ITTO980138A1 - Protesi vascolare rivestita e procedimento per la sua produzione. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Protesi vascolare rivestita e procedimento per la sua produzione"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad una protesi vascolare ed al suo procedimento di produzione.

Protesi di questo tipo vengono realizzate ad esempio nella forma di tessuto, maglia o altra struttura porosa di filati di PET, PTFE o altri polimeri biostabili e biocompatibili. La porosità è un requisito .essenziale per tali protesi, in quanto ne favorisce l'incorporazione nei tessuti circostanti e/o neoformati (pseudo-neointima) successivamente al loro impianto. Tale porosità però, se non venisse contenuta in qualche modo, presenterebbe lo svantaggio di consentire un indesiderato passaggio di sangue attraverso le pareti delle protesi.

Per evitare questo fenomeno, ci si è dapprima indirizzati a sottoporre la protesi, prima del suo impianto, ad un trattamento con il sangue del paziente, detto "preclotting", così da ottenerne l'impermeabilizzazione mediante depositi trombotici (principalmente fibrina) da sangue autologo.

Il trattamento di "preclotting" risulta comunque molto delicato ed il suo successo dipende da una serie di fattori non sempre facilmente controllabili, quali la composizione chimica del sangue del paziente, in cui viene impiantata la protesi, l'eventuale presenza di farmaci, le modalità di esecuzione della procedura ed il tempo intercorrente fra il trattamento di "preclotting" stesso e l'impianto della protesi. In ogni caso esiste sempre un rischio di contaminazione batterica associato alla manipolazione della protesi e del sangue.

Per evitare questi inconvenienti, è stato quindi proposto di impregnare la protesi con una sostanza suscettibile di conferirle proprietà di impermeabilità al sangue, eliminando così la necessità di effettuare il "preclotting". Tale sostanza serve inoltre, successivamente all'impianto, come temporanea impalcatura ("scaffold") per promuovere la crescita cellulare, l'incorporazione della protesi nei tessuti circostanti e la sua neoendotelizzazione ("graft healing"), venendo gradualmente riassorbita, durante il periodo di "healing", e rimpiazzata dal tessuto dell'ospite.

Fra le sostanze finora proposte come impregnanti di protesi aventi le suddette caratteristiche, si possono citare il collagene, che è la proteina strutturale maggiormente presente nei tessuti dei mammiferi, la gelatina, che è la forma denaturata del collagene, e l'albumina.

La gelatina e soprattutto il collagene sono state le sostanze finora utilizzate praticamente per l'impregnazione di protesi, mentre l'albumina è stata poco utilizzata a causa delle limitazioni dovute alla fonte.

Ad esempio il brevetto US-A-4842 575 descrive un procedimento per l'impregnazione di protesi vascolari sintetiche, in particolare realizzate con un PET quale il Dacron (marchio registrato), con una dispersione acquosa di collagene.

Tale sostanza, grazie alle caratteristiche di elasticità, resistenza, idrofilicità delle fibrille che la costituiscono, esercita già "in vivo" funzioni strutturali e di rivestimento ed ha buone caratteristiche di biocompatibilità ed assorbibilità. Infatti essa, essendo estratta da tessuti di mammiferi ed opportunamente trattata chimicamente, ha una ridotta antigenicità (non è infatti riconosciuta come estranea dall'organismo, in cui è effettuato l'impianto) ed è quindi biodegradata in vivo, rilasciando sottoprodotti che vengono metabolizzati con normali meccanismi biologici di ricambio simili a quelli che avvengono durante il "tissue-repair".

Per i motivi appena elencati l'utilizzo del collagene come sostanza impregnante per protesi si è rapidamente diffuso, presentando tuttavia una serie di svantaggi.

Il collagene è infatti molto suscettibile al-1 'attacco batterico ed è così necessario lavorare in condizioni di elevata asetticità per ridurre al minimo la formazione di carica batterica, che comporterebbe possibilità di attacco da parte di proteasi batteriche che possono degradare il materiale, la difficoltà di sterilizzazione del prodotto finito ed il rischio di pirogenicità delle protesi.

E' inoltre difficile ottenere uniformità di caratteristiche del collagene purificato in dipendenza dalle differenti età degli animali da cui viene estratto, e dalla complessità del procedimento di purificazione, che risulta in ogni caso molto costoso. Pertanto, a causa delle disomogeneità del prodotto di partenza, si hanno dei problemi nel corso del trattamento di impregnazione che non sempre è perfettamente riproducibile e ripetibile.

Ulteriormente esiste il rischio che il collagene sia estratto in Europa da tessuti animali contaminati da virus lenti, ad esempio BSE.

Infine il collagene può essere denaturato a temperature superiori a 40°C. Pertanto le sue modalità di manipolazione e trasporto debbono essere tenute accuratamente sotto controllo per evitare il superamento di tale soglia di temperatura.

Scopo della presente invenzione è quello di ovviare agli svantaggi sopra menzionati delle tecniche note di impermeabilizzazione di protesi vascolari.

Tale scopo viene raggiunto grazie a protesi vascolari rivestite descritte in modo specifico nelle rivendicazioni seguenti, che si riferiscono inoltre ai relativi procedimenti di produzione.

L'invenzione è ulteriormente illustrata grazie ai disegni allegati, forniti a titolo non limitativo, in cui:

la figura 1 è un diagramma che illustra la variazione delle temperature di transizione vetrosa e di fusione di copolimeri poli-(lattide-caprolattone) (DLLA-CL) in funzione della percentuale di caprolattone,

la figura 2 è un diagramma che illustra la variazione del carico massimo di copolimeri CL-DLLA in funzione della percentuale di caprolattone,

la figura 3 è un diagramma che illustra la variazione del modulo elastico di copolimeri CL-DLLA in funzione della percentuale di caprolattone,

la figura 4 è un diagramma che illustra la variazione di una costante di tempo di degradazione di copolimeri CL-DLLA in funzione della percentuale di caprolattone, e

la figura 5 è una rappresentazione fotografica SEM di uno strato di polimero applicato secondo l’invenzione su un corpo di protesi di Dacron (marchio registrato).

Poiché nelle protesi dell'invenzione lo strato impermeabile di rivestimento è di polimero sintetico, si evitano i rischi di possibili contaminazioni da agenti patogeni ed i problemi di riproducibilità connessi all'utilizzo di materiale di origine naturale .

Tali polimeri sintetici sono inoltre biodegradabili e biocompatibili (anche con riferimento ai prodotti di degradazione) e, essendo preferibilmente idrofobici ed anidri, hanno buone proprietà di adesione al corpo della protesi.

Poiché questi polimeri hanno buone proprietà elastiche e non penetrano in profondità nel corpo della protesi, le fibre costituenti quest’ultimo mantengono la flessibilità e morbidezza originarie, cosicché la suturabilità e le possibilità di manipolazione della protesi rivestita risultano più che soddisfacenti.

Secondo l'invenzione, lo strato impermeabile di rivestimento può essere applicato sulla superficie esterna della protesi, su quella interna o su entrambe mediante l'utilizzo di tecniche applicative convenzionali e quindi riproducibili, controllabili e di basso costo. Tali tecniche possono ad esempio essere basate su operazioni di verniciatura, anche in più passaggi, oppure di rullatura, effettuate eventualmente a caldo e/o in combinazione fra loro ed eventualmente seguite da o alternate con trattamenti termici.

E' inoltre possibile utilizzare tecniche diverse per l'applicazione dello strato impermeabile su zone a diversa geometria di una stessa protesi, ad esempio i tratti retti e le zone di biforcazione eventualmente presenti.

Vantaggiosamente lo strato impermeabile di rivestimento del corpo della protesi ha uno spessore compreso fra 50 e 300 μm.

Polimeri utilizzabili per la realizzazione dello strato impermeabile di rivestimento secondo l'invenzione sono ad esempio i copolimeri poli-(lattidecaprolattone) aventi viscosità intrinseca [η], misurata in cloroformio a 25°C, inferiore a 4 dl/g, preferibilmente compresa fra 0,5 e 4 dl/g e ancora più preferibilmente pari a 2 dl/g. Tali valori sono indicativi di un peso molecolare di almeno 40000 Dalton.

Vantaggiosamente tali copolimeri sono ottenuti da D,L-lattide e ε-caprolattone in rapporto ponderale compreso fra 40%/60% e 60%/40%, e preferibilmente pari a 50%/50%.

Questi copolimeri sono amorfi, hanno una temperatura di transizione vetrosa compresa fra 0° e -30°C, modulo elastico inferiore a 10 MPa ed allungamento elastico a rottura superiore al 100%. Queste proprietà fanno sì che uno strato di rivestimento realizzato con questi copolimeri abbia, una volta applicato sul corpo di una protesi, ottime caratteristiche di impermeabilità, elasticità e velocità di degradazione, che lo rendono idoneo all'impiego sulla protesi impiantata.

Tale risultato appare sorprendente in considerazione del fatto che gli omopolimeri sia di D,L-lattide che di ε-caprolattone sono rigidi e si degradano molto lentamente. Peraltro si deve considerare che queste proprietà derivano da caratteristiche molto diverse e per certi versi opposte.

Il poli-caprolattone è infatti un polimero ad elevato grado di cristallinità con temperatura di fusione Tm di circa 60°C e con una bassa temperatura di transizione vetrosa Tg (circa -60°C). L'elevato grado di cristallinità (ordine strutturale) gli conferisce inoltre rigidità e limita la quantità di acqua assorbibile dal materiale e la velocità con cui essa può diffondere all'interno di questo e, di conseguenza, rallenta il fenomeno di idrolisi responsabile della biodegradazione.

Al contrario il poli-D,L lattide è un polimero amorfo, ma ha una Tg di 49°C. Pertanto, a temperatura ambiente ed alla temperatura di impiego (+37°C), si trova a temperatura minore della Tg e quindi nelle condizioni di un "vetro" rigido e con ridotta mobilità molecolare.

Combinando in percentuale variabile i due monomeri per formare il copolimero (vedi figura 1) si riesce a individuare un intervallo di composizione (corrispondente ad una percentuale di caprolattone compresa fra circa 40% e 60%), in cui il grado di cristallinità è estremamente ridotto o nullo e che presenta contemporaneamente una Tg ancora significativamente inferiore alla temperatura ambiente. In questo modo il copolimero risultante è elastico.

Tali caratteristiche sono illustrate nelle figure 2, 3 e 4, in cui si evidenziano - in dipendenza dalla variazione di composizione di copolimeri CL-DLLA - le rispettive variazioni del carico massimo, del modulo elastico e di una costante di tempo di degradazione, definita come l'inverso della quantità Kxa, in cui:

a è l'esponente dell'equazione di Mark-Houwing η = costante x Mαw

che descrive la correlazione fra la viscosità intrinseca e il peso molecolare di un polimero (Mw);

K è la pendenza della retta che, in scala logaritmica, descrive la diminuzione di η nel tempo per effetto dell'idrolisi in polimeri mantenuti in acqua o soluzione acquosa.

Altri esempi di polimeri, utilizzabili secondo l'invenzione per la realizzazione di uno strato impermeabile di rivestimento di una protesi, sono forniti da poliesteri alifatici. E' il caso di omopolimeri o copolimeri di polivalerolattone, ε-decalattone, poliidrossibutirrato, poliidrossivalerato, polidiossanone, sia tali e quali che addizionati di plastificanti.

Tali plastificanti possono essere ad esempio monomeri o oligomeri degli stessi poliesteri alitatici, nonché lecitina, polivinilpirrolidone (PVP), esteri dell'acido citrico, esteri dell'acido trimellitico e glicerooligolattidi. Gli stessi plastificanti possono essere addizionati anche ai copolimeri ε-CL/DLLA precedentemente descritti.

Ulteriori vantaggi e caratteristiche della presente invenzione risulteranno evidenti dai seguenti esempi di procedimenti di produzione di protesi rivestite, forniti a titolo non limitativo.

ESEMPIO 1

Si prepara un copolimero di D,L-lattide e ε-caprolattone con rapporto in peso fra i componenti di 50%/50% e viscosità intrinseca [η], misurata in cloroformio a 25°C, pari a 2 dl/g, secondo modalità descritte ad esempio in:

M. Hiljanen-Vainio et al. "Biodegradable lactone copolymers. I. Characterization and mechanical behaviour of ε-Caprolactone and Lactide copolymers", J. of Applied Polymer Science (1996), 59; 1281-1288; X. Zhang et al., "An investigation of thè synthesis and thermal stability of poly(D;L-lactide)n, J. Polym. SCI.Polym. Chem. (1994), 32: 2965-2970;

D. W. Grijpma et al., "Polimerization temperature effects on thè properties of L-lactide and εcaprolactone copolymers ", Polymer Bulletin (1991), 25: 335-341;

M. P. Hiljanen-Vainio et al., "Properties of εcaprolactone/DL_lactide (ε-CL/DLLA) copolymers with a minor ε-CL content, J. Biomed. Mat. Rea. (1997), 34: 39-46.

Si prepara poi una soluzione al 5% del copolimero in acetone, 2-butanone, dimetilacetammide o loro miscele. La soluzione è quindi collocata in un evaporatore di materiale antiadesivo, quale PTFE, entro un'impronta, così da ottenere, dopo evaporazione del solvente, un foglio di copolimero di sagoma corrispondente a quella dell'impronta, ad esempio rettangolare o a losanga.

Il foglio ottenuto è poi posto su di una tavoletta di materiale antiadesivo levigato, sulla quale si pone una sagoma di materiale antiadesivo, che riproduce la geometria della pellicola di copolimero che si intende depositare sul corpo di una protesi di PET dacron (marchio registrato). La sagoma funge da riferimento per tagliare dal foglio una pellicola di dimensioni convenienti per poter rivestire la superficie della protesi.

Su rispettivi mandrini di una macchina a rulli controruotanti vengono poi montati il corpo della protesi e la pellicola tagliata di copolimero. Il mandrino su cui è montata la pellicola è vantaggiosamente realizzato di materiale antiaderente ed è riscaldato e, nel funzionamento della macchina, va in contatto di pressione con l 'altro mandrino. Si effettua così una rullatura che, grazie all'azione combinata di calore e pressione, determina un'adesione ed una parziale compenetrazione della pellicola di copolimero al corpo della protesi.

Vantaggiosamente si cura che vi sia un sormonto fra lembi adiacenti di pellicola, così da ottenere uno strato impermeabile di rivestimento continuo sul corpo della protesi. Nelle zone di sormonto si esercita una pressione maggiore che nelle restanti zone, onde ottenere uno spessore uniforme di tale strato.

La protesi rivestita così ottenuta viene poi tenuta in forno per circa un'ora ad una temperatura di 85 °C, per migliorare le caratteristiche di regolarità dello strato di rivestimento e la sua adesione al corpo della protesi.

Le caratteristiche del rivestimento sono state verificate mediante le seguenti prove:

I) Prove di tenuta per verificare l'impermeabilità delle protesi rivestite, eseguite sia con acqua che con aria.

Nel primo caso sono state sottoposte all'azione di una colonna d'acqua - di altezza tale da esercitare una pressione analoga a quella fisiologica (16 kPa) - protesi complete (chiuse da un lato) e provini circolari del medesimo materiale, misurando le eventuali perdite.

Nel secondo caso si è provveduto ad occludere un circuito fluidico con dischi del materiale in esame, a pressurizzarlo e, successivamente, a misurare eventuali diminuzioni della pressione dovute al trafilamento dell'aria attraverso il materiale costituente i dischi.

II) Prove di tenuta dopo sforzo, eseguite come in I) , ma utilizzando provini circolari preventivamente sottoposti, per tre volte, a sollecitazioni di distacco e lacerazione del rivestimento. Tali sollecitazioni erano provocate facendo aderire per pressione il lato rivestito dei provini a una superficie liscia di policarbonato e successivamente staccandoli da questa mediante un'azione di strappo esercitata in modo riproducibile mediante un mezzo elastico. Poiché in alcuni casi le protesi vascolari in filato di polietilenetereftalato vengono rivestite con film sottili di carbonio turbostatico, noto come "Carbofilm", al fine di migliorarne la biocompatibilità, e poiché questo trattamento, riducendo l'idrofobicità della superficie, potrebbe diminuire l'adesione del polimero biodegradabile idrofobico al corpo delle protesi, sono state eseguite anche prove di adesione di fogli di copolimero su superfici rive-; stite con Carbofilm.

A tale fine si fanno aderire i fogli a queste superfici mediante l'azione di ima pressione e di un trattamento termico di 1 ora a 85°C. Successivamente si incide il polimero del foglio realizzando un reticolo di tagli, quindi si fa prima aderire (per pressione) a tale foglio una striscia di nastro adesivo e poi la si distacca con un'azione di strappo. L 'occorrenza o meno di distacchi, totali o parziali, di parti del foglio di copolimero dalla superficie rivestita di Carbofilm e la loro entità, costituiscono un buon indice dell'adesione fra foglio e superficie rivestita.

Le prove di tenuta hanno evidenziato che il rivestimento con copolimero conferisce alle protesi un 'impermeabilità uguale o migliore di quella di analoghe protesi impregnate con collagene e attualmente in uso clinico, che tale impermeabilità si mantiene anche dopo sforzi e sollecitazioni di distacco del copolimero dal tessuto (o maglia) e che l'adesione fra il foglio di copolimero e la superficie rivestita con Carbofilm è adeguata, tanto che nessun distacco è stato osservato in conseguenza della prova descritta.

ESEMPIO 2

Questo esempio è analogo al precedente con la differenza che il foglio polimerico di spessore desiderato di copolimero di D,L-lattide e ε-caprolattone è prodotto mediante lavorazione termo-meccanica. A tal fine una quantità opportuna di copolimero viene inserita in una cavità di spessore e sagoma desiderati di uno stampo inserito in una pressa provvista di piatti di materiale antiadesivo riscaldati. L'azione combinata di calore e pressione determina la fusione del copolimero in eccesso, che viene scaricato attraverso aperture di sfiato praticate nello stampo. Si ottiene così un foglio di copolimero di spessore desiderato, una cui porzione viene poi applicata al corpo di una protesi in modo analogo a quanto precedentemente descritto.

Anche in questo caso si sono eseguite le prove descritte nell'esempio 1 ottenendo risultati del tutto analoghi.

ESEMPIO 3

Si prepara una soluzione con concentrazione fra il 2% e il 5% di copolimero di DfL-lattide e εcaprolattone in un solvente, quale ad esempio acetone, 2-butanone, dimetilacetaimnide o loro miscele. Tale soluzione viene poi addizionata ad un propellente inerte e spruzzata, mediante l'utilizzo di tecniche in sé note di spruzzatura, su di un corpo di protesi montato su di un mandrino rotante. Le gocce che colpiscono la superficie di tale corpo contengono ancora buona parte del solvente e possono così coalescere le une con le altre formando uno strato omogeneo e continuo, che non aderisce però perfettamente alla superficie del corpo della protesi, ma ne ricalca la geometria e vi aderisce parzialmente .

Per ottenere un'adesione perfetta, si monta la protesi rivestita da tale strato non perfettamente aderente su di un mandrino di una macchina a rulli controruotanti. Nel funzionamento della macchina tale mandrino, che funge da primo rullo, entra in contatto di pressione con un secondo rullo controruotante di materiale antiadesivo e riscaldato, cosicché si determina una perfetta adesione dello strato di copolimero sul corpo della protesi grazie al-L 'azione combinata di calore e pressione.

Successivamente è possibile accrescere lo spessore dello strato di rivestimento, effettuando su quest'ultimo ulteriori passaggi di spruzzatura di soluzione di copolimero.

La protesi rivestita così ottenuta viene poi tenuta in forno per circa 4 ore ad una temperatura di 55°C, per migliorare le·caratteristiche di regolarità ed omogeneità dello strato di rivestimento (cfr. fig. 5).

Sulla protesi rivestita sono state eseguite prove di tenuta, anche dopo sforzo, in modo analogo a quanto descritto nell'esempio 1, ottenendo conferma, anche in questo caso, della sua buona impermeabilità.

ESEMPIO 4

E' analogo all'esempio 3, con le differenze che si impiega un solvente (o una miscela di solventi) meno volatile, quale 2-butanone, e che si effettua un'impregnazione preventiva del corpo della protesi con il medesimo solvente. Grazie a questi accorgimenti il primo strato depositato mediante vem iciatura per spruzzatura risulta aderente e parzialmente compenetrato al corpo della protesi. Pertanto non è necessario in questo caso effettuare la fase di rullatura a caldo. Si procede invece direttamente ad un trattamento termico e di stabilizzazione a 55°C per 90 minuti e infine si prosegue la verniciatura per spruzzatura per strati successivi fino a raggiungere lo spessore desiderato di circa 150 mm.

Sulla protesi rivestita sono stati eseguiti test di tenuta, anche dopo sforzo - come descritto nell'esempio 1 - che ne hanno confermato, anche in questo caso, la buona impermeabilità.

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, i particolari di realizzazione e le forme di attuazione potranno ampiamente variare rispetto a quanto descritto a puro titolo di esempio, senza per questo uscire dal suo ambito.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1. Protesi vascolare avente un corpo di materiale polimerico biostabile e biocompatibile, e caratterizzata dal fatto che almeno una sua porzione superficiale è rivestita da almeno uno strato impermeabile a base di polimero sintetico, biodegradabile e biocompatibile avente modulo elastico inferiore a 10 MPa.
2. 2. Protesi secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto polimero è idrofobico ed anidro.
3. 3. Protesi secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che detto polimero è un copolimero poli- (lattide-caprolattone) avente viscosità intrinseca [η], misurata in cloroformio a 25°C, inferiore a 4 dl/g.
4. 4. Protesi secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che detto copolimero è ottenuto da D,L-lattide e ε-caprolattone in rapporto ponderale compreso fra 40%/60% e 60%/40%.
5. 5. Protesi secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che detto rapporto ponderale è pari a 50%/50%.
6. 6. Protesi secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che detto polimero è un omopolimero o copolimero di polivalerolattone, ε-decalattone, poliidrossibutirrato, poliidrossivalerato o polidiossanone.
7. 7. Protesi secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che detto polimero è addizionato di monomeri o oligomeri dello stesso polimero, lecitina, polivinilpirrolidone (PVP), esteri dell'acido citrico, esteri dell'acido trimellitico e/o glicerooligolattidi .
8. 8. Protesi secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, caratterizzata dal fatto che detto almeno uno strato impermeabile ha uno spessore compreso fra 50 e 300 μM.
9. 9 . Procedimento per la produzione di una protesi secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che detto almeno uno strato impermeabile è applicato a detto corpo mediante tecniche di verniciatura, in particolare mediante spruzzatura.
10. 10. Procedimento per la produzione di una protesi secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni 1 a 8, caratterizzato dal fatto che detto almeno uno strato impermeabile è applicato al corpo mediante tecniche di rullatura.
11. 11. Procedimento secondo la rivendicazione 9 o 10, caratterizzato dal fatto che detta applicazione è effettuata a caldo.
12. 12. Procedimento secondo una qualunque delle rivendicazioni 9 a 11, caratterizzato dal fatto che detta applicazione è seguita da un trattamento termico.
13. 13. Procedimento secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni 9 a 12, caratterizzato dal fatto che prevede di combinare o utilizzare in successione tecniche di verniciatura e di rullatura per L 'applicazione dell'almeno uno strato impermeabile.
14. 14 . Procedimento secondo una qualunque delle rivendicazioni 9 a 13, caratterizzato dal fatto che prevede di utilizzare tecniche diverse per l'applicazione dell'almeno uno strato impermeabile su zone a diversa geometria di una stessa protesi.