PL235763B1 - Urządzenie do wytwarzania protezy biologicznej w postaci chirurgicznej łaty terapeutycznej - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do wytwarzania protezy biologicznej w postaci chirurgicznej łaty terapeutycznej, przydatne zwłaszcza dla prowadzenia terapii ludzkiego mięśnia sercowego.

Znany jest, na przykład z polskiego opisu patentowego PL 217290 B1 sposób przygotowania protez biologicznych, zwłaszcza zastawek serca, zgodnie z którym materiał biologiczny pochodzenia ludzkiego lub zwierzęcego poddaje się sterylizacji, następnie acelularyzacji i sieciowaniu w roztworze soli sodowej kwasu moryno-5’-sulfonowego. Korzystnie proces ten przeprowadza się w roztworze sieciującym o pH z przedziału 5:8 w buforze fosforanowym i w temperaturze z przedziału 5:50°C czasie z przedziału 24 h do 168 h.

Znany jest ponadto na przykład ze zgłoszenia patentowego US 2014328806 A1 sposób wytwarzania trójwymiarowego plastra sercowego, polegający na powlekaniu podłoża z polimeru organicznego, wysuszeniu tej powłoki na powietrzu, montażu kotwi, a następnie sterylizowaniu powłoki z polimeru organicznego i kotwi, po czym na wierzchu powłoki z polimeru organicznego tworzy się biodegradowalne żelowe rusztowanie tkankowe i wysiewa się na to rusztowanie komórki mięśnia sercowego. Następnie komórki sercowe, zwłaszcza neonatalne hoduje się in vitro dla wytworzenia rzeczywistej warstwy plastra sercowego w warunkach hodowli komórek odpowiednich do samoorganizowania się i odłączenia od podłoża. Polimerem organicznym korzystnie jest elastomer silikonowy, a siew biodegradowalnego żelowego nośnego rusztowania obejmuje osadzanie neonatalnych komórek sercowych, najlepiej rozmieszczonych uprzednio w pożywce do hodowli. Korzystnie w trakcie hodowli prefabrykowany sztuczny plaster trójwymiarowy poddawany jest drganiom i skurczom, przy czym siła skurczu modulowana jest poprzez zmiany gęstości początkowo wysianych neonatalnych komórek sercowych. Ukształtowany tym sposobem plaster sercowy służy do wszczepiania odpowiedniemu odbiorcy, przykładowo w sytuacji uszkodzenia tkanki serca, względnie po leczeniu wad wrodzonych serca.

Ze zgłoszenia patentowego TW 201345508A wiadomym jest, że łata nasercowa składa się z wielokrotnie przecinających się wiązek materiału elastycznego, tworzących między miejscami krzyżowania się pory. Materiałem elastycznym są tu żelatyna, elastyna, kolagen, fibryna, chitosan, albo alginian, a substancją lepką wypełniającą pory jest alkohol poliwinylowy. Łata taka wytwarzana jest metodą elektroprzędzenia i zawiera 1:50% substancji lepkiej oraz rozpuszczalnika. Wykorzystanie alginianu sodu w bioprotetyce jest bardzo szerokie i wynika min. ze zgłoszenia patentowego US 2008133008 A1, CN 102886070 A1, czy też KR 20110004526.

Rozwiązania wyżej przedstawione prowadzą do uzyskania łat biologicznych w procesie stosunkowo długotrwałym, a wytworzone w ten sposób tkanki wymagają stosownego przechowywania oraz przeprowadzania ich doboru do organizmu leczonego osobnika dla wyeliminowania bioniezgodności.

Celem wynalazku jest opracowanie takiego urządzenia do wytwarzania protezy biologicznej w postaci chirurgicznej łaty terapeutycznej, zwłaszcza mięśnia ludzkiego, które będzie mogło być wykorzystywane w trakcie trwania zabiegu operacyjnego w bezpośrednim sąsiedztwie stanowiska operacyjnego, przy wykorzystaniu materiału biologicznego leczonego osobnika lub tkanki odzwierzęcej.

Urządzenie według wynalazku posiada otwarty od góry pojemnik wkładany w uchwyt, korzystnie umocowany oscylacyjnie, do zamocowania materiału biologicznego w trakcie nahodowywania komórek, oraz zespół dawkujący czynniki modyfikujące materiał biologiczny. Istota urządzenia według wynalazku polega na tym, że otwarty od góry pojemnik wyposażony jest w połączony z nim płytowy zbiornik, posiadający dysze dawkujące, zwrócone wylotem w dół, ku mocowanemu w pojemniku wycinkowi tkanki osierdzia, przy czym do zbiornika zamocowane są kalibrowane pojemniki na media, służące modyfikacji wycinka tkanki osierdzia.

Korzystnym jest, gdy dysze dawkujące rozmieszczone są równomiernie na dolnej powierzchni płytowego zbiornika, co pozwala na równomierne nakładanie hydrożeli z zawieszonymi komórkami do nahodowywania.

Pożądanym jest również, aby kalibrowane pojemniki miały przyłącza do płytowego zbiornika usytuowane od góry, kompatybilne budową do wylotów klasycznych strzykawek lekarskich, co ułatwia ewentualne dodatkowe zasilanie płytowego zbiornika strzykawkami lekarskimi.

Dla równomiernego zasilania w urządzeniu modyfikowanego wycinka tkanki osierdzia w media celowym jest, aby płytowy zbiornik zamocowany był nad wycinkiem tkanki osierdzia obrotowo.

Zasadniczą zaletą urządzenia według wynalazku jest stworzenie możliwości wytwarzania łaty terapeutycznej z wycinka tkanki osierdzia śródoperacyjnie, a więc świeżo wytworzona łata, wykonywana w trakcie operacji pacjenta, może być bezpośrednio z urządzenia przeniesiona do miejsca

PL 235 763 B1 wszczepienia. Wynika to zwłaszcza z krótkiego czasu przygotowywania łaty, mieszczącego się w okresie czasu 8:10 min. Sama konstrukcja urządzenia jest przy tym bardzo prosta i nie stwarza żadnych problemów dla członków zespołu operacyjnego w trakcie zabiegu chirurgicznego. Zastosowanie urządzenia wymaga jednak wcześniejszego przygotowania rusztowania łaty terapeutycznej.

Przygotowanie acellularnego rusztowania rozpoczyna się z chwilą przykładowo pobrania serca świni genetycznie zmodyfikowanej i właściwego obrobienia, co nie jest przedmiotem niniejszego wynalazku. Tkanka osierdzia jest następnie oczyszczana ze złogów tłuszczowych oraz skrzeplin, poddawana wstępnej ocenie makroskopowej pod kątem zmian degradacyjnych, śladów zwapnienia, integralności tkanki i zwyrodnień. Następnie tkankę poddaje się kąpieli sterylizującej w okresie siedmiu dni w temperaturze 4°C. Po tym okresie tkanka osierdzia poddawana jest ocenie mikrobiologicznej i następuje procedura aceliuryzacji z zastosowaniem maty enzymatycznej lub chemicznej;, nie będącej przedmiotem niniejszego wynalazku, co realizowane jest w warunkach oscylacyjnych oddziaływań na tkankę osierdzia. Po zakończeniu aceliuryzacji przeprowadza się modyfikację tkanki osierdzia z dodatkową sterylizacją w 70% etanolu w warunkach sterylnych, a następnie tkanka jest płukana przez 30 min. w temperaturze pokojowej z trzykrotnym powtarzaniem, a w końcu podlega inkubacji przez 24 h w surowicy. Przed operacyjnym wykorzystaniem tak przygotowane rusztowanie tkankowe sprawdzane jest w obserwacji mikroskopowej w zakresie morfologii i konfluencji komórek przeznaczonych do zasiedlania matryc tkankowych. Następnie zlicza się ilość komórek po trypsynacji i wstępnie ocenia żywotność za pomocą błękitu tryptanu. W tym stanie wycinek tkanki osierdzia staje się przedmiotem obróbki z wykorzystaniem urządzenia według wynalazku.

Wynalazek został bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, gdzie na fig. 1 przedstawiono schemat urządzenia do wytwarzania protezy biologicznej o postaci chirurgicznej łaty terapeutycznej, a na fig. 2 - budowę łaty terapeutycznej w przekroju poprzecznym, uzyskanej z wykorzystaniem urządzenia według wynalazku.

Urządzenie do wytwarzania śródoperacyjnej protezy biologicznej w postaci chirurgicznej łaty terapeutycznej ma otwarty od góry pojemnik 1 (fig. 1) umieszczony w uchwycie 2 zlokalizowanym w bezpośrednim sąsiedztwie stanowiska prowadzonego zabiegu chirurgicznego, przy czym w pojemniku 1 włożona jest ramka (3), na której zamocowana jest tkanka osierdzia 8, natomiast do uchwytu 2 dołączony jest oscylator 4. Ramka 3 usytuowana jest w pojemniku 1 pod płytowym zbiornikiem 5 wyposażonym od dołu w dysze dawkujące 6 zwrócone wylotami 7 w dół ku zamocowanemu na ramce 3 aceliularnemu wycinkowi tkanki osierdzia 8. Do płytowego zbiornika 5 od góry zamocowane są kalibrowane podajniki 9a, 9b na media służące modyfikacji tkanki osierdzia 8.

Dysze dawkujące 6 rozmieszczone są korzystnie równomiernie na dolnej powierzchni płytowego zbiornika 5, natomiast kalibrowane pojemniki 9a, 9b mają przyłącza 9’ do płytowego zbiornika 5 usytuowane od góry i kompatybilne budową do wylotów klasycznych strzykawek lekarskich, co umożliwia bezzwłoczną interwencję obsługi, przykładowo w przypadku opróżnienia kalibrowanego pojemnika 9a, 9b. Płytowy zbiornik 5 zamocowany jest nad wycinkiem tkanki osierdzia 8 względem ramki 3 obrotowo, co ułatwia równomierne nakładanie na tkankę osierdzia 8 czynników modyfikujących z kalibrowanych pojemników 9a, 9b.

Po zamocowaniu w ramce 3 i włożeniu go w pojemnik 1 na acellularny wycinek tkanki osierdzia 8 nakłada się komórki zawieszone w żelu alginianowym 11, po czym uzyskaną łatę terapeutyczną jako produkt gotowy polimeryzuje się roztworem chlorku wapnia CaCl2, zawierającym korzystnie 14,7 g chlorku wapnia rozpuszczonego w 1000 ml wody destylowanej. Następnie łatę tą korzystnie poddaje się procesowi inkubacji w atmosferze gazu przepływającego, zawierającego 5% dwutlenku węgla CO2 w temperaturze 37°C przez czas 8:10 min. Po tym zabiegu tkankę osierdzia 8 z nahodowanymi komórkami płucze się przykładowo roztworem płuczącym, zawierającym 1,47 g chlorku wapnia CaCl2 i 9,0 g chlorku sodu NaCl rozpuszczonych w 1000 ml wody destylowanej. Teraz następuje ocena żywotności nahodowanych komórek w wycinku tkanki osierdzia 8 i w przypadku pozytywnego wyniku na wycinku tkanki osierdzia 8 umieszcza się materiał biodegradowalny w postaci maty 10 (fig. 2) z nanowłókien, uzyskiwanej techniką elektrospiningu. Materiał biodegradowalny w macie 10 może być dodatkowo wzbogacony o dodatkowe czynniki wzrostu komórek i/lub inne czynniki biologicznie aktywne. Proces nahodowywania komórek na wycinku tkanki osierdzia 8 może zostać zmodyfikowany tak, że nakłada się żel alginianowy 11, 11’ z zawieszonymi w nim dwoma rodzajami nahodowywanych komórek i w takim przypadku najpierw na wycinek tkanki osierdzia 8 nanosi się warstwę alginianu sodu 11 z zawiesiną zawierającą jeden rodzaj komórek, a później nanosi się drugą warstwę alginianu sodu 11’ z zawieszonymi w niej innymi komórkami, a także dodatkowymi czynnikami wzrostu

PL 235 763 B1 i/lub czynniki biologicznie czynne, przykładowo leki przeciwinfekcyjne. W najprostszym przypadku na wycinek tkanki osierdzia 8 nakłada się zewnętrzną powłokę 12 w postaci zawiesiny z nanodiamentów skoniugowanych z czynnikami biologicznie aktywnymi i lekami przeciwzapalnymi.

Po nałożeniu zewnętrznej powłoki 12 chirurg prowadzący zabieg może zdjąć zmodyfikowaną tkankę osierdzia 8 z ramki 3 i dokonać jej przyszycia do operowanego serca. Cały cykl nahodowywania komórek dla wykonania ostatecznie zmodyfikowanego wycinka tkanki osierdzia 8 trwa ok. 15 min, w czym mieści się również ocena poprawności przeprowadzenia procedury przygotowania tej tkanki osierdzia 8. Ocena poprawności oparta jest na badaniu fragmentu wycinka tkanki osierdzia 8 przeznaczonej do implantowania operowanemu pacjentowi.

Claims (4)

1. Urządzenie do wytwarzania śródoperacyjnej protezy biologicznej w postaci chirurgicznej łaty terapeutycznej, posiadające otwarty od góry pojemnik wkładan y w uchwyt, korzystnie umocowany oscylacyjnie, służący do zamocowania materiału biologicznego w trakcie nahodowywania komórek, oraz zespół dawkujący czynniki modyfikujące materiał biologiczny, znamienne tym, że wyposażone jest w zlokalizowany nad pojemnikiem (1) płytowy zbiornik (5), posiadający dysze dawkujące (6) zwrócone wylotami (7) w dół ku zamocowanemu w pojemniku (1) wycinkowi tkanki osierdzia (8), przy czym do płytowego zbiornika (5) zamocowane są kalibrowane podajniki (9a, 9b) na media służące modyfikacji wycinka tkanki osierdzia (8).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że dysze dawkujące (6) rozmieszczone są równomiernie na dolnej powierzchni płytowego zbiornika (5).

3. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że kalibrowane pojemniki (9a, 9b) mają przyłącza (9’) do płytowego zbiornika (5) usytuowane od góry, kompatybilne budową do wylotów klasycznych strzykawek lekarskich.

4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że płytowy zbiornik (5) zamocowany jest nad wycinkiem tkanki osierdziowej (8) obrotowo.