AT381453B

AT381453B - Verfahren zur behandlung von menschlichem oder tierischem blut

Info

Publication number: AT381453B
Application number: AT0096085A
Authority: AT
Original assignee: Schuetz Adolf Dr
Priority date: 1985-04-01
Filing date: 1985-04-01
Publication date: 1986-10-27
Also published as: ATA96085A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von menschlichem oder tierischem Blut zur Herstellung von Ersatzbinde-, Ersatzknorpel- oder Ersatzknochengewebe, insbesondere zum Zwecke der Transplantation oder Implantation von fehlenden oder defekten Gewebeteilen.

Verfahren dieser Art, u. zw. die Herstellung von Ersatzgeweben aus Blut sind bisher nicht bekanntgeworden. Lediglich sei darauf verwiesen, dass es aus dem Fibrin des Blutes hergestellte, sogenannte Klebestreifen gibt, die anstatt der bisherigen Nähmaterialien, wie Cutgut, Seide oder Perlon, zum nahtlosen Wundverschluss in Anwendung sind.

Die Erfindung basiert dabei auf der wissenschaftlichen Erkenntnis, dass bei der Myositis ossificans traumatica (traumatisch bedingte Muskelentzündung mit Einlagerung von Kalksalzen) - folgend stets als M. o. tr. geführt-und bei der Kallusbildung nach Frakturen, hinsichtlich des Kalzifizierungsprozesses, welcher in beiden Fällen durch hydrodynamische bzw. durch mechanische Einwirkung auf das Blut im umliegenden Gewebe ausgelöst wird, Gemeinsamkeiten bestehen.

Der Kalzifizierungsprozess wird dabei in beiden Fällen (Knochenbruch und M. o. tr.) durch das zutagetretende Hämatom ausgelöst, wie nachfolgend näher erläutert wird.

Beide Leiden entstehen durch massive Traumen, wobei es zu verschiedenen Arten und Schweregraden von Gewebs- und Gefässverletzungen kommt, die dadurch gleichzeitig die Ausbildung eines Stauraumes ermöglichen. In einen solchen Stauraum, sei er im Knochenbruchbereich oder in einem Weichteilbereich, infolge der M. o. tr. ohne Knochenbeteiligung also, wird nun arterielles Blut durch den jeweiligen Gefässdruck so lange hineingepresst, bis Druckgleichheit zwischen Gefässdruck und dem druckgestauten Hämatom herrscht, wodurch in weiterer Folge der Thrombosierungsprozess eingeleitet wird.

Dieser Thrombosierungsprozess erwirkt nun den erforderlichen Gefässverschluss einerseits, und anderseits die Einleitung der Ersatzgewebsbildung im Hämatom, die unter verschiedenen hydrodynamisch-mechanischen Einwirkungen (Zug-Druck) die jeweilige Ersatzgewebeart zu bilden imstande ist. Die Erfindung nutzt nun den Umstand aus, dass der menschliche oder tierische Körper für den Fall von Gewebsläsionen aller Art eine eigene"Spezialeinrichtung"zur Bildung von Ersatzgeweben im Blut besitzt. Dies basiert darauf, dass im Blutplasma für alle Gewebe in verdünnter und löslicher Form deren Bauelemente, insbesondere aber auch für alle Stützgewebsarten und deren Varianten vorhanden sind. Einen weiteren Faktor stellen neben der Viskosität des Blutplasmas die festen Blutzellen und Blutkörper dar.

Hinsichtlich der festen Blutzellen und Blutkörper sind es die Thrombozyten, die im richtigen Sinne keine Zellart darstellen, da sie keinen Zellkern besitzen. Ihre besondere Bedeutung liegt darin, dass sie - neben den Bauelementen im Blutplasma, wie den Mukopolysacchariden, den verschiedenen Proteinen und Fermenten, wie dem Prothrombin und Fibrinogen, verschiedene mineralische Salze in verdünnter und löslicher, sowie in visköser Form - auch wichtige Fermentträger, nämlich Träger der Thrombokinase sind. Auch den im Inneren befindlichen Granula der Thrombozyten darf mit grosser Wahrscheinlichkeit enzymatische Bedeutung zugeordnet werden.

Da die Thrombozyten Abkömmlinge der Megakaryozyten sind und daher auch eine mesenchymale Abstammung besitzen, sind sie in Verbindung mit den Bauelementen im Blutplasma ebenso, wie alle mesenchymal abstammenden Gewebe auch mechanisch-bzw. hydrodynamisch beeinflussbar bzw. steuerbar. Bei einer Gewebsläsion wird-wie schon erwähnt - in den sich bildenden Stauraum arterielles Blut gepresst. Dadurch steht das Hämatom unter Druck und übt auf seine Umgebung ebenfalls einen Druck aus. Auch in den Bruchspalt wird das Hämatom gepresst und gleichzeitig wird die lädierte Weichteilumgebung des Bruches verdrängt, so dass sich eine Hämatommanschette um den Bruchbereich entwickelt. Dadurch bildet das Hämatom gleichzeitig die einzige Brücke zu allen lädierten Gewebearten.

In der nun einsetzenden Thrombosierung, die unter hydrodynamischer Kompression von den umliegenden Weichteilen her erfolgt, und durch mechanische Muskelzugkrafteinwirkung im Hämatom noch verstärkt werden kann, vollzieht sich die Blutgerinnung dergestalt, dass das Plasmalem der Thrombozyten beim Austritt aus dem Gefässbereich verletzt wird und die Thrombokinase der Thrombozyten das Prothrombin im Blutplasma zum Thrombin umwandelt. Das Thrombin hingegen verwandelt das lösliche Fibrinogen im Blutplasma zum wasserunlöslichen weissen Faserstoff, u. zw. in das Fibrin um. Bei dem weiteren Zerfall der Thrombozyten entstehen um die in ihrem Inneren befindlichen Granula, die ebenfalls Enzyme enthalten dürften, in Verbindung mit dem Fibrin mizellartige Geflechte. Sie bilden sich um diese Granula, die man als

Gerinnungszentren anspricht.

Die Fibringeflechte aber, in Verbindung mit der Vikose des Plasmas, treten in innigen und festen Kontakt mit den zerrissenen Gewebsenden, wobei durch den Weichteildruck eine Kompression im Hämatom erfolgt und eine gelbe seröse Flüssigkeit abgepresst wird.

Es ist in diesem Zusammenhang nicht uninteressant, dass die Hämatologen HornbostelKaufmann - Siegenthaler in ihrer Arbeit über den Gerinnungsvorgang des Blutes-Zitat aus : "Erkrankungen des Blutes und der blutbildenden Organe" ; Innere Medizin in Praxis und Klinik (2. überarb. und erweiterte Auflage Sonderausgabe in 14 Teilen, Teil 8) in einer graphischen Molekulardarstellung der am Prozess beteiligten Fermente zum Ausdruck bringen, dass bei der Thrombosierung alle beteiligten Fermente an einer ihrer Eiweissketten positiv geladene Ca2 -Ionen aufweisen, wodurch die weisse Farbe des Fibrins als Faserstoff erklärt würde. Ebenfalls nicht uninteressant ist die Tatsache, dass bei grösserem Blutverlust, wie es die Hämatologen bestätigen, die Thrombozytenanzahl in die Höhe schnellt.

Während also im Weichteilbereich durch Zugspannungseinwirkung auf das Fibringerüst die Ersatzgewebsbildung (narbiges Weichteilkallusgewebe) gefördert wird, wird im Zentrum des Knochenbruches dieses Fibringeflecht unter kompressionsbedingter Verdichtung der Mukopolysaccharide mit den Proteinen des Blutplasmas zu einer plastischen Masse verbacken, u. zw. zum sogenannten Vorkallus oder Osteoid, das schon einen innigen und festen Kontakt im Bruchspaltbereich und seiner Umgebung bewirkt, jedoch die richtige Belastbarkeit noch vermissen lässt. Erst durch weiteres Komprimieren des Hämatoms werden die im Hämatom befindlichen Kalksalze in Form der Apatitkristalle in diese plastische Masse gepresst, wodurch die völlige Stabilisierung der Bruchfragmente erreicht und volle Belastbarkeit wieder hergestellt wird, u. zw. in relativ kurzer Zeit (6 bis 8 Wochen).

An diese Phase schliesst die zweite Phase der Knochenbruchheilung an, bei der erstmalig die Osteoklasten und Osteoblasten zum Einsatz kommen und die völlige Sanierung, d. h. die Wiederherstellung des lamellären Knochengewebes durch mechanische Einwirkung erwirkt wird.

Bei der Myositis ossificans traumatica ist der Verlauf der Gewebssanierung völlig ident mit der Kallusbildung ; es wird nur infolge der überschüssigen Hämatommassen nach erfolgter Weichteilersatzgewebsbildung (Narbengewebe) ebenfalls durch weitere Kompression das Resthämatom der Verkalkung zugeführt, wie dies bei der Knochenbruchheilung durch die überschüssigen Kallusmassen ebenso der Fall ist.

Das von dieser Erkenntnis ausgehende Verfahren zur Herstellung von Ersatzbinde-Ersatzknorpel oder Ersatzknochen aus dem menschlichen oder tierischen Blut, ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass menschliches oder tierisches Blut oder Blutplasma einer hydrodynami- schen Druckbeanspruchung in der Weise ausgesetzt wird, dass
A) für den Fall der Herstellung von Ersatzbindegewebe menschliches oder tierisches Blut aus Blutkonserven vermischt mit menschlichem oder tierischem Frischblut oder menschliches oder tierisches Frischblut allein oder menschliches oder tierisches Blutplasma unter sterilen Bedingungen in einem zwecks Beobachtung der ablaufenden Prozesse transparenten Behälter eingebracht,

auf eine Temperatur von 36 bis 38 C erwärmt wird und zur Einleitung des Thrombosierungsprozesses im Inneren des Behälters einem Druck in der Grössenordnung von 100 bis 150 bar (10 bis 15 N/mm2) und einer gleichzeitig stattfindenden Schüttelbewegung ausgesetzt wird, wobei im Verlauf des durch die Kompression des Blutes/des Blutplasmas bewirkten Thrombosierungsprozesses kontinuierlich über eine am Boden des Behälters befindliche, druckfeste und flüssigkeitsdurchlässige Membran das Blutserum - unter gleichzeitiger weiterer Zuführung von Frischblut oder Blut- plasma - abgeführt wird und die im Behälter nach Beendigung des Thrombosierungsprozesses verbleibende visköse Blutkomponente durch eine oder mehrere am Behälter vorgesehene Düsen mit einem Durchmesser von 0,

1 bis 800 11m in der Art des Viskosespinnverfahrens gepresst wird, wobei gleichzeitig am Düsenausgang/an den Düsenausgängen ein Unterdruck in der Grösse angelegt wird, dass auf die aus der/aus den Düsen abgepressten Faser/Fasern eine Zugbeanspruchung von mindestens 1000 bar (100 N/mm2) ausgeübt wird und dass die Faser/die Fasern zu deren Abkühlung in kaltes, steriles Wasser oder kalte, sterile, physiologische Kochsalzlösung geleitet wird/werden und sodann aufgespult und nach einem vorangegangenen Trocknungsvorgang zu einem Gewebe verarbeitet werden, wobei das hergestellte Gewebe anschliessend mit einer kittartigen, viskösen Masse

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unmittelbar beginnen kann, was eine wesentliche Verkürzung der Knochenbruchheilung zur Folge hat,

da sich körpereigene Kallusbildung, die sich auf 6 bis 10 Wochen und mehr erstrecken kann, dadurch erübrigt und die kallöse Stabilisierungsphase der Bruchfragmente weitgehendst übersprungen werden kann. Es setzt die zweite Phase der Knochenbruchheilung somit sofort ein. In dieser länger andauernden Phase kommt es durch Einspriessen der ossären Kapillargefässe und den Kapillaren der Weichteilumgebung zum anschliessenden Knochenumbau. Dabei treten die Perizyten der venösen Kapillaren, die als Osteoklasten fungieren in Tätigkeit und beginnen den Ersatzknochen abzubauen und zu zerstören und die gleichzeitig einspriessenden arteriellen Adventitiazellen (Perizyten), die als Osteoblasten fungieren, treten ebenfalls in Aktion und tragen zum Wiederaufbau des lamellären Knochens bei. Dieser Prozess kann sich auf viele Monate bis auf Jahre erstrecken.

Bei grösseren Oberflächen-Bindegewebs- oder Hautdefekten (z. B. bei Verbrennungen 3. Grades) muss ein gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren vorgefertigtes Ersatzbindegewebe, - dem Defekt entsprechend-zugeschnitten werden, jedoch derart, dass das Ersatzgewebe durch nahtmässige Fixierung an die angefrischten Weichteilenden so aneinander in Kontakt geraten, dass eine geringe Zugspannung, sowohl im Bindegewebeersatz, - als auch im Normalweichteilgewebe entsteht, und das Einspriessen von Gefässkapillaren aus dem Normalgewebsbereich erwirkt werden kann.

Ebenso wie bei der Knochenersatzgewebsimplantation erwirken die Perizyten der venösen Kapillaren der Normalgewebsumgebung als Fibroklasten das Zerstören des Ersatzbindegewebes und die arteriellen Perizyten dieser Gewebearten beteiligen sich als Fibroblasten an der Umwandlung zur Normalgewebsentwicklung. Dasselbe gilt natürlich auch für die Knorpelbereiche, wo die venösen Kapillaradventitiazellen als Chondroklasten bei der Zerstörung des Ersatzknorpelgewebes und die arteriellen Adventitiazellen als Chondroblasten in Funktion zum Wiederaufbau des normalen Knorpelgewebes treten.

Nicht zuletzt sei auf den beachtlichen Vorteil der ermöglichten Vorproduktion von individuellen Hüftendoprothesen nach dem erfindungsgemässen Verfahren-z. B. aus dem Blut des Patienten selbst-hingewiesen, um durch eine zeitgerechte Implantation dem unweigerlich zur Hüftarthrose führenden schicksalshaften Entwicklungsprozess, verbunden mit einer beträchtlichen Funktionsbehinderung von Kindheit an vorzubeugen. Gerade bei diesen Leiden kann die erfindungsgemässe Endoprothesenherstellung von langer Hand vorbereitet und die Endoprothese für den Bedarfsfall konserviert werden, wobei ausserdem der Implantationszeitpunkt um ein Vielfaches vorverlegt werden kann.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Behandlung von menschlichem oder tierischem Blut zur Herstellung von Ersatzbinde-, Ersatzknorpel- oder Ersatzknochengewebe, dadurch gekennzeichnet, dass menschliches oder tierisches Blut oder Blutplasma einer hydrodynamischen Druckbeanspruchung in der Weise ausgesetzt wird, dass A) für den Fall der Herstellung von Ersatzbindegewebe menschliches oder tierisches Blut aus Blutkonserven vermischt mit menschlichem oder tierischem Frischblut oder menschliches oder tierisches Frischblut allein oder menschliches oder tierisches Blut- plasma unter sterilen Bedingungen in einem zwecks Beobachtung der ablaufenden Prozesse transparenten Behälter eingebracht,

auf eine Temperatur von 36 bis 38 C erwärmt wird und zur Einleitung des Thrombosierungsprozesses im Inneren des Be- hälters einem Druck in der Grössenordnung von 100 bis 150 bar (10 bis 15 N/mm2) und einer gleichzeitig stattfindenden Schüttelbewegung ausgesetzt wird, wobei im Verlaufe des durch die Kompression des Blutes/des Blutplasmas bewirkten Thrombo- sierungsprozesses kontinuierlich über eine am Boden des Behälters befindliche, druck- feste und flüssigkeitsdurchlässige Membran das Blutserum - unter gleichzeitiger wei- terer Zuführung von Frischblut oder Blutplasma - abgeführt wird und die im Behälter nach Beendigung des Thrombosierungsprozesses verbleibende visköse Blutkomponente <Desc/Clms Page number 5> durch eine oder mehrere am Behälter vorgesehene Düsen mit einem Durchmesser von 0,

1 bis 800 11m in der Art des Viskosespinnverfahrens gepresst wird, wobei gleich- zeitig am Düsenausgang/an den Düsenausgängen ein Unterdruck in der Grösse ange- legt wird, dass auf die aus der/aus den Düsen abgepressten Faser/Fasern eine Zug- beanspruchung von mindestens 1000 bar (100 N/mm2) ausgeübt wird und dass die Faser/die Fasern zu deren Abkühlung in kaltes, steriles Wasser oder kalte, sterile, physiologische Kochsalzlösung geleitet wird/werden und sodann aufgespult und nach einem vorangegangenen Trocknungsvorgang zu einem Gewebe verarbeitet werden, wo- bei das hergestellte Gewebe anschliessend mit einer kittartigen, viskösen Masse aus Mukopolysacchariden - unter Beimengung geringer Mengen von Vitamin A zur Ver- minderung einer allfälligen Verhornung des Gewebes - beschichtet wird, dass B)

für den Fall der Herstellung von Ersatzknochengewebe, vorzugsweise in der Form einer Knochen-Endoprothese, menschliches oder tierisches Blut aus Blutkonserven vermischt mit menschlichem oder tierischem Frischblut oder menschliches oder tie- risches Frischblut allein oder menschliches oder tierisches Blutplasma unter sterilen Bedingungen in einem zur Beobachtung der ablaufenden Prozesse transparenten Be- hälter, dessen Dimensionen vorzugsweise verschiedenen Röhrenknochendimensionen angepasst sind, eingebracht, auf eine Temperatur von 36 bis 380C erwärmt wird, und zur Einleitung des Thrombosierungsprozesses und des nachfolgenden Kalzifizie- rungsprozesses einem intermittierenden Druck von etwa 1500 bar (150 N/mm2) ausge- setzt wird,

wobei im Verlaufe des durch die Kompression des Blutes/des Blutplasmas bewirkten Thrombosierungsprozesses bzw. des Kalzifizierungsprozesses kontinuierlich über eine am Boden des Behälters befindliche, druckfeste und flüssigkeitsdurchläs- sige Membran das Blutserum - unter gleichzeitiger weiterer Zuführung von Frisch- blut oder Blutplasma-abgeführt wird und die nach Beendigung des Kalzifizie- rungsprozesses kalzifizierte, verbleibende Masse gleich einem Guss aus dem Behälter in der Form einer Knochen-Endoprothese entnommen wird, dass C) für den Fall der Herstellung von Ersatzknorpelgewebe die nach dem Schritt B)

vor- geformte Knochen-Endoprothese und menschliches oder tierisches Blut aus Blutkonser- ven vermischt mit menschlichem oder tierischem Frischblut oder menschliches oder tierisches Frischblut allein oder menschliches oder tierisches Blutplasma unter steri- len Bedingungen in einem zur Beobachtung der ablaufenden Prozesse transparenten Behälter eingebracht werden, auf eine Temperatur von 36 bis 38 C erwärmt werden und zur Einleitung des Thrombosierungsprozesses im Inneren des Behälters einem Druck in der Grössenordnung von etwa 1000 bar (100 N/mm2) ausgesetzt werden, wo- bei die Oberflächenbereiche der eingebrachten Knochen-Endoprothese, die als Ge- lenksflächen dienen sollen, im Verlauf des Thrombosierungsprozesses gleichzeitig Reibungs- und Scherkräften ausgesetzt werden,

bis an diesen Stellen der Knochen- - Endoprothese-Knorpelgewebslagen gewünschter Stärke entstehen.

2. Verfahren zur Herstellung von Knochen-Endoprothesen bzw. Gelenks-Endoprothesen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Zuge der Herstellung, insbesondere längerer Knochen- - Endoprothesen gleichzeitig mit dem Blut bzw. Blutplasma im Zentrum des Behälters ein stärkerer Ender- oder Küntscher-Nagel und an der Peripherie des Behälters dünnere Ender-Stäbe eingebracht werden und sodann die Herstellung der Knochen-Endoprothese nach Schritt B) bzw. C) erfolgt, wobei die Länge und die Lage der Küntscher- bzw. Ender-Nägel und der Ender-Stäbe so gewählt werden, dass sie im Falle der Gelenks-Endoprothesen nur an einer Seite und sonst an beiden Seiten der Endoprothese entlang ihrer Längsachse herausragen, um für die Implantation der Endoprothese als Verankerungselement dienen zu können.