NL8902237A

NL8902237A - Kunsthuid.

Info

Publication number: NL8902237A
Application number: NL8902237A
Authority: NL
Original assignee: Hc Implants Bv
Priority date: 1989-09-06
Filing date: 1989-09-06
Publication date: 1991-04-02
Also published as: EP0416702A1; DE69012720T2; KR0137652B1; DE69012720D1; ES2051659T1; JPH03133458A; JP2938169B2; DK0416702T3; ATE111749T1; US5147401A; EP0416702B1; ES2051659T3; KR910005891A

Description

Kunsthuid

De uitvinding heeft betrekking op een kunsthuid resp. wondbedek-kingsmateriaal, dat uitwendig op in het bijzonder diepe wonden zoals brandwonden e.d. kan worden toegepast.

Zoals bekend vormt de menselijke huid een barrière tegen negatieve uitwendige invloeden zoals infecties. In het geval, dat een deel van de huid is beschadigd, zoals bijvoorbeeld bij brandwonden, treden normaliter complicaties op aangezien enerzijds de beschermde functie van de huid teloor is gegaan en derhalve een microbiële invasie plaats zal vinden en anderzijds een sterk vochtverlies zal optreden.

Aanvraagster heeft derhalve gezocht naar een kunsthuid, welke geheel of grotendeels de functie van de natuurlijke huid kan overnemen. Een dergelijke kunsthuid dient echter aan velerlei eisen te voldoen. Zoals vermeld, dient bijvoorbeeld een dergelijke kunsthuid enerzijds voor bacteriën e.d. gesloten te zijn resp. sterk vochtverlies te beperken, terwijl anderzijds toch een voldoende waterdamptransport door de kunsthuid heen moet kunnen plaats vinden.

Gevonden werd een aan bovenvermelde eisen beantwoordende kunsthuid, welke opgebouwd is uit (1) een waterdampdoorlaatbare, niet-poreuze toplaag van een gesegmenteerde thermoplastische copolyester, bestaande uit in hoofdzaak een veelvoud van zich herhalende lange-keten-ester-eenheden en korte-keten-ester-eenheden, waarbij de lange-keten-ester-eenheden 30-70 gew.% van het copolyester vormen en voorgesteld worden met de formule -0L0-C0-R-C0- en de korte-keten-ester-eenheden voorgesteld worden met de formule -OEO-CO-R-CO- waarin L in de lange-keten-eenheid een tweewaardige groep voorstelt, welke resteert na verwijderen van de terminale hydroxylgroepen van een poly(oxyethyleen)glycol met een gemiddeld molecuulgewicht van 500-3000; R een tweewaardige groep is, welke resteert na verwijdering van de carboxylgroepen van een dicarbonzuur met een molecuulgewicht van ten hoogste 300; en E in de bovenvermelde korte-keten-eenheid een alkyleengroep met 2-6 koolstofatomen voorstelt, met een dikte van 5-200 ym en (2) een macroporeuze onderlaag van een degradeerbaar biocompatibel (co)polymeer met een dikte van 30-300 ym, waarbij de diameter van de poriën een waarde in het trajekt van 50-300 bezit en de macroporositeit 30-80)( bedraagt.

Meer in het bijzonder is de toplaag van de kunsthuid volgens de uitvinding vervaardigd van de bovengedefinieerde thermoplastische co-polymeren, waarin de poly(oxyethyleen)glycol-eenheden L een molecuul-gewicht van ongeveer 75O-I5OO en in het bijzonder van ongeveer 1000 bezitten. Voorts stelt het symbool E bij voorkeur een 1,2-ethyleen- of 1,4-butyleengroep voor, d.w.z. de korte-keten-ester-eenheden zijn bij voorkeur gebaseerd op hetzij poly-l,2-ethyleentereftalaat of poly-1,4-butyleentereftalaat. Voorts is het symbool R met voordeel in hoofdzaak van tereftaalzuur afgeleid.

Het materiaal, waaruit de toplaag van de kunsthuid volgens de uitvinding is vervaardigd, is min of meer uit de stand der techniek bekend. Bijvoorbeeld worden in de voorbeelden van het Amerikaanse octrooischrift 3*908.201 copolymeren van poly(ethyleenglycol) en bis(beta-hydroxyethyl)tereftalaat vermeld. Het gemiddelde molecuul-gewicht van de bij voorkeur toegepaste poly(ethyleenglycol)-eenheden bedroeg ongeveer 4000. Dit molecuulgewicht van 4000 komt overeen met de bij voorkeur toegepaste waarde voor de C^-C^-O-eenheden, zoals vermeld in kolom 7» regel 2 van dit Amerikaanse octrooischrift. Voorts vermeldt het Amerikaanse octrooischrift 3*908.201 nog een copolymeer, dat opgebouwd is uit 50 gew.% aan eenheden, welke afgeleid zijn van poly(ethy-leenglycol) met een gemiddeld molecuulgewicht van 600 en 50 gew.% aan eenheden, welke afgeleid zijn van poly(ethyleentereftalaat).

Als degradeerbaar biocompatibel (co)polymeer voor de onderlaag van de kunsthuid volgens de uitvinding komen de in de medische wereld aanvaardbaar geachte (co)polymeren in aanmerking zoals bijvoorbeeld poly-L-melkzuur met een gemiddeld molecuulgewicht van (5-100) ΙΟ** en de bovengedefinieerde thermoplastische copolyesters, waaruit de toplaag van de onderhavige kunsthuid is opgebouwd. Met voordeel worden de toplaag en de onderlaag van de kunsthuid volgens de uitvinding van hetzelfde materiaal opgebouwd zoals bijvoorbeeld polyoxyethyleen/polybutyleentereftalaat-materialen (ΡΕ0/ΡΒΤ). Meer in het bijzonder zijn dergelijke PE0/PBT-materialen als handelsprodukt verkrijgbaar onder de handelsnaam "Poly-active" (Holland Composite Implants B.V., Nederland).

Een van de belangrijke voordelen van de bovenvermelde PEO/PBT-co-polymeren is gelegen in het feit, dat deze materialen zeer geschikt zijn als substraat voor het kweken van epitheliale cellen zoals keratin-ocyten. Ook is het mogelijk op dergelijke PEO/PBT-materialen fibroblas-ten te kweken, zodat deze materialen eveneens met voordeel als poreuze onderlaag voor de kunsthuid volgens de uitvinding kunnen worden toegepast. Dit laatste geldt ook voor het bovenvermelde poly-L-melkzuur. Voorts wordt in dit verband naar voren gebracht, dat een mogelijke vertraging van de initiële celgroei op de bovenstaande materialen opgeheven kan worden door het verbeteren van de celhechting met behulp van collageen of fibronectine, dat door (pre)coaten op het te bedekken oppervlak van de materialen wordt aangebracht.

De uitvinding heeft derhalve eveneens betrekking op de therapeutische toepassing van de bovenstaand gedefinieerde kunsthuid resp. wondbedekkingsmateriaal, waarbij de niet-poreuze toplaag van de kunsthuid van autologe epitheliale cellen zoals autologe keratinocyten en de macroporeuze onderlaag van de kunsthuid volgens de uitvinding van autologe fibroplasten kunnen zijn voorzien.

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van de onderstaande voorbeelden, welke niet beperkend dienen te worden uitgelegd.

Voorbeeld I

Vervaardiging kunsthuid

Er werden verschillende kunsthuiden volgens de uitvinding vervaardigd waarbij de niet-poreuze ofwel dichte toplaag een dikte van 5-100 pm bezat en de macroporeuze onderlaag een dikte van 150-300 pm. De porositeit werd verkregen met behulp van de algemeen bekende "sodium citrate salt casting"-techniek. De poriën varieerden van 36-212 pm. De toplaag van de kunsthuid volgens de uitvinding bestond hetzij uit Polyactive 55Λ5 (PEO/PBT) of W60 (PEO/PBT). De macroporeuze onderlaag van de kunsthuid bestond uit de bovenvermelde Polyactive-materialen of uit poly-L-melkzuur met een molecuulgewicht van 104 kD.

Kweekproeven.

Op de bovenvermelde kunsthuiden werden keratinocyten uit de huid van de ratterug alsook uit de humane voorhuid gekweekt overeenkomstig de techniek van Rheinwald en Green (J.G. Rheinwald c.s., Serial cultivation of strains of human epidermal keratinocytes; the formation of keratinizing colonies from single cells, Cell 6 (1975). biz. 317-330). Hierbij werden humane voorhuid-fribroblasten geïsoleerd en in DMEM-medium, dat met 10¾ serum was aangevuld, gekweekt.

De morfologie van deze celtypen op de bovenbeschreven biomateria- len alsook op "tissue culture polystyrene" (TCPS) werden door middel van fase-contrast- en "scanning"-elektronenmicroscopie beoordeeld. De pro-liferatie-activiteit van de keratinocyten op de dichte films van de beide Polyactive-materialen (55 PEO/45 PBT en 40 PE0/60 PBT) en op TCPS werden door middel van het tellen van de cellen op de dagen 1,3,6,10 en l4 bepaald.

Uit de proeven bleek, dat de keratinocyten welke op de dichte Polyactive-films werden gekweekt, eerst kleine kolonies vormden en binnen 8 dagen tot een confluente cultuur uitgroeiden. Na het bereiken van de confluentie trad multilaag-vorming van de celcultuur op ten gevolge van de differentiatie der keratinocyten, wat overeenkomt met het gedrag van de cellen, welke op TCPS als substraat werden gekweekt. Dit verschijnsel trad met keratinocyten van zowel humane als ratte-oor-sprong op.

Uit "scanning"-microscopie bleek, dat de keratinocyten als vlakke polygonale cellen in een nauwe apositie optraden en bedekt waren met microvilli. Vorm, grootte en microvilli-dichtheid van de keratinocyten, welke op de beide Polyactive-films waren gekweekt, waren soortgelijk aan de vorm, grootte en microvilli-dichtheid, welke bij op TCPS gekweekte keratinocyten werden aangenomen.

De groeikrommen van de keratinocyten, zoals weergegeven in fig. 1 A/B vertonen een toenemend aantal cellen gedurende de gehele kweekperio-de. Kwantitatieve analyse bevestigde de waarneming met de fasekontrast-microscoop, namelijk dat de aanvankelijke groei van de keratinocyten op de beide Polyactive-materialen zoals substraat was vertraagd in vergelijking met TCPS. In dit opzicht was er geen verschil tussen keratinocyten van de huid van de ratterug of humane voorhuid.

In het geval van fibroblasten, welke 8 dagen op dichte films van de Polyactive-materialen en poly-L-melkzuur waren gekweekt, bleek, dat deze een continue laag vormden en een platte vorm bezaten, welke overeenkomt met die van op TCPS gekweekte fibroblasten; deze waarnemingen werden gedaan met fasecontrast- en "scanning"-elektronenmicroscopie.

Kunstmatige veroudering.

De materialen, waaruit de kunsthuiden volgens de uitvinding werden vervaardigd, werden overeenkomstig de kunstmatige verouderingsmethode volgens Homsy (c.a. Homsy, Bio-compatibility in selection of materials for implantation, J. Biomed. Mater. Res. (1970), blz. 341.356) behandeld. Films van de toe te passen materialen werden in een pseudo ex-tracellulaire vloeistof (PECF) gedurende 48 uren bij 115°C verhit. De PECF's van de verschillende materialen werden vervolgens tot complete media aangevuld (D.Bakker, c.s., Biocompatibility of six elastomers in vitro, J. Biomed. Mater. Res., 22 (1988), biz. 423-439). Deze media werden aan drie dagen oude cultures van keratinocyten en fibroplasten van humane oorsprong toegevoegd. Bij de verouderingsproeven werden films van poly-L-melkzuur, de beide Polyactive-materialen, twee positieve controles en een negatieve controle onderzocht. Als positieve controles werden polyethyleentereftalaat (Melinex) en standaard PECF toegepast. Als negatieve controle werd polyvinylchloride (PVC) toegepast.

Bij de "kunstmatige verouderings"-proeven bleken het morfologische voorkomen en de groei van de cellen, welke in de van poly-L-melkzuur of de Polyactive-materialen afgeleide media waren gekweekt, nagenoeg hetzelfde als die van de cellen welke in de positieve controle-media waren gekweekt. Zowel de keratinocyten als fibroblasten groeiden binnen 8 dagen tot confluentie. Echter, bij toepassing van van PVC afgeleide media trad celdood binnen 2 kweekdagen op.

Waterdampdoorlaatbaarheid.

De waterdampdoorlaatbaarheid van een Polyactive-materiaal (55 PEO/45 PBT) met een dikte van 100, 200, 300 en 400 pm werd bepaald overeenkomstig de methode van Jonkman (M.F. Jonkman, Design of the poly (ether urethane) wound covering and measurement of the water vapor permeance, in Epidermal Wound healing between moist and dry, Thesis (1989), chapter 2, biz. 31~4θ). Uit de proeven bleek, dat de waterdamp-permeabiliteit van de bovenvermelde kunsthuiden met de verschillende toplagen onafhankelijk was van de dikte van de dichte toplaag en 30 g.m“^.h“·*·.kPa-l bedroeg.

Voorbeeld II

Toepassing van de kunsthuid volgens de uitvinding in vivo.

Drie mannelijke Wistar-ratten (35Ο g) van 0,5 jaar oud met een dorsale wond van volledige dikte werden voorzien van een met stoom gesteriliseerde cel-vrije kunsthuid van Polyactive (55 PEO/45 PBT) opgebouwd uit een dichte toplaag van 50 pm en een poreuze onderlaag met een dikte van 210 pm met een macroporositeit van 45$. Na een tijdsbestek van 2 weken werden wondcontractie, exudaatvorming en re-epithelisatie met die van controledieren, waarvan de dorsale wond niet van een kunsthuid was voorzien, vergeleken.

Na toepassing van de kunsthuid volgens de uitvinding op de bovenvermelde wonden hechtte deze zich dankzij capillaire werking onmiddel lijk aan de wond en er vormde zich geen opeenhoping van exudaat onder de kunsthuid. Re-epithelisatie vanuit de wondhoeken op de kunsthuid was na 8 dagen macroscopisch zichtbaar. De wond-contractie was in vergelijking met de controle-wonden aanzienlijk afgenomen (zie Fig. 2).

De in vergelijking met normale huid (25 g.m_^.hr-^.kPa_^·) resp. het handelsprodukt "Opsite" (5 g.m“^.hr"^.kPa-:1) grote waterdampdoor-laatbaarheid van de kunsthuid volgens de uitvinding, welke 30 g.m'^.hr-^·.kPa-·*· bedroeg, is belangrijk gebleken om een voldoende toevoer van voedingsstoffen vanuit de subdermis naar de dermis op de bovenzijde van de kunsthuid volgens de uitvinding mogelijk te maken.

LEGENDA

Fig. 1 Groeikrommen van keratinocyten, welke gekweekt zijn op dichte Polyactive-films en op TCPS, welke laatste materiaal een routine celcultuursubstraat is. Hierbij werden twee Polyactive-materialen gebruikt, namelijk de 55 PEO/45 PBT- en 40 PEO/60 PBT-materialen.

A: de krommen hebben betrekking op huidkeratinocyten van de ratterug; B: de krommen hebben betrekking op keratinocyten van humane voorhuid.

Op de abscis worden de dagen en op de ordinaat worden het aantal cellen (x 1000) weergegeven.

Fig. 2 In fig. 2 wordt de wondcontractie na toepassing van een kunsthuid volgens de uitvinding van 45 PEO/55 PBT en een niet van een kunsthuid voorziene dorsale wond zoals vermeld in voorbeeld II weergegeven. Op de abscis worden de dagen en op de ordinaat wordt het wondoppervlak, als percentage van de oorspronkelijke wond, weergegeven.

Claims

1. Kunsthuid, opgebouwd uit (1) een waterdampdoorlaatbare, niet-poreuze toplaag van een gesegmenteerde thermoplastische copolyester, bestaande in hoofdzaak uit een veelvoud van zich herhalende lange-keten-ester-eenheden en korte-keten-ester-eenheden, waarbij de lange-keten-ester-eenheden 30-70 gew.% van de copolyester vormen en voorgesteld worden met de formule -0L0-C0-R-C0- en de korte-keten-ester-eenheden voorgesteld worden met de formule -0E0-C0-R-C0 waarin L in de lange-keten-eenheid een tweewaardige groep voorstelt, welke resteert na verwijderen van de terminale hydroxyxlgroepen van een poly(oxyethyleen)glycol met een gemiddeld molecuulgewicht van 500-3000; R een tweewaardige groep is, welke resteert na verwijdering van de carboxylgroepen van een dicarbonzuur met een molecuulgewicht van ten hoogste 300; en E in de bovenvermelde korte-keten-eenheid een alkyleengroep met 2-6 koolstofatomen voorstelt met een dikte van 5“200 ym en (2) een macroporeuze onderlaag van een degradeerbaar biocompatibel (co)polymeer met een dikte van 30-300 ym, waarbij de diameter van de poriën een waarde van 50-300 ym bezit en de macroporositeit 30-80 % bedraagt.

2. Kunsthuid volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de niet-poreuze toplaag en de macroporeuze onderlaag van hetzelfde materiaal zijn vervaardigd.

3. Kunsthuid volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de poly(oxyethyleen)glycoleenheid L een gemiddeld molgewicht van 750“1500 bezit.

4. Kunsthuid volgens conclusie 3. met het kenmerk, dat de poly(oxyethyleen)glycoleenheid L een gemiddeld molgewicht van ca. 1000 bezit.

5. Kunsthuid volgens een of meer der conclusies 1-4, met het kenmerk. dat R in hoofdzaak van tereftaalzuur is afgeleid.

6. Kunsthuid volgens een of meer der conclusies 1-5, met het kenmerk, dat E een Cl.2"etky^een“ °f ^1<ipbutyleengroep voorstelt.

7. Kunsthuid volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de macro- poreuze onderlaag van poly-L-melkzuur met een molgewicht van (5~100)1"^ is vervaardigd.

8. Therapeutische toepassing van de in conclusies 1-7 gedefinieerde kunsthuid, met het kenmerk, dat de niet-poreuze toplaag van de kunsthuid van autologe epitheliale cellen is voorzien.

9. Therapeutische toepassing volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de niet-poreuze toplaag van de kunsthuid van autologe keratinocyten is voorzien.

10. Therapeutische toepassing volgens conclusie 7 of 8, met het kenmerk, dat de poreuze onderlaag van de kunsthuid van autologe fibro-blasten is voorzien.