DE69227900T2 - Verfahren zur Fixierung von biologischen Geweben - Google Patents
Verfahren zur Fixierung von biologischen GewebenInfo
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Description
- Für medizinische Hilfsmittel werden viele Stoffe sowohl synthetischen als auch biologischen Ursprungs eingesetzt. Bei operativ eingebrachten Prothesen kommen diese Stoffe mit menschlichem Gewebe in Kontakt und rufen die unterschiedlichsten in-vivo Interaktionen zwischen den Stoffen und dem menschlichen Gewebe hervor. Erfolg oder Mißerfolg eines implantierten Hilfsmittels hängen davon ab, wie das Material und das menschliche Umfeld aufeinander reagieren, was von Faktoren abhängt wie Herkunft des Materials, Art der Herstellung, Ort der Implantierung und Dauer der Einpflanzung.
- Synthetisches Material wie Polymere werden aus chemischen Substanzen hergestellt und ihre Eigenschaften lassen sich daher leichter reproduzieren und der Umgang mit ihnen ist einfacher. Darüberhinaus lassen sich Polymere dem jeweiligen Anwendungszweck entsprechend modifizieren. Da es sich aber um synthetisches Material handelt, muß von Unvertäglichkeit mit menschlichem Gewebe ausgegangen werden.
- Biologisches Material muß vor seiner Verwendung fixiert oder gegerbt werden, damit im Gewebe Vernetzungen entstehen, die es gegen schädliche Veränderung stabilisieren. Eine gängige Methode zur Fixierung von biologischem Gewebe ist das mehrtätige Einweichen des Gewebes in Glutaraldehyd. Glutaraldehyd, wenngleich erfolgreich, brachte aber verschiedene Probleme hinsichtlich der Reaktion des Wirtsgewebes mit sich und führt zu langsamer Veränderung der in-vivo Vernetzung.
- Viele Berichten aus jüngster Zeit befassen sich mit der Verbesserung des Glutaraldehydverfahrens und sind hauptsächlich auf die Aufnahme von Mitteln gegen Verkalkung gerichtet. Diese Mittel werden generell in das Gewebe eingebracht, werden aber im Laufe der Zeit auch ausgewaschen. Ein anderer Ansatz konzentriert sich auf die Verwendung weniger toxischer Reagenzien zur Fixierung wie Carbodiimid/Glycerin. Erst jetzt ist in mehreren Patenten das Einbringen von Anti-Kalk-Mitteln oder Polymeren in biologische Gewebe angeregt worden, um die Lebensfähigkeit solcher Biomaterialien zu verbessern. Grundlage hierfür ist die Einbringung von Polymer-Lösungen in das Gewebe im Wege der Diffusion als wichtigstes Mittel der Interaktionen zwischen Gewebe/Polymer.
- Aus der WO-A-8505274 ist bekannt, Diisocyanat bei den Fixierungsverfahren einzusetzen, vgl. beispielsweise dort die Ansprüche 5 und 6 und die Beispiele 2 und 3. Polyisocyanate sollen die Stabilität des biologischen Gewebes erhöhen. In den Beispielen wird zudem ein aprotisches Lösungsmittel (Azeton) verwendet.
- Hierdurch soll das Glutaraldehydverfahren verbessert werden, indem Glutaraldehyd als Fixativ durch eine Lösung aus Prepolymer Polyetherpolyurethan ersetzt wird. Demzufolge werden die Vorteile von synthetischem und biologischem Material kombiniert, so daß aufgrund des Synergieeffektes ein Biomaterial mit erhöhter Haltbarkeit entsteht.
- Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fixierungsverfahren für biologisches Gewebe zu schaffen, das die Haltbarkeit erhöht und das die Kalkbildung verhindernden Eigenschaften verbessert, ohne drastische Veränderung der mechanischen Eigenschaften, wobei eine Prepolymerlösung von Polyetherpolyurethan als Fixierungsmittel genommen werden kann.
- Ausgehend von einem Verfahren zur Fixierung von biologischem Gewebe unter Verwendung einer Polymer Lösung oder einer Vorstufe eines Polymers zur Herstellung eines Biomaterials erhöhter Haltbarkeit ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Polymer ein Polyurethan ist und dabei ein biologisches Gewebe mit einem aprotischen Lösungsmittel zum Auswaschen des Wassers aus dem Gewebe behandelt wird, wodurch das Gewebe mit Polyurethan oder einem Vorläufer hiervon reagieren kann, daß das wasserfreie Gewebe zur chemischen Reaktion gebracht wird mit (a) einer Lösung aus Diisocyanat unter nachfolgender Zugabe eines Diols oder (b) einer Lösung aus einem Diisocyanat und einem Diol oder (c) einer Lösung aus einem Polyurethan mit endständigen Isocyanat Gruppen oder (d) einer Kombination von zwei oder mehreren Lösungen (a), (b), (c) unter Verwendung eines aprotischen Lösungsmittels als Reagenzlösung und unter inerten und wasserfreien Bedingungen bei einer Temperatur bis 60ºC, daß das behandelte Gewebe entnommen und zum Auswaschen überschüssiger Polyetherpolyurethanlösung mit einem aprotischen Lösungsmittel gespült wird und daß das behandelte Gewebe desinfiziert und durch Behandlung in einer gepufferten Kochsalzlösung gelagert wird.
- Das Polymer verbindet sich auf chemischen Wege mit dem biologischen Gewebe und ergibt ein Biomaterial für bioprothetische Anwendungen. Das in dieser Weise fixierte biologische Gewebe ermöglicht die Aufnahme von Antikalk oder anderen hilfreichen Mitteln wie pharmakologische Mittel und gerinnungshemmenden Mitteln in das Biomaterial.
- Das Reagenzlösungsmittel kann für das Entfernen überschüssiger Polyurethanlösung verwendet werden. Das Verfahren wird vorzugsweise so durchgeführt, daß die mechanischen Eigenschaften des Originalgewebes beibehalten werden.
- Eine ganze Reihe von Polyurethan-Werkstoffen ist für die Erfindung geeignet, einschließlich silikonmodifizierte Polyurethane.
- Vorzugsweise wird ein Antikalkmittel und/oder ein pharmakologisches Mittel und/oder ein gerinnungshemmendes Mittel vor, während oder nach der Fixierung des Gewebes zugesetzt.
- Das Gewebe kann beispielsweise vom Schwein, einer Ruh, eines Schafes oder Kängeruhs stammen, wie aus den Herzklappen oder Herzbeuteln solcher Tiere entnommenes Gewebe. Das Gewebe kann aus reinem natürlichen Gewebe bestehen, einem mit Glutaraledhyd oder einem Carbodiimid/ Glycerin behandelten Gewebe, einem Material mit reichem Bindegewebsanteil oder einem natürlichen Bindegewebe, das aktive Vernetzungsstellen aufweist.
- Beispiele für geeignete aprotische Lösungsmittel sind Dimethylsulphoxid, Dimethylacetamid, Dimethylformamid und Tetrahydrofuran.
- Durch die Erfindung können biologische Gewebe so fixiert werden, daß das eingebrachte Gewebe seine Stabilität über einen langen Zeitraum behält.
- Beispiele für biologische Stoffe, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden können, umfassen tierisches Gewebe von verschiedenen Tieren wie Schwein, Kuh Schaf oder Känguruh unterschiedlicher Herkunft, beispielsweise Herzklappen, Herzbeutelgewebe und andere collagenreiche Stoffe sowie rekonstituierte oder natürliche Bindegewebssybstand mit potentiellen Vernetzungsstellen. Gewebe, das schon mit Hilfe von chemischen Mitteln wie Glutaraldehyd und/oder Carbodümid/Glycerin behandelt worden ist, kann dem erfindungsgemäßen Verfahren ebenfalls unterzogen werden.
- Beispielsweise kann ein Frischgewebe einem Tier entnommen und unmittelbar danach in einer gepufferten Salzlösung bei 4ºC gelagert werden. Das gespeicherte Gewebe kann den im folgenden beschriebenen exemplarischen Verfahren unterzogen werden, um es in geeigneter Weise zu fixieren, so daß ein Biomaterial mit tierischen und synthetischen Merkmalen entsteht.
- In den nachstehenden Beispielen 1, 2 und 3 wird entnommenes Gewebe wie zuvor beschrieben in Dimethylsulphoxid als aprotisches Lösungsmittel eingebracht, und wird dort bis zu 72 Stunden entwässert. Das Lösungsmittel kann periodisch gewechselt werden, um den Trocknungsvorgang zu beschleunigen. Nach dem Wasserentzug wird das Gewebe dem in einem der Beispiele 1 bis 3 beschriebenen Verfahren unterzogen.
- In diesem Beispiel wird das wasserfreie Gewebe in einer Lösung aus Methylendiphenylen Diisocyanat in anhydridem Dimethylsulphoxid [Lösung (a)] ständig gerührt. Die Reaktion erfolgt bei geeigneter Temperatur bis 60ºC. in N&sub2; Trockengas oder einem anderen Inertgas. Nach einer geeigneten Verweilzeit, beispielsweise 24 Stunden, erfolgt die Zugabe einer Lösung aus Tetramethylenetherglycol, um den Reaktionsvorgang abzuschließen, an dessen Ende Polyetherpolyurethan entsteht. Kettenverlängerer wie sie bei der Herstellung von Polyetherpolyurethanen gebräuchlich sind und andere trockene kompatible Lösungsmittel können gleichzeitig beigegeben werden. Das behandelte Gewebe wird entnommen, mit einem Reagenzlösungsmittel kurz gewaschen, desinfiziert und in gepufferter Salzlösung gelagert.
- In diesem Beispiel besteht die Reagenzlösung aus Methylendiphenylen Diisocyanat und Tetramethylen Glycol in Dimethylsulphoxid [Lösung (b)]. Kettenverlängerer wie sie bei der Polyaddition von Polyurethan üblich sind und andere trockene kompatible Lösungsmittel können ebenfalls zugesetzt werden. Das wasserfreie Gewebe wird in diese Reagenzslösung eingelegt und verbleibt dort unter ständigem Rühren. Die Reaktion erfolgt bei einer geeigneten Temperatur bis 60ºC, meist bei 37ºC in Gegenwart von N&sub2; Trockengas oder einem anderen Inertgas. Das behandelte Gewebe wird herausgenommen, kurz mit einem Reagenzlösungsmittel gewaschen, desinfiziert und in einer gepufferten Salzlösung aufbewahrt.
- In diesem Beispiel besteht die Prepolymer-Lösung [Lösung (c)] von Polyetherpolyurethan mit der Endgruppe Isocyanat in Dimethylsulphoxid. Das Prepolymer wurde hier durch Reaktion von Methylendiphenylen Diisocyanat und Tetramethylen Glycol erhalten. Kettenverlängerer wie sie bei der Polyaddition von Polyurethan üblich sind und andere trockene kompatible Lösungsmittel können ebenfalls zugesetzt werden. Das wasserfreie Gewebe wird dann in die Prepolymer-Lösung eingelegt und verbleibt dort zur Reaktion unter ständigem Rühren. Die Reaktion kann bei einer geeigneten Temperatur bis 60º C. erfolgen, meist bei 37ºC in Gegenwart von N&sub2; Trockengas oder einem anderen Inertgas. Das behandelte Gewebe wird herausgenommen, kurz in einem Reagenzlösungsmittel gewaschen, desinfiziert und in einer gepufferten Salzlösung aufbewahrt.
- Das Verhältnis von Diisocyanat zu Diol in den Beispielen ist vorzugsweise 2 : 1. Die Desinfektion des behandelten Gewebes kann in einer Formaldehyd/Glutaraldehyd- Lösung erfolgen. Das Gewebe wird vorzugsweise in einer gepufferten Salzlösung mit neutralem pH-Wert und mit einer geringen Menge eines geeigneten Fungizids aufbewahrt.
- Ein Vorteil bei einem derartig fixierten Gewebe besteht darin, daß es die Eigenschaften sowohl von synthetischen als auch natürlichen Stoffen annimmt. Da die Fixierung über eine auf chemischem Wege herbeigeführte Verbindung zwischen dem Gewebe und dem polymeren Fixativ erfolgt, das aus Polyetherpolyurethanen stammt, wird das Gewebe vermutlich widerstandsfähiger gegen Hydrolyseschädigung als Glutaraldehyd.
- Das Monomer oder Ausgangsmaterial kann für die Verbindung zweckentsprechend mit Antikalkmitteln oder anderen hilfreichen Mittel wie pharmakologische Mittel und gerinnungshemmende Mittel versetzt werden. Die Zugabe dieser Mittel kann vor, während oder nach dem Fixierungsvorgang erfolgen.
- Fixierung mit Gluaraldehyd führt bekanntlich zu einer erheblichen Schrumpfung bei biologischem Material. Die Schrumpfung von biologischem Gewebe gemäß der Erfindung kann durch kontrollierten Ablauf der Reaktionsbedingungen minimiert werden.
- Ein im Handel erhältliches Glutaraldehyd Reagenz zur Fixierung von biologischem Gewebe ist ein Gemisch aus mindestens drei Komponenten, wie einem Monomer, Oligomer und Polymer zu unterschiedlichen Anteilen. Daraus ergeben sich dann Produkte unterschiedlicher Zusammensetzung, wenn Gluaraldehyd für die Gewebefixierung verwendet wird. Das hier beschriebene Verfahren ist repro duzierbar, da die Ausgangsstoffe im wesentlichen rein sind und weil die polymeren Bestandteile vorbestimmbar sind. Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelte Gewebe weist also reproduzierbare Eigenschaften auf.
Claims (10)
1. Verfahren zur Fixierung von biologischem Gewebe
unter Verwendung einer Polymerlösung oder einem
Vorläufer eines Polymers zur Herstellung eines
Biomaterials erhöhter Haltbarkeit, dadurch
gekennzeichnet, daß das Polymer ein Polyurethan
ist und dabei ein biologisches Gewebe mit einem
aprotischen Lösungsmittel zum Auswaschen des
Wassers aus dem Gewebe behandelt wird, wodurch
das Gewebe mit Polyurethan oder einem
Vorläufer hiervon reagieren kann, daß das wasserfreie
Gewebe zur chemischen Reaktion gebracht wird
mit (a) einer Lösung aus Diisocyanat unter
nachfolgender Zugabe eines Diols oder (b) einer
Lösung aus einem Diisocyanat und einem Diol
oder (c) einer Lösung aus einem Polyurethan mit
endständigen Isocyanat Gruppen oder (d) einer
Kombination von zwei oder mehreren Lösungen
(a) , (b), (c) unter Verwendung eines
aprotischen Lösungsmittels als Reagenzlösung und
unter inerten und wasserfreien Bedingungen bei
einer Temperatur bis 60ºC, daß das behandelte
Gewebe entnommen und zum Auswaschen
überschüssiger Polyetherpolyurethanlösung mit einem
aprotischen Lösungsmittel gespült wird und daß
das behandelte Gewebe desinfiziert und durch
Behandlung in einer gepufferten Kochsalzlösung
gelagert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das behandelte Gewebe durch Tränkung
in einem Glutaraldehyd/Formaldehyd-Gemisch
desinfiziert wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das behandelte Gewebe in
einer gepufferten Kochsalzlösung unter Zugabe
eines Fungicids aufbewahrt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
mechanischen Eigenschaften des ursprünglichen Gewebes
beibehalten werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittel
gegen Kalkbildung und/oder ein pharmakologisches
Mittel und/oder ein Antikoagulant vor, während
oder nach dem Fixierungsvorgang des Gewebes
zugesetzt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe ein
frisch entnommenes tierisches Gewebe, ein mit
Glutaraldehyd oder Cabodiimid/Glycerin
behandeltes Gewebe, ein an Collagen reiches Material
reiche Substanz oder ein rekonstituiertes oder
natives Collagenmaterial mit aktiven
Vernetzungsstellen ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aprotische
Lösungsmittel Dimethylsufoxid,
Dimethylacetamid, Demethylformamid und Tetrahydrofuran
ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden
Ansprüche gekennzeichnet durch eine Fixierung von
biologischem Gewebe zwecks dessen
Langzeitstabilisierung des fixierten Gewebes.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe von
Schwein, Kuh, Schaf oder Känguruh stammt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe ein
tierisches Gewebe ist, das von Herzklappen oder
Herzbeuteln stammt.
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