DE102011000400A1

DE102011000400A1 - Conduit-Klappenprothese und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE102011000400A1
Application number: DE102011000400A
Authority: DE
Inventors: Dr. Goldmann Helmut; Prof. Dr. Sievers Hans-Hinrich
Original assignee: Aesculap AG
Current assignee: Aesculap AG
Priority date: 2011-01-28
Filing date: 2011-01-28
Publication date: 2012-08-02

Abstract

Um eine Conduit-Klappenprothese mit verbesserter Elastizität zur Verfügung zu stellen, wird vorgeschlagen, dass die Conduit-Klappenprothese einen elastischen, schlauchförmigen Grundkörper mit bulbenförmigen Ausbuchtungen und an den bulbenförmigen Ausbuchtungen angeformten Klappensegeln umfasst, wobei die Conduit-Klappenprothese, basierend auf einem PUR-Material, einstückig ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Conduit-Klappenprothese sowie ein Verfahren zu deren Herstellung. Die Erfindung betrifft insbesondere Conduit-Herzklappenprothesen und Conduit-Venenklappenprothesen.
Der Ersatz einer defekten Herzklappe, insbesondere der Aortenklappe und der Mitralklappe, ist in der Herzchirurgie ein etabliertes Verfahren. Üblicherweise stehen hierfür mechanische oder biologische Herzklappen zur Verfügung.
Sind außer der Herzklappe selbst auch die Aortenwurzel oder die Aorta ascendens degenerativ verändert, wie z. B. bei einem Aneurysma oder einer Dissektion, so müssen auch diese durch prothetisches Material ersetzt werden.
Hierzu eignen sich insbesondere sogenannte Conduits, d. h. Implantate, die neben einer Herzklappe auch eine Gefäßprothese aufweisen.
Typischerweise bestehen solche zusammengesetzte Implantate aus einer mechanischen oder biologischen Herzklappe und einer vorzugsweise gewebten Gefäßprothese, die in Kombination als Medizinprodukte zugelassen sind oder auch wahlweise vom Chirurgen selbst intraoperativ aus einer künstlichen Herzklappe und einer Gefäßprothese zusammengefügt werden können.
Herkömmliche Herzklappen haben die für die Patienten bekannten Nachteile, wie etwa die Notwendigkeit, lebenslang gerinnungshemmende Medikamente einzunehmen, die Möglichkeit einer degenerativen Veränderung, insbesondere Verkalkung, mit der Notwendigkeit einer Reoperation bei biologischen Herzklappen, sowie die Geräusche der Klappenbewegung bei mechanischen Herzklappen.
Die US 2003/0139805 A1 schlägt verschiedene Conduit-Prothesen aus biokompatiblen Materialien vor, die gegebenenfalls auch Herzklappen umfassen können. Als biokompatible Materialien werden natürliche Gewebematerialien genannt, ebenso wie synthetische Materialien in Form einer Reihe von Polymeren, die als Gewebe oder Maschenmaterial oder auch als Formkörper eingesetzt werden können.
Aus der DE 100 50 099 A1 ist eine Conduit-Herzklappenprothese bekannt mit einem bulbusförmige Ausbuchtungen aufweisenden Grundkörper, der auf einem Stützgehäuse aus Polyurethan (PUR) basiert und gegebenenfalls weitere Stützelemente aus Titan oder einer Titanlegierung enthält.
Aus der EP 1 579 827 A2 ist eine Conduit-Herzklappenprothese bekannt, bei der aufbauend auf einer gewebten und/oder gewirkten Gefäßprothese aus Polyester und Polyurethanvlies-Klappensegeln eine Conduit-Herzklappenprothese gefertigt wird, bei der durch Versprühen einer Polyurethanlösung auf dem Polyesterstützkörper und den Klappensegeln eine insgesamt mit einer Polyurethanoberfläche versehene Prothese hergestellt wird.
Nachteilig bei diesen Prothesen ist, dass sie den natürlichen Eigenschaften der Aorta ascendens nicht genügend nahe kommen.
Insbesondere erlauben die herkömmlichen Conduit-Herzklappenprothesen nicht in ausreichendem Maße einen Windkesseleffekt, bei dem durch die Elastizität der Aorta zu große Druckdifferenzen zwischen der systolischen Phase und der diastolischen Phase der Herzmuskelaktivität vermieden werden und eine Verstetigung des Blutflusses im Kreislaufsystem erzielt wird.
Die chronische Veneninsuffizienz ist eine häufig auftretende Gefäßkrankheit, bei deren Behandlung die Venenrekonstruktion oder Venenklappentransplantation eine wesentliche Bedeutung haben, um künftige Zirkulationsstörungen in den Extremitäten zu vermeiden.
Im Gegensatz zu den Arterien weisen die Venen Klappen auf, die in Form von zwei, seltener drei Klappensegeln den Blutrückfluß von den Extremitäten zum Herzen unterstützen.
Beispielsweise finden sich in der oberflächlichen Vena saphena des Beins bis zu 20 Venenklappen, die kurze Vena saphena enthält noch bis zu 12 Klappen und die tiefliegende Vena femoralis enthält zwei Klappen.
Bei Venenprothesen ergeben sich somit ähnlich Problemstellungen wie bei den zuvor beschriebenen Herzklappenprothesen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Conduit-Klappenprothese mit verbesserter Elastizität vorzustellen. Eine solche Conduit-Klappenprothese ist in Anspruch 1 definiert.
Nachdem die erfindungsgemäßen Conduit-Klappenprothesen sich sowohl als Herzklappenprothesen als auch als Venenklappenprothesen ausbilden lassen, betrifft die folgende Beschreibung immer beide Anwendungsfälle, außer es wird im direkten Zusammenhang auf eine Besonderheit der einen oder anderen der beiden Prothesen verwiesen.
Die erfindungsgemäße Conduit-Klappenprothese weist insbesondere einen elastischen, schlauchförmigen Grundkörper auf, der insbesondere stützkörperfrei ausgebildet sein kann, so dass der Vorteil des verwendeten PUR-Materials in Bezug auf eine Verbesserung des Windkesseleffekts besonders gut zur Geltung kommen kann.
Bei bevorzugten erfindungsgemäßen Conduit-Klappenprothesen sind der schlauchförmige Grundkörper und optional auch die Klappensegel mikroporös ausgebildet. Die Mikroporosität zumindest der Oberflächen des Grundkörpers und optional auch der Klappensegel erlaubt die Besiedelung mit Zellen, insbesondere patienteneigenen Zellen, was eine Vielfalt von nachoperativen Problemen beseitigen kann.
Das zur Bildung der erfindungsgemäßen Conduit-Klappenprothese verwendete PUR-Material ist vorzugsweise, zumindest im Bereich des elastischen, schlauchförmigen Grundkörpers, als PUR-Vlies ausgebildet.
Ein solches PUR-Vlies lässt sich beispielsweise als Sprüh-Vlies herstellen oder auch alternativ mit der Melt-Blown-Technik.
Bevorzugte PUR-Materialien umfassen lineares PUR. Weiter bevorzugt basiert das PUR-Material auf aliphatischem PUR, insbesondere gebildet aus makromolekularen und/oder niedermolekularen aliphatischen Diolen sowie aliphatischen Diisocyanaten.
Besonders bevorzugt sind die makromolekularen Diole ausgewählt aus Polycarbonaten, beispielsweise 1,6-Hexandiolpolycarbonat. Die niedermolekularen Diole werden bevorzugt ausgewählt aus 2,2,4-Trimethylhexandiol, 2,4,4-Trimethylhexandiol und/oder 1,4-Butandiol.
Als aliphatische Diisocyanate werden bevorzugt cycloaliphatische Diisocynate eingesetzt, beispielsweise in Form von 4,4'-Dicyclohexylmethandiisocyanat oder 1,4-Cyclohexyldiisocyanat.
Bevorzugte PUR-Materialien können auch auf verschiedenen Diolen und/oder Diisocyanaten basieren, wobei die vorstehend genannten Diole und Diisocyanate auch in einem solchen PUR-Material bevorzugt zum Einsatz kommen.
Andere bevorzugte PUR-Materialien sind in den folgenden Druckschriften im Einzelnen beschrieben, auf die vollumfänglich Bezug genommen und deren Inhalt durch Bezugnahme zum Inhalt der vorliegenden Beschreibung gemacht wird: DE 36 43 465 A1 , DE 33 18 730 A1 , DE 41 07 284 A1 , EP 1 579 827 A2 Abschnitt [0011] sowie der Polymer Report "Biocompatible Polyurethanes for Medical Techniques" des Forschungsinstituts der ENKA AG, Obernburg, Deutschland.
Die PUR-Materialien können so verarbeitet werden, dass sich bei der erfindungsgemäßen Conduit-Klappenprothese eine Elastizität bei dem schlauchförmigen Grundkörper einstellt, mit der ein natürlicher Windkesseleffekt erzielbar ist.
Ein Effekt, wie er typischerweise bei jungen Erwachsenen bei der Aorta ascendens beobachtet wird, entspricht einer Volumenänderung von beispielsweise etwa 40 ml, die am aortenseitigen Teil des elastischen, schlauchförmigen Grundkörpers mit den bulbenförmigen Ausbuchtungen als eine Aufweitung in radialer Richtung beobachtet wird. Anders ausgedrückt wird vorzugsweise eine Durchmesservergrößerung während eines Herzzyklus ermöglicht von ca. 4% bis ca. 12%, insbesondere von ca. 6% bis ca. 10%.
Für die Venenklappenprothesen sind ebenfalls Durchmesservergrößerungen von ca. 6% bis ca. 10% bevorzugt.
Optional können die erfindungsgemäßen Conduit-Klappenprothesen einen oder mehrere medizinische und/oder pharmazeutische Wirkstoffe umfassen.
Als Wirkstoff kommen vorzugsweise auch solche Stoffe in Frage, die Stammzellen aus dem Blut anlocken, um dadurch eine Zellbesiedelung der Prothese zu begünstigen.
Bei besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Conduit-Klappenprothesen umfasst das PUR-Material Nanosilber als Wirkstoff, insbesondere mit der Funktion als antimikrobielles Additiv.
Weiterhin bevorzugt werden Additive, wie z. B. Antibiotika für die Infektionsprophylaxe dem PUR-Material zugegeben.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden die Oberflächen modifiziert, so dass insbesondere die Innenoberflächen der Prothese eine geringere Oberflächenthrombogenität aufweisen. Geeignete Maßnahmen zur Minderung der Material- und Strukturthrombogenität sind dem Fachmann geläufig.
Bevorzugte Conduit-Klappenprothesen weisen in ihrer mikroporösen Grundstruktur auf der innen liegenden Oberfläche eine kleinere Porengröße auf als an der außen liegenden Oberfläche.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform nimmt die Porengröße von der innen liegenden zur außen liegenden Oberfläche des Grundkörpers im Wesentlichen gleichförmig zu.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform werden die außen und innen liegenden Oberflächen von Schichten mit verschiedener Porosität gebildet.
Bei beiden bevorzugten Ausführungsformen lässt sich aufgrund der geringeren Porosität der Innenoberfläche zum einen eine gute Dichtigkeit gegenüber der Blutflüssigkeit erzielen, während zum anderen aufgrund der gröberen Porenstruktur der Außenoberfläche eine Besiedelung mit Zellen, insbesondere an der Außenoberfläche der Prothese unterstützt wird.
Bei besonders bevorzugten Prothesen umfasst die Wand des schlauchförmigen Grundkörpers eine im Wesentlichen für wässrige Flüssigkeiten undurchlässige Sperrschicht. Die Sperrschicht kann sehr dünn sein, beispielsweise ca. 1 μm bis ca. 50 μm. Eine solche Sperrschicht kann als blutdicht gelten.
Eine solche Sperrschicht kann auf der Innenoberfläche, benachbart zur Innenoberfläche oder auch im Inneren der Wand des Grundkörpers, beispielsweise ungefähr mittig zwischen Innen- und Außenoberfläche der Wand, angeordnet sein.
Bei besonders bevorzugten Conduit-Klappenprothesen ist die Prothese mit Zellen, insbesondere patienteneigenen Zellen, besiedelt, insbesondere auf der Innenoberfläche der Prothese. Geeignete Zellen für die Besiedlung der erfindungsgemäßen Klappenprothese sind insbesondere Endothelzellen. Weiter bevorzugt kann die Besiedlung mehrlagig sein, so dass beispielsweise eine erste Lage auf dem PUR-Material aus Fibroblasten und/oder glatten Muskelzellen besteht, während eine weitere Zellschicht der Prothese aus Endothelzellen gebildet ist.
Die vorerwähnte Mikroporosität ergibt sich vorzugsweise aus Mikroporen, deren Porengröße im Bereich von ca. 0,1 bis ca. 100 μm, bevorzugt im Bereich von ca. 0,1 bis ca. 10 μm liegt.
Von größerer Bedeutung als die Porengröße, insbesondere bei der Verwendung einer Sperrschicht, ist das Vorhandensein eines ausreichenden Porenvolumens, das vorzugsweise ca. 30 bis ca. 80 Vol.% beträgt, weiter bevorzugt ca. 45 bis ca. 55 Vol.%. Diese Volumina stellen die für das Einlagern von Zellen bei der Besiedelung benötigte Mikrostruktur zur Verfügung.
Besonders günstig ist es, wenn das PUR-Vlies eine Luftdurchlässigkeit aufweist, die im Bereich von ca. 1 bis ca. 1.000 ml Luft/min·cm², insbesondere ca. 5 bis ca. 500 ml Luft/min·cm², gemessen bei einer Druckdifferenz von ca. 1,2 KPa liegt. Der Parameter der Luftdurchlässigkeit reflektiert sowohl die Porengröße als auch das Porenvolumen des PUR-Vlieses. Die Luftdurchlässigkeit lässt sich mit einem Densometer, z. B. von der Fa. Gurley Precision Instruments, bestimmen (Gurley-Test entsprechend ASTM D726-58).
Die Elastizität des PUR-Materials lässt sich sowohl über die Dicke des hergestellten schlauchförmigen Grundkörpers bzw. dessen Wandung beeinflussen, als auch durch das Einarbeiten von beispielsweise wenig oder im Wesentlichen nicht elastischen Fasermaterialien.
So sind beispielsweise bei Conduit-Herzklappenprothesen über deren Länge unterschiedliche Elastizitätswerte erzielbar. Diese sind bevorzugt in dem der Herzkammer abgelegenen Teil der Prothese am größten, während im Bereich der angeformten Klappensegel eine geringere Elastizität gewünscht sein kann..
Geeignete Fasermaterialien sind z. B. Carbonfasern und Polyesterfasern.
Eine Variation der Elastizität lässt sich in vielen Fällen auch zufrieden stellend mittels einer bereichsweise größeren Wanddicke realisieren.
Ergänzend oder alternativ kann eine verminderte Elastizität auch durch ein vermindertes Porenvolumen in den entsprechenden Wandbereichen realisiert werden.
Die erfindungsgemäßen Conduit-Herzklappenprothesen können optional mit einer oder mehr angeformten Anschlussprothesen ausgebildet werden, insbesondere solchen, die als Anschlussprothesen für die Adaption der Koronararterien ausgebildet sind.
Die erfindungsgemäßen Conduit-Klappenprothesen weisen bevorzugt einen Grundkörper auf, der sich über den die Klappen aufnehmenden Bereich hinaus erstreckt, so dass die Adaption an die Anschlussgefäße erleichtert ist.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung einer Conduit-Klappenprothese, wie sie im Vorstehenden beschrieben wurde. Dieses Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Verfahrensschritte des Anspruchs 16 auf.
Entgegen den Vorschlägen im Stand der Technik wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermöglicht, ein stützkörperfreies Implantat bzw. eine stützkörperfreie Prothese zu fertigen, mit der der natürliche Windkesseleffekt zumindest näherungsweise realisiert werden kann, entgegen den mit Stützkörpern versehenen Prothesen, wie sie beispielsweise in der DE 100 50 099 A1 oder der EP 1 579 827 A2 beschrieben sind.
Wichtig ist insbesondere auch die Ausbildung von bulbenförmigen Ausbuchtungen, die erlauben, dass die Klappensegel den Querschnitt des schlauchförmigen Grundkörpers im Wesentlichen vollständig freigeben können.
Letzteres ist bei Herzklappenprothesen in der systolischen Phase der Herztätigkeit von besonderer Bedeutung.
Gleichzeitig lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein elastischer, schlauchförmiger Grundkörper herstellen, mit dem der natürliche Windkesseleffekt angenähert bzw. im Wesentlichen vollständig realisiert werden kann.
Bevorzugt wird erfindungsgemäß das PUR-Flachmaterial mithilfe einer die Ausbuchtungen als Vertiefungen enthaltenden Form hergestellt, insbesondere mittels Aufsprühen eines PUR-Materials.
Die Sprühtechnik zur Herstellung von PUR-Material, insbesondere auch von PUR-Vlies, ist in der Literatur bekannt und insbesondere in den beiden oben genannten Druckschriften, der DE 100 50 099 A1 bzw. EP 1 579 827 A2 bereits für den Fachmann ausreichend beschrieben.
Erfindungsgemäß wird vorzugsweise auch bei der Herstellung der PUR-Lagen, die in einem späteren Schritt zu Klappensegeln ausgebildet werden, auf das Aufsprühen des PUR-Materials zurückgegriffen, derart, dass die Conduit-Klappenprothese insgesamt im Wesentlichen aus einem PUR-Vlies-Material hergestellt ist.
Erfindungsgemäß können die Klappensegel als Mitralklappen oder als Taschensegel ausgebildet werden.
Das Fixieren der lateralen Enden des PUR-Flachmaterials aneinander zur Bildung des schlauchförmigen Grundkörpers wird vorzugsweise mittels einer Naht vorgenommen.
Alternativ können die lateralen Enden auch miteinander verschweißt oder verklebt werden.
Des Weiteren lässt sich das PUR-Material auswählen aus solchen Materialien, die mit einem medizinischen bzw. pharmazeutischen Wirkstoff versetzt sind.
Vor allem für Conduit-Klappenprothesen ist es bevorzugt an die Prothese Anschlussprothesen anzuformen, die insbesondere für die Adaption an Koronararterien ausgebildet sind.
Schließlich ist optional vorgesehen, dass bei dem Herstellungsverfahren die Conduit-Klappenprothese, insbesondere zumindest an der Innenoberfläche, mit Zellen besiedelt wird, wobei hier insbesondere patienteneigene Zellen bevorzugt werden, wie dies im Vorstehenden im Zusammenhang mit der Beschreibung der erfindungsgemäßen Conduit-Klappenprothese schon beschrieben wurde.
Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen im Einzelnen:
1: eine erfindungsgemäße Conduit-Herzklappenprothese;
2a und 2b: eine Form zur Herstellung eines Flachmaterials zur Ausbildung der erfindungsgemäßen Conduit-Herzklappenprothese in Draufsicht bzw. in einer Schnittdarstellung;
3a und 3b: die Form der 2b mit einem bereits ausgebildeten. PUR-Vlies bzw. mit PUR-Vlies und Sperrschicht;
4: den Gegenstand der 3a mit eingelegtem Formkörper;
5: die Darstellung der 4 mit einer zusätzlich aufgebrachten PUR-Lage auf dem Formkörper sowie dem ursprünglichen PUR-Vlies;
6: den Gegenstand der 5 mit aufgetrennten PUR-Lagen zur Entnahme der Formkörper;
7a und 7b: das aus der Form entnommene PUR-Sprüh-Vlies in Draufsicht bzw. Querschnittsdarstellung; und
8 eine erfindungsgemäße Conduit-Venenklappenprothese in schematischer Darstellung.
1 zeigt eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnete Conduit-Herzklappenprothese in teilweise aufgebrochener Darstellung mit einem schlauchförmigen Grundkörper 12 mit einem herzseitigen Ende 13 und einem sortenseitigen Ende 14.
Zwischen dem herzseitigen Ende 13 und dem aortaseitigen Ende 14 ist ein Abschnitt 16 des schlauchförmigen Grundkörpers 12 vorhanden, in dem drei in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte bulbenförmige Ausbuchtungen 18 ausgebildet sind.
Im Bereich der bulbenförmigen Ausbuchtungen 18 sind im Inneren der Prothese 10 drei als Taschensegel ausgebildete Klappensegel 20 angeordnet, die an ihrem herzseitigen Ende sowie lateral mit der Wandung des Grundkörpers 12 verbunden sind, während ihr der Aorta zu weisendes Ende offen und beweglich ist, so dass sie zusammen den Querschnitt der Prothese verschließen oder freigeben können.
Die Prothese wird aus einem im Wesentlichen rechteckigen Ausgangsmaterial gebildet, dessen laterale Enden zur Bildung der Schlauchform des Grundkörpers aneinander fixiert werden. In 1 ist schematisch eine Naht 22 eingezeichnet, die vom herzseitigen Ende 13 der Prothese 10 bis zum sortenseitigen Ende 14 verläuft und die lateralen Enden des Flachmaterials aneinander fixiert.
Die Wand der Prothese 10 wird in dem dem sortenseitigen Ende 14 benachbarten Bereich mit einer Elastizität ausgerüstet, die es erlaubt, den natürlichen Windkesseleffekt zu erzielen, d. h. die sortenseitige Wandung in der systolischen Phase der Herztätigkeit aufweiten zu lassen, um eine Volumenvergrößerung in diesem Bereich zu ermöglichen. Vorzugsweise erlaubt die Prothese. eine Durchmesservergrößerung während des Herzzyklus um ca. 4 bis ca. 12%, weiter bevorzugt um ca. 6 bis ca. 10%.
Bei einer alternativen Ausführungsform (nicht gezeigt) können die Klappensegel als Mitralklappen ausgebildet sein.
Schließlich können am oberen Ende zweier Ausbuchtungen 18 Öffnungen 24, 25 vorgesehen sein, an die optional Anschlussprothesen für die Adaption der Koronararterien angeformt werden können.
Im Folgenden sei anhand der 2 bis 7 das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Conduit-Herzklappenprothese noch näher erläutert.
Die 2a und 2b zeigen eine plattenförmige, rechteckige Form 30 in der Draufsicht bzw. im Querschnitt, die mit drei Einbuchtungen 32 versehen ist.
Auf diese Form wird eine PUR-Material-Lösung aufgesprüht zur Bildung eines PUR-Vlieses, wie dies in der Literatur bekannt ist. Dem PUR-Material können medizinische bzw. pharmazeutische Wirkstoffe beigegeben sein.
Dabei wird eine Lage eines Flachmaterials 34 gebildet (3a), welches vorzugsweise eine im Wesentlichen homogene Dicke über die gesamte Oberfläche der Form 30 aufweist, die beispielsweise im Bereich von ca. 10 bis ca. 1250 μm, insbesondere ca. 150 bis ca. 750 μm, liegen kann.
Das Flachmaterial kann, falls gewünscht zur Verstärkung Fasern (beispielsweise Carbon- und/oder Polyesterfasern) in dem PUR-Sprüh-Vlies 34 eingebettet umfassen (nicht gezeigt), um insbesondere an der Basis der später zu bildenden Klappensegel eine geringere Elastizität der Wandung der Prothese zu gewährleisten.
Bevorzugt wird dieser Effekt mittels einer größeren Wanddicke und/oder einem PUR-Vlies mit geringerem Porenvolumen in diesem Bereich der Prothese erreicht.
In beiden Fällen wird eine größere Druckstabilität erreicht, wobei bei der bevorzugten Alternative die Elastizitätswerte in einem bevorzugten Umfang erhalten bleiben.
Bevorzugte erfindungsgemäße Prothesen sind frei von Verstärkungsfasern.
Ergänzend kann auf dem PUR-Vlies 34 eine Sperrschicht 35 aufgebracht werden, die ebenfalls aus PUR-Material hergestellt sein kann und die im Wesentlichen für wässrige Flüssigkeiten undurchlässig ist (vgl. 3b). Damit wird auch bei relativ grobporigem PUR-Vlies 34 sichergestellt, dass die Prothese 10 blutdicht ist.
Sobald die gewünschte Dicke des PUR-Sprüh-Vlieses 34 erreicht ist – gegebenenfalls noch nach dem Aufbringen der Sperrschicht 35 – werden in die auch bei dem Flachmaterial 34 vorhandenen bulbenförmigen Ausbuchtungen 36 Formkörper 38 eingelegt (vgl. 4). Für die Ausbildung von Taschensegeln sind diese Formkörper vorzugsweise ovoid gestaltet.
Auf die Gesamtheit von PUR-Vlies 34 und Formkörper 38 wird dann weiteres PUR-Material aufgetragen, so dass sich an den herzseitigen und sortenseitigen Bereichen des PUR-Vlieses eine größere Dicke ergibt, während die Formkörper 38 von Lagen 40 bedeckt werden, die stoffschlüssig mit dem PUR-Vlies 34 rings um den jeweiligen Formkörper 38 verbunden sind (5).
Wurde vor dem Einlegen der Formkörper 38 eine Sperrschicht 35 erzeugt, ist diese herz- und aortenseitig in die Wandung der Prothese integriert, während sie im Bereich der Taschensegel 20 bzw. der Bulbi 18 an der Innenoberfläche der Prothese angeordnet ist.
Im Bereich der bulbenförmigen Ausbuchungen ist die Wanddicke des PUR-Vlieses geringer, entsprechend der in dem ersten Auftragsschritt erzielten Wandstärke. Dies verleiht der Prothese bereits in ihrem dem Aorta seitigen Ende benachbarten Bereich ein höhere Elastizität, wodurch das Erzielen eines dem natürlichen Windkesseleffekt nahekommenden Effekt unterstützt.
Bevorzugt Wandstärken für die Bulbi liegen im Bereich von ca. 10 bis ca. 1.250 μm, insbesondere ca. 150 bis ca. 750 μm.
Die. Wandstärken der Segel werden ebenfalls bevorzugt im Bereich von ca. 10 bis ca. 1.250 μm, insbesondere ca. 150 bis ca. 750 μm, weiter bevorzugt von ca. 200 bis ca. 500 μm gewählt.
Demgegenüber kann die Wandstärke der herzseitigen und sortenseitigen Bereiche des schlauchförmigen Grundkörpers beispielsweise im Bereich von ca. 100 μm bis ca. 2.500 μm liegen.
Sobald das PUR-Material ausreichend ausgehärtet ist, werden die Lagen 40 durchtrennt (vgl. 6) und die Formkörper 38 entfernt. Die einseitig offenen Taschen 41 werden dann zur Form von zusammenpassenden Taschensegeln zugeschnitten und aortenseitig eventuelle Reste der Lagen 40 sauber abgetrennt.
Im Ergebnis erhält man ein Flachmaterial 34 mit einstückig angeformten Segmenten 42 (vgl. 7a und 7b), die zusammen mit der Wandung der Ausbuchtungen 36 die Taschensegel 20 bilden. Es brauchen nur noch die lateralen. Enden 44, 45 des Flachmaterials 34 entlang der strichpunktierten Linien 46, 47 abgetrennt und die gebildeten Schnittkanten zur Bildung eines schlauchförmigen Grundkörpers zusammengefügt zu werden, insbesondere durch Vernähen. Alternativ oder zusätzlich können die lateralen Enden verklebt oder verschweißt werden.
Die Taschensegel 20 kommen dabei im Inneren des Grundkörpers 12 zu liegen (1), wo sie aufgrund ihrer Form den Querschnitt des schlauchförmigen Grundkörpers verschließen oder durch ein Zurückweichen in die bulbenförmigen Ausbuchtungen 18 den Querschnitt des schlauchartigen Grundkörpers im Wesentlichen vollständig freigeben können.
Das PUR-Sprüh-Vlies wird vorzugweise als mikroporöses PUR-Sprüh-Vlies ausgebildet, wobei die Porengröße im Inneren der Prothese kleiner ist als im außen liegenden Bereich. Beispielsweise können die Poren eine Größe von ca. 0,1 bis ca. 80 μm aufweisen, wobei die größeren Porengrößen an der Außenseite der Prothese zu liegen kommen. Bevorzugt weist das PUR-Vlies ein Porenvolumen im Bereich von ca. 45 bis ca. 55 Vol.% auf. Die Luftdurchlässigkeit (nach Gurley) ist bevorzugt im Bereich von ca. 1 ml bis ca. 1.000 ml Luft/min/cm², gemessen bei einer Druckdifferenz von ca. 1,2 kPa.
Vorstellbar ist, dass das PUR-Vlies in der ersten gebildeten Lage des Flachmaterials 34 eine größere Porengröße aufweist und in dem zweiten Schritt des Auftrags von PUR-Material eine Technik gewählt wird, mit der eine geringere Porengröße erzielt wird, so dass sich ein ungefähr stufenförmiger Verlauf der Porengröße über die Dicke der Wandung des PUR-Sprüh-Vlieses 34 ergibt. Verwendet man eine Sperrschicht 35 (vgl. 3b), die alternativ auch insgesamt auf der Innenoberfläche der Prothese angeordnet werden kann, besteht eine größere Gestaltungsfreiheit die Porengröße des PUR-Vlieses betreffend.
Die Mikroporosität der Lagen 40, die später die Klappensegel 42 bilden, kann eine geringere Porengröße aufweisen als die Außenseite des schlauchförmigen Grundkörpers bzw. des PUR-Flachmaterials.
Die Mikroporosität ist insbesondere an der Innenoberfläche von Bedeutung, da die Prothese bevorzugt vor dem Einsetzen beim Patienten mit Zellen besiedelt wird, die vorzugsweise von dem Patienten selbst stammen, um so eine optimale Verträglichkeit der Prothese und eine geringstmögliche Belastung des Patienten postoperativ zu ermöglichen.
Eine Gesamtdicke des PUR-Flachmaterials liegt vorzugsweise im Bereich von ca. 100 μm bis ca. 2.500 μm, vorzugsweise ca. 300 μm bis ca. 1.500 um, wobei die Dicke der Lagen, die die Klappensegel 42 bilden, vorzugsweise im Bereich von ca. 10 μm bis ca. 1.250 μm, weiter bevorzugt ca. 150 bis ca. 750 μm liegt.
Am folgenden Beispiel soll die Herstellung einer erfindungsgemäßen Conduit-Herzklappenprothese noch näher erläutert werden:
An eine feststehende Platte (vgl. Form 30 der 2a und 2b) mit drei als Einbuchtungen 32 ausgeformten Sinus-Taschen sowie gegebenenfalls Annulus und Aorta ascendens Prothesenbereichen (in 2a und 2b nicht gezeigt) wird eine Polyurethanlösung in Chloroform (Polyurethan-Konzentration ca. 10 Gew.-% auf das Gesamtvolumen der Lösung bezogen) mit 70 Zyklen unter Ausbildung einer Polyurethanschicht aufgesprüht. Der Sprühauftrag der Polyurethanlösung erfolgt in einem Abstand von ca. 250 mm zur Platte 30 und unter einem Druck von ca. 0,4 bar. Nach erfolgter Trocknung wird durch Einlegen dreier Formkörper 38 in die Taschen und einem Sprühen von weiteren 50 Zyklen die Ausformung der Klappensegel vorgenommen. Danach werden die Formkörper 38 aus den Taschen entfernt und anschließend durch entsprechenden Zuschnitt die Segel 20 ausgebildet. Nach dem Ablösen der Prothese von der Sprühgutplatte 30 wird diese in Längsrichtung zusammengelegt und über eine Naht 22 die Enden verbunden.
Optional kann die erfindungsgemäße Prothese noch mit einer Sperrschicht 35 versehen werden.
8 zeigt eine erfindungsgemäße bicuspide Conduit-Venenklappenprothese 50 mit einem schlauchförmigen Grundkörper 52 und zwei an den Grundkörper an seiner inneren Oberfläche angeformten Klappensegeln 56. Die schwalbennestartig ausgebildeten Klappensegel 56 sind mit ihrem freien Rand 54 herzwärts gerichtet. Beim Zurückfließen des Blutes zum Herzen geben die Klappensegel 56 das Lumen der Vene frei, so dass es weitgehend unbehindert den Bereich der Klappensegel 56 passieren kann. Ein Zurückströmen wird nachfolgend dadurch verhindert, dass sich die Klappensegel 56 wieder in das Lumen hinein erstrecken und dichtend mit ihren freien Rändern, wie in 8 schematisch gezeigt, aneinander anliegen. So kann, beispielsweise durch von außen wirkende Kräfte der Skelettmuskulatur, der Blutdruck in einer Vene erhöht werden, worauf sich eine herzseitig gelegene Venenklappe öffnet während die zum Herzen weiter abgelegene Klappe geschlossen bleibt.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Venenklappenprothese erfolgt im Wesentlichen wie bei den zuvor beschriebenen Conduit-Herzklappenprothesen, wobei für die Venenklappenprothesen typischerweise nur zwei Kuppen ausgebildet werden müssen, weshalb bei der Form 30 entsprechend nur zwei Einbuchtungen 32 vorgesehen werden. Wie bei der Conduit-Herzklappenprothese wird auch bei der Venenklappenprothese optional eine Sperrschicht (nicht gezeigt) ausgebildet.
Muss ein längerer Abschnitt einer Vene durch eine Prothese ersetzt werden, in dem mehr als eine Venenklappe vorhanden ist, ist es mit dem erfindunggsgemäßen Verfahren problemlos möglich mit einer entsprechend abgeänderten Form 30 in Längsrichtung der Prothese beispielsweise zwei von einander beabstandete Venenklappen auszubilden und ebenfalls als einstückiges Transplantat zur Verfügung zu stellen.
Der Durchmesser der Venenklappenprothesen ist typischerweise geringer als der der Herzklappenprothesen. Dem kann bereits bei der Fertigung durch entsprechend kleinere Abmessungen der Form 30 Rechnung getragen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2003/0139805 A1 [0007]
DE 10050099 A1 [0008, 0053, 0058]
EP 1579827 A2 [0009, 0026, 0053, 0058]
DE 3643465 A1 [0026]
DE 3318730 A1 [0026]
DE 4107284 A1 [0026]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

”Biocompatible Polyurethanes for Medical Techniques” des Forschungsinstituts der ENKA AG, Obernburg, Deutschland [0026]
ASTM D726-58 [0044]

Claims

Conduit-Klappenprothese, umfassend einen elastischen, schlauchförmigen Grundkörper mit bulbenförmigen Ausbuchtungen und an den bulbenförmigen Ausbuchtungen angeformte Klappensegel, wobei die Conduit-Klappenprothese, basierend auf einem PUR-Material, einstückig ausgebildet ist.
Conduit-Klappenprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper stützkörperfrei ist.
Conduit-Klappenprothese nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das PUR-Material als PUR-Vlies ausgebildet ist.
Conduit-Klappenprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der schlauchförmige Grundkörper mikroporös ausgebildet ist.
Conduit-Klappenprothese nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das PUR-Vlies ein Porenvolumen von ca. 30 Vol.% bis ca. 80 Vol.%, insbesondere ca. 45 Vol.% bis ca. 55 Vol.% aufweist.
Conduit-Klappenprothese nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das PUR-Vlies eine Luftdurchlassigkeit im Bereich von ca. 1 bis ca. 1.000 ml Luft/min·cm², gemessen bei einer Druckdifferenz von ca. 1,2 kPa, aufweist.
Conduit-Klappenprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper eine blutdichte Sperrschicht umfasst.
Conduit-Klappenprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastizität des schlauchförmigen Grundkörpers so gewählt ist, dass ein Windkesseleffekt erzielbar ist.
Conduit-Klappenprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das PUR-Material einen oder mehrere medizinische und/oder pharmazeutische Wirkstoffe, insbesondere Wirkstoffe, die Stammzellen aus dem Blut anlocken, um eine Besiedelung der Prothese zu begünstigen und/oder ein Antibiotikum, umfasst.
Conduit-Klappenprothese nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das PUR-Material Nanosilber als Wirkstoff umfasst.
Conduit-Klappenprothese nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mikroporöse Grundkörper an seiner innen liegenden Oberfläche eine kleinere Porengröße aufweist als an seiner außen liegenden Oberfläche.
Conduit-Klappenprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Prothese zumindest auf ihrer Innenoberfläche mit Zellen, insbesondere patienteneigene Zellen besiedelt ist.
Conduit-Klappenprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappensegel als Taschensegel ausgebildet sind.
Conduit-Klappenprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Prothese als Conduit-Herzklappenprothese ausgebildet ist und dass optional an die Prothese eine oder mehrere Anschlussprothesen angeformt sind.
Conduit-Klappenprothese nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Prothese als Conduit-Venenklappenprothese ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Conduit-Klappenprothese gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt ein elastisches PUR-basierendes Flachmaterial mit den bulbenförmigen Ausbuchtungen hergestellt wird, dass in einem zweiten Schritt in jede der bulbenförmigen Ausbuchtungen ein der jeweiligen Ausbuchtung angepasster Formkörper eingelegt wird, dass in einem dritten Schritt auf das Flachmaterial und die Formkörper weiteres PUR-Material aufgetragen und mit dem PUR-Flachmaterial stoffschlüssig verbunden wird, so dass die Formkörper jeweils von einer PUR-Lage bedeckt sind, dass in einem vierten Schritt die die Formkörper bedeckenden PUR-Lagen zur Entnahme der Formkörper durchtrennt werden, dass in einem fünften Schritt aus den PUR-Lagen bewegliche, mit dem Grundkörper verbundene Klappensegel gebildet werden, und dass in einem sechsten Schritt laterale Enden des PUR-Flachmaterials zu einem schlauchförmigen Grundkörper zusammengeführt und aneinander fixiert werden, so dass die Klappensegel im Innern des Grundkörpers angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das PUR-Flachmaterial mit Hilfe einer die Ausbuchtungen als Vertiefungen enthaltenden Form hergestellt wird, insbesondere mittels Aufsprühen eines PUR-Materials.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dass die PUR-Lagen durch Aufsprühen eines PUR-Materials auf das die Formkörper enthaltende PUR-Flachmaterial hergestellt und mit dem PUR-Flachmaterial stoffschlüssig verbunden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass laterale Enden des PUR-Flachmaterials mittels einer Naht aneinander fixiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das PUR-Material mit einem medizinischen und/oder pharmazeutischen Wirkstoff versetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Conduit-Klappenprothese zumindest an ihrer Innenoberfläche mit Zellen, insbesondere patienteneigenen Zellen, besiedelt wird.