用于肺递送的干细胞或干细胞衍生物的雾化

摘要

治疗系统将呼吸气体和冷冻干细胞或其他生物颗粒(FBP)递送至患者肺部的支气管，以便治疗肺疾病和其他疾病。通常通过单独的管腔递送呼吸气体和FBP。FBP可以与其他冷冻颗粒如冷冻盐水颗粒(FSP)同时递送。FBP/FSP从制备到递送将会始终保持冷冻，只有在它们被释放到肺中之后才会解冻。

说明书

本申请是申请日为2017年01月27日、申请号为 201780020858.6、发明名称为“用于肺递送的干细胞或干细胞衍生物 的雾化”的中国专利申请(其对应PCT申请的申请日为2017年01月 27日、申请号为PCT/US2017/015494)的分案申请。

本申请要求于2016年1月29日提交的美国临时申请号 62/289,071的权益，其全部公开内容通过引用并入本文。

基于干细胞的疗法一直处于临床前研究和临床研究的前沿。干 细胞是一种可以无限自我更新以及产生不同类型的特化细胞的细胞。 干细胞通常可分为三大类：胚胎干细胞(ESC)、诱导多潜能干细胞 (iPSC)和成体干细胞(ASC)。

成体干细胞(ASC)是一种多能干细胞，可在生物体的整个一 生中见于不同组织中。ASC最少可以分化成它们来源于的组织的特化 细胞。它们通过多种机制补充组织，并且一旦被认为没有再生潜力， 就会驻留在某些器官如大脑和心脏中。ASC有很多类型，最常见的包 括：造血干细胞、内皮干细胞、神经干细胞、乳腺干细胞、肠干细胞、 远端气道干细胞(DASC)和间充质干细胞(MSC)。

成体干细胞，特别是从骨髓和脂肪组织获得的MSC，已在治疗 各种疾病方面显示出巨大的前景。本发明中特别感兴趣的是，MSC通 过分化或旁分泌机制调节免疫和炎症反应、阻止感染和使组织再生的 独特能力使其对于战斗伤员和平民人群的肺损伤管理特别有吸引力， 并且已经在许多小动物模型、若干大型动物模型和人类临床试验中证 明，MSC有利于减轻急性肺损伤。最近，在小鼠急性呼吸窘迫症 (ARDS)诱导后发现了新的肺干细胞DASC，据显示，该细胞能够 在体外使人肺泡结构再生，并在体内迁移到实质损伤部位，从而确定 其在内源性肺再生中的重要作用。

通常，干细胞可以局部或全身递送。局部施用包括靶向移植到 器官/组织内，但需要进行侵入性手术，因此可能是依赖于位置。更常 见的是通过静脉内路径进行全身施用。全身施用也存在问题，可能导 致严重的临床并发症，如肺栓塞。此外，在全身施用之后，细胞的生 物分布是未知的，因为细胞可能会迁移、分布和陷入其他不期望的终 末器官。最后，已知在施用后，由于体内发生的物理应激、炎症和缺 氧，大约90％的移植细胞无法存活。目前，干细胞及其衍生物的局部 肺移植已在各种临床前动物研究中通过直接滴入气管(气管内)来进 行。直接滴注虽然有希望，但也存在某些缺点，如细胞向上呼吸道的 递送受限，并且临床应用可能会由于限制上呼吸道的水肿和分泌物而 受到限制或阻止。

雾化和吸入被认为是将药物和生物制品越过上呼吸道递送到肺 部最深处的有效组合。支气管扩张剂、抗真菌剂、抗生素、基因疗法 和胰岛素都可以通过吸入来递送。通过吸入进行干细胞递送还在例如 US2014/0065240和US2011/0129897中提出过，这表明各种药物和生 物制品，包括微粉化的干细胞制剂，都可以通过常规的吸入方案如定 量雾化吸入器、干粉吸入器和喷雾器递送。然而，这些参考文献并未 考虑在微粉化和随后通过吸入进行递送时如何保持干细胞的活力。

因此，针对开发用于制备干细胞和其他活细胞以及细胞物质并 将其递送给人类和其他动物的改进组合物、设备和方法存在远未满足 的临床需求。特别地，期望提供使得在制备和递送过程中干细胞和其 他细胞以及细胞组分的活力改善的方法和组合物，以改善相关细胞疗 法的有效性。这些目标中的至少一些将会被本文所描述和要求保护的 发明所满足。

发明内容

本发明提供了干细胞和其他生物组合物，以及用于肺递送这样 的生物组合物的方法和设备。特别地，本发明提供了冷冻细胞组合物 和其他生物组合物及其制备方法，该组合物特别地包括干细胞。本发 明还提供了用于将冷冻生物组合物递送至患者肺部以便局部治疗肺 部病况的方法和系统，该肺部病况诸如由吸入烟雾造成的急性肺损伤、 急性呼吸窘迫综合征(ARDS)、囊性纤维化、肺气肿、慢性阻塞性肺 疾病(COPD)和其他基于肺的疾病或损伤。如权利要求和本文其他 地方所用，词语“生物组合物”是指所有类型的治疗性细胞物质和其 他生物物质，特别地包括干细胞，以及细胞衍生物，如条件培养基(CM) 和细胞外囊泡(EV)等。除了递送干细胞和其他细胞组合物之外，本 发明的制备和递送方法及系统中的至少一些可以与其他活性和非活 性的生物组合物一起使用，该生物组合物诸如细胞溶解物和/或其CM 和EV，在下文中和权利要求中被统称为“生物制品”。“冷冻”意指 细胞组合物和其他生物组合物被降低到引起细胞或生物制品的含水 内容物的至少一部分冻结，即经历液态水到固态冰的相变，的温度。

冷冻细胞和其他生物制品的至少大部分冷冻含水组分在冻结后 将始终保持冷冻，直到递送和释放至患者的肺，特别是肺的主支气管 或分支支气管。特别地，在本发明中有用的冷冻干细胞和其他生物制 品将不包括在使用时冻干(冷冻干燥)的组合物，即在含水内容物最 初冻结之后冻干的组合物。也就是说，本发明的一个重要方面是细胞 组合物和其他生物组合物的保留的冷冻含水内容物在尽可能接近向 肺中释放的时间解冻或融化，优选地释放之后解冻或融化，在下文中 将会更详细描述的。然而，在一些情况下，在通过本文所述的方法冻 结之前可能能够用水相将冻干的或其他干燥的干细胞组合物和其他生物制品重构。

为了递送到肺的较深区域，期望冷冻干细胞具有小于100μm， 通常小于80μm，往往小于40μm，且有时小于10μm的平均直径。 示例性的大小范围为100μm至4μm，往往为80μm至10μm，时常 为40μm至10μm，且有时为20μm至10μm。非细胞生物制品将会 小得多，往往在10nm至1000nm的范围内。许多完整干细胞和其他 生物制品将会具有大于该期望大小的平均直径，可能有必要或者期望 在冻结前或冻结后(通常是在冻结后)将该细胞或生物制品粉末化或 微粉化。冻结的(可选微粉化的)干细胞和其他生物制品可以随后递 送至患者，通常是通过呼吸管，其中冷冻干细胞或者其他生物制品被 夹带在呼吸气体中，该呼吸气体使患者换气，使得所述细胞和其他生 物组合物通过患者的自然或诱导呼吸循环被携带至患者肺部的较深 区域中。可选地，冷冻干细胞和其他生物制品可以与其他材料一起被 夹带，该材料诸如其他有助于维持温度以抑制冷冻干细胞和其他生物 制品的提前解冻的冷冻颗粒。替代地或附加地，添加的冷冻颗粒还可 以全身地和/或在肺中局部地引起体温降低，据信这增强生物组合物的 摄取和/或功效。

本发明的冷冻干细胞和其他生物制品的使用相对于肺递送方法 具有几项优点，包括但不限于冻结可以防止干细胞的坏死和/或凋亡 (即，程序化细胞死亡)。通过进一步采用低能量微粉化技术，干细胞 组合物可以被粉末化到供递送的最佳大小范围，同时防止或抑制由高 能量超声系统引起的类型的细胞和/或蛋白质损伤。这些优点有助于在 干细胞被递送至目标位置进行沉积时对其进行保护，从而使治疗和处 理潜力最大化。此外，冷冻干细胞和其他生物制品在其被释放时的相 变可以有助于干细胞的靶向或“局部”施用。通过在冷冻相期间递送 干细胞，干细胞在接近和到达其预定靶标前一直被保护，这是本发明 的主要益处。

本发明的第一方法提供了冷冻生物颗粒(FBP)向患者肺部的递 送。将呼吸气流递送至所述患者肺部的支气管；并且还将来自FBP源 的FBP递送至肺支气管。通过将所述FBP夹带在所述呼吸气体中， 所述FBP可以被所述呼吸气体携带至下肺中。

在所述第一方法的具体方面，所述FBP在处于所述FBP源中 时是冷冻的并且保持冷冻直到它们被释放至肺中。在更具体的方面， 所述呼吸气体和所述FBP通过呼吸管的单独管腔递送，或者可以通 过呼吸管的共同管腔递送。通常，在所述患者的吸气循环中的一些吸 气循环的至少一部分期间但不在所述患者的呼气循环期间递送所述 呼吸气体和所述FBP。

将所述FBP递送至肺可以包括提供FBP的团注(bolus)，并 使一定体积的运载气体流过所述团注以将所述FBP夹带在所述流动 运载气体中，从而产生夹带FBP的流动运载气流，所述流动运载气流 通过与所述呼吸气体隔开的FBP管腔递送至肺。通常，来自所述夹带FBP的流动运载气流的运载气体的至少一部分被排放以产生气体减 少的夹带FBP的流动运载气流，其中将所述气体减少的夹带FBP的 流动运载气流递送至所述FBP管腔。

本发明的第二方法提供了冷冻生物颗粒(FBP)向患者肺部的递 送。将FBP的多个团注分散到流动运载气体中以将所述FBP夹带在 所述流动运载气体中，从而产生夹带FBP的流动运载气流。与所述患 者的吸气循环同步地将所述夹带FBP的流动运载气流与单独的呼吸 气流同时递送至所述患者的肺。

在第二方法的具体方面，随每次吸气递送单个团注，其中通过 调整由呼吸机递送的吸气速率来控制FBP的量。通常通过调整各个 团注中FBP的量来控制递送至所述患者的FBP的量。呼吸气体的潮 气量(tidal volume)被递送至所述患者，包括在每次吸气循环中递送 的呼吸气体体积和运载气体体积的总和。通常，可以通过在将所述FBP 分散在所述夹带FBP的流动运载气流中之后，并在向所述患者的肺 递送所述夹带FBP的流动运载气流和单独的呼吸气流之前，从所述 夹带FBP的流动运载气流排放所述运载气体的一部分以产生减少的 夹带FBP的流动运载气流，来将递送至所述患者的总呼吸气体的潮 气量调整至目标水平。总呼吸气体的潮气量的目标水平通常在每次吸 气循环150ml至1000ml的范围内。

根据本发明的用于将冷冻生物颗粒(FBP)递送至患者肺部的系 统包括管状装置，用于通过所述患者的气管推进至支气管。所述管状 装置具有穿过其中的一个或多个管腔，并且外部FBP源被配置用于 通过所述管状装置的至少一个管腔将FBP递送至所述支气管。外部 呼吸气体源被配置用于通过所述管状装置的至少一个管腔将FBP递 送至所述支气管，使得所述FBP变得被夹带在所述呼吸气体中并被 所述呼吸气体携带至所述患者肺部的下部区域。

在系统的特定方面，所述FBP和所述呼吸气体都被连接以便通 过呼吸管中的共同管腔递送。或者，所述FBP和所述呼吸气体可以都 被连接以便通过呼吸管中的单独管腔递送。

在更具体的方面，所述系统包括控制器，其中所述控制器可以 被配置用于调整通过所述至少一个管腔递送来自所述外部FBP源的 FBP的量或速率。所述控制器可以替代地或进一步地被配置用于调整 通过所述至少一个管腔递送来自所述外部呼吸气体源的呼吸气体的 量或速率。

本发明的系统通常还包括外部冷冻盐水颗粒(FSP)源，其被配 置用于通过所述管状装置的所述至少一个管腔递送至所述支气管，其 中所述控制器被配置用于调整通过所述至少一个管腔进行的从所述 外部FSP源的FSP递送的递送量或递送速率。所述外部FBP源可以 包括用于提供FBP的团注并使一定体积的运载气体流过所述团注以 将所述FBP夹带在所述流动运载气体中从而产生夹带FBP的流动运 载气流的装置。所述外部FBP源通常还将包括用于从所述夹带FBP 的流动运载气流排放所述运载气体的一部分以产生气体减少的夹带 FBP的流动运载气流的装置，其中将所述气体减少的夹带FBP的流 动运载气流被递送至所述FBP管腔。

在替代的方面，本发明的系统还可以包括控制器，其被配置用 于控制所述运载气体的排放，以产生处于每次吸气循环150ml至1000 ml范围内的向所述患者递送的总呼吸气体的潮气量。例如，所述控制 器被配置用于排放原始存在于所述夹带FBP的流动运载气流中的气 体的至少50％，以产生所述气体减少的夹带FBP的流动运载气流。

本发明还提供了包括具有水相的生物材料的物质组合物，其中 所述水相是冷冻的，使得所述材料被形成为具有4μm至100μm范围 内的大小的可流动颗粒，并且其中所述颗粒能够通过正常或诱导的呼 吸被携带至患者的下肺中。这些物质组合物中的生物材料通常包括干 细胞，所述干细胞在仍然冷冻的情况下于肺中释放后保持活力(remainviable)，并且之后通过正常或诱导的呼吸被携带至下肺中。

在根据本发明的又一方法中，通过获得、生长或以其他方式提 供活的生物细胞来产生冷冻生物颗粒(FBP)。在低温保护剂、提供 生长因子的蛋白质和合适的生长培养基的存在下将所述细胞在盐水 中被冻结。所述生物细胞可以包括干细胞；所述蛋白质可以包括人血 清白蛋白和/或胎牛血清；并且所述低温保护剂可以包括DMSO、聚乙 烯吡咯烷酮(PVP)、甘油、聚乙二醇(PEG)、乙二醇和/或海藻糖。 所述冷冻细胞被收集并维持在它们所处的条件下，并保持冷冻水相。

通常，冻结包括以0.5℃/min至2℃/min范围内的受控速率冷 却所述细胞以形成小丸。所述细胞可以被冻结成小丸、冷冻细胞的大 块等，并且通常会被粉碎或粉末化，以形成适用于肺部递送至患者同 时维持冷冻状况的形式。或者，冻结可以包括将所述干细胞的雾喷射 到液态气体中。在所有情况下，所述冷冻细胞的聚集体、小丸和/或块 可以被粉碎成具有4μm至100μm范围内的平均直径的颗粒，但对于 非细胞生物制品，所述大小可显著小于该范围。例如，所述细胞的大 冷冻块可以被破碎成碎片，并将所述碎片粉碎成具有4μm至100μm 范围内的平均直径的颗粒。

附图说明

本发明的新颖特征在所附权利要求书中具体阐述。通过参考以 下对利用本发明原理的说明性实施方式加以阐述的详细描述以及附 图，将会对本发明的特征和优点获得更好的理解，在附图中：

图1图示了系统，其包括具有颗粒递送管腔和呼吸气体管腔二 者以供向患者递送冷冻生物颗粒(FBP)和可选的冷冻盐水颗粒(FSP) 的雾的气管插管。

图1A图示了适用于将FBP微粉化的螺旋喷射碾机。

图1B图示了用于通过将携带干细胞或其他生物制品的液体喷 射到液氮浴中来产生FBP的替代方法。

图2是图示了在向患者递送FBP/FSP时有用的示例性递送模式 的图表。

图3是在向患者递送FBP/FSP时有用的具有冷却套的患者接口 管(PIT)的示意图。

图4和图5图示了在向患者递送FBP/FSP时有用的组合式呼吸 机-PIT。

图6图示了在向患者递送FBP/FSP时有用的具有可移动内隔膜 的组合式呼吸机-PIT。

图7图示了在向患者递送FBP/FSP时有用的用于生成和控制 FBP流和呼吸气体以供通过PIT和呼吸机管进行递送的系统。

图8图示了用于向流动气流中注入经测量的FBP团注的螺栓和 后膛组装件。

图9A-图9D图示了用于产生FBP团注的图8的螺栓和后膛组 装件的分步使用。

图10A和图10B图示了可以安设在图8的螺栓和后膛组装件下 游的、用于分别减少携带FBP的气体体积和防止呼出气体回流的夹 紧式通气孔和隔离阀。

具体实施方式

还可以采用不同的冻结方法。例如，可以进行冻结来产生冷冻 细胞的大块，而不是形成小丸。可以使用敲击或其他手段使该块破碎， 然后进行粉碎。

进一步的示例性冻结过程将会通过雾化喷嘴将稀释水相中的干 细胞或其他生物制品直接喷入LN

管状装置12向患者P的肺L直接递送呼吸气体和FBP以及可 选的FSP。管状装置12将会被配置用于通过患者的食管和气管在口 腔内放置并且将会包括套囊14，该套囊14可以经由膨胀管16膨胀 以便按对于气管插管而言常规的方式在患者的主支气管MB内隔离管状装置的远端。管状装置12被示出为单个主体或挤压件，其具有 终止于单独的远端端口18和远端端口20之中的至少两个管腔，以分 别向患者的肺L单独递送呼吸气体和FBP。远端端口18和远端端口 20通常将会但不一定轴向地隔开或以其他方式隔开，以抑制FBP向 呼吸管腔中回流——FBP的回流可以导致FBP的融化和重新冻结， 而这转而可以引起呼吸管腔的堵塞。通常，呼吸气体端口将会安设在 主支气管MB中的上游(朝向口M)以使任何直接污染减到最小。此 外，如下文将会描述，优选地仅在患者吸气循环期间递送FBP和FSB， 使得FBP/FSP在患者的呼气循环期间进入呼气管腔的风险得以降低。 在如下所述的其他实施方式中，管状装置可以包括与呼吸气体递送管 道分隔开的FBP和可选FSP的递送管道。单独的FBP/FSP递送管道 和呼吸气体递送管道可以同轴布置、平行布置、相对螺旋缠绕布置等。

在已使用管状装置12对患者P进行插管之后，将会以常规方 式从呼吸机或其他呼吸源22提供呼吸空气。此外，将会通过阀26从 FBP/FSP源24递送FBP/FSP的连续团注。如图所示，阀26控制 FBP/FSP流，但在下文描述的其他实施方式中，单独的“喷发”阀将 会提供夹带FBP/FSP的运载气体的爆发，以便与呼吸气体混合并将 FBP递送至肺中。控制器28通过位于管状装置12的出口处的温度传 感器30感测患者呼气的温度。

通常，将会仅在吸气循环的一部分中递送FBP和可选的FSP。 例如，如图2中所示，可以例如通过使用测量呼吸机22的输出压力 的压力传感器来监测患者的吸气或通气压力P，如图2的顶部所示。 所述压力通常将会是正弦波80，并且最小值出现在连续吸气/通气之间。如图2从顶部起的第二幅图中所示，可以在通常发生于吸气/通气 循环中期的一系列爆发或喷发82中递送FBP。爆发或喷发的数目以 及每一单个爆发或喷发中的冰量可以改变，并且当然，喷发数目和/或 每次喷发体积越大，则转化为对患者的冷却会越强。

尽管对喷发的使用由于其有助于防止系统的冰递送组件发生堵 塞而是期望的，但它并非必需。冻结颗粒可以备选地在单个尖峰86中 递送，其中分别如图中实线和虚线所示，可以通过控制尖峰的持续时 间或速率来改变尖峰中的冻结颗粒的量。类似地，爆发不必是以方波 的形式，而是还可以具有如图2的底部所示的时变分布。再一次地， 递送的持续时间或速率将会决定在任何给定尖峰或释放中递送的冻 结颗粒的总量。

如图3中所示，患者接口管(PIT)100可以用于FBP/FSP的气 管内递送，并提供(1)用于递送冷冻生物制品/盐水的管腔，(2)环 形冷却空间，和(3)温度监测系统。冷却剂如冻结空气或气体(其可 以与呼吸气体相同)循环经过围绕FBP/FSP递送管道102同轴安设的环形冷却空间104。FBP/FSP递送管腔的温度可以使用一个或多个温 度传感器106进行监测，并且可以通过计量冷却剂经过环形冷却空间 的流速和/或通过控制进入环形冷却空间的冷却剂的温度来精确控制。 PIT 100将会是绝热的，以防止损伤患者的气管，并且可以由金属或 聚合物材料构建而成。此外，在离开环形冷却空间后，冻结空气可以 用于冷却手术或实验所需的其他组件。温度监测传感器106可以是热 电偶、热敏电阻、RTD等，并且可以按预选的间隔或位置沿着FBP递 送管道102的长度(通常沿着其内表面)放置，以提供温度监测和/或 主动反馈控制。通过FBP递送管道102中的FBP递送管腔110来递 送FBP，并且通常将会在FBP递送管道102的外部上提供绝热层108， 以保护患者的气管和食管免受环形冷却空间104的低温的损害。

PIT可以形成为集成单元，以在具有至少两个隔离管腔的单个 装置中提供呼吸气体递送和FBP递送。可以对这样的集成式PIT呼 吸机管实施方式进行主动加热、主动冷却或者既主动加热又主动冷却， 以确保FBP递送管腔处于用于冻结盐水递送(如上所述)的适当温度 下，以及在期望的温度下递送呼吸气体。

示例性多管腔集成式呼吸机管-PIT 200在图4和图5中示出， 并且包括在设计和尺寸方面与常规气管插管相似的聚合物主体202。 如图5中所示，PIT主体202通常形成为三角形挤压件，其有利于通 过喉到达肺。保持患者声带的喉部在扩张时具有大致为三角形的周缘， 并且主体202的必须穿过喉的部分可以具有在大小和形状方面相似的 周缘，使得可用于创建FBP管腔、呼吸机(呼吸气体)管腔和任何其 他管腔的主体内部区域可以最大化。

主体202通常将会具有至少若干个管腔，包括一个管腔204用 于使用常规机械呼吸机给患者通气，以及另一管腔206用于在患者的 吸气循环期间递送FBP。通气管腔204和FBP管腔206通常将会在 其整个长度上彼此隔离，以限制患者呼气期间FBP与暖湿空气的混合。温暖的呼出空气中的水分可能在FBP管腔的壁上冻结，并且该暖 空气还可能使FBP部分地融化，从而在FBP管腔中产生更多的自由 液体。来自这两个来源的液体可能在FBP管腔壁上重新冻结，而这转 而可能堵塞管腔并显著降低系统的性能。

可选地，多管腔挤出PTI主体内的一个或多个内壁或隔膜可以 被形成为响应于跨壁或隔膜的压力差变化而重新定位。如图6中所示， 具有挤出聚合物主体252的PIT-呼吸机管250可以具有由可移动隔膜 258隔开及隔离的FBP递送管腔254和通气管腔256。在吸气期间， 当呼吸气体压力小于FBP递送压力时，隔膜258将会移动，从而产生 如实线所示的FBP递送管腔254的更大横截面面积。相反，在没有递 送FBP的呼气期间，呼气压力将会更大，从而使隔膜258的位置移动 以使通气管腔256的面积最大化，这将会降低回压。

现在参照图10，对于通过上述PIT来递送FBP/FSP有用的 FBP/FSP发生器和控制器350通常将会包括多个单独的组件，用于生 成和控制递送到上文所述的任何PIT和呼吸机管组装件的单独 FBP/FSP团注的数目。FBP发生器和控制器350通常还将会根据需要 以及如本文其他各处所述向系统的其他部分提供冷却气体。通常，呼 吸机352将会是单独的系统组件，经常是经改进以与FBP/FSP发生器 相结合地受控的商用单元。特别地，可以连接压力传感器353以测量 呼吸机352的输出压力，并向FBP发生器和控制器350的控制器370 提供压力信号。压力传感器353可以是商用系统的一部分，或者可以 被添加到商用系统中。在任一情况下，压力传感器353将会用于监测 由呼吸机产生的吸气和呼气循环。通常，控制器370还将会与呼吸机 352电接合，从而使得呼吸机的操作参数可以由控制器370进行调整。在其他实施方式中，呼吸机可以作为FBP发生器和控制系统本身的 一部分而提供，从而可以将FBP发生器和呼吸机两者的所有组件包 含在单一单元中。

FBP/FSP发生器和控制器350将会包括气体源372，以提供用 于分散FBP并将分散的FBP递送至PIT的加压气体。气体源372将 会是无毒的，并且通常包括常规的呼吸气体，诸如空气、氧气、氦氧 混合气或者可用于常规患者通气的任何类型的气体。通常将会在加压气体瓶中提供气体，但也可能使用用于生成压缩空气或其他呼吸气体 的压缩机。通过热交换器374(通常为液氮冷却器)递送来自气体源 372的加压气体，该热交换器374在加压气体被用于分散FBP之前降 低该气体的温度。来自热交换器374的至少大部分气体将会被递送至 “喷发”阀376，并且将会用于分散FBP，但也可以取出侧流377以 在系统内提供各种其他冷却功能，例如图3中所图示的PIT的冷却。

喷发阀376由控制器370控制，从而使得喷发阀376将会打开 以允许加压气体在患者的吸气循环期间流动，以便生成用于在吸气循 环期间递送给患者的FBP。具体而言，来自喷发阀376的气体流入 FBP分散单元380中(其在下文结合图11而得到最佳描述)，并且 所得到的FBP团注继而通常将会流入形成阻塞和通气阀单元386的 一部分的阻塞阀382。阻塞阀382将会与喷发阀376同时打开，并且 将会在患者的呼气循环期间关闭，以抑制呼出气体向PIT和冷却系统 的其他部分中的回流。

形成阻塞和通气阀单元386的一部分的通气阀384用于不同的 目的。当在通过特定发生器380的喷发气体的流动中递送FBP时，通 气阀384也将会在吸气循环的至少一部分期间打开。已经发现，FBP 的完全分散需要相对较大体积的分散气体。虽然分散气体是无毒的， 并且通常将会是与由呼吸机递送的呼吸气体相同的气体，但是不期望 分散气体在每个吸气循环期间形成待递送给患者的潮气量的大部分。 通气阀允许过量分散气体的一部分从系统排出。一旦FBP在穿过颗 粒分散单元380之后在分散气体的喷发中分散，就有可能排出来自流 动的FBP流的这些“载体”或分散气体的很大部分。因此，通过提供 通常与流量控制孔口(未示出)相结合的通气阀384，载体或分散气 体的很大部分可以在被递送给患者之前从系统流出。通常可以排出多 于50％，通常多于60％，有时多达80％以上的分散气体。以这种方式， 递送给患者的呼吸气体的大部分将会来自呼吸机352，该呼吸机352 可以受到控制以便以更正常的方式维持患者通气，并且还可以用于递 送麻醉剂或用于其他治疗目的。如下文更详细地示出，离开阻塞/通气 阀单元386的气体继而将会被递送至PIT。

来自呼吸机352的气体还可以可选地穿过热交换器375，该热 交换器375通常再次将会是液氮热交换器。用于冷却呼吸气体的热交 换器可以与用于冷却分散气体的热交换器374相同。在呼吸机的输出 处提供热交换器375，优选地，为返回到呼吸机的呼出气体提供旁路 377。

现在参照图8，颗粒分散单元380通常将会包括FBP/FSP料斗 400，该FBP/FSP料斗400维持在诸如液氮冷却器或热电冷却器或其 他冻结器等之中的冷环境中。可选地，可以将料斗配置用于直接从雾 化/冻结通道接收FBP，如上文结合图1B所图示和讨论。混合器402 帮助FBP向下流动通过滑槽404进入区段或后膛408内的测量容器 406。区段408包括与滑槽404相交的横向通道410，从而使得FBP 以可重复的方式落入通道410内的滑槽的部分中以在其中提供经测定 量的FBP。如下文将会更详细描述，具有中空孔414的螺栓412被安装成使得可以将开放远端14推进到测量容器406中，以分离出FBP 的测定部分。螺栓如图所示进行轴向往复运动，但还可以使用旋转螺 栓系统。螺栓412的近端418具有近端配件420，该近端配件420与 柔性管线422连接，该柔性管线422接收来自图10中所示的喷发阀 376的分散气体。锥形管422与区段408中的通道410的下游端连接， 从而可以将FBP递送至同样如图10中所示的与阻塞/通气阀组装件 386连接的管线426。

现在参照图9A-图9D，在图9A中示出了测量和分散循环开始 时的FBP/FSP颗粒分散单元380。螺栓412沿箭头428的方向向远端 推进，从而使得开放远端416穿过测量容器406中的FBP/FSP的一部 分并对其“取芯”。

在螺栓412已经穿过测量容器406之后，终止螺栓的推进，并 打开喷发阀376，以如图9C中的箭头430所示释放分散气体“喷发” 经过管线422并进入螺栓412的中空孔414中。分散气体使已经存在 于孔414中的FBP排出，从而使得分散的FBP的团注432得以分散 并被推进经过锥形管424并进入如图7中所示的通向阻塞/通气阀组 装件386的传送管426中。

如图9D中所示，在已经递送FBP/FSP的团注432之后，螺栓 412可以回缩到其测量容器406上游的初始位置，从而允许额外的 FBP通过重力落入测量容器中。继而颗粒分散单元380准备好用于下 一次团注生成循环，该循环通常将会由控制器370在患者的下一次吸气循环时生成。

现在参照图10A-图10B，将会对阻塞/通气阀单元386的示例性 实施方式进行描述。阻塞阀382和通气阀384通常都将会是“夹紧” 阀，该“夹紧”阀分别包括相对的夹紧元件438和夹紧元件440。从 颗粒分散单元380接收分散的FBP/FSP的分散管线426将会是柔性管，从而使得夹紧元件438和夹紧元件440可以封盖在管上，以便选 择性地如图10A中所示关闭经过该管的管腔，或者如图10B中所示 打开所述管腔。阀382和阀384将会全都关闭，并在患者的呼气循环 期间帮助抑制呼出气体通过PIT和系统的任何其他部分的回流。然而，当向吸入气体中递送FBP/FSP时，阀382和阀384将会打开。打开阀 382允许FBP/FSP流至PIT，而打开通气阀384允许过量的运载气体 从分散的气流排出，从而使得从分散气流递送至患者的呼吸气体量相 对于通过来自呼吸机的呼吸气流递送的量得到降低。

本发明提供了包括但不限于以下实施方式：

1.一种用于将冷冻生物颗粒(FBP)递送至患者的肺的方法，所 述方法包括：

将呼吸气流递送至所述患者的肺的支气管；以及

将来自FBP源的FBP递送至所述肺的支气管；

其中所述FBP被夹带在所述呼吸气体中并被所述呼吸气体携带 至下肺中。

2.如实施方式1所述的方法，其中所述FBP在处于所述FBP源 中时是冷冻的，并且所述FBP保持冷冻直到被释放至肺中。

3.如实施方式1所述的方法，其中所述呼吸气体和所述FBP通 过呼吸管的单独管腔递送。

4.如实施方式1所述的方法，其中所述呼吸气体和所述FBP通 过呼吸管的共同管腔递送。

5.如实施方式1所述的方法，其中在所述患者的吸气循环中的一 些吸气循环的至少一部分期间、但不在所述患者的呼气循环期间递送 所述呼吸气体和所述FBP。

6.如实施方式1所述的方法，其中将FBP递送至肺包括提供FBP 的团注，并使一定体积的运载气体流过所述团注以将所述FBP夹带 在流动的所述运载气体中，从而产生夹带FBP的流动运载气流，所述 夹带FBP的流动运载气流通过与所述呼吸气体分隔开的FBP管腔递 送至肺。

7.如实施方式6所述的方法，还包括从所述夹带FBP的流动运 载气流中排放所述运载气体的一部分以产生气体减少的夹带FBP的 流动运载气流，其中将所述气体减少的夹带FBP的流动运载气流递 送至所述FBP管腔。

8.一种用于将冷冻生物颗粒(FBP)递送至患者的肺的方法，所 述方法包括：

将FBP的多个团注分散到流动运载气体中以将所述FBP夹带在 所述流动运载气体中，从而产生夹带FBP的流动运载气流；

与所述患者的吸气循环同步地将所述夹带FBP的流动运载气流 与单独的呼吸气流同时递送至所述患者的肺。

9.如实施方式8所述的方法，其中随每次吸气递送单个团注，其 中通过调整由呼吸机递送的吸气速率来控制FBP的量。

10.如实施方式8所述的方法，其中通过调整各个团注中FBP的 量来控制递送至所述患者的FBP的量。

11.如实施方式10所述的方法，其中递送至所述患者的呼吸气体 的潮气量包括在每次吸气循环中所递送的呼吸气体体积和运载气体 体积的总和。

12.如实施方式11所述的方法，其中通过以下方式将递送至所述 患者的总呼吸气体的潮气量调整至目标水平：在将所述FBP分散在 所述夹带FBP的流动运载气流中之后、并在向所述患者的肺递送所 述夹带FBP的流动运载气流和单独的呼吸气流之前，从所述夹带FBP 的流动运载气流排放所述运载气体的一部分以产生减少的夹带FBP 的流动运载气流。

13.如实施方式12所述的方法，其中所述总呼吸气体的潮气量的 目标水平在每次吸气循环150ml至1000ml的范围内。

14.一种用于将冷冻生物颗粒(FBP)递送至患者的肺的系统，所 述系统包括：

管状装置，其被配置用于通过所述患者的气管推进至支气管，所 述管状装置具有穿过其中的至少一个管腔；

外部FBP源，其被配置用于通过所述管状装置的所述至少一个管 腔将FBP递送至所述支气管；以及

外部呼吸气体源，其被配置用于通过所述管状装置的所述至少一 个管腔将FBP递送至所述支气管；

其中所述FBP被夹带在所述呼吸气体中并被所述呼吸气体携带 至所述患者的肺的下部区域。

15.如实施方式14所述的系统，其中所述FBP和所述呼吸气体 都被连接以便通过呼吸管中的共同管腔递送。

16.如实施方式14所述的系统，其中所述FBP和所述呼吸气体 都被连接以便通过呼吸管中的单独管腔递送。

17.如实施方式14所述的系统，还包括控制器。

18.如实施方式14所述的系统，其中所述控制器被配置用于调整 通过所述至少一个管腔递送来自所述外部FBP源的FBP的量或速率。

19.如实施方式17所述的系统，其中所述控制器还被配置用于调 整通过所述至少一个管腔递送来自所述外部呼吸气体源的呼吸气体 的量或速率。

20.如实施方式14所述的系统，还包括外部冷冻盐水颗粒(FSP) 源，该FSP被配置用于通过所述管状装置的所述至少一个管腔递送至 所述支气管，其中所述控制器被配置用于调整通过所述至少一个管腔 进行的从所述外部FSP源的FSP递送的递送量或递送速率。

21.如实施方式14所述的系统，其中所述外部FBP源包括用于 提供FBP的团注并使一定体积的运载气体流过所述团注以将所述 FBP夹带在所述流动运载气体中从而产生夹带FBP的流动运载气流 的装置。

22.如实施方式21所述的系统，其中所述外部FBP源还包括用 于从所述夹带FBP的流动运载气流中排放所述运载气体的一部分以 产生气体减少的夹带FBP的流动运载气流的装置，其中将所述气体 减少的夹带FBP的流动运载气流被递送至所述FBP管腔。

23.如实施方式22所述的系统，还包括控制器，其中所述控制器 被配置用于控制所述运载气体的排放，以产生向所述患者递送的总呼 吸气体的潮气量，该潮气量在每次吸气循环150ml至1000ml范围 内。

24.如实施方式23所述的系统，其中所述控制器被配置用于排放 原始存在于所述夹带FBP的流动运载气流中的气体的至少50％，以 产生所述气体减少的夹带FBP的流动运载气流。

25.一种物质组合物，该物质组合物包括具有水相的生物材料， 其中所述水相是冷冻的，使得所述材料被形成为具有4μm至100μm 范围内的大小的可流动颗粒，其中所述颗粒能够通过正常呼吸或诱导 的呼吸被携带至患者的下肺中。

26.如实施方式25所述的物质组合物，其中所述生物材料包括干 细胞，所述干细胞在仍然冷冻的情况下于肺中释放后保持活力，并且 之后通过正常呼吸或诱导的呼吸被携带至下肺中。

27.一种用于产生冷冻生物颗粒的方法，所述方法包括：

提供活的生物细胞；

在低温保护剂和蛋白质的存在下，在盐水中冻结所述细胞；以及

收集所冷冻的细胞，其中所收集的细胞保持冷冻水相。

28.如实施方式27所述的方法，其中所述冻结包括以0.5℃/min 至2℃/min范围内的受控速率冷却所述细胞以形成小丸。

29.如实施方式27所述的方法，其中冻结包括冻结成冷冻细胞的 大块。

30.如实施方式27所述的方法，其中冻结包括将所述干细胞的雾 喷射到液态气体中。

31.如实施方式28所述的方法，还包括将所述小丸粉碎成具有4 μm至100μm范围内的平均直径的颗粒。

32.如实施方式29所述的方法，还包括将所述大块破碎成碎片， 并将所述碎片粉碎成具有4μm至100μm范围内的平均直径的颗粒。

33.如实施方式27所述的方法，其中所述生物细胞包括干细胞。

34.如实施方式27所述的方法，其中所述低温保护剂选自人血清 白蛋白、胎牛血清、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、甘油、聚乙二醇(PEG)、 海藻糖和乙二醇。

35.如实施方式27所述的方法，其中所述极性非质子溶剂是 DMSO。

已经出于说明和描述的目的呈现了本发明各个实施方式的前述 描述。本发明并不旨在仅限于所公开的精确形式。许多修改、变形和 改进对本领域技术人员而言将会是显而易见的。例如，可以对装置的 实施方式进行大小调整以及按其他方式使其适于各种儿科应用以及 各种兽医应用。本领域技术人员还将认识到或者能够仅仅使用常规实 验来确定本文所述的特定装置和方法的许多等同项。这样的等同项被 认为属于本发明的范围内，并且由下文所附权利要求书所涵盖。来自 一个实施方案的元件、特性或行为可以容易地与来自其他实施方式的 一个或多个元件、特性或行为重新组合或由它们所代替，从而形成本发明范围内的多种附加实施方式。此外，所示出或描述为与其他元件 相结合的元件可以在各实施方式中作为独立元件存在。因此，本发明 的范围不限于所述实施方式的细节，而是仅由所附权利要求书予以限 定。