DE102006042732B3

DE102006042732B3 - Künstliches arterio-venöses permeables Hohlfaserkapillarsystem

Info

Publication number: DE102006042732B3
Application number: DE102006042732A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dr. Bornemann
Original assignee: Gerlach Jorg Drmed
Current assignee: Gerlach Jorg Drmed
Priority date: 2006-09-12
Filing date: 2006-09-12
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2026-09-13
Also published as: US9321013B2; US20090196855A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein künstliches arterio-venöses permeables Hohlfaserkapillarsystem zum Einbringen in eine Wunde, bzw. zum Aufbringen auf eine Hautwunde und unter einen Wundverband, für verbesserten Flüssigkeits-/Stoffaustausch sowie das Einbringen von Faktoren/Medikamenten und/oder Flüssigkeits-/Sekrets- und/oder Stoffentfernung in der Wundbehandlung.

Description

Die Erfindung betrifft ein künstliches arterio-venöses permeables Hohlfaserkapillarsystem zum einbringen in eine Wunde, bzw. zum Aufbringen auf eine Hautwunde und unter einen Wundverband, für verbesserten Flüssigkeits-/Stoffaustausch, das Einbringen von Faktoren/Medikamenten und/oder Flüssigkeits-/Sekrets- und/oder Stoffentfernung in der Wundbehandlung. Anwendungen schließen die Nutzung in einer Weichteilwunde, in einer abdominellen Wunde und auf einer Hautwunde ein.
Methoden der Entfernung von Sekret aus Wunden sind bereits bekannt:
Argenta, L. C., Morykwas, M. J. Vacuum assisted clo sure: A new method for wound control and treatment: Clinical experience. Annals of Plastic Surgery, 1997; 38(6): 563-77 sowie Joseph, E., et al.: A prospective randomized trial of vacuum assisted closure versus of chronic nonhealing wounds; Wounds, 2000; 12(3): 60-7.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung ist ebenfalls kommerziell erhältlich als V.A.C. Instillamat (registered trade mark) by KCI, San Antonio, Tx, USA. Dieses Gerät kann bereits für ein alternierendes Einbringen von Flüssigkeit in die Wunde und ein nachfolgendes also auch alternierendes und damit nicht kontinuierliches Ausführen von Flüssigkeit aus der Wunde eingesetzt werden. Hierbei findet auch kein Stoffaustausch im Sinne eines künstlichen Kapillarbettes statt, sondern mit erheblichen Gradienten zentral und ungleichmäßig über einen Ein- und gleichzeitig Ausgang in der Mitte der Wunde.
Während Verletzungen der obersten Hautschicht (Epidermiszellen, Keratinozyten) meist von selber regenerieren können, heilen größere Wunden, welche die Regenerationsschicht der Haut (basale Keratinozyten, Progenitorzellen) erreichen, oftmals nicht. Die Behandlung von akuten Hautwunden, z.B. nach Verbrennungen, oder chronischen Hautwunden, z.B. bei Diabetes Mellitus Erkrankung oder peripheren Durchblutungsstörungen, ist klinisch nicht zufrieden stellend.
Methode der Wahl bei akuten Hautwunden ist die chirurgische Entfernung eines gesunden Hautareals, die Anfertigung eines Spalthaut-Mesh-Transplantates (bei dem die zu transplantierende Haut in viele kleine Felder aufgefächert wird) und damit die Eigenhauttransplantation. Bei großflächigen Verbrennungen sind dieser klassischen Transplantation jedoch Grenzen der Verfügbarkeit ausreichender gesunder Hautflächen gesetzt. Insbesondere bei Brandverletzungen ist der Verlust der adulten Stammzellen (Progenitorzellen) in der Haut oftmals nicht zu bewältigen.
Methode der Wahl bei chronischen Hauterkrankungen ist das Feuchthalten der Wunde bei regelmäßiger Wundanfrischung und Spülung.
Obwohl Methoden zur Isolierung, Kultur und Vermehrung von Hautzellen der drei Schichten der Haut etabliert sind, konnte sich wegen eingeschränkter klinischer Erfolge die Anwendung von sogenannten Hautzellsheets aus Keratinozyten noch nicht durchsetzen. Nach wie vor ist die klinische Behandlung von Patienten mit großflächigen, höhergradigen Verbrennungen der Haut problematisch und mit einer hohen Sterblichkeit belastet.
Klinische Standardtherapie ist nach Wundreinigung a) zunächst die Deckung der verbrannten Flächen mit Wundabdeckungen und nachfolgend b) die Verwendung transplantierter eigener (autologer) Spalthaut, die vom Patienten an gesunder Stelle entnommen wurde. Diese autologe Spalthaut steht jedoch meist nicht in ausreichender Menge zur Verfügung. So kann oft nur auf die Selbstheilung der verbrannten Haut unter den Wundabdeckungen gehofft werden. Anforderungen an solche Wundabdeckungen sind u.a. die Fähigkeit der Verminderung von Flüssigkeits- und Wärmeverlusten aus der Wunde sowie zum Keimschutz der Wunde.
Wundabdeckungen zu a) sind beispielsweise ìIntegraì der Firma Integra Life Science, USA oder AlloDerm der Fa. LifeCell, USA bestehend aus abgetöteten nicht-autologen Zellkulturen.
Aus Carsin H, Ainaud P, Le Bever H, Rives JM, Le Coadou A, Stephanazzi J. Objectives, results and future prospects of burn treatment in 1997. Bull Acad Natl Med 1997 Oct; 181(7): 1307-19; discussion 1319-20 und Phillips TJ, Gilchrest BA,: Clinical application of cultured epithelium. Epith Cell Biol 1992; 1:39-46 und Still JM, Orlet HK, Law EJ. Use of cultured epidermal autografts in the treatment of large burns. Burns 1994; 20:539-541, sind die ersten klinischen Ergebnisse der Transplantation von Keratinozytensheets bekannt.
Die Kommerzialisierung des Hautersatzes mit lebenden Zellen in Form von Sheets (großflächige Schicht verbundener Zellen) werden als Dermagraft-TC von der Firma Advanced Tissue Sciences, USA angeboten Die Firma Organogenesis, USA, verwendet lebende humane allogene Fibroblasten und allogene Keratinozyten in einer zweilagigen Struktur, welche als Apligraf von der Firma Novartis, CH, vertrieben wird. Die Firma Genzyme, USA, bietet einen Service an, wobei den Patienten Keratinozyten autolog an gesunder Stelle entnommen werden, innerhalb weniger Tage in Kulturschalen außerhalb des Körpers vermehrt werden und in lebender Form als Sheets unter Zuhilfenahme einer Trägerstruktur aus Fettgaze auf die Wunde aufgelegt werden.
Eine bisher nicht-kommerziell, klinisch verwendete Methode mit autologen lebenden Zellen ist die Kultur von Keratinozyten der Patienten und das Auftragen dieser Zellen auf die Wunden in Form von in der Wunde polymerisierenden Gelen, beispielsweise mit Fibrin.
Diese Verfahren konnten bisher keine zufrieden stellenden klinischen Ergebnisse liefern. Ein Beispiel ist die Blasenbildung, welche die in Form von Sheets transplantierten Zellen aus der Wunde hebt und damit den Stoffaustausch für die Zellen, bzw. Zellversorgung in der Wunde erheblich verschlechtert (1).
Problematisch bei den derzeitig angewandten Entwicklungen sind die mangelhafte Einheilungsrate und die unbefriedigenden kosmetischen Ergebnisse. Klinisch ist für die Patienten die Wartezeit auf die Anwendung der Zellen oft limitierend. Dabei führt auch eine mangelhafte Wundabdeckung vor dem Auftragen der Zellen zu Komplikationen.
Bei diesen derzeit etablierten Techniken ist die Zellversorgung in der Einwachsphase mangelhaft, in der Wunde kommt es zu Wasser-, Elektrolyt- und pH-Verschiebungen sowie zur Toxinansammlung.
Diese unphysiologische Biomatrix in der Wunde verhindert auch ein optimales Anwachsen und Vermehren im Falle der Nutzung transplantierter Zellen.
Hier setzt die vorliegende Erfindung ein, deren Aufgabe es ist, eine Vorrichtung anzugeben, die es ermöglicht, dass auch ohne zusätzlich eingebrachte Zellen der Stoffverlust in der ersten klinischen Phase aus den Wunden verringert werden kann, die Wunde aber im Sinne der Durchströmung eines Kapillarbettes perfundiert und versorgt werden kann, und die eine Antibiotika- sowie Wachstumsfaktorenperfusion ermöglicht, wobei eine gleichmäßige Stoffverteilung unter kontinuierlicher Perfusion auch unter Erzeugung eines moderaten Unterdruckes ermöglicht wird. Ebenso sollen Elektrolyt- und pH-Verschiebungen sowie Toxinansamm lungen vermindert werden. Eine mehr offenporige Ausführung erlaubt die Erzeugung einer feuchten Wundumgebung unter Möglichkeit von Keimentfernung und/oder Wunddebris. Die Vorrichtung soll weiterhin in der Lage sein, parall zur Anwendung Zellen einzubringen, damit die Behandlung verbessert werden kann.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf. In den Ansprüchen 22 bis 44 sind vorteilhafte Verwendungen des erfindungsgemäßen Kapillarsystems gegeben.
Erfindungsgemäß wird somit ein künstliches Kapillarsystem vorgeschlagen, das mit einer ein erstes unabhängiges Kompartiment bildenden Umgebung in Verbindung steht, wobei das künstliche Kapillarsystem mindestens eine ein weiteres, ein zweites unabhängiges Kompartiment bildende perfundierbare Kapillarhohlfasermembrananordnung, umfasst. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die mindestens eine ein weiteres, ein zweites unabhängiges Kompartiment bildende perfundierbare Kapillarhohlfasermembrananordnung aus 1 bis 1000 Hohlfasern aufgebaut, wobei eine Ausschlussgrenze für Moleküle von 1.000 bis 900.000 MW gegeben ist. Die Anzahl der Kapillarhohlfasern richtet sich dabei nach dem Anwendungsfall und der Anordnung, d.h. ob parallele oder mäanderförmige Anordnungen gewählt werden. Im Falle von mäanderförmigen Hohlfasern kann bereits eine einzige Kapillarhohlfaser ausreichen, bevorzugt sind dabei 1 bis 500 sowie 2 bis 50 und besonders bevorzugt 2 bis 20 Hohlfasern. Bei parallelen Anordnungen kann die Anzahl größer sein und zwischen 10 bis 500 und besonders bevorzugt zwischen 20 und 50 Hohlfasern liegen. Die Kapillarhohlfasermembrananordnung verfügt dabei über mindestens eine Zu- und min destens eine Ableitung. Wesentlich beim erfindungsgemäßen künstlichen arterio-venösen permeablen Hohlfaserkapillarsystem ist, dass ein gleichmäßiger und kontinuierlicher Stoffaustausch zwischen dem die Umgebung bildenden ersten unabhängigen Kompartiment und dem mindestens einen weiteren Kompartiment ermöglicht wird. Durch diesen gleichmäßigen und kontinuierlichen Stoffaustausch wird eine optimale Versorgung der Hautzellen wie auch ein Abtransport von Sekret und/oder Flüssigkeit und/oder Debris ermöglicht.
Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist dabei bevorzugt so aufgebaut, dass die Kapillarhohlfasermembrane eine Ausschlussgrenze im Bereich von 30.000 bis 600.000 MW, besonders bevorzugt im Bereich von 40.000 MW, d.h. von 35.000 bis 45.000 MW, aufweisen.
Um eine optimale Ver- und Entsorgung der Zellen zu gewährleisten, ist es bevorzugt, dass zwei weitere, ein zweites und drittes unabhängige Kompartiments bildende Kapillarhohlfasermembrananordnungen vorgesehen sind. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind auch Ausführungsformen mit abgedeckt, bei denen weitere unabhängige Kompartiments bildende Kapillarhohlfasermembrananordnungen eingesetzt werden. Im Falle der Verwendung von mehreren unabhängigen Kapillarhohlfasermembrananordnungen kann dabei jede einzelne unabhängige Kapillarhohlfasermembrananordnung über eine eigene Zu- und über mindestens eine Ableitung verfügen, es kann aber auch vorgesehen sein, dass die unabhängigen Kompartiments jeweils über eine gemeinsame Zu- und über eine gemeinsame Ableitung verfügen.
Aus stofflicher Sicht umfasst die Erfindung bei den Hohlfasern der Kapillarhohlfasermembrananordnungen grundsätzlich alle im Stand der Technik bekannten Polymere, die für Hohlfasern angewendet werden. Bevorzugte Beispiele sind Polysulfon, Polyethersulfon, Cellulose, Polyamid oder weitere aus der medizinischen Hohlfasermembrantechnologie bekannte synthetische oder natürliche Polymere und/oder resorbierbare/verdaubare/abbaubare Biomaterialien einschließlich Kollagen. Die Kapillaren, die für die Erfindung eingesetzt werden, können auch so ausgebildet sein, dass die als hydrophobe Materialien (Gas/Luft/Wasser) und als hydrophile Materialien Flüssigkeit transportieren.
Der Innendurchmesser der Hohlfasern liegt dabei bevorzugt im Bereich von 10 μm bis 20.000 μm, besonders bevorzugt im Bereich von 40 μm bis 800 μm.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist weiterhin zur Unterstützung der Zu- und/oder Abfuhr mindestens eine Pumpvorrichtung vorgesehen, die mit der Zu- bzw. mit der Ableitung verbunden ist. Wenn eines der Kapillarsysteme als Oxygenator dient, ist die mindestens eine Zu- und/oder Ableitung mit mindestens einer Gasversorgung verbunden. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Flüssigkeitsmedienzufuhrpumpen und/oder Medienabfuhrpumpen und/oder Medienzirkulationspumpen. Die vorstehend genannten Pumpen können auch in Kombination angewendet werden. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann weiterhin noch dadurch modifiziert werden, dass die mindestens ein weiteres zweites unabhängiges Kompartiment bildende Kapillarhohlfasermembrananordnung zusätzlich mit einer Vorrichtung zur Drucksteuerung und/oder Flusssteuerung und/oder Fehlfunktionsabschaltung und/oder Medienerwärmung und/oder Medienoxygenierung und/oder mit Messsonden einschließlich für Druck, Fluss, PO2, CO2, Temperatur, pH, Elektrolyte, Glucose, Lactat und/oder mit entsprechenden Regelungseinheiten verbunden ist.
Durch die wie vorstehend beschriebene Modifizierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, dass diese in einem offenen Perfusionsbetrieb angeordnet und betreibbar ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch in einem Rezirkulationskreislauf mit Mediumzufuhrschenkeln und Mediumabfuhrschenkeln angeordnet und betreibbar sein. Die Vorrichtung nach der Erfindung kann in einer alternativen Ausführungsform auch in einem Kreislauf im Gegenstrom angeordnet und betreibbar sein, wenn die entsprechenden Pumpvorrichtungen eingesetzt werden.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung in Form der Kapillarhohlfasermembrananordnung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch unter einer sterilisierbaren Wundabdeckung, beispielsweise einer Hautwundabdeckung, beispielsweise in Form einer Folie, einsetzbar. Die Vorrichtung nach der Erfindung kann andererseits auch unter einer sterilisierbaren Wundabdeckung auf den Konturen eines unregelmäßigen Körpers angeordnet und entsprechend betrieben werden.
Die erfindungsgemäße Kapillarhohlfasermembrananordnung ist auch in einer Weichteilwunde wie auch im Abdomen betreibbar. In diesem Falle kann die erfindungsgemäße Kapillarhohlfasermembrananordnung auch mit einem kombiniert angeordneten Saugschwamm betrieben werden, welcher über eine weitere Absaugleitung für Sekret und/oder Flüssigkeit und/oder Debris verfügt.
Zur Unterstützung der Absaugung von Sekret und/oder Flüssigkeit und/oder Debris ist es auch möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung unter einer sterilisierbaren Wundabdeckung mit einem kombiniert angeordneten Saugschwamm einzusetzen. Dadurch können zusätzlich und separat aus dem Kompartiment entsprechendes Sekret und/oder Flüssigkeit und/oder Debris abgesaugt werden.
Die Erfindung umfasst in den Patentansprüchen 22 bis 44 weiterhin die Verwendung der vorstehend beschriebenen Kapillarhohlfasermembrananordnung für die Hautwundbehandlung.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann dabei eine Antibiotika-, Wachstumsfaktoren-, Mediatoren-, Regenerationsfaktoren-, Dialysat-, Puffer-, Elektrolyt-Irrigationslösungs-, und/oder Ernährungsperfusion durchgeführt werden.
Es ist dabei bevorzugt, wenn vor und/oder während der Behandlung Hautzellen eingebracht werden. Dadurch wird das Ergebnis bei der Behandlung von Hautdefekten verbessert, da durch die erfindungsgemäße Vorrichtung eine optimale Versorgung der Zellen gewährleistet ist. Günstig ist es hierbei, wenn die Zellen über eine Zellsuspension mittels eines Sprühkopfes eingebracht werden. Der Vorteil einer derartigen Lösung ist darin zu sehen, dass über die Zellsuspension mittels Sprühkopf die Zellen in der Wunde fein verteilt werden können. Durch Unterstützung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine erheblich vergrößerte Zelltransplantatfläche ermöglicht (2). Insbesondere unter der Verwendung von Hautprogenitorzellen oder Stammzellen erlaubt diese Kombination eine erhebliche Ausweitung der therapeutisch angebbaren Wundfläche (3). Neben den Hautprogenitorzellen oder Stammzellen können gemäß der vorliegenden Erfin dung auch fetale Zellen und/oder Plazentazellen und/oder homologe Zellen und/oder gentechnologisch modifizierte Zellen und/oder Zelllinien eingebracht werden. Günstig ist es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung, dass Zellen über die Kapillarhohlfasermembrananordnung temporär versorgt werden können. Auch ist, wie bereits vorstehend bei der Vorrichtung beschrieben, es möglich, dass ein negativer Druck generiert wird. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, dass Sekrete, Keime und/oder Debris aus der ein weiteres unabhängiges Kompartiment bildenden Umgebung entfernt werden.
Die Kombination der genannten Zellsprühmethode mit dem erfindungsgemäßen Kapillarsystem hat viele Vorteile gegenüber dem Stand der Technik. Im Beispiel der Hautwundbehandlung der Verwendung von Zell-Sheets: Confluent wachsende Zellen in Sheets sind weniger teilungsaktiv, beginnen mit Proliferation nach Transplantation später und zeigen eine reduzierte Zellmigrationsaktivität. Die Kombination hat ebenso den Vorteil, dass in-vitro expandierte Zellen früher und unter Reduzierung der in-vitro-Passagen eingesetzt werden können, was eine unerwünschte Differenzierung der basalen Keratinozyten (oder Hautprogenitorzellen, Stammzellen) zu Keratinozyten reduziert. Ein noch früherer Therapiestart kann unter Verwendung von intraoperativen und direkt in derselben Operation isolierten Hautzellen unter Verwendung einer Sprühtechnik unter künstlichen Kapillarmembranen ermöglicht werden, wobei einerseits die basalen Keratinozyten nicht differenzieren können, andererseits sich aber mittels der verbesserten Versorgung durch die künstlichen Kapillaren die Anwachsrate der durch die Isolierung temporär beeinträchtigten Zellen erhöht werden kann.
Die künstlichen Kapillaren erlauben hier eine temporäre Unterstützung der gesprühten Zellen in den ersten Tagen der Behandlung zwischen Wunde und äußerem Wundverband. Ernährung, Temperierung, Oxygenierung, pH-Regulation, Elektrolytaustausch oder Detoxifikation können ebenso angeboten werden, wie Wachstumsfaktorenversorgung oder Antibiotikaversorgung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der 1 bis 9 näher beschrieben:
1 zeigt die Problematik der klinischen Verwendung von in-vitro vermehrten Zell-Sheets: die Bildung von Blasen, welche die Anwachsrate der Sheets verschlechtern.
2 zeigt die Vorteile von einzeln in die Wunde eingesprühten Zellen, welche Blasenbildung vermeiden und damit besser abheilen können.
3 zeigt die Vorteile von einzeln in die Wunde eingesprühten Zellen, welche als Hautprogenitorzellen eine wesentlich größere Fläche abheilen können.
4 zeigt eine schematische Darstellung von einem künstlichen Kapillarmembransystem, das mit einer ein erstes unabhängiges Kompartiment bildenden Umgebung (in der Figur der nicht dargestellte Bildhintergrund), steht, welches zwei weitere unabhängige Kompartimente 2 und 3 bildende Hohlfaseranordnungen darstellt. Die Kompartimente 2 und 3 sind in dieser Ausführung jeweils mit einer Zu- bzw. Ableitung versehen und könnten entsprechend das Wundkompartiment 1 zwischen Einstromkompartiment 2 und Ausstromkompartiment 3 perfundieren.
5 zeigt die klinische Anwendung des künstlichen Kapillarsystems als aktive Wundabdeckung mit einem Flüssigkeitskreislauf und einem Pumpsystem. Diese Anordnung kann eine Wunde auch in Kombination mit eingesprühten Zellen (s. 2 und 3) versorgen, bzw. die eingesprühten Zellen unterstützen.
6 zeigt eine besondere Ausführung der Schlauchherausführung aus der Wunde, welche eine verbesserte Abdichtung der Schlauchführung zwischen Haut und Abdeckfolie ermöglicht.
7 zeigt die Schlauchführung in einem Perfusionssystem mit drei Pumpen zum Betreiben eines Hohlfasermembransystems. Aus einem Reservoir (oben) wird Flüssigkeit in einen Kreislauf (Mitte) gepumpt, eine Rezirkulationspumpe zirkuliert die Flüssigkeit zu und von (auf der rechten Bildseite) dem Kapillarsystem (welches in einer Ausführungsform in 4 gezeigt wird). Eine Abführpumpe führt Flüssigkeiten in ein Abflussreservoir (unten). Während die Rezirkulationspumpe den Stoffaustausch vom Kreislauf in die Wunde steuert, steuern die obere und untere Pumpe den Gesamtstoffaustausch. Über die Einstellung der Geschwindigkeiten der oberen und unteren Pumpe kann in dem Wundkompartiment ein positiver Druck oder ein negativer Druck erzeugt werden. Ein negativer Druck kann dem zusätzlichen Entfernen von Sekreten oder Debris aus der Wunde dienen.
8 erläutert die Anwendung eines 2-Kompartiment künstlichen Kapillarsystems (a), die Anwendung eines 3-Kompartiment arterio-venösen künstlichen Kapillarsystems, welches eine Perfusion (b) oder eine Gegenstromperfusion (c) über die Wunde ermöglicht.
9 zeigt die kombinierte Anwendung eines 3 kompartment arterio-venösen künstlichen Kapillarsystems mit einem Schwamm zur separaten bzw. zusätzlichen Flüssigkeits- und/oder Substanz- und/oder Keimentfernung.
1 zeigt nun schematisch in den 1a und 1b die Problematik der klinischen Verwendung von in-vitro vermehrten Zellsheets und der dadurch hervorgerufenen Blasenbildung 1. In 1b ist in vergrößerter Darstellung gezeigt, wie sich durch das Anwachsen der Zellsheets die Blase 1 vergrößert (Pfeildarstellung). Dies wirkt sich somit negativ auf das Verwachsen der Sheets mit der Haut aus.
2 zeigt nun in 2a wiederum die Darstellung, wie sie bereits 1b gezeigt worden ist mit der Blase 1 und in 2b die Auswirkungen, wenn Zellen 2 in die Wunde eingesprüht werden. Die Zellen 2 sind dabei mit einem Pfeil gekennzeichnet. Der Vergleich von 2a und 2b macht deutlich, wie sich durch das erfindungsgemäße Einsprühen der Zellen 2 eine Blasenbildung 1 vermeiden lässt, sodass die Wunde besser abheilt.
Die 3a und 3b zeigen wiederum in schematischer Darstellung den Vorteil von einzeln in die Wunde eingesprühten Zellen 2, welche als Hautprogenitorzellen eine wesentlich größere Fläche abheilen können. Die Zellen sind hier wiederum mit dem Pfeil gekennzeichnet.
4 zeigt eine schematische Darstellung von einem künstlichen Kapillarmembransystem, das mit einer ein erstes unabhängiges Kompartiment bildenden Umgebung (in der Figur der nicht dargestellte Bildhintergrund), steht, welches zwei weitere unabhängige Kompartimente 2 und 3 bildende Hohlfaseranordnungen 3, 4 darstellt. Die Kompartimente 2 (Bezugszeichen 3) und 3 (Bezugszeichen 4) sind in dieser Ausführung jeweils mit einer Zu- bzw. Ableitung versehen und könnten entsprechend das Wundkompartiment 1 zwischen Einstromkompartiment 2 und Ausstromkompartiment 3 perfundieren. Das künstliche Kapillarmembransystem in 3 entspricht dem Anteil des in 5 unter dem Verband dargestellten Systems, welcher in 5 auf der Wunde liegt. Die Schnittstelle zwischen 4 und 6 wird durch a und b in 4 und f1 und f2 in 6 dargestellt, bzw. die Schläuche an diesen Stellen verbunden. Die Pfeile in 7 könnten entsprechend zu a und b in 4 führen, oder zu f1 und f2 in 6. Das in 4 dargestellte Kapillarmembransystem entspricht der Darstellung in 8b.
5 zeigt die klinische Anwendung des künstlichen Kapillarsystems als aktive Wundabdeckung 10 mit einem Flüssigkeitskreislauf 8 und einem Pumpsystem. Aus einem Reservoir 5 wird Flüssigkeit in einen Kreislauf 8 (Mitte) gepumpt, eine Rezirkulationspumpe zirkuliert die Flüssigkeit zu und von (auf der rechten Bildseite) dem Kapillarsystem 9 (welches in einer Ausführungsform in 4 gezeigt wird). Eine Abführpumpe führt Flüssigkeiten in ein Abflussreservoir 6. Während die Rezirkulationspumpe den Stoffaustausch vom Kreislauf 8 in die Wunde steuert, steuern die obere und untere Pumpe den Gesamtstoffaustausch. Über die Einstellung der Geschwindigkeiten der oberen und unteren Pumpe kann in dem Wundkompartiment ein positiver Druck oder ein negativer Druck erzeugt werden.
Ein negativer Druck kann dem zusätzlichen Entfernen von Sekreten oder Debris aus der Wunde dienen. Diese Anordnung kann eine Wunde auch im Kombination mit eingesprühten Zellen (siehe 2 und 3) versorgen, bzw. die eingesprühten Zellen unterstützen. Das durch die Schlauchpumpen geführte Schlauchsystem auf der rechten Bildseite ist in einer weiteren Ausführungsform in 7 beschrieben.
6 zeigt eine besondere Ausführung der Schlauchherausführung aus der Wunde 11, welche eine verbesserte Abdichtung der Schlauchführung zwischen Haut und Abdeckfolie ermöglicht. Die Schnittstelle zwischen 4 und 6 wird durch a und b in 4 und f1 und f2 in 6 dargestellt, bzw. die Schläuche an diesen Stellen verbunden. Die 6b zeigt dabei die Draufsicht.
7 zeigt die Schlauchführung in einem Perfusionssystem mit drei Pumpen 12, 13, 14 zum Betreiben eines Hohlfasermembransystems 17. Dieses Schlauchsystem ist in 5 in einer anderen Ausführungsform abgebildet. Aus einem Reservoir 15 wird Flüssigkeit in einen Kreislauf (Mitte) gepumpt, eine Rezirkulationspumpe 13 zirkuliert die Flüssigkeit zu und von (auf der rechten Bildseite) dem Kapillarsystem 17 (welches in einer Ausführungsform in 4 gezeigt wird). Eine Abführpumpe 14 führt Flüssigkeiten in ein Abflussreservoir 16. Während die Rezirkulationspumpe 13 den Stoffaustausch vom Kreislauf in die Wunde steuert, steuern die obere Pumpe 12 und untere Pumpe 14 den Gesamtstoffaustausch. Über die Einstellung der Geschwindigkeiten der oberen und unteren Pumpe 12, 14 kann in dem Wundkompartiment ein positiver Druck oder ein negativer Druck erzeugt werden. Ein negativer Druck kann dem zusätzlichen Entfernen von Sekreten oder Debris aus der Wunde dienen.
Die Pfeile in 7 könnten entsprechend zu a und b in 4 führen, oder zu f1 und f2 in 6.
8 erläutert die Anwendung eines 2-kompartment künstlichen Kapillarsystems (a), die Anwendung eines 3-kompartment arterio-venösen künstlichen Kapillarsystems, welches eine Perfusion (b) oder eine Gegenstromperfusion (c) über die Wunde ermöglicht. 8a entspricht der Darstellung in 5; die Konfigurationen 8b und 8c erfordern ein Pumpsystem, deren Kreislauf in 7 dargestellt ist. Während 8a ein Zweikompartment-System darstellt (Wundbereich, nicht abgebildet, und Kapillarinnenbereiche), stellt 8b ein Dreikompartment-System dar (Kompartment 1 ist der Wundbereich, nicht abgebildet, Kompartment 2 ist das Lumen der oberen Kapillare, Kompartment 3 ist das Lumen der unteren Kapillare. Die Kompartimente 2 und 3 sind in dieser Ausführung jeweils mit einer Zu- bzw. Ableitung 20, 21 versehen und perfundieren das Wundkompartiment 1 zwischen Einstromkompartiment 2 und Ausstromkompartiment 3.
In 8c sind zusätzlich noch die entsprechenden Pumpen (Zu- und Abführpumpen 22, 23) sowie ein Reservoir 24 und ein Abflussreservoir 25 mit abgebildet. Durch die Pfeile ist symbolisiert, dass das System im Gegenstrom betrieben wird.
9 zeigt die kombinierte Anwendung eines 3 kompartment arterio-venösen künstlichen Kapillarsystems mit den Kapillarhohlfasermembranen 31 und 32, die ein 2- und 3-unabhängiges Kompartiment bilden sowie mit einem Schwamm 30 zur separaten bzw. zusätzlichen Flüssigkeits- und/oder Substanz- und/oder Keim entfernung. Hier kann ein Stoffaustausch in der Wunde durch ein zusätzliches Entfernen von Wundsekret und Debris mittels des Schwammes 30 ergänzt werden. Über den Schwamm kann auch zusätzlich zum Stoffaustausch wie in den vorangegangenen 4, 5, 7 und 8b oder 8c beschrieben noch ein negativer Druck in der Wunde erzeugt werden, und/oder auch Sekret/Debris entfernt werden. Das Abflussreservoir ist dabei mit 34 und die Pumpe mit 33 bezeichnet.

Claims

Künstliches Kapillarmembransystem, das mit einer, ein erstes unabhängiges Kompartiment bildenden Umgebung in Verbindung steht, für die Wundbehandlung, umfassend mindestens eine ein weiteres zweites unabhängiges Kompartiment bildende perfundierbare Kapillarhohlfasermembrananordnung aus einer bis 1000 Hohlfasern mit einer Ausschlussgrenze für Moleküle von 1.000 bis 900.000 MW die über mindestens eine gemeinsame Zu- und mindestens eine gemeinsame Ableitung verfügt.
Kapillarsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausschlussgrenze im Bereich von 30.000 bis 600.000 MW, bevorzugt zwischen 35.000 bis 45.000 MW liegt.
Kapillarsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die das mindestens eine zweite unabhängige Kompartiment bildende Kapillarhohlfasermembrananordnung aus zwei bis 100 parallel angeordneten Hohlfasern besteht.
Kapillarsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die das mindestens eine zweite unabhängige Kompartiment bildende Kapillarhohlfasermembrananordnung aus zwei bis 100 mäanderförmig angeordneten Hohlfasern besteht.
Kapillarsystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei weitere, ein zweites und drittes unabhängige Kompartiment bildende Kapillarhohlfasermembrananordnungen vorgesehen sind.
Kapillarsystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass drei weitere, ein zweites, drittes und viertes unabhängige Kompartiments bildende Kapillarhohlfasermembrananordnungen vorgesehen sind.
Kapillarsystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede ein unabhängiges Kompartiment bildende Kapillarhohlfasermembrananordnung über mindestens eine Zu- und über mindestens eine Ableitung verfügt.
Kapillarsystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils ein unabhängiges Kompartiment bildenden Kapillarhohlfasermembrananordnungen über mindestens eine gemeinsame Zu- und über mindestens eine gemeinsame Ableitung verfügen.
Kapillarsystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern der Kapillarhohlfasermembrananordnung ausgewählt sind aus Polysulfon, Polyethersulfon, modifizierter Cellulose, Polyamid oder weiteren aus der medizinischen Hohlfasermembrantechnologie bekannten synthetischen oder natürlichen Polymeren bestehen und/oder aus resorbierbaren/verdaubaren/abbaubaren Biomaterialien einschließlich Kollagen.
Kapillarsystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern der Kapillarhohlfasermembrananordnung einen Innendurchmesser von 10 μm bis 20.000 μm, bevorzugt von 40 μm bis 800 μm aufweisen.
Kapillarsystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Zu- und die mindestens eine Ableitung der mindestens einen Kapillarhohlfasermembrananordnung mit mindestens einer Pumpvorrichtung verbunden ist.
Kapillarsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Flüssigkeitsmedienzufuhrpumpe und/oder eine Medienzufuhrpumpe und/oder eine Medienabfuhrpumpe und/oder eine Medienzirkulationspumpe vorgesehen ist.
Kapillarsystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die das mindestens eine weitere unabhängige Kompartiment bildende Kapillarhohlfasermembrananordnung zusätzlich mit einer Vorrichtung zur Drucksteuerung und/oder Flusssteuerung und/oder Fehlfunktionsabschaltung und/oder Medienerwärmung und/oder Medienoxigenierung und/oder mit Messsonden einschließlich für Druck, Fluss, PO2, CO2, Temperatur, pH, Elektrolyte, Glucose, Lactat und/oder mit entsprechenden Regelungseinheiten verbunden ist.
Kapillarsystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die das mindestens eine weitere unabhängige Kompartiment bildende Kapillarhohlfasermembrananordnung in einem offenen Perfusionsbetrieb angeordnet und betreibbar ist.
Kapillarsystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die das mindestens eine weitere unabhängige Kompartiment bildende Kapillarhohlfasermembrananordnung in einem Rezirkulationskreislauf mit Mediumzufuhrschenkel und Mediumabfuhrschenkel angeordnet und betreibbar ist.
Kapillarsystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens ein zweites unabhängiges Kompartiment bildende Kapillarhohlfasermembrananordnung in einem Kreislauf im Gegenstromverfahren angeordnet und betreibbar ist.
Kapillarsystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens ein zweites unabhängiges Kompartiment bildende Kapillarhohlfasermembrananordnung unter einer sterilisierbaren Wundabdeckung, beispielsweise einer Hautwundabdeckung, beispielsweise in Form einer Folie, angeordnet und betreibbar ist.
Kapillarsystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens ein zweites unabhängiges Kompartiment bildende Kapillarhohlfasermembrananordnung unter einer sterilisierbaren Wundabdeckung auf den Konturen eines unregelmäßigen Körpers, beispielsweise der Hautoberfläche und/oder im Abdomen und/oder in einer Weichteilwunde, angeordnet und betreibbar ist.
Kapillarsystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens ein zweites unabhängiges Kompartiment bildende Kapillarhohlfasermembrananordnung unter einer sterilisierbaren Wundabdeckung mit einem kombiniert angeordneten Saugschwamm und/oder in einer Wunde und/oder im Abdomen angeordnet und betreibbar ist, welcher über eine weitere Absaugleitung für Sekret und/oder Flüssigkeit und/oder Debris verfügt.
Kapillarsystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens ein zweites unabhängiges Kompartiment bildende Kapillarhohlfasermembrananordnung auf/in einer Wunde betreibbar ist, wobei unter Perfusion in den weiteren Kompartiments ein negativer Druck im ersten Kompartiment erzeugt wird.
Kapillarsystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die das mindestens ein zweites unabhängiges Kompartiment bildende Kapillarhohlfasermembrananordnung auf/in einer Wunde mit einem kombiniert angeordneten Saugschwamm angeordnet und betreibbar ist, wobei der Saugschwamm so ausgebildet ist, dass unter Perfusion in den weiteren Kompartiments ein negativer Druck im ersten Kompartiment erzeugt wird.
Verwendung einer mindestens ein unabhängiges Kompartiment bildenden perfundierbaren Kapillarhohlfasermembrananordnung als künstliches Kapillarsystem für die akute und/oder chronische Hautwundbehandlung, die Weichteilwundbehandlung, die Abdomenwundbehandlung und die Nahtdehiszionswundbehandlung.
Verwendung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das künstliche Kapillarsystem durch mindestens zwei unabhängige Kompartiments bildende Kapillarhohlfasermembrananordnungen gebildet ist.
Verwendung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antibiotika-, Wachstumsfaktoren-, Mediatoren-, Regenerationsfaktoren-, Dialysat-, Puffer-, Elektrolyt-Irrigationslösungs-, Sauerstoffträgerlösungs- und/oder Ernährungsperfusion durchgeführt wird.
Verwendung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Kapillarsystem eine Luft-, und/oder Sauerstoff und/oder Gasperfusion durchgeführt wird.
Verwendung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass vor und/oder während der Perfusion Zellen, einschließlich Hautzellen, eingebracht werden.
Verwendung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass Zellen über eine Zellsuspension mittels eines Sprühkopfes eingebracht/gesprüht werden.
Verwendung nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass Stammzellen und/oder autologe adulte Hautzellen und/oder autologe Hautprogenitorzellen und/oder fetale Zellen und/oder Plazentazellen und oder homologe Zellen und/oder gentechnologisch modifizierte Zellen und/oder Zelllinien eingebracht werden.
Verwendung nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen über die Kapillarhohlfasermembrananordnung temporär versorgt werden, um ein Tissue Engineering in der Wunde zu unterstücken.
Verwendung nach einem der Ansprüche 22 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass ein negativer Druck generiert wird, welcher auch unter gleichzeitiger Wundspülung aufrechterhalten werden kann.
Verwendung nach einem der Ansprüche 22 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass Sekrete aus dem die ein weiteres unabhängiges Kompartiment bildenden Umgebung entfernt werden.
Verwendung nach einem der Ansprüche 22 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass Keime aus dem die ein weiteres unabhängiges Kompartiment bildenden Umgebung entfernt werden.
Verwendung nach einem der Ansprüche 22 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass Debris aus dem die ein weiteres unabhängiges Kompartiment bildenden Umgebung entfernt wird.
Verwendung nach einem der Ansprüche 22 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass Sauerstoff per physikalischer Lösung oder per Sauerstoffträger in das die Umgebung bildende weitere unabhängige Kompartiment eingebracht wird.
Verwendung nach einem der Ansprüche 22 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass Wärme in das die Umgebung bildende weitere unabhängige Kompartiment eingebracht oder abgeleitet wird.
Verwendung nach einem der Ansprüche 22 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass eine kombinierter Stoffaustausch, Lavage, Drainage und ein negativer Druck mit dem die Umgebung bildenden weiteren unabhängigen Kompartiment unter kontinuierlicher Perfusion ermöglicht wird.
Verwendung nach einem der Ansprüche 22 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillarhohlfasermembrananordnung als temporäre extrakorporale oder intrakorporale Organunterstützung eingesetzt wird.
Verwendung nach einem der Ansprüche 22 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillarhohlfasermembrananordnung zur Hautregeneration einge setzt wird.
Verwendung nach einem der Ansprüche 22 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillarhohlfasermembrananordnung zum Verschließen von Wunden eingesetzt wird.
Verwendung nach einem der Ansprüche 22 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillarhohlfasermembrananordnung zur Durchblutungsförderung und/oder zur Regenration von Wundgefäßen eingesetzt wird.
Verwendung nach einem der Ansprüche 22 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillarhohlfasermembrananordnung zur Ernähung parallel eingebrachter Zellen und Unterstützung für ein physiologisches Milieu eingesetzt wird.
Verwendung nach einem der Ansprüche 22 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kapillarhohlfasermembrananordnung in Kombination mit einer permeablen Flachmembran so eingesetzt wird, daß die Entfernung nach längerem Verbleib in einer Wunde vereinfacht wird.
Verwendung nach einem der Ansprüche 22 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kapillarhohlfasermembrananordnung eingesetzt wird, die im Anschluss an die Nutzung zersetzt oder verdaut wird.
Verwendung nach einem der Ansprüche 22 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillarhohlfasermembrananordnung als Abdominelle Lavage und/oder Drainage und/oder Spüldrainage dient.