DE102015117945A1 - Blood vessel replacement, especially small-diameter blood vessel replacement - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Blutgefäßersatz, vor allem einen Kleindurchmesserblutgefäßersatz, der eine innere Schicht, die durch die Nanofasern und/oder Mikrofasern gebildet wird, und eine äußere Schicht aufweist, die durch die Nanofasern und/oder Mikrofasern gebildet wird, wobei beide dieser Schichten durch die Nanofasern und/oder Mikrofasern aus dem Kopolymer der Polymilchsäure (PLA) und Polykaprolakton (PCL) mit dem Verhältnis von PLA und PCL 9:1 bis 1:9 gebildet werden.The invention relates to a blood vessel replacement, in particular a small-diameter blood vessel replacement, comprising an inner layer, which is formed by the nanofibers and / or microfibers, and an outer layer, which is formed by the nanofibers and / or microfibers, both of these layers through the Nanofibers and / or microfibers from the copolymer of polylactic acid (PLA) and polycaprolactone (PCL) are formed with the ratio of PLA and PCL 9: 1 to 1: 9.
Description
Bereich der Technik Field of engineering
Die Erfindung betrifft einen Blutgefäßersatz, vor allem einen Kleindurchmesserblutgefäßersatz. The invention relates to a blood vessel replacement, especially a small diameter blood vessel replacement.
Stand der Technik State of the art
In der Gegenwart verwendet man als Blutgefäßersatz die Schläuche, die aus den Inertmaterialien gebildet werden, wie z.B. Polytetrafluorethylen (ePTFE), Polyester (PES, Dacron®) oder Polyurethan (PUR). Wie es sich in der Praxis allmählich zeigt, ist dieser Ersatz für Blutgefäßersatz mit einem inneren Durchmesser über 6 mm verwendbar, in dem ein genügender Blutdurchfluss herrscht, diese sind jedoch ganz ungeeignet zum Blutgefäßersatz mit einem kleineren inneren Durchmesser, da bei ihnen, dank der Inertheit und Hydrophobizität des angewandten Materials und des niedrigen Blutdurchflusses es einfach zur Entstehung der Blutausscheidungen (Thrombotisation), Durchwachsen der Glattmuskulaturzellen vom Außen in den inneren Raum des Blutgefäßes hin (intimale Hyperplasie) oder im Gegenteil zur Bildung der Bauchungen (Aneurysma) kommt. At the present time, hoses made of the inert materials such as polytetrafluoroethylene (ePTFE), polyester (PES, Dacron® ) or polyurethane (PUR) are used as blood vessel replacement. As is gradually becoming apparent in practice, this substitute can be used for blood vessel replacement with an inner diameter greater than 6 mm, in which there is sufficient blood flow, but these are quite unsuitable for blood vessel replacement with a smaller inner diameter, because with them, thanks to the inertness and hydrophobicity of the applied material and the low blood flow it simply comes to the emergence of blood excretion (thrombotisation), growth of smooth muscle cells from the outside into the inner space of the blood vessel (intimal hyperplasia) or on the contrary to the formation of the abdominal (aneurysm).
Diese Mängel werden gewissermaßen durch einen Blutgefäßersatz behoben, der aus biodegradabilen Materialien gebildet wird, wie z.B. Poly-ε-Kaprolakton (PCL) oder Poly-L-Milchsäure (PLLA), usw., die am Anfang als eine Unterstützung zum Abfangen und Wachstum der Zellen des Empfängers dienen, wobei sie diesen Zellen durch ihre allmähliche Zerlegung sog. Remodellierung des Zellgewebes, bzw. eine allmähliche Bildung eines neuen Gefäßes mit seiner natürlichen Struktur und dank dessen auch mit natürlichen Eigenschaften ermöglichen. Bei der Implantation dieses Blutgefäßersatzes bei Ratten ist es zu einer vollständigen Beseitigung der Thrombotisierung und zu einer erheblichen Beschränkung der Hyperplasie gekommen. These deficiencies are alleviated, as it were, by a blood vessel replacement formed of biodegradable materials, e.g. Poly-ε-caprolactone (PCL) or poly-L-lactic acid (PLLA), etc., which initially serve as a support for trapping and growing the cells of the recipient, thereby remodeling these cells by gradually degrading these cells , or a gradual formation of a new vessel with its natural structure and thanks to which also allow natural properties. Implantation of this blood vessel replacement in rats has resulted in complete elimination of thrombosis and a significant limitation of hyperplasia.
Der Nachteil dieser Materialien besteht jedoch in ihrer ungenügenden mechanischen Eigenschaft, die durch einen bedeutenden Anteil der kristallischen Phase verursacht wird. Die Degradationsprodukte PLLA erniedrigen darüber hinaus den physiologischen pH-Wert in der Ersatzumgebung, wodurch sie eine Entzündung verursachen können. Der gemeinsame Nachteil von PLLA, PCL, sowie anderen Polymeren besteht dann in einer unveränderlichen Dauer ihrer Degradation, wobei PLLA sich im Grunde genommen auf einmal zerlegt und PCL im Gegenteil dazu sich sehr ungern zerlegt. The disadvantage of these materials, however, is their insufficient mechanical property, which is caused by a significant proportion of the crystalline phase. The degradation products PLLA also lower the physiological pH in the replacement environment, which can cause inflammation. The common disadvantage of PLLA, PCL, as well as other polymers is then in a constant duration of their degradation, with PLLA basically decomposed at once and on the contrary PCL disassembled very reluctant.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Blutgefäßersatz, vor allem Kleindurchmesserblutgefäßersatz vorzuschlagen, den man sofort ohne die Notwendigkeit der vorherigen Bestückung mit den Endothelzellen verwenden kann, und dessen Material ermöglichen würde, die Zeit des Zerfalls dieses Ersatzes im Körper des Empfängers zu steuern, bzw. im Voraus zu einzustellen. The invention has for its object to propose a blood vessel replacement, especially small diameter blood vessel replacement, which can be used immediately without the need for prior placement with the endothelial cells, and whose material would allow to control the time of disintegration of this replacement in the body of the recipient, or to be adjusted in advance.
Darlegung des Wesens der Erfindung Explanation of the essence of the invention
Das Ziel der Erfindung wird durch einen Blutgefäßersatz erreicht, dessen Wesen darin besteht, dass dieser eine innere durch die Nanofasern und/oder Mikrofasern gebildete Schicht zum Abfangen und Wachstum der Endothelzellen und eine äußere durch Nanofasern und/oder Mikrofasern gebildete Schicht zum Abfangen und Wachstum der Glattmuskulaturzellen aufweist, wobei beide dieser Schichten durch die Nanofasern und/oder Mikrofasern aus Kopolymer der Polymilchsäure (PLA) und Polykaprolakton (PCL) gebildet werden, und zwar mit dem Verhältnis von PLA und PCL laut den Anforderungen 9:1 bis 1:9. Dieses Kopolymer weist im Grunde genommen bessere mechanisch-elastische Eigenschaften als ein beliebiges biologisch degradierbares Polymer auf, und ermöglicht zugleich mit dem Verhältnis von PLA und PCL erforderliche Dauer des Zerfalls des Blutgefäßersatzes zu erreichen. The object of the invention is achieved by a blood vessel substitute, which consists in that it has an inner layer formed by the nanofibers and / or microfibers for intercepting and growing the endothelial cells and an outer layer formed by nanofibers and / or microfibers for intercepting and growing the Smooth muscle cells, wherein both of these layers are formed by the polylactic acid (PLA) and polycaprolactone (PCL) copolymer nanofibers and / or microfibers with the ratio of PLA and PCL according to requirements 9: 1 to 1: 9. This copolymer basically has better mechanical-elastic properties than any biodegradable polymer and, at the same time as the ratio of PLA and PCL, enables the required decay time of the blood vessel replacement.
Zur Vereinfachung der Adhäsion der Endothelzellen ist an der inneren Oberfläche des Blutgefäßersatzes mindestens ein Adhäsionsprotein, wie z.B. Fibronektin usw. vorteilhaft gebunden. To facilitate the adhesion of the endothelial cells, at least one adhesion protein, e.g. Fibronectin, etc. are advantageously bound.
In jeder der Schichten des erfindungsgemäßen Blutgefäßersatzes kann mindestens ein aktiver Stoff eingeschlossen werden, der das Wachstum der Endothelzellen unterstützt und/oder das Wachstum der Glattmuskulaturzellen beschränkt und/oder die Blutgerinnung unterdrückt und/oder die Entzündung unterdrückt oder eindämmt. Dieser Stoff ist dabei im Material der Nanofasern und/oder Mikrofasern der äußeren Schicht und/oder der inneren Schicht des Blutgefäßersatzes gelagert, und/oder ist in den Kapseln aus einem biologisch mehr kompatiblen und biologisch degradierbaren Polymer gelagert, die zwischen den Nanofasern und/oder Mikrofasern der äußeren Schicht und/oder der inneren Schicht des Blutgefäßersatzes gelagert sind. In each of the layers of the blood vessel replacement according to the invention, at least one active substance can be included which supports the growth of endothelial cells and / or restricts the growth of smooth muscle cells and / or suppresses blood coagulation and / or suppresses or restricts the inflammation. This substance is stored in the material of the nanofibers and / or microfibers of the outer layer and / or the inner layer of the blood vessel replacement, and / or is stored in the capsules of a biologically more compatible and biodegradable polymer which is between the nanofibers and / or Microfibers of the outer layer and / or the inner layer of the blood vessel replacement are stored.
Ein vorteilhafter aktiver Stoff ist dabei beispielsweise ein geeigneter Donor von Stickstoffmonooxid (NO), wie z.B. S-Nitrosothiol oder N-Diazenium Doplat, usw. An advantageous active substance is, for example, a suitable donor of nitric oxide (NO), such as e.g. S-nitrosothiol or N-diazenium dopate, etc.
Zur Vereinfachung des Abfangens und Wachstums der Glattmuskulaturzellen auf der äußeren Schicht des Blutgefäßersatzes ist es vorteilhaft, wenn die Fasern dieser Schicht auf dem Umfang des Blutgefäßersatzes vorzügig senkrecht oder im Grunde genommen senkrecht zu seiner Längsachse angeordnet sind. To facilitate the interception and growth of the smooth muscle cells on the outer layer of the blood vessel replacement, it is advantageous if the fibers of this layer are arranged on the circumference of the blood vessel replacement in an exaggeratedly perpendicular or basically perpendicular to its longitudinal axis.
In der vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Blutgefäßersatzes weist seine innere Schicht die Dicke von 5 bis 50 Mikrometer und seine äußere Schicht die Dicke von 100 bis 300 Mikrometer auf. In the advantageous variant embodiment of the inventive blood vessel replacement, its inner layer has the thickness of 5 to 50 micrometers and its outer layer the thickness of 100 to 300 micrometers.
Erläuterung der Zeichnungen Explanation of the drawings
Auf den beigelegten Zeichnungen sind schematisch dargestellt: On the attached drawings are shown schematically:
Ausführungsbeispiele der Erfindung Embodiments of the invention
Der erfindungsgemäße Blutgefäßersatz ist als ein zwei- (siehe z.B.
In
In der vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Blutgefäßersatzes sind dann alle ihrer Schichten ausschließlich durch die Nanofasern gebildet, denn die innere Struktur der Nanofaserschichten, die durch eines der bekannten Verfahren der Nanofaserbildung gebildet sind, ist der natürlichen extrazellularen Masse sehr ähnlich, was der Infiltration und Besiedelung mit den Endothelzellen weiter beiträgt. Zwischen der äußeren Schicht und der inneren Schicht kann dabei mindestens eine Trennschicht gelagert werden, die aus Nanofasern und/oder Mikrofasern aus demselben Kopolymer gebildet ist. In the advantageous embodiment of the inventive blood vessel replacement then all of their layers are formed exclusively by the nanofibers, because the internal structure of the nanofiber layers, which are formed by one of the known methods of nanofiber formation, the natural extracellular mass is very similar, which infiltration and colonization with contributes to the endothelial cells on. Between the outer layer and the inner layer, at least one separating layer, which consists of nanofibers and / or or microfibers formed from the same copolymer.
In einer weiteren vorteilhaften Variante ist die Dicke der inneren Schicht des Blutgefäßersatzes in der Größenordnung von Zehnen von Mikrometern (vorteilhaft ca. 5 bis 50 Mikrometer) und die Dicke der äußeren Schicht des Blutgefäßersatzes liegt in der Größenordnung von Hunderten von Mikrometern (vorteilhaft 100 bis 300 Mikrometer), wobei die innere Schicht nur die Nanofasern mit einem Durchmesser bis 1 Mikron und die äußere Schicht die Fasern mit einem Durchmesser rund um 1 Mikron, vorteilhaft ca. 0,8 bis 1,5 Mikron, beziehungsweise auch mehr aufweist, d.h. sie ist durch die Nanofasern oder eine Mischung von Nanofasern und Mikrofasern, beziehungsweise nur durch Mikrofasern gebildet. In a further advantageous variant, the thickness of the inner layer of the blood vessel replacement is on the order of tens of micrometers (advantageously about 5 to 50 micrometers) and the thickness of the outer layer of the blood vessel replacement is on the order of hundreds of micrometers (advantageously 100 to 300 Micrometer), wherein the inner layer only the nanofibers with a diameter up to 1 micron and the outer layer, the fibers having a diameter around 1 micron, preferably about 0.8 to 1.5 microns, or even more, ie it is formed by the nanofibers or a mixture of nanofibers and microfibers, or only by microfibers.
Alle Schichten des Blutgefäßersatzes können aus demselben Kopolymer von PLA und PCL oder aus einer anderen Variante dieses Kopolymers mit einem unterschiedlichen Verhältnis von PLA und PCL gebildet werden. All layers of the blood vessel replacement can be formed from the same copolymer of PLA and PCL or from another variant of this copolymer with a different ratio of PLA and PCL.
Irgendeine der Schichten des erfindungsgemäßen Blutgefäßersatzes kann beim Bedarf mindestens einen aktiven Stoff enthalten, der das Wachstum der Endothelzellen unterstützt (z.B. Endothelwachstumsfaktor VEGR (= vascular endothelial growth factor), RGD oder REDV-Sequenz usw.) und/oder das Wachstum der Glattmuskulaturzellen beschränkt und/oder die Blutgerinnung unterdrückt (zum Beispiel Heparin) und/oder eine entzündliche Reaktion unterdrückt oder eindämmt (zum Beispiel die Stickstoffmonooxid lösenden Stoffe), usw. Dieser aktive Stoff/diese aktiven Stoffe können dabei direkt im Material der Fasern der jeweiligen Schicht gelagert werden (wenn er z.B. einen Teil des Durchmessers und/oder Länge der Fasern bildet, oder im Material der Fasern seine Moleküle, Ansammlungen von Molekülen, Nanopartikeln oder Mikropartikeln abgefangen sind), oder er kann in den Kapseln aus einem biologisch degradierbaren Polymer gelagert werden, z.B. Polyvinylalkohol (PVA), Polyvinylpyrolidon (PVP), Polyethylenoxid (PEO), Kopolymer der Polymilchsäure und Polyglykolsäure (PLGA), usw., die zwischen den Fasern der jeweiligen Schicht des Blutgefäßersatzes gelagert sind, im Falle der RGD und REDV Sequenzen kann dieser direkt auf der Oberfläche der Fasern gebunden werden. In allen Ausführungsvarianten löst sich dabei dieser aktive Stoff/diese aktiven Stoffe aus dem biologisch degradierbaren Polymer der Fasern und/oder Kapseln langzeitig (bis zu einigen Monaten) und gewissermaßen (z.B. durch die Wahl des Polymers und/oder seine Vernetzung/Nichtvernetzung, usw.) auch gesteuert. Ein geeigneter aktiver Stoff ist z.B. die Donoren des Stickstoffmonooxids (NO), als z.B. S-Nitrosothiole oder N-Diazenium Diolate, usw., denn der Stickstoffmonooxid wirkt vorbeugend aufs Kardiovaskularsystem, damit dieser die Aktivierung und Aggregation der Blutplättchen eindämmt, wodurch er Entstehung von Thromben verhindert, Endothelisierung unterstützt, Proliferation der Glattmuskulaturzellen eindämmt, wodurch er die Entstehung einer intimalen Hyperplasie verhindert und zugleich eine entzündliche Reaktion eindämmt, die im Körper des Empfängers immer nach der Implantation eines fremdartigen Materials entsteht. Any of the layers of the blood vessel replacement of the present invention may contain, when needed, at least one active agent that supports endothelial cell growth (eg vascular endothelial growth factor (VEGR), RGD or REDV sequence, etc.) and / or limits the growth of smooth muscle cells / or suppresses blood coagulation (for example, heparin) and / or suppresses or restricts an inflammatory reaction (for example, nitrogen monoxide solubilizers), etc. This active substance (s) may be stored directly in the material of the fibers of the respective layer ( for example, if it forms part of the diameter and / or length of the fibers, or in the material of the fibers its molecules, collections of molecules, nanoparticles or microparticles are intercepted), or it can be stored in the capsules of a biodegradable polymer, eg Polyvinyl alcohol (PVA), polyvinylpyrrolidone (PVP), polyethylene oxide (PEO), copolymer of polylactic acid and polyglycolic acid (PLGA), etc., which are stored between the fibers of the respective layer of blood vessel replacement, in the case of RGD and REDV sequences this can directly on be bonded to the surface of the fibers. In all embodiments, this active substance / active substances dissolves from the biodegradable polymer of the fibers and / or capsules for a long time (up to a few months) and to a certain extent (eg by the choice of the polymer and / or its crosslinking / non-crosslinking, etc.). ) also controlled. A suitable active substance is e.g. the donors of nitric oxide (NO), e.g. S-nitrosothiols or N-diazenium diolates, etc. Nitric Oxide has a preventative effect on the cardiovascular system to inhibit the activation and aggregation of platelets, preventing thrombi formation, supporting endothelialization, inhibiting smooth muscle cell proliferation, thereby preventing the formation of a inhibits intimal hyperplasia and at the same time restricts an inflammatory reaction that always occurs in the body of the recipient after the implantation of a foreign material.
Daneben kann die innere Oberfläche des Blutgefäßersatzes mit verschiedenen Adhäsionsproteinen, z.B. Fibronektin, usw. versehen werden, die die Adhäsion der Endothelzellen unterstützen. Diese Proteine binden sich dabei an die Oberfläche der Fasern durch die Nichtbindungsreaktionen. In addition, the inner surface of the blood vessel replacement may be filled with various adhesion proteins, e.g. Fibronectin, etc., which support the adhesion of the endothelial cells. These proteins bind to the surface of the fibers through the non-binding reactions.
In
Der erfindungsgemäße Blutgefäßersatz kann einen beliebigen inneren Durchmesser aufweisen, und zwar laut den jeweiligen Anforderungen, vorteilhaft handelt es sich jedoch um einen Kleindurchmesserblutgefäßersatz mit einem inneren Durchmesser unter 6 mm, der z.B. für Bypässe bestimmt ist. The blood vessel replacement according to the invention can have any inner diameter, according to the respective requirements, but advantageously it is a small-diameter blood vessel replacement having an inner diameter of less than 6 mm, e.g. is intended for bypasses.
Ein vorteilhaftes Verfahren zur Produktion des erfindungsgemäßen Blutgefäßersatzes wird unter der Berücksichtigung der
In der nicht dargestellten Ausführungsvariante kann man zur Produktion der Fasern
In einer anderen nicht dargestellten Ausführungsvariante kann man statt des elektrostatischen Verspinnens, wann man auf die jeweilige Spinnelektrode
Neben dem elektrostatischen oder elektrischen Verspinnen ist es jedoch möglich, zur Produktion der polymeren Nanofasern, Mikrofasern oder ihrer Mischungen auch ein Fliehkraftverspinnen zu verwenden, wenn die jeweilige Lösung zum Verspinnen durch die Fliehkraft aus den Öffnungen verdrängt wird, die im Mantel des rotierenden Körpers in der Form einer Scheibe (z.B. im Sinne
In allen Varianten kann dann die gegenseitige Raumanordnung der einzelnen Elemente der jeweiligen Einrichtung anders als in
Nach der Lagerung der Fasern
Nach der Herunternahme aus dem Kollektor
Verschiedene Parameter der einzelnen Schichten des Blutgefäßersatzes, vor allem eine andere Porosität der äußeren Schicht und der inneren Schicht erreicht man durch die Verwendung des Kopolymers mit einem anderen Verhältnis von PLA und PCL und/oder Verwendung eines anderen Lösemittels/Lösemittelsystems und/oder durch andere Bedingungen des Verspinnens bei der Bildung der einzelnen Schichten – z.B. Entfernung der Spinnelektrode/Spinnelektroden
In
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