DE69525365T2

DE69525365T2 - Vorrichtung und verfahren zum spinnen und verarbeiten von kollagenfaser

Info

Publication number: DE69525365T2
Application number: DE69525365T
Authority: DE
Inventors: Eugene Bell; W. Fofonoff
Original assignee: TEI Biosciences Inc
Current assignee: TEI Biosciences Inc
Priority date: 1994-11-02
Filing date: 1995-11-02
Publication date: 2002-10-24
Anticipated expiration: 2015-11-03
Also published as: WO1996014452A1; EP0789791A1; DE69525365D1; ATE213031T1; US5562946A; US5851290A; EP0789791B1; JPH10505885A

Description

Ausgangspunkt der Erfindung

Der Gebrauch synthetischer Materialien, wie beispielsweise von Polyesterfasern (DacronTM) oder Polytetrafluorethylen (PTFE) (TeflonTM) als Implantate, die zum Ersatz erkrankter oder beschädigter Körperteile entwickelt wurden, ist weit verbreitet. Diese Materialien haben sich jedoch nur beschränkten Erfolges erfreut. Dies ist auf die schlechte Biokompatibilität bzw. biologische Verträglichkeit vieler dieser Materialien zurückzuführen, die, neben anderen Problemen, häufig persistente Entzündungsreaktionen auslösen.
Zusätzlich verursacht das Unvermögen des Körpers, diese Materialien zu integrieren, weitere Probleme, weil sie nicht abgebaut werden und sich nicht zur Umformung durch Gewebszellen eignen, die mit diesen in Berührung kommen können.
Bestrebungen, tierische oder menschliche Materialien zu verwenden, waren ebenfalls nicht zufriedenstellend, wenn diese Materialien beispielsweise mit Formaldehyd oder Glutaraldehyd vernetzt wurden. Das Verfahren der generalisierten aldehydischen Vernetzung macht Biomaterialien für Gewebszellen in solchem Maße unerkennbar, dass eine normale Umformung und Einbau nicht gefördert werden.
In ähnlicher Weise können andere Arten der chemischen Verarbeitung bzw. Prozessierung von tierischen oder menschlichen Biomaterialien, wie beispielsweise Extraktion mit Detergenzien oder hypertonischen Puffern oder hypotonischen Puffern, diese in einem Maße verändern, dass sie zur Förderung einer Angiogenese und zur Stimulierung der Reparatur- bzw. Wiederherstellungs- und Umformungs-Verfahren, die zur Umwandlung eines Implantats zu einem funktionellen Ersatz für das Gewebe oder Organ erforderlich sind, das ersetzt werden soll, unwirksam sind.
Ein dritter Ansatz bestand darin, Gewebe- und Organ-Äquivalente aus Struktur-Matrix- Bestandteilen, wie beispielsweise Collagen, wiederherzustellen, das beispielsweise extrahiert und gereinigt und mit spezialisierten Zellen vereinigt wurde. Das Verfahren hängt von Wechselwirkungen zwischen den Zellen und den Matrix-Proteinen ab, die die Zellen kondensieren und organisieren. Während gewebsartige Konstrukte hergestellt wurden und gezeigt wurde, dass diese ihren natürlichen Gegenstücken ein wenig ähneln, entwickeln diese nicht leicht die Matrix-Komplexizität, die für die tatsächlichen zu imitierenden Gewebe charakteristisch ist.
Es besteht deswegen ein Bedarf nach einer verbesserten Vorrichtung und Verfahren zum Spinnen und Verarbeiten von Collagenfasern, die diese mit den anderen Bestandteilen der extrazellulären Matrix anreichern.
Verfahren zur Herstellung von Collagenfasern gemäß des Oberbegriffs von Anspruch 1 sind in der WO-A-94/03584 und der US-2 485 958 offenbart.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausbildung einer Collagenfaser mit einer mit Mikroteilchen beschichteten Oberfläche, wie es im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 definiert ist. Das Verfahren schließt ein Lenken bzw. Leiten einer flüssigen Collagenlösung in ein Koagulationsbad zur Bildung einer kontinuierlichen Collagengel-Faser ein. Die kontinuierliche Collagengel-Faser wird aus dem Koagulationsbad entfernt und in ein Dehydratationsbad geleitet, wodurch die Collagengel-Faser teilweise dehydratisiert wird und eine weitere Polymerisation durchmacht. Die teilweise dehydratisierte Collagenfaser wird aus dem Dehydratationsbad entfernt. Die Oberfläche der Faser wird mit Mikroteilchen beschichtet und die Faser wird vorzugsweise gedehnt bzw. gestreckt. Die mit Mikroteilchen beschichtete Faser wird dann vorzugsweise weiter getrocknet.
Spezielle Ausführungsformen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zur Formung bzw. Ausformung von mit Mikroteilchen beschichteten Collagenfasern, wie im hierzu beigefügten Anspruch 10 bzw. dessen abhängigen Ansprüchen definiert ist. Die Vorrichtung schließt Einrichtungen zur Bildung bzw. Ausbildung einer kontinuierlichen flüssigen Collagenströmung ein. Die Vorrichtung schließt ebenfalls ein Koagulationsbad ein, wobei eine kontinuierliche flüssige Collagenströmung eine kontinuierliche Collagengel-Faser bilden kann, und schließt ein Dehydratationsbad ein, wobei die kontinuierliche Gelfaser teilweise dehydratisiert werden kann. Weiterhin eingeschlossen sind Einrichtungen zur Aufbringung von Mikroteilchen auf die Oberfläche der dehydratisierten Faser und vorzugsweise Einrichtungen zum Strecken der mit Mikroteilchen beschichteten Faser. Die Vorrichtung weist vorzugsweise Einrichtungen zum Trocknen der mit Mikroteilchen beschichteten Faser ein.
Die vorliegende Erfindung schließt weiterhin eine Vorrichtung zur Aufbringung von Mikroteilchen auf die Oberfläche einer Faser wie im hierzu beigefügten Anspruch 13 und dessen abhängigen Ansprüchen definiert, ein. Die Vorrichtung schließt eine Trägerbasis und ein horizontales Rohr ein, das auf der Trägerbasis angeordnet ist. Das Rohr weist eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung auf, wobei der Durchmesser des Rohres ausreichend ist, um den Durchgang einer kontinuierlichen Faser unter Spannung auf einer geraden Linie in die erste Öffnung hinein und aus der zweiten Öffnung heraus zu ermöglichen. Die Vorrichtung schließt weiterhin einen Mikroteilchen-Vorrat innerhalb des Rohres auf, wobei der obere Pegel des Vorrats bzw. Behälters niedriger als die kontinuierliche Faser ist, die durch das Rohr gezogen werden kann. Die Collagenfaser oder -garn kann mit Mikroteilchen beschichtet werden, indem eine Wolke aus Mikroteilchen im Rohr gebildet wird, wobei die Mikroteilchen die Faser berühren und auf die Oberfläche der Faser aufgebracht werden können. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das horizontale Rohr ein umgekehrter Bogen, wobei der untere Anteil des Rohres den Mikroteilchen-Vorrat bildet.
Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Das Verfahren und die Vorrichtung ermöglicht die Bildung einer gleichförmigen Collagenfaser mit fein beschichteten Mikroteilchen. Weiterhin ermöglicht das Verfahren und die Vorrichtung die Beschichtung der Collagenfasern ohne Verschwendung bzw. Vergeudung der Mikroteilchen, weil der Überschuss kontinuierlich in den Vorrat zurückfällt.

Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung zur Bildung einer Collagenfaser, deren Oberfläche mit Mikroteilchen beschichtet ist.
Fig. 2 ist eine Schnittansicht einer Vorrichtung zur Beschichtung der Oberfläche einer Faser mit Mikroteilchen.
Fig. 3 ist ein Seitenansicht der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Die Merkmale und andere Einzelheiten der Verfahren und Vorrichtung der Erfindung werden nunmehr spezieller unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben und sind in den Ansprüchen dargelegt. Dieselben Bezugsziffern, die in unterschiedlichen Figuren vorliegen, repräsentieren denselben Gegenstand. Es ist klar, dass die speziellen Ausführungsformen der Erfindung lediglich zu Veranschaulichungszwecken dargelegt sind und die Erfindung nicht beschränken sollen. Die Hauptmerkmale dieser Erfindung können in verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Alle Teile und Prozentsätze sind auf das Gewicht bezogen, soweit nichts anderes angegeben ist.
Eine Ausführungsform der Erfindung, wie in Fig. 1 in einer schematischen Ansicht dargestellt, ist eine Vorrichtung zur Bildung einer Collagenfaser, deren Oberfläche mit Mikroteilchen beschichtet ist. Die Vorrichtung weist eine Collagen-Vorratskammer 10 auf, die zur Aufnahme einer flüssigen Collagen-Lösung vorgesehen ist. Das Collagen kann aus einer geeigneten tierischen Quelle gewonnen werden, beispielsweise aus der extrazellulären Matrix vieler Gewebe, wie beispielsweise Haut, Sehnen, Zahn- und Bindegewebe ebenso wie von anderen Geweben, die vom Schwein, Rind, Schaf oder von Meerestieren stammen. Bei einer Ausführungsform ist eine geeignete Kammer eine Spritze aus rostfreiem Stahl. Das Vorratsrohr 12 ist an einer Collagen-Vorratskammer 10 zur Leitung der Collagen-Lösung aus der Collagen- Vorratskammer 10 durch eine Infusionspumpe 12 zur Spinndüse 16 befestigt. Die Infusionspumpe 14 ist dazu in der Lage, den Druck des Collagen-Materials derart zu erhöhen, dass es durch die Düse 17 der Spinndrüse 16 extrudiert werden kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Verdrängungsdosierpumpe verwendet. Die Spinndüse 16 kann eine einzelne Bohrung oder mehrere bzw. vielfache Bohrungen aufweisen, um jeweils einfädige oder vielfädige Fasern zu erzeugen. Die Spinndüsen-Bohrungen können verschiedene Durchmesser aufweisen oder können kegelförmige Profile aufweisen, um Fasern unterschiedlicher Größen und Zugfestigkeiten zu bilden. Ko-Komponentenfasern können mit anderen spezialisierten Spinndüsen hergestellt werden, wie sie im Stand der Technik bekannt sind. Bei einer Ausführungsform weist eine Spinndüse 17 einen Durchmesser im Bereich von zwischen ungefähr 100 und 1000 Mikrometer auf.
Das Koagulationsbad 18 weist eine Koagulationslösung 20 auf, die verursachen kann, dass das flüssige Collagen ein Collagengel bildet, wie beispielsweise 0,75% alkalische Alginsäure in einem Borsäurepuffer oder Zuckerlösungen oder eine Polyethylenglycol-Lösung, die ebenfalls hydrophile Eigenschaften aufweist. Die Öffnung der Spinndüse wird in eine strömende Koagulationslösung 20 eingetaucht. Das Koagulationsbad 18 weist eine geeignete Größe auf, die eine Extrusion der Faser aus der Spinndüse 16 durch die Koagulationslösung 20 ermöglicht, während sie eine ausreichende Verweilzeit zur Bildung der Collagengel-Faser 22 bereitstellt. Das Koagulationsbad 18 kann erhitzt werden und zur Überwachung der relevanten Prozessvariablen, wie beispielsweise Temperatur, pH und Geschwindigkeit, ausgerüstet sein. Das Koagulationsbad 18 ermöglicht, dass die Collagengel-Faser 22 in einem horizontalen Kanal oder in einem Rohr oder vertikal in einem Rohr gebildet wird. Das Koagulationsbad 18 ist so ausgestaltet, dass es einen Kreislauf der Koagulationslösung 20 durch eine rezirkulierende Schleife 26 durch eine Umlaufpumpe 28 ermöglicht. Die Koagulationsbad-Strömung kann in derselben Richtung 30 der Faserbewegung stattfinden. Am Ende des Koagulationsbades 18 ist eine Walze 32 zur Leitung der Faser aus dem Koagulationsbad heraus vorgesehen. Die Walze 32 ist motorisiert und kann aktiviert werden, um die Collagengel-Faser 22 aufzuwickeln und im Anschluss daran die Collagengel-Faser 22 in erwünschten Geschwindigkeiten zu ziehen.
Das Dehydratationsbad 34 befindet sich der Walze 32 und dem Koagulationsbad 18 benachbart und ist so ausgestaltet, dass die Faser 36 von der Walze 32 in das Dehydratationsbad 34 gezogen werden kann. Das Dehydratationsbad 34 beinhaltet eine Dehydratationslösung 36, beispielsweise 90% Ethanol, die eine weitere Dehydratation und Annealing der Faser ermöglicht und die Polymerisierung des Collagens zur Verbesserung der Faserfestigkeit unterstützt. Ein Beispiel einer anderen geeigneten Dehydratationslösungs-Zusammensetzung ist Azeton. Das Dehydratationsbad 34 ist so ausgestaltet, dass es einen variable Kreislauf der Dehydratationslösung 36 durch die rezirkulierende Schleife 38 durch Umlaufpumpe 40 ermöglicht, die in ihrer Richtung eingestellt werden kann, wie beispielsweise in Richtung 41 oder in der entgegengesetzten Richtung. Rücklaufwalzen bzw. Stützwalzen 42, die sich nahe jedes Endes des Dehydratationsbades 34 befinden, ermöglichen die Verlängerung der Faserbahn durch Doublieren bzw. Fachen, so dass eine beliebige Vielzahl von mehreren Durchläufen durch das Dehydratationsbad 34 ermöglicht wird, um eine weitere Dehydratation zu ermöglichen und die Polymerisation des Collagens zu fördern.
Die teilweise dehydratisierte Faser 44 wird um die erste Applikatorwalze 46 herum gewickelt, und zwar durch einen Teilchenapplikator 48 auf eine zweite Applikatorwalze 50. Der Teilchenapplikator 48 bringt eine Beschichtung aus Mikroteilchen auf die Oberfläche einer Faser auf, wenn sie durch den Applikator hindurchläuft. Der Teilchenapplikator 48 ermöglicht die Verwendung von sehr kleinen Pulvervolumina hochwertiger Mikroteilchen, wie beispielsweise Matrix tierischer Herkunft (animal derived matrix = ADMAT), mit der die Faser präzise und kontrolliert und nur unter geringem Verlust an Teilchenmaterial als Abfall beschichtet wird. Der Teilchenapplikator 48 kann mit Unterbrechungen betrieben werden, wenn die Faser durch die Aufbringungs- bzw. Applikationskammer hindurchgeführt wird, um alternativ beschichtete und unbeschichtete Abschnitte der Fasern bereitzustellen. Der Teilchenapplikator 48 kann eine Faser- Trocknungswirkung über die Hydratation der berührenden dehydratisierten Mikroteilchen bereitstellen, indem Flüssigkeit von der Faser abgezogen wird, wodurch die Faser- Polymerisation unterstützt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Teilchenapplikator 48 ein Rohr 52 auf, das in einem umgekehrten Bogen gekrümmt ist.
Wie in der Querschnittsansicht in Fig. 2 und in einer Seitenansicht in Fig. 3 dargestellt ist, bildet der untere Abschnitt bzw. Anteil 58 des Rohres 52, das an der Trägerbasis 54 befestigt ist, den Teilchenvorrat 56. Das Rohr 52 weist eine erste Öffnung 53 zur Aufnahme der Faser 44 und eine zweite Öffnung 55 am anderen Ende des Rohr 52 auf, um den Durchgang bzw. das Durchlaufen der Faser 44 unter Spannung in einer geraden Linie zu den zweiten Applikatorwalzen 50 zu ermöglichen. Der Teilchenapplikator 48 weist einen Weg auf, der gerade ist, was durch Begrenzung des Krümmungswinkels am oberen Anteil 60 des Rohrs 52 erreicht wird, wie beispielsweise, dass der Scheitelpunkt bzw. die Spitze 57 an der oberen Innenwand der Kammer, die innerhalb des Rohres gebildet ist, nicht unterhalb einer Höhe über der ersten Öffnung 53 und der zweiten Öffnung 55 von Rohr 57 hervorragt.
In der Basis 54 hat der Teilchenapplikator 48 Einrichtungen zur Suspendierung von Mikroteilchen, um eine Teilchenwolke innerhalb des Rohrs 52 zu erzeugen. Die Schwingungsenergie, die zur Erzeugung der Wolke verwendet wird, kann variiert werden. Das Rohr 52 weist eine ausreichende Größe auf, um die maximale horizontale Verdrängungsamplitude der Eingangsschwingung aufzunehmen, plus dem Durchmesser der Faser. Die Schwingungsfrequenz kann im Bereich von zwischen ungefähr 1000 und 3000 Perioden pro Minute für die verwendete Kammergröße liegen. Die Dichte der Staubwolke kann durch Verändern der Mikroteilchen-Masse und der Schwingungsfrequenz variiert werden. Das Rohr 52 ist an der Schwingungseinrichtung befestigt, die zur Erzeugung der notwendigen horizontalen und vertikalen Bestandteile der Schwingung in der Lage ist. Die Schwingung kann die Mikroteilchen zur Bewegung anregen, um eine Staubwolke mit einer Dichte zu erzeugen, die von der Amplitude und Frequenz der Schwingung abhängig ist.
Das Rohr 52 weist eine ausreichende Größe auf, um schwebende Mikroteilchen, die nicht an der Faser anhaften, in den Teilchenvorrats-Pool 56 entweder direkt oder durch Herabgleiten am Eintritt oder an den Ausgangsrampen-Böden des speziellen Applikators 48 abzusetzen. Derartige Mikroteilchen können wieder innerhalb des Teilchenapplikators 48 zu einer Mikroteilchen- Staubwolke zurückgeführt werden. Bei eine Ausführungsform weist das Rohr 52 einen Durchmesser von ungefähr 1,8 cm, eine Länge von ungefähr 17 cm und einen Krümmungswinkel von ungefähr 15º auf.
Zurückkehrend zur Fig. 1 ist die Dehnwalzeneinrichtung 62 zur Aufnahme der Faser aus dem Teilchenapplikator 48 vorgesehen, wobei die Faser einer kontrollierten Deformationen durch Dehnung zwischen zwei Gruppen von Walzen 64 unterworfen werden kann, die sich in leicht unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen. Die Drehgeschwindigkeit der Walzen 64 kann präzise mit digitalen Mikroprozessoren kontrolliert bzw. gesteuert werden, die in einer geschlossenen Rückkopplungsschleife angeordnet sind. Die Fasern werden um jede Walze 64 mehrere Male herumgewickelt, um ein Abrutschen der Faser bezüglich der Walzenoberfläche zu vermeiden. Die Walzenoberfläche 64 kann aus einem Polymer oder einem gehärteten Metall hergestellt sein, das gegenüber einer Korrosion beständig ist. Die Drehungen der Walze 64 können individuell eingestellt werden, um es der Faser zu ermöglichen, über die elastische Fließgrenze hinaus gedehnt zu werden, um eine längere Faser mit einem reduzierten Durchmesser zu erzeugen. Die Dehnwalzeneinrichtung 62 kann unter halbtrockenen oder trockenen Bedingungen und ebenfalls unter einer Atmosphäre mit hohem Feuchtigkeitsgehalt betrieben werden.
Die Trockenkammer 68 weist eine Öffnung 73 zur Aufnahme einer gedehnten Faser 70 von den Dehnungswalzen 62 auf. Die Trockenkammer 68 weist einen Durchlauf 71 durch die Trockenkammer 68 zur Aufnahme warmer, trockenfiltrierter Luft und eines trockenen Inertgases, wie beispielsweise trockenen bzw. wasserfreien Stickstoffgases, aus einer Gasquelle 72 bei einer geeigneten Temperatur und Feuchtigkeit auf, um die gedehnte Faser 70 zu trocknen. Die Luft kann durch eine Luftdurchgangsöffnung 77 in den Durchgang 71 hindurchgeleitet werden und aus der Luftdurchgangsöffnung 79 austreten. Bei einer Ausführungform liegt die Temperatur der Luft zwischen ungefähr 35ºC und 39ºC. Die Feuchtigkeit liegt im Bereich von zwischen 10 und 20% relativer Feuchtigkeit. Die Trockenkammer 68 weist eine Reihe von Walzen 74 auf, die ermöglichen, die gedehnte Faser 70 in der Trockenkammer 68 zurückzuhalten, während sie gedreht werden, wodurch die Verweilzeit der Faser 70 in der Trockenkammer 68 erhöht wird. Der Abstand der Trockenkammerwalzen 74 zueinander ist einstellbar, um die Faserbahn-Geschwindigkeit zu kompensieren. Die Trockenkammerwalzen 74 können in einer Oberflächenwalzen-Geschwindigkeit betrieben werden, die mit derjenigen der Dehnwalzen-Einrichtungen 62 synchronisiert werden können. Die Trockenkammer 68 weist eine Tür auf, um einen Zugang zu den Walzen zum Auffädeln des Vorlauffadens bereitzustellen.
Eine Aufwickler 76 ist zur Aufnahme der getrockneten Faser 78 aus dem Ausgang 75 der Trockenkammer 68 vorgesehen. Ein Aufwickler 76 weist eine Spule 80 zur Aufnahme einer getrockneten Faser auf einem entfernbaren Spindel-Aufwickelkörper auf. Der Aufwickler 76 weist eine Schiebeklemme 82 auf, um eine konstante Faserlinien-Spannung und Faserlinien- Geschwindigkeit bereitzustellen, wenn die aufgespulte Faser sich radial um die Spule 80 herum dreht. Die Faserspule 80 kann den Faserpegel aufwickeln oder durch zufälliges Aufwickeln mit dem Aufwickler 76.
Ein bevorzugtes Ausgangsmaterial für eine Collagen-Quelle besteht aus den Häuten von geburtsnahen Hausschwein-Föten, die vollständig, eingeschlossen in ihre amniotischen Membranen, gewonnen wurden. Embryonale und fötale Gewebe sind deswegen von Vorteil, weil sie verschiedene molekulare Faktoren einschließen, die in normalem Gewebe in unterschiedlichen Stadien der Tierentwicklung vorliegen. Weitere Quellen für extrazelluläres Matrixmaterial sind unterschiedliche Gewebe, die in Organen aus dem Schwein, Rind, Schaf, Meeres- oder anderen Tieren zu finden sind.
Die Collagenfasern oder -garne, die mit den Mikroteilchen beschichtet sind, können zur Erzeugung von Streifen, Blättern, Rohren und anderen Formen unter Verwendung von Textil- Maschinen, die dem Fachmann bekannt sind, verwendet werden. Die Formen können in Form von Geweben oder Körperteilen vorgesehen sein, die ersetzt werden sollen, und können Prothesen bilden.
Die extrazellulären Matrixteilchen, die aus speziellen Geweben entnommen wurden, weisen zwei Arten informatorischer Eigenschaften auf. Die erste ist deren molekulare Diversität bzw. Verschiedenheit und die zweite ist deren Mikroarchitektur, die beide bei der Herstellung der Mikroteilchen erhalten bleiben. Die bevorzugten Bindungen zwischen den unterschiedlichen Molekülen der extrazellulären Matrix bleiben ebenfalls bei Zubereitung der Mikroteilchen erhalten.
Die extrazellulären Matrixteilchen können Cytokine, einschließlich Wachstumsfaktoren, die zur Gewebsentwicklung notwendig sind, aufweisen. Diese biomolekularen Faktoren sind in normalen Geweben in unterschiedlichen Stadien der Gewebsentwicklung anwesend, wie beispielsweise der Zellteilungs-Morphogenese und -Differenzierung. Zu diesen Faktoren zählen stimulatorische Moleküle, die die zur In-vivo-Gewebsreparatur bzw. -Heilung erforderlichen Signale bereitstellen. Diese Cytokine schließen Wachstumsfaktoren ein, die einen Teil der extrazellulären Matrix-Mikroteilchen darstellen, und können die Umwandlung eines Implantats in ein funktionelles Ersatzstück für das zu ersetzende Gewebe stimulieren. Es wird angenommen, dass es dies durch Mobilisieren von Gewebszellen von angrenzenden ähnlichen Geweben aus dem Kreislauf und aus Stammzell-Vorräten tun kann; dass es die Zellteilung, Morphogenese und Differenzierung unterstützen kann. Zellen können sich an der Prothese anlagern, die bioabsorbierbar ist, und können diese in Ersatzgewebe umformen.
Wachstumsfaktoren, die zum Zellwachstum notwendig sind, werden an strukturellen Elementen der extrazellulären Matrix angelagert. Die strukturellen Elemente schließen Proteine, Glykoproteine, Proteoglykane und Glykosaminoglykane ein. Die Wachstumsfaktoren, die ursprünglich von Zellen erzeugt und sezerniert wurden, binden an die extrazelluläre Matrix und regulieren das Zellverhalten auf mehreren Wegen. Diese Faktoren schließen ein, sind jedoch nicht beschränkt auf, epidermalen Wachstumsfaktor, Fibroblasten Wachstumsfaktor (basisch und sauer), Insulin-Wachstumsfaktor, Nerven-Wachstumsfaktor, Mastzell-stimulierender Faktor, Plättchenwachstumsfaktor, die Familie des transformierenden Wachstumsfaktor-β, Plättchenwachstumsfaktor, Scatter-Faktor, Hepatozyten-Wachstumsfaktor und Schwann-Zellen- Wachstumsfaktor. Adams et al., "Regulation of Development and Differentiation by the Extracellular Matrix", Development, Band 117, Seiten 1183-1198 (1993) (hierin nachstehend "Adams et al. ") und Kreis et al., Herausgeber des Buchs mit dem Titel "Guidebook to the Extracellular Matrix and Adhesion Proteins", Oxford University Press (1993) (hierin nachstehend "Kreis et al. ") stellen Beiträge bereit, die die extrazellulären Matrix-Bestandteile zusammenfassen, die die Differenzierung und Entwicklung regulieren, und beschreiben die regulatorischen Mechanismen, die darin eingeschlossen sind, und beschreiben, dass Wachstumsfaktoren und extrazelluläre Matrix-Moleküle auf etlichen Wegen zur Regulierung des Zellverhaltens in Wechselwirkung stehen. Weiterhin offenbaren Adams et al. Beispiele der Assoziation bzw. Verbindung von Wachstumsfaktoren mit extrazellulären Matrixproteinen und, dass die extrazelluläre Matrix ein bedeutender Teil des Mikromilieus ist und in Zusammenarbeit mit Wachstumsfaktoren eine zentrale Rolle bei der Regulierung der Differenzierung und der Entwicklung spielen. Die Lehren von Adams et al. und Kreis et al. sind hierdurch durch Bezugnahme mit aufgenommen.
Das Verfahren zur Bildung der extrazellulären Matrix-Mikroteilchen zur Herstellung von Transplantat-Gewebe schließt das Einfrieren einer Gewebsquelle, die lebende Zellen aufweist, ein, wodurch die lebenden Zellen zerstört werden, und Zellreste bilden. Die Gewebsquelle wird dann zur Erzeugung von Mikroteilchen kalt vermahlen, die dann aufgetaut werden, und werden verarbeitet, so dass extrazelluläre Matrix-Mikroteilchen zurückbleiben, die Cytokine enthalten. Der Begriff "Cytokine" schließt ein, ist jedoch nicht beschränkt auf, Wachstumsfaktoren, Interleukine, Interferone und Kolonie-stimulierende Faktoren. Das Waschverfahren entfernt die Zellreste ohne Wachstums- und andere Faktoren zu entfernen, die zum Zellwachstum, für die Morphogenese und für die Differenzierung notwendig sind. Die extrazelluläre Matrix wird gefriergetrocknet und, falls erwünscht, weiter fragmentiert.
Ein Verfahren zur Bildung von Mikroteilchen aus extrazellulärer Matrix zur Herstellung von Transplantatgewebe ist in der US-Patentanmeldung Seriennummer 07/926 885, eingereicht am 7. August 1992, mit dem Titel "A Method for Producing Graft Tissue Extracellular Matrix" offenbart. Die Lehren dieses Patentes sind durch diese Bezugnahme hierin mit aufgenommen. Das Verfahren zur Bildung von extrazellulären Matrix-Mikroteilchen zur Herstellung eines Transplantat-Gewebes schließt das Einfrieren einer Bindegewebs-Quelle ein, die lebende Zellen aufweist, wodurch die lebenden Zellen zerstört werden, so dass Zellreste gebildet werden. Die Bindegewebs-Quelle wird verarbeitet, sodass die Zellreste ohne Entfernung der Wachstumsfaktoren, die zum Zellwachstum, der Differenzierung und der Morphogenese notwendig sind, entfernt werden, so dass eine extrazelluläre Matrix gebildet wird. Die extrazelluläre Matrix wird gefriergetrocknet und fragmentiert. Die extrazelluläre Matrix wird weiter verarbeitet, um zytoplasmatische und Kern-Bestandteile zu entfernen, ohne jedoch die zum Zellwachstum zur Bildung von extrazellulärer Matrix-Mikroteilchen notwendigen Wachstumsfaktoren zu entfernen. Bei einer Ausführungsform werden die mit Collagenfasern in einer dreidimensionalen Matrix verbundenen extrazellulären Matrix-Teilchen gegenüber kultivierten bzw. gezüchteten Zellen unter solchen Bedingungen ausgesetzt, dass die kultivierten Zellen an den Mikroteilchen der extrazellulären Matrix anhaften, entweder alleine oder an die Mikroteilchen, und die Collagenfasern dadurch Transplantat-Gewebe erzeugen.
Bei einem bevorzugten Verfahren zum Extrahieren des Collagens aus Gewebe schließt eine Collagen-Quelle Schweine-Föten ein. Die Föten werden in utero eingefroren, wobei die Uteri in einem unzerstörten Zustand mit durch einen Faden zugebundenen Enden gehalten werden. 12 bis 24 Stunden vor dem Sezieren wird ein Uterus aus dem Gefriergerät entfernt und in einem 4ºC kalten Raum angeordnet. Der Uterus, der noch ungefähr zu 90% gefroren sein sollte, wird in eine große sterile Abwaschschüssel überführt. Sobald wie möglich wird der gefaltete Uterus sanft gestreckt. Die äußere Oberfläche des Uterus wird zweimal 10 Minuten lang in 1%iger Bleiche in Milli-QTM-Wasser gewaschen und wird dann zweimal mit sterilem Milli-QTM-Wasser zur Sterilisierung des Uterus gewaschen.
Unter Reinraum-Bedingungen unter Verwendung steriler, großer Gewebsgreifzangen und großer Scheren, und unter Tragen steriler Handschuhe, Masken, Hauben und Bekleidung, wird die gesamte Länge des Uterus auf der den Hauptblutgefäßen gegenüberliegenden Seite geöffnet. Es wird Sorge getragen, die amniotischen Membranen des Fötus nicht zu berühren oder zu beschädigen.
Die Geräte, die mit der Außenoberfläche des Uterus in Berührung kommen, werden mit 70% Ethylalkohol bzw. Ethanol gewaschen und mit einem Bunsenbrenner sterilisiert. Jeder Fötus wird sanft aus dem Uterus angehoben, und der Nabel wird zu zumindest 2 cm aus dem Fötus geschnitten. Der nach wie vor überwiegend gefrorene Fötus wird in einer Pfanne aus rostfreiem Stahl angeordnet.
Mit sterilen Handschuhen wird die amniotische Membran entfernt und der Fötus in eine sterile Glasschale überführt. Mit einem Skalpell, wie beispielsweise einer Nr. 11 Klinge, wird die Haut um jeden Fuß zur Vornahme von ringförmigen Einschnitten eingeschnitten. Ein einzelner Einschnitt wird durch die Haut vom ersten Schnitt her durchgeführt, entlang der Innenoberfläche jeder Gliedmaße zur Mittellinie der ventralen Oberfläche des Torsos. Ein Mittellinien-Schnitt wird entlang der ventralen Oberfläche des Torsos von der Taille bis zum Nacken durchgeführt, und es wird Sorge getragen, das darunterliegende Muskelgewebe nicht zu durchdringen. Ein tiefer ringförmiger Hauteinschnitt wird um den Umfang des Kopfes herum durchgeführt. Die Körperhaut wird abgezogen. Die abgenommene Haut wird in einem sterilen Behälter auf Eis angeordnet (1 Liter Zentrifugenflasche mit Abdeckung).
Die Häute werden mit einem gleichen Volumen an sterilem Eis kombiniert und das Grundgewebe wird zweimal in 20 Liter eiskalter 0,33 · Phosphat-gepufferter Salzlösung (PBS): Mill-QTM-Wasser (1 : 2) gewaschen, wobei man das Gewebe ungefähr 30 Minuten zwischen den Waschungen sich setzen lässt. Das Gewebe wird gleichmäßig in 1 Liter Zentrifugenflaschen aufgeteilt, wie erforderlich, und jeweils mit 0,5 M Essigsäure und 4 mM EDTA befüllt. Die Zentrifugenflaschen werden auf einer Flaschenschüttelvorrichtung für ungefähr 7 Tage bei einer Temperatur von ungefähr 4ºC angeordnet.
Am 8. Tage nach Beginn der Hautpräparation werden die Zentrifugen-Flaschen 30 Minuten lang bei 5000 UpM zentrifugiert. Der Überstand wird aseptisch in einem sterilen Glasballon (20 oder 50 Liter) gesammelt. Der gesammelte Überstand wird durch vier Schichten steriles Käsetuch filtriert. Steriles Natriumchlorid wird zugesetzt, um die Lösung auf ungefähr 0,9 M zu bringen. Diese wir über eine Zeitspanne von ungefähr 1 Stunde gerührt, dann in einem kalten Raum bei ungefähr 4ºC über Nacht angeordnet. Das Collagen wird resuspendiert. Die gesamte Salzpräzipitierte Lösung und das Präzipitat wird in sterile 1 Liter Zentrifugenflaschen aufgeteilt. Die Flaschen werden bei 5000 UpM für ungefähr 30 Minuten unter Verwendung eines 6 · 1-Liter- Rotors bei ungefähr 7.280 g zentrifugiert. Der Überstand wird entfernt und das Pellet aufgehoben. Dem Pellet wird in jeder Zentrifugenflasche 0,5 M Essigsäure, pH 2,5, plus 4 mM EDTA zugesetzt. Die Pellets werden im Medium dispergiert und in einem Gyrator-Shaker ungefähr 16 Stunden lang bei einer Temperatur von ungefähr 4ºC geschüttelt. Die Pellets aus den Flaschen werden in einen 6 Liter Kolben überführt, indem jede Flasche mit der 0,5 M Essigsäure, EDTA-Lösung gespült wird, und indem das Gemisch in den Kolben gegossen wird. Im 6 Liter Kolben werden die Pellets mit einem sterilen Glasstab dispergiert. Der Kolben wird auf einem Shaker 24 Stunden lang bei einer Temperatur von ungefähr 4ºC angeordnet. Der Kolben wird bezüglich des Solubilisationsgrades und der Resuspension überwacht. Mehr 0,5 M Essigsäure und EDTA-Lösung können zugesetzt werden, um das Volumen auf 5 Liter zu bringen.
Steriles Natriumchlorid wird dem Kolben zugesetzt, um die Lösung auf ungefähr 0,7 M zu bringen. Diese wird periodisch über eine Zeitspanne von 1 Stunde gerührt und dann in einem kalten Raum bei einer Temperatur von 4ºC über Nacht angeordnet, sodass das Salz präzipitieren kann.
Der Inhalt wird geschüttelt und in sterile 1 Liter Zentrifugenflaschen verteilt und 30 Minuten lang bei ungefähr 5.000 UpM bei 7.280 g zentrifugiert. Eine zweite Resuspension wird mit einem zu den oben für die erste Resuspension beschriebenen Schritt ähnlichen Schritt durchgeführt. Anstatt der Resuspension in 6 Liter wird ein Gesamtvolumen von 2 Litern im Resuspensions-Verfahren verwendet. Der Kolben wird im kalten Raum über Nacht geschüttelt und dessen Volumen, falls notwendig, eingestellt.
Die Lösung wird dreimal für ungefähr 20 bis 24 Stunden gegen 100 Liter eiskalter 0,05% 0,5 M Essigsäure im kalten Raum (4ºC) unter Verwendung eines 6.000 bis 8.000 MG cutoff, Spectrapore, Dialyse-Beutel, dialysiert. Der Dialyse-Beutel wird mit einer sterilen Skalpell- Klinge aufgeschlitzt und der Inhalt in 250 ml Zentrifugen-Flaschen, die steril sind, übertragen. Die Flaschen werden bei einer Temperatur von ungefähr 4ºC bei 10.000 UpM (13.000 g) für eine Stunde zentrifugiert. Der Überstand wird gesammelt und in einer sterilen versiegelten Flasche aufbewahrt.
Eine 0,5 ml Teilmenge des Überstandes wird entfernt, mit einem gleichen Volumen an konzentrierter Salzsäure vereinigt, und die Collagen-Konzentration unter Verwendung eines Hydroxyprolin-Assays gemessen. Das Collagen wird bis zu einer theoretischen Konzentration von 5 mg/ml unter Verwendung eines Hohlfaser-Filters konzentriert. Die Konzentration kann mit einem Hydroxyprolin-Assay bestätigt werden.
Flüssiges Collagen wird aus einer geeigneten Quelle extrahiert, wie oben beschrieben, und kann mit Essigsäure vermischt und auf 5 mg pro Milliliter konzentriert werden. Flüssiges Collagen kann einen Zusatzstoff, wie beispielsweise Alginat, aufweisen, muss jedoch keine Zusatzstoffe einschließen. Flüssiges Collagen wird bei ungefähr 3.200 UpM und ungefähr 1.610 g zentrifugiert, um das in der Flüssigkeit gelöste Gas zu reduzieren.
Das flüssige Collagen wird in die Vorratskammer übertragen und weiter durch Aufbringung eines Vakuums für eine Zeitspanne, wie beispielsweise 20 Minuten entgast, wodurch das Gas im Wesentlichen insgesamt aus dem Collagen entfernt werden kann. Das Flüssigcollagen wird in der Collagen-Vorratskammer 10 bei einer Temperatur im Bereich zwischen ungefähr 4ºC und 22ºC gehalten. Das flüssige Collagen wird aus der Collagen-Vorratskammer 10 durch die Infusionspumpe 14 durch ein Collagen-Vorratsrohr 12 gepumpt und durch eine Spinndüse 17 einer Spinndrüse 16 extrudiert. Verschiedene Typen an Fasern können abhängig von der verwendeten Spinndüse gebildet werden. Die Bohrungs-Löcher in der Spinndüse 16 können unterschiedliche Durchmesser, Längen-zu-Durchmesser-Verhältnisse und kegelförmige Profile zur Bildung von Fasern unterschiedlicher Größen und Zugfestigkeiten aufweisen. Die gebildeten Fasern können Größen im Bereich von zwischen 5,56 Tex bis 2,22 Tex (50 und 200 Denier) aufweisen. Die extrudierte Collagengel-Faser 22 wird in die Koagulationslösung des Koagulationsbades 18 in einer Geschwindigkeit von ungefähr 2 Millimeter pro Minute, als Beispiel, geleitet.
Gleichzeitig wird die Koagulationslösung 20 durch eine Umlaufpumpe 28 in einer mit der Richtung der extrudierten Collagengel-Faser 22 parallelen Richtung im Kreislauf geführt. Die Geschwindigkeit der Koagulationslösung 20 kann dieselbe wie die Geschwindigkeit der Collagengel-Faser 22 sein. Bei einer Ausführungsform wird die Koagulationslösung 20 auf eine Temperatur von ungefähr 35ºC erhitzt und das Bad wird bezüglich des pH, der Temperatur und der Geschwindigkeit überwacht. Der pH wird in einem Bereich von zwischen ungefähr 8 und 10 gehalten. Die kontinuierliche Collagengel-Faser 22 wird durch Polymerisation gebildet, wenn die Säure im Collagen nach Berührung mit dem alkalischen Alginsäure/Borsäure-Bad oder einer anderen geeigneten Neutralisierungslösung neutralisiert wird. Das Verhältnis der Koagulationsbad-Geschwindigkeit zur Infusionsgeschwindigkeit bestimmt die Fasergröße für eine vorgegebene Spinndüsen-Bohrung. Während des Aufenthaltes der Collagengel-Faser 22 im Koagulationsbad 18 tritt eine Polymerisation und Dehydratation auf. Die Faserverweildauer wird durch die Länge des Koagulationsbades 18 und die Geschwindigkeit der Koagulationslösung 20, der Geschwindigkeit des Collagens an der Spinndüse 16 und der Geschwindigkeit, in der die Faser aus dem Bad abgezogen wird, bestimmt. Ein Beispiel einer geeigneten Verweilzeit ist ungefähr 2 Minuten.
Eine weitere geeignete Lösung für eine Koagulationslösung ist ein wässriges Gemisch von 0,85 % Methylzellulose (4.000 Centipoise), 0,31% Borsäure und 0,375% Glycin, das dispergiert und gelöst ist. Das Gemisch wird über Nacht gekühlt, um sicherzustellen, dass die Bestandteile gelöst sind. Am nächsten Tag wird das Bad gerührt und der pH mit 10 M Natriumhydroxid auf einen Bereich von zwischen ungefähr 10,2 und 10,5 eingestellt. Das Gemisch wird zur Entfernung von Teilchen und mikrobieller Verunreinigungen filtriert und wird zum Koagulationsbad 18 übertragen. Das Gemisch wird auf ungefähr 35ºC erhitzt, bei dieser Temperatur gehalten und durch die Pumpe 18 im Kreislauf geführt. Die Faser wird durch Extrusion des Collagens aus der Spinndüse 16 in das Koagulationsbad 18 gebildet.
Am Ende des Koagulationsbades 18 wird die Collagengel-Faser 22 aus der Koagulationslösung 20 entfernt. Bei einer Ausführungsform wird ein Vorlauffaden an die Collagengel-Faser 22 gebunden, um diese zum Dehydratationsbad 34 zu führen. In der dargestellten Ausführungsform wird die Collagengel-Faser 22 über die Walze 32 geleitet, nachdem die Collagengel-Faser 22 aus der Koagulationslösung 20 austritt. Der Vorlauffaden wird entlang des stromabwärts gelegenen Faser-Prozessweges getragen und motorisierte Walzen werden aktiviert, um den Faden aufzuwinden, der die Collagenfaser zieht.
Die Collagengel-Faser 22 wird von der Walze 32 in die Dehydratationslösung 36 in das Dehydratationsbad 34 geführt, gezogen durch den Vorlauffaden. Die Dehydratationslösung 36 ist aus ungefähr 90% Ethanol und 10% Wasser zusammengesetzt. Der Ethanol dehydratisiert weiter und härtet die Faser und fördert die Polymerisation des Collagens zur Verbesserung der Faserfestigkeit. Genauso wie es mit der Koagulationslösung 20 durchgeführt wurde, wird die Dehydratationslösung 36 durch eine Kreislaufpumpe 40 durch eine Rezirkulierungsschleife 38 und Dehydratationsbad 34 wieder in den Kreislauf zurückgeführt.
Die teilweise dehydratisierte Faser 44 kann ein oder mehrere Male durch die Dehydratationslösung 36 geführt werden. Die Faserverweilzeit im Dehydratationsbad wird durch die Geschwindigkeit der Faser in und aus dem Bad heraus, die Distanzen zwischen den Umkehrwalzen und der Anzahl der Durchläufe, die die Faser zwischen den Umkehrwalzen durchführt, bestimmt. Bei einer Ausführungsform befindet sich die teilweise dehydratisierte Faser für ungefähr 5 bis 6 Minuten in der Dehydratationslösung 36. Die teilweise dehydratisierte Faser 44 wird aus dem Dehydratationsbad zum Teilchenapplikator 48 gelenkt. Die Oberfläche der teilweise dehydratisierten Faser 44 ist ausreichend feucht bzw. nass, um das Anhaften der Mikroteilchen zu erlauben, wie beispielsweise ADMAT oder anderer Teilchenmaterialien, die als nächster Schritt des Verfahrens zur Herstellung einer beschichteten Faser aufgebracht werden können.
Die Faser 44 wird durch die erste Öffnung 53 des Teilchenapplikators 48 durch das horizontale Rohr 52 oder aus der zweiten Öffnung 55 heraus gelenkt. Die Faser 44 ist innerhalb des Rohres 52 so angeordnet, dass die Faser 44 nicht mit irgendeiner der Seiten des Rohres 52 in Berührung kommt.
In einem unteren Abschnitt bzw. Anteil 58 des Rohres 52 wird ein Mikroteilchen-Vorrat 56 gebildet, der beispielsweise mit gewebsspezifischen Mikroteilchen aus Alveolarknochen, der die Zähne umgibt, beschickt wurde. Die Mikroteilchen weisen einen Durchmesser im Bereich von zwischen 10 und 500 um auf. Der Vorrat kann gekühlt werden, um die biologische Aktivität bzw. Wirksamkeit der Mikroteilchen zu schützen. Energie wird an den Mikroteilchen-Vorrat 56 angelegt, um zumindest einen Teil der Mikroteilchen in der Luft schweben zu lassen. Bei einer Ausführungsform wird Schwingungsenergie in den Mikroteilchen-Vorrat gelenkt. Die Schwingung arbeitet bei zwischen ungefähr 1000 bis 3000 Perioden/Minute bei einer Amplitude, die ausreichend ist, um die Mikroteilchen-Wolke ohne Verdrängung der Faser, die durch diese hindurchläuft, aufrechtzuerhalten. Die Menge der Mikroteilchen-Beschichtung wird durch die Mikroteilchen-Größe, das Gesamtvolumen der Mikroteilchen innerhalb der Applikator-Kammer, die Abmessungen der Applikator-Kammer, die Schnelligkeit der Faser durch eine Applikator- Kammer, den freien Flüssigkeitsgehalt der Oberfläche der Faser, den Feuchtigkeitsgehalt der Faser, die Frequenz der Schwingung der Applikator-Kammer, die Amplitude der Schwingung der Applikator-Kammer und die statische Aufladung der Teilchen gesteuert. Das Rohr 52 wird durch einen mechanischen Schüttelmechanismus unter Schwingung gesetzt, der zur Erzeugung der erforderlichen horizontalen und vertikalen Bestandteile der Schwingung in der Lage ist. Ein Schwingungsgenerator versetzt die Mikroteilchen in Bewegung, um eine Staubwolke zu erzeugen.
Der Teilchenapplikator 48 kann intermittierend betrieben werden, wenn sich die Faser durch das Rohr 52 bewegt, um alternierend beschichtete oder unbeschichtete Abschnitte der dehydratisierten Faser 44 zu erzeugen. Andere ausgewählte Faserbeschichtungen und andere Muster können angewendet werden. Mikroteilchen, die in der Luft schweben und nicht an der Faser anhaften, fallen innerhalb des Rohres unter dem Einfluss der Schwerkraft hinab und kehren zum unteren Anteil 58 im Mikroteilchen-Vorrat 56 entweder direkt oder durch Herabgleiten des Rohres 52 zurück. Auf diese Weise werden die Mikroteilchen innerhalb des Rohres 52 zur Mikroteilchen-Staubwolke 59 zurückgeführt.
Die beschichtete Faser 61 wird aus der zweiten Applikatorwalze 50 des Teilchenapplikators 48 zu den Dehnwalzeneinrichtungen 62 geleitet. Die beschichtete Faser wird durch eine Kraft gedehnt, die zwischen zwei Gruppen von Dehnwalzen 64 entwickelt wird, die sich in leicht unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen. Die Drehgeschwindigkeiten der Walzengruppen 64 können mit digitalen Mikroprozessoren gesteuert werden, die in einer geschlossenen Rückkopplungsschleife angeordnet sind. Die Dehnungswalzen 64 werden so kontrolliert, dass die Geschwindigkeit derartig eingestellt werden kann, dass die Faser über ihre elastische Fließgrenze hinaus gedehnt werden kann, um eine längere beschichtete Faser mit einem reduzierten Durchmesser zu erzeugen. Die beschichtete Faser 61 wird drei- oder viermal um jede Gruppe Dehnungswalzen 64 herumgewickelt, um ein Abrutschen zu verhinden. Die Dehnungswalzen 64 können in Reihe angeordnet werden, um die beschichtete Faser 61 bei jeder Walze zu dehnen.
Die gedehnte Faser 70 wird aus der Dehnungswalzen-Einrichtung 62 zur Trockenkammer 68 gelenkt. Die gedehnte Faser 70 wird durch die Öffnung 73 zur Trocknungskammer 68 gelenkt, wenn die Trocknungskammer 68 mit warmer trockner filtrierter Luft bei einer Temperatur im Bereich von zwischen ungefähr 35ºC und 39ºC gespült wird. Die gedehnte Faser 70 wird um die Walzen 74 der Trockenkammer herum ausgerichtet, die in der Trockenkammer 68 enthalten sind, wenn Luft über die gedehnte Faser 70 geblasen wird. Die gedehnte Faser 70 erhält eine minimale Verweilzeit, sodass die gedehnte Faser 70 getrocknet wird. Die Walzen 74 der Trockenkammer werden mit der letzten Gruppe der Dehnwalzen-Einrichtungen 62 synchronisiert, sodass die gedehnte Faser 70 sich nicht bis zum Zerreißpunkt streckt.
Die getrocknete Faser 78 wird durch den Ausgang 75 der Trockenkammer zum Aufwickler 76 geleitet. Der Aufwickler 76 spult die getrocknete Faser 78 auf einen entfernbaren Spindelwickelkörper. Der Aufwickler 76 nimmt die Veränderung der Geschwindigkeit der getrockneten Faser 78 auf, wenn sie auf den Aufwickler 76 aufgenommen wird, um eine konstante Faserlinien-Spannung bereitzustellen, wenn sich der Spulen-Fasergarnkörper radial aufbaut. Die Faser wird entweder in der Reihenfolge oder zufällig mit dem Aufwickelmechanismus aufgewickelt.

Äquivalente

Der Fachmann wird erkennen oder in der Lage sein sicherzustellen, indem er nicht mehr als Routineexperimente anwendet, dass viele Äquivalente zu den speziellen Ausführungsformen der Erfindung existieren, wie sie hierin speziell beschrieben wurde. Derartige Äquivalente sind in den Schutzumfang der nachfolgenden Ansprüche eingeschlossen.

Claims

1. Verfahren zum Bilden einer Collagen-Faser mit einer mit Mikroteilchen beschichteten Oberfläche, mit den folgenden Schritten:

a) Lenken einer flüssigen Collagen-Lösung in ein Coagulationsbad zur Bildung einer kontinuierlichen Collagengel-Faser und

b) Entfernen der kontinuierlichen Collagengel-Faser aus dem Coagulationsbad, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es die folgenden weiteren Schritte umfaßt:

c) Lenken der kontinuierlichen Collagengel-Faser in ein Dehydratisierungsbad, wodurch die Collagengel-Faser zumindest teilweise dehydratisiert wird;

d) Entfernen der dehydratisierten Collagenfaser aus dem Dehydratisierungsbad; und

e) Aufbringen von Mikroteilchen mit einem Durchmesser von zwischen 10 und 500 Mikrometer auf die Außenoberfläche der dehydratisierten Faser, wodurch die Collagenfaser mit der mit Mikroteilchen beschichteten Oberfläche gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die mit Mikroteilchen beschichtete Faser gestreckt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die mit Mikroteilchen beschichtete Faser getrocknet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Collagen aus Gewebe von fötalen, jungen oder erwachsenen Schweinen extrahiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Coagulationsbad eine Lösung von Alginsäure und Borsäure einschließt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Dehydratisierungsbad eine Lösung aus 90% Ethanol einschließt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Mikroteilchen vor der Beschichtung der Faser in Luft suspendiert werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Mikroteilchen aus einer von Tieren abgeleiteten Matrix gebildet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die mit Miktroteilchen beschichtete Faser durch trocknes Stickstoffgas getrocknet wird.

10. Vorrichtung zur Bildung von mit Mikroteilchen beschichteten Collagenfasern mit:

a) Einrichtungen zur Bildung einer kontinuierlichen flüssigen Collagenströmung;

b) ein Coagulationsbad, in dem eine kontinuierliche flüssige Collagenströmung zu einer kontinuierlichen Collagengel-Faser geformt werden kann; und

c) ein Dehydratisierungsbad, in dem die kontinuierliche Collagengel-Faser teilweise dehydratisiert und weiter polymerisiert werden kann; dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung:

d) Einrichtungen zum Aufbringen einer Beschichtung aus Mikroteilchen mit einem Durchmesser von zwischen 10 und 500 Mikrometern auf die Oberfläche der teilweise dehydratisierten Faser umfaßt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Vorrichtung weiterhin Einrichtungen zum Strecken der mit Mikroteilchen beschichteten Faser einschließt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Vorrichtung weiterhin Einrichtungen zum Trocknen der mit Mikroteilchen beschichteten Faser einschließt.

13. Vorrichtung zum Aufbringen von Mikroteilchen mit einem Durchmesser von zwischen 10 und 500 Mikrometern auf die Oberfläche einer Faser, mit:

a) einer Trägerbasis;

b) einem auf der Trägerbasis angeordneten horizontalen Rohr, wobei das Rohr eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung aufweist, wobei der Durchmesser des Rohrs ausreicht, um den Durchgang einer kontinuierlichen Faser unter Spannung auf einer geraden Linie in die erste Öffnung hinein und aus der zweiten Öffnung heraus zu ermöglichen;

c) einen Mikroteilchen-Vorrat in dem Rohr, wobei der obere Pegel des Vorrats niedriger ist, als der Durchgangskanal für die kontinuierliche Faser; und

d) Einrichtungen zum Suspendieren der Mikroteilchen in dem Rohr, wobei die Mikroteilchen mit der Faser in Berührung kommen und auf die Oberfläche der Faser aufgeschichtet werden können.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der das horizontale Rohr ein umgekehrter Bogen ist, wobei der untere Teil des Rohrs den Mikroteilchen-Vorrat bildet.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der die Einrichtungen zum Suspendieren der Mikroteilchen einen Schwingungsgenerator einschließen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der der Schwingungsgenerator mit einer Frequenz in dem Bereich von zwischen 1.000 und 3.000 Perioden pro Minute und einer Amplitude von ungefähr einem Millimeter oder weniger arbeitet