一种用于将致癌载荷靶向递送至组织的贴片

本公开涉及可以是用于将生理活性载荷(cargo)体内递送至组织的贴片形式的装置。政府支持致谢本发明是在国家科学基金会授予的cbet-0939511的政府支持下做出的。政府对本发明拥有一定的权利。

背景技术：

1、在开发用于人类的药物和医疗器械时，非人类的动物或“临床前”开发阶段必须先于在人类身上进行的临床试验阶段。因此，临床前开发取决于确定合适的非人类的动物，这些动物可以在能进行临床试验之前模拟药物或医疗器械的潜在影响。识别合适且可预测的非人类的动物模型对于有效和高效地将新药和医疗器械推向市场以造福人类健康和福祉至关重要。

2、合适的动物模型可以帮助评估新药或医疗器械在人类受试者临床试验之前或作为人类受试者临床试验的辅助手段的临床可行性、有效性、安全性以及相对优缺点。新药临床前研究的目标可以是确定首次人体研究的起始合适剂量和/或评估产品的潜在毒性。对于医疗器械，临床前测试模型可以评估器械的实用性以及器械使用上的潜在限制。此外，对于医学诊断，临床前模型可以为测试或研究液体活检化验或各种成像模式提供平台。

3、例如，某些疾病状态(如癌症)的临床前模型(如非人类的动物模型)可用于研究溶瘤药物和医疗器械。成熟的临床前研究通常依赖于小型实验室动物模型(如小鼠、大鼠和兔子)，尽管此类动物模型存在许多缺点。由于在解剖学、生理学、遗传学和代谢方面与人类存在实质性差异，这些小型实验室动物模型可能无法很好地预测药物或医疗器械在人体内的性能和/或毒性。

4、一些最近开发的临床前模型(例如特别是猪模型)与人类具有更高的同源性和相似的肿瘤表型。这些模型已被证明可以更好地预测人类药物和医疗器械的安全性和有效性。在开发用于治疗人类疾病(如各种人类癌症)的临床前模型时，一个重大挑战是缺乏所谓的原位动物模型，其中动物模型能够重现特定组织中肿瘤形成部位处的肿瘤起始的临床致癌过程。在没有原位动物模型的情况下，溶瘤药物和医疗器械的临床前研究可以取决于移植模型的使用，在移植模型中，将含肿瘤的细胞移植到试验动物体内，以研究可能对治疗所讨论的肿瘤有用的药物或医疗器械的效果。

5、因此，需要以更可靠和更有效的方式在临床前动物模型中创建原位肿瘤，以便药物和医疗器械的临床前研究可以对使用此类药物和器械可能产生的临床结果以更高程度的可预测性进行。

技术实现思路

1、本文公开了能够将生理活性载荷靶向体内递送到动物组织的装置及其使用方法(如致癌、基因修饰载体)。本文公开的装置包括一种含致癌载荷的基质，该基质可以以贴片的形式配置，所述贴片在致癌载荷递送到组织之前，例如在预定的一段时间内，保持致癌载荷。因此，本文公开的装置包括致癌贴片，其可以放置在体内与选定组织接触，例如在预定位置，以便装置随后递送致癌载荷。在这方面，该装置可以手术植入(或以更小的侵入性植入，例如通过内窥镜或针)，以在预定部位与选定用于递送致癌载荷的组织接触。更具体地说，本发明公开了一种贴片，其包括具有多个微通道的水凝胶，这些微通道被配置为在将致癌载荷递送到选定组织之前保持致癌载荷。特别地，公开了致癌贴片，其包括能够将贴片粘附到选定组织的附加层，例如聚多巴胺粘附层。含有致癌基因修饰载体形式的生理活性载荷的水凝胶贴片可以递送致癌物、病毒载体、基因编辑成分或其组合，这些载荷可以诱导所选组织细胞中的肿瘤生长。通过这种方式，本文所述的贴片和方法可用于启动原位肿瘤形成，随后在完整动物靶组织的选定部位诱导肿瘤生长。因此，载荷运输装置的构建和植入为组织和器官特异性肿瘤形成提供了一种临床前动物模型，其可用于预测在人类受试者中具有可能的临床价值的药物和装置的潜在安全性、有效性、优势、局限性或其他影响。

2、在一个例子中，贴片可以包括配置为粘附到组织预定位置的基底层和包括多个微通道的水凝胶层，所述多个微通道配置为在一段时间内储存和释放基因修饰载体，其数量足以通过操纵预定位置的体细胞基因组产生体细胞肿瘤。

3、在另一个例子中，在组织的预定位置产生体细胞肿瘤的方法可以包括在预定位置定位放置贴片，该贴片包括配置为粘附到预定位置的基底层和包括多个微通道的水凝胶层，这些微通道包含存储在多个微管道内的可释放致癌载荷，使得致癌载荷从水凝胶层释放出来，并通过操纵体细胞的基因组在预定位置产生体内细胞肿瘤。

4、在另一个例子中，制备含微通道的水凝胶贴片的方法可以包括通过在交联溶液中交联凝胶形成分子来形成水凝胶，将基底层粘附在水凝胶的表面上，基底层配置为粘附到组织上，在足以产生多个微通道的条件下冻干水凝胶，从而形成具有多个微通道的冷冻凝胶，并在含有选定载荷的溶液中再水化冷冻凝胶。

5、在另一个例子中，制备含微通道的水凝胶的方法可以包括将柔性交联水凝胶与包含所述载荷的溶液混合，在足以产生包含在水凝胶中的所述载荷的多个微通道的条件下冻干柔性交联水凝胶和载荷，并将基底层粘附在水凝胶的表面上，基底层配置为粘附到组织上。

6、通过参考附图进行的以下详细描述，本公开的上述和其他特征将变得更加明显。

技术特征：

1.一种贴片，其包括：

2.根据权利要求1所述的贴片，其中所述贴片被配置为在所述贴片位于所述组织的预定位置的时间段内从所述多个微通道连续释放所述基因修饰载体。

3.根据权利要求1或2所述的贴片，其中所述贴片被配置为在与所述组织接触三至五周后降解。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的贴片，其中所述水凝胶层还包括所述基因修饰载体，并且其中所述基因修饰载体包括设置在所述微通道管腔内的致癌病毒载体。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的贴片，其中所述水凝胶层还包括所述基因修饰载体，并且其中所述基因修饰载体包括设置在所述微通道的管腔内的表达cre重组酶(adcre)的腺病毒载体。

6.根据权利要求4或5所述的贴片，其中所述基因修饰载体携带在设置在所述微通道管腔内的致癌纳米颗粒内。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的贴片，其中所述多个微通道中的微通道在所述水凝胶层的水凝胶中彼此各向异性对齐排列。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的贴片，其中所述贴片的载荷层包含藻酸盐和二价酰肼基交联水凝胶。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的贴片，其中所述多个微通道的直径在50-1000μm的范围内。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的贴片，其中所述贴片的厚度在0.05-1.5mm的范围内，其中所述贴片的长度在1-10mm的范围内，以及其中所述贴片的宽度在1-10mm的范围内。

11.一种在组织的预定位置产生体细胞肿瘤的方法，其包括：

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述预定位置是所述组织的管腔表面。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述组织是胰腺、膀胱、结肠、直肠、食道、胃或喉咙中其一的组织。

14.根据权利要求11所述的方法，其中所述预定位置是所述组织的外表面。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述组织是神经元、脑或卵巢中的一种。

16.根据权利要求11-15中任一项所述的方法，其中所述贴片被配置为弯曲并抵靠所述组织的管腔表面或外表面之一而定位放置。

17.根据权利要求11-16中任一项所述的方法，其中将所述贴片定位放置在所述组织的所述预定位置处包括将所述贴片的基底层粘附到所述组织的管腔表面或外表面。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述基底层包括纤维蛋白胶或聚多巴胺胶中的一种。

19.根据权利要求11至18中任一项所述的方法，还包括在将所述贴片定位放置在所述组织的预定位置处之前，将所述贴片折叠成折叠递送状态并将其插入递送装置的内腔中，还包括将所述递送装置导航朝向所述组织的预定位置。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述递送装置是内窥镜。

21.根据权利要求19所述的方法，其中所述递送装置是针。

22.根据权利要求19-21中任一项所述的方法，其中将所述贴片定位放置在所述组织的预定位置处包括将经折叠的贴片在所述组织预定位置处从所述递送装置的远端部分推出，并将所述贴片从所述折叠递送状态展开为展开状态，使得所述基底层抵靠所述组织的所述预定位置的表面定位放置。

23.根据权利要求11-22中任一项所述的方法，还包括在将所述贴片定位放置在所述组织的预定位置处之后，在预定时间长度内在所述组织的预定位置处使所述贴片自动降解。

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述预定时间长度在三到五周的范围内。

25.根据权利要求11-24中任一项所述的方法，其中所述致癌载荷包括基因修饰载体。

26.根据权利要求11-24中任一项所述的方法，其中所述致癌载荷包括核酸，所述核酸包含用于将一种或多种肿瘤驱动突变引入所述组织的体细胞的crispr成分。

27.根据权利要求11-24中任一项所述的方法，其中所述致癌载荷被携带在储存在所述贴片的水凝胶层的多个微通道内的纳米颗粒内。

28.根据权利要求11-24中任一项所述的方法，其中所述致癌载荷包括致癌物、细胞分裂因子或血管生成因子中的一种或多种。

29.根据权利要求11-27中任一项所述的方法，其中所述贴片的水凝胶层还包括储存在所述多个微通道内的辅助载荷，并且还包括从所述水凝胶层释放所述辅助载荷，以调节在所述组织的预定位置处产生的体细胞肿瘤的生物学、微环境或生长速率中的一种或更多种。

30.根据权利要求29所述的方法，其中所述辅助载荷包括致癌物。

31.根据权利要求29或30所述的方法，其中所述辅助载荷包括细胞分裂因子和血管生成因子中的一种或多种。

32.根据权利要求11-31中任一项所述的方法，其中所述组织位于受试者体内，并且其中所述受试者是转基因动物或野生型动物。

33.一种制备含微通道的水凝胶贴片的方法，其包括：

34.根据权利要求33所述的方法，其中所述选定载荷是致癌病毒载体。

35.根据权利要求33的方法，其中所述选定载荷是表达cre重组酶(adcre)的腺病毒载体。

36.根据权利要求33的方法，其中所述选定载荷是携带癌症引起材料的致癌纳米颗粒。

37.根据权利要求33所述的方法，其中所述选定载荷是致癌物。

38.根据权利要求33-37中任一项所述的方法，其中形成的所述多个微通道中的微通道在所述水凝胶中彼此各向异性对齐排列。

39.根据权利要求33-38中任一项所述的方法，其中所述水凝胶是藻酸盐和二价酰肼基交联的水凝胶。

40.根据权利要求33-39中任一项所述的方法，其中所述多个微通道中的微通道的直径在50-1000μm的范围内。

41.根据权利要求33-40中任一项所述的方法，其中所述贴片的厚度在0.05-1.5mm的范围内，其中所述贴片的长度在1-10mm的范围内，以及其中所述贴片的宽度在1-10mm范围内。

42.一种制备包含微通道的水凝胶贴片的方法，其包括：

43.根据权利要求42所述的方法，其中所述载荷是致癌病毒载体。

44.根据权利要求42的方法，其中所述载荷是表达cre重组酶(adcre)的腺病毒载体。

45.根据权利要求42所述的方法，其中所述载荷是携带癌症引起材料的致癌纳米颗粒。

46.根据权利要求42所述的方法，其中所述载荷是致癌物。

47.根据权利要求42-46中任一项所述的方法，其中形成的所述多个微通道中的微通道在所述水凝胶中彼此各向异性对齐排列。

48.根据权利要求42-47中任一项所述的方法，其中所述水凝胶是藻酸盐和二价酰肼基交联的水凝胶。

49.根据权利要求42-48中任一项所述的方法，其中所述多个微通道中的微通道的直径在50-1000μm的范围内。

50.根据权利要求42-49中任一项所述的方法，其中所述贴片的厚度在0.05-1.5mm的范围内，其中所述贴片的长度在1-10mm的范围内，以及其中所述贴片的宽度在1-10mm的范围内。

技术总结本发明公开了配置为容纳致癌载荷并以受控方式将载荷递送到指定组织的预定位置的贴片。作为一个示例，贴片可以包括配置为粘附到组织的预定位置处的基底层和水凝胶层。水凝胶层可以包括多个微通道，这些微通道被配置为在一段时间内储存和释放基因修饰载体，其数量足以通过在预定位置操纵体细胞的基因组来产生体细胞肿瘤。技术研发人员：H·孔,B·金,L·B·舒克,K·沙赫特施耐德,L·埃尔哈德拉吉,M·卡利诺受保护的技术使用者：伊利诺伊大学董事会技术研发日：技术公布日：2024/9/17