DE69730039T2

DE69730039T2 - Herztransplantate

Info

Publication number: DE69730039T2
Application number: DE69730039T
Authority: DE
Inventors: A. Leslie GEDDES; F. Stephen BADYLAK; G. Robert MATHENY; E. William SCHOENLEIN; J. Fred OBERMILLER; J. William HAVEL
Original assignee: Purdue Research Foundation
Current assignee: Purdue Research Foundation
Priority date: 1996-11-05
Filing date: 1997-11-04
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2017-11-05
Also published as: JP2001502720A; CA2267449A1; WO1998019719A1; US6096347A; CA2267449C; JP4676580B2; EP0936930A1; EP0936930B1; AU722065B2; AU5247798A; DE69730039D1

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gewebetransplantatzusammensetzung und auf Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung. Insbesondere richtet sich die vorliegende Erfindung auf nichtimmunogene Submukosagewebetransplantatzusammensetzungen, die aus warmblütigen Wirbeltieren hergestellt werden, und auf die Verwendung dieser Zusammensetzungen zur Wachstumsförderung endogener Herzgewebe.
Technischer Hintergrund und Zusammenfassung der Erfindung
Es ist bekannt, dass Zusammensetzungen, welche die Tunica submucosa des Darms warmblütiger Wirbeltiere enthalten, als Gewebetransplantatmaterial verwendet werden können. Siehe US 4,902,508 und US 5,281,422 . Die in diesen Patenten beschriebenen Gewebetransplantatzusammensetzungen sind durch hervorragende mechanische Festigkeit mit hohem Berstdruck und einen wirksamen Porositätsindex gekennzeichnet, was die vorteilhafte Verwendung solcher Zusammensetzungen für Gefäß- und Bindegewebstransplantate gestattet. Bei Verwendung in solchen Anwendungen scheinen die Transplantate nicht nur als Matrix für das Wiederwachstum der durch die Transplantate ersetzten Gewebe zu dienen, sondern fördern oder induzieren auch dieses Wiederwachstum endogenen Gewebes. Zu den üblichen Ereignissen dieses Neubildungsvorgangs gehören: ausgedehnte und sehr schnelle Gefäßneubildung, Wucherung von Mesenchym-Granulozyten, biologischer Abbau/Resorption von implantiertem Darmsubmukosamaterial und Fehlen der Immunabstoßung.
Es ist auch bekannt, dass Darmsubmukosa (intestinale Submukosa) durch Zerkleinern und/oder enzymatischen Abbau zur Verwendung in weniger invasiven Verabreichungsverfahren (z. B. Injektion oder topische Anwendung) fluidisiert werden kann, ohne dass ihre sichtbaren biotropen Eigenschaften verlorengehen, um reparaturbedürftige Gewebe aufzunehmen. Siehe US 5,275,826 .
Es wurde überraschenderweise gefunden, dass Submukosagewebe auch das endogene Wiederwachstum und die Heilung von beschädigten oder erkrankten Herzgeweben, darunter Endokard, Perikard und Myokard, fördern kann. Myokardgewebe umfasst das mittlere Muskelgewebe der Herzwand. Herzmuskelgewebe unterscheidet sich von glattem und Skelettmuskel darin, dass die Kerne zentral angeordnet sind, die Zellen ein Synzytium bilden und die Eigenschaft spontaner Kontraktilität oder "Automatizität" aufweisen.
Erfindungsgemäß wird Submukosagewebe eines warmblütigen Wirbeltiers zur Herstellung eines Transplantats verwendet, das bei Kontakt der Zusammensetzung mit beschädigtem oder erkranktem Herzgewebe dessen endogenes Wiederwachstum und Heilung fördert.
Die vorliegenden Submukosagewebetransplantatzusammensetzungen können in einen Wirbeltierwirt implantiert oder injiziert werden, um Reparatur oder Ersatz von beschädigtem oder fehlendem Herzgewebe einzuleiten. In einer Ausführungsform werden beschädigte oder erkrankte Myokardgewebe in vivo mit einer Zusammensetzung in Berührung gebracht, welche die Tunica submucosa aus dem Darm eines warmblütigen Wirbeltiers enthält, um die Bildung von endogenen Geweben zu fördern, die spontankontraktile Eigenschaften haben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 veranschaulicht myographische Daten eines wiederhergestellten ventrikulären Myokards vom Hund. Im wiederhergestellten Gewebe des MV2-Hundes wurden spontane (1, 2 und 3) und eine veranlasste Kontraktion (50 ms, 160 mA) beobachtet.
2 ist eine graphische Wiedergabe der Intensitäts-Reizzeit-Daten eines wiederhergestellten ventrikulären Myokards vom MV2-Hund (Rheobase = 55,42 mA).
3 veranschaulicht myographische Daten eines wiederhergestellten Vorhofseptums des MA1-Hundes, wenn das Gewebe einem elektrischen Reiz (50 ms, 160 mA) ausgesetzt wurde.
4 ist eine graphische Wiedergabe der Intensitäts-Reizzeit-Daten eines wiederhergestellten Vorhofseptumgewebes des MA2-Hundes (Rheobase = 30,9 mA).
5 ist eine graphische Wiedergabe der Intensitäts-Reizzeit-Daten eines wiederhergestellten ventrikulären Myokards des MV1-Hundes (Rheobase = 139 mA).
6 ist eine graphische Wiedergabe der Intensitäts-Reizzeit-Daten eines normalen ventrikulären Gewebes des MV1-Hundes (Rheobase = 55,42 mA).
Eingehende Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Zusammensetzung zur Förderung der Reparatur von beschädigten oder erkrankten Herzgeweben bereitgestellt. Das Verfahren umfasst allgemein den Schritt der in vivo-Kontaktierung der Zielzellen mit einer von einem Wirbeltier gewonnenen Kollagenmatrix. Die erfindungsgemäßen Kollagenmatrixzusammensetzungen können in einen Wirt injiziert oder implantiert werden, um die Bildung endogener Herzgewebe, einschließlich der Bildung spontankontraktiler Myokardgewebe, einzuleiten.
Die bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen verwendbare Kollagenmatrix kann aus einer Vielzahl im Handel erhältlicher Kollagenmatrizes ausgewählt oder aus einer großen Vielzahl natürlicher Kollagenquellen hergestellt werden. In bevorzugten Ausführungsformen umfasst die Kollagenmatrix zur erfindungsgemäßen Verwendung hochkonservierte Kollagene, Glykoproteine, Proteoglykane und Glykosaminoglykane in natürlicher Konfiguration und Konzentration. Meist bevorzugt umfasst die Kollagenmatrix von der Submukosa eines warmblütigen Wirbeltiers gewonnenes Gewebe. Submukosagewebe kann aus verschiedenen Organquellen von Wirbeltieren (wie Darmgewebe) erhalten werden, die aus Tieren gewonnen werden, die zur Fleischproduktion gezüchtet werden, darunter beispielsweise Schweine, Rinder und Schafe oder andere warmblütige Wirbeltiere.
Das erfindungsgemäß verwendete Submukosagewebe wird bevorzugt aus Därmen, mehr bevorzugt aus dem Dünndarm eines warmblütigen Wirbeltiers gewonnen. Bevorzugte Darmsubmukosagewebe umfassen typischerweise die Tunica submucosa, die von sowohl der Tunica muscularis und wenigstens dem lumenalen Bereich der Tunica mucosa abgeschält ist. In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst das Submukosagewebe die Tunica submucosa und basilare Abschnitte der Tunica mucosa einschließlich der Lamina muscularis mucosa und des Stratum compactum. Die Herstellung der Submukosagewebe für die erfindungsgemäße Verwendung ist in US 4,902,508 beschrieben, dessen Offenbarung hier durch Bezugnahme ausdrücklich eingeschlossen wird. Ein Darmabschnitt eines Wirbeltiers, bevorzugt von einer Schweine-, Schaf- oder Rinderart gewonnen, wird zunächst vorsichtigem Abschaben unter Anwendung einer Längswischbewegung unterworfen, um sowohl die äußeren Schichten, bezeichnet als Tunica serosa und Tunica muscularis, als auch die innerste Schicht, d. h. die lumenalen Abschnitte der Tunica mucosa, zu entfernen. Das Submukosagewebe wird mit Wasser oder Salzlösung gespült, ggf. sterilisiert, und kann im hydratisierten oder dehydratisierten Zustand gelagert werden. Abschälen der Tunica submukosa sowohl von der Tunica muscularis als auch von wenigstens den lumenalen Bereichen der Tunica mucosa und Spülen der Submukosa ergibt eine zellfreie Matrix, bezeichnet als Submukosagewebe. Verwendung und Handhabung solchen Materials zur Bildung von Bänder- und Sehnentransplantaten und allgemeiner die Verwendung solcher Submukosagewebekonstrukte zum Einleiten des Wachstums endogener Bindegewebe ist im US 5,281,422 , ausgegeben am 25. Januar 1994, beschrieben und beansprucht.
Bekannt ist auch, dass fluidisierte Formen von Submukosageweben hergestellt werden können, ohne dass deren Fähigkeit zum Induzieren des Wachstums endogener Gewebe verlorengeht. Fluidisierte Submukosazusammensetzungen enthalten zerkleinerte oder mit Enzym behandelte Submukosa, und in einer Ausführungsform ist das Submukosagewebe so zerkleinert und enzymatisch behandelt, dass es eine im wesentlichen einheitliche oder homogene Lösung bildet. In einer Ausführungsform wird die Submukosa mit einer Protease, wie Trypsin oder Pepsin oder anderen geeigneten Enzymen über einen Zeitraum behandelt, der zum Solubilisieren dieses Gewebes und zur Bildung einer im wesentlichen homogenen Lösung ausreicht. Die Herstellung fluidisierter Formen von Darmsubmukosa ist in US 5,275,826 beschrieben.
Die vorliegende Erfindung zieht auch die Verwendung von Submukosagewebe in Pulverform in Betracht. In einer Ausführungsform wird Submukosagewebe in Pulverform hergestellt, indem Darmsubmukosagewebe unter flüssigem Stickstoff pulverisiert wird, wobei Teilchen von einer Größe ihrer größten Abmessung im Bereich von 0,001 bis 1 mm entstehen. Die teilchenförmige Zusammensetzung wird dann über Nacht gefrierge trocknet, erneut pulverisiert und ggf. sterilisiert, um eine im wesentlichen wasserfreie teilchenförmige Zusammensetzung zu bilden. Alternativ kann ein Submukosagewebe in Pulverform aus fluidisiertem Submukosagewebe gebildet werden, indem man die Suspensionen oder Lösungen des zerkleinerten Submukosagewebes trocknet. Sowohl für feste als auch für fluidisierte Formen der Darmsubmukosa wurde gefunden, dass sie nach Implantieren oder Injizieren endogene Wiederherstellungsvorgänge induzieren, darunter rasche Gefäßneubildung, Wucherung von Mesenchym-Granulozyten, Resorption des implantierten Submukosagewebes und Fehlen der Immunabstoßung. In vivo wurde implantiertes Submukosagewebe als wirksam zur Induktion der Proliferation und des Wachstums von Zellen/Geweben befunden, mit denen es in Berührung steht oder die es ersetzt.
Wegen der einzigartigen Eigenschaften und der hochspezialisierten Natur des Myokardgewebes und der Kenntnis, dass beschädigtes Myokardgewebe bei Säugetieren durch Bildung von (nichtkontraktilem) Narbengewebe heilt, war nicht zu erwarten, dass Submukosagewebe die Bildung von endogenen Myokardgeweben induzieren kann. Überraschenderweise fördern die erfindungsgemäßen Submukosatransplantate das endogene Wiederwachstum und die Heilung von beschädigten oder erkrankten Herzgeweben (einschließlich von Endokard, Perikard und Myokard), wenn die Transplantate in Berührung mit den endogenen Herzgeweben gebracht und derselben natürlichen Mikroumgebung wie die endogenen Herzgewebe ausgesetzt werden.
Erfindungsgemäß verwendete Submukosagewebe eignen sich für eine große Vielzahl von chirurgischen Anwendungen, die sich auf Reparatur oder Ersatz von beschädigten Herzgeweben beziehen, darunter beispielsweise die Reparatur oder der Ersatz von Myokard-, Endokard- und Perikardgewebe. Submukosagewebetransplantate werden angewendet, um die Bildung von endogenem Myokardgewebe an einer gewünschten Stelle im Herzen eines warmblütigen Wirbeltiers zu induzieren. Die Submu kosagewebezusammensetzungen können dem Wirt entweder in Form fester Folien, Streifen und Schleifen durch chirurgische Implantation oder in fluidisierter Form durch Injektion verabreicht werden. Submukosagewebe in Form fester Folien und Streifen wurde bereits in der US-Patentanmeldung Nr. 08/418,515 und der PCT-Anmeldung Nr. PCT/US96/04721 beschrieben. Die Schleifenform des Submukosagewebes umfasst einen endlosen Streifen des Submukosagewebes, der durch Wickeln des Streifens auf sich selbst und um mindestens eine Achse zu einer Mehrschichtstruktur geformt ist. Typischerweise werden die Enden des die Schleife bildenden Streifens Submukosagewebe durch Annähen, Ankleben, Heften, Komprimieren oder unter Anwendung anderer dem Fachmann bekannter Techniken zur Befestigung von Geweben befestigt, um die Enden auf dem Rest des Transplantats festzulegen.
Eine erfindungsgemäße Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Steigerung der Bildung von spontankontraktilen Myokardgeweben. Das Verfahren umfasst das Kontaktieren von Myokardgeweben des Herzens in vivo mit einer Zusammensetzung, die Darmsubmukosagewebe in einer zur Förderung des Wachstums von endogenem Herzgewebe an der Stelle, wo die Zusammensetzung verabreicht wird, ausreichenden Menge.
Nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Fähigkeit des Submukosagewebes zur Induktion der Bildung von erregungsleitendem Herzgewebe zur Schaffung einer AV-Brücke zur Erregungsleitung vom Vorhof zu den Kammern bei einer Person mit AV-Block ausgenutzt. In den Vereinigten Staaten werden jährlich etwa hunderttausend Herzschrittmacher implantiert. Eine große Mehrheit davon werden zur Steuerung der Kammern angewendet, weil das AV-Leitungssystem blockiert wurde.
Herzblock ist eine Erkrankung des Herzschlags, die zu Schwindel- und Schwächeanfällen führt. Herzblock wird durch eine Unterbrechung der Impulsleitung durch das spezialisierte Leitungssystem des Herzens hervorgerufen. Demgemäss bleiben bei normalem Schlag der Vorhöfe die Kammern zurück oder kontrahieren weniger häufig als die Vorhöfe. Bei vollständigem Herzblock schlagen Vorhöfe und Kammern unabhängig voneinander; so kontrahieren die Kammern mit ziemlich konstanter Frequenz von etwa 40 Schlägen je Minute, während die Frequenz der Vorhofkontraktionen je nach der Aktivität des Patienten schwankt. Bei einem großen Prozentsatz dieser Patienten funktionieren der natürliche Schrittmacher (SA-Knoten) und die Vorhöfe normal. Bei diesen Patienten kann Submukosagewebe in das Myokard der Vorhöfe und Kammern implantiert werden, damit es sich in Myokardgewebe umwandelt, das die Erregung vom SA-Knoten fortleiten kann. So wird die Erregung der Vorhöfe über die mit Submukosa wiederaufgebaute AV-Brücke geleitet und die Vorhöfe steuern die Kammern, wodurch bei Patienten mit normal funktionierenden SA-Knoten und Vorhöfen, jedoch AV-Block kein implantierter Herzschrittmacher mehr notwendig ist.
Das chirurgische Verfahren der Implantation des Submukosagewebes in das Myokard der Vorhöfen und Kammern kann mittels eines Laparoskops ausgeführt werden und erfordert so minimal invasive Chirurgie. Das implantierte Submukosagewebe wandelt sich in Myokard der Vorhöfe und Kammern um, das die Erregung vom SA-Knoten zu den Kammern leiten kann. Die völlige Umwandlung des implantierten Submukosagewebes dauert etwa vier bis acht Wochen. Während dieser Zeit kann bei Bedarf ein temporärer externer Schrittmacher angewendet werden. Entsprechend gestattet die Anwendung eines Submukosagewebeimplantats eine Steuerung der Kammern durch die Vorhöfe, so dass die Kontraktionsfrequenz automatisch mit der Belastung steigt. Auch wird kein implantierbarer Schrittmacher benötigt und die Reparatur der AV-Brücke sollte das ganze Leben des Patienten halten.
Bei einer anderen Ausführungsform kann fluidisiertes Submukosagewebe in eine Stelle oder in die Nachbarschaft einer Stelle injiziert werden, welche ein Wachstum endogenen Herzgewebes benötigt, um die Bildung von Herzgewebe wie Myokard, Perikard und Endokard zu induzieren. Beispielsweise kann Submukosagewebe zwischen Perikard und Myokard in einer Menge injiziert werden, die eine Induktion der Reparatur des beschädigten oder erkrankten Gewebes bewirkt. Alternativ kann das fluidisierte Submukosagewebe direkt in das zu reparierende beschädigte oder erkrankte Gewebe injiziert werden.
In einer alternativen Ausführungsform können beschädigte oder erkrankte Abschnitte des Herzens repariert werden, indem das betroffene Gewebe chirurgisch durch einen Flicken von Submukosagewebe als feste Folie, Streifen oder Schleife ersetzt wird. Im Einklang mit der Verwendung des Submukosagewebes als Material für Transplatatflicken zum Ersatz von beschädigten oder erkrankten Myokardgeweben hat das bevorzugte Submukosagewebe aus Wirbeltierdarm für solches Gewebetransplantatmaterial sehr erwünschte Eigenschaften, darunter einen niedrigen Porositätsindex, einen hohen Berstdruck und eine Stratum compactum-Oberfläche mit niedriger Thrombogenizität.
Die erfindungsgemäß gebildeten und verwendeten Submukosatransplantate dienen nach der Implantation als eine rasch vaskularisierte Matrix zur Stütze und zum Wachstum neuen endogenen Herzgewebes. Das Transplantat wird neugestaltet (resorbiert und durch autogenes differenziertes Gewebe ersetzt) und nimmt die kennzeichnenden Merkmale des Herzgewebes an, mit dem es an der Implantationsstelle verbunden ist. Wenn ein einzelnes Transplantat beim Implantieren mehrere Mikroumgebungen "sieht", wird es tatsächlich entlang seiner Länge und Dicke differenzierend neugestaltet. Beispielsweise scheint so das Transplantat Endokardgewebe wie auch Myokardgewebe zu entwickeln, wenn es in Untersuchungen zum Ersatz von Myokardgewebe verwendet wird.
Für Anwendungen zum Ersatz von Myokard werden Submukosatransplantate typischerweise "konditioniert", um die viskoelastischen Eigenschaften des Submukosagewebes zu verändern. Submukosagewebe wird durch Recken, chemische Behandlung, Enzymbehandlung oder durch Einwirkung anderer Umweltfaktoren konditioniert. Die Konditionierung von Submukosagewebe ist in US 5,275,826 beschrieben. Nach einer Ausführungsform werden aus Wirbeltieren gewonnene Submukosagewebe zu einer Reißdehnung von nicht mehr als 20% konditioniert.
In einer Ausführungsform wird das Submukosagewebe durch Längsrecken des Transplantatmaterials auf eine Länge konditioniert, die länger als die Länge des Submukosagewebes ist, aus dem das Transplantat gebildet wurde. Ein Verfahren der "Konditionierung" des Gewebes durch Recken umfasst die Anwendung einer bestimmten Belastung auf die Submukosa über drei bis fünf Zyklen. Jeder Zyklus besteht aus dem Anlegen einer Last auf das Transplantatmaterial über fünf Sekunden, gefolgt von einer Entspannungsphase von zehn Sekunden. Drei bis fünf Zyklen erzeugen ein reckkonditioniertes Transplantatmaterial. Das Transplantatmaterial kehrt nicht sofort zu seiner ursprünglichen Größe zurück, es verbleibt in einer "gereckten" Abmessung. Beispielsweise kann Submukosagewebe durch Anhängen eines Gewichts an das Gewebe über einen Zeitraum konditioniert werden, der für eine Längung des Gewebeabschnitts um etwa 10 bis 20% oder mehr ausreicht. Ggf. kann das Transplantatmaterial durch Recken in der Breite vorkonditioniert werden. Das Transplantatmaterial zeigt in Länge und Breite ähnliche viskoelastische Eigenschaften.
In einer Ausführungsform wird das Submukosagewebe unter Anwendung von 50% der vorausgesagten Endbelastung gereckt. Die "Endbelastung" ist die Maximalbelastung, die an das Submukosagewebe ohne Reißen des Gewebes angelegt werden kann (d. h. der Bruchpunkt des Gewebes). Die Endbelastung kann für einen gegebenen Streifen Submukosagewebe aus der Herkunft und der Dicke des Materials vorausgesagt werden. Dementsprechend umfasst ein Verfahren zur "Konditionierung" des Gewebes durch Recken da Anlegen von 50% der vorausgesagten Endbelastung an die Submukosa über drei bis zehn Zyklen. Jeder Zyklus besteht aus dem Anlegen der Last an das Transplantatmaterial über fünf Sekunden, gefolgt von einer Entspannungsphase von zehn Sekunden. Das resultierende konditionierte Submukosagewebe hat eine Reißdehnung von weniger als 30%, typischer von etwa 20 bis etwa 28%. In einer bevorzugten Ausführungsform hat das konditionierte Submukosagewebe eine Reißdehnung von nicht mehr als 20%. Die hier verwendete Bezeichnung Reißdehnung bezieht sich auf die maximale Längung des Gewebes vor dem Reißen, wenn das Gewebe durch eine angelegte Last gereckt wird. Die Reißdehnung wird als Prozentsatz der Länge des Gewebes vor der Belastung ausgedrückt.
Das konditionierte Submukosagewebe kann verpackt und gelagert werden, um den konditionierten Zustand des Gewebes aufrechtzuerhalten. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform gehört die konditionierte Submukosa zu einem Produkt, das die Submukosa und einen Träger umfasst, wobei der Träger die Submukosa im konditionierten Zustand hält. Konditionierte Submukosa und Träger können in eine Behälter eingeschlossen und sterilisiert werden, um die Sterilität der Submukosa zu bewahren. Alternativ könne konditionierte Submukosa und Träger vor dem Einschluss in den Behälter sterilisiert und ggf. nach dem Verschließen des Behälters einer zweiten Sterilisation ausgesetzt werden. In einer Ausführungsform ist die konditionierte Submukosa Darmsubmukosa und umfasst insbesondere die von sowohl der Tunica muscularis als auch wenigstens den lumenalen Bereichen der Tunica mucosa abgeschälte Submukosa.
Dementsprechend umfasst eine Packung zum Lagern von einem für ein chirurgisches Verfahren gebrauchsfertigen Transplantatmaterial steriles Submukosagewebe eines warmblütigen Wirbeltiers, einen Träger und einen verschlossenen Behälter. Bei dieser Ausführungsform ist das Submukosagewebe durch dessen Recken von einer ersten Länge zu einer zweiten Länge, die größer als die erste Länge ist, konditioniert, der Träger hält das Gewebe in der gereckten zweiten Länge und der verschlossene Behälter umschließt Submukosa und Träger und bewahrt deren Sterilität. In einer Ausführungsform ist das Submukosagewebe zu einer Reißdehnung von weniger als 30 gereckt/konditioniert, und in einer anderen Ausführungsform ist das Gewebe zu einer Reißdehnung von nicht mehr als 20 gereckt/konditioniert.
Das Submukosagewebe kann konditioniert werden, bevor es auf eine Spule, einen Block oder einen Rahmen gewickelt wird, oder es kann konditioniert werden, während es auf Spule, Block oder Rahmen gewickelt wird. In einer Ausführungsform wird das Submukosagewebe während des Wickelns auf Spule, Block oder Rahmen konditioniert, indem das Ende eines Streifens/einer Folie konditionierten Submukosagewebes auf Spule, Block oder Rahmen befestigt und das Submukosagewebe unter Spannung auf Spule, Block oder Rahmen gewickelt wird. Das zweite Ende des Submukosagewebes wird dann immobilisiert, um die vorkonditionierte Länge des aufgewickelten Submukosagewebes zu bewahren.
Beispielsweise kann Darmsubmukosa, die von der Tunica muscularis und wenigstens den lumenalen Bereichen der Tunica mucosa abgeschält wurde, zwischen eine Reihe gepaarter Walzen eingeführt werden, wobei das freie Ende an eine Spule (oder einen anderen drehbaren Gegenstand) angeheftet ist, und auf die Spule aufgerollt werden. In einer Ausführungsform rotieren mindestens zwei Sätze gepaarter Walzen mit untereinander verschiedenen Geschwindigkeiten, um auf das zwischen beiden Walzen befindliche Gewebe einen Zug auszuüben. Die Darmsubmukosa wird so auf eine Länge gereckt, die größer als die ursprüngliche Länge der abgeschälten Darmsubmukosa ist, und wird unmittelbar auf die Spule gewickelt, um den gereckten Zustand der Darmsubmukosa aufrechtzuerhalten. Durch Änderung der relativen Geschwindigkeit der gepaarten Walzen kann die Darmsubmukosa auf die Walze mit vorbestimmter Reißdehnung aufgewickelt werden.
Alternativ kann die konditionierte Darmsubmukosa auf einem starren Rahmen gehalten werden, um die Submukosa im konditionierten Zustand zu bewahren. In einer Ausführungsform hat der Rahmen einander gegenüberliegende Seiten, die in zueinander fester Lage gehalten werden, und die sich gegenüberliegenden Seiten sind mit Mitteln zur Immobilisierung des Submukosagewebes versehen. Diese Mittel können ausgewählt sein aus Klammern, Nähten, Heftklammern, Nadeln, Klebstoffen oder anderen dem Fachmann bekannten Techniken zur Immobilisierung von Gewebe. Bevorzugt kann der Rahmen auf mehrere verriegelte Positionen eingestellt werden, welche den Abstand zwischen den sich gegenüberliegenden Seiten verändern, um das Halten unterschiedlicher Längen von Submukosa im Rahmen und unter Spannung zu ermöglichen.
Darmsubmukosa zeigt in allen Richtungen ähnliche viskoelastische Eigenschaften, d. h. das Material kann zur Verminderung der Reißdehnung in jede Richtung gereckt werden. Das Material kehrt nicht sofort zu seiner ursprünglichen Größe zurück; es verbleibt in einem "gereckten" Zustand. Dementsprechend kann die abgeschälte Darmsubmukosa längs einer ersten Achse in eine erste Richtung und dann längs einer zweiten Achse in eine zweite Richtung gereckt werden, wobei erste und zweite Achse nicht zueinander parallel sind. In einer Ausführungsform wird die abgeschälte Submukosa längs einer ersten Achse in eine erste Richtung und dann längs einer zweiten Achse in eine zweite Richtung gereckt, wobei erste und zweite Achse zueinander senkrecht stehen, um ein Transplantat zu erzeugen, das in Breite und Länge größer als das ursprüngliche abgeschälte Gewebe ist.
Typisch wird das konditionierte Submukosagewebe durch Klammern, Nähen, Heftklammern, Kleben (oder eine andere Immobilisierungstechnik für Gewebe) des Gewebes am Träger immobilisiert, wobei das Gewebe zumindest in einer Dimension in seiner vorkonditionierten Länge gehalten wird. In einer Ausführungsform wird die Darmsubmukosa zu einer Breite und Länge größer als das ursprüngliche abgeschälte Gewebe konditioniert, und die konditionierte Länge und Breite des Gewebes werden durch Immobilisierung der Submukosa auf einem Träger bewahrt. Das vom Träger gehaltenen konditionierte Submukosagewebe kann vor oder nach dem Verpacken sterilisiert werden.
Erfindungsgemäß können zur Bildung von Transplantaten zur Reparatur von Herzgewebe Folien von Submukosagewebe und Mehrschichtkonstrukte von einheitlich großer Fläche verwendet werden, wie in der US-Anmeldung Nr. 08/418,515 und der PCT-Anmeldung Nr. PCT/US96/04721 beschrieben. Diese Mehrschichtkonstrukte werden durch Überlappen einzelner Streifen von Submukosagewebe und Anwendung von Druck auf die überlappenden Bereiche gebildet, um die Gewebe miteinander zu verschmelzen. In einer Ausführungsform wird der Druck auf das überlappende Gewebe unter Bedingungen ausgeübt, die eine Entwässerung des Submukosagewebes ermöglichen.
Die vorliegenden Submukosagewebekonstrukte können unter Anwendung herkömmlicher Techniken zur Desinfektion/Sterilisation sterilisiert werden, einschließlich der Gerbung mit Glutaraldehyd, Formaldehydgerbung bei saurem pH, Ethylenoxidbehandlung, Propylenoxidbehandlung, Gasplasmasterilisation, Gammastrahlungs- oder Elektronenstahlbehandlung und Peressigsäuresterilisation. Bevorzugt sind Sterilisationstechniken, welche die mechanische Festigkeit und die biotro pen Eigenschaften des Transplantats nicht wesentlich schwächen. Beispielsweise kann starke Gammastrahlung einen Festigkeitsverlust der Folien aus Submukosagewebe verursachen. Zu bevorzugten Sterilisationstechniken gehört Aussetzen des Transplantats gegenüber Peressigsäure, 1–4 Mrad Gammabestrahlung (mehr bevorzugt 1–2,5 Mrad Gammabestrahlung) oder Gasplasmasterilisation. Typisch wird das Submukosagewebe zwei oder mehreren Sterilisationsverfahren unterworfen. Nachdem das Submukosagewebe in einem ersten Desinfektionsschritt behandelt wurde, beispielsweise durch Behandlung mit Peressigsäure, kann das Gewebe in einen Kunststoff- oder Folienumschlag eingeschlagen und erneut mit Elektronenstrahl oder Gammabestrahlung sterilisiert werden.
Beispiele
Reparatur von Defekten des Vorhofseptums und der Kammern
In vier Hundeherzen wurden Transplantate aus Darmsubmukosagewebe implantiert. Während des Vorgangs wurden Anästhesie mit Isofluran und ein kardiopulmonärer Bypass angewendet. Bei zwei der vier Hunde wurde im Vorhofseptum ein Defekt von der Größe einer 5 US-Cent-Münze angebracht und mit mittels Peressigsäure gereinigter Darmsubmukosa vom Schwein geflickt, die von sowohl der Tunica muscularis als auch wenigstens dem lumenalen Bereich der Tunica mucosa abgeschält worden war. Diese Hunde wurden mit MA1 und MA2 bezeichnet.
Bei den anderen beiden Hunden (MV1 und MV2) wurde ein Loch von der Größe einer 25 US-Cent-Münze im rechten Ventrikel nahe der Basis erzeugt und dann mit Dünndarmsubmukosagewebe geflickt, das von sowohl der Tunica muscularis als auch wenigstens dem lumenalen Bereich der Tunica mucosa abgeschält worden war. Das Submukosagewebe wurde mit der lumenalen Seite zum Blut hin implantiert. Die lumenale Oberfläche des Darmsubmukosagewebes ist die Fläche, die zum Lumen der Or ganquelle zeigt und in vivo typisch an eine innere Mukosaschicht angrenzt, während die ablumenale Oberfläche jene ist, die vom Lumen des Organs wegzeigt und in vivo typisch mit glattem Muskelgewebe in Berührung steht. Die lumenale Oberfläche ist glatter und hat allgemein mehr Thromboresistenz als die ablumenale Oberfläche.
Etwa elf Wochen nach der Implantation wurden MA1 und MV2 mit Barbiturat anästhesiert, mit positivem Druck beatmet, und die Brustkörbe wurden geöffnet. Die Herzen wurden dann in situ photographiert. Die Position des Transplantatflickens aus Submukosagewebe auf der rechten Kammer von MV2 war als Nahtring mit einem Durchmesser etwa halb so groß wie ursprünglich beim Flicken sichtbar. Das Perikard haftete an der Transplantationsstelle. Die Kammern wurden elektrisch fibrilliert und aus der Mitte der Transplantationsfläche wurde eine Probe von 1 × 1 cm entnommen. Auch aus dem angrenzenden nativen Myokard wurde eine Probe von 1 × 1 cm herausgeschnitten und mit dem neugestalteten Transplantat verglichen. Man fand das neugestaltete Transplantatgewebe ein wenig dünner als das angrenzende native Kammermyokard.
Die ausgeschnittene Probe des neugestalteten Transplantats vom MV2 wurde wie folgt auf ihre Kontraktionsfähigkeit geprüft: An den vier Ecken des Transplantats wurden Nähte angebracht. Mit dieser Anordnung konnten die kontraktilen Kräfte längs dreier Achsen gemessen werden. Das neugestaltete Transplantatgewebe wurde in einem mit Sauerstoff versorgten Gewebebad mit Krebsscher Lösung, die auf 37°C gehalten wurde, montiert und mit einem Myographen verbunden.
Die Probe MV2 des neugestalteten Transplantatgewebes zeigte spontane Kontraktionen und Relaxationen mit unregelmäßiger langsamer Frequenz, wie in 1 (1, 2, 3) gezeigt. Zusätzlich wurde das Gewebe geprüft, um festzustellen, ob es auf elektrische Reize reagierte. Auf Plattenelektroden im Gewebebad wurde ein einzelner Reiz aufgegeben. Diese Elektroden berührten die Probe nicht und daher wurde der Reizstrom durch das Gewebebad geleitet. Wie in 1 (50 ms, 150 mA) gezeigt, kontrahierte das neugestaltete Transplantatgewebe (MV2) auf einen einzelnen Reiz hin. Es wurde eine Intensitäts-Reizzeit-Kurve aufgenommen, d. h. ein Graph der Stromstärke eines für das Hervorbringen einer Kontraktion notwendigen Schwellenreizes über der Reizdauer. 2 zeigt die Intensitäts-Reizzeit-Kurve für das neugestaltete Transplantatgewebe des MV2, die eine Chronaxie von 1,08 ms zeigt; die Chronaxie für normales Myokard ist typisch 1,4 ms. Für das angrenzende native Myokard wurde keine Intensitäts-Reizzeit-Kurve aufgenommen.
Wie oben bemerkt, wurde der mit dem Transplantat im Vorhofseptum implantierte Hund MA1 mit Barbiturat anästhesiert, mit positivem Druck beatmet, die Brust wurde geöffnet und das Herz photographiert. Die Kammern wurden elektrisch fibrilliert und das Herz wurde entfernt. Das Vorhofseptumtransplantat wurde entfernt und untersucht. Es war fester als das umgebende Myokard und etwas blasser. In der rechten Kammer und in beiden Vorhöfen wurden keine Blutklumpen (Thrombi) gefunden.
In den Ecken des neugestalteten Vorhofseptumtransplantats wurden Nähte angebracht. Beim Montieren in das Gewebebad waren keine Spontankontraktionen erkennbar. Die Reaktion auf einzelne elektrische Reize wurde aufgenommen, wie in 3 gezeigt. Es ist nicht überraschend, dass die Kontraktionen schwach waren, weil Septumgewebe nicht als kontraktil bekannt ist.
Tabelle 1 fasst die Daten zusammen, an denen die Implantate vorgenommen und die Proben entnommen wurden.
Tabelle 1 – Datum der Implantation und Entnahme
Histologische Untersuchung der herausgeschnittenen Gewebe
Die histologische Untersuchung des neugestalteten Transplantats der freien Wand der rechten Kammer (MV2) zeigte Bündel von Kardiomyozyten umgeben von organisiertem Kollagen-Bindegewebe. Die Kardiomyozyten waren morphologisch normal mit beobachtbaren Streifen, zentral gelagerten Kernen und synzytischer Anordnung etwa 50% des neugestalteten Gewebes waren Myokardzellen und die übrigen 50% kollagenes Bindegewebe. Die Grenze zwischen dem Transplantat und der normalen Kammerwand war kaum erkennbar (bestätigt durch die Nahtlage) und die Kardiomyozyten überbrückten diese Anastomosestelle. Die Anwesenheit dieser Kardiomyozyten mit einer eosinophilen Spindelzelle mit Streifen und zentralem Kern wurde mit Masson-Dreifachfärbung bestätigt. Das Gewebe war stark vaskularisiert. Es gab eine normale Endokardauskleidung.
Die histologische Untersuchung des neugestalteten Vorhofseptumtransplantats zeigte eine Mischung von Bindegewebe einschließlich von Kardiomyozyten, umgeben von einem faserigen (kollagenen) Bindegewebe und Inseln aus Knorpel und kleine Cluster von Fettzellen. Die Kardiomyozyten waren morphologisch normal, füllten aber nur einen kleinen Anteil (vielleicht 10 bis 15%) der Gesamtfläche. Das faserige Bindegewebe besetzte den größten Teil des untersuchten Bereichs. Knorpel schien etwa 20% des untersuchten Bereichs darzustellen. Die Blutkontaktflächen der Vorhofseptumtransplantatstelle zeigten morphologisch normales Endokard.
Wie in Tabelle 1 gezeigt, überlebte MA2 148 Tage und MV1 147 Tage, bevor sie getötet wurden. MV1 erlitt während der Studie keine Komplikationen. MA2 entwickelte während der 17 Wochen nach Implantation jedoch Vorhofflimmern.
Die histologische Untersuchung des neugestalteten Transplantatgewebes des Vorhofseptumdefekts bei MA2 zeigte eine Mischung von Bindegewebstypen in dem Gewebe, das einmal aus Submukosagewebe bestanden hatte. Das Gewebegemisch umfasste Myokardgewebe, gut differenzierten Knorpel, faseriges und adipöses Bindegewebe. Die Vorhofauskleidung bestand aus Endothelzellen. Es gab keinen Beweis für eine Entzündungsreaktion.
Die histopathologische Untersuchung der aus der Transplantatstelle der rechten freien Kammerwand bei MV1 entnommenen Gewebe zeigte, dass die Endokardoberfläche eine intakte Endothelschicht mit einer tiefen Ansammlung von Bündeln sich entwickelnder und gut differenzierter Myokardzellen enthielt. Diese Zellbündel hatten unterschiedliche Größe und Orientierung und waren mit einer kleinen Menge faserigen Bindegewebes verbunden. Der Ersatz des Epikardbindegewebes bestand aus einem dicken Wall dichten faserigen Bindegewebes. Alle Gewebe waren hoch vaskularisiert. Es gab keinen Beweis für Entzündungszellen in irgendeinem der untersuchten Gewebe und Abschnitte. Das Myokardgewebe umfasste etwa 65 der Transplantatfläche bei dem Hund, der 147 Tage überlebte.
Physiologische Untersuchungen MA2 und MV1
Die neugestalteten Vorhof- und Kammertransplantate wurden in das Gewebebad gebracht und mit einem Myographen verbunden. Es wurden in keinem der neugestalteten Vorhof- und Kammertransplantate spontane Kontraktionen oder Relaxationen beobachtet.
Jedoch reagierten beide auf elektrische Reize und es wurden Intensitäts-Reizzeit-Kurven aufgenommen, wie in 4 (MA2) und 5 (MV1) gezeigt. Für die normale Kammer des MV1-Hundes wurde eine Intensitäts-Reizzeit-Kurve aufgenommen (6). Tabelle 2 fasst die Chronaxiewerte für alle vier Hunde zusammen.
Tabelle 2 Chronaxiewerte

Claims

Verwendung von submukosalem Gewebe eines warmblütigen Wirbeltieres zur Herstellung eines Transplantatkonstrukts, welches ein endogenes Wiederwachstum und eine Heilung von beschädigten oder kranken Herzgeweben fördert.
Verwendung von submukosalem Gewebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das submukosale Gewebe intestinale Submukosa enthält, welche von sowohl der Tunica muscularis als auch wenigstens dem lumenalen Bereich der Tunica mucosa abgeschält ist.
Verwendung von submukosalem Gewebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das submukosale Gewebe eine Reißdehnung von weniger als 30% aufweist.
Verwendung von submukosalem Gewebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das submukosale Gewebe eine Reißdehnung von nicht mehr als 20% aufweist.
Verwendung von submukosalem Gewebe eines warmblütigen Wirbeltieres zur Herstellung eines Transplantatkonstrukts, welches die Bildung von myokardialem Gewebe induziert, welches als eine AV-Brücke zur Leitung einer Erregung von dem SA-Knoten zu den Ventrikeln fungiert.
Verwendung von submukosalem Gewebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das submukosale Gewebe intestinale Submukosa enthält, welche von sowohl der Tunica muscularis als auch wenigstens dem lumenalen Bereich der Tunica mucosa abgeschält ist.
Verwendung von submukosalem Gewebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das submukosale Gewebe eine Reißdehnung von weniger als 30% aufweist.
Verwendung von submukosalem Gewebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das submukosale Gewebe eine Reißdehnung von nicht mehr als 20% aufweist.
Verwendung von submukosalem Gewebe in Übereinstimmung mit Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das submukosale Gewebe fluidisiert ist.
Gegenstand einer Herstellung enthaltend intestinale Submukosa und einen Träger, wobei die intestinale Submukosa konditioniert ist, um eine Reißdehnung von weniger als 30% zu haben, und der Träger das Gewebe in dessen konditioniertem Zustand hält und beibehält, und wobei die intestinale Submukosa und der Träger innerhalb eines Behälters angeordnet sind, welcher eine Sterilität der intestinalen Submukosa aufrecht erhält.
Gegenstand einer Herstellung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die intestinale Submukosa und der Träger sterilisiert sind.
Gegenstand einer Herstellung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand des weiteren einen abgeschlossenen Behälter aufweist, welcher die intestinale Submukosa und den Träger einschließt und deren Sterilität aufrecht erhält.
Gegenstand einer Herstellung nach Anspruch 10 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die intestinale Submukosa die Tunica submucosa umfasst, welche von sowohl der Tunica muscularis als auch wenigstens den lumenalen Bereichen der Tunica mucosa abgeschält ist.
Gegenstand einer Herstellung nach Anspruch 10 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger eine Rolle ist und die intestinale Submukosa auf der Rolle unter ausreichender Zugbelastung aufgewickelt ist, um die intestinale Submukosa in ihrem konditionierten Zustand beizubehalten.
Gegenstand einer Herstellung nach Anspruch 10 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger einen Rahmen mit sich gegenüberliegenden Seiten zur Halterung der intestinalen Submukosa ist, wobei die gegenüberliegenden Seiten in einer relativ zueinander fixierten Stellung gehalten sind.
Gegenstand einer Herstellung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der gegenüberliegenden Seiten des weiteren eine Klammer aufweist.
Verwendung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das submukosale Gewe be fluidisiert ist.
Verwendung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das submukosale Gewebe in pulverförmiger Form vorliegt.
Verwendung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass submukosale Gewebe in injizierbarer Form vorliegt.
Verwendung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das submukosale Gewebe in Form einer festen Folie, eines festen Streifens oder einer festen Spirale vorliegt.
Verwendung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das submukosale Gewebe Kollagene, Glykoproteine, Proteoglykane und Glykosaminoglykane zurückbehält.
Verwendung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das submukosale Gewebe dessen biotrope Eigenschaften zurückbehält.
Verwendung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das submukosale Gewebe durch Peressigsäure sterilisiert ist.