ES2211722T3 - Soporte para el trasplante de condrocitos para la reparacion de cartilago y articulaciones. - Google Patents

Abstract

Una estructura de reparación de cartílago para reparar una imperfección en cartílago articular que comprende: - un componente sin células, teniendo dicho componente una superficie porosa y una superficie densa; y - células de condrocitos adheridas a dicha superficie porosa de dicho componente.

Description

Soporte para el transplante de condrocitos para la reparación de cartílago y articulaciones.

La invención inmediata se refiere al campo del trasplante de condrocitos, injerto de hueso y de cartílago, curación, reparación de articulaciones y a la prevención de afecciones artríticas. Se describen métodos para la preparación del sitio de injerto, instrumentos para tal preparación y para el trasplante autógeno de células al sitio de injerto preparado.

Se llevan a cabo más de 500.000 procedimientos artroplásicos y artroplastias totales cada año en los Estados Unidos. Se lleva a cabo aproximadamente el mismo número de procedimientos similares en Europa. Se incluyen en estas cifras aproximadamente 90.000 artroplastias de rodilla totales y alrededor de 50.000 procedimientos para reparar imperfecciones en la rodilla por año en Europa. El número de procedimientos es esencialmente el mismo en los EE.UU. (En: Praemer A., Furner S., Rice, D.P., Musculoskeletal conditions in the United States, Academia Americana de Cirujanos Ortopédicos, Park Ridge, III, 1.992, 125). Lo más útil sería un método para regeneración-tratamiento de cartílago y se podía llevar a cabo en una etapa más temprana del daño de la articulación, reduciendo de ese modo el número de pacientes que necesita cirugía de artroplastia articular. Con tales métodos de tratamiento preventivos, también disminuiría el número de pacientes que desarrolla artrosis.

Con las técnicas usadas para regenerar la superficie de la estructura del cartílago en articulaciones, se ha intentado principalmente producir la reparación de cartílago usando perforación subcondral, abrasión y otros métodos por los que hay excisión de cartílago enfermo y hueso subcondral, dejando expuesto hueso esponjoso vascularizado (Insall, J., Clin. Orthop. 1.974, 101,61; Ficat R.P. et al., Clin. Orthop, 1.979, 144, 74; Johnson L.L., En: Operative Arthroscopy, McGinty J.B., Ed., Raven Press, Nueva York, 1.991, 341).

Coon y Cahn (Science 1.966, 153, 1.116) describieron una técnica para el cultivo de células que sintetiza cartílago a partir de somitas de embrión de pollo. Más tarde, Cahn y Lasher (PNAS, EE.UU. 1.967, 58, 1.131) usaron el sistema para análisis de la implicación de la síntesis de ADN como un requisito previo para la diferenciación de cartílago. Los condrocitos responden tanto al factor de crecimiento epidérmico, EFG, como al factor de crecimiento fibroblástico, FGF (ambos por sus siglas en inglés), por crecimiento (Gospodarowicz y Mescher, J. Cell Physiology 1.977, 93, 117), pero por último pierden su función diferenciada (Benya et al., Cell 1.978; 15, 1.313). Se describieron métodos para el crecimiento de condrocitos y se están usando principalmente con ajustes mínimos por Brittberg, M. et al., (New Engl. J. Med. 1.994, 331, 889). Se usaron células que se hicieron crecer usando estos métodos, como trasplantes autógenos en articulaciones de rodilla de pacientes. Adicionalmente, Kolettas et al. (J. Cell Science 1.995, 108, 1.991) examinaron la expresión de moléculas especificas de cartílago tales como colágenos y proteoglucanos en cultivo celular prolongado. Encontraron que a pesar de cambios morfológicos durante el cultivo en cultivos en capa única (Aulthouse, A. et al., In Vitro Cell Dev. Biol., 1.989, 25, 659; Archer, C. et al., J. Cell Sci. 1.990, 97, 361; Hänselmann, H. et al., J. Cell Sci. 1.994, 107, 17; Bonaventure, J., et al., Exp. Cell Res. 1.994, 212, 97) en comparación con cultivos en suspensión que han crecido sobre geles de agarosa, perlas de alginato o como cultivos de tipo spinner (que retienen una morfología celular circular) ensayados por diversos científicos, no cambiaron los marcadores indicadores de condrocitos, tales como colágenos de tipos II y IX y no cambiaron los proteoglucanos de gran aglutinación, agrecano, versicano y proteína de enlace (Kolettas, E. et al., J. Cell Science, 1.995, 108, 1.991).

Los condrocitos articulares son células derivadas mesenquimatosas especializadas, encontradas exclusivamente en el cartílago. El cartílago es un tejido avascular cuyas propiedades físicas dependen de la matriz extracelular producida por los condrocitos. Durante la osificación endocondral los condrocitos experimentan una maduración que conduce a hipertrofia celular, caracterizada por el comienzo de expresión de colágeno de tipo X (Upholt, W.B. y Olsen, R.R., En: Cartilage Molecular Aspects (Autores Hall, B y Newman, S) CRC Boca Raton 1.991, 43; Reichenberger, E. et al., Dev. Biol. 1.991, 148, 562; Kirsch, T. et al., Differentiation, 1.992, 52, 89; Stephens, M. et al., J. Cell Sci. 1.993, 103, 1.111).

También se produce excesiva degradación de colágeno de tipo II en las capas externas o superficies articulares de las articulaciones por artrosis. La red de colágeno se debilita de acuerdo con esto y con posterioridad se desarrolla fibrilación por lo que se pierden sustancias de la matriz tales como proteoglucanos y finalmente se desplazan completamente. Tal fibrilación de cartílago con artrosis, debilitado, puede conseguir bajar al cartílago calcificado y al hueso subcondral (Kempson, G.E. et al., Biochim. Biophys, Acta 1.976, 428, 741; Roth, V y Mow, V.C., J. Bone Joint Surgery, 1.980, 62A, 1.102; Woo, S.L.-Y et al., en Handbook of Bioengineering (autores R. Skalak y S. Chien), McGraw-Hill, Nueva York, 1.987, págs 4.1-4.44).

Se pueden encontrar descripciones del desarrollo básico, histología y anatomía microscópica de hueso, cartílago y otros de tales tejidos conjuntivos, por ejemplo, en Wheater, Burequipot y Daniels, Functional Histology, 2ª Edición (Churchill Livingstone, Londres, 1.987, Cap. 4). Se pueden encontrar descripciones de la histología básica de imperfecciones en hueso, cartílago y otro tejido conjuntivo, por ejemplo, en Wheater, Burequipot, Stevens y Lowe, Basic Histopathology, (Churchill Livingstone, Londres, 1.985, Cap. 21).

A pesar de los avances en cultivo de condrocitos y manipulación de hueso y cartílago, no ha habido gran éxito con los intentos para trasplantar cartílago o condrocitos para la reparación de superficies de articulaciones dañadas. Las explicaciones de la invención inmediata proporcionan medios eficaces y eficientes de fomentar el trasplante de cartílago y/o condrocitos en una imperfección en una prótesis articular u otra superficie ósea cubierta de cartílago, por los que se regenera cartílago para reparar la imperfección. La invención inmediata también proporciona instrumentos quirúrgicos que se diseñan para preparar el sitio de injerto de manera que se facilite la integración eficiente de material injertado al sitio de injerto. En la patente WO 96/24.310, la patente de EE.UU. A-4.846.835 y la patente WO 95/30.742 se describen estructuras de reparación de cartílago.

El objeto de la invención se define en las reivindicaciones.

La invención inmediata proporciona una estructura de reparación de cartílago que se puede usar en un método para el tratamiento eficiente de cartílago de superficies de prótesis articulares por el trasplante de condrocitos en una matriz adecuada, a una superficie que se tiene que tratar, con una barrera hemostática y una placa de recubrimiento sin células que comprende: primero, poner una barrera hemostática proximal a la superficie que se tiene que tratar, poner condrocitos en una matriz adecuada en la superficie que se tiene que tratar distal a la barrera hemostática, cubrir la superficie que se tiene que tratar con una placa de recubrimiento sin células. Una barrera hemostática, como se describirá además a continuación, es una barrera que inhibe o evita la penetración de células y tejido de vascularización en el material injertado. En particular, el método inmediato proporciona una barrera hemostática que es un material semipermeable, reabsorbible, que inhibe o prohibe la infiltración vascular por la barrera. En una realización, la barrera hemostática contiene colágeno. Sin células, se usa en la presente memoria como en la técnica y quiere decir un material que está sustancialmente exento de células sanas que es capaz de división celular adicional, difusión o actividad biológica. En una realización preferida, un material sin células está exento de todas las células nucleadas sanas. En una realización, se puede usar una placa de recubrimiento sin células que contenga una matriz de colágeno semipermeable. En una realización preferida, la superficie porosa de la placa de recubrimiento sin células se dirige hacia el material de implante.

La invención inmediata además proporciona una estructura de reparación de cartílago para el trasplante autógeno de colágeno o condrocitos a un sitio de injerto, en la que se ha preparado primero el sitio de injerto por manipulación quirúrgica para aceptar mejor el material injertado. En una realización, se tiene que escupir el sitio de injerto de manera que las paredes del sitio de injerto estén contorneadas en un modelo ondulado de manera que el material injertado, cuando se pone dentro del sitio de injerto y se expande para ponerse en contacto con la pared del sitio de injerto, tendrá resistencia contra la eliminación o expulsión del injerto completo desde el sitio de injerto. Se pueden usar instrumentos quirúrgicos diseñados para esculpir el sitio de injerto.

La presente invención se entenderá mejor examinando las siguientes figuras que ilustran ciertas propiedades de la invención inmediata en la que:

La figura 1A es un dibujo que muestra un extremo de articulación típico de un hueso. Típicamente, el material óseo se cubre en la superficie de la articulación con un material cartilaginoso.

La figura 1B muestra un ejemplo de donde tiene lugar una imperfección o lesión a la tapa cartilaginosa (hueco en el cartílago) y tal imperfección se puede tratar directamente, alargar ligeramente o esculpir para aceptar el material injertado por procedimientos quirúrgicos previamente al tratamiento.

La figura 1C muestra cómo se pone la barrera hemostática (numerada 1) dentro de la imperfección en la tapa de cartílago para inhibir o evitar vascularización en el cartílago que se está regenerando, desde el hueso subyacente. Los condrocitos que se tienen que implantar en la cavidad de la imperfección se estratifican después sobre la barrera hemostática.

La figura 2 es un dibujo que muestra la imperfección tratada (hueco en el cartílago) en la tapa cartilaginosa cubierta por un material semipermeable sin células (numerado 2) que se usa para formar una tapa/placa o venda sobre el sitio de la imperfección. Esta tapa se fija en su lugar, bien suturada al borde de la cavidad en cartílago sano o unida de otro modo. Esta tapa está cubriendo el área imperfecta de la articulación en que se ha puesto el trasplante de condrocitos/cartílago cultivados o se pondrá bajo la tapa parcialmente unida.

La figura 3A es un diagrama que ilustra la respuesta diferencial a fuerzas de compresión y de cizallamiento por cartílago más duro y más blando con zona posterior de demarcación.

La figura 3B ilustra el sitio de injerto, después de que se ha esculpido la imperfección para que tenga paredes onduladas.

La figura 3C ilustra el sitio de injerto esculpido con la barrera (1) hemostática, material (3) trasplantado y placa (2) de recubrimiento sin células, en su lugar, dentro del cartílago (4) de la superficie articular.

La figura 4A ilustra una realización del dispositivo quirúrgico de la invención inmediata que muestra dientes (5) de corte y clavo (6) de colocación saliente. Las ilustraciones de sección transversal, a la derecha, muestran dos posibles configuraciones de las hojas de corte.

La figura 4B ilustra una segunda realización del dispositivo quirúrgico de la invención inmediata.

La figura 5 es un diagrama que ilustra la respuesta diferencial modificada a las fuerzas de compresión y de cizallamiento por cartílago más duro y cartílago más blando después de esculpir el sitio de injerto.

La figura 6A es una Resonancia Magnética Nuclear de una rodilla de cerdo que muestra imperfección de cartílago en la epífisis (medial) izquierda.

La figura 6B es una Resonancia Magnética Nuclear de la misma rodilla de cerdo tres meses después de tratamiento.

Esta invención se refiere al uso de ciertos productos que inhiben la formación de tejido vascular, tal como por ejemplo bucles capilares que sobresalen en el cartílago que se está estableciendo, durante el procedimiento de trasplante autógeno de condrocitos en imperfecciones en el cartílago. La formación de tejido vascular a partir del hueso subyacente tenderá a sobresalir en el nuevo cartílago que se tiene que formar conduciendo a aspecto de células distinto de los condrocitos especializados mesenquimatosos deseados.

Las células contaminantes introducidas por la vascularización pueden dar lugar a invasión y proliferación en el cartílago que se tiene que formar por los condrocitos implantados. Uno de los tipos de productos comerciales que se puede usar en esta invención es Surgicel® (Ethicon Ltd., R.U.) que se puede absorber después de un periodo de 7-14 días. El uso de este material es contrario al uso normal de un dispositivo hemostático, tal como Surgicel®, como se describe en el inserto del envase de Ethicon Ltd.

Sorprendentemente, hemos encontrado que en una situación en que se desea inhibir la revascularización en el cartílago, un material hemostático actuará como un coagulante artificial parecido a un gel. Si deberían estar presentes glóbulos rojos dentro de la imperfección de espesor completo, de cartílago articular, que está tapado por tal barrera hemostática, estas células sanguíneas se cambiarán químicamente a hematina, y de ese modo se harán incapaces de inducir crecimiento vascular. De ese modo, un producto hemostático usado como barrera inhibitoria de revascularización con o sin adhesivos de fibrina, tal como por ejemplo el Surgicel®, es eficiente para la invención inmediata. De acuerdo con la invención se tiene que usar un componente sin células, que se use como una placa que cubra el área imperfecta de la articulación en que se están trasplantando los condrocitos/cartílago cultivados, usando condrocitos autógenos para el trasplante. También se considera el uso de condrocitos alogénicos o condrocitos xenogénicos adecuados para la reparación de una imperfección de cartílago.

De ese modo, se puede usar la estructura de reparación de cartílago de acuerdo con la invención inmediata, para la reparación o tratamiento eficiente de imperfecciones de cartílago en superficies óseas de prótesis articulares, que comprende: administrar un agente o dispositivo para bloquear la invasión vascular en el sitio del cartílago que se tiene que reparar, y también proporcionar una barrera sin células que aislará el sitio de reparación y mantendrá las células trasplantadas en su lugar. Se proporciona un componente de barrera hemostática para inserción en el sitio que se tiene que reparar de manera que haya inhibición eficiente de la vascularización en el sitio que se tiene que reparar; y una vez que se ponen los condrocitos que se tienen que trasplantar en el sitio que se tiene que reparar, se pone de tapa una barrera semipermeable sin células sobre el sitio de reparación de manera que los condrocitos trasplantados se mantengan en su lugar, pero aún sean capaces de lograr obtener acceso a los nutrientes.

Se han ejemplificado ciertos aspectos de la invención usando un sistema in vitro para estudiar el comportamiento de los condrocitos cuando se ponen en contacto con un cierto producto o una combinación de ciertos productos que inhibe la formación de tejido vascular. Este ensayo in vitro predice la habilidad de ciertos materiales ensayados para inhibir la vascularización, como tendrá lugar in vivo en el caso de que sobresalgan bucles capilares en el cartílago que se está estableciendo durante el procedimiento de trasplante autógeno de condrocitos en imperfecciones en el cartílago.

Los productos hemostáticos adecuados se caracterizarán por tener la habilidad de inhibir el crecimiento o invasión de tejido vascular, osteocitos, fibroblastos, etc., en el cartílago en desarrollo. Un material hemostático adecuado conseguirá el objetivo del método de la invención inmediata en que debería evitar la invasión vascular y celular en el cartílago en desarrollo, para optimizar la formación de cartílago y conseguir reparar el espesor completo de cualquier imperfección en el cartílago articular. Idealmente, la barrera hemostática será estable durante un periodo de tiempo prolongado suficiente para permitir la reparación de cartílago completa, y después es capaz de que se reabsorba o de otro modo se descomponga por el tiempo. Un material identificado como adecuado se denomina Surgicel® W1.912 (una celulosa estéril regenerada oxidada que contiene hemostásico, absorbible; Lot. GG3DH, Ethicon Ltd, R.U.). Otro ejemplo de un material adecuado es BioGide® (una placa matriz de colágeno de tipo I comercialmente disponible; Geistlich Söhne, Suiza).

Se puede encontrar comercialmente material de cola orgánica adecuado, tal como por ejemplo Tisseel® o Tissucol® (adhesivo a base de fibrina; Immuno AG, Austria), Proteína Adhesiva (Cat. A-2.707, Sigma Chemical, EE.UU.), y Adhesivo Médico B de Dow Corning (Cat. 895-3, Dow Corning, EE.UU.).

Los instrumentos quirúrgicos se pueden fabricar de metal y/o de plástico adecuado para hacer instrumentos quirúrgicos no re-utilizables de un solo uso o re-utilizables de múltiples usos. El instrumento de corte puede contener dientes de corte que sean completamente redondos o planos, o algo intermedio. Como el cartílago es un material relativamente blando puede ser ventajoso para fabricar bordes de corte de plástico endurecido que serán capaces de esculpir cartílago sin que sean capaces de dañar hueso. Tales instrumentos de corte se pueden fabricar para incorporar aberturas para la administración de fluido, eliminación por succión de partículas de corte y fluido e hilos de fibra óptica para iluminación y visualización del sitio de la imperfección.

Se pueden entender mejor ciertos aspectos de la invención inmediata como se ilustra por los siguientes ejemplos, que se quieren decir por medio de ilustración y no de limitación.

Ejemplo 1

Para el Surgicel® que se tiene que usar de acuerdo con la invención para evitar el desarrollo de vasos sanguíneos en cartílago implantado autógeno o condrocitos, se trató primero el Surgicel® con un fijador tal como glutaraldehído. En pocas palabras, se trató Surgicel® con glutaraldehído al 0,6% durante 1 minuto, seguido por diversos lavados para eliminar residuos de glutaraldehído que de otro modo podían ser tóxicos para el tejido. Alternativamente, se trató el Surgicel® con el adhesivo de fibrina denominado Tisseel®, previamente al tratamiento con glutaraldehído, como se describe en el Ejemplo 2. Se encontró que el Surgicel® fijado, por ejemplo, con un fijador tal como glutaraldehído, lavado con solución salina fisiológica estéril (0,9%) y guardado en frigorífico, no se disolvió durante 1 a 2 meses. En general, Surgical se reabsorbe en un periodo entre 7 y 14 días. Este tiempo sería demasiado corto, porque se necesita un tiempo más largo para evitar el desarrollo de vasos sanguíneos o vascularización como el de la estructura ósea en el cartílago implantado antes de que hayan crecido los condrocitos implantados en una capa de cartílago sólido, consiguiendo sus requerimientos de nutrición a partir del cartílago cercano. En otras palabras, se necesita suficiente inhibición de la vascularización durante un tiempo más prolongado tal como, por ejemplo, un mes. Por lo tanto, el producto no se debería absorber significativamente previamente a ese tiempo. Por otra parte, se necesita finalmente reabsorción. Por lo tanto, el material orgánico usado como barrera de inhibición tendrá estas capacidades, y se ha encontrado que el Surgicel® tratado de esta manera proporciona esa función.

Ejemplo 2

El Surgicel® también se recubrió con una cola orgánica, en este ejemplo la cola usada fue Tisseel®, pero también se pueden usar otras. Este producto, junto con el Surgicel® produce una barrera que se puede usar para el propósito particular de la invención. Se podía usar cualquier otra barrera inhibidora de hemostásico o vascular. El Tisseel® se mezcló como se describe a continuación. El Surgicel® se recubrió después con Tisseel® por pulverización del material Surgicel® en ambos lados hasta que se empapó. Se permitió después que el Tisseel® (cola de fibrina) solidificara a temperatura ambiente. Inmediatamente antes de la solidificación completa, se puso entonces el Surgicel®, recubierto en glutaraldehído al 0,6%, durante 1 minuto y después se lavó con solución salina fisiológica (0,9%), estéril. El pH se ajustó después por amortiguador salino de fosfatos, PBS (por sus siglas en inglés), y/o con NaOH hasta que el pH fue estable a, 7,2 a 7,4. Más tarde, el Surgicel® tratado de ese modo se lavó después en medio de cultivo de tejido, tal como medio esencial mínimo/F12 con amortiguador Hepes 15 mM.

Como se menciona en este ejemplo, hemos usado Tisseel® como adhesivo de fibrina para recubrir el Surgicel®. Además, también se puede aplicar directamente el adhesivo o cola de fibrina en el fondo de la lesión hacia el hueso, en que se pega el Surgicel®. El sistema in vitro usado, en lugar de ensayo in vivo, consistió en una placa no re-utilizable estéril, de 6 pozos, Delta, de NUNCLON™, para trabajo de investigación celular (NUNC, InterMed, Roskilde, Dinamarca). Cada pozo midió aproximadamente 4 cm de diámetro.

En la invención, el adhesivo de fibrina puede ser cualquier adhesivo que junto con el componente de fibrina produzca una cola que se pueda tolerar en seres humanos (Ihara, N et al., Burns Incl. Therm. Inj. 1.984, 10, 396). La invención también cuenta con cualquier otro componente de cola que se pueda usar en lugar del adhesivo de fibrina. En esta invención usamos Tisseel® o Tissucol® (Immuno AG, Viena, Austria). El equipo de Tisseel® consiste en los siguientes componentes:

Tisseel®, una proteína coagulable que contiene sellador inactivado de virus, liofilizado, del mismo: fibrinógeno, Fibronectina del plasma (CIG) y Factor XIII y Plasminógeno.

Solución de Aprotinina (bovina)

Trombina 4 (bovina)

Trombina 500 (bovina)

Solución de Cloruro de Calcio

El equipo de Tisseel® contiene un Sistema de Aplicación DUPLOJECT®. El adhesivo de fibrina o el material de sellado de dos componentes, que se usa en el equipo de Tisseel®, se combina de la siguiente manera de acuerdo con la lámina de inserto del producto Immuno AG:

Ejemplo 3

Se hicieron crecer condrocitos en medio de cultivo esencial mínimo que contenía HAM F12 y amortiguador Hepes 15 mM y 5 a 7,5% de autosuero, en una incubadora de CO_{2} a 37ºC y se manipularon en un laboratorio de Clase 100 en Verigen Europe A/S, Symbion Science Park, Copenhague, Dinamarca. Se pueden usar otras composiciones de medio de cultivo para cultivar los condrocitos. Las células se tripsinizaron usando tripsina y AEDT durante 5 a 10 minutos y se contaron usando coloración de viabilidad de Azul de Trypan en una cámara Bürker-Türk. El hemograma se ajustó a 7,5 x 10^{5} células por ml. Una placa de NUNCLON™ estuvo destapada en el laboratorio de Clase 100.

Se cortó la barrera hemostática de Surgicel® a un tamaño adecuado, ajustado al fondo del pozo en la bandeja de cultivo de tejido de NUNCLON™. En este caso un círculo, de un tamaño de aproximadamente 4 cm (pero podía ser de cualquier tamaño posible) y se puso en condiciones asépticas en el fondo, en el pozo, en una placa no re-utilizable estéril, de 6 pozos, Delta, de NUNCLON™, para trabajo de investigación celular (NUNC, InterMed, Roskilde, Dinamarca). La barrera hemostática que se tenía que poner en el fondo del pozo, se trató previamente como se describe en el Ejemplo 1. Este tratamiento demoró la absorción del Surgicel significativamente. Se lavó después esta barrera hemostática varias veces en agua destilada y varias veces con posterioridad, hasta que se lavó el glutaraldehído no reaccionado. Se aplicó una pequeña cantidad del medio de cultivo celular que contenía suero, para que se absorbiera en la barrera hemostática y se mantuviera húmeda al mismo tiempo la barrera hemostática en el fondo del pozo.

Se pusieron directamente aproximadamente 10^{6} células en 1 ml de medio de cultivo, en la parte de arriba de la barrera hemostática, dispersadas sobre la superficie de la barrera hemostática, tratada previamente con glutaraldehído al 0,4%, como se describió anteriormente. La placa se incubó después en una incubadora de CO_{2} a 37ºC, durante 60 minutos. Una cantidad de 2 a 5 ml de medio de cultivo de tejido que contenía 5 a 7,5% de suero se añadió cuidadosamente al pozo que contenía las células evitando salpicar las células por soportar la punta de la pipeta tangencial al lado del pozo cuando se estaba expulsando el medio. Se mostró que el pH del medio era demasiado bajo (pH \sim 6,8). Se ajustó después el pH a 7,4 a 7,5. Al día siguiente, algunos condrocitos habían empezado a crecer sobre la barrera hemostática, dispuestos en grupos. Algunas de las células habían muerto debido a la exposición a pH bajo previamente al ajuste del pH. La placa se incubó durante 3 a 7 días con cambio de medio el día 3.

Al final del periodo de incubación se decantó el medio y se añadió glutaraldehído al 2,5% criocongelado que contenía sal de sodio 0,1 M de ácido dimetilarsínico (también denominado cacodilato de sodio, se ajustó el pH con HCl a 7,4), como fijador para la preparación de la célula y el soporte (barrera hemostática) para preparación posterior para microscopía electrónica.

Ejemplo 4

Se hicieron crecer condrocitos en medio de cultivo esencial mínimo que contenía HAM F12 y amortiguador Hepes 15 mM y autosuero de 5 a 7,5%, en una incubadora de CO_{2} a 37ºC y se manipularon en un laboratorio de Clase 100 en Verigen Europe A/S, Symbion Science Park, Copenhague, Dinamarca. Se pueden usar otras composiciones de medio de cultivo para cultivar los condrocitos. Las células se tripsinizaron usando tripsina y AEDT durante 5 a 10 minutos y se contaron usando coloración de viabilidad de Azul de Trypan en una cámara Bürker-Türk. El hemograma se ajustó a 7,5 x 10^{5} células por ml. Una placa de NUNCLON™ estuvo destapada en el laboratorio de Clase 100.

Se trató el Surgicel® (para uso como barrera hemostática) con glutaraldehído al 0,6%, durante un minuto, como se describió en el Ejemplo 1, y se lavó con solución de cloruro de sodio estéril, al 0,9% o, preferiblemente, con un amortiguador tal como amortiguador PBS o el medio de cultivo tal como MEM/F12, debido a que el pH después del tratamiento de glutaraldehído es 6,8 y preferiblemente debería ser 7,0 a 7,5. Se aplicó el Tisseel® en ambos lados del Surgicel® usando el sistema DUPLOJECT®, recubriendo de ese modo ambos lados del Surgicel®, la placa que se deseaba usar, con adhesivo de fibrina. Se dejó que se secara la cola en condiciones asépticas, durante al menos 3 a 5 minutos. La barrera hemostática "recubierta" se puso en el fondo del pozo en una placa no re-utilizable estéril, de 6 pozos, Delta, de NUNCLON™, para trabajo de investigación celular. Se aplicó una pequeña cantidad de medio de cultivo de tejido que contenía suero, para que se absorbiera en la barrera hemostática. Se pusieron directamente aproximadamente 10^{6} células en 1 ml de medio de cultivo de tejido que contenía suero, en la parte de arriba del Hemostásico, dispersadas sobre la superficie de la barrera hemostática. La placa se incubo después en una incubadora de CO_{2} a 37ºC, durante 60 minutos. Se añadió cuidadosamente una cantidad de 2 a 5 ml de medio de cultivo de tejido que contenía 5 a 7,5% de suero, al pozo que contenía las células, evitando salpicar las células por soportar la punta de la pipeta tangencial al lado del pozo cuando se estaba expulsando el medio. Después de 3 a 6 días, el examen microscópico mostró que las células se estaban adhiriendo a, y estaban creciendo en el Surgicel® de una manera satisfactoria, sugiriendo que el Surgicel® no mostraba toxicidad a los condrocitos y que los condrocitos crecían de una manera satisfactoria en el Surgicel®.

La placa se incubó durante 3 a 7 días con cambio de medio el día 3. Al final del periodo de incubación se decantó el medio y se añadió glutaraldehído al 2,5% criocongelado que contenía sal de sodio 0,1 M de ácido dimetilarsínico, también denominada cacodilato de sodio, se ajustó el pH con HCl a 7,4, como fijador para la preparación de la célula y el soporte (barrera hemostática) para preparación posterior para microscopía electrónica.

Ejemplo 5

Se hicieron crecer condrocitos en medio de cultivo esencial mínimo que contenía HAM F12 y amortiguador Hepes 15 mM y 5 a 7,5% de autosuero, en una incubadora de CO_{2} a 37ºC y se manipularon en un laboratorio de Clase 100 en Verigen Europe A/S, Symbion Science Park, Copenhague, Dinamarca. Las células se tripsinizaron usando tripsina y AEDT durante 5 a 10 minutos y se contaron usando coloración de viabilidad de Azul de Trypan en una cámara Bürker-Türk. El hemograma se ajustó a 7,5 x 10^{5} a 2 x 10^{6} células por ml. Una placa de NUNCLON™ estuvo destapada en el laboratorio de Clase 100.

Se ha encontrado que se puede usar el Bio-Gide® como membrana de dos capas reabsorbible, que se usará como la placa o la venda que cubre el área imperfecta de la articulación en que se están trasplantando los condrocitos cultivados así como la barrera hemostática. El Bio-Gide® es una membrana de colágeno puro obtenida por procedimientos de fabricación controlados, normalizados, (por E.D: Geistlich Söhne AG, CH-6.110 Wolhusen). El colágeno se extrae de cerdos veterinariamente certificados y se purifica cuidadosamente para evitar reacciones antigénicas, y se esteriliza en ampollas dobles por irradiación \gamma. La membrana de dos capas tiene una superficie porosa y una superficie densa. La membrana se prepara de colágeno de tipo I y de tipo III sin reticulación o tratamiento químico, adicional. El colágeno se reabsorbe en 24 semanas. La membrana retiene su integridad estructural incluso cuando está húmeda y se puede fijar por suturas o clavos. También se puede "pegar" la membrana usando adhesivo de fibrina tal como Tisseel® al cartílago o tejido cercano bien en lugar de suturas o junto con suturas.

El Bio-Gide® estuvo destapado en un laboratorio de clase 100 y se puso en condiciones asépticas en el fondo de los pozos en una placa no re-utilizable estéril de 6 pozos, Delta, de NUNCLON ™, para trabajo de investigación celular, bien con la superficie porosa de la membrana de dos capas boca arriba o con la superficie densa boca arriba. Se pusieron directamente aproximadamente 10^{6} células en 1 ml de medio de cultivo de tejido que contenía suero, sobre la parte de arriba del Bio-Gide®, dispersadas bien sobre la superficie porosa o la densa del Bio-Gide®. La placa se incubó después en una incubadora de CO_{2} a 37ºC, durante 60 minutos. Se añadió cuidadosamente una cantidad de 2 a 5 ml de medio de cultivo de tejido que contenía 5 a 7,5%, de suero, al pozo que contenía las células, evitando salpicar las células por soportar la punta de la pipeta tangencial al lado del pozo cuando se estaba expulsando el medio.

El día 2, después de que se pusieran los condrocitos en el pozo que contenía el Bio-Gide®, se examinaron las células en un microscopio invertido Nikon. Se observó que algunos condrocitos se habían adherido al borde del Bio-Gide. No fue posible por supuesto ser capaz de mirar por el Bio-Gide® mismo usando este microscopio.

La placa se incubó durante 3 a 7 días con cambio de medio el día 3. Al final del periodo de incubación se decantó el medio y se añadió glutaraldehído al 2,5% criocongelado, que contenía sal de sodio 0,1 M de ácido dimetilarsínico, también denominada cacodilato de sodio, se ajustó el pH con HCl a 7,4, como fijador para la preparación de la célula y el soporte de Bio-Gide® con las células bien cultivadas sobre la superficie porosa o la superficie densa. Las placas de Bio-Gide® se enviaron después para microscopía electrónica al Departamento de Patología, Hospital Herlev, Dinamarca.

La microscopía electrónica mostró que los condrocitos cultivados sobre la superficie densa del Bio-Gide® no crecían en la estructura de colágeno del Bio-Gide®, mientras las células cultivadas sobre la superficie porosa sí crecieron, en efecto, en la estructura de colágeno y además, mostró la presencia de proteoglucanos y no mostró señales de estructuras de fibroblastos. Este resultado mostró que cuando la placa de colágeno, como por ejemplo una placa de Bio-Gide®, se cose como una placa que cubre una imperfección de un cartílago, la superficie porosa estará boca abajo hacia la imperfección en que se tienen que inyectar los condrocitos cultivados. Entonces serán capaces de penetrar el colágeno y producir una superficie de cartílago lisa de acuerdo con la superficie sana, y se acumulará en este área una capa lisa de proteoglucanos. Mientras que, si la superficie densa del colágeno está boca abajo en la imperfección, los condrocitos que se tienen que implantar no se integrarán con el colágeno, y las células no producirán la misma superficie lisa como se describió anteriormente.

Ejemplo 6

Se hicieron crecer condrocitos en medio de cultivo esencial mínimo que contenía HAM F12 y amortiguador Hepes 15mM y 5 a 7,5% de autosuero, en una incubadora de CO_{2} a 37ºC y se manipularon en un laboratorio de Clase 100 en Verigen Europe A/S, Symbion Science Park, Copenhague, Dinamarca. Las células se tripsinizaron usando tripsina y AEDT durante 5 a 10 minutos y se contaron usando coloración de viabilidad de Azul de Trypan en una cámara Bürker-Türk. El hemograma se ajustó a 7,5 x 10^{5} a 2 x 10^{6} células por ml. Una placa de NUNCLON™ estuvo destapada en el laboratorio de Clase 100.

También se puede usar el Bio-Gide® usado como membrana de dos capas reabsorbible, junto con una cola orgánica tal como Tisseel® con contenido significativamente mayor, adicional, de Aprotinina que el que normalmente se encuentra en Tisseel®, como se describe en el inserto del producto. Aumentando el contenido de Aprotinina a aproximadamente 25.000 KUI/ml, se demorará la reabsorción del material por semanas en lugar del intervalo normal de días.

Para ensayar esta característica in vitro, se aplicó el Tisseel® al fondo del pozo de la placa de NUNCLON™ y se permitió que solidificara incompletamente. Se aplicó después una placa de colágeno, tal como una Bio-Gide®, sobre el Tisseel® y se pegó al fondo del pozo. Esta combinación de Bio-Gide® y Tisseel® se diseñó para que fuera una barrera hemostática que inhibiera o evitara el desarrollo o infiltración de vasos sanguíneos en el área de trasplante de condrocitos. Esta placa de colágeno híbrido se puede usar ahora tanto como barrera hemostática en el fondo de la lesión (lo más proximal a la superficie que se tiene que reparar) como también como soporte para formación de cartílago debido a que la superficie distal puede ser el lado poroso de la placa de colágeno, y de ese modo estimular la infiltración de condrocitos y matriz de cartílago. De ese modo, esta placa de colágeno híbrido también se puede usar para cubrir la parte de arriba del implante con la superficie porosa de colágeno dirigida hacia abajo, hacia los condrocitos implantados y la barrera que está formando la parte de arriba. La placa de colágeno híbrido con componente de Aprotinina elevado, sin ninguna cola orgánica, tal como Tisseel®, también se puede usar y poner dentro de la imperfección directamente, adhiriéndose por fuerzas naturales. De ese modo se puede usar la placa de colágeno tanto como la barrera hemostática como el recubrimiento sin células del sitio de reparación/trasplante, con las superficies porosas de las placas orientadas hacia los condrocitos/cartílago trasplantados. Otra variante usaría una placa de colágeno que consta de colágeno de tipo II (es decir, de Geistlich Sohne AG, CH-6.110 Wolhusen).

De ese modo, la invención inmediata proporciona una placa de colágeno híbrido en el caso de que dicha placa sea una matriz de colágeno con niveles elevados de componente de aprotinina, preferiblemente aproximadamente 25.000 KUI/ml, conjuntamente con una cola matriz orgánica, en el caso de que el componente de colágeno sea similar al material de dos capas reabsorbible de Bio-Gide® o colágeno de Tipo II y la cola orgánica sea similar al material de Tisseel®. En otra realización, no se usa en la placa de colágeno híbrido ninguna cola orgánica para su adhesión al sitio de la reparación.

Ejemplo 7

Debido a la estructura debilitada del cartílago artrítico, se puede inhibir la adherencia de los condrocitos autógenos cultivados, trasplantados a un sitio de injerto en cartílago imperfecto, creando de ese modo una zona marginal (zona de demarcación) entre el cartílago/los condrocitos recién implantado(s) y el cartílago establecido circundante. Esta zona marginal estará lo más pronunciada si se prepara el sitio de injerto para el injerto creando paredes lisas, rectas, cortadas de una manera lineal. Las fuerzas de cizallamiento y de compresión a través de tal zona marginal (como se ilustra en la Figura 3A) ejercerán gran fuerza para sacar el injerto cuando se corte el sitio de injerto de una manera lineal. Esta zona marginal y desplazamiento diferencial de materiales a lo largo de esta zona inhibirá la curación confluente entre el material injertado y el material circundante. Este cizallamiento de la zona marginal se exacerba cuando es diferente la dureza del material confinado. En muchos casos el material de injerto es más blando que el material circundante, sin embargo, en algunos casos de artrosis, el cartílago circundante puede, de hecho, ser más blando que los condrocitos/el cartílago implantados.

Por lo tanto, para resolver este problema, se pueden usar instrumentos quirúrgicos para esculpir las paredes del sitio de injerto de manera que las paredes no sean lineales y proporcionar de ese modo superficies onduladas que reducirán el cizallamiento de la zona marginal, y proporcionar anclaje para el material injertado. También es posible conformar el sitio de injerto de manera que el diámetro del sitio proximal a la superficie ósea sea de una dimensión mayor que la abertura distal al hueso y a la superficie del cartílago que se tiene que reparar, de manera que haya un efecto de "embudo invertido". Una abertura estrechada en la superficie ayudará a reducir cizallamiento de la zona marginal y la expulsión de material de injerto desde el sitio de injerto. Se prefiere esculpir las paredes del sitio de injerto de una manera similar a una abertura de rosca para recibir un perno o tornillo (como se ilustra en la Figura 3B), proporcionando de ese modo resistencia mecánica a la compresión y o eyección del material injertado desde el sitio de injerto que se puede describir como roscado "macho" y "hembra".

Los instrumentos quirúrgicos se pueden fabricar de metal y/o plástico adecuado para hacer instrumentos quirúrgicos no re-utilizables, de un único uso, o re- utilizables de usos múltiples. Como el cartílago es un material relativamente blando, puede ser ventajoso fabricar bordes de corte de plástico endurecido que serán capaces de esculpir cartílago sin que sean capaces de dañar el hueso. Tales instrumentos de corte se pueden fabricar para incorporar aberturas para la administración de fluido, eliminación por succión de partículas de corte y fluido e hilos de fibra óptica para iluminación y visualización del sitio de la imperfección. En ciertos instrumentos, la base del instrumento puede tener estructura con puntos salientes o similar a un clavo, que ayudará a guiar y poner el instrumento en el sitio de injerto. Por supuesto tal clavo se diseñaría para minimizar el daño al hueso subyacente.

Al tiempo que la superficie de corte del instrumento puede ser de un único diente o de dientes múltiples, o describir un modelo similar a un tornillo tal como el de un tapón de metal usado para generar agujeros roscados en partes de metal, la característica requerida del instrumento de corte es que los lados esculpidos resultantes, del sitio de injerto, sean ondulados y no lineales. Por ejemplo, en ciertos casos, se puede conformar el borde de corte del instrumento similar a lo mostrado en la Figura 4A o como en la Figura 4B. El borde de corte puede ser plano o circular en que envuelve el diámetro del instrumento de corte. Se pueden diseñar muchas otras conformaciones para crear una interfase que proporcione resistencia mecánica a reacción diferencial a fuerzas de compresión y de cizallamiento sobre el material trasplantado y el material circundante.

Ejemplo 8

Se sometió un cerdo de raza Yorkshire mixto, de cuatro meses, a anestesia general y se puso sobre su dorso. Se lavó el cerdo y se vendó en un área quirúrgica en Harrington Arthritis Research Center, Phoenix, Arizona. El procedimiento quirúrgico completo se llevó a cabo asépticamente. El tercio posterior izquierdo y el abdomen y el área inguinal adyacentes se limpiaron con yodo. Se localizó la articulación de la rodilla y se localizó la rótula. Se llevó a cabo una incisión medial, aproximadamente 3 cm desde la parte posterior de la rótula y se cortaron los diversos tejidos celulares subcutáneos, capas de músculo y ligamentos, aproximadamente para conseguir acceso a la epífisis femoral medial. Usando un aparato para cortar circular, se preparó una lesión en el cartílago blanco en la parte medial de la epífisis medial, dejando un margen de 0,5 a 1 cm al borde del cartílago que cubría la parte medial posterior de la epífisis (epífisis izquierda, Figura 6A). La imperfección de 0,5 a 1 cm se puso en una parte de sustentación del peso caudal de la epífisis medial. El procedimiento quirúrgico completo se hizo sin torniquete sobre el fémur izquierdo. Las diferentes capas y la piel se suturaron apropiadamente.

El día 3 se trajo de nuevo el animal al área quirúrgica y se situó como anteriormente en la mesa de operaciones y se dio anestesia general. Se trató con yodo el tercio posterior izquierdo, el abdomen y la región inguinal como se describió anteriormente. Se cortaron suturas y se abrió el área. Se observó que estaba presente un hematoma moderado en la articulación de la rodilla. Se retiró el coágulo sanguíneo y se inspeccionó la imperfección. Había un coágulo sanguíneo en la imperfección que se retiró. Un instrumento quirúrgico estéril diseñado con un borde de corte de rosca, macho, con un tamaño correspondiente a, o ligeramente mayor que, la circunferencia de la lesión se atornilló cuidadosamente en la imperfección. Se cortó una placa de Bio-Gide® a un tamaño igual al fondo de la imperfección. Se aplicó la primera cola usada, denominada Proteína Adhesiva (A-2.707, Sigma Chemical, EE.UU.) al lado denso de la placa de barrera hemostática recortada y se puso la placa con el lado denso boca abajo en el fondo de la lesión, usándola como barrera como se describió anteriormente. Se encontró que esta cola no parecía que se secara muy rápido. La ligera hemorragia desde el fondo de la imperfección se paró inmediatamente. Se cortó un segundo Bio-Gide® algo mayor en circunferencia que la lesión y se puso con el lado denso hacia arriba (de ese modo el lado poroso boca abajo hacia el injerto), como se describió anteriormente.

Después se suturó esta placa de recubrimiento no celular sobre la cavidad, dejando un borde abierto, donde se podía inyectar el condrocito que se tenía que explantar en el sitio de injerto. La parte circundante del borde de la placa se cubrió con la segunda cola, Adhesivo Médico B de Dow Corning (Cat. 895-3, Dow Corning, EE.UU.). Esta segunda cola se secó mucho más rápido y más eficientemente que la primera cola. Se encontró que durante este procedimiento particular, la primera cola no se había secado suficientemente para soportar la barrera hemostática en su lugar cuando se intentó suturar la tapa. La barrera principal formada en la superficie proximal del sitio de injerto fue por la cola misma.

Usando una jeringa de 1 ml y una aguja de calibre 16, se extrajo la suspensión celular de condrocitos (aproximadamente 0,6 ml) al cilindro de la jeringa. Se cambió una aguja corta de calibre 23 por la aguja de calibre 16 y se inyectó la suspensión celular bajo la placa de recubrimiento suturada en el sitio de injerto (aproximadamente 10 x 10^{6} células). Después se pegó el borde abierto de la tapa, previamente a la eliminación de la aguja y se retiró cuidadosamente la aguja. No se vio fuga de células. Se suturó la herida y, como anteriormente, no se usó torniquete, no se observó hemorragia. Se suturaron las capas de piel finales. No tuvo lugar protuberancia de la piel después de la suturación, que indica que no había hematoma. La recuperación posoperatoria fue sin incidentes.

Como se esperaba, los condrocitos injertados produjeron suficiente matriz de cartílago para reparar la imperfección preparada en la superficie del cartílago articular de la articulación de la rodilla del cerdo de ensayo. La Figura 6A es una Resonancia Magnética Nuclear de una rodilla de cerdo que muestra la imperfección de cartílago creada en la rodilla (epífisis izquierda, la epífisis medial) y la Figura 6B es una Resonancia Magnética Nuclear de la misma rodilla de cerdo tres meses después de tratamiento mostrando reparación de la imperfección.

Ejemplo 9

En un instrumental quirúrgico un equipo puede proporcionar componentes estériles adecuados para uso fácil en el entorno quirúrgico y proporcionará una barrera hemostática adecuada, placa de recubrimiento adecuada y si es necesario cola orgánica. Un equipo también puede proporcionar material matriz sin células, estéril, adecuado para soportar condrocitos autógenos que se tienen que implantar en una imperfección de superficie de prótesis articular. En un caso, un equipo contiene una barrera hemostática de Surgicel® y una placa de recubrimiento de Bio-Gide® con recubrimiento adecuado de cola orgánica de Tisseel®, donde el Surgicel® y el Bio-Gide® se han tratado de acuerdo con las explicaciones de la invención para aumentar el tiempo hasta la reabsorción. En casos en que el Tisseel® se recubre previamente, el Tisseel® se enriquece con aprotinina adicional para aumentar el tiempo hasta la reabsorción.

Se prefiere que la barrera hemostática y la placa de recubrimiento sean ambas una matriz de colágeno semipermeable que se trata para prolongar el tiempo hasta la reabsorción del material. También es posible proporcionar cola de Tisseel® en forma exaltada como un componente independiente que se tiene que aplicar como sea necesario, debido a la variabilidad inherente y a las circunstancias únicas que se encontrarán en cada procedimiento de reparación/trasplante.

Se apreciará por los expertos en la técnica que se pueden hacer numerosas variaciones y/o modificaciones a la invención mostrada en las realizaciones específicas sin apartarse del alcance de la invención como se describe.

Claims (8)

1. Una estructura de reparación de cartílago para reparar una imperfección en cartílago articular que comprende: un componente sin células, teniendo dicho componente una superficie porosa y una superficie densa; y células de condrocitos adheridas a dicha superficie porosa de dicho componente.

2. Una estructura de reparación de cartílago de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dicho componente es colágeno.

3. Una estructura de reparación de cartílago de acuerdo con la reivindicación 2, en la que dicho componente es, en particular, colágeno de Tipo I y de Tipo III.

4. Una estructura de reparación de cartílago de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que dicho componente es reabsorbible.

5. Una estructura de reparación de cartílago de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que dichas células de condrocitos son autólogas, alogénicas y/o xenogénicas.

6. Una estructura de reparación de cartílago de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende además adhesivo biocompatible adyacente a dicho componente.

7. Una estructura de reparación de cartílago de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que dicho componente se adapta para que se disponga sobre la imperfección de cartílago articular.

8. Una estructura de reparación de cartílago de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que dicho componente se adapta para que se disponga en la imperfección de cartílago articular.