DE10220368A1

DE10220368A1 - Versteiftes Implantat

Info

Publication number: DE10220368A1
Application number: DE10220368A
Authority: DE
Inventors: Volker Kessler
Original assignee: Biotissue Technologies AG
Current assignee: Biotissue Technologies AG
Priority date: 2002-05-07
Filing date: 2002-05-07
Publication date: 2003-12-04

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein biologisches Gewebeimplantat, insbesondere von Knorpel- und/oder Knochengewebe, das gegenüber Druckbelastung bzw. Kompressionsbelastung versteift ist.

Description

Traumatische und/oder degenerative Defekte von Knorpel- und/oder Knochengewebe ließen dem Mediziner früher nur die Wahl, das betroffene Gelenk ruhig zu stellen. Im Rahmen der modernen Transplantationsmedizin können derartige Defekte heute häufig durch Transplantation entsprechenden Gewebematerials gelindert oder behoben werden. Während man zunächst darauf angewiesen war, das benötigte Gewebe Leichen zu entnehmen oder auf dem Patienten an anderer Stelle entnommenes Gewebe zurückzugreifen, haben sich in der jüngeren Vergangenheit Verfahren durchgesetzt, bei denen dem Patienten körpereigenes Gewebe entnommen, die Zellen hieraus gewonnen und nach Kultivierung dem Patienten als Eigengewebe wieder implantiert werden. Dies bietet den Vorteil, dass Abstoßungsreaktionen gegen das Implantat praktisch vermieden werden können.

Üblicherweise werden die Zellen bei einem derartigen Verfahren in eine dreidimensionale Trägerstruktur eingelagert, wobei die Form der Trägerstruktur meist der Form des späteren Implantates entspricht. Ein entsprechendes Verfahren ist beispielsweise aus der WO 94/20 151 bekannt.

Das US-Patent der Nr. 5 053 050 beschreibt Zusammensetzungen zur Reparatur von Knorpel oder Knochen, wobei Knorpel- oder Knochenzellen in eine biologisch, resorbierbare Trägersubstanz eingebracht werden, welche Serum, Fibrinogen und Thrombin enthält. Dieser Träger ist bioresorbierbar, so dass letztlich kein Fremdmaterial im Körper des Empfängers verbleibt. Ähnlich beschreibt das US-Patent der Nr. 5 736 372 eine polymere Trägersubstanz, die Chondrozyten enthält und geeignet ist, in vivo Knorpelstrukturen zu bilden.

Gemäß der WO 94/20 151 wird als Trägerstruktur ein vorzugsweise bioresorbierbares Vliesmaterial verwendet, auf dem entsprechende Zellen kultiviert werden. Zur Stützung der Zellkultur können der Nährlösung das Zellwachstum fördernde Substanzen, Adhäsionsfaktoren usw. zugesetzt werden. Weiterhin offenbart die Druckschrift eine Kulturvorrichtung zur optimalen Besiedelung des Vliesmaterials mit den zu transplantierenden Zellen.

Schließlich beschreibt die DE 199 26 083 ein biologisches, zumindest teilweise in vitro hergestelltes Gelenkkonstrukt, das wenigstens ein bioverträgliches Trägermaterial, Knorpelgewebe, enthaltend Chondrozyten und/oder Chondroblasten und Knorpelsubstanz, Knochengewebe, enthaltend Osteoblasten und/oder Osteozyten und Knochensubstanz, umfasst, wobei Knorpel- und Knochengewebe fest miteinander verbunden sind. Das Gelenkkonstrukt kann weiterhin Bandkomponenten und/oder eine Gelenkkapsel aufweisen. Das Dokument offenbart gleichermaßen ein Verfahren zur Herstellung der Knorpel- und/oder Knochenkomponenten. Insbesondere wird die Knorpelkomponente durch Herstellung einer Suspension von Chondrozyten in einem Medium oder Gel oder durch Besiedlung einer bioverträglichen Trägersubstanz bereitgestellt, während die Herstellung von Knochengewebe das Isolieren von Knochenzellen oder Knochenvorläuferzellen, die Transfektion der Zellen durch nicht-viralen Gentransfer mit wenigstens einem Gen, das für einen Wachstumsfaktor kodiert, die Besiedlung eines bioverträglichen Trägermaterials mit den tranfizierten Zellen und die Züchtung des Zellen/Trägermaterial-Konstrukts in vivo umfasst.

Ein anderes Verfahren ist in der DE 199 57 388 offenbart, gemäß der ein mit chemotaktischen und differenzierenden Faktoren versehenes Substrat über multiple feine Bohrungen und Kanäle mit dem Knochenmarksraum verbunden wird, sodass Chondrozyten aus letzterem in das Gewebesubstrat einwandern können, um dort neues Gewebe zu bilden.

Allen oben genannten Implantaten ist gemein, dass das transplantierte Material nach der Implantation in den Patienten ausgesprochen druckempfindlich ist, das Gelenk also über einen entsprechend langen Zeitraum geschont werden muss. Die Druckempfindlichkeit beruht im wesentlichen auf der Tatsache, dass als Trägersubstanzen üblicherweise Gele, Proteinkomponenten oder poröse Polymervliese verwendet werden, die ausreichend flexibel sind, um sich der Oberfläche des Transplantationsortes (beispielsweise einer Gelenkpfanne) anzupassen und eine Besiedelung mit Zellen zu gestatten. Das Vliesmaterial ist dabei zwar meistens formstabil jedoch flexibel und druckverformbar, was auf seine üblicherweise hohe Porosität zur Verbesserung des Zellwachstums zurückzuführen ist.

Andererseits bedeutet die hohe Druckempfindlichkeit des Implantats für den Patienten bis zur Ausheilung und vollständigen Regeneration des implantierten Gewebes wie beispielsweise eines Knorpels erhebliche Einschränkungen hinsichtlich der Belastbarkeit des jeweiligen Gelenks. Wird das Gelenk vorzeitig belastet ist unter Umständen mit Zerstörung des Implantates und damit einem Misserfolg der Therapie zu rechnen. Handelt es sich um ein Knochenimplantat, muss dieses ab der Transplantation primär belastbar sein.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Implantat bereitzustellen, welches die vorgenannten Nachteile der Implantate des Standes der Technik nicht aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Implantat, umfassend eine im transplantierten Zustand resorbierbare Matrix mit interkonnektierender Porosität, Zellen des zu transplantierenden Gewebes sowie mindestens ein durch die Matrix hindurchreichendes Verstärkungselement, welches die Matrix gegenüber Kompressionsbelastung in mindestens einer Dimension über mindestens einen Teil der Matrix hinweg stabilisiert. Gleichzeitig betrifft die vorliegende Erfindung ein wie oben definiertes Implantat ohne Zellen.

Daneben betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines wie oben definierten Implantates bei dem man entweder eine mindestens ein Versteifungselement aufweisende Matrix auf an sich bekannte Weise mit Zellen besiedelt, oder eine flexible Matrix auf an sich bekannte Weise mit den Zellen besiedelt und anschließend in einem zweiten Schritt mindestens ein Versteifungselement vorsieht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt schematisch ein Implantat gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 zeigt ebenfalls schematisch ein Implantat gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Genaue Beschreibung der Erfindung

Das erfindungsgemäße versteifte Implantat umfasst eine im transplantierten Zustand resorbierbare Matrix mit interkonnektierender Porosität, gegebenenfalls Zellen des zu transplantierenden Gewebes sowie mindestens ein Versteifungselement. Dieses Versteifungselement stabilisiert die Matrix gegenüber Druck- oder Kompressionsbelastung in mindestens einer Dimension über mindestens einen Teil der Matrix hinweg. Das erfindungsgemäß vorgesehene mindestens eine Versteifungselement gestattet es, das Implantat gegenüber Druck- oder Kompressionsbelastung zu stabilisieren. Hierdurch wird zum einen eine nicht gewollte Kompression des Matrixmaterials durch vorzeitige Belastung des Implantationsortes wie beispielsweise einem Gelenk oder in der Kieferregion vermieden bzw. abgeschwächt. Dadurch sind die im Implantat vorhandenen Zellen besser gegenüber derartigen Kompressionsdrücken geschützt. Eine Beschädigung des Implantates bzw. der implantierten Zellen kann vermieden werden.

Gleichzeitig erhöht die Versteifung die Heilungsgeschwindigkeit des Implantats. Das erfindungsgemäße Implantat erlaubt somit zum einen eine frühere Wiederbelastung des Implantationsortes was die Patientencomplience verbessert. Gleichzeitig ist, da das Implantat weniger beschädigt wird, die Heilungszeit verkürzt. Muskelrückbildungen im betroffenen Bereich können so wesentlich verringert werden, was wiederum dem Patienten zu Gute kommt.

Das erfindungsgemäße Implantat umfasst mindestens ein Versteifungselement. Vorteilhafterweise umfasst das Implantat mehrere oder eine Vielzahl von derartigen Versteifungselementen. Je nach Ausgestaltung können die Versteifungselemente miteinander verbunden sein.

Das oder die Versteifungselemente sorgen für Dimensionsstabilität der Matrix in mindestens einer Dimension, vorzugsweise in mindestens zwei Dimensionen der Matrix. Die Stabilisierung erfolgt über zumindest einen Teil der Matrix, vorzugsweise über die gesamte Matrix hinweg. Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der die Matrix über ihre gesamte Ausdehnung hinweg in mindestens einer, vorzugsweise mindestens zwei Dimensionen gegenüber Kompressionsbelastung stabilisiert wird. Durch Stabilisierung in nur einer Dimension kann Druckbelastung in dieser Dimension aufgefangen werden. Es bleibt jedoch die Flexibilität der Matrix in den beiden anderen Dimensionen in der Weise vorteilhaft erhalten, dass die Matrix ohne Probleme der Raumform des Implantationsortes angepasst werden kann.

Um ihre Aufgabe der Stabilisierung zu erfüllen reicht das bzw. reichen die Versteifungselemente im wesentlichen durch die Matrix hindurch. Dies bedeutet nicht, dass das oder die Versteifungselemente sich zwingend von einer zur anderen Oberfläche erstrecken müssen. Sie können auch jeweils kurz vor oder hinter dieser Oberfläche enden. Im wesentlichen stimmen das oder die Versteifungselemente vorzugsweise jedoch in ihrer Länge mit der Abmessung der Dimension der Matrix überein, in der sie gegen Kompression stabilisieren.

In jedem Fall sollten das oder die Versteifungselemente vorzugsweise weniger als die Hälfte, stärker bevorzugt weniger als 30% und am meisten bevorzugt weniger als 10% des Volumens der Matrix beanspruchen. Ein möglichst geringer Volumenanteil des oder der Versteifungselemente bedeutet eine möglichst geringe Verminderung des Porenvolumens, das für die Besiedelung mit den gewünschten Zellen zur Verfügung steht. Gleichzeitig bedeutet ein geringeres Volumen der Versteifungselemente eine kürzere Resorptionszeit, wenn diese aus resorbierbarem Material sind.

In jedem Fall nimmt das bzw. nehmen die Versteifungselemente ein ausreichendes Volumen ein, um die versteifende Funktion gegenüber Kompressionsbelastung in mindestens einer Dimension ausreichend erfüllen zu können. Ist das mindestens eine Versteifungselement aus resorbierbarem Material, wird es deutlich langsamer als das Matrixmaterial resorbiert, um so seine versteifende Funktion bis zur Resorption des Gewebes zu erfüllen und die Stabilität durch die neu gebildete Gewebematrix gewährleistet ist.

Das oder die Versteifungselemente können vorzugsweise in Form von durch die Matrix hindurchreichenden Stiften, gegebenenfalls mit verbreiterten Enden, massiven Zylindern oder Hohlzylindern, Kugeln, einem Gitter, einer Wabenstruktur, Stegen, Rippen oder einer gewellten Struktur vorliegen. Bei einem Versteifungselement in Form eines Stiftes wird eine punktförmige Stabilisierung gegenüber Kompressionsdruck in Richtung der Längsachse des Stiftes erzielt. Ähnlich bewirken massive oder Hohlzylinder eine Stabilisierung in Richtung der Längsachse des Zylinders.

Bei Versteifungselementen in Form von Gittern oder einer Wabenstruktur bzw. Stegen oder Rippen erstreckt sich das Versteifungselement über zwei Dimensionen der Matrix. Das poröse Matrixmaterial ist hierbei üblicherweise in den Zwischenräumen des Gitters, der Wabenstruktur bzw. zwischen den Stegen oder Rippen angeordnet. Die Versteifungselemente können Durchbrüche oder Öffnungen aufweisen, um eine Kommunikation zwischen den einzelnen Matrixsektionen zu gestatten, solange ihre versteifende Wirkung hierdurch nicht beeinträchtigt wird. Derartige Durchbrüche sind dahingehend vorteilhaft, dass das Zusammenwachsen der einzelnen Matrixelemente durch einfache Versorgung mit Nährstoffen gefördert und die Kommunikation der Zellen erleichtert wird. Gleichzeitig ist bei Versteifungselementen aus bioresorbierbarem Material der Abbau derselben beschleunigt.

Das oder die Versteifungselemente können über die Matrix verteilt, am Rande der Matrix oder in Klustern bzw. Gruppen angeordnet sein. Bevorzugt ist eine in etwa homogene Verteilung mehrerer Versteifungselemente über die Matrix hinweg. Stellt die Matrix selbst ein flächiges Gebilde das wie beispielsweise ein Polymervlies erfolgt die Versteifung üblicherweise in Richtung des Normalen der Fläche (d. h. der Dicke des Vlieses).

Gemäß einer ganz besonders bevorzugten Ausgestaltungsform, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, umfasst das Implantat 1 ein Polymervlies 2 als flächig ausgestaltete Matrix. Über die Matrix verteilt sind Versteifungselemente 3 in Form von Stiften 3a mit verbreiterten Endkappen 3b.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann das Versteifungselement zwei gegebenenfalls mit Öffnungen versehene flächig ausgestaltete, einander gegenüberliegende Elemente aufweisen, zwischen denen eine ebenfalls flächig ausgestaltete Matrix angeordnet ist. Die flächig ausgestalteten Elemente des Versteifungselementes werden mit Hilfe von mindestens einem steifen Abstandhalter voneinander beabstandet. Vorzugsweise umfasst diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Implantats mehrere bzw. eine Vielzahl von Abstandhaltern. Der oder die Abstandhalter können in Form von durch die Matrix hindurchreichenden Stiften, gegebenenfalls mit verbreiterten Enden, massiven oder Hohlzylindern, Kugeln, einem Gitter, einer Wabenstruktur, Stegen, Rippen oder einer gewellten Struktur vorliegen. Wie oben für die einzelnen Versteifungselemente beschrieben, können Gitter, Wabenstrukturen, Stege, Rippen oder gewellte Strukturen Öffnungen oder Durchbrüche aufweisen, sofern hierdurch ihre Versteifungsfunktion nicht beeinträchtigt ist. Bei dieser zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Matrix über beide Oberflächen hinweg gleichzeitig vor mechanischen Belastungen geschützt und können die flächig ausgestalteten Elemente die Druckbelastung auf die Abstandhalter umleiten, sodass die zwischen den flächig ausgestalteten Elementen angeordnete Matrix noch weitergehend vor Druck- bzw. Kompressionsbelastung geschützt ist.

Eine entsprechende Ausführungsform ist in Fig. 2 gezeigt, in der das Implantat 1 eine flächig ausgestaltete Matrix 2 in Form eines Polymervlieses umfasst. Diese ist in ein Versteifungselement 3 sandwich-artig eingepasst, umfassend zwei Gitter als flächige Elemente 3b, die durch Stifte 3a als Abstandhalter voneinander beabstandet sind.

Die Matrix selbst ist im transplantierten Zustand resorbierbar. Dies bedeutet, dass die Matrix nach ihrer Transplantation in den Organismus nach und nach abgebaut wird, und zwar in dem Maße, in dem sich neues Gewebe bildet. Die Matrix umfasst daher ein resorbierbares Material, das vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Hydroxylapatit, Hyaluronsäure, Gelatine, Polyglykolid, Polylactid, Kalziumphosphat, Fibrin, Kollagen und Mischungen bzw. Copolymere derselben. Am meisten bevorzugt ist ein Copolymer aus Polyglykolid/Polylactid, was sich in den geeigneten Dimensionen leicht in der gewünschten Stärke, Porosität und Resorbierbarkeit herstellen lässt.

Die Matrix weist eine interkonnektierende Porosität auf, was bedeutet, dass die Matrix selbst möglichst wenig geschlossenzellige, d. h. von außen nicht zugängliche, Hohlräume enthält. Derartige Hohlräume sind einem Flüssigkeitsaustausch und der Besiedlung durch Zellen nicht zugänglich, sodass sie möglichst gemieden werden sollten. Üblicherweise wird die Matrix eine Porosität von 10 bis 90% aufweisen. Um eine optimale Strömung von Flüssigkeiten und ein angemessenes Zellwachstum zu gestatten, weist die Matrix üblicherweise Poren mit einem mittleren Durchmesser von zwischen 1 und 5.000 µm auf. Insbesondere kann die Matrix vorteilhafterweise eine Mischung von Makroporen und Mikroporen mit einem Durchmesser von 100 bis 1.500 µm bzw. 1 bis 100 µm aufweisen.

Als Matrixmaterial kann auch ein natürliches Material wie beispielsweise ein spongioses Material verwendet werden. Ein entsprechendes Material ist unter dem Handelsnamen Endobon® erhältlich. Dieses Material ist zwar bereits relativ hart, neigt jedoch zu Sprödigkeit bei entsprechender Druckbelastung. Auch bei derart spröden Materialien bietet die Versteifung beispielsweise durch ein metallelastisches Versteifungselement Vorteile bezüglich der Kompressionsbelastbarkeit. Andererseits wird dieses Material bei Kontakt mit wässrigen Lösungen über längere Zeit, wie beispielsweise bei der Besiedelung mit Zellen, schmierig und wenig formstabil, so dass hier ebenfalls von der Versteifung profitiert.

Das erfindungsgemäß verwendete mindestens eine Versteifungselement kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ebenfalls aus einem bioresorbierbarem Material bestehen bzw. dieses umfassen. Vorzugsweise besteht das Versteifungselement aus demselben Material, aus dem bereits die Matrix besteht. In jedem Fall ist das Versteifungselement jedoch so ausgestaltet, dass es langsamer als die Matrix resorbiert wird. Dadurch kann das Versteifungselement seine gegenüber Druck- oder Kompressionsbelastung stabilisierende Funktion bis zum Abbau der Matrix und bis zum Ersatz derselben durch Gewebe ausüben.

Das Versteifungselement kann demgemäss ein Material umfassen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Hydroxylapatit, Hyaluronsäure, Gelatine, Polyglykolid, Polylactid, Kalziumphosphat, Fibrin, Kollagen und Mischungen, bzw. Copolymeren derselben, vorzugsweise einem Polyglykolid/Polylactid-Copolymeren.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das mindestens eine Versteifungselement auch ein nicht resorbierbares Material umfassen. Dieses Material ist dann vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus biokompatiblen Metallen und deren Legierungen, wie beispielsweise Titan und Titan/Nickellegierungen oder Edelstahl, Keramik, Carbiden, Nitriten, Carbonnitriten, Kunststoffen und deren Mischungen.

Das Versteifungselement ist vorzugsweise gegenüber Kompressionsdrücken formstabil. Demgemäss kann das erfindungsgemäß vorgesehene Versteifungselement die Matrix bzw. das gesamte Implantat über mindestens eine Dimension über mindestens einen Teilbereich hinweg gegenüber biologisch auftretenden Kompressionsdrücken stabilisieren. Eine Stabilisierung im Sinne der Erfindung meint, dass im wesentlichen eine Dimensionsstabilität bei Aufbringen der entsprechenden Drücke ohne mechanische Beschädigung des Versteifungselements und der Matrix gewährleistet werden kann. Dimensionsstabilität im Sinne der Erfindung meint eine Änderung der Abmessung von weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 5% und noch stärker bevorzugt weniger als 1%.

Das erfindungsgemäße Implantat umfasst zwingend die oben beschriebene Matrix sowie mindestens wie oben beschriebenes Versteifungselement. Das Implantat kann grundsätzlich jede gewünschte geometrische Form aufweisen. Beispielhafte Formen sind Quader, Würfel, Scheiben, Zylinder, Pyramiden, Kugel oder runde bzw. eckige flächige Gebilde. Das Implantat kann auch anatomisch entsprechend preformiert sein. Bevorzugt ist ein grundsätzlich flächig ausgebildetes, dreidimensionales Implantat, mit runder oder eckiger Grundform, wobei die Abmessungen vom Bestimmungszweck anatomisch vorgegeben sind. Beispielsweise können derartige Abmessungen im Millimeter bis Zentimeterbereich liegen, wenn es sich um Knorpeltransplantate bzw. Implantate 11k den Kieferbereich handelt. Bei orthopädischen Implantaten können auch deutlich größere Abmessungen gegeben sein. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist das Implantat anatomisch entsprechend preformiert. Hier können beispielsweise anatomisch geformte nach Standardmaßen vorgesehene Implantatformen gewählt werden wie beispielsweise der "Norm-Wirbelkörper". Entsprechende weitere verwendbare Gestaltungen sind dem Fachmann ohne weiteres ersichtlich.

Bevorzugt umfasst das erfindungsgemäße Transplantat außerdem Zellen des zu transplantierenden Gewebes. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei diesen Zellen um Zellen des Knorpel und Knochengewebes oder um nicht ausdifferenzierte Zellen, die zur Bildung des gewünschten Gewebes induziert werden können. Die Zellen können beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe, bestehend aus Periostzellen, Chondrozyten, Chondroblasten, Osteoblasten und Fibroblasten, Adipozyten, Osteozyten und Mischungen derselben. Alternativ kann es sich bei den Zellen um Stammzellen handeln. Werden Mischungen der vorgenannten Zellen angewandt, kann es sich bei dem erfindungsgemäßen Implantat auch um osteochondrale Konstrukte handeln, bei denen Knorpel und Knochengewebe gleichzeitig implantiert wird. Vorzugsweise weist das Implantat die Zellen in räumlich getrennten Bereichen desselben auf, so dass distinkte Gewebe gebildet werden. Alle vorgenannten Zellen können gegebenenfalls transfiziert sein. Grundsätzlich können die genannten Zellen allogenen als auch autologen Ursprungs sein, wobei autologe Zellen bevorzugt angewandt werden.

Weiterhin kann das erfindungsgemäße Implantat zusätzlich einen oder mehrere Hilfsstoffe umfassen. Diese werden vorzugsweise ausgewählt unter Gewebefaktoren, Hormonen, Wachstumsfaktoren, Zytokinen, die Redifferenzierung fördernden Faktoren, Immunsuppressiva, Entzündungshemmer, Antibiotika, Nährstoffen und Mineralien. Selbstverständlich können Mischungen der genannten Hilfsstoffe angewandt werden.

Das erfindungsgemäße Implantat kann weiterhin Mittel zur Befestigung und/oder Verankerung des Transplantats am Transplantationsort vorsehen. Entsprechende Mittel sind beispielsweise in der Deutschen Patentanmeldung Nr. 101 62 205.8 beschrieben, deren Offenbarung mittels Bezugnahme hierin aufgenommen wird.

Das erfindungsgemäße Implantat kann hergestellt werden, indem man zunächst eine mindestens ein Versteifungselement aufweisende wie oben definierte Matrix herstellt. Dieses Implantat kann als solches beispielsweise in einem aus der DE 199 57 388 beschriebenen Verfahren verwendet werden. Andererseits kann dieses Implantat aus Matrix und Versteifungselement auch auf an sich bekannte Weise mit Zellen besiedelt werden. Geeignete Verfahren sind beispielsweise aus der DE 199 26 083 oder DE 44 31 598 bekannt, die durch Bezugnahme hierin aufgenommen werden.

Andererseits kann auch zunächst eine flexible resorbierbare Matrix auf bekannte Weise mit Zellen besiedelt und anschließend die Versteifungselemente vorgesehen werden. Dieses kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass Stifte als Versteifungselemente in einer Dimension durch die Matrix hindurch getrieben werden. Diese Stifte können anschließend, um ein Verschieben derselben zu vermeiden, mit Endkappen oder Platten versehen werden.

Für den bevorzugten Fall, dass es sich bei der Matrix um ein Vlies handelt, kann dies aus den oben genannten Materialien gemäß üblicher Verfahren wie dem Trockenyliesverfahren, dem Spinnvliesverfahren, dem Nassvliesverfahren oder anderen hergestellt werden, wobei das gewählte Verfahren und anderem von dem zu verwendeten Material abhängig ist. Wesentlich ist, dass das Vlies eine interkonnektierende Porosität ausweist. Die folgenden Beispiele dienen lediglich zur Veranschaulichung der Erfindung und sollen diese nicht beschränken.

Beispiele

Beispiel 1

Isolierung von Chondroblasten

Im folgenden Beispiel wurden Chondroblasten aus Kaninchen isoliert. Die beschriebene Methode ist im Prinzip auf Menschen übertragbar.
Das Kaninchen wird durch eine Injektion narkotisiert. Die Haare werden im Operationsgebiet rasiert, die Haut desinfiziert und steril abgedeckt. Über dem knorpeligen Anteil der Rippe wird ein Schnitt von ca. 2 cm gesetzt. Der Rippenanteil wird freipräpariert, etwa 1,5 cm Rippenknorpel einschließlich des Perichondrium werden herausgetrennt. Nach Blutstillung und Spülung wird die Wunde durch Rückstichnähte verschlossen. Anschließend wird ein Sprühverband angebracht.
Der autologe Rippenknorpel wird in sterile Ringerlösung (DAB 7-Lösung, erhältlich von Fa. Delta Pharma) gegeben, die mit 200 IU/ml Penicillin und 20 µg/ml Streptomycin supplementiert worden ist. Der Knorpel kann in der Lösung für einige Stunden bei 4°C aufbewahrt werden, muss aber innerhalb von 6-8 Stunden bearbeitet werden. Das Knorpelgewebe wird mit einem Skalpell (20/22) unter sterilen Bedingungen auf eine Größe von 1-2 mm zerkleinert und in eine große Petrischale (130 × 15 mm) gegeben. Die Knorpelmenge wird gewogen.
Anschließend werden 50 ml 2 mg/ml Kollagenase in HAM's F12-Medium (Hepes- Modifikation, mit 100 IU/ml Penicillin, 100 µgg/ml Streptomycin) in die Petrischale mit den Knorpelstücken gegeben. Es folgt für 16-24 h Inkubation im Zellkultur-Brutschrank.
Die Knorpelzellsuspension mit verbliebenen Knorpelstückchen wird abpipettiert, mit dem gleichen Volumen HAM's F12-Medium (Hepes-Modifikation, 100 IU/ml Penicillin, 100 µg/ml Streptomycin, ≍50 µg/ml Ascorbinsäure, ≍10% (v/v) autologes Serum, 2 mM Glutamin) verdünnt und ausgiebig auf einem Schüttler gerüttelt, um die angedauten Knorpelstücke zu trennen. Dieser Schritt wird am besten in verschlossenen 50 ml-Zentrifugen- Schraubgefäßen durchgeführt.
Die Zellsuspension wird durch Zellfilter in 50 ml-Schraubgefäße filtriert (ca. 25 ml pro Gefäß) und mit o. g. HAM's F12-Medium auf 50 ml aufgefüllt. Die Zellen werden 3-4 mal mit 30 ml PBS durch Zentrifugation (10 min. 500 g, 21°C) gewaschen. Nach dem letzten Waschschritt werden die Zellen in 30 ml Medium aufgenommen.
Um die Zellzahl zu bestimmen, werden zunächst 0,5 ml einer 0,4% Trypanblaulösung in ein Teströhrchen gegeben. Nach Hinzufügen von 0,3 ml HBSS (Hanks Salzlösung) und 0,2 ml Zellsuspension wird sorgfältig gemischt und 15 Minuten bei Raumtemperatur inkubiert. Anschließend wird durch Zählung mit einem Hämozytometer die Zellzahl ermittelt.

Beispiel 2

Isolierung von Osteoblasten

Die Isolierung von Osteoblasten erfolgt nach diesem Beispiel durch Isolierung und Selektion der Knochenvorläuferzellen aus Knochenmarksaspirat.
Hierzu wird nach örtlicher Betäubung eine sterile Knochenmarkpunktion durchgeführt. Durch Aspiration mit einer großvolumigen Kanüle und einer Heparin-benetzten Spritze werden etwa 15 bis 20 ml Blut aus dem hinteren Beckenkamm des Patienten entnommen. Die Probe wird bei etwa 400 g zentrifugiert, der Überstand abgenommen und das Zellpellet in 5 ml serumfreien Mediuml (Basalmedium 199 der Fa. Gibco, 100 IU/ml Penicillin, 100 µg/ml Streptomycin) suspendiert. Anschließend wird eine Dichtegradientenzentrifugation über einen 70%-Percollgradienten oder einem Ficoll-Kissen bei 400 g für 30 Minuten bei 4°C durchgeführt, um die roten Blutkörperchen von den mesenchymalen Zellen zu trennen. Schließlich werden die Mesenchymzellen in einer Gewebekulturflasche ausplattiert und vermehrt.
Der osteoblastische Phänotyp der Zellen kann durch Nachweis der knochenspezifischen Proteine Alkalische Phosphatase und Osteocalcin im Kulturmedium oder durch immunhistochemische Färbungen von Kontrollkulturen nachgewiesen werden. Die Vitalität der Zellen wird über die Untersuchung der Alkalischen Phosphatase Aktivität und die Osteocalcinfärbung untersucht.

Beispiel 3

Herstellung eines Knorpelimplantats

Die Chondrozytensuspension aus Beispiel 1 wird auf etwa 3 × 10⁷ Zellen/ml eingestellt. Polymervliese mit einer Porosität von 85% werden unter sterilen Bedingungen in etwa 1 × 1 cm große Stückchen einer Dicke von 0,8 mm geschnitten. Die Vliese werden mit Hilfe einer Spritze mit der Zellsuspension beimpft. Dabei reichen 2 ml Zellsuspension für 8 bis 10 Vliesstücke. Nach 3 Stunden im Brutschrank bei 37°C werden die Stückchen auf eine Gewebekulturplatte mit einer entsprechenden Anzahl von Vertiefungen verteilt und mit jeweils 8 ml Nährmedium aufgefüllt. Das Medium wird alle 2 Tage gewechselt.
Nach Abschluss der Kultur nach etwa 7 Tagen wird jedes Vliesstückchen mit 4 resorbierbaren Polymerstiften (beispielsweise Vycryl®) von 0,25 mm Durchmesser und 1 mm Länge versteift, die über die Fläche des Stückchens gleichmäßig verteilt werden. Die Stifte weisen an einem Ende Verbreiterungen auf, wobei alle die Verbreiterungen aufweisenden Enden sich auf der selben Oberseite der Vliese befinden. Das fertige Implantat kann dann in eine Knorpelläsion am Kniegelenk implantiert worden, wobei die die verbreiterten Enden aufweisende Oberfläche vom Knochen wegweisen.

Claims

1. Implantat, umfassend eine im transplantierten Zustand resorbierbare Matrix mit interkonnektierender Porosität, Zellen des zu transplantierenden Gewebes sowie mindestens ein Versteifungselement, welches die Matrix gegenüber Kompressionsbelastung in mindestens einer Dimension über mindestens einen Teil der Matrix hinweg stabilisiert.

2. Implantat nach Anspruch 1, umfassend eine Vielzahl von Versteifungselementen.

3. Implantat nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin das oder die Versteifungselement(e) für Dimensionsstabilität der Matrix in mindestens zwei Dimensionen sorgt bzw. sorgen.

4. Implantat nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin das oder die Versteifungselement(e) in Form von durch die Matrix hindurch reichenden Stiften ggf mit verbreiterten Enden, massiven oder Hohlzylindern, Kugeln, einem Gitter, einer Wabenstruktur, Stegen, Rippen oder einer gewellten Struktur vorliegt bzw. vorliegen.

5. Implantat nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin die Versteifungselement(e) über die Matrix verteilt, am Rand der Matrix oder in Klustern angeordnet ist bzw. sind.

6. Implantat nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin das Versteifungselement zwei ggf. mit Öffnungen versehene flächig ausgestaltete, einander gegenüberliegende Elemente aufweist, zwischen denen eine ebenfalls flächig ausgestaltete Matrix angeordnet ist, wobei die Elemente mit Hilfe von mindestens einem steifen Abstandhalter voneinander beabstandet sind.

7. Implantat nach Anspruch 6, umfassend eine Vielzahl von Abstandhaltern.

8. Implantat nach Anspruch 6 oder 7, worin der oder die Abstandhalter in Form von durch die Matrix hindurch reichenden Stiften ggf. mit verbreiterten Enden, massiven oder Hohlzylindern, Kugeln, einem Gitter, einer Wabenstruktur, Stegen, Rippen oder einer gewellten Struktur vorliegt bzw. vorliegen.

9. Implantat nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin die Matrix ein resorbierbares Material umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Hydroxylapatit, Hyaluronsäure, Gelatine, Polyglykolid, Polylactid, Tricalciumphosphat, Fibrin, Kollagen und Mischungen bzw. Copolymeren derselben.

10. Implantat nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin die Matrix eine Porosität von 10 bis 90% aufweist.

11. Implantat nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin die Matrix Poren mit einem mittleren Durchmesser von zwischen 1 und 5000 µm aufweist.

12. Implantat nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin das mindestens eine Versteifungselement ein resorbierbares Material umfasst, wobei das Versteifungselement so ausgestaltet ist, dass es langsamer als die Matrix resorbiert wird.

13. Implantat nach Anspruch 12, worin das mindestens eine Versteifungselement ein Material umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Hydroxylapatit, Gelatine, Hyaluronsäure, Polyglykolid, Polylactid, Tricalciumphosphat, Fibrin, Kollagen und Mischungen bzw. Copolymeren derselben.

14. Implantat nach Anspruch 12 oder 13, worin die Matrix und das oder die Versteifungselement(e) aus demselben Material bestehen.

15. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 11, worin das mindestens eine Versteifungselement ein nicht resorbierbares Material umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus biokompatiblen Metallen und deren Legierungen, Keramik, Carbiden, Nitriden, Carbonitriden, Kunststoffen und deren Mischungen.

16. Implantat nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin die Zellen ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Stammzellen, Periostzellen, Chondrozyten, Chondroblasten, Fibroblasten, Adipozyten, Osteoblasten und Osteozyten und Mischungen davon, wobei diese Zellen ggf. transfiziert sein können.

17. Implantat nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um autologe oder allogene Zellen handelt.

18. Implantat nach einem der vorstehenden Ansprüche, das zusätzlich einen oder mehrere Hilfsstoffe umfasst, ausgewählt unter Gewebefaktoren, Hormonen, Wachstumsfaktoren, Cytokinen, die Redifferenzierung fördernden Faktoren, Immunsuppressiva, Entzündungshemmern, Antibiotika, Nährstoffen und Mineralien.

19. Implantat nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin die Matrix in der Form des gewünschten Implantates vorliegt.

20. Implantat nach einem der vorstehenden Ansprüche, dass weiterhin Mittel zur Befestigung und/oder Verankerung des Transplantats am Transplantationsort vorsieht.

21. Implantat nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin die Matrix ein flächiges Polymervlies darstellt, in das mit verbreiterten Enden versehene Stifte als Versteifungselemente über die Fläche des Vlieses insertiert und so angeordnet sind, dass die Längsachse der Stifte im wesentlichen normal zur Ebene des Vlieses ist.

22. Implantat nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Knorpeltransplantation.

23. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 22 zur Knochentransplantation.

24. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 15 und 18 bis 23, das keine Zellen enthält.

25. Verfahren zur Herstellung eines Implantats nach einem der Ansprüche 1 bis 23, bei dem man eine mindestens ein Versteifungselement aufweisende Matrix auf an sich bekannte Weise mit Zellen besiedelt.

26. Verfahren zur Herstellung eines Implantats nach einem der Ansprüche 1 bis 23, bei dem man in einem ersten Schritt die Matrix auf an sich bekannte Weise mit den Zellen besiedelt und anschließend in einem zweiten Schritt das oder die Versteifungselement(e) vorsieht.