用于植入物的干燥、可膨胀、海绵状生物材料的制备方法与流程

背景技术：

1、各种医疗干预需要停止不期望的出血。这样的医疗干预例如包括牙科手术，其中海绵状材料可以放置在患者的口腔(cavitas oris)的出血区域中。海绵状材料可以优选地适于使得其可以触发血液凝固，从而可以停止出血。

2、在经导管主动脉瓣植入(tavi)中可能出现停止血流的类似需要，在tavi期间，可以借助于基于导管的介入来替换有缺陷的主动脉瓣。在tavi期间，新的主动脉瓣可以附接到(自扩张)支架，并通过将导管插入患者的股动脉(arteria femoralis)中并随后将导管经股移动到患者的心脏中来输送到患者的心脏。这种微创手术可以显著降低患者的风险，因为它可能由可能需要打开患者胸部的主动脉瓣的常规置换引起。然而，tavis的不期望的副作用可能是瓣周漏的形成。这种瓣周漏可以被理解为植入的主动脉瓣与患者的周围血管(即，主动脉)的内壁之间的间隙，其中瓣周漏可以允许血液从主动脉流回到心室中。这可能导致患者的生理性能损失和/或呼吸困难。瓣周漏可以至少部分地通过围绕支架和新的主动脉瓣缠绕海绵状和/或可膨胀材料(例如，作为类似于o形环的密封元件)来补偿，使得可膨胀材料可以至少部分地闭合瓣周漏。

3、这些已知的材料通常基于细菌纳米纤维素、脱细胞组织基质(例如，心包、结肠或瘤胃)以及基于胶原的海绵。然而，这些材料表现出各种缺点。值得注意的是，细菌纤维素是一种相当新的材料，鉴于医疗应用中的耐受性和耐久性，其仅可获得有限的临床长期数据。基于胶原蛋白的海绵优选用于牙科中的应用。然而，由于它们通常用作天然材料(并且例如是可再吸收的)，因此它们的潜在应用范围非常有限。特别地，由于它们的可再吸收特性，它们固有地不适用于其中需要长期使用胶原质基海绵的应用。这基本上排除了基于胶原蛋白的海绵用于治疗例如瓣周漏，其中可能需要基于胶原蛋白的海绵在患者的心脏中保留例如几年。海绵是具有孔的多孔材料。

4、所述材料的制备通常涉及干燥步骤(例如将生物材料中的水含量降低至低于10wt.％)，例如通过冷冻干燥。然而，作为干燥过程的结果，这些材料通常表现出有限的柔韧性或甚至失去它们的柔韧性，这使得它们的处理不舒适或甚至对于一些应用是不可能的。例如，常规干燥的材料可能不能折叠、弯曲到一些医疗应用(例如，与支架组合)可能需要的程度。

5、此外，在空气中的常规干燥程序通常导致材料的不可逆损坏和/或可能导致材料的某种不期望的脆性。这些缺点可能另外伴随着干燥时材料形状的不期望的变化。即使在将材料暴露于例如医疗应用中的血液之后，这些不利影响也可能仍然存在，使得它们可能不再能够完成它们最初设计的任务。

6、在生物材料的其他制造方法中，可以经历更先进的“稳定干燥”过程，在该过程中，一个或多个化学稳定剂可以整合在顺序冲洗过程中。然而，由于材料的典型海绵状质地，这种唯一的冲洗过程通常仅提供材料的有限稳定性，因为稳定剂(例如，稳定流体)仅可能由于材料的典型多孔结构而以有限的方式进入海绵状材料。换句话说，稳定流体可以仅进入材料的位于材料外部的区域，而稳定流体可以不渗透到材料的中心部分。因此，可能无法确保材料的充分稳定，并且无法完全实现材料的所需性质，特别是关于柔性而不引起不可逆的结构损坏。

7、因此，本领域已知的用于医疗应用的生物材料以及用于医疗应用的制造和制备它们的相关方法不能总是以令人满意的方式实现医疗应用的期望要求。

8、因此，需要改进制造用于医疗应用的生物材料的方法，并提供用于现有技术医疗应用的具有改进性质的生物材料。

技术实现思路

1、本发明的各方面至少部分地满足了这种需要。

2、第一方面涉及制备用于医疗应用的生物材料的方法。该方法可以包括将生物材料暴露于第一液体，其中第一液体可以例如包含例如至少10％的除水之外的组分。此外，该方法可以包括将第一压缩步骤施加到生物材料上，其中第一压缩步骤可以包括在多个压缩间隔中重复施加压缩力。该方法还可以包括干燥生物材料，例如在第一压缩步骤之后至少部分地干燥生物材料。

3、第一液体可以包含例如按重量计至少10％的除水之外的组分。可替代地，第一液体可以包括例如按体积计至少10％的除水之外的组分。在一些实施例中，第一液体可以包括例如至少20％、30％、40％、50％、60％或70％的除水之外的组分(按重量或体积计)。

4、在优选实施例中，第一液体可以包括稳定溶液和/或冲洗流体。例如，第一液体可以包含至少10％的稳定剂，例如聚乙二醇(peg)，例如peg-200或peg-400，和/或甘油。

5、可以在至少两个压缩间隔，优选至少三个、四个或五个压缩间隔中向生物材料施加压缩力。可以向生物材料施加压缩力，使得其至少暂时减小生物材料的厚度。

6、上述方法可以提供以下优点：提供用于医疗应用的干燥生物材料，其具有减小的尺寸并且可以储存在干燥环境中(例如，在不存在保存液体的情况下)。此外，生物材料可以在暴露于液体(例如血液)时具有膨胀特性。这些膨胀特性可以允许具有减小的体积的生物材料可以被输送到患者体内的特定位置，例如，通过基于导管的输送，在该位置处，生物材料可以由于与血液接触而增加其体积。这可以允许节省空间地递送生物材料。此外，由于生物材料在与例如血液接触时的膨胀，生物材料可以膨胀到患者身体的小空腔中(例如，伤口/病变中)，在该小空腔处生物材料可以有助于血液凝固，使得可以停止不期望的出血和/或血流。

7、此外，除了上述优点之外，该方法可以允许提供具有改善的长期耐久性的生物材料，使得生物材料可以特别适用于减少tavi中的不期望的副作用，例如，用于至少部分地补偿生物材料可能在患者体内保留(例如，几年)的瓣周漏。生物材料通常可以应用于例如优选地需要减少和/或停止血液或任何其他体液的流动的任何种类的手术中。

8、生物材料的另一个优点本质上可以在增加的生物相容性中看到，因为可以不使用合成材料，这可以有助于降低出现血栓栓塞并发症的风险。

9、在生物材料暴露于第一液体之后或同时重复施加压缩力可以增加第一液体对生物材料的渗透。例如，如果第一液体包括冲洗流体，则这可以导致例如先前施加的交联剂(例如戊二醛)的改善的置换。此外，如果第一液体包括稳定剂，则可以改善稳定剂对生物材料的渗透，并且可以将更多的水从材料中置换出来，使得干燥得到改善。在一些示例中，因此可以减少干燥期间可能导致不可逆(即使在再水化时)的结合的氢桥的形成。

10、重复施加压缩力可以包括生物材料的交替压缩间隔和至少一个松弛间隔。

11、在一些优选的实施例中，压缩间隔之后可以是至少一个松弛间隔，其中，在至少一个松弛间隔期间，允许压缩的生物材料返回到其施加压缩力之前的状态，使得例如生物材料厚度的减小(例如，由于施加压缩力)可以至少部分地逆转。

12、压缩力可以被构造成在交替的压缩间隔中的每一个期间大小相等。或者，也可以随着每个随后的压缩间隔减小压缩力。或者，也可以在每个随后的压缩间隔之间增加压缩力。

13、通过以交替的压缩间隔和至少一个松弛间隔施加压缩力，可以确保用(至少)第一液体改善生物材料的饱和/浸渍。更具体地，在每个压缩间隔期间，驻留在生物材料中的第一液体(和/或其他液体)可以从生物材料中移位，而在松弛间隔中，第一液体可以(再次)浸泡到生物材料中。重复所述过程可以导致生物材料中第一液体的量增加，并且第一液体进入生物材料的渗透深度可以增加。这可以有助于生物材料被第一液体饱和。如果第一液体是稳定液体，则因此可以支持改进的稳定过程。

14、至少一个松弛间隔可以包括0.2s至30s，优选0.5s至15s。在优选实施例中，至少一个松弛间隔可以设置有约3s至7s(例如约5s)的持续时间。

15、如果生物材料暴露于至少两个松弛间隔，则至少两个松弛间隔可以具有相等的持续时间。备选地，松弛间隔的持续时间可以随着每个随后的松弛间隔而增加或减少。

16、通过调整至少一个松弛间隔使得其包括0.2s至30s，可以确保生物材料用第一液体的优化浸渍，因为较短的松弛间隔可能不能确保生物材料具有足够的时间量来浸泡足够量的第一液体，该足够量的第一液体然后可以允许所需程度的例如生物材料的稳定(如果第一液体是稳定溶液)。另一方面，如果选择比上述间隔长的松弛间隔，则用于医疗应用的生物材料的制造可能会过度延长时间。

17、压缩间隔可以包括0.1s至10s，优选0.2至5s。在优选实施例中，至少一个压缩间隔可以设置有约1s至3s，例如约2s的持续时间。

18、如果生物材料暴露于至少两个压缩间隔，则至少两个压缩间隔可以具有相等的持续时间。可替代地，可以在每个后续压缩间隔之间增加或减少压缩间隔的持续时间。

19、通过调整压缩间隔使得其包括0.1s至30s，可以确保第一液体在生物材料内的优化分布，并且去除生物材料内不需要的液体的喷射。然而，如果选择压缩间隔的持续时间长于上述间隔，则生物材料的制造可能过度延长时间。

20、第一压缩步骤可包括施加在25kpa至500kpa，优选50kpa至450kpa范围内的压缩力。在优选的实施例中，压缩力可以为70kpa至80kpa，例如约74kpa，或350kpa至400kpa，例如约370kpa。例如，这些值已经证明非常适合于包括心包的生物材料。

21、压缩力可以在生物材料的整个主表面上施加到生物材料。例如，如果生物材料作为片状材料提供，则可以垂直于片材的正面和背面施加压缩力。

22、配置第一压缩步骤使得压缩力在上述范围内可以确保生物材料可重复地压缩到一定的期望厚度。如申请人已经发现的，较高的压缩力可能导致所获得的生物材料的厚度值的分散(在完成该方法之后)，因此可能不会以可再现的方式(例如，相对于生物材料的厚度和/或其体积)导致生物材料的性质。此外，较高的压缩力也可能损坏生物材料，而太弱而不能压缩生物材料的压缩力可能不会导致生物材料中第一液体的上述交换，因此可能不会导致生物材料中期望程度的交联或稳定。

23、该方法还可以包括：将所述生物材料暴露于第二液体，所述第二液体包含例如至少10％的除水之外的组分。暴露于第二液体可以在暴露于第一液体之后进行。

24、该方法还可以包括将第二压缩步骤施加到生物材料上。第二压缩步骤可以例如在生物材料暴露于第二液体期间进行。第二压缩步骤可以类似于第一压缩步骤，并且包括例如本文参考第一压缩步骤描述的特征。

25、与第一液体相比，第二液体可以包括不同的组成。第二液体可以包含例如按重量计至少10％的除水之外的组分。可替代地，第二液体可以包括例如按体积计至少10％的除水之外的组分。在一些实施例中，第二液体可以包括例如至少20％、30％、40％、50％、60％或至少70％的除水之外的组分(按重量或体积计)。

26、例如，第二液体可以包括冲洗溶液和/或稳定剂。如果第二液体包含稳定剂，则其可以优选地包含聚乙二醇(peg)，例如peg-200或peg-400，和/或甘油。

27、施加至少两种稳定剂溶液(例如，如果第一液体是第一稳定剂溶液，并且如果第二液体是第二稳定剂溶液)可以增强生物材料的稳定化。在该实施例中，第一和第二压制步骤可以分别在生物材料暴露于第一和第二稳定剂期间进行。在其他示例中，第一液体可以包括或者是冲洗溶液，而第二液体包括或者是稳定剂。

28、该方法还可以包括：在所述第二压缩步骤之后，将所述生物材料暴露于第三液体，所述第三液体包含至少10％的除水之外的组分。该方法还可以包括：将第三压缩步骤施加到所述生物材料上。第三压缩步骤可以类似于第一压缩步骤，并且包括例如本文参考第一压缩步骤描述的那些特征。

29、与第一液体相比，第三液体可以包括不同的组成。与第二液体相比，第三液体可以包括不同的组成。第三液体可以包含例如按重量计至少10％的除水之外的组分。可替代地，第三液体可以包括例如按体积计至少10％的除水之外的组分。在一些实施例中，第三液体可以包括例如至少20％、30％、40％、50％或至少60％的除水之外的组分(按重量或体积计)。

30、第三液体可以是a-a稳定剂。第三液体可优选包含聚乙二醇(peg)，更优选peg-400和/或peg-200和/或甘油。

31、在一些实施例中，该方法还可以包括将生物材料暴露于第四液体、第五液体、第六液体、第七液体等。将生物材料暴露于第四液体、第五液体、第六液体、第七液体等可以伴随着对生物材料施加相应的第四压缩步骤、第五压缩步骤、第六压缩步骤、第七压缩步骤等。相应的暴露时间可以类似于或等于本文参照上述第一液体、第二液体和第三液体所述的暴露时间。

32、干燥可以包括干燥包含第一、第二和/或第三液体的材料上的生物材料。干燥可以在气候柜和/或干燥器中进行。

33、可以调整干燥，使得其可以主要减少生物材料中(例如，第一液体、第二液体、第三液体等的)水和/或(过量的残余)稳定剂的量。

34、干燥过程还可以包括将压缩力施加到生物材料上。压缩力可以在整个干燥过程期间或仅在干燥过程的至少一部分期间或在干燥过程之后施加到生物材料。

35、干燥过程可以在室温(例如，在约20℃下)进行。或者，干燥过程也可以在室温以上(例如，在30℃、40℃、50℃、60℃、80℃等)进行。或者，干燥过程也可以在低于室温(例如，在18℃)下进行。干燥过程可以优选在恒定温度下进行。然而，在一些实施例中，温度的变化可能是有利的。

36、浸渍有液体的材料可以用作贮存器，其适于在干燥过程期间向生物材料提供液体。浸渍有液体的材料可以是片状元件或毛巾状元件。或者，浸渍有液体的材料可以是网格状结构，其在将生物材料放置在其上之前已经用液体覆盖。

37、在一些实施例中，还可以用第四液体等浸渍材料。

38、通过在浸渍有第一、第二或第三液体的材料中进行干燥过程，可以避免干燥过程从生物材料中提取过多量的相应液体(例如稳定剂)。从生物材料中提取的稳定剂(由于干燥过程)可以被来自浸渍材料的稳定剂代替，使得一定量的稳定剂可以保持在生物材料中。因此，可以避免干燥过程中生物材料的不期望的劣化。

39、与生物材料的初始厚度相比，该方法可以使生物材料的厚度减小40-80％或50-70％。厚度的减小可以优选地为约60％。

40、在压缩生物材料之后，例如在气候柜中，该方法可以使生物材料的厚度减小50-70％，其中减小的厚度在该范围内保持至少1-7天(例如，在1天、2天、3天、4天、5天、6天或7天之后)。

41、另外地或可替代地，该方法还可以使生物材料的表面积减少10-30％，优选减少约15％。表面积可以与经受如上所述的压缩力的区域的度量尺寸(例如，宽度和长度)相关联，例如，在生物材料以片状方式提供的情况下。

42、通过减小生物材料的厚度(和表面积)，可以提供用于医疗应用的紧凑生物材料。这可以特别地允许将生物材料递送和/或插入患者体内的狭窄血管和/或病变中。

43、第一、第二和/或第三液体可以包含至少10％的稳定剂，例如甘油和/或聚乙二醇peg。第一液体可替代地包括冲洗溶液。

44、在第一、第二和/或第三液体包括甘油的示例性实施例中，甘油可以以10-50％的浓度提供，优选地以20-30％的浓度提供。

45、在其中第一、第二和/或第三液体包含聚乙二醇的示例实施例中，peg可以以10-50％的浓度提供，优选以20-40％的浓度提供。

46、通过提供第一液体使得其包含甘油和/或peg，优选具有上述浓度，可以获得生物材料的优化稳定化。

47、在一些实施例中，其中第一液体或第二液体包含冲洗溶液，通常还可以使用盐水溶液，其可以包含少于10％的除水之外的组分(例如，nacl可以作为0.9％溶液提供)。此外，例如可以使用超纯水。因此，在干燥生物材料之前，例如在暴露于液体期间，将如本文所述的一个或多个(脉冲)压缩步骤应用于生物材料也是一个单独的方面。

48、生物材料可以包括心包组织。心包组织可以优选地是猪心包。可替代地或另外地，生物材料可以另外地或可替代地包括其他生物材料，其可以优选地包括胶原纤维。通过提供生物材料作为心包组织，可以增加生物材料在患者体内的生物相容性。此外，通过使用猪心包组织，可以降低生物材料的获取成本并且可以提供用于医疗应用的成本有效的生物材料。在其他实施例中，生物材料可以包括例如结肠或瘤胃组织。

49、在一个优选的实施例中，生物材料可以(最初)包含天然(即自然)生物材料。另外，生物材料可以包括脱细胞生物组织。

50、另一方面涉及可以根据上述方法步骤之一制备的生物材料。通过提供根据上述方法步骤之一制造的材料，可以提供高度可溶胀的用于医疗应用的可储存(在干燥环境中)、海绵状和可膨胀/可溶胀的材料。

51、生物材料可以通过再水化，例如在与水性液体接触时，可膨胀至其初始厚度的至少70％，优选至少80％，例如80-90％。另外或可替代地，生物材料可以通过再水化，例如，在与水性液体接触时，可膨胀至其初始表面积的至少70％，优选至少80％。

52、在一个优选的实施例中，根据上述方法步骤之一制备的生物材料可以以与生物材料的初始尺寸相比减小的尺寸提供。

53、由于使生物材料再水化，生物材料可以是可膨胀/可溶胀的。再水化可以在将生物材料暴露于液体(优选血液)时引起。

54、可以调整生物材料，使得膨胀在小于30s，优选小于20s，更优选小于10s的时间间隔内发生。

55、通过提供生物材料使得其厚度和/或其面积尺寸可膨胀，可以支持生物材料膨胀到小空腔中，使得可以在短时间内停止不期望的出血。

56、另一方面涉及一种植入物。植入物可以包含根据上述方法步骤之一制备的生物材料。

57、植入物可以是支架，优选自膨胀支架。支架可以包括主动脉瓣。

58、植入物可以设置有生物材料，使得生物材料沿着周向方向围绕植入物，并且使得在生物材料(例如，响应于再水化)膨胀(例如，在径向方向上)时，可以防止生物材料和患者血管内壁之间的血流。

59、另一方面涉及可以根据前述方法步骤之一制备的材料用于植入物的密封元件的用途。

60、通过提供具有根据上述方法步骤之一制备的生物材料的植入物，可以抑制在植入例如主动脉瓣期间可能发生的不期望的副作用(例如瓣周漏)的风险，因为可能出现的瓣周漏可以通过膨胀的生物材料立即被处理。后一步骤可以有助于至少有助于减少瓣周漏。

61、关于前述全部公开内容，本发明还包括以下实施例：

62、1.一种制备多孔组织海绵的方法，其中所述方法包括以下步骤：

63、-提供含有胶原纤维的一个或多个天然生物组织或一个或多个脱细胞生物组织，优选心包组织或脱细胞心包组织，

64、-(干)机械溶解一个或多个天然生物组织或一个或多个脱细胞生物组织，优选通过研磨，以获得溶解的组织，

65、-将溶解的组织均质化以获得均质化的组织，

66、-将均质化的组织倒入冷冻的醛模具中，优选冷冻的戊二醛模具中，并冷冻所述均质化的混合物以获得冷冻组织，

67、-解冻冷冻的组织和冷冻的醛模具，优选戊二醛模具，从而预交联组织的胶原纤维以获得多孔组织海绵，

68、-任选地，通过在升高的温度例如60度下加入醛，优选戊二醛进一步交联多孔组织海绵。

69、2.一种制备用于医疗应用的生物材料的方法(600)，包括：

70、-提供优选通过实施例1的方法获得的多孔组织海绵，

71、-将多孔组织海绵暴露于甘油溶液；

72、-将第一压缩步骤施加到生物材料上，其中所述第一压缩步骤包括以多个压缩间隔重复施加压缩力；以及

73、-将多孔组织海绵暴露于聚乙二醇水溶液，所述聚乙二醇水溶液包含平均分子量为150g/mol至300g/mol的聚乙二醇；

74、-将第二压缩步骤施加到生物材料上，其中所述第二压缩步骤包括以多个压缩间隔重复施加压缩力；以及

75、-将多孔组织海绵暴露于聚乙二醇水溶液，所述聚乙二醇水溶液包含平均分子量为300g/mol至1000g/mol的聚乙二醇；

76、-将第三压缩步骤施加到生物材料上，其中，所述第三压缩步骤包括在多个压缩间隔中重复施加压缩力以获得稳定的组织海绵；以及

77、-干燥稳定的多孔海绵组织以获得干燥的海绵；以及

78、-任选地压缩干燥的海绵。

79、3.根据实施例2所述的方法，其中，重复施加压缩力包括生物材料的交替压缩间隔和至少一个松弛间隔。

80、4.根据实施例3所述的方法，其中，所述至少一个松弛间隔包括0.2s至30s，优选0.5s至15s。

81、5.根据实施例2至4中任一项所述的方法，其中，所述压缩间隔包括0.1s至10s，优选地0.2s至5s。

82、6.根据实施例2至5中任一项所述的方法，其中，所述第一压缩步骤包括施加在25kpa至500kpa、优选50kpa至450kpa范围内的压缩力。

83、7.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，其中所述干燥通过在30℃至40℃，优选37℃下将相对湿度降低至10％或更低来进行。

84、8.根据如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，与所述生物材料的初始厚度相比，所述方法使所述生物材料的厚度减小40-80％，优选50-70％。

85、9.根据如权利要求2至9中任一项所述的方法，其中，所述多孔组织海绵基于心包组织。

86、10.根据如权利要求2至9中任一项所述的方法，其中，通过施加50kpa至300kpa的压缩力来压缩干燥的海绵。

87、11.根据如权利要求2至9中任一项所述的方法，其中，通过施加70kpa至80kpa的压缩力来压缩干燥的海绵。

88、12.生物材料，其通过根据权利要求1至11中任一项所述的方法制备。

89、13.权利要求12的生物材料，其中，所述生物材料通过再水化可膨胀至其初始厚度的至少70％，优选至少80％；和/或生物材料通过再水化可膨胀至其初始表面积的至少70％，优选至少80％。

90、14.植入物，其包含根据权利要求12或13所述的生物材料。

91、15.将根据权利要求1至11中任一项所述的方法制备的生物材料用于植入物的密封元件的用途。