DE69229232T2

DE69229232T2 - Kollagenprodukte

Info

Publication number: DE69229232T2
Application number: DE69229232T
Authority: DE
Inventors: Robert Carr; John Cavallaro; Jerome Gross; Paul Kemp; John G. Maresh
Original assignee: Organogenesis Inc
Current assignee: Organogenesis Inc
Priority date: 1991-10-07
Filing date: 1992-10-07
Publication date: 1999-12-09
Anticipated expiration: 2012-10-08
Also published as: DE69229232D1; JPH07500037A; CA2120736C; EP0607346A1; WO1993006791A1; ATE180158T1; ES2132132T3; EP0607346B1; DK0607346T3; EP0607346A4; GR3030797T3; CA2120736A1; US5378469A

Description

Die Erfindung betrifft verbesserte Kollagenfäden, Verfahren zur Herstellung solcher Kollagenfäden und solche Fäden einschließende Gegenstände, beispielsweise gewirkte und gewebte Erzeugnisse.
Kollagen wird gewöhnlich als Hauptproteinkomponente der extrazellulären Matrix gefunden, und beim Menschen und bei Säugetieren bestehen manchmal sogar 60% des gesamten Körperproteins aus Kollagen. Beispielsweise macht es den größten Teil der organischen Substanz von Haut, Sehnen, Knochen und Zähnen aus und erscheint in Form von faserigen Einschlüssen in den meisten anderen Körperstrukturen. Kollagen ist ein relativ schwaches Immunogen, was zum Teil auf die Maskierung potentieller antigener Determinanten durch die Helix-Struktur zurückzuführen ist. Diese Helix-Struktur macht Kollagen auch widerstandsfähig gegenüber einer Proteolyse. Schließlich ist Kollagen eine natürliche Substanz für die Zellhaftung und stellt die Hauptkomponente des Muskel-Skelett-Apparates zur Aufnahme von Zugkräften dar.
Wegen der vorgenannten Eigenschaften findet Kollagen verschiedentlich Anwendung auf dem Gebiet der Medizinprodukte, beispielsweise bei der Herstellung implantierbarer Prothesen, als Zellwachstumssubstrat und bei der Herstellung lebender Gewebeäquivalente. Es wurde in der Tat viel unternommen, um Kollagenerzeugnisse für solche Anwendungen zu entwickeln, darunter Erzeugnisse zur Verwendung in Forschung und Entwicklung sowie zur Wiederherstellung und/oder zum Ersatz von Gewebe und Organen. Verfahren zur Herstellung von Kollagenfäden für solche Anwendungen sind im Stand der Technik bekannt.
Im US-Patent 3 114 593 ist die Herstellung von Kollagensträngen durch Extrusion gequollener Kollagenfibrillen unter Bildung eines Multifilaments und durch Anwendung eines mit Wasser mischbaren, organischen, flüssigen, dehydratisierenden Mittels beschrieben, das flüchtiger als Wasser ist, sowie durch Dehnen und Verzwirnen des Multifilaments bei gleichzeitigem Verdampfen der organischen Flüssigkeit, so daß sich das Multifilament unter Bildung eines Stranges vereinigt. Die gequollenen Kollagenfibrillen wurden aus einer Kollagenlösung von 0,73 bis 0,82 Gew.-% (7,3 bis 8,2 mg/ml) extrudiert. Weitere Verfahren sind bekannt aus den US-Patenten 2 598 608 und 2 637 321, bei denen die Extrusion mit Kollagendispersionen von etwa 2 bis 15 Gew.-% (20 bis 150 mg/ml) Kollagen durchgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung von Kollagenfasern werden auch von Kato und Silver beschrieben in Biomaterials, 11 (1990), Seiten 169-175. Bei diesem Verfahren wird Kollagen zuerst in ein wäßriges Faserbildungsbad extrudiert, worin das Kollagen neutralisiert wird und eine dünne Kollagenfaser gebildet wird. Diese Faser von geringer Zugfestigkeit wird dann über ein Transportband durch Alkohol- und Wasserbäder geführt. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß Fibrillen aus einer verhältnismäßig verdünnten Kollagenlösung gebildet werden, was einen derart schwachen Faden ergibt, daß er auf einem Transportband durch das entwässernde Bad geführt werden muß.
Es werden deshalb verbesserte Kollagenfäden oder -fasern und Verfahren zu ihrer Herstellung gesucht.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Gegenstand der Erfindung sind Kollagenfäden, einschließlich solcher Kollagenfäden, die zum Stricken, Wirken und Weben geeignet sind, sowie solche Fäden umfassende Gegenstände, einschließlich Gewebekonstruktionen, und Verfahren zur Herstellung und Verwendung solcher Fäden.
Erfindungsgemäß werden Kollagenfäden mit gegenüber bekannten Kollagenfäden verbesserten Eigenschaften bereitgestellt. Erfindungsgemäß bevorzugte Kollagenfäden haben eine maximale Zugfestigkeit von mehr als etwa 1 MPa im Falle nichtvernetzter Fäden und von mehr als etwa 45 MPa im Falle vernetzter Fäden. Ein besonders bevorzugter erfindungsgemäßer Faden besitzt die folgenden Eigenschaften:
Die Erfindung betrifft auch Verfahren zur Herstellung von Kollagenfäden, wobei eine Kollagenlösung in ein dehydratisierendes Mittel extrudiert wird, welches einen höheren osmotischen Druck als denjenigen der Kollagenlösung und einen pH von 5 bis 10 aufweist. Das dehydratisierende Mittel wird unter Bedingungen gehalten, welche das ausströmende Kollagen in die Lage versetzen, einen Faden zu bilden. Ein bevorzugtes dehydratisiserendes Mittel umfaßt Polyethylenglykol (PEG) oder DEXTRAN in einem Phosphat- oder Boratpuffer. Als besonders nützlich hat sich etwa 20 bis 35 Gew.-% PEG erwiesen.
Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassen weiter einen Spülschritt, bei dem dem Kollagenfaden zusätzliche Flexibilität verliehen wird. Ein bevorzugtes Spülbad umfaßt phosphatgepufferte Kochsalzlösung.
Schließlich betrifft die Erfindung auch streifenförmige Kollagenfäden. Derartige streifenförmige Fäden scheinen den nativen, streifenförmigen Kollagenfibrillen sehr ähnlich zu sein.
Kollagenfäden werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren hergestellt, bei dem eine kollagenhaltige Lösung in ein Entwässerungsmittel unter Bildung eines Fadens extrudiert wird, wobei das Entwässerungsmittel einen höheren osmotischen Druck als denjenigen der Kollagenlösung und einen pH-Wert von 5 bis 10 aufweist.
Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der gebildete Faden zusätzlich in einem Puffer gespült, um dem Faden zusätzliche Flexibilität zu verleihen. Dieser wahlweise durchzuführende Schritt ist besonders nützlich bei Anwendungen, bei denen mit dem Kollagenfaden gestrickt, gewirkt oder gewebt wird.
In manchen Fällen ist es wünschenswert, den Kollagenfaden zu vernetzen, um seine Festigkeit, insbesondere seine Naßfestigkeit, zu verbessern. Deshalb wird bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung der Kollagenfaden vernetzt. Obwohl die Vernetzung durchgeführt werden kann, ohne den Faden zu spülen, wird der Faden bei besonders bevorzugten Ausführungsformen gespült und getrocknet, bevor die Vernetzung durchgeführt wird.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden streifenförmige Kollagenfäden hergestellt, mindestens teilweise, durch Auswahl eines geeigneten Entwässerungsmittelsystems.
Kollagen kann zur Verwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung aus jeder geeigneten Quelle erhalten werden. Typische Quellen schließen Haut und Sehnen ein. Dem Fachmann sind viele Verfahren zur Gewinnung und Reinigung von Kollagen bekannt, die typischerweise eine Säure- oder Enzymextraktion einschließen, und die zur Herstellung von Kollagen für die Zwecke der Erfindung verwendet werden können. Eine bevorzugte Kollagenzusammensetzung für den hier beschriebenen Zweck ist aus einer neuen Quelle erhältlich, nämlich aus der Rinderklauenstrecksehne, und durch ein neues Extraktionsverfahren, das in dem US-Patent 5 106 949 und in EP-A-0 419 111 beschrieben ist. Obwohl sowohl Monomere als auch Monomerengemische und Kollagen-Polymere höherer Ordnung, z. B. von Dimeren bis zu und einschließlich Fibrillen, bei der Ausführung der Erfindung verwendet werden können, werden Monomere für viele Anwendungszwecke bevorzugt.
Kollagenlösungen, die bei der Erfindung verwendet werden können, liegen im allgemeinen in einer Konzentration von etwa 2 bis 10 mg/ml, vorzugsweise von etwa 4 bis 6 mg/ml und besonders bevorzugt von etwa 4, 5 bis 5,5 mg/ml sowie einem pH von etwa 2 bis 4 vor. Ein bevorzugtes Lösungsmittel für das Kollagen ist verdünnte Essigsäure, beispielsweise etwa 0,05 bis 0,1%. Andere herkömmliche Lösungsmittel für Kollagen können verwendet werden, solange diese Lösungsmittel mit der Fadenbildung und mit den gewünschten Eigenschaften des Kollagenfadens kompatibel sind. Diese Kollagenlösungen können gegebenenfalls weitere, dem Fachmann bekannte Bestandteile enthalten, beispielsweise neutrale und geladene Polymere, einschließlich Polyvinylalkohol und Hyaluronsäure, jedoch nicht darauf beschränkt.
Die Kollagenlösung wird vorzugsweise entgast oder von Gasblasen befreit, bevor sie in ein Entwässerungsbad extrudiert wird. Dies wird beispielsweise durch Zentrifugieren oder auf andere, dem Fachmann bekannte Weise durchgeführt.
Das Entwässerungsbad umfaßt ein Entwässerungsmittel mit einem höheren osmotischen Druck als demjenigen der Kollagenlösung, vorzugsweise höher als etwa 500 mOsm, und mit einem pH von 5 bis 10, wobei ein pH von 7 bis 9 bevorzugt ist. Bevorzugte Entwässerungsmittel schließen wasserlösliche, biokompatible Polymere wie z. B. DEXTRAN und Polyethylenglykol (PEG) ein. Bei bevorzugten Ausführungsformen wird das Entwässerungsmittel in einem Puffer wie beispielsweise Natriumphosphat oder Natriumborat gelöst. Ein bevorzugtes Entwässerungsbad zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Verfahren umfaßt etwa 20 bis 30 Gew.-% PEG in Phosphatpuffer.
Nativ-streifenförmige Kollagenfibrillen werden typischerweise in den Kollagenfäden gebildet, wenn das Entwässerungsbad Natriumphosphat in einer Konzentration von 0,1 bis 0,5 M umfaßt. Es wurde gefunden, daß Boratpuffer die Bildung nativ- streifenförmiger Fibrillen verhindert. Ohne an eine Theorie gebunden werden zu wollen, wird angenommen, daß Borat die Streifenbildung durch Bindung an das Kollagen verhindert.
Bei Ausführungsformen, bei denen gewünscht wird, dem Faden zusätzliche Flexibilität zu verleihen, beispielsweise wenn der Faden beim Stricken, Wirken oder Weben eingesetzt werden soll, kann der Kollagenfaden gespült werden. Ein bevorzugtes Spülbad zur Verwendung bei der Erfindung umfaßt Phosphat-gepufferte Kochsalzlösung ("PBS") mit einer Phosphatkonzentration von etwa 0,001 bis 0,02 M und einer NaCl-Konzentration von etwa 0,05 bis 0,1 M. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird eine Phosphat-gepufferte Kochsalzlösung hergestellt, wie nachfolgend in Beispiel 1 beschrieben. Der pH des Spülbades wird oberhalb von pH 5 gehalten, um zu vermeiden, daß der Faden überhydratisiert wird. Ein bevorzugter pH-Bereich liegt zwischen 6 und 8.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Kollagenfaden vernetzt, um seine Festigkeit zu erhöhen, beispielsweise die Naßzugfestigkeit des Fadens. Dies kann durch eine Reihe von dem Fachmann bekannten Verfahren bewerkstelligt werden, einschließlich der Gefriertrocknung, UV- Bestrahlung oder der Behandlung mit einem Aldehyd wie z. B. Glutaraldehyd. Carbodiimide wie 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimid-Hydrochlorid (EDC) wurden ebenfalls zur Vernetzung von Kollagenfäden verwendet, aber diese Vernetzung läuft langsamer ab als mit Glutaraldehyd.
Nur zum Zwecke der Beschreibung werden die erfindungsgemäßen Verfahren durch Herstellung von Kollagenfäden mittels der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung erläutert. Der Fachmann wird verstehen, daß die erfindungsgemäßen Verfahren nicht auf die gezeigte Vorrichtung beschränkt sind.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer Vorrichtung, die zur erfindungsgemäßen Herstellung von Kollagenfäden verwendet werden kann. Die Vorrichtung weist Mittel 1 zum Extrudieren der Kollagenlösung auf sowie ein Entwässerungsbad 10, ein Spülbad 20, Mittel 30 zum Trocknen des Kollagenfadens und Mittel zum Aufnehmen des Kollagenfadens, die eine Aufnahmespule 40 und einen nicht dargestellten Antrieb für die Aufnahmespule 40 einschließen.
Wie in Fig. 1 gezeigt, umfassen die Mittel 1 zum Extrudieren der Kollagenlösung eine Spritzenpumpe 2, eine Spritze 3, ein Fallrohr 4 und eine stumpfe Nadel 5. Das Entwässerungsbad 10 schließt eine Entwässerungswanne 11, ein Entwässerungsmittel 12 und eine Umwälzpumpe 13 ein. Das Spülbad 20 schließt eine Spülwanne 21 und Spülflüssigkeit 22 ein. Die Mittel 30 zum Trocknen des Kollagenfadens schließen einen Trockenschrank 31, Umlenkrollen 43 bis 47 und ein Heizgebläse 32 ein. Der Faden wird mittels einer Reihe von Umlenkrollen 43 bis 47 und der Aufnahmespule 40, angetrieben durch einen nicht dargestellten Aufnahmeantrieb, durch die Vorrichtung hindurch und aus ihr heraus transportiert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Kollagenlösung von 5 mg/ml in 0,05% Essigsäure entgast, in die Spritze 3 gefüllt und mit dem Fallrohr 4 und der Nadel 5 verbunden. Die Spritze 3 wird gegenüber der Spritzenpumpe 2 so in Position gebracht, daß die Pumpe 2 auf die Spritze 3 einwirken und die Kollagenlösung extrudieren kann. Das Fallrohr 4 und die Nadel 5 werden unter der Oberfläche des Entwässerungsmittels 12 in dem Entwässerungsbad 11 angeordnet. Obwohl eine Spritzenpumpe und eine Spritze zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Extrusion des Kollagens verwendet werden, versteht sich für den Fachmann auf dem Gebiet der Polymerextrusion, daß die Extrusion auch unter Verwendung anderer herkömmlicher Vorrichtungen durchgeführt werden kann.
Bevorzugte Materialien für die beschriebene Vorrichtung sind mit der Fadenbildung, den gewünschten Eigenschaften des Fadens und den Materialien, die bei der Fadenbildung verwendet werden, beispielsweise Essigsäure mit einem pH von etwa 3, kompatibel. In manchen Fällen muß die Vorrichtung sterilisierbar sein.
Die Dicke des extrudierten Kollagenfadens wird teilweise sowohl durch die Infusionsrate der Kollagenlösung in das Entwässerungsbad als auch durch die Fließgeschwindigkeit des Entwässerungsmittels in der Wanne 11 bestimmt. Die Spritzenpumpe 2 wird so eingestellt, daß die Kollagenlösung mit einer Geschwindigkeit extrudiert wird, die typischerweise zwischen etwa 2,0 und 3,5 ml/min liegt, je nach der Kollagenlösung. Die Entwässerungswanne 11 wird so konfiguriert, daß sie genügend Kapazität für das gewünschte Volumen an Entwässerungsmittel 12 besitzt. Die Entwässerungswanne 11 wird aus einem mit Kollagen und den verwendeten Reagenzien verträglichen Material hergestellt. Solche Materialien schließen PVC und Polycarbonat ein. Die Entwässerungswanne 11 wird mit einer Umwälzpumpe 13 versehen, um das Entwässerungsmittel 12 umzuwälzen. Die Extrusionsgeschwindigkeit der Kollagenlösung und die Umwälzgeschwindigkeit des Entwässerungsmittels 12 und die Länge der Wanne 11 werden so gewählt, daß die gewünschte Mindestverweilzeit in dem Entwässerungsmittel 12 erreicht wird.
Der Strom umlaufenden Entwässerungsmittels 12 zieht den Faden. Wenn ein Kollagenfaden 14 ausreichender Länge gebildet worden ist, wird das vorauseilende Ende des Fadens aus der Entwässerungswanne 11 genommen und der Spülwanne 21 zugeführt.
Wenn genügend loser Faden erzeugt worden ist, wird der Faden durch die Spülwanne 21 und zur Umlenkrolle 43 des Trockenschranks 30 bewegt. Ein Heizgebläse 32 wird eingeschaltet, und der Kollagenfaden wird über die Umlenkrollen 44 bis 47 und gegebenenfalls auf die Aufnahmespule 40 geführt. Die Trocknungstemperatur in dem Schrank beträgt üblicherweise etwa 30ºC bis 45ºC, vorzugsweise 43ºC. Die Geschwindigkeit der Aufnahmespule 40 wird durch einen nicht dargestellten Aufnahmeantrieb gesteuert und so eingestellt, daß der Faden berührungstrocken aus dem Trockenschrank 30 austritt.
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen wird der Kollagenfaden vernetzt, um seine Naßzugfestigkeit zu erhöhen. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Faden von der Aufnahmespule 40 nach dem Trocknen abgespult und dann durch Ziehen des Fadens durch eine Lösung von 2% Glutaraldehyd vernetzt. Durch Vergleich wurde die Naßzugfestigkeit nichtvernetzter, erfindungsgemäßer Kollagenfäden mit etwa 5-25 g festgestellt, während die Naßzugefestigkeit des vernetzten Fadens etwa 50-150 g betrug. Wenn der Faden nicht vernetzt wird, so wurde gefunden, daß die Naßzugfestigkeit generell etwa 1-10% der Trockenzugfestigkeit beträgt, während, wenn der Faden vernetzt wird, die Naßzugfestigkeit etwa 60 bis 100% der Trockenzugfestigkeit beträgt.
Die erfindungsgemäß hergestellten Kollagenfäden können eine Kollagenkonzentration von etwa 300 bis 600 mg/ml aufweisen.
Wenn zur erfindungsgemäßen Herstellung von Fäden Kollagen verwendet wird, das nach den Verfahren des US-Patents 5 106 949 hergestellt worden ist, dann werden Fäden erhalten, die im Vergleich zur Verwendung von beispielsweise im Handel erhältlichem, Pepsin-extrahiertem Kollagen (Pentapharm) überlegen sind. Beispielsweise hatte ein erfindungsgemäß aus solchem Pepsinextrahiertem Kollagen hergestellter Kollagenfaden eine Naßfestigkeit von nur 2 g, während ein unter Verwendung von Kollagen gemäß dem US-Patent 5 106 949 hergestellter Faden eine Naßfestigkeit von 15 g besaß.
Die erfindungsgemäßen Verfahren wurden zur Herstellung von Kollagenfäden eines Durchmessers von etwa 50 um bis 250 um verwendet. Jedoch können Fäden mit Durchmessern außerhalb dieses Bereiches hergestellt werden, falls dies für bestimmte Anwendungen gewünscht wird. Typische physikalische Eigenschaften der erfindungsgemäß hergestellten Fäden sind in der nachfolgenden Tabelle I angegeben:

TABELLE I:

Denier 75-90
Trockenzugfestigkeit (g) 220
Bruchdehnung 20
Reißfestigkeit 2-3
% Feuchtigkeit 30
Naßzugfestigkeit unvernetzt (g) 15
Vernetzt (g) 180
Gemäß dem US-Patent 5 106 949 hergestelltes Kollagen wurde zur Herstellung erfindungsgemäßer Kollagenfäden (Faden B) verwendet. In der nachfolgenden Tabelle II werden typische Eigenschaften des Fadens B, unter Anwendung von Standardmethoden bestimmt und mit den Eigenschaften der von Kato und Silver (a. a. O., Seite 171, Tabelle I) (Faden A) verglichen. Faden B wurde entsprechend den Angaben von Kato und Silver mit PBS getränkt. TABELLE II: MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN ENDLOSER KOLLAGENFÄDEN NACH TRÄNKEN MIT PBS
1) XL = vernetzt 2) Glut = Glutaraldehyd
Wie sich zeigt, besitzen die erfindungsgemäßen Kollagenfäden überlegene Eigenschaften.
Die erfindungsgemäßen Fäden können für zahlreiche Anwendungen verwendet werden und können beispielsweise als Trägergerüst für lebende Gewebeäquivalente wie z. B. Blutgefäße oder Sehnenprothesen dienen. Aus solchen Fäden gebildete Konstrukte können z. B. geeignete Oberflächen für das Zellwachstum bereitstellen.
Flächengebilde können aus den erfindungsgemäßen Kollagenfäden mit Hilfe dem Fachmann bekannter Faserverarbeitungstechniken hergestellt werden, beispielsweise durch Stricken, Wirken und Weben. Die meisten Faserverarbeitungstechniken für sowohl Naturfasern wie z. B. Baumwolle, Seide, etc., als auch synthetische Fasern wie z. B. Nylon, Zelluloseacetat etc. können zur Verarbeitung der hier beschriebenen Fäden verwendet werden, einschließlich der Methoden, die zur Herstellung dreidimensionaler textiler Flächengebilde angewandt werden (vgl. z. B. Mohamed, American Scientist, 78 (1990) Seiten 530-541).
Erfindungsgemäße Kollagenfäden wurden zur Herstellung geflochtener Gebilde (vgl. Beispiel 3, unten), gefachter Garne (vgl. Beispiel 4, unten) und von Gewirken oder Gestricken (vgl. Beispiel 5, unten) verwendet. Es wird erwartet, daß die erfindungsgemäßen Kollagenfäden auch erfolgreich verwoben werden können, unter Anwendung dem Fachmann bekannter Methoden zur Herstellung von Geweben. Bei solchen Anwendungen kann die Zahl der verwendeten Kollagenfäden sowie die Kombination aus vernetzten ("XL") und nichtvernetzten Fäden in gewünschter Weise variiert werden.
Eine gestrickte oder gewirkte Röhre aus einem zweigefachten Garn, einem Zwirn aus einem vernetzten und einem nichtvernetzten erfindungsgemäßen Kollagenfaden, wurde zur Herstellung eines Blutgefäß-Konstrukts verwendet, wie in Beispiel 6 (unten) beschrieben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert, die nur beispielhaft zu verstehen sind und den Schutzumfang der Erfindung in keiner Weise beschränken.
Eine der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung ähnliche Vorrichtung wurde zur Durchführung der in den nachfolgenden Beispielen beschriebenen Tätigkeiten verwendet.
Die unten beschriebenen Bäder wurden in den folgenden Beispielen verwendet, sofern nichts anderes angegeben ist:

A. Entwässerungsbad

1200 g PEG (8000), 20 g einbasisches Natriumphosphat (Monohydrat) und 71,6 g zweibasisches Natriumphosphat (wasserfrei) wurden in etwa 4000 ml Wasser in einem 10 l-Kessel gelöst und gut vermischt, bis die Feststoffe gelöst waren. Der pH wurde dann auf 7,50 ± 0,05 mit 1 N-NaOH eingestellt, und Wasser wurde bis zu einem Endvolumen von 6000 ml zugegeben.

B. Spülbad

Phosphat-gepufferte Kochsalzlösung (PBS) wurde durch Auflösen von 0,35 g Kaliumphosphat (einbasisch), 7,5 g Natriumphosphat (zweibasisch)-Heptahydrat und 22,5 g Natriumchlorid in Wasser hergestellt, wobei das Endvolumen auf 5000 ml eingestellt wurde.

BEISPIEL I - HERSTELLUNG VON KOLLAGENFADEN

A. Materialien und Ausrüstung

1. Kollagen: Kollagen wurde hergestellt, wie in dem US-Patent 5 106 949 beschrieben, und bei 4ºC bis zum Gebrauch gelagert. Kollagen in 0,05% Essigsäure in einer Konzentra tion von 5,0 mg/ml wurde vor dem Gebrauch durch Zentrifugieren entgast.
2. Beckton Dickinson 60 ml-Spritze mit weit voneinander entfernten O-Ringen.
3. Popper & Sons, Inc. stumpfe, nichtrostende Stahlnadel, Nr. 18, mit Silikon-Fallrohr und Brücke.
4. Harvard Apparatus Spritzenpumpe (Pumpe 22).
5. Eine 5,5 m (18 feet) lange PVC-Entwässerungswanne mit einem Durchmesser von 50,8 mm (2 inch) mit Masterflex Pumpe und Norprene-Rohrleitung.
6. Entwässerungsmittel 20: PEG (Molekulargewicht 8000) von Spektrum, Phosphat-gepuffert auf etwa pH 7,50.
7. Eine Spülwanne mit einer Länge von 1,83 m (6 feet).
8. Spülbad (1/2 · PBS).
9. Trockenschrank mit Umlenkrollen und Heizgebläsen (2).
10. Aufnahmespule und Antrieb (Level Wind).

B. Extrusion

Etwa 6000 ml Entwässerungsmittel wurden in die Entwässerungswanne geschüttet und die Umwälzpumpe eingeschaltet. Die Entwässerungsmittelgeschwindigkeit betrug etwa 5 cm/s bei Kollagenlösungen mit einer Viskosität von etwa 400 mm²/s (400 cs&supmin;¹).
Etwa 4000 ml Spülbad (1/2 · PBS) wurden in die Spülwanne gegeben.
Eine Nadel wurde in das Entwässerungsmittel etwa 30,5 cm (12 inches) vom stromaufwärtigen Ende entfernt angeordnet. Der Kollagenspritzenzylinder wurde an der Spritzenpumpe befestigt, die Pumpe wurde auf eine Infusionsgeschwindigkeit von etwa 2,5 ml/min. eingestellt und eingeschaltet.
Wenn genügend loser Faden in der Entwässerungswanne erzeugt worden war, wurde der Faden manuell durch die Spülwanne gezogen und über die erste Umlenkrolle in den Trockenschrank gehängt. Der Faden lag üblicherweise etwa 3 Minuten in der Spülwanne. Das Heizgebläse wurde dann auf "niedrig" eingestellt, d. h. auf etwa 30-45ºC. Allmählich, wie der Faden trocknete, wurde der Kollagenfaden vorsichtig über die Umlenkrollen in Zickzack-Form gelegt.
Das freie Ende des Fadens wurde um die Aufnahmespule gewickelt. Die Geschwindigkeit der Aufnahmespule wurde so eingestellt, daß der Faden berührungstrocken aus dem Schrank austrat.
Endlosfaden von bis zu 75 m wurde hergestellt.

BEISPIEL 2 - VERNETZEN DES KOLLAGENFADENS

Der Kollagenfaden wurde durch eine Polycarbonat-Wanne von 152,4 mm (6 inch) gezogen, die 2,0% Paraformaldehyd, 2,5% Glutaraldehyd und Sørensens Phosphatpuffer (Electron Microscopy Science), pH 7,4, enthielt. Der Faden wurde dann gespült in einer 152,4 mg (6 inch) Wanne, die 0,5 · Sørensens Phosphatpuffer enthielt. Die Verweilzeit in jedem Bad betrug 5 s. Der Faden wurde dann 15 s luftgetrocknet und auf eine Welle aus nichtrostendem Stahl gewickelt.

BEISPIEL 3 - UMFLECHTEN DES KOLLAGENFADENS

Eine Harnisch-Umflechtmaschine (New England Butt Co., Providence, RI, USA) wurde zum Umflechten von sowohl vernetztem als auch nichtvernetztem Kollagenfaden, der gemäß den vorstehenden Beispielen 1 und 2 hergestellt wurde, verwendet.
Die Anzahl der zu flechtenden Spulen wurde variiert, gewöhnlich zwischen 3 und 8. Die Fadenart wurde ebenso variiert (vernetzt, nichtvernetzt, etc.). Der Faden wurde vorsichtig auf einen geeigneten Träger aufgespult, so daß der Faden frei und ohne Zieheranfälligkeit oder übermäßige Spannung wieder abgespult werden konnte.
Die Flechtdichte wurde durch Verändern des Übersetzungsverhältnisses gemäß der Maschinen-Bedienungsanleitung variiert. Üblicherweise wurde der zu flechtende Kollagenfaden auf zylindrische Spulen aus nichtrostendem Stahl mit einem Durchmesser von etwa 20,3 mm (0,8 inch) gewickelt. Diese Spulen wurden auf das Flechtkarussell gesteckt und der Faden gemäß der Maschinen- Bedienungsanleitung aufgespult. Bei einem Durchlauf wurde ein Flechtgarn aus vier Strängen hergestellt: Zwei Fäden aus nicht- vernetztem (non-XL) Kollagen und zwei Fäden aus Kollagen, die in Glutaraldehyd (vgl. oben) vernetzt (XL) worden sind. Gleiche Fadenlängen wurden auf jeder zu flechtenden Spule verwendet.
Die Bruchlast war größer als die Summe der Einzelbruchlasten der einzelnen Fäden.

BEISPIEL 4 - HERSTELLUNG VON KOLLAGENGARN

Kollagenfaden, hergestellt gemäß den Beispielen 1 und 2, wurde zu Garn gefacht, wie andere Fadenarten gefacht würden (z. B. Baumwolle, Polyester, etc.). Zwirnverfahren und -vorrichtungen, die zur Herstellung dieses Garns verwendet wurden, sind üblich in der Textilindustrie. Fachleute auf dem Gebiet der Herstellung von Garnen aus anderen Arten von Fäden können die gleichen Verfahren anwenden und dabei den erfindungsgemäßen Kollagenfaden zur Erzielung des gewünschten Ergebnisses verwenden.
Bei einem Standardlauf wurde einem nichtvernetzten Kollagenfaden und einem vernetzten Faden eine Z-Drehung mit 6 Drehungen je 25,4 mm (inch) (tpi) verliehen. Dann wurden die zwei miteinander verdrillt in S-Drehung mit 4 tpi.
Aus jeder gewünschten Zahl von Kollagenfäden, die gemäß den Beispielen 1 und 2 hergestellt wurden, wurden Garne hergestellt, und zwar in beliebiger Kombination von vernetzten und unvernetzten Fäden. Beispielsweise wurde ein 60-faches Garn aus unvernetzten erfindungsgemäßen Kollagenfäden hergestellt. Zur Herstellung dieses 60-fachen Garns wurden zuerst 4 Kollagenfäden miteinander verzwirnt; dann wurden 3 der entstandenen 4- fach-Stränge in gegenläufiger Richtung miteinander verzwirnt; und schließlich wurden 5 der entstandenen 12-fach-Stränge in der entgegengesetzten Richtung verzwirnt.

BEISPIEL 5 - STRICKEN/WIRKEN VON KOLLAGENFADEN UND -GARN

Kollagenfäden und/oder geflochtene oder gefachte Garne, die gemäß den Beispielen 1-4 hergestellt wurden, wurden zu schlauchförmigen oder flachen Textilgebilden bzw. Maschenware gestrickt oder gewirkt. Die Strick- bzw. Wirkverfahren und die dabei verwendeten Vorrichtungen waren üblich für die Textilindustrie. Fachleute auf dem Gebiet der Herstellung von röhrenförmigen oder flachen Textilgebilden, die aus anderen Arten von Fäden und/oder Garnen hergestellt werden, können die gleichen Verfahren anwenden, um unter Verwendung von Kollagenfäden und/oder -garn die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.
Zur Herstellung der gestrickten bzw. gewirkten Flächengebilde wurde sowohl eine Rundstrickmaschine von Lamb, Inc. (Agawam, MA, USA) als auch eine Kettenwirkmaschine von Karl Mayer Maschinen Fabrik (Deutschland) verwendet. Bei einem Lauf wurde ein Schlauch mit einem Innendurchmesser von 3 mm auf der Kettenwirkmaschine aus einem Zweifachgarn (1 nicht-XL und 1-XL Kollagenfaden), hergestellt gemäß Beispiel 4 mit einer Doppelnadel zur Verwendung von vier Enden und 1/0-1/2 (geschlossene Masche), hergestellt.
Ein weiter Bereich an Durchmessern ist möglich, beispielsweise von etwa 4 mm bis etwa 10 cm.
Eine Rundwirkmaschine (Lamb, Inc., Agawam, MA, USA) wurde zur Herstellung eines Kettengewirks verwendet, worin viele Enden zusammenkommen und gewirkt werden. Dieses Verfahren erzeugt rundgewirkte Schläuche, die sich nicht auflösen, wenn sie geschnitten werden. Viele Parameter, einschließlich der Spannung, der Maschenart, der Anzahl der Enden, der Anzahl der Maschenstäbchen, etc. können dabei verändert werden.

BEISPIEL 6 - HERSTELLUNG EINES TRÄGERS FÜR EIN BLUTGEFÄSSÄQUIVALENT

3 mm eines gestrickten bzw. gewirkten Schlauchs, der gemäß Beispiel 5 hergestellt wurde, wurde zur Herstellung eines Kollagen-Konstrukts verwendet. Solche Konstrukte wurde gemäß Beispiel 8 des US-Patents 5 256 418 hergestellt, mit Ausnahme dssen, daß das gestrickte bzw. gewirkte 3 mm-Rohr anstelle der DACRONR-Maschenware verwendet wurde.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Kollagenfadens, bei dem eine kollagenhaltige Lösung in ein Entwässerungsmittel unter Bildung eines Fadens extrudiert wird, wobei das Entwässerungsmittel einen höheren osmotischen Druck als denjenigen der Kollagenlösung und einen pH-Wert von 5 bis 10 aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zusätzlich der Faden gespült wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Faden in einem Puffer mit einem pH von 7 bis 9 gespült wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem zusätzlich der Faden vor und nach dem Spülen getrocknet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zusätzlich in dem Faden native strangförmige Fibrillen gebildet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zusätzlich der Kollagenfaden vernetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zusätzlich der Faden gespült wird, der gespülte Faden getrocknet wird und der getrocknete Faden vernetzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Entwässerungsmittel ein wasserlösliches Polymer umfaßt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das Entwässerungsmittel Polyethylenglykol und/oder Dextran umfaßt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Entwässerungsmittel zusätzlich einen Phosphatpuffer umfaßt.

11. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Kollagenlösung eine Konzentration von 2 bis 10 mg/ml aufweist.

12. Verfahren zur Herstellung eines Kollagenfadens, bei dem

(a) eine kollagenhaltige Lösung in ein Entwässerungsmittel unter Bildung eines Fadens extrudiert wird, wobei das Entwässerungsmittel einen höheren osmotischen Druck besitzt als denjenigen der Kollagenlösung und einen pH-Wert von 5 bis 10 aufweist;

(b) der in Stufe (a) gebildete Faden in einem wäßrigen Puffer gespült wird; und

(c) der Kollagenfaden vernetzt wird.

13. Kollagenfaden, hergestellt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11.

14. Verfahren zum Stricken, Wirken oder Weben mit einem Kollagenfaden, bei dem ein Kollagenfaden gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 einer Strick-, Wirk- oder Webvorrichtung zugeführt und mit dem Kollagenfaden mittels der Vorrichtung gestrickt, gewirkt oder gewebt wird.

15. Gestrickter, gewirkter oder gewebter Gegenstand aus Kollagenfaden, wobei der Kollagenfaden gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt worden ist.

16. Textilkonstruktion, umfassend einen Schlauch aus gestricktem, gewirktem oder gewebtem Kollagenfaden, hergestellt gemäß Anspruch 14.

17. Faden nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine maximale Zugfestigkeit von mehr als 1,0 MPa.

18. Faden mit vernetztem Kollagen, der gemäß einem der Ansprüche 6, 7 oder 12 hergestellt worden ist und eine maximale Zugfestigkeit von mehr als etwa 45 MPa besitzt.