Form zur Züchtung von in den Körper eines Lebewesens einpflanzbarem Gewebe
Die Erfindung betrifft eine Form zur Züchtung von in den Körper eines Lebewesens einpflanzbarem Gewebe.
Es sind bereits verschiedene Verfahren bekannt, mittels deren es möglich ist, Ersatzteile für Teile des menschlichen Körpers herzustellen. Beispielsweise werden auf geeignete Weise hergestellte einzelne Teile verwendet, z. B. Herzklappen, Metallplatten als Ersatz für Knochengewebe sowie aus Gewebe hergestellte Schläuche als Ersatzteile für Arterien, die Speiseröhre usw. Ferner werden bereits Tieren entnommene Teile verwendet, um Herzklappen und andere Teile (valve Cusps) des menschlichen Körpers zu ersetzen. Zu den gleichen Zwecken werden auch Gewebeteile oder dergleichen von einem menschlichen Spender einem Patienten eingepflanzt.
Weiterhin werden aus künstlichen Geweben hergestellte Teile mit einem gewissen Erfolg verwendet, um einen erkrankten Teil einer Arterie zu ersetzen oder zu umgehen, wenn die Arterien einen Durchmesser von mehr als 8 mm haben. Die Anwendung dieses Verfahrens ist jedoch äusserst schwierig, und bei den kleineren Arterien führt es gewöhnlich nicht zum gewünschten Erfolg. Die Verwendung solcher eingepflanzter Teile hat sich beim Venensystem mit nur wenigen Ausnahmen als erfolglos erwiesen.
Zwar ist es mit Hilfe dieser Verfahren möglich, gewisse Erfolge zu erzielen, doch werden sie im allgemeinen nur als letztes Hilfsmittel eingesetzt, da nichts besseres zur Verfügung steht. Bei allen diesen Verfahren ergeben sich zahlreiche Schwierigkeiten, die im wesentlichen darauf zurückzuführen sind, dass der menschliche Körper solche eingepflanzten Fremdkörper abwehrt bzw. abstösst. Dies gilt ohne Rücksicht darauf, ob es sich bei dem Fremdkörper um ein künstliches Erzeugnis handelt, oder um tierisches Gewebe oder sogar um Gewebe, das einem anderen Menschen entnommen worden ist.
Einfach und unter Benutzung nichtmedizinischer Ausdrücke gesagt, sind solche einzupflanzende oder zu überpflanzende Vorrichtungen mit dem Körper der Patienten nicht verträglich, und die Reaktion des Körpers des Patienten auf das Einpflanzen solcher Fremdkörper führt in allen Fällen in einem gewissen Ausmass zu unerwünschten Wirkungen.
Weiterhin werden bereits sogenannte autogene Venenüberpflanzungen (dem eigenen Körper des Patienten entnommene Venen ohne kritische Bedeutung) durchgeführt, doch steht hierfür nur eine begrenzte Materialmenge zur Verfügung, und in nahezu allen Fällen muss man zu Kompromisslösungen greifen, da die zur Verpflanzung geeigneten Venen nicht einen ausreichenden Durchmesser und/oder nicht die ausreichende Länge haben.
In manchen anderen Fällen ist es ferner bereits möglich gewesen, einen Teil des Körpers eines Patienten zu verwenden, um einen anderen Teil des Körpers zu ersetzen. Beispielsweise kann man ein kleines Knochenstück, das an einer bestimmten Stelle entnommen worden ist, erfolgreich an einer anderen Stelle einpflanzen. Natürlich ist die verfügbare Menge geeigneten Knochenmaterials für solche Zwecke äusserst begrenzt.
Ferner wird bereits das Colon transversum verwendet, um einen Teil der Speiseröhre oder die ganze Speiseröhre zu ersetzen. Dies ist jedoch in hohem Masse unerwünscht, und zwar wegen des Umfangs der Operation sowie der Nachwirkungen, die zu einem schlechten Gesundheitszustand des Patienten führen.
Der Erfindung liegt das Bestreben zugrunde, Gewebeformen für bestimmte spezielle Teile, z. B. für Schläuche, Herzklappen und Knochenteile, Verfahren zum Züchten bestimmter Gewebearten, z. B. von Knochengewebe und Epithelgewebe, und überpflanzbares Gewebe der genannten Art zu schaffen, das in einem lebenden Körper in einer Matrize oder einer Form gezüchtet wird.
Die erfindungsgemässe Gewebeform ist gekennzeichnet durch zwei im Abstand voneinander befindliche Wandteile, die einen Hohlraum zur Aufnahme einer Stütze oder eines Armierungsglieds begrenzen, wobei mindestens einer der beiden Wandteile gelocht ist, und durch eine Stütze oder ein Armierungsglied, die bzw.
das im Hohlraum der Form angeordnet ist.
Im folgenden werden als Beispiel verschiedene Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemässen Gewebeform in Gestalt eines Rohrs,
Fig. 2 einen vergrösserten Querschnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1,
Fig. 3 einen stark vergrösserten Teilschnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 1,
Fig. 4 perspektivisch eine Gewebeform zum Züchten einer gekrümmten Platte aus Knochenmaterial,
Fig. 5 einen vergrösserten Schnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 4,
Fig. 6 perspektivisch eine Gewebeform zum Züchten einer dreizipfligen Herzklappe,
Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie 7-7 in Fig. 6,
Fig. 8 perspektivisch die obere Platte und das innere Bauteil der Form nach Fig. 6 und 7,
Fig. 9 eine perspektivische Darstellung des bei der Anordnung nach Fig. 7 verwendeten Verstärkungsmaterials,
Fig.
10 perspektivisch das äussere Bauteil der Form nach Fig. 6 und 7,
Fig. 11 ist ein vergrösserter Teilschnitt längs der Linie 11-11 in Fig. 9, und
Fig. 12 im Grundriss eine dreizipflige Herzklappe, die mit Hilfe der Form nach Fig. 6 erzeugt worden ist und die Gestalt der Klappenzipfel in ihrer geschlossenen Stellung erkennen lässt.
Die in Fig. 1 gezeigte rohrförmige Matrize umfasst ein Rohr aus nichtrostendem Stahl, das mit zahlreichen Löchern 11 versehen ist, und in dem ein Dorn 12 aus nichtrostendem Stahl angeordnet ist. Wenn diese Form in einen lebenden Körper eingepflanzt wird, wächst Bindegewebe durch die Öffnungen 11, so dass der Ringraum 13 zwischen dem Dorn 12 und dem Rohr 10 ausgefüllt wird. Damit das auf diese Weise in dem Ringraum 13 gezüchtete schlauchförmige Gewebe glatte Innen- und Aussenflächen erhält, sind der Dorn und die Innenfläche des Rohrs 10 poliert, und auch die Aussenseite des Rohrs 10 ist poliert, um das Anhaften von Bindegewebe zu verhindern.
In dem Raum 13 ist gemäss Fig. 1 und 3 ein Schlauch aus einem geeigneten Verstärkungsmaterial angeordnet, z.B. in Form eines Gewebes aus dem unter der gesetzlich geschützten Bezeichnung Dacron erhältlichen Material. Wenn eine Arterie gezüchtet werden soll, kann dieses Verstärkungsmaterial aus einem Gewirk oder einem Gewebe bestehen. Um zu bestimmten Zwecken eine ausreichende Festigkeit sowohl in der Längsrichtung als auch in der Umfangsrichtung zu gewährleisten, wird dieses Material vorzugsweise so gewebt, dass sich die Fäden in der Längsrichtung und in der Umfangsrichtung erstrecken. Bei manchen Strukturen, z.
B. bei Venen, bei der Speiseröhre, bei der Luftröhre und bei dem gewöhnlichen Gallengang, kann das schlauchförmige Gewebe mit Ringen aus einem starren oder halbstarren Material versehen werden, so dass das schlauchförmig gezüchtete Gewebe eine ausreichende Widerstandsfähigkeit erhält und nicht zusammengedrückt werden kann.
Die Enden des Gewebeschlauchs 15 werden an dem Dorn mit Hilfe eines Fadens 16 befestigt, der in eine Nut 17 am betreffenden Ende des Dorns eingelegt wird. Das in die Öffnungen 11 eintretende Bindegewebe durchdringt das Gewebe 15 und kapselt es vollständig ein, bis der Ringraum 13 vollständig ausgefüllt ist. Das Bindegewebe bildet auf dem Dorn 12 eine gegossene Innenfläche und auf der Innenseite des Rohrs 10 eine gegossene Aussenfläche.
Der Dorn 12 und der Gewebeschlauch 15 werden in dem Rohr 10 durch zwei an den Enden des Rohrs angeordnete Stopfen 20 festgehalten, die Gewindezapfen 21 tragen, welche in Gewindebohrungen 22 in den benachbarten Enden des Dorns eingeschraubt sind. Das Rohr 10 hat konische Stirnflächen 23, die Sitze für konische Flächen 24 der Stopfen 20 bilden, mittels deren der Dorn in dem Rohr 10 zentriert wird.
Die Stopfen 20 sind mit Speichen 25 versehen, damit die Enden der Form an den Rippen des Patienten oder anderen Teilen des Skeletts befestigt werden können, um die Form in dem Körper des Patienten relativ unbeweglich festzuhalten. Es ist erwünscht, dass das Körpergewebe ständig einen Druck auf die Form ausübt, ohne dass eine Relativbewegung auftritt, so dass das Bindegewebe unmittelbar durch die Öffnungen 11 innerhalb einer möglichst kurzen Zeit in den Hohlraum der Form hineinwächst.
Häufig ist es erwünscht, die Form vor dem Einpflanzen mit einem Nährstoff zu füllen, um so die Zeit zu verkürzen, die zur Züchtung des Transplantats in der Form benötigt wird. Zu diesem Zweck entnimmt man dem Körper des Patienten schnell eine ausreichende Blutmenge, die dann in die Form eingespritzt wird, bevor das Blut Zeit gehabt hat, zu gerinnen.
Dieses Blut gerinnt dann sofort innerhalb der Form, so dass es nicht durch die Öffnungen 11 entweichen kann. Das Blut wird absorbiert und durch das in die Form eindringende Bindegewebe ersetzt.
Wenn ein schlauchförmiges Gewebeteil aus Epithelgewebe für den Magen-Darmkanal oder dergleichen erzeugt werden soll, kann man die Form mit Epithelzellen ansäen. Zu diesem Zweck entnimmt man dem Körper des Patienten eine geeignete Menge an Epithelgewebe, schneidet es in kleine Stücke und dispergiert es in noch nicht geronnenem Blut des Patienten, woraufhin die Suspension in den Hohlraum der Form eingespritzt wird, in der das Blut dann gerinnen kann. Die Gerinnung des Blutes kann dadurch verzögert werden, dass man das Blut erforderlichenfalls heparinisiert.
Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, zu sammengesetzte Schläuche herzustellen, die aus einem inneren Schlauch aus Epithelzellen und einem äusseren Schlauch aus Bindegewebe bestehen; in diesem Fall wird jeder dieser Schläuche in einer gesonderten Form gezüchtet, und die so hergestellten Schläuche werden dann zu einem geschichteten Verband vereinigt.
Die in Fig. 1 bis 3 gezeigte Schlauchform ist insbesondere geeignet, einpflanzbare Arterien- und Venenteile zu züchten, deren Durchmesser kleiner ist als 8 mm; in diesem Grössenbereich verlaufen bis jetzt nahezu alle bekannten Versuche zum Einpflanzen von Blutgefässen erfolglos. Eine Hauptschwierigkeit besteht bei den bis jetzt bekannten einzupflanzenden künstlichen Teilen von so kleinen Abmessungen darin, dass sie dazu neigen, eine innere Auskleidung zu entwickeln, durch die die lichte Weite des Gefässes so stark verkleinert wird, dass die Verpflanzung wirkungslos bleibt. Bei den gemäss der Erfindung hergestellten schlauchförmigen Gewebeteilen bildet sich dagegen keine solche innere Auskleidung.
Wenn sich das gezüchtete Gewebe in der Form vollständig entwickelt hat, wird dadurch die Form aus dem Körper des Patienten entfernt, dass die Verbindungen zu den Speichen 25 durchschnitten werden, und dass das Bindegewebe auf der Aussenseite der Öffnung 11 weggeschnitten wird. Dann werden die Stopfen 20 entfernt, und die Verschnürungen 16 werden durchschnitten, so dass man den Dorn 12 aus dem Gewebeteil herausziehen kann. Nunmehr lässt sich das Gewebeteil leicht aus dem Rohr 10 entfernen. Bei der Einpflanzung des Gewebeteils entwickelt dieses schnell eine eigene Blutzufuhr aus dem benachbarten Gewebe, und es bleibt lebensfähig, so dass es dem ursprünglichen Körpergewebe gleichwertig ist.
Sehnen können ebenfalls in dem Rohr 10 gezüchtet werden; in diesem Fall benutzt man einen Dorn von kleinerem Durchmesser. Auf diese Weise erhält man eine Sehne, die in ihrer Mitte eine Längsöffnung aufweist. Nach dem Herausziehen des Dorns kann man die Sehne leicht aus dem Rohr 10 herausziehen; hierbei bewirkt die auf die Sehne aufgebrachte Zugspannung, dass sich die Sehne genügend stark zusammenzieht bzw.
dass sich ihr Durchmesser verkleinert, so dass sie von dem Rohr 10 freigegeben wird.
Fig. 4 und 5 zeigen eine Form zum Herstellen eines einpflanzbaren Knochenstücks. Eine äussere, nicht mit Öffnungen versehene Formplatte 30 und eine zu dieser passende innere Platte 31 mit Öffnungen 32 werden in der gewünschten Form hergestellt. Die beiden Platten werden mit Hilfe von Schrauben 33 miteinander verspannt und gemäss Fig. 4 und 5 durch eine Randleiste 34 in einem Abstand voneinandergehalten, so dass ein Hohlraum 35 in der Form abgegrenzt wird. In diesem Hohlraum wird ein geeignetes Verstärkungsmaterial 36, z. B. ein Gewebe aus Dacron, angeordnet. Ferner werden zusätzliche Löcher 37 vorgesehen, die es ermöglichen, die Form in starrer Anlage an einem geeigneten Teil des Knochengerüstes des Patienten zu befestigen.
Bevor die Form zum Erzeugen eines Knochenteils eingepflanzt wird, wird sie mit Knochenhautzellen angesät . Zu diesem Zweck entfernt man Knochenhautmaterial von den Aussenflächen der Rippen oder anderer Knochen des Patienten, und dieses Material wird mit einem scharfen Messer in Quadrate mit einer Seitenlänge von etwa 1 bis 2 mm zerschnitten. Diese kleinen Stücke werden in dem Patienten entnommenen frischem Blut dispergiert, und die so erhaltene Suspension wird in den Hohlraum 35 der Form eingeführt.
Dies geschieht schnell, so dass das Blut erst dann gerinnt, wenn es sich im Hohlraum der Form befindet; erforderlichenfalls verwendet man Heparin, um das Gerinnen des Blutes zu verzögern. Nunmehr ist die Form bereit, in den Körper des Patienten eingepflanzt zu werden.
Wenn das Knochengewebe den Hohlraum der Form ausgefüllt hat, werden die Befestigungen an den Löchern 37 entfernt, und das Bindegewebe auf der Aussenseite der Löcher 32 wird durchschnitten, so dass die Form dem Körper des Patienten entnommen werden kann.
Nach dem Entfernen der Schrauben 33 und dem Abnehmen der Formplatten 30 und 31 wird das gezüchtete Knochenstück entfernt und durch Zuschneiden in die gewünschte Form gebracht, woraufhin es verwendungsbereit ist. Je nach der Länge der Zeitspanne, während welcher die Form im Körper des Patienten verbleibt, enthält das gezüchtete Erzeugnis Bindegewebe mit darin verteiltem Knochenhautgewebe oder einen vollständig entwickelten calcifizierten Knochen. Wenn das gezüchtete Gewebe im ersteren Zustand eingepflanzt wird, fährt es fort, sich in dem Körper des Patienten in einen vollständig entwickelten calcifizierten Knochen zu verwandeln.
In Fig. 4 und 5 ist eine Form dargestellt, die geeignet ist, eine gekrümmte Knochenplatte zu erzeugen, die in den Schädel des Patienten eingepflanzt werden kann. Es kann jedoch zweckmässig sein, die gelochte Platte und die ungelochte Platte miteinander zu vertauschen, so dass das gezüchtete Knochenstück eine glatte konkave Fläche erhält, die zur Anlage am Gehirn kommt. Ferner ist es gegebenenfalls möglich, die Form so auszubilden, dass ein Wirbel oder ein anderer Knochen entsteht. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, beide Platten der Form mit Öffnungen zu versehen.
Fig. 6 bis 12 zeigen eine Form zum Züchten einer vollständigen dreizipfligen Herzklappe. Diese Form umfasst ein äusseres Formteil 40 mit Öffnungen 41 und ein ungelochtes inneres Formteil 42. Das Formteil 42 ist an eine obere Platte 43 angearbeitet, die mit einem Flansch 44 des Formteils 40 durch nahe dem äusseren Rand angeordnete Schrauben 45 verbunden wird. Man kann die obere Platte 43 mit zusätzlichen Löchern 46 versehen, die sich auch durch den Flansch 44 erstrecken, damit die Form am Knochengerüst des Patienten befestigt werden kann, wie es bezüglich der vorangehenden Ausführungsbeispiele bereits beschrieben wurde. Der mittlere Teil der oberen Platte 43 wird vorzugsweise so ausgeschnitten, dass sich eine Öffnung 47 zwischen den drei nach unten ragenden Ansätzen 48 der Form ergibt.
Das äussere Formteil 40 und das innere Formteil 42 begrenzen gemäss Fig. 7 einen Hohlraum 50, in dem die Herzklappe gezüchtet wird. In den Hohlraum 50 hinein hängt das Verstärkungsteil 51, das für sich in Fig. 9 gezeigt und aus Dacron oder einem anderen geeigneten Material gewirkt oder anderweitig hergestellt ist. Das netzähnliche Verstärkungsteil 51 umfasst an seinem oberen Ende einen Rand, der an einem Tragring 52 aus nichtrostendem Stahl befestigt ist. Der Ring 52 weist drei Gewindebohrungen zum Aufnehmen von drei Schrauben 53 auf, die gemäss der Fig. 7 durch passende Öffnungen des äusseren Formteils 40 ragen. Diese Schrauben werden so eingestellt, dass der Tragring 52 nahe der oberen Platte 43 und in der Mitte zwischen den beiden Wänden des Hohlraums 50 unterstützt wird.
Damit genügend Raum für den Ring 52 vorhanden ist, ist die Innenwand des äusseren Formteils 40 in der in Fig. 10 bei 54 dargestellten Weise ausgespart.
Bindegewebe, das in den Hohlraum der Form über die Öffnungen 41 eintritt, kapselt das gewebte oder gewirkte Verstärkungsteil 51 ein und füllt den Hohlraum der Form vollständig aus, so dass ein einpflanzbares Herzklappenteil 60 entsteht, wie es in Fig. 12 dargestellt ist; dieses Herklappenteil hat eine ähnliche Form wie das Verstärkungsteil 51 nach Fig. 9. Genauer gesagt, besitzt das Gewebeteil 60 einen starren kreisrunden Basisrand 61, der den Ring 52 aus Stahl umschliesst, welcher dazu dient, das Gewebeteil mit dem Aortenring des Patienten zu vernähen.
Die drei Fortsätze 48 des Hohlraumes der Form dienen dazu, drei taschenförmige Abschnitte des Gewebeteils zu erzeugen, bei denen die Aussenwände nahe dem Ring 52 vorzugsweise dicker sind als die inneren Wände 62, welche die Zipfel der Herzklappe bilden.
Wie aus der Gestalt des Hohlraums der Form nach Fig. 7 ersichtlich, verjüngen sich ausserdem die äusseren Wände des Gewebeteils nach unten.
Die inneren Teile des Hohlraums der Form, in denen die inneren Wände 62 entstehen, zeigen eine sinusförmige Krümmung, wie es durch die sinusförmige Gestalt der oberen Enden der inneren Wände des äusseren Formteils ersichtlich ist; in Fig. 10 sind diese inneren Wände der Form mit 63 bezeichnet. Die Länge des Hohlraums der Form entlang der Wand 63 jedes Fortsatzes wird so gewählt, dass die oberen Enden der drei Klappenzipfel des Gewebeteils bei 62 zusammentreffen, wenn die Klappe in der aus Fig. 12 ersichtlichen Weise geschlossen ist. Wenn die Klappe dagegen offen ist, entfernen sich die drei Ränder 62 voneinander, so dass sich die Klappe öffnet.
Dies ist auch in Fig. 9 dargestellt, wo die oberen Randabschnitte 65 des Verstärkungsgewebes in der gleichen Form wiedergegeben sind, die sie im Hohlraum der Form annehmen; der Hohlraum der Form besitzt annähernd die gleiche Gestalt, welche die Klappenzipfel des Gewebeteils im offenen Zustand einnehmen. Die reichliche Länge der Ränder 65 ermöglicht es den Zipfeln der Herzklappe, sich in der in Fig. 12 bei 62 gezeigten Weise zu schliessen. Die Ränder 65 werden vorzugsweise dadurch verstärkt, dass man überschüssiges Material vorsieht, das auf sich selbst umgelegt und durch eine Saumnaht befestigt wird.
Man kann ferner eine zweizipflige Herzklappe herstellen, wenn man eine mit zwei Fortsätzen versehene Form benutzt; diese Ausführungsform ist jedoch hier nicht dargestellt, da sie erheblich weniger kompliziert ist. Um das zu verhindern, dass sich die Klappenzipfel umwenden, ist es erforderlichenfalls möglich, die Sehnenstränge für die Klappenzipfel gesondert als Sehnen zu züchten, wie es an Hand von Fig. 1 beschrieben wurde, und diese Sehnen mit den in Frage kommenden Teilen zu vernähen, wenn das Gewebeteil einem Patienten eingepflanzt wird.
Weiterhin ist es möglich, Formen zum Züchten einzelner Herzklappenzipfel herzustellen. Weiterhin ist es möglich, eine Form für eine vollständige Herzkammer zu züchten, die einem Patienten eingepflanzt wird, und die auf künstlichem Wege in pulsierender Bewegung gehalten wird. Eine solche Herzkammer kann in Form eines Rohrs oder Schlauches hergestellt werden, das an jedem Ende mit einer Klappe versehen ist; diese Ausführungsform vereinigt dann Merkmale, die an Hand von Fig. 1 einerseits und an Hand von Fig. 6 anderseits beschrieben wurden.
Die Nachteile und Schwierigkeiten der bis jetzt bekannten Verfahren werden durch die beschriebenen Gewebeformen vermieden; diese ermöglichen es, überpflanzbares Gewebe vorzugsweise aus den Geweben des Patienten selbst und in dessen eigenem Körper zu züchten. Die Formen oder Matrizen sind mit Löchern versehen, damit das Bindegewebe durch die Löcher hindurch nach innen wachsen kann. Ein solches nach innen gerichtetes Wachsen des Bindegewebes wird dadurch gefördert, dass man die Form in einer relativ festen Lage verankert, z. B. am Brustkorb oder an einer anderen geeigneten Stelle. In der Matrize wird eine Verstärkung aus Stoff angeordnet. Die natürliche Neigung des Körpers, Fremdkörper abzustossen, wird dadurch vorteilhaft ausgenutzt, dass der Stoff von dem Bindegewebe eingekapselt wird, so dass sich der Hohlraum der Matrize vollständig mit Bindegewebe füllt.
Dieses Bindegewebe bildet ein Ersatzteil , das aus dem eigenen Gewebe des Patienten besteht und durch den Stoff oder dergleichen verstärkt wird, so dass das Gewebe die erforderliche Festigkeit besitzt. Wenn das überpflanzbare Gewebe in den Körper des Patienten eingepflanzt wird, spielt sich die Heilung schnell ab, und die zahlreichen unerwünschten Wirkungen, die bei der Verwendung künstlich hergestellter Ersatzteile, bei der Übertragung von Gewebe aus dem Körper eines anderen Menschen usw. auftreten, werden vermieden.
Als Beispiele werden vorstehend die Formen oder Matrizen für mehrere verschiedene Arten von Transplantaten beschrieben. Eine Form von rohrförmiger Gestalt umfasst lediglich ein gelochtes Rohr, in dem ein Dorn angeordnet ist. Eine Hülle aus einem geeigneten Verstärkungsmaterial, z. B. ein Gewebe aus dem unter der gesetzlich geschützten Bezeichnung Dacron erhältlichen Material wird an dem Dorn befestigt, und die Enden der Form werden mit Vorrichtungen versehen, die es ermöglichen, die Form am Brustkorb des Patienten oder an einem anderen Körperteil zu verankern, so dass die Form im Körper festgelegt wird.
Die natürlichen körperlichen Prozesse bewirken dann, dass das erforderliche Bindegewebe erzeugt wird, das durch die gelochte Aussenwand hindurchwächst und das Gewebe einkapselt, wobei der Hohlraum der Form ausgefüllt wird, so dass man ein schlauchförmiges Gewebestück erhält, das eine Innenfläche und eine Aussenfläche besitzt, deren Glätte der Glätte der betreffenden Flächen der Form entspricht.
Eine ähnliche Form wird verwendet, wenn eine Sehne erzeugt werden soll, abgesehen davon, dass ein schlankerer Dorn verwendet wird. Ferner werden Formen zum Züchten einer dreizipfligen Herzklappe sowie zum Züchten einer gekrümmten Platte aus Knochenzellen beschrieben. Im letzteren Fall wird die Form mit Knochenhautzellen angesät , so dass nicht lediglich Bindegewebe entsteht, sondern ein Knochengewebe erzeugt wird. Die rohrförmige Form kann mit Oberhautzellen angesät werden, so dass man einen Schlauch aus einem Oberhautzellengewebe erhält, der als Ersatz für Teile des Magen-Darmkanals oder dergleichen verwendet werden kann. Auf ähnliche Weise ist es möglich, Formen herzustellen, mittels denen noch andere Körperteile gezüchtet werden können.
Die Erfindung bietet einen weiteren Vorteil, der darin besteht, dass es möglich ist, bestimmte Strukturen zu züchten, z. B. Arterienschläuche, Klappen usw., wobei es möglich ist, solche Strukturen im Körper eines Individuums zu züchten und sie dann in den Körper eines anderen Individuums gleicher Art einzupflanzen.
Im Vergleich zu der gebräuchlichen Überpflanzung von Gewebe von einem Menschen zum anderen tritt eine Abstossungsreaktion mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit ein, da das neue Bindegewebe, das mit Hilfe der erfindungsgemässen Formen gezüchtet wird, ein primitives Gewebe ist, das keinem Gewebe mit einer besonderen Funktion (Nieren, Herz, Gehirn, Nerven usw.) entspricht und keine lymphatischen Strukturen enthält. Es ist bekannt, dass eine Abstossungsreaktion um so wahrscheinlicher eintritt, je höher ein Gewebe in speziellen Strukturen differenziert ist. Forschungsarbeiten zeigen, dass die Abstossungsreaktion in erster Linie ihren Ausgangspunkt im lymphatischen bzw. reticulo-endothelialen System hat. Bei den mittels der be schriebenen Gewebeformen erzeugten Transplantaten sind jedoch keine lymphatischen Strukturen vorhanden.
Form for the cultivation of tissue which can be implanted in the body of a living being
The invention relates to a form for the cultivation of tissue which can be implanted in the body of a living being.
Various methods are already known by means of which it is possible to manufacture replacement parts for parts of the human body. For example, suitably manufactured individual parts are used, e.g. B. heart valves, metal plates as a replacement for bone tissue and tubes made of tissue as replacement parts for arteries, the esophagus, etc. Furthermore, parts already taken from animals are used to replace heart valves and other parts (valve cusps) of the human body. For the same purposes, pieces of tissue or the like are also implanted into a patient from a human donor.
Furthermore, parts made from artificial tissues have been used with some success to replace or bypass a diseased part of an artery when the arteries are larger than 8 mm in diameter. However, this procedure is extremely difficult to use and does not usually produce the desired results with the smaller arteries. With only a few exceptions, the use of such implanted parts has proven to be unsuccessful in the venous system.
While it is possible to achieve some success with these methods, they are generally only used as a last resort, as nothing better is available. With all of these methods, numerous difficulties arise, which are essentially due to the fact that the human body repels or repels such implanted foreign bodies. This applies regardless of whether the foreign body is an artificial product or animal tissue or even tissue that has been removed from another person.
Put simply and using non-medical terms, such implanted or overplanted devices are incompatible with the patient's body, and the patient's body response to the implantation of such foreign objects will in all cases result in some degree of undesirable effects.
Furthermore, so-called autogenous vein transplants (veins taken from the patient's own body of no critical importance) are already being carried out, but only a limited amount of material is available for this, and in almost all cases one has to resort to compromise solutions, since the veins suitable for transplantation are not sufficient Diameter and / or insufficient length.
In some other cases, it has also been possible to use part of a patient's body to replace another part of the body. For example, a small piece of bone removed from one location can be successfully transplanted into another location. Of course, the amount of suitable bone material available for such purposes is extremely limited.
The transverse colon is also used to replace part or all of the esophagus. However, this is highly undesirable because of the size of the surgery and the aftereffects that result in poor patient health.
The invention is based on the aim of fabric shapes for certain special parts, e.g. B. for tubes, heart valves and bone parts, methods for growing certain types of tissue, e.g. B. of bone tissue and epithelial tissue, and to provide transplantable tissue of the type mentioned, which is cultured in a living body in a matrix or a mold.
The fabric shape according to the invention is characterized by two wall parts located at a distance from one another which delimit a cavity for receiving a support or a reinforcement member, at least one of the two wall parts being perforated, and by a support or a reinforcement member which or
which is arranged in the cavity of the mold.
In the following, various embodiments of the subject matter of the invention are described in more detail with reference to the drawings. Show it:
1 shows a perspective illustration of a fabric shape according to the invention in the form of a tube,
FIG. 2 shows an enlarged cross section along the line 2-2 in FIG. 1,
3 shows a greatly enlarged partial section along the line 3-3 in FIG. 1,
4 is a perspective view of a tissue form for growing a curved plate from bone material,
FIG. 5 shows an enlarged section along the line 5-5 in FIG. 4,
6 is a perspective view of a tissue form for growing a tri-lobed heart valve,
7 shows a section along the line 7-7 in FIG. 6,
8 shows in perspective the upper plate and the inner component of the mold according to FIGS. 6 and 7,
Fig. 9 is a perspective view of the reinforcement material used in the arrangement of Fig. 7;
Fig.
10, in perspective, the outer component of the form according to FIGS. 6 and 7,
Fig. 11 is an enlarged partial section along the line 11-11 in Figs. 9, and
12 shows a plan view of a three-lobed heart valve which has been produced with the aid of the shape according to FIG. 6 and shows the shape of the valve lobes in their closed position.
The tubular die shown in Fig. 1 comprises a tube made of stainless steel which is provided with numerous holes 11 and in which a mandrel 12 made of stainless steel is arranged. When this shape is implanted in a living body, connective tissue grows through the openings 11, so that the annular space 13 between the mandrel 12 and the tube 10 is filled. So that the tubular tissue grown in this way in the annular space 13 has smooth inner and outer surfaces, the mandrel and the inner surface of the tube 10 are polished, and the outside of the tube 10 is also polished to prevent connective tissue from adhering.
In the space 13, according to Figures 1 and 3, a hose made of a suitable reinforcing material is arranged, e.g. in the form of a fabric made of the material available under the legally protected name Dacron. If an artery is to be grown, this reinforcing material can consist of a knitted fabric or a woven fabric. In order to ensure sufficient strength both in the longitudinal direction and in the circumferential direction for certain purposes, this material is preferably woven such that the threads extend in the longitudinal direction and in the circumferential direction. In some structures, e.g.
B. in veins, in the esophagus, in the trachea and in the common bile duct, the tubular tissue can be provided with rings made of a rigid or semi-rigid material, so that the tubular cultured tissue has sufficient resistance and cannot be compressed.
The ends of the fabric hose 15 are attached to the mandrel with the aid of a thread 16 which is inserted into a groove 17 at the relevant end of the mandrel. The connective tissue entering the openings 11 penetrates the tissue 15 and completely encapsulates it until the annular space 13 is completely filled. The connective tissue forms a cast inner surface on the mandrel 12 and a cast outer surface on the inside of the tube 10.
The mandrel 12 and the fabric hose 15 are held in the tube 10 by two plugs 20 arranged at the ends of the tube and carrying threaded pins 21 which are screwed into threaded bores 22 in the adjacent ends of the mandrel. The tube 10 has conical end faces 23 which form seats for conical surfaces 24 of the plug 20, by means of which the mandrel is centered in the tube 10.
The plugs 20 are provided with spokes 25 to enable the ends of the mold to be attached to the patient's ribs or other parts of the skeleton to hold the mold relatively immovable in the patient's body. It is desirable for the body tissue to constantly exert pressure on the mold without any relative movement occurring, so that the connective tissue grows directly through the openings 11 into the cavity of the mold within the shortest possible time.
It is often desirable to fill the mold with a nutrient prior to planting in order to reduce the time it takes to grow the graft in the mold. To do this, a sufficient amount of blood is quickly drawn from the patient's body, which is then injected into the mold before the blood has had time to clot.
This blood then immediately coagulates within the mold so that it cannot escape through the openings 11. The blood is absorbed and replaced by the connective tissue entering the mold.
If a tubular tissue part is to be produced from epithelial tissue for the gastrointestinal tract or the like, the form can be sown with epithelial cells. For this purpose, a suitable amount of epithelial tissue is removed from the patient's body, cut into small pieces and dispersed in the patient's blood that has not yet clotted, after which the suspension is injected into the cavity of the mold, in which the blood can then clot. The clotting of the blood can be delayed by heparinizing the blood if necessary.
In the context of the invention, it is also possible to produce hoses composed of an inner tube made of epithelial cells and an outer tube made of connective tissue; in this case, each of these tubes is grown in a separate mold, and the tubes thus produced are then combined into a layered dressing.
The tube shape shown in FIGS. 1 to 3 is particularly suitable for growing implantable arterial and venous parts whose diameter is smaller than 8 mm; In this size range almost all known attempts to implant blood vessels have so far been unsuccessful. A major difficulty with the previously known artificial parts of such small dimensions to be implanted is that they tend to develop an inner lining which reduces the clear width of the vessel so much that the transplantation is ineffective. In the case of the tubular fabric parts produced according to the invention, however, no such inner lining is formed.
When the cultured tissue has fully developed in the mold, the mold is removed from the patient's body by cutting the connections to the spokes 25 and by cutting away the connective tissue on the outside of the opening 11. The plugs 20 are then removed and the ties 16 are cut so that the mandrel 12 can be pulled out of the tissue part. The piece of tissue can now be easily removed from the tube 10. When the tissue part is implanted, it quickly develops its own blood supply from the neighboring tissue and it remains viable, so that it is equivalent to the original body tissue.
Tendons can also be grown in tube 10; in this case a mandrel with a smaller diameter is used. In this way a tendon is obtained which has a longitudinal opening in its center. After pulling out the mandrel, the tendon can easily be pulled out of the tube 10; the tension applied to the tendon causes the tendon to contract or shrink sufficiently.
that its diameter is reduced so that it is released from the pipe 10.
FIGS. 4 and 5 show a mold for producing an implantable piece of bone. An outer, not provided with openings mold plate 30 and an inner plate 31 with openings 32 matching this, are produced in the desired shape. The two plates are clamped together with the aid of screws 33 and, according to FIGS. 4 and 5, are held at a distance from one another by an edge strip 34, so that a cavity 35 is delimited in the mold. In this cavity a suitable reinforcing material 36, e.g. B. a fabric made of Dacron arranged. Furthermore, additional holes 37 are provided, which make it possible to attach the mold in rigid abutment to a suitable part of the patient's skeleton.
Before the mold is implanted to create a bone part, it is sown with bone skin cells. For this purpose, periosteum material is removed from the outer surfaces of the ribs or other bones of the patient, and this material is cut with a sharp knife into squares with a side length of about 1 to 2 mm. These small pieces are dispersed in fresh blood drawn from the patient and the resulting suspension is introduced into the cavity 35 of the mold.
This happens quickly, so the blood does not clot until it is in the cavity of the mold; if necessary, heparin is used to delay the clotting of the blood. The form is now ready to be implanted in the patient's body.
When the bone tissue has filled the cavity of the mold, the fastenings at the holes 37 are removed and the connective tissue on the outside of the holes 32 is cut so that the mold can be removed from the patient's body.
After removing the screws 33 and removing the mold plates 30 and 31, the cultured piece of bone is removed and cut into the desired shape, after which it is ready for use. Depending on the length of time the shape remains in the patient's body, the cultured product will contain connective tissue with periosteum tissue dispersed therein or a fully developed calcified bone. When the cultured tissue is implanted in the former state, it continues to transform into fully developed calcified bone in the patient's body.
Referring to Figures 4 and 5, there is shown a mold suitable for creating a curved bone plate which can be implanted in the patient's skull. However, it can be useful to interchange the perforated plate and the unperforated plate so that the cultured piece of bone has a smooth, concave surface that comes to rest on the brain. It is also possible, if necessary, to design the shape in such a way that a vertebra or another bone is created. In the context of the invention it is also possible to provide both plates of the mold with openings.
Figures 6 through 12 show a form for growing a complete tri-lobed heart valve. This form comprises an outer molded part 40 with openings 41 and an unperforated inner molded part 42. The molded part 42 is worked onto an upper plate 43, which is connected to a flange 44 of the molded part 40 by screws 45 arranged near the outer edge. The upper plate 43 can be provided with additional holes 46, which also extend through the flange 44, so that the mold can be attached to the skeleton of the patient, as has already been described with respect to the previous embodiments. The central part of the top plate 43 is preferably cut out so that an opening 47 is created between the three downwardly projecting lugs 48 of the mold.
According to FIG. 7, the outer molded part 40 and the inner molded part 42 delimit a cavity 50 in which the heart valve is grown. The reinforcement part 51, which is shown in FIG. 9 and is knitted from Dacron or another suitable material, or produced in some other way, hangs into the cavity 50. The net-like reinforcement part 51 comprises at its upper end an edge which is fastened to a support ring 52 made of stainless steel. The ring 52 has three threaded bores for receiving three screws 53 which, according to FIG. 7, protrude through matching openings in the outer molded part 40. These screws are adjusted to support the support ring 52 near the top plate 43 and midway between the two walls of the cavity 50.
So that there is sufficient space for the ring 52, the inner wall of the outer molded part 40 is cut out in the manner shown in FIG. 10 at 54.
Connective tissue that enters the cavity of the mold via openings 41 encapsulates the woven or knitted reinforcement member 51 and completely fills the cavity of the mold, so that an implantable heart valve portion 60 is formed as shown in FIG. 12; this flap part has a similar shape to the reinforcement part 51 according to FIG. 9. More precisely, the tissue part 60 has a rigid circular base edge 61 which encloses the ring 52 made of steel, which is used to sew the tissue part to the aortic ring of the patient.
The three extensions 48 of the cavity of the mold serve to produce three pocket-shaped sections of the tissue part, in which the outer walls near the ring 52 are preferably thicker than the inner walls 62 which form the tips of the heart valve.
As can be seen from the shape of the cavity of the mold according to FIG. 7, the outer walls of the tissue part also taper downwards.
The inner parts of the cavity of the mold in which the inner walls 62 arise show a sinusoidal curvature, as can be seen from the sinusoidal shape of the upper ends of the inner walls of the outer mold part; in Fig. 10 these inner walls of the mold are designated 63. The length of the cavity of the mold along the wall 63 of each appendix is chosen so that the upper ends of the three valve lobes of the fabric piece meet at 62 when the valve is closed in the manner shown in FIG. On the other hand, when the flap is open, the three edges 62 move away from each other so that the flap opens.
This is also shown in Figure 9, where the upper edge portions 65 of the reinforcing fabric are shown in the same shape as they assume in the cavity of the mold; the cavity of the mold has approximately the same shape that the valve lobes of the tissue part assume in the open state. The ample length of the edges 65 enables the lobes of the heart valve to close in the manner shown at 62 in FIG. The edges 65 are preferably reinforced by providing excess material which is folded over on itself and secured by a hem seam.
A two-lobed heart valve can also be made using a two-appendage mold; however, this embodiment is not shown here because it is considerably less complicated. In order to prevent the valve lobes from turning over, it is possible, if necessary, to cultivate the tendon cords for the valve lobes separately as tendons, as described with reference to FIG. 1, and to sew these tendons to the parts in question, when the piece of tissue is implanted in a patient.
It is also possible to produce molds for growing individual heart valve lobes. Furthermore, it is possible to grow a shape for a complete heart chamber, which is implanted in a patient and which is kept in pulsing motion in an artificial way. Such a heart chamber can be made in the form of a tube or hose provided with a valve at each end; this embodiment then combines features which were described with reference to FIG. 1 on the one hand and with reference to FIG. 6 on the other hand.
The disadvantages and difficulties of the methods known up to now are avoided by the fabric shapes described; these make it possible to grow tissue that can be transplanted, preferably from the tissues of the patient himself and in his own body. The molds or matrices are provided with holes so that the connective tissue can grow inward through the holes. Such inward growth of the connective tissue is promoted by anchoring the mold in a relatively fixed position, e.g. B. on the chest or in another suitable place. A reinforcement made of fabric is placed in the die. The natural tendency of the body to shed foreign bodies is used to advantage in that the substance is encapsulated by the connective tissue, so that the cavity of the die is completely filled with connective tissue.
This connective tissue forms a replacement part, which consists of the patient's own tissue and is reinforced by the fabric or the like, so that the tissue has the required strength. When the transplantable tissue is implanted in the patient's body, healing occurs quickly and the numerous undesirable effects associated with using man-made replacement parts, transferring tissue from someone else's body, etc., are avoided .
As examples, the shapes or matrices for several different types of grafts are described above. One form of tubular shape merely comprises a perforated tube in which a mandrel is arranged. A sheath made of a suitable reinforcing material, e.g. B. a fabric made of the material available under the proprietary name Dacron is attached to the mandrel, and the ends of the form are fitted with devices that allow the form to be anchored to the patient's chest or to another part of the body, so that the shape in the body is determined.
The natural bodily processes then cause the necessary connective tissue to be generated, which grows through the perforated outer wall and encapsulates the tissue, filling the cavity of the mold so that a tubular piece of tissue is obtained that has an inner surface and an outer surface Smoothness corresponds to the smoothness of the surfaces concerned of the shape.
A similar shape is used when a tendon is to be created, except that a slimmer mandrel is used. Molds for growing a tri-lobed heart valve and for growing a curved plate from bone cells are also described. In the latter case, the shape is sown with bone skin cells so that not only connective tissue is created, but bone tissue is created. The tubular shape can be sown with epidermal cells, so that a tube made of epidermal tissue is obtained, which can be used as a replacement for parts of the gastrointestinal canal or the like. Similarly, it is possible to make molds by which other parts of the body can be grown.
The invention offers a further advantage which is that it is possible to grow certain structures, e.g. B. arterial tubes, valves, etc., whereby it is possible to grow such structures in the body of one individual and then implant them in the body of another individual of the same species.
Compared to the usual overplanting of tissue from one person to another, a rejection reaction occurs with less probability, since the new connective tissue that is grown with the help of the forms according to the invention is a primitive tissue that does not have any tissue with a special function (kidneys , Heart, brain, nerves, etc.) and does not contain any lymphatic structures. It is known that the more highly differentiated a tissue is in special structures, the more likely a rejection reaction will occur. Research shows that the rejection reaction primarily originates in the lymphatic or reticulo-endothelial system. However, no lymphatic structures are present in the transplants produced by means of the tissue forms described.