DE60122571T2 - Medizinische vorrichtung und verfahren zur anwendung dieser vorrichtung - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf medizinische Vorrichtungen (zum Beispiel implantierbare Pulsgeneratoren), die ein Polymer oder Polynukleotid umfassen. Insbesondere kann die medizinische Vorrichtung zum Vorbeugen und Behandeln von medizinisch vorrichtungs-assoziierten Infektionen verwendet werden. In einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung tragen die medizinischen Vorrichtungen ein Polynukleotid, das ein antimikrobisches Peptid codiert und das Wachstum von Krankheitserregern bzw. pathogenen Keimen inhibiert. In anderen Aspekten der vorliegenden Erfindung tragen die medizinischen Vorrichtungen eukaryotische Zellen (zum Beispiel Endothelzellen), die ein antimikrobisches Peptid exprimieren und das Wachstum von Krankheitserregern inhibieren.
  • HINTERGRUND
  • Das Einfügen bzw. Einsetzen von Implantaten ist ein breit akzeptiertes und oftmals lebensrettendes Verfahren geworden. Die letzten paar Jahre haben eine dramatische Steigerung in der Vielfalt und Anzahl von medizinischen Vorrichtungen gebracht. Es wird geschätzt, dass es zurzeit weltweit etwa 6.000 verschiedenartige oder generische Gruppen von medizinischen Vorrichtungen und etwa 750.000 oder mehr Marken und Modelle bzw. Ausführungen gibt, die sich von sehr einfachen Vorrichtungen zu sehr komplexen Systemen erstrecken. In einer Studie im Jahre 1989 wurde geschätzt, dass weltweit ungefähr 1.000.000 Implantationen jährlich durchgeführt werden; die Anzahl von zusätzlich verwendeten Kathetern für diagnostische und therapeutische Mittel übersteigt diese Anzahl wesentlich.
  • Infektion ist die meist gefürchtete, wenn nicht die schwerwiegendste Komplikation bei den zahlreichen Vorrichtungen und Materialien, die eingesetzt werden. Behandlung von solchen Infektionen ist schwierig, und sehr oft ist die Infektion irreversibel, so dass in vielen Fällen eine komplette Entfernung des Katheters oder Implantats erforderlich ist. Technologische Material- und Konstruktionsverbesserungen bzw. -verfeinerungen und zunehmende chirurgische Erfahrung erniedrigt im Allgemeinen die Häufigkeit von infektiösen Komplikationen; jedoch bleibt Infektion eine konstante Ursache für Morbidität und Mortalität.
  • Die Auswirkung und die klinische Bedeutung von implantationsbedingten Infektionen können mit Rücksicht auf verschiedene Faktoren besser eingeschätzt werden. Ein wichtiger Faktor sind die Millionen von Patienten, in denen Prothesen von einer Art oder einer anderen vorhanden sind. Ein anderer wichtiger Faktor ist die Schwere der Erkrankung, die sich aus vorrichtungsbedingten Infektionen ergibt. In den meisten Fällen resultiert die Infektion, die eine vollständige implantierbare Vorrichtung umfasst, in Funktionsverlust und der Notwendigkeit der chirurgischen Entfernung, um eine Heilung zu erzielen. Abhängig von dem Vorrichtungstyp, zum Beispiel bei künstlichen Herzklappen bzw. Klappenprothesen oder Vaskular-Transplantaten, ist die einer Infektion folgende Mortalität hoch. Ein dritter Faktor sind die wirtschaftlichen Folgen, die in den Kosten der Erstellung der Diagnose und in der Behandlung einer vorrichtungsbedingten Infektion gemessen werden. Es wird geschätzt, dass die Kosten der Behandlung einer infizierten Gelenkprothese das vier- bis sechsfache der Kosten von originalem prothetischen Gelenkersatz übersteigen.
  • Methoden bzw. Ansätze, um die vorrichtungsbedingten Infektionen zu reduzieren, wurden anfangs auf Verbesserungen der chirurgischen Techniken konzentriert, die Modifikation des Bereichs des Operationssaals und die Verwendung von prophylaktischen Antibiotika beim chirurgischen Eingriff umfassend. Trotz der Anweisungen von diesen äußerst genauen bzw. pedantischen aseptischen Maßnahmen konnte das Auftreten von vorrichtungsbedingten Infektionen nicht komplett beseitigt werden.
  • Eine alternative Methode ist, sich auf das Implantat selbst zu konzentrieren und folglich auf die Modifikation der Vorrichtung, um Infektionsresistenz mittels Bereitstellung von Flächen an der Vorrichtung, die entsprechende Integration von Umgebungsgewebe mit der Vorrichtungsfläche fördert, zu verbessern. Das zu Grunde liegende Konzept ist, dass die viel versprechende, schnelle Kolonisierung und Integration der Vorrichtungsfläche mit Gewebezellen die Implantatfläche vor Bakterienkolonisierung schützt.
  • Eine beträchtliche Menge an Aufmerksamkeit und Studien wurden auf die Verhinderung der Kolonisierung von Bakterien- und Pilzorganismen an den Flächen von orthopädischen Implantaten gerichtet, mittels der Verwendung von antimikrobischen Mitteln, wie Antibiotika, die an die Fläche von den in solchen Vorrichtungen verwendeten Materialien gebunden sind. Die Aufgabe von solchen Versuchen war es, eine ausreichende bakteriostatische oder bakterizide Wirkung zu erzeugen, um Kolonisierung zu verhindern. Die Praxis von Beschichtungsverfahren des Standes der Technik resultiert in einen orthopädischen Implantat oder einer medizinischen Vorrichtung, wobei die Effektivität der Beschichtung über die Zeit abnehmen kann. Nach dem Einfügen der medizinischen Vorrichtung oder des orthopädischen Implantats können die Antibiotika sich aus der Fläche der Vorrichtung in die umliegende Umgebung herauslösen bzw. extrahieren. Außerdem sind bakterielle Krankheitserreger zunehmend resistent gegen allgemein verwendete Antibiotika geworden. In einigen Fällen bleiben keine Alternativen erster Wahl für Therapie übrig. Eine kürzlich veröffentlichte Trendanalyse über bakterielle Krankheitserreger, die in England und Wales von 1990 bis 1998 aus Blut isoliert wurden, zeigte einen Aufwärtstrend in der Gesamt-Anzahl von Berichten über Bakteriämie. Die fünf meist zitierten Organismen begründeten über 60% der Berichte jedes Jahr. Es gab eine erhebliche Steigerung in dem Anteil von Berichten über Staphylococcus aureus, der resistent gegen Methicillin ist, Streptococcus pneumoniae, der resistent gegen Penizillin und Erythromyzin ist, und Enterococcus faecium, und Enterococcns faecalis die resistent gegen Vancomycin sind.
  • Antimikrobische Peptide sind eine Art von Antibiotikum. Die ersten antimikrobischen Peptide wurden im Jahre 1939 durch Dubos identifiziert, der bewies, dass „ein unidentifizierter Boden-Bazillus" antibakterielle Verbindungen produzierte, die Pneumokokkeninfektionen in Mäusen verhindern können (Boman et al., „Antimicrobial Peptids", Ciba Foundation Symposium, John Wiley und Söhne, Chicester (1994)). In den 1960igern wurde behauptet, dass ein Bienengift-Toxin und ein Peptid in Froschhaut antibakteriell seien. Seitdem sind antimikrobische Peptide aus Insekten (Cecropine von der Motte Hyalophora cecropia und Drosophila melanogaster, Insektdefensine von den Fleischfliegen Phormia terranovae und Sacrophaga peregrina), aus der Haut des afrikanischen Krallenfrosches Xenopus laevis (Magainine), aus der Hufeisen-Krabbe (Tachyplesine) aus Säugetier-Granulozyten (Defensine), aus Makrophagen (murine mikrobizide Proteine) und aus Blutplättchen (Thrombozyten) isoliert worden. Ihre weite Verbreitung ist beachtenswert und macht es höchstwahrscheinlich, dass diese Komponenten eine wichtige schützende Rolle als eine Abwehr erster Wahl gegen Infektionen spielen. Obwohl antimikrobische Peptide sich in der Länge wesentlich unterscheiden, sind beinahe alle von ihnen von kationischer Natur.
  • Beim Menschen sind zahlreiche antimikrobische Peptide isoliert und gekennzeichnet worden aus multiplen Quellen, die Neutrophile (auch im Stand der Technik als polymorphonukleare Leukozyten bezeichnet), T-Zellen, bronchoalveolare Lavage, Thrombozyten, Plasma, Wundflüssigkeit und verschiedene Organe umfassen. Ferner ist in den letzten Jahren ein Bereich von antimikrobischen Peptiden im Epithelgewebe von Atemwegen, im Urogenitalgewebe, in der Haut und im Intestinum gefunden worden. Diese Ergebnisse bzw. Funde schlagen vor, dass Wirtabwehr mittels antimikrobischer Peptide gewöhnlicher sein dürfte, als bisher angenommen wurde.
  • Antimikrobische Peptide sind fähig, eine breite Vielfalt von gram-positiven und gram- negativen Bakterien zu töten. Zumindest drei sequentielle Ereignisse sind erforderlich für Targetzellenlysis: Membranbindung, Permeabilisierung und schließlich Schädigung der DNA. Es wird angenommen, dass nach der Bindung an die Zellmembran die antimikrobischen Peptide spannungsabhängige Kanäle in den Lipid-Doppelschichten der Zellmembran bilden. Die amphipathischen Eigenschaften von antimikrobischen Peptiden machen sie löslich in wässrigen Medien und fördern ihre Fähigkeit des Eindringens in Membranen. Die positive Netto-Ladung antimikrobischer Peptide begünstigt Interaktionen mit negativ geladenen Lipidkopfgruppen und stellt eine anfängliche Antriebskraft für das Eindringen eines antimikrobischen Peptids in eine Membran zur Verfügung. Außerdem ist dieser Wirkungsmechanismus. einer, bei dem die Bakterien Schwierigkeiten haben, ihm mittels entwicklungs Resistenz auszuweichen.
  • Die WO 95/24929 offenbart ein polymeres Genabgabesystem, bei welchem Gene in einer Polymermatrix zur Expression in einer Zelle eines Patienten dispergiert werden.
  • Die WO 99/59649 und die WO 00/62830 beschreiben eine medizinische Vorrichtung, die eine Polymerbeschichtung an der Fläche, die Arzneimittel enthält, aufweist, die therapeutische Polypeptide codieren können.
  • Die US-A-5,698,531 beschreibt ein Verfahren zur Abgabe von Proteinen durch Katheterisierung bzw. Kathetereinführung in Blutgefäße, die Zellen verwenden, die therapeutische Proteine exprimieren.
  • Die WO 99/00071 beschreibt einen Stent, der mit einer polymerisierbaren Matrix und DNA beschichtet ist, ein therapeutisches Protein codierend: ein antithrombozytäres Mittel, ein antikoagulierendes Mittel, ein antimitotisches Mittel, Antioxidationsmittel, Antimetabolitmittel, antientzündliche bzw. entzündungshemmende Mittel und antimikrobische Mittel.
  • Die WO 00/32255 stellt implantierbare medizinische Vorrichtungen für die gesteuerte, lokalisierte Abgabe von bioaktiven Mitteln zu Zielorten bzw. -stellen im Innern des Körpers bereit.
  • Die WO 01/74413 stellt eine medizinische Vorrichtung zur Verfügung, die eine Polymerbeschichtung aufweist, die ein genetisches Material trägt, umfassend Polynukleotide, transfizierte Zellen.
  • Die WO 00/12028 und die WO 99/55360 stellen ein implantierbares System zur Verfügung, umfassend einen Träger und Zellen, die ein therapeutisches Mittel und ein Stimulierungselement produzieren und freisetzen, um die Freisetzung des therapeutischen Mittels zu stimulieren.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • In einem Aspekt stellt die Erfindung eine medizinische Vorrichtung zur Verfügung, umfassend:
    einen Träger, der eine Fläche aufweist, die ein Polymer umfasst; und
    ein Polynukleotid, welches zumindest mit einem Abschnitt des Polymers assoziiert ist, wobei das Polynukleotid nicht in einer Zelle vorhanden ist; und wobei das Polynukleotid eine Sequenz umfasst, welche ein antimikrobisches Peptid codiert.
  • In einem anderen Aspekt wird eine medizinische Vorrichtung bereitgestellt, umfassend:
    einen Träger, der eine Fläche umfasst, die ein Polymer umfasst; und
    eine Zelle, die zumindest mit einem Abschnitt des Polymers assoziiert ist, wobei die Zelle ein antimikrobisches Peptid exprimiert.
  • Die Erfindung bezieht sich auch auf Verfahren zur Herstellung der Vorrichtungen und die Vorrichtung in Form.
  • Die vorliegende Erfindung hat bestimmte Aufgaben. Das heißt, verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen Lösungen für ein oder mehrere Probleme zur Verfügung, die aus dem Stand der Technik mit Bezug auf vorbeugende Infektionen, die mit implantierbaren medizinischen Vorrichtungen assoziiert sind, existieren. Diese Probleme umfassen fortgesetzte Prävalenz von Infektionen, die mit medizinischen Vorrichtungen assoziiert sind, und die Ineffektivität von traditionellen Antibiotika, um Infektion durch resistente Stämme von Mikroorganismen zu verhindern. Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung haben die Aufgabe des Lösens zumindest eines der vorhergehenden Probleme.
  • Im Vergleich mit bekannten medizinischen Vorrichtungen stellen verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einen oder mehrere der folgenden Vorteile zur Verfügung: (a) Inhibieren des Wachstums von pathogenen Mikroorganismen, indem die Mikroorganismen den antimikrobischen Peptiden ausgesetzt werden; (b) Bereitstellen eines Polynukleotids, das ein antimikrobisches Peptid an eine in einem Patienten vorhandene Zelle derart codiert, dass die Zelle das antimikrobische Peptid exprimiert; (c) Bereitstellen einer Zelle, die ein antimikrobisches Peptid exprimiert; und (d) Herstellen eines antimikrobischen Peptids, verfügbar an der Stelle der Implantation von einer medizinischen Vorrichtung und dabei die Wahrscheinlichkeit von einer medizinischen vorrichtungs-assoziierten Infektion verringernd.
  • Einige Ausführungsformen der Erfindung umfassen ein oder mehrere der folgenden Merkmale: (a) einen Träger, der eine Fläche aufweist, die ein Polymer und ein Polynukleotid umfasst, welches zumindest mit einem Abschnitt des Polymers, wem das Polynukleotid nicht in einer Zelle vorhanden ist, assoziiert ist; und (b) einen Träger, der eine Fläche aufweist, die ein Polymer und eine Zelle umfasst, die mit zumindest einem Abschnitt des Polymers, wem die Zelle ein antimikrobisches Peptid exprimiert, assoziiert ist.
  • Definitionen
  • Die Begriffe „medizinische Vorrichtung", „Träger" und „implantierbarer Pulsgenerator" werden hier detaillierter beschrieben.
  • Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „poröses Polymer" auf ein Polymer, das Poren aufweist, die durchgehend verteilt sind, und das fähig ist, Flüssigkeiten zu absorbieren.
  • Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „Polynukleotid" auf eine Polymerform von Nukleotiden von beliebiger Länge, entweder Ribonukleotide oder Desoxynukleotide, und umfasst sowohl doppelt- als auch einzel-strängige DNA und RNA. Ein Polynukleotid kann Nukleotidsequenzen umfassen, die verschiedene Funktionen aufweisen, umfassend zum Beispiel Codierungssequenzen und Nicht-Codierungssequenzen wie Regulatorsequenzen. Ein Polynukleotid kann direkt aus einer natürlichen Quelle erlangt werden, oder kann mit der Hilfe von rekombinanten, enzymantischen oder chemischen Techniken bereitgestellt bzw. hergestellt werden. Ein Polynukleotid kann in der Struktur linear oder kreisförmig sein. Ein „eingedrungenes bzw. eingesetztes Polynukleotid" ist ein Polynukleotid, welches in eine Zelle eingedrungen ist, zum Beispiel durch ex vivo Gentransfer. Ein Polynukleotid kann zum Beispiel ein Abschnitt eines Vektors wie eines Expressionsvektors oder ein Fragment sein.
  • Der Ausdruck „nicht in einer Zelle vorhanden" bedeutet, dass das Polynukleotid nicht in einer eukaryotischen oder einer prokaryotischen Zelle vorhanden ist und nicht in einem Viruspartikel vorhanden ist.
  • Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck „assoziiert mit" in dem Zusammenhang von Polynukleotiden oder Zellen darauf, wie sie mit einem Trägerpolymer kombiniert werden. Die Polynukleotide oder Zellen können zum Beispiel in einer Polymerbeschichtung oder -film auf dem Trägern inkorporiert bzw. integriert sein, oben auf einer Polymerbeschichtung oder -film auf dem Träger beschichtet oder unter einer Polymerbeschichtung oder -film auf dem Träger vorhanden sein. Die Polynukleotide oder Zellen können auch in mikroskopischen Container-Vehikeln inkorporiert bzw. integriert sein, die in einer Polymerbeschichtung oder -film auf dem Träger inkorporiert bzw. integriert sind, oben auf einer Polymerbeschichtung oder -film auf dem Träger beschichtet sind oder die unter einer Polymerbeschichtung oder -film auf dem Träger vorhanden sind.
  • Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „Film" auf ein flächiges Material bzw. Schichtmaterial.
  • Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck „natürliches poröses Polymer" auf ein Polymer, welches in der Natur vorhanden ist oder durch die Natur produziert wird, dass heißt, es ist nicht künstlich oder synthetisch.
  • Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck „synthetisches poröses Polymer" auf ein Polymer, welches künstlich oder synthetisch ist, dass heißt, es ist nicht in der Natur vorhanden oder wird nicht durch die Natur produziert.
  • „Codierungsbereich" und „Codierungssequenz" werden synonym verwendet und beziehen sich auf einen Nukleotidbereich, der ein Polypeptid codiert und, wenn unter der Kontrolle von entsprechenden bzw. geeigneten Regulatorsequenzen platziert, das codierte Polypeptid exprimiert. Die Grenzen bzw. Ränder von einem Codierungsbereich werden allgemein durch ein Translations-Startkodon an seinem 5' Ende und ein Translations-Stoppkodon an seinem 3' Ende bestimmt. Eine Regulatorsequenz ist eine Nukleotidsequenz, die Expression eines Codierungsbereichs, an welche sie operabel verbunden ist, reguliert. Nicht einschränkende Beispiele von Regulatorsequenzen umfassen Promoter, Transkriptionsinitiationsstellen, Translationsstartstellen, Translationsstoppstellen und Terminatoren. „Operabel verbunden" bezieht sich auf eine Juxtaposition, wobei die Komponenten in einer Beziehung, die es ihnen erlaubt, in ihrer beabsichtigten Art und Weise zu funktionieren, so beschrieben werden. Eine Regulatorsequenz ist an einen Codierungsbereich „operabel verbunden", wenn sie auf solche Weise verbunden ist, dass Expression des Codierungsbereichs erreicht wird unter Konditionen, die mit der Regulatorsequenz kompatibel sind.
  • „Peptid" und „Polypeptid" werden hier synonym verwendet, um sich auf ein Polymer von Aminosäuren zu beziehen und bezieht sich nicht auf eine spezifische Länge von einem Polymer von Aminosäuren. Deshalb sind zum Beispiel die Begriffe Oligopeptid, Protein und Enzym innerhalb der Definition von Peptid enthalten. Dieser Begriff umfasst auch Post- Expressions-Modifikationen von dem Peptid, zum Beispiel Glykosylierungen, Acetylierungen, Phosphorylierungen und dergleichen: Der Begriff „antimikrobisches Peptid" wird hier im Detail beschrieben.
  • Der Begriff „kondensiert", wie hier verwendet, beschreibt ein Polynukleotid, welches zu isolierten Sphären oder Toroiden verdichtet bzw. zusammengedrängt worden ist, so dass die Interaktion von der DNA mit dem Lösungsmittel minimal ist.
  • Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck „gebunden an einen Rezeptor-Liganden" auf eine Bindung bzw. Anheftung eines Rezeptor-Liganden an die Fläche eines ein-gekapselten oder kondensierten Polynukleotids. Die Bindung bzw. Anheftung kann durch eine kovalente Bindung, Wasserstoffbindung oder Van-der-Waals-Kräfte bzw. Dispersionskräfte geschehen. Sofern nicht anderweitig spezifiziert, werden „ein", „der", „die", „das" und „zumindest ein" überall in der Beschreibung synonym verwendet und bedeuten ein oder mehrere als ein.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • 1 zeigt einen implantierbaren Pulsgenerator (IPG) 12, der in einem Patienten 10 implantiert ist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON DEN BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Medizinische Vorrichtungen
  • Die vorliegende Erfindung stellt medizinische Vorrichtungen zur Verfügung, die ein Polymer und ein Polynukleotid, welches mit dem Polymer assoziiert ist, umfassen. Das Polynukleotid ist nicht in einer Zelle vorhanden. Bevorzugter Weise sind medizinische Vorrichtungen für die Vorbeugung bzw. Prophylaxe oder Behandlung von medizinisch vorrichtungs-assoziierten Infektionen nützlich. In einigen Aspekten der Erfindung umfassen die medizinischen Vorrichtungen einen Träger und ein Polynukleotid. Bevorzugter Weise umfasst das Polynukleotid einen Codierungsbereich, der ein antimikrobisches Peptid codiert. In anderen Aspekten um fasst die medizinische Vorrichtung einen Träger und eine Zelle, die ein antimikrobisch es Peptid exprimiert.
  • Eine Vielfalt von Trägern kann in den medizinischen Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, zum Beispiel umfassend Stents, Gefäßtransplantate, Stenttransplantate, synthetische Patchs, Infusionsmanschetten bzw. -hülsen, medizinisch elektrische Leitungen und Elektroden, Dauerkatheter, Herzklappen, Anuloplastikringe, Ohrsonden, Zerebrospinalflüssigkeitsshunts, implantierbare Arzneimittelpumpen und implantierbare Pulsgeneratoren (IPGs) und die elektrischen Leitungen, die mit den IPGs assoziiert sind. Beispiele von IPGs umfassen Schrittmacher, implantierbare Kardioverter-Defibrillatoren, implantierbare Defibrillatoren und Neurostimulatoren. Jede von diesen Vorrichtungen kann als Träger von Polynukleotiden oder Zellen der Erfindung verwendet werden. Die folgende Beschreibung konzentriert sich auf IPGs, obwohl sie genauso auf andere medizinische Vorrichtungen zutrifft.
  • 1 zeigt einen bevorzugten Aspekt der Erfindung, wo der IPG 12 in eine Tasche, die im Patienten 10 ausgebildet ist, zum Beispiel in den linken pectoralis major- bzw. großen Brustmuskelbereich, eine traditionelle Schrittmacherimplantatstelle, eingesetzt bzw. implantiert ist. Der IPG weist eine Fläche auf, die das Gewebe kontaktiert, das die Wand der Tasche, in welche der IPG implantiert worden ist, aufbaut. Der IPG kann mit einer natürlichen oder synthetischen Polymerbeschichtung oder -film zum Halten der Polynukleotide oder Zellen an der Stelle beschichtet sein. Polymerbeschichtungen oder -filme werden hier detaillierter beschrieben.
  • Ob der Träger ein IPG ist oder eine andere medizinische Vorrichtung, sind die Polynukleotide oder Zellen mit dem Trägerpolymer assoziiert. Die medizinischen Vorrichtungen dieser Erfindung umfassen bevorzugter Weise eine erste Polymerzusammensetzung, in welcher die Polynukleotide oder Zellen vorhanden sind. Die erste Polymerzusammensetzung dieser Erfindung kann zum Beispiel aus einem Homopolymer, einem Copolymer (das heißt einem Polymer von zwei oder mehreren verschiedenen Monomeren) oder einer Zusammensetzung (zum Beispiel ein Blend) mit einem oder mehreren Polymeren oder Copolymeren bereitgestellt bzw. hergestellt sein. Die Zusammensetzung bildet bevorzugter Weise ein viskoelastisches, ein- bzw. zerreißfestes, biokompatibles Polymer. Der Begriff „viskoelastisch" bezieht sich auf die vorgeschriebenen „Speicher"-Charakteristika von einem Molekül, das dem Molekül ges tattet, auf Spannung bzw. Belastung zu reagieren, als ob das Molekül eine Kombination bzw. Verbindung von elastischen Feststoffen und viskosen Flüssigkeiten wäre. Der Begriff „ein- bzw. zerreißen" bedeutet, dass, wenn das Polymer Expansionsbelastung bzw. -spannung ausgesetzt ist, das Material im Wesentlichen nicht ein- bzw. zerreißt. Das Ein- bzw. Zerreißen bezieht sich auf die Propagation einer Kerbe oder eines Schnittes im Material unter Spannung bzw. Belastung. Der Begriff „biokompatibel" wird hier verwendet, um sich auf ein Material zu beziehen, das keine toxischen oder schädlichen Wirkungen auf biologische Systeme hat.
  • Bevorzugter Weise verringert oder exazerbiert die erste Polymerzusammensetzung nicht bzw. verschlimmert nicht Irritation an dem Gewebe, das die Tasche, in welche der IPG eingesetzt bzw. implantiert ist, umgibt. Die erste Polymerzusammensetzung ist bevorzugter Weise nicht inflammatorisch und nicht thrombogen, wenn allein angewandt, oder alternativ, wenn mit anti-thrombogenen Wirkstoffen bzw. Mitteln wie Heparin und dergleichen oder mit anti-inflammatorischen Wirkstoffen bzw. Mitteln wie Cyclosporine und dergleichen verwendet. Die erste Polymerzusammensetzung ist bevorzugter Weise auch ein biostabiles oder ein bioabsorptionsfähiges Polymer, abhängig von der gewünschten Freisetzungsrate bzw. Abgaberate oder dem gewünschten Grad von Polymerstabilität.
  • Die ersten Polymerzusammensetzungen dieser Erfindung können ein oder mehrere synthetische oder natürliche Polymere umfassen. Geeignete Polymere umfassen jene, die kompatibel mit den Polynukleotiden oder den Zellen sind. Bevorzugter Weise ist das erste Polymer ein poröses Polymer. In einem Aspekt der Erfindung ist das poröse Polymer ein Film an zumindest einem Abschnitt der Struktur. In einem anderen Aspekt ist das poröse Polymer ein integraler Abschnitt der Struktur. Bevorzugter Weise ist das poröse Polymer biokompatibel und ausreichend reißfest, nicht inflammatorisch entzündungshemmend und nicht thrombogen. Bevorzugter Weise ist das poröse Polymer biologisch abbaubar.
  • Bevorzugter Weise ist das poröse Polymer ein natürliches poröses Polymer oder ein synthetisches poröses Polymer. Beispiele für natürliche poröse Polymere umfassen Gelatine, Fibrin, Kollagen, Elastin, Hyaluronsäure, Chondroitinsulfat, Dermatansulfat, Heparinsulfat, Heparin, Zellulose, Chitin, Chitosan, Mixturen oder Copolymere davon, oder eine breite Vielfalt von anderen typischer Weise in implantierbaren medizinischen Vorrichtungen als nützlich offenbarten. Beispiele von synthetischen porösen Polymeren umfassen Silikon, Polyurethan, Poly sulfon, Polyethylen, Polypropylen, Polyamid, Polyester, Polycarbonsäuren, Polyvinylpyrrolidon (PVP), Maleinsäureanhydrid-Polymere, Polyamide, Polyvinylalkohole (PVA), Polyethylenoxide, Polyacrylsäure-Polymere, Polytetrafluorethylen, Polyhydroxyethylmethacrylatsäure (pHEMA), Polyaminopropylmethacrylamid (pAPMA), Polyacrylamido-2-methylpropansulfonsäure (pAMPS), Polyacrylamid, Polyacrylsäure, Mixturen oder Copolymere davon, oder eine breite Vielfalt von anderen typischer Weise in implantierbaren medizinischen Vorrichtungen als nützlich offenbarten. Zusätzliche Beispiele von synthetischen porösen Polymeren umfassen biologisch abbaubare synthetische poröse Polymere wie Polyglykolsäure, Polymilchsäure, Polydioxanon, Poly(-caprolacton), Polyanhydride, Poly(-hydroxybutyrat), Poly(orthoester), Poly(aminosäuren), Polyiminocarbonaten und Mixturen oder Copolymere davon. In Materialien, welche keine Poren in ihren gewöhnlichen Strukturkonfigurationen umfassen, können Poren zwischen einem Mikrometer im Durchmesser bis zu 1000 Mikrometer im Durchmesser, durch konventionelle Mittel eingebracht werden, wie durch Einbringung bzw. Einführung eines flüssigen, löslichen Partikelmaterials in die gewünschte Struktur und Lösen des Partikelmaterials mit einem Lösemittel. Jedoch ist keine einzelne Porengröße für diese Erfindung kritisch. Fachleute werden erkennen, dass die Verfahren zur Bildung der ersten Polymerzusammensetzung modifiziert werden können, um andere Polymere zu umfassen, wie in dieser Erfindung vorgesehen, ohne übermäßig zu experimentieren.
  • In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das poröse Polymer aus einem Polymer, der nicht Fibrin ist, hergestellt und hat Fibrin in den Poren inkorporiert. Typisch und bevorzugter Weise ist ein derart poröses Polymer in der Form eines flächigen Materials bzw. Schichtmaterials eines synthetischen Polymers, das biostabil ist. Derartige synthetische biostabile Polymere umfassen Silikon, Polyurethan, Polysulfon, Zellulose, Polyethylen, Polypropylen, Polyamid, Polyester, Polytetrafluorethylen und Kombinationen davon.
  • Wenn das poröse Polymer in der Form einer porösen Schicht oder Films ist, kann es durch eine Vielfalt von Verfahren hergestellt werden. Diese Verfahren können zum Beispiel das Bilden des Films umfassen, der ein festes Partikelmaterial bzw. Feststoff verwendet, das im Wesentlichen entfernt werden kann, nachdem der Film gebildet ist, dadurch Poren ausbildend. Durch Verwenden eines festen Partikelmaterials während der Filmbildung kann die Größe der Poren teilweise gesteuert werden durch die Größe des festen Partikelmaterials, das verwendet wird. Das Partikelmaterial kann von weniger als ungefähr 1 Mikrometer im Durchmesser bis ungefähr 1000 Mikrometer, bevorzugter Weise ungefähr 1 Mikrometer bis ungefähr 100 Mikrometer, insbesondere bevorzugt ungefähr 25 Mikrometer bis ungefähr 60 Mikrometer, reichen. Für die Einheitlichkeit der Poren kann das Partikelmaterial durch aufeinander folgende, feiner maschige Siebe gesiebt werden, zum Beispiel durch 100, 170, 270, 325, 400 und 500 analytische Maschenweite von Sieben mit rostfreien Stahlmaschen, um einen gewünschten Bereich von Partikelgröße zu produzieren.
  • In einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein poröses Polyurethan-Schichtmaterial hergestellt sein durch Lösen eines Polyetherurethans in einem organischen Lösungsmittel wie N-methyl-2-pyrrolidon; Mischen in die resultierende Polyurethanlösung eines Kristallins, Partikelmaterials wie ein Salz oder Zucker, welches nicht in dem Lösungsmittel löslich ist; Gießen der Lösung mit Partikelmaterial in einen dünnen Film; und dann Anwenden eines zweiten Lösungsmittels wie Wasser, um das Partikelmaterial zu lösen und zu entfernen, dadurch eine poröse Schicht hinterlassend. Ein Teil des Partikelmaterials kann innerhalb des Films bleiben. Demzufolge ist es bevorzugt, dass das feste Partikelmaterial biokompatibel ist. Arzneimittel, zum Beispiel, aber nicht begrenzt auf Antikoagulationsmittel wie Heparin, Warfarin, Aspirin, Hirudin und Gewebe-Plasminogen-Aktivator, oder nicht inflammatorische Mittel wie Dexamethason, Beclometason, Cyclosporin und Superoxiddismutase, können vor der Implantation in den IPG in einem Umfang, der effektiv ist, um Thrombose oder Inflammation zu verhindern oder zu begrenzen, inkorporiert werden. Ein Arzneimittel-Immersionsverfahren kann verwendet werden, um das Arzneimittel zu inkorporieren. Eine Lösung des Arzneimittels kann alternativ zu der Zeit zugefügt werden, wenn die Polynukleotide oder die Zellen zu dem IPG zugefügt werden. Das Arzneimittel kann auch in die Polymermatrix inkorporiert werden, bevor es vollständig polymerisiert ist. Zum Beispiel kann pulverisiertes Arzneimittel auf den IPG während des Polymerisationsprozesses gestäubt werden.
  • Die Form des Polymerfilms oder -beschichtung kann modifiziert werden, basierend auf den Verfahren, die verwendet werden, um den IPG zu bedecken. Es kann auf dem IPG sprühbeschichtet werden, oder ein Film kann über den IPG gegossen bzw. geformt werden. Die erste Polymerzusammensetzung dieser Erfindung kann zumindest einen Abschnitt des IPGs bedecken. Der IPG kann auch innerhalb einer Form positioniert sein, und die Verbindungen bzw.
  • Mischungen bilden die erste Polymerzusammensetzung aus, die in die Form inkorporiert ist. Die erste Polymerzusammensetzung, die eine Schicht oder Hülse bildet, kann in einer verlängerten Form präpariert werden und dann in eine Endform gepresst oder dehydriert werden, um über den IPG zu passen.
  • Polynukleotide oder Zellen können zum IPG zugefügt werden durch Mischen der Monomerlösung der ersten Polymerzusammensetzung mit Polynukleotiden oder Zellen oder durch direktes Anwenden der Polynukleotide oder Zellen an die polymerisierte Zusammensetzung. In einem Aspekt werden Polynukleotide oder Zellen zu dem IPG zur Zeit der Bildung der ersten Polymerzusammensetzung zugeführt.
  • Alternativ können die Polynukleotide oder Zellen zum Polymer, das den IPG beschichtet, entweder zur Zeit der Vorrichtungsherstellung oder durch den Arzt/Mediziner vor der Vorrichtungsimplantation zugeführt werden. Wenn die erste Polymerzusammensetzung imstande ist zur Dehydrierung und Rehydrierung, kann der IPG in einer sterilen, dehydrierten Form bereitgestellt werden, und Polynukleotide und Zellen können zum IPG durch Rehydrierung der ersten Polymerzusammensetzung zugeführt werden, positioniert auf dem IPG durch Eintauchen in, Dochten oder Besprühen mit einer Flüssigkeit, die die Polynukleotide oder Zellen auf der IPG vor der IPG-Implantation beinhalten. Ein Beispiel für solch eine Flüssigkeit zur Addition von Polynukleotiden ist zum Beispiel 10 mM Tris-HCl und 1 mM EDTA, ungefähr pH 7,4 bis ungefähr pH 8,0 (TE Puffer) und dergleichen. Ein Beispiel von solch einer Flüssigkeit zur Addition von Zellen ist zum Beispiel eine neutrale Salzlösung, die HBSS oder ein Gewebe-zellkulturmedium und dergleichen umfasst. Die Flüssigkeit, die verwendet wird, um Polynukleotide oder Zellen zu der ersten Polymerbeschichtung abzugeben, sollte die Stabilität der Polynukleotide und Zellen unterstützen und sollte pH-gepufferte Lösungen umfassen, in einer Form, die biokompatibel und vorzugsweise nicht immunogen ist. Optional kann die Flüssigkeit Stabilisatioren wie Albumin, Glyzerin oder dergleichen umfassen. Optional können die Polynukleotide in Assoziation mit Zusammensetzungen, die Abgabe der Polynukleotide an eine Zelle unterstützen, vorhanden sein. Solche Zusammensetzungen umfassen Liposome und Kondensationsmittel und werden hier im Detail beschrieben. Wenn die Polynukleotide oder Zellen in eine Polymerlösung für Sprühapplikationen oder Luftpumpenapplikationen inkorporiert sind, sollte das Polymer ausreichend dünnflüssig sein, um die Applikation der Lösung an den IPG zu ermöglichen.
  • In einem anderen Aspekt des IPGs dieser Erfindung kann eine zweite Polymerzusammensetzung über die erste Polymerzusammensetzung anschließend oder zur Zeit des Zufügens der Polynukleotide oder Zellen zugefügt werden. Bevorzugter Weise ist die zweite Polymerzusammensetzung biologisch abbaubar, und die zweite Polymerzusammensetzung beschichtet zumindest einen Abschnitt der ersten Polymerzusammensetzung und Polynukleotide. Zum Beispiel, nachdem die Polynukleotide oder Zellen zu einem IPG, der eine darauf beschichtete erste Polymerzusammensetzung aufweist, zugeführt sind, kann der IPG mit einer Lösung besprüht oder in eine Lösung eingetaucht werden, um eine Beschichtung eines biologisch abbaubaren Polymers zu bilden, wie Kollagen, Gelatine, Polymilchsäure oder Methylzellulose, mit oder ohne einer koagulationshemmenden oder anti-inflammatorischen Verbindung bzw. Mischung. Vorteilhafter Weise stellt die zweite Polymerschicht sogar größere anhaltende Freisetzungsvermögen bzw. -fähigkeiten zur Verfügung. Geeignete Polymere zum Verwenden in der zweiten Polymerzusammensetzung umfassen diese für die erste Polymerzusammensetzung oben aufgelisteten, sind aber darauf nicht begrenzt, und Zusammensetzungen davon oder eine breite Vielfalt von anderen typischer Weise als in IPGs als nützlich offenbarten.
  • Die Polynukleotide oder Zellen können auch in ein mikroskopisches Container-Vehikel, das stimuliert werden kann, um Polynukleotide oder die antimikrobischen Peptide, die durch die Zellen exprimiert sind, eingefügt werden. Dieses mikroskopische Container-Vehikel kann auf der Abgabevorrichtung direkt oder in oder auf einer Polymerbeschichtung oder -film beschichtet werden. Die Polynukleotide oder Zellen sind in solch einem Vehikel eingeschlossen bzw. beigefügt. Bei Stimulierung des Container-Vehikels werden die Polynukleotide oder die antimikrobischen Peptide, die durch die Zellen exprimiert sind, aus dem Container-Vehikel freigesetzt. Stimulierung der Container-Vehikel kann ausgebildet werden, verwendend eine Vielfalt von Techniken, die aus dem Stand der Technik bekannt sind.
  • Beispiele für mikroskopische Container-Vehikel umfassen jene, die in den Internationalen Patentanmeldungen Nrn. WO 96/28841 (Ohman) und WO 96/34417 (Smela et al.) und Smela et al., Science, 268, 1735-1738 (1995), welche mikrobearbeitete Strukturen und Mikroaktuatoren offenbaren, sind aber darauf nicht beschränkt. In einem Beispiel umfassen solche mikrobearbeiteten Strukturen leitende Doppelschichten, die aus einer Polymerschicht und einer Goldschicht ausgebildet sind, die als Bindeglieder verwendet werden, um starre bzw. unbiegsame Platten gegenseitig und mit einem Silikonsubstrat zu verbinden. Das Biegen der Bindeglieder ist elektrisch gesteuert und reversibel, drei-dimensionale Positionierung der Platten ermöglichend. Das Verwenden von unterschiedlicher Adhäsion ermöglicht, dass die Strukturen aus dem Silikonsubstrat freigesetzt werden. Deshalb können komplexe Formen, wie Würfel, in der Größenordnung von Mikrometern gebildet werden, die verwendet werden können, um Polynukleotide oder Zellen in Verbindung mit einer medizinischen Vorrichtung wie einem IPG zu umfassen bzw. aufzunehmen, bis sie für therapeutische oder vorbeugende Behandlung benötigt werden.
  • Mikroskopische Container-Vehikel können auch Mikropumpen, Reservoire mit piezoelektrischen Ventilen enthalten. Der Körper der Pumpe oder des Reservoirs kann aus einem Polymermaterial ausgebildet sein, während die Ventile ein piezoelektrisches Material, welches das Öffnen und Schließen der Ventile und der Pumpbewegungen durch elektrische Stimulation ermöglicht, umfassen. Die Reservoirs umfassen die Polynukleotide oder Zellen. Bei Stimulation des piezoelektrischen Materials wird das Ventil geöffnet; um die Polynukleotide oder die antimikrobischen Peptide, die durch die Zellen exprimiert sind, freizusetzen. Implantierbare piezoelektrische Pumpen sind bekannt (siehe zum Beispiel US Pat. Nr. 4,944,659 (Labbe et al.)) und können durch einen Fachmann modifiziert werden, um Container-Vehikel für die vorliegende Erfindung zu bilden.
  • Die vorliegende Erfindung kann in Verfahren verwendet werden zur lokalen Abgabe eines Polynukleotids an einen Patienten oder zur lokalen Abgabe einer Zelle, die ein antimikrobisches Peptid codiert, an einen Patienten. Die Verfahren umfassen das Bereitstellen einer medizinischen Vorrichtung, die einen Träger umfasst, der ein Polymer, das mit ihm assoziiert ist, aufweist, und ein Polynukleotid, welches zumindest mit einem Abschnitt des Polymers assoziiert ist. Alternativ umfassen die Verfahren das Bereitstellen einer medizinischen Vorrichtung, die einen Träger und ein Polymer umfasst, und eine Zelle, die mit zumindest einem Abschnitt des Polymers assoziiert ist. Die Zelle exprimiert ein antimikrobisches Peptid.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ferner Verfahren zur Herstellung einer medizinischen Vorrichtung zur lokalen Abgabe eines Polynukleotids oder zur lokalen Abgabe einer Zelle, die ein antimikrobisches Peptid codiert, zur Verfügung. Die IPGs dieser Erfindung können in einer sterilen, dehydrierten Form, in einer hydrierten Form mit Polynukleotiden oder Zellen oder als ein erstes Polymer, das den IPG, bereitgestellt mit den erforderlichen Materialien, bedeckt, zur Verfügung gestellt werden, um das Zufügen der Polynukleotide oder Zellen und ferner die Beschichtung oder Bedeckung des IPGs wie benötigt zu ermöglichen. Deshalb bezieht sich diese Erfindung auch auf ein Set, das einen IPG mit einer ersten Polymerzusammensetzung umfasst, Puffer entsprechend zum Rehydrieren des IPGs und Zufügen der Polynukleotide oder Zellen und einen Container bzw. Behälter, um sterile Addition der Polynukleotide an den IPG zu ermöglichen. Optional kann das Set ferner auch Beschichtungen oder Bedeckungen umfassen; um über die erste Polymerzusammensetzung angewandt zu werden. In einem bevorzugten Aspekt umfasst das Set folgendes: einen IPG, der eine Fläche umfasst, die das Gewebe eines Patienten berührt, und eine erste Polymerzusammensetzung, die zumindest einen Abschnitt der Fläche des IPGs bedeckt; eine Polynukleotid-Additionszusammensetzung oder Zellen-Additionszusammensetzung, um an dem IPG angewendet zu werden; und einen Container, um den IPG und die Zusammensetzung während der Anwendung der Polynukleotid-Additionszusammensetzung oder Zellen-Additionszusammensetzung aufzunehmen.
  • Polynukleotide
  • Die Polynukleotide der vorliegenden Erfindung können mit den medizinischen Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung assoziiert werden oder können in eine Zelle inkorporiert werden, die mit den medizinischen Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung assoziiert ist. Solche Zellen werden hier in dem Abschnitt mit dem Titel „Zellen, die ein antimikrobisches Peptidexperiment" beschrieben. Die Polynukleotide umfassen einen Codierungsbereich, der ein Peptid codiert, vorzugsweise ein antimikrobisches Peptid. Auf antimikrobische Peptide wird auch im Stand der Technik als Peptid-Antibiotika Bezug genommen. Ein antimikrobisches Peptid ist ein Peptid, das das Wachstum oder das Töten von Pathogenen, das heißt, Mikroorganismen, die Krankheiten verursachen, inhibiert. Typischer Weise ist ein antimikrobisch es Peptid zwischen ungefähr 5 Aminosäuren bis ungefähr 150 Aminosäuren lang.
  • Die antimikrobischen Peptide, codiert durch die Polynukleotide, die mit den medizinischen Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung assoziiert sind, helfen bei der Prävention oder Behandlung von medizinisch vorrichtungs-assoziierten Infektionen. Die Polynukleotide werden aus dem Träger freigesetzt und durch die Zellen, die benachbart zum Träger in dem Patienten sind, aufgenommen, zum Beispiel Zellen, die in dem Gewebe, das die Wand der Tasche, in welche der Träger implantiert worden ist, bildet, vorhanden sind. Bevorzugter Weise werden die Polynukleotide aus dem Träger über eine Zeitdauer freigesetzt (das heißt, es gibt eine anhaltende Freisetzung der Polynukleotide), vorzugsweise während der ersten 14 Tage nach der Implantation, insbesondere während der ersten 7 Tage nach der Implantation.
  • Die Infektionen können durch Krankheitserreger, die Viren, Fungi bzw. Pilze oder Bakterien umfassen, verursacht werden. Die Bakterienarten, die medizinische vorrichtungs-assoziierte Infektionen verursachen können, umfassen gram-positive und gram- negative Bakterien, die zum Beispiel Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Streptococcus spp. und Enterococcus spp. umfassen.
  • Ein Polynukleotid, das ein antimikrobisches Peptid codiert, kann zum Beispiel erlangt werden von Insekten-, bakteriellen, amphibischen, marinen, Säugetier- und Pflanzenquellen. Bevorzugter Weise ist das Polynukleotid von einem Menschen. Ob das Peptid, das durch ein Polynukleofid codiert wurde, ein antimikrobisches Peptid ist, kann durch bekannte Verfahren des Standes der Technik getestet werden. Zum Beispiel offenbart Turner et al. (Antimicrobische. Agens Chemother, 42, 2206-2214 (1998)) radiale Diffusionsuntersuchungen, Bouillon-Mikrodosieruntersuchungen und Kolonienzähluntersuchungen, um die antimikrobischen Eigenschaften eines Peptids zu messen. Die antimikrobischen Eigenschaften eines Peptids können auch durch Evaluierender Membran-Permeabilisierung gemessen werden, zum Beispiel die Membran-Permeabilisierung der inneren und äußeren Membranen von zum Beispiel E. coli (Turner et al., Antimicrobische. Agens Chemotherapie 42, 2206-2214 (1998)). Andere Verfahren zum Testen der antimikrobischen Eigenschaften eines Peptids sind zum Beispiel verfügbar bei Steinberg et al. (In: Methods in Molecular Biology, Vol. 78: Antibacterial peptide protocols, Shafer (ed.), Humana Press, Totowa, New Jersey, pp. 169-186 (1997)). Ohne die Absicht, einschränkend zu sein, Beispiele von Polynukleotiden, die antimikrobische Peptide codieren, umfassen Thrombozyten (siehe Krijgsveld et al., J. Biol. Chem., 275, 20374-20381 (2000) und die Codierungssequenzen, offenbart in den folgenden GenBank Zugriffsnummern; NM_021010, AJ277280, AF295370, AJ237673, AF217245, NM_004345, AF071216, U50931, AF040153, Z71389, U73945, M97925, Z38026. Optional kann ferner ein Polynukleotid, das ein antimikrobisches Peptid codiert, einen Codierungsbereich umfas sen, der ein Signalpeptid codiert. Nukleotid-Sequenzen, die viele Signalpeptide codieren, sind aus dem Stand der Technik bekannt und können an einen Codierungsbereich derart gebunden werden, dass die Nukleotide ein Signalpeptid codieren und die Nukleotide, die einen Codierungsbereich umfassen, benachbart und in dem gleichen Leserahmen sind.
  • Der Codierungsbereich, der die antimikrobischen Peptide codiert, ist typischer Weise in einen Vektor eingefügt. Ein Vektor ist ein replizierendes Polynukleotid, wie ein Plasmid-Vektor, rivaler Vektor, Cosmid-Vektor oder künstlicher Chromosom-Vektor, an welchen ein anderes Polynukleotid angefügt werden kann, um die Replikation des angefügten Polynukleotids zu bewirken. Ein Vektor kann linear oder kreisförmig sein. Bevorzugter Weise ist der Vektor ein Plasmid. Ein Vektor sieht die Expression des antimikrobisch en Peptids, codiert durch den Codierungsbereich, vor. Vektorkonstruktionen, die ein Polynukleotid der Erfindung enthalten, verwenden Standard-Ligaturtechniken des Standes der Technik. Siehe zum Beispiel Sambrook et al, Molecular Cloning: A Laboratory Manual., Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989) or Ausubel, R.M., ed. Current Protocols in Molecular Biology (1994). Typischer Weise ist ein Vektor zur Replikation in einem bakteriellen Wirt, zum Beispiel E. coli, im Stande. Optional ist ein Vektor zur Replikation in einer eukaryotischen Zelle im Stande. Bevorzugter Weise integriert sich ein Vektor nicht in die genomische DNA, vorhanden in einer eukaryotischen Zelle.
  • Ein Vektor umfasst optional Regulatorsequenzen, die an den Codierungsbereich wirksam gebunden sind. Die Erfindung ist nicht durch das Verwenden eines beliebigen Partikel-Promoters beschränkt, von denen eine breite Vielfalt bekannt ist. Promoter wirken als Regulatorsignale, die RNA-Polymerase in einer Zelle binden, um Transkription eines Codierungsbereichs stromabwärts (3'Richtung) zu initiieren. Der Promoter; der in der Erfindung verwendet wird, kann ein konstitutiver oder ein induzierbarer Promoter sein. Er kann mit Bezug auf den Patienten, der die medizinische Vorrichtung erhält, heterolog sein, muss aber nicht.
  • Promotersequenzen sind für Eukaryoten bekannt. Wirksam an die meisten eukaryotischen Codierungsbereiche gebunden, ist ein AT-reicher Bereich, der ungefähr 25 bis 30 Basen stromaufwärts von der Stelle, wo Transkription initiiert wurde, lokalisiert. Häufig ist eine andere Sequenz, die 70 bis 80 Basen stromaufwärts von dem Start der Transkription gefunden wurde, der CXCAAT-Bereich, wo X ein beliebiges Nukleotid sein kann. Wirksam an die 3'Enden der meisten eukaryotischen Codierungsbereiche gebunden, ist eine AATAAA-Sequenz, die ein Signal zur Addition von dem Poly A-Rest an dem 3'Ende des mRNA, das aus der Transkription der Codierungssequenz resultiert, sein kann. Diese Sequenzen können entsprechend in einen Vektor eingefügt werden. Der Promoter, der normalerweise an einen Codierungsbereich, der ein antimikrobisches Peptid codiert, wirksam gebunden ist, kann auch verwendet werden.
  • Transkription eines Codierungsbereichs, der ein antimikrobisches Peptid codiert, aus Vektoren in der Zelle eines Patienten, der eine medizinische Vorrichtung der vorliegenden Erfindung erhält, kann zum Beispiel durch Promoter, die aus den Genomen von Viren wie Polyoma-Virus, Hühnerpocken-Virus, Adenovirus, (wie Adenovirus 2), Bovine-Papillomavirus, Hühner-Sarkom-Virus, Cytomegalovirus, einem Retrovirus und Hepatitis-B-Virus enthalten sind, gesteuert werden.
  • Transkription in einer Zelle des Patienten eines Codierungsbereichs, der ein antimikrobisches Peptid codiert, kann durch Einsetzen einer Verstärker-Sequenz in den Vektor gesteigert werden. Verstärker sind cis-wirkende Elemente der DNA, die üblicherweise etwa 10 bis 300 Nukleotide aufweisen, die auf einen Promoter wirken, um ihre Transkription zu steigern. Verstärker sind relativ orientierungs- und positionsunabhängig, es sind 5' und 3' Codierungsbereiche gefunden worden, innerhalb eines Introns sowie innerhalb der Codierungssequenz selbst. Viele Verstärker-Sequenzen sind nun aus Säugetiergenen (Globin, Elastase, Albumin, Alpha-Fetoprotein und Insulin) bekannt. Verstärker aus eukaryotischen Zellviren sind ebenfalls bekannt und umfassen den SV40-Verstärker an der späten Seite des Replikationsursprungs, des Cytomegalovirus frühen Promoter-Verstärker, des Polyoma-Verstärker an der späten Seite des Replikationsursprungs und Adenovirus-Verstärker. Der Verstärker kann in den Vektor bei einer 5' oder 3' Position an den Codierungsbereich, der ein antimikrobisch es Peptid codiert, gespalten werden, ist aber bevorzugter Weise bei einer Stelle 5' des Promoters lokalisiert.
  • Ein Vektor kann optional eine Ribosom-Bindungsstelle (zum Beispiel eine Kozak-Stelle) und eine Startstelle (zum Beispiel der Codon ATG) umfassen, um Translation der transkribierten Nachricht zu initiieren, um das antimikrobische Peptid zu produzieren. Er kann auch eine Terminationssequenz zum Beenden der Translation umfassen. Eine Terminationssequenz ist typischer Weise ein Codon, für welches keine entsprechende Aminoacetyl-tRNA existiert, daher endet die Peptid-Synthese. Der Vektor kann optional ferner eine Transkriptions-Terminierungssequenz umfassen. Transkriptions-Terminierungssequenzen in Vektoren für eukaryotische Zellen umfassen typischer Weise ein Polyadenylationssignal an 3' des Codierungsbereichs.
  • Die Polynukleotide, die als ein Teil der medizinischen Vorrichtung enthalten sind, können als nackte DNA vorhanden sein. Zum Beispiel können die Polynukleotide in Lösung aufgelöst oder zum Beispiel durch Kalziumphosphat ausgefällt werden. Alternativ können die Polynukleotide eingeschlossen werden. Zum Beispiel können die Polynukleotide in einem synthetischen Lipid-Doppelschicht-Vesikel eingeschlossen werden, zum Beispiel umfassend ein Liposom. Beispiele von Liposomen umfassen multivesikuläre Liposome, unilaminare Liposome, multilamellare Liposome und plurilamellare Liposome. Liposom-Einkapselung kann das gesteuerte Freisetzen von Polynukleotiden, die in den Liposomen vorhanden sind, bereitstellen. Herstellungsverfahren von Liposomen, die die Freisetzungsrate eines eingekapselten Materials in eine wässrige Umgebung steuern, sind aus dem Stand der Technik bekannt (siehe zum Beispiel U.S. Pat. Nr. 5,993,850 (Sankaram et al.); und U.S. Pat. Nr. 5,077,056 (Bally et al.)). Die Polynukleotide können kondensiert sein. Kondensierte DNA ist DNA, die zu isolierten Sphären oder Toroiden verdichtet bzw. zusammengedrängt wurde, so dass die Interaktion der DNA mit der Lösung minimal ist. DNA kann in einen kondensierten Zustand durch Neutralisierung ihrer Ladung verdichtet werden, zum Beispiel durch Addition eines Polykations, oder anderweitig ihre Interaktionen mit der Lösung reduzieren. Jedoch kann das Polykation Aggregation oder Ausfällung der DNA verursachen, wenn ein chaotropes Agens bzw. Mittel nicht verwendet wird, um es zu verhindern. Verdichtung kann daher durch vernünftiges Verwenden sowohl von dem Polykation (um die DNA zu kondensieren) als auch (wie benötigt) von einem chaotropen Agens (um Aggregation oder Ausfällung zu verhindern) ausgeführt werden. Verfahren zum Kondensieren von DNA sind aus dem Stand der Technik bekannt, siehe zum Beispiel U.S. Pat. Nr. 5,877;302 (Hanson). Beispiele von Polykationen umfassen zum Beispiel Polylysin, Arg-Lys gemischte Polymer, Polyarginin, Polyornithin, Histonen, Avidin, Protaminen und Polyethylenimin.
  • Optional kann ein Polynukleotid, das eingekapselt oder kondensiert ist, wirksam auf ausgewählte Zellarten, bevorzugter Weise Granulozyten, Monozyten, Makrophagen, Neutrophilen, Thrombozyten, T-Zellen, B-Zellen oder Fibroblasten gerichtet sein. Ein Verfahren, das verwendet wird, um Liposome wirksam auf ausgewählte Targetzellen zu führen bzw. zu richten, umfasst die Bindung von Antikörpern, die insbesondere an ein Epitop an die Fläche der Targetzelle binden. Verfahren zum Züchten von Antikörpern gegen Zellen, Zellmembranen oder isolierte Zellflächenantigene sind aus dem Stand der Technik bekannt. Ein anderes Verfahren, das verwendet wird, um Liposome wirksam auf ausgewählte Targetzellen zu führen, umfasst die Bindung von Rezeptorliganden an die Fläche der eingekapselten oder kondensierten Polynukleotide. Bevorzugter Weise ist der Rezeptorligand kovalent. gebunden, zum Beispiel durch Vernetzung der Liganden mit der Fläche der eingekapselten oder kondensierten Polynukleotide. Bevorzugter Weise ist ein Rezeptorligand insbesondere durch einen Rezeptor, der durch die Targetzellen getragen wird, gebunden. Eine Klasse von Rezeptorliganden von Bedeutung sind Kohlenhydrate, insbesondere Mono- und Oligosaccharide. Geeignete Liganden umfassen Galaktose, Lactose und Mannose. Zum Beispiel kann Mannose wie ein Rezeptorligand verwendet werden, um die Polynukleotide auf Makrophagen und Monozyten zu richten, und Mannose-6-Phosphate können wie ein Rezeptorligand verwendet werden, um die Polynukleotide auf Fibroblasten zu richten.
  • Zellen, die ein antimikrobisches Peptid exprimieren
  • Zellen, die geeignet für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung sind, umfassen eine breite Vielfalt von eukaryotischen Zellen, die antimikrobische Peptide exprimieren. Die Zellen (zum Beispiel ein Makrophag) können ein antimikrobisches Peptid natürlich exprimieren. Alternativ können die Zellen modifiziert werden, um ein Polynukleotid, das hier beschrieben wurde (siehe den Abschnitt mit dem Titel „Polynukleotide"), zu enthalten, derart, dass die Zelle ein antimikrobisches Peptid exprimiert. Eine Zelle, die ein antimikrobisches Peptid (zum Beispiel ein Makrophag) auf natürliche Weise exprimiert, kann modifiziert werden, um ein Polynukleotid, das ein antimikrobisches Peptid codiert, zu enthalten. Bevorzugter Weise sind die Zellen, die mit einer medizinischen Vorrichtung assoziiert sind, auch fähig, die antimikrobisch en Peptide zu sekretieren. Geeignete Zellen zum Verwenden in der vorliegenden Erfindung umfassen typischer Weise inflammatorische Zellen, die zum Beispiel Makrophagen umfassen. Andere geeignete Zellen sind Mesenchymzellen oder Mesodermalzellen, die Endothelzellen und Fibroblasten umfassen, aber darauf nicht beschränkt sind, ob sie autolog oder allogen, gentechnisch verändert oder nicht modifiziert sind, um ein Polynukleotid, das ein antimikrobisches Peptid codiert, zu enthalten. Mischungen bzw. Mixturen von solchen Zellen können auch verwendet werden. Inflammatorische Zellen sind insbesondere zum Verwenden in der vorliegenden Erfindung geeignet, da sie antimikrobische Peptide natürlich exprimieren.
  • Bevorzugter Weise sind die verwendeten Zellen geeignet, modifiziert zu werden, um ein Polynukleotid, das ein antimikrobisches Peptid codiert, zu enthalten, zum Beispiel durch ex vivo Gentransfer. Ex vivo Gentransfer ist ein Prozess, durch den Zellen aus einem Körper entfernt werden, bevorzugter Weise dem Körper des Patienten, der den IPG erhält, und unter Verwendung bekannter Techniken genetisch verändert werden, gewöhnlicher Weise durch die Einführung, zum Beispiel durch Transfektion, von Polynukleotiden in die Zellen in vitro.
  • Die modifizierten Zellen werden dann an den Körper für therapeutische Zwecke zurückgegeben. Ein Polynukleotid, das in eine Zelle eingeführt worden ist, zum Beispiel durch ex vivo Gentransfer, wird als ein eingebrachtes bzw. eingesetztes Polynukleotid bezeichnet. Ex vivo Gentransfer ist ein effektiver Ansatz, da die Targetzellen, die in der Prozedur verwendet werden, wie benötigt manipuliert werden können, um Gentransfereffizienz und dadurch die Effektivität der gesamten Prozedur zu optimieren. Typischer Weise verwendet der ex vivo Gentransfer Zelltypen, die aus dem Körper leicht erhalten werden können, ex vivo kultiviert und dann an den Körper zurückgegeben werden können. Solche Zellen umfassen Blut- und Knochenmarkzellen, Leder- Hepatozyten, Haut- Fibroblasten, Muskel- Myoblasten, Vaskular-Endothelzellen und inflammatorische Zellen.
  • Es gibt eine breite Vielfalt von Verfahren, die verwendet werden können, um Polynukleotide an die eukaryotischen Zellen abzugeben, wenn sie modifiziert werden, um ein antimikrobisches Peptid zu exprimieren, insbesondere zu sekretieren. Diese sind für Fachleute bekannt. Die gewünschten Polynukleotide können in einen zugehörigen bzw. entsprechenden Vektor eingefügt werden. Es gibt eine Anzahl von Viren, lebend oder inaktiv, die rekombinante Viren, die auch verwendet werden können, enthalten. Ein Retrovirus kann gentechnisch verändert werden, um eine beliebige Vielfalt von Codierungsbereichen zu bieten. Adenovirus ist in einer Vielfalt von Experimenten verwendet worden, um Polynukleotide abzugeben, die fähig sind, ein Polypeptid in ein Zelle zu bringen und zu exprimieren.
  • Abhängig von der maximalen Genomgröße, das ein besonderes Virusgenom akkommodieren kann oder das mit einem Viruspartikel assoziiert werden kann, kann der Virus, der ein Polynukleotid an die Zelle abgibt, ein Polynukleotid, das ein oder mehrere Polypeptide codiert, umfassen. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Endothelzellen von einem Patienten erhalten und in Zellkultur gezüchtet. Während der Proliferation in der Zellkultur werden sie mit einem gentechnisch veränderten Retrovirus infiziert, der den Codierungsbereich, der das antimikrobische Peptid in die Chromosome der infizierten Zellen codiert, integriert. Dies kann zum Beispiel gemäß den Lehren von U.S. Pat. Nr. 5,674,722 (Mulligan et al.) und Dichek et al., Mol. Biol. Med., 8, 257-266 (1991) ausgeführt werden.
  • Die Zellen können direkt auf den Träger beschichtet und durch ein Polymer bedeckt, inkorporiert in das Polymer, oder oben auf eine Polymerbeschichtung oder -film auf den Träger beschichtet werden. Sie können auch innerhalb eines mikroskopischen Container-Vehikels enthalten sein, das stimuliert werden kann, um das antimikrobische Peptid, exprimiert durch die Zellen, freizusetzen. Das mikroskopische Container-Vehikel kann auf den Träger beschichtet und durch ein Polymer bedeckt, inkorporiert in das Polymer, oder oben auf eine Polymerbeschichtung oder -film auf den Träger beschichtet werden. Bevorzugter Weise exprimieren die Zellen das antimikrobische Peptid über eine Zeitdauer, insbesondere während der ersten 14 Tage nach der Implantation, im Spezielleren während der ersten 7 Tage nach der Implantation.
  • Die vorhergehenden speziellen Ausführungsformen sind für die Anwendung der Erfindung illustrativ. Es ist daher zu verstehen, dass andere Zweckmäßigkeiten, die Fachleuten des hier Offenbarten bekannt sind, verwendet werden können, ohne von der Erfindung abzuweichen, welche durch die beiliegenden Ansprüche definiert wird.

Claims (19)

  1. Medizinische Vorrichtung, umfassend: – einen Träger mit einer ein Polymer umfassenden Fläche; und – ein Polynukleotid, welches zumindest mit einem Abschnitt des Polymers assoziiert ist, wobei das Polynukleotid nicht in einer Zelle vorhanden ist; und charakterisiert durch das Polynukleotid, umfassend eine Codierungssequenz zum Codieren eines antimikrobischen Peptids.
  2. Medizinische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Polynukleotid kondensiert ist.
  3. Medizinische Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das kondensierte Polynukleotid an einen Rezeptor-Liganden gebunden ist.
  4. Medizinische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Polynukleotid von einem Liposom umgeben ist.
  5. Medizinische Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das umhüllte Polynukleotid an einen Rezeptor-Liganden gebunden ist.
  6. Medizinische Vorrichtung, umfassend: – einen Träger mit einer ein Polymer umfassenden Fläche; und – eine Zelle, welche mit mindestens einem Abschnitt des Polymers assoziiert ist, wobei die Zelle ein antimikrobisch es Peptid exprimiert.
  7. Medizinische Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Träger ein implantierbarer Pulsgenerator ist.
  8. Medizinische Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Polymer einen Film umfasst.
  9. Medizinische Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Polymer ein poröses Polymer ist.
  10. Medizinische Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das poröse Polymer ein natürliches poröses Polymer ist.
  11. Medizinische Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das natürliche poröse Polymer aus der Gruppe bestehend aus Kollagen, Gelatine, Elastin, Fibrin, Hyaluronsäure und einem Glykoaminoglykan selektiert ist.
  12. Medizinische Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Glykosaminoglykan aus der Gruppe bestehend aus Heparin, Heparansulfat, Dermatansulfat; Chondroitinsulfat und Mixturen davon selektiert ist.
  13. Medizinische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das poröse Polymer ein synthetisches poröses Polymer ist.
  14. Medizinische Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei das synthetische poröse Polymer ein biologisch abbaubares synthetisches poröses Polymer ist, welches aus der Gruppe bestehend aus Polyglykolsäure, Polymilchsäure, Polydioxanon, Poly (-caprolacton), Polyanhydriden, Poly (-hydroxybutyrat), Poly (orthoester), Poly (aminosäuren), Polyiminocarbonaten und Mixturen davon selektiert ist.
  15. Medizinische Vorrichtung nach Anspruch 6 oder jedem davon abhängigen Anspruch, wobei das antimikrobisch e Peptid abgesondert ist.
  16. Verfahren zur Herstellung einer medizinischen Vorrichtung für die lokale Bereitstellung von einem Polynukleotid, umfassend: – Bereitstellen einer medizinischen Vorrichtung, umfassend einen Träger mit einer ein Polymer umfassenden Fläche; – Bereitstellen eines Polynukleotids; und – Kontaktieren des Polymers mit dem Polynukleotid; und – wobei das Polynukleotid einen Kodierungsbereich zum Kodieren eines antimikrobisch en Peptids umfasst.
  17. Set umfassend eine medizinische Vorrichtung und ein Polynukleotid, wobei die medizinische Vorrichtung ein Polymer umfasst; und wobei das Polynukleotid einen Kodierungsbereich zum Kodieren eines antimikrobisch en Peptids umfasst.
  18. Verfahren zur Herstellung einer medizinischen Vorrichtung für die lokale Bereitstellung einer Zelle, welche ein antimikrobisch es Peptid exprimiert, umfassend: – Bereitstellen einer medizinischen Vorrichtung, umfassend einen Träger mit einer ein Polymer umfassenden Fläche; – Bereitstellen einer Zelle, welche ein antimikrobisch es Peptid exprimiert; und – Kontaktieren des Polymers mit der Zelle.
  19. Set, umfassend eine medizinische Vorrichtung und eine Zelle, welche ein antimikrobisch es Peptid exprimiert, wobei die medizinische Vorrichtung ein Polymer umfasst.
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