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Querverweis auf verwandte
Anmeldungen
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Diese
Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität vor der
am 22. Dezember 1999 eingereichten vorläufigen U.S. Patentanmeldung, Seriennummer
60/171.733.
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Angaben zu Bundesforschungsförderungsmitteln
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Diese
Erfindung wurde mit National Institutes of Health Zuschüssen 1-R43-HL85761-01, 1-R43-DC-04387
und 1-R-43-DC-4387-02 gefördert.
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Fachgebiet
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Diese
Erfindung betrifft devitalisierte azelluläre Zusammensetzungen zur Geweberegeneration, Verfahren
zur Herstellung und Verfahren zur Verwendung.
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Grundlagen der Erfindung
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Submuköse Gewebe
warmblütiger
Vertebraten sind für
Gewebe transplantierende Materialien zweckdienlich. Zum Beispiel
sind Zusammensetzungen von submukösen Gewebetransplantaten, die vom
Dünndarm
stammen, im U.S. Patent, Nr. 4.902.508, (nachfolgend das '508 Patent) und im U.S.
Patent, Nr. 4.956.178, (nachfolgend das '178 Patent) und Zusammensetzung von
submukösen Gewebetransplantaten,
die von der Harnblase stammen, im U.S. Patent, Nr. 5.554.389 (nachfolgend
das '389 Patent)
beschrieben worden. Alle diese Zusammensetzungen bestehen im Wesentlichen
aus den gleichen Gewebeschichten und sind mit dem gleichen Verfahren
präpariert,
wobei der Unterschied darin liegt, dass das Ausgangsmaterial einerseits
der Dünndarm
und andererseits die Harnblase ist. Das im '508 Patent genau beschriebene Verfahren,
das im '389 Patent
durch Verweis eingefügt
ist, und das im '178
Patent genau beschriebene Verfahren umfassen mechanische Abtragungsschritte,
um die inneren Schichten des Gewebes zu entfernen, einschließlich wenigstens
des luminalen Teils der Tunica mucosa von Darm oder Blase, d.h.
die Lamina epithelialis mucosa (Epithel) und Lamina propria, wie
im '178 Patent genau
beschrieben. Abschaben, Ablösen
oder Abkratzen der Mukosa delaminiert die Epithelzellen und deren
assoziierte Basalmembran und den größten Teil der Lamina propria
wenigstens bis auf die Ebene einer Schicht organisierten dichten
Bindegewebes, das Stratum compactum. Folglich ist das Gewebetransplantat-Material,
das bereits als Weichgewebe-Ersatzmaterial bekannt ist, frei von
Epithelbasalmembran und besteht aus Submukosa und Stratum compactum.
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Die
Epithelbasalmembran ist eine dünne Schicht
extrazellulären
Materials, die an die basale Seite der Epithelzellen grenzt. Schichten
aggregierter Epithelzellen ähnlichen
Typs bilden ein Epithel. Epithelzellen und ihre assoziierte Epithelbasalmembran
befinden sich auf dem luminalen Teil der Tunica mucosa und bilden
die Innseite von tubulären
oder Hohlorganen und Geweben des Körpers. Epithelzellen und ihre
assoziierte Epithelbasalmembran befinden sich ebenfalls auf der
Körperaußenseite,
d.h. Haut. Beispiele für
ein typisches Epithel mit einer Basalmembran umfassen, sind aber
nicht auf folgende beschränkt:
Epithel von Haut, Darm, Harnblase, Ösophagus, Magen, Cornea und
Leber.
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Epithelzellen
befinden sich auf der luminalen oder superfiziellen Seite der Epithelbasalmembran gegenüber Bindegeweben.
Bindegewebe, die Submukosa zum Beispiel, liegen auf der abluminalen oder
tiefen Seite der Basalmembran. Beispiele für Bindegewebe, die sich auf
der abluminalen Seite der Epithel-Basalmembran befinden, sind die
Submukosa von Darm und Harnblase und die Dermis und subkutane Gewebe
der Haut.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt devitalisierte Zusammensetzungen zur
Geweberegeneration bereit, umfassend eine Epithelbasalmembran als
Teil einer Matrix oder eines Gerüstes
zur Gewebereparatur oder -regeneration. Das Einbeziehen der Epithelbasalmembran
bei devitalisierten Zusammensetzungen zur Säugergeweberegeneration führt zu einer verbesserten,
in vivo endogenen Zellvermehrung und Gewebewiederherstellung im
Vergleich mit oben beschriebenen submukösen Matrices, die keine Epithelbasalmembran
umfassen. Im Sinne dieser Erfindung bedeutet devitalisiert azellulär oder im
Wesentlichen azellulär.
Im Sinne dieser Erfindung bedeutet Epithelbasalmembran wenigstens
einen Teil der intakten Epithelbasalmembran.
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Gemäß der Erfindung
umfasst eine bevorzugte devitalisierte Matrix zur Säugergewebereparatur
oder -regeneration wenigstens einen Teil einer Säugerepithelbasalmembran, vorzugsweise
die gesamte Epithelbasalmembran, und die Tunica propria, die unmittelbar
unter der Basalmembran liegt. Devitalisierte Matrices der Erfindung
stellen erkranktes, defektes oder fehlendes Gewebe wiederher oder
ersetzen es, wenn sie mit Wirtsgewebe in Kontakt gebracht sind.
In einer bevorzugten Anwendungsform umfasst die Erfindung eine devitalisierte
Matrix, die nach Maß gestaltet
ist, um dem erkrankten oder defekten Gewebe zu entsprechen. In einer
besonderen Anwendungsform umfasst die Matrix eine Matrix-Schicht,
die von der Harnblase, dem Darm oder irgendeinem anderen Säugerepithelgewebe
stammt. In einer anderen Anwendungsform ist die Matrix injizierbar,
wobei sie mit Hilfsmitteln in ein feinkörniges Partikulat, eine Emulsion,
ein Gel oder Extrakt umgeformt ist. Eine Matrix der Erfindung kann
als ein Träger
für ein
pharmazeutisches Agens dienen. Eine bevorzugte Anwendung der Matrix
der Erfindung ist die Reparatur oder Wiederherstellung von Herzgewebe. Insbesondere
ist eine Matrix oder Zusammensetzung der Erfindung zweckdienlich,
um wenigstens einen Teil einer Herzklappe, des interatrialen Septums,
des interventrikulären
Septums oder des Myocards wiederherzustellen oder zu ersetzen. Im
Sinne dieser Erfindung sind Matrix und Zusammensetzung austauschbare
Bezeichnungen.
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In
einer Anwendungsform ist die Erfindung durch eine devitalisierte
Zusammensetzung gekennzeichnet, umfassend Epithelbasalmembran und
an der Basalmembran unmittelbar darunterliegende Tunica propria.
Die Epithelbasalmembran und an der Basalmembran unmittelbar darunterliegende
Tunica propria sind von Säugerepithelzellen
und abluminalen Teilen der Tunica propria delaminiert. Das bei diesem
Aspekt der Erfindung verwendete Säugerepithelgewebe stammt vorzugsweise
von der Harnblase, dem Darm oder irgendeinem anderen Säugerepithelgewebe.
Weitere Anwendungsformen kennzeichnen eine Zusammensetzung, die
so geformt ist, dass sie einer erkrankten oder defekten Herzklappe,
wie beispielsweise wenigstens einem Teil einer Valva pulmonalis,
Valva aorta, Valva atrioventricularis dextra oder sinistra, oder
dem Myocard entspricht.
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In
einer noch anderen Anwendungsform ist die Erfindung durch eine Zusammensetzung
gekennzeichnet, umfassend Epithelbasalmembran, Tunica propria und
Submukosa. Die Epithelbasalmembran und Tunica propria sind von Epithelzellen
und der Tunica muscularis eines Säugerepithelgewebes delaminiert.
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In
einer noch anderen Anwendungsform ist die Erfindung durch eine Zusammensetzung
gekennzeichnet, umfassend Epithelbasalmembran, Tunica propria und
glatte Muskelzellen der Tunica muscularis, die alle von Epithelzellen
eines Säugerepithels delaminiert
sind.
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Die
Zusammensetzung gemäß der Erfindung
ist nicht nur auf die genannten Anwendungsformen beschränkt. Allerdings
umfasst die Zusammensetzung der Erfindung eine oder mehrere Schichten eines
Epithelgewebes zusammen mit wenigstens einem Teil, vorzugsweise
der gesamten, intakten Epithelbasalmembran.
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Ein
anderer Aspekt der Erfindung stellt Verfahren zur Induktion der
Wiederherstellung oder Reparatur von erkranktem oder defektem Herzgewebe bereit.
Ein bevorzugtes Verfahren der Erfindung umfasst den Schritt des
Inkontaktbringens eines Wirtsgewebes mit einer von einem Säuger stammenden devitalisierten
Matrix. Die devitalisierte Matrix umfasst wenigstens einen Teil
einer Epithelbasalmembran und an der Basalmembran unmittelbar darunterliegende
Tunica propria. In bevorzugten Anwendungsformen umfassen Verfahren
der Erfindung die Induktion einer endogenen Epithelreparatur unter Verwendung
von Zusammensetzungen der Erfindung zur Geweberegeneration.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Die
Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und
das Hauptaugenmerk richtet sich generell auf die Veranschaulichung
der Grundzüge
der Erfindung.
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1A ist
ein Querschnitt durch die Darmwand.
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1B ist
ein Querschnitt durch die Harnblasenwand.
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Genaue Beschreibung der
Erfindung
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Eine
devitalisierte Zusammensetzung zur Geweberegeneration gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst eine Epithelbasalmembran oder wenigstens einen
Teil der Epithelbasalmembran und wenigstens den darunterliegenden
Teil der Tunica propria, die von einem Säugerepithelgewebe gewonnen
sind. Für
die Verwendung in der Erfindung bevorzugte Epithelgewebe umfassen,
sind aber hierauf nicht beschränkt,
Harnblasengewebe oder andere Gewebe des Urogenitaltrakts, Dünndarm, Ösophagus
und andere Gewebe des Gastrointestinaltrakts, Haut, Leber und Arterien
wie beispielsweise die Aorta und andere Gewebe des kardiovaskulären Systems. In
einer bevorzugten Anwendungsform stellt die Erfindung eine Gewebetransplantat-Zusammensetzung
bereit, umfassend wenigstens einen Teil der Epithelbasalmembran
und unmittelbar darunterliegende Tunica propria, die von den luminalen
Epithelzellen, den abluminalen adventitiellen, serösen und glatten
Muskelschichten und den submukösen
Gewebeschichten getrennt sind. Gewebeseparations- oder Delaminierungstechniken
gemäß der Erfindung liefern
eine Schicht eines devitalisierten extrazellulären Matrix-Materials einschließlich Epithelbasalmembran
oder wenigstens eines Teils der Epithelbasalmembran, die im Wesentlichen
frei von Zellen ist. Jegliche verbleibenden zellulären Elemente
werden dann durch weitere Verarbeitungsschritte wie beispielsweise
Spülen
in hypotonischer Saline, Peressigsäure und sterilem Wasser entfernt.
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Dementsprechend
umfasst unter Bezugnahme auf 1A und 1B eine
bevorzugte Anwendungsform der Erfindung Epithelbasalmembran B und
biotropes Bindegewebe, bekannt als die Tunica propria C, die unmittelbar
unter und auf der abluminalen Seite der Epithelbasalmembran B des
Darms, wie in 1A gezeigt, oder der Harnblase,
wie in 1B gezeigt, oder irgendeines
anderen Epithelgewebes liegt. Diese Anwendungsform der Erfindung
ist gekennzeichnet durch die Epithelbasalmembran B und Teile der
an die Basalmembran B angrenzenden Tunica propria C. Die Epithelmembran
B und Tunica propria C sind von Epithelzellen A, der Submukosa D,
der Tunica muscularis E und der Serosa F delaminiert. Folglich bilden
in dieser Anwendungsform der Erfindung die Teile der an das Lumen
L angrenzenden Tunica mucosa H, d.h. die luminalen Teile der Tunica
mucosa, eine bevorzugte Gewebematrix-Zusammensetzung.
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In
einer anderen bevorzugten Anwendungsform, wiederum unter Bezugnahme
auf 1A und 1B, umfasst
eine Zusammensetzung der Erfindung Epithelbasalmembran B, Tunica
propria C und die Tunica submucosa D. Die Epithelbasalmembran B,
Tunica propria C und Tunica submucosa D sind von Epithelzellen A,
Tunica muscularis E und Tunica serosa F delaminiert. In dieser Anwendungsform
bilden die Teile der Tunica mucosa H, die die Epithelbasalmembran
und die Tunica submucosa umfassen, eine bevorzugte Gewebematrix-Zusammensetzung.
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In
einer noch anderen Zusammensetzung umfasst eine bevorzugte Anwendungsform
der Erfindung die Epithelbasalmembran B, die Tunica propria C, die
an der Epithelbasalmembran B angrenzend liegt, die Tunica submucosa
D und wenigstens einen Teil der Tunica muscularis E.
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Epithelgewebequellen
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Das
Material für
Zusammensetzungen der Erfindung zur Geweberegeneration ist typischerweise
aus Gewebe hergestellt, das von Tieren gewonnen ist, die für die Fleischproduktion
gezüchtet
sind, umfassend aber hierauf nicht beschränkt, Schweine, Rinder und Schafe.
Andere warmblütige
Vertebraten sind ebenfalls als Gewebequelle zweckdienlich, aber aufgrund
der höheren
Verfügbarkeit
derartiger Gewebe von Tieren für
die Fleischproduktion, sind deren Gewebe bevorzugt. Folglich gibt
es kostengünstige kommerzielle
Gewebequellen zur Verwendung für die
Herstellung von Bindegewebe-Zusammensetzungen
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Es können
speziell gezüchtete
oder gentechnisch veränderte
Stämme
bestimmter Species sein, die als Gewebequelle Verwendung finden.
Zum Beispiel gentechnisch veränderte
Schweine, die frei von der Galactosyl, alpha 1,3 Galactose (GAL-Epitop)
sind, können als
Gewebequelle zur Herstellung der Zusammensetzung verwendet sein.
Alternativ können
Schweineherden, die frei von spezifischen Pathogenen gezüchtet sind,
als Gewebequellen verwendet sein. Das als Gewebequelle für die Herstellung
der Zusammensetzung der Erfindung verwendete Säugergewebe kann von einem Tier
einer beliebigen Altersgruppe, einschließlich Embryonalgewebe, Gewicht, Geschlecht
oder sexuelles Entwicklungsstadium gewonnen sein.
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Epithelbasalmembran-Gewebequellen
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Harnblase
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Eine
bevorzugte Quelle für
die Epithelbasalmembran ist die Harnblase, wie in 1B veranschaulicht,
eines warmblütigen
Vertebraten, wie beispielsweise eines Schweins. Beste biologische
Remodellierungseigenschaften ergeben Epithelbasalmembran-Bestandteile, die
Zellwachstum ohne Invasion unterstützen und fördern, und das darunterliegende
Matrixmaterial der Tunica propria, das Adhäsion, Invasion, Wachstum und
Differenzierung endogener Zellen gestattet und fördert. Die Matrix, nachfolgend
als Harnblasen-Matrix (UBM) bezeichnet, umfasst die Basalmembran
B des Epithels der Harnblase und die darunterliegende Tunica propria
C. In dieser Anwendungsform sind die Epithelbasalmembran B und die
darunterliegende Tunica propria C von den Epithelzellen A und der
extrazellulären
Matrix der Tunica submucosa D, der Tunica muscularis E und der Tunica
serosa F delaminiert. UBM ist von einem beliebigen warmblütigen Vertebraten
gewonnen, ist aber am bevorzugtesten von Schweinen gewonnen. UBM
ist als ein biologisches Gerüst
zur Reparatur oder Wiederherstellung von Körpergeweben oder Organen verwendet,
wie beispielsweise Muskel-Skelett-Strukturen und kardiovaskuläre Strukturen,
dermatologische und gastrointestinale Gewebe, Urogenital- und Reproduktionsgewebe,
Nervengewebe, Leber, Niere und Schädel- und Halsgewebe.
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Ein
bevorzugte UBM-Zusammensetzung zur Geweberegeneration umfasst Epithelbasalmembran, vorzugsweise
Basalmembran der Harnblase, und die biotrope molekulare Struktur,
die unmittelbar unter der Epithelbasalmembran vom Harnblasengewebe warmblütiger Vertebraten
liegt. In dieser Anwendungsform ist die Epithelbasalmembran von
den luminalen Epithelzellen, abluminalen adventitiellen, serösen und
glatten Muskelgeweben und submukösen Geweben
delaminiert. Gewebetransplantat-Zusammensetzungen
der Erfindung besitzen merklich bessere Gewebewachstums-Charakteristika im
Vergleich zu bereits beschriebenen submukösen Gewebetransplantat-Zusammensetzungen,
die in einen Vertebratenwirt implantiert oder injiziert werden,
um die Reparatur oder den Ersatz geschädigter, fehlender oder defekter
Gewebe oder Organe zu bewirken.
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Verfahren
der vorliegenden Erfindung vermeiden den vollständigen Verlust der Epithelbasalmembran
und ergeben eine Zusammensetzung zur Geweberegeneration, die wenigstens
einen Teil der Epithelbasalmembran umfasst. In einer bevorzugten Anwendungsform
ist die Epithelbasalmembran weitgehend intakt, wie es mit herkömmlichen
histologischen oder immunhistologischen Techniken und Licht- oder
Elektronenmikroskopie festgestellt ist. Das resultierende devitalisierte
Material, das mit den Verfahren der vorliegenden Erfindung erhalten
wird, unterscheidet sich von Dünndarm
und Harnblase stammenden von Gewebetransplantat-Zusammensetzungen,
die mit Verfahren hergestellt sind, wie sie in den '508 und '389 Patenten beschrieben
sind und die ein Submukosa umfassendes Transplantat-Material unter
Ausschluss der Epithelbasalmembran ergeben. Präparationsschritte von UBM aus
Harnblasengewebe unterscheiden sich von bereits beschriebenen Präparationsschritten
bei submukösen
Gewebetransplatat-Zusammensetzungen, die im '508 Patent und '389 Patent beschrieben sind. In den
Verfahren zur Herstellung der submukösen Transplantat-Zusammensetzung, die
im '508 Patent und '389 Patent beschrieben
sind, ist die Submukosa durch Abschaben mechanisch entfernt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist UBM hergestellt durch Entfernen des Harnblasengewebes eines
warmblütigen
Vertebraten, zum Beispiel eines Schweins, und Delaminieren des Gewebes
durch zunächst
Tränken
des Gewebes in einer deepithelisierenden Lösung, zum Beispiel hypertonische
Saline, am bevorzugtesten 1,0 N Saline, über einen Zeitraum im Bereich
von 10 Minuten bis 4 Stunden. Exposition einer hypertonischen Salinelösung entfernt
effektiv die Epithelzellen von der darunterliegenden Basalmembran.
Das nach der ersten Delaminierungsprozedur verbleibende Gewebe umfasst
Epithelbasalmembran und die zur Epithelbasalmembran abluminalen
Gewebeschichten. Dieses Gewebe wird dann als nächstes einer weiteren Behandlung
unterzogen, um den Großteil
der abluminalen Gewebe aber nicht die Epithelbasalmembran zu entfernen.
Die äußeren serösen, adventitiellen,
glatten Muskelgewebe, Submukosa und abluminale Teil der Tunica propria
werden von dem verbleibenden deepithelisierten Gewebe durch mechanisches
Abschaben oder durch eine Kombination aus enzymatischer Behandlung,
Hydratation und Abschaben entfernt. Mechanische Entfernung dieser
Gewebe wird durch Entfernung von Mesentergeweben beispielsweise
mit Adson-Brown Pinzette und Metzenbaum Schere und Abwischen der Tunica
muscularis und abluminalen Tunica propria mit Hilfe einer longitudinalen
Wischbewegung mit einem Skalpellgriff oder einem anderen harten,
in feuchter Gaze eingewickelten Gegenstand erreicht. Nach Entfernung
dieser Gewebe besteht das resultierende Gewebegerüst aus Epithelbasalmembran und
darunterliegender Tunica propria. Dieses Gewebe unterscheidet sich
von bereits bekannten Gewebe-Zusammensetzungen, die von Tier-Epithelgeweben
stammen, durch Einbeziehen einer weitgehend intakten Epithelbasalmembran
bei der vorliegenden Erfindung. Diese Gewebe können durch Spülen in hypertonischer
Saline, Peressigsäure
oder sterilem Wasser weiter behandelt werden. Andere Verfahren zur
Entfernung von Gewebeschichten, zum Beispiel ein Mikrotom, können ebenfalls
zur Gewinnung der Gewebe-Zusammensetzung
der Erfindung verwendet sein.
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Das
Verfahren zur Herstellung von Zusammensetzungen für die Geweberegeneration
gemäß der Erfindung
ist nicht auf die Verwendung von Harnblasengewebe als Ausgangsmaterial
beschränkt. Das
Verfahren gemäß der Erfindung
ist ebenfalls mit anderen Ausgangsgeweben, zum Beispiel Haut, Ösophagus,
Magen und Darmgewebe, anwendbar.
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Nach
Präparation
von UBM gemäß dem Verfahren
der Erfindung besteht das resultierende Gewebegerüst aus einem
ungefähr
10–120
Mikrometer dicken Material, das primär (d.h. mehr als 90%) aus extrazellulärer Matrix
(ECM) einschließlich
der Epithelbasalmembran besteht. Dieses Material kann unter Umständen noch
einige zelluläre Elemente
enthalten, die das ursprüngliche
Gewebe enthielt, wie beispielsweise Kapillarendothelzellen oder
Fibrocyten. Diese zellulären
Elemente werden durch anschließende
Peressigsäure-Exposition
als Teil der Desinfektion des Biomaterials entfernt. Das Material unterscheidet
sich in seiner histologischen Erscheinung und seinem Aufbau von
den submukösen
Gewebetransplantat-Zusammensetzungen, wegen der glatten Epithelbasalmembran,
die die luminale Seite kennzeichnet und der dichten, partiell organisierten kollagenen
ECM, die die abluminale Seite kennzeichnet. Das ECM-Material wird
mit H&E Farbe
rosa und mit Massons Trichrom-Farbe blau gefärbt.
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Haut, Ösophagus
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Entsprechend
gleichen die oben, zur Präparation
von UBM beschriebenen Schritte den Schritten, die zur Präparation
von Zusammensetzungen zur Geweberegeneration aus anderen Epithelorganen
mit der Harnblase ähnlichen
Gewebeschichten, wie beispielsweise Haut oder Ösophagus, durchgeführt sind.
Wie die Matrix der Harnblase umfasst das Material, das nach Entfernung
von Epithelzellen, Tunica serosa, Tunica muscularis und abluminaler
Tunica propria verbleibt, wenigstens einen Teil der Epithelbasalmembran
und die angrenzende Tunica propria.
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Dünndarm
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Eine
Zusammensetzung zur Geweberegeneration der Erfindung stammt ebenfalls
von Epithelgeweben des Gastrointestinaltrakts, wie beispielsweise
Dünndarm.
Schritte zur Präparation
einer Zusammensetzung zur Geweberegenration, die wenigstens einen
Teil der Epithelbasalmembran des Dünndarms und darunterliegende
Tunica propria, als SIM bezeichnet, umfasst, entsprechen den Schritten, die
oben zur UBM-Bildung beschrieben sind. 1,0 N Saline kann zur Entfernung
der intestinalen Epithelzellen von der Epithelbasalmembran verwendet
sein. Ein alternatives Verfahren zur Entfernung von Epithelzellen
ist das Tränken
von Epithelgewebe in einem Detergens, wie beispielsweise in einem
nichtionischen Detergens, zum Beispiel Triton X-100 mit einer Konzentration
zwischen 0,025 bis 1% über
einen Zeitraum von 5 min bis zu einigen Stunden.
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In
einer Anwendungsform ist die von einem Epithelgewebe stammende delaminierte
Zusammensetzung zur Geweberegeration in einem gefrorenen hydratisierten
Zustand aufbewahrt oder ist bei Raumtemperatur luftgetrocknet und
dann aufbewahrt. Alternativ ist die Zusammensetzung zur Geweberegeneration
lyophilisiert und in dehydratisiertem Zustand entweder bei Raumtemperatur
oder gefroren aufbewahrt. In einer noch anderen Anwendungsform kann die
Zusammensetzung zur Geweberegeneration zerkleinert und durch Verdau
des Materials in Proteasen, zum Beispiel Pepsin oder Trypsin, über einem Zeitraum,
der hinreichend ist, um das Gewebe zu solubilisieren und um eine
im Wesentlichen homogene Lösung
zu bilden, verflüssigt
sein. Die Viskosität
des solubilisierten Materials kann mittels Einstellen des pH, um
ein Gel, Gel-Sol oder vollständig
flüssigen Zustand
zu schaffen, variiert sein. Zum Beispiel ist die Präparation
verflüssigter
intestinaler Submukosa in U.S. Patent, Nr. 5.275.826 beschrieben
und ist hier durch Verweis ausdrücklich
eingefügt.
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In
einer noch anderen Anwendungsform befasst sich die Erfindung mit
der Verwendung der Zusammensetzungen zur Geweberegeneration in Pulverform.
In einer Anwendungsform ist eine Pulverform der Zusammensetzung
zur Geweberegeneration durch Zerteilen oder Zerkleinern des delaminierten
Materials gebildet, um Partikel im Größenbereich von 0,005 mm2 bis 2,0 mm2 herzustellen.
Das von unerwünschten
Gewebeschichten delaminierte Material wird zum Beispiel in flüssigem Stickstoff
zur Durchführung
der Zerkleinerung gefroren. Alternativ wird das Material zur Durchführung der
Zerkleinerung dehydratisiert. Die zerkleinerte Form des Materials
wird dann lyophilisiert, um eine im Wesentlichen wasserfreie partikuläre Zusammensetzung
zur Geweberegeneration zu bilden.
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Gewebe-Zusammensetzungen
der vorliegenden Erfindung sind für viele chirurgische und nichtchirurgische
Anwendungen zum Zwecke der Induktion der rekonstruktiven Wundheilung
und Gewebewiederherstellung geeignet. Zum Beispiel sind sie verwendet,
um geschädigte,
erkrankte oder fehlende Herzklappen, Arterien, Venen, Harnblase,
Leber, Teile des Gastrointestinaltrakts zu ersetzen, oder sie können als
Templates zur Reparatur oder Ersatz von Schädel- und Halsstrukturen verwendet
sein. Das Material kann in allen seiner zahlreichen festen oder verflüssigten
Formen als ein Gerüst
zur dermalen oder epidermalen Reparatur verwendet sein, in verschiedene
Körperschließmuskel
wie beispielsweise Blasenschließmuskel
oder Ösophagus-
oder Magenschließmuskel
injiziert, zu einem Tubus oder partiellen Tubus als eine Führung zur
Wiederherstellung von Nervengewebe gefaltet oder zu einer beliebigen Form
extrudiert oder geformt sein, die für seine Anwendung als eine
Zusammensetzung zur Geweberegeneration geeignet ist. Die Zusammensetzung
der Erfindung zur Geweberegeration kann in Form fester Schichten
vernäht
sein, in Wunden oder Körperstellen
hier in Form eines Gels verbracht oder in ihrer flüssigen oder
partikulären
Form injiziert sein. Gewebe-Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung induzieren
ein Wachstum endogener Gewebe, einschließlich Epithel- und Bindegewebe,
wenn Zielgewebe mit vom Säuger
stammenden devitalisierten Gewebe-Zusammensetzungen, die wenigstens
einen Teil einer Epithelbasalmembran umfassen, in vivo in Kontakt
kommen.
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Harnblasen-Matrix (UBM)
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UBM-Zusammensetzungen
umfassen wenigstens Typ I und Typ IV Kollagen, Glycosaminoglycane,
einschließlich
Hyaluronsäure,
Chondroitinsulfat A und B und Heparinsulfat. Zusätzlich liegen ein oder mehrere
basische Fibroblastenwachstumsfakoren, vaskulärer Endothelzellwachstumsfaktor
und TGF-beta in UBM vor.
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Die
physikalischen Eigenschaften von UBM sind teilweise charakterisiert
worden. UBM besitzt eine uniaxiale Festigkeit von ungefähr 0,1 bis
2,0 Pfund pro 1,0 cm breitem Streifen (gemessen mit einem Materialtestsystem-Vorrichtung
mit American Standards for Testing Materials, Zug mit 1 Inch/Minute).
Die Nahtfestigkeit des Materials beträgt ungefähr 1,0 bis 4,0 Newton (N) pro
Schicht, spezifisch 4 bis 18 N für
eine 4-Schicht-Matrix
und 30 N bis 120 N für eine
30-Schicht-Matrix. Die „Ball-Burst-Test" Bruchkraft beträgt ungefähr 4 bis
10 Pfund für
jede Schicht, spezifisch 32 bis 80 N für 8 Schichten, 16 bis 40 N
für 4 Schichten
und 36 bis 120 N für
12 Schichten.
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Der
Porositätsindex
ist als die Menge an Wasser definiert, die durch einen Stoff pro
cm2/Minute bei einem Druck von 120 mm Hg
fließt.
Die Wasser-Porosität
unterscheidet sich von einer zur anderen UBM-Seite in Abhängigkeit
der Fließrichtung. Wasser
fließt
von der Epithelbasalmembran zur abluminalen Seite mit ungefähr 20% der
Wasserfließgeschwindigkeit,
die von der abluminalen Seite zur Epithelbasalmembran-Seite der
Matrix gemessen ist. UBM besitzt ebenfalls viskoelastische Eigenschaften.
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UBM
kann mit einem beliebigen zahlreicher Standardverfahren sterilisiert
sein, ohne seine Fähigkeit
zu verlieren, endogenes Gewebewachstum zu induzieren. Zum Beispiel
kann das Material nach Spülen
in Saline und 0,05% bis 1,0% Peressigsäure mittels Ethylenoxid-Behandlung,
gamma-Bestrahlung (0,5 bis 2,5 mRad), Gas-Plasma-Sterilisierung oder Elektronenstrahlen-Behandlung
sterilisiert sein. Das Material kann ebenfalls mittels Behandlung
mit Glutaraldehyd sterilisiert sein, was eine Vernetzung des Poteinmaterials
verursacht, diese Behandlung verändert
aber das Material wesentlich, so dass es langsam resorbiert oder überhaupt
nicht resorbiert wird und einen anderen Typ der Wirtsremodellierung anregt,
der eher mehr einer Narbengewebebildung oder Einkapselung als einer
konstruktiven Remodellierung ähnelt.
Eine Vernetzung des Proteinmaterials kann ebenfalls mit Carbodiimid
oder dehydrothermalen oder photooxidativen Verfahren induziert werden.
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Die
folgenden Beispiele dienen der besseren Demonstration der erfolgreichen
praktischen Anwendung der vorliegenden Erfindung.
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Beispiele
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Als
Beispiel für
den Nutzen der Verfahren und Zusammensetzungen der Erfindung wird
UBM bei Herzklappendefekten angewandt. Wie der Fachmann weiß, sind
die hier offengelegten Verfahren und Zusammensetzungen auch für andere
Zusammensetzungen zur Geweberegeneration, die von anderen Epithelgewebequellen
als der Harnblase und von anderen Säugerquellen als dem Schwein
stammen, für
andere Gewebedefekte als Herzklappendefekte anwendbar. Darüber hinaus
kann die Zusammensetzung der Erfindung zur Geweberegeneration in
einer anderen Form als einschichtiges oder mehrschichtiges Material
verwendet sein, zum Beispiel kann UBM als ein Extrakt, in Gelform,
pulverisierter Form, tubulärer
Form, Schichtenform oder als Streifen, Stränge oder Streben oder mit anderen
pharmazeutischen Agenzien vermischt, zum Beispiel Wachstumsfaktoren
und Genprodukten, verwendet sein. UBM kann extrudiert oder in einer
oder auf einer Form geformt sein, um für eine spezielle Anwendung
im Körper
zu passen. Die Herstellung verflüssigter
Formen von Gewebe ist im U.S. Patent, Nr. 5.275.826, beschrieben,
dessen Offenlegung hier durch Verweis eingefügt ist, und die Herstellung
von festen Gewebeschichten und Gewebestreifen ist im U.S. Patent,
Nr. 5.711.969, beschrieben, dessen Offenlegung hier durch Verweis
eingefügt
ist.
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Anwendung 1. Reparatur
von Herzgewebe
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Eine
erfindungsgemäße Anwendungsform ist
eine Zusammensetzung zur Geweberegeneration für Reparatur oder Ersatz von
Herzgeweben. Herzgewebe umfassen, sind aber hierauf nicht beschränkt, erkranktes,
geschädigtes
oder fehlendes Herzgewebe, einschließlich Myocard, Epikard, Endokard,
Perikard, interatriales und interventrikuläres Septum und sämtliche
Herzklappen und assoziierte Klappensegel, einschließlich Valva
pulmonalis, Valva aorta, Valva atrioventricularis dextra und sinistra
und Teile angrenzender Herzgefäße einschließlich Arteria pulmonalis,
Vena pulmonalis, Aorta, Vena cava inferior und Vena cava superior.
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In
dieser hier offengelegten Anwendungsform der Erfindung war UBM aus
porciner Harnblase präpariert,
wie oben beschrieben, und als autogenes und xenogenes vorderes Herzklappen-Ersatzsegel der
Valva pulmonalis in fünf
Schweinen und drei Hunden verwendet.
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UBM,
als eine einzelne Materialschicht oder als doppelt dickes Material
geformt, wurde mit einer Schere oder einem Skalpell zum Zeitpunkt
der Operation zurechtgeschnitten, um als vorderes Klappensegel der
Valva pulmonalis zu passen. UBM wurde direkt an den Anulus an der
Klappenbasis angenäht. In
der einschichtigen Anwendungsform war die Epithelbasalmembran-Seite
von UBM auf die rechte ventrikuläre
luminale Seite des Ersatzklappensegels gerichtet und an den Anulus
der Valva pulmonalis direkt angenäht. In einer Anwendungsform
mit doppelt dicker UBM war UBM so gefaltet, dass die Epithelbasalmembran
auf beide Seiten, d.h. ventrikuläre
und arterielle Seiten, des Ersatzsegels der Valva pulmonalis gerichtet
war und direkt an den Anulus der Valva pulmonalis angenäht.
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Die
Valva pulmonalis der Versuchshunde und -schweine wurden 6 und 12
Wochen nach Ersetzen der Klappen untersucht. Ein Hund wurde 5 Monate
nach Ersetzen des Klappensegels untersucht. Gewebestandardfixierungstechniken
und histopathologische Techniken wurden angewandt, um die entnommenen
Klappensegel zu untersuchen.
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Sechs
Wochen nach Ersetzen der Klappensegel war eine Epithelisierung des
ersetzten Klappensegels über
die gesamte Oberfläche
des Klappensegels erfolgt. Zellen, die über die Oberfläche des Klappensegels
migrierten, färbten
sich mittels Immunfluoreszenzfärbung
auf den von Willebrand Faktor positiv, was auf den Endothel-Ursprung dieser Zelle
deutet. In einigen Klappensegeln zeigten die Zellen Merkmale früher Vorläuferzellen.
Neovaskularisierung, Infiltration von Endothelzellen und Ablagerung
extrazellulärer
Matrix wurde ausgehend vom Wirtsgwebe am Anulus der Valva pulmonalis
beobachtet und erstreckte sich in das Ersatzklappensegel.
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Nach
zwölf Wochen
und nach fünf
Monaten nach Ersetzen der Klappensegel war keine der ursprünglichen
UBM-Gewebe-Zusammensetzung erkennbar und die Wiederherstellung des
Klappensegels war vollständig.
Unerwartete Befunde zu allen untersuchten Zeitpunkten umfassten
ein Ausbleiben der Endothel-Invasion in das Ersatzklappensegel, keine
Thrombose, keine Calcifizierung oder zellvermittelte Abstoßung des
Ersatzklappensegels. Darüber
hinaus war die Form des Ersatzklappensegels nicht verändert und
entsprach der Form des ursprünglichen
Klappensegels zu allen untersuchten Zeitpunkten.
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Ultraschall-Untersuchungen
der Valva pulmonalis in Schweinen nach 8, 12, 16 und 20 Wochen nach
Ersetzen der Klappe zeigten eine funktionsfähige Klappe.
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In
einer anderen Anwendungsform dieses Aspekts der Erfindung sind verflüssigte,
pulverisierte oder feingemahlene UBM-Formen zur Förderung
endogener Gewebereparatur appliziert auf oder in oder angrenzend
an erkranktes oder defektes Herzgewebe injiziert. Zum Beispiel ist
verflüssigte
UBM in oder angrenzend an einem angeborenen interventrikulären Septumdefekt,
angeborenen interatrialen Septumdefekt oder in das Lumen eines offenen
Ductus arteriosus injiziert, um endogenes Gewebewachstum in diesen
Bereichen zu fördern.
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Die
UBM-Applikation für
Herzgewebe erfolgt durch Anwendung mehrerer verschiedener chirurgischer
Verfahren. Zum Beispiel wird ein minimal invasives Verfahren angewandt,
um an den Operationsort im Herzen mit Hilfe eines Laparoskopes zu
gelangen. Alternativ wird eine Thorakotomie durchgeführt. UBM
wird an den Operationsort in einer beliebigen präparierten Form wie beispielsweise
Schicht, Schlinge, Streifen oder in injizierbarer pulverisierter oder
feingemahlener Form gebracht. UBM-Schichten oder Streifen sind vor oder
während
der Operation für die
spezielle Herzanwendung maßgefertigt. UBM-Schichten
oder Streifen werden angrenzend an oder in dem defekten oder erkrankten
Herzgewebe mit Nähten,
Klammern, Gewebekleber oder anderen dem Fachmann bekannten Mitteln
fixiert.
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Anwendung 2: Matrix für in vitro
Zellproliferation
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Humane
mikrovaskuläre
Endothelzellen (HMVEC) bilden das Endothel, eine Einzelschicht aus
Zellen, die auf einer Basalmembran in vivo derart organisiert sind,
dass sie ein Epithel nachbilden. Untersuchungen waren in vitro unter
Verwendung von isolierten HMVEC durchgeführt, die ausplattiert waren
(i) auf der Epithelbasalmembran-Seite
einer UBM-Schicht, (ii) auf der abluminalen UBM-Seite, (iii) auf
Dünndarm-Submukosagewebetransplantat-Zusammensetzung
(SIS), die gemäß in '508 und '178 Patenten offengelegten
Verfahren hergestellt ist, und (iv) auf Harnblasen-Submukosagewebe-Zusammensetzung
(UBS), die gemäß dem im '389 Patent offengelegten
Verfahren hergestellt ist.
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HMVEC
wuchsen in die Matrix ein und bildeten keine konfluente Zellschicht
nach dreitägigem Wachstum,
wenn sie auf der SIS und UBS-Oberfläche ausplattiert waren, ungeachtet
ob HMVEC auf der luminalen oder abluminalen Seite von SIS oder UBS
ausplattiert waren.
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Auf
der abluminalen Seite von UBM ausplattierte HMVEC wuchsen in die
Matrix ein, proliferierten und differenzierten zu reifen Endothelzellen. Ähnlich wie
auf der abluminalen Seite von SIS oder UBS ausplattierte HMVEC wurde
keine konfluente HMVEC-Schicht auf der abluminalen UBM-Seite nach dreitägigem Wachstum
gebildet.
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Im
Gegensatz zu anderen bereits bekannten Zusammensetzungen zur Geweberegeneration
wie beispielsweise SIS und UBS in diesen Untersuchungen, hafteten
auf der Epithelbasalmembran-Seite (luminal) einer UBM-Schicht ausplattierte
HMVEC an UBM, proliferierten, differenzierten und bildeten eine konfluente
Monolayer nach dreitägigem
Wachstum.
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Anwendung 3:
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Es
wird eine Verwendung der Gewebetransplantat-Zusammensetzung der
vorliegenden Erfindung zur Induktion der Reparatur oder Ersatz von Gewebe
in vivo erwogen, umfassend Bindegewebe wie beispielsweise Bänder, Sehnen,
Knorpel, Knochen, Gelenke und Muskel, Epithelgewebe wie beispielsweise
Harnblase und andere Gewebe des Urogenitaltrakts, Magen, Ösophagus
und andere Gewebe des Gastrointestinaltrakts, Leber, Nervengewebe, Schädel- und
Halsgewebe, Haut und andere Gewebe unter Verwendung der gleichen
Verfahren, die in U.S. Patenten, Nr. 4.902.508; 4.956.178; 5.281.422; 5.352.463;
5.554.389; 5.275.826; 4.902.508; 5.372.821; 5.445.833; 5.516.533;
5.573.784; 5.641.518; 5.695.998; 5.711.969; 5.755.791; 5.762.966
und 5.885.619 beschrieben sind und deren Offenlegungen hier durch
Quellenangabe eingefügt
sind. Die Gewebetransplantat-Zusammensetzung der Erfindung kann
ebenfalls mit synthetischen oder nicht synthetischen Polymeren zur
Wiederherstellung von Geweben verwendet sein.
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Wir
beanspruchen:
Anwendungsformen der Erfindung können die
Merkmale der folgenden aufgezählten
Absätze
umfassen.
- 1. Eine devitalisierte Matrix zur
Induktion einer Reparatur von Gewebedefekten in einem Säuger, umfassend:
eine
isolierte devitalisierte Säugerepithelbasalmembran
und an besagter Basalmembran unmittelbar darunterliegende Tunica
propria.
- 2. Die Matrix nach Absatz 1, wobei besagte Basalmembran von
der Harnblase stammt.
- 3. Die Matrix nach Absatz 1, wobei besagte Basalmembran vom
Dünndarm
stammt.
- 4. Die Matrix nach Absatz 1, wobei besagte Matrix an besagtem
Gewebedefekt vernäht
ist.
- 5. Die Matrix nach Absatz 1, wobei besagte Matrix in besagten
Gewebedefekt injiziert ist.
- 6. Die Matrix nach Absatz 1, wobei besagte Matrix auf ein Gewebedefekt-Fixierungsmittel
appliziert ist.
- 7. Die Matrix nach Absatz 1, wobei besagte Matrix mit einem
pharmazeutischen Agens gemischt ist.
- 8. Ein Verfahren zur Induktion einer Reparatur eines Gewebedefektes
in einem Säuger,
wobei besagtes Verfahren umfasst:
Bereitstellen an einer defekten
Stelle einer devitalisierten Matrix, umfassend eine Säugerepithelbasalmembran
und an besagter Basalmembran unmittelbar darunterliegende Tunica
propria.
- 9. Das Verfahren nach Absatz 8, wobei besagte Reparatur eine
Induktion einer Reparatur von Bindegewebe und Reparatur von Epithelgewebe
an besagter defekter Gewebestelle umfasst.
- 10. Eine devitalisierte Zusammensetzung, umfassend:
Säugerepithelbasalmembran
und an besagter Basalmembran unmittelbar darunterliegende Tunica
propria, wobei besagte Basalmembran und Tunica propria von Epithelzellen
und abluminalen Teilen einer Tunica propria eines Säugerepithelgewebes
delaminiert sind.
- 11. Eine devitalisierte Zusammensetzung, umfassend:
Säugerepithelbasalmembran,
Tunica propria und glatte Muskelzellen der Tunica muscularis, wobei besagte
Basalmembran, Tunica propria und glatter Muskel von Epithelzellen
eines Säugerepithels delaminiert
sind.
- 12. Eine devitalisierte Zusammensetzung, umfassend:
Säugerepithelbasalmembran
und Submukosa, wobei besagte Basalmembran und Submukosa von Epithelzellen
und Tunica muscularis eines Säugerepithelgewebes
delaminiert sind.
- 13. Ein Verfahren zur Herstellung einer devitalisierten Gewebetransplantat-Zusammensetzung, umfassend:
Tränken eines
Säugerepithelgewebes
in einer deepithelisierenden Lösung,
um ein deepithelisiertes Gewebe mit einer Epithelbasalmembran zu bilden;
und
Abschaben besagten deepithelisierten Gewebes bis auf eine
abluminale Oberfläche
von besagtem Gewebe, um ein delaminiertes Gewebe zu bilden, wobei
das nach Abschaben besagten Gewebes übrig bleibende delaminierte
Gewebe wenigstens einen Teil der Epithelbasalmembran umfasst und besagte
Basalmembran umfassendes besagtes delaminiertes Gewebe eine endogene
Gewebewiederherstellung induziert.
- 14. Das Verfahren nach Absatz 13, wobei besagte deepithelisierende
Lösung
1,0 N Saline umfasst.
- 15. Das Verfahren nach Absatz 13, wobei besagte abluminale Oberfläche eine
Gewebeoberfläche tiefer
als besagte Epithelbasalmembran umfasst.
- 16. Das Verfahren nach Absatz 13, wobei besagtes Epithelgewebe
Harnblasengewebe umfasst.
- 17. Das Verfahren nach Absatz 13, wobei besagtes Epithelgewebe
Dünndarm
umfasst.
- 18. Eine devitalisierte Matrix, umfassend:
eine Säugerepithelbasalmembran
und an besagter Basalmembran unmittelbar darunterliegende Tunica
propria, wobei besagte Matrix eine Wiederherstellung von erkranktem,
defektem oder fehlendem Herzgewebe induziert, wenn sie mit besagtem
erkrankten, defekten oder fehlenden Herzgewebe in Kontakt gebracht
ist.
- 19. Die devitalisierte Matrix nach Absatz 18, wobei besagte
Matrix maßgestaltet
ist, um besagtem erkrankten oder defekten Herzgewebe zu entsprechen.
- 20. Die devitalisierte Matrix nach Absatz 18, wobei besagte
Epithelbasalmembran von der Harnblase eines Säugers stammt.
- 21. Die devitalisierte Matrix nach Absatz 18, wobei besagte
Epithelbasalmembran vom Darm eines Säugers stammt.
- 22. Die devitalisierte Matrix nach Absatz 18, wobei besagte
Matrix eine injizierbare Matrixform umfasst.
- 23. Die devitalisierte Matrix nach Absatz 18, wobei besagte
Matrix außerdem
ein pharmazeutisches Agens umfasst.
- 24. Die devitalisierte Matrix nach Absatz 18, wobei besagtes
Herzgewebe wenigstens ein Teil einer Herzklappe ist.
- 25. Die devitalisierte Matrix nach Absatz 18, wobei besagte
Matrix wenigstens einen Teil des interatrialen Septums wiederherstellt
oder ersetzt.
- 26. Die devitalisierte Matrix nach Absatz 18, wobei besagtes
Herzgewebe wenigstens ein Teil des interventrikulären Septums
ist.
- 27. Die devitalisierte Matrix nach Absatz 18, wobei besagtes
Herzgewebe wenigstens ein Teil des Myocards ist.
- 28. Ein Verfahren zur Induktion einer Wiederherstellung von
erkranktem oder defektem Herzgewebe in einem Säuger, wobei besagtes Verfahren umfasst:
Inkontaktbringen
einer devitalisierten Matrix, die wenigstens einen Teil einer Säugerepithelbasalmembran
und an besagter Basalmembran unmittelbar darunterliegende Tunica
propria umfasst, mit erkranktem, defektem oder fehlendem Herzgewebe,
wobei besagte devitalisierte Matrix eine Wiederherstellung des erkrankten,
defekten oder fehlenden Herzgewebes induziert.
- 29. Das Verfahren nach Absatz 28, wobei besagte Wiederherstellung
von erkranktem oder defektem Herzgewebe außerdem eine Induktion einer
endogenen Epithelreparatur umfasst.
- 30. Eine Zusammensetzung, umfassend:
wenigstens einen Teil
einer Epithelbasalmembran, die von Zellen eines Säugerepithelgewebes delaminiert
ist und entsprechend dem erkrankten oder defekten Herzgewebe gestaltet
ist.
- 31. Die Zusammensetzung nach Absatz 30, außerdem umfassend Tunica propria,
die von Säugerepithelzellen
delaminiert ist.
- 32. Die Zusammensetzung nach Absatz 31, außerdem umfassend Muskelzellen
der Tunica muscularis, die von Säugerepithelgewebezellen
delaminiert ist.
- 33. Die Zusammensetzung nach Absatz 30, wobei besagtes Säugerepithelgewebe
Harnblasengewebe umfasst.
- 34. Die Zusammensetzung nach Absatz 30, wobei besagtes Säugerepithelgewebe
Darmgewebe umfasst.
- 35. Die Zusammensetzung nach Absatz 30, wobei besagtes erkranktes
oder defektes Herzgewebe wenigstens einen Teil einer Herzklappe
umfasst.
- 36. Die Zusammensetzung nach Absatz 35, wobei besagte Herzklappe
aus einer Gruppe ausgewählt
ist, bestehend aus Valva pulmonalis, Valva aorta, Valva atrioventricularis
dextra oder Valva atrioventricularis sinistra.
- 37. Die Zusammensetzung nach Absatz 30, wobei worin besagtes
erkranktes oder defektes Herzgewebe Myocard umfasst.