DE4123629A1

DE4123629A1 - Ein implantierbares und biologisch aktive substanzen sezernierendes bio-artifizielles organ, das auf dem prinzip des druckgradients funktioniert

Info

Publication number: DE4123629A1
Application number: DE19914123629
Authority: DE
Inventors: Jakob Dr Bodziony
Original assignee: Individual
Current assignee: BODZIONY, JAKOB, DR., 66119 SAARBRUECKEN, DE
Priority date: 1990-08-06
Filing date: 1991-07-17
Publication date: 1992-02-20

Description

Gattung des Anmeldungsgegenstandes

Die Erfindung betrifft ein implantierbares und aus semipermeablem Material gestaltetes bio-artifizielles Organ, das zur Sekretion und Bearbeitung von biologisch aktiven Substanzen fähig ist. Dieses bio-artifizielle Organ besteht aus einem in die Arterie oder in die Vene implantierten Sensorteil und aus einem in das Gewebe in die Vene oder in den Körperraum implantierten Reaktorteil, welche so miteinander verbunden sind, daß der Durchfluß von biologischen Signalen und von metabolischen Substanzen nach dem Prinzip des Druckgradients möglich ist. Sowohl der Reaktorteil als auch der Sensorteil bestehen aus einer oder mehreren semipermeablen Hohlfasern. Das semipermeable Material kann mit verschiedenen Zellen (z. B. Endo- oder Mesothelialzellen), die immunologisch wie eigene Zellen toleriert sind, beschichtet werden, was eine mehrjährige Implantation ins Gefäßsystem ermöglicht. Die Hohlfasern können auch unbeschichtet implantiert werden.

Angaben zur Gattung

Das vorgegebene implantable bio-artifizielle Organ soll vor allem die Funktion der beschädigten Organe (z. B. endokrinen Organe wie Langerhansche Inseln des endokrinen Teils des Pankreas, Nebenschilddrüse, Hypophyse usw.) ersetzen. Es kann auch in allen Situationen, wo die biologische Funktion der Zellen im Reaktorteil nötig ist, angewandt werden.

Stand der Technik

Das vorgegebene implantable bio-artifizielle Organ ist eine weitere Entwicklung der früheren Patentanmeldung (P 40 01 319.7, Bodziony 1990).

Kritik des Standes der Technik

Die Funktion des erstmal in früherer Anmeldung (Bodziony, 1990) beschriebenen bio-artifiziellen Organs ist von einer Pumpe abhängig, was wesentlich die langjährige Implantation komplizierte.

Aufgabe

Die Konstruktion eines implantierbaren bio-artifiziellen Organs, das zur Sekretion und Bearbeitung von biologisch aktiven Substanzen fähig ist. Dieses Organ soll aus einem in die Arterie oder in die Vene implantierten Sensorteil, der schnellen Austausch von biologischen Signalen und von metabolischen Substanzen durch die Ultrafiltration ermöglicht und aus einem in das Gewebe, in die Vene, oder in den Körperraum implantierten Reaktorteil mit Zellen, die biologisch aktive Substanzen produzieren oder bearbeiten, bestehen. Beide Teile sollen so verbunden werden, daß der Durchfluß nach dem Prinzip des Druckgradients möglich ist.

Lösung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der entsprechend der vorherigen Patentanmeldung (Bodziony, 1990) angefertige Sensorteil mit dem Reaktorteil, wie auf der Abb. 1 und 2 gezeigt, durch die Teflonleitung (Abb. 1) oder durch die Teflonleitungen verbunden ist (Abb. 2). Der Sensorteil ist in eine Umgebung mit höherem Druck im Vergleich zum Reaktorteil implantiert. Der Durchfluß des Hämofiltrats ist durch den Druckgradient erzwungen. Im Reaktorteil (meistens eine oder mehrere Hohlfasern) sind die allo- oder xenogenen Zellen, die biologisch aktive Substanzen produzieren oder bearbeiten, in dieser Weise von außen oder von innen angebracht, daß ihre mehrjährige Funktion und Perfusion durch Hämofiltrat möglich ist. Die entsprechenden biologisch aktiven Substanzen beeinflussen meistens das Niveau des biologischen Signals im Hämofiltrat (z. B. senkt das Insulin die Konzentration von Glukose, Parathormon erhöht die Konzentration von Ca⁺⁺, usw.) und schließen nach der Ultrafiltration und Diffusion aus dem Reaktorteil die Rückkopplungsschleife.

Erzielbare Vorteile

Das implantierbare bio-artifizielle Organ ermöglicht, unabhängig von externer Energiequelle und Pumpe, die mit dem positiven und negativen Feedback regulierte Sekretion oder Bearbeitung der biologisch aktiven Substanzen. Das angewandte semipermeable Material ist als sog. biomechanische Barriere benutzt (Bodziony und Mitarb., 1985), was die Verwendung von allo- und xenogenen Zellen möglich macht. Der Gegenstand der Erfindung ist durch die Herstellung des bio-artifiziellen Organs mit allo- oder xenogenen Zellen, die biologisch aktive Substanzen produzieren oder bearbeiten, gewerblich anwendbar. Dieses bioartifizielle Organ kann z. B. die Funktion der beschädigten endokrinen Organe (z. B. Langerhanssche Inseln, Nebenschilddrüse, Hypophyse) ersetzen.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Abb. 1 und 2 zeigen das oben beschriebene bio-artifizielle Organ. Ein in die Vene implantiertes Sensorteil (A- Hohlfaser mit der Beschichtung von Zellen, die mehrjährige Implantation in Arterien und Venen ermöglichen) ist durch Teflonkapillaren (B) mit einem in Intraperitonealraum implantierten Reaktorteil (C) verbunden. Dieser Reaktorteil enthält allogene Langerhanssche Inseln, die Insulin, Glukagon und Somatostatin, wichtigste Hormone des Kohlenstoffhydratwechsels sezernieren. Der Sensorteil ist in eine Umgebung mit höherem Druck im Vergleich zum Reaktorteil (Druckgradient ca. 40 mm Hg), implantiert. Der Durchfluß des Hämofiltrats ist durch den Druckgradient erzwungen, und die isolierten Langerhansschen Inseln im Reaktorteil (C) werden perfundiert. Diese Inseln antworten auf die Erhöhung der Konzentration der Glukose im Hämofiltrat mit der entsprechenden Insulinfreisetzung, die so lange dauert, bis die Glukosekonzentration wieder gesunken ist. Die Antwort auf eine intravenöse Glukosebelastung dauert weniger als 10 min, was die präzise Regulierung der Glukose- und Insulinkonzentration ermöglicht.

Fundstellen

1. Bodziony J.: Ein implantierbares und biologisch aktive Substanzen bioartifizielles Organ. Deutsches Patentamt, 1990, P 40 12 079.1.

Bodziony J., Gasior U., Stanosek J.: Funktionsbeurteilung isolierter Inseln in semipermeablen Kammern. Z. exp. Chir. Transplant. künstl. Organe, 1985, 18/4, 204-214.

Claims

1. Ein implantierbares und aus semipermeablem Material in Form einer oder mehreren Hohlfasern gestaltetes bio-artifizielles Organ, gekennzeichnet durch ein in die Arterie oder in die Vene implantiertes Sensorteil und durch ein in das Gewebe, in die Vene oder in den Körperraum implantiertes Reaktorteil mit Zellen die zur Sekretion oder/und Bearbeitung von biologisch aktiven Substanzen fähig sind, so miteinander verbunden, daß der Durchfluß von biologischen Signalen und von metabolischen Substanzen nach dem Prinzip des Druckgradients möglich ist.

2. Das bioartifizielle Organ nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfaser mit Endothelialzellen, die immunologisch wie eigene Zellen toleriert sind, beschichtet werden können, was eine mehrjährige Implantation ins Gefäßsystem ermöglicht.

3. Das bioartifizielle Organ nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfaser mit Mesothelialzellen, die immunologisch wie eigene Zellen toleriert sind, beschichtet werden können, was eine mehrjährige Implantation ins Gefäßsystem oder in verschiedene Körperteile ermöglicht.

4. Das bioartifizielle Organ nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfaser mit anderen Zellen, die immunologisch wie eigene Zellen toleriert sind, beschichtet werden können.