DE69817863T2 - Blasenrekonstruktion - Google Patents

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    • A61L2430/22Materials or treatment for tissue regeneration for reconstruction of hollow organs, e.g. bladder, esophagus, urether, uterus

Description

  • Hintergrund
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft Verfahren und Materialien zur Wiederherstellung (Rekonstruktion), Heilung (Reparatur), Stärkung (Vergrößerung) oder zum Ersatz von Geweben und insbesondere die Verwendung derartiger Materialien.
  • 2. Beschreibung des Stands der Technik
  • Die Medizin hat dem Ersatz von fehlerhaften Organen durch funktionell wirksame Ersatzorgane erhebliche Aufmerksamkeit und Anstrengungen gewidmet. Die Ersatzorgane reichen von vollständig synthetischen Vorrichtungen, wie künstlichen Herzen, bis zu vollständig natürlichen Organen anderer Säugetierspender. Auf dem Gebiet der Herztransplantation war man besonders erfolgreich sowohl mit der Verwendung von Kunstherzen als auch mit natürlichen Herzen lebender Spender. Ein ähnlicher Erfolg wurde bei zahlreichen anderen Organen, insbesondere auf dem Gebiet der Blasenrekonstruktion, nicht erreicht.
  • Die menschliche Harnblase ist ein muskulomembranöser Sack, der sich im vorderen Teil des Beckenhohlraums befindet und als Reservoir für Urin dient, das den Urin durch die Harnleiter aufnimmt und ihn durch die Harnröhre abgibt. Beim Menschen befindet sich die Blase im Becken hinter dem Beckenknochen (Symphyse). Eine als Harnröhre bezeichnete Entleerungsröhre verlässt die Blase zur Außenseite des Körpers hin. Blase, Harnleiter und Harnröhre sind in ähnlicher Weise so aufgebaut, dass sie muskulöse Strukturen umfassen, die mit einer Membran ausgekleidet sind, die urotheliale Zellen umfasst, die mit Schleim, der für die normalen löslichen Substanzen des Urins undurchlässig ist, überzogen sind. Beim Blasendreieck, auch als Trigonum vesicae bezeichnet, handelt es sich um einen glatten dreieckigen Bereich der Schleimhautmembran am Blasengrund. Das Blasengewebe ist elastisch und nachgiebig. Dies bedeutet, dass die Blase je nach enthaltener Urinmenge Gestalt und Größe verändert. Eine Blase gleicht im leeren Zustand einem entleerten Ballon, nimmt aber bei steigender Urinmenge eine in etwa birnenförmige Gestalt an und steigt in die Bauchhöhle.
  • Die Blasenwand weist drei Hauptschichten von Geweben auf: Mucosa, Submucosa und Detrusor. Die Mucosa, die urotheliale Zellen umfasst, stellt die innerste Schicht dar und ist aus Übergangszellepithel zusammengesetzt. Die Submucosa liegt unmittelbar unterhalb der Mucosa und stellt deren Grundmembran dar. Sie ist aus Blutgefäßen, die die Mucosa mit Nährstoffen versorgen, und den Lymphknoten zusammengesetzt, die zur Beseitigung von Abfallprodukten beitragen. Beim Detrusor handelt es sich um eine Schicht von glatten Muskelzellen, die sich zur Aufbewahrung von Urin ausdehnen und zum Ausstoßen von Urin zusammenziehen.
  • Bei der Blase können zahlreiche Krankheiten und Verletzungen auftreten, die den Zustand der Patienten beeinträchtigen. Beispielsweise kann es aufgrund von infektiösen Krankheiten, Neoplasmen und Entwicklungsabnormalitäten zu Blasenschädigungen kommen. Weitere Blasenschädigungen können die Folge von Verletzungen sein, beispielsweise bei Verkehrsunfällen und Sportverletzungen.
  • Obgleich eine große Anzahl von biologischen Materialien, einschließlich synthetische und natürliche Polymere, zur Wiederherstellung oder Stärkung von Gewebe verwendet werden (vergl. beispielsweise "Textbook of Tissue Engineering", Hrsg. R. Lanza, R. Langer und W. Chick, ACM Press, Colorado (1996) und die dort genannten Literaturstellen), hat sich bisher kein Material für die Blasenwiederherstellung als zufriedenstellend erwiesen. Beispielsweise waren synthetische Biomaterialien, wie Polyvinyl- und Gelatineschwämme, Polytetrafluorethylen (Teflon)-Filz und Silicongummi-Pflaster relativ erfolglos, was im allgemeinen auf Fremdkörperreaktionen zurückzuführen war (vergl. z. B. H. G. Kudish, J. Urol., Bd. 78 (1957), S. 232; L. Ashkar und E. Heller, J. Urol., Bd. 98 (1967), S. 91; A. Kelami et al., J. Urol., Bd. 104 (1970), S. 693). Andere Versuche scheiterten im allgemeinen aufgrund von mechanischen, strukturellen, funktionellen oder die biologische Verträglichkeit betreffenden Problemen. Bei permanenten synthetischen Materialien traten mechanisches Versagen und Steinbildung auf.
  • Ferner wurden natürliche Materialien für die Blasenwiederherstellung vorgeschlagen, z. B. lyophilisierte Dura, desepithelisierte Darmabschnitte und Dünndarm-Submucosa (SIS) (bezüglich eines allgemeinen Überblicks wird verwiesen auf D. Mooney et al., "Tissue Engineering: Urogenital System" in "Textbook of Tissue Engineering", Hrsg. R. Lanza, R. Langer und W. Chick, ACM Press, Colorado (1996)). Natürliche Blasen-Submucosa wurde ebenfalls als Gerüst für die Zellabscheidung verwendet (vergl. WO-98/06445 (Atala)). Es wurde jedoch berichtet, dass sich mit Dura, Peritoneum, Placenta und Fascia verstärkte Blasen im Laufe der Zeit zusammenziehen (A. Kelami et al., J. Urol., Bd. 105 (1971), S. 518). Desepithelisierte Darmabschnitte erwiesen sich als geeignete urotheliale Abdeckungen zur Verwendung bei der Blasenwiederherstellung, jedoch bleiben Schwierigkeiten mit dem Nachwachsen der Mucosa und/oder mit einer Segmentfibrose bestehen. Es wurde gezeigt, dass die Desepithelisierung der intestinalen Segmente zu einem Mucosa-Neuwachstum führen kann, während die Entfernung der Mucosa und Submucosa eine Retraktion des intestinalen Segments bewirken kann (vergl. z. B. A. Atala, J. Urol., Bd. 156 (1996), S. 338). Weitere Versuche zur Herstellung von Strukturen beinhalteten die Verwendung einer Einzelzellpopulation (vergl. WO-93/07913 und WO-88/03785) oder die Verwendung eines stromalen, zellbasierenden, dreidimensionalen Zellkultursystems, auf dem verschiedene Zellpopulationen gezüchtet wurden (vergl. WO-96/40175).
  • Über weitere Schwierigkeiten wurde bei der Verwendung bestimmter gastrointestinaler Segmente für die Blasenchirurgie berichtet, einschließlich Steinbildung, erhöhte Schleimbildung, Neoplasien, Infektionen, Stoffwechselstörungen, Langzeitkontraktionen und Resorptionen. Diese Versuche mit natürlichen oder synthetischen Materialien haben gezeigt, dass Blasengewebe, das spezifische muskuläre elastische Eigenschaften und urotheliale Permeabilitätsfunktionen aufweist, nicht leicht ersetzt werden kann.
  • Aufgrund der vielfältigen Komplikationen, die mit der Verwendung von gastrointestinalen Segmenten für die Blasenrekonstruktion verbunden sind, wurde nach alternativen Lösungen geforscht. Neuere chirurgische Vorgehensweisen stützten sich auf natives urologisches Gewebe zur Rekonstruktion, einschließlich einer Selbststärkung (Autoaugmentation) und Uretherozystoplastik. Jedoch war die Autoaugmentation mit enttäuschenden Langzeitergebnissen verbunden und die Uretherozystoplastik ist auf die Fälle beschränkt, in denen bereits ein erweiterter Harnleiter vorliegt. Es wurde ein System zur fortschreitenden Dilatation für Harnleiter und Blasen vorgeschlagen, jedoch wurde dieses System bisher nicht klinisch erprobt. Ferner wurden seromuskuläre Transplantate und desepithelisierte Darmsegmente, entweder allein oder über einem nativen Urothel erprobt. Jedoch bestand ein sich wiederholendes Problem in einer Transplantatschrumpfung und einer Reepithelisierung von anfänglich desepithelisierten Darmsegmenten.
  • Eine erhebliche und hartnäckige Einschränkung bei der Blasenrekonstruktion steht im direkten Zusammenhang mit der Verfügbarkeit von Spendergewebe. Die begrenzte Verfügbarkeit von Blasengewebe verbietet die häufige routinemäßige Blasenrekonstruktion unter Verwendung von normalem Blasengewebe. Das Blasengewebe, das verfügbar ist und als verwendbar betrachtet wird, kann selbst mit naturgegebenen Unzulänglichkeiten und Krankheiten behaftet sein. Beispielsweise kann bei einem an Blasenkrebs leidenden Patienten das restliche Blasengewebe mit Metastasen kontaminiert sein. Demgemäß ist der Patient nicht für eine perfekte Blasenfunktion geeignet.
  • Zusammenfassende Darstellung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung überwindet die Schwierigkeiten und Nachteile, die mit den derzeitigen Strategien zur Wiederherstellung (Rekonstruktion), Heilung (Reparatur), Stärkung (Vergrößerung) und Ersatz von Hohlorganen und Gewebestrukturen verbunden sind.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung ist auf ein Verfahren zur Wiederherstellung (Rekonstruktion), Heilung (Reparatur) oder Stärkung (Vergrößerung) von schichtartig aufgebauten Hohlorganen oder Gewebestrukturen zur Anwendung bei der Behandlung eines Patienten abgestellt. Das Verfahren beinhaltet das Bereitstellen einer bioverträglichen synthetischen oder natürlichen Polymermatrix, die so geformt ist, dass sie mindestens einem Teil des Hohlorgans oder der Gewebestruktur, die behandlungsbedürftig sind, entspricht, das Ablagern einer ersten Zellpopulation an oder in einem ersten Bereich der Polymermatrix und das Ablagern einer zweiten Zellpopulation, deren Zelltyp sich von dem der ersten Zellpopulation unterscheidet, in einem zweiten Bereich der Polymermatrix. Der geformte Polymermatrix-Zell-Aufbau kann dem Patienten an der behandlungsbedürftigen Stelle implantiert werden, um ein schichtartig aufgebautes Hohlorgan oder Gewebestruktur zu bilden.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist auf eine Vorrichtung für die Wiederherstellung, Heilung, Stärkung oder den Ersatz von schichtartig aufgebauten Hohlorganen oder Gewebestrukturen abgestellt. Die Vorrichtung umfasst eine implantierbare, bioverträgliche, synthetische oder natürliche Polymermatrix mit mindestens zwei getrennten Oberflächen. Die Polymermatrix ist so geformt, dass sie mindestens einem Teil des Hohlorgans oder der Gewebestruktur, die behandlungsbedürftig sind, entspricht. Mindestens zwei verschiedene Zellpopulationen sind in im wesentlichen getrennten Bereichen entweder an oder in der Polymermatrix so abgelagert, dass ein schichtartig aufgebauter Matrix/Zell-Aufbau gebildet wird.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist auf eine Vorrichtung zur Heilung, Wiederherstellung, Stärkung oder Ersatz von geschädigtem oder fehlendem Blasengewebe bei einem behandlungsbedürftigen Patienten abgestellt. Die Vorrichtung umfasst eine implantierbare, bioverträgliche, synthetische oder natürliche Polymermatrix, die so geformt ist, dass sie einem Teil eines behandlungsbedürftigen Blasengewebes entspricht. Urotheliale Zellen sind an oder in der Nähe der inneren Oberfläche der Matrix abgelagert. Glatte Muskelzellen sind an oder in der Nähe der äußeren Oberfläche der Matrix abgelagert. Wird die Vorrichtung dem Patienten implantiert, so bildet sie eine schichtartig aufgebaute Hohlgewebestruktur, die mit normalem Blasengewebe verträglich ist.
  • Weitere Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind teils in der nachstehenden Beschreibung dargelegt und ergeben sich teils aus der Beschreibung und der erfindungsgemäßen Praxis.
  • Beschreibung der Zeichnung
  • Die Patentakte enthält mindestens eine farbig ausgestaltete Zeichnung. Kopien dieses Patents mit der farbigen Zeichnung werden vom Patentamt auf Antrag und nach Zahlung der erforderlichen Gebühr bereitgestellt.
  • 1 zeigt (A) eine native Kaninchenblase vor der das Blasendreieck aussparenden Zystektomie; (B) ein durch Anastomose an das Blasendreieck angefügtes neues Organ; und (C) ein durch einen transurethralen und suprapubischen Katheter dekomprimiertes Implantat, das mit Omentum eingehüllt ist.
  • 2 zeigt (A) die Blasenkapazität und (B) die Compliance zu verschiedenen postoperativen Zeitpunkten, relativ zu einer präoperativen Kapazität von 100%.
  • 3 zeigt radiographische Zystogramme zu einem Zeitpunkt von 11 Monaten nach einer subtotalen Zystektomie, gefolgt von (A) einer subtotalen Zystektomie ohne Rekonstruktion (Gruppe A); (B) nur mit Polymerimplantaten (Gruppe B); und (C) mit einem neuen Organ mit Gewebeaufbau (Gruppe C).
  • 4 zeigt (A und B) eine grobe Darstellung einer subtotalen Zystektomie-Kontrolle; (C und D) nur mit Polymerimplantat; und (E und F) mit einem mit Gewebe aufgebauten neuen Organ bei Wiederherstellung nach 11 Monaten.
  • 5 zeigt H & E-histologische Ergebnisse 6 Monate nach einem chirurgischen Eingriff (A) einer normalen Kaninchenblase; (B) einer Blasenwölbung der mit zellfreiem Polymeren rekonstruierten Blase (Gruppe B); (C) eines mit Gewebe aufgebauten neuen Organs (Gruppe C).
  • 6 zeigt eine positive immunozytochemische Färbung eines mit Gewebe aufgebauten neuen Organs auf (A) Pancytokeratine AE1/AE3; (B) mit der urothelialen Differenzierung in Zusammenhang stehende Membranproteine; (C) Actin der glatten Muskulatur; und (D) 5–100 Antikörper 6 Monate nach der Implantation.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Die Erfindung stellt Verfahren und Vorrichtungen bereit, die die Geweberekonstruktion erleichtern. In ihrer breitesten Form eignen sich die erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen für die Wiederherstellung, Heilung, Stärkung oder zum Ersatz von Organen oder Gewebestrukturen, die einen mehrschichtigen zellulären Aufbau aufweisen und insbesondere von Organen oder Gewebestrukturen, die eine hohle Beschaffenheit aufweisen. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung Verfahren und Vorrichtungen bereit, die die Wiederherstellung, Heilung, Stärkung oder den Ersatz von geformten Hohlorganen oder Gewebestrukturen erleichtern, die eine schichtartige Segregation verschiedener Zelltypen aufweisen und bei denen die Aufrechterhaltung einer allgemeinen hohlen Form erforderlich ist. Hohle Organe oder Gewebestrukturen, die eine Schicht mit glatten Muskelzellen (SMC) enthalten, um dem Organ oder der Struktur nachgiebige oder kontrahierbare Eigenschaften zu verleihen, eignen sich insbesondere für die erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen.
  • In einem Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich beim Hohlorgan um die Harnblase, die eine innere Schicht aus einer ersten Zellpopulation, die uretheliale Zellen umfasst, und eine äußere Schicht aus einer zweiten Zellpopulation, die glatte Muskelzellen umfasst, aufweist. Dieser Aufbau findet sich auch bei anderen Urogenitalorganen und Gewebestrukturen, wie den Harnleitern und der Harnröhre. Der Ausdruck "schichtartig aufgebaute Organe oder Gewebe" bezieht sich auf beliebige Organe oder Gewebe, die in Schichten aufgebaut oder angeordnet sind, unter Einschluss von duktalem Gewebe. Weitere geeignete, schichtartig aufgebaute Hohlorgane, Gewebestrukturen oder duktale Gewebe, auf die die vorliegende Erfindung abgestellt ist, sind Vas Deferens, Eileiter, Tränengänge, Luftröhre, Magen, Darm, Gefäße, Gallengang, Ductus eiaculatorius, Ductus epididymidis, Ductus parotideus und chirurgisch geschaffene Shunts.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst in seinem breitesten Aspekt eine erste Stufe zur Bereitstellung einer bioverträglichen synthetischen oder natürlichen Polymermatrix, die so geformt ist, dass sie einem Teil oder der Gesamtheit des Hohlorgans oder der Gewebestruktur, die repariert, rekonstruiert, gestärkt (vergrößert) oder ersetzt werden müssen, entspricht. Bei einem bioverträglichen Material handelt es sich um eine beliebige Substanz, die keine toxischen oder schädlichen Auswirkungen auf biologische Funktionen ausübt. Die geformte Matrix ist vorzugsweise porös, um eine Ablagerung von Zellen auf und in den Poren der Matrix zu ermöglichen. Die geformte Polymermatrix wird sodann vorzugsweise nacheinander mit mindestens zwei verschiedenen Zellpopulationen, die getrennten Bereichen der Matrix (z. B. innen und außen) zugeführt werden, in Kontakt gebracht, um auf und/oder in der Matrix eine Animpfung mit der Zellpopulation vorzunehmen.
  • Die angeimpfte Matrix wird sodann in den Körper des Empfängers implantiert, wo die getrennten, schichtartig aufgebauten Zellpopulationen die Bildung von neuen Organen oder Gewebestrukturen erleichtern.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eignen sich die erfindungsgemäßen Materialien und Verfahren zur Rekonstruktion oder Stärkung von Harnblasengewebe. Somit stellt die Erfindung Behandlungen für Zustände, wie Blasenekstrophie, Blasen-Volumeninsuffizienz, Rekonstruktion der Blase im Anschluss an eine partielle oder totale Zystektomie, Reparatur von traumatisch geschädigten Blasen und dergl., bereit.
  • Was die erfindungsgemäß erwähnte Stärkung der Blase betrifft, so ist darauf hinzuweisen, dass sich die erfindungsgemäßen Verfahren und Materialien zur Geweberekonstruktion oder zur Stärkung von verschiedenen Geweben und Organen bei einem Subjekt eignen. Somit können beispielsweise Organe oder Gewebe, wie Blase, Harnleiter, Harnröhre, Nierenbecken und dergl., mit Polymermatrices, die mit Zellen angeimpft sind, gestärkt oder repariert werden. Die erfindungsgemäßen Materialien und Verfahren können ferner auf die Rekonstruktion oder Stärkung von Gefäßgewebe (vergl. z. B. R. J. Zdrahala, J. Biomater. Appl., Bd. 10(4) (1996), S. 309–329), Darmgewebe und Magen (vergl. z. B. C. T. Laurencin et al., J. Biomed. Mater. Res., Bd. 30(2) (1996), S. 133–138) und dergl. angewandt werden. Bei dem zu behandelnden Patienten kann es sich um eine beliebige Säugetierspezies, z. B. Hunde, Katzen, Schweine, Pferde, Rinder oder Menschen, handeln, bei denen eine Rekonstruktion, Reparatur oder Stärkung eines Gewebes erforderlich ist.
  • Polymermatrices
  • Bioverträgliche Materialien und insbesondere biologisch abbaubare Materialien werden für den Aufbau der Polymermatrix bevorzugt. Die Polymermatrix wird beim Aufbau des rekonstruktiven urothelialen Transplantats (RUG) verwendet. Das RUG ist eine implantierbare, bioverträgliche, synthetische oder natürliche Polymermatrix mit mindestens zwei getrennten Oberflächen. Das RUG ist so geformt, dass es zumindest einem Teil des Hohlorgans oder der Gewebestruktur, die behandlungsbedürftig sind, entspricht, wobei mindestens zwei verschiedene Zellpopulationen in im wesentlichen getrennten Bereichen entweder an oder in der Polymermatrix abgelagert sind. Somit handelt es sich beim RUG um ein schichtartig aufgebautes Matrix/Zell-Konstrukt.
  • Der Ausdruck "bioverträglich" bezieht sich auf Materialien, die keine toxischen oder schädlichen Einflüsse auf biologische Funktionen ausüben. Der Ausdruck "biologisch abbaubar" bezieht sich auf Materialien, die im Körper eines Patienten resorbiert oder abgebaut werden können. Zu Beispielen für biologisch abbaubare Materialien gehören resorbierbare Nahtmaterialien. Zu repräsentativen Materialien zur Bildung der biologisch abbaubaren Struktur gehören natürliche oder synthetische Polymere, z. B. Kollagen, Poly-(alpha-ester), wie Poly-milchsäure, Poly(glykolsäure), Polyorthoester und Polyanhydride und Copolymere davon, die durch Hydrolyse mit kontrollierter Geschwindigkeit abgebaut und resorbiert werden. Diese Materialien gewährleisten die maximale Steuerung der Abbaubarkeit, Handhabbarkeit, Größe und Konfiguration. Zu bevorzugten biologisch abbaubaren polymeren Materialien gehören Polyglykolsäure und Polyglactin, die als resorbierbare synthetische Nahtmaterialien entwickelt worden sind. Polyglykolsäure- und Polyglactin-Fasern können in der vom Hersteller gelieferten Form verwendet werden. Zu weiteren biologisch abbaubaren Materialien gehören Celluloseether, Cellulose, Celluloseester, fluoriertes Polyethylen, phenolische Materialien, Poly-4-methylpenten, Polyacrylnitril, Polyamid, Polyamidimid, Polyacrylat, Polybenzoxazol, Polycarbonat, Polycyanoarylether, Polyester, Polyestercarbonat, Polyether, Polyetheretherketon, Polyetherimid, Polyetherketon, Polyethersulfon, Polyethylen, Polyfluorolefin, Polyimid, Polyolefin, Polyoxadiazol, Polyphenylenoxid, Polyphenylensulfid, Polypropylen, Polystyrol, Polysulfid, Polysulfon, Polytetrafluorethylen, Polythioether, Polytriazol, Polyurethan, Polyvinyl, Polyvinylidenfluorid, regenerierte Cellulose, Silicon, Harnstoff-Formaldehyd oder Copolymere oder physikalische Gemische dieser Materialien. Diese Materialien können mit geeigneten antimikrobiellen Mitteln imprägniert und durch Farbzusätze gefärbt werden, um die Sichtbarkeit zu verbessern und chirurgische Maßnahmen zu unterstützen.
  • Ein derzeit bevorzugtes biologisch verträgliches Polymeres ist Polyglactin, das als resorbierbares synthetisches Nahtmaterial entwickelt worden ist, nämlich ein 90 : 10-Copolymeres aus Glycolid und Lactid, das unter der Bezeichnung "Vicryl" als geflochtenes resorbierbares Nahtmaterial vertrieben wird (Ethicon Co., Somerville, N. J.) (P. H. Craig, J. A. Williams, K. W. Davis et al., "A Biological Comparison of Polyglactin 910 and Polyglycolic Acid Synthetic Absorbable Sutures, Surg., Bd. 141 (1975), S. 1010) sowie Polyglycolsäure. Polyglactin- und Polyglycolsäure-Fasern können in der vom Hersteller gelieferten Form verwendet werden. Das biologisch verträgliche Polymere kann durch Verfahren, wie Lösungsmittelgießen, Verpressen, Ziehen von Filamenten, Maschenbildung, Auslaugen, Weben und Beschichten, geformt werden. Beim Lösungsmittelgießen wird eine Lösung von einem oder mehreren Polymeren in einem geeigneten Lösungsmittel, wie Methylenchlorid, in Form einer Verzweigungsmuster-Reliefstruktur gegossen. Nach Abdampfen des Lösungsmittels erhält man einen dünnen Film.
  • Beim Verpressen wird ein Polymeres bei Drücken bis zu 30 000 psi zu einem geeigneten Muster verpresst. Das Filamentziehen umfasst das Ziehen des geschmolzenen Polymeren. Die Maschenbildung umfasst die Bildung einer Gitterstruktur durch Verpressen von Fasern zu einem filzartigen Material. Beim Auslaugen wird eine Lösung mit einem Gehalt an zwei Materialien in einer Form, die der endgültigen Form des RUG nahe kommt, verteilt. Anschließend wird ein Lösungsmittel dazu herangezogen, eine der Komponenten herauszulösen, was zur Porenbildung führt (vergl. US-5 514 378, Mikos). Bei der Nukleisierung werden dünne Filme in Form eines RUG radioaktiven Spaltungsprodukten ausgesetzt, die Spuren von strahlungsgeschädigtem Material erzeugen. Anschließend werden die Polycarbonatfolie mit einer Säure oder Base geätzt, wodurch die Spuren des strahlungsgeschädigten Materials in Poren verwandelt werden. Schließlich kann ein Laser zur Formgebung und zum Ausbrennen von einzelnen Durchgangslöchern in zahlreichen Materialien verwendet werden, um eine RUG-Struktur mit gleichmäßiger Porengröße zu bilden. Der Ausdruck "Beschichtung" bezieht sich auf das Überziehen oder Durchdringen einer polymeren Struktur mit einem Material, z. B. mit verflüssigten Copolymeren (Poly-DL-lactid-co-glycolid 50 : 50, 80 mg/ml Methylenchlorid), um dessen mechanische Eigenschaften zu verändern. Das Beschichten kann in einer einzigen Schicht oder in mehrfachen Schichten, bis die gewünschten mechanischen Eigenschaften erreicht sind, vorgenommen werden. Diese Formgebungstechniken können in Kombination eingesetzt werden, beispielsweise kann eine Polymermatrix durch Weben, Verpressen und Zusammenkleben hergestellt werden. Ferner können verschiedene polymere Materialien, die nach unterschiedlichen Verfahren geformt worden sind, zu einer Verbundstruktur verbunden werden. Bei der Verbundstruktur kann es sich um eine schichtartige Struktur handeln. Beispielsweise kann eine Polymermatrix an einer oder mehreren Polymermatrices angebracht werden, um eine mehrschichtige Polymermatrixstruktur zu bilden. Das Anbringen kann durch Verkleben mit einem flüssigen Polymeren oder durch Nähen erfolgen. Ferner kann die Polymermatrix als fester Block gebildet und mit einem Laser oder anderen üblichen maschinellen Bearbeitungstechniken in die gewünschte endgültige Form gebracht werden. Die Formgebung mit einem Laser bezieht sich auf Verfahren zur Entfernung von Materialien unter Verwendung eines Lasers.
  • Die biologisch abbaubaren Polymeren lassen sich folgendermaßen charakterisieren: bezüglich ihrer mechanischen Eigenschaften, wie Zugfestigkeit unter Verwendung eines Instron-Testgeräts, bezüglich ihres Polymer-Molekulargewichts durch Gelpermeationschromatographie (GPC), bezüglich ihrer Glasübergangstemperatur durch Differentialscanningkalorimetrie (DSC) und bezüglich ihrer Bindungsstruktur durch IR-Spektroskopie. Eine toxikologische Charakterisierung erfolgt durch anfängliche Screeningtests, einschließlich des Ames-Tests, und durch in vitro-Tests auf die teratogene Beschaffenheit, sowie durch Implantationsversuche bei Tieren zur Prüfung von immunogener Beschaffenheit, Entzündungen, Freisetzung und Abbau. Eine in vitro-Zellhaftung und -Lebensfähigkeit kann durch Rasterelektronenmikroskopie, Histologie und quantitative Bestimmung mit Radioisotopen geprüft werden. Das biologisch abbaubare Material kann auch hinsichtlich der Zeitspanne charakterisiert werden, die für einen Abbau des Materials nach Implantation bei einem Patienten erforderlich ist. Durch Variation der Bauweise, z. B. der Dicke und der Maschengröße, kann das biologisch abbaubare Material innerhalb einer Zeitspanne von etwa 2 Jahren bis etwa 2 Monaten, vorzugsweise von etwa 18 Monaten bis etwa 4 Monaten, insbesondere von etwa 15 Monaten bis etwa 8 Monaten und ganz besonders von etwa 12 Monaten bis etwa 10 Monaten im wesentlichen biologisch abgebaut werden. Gegebenenfalls kann das biologisch abbaubare Material so aufgebaut werden, dass es innerhalb von etwa 3 Jahren, etwa 4 Jahren oder etwa 5 Jahren oder mehr keinem wesentlichen Abbau unterliegt.
  • Die Polymermatrix kann, wie vorstehend ausgeführt, mit kontrollierter Porenstruktur hergestellt werden. Die Größe der Poren kann zur Festlegung der Zellverteilung herangezogen werden. Beispielsweise können die Poren an der Polymermatrix groß sein, um den Zellen eine Wanderung von einer Oberfläche zur gegenüberliegenden Oberfläche zu ermöglichen. Alternativ können die Poren klein ausgestaltet sein, so dass eine Fluidverbindung zwischen den beiden Seiten der Polymermatrix besteht, jedoch Zellen nicht passieren können. Geeignete Porengrößen zur Erreichung dieses Ziels können etwa 0,04 μm bis etwa 10 μm (Durchmesser) und vorzugsweise etwa 0,4 m bis etwa 4 μm (Durchmesser) betragen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Oberfläche der Polymermatrix ausreichend große Poren umfassen, um ein Anhaften und eine Wanderung einer ersten Population von Zellen in die Poren zu ermöglichen. Anschließend kann die Porengröße im Innern der Polymermatrix verringert werden, um eine Wanderung der Zellen von einer Seite der Polymermatrix zur gegenüberliegenden Seite zu verhindern. An der gegenüberliegenden Seite der Polymermatrix können sich die Poren erneut vergrößern, um ein Anhaften und die Ansiedlung einer zweiten Zellpopulation zu ermöglichen. Aufgrund der verminderten Porengröße im Innern der Polymermatrix können sich die erste Zellpopulation und die zweite Zellpopulation zunächst nicht vermischen. Bei einer Ausführungsform einer Polymermatrix mit verringerter Porengröße handelt es sich um eine laminierte Struktur eines kleinporigen Materials, das sandwichartig zwischen zwei großporigen Materialien angeordnet ist. Alternativ kann ein großporiges Material, das auf ein kleinporiges Material laminiert ist, das Zellwachstum an beiden Seiten ohne Vermischen der Zellen ermöglichen. Polycarbonatmembranen sind besonders geeignet, da sie mit sehr gut gesteuerten Porengrößen herstellbar sind, z. B. mit etwa 0,01 μm, etwa 0,05 μm, etwa 0,1 μm, etwa 0,2 μm, etwa 0,45 μm, etwa 0,6 μm, etwa 1,0 μm, etwa 2,0 μm und etwa 4,0 μm. Im Submikronbereich kann die Polymermatrix gegenüber Bakterien, Viren und anderen Mikroorganismen undurchlässig sein.
  • Derzeit wird eine maschenartige Struktur aus Fasern bevorzugt, die rund, gebogen, abgeflacht, sternförmig, solitär oder mit anderen Fasern verflochten sein kann. Die Verwendung von sich verzweigenden Fasern beruht auf den gleichen Prinzipien, derer sich die Natur zur Lösung des Problems einer steigenden Oberfläche proportional zum Volumenanstieg bedient. Sämtliche multizellulären Organismen bedienen sich dieser wiederkehrenden Verzweigungsstruktur. Verzweigungssysteme stellen Kommunikationsnetzwerke zwischen Organen, sowie funktionelle Einheiten von einzelnen Organen dar. Das Beimpfen und Implantieren dieser Konfiguration mit Zellen ermöglicht die Implantation einer großen Anzahl an Zellen, die jeweils der Umgebung des Wirts ausgesetzt sind, wodurch ein freier Austausch von Nährstoffen und Abfallprodukten gewährleistet wird, während eine Gefäßneubildung erreicht wird. Die Polymermatrix kann flexibel oder starr ausgestaltet sein, je nach der angestrebten endgültigen Form, Struktur und Funktion.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Polymermatrix mit einer Polyglykolsäure mit einem durchschnittlichen Faserdurchmesser von 15 μm gebildet und in einer blasenförmigen Form unter Verwendung von 4-0-Polyglactin-910-Nahtmaterial geformt. Die erhaltene Struktur wird mit einem verflüssigten Copolymeren, z. B. Poly-DL-lactid-co-glycolid 50 : 50, 80 mg/ml Methylenchlorid, beschichtet, um angemessene mechanische Eigenschaften zu erreichen und die Gestalt zu verfestigen.
  • Polymergemische lassen sich vor der Implantation (vor und nach Beimpfen der Polymermatrix mit Zellen, wenn fakultative Animpfzellen verwendet werden) mit Additiven oder Arzneistoffen behandeln, um beispielsweise die Bildung von neuem Gewebe nach der Implantation zu fördern. Somit kann beispielsweise die Polymermatrix mit Wachstumsfaktoren, Cytokinen, extrazellulären Matrixkomponenten und anderen biologisch aktiven Materialien versetzt werden, um die Transplantatheilung und Bildung von neuem Gewebe zu fördern. Derartige Additive werden im allgemeinen entsprechend dem zu rekonstruierenden oder zu stärkenden Gewebe oder Organ ausgewählt, um zu gewährleisten, dass geeignetes neues Gewebe im transplantierten Organ oder Gewebe gebildet wird (bezüglich Additiven zur Verwendung bei der Förderung der Knochenheilung wird beispielsweise verwiesen auf C. A. Kirker-Head, Vet. Surg., Bd. 24(5) (1995), S. 408–419). Wenn beispielsweise Polymermatrices (gegebenenfalls mit Endothelzellen angeimpft) zur Stärkung von Gefäßgewebe verwendet werden, kann vaskulärer endothelialer Wachstumsfaktor (VEGF) (vergl. z. B. US-Patent 5 654 273) verwendet werden, um die Bildung von neuem Gefäßgewebe zu fördern. Wachstumsfaktoren und andere Additive (z. B. epidermaler Wachstumsfaktor (EGF), heparinbindender, epidermalartiger Wachstumsfaktor (HBGF), Fibroblasten-Wachstumsfaktor (FGF), Cytokine, Gene, Proteine und dergl.) können in Mengen im Überschuss im Vergleich zu beliebigen Mengen derartiger Wachstumsfaktoren (soweit vorhanden), die von den auf die Polymermatrix überimpften Zellen (sofern zugesetzte Zellen verwendet werden) gebildet werden, zugesetzt werden. Derartige Additive werden vorzugsweise in einer ausreichenden Menge bereitgestellt, um die Bildung von neuem Gewebe eines für das Gewebe oder das Organ geeigneten Typs, das zu reparieren oder zu stärken (vergrößern) ist, zu fördern (z. B. indem man eine Infiltration von Wirtszellen in das Transplantat herbeiführt oder beschleunigt). Zu weiteren geeigneten Additiven gehören antibakterielle Mittel, wie Antibiotika.
  • Eine bevorzugte Trägermatrix besteht aus sich kreuzenden Filamenten, die ein Überleben der Zellen durch Diffusion von Nährstoffen über kurze Abstände hinweg, nachdem die Zellträgermatrix implantiert worden ist, ermöglichen. Die Zellträgermatrix unterliegt zusammen mit der Expansion der Zellmasse im Anschluss an die Implantation einer Vaskularisation.
  • Der vor der Implantation vorgenommene in vitro-Aufbau einer dreidimensionalen Struktur erleichtert die eventuelle terminale Differenzierung der Zellen nach in vivo-Implantation und verringert die Gefahr einer entzündlichen Reaktion gegenüber der Matrix auf ein Minimum, wodurch ein Zusammenziehen und Schrumpfen von Transplantaten vermieden wird.
  • Die Polymermatrix kann zu einer beliebigen Anzahl von erwünschten Konfigurationen geformt werden, um einer Anzahl von Größen des Gesamtsystems, der Geometrie oder räumlicher Beschränkungen zu entsprechen. Beispielsweise kann im Fall der Verwendung der Polymermatrix für die Blasenrekonstruktion die Matrix so geformt werden, dass sie den Abmessungen und der Gestalt der Gesamtheit oder eines Teils einer Blase entspricht. Natürlicherweise kann die Polymermatrix zu verschiedenen Größen und Gestalten geformt werden, um eine Anpassung an unterschiedlich große Blasen von Patienten vorzunehmen. Gegebenenfalls sollte die Polymermatrix so geformt werden, dass nach ihrem biologischem Abbau die sich ergebende rekonstruierte Blase in leerem Zustand kollabieren kann, ähnlich wie eine natürliche Blase. Die Polymermatrix kann auch auf andere Weise geformt werden, um den speziellen Bedürfnissen des Patienten zu entsprechen. Beispielsweise kann ein Patient mit einer früheren Verletzung oder Behinderung einen veränderten abdominalen Hohlraum aufweisen, so dass es erforderlich sein kann, eine rekonstruierte Blase daran anzupassen. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung wird die Polymermatrix zur Behandlung von schichtartigen Strukturen im Körper verwendet, z. B. von Harnröhre, Vas Deferens, Eileitern und Tränengängen. Bei diesen Anwendungsmöglichkeiten kann die Polymermatrix in Form eines hohlen Rohrs gebildet werden.
  • Die Polymermatrix kann vor der Verwendung unter Heranziehung bekannter Verfahren sterilisiert werden. Das angewandte Verfahren hängt von dem in der Polymermatrix eingesetzten Material ab. Zu Beispielen für Sterilisationsverfahren gehören die Sterilisation durch Dampf, Erwärmen in trockenem Zustand, Bestrahlen, Gase, wie Ethylenoxidgas, und Siedebehandlung.
  • Ernten von Zellen für das rekonstruktive urotheliale Transplantat (RUG)
  • Das RUG wird zum Teil unter Verwendung von urothelialen Zellen und glatten Muskelzellen eines Spenders aufgebaut. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahren besteht darin, dass aufgrund des raschen Wachstums der urothelialen und glatten Muskelzellen eine ausreichende Zellmenge für den Aufbau eines RUG in weniger als 5 Wochen gezüchtet werden kann. In einem autologen RUG können die Zellen vom eigenen Gewebe des Patienten, z. B. von Blase, Harnröhre, Harnleiter und anderen Urogenitalgeweben abgeleitet sein. Bei einem allogenen RUG können die Zellen von einem anderen Mitglied der Spezies des Patienten abgeleitet sein. Bei einem xenogenen RUG können die Zellen von einer Spezies, die sich von der des Patienten unterscheidet, abgeleitet sein. Spenderzellen können aus beliebigen urothelialen Zellen und glatten Muskelzellen und aus beliebigen Säugetierquellen, z. B. von Menschen, Rindern, Schweinen, Pferden, Ziegen und Schafen, stammen. Urotheliale Zellen und glatte Muskelzellen können in Biopsien oder Autopsien isoliert werden. Zusätzlich können die Zellen vor der Verwendung eingefroren oder vermehrt werden.
  • Zur Herstellung eines RUG-Aufbaus wird Gewebe mit einem Gehalt an urothelialen und glatten Muskelzellen getrennt in zwei Zellsuspensionen aufgeteilt. Verfahren zur Isolierung und Züchtung von Zellen sind im US-Patent 5 567 612 erörtert. Eine Dissoziation der Zellen in ein Einzelzellstadium ist für die anfängliche primäre Kultur nicht wesentlich, da nach einem Zeitraum von beispielsweise 1 Woche einer in vitro-Kultur eine Einzelzellsuspension erreicht werden kann. Eine Gewebedissoziation kann durch mechanisches und enzymatisches Aufbrechen der extrazellulären Matrix und der interzellulären Verbindungen, die die Zellen zusammenhalten, erreicht werden. Urotheliale Zellen und glatte Muskelzellen sämtlicher Entwicklungsstufen, z. B. fötale, neonatale, sowie juvenile bis erwachsene Zellen, können verwendet werden.
  • Zellen (z. B. autologe Zellen) können gegebenenfalls in vitro gezüchtet werden, um die Anzahl der für das Animpfen auf dem Polymermatrix-"Gerüst" verfügbaren Zellen zu erhöhen. Die Verwendung von allogenen Zellen und insbesondere von autologen Zellen wird bevorzugt, um eine Gewebeabstoßung zu verhindern. Wenn jedoch bei dem Subjekt nach der Implantation des RUG eine immunologische Reaktion auftritt, kann das Subjekt mit immunosuppressiven Mitteln, z. B. mit Cyclosporin oder FKS06, behandelt werden, um die Wahrscheinlichkeit einer Abstoßung des RUG zu verringern. Bei bestimmten Ausführungsformen können chimäre Zellen oder Zellen aus einem transgenen Tier auf die Polymermatrix geimpft werden.
  • Zellen können vor dem Impfvorgang mit genetischem Material transfiziert worden sein. Bei einem geeigneten genetischen Material kann es sich beispielsweise um genetische Sequenzen handeln, die dazu befähigt sind, eine Immunantwort beim Wirt zu verringern oder zu beseitigen. Beispielsweise kann die Expression von Zelloberflächen-Antigenen, wie der Histokompatibilitätsantigene der Klassen I und II, unterdrückt werden. Dadurch kann die Möglichkeit eröffnet werden, die transplantierten Zellen einer verminderten Abstoßungsgefahr durch den Wirt auszusetzen. Außerdem kann eine Transfektion auch zur Genübertragung verwendet werden. Urotheliale Zellen und Muskelzellen können vor dem Beimpfen des Polymeren mit speziellen Genen transfiziert werden. Der Zell-Polymer-Aufbau kann genetische Informationen tragen, die für ein Langzeitüberleben des Wirts oder des gewebetechnisch hergestellten neuen Organs erforderlich sind. Beispielsweise können die Zellen so transfiziert sein, dass sie Insulin zur Behandlung von Diabetes exprimieren.
  • Zellkulturen können mit oder ohne eine Zellfraktionierungsstufe hergestellt werden. Eine Zellfraktionierung kann unter Anwendung von Techniken, z. B. durch fluoreszierend-aktiviertes Zellsortieren, die dem Fachmann geläufig sind, durchgeführt werden. Die Zellfraktionierung kann auf der Grundlage der Zellgröße, des DNA-Gehalts, der Zelloberflächenantigene und der Lebensfähigkeit vorgenommen werden. Beispielsweise können urotheliale Zellen angereichert und glatte Muskelzellen und Fibroblastenzellen in Bezug auf den Gehalt an urothelialen Zellen verringert werden. Gleichermaßen können glatte Muskelzellen angereichert und der Anteil an urothelialen Zellen und Fibroblastenzellen bei der Gewinnung der glatten Muskelzellen verringert werden. Obgleich eine Zellfraktionierung herangezogen werden kann, ist diese für die erfindungsgemäße Praxis nicht erforderlich.
  • Eine Zellfraktionierung kann beispielsweise erwünscht sein, wenn der Spender Krankheiten, z. B. Blasenkrebs oder Metastasen anderer Tumoren an der Blase, hat. Eine Blasen-Zellpopulation kann einer Sortierung unterzogen werden, um maligne Blasenzellen oder andere Tumorzellen von normalen Nichtkrebs-Blasenzellen abzutrennen. Diese normalen Nichtkrebs-Blasenzellen, die durch eine oder mehrere Sortierungstechniken isoliert worden sind, können sodann für die Blasenrekonstruktion verwendet werden.
  • Eine weitere fakultative Vorgehensweise bei dem Verfahren ist die Kryokonservierung. Eine kryogene Konservierung kann sich beispielsweise als wertvoll erweisen, um die Notwendigkeit von mehrfachen invasiven chirurgischen Eingriffen zu verringern. Aus einer Blase entnommene Zellen können vermehrt werden. Ein Teil der vermehrten Zellen kann verwendet und ein weiterer Teil kann kryogen konserviert werden. Die Eignung zur Amplifikation und Konservierung von Zellen ermöglicht eine erhebliche Flexibilität bei der Wahl der Spenderzellen. Beispielsweise können Zellen eines histologisch verträglichen Spenders vermehrt und bei mehr als einem Empfänger eingesetzt werden.
  • Ein weiteres Beispiel für die Eignung der kryogenen Konservierung besteht in Gewebebanken. Spenderzellen können unter Zuordnung der entsprechenden Histokompatibilitätsdaten kryokonserviert werden. Spenderzellen können beispielsweise in einer Spendergewebebank aufbewahrt werden. Wenn Gewebe für eine Blasenrekonstruktion benötigt wird, können die Zellen ausgewählt werden, bei denen die beste histologische Verträglichkeit für den Patienten gegeben ist. Bei Patienten, die Krankheiten aufweisen oder Behandlungen unterliegen, bei denen eine Gefährdung der Blase gegeben ist, kann eine Biopsieprobe der Blase kryogen konserviert werden. Wenn dann später die eigene Blase des Patienten ausfällt, können die kryogen konservierten Blasenzellen aufgetaut und für die Behandlung eingesetzt werden. Wenn beispielsweise nach einer Blasenrekonstruktion erneut Blasenkrebs auftritt, können kryogen konservierte Zellen für die Blasenrekonstruktion verwendet werden, ohne dass es erforderlich ist, weiteres Gewebe des Patienten für die Kultur zu isolieren.
  • Beimpfen
  • Das Überimpfen der Zellen auf die Polymermatrix kann beispielsweise gemäß der im Beispielteil beschriebenen Verfahrensweise oder nach üblichen Verfahren vorgenommen werden. Beispielsweise wurde ein Überimpfen von Zellen auf polymere Substrate zur Verwendung bei der Gewebereparatur von A. Atala et al., J. Urol., Bd. 148 (2 Pt 2) (1992), S. 658–662, und von A. Atala et al., J. Urol., Bd. 150 (2 Pt 2) (1993), S. 608–612, beschrieben. In Kultur gezüchtete Zellen können zur Auftrennung der Zellen trypsiniert werden. Die getrennten Zellen können auf die Polymermatrix überimpft werden. Alternativ können aus einer Zellkultur erhaltene Zellen von einer Kulturplatte als Zellschicht abgehoben werden. Die Zellschicht kann direkt auf die Polymermatrix ohne vorherige Abtrennung der Zellen überimpft werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform werden mindestens 50 Millionen Zellen im Medium suspendiert und pro cm2 einer Oberfläche einer Polymermatrix aufgetragen. Die Polymermatrix wird unter üblichen Züchtungsbedingungen, z. B. 37°C und 5% CO2, für eine Zeitspanne, bis die Zellen anhaften, inkubiert. Es ist jedoch ersichtlich, dass die Dichte der auf das Polymersubstrat überimpften Zellen variiert werden kann. Beispielsweise fördern höhere Zelldichten eine stärkere Gewebebildung durch die überimpften Zellen, während geringere Dichten eine relativ größere Bildung von Gewebe durch Zellen, die vom Wirt stammen und das Transplantat infiltrieren, ermöglichen. Weitere Animpftechniken können je nach der Polymermatrix und den Zellen herangezogen werden. Beispielsweise können die Zellen auf die Polymermatrix durch Vakuumfiltration aufgetragen werden. Die Wahl der Zelltypen und das Überimpfen von Zellen auf eine Polymermatrix sind für den Fachmann angesichts der hier vermittelten Lehre routinemäßige Vorgänge.
  • Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird eine Polymermatrix auf zwei Seiten mit unterschiedlichen Populationen von Zellen beimpft. Dies kann durchgeführt werden, indem man zunächst eine Seite der Polymermatrix und anschließend die andere Seite beimpft. Beispielsweise kann die Polymermatrix mit einer Seite nach oben abgelegt und beimpft werden. Sodann kann die Polymermatrix so umgedreht werden, dass die zweite Seite oben liegt. Sodann kann die zweite Seite mit einer zweiten Population von Zellen beimpft werden. Alternativ können beide Seiten der Polymermatrix gleichzeitig beimpft werden. Beispielsweise können zwei Zellkammern auf beiden Seiten (d. h. sandwichartig) der Polymermatrix positioniert werden. Die beiden Kammern können mit unterschiedlichen Zellpopulationen gefüllt werden, um beide Seiten der Polymermatrix gleichzeitig zu beimpfen. Die sandwichartige Polymermatrix kann gedreht oder häufig gewendet werden, um beiden Zellpopulationen die Möglichkeit zum gleichmäßigen Anhaften zu geben. Eine gleichmäßige Beimpfung kann bevorzugt sein, wenn die Poren der Polymermatrix für eine Zellpassage von einer Seite zur anderen Seite groß genug sind. Durch gleichzeitiges Beimpfen der Polymermatrix auf beiden Seiten wird die Wahrscheinlichkeit verringert, dass die Zellen zur gegenüberliegenden Seite wandern.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können zwei getrennte Polymermatrices mit unterschiedlichen Zellpopulationen beimpft werden. Nach dem Beimpfen können die beiden Matrices verbunden werden, um eine einzige Polymermatrix mit zwei verschiedenen Zellpopulationen auf den beiden Seiten zu bilden. Ein Anbringen der Matrices aneinander kann unter Anwendung üblicher Verfahren, z. B. mit Fibrin-Klebstoff, flüssigen Copolymeren, Nahtmaterial und dergl., durchgeführt werden.
  • Chirurgische Rekonstruktion
  • Das Transplantieren von polymeren Matrices auf ein Organ oder Gewebe zur Erzielung einer Verstärkung kann nach in den Beispielen beschriebenen Verfahren oder nach aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren vorgenommen werden. Wie in den Beispielen dargelegt, kann die Polymermatrix auf ein Organ oder Gewebe eines Subjekts transplantiert werden, indem man das Transplantationsmaterial an das Zielorgan annäht.
  • Die erfindungsgemäßen Techniken können auch zur Behandlung von Blasenkrebs herangezogen werden. Beispielsweise kann eine Probe von normalem Blasengewebe bei einem an Blasenkrebs leidenden Patienten herausgeschnitten werden. Urotheliale Zellen und glatte Muskelzellen aus der Gewebeprobe können in vitro für eine bestimmte Zeitspanne gezüchtet und vermehrt werden. Die Zellen können unter Verwendung eines fluoreszierend-aktivierten Zellsortiergeräts zur Entfernung von kanzerösen oder präkanzerösen Zellen sortiert werden. Die sortierten Zellen können sodann zum Aufbau eines RUG verwendet werden. Gleichzeitig kann der Patient auf Krebs behandelt werden. Die Krebsbehandlung kann das Herausschneiden des kanzerösen Blasenteils neben einer Chemotherapie oder Strahlungsbehandlung beinhalten. Nach der Krebsbehandlung kann der RUG zur Rekonstruktion der Blase verwendet werden.
  • Obgleich im Beispielteil ein Verfahren zur Blasenrekonstruktion beschrieben ist, können auch andere Verfahren zum Anheften eines Transplantats an ein Organ oder Gewebe des Subjekts (z. B. unter Verwendung von chirurgischen Klammern) herangezogen werden. Derartige chirurgische Verfahren können vom Fachmann gemäß bekannten Verfahren durchgeführt werden.
  • Infolge dieser vorteilhaften Merkmale eignet sich das vorliegende Verfahren der rekonstruktiven Blasenchirurgie für eine Reparatur von Blasengewebe unter zahlreichen Umständen. Wie vorstehend beschrieben, kann das Blasentransplantat zur Reparatur einer geschädigten Blase herangezogen werden.
  • Weitere Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung ergeben sich teils aus der nachstehenden Beschreibung und werden teils durch die Beschreibung nahegelegt und lassen sich bei der praktischen Ausführung der Erfindung realisieren.
  • Beispiele
  • Beispiel 1
  • Herstellung von blasenförmigen Polymeren
  • Eine synthetische Polymermatrix aus Polyglykolsäure mit einem durchschnittlichen Faserdurchmesser von etwa 15 μm, einem Abstand zwischen den Fasern von etwa 0 bis etwa 200 μm und Abmessungen von etwa 10 cm × etwa 10 cm wurde unter Verwendung von biologisch abbaubarem 4-0-Polyglactin-910-Nahtmaterial zu einer Blasenform geformt. Das erhaltene flexible Gerüst wurde mit einem verflüssigten Copolymeren, einem Gemisch aus etwa 50% Poly-DL-lactid-co-glycolid und etwa 50% 80 mg/ml Methylenchlorid beschichtet, um angemessene mechanische Eigenschaften zu erreichen. Nach Sterilisation mit Ethylenoxid wurden die Polymeren in einem Exsikkator aufbewahrt.
  • Beispiel 2
  • Ernten und Züchten von Zellen
  • Insgesamt 14 Beagle-Hunde wurden einer Zystektomie unter Aussparung des Trigonums unterzogen. Die Tiere wurden willkürlich einer von drei Gruppen zugeordnet. Zwei Tiere wurden der Gruppe A zugeordnet. Bei ihnen wurde das Trigonum ohne eine rekonstruktive Maßnahme geschlossen. 6 Tiere wurden der Gruppe B zugeordnet. Bei ihnen wurde eine Blasenrekonstruktion mit einem zellfreien, blasenförmigen, biologisch abbaubaren Polymeren durchgeführt. 6 Tiere wurden der Gruppe C zugeordnet. Bei ihnen wurde eine Blasenrekonstruktion unter Verwendung eines vorgefertigten, mit Gewebe hergestellten Neuorgans durchgeführt. Das Neuorgan umfasste ein blasenförmiges, biologisch abbaubares Polymeres mit autologen urothelialen Zellen, die an der Hohlraumoberfläche hafteten, und mit glatten Muskelzellen, die an der äußeren Oberfläche hafteten. Die Zellpopulationen waren getrennt voneinander aus einer vorher gewonnenen, autologen, transmuralen Blasenprobe vermehrt worden.
  • Die 6 Tiere der Gruppe C, bei denen eine Rekonstruktion mit einem mit Gewebe verarbeiteten, neuen Organ vorgenommen wurde, wurden einer transmuralen Blasenbiopsie von etwa 1 cm2 unterzogen, die aus der Blasenwölbung über einen minimalen suprapubischen Mittellinienschnitt unter Vollnarkose gewonnen wurde. Der Defekt wurde mit 4-0-Polyglactin-910-Nahtmaterial geschlossen. Die Blasenproben wurden in einem vorgewärmten Keratinozyten-Medium gehalten. Die Zellernte für in vitro-Kulturen wurde unmittelbar nach der Gewebeentnahme eingeleitet.
  • Urotheliale Zellpopulationen und glatte Muskelzellpopulationen, die aus den 1 cm2-Blasenbiopsien dissoziiert worden waren, konnten routinemäßig vermehrt und getrennt Passagen unterzogen werden. Die durchschnittliche Zeitspanne von der anfänglichen Blasenbiopsie bis zur endgültigen Implantation der mit Gewebe verarbeiteten neuen Organe betrug 32 ± 2,8 Tage (Mittelwert ± SD). Etwa 32 25 cm-Platten von jedem Zelltyp, nämlich Muskelzellen und urotheliale Zellen, die etwa 10% Zellen pro Platte enthielten, wurden zur Herstellung eines mit Gewebe verarbeiteten neuen Organs verwendet.
  • Die geernteten Zellen wurden nach den Verfahren von Atala et al. (J. Urol., Bd. 150 (1993), S. 608) und Cilento et al. (J. Urol., Bd. 152 (1994), S. 655) gezüchtet. Die urothelialen Zellen und die Muskelzellen der Blasenbiopsie wurden mikrochirurgisch voneinander gelöst und getrennt verarbeitet. Kurz zusammengefasst, das ausgeschnittene glatte Muskelgewebe wurde in Würfel von etwa 1 mm Kantenlänge zerschnitten und zunächst auf einer 10 cm-Gewebekultur-Petri-Schale ausgestrichen. Die Kulturen der glatten Muskelzellen wurden mit Dulbecco-modifiziertem Eagle-Medium (DMEM, Sigma, St. Louis, MO), das mit 10% fötalem Kälberserum (Biowhittaker Inc., Walkersville, MD) ergänzt war, gehalten und vermehrt. Die urothelialen Zellen wurden ebenfalls in Würfel von 1 mm Kantenlänge zerschnitten und auf Platten mit 24 Vertiefungen ausgestrichen. Die urothelialen Kulturen wurden in serumfreien Keratinozyten-Wachstumsmedium, das mit etwa 5 ng/ml epidermalem Wachstumsfaktor und etwa 50 μg/ml Rinder-Hypophysenextrakt ergänzt war (Gibco BRL, Life Technologies, Grand Island, NY), gehalten und vermehrt. Sämtliche Zellkulturen wurden bei 37°C in einer befeuchteten Atmosphäre mit etwa 5% Kohlendioxid inkubiert. Das Medium wurde 2-mal wöchentlich ausgetauscht. Für die Zellpassage wurden Kulturen mit einer Konfluenz von etwa 80% durch 5-minütige Inkubation in 0,05% Trypsin in 1 mmol Ethylendiamintetraessigsäure trypsiniert. Nach dieser Zeitspanne wurde die Zellsuspension mit Sojabohnen-Trypsininhibitor in einer Menge von 2 Einheiten pro 1 Einheit Trypsin versetzt. Sowohl die urothelialen Zellen als auch die glatten Muskelzellen wurden getrennt vermehrt, bis ausreichende Zellmengen für eine Animpfdichte von etwa 1 Million Zellen pro cm2 Polymeroberfläche verfügbar waren.
  • Beispiel 3
  • Überimpfen von Zellen auf ein Polymergerüst
  • Für jedes mit Gewebe verarbeitete neue Organ wurden etwa 32 konfluente 25 cm-Platten der einzelnen Zelltypen, nämlich Muskel und Urothel, für das Überimpfen bearbeitet. Muskelzellkulturen wurden trypsiniert, gewonnen, gewaschen und in einem Röhrchen vereinigt. Die äußere Oberfläche der vorgeformten, blasenförmigen Polymermatrix wurde mit der resuspendierten Population der glatten Muskelzellen beimpft. Die mit Zellen beimpften Polymeren wurden in Dulbecco-modifiziertem Eagle-Medium (DMEM, Sigma, St. Louis, MO), das mit 10% fötalem Kälberserum (Biowhittaker Inc., Walkersville, MD) ergänzt war, inkubiert. Das Medium wurde im Abstand von 12 Stunden ausgetauscht, um eine ausreichende Nährstoffzufuhr zu gewährleisten. Nach 48-stündiger Inkubation wurden die urothelialen Zellen auf ähnliche Weise bearbeitet und auf die Hohlraumoberfläche des Polymeren geimpft.
  • Beispiel 4
  • Blasenrekonstruktion
  • Im Anschluss an die Vorbehandlung durch eine intramuskuläre Injektion von 0,1 mg Acepromazin pro kg Körpergewicht wurde ein chirurgischer Eingriff unter intravenöser Pentobarbital-Anästhesie mit etwa 25 bis etwa 35 mg pro kg Körpergewicht unter endotrachialer Luftzufuhr durchgeführt. Etwa 500 mg Cefazolin-natrium wurden intravenös sowohl präoperativ als auch intraoperativ verabreicht. Eine zusätzliche subkutane Behandlung mit Cefazolin-natrium erfolgte an 5 postoperativen Tagen in einer Dosis von etwa 30 mg pro kg Körpergewicht pro Tag. Eine postoperative analgetische Behandlung wurde durch subkutane Injektionen von etwa 0,1 bis etwa 0,6 mg Butorphanol pro kg Körpergewicht durchgeführt.
  • Wie in 1A gezeigt, wurde eine Mittellinien-Laparotomie durchgeführt. Die Blasenwand wurde freigelegt (1A) und beide Harnleiter wurden identifiziert. Die Blasenwand wurde ventral eingeschnitten. Beide Harnleiteranschlüsse wurden sichtbar gemacht und zeitweise mit 4 F-Stents intubiert. Eine subtotale Zystektomie wurde durchgeführt, wobei der Trigonumbereich, der die Harnröhren- und Harnleiter-Anschlüsse trägt, ausgespart wurde. Es wurde dafür gesorgt, dass die Harnleiter nicht beeinträchtigt oder verstopft wurden. Bei zwei Tieren wurde das Trigonum ohne jegliches Polymertransplantat mit zwei Lagen 4-0-Vicryl geschlossen. Wie in 1B dargestellt, wurde bei 12 Tieren eine Anastomose zwischen der blasenförmigen Polymermatrix und dem Trigonum mit laufender Interlock-Naht aus 4-0-Vicryl durchgeführt. Von den 12 Tieren erhielten 6 Tiere nur ein blasenförmiges Polymeres und 6 Tiere ein mit Zellen beschichtetes, blasenförmiges Polymeres. Ein 10 F-Silicon-Katheter wurde in die Harnröhre ausgehend vom Trigonum in retrograder Weise eingesetzt. Ein suprapubischer 8 F-Katheter wurde in den Blasenhohlraum unter Passage durch einen kurzen submukosalen Tunnel im Trigonumbereich eingebracht. Der suprapubische Katheter wurde an der Blasen-Serosa mit einem Pursestring-Nahtmaterial aus 4-0-Chromic befestigt. Die Anastomose zwischen dem Trigonum und dem Transplantat wurde an jedem Quadranten mit dauerhaftem Polypropylen-Nahtmaterial markiert, um eine zukünftige Identifikation der Transplantationsstelle zu gewährleisten. Die neue Blase wurde mit Fibrin-Klebstoff (Vitex Technologies Inc., New York, NY) bedeckt. Wie in 1C dargestellt, wurde um das neue Reservoir Omentum gewickelt und befestigt. Das Abdomen wurde mit drei Lagen 3-0-Vicryl geschlossen. Nach Erholung von der Anästhesie trugen sämtliche Tiere Krägen, um eine Manipulation an der Wunde und am Katheter während der frühen postoperativen Phase zu verhindern. Die transurethralen Katheter wurden zwischen den postoperativen Tagen 4 und 7 entfernt. Zystogramme wurden etwa 4 Wochen postoperativ aufgenommen, und zwar unmittelbar vor der Entfernung des suprapubischen Katheters. Zystogramme und urodynamische Untersuchungen wurden seriell nach dem chirugischen Eingriff nach etwa 1, etwa 2, etwa 3, etwa 4, etwa 6 und etwa 11 Monaten vorgenommen.
  • Beispiel 5
  • Analyse der rekonstruierten Blase
  • Urodynamische Untersuchungen und radiographische Zystogramme wurden präoperativ und postoperativ etwa 1, etwa 2, etwa 3, etwa 4, etwa 6 und etwa 11 Monate nach dem chirurgischen Eingriff durchgeführt. Die 2 Tiere, bei denen das Trigonum ohne eine rekonstruktive Maßnahme geschlossen worden war, wurden nach etwa 11 Monaten getötet. Tiere aus den restlichen beiden Versuchsgruppen wurden etwa 1, etwa 2, etwa 3, etwa 4, etwa 6 und etwa 11 Monate nach dem chirurgischen Eingriff getötet. Die Blasen wurden einer groben histologischen und immunozytochemischen Analyse unterzogen.
  • Urodynamische Untersuchungen wurden unter Verwendung eines transurethralen 7 F-Doppelhohlraum-Katheters vorgenommen. Die Blasen wurden entleert. Der intravesikale Druck wurde während des Einträufelns einer vorgewärmten Kochsalzlösung mit konstanter Geschwindigkeit aufgezeichnet. Die Aufzeichnungen wurden fortgesetzt, bis Leckagepunktdrücke (LPP) erreicht wurden. Das maximale Blasenfassungsvermögen (Volmax), der LPP-Wert und die Blasen-Compliance (Volmax/LPP) wurden dokumentiert. Die Blasen-Compliance, auch als Blasennachgiebigkeit bezeichnet, gibt die Fähigkeit gegenüber Druck- oder Krafteinwirkungen ohne Zerreißen nachzugeben, wieder. Die Blasen-Compliance stellt auch ein Maß für die Fähigkeit, gegenüber Druck- oder Krafteinwirkungen ohne Reißen nachzugeben, dar, als Ausdruck der Dehnbarkeit der Blase. Sie wird üblicherweise in Einheiten der Volumenänderung pro Einheit der Druckänderung gemessen. Anschließend wurden radiographische Zystogramme aufgenommen. Die Blasen wurden entleert und Kontrastmedium wurde intravesikal unter fluoroskopischer Kontrolle eingeträufelt.
  • Urodynamische Ergebnisse
  • Vor der Zystektomie unter Aussparung des Trigonums unterschieden sich die Tiere der Gruppen A, B und C hinsichtlich des durchschnittlichen präoperativen Blasenfassungsvermögens (78 ± 16 ml, 63 ± 22 ml, 69 ± 8 ml, p = 0,44), (Mittelwert ± SD) oder hinsichtlich der präoperativen Blasen-Compliance (2,6 ± 0,2 ml/cm H2O, 2,2 ± 1,2 ml/cm H2O, 2,1 ± 1,1 ml/cm H2O, p = 0,85), (Mittelwert ± SD) nicht signifikant.
  • Die beiden Kontrolltiere, die nach der subtotalen Zystektomie keiner Rekonstruktion unterzogen wurden, konnten während des Beobachtungszeitraums nur 22% (± 2%) des nativen Fassungsvermögens aufrechterhalten. Bei diesen Tieren ergab sich offensichtlich ein häufiges Entleerungsverhalten. Die mit den zellfreien Polymeren rekonstruierten Tiere entwickelten durchschnittliche Blasenkapazitäten von 46% (± 20%) der präoperativen Werte. Eine durchschnittliche Blasenkapazität von 95% (± 9%) des ursprünglichen Volumens vor der Zystektomie wurde bei den mit gewebebehandelten Ersatzblasen erreicht (2A).
  • Die Blasen mit subtotaler Zystektomie, bei denen keine Rekonstruktion vorgenommen worden war, zeigten eine ausgeprägte Verringerung der Blasen-Compliance auf Mittelwerte von 10% (± 3%) der präoperativen Werte. Sämtliche Implantate, die ausschließlich das Polymere ohne Zellen umfassten, zeigten einen erheblichen Compliance-Verlust. Zu den verschiedenen Tötungszeitpunkten war die Blasen-Compliance auf einen Mittelwert von 42% (± 21%) der präoperativen Werte verringert. Die Compliance der mit Gewebe behandelten Blasen ergab fast keinen Unterschied zu den präoperativen Werten, die an der nativen Blase gemessen worden waren (106% ± 16%, 2B).
  • Klinisch zeigten sämtliche Tiere einen stabilen Verlauf nach der Blasenrekonstruktion, konnten nach Katheterentfernung spontan entleeren und überlebten während der vorgesehenen Untersuchungsdauer. 1 Monat nach dem chirurgischen Eingriff ergaben radiographische Zystogramme bei sämtlichen Tieren ein wasserdichtes Reservoir. Zystogramme der nur der subtotalen Zystektomie unterzogenen Tiere ergaben, dass die unverstärkten Trigonum-Bereiche während der gesamten Versuchsdauer nur zur Regeneration minimaler Reservoirkapazitäten befähigt waren. Die Implantate mit dem Polymeren allein zeigten Anzeichen eines partiellen Transplantatkollapses. Die mit Gewebe behandelten Blasen waren vollständig dehnbar. Ihre Umrisse konnten aus dem nativen Trigonum gezeichnet werden. Während der anschließenden Zystogramme zeigten die Implantate mit dem Polymeren allein fortlaufend kleiner bemessene Reservoirs, während die mit Gewebe behandelten Blasen in Bezug auf Größe und Aufbau einen normalen Eindruck machten (3).
  • Beispiel 6
  • Grobe Befunde
  • Zu den vorgesehenen Zeitpunkten wurden die Tiere durch intravenöse Verabreichung von Pentobarbital getötet. Die inneren Organe und der Urogenitaltrakt wurden auf grobe Abnormalitäten untersucht. Die Blase wurde entnommen. Die Markierungsnähte, die die Übergangszone zwischen dem nativen Trigonum und dem Transplantat identifizierten, wurden freigelegt.
  • Schnitte wurden innerhalb des nativen Trigonums, der gekennzeichneten Übergangszone und dem proximalen Bereich der neuen Blase genommen.
  • Zystektomie unter Aussparung nur des Trigonums (Gruppe A): Die Reservoirs waren klein, zeigten aber ein normales Aussehen (4A und B).
  • Blasen nur mit Polymerem (Gruppe B): Eine grobe Inspektion des nach 1 Monat entnommenen zellfreien Polymerimplantats ergab, dass der ursprüngliche kugelförmige Aufbau des Polymeren partiell kollabiert war. Nach 2 Monaten wurde ein solitärer, asymptomatischer Blasenstein von 11 mm gefunden, der bei dieser Untersuchung der einzige Fall von Lithogenese war. Nach 2 Monaten ergab sich bei der Nekropsie makroskopisch eine Transplantatschrumpfung von etwa 50. Die nach 4, 6 und 11 Monaten entnommenen Blasen enthielten zunehmende Bildungen von dickem Narbengewebe an der Kuppel und waren stark mit anhaftendem Omentum bedeckt (4C und D). Nach 11 Monaten ergab sich makroskopisch eine Transplantatschrumpfung von mehr als 90%. Die ursprünglich angebrachten Polypropylen-Markierungsnähte wurden im Bereich des Trigonums neben dem Narbengewebe festgestellt. Etwa 10% der gesamten Blasenfläche befand sich oberhalb der Markierungsnähte.
  • Mit Gewebe behandelte neue Organe (Gruppe C): Die Autopsieuntersuchung ergab keine Anzeichen in Bezug auf Obstruktion des oberen Trakts, Lithogenese, Verkrustung oder andere Abnormalitäten zu sämtlichen Untersuchungszeitpunkten. Nach 1 Monat blieb das Polymergerüst im Innern der mit Omentum umwickelten, mit Gewebe behandelten neuen Blase sichtbar und durch Palpation identifizierbar. Die neuen Blasen wiesen einen flexiblen und dehnbaren Aufbau auf. Nach 6 und 11 Monaten konnten omentale Anhaftungen stumpf von der Blasenkuppel abgetrennt werden. Eine Serosa-artige Schicht hatte sich über dem mit Gewebe behandelten neuen Organ regeneriert (4E). Die zu Beginn angebrachten Polypropylen-Markierungsnähte wurden im distalen Bereich der Blase auf der Höhe des Trigonums festgestellt. Etwa 70% des gesamten Blasenbereichs befanden sich oberhalb der Markierungsnähte. Beim ventralen Eintritt in die Blase wurde eine glatte Schleimhautoberfläche ohne jegliche Unterschiede zwischen der nativen und der mit Gewebe behandelten Blase festgestellt (4F).
  • Während der Dauer der Untersuchung zeigte keiner der Hunde irgendwelche ungünstige Effekte. Sämtliche Tiere überlebten bis zu dem Zeitpunkt, an dem sie getötet wurden, ohne merkliche Komplikationen, wie einer Infektion des Harntraktes oder der Bildung von Steinen. Eine fluoroskopische Zystographie sämtlicher verstärkten Blasen ergab einen normalen Blasenaufbau ohne jegliche Leckagen nach 1, 2 und 3 Monaten im Anschluss an die Behandlung.
  • Bei der Entnahme erwiesen sich die verstärkten Blasen als weitgehend normal ohne jegliche Anzeichen einer Divertikelbildung im Transplantatbereich. Die Dicke des transplantierten Segments war ähnlich der Dicke des nativen Blasengewebes. Es gab keine Anzeichen für Anhaftungen oder Fibrose. Histologisch enthielten sämtliche entnommenen Blasen einen normalen Zellaufbau aus einem mit Urothelzellen verkleideten Hohlraum, der von submukosalem Gewebe und glatter Muskulatur umgeben war. Bei sämtlichen Proben war eine angiogene Reaktion ersichtlich.
  • Beispiel 7
  • Histologische und immunozytochemische Befunde
  • Proben wurden mit 10% gepuffertem Formalin fixiert und bearbeitet. Gewebeschnitte von etwa 4 bis etwa 6 μm wurden für die routinemäßige Färbung mit Hematoxylin und Eosin (H&E) und Masson-Trichrome hergestellt. Immunozytochemische Färbeverfahren wurden mit mehreren spezifischen primären Antikörpern durchgeführt, um die Differenzierung von urothelialen Zellen und glatten Muskelzellen in den entnommenen Blasen zu charakterisieren. Anti-Desmin-Antikörper (monoklonales NCL-DES-DERII, Klon DE-R-11, Novocastra®, Newcastle, UK), der mit Teilen des Zwischenfilament-Muskelzellproteins Desmin reagiert, und Anti-Alpha Smooth Muscle Actin-Antikörper (monoklonales NCL-SMA, Klon asm-1, Novocastra®, Newcastle, UK), der Actin der glatten Muskelzellen der Blase markiert, wurden als allgemeine Marker für die Differenzierung der glatten Muskulatur verwendet. Anti-Pancytokeratine-AE1/AE3-Antikörper (monoklonal, Katalog Nr. 1124 161, Boehringer Mannheim®) und Anti-Zytokeratin 7-Antikörper (NCL-CK7, Klon LP5K, IgG2b, NovocastraR, Newcastle, UK), die mit Zwischenfilamenten, die einen Teil des zytoskeletalen Komplexes in Epithelgeweben bilden, reagieren, wurden zur Identifizierung von Urothel verwendet. Eine Anti-Asymmetric Unit Membrane (AUM)-Färbung unter Verwendung von polyklonalen Antikörpern wurde zur Untersuchung des Vorliegens von Säugetier-Uroplakinen, die apikale Plaques in Säugetier-Urothel bilden und eine wichtige funktionelle Rolle während der fortgeschrittenen Stadien der Urothel-Differenzierung darstellen, verwendet. Anti-S-100-Antikörper (Sigma®, St. Louis MO, Nr. IMMH-9), der mit dem sauren, calciumbindenden Protein 5–100 reagiert, die hauptsächlich in Schwann-Zellen und glialen Elementen im Nervensystem vorhanden sind, wurde zur Identifizierung von neuralen Geweben verwendet.
  • Proben wurden in Carnoy-Lösung fixiert und routinemäßig für die Immunofärbung bearbeitet. Eine Hochtemperatur-Antigen-Demaskierungsvorbehandlung mit etwa 0,1% Trypsin wurde unter Verwendung einer handelsüblichen Testpackung entsprechend den Empfehlungen des Herstellers eingesetzt (Sigma®, St. Louis MO, T-8 128). Antigenspezifische, primäre Antikörper wurden auf deparaffinierte und hydratisierte Gewebeschnitte aufgebracht. Negative Kontrollen wurden mit reinem Serum anstelle des primären Antikörpers behandelt. Positive Kontrollen bestanden aus normalem Blasengewebe. Nach Waschen mit phosphatgepufferter Kochsalzlösung wurden die Gewebeschnitte mit einem biotinylierten sekundären Antikörper inkubiert und erneut gewaschen. Ein Peroxidase-Reagenz wurde zugegeben. Bei Substratzugabe wurden die Stellen der Ablagerung von Antikörper durch einen braunen Niederschlag sichtbar gemacht. Eine Gegenfärbung wurde mit Gill-Hematoxylin durchgeführt.
  • Nur Zystektomie unter Aussparung des Trigonums (Gruppe A): Die einer Zystektomie unter Aussparung des Trigonums unterworfenen Organe zeigten einen normalen histologischen Aufbau, was durch immunozytochemische Färbung bestätigt wurde.
  • Blasen nur mit Polymerem (Gruppe B): Es wurde festgestellt, dass die implantierten Polymeren ohne Zellen einer fibrovaskulären Reaktion unterlagen, die aus einer Fibroblasten-Ablagerung und einer ausgedehnten Ansammlung von entzündlichen Zellen, einschließlich Makrophagen, bestanden, wobei nach 1 Monat überall Anzeichen von Angiogenese vorlagen. Die Epithelbedeckung war am gesamten Polymeren sichtbar. Das Epithel zeigte eine positive Färbung auf die breit reagierenden anti-Panzytokeratine AE1/AE3, auf anti-Zytokeratin 7 und das urothelspezifische anti-AUM. An den Stellen von Polymerabbau wurde fibrotisches Gewebe festgestellt. 2, 3 und 4 Monate später zeigte sich eine Ausdehnung der nativen submukosalen und muskulären Schicht des Trigonums auf den fibrotischen Polymerbereich an der Übergangszone. Bei den Proben nach 6 und 11 Monaten hatte eine reichliche Bildung von Bindegewebe die vollständig abgebauten Polymerfasern der proximalen Region der neuen Blase ersetzt. In diesem Bereich waren die alpha-Actinpositiven glatten Muskelzellen nur spärlich sichtbar.
  • Mit Gewebe behandelte neue Organe (Gruppe C): Das nach 1 Monat gewonnene, mit Gewebe behandelte neue Organ zeigte eine vollständige Hohlraumbedeckung mit Urothel. Das Epithel ergab eine positive Färbung auf die breit reagierenden anti-Panzytokeratine AE1/AE3, auf anti-Zytokeratin 7 und auf das urothelspezifische anti-AUM. Die Polymerfasern trugen Zellbildungen, die auf alpha-Actin der glatten Muskeln eine positive Färbung ergaben. Es war eine angemessene angiogenetische Reaktion ersichtlich. Nach 2 Monaten (bevor die Polymeren vollständig biologisch abgebaut waren) wiesen die Muskelfasern eine räumliche Anordnung auf, wobei Bündel von variabler Größe entstanden waren. Nach 3 Monaten ergab sich ein vollständiger Polymerabbau und eine dreischichtige Struktur war im proximalen Bereich der neuen Blase sichtbar, die aus einer morphologisch normalen Uroepithel-Verkleidung über einer Submucosa-Hülle bestand, gefolgt von einer Schicht mit einem Gehalt an multiformen glatten Muskelbündel. 6 Monate nach der Operation ergab sich erstmals ein Einwachsen von neuralem Gewebe, wie durch 5-100-Färbung nachgewiesen wurde. Es wurde festgestellt, dass die Blasen zu einer normalen histologischen und phänotypischen Struktur gereift waren, wie sich durch ihre Färbung mit Hematoxylin und Eosin, Trichrome, alpha-Actin der glatten Muskeln, Desmin, Panzytokeratine AE1/AE3, Zytokeratin 7 und AUM-Antikörper ergab (5 und 6). Histologisch und immunozytochemisch gab es keine ausgeprägten Unterschiede zwischen den Blasen nach 6 und 11 Monaten.
  • Beispiel 8
  • Statistische Befunde
  • Statistische Bewertungen wurden an den Messungen unter Anwendung eines zweiseitigen Student-t-Tests durchgeführt, wobei p-Werte von weniger oder gleich 0,05 als signifikant angesehen wurden. Bei den Kontrollen nur mit Zystektomie und bei den Transplantaten nur mit dem Polymeren wurden durchschnittliche Kapazitäten von 22% bzw. 46% der präoperativen Werte aufrechterhalten. Eine durchschnittliche Blasenkapazität von 95% des ursprünglichen Volumens vor der Zystektomie wurde bei den mit Gewebe behandelten Blasenersatzprodukten erreicht. Die Reservoirs mit subtotaler Zystektomie, die nicht rekonstruiert worden waren, und die Blasen, die nur mit dem Polymeren rekonstruiert worden waren, zeigten eine ausgeprägte Abnahme der Blasen-Compliance (10% und 42%). Die Compliance der mit Gewebe behandelten Blasen ergab fast keinen Unterschied zu den präoperativen Werten, die bei Vorliegen der nativen Blase gemessen wurden (106%). Histologisch zeigten die Blasen nur mit dem Polymeren ein Muster von normalen Urothelzellen mit einer verdickten fibrotischen Submucosa und einer dünnen Schicht an Muskelfasern. Die entnommenen Blasen, die mit Gewebe behandelt worden waren, zeigten einen normalen zellulären Aufbau, der aus den drei Schichten Urothel, Submucosa und Muskeln bestand. Immunozytochemische Analysen auf Desmin, alpha-Actin, Zytokeratin 7, Panzytokeratine AE1/AE3 und Uroplakin III bestätigten den Muskel- und Urothel-Phänotyp. Eine Färbung mit 5–100 ergab das Vorliegen von neuralen Strukturen.
  • Die Tiere, die einer Zystektomie unter Aussparung des Trigonums unterzogen worden waren und bei denen ein Verschluss vorgenommen worden war, gewannen zunächst im Laufe der Zeit eine minimale Menge des Reservoirvolumens, erreichten aber nicht die Werte vor der Zystektomie. Die Blasen, die das bloße Polymere als Transplantat aufwiesen, zeigten eine geringfügige Zunahme des Volumens und entwickelten fibrotische neue Blasen, die eine gut entwickelte urotheliale Schicht, jedoch einen deutlich defizitären muskulären Aufbau zeigten. Sie wiesen eine verringerte Compliance-Kurve auf. Die mit Gewebe behandelten, keine Flüssigkeit enthaltenden neuen Blasen waren dazu befähigt, die Blasenkapazitäten vor der Zystektomie zu erreichen und zu überschreiten. Die Compliance dieser Blasen erreichte zu jedem Zeitpunkt den Wert vor der Zystektomie, einschließlich der 4-wöchigen postoperativen Prüfung. Die entnommenen, mit Gewebe behandelten Blasen zeigten einen normalen zellulären Aufbau, bestehend aus den drei Schichten Urothel, Submucosa und Muskel. Eine immunozytochemische Analyse mit Desmin und alpha-Actin des glatten Muskels bestätigte den Muskel-Phänotyp. Panzytokeratine AE1/AE3, Zytokeratin 7 und Uroplakin III konnten immunohistochemisch nachgewiesen werden, was den urothelialen Phänotyp bestätigte. Eine positive S-100-Färbung ließ darauf schließen, dass ein Einwachsen von neuralen Strukturen in die mit Gewebe behandelten Blasen möglich war. Die mit Gewebe behandelten neuen Blasen konnten bald nach der Implantation ihre normale Funktion aufnehmen. Strukturell und funktionell waren sie von nativen Blasen nicht unterscheidbar. Unsere Ergebnisse zeigen erstmals, dass die Herstellung einer dreischichtigen Struktur, die in vitro aus Muskel und Urothel der Blase zusammengesetzt ist, für die letztendlichen funktionellen Ergebnisse des neu hergestellten Blasengewebes günstig ist. Unsere Ergebnisse beim Ersatz der Blase mit dem zellfreien Polymertransplantat stimmen mit früheren Berichten in der Literatur der letzten Jahrzehnte bezüglich freien Transplantaten überein. Wenn andere Materialien als freie Transplantate ohne Zellen verwendet werden, können die verschiedenen histologischen Komponenten zwar vorhanden sein, sind jedoch nicht notwendigerweise vollständig entwickelt oder funktionsfähig. Ferner stimmen die Ergebnisse der Kontrollgruppe mit der zellfreien Polymerblase mit den Ergebnissen der Literatur in Bezug auf die im Laufe der Zeit eintretende Kontraktion und Schrumpfung des Transplantats überein. Die zweite Kontrollgruppe, bei der nach der Zystektomie ein Primärverschluss vorgenommen wurde, zeigte klar, dass die Zunahme der Kapazität der mit Gewebe behandelten neuen Blasen vorwiegend auf das Implantat und nicht auf die natürliche Regeneration und elastische Merkmale der nativen Hundeblasen zurückzuführen war. Die Ergebnisse zeigen, dass Blasen-Submucosa, die mit urothelialen Zellen und Muskelzellen beimpft sind, neues Blasengewebe bilden kann, das histologisch und funktionell von der nativen Blase nicht unterscheidbar ist. Dieses Ergebnis kann auf eine mögliche Aufrechterhaltung der Aufbauform der Blase durch die extrazelluläre Matrix, die durch die überimpften Zellen regeneriert worden ist, zurückzuführen sein. Die auf die Polymermatrix überimpften urothelialen Zellen und Muskelzellen verhindern anscheinend die Resorption des Transplantats. Diese Technik ist zur Bildung von neuem Blasengewebe geeignet, das anatomisch und funktionell ähnlich dem Gewebe von normalen Blasen ist.
  • Weitere Ausführungsformen und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich für den Fachmann beim Studium der Beschreibung und bei der praktischen Durchführung der hier beschriebenen Erfindung. Die Beschreibung und die Beispiele sind lediglich als beispielhafte Erläuterungen des durch die nachstehenden Ansprüche angegebenen Schutzumfangs der Erfindung anzusehen.

Claims (17)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Struktur, die sich für die Wiederherstellung, Heilung, Stärkung oder zum Ersatz von schichtartig aufgebauten Hohlorganen oder Gewebestrukturen in einem Patienten, der dieses benötigt, eignet, welches folgende Stufen umfaßt: a) Bereitstellen einer bioverträglichen synthetischen oder natürlichen Polymermatrix, die so geformt ist, daß sie mindestens einem Teil des Hohlorgans oder der Gewebestruktur entspricht, welche diese Behandlung benötigen, b) Ablagern einer ersten Zellpopulation auf oder in einer ersten Seite der Polymermatrix, wobei die erste Zellpopulation im wesentlichen eine Muskel-Zellpopulation ist, c) Ablagern einer zweiten Zellpopulation, deren Zelltyp sich von dem der ersten Zellpopulation unterscheidet, auf einer zweiten Seite der Polymermatrix, wobei die zweite Seite von der ersten Seite im wesentlichen getrennt ist, und d) Kultivieren des geformten polymeren Matrixzell-Aufbaus zur Bildung eines schichtartig aufgebauten Hohlorgans oder einer Gewebestruktur.
  2. Vorrichtung für die Wiederherstellung, Heilung, Stärkung oder den Ersatz von schichtartig aufgebauten Hohlorganen oder Gewebestrukturen, welche eine implantierbare, bioverträgliche, synthetische oder natürliche Polymermatrix, die mindestens zwei getrennte Oberflächen hat und so geformt ist, daß sie mindestens einem Teil des eine Behandlung erfordernden Hohlorgans oder der Gewebestruktur entspricht, und mindestens zwei verschiedene Zellpopulationen, die auf im wesentlichen getrennten Seiten auf oder in der Polymermatrix abgelagert sind, umfaßt, um einen schichtartig aufgebauten Matrix/Zell-Aufbau auszubilden, wobei eine der zwei verschiedenen Zellpopulationen im wesentlichen eine Muskelzell-Population ist.
  3. Verfahren oder Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das bioverträgliche Material bioabbaubar ist.
  4. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die bioverträgliche Polymermatrix aus einem Material gebildet ist, welches aus der Gruppe von Materialien ausgewählt ist, die aus Celluloseether, Cellulose, Celluloseester, fluoriertem Polyethylen, Poly-4-methylpenten, Polyacrylnitril, Polyamid, Polyamidimid, Polyacrylat, Polybenzoxazol, Polycarbonat, Polycyanarylether, Polyester, Polyestercarbonat, Polyether, Polyetheretherketon, Polyetherimid, Polyetherketon, Polyethersulfon, Polyethylen, Polyfluorolefin, Polyimid, Polyolefin, Polyoxadiazol, Polyphenylenoxid, Polyphenylensulfid, Polypropylen, Polystyrol, Polysulfid, Polysulfin, Polytetrafluorethylen, Polythioether, Polytriazol, Polyurethan, Polyvinyl, Polyvinylidenfluorid, regenerierter Cellulose, Silicon, Harnstoff-Formaldehyd oder Copolymeren oder physikalischen Gemischen davon besteht.
  5. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das bioverträgliche Material Polyglycolsäure ist.
  6. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Polymermatrix aus Fasern mit einem Abstand zwischen den Fasern von 0 bis 1000 μm, vorzugsweise 0 bis 500 μm, insbesondere 0 bis 200 μm, besteht.
  7. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Polymermatrix mit einem bioverträglichen und bioabbaubaren Form-festigenden Material beschichtet ist.
  8. Verfahren oder Vorrichtung nach 7, wobei das Formfestigende Material ein flüssiges Copolymer umfaßt, wobei das Copolymer vorzugsweise Poly-DL-Milchsäure-co-glycolid einschließt.
  9. Verfahren oder Vorrichtung nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei die zweite Zellpopulation im wesentlichen eine urotheliale Zellpopulation ist.
  10. Verfahren oder Vorrichtung nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei die erste Zellpopulation im wesentlichen eine glatte Muskelzellpopulation ist.
  11. Verfahren oder Vorrichtung nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei das Hohlorgan oder die Gewebestruktur ein Urogenitalorgan, vorzugsweise eine Harnblase, ein Ureter und/oder eine Urethra ist.
  12. Verfahren oder Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Hohlorgan oder die Gewebestruktur eine Harnblase oder ein Harnblasensegment ist und urotheliale Zellen, die auf der Innenfläche der Matrix abgelagert sind, und glatte Muskelzellen, die auf der Außenfläche der Matrix abgelagert sind, aufweist.
  13. Verfahren oder Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei das gebildete schichtartig aufgebaute Hohlorgan oder die gebildete schichtartig aufgebaute Gewebestruktur die Compliance von natürlichem Blasengewebe zeigt.
  14. Verfahren oder Vorrichtung nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei die erste und die zweite Zellpopulation nacheinander aufgebracht werden.
  15. Verfahren oder Vorrichtung nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei die erste und die zweite Zellpopulation auf getrennten Matrixschichten abgelagert werden und die Matrixschichten nach den Ablagerungsstufen kombiniert werden.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Hohlorgan Blasengewebe ist, welches eine implantierbare bioverträgliche synthetische oder natürliche Polymermatrix einschließt, die so geformt ist, daß sie einem Teil des die Behandlung benötigenden Blasengewebes entspricht und urotheliale Zellen auf oder nahe der Innenoberfläche der Matrix hat, und glatte Muskelzellen, die auf oder nahe der äußeren Oberfläche der Matrix aufgetragen sind, aufweist, wobei nach dem Implantieren in den Patienten die Vorrichtung eine schichtartig aufgebaute Hohlgewebestruktur bildet, welche die Compliance von normalem Blasengewebe aufweist.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die geformte Matrix eine Fasermaschenstruktur aus einem Polymeren ist, das aus der aus Polyglycolsäure, Polymilchsäure und Copolymeren oder Gemischen daraus bestehenden Gruppe ausgewählt ist, das mit einem die Gestalt beibehaltenden Material überzogen ist, wobei das die Gestalt beibehaltende Material vorzugsweise eine Lösung eines härtbaren Polymeren, vorzugsweise Poly-DL-lactid-co-glycolid ist.
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