DE10326747B4

DE10326747B4 - Perfusionseinheit und Perfusionsstation zur Hautwundbehandlung sowie dessen Verwendung

Info

Publication number: DE10326747B4
Application number: DE10326747A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dr. Bornemann
Original assignee: Gerlach Jorg Drmed
Current assignee: Gerlach Jorg Drmed
Priority date: 2003-06-13
Filing date: 2003-06-13
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2023-06-14
Also published as: DE10326747A1; US20050015064A1

Abstract

Perfusionseinheit zur Hautwundbehandlung, zur Anzucht, zum Erhalt, zur Vermehrung und zur Nutzung von Hautzellen, Hautfibroblasten und/oder Progenitorzellen aus mindestens einer aus Folien gebildeten Kammer mit mindestens einem Kanal für die Zellenzufuhr und einer im Kammerinneren angeordneten und mit mindestens einer Zuleitung und mindestens einer Ableitung verbundenen Membran für die Perfusion von Kulturmedien und/oder Gasen durch die Membran, die aus mindestens einer Hohlfaser besteht, an deren äußeren Oberfläche die Zellen immobilisierbar sind, wobei mindestens eine Oberfläche der Kammer zur Anordnung auf Hautoberfläche als Auflagefläche ausgebildet ist und eine keimsichere und reversibel entfernbare Abdeckung aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hautzellperfusionseinheit zur Anzucht, zum Erhalt, zur Vermehrung, zur Nutzung von Hautzellen, Hautfibroblasten und Progenitorzellen und zu deren Versorgung in einer Hautwunde. Diese Perfusionseinheiten sind aus einer Kammer aufgebaut, die mit mindestens einem Kanal für die Zellenzufuhr versehen ist und zusätzlich im Kammerinneren mindestens eine Membran für die Perfusion von Kulturenmedien oder Gasen durch die Membran aufweist, wobei die Membran mit mindestens einer Zuleitung und mindestens einer Ableitung versehen ist. Die Membran besteht aus Hohlfasern, auf deren äußeren Oberfläche die Zellen immobilisierbar sind. Die Erfindung betrifft ebenso eine Perfusionsstation, in die derartige Perfusionseinheiten integriert werden können, sowie ein Verfahren zur Anzucht, zum Erhalt, zur Vermehrung und zur Nutzung der genannten Zellen. Ebenso ist ein Verfah ren beschrieben, mit welchem ein Tissue Engineering in der Wunde unterstützt wird, wobei Funktionen der Ernährung, Oxygenierung, der Entgiftung, des pH- und Elektrolytausgleich sowie der Dialyse in den Heilungsprozess der Wunde zur Anwendung kommen. Verwendung finden derartige Perfusionseinheiten für die regenerative Zell-Transplantation bei großen Hautwunden und schweren Brandverletzungen und in der Unterstützung der Heilung von Hautwunden.
Während Verletzungen der obersten Hautschicht (Epidermiszellen, Keratinozyten) meist von selber regenerieren können, heilen größere Wunden, welche die Regenerationsschicht der Haut (basale Keratinozyten, Progenitorzellen) erreichen, oftmals nicht.
Solche Verletzungen erfordern die so genannten Spalthauttechniken, bei denen die zu transplantierende Haut aus einem gesunden Körperareal in viele kleine Felder aufgefächert wird. Bei großflächigen Verbrennungen sind dieser klassischen Transplantation jedoch Grenzen der Verfügbarkeit ausreichender Hautflächen gesetzt. Insbesondere bei Brandverletzungen ist der Verlust der adulten Stammzellen oftmals nicht zu bewältigen.

Vorrichtungen für die Züchtung von Hautzellen, z.B. Zellkulturschalen, Zellkulturflaschen oder Zellkulturbeutel sind bekannt.

Aus Carsin H, Ainaud P, Le Beyer H, Rives JM, Le Coadou A, Stephanazzi J. Objectives, results and future prospects of burn treatment in 1997. Bull Acad Natl Med 1997 Oct; 181 (7):1307–19; discussion 1319–20 und Phillips TJ, Gilchrest BA,: Clinical application of cultured epithelium. Epith Cell Biol 1992; 1:39–46 und Still JM, Orlet HK, Law EJ. Use of cultured epidermal autografts in the treatment of large burns. Burns 1994; 20:539–541 sind die ersten klinischen Ergebnisse der Transplantation von in Kulturflaschen vermehrten Keratinozyten bekannt. Hautzellen wurden aus kleinen, vom Patienten entnommenen Hautproben isoliert, in Kulturschalen vermehrt und dem Patienten auf die Wunde als regenerierendes Zelltransplantat gebracht. Die Kultur von Keratinozyten ist mittlerweile etabliert, der biotechnologische Service zur Anfertigung von solchen patienteneigenen Hautzelltransplantaten wird von verschiedenen Unternehmen angeboten, u. A. der Genzyme AG, Boston, USA.

Bei diesen derzeit etablierten Techniken ist jedoch die Zellversorgung in der Einwachsphase mangelhaft, in der Wunde kommt es zu Wasser-, Elektrolyt- und pH-Verschiebungen sowie zur Toxinansammlung. Diese unphysiologische Biomatrix in der Wunde verhindert ein optimales Anwachsen und Vermehren der transplantierten Zellen. Das flächige Auftragen geschlossener Zellschichten fördert darüber hinaus die Blasenbildung unter diesen Schichten und damit ein Abheben der transplantierten Zellen von der Blutversorgung. Bei Brandverletzungen sind ebenfalls Flüssigkeitsverluste und damit Eiweißverluste sowie die Ansammlung toxischer Wundbestandteile zu behandeln.

Aus der DE 199 64 113 A1 ist eine Perfusionseinheit bekannt, in dessen innerem Bereich ein Membransystem angeordnet ist. Das Membransystem ist dabei von einem Außengehäuse mit Einlässen und Auslässen für die Perfusion von Kulturmedien umgeben.

Ausgehend von diesen Nachteilen des Standes der Technik war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Wärme-, Eiweiß- und Flüssigkeitsverlust aus den Wunden in der ersten klinischen Phase zu verringern, wobei gleichzeitig der Keimschutz gewährleistet sein soll. Ebenso sollen Elektrolyt- und pH-Verschiebungen sowie Toxinansammlungen vermindert werden. Weiterhin soll mit der vorliegenden Perfusionseinheit in der späteren klinischen Phase das Ergebnis der Behandlung von Hautdefekten mit Hautzellen verbessert werden.

Diese Aufgabe wird durch die Hautzellperfusionseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch die Perfusionsstation mit den Merkmalen des Anspruchs 13 und das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst. In Anspruch 22 wird die Verwendung der erfindungsgemäßen Perfusionseinheit beschrieben. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.

Erfindungsgemäß wird eine Perfusionseinheit zur Anzucht, zum Erhalt, zur Vermehrung und zur Nutzung von Hautzellen, Fibroblasten und/oder Progenitorzellen aus mindestens einer mit mindestens einem Kanal für die Zellenzufuhr versehenen, aus Folien gebildeten Kammer bereitgestellt. Im Kammerinneren ist gleichzeitig eine Membran, die aus mindestens einer Hohlfaser besteht, angeordnet, an deren äußeren Oberfläche die Zellen immobilisierbar sind. Die Membran ist dabei mit mindestens einer Zuleitung und mindestens einer Ableitung verbunden, so daß die Perfusion von Kulturmedien und/oder Gasen durch die Membran ermöglicht wird. Es ist weiterhin erfindungswesentlich, daß mindestens eine Oberfläche der Kammer zur Anordnung auf Hautoberflächen als Auflagefläche ausgebildet ist und eine keimsicher und reversibel entfernbare Abdeckung in Form einer Folie aufweist.

Ebenso erfindungswesentlich ist eine große Flexibilität der Membrane, die sich auch an Problemzonen wie Gelenkbereichen der Körperform anpassen kann.

Die erfindungsgemäße Perfusionseinheit dient dabei bevorzugt zunächst der in vitro Kultivierung von bevorzugt patienteneigenen Keratinozyten und/oder adulten Stammzellen der Haut (Progenitorzellen) und von Hautbindegewebszellen (Fibroblasten) desselben Hautspenders. Die in vitro Kulturphase wird dabei bevorzugt so ausgestaltet, dass sich die Zellen inselförmig auf der Membran verteilen und nicht konfluent zusammenwachsen. Ebenso sind bei Ko-Kulturen die genannten Zellarten inselförmig nebeneinander kultivierbar, sodass sich in der in vitro Phase noch kein geschlossen-flächiger Neo-Hautverband ausbildet.

Mit Hilfe der Perfusionseinheit wird in einer weiteren Phase ein Transfer der genannten Zellarten als Einzelzellen in die Wunde vereinfacht, welche dann durch nachfolgende Versorgung über die Membran mittels Ernährung mit Kulturmedien und Sauerstoffversorgung ein Tissue Engineering in der Wunde unterstützt. Die Membran unterstützt dieses Tissue Engineering in der Wunde in einer Phase in welcher die Zellen noch nicht im Wundgrund vom patienteneigenen Gefäßsystem versorgt werden. Diese Art der Wundversorgung erlaubt darüber hinaus eine Erwärmung, eine pH- und Elektrolytregulierung, eine Toxinentfernung und vermindert den Flüssigkeitsverlust aus der Wunde.

Vorzugsweise ist die im Kammerinneren angeordnete Membran aus mehreren parallel angeordneten Hohlfasern aufgebaut. Dabei sind sämtliche Hohlfasern so ausgerichtet, daß diese an ihren jeweiligen Enden mit der Zuleitung bzw. der Ableitung verbunden sind.

Ein alternativer Aufbau des Kammerinneren sieht vor, daß mindestens eine Hohlfaser im Kammerinneren mäanderförmig angeordnet ist. Im Falle einer Hohlfaser bedeutet dies, daß sich an deren Enden die Zuleitung auf der einen Seite und die Ableitung auf der anderen Seite anschließen. Dies ermöglicht einen durchgängigen Transport der Kulturmedien und/oder Gase durch die Hohlfaser.

Vorzugsweise kann die Perfusionseinheit auch aus mehreren Kammern aufgebaut sein. Hier besteht die Möglichkeit, daß mehrere Kammern miteinander seriell verbunden sind. Hierbei erfolgt ein kontinuierlicher Fluß der Kulturmedien und/oder Gase nacheinander durch die einzelnen Kammern. Alternativ ist es aber auch möglich, daß mehrere Kammern parallel angeordnet sind.

Erfindungsgemäß wird weiter vorgeschlagen, Kammern und/oder Membranen einzusetzen, welche nach Auflage auf die Patientenwunde und Anwachsen der Zellen nicht mechanisch unter Auslösen neuer Wunden abgezogen werden müssen. Dies wird dadurch ermöglicht, daß die Kammern und/oder Membranen aus einem vom Körper resorbierbaren/verdaubaren Material bestehen.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, daß die Kammer und/oder Membran aus einem Material besteht, welches durch Enzyme auflösbar ist. Hierfür eignen sich besonders Materialien aus Cellulose und/oder cellulosehaltigen Verbindungen. Diese sind durch Einsatz des Enzyms Cellulase verdaubar. Cellulase greift jedoch aufgrund seines Ursprungs aus der Pflanzenwelt menschliche Zellen des Patienten nicht an. Gleichzeitig gilt das Enzym Cellulase als patien tenverträglich, hautzellenunschädlich und für klinische äußerliche Behandlungen einsetzbar. Weiterhin sind Materialien wie Collagen bevorzugt, welches mit Collagenase verdaubar ist.

Vorzugsweise besitzt die Perfusionseinheit eine flexible Auflagefläche, welche an die Konturen des Körpers anpaßbar ist. Hierdurch wird ermöglicht, daß auch an schwer zugänglichen Stellen des menschlichen Körpers, wie z. B. den Gelenken, eine gute Auflage der Perfusionseinheiten auf der Wundfläche ermöglicht wird.

Ebenso kann die Membran im Inneren der Perfusionseinheit flexibel gestaltet sein und darüberhinaus unter Erhalt der Anschlüsse für die Perfusionsstation aus der Perfusionseinheit entnehmbar sein, wobei die o.g. Funktionen dann über die Membran alleine gewährleistet werden, nachdem die Membran mit einer geeigneten Wundabdeckung auf die Wunde gelegt wurde.

Erfindungsgemäß wird ebenso eine Perfusionsstation bereitgestellt, die mindestens eine Perfusionseinheit, wie sie zuvor beschrieben wurde, enthält. Die Perfusionseinheit ist dabei mit mindestens einem Zulauf- und mindestens einem Ablaufreservoir über jeweilige Zuleitungen und Ableitungen verbunden. Das Zulaufreservoir enthält dabei die für die Perfusion durch die Membran vorgesehenen Kulturmedien und/oder Gase. Nach Durchlaufen der Membran werden diese dann im Ablaufreservoir gesammelt.

Vorzugsweise wird das Perfusionsmedium durch die Station auf Körpertemperatur erwärmt und oxygeniert.

Ebenso ist es auch möglich, daß zwischen dem Zulauf- und Ablaufreservoir eine Verbindungsleitung besteht, so daß die Membran in einem Kreislauf von den Kulturmedien und/oder Gasen durchspült wird.

In einer vorteilhaften Weiterbildung sind zwischen der Zuleitung und dem Zulaufreservoir mindestens eine Absperrvorrichtung, z. B. ein Luer-Lock oder eine Klemme, angeordnet.

Vorzugsweise weist die Perfusionsstation eine Pumpvorrichtung auf, die für den Transport der Kulturmedien und/oder Gase durch die Membran sorgt. Besonders bevorzugt ist es hierbei, wenn mittels einer Druckregelung eine exakte Einstellung der Perfusionsrate und der hydrostatischen Druckverhältnisse in der Wunde erfolgen kann. Alternativ ist es aber auch möglich, anstelle der Verwendung einer Pumpe, die Perfusion hydrostatisch erfolgen zu lassen. Hierfür sind das Zulauf- und das Ablaufreservoir in der Höhe zueinander so anzuordnen, daß ein hydrostatischer Transport der Kulturmedien und/oder Gase erfolgen kann.

Erfindungsgemäß wird ebenso ein Verfahren zur Anzucht, zum Erhalt, zur Vermehrung und zur Nutzung von Hautzellen, Fibroblasten und/oder Progenitorzellen unter Verwendung der zuvor beschriebenen Perfusionseinheit bereitgestellt. Das Verfahren basiert darauf, daß in vitro, z. B. in der zuvor beschriebenen Perfusionsstation, die Kammer mit dem Kulturmedium und/oder Gas für das Wachstum der auf der Membranoberfläche immobilisierten Hautzellen perfundiert wird. Die Zellen werden zunächst über einen Zufuhrkanal in die Vorrichtung eingebracht und diese wird anschließend mehrfach in Intervallen von 1–60 min in allen Richtungen des Raumes zur Zellverteilung geschwenkt. Die Perfusion wird dabei solange durchgeführt, bis sich auf der Membranoberfläche inselförmi ge Hautzellenbereiche ausbilden. Dagegen ist es weniger erwünscht, daß sich auf der Membranoberfläche geschlossene Hautzellenschichten bilden.

Das Einbringen der Zellen in die Vorrichtung erfolgt bevorzugt in Form von Einzellzellen mit einer Verdünnung, die zum Zellanwachsen vereinzelter Zellen, bzw. zu Zellhaufen mit geringer Dichte, führt. Eine nachfolgende Zellvermehrung führt zu größeren vereinzelten Zellinseln. Hierdurch wird für die Zellpassagierung bei Bedarf auch die Trypsinisierung bzw. das Ablösen vereinfacht. Das Aussäen vereinzelter Zellen reduziert auch den Bedarf an Trypsinisierungen, da die Zellen mehr Platz zum Wachsen haben. Ein späteres Anwachsen der Zellen von den Transfermembranen in der Wunde wird ebenfalls durch Verwendung vereinzelter Zellinseln verbessert.

Die Anwendung der beschriebenen Entwicklung ergibt im Vergleich zum Stand der Technik der Kulturschalen Vorteile.

– Durch den Verzicht auf konfluentes Wachstum, mit welchem reduzierte Zellzyklen einhergehen, ergibt sich ein reduzierter Zeitbedarf für die Phase der Zellvermehrung in vitro.
– Das System erlaubt ein automatisierbares Zellbehandeln/entwickeln unter geschlossenen Systembedingungen mit der Vermeidung des Risikos von Personalfehlbedienung. So ist z. B. ein automatisiertes Trypsinisieren im geschlossenen System möglich.
– Insgesamt ergibt sich auch eine Reduktion der Prozesskosten.
– Das System ist so gestaltet, dass produktionstechnisch eine Vergrößerung bzw. Verkleinerung leicht skalierbar ist und insbesondere ein Anpassen an die Maße von Körperteilen erfolgen kann.
– Das System erlaubt eine inselförmige Zellkultur mit Ko-kultur verschiedener Zellen inselförmig nebeneinander.

Die derart erzeugten inselförmigen Hautzellenbereiche können im Anschluß vorzugsweise auf einer Hautwundoberfläche aufgelegt werden, wobei die Perfusion der Membran mit dem Kulturmedium und/oder Gas und damit das Wachstum der Zellen fortgesetzt werden kann.

Die erfindungsgemäße Perfusionseinheit findet besonders bei der Wundabdeckung in der Medizin Verwendung. Besonders bei der Behandlung von Patienten nach Verbrennungen ist die erfindungsgemäße Perfusionseinheit für den Aufbau von humanen Hautzellen, Hautfibroblasten und/oder Progenitorzellen geeignet.

Besonders bevorzugt ist die Verwendung der Perfusionseinheit zum Auftragen von Zellkulturen aus Hautzellen, Fibroblasten und/oder Progenitorzellen auf Hautwunden. Hierzu zählt vor allem die Auftragung von Zellinseln aus den entsprechenden autologen Zellen.

Eine typische Reihenfolge der Anwendung in fünf Schritten wird im Folgenden beschrieben:

Erster Schritt:

Hydrophilisierung der Membranen (falls erforderlich) in der Perfusionseinheit, gegebenenfalls mit autolo gem Patientenplasma. Alternativ auch eine Beschichtung mit Biomatrix, beispielsweise Fibrin, welches als z.B. Fibrinkleber in Sprayform aufgetragen werden kann.

Zweiter Schritt:

Aussaat und Kultur der Zellen in der Perfusionseinheit, welche als Kultursystem der Zellproliferation dient.

Dritter Schritt:

Während des Zelltransportes vom Labor zum Patienten dient die Perfusionseinheit als sicheres und steriles Transportbehältnis, in welchem die Zellen weiterhin Kulturbedingungen finden.

Vierter Schritt:

Die Membran, welche zuvor integraler Teil des Bioreaktors war, dient nach dem Öffnen der Perfusionseinheit zum Transfer der Zellen in die Wunde, wobei die Membran selbst nur zeitweilig nach Zelltransfer in der Wunde verbleiben muss, bis die Zellen in der Wunde gut angewachsen sind.

Fünfter Schritt:

Bevorzugt dient das Membransystem nach dem vierten Schritt, aufgrund der weiterhin gewährleisteten Perfundierbarkeit mit Sauerstoff und Nährstoffen der Membranen, in der Phase der ersten 1–2 Tage einem verbesserten Anwachsen der Zellen in der Wunde, der Ph-, wärme-, wasser-Regulation sowie der Toxinentfernung im Sinne einer Dialyse.

Die Perfusionseinheit kann sowohl für die in-vitro-Rekonstruktion eines mehrschichtigen, organtypischen Hautaufbaus verwendet werden. Ebenso ist es aber mög lich, hiermit die in-vivo-Rekonstruktion desselben in der Wunde des Patienten zu ermöglichen. Der derart rekonstruierte Hautaufbau orientiert sich dabei am physiologischen Hautaufbau.

Das System erlaubt ein Monitoring der Zellen mit Mikroskopie, beispielsweise mittels Zeitraffervideomikroskopie, wobei die Zellen seitlich an den Kapillaren unter der Perfusion bobachtbar bleiben.

Die Hautzellperfusionseinheit kann erfindungsgemäß auch in der Wunde des Patienten eingesetzt werden, indem zeitnah vor dem Auflegen in die Wunde die zuvor separat kultivierten Zellen unabhängig hiervon in die Wunde eingebracht wurden. Hier dient das Membransystem, aufgrund der Perfundierbarkeit mit Sauerstoff und Nährstoffen der Membranen und des damit verbundenen Dialyse-Effektes (Wasser-, pH-, Elektrolytausgleich, Toxinentfernung, Erwärmung, etc.), in der Phase der ersten 1–2 Tage einem verbesserten Anwachsen der Zellen und einem Tissue Engineering in der Wunde.

Anhand der folgenden Figuren soll der anmeldungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf diese Ausführungsformen zu beschränken.
1 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Perfusionseinheit;
2 zeigt schematisch das Inkontaktbringen einer erfindungsgemäßen Perfusionseinheit mit einer Wunde;
3 zeigt schematisch den Ablauf der Anzucht und Vermehrung der beschriebenen Hautzellen in einer Wunde;
In 1 ist der schematische Aufbau einer erfindungsgemäßen Perfusionseinheit 1 dargestellt. Die Perfusionseinheit ist dabei aus zwei Kammeraußenwänden 2 gebildet, zwischen welche eine Mehrzahl von Hohlfasern 3 integriert ist. An dem einen Ende sind die Hohlfasern mit einer Zuleitung 4 verbunden. Am anderen Ende der Hohlfasern 3 ist eine Ableitung 5 angekoppelt. In die Zuleitung 4 kann nun das Kulturmedium und/oder ein Gas, z. B. Sauerstoff, eingeleitet werden, die Hohlfasern 3 durchspülen und anschließend über die Ableitung 5 abgeführt werden. Die in 1 mit 2 bezeichnete Kammeraußenwand wird hier lediglich durch zwei aufgeklebte Folien oberhalb und unterhalb der Membran realisiert. Die Kammer wird durch Verklebung/Verschweißung der beiden Folien unter Einbeziehung der Leitungen 4 und 5 gebildet. Nicht dargestellt in dieser Figur ist der Kanal für die Zellenzufuhr in die Kammer, wobei dieser an beliebigen Positionen an der Kammer angeordnet sein kann, so daß die Zellen in den Zwischenraum zwischen den Kammerwänden und den Hohlfasern transportiert und an diese immobilisiert werden können. Erfindungsgemäß ist es auch möglich, dass in der Kammer zwei oder mehr Membrane übereinander angeordnet sind, um beispielsweise einen Stoffaustausch im Gegenstromverfahren darzustellen. Die Kammeraußenwände 2 können erfindungsgemäß auch sauerstoff- und kohlendioxydpermeabel ausgestaltet sein.
Erfindungsgemäß erlaubt die Perfusionseinheit auch eine in vitro Kultur von Zellen für Testzwecke, im Sinne eines analytical Bioreaktors.
In 2 wird dargestellt, wie die erfindungsgemäße Membran der Perfusionseinheit mit einer Wunde in Kontakt gebracht wird. Schematisch ist hier eine Hohlfaser 3 dargestellt, an deren der Wunde zugewandten Seite Hautfibroblasten 6 und Hautprogenitorzellen 9 immobilisiert sind. Gleichzeitig erfolgt über die Zuleitung 4 die Perfusion von Kulturmedien und/oder Gasen durch die Hohlfaser 3, die dann im Anschluß über die Ableitung 5 wieder abgeführt werden können. Die in dieser Form vorbereitete Hohlfaser kann nun im Anschluß auf die wunde aufgelegt werden, um die anschließende Anzucht von Hautzellen in der Wunde 7, bzw. ein Tissue Engineering in der Wunde zu ermöglichen. Erfindungsgemäß können die Zellen auch separat zuvor in die Wunde eingebracht werden.
In 3 ist dargestellt, wie die in-vivo-Rekonstruktion des Hautaufbaus in der Wunde erfolgt. So zeigt 3a) das Einwachsen von Hautzellen, bestehend aus Hautprogenitorzellen 9 und Hautfibroblasten 6, die an der der Wundoberfläche zugewandten Seite der Hohlfaser 3 inselförmig immobilisiert sind, in die Wunde 7. Hieran schließt sich die Vermehrung der Hautzellen in der Wunde an, wie es in 3b) dargestellt ist. In 3c) wird der abschließende Schritt eines geschlossenen Hautschichtaufbaus 10 in der Wunde 7 dargestellt. Hierfür ist es erforderlich, daß die Perfusion der Kulturmedien und/oder Gase durch die Hohlfaser fortgesetzt wird, da nur so ein ausreichend Zellversorgung und ein Zellwachstum gewährleistet werden kann.

Claims

Perfusionseinheit zur Hautwundbehandlung, zur Anzucht, zum Erhalt, zur Vermehrung und zur Nutzung von Hautzellen, Hautfibroblasten und/oder Progenitorzellen aus mindestens einer aus Folien gebildeten Kammer mit mindestens einem Kanal für die Zellenzufuhr und einer im Kammerinneren angeordneten und mit mindestens einer Zuleitung und mindestens einer Ableitung verbundenen Membran für die Perfusion von Kulturmedien und/oder Gasen durch die Membran, die aus mindestens einer Hohlfaser besteht, an deren äußeren Oberfläche die Zellen immobilisierbar sind, wobei mindestens eine Oberfläche der Kammer zur Anordnung auf Hautoberfläche als Auflagefläche ausgebildet ist und eine keimsichere und reversibel entfernbare Abdeckung aufweist.
Perfusionseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Perfusionseinheit eine flexible Auflagefläche aufweist, welche an die Konturen des Körpers anpaßbar ist.
Perfusionseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran im Kammerinneren aus mehreren parallel angeordneten Hohlfasern besteht.
Perfusionseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Hohlfaser im Kammerinneren mäanderförmig angeordnet ist.
Perfusionseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Kammerinneren mindestens zwei Membrane übereinander angeordnet sind, welche auch im Gegenstromverfahren perfundierbar sind.
Perfusionseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer aus einer sauerstoffdurchlässigen Flachmembran besteht.
Perfusionseinheit nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer und/oder Membran aus einem vom Körper verdaubaren resorbierbaren Material besteht.
Perfusionseinheit nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer und/oder Membran aus einem Material besteht, welches durch Enzyme auflösbar ist.
Perfusionseinheit nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer und/oder Membran aus Cellulose und/oder Cellulose-haltigen Verbindungen besteht.
Perfusionseinheit nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran aus Collagen besteht.
Perfusionseinheit nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kammern miteinander seriell verbunden sind.
Perfusionseinheit nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kammern parallel angeordnet sind.
Perfusionsstation enthaltend mindestens eine Perfusionseinheit nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, mindestens ein mit der mindestens einen Zuleitung verbundenes und die Kulturmedien und/oder Gase enthaltendes Zulaufreservoir und mindestens ein mit der mindestens einen Ableitung verbundenes und die Membran perfundierten Kulturmedien und/oder Gase aufnehmendes Ablaufreservoir.
Perfusionsstation nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Zuleitung und dem Zulaufreservoir und/oder zwischen der Ableitung und dem Ablaufreservoir mindestens eine Absperrvorrichtung angeordnet ist.
Perfusionsstation nach mindestens einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Perfusionsstation eine Pumpvorrichtung mit einer Druckregelung für die Perfusion der Kulturmedien und/oder Gase durch die Membran aufweist.
Perfusionsstation nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Zulaufreservoir und das Ablaufreservoir derart zueinander angeordnet sind, daß die Perfusion und/oder die Druckeinstellung durch die Membran hydrostatisch erfolgt.
Perfusionsstation nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Heizung und/oder einen Oxygenator auf weist, mit der die Kulturmedien erwärmt und/oder oxygenisiert werden können.
Verfahren zur Anzucht, zum Erhalt, zur Vermehrung und zur Nutzung von Hautzellen, Fibroblasten und/oder Progenitorzellen unter Verwendung der Perfusionseinheit nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Perfusionseinheit aus mindestens einer Kammer besteht wobei die Kammer mit dem Kulturmedium und/oder Gas für das Wachstum der auf der Membranoberfläche immobilisierten Zellen bis zur Ausbildung inselförmiger Zellenbereiche auf der Membranoberfläche perfundiert wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Perfusionseinheit im Anschluß auf einer Hautoberfläche aufgelegt und die Perfusion mit dem Kulturmedium und/oder Gas fortgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Perfusionseinheit aus mehreren Kammern mit inselförmigen Zellbereichen besteht, die nebeneinander angeordnet werden, wobei Keratinozyten, Hautfibroblasten und/oder Progenitorzellen nebeneinander separat inselförmig kultiviert werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Perfusionseinheit im Anschluß enzymatisch zersetzt und/oder verdaut wird.
Verwendung der Perfusionseinheit nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Wundabdeckung in der Medizin.
Verwendung der Perfusionseinheit nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12 zum Auftragen von Zellkulturen aus Hautzellen, Hautfibroblasten, und/oder Progenitorzellen auf Hautwunden.
Verwendung der Perfusionseinheit nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12 zum Auftragen von Zellinseln aus autologen Hautzellen, Hautfibroplasten und/oder Progenitorzellen auf der Hautoberfläche.
Verwendung der Perfusionseinheit nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12 für die in vitro Rekonstruktion eines mehrschichtigen, organtypischen Hautaufbaus.
Verwendung der Perfusionseinheit nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Unterstützung des Tissue Engineering in der Wunde durch Wärmeversorgung, Oxygenierung, Ernährung, Flüssigkeit- und/oder pH- und Elektrolytausgleich, Toxinentfernung, sowie Dialyse in der Wunde.
Verwendung der Perfusionseinheit nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Unterstützung des Tissue Engineering in der Wunde unter parallel in die Wunde eingebrachten Progenitorzellen aus einer autologen Knochenmarkbiopsie.
Verwendung der Perfusionseinheit nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Anwendung in einer Wunde ohne zusätzlich eingebrachte Zellen zur Unterstützung der Wundheilung durch Wärmeversorgung, Oxygenierung, Ernährung, Flüssigkeit- und/oder pH- und Elektrolytausgleich, Toxinentfernung sowie Dialyse in der Wunde.
Verwendung der Perfusionseinheit nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Anzucht, zum Erhalt, zur Differenzierung, zur Vermehrung und/oder zur Nutzung einzelner Zellarten und/oder verschiedener Zellarten (Ko-Kulturen) der Haut, mit Ausnahme von embryonalen Stammzellen.
Verwendung nach Anspruch 29 für Stammzellen.
Verwendung nach Anspruch 29 für humane Zellen.
Verwendung nach Anspruch 29 für adulte Stammzellen.
Verwendung nach Anspruch 29 zur Produktion von Zellen.
Verwendung nach Anspruch 33 zur Produktion von Progenitorzellen für die Zelltransplantation.
Verwendung nach Anspruch 33 zur Produktion gentechnologisch-modifizierter Zellen, immortaler Zellen, Zelllinien und/oder transgener Zellen.
Verwendung der Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Produktion von Substanzen durch Zellen mit Ausnahme von embryonalen Stammzellen.
Verwendung der Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Differenzierung von organtypischen Zellen aus Stammzellen, mit Ausnahme von embryonalen Stammzellen.
Verwendung der Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Bildung von organtypischer Strukturen aus adulten Stammzellen, Knochenmark oder embryonalen Zellen, mit Ausnahme von embryonalen Stammzellen.
Verwendung der Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12 als extra-korporales hybrides Organ zur Organunterstützung.
Verwendung der Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12 als implantierbares Organtransplantat.
Verwendung der Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12 für Test- und analytische Zwecke und als Laborsystem zum Ersatz und/oder Ergänzung von Tierversuchen.
Verwendung der Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12 als in vitro Viruskultur und Virusvermehrungssystem.
Verwendung der Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12 als System zur Vaccinherstellung.
Verwendung der Einheit nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12 als in vitro Modell einer Placenta und des Wachstums von Zellen in Placentagewebe.