DE102019124879A1 - Bioactive carrier - Google Patents
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Abstract
Bioaktiver Träger für die Ansiedlung lebender Zellen, mit einem porösen dreidimensionalen Steggerüst (2) aus Glas, umfassend eine poröse Verstärkungsstruktur (3) aus einem synthetischen, im menschlichen oder tierischen Körper auflösbaren Polymer.Bioactive carrier for the settlement of living cells, with a porous three-dimensional bar framework (2) made of glass, comprising a porous reinforcing structure (3) made of a synthetic polymer which can be dissolved in the human or animal body.
Description
Die Erfindung betrifft einen bioaktiven Träger für die Ansiedlung lebender Zellen, mit einem porösen dreidimensionalen Steggerüst aus Glas.The invention relates to a bioactive carrier for the settlement of living cells, with a porous three-dimensional bar framework made of glass.
Die Arthrose ist eine häufige und durch entstehende Behandlungskosten und Arbeitsunfähigkeit volkswirtschaftlich sehr wichtige Gelenkerkrankung, deren Bedeutung vor dem Hintergrund des derzeitigen demografischen Wandels zunimmt. Sie ist derzeit noch unheilbar, gekennzeichnet durch einen fortschreitenden Verlauf, wobei in den Gelenken unter anderem der Knorpel angegriffen wird, seine Festigkeit verliert und teilweise aufgelöst wird. Die Arthrose entsteht oft als Folge von Gelenkknorpelverletzungen, denn der Gelenkknorpel und Knorpelgewebe im Allgemeinen verfügen nur über eine äußerst geringe Selbstheilungsfähigkeit. Als Behandlungsoption zur Rekonstruktion der Gelenkflächen nach Knorpelverletzungen und fortgeschrittener Arthrose bleibt häufig nur ein entsprechender chirurgischer Eingriff, der oft mit einem teilweisen oder kompletten Ersatz des Gelenks durch ein Implantat einhergeht. Alternativ hierzu wird die Möglichkeit der Züchtung von entsprechendem körpereigenem Knorpelgewebe in vitro als biologischer Ersatz angestrebt. Dieses Ersatzgewebe wird nach seiner Züchtung in den Knorpeldefekt des Patienten übertragen, um den defekten Gelenkknorpel zu ersetzen.Osteoarthritis is a common joint disease that is very important for the economy as a result of treatment costs and incapacity for work, and its importance is increasing against the background of current demographic change. It is currently still incurable, characterized by a progressive course, whereby the cartilage in the joints, among other things, is attacked, loses its strength and is partially dissolved. Osteoarthritis often occurs as a result of articular cartilage injuries, because the articular cartilage and cartilage tissue in general only have an extremely low self-healing capacity. The treatment option for the reconstruction of the joint surfaces after cartilage injuries and advanced osteoarthritis is often only a corresponding surgical intervention, which is often accompanied by a partial or complete replacement of the joint with an implant. As an alternative to this, the aim is to cultivate the body's own cartilage tissue in vitro as a biological replacement. After cultivation, this replacement tissue is transferred into the patient's cartilage defect in order to replace the defective articular cartilage.
Um eine dreidimensionale Anordnung der Knorpelzellen zu gewährleisten, werden natürliche und synthetische Biomaterialien eingesetzt, die sich, sobald die Gewebeneubildung im Defekt vorangeschritten ist, auflösen sollen.In order to ensure a three-dimensional arrangement of the cartilage cells, natural and synthetic biomaterials are used, which should dissolve as soon as the new tissue formation in the defect has progressed.
Dieses Verfahren der Gewebegewinnung durch Züchtung kultivierter Zellen in einem geeigneten Biomaterial wird „Tissue Engineering“ genannt. Hierbei wird also zunächst in vitro, d.h. in einer Zellkultur eine Zellproliferation von adhärenten Zellen und eine anschließende Gewebebildung auf einem dreidimensionalen bioaktiven Träger erreicht. Um dieses in vitro Wachstum von Knorpelzellen, sog. Chondrozyten zu erreichen, müssen aus dem Körper entnommene Zellen in einer geeigneten Umgebung stimuliert werden. Eine passende geometrische Anordnung der Zellen kann die Bildung des neuen Gewebes unterstützen. Für das in vitro Wachstum der Zellen und eine Gewebebildung sind mehrere grundlegende Faktoren von hoher Bedeutung:
- Es muss ein geeignetes offenporiges Gerüst mit einer Porosität von wenigstens 60 % für das Wachstum der Zellen vorhanden sein, also ein bioaktiver Träger, der nicht nur die mechanischen Anforderungen, die an einen solchen Träger im zukünftigen Gewebe gestellt werden, erfüllt, sondern der auch hinreichend zyto- und biokompatibel ist, um das Zellüberleben zu gewährleisten und keine Entzündung auszulösen.
- There must be a suitable open-pore framework with a porosity of at least 60% for the growth of the cells, i.e. a bioactive carrier that not only meets the mechanical requirements that will be placed on such a carrier in future tissue, but also adequately is cyto- and biocompatible in order to ensure cell survival and not cause inflammation.
Auf dem bioaktiven Träger, dem sogenannten Scaffold, müssen lebende und vermehrbare Zellen ansiedelbar sein. Das heißt, dass eine hinreichende Zelladhäsion am Scaffold möglich sein muss. Die Zelloberflächenrezeptoren müssen daher Strukturen im Scaffold als Bindungsmotive erkennen und die dafür erforderlichen Kofaktoren (u.a. Ionen) müssen ausreichend verfügbar sein.Living and reproducible cells must be able to settle on the bioactive carrier, the so-called scaffold. This means that sufficient cell adhesion to the scaffold must be possible. The cell surface receptors must therefore recognize structures in the scaffold as binding motifs and the necessary cofactors (including ions) must be sufficiently available.
Weiterhin muss eine Anregung und Kontrolle einer Zelltyp-spezifischen Signaltransduktion der lebenden Zellen möglich sein, was beispielsweise durch Wachstumsstimulatoren (wie Wachstumsfaktoren, Ionen, aber auch eine geeignete Scaffoldtopologie) erreicht werden kann.Furthermore, it must be possible to stimulate and control a cell-type-specific signal transduction of the living cells, which can be achieved for example by growth stimulators (such as growth factors, ions, but also a suitable scaffold topology).
Schließlich muss für eine initiale Zellproliferation, also eine Zellvermehrung und ein Zellwachstum, sowie eine spätere Differenzierung der Zellen ein förderliches extrazelluläres Milieu in dem Scaffold und um die Zellen herum vorhanden sein.Finally, for an initial cell proliferation, that is to say cell multiplication and cell growth, as well as later differentiation of the cells, a beneficial extracellular milieu must be present in the scaffold and around the cells.
Von besonderem Interesse ist die durch u.a. die geometrische Scaffoldstruktur (Topologie) und Wachstumsfaktoren gesteuerte Synthese einer neuen extrazellulären Knorpelmatrix durch die Zellen im Scaffold, da der Gelenkknorpel zu über 90 % aus extrazellulärer Matrix (ECM = extracellular matrix) besteht. Bei den Stimulationsfaktoren für das Zellwachstum und für die Matrixsynthese kann man im Wesentlichen zwischen elektro-/ biochemischen, Struktur-assoziierten und mechanischen Faktoren unterscheiden. Wenn sich die angesiedelten Zellen gut vermehren sollen, sind diese Faktoren entsprechend für die zu züchtende Zellart zu wählen.Of particular interest is the synthesis of a new extracellular cartilage matrix by the cells in the scaffold, which is controlled by the geometric scaffold structure (topology) and growth factors, since the articular cartilage consists of over 90% extracellular matrix (ECM = extracellular matrix). In terms of stimulation factors for cell growth and for matrix synthesis, one can essentially differentiate between electro- / biochemical, structure-associated and mechanical factors. If the colonized cells are to multiply well, these factors must be selected accordingly for the type of cell to be grown.
Im Rahmen des Tissue Engineering stellt dabei der bioaktive Träger ein zentrales Element dar, denn er muss einerseits mechanisch hinreichend stabil sein, andererseits muss er die Zelladhäsion, das Zellwachstum und die ECM-Synthese ermöglichen. Auch muss er auflösbar („degradierbar“) sein, wobei durch das Auflösen des bioaktiven Scaffolds entstehende Konzentrationsgradienten von Ionen mit entsprechenden chemischen und elektrochemischen Potentialen die Zellproliferation, die Zelldifferenzierung und die ECM-Synthese unterstützen können. Glas wird in diesem Zusammenhang als exzellenter Werkstoff für die Herstellung eines solchen bioaktiven Trägers angesehen.In the context of tissue engineering, the bioactive carrier represents a central element, because on the one hand it must be mechanically stable enough, on the other hand it must enable cell adhesion, cell growth and ECM synthesis. It must also be dissolvable (“degradable”), whereby the dissolving of the bioactive scaffold results in concentration gradients of ions with corresponding chemical and electrochemical potentials, cell proliferation, cell differentiation and ECM synthesis can support. In this context, glass is regarded as an excellent material for the production of such a bioactive carrier.
Solche bioaktiven Träger, auch Biogläser genannt, sind in unterschiedlichen Anwendungen bekannt, beispielsweise aus
In
Dies führt zu einer reduzierten chemischen Beständigkeit und fördert die Auflösung des Trägers beim in vivo-Einsatz, das heißt, dass sich der Glasträger aufgrund des bei einem in vivo-Einsatz gegebenen hydrolytischen Säure-Lauge-Angriffs des umgebenden Mediums auch auflöst. Diese Auflösbarkeit, also die Biodegradierung, ist eine zentrale Eigenschaft eines jeden bioaktiven Trägers aus Glas, wenn er in vivo eingesetzt werden soll.This leads to a reduced chemical resistance and promotes the dissolution of the carrier during in vivo use, that is to say that the glass carrier also dissolves due to the hydrolytic acid-alkali attack of the surrounding medium during in vivo use. This ability to dissolve, i.e. biodegradation, is a central property of every bioactive glass carrier if it is to be used in vivo.
Die spezifischen Glasstrukturen eines solchen bioaktiven Trägers, wie er beispielsweise aus
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, einen demgegenüber verbesserten bioaktiven Träger anzugeben.The invention is thus based on the problem of specifying a bioactive carrier which is improved in comparison.
Zur Lösung dieses Problems ist bei einem bioaktiven Träger der eingangs genannten Art erfindungsgemäß eine poröse Verstärkungsstruktur aus einem synthetischen, im menschlichen oder tierischen Körper auflösbaren Polymer vorgesehen.To solve this problem, a porous reinforcing structure made of a synthetic polymer that can be dissolved in the human or animal body is provided according to the invention in a bioactive carrier of the type mentioned at the beginning.
Der erfindungsgemäße bioaktive Träger zeichnet sich durch eine zusätzliche Verstärkungsstruktur aus, die dazu dient, den Träger selbst zu verstärken oder zu versteifen, ihm also als Gesamtbauteil eine höhere mechanische Festigkeit zu verleihen, so dass er in der Lage ist, kurzzeitig auch höhere Belastungen aufzunehmen, ohne dass es zu einem Auseinanderklaffen oder Zerbrechen des Steggerüsts kommt. Zusätzlich zu dem Steggerüst aus Glas, das im Hinblick auf den in vivo-Einsatz natürlich ebenfalls grundsätzlich im menschlichen oder tierischen Körper über einen entsprechenden Zeitraum aufgelöst werden kann, wird eine ebenfalls poröse Verstärkungsstruktur am Steggerüst vorgesehen, die aus einem synthetischen, im menschlichen oder tierischen Körper ebenfalls zellverträglich, also nicht-toxisch auflösbaren Polymer besteht. Wie auch das Steggerüst ist auch die Verstärkungsstruktur porös, um die Eigenschaft des Trägers als quasi schwammartiges Gebilde beizubehalten und eine Ansiedlung von Zellen innerhalb des gesamten Volumens des dreidimensionalen Trägers zu ermöglichen.The bioactive carrier according to the invention is characterized by an additional reinforcement structure which serves to reinforce or stiffen the carrier itself, i.e. to give it greater mechanical strength as an overall component, so that it is able to withstand higher loads for a short time, without the bar framework opening up or breaking. In addition to the bar framework made of glass, which, with regard to in vivo use, can of course also basically be dissolved in the human or animal body over a corresponding period of time, a likewise porous reinforcement structure is provided on the bar framework, which consists of a synthetic, human or animal The body is also cell-compatible, i.e. non-toxic, dissolvable polymer. Like the bar framework, the reinforcement structure is also porous in order to retain the property of the carrier as a quasi sponge-like structure and to enable cells to settle within the entire volume of the three-dimensional carrier.
Während ein reines, unverstärktes Steggerüst bei Druckbelastung in sich zusammenbricht, da die Stege kontinuierlich brechen, hat sich gezeigt, worauf nachfolgend noch eingegangen wird, dass sich durch Applizieren einer solchen Polymer-Verstärkungsstruktur die Festigkeit respektive Widerstandsfähigkeit des bioaktiven Trägers gegen eine solche mechanische Belastung deutlich verbessert, da der Träger quasi elastische Eigenschaften aufweist und unter Belastung seine Form behält und der Belastung einen Widerstand entgegensetzt. Das heißt, dass das Glasgerüst respektive Scaffold im Wesentlichen erhalten bleibt und nicht in seine Einzelteile zerbricht, mithin also eine Glasgerüststabilisierung gegeben ist und ein erhöhter Widerstand gegenüber einer Druckbelastung respektive Verdichtung erreicht wird.While a pure, unreinforced bar framework collapses under pressure because the bars break continuously, it has been shown, which will be discussed below, that applying such a polymer reinforcement structure increases the strength or resistance of the Bioactive carrier against such a mechanical load is significantly improved, since the carrier has quasi elastic properties and retains its shape under load and offers resistance to the load. This means that the glass framework or scaffold is essentially retained and does not break into its individual parts, so that the glass framework is stabilized and an increased resistance to pressure loading or compression is achieved.
Diese Polymerverstärkung ermöglicht daher die Realisierung eines Implantats, das einen verbesserten Widerstand gegen äußere Belastungen aufweist und dem bioaktiven Träger eine Formstabilität mit elastischem Verhalten verleiht, ohne dass die vorteilhaften Eigenschaften des Bioglases beeinträchtigt werden.This polymer reinforcement therefore enables the implementation of an implant that has an improved resistance to external loads and gives the bioactive carrier dimensional stability with elastic behavior without the advantageous properties of the bioglass being impaired.
Als Glas zur Bildung des dreidimensionalen Steggerüsts kann wie gesagt jedes Bioglas verwendet werden, das grundsätzlich im menschlichen oder tierischen Körper auflösbar ist und das die Ansiedlung von lebenden Zellen ermöglicht. Neben Gläsern, wie sie einleitend bereits beschrieben wurden, eignet sich insbesondere das aus
Eine wesentliche Eigenschaft der Polymer-Verstärkungsstruktur ist, neben der Verleihung der entsprechenden Festigkeit respektive Widerstandsfähigkeit bezüglich mechanischer Belastungen, die Auflösbarkeit des Polymers im menschlichen oder tierischen Körper, also im in vivo-Einsatz, das heißt, dass das Polymer entsprechend abbaubar ist, wobei während dieses Abbaus keine das Zellwachstum nachteilig beeinträchtigenden oder gewachsene Zellen wieder zerstörenden toxischen Stoffe emittiert werden sollen. Ein Polymer, das sich hierfür als besonders geeignet erwiesen hat, ist ein Polymer aus der Gruppe der Polylactide, also der Polymilchsäuren (PLA, polylactic acid). Hierbei handelt es sich um synthetische Polymere, die zu den Polyestern zählen und die aus vielen, chemisch aneinander gebundenen Milchsäuremolekülen aufgebaut sind. Aufgrund ihrer Molekülstruktur sind sie sehr gut biologisch abbaubar, was sie für einen in vivo-Einsatz auszeichnet.An essential property of the polymer reinforcement structure, in addition to giving it the appropriate strength or resistance to mechanical loads, is the ability of the polymer to dissolve in the human or animal body, i.e. in vivo use, i.e. that the polymer is correspondingly degradable, while during this degradation, no toxic substances that adversely affect cell growth or that again destroy cells that have grown should be emitted. A polymer that has been found to be particularly suitable for this is a polymer from the group of polylactides, ie polylactic acids (PLA, polylactic acid). These are synthetic polymers that count among the polyesters and that are made up of many chemically bonded lactic acid molecules. Due to their molecular structure, they are very readily biodegradable, which makes them ideal for in vivo use.
Unter den Polylactiden sind insbesondere Poly(L-lactid), Poly(L-lactid-co-glycolid), Poly(L-lactid-co-D,L-lactid), Poly(D,L-lactid) oder Poly(D,L-lactid-co-glycolid) geeignet, die Verstärkungsstruktur herzustellen. In der nachfolgenden Tabelle sind zu den geeigneten biodegradierbaren synthetischen Polymeren die ungefähren Abbauraten im menschlichen Körper sowie die inhärente Viskosität, die ein Maß für die Elastizität des Materials ist, dargestellt.
Gemäß einer ersten Erfindungsalternative kann die Verstärkungsstruktur eine das Steggerüst außenseitig umgebende Faserstruktur sein. Demgemäß wird also die Verstärkungsstruktur quasi außenseitig am Steggerüst, dieses quasi einfassend oder umgebend, angebracht. Diese äußere Verstärkungsstruktur ist elastisch und setzt einer äußeren Belastung einen entsprechenden Widerstand entgegen, so dass das quasi innenliegende Steggerüst geschützt ist.According to a first alternative of the invention, the reinforcement structure can be a fiber structure surrounding the bar framework on the outside. Accordingly, the reinforcement structure is attached quasi on the outside of the bar framework, quasi enclosing or surrounding it. This outer reinforcement structure is elastic and provides a corresponding resistance to an external load, so that the quasi-internal bar framework is protected.
Dabei kann erfindungsgemäß die Verstärkungsstruktur in Form einer Umspinnung um das Steggerüst ausgeführt sein. Das heißt, dass um das Steggerüst eine dünne Polymerfaser gesponnen wird, die das Steggerüst nach Art eines sehr offenporigen Kokons umgibt, wobei die Fasern nur punktuell am Steggerüst anliegen. Dabei wird die Umspinnung bevorzugt derart angebracht, dass das Steggerüst allseitig eingefasst ist.According to the invention, the reinforcing structure can be designed in the form of a wrapping around the bar framework. This means that a thin polymer fiber is spun around the bar framework, which surrounds the bar framework in the manner of a very open-pored cocoon, with the fibers only contacting the bar framework at certain points. In this case, the wrapping is preferably attached in such a way that the bar framework is enclosed on all sides.
Die Umspinnung ist, wie beschrieben, derart anzubringen, dass nach wie vor die Offenporigkeit gegeben ist. Bevorzugt wird die Umspinnung respektive Faserstruktur derart angebracht, dass die von ihr bedeckte Oberfläche maximal 10% beträgt. Das heißt, dass also 90% oder mehr der das Steggerüst einhüllenden Fläche nicht umsponnen ist, dass also über 90% der Oberfläche der durch das Steggerüst definierten Außenseite nach wie vor offen ist und ein Einbringen der Nährlösung und ein Zellwachstum im Inneren ohne Probleme möglich ist.As described, the wrapping is to be attached in such a way that the open pores are still there. The wrapping or fiber structure is preferably applied in such a way that the surface it covers is a maximum of 10%. This means that 90% or more of the area enveloping the bar framework is not wrapped, that is to say over 90% of the surface of the outside defined by the bar framework is still open and an introduction of the nutrient solution and cell growth inside is possible without problems.
Die Fasern der Faserstruktur selbst weisen bevorzugt einen Durchmesser von 2 - 100 µm, insbesondere von 5 - 75 µm und vorzugsweise von 10 - 50 µm auf, das heißt, dass es sich um extrem feine Fasern handelt.The fibers of the fiber structure themselves preferably have a diameter of 2-100 μm, in particular 5-75 μm and preferably 10-50 μm, that is to say that the fibers are extremely fine.
Während gemäß der ersten Erfindungsalternative die Verstärkungsstruktur außenseitig auf die Stegstruktur aufgebracht ist, ist gemäß einer zweiten Erfindungsalternative vorgesehen, als Verstärkungsstruktur eine im Inneren des Steggerüsts ausgebildete Faserstruktur zu applizieren. Hier ist also die Verstärkungsstruktur im Volumen des Glasgerüsts ausgebildet. Die die Verstärkungsstruktur bildenden Fasern erstrecken sich hier zwischen den Stegen, wobei sie sich gegebenenfalls auch über mehrere Stege erstrecken können. Bevorzugt bildet die Faserstruktur eine zumindest abschnittsweise zusammenhängende Fasergerüststruktur, das heißt, dass sich nicht nur einzelne Fasern zwischen den Stegen, diese versteifend, erstrecken, sondern ein echtes Polymergerüst als zusätzliches Versteifungsgerüst innerhalb des Glasgerüsts gebildet ist.While, according to the first alternative of the invention, the reinforcement structure is applied on the outside of the bar structure, according to a second alternative of the invention, a fiber structure formed in the interior of the bar framework is applied as the reinforcement structure. Here the reinforcement structure is thus formed in the volume of the glass framework. The fibers forming the reinforcement structure here extend between the webs, and they can optionally also extend over several webs. The fiber structure preferably forms an at least partially connected fiber framework structure, which means that not only do individual fibers extend between the webs, stiffening them, but a real polymer framework is formed as an additional stiffening framework within the glass framework.
Auch hier wirkt die Versteifungsstruktur, also beispielsweise das Polymergerüst, festigkeitserhöhend, so dass bei einer etwaigen Belastung das Glasgerüst nicht in sich zusammenbricht, sondern aufgrund der elastischen Eigenschaften der Verstärkungsstruktur der Belastung ein Widerstand entgegengesetzt wird, so dass der Träger eine gewisse Elastizität aufweist und imstande ist, etwaige Belastungen aufzunehmen.Here, too, the stiffening structure, for example the polymer framework, increases the strength so that the glass framework does not collapse in the event of a load, but rather a resistance is opposed to the load due to the elastic properties of the reinforcement structure, so that the carrier has a certain elasticity and is able to do so is to absorb any burdens.
Auch bei dieser zweiten Erfindungsalternative wird trotz Integration der Verstärkungsstruktur nach wie vor ein hoher Porositätsgrad aufrechterhalten, um ein Zellwachstum im Trägerinneren zu ermöglichen. Die Porosität des Trägers sollte trotz integrierter Verstärkungsstruktur respektive integriertem Polymergerüst wenigstens 80% betragen.In this second alternative of the invention, too, despite the integration of the reinforcement structure, a high degree of porosity is still maintained in order to enable cell growth in the interior of the carrier. The porosity of the carrier should be at least 80% in spite of the integrated reinforcement structure or integrated polymer framework.
Wenngleich von den vorstehend beschriebenen beiden Alternativen entweder die außenseitige Faserstruktur oder die innenseitige Faserstruktur als Verstärkungsstruktur appliziert werden kann, ist es erfindungsgemäß auch denkbar, sowohl eine außenseitige Faserstruktur als auch eine innere Faserstruktur vorzusehen, also beide Verstärkungstechniken zu kombinieren. Beispielsweise wird zuerst die innere Faserstruktur, also beispielsweise das zusammenhängende Polymergerüst im Glasgerüst ausgebildet, wonach in einem zweiten Schritt die äußere Verstärkungsstruktur durch Umspinnen appliziert wird. Die Porosität ist nach wie vor ausreichend, um das Trägervolumen mit Zellen zu besiedeln, wobei die Festigkeit des Trägers in diesem Fall noch größer ist als bei Applikation nur eines Verstärkungsstrukturtyps.Although of the two alternatives described above, either the outside fiber structure or the inside fiber structure can be applied as a reinforcement structure, it is also conceivable according to the invention to provide both an outside fiber structure and an inside fiber structure, i.e. to combine both reinforcement techniques. For example, the inner fiber structure, that is to say, for example, the cohesive polymer framework, is first formed in the glass framework, after which, in a second step, the external reinforcing structure is applied by spinning. The porosity is still sufficient to colonize the carrier volume with cells, the strength of the carrier in this case being even greater than when only one type of reinforcement structure is applied.
Das Steggerüst selbst sollte eine Porosität von wenigstens 80%, bevorzugt mehr, aufweisen, wobei, wie ausgeführt, durch Applikation der entsprechenden Versteifungsstrukturen die Gesamtporosität des Trägers nur geringfügig reduziert wird.The bar framework itself should have a porosity of at least 80%, preferably more, wherein, as stated, the overall porosity of the carrier is only slightly reduced by applying the corresponding stiffening structures.
Die Porengröße des Steggerüsts sollte zwischen 20 - 300 µm, insbesondere zwischen 50 - 200 µm betragen, während die Stege des Steggerüsts eine Dicke von 10 - 400 µm, insbesondere 20 - 200 µm und vorzugsweise zwischen 50 - 150 µm aufweisen können.The pore size of the bar framework should be between 20-300 µm, in particular between 50-200 µm, while the bars of the bar framework can have a thickness of 10-400 µm, in particular 20-200 µm and preferably between 50-150 µm.
Das Steggerüst selbst kann auf unterschiedliche Weise hergestellt werden. Denkbar ist es, das Steggerüst aus miteinander durch Sintern verbundenen Glasfasern herzustellen. Hier werden also einzelne Glasfasern, entweder einzeln oder beispielsweise in Form von vorgefertigten Glasfasermatten oder Glasfasergelegen oder Ähnlichem übereinandergelegt und durch Sintern an den einzelnen Kontaktstellen miteinander verbunden, so dass sich ein entsprechendes Glasgerüst ausbildet. Unter Verwendung solcher Glasfasern ist es möglich, verschiedenartige Trägergeometrien herzustellen, beispielsweise in Form von Platten, rechteckigen oder quadratischen Würfeln, Trapez- oder Kugelformen, aber auch Hohlkörper wie beispielsweise ein Röhrchen oder dergleichen. Denn die Glasfasern können in unterschiedliche Geometrien gelegt und anschließend zusammengesintert werden, was es ermöglicht, die Grundform des bioaktiven Trägers im Hinblick auf die gewünschte Geometrie des fertigen, besiedelten Implantats auszulegen.The bar framework itself can be produced in different ways. It is conceivable to produce the bar framework from glass fibers connected to one another by sintering. Here, individual glass fibers, either individually or, for example, in the form of prefabricated glass fiber mats or glass fiber layers or the like, are superimposed and connected to one another by sintering at the individual contact points, so that a corresponding glass framework is formed. Using such glass fibers, it is possible to produce various types of carrier geometries, for example in the form of plates, rectangular or square cubes, trapezoidal or spherical shapes, but also hollow bodies such as a tube or the like. This is because the glass fibers can be laid in different geometries and then sintered together, which makes it possible to design the basic shape of the bioactive carrier with regard to the desired geometry of the finished, populated implant.
Alternativ zur Verwendung von Glasfasern, die natürlich entsprechend der gewünschten Stegdicke sehr dünn sind, sieht eine zweite Alternative zur Herstellung des Steggerüsts vor, dieses aus einem gesinterten Glaspulver zu fertigen. Bei dieser Alternative wird beispielsweise eine Polymerträgerstruktur verwendet, die mit einer Glaspulversuspension belegt wird. In einem anschießenden Sintervorgang werden die Glaspartikel durch Sintern miteinander verbunden, während die Polymerträgerstruktur verbrennt. Hier ergibt sich ebenfalls ein poröses, dreidimensionales Steggerüst, dessen Geometrie von der Geometrie der Polymerträgerstruktur abhängt. Es ist offensichtlich, dass auch hier je nach Form der Polymerträgerstruktur beliebige Trägergeometrien hergestellt werden können.As an alternative to the use of glass fibers, which are naturally very thin in accordance with the desired web thickness, a second alternative for producing the bar framework provides for it to be made from a sintered glass powder. In this alternative, a polymer carrier structure is used, for example, which is covered with a glass powder suspension. In a subsequent sintering process, the glass particles are connected to one another by sintering while the polymer support structure burns. This also results in a porous, three-dimensional bar framework, the geometry of which is different from the geometry of the polymer carrier structure depends. It is obvious that, depending on the shape of the polymer carrier structure, any desired carrier geometries can be produced here as well.
Besonders bevorzugt weist das Steggerüst einen Gehalt an Erdalkalimetalloxiden von maximal 2,0 Masse% auf und ist zumindest oberflächlich, vorzugsweise über den gesamten Stegquerschnitt, durch Auslaugung in seinem Gehalt an Alkalimetalloxiden reduziert. Ein derartiges Steggerüst ist besonders zweckmäßig, da es keine Hydroxylapatit-Schicht aufweist und sich einerseits sehr gut für ein Zellwachstum eignet, andererseits sich aber auch im in vivo-Einsatz gut auflöst. Ein solches Steggerüst ist in
Neben dem bioaktiven Träger selbst betrifft die Erfindung ferner ein Verfahren zur Herstellung eines bioaktiven Trägers, umfassend die Schritte:
- a) Bereitstellen eines porösen dreidimensionalen Steggerüsts aus Glas,
- b) Erzeugen einer das Steggerüst verstärkenden, porösen Verstärkungsstruktur aus einem synthetischen, im menschlichen oder tierischen Körper auslösbaren Polymer.
- a) providing a porous three-dimensional bar framework made of glass,
- b) Production of a porous reinforcement structure that reinforces the bar framework from a synthetic polymer which can be released in the human or animal body.
Das Verfahren zeichnet sich also durch zwei zentrale Schritte aus, nämlich zum einen das Bereitstellen des entsprechenden Glas-Steggerüsts aus einem biodegradierbaren Glas, das sich also im menschlichen oder tierischen Körper auflösen kann. Es können unterschiedliche Gläser verwendet werden, solange diese Voraussetzung erfüllen. Bevorzugt, jedoch nicht beschränkend, wird, wie bereits beschrieben, ein Steggerüst wie in
Im zweiten zentralen Schritt wird die das Steggerüst verstärkende, poröse Verstärkungsstruktur appliziert, wobei auch diese aus einem Material gefertigt wird, das im menschlichen oder tierischen Körper zellverträglich, also nicht-toxisch abbaubar ist. Erfindungsgemäß wird hierzu ein synthetisches Polymer verwendet.In the second central step, the porous reinforcement structure reinforcing the bar framework is applied, whereby this is also made from a material that is cell-compatible in the human or animal body, i.e. non-toxicly degradable. According to the invention, a synthetic polymer is used for this purpose.
Als synthetisches Polymer wird bevorzugt ein Polylactid verwendet, und innerhalb dieser Gruppe bevorzugt und als Polymer Poly(L-lactid), Poly(L-lactid-co-glycolid), Poly(L-lactid-co-D,L-lactid), Poly(D,L-lactid) oder Poly(D,L-lactid-co-glycolid) verwendet.A polylactide is preferably used as the synthetic polymer, and within this group preferred and as the polymer poly (L-lactide), poly (L-lactide-co-glycolide), poly (L-lactide-co-D, L-lactide), Poly (D, L-lactide) or poly (D, L-lactide-co-glycolide) are used.
Herstellungstechnisch in Bezug auf die Applikation respektive Erzeugung der Verstärkungsstruktur sind zwei grundsätzlich unterschiedliche Herstellungsvarianten denkbar. Gemäß einer ersten Erfindungsalternative wird als Verstärkungsstruktur eine das Steggerüst außenseitig, vorzugsweise allseitig, umgebende Faserstruktur in Form einer Umspinnung auf das Steggerüst aufgebracht. Demgemäß wird also eine sehr dünne Polymerfaser um das Steggerüst gelegt, die Faserstruktur hüllt dieses quasi ein, wobei der Umspinnungsgrad natürlich sehr gering ist im Hinblick auf die tatsächlich bedeckte Fläche, die bevorzugt maximal 10 % beträgt, das heißt, dass sichergestellt wird, dass, von außen gesehen, der umsponnene Träger nach wie vor extrem offenporig ist, so dass im Rahmen der Zellbesiedlung die entsprechenden Lösungen etc. in das Trägervolumen eindringen und die Zellen dort ansiedeln können.In terms of manufacturing technology with regard to the application or generation of the reinforcement structure, two fundamentally different manufacturing variants are conceivable. According to a first alternative of the invention, a fiber structure surrounding the web framework on the outside, preferably on all sides, is applied to the web framework in the form of a wrapping as a reinforcement structure. Accordingly, a very thin polymer fiber is placed around the bar framework, the fiber structure virtually envelops it, the degree of wrapping being of course very low with regard to the actually covered area, which is preferably a maximum of 10%, which means that it is ensured that, Seen from the outside, the braided carrier is still extremely open-pored, so that the corresponding solutions etc. can penetrate into the carrier volume during the cell colonization and the cells can settle there.
In weiterer Konkretisierung dieser Erfindungsvariante ist vorgesehen, dass aus einer Polymerlösung ein Polymerfaden gezogen oder gesponnen wird, der anschließend um das Steggerüst gesponnen wird, wonach, gegebenenfalls nach einer Trocknung, eine Wärmebehandlung erfolgt. Es wird also zunächst eine Polymerlösung hergestellt, die beispielsweise aus bidestilliertem Wasser, 1,4-Dioxan und dem gewünschten Polymer, also beispielsweise dem Polylactid, das zu 2 - 10 Masse% zugegeben wird, besteht. Das Verhältnis von Wasser: Dioxan sollte beispielsweise 13 : 87 betragen, wobei der Wasseranteil auch höher oder niedriger, bis minimal 0 Masse%, sein kann. 1,4-Dioxan ist ein geeignetes Lösungsmittel, wobei auch andere organische Lösungsmittel, gegebenenfalls auch als Beimischung zu 1,4-Dioxan, verwendet werden können.In a further specification of this variant of the invention, it is provided that a polymer thread is drawn or spun from a polymer solution, which is then spun around the bar framework, after which a heat treatment takes place, optionally after drying. A polymer solution is therefore first produced, which consists, for example, of double-distilled water, 1,4-dioxane and the desired polymer, for example the polylactide, which is added at 2-10% by weight. The ratio of water: dioxane should be, for example, 13:87, whereby the water content can also be higher or lower, up to a minimum of 0 mass%. 1,4-Dioxane is a suitable solvent, although it is also possible to use other organic solvents, optionally also as admixtures with 1,4-dioxane.
Nach Herstellung der Polymerlösung wird die entsprechende Polymerfaser gezogen und um das Steggerüst gesponnen. Dies kann, insbesondere im Labormaßstab, manuell, in größerem Maßstab bevorzugt maschinell erfolgen. Anschließend kann, wenn erforderlich, eine Trocknung erfolgen, um das Wasser auszutreiben, woran sich eine Wärmebehandlung anschließt, um schließlich das Dioxan, also das Lösungsmittel, zu entfernen und das Polymer zu vernetzen. In dieser Wärmebehandlung findet folglich ein Tempern statt.After the polymer solution has been produced, the corresponding polymer fiber is drawn and spun around the bar framework. This can be done manually, in particular on a laboratory scale, preferably by machine on a larger scale. If necessary, drying can then take place in order to drive off the water, which is followed by a heat treatment in order to finally remove the dioxane, that is to say the solvent, and crosslink the polymer. Annealing consequently takes place in this heat treatment.
Die Polymerlösung kann dabei auf eine Temperatur von 40 - 90° C erwärmt werden, um die Polymerfaser zu ziehen. Die Wärmebehandlung sollte bei einer Temperatur von 50 - 200° C für 0,2 - 4 h erfolgen.The polymer solution can be heated to a temperature of 40 - 90 ° C in order to draw the polymer fiber. The heat treatment should be carried out at a temperature of 50 - 200 ° C for 0.2 - 4 hours.
Die gezogene Polymerfaser sollte einen Durchmesser von 2 - 100 µm, insbesondere von 5 - 75 µm und vorzugsweise von 10 - 50 µm aufweisen, wobei beim Herstellen der Polymerfaser zu berücksichtigen ist, dass es beim Trocknen/ Sintern aufgrund des Wasser- und Dioxanverlusts zu einem Schrumpfen um ca. 20 % kommen kann.The drawn polymer fiber should have a diameter of 2-100 μm, in particular 5-75 μm and preferably 10-50 μm, whereby when producing the polymer fiber it must be taken into account that during drying / sintering it results in a loss of water and dioxane Shrinkage can come by around 20%.
Eine konkrete Herstellungsvariante gestaltet sich beispielsweise derart:
- 1. Bereitstellen eines Steggerüsts aus einem biodegradierbaren Glas, insbesondere gemäß
DE 10 2018 114 946 B3 - 2. Herstellen einer Polymerlösung aus bidestilliertem
Wasser und 1,4-Dioxan im Verhältnis von ca. 13 : 87 sowie dem gewünschten Polymer (Polylactid) und Temperieren der Lösung auf eine Temperatur von 40 - 90° C, so dass eine viskose, zieh- oder spinnbare Polymerlösung entsteht, - 3. Ziehen oder Spinnen einer Polymerfaser aus der Lösung und Umspinnen der Polymerfaser um das poröse, dreidimensionale Steggerüst derart, dass die Polymerfaser mehrfach vollständig um das Steggerüst gewickelt wird, wobei die Umwicklung bevorzugt an allen Seiten des Steggerüsts erfolgt,
- 4. Trocknung des umsponnenen Steggerüsts an Luft für mehrere Stunden bei Raumtemperatur,
- 5. Wärmebehandlung des Steggerüsts samt Polymerfasern bei 50 - 200°
C für 0,2 - 4 h zum Tempern.
- 1. Providing a bar framework made of a biodegradable glass, in particular according to FIG
DE 10 2018 114 946 B3 - 2. Preparation of a polymer solution from double-distilled water and 1,4-dioxane in a ratio of approx. 13:87 as well as the desired polymer (polylactide) and tempering the solution to a temperature of 40 - 90 ° C, so that a viscous, draw- or spinnable polymer solution is produced,
- 3. Drawing or spinning a polymer fiber from the solution and spinning the polymer fiber around the porous, three-dimensional bar framework in such a way that the polymer fiber is completely wrapped around the bar framework several times, the wrapping preferably taking place on all sides of the bar framework,
- 4. Drying of the covered bar framework in air for several hours at room temperature,
- 5. Heat treatment of the bar framework including the polymer fibers at 50-200 ° C for 0.2-4 hours for tempering.
Dieser Verfahrensablauf ist lediglich beispielhaft, jedoch nicht beschränkend.This process sequence is merely exemplary, but not restrictive.
Gemäß einer zweiten grundsätzlichen Erfindungsalternative kann die Verstärkungsstruktur auch als eine, vorzugsweise eine zusammenhängende Fasergerüststruktur bildende, Faserstruktur im Inneren des Steggerüsts ausgebildet werden. Demgemäß werden also im Inneren des dreidimensionalen Steggerüsts entsprechende Polymerfasern ausgebildet, die sich vorzugsweise zu einer zusammenhängenden Fasergerüststruktur, also einem inneren Polymergerüst verbinden oder vernetzen, so dass quasi eine doppelte Gerüststruktur aus dem Glasgerüst und dem quasi integrierten, aussteifenden Polymergerüst entsteht.According to a second fundamental alternative to the invention, the reinforcement structure can also be designed as a fiber structure, preferably forming a coherent fiber framework structure, in the interior of the bar framework. Accordingly, corresponding polymer fibers are formed in the interior of the three-dimensional bar framework, which preferably connect or crosslink to form a coherent fiber framework structure, i.e. an inner polymer framework, so that a double framework structure is created from the glass framework and the quasi-integrated, reinforcing polymer framework.
In weiterer Konkretisierung dieser Verfahrensvariante kann vorgesehen sein, dass das Steggerüst mit einer Polymerlösung getränkt wird, wonach, gegebenenfalls nach Entfernung der Polymerlösung von der Oberfläche des Steggerüsts, das getränkte Steggerüst in Wasser gegeben wird, so dass das Polymer schaumartig ausfällt, wonach, gegebenenfalls nach einer Trocknung, eine Wärmebehandlung erfolgt. Durch das Tränken des Steggerüsts mit der Polymerlösung wird das Polymer ins Innere des Steggerüsts gebracht. Als Polymerlösung wird wiederum bevorzugt eine Mischung aus bidestilliertem Wasser und 1,4-Dioxan in einem Verhältnis von ca. 13 : 87 sowie dem gewünschten Polymer, also vorzugsweise dem Polylactid, zu 2 - 10 Masse% verwendet, wobei hier der Wasseranteil aber auch auf 0 reduziert werden kann, da das Wasser innerhalb der Polymerlösung nicht unbedingt enthalten sein muss, um im späteren Verfahrensgang das Polymer auszufällen.In a further specification of this variant of the method it can be provided that the bar framework is impregnated with a polymer solution, after which, if necessary after removing the polymer solution from the surface of the bar framework, the impregnated bar framework is placed in water so that the polymer precipitates like a foam, after which, if necessary, after a drying, a heat treatment takes place. By soaking the bar framework with the polymer solution, the polymer is brought into the interior of the bar framework. The polymer solution used is again preferably a mixture of double-distilled water and 1,4-dioxane in a ratio of approx. 13:87 and the desired polymer, i.e. preferably the polylactide, at 2-10% by weight, but here the water content also increases 0 can be reduced, since the water does not necessarily have to be contained within the polymer solution in order to precipitate the polymer in the later process.
Nach dem Tränken wird, sofern erforderlich, beispielsweise unter Verwendung eines saugfähigen Tuchs oder dergleichen, die Polymerlösung von der Oberfläche des Steggerüsts und zu geringem Anteil auch aus dem unmittelbar angrenzenden Volumen gezogen, was dazu dient, eine etwaige Hautbildung, die zu einem mitunter weitgehenden Porenverschluss führt, zu vermeiden.After soaking, if necessary, for example using an absorbent cloth or the like, the polymer solution is drawn from the surface of the bar framework and, to a small extent, also from the immediately adjacent volume, which serves to prevent any skin formation that sometimes leads to extensive pore closure leads to avoid.
Im nächsten Schritt wird das getränkte Steggerüst in Wasser gegeben, um die Löslichkeitsgrenze zu unterschreiten, so dass das Polymer quasi schaumartig im Volumen des Steggerüsts ausfällt. Nach diesen Ausfällen kann sich optional ein Trocknungsschritt anschließen, in jedem Fall erfolgt aber eine Wärmebehandlung, um aus der Scaffold-artigen Struktur des schaumartig ausgefällten Polymers quasi in einem Sintervorgang die vernetzten Polymerfasern zu bilden, die sich dann von Steg zu Steg erstrecken oder auch entlang der Stege verlaufen und bevorzugt eine verbundene Fasergerüststruktur bilden.In the next step, the impregnated bar framework is placed in water in order to fall below the solubility limit, so that the polymer precipitates in the volume of the bar framework in a quasi-foam-like manner. These precipitations can optionally be followed by a drying step, but in any case there is a heat treatment in order to form the crosslinked polymer fibers from the scaffold-like structure of the foam-like precipitated polymer in a sintering process, which then extend from web to web or also along of the webs run and preferably form a connected fiber framework structure.
Auch hier kann eine erwärmte Polymerlösung verwendet werden, die eine Temperatur von 20 - 90° C aufweisen kann. Das Wasser, in das der getränkte Träger gegeben wird, sollte eine Temperatur von 10 - 95° C aufweisen, während die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 50 - 200° C für 0,2 - 4 h erfolgen sollte, wobei die Temperatur während der Wärmebehandlung höher als die Wassertemperatur ist.Here, too, a heated polymer solution can be used, which can have a temperature of 20 - 90 ° C. The water in which the impregnated carrier is added should have a temperature of 10 - 95 ° C, while the heat treatment should take place at a temperature of 50 - 200 ° C for 0.2 - 4 hours, the temperature during the heat treatment higher than the water temperature.
Eine konkrete Herstellungsroute zur Ausbildung einer solchen inneren Polymer-Gerüststruktur kann wie folgt aussehen:
- 1. Bereitstellen eines Steggerüsts aus einem biodegradierbaren Glas, insbesondere gemäß
DE 10 2018 114 946 B3 - 2. Herstellen einer Polymerlösung aus bidestilliertem
Wasser und 1,4-Dioxan im Verhältnis von ca. 13 : 87 sowie dem gewünschten Polymer (Polylactid) und Temperieren der Polymerlösung auf eine Temperatur von 20 - 90° C, - 3. Tränken des Steggerüsts mit der Polymerlösung,
- 4. gegebenenfalls Entfernen der Polymerlösung von der Oberfläche respektive an der Außenseite des Steggerüsts,
- 5. Einbringen des getränkten Steggerüsts in Wasser mit einer Wassertemperatur von 10 - 95° C zum Unterschreiten der Löslichkeitsgrenze der Polymerlösung zum Ausfällen eines eine Polymer-Scaffold-Struktur bildenden Polymerschaums,
- 6. Trocknung des Steggerüsts an Luft für mehrere Stunden bei Raumtemperatur,
- 7. Wärmebehandlung des Steggerüsts mit ausgefällter schaumartiger Polymer-Scaffold-Struktur bei 50 - 200° C und 0,2 - 4 h, wobei die Temperatur bei der Wärmebehandlung höher ist als die Wassertemperatur.
- 1. Providing a bar framework made of a biodegradable glass, in particular according to FIG
DE 10 2018 114 946 B3 - 2. Preparation of a polymer solution from double-distilled water and 1,4-dioxane in a ratio of approx. 13:87 and the desired polymer (polylactide) and tempering the polymer solution to a temperature of 20 - 90 ° C,
- 3. Soaking the bar framework with the polymer solution,
- 4. if necessary, removing the polymer solution from the surface or on the outside of the bar framework,
- 5. Introduction of the soaked bar framework in water with a water temperature of 10 - 95 ° C to fall below the solubility limit of the polymer solution to precipitate a polymer foam forming a polymer scaffold structure,
- 6. Drying of the bar framework in air for several hours at room temperature,
- 7. Heat treatment of the bar framework with a precipitated foam-like polymer scaffold structure at 50-200 ° C and 0.2-4 hours, the temperature during the heat treatment being higher than the water temperature.
Eine alternative Verfahrensvariante zur Erzeugung einer inneren Polymer-Gerüststruktur sieht vor, dass das Steggerüst mit einer Polymerlösung getränkt wird, wonach eine Abkühlung zum Unterscheiden der Löslichkeitsgrenze erfolgt, so dass das Polymer schaumartig ausfällt, wonach, gegebenenfalls nach einer Trocknung, eine Wärmebehandlung erfolgt. Auch hier wird eine Polymerlösung wie vorstehend beschrieben verwendet (bidestilliertes Wasser, 1,4-Dioxan, Polymer), mit der das Steggerüst aus biodegradierbarem Glas getränkt wird. Anders als bei der vorstehenden Variante, bei der zum Unterscheiden der Löslichkeitsgrenze das getränkte Steggerüst in Wasser gegeben wird, wird hier die Löslichkeitsgrenze durch Abkühlen unterschritten, so dass das Polymer schaumartig ausfällt. Nach gegebenenfalls durchgeführter Trocknung schließt sich auch hier eine Wärmebehandlung an, um durch finales Sintern die vernetzten Polymerfasern im Steggerüstinneren auszubilden.An alternative variant of the method for producing an internal polymer framework structure provides that the bar framework is impregnated with a polymer solution, after which it is cooled to differentiate the solubility limit, so that the polymer precipitates in the form of a foam, after which, if necessary after drying, a heat treatment takes place. Here, too, a polymer solution as described above is used (double-distilled water, 1,4-dioxane, polymer), with which the bar framework made of biodegradable glass is impregnated. In contrast to the above variant, in which the impregnated bar framework is added to water to differentiate the solubility limit, here the solubility limit is undershot by cooling, so that the polymer precipitates like a foam. After drying, if necessary, a heat treatment follows in order to form the crosslinked polymer fibers in the interior of the bar framework through final sintering.
Die Polymerlösung weist hier eine höhere Temperatur von beispielsweise 50 - 90° C auf. Die Abkühlung erfolgt möglichst rasch bis unter den azeotropen Punkt der Polymerlösung, idealerweise 5 - 10 K unterhalb dieses azeotropen Punkts, woran sich eine gewisse Haltezeit anschließt. Die Wärmebehandlung selbst erfolgt wiederum bei einer Temperatur von 50 - 200° C für 0,2 - 4 h.The polymer solution here has a higher temperature of, for example, 50-90 ° C. The cooling takes place as quickly as possible to below the azeotropic point of the polymer solution, ideally 5 - 10 K below this azeotropic point, which is followed by a certain holding time. The heat treatment itself is again carried out at a temperature of 50-200 ° C for 0.2-4 hours.
Eine konkrete Herstellungsroute dieser dritten Variante kann wie folgt sein:
- 1. Bereitstellen eines Steggerüsts aus einem biodegradierbaren Glas, insbesondere gemäß
DE 10 2018 114 946 B3 - 2. Herstellen einer Polymerlösung aus bidestilliertem
Wasser und 1,4-Dioxan im Verhältnis von ca. 13 : 87 sowie dem Polymer (Polylactid) zu 2 - 10 Masse% und Temperieren der Polymerlösung auf 50 - 90° C, - 3. Tränken des Steggerüsts mit der Polymerlösung,
- 4. gegebenenfalls Entfernen der Polymerlösung von der Oberfläche des Steggerüsts,
- 5. schnelle Abkühlung des getränkten Steggerüsts mit Unterschreitung der Löslichkeitsgrenze, bevorzugt 5 - 10 K unterhalb des azeotropen Punkts, und Halten bei dieser Temperatur für 5 - 120 min zum Ausfällen eines eine Polymer-Scaffold-Struktur bildenden Polymerschaums,
- 6. Trocknung des Steggerüsts an Luft für mehrere Stunden bei Raumtemperatur
- 7. Wärmebehandlung des Steggerüsts mit Polymer-Scaffold-Struktur bei 50 - 200°
C für 0,2 - 4 h.
- 1. Providing a bar framework made of a biodegradable glass, in particular according to FIG
DE 10 2018 114 946 B3 - 2. Preparation of a polymer solution from double-distilled water and 1,4-dioxane in a ratio of approx. 13:87 and the polymer (polylactide) to 2 - 10% by mass and temperature control of the polymer solution to 50 - 90 ° C,
- 3. Soaking the bar framework with the polymer solution,
- 4. if necessary, removing the polymer solution from the surface of the bar framework,
- 5. Rapid cooling of the impregnated bar framework, falling below the solubility limit, preferably 5 - 10 K below the azeotropic point, and holding at this temperature for 5 - 120 min to precipitate a polymer foam that forms a polymer scaffold structure,
- 6. Drying of the bar framework in air for several hours at room temperature
- 7. Heat treatment of the bar framework with polymer scaffold structure at 50 - 200 ° C for 0.2 - 4 h.
Die innere Polymer-Verstärkungsstruktur respektive das Polymer-Fasergerüst sollte derart ausgebildet werden, dass die Porosität des fertigen Trägers, also inklusive des Polymergerüsts, wenigstens 80 % beträgt.The inner polymer reinforcement structure or the polymer fiber framework should be designed in such a way that the porosity of the finished carrier, ie including the polymer framework, is at least 80%.
Denkbar ist es des Weiteren, dass sowohl eine außenseitige Faserstruktur als auch eine innere Faserstruktur gebildet wird, also beide Herstellungstechniken zur Anwendung kommen. Bevorzugt erfolgt zuerst die Herstellung der inneren Faserstruktur und anschließend erst der äußeren.It is furthermore conceivable that both an outer fiber structure and an inner fiber structure are formed, that is to say both manufacturing techniques are used. The inner fiber structure is preferably produced first and then the outer one.
Gemäß einer besonders zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung kann ein Steggerüst aus Glas verwendet werden, das einen Erdalkalimetalloxidgehalt von maximal 2 Masse% aufweist, wobei vor oder nach Erzeugen der polymeren Verstärkungsstruktur das Steggerüst zur zumindest oberflächlichen Reduzierung der Alkalimetalloxide säurebehandelt wird. Es wird also bevorzugt ein Steggerüst, wie in
Das Steggerüst, ohne oder mit der Verstärkungsstruktur, wird bevorzugt mit Salzsäure, vorzugsweise einer 0,1 molaren Salzsäure ausgelaugt. Die Temperatur der Salzsäure kann beispielsweise ca. 37° betragen, wobei der Säureangriff, je nach Auslaugungsgrad, sich über mehrere Stunden oder Tage erstrecken kann.The bar framework, with or without the reinforcement structure, is preferably leached with hydrochloric acid, preferably 0.1 molar hydrochloric acid. The temperature of the hydrochloric acid can be about 37 °, for example, and the acid attack can extend over several hours or days, depending on the degree of leaching.
Neben dem polymeren Verstärkungsgerüst spielt natürlich auch das Steggerüst aus Glas eine zentrale Rolle. Dieses kann auf unterschiedliche Weisen hergestellt werden. Denkbar ist es, ein Steggerüst aus miteinander durch Sintern verbundenen Glasfasern zu verwenden, wobei die Fasern entweder einzeln gelegt oder gesponnen werden oder beispielsweise vorgefertigte Fasermatten oder Fasergelege oder Ähnliches verwendet werden, die übereinander gelegt werden. Die einzelnen Fasern werden sodann durch Sintern an den entsprechenden Berührungspunkten miteinander fest verbunden. Es sind beliebige Trägergeometrien denkbar, da die Fasern in entsprechender, geometrisch beliebiger Weise gesponnen oder zugeschnitten und übereinander gelegt werden können.In addition to the polymeric reinforcement framework, the glass bar framework naturally also plays a central role. This can be done in different ways. It is conceivable to use a bar frame made of glass fibers connected to one another by sintering, the fibers either being laid or spun individually or, for example, prefabricated fiber mats or fiber scrims or the like being used which are laid one on top of the other. The individual fibers are then firmly connected to one another by sintering at the corresponding contact points. Any desired carrier geometries are conceivable, since the fibers can be spun or cut to size and placed on top of one another in a corresponding, geometrically arbitrary manner.
Alternativ kann auch ein Steggerüst aus einem gesinterten Glaspulver verwendet werden, das beispielsweise zunächst in einer Suspension auf eine Polymerträgerstruktur aufgebracht wird und sodann gesintert wird, wobei sich die Glaspartikel verbinden, während die Trägerstruktur verbrennt, so dass sich auch hierüber eine entsprechenden Steggerüststruktur ausbildet. Die Herstellungsvarianten sind jedoch hierauf nicht beschränkt, auch andere Herstellungsmöglichkeiten sind denkbar.Alternatively, a bar framework made of a sintered glass powder can be used, which is first applied in a suspension to a polymer support structure and is then sintered, the glass particles joining while the support structure burns so that a corresponding bar framework is also formed over this. However, the manufacturing variants are not limited to this; other manufacturing options are also conceivable.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
-
1 eine Ansicht eines bioaktiven Trägers mit einem Steggerüst und einer durch Umspinnung erzeugten äußeren Verstärkungsstruktur vor der Wärmebehandlung, -
2 eine REM-Aufnahmedes Trägers aus 1 , -
3 eine Perspektivansicht eines bioaktiven Trägers einer zweiten Ausführungsform mit aus einzelnen Glasfasern gebildetem Steggerüst und Verstärkungsstruktur in Form einer Umspinnung, -
4 eine REM-Aufnahmedes Trägers aus 3 , -
5 eine Perspektivansicht eines bioaktiven Trägers einer dritten Ausführungsform mit im Inneren des Glasträgers ausgebildeter polymerer Verstärkungsstruktur vor der Wärmebehandlung, -
6 eine REM-Aufnahmedes Trägers aus 5 , -
7 eine REM-Aufnahmedes Trägers aus 5 nach Durchführung der Wärmebehandlung, -
8 eine REM-Aufnahme eines aus einzelnen Glasfasern gebildeten Steggerüsts mit darin ausgebildeter polymerer Verstärkungsstruktur nach der Wärmebehandlung, -
9 ein Kraft-Weg-Diagramm zur Darstellung des Verhaltens unterschiedlicher bioaktiver Träger ohne und mit polymerer Verstärkungsstruktur. -
10 eine Darstellung eines Trägers ohne polymerer Verstärkungsstruktur nach dem Belastungstest, -
11 eine Darstellung eines Trägers mit Verstärkungsstruktur in Form einer Umspinnung nach dem Belastungstest, -
12 eine Darstellung eines Trägers mit innerer polymerer Verstärkungsstruktur nach dem Belastungstest, -
13 eine Laser-Scanning-Mikroskopaufnahme eines mit porcinen Gelenkchondrozyten besiedelten Trägers mit äußerer Verstärkungsstruktur in Form einer Umspinnung,nach 7 Tagen in Kultur, -
14 den gleichen Trägers mit porcinen Gelenkchondrozyten nach 28 Tagen in Kultur, -
15 eine Laser-Scanning-Mikroskopaufnahme eines Trägers mit polymerer Verstärkungsstruktur in Form einer Umspinnung und darauf angesiedelten humanen mesenchymalen Stromazellen nach 7 Tagen in Kultur, -
16 den gleichen Träger mit Stromazellen nach 28 Tagen in Kultur, -
17 ein Träger mit innerer polymerer Verstärkungsstruktur und darauf angesiedelten humanen mesenchymalen Stromazellen nach 7 Tagen in Kultur, und -
18 den gleichen Träger mit Stromazellen nach 28 Tagen in Kultur.
-
1 a view of a bioactive carrier with a bar framework and an outer reinforcement structure produced by wrapping before the heat treatment, -
2 an SEM image of thecarrier 1 , -
3 a perspective view of a bioactive carrier of a second embodiment with a bar framework formed from individual glass fibers and a reinforcement structure in the form of a wrapping, -
4th an SEM image of thecarrier 3 , -
5 a perspective view of a bioactive carrier of a third embodiment with a polymeric reinforcement structure formed in the interior of the glass carrier before the heat treatment, -
6 an SEM image of thecarrier 5 , -
7th an SEM image of thecarrier 5 after carrying out the heat treatment, -
8th an SEM image of a bar framework formed from individual glass fibers with a polymeric reinforcement structure formed therein after the heat treatment, -
9 a force-displacement diagram to show the behavior of different bioactive carriers with and without a polymeric reinforcement structure. -
10 a representation of a carrier without a polymeric reinforcement structure after the stress test, -
11 a representation of a carrier with a reinforcement structure in the form of a wrapping after the load test, -
12 a representation of a carrier with an internal polymeric reinforcement structure after the stress test, -
13 a laser scanning microscope image of a carrier colonized with porcine joint chondrocytes with an external reinforcement structure in the form of a wrapping, after 7 days in culture, -
14th the same carrier with porcine joint chondrocytes after 28 days in culture, -
15th a laser scanning microscope image of a carrier with a polymeric reinforcement structure in the form of a wrapping and human mesenchymal stromal cells settled on it after 7 days in culture, -
16 the same carrier with stromal cells after 28 days in culture, -
17th a carrier with an internal polymeric reinforcement structure and human mesenchymal stromal cells settled thereon after 7 days in culture, and -
18th the same carrier with stromal cells after 28 days in culture.
Außenseitig, das Steggerüst
Zur Herstellung dieser Faserstruktur respektive Umspinnung wurde eine PolymerLösung mit 10 Masse% des Polymers und 1,4-Dioxan hergestellt. Als Polymer wurde ein Polylactid, konkret Poly(D,L-lactid-co-glycolid) verwendet. Die PolymerLösung wurde auf 70° erwärmt. Anschließend wurden aus der Lösung mit einer Spritzenspitze Fasern mit einer Dicke von 5 - 80 µm gezogen und um das Steggerüst
Nach dem vollständigen Umspinnen erfolgte eine Trocknung bei Raumtemperatur für ca. 6 Stunden.After the spinning was complete, it was dried at room temperature for about 6 hours.
Diese Wärmebehandlung wurde bei 60° für 30 Minuten durchgeführt. Sie führt zum Austreiben des Dioxans und zur endgültigen Vernetzung der Polymerfaser, was dazu führt, dass diese auch schrumpfen und ihre endgültige Form einnehmen, wie sie in
Während
Die verwendete Polymerlösung war die gleiche wie zum Ausführungsbeispiel gemäß der
Die
Auch hier wird eine Polymerlösung hergestellt, die im gezeigten Beispiel 5 Masse% Polymer (Poly(D,L-lactid-co-glycolid) in einer Wasser/1,4-Dioxan-Mischung mit einem Verhältnis von 13 : 87 enthält. Die Lösung wird bei ca. 50 - 60° mit einer Spritze tropfenweise auf das Steggerüst
Anschließend wird das getränkte Steggerüst schnell in ein auf 50° C temperiertes Wasserbad gegeben, das auf einer temperierten Heizplatte steht. Nach ca. 40 Sekunden wird das Steggerüst entnommen und auf ein saugfähiges Papier gegeben, um dort vorzutrocknen, wonach die finale Trocknung bei Raumtemperatur erfolgt.The soaked bar framework is then quickly placed in a water bath heated to 50 ° C., which is placed on a temperature-controlled heating plate. After about 40 seconds, the bar framework is removed and placed on absorbent paper in order to pre-dry it there, after which the final drying takes place at room temperature.
Durch das Einbringen des getränkten Steggerüsts in das Wasserbad kommt es zu einem Unterschreiten der Löslichkeitsgrenze, was zu einem Ausfällen des Polymers in schaumartiger Konsistenz oder Form führt.
Nach der Trocknung erfolgt eine Wärmebehandlung, indem das getrocknete Steggerüst
Auch hier ist eine Verstärkungsstruktur
Wie bereits einleitend beschrieben, ist das Steggerüst über einen Säureangriff ausgelaugt, um die Alkalimetalloxidkonzentration zumindest oberflächlich zu reduzieren. Diese Säurebehandlung kann entweder vor dem Applizieren der Verstärkungsstruktur
Wie beschrieben dient die Erzeugung der polymeren Verstärkungsstruktur
Um dies zu demonstrieren, wurden drei verschiedene Träger hergestellt. Alle drei untersuchten Träger weisen das gleiche Bioglas-Steggerüst auf. Hierzu wurde ein Bioglas wie in
Ausführungsbeispiel I:Embodiment I:
Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde das reine Glas-Steggerüst als Träger verwendet. Das gemäß
Ausführungsbeispiel II:Embodiment II:
Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde das Glas-Steggerüst gemäß
Hierzu wurde eine Polymerlösung mit 10 Masse% Polymer (Poly(D,L-lactid-coglycolid), bidestilliertem Wasser und 1,4-Dioxan (Verhältnis
Nach dem vollständigen Umspinnen erfolgte eine Trocknung bei Raumtemperatur für 6 Stunden und eine anschließende Temperaturbehandlung bei 60° für 30 Minuten. Nach dieser Temperaturbehandlung wurde das Steggerüst samt Polymerverstärkung mit 0,1 molarer Salzsäure bei 37° C für 5 Tage bei einem konstanten pH-Wert von 1 behandelt.After the spinning was complete, drying was carried out at room temperature for 6 hours and a subsequent temperature treatment at 60 ° for 30 minutes. After this temperature treatment, the bar framework including the polymer reinforcement was treated with 0.1 molar hydrochloric acid at 37 ° C. for 5 days at a constant pH of 1.
Ausführungsbeispiel III:Embodiment III:
Auch hier wurde ein Bioglas-Steggerüst gemäß
Die Lösung wurde anschließend bei ca. 60° mit einer Spritze tropfenweise auf das Bioglas-Steggerüst gegeben, so dass die Lösungstropfen einsinken. Nach vollständigem Tränken des Steggerüsts wurde das Steggerüst auf ein saugfähiges Papier gegeben, so dass die Polymerlösung von der Gerüstoberfläche und angrenzenden Volumenbereichen entfernt wurde, um eine Hautbildung zu vermeiden. Das getränkte Steggerüst wurde anschließend in ein auf ca. 50° temperiertes Wasserbad gegeben, das auf einer temperierten Heizplatte stand. Nach ca. 40 Sekunden wurde das Steggerüst entnommen und auf ein saugfähiges Papier zum Vortrocknen gegeben, wonach es bei Raumtemperatur final getrocknet wurde. Hieran schloss sich eine Temperaturbehandlung bei 60° C für 30 Minuten an, um das finale, im Inneren des Glas-Steggerüsts integrierte Polymer-Steggerüst auszubilden. Nach dieser Behandlung wurde der Träger samt Polymer-Gerüstverstärkung mit einer 0,1 molaren Salzsäure bei 37° C für 5 Tage bei einem konstanten pH-Wert von 1 behandelt.The solution was then added drop by drop to the bioglass bar framework at approx. 60 ° with a syringe so that the drops of solution sink in. After the bar framework was completely soaked, the bar framework was placed on absorbent paper so that the polymer solution was removed from the framework surface and adjacent volume areas in order to avoid skin formation. The soaked bar framework was then placed in a water bath which was heated to about 50 ° and stood on a temperature-controlled heating plate. After about 40 seconds, the bar framework was removed and placed on absorbent paper for predrying, after which it was finally dried at room temperature. This was followed by a temperature treatment at 60 ° C. for 30 minutes in order to form the final polymer bar structure integrated in the interior of the glass bar structure. After this treatment, the carrier including the polymer backbone reinforcement was treated with a 0.1 molar hydrochloric acid at 37 ° C. for 5 days at a constant pH of 1.
Diese drei unterschiedlichen Träger wurden sodann einem Belastungstest unterzogen, bei dem mit einem Stempel mit einer definierten Kraft auf den jeweiligen Träger gedrückt wurde. Das Ergebnis ist in
Gezeigt sind drei Kurven I, II, III entsprechend den Ausführungsbeispielen I, II, III.Three curves I, II, III are shown corresponding to the exemplary embodiments I, II, III.
Die Kurve I zeigt den Kraft-Weg-Verlauf für das Ausführungsbeispiel I, also für den unverstärkten, ausgelaugten Träger bestehend nur aus dem Glas-Steggerüst. Es ist zu erkennen, dass eine Druckbelastung des ausgelaugten Steggerüsts dazu führt, dass die Stege kontinuierlich brechen, wie der zackige Verlauf der Kurve I über den Verdichtungsweg anschaulich zeigt. Die Stege brechen bereits bei relativ niedriger Belastung, ein elastisches Verhalten ist nicht zu erkennen. Das Steggerüst bricht auseinander und wird auseinandergedrückt, so dass am Ende des Versuchs viele Einzelteile übrigblieben.Curve I shows the force-displacement curve for exemplary embodiment I, that is to say for the unreinforced, leached carrier consisting only of the glass bar framework. It can be seen that a pressure load on the leached bar framework leads to the bars breaking continuously, as the jagged course of curve I over the compression path clearly shows. The webs collapse under relatively low loads elastic behavior cannot be recognized. The bar breaks apart and is pressed apart, so that at the end of the experiment many individual parts are left over.
Die Kurve II zeigt den Kraft-Weg-Verlauf eines ausgelaugten Steggerüsts mit einer durch Umspinnung erhaltenen polymeren Verstärkungsstruktur. Der Kurvenverlauf zeigt, dass das Steggerüst sich am Anfang der Verdichtung leicht zusammendrücken lässt, dann aber die Wirkung der Umspinnung als Gerüststabilisierung zum Tragen kommt. Ein Auseinandertreiben respektive Auseinanderdrücken des Steggerüsts wird vermieden, ein erhöhter Widerstand gegenüber der Verdichtung wird erreicht. Der fehlende Zackenverlauf im Vergleich zur Kurve I zeigt, dass eine Frakturierung des Steggerüsts nicht erfolgt. Dies zeigt sich auch in der
Ein ähnliches, sogar noch etwas besseres Ergebnis zeigt die Kurve III für das Ausführungsbeispiel III. Dieser Träger weist eine in der gläsernen Stegstruktur integrierte polymere Verstärkungsstruktur auf, das heißt, dass im gläsernen Steggerüst ein polymeres verstärkendes Steggerüst integriert ist. Der Verlauf der Kurve III zeigt, dass das Steggerüst nach Beginn der Belastung ein vergleichsweise elastisches Verhalten zeigt, folglich eine Gerüststabilisierung gegeben ist und, wie der steile Kurvenverlauf zum Ende hin zeigt, ein erhöhter Widerstand gegenüber einer weiteren Verdichtung erreicht wird. Auch hier zeigt der fehlende Zackenverlauf im Vergleich zur Kurve I, dass eine Frakturierung des gläsernen Steggerüsts nicht erfolgt. Dies zeigt auch hier
Damit wird auch hier durch die Integration der polymeren gerüstartigen Verstärkungsstruktur
Wie beschrieben, dient ein erfindungsgemäßer bioaktiver Träger mit Polymerverstärkung dazu, auf ihm lebende Zellen anzusiedeln und zu vermehren. Zur Darstellung, dass die gelingt, wurden Besiedlungsversuche an verschiedenen Trägern
Es wurden als Zelltypen entweder porcine Gelenkchondrozyten (pGC) oder mesenchymale Stromazellen aus dem Knochenmark des Menschen (hMSC) verwendet.The cell types used were either porcine joint chondrocytes (pGC) or mesenchymal stromal cells from human bone marrow (hMSC).
Zur Durchführung der Versuche wurden entsprechend präparierte Zellsuspensionen auf entsprechend präparierte, erfindungsgemäße bioaktive Träger aufpipettiert und anschließend in einem Inkubator inkubiert.To carry out the experiments, appropriately prepared cell suspensions were pipetted onto appropriately prepared bioactive carriers according to the invention and then incubated in an incubator.
Die Durchführung gestaltete sich wie folgt:
- - Einlegen der bioaktiven Träger unter der Sterilbank in ein steriles 50 ml Bioreaktorröhrchen mit Filtercap
- - Behandlung der für die Scaffoldbesiedlung vorgesehenen Zellen (pGC und hMSC) nach einem Spülschritt mit PBS für 5 min in einem Inkubator mit Trypsin/EDTA-Lösung (0,05/0,02 %) zum Ablösen der Zellen vom Kulturboden der für die Zellvermehrung verwendeten Zellkulturflaschen
- - pGC:
Zugabe von 5 ml 10 % fetales Kälberserum (fetal calf serum: FCS) enthaltendes Kulturmedium (Ham's F-12/Dulbecco's Modified Eagle's) [DMEM] Medium 1: 1), 10.000 IU/mL Penicillin/10.000 µg/mL Streptomycin, 2,5 µg/ml Amphotericin B, nicht essentielle Aminosäuren und 25 µg/ml Ascorbinsäure - - hMSC:
Zugabe von 5 ml Stammzell-spezifischem Expansionmedium (FG0445/Dulbecco's Modified Eagle's [DMEM]/HG)mit 5 % Plättchenlysat (PL), 50 IU/ml Streptomycin, 50 IU/ml Penicillin, - - 2,5 µg/ml Amphotericin B, 100 mM Natriumpyruvat und 5000 U/ml Heparin
- - Stoppen des Ablösevorgangs durch die
Zugabe von 5 ml 10 % FCShaltigem Medium, wobei das FCS bzw. das PL die enzymatische Aktivität des Trypsins beendet - - Zentrifugation der Zellsuspension bei 300 U/min oder 484 g für 5 min
- - Resuspension des sich aus der Zentrifugation ergebenden Zellpellets in 1 ml Kulturmedium
- - Mischen von 10 µl Trypanblau-Lösung (1 %) mit 10 µl Zellsuspension, so dass sich tote Zellen anfärben
- - Pipettieren von 10 µl aus dieser Mischung in eine Neubauer-Zählkammer und Zählen der lebenden Zellen
- - Pipettieren der Zellen in einer Konzentration von 500.000 bis 1.000.000
- - Nach 20 min Auffüllen des Kulturmediums auf 10 ml Volumen zur Sicherstellung einer Versorgung in der nachfolgenden dynamischen Kultur
- - Kultivierung der besiedelten bioaktiven Träger im Inkubator bei 37 °C und 5 % CO2 auf einem Orbitalschüttler (dynamisch)
- - bei längerer Inkubationsdauer Wechsel des Kulturmediums alle zwei Tage.
- - Place the bioactive carriers under the sterile bench in a sterile 50 ml bioreactor tube with a filter cap
- Treatment of the cells intended for scaffold colonization (pGC and hMSC) after a rinsing step with PBS for 5 min in an incubator with trypsin / EDTA solution (0.05 / 0.02%) to detach the cells from the culture soil for cell reproduction used cell culture flasks
- - pGC: addition of 5 ml of 10% fetal calf serum (fetal calf serum: FCS) containing culture medium (Ham's F-12 / Dulbecco's Modified Eagle's) [DMEM] medium 1: 1), 10,000 IU / mL penicillin / 10,000 µg / mL streptomycin , 2.5 µg / ml amphotericin B, non-essential amino acids and 25 µg / ml ascorbic acid
- - hMSC: addition of 5 ml stem cell-specific expansion medium (FG0445 / Dulbecco's Modified Eagle's [DMEM] / HG) with 5% platelet lysate (PL), 50 IU / ml streptomycin, 50 IU / ml penicillin,
- - 2.5 µg / ml amphotericin B, 100 mM sodium pyruvate and 5000 U / ml heparin
- - Stopping the detachment process by adding 5 ml of 10% FCS-containing medium, the FCS or the PL ending the enzymatic activity of the trypsin
- - Centrifugation of the cell suspension at 300 rpm or 484 g for 5 min
- - Resuspension of the cell pellet resulting from centrifugation in 1 ml of culture medium
- Mixing 10 µl trypan blue solution (1%) with 10 µl cell suspension so that dead cells are stained
- - Pipetting 10 µl of this mixture into a Neubauer counting chamber and counting the living cells
- - Pipetting the cells in a concentration of 500,000 to 1,000,000
- - After 20 min, the culture medium is made up to a volume of 10 ml to ensure a supply in the subsequent dynamic culture
- - Cultivation of the colonized bioactive carriers in the incubator at 37 ° C and 5% CO 2 on an orbital shaker (dynamic)
- - Change the culture medium every two days for longer incubation periods.
Zur Überprüfung, dass die Polymerverstärkung keine negative Auswirkung zeigt, wurden Aufnahmen mittels Laser-Scanning-Mikroskop von der In-Vitro-Kultur nach verschiedenen Zeiten / Tagen gemacht, wofür eine Vitalitäts-Färbung notwendig war. Diese erfolgte wie folgt:
- - Herstellung einer Vitalitätsfärbe-Lösung aus 15 µg/ml Fluoreszeindiazetat (FDA) und 10 µg/ml Propidiumiodid (PI) gelöst in PBS
- - Entnahme des jeweiligen bioaktiven Trägers aus der dynamischen Kultivierung im Inkubator
- - Pipettieren von 50 µl Vitalitäts-Lösung auf den besiedelten bioaktiven Träger
- - Begutachtung der Zellen: auf dem bioaktiven Träger sind lebende Zellen aufgrund der Einfärbung mit der Vitalitäts-Lösung grün und tote Zellen rot mit Hilfe eines konfokalen Laser-Scanning-Mikroskops differenzierbar.
- - Preparation of a vitality staining solution from 15 µg / ml fluorescein diacetate (FDA) and 10 µg / ml propidium iodide (PI) dissolved in PBS
- - Removal of the respective bioactive carrier from the dynamic cultivation in the incubator
- - Pipetting 50 µl vitality solution onto the colonized bioactive carrier
- - Assessment of the cells: on the bioactive carrier, living cells can be differentiated due to the coloring with the vitality solution green and dead cells red with the help of a confocal laser scanning microscope.
Das PBS dient als Puffer, als Farbstoff wird FDA verwendet. Dieser Farbstoff dringt in die lebenden Zellen ein und wird enzymatisch in eine fluoreszierende Verbindung umgesetzt, die mit einer Wellenlänge von 525 nm angeregt wird. PI interkaliert in die DNA von toten Zellen, da deren Zell- und Kernmembran dafür permeabel wird. PI wird mit einer Wellenlänge von 600 nm angeregt.The PBS serves as a buffer, and FDA is used as the dye. This dye penetrates the living cells and is enzymatically converted into a fluorescent compound, which is excited with a wavelength of 525 nm. PI intercalates into the DNA of dead cells because their cell and nuclear membranes become permeable. PI is excited with a wavelength of 600 nm.
Die entsprechenden Ergebnisse sind in den
Grundsätzlich zeigen in den
Beide Versuche zeigen, dass ein durch Umspinnung verstärkter Träger hervorragend für die Besiedlung mit Zellen und deren Vermehrung geeignet ist, wobei unterschiedliche Zelltypen unterschiedlich schnell wachsen.Both experiments show that a carrier reinforced by wrapping is ideally suited for colonization with cells and their reproduction, with different cell types growing at different speeds.
Nachfolgend wird eine Aufstellung der im Rahmen der durchgeführten Besiedlungsversuche sowie der Vitalitätsaufnahmen verwendeten Materialien und Gerätschaften gegeben:
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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- WO 2016/089731 A1 [0010]WO 2016/089731 A1 [0010]
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- DE 102018114946 B3 [0011, 0013, 0019, 0034, 0036, 0044, 0051, 0054, 0057, 0062, 0068, 0071, 0080, 0081, 0082, 0085]DE 102018114946 B3 [0011, 0013, 0019, 0034, 0036, 0044, 0051, 0054, 0057, 0062, 0068, 0071, 0080, 0081, 0082, 0085]
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