CH684241A5

CH684241A5 - Verfahren zur Herstellung von Gefässprothesen.

Info

Publication number: CH684241A5
Application number: CH382993A
Authority: CH
Inventors: Pedro Bittmann; Daniel Alois Nadler; Franz Rieser; Werner-Glauser Mueller
Original assignee: Sulzer Medizinaltechnik Ag
Priority date: 1993-12-22
Filing date: 1993-12-22
Publication date: 1994-08-15

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

CH 684 241 A5

Beschreibung

Die Erfindung liegt auf dem Gebiete der Medizinaltechnik und betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gefässprothesen.

Zu den routinemässig heute eingesetzten Gefässprothesen gehören einerseits die Erzeugnisse aus gerecktem Polytetrafluorethylen (e-PTFE) und anderseits die textilen Prothesen (gewirkt oder gewoben), vorwiegend aus Polyethylenterephtalat-Fasern (PETP-Fasern) hergestellt.

Prothesen aus e-PTFE haben typischerweise eine Porengrösse von 20 um, während textile Gefässprothesen, bedingt durch den Herstellungsvorgang selbst, Maschenweiten im Bereiche von 100 um besitzen. PTFE ist an sich ein hydrophobes, d.h. wasserabweisendes Material. Durch die hinzutretende, kleine Porengrösse ist die Wasserdurchlässigkeit derartiger Prothesen äusserst gering. Sie werden nur beschränkt vom umliegenden Bindegewebe des Patienten eingewachsen. Ebenso ist die Adhärenz eventueller Blut-Ablagerungen auf der Innenseite stark herabgesetzt und die Gefahr einer Ausspülung derartiger Gerinnsel durch das vorbeiströmende Blut ist sehr gross.

Textile Prothesen haben eine wesentlich grössere Porosität (welche experimentell beispielsweise mit Hilfe der Wasserdurchlässigkeit bestimmt werden kann). Sie werden entsprechend stärker im Bindegewebe des Patienten verankert. Auch werden die Blutablagerungen im Maschenwerk zurückgehalten.

Um nach dem Einnähen einer textilen Gefässprothese Nachblutungen bedingt durch die doch beträchtliche Porosität derartiger textiler Prothesen zu verhindern, werden gemäss dem Stande der Technik verschiedene Methoden ange wendet.

Die einfachste dieser Methoden besteht darin, nach dem Einnähen der Prothese den Blutstrom kurz durch die Prothese fliessen zu lassen, für eine Gerinnung des Blutes in den Prothesenwänden den Blutstrom dann zu stoppen und wieder fliessen zu lassen und diesen Schritt so viele Male zu wiederholen, bis die Prothesenwand durch Blutgerinnsel genügend abgedichtet ist. Diese Methode muss vom Chirurgen selbst ausgeführt und überwacht werden. Sie verlängert dementsprechend die Operationszeit und erhöht den Blutverlust des Patienten.

Eine weitere Methode ist das sogenannte Pre-Clotting. Während der Operation presst der Chirurg in die noch nicht eingenähte, in einer Nierenschale liegende Prothese mit einer Spritze so viele Male von beiden Seiten Patientenblut, bis die Prothese derart dicht ist, dass seine Kraft nicht mehr ausreicht, um das Blut durch die Prothese zu pressen. Damit möglichst wenig Patientenblut für das Pre-Clotting verbraucht wird, wird üblicherweise das durch die Prothesenwand austretende und mindestens teilweise geronnene Blut in der Nierenschale wieder aufgesaugt und wieder in die Prothese gepresst. Das Lumen einer durch Pre-Clotting abgedichteten, textilen Prothese ist ganz oder teilweise mit geronnenem Blut gefüllt. Vor der Operation muss das Lumen daher mittels eines Katheters wieder geöffnet und durch Spülen mit heparinisiertem Blut von freien Gerinnseln befreit werden. Das Resultat dieser Methode muss vom Chirurgen selbst kontrolliert werden. Durchführung und Kontrolle kosten den Chirurgen Zeit und Aufmerksamkeit.

Eine weitere, neuere Methode zur Abdichtung von textilen Gefässprothesen besteht darin, diese mit beispielsweise Gelatine vorzubehandeln, derart, dass sie beim Einnähen bereits dicht sind. Mit dieser Art von Prothese wird jegli che Nachblutung durch die Prothesenwand verhindert. Mit Gelatine derart vorbehandelte Prothesen sind als solche auf dem Markt erhältlich.

Nach neueren Methoden werden in textilen Gefässprothesen Endothelzellen des Patienten oder Gemische von Endothelzellen mit weiterem Zeilmaterial, wie beispielsweise Bindegewebe, ausgesät, welche Endothelzellen sich nach der Operation zu einem vollständigen Endothelium im Innern der Prothese vermehren. Das Aussäen der Zellen wird vorteilhafterweise realisiert durch ein Filtrieren einer Zellsuspension von innen nach aussen durch die poröse Prothesenwand, wobei die Zellen und Zellverbände in den Poren und Maschen der Wand zurückgehalten werden. Zuerst wurde dieser Filtriervorgang in den oben bereits erwähnten Vorgang des Pre-Clotting integriert, indem die Zellsuspension wie das Blut des Patienten in die noch nicht eingenähte textile (nicht vorbehandelte) Prothese gepresst wurde. Der grosse Nachteil dieser Methode besteht darin, dass insbesondere bei der Verwendung von Gemischen aus Endothelzellen und Bindegewebe die beträchtliche thrombogene Wirkung dieses Gemisches das Blut schon vor dem Einbringen in die Prothese gerinnen lässt. Eine sinnvolle Filtrierung in einem derartigen Verfahren ist dann natürlich nicht mehr möglich.

Das beschriebene Verfahren wurde weiter verbessert, indem die für das Filtrierverfahren verwendeten Prothesen mit Gelatine derart vorbehandelt werden, dass ihre Porosität durch eine Konditionierung (Einlegen in physiologische Lösung für ca. 5 Minuten oder länger) für das Filtrierverfahren entsprechend einstellbar ist. Mit dem Filtrierverfahren durch vorbehandelte Prothesen scheinen gleich drei Nachteile der bis anhin benutzten Methoden behoben zu sein: erstens wird die Filtrierung effizienter, zweitens erhält man eine vorbereitete Prothese, die durch die verminderte Porosität und gegebenenfalls durch die Thrombogeneität der ausgesäten Bindegewebeanteile derart dicht ist, dass auf das für den Chirurgen zeitraubende und insbesondere betreffend Zeitaufwand und Blutverlust nicht genau voraus planbare Abdichten (Pre-Clotting) der Prothese verzichtet werden kann, und drittens wird die Vorbereitung der Prothese automatisierbar und von der Tätigkeit des Chirurgen lösbar. Ein derartiges Verfahren ist beschrieben in der europäischen Patentanmeldung Nr. 93 810 297.7 (Veröffentlichungsnummer 0 570 331 A1).

Es zeigt sich nun aber, dass mit dem Verfahren gemäss der oben genannten Schrift ein Fortschritt

2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

CH 684 241 A5

erzielt wurde, dass aber insbesondere die Reproduzierbarkeit bezüglich Nachblutung noch nicht befriedigend ist. Die Stärke der Nachblutungen und deren zeitliche Dauer sind bei der Verwendung von vorbehandelten und mit Zellen besäten textilen Prothesen zwar auch ohne entsprechende spezielle Massnahmen durch den Chirurgen im Normalfalle akzeptierbar gering, können aber in einzelnen Fällen doch nicht akzeptierbare Masse annehmen. Die statistische Streuung der Ausmasse der Nachblutungen ist derart, dass sie doch ein zu hohes Risiko bedeutet.

Es ist nun die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von mit Zellen besäten Gefässprothesen aufzuzeigen, derart, dass die nach dem Verfahren hergestellten Gefässprothesen eine derart reproduzierbare Dichtheit aufweisen, dass sie bedenkenlos ohne Vorkehrungen zur Verhinderung oder Verminderung von Nachblutungen, die vom Chirurgen durchgeführt werden müssten, sofort nach dem Einnähen dem Blutstrom übergeben werden können. Das Verfahren soll mit einem Minimum an patienteneigenem Material auskommen und möglichst automatisierbar sein.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren, das in den Patentansprüchen definiert ist.

Das erfindungsgemässe Verfahren beruht im wesentlichen darauf, dass an das bereits erwähnte Verfahren gemäss der Veröffentlichung EP 0 570 331-A1 eine kontrollierte Nachbehandlung der mit Zellen oder Zellverbänden besäten Prothese mit einer gerinnenden Dichtflüssigkeit, vorteilhafterweise Patientenblut, angeschlossen wird.

Diese Grundidee des erfindungsgemässen Verfahrens gründet sich in der durch Versuche erlangten Einsicht, dass die nicht tolerierbare statistische Streuung der Dichtheit der mit Zellen besäten Prothesen nicht nur auf an sich behebbare oder mindestens verbesserbare Streuungen in der Dichtheit der textilen Prothese (vor oder nach der Vorbehandlung mit Gelatine) oder auf entsprechende Streuungen im Resultat der Filtration zum Aussäen der Zellen zurückzuführen sind, sondern ebenfalls und insbesondere auf das auszusäende Zellmaterial selbst, dessen statistische Streuung jedoch nicht beeinflussbar ist. Es zeigt sich insbesondere, dass das zur Beschichtung benützte Gewebe aus nicht untersuchten Gründen mehr oder weniger thrombogen wirkt und dass die verfügbare Menge an Gewebe einen grossen Ein-fluss hat auf die erreichbare Dichtheit der Prothese und auf die Zeit, die verstreicht, bis Nachblutungen nach der Operation völlig aufhören. Aus diesem Grunde setzt die Verbesserung durch das erfindungsgemässe Verfahren nicht an der rohen Prothese oder an den bereits bekannten Verfahrensschritten an, sondern fügt dem an sich bekannten Verfahren eine Nachbehandlung mit einer Dichtflüssigkeit an.

Ferner beruht die Ausgestaltung des Nachbehandlungsschrittes auf der Erkenntnis, dass auch grössere Poren der Prothesenwand schnell und sicher abgedichtet werden können, wenn durch minimale Geschwindigkeit der zur Abdichtung verwendeten Flüssigkeit, beispielsweise patienteneigenes Blut, dafür gesorgt wird, dass die sich im Bereiche der Poren bildenden Blutgerinnsel nicht von dem nachträglich durch die Wand gepressten Blut wieder aus den Poren getrieben werden.

Der Nachbehandlungsschritt wird vor dem Einnähen der Prothese durchgeführt und besteht darin, die durch Filtration mit Zellen besäte Gefässprothese drucklos mit der Dichtflüssigkeit, beispielsweise Patientenblut, zu füllen, sie dann auf einer Seite zu verschliessen und von der anderen Seite in weiteren einzelnen Schritten Blut nachzupressen, bis es jeweils auf der Aussenseite der Prothesenwand sichtbar wird. Zwischen den einzelnen Pressschritten werden kurze Wartezeiten (ca. eine Minute) eingefügt. Der Druck, der jeweils notwendig ist, um das Blut durch die Gefässwand zu pressen, wird kontrolliert. Die Prothesen erweisen sich nachher auch im Blutstrom als dicht, wenn dieser Druck im Bereiche des normalen Blutdruckes, beispielsweise bei ca. 150 mmHg oder etwas höher liegt. Die Prothese wird dann an beiden Enden geöffnet und mit physiologischer Lösung gespült. Für den ganzen Nachbehandlungsschritt muss die Prothese nicht von einer physiologischen Lösung umgeben sein.

Wird der Nachbehandlungsschritt durchgeführt mit Patientenblut mit einem Heparingehalt, der eine Gerinnungszeit (ACT activated ciotting time) von mindestens 200 Sekunden bewirkt (Gerinnungszeit ohne Heparin ca. 100 bis 120 Sekunden), genügt in den meisten Fällen ein zweimaliges Nachpressen von Blut. Dies ist offensichtlich der thrombogenen Wirkung der in der Wandung ausgesäten Bindegewebeanteile zuzuschreiben. Es zeigt sich, dass die Höhe des Heparingehaltes, solange er über der angegebenen unteren Grenze liegt, für das Verfahren nicht wesentlich ist. Auch dies ist auf die thrombogene Wirkung der Bindegewebeanteile zurückzuführen. Es zeigt sich auch, dass eine 60 cm lange Gefässprothese mit einem Lumen von 6 mm Durchmesser mit ca. 60 ml Patientenblut nachbehandelt werden kann, eine Blutmenge, die verantwortbar klein und in jedem Falle genügend ist. Es zeigt sich ebenfalls, dass die mit Blut nachbehandelte Prothese nach einem kurzen Spülen mit physiologischer Lösung für die Implantation bereit ist und insbesondere nicht vorgängig mit einem Katheter durchstossen werden muss.

Es ist nicht zwingend, die Nachbehandlung mit Patientenblut durchzuführen. Für eine gleiche Nachbehandlung eignet sich auch aus Spenderblut hergestelltes Fibrin, das allerdings teurer als Patientenblut und mit einer erhöhten Ansteckungsgefahr durch HIV-Viren und andere übertragbare Krankheiten behaftet ist. Ferner kann die Nachbehandlung auch mit aus Patientenblut hergestelltem Plasma durchgeführt werden, was das Verfahren jedoch bedeutend komplizierter macht.

Im Zusammenhang mit den folgenden Tabellen und Figuren soll nun näher auf das erfindungsgemässe Verfahren eingegangen werden. Dabei zeigen:

Fig. 1 und 2 Blutverluste von textilen Gefässprothesen (mit humanen Zellen) in Abhängigkeit der Wasserdurchlässigkeit derselben Prothesen;

3

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

CH 684 241 A5

Fig. 3 und 4 Blutverluste und Gerinnungszeit für textile Gefässprothesen (mit humanen Zellen) in Abhängigkeit der Gerinnungszeit (ACT) des für den Nachbehandlungsschritt verwendeten Blutes;

Fig. 5 einen Vergleich von Blutverlusten bei textilen Prothesen ohne Zellen oder mit Zellen, jeweils ohne oder mit Nachbehandlung mit Blut oder Fibrin;

Fig. 6 ein Schema einer Vorrichtung zur Durchführung der Nachbehandlung.

Fig. 1 und 2 sowie die untenstehende Tabelle 1 zeigen die Resultate von Nachbehandlungsexperimenten mit Rinderblut, wobei an den nachbehandelten Prothesen Blutverluste (nach 2 Minuten und bis zum totalen Aufhören der Nachblutung) gemessen wurden. Untersucht wurden Prothesen (Lumen 6 mm, Länge 15 cm) mit Gelatinevorbehandlung (C 40, experimentelle Prothese der Firma Vascutek mit durch Gelatine für das Filtrierverfahren eingestellter Porosität) und ohne Gelatinevorbehandiung (Triaxial, Marke der Firma Vascutek). Als Referenz ist die Durchlässigkeit derselben Prothesen für Wasser (in ml/cm2 • min bei normalem Blutdruck von 120 mmHg) angegeben. Die Figuren zeigen, dass die Durchlässigkeit der Prothese für Wasser keine Voraussage erlaubt über die Stärke der Blutung und über den totalen Blutverlust. Das gilt für Prothesen mit und ohne Gelatinevorbehandlung. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass eine genaue Standardisierung der Porosität (gleiche Wasserdurchlässigkeit) die für die Erfindung gestellte Aufgabe nicht lösen kann.

Tabelle 1:

Wasserdurchfluss gegen ml Blut in 2 Min und totaler Blutverlust

Wasser

Blut 2 Min

Blut total

C 40—5 +

424

250

260

C 40-5 +

424

160

175

C 40 +

218

15

C 40-2 +

249

250

260

C 40-2 +

249

155

185

C 40 +

218

39

C 40-10 -

680

120

150

C 40-2 -

249

50

57

C 40—5 —

424

210

230

Triaxial +

600

100

124

Triaxial +

600

85

105

Triaxial +

600

65

Triaxial -

600

117

130

Triaxial -

600

150

180

Triaxial -

600

502

Fig. 3 und 4 sowie die untenstehende Tabelle 2 zeigen an denselben Prothesen die experimentell ermittelte Nachblutung (Versuche mit Rinderblut) als Funktion der klinisch gemessenen Gerinnungszeit des Blutes (activated clotting time in sec, eingestellt durch die Heparinkonzentration des Blutes), mit dem die Prothesen nachbehandelt wurden. Auch hier lässt sich keine Korrelation erkennen zwischen Gerinnungszeit des Blutes (ACT, Heparingehalt) und Nachblutung, sodass auch über den ACT-Wert oder Heparingehalt des Blutes die Nachblutung durch die Prothese offensichtlich nicht gesteuert werden kann. Zudem wird dieser Parameter in der Klinik fest eingestellt, in der Regel auf 300 U Heparin pro kg für Herzoperationen und auf 100 U Heparin pro kg für periphere Gefässchirurgie.

4

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

CH 684 241 A5

Tabelle 2:

ACT gegen totalen Blutverlust und totale Clotzeit

Wasser

ACT

Blut 2 Min.

Blut total

Zeit total

C 40-5 +

424

314

250

260

6

C 40-5 +

424

405

160

175

6

C 40-2 +

249

314

250

260

6

C 40-2 +

249

405

155

185

6

C 40 +

218

340

39

2

C 40 +

218

230

15

2

C 40-2 -

249

369

50

57

20

C 40-5 -

424

369

210

230

20

C 40-10 -

680

395

120

150

20

Triaxial +

600

413

100

124

10

Triaxial +

600

395

85

105

8

Triaxial +

600

478

65

10

Triaxial -

600

343

117

130

8

Triaxial -

600

395

150

180

10

Triaxial -

600

350

502

10

Fig. 5 sowie untenstehende Tabelle 3 zeigen die markante und reproduzierbare Wirkung der Nachbehandlung mit Blut oder Fibrin in der Form eines Vergleiches zwischen dem experimentell ermittelten Blutverlust durch eine Prothese ohne Zellen, durch eine Prothese mit Zellen und durch dieselbe Prothese mit Zellen und mit Blut oder mit Fibrin nachbehandelt. Es ist offensichtlich, dass in den letzten beiden Fällen der Blutverlust durch die Nachbehandlung noch einmal bedeutend und reproduzierbar gesenkt werden konnte.

Tabelle 3:

Prothese

Wasserfl. Zellen

ACT Bemerkung

Min

100% Clot

Blutverlust total ml

C1-8

684 ohne

351 ohne Zellen

12

487

C1-10

690 mit

351 nur Zellen

12

34.7

C1-10

690 mit

351 mit Blut

10

4

C1-10

690 mit

351 mit Fibrin

6

4.6

Triaxial

600 ohne

354 ohne Zellen

12

229

Triaxial

600 mit

354 nur Zellen

10

24.8

Triaxial

600 mit

354 mit Blut

10

6.4

Triaxial

600 mit

354 mit Fibrin

6

5.3

Fig. 6 zeigt nun in sehr schematischer Weise einen Teil einer beispielhaften Vorrichtung für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens. Es handelt sich um einen Behälter 1, in dem die zu behandelnde Prothese 2 derart positioniert ist, dass ihr eines Ende an einem Behältereingang 3 ihr anders Ende an einem Behälterausgang 4 angeschlossen ist. Der Behälter 1 ist in einem sterilen Milieu 1.1 angeordnet, wobei der Druckausgleich gewährleistet ist. Die Prothese nimmt dabei vorteilhafterweise eine horizontale Lage ein, die aber nicht zwingend eine (wie dargestellt) ausgestreckte Lage sein muss. Der Behältereingang 3 ist über ein Vierwegventil 5 mit einer Zufuhr 6 für Zellsuspension, einer Zufuhr 7 für physiologische Lösung und einer Zufuhr 8 für die gerinnende Dichtflüssigkeit, beispielswei-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

CH 684 241 A5

se Patientenblut aus einer Spritze 9, verbunden. In die Zufuhr 8 der Dichtflüssigkeit ist ein Mittel zur Druckmessung 10 eingeschaltet.

Der Behälterausgang 4 ist über ein Absperrventil 11 mit einem nicht dargestellten Abfallbehälter verbunden.

Das erfindungsgemässe Verfahren läuft nun wie folgt ab. Der Behälter 1, in dem die mit Gelatine vorbehandelte Prothese 2 montiert ist, wird mit physiologischer Flüssigkeit derart gefüllt, dass diese die Prothese allseitig umgibt und auch ausfüllt. Sperrventil 11 ist geschlossen und es wird mindestens fünf Minuten gewartet, um die Prothese zu konditionieren. Dann wird bei geschlossenem Sperrventil 11 die Zellsuspension in die Prothese und durch die Prothesenwand gepresst. Dann wird bei nacheinander geschlossenem und offenem Sperrventil 11 (Spülung durch die Wand und durch das Lumen) physiologische Lösung in die Prothese geleitet. Für die Nachbehandlung wird zuerst der Behälter 1 geleert, bei offenem Sperrventil 11 die Prothese mit Patientenblut gefüllt, dann das Sperrventil geschlossen und weiter mit sich langsam erhöhendem Druck Blut eingepresst, bis es auf der Aussenseite der Prothese sichtbar wird. Nach einer Wartezeit wird wieder Blut zugepresst und dieser Schritt wiederholt, bis der Druck in der Zuführung 8 beim Pressen etwa einem normalen Blutdruck entspricht oder etwas höher ist. Das Sperrventil 11 wird dann geöffnet und das Lumen der Prothese durch Durchströmen mit physiologischer Lösung gespült. Damit ist die Prothese für die Implantationsoperation bereit.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Gefässprothese aus einem porösen textilen Träger, wobei der Träger durch Filtration einer Zeilsuspension durch die Prothesenwand mit Endothelzellen besät wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Prothese nach dem Besäen mit einer gerinnenden Dichtflüssigkeit nachbehandelt wird, indem die Prothese mit der Dichtflüssigkeit drucklos gefüllt wird, indem dann das Lumen der Prothese geschlossen und Dichtflüssigkeit in einzelnen, durch eine Wartezeit voneinander getrennten Nachpressschritten in die Prothese gepresst wird, bis sie durch die Prothesenwand tritt, indem die Zahl der Nachpressschritte bestimmt wird durch den für das Durchpressen benötigten Druck und indem das Lumen der Prothese nach dem letzten Nachpressschritt mit einer Spüllösung gespült wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der textile Träger aus Polyethylenter-ephtalat besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als poröser textiler Träger eine Prothese verwendet wird, die mit Gelatine vorbehandelt ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gerinnende Dichtflüssigkeit menschliches Blut, Fibrin oder Plasma aus menschlichem Blut ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gerinnende Dichtflüssigkeit menschliches Blut ist und einen derartigen Heparingehalt aufweist, dass seine klinisch gemessene Gerinnungszeit mindestens 200 sec beträgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck beim letzten Nachpressschritt gleich hoch ist wie ein normaler Blutdruck oder leicht höher.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wartezeiten zwischen den Nachpressschritten 0,5 bis 2 Minuten lang sind.

6