DE602004013257T2

DE602004013257T2 - Implantate mit lebender Gewebe zur Reparatur von Gewebeschäden oder Gewebedefekten

Info

Publication number: DE602004013257T2
Application number: DE602004013257T
Authority: DE
Inventors: Alexander M. Harmon; Stephanie M. Kladakis; Julia Hwang
Original assignee: DePuy Mitek LLC
Current assignee: DePuy Mitek LLC
Priority date: 2003-12-05
Filing date: 2004-12-03
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2024-12-04
Also published as: AU2004226996A1; CA2487042A1; US7901461B2; EP1958651A3; EP1958651A2; EP2338533B1; US8641775B2; JP2005169112A; EP1958651B1; US20050125077A1; US20110177134A1; AU2004226996B2; EP1537883A3; EP2338533A1; EP1537883B1; CA2487042C; DE602004013257D1; EP1537883A2; JP4846233B2

Description

QUERBEZUG ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Nicht anwendbar.
AUSSAGE BEZÜGLICH STAATLICH GEFÖRDERTER FORSCHUNG
Nicht anwendbar.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Gewebeimplantate für die Behandlung von Gewebeverletzungen oder -schädigungen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Versorgung von Gewebe und vergrößernde Implantate und genauer Gewebeimplantate mit wachstumsfähigen Zellen, die zur Regeneration und Integration von Gewebe mit Gewebe, das das Gebiet umgibt, das versorgt werden soll, in der Lage sind, ebenso wie Verfahren zum Verwenden derartiger Gewebeimplantate.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Verletzungen am Gewebe, so wie Knorpel, Haut, Muskel, Knochen, Sehne und Band, bei denen das Gewebe verletzt oder traumatisiert ist, erfordern oftmals einen chirurgischen Eingriff, um den Schaden zu versorgen und das Heilen zu erleichtern. Eine solche chirurgische Versorgung kann das Nähen oder anderweitige Versorgen des geschädigten Gewebes mit bekannten medizinischen Vorrichtungen, das Vergrößern des geschädigten Gewebes durch weiteres Gewebe, wobei ein Implantat, ein Transplantat oder irgendeine Kombination aus diesen Techniken verwendet wird, umfassen. Zum Beispiel offenbart Megumi u. a. (Aesthetic Plastic Surgery, 1988, 12(29: 89–93) die Verwendung weichen Gewebes und Knorpels bei einer vergrößernden Nasenplastik, während Nolst u. a. (Rhinology, 1987, 25(49: 225–236) das Neuimplantieren herausgeschnittenen Nasenscheidewandknorpels offenbart. Trotz dieser herkömmlichen Verfahren des Versorgens von Gewebe bleibt weiter ein Erfordernis nach chirur gischen Lösungen, die die Regeneration neuen, gesunden Gewebes erleichtern, um für ein zuverlässigeres Versorgen und Heilen des verletzten oder geschädigten Gewebes zu sorgen.
Die Suche nach einer zuverlässigen Quelle für wachstumsfähige Zellen für die Geweberegeneration ist seit Jahren betrieben worden. Jüngste Gewebezüchtungstechniken zum Versorgen von Gewebe haben typischerweise das Ersetzen oder Neuaufbauen geschädigten oder verletzten Gewebes mit Zellen, die ex vivo behandelt worden sind, um das Wachsen neuen Gewebes anzuregen, umfasst. Die Zellen werden üblicherweise in einen Zuführträger (z. B. ein Gerüst oder ein chirurgisches Implantat) für das Anordnen an der Gewebestelle eingebaut, woraufhin neues Gewebe wachsen kann. Verschiedene chirurgische Implantate sind bekannt und sind in chirurgischen Prozeduren eingesetzt worden, um dabei zu helfen, diese Nutzen zu erlangen. Zum Beispiel ist es bekannt, verschiedene Vorrichtungen und Techniken zum Erzeugen von Implantaten zu benutzen, bei denen isolierte Zellen auf einen Zuführträger geladen werden. Solche mit Zellen geimpften Implantate sind in einem in vitro-Verfahren zum Erzeugen und/oder Versorgen von Knorpel verwendet worden, indem knorpelartige Strukturen wachsen gelassen werden, die aus Chondrozyten bestehen, welche als Keime auf bioabbaubare, biokompatible, faserige polymere Matrizen ebenso wie auf Matrizen, die aus Kollagenmaterialien abgeleitet worden sind, aufgebracht sind. Derartige Verfahren erfordern die anfängliche Isolierung von Chondrozyten aus knorpelartigem Gewebe, bevor die Chondrozyten auf die polymeren Matrizen als Keime aufgebracht werden können. Weitere Techniken zum Versorgen geschädigten Gewebes benutzen Implantate mit Stamm- oder Vorläuferzellen, die verwendet werden, um das gewünschte Gewebe zu erzeugen. Zum Beispiel ist es bekannt, Stamm- oder Vorläuferzellen, so wie die Zellen in Fettgewebe, Muskel, Knochenmark oder embryonisches Gewebe, zu verwenden, um Knochen, Knorpel und andere weiche Gewebe bei einem Patienten neu zu bilden. Zum Beispiel werden Stammzellen aus dem Fett aus dem Patienten entfernt und in eine Umgebung gebracht, die die Knorpelbildung begünstigt, so dass veranlasst wird, dass sich die Zellen schnell vermehren und einen unterschiedlichen Typ Zellen erzeugen, so wie Knorpelzellen.
Während der Trend zum Verwenden von Gewebezüchtungsansätzen, um Gewebe zu versorgen, weiter an Beliebtheit gewinnt, hauptsächlich wegen des langfristigen Nutzens, der den Patienten gegeben wird, sind diese gegenwärtigen Techniken nicht ohne Nachteile. Ein Nachteil bei vorliegenden Gewebezüchtungstechniken ist, dass sie zeitaufwändig sein können. Eine typische Prozedur umfasst das Entnehmen einer Gewebeprobe aus dem Patienten in einer ersten chirurgischen Prozedur, die dann für die Zellisolation, -kultur und -verstärkung in ein Labor transportiert wird. Die Zellprobe wachst über eine Dauer von 3 bis 4 Wochen, wobei standardmäßige Zellkulturtechniken verwendet werden, um eine Zellbank zu erzeugen. Sobald die Zellenpopulation einen Zielwert erreicht hat, werden die Zellen zurück an den Chirurgen zum Implantieren während einer zweiten chirurgischen Prozedur geschickt. Dieser manuelle, arbeitsintensive Prozess ist extrem teuer und zeitaufwändig. Obwohl die klinischen Daten langfristige Nutzen für den Patienten nahe legen, haben die unerschwinglichen Kosten für die Prozedur, zusammen mit dem traumatischen Einfluss zweier chirurgischer Prozeduren, die Akzeptanz dieser Techniken eingeschränkt.
Ein Verfahren für die Versorgung von Gewebe hat darin bestanden, in eine schadhafte Stelle ein Implantat zu bringen, das aus kultivierten und verstärkten Zellen und einem Gerüst aufgebaut war, welches die strukturelle Einheitlichkeit und ein Oberflächengebiet für das Anhaften und schnelle Wachstum der Zellen zur Verfügung gestellt hat. In der Vergangenheit haben derartige Gerüste hauptsächlich aus zwei- oder dreidimensionalen porösen Gerüsten bestanden, welche das Eindringen von Zellen und den erneuten Aufbau erlauben, sobald das Gerüst mit lebenden Zellen kombiniert worden ist und in den Patienten gebracht worden ist. Dieses Modell ist in seiner Anwendung wegen der zweiten Operation und den damit verbundenen hohen Kosten beschränkt. Und obwohl artgleiche Transplantate in der Vergangenheit für die Versorgung von Gewebe verwendet worden sind, ist diese Lösung wegen der beschränkten Verfügbarkeit von Transplantatmaterial und der Möglichkeit der Übertragung von Krankheiten auch nicht ideal.
Aus diesen Gründen besteht weiter auf diesem Gebiet ein Bedürfnis nach neuen Vorrichtungen und Verfahren zum Neubilden von Gewebe, die weniger zeitaufwändig und einfacher einzurichten sind. Es ist auch wünschenswert, ein Implantat zur Verfügung zu stellen, das als eine zuverlässige Quelle für wachstumsfähige Zellen dienen kann und das in einer schnellen und effizienten Weise für den sofortigen Einsatz während der Operation erzeugt werden kann. Es besteht somit ein Bedürfnis nach einer kostengünstigeren Lösung zum Versorgen von Gewebeschädigungen oder -verletzungen, die auch die Vorteile des Neubildens von Gewebe liefert, ohne die Lasten der gegenwärtig verfügbaren Vorrichtungen und Verfahren für die Versorgung von Gewebe, die zuvor angesprochen worden sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein biokompatibles Gewebeimplantat zum Versorgen einer Gewebeschädigung oder -verletzung zur Verfügung, welches einen biologischen Gewebeschnitt oder -streifen aufweist, wie es in Anspruch 1 definiert ist, der als eine Quelle für wachstumsfähige Zellen dient, die zur Neubildung und/oder Versorgung von Gewebe in der Lage sind. Der biologische Gewebeschnitt kann aus gesundem Gewebe während der Gewebeversorgungsoperation entnommen werden, so dass er eine Geometrie hat, die für das Implantieren am Ort der Verletzung oder der Schädigung geeignet ist. Der entnommene Gewebeschnitt ist so dimensioniert, dass er es ermöglicht, dass die wachstumsfähigen Zellen, die innerhalb dieses Gewebeschnitts enthalten sind, herauswandern und sich schnell vermehren und mit Gewebe integrieren, das die Gewebeversorgungsstelle umgibt. Das Implantat kann an den Ort des Gewebes entweder allein oder mit einem Halteelement geliefert werden, um das Implantat am Ort der Verletzung oder der Schädigung zu sichern. Der entnommene Gewebeschnitt wird mit dünn geschnittenen Gewebefragmenten kombiniert, um das Neuwachsen von Gewebe weiter zu verstärken. Die dünn geschnittenen Gewebefragmente können in einem Hydrogel oder Klebmittel zugeführt werden, das auch als das Halteelement wirken kann. Als Option kann ein biologisch aktives Mittel dem Implantat an der Gewebeversorgungsstelle hinzugefügt werden, um weiter das Heilen oder den Wiederaufbau von Gewebe zu verbessern.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Implantat mehr als einen Gewebeschnitt aufweisen. Die Vielzahl der Gewebeschnitte kann miteinander verbunden werden, um ein geschichtetes Gewebeimplantat mit einer gewünschten Größe und Geometrie zu bilden, die für das Implantieren an der Stelle der Verletzung oder der Schädigung geeignet sind. Bei noch einer weiteren Ausführungsform kann ein Gewebeschnitt mit einem Gewebegerüst verbunden werden, um ein Verbundimplantat zu bilden. Das Implantat kann eine Vielzahl sowohl von Gewebeschnitten als auch von Gerüstschichten aufweisen. Das Gerüst kann weiter ein biologisch aktives Mittel umfassen, das die Wirksamkeit der wachstumsfähigen Zellen verbessert, welche innerhalb des Gewebeschnittes enthalten sind, damit sie wachsen und sich mit dem umgebenden Gewebegebiet integrieren.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Behandeln von verletztem oder geschädigtem Gewebe zur Verfügung, bei dem die biokompatiblen Gewebeimplantate der vor liegenden Erfindung verwendet werden, welches das Zuführen des Gewebeimplantats zu dem Ort der Gewebeverletzung oder -schädigung umfasst. Das Gewebeimplantat kann optional an dem Ort des Gewebes mit einem Halteelement gesichert werden. Sobald es implantiert ist, können die wachstumsfähigen Zellen, die in dem Implantat enthalten sind, beginnen, wieder neues Gewebe aufzubauen, das in das Gewebe integriert werden soll, welches die Versorgungsstelle umgibt. Die biokompatiblen Gewebeimplantate der vorliegenden Erfindung können für die Versorgung und/oder den Neuaufbau von erkranktem oder geschädigtem Gewebe verwendet werden. Weiter können die Gewebeimplantate für die Gewebeauflockerung, kosmetische Behandlungen, therapeutische Behandlungen, Gewebevergrößerungen und Neuaufbau von Gewebe verwendet werden. Bei Ausführungsformen, bei denen das Implantat für die Versorgung von Gewebe verwendet wird, kann das Implantat für die Gewebeversorgung verwendet werden, um eine Vielfalt von Verletzungen zu behandeln, so wie zum Beispiel Verletzungen, die innerhalb des Muskelskelettsystems auftreten, wie Verletzungen der Rotatorenmanschette, Risse des vorderen Kreuzbandes (ACL – Anterior Cruciate Ligament) oder Meniskusrisse, ebenso wie Verletzungen, die in anderen Bindegeweben, so wie Haut und Knorpel auftreten. Weiterhin können solche Implantate bei anderen orthopädischen chirurgischen Prozeduren verwendet werden, so wie bei der Hand- und Fußchirurgie, um Gewebe zu versorgen, so wie Bänder, Nerven und Sehnen.
Weil der Gewebeschnitt während der Gewebeversorgungsoperation aus wachstumsfähigem, gesundem Gewebe entnommen wird, stellt die vorliegende Erfindung eine Zellenquelle zum Versorgen der Gewebeverletzung oder -schädigung zu minimalen Kosten und ohne die Notwendigkeit zusätzlicher Operationen zur Verfügung. Dieses Verfahren erlaubt das Liefern wachstumsfähiger Zellen an eine Verletzungs- oder Schädigungsstelle ohne die Kosten der Zellisolation und -verstärkung. Weiter, da die vorliegende Erfindung es nicht erfordert, dass der Gewebeschnitt dünn in feine Teilchen geschnitten wird, wird die Handhabungszeit verringert und die Wachstumsfähigkeit der Zellen innerhalb des Gewebes wird verbessert. Ein zusätzlicher Vorteil, einen Gewebeschnitt als eine Zellquelle für wachstumsfähige, gesunde Zellen zu benutzen, liegt daran, dass der Gewebeschnitt eine native Gewebeoberfläche für das biokompatible Gewebeimplantat bilden kann, das dann ähnliche mechanische Eigenschaften wie das benachbarte Material haben wird. Der Gewebeschnitt sorgt auch für einen Struktur für das bessere Halten der Zellen an dem Ort der Verletzung oder der Schädigung, die leicht an dem Ort befestigt werden kann, indem herkömmliche Verfahren, so wie Fäden, Heftklammern oder Klebmittel verwendet werden. Zusätzlich, indem ein dünner Gewebeschnitt ver wendet wird, haben die Zellen die Fähigkeit, aus dem Gewebe zu wandern, um für eine gute Integration zwischen dem implantierten Gewebe und dem Ort der Verletzung und der Schädigung zu sorgen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung kann vollständiger aus der folgenden genauen Beschreibung im Zusammenhang mit der beigefügten beispielhaften Zeichnung verstanden werden, wobei:
1A eine beispielhafte Ausführungsform des Gewebeimplantats veranschaulicht, das an einer Gewebeschädigung mit einem Halteelement der vorliegenden Erfindung gesichert ist;
1B das Gewebeimplantat der 1A veranschaulicht, das an einer Gewebeschädigung mit einem anderen Halteelement der vorliegenden Erfindung gesichert ist;
1C das Gewebeimplantat der 1A veranschaulicht, das an einer Gewebeschädigung mit noch einem anderen Halteelement der vorliegenden Erfindung gesichert ist;
2A eine weitere beispielhafte Ausführungsform des Gewebeimplantats veranschaulicht, das an einer Gewebeschädigung mit einem Halteelement der vorliegenden Erfindung gesichert ist;
2B das Gewebeimplantat der 2A veranschaulicht, das an einer Gewebeschädigung mit einem anderen Halteelement der vorliegenden Erfindung gesichert ist;
2C das Gewebeimplantat der 2A veranschaulicht, das an einer Gewebeschädigung mit noch einem anderen Halteelement der vorliegenden Erfindung gesichert ist;
3A noch eine weitere beispielhafte Ausführungsform des Gewebeimplantats veranschaulicht, das an einer Gewebeschädigung mit einem Halteelement der vorliegenden Erfindung gesichert ist;
3B das Gewebeimplantat der 3A veranschaulicht, das an einer Gewebeschädigung mit einem anderen Halteelement der vorliegenden Erfindung gesichert ist;
3C das Gewebeimplantat der 3A veranschaulicht, das an einer Gewebeschädigung mit noch einem anderen Halteelement der vorliegenden Erfindung gesichert ist;
4A das Gewebeimplantat der 3A veranschaulicht, das an einer anderen Gewebeschädigung gesichert ist;
4B das Gewebeimplantat der 4A mit einem zusätzlichen Halteelement veranschaulicht;
5 ein Balkendiagramm darstellt, das den Gehalt an DNA zwischen gerissenem Rinder-ACL-Gewebe und dünn geschnittenen Rinder-ACL-Gewebefragmenten, die als Keime auf ein Gewebegerüst in vitro aufgebracht sind, nach 4 Tagen und 21 Tagen vergleicht.
6A–6C sind fotomikrografische Darstellungen histologischer Schnitte von Proben, die nach 3 Wochen im Anschluss an die Prozedur des BEISPIEL 2 erhalten worden sind, welche die Zellwanderung von einer Meniskusgewebeprobe in ein Polymergerüst zeigen;
7A ist eine Fotografie einer Knorpelprobe, die anschließend an die Prozedur des BEISPIEL 3 erhalten wurde, welche zeigt, dass dünn geschnittene Knorpelfragmente kombiniert mit Knorpelgewebezapfen die Zellwanderung in Räumen zwischen den Fragmenten und den Zapfen verbessern;
7B ist eine Fotografie einer Knorpelprobe, die anschließend an die Prozedur nach BEISPIEL 3 erhalten wurde, die zeigt, dass Knorpelzapfen, die zusammen als ein Bündel, ohne dünn geschnittene Knorpelgewebefragmente, kultiviert wurden, sich nicht aneinander gebunden haben; und
7C ist eine fotomikrografische Darstellung eines histologischen Schnittes der Probe der 7A, welche die Zellwanderung in den Raum zwischen den dünn geschnittenen Knorpelfragmenten und den Knorpelzapfen zeigt.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die biokompatiblen Gewebeimplantate der vorliegenden Erfindung werden bei der Behandlung verschiedener Typen von Gewebe für verschiedene Zwecke verwendet. Zum Beispiel können die Implantate für die Versorgung und/oder den Wiederaufbau kranken oder geschädigten Gewebes verwendet werden, oder sie können für das Auflockern von Gewebe, die Gewebevergrößerung, kosmetische Behandlungen, therapeutische Behandlungen und für das Abdichten von Gewebe verwendet werden. Die Gewebeimplantate umfassen einen Gewebeschnitt oder -Streifen, der gesundem Gewebe entnommen wird, das wachstumsfähige Zellen enthält, die in der Lage sind, Gewebe wieder aufzubauen und/oder neu zu formen. Der Gewebeschnitt wird so entnommen, dass er eine Geometrie hat, die zum Implantieren an dem Ort der Verletzung oder der Schädigung geeignet ist. Der entnommene Gewebeschnitt ist so bemessen, dass es den wachstumsfähigen Zellen, die in dem Gewebeschnitt enthalten sind, möglich ist, hinaus zu wandern und sich zu vermehren und mit dem Gewebe, das die Versorgungsstelle umgibt, zu integrieren.
Obwohl die Implantate hierin manchmal als „Gewebeversorgungsimplantate" bezeichnet sind, und die Verfahren, die die Implantate verwenden, manchmal als Gewebeversorgungstechniken gekennzeichnet werden, wird verstanden, dass die Implantate für eine Vielfalt von Gewebebehandlungen verwendet werden können, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf die Versorgung von Gewebe, das Auflockern von Gewebe, kosmetische Behandlungen, therapeutische Behandlungen, das Neuformen oder Vergrößern von Gewebe und das Abdichten von Gewebe.
Der Ausdruck „wachstumsfähig", wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf eine Gewebeprobe, die eine oder mehrere wachstumsfähige Zellen hat. Das verwendete Gewebe ist Knorpelgewebe. Bei einer Ausführungsform, die für die Versorgung von Knorpel zweckmäßig ist, ist das Gewebe frei von Knochengewebe und ist Knorpelgewebe. Das Gewebe, das verwendet wird, um das Gewebeimplantat aufzubauen, kann autogenes Gewebe, allogenes Gewebe oder xenogenes Gewebe sein.
Der Ausdruck „Schnitt", wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf einen dünnen Abschnitt, Streifen oder ein Scheibchen, das von irgendeinem der oben beschriebenen Gewebetypen abgeleitet ist und verwendet wird, um das Gewebeimplantat aufzubauen. Bevorzugt hat der Gewebeschnitt eine Dicke weniger als ungefähr 1 mm und weiter bevorzugt eine Dicke in dem Bereich von ungefähr 200 μm bis ungefähr 500 μm. Ein dünnes Profil stellt die gute Migration der Zellen aus diesem Gewebeschnitt sicher. Es wird jedoch verstanden, dass der Gewebeschnitt irgendeine Länge oder Breite haben kann, die für das Implantieren an der Schädigung geeignet ist, da diese Parameter die Zellmigration aus dem Gewebeschnitt nicht stark beeinflussen.
Bei einem Aspekt der Erfindung können die Gewebeschnitte mit dünn geschnittenen Gewebefragmenten kombiniert werden, um die Effektivität des Neuwachstums und der Heilungsantwort zu verbessern. Bei einer solchen Ausführungsform können die Gewebeschnitte ungefähr 3 mm dick sein. Allerdings sind die Gewebeschnitte bevorzugt zwischen ungefähr 200 μm bis ungefähr 1 mm.
Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das geschnittene Gewebe mit einem Matrix verdauenden Enzym in Kontakt gebracht werden, um die Zellmigration aus der extrazellularen Matrix, die die Zellen umgibt, zu vereinfachen. Die Enzyme können verwendet werden, um die Geschwindigkeit der Zellmigration aus der extrazellularen Matrix in die Gewebeschädigung oder die Verletzung oder das Gerüstmaterial zu erhöhen. Geeignete Matrix verdauende Enzyme, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Collagenase, Chondroitinase, Trypsin, Elastase, Hyaluronidase, Peptidase, Thermolysin, Matrix-Metalloproteinase, Gelatinase und Protease.
Bei einer Ausführungsform, die zum Versorgen des Meniskus hilfreich ist, ist das Gewebe, das bei dem Gewebeversorgungsimplantat eingesetzt wird, Knorpelgewebe.
Nun den Zeichnungen zugewandt und insbesondere der 1A ist eine beispielhafte Ausführungsform des biokompatiblen Gewebeimplantats 20 der vorliegenden Erfindung gezeigt. Bei dem veranschaulichten Beispiel wird das Gewebeimplantat 20 verwendet, um einen Knorpelschaden 10 zu versorgen. Das Gewebeimplantat 20 weist einen Gewebeschnitt 22 auf, der gesundem, wachstumsfähigem Knorpelgewebe entnommen worden ist, so dass er eine Geometrie hat, die für das Implantieren an der Schädigung 10 geeignet ist. Der Gewebeschnitt 22 dient als eine Quelle für wachstumsfähige Knorpelzellen zum Versorgen des Knorpeldefekts und ist so bemessen, dass es möglich ist, dass die wachstumsfähigen Zellen, die in dem Gewebeschnitt 22 enthalten sind, hinaus wandern und sich vermehren und mit dem Knorpel gewebe 12, das die Schädigung 10 umgibt, integrieren. Um das richtige Herauswandern der Zellen aus dem Gewebeimplantat 20 sicherzustellen, hat der Gewebeschnitt 22 eine Dicke von weniger als ungefähr 1 mm. Bevorzugt hat der Gewebeschnitt 22 eine Dicke in dem Bereich von ungefähr 200 μm bis ungefähr 500 μm und kann irgendeine Länge oder Breite haben, die zum Implantieren an der Schädigung 10 geeignet ist.
Das Gewebeimplantat 20 kann der Knorpelschädigung 10 zugeführt und am Ort der Implantation durch die Druckkraft gegen das Gewebeimplantat 20 durch das umgebende Knorpelgewebe 12 gehalten werden. Zum Beispiel kann das Gewebeimplantat 20 so bemessen werden, dass es eine etwas größere Gesamtgröße als das Gebiet der Schädigung hat, so dass nach dem Implantieren das Gewebeimplantat 20 einen straffen Reibschluss innerhalb der Schädigung 10 bilden kann. Als Alternative, wie es in den 1A bis 1C veranschaulicht ist, kann das Gewebeimplantat 20 gesichert werden, indem irgendein herkömmliches Verfahren verwendet wird, zum Beispiel mit einem Halteelement 30, um das Gewebeimplantat 20 an der Schädigung 10 zu fixieren. Das Halteelement 30 kann ein Befestigungselement, eine Heftklammer, einen Gewebestift, einen Faden, ein Klebmittel oder irgendeine Kombination aus diesen sein. Der Fachmann wird verstehen, dass jedoch das Halteelement 30 auf derartige Beispiele nicht beschränkt ist und andere geeignete Gewebebefestigungsvorrichtungen aufweisen kann, wie sie auf dem Gebiet bekannt sind. Weiter kann eine Anzahl von Faktoren festlegen, welches Halteelement 30 ausgewählt wird, einschließlich der Größe der Schädigung, der Art des Gewebes, das versorgt wird und der Verfügbarkeit und der Kosten für das Halteelement 30.
1A veranschaulicht das Gewebeimplantat 20, das an seinem Ort mit einer Heftklammer 32 gesichert ist, die mit Knochengewebe 14 um die Knorpelschädigung verankert ist. Das Gewebeimplantat 20 kann an seinem Ort auch mit einem Klebmittel 34 gesichert sein, wie es in der 1B gezeigt ist. Geeignete Klebmittel 34 umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Hyaluronsäure, Fibrinleim, Fibrinverballungsmittel, Collagengel, auf Collagen basierendes Klebmittel, Alginatgel, vernetztes Alginat, auf Gelatine-Resorcin-Formalin basierendes Klebmittel, auf Muscheln basierendes Klebmittel, auf Dihydroxyphenylalanin (DOPA) basierendes Klebmittel, Chitosan, Transglutaminase, auf Polyaminosäure basierendes Klebmittel, auf Zellulose basierendes Klebmittel, auf Polysaccharid basierendes Klebmittel, auf künstlichem Acrylat basierende Klebmittel, plättchenreiches Plasma (PRP), plättchenarmes Plasma (PPP), PRP-Gerinnungsmittel, PPP-Gerinnungsmittel, Blut, Blutgerinnungsmittel, Blutkomponente, Blutkomponentengerinnungsmittel, auf Polyethylenglycol basierendes Klebmittel, Matrigel, Monostearoylglycerolcosuccinat (MGSA), Monostearoylglycerolcosuccinat/Polyethylenglycol(MGSA/PEG)-Copolymere, Laminin, Elastin, Proteoglycane und Kombinationen aus diesen. Wie in der 1C gezeigt, kann das Gewebeimplantat 20 auch örtlich festgelegt werden, indem Fäden 36 verwendet werden.
Das Gewebeimplantat 20 wird in Verbindung mit dünn geschnittenem Gewebe verwendet, um die Versorgung von Gewebe zu verbessern. Zum Beispiel können dünn geschnittene Gewebefragmente dem Klebmittel 34 hinzugefügt werden, um weiter den Neuaufbau des Gewebes und/oder den Neuformungsprozess zu verbessern. Als Alternative können die dünn geschnittenen Gewebefragmente in einem gelartigen Träger zugeführt werden, der dem Gewebeimplantat 20 an der Schädigung 10 zugeführt wird. Die dünn geschnittenen Gewebefragmente können die Leerräume zwischen dem Gewebeschnitt 22 und der Schädigung 10 füllen. Bei einer solchen Ausführungsform, bei der dünn geschnittene Gewebefragmente mit dem Gewebeschnitt kombiniert werden, kann die Dicke des Gewebeschnittes, der das Gewebeimplantat 20 bildet, ungefähr 3 mm sein, liegt jedoch bevorzugt zwischen ungefähr 200 μm und ungefähr 1 mm. Als nicht beschränkendes Beispiel kann der gelartige Träger ein biologisches oder synthetisches Hydrogel sein, so wie Hyaluronsäure, Fibrinleim, Fibringerinnungsmittel, Collagengel, auf Collagen basierendes Klebmittel, Alginatgel, vernetztes Alginat, Chitosan, auf künstlichem Acrylat basierende Gele, plättchenreiches Plasma (PRP), plättchenarmes Plasma (PPP), PRP-Gerinnungsmittel, PPP-Gerinnungsmittel, Blut, Blutgerinnungsmittel, Blutkomponente, Blutkomponentengerinnungsmittel, Matrigel, Agarose, Chitin, Chitosan, Polysaccharide, Polyoxyalkylen, ein Copolymer aus Polyethylenoxid-Polypropylenoxid, Polyvinylalkohol, Laminin, Elastin, Proteoglycane, verflüssigte Basalmembran oder Kombinationen aus diesen.
Die dünn geschnittenen Gewebefragmente können erhalten werden, indem irgendeine aus einer Vielfalt von herkömmlichen Techniken verwendet wird, so wie zum Beispiel durch Biopsie oder durch ein anderes chirurgisches Entfernen. Bevorzugt wird die Gewebeprobe während der Versorgungsoperation erhalten, um die Gesamtanzahl der Operationen zu minimieren, die bei dem Patienten durchgeführt werden. Sobald eine Probe lebenden Gewebes erhalten worden ist, kann dann die Probe unter sterilen Bedingungen bearbeitet werden, um eine Suspension zu erzeugen, die wenigstens ein dünn geschnittenes oder fein aufgeteiltes Gewebeteilchen enthält. Es ist auch möglich, das Gewebe in dünn geschnittener Form zu entnehmen, so dass eine weitere Bearbeitung nicht notwendig ist. Die Teilchengröße jedes Gewebe fragmentes kann variieren, zum Beispiel kann die Gewebegröße in dem Bereich von ungefähr 0.1 und 3 mm³, in dem Bereich von ungefähr 0.5 und 1 mm³, in dem Bereich von ungefähr 1 bis 2 mm³ oder in dem Bereich von ungefähr 2 bis 3 mm³ sein, bevorzugt jedoch ist das Teilchen kleiner als 1 mm³.
Bevorzugt hat das dünn geschnittene Gewebe wenigstens eine wachstumsfähige Zelle, die aus dem Gewebefragment herauswandern kann. Weiter bevorzugt enthält das Gewebe eine effektive Menge an Zellen, die aus dem Gewebe auswandern können und beginnen, sich in dem Gewebe zu vermehren, welches die Schädigung 10 umgibt. Bei einer optionalen Ausführungsform können die dünn geschnittenen Gewebefragmente in Kontakt mit einem Matrix verdauenden Enzym gebracht werden, um die Zellmigration aus der extrazellularen Matrix, welche die Zelle umgibt, zu vereinfachen. Die Enzyme werden verwendet, um die Geschwindigkeit der Zellmigration aus der extrazellularen Matrix und in das Gerüstmaterial zu erhöhen. Geeignete Matrix verdauende Enzyme, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen sind jedoch nicht beschränkt Collagenase, Chrondroitinase, Trypsin, Elastase, Hyaluronidase, Peptidase, Thermolysin, Matrix-Metalloproteinase, Gelatinase und Protease. Bevorzugt liegt die Konzentration an dünn geschnittenen Gewebeteilchen in dem Gelträger in dem Bereich von ungefähr 1 bis 1000 mg/cm³ und weiter bevorzugt in dem Bereich von ungefähr 1 bis 200 mg/cm³.
Obwohl es verstanden wird, dass ein einziger Gewebeschnitt 22 ausreichend ist, um das Gewebeimplantat 20 der vorliegenden Erfindung zu bilden, gelten die selben Grundsätze der Zellmigration und -integration auch für ein geschichtetes Gewebeimplantat 40, das eine Vielzahl von Gewebeschnitten 22 aufweist. Wie es in den 2A bis 2C veranschaulicht ist, kann eine Vielzahl von Gewebeschnitten 22 miteinander verbunden werden, um ein geschichtetes Gewebeimplantat 40 der vorliegenden Erfindung zu bilden. Der Ausdruck „verbunden", wie er hierin verwendet wird, bezieht sich im Allgemeinen auf den Prozess des Kombinierens von Gewebeschnitten miteinander, so wie durch die Anordnung einer Schicht aus Gewebe auf einer weiteren Schicht aus Gewebe, entweder allein oder mit einem zusätzlichen Halte- oder Klebelement. Jeder der Gewebeschnitte 22 kann gleichförmig bemessen sein, oder sie können unterschiedlich bemessen sein, um ein geschichtetes Implantat 40 mit einer Gesamtgeometrie und mit Abmessungen zu bilden, die zum Implantieren an dem Ort der Verletzung 10 geeignet sind. In ähnlicher Weise hängt die Anzahl der Gewebeschnitte 22, die miteinander verbunden werden, auch von der Größe der Schädigung und von der Größe jeder der Schnitte 22 ab. Um jedoch die gute Migration der Zellen aus dem Gewebeimplantat 40 sicherzustellen, sollte jeder der Gewebeschnitte 22 eine Dicke geringer als ungefähr 1 mm haben, wie es zuvor beschrieben worden ist. Bevorzugt hat jeder der Gewebeschnitte 22 eine Dicke in dem Bereich von ungefähr 200 μm bis ungefähr 500 μm.
Ähnlich wie bei dem oben beschriebenen Gewebeimplantat 20 kann das geschichtete Implantat 40 an die Gewebeschädigung 10 entweder allein oder mit einem Halteelement 30, wie zuvor angesprochen, an seinen Ort gebracht werden. In 2A ist das Gewebeimplantat 40 an einer Knorpelschädigung 10 gesichert, indem eine Heftklammer 32 verwendet wird, welche das Implantat 40 an dem Knochengewebe 14 nahe der Schädigung 10 verankert. In 2B wird das Gewebeimplantat 40 mit einem Klebmittel 34 an seinem Ort gehalten, beispielsweise mit denjenigen, die oben aufgelistet sind. Um weiter die Neuerzeugung und/oder den Neuaufbau von Gewebe zu verbessern, können die dünn geschnittenen Gewebefragmente in das Klebmittel eingemischt werden. Bei einer solchen Ausführungsform, bei der dünn geschnittene Gewebefragmente mit den Gewebeschnitten kombiniert werden, kann die Dicke jedes Gewebeschnittes, welcher das geschichtete Implantat 40 mit aufbaut, ungefähr 3 mm betragen, ist jedoch bevorzugt zwischen ungefähr 200 μm und ungefähr 1 mm. Schließlich kann das Gewebeimplantat 40 an dem Knochengewebe 12, das die Schädigung 10 umgibt, mit Fäden 36 gesichert werden. Nachdem das geschichtete Gewebeimplantat 40 an die Schädigung 10 geführt worden ist, kann das Neuwachstum des Gewebes weiter verbessert werden, indem dünn geschnittene Gewebefragmente in einem gelartigen Träger an das Gewebeimplantat 40 gegeben werden, um die Räume zwischen den Gewebeschnitten 22 aufzufüllen.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Gewebeschnitt 22 mit einem Gewebegerüst 52 kombiniert werden, um ein Verbund-Gewebeimplantat 50 zu bilden, wie es in den 3A bis 3C veranschaulicht ist. Zum Beispiel kann der Gewebeschnitt 22 auf das Gewebegerüst 52 gebracht werden und als ein Verbundimplantat 50 der Schädigung 10 zugeführt werden. Das Verbund-Gewebeimplantat 50 kann an der Knorpelschädigung 10 gesichert werden, indem ein Halteelement 30 verwendet wird, beispielsweise eine Heftklammer 32, wie sie in der 3A gezeigt ist. Als Alternative, wie es in der 3B veranschaulicht ist, kann das Verbund-Gewebeimplantat 50 örtlich festgelegt werden, indem ein Klebmittel 34 verwendet wird, so wie die, die oben beschrieben worden sind, oder indem Fäden 36 verwendet werden, wie es in 3C gezeigt ist. Um weiter die Neuerzeugung und/oder den Neuaufbau von Gewebe zu verbessern, können dünn geschnittene Gewe befragmente in das Klebmittel eingemischt werden. Zusätzlich können dünn geschnittene Gewebefragmente in einem gelartigen Träger verwendet werden, um die Räume zwischen den Gewebeschnitten 22, dem Gewebegerüst 52 und der Schädigung 10 aufzufüllen, um das Wachstum von Gewebe zu verbessern.
Obwohl als ein einziger Gewebeschnitt 22 und ein einziges Gewebegerüst 52 veranschaulicht, wird in Betracht gezogen, dass das Verbund-Gewebeimplantat 50 der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Schichten aus entweder Gewebeschnitten 22 oder Gewebegerüsten 52 umfassen kann. Zum Beispiel kann bei einer Ausführungsform eine Vielzahl von Gewebeschnitten 22 zwischen Schichten des Gewebegerüstes 52 eingelegt sein, um ein mehrschichtiges Verbundimplantat 50 zu bilden. Bei einer weiteren Ausführungsform können die Gewebeschnitte 22 und die Gewebegerüste 52 abwechselnd aufeinander geschichtet werden, um das mehrschichtige Verbundimplantat 50 zu bilden. Ein Fachmann wird erkennen, dass die Anzahl und Ausrichtung der Gewebeschnitte 22 und der Gerüste 52 in dem Verbundimplantat 50 abhängig von der Größe der Schädigung 10, dem Typ des Gewebes, das versorgt werden soll, und der Verfügbarkeit der Materialien variieren kann.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann das Gewebegerüst 52 mehrere Vorteile für das Verbundimplantat 50 anbieten. Ein Gewebegerüst 52 liefert zusätzliche strukturelle Integrität, damit Zellenwachstum auftritt. Das Gewebegerüst 52 sorgt auch für strukturelle Unterstützung für den Gewebeschnitt 22 selbst, was notwendig sein kann, um dabei zu helfen, das Implantat 50 für bestimmte Versorgungen des Gewebes an seinem Ort zu halten. Zum Beispiel sorgt bei einem teilweisen Meniskusersatz, wie es in der 4A gezeigt ist, das Gewebegerüst 52 für zusätzliche Festigkeit bei dem Gewebeschnitt 22 des Verbundgewebeimplantats 50, so dass das Implantat 50 durch Fäden 36 an dem Meniskusgewebe gesichert werden kann. Falls notwendig oder gewünscht, kann eine Kombination aus Halteelementen 30 verwendet werden, um das Verbundimplantat 50 an dem Meniskusgewebe 60 zu sichern. Wie in der 4B gezeigt, kann das Verbundimplantat 50 gesichert werden, indem sowohl Fäden 36 als auch ein Klebmittel oder Leim 34 verwendet werden. Ein weiterer Vorteil, der durch die Gewebegerüste geboten wird, ist, dass sie als ein Zuführvehikel für bioaktive Mittel oder Effektoren wirken können, die die Gesamteffektivität der wachstumsfähigen Zellen verbessern, damit sie wachsen und sich mit dem Gewebe, das die Schädigung 10 umgibt, integrieren.
Es wird in Betracht gezogen, dass das Gewebegerüst 52 gebildet werden kann, indem praktisch jedwedes Material oder jedwedes Zuführvehikel verwendet wird, das biokompatibel ist und das ausreichende strukturelle Einheitlichkeit und physikalische und/oder mechanisch Eigenschaften hat, um in effektiver Weise für das einfache Handhaben in der Umgebung eines Operationssaals zu sorgen. Ausreichend Festigkeit und physikalische Eigenschaften werden in dem Gerüst durch die Auswahl der Materialien, die verwendet werden, um das Gerüst zu bilden, und durch den Herstellungsprozess entwickelt. Bei manchen Ausführungsformen ist das Gerüst auch biegsam, um so zu ermöglichen, dass das Gerüst an die Abmessungen der Zielstelle der Implantation anzupassen ist. Zum Beispiel kann das Gerüst ein gelartiges Material oder ein Klebmittelmaterial ebenso wie einen Schaum oder eine Netzstruktur aufweisen. Bevorzugt kann das Gerüst ein bioresorbierbares oder bioabsorbierbares Material sein.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Gerüst aus einem biokompatiblen Polymer gebildet sein. Eine Vielfalt biokompatibler Polymere kann verwendet werden, um die biokompatiblen Gewebeimplantate oder Gerüstelemente gemäß der vorliegenden Erfindung herzustellen. Die biokompatiblen Polymere können synthetische Polymere, natürliche Polymere oder Kombinationen aus diesen sein. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck „synthetisches Polymer" auf Polymere, die in der Natur nicht gefunden werden, selbst wenn die Polymere aus natürlich auftretenden Biomaterialien hergestellt werden. Der Ausdruck „natürliches Polymer" bezieht sich auf Polymere, die natürlich auftreten. Bei Ausführungsformen, bei denen das Gerüst wenigstens ein synthetisches Polymer umfasst, können geeignete biokompatible synthetische Polymere Polymere umfassen, die aus der Gruppe bestehend aus aliphatischen Polyester, Polyaminosäuren, Copolyether-Estern, Polyalkylenen, Oxalaten, Polyamiden, von Tyrosin abgeleiteten Polycarbonaten, Polyiminocarbonaten, Polyorthestern, Polyoxaestern, Polyamidoestern, Polyoxaester enthaltenden Amingruppen, Polyanhydriden, Polyphosphazezenen, Polypropylenfumarat, Polyurethan, Polyesterurethan, Polyetherurethan und Mischungen und Copolymeren aus diesen ausgewählt sind. Geeignete synthetische Polymere zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung können auch biosynthetische Polymere umfassen, die auf Sequenzen basieren, die in Collagen gefunden werden, Laminin, Glycosaminoglycane, Elastin, Thrombin, Fibronektin, Stärken, Polyaminosäure, Gelatine, Alginat, Pektin, Fibrin, oxidierte Zellulose, Chitin, Chitosan, Thropoelastin, Hyaluronsäure, Seide, Ribonukleinsäuren, Desoxyribonukleinsäuren, Polypeptide, Proteine, Polysaccharide, Polynukleide und Kombinationen aus diesen.
Zum Zwecke dieser Erfindung umfassen aliphatische Polyester, sind jedoch nicht derart beschränkt, Homopolymere und Copolymere des Lactids (welche Lactidsäure, D-, L- und Mesolactid umfassen); Glycolid (einschließlich Glycolsäure); ε-Captrolacton; p-Dioxanon (1,4-Dioxan-2-on); Trimethylencarbonat (1,3-Dioxan-2-on); Alkylderivate des Trimethylencarbonats; δ-Valerolacton; γ-Butyrolacton; α-Butyrolacton; ε-Dekalacton; Hydroxybutyrat; Hydroxyvalerat; 1,4-Dioxepan-2-on (einschließlich seines Dimers 1,5,8,12-Tetraoxacyclotetradekan-7,14-dion); 1,5-Dioxepan-2-on; 6,6-Dimethyl-1,4-dioxan-2-on; 2,5-Diketomorpholin; α,α-Diethylpropriolacton; Ethylencarbonat; Ethylenoxalat; 3-Methyl-1,4-dioxan-2,5-dion; 3,3-Diethyl-1,4-dioxan-2,5-dion; 6,6-Dimethyl-dioxepan-2-on; 6,8-Dioxabicyclotan-7-on und Polymermischungen aus diesen. Aliphatische Polyester, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, können Homopolymere oder Copolymere (zufällig, Block, segmentiert, abgeschrägte Blöcke, Transplantate, Triblöcke usw.) mit einer linearen, verzweigten oder sternförmigen Struktur sein. Weitere nützliche Polymere umfassen Polyphosphazene, gemischte Co-, Ter-Monomere und gemischte Monomere höherer Ordnung basierend auf Polymeren, die aus L-Lactid, D,L-Lactid, Milchsäure, Glycolid, Glycolsäure, Paradioxanon, Trimethylencarbonat und ε-Captrolacton hergestellt sind.
Wie hierin verwendet soll der Ausdruck „Glycolid" so verstanden werden, dass er Polyglycolsäure umfasst. Weiter soll der Ausdruck „Lactid" so verstanden werden, dass er L-Lactid, D-Lactid, Mischung daraus und Milchsäurepolymere und -copolymere umfasst.
Elastomere Copolymere sind auch besonders nützlich bei der vorliegenden Erfindung. Geeignete elastomere Polymere umfassen die mit einer inhärenten Viskosität in dem Bereich von ungefähr 1.2 dl/g bis 4 dl/g, weiter bevorzugt ungefähr 1.2 dl/g bis 2 dl/g und am meisten bevorzugt ungefähr 1.4 dl/g bis 2 dl/g, bestimmt bei 25°C in einer Lösung von 0.1 Gramm pro Deziliter (g/dl) in Hexafluorisopropanol (HFIP). Weiter zeigen geeignete Elastomere eine Längung im hohen Prozentbereich und ein niedriges Elastizitätsmodul, wobei sie gute Zugfestigkeit und gute Erholungseigenschaften besitzen. Bei der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt das Elastomer eine prozentuale Längung größer als ungefähr 200 Prozent und bevorzugt größer als ungefähr 500 Prozent Zusätzlich zu diesen Eigenschaften der Längung und des Elastizitätsmoduls sollten geeignete Elastomere auch eine Zugfestigkeit größer als ungefähr 500 psi haben, bevorzugt größer als ungefähr 1000 psi und eine Reißfestigkeit größer als ungefähr 50 Pfund/Zoll, bevorzugt größer als ungefähr 80 Pfund/Zoll.
Beispielhafte biokompatible Elastomere, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf elastomere Copolymere von ε-Captrolacton und Glycolid mit einem Molverhältnis von ε-Caprolacton zu Glycolid zu ungefähr 35:65 bis ungefähr 65:35, weiter bevorzugt von 45:55 bis 35:65; elastomere Copolymere von ε-Caprolacton und Lactid (einschließlich L-Lactid, D-Lactid, Mischungen aus diesen und Milchsäurepolymere und -copolymere), bei denen das Molverhältnis von ε-Caprolacton zu Lactid ungefähr 95:5 bis ungefähr 30:70 und weiter bevorzugt 45:55 bis 30:70 oder ungefähr 95:5 bis ungefähr 85:15 ist; elastomere Copolymere von p-Dioxanon (1,4-Dioxan-2-on) und Lactid (einschließlich L-Lactid, D-Lactid, Mischungen daraus und Milchsäurepolymere und Copolymere), bei denen das Molverhältnis von p-Dioxanon zu Lactid ungefähr 40:60 bis ungefähr 60:40 ist; elastomere Copolymere von ε-Caprolacton und p-Dioxanon, bei denen das Molverhältnis von ε-Caprolacton zu p-Dioxanon ungefähr 30:70 bis ungefähr 70:30 ist; elastomere Copolymere von p-Dioxanon und Trimethylencarbonat, bei denen das Molverhältnis von p-Dioxanon zu Trimethylencarbonat ungefähr 30:70 bis 70:30 ist; elastomere Copolymere von Trimethylencarbonat und Glycolid (einschließlich Polyglycolsäure), bei denen das Molverhältnis von Trimethylencarbonat zu Glycolid ungefähr 30:70 bis ungefähr 70:30 ist; elastomere Copolymere von Trimethylcarbonat und Lactid (einschließlich L-Lactid, D-Lactid, Mischungen daraus und Milchsäurepolymeren und -copolymeren), bei denen das Molverhältnis von Trimethylencarbonat zu Lactid ungefähr 30:70 bis ungefähr 70:30 ist; und Mischungen aus diesen. Beispiele geeigneter biokompatibler Elastomere sind in dem US-Patent Nr. 5 468 253 beschrieben.
Bei einer Ausführungsform ist das Elastomer ein Copolymer mit einem Verhältnis von ε-Caprolacton und Glycolid von 35:65, gebildet in einem Dioxan-Lösemittel und ein Netz aus Polydioxanon umfassend. Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Elastomer ein Copolymer aus ε-Caprolacton und Lactid im Verhältnis 40:60 mit einem Netz aus Polydioxanon. Bei noch einer weiteren Ausführungsform ist das Elastomer eine Mischung aus einem Copolymer von ε-Caprolacton und Glycolid im Verhältnis 35:65 und einem Copolymer von ε-Caprolacton und Lactid im Verhältnis 40:60 mit einem Mischverhältnis 50:50. Das Netz aus Polydioxanon kann in der Form eines einschichtigen dicken zweidimensionalen Netzes oder eines mehrschichtigen dicken dreidimensionalen Netzes vorliegen.
Das Gerüst der vorliegenden Erfindung kann als Option aus einem bioresorbierbaren oder bioabsorbierbaren Material gebildet werden, das die Fähigkeit hat, über die Zeit in einer Kör perumgebung zu resorbieren. Die Unterschiede in der Absorptionszeit unter den Bedingungen in vivo können auch die Basis zum Kombinieren zweier unterschiedlicher Copolymere sein, wenn die Gerüste der vorliegenden Erfindung gebildet werden. Zum Beispiel kann ein Copolymer aus ε-Caprolacton und Glycolid (ein relativ schnell absorbierbares Polymer) im Verhältnis 35:65 mit ε-Caprolacton und L-Lactid-Copolymer (einem relativ langsam absorbierenden Polymer) im Verhältnis 40:60 gemischt werden, um ein biokompatibles Gerüst zu bilden. Abhängig von der Verarbeitungstechnik, die eingesetzt wird, können die beiden Bestandteile entweder zufällig miteinander verbundene bikontinuierliche Phasen sein, oder die Bestandteile könnten eine gradientenartige Architektur in der Form eines Verbundes vom Laminattyp haben, mit einer gut integrierten Grenzfläche zwischen den beiden Bestandteilsschichten. Die Mikrostruktur dieser Gerüste kann optimiert werden, um die gewünschten anatomischen Merkmale des Gewebes, das neu zum Wachsen gebracht werden soll, erneut zu erzeugen oder zu versorgen.
Bei einer Ausführungsform ist es wünschenswert, Polymermischungen zu verwenden, um Gerüste zu bilden, die von einer Zusammensetzung zu einer weiteren Zusammensetzung in einer gradientenartigen Architektur übergehen. Gerüste mit dieser gradientenartigen Architektur sind besonders vorteilhaft bei Gewebezüchtungsanwendungen, um die Struktur natürlich auftretenden Gewebes, so wie Knorpel (aus Gelenk, Meniskus, Septum, trachealer, aurikulärer, costaler, usw.), Sehne, Ligament, Nerv, Speiseröhre, Haut, Knochen und Gefäßgewebe zu versorgen oder zu regenerieren. Indem zum Beispiel ein Elastomer aus ε-Captrolacton-Co-Glycolid mit ε-Captrolacton-Co-Lactid gemischt wird (z. B. mit einem Molverhältnis von ungefähr 5:95), kann ein Gerüst gebildet werden, das aus einem weicheren schwammartigen Material in ein steiferes festeres Material übergeht, zum Beispiel in einer Weise ähnlich dem Übergang von Knorpel zu Knochen. Natürlich wird ein Fachmann verstehen, dass weitere Polymermischungen für ähnliche Gradienteneffekte verwendet werden können, oder um für unterschiedliche Gradienten (z. B. unterschiedliche Absorptionsprofile, Belastungsantwortprofile oder unterschiedliche Grade der Elastizität) zur Verfügung zu stellen.
Das biokompatible Gerüst 52 des Gewebeversorgungsimplantats 50 der vorliegenden Erfindung kann auch ein verstärkendes Material umfassen, das aus irgendeinem absorbierbaren oder nicht absorbierbaren Textil aufgebaut ist, welches zum Beispiel eine gewebte, gestrickte, kettengewirkte (d. h. bortenartige), vliesartige und geflochtene Struktur hat. Bei einer Ausführungsform hat das verstärkende Material eine netzartige Struktur. Bei jeder der obigen Struk turen können die mechanischen Eigenschaften des Materials geändert werden, indem die Dichte oder Textur des Materials, die Art, das Material zu stricken oder zu weben, die Dicke des Materials geändert werden oder indem Teilchen in das Material eingebettet werden. Die mechanischen Eigenschaften des Materials können auch geändert werden, indem Orte innerhalb des Netzes geändert werden, an denen die Fasern physikalisch miteinander verbunden oder physikalisch mit einer weiteren Substanz verbunden werden, so wie zum Beispiel einem Klebmittel oder einem Polymer. Die Fasern, die verwendet werden, um die verstärkende Komponente herzustellen, können Monofilamente, Garne, Fäden, Litzen oder Faserbündel sein. Diese Fasern können aus irgendeinem biokompatiblen Material hergestellt werden, welches bioabsorbierbare Materialien umfasst, so wie Polymilchsäure (PLA), Polyglycolsäure (PGA), Polycaprolacton (PCL), Polydioxanon (PDO), Trimethylencarbonat (TMC), Copolymere oder Mischungen aus diesen. Diese Fasern können auch aus irgendwelchen biokompatiblen Materialien basierend auf natürlichen Polymeren, einschließlich Seide und auf Collagen basierenden Materialien, hergestellt werden. Diese Fasern können auch aus jedweder biokompatibler Faser hergestellt werden, die nicht resorbierbar ist, so wie zum Beispiel Polyethylen, Polyethylenterephthalat, Polytetrafluorethylen, Polycarbonat, Polypropylen und Polyvinylalkohol. Bei einer Ausführungsform werden die Fasern aus einem 95:5-Copolymer als Lactid und Glycolid gebildet.
Bei einer weiteren Ausführungsform können die Fasern, die das verstärkende Material bilden, aus einem bioabsorbierbaren Glas hergestellt werden. Bioglas, ein silikathaltiges Calciumphosphatglas oder Calciumphosphatglas mit variierenden Mengen fester Teilchen, die hinzugesetzt werden, um die Resorptionszeit zu steuern, sind Beispiele für Materialien, die zu Glasfasern gesponnen und als das verstärkende Material verwendet werden könnten. Geeignete feste Teilchen, die hinzugesetzt werden können, umfassen Eisen, Magnesium, Natrium, Kalium und Kombinationen aus diesen.
Die biokompatiblen Gerüste ebenso wie das verstärkende Material können auch aus einer dünnen, eine Perforation enthaltenden elastomeren Folie mit Poren oder Perforationen, um das Einwachsen von Gewebe zu ermöglichen, gebildet werden. Eine solche Folie könnte aus Mischungen oder Copolymeren von Polymilchsäure (PLA), Polyglycolsäure (PGA), Polycaprolacton (PCL) und Polydioxanon (PDO) hergestellt werden.
Bei einer Ausführungsform können Filamente, die die biokompatiblen Gerüste 52 oder das verstärkende Material bilden, coextrudiert werden, um ein Filament mit einem Hüllen/Kern-Aufbau zu erzeugen. Derartige Filamente bestehen aus einer Hülle aus bioabbaubarem Polymer, die einen oder mehrere Kerne umgibt, welche aus einem weiteren bioabbaubaren Polymer bestehen. Filamente mit einer schnell absorbierenden Hülle, die einen langsamer absorbierenden Kern umgeben, können in Fällen wünschenswert sein, in denen eine verlängerte Unterstützung für das Einwachsen von Gewebe nötig ist.
Ein Fachmann wird verstehen, dass eine oder mehrere Schichten des verstärkenden Materials verwendet werden können, um das Gewebeimplantat der Erfindung zu verstärken. Zusätzlich können bioabbaubare textile Gerüste, so wie zum Beispiel Netze mit derselben Struktur und Chemie oder unterschiedlichen Strukturen und Chemien auf einander gelegt werden, um biokompatible Gewebeimplantate mit überlegener mechanischer Festigkeit zu bilden.
Bei Ausführungsformen, bei denen das Gerüst wenigstens ein natürliches Polymer umfasst, umfassen geeignete Beispiele natürlicher Polymere auf Fibrin basierende Materialien, auf Collagen basierende Materialien, auf Hyaluronsäure basierende Materialien, auf Glycoprotein basierende Materialien, auf Zellulose basierende Materialien, Seiden und Kombinationen aus diesen, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Als ein nicht beschränkendes Beispiel kann das biokompatible Gerüst aus einer auf Collagen basierenden Probe der Submucosa des Dünndarms aufgebaut sein.
Als nicht beschränkendes Beispiel können die Gerüste 52 der vorliegenden Erfindung stark porös sein, um das Zellwachstum in diese zu ermöglichen. Bevorzugt liegt die mittlere Porengröße in dem Bereich von ungefähr 100 bis 500 μm (Mikrometern). Bei diesen Ausführungsformen sollte das Gerüst ausreichend biegsam sein, um Gewebewachstum im inneren Bereich des Gerüstes zu erlauben, so dass die Geometrie des Gerüstes neu aufgebaut werden kann, wenn das Einwachsen von Gewebe zunimmt. Demgemäß kann bei der vorliegenden Erfindung Gewebe auf der Oberfläche des biokompatiblen Gerüstes wachsen oder als Alternative kann Gewebe in das biokompatible Gerüst und auf der Oberfläche wachsen, so dass das Gewebe in das Gerüst eingebettet und mit diesem integriert wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das biokompatible Gerüst 52 aus einem biokompatiblen keramischen Material gebildet werden. Geeignete bio kompatible keramische Materialien umfassen zum Beispiel Hydroxyapatit, α-Tricalciumphosphat, β-Tricalciumphosphat, bioaktives Glas, Calciumphosphat, Calciumsulfat, Calciumcarbonat, xenogenes und allogenes Knochenmaterial und Kombinationen aus diesen. Geeignete bioaktive Glasmaterialien zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung umfassen Silikate, die Calciumphosphatglas enthalten, oder Calciumphosphatglas mit variierenden Mengen fester Teilchen, die hinzugesetzt werden, um die Resorptionszeit zu steuern. Geeignete Verbindungen, die in das bioaktive Calciumphosphatglas eingebaut werden können, umfassen Magnesiumoxid, Natriumoxid, Kaliumoxid und Kombinationen aus diesen, sind jedoch nicht darauf beschränkt.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform für die Gewebeimplantate der vorliegenden Erfindung kann das Gerüst 52 gebildet werden, indem Gewebetransplantate verwendet werden, die beispielsweise aus autogenem Gewebe, allogenem Gewebe und xenogenem Gewebe erhalten werden können. Als nicht beschränkendes Beispiel können Gewebe, so wie Haut, Knorpel, Ligament, Sehne, Pereosteum, Perichondrium, Synovium, Faszie, Gekröse und Flechse als Gewebetransplantate verwendet werden, um das biokompatible Gerüst 52 zu bilden. Bei manchen Ausführungsformen, bei denen ein allogenes Gewebe verwendet wird, kann Gewebe von einem Fötus oder von Neugeborenen verwendet werden, um die Immunogenizität zu vermeiden, die mit einigen erwachsenen Geweben verknüpft ist.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform der Gewebeimplantate kann das Gerüst aus einer polymeren Schaumkomponente gebildet werden, die Poren mit einer offenzelligen Porenstruktur hat. Die Porengröße kann variieren, jedoch sind bevorzugt die Poren so bemessen, dass sie das Einwachsen von Gewebe erlauben. Weiter bevorzugt ist die Porengröße in dem Bereich von ungefähr 5 bis 1000 μm (Mikrometern) und noch weiter bevorzugt in dem Bereich von ungefähr 50 bis 500 μm (Mikrometern). Die polymere Schaumkomponente kann als Option eine verstärkende Komponente enthalten, so wie zum Beispiel die oben offenbarten Textilien. Bei manchen Ausführungsformen, bei denen die polymere Schaumkomponente eine verstärkende Komponente enthält, kann die Schaumkomponente mit der verstärkenden Komponente integriert werden, so dass die Poren der Schaumkomponente das Netz der verstärkenden Komponente durchdringen und mit der verstärkenden Komponente verriegeln.
Die Schaumkomponente des Gewebeimplantats kann als ein Schaum durch eine Vielfalt von Techniken gebildet werden, die denjenigen mit üblichen Fähigkeiten auf dem Gebiet gut be kannt sind. Zum Beispiel können die polymeren Startmaterialien durch Lyophilisierung, überkritisches Lösemittelschäumen (d. h. wie in der EP 0 464 163 beschrieben), Gasspritzextrusion, Gasspritzgießen oder Gießen mit einem extrahierbaren Material (z. B. Salzen, Zucker oder ähnlichen geeigneten Materialien) geschäumt werden.
Bei einer Ausführungsform kann die Schaumkomponente der Gewebeversorgungsimplantate der vorliegenden Erfindung durch eine Trenntechnik Polymer-Lösemittelphase hergestellt werden, sowie Lyophylisierung. Im Allgemeinen jedoch kann eine Polymerlösung in zwei Phasen durch irgendeine der vier Techniken: (a) thermisch induziertes Gelieren/Kristallieren; (b) nicht durch Lösemittel induzierte Trennung von Lösemittel und Polymerphasen; (c) chemisch hervorgerufene Phasentrennung und (d) thermisch hervorgerufene spinodale Zersetzung getrennt werden. Die Polymerlösung wird in einer gesteuerten Weise in entweder zwei unterschiedliche Phasen oder zwei bikontinuierliche Phasen getrennt. Das anschließende Entfernen der Lösemittelphase hinterlässt üblicherweise eine poröse Struktur mit einer Dichte geringer als der des massiven Polymers und Poren in den Mikrometerbereichen, was zu einer porösen Polymerstruktur oder einem porösen Schaum miteinander verbundener offener Zellen führt. Siehe Microcellular Foams Via Phase Separation, J. Vac. Sci. Technol., A. T. Young, Band 4(3), Mai/Juni 1986).
Die einsetzbare Polymerkonzentration oder die Menge an Lösemittel, das verwendet werden kann, wird sich mit jedem System ändern. Im Allgemeinen kann die Menge an Polymer in der Lösung von ungefähr 0.5% bis ungefähr 90% variieren und wird bevorzugt von ungefähr 0.5% bis ungefähr 30%, bezogen auf das Gewicht, variieren, abhängig von Faktoren so wie der Löslichkeit des Polymers in einem gegebenen Lösemittel und der endgültigen Eigenschaften, die bei dem Schaum gewünscht werden.
Bei einer Ausführungsform können dem Polymer-Lösemittel-System Feststoffe zugesetzt werden, um die Zusammensetzung der sich ergebenden Schaumoberflächen zu modifizieren. Da die hinzugefügten Teilchen sich aus der Lösung zur Bodenfläche hin ausfallen, werden Bereich erzeugt, die die Zusammensetzung der hinzugefügten Feststoffe, aber nicht des geschäumten polymeren Materials haben. Als Alternative können die hinzugesetzten Feststoffe in gewünschten Bereichen (d. h. nahe der Oberseite, den Seitenflächen oder dem Boden) des sich ergebenden Gewebeimplantats konzentrierterer sein, was somit in allen solchen Bereich Änderungen in der Zusammensetzung verursacht. Zum Beispiel kann die Konzentration an Feststoffen an ausgewählten Orten bewerkstelligt werden, indem metallische Feststoffe einer Lösung hinzugesetzt werden, die sich in einer Form befindet, welche aus einem magnetischen Material hergestellt ist (oder umgekehrt).
Eine Vielfalt von Typen an Feststoffen kann dem Polymer-Lösemittel-System hinzugesetzt werden. Bevorzugt sind die Feststoffe von einem Typ, der nicht mit dem Polymer oder dem Lösemittel reagieren wird. Im Allgemeinen haben die hinzugesetzten Feststoffe einen mittleren Durchmesser von weniger als ungefähr 1.0 mm und werden bevorzugt einen mittleren Durchmesser von ungefähr 50 bis ungefähr 500 μm (Mikrometern) haben. Bevorzugt sind die Feststoffe in einer derartigen Menge vorhanden, dass sie von ungefähr 1 bis ungefähr 50 Volumenprozent des gesamten Volumens der Teilchen und der Polymer-Lösemittel-Mischung bilden werden (wobei das Gesamtvolumenprozent gleich 100 Volumenprozent ist).
Beispielhafte Feststoffe umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Teilchen aus entmineralisiertem Knochen, Calciumphosphatteilchen, Bioglasteilchen, Calciumsulfat- oder Calciumcarbonatteilchen für die Knochenversorgung, auswaschbare Feststoffe für das Erzeugen von Poren und Teilchen aus bioabsorbierbaren Polymeren, die in dem Lösemittelsystem nicht löslich sind, die als verstärkende Materialien wirken oder um Poren zu erzeugen, wenn sie absorbiert werden, und nicht bioabsorbierbare Materialien.
Geeignete auswaschbare Feststoffe umfassen nicht toxische auswaschbare Materialien, so wie Salze (z. B. Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Calciumchlorid, Natriumtartrat, Natriumcitrat und dergleichen), biokompatible Mono- und Disaccharide (z. B. Glukose, Fruktose, Dextrose, Maltose, Laktose und Sucrose), Polysaccharide (z. B. Stärke, Alginat, Chitosan), wasserlösliche Proteine (z. B. Gelatine und Agarose). Die auswaschbaren Materialien können entfernt werden, indem der Schaum mit dem auswaschbaren Material in ein Lösemittel, in dem das Teilchen löslich ist, über eine ausreichende Zeitdauer eingetaucht wird, um das Auswaschen im Wesentlichen der gesamten Teilchen zu erlauben, das jedoch den Schaum nicht löst oder nachteilig verändert. Das bevorzugte Extraktionsmittel ist Wasser, am meisten bevorzugt destilliertes, entionisiertes Wasser. Ein derartiger Prozess ist in dem US-Patent Nr. 5 514 378 beschrieben. Bevorzugt wird der Schaum getrocknet, nachdem der Auswaschprozess beendet ist, bei niedriger Temperatur und/oder im Vakuum, um die Hydrolyse des Schaums zu minimieren, sofern nicht eine beschleunigte Absorption des Schaums gewünscht ist.
Geeignete nicht bioabsorbierbare Materialien umfassen biokompatible Metalle, so wie rostfreien Stahl, Kobaltchrom, Titan und Titanlegierungen und bioinerte keramische Teilchen (z. B. Aluminiumoxid, Zirkonoxid und Calciumsulfatteilchen). Weiter können die nicht bioabsorbierbaren Materialien Polymere umfassen, so wie Polyethylen, Polyvinylacetat, Polymethylmethacrylat, Polypropylen, Polyethylenterephthalat, Silikon, Polyethylenoxid, Polyethylenglycol, Polyurethane, Polyvinylalkohol, natürliche Polymere (z. B. Zelluloseteilchen, Chitin und Keratin) und fluorinierte Polymere und Copolymere (z. B. Polyvinylidenfluorid, Polytetrafluorethylen und Hexafluorpropylen).
Es ist auch möglich, Feststoffe zuzusetzen (z. B. Bariumsulfat), die die Gewebeimplantate strahlungsundurchlässig machen. Die Feststoffe, die hinzugefügt werden können, umfassen auch solche, die die Neuerzeugung oder das Neuwachstum von Gewebe fördern werden, ebenso wie solche, die als Puffer, als verstärkende Materialien oder die Porosität modifizierend wirken.
Wie oben angesprochen werden die porösen, verstärkten Gewebeversorgungsimplantatelemente der vorliegenden Erfindung durch Einspritzen, Gießen oder Einbringen der geeigneten Polymerlösung auf eine andere Weise in einem Formaufbau, der aus einer Form und den verstärkenden Elementen der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, hergestellt. Der Formaufbau wird in einem geeigneten Bad oder auf einem gekühlten Regal gekühlt und dann lyophyilisiert, so dass ein verstärktes Gerüst gebildet wird. Ein bioaktives Mittel kann entweder vor oder nach dem Schritt des Lyophyilisierens hinzugefügt werden. Im Verlauf des Ausbildens der Schaumkomponente wird vermutet, dass es wichtig ist, die Gefriergeschwindigkeit des Polymer-Lösemittel-Systems zu steuern. Der Typ der Porenmorphologie, der während des Gefrierschritts entwickelt wird, ist eine Funktion von Faktoren, so wie der Thermodynamik der Lösung, der Gefriergeschwindigkeit, der Temperatur, auf die abgekühlt wird, der Konzentration der Lösung oder ob eine homogene oder heterogene Kernbildung auftritt. Ein Durchschnittsfachmann kann leicht die Parameter ohne unangemessenes Experimentieren optimieren.
Die erforderlichen allgemeinen Prozessschritte umfassen die Auswahl der geeigneten Materialien, aus denen der polymere Schaum und die verstärkenden Komponenten hergestellt werden. Wenn ein netzartiges verstärkendes Material verwendet wird, muss die geeignete Maschendichte ausgewählt werden. Weiter muss das verstärkende Material richtig in der Form ausgerichtet werden, die Polymerlösung muss mit einer geeigneten Geschwindigkeit hinzugefügt werden und bevorzugt in eine Form, die unter einem geeigneten Winkel gekippt ist, um die Bildung von Luftblasen zu vermeiden, und die Polymerlösung muss lyophylisiert werden.
Bei Ausführungsformen, die ein netzartiges verstärkendes Material verwenden, muss das verstärkende Netz eine bestimmte Dichte haben. Das heißt, die Öffnungen in dem Netzmaterial müssen ausreichend klein sein, um den Aufbau vernähbar oder auf andere Weise befestigbar zu machen, jedoch nicht so klein, dass sie die gute Bindung zwischen dem Schaum und dem verstärkenden Netz behindern, wenn das Schaummaterial und die offenen Zellen und Zellwände die Netzöffnungen durchdringen. Ohne gutes Anbinden wird die Integrität der geschichteten Struktur verschlechtert, was den Aufbau zerbrechlich und schwierig zu handhaben macht. Da die Dichte der Maschen die mechanische Festigkeit des Aufbaus festlegt, kann die Dichte der Maschen entsprechend dem gewünschten Einsatz für die Gewebeversorgung variieren. Zum Beispiel kann die Webart, die bei dem Netz verwendet wird, die Direktionalität der mechanischen Festigkeit des Aufbaus festlegen, ebenso wie die mechanischen Eigenschaften des verstärkenden Materials, so wie zum Beispiel die Elastizität, Steifigkeit, Sprengfestigkeit, Fadenhaltefestigkeit und endgültige Zugfestigkeit des Aufbaus. Als nicht beschränkendes Beispiel kann das netzartige verstärkende Material bei einem auf Schaum basierenden biokompatiblen Gerüst der vorliegenden Erfindung so gestaltet werden, dass es in einer Richtung steif ist, jedoch in einer anderen elastisch, oder als Alternative kann das netzartige verstärkende Material isotrop gemacht werden.
Währen des Lyophylisierens des verstärkten Schaums sind mehrere Parameter und Prozeduren wichtig, um Implantate mit der gewünschten Einheitlichkeit und den mechanischen Eigenschaften zu erzeugen. Bevorzugt ist das Verstärkungsmaterial im Wesentlichen flach, wenn es in die Form gelegt wird. Um den richtigen Grad der Flachheit sicherzustellen, wird die Verstärkung (z. B. das Netz) vor ihrer Anordnung innerhalb der Form flach gepresst, wobei eine geheizte Presse verwendet wird. Weiter, in dem Fall, dass die verstärkenden Strukturen nicht isotrop sind, ist es wünschenswert, diese Anisotropie anzugeben, indem der Aufbau markiert wird, um die Direktionalität anzuzeigen. Dies kann bewerkstelligt werden, indem ein oder mehrere Indikatoren, so wie gefärbte Markierungen oder gefärbte Fäden, innerhalb der gewebten Verstärkungen eingebettet werden. Die Richtung oder Ausrichtung des Indikators wird einem Chirurgen die Dimension des Implantats anzeigen, in der physikalische Eigenschaften überlegen sind.
Wie oben angemerkt, hilft die Art, auf die die Polymerlösung vor dem Lyophylisieren der Form hinzugefügt wird, dabei, zu der Erzeugung eines Gewebeimplantats mit angemessener mechanischer Einheitlichkeit beizutragen. Wenn angenommen wird, dass ein netzartiges verstärkendes Material verwendet wird und dass es zwischen zwei dünnen (z. B. 0.75 mm) Ausgleichsflächen angeordnet werden wird, sollte es in einer im Wesentlichen flachen Ausrichtung in einer gewünschten Tiefe in der Form positioniert werden. Die Polymerlösung wird in einer Weise gegossen, die es ermöglicht, dass Luftblasen zwischen den Schichten der Schaumkomponente entweichen. Bevorzugt wird die Form unter einem gewünschten Winkel gekippt, und das Gießen wird mit einer gesteuerten Geschwindigkeit durchgeführt, um der Blasenbildung am besten vorzubeugen. Ein Durchschnittsfachmann wird verstehen, dass eine Anzahl von Variablen den Kippwinkel und die Gießrate steuern wird. Im Allgemeinen sollte die Form mit einem Winkel größer als ungefähr 1 Grad gekippt werden, um eine Blasenbildung zu vermeiden. Zusätzlich sollte die Geschwindigkeit beim Gießen langsam genug sein, um zu ermöglichen, dass jedwede Luftblasen aus der Form entweichen, anstatt dass sie in der Form eingefangen werden.
Wenn ein Netzmaterial als die verstärkende Komponente verwendet wird, ist die Dichte der Maschenöffnungen ein wichtiger Faktor beim Bilden eines sich ergebenden Gewebeimplantats mit den gewünschten mechanischen Eigenschaften. Ein Maschenmaterial mit geringer Dichte oder ein offen gestricktes Maschenmaterial ist bevorzugt. Ein bevorzugtes Material ist ein 90:10-Copolymer aus Glycolid und Lactid, das unter dem Handelsnamen VICRYL (Ethicon, Inc., Somerville, NJ) verkauft wird. Ein beispielhaftes offen gestricktes Netz mit niedriger Dichte ist das gestrickte VICRYL VKM-M, erhältlich bei Ethicon, Inc., Somerville, NJ. Weitere bevorzugte Materialien sind Polydioxanon oder Copolymer aus Lactid und Glycolid im Verhältnis 95:5.
Die Dichte oder „Offenheit" eines Maschenmaterials kann bewertet werden, indem eine digitale Fotokamera verwendet wird, die eine Schnittstelle zu einem Computer hat. Bei einer Bewertung wurde die Dichte des Netzes bestimmt, indem ein Nikon SMZ-U-Zoom mit einer digitalen Fotokamera DKC-5000 von Sony verwendet wurde, die eine Schnittstelle zu einem IBM 300PL-Computer hatte. Digitale Bilder von Abschnitten jedes Netzes, 20-fach vergrößert, wurden bearbeitet, indem die Software Image-Pro Plus 4.0 verwendet wurde, um die Maschendichte zu bestimmen. Sobald ein digitales Bild durch die Software eingefangen wur de, wurde das Bild mit einer Schwelle belegt, so dass das Gebiet, das zu den Leerräumen in dem Netz beitrug, von der Gesamtfläche des Bildes subtrahiert werden konnte. Die Maschendichte wurde als Prozentanteil des bleibenden digitalen Bildes genommen. Implantate mit den am meisten gewünschten mechanischen Eigenschaften wurden als solche gefunden, die eine Maschendichte in dem Bereich von ungefähr 12 bis 80% und weiter bevorzugt ungefähr 45 bis 80% hatten.
Bei einer Ausführungsform ist das bevorzugte Gerüst für die Knorpelversorgung ein mit einem Netz verstärkter Schaum. Weiter bevorzugt ist der Schaum mit einem Netz verstärkt, das Polydioxanon (PDO) umfasst, und die Schaumzusammensetzung ist ein Copolymer aus ε-Caprolacton und Glycolid im Verhältnis 35:65. Für Gelenkknorpel ist die bevorzugte Struktur, um das Zellen- und Gewebeeinwachsen zu ermöglichen, eine, die eine offenporige Struktur hat, und so bemessen ist, dass sie eine ausreichende Zellmigration erlaubt. Eine geeignete Porengröße ist eine, bei der ein mittlerer Durchmesser in dem Bereich von ungefähr 50 bis 1000 μm (Mikrometern) und weiter bevorzugt zwischen ungefähr 50 bis 500 μm (Mikrometern) liegt. Die Netzschicht hat eine Dicke in dem Bereich von ungefähr 1 μm (Mikrometer) bis 1000 μm (Mikrometer). Bevorzugt hat der Schaum eine Dicke in dem Bereich von ungefähr 300 μm (Mikrometer) bis 2 mm und bevorzugt zwischen ungefähr 500 μm (Mikrometern) und 1.5 mm. Bevorzugt hat die Netzschicht eine Maschendichte in dem Bereich von ungefähr 12 bis 80% und weiter bevorzugt ungefähr 45 bis 80%.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das bevorzugte Gerüst für die Knorpelversorgung eine Vliesstruktur. Weiter bevorzugt ist die Zusammensetzung der Vliesstruktur PANACRYL, ein Copolymer aus Lactid und Glycolid im Verhältnis 95:5, VICRYL, ein Copolymer aus Glycolid und Lactid im Verhältnis 90:10 oder eine Mischung aus Polydioxanon und VICRYL. Für Gelenkknorpel ist die bevorzugte Struktur, um Zellen- und Gewebeeinwachsen zu ermöglichen, eine, die eine offenporige Struktur hat und so bemessen ist, dass sie eine ausreichende Zellmigration erlaubt. Eine geeignete Porengröße für das vliesartige Gerüst ist eine, bei der ein mittlerer Durchmesser in dem Bereich von ungefähr 50 bis 1000 μm (Mikrometern) und weiter bevorzugt zwischen ungefähr 100 bis 500 μm (Mikrometern) liegt. Das vliesartige Gerüst hat eine Dicke zwischen ungefähr 300 μm (Mikrometer) und 2 mm und weiter bevorzugt zwischen ungefähr 500 μm (Mikrometer) und 1.5 mm.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform ist das bevorzugte Gerüst für die Meniskusversorgung ein mit einem Netz verstärkter Schaum. Weiter bevorzugt ist der Schaum verstärkter Schaum mit einem Netz, das Polydioxanon (PDO) umfasst, und die Schaumzusammensetzung ist ein Copolymer aus ε-Caprolacton und Glycolid im Verhältnis 35:65. Die bevorzugte Struktur, um Zellen- und Gewebeeinwachsen zu ermöglichen, ist eine, die eine offenporige Struktur hat und die so bemessen ist, dass sie ausreichende Zellmigration erlaubt. Eine geeignete Porengröße ist eine, bei der ein mittlerer Durchmesser in dem Bereich von ungefähr 50 bis 1000 μm (Mikrometern) und weiter bevorzugt zwischen ungefähr 50 bis 500 μm (Mikrometern) liegt. Die Netzschicht hat eine Dicke in dem Bereich von ungefähr 1 μm (Mikrometer) bis 1000 μm (Mikrometer). Bevorzugt hat der Schaum eine Dicke in dem Bereich von ungefähr 300 μm (Mikrometer) bis 2 mm und weiter bevorzugt zwischen ungefähr 500 μm (Mikrometer) und 1.5 mm. Bei dieser Ausführungsform ist das bevorzugte Einsetzverfahren, das dünn geschnittene Knorpelgewebe mit diesem Gerüstmaterial zu umgeben. Bevorzugt hat die Netzschicht eine Maschendichte in dem Bereich von ungefähr 12 bis 80% und weiter bevorzugt ungefähr 45 bis 80%.
Bei sogar noch einer weiteren Ausführungsform ist das bevorzugte Gerüst für die Gewebeversorgung, einschließlich der Versorgung von Knorpel, Meniskus, Sehne, Ligament und Haut, aus einem natürlich auftretenden extrazellularen Matrixmaterial („ECM") aufgebaut, so wie das, das in dem Magen, der Blase, dem Verdauungs-, Harnröhren-, Integumentär-, Genitaltrakt oder der Leberbasalmembran von Tieren gefunden wird. Bevorzugt wird das ECM aus dem Verdauungstrakt von Säugetieren abgeleitet, so wie Kühen, Schafe, Hunden, Katzen und am meisten bevorzugt aus dem Darmtrakt von Schweinen. Das ECM ist bevorzugt Submucosa des Dünndarms(„SIS” – Small Intestine Submucosa), welche die Tunica submucosa umfassen kann, zusammen mit Basalbereichen der Tunica mucosa, insbesondere der Lamina muscularis mucosa und dem Stratum compactum.
Für die Zwecke dieser Erfindung ist es innerhalb der Definition eines natürlich auftretenden ECM, das ECM zu reinigen und/oder zu zerteilen oder sogar die Collagenfasern innerhalb des ECM zu vernetzen. Jedoch liegt es nicht innerhalb der Definition eines natürlich auftretenden ECM, natürliche Fasern zu extrahieren und zu reinigen und ein Matrixmaterial aus gereinigten natürlichen Fasern neu zu bilden. Auch, obwohl ein Bezug auf SIS genommen wurde, wird verstanden, dass andere natürlich auftretende ECMs innerhalb des Umfangs dieser Erfindung liegen. Somit, wie hierin verwendet, sind die Ausdrücke „natürlich auftretende extra zellulare Matrix" oder „natürlich auftretende ECM" so gedacht, dass sie sich auf extrazellulares Matrixmaterial beziehen, das gereinigt, desinfiziert, sterilisiert und als Option vernetzt worden ist.
Wenn SIS verwendet wird, kann ein SIS-Transplantat in einer Vielfalt von Wegen entnommen werden, wie es von einem Fachmann verstanden wird. Das sich ergebende Transplantatmaterial kann eine Vielfalt von Geometrien und Beschaffenheiten haben, einschließlich zum Beispiel spulenartig, wendelartig, federartig, zufällig, verzweigt, folienartig, rohrförmig, kugelartig, bruchstückhaft, fluidiziert, zerteilt, verflüssigt, geschäumt, suspendiert, gelartig, injizierbar pulverisiert, gemahlen und geschert.
Ein Durchschnittsfachmann wird verstehen, dass die Auswahl eines geeigneten Materials zum Bilden des biokompatiblen Gerüstes der vorliegenden Erfindung von mehreren Faktoren abhängt. Diese Faktoren umfassen die mechanische Leistungsfähigkeit in vivo; die Zellantwort auf das Material betreffend Zellbefestigung, Vermehrung, Migration und Differenzierung; Biokompatibilität; und optional die Bioabsorptions-(oder Bioabbaubarkeits-)Kinetik. Weitere relevante Faktoren umfassen die chemische Zusammensetzung, die räumliche Verteilung der Bestandteile, das Molekulargewicht des Polymers und den Grad der Kristallinität.
Ein bioaktives Mittel kann als Option in die Gewebegerüste 52 der vorliegenden Erfindung eingebaut werden. Bevorzugt wird das bioaktive Mittel in die oben offenbarten Gerüste 52 eingebaut oder als Überzug aufgebracht. Bei Ausführungsformen, bei denen das Gerüst 52 mit dem bioaktiven Mittel als Überzug aufgebracht wird, ist das bioaktive Mittel bevorzugt mit wenigstens einem Teil des Gerüstes 50 verknüpft. Die bioaktiven Mittel, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, können auch aus einer Vielfalt von Effektoren ausgewählt werden, die, wenn sie an dem Ort einer Verletzung vorliegen, das Heilen und/oder den Neuaufbau des betroffenen Gewebes fördern. Zusätzlich dazu, dass sie Verbindungen oder Mittel sind, die tatsächlich das Heilen fördern oder beschleunigen, können die Effektoren auch Verbindungen oder Mittel umfassen, die Infektion vorbeugen (z. B. antimikrobielle Substanzen und Antibiotika), Verbindungen oder Substanzen, die Entzündung verringern (z. B. entzündungshemmende Mittel), Verbindungen, die die Adhäsionsbildung verhindern oder minimieren, so wie oxidierte regenerierte Zellulose (z. B. INTERCEED und Surgicel^®, erhältlich bei Ethicon, Inc.), Hyaluronsäure und Verbindungen oder Substanzen, die das Immunsystem unterdrücken (z. B. immunodepressive Substanzen).
Beispielhaft können andere Typen von Effektoren, die innerhalb des Implantats der vorliegenden Erfindung vorhanden sind, heterologe oder autologe Wachstumsfaktoren, Proteine (einschließlich Matrixproteine), Peptide, Antikörper, Enzyme, Plättchen, plättchenreiches Plasma, Glycoproteine, Hormone, Cytokine, Glycosaminoglycane, Nukleinsäuren, Analgetika, Viren, Virusteilchen und Zelltypen umfassen. Es wird verstanden, dass ein oder mehrere Effektoren mit derselben oder einer unterschiedlichen Funktionalität in das Implantat eingebaut werden können.
Beispiele geeigneter Effektoren umfassen die Vielzahl heterologer oder autologer Wachstumsfaktoren, die dafür bekannt sind, dass sie das Heilen und/oder den Neuaufbau von verletztem oder beschädigtem Gewebe fördern. Diese Wachstumsfaktoren können direkt in das Gerüst eingebaut werden oder, als Alternative, kann das Gerüst eine Quelle für Wachstumsfaktoren umfassen, so wie zum Beispiel Plättchen. „Bioaktive Substanzen", wie hierin verwendet, umfassen eine oder mehrere der Folgenden: chemotaktische Substanzen; therapeutische Substanzen (z. B. Antibiotika, steroide und nicht steroide Analgetika und entzündungshemmende Mittel, die Abstoßung verhindernde Substanzen, so wie immundepressive Substanzen und Arzneimittel gegen Krebs); verschiedene Proteine (z. B. Kurzzeitpeptide, knochenmorphogene Proteine, Glycoprotein und Lipoprotein); Zellbefestigungsvermittler; biologisch aktive Liganden; Integrin bindende Sequenz; Liganden, verschiedene Wachstums- und/oder Differenzierungssubstanzen und Fragmente davon (z. B. epidermischen Wachstumsfaktor (EGF), hepatocytischen Wachstumsfaktor (HGF), vaskulare endotheliale Wachstumsfaktoren (VEGF), Fibroplasten-Wachstumsfaktoren (z. B. bFGF), von Plättchen abgeleitete Wachstumsfaktoren (PDGF), von Insulin abgeleiteter Wachstumsfaktor (z. B. IGF-I, IGF-II) und transformierende Wachstumsfaktoren (z. B. TGF-β I–III), Parathyroidhormon, mit Parathyroidhormon verwandte Peptide, knochenmorphogenetische Proteine (z. B. BPM-2, BMP-4; BMP-6; BMP-12), Sonic Hedgehog, Wachstumsdifferenzierungsfaktoren (z. B. GDF5, GDF6, GDF8), rekombinante menschliche Wachstumsfaktoren (z. B. MP52), vom Knorpel abgeleitete morphogenetische Proteine (CDMP1)); kleine Moleküle, die die Aufregulierung bestimmter Wachstumsfaktoren beeinflussen; Tenascin-C; Hyaluronsäure, Chondroitinsulfat; Fibronektin; Decorin; Thromboelastin; von Thrombin abgeleitete Peptide; Heparin bindende Domänen; Heparin; Heparansulfat; DNA-Fragmente und DNA-Plasmide. Geeignete Effektoren umfassen ebenso die Agonisten und Antagonisten der oben beschriebenen Substanzen. Der Wachstumsfaktor kann auch Kombinationen der oben beschriebenen Wachs tumsfaktoren umfassen. Zusätzlich kann der Wachstumsfaktor autologer Wachstumsfaktor sein, der durch Plättchen in dem Blut geliefert wird. In diesem Fall wird der Wachstumsfaktor aus Plättchen ein undefinierter Cocktail aus verschiedenen Wachstumsfaktoren sein. Wenn andere derartige Substanzen einen therapeutischen Wert auf dem orthopädischen Gebiet haben, wird vorausgesetzt, dass wenigstens einige dieser Substanzen ihre Verwendung bei der vorliegenden Erfindung finden, und derartige Substanzen können in die Bedeutung „bioaktive Substanz" und „bioaktive Substanzen" aufgenommen werden, falls nicht ansonsten ausdrücklich beschränkt wird.
Biologisch abgeleitete Substanzen, die für den Einsatz als Effektoren geeignet sind, umfassen eine oder mehrere der folgenden: Knochen (autogenes Transplantat, allogenes Transplantat und xenogenes Transplantat) und Derivate des Knochens; Knorpel (autogenes Transplantat, allogenes Transplantat und xenogenes Transplantat), einschließlich zum Beispiel Meniskusgewebe und Derivate, Ligament (autogenes Transplantat, allogenes Transplantat und xenogenes Transplantat) und Derivate; Derivate von Darmgewebe (autogenes Transplantat, allogenes Transplantat und xenogenes Transplantat), einschließlich zum Beispiel der Submucosa; Derivate des Magengewebes (autogenes Transplantat, allogenes Transplantat und xenogenes Transplantat), einschließlich zum Beispiel der Submucosa; Derivate des Blasengewebes (autogenes Transplantat, allogenes Transplantat und xenogenes Transplantat), einschließlich zum Beispiel der Submucosa; Derivate von Geweben des Verdauungstraktes (autogenes Transplantat, allogenes Transplantat und xenogenes Transplantat), einschließlich zum Beispiel der Submucosa; Derivate des Gewebes des Atemtraktes (autogenes Transplantat, allogenes Transplantat und xenogenes Transplantat), einschließlich zum Beispiel der Submucosa; Derivate des Gewebes des Genitaltraktes (autogenes Transplantat, allogenes Transplantat und xenogenes Transplantat), einschließlich zum Beispiel der Submucosa; Derivate des Lebergewebes (autogenes Transplantat, allogenes Transplantat und xenogenes Transplantat), einschließlich zum Beispiel der Leberbasalmembran; Derivate des Hautgewebes; plättchenreiches Plasma (PRP), plättchenarmes Plasma, Knochenmarkaspirat, entmineralisierte Knochenmatrix, von Insulin abgeleiteter Wachstumsfaktor, Gesamtblut, Fibrin und Blutkuchen. Gereinigtes ECM und andere Quellen für Collagen sind ebenfalls als biologisch abgeleitete Substanzen geeignet. Wenn andere derartige Substanzen auf dem Gebiet der Orthopädie einen therapeutischen Wert haben, wird angenommen, dass wenigstens einige dieser Substanzen ihren Einsatz bei der vorliegenden Erfindung finden, und solche Substanzen sollten in die Bedeu tung von „biologisch abgeleitete Substanz" und „biologisch abgeleitete Substanzen" aufgenommen werden, wenn dies nicht ansonsten ausdrücklich beschränkt ist.
Biologisch abgeleitete Substanzen umfassen auch bioremodellierbare collagenartige Gewebematrizen. Die Ausdrücke „bioremodellierbare collagenartige Gewebematrix" und „natürlich auftretende bioremodellierbare collagenartige Gewebematrix" umfassen Matrizen, die von nativem Gewebe abgeleitet sind, das aus der Gruppe bestehend aus Haut, Arterie, Vene, Herzbeutel, Herzklappe, Dura mater, Ligament, Knochen, Knorpel, Blase, Leber, Magen, Fascie und Darm ausgewählt ist, was auch immer die Quelle ist. Obwohl der Ausdruck „natürlich auftretende bioremodellierbare collagenartige Gewebematrix" dazu gedacht ist, dass er sich auf Matrixmaterial bezieht, das gereinigt, verarbeitet, sterilisiert und als Option vernetzt ist, liegt es nicht in der Definition einer natürlich auftretenden bioremodellierbaren collagenartigen Gewebematrix, die natürlichen Fasern zu reinigen und ein Matrixmaterial aus gereinigten natürlichen Fasern neu zu bilden.
Die Proteine, die innerhalb des Implantats vorhanden sein können, umfassen Proteine, die aus einer Zelle oder einer anderen biologischen Quelle, so wie zum Beispiel einem Plättchen, abgesondert sind, das innerhalb des Implantates untergebracht ist, ebenso wie diejenigen, die innerhalb des Implantates in einer isolierten Form vorhanden sind. Die isolierte Form eines Proteins ist typischerweise eine, die ungefähr 55% oder mehr Reinheit hat, d. h. isoliert von anderen Zellproteinen, Molekülen, Ablagerungen usw. Weiter bevorzugt ist das isolierte Protein eines, das wenigstens 65% rein ist und am meisten bevorzugt eines, das wenigstens ungefähr 75 bis 95% rein ist. Ungeachtet des oben Stehenden wird ein Durchschnittsfachmann verstehen, dass Proteine mit einer Reinheit unterhalb ungefähr 55% noch als innerhalb des Umfangs dieser Erfindung liegend betrachtet werden. Wie hierin verwendet, umschließt der Ausdruck „Protein" Glycoproteine, Lipoproteine, Proteoglycane, Peptide und Fragemente von diesen. Beispiele für Proteine, die als Effektoren nützlich sind, umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Pleiotrophin, Endothelin, Tenascin, Fibronectin, Fibrinogen, Vitronectin, V-CAM, I-CAM, N-CAM, Selectin, Cadherin, Integrin, Laminin, Actin, Myosin, Collagen, Mikrofilament, mittleres Filament, Antikörper, Elastin, Fibrillin und Fragmente von diesen.
Glycosaminoglycane, hoch geladene Polysaccharide, die eine Rolle bei der Anhaftung von Zellen spielen, können ebenfalls als Effektoren gemäß der vorliegenden Erfindung dienen. Beispielhafte Glycosaminoglycane, die als Effektoren nützlich sind, umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Heparansulfat, Heparin, Chondroitinsulfat, Dermatansulfat, Hyaluronan (auch als Hyaluronsäure bekannt) und Kombinationen aus diesen.
Bei den Gewebegerüsten 52 der vorliegenden Erfindung können auch Zellen eingebaut sein. Geeignete Zelltypen, die als Effektoren gemäß dieser Erfindung dienen können, umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Osteozyten, Osteoblasten, Osteoklasten, Fibroblasten, Stammzellen, omnipotente Zellen, Vorläufer von Chondrozyten, Chondrozyten, endotheliale Zellen, Makrophagen, Leukozyten, Adipozyten, Monozyten, Plasmazellen, Mastzellen, Nabelschnurzellen, Strumazellen, mesenchymale Stammzellen, epitheliale Zellen, Myoblasten, Tenozyten, Ligament-Fibroblasten, Neuronen, Knochenmarkzellen, Synoviozyten, Embryo-Stammzellen; Vorläuferzellen, die von fetthaltigem Gewebe abgeleitet sind; periphere Blut-Progenitorzellen; Stammzellen, die aus Erwachsenemgewebe isoliert sind; genetisch transformierte Zellen; eine Kombination aus Chondrozyten und weiteren Zellen; eine Kombination aus Osteozyten und weiteren Zellen; eine Kombination aus Synoviozyten und weiteren Zellen; eine Kombination aus Knochenmarkzellen und weiteren Zellen; eine Kombination aus mesenchymalen Zellen und weiteren Zellen; eine Kombination aus Strumazellen und weiteren Zellen; eine Kombination aus Stammzellen und weiteren Zellen; eine Kombination aus Embryo-Stammzellen und weiteren Zellen; eine Kombination aus Vorläuferzellen, die aus Erwachsenengewebe isoliert sind, und weiteren Zellen; eine Kombination aus peripheren Blut-Vorläuferzellen und weiteren Zellen; eine Kombination aus Stammzellen, die von Erwachsenengewebe isoliert sind, und weiteren Zellen; und eine Kombination aus genetisch transformierten Zellen und weiteren Zellen. Wenn für andere Zellen gefunden wird, dass sie auf dem Gebiet der Orthopädie einen therapeutischen Wert haben, wird angenommen, dass wenigstens einige dieser Zellen ihren Einsatz bei der vorliegenden Erfindung finden werden, und solche Zellen könnten in die Bedeutung von „Zelle" und „Zellen" eingeschlossen werden, wenn dies nicht ausdrücklich beschränkt ist.
Zellen haben typischerweise an ihrer Oberfläche Rezeptormoleküle, die auf einen verwandten Liganden (z. B. einen Stimulator) ansprechen. Ein Stimulator ist ein Ligand, der, wenn er in Kontakt mit seinem verwandten Rezeptor ist, bewirkt, dass die Zelle, die den Rezeptor besitzt, eine bestimmte biologische Tätigkeit erzeugt. Zum Beispiel kann als Antwort auf einen Stimulator (oder Liganden) eine Zelle wesentliche Größen an Sekundärnachrichtenträgern, wie Ca²⁺ erzeugen, die dann anschließende Wirkungen auf Zellprozesse haben, so wie die Phosphorylisierung von Proteinen, so wie (um bei unserem Beispiel zu bleiben) Proteinkinase C. In manchen Fällen sondert, sobald eine Zelle mit dem richtigen Stimulator angeregt wird, die Zelle einen Zellnachrichtenträger üblicherweise in der Form eines Proteins (einschließlich Glycoproteine, Proteoglycane und Lipoproteine) ab. Dieser Zellnachrichtenträger kann ein Antikörper sein (z. B. von Plasmazellen abgesondert), ein Hormon (z. B. ein Paracrin-, Autocrin- oder Exocrinhormon), ein Zytokin oder natürliche oder synthetische Fragmente von diesen.
Die Gewebeimplantate 50 der Erfindung können auch bei Gentherapietechniken verwendet werden, bei denen Nukleinsäuren, Viren oder Viruspartikel ein interessierendes Gen liefern, das wenigstens ein interessierendes Genprodukt für bestimmte Zellen oder Zelltypen codiert. Demgemäß kann der biologische Effektor eine Nukleinsäure sein (z. B. DNA, RNA oder ein Oligonukleotid), ein Virus, ein Virusteilchen oder ein nicht viraler Vektor. Die Viren und Virusteilchen können DNA- oder RNA-Viren sein oder können davon abgeleitet sein. Das interessierende Genprodukt ist bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus Proteinen, Polypeptiden, Interferenz-Ribonukleinsäuren (iRNA) und Kombinationen aus diesen ausgewählt.
Sobald die verwendbaren Nukleinsäuren und/oder viralen Substanzen (d. h. Viren oder virale Teilchen) in das biokompatible Gerüst des Gewebeversorgungsimplantats eingebaut sind, kann das Implantat dann an einer bestimmten Stelle implantiert werden, um einen Typ einer biologischen Antwort hervorzulocken. Die Nukleinsäure oder die virale Substanz kann dann von den Zellen aufgenommen werden, und jedwede Proteine, die sie codieren, können lokal von den Zellen erzeugt werden. Bei einer Ausführungsform kann die Nukleinsäure oder die virale Substanz von den Zellen innerhalb des Gewebefragments der Suspension aus dünn geschnittenem Gewebe aufgenommen werden, oder, bei einer alternativen Ausführungsform kann die Nukleinsäure oder die virale Substanz von den Zellen in dem Gewebe aufgenommen werden, welches den Ort des verletzten Gewebes umgibt. Ein Fachmann wird erkennen, dass das erzeugte Protein ein Protein des oben besprochenen Typs sein kann, oder ein ähnliches Protein, das eine verbesserte Kapazität des Gewebes beeinflusst, eine Verletzung oder eine Krankheit zu heilen, eine Infektion zu bekämpfen oder eine Entzündungsantwort zu verringern. Nukleinsäuren können auch verwendet werden, um die Expression unerwünschten Genprodukts zu blockieren, das einen negativen Einfluss auf einen Gewebeversorgungsprozess oder andere normale biologische Prozesse haben kann. DNA, RNA und virale Substanzen werden oftmals verwendet, um eine solche die Expression blockierende Funktion zu bewerkstelligen, was auch als Genexpressions-Knockout bekannt ist.
Ein Durchschnittsfachmann wird verstehen, dass die Identität der bioaktiven Substanz von einem Chirurgen bestimmt werden kann, basierend auf den Grundsätzen der Medizinwissenschaft und der anwendbaren Behandlungsziele. Es wird verstanden, dass die bioaktive Substanz oder der Effektor für das Gewebeversorgungsimplantat in das Gewebegerüst 52 vor oder nach dem Herstellen des Gewebegerüsts 52 oder vor oder nach dem chirurgischen Anordnen des Implantats 50 eingebaut werden kann.
Vor dem Einbringen während der Operation kann das Gewebegerüst 52 in einen geeigneten Behälter gebracht werden, der die bioaktive Substanz enthält. Nach einer geeigneten Zeit und unter zweckmäßigen Bedingungen wird das Gerüst 52 mit der bioaktiven Substanz imprägniert werden. Als Alternative kann die bioaktive Substanz in das Gerüst 52 eingebaut werden, indem zum Beispiel eine entsprechend geeignete Spritze verwendet wird, um die biologische(n) Substanz(en) in das Gerüst zu injizieren. Andere Verfahren, die den Fachleuten gut bekannt sind, können angewendet werden, um ein Gerüst 52 mit einer geeigneten bioaktiven Substanz zu laden, so wie Mischen, Pressen, Streuen, Zentrifugieren und Einbringen der bioaktiven Substanz in das Gerüst 52. Als Alternative kann die bioaktive Substanz vor dem Einspritzen in das Gerüst 52 mit einem gelartigen Träger gemischt werden.
Anschließend an das Einbringen während der Operation kann ein Implantat, bei dessen biokompatiblem Gerüst 52 jedwede bioaktive Substanz fehlt, mit biologischen Substanzen versehen werden, oder ein Implantat, bei dem das Gerüst wenigstens eine bioaktive Substanz umfasst, kann mit einer zusätzlichen Menge der bioaktiven Substanz versorgt werden. Ein Verfahren des Einlagerns einer bioaktiven Substanz in ein chirurgisch eingesetztes Implantat ist durch Injektion, wobei eine geeignet geeichte Spritze verwendet wird.
Die Menge der bioaktiven Substanz, die bei einem biokompatiblen Gerüst 52 enthalten ist, wird abhängig von einer Vielfalt von Faktoren variieren, einschließlich der Größe des Gerüstes, des Materials, aus dem das Gerüst hergestellt ist, der Porosität des Gerüstes, der Identität der biologischen Komponente und dem geplanten Zweck des Gewebeversorgungsimplantats. Ein Fachmann kann leicht die geeignete Menge der bioaktiven Substanz bestimmen, die in ein biokompatibles Gerüst für eine gegebene Anwendung einzubringen ist, um das Heilen des Gewebes zu vereinfachen und/oder zu beschleunigen. Die Menge an bioaktiver Substanz wird natürlich von der Identität der bioaktiven Substand und der gegebenen Anwendung variieren.
Die Gewebeversorgungsimplantate der vorliegenden Erfindung können bei einer Vielfalt chirurgischer und nicht-chirurgischer Anwendungen eingesetzt werden. Bei manchen chirurgischen Anwendungen, so wie zur Verwendung bei der Versorgung einer Vielfalt von Geweben, einschließlich eines gerissenen Ligaments, einer Sehne, einer Rotatormanschette, eines Nervs, der Haut, Knorpel oder des Meniskus, müssen die Gewebeimplantate der Erfindung in der Lage sein, dass man sie in dem Operationsraum handhaben kann, und sie müssen ohne Reißen genäht oder auf andere Weise befestigt werden können. Zusätzlich sollten die Implantate eine Struktur haben, die geeignet ist, das Einwachsen von Gewebe zu fördern.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Gewebeversorgungsimplantat bei der Behandlung einer Gewebeverletzung verwendet, so wie einer Verletzung bei einem Ligament, einer Sehne, einem Nerv, der Haut, Knorpel oder dem Meniskus. Das Versorgen von Gewebeverletzungen umfasst die Schritte des Erhaltens eines Schnittes aus lebendem Gewebe 22 durch irgendeine aus der Vielfalt der Techniken, die den Fachleuten bekannt sind, und das Anordnen des Gewebeschnitts 22 in einer gewünschten Position relativ zu der Gewebeverletzung. Obwohl ein einzelner Gewebeschnitt 22 verwendet werden kann, können mehr als ein Gewebeschnitt 22 miteinander verbunden werden, um ein geschichtetes Implantat 40 zum Implantieren zu bilden. Das Versorgen von Gewebeverletzungen kann auch das Ablegen des Gewebeschnittes 22 auf einem biokompatiblen, bioabsorbierbaren Gewebegerüst 52 umfassen, so dass der Gewebeschnitt 22 mit dem Gerüst 52 verknüpft wird, um ein Gewebeversorgungsimplantat 50 zu bilden. Ein Halteelement 30 kann optional verwendet werden, um das Implantat an der Verletzung oder der Schädigung 10 zu sichern. In einem zusätzlichen Schritt können fein geschnittene Gewebefragmente in das Implantat gebracht werden, um die Wirksamkeit des Neuwachsens und des Heilprozesses zu verbessern. Die Zellen sowohl in den Gewebeschnitten als auch in den dünn geschnittenen Gewebefragmenten können herauswandern und beginnen, sich zu vermehren und mit umgebendem Gewebe am Ort der Implantation zu integrieren, so dass die Gewebeverletzung versorgt wird. Dieses Verfahren zum Versorgen von Gewebeverletzungen kann einen zusätzlichen optionalen Schritt umfassen. Vor dem Schritt des Anordnens des Gewebeversorgungsimplantats in einer gewünschten Position relativ zu der Gewebeverletzung können das Gerüst und die zugeordneten Gewebepartikel über eine Zeitdauer und unter Bedingungen, die wirksam sind, es den Zellen innerhalb der Gewebepartikel zu ermöglichen, aus dem Gewebe zu wandern und zu beginnen, das Gerüst zu bevölkern, bebrütet werden.
Die Implantate, die verwendet werden, um verletztes Gewebe zu versorgen, können eine Größe und Form derart haben, dass sie der Geometrie und den Abmessungen eines gewünschten Bereiches oder einer Läsion des Gewebes, das behandelt werden soll, entsprechen. Das Implantat kann, um die notwendige Geometrie zu erzeugen, durch zahlreiche Techniken bemessen und geformt werden, einschließlich Schneiden, Falten, Walzen oder Handhaben des Implantats auf andere Weise. Wie oben angesprochen kann die bioaktive Substanz dem Gerüst während oder nach der Herstellung des Gerüstes oder bevor oder nachdem das Implantat bei einem Patienten eingerichtet ist, zugesetzt werden. Eine zusätzliche Menge der bioaktiven Substanz kann hinzugefügt werden, nachdem das Implantat eingerichtet ist. Wenn einmal der Zugriff auf die betroffene anatomische Stelle geschehen ist (sei es durch minimal invasive, offene oder minioffene chirurgische Technik), kann das Implantat an einer gewünschten Position relativ zu der Gewebeverletzung befestigt werden, beispielsweise innerhalb eines Risses oder einer Läsion. Sobald das Implantat in die gewünschte Position oder Läsion gebracht ist, kann es befestigt werden, indem ein geeignetes Halteelement 30 oder eine andere geeignete Technik verwendet wird. Bei einem Aspekt kann das Implantat durch eine chemische und/oder mechanische Befestigungstechnik befestigt werden. Geeignete chemische Befestigungsmittel umfassen Leime und/oder Klebstoffe, so wie Fibrinleim, Fibrinkuchen und andere bekannte biologisch kompatible Klebmittel. Geeignete mechanische Befestigungsmittel umfassen Fäden, Heftklammern, Gewebestifte, Fadenanker, Pfeile, Schrauben, Stifte und Speere. Es wird verstanden, dass Kombinationen aus einem oder mehreren chemischen und/oder mechanischen Befestigungsmitteln verwendet werden können. Als Alternative braucht man gar keine chemischen und/oder mechanischen Befestigungsmittel zu verwenden. Statt dessen kann die Anordnung des Implantats durch einen Reibsitz des Implantats an einer geeigneten Stelle in dem Gewebe, das behandelt werden soll, bewerkstelligt werden.
Bei einer Verwendung kann das Gewebeversorgungsimplantat zur Versorgung und zum Aufpolstern bei Gewebeverlust während einer Sehnen- oder Ligamentversorgungsoperation dienen oder es kann als eigenständiges Bauelement verwendet werden. In dem Fall der Versorgung werden Sehnen- oder Ligamentenden durch geeignete chirurgische Techniken einander angenähert, und das Gewebeversorgungsimplantat wird um das verbundene Ende eingesetzt, um mehr mechanische Unterstützung zu geben und um die Heilantwort zu verbessern. Als ein Ergebnis des Heilprozesses wächst das Sehnen- oder Ligamentgewebe in das Implantat-Bauelement, wobei es schließlich in ein Gewebe mit ähnlichen mechanischen Eigenschaften wie denen des nativen Gewebes reift. Das Implantat sorgt für die mechanische Unterstützung, die anfangs notwendig ist, um das gute Heilen sicherzustellen, und es dient auch als eine Führung für die Neuerzeugung von Gewebe. Bei einer anderen Verwendung als ein eigenständiges Bauelement wird das gerissene Gewebe entfernt, und das Gewebeversorgungsimplantat mit geschnittenem Gewebe dient dazu, die Funktion des geschädigten Gewebes zu ersetzen. Bei einer Ausführungsform kann das gerissene Gewebe die Gewebequelle sein, die zum Heilen des geschädigten Gewebes verwendet wird.
Bei Ausführungsformen, bei denen das Gewebeversorgungsimplantat verwendet wird, um Ligamentgewebe zu versorgen, kann das Gewebeversorgungsimplantat für das Aufpolstern von Gewebe verwendet werden oder als Alternative als ein eigenständiges Bauelement. Bei Ausführungsformen, bei denen das Gewebeversorgungsimplantat für das Aufpolstern verwendet wird, kann das Gewebeversorgungsimplantat im Zusammenwirken mit irgendeiner aus einer Vielfalt von standardmäßigen, bewährten Versorgungstechniken verwendet werden, die den Fachleuten bekannt sind. Bei Ausführungsformen, bei denen das Gewebeversorgungsimplantat zum Aufpolstern während der Versorgung des ACL verwendet wird, benutzen die Chirurgen gegenwärtig ein autogenes Transplantat, das aus Ligamentgewebe, Knochen-Kniescheiben-Sehnen, Sehnen-Knochen-Sehnen, Achillessehnen oder ileotibialem Band besteht, um Gewebe zu versorgen, und das Gewebeversorgungsimplantat der vorliegenden Erfindung kann entweder um das autogene Transplantat, umgeben von dem autogenen Transplantat oder entlang dem autogenen Transplantat gebracht werden. Bei Ausführungsformen, bei denen das Gewebeversorgungselement als ein eigenständiges Bauelement verwendet wird, kann das gerissene Ligament entfernt werden und vollständig durch das Gewebeversorgungsimplantat ersetzt werden. In diesem Fall kann das Gewebeversorgungsimplantat an jedem Ende des Implantats an Knochen befestigt werden. In dem Fall der Versorgung des ACL kann ein Ende des Implantats an der ursprünglichen Stelle am Oberschenkel stabilisiert werden, während das andere Ende an den ursprünglichen Einsetzort auf dem Schienbein gebracht werden kann.
Das Gewebeversorgungsimplantat kann in einer Vielfalt von Ausgestaltungen verwendet werden. Zum Beispiel kann das Implantat aus langen Gewebestücken aufgebaut sein, gefaltet oder gestapelt in mehreren Laminaten, oder es kann in die Form gewickelt oder als eine rohrartige Struktur verwendet werden. Sehnen- oder Ligamentenden können verbunden werden, zum Beispiel durch Nähen, Heften, Klemmen, Kleben oder Verankern des Implantats an En den des Implantats. Bei manchen Ausführungsformen, bei denen das Gewebeversorgungsimplantat verwendet wird, um Sehnen zu versorgen, zum Beispiel bei der Versorgung der Rotatormanschette, kann der Chirurg das Gewebeversorgungsimplantat einsetzen, um die erneute Annäherung der gerissenen Rotatormanschette an eine knöcherne Warme durch die cortikale Oberfläche der größeren Tuberositas zu unterstützen. Oftmals ist bei älteren Patienten das Gewebe der Rotatormanschette dünn und degeneriert und/oder die Qualität des Oberarmknochens ist osteoporotisch. Daher, um die Stärke der Befestigung durch die knöcherne Wanne zu vergrößern, kann das Gewebeversorgungsimplantat auf die Sehne gebracht werden, so dass die Fäden durch sowohl das Gerüst als auch die Sehne verlaufen würden, oder als Alternative kann das Gewebeversorgungsimplantat auf der Knochenbrücke eingesetzt werden, um zu verhindern, dass sich die Fäden aus dem Knochen herausziehen. Bei jeder Ausführungsform sorgt das Gewebeversorgungsimplantat für die Haltefestigkeit des Fadens. In Situationen, in denen die Qualität der Rotatormanschette so entartet ist, dass das Gewebe nicht wieder an den Oberarmknochen angenähert werden kann, kann das Gewebeversorgungsimplantat als eine Brücke dienen, wobei ein Ende des Implantat mit der verbleibenden Sehne verbunden werden kann, während das andere Ende an dem Knochen befestigt werden kann.
Bei einer weiteren Abwandlung kann das Implantat verwendet werden, um die Hülle einer Sehne zu versorgen oder zu ersetzen. Um dies zu tun wird das Implantat mit dem Bindegewebe, so wie dem Periosteum, Synovium oder einem Muskel, vernäht oder auf andere Weise verbunden oder um die Sehne gelegt. Dieser Aufbau erlaubt das freie Gleiten der Sehne innerhalb der Hülle, die durch das Implantat gebildet ist. Das Implantat bietet die notwendige strukturelle Unterstützung anschließend an die Operation. Im Laufe der Zeit jedoch kann das Implantat bei dieser Ausführungsform resorbiert und durch neues Gewebe ersetzt werden.
Die Implantate der Erfindung können auch für Organversorgungsersatz oder Erneuerungsstrategien verwendet werden, die ihren Nutzen aus diesen einmaligen Gewebeimplantaten ziehen können. Zum Beispiel können diese Implantate für Bandscheibe, Schädelgewebe, Dura, Nervengewebe, Leber, Bauchspeicheldrüse, Niere, Blase, Gebärmutter, Speiseröhre, Milz, Herzmuskel, Skelettmuskel, Haut, Faszie, Beckenboden, Magen, Sehnen, Knorpel, Ligamente und Brustgewebe verwendet werden.
Die Implantate der vorliegenden Erfindung können auch als ein Zuführelement für ein Therapeutikum verwendet werden, wobei das Therapeutikum das dünn geschnittene Gewebe ist, welches eine Kombination aus Zellen, extrazellularer Matrix und inhärenten Wachstumsfaktoren umfasst. Der Gerüstbereich des Implantats kann es Hormonen und Proteinen ermöglichen, in die umgebenden Gebiete freigesetzt zu werden.
Die Verfahren des Versorgens von Gewebeverletzungen, bei denen die Gewebeimplantate gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, können während einer chirurgischen Operation, um die Gewebeverletzung zu versorgen, ausgeführt werden. Bei einem beispielhaften Verfahren wird ein Patient für die Gewebeversorgungsoperation in einer herkömmlichen Weise vorbereitet, wobei herkömmliche chirurgische Techniken verwendet werden. Die Gewebeversorgung wird an dem Ort der Schädigung oder des verletzten Gewebes 10 durchgeführt, wobei das Verbund-Gewebeimplantat 50 der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Der Gewebeschnitt 22, der verwendet wird um das Gewebeimplantat 50 zu bilden, wird von dem Patienten (oder einem anderen Spender) erhalten, wobei geeignete Werkzeuge und Techniken eingesetzt werden. Der Gewebeschnitt 22 wird entweder mit einer festgelegten Geometrie entnommen, die für die Schädigung oder Verletzung 10 geeignet ist, oder nach dem Entnehmen in die vorgegebene Geometrie geschnitten. Das Verfahren des Entnehmens oder Schneidens in eine vorgegebene Geometrie kann mit herkömmlichen sterilen chirurgischen Instrumenten oder einem speziell gestalteten Gerät geschehen. Der vorbereitete Gewebeschnitt wird dann auf ein Gewebegerüst 52 gebracht. Das Gerüst und das Gewebe können dann am Ort der Gewebeverletzung implantiert werden, wobei ein Halteelement 30 verwendet wird, so wie Fäden, Heftklammern, ein Klebmittel, mechanische Kraft oder irgendein anderes Fixierelement. Der endgültige Wundverschluss wird in einer herkömmlichen Weise durchgeführt, bei der herkömmliche chirurgische Techniken verwendet werden.
Die folgenden Beispiele sind für die Grundsätze und das Umsetzen dieser Erfindung in die Praxis veranschaulichend. Zahlreiche zusätzliche Ausführungsformen im Umfang und Gedanken der Erfindung werden den Fachleuten deutlich werden.
BEISPIEL 1 (zum Vergleich)
Bei dieser in vitro-Studie wurde die Zellmigration und die Neubildung der Matrix aus dünn geschnittenem und zerfetztem Gewebe des vorderen Kreuzbandes (ACL) eines Rindes in ein vliesartiges Gewebegerüst (PANACRYL) bewertet und verglichen. Vorbearbeitete und sterilisierte Vliese aus PANACRYL wurden geschnitten, um zwei (2) Stücke mit 2.5 × 2 cm zu erhalten. Als nächstes wurden Gewebeproben des ACL eines Rindes aus zwei Knien von dem selben Tier erhalten. Um das zerfetzte Gewebe vorzubereiten, wurde ein isolierter Abschnitt des Rinder-ACL unter aseptischen Bedingungen geschnitten, so dass sie ungefähr 2 × 2 × 0.5 cm in den Gesamtabmessungen hatten. Indem ein steriles Skalpell verwendet wurde, wurden mehrere Inzisionen über die volle Dicke parallel zu den Fasern des ACL-Schnittes durchgeführt, was Gewebefäden ergab, die ungefähr 2 cm lang und 0.1 cm maximalen Durchmesser hatten. Die Gewebefäden wurden parallel zu der Längsachse einer Folie aus PANACRYL angeordnet, um ein Verbund-Implantat zu bilden. Um die Kontrolle vorzubereiten, wurden dünn geschnittene ACL-Gewebefragmente auch auf eine Folie aus PANACRYL aufgebracht. Die dünn geschnittenen Gewebefragmente wurden erhalten, indem die Gewebeprobe des Rinder-ACL dünn geschnitten wurde, wobei Skalpellklingen verwendet wurden, um kleine Gewebefragmente zu erhalten. Sowohl das Verbund-Implantat als auch die Kontrolle wurden in Dulbecco's modifiziertes Eagle-Medium (DMEM) gebracht, das mit 20% fötalem Rinderserum (FBS – Fetal Bovine Serum) versetzt wurde. Nach 4 Tagen und 21 Tagen wurde ein DNA-Assay durchgeführt und die Histologie der Proben wurde bewertet.
Ergebnisse
Nach 4 Tagen und 21 Tagen wurden die Proben für die histologische Bewertung vorbereitet. Schnitte von 5 Mikrometern (Micron) wurden erhalten und an mit Klebstoff beschichtete Objektträger geklebt. Diese Schnitte wurden dann mit Hematoxylin und Eosin gefärbt. Zusätzlich wurde der DNA-Gehalt jeder Probe durch eine Untersuchung erhalten, bei der ein Molekularsonden-CyQUANT-Zellenwachstumsuntersuchungsset (Kat. No. C-7026) verwendet wurde. Biopsieproben im Bündel von 5 mm des Verbund-Implantats wurden am Tag 4 und am Tag 21 erhalten. Die Proben wurden einmal in 1 × PBS gewaschen und bei –20°C über wenigstens eine Stunde gefroren. Die Proben wurden dann auf Zimmertemperatur aufgetaut und in 40 μl 4M Guanidin-HCl bebrütet. 10 μl der mit Guanidin versetzten Probe wurde 190 μl CyQUANT GR-Arbeitslösung hinzugefügt. Die Mischung wurde verwirbelt und 5 Minu ten bebrütet und dann in eine schwarzwandige Platte mit 96 Gefäßen geladen und durch Spektrofotometrie analysiert. Die Ergebnisse der DNA-Untersuchung sind in Tabelle 1 hiernach gezeigt.
Bei der Kontrollprobe mit dem dünn geschnittenen Gewebe erschienen die Zellen innerhalb des dünn geschnittenen Gewebes nach 4 Tagen wachstumsfähig, wobei keine Zellen innerhalb des Gewebegerüstes bemerkt wurden. Nach 21 Tagen wurde eine gleichmäßig verteilte spärliche Zellpopulation innerhalb des Gerüstes bemerkt. Die Brennpunkte dessen, was als frühe neue Matrixbildung erschien, wurde entlang dem Übergang von Gewebe und Gerüst bemerkt.

Bei dem zerfetzten Gewebeimplantat erschienen die Zellen innerhalb des zerfetzten Gewebes nach 4 Tagen wachstumsfähig, wobei innerhalb des Gewebegerüstes keinerlei Zellen beobachtet wurden. Nach 21 Tagen wurde innerhalb des Gerüstes eine gleichmäßig verteilte spärliche Zellpopulation bemerkt. Der Brennpunkt dessen, was als eine frühe Matrixneubildung erschien, wurde entlang dem Übergang von Gewebe zu Gerüst bemerkt. Tabelle 1. Vergleich des DNA-Gehaltes in dünn geschnittenem gegenüber zerfetztem Gewebe DNA-Untersuchung

Probe	DNA (ng)
	Tag 4	Tag 4 gemittelt	Tag 21	Tag 21 gemittelt
Dünn geschnitten	4420	4284	5256	4853.66667
	4198		3862
	4234		5443
Zerfetzt	1793	2033.333	2400	2680.66667
	2074		2219
	2233		3423

Die Daten aus Tabelle 1 sind auch in der 5 als ein Balkendiagramm für den erleichterten Vergleich grafisch dargestellt.
Diskussion
Wie es durch die histologische Bewertung der Proben angezeigt wird, waren die Zellen des zerfetzten ACL-Gewebes in der Lage, in das Gewebegerüst zu wandern und frühe Anzeichen der Matrixbildung nach 21 Tagen zu zeigen. Zerfetztes ACL-Gewebe schien auch in ähnlicher Weise wie dünn geschnittene ACL-Gewebefragmente zu wirken, da beide Gewebegeometrien nach 21 Tagen dieselbe Zellbevölkerung und dasselbe Verteilungsprofil zeigten.
Wie es durch die durchgeführten DNA-Untersuchungen angegeben ist, erscheint der relative Zuwachs im DNA-Gehalt, der beim zerfetzten ACL-Gewebe bemerkt wurde, ähnlich dem Zuwachs im DNA-Gehalt, der bei dem dünn geschnittenen ACL-Gewebe beobachtet wurde. Diese Ergebnisse sind mit den histologischen Daten konsistent.
Es wurde geschlossen, dass spärliche und gleich verteilte Zellwanderung und brennpunktartige Neumatrixbildung in Gerüsten aus vliesartigem PANACRYL, die mit zerfetztem Gewebe des ACL eines Rindes geimpft wurden, beobachtet werden kann. Diese Ergebnisse sind ähnlich bei dünn geschnittenen Gewebefragmenten des ACL eines Rindes, die auf dasselbe Gerüst geimpft wurden, nach 21 Tagen.
BEISPIEL 2 (zum Vergleich)
Bei dieser in vitro-Studie wurde geschnittenes Meniskusgewebe als eine Quelle für wachstumsfähige Zellen für die Neuerzeugung des Meniskus geprüft. Zunächst wurde ein isolierter Rindermeniskus erhalten und zurechtgeschnitten, um das umgebende Synovium zu beseitigen. Indem ein steriles Dermatom verwendet wurde, wurden Schnitte des Meniskus abgenommen. Die Dicke der Schnitte war entweder 200 μm, 300 μm oder 500 μm. Die Schnitte hatten ungefähr 1 bis 2 cm Länge. Die Meniskusschnitte wurden Gerüsten aufgeimpft, die sterilisierten, 65:35 Polyglycolsäure/Polycaprolactonsäure-Schaum aufwiesen, welcher mit einem Netz aus Polydioxon mit einer Dichte von 20 mg/cm² verstärkt war. Die Gerüste maßen 4 × 2.5 cm. Plättchenreiches Plasma (PRP) wurde den Gerüsten mit einer Konzentration von 20 μl/cm² hinzugefügt und die Gerüste wurden über 3 und 5 Wochen in Dulbecco's modifiziertem Eagle-Medium (DMEM) kultiviert, dem 0.5% fötales Rinderserum (FBS) zugesetzt wurde. Nach 3 und 5 Wochen wurden die Proben für die histologische Bewertung vorbereitet. Schnitte der Proben wurden erhalten und mit Hematoxylin und Eosin gefärbt.
Ergebnisse
Die 6A und 6B zeigen die Migration wachstumsfähiger Fibrochondrozyten aus Gewebeschnitten mit 200 μm (6A) und 300 μm Dicke (6B) nach 3 Wochen. 6C zeigt eine ähnliche Zellmigration bei 500 μm dickem Gewebe nach 3 Wochen. Nach 5 Wochen wurden ähnliche Zellmigrationsmuster für jeden der variierenden Gewebeschnitte beobachtet.
Diskussion
Die Studie zeigt, dass Zellen in den Meniskusgewebeschnitten wachstumsfähig waren und in der Lage waren, in Gewebegerüste zu wandern und diese zu bevölkern, die mit dem geschnittenen Gewebe verknüpft waren. Zusätzlich schien es nicht, dass die Variation in der Dicke der Schnitte einen qualitativen Unterschied bei der Zellbevölkerung in den Gerüsten nach sich zog.
BEISPIEL 3
Bei dieser in vitro-Studie wurden dünn geschnittene Gewebefragmente im Zusammenhang mit Mosaikplastiktechniken verwendet, um zu zeigen, dass eine bessere Integration zwischen Knorpelstopfen erreicht werden kann und die Knorpelversorgung geschädigten Gewebes durch den Zusatz dünn geschnittener Knorpelfragmente verbessert werden kann. Gesunder Gelenkknorpel wurde vom Rinderknie erhalten. Eine Biopsiestanze mit 3 mm wurde verwendet, um Zylinder oder Zapfen aus Knorpelgewebe zu stanzen. Der Rest des Knorpelgewebes, das im Wesentlichen knochenfrei war, wurde dünn geschnitten, indem Skalpellklingen verwendet wurden, um kleine Gewebefragmente zu erhalten. Die Größe der Gewebefragmente variierte, war jedoch kleiner oder gleich 1 × 1 mm in der Abmessung. Vier Knorpelzylinder mit 3 mm wurden zusammen parallel zueinander in Längsrichtung in einen Glaszylinder mit einem Innendurchmesser von 8 mm gebracht. Bei einer Gruppe wurde dann innerhalb des Glaszylinders ein Blutkuchen gebildet, um die Gewebe zusammenzuhalten. Bei einer weiteren Gruppe wurde das dünn geschnittene Knorpelgewebe in den Glaszylinder mit vier Knorpelzylindern mit 3 mm gebracht, und dann wurde innen ein Blutkuchen gebildet, um alles zusammenzuhalten. Die Glaszylinder wurden abgestreift und das Gewebe/der Blutkuchen wurden in Kultur in 6 Gefäßen gebracht, welche Chondrozyten-Wachstumsmedium enthiel ten. Das Chondrozyten-Wachstumsmedium bestand aus Dilbecco's modifiziertem Eagle-Medium (DMEM – hoher Glucosegehalt), das mit 10% fötalem Kalbserum (FCS – Fetal Calf Serum), 10 mM HEPES, 0.1 mM nicht essentiellen Aminosäuren, 20 mg/ml L-Prolin, 50 mg/ml Ascorbinsäure, 100 mg/ml Penizillin, 100 mg/ml Streptomycin versetzt wurde. Das Wachstumsmedium wurden jeden zweiten Tag ausgetauscht. Die Gewebe wurden bei 37°C über 6 Wochen in einem Zellkulturbebrüter kultiviert. Die Proben wurden entfernt, makroskopische Bilder wurden aufgenommen und dann wurden die Proben für die Histologie in Formalin gebracht. Schnitte wurden mit H & E und Safrain-O gefärbt. 7A ist eine Fotografe der Gruppe mit dünn geschnittenem Gewebe, die zeigt, dass alle Gewebe zusammengehalten sind. Die Histologie dieser Probe bestätigte, dass Zellen sowohl von dem dünn geschnittenen Gewebe als auch von den Zylindern in den Raum zwischen die Gewebezylinder wanderten, wobei die gesamte Einheit zusammengehalten wurde (7C). 7B ist eine Fotografie der Gruppe ohne das dünn geschnittene Gewebe, die zeigt, dass nach 3 Wochen in Kultur die Knorpelzylinder begannen, sich auseinander zu ziehen, weil es nichts gab, dass sie zusammengehalten hätte.
Diskussion
Diese Studie zeigt, dass der Zusatz von dünn geschnittenen Knorpelfragmenten zu eng aneinander liegenden Knorpelzapfen oder -zylindern eine bessere Zellintegration zwischen den Zapfen hervorrufen kann. Obwohl bei dem vorliegenden Beispiel Zylinder verwendet wurden, wird in Betracht gezogen, dass dieselben Mosaikplastikgrundsätze bei der vorliegenden Erfindung angewendet werden können, um ein Gewebeversorgungsimplanat bereitzustellen, das Gewebeschnitte und dünn geschnittene Gewebefragmente für die verbesserte Zellintegration und Gewebeversorgung aufweist.
Ein Durchschnittsfachmann wird weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung basierend auf den oben beschrieben Ausführungsformen erkennen. Demgemäß ist die Erfindung nicht auf das beschränkt, was besonders gezeigt und beschrieben worden ist, außer wenn es in den angefügten Ansprüchen angegeben ist.

Claims

Biokompatibles Gewebeimplantat zum Versorgen einer Gewebeverletzung oder -schädigung, das aufweist: einen Knorpelgewebeschnitt oder einen Knorpelgewebestreifen mit einer Geometrie, die zum Implantieren an der Versorgungsstelle geeignet ist, wobei der Gewebeschnitt oder der Gewebestreifen eine wirksame Menge wachstumsfähiger Zellen umfasst und weiter so bemessen ist, dass die Zellen aus dem Gewebeschnitt oder dem Gewebestreifen wandern können, um sich zu vermehren und sich mit dem Gewebe an der Verletzung oder der Schädigung zusammenzufügen; und das weiter wenigstens ein dünn geschnittenes Knorpelfragment umfasst, das eine Vielzahl wachstumsfähiger Zellen enthält.
Verwendung des Implantats nach Anspruch 1, bei der Herstellung eines Medikamentes für die Gewebeversorgung, wobei der Gewebeschnitt autogenes Gewebe, allogenes Gewebe, xenogenes Gewebe und Kombinationen aus diesen aufweist.
Implantat nach Anspruch 1, bei dem der Gewebeschnitt eine Dicke geringer als 3 mm hat.
Implantat nach Anspruch 3, bei dem der Gewebeschnitt eine Dicke geringer als 1 mm hat.
Implantat nach Anspruch 4, bei dem der Gewebeschnitt eine Dicke in dem Bereich von 200 μm bis 500 μm hat.
Implantat nach Anspruch 1, weiter eine Vielzahl von Gewebeschnitten umfassend, die miteinander verbunden sind, um ein geschichtetes Implantat einer gewünschten Größe und Geometrie zu bilden.
Implantat nach Anspruch 1, das weiter eine Halteelement zum Sichern des Gewebeschnitts an dem Gewebeort umfasst.
Implantat nach Anspruch 7, bei dem das Halteelement aus der Gruppe bestehend aus Befestigungselementen, Klammern, Gewebeheftern, Fäden, Klebmitteln und Kombinationen aus diesen ausgewählt ist.
Implantat nach Anspruch 8, bei dem das Halteelement ein Klebmittel ist, das aus der Gruppe bestehend aus Hyaluronsäure, Fibrinkleber, Fibringerinnungsmittel, Kollagengel, auf Kollagen basierendem Klebmittel, Alginatgel, vernetztem Alginat, auf Gelatine, Resorcin und Formalin basierendem Klebmittel, muschelbasierendem Klebmittel, Dihydroxyphenylalanin (DOPA) basierendem Klebmittel, Chitosan, Transglutaminase, auf Polyaminosäure basierendem Klebmittel, auf Zellulose basierendem Klebmittel, auf Polysaccharid basierendem Klebmittel, auf synthetischem Acrylat basierenden Klebmitteln, plättchenreichem Plasma (PRP – Platelet Rich Plasma), plättchenarmem Plasma (PPP – Platelet Poor Plasma), PRP-Gerinnungsmittel, PPP-Gerinnungsmittel, Blut, Blutgerinnungsmittel, auf Polyethylenglykol basierendem Klebmittel, Matrigel, Monostearoylglycerolcosuccinat (MGSA), Monostearoylglycerolcosuccinat/Polyethylenglycol (MGSA/PEG) Copolymeren, Laminin, Elastin, Proteoglycanen und Kombinationen aus diesen ausgewählt ist.
Implantat nach Anspruch 1, bei dem das wenigstens eine dünn geschnittene Knorpelfragment in einem biologischen oder synthetischen Hydrogel zugeführt wird, das aus der Gruppe bestehend aus Hyaluronsäure, Fibrinkleber, Fibringerinnungsmittel, Kollagengel, auf Kollagen basierendem Klebmittel, Alginatgel, vernetztem Alginat, Chitosan, synthetischen auf Acryl basierenden Gelen, plättchenreichem Plasma (PRP), plättchenarmem Plasma (PPP), PRP-Gerinnungsmittel, PPP-Gerinnungsmittel, Blut, Blut-Gerinnungsmittel, Matrigel, Agarose, Chitin, Chitosan, Polysacchariden, Polyoxyalkylen, einem Copolymer von Polyethylenoxid-Polypropylenoxid, Polyvinalalkohol, Laminin, Elastin, Proteoglycanen, verflüssigte Grundmembrane oder Kombinationen aus diesen ausgewählt ist.
Implantat nach Anspruch 1, bei dem das wenigstens eine dünn geschnittene Knorpelfragment eine Teilchengröße in dem Bereich von 0.1 mm³ bis 2 mm³ hat.
Implantat nach Anspruch 1, das weiter ein biokompatibles Gewebegerüst umfasst.
Implantat nach Anspruch 12, bei dem das Gewebegerüst bioresorbierbar ist.
Implantat nach Anspruch 13, bei dem das Gerüst weiter wenigstens ein darauf aufgegebenes bioaktives Mittel aufweist.
Implantat nach Anspruch 14, bei dem das wenigstens eine bioaktive Mittel aus der Gruppe bestehend aus Wachstumsfaktoren, Matrixproteinen, Peptiden, Antikörpern, Enzymen, Plättchen, plättchenreichem Plasma, Glycoproteinen, Hormonen, Glycosaminoglycanen, Nukleinsäuren, Analgetika, Viren, Virusteilchen, Zytokinen und isolierten Zellen und Kombinationen aus diesen ausgewählt ist.
Implantat nach Anspruch 13, das weiter eine Vielzahl Gewebeschnitte und eine Vielzahl Gewebegerüste umfasst, die miteinander verbunden sind, um ein geschichtetes Implantat einer gewünschten Größe und Geometrie bilden.
Verwendung eines Implantats gemäß Anspruch 12, bei der Herstellung eines Medikamentes für die Gewebeversorgung, wobei das Gewebegerüst aus einem Material gebildet ist, das aus der Gruppe bestehend aus einem synthetischen Polymer, einem natürlichen Polymer, einem injizierbaren Gel, einem keramischen Material, autogenem Gewebe, allogenem Gewebe, xenogenem Gewebe und Kombinationen aus diesen ausgewählt ist.