DE3941873A1

DE3941873A1 - Hollow fibres coated which cells with inhibit coagulation - for long-term use as implants in arteries and veins to carry sensors

Info

Publication number: DE3941873A1
Application number: DE3941873A
Authority: DE
Inventors: Jakob Dr Bodziony
Original assignee: Individual
Current assignee: Bodziony Jakob Dr 66117 Saarbruecken De
Priority date: 1989-12-19
Filing date: 1989-12-19
Publication date: 1991-06-20

Abstract

A semi-permeable material consisting of a hollow fibre is coated with a layer of firmly adhering cells which can control and stop coagulation processes by e.g. secreting certain factors, and which are pref. endo- and meso thelial cells, or cells which can change into such cells and which are immunologically tolerated like the cells of the host. USE/ADVANTAGE - The semi-permeable material can be used as an implant in arteries and veins for several years. The hollow fibres can be easily transported and implanted in the vascular system and can also be fitted with suitable sensors e.g. to monitor intravascular O2 or to regulate blood sugar levels in diabetics.

Description

Genre of the object of registration

Die Erfindung betrifft semipermeables Material, am häufigsten in der Form einer Hohlfaser gestaltet und beschichtet mit fest angehefteten Zellen, die die Gerinnungsprozesse durch u. a. Sekretion von bestimmten Faktoren kontrollieren und aufhalten können (vor allem Endo- und Mesothelialzellen aber auch Zellen die sich in solche umwandeln können) und immunologisch wie eigene Zellen toleriert sind, was mehrjährige Implantation in Arterien und Venen ermöglicht.The invention relates to semi-permeable material, most often in the form a hollow fiber designed and coated with firmly attached cells, which the coagulation processes by u. a. Secretion of certain factors control and stop (especially endo- and mesothelial cells but also cells that can transform into such) and immunologically like own cells are tolerated, resulting in perennial implantation in arteries and Allows veins.

Information on the genus

Die vorgegebene beschichtete Hohlfaser soll vor allem als ein Teil oder die Hülle der in das Gefäßsystem implantablen Sensoren, Biosensoren und ion selektiven Elektroden benutzt werden. Das kann die bisher nur zeitlich sehr begrenzt (1-2 Tage) realisierbare in-vivo Überwachung der lebenswichtigen metabolischen Faktoren wie pH, pO₂, pCO₂, Ca⁺⁺, K⁺, Na⁺, Glukose, Harnstoff, Kreatinin usw. und deren automatische Korrektur in einem open-loop oder closed-loop System möglich machen. Die vorgegebene beschichtete Hohlfaser kann auch als mehrjährig-implantierte Infusionskanüle, als eine semipermeable Kammer für die ins Gefäßsystem implantierte Zellen und Geweben und als eine Diffusionskammer für bestimmte Arzneimittel benutzt werden.The specified coated hollow fiber is to be used above all as a part or the shell of the sensors, biosensors and ion-selective electrodes which are implantable in the vascular system. This can be done in vivo monitoring of the vital metabolic factors such as pH, pO ₂ , pCO ₂ , Ca ⁺⁺ , K⁺, Na⁺, glucose, urea, creatinine etc. make their automatic correction possible in an open-loop or closed-loop system. The specified coated hollow fiber can also be used as a multi-year implanted infusion cannula, as a semipermeable chamber for the cells and tissues implanted in the vascular system and as a diffusion chamber for certain medicinal products.

State of the art

Bei bisherigen Versuchen zur Verhinderung der Aktivierung des Gerinnungs systems und der begleitenden Beschädigung der in das Gefäßsysstem implantier ten Sensoren (Armstrong und Mitarb., 1976; Goddard und Mitarb., 1974; Parce und Mitarb., 1989; Turner und Mitarb., 1987) hat man nur die Silikon- oder Teflonmembranen (Pfeiffer, 1987) und die Beschichtung von Sensoren mit hepa rinhaltigen Materialien (Hagihara und Mitarb., 1981) angewandt. In previous attempts to prevent the activation of coagulation systems and the accompanying damage to the implant in the vascular system ten sensors (Armstrong and co-workers, 1976; Goddard and co-workers, 1974; Parce and co-workers, 1989; Turner et al., 1987) you only have the silicone or Teflon membranes (Pfeiffer, 1987) and the coating of sensors with hepa materials containing (Hagihara and co-workers, 1981) applied.

Critique of the state of the art

Die Hauptursache des Mißerfolgs der zur in-vivo Überwachung verwendeten und in Gefäßsystem implantierten Sensoren ist die Präzipitation der Erthrozyten, Thrombozyten, Leukozyten und des Fibrins auf der Sensoroberfläche. Die Beschichtung des Sensors mit heparinhaltigen Materialien oder mit Silicon- und Teflonmembra nen verzögert nur die oben beschriebene Präzipitation aber es kann sie nicht verhindern (Pfeifer, 1987; Santiago und Mitarb., 1979; Hagihara und Mitarb., 1981). Im besten Fall muß der Sensor oder die Membran alle 24 Stunden gewechselt werden. Das macht die langzeitige Implantation von solchen Sensoren unmöglich und es ist u. a. eines der wesentlichsten Probleme bei der Konstruk tion des Systems zur automatischen Regulation des Blutzuckers bei diabetischen Patienten (Pfeiffer, 1987; Santiago und Mitarb., 1979).The main cause of failure of and used for in vivo monitoring sensors implanted in vascular system is the precipitation of erythrocytes, Platelets, leukocytes and fibrin on the sensor surface. The coating of the sensor with heparin-containing materials or with silicone and Teflon membrane NEN only delays the precipitation described above but it cannot prevent (Pfeifer, 1987; Santiago and coworkers, 1979; Hagihara and coworkers., 1981). In the best case, the sensor or membrane must be replaced every 24 hours change. This makes the long-term implantation of such sensors impossible and it is u. a. one of the most important problems in the construction tion of the system for the automatic regulation of blood sugar in diabetic Patients (Pfeiffer, 1987; Santiago and co-workers, 1979).

task

Die Konstruktion der Hülle für implantable Sensoren und andere Materialien, die einerseits den Kontakt des Sensors mit dem Blutultrafiltrat, dessen bio chemische Zusammensetzung in bestimmten, sehr kleinen Zeitabständen die Zusam mensetzung des Blutes (ohne morphotische Elemente und bestimmte Proteine, die größer als die Permeablitätsgrenze sind) wiederspiegelt, andererseits die mehrjährige Implantation in Arterien und Venen ermöglicht.The design of the case for implantable sensors and other materials, on the one hand the contact of the sensor with the blood ultrafiltrate, the bio chemical composition in certain, very small time intervals blood composition (without morphotic elements and certain proteins, which are greater than the permeability limit), on the other hand allows for several years of implantation in arteries and veins.

solution

Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß semipermeables Material mit entsprechend poröser und aktivierter Oberfläche mit fest angehefteten Zellen, die die Gerinnugsprozesse kontrollieren und aufhalten können und immunologisch wie eigene Zellen toleriert sind, beschichtet worden ist.This object is achieved according to the invention in that semipermeable material with a correspondingly porous and activated surface with firmly attached Cells that can control and stop the coagulation processes and immunologically how own cells are tolerated, has been coated.

Achievable advantages

Der Gegenstand der Erfindung ist gewerblich anwendbar durch die Herstellung von semipermeablen Materialien in Gestalt von z. B. Hohlfasern, die vor allem mit autogenen oder gewebetypisierten und gewebekulturproduzierten allogenen Endo- und Mesothelialzellen beschichtet sind. Diese Hohlfasern können einfach transportiert und in das Gefäßsystem implantiert werden. Die zellbeschichteten Hohlfasern können z. B. auch zusammen mit eingebauten Sensoren hergestellt und in implantationsfertiger Form transportiert werden. The object of the invention is industrially applicable through the production of semipermeable materials in the form of e.g. B. hollow fibers, especially with autogenous or tissue-typed and tissue culture-produced allogeneic Endo- and mesothelial cells are coated. These hollow fibers can be simple transported and implanted in the vascular system. The cell-coated Hollow fibers can e.g. B. also produced together with built-in sensors and transported in a form ready for implantation.

Description of the embodiment

Abb. 1 und 2 zeigen das semipermeable Material in Gestalt einer Hohlfaser, mit eine Permeabilitätsgrenze von 50 kD, beschichtet in vitro mit autogenen Endothelialzellen, die aus der Jugularvene isoliert und durch Gewebekultur technik vermehrt worden sind. Die Hohlfaser war danach in die untere Hohlvene der Ratte auf die Dauer von einem Jahr implantiert worden (Abb. 1, 2). Es wurde in einer Reihe von ähnlichen Versuchen festgestellt, daß die vorgegebe nen beschichteten Hohlfasern keine Aktivierung des Gerinnungssystem induzier ten und auch nie immunologisch oder biologisch als Fremdkörper erkannt wurden. Die biochemische Zusammensetzung des Blutultrafiltrats in inneren Teil der Hohlfaser spiegelt genau die biochemische Zusammensetzung des Blutes wieder (ohne Moleküle die großer als 50 kD sind). Eine pH und pO₂-Mikroelektrode, die im inneren Teil der Hohlfaser installiert und mit einem Meßsystem verbun den war, konnte sehr genau und langzeitig die pH oder pO₂-Werte messen. Fig. 1 and 2 show the semipermeable material in the form of a hollow fiber, with a permeability limit of 50 kD, coated in vitro with autogenous endothelial cells that have been isolated from the jugular vein and have been multiplied by tissue culture technology. The hollow fiber was then implanted in the rat's inferior vena cava for a period of one year ( Fig. 1, 2). It was found in a series of similar experiments that the predetermined coated hollow fibers did not induce activation of the coagulation system and were never recognized as foreign matter immunologically or biologically. The biochemical composition of the blood ultrafiltrate in the inner part of the hollow fiber exactly reflects the biochemical composition of the blood (without molecules larger than 50 kD). A pH and pO ₂ microelectrode, which was installed in the inner part of the hollow fiber and connected to a measuring system, was able to measure the pH or pO ₂ values very precisely and over the long term.

Sites

1. Armstrong R.F., Hutchinson J.M., Lincoln C., lngram D., Soutter L.: Conti nous mesurement of arterial oxygen tension during one-lung anaesthesia. Bri tish Journal of Anaesthesiology, 48, 1005-1010, 1976.
2. Goddard P., Keith J., Marcovitch H., Roberton N.R.C., Rolfe P., Scopes J.W.: Use of a continously recording intravascular oxygen electrode in the newborn. Archives of Disease in Childhood, 49, 853-860, 1974.
3. Hagihara B., Ishibashi F., Sato N., Minami T., Okada Y., Sugimoto T.: Intravascular oxygen monitoring with a polarographic oxygen cathode. Journal of Biomedical Engineering, 3/1, 9-16, 1981.
4. Parce W.J., Owicki J.C., Kerco K.M., Sigal G.B., Wada H.G., Muir V.C., Bousse L.J., Ross K.L., Sikic B.J., MCConnel H.M.: Detection of cell-affecting agents with a silicon biosensor. Scince, 246, 243-247, 1989.
5. Pfeiffer E.F.: On the way to the automated (blood) glucose regulation in diabetes: the dark past, the grey present and the rose future. Diabetolo gia, 30, 51-65, 1987.
6. Santiago J.V., Clemens A.H., Clarke W.L., Kipnis D.M.: Closed-loop and open-loop devices for blood glucose control in normal and diabetic subjects. Diabetes, 28/1, 71-84, 1979.
7. Turner A.P.F., Karube J., Wilson G.S. (eds.): Biosensors. Fundamentals and applications. Oxford Univ. Press, 1987, ISBN 0-19-854724-2.1. Armstrong RF, Hutchinson JM, Lincoln C., Ingram D., Soutter L .: Conti nous mesurement of arterial oxygen tension during one-lung anesthesia. British Journal of Anaesthesiology, 48, 1005-1010, 1976.
2. Goddard P., Keith J., Marcovitch H., Roberton NRC, Rolfe P., Scopes JW: Use of a continously recording intravascular oxygen electrode in the newborn. Archives of Disease in Childhood, 49, 853-860, 1974.
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7. Turner APF, Karube J., Wilson GS (eds.): Biosensors. Fundamentals and applications. Oxford Univ. Press, 1987, ISBN 0-19-854724-2.

Claims

Semipermeable material, most often designed in the form of a hollow fiber, characterized by the coating with firmly attached cells, which can control and stop the coagulation processes by, among other things, secretion of certain factors (especially endo- and mesothelial cells, but also cells that can convert into such ) and are tolerated immunologically like own cells, which enables implantation in arteries and veins of several years.