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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-05-24
(54)【発明の名称】高強度コラーゲン組成物および使用方法
(51)【国際特許分類】
A61L 27/24 20060101AFI20230517BHJP
【ＦＩ】
A61L27/24
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022559920
(86)(22)【出願日】2021-03-30
(85)【翻訳文提出日】2022-11-18
(86)【国際出願番号】 US2021024893
(87)【国際公開番号】W WO2021202533
(87)【国際公開日】2021-10-07
(31)【優先権主張番号】63/002,644
(32)【優先日】2020-03-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】519278619
【氏名又は名称】ジェニフィス，インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100145403
【弁理士】
【氏名又は名称】山尾 憲人
(74)【代理人】
【識別番号】100150500
【弁理士】
【氏名又は名称】森本 靖
(74)【代理人】
【識別番号】100176474
【弁理士】
【氏名又は名称】秋山 信彦
(72)【発明者】
【氏名】ボイティク－ハービン，シェリー エル
(72)【発明者】
【氏名】プルス，セオドア ジェイ
【テーマコード（参考）】
4C081
【Ｆターム（参考）】
4C081AB11
4C081AB17
4C081BA12
4C081BB08
4C081CC05
4C081CD121
4C081DA02
4C081DA03
(57)【要約】
本発明は、約０．００５ｍｍ～約３ｍｍの厚さおよび高強度（例えば、約０．５ＭＰａ～約２００ＭＰａの高弾性率）を有する人工コラーゲンスキャフォールドに関する。この人工コラーゲンスキャフォールドは、非崩壊性および／または非拡大性でありうる。本開示はまた、これらのコラーゲンスキャフォールドを使用する方法にも関する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
非崩壊性および／または非拡大性の人工コラーゲンスキャフォールドであって、約０．００５ｍｍ～約３ｍｍの厚さ、および約０．５ＭＰａ～約２００ＭＰａの弾性率を有する、人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項2】
凍結乾燥および再水和される場合に崩壊しない、請求項１に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項3】
約０．０１ｍｍ～約２．０ｍｍの厚さを有する、請求項１から２のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項4】
約０．０１ｍｍ～約１．０ｍｍの厚さを有する、請求項１から２のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項5】
約０．０１ｍｍ～約０．２５ｍｍの厚さを有する、請求項１から２のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項6】
約０．１ｍｍ～約１．０ｍｍの厚さを有する、請求項１から２のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項7】
約０．５ｍｍ～約１．０ｍｍの厚さを有する、請求項１から２のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項8】
約０．１５ｍｍ～約０．２５ｍｍの厚さを有する、請求項１から２のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項9】
約１８ＭＰａ～約２００ＭＰａの弾性率を有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項10】
約２０ＭＰａ～約１８０ＭＰａの弾性率を有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項11】
約４０ＭＰａ～約１２０ＭＰａの弾性率を有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項12】
約６０ＭＰａ～約１００ＭＰａの弾性率を有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項13】
約８０ＭＰａ～約１８０ＭＰａの弾性率を有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項14】
約０．５ＭＰａ～約２０ＭＰａの極限引張強さを有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項15】
約１ＭＰａ～約２５ＭＰａの極限引張強さを有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項16】
約０．２ＭＰａ～約２０ＭＰａの極限引張強さを有する、請求項１から１５のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項17】
約５ＭＰａ～約１５ＭＰａの極限引張強さを有する、請求項１から１５のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項18】
約２ＭＰａ～約２０ＭＰａの極限引張強さを有する、請求項１から１５のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項19】
約５％～約７０％の破壊歪みを有する、請求項１から１８のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項20】
約１０％～約４０％の破壊歪みを有する、請求項１から１８のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項21】
約２Ｎ～約８Ｎの縫合糸保持ピーク荷重を有する、請求項１から２０のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項22】
約０．２Ｎ～約２Ｎの縫合糸保持ピーク荷重を有する、請求項１から２０のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項23】
約０．１Ｎ～約４Ｎの縫合糸保持ピーク荷重を有する、請求項１から２０のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項24】
人工コラーゲンスキャフォールドが組成物中にあり、組成物が、流体をさらに含む、請求項１から２３のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項25】
存在する流体のパーセンテージが、約５％～約９９％である、請求項２４に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項26】
組成物が、組成物を凍結乾燥すること、組成物を真空プレスすること、もしくは脱水熱処理、またはこれらの組合せによって乾燥される、請求項２４または２５のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項27】
コラーゲンがＩ型コラーゲンである、請求項１から２６のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項28】
コラーゲンが精製されたＩ型コラーゲンである、請求項１から２７のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項29】
医療用移植組織である、請求項１から２８のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項30】
人工コラーゲンスキャフォールドが医療用移植組織であり、医療用移植組織が、損傷したまたは機能不全の組織の再生、回復または置換のために使用される、請求項１から２９のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項31】
心膜、心臓弁、皮膚、血管、気道組織、体壁および腫瘍除去後に再構築された組織から選択される組織の再生または置換または回復のための医療用移植組織である、請求項３０に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項32】
最終滅菌されるか、または無菌で調製される、請求項１から３１のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項33】
グルタルアルデヒドによる処理、ガンマ線照射、電子線照射またはエチレンオキシド処理から選択されるプロセスによって最終滅菌される、請求項３２に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項34】
コラーゲンが、オリゴマーコラーゲン、モノマーコラーゲン、テロコラーゲンもしくはアテロコラーゲン、またはこれらの組合せを含む、請求項１から３３のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項35】
所定の形状に圧縮された、請求項１から３４のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項36】
形状が球である、請求項３５に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項37】
形状が管である、請求項３５に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項38】
形状がシートである、請求項３５に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項39】
圧縮が拘束圧縮である、請求項３５から３８のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項40】
コラーゲン濃度が、約５０～約１０００ｍｇ／ｃｍ３である、請求項１から３９のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項41】
コラーゲン濃度が、約５０～約９００ｍｇ／ｃｍ３である、請求項１から３９のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項42】
コラーゲン濃度が、約５０～約８００ｍｇ／ｃｍ３である、請求項１から３９のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項43】
コラーゲン濃度が、約５０～約７００ｍｇ／ｃｍ３である、請求項１から３９のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項44】
コラーゲン濃度が、約５０～約６００ｍｇ／ｃｍ３である、請求項１から３９のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項45】
コラーゲン濃度が、約５０～約５００ｍｇ／ｃｍ３である、請求項１から３９のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項46】
コラーゲン濃度が、約５０～約４００ｍｇ／ｃｍ３である、請求項１から３９のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項47】
コラーゲン濃度が、約５０～約３００ｍｇ／ｃｍ３である、請求項１から３９のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項48】
コラーゲン濃度が、約５０～約２００ｍｇ／ｃｍ３である、請求項１から３９のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項49】
患者に移植された場合、炎症または異物反応を誘発しない、請求項１から４８のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項50】
コラーゲンが、ブタコラーゲン、ヒトコラーゲンおよびウシコラーゲンから選択される、請求項１から４９のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項51】
コラーゲンが合成コラーゲンである、請求項１から４９のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項52】
コラーゲンが未変性コラーゲンである、請求項１から５０のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項53】
コラーゲンが組換えコラーゲンである、請求項１から４９のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項54】
細胞をさらに含む、請求項１から５３のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項55】
細胞が幹細胞である、請求項５４に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【請求項56】
患者を処置して、損傷したまたは機能不全の組織を置換する、回復させるまたは再生する方法であって、請求項１から５５のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールドを含む医療用移植組織を患者に移植することを含む、方法。
【請求項57】
医療用移植組織が、損傷したまたは機能不全の心膜の再生、回復または置換のためである、請求項５６に記載の方法。
【請求項58】
医療用移植組織が、損傷したまたは機能不全の心臓弁の再生、回復または置換のためである、請求項５６に記載の方法。
【請求項59】
医療用移植組織が、損傷したまたは機能不全の皮膚の再生、回復または置換のためである、請求項５６に記載の方法。
【請求項60】
弁組織が、大動脈弁組織または肺動脈弁組織である、請求項５９に記載の方法。
【請求項61】
人工コラーゲンスキャフォールドが、外因性架橋されている、請求項１から５５のいずれか一項に記載の人工コラーゲンスキャフォールド、または請求項５６から６０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項62】
人工コラーゲンスキャフォールドが、グルタルアルデヒドと架橋している、請求項６１に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願への相互参照
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下、２０２０年３月３１日に出願された米国仮特許出願第６３／００２，６４４号への優先権を主張し、その全開示は、参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下、２０２０年３月３１日に出願された米国仮特許出願第６３／００２，６４４号への優先権を主張し、その全開示は、参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本発明は、約０．００５ｍｍ～約３ｍｍの厚さおよび高強度［例えば、約０．５ＭＰａ～約２００ＭＰａの高弾性率（ｅｌａｓｔｉｃ ｍｏｄｕｌｕｓ）］を有する人工コラーゲンスキャフォールドに関する。人工コラーゲンスキャフォールドは、非崩壊性（ｎｏｎ－ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ）および／または非拡大性（ｎｏｎ－ｅｘｐａｎｄａｂｌｅ）でありうる。本開示はまた、これらのコラーゲンスキャフォールドを使用する方法にも関する。
【背景技術】
【0003】
患者において損傷したまたは機能不全の組織を置換する、回復させるまたは再生する能力は、医学における大きな課題を示す。すべての組織および臓器の重要な成分は、細胞外マトリックス（ＥＣＭ）であり、これは、その中で生細胞が分布および組織される非生体物質を示す。ＥＣＭは、組織の機械的特性を決定するだけでなく、細胞も三次元で支持する物理的スキャフォールドを提供する。さらに、ＥＣＭは、必須の生化学的および生体力学的シグナル伝達を通して細胞に通知する細胞挙動の重要なレギュレーターとして役立つ。ＥＣＭの全体的な組織構造および機能の重要性を考慮して、組織工学および再生医療の努力は、改善された組織修復、回復および再生の転帰のためのＥＣＭスキャフォールドを再建する材料の開発に焦点を当てている。
【0004】
コラーゲンは、ＥＣＭおよび身体の最も豊富なタンパク質であり、組織の構造的および機械的特性の主な決定要因として役立つ。身体内において、コラーゲンは、３つのポリペプチド鎖からなる単一分子として細胞によって生成される。トロポコラーゲンとしても公知の個々のコラーゲン分子は、両方の端部をよりランダムに組織されたテロペプチドでキャップされた中心三重らせんドメインを有する。インビボ（ｉｎ ｖｉｖｏ）において個々のコラーゲン分子（モノマー）は、階層的自己アセンブリーを受けて高分子材料（例えば、ＥＣＭの不溶性線維状マトリックス）を形成するため、コラーゲンは、タンパク質であるだけでなくポリマーでもある。インビボにおける合成およびアセンブリー中、これらの高分子コラーゲン材料は、中性分子間および分子内架橋の形成によってさらに安定化され、これらは、機械的強度を付与し、コラーゲンターンオーバー（すなわち、コラーゲン分解および合成の間のバランス）を制御するのに役立つ。ＥＣＭの構造および細胞シグナル伝達要素としてのその二重の役割のために、コラーゲンは、研究および臨床現場の両方において好ましい生体材料である。身体におけるその高い利用可能性、組織および種にわたる保存、タンパク質分解酵素による副生成物への予測分解性（例えば、マトリックスメタロプロテイナーゼ）、ならびに高い生体適合性によっても、コラーゲンは、組織工学および再生医療用途に理想的に適している。
【0005】
今日まで、当技術分野で公知の人工コラーゲンスキャフォールドは、典型的には、テロコラーゲンおよびアテロコラーゲンとして公知のコラーゲンモノマーから作られてきた。テロコラーゲンは、全長トロポコラーゲン分子を示し、これは、通常、酸抽出を介して組織から単離される。アテロコラーンは、天然トロポコラーゲン分子の改変例を示し、テロペプチド末端は、タンパク質単離および精製プロセス中に酵素により切断されている。コラーゲン材料の調製に関するこれらのコラーゲンモノマーの欠点は、十分に確立されており、ロット間での純度および重合能の大幅なばらつき、長い重合時間（多くの場合、３０分を超える）、形成された高分子材料の不十分な安定性および機械的完全性、ならびに形成された高分子材料のインビトロ（ｉｎ ｖｉｔｒｏ）およびインビボにおける迅速なタンパク質分解である。テロコラーゲンおよびアテロコラーゲンから形成されたコラーゲン材料の不安定性は、材料の剛性（弾性率）および強度、ならびにタンパク質分解への抵抗を改善するための追加の材料処理戦略への必要性につながっている。これらの材料処理戦略は、物理的および化学的手段または他の材料との共重合を介した外因性の架橋を主に使用する。そのような戦略は、様々に成功裡にコラーゲン材料の機械的特性および安定性を改善してきたが、それらは、コラーゲンに固有の生物学的シグナル伝達能に対して有害な効果を有し、炎症および異物反応を含む有害な組織応答をもたらすことが公知である。さらに、テロコラーゲンおよびアテロコラーゲンから調製される材料の達成可能な密度は限られており、インビボにおいて結合組織で見られるコラーゲン密度（濃度）よりもはるかに低い。スキャフォールド剛性およびコラーゲン密度を含むコラーゲン材料の物理的特徴は、組織の修復（ｒｅｐａｉｒ）および再生中に起こる増殖、遊走および分化プロセスを含む基礎的な細胞挙動に直接影響することが示されているため、この観察は極めて重要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
したがって、有害な外因性の処理または架橋戦略を使用することなく作製され、組織工学および再生医療の分野に利点をもたらす、天然のコラーゲンスキャフォールドのインビボにおける構造および機能性に近づく高強度コラーゲンスキャフォールドへの必要性が存在する。驚くべきことに、本発明者らは、約０．００５ｍｍ～約３ｍｍの厚さおよび高強度（例えば、約０．５ＭＰａ～約２００ＭＰａの高弾性率）を有する人工コラーゲンスキャフォールドを開発した。一態様では、これらのコラーゲンスキャフォールドは、非崩壊性および／または非拡大性であってもよく、強度が、心膜、羊膜および心臓弁などのインビボにおいて見られる高強度組織に類似している。さらに、高強度特性は、組織置換および再構築（ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）手順に臨床使用した場合、材料の取扱いおよび適用を容易にする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の人工コラーゲンスキャフォールドは、当技術分野で公知のものと比較して、いくつかの利点を提供する。第１に、本開示の人工コラーゲンスキャフォールドは、当技術分野のものと比較して改善された機械的特性を持つ。特に、本開示の人工コラーゲンスキャフォールドは、壊れにくく、天然のコラーゲンバイオシグナル伝達およびインビボにおける組織応答に有害であることが公知の外因性の架橋および処理戦略を用いることなく改善された機械的特性（例えば、約０．５ＭＰａ～約２００ＭＰａの高弾性率）を有する。さらに、本開示の人工コラーゲンスキャフォールドは、分解に対する改善された抵抗、緩徐ターンオーバーを有し、本開示の人工コラーゲンスキャフォールドは、炎症または異物反応を誘発しない。
【0008】
一実施形態では、非崩壊性および／または非拡大性の人工コラーゲンスキャフォールドが提供される。コラーゲンスキャフォールドは、約０．００５ｍｍ～約３ｍｍの厚さおよび約０．５ＭＰａ～約２００ＭＰａの弾性率を有する。
【0009】
別の実施形態では、患者を処置して、損傷したまたは機能不全の組織を再生する、回復させるまたは置換する方法が提供される。方法は、本明細書に記載される人工コラーゲンスキャフォールドのいずれかを含む医療用移植組織を患者に移植することを含む。
【0010】
さらなる実施形態はまた、以下に列挙される項目によっても記載される。以下の実施形態のいずれかを本出願の背景および概要の節、例示的な実施形態の詳細な説明の節、実施例の節、または特許請求の範囲に記載される任意の適用可能な実施形態と組み合わせたものもまた、企図される。
【0011】
１．非崩壊性および／または非拡大性の人工コラーゲンスキャフォールドであって、約０．００５ｍｍ～約３ｍｍの厚さ、および約０．５ＭＰａ～約２００ＭＰａの弾性率を有する、人工コラーゲンスキャフォールド。
【0012】
２．コラーゲンスキャフォールドが凍結乾燥および再水和される場合に崩壊しない、項目１に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0013】
３．約０．０１ｍｍ～約２．０ｍｍの厚さを有する、項目１から２のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0014】
４．約０．０１ｍｍ～約１．０ｍｍの厚さを有する、項目１から２のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0015】
５．約０．０１ｍｍ～約０．２５ｍｍの厚さを有する、項目１から２のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0016】
６．約０．１ｍｍ～約１．０ｍｍの厚さを有する、項目１から２のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0017】
７．約０．５ｍｍ～約１．０ｍｍの厚さを有する、項目１から２のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0018】
８．約０．１５ｍｍ～約０．２５ｍｍの厚さを有する、項目１から２のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0019】
９．約１８ＭＰａ～約２００ＭＰａの弾性率を有する、項目１から８のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0020】
１０．約２０ＭＰａ～約１８０ＭＰａの弾性率を有する、項目１から８のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0021】
１１．約４０ＭＰａ～約１２０ＭＰａの弾性率を有する、項目１から８のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0022】
１２．約６０ＭＰａ～約１００ＭＰａの弾性率を有する、項目１から８のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0023】
１３．約８０ＭＰａ～約１８０ＭＰａの弾性率を有する、項目１から８のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0024】
１４．約０．５ＭＰａ～約２０ＭＰａの極限引張強さを有する、項目１から８のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0025】
１５．約１ＭＰａ～約２５ＭＰａの極限引張強さを有する、項目１から８のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0026】
１６．約０．２ＭＰａ～約２０ＭＰａの極限引張強さを有する、項目１から１５のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0027】
１７．約５ＭＰａ～約１５ＭＰａの極限引張強さを有する、項目１から１５のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0028】
１８．約２ＭＰａ～約２０ＭＰａの極限引張強さを有する、項目１から１５のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0029】
１９．約５％～約７０％の破壊歪みを有する、項目１から１８のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0030】
２０．約１０％～約４０％の破壊歪みを有する、項目１から１８のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0031】
２１．約２Ｎ～約８Ｎの縫合糸保持ピーク荷重を有する、項目１から２０のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0032】
２２．約０．２Ｎ～約２Ｎの縫合糸保持ピーク荷重を有する、項目１から２０のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0033】
２３．約０．１Ｎ～約４Ｎの縫合糸保持ピーク荷重を有する、項目１から２０のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0034】
２４．人工コラーゲンスキャフォールドが組成物中にあり、組成物が、流体をさらに含む、項目１から２３のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0035】
２５．存在する流体のパーセンテージが、約５％～約９９％である、項目２４に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0036】
２６．組成物が、組成物を凍結乾燥すること、組成物を真空プレスすること、もしくは脱水熱処理、またはこれらの組合せによって乾燥する（ｄｒｙ）、項目２４または２５のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0037】
２７．コラーゲンがＩ型コラーゲンである、項目１から２６のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0038】
２８．コラーゲンが精製されたＩ型コラーゲンである、項目１から２７のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0039】
２９．医療用移植組織である、項目１から２８のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0040】
３０．人工コラーゲンスキャフォールドが医療用移植組織であり、医療用移植組織が、損傷したまたは機能不全の組織の再生、回復または置換のために使用される、項目１から２９のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0041】
３１．心膜、心臓弁、皮膚、血管、気道組織、体壁および腫瘍除去後に再構築された組織から選択される組織の再生または置換または回復のための医療用移植組織である、項目３０に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0042】
３２．最終滅菌されるか、または無菌で調製される、項目１から３１のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0043】
３３．グルタルアルデヒドによる処理、ガンマ線照射、電子線照射またはエチレンオキシド処理から選択されるプロセスによって最終滅菌される、項目３２に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0044】
３４．コラーゲンが、オリゴマーコラーゲン、モノマーコラーゲン、テロコラーゲンもしくはアテロコラーゲン、またはこれらの組合せを含む、項目１から３３のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0045】
３５．所定の形状に圧縮された、項目１から３４のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0046】
３６．形状が球である、項目３５に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0047】
３７．形状が管である、項目３５に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0048】
３８．形状がシートである、項目３５に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0049】
３９．圧縮が拘束圧縮である、項目３５から３８のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0050】
４０．コラーゲン濃度が、約５０～約１０００ｍｇ／ｃｍ３である、項目１から３９のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0051】
４１．コラーゲン濃度が、約５０～約９００ｍｇ／ｃｍ３である、項目１から３９のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0052】
４２．コラーゲン濃度が、約５０～約８００ｍｇ／ｃｍ３である、項目１から３９のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0053】
４３．コラーゲン濃度が、約５０～約７００ｍｇ／ｃｍ３である、項目１から３９のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0054】
４４．コラーゲン濃度が、約５０～約６００ｍｇ／ｃｍ３である、項目１から３９のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0055】
４５．コラーゲン濃度が、約５０～約５００ｍｇ／ｃｍ３である、項目１から３９のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0056】
４６．コラーゲン濃度が、約５０～約４００ｍｇ／ｃｍ３である、項目１から３９のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0057】
４７．コラーゲン濃度が、約５０～約３００ｍｇ／ｃｍ３である、項目１から３９のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0058】
４８．コラーゲン濃度が、約５０～約２００ｍｇ／ｃｍ３である、項目１から３９のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0059】
４９．患者に移植された場合、炎症または異物反応を誘発しない、項目１から４８のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0060】
５０．コラーゲンが、ブタコラーゲン、ヒトコラーゲンおよびウシコラーゲンから選択される、項目１から４９のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0061】
５１．コラーゲンが合成コラーゲンである、項目１から４９のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0062】
５２．コラーゲンが未変性（ｎａｔｉｖｅ）コラーゲンである、項目１から５０のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0063】
５３．コラーゲンが組換えコラーゲンである、項目１から４９のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0064】
５４．細胞をさらに含む、項目１から５３のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0065】
５５．細胞が幹細胞である、項目５４に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0066】
５６．患者を処置して、損傷したまたは機能不全の組織を再生する、回復させるまたは置換する方法であって、項目１から５５のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールドを含む医療用移植組織を患者に移植することを含む、方法。
【0067】
５７．医療用移植組織が、損傷したまたは機能不全の心膜の再生、回復または置換のためである、項目５６に記載の方法。
【0068】
５８．医療用移植組織が、損傷したまたは機能不全の心臓弁の再生、回復または置換のためである、項目５６に記載の方法。
【0069】
５９．医療用移植組織が、損傷したまたは機能不全の皮膚の再生、回復または置換のためである、項目５６に記載の方法。
【0070】
６０．弁組織が、大動脈弁組織または肺動脈弁組織である、項目５９に記載の方法。
【0071】
６１．人工コラーゲンスキャフォールドが、外因性架橋されている、項目１から５５のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールドまたは項目５６から６０のいずれか１つに記載の方法。
【0072】
６２．人工コラーゲンスキャフォールドが、グルタルアルデヒドと架橋している、項目６１に記載の人工コラーゲンスキャフォールドまたは方法。
【図面の簡単な説明】
【0073】
【図1】図１Ａは、チャンバー圧縮装置および関連する高密度化／脱水プロセスを示す。円筒形チャンバーは、Ｄｅｌｒｉｎから作製され、底部に中実球形シートが取り付けられていた。シリンダーは液体コラーゲンで満たされており、これは、３７℃で重合されて、間質液に取り囲まれた線維状コラーゲンの相互接続したネットワークで構成される低密度コラーゲンマトリックスの複合体を形成する。図１Ｂは、中実底面（Solid Bottom Surface）を取り外し、多孔質底面で固定された多孔質ポリエチレンフォームの薄い球形シートと置き換えることができることを示す。次いで、多孔質ポリエチレンフォームの薄い球形シートは、コラーゲンスキャフォールド（Collagen Scaffold）の上面に置くことができる。図中、「Porous Platens」は「多孔質プラテン」と、「Bottom Surface With Holes」は「穴を有する底面」、と訳す。図１Ｃは、圧縮荷重を、上側ポリエチレンフォームに灰色の矢印の方向に加え、コラーゲンスキャフォールドから上側および下側面の両方を介して（白色の矢印）流体を排出させて、水和した高密度化コラーゲンスキャフォールド（Densified Collagen Scaffold）を作出できることを示す。
【図2】図２Ａは、複合体コラーゲンスキャフォールドがステンレス鋼メッシュ（Stainless Steel Mesh）のディスクの上部のシリンジシステムにおいて重合される、シリンジ圧縮装置および関連する高密度化／脱水プロセスを示す。重合後、一片のＷｈａｔｍａｎろ紙（Whatman Filter Paper）および改変したプランジャーをシリンジの内部に置いて、スキャフォールドを圧縮する。図２Ｂは、プランジャーを灰色の矢印の方向に圧縮して、コラーゲンスキャフォールド（collagen scaffold）から両方向（白色の矢印）に流体を排出させて、高密度化コラーゲンスキャフォールド（Densified Collagen Scaffold）を作出することを示す。
【図3】左側（図３Ａ）は、配合物３を使用して圧縮脱水によって調製した代表的なプロトタイプコラーゲンスキャフォールド（直径６．３ｃｍ）の写真を示す。右側（図３Ｂ）は、配合物４を使用して圧縮脱水によって調製した代表的なプロトタイプコラーゲンスキャフォールド（直径６．３ｃｍ）の写真を示す。
【図5】図５は、５００ｍｇの総コラーゲン含有量で調製し、真空プレス、続いて９０℃での脱水熱（ＤＨＴ）により処理したプロトタイプコラーゲンスキャフォールド（直径６．３ｃｍ）の画像を示す。コラーゲンスキャフォールドは、リン酸緩衝生理食塩水中で再水和させた。
【図6】図６は、グルタルアルデヒド（ＧＴＡ）処理の非存在および存在下での配合物（Formula）３および４のコラーゲンスキャフォールド、ならびにグルタルアルデヒド処理心膜（ＰＣ ＧＴＡ）を含む、ラットにおける皮下移植前の材料の写真を示す。
【図7】図７は、グルタルアルデヒド（ＧＴＡ）処理の非存在および存在下での配合物（Formula）３および４のコラーゲンスキャフォールド、ならびにグルタルアルデヒド処理心膜（ＰＣ ＧＴＡ）を含む、ラットにおける皮下移植６０日後の材料外植片の写真を示す。
【図8】上側（図８Ａ）および下側（８Ｂ）は、ラットにおける皮下移植６０日後の材料外植片の肉眼観察を介して決定した通りの組織反応（Tissue Reaction）および組織統合についての半定量的スコア（平均±ＳＤ；ｎ＝１０）の概要を示す。図８Ａは、３．５ｍｇ／ｍｌオリゴマーコラーゲンから調製した非圧縮試料（厚さ１４ｍｍ）についての結果を示し、図８Ｂは、６ｍｍ／分での圧縮後に得られたコラーゲンシート（厚さ２ｍｍおよびおよそ２４．５ｍｇ／ｍｌ）についての結果を示す。図中、「Tissue Reaction Score」は「組織反応スコア」と、「Formula」は「配合物」と、「Material Implant」は「材料移植」、および「Tissue Integration Score」は「組織統合スコア」と、訳す。
【図9】図９は、皮膚外植片ならびにグルタルアルデヒド（ＧＴＡ）処理の非存在および存在下での関連するコラーゲンスキャフォールド（配合物（Formula）３）の組織学的断面（ヘマトキシリンエオシン染色）の低（上側）および高（下側）倍率画像を示す。
【発明を実施するための形態】
【0074】
本明細書に記載される材料および医療用移植組織は、水和形態または水和することができる乾燥した（ｄｅｓｉｃｃａｔｅｄ）（乾燥）形態で調製されうる人工コラーゲンスキャフォールドを含む。いずれも、損傷したまたは機能不全の組織、例えば、心膜、皮膚、気道組織、体壁および腫瘍除去後の組織再構築などの外科的修復、再生、回復または再構築のため、ならびに高度な再生組織置換物（例えば、心臓弁、例えば、大動脈弁および肺動脈弁、ならびに血管移植組織）の製造のために使用できる。本明細書に記載されるコラーゲンスキャフォールドは、移植後インビボにおいて存続し、炎症または異物反応を誘発することなく組織を継続的に回復させ、それらの物理的完全性を維持し、宿主組織の統合、細胞化および部位に応じた組織再生を誘発する。種々の実施形態では、本明細書に記載されるコラーゲンスキャフォールドは、種々の天然に存在する高強度組織および従来のコラーゲンベースの材料と同様の物理的および機械的特性を有する、高強度の薄いシート様材料または種々の形状の高強度の薄い材料フォーマットを含む。
【0075】
「回復させる」、「再生する」、「置換する」および「修復する」という用語は、組織を参照して使用される場合、それぞれ、以前に組織の空隙または欠陥によって特徴付けられた患者の領域における組織存在の再設（ｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ）およびこの同じ領域における組織の再成長を指す。一部の実施形態では、回復および／または再生および／または修復された組織は、置換されている元々の組織の外見、構造および機能のうちの１つまたは複数を反映しうる。
【0076】
一態様では、本明細書に記載される発明は、約０．００５ｍｍ～約３ｍｍの厚さおよび高強度（例えば、約０．５ＭＰａ～約２００ＭＰａの高弾性率）を有する人工コラーゲンスキャフォールドに関する。一実施形態では、人工コラーゲンスキャフォールドは、非崩壊性および／または非拡大性でありうる。別の態様では、これらのコラーゲンスキャフォールドを使用する方法が提供される。
【0077】
種々の態様では、人工コラーゲンスキャフォールドは、約０．００５ｍｍ～約３ｍｍ、約０．０１ｍｍ～約２．０ｍｍ、約０．０１ｍｍ～約１．０ｍｍ、約０．０１ｍｍ～約０．２５ｍｍ、約０．１ｍｍ～約１．０ｍｍ、約０．５ｍｍ～約１．０ｍｍ、または約０．１５ｍｍ～約０．２５ｍｍの厚さを有しうる。他の実施形態では、コラーゲンスキャフォールドは、約１８ＭＰａ～約２００ＭＰａ、約２０ＭＰａ～約１８０ＭＰａ、約４０ＭＰａ～約１２０ＭＰａ、約６０ＭＰａ～約１００ＭＰａ、または約８０ＭＰａ～約１８０ＭＰａの弾性率を有しうる。他の実施形態では、コラーゲンスキャフォールドは、約０．５ＭＰａ～約２０ＭＰａ、約１ＭＰａ～約２５ＭＰａ、約０．２ＭＰａ～約２０ＭＰａ、約５ＭＰａ～約１５ＭＰａ、または約２ＭＰａ～約２０ＭＰａの極限引張強さを有しうる。他の例示的な実施形態では、人工コラーゲンスキャフォールドは、約５％～約７０％、または約１０％～約４０％の破壊歪みを有しうる。他の態様では、人工コラーゲンスキャフォールドは、約２Ｎ～約８Ｎ、約０．２Ｎ～約２Ｎ、または約０．１Ｎ～約４Ｎの縫合糸保持ピーク荷重を有しうる。
【0078】
別の実施形態では、非崩壊性および／または非拡大性人工コラーゲンスキャフォールドが提供される。コラーゲンスキャフォールドは、約０．００５ｍｍ～約３ｍｍの厚さおよび約０．５ＭＰａ～約２００ＭＰａの弾性率を有する。本明細書で使用される場合、「非崩壊性」という用語は、コラーゲンスキャフォールドが、脱水状態から水和状態に遷移した場合に、厚さおよび他の幾何学的特性を維持することを意味する。本明細書で使用される場合、「非拡大性」という用語は、材料が、凍結乾燥または再水和される場合に、拡大または膨張しないことを意味する。したがって、例示的な一実施形態では、本明細書に記載されるコラーゲンスキャフォールドは、コラーゲンスキャフォールドが凍結乾燥され、再水和される場合に崩壊しない。一態様では、コラーゲンスキャフォールドは、その高弾性率に起因して非崩壊性および／または非拡大性であり、これは、一部には、親水（保水）特性と共にコラーゲンスキャフォールドのフィブリル密度によって決定される。
【0079】
さらに別の実施形態では、患者を処置して、損傷したまたは機能不全の組織を再生する、回復させるまたは置換する方法が提供される。方法は、本明細書に記載される人工コラーゲンスキャフォールドのいずれかを含む医療用移植組織を患者に移植することを含む。本明細書で使用される場合、「医療用移植組織」は、患者に投与される、本明細書に記載されるコラーゲン材料のいずれかを意味する。
【0080】
さらなる実施形態はまた、以下に列挙される項目によっても記載される。本明細書に記載される実施形態のすべてについて、実施形態の任意の適用可能な組合せが企図される。下記の実施形態の任意の適用可能な組合せは、本発明に従うと考えられる。下記の実施形態の、本特許出願の背景および概要の節、例示的な実施形態の詳細な説明の節、実施例の節、または特許請求の範囲に記載される実施形態との任意の組合せは、本発明の一部であると考えられる。
【0081】
１．非崩壊性および／または非拡大性の人工コラーゲンスキャフォールドであって、約０．００５ｍｍ～約３ｍｍの厚さ、および約０．５ＭＰａ～約２００ＭＰａの弾性率を有する、人工コラーゲンスキャフォールド。
【0082】
２．コラーゲンスキャフォールドが凍結乾燥および再水和される場合に崩壊しない、項目１に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0083】
３．約０．０１ｍｍ～約２．０ｍｍの厚さを有する、項目１から２のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0084】
４．約０．０１ｍｍ～約１．０ｍｍの厚さを有する、項目１から２のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0085】
５．約０．０１ｍｍ～約０．２５ｍｍの厚さを有する、項目１から２のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0086】
６．約０．１ｍｍ～約１．０ｍｍの厚さを有する、項目１から２のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0087】
７．約０．５ｍｍ～約１．０ｍｍの厚さを有する、項目１から２のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0088】
８．約０．１５ｍｍ～約０．２５ｍｍの厚さを有する、項目１から２のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0089】
９．約１８ＭＰａ～約２００ＭＰａの弾性率を有する、項目１から８のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0090】
１０．約２０ＭＰａ～約１８０ＭＰａの弾性率を有する、項目１から８のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0091】
１１．約４０ＭＰａ～約１２０ＭＰａの弾性率を有する、項目１から８のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0092】
１２．約６０ＭＰａ～約１００ＭＰａの弾性率を有する、項目１から８のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0093】
１３．約８０ＭＰａ～約１８０ＭＰａの弾性率を有する、項目１から８のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0094】
１４．約０．５ＭＰａ～約２０ＭＰａの極限引張強さを有する、項目１から８のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0095】
１５．約１ＭＰａ～約２５ＭＰａの極限引張強さを有する、項目１から８のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0096】
１６．約０．２ＭＰａ～約２０ＭＰａの極限引張強さを有する、項目１から１５のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0097】
１７．約５ＭＰａ～約１５ＭＰａの極限引張強さを有する、項目１から１５のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0098】
１８．約２ＭＰａ～約２０ＭＰａの極限引張強さを有する、項目１から１５のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0099】
１９．約５％～約７０％の破壊歪みを有する、項目１から１８のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0100】
２０．約１０％～約４０％の破壊歪みを有する、項目１から１８のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0101】
２１．約２Ｎ～約８Ｎの縫合糸保持ピーク荷重を有する、項目１から２０のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0102】
２２．約０．２Ｎ～約２Ｎの縫合糸保持ピーク荷重を有する、項目１から２０のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0103】
２３．約０．１Ｎ～約４Ｎの縫合糸保持ピーク荷重を有する、項目１から２０のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0104】
２４．人工コラーゲンスキャフォールドが組成物中にあり、組成物が、流体をさらに含む、項目１から２３のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0105】
２５．存在する流体のパーセンテージが、約５％～約９９％である、項目２４に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0106】
２６．組成物が、組成物を凍結乾燥すること、組成物を真空プレスすること、もしくは脱水熱処理、またはこれらの組合せによって乾燥される、項目２４または２５のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0107】
２７．コラーゲンがＩ型コラーゲンである、項目１から２６のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0108】
２８．コラーゲンが精製されたＩ型コラーゲンである、項目１から２７のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0109】
２９．医療用移植組織である、項目１から２８のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0110】
３０．人工コラーゲンスキャフォールドが医療用移植組織であり、医療用移植組織が、損傷したまたは機能不全の組織の再生、回復または置換のために使用される、項目１から２９のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0111】
３１．心膜、心臓弁、皮膚、血管、気道組織、体壁および腫瘍除去後に再構築された組織から選択される組織の再生または置換または回復のための医療用移植組織である、項目３０に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0112】
３２．最終滅菌されるか、または無菌で調製される、項目１から３１のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0113】
３３．グルタルアルデヒドによる処理、ガンマ線照射、電子線照射またはエチレンオキシド処理から選択されるプロセスによって最終滅菌される、項目３２に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0114】
３４．コラーゲンが、オリゴマーコラーゲン、モノマーコラーゲン、テロコラーゲンもしくはアテロコラーゲン、またはこれらの組合せを含む、項目１から３３のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0115】
３５．所定の形状に圧縮された、項目１から３４のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0116】
３６．形状が球である、項目３５に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0117】
３７．形状が管である、項目３５に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0118】
３８．形状がシートである、項目３５に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0119】
３９．圧縮が拘束圧縮である、項目３５から３８のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0120】
４０．コラーゲン濃度が、約５０～約１０００／ｃｍ３である、項目１から３９のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0121】
４１．コラーゲン濃度が、約５０～約９００ｍｇ／ｃｍ３である、項目１から３９のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0122】
４２．コラーゲン濃度が、約５０～約８００ｍｇ／ｃｍ３である、項目１から３９のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0123】
４３．コラーゲン濃度が、約５０～約７００ｍｇ／ｃｍ３である、項目１から３９のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0124】
４４．コラーゲン濃度が、約５０～約６００ｍｇ／ｃｍ３である、項目１から３９のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0125】
４５．コラーゲン濃度が、約５０～約５００ｍｇ／ｃｍ３である、項目１から３９のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0126】
４６．コラーゲン濃度が、約５０～約４００ｍｇ／ｃｍ３である、項目１から３９のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0127】
４７．コラーゲン濃度が、約５０～約３００ｍｇ／ｃｍ３である、項目１から３９のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0128】
４８．コラーゲン濃度が、約５０～約２００ｍｇ／ｃｍ３である、項目１から３９のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0129】
４９．患者に移植された場合、炎症または異物反応を誘発しない、項目１から４８のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0130】
５０．コラーゲンが、ブタコラーゲン、ヒトコラーゲンおよびウシコラーゲンから選択される、項目１から４９のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0131】
５１．コラーゲンが合成コラーゲンである、項目１から４９のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0132】
５２．コラーゲンが未変性コラーゲンである、項目１から５０のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0133】
５３．コラーゲンが組換えコラーゲンである、項目１から４９のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0134】
５４．細胞をさらに含む、項目１から５３のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0135】
５５．細胞が幹細胞である、項目５４に記載の人工コラーゲンスキャフォールド。
【0136】
５６．患者を処置して、損傷したまたは機能不全の組織を再生する、回復させるまたは置換する方法であって、項目１から５５のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールドを含む医療用移植組織を患者に移植することを含む、方法。
【0137】
５７．医療用移植組織が、損傷したまたは機能不全の心膜の再生、回復または置換のためである、項目５６に記載の方法。
【0138】
５８．医療用移植組織が、損傷したまたは機能不全の心臓弁の再生、回復または置換のためである、項目５６に記載の方法。
【0139】
５９．医療用移植組織が、損傷したまたは機能不全の皮膚の再生、回復または置換のためである、項目５６に記載の方法。
【0140】
６０．弁組織が、大動脈弁組織または肺動脈弁組織である、項目５９に記載の方法。
【0141】
６１．人工コラーゲンスキャフォールドが、外因性架橋されている、項目１から５５のいずれか１つに記載の人工コラーゲンスキャフォールドまたは項目５６から６０のいずれか１つに記載の方法。
【0142】
６２．人工コラーゲンスキャフォールドが、グルタルアルデヒドと架橋している、項目６１に記載の人工コラーゲンスキャフォールドまたは方法。
【0143】
本明細書に記載される場合、「人工コラーゲンスキャフォールド」または「コラーゲンスキャフォールド」は、エクスビボで、または患者の身体への移植時に合成されて、コラーゲンフィブリル含有スキャフォールドまたは他のコラーゲン構造もしくは材料を形成することができるコラーゲン組成物を指してもよい。一実施形態では、重合は、制御条件下で起こりえ、制御条件は、これらに限定されないが、ｐＨ、リン酸濃度、温度、緩衝液組成、イオン強度、ならびに細胞外マトリックス成分（例えば、コラーゲン分子、および非コラーゲンＥＣＭ成分が含まれる場合、非コラーゲン分子）の組成および濃度を含む。「人工コラーゲンスキャフォールド」は、非天然コラーゲンスキャフォールドであるか、または別の非天然コラーゲン構造もしくは材料である。
【0144】
一実施形態では、本開示の人工コラーゲンスキャフォールドは、圧縮技術を使用して作製される。本明細書で使用される場合、「圧縮された」という用語は、コラーゲンスキャフォールド組成物に力が加えられた場合のサイズの低減または密度の増加を指す。例えば、圧縮は、例えばこれらに限定されないが、拘束圧縮、可変圧縮、物理圧縮、遠心、超遠心、蒸発または吸引などの力を加える種々の方法を通して実現できる。
【0145】
一実施形態では、圧縮は可変圧縮である。本明細書で使用される場合、「可変圧縮」という語句は、非線形的で力を加えることによるコラーゲンの圧縮を指す。
【0146】
さらに別の実施形態では、圧縮は物理圧縮である。本明細書で使用される場合、「物理圧縮」という語句は、物理的手段によって力を加えることによるコラーゲンの圧縮を指す。圧縮が物理圧縮である実施形態について、物理圧縮は、調節可能な型およびプラテンを含むチャンバーで実施されうる（例えば、図１を参照されたい）。典型的には、コラーゲンは、型に挿入され、次いで、圧縮に供されうる。
【0147】
さらに、種々の実施形態では、物理圧縮は、型内での多孔質プラテンの配置に依存して変動しうる。例えば、型は、多孔質ポリエチレンが、プラテンの一部としておよび／または試料型の壁もしくは底部に沿って配置されるように調節可能でありうる。一部の実施形態では、圧縮は、少なくとも一方向からの物理力である。他の実施形態では、圧縮は、２つ以上の方向からの物理力である。さらに他の実施形態では、圧縮は、３つ以上の方向からの物理力である。一部の実施形態では、圧縮は、４つ以上の方向からの物理力である。
【0148】
他の実施形態では、圧縮は遠心である。他の実施形態では、圧縮は超遠心である。さらに他の実施形態では、圧縮は蒸発である。一部の実施形態では、圧縮は吸引である。ある特定の実施形態では、吸引は真空吸引である。
【0149】
本開示の一部の実施形態では、コラーゲンは組織から可溶化される。例えば、コラーゲンは、例えば、各々その全体が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許出願第１１／４３５，６３５号（公開番号２００７－０２６９４７６ Ａ１として２００７年１１月２２日に公開）および第１１／９０３，３２６号（公開番号２００８－０２６８０５２として２００８年１０月３０日に公開）に記載される通り、酸可溶化コラーゲン、ならびに制御されたアセンブリー動力学（例えば、重合半減期）の範囲の三次元コラーゲンスキャフォールド、分子組成、およびフィブリル微細構造－機械的特性を得るように制御される所定の重合条件を利用することによって調製できる。他の実施形態では、コラーゲンは、重合性コラーゲンである。さらに別の実施形態では、コラーゲンはＩ型コラーゲンである。さらに別の実施形態では、コラーゲンは精製されたＩ型コラーゲンである。
【0150】
一部の実施形態では、人工コラーゲンスキャフォールドは医療用移植組織である。他の実施形態では、人工コラーゲンスキャフォールドは、再生組織置換を製作するために使用できる。他の実施形態では、人工コラーゲンスキャフォールドは、インビトロにおいて使用されてもよい。例えば、本開示の人工コラーゲンスキャフォールドのインビトロにおける使用は、細胞組織培養、創薬および薬物毒性試験などの研究目的に利用されてもよい。
【0151】
一部の実施形態では、コラーゲンは非天然コラーゲンである。本明細書で使用される場合、「非天然コラーゲン」という語句は、供給源組織から取り出されたコラーゲンを指す。一実施形態では、供給源組織から取り出された非天然コラーゲンは、未変性コラーゲンでありうる。一態様では、非天然コラーゲンは、組織供給源から可溶化されてもよい。他の実施形態では、コラーゲンは合成コラーゲンである。さらに他の実施形態では、コラーゲンは組換えコラーゲンである。
【0152】
一態様では、非天然コラーゲンまたはコラーゲン成分は、本明細書に記載されるコラーゲンスキャフォールドを構築するために使用でき、例えば、ブタの皮膚、ヒトの皮膚またはウシの皮膚を含むいくつかの供給源から得ることができる。コラーゲンまたはコラーゲン成分を単離して本明細書に記載されるコラーゲンスキャフォールドを作製するためのコラーゲン含有供給源材料として有用な好適な組織は、温血脊椎動物の粘膜下組織または任意の他の細胞外マトリックス含有組織である。粘膜下組織を調製する好適な方法は、各々参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第４，９０２，５０８号、第５，２８１，４２２号および第５，２７５，８２６号に記載されている。別の実施形態では、粘膜下組織以外の細胞外マトリックス材料含有組織を使用して、本明細書に記載される方法に従うコラーゲンおよびスキャフォールドを得てもよい。精製されたコラーゲンまたは部分的に精製された細胞外マトリックス成分を得るのに使用するための他の細胞外マトリックス材料由来組織を調製する方法は、当業者に公知である。例えば、各々参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第５，１６３，９５５号（心膜組織）；第５，５５４，３８９号（膀胱粘膜下組織）；第６，０９９，５６７号（胃粘膜下組織）；第６，５７６，２６５号（細胞外マトリックス組織全般）；第６，７９３，９３９号（肝基底膜組織）；および米国特許出願公開第ＵＳ－２００５－００１９４１９－Ａ１号（肝基底膜組織）；および国際公開第ＷＯ２００１／４５７６５号（細胞外マトリックス組織全般）を参照されたい。種々の他の実施形態では、コラーゲン含有供給原材料は、胎盤組織、卵巣組織、子宮組織、動物の尾の組織および皮膚組織からなる群から選択できる。一部の実施形態では、コラーゲンは、ブタコラーゲン、ウシコラーゲンおよびヒトコラーゲンからなる群から選択される。任意の好適な細胞外マトリックス含有組織は、精製されたコラーゲンを単離する、または部分的に精製された細胞外マトリックス成分を単離するためのコラーゲン含有供給源材料として使用できる。
【0153】
精製されたコラーゲンまたは部分的に精製された細胞外マトリックス成分の供給源として粘膜下組織を調製するための例示的な調製方法は、その開示が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第４，９０２，５０８号に記載されている。一実施形態では、例えば、他の種を除外しないが、好ましくは、ブタ、ヒツジまたはウシ種から収穫した脊椎動物腸の部分を、縦方向の拭取り動作を使用する削磨に供して、細胞を除去するか、または細胞除去を、低張もしくは高張溶解によって実現する。一実施形態では、粘膜下組織は、低張条件下、例えば、低張条件下の水または生理食塩水を用いてすすがれ、殺菌されてもよい。別の例示的な実施形態では、そのような組成物は、粘膜の管腔部分および外筋肉層を機械的に除去すること、ならびに／または常在細胞を低張もしくは高張洗浄液、例えば、水もしくは生理食塩水で溶解することによって調製できる。これらの実施形態では、粘膜下組織は、精製されたコラーゲンまたは部分的に精製された細胞外マトリックス成分の単離前に、水和または脱水状態で保存されうる。種々の態様では、粘膜下組織は、温血脊椎動物の筋層および粘膜の少なくとも管腔部分の両方から剥離された粘膜下層を含む任意の剥離実施形態を含みうる。
【0154】
一部の実施形態では、コラーゲンはオリゴマーコラーゲンである。従来のモノマーコラーゲン調製、すなわち、テロコラーゲンおよびアテロコラーゲンとは異なり、オリゴマーは、天然に存在する分子間架橋によって一緒に保持されたインタクトなカルボキシおよびアミノ末端テロペプチドを有する全長三重らせんコラーゲン分子（すなわち、トロポコラーゲン）の小さな凝集体を示しうる。カルボキシおよびアミノ末端テロペプチド領域、ならびに関連する分子間架橋を含むこれらの分子特徴の保持により、この生体ポリマーおよびコラーゲン材料がもたらされ、それは、望ましいが一般的ではない特性を有して形成する。より詳細には、オリゴマーは、そのフィブリル形成（自己アセンブリー）能を保持し、これは、線維状コラーゲンタンパク質に固有である。オリゴマーコラーゲンの存在は、アセンブリー率を増加させることによって、および異なるフィブリル微細構造および増加した機械的完全性（例えば、剛性）を有するコラーゲン組成物を生じることによって自己アセンブリー潜在力を高めうる。一部の実施形態では、コラーゲンはオリゴマーコラーゲンを含む。他の実施形態では、コラーゲンはオリゴマーコラーゲンから本質的になる。さらに他の実施形態では、コラーゲンはオリゴマーコラーゲンからなる。
【0155】
一部の実施形態では、コラーゲンはモノマーコラーゲンである。一部の実施形態では、コラーゲンはアテロコラーゲンである。本明細書で使用される場合「アテロコラーゲン」という用語は、インビトロにおいてペプシンまたは別の好適なプロテアーゼもしくは薬剤で処理され、分子間架橋部位を含有するテロペプチド領域を排除するもしくは実質的に減少させるコラーゲンを指す。他の実施形態では、モノマーコラーゲンはテロコラーゲンである。本明細書で使用される場合、「テロコラーゲン」という用語は、そのテロペプチド末端を保持する酸可溶化コラーゲンを指す。
【0156】
ある特定の実施形態では、コラーゲンは、オリゴマーコラーゲンおよびアテロコラーゲンを含む。他の実施形態では、コラーゲンは、オリゴマーコラーゲン、モノマーコラーゲンおよびアテロコラーゲンを含む。オリゴマーコラーゲン、モノマーコラーゲンおよび／またはアテロコラーゲンの量は、剛性、強度、流体および物質移行、タンパク質分解または人工コラーゲンスキャフォールドの適合性を有利に最大にするように、コラーゲンスキャフォールド組成物中に配合されてもよい。
【0157】
本明細書に記載される実施形態のいずれかでは、人工コラーゲンスキャフォールドは、所定のパーセンテージのコラーゲンオリゴマーを有しうる。種々の実施形態では、所定のパーセンテージのコラーゲンオリゴマーは、約０．５％～約１００％、約３０％～約１００％、約４０％～約１００％、約５０％～約１００％、約６０％～約１００％、約７０％～約１００％、約８０％～約１００％、約９０％～約１００％、約９５％～約１００％または約１００％でありうる。さらに別の実施形態では、コラーゲンオリゴマーは、コラーゲンオリゴマーが豊富なコラーゲン含有供給源材料（例えば、ブタの皮膚）から得られる。
【0158】
本明細書に記載される実施形態のいずれかでは、人工コラーゲンスキャフォールドは、平均ポリマー分子量（ＡＭＷ）によって定量化されるオリゴマー含有量を有しうる。本明細書に記載される通り、ＡＭＷの調整は、コラーゲンスキャフォールドの重合動力学、フィブリル微細構造、分子特性およびフィブリル構造、例えば、フィブリル間分枝、孔径および機械的完全性（例えば、スキャフォールド剛性）に影響しうる。別の実施形態では、平均ポリマー分子量によって定量化された精製されたコラーゲンのオリゴマー含有量は、スキャフォールド剛性と正に相関する。
【0159】
一部の実施形態では、コラーゲンは熱可逆性コラーゲンである。本明細書で使用される場合、「熱可逆性コラーゲン」は、４℃～３７℃の間の温度調整または可逆的なマトリックス－溶液遷移を引き起こす任意の他の温度間の温度調整に応答して、溶液およびマトリックス相の間を可逆的に遷移しうるコラーゲンを意味する。
【0160】
一部の実施形態では、コラーゲンは還元コラーゲンである。本明細書で使用される場合、「還元コラーゲン」は、反応性アルデヒドを排除または実質的に減少させるために、インビトロにおいて還元されるコラーゲンを意味する。例えば、コラーゲンは、コラーゲンを還元剤（例えば、水素化ホウ素ナトリウム）で処理することによって、インビトロにおいて還元されてもよい。
【0161】
一部の実施形態では、コラーゲンはオリゴマー２６０コラーゲンである。本明細書で使用される場合、「オリゴマー２６０コラーゲン」は、オリゴマーの単離をもたらす手順によって（例えば、ブタの皮膚から）作製されたコラーゲン調製物であり、コラーゲン調製物は、分子量２６０において顕著なバンドを有し、バンドは、対応するモノマー調製物においては顕著でないかまたは不足している。バンドの存在は、ＳＤＳポリアクリルアミドゲル電気泳動によって決定できる。オリゴマー２６０コラーゲンは、参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願第１３／１９２，２７６号（公開番号２０１２－００２７７３２ Ａ１として２０１２年２月２日に公開）にさらに記載される。
【0162】
他の例示的な実施形態では、本明細書に記載される人工コラーゲンスキャフォールドは、例えば、架橋剤、例えば、グルタルアルデヒド、カルボジイミド、アルデヒド、リジルオキシダーゼ（ｌｙｓｌ－ｏｘｉｄａｓｅ）、Ｎ－ヒドロキシスクシンイミドエステル、イミドエステル、ヒドラジドおよびマレイミドなど、またはこれらの組合せを使用して架橋されてもよい。一態様では、架橋剤は、人工コラーゲンスキャフォールドにおけるコラーゲンの重合前、重合中または重合後に添加されうる。
【0163】
本開示の種々の人工コラーゲンスキャフォールドの実施形態中に存在するコラーゲンの濃度は、様々でありうる。一部の実施形態では、コラーゲンは、約５０～約１０００ｍｇ／ｃｍ３、約５０～約９００ｍｇ／ｃｍ３、約５０～約８００ｍｇ／ｃｍ３、約５０～約７００ｍｇ／ｃｍ３、約５０～約６００ｍｇ／ｃｍ３、約５０～約５００ｍｇ／ｃｍ３、約５０～約４００ｍｇ／ｃｍ３、約５０～約３００ｍｇ／ｃｍ３、約５０～約２００ｍｇ／ｃｍ３、約１００～約１０００ｍｇ／ｃｍ３、約１００～約９００ｍｇ／ｃｍ３、約１００～約８００ｍｇ／ｃｍ３、約１００～約７００ｍｇ／ｃｍ３、約１００～約６００ｍｇ／ｃｍ３、約１００～約５００ｍｇ／ｃｍ３、約１００～約４００ｍｇ／ｃｍ３、約１００～約３００ｍｇ／ｃｍ３、約１００～約２００ｍｇ／ｃｍ３、約２００～約１０００ｍｇ／ｃｍ３、約２００～約９００ｍｇ／ｃｍ３、約２００～約８００ｍｇ／ｃｍ３、約２００～約７００ｍｇ／ｃｍ３、約２００～約６００ｍｇ／ｃｍ３、約２００～約５００ｍｇ／ｃｍ３、約２００～約４００ｍｇ／ｃｍ３、約２００～約３００ｍｇ／ｃｍ３、約３００～約１０００ｍｇ／ｃｍ３、約３００～約９００ｍｇ／ｃｍ３、約３００～約８００ｍｇ／ｃｍ３、約３００～約７００ｍｇ／ｃｍ３、約３００～約６００ｍｇ／ｃｍ３、約３００～約５００ｍｇ／ｃｍ３、約３００～約４００ｍｇ／ｃｍ３、約４００～約１０００ｍｇ／ｃｍ３、約４００～約９００ｍｇ／ｃｍ３、約４００～約８００ｍｇ／ｃｍ３、約４００～約７００ｍｇ／ｃｍ３、約４００～約６００ｍｇ／ｃｍ３、約４００～約５００ｍｇ／ｃｍ３、約５００～約１０００ｍｇ／ｃｍ３、約５００～約９００ｍｇ／ｃｍ３、約５００～約８００ｍｇ／ｃｍ３、約５００～約７００ｍｇ／ｃｍ３、約５００～約６００ｍｇ／ｃｍ３、約５０～約２０００ｍｇ／ｃｍ３、または約５０～約１５００ｍｇ／ｃｍ３の濃度で人工コラーゲンスキャフォールド中に存在する。
【0164】
他の実施形態では、コラーゲンは、コラーゲンを重合させてコラーゲンスキャフォールドを作製するのに使用される出発組成物中に、約１ｍｇ／ｍｌ～約５０ｍｇ／ｍｌ、約１ｍｇ／ｍｌ～約４０ｍｇ／ｍｌ、約１ｍｇ／ｍｌ～約３０ｍｇ／ｍｌ、約１ｍｇ／ｍｌ～約２０ｍｇ／ｍｌ、約１ｍｇ／ｍｌ～約１５ｍｇ／ｍｌ、約１ｍｇ／ｍｌ～約１２ｍｇ／ｍｌ、約１ｍｇ／ｍｌ～約１０ｍｇ／ｍｌ、約１ｍｇ／ｍｌ～約９ｍｇ／ｍｌ、約１ｍｇ／ｍｌ～約８ｍｇ／ｍｌ、約１ｍｇ／ｍｌ～約７ｍｇ／ｍｌ、約１ｍｇ／ｍｌ～約６ｍｇ／ｍｌ、約１ｍｇ／ｍｌ～約５ｍｇ／ｍｌ、約１ｍｇ／ｍｌ～約４ｍｇ／ｍｌ、または約１ｍｇ／ｍｌ～約３ｍｇ／ｍｌで存在しうる。
【0165】
一部の実施形態では、コラーゲンスキャフォールドはポリマーをさらに含む。本明細書で使用される場合、「ポリマー」という用語は、個々の化学部分からなる分子を指し、これは同じであっても異なっていてもよいが、好ましくは同じであり、一緒に結合している。本明細書で使用される場合、「ポリマー」という用語は、末端同士が結合して直鎖状分子を形成する個々の化学部分、ならびに分枝（例えば、「マルチアーム」または「星形状」）構造の形態で一緒に結合した個々の化学部分を指す。他の実施形態では、コラーゲンスキャフォールドはコポリマーをさらに含む。本明細書で使用される場合、「コポリマー」という用語は、２種のモノマー種の共重合によって得られうるコポリマー、３種のモノマー種から得られうるもの（「三元重合体」）、４種のモノマー種から得られうるもの（「四元重合体」）などを含む２種以上のモノマー種に由来するポリマーを指す。
【0166】
本開示の種々の実施形態では、本明細書に記載される通りのコラーゲンスキャフォールドは、特定の物理特性を得るための制御条件下で重合されうる。例えば、コラーゲンスキャフォールドは、所望のコラーゲンフィブリル密度、孔径（フィブリル－フィブリル分枝）、弾性率、引張歪み、引張応力、線形弾性率（ｍｏｄｕｌｕｓ）、圧縮弾性率、極限引張強さ、破壊歪み、縫合糸保持ピーク荷重、損失弾性率、フィブリル面積分率、フィブリル体積分率、コラーゲン濃度、細胞播種密度、せん断貯蔵弾性率［Ｇ’または弾性（固体様）挙動］、および位相角デルタ［δまたは流体（粘性）から固体（弾性）様挙動の測定；δは、フック固体についての０ｏおよびニュートン流体についての９０ｏに等しい］を有してもよい。
【0167】
本明細書で使用される場合、「弾性率」は、弾性率または線形弾性率（従来の機械的試験プロトコルを使用して得られた応力－歪み曲線の線形領域の傾斜によって定義される；すなわち、剛性）、圧縮弾性率、損失弾性率またはせん断貯蔵弾性率（例えば、貯蔵弾性率）でありうる。これらの用語は、当業者に周知である。
【0168】
本明細書で使用される場合、「フィブリル体積分率」（すなわち、フィブリル密度）は、三次元におけるフィブリルが占める総面積のパーセント面積として定義される。
【0169】
本明細書で使用される場合、引張または圧縮応力「σ」は、単位面積当たりに生じる力であり、式：
【0170】
【数1】
によって表される。
【0171】
力（Ｐ）は、材料の断面に垂直な［すなわち、直角な］応力を生じる（例えば、応力が材料を長くする傾向がある場合、引張応力と呼ばれ、応力が材料を短くする傾向がある場合、圧縮応力と呼ばれる）。
【0172】
本明細書で使用される場合、「歪み」は、機械的応力の結果としての材料への変形である機械的歪みを指す。歪みは、変位を基準長さで割った比として通常定義される。本明細書で使用される場合、「引張歪み」は、張力に供される材料の伸長である。
【0173】
本明細書に記載される任意の実施形態では、コラーゲンスキャフォールドのフィブリル体積分率は、約１％～約６０％でありうる。種々の実施形態では、コラーゲンスキャフォールドは、特定の特徴、例えば、約２％～約９０％、約２％～約８０％、約２％～約７０％、約２％～約６０％、約２％～約５０％、約２％～約４０％、約５％～約６０％、約１５％～約６０％、約２％～約３０％、約５％～約３０％、約１５％～約３０％、約２０％～約３０％、約５％～約９０％、約１５％～約９０％、約２％～約８０％、約５％～約８０％、約１５％～約８０％、または約２０％～約８０％のフィブリル体積分率（すなわち、密度）を有するフィブリルを含有しうる。
【0174】
本明細書に記載される例示的な実施形態のいずれかでは、コラーゲンスキャフォールドは、これらに限定されないが、約１８ＭＰａ～約２００ＭＰａ、約２０ＭＰａ～約２００ＭＰａ、約２０ＭＰａ～約１８０ＭＰａ、約２０ＭＰａ～約１７０ＭＰａ、約２０ＭＰａ～約１６０ＭＰａ、約２０ＭＰａ～約１５０ＭＰａ、約２０ＭＰａ～約１４０ＭＰａ、約２０ＭＰａ～約１３０ＭＰａ、約２０ＭＰａ～約１２０ＭＰａ、約２０ＭＰａ～約１１０ＭＰａ、約２０ＭＰａ～約１００ＭＰａ、約２０ＭＰａ～約９０ＭＰａ、約２０ＭＰａ～約８０ＭＰａ、約２０ＭＰａ～約７０ＭＰａ、約２０ＭＰａ～約６０ＭＰａ、約２０ＭＰａ～約５０ＭＰａ、約２０ＭＰａ～約４０ＭＰａ、約２０ＭＰａ～約３０ＭＰａ、または約２０ＭＰａ～約２５ＭＰａの弾性率（例えば、圧縮弾性率、損失弾性率、弾性率または貯蔵弾性率）を含む特定の特徴を有するフィブリルを含有しうる。他の実施形態では、コラーゲンスキャフォールドは、約０．５ＭＰａ～約２００ＭＰａ、約０．５ＭＰａ～約１９０ＭＰａ、約０．５ＭＰａ～約１８０ＭＰａ、約０．５ＭＰａ～約１７０ＭＰａ、約０．５ＭＰａ～約１６０ＭＰａ、約０．５ＭＰａ～約１５０ＭＰａ、約０．５ＭＰａ～約１４０ＭＰａ、約０．５ＭＰａ～約１３０ＭＰａ、約０．５ＭＰａ～約１２０ＭＰａ、約０．５ＭＰａ～約１１０ＭＰａ、約０．５ＭＰａ～約１０５ＭＰａ、約０．５ＭＰａ～約１００ＭＰａ、約０．５ＭＰａ～約９０ＭＰａ、約０．５ＭＰａ～約８０ＭＰａ、約０．５ＭＰａ～約７０ＭＰａ、約０．５ＭＰａ～約６０ＭＰａ、約０．５ＭＰａ～約５０ＭＰａ、約０．５ＭＰａ～約４０ＭＰａ、約０．５ＭＰａ～約３０ＭＰａ、約０．５ＭＰａ～約２０ＭＰａ、約０．５ＭＰａ～約１０ＭＰａ、約０．５ＭＰａ～約５ＭＰａ、約０．５ＭＰａ～約１ＭＰａの弾性率を有しうる。
【0175】
本明細書に記載される実施形態のいずれかでは、コラーゲン組成物は、これらに限定されないが、約０°～約１２°、約０°～約５°、約１°～約５°、約４°～約１２°、約５°～約７°、約８°～約１０°、および約５°～約１０°の位相角デルタ（δ）を含む特定の特徴を有するフィブリルを含有しうる。
【0176】
種々の態様では、人工コラーゲンスキャフォールドは、約０．００５～約３ｍｍ、約０．００５～約２ｍｍ、約０．００５～約１ｍｍ、約０．００５～約０．５ｍｍ、約０．０１ｍｍ～約３．０ｍｍ、約０．０１ｍｍ～約２．０ｍｍ、約０．０１ｍｍ～約１．０ｍｍ、約０．０１ｍｍ～約０．５ｍｍ、約０．０１ｍｍ～約０．２５ｍｍ、約０．１ｍｍ～約１．０ｍｍ、約０．５ｍｍ～約１．０ｍｍ、約０．１５ｍｍ～約０．２５ｍｍ、約０．０２ｍｍ～約０．２ｍｍ、約０．０２ｍｍ～約０．１５ｍｍ、または約０．０２ｍｍ～約０．１ｍｍの厚さを有しうる。
【0177】
他の実施形態では、コラーゲンスキャフォールドは、約０．５ＭＰａ～約２０ＭＰａ、約１ＭＰａ～約２５ＭＰａ、約０．２ＭＰａ～約２０ＭＰａ、約５ＭＰａ～約１５ＭＰａ、約２ＭＰａ～約２０ＭＰａ、約１ＭＰａ～約２０、約１ＭＰａ～約１５ＭＰａ、約１ＭＰａ～約１０ＭＰａ、約１ＭＰａ～約５ＭＰａ、約１ＭＰａ～約４ＭＰａ、約１ＭＰａ～約３ＭＰａ、約１ＭＰａ～約２ＭＰａ、約０．５ＭＰａ～約２５ＭＰａ、約０．５ＭＰａ～約２０、約０．５ＭＰａ～約１５ＭＰａ、約０．５ＭＰａ～約１０ＭＰａ、約０．５ＭＰａ～約５ＭＰａ、約０．５ＭＰａ～約４ＭＰａ、約０．５ＭＰａ～約３ＭＰａ、約０．５ＭＰａ～約２ＭＰａ、または約０．５ＭＰａ～約１ＭＰａの極限引張強さを有しうる。
【0178】
他の例示的な実施形態では、人工コラーゲンスキャフォールドは、約５％～約７０％、約５％～約６０％、約５％～約５０％、約５％～約４０％、約５％～約３０％、約５％～約２０％、約５％～約１０％、約１０％～約７０％、約１０％～約６０％、約１０％～約５０％、約１０％～約４０％、約１０％～約３０％、または約１０％～約２０％の破壊歪みを有しうる。
【0179】
他の態様では、人工コラーゲンスキャフォールドは、約２Ｎ～約８Ｎ、約０．２Ｎ～約２Ｎ、または約０．１Ｎ～約４Ｎ、約２Ｎ～約７Ｎ、約２Ｎ～約６Ｎ、約２Ｎ～約５Ｎ、約２Ｎ～約４Ｎ、約２Ｎ～約３Ｎ、約０．１Ｎ～約８Ｎ、約０．１Ｎ～約７Ｎ、約０．１Ｎ～約６Ｎ、約０．１Ｎ～約５Ｎ、約０．１Ｎ～約４Ｎ、約０．１Ｎ～約３Ｎ、約０．１Ｎ～約２Ｎ、約０．１Ｎ～約１Ｎ、約０．２Ｎ～約８Ｎ、約０．２Ｎ～約７Ｎ、約０．２Ｎ～約６Ｎ、約０．２Ｎ～約５Ｎ、約０．２Ｎ～約４Ｎ、約０．２Ｎ～約３Ｎ、約０．２Ｎ～約２Ｎ、約０．２Ｎ～約１Ｎ、または約０．２Ｎ～約０．５Ｎの縫合糸保持ピーク荷重を有しうる。
【0180】
本明細書に記載される実施形態のすべてでは、「約 ～」「～約」は、範囲の両端で参照される数を含む。例えば、「約２０％～約８０％」は、２０％および８０％を含み、「約２０ＭＰａ～約２００ＭＰａ」は、２０および２００ＭＰａを含むなど。本明細書で使用される場合、例えば、整数、分率およびパーセンテージを含む数値を参照する「約」は、一般に、当業者が列挙された値と等価である（例えば、同じ機能または結果を有する）と考えるであろう数値の範囲（例えば、述べられた値の＋／－５％～１０％）を指す。
【0181】
本明細書に記載される例示的な実施形態のいずれかでは、コラーゲンスキャフォールドの定性的および定量的微細構造特徴は、クライオステージ走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、共焦点顕微鏡また第二高調波発生多光子顕微鏡などによって決定できる。別の実施形態では、引張、圧縮および粘弾特性は、流動測定または引張試験によって決定できる。これらの方法はすべて当技術分野で公知であるか、または米国特許出願第１１／４３５，６３５号（公開番号２００７－０２６９４７６ Ａ１として２００７年１１月２２日に公開）、米国特許出願第１１／９１４，６０６号（公開番号２００９－００１１０２１ Ａ１として２００９年１月８日に公開）、米国特許出願第１２／３００，９５１号（公開番号２００９－０１７５９２２ Ａ１として２００９年７月９日に公開）、米国特許出願第１３／１９２，２７６号（公開番号２０１２－００２７７３２ Ａ１として２０１２年２月２日に公開）、米国特許出願第１３／３８３，７９６号（公開番号２０１２－０１１５２２２ Ａ１として２０１２年５月１０日公開）にさらに記載されているか、または参照により本明細書に組み込まれる、Roeder et al., J. Biomech. Eng., vol. 124, pp. 214-222 (2002)；Pizzo et al., J. Appl. Physiol., vol. 98, pp. 1-13 (2004)；Fulzele et al., Eur. J. Pharm. Sci., vol. 20, pp. 53-61 (2003)；Griffey et al., J. Biomed. Mater. Res., vol. 58, pp. 10-15 (2001)；Hunt et al., Am. J. Surg., vol. 114, pp. 302-307 (1967)；およびSchilling et al., Surgery, vol. 46, pp. 702-710 (1959)に記載されている。
【0182】
種々の実施形態では、コラーゲンスキャフォールド組成物は細胞をさらに含む。当業者の知識内での任意の細胞型を、本開示のコラーゲンスキャフォールド組成物と共に使用できる。一部の実施形態では、細胞は幹細胞である。本明細書で使用される場合、「幹細胞」は、自己複製または自己再生が可能であり、種々の分化細胞型（すなわち、分化能）に発達できる、胚、胎児または成人由来の未分化細胞を指す。本明細書で使用される場合、この用語は、さらに指定されない限り、寡能性細胞（少数の細胞型、例えば、リンパまたは骨髄系に分化できる細胞）、および単能性細胞（１つの細胞型のみに分化できる細胞）を包含する。一部の実施形態では、造血幹細胞は、当業者に周知の方法によって、例えば、骨髄、循環血または臍帯血から単離されてもよい。細胞マーカーは、造血幹細胞を選択および精製するために使用できる。例えば、好適なマーカーは、Ｌｉｎ－、Ｓｃａ１＋およびｃ－Ｋｉｔ＋マウス、またはＬｉｎ－、ＣＤ３４＋およびｃ－Ｋｉｔ＋ヒト造血幹細胞マーカーである。一実施形態では、細胞マーカーは、本明細書に記載される組成物および方法における使用のための所望の細胞型を選択および精製するために、単独でまたは組み合わせて使用してもよい。一態様では、コラーゲンスキャフォールド組成物は、処置される患者から単離された自家細胞を播種されうる。代替的な実施形態では、細胞は、性質が異種または同種であってもよい。
【0183】
本明細書に記載される実施形態のいずれかでは、細胞は、コラーゲンスキャフォールド組成物に、約１×１０６～約１×１０８個の細胞／ｍｌの細胞密度、または約１×１０３～約２×１０６個の細胞／ｍｌの密度で播種される。一実施形態では、細胞は、５×１０４個の細胞／ｍｌ未満の密度で播種される。別の実施形態では、細胞は、１×１０４個の細胞／ｍｌ未満の密度で播種される。別の実施形態では、細胞は、約１×１０２～約５×１０６、約０．３×１０４～約６０×１０４個の細胞／ｍｌ、および約０．５×１０４～約５０×１０４個の細胞／ｍｌの範囲から選択される密度で播種される。細胞は、本明細書に記載される方法、または細胞培養の当業者に周知の方法に従って、維持、増殖または分化される。
【0184】
本明細書に記載される種々の実施形態のいずれかでは、本発明の人工コラーゲンスキャフォールド組成物は、重合前、重合中または重合後、造血幹細胞培養、またはラミニンおよびフィブロネクチン、ヒアルロン酸、または血小板由来成長因子もしくはトランスフォーミング増殖因子ベータなどの成長因子、およびデキサメタゾンなどのグルココルチコイドなどの他の細胞型の培養を促進するミネラル、アミノ酸、糖、ペプチド、タンパク質、ビタミン（例えば、アスコルビン酸）または糖タンパク質を含む栄養物と組み合わせられうる。他の例示的な実施形態では、グリセロール、グルコースまたはポリヒドロキシル化化合物などの原線維形成阻害剤は、重合前または重合中に添加されうる。一実施形態によると、細胞は、コラーゲンの重合前の最後の工程としてまたは重合後に、コラーゲンスキャフォールドおよび他の細胞外マトリックス成分に添加されうる。他の例示的な実施形態では、例えば、カルボジイミド、アルデヒド、リジルオキシダーゼ、Ｎ－ヒドロキシスクシンイミドエステル、イミドエステル、ヒドラジドおよびマレイミドなどの架橋剤が、コラーゲン重合前、コラーゲン重合中またはコラーゲン重合後に添加されうる。さらに別の実施形態では、人工コラーゲンスキャフォールド組成物は、緩衝液（例えば、リン酸緩衝生理食塩水）、塩酸（例えば、０．０１Ｎ）およびグルコースなどの成分を含みうる。一態様では、グルコースは、細胞が含まれる場合に添加されうる。別の実施形態では、天然コラーゲンマトリックス中に通常存在するＥＣＭの非コラーゲン成分は、存在しない。
【0185】
ある特定の実施形態では、コラーゲンスキャフォールド組成物は、流体をさらに含む。一部の流体は、圧縮に応じてコラーゲンスキャフォールド組成物から除去されるが、ある量の流体が、圧縮されたコラーゲンスキャフォールド組成物中に保持される。一部の実施形態では、存在する流体のパーセンテージは、約２５％～約９９％、約５％～約９９％、約５％～約９５％、約５％～約９０％、約５％～約８０％、約５％～約７０％、約５％～約６０％、約５％～約５０％、約５％～約４０％、または約５％～約３０％、約１０％～約９９％、約１０％～約９０％、約１０％～約８０％、約１０％～約７０％、約１０％～約６０％、約１０％～約５０％、約１０％～約４０％、約１０％～約３０％、または約１０％～約２０％である。一部の実施形態では、存在する流体のパーセンテージは、約２０％～約９９％、約３０％～約９９％、約４０％～約９９％、約４５％～約９９％、約５０％～約９９％、約６０％～約９９％、約７０％～約９９％、または約８０％～約９９％である。一部の実施形態では、存在する流体のパーセンテージは、約５０％～約８０％である。一部の実施形態では、存在する流体のパーセンテージは、約６０％～約７０％である。
【0186】
種々の実施形態では、コラーゲンスキャフォールド組成物は凍結乾燥される。本明細書で使用される場合、「凍結乾燥される」という用語は、典型的には、真空下でフリーズドライすることによって、組成物から水を除去することに関する。しかしながら、乾燥は、当業者に公知の任意の方法によって実施でき、方法は、真空下でのフリーズドライに限定されない。典型的には、凍結乾燥されたコラーゲンスキャフォールド組成物は、乾固まで凍結乾燥され、一実施形態では、凍結乾燥されたコラーゲンスキャフォールド組成物の水分含有量は、検出可能レベル未満である。別の実施形態では、コラーゲンスキャフォールドは、組成物を凍結乾燥すること、組成物を真空プレスすること、もしくは脱水熱処理、またはこれらの組合せによって乾燥されうる。
【0187】
本明細書で提供される別の実施形態では、患者を処置して、損傷したまたは機能不全の組織を再生する、回復させるまたは置換する方法が提供される。方法は、本明細書に記載される人工コラーゲンスキャフォールドのいずれかを含む医療用移植組織を患者に移植することを含む。種々の実施形態では、医療用移植組織は、心膜、心臓弁（ｈｅａｒｔ ｖａｌｕｅ）、皮膚、血管、気道組織、体壁および腫瘍除去組織後に再構築された組織から選択される組織の再生または置換または回復のためでありうる。別の実施形態では、弁組織は、大動脈または肺動脈弁組織でありうる。一実施形態では、医療用移植組織（すなわち、コラーゲンスキャフォールド）は、患者に移植された場合、炎症または異物反応を誘発しない。
【0188】
一態様では、人工コラーゲンスキャフォールドは、患者への移植前に、最終滅菌されるか、または無菌で調製される。種々の実施形態では、最終滅菌方法は、グルタルアルデヒドによる処理、ガンマ線照射、電子線照射、過酢酸滅菌、酸性ｐＨでのホルムアルデヒドタンニング、プロピレンオキシド、エチレンオキシド処理またはガスプラズマ滅菌から選択されるプロセスでありうる。コラーゲンの構造に有害に影響しない滅菌技術を使用できる。
【0189】
本明細書で提供される別の実施形態では、圧縮、例えば、拘束圧縮によって、人工コラーゲンスキャフォールドを製造する方法が提供される。本明細書に記載される人工コラーゲンスキャフォールドの実施形態のいずれかが、製造する方法によって生成されうる。一部の実施形態では、製造する方法は、コラーゲンスキャフォールド組成物を所定の形状に圧縮する前に、コラーゲンを重合させる工程を含む。ある特定の実施形態では、製造する方法は、コラーゲンスキャフォールド組成物を所定の形状に圧縮する前に、コラーゲンスキャフォールドの物理特性を調節する工程を含む。本明細書で使用される場合、「調節すること」という用語は、所望の物理特性を得るための制御条件下でのコラーゲンスキャフォールドの改変を指す。例えば、圧縮前に、コラーゲンスキャフォールドは、所望の値または量の以下の物理特性：フィブリル密度、孔径（フィブリル－フィブリル分枝）、弾性率、厚さ、引張歪み、引張応力、線形弾性率、極限引張応力、破壊歪み、縫合糸保持ピーク荷重、圧縮弾性率、損失弾性率、フィブリル面積分率、フィブリル体積分率、コラーゲン濃度、細胞播種密度、せん断貯蔵弾性率［Ｇ’または弾性（固体様）挙動］、および位相角デルタ［δまたは流体（粘性）から固体（弾性）様挙動の測定；δは、フック固体についての０ｏおよびニュートン流体についての９０ｏに等しい］のうちの１つまたは複数をもたらすように制御条件下で改変される。
【0190】
コラーゲンスキャフォールド組成物を圧縮する前に物理特性を調節する結果として、高レベルのフィブリル間会合が、圧縮前のコラーゲンスキャフォールドに誘発されうる。この工程により、最終コラーゲンスキャフォールドを作出する前に重要な機械的特性を制御することが可能になり、制御された機械的特性は、最終コラーゲンスキャフォールドの圧縮後に保持される。したがって、コラーゲンスキャフォールドの設計特徴は、所望の細胞機序をコラーゲンスキャフォールドに予測的に誘発する目的のために最適化できる。
【0191】
本明細書に記載されるコラーゲンスキャフォールドは、いくつかの異なる所定の形状に圧縮できる。一部の実施形態では、所定の形状は管である。他の実施形態では、所定の形状はシートである。さらに他の実施形態では、所定の形状は球である。一部の実施形態では、所定の形状はスラブである。他の実施形態では、所定の形状は円柱である。さらに他の実施形態では、所定の形状は円錐である。
【0192】
別の実施形態では、本明細書に記載される方法、使用、ならびにコラーゲンスキャフォールドおよびコラーゲンスキャフォールド組成物は、以下の実施例を含む。実施例は、本明細書に記載される発明の種々の実施形態の追加の特徴をさらに例示する。しかしながら、実施例は例示であり、本明細書に記載される発明の他の実施形態を限定するとは解釈されないことを理解されたい。さらに、実施例の他の変形例が、本明細書に記載される発明の種々の実施形態に含まれることを認識されたい。
【実施例】
【0193】
［実施例１］
圧縮脱水による水和されたコラーゲンスキャフォールドの形成
チャンバー圧縮システム：
Ｉ型オリゴマーコラーゲンをブタの真皮から単離し、精製した。米国内に位置する、伝染病または接触伝染病がないことが証明された閉鎖群の市場体重の去勢ブタから獣皮を得た。酸可溶化コラーゲンオリゴマーを、滅菌ろ過し、純度、分子組成および重合パラメーターに基づいて品質制御した。高密度化コラーゲンスキャフォールドを、Ｄｅｌｒｉｎから製作した円筒形チャンバーを使用し、特別仕様の拘束圧縮手順を使用して無菌で作出した（図１）。これらのチャンバーの底面は、以下の２つの形状に合うように取外し可能であった：１）重合前および重合中に液体コラーゲンを含有するための中実底面（図１Ａ）、ならびに２）圧縮中に底部からの制御された流体除去を促進する穴を有する多孔質底面（図１ＢおよびＣ）。コラーゲンスキャフォールドを作出するために、特定濃度および容量で液体コラーゲンを中和し、滅菌円筒形チャンバー（直径６．３ｃｍまたは３．４ｃｍのいずれか）に添加した（図１Ａ）。これらのチャンバーを密封し、３７℃でインキュベートして、コラーゲン重合を誘発し、間質液に取り囲まれた線維状コラーゲンのネットワークを含む複合体コラーゲンスキャフォールドの形成をもたらした。コラーゲン重合後、滅菌多孔質ポリエチレンフォームを複合体コラーゲンスキャフォールドの上面および底面に置き、チャンバーの中実底面を多孔質底面に交換した（図１Ｂ）。次いで、コラーゲンを毎秒０．０５％の歪み速度で所望の厚さに圧縮し、上側面および下側面の両方から流体除去が起こった（図１Ｃ）。圧縮後、水和したコラーゲンスキャフォールドを、チャンバーから無菌で取り出し、試験前に、密封した機密滅菌容器に保存した。
圧縮脱水による水和されたコラーゲンスキャフォールドの形成
チャンバー圧縮システム：
Ｉ型オリゴマーコラーゲンをブタの真皮から単離し、精製した。米国内に位置する、伝染病または接触伝染病がないことが証明された閉鎖群の市場体重の去勢ブタから獣皮を得た。酸可溶化コラーゲンオリゴマーを、滅菌ろ過し、純度、分子組成および重合パラメーターに基づいて品質制御した。高密度化コラーゲンスキャフォールドを、Ｄｅｌｒｉｎから製作した円筒形チャンバーを使用し、特別仕様の拘束圧縮手順を使用して無菌で作出した（図１）。これらのチャンバーの底面は、以下の２つの形状に合うように取外し可能であった：１）重合前および重合中に液体コラーゲンを含有するための中実底面（図１Ａ）、ならびに２）圧縮中に底部からの制御された流体除去を促進する穴を有する多孔質底面（図１ＢおよびＣ）。コラーゲンスキャフォールドを作出するために、特定濃度および容量で液体コラーゲンを中和し、滅菌円筒形チャンバー（直径６．３ｃｍまたは３．４ｃｍのいずれか）に添加した（図１Ａ）。これらのチャンバーを密封し、３７℃でインキュベートして、コラーゲン重合を誘発し、間質液に取り囲まれた線維状コラーゲンのネットワークを含む複合体コラーゲンスキャフォールドの形成をもたらした。コラーゲン重合後、滅菌多孔質ポリエチレンフォームを複合体コラーゲンスキャフォールドの上面および底面に置き、チャンバーの中実底面を多孔質底面に交換した（図１Ｂ）。次いで、コラーゲンを毎秒０．０５％の歪み速度で所望の厚さに圧縮し、上側面および下側面の両方から流体除去が起こった（図１Ｃ）。圧縮後、水和したコラーゲンスキャフォールドを、チャンバーから無菌で取り出し、試験前に、密封した機密滅菌容器に保存した。
【0194】
シリンジ圧縮システム：
圧縮脱水中の二方向流体除去も、改変したシリンジシステムを使用して実現できた（図２）。シリンジ（６ｃｃ Ｃｏｖｉｄｉｅｎ Ｍｏｎｏｊｅｃｔ、直径１．２ｃｍ）を、プランジャーを取り外し、ステンレス鋼メッシュのディスク（１”×１”当たり１００×１００個の開口、開口０．００６”；ＭｃＭａｓｔｅｒ－Ｃａｒｒ、Ｄｏｕｇｌａｓｖｉｌｌｅ、ＧＡ）をシリンジ内部の先端の直前に置くことによって改変した。シリンジのゴムプランジャーを、中心領域を切り抜き、作出した穴にステンレス鋼メッシュの別のディスクを取り付けることによって改変した。流体流を促進し、プランジャーをシリンジに挿入するときに生じる気圧を防止するために、ゴムプランジャーの端部にノッチも作出した。シリンジの先端にキャップをした後、中和コラーゲン溶液をステンレス鋼メッシュの上部でシリンジの本体に添加した（粘性コラーゲン溶液およびメッシュの小さいグリッドの間の表面張力により、流体はメッシュを通って流れることができなかった）。シリンジを密封し、３７℃でインキュベートして、コラーゲンを重合させるようにした。重合後、改変したプランジャーを一片のＷｈａｔｍａｎろ紙と共にシリンジの内部に置いて、ステンレス鋼メッシュおよび複合体コラーゲンスキャフォールドの間に緩衝材を提供した（圧縮中、スキャフォールド上にメッシュグリップの跡がつかないようにするため）。次いで、毎秒０．０５％の歪み速度で所望の厚さに圧縮するためにシリンジをシリンジポンプ（モデルＮＥ－１６００、Ｎｅｗ Ｅｒａ Ｐｕｍｐ Ｓｙｓｔｅｍｓ、Ｆａｒｍｉｎｇｄａｌｅ、ＮＹ）に載せた。
圧縮脱水中の二方向流体除去も、改変したシリンジシステムを使用して実現できた（図２）。シリンジ（６ｃｃ Ｃｏｖｉｄｉｅｎ Ｍｏｎｏｊｅｃｔ、直径１．２ｃｍ）を、プランジャーを取り外し、ステンレス鋼メッシュのディスク（１”×１”当たり１００×１００個の開口、開口０．００６”；ＭｃＭａｓｔｅｒ－Ｃａｒｒ、Ｄｏｕｇｌａｓｖｉｌｌｅ、ＧＡ）をシリンジ内部の先端の直前に置くことによって改変した。シリンジのゴムプランジャーを、中心領域を切り抜き、作出した穴にステンレス鋼メッシュの別のディスクを取り付けることによって改変した。流体流を促進し、プランジャーをシリンジに挿入するときに生じる気圧を防止するために、ゴムプランジャーの端部にノッチも作出した。シリンジの先端にキャップをした後、中和コラーゲン溶液をステンレス鋼メッシュの上部でシリンジの本体に添加した（粘性コラーゲン溶液およびメッシュの小さいグリッドの間の表面張力により、流体はメッシュを通って流れることができなかった）。シリンジを密封し、３７℃でインキュベートして、コラーゲンを重合させるようにした。重合後、改変したプランジャーを一片のＷｈａｔｍａｎろ紙と共にシリンジの内部に置いて、ステンレス鋼メッシュおよび複合体コラーゲンスキャフォールドの間に緩衝材を提供した（圧縮中、スキャフォールド上にメッシュグリップの跡がつかないようにするため）。次いで、毎秒０．０５％の歪み速度で所望の厚さに圧縮するためにシリンジをシリンジポンプ（モデルＮＥ－１６００、Ｎｅｗ Ｅｒａ Ｐｕｍｐ Ｓｙｓｔｅｍｓ、Ｆａｒｍｉｎｇｄａｌｅ、ＮＹ）に載せた。
【0195】
［実施例２］
コラーゲンスキャフォールド厚さの定量化
コラーゲンスキャフォールド厚さおよび均一性を、Ｍｉｔｕｔｏｙｏ ５４７－５２６Ｓ高精度厚さ測定器（Ａｕｒｏｒａ、ＩＬ；＋／－５μｍ精度）を用いて決定した。中心および端部領域を含む少なくとも５回の測定（ｎ≧５）を材料シートに沿って行い、関連する平均および標準偏差を決定した。
［実施例３］
コラーゲンスキャフォールド厚さの定量化
コラーゲンスキャフォールド厚さおよび均一性を、Ｍｉｔｕｔｏｙｏ ５４７－５２６Ｓ高精度厚さ測定器（Ａｕｒｏｒａ、ＩＬ；＋／－５μｍ精度）を用いて決定した。中心および端部領域を含む少なくとも５回の測定（ｎ≧５）を材料シートに沿って行い、関連する平均および標準偏差を決定した。
［実施例３］
【0196】
一軸引張試験
一軸引張試験を、それぞれ４ｍｍおよび３ｍｍのゲージ長および幅のドッグボーン形状の材料試料に対して周囲空気中で実施した（ｎ≧３）。設定から完了までの機械試験の平均持続時間は、１０秒未満であり、試料の脱水は観察されなかった。すべての試料を、３２Ｈｚのサンプリング率で２５Ｎ荷重計に適合させたサーボ電気材料試験システム（ＴｅｓｔＲｅｓｏｕｒｃｅｓ、Ｓｈａｋｏｐｅｅ、ＭＮ）を使用して、毎秒４０％の歪み速度（１．６ｍｍ／分）で、破壊まで一軸張力で試験した。弾性率（ＥＴ）を、応力歪み曲線の線形領域から計算した。極限応力（σＵ）は試料が受けたピーク応力を表し、破壊歪み（εｆ）は、材料が完全破壊（ｔｏｔａｌ ｆａｉｌｕｒｅ）を受けた歪みであった。
一軸引張試験を、それぞれ４ｍｍおよび３ｍｍのゲージ長および幅のドッグボーン形状の材料試料に対して周囲空気中で実施した（ｎ≧３）。設定から完了までの機械試験の平均持続時間は、１０秒未満であり、試料の脱水は観察されなかった。すべての試料を、３２Ｈｚのサンプリング率で２５Ｎ荷重計に適合させたサーボ電気材料試験システム（ＴｅｓｔＲｅｓｏｕｒｃｅｓ、Ｓｈａｋｏｐｅｅ、ＭＮ）を使用して、毎秒４０％の歪み速度（１．６ｍｍ／分）で、破壊まで一軸張力で試験した。弾性率（ＥＴ）を、応力歪み曲線の線形領域から計算した。極限応力（σＵ）は試料が受けたピーク応力を表し、破壊歪み（εｆ）は、材料が完全破壊（ｔｏｔａｌ ｆａｉｌｕｒｅ）を受けた歪みであった。
【0197】
［実施例３］
縫合糸保持試験
縫合糸保持試験を、２×１ｃｍの矩形試料に対して周囲空気中で実施した。縫合糸をこれらの試料に高い再現性で置くために、縫合ガイドを使用して、２ｍｍの縫合間隔（ｂｉｔｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ）で試料の長軸中心に沿って縫合糸を置いた。試料に単一の縫合糸（５－０Ｎｙｌｏｎ、モノフィラメント）を通した後、試料の端部から２．５ｃｍに縫合糸を２回の二重こま結び（ｄｏｕｂｌｅ ｓｑｕａｒｅ－ｋｎｏｔｓ）によって留めるのを補助するためにガイドを使用した。縫合糸をその位置で結んだ後、縫合糸を機器のトップグリップに保持されたフックに巻きつけ、試料の底端部をボトムグリップに固定することによって、試料を引張試験機（引張試験に使用したものと同じ）に置いた。縫合糸を１０ｍｍ／分の速度で破壊まで引き、単位ニュートン（Ｎ）の最大荷重を縫合糸保持強度として記録した。
縫合糸保持試験
縫合糸保持試験を、２×１ｃｍの矩形試料に対して周囲空気中で実施した。縫合糸をこれらの試料に高い再現性で置くために、縫合ガイドを使用して、２ｍｍの縫合間隔（ｂｉｔｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ）で試料の長軸中心に沿って縫合糸を置いた。試料に単一の縫合糸（５－０Ｎｙｌｏｎ、モノフィラメント）を通した後、試料の端部から２．５ｃｍに縫合糸を２回の二重こま結び（ｄｏｕｂｌｅ ｓｑｕａｒｅ－ｋｎｏｔｓ）によって留めるのを補助するためにガイドを使用した。縫合糸をその位置で結んだ後、縫合糸を機器のトップグリップに保持されたフックに巻きつけ、試料の底端部をボトムグリップに固定することによって、試料を引張試験機（引張試験に使用したものと同じ）に置いた。縫合糸を１０ｍｍ／分の速度で破壊まで引き、単位ニュートン（Ｎ）の最大荷重を縫合糸保持強度として記録した。
【0198】
［実施例４］
水和したコラーゲンスキャフォールド
特別仕様のチャンバー圧縮システムを用いて調製したプロトタイプの水和したコラーゲンスキャフォールドの代表的な画像を図３に示す。表１は、種々のスキャフォールド配合物および関連する特性の概要を提供する。
水和したコラーゲンスキャフォールド
特別仕様のチャンバー圧縮システムを用いて調製したプロトタイプの水和したコラーゲンスキャフォールドの代表的な画像を図３に示す。表１は、種々のスキャフォールド配合物および関連する特性の概要を提供する。
【0199】
表１．圧縮脱水によって調製した種々のコラーゲンスキャフォールドの特性の概要
【表1】
【0200】
［実施例５］
コラーゲン濃度およびコラーゲンスキャフォールド設計の間の関係
特別仕様のコラーゲンスキャフォールド設計についての予測的関係を特定するために、スキャフォールドを、チャンバーまたはシリンジ圧縮脱水法のいずれかを使用して、広範囲のコラーゲン濃度（約１００ｍｇ／ｍＬ～７００ｍｇ／ｍＬ）にわたって製作した。弾性率、極限引張強さ（ＵＴＳ）および破壊歪みを含むスキャフォールドの機械的特性を測定し、コラーゲン含有量の関数としてプロットした（図４）。
コラーゲン濃度およびコラーゲンスキャフォールド設計の間の関係
特別仕様のコラーゲンスキャフォールド設計についての予測的関係を特定するために、スキャフォールドを、チャンバーまたはシリンジ圧縮脱水法のいずれかを使用して、広範囲のコラーゲン濃度（約１００ｍｇ／ｍＬ～７００ｍｇ／ｍＬ）にわたって製作した。弾性率、極限引張強さ（ＵＴＳ）および破壊歪みを含むスキャフォールドの機械的特性を測定し、コラーゲン含有量の関数としてプロットした（図４）。
【0201】
［実施例６］
圧縮脱水によって作製したコラーゲンスキャフォールド
乾燥コラーゲンスキャフォールドを作出するために、水和した高密度化スキャフォールドを、凍結乾燥または真空プレスを使用して、脱水し乾固させた。凍結乾燥または真空プレスの前に、すべてのスキャフォールドを、水中で十分にすすいだ。凍結乾燥のために、コラーゲンスキャフォールドを、カーリングを防止するために端部をグリップしてフレームに固定した。次いで、スキャフォールドを、液体窒素によって瞬間冷凍し、終夜、凍結乾燥した。真空プレスのために、スキャフォールドを多孔質ポリエチレンフォームの２つのシートの間に置き、乾燥するまで真空下で圧縮した。一部の場合では、乾燥材料を、材料を真空下で加熱して水分子をさらに除去し、分子間架橋を作出するプロセスである脱水熱（ＤＨＴ）処理にさらに供した。ＤＨＴ処理のために、乾燥スキャフォールドを、特定の真空レベルおよび温度で２４時間、真空オーブン中に置いた。真空を５０ｍＴｏｒｒに設定し、温度を６０、９０または１２０℃に設定した。図５は、リン酸緩衝生理食塩水中における再水和後の乾燥コラーゲンスキャフォールドの例を示す。表２は、圧縮脱水および乾燥によって調製した種々のコラーゲンスキャフォールド配合物の特性をまとめる。一般に、ＤＨＴによる処理により、スキャフォールドの機械的完全性（すなわち、弾性率、ＵＴＳ）、およびスキャフォールドが再水和後に形状（すなわち、厚さ）を維持する能力が改善した。これは、とりわけ、高い総コラーゲン含有量（＞５００ｍｇ；＞５００ｍｇ／ｍＬ）を有するスキャフォールドについて顕著であった。
圧縮脱水によって作製したコラーゲンスキャフォールド
乾燥コラーゲンスキャフォールドを作出するために、水和した高密度化スキャフォールドを、凍結乾燥または真空プレスを使用して、脱水し乾固させた。凍結乾燥または真空プレスの前に、すべてのスキャフォールドを、水中で十分にすすいだ。凍結乾燥のために、コラーゲンスキャフォールドを、カーリングを防止するために端部をグリップしてフレームに固定した。次いで、スキャフォールドを、液体窒素によって瞬間冷凍し、終夜、凍結乾燥した。真空プレスのために、スキャフォールドを多孔質ポリエチレンフォームの２つのシートの間に置き、乾燥するまで真空下で圧縮した。一部の場合では、乾燥材料を、材料を真空下で加熱して水分子をさらに除去し、分子間架橋を作出するプロセスである脱水熱（ＤＨＴ）処理にさらに供した。ＤＨＴ処理のために、乾燥スキャフォールドを、特定の真空レベルおよび温度で２４時間、真空オーブン中に置いた。真空を５０ｍＴｏｒｒに設定し、温度を６０、９０または１２０℃に設定した。図５は、リン酸緩衝生理食塩水中における再水和後の乾燥コラーゲンスキャフォールドの例を示す。表２は、圧縮脱水および乾燥によって調製した種々のコラーゲンスキャフォールド配合物の特性をまとめる。一般に、ＤＨＴによる処理により、スキャフォールドの機械的完全性（すなわち、弾性率、ＵＴＳ）、およびスキャフォールドが再水和後に形状（すなわち、厚さ）を維持する能力が改善した。これは、とりわけ、高い総コラーゲン含有量（＞５００ｍｇ；＞５００ｍｇ／ｍＬ）を有するスキャフォールドについて顕著であった。
【0202】
表２．圧縮脱水後、凍結乾燥または真空プレスを介した乾燥によって調製した種々のコラーゲンスキャフォールドの特性の概要。真空プレスおよび凍結乾燥によって調製した乾燥スキャフォールドについての厚さ値は、それぞれ377±25μmおよび604±33μmであった。
【表2】
【0203】
［実施例７］
ラットにおけるコラーゲンスキャフォールドの生体適合性および皮下移植後の組織応答の評価
材料の生体適合性および組織応答の前臨床評価：
材料の生体適合性および組織応答を、確立されたラットの皮下移植モデルを使用して評価した。この研究は、成体雄性Ｓｐｒａｇｕｅ Ｄａｗｌｅｙ（Ｅｎｖｉｇｏ、Ｉｎｄｉａｎａｐｏｌｉｓ、Ｉｎｄｉａｎａ）ラットを含み、すべての材料を、１０回の反復で評価した。すべての動物を標準条件（例えば、２５℃の温度、１２時間の明／暗サイクル）下で収容し、標準のラット固形ペレット食餌および水を自由に与えた。手順の時点で、動物は２７２ｇ～３０８ｇの間の体重であった。麻酔の導入後、動物の背を剃毛し、手術用スクラブで臀部から肩までよく洗い、乾燥させるようにした。長さおよそ２ｃｍの４つの横方向への切開を、背中の両側で正中面に平行に行った。筋膜を無造作に切って、切開に対して真横に小さなポケットを形成した。試験片（円形、直径８ｍｍ）を、皮幹筋（ｃｕｔａｎｅｏｕｓ ｔｒｕｎｃａｉ ｍｕｓｃｌｅ）の真下に皮下移植し、切開部位を非吸収性の縫合糸で閉じた。縫合糸を、手術の１０～１４日後に除去した。すべての動物を、最少で週に３回観察し、毎週計量して、それらの生理学的状態および精神状態の両方について評価した。６０±２日後、動物を安楽死させ、剃毛した後、それらの背側を撮影した。次いで、背中の皮下組織を露出させ、撮影し、レントゲン撮影した。次いで、各移植部位および関連する正常組織を収集し、撮影した後、フォローアップの組織病理分析およびカルシウム分析のために半分に分けた。外植片組織を１０％中性緩衝ホルマリン中に固定し、パラフィンに包埋し、切片にし、ヘマトキシリンおよびエオシンおよびｖｏｎ Ｋｏｓｓａにより染色した。すべての移植部位および関連する材料の盲検での肉眼検査を、外科的解剖／露出直後、および組織病理学分析のための調製後に行った。試験片を、下記にまとめる組織反応および組織統合のレベルに基づいて等級付けした。外植片の組織病理学分析は、盲検の病理医によって実施した。
ラットにおけるコラーゲンスキャフォールドの生体適合性および皮下移植後の組織応答の評価
材料の生体適合性および組織応答の前臨床評価：
材料の生体適合性および組織応答を、確立されたラットの皮下移植モデルを使用して評価した。この研究は、成体雄性Ｓｐｒａｇｕｅ Ｄａｗｌｅｙ（Ｅｎｖｉｇｏ、Ｉｎｄｉａｎａｐｏｌｉｓ、Ｉｎｄｉａｎａ）ラットを含み、すべての材料を、１０回の反復で評価した。すべての動物を標準条件（例えば、２５℃の温度、１２時間の明／暗サイクル）下で収容し、標準のラット固形ペレット食餌および水を自由に与えた。手順の時点で、動物は２７２ｇ～３０８ｇの間の体重であった。麻酔の導入後、動物の背を剃毛し、手術用スクラブで臀部から肩までよく洗い、乾燥させるようにした。長さおよそ２ｃｍの４つの横方向への切開を、背中の両側で正中面に平行に行った。筋膜を無造作に切って、切開に対して真横に小さなポケットを形成した。試験片（円形、直径８ｍｍ）を、皮幹筋（ｃｕｔａｎｅｏｕｓ ｔｒｕｎｃａｉ ｍｕｓｃｌｅ）の真下に皮下移植し、切開部位を非吸収性の縫合糸で閉じた。縫合糸を、手術の１０～１４日後に除去した。すべての動物を、最少で週に３回観察し、毎週計量して、それらの生理学的状態および精神状態の両方について評価した。６０±２日後、動物を安楽死させ、剃毛した後、それらの背側を撮影した。次いで、背中の皮下組織を露出させ、撮影し、レントゲン撮影した。次いで、各移植部位および関連する正常組織を収集し、撮影した後、フォローアップの組織病理分析およびカルシウム分析のために半分に分けた。外植片組織を１０％中性緩衝ホルマリン中に固定し、パラフィンに包埋し、切片にし、ヘマトキシリンおよびエオシンおよびｖｏｎ Ｋｏｓｓａにより染色した。すべての移植部位および関連する材料の盲検での肉眼検査を、外科的解剖／露出直後、および組織病理学分析のための調製後に行った。試験片を、下記にまとめる組織反応および組織統合のレベルに基づいて等級付けした。外植片の組織病理学分析は、盲検の病理医によって実施した。
【0204】
組織反応（外科的解剖／露出直後に評価）
０＝なし
１＝ごくわずか
２＝軽微
３＝中程度
４＝広範
０＝なし
１＝ごくわずか
２＝軽微
３＝中程度
４＝広範
【0205】
組織統合（カルシウム分析のための試料調製中に評価）
０＝なし
１＝ごくわずか
２＝軽微
３＝中程度
４＝広範
０＝なし
１＝ごくわずか
２＝軽微
３＝中程度
４＝広範
【0206】
結果：
グルタルアルデヒド処理なしまたはありで調製したコラーゲンスキャフォールド、特に配合物３および４（実施例１、表１に元々記載される通り）の生体適合性および組織応答を、参照材料として役立つグルタルアルデヒド処理心膜を用いて、確立された６０日ラットの皮下移植モデルにおいて評価した。各群について移植前の代表的な材料の写真を図６に示し、表３は、材料および機械的特性の概要を提供する。コラーゲンスキャフォールドのグルタルアルデヒド処理は、ｉ）弾性率およびＵＴＳの増加、ｉｉ）縫合糸保持のわずかな増加、ならびにｉｉｉ）破壊歪みの減少をもたらした。配合物３および４のコラーゲンスキャフォールドは、白色に見えたが、グルタルアルデヒドによって処理した材料は種々の濃淡の褐色であった。移植６０±２日後の、関連する移植材料を含む皮膚外植片の代表的な画像を図７に提示する。組織反応（すなわち、移植に関連する線維組織）および組織統合（すなわち、材料移植および周辺の宿主組織の間の接着）の程度の差を肉眼で観察し、等級付けした結果を図８にまとめる。一般に、未処理の配合物３および４を除くすべての材料は、顕著な線維組織過成長と共に様々なレベルの異物反応を示した。組織病理学分析は、配合物３および４のスキャフォールドが、非変性コラーゲンと同様の線形に配向された線維を有する均質材料に見えることを明らかにした。これらの材料について、炎症のパターンは、総じて軽度であり、線維化応答は、一般に、軽微であり、移植組織から周辺組織へのなだらかな遷移を有した（図９および１０）。グルタルアルデヒド処理したコラーゲンスキャフォールドへの炎症応答もまた軽度であった（図９および１０）；しかしながら、中等度の成熟線維化応答が、典型的には、移植組織の周りで観察された。他の公開された研究と一致して、グルタルアルデヒド処理した心膜は、線形配向線維を有する粗線維質材料に見え、周辺と一致して中等度の炎症応答があった（図１１）。リンパ球および他の炎症細胞は、多くの場合、フィブリル間での浸潤が観察され、中等度の線維化応答が常に存在した。いずれの材料にも関連する検出可能な石灰化は存在しなかった。
グルタルアルデヒド処理なしまたはありで調製したコラーゲンスキャフォールド、特に配合物３および４（実施例１、表１に元々記載される通り）の生体適合性および組織応答を、参照材料として役立つグルタルアルデヒド処理心膜を用いて、確立された６０日ラットの皮下移植モデルにおいて評価した。各群について移植前の代表的な材料の写真を図６に示し、表３は、材料および機械的特性の概要を提供する。コラーゲンスキャフォールドのグルタルアルデヒド処理は、ｉ）弾性率およびＵＴＳの増加、ｉｉ）縫合糸保持のわずかな増加、ならびにｉｉｉ）破壊歪みの減少をもたらした。配合物３および４のコラーゲンスキャフォールドは、白色に見えたが、グルタルアルデヒドによって処理した材料は種々の濃淡の褐色であった。移植６０±２日後の、関連する移植材料を含む皮膚外植片の代表的な画像を図７に提示する。組織反応（すなわち、移植に関連する線維組織）および組織統合（すなわち、材料移植および周辺の宿主組織の間の接着）の程度の差を肉眼で観察し、等級付けした結果を図８にまとめる。一般に、未処理の配合物３および４を除くすべての材料は、顕著な線維組織過成長と共に様々なレベルの異物反応を示した。組織病理学分析は、配合物３および４のスキャフォールドが、非変性コラーゲンと同様の線形に配向された線維を有する均質材料に見えることを明らかにした。これらの材料について、炎症のパターンは、総じて軽度であり、線維化応答は、一般に、軽微であり、移植組織から周辺組織へのなだらかな遷移を有した（図９および１０）。グルタルアルデヒド処理したコラーゲンスキャフォールドへの炎症応答もまた軽度であった（図９および１０）；しかしながら、中等度の成熟線維化応答が、典型的には、移植組織の周りで観察された。他の公開された研究と一致して、グルタルアルデヒド処理した心膜は、線形配向線維を有する粗線維質材料に見え、周辺と一致して中等度の炎症応答があった（図１１）。リンパ球および他の炎症細胞は、多くの場合、フィブリル間での浸潤が観察され、中等度の線維化応答が常に存在した。いずれの材料にも関連する検出可能な石灰化は存在しなかった。
【0207】
表３．確立されたラット皮下移植モデルにおける生体適合性および組織応答について評価したコラーゲンスキャフォールドおよび参照材料の特性の概要
【表3】
【0208】
コラーゲン重合
重合のための人工コラーゲンスキャフォールドの組成は、０．０１Ｎ塩酸中にＩ型オリゴマーコラーゲンを含んでもよく、これは、下記に提示される１０×緩衝液と１０：１比で混合することによって中和されている。グルコースは、細胞が含まれる場合に含まれうる。希酸中のコラーゲン溶液の、この１０×緩衝液との組合せは、フィブリル形成反応を誘発する。この組成物は、本明細書に記載される通り、チャンバー圧縮システムに添加でき、３７℃でインキュベートして、コラーゲン重合が誘発されうる。
重合のための人工コラーゲンスキャフォールドの組成は、０．０１Ｎ塩酸中にＩ型オリゴマーコラーゲンを含んでもよく、これは、下記に提示される１０×緩衝液と１０：１比で混合することによって中和されている。グルコースは、細胞が含まれる場合に含まれうる。希酸中のコラーゲン溶液の、この１０×緩衝液との組合せは、フィブリル形成反応を誘発する。この組成物は、本明細書に記載される通り、チャンバー圧縮システムに添加でき、３７℃でインキュベートして、コラーゲン重合が誘発されうる。
【0209】
（１０×リン酸緩衝生理食塩水）
１．３７Ｍ ＮａＣｌ
０．０２７Ｍ ＫＣｌ
０．０８１Ｍ Ｎａ２ＨＰＯ４
０．０１５Ｍ ＫＨ２ＰＯ４
０．１Ｎ ＮａＯＨ
５５．５ｍＭグルコース
１．３７Ｍ ＮａＣｌ
０．０２７Ｍ ＫＣｌ
０．０８１Ｍ Ｎａ２ＨＰＯ４
０．０１５Ｍ ＫＨ２ＰＯ４
０．１Ｎ ＮａＯＨ
５５．５ｍＭグルコース
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【国際調査報告】