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CN103547255B - 多层薄膜药物递送装置以及其制造和使用方法 - Google Patents

多层薄膜药物递送装置以及其制造和使用方法 Download PDF

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CN103547255B CN201280022010.4A CN201280022010A CN103547255B CN 103547255 B CN103547255 B CN 103547255B CN 201280022010 A CN201280022010 A CN 201280022010A CN 103547255 B CN103547255 B CN 103547255B
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Abstract

提供包括在施用至受试者时洗脱到周围组织的生物活性剂的多层薄膜装置。多层薄膜装置适用作医疗装置，如眼部装置。还提供用于将生物活性剂局部递送至受试者的组织的方法和试剂盒，以及制备标的装置的方法。多层薄膜医疗装置包括第一层、生物活性剂以及第二层。第一和第二层可以是多孔的或无孔的。装置具有适合施用到受试者的收拢结构。

Description

多层薄膜药物递送装置以及其制造和使用方法
较早提交的申请的交叉引用
依照35U.S.C.§119(e)，本申请要求于2011年4月14日提交的美国临时专利申请序列号61/475,373的优先权，其以引用的方式整体并入本文。
背景
慢性疾病通常需要依靠传统药物递送方法如注射和其它需要定期到医院或办公室就诊的长期治疗策略。将药物浓度保持在临床相关的治疗窗内使用药过量和药物浪费降至最小并使产生的副作用更少且使患者依从性和药物功效增加。已开发出了运用长期药物递送的这些原理的若干技术，包括用于递送化学治疗剂的可植入式输注泵、用于治疗糖尿病的胰岛素泵以及用于治疗下背痛的脊柱药物施用。
长期药物递送系统的最新发展包括小型化以便靶向特定器官。例如，对于长期受控药物递送，眼睛受到关注，这是因为其尺寸小并且影响眼睛的许多疾病的性质为慢性病，所述疾病包括葡萄膜炎、糖尿病性视网膜病、黄斑水肿、青光眼以及年龄相关性黄斑变性(AMD)。
蛋白质治疗剂可有效治疗许多疾病。例如，新生血管性AMD可用抗血管内皮生长因子(VEGF)制剂如雷珠单抗(ranibizumab)(Lucentis,Genentech,Inc.)和贝伐单抗(bevacizumab)(Avastin,Genentech,Inc.)有效治疗。每月将这些治疗剂直接注射至玻璃体腔中，这是一种侵入性程序，它的副作用可包括眼内炎、眼内压升高、白内障以及视网膜脱落。特别是对于AMD，抗VEGF药物和其它基于大蛋白质和抗体的药剂的不良生物稳定性会对长期药物递送造成限制。由于仅具有若干天的半衰期，因此这些抗VEGF药物在标准玻璃体内注射后从眼睛中清除，从而需要每月注射超临限单次剂量以试图延长治疗有效期。
持续或控制药物递送装置能够将包括蛋白质治疗剂在内的药物递送至眼前段和/或眼后段，同时使治疗和保持眼睛内治疗浓度所需要的眼内注射次数减至最少，因此受到关注。
概述
提供包括在施用至受试者时洗脱到周围组织的生物活性剂的多层薄膜医疗装置。还提供用于将生物活性剂局部递送至受试者的组织的方法和试剂盒，以及制备标的装置的方法。多层薄膜医疗装置包括第一层、生物活性剂以及第二层。第一和第二层可以是多孔的或无孔的。装置具有适于经由针管或导管施用到受试者的收拢结构。
提供包括在施用至受试者时洗脱到周围组织的生物活性剂的多层薄膜装置。所述装置适用作用于药物递送的医疗装置，包括用于递送生物活性蛋白质和小分子的眼部装置。还提供用于将生物活性剂局部递送至受试者的组织的方法，以及制备标的多层薄膜医疗装置的方法。
在某些实施方案中，多层薄膜医疗装置包括第一薄膜层、生物活性剂以及第二薄膜层，其中生物活性剂安置于第一和第二层之间。第一层可包括聚合物和成孔剂。第二层可以是多孔的或无孔的。第一和第二层可以是可生物降解的或不可生物降解的。在施用到受试者之后，成孔剂溶解产生多孔的第一层并允许生物活性剂(例如，蛋白质治疗剂)洗脱至周围组织。在一些实施方案中，装置进一步包括安置于第一层与生物活性剂储存器之间的第三纳米结构多孔层。
在某些实施方案中，多层薄膜医疗装置包括第一无孔薄膜层、生物活性剂以及第二无孔薄膜层，其中生物活性剂安置于第一和第二层之间。
在某些实施方案中，装置具有收拢结构，其中所述结构在水合液存在下在体内展开。在某些情况下，具有收拢结构的装置可通过注射到靶组织中来施用到受试者。
这些装置和方法可用于其中需要将生物活性剂递送至受试者的多种应用中。
附图简述
本公开内容中描述的实施方案可根据详细描述在结合附图阅读时得到最好的理解。要强调的是，按照常规，附图的各种特征并不是按照比例的。相反，为了清楚起见，各种特征的尺寸可以任意地扩大或缩小。附图中包括以下图式：
图1A至F示出聚己内酯(PCL)/明胶薄膜在PBS中孵育五天后的扫描电子显微照片(SEM)图像和相应的孔径直方图。
图2A至B示出PCL/明胶薄膜在PBS中孵育后的孔隙率和质量损失的图。
图3A至C说明多层薄膜装置的制造。(A)制造；(B)直径为～2mm的完成的装置；和(C)装置边缘的曲线图。
图4A至B示出蛋白质((A)BSA；(B)IgG)从PCL/明胶薄膜装置和只有PCL的薄膜装置的洗脱分数曲线图。
图5示出BSA与IgG从PCL/明胶薄膜装置的洗脱速率的比较。
图6A说明如通过ELISA和BCA测定所测定，从PCL/明胶薄膜装置中洗脱的IgG的生物活性随时间保持。图6B说明施用后6周从PCL/明胶薄膜装置中洗脱的IgG的体内活性。
图7A至C示出收拢的薄膜装置(A)，和展开的装置(B)，它具有薄形因子(C)。
图8A至E说明薄膜制造程序。图8F至G示出典型纳米结构PCL膜的扫描电子显微镜(SEM)图像。
图9A至C示出示例性多层薄膜装置(A)的示意图以及微孔(B)和纳米孔薄膜层(C)的侧面轮廓SEM图像。图9D至G描绘示例性多层薄膜装置的另外的配置。图9D示出包括中心定位的层的多层薄膜装置的示意图，所述中心定位的层包括其中存在生物活性剂的储存器。储存器中的生物活性剂可经由夹住含有储存器的层的纳米孔薄层洗脱。纳米孔层各自由微孔层覆盖。图9E提供包括中心层的多层薄膜装置的示意图，所述中心层包括其中存在两种不同生物活性剂的储存器。储存器中的生物活性剂可经由夹住含有储存器的层的纳米孔薄层洗脱。纳米孔层各自由微孔层覆盖。图9F说明与图9A中所描绘的多层薄膜装置相似的多层薄膜装置，但增加了另一个含有生物活性剂的储存器。两个储存器包括不同的生物活性剂(图9G)。
图10A示出填充了FITC-IgG蛋白质的无孔PCL薄膜中的孔。图10B示出示例性多层薄膜装置的尺寸。
图11A至11C描绘可用于制造本文所公开的多层薄膜装置的示例性设备。
图12示出蛋白质从本文所公开的多层薄膜装置中的释放。
图13说明小分子(雷帕霉素，分子量914.172Da)从纳米孔薄膜装置(实心圆形)、无孔装置(实心正方形)以及药物混合在聚合物膜中的PCL薄膜(实心三角形)中释放的释放动力学。纳米孔薄膜装置由支撑纳米结构膜(20nm至40nm的纳米结构孔和1微米至3微米的支撑层孔)组成。无孔膜在中间储存器中含有雷帕霉素。对于PCL薄膜，小分子被混合至聚合物本身中而不是包含在储存器中。
详细描述
如上所概述，提供包括在施用至受试者时洗脱到周围组织的生物活性剂的多层薄膜。标的装置包括第一层、生物活性剂和第二层，其中生物活性剂安置于第一和第二层之间。一种或多种生物活性剂可被包括在第一层与第二层之间。第一和第二层可以是无孔的。第一层可包括可生物降解的聚合物和成孔剂。在施用至受试者之后，成孔剂溶解产生多孔的第一层并允许生物活性剂(例如，蛋白质治疗剂)洗脱到周围组织。不存在成孔剂时，第一层可以是无孔的。第二层可以是无孔的或多孔的。在一些实施方案中，任何或所有层都可以是不可生物降解的。在其他的实施方案中，第一层和/或第二层可以是可生物降解的。
在一些实施方案中，装置进一步包括安置于第一层与生物活性剂之间的第三纳米结构多孔层。在某些实施方案中，标的装置具有收拢结构。收拢结构适于将装置通过注射或经由导管施用至受试者。一旦被放置到受试者体内，所述结构就在水合液存在下在体内展开，所述水合液可以是受试者的体液。在一些实施方案中，装置含有两层无孔膜，其为可生物降解的或不可生物降解的，且生物活性剂安置于这些膜之间。
标的装置含有生物活性剂的储存器，以供在将所述装置放置在受试者体内后局部递送至周围组织。在一些实施方案中，生物活性剂在一段延长的时间内从装置中洗脱。此外，药物或生物活性剂从标的装置中的释放或洗脱可由参数控制，所述参数如但不限于尺寸、孔隙率、厚度以及薄膜层的组成。对药物的释放动力学进行控制以达成药物在一段延长的时间内持续且大致上恒定的释放。用于标的装置的示例性医疗装置包括但不限于心血管装置、神经装置、神经血管装置、肠胃装置、肌肉装置、眼部装置等。在一些实施方案中，多层薄膜可被用于将生物活性剂局部递送至软组织，如关节间隙、神经、肝脏、肾脏、胃肠道、胰腺、前列腺、结肠等。
在一些实施方案中，装置含有安置于第一与第二膜层之间的一个以上的储存器，其中各储存器含有单一生物活性剂或两种或更多种不同生物活性剂。标的装置可以被注射到靶组织中，或手术植入到靶组织中，或口服施用。
在更详细地描述某些实施方案之前，应理解本公开内容不限于所描述的某些实施方案，因为其当然会发生变化。还应理解，本文所使用的术语只是用于描述特定实施方案的目的，并且不欲具有限制性，因为本公开内容的范围将仅受随附权利要求书限制。
在提供值的范围的情况下，应理解，除非上下文另外明确规定，否则还明确公开所述范围的上限和下限之间的每个中间值，直至下限单位的十分之一。所述范围中的任何所述值或中间值与该所述范围中的任何其它所述值或中间值之间的每个较小的范围都涵盖在本公开内容内。这些较小范围的上限或下限可独立地包括或不包括在该范围内，并且任一个限值、没有限值或两个限值都包括在该较小范围内的每个范围也涵盖在本公开内容内，并受限于所述范围中的任何明确排除的限值。在所述范围包括所述限值中的一个或两个的情况下，不包括这些所包括的限值中的一个或两个的范围也包括在本公开内容中。
除非另外定义，否则本文所使用的所以技术术语和科技术语都具有如本公开内容所属的领域中的普通技术人员所通常理解的含义。虽然在本文所述的实施方案的实践或测试中可使用与本文所述的方法或材料相似或等同的任何方法和材料，但是现在描述一些可能或优选的方法和材料。本文所提及的所有公布都以引用的方式并入本文以公开和描述结合所述公布引述的方法和/或材料。应理解，在存在冲突的情况下，本公开内容可替代所并入的公布的任何公开内容。
必须注意，如本文和随附权利要求所使用的，单数形式“一(a/an)”以及“所述(the)”包括复数个指示物，除非上下文另外明确规定。因此，例如，提到“一个细胞”包括多个所述细胞并且提到“所述化合物”包括提到一种或多种化合物及其本领域中已知的等同物，等等。
本文所讨论的公布只是关于它们在本申请的提交日期之前的公开内容而提供。本文中的任何内容都不应解释为承认本公开内容由于先前的发明而无权早于所述公布。此外，所提供的公布的日期可能与实际公布日期不同，所述实际公布日期可能需要独立确认。
多层薄膜
提供包括多个薄膜层和生物活性剂的多层薄膜医疗装置，用于将生物活性剂局部递送至有需要的受试者的组织。在一些实施方案中，标的装置的至少一层薄膜如1、2、3、4、5层或更多层薄膜包括可生物降解或不可生物降解的聚合物和成孔剂。在一些实施方案中，标的装置的至少一层薄膜如1、2、3、4、5层或更多层薄膜是多孔薄膜(例如，微孔薄膜或纳米孔薄膜)。在一些实施方案中，多个薄膜层是无孔的并且在两个无孔薄膜层之间包括生物活性剂。
在一些实施方案中，多层薄膜医疗装置包括第一层，所述第一层包括可生物降解或不可生物降解的聚合物和成孔剂；生物活性剂；以及与生物活性剂接触的第二层，其中生物活性剂安置于第一层与第二层之间。
在一些实施方案中，第二层是无孔层(例如，背衬层)。在一些实施方案中，第二层是多孔层(例如，微孔或纳米孔层)。第二层可包括可生物降解或不可生物降解的聚合物和成孔剂。在某些实施方案中，第二层是纳米结构多孔层。
在一些实施方案中，多层薄膜医疗装置包括安置于两个多孔层之间的生物活性剂。在一些情况下，所述层中的一个或两个是纳米结构多孔层。在一些情况下，所述层中的一个或两个是微孔层。在一些实施方案中，多层薄膜医疗装置包括安置于两个层之间的生物活性剂的储存器，其中所述层中的一个或两个包括可生物降解或不可生物降解的聚合物和成孔剂。在某些实施方案中，标的装置进一步包括安置于第一层和/或第二层与生物活性剂的储存器之间的一个或多个另外的纳米结构多孔层。
在一些实施方案中，多层薄膜医疗装置包括第一层，所述第一层包括可生物降解或不可生物降解的聚合物和成孔剂；生物活性剂；以及与生物活性剂接触的第二无孔层，其中生物活性剂安置于第一层与第二层之间。
在一些实施方案中，多层薄膜医疗装置包括第一多孔层，所述第一多孔层包括可生物降解或不可生物降解的聚合物；生物活性剂；以及与生物活性剂接触的第二无孔层，其中生物活性剂安置于第一层与第二层之间。
在某些实施方案中，标的装置包括收拢结构(例如，大致上圆柱形、大致上圆锥形或大致上截头圆锥形结构)。在某些实施方案中，标的装置包括展开结构，其中所述结构可具有大致上圆形的外周边缘。
在某些实施方案中，标的装置进一步包括安置于第一层与生物活性剂储存器之间的第三纳米结构多孔层。
在一些实施方案中，多层薄膜医疗装置包括第一无孔层，所述第一无孔层包括可生物降解或不可生物降解的聚合物；生物活性剂；以及与生物活性剂接触的第二无孔层，其中生物活性剂安置于第一层与第二层之间。
在某些实施方案中，在标的装置中，第一无孔层与第二无孔层在多层薄膜的边缘彼此接触，由此将生物活性药物密封在多层薄膜内部。在某些实施方案中，所述无孔层中的一个或两个是可生物降解的。在其它的实施方案中，所述无孔层中的一个或两个是不可生物降解的。
在某些实施方案中，在标的装置中，生物活性剂以冻干材料的细瘦球粒形式存在。在某些实施方案中，在标的装置中，生物活性剂沉积在多个储存器中，所述多个储存器横跨第二无孔层的一个表面定位。在其它实施方案中，两种或更多种生物活性剂沉积在多个储存器中，例如，在同一储存器或不同储存器中。
在某些实施方案中，第一生物活性剂沉积在横跨第二无孔层的一个表面定位的多个储存器的第一储存器中并且第二生物活性剂沉积在所述多个储存器的第二储存器中。
在其它的实施方案中，多种生物活性剂存在于多层薄膜装置中。例如，两种或更多种生物活性剂可存在于第一薄膜层与第二薄膜层之间。
成孔剂
成孔剂能够从第一薄膜层溶解或蚀解掉以产生剩下的聚合物的多孔第一薄膜。应用适合的条件(例如，与体内的水性液体接触)将会使成孔剂溶解。示例性条件在下文阐述。例如，将装置放置到受试者的眼睛中时，成孔剂与玻璃体液接触并溶解掉，由此提供生物活性剂随时间通过在薄膜中形成的孔的释放。在某些实施方案中，成孔剂的溶解是快速的，例如，生物活性剂的洗脱开始于施用后的约60分钟内，如施用后的约30分钟内、约15分钟内、约10分钟内、约5分钟内或约2分钟内。
在一些实施方案中，在成孔剂溶解后所形成的多孔薄膜是微孔的，例如，薄膜包括孔径为约1μm至约100μm(如约1μm至约30μm、约1μm至约20μm或约1μm至约10μm)的多孔结构。在某些实施方案中，多孔薄膜的平均孔径在约1μm与约30μm之间，如在约1μm与约15μm之间、在约1μm与约10μm之间或在约1μm与约5μm之间。在某些实施方案中，多孔薄膜的孔隙率%在约20%与约0.01%之间，如在约10%与约0.1%之间、在约5%与约0.1%之间或在约2%与约0.1%之间，且包括在约0.1%与约0.4%之间、在约0.4%与约1%之间以及在约1%与约2%之间。在某些实施方案中，微孔薄膜的孔隙率%为0.1%、0.5%或1.8%。
在某些情况下，成孔剂是生物相容性的和/或可生物降解的，并且能够在施用至受试者时溶解。适合的成孔剂可根据特定生物活性剂和薄膜的组成，以及所需的洗脱曲线或释放速率来进行选择。任何适合的水溶性聚合物或水凝胶都可用作成孔剂。成孔剂可以是天然存在的药剂或聚合物或合成的药剂或聚合物。在一些实施方案中，成孔剂为水溶性聚合物如聚乙二醇、聚氧乙烯共聚物、丙烯酸酯聚合物、丙烯酸酯-丙烯酸共聚物、聚丙烯酸、包括季铵基团的丙烯酸酯共聚物、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、透明质酸或聚乙烯吡咯烷酮。
在一些实施方案中，成孔剂是碳水化合物、蛋白质或蛋白质衍生物等等。示例性成孔试剂包括但不限于明胶、聚乙二醇(PEG)、壳聚糖、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇或琼脂糖。任何适合的PEG都可选用作成孔剂。
在某些实施方案中，标的装置的至少一层薄膜包括在约1:2与99:1之间的范围内，如约1:2、1:5或约7:3与9:1之间，如约7:3、约8:2或约9:1的可生物降解或不可生物降解的聚合物与成孔剂的质量比。
可生物降解的聚合物
在一些实施方案中，标的装置是可生物降解的。在一些实施方案中，标的装置的多个薄膜各自独立地包括可生物降解的聚合物。在一些实施方案中，第二无孔薄膜层包括可生物降解的聚合物。在一些实施方案中，一个或多个纳米孔薄膜层包括可生物降解的聚合物。标的装置的薄膜可由多种适合的材料制造。示例性可生物降解的聚合物包括但不限于可生物降解或可生物蚀解的聚合物，如聚(DL-丙交酯-共-乙交酯)(PLGA)、聚(DL-丙交酯-共-ε-己内酯)(DLPLCL)、聚(ε-己内酯)(PCL)或其组合或共聚物，以及天然可生物降解聚合物，如胶原等等。PLGA是聚丙交酯(PLA)与聚乙交酯(PGA)的整体蚀解的共聚物。在一些实施方案中，可生物降解的聚合物包括PLA、PGA、PCL、PLGA或PLCL。
在一些实施方案中，可生物降解的聚合物包括聚己内酯(PCL)。PCL是在体内生物相容性并且可生物降解的示例性聚合物并且在装置的存在和降解的整个持续时间内耐受性良好，[参见例如，Sun等,"The in vivo degradation,absorption and excretion ofPCL-based device."Biomaterials27(9)(2006)1735-1740；Beeley等,"Fabrication,implantation,elution,and retrieval of a steroid-loaded polycaprolactonesubretinal device."J.Biomed.Mater.Res.A,73(4)(2005)437-444；Giavaresi等"Newpolymers for drug delivery systems in orthopaedics:in vivo biocompatibilityevaluation.Biomedicine&Pharmacotherapy58(8)(2004)411-417]。
在一些情况下，在生理条件下，可生物降解的聚合物通过随机断链作用降解，这产生两个阶段的降解。最初，随着分子量减小，物理结构并未受到明显影响。降解在整个聚合物材料上发生，并且进行直到达到临界分子量，此时降解产物变得小到足够被溶解。此时，结构开始变得明显更多孔且水合。例如，快速再吸收的PGA和慢速再吸收的PLA的一种组合允许PLGA共聚物具有大约6周的再吸收速率。
在一些情况下，可生物降解的聚合物的MW为约80kDa或更大并且在受试者的组织中直到1年或更长时间以后才降解。在一些实施方案中，可生物降解的聚合物(例如PCL)的宏观降解可能会在约8kDa时发生。在一些实施方案中，选择可生物降解的聚合物的MW以调整材料在体内的降解时间。例如，约15kDa至约20kDa的PCL聚合物可在4个月后开始结构分解并在6个月时失去机械完整性。
在一些实施方案中，可生物降解的聚合物包括MW为约10kDa或更大、如约15kDa或更大、约20kDa或更大、约30kDa或更大、约40kDa或更大、约50kDa或更大、约60kDa或更大、约70kDa或更大、约80kDa或更大、约90kDa或更大或约100kDa或更大的聚合物。在一些实施方案中，可生物降解的聚合物包括聚合物的掺混物，其中聚合物可以是相同或不同类型的聚合物，并且各聚合物可以具有不同的MW。在一些实施方案中，可生物降解的聚合物包括高MW聚合物和低MW聚合物的掺混物。高MW聚合物可以具有约25kDa或更大，如约30kDa或更大、约40kDa或更大、约50kDa或更大、约60kDa或更大、约70kDa或更大、约80kDa或更大、约90kDa或更大或约100kDa或更大。低MW聚合物可以具有约20kDa或更小，如约15kDa或更小、约10kDa或更小、约8kDa或更小、约6kDa或更小、或约4kDa或更小。
在一些实施方案中，聚合物掺混物中高MW聚合物与低MW聚合物的质量比在约1:9与约9:1之间，如在约2:8与约8:2之间、在约2:8与约6:4之间或在约2:8与约1:1之间。在某些实施方案中，高MW聚合物与低MW聚合物的质量比为约3:17、约2:8、约1:3、约3:7、约7:13、约2:3、约9:11、约1:1、约11:9或约3:2。在一些实施方案中，选择可生物降解的聚合物的组成以提供在约50℃与约70℃之间，如在约58℃与约63℃之间的熔化温度(Tm)。在一些实施方案中，选择可生物降解的聚合物的组成以提供在约-50℃与约-80℃之间，如在约-60℃与约-65℃之间的玻璃化转变(Tg)。
在一些实施方案中，可生物降解聚合物层的厚度的范围可为约1微米至约100微米。在一些实施方案中，可生物降解聚合物层的厚度的范围可为约100nm至约990nm。例如，可生物降解聚合物层的厚度可以是约100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm或990nm。
生物活性剂的储存器
标的装置包括一种或多种生物活性剂的储存器。储存器包含在标的装置内，以使得在施用时，生物活性剂可随后从装置中通过一个或多个多孔薄膜层洗脱到受试者的周围组织中。
在一些实施方案中，标的装置利用以干燥冻干形式包装在装置内并且随后在施用后原位重新溶解以便释放至周围组织中的生物活性剂。例如，在插入眼中后，冻干生物活性剂隔离在装置内，被限制在储存器内而与眼部环境隔开，从而保持生物活性持续数月，其中经由工程改造的孔对再水合和释放进行控制(例如，在纳米孔薄膜和/或微孔薄膜中)。在所述实施方案中，储存器中生物活性剂的稳定性和生物活性在施用后保持一段延长的时间。
在一些实施方案中，储存器由包括生物活性剂的组合物的连续层界定。例如，如图3中所描绘的一层冻干材料。在所述实施方案中，生物活性剂的储存器安置于第一薄膜层与第二薄膜层(例如，无孔薄膜)之间，其中第一层可以是包括可生物降解或不可生物降解的聚合物和成孔剂的薄膜，或成孔剂已溶解掉的微孔薄膜。在某些实施方案中，第三纳米孔薄膜层安置于第一层与生物活性剂的储存器之间。
在一些实施方案中，储存器由薄膜层中的多个结构界定，诸如但不限于穿过和/或横跨薄膜表面定位的孔隙、孔、小室或通道，其中结构空隙由包括生物活性剂的组合物填充。例如，如图10所描绘的，储存器可由无孔薄膜中填有生物活性剂的多个孔隙界定。在所述实施方案中，由多个结构所界定的储存器可由另一薄膜覆盖，所述另一薄膜提供在施用时生物活性剂可扩散通过的多孔层(例如，纳米孔薄膜、微孔薄膜或其前体或其组合)。在所述情况下，由多个结构界定的这个储存器可被描述成安置于第一薄膜层和第二薄膜层之间。在一些情况下，储存器可包括多种生物活性剂。在一些实施方案中，多个储存器的第一个储存器可包括第一生物活性剂，多个储存器的第二个储存器可包括第二生物活性剂。在一些实施方案中，多种不同的生物活性剂可存在于不同的储存器中。在一些实施方案中，储存器由多个薄膜层界定(例如，厚度为约10μm或更小的多个层)，其中每个层都可隔离生物活性药物，并且其中每个层都会借助于位于其上的层而避免暴露于水合液(例如，来自受试者的周围组织的液体)。在所述情况下，在施用后，在一段延长的时间内，生物活性药物从储存器的每个层中连续洗脱。储存器的各层可进一步包括可生物降解的聚合物，其包括如孔、通道或孔隙的纳米结构等结构。
成孔剂可通过密封和保持装置中的生物活性剂呈冻干状态来避免生物活性剂降解。在某些实施方案中，装置是储存稳定的，例如，生物活性剂是可将其生物活性保持一端延长的时间(如1个月或更长、2个月或更长、3个月或更长、6个月或更长、9个月或更长或12个月或更长)的蛋白质治疗剂。在一些实施方案中，成孔剂的溶解提供将装置安置到受试者体内时生物活性剂洗脱到周围组织的洗脱曲线(例如，延迟洗脱曲线、两种洗脱曲线、大致上零级洗脱曲线)。
示例性生物活性剂包括但不限于多肽、核酸(如DNA，RNA和siRNA)、生长因子、类固醇药剂、抗体疗法、抗微生物剂、抗生素、抗逆转录病毒药物、抗炎症化合物、抗肿瘤剂、抗血管生成剂以及化疗剂。在某些实施方案中，多层薄膜包括共价连接的生物活性剂。在一些实施方案中，多层薄膜装置进一步包括细胞，如干细胞、胰岛或β细胞、视网膜祖细胞、心脏祖细胞、骨祖细胞、神经元祖细胞等等。
任何适宜的生物活性剂都可被选择用于标的装置。在一些实施方案中，生物活性剂为小分子或大分子，如蛋白质(例如，蛋白质生物剂或抗体)或适体(例如，单链多核苷酸药物)。在某些情况下，可在将生物活性剂放置在标的装置的层上之前或之后，将生物活性剂与药学上可接受的添加剂进行组合。术语“药学上可接受的添加剂”是指在药物配制领域中已知或使用的防腐剂、抗氧化剂、乳化剂、染料或赋形剂并且不过度干扰活性剂的生物活性的有效性，且对患者来说充分无毒。例如，如本领域已知的，生物活性剂可与惰性填充剂、抗刺激剂、胶凝剂、稳定剂、表面活性剂、软化剂、着色剂、防腐剂或缓冲剂一起配制。术语“赋形剂”按照惯例被认为是指用于配制对于所需用途来说有效的载剂、稀释剂和/或媒介物。
在一些实施方案中，生物活性剂为小分子，诸如但不限于，抗青光眼药物、抗炎症药物、免疫抑制剂药物、维生素、微量元素或抗氧化剂、抗细菌药物(例如，万古霉素或头孢唑啉)、抗病毒药物(例如，丙氧鸟苷、阿昔洛韦或磷卡萘替)、抗真菌药物(例如，两性霉素B、氟康唑或伏立康唑)或抗癌药物(例如，环磷酰胺或美法仑)。在某些实施方案中，小分子是维生素、微量元素或抗氧化剂，诸如但不限于，维生素A、维生素C、维生素E、锌、铜、叶黄素或玉米黄素。在某些实施方案中，小分子是免疫抑制剂药物，诸如但不限于，环孢霉素、甲氨蝶呤或硫唑嘌呤。在某些实施方案中，小分子是抗炎症药物，诸如但不限于，皮质类固醇(例如，曲安奈德或地塞米松)或非类固醇药物(例如，酮咯酸或双氯芬酸)。在某些实施方案中，小分子药物是抗青光眼药物，诸如但不限于，拉坦前列素、travarost、噻吗洛尔、溴莫尼定或多佐胺。
在某些实施方案中，小分子可以是疏水性小分子。在其它的实施方案中，小分子可以是亲水性小分子。一般来说，小分子不包括蛋白质。
在一些实施方案中，生物活性剂是大分子药物，其为抗血管生成药物、抗VEGF药物、免疫抑制剂药物、补体抑制剂、神经肌肉阻断剂药物、造血因子(例如，促红细胞生成素)、溶血栓药物(例如，组织纤溶酶原活化因子)或溶胶原药物(例如，透明质酸酶或微纤溶酶)。在某些实施方案中，大分子药物是免疫抑制剂药物，例如但不限于，依那西普、英夫利昔单抗或达利珠单抗。在某些实施方案中，大分子药物是神经肌肉阻断剂药物，诸如但不限于肉毒杆菌毒素A。在某些实施方案中，大分子药物是补体抑制剂药物，诸如但不限于抗C3化合物。
在一些实施方案中，生物活性剂是蛋白质，诸如但不限于，抗体治疗剂，如雷珠单抗(Genentech,Inc.)、贝伐单抗(Genentech/Roche)、曲妥单抗(Genentech,Inc.)、利妥昔单抗(Genentech,Inc.)、吉妥单抗(Pfizer,Inc.)或西妥昔单抗(ImClone LLC)；酶，诸如但不限于，胶原酶、肽酶或氧化酶；蛋白质治疗剂，诸如但不限于，胰岛素、促红细胞生成素(例如，rHuEPO-α，Epoetinα)、血液因子、干扰素(例如，干扰素α-2b(A)或聚乙二醇干扰素α-2b)。在某些实施方案中，生物活性剂是调节治疗标靶(如但不限于，VEGF、GP120、RANKL、NGF或TNF-α)的活性的蛋白质。在某些实施方案中，生物活性剂是作为抗血管生成药物(例如，PDGF抑制剂或抗VEGF药物)的大分子。在某些实施方案中，生物活性剂是VEGF拮抗剂，诸如但不限于雷珠单抗或贝伐单抗。
在一些实施方案中，生物活性剂是蛋白质治疗剂，诸如但不限于雷珠单抗、贝伐单抗、曲妥单抗、利妥昔单抗、吉妥单抗或西妥昔单抗。
生物活性剂可以呈纯化的形式、部分纯化的形式、重组形式或适合包括在多层薄膜医疗装置中的任何其它形式。药剂可以不含杂质和污染物。安置在多层薄膜医疗装置中的生物活性剂可包括稳定剂作为添加剂以增加生物活性剂的稳定性。例如，生物活性剂可与稳定剂(如可商购获得的稳定剂)组合。一般来说，所使用的稳定剂可取决于多层薄膜装置中所包括的生物活性剂的类型。
纳米孔薄膜
在一些实施方案中，标的装置的一个或多个薄膜层(如1、2、3层或更多层薄膜)是纳米孔薄膜层。如本文所使用的，术语“纳米孔”是指纳米结构薄膜多孔层，其中平均孔径是亚微米，如在约1nm与约990nm之间、在约1nm与约100nm之间、在约2nm与约700nm之间、在约2nm与约500nm之间、在约3nm与约400nm之间、在约5nm与约200nm之间或在约7nm与约50nm之间。
在一些实施方案中，纳米孔薄膜安置于如上所述的另一薄膜(例如，其包括可生物降解的聚合物和成孔剂)与生物活性剂的储存器之间。纳米孔薄膜与生物活性剂接触并且提供标的装置的生物活性剂的所需洗脱曲线(例如，避免初始突释效应的大致上零级的洗脱曲线)。例如，通过控制纳米孔薄膜的参数如孔径、聚合物厚度、多孔区域以及孔密度，纳米孔薄膜可充当多种生物活性剂的扩散屏障。
在某些实施方案中，纳米孔薄膜的平均孔径接近生物活性剂溶质(例如，蛋白质治疗剂)的大小，以使得生物活性剂分子经由单向扩散(SFD)或受阻扩散而扩散通过纳米孔。在这种情况下，会发生菲克定律的实质性偏离并且生物活性剂的扩散可独立于生物活性剂的浓度梯度发生。
在一些实施方案中，纳米孔薄膜包括如上所述的可生物降解的聚合物(例如，PCL)。在一些实施方案中，纳米孔薄膜的厚度为约10μm或更小、如约8μm或更小、约6μm或更小、约4μm或更小、约2μm或更小、或约1μm或更小。
多层薄膜结构
标的装置可形成任何适宜结构，诸如但不限于收拢或展开结构、折叠结构、管状结构、平面结构、复曲面结构或盘状结构。
在一些实施方案中，标的装置形成收拢或展开结构。如本文所使用的，术语“收拢的”是指与材料的大致上平面、平坦或“展开”结构相比，其中材料自身是卷曲或卷起的材料结构(例如，所述结构是绕中心轴排布的环形薄板)。术语“收拢”是指将材料从展开结构转变成收拢结构的过程(例如，由此平坦的薄板围绕中心轴卷曲以形成环状结构。术语“展开”是指其中薄膜铺开、展开或伸开的相反过程。将合适的收拢或展开条件应用到标的装置上可引起转变以产生所需的相应收拢或展开结构。本公开内容的多层薄膜装置结构可响应于适合条件自发地收拢或展开。例如，足够使标的装置收拢并产生收拢结构的干燥条件。或者，使收拢多层薄膜结构与水合液(例如，存在于受试者眼中的玻璃体液)接触产生大致上平面的展开结构。在一些情况下，在施用并与水合液接触时，多层薄膜医疗装置发生膨胀。“膨胀”是指由于周围液体使膜水合而使得薄膜尺寸或体积变大。
在某些实施方案中，收拢结构是大致上圆柱形的，例如图7中所描绘的其中平面膜已自身卷曲形成圆柱形状的结构。在某些实施方案中，收拢结构是大致上截头圆锥形的。截头圆锥形是指具有截头圆锥体的形状(即尖端被平行于其底部的平面截去的圆锥体的形状)的结构
在某些实施方案中，装置具有包括大致上环形外周边缘的展开结构。
在一些实施方案中，多层薄膜装置被制造成直径在约1mm与约50mm之间，如在约1mm与约10mm之间、在约2mm与约8mm之间、在约3mm与约7mm之间、在约4mm与约6mm之间。在一些情况下，直径为约1mm、约2mm、约3mm、约4mm、约5mm、约6mm、约7mm、约8mm、约9mm或约10mm。在一些情况下，多层薄膜装置被制造成面积在约1mm2与约100mm2之间，包括在约4mm2与约64mm2之间、在约9mm2与约49mm2之间、在约16mm2与约36mm2之间，如约16mm2、约25mm2或约36mm2。
在一些实施方案中，多层薄膜被制造成厚度在约1μm与约1mm之间，如在约10μm与约500μm之间、在约50μm与约300μm之间、在约100μm与约200μm之间，如约100μm、约125μm、约150μm、约175μm或约200μm。
制备方法
还提供制备标的多层薄膜医疗装置的方法。在一些实施方案中，方法包括制造包括可生物降解或不可生物降解的聚合物和成孔剂的第一薄膜层；将生物活性剂层沉积在第一薄膜层上；将第二薄膜层(例如无孔或多孔层)安置在生物活性剂层上以产生多层薄膜结构；通过使用粘合剂或通过使用加热或溶剂以熔化第一薄膜层与第二薄膜层将生物活性剂密封在第一薄膜层与第二薄膜层之间；以及通过将多层薄膜结构干燥一段足够的时间或通过机械转动多层薄膜装置形成多层薄膜装置的收拢结构。在一些实施方案中，单一膜可围绕生物活性储存器自身密封以制成单膜多层装置。
可使用任何适宜方法来制造薄膜层。例如，如上所述的包括可生物降解或不可生物降解的聚合物和成孔剂的第一薄膜层可通过使用自Steedman等("Enhanceddifferentiation of retinal progenitor cells using microfabricatedtopographical cues.Biomedical Microde vices",12(3)(2010)363-369)中所述的方法容易地改适的方法将可生物降解的聚合物(例如，PCL)和成孔剂(例如，明胶)的溶液旋转浇铸在平坦圆形模具上来制造。可使用与上述方法相似的方法制造第二无孔薄膜层。可使用与上述方法相似的方法制造具有无孔第一薄膜层的装置。
生物活性剂的储存器可以制备在标的多层薄膜中，例如，作为包括生物活性剂的组合物的不连续层。可使用任何适宜方法制备生物活性剂层。例如，生物活性剂可以冻干组合物形式沉积。例如，生物活性剂层可以通过将包括生物活性剂的溶液涂覆到薄膜上，随后进行后续干燥(例如，蒸发、冻干)来形成。生物活性剂层安置于第一和第二薄膜层之间。
在某些实施方案中，使用可被加热的环状物来执行标的方法的密封步骤。示例性加热步骤包括使用加热至制造薄膜层中所使用的聚合物(例如，PCL)的熔化温度以上的温度(例如，80℃)的环状物(例如，加热的PDMS环状物)。将加热的环状物应用到多层薄膜的一个表面上(例如，通过用平坦的不锈钢重物在环状物上下压30秒)会熔化膜并将膜密封在一起以产生具有环形周缘的多层薄膜结构。可选择环状物的大小和形状以产生所需大小的装置。在这种情况下，使第一薄膜层和第二薄膜层粘合，由此将生物活性剂密封在多层薄膜结构之间。
在某些实施方案中，使用激光束加热薄膜层的确定区域(例如，其中安置了生物活性剂的区域周围的圆形区域)来执行标的方法的密封步骤。在某些实施方案中，通过将粘合剂材料安置在一个或两个薄膜层上来执行标的方法的密封步骤。例如，粘合剂材料可被安置在第一薄膜层和/或第二薄膜层上其中安置了生物活性剂的区域的周围区域中。当两个层发生接触时，粘合剂可将两个层密封。或者，粘合剂可以是热敏粘合剂或压敏粘合剂。在这些实施方案中，可应用热和压力来将薄膜装置的层密封。
在一些实施方案中，形成收拢多层薄膜装置可以通过例如在足以允许多层薄膜结构形成收拢结构的条件下干燥多层薄膜装置来进行。示例性的干燥条件包括在减压下的冻干条件，其中大部分所存在的水可以从多层薄膜装置中蒸发同时保持生物活性剂的稳定性和生物活性。在其它的实施方案中，形成收拢多层薄膜装置可通过多层薄膜装置机械转动成收拢结构来进行。
在一些实施方案中，制备标的装置的方法是包括以下的方法：在纳米模板上制造第一纳米孔薄膜层；在第一纳米孔薄膜层上制造包括可生物降解的聚合物和成孔剂的第二薄膜层；将第一和第二薄膜层从纳米模板上移除；制造包括多个储存器孔隙的第三无孔薄膜层；将生物活性剂沉积在多个储存器孔隙中；将第三无孔薄膜层安置在第一和第二层上以产生多层薄膜结构；将多层薄膜结构密封以使第一薄膜层粘合至第三薄膜层，由此将生物活性剂密封在多层薄膜结构之间；以及通过例如将多层薄膜装置干燥一段足够的时间以允许多层薄膜结构形成收拢结构，或通过转动(如机械转动)多层薄膜装置来使多层薄膜装置收拢。
可使用与上述方法相似的方法来执行标的方法。可通过任何适宜方法来制造第一纳米孔薄膜层。例如，可使用纳米模板合成方法来在易于针对在标的制备方法中使用而改适的可生物降解聚合物薄膜中产生纳米结构。可使用任何适宜方法来制备对齐并有序的纳米线(例如，ZnO棒)的无机纳米模板。可使用多种技术来将聚合物(例如，可生物降解的聚合物)沉积在纳米模板上。例如，可将聚合物加热至其熔点以上并使其符合模板。例如，可使用聚合物溶液的旋转浇铸。在一些情况下，为了提供机械稳固性，在移除模板之前，在第一纳米孔薄膜层的顶部制造第二薄膜层(例如，微孔薄膜层，或包括成孔剂的层)。在一些实施方案中，纳米孔薄膜层的厚度对应于模板的纳米棒的长度。
可在对受试者施用前使用任何适宜方法将一种或多种生物活性剂的储存器并入到多层薄膜中。例如，通过将冻干材料沉积到薄膜上，或通过在制造过程中将装置浸入含有药剂的溶液或分散液中。在一些实施方案中，如上所述，将包括生物活性剂的组合物沉积在包括多个结构的薄膜上。组合物填充由这些结构界定的结构空隙(例如，如图10A中所描绘的横跨无孔薄膜表面的孔隙)。然后可将生物活性剂的储存器安置于第一和第二薄膜层之间，并且如上所述，随后密封和收拢多层薄膜结构。
局部递送生物活性剂的方法
还提供一种将生物活性剂局部递送至组织的方法。在一些实施方案中，如上所述，方法包括对受试者施用多层薄膜医疗装置。施用是指将装置安置在受试者身体内的位置。可通过将装置放置(例如，手术放置、利用注射器注射或利用导管递送、通过口服放置到口中)在受试者的需要局部递送生物活性剂的任何合适的开口、组织或体腔内来进行装置在受试者体内的安置。例如，可将装置注射至受试者眼睛的空腔中，如眼睛的外周玻璃体腔中。例如，装置可安置于组织块内的任何适宜空间。装置可具有适于注射(例如，利用注射器注射)的收拢结构。
当将收拢的多层薄膜装置安置于受试者体内时，它可接触受试者体内的水合液并展开以产生展开的多层薄膜结构。此外，水合液可从展开多层薄膜结构的一层中溶解成孔剂以产生允许生物活性剂从医疗装置中释放的多孔层。
在一些实施方案中，标的装置以时间控制的方式释放生物活性剂。通过这种方式，通过添加生物活性剂所赋予的治疗优势可持续一段延长的时间。在一些实施方案中，在将装置放置在患者体内一段时间时，标的装置会将生物活性剂洗脱至周围组织，所述时间的范围为约2分钟至约1天或更长，如约2天或更长、3天或更长、7天或更长、14天或更长、21天或更长或1个月或更长。在标的方法的某些实施方案中，释放装置在一段延长的时间(例如，1个月或更长，如2个月或更长、3个月或更长、4个月或更长、5个月或更长、6个月或更长、9个月或更长或12个月或更长)内局部递送有效量的生物活性剂。
在标的方法的某些实施方案中，生物活性剂从医疗装置中的释放是没有生物活性剂初始突释的控制释放。“没有初始突释"是指在预定的初始时间段(例如，1周或更短，如3天或更短、1天或更短、12小时或更短、6小时或更短、3小时或更短或1小时或更短)期间生物活性剂不以可察觉的量从装置中释放。生物活性剂初始突释的存在和水平可由本领域的普通技术人员使用任何适宜药理学方法来容易地测定。例如，在预定初始时期内，低于约50%的生物活性剂(如低于约40%、低于约30%、低于约20%、低于约10%、低于约5%、低于约2%或低于约1%的生物活性剂)被释放。
在标的方法的某些实施方案中，在一段延长的时间内，生物活性剂从医疗装置中的释放是大致上零级的。“大致上零级”是指生物活性剂从允许药物大致上恒定释放的装置中释放的释放曲线，例如其中从装置中洗脱的生物活性剂的分数在一段延长的时间内与时间成大致上线性关系的释放曲线。例如，其中在施用后的10天后约20%或更少，如约10%或更少，或5%或更少的生物活性剂被释放的释放曲线。例如，其中在施用后的20天后约40%或更少，如约20%或更少，或约10%或更少的生物活性剂被释放的释放曲线。例如，其中在施用后的30天后约60%或更少，如约30%或更少，或约15%或更少的生物活性剂被释放的释放曲线。例如，其中在施用后的40天后约80%或更少，如约40%或更少，或约20%或更少的生物活性剂被释放的释放曲线。例如，其中在施用后的50天后约80%或更少，如约70%或更少、或约60%或约50%或更少的生物活性剂被释放的释放曲线。例如，其中在施用后的60天后约90%或更少，如约80%或更少、约70%或更少、约60%或更少或约50%或更少的生物活性剂被释放的释放曲线。例如，作为蛋白质的生物活性剂的大致上零级释放曲线，其中蛋白质在一段延长的时间内以约20微克/月至约1.0微克/月的速率从装置中释放。例如，在一段延长的时间内有效量的蛋白质生物活性剂(例如，干扰素)以约0.5mg/天大致上恒定释放。
在施用一段延长的时间后，生物活性剂的生物活性或稳定性在装置中可得到保持。例如，在一段延长的时间(例如，1个月或更长、2个月或更长、70天或更长、3个月或更长、6个月或更长或1年或更长)内，每单位量的从装置中洗脱的药剂的生物活性剂(例如，抗体治疗剂)的生物活性是大致上恒定的。因此，与类似地安置于受试者体内但不存在于多层薄膜装置中的生物活性剂的生物活性相比，标的装置在一段延长的时间(例如1个月或更长、2个月或更长、70天或更长、3个月或更长、6个月或更长或1年或更长)内保持生物活性剂的生物活性方面提供显著的改进。
在标的方法的某些实施方案中，装置被施用到受试者眼睛的玻璃体内，例如通过玻璃体内注射来施用装置。在其它的实施方案中，装置被施用至受试者的视网膜下。在其它的实施方案中，将标的装置施用至患者的眼睛包括施用至患者眼睛的前房、玻璃体、脉络膜上腔、结膜下腔中的一者或多者。在某些实施方案中，生物活性剂是蛋白质治疗剂，如抗VEGF抗体。在某些实施方案中，受试者体内的水合液是玻璃体液。
在标的方法的某些实施方案中，插入是插入到眼睛的前房中。在某些实施方案中，生物活性剂是小分子治疗剂，如用于青光眼治疗的拉坦前列素。
在标的方法的某些实施方案中，多层薄膜医疗装置进一步包括安置于第一层与生物活性剂的储存器之间的第三纳米结构多孔层，其中第三纳米结构多孔层包括可生物降解的聚合物(例如，PCL)。在某些实施方案中，第三纳米结构多孔层的平均孔径在约2nm与约50nm之间。
在标的方法的某些实施方案中，第二无孔层是可生物降解的。在某些实施方案中，第二无孔层包括PCL。
还提供治疗需要用于递送药物的医疗装置的患者的方法，其包括选择医疗装置的步骤。示例性装置包括心血管装置、神经装置、神经血管装置、肠胃装置、肌肉装置、眼部装置等。在这个实施方案中，术语“选择”是指例如购买、选取或提供装置而不是制备装置。
本文所公开的方法和装置可被用于人类临床医学和兽医学应用。因此，装置所施用的受试者或患者可以是人，或在兽医学应用的情况下，可以是实验室、农业、驯养或野生动物。标的装置和方法可应用于动物，其包括但不限于，人、实验室动物如猴子和黑猩猩、驯养动物如狗和猫、农业动物如奶牛、马、猪、绵羊、山羊以及圈养的野生动物如熊、熊猫、狮子、老虎、豹、大象、斑马、长颈鹿、大猩猩、海豚和鲸。
在一些实施方案中，从标的装置中洗脱的一种或多种生物活性剂的释放动力学允许大致上恒定地局部递送治疗相关剂量的生物活性剂。在某些实施方案中，生物活性剂的释放动力学在一段延长的时间内为大致上零级的。在一些实施方案中，标的装置的组成可被设计成提供两个洗脱曲线，例如，生物活性剂从第一层中的第一早期洗脱，以及生物活性剂从第二层中的第二后期洗脱。在一些实施方案中，生物活性剂在标的装置中在一段延长的时间内是稳定的。在某些实施方案中，在体内施用后，储存器中生物活性剂的活性得到保持。例如，储存器中生物活性剂的活性在约30天或更长，如约60天或更长、70天或更长、3个月或更长、约4个月或更长、约5个月或更长、约6个月或更长、约8个月或更长、约10个月或更长或约12个月或更长的时期内得到保持。
试剂盒
还提供用于与标的装置和方法结合使用的试剂盒。包括用于在放置到受试者体内时洗脱到周围组织的一种或多种生物活性剂的上述多层薄膜装置可以随同适合的说明书以便进行如上所述的方法一起以试剂盒提供。在某些实施方案中，试剂盒含有具有收拢结构的标的装置。在一些实施方案中，装置具有展开结构并且试剂盒包括用于使装置收拢以使得装置可通过注射器安置在受试者体内的说明书。
标的试剂盒还可包括能够将装置递送至受试者(例如，通过注射含有具有收拢结构的装置的载剂流体)的注射器。注射器具有适于体内注射所述装置的规格(例如，20号)。在一些实施方案中，注射器预先加载有含有所述装置的载剂流体，其中装置在载剂流体中保持收拢结构。在其它的实施方案中，试剂盒包括用于在加载注射器和施用至受试者之前储存装置的容器，其中所储存的装置可具有收拢或展开结构。在某些实施方案中，当装置以展开状态储存在容器中时，试剂盒可包括用于在施用前将装置收拢(例如，通过在降低的真空下干燥)的说明书。容器可任选地包括适于储存标的装置和/或施用装置的载剂流体。
在一些实施方案中，试剂盒在单独的容器中含有制造多层薄膜所必需的材料。试剂盒还可包括用于对受试者施用装置的材料。在试剂盒中可包括用于实施方法的说明书(例如，书面、磁带、VCR，CD-ROM等)。取决于具体的方法，试剂盒还可含有其它的包装试剂和材料(即缓冲剂等)。说明书一般记录在适合的记录介质上。例如，说明书可印刷在基板上，如纸张或塑料等。因此，说明书可作为包装插页存在于试剂盒、试剂盒的容器的标签或其组件中(例如，与包装或次包装相关联)等。在其它的实施方案中，说明书作为存在于合适的计算机可读储存媒体(例如，CD-ROM、磁盘等，包括与提供程序的媒体相同的相同媒体)上的电子储存数据文件而存在。
在其它的实施方案中，说明书本身不存在于试剂盒中，而是提供用于从远程来源(例如，经由互联网)获得说明书的方法。这个实施方案的一个实例是包括可查看说明书可下载说明书的网址的试剂盒。
此外，试剂盒可以是其中所获得的说明书是从远程来源(如在互联网上或万维网)下载的试剂盒。可使用一些形式的访问安全性或识别协议以限制那些有权使用标的试剂盒的人的访问。当使用这样的说明书时，用于获得说明书和/或编程的方法一般记录在适合的记录介质上。
实施例
提出以下实施例以为本领域的普通技术人员提供如何制造和使用本公开内容的实施方案的完整公开内容和描述，并且不欲限制发明人所认为的发明的范围，并且他们也不欲提出以下实验是所进行的所有或唯仅有的实验。已努力确保关于所使用的数字(例如，量、温度等)的准确性，但是应当考虑到一些实验误差和偏差。除非另外说明，否则份数为重量份数，分子量为重均分子量，温度为摄氏度，并且压力为大气压或接近大气压。
方法和材料
在以下实施例中使用以下方法和材料。
微孔薄膜制造
由于PCL/明胶薄膜的柔韧性和柔软性，将薄膜旋转浇铸在平坦圆形聚(二甲基硅氧烷)(PDMS)(Sylgard184,Dow Corning,Midland,MI)模具上。为了制造PDMS模具，以10:1的比率混合基料和固化剂，在真空下脱气，倾注到3"硅晶片上，并在65℃下烘烤2个小时。一旦固化，就从硅母版上剥离PDMS并将其切成直径为35mm的圆。在80℃下在热板上将聚己内酯(PCL)(MW80,000,Sigma-Aldrich,St.Louis,MO)和明胶(来自猪皮，Sigma-Aldrich)的单独溶液在0.1g mL-12,2,2-三氟乙醇(TFE)(Sigma-Aldrich)中恒定搅拌直至溶解。然后将PCL和明胶以如下体积比组合到离心管中：7:3、8:2、9:1以及10:0(PCL:明胶)。为了将PCL与明胶混合在一起，将溶液涡旋30秒并倒置两次。临浇铸之前将这个过程每个溶液重复5分钟。如之前所描述的，使用P6700系列旋涂机(Specialty Coating Systems,Indianapolis,IN)以1500RPM将PCL/明胶溶液旋转浇铸1分钟[Steedman等,"Enhanced differentiationof retinal progenitor cells using microfabricated topographical cues."Biomedical Microdevices12(3)(2010)363-369]。在旋转浇铸后使用镊子小心地将薄膜从PDMS模具上剥离。
纳米孔薄膜制造
用于纳米孔PCL制造的所有化学品都从Sigma-Aldrich(St.Louis,MO)获得。使用利用氧化锌纳米棒模板的技术来制造纳米孔PCL膜。使氧化锌棒在使用前用硫酸和过氧化氢的溶液(3:1)清洗30分钟并随后用去离子水冲洗并用氮气干燥的玻璃或硅基板上。将基板暴露于氧等离子体(200W，0.5mTorr)5分钟，随后旋转浇铸乙酸锌(ZnAc2)晶种层。为此，以1000rpm将0.75M ZnAc2和乙醇胺的2-甲氧基乙醇溶液浇铸到干净的玻璃或硅基板上60秒。在400℃的热板上将基板退火30分钟以将ZnAc2转化成ZnO。然后在85℃至90℃下将基板放置在5mM ZnAc2水溶液中4个小时(替换一次生长浴)，这使得ZnO纳米棒生长。如上所述，制备300mg/ml的PCL于2,2,2-三氟乙醇中的溶液并以500rpm浇铸到ZnO模板上30秒，之后以1500rpm浇铸30秒，其厚度足以覆盖ZnO模板。在热板上将这些基板加热至130℃以移除任何过量溶剂并允许PCL紧密接触模板。接着用10mM H2SO4蚀刻ZnO模板直到模板被移除并且PCL膜自然地浮起。
薄膜降解分析
在恒定搅拌下将薄膜储存在PBS中5天。在成像之前，用去离子水冲洗样本并在真空炉中脱水。使用mySEM扫描电子显微镜(NovelX,Lafayette,CA)在1kV的加速电压下对样本进行成像。对于孔面积和孔隙率计算，对每个PCL:明胶比率的3个薄膜进行成像。对于每个薄膜，对每个薄膜的10个随机区域进行成像并进行编辑。使用ImageJ(NationalInstitutes of Health,Bethesda,MD)计算孔面积。
多层薄膜装置制造
如图3中所说明的，由两层薄膜(无孔PCL基底层和微孔9:1PCL/明胶顶层)制造装置。使用PCL的浓缩溶液(0.2g mL-1的TFE溶液)制造PCL基底层，其中所述溶液是在硅晶片上以1500RPM旋转浇铸2分钟。将冻干蛋白质(1mg至4mg)放置在两个装置层之间并固定在硅晶片上。将PDMS的环形片加热至80℃，然后放置在两层薄膜的顶部。使用平坦不锈钢重物(170g)在PDMS环形物上下压30秒，从而使两层膜熔化并将两层膜密封在一起。使用小的平坦重物以确保均一密封。对BSA和IgG从薄膜装置中的洗脱监测10周并与从只有无孔PCL的装置中的洗脱进行比较。每个实验制造和分析每种类型的三个装置。
轮廓曲线测定法
用Ambios Technology XP-2触针曲线仪(Santa Cruz,CA)来表征装置厚度。以0.01mm sec-1的扫描速度、1.5mm长度以及0.2mg触针力进行轮廓曲线法。
微二辛可宁酸测定
进行微二辛可宁酸测定(Thermo Scientific Pierce,Rockford,IL)以定量蛋白质从PCL薄膜中的洗脱。将载有冻干BSA(Sigma-Aldrich)或IgG(从牛血清分离的，Sigma-Aldrich)的多层薄膜放置在离心管中的5mL PBS中并在室温下连续振荡10周。在取样期间移除1mL溶液并置换为新鲜的PBS。在SpectraMax190微板读取仪(Molecular Devices,Sunnyvale,CA)上在562nm下读取样本。在Excel(Microsoft,Redmond,WA)中进行数据和线性回归分析。
牛IgG酶联免疫吸附测定(ELISA)
进行牛IgG酶联免疫吸附测定(ELISA)(Bethyl Laboratories,Inc.,Montgomery,TX)以验证从PCL/明胶装置中洗脱的IgG的活性。首先用微二辛可宁酸测定来测定总蛋白质样本浓度，然后进行1/100稀释以使其落到ELISA测定的动态范围内。然后测定这些样本，并将所得到的浓度值与之前的二辛可宁酸测定结构进行比较。计算在装置构建后的1至70天内的四个时间点两个浓度值的比率。
载有雷帕霉素的PCL膜
通过在70℃下在热板上搅拌200mg/mL PCL于2,2,2-三氟乙醇(TFE)中的溶液(Sigma-Aldrich)直至溶解来制备载有雷帕霉素的PCL膜。然后将雷帕霉素加入溶液中至浓度为5mg/mL并进行搅拌直至溶解。然后以1000rpm将溶液旋转浇铸在3英寸硅晶片上30秒，之后以2000rpm进行30秒。切割出直径为16mm的圆形膜切片并在37℃下在PBS中孵育。为对药物释放进行取样，在取样期间移除1mL溶液并置换为新鲜的PBS。在SpectraMax190微板读取仪(Molecular Devices,Sunnyvale,CA)上在260nm下读取雷帕霉素浓度。在Excel(Microsoft,Redmond,WA)中进行数据和线性回归分析。
实施例1
微孔薄膜制造与降解
分别以以下体积比组合PCL和明胶的溶液：7:3、8:2、9:1以及10:0。在用力混合之后，将组合的溶液旋转浇铸成柔性聚合物薄膜。起初将无孔薄膜暴露于PBS持续5天以消除薄膜的容易溶解的明胶组分。在PBS中降解5天之后，使用扫描电子显微术对薄膜进行成像(图1)。在所有含有明胶的薄膜中都发现有微孔，而只有PCL的薄膜显示没有降解或多孔结构的迹象。对个别孔面积进行定量并显示于图1中。
图1A至F示出于PBS中降解五天后PCL/明胶薄膜的扫描电子显微照片(SEM)图像和相应孔径直方图。薄膜由比率为7:3(A和B)、8:2(C和D)以及9:1(E和F)的PCL与明胶的混合物制成。仅由PCL制成的薄膜不含任何孔。
用最高浓度的明胶(7:3)制造的薄膜含有广泛的孔径范围，最小的直径小于2μm且最大的直径超过30μm(图1A和1B)。具有中等明胶浓度(8:2)的薄膜也含有宽泛的孔径范围，不过这些膜中所发现的最大孔比7:3明胶薄膜中的孔小且只达到28μm的最大直径(图1C和1D)。具有最低明胶浓度(9:1)的薄膜含有小得多的孔，其中95%的直径小于10μm(图1E和1F)。不用明胶(10:0)制造的薄膜在整个旋转浇铸薄膜表面上都是无孔的。
对孔隙率百分比或每个薄膜的孔面积除以总面积进行定量并于图2A中示出。当明胶于PBS中快速溶解时，增加薄膜中明胶的量导致降解后更高的孔隙率。7:3膜具有最多孔，之后是8:2膜，并且接着是9:1膜。因为10:0膜不含明胶，因此未观察到降解并因此未观察到孔隙率。
图2A至B说明在PBS中孵育后PCL/明胶薄膜的孔隙率和质量损失。A：在PBS中5天后，不同明胶浓度的PCL/明胶薄膜的孔隙率百分比。总体孔隙率随明胶浓度增加。B：由明胶溶解导致的孔隙率导致质量减少。对于不含明胶的薄膜，PCL膨胀和盐吸收导致质量总体小幅增加。*p<0.05，Student-Newman,Keuls检验。误差条指示由3个独立实验获得的标准偏差。
薄膜中发现的孔隙率是归因于PCL与明胶的不完全混合。虽然两种物质都溶解于TFE中，但是将两种溶液组合得到异质乳液，必须将其不断混合或者两种溶液将会分离成两种不混溶的液体。由于溶解溶液的高粘度，根据经验确定在旋转浇铸之前保持稳定混合物需要接近持续不断的涡旋。加入递增量的明胶使得明胶在PCL/明胶混合物中聚集，所述聚集在9:1薄膜中未发现。
还使用PBS中5天后所损失质量的量来对降解进行定量。在PBS浸渍前测定初始质量，同时在PBS中5天且随后在真空炉中使薄膜脱水后测定降解后质量。结果与孔面积和孔隙率百分比一致；7:3薄膜损失最多的质量，约为其初始质量的25%，而8:2膜只平均损失不到10%。9:1薄膜损失小于5%，并且不含明胶的膜由于在PBS中浸渍而获得极少量的质量(图2B)。这最有可能是由于水和盐吸收而发生，使得PCL面积在PBS中浸渍期间膨胀。
多层薄膜装置制造和药物洗脱
如图3中所图示的，由PCL基底层和微孔9:1PCL/明胶顶层构建PCL薄膜装置。为了通过使装置的孔隙率达到最小来限制蛋白质洗脱，只使用9:1PCL/明胶薄膜来制造所有载有蛋白质的实验装置的微孔顶层。将冻干蛋白质沉积在两个薄膜层之间，然后使用PDMS环状物使其熔化到一起。在室温下将装置浸入PBS中，并且定量在10周的时间段内BSA和IgG从PCL/明胶薄膜装置中的洗脱。还构建由两个只有PCL的薄膜制成的无孔装置并用作对照。
图3A至C说明多层聚合物薄膜装置的制造。A：冻干蛋白质包含在无孔PCL薄膜基底层与微孔PCL/明胶薄膜之间。B：直径为～2mm的完成装置。C：PCL/明胶装置边缘的曲线。
BSA从多孔PCL/明胶薄膜装置和无孔仅PCL薄膜装置中的洗脱呈现于图4A中。在前七周BSA以零级动力学从PCL/明胶装置中洗脱，对应于略高于60%的加载到每个装置中的～3mg BSA。类似地，IgG洗脱呈现于图4B中。IgG也达成在前七周从9:1PCL/明胶装置中零级洗脱。
图4A至B示出蛋白质从PCL/明胶薄膜装置中的洗脱。A：BSA从9:1PCL/明胶和只有PCL的薄膜装置中的洗脱分数。在PCL/明胶装置中在前7周观察到零级洗脱，其后装置失效导致突发释放相。在8周后，只有PCL的装置开始泄露。B：IgG从9:1PCL/明胶薄膜装置中的洗脱分数。接近整个10周观察到IgG从PCL/明胶装置中的零级洗脱。误差条指示由3个独立实验获得的标准偏差。
图5中直接比较蛋白质从一个载有BSA和一个载有IgG的PCL/明胶薄膜装置的洗脱。显示7周的洗脱，对应于BSA和IgG的R2值分别为0.99和0.94的零级释放动力学。BSA以36μg/天的速率洗脱，而IgG以20μg/天的较慢的速率洗脱。IgG的较慢洗脱速率最有可能归因于其较大的分子量(150kDa相对于BSA的66kDa)。
图5示出BSA与IgG从PCL/明胶薄膜装置的洗脱速率的比较。较大分子重量的IgG(150kDa)以慢于BSA(66kDa)的速率洗脱。线性回归分析得到的洗脱速率对于BSA为0.36μg/天(R2=0.99)并且对于IgG为0.20μg/天(R2=0.94)。
使用两个不同的测定来定量IgG浓度以验证整个实验过程中的蛋白质活性。图6A示出通过ELISA和BCA测定测得的洗脱IgG浓度的比率的比较。比较洗脱的第1、28、56以及70天时浓度。误差条指示由3个独立实验获得的标准偏差。绘制洗脱的第1至70天中四个时间点的这两个浓度的比率。BCA测定定量总蛋白浓度，而ELISA的特异性高得多且只定量结合的IgG。比率为1表示两个测定之间的IgG浓度相等，这表明从PCL/明胶薄膜装置中释放的IgG在洗脱70天后有活性。由于四个数据点之间的差异不明显并且标准偏差全部都落在比率1以内，因此这些结果表明IgG在实验过程中未降解。
图6B示出在施用含有IgG的薄膜装置之后洗脱到眼睛中的IgG的活性。在施用6周后在眼睛中可检测出IgG的体内活性。
实施例2
纳米结构薄膜
使用模板合成方法在可生物降解聚集物膜中产生纳米结构。这种方法基于需要使用无机纳米结构表面(例如，氧化锌ZnO材料的充分表征的棒结构)作为模板用于随后产生具有所需纳米结构的“软”生物聚合物薄膜的模板化。使用两步程序进行ZnO纳米棒生长：沉积纳米结构晶种层并且以水热法由所述晶种层生长出棒。通过对晶种层沉积和水热生长条件进行变化，产生从随机到良好取向的棒的多种形态。控制加工条件允许制造具有广泛范围的直径、长度和棒间距的纳米棒。
使用多种技术来将标靶聚合物沉积在ZnO模板上。
在一个实施例中，将聚合物加热至其熔点以上并使其符合模板。或者，使用聚合物溶液的旋转浇铸来产生具有可再现厚度的薄膜。选择聚己内酯作为起始材料，因为其已显示出在眼内具有极好的生物相容性和完整性。在生理条件下，PCL通过随机断链作用降解，这产生两个阶段的降解。最初，随着分子量减小，物理结构并未受到影响，因为所产生的聚合物链不能充分溶解，但是在延长的降解后，单体降解产物的产生增加，得到明显的物理降解。
80kDa PCL膜在眼中直到1年后才降解并且基于宏观降解近似MW(8kDa)，据估计MW在15kDa与20kDa之间的PCL装置会在4个月后开始结构分解并且在6个月时失去机械完整性。因此，使用两个示例性不同比率(20:80和45:55)的80kDa:10kDa PCL(Tm=58℃至63℃，Tg=-65℃至-60℃)来产生膜。我们还可以并入其它可生物降解聚合物。此外，可产生其它的膜，如共聚物25/75聚(DL丙交酯-共-ε己内酯)(25/75DLPLCL)(无定形，Tg=20℃)或80/20聚(DL-丙交酯-共-ε-己内酯)(80/20DLPLCL)(无定形，Tg=20℃)以调节降解速率。最后，接着通过在酸性或强碱性溶液中溶解来移除ZnO模板。转移后使模板结构颠倒并且随后的聚合物薄膜显示出用于药物洗脱和控制释放的纳米通道。使用这种方法，平均棒直径为23±7nm且密度为约1010个棒/cm2的ZnO棒可得到孔径为21±7nm且孔密度为5x109个孔/cm2的PCL膜。膜的厚度对应于所生长的纳米棒的长度，例如，约1微米。因此，为了进一步提高机械稳固性，在移除模板前沉积另一多孔层，因此得到兼有纳米孔和微孔区域的膜(图9A至9C)。例如，这通过浇铸天然形成多孔网络的聚合物混合物，如聚乙二醇(PEG)和PCL来实现，其中与移除模板相结合，PEG容易溶解。
图8A至8E说明用于薄膜制造的示例性工艺。(图8A)利用氧化锌晶种层来旋转浇铸干净的硅基板(图8B)并以水热方式生长纳米棒。在ZnO模板上(图8C)旋转浇铸PCL，之后(图8D)旋转浇铸PCL和PEG溶液。(图8E)用去离子水冲洗将PEG相从支撑层冲洗掉并用10mMH2SO4蚀刻ZnO模板以留下被支撑的纳米结构PCL薄膜。图8F示出典型纳米结构PCL膜的扫描电子显微镜图像。图8G示出支撑膜上的纳米结构薄层。
使用扫描电子显微术(SEM)来验证模板形态和转移至聚合物膜的保真度。另外使用电子色散型X射线光谱学(EDX)或X射线光电子光谱学(XPS)进行表征以测定化学组成和证明ZnO模板的有效移除。然后将纳米结构膜热密封至含有药物储存器的不透性覆盖膜中(图10A)。
举例来说，如上所述，使用对齐并有序的纳米线的无机模板产生纳米孔聚合物膜，其为由80kDa MW聚己内酯制成的示例性薄膜，其在干燥状态下卷曲并且在水性环境中展开(图7)。将此薄膜装置制造成兼具适于本文所述的侵入性最低的药物递送应用的物理尺寸(小于100微米)和机械特性(可收拢性)。
薄膜装置的物理特性
操作柔性软材料，其中特别着眼于可收拢性以允许以最低的侵入性插入靶组织中。大约100微米厚和5×5mm的聚己内酯薄膜装置能够容纳足够持续六个月递送抗VEGF的药物且仍能够经由标准注射来递送。进行示例性装置(尺寸和材料组成相同但分子量不同)的广泛评价以确定其对于眼内施用的适用性。动物研究数据表明45/5580kDa:10kD PCL的膜组成在5个月时仍保持完整，而20/8080kDa:10kD PCL在2个月时显示降解的迹象。进一步调节参数会使得装置的降解曲线针对零级释放获得优化。
药物加载方法和药物有效载荷
因为纳米孔膜制造是独立于药物加载，所以利用若干策略来并入治疗有效载荷。一种方法将膜与含有较大药物储存器的下层膜结合。这种配置允许大的药物承载能力和有效载荷制剂的通用性，同时纳米孔膜有助于控制药物从储存器结构中的洗脱。
通过利用另一微孔支撑层，将纳米通道放置在装置的中性机械面附近，从而使转动/展开时纳米孔的应力减至最小。使用照相平板印刷和软光刻技术来制造装置的储存器组件：使用照相平板印刷术通过对可光固化的环氧树脂(SU-8)进行图案化来在硅晶片上产生主模，这将决定最终的储存器几何结构。使用CAD设计精确的主图案，并在铬掩模上进行图案化以充当用于光学图案化的模板。然后使用软光刻术将主模的倒模浇铸至弹性体聚二甲基硅氧烷(PDMS)中。通过将相关聚合物浇铸在PDMS模具上，载有药物的储存器的几何结构被直接转移至所需的聚合物上，例如，如图10A中所示。整个装置是平坦的，薄的(例如，约100μm或更薄)，且含有多个治疗剂储存器；这提供药物有效荷载，同时使局部膜破裂或失效时治疗剂的突发释放减至最少。
薄膜装置的模块化性质允许储存器在构建多层生物聚合物装置期间以多种方式填充。一种方法是通过浸入直接在装置中冻干的药物的溶液中来填充组装装置的储存器和相关纳米通道。第二种方法是使冻干药物直接沉积在储存器膜上并随后对膜进行层压，对膜进行热密封以生成完整的装置。将冻干药物直接沉积在装置储存器中或并入可生物降解聚合物或凝胶基质中。使用荧光标记(FITC)的靶药物来确认药物加载和储存器图案化并用荧光显微术进行观测(图10A)。
有效荷载计算和安全性考虑
基于使眼后部的浓度保持至少4个月时期的零级释放曲线来分析装置的加载要求。例如，基于具有20nm孔和50%间隙空间的5mm×5mm薄膜，此装置中的最大药物加载量是1.3mg冻干药物，其中基于膜实验，释放速率高达2μg/天/mm2。所需的释放速率取决于药物亲和力、玻璃体半衰期以及靶玻璃体浓度。基于临床给药量，对于示例性装置来说估计连续递送装置需要4μg/天来维持例如雷珠单抗(50μg/眼的持续浓度)或480μg总药物的治疗浓度。为递送6个月而设计的装置的完全剂量释放会在失效后产生小于3.4ng/ml的全身性药物浓度，其完全低于认为会使VEGF被抑制50%的11ng/ml至27ng/ml的临限值。此外，多室储存器(图10)使整个药物有效荷载会无意释放的风险减至最小。基于玻璃体液中半衰期的保守估计，估计载有约800μg药物的装置可保持治疗水平持续6个月或更长时间。
眼部生物相容性研究
为了评估微结构和纳米结构生物聚合物的结构完整性和眼部耐受性，在成年兔眼内进行体内安全性研究。使用标准显微外科手术技术将由聚(己内酯)(PCL)制造的装置施用至麻醉的新西兰白兔(N=15)的眼中。使用针头注射(20号)来将收拢的生物聚合物膜插入玻璃体中。在范围为1至6个月的随访期内，进行定期眼科检查(裂隙灯、眼压测量法以及间接眼底检查法)以监测眼部耐受性。以数天至数月的时间间隔对摘除的死后眼睛进行组织学研究以评估任何形态异常或装置/组织反应。从眼中收回PCL膜通过扫描电子显微术(SEM)进行评估来测定装置的耐久性和结构完整性。在施用至眼内前房和玻璃体位点时，PCL膜具有耐受性并且结构稳定。体内眼科检查的结果未显示关于炎症、慢性感染、白内障以及眼内压的眼部耐受性的不良迹象。6个月后观察到装置迁移。对组织进行的组织学检查揭露在眼部位点(包括视网膜小梁网和施用后在解剖上装置的特定驻留位点)未发生细胞炎症或形态异常。未观察到装置/组织反应，如纤维化、神经胶质增生或出血。
多层薄膜装置制造设备
可用于制造本文所公开的多层薄膜的示例性设备说明于图11A至11C中。
图11A。薄膜装置可包括平坦的PCL膜、药物球粒以及使用下压重物夹在支撑结构之间的纳米结构PCL膜。将含有组成装置层的设备放置在热板上以使PCL膜熔化。因为基部支撑件是环形的，所以装置的中心经受相当少的加热。
图11B。从底部向上，装置由平坦的PCL膜、药物球粒以及使用下压重物夹在支撑结构之间的纳米结构PCL膜组成。设备的基部含有将装置从边缘密封的电阻式加热元件。通过控制供应至加热元件的能量和加热的持续时间，可对密封进行控制。
图11C。从底部向上，装置由平坦的PCL膜、药物球粒以及使用下压重物夹在支撑结构之间的纳米结构PCL膜组成。设备的基部含有将装置从边缘密封的电阻式加热元件。移除基部和顶部支撑件的中心以使得装置中心部分的加热减至最少。通过控制供应至加热元件的能量和加热的持续时间，可对密封进行控制。
用于蛋白质的控制释放的多层薄膜装置
如本文所述制造具有范围为20nm至40nm的孔径的多层薄膜装置。
图12示出FITC-BSA蛋白质在210天的时期内从孔径为20nm至40nm的纳米结构PCL装置(n=3)中以1μg/天的速率释放。
用于小分子的控制释放的多层薄膜装置
制造具有含有小分子雷帕霉素(MW914Da)的生物活性药物储存器的纳米孔多层薄膜装置。将雷帕霉素从此纳米孔多层薄膜装置中释放的释放动力学与雷帕霉素从无孔装置和从雷帕霉素混合在聚合物膜中的PCL薄膜释放的释放动力学进行比较。
图13说明小分子(雷帕霉素，分子量914.172Da)从纳米孔薄膜装置(实心圆)、无孔装置(实心正方形)以及药物混合在聚合物膜中的PCL薄膜(实心三角形)中释放的释放动力学。
如上所述制造纳米孔薄膜装置，其由支撑纳米结构膜(20nm至40nm的纳米结构孔和1微米至3微米的支撑层孔)的第一层和第二无孔层组成。将雷帕霉素与第一层的纳米孔一侧一起放置在第二层上。将纳米孔第一薄膜层放置于无孔膜上，从而将雷帕霉素封装在纳米孔层与无孔层之间。
无孔装置包括无孔膜的第一层。雷帕霉素沉积在第一层的表面上。第二无孔层放置在第一层上。将两个无孔层密封在一起，从而将雷帕霉素封装在无孔层之间。
对于PCL薄膜，小分子被混合至聚合物本身中而不是包含在两个层之间。
将小分子药物雷帕霉素(西罗莫司)从纳米孔和无孔PCL装置中释放的动力学与相同分子从含有药物的PCL膜中释放的释放动力学进行比较。图13说明纳米孔PCL装置(20nm至40nm的纳米结构孔和1微米至3微米的支撑层孔)和无孔PCL装置提供在一段延长的时间内小分子的零级释放。相比之下，含有西罗莫司的PCL薄膜在较短的时间段内以一级释放动力学释放小分子。
虽然出于清楚理解的目的借助于说明和实施例对前述本发明进行了一定程度的详细描述，但是对于本领的普通技术人员来说鉴于本发明的教导显而易见的是，可在不背离随附权利要求的精神和范围的情况下做出某些变化和修改。
因此，前面仅仅说明本发明的原理。应了解，本领域的技术人员将能够设想各种配置，虽然未在本文中明确地描述或展示，但是所述配置体现了本发明的原理并且包括在其精神和范围内。此外，本文所引用的所有实施例和条件语言主要旨在帮助读者理解本发明的原理和由发明人提供的促进技术的构想，并且应解释为不对这些特别引用的实施例和条件构成限制。此外，本文引述本发明的原理、方面和实施方案以及其具体实施例的所有陈述意欲涵盖其结构等同物和功能等同物。此外，希望所述等同物包括当前已知的等同物和未来开发出来的等同物，即不管结构如何，所开发的执行相同功能的任何元件。因此，本发明的范围不欲限于本文所展示和描述的示例性实施方案。相反，本发明的范围和精神是由随附权利要求体现。

Claims (24)

1.一种多层薄膜医疗装置，其包括：
包括可生物降解的聚合物的第一层；
生物活性剂；以及
包括可生物降解的聚合物的第二层，其中所述第二层与所述生物活性剂接触；
其中所述生物活性剂仅安置于所述第一层和所述第二层之间，
其中第一层和第二层在其中安置了生物活性剂的区域周围的区域密封在一起，由此将生物活性剂密封在所述多层薄膜医疗装置的边缘之内，
其中生物活性剂没有被置于在多层薄膜医疗装置的边缘的第一层和第二层之间，以及
其中多层薄膜医疗装置具有在1mm2与100mm2之间的面积，
其中装置具有在10μm与500μm之间的厚度，以及其中，
(a)所述第二层是无孔的，且所述第一层包括聚合物和成孔剂；或
(b)所述第二层是无孔的，且所述第一层包括聚合物和成孔剂，且其中第三纳米多孔层安置于所述第一层与所述生物活性剂之间；或
(c)所述第一层是无孔的，且所述第二层是无孔的。
2.如权利要求1所述的多层薄膜医疗装置，其中所述装置包括收拢结构。
3.如权利要求2所述的多层薄膜医疗装置，其中所述收拢结构是大致上圆柱形的。
4.如权利要求2所述的多层薄膜医疗装置，其中所述收拢结构是大致上截头圆锥形的。
5.如权利要求1所述的多层薄膜医疗装置，其中所述装置包括展开结构。
6.如权利要求5所述的多层薄膜医疗装置，其中所述展开结构包括大致上圆形的外周边缘。
7.如权利要求1所述的多层薄膜医疗装置，其中所述第三纳米多孔层的平均孔径在1nm与100nm之间。
8.如权利要求1所述的多层薄膜医疗装置，其中所述可生物降解的聚合物是PLA、PGA、PCL、PLGA、PLCL或其组合。
9.如权利要求1所述的多层薄膜医疗装置，其中所述生物活性剂被安置在横跨所述第二层的一个表面定位的多个储存器中。
10.如权利要求1所述的多层薄膜医疗装置，其中所述第二层包括横跨所述第二层的一个表面定位的多个储存器，其中所述多个储存器的第一个储存器包括所述生物活性剂并且所述多个储存器的第二个储存器包括另一生物活性剂。
11.如权利要求1所述的多层薄膜医疗装置，其中所述生物活性剂以冻干形式存在。
12.如权利要求1所述的多层薄膜医疗装置，其中所述生物活性剂被配置为薄膜，且为冻干形式。
13.如权利要求1所述的多层薄膜医疗装置，其中所述生物活性剂是小分子药物。
14.如权利要求13所述的多层薄膜医疗装置，其中小分子药物选自类固醇、雷帕霉素或前列腺素。
15.如权利要求1所述的多层薄膜医疗装置，其中所述第二层是无孔的，且所述第一层包括聚合物和成孔剂，且其中第三纳米多孔层安置于所述第一层与所述生物活性剂之间。
16.如权利要求1所述的多层薄膜医疗装置，其中所述第二层是无孔的，且所述第一层包括聚合物和成孔剂。
17.如权利要求15或16所述的多层薄膜医疗装置，其中生物活性剂为蛋白质治疗剂。
18.如权利要求17所述的多层薄膜医疗装置，其中蛋白质治疗剂选自雷珠单抗、贝伐单抗、曲妥单抗、利妥昔单抗、吉妥单抗和西妥昔单抗。
19.如权利要求1所述的多层薄膜医疗装置，其中所述装置是圆形的，且具有在1mm和50mm之间的直径。
20.如权利要求15或16所述的多层薄膜医疗装置，其中所述生物活性剂是适体。
21.如权利要求15或16所述的多层薄膜医疗装置，其中所述生物活性剂是大分子药物。
22.如权利要求1所述的多层薄膜医疗装置，其中所述第一层和第二层是无孔的，且其中第二层与所述生物活性剂接触。
23.如权利要求22所述的多层薄膜医疗装置，其中所述生物活性剂是小分子药物。
24.如权利要求23所述的多层薄膜医疗装置，其中所述装置被构造以从所述第一层和第二层的表面释放生物活性剂。
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