ITPD20010090A1

ITPD20010090A1 - Strumentario per l'impianto in chirurgia artroscopica di materiale biologico comprendente cellule supportate su matrici tridimensionali bioi

Info

Publication number: ITPD20010090A1
Application number: IT2001PD000090A
Authority: IT
Inventors: Maurilio Marcacci; Fede Sergio Di
Original assignee: Fidia Advanced Biopolymers Srl
Priority date: 2001-04-12
Filing date: 2001-04-12
Publication date: 2002-10-12

Description

Descrizione di una domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo “Strumentario per l’impianto in chirurgia artroscopica di materiale biologico comprendente cellule supportate su matrici tridimensionali bioingegnerizzate”

Oggetto dell’Invenzione

La presente invenzione descrive un nuovo strumentario per l’impianto in chirurgia artroscopica di materiale biologico comprendente cellule supportate su matrici tridimensionali bioingegnerizzate, costituito essenzialmente da:

- Un vassoio per sterilizzazione;

- Una canula con relative valvole sterili, utilizzata come guida per l’accesso in artroscopia degli strumenti di seguito elencati;

- Un mappatore-prelevatore (Fig. 1), costituito da una canula, utilizzato per delimitare l’area della lesione cartilaginea creando una impronta circolare e per prelevare nella stessa forma circolare e nella stessa dimensione dell’impronta il tessuto di cartilagine;

- Un filo guida (Fig. 5) che viene infisso con l’ausilio di un trapano al centro dell’area di lesione per garantire stabilità alla fresa durante il suo utilizzo;

- Una fresa-abrasore concava canulata (Fig. 3) utilizzata per creare entro i margini dell’impronta disegnata dal mappatore-prelevatore il sito nel quale verrà successivamente impiantato il supporto cellulare bioingegner izzato .

- Un otturatore canulato (Fig. 2) che viene introdotto all’interno del mappatore-prelevatore per spingere il supporto cellulare bioingegnerizzato nel sito della lesione precedentemente preparato.

Tecnica anteriore

Scopo della riparazione della cartilagine articolare è di ripristinare l’integrità della superficie dell’articolazione, ridurre il dolore, prevenire l’ulteriore deterioramento del tessuto.

Ad oggi sono stati applicati molti metodi per il trattamento dei difetti cartilaginei, ciascuno dei quali presenta degli svantaggi (T. Minas et al., “Current concepts in thè treatment of articular cartilage defects”, Orthopedics, June 1997, Voi. 20 No. 6).

La tecnica della stimolazione del midollo consiste nel raggiungere zone del tessuto osseo subcondreale tramite abrasione o perforazione, stimolando in questo modo la formazione di un coagulo di fibrina contenente cellule staminali pluripotenti. Il coagulo, successivamente, si differenzia e si modella, dando luogo al tessuto di riparazione fibrocartilagineo. Quest’ultimo, tuttavia, non possiede le proprietà meccaniche, le caratteristiche fisiologiche e strutturali di una cartilagine articolare sana e duratura.

Un’altra tecnica consiste nell 'impiantare nel sito del difetto una parte di tessuto periosteale o pericondreale prelevato, ad esempio, dalla cartilagine costale. Inizialmente tale trattamento provoca lo sviluppo di cartilagine ialina, tuttavia si ottiene una scarsa integrazione del tessuto di riparazione con i tessuti circostanti sani ed una successiva ossificazione del tessuto impiantato.

I trapianti osteocondrali autologo ed omologo sono tecniche chirurgicamente invasive e complesse e la seconda comporta il rischio di trasmissioni virali.

Altri tentativi di ricostruzione della cartilagine articolare consistono neU’impiantare matrici sintetiche contenenti condrociti allogenici dispersi in esse, oppure fattori di crescita in grado di stimolare la proliferazione dei condrociti. In ultimo, il tessuto cartilagineo viene fatto crescere in vitro e successivamente impiantato nel difetto.

Le matrici sintetiche utilizzate più frequentemente sono gel di collagene, matrici di polianidride, poliortoesteri, acido poliglicolico e suoicopolimeri. II principale svantaggio dell’utilizzo delle suddette matrici è rappresentato dalla risposta immunitaria diretta contro il materiale impiantato.

Sono note colture di condrociti in gel costituiti da agarosio, acido ialuronico, colla di fibrina, collagene, alginato.

Tuttavia, le suddette colture in gel non forniscono una stabilità meccanica adatta per rimanere adese nel sito e permettere la ricostruzione della struttura cartilaginea. Inoltre, le colture di condrociti in sostanze come la fibrina si de-differenziano in cellule apparentemente simili ai fibroblasti.

Infine, sebbene i gel costituiti da sostanze come l’agarosio inducano la redifferenziazione condrocitaria, l’uso di questo composto non è approvato per applicazioni interne agli esseri umani.

I difetti della cartilagine articolare sono stati trattati anche con sospensioni di condrociti isolati in assenza di matrici di supporto. Si pensa, tuttavia, che i condrociti perdano la loro vitalità e/o non restino nel sito del difetto e che si formino fibrocartilagine o isole di cartilagine immerse in tessuto fibroso (brevetto US 5,723,331).

Per superare il suddetto problema, la Richiedente ha messo a punto delle composizioni iniettabili contenenti condrociti o cellule dello stroma del midollo osseo disperse in una matrice comprendente almeno un derivato dell’acido ialuronico (Dom. Brevetto PCT Pubbl. No. WOOO/37124).

Come è noto, l’acido ialuronico esplica un ruolo vitale in molti processi biologici come, ad esempio, l’idratazione dei tessuti, l’organizzazione dei proteoglicani, la differenziazione cellulare, la proliferazione e l’angiogenesi (J. Aigner et al, L. Biomed. Mater Res., 1998, 42, 172-181).

E’ noto altresì l’uso dei derivati dell’acido ialuronico, preparati in accordo al brevetto EP 0216453 Bl, per la preparazione di matrici tridimensionali in forma di non tessuto, membrane, spugne, granuli, microsfere, tubi, garze, per la crescita in vitro di cellule staminali e mesenchimali (Dom. Brevetto PCT Pubbl. No. WO 97/18842), in forma di non tessuto associato ad una membrana perforata per la crescita in vitro di fibroblasti e cheratinociti (Dom. Brevetto PCT Pubbl. No. WO 96/33750, in forma di non tessuto per la crescita di condrociti (J. Aigner et al, L. Biomed. Mater Res., 1998, 42, 172-181).

L’impiego di matrici tridimensionali biocompatibili e bioriassorbibili a base di acido ialuronico, su cui sono coltivate le cellule, rappresenta un grande avanzamento della tecnica artroscopica. Infatti, già durante la fase di coltivazione sulla matrice, le cellule iniziano il processo di differenziamento condrocitario, grazie allo stimolo tridimensionale ed alla presenza di fattori di crescita opportuni. La differenziazione cellulare, con produzione di abbandonate matrice ialina, continua poi nel sito di innesto.

Il fatto che le cellule, prima dell’impianto, siano già veicolate su un supporto tridimensionale dotato delle note proprietà di biocompatibilità e bioriassorbibilità dell’acido ialuronico, elimina la necessità di una copertura periostale e perfetta tenuta stagna, in quanto è necessario solo garantire una copertura del difetto atta a mantenere in sede l’innesto per il tempo necessario alla sua integrazione con il tessuto cartilagineo circostante. In tal senso è sufficiente una guarnizione con colla di fibrina (autoioga o allologa), oppure con altro collante biologico per un tempo molto limitato.

Tali matrici tridimensionali comprendenti, a seconda del caso, condrociti, osteociti, cellule staminali o mesenchimali, si sono dimostrate particolarmente adatte nel trattamento dei difetti cartilaginei anche di estese dimensioni, sia superficiali che profondi, e tuttavia il loro impianto è stato limitato fino ad oggi solo alla via artrotomica (Hyalograft®-C) . Come è noto, la tecnica in artrotomia determina notevoli svantaggi per il paziente il quale, oltre a sopportare lo stress dell’intervento e dell’anestesia e lunghi tempi di recupero funzionale, subisce a seguito dell’intervento un’estesa cicatrice di carattere permanente ed è soggetto a rischio di infezioni.

Sommario dell’Invenzione

Scopo della presente invenzione è di mettere a disposizione un nuovo strumentario per trattare i difetti cartilaginei per via artroscopica, consentendo di superare gli svantaggi della tecnica nota.

Lo strumentario è costituito da un vassoio contenente una canula con relative valvole sterili, un mappatore-prelevatore (Fig. 1), un filo guida (Fig. 5), una fresa abrasore concava (Fig. 3) ed un otturatore canulato (Fig. 2) che consentono di posizionare con estrema precisione sull’area della lesione un materiale biologico comprendente cellule supportate su matrici tridimensionali bioingegnerizzate, senza che lo stesso sia manipolato dal chirurgo durante l’intervento.

Breve descrizione delle figure:

La figura 1 rappresenta il mappatore-prelevatore.

La figura 2 rappresenta l’otturatore.

La figura 3 rappresenta la fresa concava canulata.

La figura 4 rappresenta il mappatore-prelevatore mentre crea l’impronta oltre i margini della lesione.

La figura 5 rappresenta la fresa stabilizzata dal filo guida infìsso al centro dell’area della lesione e durante il suo funzionamento.

La figura 6 rappresenta l’utilizzo del mappatore-prelevatore che con una leggera pressione esercitata dalla mano del chirurgo consente di sezionare e trattenere al suo interno il supporto cellulare bioingegnerizzato .

La figura 7 rappresenta il mappatore-prelevatore completo al suo interno dell’otturatore mentre colloca nel sito della lesione, precedentemente preparata dalla fresa, il materiale biologico comprendente le cellule supportate su matrici tridimensionali bioingegnerizzate.

Descrizione dettagliata dell’Invenzione

Lo strumentario per l 'impianto in chirurgia artroscopica di materiale biologico comprendente cellule supportate su matrici tridimensionali bioingegnerizzate secondo la presente invenzione è stato costruito utilizzando i materiali con le caratteristiche sotto riportate:

- Un vassoio per sterilizzazione;

- Una Canula in acciaio Aise 316 medicale di diametro interno 11,5 mm e di lunghezza 111 mm, con relative valvole sterili, utilizzata come guida per l’accesso in artroscopia degli strumenti qui di seguito elencati;

- Un mappatore-prelevatore costituito da una canula di forma cilindrica in acciaio Aise 316 medicale di diametro esterno 10,5 mm e diametro interno 9 mm, lunghezza 155 mm, utilizzato per delimitare l’area della lesione cartilaginea creando una impronta circolare e per prelevare nella stessa forma circolare e nella stessa dimensione dell’impronta il tessuto di cartilagine;

- Un filo guida di 1 mm che viene infisso con l’ausilio di un trapano al centro dell’area di lesione per garantire stabilità alla fresa durante il suo utilizzo;

- Una fresa-abrasore concava in acciaio Aise 316 medicale con canulazione da 1,2 mm, diametro esterno di 9,50 mm e lunghezza di 162,50 mm, utilizzata per creare entro i margini dell’impronta disegnata dal mappatore il sito nel quale verrà successivamente impiantato il materiale biologico comprendente le cellule supportate su matrici tridimensionali bioingegnerizzate.

- Un otturatore canulato di diametro di 5 mm che viene introdotto all’interno del mappatore per spingere il materiale biologico comprendente le cellule supportate su matrici tridimensionali bioingegnerizzate nel sito della lesione precedentemente preparato.

L'uso del suddetto strumentario consente di effettuare la seguente tecnica operatoria:

A) Si applica un tourniquet pneumatico intorno all’area prossimale dell’arto;

B) Si individua la zona di lesione mediante tecnica artroscopica;

C) Si procede con ago di repere all’individuazione del portale più perpendicolare alla lesione;

D) Si incide la cute con un bisturi e si introduce attraverso il portale una canula attraverso la quale si introdurrà il mappatoreprelevatore (Fig. 1) per effettuare un impronta circolare entro la zona della lesione del diametro di 9 mm (cd. operazione di mappatura);

E) Attraverso il mappatore (Fig. 1) si introduce l’otturatore concavo canulato (Fig. 2) nel quale viene introdotto a sua volta un filo-guida di 1 mm (Fig. 5), infisso con l’ausilio di un trapano al centro dell’area mappata. Tale filo-guida servirà a dare stabilità all’operazione successiva di fresatura.

F) Si rimuove sia il mappatore (Fig. 1) sia l’otturatore (Fig. 2) e si introduce la fresa concava delle dimensioni corrispondenti al mappatore utilizzato in precedenza. Mantenendo la fresa perpendicolare all’area di lesione si modella la stessa fermandosi allo stop distale marcato sulla fresa.

G) Con il mappatore-prelevatore (Fig. 1) si prepara il materiale biologico comprendente le cellule supportate su matrici tridimensionali bioingegnerizzate della dimensione “mappata” in precedenza e lo si introduce attraverso la canula completo del suo otturatore concavo (Fig. 2), permettendo così l’applicazione del materiale biologico sulla lesione;

H) Con l’otturatore concavo canulato (Fig. 2) si spinge detto supporto al di fuori del mappatore (Fig. 1) nell’alveo convesso della lesione; I) Si eseguono multiple flesso estensioni dell’arto sotto controllo artroscopico per verificare la stabilità dell’impianto;

J) Si rilascia il tourniquet pneumatico e si procede alla rimozione delle apparecchiature artroscopiche (ottiche e canula).

Le matrici tridimensionali contenenti le cellule autologhe e/ allologhe possono essere costituite da polimeri naturali, semisintetici o sintetici. I polimeri naturali sono scelti da gruppo formato dal collagene, coprecipitati di collagene e glicosamminoglicani, cellulosa, polisaccaridi in forma di gel quelli chitina, chitosano, pectina o acido pectico, agar, agarosio, xantano, gellano, acido alginico o alginati, polimannani o poliglicani, amido e gomme naturali.

Tra i polimeri semisintetici sono da preferire il collagene reticolato con agenti quali aldeidi o precursori delle stesse, acidi dicarbossilici o loro alogenuri, diammine, derivati della cellulosa, dell’acido ialuronico, della chitina o del chitosano, del gellano, dello xantano, della pectina o dell’acido pectico, dei poliglicani, del polimannano, dell’agar, dell’agarosio, della gomma naturale e dei glicosamminoglicani.

I polimeri sintetici sono scelti nel gruppo consistente di acido polilattico, acido poliglicolico o loro copolimeri o derivati, polidiossani, polifosfazeni, resine poliusulfoniche, poliuretani e PTFE.

Inoltre le matrici tridimensionali di cui alla presente invenzione potranno contenere oltre alle cellule anche sostanze farmaceuticamente o biologicamente attive quali, ad esempio, agenti antiinfiammatori, antibiotici, fattori di crescita, antimicotici ed agenti antivirali, e potranno essere preventivamente criopreservate allo scopo di conservarne le caratteristiche di vitalità cellulare in vista di innesti programmati in tempi successivi per via artroscopica mediante lo strumentario qui sotto rivendicato.

Essendo l’invenzione così descritta, è chiaro che i materiali e metodi impiegati possono essere modificati in vari modi. Tali modificazioni non sono da considerarsi come divergenze dallo spirito e dalle prospettive dell’invenzione e tutte le modifiche che apparirebbero evidenti ad un esperto del ramo sono comprese nelle seguenti rivendicazioni:

Claims

Rivendicazioni 1) Strumentario per rimpianto in chirurgia artroscopica di materiale biologico comprendente cellule supportate su matrici tridimensionali bioingegnerizzate costituito essenzialmente da: a) Un vassoio per sterilizzazione; b) Una canula, con relative valvole sterili, utilizzata come guida per l’accesso in artroscopia degli strumenti di seguito elencati; c) Un mappatore-prelevatore costituito da una canula, utilizzato per delimitare l’area di lesione creando una impronta circolare e nello stesso tempo per prelevare nella stessa forma circolare e nella stessa dimensione dell’impronta il tessuto di cartilagine; d) Un filo guida che viene infisso con l’ausilio di un trapano al centro dell’area di lesione per garantire stabilità alla fresa durante il suo utilizzo; e) Una fresa abrasore per creare entro i margini dell’impronta disegnata con il mappatore il sito nel quale verrà successivamente impiantato il materiale biologico comprendente le cellule supportate su matrici tridimensionali bioingegnerizzate; f) Un otturatore canulato che viene introdotto all’interno del mappatore per spingere il materiale biologico nel sito della lesione precedentemente preparato.
2) Strumentario secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il mappatore-prelevatore è canulato e consente l’introduzione al suo interno dell’otturatore, ha una punta concava che consente di aderire alla superficie circolare dell’articolazione e possiede un sistema di controllo mediante il quale viene interrotta la pressione di esercizio per l’avanzamento dell’otturatore.
3) Strumentario secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l’otturatore è un cilindro canulato di dimensioni tali da consentire al suo interno l’alloggiamento di un filo guida ed ha una estremità concava come il mappatore.
4) Strumentario secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le lame della fresa hanno una forma concava che consente di realizzare superfici convesse.
5) Uso di uno strumentario per 1’impianto in chirurgia artroscopica di materiale biologico comprendente cellule supportate su matrici tridimensionali bioingegnerizzate costituito essenzialmente da: a) Un vassoio per sterilizzazione; b) Una canula, con relative valvole sterili, utilizzata come guida per l’accesso in artroscopia degli strumenti di seguito elencati; c) Un mappatore-prelevatore costituito da una canula, utilizzato per delimitare l’area di lesione creando una impronta circolare e nello stesso tempo per prelevare nella stessa forma circolare e nella stessa dimensione dell’impronta il tessuto di cartilagine; d) Un filo guida che viene infisso con l’ausilio di un trapano al centro dell’area di lesione per garantire stabilità alla fresa durante il suo utilizzo; e) Una fresa abrasore per creare entro i margini dell’impronta disegnata con il mappatore il sito nel quale verrà successivamente impiantato il materiale biologico comprendente le cellule supportate su matrici tridimensionali bioingegnerizzate; f) Un otturatore canulato che viene introdotto all’interno del mappatore per spingere il materiale biologico nel sito della lesione precedentemente preparato.
6) L’uso di uno strumentario secondo la rivendicazione 5, in cui la matrice tridimensionale comprende almeno un derivato di acido ialuronico.
7) L’uso di uno strumentario secondo la rivendicazione 6, in cui il derivato di acido ialuronico è parzialmente o totalmente esterificato con alcool benzilico.
8) L’uso di uno strumentario secondo la rivendicazione 5, in cui le cellule sono autologhe e/o allologhe e sono scelte tra condrociti, osteociti, cellule mesenchimali e staminali.
9) L’uso di uno strumentario secondo la rivendicazione 5, in cui le matrici tridimensionali comprendono polimeri naturali, semisintetici o sintetici.
10) L’uso di uno strumentario secondo la rivendicazione 9, in cui detti polimeri naturali sono scelti da gruppo formato dal collagene, coprecipitati di collagene e glicosamminoglicani, cellulosa, polisaccaridi in forma di gel quali chitina, chitosano, pectina o acido pectico, agar, agarosio, xantano, gellano, acido alginico o alginati, polimannani o poliglicani, amido e gomme naturali.
11) L’uso di uno strumentario secondo la rivendicazione 9, in cui detti polimeri semisintetici sono scelti nel gruppo consistente di collagene reticolato con agenti quali aldeidi o precursori delle stesse, acidi dicarbossilici o loro alogenuri, diammine, derivati della cellulosa, dell’acido ialuronico, della chitina o del chitosano, del gellano, dello xantano, della pectina o dell’acido pectico, dei poliglicani, del polimannano, dell’agar, dell’agarosio, della gomma naturale e dei glicosamminoglicani.
12) L’uso di uno strumentario secondo la rivendicazione 9, in cui detti polimeri sintetici sono scelti nel gruppo consistente di acido polilattico, acido poliglicolico o loro copolimeri o derivati, polidiossani, polifosfazeni, resine poliusulfoniche, poliuretani e PTFE.
13) L’uso di uno strumentario secondo la rivendicazione 5, in cui il materiale biologico comprende eventualmente sostanze farmaceuticamente o biologicamente attive.
14) L’uso di uno strumentario secondo la rivendicazione 13, in cui dette sostanze farmaceuticamente o biologicamente attive sono scelte nel gruppo consistente di agenti antiinfiammatori, antibiotici, fattori di crescita, antimicotici ed agenti antivirali.
15) L’uso di uno strumentario secondo la rivendicazione 5, in cui la matrice tridimensionale supportata di cellule sia stata preventivamente criopreservata allo scopo di conservarne le caratteristiche di vitalità cellulare in vista di innesti programmati in tempi successivi per via artroscopica.