在一些实施方案中，胶原绳22所具有的长度为0.5-50cm，通常为约1-25cm且在一些实施方案中为约2-20cm。在一些实施方案中，胶原绳22可具有的横截面积为约0.002-6mm²，通常为约0.6-2mm²。在一些实施方案中，胶原缆可具有的横截面积为约1-18mm²。在一个实施方案中，胶原构建物所具有的直径为≤10mm且横截面积为约75-80mm²。在一些实施方案中，胶原绳22或胶原缆能够经受650n的最大拉伸负荷而不会断开或遭受任何永久的变形或损害。本申请使用的术语“最大拉伸负荷”是指胶原绳可承受的最大拉伸负荷。其在负荷对伸展曲线上通过所述曲线上的峰负荷来呈现。

胶原绳22可任选包括例如用凝胶或其他材料包覆、浸渍和/或混合。可安排包覆以促进成纤维细胞和/或包含一种或多种抗炎剂、抗生素或其他治疗剂。

胶原绳22为生物相容的且可随时间推移被吸收、再吸收和/或生物降解。

胶原绳22可被构造为具有与天然肌腱或韧带诸如天然前十字韧带(acl)相比类似的或较大的拉伸强度、刚度和动态柔性。本发明的实施方案特别适于增强、修复或替代可能已经断裂的肌腱和韧带，特别是acl。在此类情况下，胶原绳22经构造、调整尺寸和定型以限制acl。任选地，可使用缝线、缝线锚定物、骨锚定物、骨通道等中的一种或多种将胶原绳22植入患者。通常，胶原绳22将在修复部位植入且通过本领域技术人员已知的任何常规手段例如缝合、缝线锚定物、骨固定装置及骨或生物可降解的聚合物螺钉固定在位置上。

胶原绳22可在用于acl替代的医学试剂盒中提供。医学试剂盒包含如上所述的可植入的胶原构建物及其中密封地封装所述胶原构建物的无菌包装。

前述内容示例说明本发明且不应理解为对其进行限制。尽管已经描述了本发明的一些示例性实施方案，但是本领域技术人员应当容易地认识到在示例性实施方案中进行许多修改是可能的，而这不偏离本发明的新的教导和优点。因此，所有所述修改均意在包括如在权利要求书中限定的本发明的范围内。本发明通过随附的权利要求书限定，其中包括权利要求书的等价形式。

在随附的权利要求书及先前对本发明的描述中，除了由于表达语言或必要的含义而在上下文中另作说明外，词语“包含”以包容性含义使用即具体说明在本发明的各个实施方案中存在所述特征但不排除存在或添加其他特征。