PT87106B

PT87106B - Canais semipermeaveis de guiamento de nervos

Info

Publication number: PT87106B
Application number: PT87106A
Authority: PT
Inventors: Patrick Aebischer; Robert F Valentini; Pierre M Galletti
Original assignee: Pfizer Hospital Prod
Priority date: 1987-03-30
Filing date: 1988-03-28
Publication date: 1995-03-01
Also published as: FI881473A; KR900000845B1; DK172888A; EP0286284B1; CA1293596C; AU597811B2; DK172888D0; IL85839A0; US4877029A; KR880010737A; JPS642637A; DE8804334U1; EP0286284A1; ATE69710T1; FI881473A0; ZA882234B; DE3866399D1; AU1382988A; NZ224064A; JPH0478301B2

Description

MEMÓRIA DESCRITIVA

Resumo

O presente invento diz respeito a métodos medicinais que utilizam materiais seacrí1icos , e semipermeáveis utilizados como dispositivos e mipermeáveis, como por exemplo os copolímeros isocianato de poliuretano, e outros polímeros biocompativeis, e que são proprios para serem canais de guiamento próprios para a regeneração de nervos.

PFIZER HOSPITAL PRODUCTS GROUP,INC.

CANAIS SEMIPERMEÁVEIS DE GUIAMENTO DE NERVOS

-2dos ber

Estes dispositivos podem ser formapor condutas tubulares semipermeáveis próprias para receas extremidades de um nervo cortado ou destruído.

uns lúmenes no interior e

Estas condutas tubulares definem ao longo dos quais os axónios se restabelecer as funções motoras e/ou podem regenerar de modo a sensoriais. Os materiais de guiamento são escolhidos de maneira a serem capazes de permitir a difusão de nutrientes e de outros metabólitos em direcção ao regeneração ao mesmo tempo tras células cicatriciais .

local do nervo que se encontra em que rejeitam os fibroUastos e ouespecial, interior

Em os canais tubulares que apresentam uma superfície entadas longitudinalmente dão nerados de significativamente número de axónios mielinizados regenerados.

lisa e trabéculas orifeixes nervosos regeimensões e a um maior

-3inven-

O âmbito técnico do presente

A questão da reconstrução de nervos cortados é um problema que tem preocupado os cirurgiões desde há mais de um século. Apesar dos avanços registados nas téc nicas relativas à microcirurgia, a recuperação dos pacientes na sequência de um grave ferimento é muito frequentemente li mitada por um certo grau de destruição dos tecidos nervosos que não podem ser reconstruídos. A reimplantação de dedos e de membros amputados é particularmente limitada por uma má regeneração do tecido nervoso.

Quando um nervo é cortado, as funções desempenhadas por esse nervo, tanto motoras como sensoriais, perdem-se. Os apêndices (axónios) das células nervosas nas partes distais (aquelas que ficam mais afastadas em relação à medula espinal) do nervo cortado degeneram e morrem deixando apenas as bainhas no interior das quais se achavam contidos, os axónios existentes no coto proximal que ainda se acham ligados à medula espinal ou ao gânglio da raiz dorsal também experimentam uma certa degeneração. Normalmente a degeneração não dá origem à morte da totalidade dos corpos dos neurónios. Se a lesão se verifica numa zona suficientemente afastada dos corpos dos neurónios é possível que a regeneração ainda se faça. Na ponta dos axónios em fase de regeneração vão-se formar uns rebentos axonais. Estes rebentos vão crescer distalmente e tentar penetrar no interior dos intactos neurilemas da parte distai do nervo cortado. No caso de essa penetração ter êxito, o crescimento axonal continua ao longo dessas bainhas ou neurilemas e as suas funções serão eventualmente recuperadas.

No caso das técnicas convencionais de reconstrução de nervos é feita uma tentativa para alinhar as extremidades cortadas dos fascículos (feixes nervosos no interior do tronco do nervo). Para os nervos mais pequenos é utilizado um processo semelhante. Em qualquer dos casos, o principal factor capaz de pôr em risco o êxito da reconstrução é o trauma provocado pela manipulação das extremidades dos nervos e pela subsequente sutura para manter o alinhamento. O trauma parece extimular o crescimento e/ou a migração de fibroblastos e de outras células constitutivas de tecidos conjuntivos cicatriciais. O tecido cicatricial impede que os axónios em fase de regeneração no coto proximal consigam atin gir o coto distai de modo a restabelecerem uma ponte de ligação. A consequência disto é a de uma permanente perda das funções sensoriais ou motoras.

Desde há vários anos que têm vindo a ser feitas várias tentativas para se encontrar uma solução alternativa para a ligação directa (isto é, de sutura do nervo através do processo coto contra coto). A maior parte da investigação realizada neste âmbito incidiu sobre a utilização de canais ou de próteses que permitem que as extremidades cortadas do nervo possam ser cuidadosamente levadas a aproximar-se uma da outra e fixadas em posição sem sofrerem qualquer trauma indesejável. Também é geralmente tido como verdadeiro gue esses canais também são capazes de impedir, ou pelo menos de retardar a infiltração de tecido conjuntivo cicatricial.

A utilização de anéis silásticos na reconstrução de nervos periféricos foi descrita por Ducker et al., in Vol. 28, Journal of Neurosurgery, pp. 582-587 (1968). As bainhas de borracha de silicone próprias para a reconstrução de nervos foram descritas por Midgeley et al.

in Vol. 19, Surgical Fórum, pp. 519-528 (1968) e por Lundborg

-5ι et al, in Vol. 41, Journal of Neuropathology in Experimental i Neurology, pp. 412-422 (1982). A utilização de tubagens de i rede de poliglactina bioabsorvivel foi descrita por Molander et al. in Vol. 5, Muscle & Nerve, pp. 54-58 (1982). A utilização de tubos de um copolimero acrílico semipermeável na regeneração de nervos foi apresentada por Uzman et al. in Vol. 9, Journal of Neuroscience Research, pp. 325-338 (1983).

Os canais bioabsorviveis de guiaί mento de nervos constituídos por poliesteres e outros poli| meros foram já referidos por Nyilas et al. in Vol. 29, i Transactions American Society of Artificial Internai Organs, pp. 307-313 (1983) e na patente U.S. 4.534.349 concedida a Barrows em 1985.

Apesar da identificação de vários materiais que podem servir como canais de guiamento de nervos, os resultados das investigações feitas até agora revelaram a existência de significativos inconvenientes por parte dessas próteses. Alguns dos materiais anteriormente identificados deram origem a reacçoes inflamatórias nos animais de ensaio e não foram capazes de impedir a formação de tecido cicatricial no interior dos canais. Além disso o número total de axónios , o número de axónios mielinizados , a espessura do perineuro e a organização fascicular dos nervos regenerados no interior dos canais de guiamento são todos eles normalmente menos do que satisfatórios e têm muito pouco de comum com a estrutura nervosa original dos animais de ensaio. Além disso a perda da função sensorial ou motora ainda constitui o resultado mais frequente dessas experiências laboratoriais.

Existe a necessidade de se poder dispor de melhores materiais e de melhores métodos para a formação de canais de guiamento de nervos. Os materiais e os

! métodos para a reconstrução de nervos que fossem capazes de | minimizar o trauma cirúrgico, evitar a interferência do te! eido cicatricial no crescimento do tecido nervoso e aumentar as probabilidades de uma eficaz recuperação da função sensorial ou motora, iriam preencher uma lacuna desde há muito sentida neste campo.

Descobriu-se que a reconstrução de nervos cortados ou separados podia ser fortemente favorecida através da utilização de materiais poliméricos, de permeabilidade selectiva, como canais de guiamento de nervos. Os dispositivos medicinais que utilizam esses materiais de permeabilidade selectiva, em especial os dispositivos tubulares semipermeáveis que apresentam uma superfície interior lisa, são apresentados como próprios para serem utilizados na regeneração de nervos. Estes dispositivos podem ser formados por vários materiais poliméricos, tais como os copolimeros acrílicos , e fluoreto de polivinilideno ou o isocianato de poliuretano, próprios para receber as extremidades dos nervos cortados ou com quaisquer outras lesões. A membrana tubular define um lúmen no interior e ao longo do qual os axónios se podem regenerar de maneira a restabelecer as funções motoras e/ou sensoriais.

Os termos semipermeável e permeável de uma maneira selectiva são aqui utilizados para descrever materiais que são capazes de permitir a troca de nutrientes e de outros metabólitos com o tecido nervoso em regeneração, ao mesmo tempo que rejeitam os fibroblastos e outras células cicatriciais.

Os canais de guiamento de nervos caracteristicos do presente invento também são de preferência concebidos de maneira a serem capazes de reter os factores de crescimento do tecido nervoso que são segregados no local

onde foi praticada a anastomose ou que se espalham nesse mesmo local , bem como de reter qualquer material da matriz lumí- I nica que se ache situado no interior dos canais de guiamento. A porosidade das membranas também pode ser escolhida de maneira a criar uma barreira de imunização entre o local onde foi praticada a anastomose e o sistema imunitário do paciente.

Também se descobriu que determinadas configurações do canal de guiamento podem desempenhar um papel importante na optimização das condições de recrescimento dos nervos. Os canais tubulares semipermeáveis que apresentam uma superfície interior lisa dão origem a feixes nervosos regenerados de dimensões substancialmente maiores e a um maior número de axónios mielinizados regenerados. No caso de um modelo de realização preferencial, os canais de guiamento caracteristicos do presente invento são constituídos por membranas tubulares que apresentam uma superfície exterior dotada de poros de dimensões relativamente grandes (isto é, da ordem de entre cerca de 1 e cerca de 20 mícrons ) uns espaços ocos radiais intercomunicantes existentes na própria membrana, e uma superfície interior lisa com poros de dimensões relativamente peguenas (isto é, da ordem de entre cerca de 20 e cerca de 200 angstroms).

Os relativamente grandes poros que se acham presentes na superfície exterior e os espaços ocos radiais intercomunicantes permitem o crescimento dos tecidos por capilaridade para o interior da parede do tubo de material sintético que passa assim a oferecer um suporte metabólico óptimo, ao mesmo tempo que os relativamente pequenos poros da superfície interior da membrana impedem a invasão de células cicatriciais para o interior do meio onde se processa a regeneração. Além disso a membrana é permeável a solutos que apresentem um peso molecular de cerca de 10.000 daltons. Para além disso é preferível utilizar dispositivos equipados com membranas dotadas de trabéculas orientadas longitudinalmente em vez de trabéculas orientadas radialmente. Os estudos efectuados até ao presente momento mostraram que as trabéculas orientadas longitudinalmente podiam suportar um maior número de capilares e dar origem a feixes nervosos com um maior número de axónios.

Os canais semipermeáveis de guiamento de nervos caracteristicos do presente invento também podem ser biodegradáveis. Podem ser utilizadas várias das técnicas já conhecidas, tais como a da utilização de derivados biodegradáveis ou a de formação de copolimeros com componentes biodegradáveis, para se obter um grau satisfatório de capacidade de biodegradação em utilização. Se não for totalmente biodegradável ao longo do tempo, o canal pode ser formado com umas linhas de fractura longitudinais a fim de facilitar a sua remoção do nervo regenerado assim que o processo de cura estiver suficientemente avançado.

A parede da membrana dos canais semipermeáveis de guiamento dos nervos caracteristicos do presente invento deve apresentar de preferência uma espessura entre cerca de 0,05 e cerca de 1,0 milímetros, dependendo do tipo de material utilizado no fabrico de membrana e da aplicação a dar aos canais. Da mesma maneira, o diâmetro do lúmen pode variar entre cerca de 0,5 milímetros e cerca de 2 centímetros , dependendo das dimensões do nervo a ser reconstruído .

A utilização dos canais de guiamento de nervos caracteristicos do presente invento pressupõe o posicionamento das extremidades dos nervos cortados e a escolha de um dispositivo tubular semipermeável de dimensões adequadas próprio para a reconstrução dos nervos que apresente umas aberturas próprias para receber as extremidades do ner-9-

vo cortado e um lúmen capaz de permitir que a regeneração do nervo se faça no interior e ao longo desse mesmo lúmen. As extremidades cortadas do nervo vão ser então puxadas cuidadosamente para dentro do tubo por meio de manipulação manual ou por aspiração, sendo colocadas numa posição de proximidade óptima entre si e depois fixadas em posição, sem que haja lugar para indesejáveis traumas, por meio de suturas realizadas através do tubo, ou por meio de uma substância adesiva biocompativel (por exemplo, cola de fibrina) ou por atrito com as paredes do tubo. Podem ser administrados antibióticos no local onde se realiza esta operação, procedendo-se depois ao fecho da ferida.

termo nervo é aqui utilizado tanto para designar os nervos monofasciculares como os nervos polifasciculares. Os princípios gerais de regeneração com canais semipermeáveis de guiamento de nervos são igualmente aplicáveis a ambos os tipos de nervos.

Em seguida o invento irá ser descrito em correspondência com determinados modelos de realização preferenciais; no entanto é evidente para os entendidos nesta matéria que neles podem ser introduzidas várias alterações , adições e substracções sem se sair do espirito e do âmbito do invento. Por exemplo, apesar de os anteriormente descritos canais semipermeáveis de guiamento de nervos apresentarem normalmente uma forma tubular, é evidente que podem ser utilizadas outras formas alternativas. Os lúmenes dos canais de guiamento podem apresentar uma forma oval ou mesmo quadrada quando vistos em corte transversal. Os canais de guiamento também podem ser formados por duas ou mais partes que são ligadas entre si de modo a fixar os cotos dos nervos.

Além disso os materiais semipermeáveis podem apresentar-se sob a forma de folhas que podem ser enroladas em forma de tubo no próprio local e momento de ssem utili-10-

zadas. Neste caso os cotos dos nervos podem ser colocados na parte de cima da folha e ser depois fixados à folha por meio de suturas, da aplicação de substâncias adesivas ou de atrito. A folha é depois enrolada em torno dos segmentos de nervo e o tubo daí resultante é fechado por meio de outras suturas, da aplicação de substâncias adesivas ou de atrito. Por exemplo, a cavidade pode ser cheia com soro fisiológico, com laminina,com colagénio, com glicosaminoglicanos ou com agentes promotores de crescimento do tecido nervoso. No interior da cavidade também podem ser espalhadas células de Schwann criadas em cultura.

A Fig. 1 é um gráfico comparativos das capacidades de regeneração (em termos de número de axónios mielinizados) de materiais de giamento de nervos semipermeáveis, indiscriminadamente permeáveis e não permeáveis.

A Fig. 2 é um quadro comparativo das capacidades de regeneração (em termos de percentagens da área total da secção transversal do feixe nervoso relativas às áreas ocupadas pelos diversos componentes desse mesmo feixe nervoso) de materiais de guiamento de nervos semipermeaveis e não permeáveis.

O invento irá ser em seguida descrito em correspondência com os exemplos e ensaios comparativos que se apresentam a seguir.

Em compartimentos com temperatura e humidade controladas foram colocados jovens ratinhos fêmea CD-1 (25-30 g) (Charles River Lab., Wilmington, MA) que foram alimentados com comida e com água ad libitum. Os ratinhos foram anestesiados com metoxifluorano e o seu nervo ciático esquerdo foi exposto por meio de uma incisão praticada ao longo da face anterior-medial do quarto traseiro.

Após retracção do músculo grande glúteo, um segmento de 3-4 mm de nervo proximal à bifurcação tibio-peroneal foi ressecado e deitado fora.

Em seguida procedeu-se ao ensaio de uma série de materiais como canais de guiamento de nervos. Esses materiais apresentavam todos uma forma tubular e um comprimento de 6 mm. Os cotos dos nervos foram fixados no interior dos tubos a uma distância de 4 mm entre si utilizando suturas de nylon 10-0 passadas através de furos situados a 1 mm de cada uma das extremidades dos canais . Para cada um desses materiais foram implantados pelo menos seis canais por um período entre quatro e doze semanas. Um outro conjunto de animais de controlo foi também submetido a operações de ressecação de nervos de maneira idêntica à que foi anteriormente descrita e os locais onde foram realizadas essas ressecções foram fechados sem que se tivesse procedido à implantação de qualquer material de guiamento. Foi mantida uma técnica cirúrgica asséptica na execução de todos os processos que foram executados com o auxilio de um microscópio de operações .

Uma variedade de materiais tubulares impermeáveis ou indiscriminadamente permeáveis a solutos aquosos foram comparados com canais de guiamento semipermeáveis . Os materiais impermeáveis foram o polietileno (Clay Adams, Parsippany, NJ) e um elastómero de silicone (SilMed, Taunton, MA) e o material indiscriminadamente permeável foi o politetrafluoroetileno expandido (Gove, Flag staff, AZ). Os canais semipermeáveis MA) eram compostos por um copolimero uma superfície exterior parcialmente f icie (Amicon Corp., acrílico e apresentavam perfurada e uma superinterior de permeabilidade selectiva (com uma separaLexington ção nominal correspondente a um peso molecular de 50.000 daltons) ligadas entre si por meio de uma estrutura trabe-12cular aberta dotada de uns espaços ocos longitudinalmente intercomunicantes.

Após um periodo de recuperação os animais foram submetidos a uma anestesia profunda e a uma perfusão transcardíaca com 5 ml de uma solução salina tamponada com fosfato (PBS) seguida de outra perfusão transcardíaca com 10 ml de um fixador contendo 3,0% de paraformaldeído e 2,5% de glutaraldeído numa PBS com um pH 7,4.

e o canal de tuados em guiamento cada uma das movidos.

Os exemplares reaberto e os si0 local da operação foi segmentos do nervo original duas extremidades do canal foram reforam depois pós-fixados numa solução de tetróxido de ósmio a 1%, desidratados e embebidos em resina Spurr. As amostras recolhidas na zona média do canal de guiamento foram obtidas por corte transversal num micrótomo Sorvall MT-5000.

(com a espessura de 1 mícron) foram coradas com azul de toluidina. As preparações apresentadas num monitor vídeo A área da secção o número de axónios mieAs amostras completas de nervo foram através de um microscópio Zeiss IM 35. transversal dos feixes nervosos e linizados foram determinados com a ajuda de uma tabela gráfica com uma te rank-sum

II estatísticas ampliação final de 630 vezes. Foi usado o tesde Wilcoxon para se determinar as diferenças ( p<0,05) entre as várias populações. Todos os valores foram apresentados sob a forma de í desvio padrão.

valor médio qualidade da

O grau de êxito e a regeneração dos nervos periféricos apresentaram um aumento espetacular no caso da utilização de um material semipermeável. Os canais semipermeáveis apoiaram o processo de regeneração dos feixes nervosos durante 100 por cento do tempo, ao passo que os materiais impermeáveis apoiaram o processo de

regeneração durante cerca de 70 por cento do tempo. Os canais indiscriminadamente permeáveis apoiaram o processo de regeneração de tecido disperso que nunca se chegou a organizar sob a forma de um verdadeiro feixe nervoso.

contram-se representados tudos comparativos, na Fig. cativamente maior número de os

Nas Figs. 1 e 2 enmorfológicos resultados, acha-se representado o axónios mielinizados que canais semipermeáveis. Na Fig dos essignif i — neraram no interior de se rege2 encontra-se representada a composição dos tecidos dos nervos regenerados.

Os nervos regenerados no interior de canais semipermeáveis apresentam sempre a maior área de tecido fascicular e a menor área de tecido perineural e vascular, e a composição dos seus tecidos é muito próxima da composição de tecidos normal do nervo ciático dos ratinhos. Os nervos que não fo ram reconstruidos com um canal de guiamento sofreram uma degeneração completa ao fim de 12 semanas.

Os canais de permeabilidade selectiva aumentaram o grau de regeneração dos nervos periféricos apoiando a formação de um ambiente de regeneração favorável. As caracteristicas selectivas da permeabilidade da membrana interior permitem que se realize a troca de nutrientes , em simultâneo com a concentração dos factores de crescimento libertados pelo nervo e a rejeição de células cicatriciais. Os capilares que se desenvolvem no interior das trabéculas abertas, através da superfície exterior macroporosa do tubo, facilitam a provisão de nutrientes ao nervo em pleno processo de regeneração e a remoção de produtos residuais desse mesmo nervo em regeneração. Estes factores dão origem a uma boa regeneração das caracteristicas morfológicas , em contraste com o que acontece quando se utilizam canais de guiamento feitos de outros materiais. Estas importantes caracteristicas do tecido nervoso favorecem a recuperação das funções motora e sensorial.

Claims

REIVINDICAÇÕES:

lâ. - Dispositivo medicinal próprio para ser utilizado na regeneração de nervos cortados, compreendendo uma membrana tubular semipermeável dotada de aberturas próprias para receber as extremidades do nervo cortado, caraeterizado por a referida membrana apresentar uma superfície exterior porosa que permite o crescimento capilar de tecidos para o interior da referida membrana, e uma superfície interior lisa que permite que a regeneração do nervo se possa fazer no interior e ao longo da referida membrana tubular.
2â. - Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caraeterizado por a espessura da membrana se achar compreendida entre cerca de 0,05 milímetros e cerca de 1,0 milímetros.
3â. - Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caraeterizado por o lúmen do dispositivo apresentar um diâmetro compreendido entre cerca de 0,5 milímetros e cerca de 2 centímetros.
4§. - Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caraeterizado por a membrana ser permeável a solutos com um peso molecular igual ou inferior a cerca de 100.000 daltons.
5â. - Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caraeterizado põr a membrana ser impermeável aos fibroblastos e a outras células cicatriciais, de tecido conjuntivo.

-156â. - Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a superfície exterior da membrana apresentar poros de dimensões compreendidas entre cerca de 1 e cerca de 20 mícrons.
7â. - Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a superfície interior da membrana apresentar poros de dimensões compreendidas entre cerca de 20 e cerca de 200 angstroms.
8â. - Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a membrana incluir uma rede de espaços ocos radiais intercomunicantes que se acham localizados entre as superfícies exterior e interior da membrana .

95. - Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a membrana incluir uma rede de trabéculas orientadas longitudinalmente que se acham localizadas entre as superfícies exterior e interior da membrana.

lOâ. - Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a membrana compreender um material pdimérico escolhido de entre o grupo constituído pelos copolimeros acrílicos, pelo fluoreto de polivinilideno e pelo isocianato de poliuretano.