用于医疗用途的动物组织的保存和储存

文档序号:157216 发布日期:2021-10-26 浏览:24次 >En<

阅读说明:本技术 用于医疗用途的动物组织的保存和储存 (Preservation and storage of animal tissue for medical use ) 是由 塔拉·施瓦山卡·库普姆巴提 于 2020-01-15 设计创作,主要内容包括:本发明提供了一种用于处理组织以形成干燥组织部分的方法,所述干燥组织部分易于再水合并且在植入人体之前不需要冲洗。所述方法包括预处理和固定步骤,所述预处理和固定步骤包括具有柔性主链和至少一个极性基团的渗透剂分子;所述步骤还包括阳离子和阴离子以增强渗透剂分子整合到组织部分结构分子中并与其键合,以提供在弯曲期间所述干燥组织部分的抗破裂性。(The present invention provides a method for treating tissue to form a dry tissue portion that is easily rehydrated and does not require rinsing prior to implantation in the human body. The method comprises a pre-treatment and immobilization step comprising penetrant molecules having a flexible backbone and at least one polar group; the steps further include cations and anions to enhance the integration and bonding of penetrant molecules into the tissue portion structural molecules to provide resistance to cracking of the dry tissue portion during bending.)

用于医疗用途的动物组织的保存和储存

日期:2020年1月15日

相关申请的交叉引用:

本专利申请参考并由此包含由Tara S.Kupumbati于2019年2月19日提交的编号为62/807,682且标题为“Animal Tissue Preservation for Medical Use”(用于医疗用途的动物组织保存)的临时专利申请中的所有信息。

背景技术

包括人类组织在内的从各种动物来源获取的组织已被用作多种医疗装置中的组织部分,以用于植入人体。此类组织部分可从心包组织、心脏瓣膜组织、血管组织或动物来源的其他组织获得。另选地,组织部分可以是由细胞在培养箱中生长而形成的工程化组织,并形成由结构分子组成的组织部分,这些结构分子包括胶原蛋白、弹性蛋白、脂质和在组织部分的分子基质中存在的其他分子。组织部分可用作例如心脏瓣膜小叶、血管移植物、组织补片,或用于在体内应用诸如组织部分之类的替代组织的其他应用。

通常,此类组织部分在戊二醛中交联,例如,以减少身体可能对该组织部分的免疫反应,免疫反应可能导致对组织部分的排斥以及组织部分在体内的潜在细胞和酶促降解。戊二醛交联后,通常将组织部分作为湿组织部分包装在含水防腐剂中。组织部分作为湿组织部分被运输到医院并等待植入患者体内。然后要求医师和手术室工作人员用盐水从湿组织部分中冲洗含水防腐剂溶液较长的时间,以确保在植入之前所有的防腐剂溶液已从组织部分上去除。

许多开发活动已被应用于组织部分的整体处理,以努力从交联的组织部分中去除水,使得组织部分可以作为干燥组织部分包装和运输,从而消除与从组织部分中冲洗防腐剂溶液相关联的损失时间。然后干燥组织部分可在手术室中由医师再水合并直接植入患者体内。由于使用目前的处理方法的干燥组织部分的易碎性质,此类干燥组织部分已遭受增加的破裂和组织破坏;另外,此类干燥组织部分在手术室中再水合也非常慢。需要一种用于组织部分的处理方法,其允许组织部分作为干燥组织部分包装和运输,保持其柔性以避免破裂,并允许医师容易地再水合组织部分以备直接植入,而不需要从组织部分中冲洗掉防腐剂溶液。

发明内容

本发明是一种用于处理组织部分的组织处理系统和方法,使得该组织部分可作为干燥组织部分包装和运输到医院,该干燥组织部分是柔性的并且不形成可弱化结构和导致组织部分破坏的破裂。处理方法包括三个步骤:预处理、固定和干燥。每个步骤都有助于形成柔性干燥组织部分。

组织部分可由异种或同种心包组织、心脏瓣膜组织、血管导管组织或取自活体动物的其他组织形成,包括猪组织、牛组织、马组织、人尸体组织或已用于植入体内的其他组织。而且,组织部分可以是由细胞在培养箱中生长的工程化组织,由此此类细胞产生胶原蛋白、弹性蛋白、脂质和在动物和人的组织中存在的其他分子。组织部分可用于形成例如用于心脏瓣膜的小叶、血管移植物、用于覆盖身体中的开口的补片,以及用于体内可能需要组织部分的其他目的。

本发明方法的预处理步骤包括形成预处理水溶液和使用预处理溶液作为组织部分的预处理步骤。预处理溶液由渗透剂和抗衡离子组成。抗衡离子可以是添加到预处理溶液中的阳离子或阴离子。渗透剂由具有柔性主链的分子组成,其中每个渗透剂分子具有至少一个连接到主链的极性基团或极性部分,这些极性基团或极性部分能够与正离子或负离子形成吸引力;极性部分可以是具有正电荷或负电荷的官能团或具有能够吸引正离子或负离子的偶极的分子。渗透剂包括分子,诸如甘油、聚乙二醇、脂肪酸、维生素、糖和其他类似结构的分子。向预处理溶液添加正电荷和负电荷两者的抗衡离子;此类抗衡离子包括钠离子(Na+)、钙离子(Ca++)、钾离子(K+)、铁离子(Fe+++)、亚铁离子(Fe++);氯离子(Cl-)、氢氧根离子(OH-)、硫酸根离子(SO4--)、磷酸根离子(PO4--)和人体中常见的其他离子。抗衡离子是阳离子和阴离子,其在水溶液中解离,并将其自身定位在胶原分子、脂质分子、弹性蛋白分子或组织部分中存在的其他分子上存在的极性基团或带电基团附近。抗衡离子通过在渗透剂的极性基团和结构分子上存在的带电或极性基团之间提供吸引力而有助于允许渗透剂渗透到组织部分的分子间空隙中,该结构分子包括组织部分的分子结构中存在的胶原、弹性蛋白和脂质分子。抗衡离子,诸如钠和氢氧化物,可有助于转化疏水性羧酸以反应并形成水溶性盐;然后该水溶性盐可渗透到组织部分的分子结构中,并可通过例如对胶原分子的极性基团的吸引力来保持。

预处理步骤通过将组织部分置于预处理溶液中开始,该预处理溶液允许柔性渗透剂整合到组织部分的分子结构中,并将渗透剂分子置于胶原分子和组织部分的其他结构分子附近,使得随后接触交联剂分子时将在这些分子之间产生化学键,包括共价键。由于与渗透剂分子缔合的柔性部分,渗透剂分子在各个相邻胶原分子之间的位置为组织部分的分子结构提供了增强的柔性。

本发明还包括固定溶液的形成和使用固定溶液作为固定步骤,以交联天然组织部分中初始存在的分子和已从预处理溶液和固定溶液扩散到组织部分的分子结构中的分子。固定溶液由交联剂、抗衡离子和渗透剂组成。交联剂可以是能够在组织部分内存在的分子与固定溶液中存在的分子之间反应并形成化学键的戊二醛、甲醛、其他醛、或各种醛与其他分子的组合。固定溶液中抗衡离子和渗透剂分子的存在允许交联剂分子更大程度地整合到组织部分的分子结构中,并防止已从预处理溶液整合到组织部分的分子结构中的抗衡离子和渗透剂分子扩散出组织部分。

抗衡离子可将非水性脂肪酸例如转化为水溶性盐,该水溶性盐可例如通过离子吸引力渗透到组织部分的分子结构中并与结构分子诸如胶原分子保持紧密接近,并通过交联剂与胶原分子交联。固定溶液中渗透剂分子的存在进一步增强了柔性渗透剂分子在组织部分内两个现有结构分子诸如胶原分子之间的位置处的保持。固定溶液中抗衡离子和渗透剂分子的存在防止已整合到组织部分的分子结构中的抗衡离子和渗透剂分子(来自预处理溶液)扩散出组织部分并向固定溶液扩散。

固定步骤如下进行:将组织部分从其在预处理溶液内的初始位置取出,并将其置于固定溶液中,以使组织部分的结构分子诸如胶原分子之间以及结构分子与渗透剂分子之间发生交联。在预处理步骤之后和固定步骤之前不冲洗组织部分,使得组织部分中存在的渗透剂分子和脂质分子被保持,并随后通过交联剂交联到组织部分的分子结构中。此外,在组织部分的分子结构中存在的脂质和弹性蛋白分子也彼此交联,与其他结构分子交联,以及与渗透剂分子交联。渗透剂分子的存在,其柔性主链整合在组织部分的相应或相邻结构分子诸如胶原分子之间并与之交联,导致结构分子之间的分子间距离从天然状态增加到在预处理或固定步骤期间存在的距离,并为组织部分提供改善的柔性和组织部分弯曲而不破裂的能力;在随后的处理步骤期间保持了这种柔性。

本发明还包括干燥溶液的形成和干燥溶液用于形成干燥组织部分的用途,该干燥组织部分可作为干燥组织部分储存和运输。干燥溶液由吸湿剂、抗衡离子和渗透剂组成。吸湿剂可以是异丙醇、乙醇、丙醇、丙酮、其他多元醇、或目前用于从溶液中吸收一种或多种水分子并可通过风干或冻干而去除的其他分子。渗透剂可包括聚乙二醇、甘油或具有柔性主链并含有至少一个极性基团的其他分子。如本说明书中先前所述的包括正离子和负离子的抗衡离子有助于允许吸湿剂整合到组织部分的分子结构中,并允许从组织部分中均匀地去除水。抗衡离子形成有助于增强吸湿剂以及渗透剂进入组织部分中存在的分子附近并使其稳定的吸引力。干燥溶液中抗衡离子和渗透剂分子的存在也确保了在预处理或固定步骤期间已渗透到组织部分中的抗衡离子和渗透剂分子不能从组织部分向干燥溶液扩散出。

为了开始干燥步骤,将组织部分从固定溶液中取出并置于本文所述的干燥溶液中。渗透剂分子通过交联剂分子键并通过由抗衡离子辅助的静电吸引力保持在组织部分的分子结构内的适当位置。由于干燥溶液中存在抗衡离子和渗透剂分子,在干燥步骤的这一部分期间,组织部分的各个分子之间的分子间距离被保持。

本发明的干燥步骤还包括从干燥溶液中取出组织部分并将其放置在平坦表面上,以允许风干或通过冻干而干燥,从而形成干燥组织部分。在干燥步骤的这一部分期间,渗透分子位于例如组织部分的相应相邻结构分子诸如胶原分子之间,例如彼此相邻定位。其他结构分子诸如脂质和弹性蛋白也通过交联剂并通过与抗衡离子形成的离子键与渗透剂分子键合。由于渗透剂分子的存在,在分子结构内彼此相邻定位的相应结构分子诸如胶原分子之间的分子间距离增加到比渗透剂分子和抗衡离子不存在时更大的分子间距离。所得到的干燥组织部分能够屈曲和弯曲,而不会形成可弱化组织部分并导致组织部分破坏的破裂。在干燥组织部分的分子结构内存在的抗衡离子和渗透剂分子的极性部分的存在与如果此类抗衡离子和渗透剂分子的极性基团不存在于分子结构内相比,增强了本发明的干燥组织部分在手术室中由医师更快速地再水合的能力。

附图说明

图1是示出预处理步骤、固定步骤和干燥步骤以及在每个步骤中使用的溶液中存在的分子和抗衡离子类型的工艺流程图。

图2是位于预处理溶液中的组织部分的视图和组织部分的分子结构的特写视图,其中预处理溶液的分子渗透到分子结构中。

图3是位于固定溶液内的组织部分的视图,并且示出了组织部分的分子结构的特写,其中渗透分子与组织结构的结构分子之间发生交联。

图4是置于干燥溶液内的组织部分的视图和示出了吸湿剂分子与干燥溶液的水分子的相互作用的组织部分的分子结构的特写视图。

图5是通过风干或冻干干燥去除大量水分子后的干燥组织部分的分子结构的特写图;分子结构显示渗透剂分子和抗衡离子保持在分子结构内。

具体实施方式

图1至图5示出了工艺流程图并描述了本发明处理组织部分的方法中的三个步骤。如图1所示的三个步骤包括在含有渗透剂、阳离子和阴离子(抗衡离子)的溶液中预处理(5);在含有渗透剂、固定剂、阳离子和阴离子的溶液中的固定(10);以及在含有吸湿剂、渗透剂、阳离子和阴离子的溶液中干燥(15),然后例如风干或通过冻干干燥。保持在具有与阳离子或阴离子相反电荷的分子的带电基团或极性基团(或极性部分)附近的阳离子或阴离子(即,带电基团或带电物质)被称为抗衡离子或正负离子。组织部分可从异种来源、同源来源或从工程化组织获得,该工程化组织由在培养箱中生长的细胞形成,以产生结构分子诸如胶原、弹性蛋白和脂质分子,类似于在身体组织中存在的那些。由本方法形成的组织部分可用于多种医学应用,包括用于心脏瓣膜的小叶、血管移植物、用于附着组织、防止流体泄漏的贴片以及其他应用。在本说明书中存在的描述中,将描述来自天然组织来源的扁平组织部分,然而,应当理解,相同的过程和方法可用于处理从其他来源获得的组织和可以是管状、具有3-D形状的其他形状的组织部分,或例如形成为用作医疗装置组件的单独部件的组织部分,诸如心脏瓣膜的心脏小叶。

预处理步骤(5)包括获取干净的新鲜天然组织并形成具有组织部分厚度(25)的组织部分(20),如图2所示。组织部分厚度(25)取决于几个因素,包括组织材料的来源和使用组织部分的应用。在预处理步骤(5)期间,将组织部分置于含有预处理溶液渗透剂(35)(即,预处理溶液(30)中存在的渗透剂分子)以及阳离子和阴离子的组合或预处理溶液抗衡离子(40)(即,添加并由此位于预处理溶液(30)中的抗衡离子)的预处理水溶液(30)中。预处理溶液渗透剂(35)可以是具有柔性主链(45)和至少一个沿链定位的极性基团或极性部分(50)的分子,该极性基团或极性部分能够与组织部分内的正离子或负离子或抗衡离子形成吸引力(55)或极性吸引(55)。极性部分(50)可以是沿渗透剂分子的主链定位的官能团,例如,其具有能够吸引正离子或负离子的偶极矩。例如,极性基团或极性部分(50)可通过形成被相反电荷的抗衡离子吸引的盐而形成离子力或吸引力(55)。预处理溶液渗透剂分子(35)可以是聚乙二醇、甘油、脂肪酸、维生素、糖、多糖、或具有柔性主链(45)和至少一个连接到主链的极性基团(50)的其他分子。阳离子和阴离子分别包括但不限于:钠离子(Na+)、钙离子(Ca++)、钾离子(K+)、铁离子(Fe+++)、亚铁离子(Fe++);氯离子(Cl-)、氢氧根离子(OH-)、硫酸根离子(SO4--)和磷酸根离子(PO4--)。

阴离子和阳离子有助于允许预处理溶液渗透剂分子(35)离开预处理溶液(30)并扩散或迁移到组织部分(20)的分子结构(60)中,如图2所示,并成为位于组织部分(20)的分子结构内的渗透剂分子(62)。已迁移到组织部分(20)的分子结构(60)中的抗衡离子(68)(即阴离子和阳离子)可形成非水溶性脂肪酸的羧基,例如形成可溶性盐,该可溶性盐可与从天然组织部分(20)的结构分子(65)的主链延伸的极性基团和带电基团形成离子键,该结构分子包括例如胶原分子或位于组织部分(20)的分子结构(60)中的其他结构分子(65)。预处理溶液抗衡离子(40)离开预处理溶液(30)并扩散或迁移到组织部分(20)的分子结构(60)中,以变成(由于它们的位置)组织部分(20)的抗衡离子(68)。抗衡离子(即阳离子和阴离子)既有助于增加渗透剂分子进入组织部分(20)的分子结构(60)的渗透,也有助于通过与抗衡离子(68)(阳离子或阴离子)的离子电荷相关联的吸引力(55)将分子结构(60)内的渗透剂分子(62)保持在分子结构(60)内,例如在组织部分(20)中存在的结构分子(65)诸如胶原分子相邻的位置。抗衡离子在渗透剂分子和结构分子之间提供增加的分子接触(72),使得组织部分随后暴露于交联剂将导致渗透剂分子和结构分子之间增加的交联。

预处理(5)(即预处理步骤(5))包括将组织部分(20)置于预处理溶液(30)中持续10小时(范围为5分钟至24小时),以允许渗透剂分子(62)渗透到组织部分(20)的分子结构(60)中。组织部分(20)具有初始组织部分厚度(25),该厚度取决于其作为心脏瓣膜小叶的应用,例如补片、血管移植物,或组织部分(20)的其他应用。预处理(5)之前的天然组织部分厚度可在约0.002英寸至0.020英寸的范围内。由于渗透剂分子(62)的存在,在预处理的组织部分(20)的分子结构(60)中存在的结构分子(65)诸如胶原分子之间的分子间距离(70)比天然组织部分中存在的分子间距离(70)增加。例如,柔性渗透剂分子(62)的存在位于分离的和相邻的胶原分子之间,并且由扩散到分子结构中并位于组织部分的结构分子之间的抗衡离子(68)提供的离子吸引力(55)(或极性力)保持。抗衡离子来源于预处理溶液抗衡离子(40),其作为本发明的一部分添加到预处理溶液(30)中为组织部分(20)提供柔性;即使在组织部分(20)已暴露于随后的固定(10)和干燥步骤(15)之后,这种柔性也将保持不变。对于预处理溶液(30),100毫摩尔(mM)的预处理溶液渗透剂(35)的浓度下限是必要的,以向组织部分(20)提供所需的柔性,从而防止最终干燥组织部分弯曲期间的破裂,如后所述。预处理溶液抗衡离子(40)的浓度下限需要300mM,以提供将渗透剂分子(62)保持在分子结构(60)内随后交联键合到组织部分(20)的结构分子(65)上所需的吸引力(55)。预处理溶液(30)中预处理溶液抗衡离子(40)与预处理溶液渗透剂(35)的摩尔比为例如3:1;本发明不受特定摩尔比的限制。

本发明的预处理溶液(30)可使用一种或多种渗透剂,其浓度范围按重量计为1%至95%。而且,预处理溶液(30)可掺入浓度按重量计为1%至20%的一种或多种抗衡离子。本文讨论了包括在本发明中的预处理溶液(30)制剂的示例;预处理溶液示例不旨在限制预处理溶液选择的范围,而是提供已经过测试和显示以产生能够成功干燥并将在弯曲期间保持柔性而不破裂的经处理的干燥组织部分的特定制剂。

在预处理溶液示例A(如本文所述)中,预处理溶液(30)由具有浓度为按重量计50%(范围1%至95%)的预处理溶液渗透剂(35)的水溶液形成;预处理溶液渗透剂(35)是聚乙二醇。预处理溶液(30)含有浓度为按重量计10%(范围1%至20%)的预处理溶液阴离子和预处理溶液阳离子(一价、二价或三价离子)。

预处理溶液示例B具有浓度为按重量计50%(范围1%至95%)的甘油预处理溶液渗透剂(35)。预处理溶液(30)含有浓度为按重量计10%(范围1%至20%)的预处理溶液阴离子和预处理溶液阳离子(一价、二价或三价离子)。

在预处理溶液示例C中,预处理溶液渗透剂(35)是浓度为按重量计50%(范围1%至95%)的聚乙二醇和浓度为按重量计50%(范围1%至95%)的甘油。预处理溶液(30)含有浓度为按重量计10%(范围1%至20%)的预处理溶液阴离子和预处理溶液阳离子(一价、二价或三价离子)。

应当理解,预处理溶液(30)可由一种或多种渗透剂分子组成。而且,应当理解,单独的渗透分子可用于单独的预处理步骤(5)以形成组织部分(20)的预处理(5)。例如,可应用如针对预处理溶液示例A所述的预处理步骤(5),接着应用预处理溶液示例B,以形成预处理组织部分(20)的组合预处理步骤。

在从预处理溶液(30)中取出组织部分(20)之后开始固定步骤(10)(或组织部分的固定(10));如图3所示,通过将组织部分(20)置于固定水溶液(75)中开始固定(10);固定溶液含有固定溶液渗透剂分子(80)(即位于固定溶液(75)中的渗透剂分子)、交联剂分子(85)和固定抗衡离子(90)(即固定溶液(75)中的阳离子和阴离子)。在预处理步骤(5)之后不冲洗组织部分(20),使得渗透剂分子(62)和组织部分(20)的脂质分子保持在组织部分(20)的分子结构(60)内。渗透剂分子(62)与组织部分(20)中存在的脂质分子一起为组织部分提供柔性分子,该柔性分子将保持在分子结构(60)内,并且即使在组织部分被干燥以形成如图5所示的干燥组织部分(130)之后也为组织部分(20)提供柔性。

固定溶液渗透剂分子(80)包括具有柔性主链(45)和连接到主链的至少一个极性基团(50)的分子,包括例如前述预处理溶液(30)中存在的预处理溶液渗透剂分子(35)。固定溶液渗透剂分子(80)在固定溶液(75)内以足够的最小浓度存在是必要的,以确保在固定步骤(10)期间防止在预处理步骤(5)期间已迁移到组织部分(20)中的渗透剂分子(62)从组织部分(20)向固定溶液(75)扩散出。

交联剂分子(85)包括戊二醛、甲醛、其他醛和目前用于在结构分子(65)之间形成交联键(95)的其他交联剂(85),这些结构分子包括胶原、脂质、弹性蛋白和在天然组织部分(20)中存在的其他分子。戊二醛经常被用作交联剂(85),因为它的两个羰基基团的双官能团能够化学键合到胶原的蛋白质分子上存在的氨基上。戊二醛分子还可与蛋白质、脂质和弹性蛋白中存在的结构分子(65)上存在的其他官能团键合,包括与硫醇、酚和咪唑基团键合。

如图3所示,交联剂分子(85)能够渗透到组织部分(20)的分子结构(60)的空隙中,并与组织部分(20)中存在的结构分子(65)诸如胶原分子、脂质分子、弹性蛋白分子和其他长链分子形成交联键(95)。交联剂(85)在交联剂分子(85)与结构分子(65)诸如胶原分子之间产生交联键(95)诸如共价键,并且还产生与相邻结构分子(65)的交联键(95),从而例如使相邻结构分子(65)彼此交联。交联键可以是共价键。另外,交联剂分子(85)与先前已递送到组织部分(20)的分子结构(60)的渗透剂分子(62)形成交联键(95),从而使渗透剂分子(62)与相邻的渗透剂分子(62)交联,或者使渗透剂分子(62)与组织部分(20)的相邻胶原分子或其他结构分子交联。组织部分的分子结构内抗衡离子的存在增加了渗透剂分子与组织部分的结构分子之间的分子接触(72),从而导致与没有形成所述分子接触(72)相比在暴露于交联剂时这些分子之间交联键的形成增加。

固定溶液(75)中阳离子和阴离子(即固定溶液抗衡离子(90))的存在有助于提供吸引力(55),该吸引力增强交联剂分子(85)和渗透剂分子(62)渗透到组织部分(20)的分子结构(60)中,并确保已扩散到组织部分(20)中的抗衡离子(68)不能扩散出组织部分(20)并向固定溶液(75)扩散。抗衡离子(68)通过吸引力(55)将位于组织部分(20)的分子结构(60)内的预处理溶液渗透剂分子(35)保持为与组织部分(20)的结构分子(65)紧密接近,以提供与如果没有将此类预处理溶液抗衡离子(40)添加到预处理溶液(30)和固定溶液(75)中相比这些分子与交联剂分子(85)之间改进的交联。阳离子和阴离子可将组织部分的蛋白质分子上存在的极性羧基基团转化成水溶性盐,从而使交联剂分子(85)和渗透剂分子(62)更好的整合到组织部分(20)的分子结构(60)中。

在固定步骤(10)期间,将组织部分(20)置于固定溶液(75)中持续7天的时间(范围12小时至30天),以允许交联剂(85)渗透到组织部分(20)的分子结构(60)中,并在结构分子(65)与位于组织部分(20)的分子结构(60)内的渗透剂分子(62)之间实现期望的交联。渗透剂分子已定位在组织部分的结构分子之间并与其接触,并且在暴露于交联剂分子之前通过抗衡离子提供的吸引力保持在适当位置。由于位于组织部分(20)的分子结构(60)内的渗透剂分子(62)的存在,在组织部分(20)中存在的结构分子(65)诸如胶原分子之间的分子间距离(70)比天然状态中存在的分子间距离增加。例如,位于分离的结构分子(65)之间的渗透剂分子(62)的柔性主链(45)的存在并且由极性基团(50)的离子吸引力(55)保持并通过交联剂分子(85)交联到结构分子(65)为组织部分(20)提供了柔性,即使在组织部分(20)已暴露于随后的干燥步骤(15)之后,组织部分仍将保持在适当位置。

对于固定溶液(75),固定溶液渗透剂(80)的浓度下限为100毫摩尔(mM),以确保位于组织部分(20)的分子结构(60)内的渗透剂分子(62)不能向固定溶液(75)扩散出。固定溶液抗衡离子(90)的浓度下限为300mM,以防止位于组织部分(20)的分子结构(60)内的抗衡离子(68)从组织部分(20)向固定溶液(75)扩散出。例如,固定溶液(75)中固定溶液抗衡离子(90)与固定溶液渗透剂(80)的摩尔比为约3:1,但本发明不限制抗衡离子与渗透剂分子的特定比率。

本发明的固定溶液(75)可使用一种或多种渗透剂,其浓度范围按重量计为1%至85%。而且,固定溶液(75)可掺入浓度为按重量计1%至20%的一种或多种抗衡离子。固定溶液(75)可利用浓度为按重量计0.1%至10%的一种或多种交联剂分子(85)。本文讨论了包括在本发明中的固定溶液(75)制剂的示例;固定溶液示例不旨在限制固定溶液选择的范围,而是提供已经过测试和证明可产生能够成功干燥并将在弯曲期间保持柔性而不破裂的经处理的组织部分的特定制剂。

在固定溶液示例A(如本文所述)中,固定溶液(75)由具有浓度为按重量计40%(范围1%至85%)的交联溶液渗透剂(即,在交联步骤期间在固定溶液(75)中使用的渗透剂)的水溶液形成;固定溶液渗透剂(80)是聚乙二醇。交联溶液含有一定浓度的交联溶液阴离子(即,在交联步骤期间在交联溶液中使用的阴离子)和交联溶液阳离子(即,在交联溶液中使用的阳离子);阴离子和阳离子可以是浓度为按重量计10%(范围1%至20%)的一价,二价或三价离子。交联溶液含有浓度为5%(范围0.1%至10%)的戊二醛、甲醛或其他交联剂(85)的交联剂(85)。

在固定溶液示例B中,交联溶液渗透剂是浓度为按重量计50%(范围1%至95%)的甘油。交联溶液含有浓度为按重量计10%(范围1%至20%)的交联溶液阴离子和交联溶液阳离子(一价、二价或三价离子)。交联溶液含有浓度为按重量计5%(范围0.1%至10%)的戊二醛、甲醛或其他交联剂(85)的交联剂(85)。

在固定溶液示例C中,交联溶液渗透剂是浓度为按重量计50%(范围1%至95%)的聚乙二醇和浓度为按重量计50%(范围1%至95%)的甘油。交联溶液含有浓度为按重量计10%(范围1%至20%)的交联溶液阴离子和交联溶液阳离子(一价、二价或三价离子)。交联溶液含有浓度为按重量计5%(范围0.1%至10%)的戊二醛、甲醛或其他交联剂(85)的交联剂(85)。

应当理解,交联溶液可由一种或多种渗透剂分子组成,并且可含有一种或多种交联剂分子(85)。而且,应当理解,单独的渗透剂分子可用于单独的预处理步骤(5)以形成组织部分(20)的预处理(5)。而且,应当理解,单独的交联剂分子可用于单独的交联步骤以形成组织部分(20)的交联。例如,可利用固定溶液示例A进行固定步骤(10),随后使用在固定溶液示例B中存在的固定制剂进行固定(10),以形成用于交联组织部分(20)的组合交联步骤。

在形成干燥步骤(15)之前从交联溶液中取出组织部分(20);如图4所示,干燥步骤(15)通过将组织部分(20)置于含有吸湿剂分子(105)、干燥溶液抗衡离子(110)(即,在干燥步骤中使用的阳离子和阴离子)和干燥溶液渗透剂分子(115)的干燥水溶液(100)中而开始。干燥溶液渗透剂分子(115)包括具有柔性主链(45)和连接到主链的至少一个极性基团的分子,包括例如前述渗透剂分子。干燥溶液吸湿剂分子(105)包括异丙醇、乙醇、丙醇、丙酮、其他多元醇、或目前在医疗装置工业中用于吸收水的其他分子。吸湿剂分子(105)提供能够与组织部分(20)的分子结构(60)的空隙内存在的水分子(125)键合的一个或多个官能团;吸湿分子以及在组织部分(20)中存在的水随后随着组织部分被风干或冻干干燥而被去除,如后所述。

如图4所示,干燥溶液(100)中干燥溶液抗衡离子(110)(即,先前确定但在本文中用于干燥溶液(100)中的阳离子和阴离子)的存在有助于提供增强吸湿剂分子(120)和渗透剂分子(62)在组织部分(20)的分子结构(60)内的渗透的吸引力(55)。阳离子和阴离子可将组织部分的蛋白质分子上存在的极性羧基基团转化成水溶性盐,因此使吸湿剂分子(120)和渗透剂分子(62)整合到到组织部分的分子结构(60)中。发现干燥溶液抗衡离子(110)和干燥溶液渗透剂分子(115)在干燥溶液(100)中的浓度将防止抗衡离子(68)从组织部分的分子结构(60)扩散出组织部分并防止渗透剂分子(62)从组织部分的分子结构(60)扩散出组织部分并向干燥溶液(100)扩散。由于由抗衡离子(68)(即,阳离子和阴离子)提供的吸引力(55)的存在导致的位于相邻结构分子(65)之间的渗透剂分子(62)的渗透和键合,相应相邻结构分子(65)之间的分子间距离已增加。组织部分(20)的分子结构(60)内柔性渗透剂分子(62)的存在为组织部分提供了更大的柔性和弯曲期间的抗破裂性。

将组织部分置于干燥溶液(100)中持续7天(范围为30分钟至14天),以允许干燥溶液吸湿剂(105)和渗透剂分子(62)渗透到组织部分的分子结构(60)中并变成与组织部分缔合的吸湿剂(120)。例如,在组织部分中存在的结构分子(65)诸如胶原分子之间的分子间距离相对于在组织部分的天然状态中存在的结构分子(65)之间的分子间距离(70)增加。例如位于分离的胶原分子之间的柔性渗透剂分子(62)的存在并且通过离子吸引力(55)和与例如结构分子(65)和渗透剂分子(62)之间的交联键(95)相关联的共价键保持,为组织部分提供了柔性,即使在组织部分已如后所述通过风干或冻干干燥(通过真空冷冻干燥)从组织部分中去除水分子(125)而完全干燥之后,组织部分仍将保持在适当位置。当存在于干燥溶液(100)中时,组织部分的相邻结构分子(65)之间的分子间距离(70)保持在类似于交联组织部分中存在的分子间距离(70)。

对于干燥溶液(100),干燥溶液渗透剂的浓度下限为100毫摩尔(mM),以防止渗透剂分子(62)迁移出组织部分(20)并向干燥溶液(100)迁移。需要300mM的干燥溶液抗衡离子(110)的浓度下限以防止抗衡离子(68)从组织部分(20)的分子结构(60)向干燥溶液(100)扩散。例如,干燥溶液(100)中干燥溶液抗衡离子(110)与干燥溶液渗透剂的摩尔比是3:1,尽管该摩尔比可变化并且仍适合于本发明。

本发明的干燥溶液(100)可使用一种或多种渗透剂,其浓度范围按重量计为1%至85%。而且,干燥溶液(100)可掺入浓度按重量计为1%至20%的一种或多种抗衡离子。干燥溶液(100)还含有浓度为按重量计10%至100%的干燥溶液吸湿剂(105)。本文讨论了包括在本发明中的干燥溶液制剂的示例;干燥溶液示例不旨在限制干燥溶液选择的范围,而是提供已经过测试和表明可产生能够成功干燥并将在弯曲期间保持柔性而不破裂的经处理的组织部分的特定制剂。

在干燥溶液示例A(如本文所述)中,干燥溶液(100)由具有浓度为按重量计40%(范围1%至85%)的干燥溶液渗透剂(即,在干燥步骤(15)期间使用的渗透剂)的水溶液形成;干燥溶液渗透剂是聚乙二醇。干燥溶液(100)含有一定浓度的干燥溶液阴离子(即,在干燥步骤(15)期间使用的阴离子)和干燥溶液阳离子(即,在干燥步骤(15)期间使用的阳离子);阴离子和阳离子可以是浓度为按重量计10%(范围1%至20%)的一价、二价或三价离子。干燥溶液(100)含有浓度为50%(范围10%至100%)的异丙醇或乙醇的吸湿剂或其他吸湿剂。

在干燥溶液示例B中,干燥溶液渗透剂是浓度为按重量计50%(范围1%至95%)的甘油。干燥溶液(100)含有浓度为按重量计10%(范围1%至20%)的干燥溶液阴离子和干燥溶液阳离子(一价、二价或三价离子)。干燥溶液(100)含有浓度为50%(范围10%至100%)的异丙醇、乙醇或其他吸湿剂的干燥溶液吸湿剂(105)。

在干燥溶液示例C中,干燥溶液渗透剂是浓度为按重量计50%(范围1%至95%)的聚乙二醇和浓度为按重量计50%(范围1%至95%)的甘油。干燥溶液(100)含有浓度为10%(范围1%至20%)的干燥溶液阴离子和干燥溶液阳离子(单价、二价或三价离子)。

应当理解,干燥溶液(100)可由一种或多种渗透剂分子组成,并且可含有一种或多种干燥溶液吸湿剂分子(105)。而且,应当理解,单独的渗透剂分子可用于单独的干燥步骤以形成组织部分(20)的干燥。而且,应当理解,单独的吸湿剂分子可用于单独的干燥步骤以形成组织部分(20)的干燥。例如,可应用涉及干燥溶液示例A的干燥步骤(15),随后是掺入干燥溶液示例B的干燥溶液(100)的干燥步骤(15),以形成用于干燥组织部分(20)的组合干燥步骤。

为了完成干燥步骤(15),将组织部分(20)从干燥溶液(100)中取出并放置在平坦表面上进行风干,或者可将组织部分(20)暴露于冻干过程以完成干燥步骤(15)并从组织部分(20)中去除水。吸湿剂分子具有能够与组织部分(20)内存在的水分子(125)键合的官能团。组织部分(20)的风干或冻干干燥将允许吸湿剂分子(120)与水分子(125)一起例如从组织部分的分子结构(60)中蒸发去除,从而形成图5所示的干燥组织部分(130);干燥组织部分(130)具有与吸湿剂(120)一起从干燥组织部分(130)的分子结构(60)中去除的大部分(50%至90%)水分子(125)。处于完全干燥状态的干燥组织部分(130)的结构分子(65)之间的分子间距离(70)相对于组织部分位于干燥溶液(100)内时存在的分子间距离(70)减小。渗透剂分子与组织部分(20)的结构分子(65)的交联键将渗透剂分子(62)和抗衡离子(68)保持在组织部分(20)的分子结构(60)内,并为处于完全干燥状态的组织部分(20)提供增强的柔性,而不会由于组织部分(20)的弯曲而破裂。

干燥组织部分(130)(在基本上所有的水或大部分的水已被去除之后)将渗透剂分子(62)保持在干燥组织部分(130)中,并因此将比不利用本发明所需浓度的抗衡离子(即阳离子和阴离子)以增强渗透和离子键合以在本发明的预处理(5)、固定(10)和干燥步骤(15)期间保持渗透剂分子邻近结构分子(65)诸如胶原分子并且邻近组织部分(20)的其他天然分子的其他方法保持更大的柔性。将渗透剂分子保持在本发明所需的浓度,以及通过交联剂和由位于分子结构(60)内的抗衡离子(68)形成的离子吸引力(55)进行交联将脂质分子保持在组织部分(20)的分子结构(60)内,将为干燥组织部分(130)在弯曲期间提供柔性,而不会由于组织部分(20)的脆性而在不存在渗透剂分子的情况下形成破裂。由于在干燥组织部分(130)的分子结构(60)内存在由发明提供的浓度的抗衡离子(68),因此与在组织部分(20)的分子结构(60)内不含抗衡离子的其他干燥组织部分相比,干燥组织部分(130)能够在手术室中由医师更快速地再水合。

在说明书中使用并且在本发明的图1至图5中的任一者中找到的附图标记旨在表示具有类似功能的类似结构。而且,应当理解,一个或多个实施方案的方面可与来自另一实施方案的其他方面组合以形成也包括在本发明中的其他实施方案。

例如,本发明的另选实施方案可对天然组织部分应用初始预处理-固定步骤,其使用具有浓度与前述固定溶液相同的渗透剂分子、抗衡离子和交联剂分子的预处理-固定溶液。在预处理-固定溶液中存在的抗衡离子和渗透剂分子将扩散并整合到天然组织部分的分子结构中,同时交联剂分子与渗透剂分子和组织部分的结构分子形成交联键。在该实施方案中,渗透剂分子和抗衡离子在形成交联键之前没有机会像使用单独的预处理和固定步骤时那样完全整合到组织部分的分子结构中。形成交联键的分子结构的一致性将更加可变,并且取决于抗衡离子和渗透剂分子扩散到组织部分中的时机。

在另一个实施方案中,可将吸湿剂添加到预处理-固定溶液中以形成预处理-固定-干燥溶液。可将天然组织部分置于最初含有少量吸湿剂的单一预处理-固定-干燥溶液中,并在类似于针对固定步骤所述的时间段内,可将吸湿剂浓度从小浓度增加至与在之前确定的干燥步骤中存在的相同的水平。可将组织部分从溶液中取出并使其完全风干或通过冻干干燥。对组织部分的这种单步处理比在本发明的早期实施方案中描述的三步处理更快且更容易,但没有提供对每个步骤的控制,这种控制可为组织部分的特性提供一致性,包括干燥组织部分的柔性和抗弯曲破裂性。

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