用于組織處理以及由其制備細(xì)胞懸液的系統(tǒng)和方法
【專利說明】用于組織處理w及由其制備細(xì)胞懸液的系統(tǒng)和方法
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求于2013年3月14日提交的美國臨時申請?zhí)?1/783, 422和于2013年 4月13日提交的澳大利亞申請?zhí)?013205148的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)，所述申請的全部內(nèi)容W引用 的方式特此并入。 發(fā)明領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明設(shè)及一種至少部分自動化設(shè)備，W及其用于制備細(xì)胞懸液，具體地為包含 適用于組織再生的活上皮細(xì)胞的懸液的用途。
[0004] 背景
[0005] 人的組織再生是極其有限的，并且構(gòu)成了對受損器官功能修復(fù)的主要挑戰(zhàn)。創(chuàng)傷 治療是需要組織再生的典型領(lǐng)域。哺乳動物組織的創(chuàng)傷（撕裂或開口）可導(dǎo)致組織破壞和 創(chuàng)傷面處微血管系統(tǒng)的凝固。所述組織的修復(fù)代表對損傷的有序、受控的細(xì)胞應(yīng)答。所有 軟組織創(chuàng)傷，不論大小，均W類似方式愈合。組織的生長和修復(fù)機(jī)制為生物學(xué)系統(tǒng)，其中細(xì) 胞增殖和血管生成在氧梯度的存在下發(fā)生。在組織修復(fù)期間發(fā)生的連續(xù)的形態(tài)和結(jié)構(gòu)改變 已經(jīng)很詳細(xì)地表征，并且在一些情況下經(jīng)過量化。參見化nt,T.K.等人，"Coagulationand macrophagestimulationofangiogenesisandwoundhealing"，Thesurgicalwound， 第 1-18 頁，F(xiàn).Dineen&G.Hil化ick-Smith編（Xea&Febiger，Philadelphia: 1981)。
[0006] 各種器官如皮膚或屯、臟中的組織再生依賴于結(jié)締組織恢復(fù)血液供應(yīng)并且使得殘 余的器官特異性細(xì)胞如角化細(xì)胞或肌肉細(xì)胞能夠重建器官完整性。因此，間充質(zhì)細(xì)胞（例 如，成纖維細(xì)胞，或另外，血管系統(tǒng)的內(nèi)皮細(xì)胞）的相關(guān)功能是分泌增強(qiáng)愈合過程的因子， 例如，促進(jìn)新血管形成（血管生成）的因子或通過增殖和遷移角化細(xì)胞來促進(jìn)上皮再形成 的因子。
[0007] 創(chuàng)傷的細(xì)胞形態(tài)由=個不同區(qū)組成。中屯、無血管創(chuàng)傷空間是缺氧的、酸中毒且高 壓的，并且具有高乳酸鹽水平。鄰近創(chuàng)傷空間（woundspate)的是局部缺血的梯度區(qū)，其由 正在分裂的成纖維細(xì)胞構(gòu)成。前導(dǎo)區(qū)后面是通過成熟成纖維細(xì)胞和眾多新形成的毛細(xì)血 管（即新血管形成）表征的活性膠原合成的區(qū)域。雖然新血管生長（血管生成）對創(chuàng)傷組 織的愈合是必要的，但是血管生成劑通常不能滿足對提供組織修復(fù)的額外生物合成效果的 期待已久的需求。除了急性創(chuàng)傷（例如，由外傷引起的灼傷或撕裂）之外，人工形成的創(chuàng) 傷（例如，在移植體供區(qū)（donorsite)、美容適應(yīng)癥、整形手術(shù)或表皮治療中）、慢性創(chuàng)傷 (例如，靜脈或糖尿病性潰瘍）W及其他適應(yīng)癥如瘤痕重塑、無毛皮膚缺損損傷、色素沉著 問題、白齋風(fēng)、白斑病W及美容再生手術(shù)也需要快速且有效的治療。盡管需要更快速的創(chuàng)傷 愈合（例如，嚴(yán)重?zé)齻?、手術(shù)切口、撕裂W及其他外傷），但是迄今為止，在使用藥理學(xué)試劑 加速創(chuàng)傷愈合方面僅取得有限的成功。
[0008] 常規(guī)創(chuàng)傷治療的主要目標(biāo)是實現(xiàn)創(chuàng)傷閉合。開放性皮膚創(chuàng)傷代表一種主要的創(chuàng)傷 類別。運(yùn)種類別包括急性手術(shù)和外傷，例如慢性潰瘍、燒傷，W及慢性創(chuàng)傷如神經(jīng)病性潰瘍、 壓瘡、動脈和靜脈（郁積）或混合動靜脈潰瘍，W及糖尿病性潰瘍。開放性皮膚創(chuàng)傷通常通 過包括六個主要組成部分的過程愈合：i)炎癥、ii)成纖維細(xì)胞增殖、iii)血管增殖、iv)結(jié) 締組織合成、V)上皮形成，W及Vi)創(chuàng)傷收縮。當(dāng)運(yùn)些組成部分，不管個別地還是作為整體， 不正確地起作用時，創(chuàng)傷愈合不良。眾多因素可能影響創(chuàng)傷愈合，包括營養(yǎng)不良、感染、藥理 學(xué)試劑（例如，細(xì)胞毒性藥物和皮質(zhì)類固醇）、糖尿病和年齡大。參見化rrentSurgical 0王日即〇313&化6日1：1116]11:(胖日7;4口口161:〇]1化日]1邑6)中的化]11:等人，第86-98頁（1988)。
[0009] 不易愈合的皮膚創(chuàng)傷可引起受試者相當(dāng)大的身體、情感和社交痛苦W及高昂的財 務(wù)費(fèi)用。參見，例如，Richey等人，AnnalsofPlasticSurgeiy23似：159-65(1989)。事實 上，不能恰當(dāng)愈合的創(chuàng)傷最終可能需要積極的外科手術(shù)治療，如自體皮膚移植（其中移植 皮膚片）或培養(yǎng)真皮移植。例如，培養(yǎng)上皮自體移植（CEA)手術(shù)從患者獲取皮膚細(xì)胞，W在 實驗室中使新的皮膚細(xì)胞生長成片。使用新片作為移植物。然而，運(yùn)些移植物的獲取速率不 盡如人意。參見，例如Sood等人，JournalofBurnCareResearch31(4) :559-68(2010)。 較新的移植手術(shù)為了更多的支撐，將CEA與基質(zhì)結(jié)合起來。例如，目前可用作培養(yǎng)或工程化 真皮的是具有其中滲入成纖維細(xì)胞的不同基質(zhì)的產(chǎn)品，如TYansCyte租和Dermagraft瑕。 然而，運(yùn)些產(chǎn)品在較大創(chuàng)傷中不能有效地誘導(dǎo)上皮形成。滲入表皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞的培 養(yǎng)/工程化的皮膚可作為Apligraf遊(NOVARTIS化arma)和VivoDerm? 度ristol-Myers Squibb)獲得。然而，在培養(yǎng)的表皮層與真皮層之間的親和力，W及在臨床效果獲得不足方 面仍存在問題。
[0010] 存在對于改善的創(chuàng)傷愈合，并且更廣泛地，組織再生技術(shù)的需要。本發(fā)明提供一種 適用于施用在各種受區(qū)上的自體細(xì)胞懸液，其可在不考慮創(chuàng)傷的類型或組織，或患者群體 的性質(zhì)的情況下使用。還提供了用于制備所述懸液的自動化設(shè)備及其使用。
[0011] 發(fā)明概述
[0012] 在一個方面，提供了一種用于細(xì)胞收獲和移植的自動化系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括：
[0013] 用于處理組織的一次性厘子，其包括組織處理室、位于其中的破碎器W及通過破 碎器與組織處理室分開的細(xì)胞收集室，其中在將組織處理室中的組織機(jī)械和/或化學(xué)地解 離并且使解離組織通過破碎器之后，將細(xì)胞懸液收集在細(xì)胞收集室中；
[0014] 任選地，一次性施用裝置，其直接或間接地與細(xì)胞收集室可移除地流體連通并且 能夠從其中接收細(xì)胞懸液；W及
[0015] 用于容納厘子和施用裝置并且用于提供動力W向組織供應(yīng)機(jī)械力和/或化學(xué)試 劑的可重復(fù)使用的控制臺，控制臺包括致動機(jī)構(gòu)，其用于致動破碎構(gòu)件，W便在放置于組織 處理室中的組織上施加機(jī)械力，從而將組織機(jī)械解離。
[0016] 在一些實施方案中，厘子在使用前被密封在無菌包裝中。破碎器可為網(wǎng)格、篩、格 柵、葉片、或其任何組合。在一些設(shè)計中，厘子還包括可移除地放置在或較接到組織處理室 上用于接合致動機(jī)構(gòu)的蓋子，其中蓋子具有用于密封組織處理室的密封件。例如，密封件在 面向組織處理室的第一側(cè)上可具有工作表面，其中當(dāng)破碎構(gòu)件被致動并且放置在密封件的 面向破碎構(gòu)件的第二側(cè)上時，工作表面與放置在組織處理室中的組織接觸。厘子還可包括 鎖定機(jī)構(gòu)，其用于在蓋子一放置在組織處理室上即固定所述蓋子，W使當(dāng)系統(tǒng)在使用中時， 蓋子保持被放置。
[0017] 在各種實施方案中，厘子還包括用于提供酶溶液的第一封包和用于提供緩沖溶液 的第二封包，運(yùn)兩個封包均與組織處理室流體連通，其中酶溶液破壞組織中的胞外基質(zhì)，從 而將組織化學(xué)解離，并且其中緩沖溶液洗涂解離組織并且將細(xì)胞懸浮在細(xì)胞懸液中。例如， 第一封包可具有通過可破裂密封件分開的第一容器和第二容器，第一容器含有無菌水，并 且第二容器含有凍干酶粉，其中當(dāng)密封件破裂時，凍干酶粉遇到無菌水并且溶解于其中。所 述第一容器或第二容器可為囊袋、小瓶或注射器。為了將試劑遞送至組織，控制臺還可包括 用于分別驅(qū)動酶溶液和緩沖溶液離開第一封包和第二封包，進(jìn)入組織處理室的第一施壓機(jī) 構(gòu)和第二施壓機(jī)構(gòu)。在一些實施方案中，第一封包還收集使用后的廢棄酶溶液，并且第二封 包還收集使用后的廢棄緩沖溶液。所有廢料也可收集在一個封包中。第一封包可與第一累 流體連通，W用于累送酶溶液和廢棄酶溶液。第二封包也可與第二累流體連通，W用于累送 緩沖溶液和廢棄緩沖溶液。在一些實施方案中，厘子還包括累，其用于從細(xì)胞收集室中抽取 細(xì)胞懸液，并且隨后在填充后，將細(xì)胞懸液累送到施用裝置中，第=累與細(xì)胞收集室和施用 裝置流體連通。第一累、第二累和第=累中的兩個或所有可W是同一個累。第一累、第二累 或第=累可為蠕動累、注射累、或其他類型的累，并且可為一次性的或可重新使用的。在一 些實施方案中，厘子還包括用于收集廢棄酶溶液的第一注射器和用于收集廢棄緩沖溶液的 第二注射器，運(yùn)兩個注射器均與細(xì)胞收集室流體連通。厘子還可包括第=注射器，其用于從 細(xì)胞收集室中抽取細(xì)胞懸液，并且隨后在填充后，將細(xì)胞懸液累送到施用裝置中，第=注射 器與細(xì)胞收集室和施用裝置流體連通。在某些實施方案中，厘子還包括用于酶溶液和緩沖 溶液的受控計量的流體檢測器。作為囊袋的替代，厘子可包括分別用于提供酶溶液、無菌水 和凍干酶粉的=個容器。
[0018] 在某些實施方案中，少量酶溶液可在解育期間累入和累出腔室（例如，W固定的 間隔或頻率），W幫助攬拌酶溶液并加快組織處理/破碎。
[0019] 在各種實施方案中，厘子還可包括至少一個用于提供外源試劑的供應(yīng)容器。供應(yīng) 容器可為用于提供緩沖溶液的同一個封包（例如，緩沖溶液可包括外源試劑，或者在從封 包中釋放緩沖溶液之后被外源試劑的溶液代替）。外源試劑可為例如，熱激蛋白或其片段、 透明質(zhì)酸、富含血小板的血漿、生長因子、脂肪干細(xì)胞、或前述的任何組合。
[0020] 在某些實施方案中，厘子還包括位于破碎器與細(xì)胞收集室之間、用于過濾經(jīng)過處 理的組織W移除大的聚集體的過濾器。過濾器可W可選地或另外地位于細(xì)胞收集室與施用 裝置之間，用于過濾細(xì)胞懸液W移除大的聚集體。
[0021] 在一些實施方案中，厘子還包括用于在流體移動期間平衡壓力的機(jī)構(gòu)，其可為抗 微生物過濾器或孔型彎曲通道。
[0022] 在希望或需要時，厘子的與生物材料接觸的一個或多個部件可移除地組裝在其 中，W使所述部件可從厘子中移除用于生物危害性處置，從而允許回收利用厘子的其余部 分。
[0023] 施用裝置可為系統(tǒng)的一部分或為獨(dú)立設(shè)備。在運(yùn)送至用于細(xì)胞移植的無菌場所之 前，施用裝置的外表面可密封在無菌包裝中。在一些實施方案中，施用裝置能夠?qū)⑵渲械募?xì) 胞懸液分配、噴涂或滴落到受區(qū)（recipientsite)或支撐件上。施用裝置可為加壓或彈黃 加載的。施用裝置可具有用于細(xì)胞懸液的軸向施用的樞轉(zhuǎn)頭部。作為施用裝置的替代或除 其之外，系統(tǒng)可包括用于接收細(xì)胞懸液的支撐件或基底，其中支撐件在接收細(xì)胞懸液之后 用于移植或培養(yǎng)。支撐件可為基質(zhì)、支架、敷料、或其任何組合；支撐件可為固體、半固體、多 孔或片段化的。
[0024] 在各種實施方案中，破碎構(gòu)件可為控制臺的一部分（例如，連接至致動機(jī)構(gòu)），或 厘子的一部分（例如，位于組織處理室中且例如連接至蓋子）。破碎構(gòu)件可為研巧或研磨 機(jī)。在一些實施方案中，在使用研巧的情況中，研巧可上下循環(huán)和/或旋轉(zhuǎn)來促進(jìn)組織處 理。研巧還可具有一個或多個翅片。
[00巧]在一些實施方案中，控制臺還包括W下中的一個或多個：用于將厘子抽吸到控制 臺中和從控制臺中噴射出的機(jī)構(gòu)；防止厘子在處理期間移除的聯(lián)鎖裝置；用W控制處理時 間、所需懸液體積W及組織處理的啟動的操作員界面；顯示組織處理狀態(tài)的顯示板；W及 當(dāng)充滿時用于噴射施用裝置的噴射機(jī)構(gòu)。
[0026] 在各種實施方案中，系統(tǒng)可包括用于指導(dǎo)控制臺中的處理器或計算機(jī)忍片W控制 自動化過程的定制控制軟件。系統(tǒng)也可連接至用于收集和處理數(shù)據(jù)的外部計算機(jī)。
[0027] 除了控制臺之外，厘子還可具有用于提供能量（例如，熱量）的機(jī)構(gòu)，W便向組織 供應(yīng)機(jī)械力和/或化學(xué)試劑。
[0028] 在另一方面，用于細(xì)胞收獲和移植的系統(tǒng)可包括：
[0029] 用于處理組織的厘子，其包括組織處理室、位于其中的破碎器，W及通過破碎器與 組織處理室分開的細(xì)胞收集室，其中在將放置在組織處理室中的組織機(jī)械和/或化