ITBO20000430A1 - Biomateriale . - Google Patents

Description

D E S C R I Z IO N E

del brevetto per invenzione industriale

La presente invenzione è relativa ad un biomateriale tissutale.

La presente invenzione si riferisce al campo della riparazione o sostituzione di tessuti umani o animali affetti da processi patologici, ed in particolare alla utilizzazione di un biomateriale tissutale derivato dalla cornea animale reso immunologicamente biocompatibile e sottoposto a processi di lavorazione atti all'ottenimento di prodotti semplici o compositi destinati all'impianto.

In implantologia è ben noto l'uso di biomateriali di origine animale o umana da inserire nel corpo di un paziente.

Nonostante il conseguimento di traguardi importanti nella fabbricazione di sostituti protesici derivati dalla tecnologia dei materiali e dal trattamento di tessuti di origine animale, la totalità delle caratteristiche richieste ad un impianto permanente non sono state ancora realizzate compiutamente.

In particolare, tessuti biologici prelevati da un animale ed opportunamente devitalizzati vengono comunemente utilizzati in campo biomedico come impianti o per la fabbricazione di protesi, per esempio, valvole cardiache in pericardio bovino ed in tessuto valvolare cardiaco di maiale.

Per esempio, nel brevetto statunitense US-A-4 692 164 è descritta una valvola cardiaca le cui cuspidi sono realizzate in un materiale biologico espiantato dalla aorta di un animale o di un essere umano.

Anche nel brevetto statunitense US-A-4 755 593 è descritto l'uso di un biomateriale trattato che comprende del tessuto peritoneale.

Ai vantaggi derivati dagli impianti realizzati in tessuti animali sono attualmente associati importanti svantaggi. Tra questi è da annoverare una possibile antigenicità, una certa perdita delle caratteristiche meccaniche, e la degenerazione biologica dei tessuti.

Gli sforzi della ricerca interdisciplinare sono volti all'indagine di nuovi biomateriali ed alla realizzazione di metodiche di trattamento dei tessuti biologici atte a migliorarne le caratteristiche sia meccaniche che biologiche.

Tuttavia, l'uso di questo tipo di tessuti comporta una serie di problemi dovuti alla presenza in essi di grassi ed altre sostanze che devono essere rimosse per mezzo di complessi trattamenti prima che il tessuto possa essere impiantato nell'organismo vivente.

Scopo della presente invenzione è, quindi, quello di fornire un biomateriale tissutale di facile reperimento ed avente caratteristiche biologiche e meccaniche tali da renderlo compatibile, per esempio, con la realizzazione di valvole cardiache.

Secondo la presente invenzione viene realizzato, quindi, un biomateriale da utilizzare in dispositivi medicali caratterizzato dal fatto di comprendere tessuti ottenuti sostanzialmente da una cornea animale, in particolare da una cornea di pesce.

Pertanto, la presente invenzione ha lo scopo di affrontare e risolvere aspetti fondamentali relativi all'impiego di un biomateriale come impianto permanente nell'organismo umano o animale. In questo contesto gioca un ruolo importante la stabilità biofisica dello stesso e la possibilità di successive lavorazioni, tali da renderlo utilizzabile per la costruzione di impianti semplici o compositi.

Ricerche sono state condotte allo scopo di identificare una possibile fonte di materiale biologico con le caratteristiche potenziali desiderate. Tali ricerche hanno condotto al reperimento del materiale ritenuto più idoneo e, nell'ambito di esso, all'identificazione di un particolare componente costituente il tessuto prescelto.

inoltre, è stata messa a punto una metodica di prelievo da cadavere animale di semplice e sicura realizzazione e tale da non alterare le caratteristiche del materiale desiderate.

E' stata, inoltre, realizzata una metodica di conservazione del tessuto, rendendolo inattivo, con caratteristiche meccaniche inalterate, e tale da renderlo sterile e disponibile per l'impianto.

La disponibilità del tessuto biologico è stata inoltre valutata e si è dimostrata pienamente in grado di risolvere i problemi correlati alla produzione industriale di protesi o di impianti.

Inoltre, il prelievo e la lavorazione del tessuto biologico in condizioni di freschezza, cioè prima dello svilupparsi di fenomeni autolitici e di degradazione batterica, tipici dei tessuti cadaverici, è una caratteristica assolta pienamente dall'invenzione.

Più dettagliatamente, in accordo con la presente invenzione, il biomateriale tissutale viene prodotto secondo i seguenti procedimenti:

1. Reperimento ed espianto dell'organo dal quale viene ricavato il biomateriale.

2. Preparazione meccanica.

3. Trattamento chimico.

4. Costruzione del prodotto finito (semplice o composito) .

5. Sterilizzazione e confezionamento.

In particolare:

1. Reperimento ed espianto dell’organo dal quale viene ricavato il biomateriale.

Bulbi oculari di cadaveri animali, preferibilmente pesci (e nell'ambito specifico, tonni), esenti all'esame obiettivo particolare da lesioni macroscopiche vengono prelevati in toto, in condizioni di conservazione ottimale (freschezza).

La cornea di pesce, in particolare di tonno, è fisiologicamente in grado di sopportare delle sollecitazioni considerevoli, visto che è in grado di sostenere fino a 40-50 Atm. di pressione quando il pesce è in immersione.

I bulbi oculari, per esempio di un tonno, vengono prelevati da personale specializzato e immediatamente conservati, preferibilmente in soluzione salina tampone fosfato a pH 7.4 a 4°C. Tuttavia, possono essere utilizzate delle soluzioni di preservazione alternative.

Di particolare importanza risultano il prelievo degli organi in condizioni di freschezza e l’inizio delle fasi di lavorazione successive in tempi molto rapidi, allo scopo di prevenire fenomeni di degradazione enzimatica e/o batterica del tessuto biologico.

2. Preparazione meccanica .

Trasferito ciascun organo espiantato in ambiente preferibilmente privo di contaminazione ambientale microbica, del personale specializzato procede su banco al prelievo della componente dell'organo destinata alla fabbricazione del biomateriale. Approfondite ricerche hanno identificato nella componente costituente la cornea, ed in particolare nello strato connettivo dello stroma, il materiale biologico avente le caratteristiche più idonee alla fabbricazione di un biomateriale adatto allo scopo oggetto della presente invenzione.

La cornea, e preferibilmente la componente connettivale costituente lo stroma, viene espiantata mediante incisione del limbus corneale con apposito bisturi oftalmico e scollamento dello strato stromale dagli strati sottostanti utilizzando forbici con punte smussate. In maniera alternativa, per il prelievo della componente stromale, è possibile utilizzare una iniezione di fluido (per esempio, una iniezione di una soluzione fisiologica sterile, oppure, in alternativa, una soluzione salina tampone fosfato a pH 7.4) fra i diversi strati della cornea, oppure altre metodiche di corrente impiego in chirurgia oculistica.

L'esecuzione della procedura di prelievo del tessuto richiede la massima attenzione ed accorgimenti tecnici indispensabili al fine dell'ottenimento di un campione uniforme e di dimensioni idonee alla fabbricazione del biomateriale. E’, pertanto, possibile ottenere campioni di tessuto di forma generalmente rotondeggiante (in alcune specie animali ovoidale) di dimensioni generalmente aventi diametro di 4 o più cm. (inferiori o superiori in dipendenza della taglia dell'animale), comunque sufficienti per la successiva fabbricazione del biomateriale.

Ripetuti lavaggi, preferibilmente con una soluzione fisiologica sterile, oppure, in alternativa, con una soluzione salina tampone fosfato a pH 7.4, del tessuto biologico nel corso dell'espianto contribuiscono all'ottenimento di un materiale esente da impurità.

Particolare cura viene inoltre prestata nel non sottoporre a trazioni o distorsioni il materiale in oggetto al fine di preservarne le caratteristiche biologiche e meccaniche.

Terminato l'espianto, un ulteriore lavaggio del tessuto, preferibilmente con soluzione fisiologica sterile, pone termine alla fase di preparazione del tessuto fresco.

Il tessuto espiantato viene quindi preferibilmente montato su di un supporto al fine di mantenerne inalterate le caratteristiche dimensionali.

Si procede quindi all'alloggiamento del tessuto, preferibilmente montato sul supporto, in un apposito contenitore contenente il fissativo idoneo al trattamento successivo per la costruzione del biomateriale.

Particolare cura viene posta affinché tutte le superfici del tessuto vengano uniformemente a contatto con il fissativo.

3. Trattamento chimico.

Il tessuto, preferibilmente montato su idoneo supporto, al fine di mantenerne inalterate le caratteristiche originarie, viene quindi preferibilmente, singolarmente o alternativamente in serie di più campioni, alloggiato in appositi contenitori contenenti soluzioni chimiche.

Il fissaggio del tessuto avviene preferibilmente mediante soluzione di glutaraldeide a concentrazioni variabili dallo 0,1% al 5% (preferibilmente 0,4%) in soluzione salina tampone fosfato a pH 7.4 per periodi variabili (preferibilmente 3 mesi). Comunque possono venire impiegati periodi di fissaggio del tessuto più brevi o più prolungati.

Scopo del fissaggio del tessuto mediante questo procedimento è quello di determinare un aumento dei legami crociati del collagene tissutale, fattore determinante nell 'impartire al tessuto una maggiore resistenza alla biodegradazione e nel diminuirne o annullarne 1'antigenicità.

Soluzioni chimiche alternative, a differenti pressioni, possono venire utilizzate allo scopo di impartire caratteristiche biologiche e meccaniche particolarmente gradite in un biomateriale.

Nel caso di impiego a contatto con il flusso ematico del biomateriale oggetto dell'invenzione è previsto, inoltre, un trattamento dello stesso con i cosiddetti materiali bioattivi (per esempio, eparina, antibiotici, agenti anticalcificanti e farmaci in genere), allo scopo di conferire ulteriori caratteristiche potenzialmente favorevoli (prevenzione dei fenomeni di calcificazione, aumentata antitrombogenicità, ecc.).

4. Costruzione del prodotto finito (semplice o composito)

Il biomateriale ottenuto dalle fasi di lavorazione precedentemente descritte viene successivamente prelevato dai contenitori nei quali era stato sottoposto alle metodiche di fissaggio chimico, allo scopo di subire ulteriori processi di lavorazione, preferibilmente manuali, da parte di personale specializzato, per l'ottenimento di prodotti utilizzabili in campo biomedico, particolarmente nel campo della chirurgia riparativa o sostitutiva di tessuti o organi umani o animali .

Il biomateriale viene sottoposto ad ispezione macroscopica e microscopica prima di venire inviato alla linea di fabbricazione dei prodotti finiti.

Eventuali anomalie nelle fasi di lavorazione precedenti vengono identificate, in modo da procedere ad una scelta dei materiali idonei alla lavorazione ulteriore secondo parametri standardizzati.

Esami ad elevati ingrandimenti a luce polarizzata consentono di accertare il mantenimento dell'integrità strutturale della componente collagene del materiale fissato, l'identificazione di danneggiamenti o perforazioni del tessuto biologico ed il mantenimento delle caratteristiche dimensionali. Ulteriori esami possono essere attuati allo scopo di garantire l'invio alla fase di lavorazione finale di campioni di biomateriale presentanti le caratteristiche ottimali desiderate .

Per la fabbricazione di prodotti particolari {per esempio protesi valvolari cardiache) vengono inoltre valutati parametri quali la simmetria di lembi ottenuti dal biomateriale, l'omogeneità di spessore, ecc.

Materiali biocompatibili (per esempio, polietilenetereftalato, politetrafluoroetilene) possono essere impiegati, in combinazione con il biomateriale, per la fabbricazione di protesi composite.

Procedimenti di lavorazione, quali la fustellatura o il modellamento del biomateriale, possono venire impiegati per la fabbricazione di patch di biomateriale per diversi impieghi in campo biomedico, in particolare nella chirurgia riparativa o sostitutiva di tessuti o organi.

5. Sterilizzazione e confezionamento

I prodotti finiti, semplici o compositi, ottenuti dalle fasi di lavorazione del biomateriale, vengono quindi sottoposti ad approvazione mediante passaggi di validazione standardizzati allo scopo di escludere dalle fasi successive prodotti non conformi alle caratteristiche ed all'impiego.

La sterilizzazione del biomateriale avviene preferibilmente mediante immersione in soluzione di glutaraldeide 0,6% ed etanolo 20% in soluzione salina tampone fosfato a pH 7.4.

La sterilizzazione del biomateriale, analogamente a tutti i prodotti medicali destinati all'impianto nell'organismo umano o animale, risulta essenziale. Lo scopo è quello di annullare la carica batterica eventualmente presente negli impianti prevenendo in tal modo l'insorgenza di infezioni nell'organismo ospite.

Metodi alternativi di sterilizzazione del biomateriale possono comprendere agenti chimici (per esempio, formaldeide, ecc.), gas (per esempio, ossido di etilene), radiazioni (per esempio, raggi gamma o beta).

Inoltre, la crioconservazione del biomateriale a bassissime temperature può rappresentare un'ulteriore metodica di conservazione e sterilizzazione.

Il confezionamento del biomateriale avviene in contenitori appositamente costruiti allo scopo di mantenere inalterate per tempi prolungati le caratteristiche biologiche, meccaniche e di conservazione in genere del biomateriale.

Il lavaggio del biomateriale mediante passaggi ripetuti in soluzione fisiologica sterile per tempi standard è fondamentale prima dell'impianto nell'organismo per allontanare qualsiasi residuo di sostanze chimiche. Questo procedimento è prassi nel corso di tutti gli impianti di materiali biologici preventivamente trattati con sostanze chimiche.

Applicazioni

Il biomateriale oggetto della presente invenzione è stato utilizzato vantaggiosamente per la costruzione di protesi valvolari cardiache (le cosiddette "valvole biologiche") con caratteristiche innovative non solo per l'impiego del biomateriale in oggetto ma per le peculiarità costruttive e le geometrie studiate appositamente allo scopo di migliorare le prestazioni emodinamiche degli impianti.

Le valvole realizzate sono state oggetto di studio in vitro e in vivo per la verifica delle prestazioni emodinamiche, di durata e di comportamento biologico.

La costruzione delle valvole si è avvalsa di lavorazioni manuali {fustellatura, piegatura, sutura, ecc.) di segmenti del biomateriale secondo l'invenzione ed un eventuale accoppiamento dello stesso con materiali sintetici (per esempio, polietileneteref talato, politetrafluoroetilene,ecc .).

Sono stati realizzati prototipi di protesi valvolari cardiache con configurazione monocuspide, oppure a due, tre e quattro lembi realizzati col biomateriale oggetto della presente invenzione.

Le valvole sono state realizzate interamente in tessuto biologico utilizzando o soltanto il biomateriale oggetto dell’invenzione, oppure un accoppiamento del presente biomateriale con altri biomateriali quali pericardio bovino o animale in genere.

Protesi valvolari cardiache sono state realizzate accoppiando il biomateriale con tessuti sintetici.

II biomateriale in oggetto, conformato come patch o in forma tubolare è stato sottoposto a prove in vitro e in vivo per verificarne l'applicabilità in distretti dell'organismo quali vasi sanguigni, organi cavi, visceri, e come patch per la correzione di anomalie congenite cardiache (difetti interatriali o interventricolari) . Inoltre, è possibile l'impiego del biomateriale oggetto delle presente invenzione come componente di un sistema artificiale di assistenza cardiocircolatoria, come, per esempio, una membrana per un cuore artificiale, oppure una valvola per un cuore artificiale.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1. Biomateriale caratterizzato dal fatto di comprendere tessuti ottenuti sostanzialmente da una cornea animale.
2. 2. Biomateriale come rivendicato alla rivendicazione 1, in cui detta cornea animale è una cornea di pesce.
3. 3. Biomateriale come rivendicato alla rivendicazione 2, in cui detto pesce è un tonno.
4. 4. Biomateriale come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere lo stroma della cornea.
5. 5. Biomateriale caratterizzato dal fatto di comprendere almeno una porzione del biomateriale rivendicato alle rivendicazioni 1-4 ed almeno una porzione di un materiale artificiale biocompatibile, come polietilenetereftalato o politetrafluoroetilene.
6. 6. Biomateriale caratterizzato dal fatto di comprendere almeno una porzione del biomateriale rivendicato alle rivendicazioni 1-4 ed almeno una porzione di un altro biomateriale biocompatibile, come pericardio animale, in particolare, pericardio bovino.
7. 7. Patch comprendente il biomateriale come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, patch atto ad essere applicato in distretti dell'organismo quali vasi sanguigni, organi cavi, o visceri.
8. 8. Patch comprendente il biomateriale come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni 1-6, atto ad essere utilizzato per la correzione di anomalie congenite cardiache, come difetti interatriali o interventricolari .
9. 9. Patch comprendente il biomateriale come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni 1-6, atto ad essere utilizzato come componente di un sistema artificiale di assistenza cardiocircolatoria, come, per esempio, una membrana per un cuore artificiale, oppure una valvola per un cuore artificiale.
10. 10. Metodo di trattamento del biomateriale come rivendicato alle rivendicazioni 1-4, metodo caratterizzato dal fatto di comprendere le seguenti fasi: - espianto del tessuto dal bulbo oculare di un animale, in particolare di un pesce; - lavaggio di tale tessuto con soluzione fisiologica sterile; fissaggio del tessuto tramite soluzione di glutaraldeide a concentrazioni variabili dallo 0,1% al 5%, preferibilmente 0,4%, in soluzione salina tampone fosfato a pH 7.4 per periodi variabili, preferibilmente tre mesi, in modo da determinare un aumento dei legami crociati del collagene tessutale; ed un eventuale trattamento del tessuto con sostanze bioattive per esempio, eparina, antibiotici, agenti anticalcificanti e farmaci in genere, allo scopo di conferire al tessuto stesso ulteriori caratteristiche potenzialmente favorevoli, come la prevenzione dei fenomeni di calcificazione ed una aumentata antitrombogenicità.
11. 11. Confezione comprendente un biomateriale come rivendicato alle rivendicazioni 1-6 ed un telaio di supporto del biomateriale stesso.
12. 12. Protesi o impianto almeno parzialmente costruito con un biomateriale come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni 1-6
13. 13. Valvola cardiaca almeno parzialmente costruita con un biomateriale come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni 1-6.
14. 14. Valvola cardiaca come rivendicato alla rivendicazione 13, in cui almeno una cuspide è realizzata con un biomateriale come rivendicato alle rivendicazioni 1-6.