KR102536223B1

KR102536223B1 - 보철 판막 및 제조 방법

Info

Publication number: KR102536223B1
Application number: KR1020197032315A
Authority: KR
Inventors: 로버트 트란퀼로; 지샨 시에다인
Original assignee: 리젠츠 오브 더 유니버시티 오브 미네소타
Priority date: 2017-04-06
Filing date: 2018-04-06
Publication date: 2023-05-23
Also published as: AU2023265966A1; FI3606467T3; EP3606467A1; PT3606467T; KR20190130648A; AU2018249598B2; ES2955864T3; US11589982B2; HUE064927T2; US20210100653A1; PL3606467T3; DK3606467T3; US20240058119A1; AU2018249598A1; EP3606467A4; AU2018249598B9; EP3606467B1; WO2018187714A1

Abstract

신규한 보철 판막 뿐만 아니라 그러한 신규한 보철 판막을 제조하는 방법이 본 명세서에 설명되어 있다.

Description

보철 판막 및 제조 방법

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2017년 4월 6일자로 출원된 미국 출원 제62/482,500호에 대한 우선권을 주장한다. 선행 출원의 개시내용은 본 출원의 개시내용의 일부로 고려되며, 그 전체가 본 출원에 포함된다.

연방 정부가 후원하는 연구 또는 개발

본 발명은 국립 보건원(National Institutes of Health)에 의해 지급된 HL107572 하에 정부의 지원으로 이루어졌다. 정부는 본 발명에 특정 권리를 갖는다.

기술 분야

본 개시내용은 전반적으로 보철 판막(prosthetic valve) 및 제조 방법에 관한 것이다.

카테터를 통해 성인 환자에게 이식 및 전달되는 광범위한 기계 및 생체 보철 심장 판막과 달리, 소아 환자에 대해 기능을 성장시키고 유지할 수 있는 심장 판막은 아직 입증되지 않았다. 이들 소아에게 유일하게 허용된 옵션은 석회화로 인해 흔히 기능 장애가 되는 화학적 고정식 조직으로 제조된 판막이며 화학적 고정으로 인해 성장 능력이 없기 때문에 거의 언제나 적어도 한 번 교체해야 한다. 이들 소아는, 기계 판막이 통상적으로 이식될 때, 성인기까지 적어도 1회, 보통 수회, 그리고 때로는 5회의 개복 심장 수술을 견뎌야 하여, 일생의 항응고제 요법을 필요로 한다. 명백하게, 판막이 처음에 이식되어 수용자와 함께 성장할 수 있다면(예를 들어, 신체 성장; 예를 들어, Syedain 등, 2016, Nat. Commun., 7:12951. PMCID: 5052644 참조) 뿐만 아니라 기능성 내피의 발달(예를 들어, Syedain 등, 2016, Nat. Commun., 7:12951. PMCID: 5052644 참조), 이들 소아와 그 가족이 겪는 막대한 고통을 완화하고 막대한 건강 관리 비용을 감소시킬 수 있다.

게다가, 현재의 보철 심장 판막의 주요 약점으로는, 붕괴하는 판막엽(leaflet)이 외부 지지 튜브와의 연결에 대항하여 지속적으로 당기기 때문에 이음매가 기능 상실되는 경향이 있다는 점이다. 본 개시내용은, 관형 부재를 그 길이방향 축을 따라 뿐만 아니라 수평 방향으로 함께 봉합하여 판막엽을 형성함으로써 제조되어, 현재의 보철 판막이 기능 상실되는 방식으로 기능 상실되지 않을 수 있고 서로의 내부가 아닌 길이방향으로 부착된 관형 부재에 의해 형성되기 때문에 자생 재료만큼 강한 이음매를 초래하는 다중 판막엽 판막을 설명한다.

본 개시내용은 신규한 보철 판막 설계 뿐만 아니라 그러한 신규한 보철 판막을 제조하는 방법을 제공한다. 본원에 사용되는 바와 같이, 때때로 재생 조직으로 지칭되는 가공된 조직은 세포 외 기질(extracellular matrix)을 생성하는 세포로부터 형성된 조직을 지칭한다. 통상적으로, 추가 처리 전에, 조직은 탈세포화(decellularize)된다. 예를 들어, 일부 실시예는 기질 생성 세포(matrix-producing cell), 피브리노겐(fibrinogen) 및 트롬빈(thrombin)을 결합하여 세포 시드 조성물(cell-seeded composition)을 생성하는 것을 포함한다. 이어서, 세포 시드 조성물은 적절한 세포 배양 배지에서 배양된 다음, 그로부터 형성된 세포 외 기질이 탈세포화된다.

일 양태에서, 보철 판막이 제공된다. 그러한 보철 판막은 통상적으로 제1 단부, 제2 단부, 외부 표면 및 환형 영역을 포함하고 길이방향 축을 획정하는 본체를 포함하고, 본체는 길이방향 축과 정렬된 적어도 2개의 관형 부재를 포함하며, 각각의 관형 부재는, 맞닿는 관형 부재의 외부 표면의 부분이 본체의 벽을 원주방향으로 형성하도록 길이방향 축을 따른 방향으로 맞닿는 외부 표면을 따라 인접한 관형 부재에 고정 부착되고, 각각의 관형 부재는 제2 단부에서 폐쇄되고, 각각의 관형 부재의 관강내 표면(luminal surface)은 판막엽의 상단 표면을 획정하며, 본체의 벽을 형성하지 않는 맞닿는 관형 부재의 제1 단부에서 외부 표면의 부분이 이음매를 획정한다.

일부 실시예에서, 각각의 판막엽은 이음매 영역 및 고리 영역을 포함한다. 일부 실시예에서, 각각의 판막엽은 본체의 환형 영역과 일체형이다. 일부 실시예에서, 각각의 판막엽의 이음매 영역 및 환형 영역은 연속적이다(또는 서로 일체형이다). 일부 실시예에서, 본체의 각각의 판막엽 및 대응하는 환형 영역은 각각의 관형 부재에 의해 형성된다.

다른 양태에서, 보철 판막이 제공된다. 그러한 보철 판막은 통상적으로 일단부에서 폐쇄된 적어도 2개의 맞닿는 관형 부재를 포함하는 본체를 포함하고, 각각의 폐쇄된 관형 부재는 판막엽을 형성한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 판막은 하나 이상의 판막엽(예를 들어, 2개의 판막엽, 3개의 판막엽, 4개의 판막엽)을 포함할 수 있다.

또 다른 양태에서, 보철 판막이 제공된다. 그러한 보철 판막은 통상적으로 길이방향 축을 획정하는 본체를 포함하고, 본체는 적어도 2개의 판막엽을 포함하며, 각각의 판막엽은 길이방향 축과 정렬된 관형 부재에 의해 획정되고, 관형 부재는 제1 단부, 제2 단부, 외부 표면, 및 관강내 표면을 포함하며, 관형 부재의 제1 단부는 개방되고 관형 부재의 제2 단부는 폐쇄되어 관형 부재의 관강내 표면이 판막엽의 상단 표면을 형성한다.

본 명세서에 설명된 보철 판막은 2개의 관형 부재를 포함한다. 본 명세서에 설명된 보철 판막은 3개의 관형 부재를 포함한다. 일부 실시예에서, 판막은 2-판막엽 판막이다. 일부 실시예에서, 판막은 3-판막엽 판막이다. 대표적인 판막은, 제한없이, 승모 판막(mitral valve), 대동맥 판막(aortic valve), 삼천판 판막(tricuspid valve), 폐 심장 판막(pulmonary heart valve), 및 정맥 판막(venous valve)을 포함한다. 일부 양태에서, 본 명세서에 설명된 보철 판막의 용도는 판막 기능 부전(valve insufficiency) 또는 기능 상실(failure)의 치료를 위해 제공된다.

또 다른 양태에서, 보철 판막의 제조 방법이 제공된다. 그러한 방법은 통상적으로, 적어도 2개의 관형 부재를 제공하는 단계로서, 각각의 관형 부재는 제1 단부, 제2 단부, 외부 표면, 및 관강내 표면을 포함하고 길이방향 축을 획정하는, 단계; 길이방향 축을 따라 적어도 2개의 관형 부재를 정렬시키는 단계; 인접한 관형 부재를 맞닿는 외부 표면을 따라 길이방향 축을 따른 방향으로 부착하여 본체를 형성하는 단계로서, 본체는 제1 단부, 제2 단부, 외부 표면, 및 환형 영역을 포함하고, 길이방향 축을 획정하며, 맞닿는 관형 부재의 외부 표면의 부분은 본체의 벽을 원주방향으로 형성하는, 단계; 및 각각의 관형 부재의 관강내 표면이 판막엽의 상단 표면을 획정하도록 제2 단부에서 각각의 관형 부재를 폐쇄하는 단계를 포함하고, 본체의 벽을 형성하지 않는 맞닿는 관형 부재의 제1 단부에서 외부 표면의 부분이 이음매를 획정한다.

일부 실시예에서, 각각의 관형 부재는 생물학적으로 가공된 관형 부재, 합성 관형 부재, 자생 조직, 또는 이들의 조합이다. 일부 실시예에서, 본체는 생물학적으로 가공된 관형 부재, 합성 관형 부재, 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시예에서, 부착은 스티치, 스테이플, 접착제(예를 들어, 시아노아크릴레이트), 또는 열 융합/용접에 의한 것이다. 일부 실시예에서, 폐쇄는 스티치, 스테이플, 접착제(예를 들어, 시아노아크릴레이트), 또는 열 융합/용접에 의한 것이다.

본 명세서에 설명된 방법은 2개의 관형 부재로 수행될 수 있다. 본 명세서에 설명된 방법은 3개의 관형 부재로 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 판막은 2-판막엽 판막이다. 일부 실시예에서, 판막은 3-판막엽 판막이다.

달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 물질의 방법 및 조성물이 속하는 기술 분야의 통상의 숙련자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서에 설명된 것과 유사하거나 동등한 방법 및 재료가 물질의 방법 및 조성물의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 적절한 방법 및 재료가 하기에 설명되어 있다. 게다가, 재료, 방법, 및 예는 단지 예시적이며 제한하도록 의도되지 않는다. 본 명세서에 언급된 모든 간행물, 특허 출원, 특허, 및 기타 참고 문헌은 그 전체가 참고로 포함된다.

도 1a 내지 도 1h는 본 명세서에 설명된 바와 같은 보철 판막을 제조하는 방법을 도시하는 개략도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 명세서에 설명된 바와 같은 보철 판막의 외부 표면 상에 길이방향 시임(화살표)을 각각 도시하는 사진이다.
도 3은 본 명세서에 설명된 바와 같이 보철 판막의 외부 표면 상에서 관형 부재(화살표)의 제2 단부를 폐쇄하는 시임을 도시하는 사진이다.
도 4a는 본 명세서에 설명된 바와 같은 보철 판막의 단부도(즉, 제1 단부로부터)를 도시하고, 3개의 관형 부재의 레이아웃 및 이들이 이음매를 형성하는 방법을 도시하는 개략도이다.
도 4b는 본 명세서에 설명된 바와 같은 보철 판막의 단부도(즉, 제1 단부로부터)를 도시하고, 판막엽 및 이음매의 상단 표면을 도시하는 사진이다.
도 5는 본 명세서에 설명된 바와 같은 보철 판막의 단부도(즉, 제2 단부로부터)를 도시하고, 본 명세서에 설명된 바와 같은 보철 판막의 고리 내에서 관형 부재(화살표)의 제2 단부를 폐쇄하는 시임을 도시하는 사진이다.
도 6은 본 명세서에 설명된 바와 같은 신규한 3-튜브 판막을 도시한다. (a)3개의 생물학적으로 가공된 튜브와 분해성 봉합사로 제조된 3-판막엽 판막의 구성을 도시하는 개략도. (b)봉합된 판막의 외부도. 신규한 3-튜브 판막(c)과 기존의 튜브-인-튜브 판막(d)의 비교, 튜브는 명확성을 위해 컬러 코딩되어 있고 이음매는 어떻게 이음매 상의 확장기 힘이 튜브-인-튜브 판막(c)의 경우에 연결 봉합사에 의해 전체적으로 생기고 3-튜브 판막(d)의 경우에 주로 튜브 재료에 의해 생기는 지의 비교를 용이하게 하도록 원으로 표시되어 있다.
도 7은 인장 기계적 특성의 비교를 나타낸다. 생물학적으로 가공된 튜브 매트릭스를 자생 양 폐 판막 판막엽(native sheep pulmonary valve leaflet) 및 Contegra™ 판막 판막엽과 (a)두께, (b)극한 인장 강도(Ultimate Tensile Strength)(UTS), 및 (c)모듈러스(n = 9)면에서 비교하였다. (d)는 탈세포화된 가공된 튜브의 3색 이미지를 도시한다. 스케일 바아 = 200 um. 쌍을 이루는 심볼은 p < 0.05에서 상당한 차이를 나타낸다.
도 8은 (a)판막의 이미지가 마모 시험기에 장착된 상태에서 판막의 가속 마모 시험을 보여주는 사진이다. 이미지는 12M 사이클 후에 튜브-인-튜브 판막(b)의 이음매에 대한 손상을 보여주고 3-튜브 판막(c)에 대해서는 손상이 없다. 시험기에 3-튜브 판막을 장착하는 것을 용이하게 하는 데에 사용되는 Remnant Dacron™ 봉합 커프(sewing cuff)는 (c)가 이음매의 1.2 mm 위쪽에 위치되어 이음매에 대해 무시할만한 구조적 지지를 제공한다는 점에서 명백하다.
도 9는 판막 성능 측정을 위한 펄스 복제기 시스템을 도시한다. (a)폐쇄 위치 및 (b)개방 위치에 장착된 판막의 도면 단부. (c)폐 판막 유량 조건 하에 판막의 3 사이클 동안 압력 및 유량 트레이스. 확장기 단계 동안, 저장조로부터 기계 판막을 통해 펌프로 이동하는 유체의 과정은, 유동 프로파일에서 알 수 있는 바와 같이 밸브를 가로지르는 압력을 균등화하여 양의 유동을 유도하는 압력 펄스를 초래한다.
도 10은 19 mm 3-튜브 판막을 어린 양에 이식한 것을 보여주는 사진이다. 수술 부위(a), 및 장축 도면(b)과 단축 도면(c)에서 확장기 동안 심외막 심장 초음파 검사 이미지(epicardial echocardiographic image). 화살표는 "판막엽"을 나타낸다. (d)수축기에서 판막 동안 컬러 도플러는 큰 판막 오리피스를 나타내고, (e)확장기는 역류가 나타나지 않는다.

보철 판막을 제조하게 하는 조성물 및 방법이 본 명세서에 설명되어 있다. 현재의 실시가 소아가 판막보다 커짐에 따라 불활성 판막을 여러 번 수술적으로 이식하고 교체하는 것이라는 점을 고려하면 소아와 함께 성장할 수 있는 심장 판막에 대한 요구가 절실하다. 어린 양의 폐동맥 대체물로 성장하는 것으로 밝혀진 튜브 형태의 생물학적으로 가공된 아교질 기질(예를 들어, Syedain 등의, 2016, Nat. Commun., 7:12951. PMCID:5052644 참조), 및 이들 튜브 중 3개를 내구성 이음매 뿐만 아니라 잠재적인 판막 성장을 부여하는 분해성 봉합사로 함께 봉합하여 제조된 심장 판막의 신규한 설계를 사용하여, 3-튜브 설계를 생체외에서 시험하였고 그 기능을 전임상 모델에서 평가하였다. 신규한 3-튜브 설계는 가속 피로 시험에서 이전의 튜브-인-튜브 설계와 비교하여 우수한 이음매 내구성을 갖는 것으로 밝혀졌고, 펄스 복제기에서 허용 가능한 유체 역학적 성능을 나타내는 것으로 밝혀졌다. 어린 양에서의 이식 시에 수행된 심외막 초음파는 10 mm Hg 미만의 압력 강하를 갖는 비-역류 판막을 보여주었다. 본 명세서에 설명된 결과는, 아교질 기질의 생물학적으로 가공된 튜브 및 분해성 봉합사로 제조된 이 "기성품" 3-튜브 심장 판막의 장기적 판막 성장에 필요한 내구성 이음매의 잠재력을 설명한다.

본 명세서에 설명된 조성물 및 방법을 사용하여 제조될 수 있는 대표적인 판막은, 제한없이, 승모 판막, 대동맥 판막, 삼천판 판막, 폐 심장 판막, 및 정맥 판막을 포함한다. 본 명세서에 설명된 조성물 및 방법은, 모든 판막엽을 형성하지만 튜브 "풀아웃(pull-out)"으로 인해 약한 이음매를 겪는 단일 붕괴 튜브에 기초한 종래의 보철 관형 심장 판막과는 상이한 특유의 다중 튜브 설계를 갖는 보철 판막을 제공한다. 본 명세서에 설명된 보철 판막은 판막 기능 부전 또는 기능 상실의 치료에 사용될 수 있다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 보철 판막은 각각의 폐쇄 부재가 판막엽을 형성하도록 일단부에서 폐쇄(또는 고정식으로 폐쇄 또는 밀봉)되는 적어도 2개의 맞닿는 관형 부재를 포함할 수 있다.

아래에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 완전한 생물학적 튜브는 "희생" 피브린 겔 튜브("sacrificial" fibrin gel tube) 내에 포획된 인간 진피 섬유모세포(human dermal fibroblast)로부터 생체외에서 성장될 수 있다. 약 8주의 기간에 걸쳐, 섬유모세포는 피브린 겔 튜브를 원주방향으로 정렬된 조밀한 아교질 기질의 튜브로 변환시키며, 이어서 아교질 기질의 튜브는 세제 탈세포화되어 기계적 특성의 손실 없이 적어도 6개월 동안 저장될 수 있는 동종 이식편(allograft)을 생성한다.

가공된 조직을 제조하기 위한 특정 프로세스로 제한할 의도 없이, 예시적인 방법은 피브리노겐 등, 트롬빈 등, 및 세포 외 기질(ECM)-생성 세포를 조합하는 단계; 및 세포가 ECM을 생성하기에 충분히 성장하게 하는 단계를 포함한다. 본 기술 분야의 숙련자는 최대 9개의 통로(예를 들어, 5 내지 9개의 통로, 7 내지 9개의 통로)가 통상적으로 ECM 생성을 최적화한다는 것을 인식할 것이다. 일부 실시예에서, 피브리노겐 등, 트롬빈 등, 및 세포 외 기질(ECM)-생성 세포는 현탁액 또는 겔로 결합되어 원하는 관형 형상으로 몰딩된다.

결과적인 가공된 조직은 그 가교 결합 부족 및 면역 반응 생성 부족을 특징으로 할 수 있다. 일부 실시예에서, 가공된 조직은 정렬된 콜라겐 또는 섬유질 구조를 포함한다. 본 발명의 가공된 조직은 그 생성에 있어서 세포 외 기질을 포함하지 않고 및/또는 최종 생성물에 세포를 포함하는 특정한 다른 종류의 가공된 조직과 구별된다.

이 기질은 자생 조직의 통상적인 비선형 응력-변형률 곡선을 나타내며, 자생 동맥을 충족시키거나 초과하는 생리학적 컴플라이언스 및 파열 압력을 갖는다. 결과적인 인장 기계적 특성은 파괴 변형률 시험에서 측정된 모듈러스 및 극한 인장 강도(UTS)의 측면에서 양 폐 판막 판막엽과 비교되었다. 콜라겐 함량에 대해서도 마찬가지이다. 최대 12개월 동안 양의 전임상 연구에서, 양 진피 섬유모세포로부터 성장된 이들 이식편은, 지속적인 염증 반응, 명백한 면역 반응, 또는 동맥 이식편 및 관형 심장 판막으로서 석회화 없이 적절한 숙주 세포(내피 형성 포함)가 거주하게 되고 심지어는 어린 양과 함께 폐 동맥 대체물로서 성인기로 성장한다는 점이 밝혀졌다. 인간 진피 섬유모세포로부터 성장되어 최대 6개월 동안 동맥-정맥 이식편으로서 개코 원숭이에 이식된 맥관 이식편에서 유해한 결과 없이 유사한 양성 재형성(positive remodeling)이 나타났다.

이전 연구(Reimer 등, 2017, Ann. Biomed. Eng., 45(2):439-51)에서, 이들 튜브 및 분해성 봉합사에 기초하여, 임의의 불활성 재료가 없이 신체 성장 잠재력(somatic growth potential)을 갖는 판막 설계가 개발되고 시험되었다. 하나의 튜브가 제2 튜브 내부에 위치된 다음, 3개의 등간격 수직 봉합선을 이용하여 베이스에서 함께 봉합되어, 내부 튜브가 3개의 "이음매" 지점에서 안쪽으로 붕괴되지 못하기 때문에 관형 심장 판막이 생성되었다(Reimer 등, 2017, Ann. Biomed. Eng., 45(2):439-51로부터의 도 1a). 이 판막은 성장하는 어린 양 모델에서 단기 기능을 보여주었지만, 튜브-인-튜브 설계는 3-4개월의 이식 후에 이음매 불안정성의 기능 상실 모드를 나타내었다. 이는 슬릿형이고 평탄하게 놓인 외식된 판막(explanted valve)에서 명백하였다(Reimer 등, 2017, Ann. Biomed. Eng., 45(2):439-51의 도 4d); 튜브가 분해성 봉합선의 많은 부분을 따라 함께 융합되어 본질적으로 제자리에 판막엽을 형성하였지만, 이음매의 초기 위치는 판막엽의 가장 가까운 접근 지점보다 수 밀리미터 위에 있다. 이는 임의의 판막엽 비대가 없을 때에 발생하였고, 이식 시에 이음매를 획정하는 봉합선이 내부 튜브 상의 주기적 확장기(하향) 힘에 장기간 노출될 때 안정적이지 않다는 것을 암시한다. 이는 시간이 지남에 따라 수직 봉합선을 통해 내부 튜브의 "처짐(sagging)"을 유발하고 판막 성장의 가능성이 있기 전에 수반되는 중앙 판막 역류로 판막엽 높이의 효과적인 감소를 초래하는 것으로 추측되었다(세포는 수술 후 12주만큼 빨리 "판막엽" 표면의 대부분에 존재하지만, 12주까지 광범위하게 탈세포화된 "근부"와는 달리, 접합 영역의 증가가 일어나는 데에 필요한 22주까지 내부가 광범위하게 탈세포화되지 않았다(Reimer 등, 2017, Ann. Biomed. Eng., 45(2):439-51)). 원래의 튜브-인-튜브 설계에서 그러한 불안정한 이음매의 기능 상실 모드를 제거하기 위해, 신규한 3-튜브 판막 설계가 고안되었고 본 명세서에서 설명된다.

도 1을 참조하면, 3개의 관형 부재로 시작하는 구조가 도시되어 있으며, 이는 궁극적으로 3-판막엽 보철 판막을 초래한다. 그러나, 본 명세서에 설명된(도 1a 내지 도 1f에 개략적으로 나타낸) 기술은 또한 2-판막엽 보철 판막(즉, 2개의 관형 부재로 시작; 예를 들어, 도 1g 및 도 1h 참조) 또는 4-판막엽 보철 판막(즉, 4개의 관형 부재로 시작)을 생성하는 데에 적용될 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 도 1a 내지 도 1f, 뿐만 아니라 도 2 내지 도 6, 도 8a 및 도 9a에 도시된 3-판막엽 판막은 예시적인 것으로 고려되어야 한다.

구체적으로, 도 1a와 관련하여, 3개의 관형 부재가 도시되어 있으며 출발 재료에 대응한다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 각각의 관형 부재는 제1 단부 및 제2 단부를 포함하고, 길이방향 축을 획정하는 외부 표면 및 관강내 표면(즉, 각각의 관형 부재의 내부 표면)을 갖는다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 관형 부재는 서로 평행하게 위치 설정된다(즉, 길이방향 축을 따라 정렬됨).

본 명세서에 설명된 보철 판막의 기초를 형성하는 관형 부재는 보철 판막에 사용하기에 적절한 임의의 재료로 제조될 수 있다. 적절한 재료는, 예를 들어 자생 조직 재료(예를 들어, 자생 혈관), 생물학적으로 가공된 재료(예를 들어, Syedain 등, 2011, Biomaterials, 32(3):714-22; 또는 Dahl 등, 2011, Sci. Transl. Med., 3(68):68ra9), 합성 재료(예를 들어, Wu 등, 2012, Nat. Med., 18(7):1148-53), 또는 이들의 조합을 포함한다.

관형 부재의 일부 실시예는 세포 외 기질 생성 세포에 의해 시딩될 수 있는 분해성 뼈대(degradable scaffold)를 포함할 수 있다. 뼈대는 피브린, PLA, PGA, 또는 다른 합성 또는 생물학적 폴리머, 및 이들의 혼합물로 형성될 수 있다. ECM 생성 세포는 뼈대와 함께 배양되어, 세포가 ECM을 생성하게 하여 분해성 뼈대를 대체할 수 있다. 임의로, 뼈대는 ECM(예를 들어, 이방성 기질)에서 섬유의 정렬을 생성하기 위해 조작되거나 처리될 수 있다. 최종 생성물은, 세제를 사용하여 탈세포화되거나, 탈수(예를 들어, 동결 건조)되거나, 또는 고정/가교 결합(예를 들어, 글루타르알데히드 고정)되어 세포를 갖거나 갖지 않는 가공된 조직을 생성할 수 있다.

본 발명의 일부 실시예는 하기에 개시된 바와 같은 프로세스 및 가공된 조직을 사용할 수 있으며, 이들 모두는 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함된다: US 2007/061800; WO 2007/092902; US 2016/0203262; WO 2004/018008; WO 2004/101012; 미국 특허 제8,192,981호; 미국 특허 제8,399,243호; 미국 특허 제8,617,237호; 미국 특허 제8,636,793호; 미국 특허 제9,034,333호; 미국 특허 제9,126,199호; 미국 출원 제10/523,618호; 미국 출원 제10/556,959호; 미국 출원 제13/771,676호; US 2015/0012083; US 2009/0319003; US 2011/0020271; US 2012/0230950; US 2013/0013083; US 2014/0330377; US 2015/0088247; US 2015/0305860; US 2014/035805; US 2017/0135805; US 2017/0296323; US 2017/0306292; 미국 특허 제8,198,245호; 미국 특허 제9,127,242호; 미국 특허 제9,556,414호; 미국 특허 제9,657,265호; 및 미국 특허 제9,650,603호.

관형 부재 내에서 또는 판막엽을 구성하기 위해 구조적 요소(예를 들어, 금속 또는 플라스틱 프레임)가 필요하지 않기 때문에, 본 명세서에 설명된 보철 판막은 구조적으로 제약되지 않으며, 적절한 재료 및 분해성 봉합사가 사용되는 경우 성장을 허용할 수 있다. 이 특징은 본 명세서에 설명된 보철 판막의 소아 용례에 특히 중요하다. 게다가, 다양한 직경의 관형 부재가 사용되어 판막의 주어진 목표 직경을 생성할 수 있으며, 이는 또한 상이한 면적을 갖는 판막엽을 초래할 것이다. 이 특징은 특정한 압력 유동 조건 하에서 판막 성능과 관련이 있기 때문에 특히 적절하다.

일부 실시예에서, 본 명세서에 설명된 바와 같은 보철 판막 내의 개별 관형 부재가 상이한 재료로 제조될 수 있다. 예를 들어, 2-판막엽 판막에서, 출발 재료에 사용된 관형 부재 중 하나는 생물학적으로 가공된 관형 부재일 수 있고, 출발 재료에 사용된 다른 관형 부재는 합성 관형 부재일 수 있다. 다른 예로, 3-판막엽 판막에서, 출발 관형 부재 중 하나는 자생 조직 관형 부재일 수 있고 다른 2개의 출발 관형 부재는 생물학적으로 가공된 관형 부재일 수 있다. 관형 부재의 사실상 임의의 조합이 고려된다.

도 1b와 관련하여, 정렬된 관형 부재들은 서로 접촉하게 되고, 도 1c는 각각의 관형 부재가 길이방향 시임을 따라 인접한 관형 부재(들)에 부착되는 것을 도시한다. 길이방향 시임은 각각의 관형 부재의 맞닿는 외부 표면들 사이에 위치된다. 도 1c에 도시된 바와 같이, 맞닿는 관형 부재들의 외부 표면의 부분들은 보철 판막 본체의 원주방향 벽을 형성한다. 각각의 관형 부재와 유사하게, 보철 판막 본체는 길이방향 축이 통과하는 제1 단부 및 제2 단부 뿐만 아니라 외부 표면 및 고리를 갖는다.

도 2a 및 도 2b는 길이방향 시임(화살표)을 볼 수 있는 보철 판막 본체의 외부를 보여주는 사진이다. 도 2a에서, 길이방향 시임은 수직으로 도시되어 있지만, 도 2b에서, 보철 판막 본체는 수평으로 도시되어 있으므로, 길이방향 시임은 수평 방향으로 희미하게 검출될 수 있다.

이제, 도 1로 돌아가면, 도 1d는 각각의 관형 부재가 그 제2 단부에서 폐쇄된 것을 도시한다. 각각의 관형 부재의 제2 단부에서의 폐쇄는 판막엽(또는 커스프(cusp))을 생성하는데, 각각의 판막엽의 상단 표면(즉, 판막 본체의 제1 단부에서의 표면)은 각각의 관형 부재(도 1e)의 관강내(또는 내부) 표면으로부터 형성된다. 각각의 판막엽의 바닥 표면(즉, 판막 본체의 제2 단부를 향해 돌출하는 표면)은 원주방향 벽의 일부를 형성하지 않는 각각의 맞닿는 관형 부재의 외부 표면의 일부로부터 형성된다(도 1e).

도 3은 길이방향 시임(본체의 가장 우측에 대한 청색선; 화살표) 뿐만 아니라 관형 부재의 제2 단부에서의 폐쇄(화살표)를 볼 수 있는 보철 판막 본체의 외부를 보여주는 사진이다. 도 3에서, 관형 부재의 제2 단부에서의 폐쇄는 상향 만곡된 폐쇄(예를 들어, 보철 판막 본체의 제1 단부에 대해 오목한 것)로 도시되어 있지만, 폐쇄는 직선 수평 폐쇄 또는 하향 만곡된 폐쇄 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 폐쇄의 위치 및 방향성은 적어도 부분적으로 각각의 판막엽에 바람직한 형상 및 구조적 구성을 결정할 것이다.

각 판막엽은 이음매 영역과 환형 영역을 모두 갖는다. 도 1e에 도시된 바와 같이, 본체의 원주방향 벽의 일부를 형성하지 않는 맞닿는 관형 부재의 외부 표면의 부분은, 제1 단부에서, 판막의 이음매를 획정하고, 본체의 원주방향 벽을 형성하는 각각의 관형 부재의 외부 표면에 대향하는 각각의 관형 부재의 관강내 표면은, 제1 단부에서, 각각의 판막엽의 환형 영역을 획정한다. 각각의 판막엽이 생성되는 관형 구조로 인해, 각각의 판막엽의 이음매 영역 및 환형 영역은 연속적이고(또는 서로 일체형이고), 이음매 및 환형 영역을 포함하는 각각의 판막엽은 단일 관형 부재에 의해 형성된다.

도 4a는 본 명세서에 설명된 바와 같은 보철 판막의 단부도(즉, 제1 단부의 도면)를 도시하고, 관형 부재로부터 이음매가 형성되는 방법 및 길이방향 부착물의 위치를 개략적으로 설명하는 개략도이다. 도 4b는 본 명세서에 설명된 바와 같은 보철 판막의 단부도(즉, 제1 단부의 도면)를 도시하고, 관형 부재로부터 판막엽 및 이음매의 형성을 설명하는 사진이다.

도 5는 본 명세서에 설명된 바와 같은 보철 판막의 단부도(즉, 제2 단부의 도면)를 도시하고, 각각의 판막엽의 하부측(즉, 각각의 관형 부재의 폐쇄된 제2 단부)을 보여주는 사진이다. 화살표는 폐쇄될 때 판막엽 구조를 생성하는 관형 부재 중 하나의 제2 단부에서의 시임을 나타낸다.

도 6a 및 도 6b는 3개의 튜브가 폐쇄된 링으로 함께 봉합된 다음, 각각의 튜브의 바닥이 봉합 폐쇄되어 자체의 판막엽을 형성하는 3-튜브 설계의 다른 실시예를 도시한다(3개의 튜브를 함께 연결하는 축방향 봉합선 중 2개만이 "판막엽" 중 하나를 생성하는 튜브 중 하나의 완전한 폐쇄와 함께 명확하게 보임).

본 명세서에 설명된 보철 판막의 설계는 하나의 튜브를 다른 튜브 내부에 봉합함으로써 제조되는 판막의 기능 상실의 가장 일반적인 부위를 제거하도록 의도되는데, 그러한 판막에서는 판막엽 상의 하중이 내부 튜브를 이음매에서 외부 튜브에 부착하는 데에 사용되는 봉합사로 직접 전달된다. 본 명세서에 설명된 설계에서, 이음매는 인접한 관형 부재에 의해 생성되므로, 판막엽 상의 하중은 봉합사가 아닌 관형 부재 자체에 의해 운반된다. 따라서, 현재 사용되는 많은 보철 판막의 또 다른 일반적인 문제점인 "봉합사 풀아웃(suture pull-out)"은 본 명세서에 설명된 보철 판막에서 발생하지 말아야 한다.

이 새로운 3-판막엽 판막 설계에 의한 이음매에서의 중요한 차이점 중 하나는, 새로운 3-튜브 설계(도 1 및 도 6a, 도 6b 및 도 6d 참조)에서 3개의 튜브의 연결을 원래의 튜브-인-튜브 설계(도 6c 참조)에서 2개의 튜브의 연결과 비교할 때 명백한데, 각각의 컬러는 판막을 형성하도록 함께 봉합된 튜브를 나타내고 원은 이음매 위치를 나타낸다. 판막엽 상의 하향력은 원래의 튜브-인-튜브 설계(도 6c)에서의 봉합사가 아니라 새로운 3-튜브 설계(도 6d)에서 벌크 기질에 의해 주로 전달될 것이라는 것을 알 수 있다.

본 명세서에 설명된 신규한 판막 설계의 피로 시험은 3-튜브 설계의 우수한 이음매 안정성을 입증하도록 제시되고; 펄스 복제기 시험은 어린 양의 폐 판막 유동 조건 하에서 허용 가능한 판막 기능을 보여주도록 제시되며; 어린 양의 폐 동맥으로의 이식 시에 판막 기능은 (자생 폐 판막의 손상 후에) 초음파 촬영을 사용하여 나타낸다.

조직들을 연결 또는 결합하는 것 및 이를 위한 다양한 커넥터는 본 기술 분야에 공지되어 있고, 제한 없이, 봉합사 또는 스티치, 스테이플, 접착제(예를 들어, 시아노아크릴레이트), 또는 열 융합/용접을 포함한다. 그러한 커넥터는 길이방향 시임을 따라 관형 부재를 인접한 관형 부재에 부착하거나 본 명세서에 설명된 바와 같이 제2 단부에서 각각의 관형 부재를 폐쇄하는 데에 사용될 수 있다.

또한, 일부 실시예에서, 본 명세서에 설명된 바와 같은 보철 판막을 포함하거나 고상 지지부 또는 고상 구조에 부착시키는 것이 바람직할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 도 1f를 참조한다. 본 명세서에 설명된 바와 같은 보철 판막이 고상 지지부 또는 고상 구조에 부착될 수 있는 방법은 각각이 제조되는 재료(들)에 의존할 것이다. 일부 예에서, 본 명세서에 설명된 조직들을 연결 또는 결합하기 위한 동일한 유형의 커넥터(예를 들어, 봉합사/스티치, 스테이플, 접착제(예를 들어, 시아노아크릴레이트), 또는 열 융합/용접)는 보철 판막을 고상 지지부 또는 고상 구조에 부착하는 데에 사용될 수 있다. 일부 예에서, 본 명세서에 설명된 바와 같은 생물학적으로 가공된 보철 판막은 보철 판막이 고상 지지부 또는 고상 구조와 일체화되도록 고상 지지부 또는 고상 구조 상에 생성될 수 있다.

도 1g 및 도 1h는 판막 본체 내에 판막엽의 위치가 관형 부재로부터 재료를 트리밍 또는 제거함으로써 제어될 수 있음을 설명한다. 간단히 예로서, 도 1g는 판막 본체의 내부에 있는(즉, 판막 본체의 벽을 형성하지 않는) 관형 부재의 부분으로부터 소량의 재료가 제거되어, 궁극적으로 판막엽이 제1 단부에 대해 판막 본체에서 약간 오목하게 되는 것을 보여준다. 다른 한편으로, 도 1h는 판막 본체의 내부에 있는(즉, 판막 본체의 벽을 형성하지 않는) 관형 부재의 부분으로부터 더 많은 양의 재료가 제거되어, 궁극적으로 판막엽이 판막 본체에서 더 깊게(예를 들어, 제1 단부와 제2 단부 사이의 중간에, 또는 판막 본체의 제1 단부보다 제2 단부에 더 가깝게) 위치 설정되는 것을 보여준다. 본 명세서에 설명된 바와 같이(즉, 판막 본체의 제1 및 제2 단부에 대한) 판막 본체 내의 판막엽의 위치는 판막의 유형 및/또는 본 명세서에 설명된 보철 판막을 사용하는 방법(예를 들어, 자생 판막을 복구, 교체 및/또는 재구성하기 위한 전략)에 의존할 것이다. 도 1g 및 도 1h는 2개의 관형 부재(즉, 제1 및 제2 관형 부재)를 도시하고, 보철 판막 본체 내에서 판막의 위치를 제어하기 위해 재료를 트리밍 또는 제거하는 동일한 개념은 3개의 관형 부재 또는 4개의 관형 부재를 포함하는 보철 판막에 적용될 수 있다.

게다가, 하나 이상의 비-등직경 관형 부재가 판막엽 후방에 공동이 존재하도록 사용될 수 있다. 그러한 공동은 이 영역에서 튜브의 직경이 증가될 때 정상적인 판막 해부구조의 일부가 될 수 있으며, 정상적인 판막 혈류 역학에 중요한 것으로 고려된다.

본 발명에 따르면, 본 기술 분야의 기술 내에서 통상적인 분자 생물학, 미생물학, 생화학, 및 재조합 DNA 기술이 채용될 수 있다. 그러한 기술은 문헌에 충분히 설명되어 있다. 본 발명은 하기 예에서 추가로 설명될 것이며, 하기 예는 청구범위에 설명된 물질의 방법 및 조성물의 범위를 제한하지 않는다.

예

예 1-조직 튜브 제조

양 진피 섬유모세포(ovine dermal fibroblasts)(ODF, Coriell사), 소 피브리노겐(Sigma사), 트롬빈(Sigma사), 및 염화칼슘의 수용액을 혼합함으로써 관형의 셀 시드 피브린 겔을 제조하였다. 최종 성분 농도는 다음과 같았다: 100만 ODFs/mL, 4 mg/mL 피브리노겐, 0.38 U/mL 트롬빈 및 5.0 mM Ca ++. 혼합 용액을 16 mm 내부 직경 맨드릴, 4 mm 고리를 갖고 전체 길이가 15 cm인 관형 유리 몰드에 주입하였다.

겔화 후, 유리 맨드릴 상의 관형 피브린 겔을 DMEM + 10% 소 태아 혈청(fetal bovine serum)(FBS, 하이클론), 100 U/mL 페니실린, 100 μg/mL 스트렙토마이신, 0.25 μg/mL 암포테리신 B, 2 μg/mL 인슐린, 및 50 μg/mL 아스코르브산에서 배양하였다. 겔의 길이방향 단축을 허용하면서 배양 배지를 2주 동안 주당 3회 교체하였다. 이어서, 조직 튜브를 설명된 바와 같이 펄스-유동-스트레치 생물반응기에서 성숙시켰다(Syedain 등, 2011, Biomaterials, 32(3):714-22).

성숙 후, 생물학적으로 가공된 튜브를 실온에서 연속 진탕으로 1% 소듐 도데실 설페이트(sodium dodecyl sulfate)(SDS, Sigma사) 및 1% 트리톤 X-100(Sigma사)에 6시간 30분 동안 각각 침지시켜 탈세포화시켰다. 이어서, 튜브를 배양 배지 + 2 U/mL 데옥시리보뉴클레아제(Worthington Biochemical사)에서 밤새 인큐베이션하기 전 및 후에 1X 포스페이트 버퍼링 식염수(phosphate buffered saline)로 광범위하게 헹구었다.

예 2-판막 제조

직경이 19 mm인 판막을 16 mm 직경의 생물학적으로 가공된 튜브 중 3개를 사용하여 제조하였다. 각각의 튜브를 3 cm의 길이로 절단하고 추가로 트리밍하여 유출관을 제공하면서 판막엽을 형성하였다(도 6a). 튜브는 먼저 접촉점을 따라 길이에 걸쳐 있는 3개의 봉합선(백색 점선, 도 6a)을 갖는 분해성 봉합사(Covidien Maxon CV사)를 사용하여 폐쇄된 링으로 함께 봉합하였다. 이어서, 각각의 튜브의 바닥을 함께 봉합하여 판막엽(노란색 점선, 도 6a)을 생성하고 3-판막엽 판막(도 6b)을 얻었다. 튜브가 컬러 코딩된 튜브-인-튜브 판막 및 3-튜브 판막의 평면도(도 6c, 도 6d)는 이음매 구성의 비교를 용이하게 한다.

예 3-가속기 마모 시험

판막을 맞춤형 실리콘 고정구 상에 장착하고 Bose Durapulse™ 시스템에 배치하였다. 판막을 폐 확장기 압력 구배를 모방하기 위해 20 mm Hg의 최종 확장기 압력으로 20 Hz 주파수에서 시험하였다. 동일한 배치(batch)의 생물학적으로 가공된 튜브로 제조된 1개의 튜브-인-튜브 판막과 1개의 3-튜브 판막을 육안 검사 전에 약 1천 2백만(M) 사이클 동안 작동시켰다.

예 4-펄스 복제기 작동

앞서 설명한 바와 같은 맞춤형 펄스 복제기 시스템(Reimer 등, 2015, Biomaterials, 62:88-94)을 사용하였다. 펄스 복제기 시스템은 상업용 조파기 및 펌프(ViVitro Systems사), 저장조, 판막 장착 챔버, 가변적 컴플라이언스 챔버, 및 기계적 2-판막엽 판막으로 이루어져 단방향 유체 이동을 보장한다. 시스템은 정확한 압력 측정을 가능하게 하도록 판막 바로 위와 아래에 압력 변환기(ViVitro Systems사)를 갖는다. 게다가, 판막의 상류에 전자기 유량계(Carolina Medical사, 500 시리즈 유량계)가 있어 양방향으로 유량을 측정한다. 유량 및 압력을 기록하기 위해 맞춤형 Labview® 프로그램이 사용되었다. 시험을 위해, 판막을 2개의 맞춤형 실리콘 슬리브에 봉합한 다음, 경벽 압력 구배를 적용할 수 있는 맞춤형 챔버 내에 장착하였다(Reimer 등, 2015, Biomaterials, 62:88-94). 펄스 복제기 루프를 시험 유체로서 포스페이트 버퍼링 식염수로 작동시켰다. 각각의 판막은 규정된 유량(펌프 행정 체적 및 주파수에 의해 설정됨)에서 폐 압력 조건을 모방하기 위해 압력 조건으로 시험되었다. 소아 심장 박출량을 모방하기 위해 3.5 LPM의 평균 유량을 사용하였다(Cattermole 등, 2017, Physiol. Rep., 5(6):PMCID: 5371563). 하류 유동 저항, 행정 체적, 및 상류 유압 헤드를 변경시킴으로써 압력을 제어하였다. 판막 시험 중에, 비디오 캡처를 위해 엔드온 카메라(Canon EOS T3i) 이미지를 60 fps로 얻었다. 비디오에서 추출한 이미지를 ImageJ® 소프트웨어로 불러와서 수축기 동안 판막의 개방 영역을 측정하여 기하학적 오리피스 영역을 주어진 직경에 대한 총 원형 영역의 백분율로서 보고하였다.

예 5-인장 파괴 변형률

치수가 ~2 mm x ~10 mm인 스트립을 생물학적으로 가공된 튜브로부터 원주방향 및 축방향으로 절단하고 이전에 설명한 바와 같이 인장 파괴 변형률 시험을 실시하였다(Syedain 등, 2015, Biomaterials, 73:175-84; Reimer 등, 2015, Biomaterials, 62:88-94). 간단히 말해서, 디지털 캘리퍼를 사용하여 시험 전에 샘플 치수를 측정하였다. 스트립을 인스트론 인장 시험 시스템(Instron Systems사)의 액추에이터 아암에 부착된 맞춤형 그립에 장착하고 0.02 N 인장 하중으로 스트레이트닝하였다. 변형률은 초기 길이에 걸쳐 샘플의 변형된 길이의 자연 로그를 취함으로써 계산되었다. 응력은 스트립의 비-변형된 단면적으로 나눈 힘으로 정의되었다. 응력-변형률 곡선의 선형 영역의 기울기 및 기록된 최대 응력으로서 모듈러스 및 극한 인장 강도(UTS)를 각각 취하였다.

예 6-봉합사 풀아웃 힘

앞서 설명한 바와 같이(Syedain 등, 2017, Sci. Transl. Med., 9(414): pii: eaan4209), 봉합사 풀아웃 힘은 1 cm x 1 cm 절단된 스트립의 에지로부터 7-0 봉합사 2 mm의 루프를 배치함으로써 측정되었다. 루프의 일단부는 고정 아암에 클램핑되고 타단부는 인스트론 인장 시험 시스템(Instron Systems사)의 액추에이터 아암에 연결된다. 루프는 5 mm/sec의 속도로 당겨 파괴되었다.

예 7-콜라겐 함량

앞서 설명한 바와 같이(Syedain 등, 2014, Tissue Eng. Part A, 20(11-12):1726-34), 약 5 mm x 5 mm의 판막엽 샘플을 수집하여 생화학적으로 콜라겐 함량을 측정하였다. 콜라겐 함량은 하이드록시프롤린 분석 및 4-하이드록시프롤린 mg 당 콜라겐 7.46 mg의 환산 인자를 사용하여 정량화된다. 요약하면, 이식편 샘플을 산 가수분해하고 용해된 콜라겐을 비색 검출기(colorimetric detector)로서 디메틸아미노벤즈알데히드(p-DMBA)에 결합시켰다. 96-웰 포맷에서, 가수분해된 이식편 샘플 및 하이드록시프롤린 표준은 BioRad 판 검출 시스템에서 550 nm 파장에서 판독되었다. 시작 샘플 체적은 각각의 샘플의 측정된 길이, 폭, 및 두께를 사용하여 계산되었다. 콜라겐 함량은 각각의 샘플에서 단위 체적당 콜라겐 질량으로 보고되었다.

예 8-판막 이식

이식은 미네소타 대학 실험 외과 서비스(Experimental Surgical Services)(ESS)에서 수행되었다. 제조된 판막은 n = 8 도싯 어린 양(평균 연령 = 16 ± 4 주, 평균 체중 = 28 ± 2kg)에서 폐 판막 대체물로서 이식되었다. 모든 프로토콜은 동물 실험 윤리 위원회(Animal Care and Use Committee)(IACUC)에 의해 승인되었다. 모든 동물을 10 mg/kg 케타민 및 2-6 mg/kg 프로포폴을 사용하여 마취시키고, 시술 기간 동안 2-4% 이소플루란으로 유지시켰다. 늑간 공간을 통한 해부로 좌측 흉부 절개술을 통해 심장을 노출시켰다. 자생 판막엽을 제거하고, 폐 동맥의 일 세그먼트를 절제하여 가공된 판막 도관으로 교체하고 5-0 런닝 분해성(Maxon™) 봉합사를 사용하여 제자리에 봉합하였다. 원위 단부를 먼저 런닝 봉합사를 사용하여 봉합한 후에 근위 단부를 봉합하였다. 문합부를 폐쇄하기 전에, 판막 도관을 혈액으로 채워 공기를 대체시켰다. 일단 우회되면, 획득한 이미지로 심외막 심장 초음파 검사를 수행하였다. 수술 후, 동물은 연구 기간 동안 1500 IU 헤파린 BID의 피하 주사를 받았다. 판막 기능은 이식 후 1 주일에 매뉴얼 제약 하에 경흉부 심장 초음파 검사로 측정되었다.

예 9-통계

터키 포스트혹 테스트(Tukey posthoc test)에 의한 일원배치 분산 분석(One-way ANOVA)을 사용하여 p < 0.05에서 인장 기계적 특성의 차이를 평가하였다. 도면 플롯의 통계적 차이는 쌍으로 이루어진 심볼로 나타낸다.

예 10-조직 튜브 특성

도 7에 도시된 바와 같이, 탈세포화된 조직 튜브는 양 폐 판막 판막엽 및 가교된 소 경정맥 판막인 소아 폐 판막 대체물, 즉 Contegra™ 판막 도관에 대한 치료 표준과 유사한 인장 강도를 가졌다. 튜브의 인장 강도는 자생 판막엽과 유사하고 Contegra 판막엽보다 낮았다. 튜브 두께는 양 판막엽의 0.32 ± 0.09 mm와 비교하여 0.66 ± 0.15 mm이었다(n = 3). 튜브 봉합사 풀아웃 힘은 양의 자생 폐 동맥에 대한 244 ± 31 그램-힘(n = 3)과 비교하여 92 ± 13 그램-힘(n = 9)이었다. 콜라겐 농도는 자생 폐 동맥의 44 ± 14 mg/ml(n = 3)과 비교하여 가공된 조직에서 50 ± 9 mg/ml(n = 6)이었다. 탈세포화된 조직의 조직학은 관강내 표면 상의 잔여 피브린(적색 얼룩)과 원주방향으로 정렬된 콜라겐 밴드(녹색 얼룩)를 보여준다(도 7d).

예 11-판막 내마모성

내마모성은 20 mm Hg의 최종 확장기 압력 강하 상태(도 8a)에서 12M 사이클(생체 내에서 20주에 해당) 후에 Bose Durapulse™ 시스템을 사용하여 가속 피로 시험에서 평가하였다. 이음매 손상은, 튜브-인-튜브 설계에 있어서 이음매에서 내부 및 외부 튜브를 연결하는 봉합사 부위에서 명백히 분명하지만(도 8a), 이음매가 맞닿는 튜브에 의해 형성되는 신규한 3-튜브 설계(도 8b)에서는 명확하지 않다(도 6a 내지 도 6c).

예 12-판막 유체 역학

생물학적으로 가공된 튜브와 판막 판막엽 사이의 인장 특성의 밀접한 일치에 기초하여 예상되는 바와 같이(도 7), 세포 생성 콜라겐 기질(도 9)의 이들 튜브로 구성된 판막의 혈류 역학적 성능은, 표 1에서 Contegra™ 판막의 펄스 복제기 시험 데이터의 비교에 나타난 바와 같이, <2 mm Hg 수축기 압력 구배 및 <15% 폐쇄 체적/역류와 함께 허용될 수 있다.

예 13-이식시 판막 기능

4마리의 어린 양(평균 4개월령, 28kg)에게 자생 폐 판막의 판막엽을 제거한 후에 폐 동맥에 3-튜브 판막을 개재적으로 이식하고, 이식 시에 3D 심외막 심장 초음파 검사를 수행하였다. 이식 직후의 3-튜브 판막에 대한 대표적인 수술 부위 및 초음파 이미지가 도 10에 도시되어 있다. 장축에서 취한 판막엽의 측정된 접합 길이는 3-5 mm이었다(도 10b). 수술 후 1 주일에 수행된 초음파 분석으로부터의 판막 성능 메트릭스는 표 2에 보고되어 있다. 모든 판막 판막엽은 확장기 및 무 역류 동안 완전한 접합으로 정상적인 판막엽 운동을 하였다. 봉합된 좁은 원위 문합부가 15 mm Hg의 수축기 압력 강하를 생성한 하나의 동물을 제외하고, 판막을 가로지른 수축기 압력 강하는 <5 mm Hg이었다.

물질의 방법 및 조성물이 본 명세서에서 다수의 상이한 양태와 관련하여 설명되었지만, 다양한 양태의 이전 설명은 물질의 방법 및 조성물의 범위를 예시하기 위한 것이지 제한하려는 의도가 없음을 이해해야 한다. 다른 양태, 장점, 및 수정은 다음의 청구범위의 범주 내에 있다.

개시된 방법 및 조성물의 제조에 사용될 수 있거나, 이와 함께 사용될 수 있거나, 준비에 사용될 수 있거나, 또는 그 제품인 방법 및 조성물이 개시된다. 이들 및 다른 물질이 본 명세서에 개시되어 있고, 이들 방법 및 조성물의 조합, 부분 집합, 상호 작용, 그룹 등이 개시되어 있는 것으로 이해된다. 즉, 이들 조성물 및 방법의 각각의 다양한 개별적 및 집합적 조합 및 치환에 대한 특정한 언급은 명시적으로 개시되지 않을 수 있지만, 각각은 본 명세서에서 구체적으로 고려되고 설명된다. 예를 들어, 물질의 특정 조성물 또는 특정 방법이 개시되고 설명되었으며 다수의 조성물 또는 방법이 설명되었다면, 구체적으로 달리 지시되지 않는 한, 조성물 및 방법의 각각의 그리고 모든 조합 및 치환이 구체적으로 고려된다. 마찬가지로, 이들의 임의의 부분 집합 또는 조합이 또한 구체적으로 고려되고 개시된다.

Claims

보철 판막(prosthetic valve)이며,
제1 단부, 제2 단부, 외부 표면, 및 환형 영역을 포함하고 길이방향 축을 획정하는 본체로서, 길이방향 축과 정렬되는 적어도 2개의 관형 부재를 포함하는, 본체를 포함하고,
각각의 관형 부재는, 맞닿는 관형 부재의 외부 표면의 부분이 본체의 벽을 원주방향으로 형성하도록 길이방향 축을 따른 방향으로 맞닿는 외부 표면을 따라 인접한 관형 부재에 고정 부착되고,
각각의 관형 부재는 제2 단부에서 고정식으로 폐쇄되고, 각각의 관형 부재의 관강내 표면(luminal surface)은 판막엽(leaflet)의 상단 표면을 획정하며, 본체의 벽을 형성하지 않는 맞닿는 관형 부재의 제1 단부에서 외부 표면의 부분이 이음매를 획정하는, 보철 판막.
제1항에 있어서, 각각의 판막엽은 이음매 영역 및 환형 영역을 포함하는, 보철 판막.
제1항에 있어서, 각각의 판막엽은 본체의 환형 영역과 일체형인, 보철 판막.
제2항에 있어서, 각각의 판막엽의 이음매 영역과 환형 영역은 연속적 및 일체형인, 보철 판막.
제1항에 있어서, 상기 본체의 각각의 판막엽 및 대응하는 환형 영역은 각각의 관형 부재에 의해 형성되는, 보철 판막.
보철 판막이며,
일단부에서 밀봉된 적어도 2개의 맞닿는 관형 부재를 포함하는 본체를 포함하고, 각각의 밀봉된 관형 부재는 판막엽을 형성하는, 보철 판막.
보철 판막이며,
길이방향 축을 획정하는 본체를 포함하고, 상기 본체는 적어도 2개의 판막엽을 포함하며, 각각의 판막엽은 길이방향 축과 정렬된 관형 부재에 의해 형성되고,
상기 관형 부재는 제1 단부, 제2 단부, 외부 표면, 및 관강내 표면을 포함하며; 관형 부재의 제1 단부는 개방되고 관형 부재의 제2 단부는 폐쇄되어 관형 부재의 관강내 표면이 판막엽의 상단 표면을 형성하는, 보철 판막.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 본체는, 맞닿는 관형 부재의 외부 표면의 부분이 본체의 벽을 원주방향으로 형성하도록 길이방향 축을 따른 방향으로 맞닿는 외부 표면을 따라 인접한 관형 부재에 고정 부착되고 길이방향 축과 정렬되는 2개의 관형 부재를 포함하는, 보철 판막.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 본체는, 맞닿는 관형 부재의 외부 표면의 부분이 본체의 벽을 원주방향으로 형성하도록 길이방향 축을 따른 방향으로 맞닿는 외부 표면을 따라 인접한 관형 부재에 고정 부착되고 길이방향 축과 정렬되는 3개의 관형 부재를 포함하는, 보철 판막.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 판막은 2-판막엽 판막인, 보철 판막.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 판막은 3-판막엽 판막인, 보철 판막.
제1항에 있어서, 보철 판막은 승모 판막(mitral valve), 대동맥 판막(aortic valve), 삼천판 판막(tricuspid valve), 폐 심장 판막(pulmonary heart valve), 및 정맥 판막(vein valve)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 보철 판막.
판막 기능 부전 또는 기능 상실의 치료를 위해 사용되는 제1항 내지 제7항 및 제12항 중 어느 한 항에 따른 보철 판막.
보철 판막의 제조 방법이며,
적어도 2개의 관형 부재를 제공하는 단계로서, 각각의 관형 부재는 제1 단부, 제2 단부, 외부 표면, 및 관강내 표면을 포함하고 길이방향 축을 획정하는, 단계;
길이방향 축을 따라 적어도 2개의 관형 부재를 정렬시키는 단계;
인접한 관형 부재를 맞닿는 외부 표면을 따라 길이방향 축을 따른 방향으로 부착하여 본체를 형성하는 단계로서, 본체는 제1 단부, 제2 단부, 외부 표면, 및 환형 영역을 포함하고, 길이방향 축을 획정하며, 맞닿는 관형 부재의 외부 표면의 부분은 본체의 벽을 원주방향으로 형성하는, 단계; 및
각각의 관형 부재의 관강내 표면이 판막엽의 상단 표면을 획정하도록 제2 단부에서 각각의 관형 부재를 폐쇄하는 단계를 포함하고, 본체의 벽을 형성하지 않는 맞닿는 관형 부재의 제1 단부에서 외부 표면의 부분이 이음매를 획정하는, 방법.
제14항에 있어서, 관형 부재 중 적어도 하나는 자생 조직 관형 부재, 생물학적으로 가공된 관형 부재, 또는 합성 관형 부재인, 방법.
제14항에 있어서, 상기 본체는 적어도 하나의 자생 조직 관형 부재, 적어도 하나의 생물학적으로 가공된 관형 부재, 또는 적어도 하나의 합성 관형 부재를 포함하는, 방법.
제14항에 있어서, 상기 부착은 스티치, 스테이플, 접착제 또는 열 융합에 의한 것인, 방법.
제14항에 있어서, 상기 폐쇄는 스티치, 스테이플, 접착제 또는 열 융합에 의한 것인, 방법.
제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 2개의 관형 부재를 포함하는, 방법.
제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 3개의 관형 부재를 포함하는, 방법.
제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 판막은 2-판막엽 판막인, 방법.
제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 판막은 3-판막엽 판막인, 방법.