CH668702A5

CH668702A5 - GLANDULA PROSTHESIS.

Info

Publication number: CH668702A5
Application number: CH1754/85A
Authority: CH
Inventors: Christophe Christ; Gerhard Dr-Ing Broeckel
Original assignee: Sulzer Ag
Priority date: 1984-06-19
Filing date: 1985-04-24
Publication date: 1989-01-31
Also published as: DE3422639C2; DE3422639A1

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Die Erfindung betrifft eine Glandula-Prothese, bei der eine selektiv-permeable Membran derart von einem Schutzmantel umgeben ist, dass zwischen Schutzmantel und Membran ein Hohlraum besteht, der mit sekretionsaktiven Zellen der entsprechenden Glandula beschichtet ist, während die andere von den Glandula-Zellen freie, blutstromseitige Oberfläche mit einem gerinnungshemmenden Material beschichtet ist. The invention relates to a glandular prosthesis in which a selectively permeable membrane is surrounded by a protective jacket in such a way that between the protective jacket and the membrane there is a cavity which is coated with secretion-active cells of the corresponding glandula, while the other is free of the glandular cells surface on the bloodstream is coated with an anticoagulant material.

Eine Glandula-Prothese der genannten Art ist bekannt aus der Arbeit A. M. Sun et al «Development and in Vivo Testing of an Artificial Endocrine Pancreas» aus «Biocompatible Polymers, Metals and Composites» (1983), Seite 929 bis 939. Diese künstliche Bauchspeicheldrüse besteht aus einer Vielzahl von kapillaren Fibern oder aus einer einzelnen schlauchförmigen Membran grösseren Durchmessers, die aus einem semipermeablen Material, beispielsweise einem Polyvinylchlorid-Acryl-Kopolymer der Firma Amicon Corp. Lexington, Massachussetts, besteht. Diese semipermeable Membran ist unter dem Handelsnamen XM-50 im Handel erhältlich. A glandular prosthesis of the type mentioned is known from the work AM Sun et al “Development and in Vivo Testing of an Artificial Endocrine Pancreas” from “Biocompatible Polymers, Metals and Composites” (1983), pages 929 to 939. This artificial pancreas exists from a large number of capillary fibers or from a single tubular membrane of larger diameter, which is made of a semipermeable material, for example a polyvinyl chloride-acrylic copolymer from Amicon Corp. Lexington, Masachussetts, exists. This semipermeable membrane is commercially available under the trade name XM-50.

Bei der genannten bekannten Prothese trennt diese Membran Langerhans'sche Inseln auf der Drüsenseite von dem Blutgefäss-System des Patienten, wobei die Prothese als Bypass zwischen einem arteriellen und einem venösen Gefäss implantiert ist. Durch die Membran wandern einerseits relativ niedrig molekulare Stoffe, wie Sauerstoff, Nährstoffe und Glukose sowie Insulin hindurch; andererseits werden hochmolekulare Antikörper von der Membran im Hohlraum der Prothese bzw. der künstlichen Drüse zurückgehalten. Um die Gerinnung des Blutes zu erniedrigen und damit die Gefahr des Verstopfens des künstlichen Strömungsweges zu verringern, ist die Fibermembran mit einem Heparin-Polyvi-nylalkohol(Heparin-VPA)-Film beschichtet. Trotz dieser Massnahme bildet sich ein Thrombus am Übergang vom natürlichen zum künstlichen Gefäss. Darüberhinaus ist bekannt, dass die kovalente Bindung des Heparin-Moleküls an die Membranoberfläche allmählich gelöst wird, so dass die gerinnungshemmende Wirkung im Laufe der Zeit — beispielsweise über Monate — nachlässt oder ganz verschwindet. In the known prosthesis mentioned, this membrane separates Langerhans islands on the gland side from the patient's blood vessel system, the prosthesis being implanted as a bypass between an arterial and a venous vessel. On the one hand, relatively low molecular weight substances such as oxygen, nutrients and glucose and insulin migrate through the membrane; on the other hand, high-molecular antibodies are retained by the membrane in the cavity of the prosthesis or the artificial gland. The fiber membrane is coated with a heparin-polyvinyl alcohol (heparin-VPA) film in order to reduce the coagulation of the blood and thus to reduce the risk of the artificial flow path becoming blocked. Despite this measure, a thrombus forms at the transition from the natural to the artificial vessel. In addition, it is known that the covalent bond of the heparin molecule to the membrane surface is gradually released, so that the anticoagulant effect wears off over time - for example over months - or disappears entirely.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Glandula-Prothese zu schaffen, bei der auch über lange Zeit die Thromben-Bildung verhindert wird. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss dadurch, dass das gerinnungshemmende Material Endothel-Zellen z.B. von immunologisch nicht fixierten Nabelschnüren sind. The object of the invention is therefore to provide a glandular prosthesis in which thrombus formation is prevented even over a long period of time. This object is achieved according to the invention in that the anticoagulant material endothelial cells e.g. of umbilical cords that are not immunologically fixed.

Eine Endothel-Zellen-Bedeckung der Membran, die beispielsweise ebenfalls aus dem erwähnten Material bestehen kann, ist eine «lebende» Beschichtung der Membran, wobei die Endothel-Zellen sich laufend regenerieren und praktisch zeitlich unbeschränkt eine Thromben-Bildung verhindern. An endothelial cell covering of the membrane, which can also consist, for example, of the material mentioned, is a “living” coating of the membrane, the endothelial cells regenerating continuously and preventing thrombus formation for an almost unlimited time.

Die Verwendung von — insbesondere aus immunologisch nicht fixierten Nabelschnüren stammenden — Endothel-Zellen, die ebenso wie die Glandula-Zellen vor dem Einsatz der Prothese extrakorporal gezüchtet und mit einer der aus der Gefass-Prothetik bekannten Methode auf die Membran aufgebracht werden, verringert dabei die Gefahr unzulässig starker Immun-Reaktionen. The use of endothelial cells, which originate in particular from immunologically unfixed umbilical cords, which, like the glandular cells, are grown extracorporeally before the prosthesis is used and are applied to the membrane using a method known from vascular prosthetics Risk of impermissibly strong immune reactions.

Um die Ernährung der und die Bildung einer Monoschicht von Glandula-Zellen zu erleichtern, ist es vorteilhaft, wenn die Membran über Distanzhalter im Abstand von der Wand des Schutzmantels gehalten ist und der durch die Distanzhalter geschaffene Hohlraum mindestens die Höhe einer Monoschicht der Glandula-Zellen aufweist; Schutzmantel und Distanzhalter können dabei aus einem beliebigen körperverträglichen bzw. bioinerten Kunststoff, z.B. Teflon, Dracon oder Polystyrol, bestehen. In order to facilitate the feeding of and the formation of a monolayer of glandular cells, it is advantageous if the membrane is kept at a distance from the wall of the protective jacket via spacers and the cavity created by the spacers is at least the height of a monolayer of the glandular cells having; Protective jacket and spacers can be made from any body-compatible or bio-inert plastic, e.g. Teflon, Dracon or polystyrene.

Die Haftung der Endothel-Zellen auf der Membran lässt sich verbessern, wenn die blutstromseitige Oberfläche der Membran mit einem Protein, beispielsweise einem Fibronektin, beschichtet ist. The adhesion of the endothelial cells to the membrane can be improved if the surface of the membrane on the bloodstream side is coated with a protein, for example a fibronectin.

Die Höhe der Monoschicht und damit des durch die Distanzhalter zu schaffenden Zwischenhohlraum beträgt dabei etwa 10-50 um. The height of the monolayer and thus of the intermediate cavity to be created by the spacers is about 10-50 µm.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment in conjunction with the drawing.

Fig. 1 zeigt schematisch den prinzipiellen Aufbau der neuen Prothese an einem Ausschnitt aus einer schlauchförmigen Membran, die mit Glandula- und Endothel-Zellen umgeben bzw. bedeckt ist; Fig. 1 shows schematically the basic structure of the new prosthesis on a section of a tubular membrane which is surrounded or covered with glandular and endothelial cells;

Fig. 2 ist eine Ausführungsform der neuen Prothese. Figure 2 is an embodiment of the new prosthesis.

Eine Membran 1, beispielsweise aus dem eingangs erwähnten XM-50-PVC-Acryl-Kopolymer der Firma Amicon, ist zu ihrem mechanischen Schutz und zur Abschirmung der körperfremden Glandula-Zellen 2 vom Immunsystem des Patienten von einem Schutzmantel 3 umhüllt. In Abständen ragen in den Hohlraum des Schutzmantels Distanzhalter 4, durch die zwischen dem Schutzmantel 3 und der Membran 1 ein Zwischenhohlraum 5 gebildet wird. Dieser hat etwa eine Höhe, die der Dicke der Glandula-Zellen 2 entspricht, so dass sich diese in einer Mono-Schicht in dem Zwischenhohlraum 5 verteilen können. A membrane 1, for example made of the XM-50 PVC acrylic copolymer from Amicon mentioned at the beginning, is encased in a protective jacket 3 for its mechanical protection and for shielding the foreign glandular cells 2 from the patient's immune system. At intervals, spacers 4 protrude into the cavity of the protective jacket, through which an intermediate cavity 5 is formed between the protective jacket 3 and the membrane 1. This has approximately a height which corresponds to the thickness of the glandular cells 2, so that they can be distributed in a monolayer in the intermediate cavity 5.

Die Glandula-Zellen 2 bestehen bei einer Prothese für eine Bauchspeicheldrüse beispielsweise aus Langerhans'-schen Inseln oder Beta-Zellen zur Insulin-Produktion. Bei anderen Drüsen innerer Sekretion, wie z.B. Schilddrüsen, Nieren, Hypophysen usw., sind sie selbstverständlich die entsprechenden sekretbüdenden Zellen. In a prosthesis for a pancreas, the glandular cells 2 consist, for example, of Langerhans islands or beta cells for insulin production. With other glands of internal secretion, e.g. Thyroid, kidney, pituitary, etc., they are of course the corresponding secretory cells.

Erfindungsgemäss ist die schlauchförmige Membran 1 auf ihrer Innenseite, auf der sie den Blutstrom des Patienten tangiert, mit Endothel-Zellen 6 beschichtet, die insbesondere aus immunologisch nicht fixierten Nabelschnüren stammen. According to the invention, the tubular membrane 1 on its inside, on which it affects the patient's blood flow, is coated with endothelial cells 6, which originate in particular from umbilical cords that are not immunologically fixed.

Gegebenenfalls ist auf die Innenseite der Schlauchmembran 1 eine Zwischenschicht 7 aus einem Protein, z.B. aus Fibronektin, aufgebracht. If necessary, an intermediate layer 7 made of a protein, e.g. made of fibronectin.

Wie Fig. 2 zeigt, besteht der Schutzmantel 3 aus einem mechanisch widerstandsfähigen Gehäuse, das in einer hori5 As FIG. 2 shows, the protective jacket 3 consists of a mechanically resistant housing which is in a hori5

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zontalen Ebene geteilt ist und den kanalartigen Hohlraum 5 umschliesst. zontal level is divided and encloses the channel-like cavity 5.

Die gefassartige «Blutbahn» der Membran 1 wird gebildet durch zwei ebene Membranflächen, die aus dem Hohlraum 12 in die Trennungsebene des Gehäuses verlängert sind. Sie werden in dieser Trennungsebene durch die beiden Gehäusehälften zusammengepresst und gehalten. Zu diesem Zweck sind in dem Gehäuse in Abständen Bohrungen 8 vorgesehen, die an den äusseren Oberflächen des Gehäuses Erweiterungen 9 besitzen. Durch diese Bohrungen 8 führen The vessel-like “bloodstream” of the membrane 1 is formed by two flat membrane surfaces that are extended from the cavity 12 into the separation plane of the housing. They are pressed together and held in this parting plane by the two housing halves. For this purpose, holes 8 are provided in the housing at intervals, which have extensions 9 on the outer surfaces of the housing. Lead through these holes 8

Schraubenbolzen 10, durch die mit Hilfe von Muttern 11 die beiden Gehäuseteile zusammengezogen werden, wobei die Köpfe der Schraubenbolzen 10, die beispielsweise aus Titan bestehen, und die Muttern 11 in den Erweiterungen oder Vertiefungen 9 versenkt sind. Screw bolts 10 through which the two housing parts are drawn together with the aid of nuts 11, the heads of the screw bolts 10, which are made, for example, of titanium, and the nuts 11 being countersunk in the extensions or depressions 9.

Die Innenseite der Membran 1 ist im Bereich der Blutbahn, wie bereits beschrieben, mit Endothel-Zellen 6 beschichtet, während auf der Aussenseite der Membran 1 im Zwischenhohlraum 5 eine Mono-Schicht von Glandula-Zellen 2 angeordnet ist. The inside of the membrane 1 is coated with endothelial cells 6 in the area of the blood stream, as already described, while a monolayer of glandular cells 2 is arranged in the intermediate cavity 5 on the outside of the membrane 1.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

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1 .. Glandula prosthesis, in which a selectively permeable membrane is surrounded by a protective jacket in such a way that a cavity exists between the protective jacket and membrane, which is filled with secretion-active cells of the corresponding glandula, while the other of the Glandu-la cells free surface on the bloodstream side is coated with an anticoagulant material, characterized in that the anticoagulant material is endothelial cells (6).

2. Glandular prosthesis according to claim 1, characterized in that the membrane (1) via spacers (4) is held at a distance from the wall of the protective sheath (3), and that the cavity (5) created by the spacers (4) ) has at least the height of a monolayer of the glandular cells (2).

2nd

PATENT CLAIMS

3. Glandular prosthesis according to claim 1 or 2, characterized in that a layer of a protein (7), for example of a fibronectin, is present between the endothelial cells (6) and the surface of the membrane (1).

4. Glandular prosthesis according to one of claims 1 to 3, characterized in that the endothelial cells (6) are obtained from umbilical cords that are not immunologically fixed.