ES2418848B1 - Soportes para la regeneración, crecimiento y trasplante de células y tejidos - Google Patents

Abstract

Soportes para la regeneración, crecimiento y trasplante de células y tejidos que, fabricados con titanio, presentan la estructura de una criba con zona de huecos y zona complementaria de macizos; pueden estar constituidos, según las necesidades de cada aplicación: 1) por una placa perforada; 2) por una tela metálica de mallas flexibles; 3) por una tela metálica de mallas rígidas. Colocado un soporte en una placa de cultivo bajo condiciones apropiadas, se procede a sembrar sobre el mismo las células; el cultivo obtenido constituye un sustrato utilizable para la regeneración, crecimiento y trasplante de células y tejidos; las células al multiplicarse formarán una colonia que cubrirá total o parcialmente el soporte; cuando en el mismo se alcance la confluencia apropiada se retirará de la placa de cultivo y podrá aplicarse, con las células cultivadas que se hayan adherido a su estructura, sobre la zona destinataria del implante.

Description

5 ES 2 418 848 Al SOPORTES PARA LA CRECIMIENTO Y TRASPLANTE DE CÉLULAS Y TEJIDOS FINALIDAD DE LA INVENCiÓN Tanto para utilizar células en el tratamiento de enfermedades (Terapia Celular), como para construir órganos O tejidos bioartificiales con fines terapéuticos (Ingenieria Tisular), las células suelen obtenerse en cuivos que 10 posteriormente se implantan en el constructo, tejido u órgano deseado. Para llevar a cabo el trasplante de las células cultivadas a su destino final se han empleado diferentes tipos de soportes (sustratos): naturales, sintéticos y mezclas de ambos. Para que un sustrato permita cultivar y transportar células ha de reunir, al menos las siguientes condiciones: 15 1. No ser tóxico. 2. Ser biocompatible con las células cultivadas y con los órganos o tejidos receptores. 3. Tener cualidades mecánicas adecuadas que permitan la manipulación en el laboratorio y en la posterior cirugía, si la hubiera. 20 4. Poseer buena capacidad de adherencia celular. 25 La invención descrita en la presente memoria se refiere a unos soportes (sustratos) que, reuniendo las condiciones anteriores, permiten la regeneración de tejidos, el cultivo de células y su implante en los órganos o tejidos de destino final. SECTOR DE LA TÉCNICA El invento se encuadra en el sector A61 correspondiente a Ciencias Medicas o Veterinarias. 30 ESTADO ANTERIOR DE LA TÉCNICA Entre los sustratos naturales, hasta ahora utilizados, destacan los derivados del colágeno (Liu et al., 2011. Int J Oral Maxillofac Implants 26 104-110), los 2

derivados de la elastina (Srivastava et al., 2011. J Biomed Mater Res A 97,

243-250) Y los derivados del quosán (Sasmazel, 2011. Int J Biol Macromol

49, 838-846.; Zang et al., 2011. Acta Biomater 7, 3422-3431).

Entre los sustratos sintéticos se utilizan, entre otros, diferentes tipos de

poliuretanos (da Silva et al., 2011. Int J Art Organs 34, 198-209) polímeros de los ácidos pOli láctico y coglicólico (Thomson et al., 2010. J Biomed Mater

Res A 95, 1233-1243; Zong et al., 2010. Eur Cell Mater 20, 109-120) Y

polímeros de epsilon-caprolactona (Pritchard et al., 2010, Biomaterials 31,

2153-2162; Sasmazel, 2011. Int J Biol Macromol 49, 838-846.). Estos

pOlimeros se pueden recubrir con sustancias que incrementan la adhesividad celular o la biocompatibilidad (Li y Kawashita, 2011. J Artif Organs 14,163-170); asi se han trasplantado, por ejemplo, condrocitos utilizando soportes de colágeno (Liu et al., 2011. Int J Oral Maxillofac

Implants 26 104-110) o hidrogeles de heparina (Kim et al., 2011.

Biomaterials 32, 7883-7896). Otro ejemplo es el trasplante de epitelio

pigmentario retiniano en el espacio subretinal utilizando láminas de poliuretano (da Silva et al., 2011. Int J Artif Organs 34, 198-209), de polietileno (Krishna et al., 2011. Br J Ophthalmol 95, 569-573), de polímeros derivados de la elastina (Srivastava et al., 2011. J Biomed Mater Res A 97,

243-250) o simplemente suspensiones celulares (Falkner-Radler et al., 2011.

Br J Ophthalmol 95, 370-375).

Generalmente se utilizan polímeros reabsorbibles, aunque en algunas de estas aplicaciones no es necesario que se reabsorba el soporte celular.

FUNDAMENTOS DIFERENCIALES DE LA INVENCiÓN.

Los soportes que se proponen en esta invención ofrecen, debido a las cualidades físicas del titanio, metal con el que deben ser fabricados, las ventajas de ser más delgados, resistentes, flexibles y manejables que los conseguidos con los polímeros biosintéticos actualmente utilizados, lo que

facilita su uso tanto en el laboratorio como en el quirófano. Además, las operaciones tales como perforación, corte, plegado, doblado, soldadura y mecanizado general que será necesario realizar hasta conseguir su configuración final pueden hacerse con mayor exactitud y precisión sobre el metal que sobre dichos polímeros biosintéticos. Los soportes de titanio tienen el inconveniente de que no son reabsorbibles y sólo pueden utilizarse cuando puedan permanecer en su posición de implante. No obstante esta

limitación tiene como contrapartida beneficiosa que al ser un material no degradable tampoco libera metabolítos tóxicos que, en determinadas localizaciones, por ejemplo, el interior del ojo, pueden ser muy lesivos.

BREVE DESCRIPCiÓN DE LAS FIGURAS.

Como complemento de la descripción que más adelante se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las caracteristicas del invento se acompañan, como parte integrante de dicha descripción, unas figuras en las que, con carácter ilustrativo y no limitativo se representa esquemáticamente lo siguiente: Figura 1: Muestra las diferentes variantes que puede presentar la parte básica o elemental (a) del soporte: según que su superficie esté deterrninada por una placa (b) en la que se hayan practicado múltiples perforaciones, circulares o de otras forrnas; por una tela metálica (c) de mallas flexibles; o por una tela metálica (d) de mallas rigidas.

Figuras 2 y 3: Muestran las diferentes configuraciones que puede adoptar el soporte en su aplicación: plano (Fig.2e), curvado (Fig.2f), enrollado (Fig.2g) y en capas superpuestas (Fig.3a); muestran también los elementos auxiliares, asas (i) y patillas (j), previstas para facilitar su manipulación. La parte básica elemental (a) del soporte se representa, para simplificar las

figuras, delimitada por un rectángulo dada la imposibilidad de una mayor concreción puesto que la forma última a dar al soporte deberá adecuarse, como más adelante se explicará, a la forma que, en cada caso particular, presente la zona de tejido receptora del implante.

DESCRIPCtÓN DE LA INVENCiÓN.

El objeto de la invención es un soporte (sustrato) para la regeneración, crecimiento y trasplante de células y tejidos que consiste en un dispositivo (Fig.l) con la estructura básica de una criba cuya "superficie cribante", a la

que en lo sucesivo denominaremos indistintamente con los términos "soporte" o "superficie soporte" (Fig.l a), puede presentar las tres siguientes variantes de enrejado:

1" Variante: Estar constituido por una placa metálica de pequeño espesor en

la que se han practicado perforaciones, de distintas formas y tamaños, más

o menos separadas entre si (Fig.lb).

2" Variante: Estar constituido por una tela metálica fonnada por barras o hilos entrecruzados que al estar organizados según el sistema textil de trama y urdimbre detenninan mallas con fonna de paralelogramos rectángulos que

no son totalmente rigidas por lo que confieren al soporte una flexibilidad y defonnabilidad que, en determinados casos, se consideran propiedades muy deseables (Fig.l c). 3" Variante: Estar constituido por dos conjuntos, superpuestos y en contacto, de barras o hilos paralelos separados entre si (rejillas) de forma que los

componentes de uno de los conjuntos se cruzan ortogonalmente con los del otro y que en los nudos o puntos de cruce se unen firmemente determinando una tela metálica, de mallas rígidas con forma de paralelogramo rectángulo (Fig.l d).

Cada una de estas variantes da lugar a la aparición de las correspondientes zonas de huecos y zonas de macizos en la superficie soporte (Fig.l a). A su vez esta superficie puede adoptar distintas configuraciones: plana (Fig.2e), curvada (Fig.2f) o cilíndrica (Fig.2g) según las necesidades exigidas por las distintas aplicaciones prácticas a que se destine. El soporte está definido en todos los casos por sus parámetros característicos, que son las dimensiones y disposición de las perforaciones, mallas, hilos y barras, de la placa o telas metálicas que lo constituyan y de sus valores, dependerá la relación existente entre las áreas de la zona de huecos y la zona de macizos.

Tanto si se trata de una placa perforada como de una tela metálica flexible o rígida se preconiza como material para su construcción el titanio.

El titanio puro o sus diferentes aleaciones se emplean en Medicina y Veterinaria profusaménte. por ejemplo, en las prótesis de las articulaciones de la cadera y rodilla, para sustituir placas óseas, para implantes dentales,

etc. Este metat carece de toxicidad y una vez implantado, forma en su superficie una capa de oxido que es biocompatible con células y tejidos y no produce reacciones de rechazo. Además de este buen comportamiento biológico el titanio reúne unas excelentes propiedades físicas de dureza, ductilidad, maleabilidad, flexibilidad, ligereza, resistencia mecánica y resistencia a la corrosión, de forma que siendo el metal más utilizado en Medicina y Veterinaria sus buenas cualidades hacen que se adopte también como idóneo para su empleo en la fabricación de los soportes objeto del invento, permrtiendo que en su diseño puedan tenerse cuenta tanto las necesidades propias de la manipulación en el laboratorio como las derivadas de las operaciones de implantación final sobre el tejido a regenerar. A las propiedades anteriormente expuestas se une la facilidad de poder fabricarlos a partir de semielaborados de titanio que existen en el comercio (barras, hilos o placas) a los que pueden aplicarse los procedimientos de mecanizado y manufactura habituales en los trabajos de mecánica de alta precisión.

El acabado superficial que presenten los macizos del soporte (barras, hilos o placas) puede ser tiso o presentar diferentes tipos de rugosidades, e incluso estar recubiertos con substancias específicas dirigidas a influir en el comportamiento de las células en orden a favorecer su adherencia, proliferación y diferenciación. Las propiedades mecánicas del titanio: flexibilidad, ductilidad y maleabilidad antes aludidas, permrten diversas soluciones en la aplicación práctica de cada una de las variantes previstas para el invento. Así pueden realizarse implantes con soportes que siendo planos en su origen (Fig.2e) pueden modificarse curvándolos (Fig.2f) en mayor o menor grado buscando una mejor adaptación a la forma o perfil del tejido a regenerar; esta capacidad de adaptación está especialmente presente en los soportes conslrtuidos por una tela metálica de mallas deformables; en otros casos es posible la realización de implantes formados por cierto número de capas estratificadas de células utilizando varios soportes elementales (Fig.2e) superpuestos (Fig.3) que contuvieran, respectivamente, distintos cultivos de células que podrían tener iguales o diferentes características, por ejemplo las necesarias para regenerar la pared de un vaso sanguíneo; en estos casos los soportes elementales superpuestos empleados estarán provistos con separadores o patillas (Figs. 1j,2j,3j) que materialicen entre aquellos el espacio libre necesario para el

cultivo de las células y para facilitar la diferenciación entre las mismas cuando esta condición sea exigible; de la misma forma anterior utilizando un número suficiente de soportes elementales superpuestos (fig.3) pueden realizarse cuHivos tridimensionales de células, implantables como un órgano sólido; para resolver ciertos problemas, por ejemplo en la regeneración de

un nervio seccionado, se puede utilizar un soporte elemental al que, por enrollamiento, se le haya dado una configuración tubular cilíndrica (Fig.2g) de forma que en su interior se introducirían los dos cabos del nervio y el tubo soporte actuaria como puente sustentador entre los cabos distal y proximal del nervio, posibilitando su regeneración axonal.

Para facilitar la manipulación de los soportes y su fijación mediante sutura a la zona de tejido destinataria del implante se les puede dotar con elementos accesorios auxiliares tales como pequeñas asas (Figs.1 ¡,2i,31) con formas adecuadas a la función perseguida; igualmente, si fuera necesario establecer separaciones entre distintos soportes superpuestos se les puede dotar con patillas (Figs.1j, 3j) a las que anteriormente ya se hizo referencia; estos accesorios auxiliares, cuyo número y situación en el soporte depende de las particularidades de cada caso concreto, están constituidos por expansiones de la propia superficie soporte y se les puede dar la disposición final mediante una sencilla operación de doblado, ejercitada en el grado

conveniente cuando, durante el proceso de manipulación, se considere necesario.

DESCRIPCiÓN DEL MODO DE EMPLEO DE LA INVENCiÓN

Una vez elegida la variante de soporte a utilizar su forma de empleo es la

que a continuación se describe: En el fondo de una placa de cultivo se coloca la porción de soporte que se considere necesalia en forma y tamaño; sobre la misma se realizará la "siembra" de las células que se desea cultivar; éstas, al multiplicarse, formarán una colonia adherida a la superficie soporte que cubrirá sus macizos (hilos, barras y porción de placa existente entre sus perforaciones) y sus huecos (mallas flexibles o rígidas de la tela metálica y perforaciones de

la placa) aunque, según las circunstancias, estos huecos podrían estar vacíos o solo parcialmente llenos. Cuando el cultivo de células alcance una confluencia de aproximadamente el 70% de la superficie o cuando se considere conveniente para cada caso concreto, el soporte se levantará de la placa de cuHivo y se aplicará sobre el tejido destinatario del implante con las células cultivadas que transporte las cuales podrán seguir

multiplicándose y desplazándose para llenar los huecos si todavía no lo estuvieran, hasta conseguir el recubrimiento celular completo de la superficie soporte.

Como ya se dijo, el típo de enrejado del soporte puede seguir patrones diferentes: placas con perforaciones circulares o de cualquíera otra forma (Fig.lb), telas con trama y urdimbre con mallas flexibles con forma de paralelogramos (Fig.l c), o telas con mallas rígidas (rejillas) con forma de paralelogramos rectángulos(Fig.ld); en cada uno de estos patrones las dimensiones de los macizos y de los huecos (parámetros del soporte) se decidirán en función del tamaño y capacidades de adhesividad y proliferación de las células que se necese cultivar y trasplantar asi como en función de las características del receptor destinatario del trasplante; la acertada elección de los valores de estos parámetros es fundamental ya que de los mismos depende que las células que se hallan adheridas a los

macizos, al desplazarse y crecer en los huecos del soporte puedan, si éstos son adecuadamente amplios, entrar en contacto directo con el tejido a regenerar sin que exista interposición de ningún material exógeno o que, por el contrario, si son adecuadamente pequeños, permitan el paso de metabolitos pero no de células, que en este caso quedarían separadas del tejido subyacente destinatario del trasplante por el propio soporte; en función de los resuHados que se Quieran obtener puede ser necesario favorecer una u otra de estas dos opciones.

La porción de superficie soporte que se utilice en un implante se obtendrá normalmente recortándola de un trozo mayor y ni su tamaño ni su forma pueden concretarse aqui ya que uno y otra dependerán de tas necesidades exigidas para cada aplicación concreta, que serán función de:

5 A) Las características formales y dimensionales de la zona de tejido receptor del implante.

B) Las caracteristicas específicas de las células a implantar, tales como: tamaño, adhesividad, tasa de reproducción, etc.

C) Las características mecánicas de resistencia y flexibilidad del soporte que

10 sean necesarias para llevar a cabo las manipulaciones a que haya de ser sometido en el laboratorio de cuHivo y en las posteriores maniobras quirúrgicas si las hubiere. Se insiste en que la forma del soporte se elegirá, fundamentalmente, teniendo en cuenta la de la zona receptora; así, las porciones de superficie

15 soporte en ocasiones podrán ser circulares, ovaladas o poligonales pero en otras deberán adoptar formas totalmente irregulares; por ejemplo, en el espacio subretiniano podrían ser circulares y sus dimensiones variar entre muy pocos milímetros en tanto que cuando se trate de superficies a regenerar relativamente extensas, por ejemplo pertenecientes a cartílagos

20 articulares, se podrían utilizar superficies soporte cuadradas, rectangulares o con formas irregulares de varios centímetros. A su vez, las características A), B) Y C) anteriores determinarán los valores de los parámetros (dimensiones de huecos y maCizos) que afectan a la superficie soporte que, según el tipo de enrejado que se utilice, serán: a) Las dimensiones de las perforaciones (huecos), que pueden variar entre 3 y 40 o más micrómetros y la separación entre las mismas (macizos) que puede variar entre 10 y 40 o más micrómetros si se utiliza una placa perforada (Fig.l,b). b.) Las dimensiones de las mallas (huecos) y las de los hilos y barras

30 (macizos) si se utilizan telas metálicas de mallas flexibles (Fig.1 c) o de mallas rígidas (Fig.1d); sus valores serán parecidos a los citados para las placas perforadas; asi el tamaño de las mallas puede variar entre 3 y 40 o más micrómetros y el diámetro de los hilos o anchura de las barras puede ser de 5 6 más micrómetros.

Tanto los parámetros del enrejado como la proporción entre los valores de las areas de huecos y macizos, que puede oscilar entre un 40% y un 80%,

se fijarán para cada caso concreto en función de las características del tejido receptor del trasplante y de las características de las células a trasplantar.

EJEMPLO PRÁCTICO DE APLICACiÓN DE LA INVENCiÓN

Como ejemplo práctico de aplicación de la invención se ha realizado un cultivo de células madre del tejido adiposo de rata sobre soportes de titanio estériles. Estos soportes, de 3 mm. de diámetro y 18 micrómetros de espesor tenían un patrón de enrejado cuadrado, tonnado por barras de 21 micrómetros de anchura con un espacio ente barras de 38 micrómetros. Las barras eran de superficie lisa sin recubrir. Las células, que después de

obtenidas habían sído congeladas para su conservación, fueron descongeladas y sembradas sobre el soporte colocado en una placa de cultivo de 3cm. de diámetro. El medio de cultivo fue Medio de Eagle Modificado por Dulbeco (DMEM) suplementado con el 10% de suero bovino fetal y con antibiótico y antimicótico; tras 2 días de cultivo se tomaron los

soportes y se trasplantaron a otra placa de cultivo con el mismo medio de cultivo; transcurridos otros 3 dlas las células hablan rellenado los huecos del soporte de trasplante extendiéndose por la placa de cultivo y colonizando los alrededores del soporte. El invento no está estrictamente limitado a las formas de ejecución descritas sino que comprende cualquiera otra variante

El material empleado utilizado en los soportes objeto de este invento es el metal titanio y los procedimientos para su fabricación son los habitualmente empleados en la manufactura mecánica de elementos que requieren un alto grado de exactitud y precisión.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES

   ES 2 418 848 Al 1',-SOPORTES PARA LA REGENERACiÓN, CRECIMIENTO Y TRASPLANTE DE CÉLULAS Y TEJIDOS caracterizados (Fig.1) por consistir en una superficie (a) metálica de titanio de contorno no definido configurada en forma similar a una criba con una zona de huecos y una zona complementaria de macizos; en lugares no especificados del contorno de la superficie soporte tienen unas expansiones conformadas para la constitución de patillas O) y asas (i). 2',-SOPORTES PARA LA REGENERACiÓN, CRECIMIENTO Y TRASPLANTE DE CÉLULAS Y TEJIDOS según la reivindicación l' caracterizados porque, en su primera variante, la zona de huecos está definida por una pluralidad de perforaciones practicadas en una placa metálica de titanio cuyo resto complementario no peñorado define la zona de de macizos (Fig.1b). 3',-SOPORTES PARA LA REGENERACiÓN, CRECIMIENTO Y TRASPLANTE DE CÉLULAS Y TEJIDOS según la reivindicación l' caracterizado porque, en su segunda variante, la zona de macizos está constituida por dos conjuntos-de hilos o barras entrecruzados que son, respectivamente, la trama y la urdimbre de una tela metálica cuyas mallas en forma de paralelogramo rectángulo definen la zona de huecos (Fig.1c). 4',-SOPORTES PARA LA REGENERACiÓN, CRECIMIENTO Y TRASPLANTE DE CÉLULAS Y TEJIDOS según la reivindicación l' caracterizado porque, en su tercera variante, la zona de macizos la forman dos conjuntos de barras o hilos; los componentes de cada conjunto son paralelos y están separados entre sí; a su vez los dos conjuntos están superpuestos de forma que Jos componentes de uno de ellos se cruzan ortogonalmente con los del otro manteniéndose en contacto y rígidamente unidos unos y otros en sus puntos de cruce los cuales determinan un plano común; esta configuración da origen a una tela metálica cuyas mallas en forma de paralelogramo rectángulo definen la zona de huecos (Fíg.1d). 11

   S".-SOPORTE PARA LA REGENERACIÓN, CRECIMIENTO Y TRASPLANTE DE CÉLULAS Y TEJIDOS según las reivindicaciones anteriores caracterizado porque tiene la configuración de un tubo cilíndrico (Fig.2g).