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Bereich der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine biosynthetische Biomembran,
die als Ersatzmaterial und/oder als ein Induktor einer Neubildung
von Organen und Geweben oder als ein Träger zur Adhäsion und für das Wachstum von Mikroorganismen,
Zellen und Geweben, ebenso wie für
das Zusammenwirken von chemischen und/oder therapeutischen Zwecken in
vitro und in vivo verwendet werden kann.
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Hintergrund
der Erfindung
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Bis
zum gegenwärtigen
Zeitpunkt ist kein Material entwickelt worden, um in menschlichen
oder tierischen Körpern
als Induktor einer Neubildung von Organen oder Geweben verwendet
zu werden oder um als ein Stimulator der Angiogenese derartige Gewebe
oder Organe zu wirken, wobei es als ein Träger für das Wachstum von Mikroorganismen
und neuen Zellen in lebenden Organismen wirkt. Die meisten der im
Stand der Technik bekannten Produkte werden aus synthetischem Polymermaterial,
wie etwa Polypropylen, hergestellt. Dabei handelt es sich um inerte
Materialien, die beispielsweise bei der Korrektur von Defekten des
Abdomens und des Zwerchfells, als ein Ersatz für Herzklappen oder sogar als
Wundverbände,
ohne jedoch die Angiogenese und/oder Neubildung zu stimulieren,
verwendet werden.
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Allerdings
bieten die oben beschriebenen bekannten Materialien einige erhebliche
Nachteile, nämlich
das Risiko einer Infektion sowie ihre geringe Elastizität und in
einigen Fällen
ihre antigene Wirkung, da die Materialien heterogen sind.
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Als
eine Alternative zu dem Ersatz von einigen Organen oder Teilen davon
soll biologisches Material, das aus anderen Organen gewonnen wurde, verwendet
werden. Erläuternde
Beispiele sind Magen und Darm, die verwendet werden können, um den Ösophagus
zu ersetzen, und Darmstücke,
um die Blase zu ersetzen. Diese Technik erfordert allerdings die
Verwendung von komplizierten chirurgischen Verfahren, die während einer
ausgedehnten Operationszeit durchgeführt werden, was ein hohes Maß an Morbidität und Mortalität zur Folge
hat. Darüber hinaus
können
einige Organe, wie Nerven, der Penis oder die Trachea nicht durch
ein anderes Organ ersetzt werden.
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Deshalb
ist es ein Ziel der Erfindung, ein Material verfügbar zu machen, das geeignet
ist, um als ein Ersatz für
Gewebe und Organe verwendet zu werden oder um die Bildung neuer
Gewebe und Organe, die im Wesentlichen homogen sind, zu ermöglichen,
das die Eigenschaften einer hohen Elastizität bietet und keinerlei bedeutendes
Infektionsrisiko zeigt.
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Kurzfassung
der Erfindung
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Der
Gegenstand der Erfindung wird in den Ansprüchen definiert.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Biomembran, die zur Verwendung
bei der Substitution, Rekonstruktion und Induktion einer Angiogenese, Neubildung
oder Regeneration von menschlichen oder tierischen Organen oder
Geweben geeignet ist, welche das Polymerisationsprodukt von natürlichem Latex
als ihrem Hauptbestandteil umfasst.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Ersatzmaterial für menschliche oder tierische
Organe und Gewebe, welches eine Biomembran wie oben beschrieben enthält.
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Unter
einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Träger für das Wachstum
von Mikroorganismen und Zellen, der aus einer Biomembran wie oben
beschrieben hergestellt ist.
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Genaue Beschreibung
der Erfindung
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Jetzt
ist festgestellt worden, dass das Polymerisationsprodukt von natürlichem
Latex ausgezeichnete physikalische und chemische Eigenschaften verfügbar macht,
welches ein geeignetes Polymermaterial abgibt, das erfolgreich vorrangig
bei der Substitution, Rekonstruktion oder Regeneration einer großen Anzahl
von Organen oder Geweben von menschlichen oder tierischen Organismen
verwendet werden kann. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird natürlicher
Latex, der aus einem Gummibaum, ausgewählt aus Hevea brasiliensis, Parthenium
argentatum (Guayule), Ficus elastica und den davon abgeleiteten
Subspezies gewonnen wurde, verwendet wird. Besonders bevorzugt wird der
Latex von Hevea brasiliensis verwendet.
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Der
Begriff „Polymerisationsprodukt", wie hier verwendet,
bezeichnet die Produkte, die durch die spontane Polymerisation von
chemischen Verbindungen erhalten werden, die in dem natürlich vorkommenden
Latex vorhanden sind, sozusagen dem Latex, der direkt aus den Gummibäumen gewonnen wird.
Die Polymerisationsbedingungen können
in Abhängigkeit
von der speziellen Art des gewünschten Produkts
und der damit verbundenen Eigenschaften, die für jede einzelne zukünftige Anwendung
notwendig sind, variieren. Deshalb kann das Polymerisationsverfahren
auf jede übliche
und herkömmliche Weise
durchgeführt
werden, vorausgesetzt, dass es die biologische Aktivität der chemischen
Bestandteile des ursprünglichen
Latex bewahrt, vor allem das Protein, das die Angiogenese stimuliert.
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Eine
der verbesserten Eigenschaften der Biomembran der vorliegenden Erfindung
ist, dass ihre Oberfläche,
die der zellulärer
Membranen ähnelt,
die zelluläre
Verankerung und das Zusammenwirken der Erkennung zwischen den biologischen
Oberflächen möglich macht,
ohne auf die natürlichen
Mechanismen einer Abwehr gegen das Material einzuwirken, was für den fraglichen
Organismus schädlich
wäre. Die
Biomembran gemäß der Erfindung
ermöglicht und
stimuliert die Adhäsion
von Mikroorganismen und/oder Zellen, indem eine angemessene Umgebung
für deren
Entwicklung und Wachstum begründet
wird, die der physiologischen zellulären Wechselwirkung sehr nahe
ist. Sie stimuliert stark die Angiogenese, welche gemeinsam mit
den Adhäsionsproteinen
wie etwa Kollagen oder Polylysin die Vorgänge einer Geweberegeneration
bzw. -neubildung optimiert und organisiert.
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Ein
weiterer wichtiger Vorteil der vorliegenden Erfindung ist ihre Fähigkeit,
die Einführung
chemischer und/oder biologischer Substanzen von einfacher oder komplexer
Struktur anzunehmen, was von größter Wichtigkeit
ist, insbesondere in den Fällen,
in denen der Erhalt von konformativer Struktur für eine biologische Aktivität notwendig
ist. Diese Fähigkeit macht
es für
die Biomembran der vorliegenden Erfindung möglich, als ein Träger für das Zusammenwirken
von chemischen und/oder therapeutischen Zwecken verwendet zu werden.
Die Biomembran kann zu einer einfachen oder komplexen Prothese geformt sein,
beispielsweise, indem ein unvergleichliches Material zur Herstellung
oder als Prothese von Organen oder Geweben daraus gemacht wird.
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Die
Biomembran gemäß der Erfindung
wird deshalb Anwendung in der Klinik, dem Labor und der Industrie
finden. Im klinischen Bereich soll dieses Material zum Zweck des
Herstel lens einer Prothese zum Ersatz von Organen und Geweben, wie
etwa Ösophagus,
Magen, Darm, Arterien, Trachea, Nerven, Knochen, Haut, Bauchdecke,
Zwerchfell, Blase, Penis, Hoden und anderen, verwendet werden, ebenso
wie dazu, deren Regeneration oder Neubildung zu induzieren. Sie
wird auch dazu dienen, beim Verhüten
von Komplikationen zu helfen, die das Ergebnis der Verwendung einer
Gefäßprothese
sind, und anderen, indem eine derartige Prothese mit der Biomembran überzogen
wird. Soweit die Aspekte im Labor und in der Industrie betroffen
sind, soll der Zweck der Biomembran darin bestehen, der Träger für das Wachstum
von Mikroorganismen, Zellen und Geweben zu sein sowie das Zusammenwirken
von Substanzen bei diagnostischen und/oder therapeutischen Zielen
in vivo und in vitro. Da die Biomembranstruktur die Einführung von
Substanzen leicht ermöglicht,
wie etwa spezifische Antikörper
gegen bestimmt Erkrankungen, kann sie beispielsweise zur Aids-Diagnostik
verwendet werden. In diesem Fall wird die Biomembran, die mit einer
antiviralen Sequenz gegen HIV im Zusammenhang steht, mit den biologischen
Flüssigkeiten
eines Patienten unter Verwendung von Fluoreszenzverfahren oder Bindungsreaktionen
zum gewünschten
Nachweis reagieren gelassen.
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Die
klinische Verwendung eines Produkts in Übereinstimmung mit der Erfindung
als grundlegendem Material zum Herstellen einer Prothese, das als ein
Induktor einer Neubildung von Organen und Geweben wirkt, macht eine
bedeutende Verbesserung der Lebensqualität der Patienten verfügbar, deren Organe,
wie etwa Ösophagus,
Darm, Blase, Penis, Nerven, Trachea, Knochen, Haut, Weichteilgewebe von
Gliedern und anderen, aus jedem erdenklichen Grund entfernt oder
verletzt wurden oder nicht richtig funktionieren.
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Die
Verwendung einer Biomembran als Träger für das Wachstum von Zellen in
vivo und/oder in vitro ermöglicht
ihre Verwendung als Träger
zur homologen oder heterologen Transplantation zur Verwendung beispielsweise
bei der Behandlung von Hautverbrennungen, bei der plastischen Rekonstruktion
nach ausgedehnter Hautaustrocknung, die durch Verletzungen oder
eine ästhetische
Korrektur verursacht wurde. Als ein Induktor der Granulierung verkürzt sie
beispielsweise die Zeit, die zum Heilen eines Ulcus cruris und von
schlecht durchbluteten Organen notwendig ist, zusätzlich zu
einer Zunahme der Geschwindigkeit des Heilungsvorganges der Bauchdecke
in Fällen
einer Peritoneotomie, was den Krankenhausaufenthalt von Patienten
verkürzt
und die Komplikationen, die von der Peritoneotomie stammen, reduzieren.
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Jeder,
der auf dem Fachgebiet sachkundig ist, wird unverzüglich erkennen,
dass die Biomembran der Erfindung nicht nur in Form eines geformten Artikels,
wie etwa einer Prothese verwendet werden kann, sondern sie kann
auch zu anderen therapeutischen Anwendungen formuliert werden, beispielsweise
in Form eines Gels, eines Puders, eines Sprays oder eines Schaums,
mit oder ohne Zusatz von chemischen und/oder biologischen Substanzen.
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Die
vorliegende Erfindung wird jetzt durch das folgende Beispiel besser
veranschaulicht werden, das jedoch nur eine bevorzugte Ausführung davon
betrifft und nicht als den allgemeinen Umfang der Erfindung beschränkend verstanden
werden soll.
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Beispiel
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Natürlicher
Latex, der aus dem Gummibaum Hevea brasiliensis gewonnen wurde,
wurde mit Ammonium behandelt und bei 8000 × g zentrifugiert und filtriert.
Danach wurde Kaliumhydroxid in einer Dosis von 2,5 g/kg eingeführt, wonach
die Emulsion ungefähr
30 Minuten ruhen gelassen wurde. Nach dieser Zeit wurde eine Suspension
aus Schwefel von 50%, 40 g/l Latex, unter langsamer Bewegung zugegeben, beibehalten
und 24 Stunden bei Raumtemperatur ruhen gelassen. Dann wurde Formaldehyd
mit einem pH-Wert zwischen 7,0 und 8,5, eingestellt mit Natriumhydroxid,
in vier aufeinanderfolgenden Phasen von jeweils 5,0 ml in zweistündigen Intervallen
zugegeben, was zu einem Gesamtvolumen von 20 ml führte, oder
bis das Ammonium neutralisiert war. Als nächstes wurde Polyvinylmethylether
(20 ml/l Latex) durch langsames Homogenisieren der Suspension während des
gesamten Verfahrens der Zugabe des Harzes zugegeben, wodurch eine
Membran gebildet wurde. Das Formen der sich ergebenden Biomembran
wurde durch ihre Polymerisation über
der Oberfläche
mit Mustern erreicht, die speziell für die Herstellung einer Prothese
oder von Trägern
entwickelt wurden, gefolgt von aufeinanderfolgenden Bädern der
Form in der Verbindung und einem Erwärmungsschritt, der bei einer
Temperatur von weniger als 80°C
durchgeführt
wurde.
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Dann
wurden Polylysine in einer Konzentration von 0 bis 1% und 0 bis
2% Kollagen eingeführt, und
schließlich
wurde die Makrobiomembran mit Ethylenoxid sterilisiert.