WO2003029446A2 - Methods for producing in-vitro hollow organs - Google Patents

Methods for producing in-vitro hollow organs Download PDF

Info

Publication number
WO2003029446A2
WO2003029446A2 PCT/EP2002/010605 EP0210605W WO03029446A2 WO 2003029446 A2 WO2003029446 A2 WO 2003029446A2 EP 0210605 W EP0210605 W EP 0210605W WO 03029446 A2 WO03029446 A2 WO 03029446A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
vitro
cells
matrix
animal
tissue
Prior art date
Application number
PCT/EP2002/010605
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
WO2003029446A3 (en
Inventor
Birgit Schäfer
Stefan Carl
Christian Lorenz
Karl-Herbert SCHÄFER
Original Assignee
Cytonet Gmgh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cytonet Gmgh & Co. Kg filed Critical Cytonet Gmgh & Co. Kg
Publication of WO2003029446A2 publication Critical patent/WO2003029446A2/en
Publication of WO2003029446A3 publication Critical patent/WO2003029446A3/en

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/36Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix
    • A61L27/38Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix containing added animal cells
    • A61L27/3839Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix containing added animal cells characterised by the site of application in the body
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/14Macromolecular materials
    • A61L27/22Polypeptides or derivatives thereof, e.g. degradation products
    • A61L27/24Collagen
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/36Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix
    • A61L27/3604Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix characterised by the human or animal origin of the biological material, e.g. hair, fascia, fish scales, silk, shellac, pericardium, pleura, renal tissue, amniotic membrane, parenchymal tissue, fetal tissue, muscle tissue, fat tissue, enamel
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/36Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix
    • A61L27/38Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix containing added animal cells
    • A61L27/3804Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix containing added animal cells characterised by specific cells or progenitors thereof, e.g. fibroblasts, connective tissue cells, kidney cells
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/36Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix
    • A61L27/38Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix containing added animal cells
    • A61L27/3804Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix containing added animal cells characterised by specific cells or progenitors thereof, e.g. fibroblasts, connective tissue cells, kidney cells
    • A61L27/383Nerve cells, e.g. dendritic cells, Schwann cells
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N5/00Undifferentiated human, animal or plant cells, e.g. cell lines; Tissues; Cultivation or maintenance thereof; Culture media therefor
    • C12N5/0062General methods for three-dimensional culture
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2503/00Use of cells in diagnostics
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2509/00Methods for the dissociation of cells, e.g. specific use of enzymes

Definitions

  • the present invention relates to methods for the production of tissues or hollow organs, in particular urethra, ureter, bladder, vas deferens, fallopian tubes, blood vessels, small intestine and large intestine, so-called connective tissue, which have an organ-typical tissue layer based on animal and human tissue samples and for transplantation in vivo or are suitable for in vitro test purposes.
  • transplant cells, tissues or organs are transferred to another individual or to another part of the body of the same individual. wear.
  • An allogeneic (homologous) transplant is understood to mean a transplant in which the donor and recipient belong to the same species, but are immunologically different.
  • a syngeneic transplant is understood to mean a transplant from an immunologically identical twin sibling.
  • Autogenous (autologous) transplantation is the transfer of one's own cells or tissues to other parts of the body of the same individual.
  • the success of an allogeneic transplant depends largely on the type and extent of the immune response on the part of the recipient.
  • the differences in the antigen pattern in the donor and recipient can elicit an immune response against the transplant in the recipient organism, which is induced by the genetically determined histoco-patibility antigens of the donor tissue.
  • sensitized lymphocytes and / or antibodies can be formed which have a cytotoxic effect on the graft.
  • the graft can be rejected.
  • a rejection reaction can be peracute, resulting in an irreversible loss of the transplant that cannot be influenced by medication.
  • a rejection reaction can also be chronic, with a functional loss of the graft that can hardly be influenced by medication for weeks or years.
  • a transplant can also lead to a graft versus host reaction (GVH), that is, a graft versus host reaction.
  • GVH graft versus host reaction
  • lymph nodes or spleen mediate these cells in the recipient's organism cellular immune reactions. In the healthy recipient organism, these cells are normally broken down quickly.
  • GVH can lead to graft versus host disease, an acute or chronic disease with enlarged liver and spleen, atrophy of the lymphoid organs, diarrhea and cachexia.
  • Another major problem in transplantation surgery is generally the lack of available donor tissues or organs.
  • the lack of suitable donor tissues or organs is particularly noticeable in accident surgery, where it is important to restore or replace the function of injured or damaged organs or tissues within a very short time.
  • attempts are also made to remedy organ defects or disorders by transplanting tissue from other organs of the same organism.
  • the surgical restoration of the so-called neurogenic bladder which occurs in spina bifida patients or paraplegics, is performed by sewing intestinal segments into the bladder.
  • intestinal mucosa in the bladder leads to increased infections, metabolic disorders such as vitamin deficiency, stone formation, increased mucus production and the development of malignancies.
  • in vitro organ or tissue systems have therefore been developed in recent years, which are produced using defined cells and / or defined tissues and under defined culture conditions (so-called tissue engineering).
  • tissue engineering Generally leave such in vitro organ or tissue systems are not only used for implantation or transplantation purposes, but also as in vitro test systems, for example for their effects and / or chemical substances such as potential pharmaceuticals or agents such as light and heat or to examine side effects on tissues or cells.
  • in vitro systems can also be used for a wide range of immunological, histological and molecular biological problems.
  • WO 99/00152 discloses a method for producing a bioartificial transplant, wherein all antigen-reactive cells are removed from an allogeneic or xenogeneic tissue by enzymatic or chemical treatment and the cell-free, undenatured material obtained in this way is populated with desired autologous cells is obtained, whereby an immediately ready-to-use graft, for example heart valves, cartilage, trachea, skin or cornea, is obtained.
  • U.S. Patent No. 4,963,489 describes a three-dimensional cell culture system that includes a backbone that is made of a biologically compatible non-living material, which may or may not be biodegradable.
  • fibroblasts, endothelial cells, bone marrow cells and other cells can be cultivated, and the growth of the cells can be improved by adding proteins such as collagen or glycoproteins.
  • the three-dimensional tissue models produced with the help of this system are also to be used in transplantation.
  • stroma cells such as chondrocytes, fibroblasts, umbilical cord cells and the like, within a three-dimensional network made of a biodegradable material, for example cotton, gelatin or collagen, or a non-biodegradable material, for example a polyester or a polycarbonate, wherein the interstitial areas are bridged by the stroma cells and the cultivation of the network is carried out in a culture medium.
  • a biodegradable material for example cotton, gelatin or collagen
  • non-biodegradable material for example a polyester or a polycarbonate
  • US Pat. No. 5,755,814 describes a skin model system that can be used both as an in vitro test system and for therapeutic purposes.
  • the system comprises a three-dimensional crosslinked matrix of insoluble collagen, the matrix being crosslinked either by thermal treatment with dehydration or also by chemical means, for example carbodiide.
  • Fibroblasts are cultivated in the matrix and keratinocytes are cultivated on the matrix, a skin equivalent being obtained.
  • US Pat. No. 5,567,612 describes a matrix for implantation in humans containing cells of the urogenital tract, which comprises a biodegradable, biologically compatible polymer and parenchyma cells of the human urogenital tract.
  • the matrix material can consist, for example, of polyglycolic acid, polylactic acid, polyanhydride, polyorthoester and combinations thereof.
  • US 5,944,754 describes a method for generating new tissue on the surface of a mammalian tissue or organ using a hydrogel composition containing living mammalian cells, a liquid cell hydrogel composition being applied as a thin layer directly to the surface to be treated.
  • the river cell-hydrogel composition solidifies to form a matrix and the cells contained therein subsequently form a new tissue.
  • Polysaccharides such as alginates, polyphosphazenes and polyacrylates can be used to form the hydrogel.
  • a biologically compatible adhesive such as methacrylate or methyl- ⁇ -cyanoacrylate can be used to improve the adhesion of the cell hydrogel composition to the treated organ surface.
  • the surface to be treated can be inside or outside the body.
  • US 5,762,966 discloses the use of a submucosal matrix derived from vertebrates as a graft for damaged urinary bladder areas.
  • the use of intestinal tunica submucosa tissue from dogs as xenograft in pigs is described as an example.
  • No. 5,851,833 describes a method for isolating and cultivating mammalian urothelial cells, the cells being cultivated on a biologically compatible, biodegradable polymer matrix.
  • the matrix containing the cultured cells can be used to restore or replace damaged urothelial tissue.
  • the matrix itself consists of polymers such as polyglycolic acid or polylactic acid. If necessary, the attachment of the urothelial cells to the matrix can be improved by coating the polymer matrix with basal membrane compounds, agar, gelatin, collagen, fibronectin, etc.
  • the cells used can proliferate on the matrix in vitro, and then together with the matrix into one Recipient organism are introduced. The cells can also be transferred to the receiver immediately after adhesion to the matrix.
  • WO 98/06445 describes a method for multiplying or restoring tissue using isolated bladder mucosa.
  • an allogeneic bladder mucosa to which urothelial and muscle cells have been seeded / applied in vitro, can form new bladder tissue after histological incubation in vitro and transplantation in recipients does not distinguish functionally from native bladder tissue.
  • WO 98/10775 describes a tissue graft for promoting the restoration of damaged tissue structures of warm-blooded vertebrates associated with the nervous system, the graft comprising intestinal submucosal tissue of a warm-blooded vertebrate and / or a digest thereof and a growth factor.
  • the growth factor is a vascular epithelium growth factor, nerve growth factor or fibroblast growth factor.
  • the submucosa tissue treated with the growth factor can either be transplanted directly or injected in fluidized form after enzymatic digestion. The method is used, for example, to regenerate the spinal cord, neuroglia, dura mater, pia mater and arachnoid.
  • the technical problem on which the present invention is based is therefore to provide methods and means for producing human or animal in vitro tissues or in vitro organs which overcome the above-described disadvantages in the prior art and which are particularly suitable for this in vitro
  • the tissue layering of the tissues or organs produced in this way largely corresponds to the native human or animal tissues or organs, and the tissues or organs produced in this way are particularly suitable for use as a permanently functional graft or as a test system suitable.
  • the invention solves the problem on which it is based, in particular by providing a method for producing a single-layer or multilayer human or animal in vitro tissue or a complete or partial, human or animal in-vitro hollow organ, comprising, preferably in the stated Sequence:
  • tissue-type or organ-type or tissue-type or organ-non-typical mesenchymal and / or epithelial tissue pieces of a biopsy to the matrix for the growth of the primary cells, that is to say the establishment of an explant culture, and / or the sowing of at least one Type of an isolated differentiated or non-differentiated tissue- or organ-typical or tissue- or organ-untypical cell, previously in vitro was cultivated and propagated, in low cell density on the matrix
  • neurogenic cells which are isolated, tissue-typical or organ-typical or tissue-typical or tissue-untypical, are sown in low cell density on the matrix after step b) and before step c).
  • the method according to the invention is thus characterized in that first a biologically compatible, biodegradable, plate-shaped matrix is treated, in particular coated, sprayed or soaked, with a biologically compatible, biodegradable adhesive or conditioned medium. Subsequently, epithelial or mesenchymal pieces of tissue and / or cells which have previously been cultured and grown in vitro and which are typical of the tissue or organ to be produced are applied to the treated matrix. In a preferred embodiment, isolated neurogenic cells are then sown on the treated matrix. According to the invention, it is particularly provided in a special embodiment that neurogenic cells and muscle cells on the underside of the matrix cells and fibroblasts are applied while epithelial cells are applied to the top of the matrix.
  • the cell-containing matrix is then briefly cultivated in vitro and brought into the desired shape after cultivation and immediately before use as a transplant.
  • Either the cell-populated matrix plate is cut so that it conforms to the shape of a tissue defect to be treated, or it is shaped into a hollow organ, for example brought into a cylinder or bubble shape.
  • the method according to the invention for the production of in vitro tissues or in vitro organs, in particular in vitro hollow organs has several decisive advantages over the methods described in the prior art, which result inter alia from the use according to the invention of an adhesive or conditioned medium. Surprisingly, it has been shown that treating the matrix according to the invention with an adhesive or a conditioned medium significantly shortens the manufacturing time for an in vitro tissue or in vitro organ compared to the methods described in the prior art.
  • the sown cells or the applied explant culture cells have a considerably improved adhesion to the matrix.
  • the in vitro hollow organ according to the invention or in vitro Tissue is produced using isolated, previously in vitro cultured and propagated cells, because of the improved adhesion of the cells to the matrix compared to the methods described in the prior art, significantly fewer cells have to be applied to the matrix. This in turn means that the in vitro pre-cultivation of the cells to be subsequently sown on the matrix can be considerably shortened.
  • the in vitro pre-cultivation primarily serves to provide sufficient cell material for sowing on the matrix.
  • the pre-cultivation of the cells can thus be considerably shortened because a lower cell density must be achieved.
  • the cultivation of the tissue- or organ-typical cells and possibly the matrix containing neurogenic cells can also be significantly shortened due to the improved adhesion of the cells to the matrix. For example, it is sufficient to cultivate the matrix with the cells only for a few hours, preferably overnight, until the cells sown / applied thereon form a (se i-) confluent cell monolayer.
  • the period from taking the biopsy to the finished graft can be reduced to two weeks.
  • the matrix containing cells can therefore be used for the transplantation after a very short cultivation, although the cells contained on it have not yet formed complete and functional tissue layers, but only (semi) confluent monolayers. Should the cell-containing matrix be used as a test system Det, it can of course also be cultivated until the organ-typical tissue layers of the desired target organ are completely formed.
  • the complete formation of the individual tissue layers typical of the organ and thus the full functionality of the graft produced in vitro is only achieved in vivo according to the invention.
  • This preferred procedure according to the invention therefore imitates the primary wound healing process by setting in vitro generated “cell islands”.
  • the cells of the (semi-) confluent monolayer contained on the transplanted matrix become in vivo, that is to say in Organism into which the cell-containing matrix has been inserted as a graft is nourished by diffusion processes, whereas fully developed tissue layers could only be nourished in vivo if these tissues had been vascularized.
  • the matrix used according to the invention has an advantageous effect both on the formation of the cell monolayers in vitro and on the formation of the complete organ-typical tissue layers in vivo.
  • the matrix is preferably a cellular matrix which originates from a biological source or is produced from a biological material and which preferably consists of collagen or other substances, for example chitosan, and also a large number of other substances. zen, such as chondroitin sulfate, fibronectin and growth factors. This provides the cells contained on the matrix with nutrients and at the same time promotes the regeneration of many tissues after transplantation into the organism. After regeneration of the individual tissue layers of the in vitro tissue or organ, the matrix is either completely broken down or remains permanently in the organism.
  • neurogenic cells in the method according to the invention, which is provided in a preferred embodiment of the invention, ensures that vascularization of the transplanted cell-containing matrix takes place more rapidly in vivo, since the growth of cells from the wound edges is greatly accelerated.
  • the neurogenic cells contained on the matrix ensure that after the tissue formation and wound healing processes in the body have been completed, an organ replacement that is also functional from a nervous point of view is obtained.
  • animal or human in vitro tissue or organ systems are thus obtained which can be transplanted after a short time, the complete formation of the organ-typical tissue layers taking place in vivo. It is thereby achieved that the transplanted in vitro hollow organs or in vitro tissues largely correspond in structure to the native organs or tissues and can therefore take over the function of the replaced native organs or tissues in vivo. Since the materials used do not contain immunogenic substances, Rejection reactions on the part of the recipient organism are minimized and the survival time of the grafts is significantly increased.
  • the in vitro tissues or in vitro organs produced according to the invention can, after appropriate cultivation, also be used in vitro for test purposes, for example to investigate the effect of potential medicaments on individual cell types, individual tissue layers or a complete tissue or organ.
  • biodegradable, biodegradable or non-degradable plate-shaped matrix means a flat, flat structure to which cells can adhere and multiply, the components of this structure in the body of a recipient not being immunological, toxic or cause other reactions and can be metabolized in the body of the recipient, the metabolizing products also not causing any immunological or toxic reactions and, moreover, in the case of the degradable matrix in the recipient's body, are readily absorbable
  • the matrix consists mainly of collagen or other substances such as chitosan or a mixture thereof.
  • the matrix used according to the invention preferably contains substances that promote growth and / or promote the multiplication of the cells adhering to it.
  • the matrix used according to the invention can be of natural origin or has been produced synthetically his. It is preferably acellular. This means that although it can come, for example, from a biological source, for example a tissue, due to its processing, it does not contain any cell structures, but only a collagen scaffold that largely corresponds to the complex extracellular matrix, or a scaffold of other substances, such as a Chitosan framework.
  • the matrix used according to the invention is level in spatial projection, that is to say it has the shape of a plate before and during the method according to the invention. However, it has such elasticity or flexibility that it can be shaped into a three-dimensional body, for example a cylinder, in the last step of the method according to the invention.
  • the matrix used according to the invention is therefore also characterized by good moldability.
  • the biodegradable, biologically compatible matrix used is a collagen-containing matrix.
  • the collagen-containing matrix is a VET-BIO-SIS T TM matrix from Cook GmbH, Mönchengladbach, Germany.
  • This commercially available matrix is made from the pig's small intestine submucosa. It is already disinfected so that all bacteria and viral components are removed. It contains type I, III and V collagen as well as fibronectin, decorin, hyaluronic acids, chondroitin sulfate A, heparin sulfates and growth factors, especially TGFß and bFGF.
  • the VET-BIO-SIS-T matrix is usually used as an operative patch to restore and strengthen tissue.
  • the matrix supports wound healing and tissue reforming by producing a biologically compatible, absorbable support tissue that serves as a scaffold for tissue growth.
  • the VET-Biosis T TM matrix is particularly suitable for the production of animal in vitro tissues or in vitro hollow organs, but not for the production of human tissues or organs.
  • the collagen-containing matrix used is the Stratasis TM matrix from Cook Urological, Spencer, Indiana, USA.
  • the Stratasis TM matrix is also made from pork small intestine subsubmucosa.
  • Statasis TM matrix is particularly suitable for the production of human in vitro tissues or human in vitro hollow organs.
  • the collagen-containing matrix used is produced using recombinant human collagen type I and / or recombinant human collagen type III.
  • Type I collagen is collagen found primarily in skin, bones and tendons, while the more hemostatic type III collagen occurs primarily in blood vessels.
  • the use of a matrix consisting of recombinant human collagen for the production of an in vitro Organ or in vitro tissue offers several key advantages over the use of a matrix isolated from a natural source such as porcine small intestine submucosa. Since the collagen contained in such a matrix is of human origin, the potential for immune reactions is significantly reduced. In contrast to a matrix isolated from natural sources, a recombinant matrix containing human collagen is also free of pathogenic agents, such as bacterial germs, viruses, prions and the like.
  • the biodegradable, biologically compatible matrix used is a chitosan-containing matrix.
  • Chitosan is a mixture of substances that is obtained when chitin is broken down by alkaline means.
  • Chitin is an amino sugar-containing polysaccharide that can be isolated from animal organisms, especially arthropods, but also from the cell wall of fungi.
  • Chitin consists of chains of ⁇ -1,4-glycosidically linked N-acetyl-D-glucosamine (NAG) residues.
  • Chitosan is chitin, which can be deacetylated and depolymerized to different degrees.
  • Chitosan has gel and film-forming properties. Studies have shown that chitosan can reduce the exophytic growth of callus in the regeneration of bone tissue and promote the ingrowth of vascular smooth muscles in vascular grafts (Malette et al., In: Chi- tin in Nature and Technology (ed. Muzzarelli, Jeuniaux and Gooday), (1986), 435-442, Plenum Press, New York). It has also been shown that chitosan has no adverse effect on the healing process of urogenital wounds (Bartone and Adickes, J.
  • chitosan which is about 80% to about 90% deacety- lated and has a molecular weight of 600,000 to 800,000, is used in particular to produce a matrix.
  • an “adhesive” is understood to mean a substance or a mixture of substances with which tissue or cells can be connected to one another or to a matrix, the adhesion, that is to say the adhesion of the cells or tissue to one another or to the matrix
  • the adhesive used according to the invention is preferably biocompatible and biodegradable, ie it contains no constituents that cause a toxic, immunological or other reaction in the body.
  • the constituents of the adhesive used according to the invention are metabolized in the body, the Metabolism products also do not cause immunological or toxic reactions.
  • a fibrin adhesive is used as the adhesive.
  • a fibrin glue is characterized in that it contains fibrinogen and thrombin components. Preferably lie these two main components of the fibrin adhesive initially appear separately and only come into contact with the matrix when the tissues and / or cells are actually bonded.
  • the matrix is preferably first treated with the fibrinogen component, for example a solution containing fibrinogen, by soaking the matrix in this fibrinogen solution, for example or the fibrinogen solution is sprayed onto the matrix.
  • the thrombin component is preferably only later applied to the matrix together with the tissue-typical cells and / or neurogenic cells to be sown.
  • fibrin adhesive When a fibrin adhesive is used, processes take place which essentially correspond to the last phase of blood clotting, for example in the case of wound closure.
  • fibrinogen is converted by thrombin to form monomeric fibrin by splitting off the fibrinopeptides A and B.
  • monomeric fibrin spontaneously forms aggregated fibrin through end-to-end and side-to-side attachment.
  • calcium chloride which is contained, for example, in commercially available fibrin adhesives, the aggregated fibrin is then converted into polymeric fibrin, covalent bonds being formed between adjacent ⁇ and ⁇ chains of the fibrin monomers.
  • the polymeric fibrin formed by the fibrin adhesive promotes as in normal wound healing For example, the infusion of fibroblasts into the wound area, with fibrin acting as a guardrail.
  • This process is a multifactorial process in which thrombin, fibrin and factor XIII have a stimulating effect on fibroblast proliferation.
  • the gradual proteolytic degradation of the fibrin network then begins in the body.
  • the fibrin adhesive is a commercially available fibrin adhesive for biological wound care, for example Tissucol-fibrin adhesive.
  • Tissucol ® fibrin glue contains calcium chloride and small amounts of plasminogen, which is converted to plasmin in vivo by calcium pure and other tissue factors and thus triggers fibrinolysis. The fibrin formed by the fibrin glue is thus gradually broken down in the body.
  • the invention also relates to the use of the adhesive defined above, in particular fibrin adhesive, for the production of human or animal single or multilayer in vitro tissues or complete or partial hollow organs.
  • the matrix is pretreated with conditioned medium.
  • Conditioned medium is characterized in that it cultivates 24 hours with the cells to be transplanted before they are applied to the collagen membrane. was fourth. This cultivation enriches the medium with growth factors released by the cells.
  • the pretreatment of the collagen membrane with conditioned medium improves the adherence, proliferation and survival of the cells on the membrane.
  • human or animal in vitro hollow organ at least one type, but preferably several types, of isolated differentiated or non-differentiated tissue- or organ-specific or tissue- and organ-unspecific cells, which were previously cultivated and propagated in vitro, are applied in low cell density to the matrix pretreated with an adhesive or conditioned medium.
  • epithelial and / or mesenchymal cells which consist of tissue parts of a biopsy as so-called explant cultures, are used to produce a single- or multi-layered human or animal in vitro tissue or a complete or partial, human or animal in vitro hollow organ be obtained, applied to the matrix pretreated with an adhesive or conditioned medium.
  • the explant cultures from mucosal or submucosal tissue parts are applied directly to the membrane.
  • the tissue obtained as a biopsy is examined using a Scissors separated into a mucosal and a submucosal part.
  • the respective tissue portions are chopped into 2 x 2 mm 2 pieces and applied to the membrane.
  • the mucosal tissue pieces are applied to the smooth side, the submucosal tissue pieces to the rough side.
  • the cultures are then incubated for 10 to 14 days.
  • epithelial and / or mesenchymal In a further preferred embodiment of the invention, epithelial and / or mesenchymal
  • the membrane can coexist with epithelial cells, which are expanded by explant culture, and with
  • the isolated cells and / or explant culture cells to be sown are generally selected so that they are compatible with the target organ or target tissue to be produced in vitro.
  • the seeded cells and / or explant culture cells are preferably cells which are normally found in the target organ or target tissue to be produced.
  • the in vitro tissue or organ to be produced consists of several histologically and functionally distinguishable tissue layers and / or cell clusters, typical for each tissue layer and each cell cluster Cell types are sown or applied, the layering obtained according to the invention preferably being the same as the natural layering.
  • urothelial cells, muscle cells, fibroblasts and neurogenic cells are sown or applied to produce an in vitro urinary bladder.
  • mucosa cells, muscle cells, fibroblasts and neurogenic cells are sown or applied.
  • the expression “sowing in low cell density” means that 0.01 cm ⁇ 10 6 cells to 1 ⁇ 10 7 cells, preferably 0.05 ⁇ 10 6 cells to 2 ⁇ 10 6 cells, are sown or applied per cm 2 matrix surface. Preferably 0.1 to 0.5 x 10 6 urothelial cells and muscle cells and 0.01 to 0.05 x 10 ⁇ fibroblasts are seeded or applied per cm 2 matrix surface.
  • the term “cell” encompasses in particular isolated, naturally occurring or genetically modified human or animal cells or their precursors.
  • Naturally occurring cells can be cells which have been changed non-pathologically, pathologically changed, not degenerate or "Pathologically altered cells” are cells whose normal cell functions, such as metabolism, stimulus response, motility or reduplication, are disturbed or damaged.
  • degenerate encompasses all changes in a normal cell, for example cell polymorphism, anisocytosis, nuclear polyphosphy, polychromasia, disturbed Nuclear-plasma relation and aneuploidy, which can lead to disturbed differentiation or to undifferentiation and to a deregulated growth of the cell, and particularly affects cells of malignant tumors.
  • the term “genetically modified cells” is understood to mean all cells which have been manipulated with the aid of genetic engineering methods, with either foreign DNA being introduced into the cell or the cell's own DNA, for example by deletions, inversions and additions , was modified.
  • autologous, homologous or heterologous cells can also be used, based on the subsequent recipient organism.
  • the cells are homologous or allogeneic cells, which are obtained from a donor of the same type, so that immune reactions in the host organism are avoided or reduced after transplantation of the organ or tissue produced in vitro.
  • the cells are obtained from the organism into which the in vitro organ or tissue produced according to the invention is then to be placed.
  • the cells used are human or animal stem cells.
  • the cells used according to the invention are cultivated in vitro and multiplied by the number of Increase cells, which can then be applied to produce an in vitro tissue or in vitro hollow organ on the matrix treated with an adhesive or conditioned medium.
  • the term “cultivating and multiplying cells in vitro” means that the vital functions of cells take place outside of the natural environment, that is to say outside the body, for example, in a suitable environment, for example with addition and removal Removal of metabolic products and products, the selected conditions guaranteeing the division of the cells and thus their multiplication.
  • the cells are cultivated and propagated in a full medium suitable for cell culture, for example DMEM medium, M199 medium, F12 medium, etc.
  • the medium used for culturing and multiplying the cells can contain further additives, such as a buffer substance, for example Hepes buffer, serum, for example fetal calf serum (FCS), antibiotics, etc.
  • a cell culture medium containing components such as FCS which have been obtained from natural, in particular animal sources, may possibly contain pathogenic agents, such as viruses, prions, bacterial germs and the like. If cell culture media of this type are used to cultivate and multiply the cells used according to the invention, there is therefore the potential risk that such pathogenic agents are transferred to the cells. In a particularly preferred embodiment of the invention, it is therefore provided that the cells used according to the invention are cultivated in a fully synthetic medium.
  • a “fully synthetic medium” is understood to mean a medium including all necessary additives, the components of which are produced exclusively using chemical synthesis processes and / or genetic engineering processes (DNA recombination processes) and not from animal starting materials, in particular not from Tissues, organs, body fluids or other parts of the body of a mammal, and in the genetic engineering of one or more components of the fully synthetic medium, the expression of these components is therefore preferably carried out in a prokaryotic host cell, for example a gram-negative or gram-positive host cell, or a eukaryotic non-animal Host cell, for example a fungal or plant host cell.
  • a prokaryotic host cell for example a gram-negative or gram-positive host cell
  • a eukaryotic non-animal Host cell for example a fungal or plant host cell.
  • the cells When the cells are cultivated and propagated in vitro, their ectodermal, mesodermal or endodermal characteristics are preserved. After differentiation of the cells, their specifically developed cell functions, such as specific metabolic performance, specific stimulus response capacity, mobility characteristics, etc., form again, that is to say that the cells have a differentiation status similar to the original state after cultivation, multiplication and subsequent differentiation.
  • the origin of the cells of the urinary tract can be varied, which means that, for example, bladder cells can be used for urethra or ureter or kidney pelvis.
  • the cells to be sown come from a human or animal biopsy sample that was taken from the native target tissue or target organ in vivo.
  • biopsy sample means a tissue sample that a living organism can take as an untargeted biopsy sample, that is to say as a so-called blind puncture, by puncturing with a hollow needle, using special instruments such as pliers, punching instruments, and biopsy probes. Brushes, slings and similar instruments or surgically with a scalpel, or as a targeted biopsy under ultrasound or X-ray control or as part of an endoscopy or laparoscopy.
  • the bioptic material obtained is preferably subjected to histological, cytological, immunohistological, histochemical or genetic engineering controls and an additional test for viruses, bacteria, prions and other pathogenic agents.
  • the biopsy sample was taken from a human or animal urethra.
  • the biopsy sample comes from a human or animal bladder.
  • the biopsy sample comes from a human or animal ureter or kidney pelvis.
  • the biopsy sample can come from a human or animal vas deferens or fallopian tubes.
  • the biopsy sample comes from a human or animal blood vessel, human or animal small intestine or human or animal large intestine.
  • the biopsy sample obtained is preferably mechanically separated into individual tissue layers using scissors, a scalpel and / or tweezers and / or a similarly suitable instrument.
  • the individual tissue layers are then mechanically shredded.
  • the mechanically separated and comminuted tissue layers are digested enzymatically by using a protease mixture, for example the BZ1 mixture (Röche), which contains collagenase I, collagenase II, dispase and neutral proteases (caseinase) to obtain isolated cell types and to enrich them specifically.
  • a protease mixture for example the BZ1 mixture (Röche), which contains collagenase I, collagenase II, dispase and neutral proteases (caseinase) to obtain isolated cell types and to enrich them specifically.
  • the enzymatic digestion degrades in particular the intercellular substance, which is an essential part of the connective and supporting tissues and consists of fibers and the light-microscopic homogeneous basic substance, which chemically mainly consists of mucopolysaccharides and proteins includes. It is provided according to the invention that the enzymatic cleavage of the separated and comminuted tissue layers carried out using proteases is stopped by adding an inhibitor, in particular by adding serum or other inhibitors such as soy bean trypsin inhibitor.
  • the actual separation of the individual cell types takes place according to the invention via in vitro pre-cultivation of the cell mixture obtained after the proteolytic cleavage.
  • cell-specific media are used in particular, which are distinguished in that the growth of desired cells is promoted while the growth of undesired cell types is suppressed.
  • Each proteolytic cell mixture of a previously mechanically separated and comminuted tissue layer is therefore cultivated according to the invention in different tissue-specific media, in order to specifically multiply and enrich specific cell types of this tissue layer.
  • a smooth muscle cell serum (Promocell C-22060) low serum content is used to enrich muscle cells from bladder biopsies.
  • Serum-free medium (Promocell C-23010) is preferably used to enrich fibroblasts from bladder biopsies.
  • Serum-free keratinocyte medium (GibcoBRL 17005034) is preferably used to enrich mucosa cells from bladder biopsies.
  • Other media for the selection and multiplication of the respective cell types, in particular media which are completely chemically defined, such as, for example, EpiLife (Cascade Biologics Inc.) can also apply.
  • the cells are precultivated in vitro using conventional methods for cultivating human or animal cells. For example, the cells can be cultivated on microtiter plates or on the bottom of culture vessels such as bottles.
  • Epithelial cells are preferably cultivated on collagen-coated bottles, and the culture of muscle cells, fibroblasts and neuronal cells in uncoated bottles.
  • the cells of each cell type are preferably subjected to a passage into fresh medium two or three times, the medium being changed every two to three days, especially when the cell layer is one Has confluence of about 50 to 75%.
  • the precultivated and enriched cells of any cell type can be sown or applied to the matrix according to the invention.
  • cells are sown or applied to at least one side of the matrix in order to produce an in vitro hollow organ consisting of several tissue layers, which is to be used in particular as a transplant.
  • tissue layers which is to be used in particular as a transplant.
  • only muscle cells are sown on the underside of the matrix, with the remaining components being delivered by the recipient after implantation.
  • the cells of at least one cell type on the top of the matrix (smooth-appearing side) and the cells of at least one cell type on the bottom of the matrix seeded or applied at least to another or the same cell type.
  • cells are sown or applied to the top of the matrix which form the cell layer delimiting the lumen in the native organ.
  • the cells that form the cell layers in the native organ that face away from the lumen of the hollow organ are preferably sown or applied on the underside of the matrix (rough-appearing side).
  • it is also possible to sow cells on only one side of the matrix for example in order to produce a single-layer or multi-layer tissue which is to be used in particular for transplantation or for test purposes.
  • muscle cells and fibroblasts which originate from a urinary bladder biopsy and have been isolated and enriched as described above, are sown / applied on the underside of the matrix. Accordingly, urothelial cells originating from a bladder biopsy are sown / applied to the top of the matrix used according to the invention.
  • the cells on the underside and on the top of the matrix have a density of 0.01 ⁇ 10 6 to 0.1-0.5 ⁇ 10 6 cells / cm 2 matrix, preferably in a density of 0, 1 x 10 6 to 0.5 x 10 5 cells / cm 2 are sown or applied.
  • 0.5 ⁇ 10 6 muscle cells and 0.05 ⁇ 10 6 fibroblasts are removed per cm 2 underside of the matrix. sows / applied, while 0.5 x 10 6 urothelial cells are required per cm top of the matrix.
  • neurogenic cells are applied to the matrix treated with an adhesive / conditioned medium ,
  • neurogenic cells are understood to mean nerve cells that come from larger nerve cell structures or nerve cell tissues such as a ganglion or a nerve plexus. It is provided according to the invention that the neurogenic cells used either come from the same native organ or from another organ to produce a special in vitro hollow organ. To produce an in vitro urinary bladder hollow organ, for example, neurogenic cells can be isolated from the native bladder tissue. However, the neurogenic cells can also be isolated from another organ, for example the Taeniae coli, that is to say the three strips of the longitudinal muscle layer of the colon. In contrast to the other cells sown / applied on the matrix, the neurogenic cells after their isolation are not cultivated in vitro using conventional methods, but are applied directly to the matrix immediately after isolation. According to the invention it is provided that the isolated neurogenic cells are sown / applied at a density of 1 x 10 2 cells / cm 2 on the underside of the matrix.
  • the cell-containing matrix is cultivated under suitable conditions, so that an in vitro tissue or in vitro organ is obtained which can be used either for transplantation or for test purposes.
  • suitable conditions for culturing the cell-containing matrix include, inter alia, a suitable cell culture medium, preferably DMEM / F12 medium, a suitable temperature, preferably 37 ° C., and a suitable gas atmosphere which preferably contains 7% CO 2 . If the cell-populated matrix is to be used later for transplantation, the matrix is cultivated until the tissue or organ-typical cells located on the bottom or top of the matrix have formed a monolayer, that is to say a complete single-cell layer.
  • the formation of a cell monolayer is achieved, for example, when using cells which have been precultivated in vitro by culturing overnight.
  • the matrix containing cell monolayers can then be transplanted. If the cell-containing matrix is used for test purposes, the cultivation can of course be carried out until all organ-typical tissue layers of the tissue or organ to be produced are completely formed. A culture of the cells in their respective cell-specific medium is sought under these conditions. For this purpose, the grafts are cultivated in specially made culture chambers.
  • the cells applied to the matrix are checked during and / or after the cultivation with regard to their function, their morphology and / or their differentiation status.
  • the invention therefore also relates to screening and diagnostic methods carried out using such cells, the cells being cultivated and examined during and / or after the methods described above, for example for pharmacological, toxicological, physiological, morphological and / or molecular biological parameters.
  • the effects of potential medications, pathogens, antigens or the like on the cultivated cells can also be investigated.
  • the cells are examined in the presence and absence of an agent and the observed effects are compared with one another.
  • the cells are cultivated on the matrix in order to produce an in vitro tissue in a cell reactor.
  • a cell reactor is understood to be a device for the automatic multiplication of cells and / or for the automatic production of in vitro tissues.
  • the cell reactor is preferably a computer-based bioreactor of the Kerator type.
  • a cell reactor consists of at least one cell growth chamber and a medium-containing chamber which is separated by a semipermeable membrane, for example se the collagen-containing matrix used according to the invention are separated, the membrane serving as a carrier for the cell layer to be produced.
  • the advantage of producing an in vitro tissue in a cell reactor is, in particular, that the process runs automatically under computer control, whereby a very uniform growth of the individual cell layers is achieved and at the same time contamination with germs is avoided.
  • the cell-covered membrane or matrix produced in the bioreactor can be used both for transplantation purposes and for test purposes.
  • the present invention therefore comprises the cultivation of human or animal cells for the production of single-layer or multilayer human or animal in vitro tissues or human or animal in vitro hollow organs, which can be used as a graft or partial or complete replacement to be used for a diseased or damaged tissue or organ in the body of a human or animal.
  • the cell-containing matrix is brought into the form in which it is to be transplanted only after cultivation, that is to say after the cell monolayer has been formed, and immediately before transplantation.
  • the line-populated matrix plate can be used by the doctor immediately after cultivation in the operating room can be adapted in size and shape to the defect by mechanical processing, for example with a scalpel or scissors.
  • the cell-populated plate cut according to the defect is then sewn in and additionally fixed in the defect using a tissue adhesive, for example a fibrin adhesive.
  • the cell-populated matrix plate is shaped into a suitable hollow organ.
  • a “hollow organ” is understood to mean an organ in which the tissue partially or completely encloses a cavity, the clear width or the diameter of the hollow organ being referred to as lumen.
  • the formation of the cell-populated matrix plate into one The desired hollow organ therefore means that one or more row-populated matrix plates are / are brought into the three-dimensional body shape with the corresponding dimensions that the native organ has.
  • the cell-coated matrix plate is cut to the appropriate size and then brought into a tube or cylinder shape.
  • a tubular or cylindrical shape can, for example, be fixed by a surgical suture and additionally reinforced using a tissue adhesive, for example a fibrin adhesive.
  • the cylindrical shape can additionally or exclusively with surgical Seam processes can be fixed.
  • the edges of the cell-populated matrix can be secured by a 3.0 or 4.0 suture or by small surgical clamps.
  • a fibrin adhesive is also used, the ends of the cell-populated matrix plate are brushed or sprayed with the adhesive and then briefly pressed together. If the section of a hollow organ to be replaced is very large, several line-populated matrices can optionally be connected to one another by surgical suturing and / or the use of a fibrin adhesive in order to produce a larger in vitro hollow organ.
  • An in vitro hollow organ is also produced immediately after the cultivation of the matrix / matrices and before the transplantation.
  • the in vitro hollow organ is preferably produced by the medical practitioner in the operating room.
  • the present invention therefore also relates to a partial or complete human or animal in vitro urethral hollow organ which has been produced by the method according to the invention and, if appropriate, a subsequent and / or preceding cultivation method of a conventional type, urothelial cells, muscle cells, fibroblasts and optionally neurogenic Cells were used.
  • the in vitro urethral hollow organ can be used as a partial or complete replacement for a damaged or diseased animal or human urethra.
  • An in vitro manufactured urethral hollow organ or an in vitro urethral replacement can for example, after a urethral injury, that is, an open or closed injury to the urethra as a result of violence in the area of the pelvis, perineum or other bladder injuries, in the case of urethral malformations, for example epispadia, hypospadias, partial or total obliteration or stenosis.
  • a urethral injury that is, an open or closed injury to the urethra as a result of violence in the area of the pelvis, perineum or other bladder injuries, in the case of urethral malformations, for example epispadia, hypospadias, partial or total obliteration or stenosis.
  • the present invention also relates to a partial or complete human or animal in vitro urinary bladder hollow organ which has been produced by the method according to the invention and a subsequent and / or preceding cultivation method of a conventional type, where appropriate, muscle cells, fibroblasts, urothelial cells and optionally neurogenic cells were used.
  • the in vitro urinary bladder hollow organ can be used as a partial or complete replacement for a damaged or diseased animal or human bladder.
  • An urinary bladder replacement manufactured in vitro can be used, for example, for bladder malformations, bladder dystrophy, for example bladder ecstrophy, bladder carcinoma or for secondary shrinkage blisters caused by neurogenic, hyperreflexible bladder dysfunction.
  • the present invention also relates to a partial or complete human or animal in vitro ureter hollow organ and a in vitro renal pelvis, which was produced by the method according to the invention and a subsequent and / or preceding cultivation method of a conventional type, using urothelial cells, muscle cells, fibroblasts and optionally neurogenic cells.
  • the in vitro ureter hollow organ can be used as a partial or complete replacement for a diseased or damaged human or animal ureter.
  • An in vitro urethral replacement can be used, for example, for kidney pelvic stenosis, subpelvine stenoses, ureter malformations such as the congenital megaureter, for obliteration or stenosis in the course of time, for example for stone problems or after surgery, for specific forms of ureter inflammation or traumatic lesions.
  • the present invention also relates to a partial or complete human or animal in vitro vas deferens hollow organ, which was produced according to the method according to the invention and an optional subsequent and / or preceding cultivation method of a conventional type, using epithelial cells, muscle cells, fibroblasts and optionally neurogenic cells become.
  • the in vitro vas deferens can be used as a partial or complete replacement for a human or animal vas deferens.
  • An in vitro produced vas deferens can be used, for example, for vas deferens, obstruction of the vas deferens due to inflammation or to restore continuity (Vasovasostomy) due to refertilization in the state after vasectomy.
  • the present 'invention relates also to a partial or complete human or animal ULTRASONIC in vitro tubal hollow organ, which has been prepared by the process according to the invention and an optionally subsequent and / or preceding culturing methods of conventional type, where ciliated epithelial cells, muscle cells, fibroblasts and optionally neurogenic Cells were used.
  • the in vitro fallopian tube can be used as a partial or complete fallopian tube replacement for a human or animal fallopian tube.
  • a fallopian tube replacement made in vitro can be used, for example, after obliteration of the fallopian tube.
  • the present invention also relates to a partial or complete blood vessel hollow organ produced in vitro, which was produced by the method according to the invention and a subsequent and / or preceding cultivation method of a conventional type, where appropriate, using endothelial cells, muscle cells and fibroblasts.
  • the in vitro blood vessel can be used as a partial or complete replacement for a human or animal blood vessel.
  • a blood vessel replacement manufactured in vitro can be used, for example, to remove or circumvent flow obstacles in occlusive diseases, to eliminate pathological flow conditions, for example in varicosis, aneurysm, angioma and arteriovenous fistula, or to change the flow.
  • direction can be used, for example, by creating a vascular surgical sub, etc.
  • the present invention also relates to a partial or complete human or animal in vitro small intestine hollow organ which has been produced by the method according to the invention and an optional subsequent and / or preceding cultivation method of a conventional type, using mucosa cells, muscle cells, fibroblasts and optionally neurogenic cells ,
  • the in vitro small intestine hollow organ can be used as a replacement for areas of a human or animal small intestine.
  • a small bowel replacement manufactured in vitro can be used, for example, after complete or partial small bowel resection for small bowel tumors, inflammatory bowel diseases or other loss (intestinal infarction, volvulus, neurogenic damage). It is suitable to apply "pouches", such as those used for colon or small bowel surgery.
  • the present invention also relates to a partial or complete human or animal in vitro large intestine hollow organ which was produced by the method according to the invention and a subsequent and / or preceding cultivation method of a conventional type, using mucosa cells, muscle cells, fibroblasts and optionally neurogenic cells ,
  • the in vitro large intestine hollow organ can be used as a replacement for areas of a human or animal colon.
  • An in Colon replacement produced in vitro can be used, for example, for complete or partial resection due to inflammatory bowel inflammation, colon cancer or for congenital innervation disorders (Hirschsprung's disease).
  • the present invention also relates to the production of a matrix populated with fibroblasts for the surgical removal / covering of fistulas which originate, for example, from the urogenital tract or intestine.
  • the fistulas can be caused, for example, by inflammatory bowel diseases and by surgical interventions.
  • fibroblasts are either isolated from the skin or from the organs in question and cultured.
  • the present invention also relates to the production of a matrix populated with fibroblasts in the form of a loop for the operative lifting of organs, for example the urinary bladder, in women with weak pelvic floor.
  • Another particularly preferred embodiment of the invention comprises the use of the three-dimensional one- or multilayer human or animal in vitro organ or tissue systems produced according to the invention as test systems.
  • the in vitro systems can be used specifically for various questions in the chemical-pharmaceutical industry.
  • This complexity of the in vitro systems according to the invention makes it possible to investigate the effect of a stimulus on individual cell populations and on the interaction of the cells.
  • the use of neurogenic cells allows early statements to be made about the effects of active substances on nerve cells that could not previously be recorded.
  • the in vitro systems according to the invention are suitable for product testing, in particular with regard to effectiveness, mechanism of action, undesirable side effects, for example irritation, toxicity and inflammation effects, or tolerance of active ingredients.
  • the term “active ingredient” means any substance, but also other agents, for example physical influencing variables such as electromagnetic radiation, radioactivity, heat, sound or the like, which can influence or recognize biological cells or parts thereof, in particular cell organelles.
  • active ingredients can be, in particular, of a chemical nature, for example diagnostic or therapeutic agents.
  • diagnostic agents are understood to mean any substances that can specifically recognize the presence of conditions, processes or substances or their absence and, in particular, can provide conclusions about disease states. Diagnostics often have recognizing and marking functions. Such substances are used in particular under the term therapeutic agents. stands that can be used either prophylactically or accompanying the disease in order to avoid, alleviate or eliminate illnesses.
  • diseases are also understood to mean conditions such as unnatural states of mind, pregnancies, signs of aging, developmental disorders or the like.
  • the animal and human in vitro tissue or in vitro hollow organ test systems according to the invention, the effectiveness or the mechanism of action and / or the side effects of active substances can be analyzed much more precisely than in conventional test systems.
  • the single-layer and multilayer in vitro tissue or hollow organ systems can also be used to screen potential active substances and to investigate properties such as specificities and the interactions of active substances with target cells.
  • tests of active substances, therapeutic agents and diagnostic agents on the animal or human in vitro tissue or in vitro hollow organ test systems according to the invention can include conventional morphological or histological methods as well as conventional biochemical, toxicological, immunological and / or molecular biological methods.
  • the effects of substances or agents on the cells of the three-dimensional in vitro organ or tissue systems according to the invention can be determined, for example, by the release of substances, for example cytokines or mediators, by cells, and by their effects on gene expression, the metabolism, the proliferation tion, the differentiation and reorganization of the cells of an in vitro organ or tissue test system.
  • a vital dye such as a tetrazolium derivative
  • a preferred embodiment of the invention therefore includes methods for examining the pharmacological effects of active ingredients, diagnostics and therapeutic agents on human or animal tissue using the human or animal in vitro hollow organ or in vitro tissue systems produced according to the invention, the in vitro organ or tissue systems are treated with the active substance to be investigated and the results obtained in the presence and absence of the active substance to be investigated are compared with one another.
  • the human or animal in vitro organ or tissue systems produced according to the invention are used to examine tissue or organ-specific diseases and to develop new treatment options for these diseases.
  • the in vitro small intestine and / or in vitro large intestine systems according to the invention are used for the investigation of inflammatory bowel diseases such as Crohn's disease and ulcerative colitis. These diseases are characterized by relapsing, destructive inflammatory reactions of the intestinal mucosa.
  • the invention provides for taking biopsy samples from patients with chronic inflammatory bowel disease and for producing tissue or a partial intestinal organ using the methods according to the invention. Potential active substances can then be examined on these in vitro tissues or in vitro organs.
  • Yet another advantageous embodiment of the invention includes the use of the in vitro urinary bladder system produced according to the invention for the investigation of neurogenic, hyperreflexible and areflexible bladder disorders.
  • primary cells and / or cell lines from patients with a specific disease are used in order to use them to produce patient-specific in vitro organ or tissue systems, for example a patient-specific in vitro intestinal system establish and use it to examine and assess the effectiveness of certain therapies and / or medications.
  • a preferred embodiment of the invention comprises the use of the human or animal three-dimensional in vitro organ or tissue systems according to the invention for examining the mechanisms of tumor pathogenesis and for examining active substances for their suitability as medicaments, for example against a specific tumor.
  • degenerated cells in particular the organs or tissues mentioned above, built in vitro organ or tissue test system used to obtain larger amounts of a degenerate cell material.
  • the material obtained is then further analyzed using conventional methods, for example histological, biochemical, molecular biological or immunological methods, in order, for example, to examine morphological changes in degenerated cells or the release of specific substances in more detail or to create transcription and / or expression profiles ,
  • conventional methods for example histological, biochemical, molecular biological or immunological methods, in order, for example, to examine morphological changes in degenerated cells or the release of specific substances in more detail or to create transcription and / or expression profiles .
  • drugs or other substances for example with regard to their ability to inhibit cell division, is studied on an in vitro organ or tissue test system constructed from degenerate cells.
  • Another particularly preferred embodiment of the invention comprises the use of the in vitro organ or tissue systems according to the invention for checking genetically modified cells, in particular the aforementioned tissues and organs.
  • cells are tested which have been genetically modified with a view to a gene therapy to eliminate gene-related malfunctions or to restore normal gene functions in diseases of the organs mentioned above.
  • FIG. 1 shows muscle cells stained with B-TK26 one day after they have been applied to a collagen matrix.
  • Keratinocyte growth medium serum-free (GibcoBRL)
  • Claforan 0.15 mg / ml (1 ml to 500 ml BBS / DMEM; Glaxo Claforan 2.0) Amphotericin: 2.5 U / ml (5 ml to 500 ml BBS / DMEM; GibcoBRL 15290-018)
  • Gentamycin 50 ⁇ g / ml (0.5 ml to 500 ml BBS / DMEM; GibcoBRL 15750-037)
  • a biopsy sample is taken sterile, placed in a transport medium and transported to a laboratory in it.
  • An approximately 1 to 2 cm 2 piece for immunohistological and other possibly molecular biological examinations is removed from each biopsy and frozen on the day of removal.
  • the rest of the biopsy is stored overnight at 4 ° C in the transport medium.
  • a sterile control of the solution is created to check all media and buffers used.
  • the biopsy is removed from the transport medium and a culture of the transport medium is created for sterile control.
  • the muscularis and mucosa layers of the biopsy sample are separated using scissors.
  • the separated layers are then shredded using scissors so that the tissue pieces are smaller than 0.5 mm 2 .
  • the shredded tissue layers are then washed three times in BBS containing Claforan, Amphotericin and Gentamycin and then weighed.
  • the crushed muscularis layer is then digested enzymatically, with 0.4-0.5 g in 3 ml of B-rotease medium being incubated for 15 minutes at 37 ° C. (1: 5; 1 ml of BZ1: 4 ml of F12 medium). Then another 2 ml of 1: 5 diluted BZ1 are added and the digestive reaction turns 15 Minutes continued.
  • the crushed mucosa layer is treated identically, although the BZl-B rotease mixture is diluted 1:10 in Fl2 medium.
  • the reaction mixture is examined microscopically and made up to 10 ml with FCS or to 50 ml with soy trypsin inhibitor in order to stop the reaction.
  • the digested muscularis layer is resuspended in medium. 25 ml of this is transferred to a new 50 ml falcon tube so that one tube is available for the culture of smooth muscle cells and one tube for the culture of fibroblasts. Both batches are left for about 5 minutes to settle the larger pieces of tissue.
  • the cells in the supernatant are transferred to a new 50 ml falcon tube. The cells are then centrifuged at about 1000 rpm for 10 minutes. The pellet is then washed three times in 15 ml of the respective cell-specific medium.
  • the settled pellets of the digested muscularis layer are discarded while the pellet of the mucosal layer is washed three times with 15 ml of keratinocyte medium.
  • the muscle cells and fibroblasts are counted microscopically, taken up in 12 ml of cell-specific medium and seeded / applied in 6 wells of a microtiter plate with 24 wells, 1 ml being applied to each well.
  • the urothelial cells are also counted, taken up in 6 ml of keratinocyte medium and 3 ml of cell suspension are distributed over two 9 cm 2 collagen-coated petri dishes.
  • an explant culture is carried out on collagen-coated petri dishes with a diameter of 10 cm.
  • 200 ⁇ l thrombin are added to the mucosa pieces in 1.5 ml medium.
  • the petri dish is rinsed with fibrin-containing medium (200 ⁇ l. Fibrin in 1.5 ml keratinocyte medium) and then the supernatant is removed so that the petri dish is completely wetted.
  • fibrin-containing medium 200 ⁇ l. Fibrin in 1.5 ml keratinocyte medium
  • the cell or tissue suspension containing thrombin is applied in the middle of the Petri dish, where it polymerizes.
  • the supernatants are removed from all cell cultures and either transferred to a 24-well microtiter plate or a fresh petri dish with a 9 cm 2 collagen-coated surface in order to collect additional cells.
  • the medium is changed approximately every two to three days, the passage of the cells taking place at a confluence of approximately 50 to 75%.
  • these are transferred to a collagen-coated bottle with a coating area of 25 cm 2 , in the case of smooth muscle cells and fibroblasts in two bottles with a cultivation area of 25 cm 2 .
  • the fibroblasts and muscle cells are detached by adding 100 ⁇ l of EDTA / trypsin, preheated to 37 ° C, are added per well of a microtiter plate containing 24 wells and incubated at 37 ° C for 10 min. The detachment of the cells is checked microscopically. The reaction is stopped with 100 ul FCS or 900 ul soybean inhibitor. The supernatants from 6 wells are combined and the cells are centrifuged off. The cell pellet obtained is washed twice in the appropriate cell-specific medium and the cells are then diluted by a factor of 1: 3.
  • the urothelial cells are detached by inhibiting the cells with 3 ml of prewarmed 0.2% EDTA at 37 ° C. for 10 minutes. The EDTA is then pipetted off. The urothelial cells are then incubated for a second time with 1.5 ml of 0.1% trypsin / 0.2% EDTA for 5 to 10 minutes. The reaction is then stopped with 5 ml FCS or 10 ml soybean inhibitor. The cells are centrifuged, washed twice in 15 ml of keratinocyte medium and diluted by a factor of 1: 2.
  • the matrix is soaked in DMEM / F12 10% FCS.
  • the membrane is then incubated in 3 ml of DMEM / F12, which was mixed 1: 2 with fibrinogen solution (fibrinogen solution of the fibrin adhesive from Tissucol).
  • fibrinogen solution fibrinogen solution of the fibrin adhesive from Tissucol.
  • the cell pellets for the underside of the membrane i.e. muscle cells, fibroblasts and neurogenic cells, are taken up in 1.5 ml DMEM / Fl2 medium.
  • An equal volume of thrombin solution i.e. second one
  • This 3 ml solution is distributed homogeneously on the underside of the fibrin-soaked matrix. This causes the cell suspension to polymerize.
  • 0.5 x 10 6 muscle cells, 0.05 x 10 6 fibroblasts and 1 x 10 2 neurogenic cells are sown / applied per square centimeter underside of the membrane. After the polymerization, the membrane is turned over. The urothelial cells are isolated according to the standard protocol and likewise suspended in 3 ml of DMEM / F12 medium, which also contains the thrombin solution, and distributed on the top of the membrane. 0.5 x 10 6 urothelial cells are required per cm 2 top. After the upper side has been polymerized, the membrane is cultivated overnight in DMEM / F12 at 37 ° C. and 7% CO 2 and then transplanted.

Abstract

The invention relates to methods for producing animal and human in-vitro tissue and/or animal and human in-vitro hollow organs, particularly in-vitro urethra, in-vitro ureter, in-vitro bladder, in-vitro spermatic duct, in-vitro uterine tube, in-vitro blood vessel, in-vitro small intestine, and in-vitro large intestine hollow organs. The invention also relates to the use of this in-vitro tissue and to in-vitro hollow organs for transplantation or for testing purposes, and to the production of a matrix, which is colonized by fibroblasts and provided for the surgical elimination and/or covering of fistulae.

Description

Verfahren zur Herstellung von in vitro-HohlorganenProcess for the production of in vitro hollow organs
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von Geweben oder Hohlorganen, insbesondere Harnröhre, Harnleiter, Harnblase, Samenleiter, Eileiter, Blutgefäße, Dünndarm und Dickdarm, sαw-ie Bindegewebe, die ausgehend von tierischen und menschlichen Gewebeproben eine organtypische Gewebeschichtung aufweisen und zur Transplantation in vivo oder für Testzwecke in vitro geeignet sind.The present invention relates to methods for the production of tissues or hollow organs, in particular urethra, ureter, bladder, vas deferens, fallopian tubes, blood vessels, small intestine and large intestine, so-called connective tissue, which have an organ-typical tissue layer based on animal and human tissue samples and for transplantation in vivo or are suitable for in vitro test purposes.
Zur Wiederherstellung oder Verbesserung von Formen oder Funktionen von menschlichen Organen und/oder Geweben stehen in der Chirurgie prinzipiell drei Verfahren zur Verfügung. Den Resektionsverfahren, bei denen zumeist kranke Organ- oder Gewebeteile operativ entfernt werden, stehen Implantations- und Transplantationsverfahren gegenüber. Bei einer Implantation werden aus körperfremden Materialien bestehende Implantate zur Erfüllung bestimmter Ersatzfunktionen für einen begrenzten Zeitraum oder auf Lebenszeit in den Organismus eingebracht, bei- spielsweise Kunststoff-Implantate für den Ersatz von Sehnen und Gefäßen oder Metall- oder Keramik-- I plantate für den Ersatz von Gelenken oder Knochen.In principle, three methods are available in surgery for restoring or improving the shapes or functions of human organs and / or tissues. The resection procedures, in which mostly diseased organ or tissue parts are surgically removed, are contrasted with implantation and transplantation procedures. In the case of an implantation, implants made of materials that are foreign to the body are introduced into the organism for a limited period of time or for life, to fulfill certain replacement functions, for example plastic implants for the replacement of tendons and vessels or metal or ceramic implants for the replacement of joints or bones.
Bei einer Transplantation werden Zellen, Gewebe o- der Organe auf ein anderes Individuum oder auf eine andere Körperstelle des gleichen Individuums über- tragen. Unter einer allogenen (homologen) Transplantation wird eine Transplantation verstanden, bei der Spender und Empfänger der gleichen Spezies angehören, immungenetisch jedoch verschieden sind. Unter einer syngenen Transplantation wird eine Transplantation von einem immungenetisch identischen Zwillingsgeschwister verstanden. Als autogene (autologe) Transplantation wird die Übertragung eigener Zellen oder Gewebe auf andere Körperstellen des gleichen Individuums bezeichnet.In the case of a transplant, cells, tissues or organs are transferred to another individual or to another part of the body of the same individual. wear. An allogeneic (homologous) transplant is understood to mean a transplant in which the donor and recipient belong to the same species, but are immunologically different. A syngeneic transplant is understood to mean a transplant from an immunologically identical twin sibling. Autogenous (autologous) transplantation is the transfer of one's own cells or tissues to other parts of the body of the same individual.
Der Erfolg einer allogenen Transplantation hängt wesentlich von der Art und dem Umfang der Immunre- aktion seitens des Empfängers ab. Die Unterschiede im Antigenmuster bei Spender und Empfänger können im Empfängerorganismus eine Immunantwort gegen das Transplantat hervorrufen, die durch die genetisch determinierten Histoko patibilitätsantigene des Spendergewebes induziert wird. Dabei können sensi- bilisierte Lymphozyten und/oder Antikörper gebildet werden, die gegen das Transplantat cytotoxisch wirken. Letztendlich kann es zu einer Abstoßung des Transplantats kommen. Eine Abstoßungsreaktion kann perakut verlaufen, wobei es zu einem irreversiblen, medikamentös nicht beeinflußbaren Verlust des Transplantats kommt. Eine Abstoßungsreaktion kann auch chronisch verlaufen, wobei es über Wochen bis Jahre hinweg zu einem medikamentös kaum beeinflußbaren Funktionsverlust des Transplantats kommt.The success of an allogeneic transplant depends largely on the type and extent of the immune response on the part of the recipient. The differences in the antigen pattern in the donor and recipient can elicit an immune response against the transplant in the recipient organism, which is induced by the genetically determined histoco-patibility antigens of the donor tissue. In this way, sensitized lymphocytes and / or antibodies can be formed which have a cytotoxic effect on the graft. Ultimately, the graft can be rejected. A rejection reaction can be peracute, resulting in an irreversible loss of the transplant that cannot be influenced by medication. A rejection reaction can also be chronic, with a functional loss of the graft that can hardly be influenced by medication for weeks or years.
Eine Transplantation kann auch zu einer Graft- versus-host-reaction (GVH) , das heißt einer Trans- plantat-gegen-Wirt-Reaktion, führen. Nach der Übertragung von beispielsweise nicht-autologen immun- kompetenten Zellen aus Knochenmark, Lymphknoten o- der Milz vermitteln diese Zellen im Organismus des Empfängers zelluläre Immunreaktionen. Im gesunden Empfängerorganismus werden diese Zellen normaler- weise rasch abgebaut. Bei Empfängern, bei denen die Immunabwehr durch Bestrahlung oder immunsuppressive Behandlung unterdrückt ist, kann die GVH zur Graft- versus-host-disease führen, einer akuten oder chronischen Erkrankung mit Leber- und Milzvergrößerung, Atrophie der lymphatischen Organe, Durchfall und Kachexie.A transplant can also lead to a graft versus host reaction (GVH), that is, a graft versus host reaction. After the transfer of, for example, non-autologous immune competent cells from bone marrow, lymph nodes or spleen mediate these cells in the recipient's organism cellular immune reactions. In the healthy recipient organism, these cells are normally broken down quickly. In recipients in whom the immune system is suppressed by radiation or immunosuppressive treatment, GVH can lead to graft versus host disease, an acute or chronic disease with enlarged liver and spleen, atrophy of the lymphoid organs, diarrhea and cachexia.
Ein weiteres großes Problem der Transplatationschi- rurgie ist generell der Mangel an verfügbaren Spendergeweben oder -organen. Dies führt dazu, dass es bei einigen Organtransplantaten Wartelisten für zu behandelnde Patienten gibt. Bei Herztransplantationen beispielsweise beträgt die Wartezeit derzeit etwa 12 Monate. Verschlechtert sich während der Wartezeit der Zustand eines Patienten sehr rasch, so kann die beeinträchtige Organfunktion oftmals nur mittels eines implantierten Unterstützungssystems mechanisch überbrückt werden, um die akute Gefahrensituation zumindest kurzzeitig zu beseitigen. Der Mangel an geeigneten Spendergeweben oder organen macht sich besonders gravierend in der Unfallchirurgie bemerkbar, wo es darauf ankommt, innerhalb kürzester Zeit die Funktion verletzter oder geschädigter Organe oder Gewebe wiederherzustellen beziehungsweise zu ersetzen.Another major problem in transplantation surgery is generally the lack of available donor tissues or organs. As a result, there are waiting lists for patients to be treated for some organ transplants. With heart transplants, for example, the waiting time is currently around 12 months. If a patient's condition deteriorates very quickly during the waiting period, the impaired organ function can often only be bridged mechanically by means of an implanted support system in order to eliminate the acute dangerous situation at least for a short time. The lack of suitable donor tissues or organs is particularly noticeable in accident surgery, where it is important to restore or replace the function of injured or damaged organs or tissues within a very short time.
Aufgrund des Mangels an verfügbaren Spendergeweben- oder -organen ist versucht worden, auf Organe von Primaten (konkαrdante Spezies) oder Nichtprimaten (diskonkordante Spezies) auszuweichen. Beispielsweise konnten mit Erfolg entsprechend vorbehandelte Hautstücke oder Teile von Blutgefäßen vom Schwein auf den Menschen übertragen werden. Andererseits endeten Transplantationen von ganzen Organen meist als katastrophale Mißerfolge. Die immunologischen Ursachen dafür sind nicht ohne weiteres zu erklären. Wahrscheinlich stellen präformierte AntikörperDue to the lack of available donor tissue or organs, attempts have been made to target organs from primates (concordant species) or non-primates (disconcordant species). For example, appropriately pretreated pieces of skin or parts of blood vessels from pigs were successfully transferred to humans. On the other hand, whole organ transplants usually ended in catastrophic failures. The immunological causes for this cannot be explained easily. Probably preformed antibodies
(sogen, natürliche Antikörper) das größte Problem bei einer solchen Xenotransplantation dar. Darüber hinaus gibt es noch andere Hinderungsgründe für eine Xenotransplantation, beispielsweise das sehr große Risiko einer Erregerübertragung.(so-called natural antibodies) is the biggest problem with such a xenotransplantation. There are also other obstacles to xenotransplantation, for example the very high risk of pathogen transmission.
In einigen Fällen wird auch versucht, Organdefekte oder -Störungen dadurch zu beheben, dass Gewebe aus anderen Organen des gleichen Organismus transplan- tiert werden. So erfolgt beispielsweise die chirurgische Sanierung der sogenannten neurogenen Harnblase, die bei Spina bifida-Patienten oder Quer- schnittsgelähmten auftritt, dadurch, dass Darmsegmente in die Harnblase eingenäht werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Inkorporation von Darmschleimhaut in der Harnblase zu vermehrt auftretenden Infektionen, Stoffwechselstörungen, wie Vitaminmangel, Steinbildung vermehrter Schleimproduktion und zur Entstehung von Malignomen führt.In some cases, attempts are also made to remedy organ defects or disorders by transplanting tissue from other organs of the same organism. For example, the surgical restoration of the so-called neurogenic bladder, which occurs in spina bifida patients or paraplegics, is performed by sewing intestinal segments into the bladder. However, it has been shown that the incorporation of intestinal mucosa in the bladder leads to increased infections, metabolic disorders such as vitamin deficiency, stone formation, increased mucus production and the development of malignancies.
Als Alternative zu den bisherigen Transplantationen wurden daher in den letzten Jahren in vitro-Organ- oder Gewebesysteme entwickelt, die unter Verwendung definierter Zellen und/oder definierter Gewebe und unter definierten Kulturbedingungen hergestellt werden (sogen. Tissue engineering) . Generell lassen sich solche in vitro-Organ- oder Gewebesysteme nicht nur zu Implantations- beziehungsweise Transplantationszwecken einsetzen, sondern auch als in vitro-Testsysteme, um beispielsweise chemische Sub- stanzen, wie potentielle Arzneimittel, oder Agenzien, wie Licht und Wärme, auf ihre Wirkungen und/oder Nebenwirkungen auf Gewebe oder Zellen zu untersuchen. Solche in vitro-Systeme können darüber hinaus für vielfältige immunologische, histologi- sehe und molekularbiologische Fragestellungen eingesetzt werden. Die Untersuchungen beziehungsweise Tests von Substanzen oder Agenzien an solchen in vitro-Organ- oder Gewebesystemen bieten gegenüber Versuchen an Tieren oder Versuchen mit menschlichen Probanden einige Vorteile, insbesondere weil die Untersuchungen kostengünstiger und schneller durchgeführt werden und Ergebnisse liefern können, die insbesondere im Vergleich zu Tierversuchen besser auf den Menschen übertragbar sind. Unter gegebenen Umständen ist sogar eine individuelle Vorhersage für den jeweils betroffenen Patienten bezüglich Nebenwirkungen möglich. Darüber hinaus unterliegt die Testung von Pharmaka an Tieren strengen Richtlinien, die einen großen bürokratischen Aufwand zur Folge haben. So müssen beispielsweise Tierversuchsgenehmigungen eingeholt werden. Auch aus ethischen Erwägungen heraus stoßen Tierversuche zunehmend auf Ablehnung. In vitro-Organ- oder Gewebesysteme können also wesentlich dazu beitragen, Tierversuche zu vermeiden.As an alternative to previous transplants, in vitro organ or tissue systems have therefore been developed in recent years, which are produced using defined cells and / or defined tissues and under defined culture conditions (so-called tissue engineering). Generally leave such in vitro organ or tissue systems are not only used for implantation or transplantation purposes, but also as in vitro test systems, for example for their effects and / or chemical substances such as potential pharmaceuticals or agents such as light and heat or to examine side effects on tissues or cells. Such in vitro systems can also be used for a wide range of immunological, histological and molecular biological problems. The examinations or tests of substances or agents on such in vitro organ or tissue systems offer some advantages over experiments on animals or experiments with human subjects, in particular because the examinations are carried out more cheaply and more quickly and can deliver results that are in particular compared to animal experiments are better transferable to humans. Under certain circumstances, it is even possible to individually predict the side effects of the patient concerned. In addition, the testing of pharmaceuticals on animals is subject to strict guidelines, which result in a great deal of red tape. For example, animal testing permits must be obtained. Animal experiments are also increasingly rejected for ethical reasons. In vitro organ or tissue systems can therefore make a significant contribution to avoiding animal testing.
Im Stand der Technik, sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von in vitro-Organen oder in vitro- Geweben beschrieben worden, die zur Wiederherstel- lung oder als Ersatz für erkrankte oder geschädigte native Organe oder Gewebe eingesetzt werden können.Various methods have been described in the prior art for the production of in vitro organs or in vitro tissues which are used for the tion or as a replacement for diseased or damaged native organs or tissues.
Die WO 99/00152 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines bioartifiziellen Transplantates, wo- bei aus einem allogenen oder xenogenen Gewebe alle antigen-reaktiven Zellen durch enzymatische oder chemische Behandlung entfernt werden und das so gewonnene zellfreie, nicht-denaturierte Material mit gewünschten autologen Zellen besiedelt wird, wo- durch ein unmittelbar einsatzbereites Transplantat, beispielsweise Herzklappen, Knorpel, Trachea, Haut oder Cornea, erhalten wird.WO 99/00152 discloses a method for producing a bioartificial transplant, wherein all antigen-reactive cells are removed from an allogeneic or xenogeneic tissue by enzymatic or chemical treatment and the cell-free, undenatured material obtained in this way is populated with desired autologous cells is obtained, whereby an immediately ready-to-use graft, for example heart valves, cartilage, trachea, skin or cornea, is obtained.
Das US-Patent Nr. 4,963,489 beschreibt ein dreidimensionales Zellkultursystem, das ein Grundgerüst umfasst, das aus einem biologisch verträglichen nicht-lebenden Material besteht, das biologisch abbaubar oder nicht-abbaubar sein kann. In diesem System können beispielsweise Fibroblasten, Endo- thelzellen, Knochenmarkszellen und andere Zellen kultiviert werden, wobei das Wachstum der Zellen durch die Zugabe von Proteinen, wie Kollagen, oder Glycoproteinen verbessert werden kann. Die mit Hilfe dieses Systems hergestellten dreidimesionalen Gewebemodelle sollen auch in der Transplantation Verwendung finden.U.S. Patent No. 4,963,489 describes a three-dimensional cell culture system that includes a backbone that is made of a biologically compatible non-living material, which may or may not be biodegradable. In this system, for example, fibroblasts, endothelial cells, bone marrow cells and other cells can be cultivated, and the growth of the cells can be improved by adding proteins such as collagen or glycoproteins. The three-dimensional tissue models produced with the help of this system are also to be used in transplantation.
Aus der WO 95/33821 ist ein Verfahren zur Herstellung von Stroma-Gewebe bekannt, bei dem Stroma- zellen, wie Chondrocyten, Fibroblasten, Nabelschnurzellen und ähnliche, innerhalb eines dreidi- mensionalen Netzwerkes aus einem biologisch abbaubaren Material, beispielsweise Baumwolle, Gelatine oder Kollagen, oder einem biologisch nicht abbaubaren Material, beispielsweise einem Polyester oder einem Polycarbonat, kultiviert werden, wobei die interstitiellen Bereiche durch die Stroma-Zellen überbrückt werden und die Kultivierung des Netzwerkes in einem Kulturmedium durchgeführt wird.From WO 95/33821 a process for the production of stroma tissue is known, in which stroma cells, such as chondrocytes, fibroblasts, umbilical cord cells and the like, within a three-dimensional network made of a biodegradable material, for example cotton, gelatin or collagen, or a non-biodegradable material, for example a polyester or a polycarbonate, wherein the interstitial areas are bridged by the stroma cells and the cultivation of the network is carried out in a culture medium.
Das US-Patent Nr. 5,755,814 beschreibt ein Hautmodellsystem, das sich sowohl als in vitro-Testsystem als auch für therapeutische Zwecke einsetzen lässt. Das System umfasst eine dreidimensionale vernetzte Matrix von unlöslichem Kollagen, wobei die Matrix entweder durch thermische Behandlung unter Wasserentzug oder auch durch chemische Mittel, beispielsweise Carbodii id, vernetzt wird. In der Matrix werden Fibroblasten, auf der Matrix Keratinocyten kultiviert, wobei man ein Hautäquivalent erhält.US Pat. No. 5,755,814 describes a skin model system that can be used both as an in vitro test system and for therapeutic purposes. The system comprises a three-dimensional crosslinked matrix of insoluble collagen, the matrix being crosslinked either by thermal treatment with dehydration or also by chemical means, for example carbodiide. Fibroblasts are cultivated in the matrix and keratinocytes are cultivated on the matrix, a skin equivalent being obtained.
Das US-Patent 5,567,612 beschreibt eine Zellen des Urogenitaltraktes enthaltende Matrix zur Implantation in den Menschen, die ein biologisch abbauba- res, biologisch verträgliches Polymer und Paren- chymzellen des menschlichen Urogenitaltraktes umfaßt. Das Matrix-Material kann beispielsweise aus Polyglycolsäure, Polymilchsäure, Polyanhydrid, Po- lyorthoester und Kombinationen davon bestehen.US Pat. No. 5,567,612 describes a matrix for implantation in humans containing cells of the urogenital tract, which comprises a biodegradable, biologically compatible polymer and parenchyma cells of the human urogenital tract. The matrix material can consist, for example, of polyglycolic acid, polylactic acid, polyanhydride, polyorthoester and combinations thereof.
Die US 5,944,754 beschreibt ein Verfahren zur Generierung von neuem Gewebe auf der Oberfläche eines Säugergewebes oder -organs unter Verwendung einer lebende Säugerzellen enthaltenden Hydrogel- Zusammensetzung, wobei eine flüssige Zell-Hydrogel- Zusammensetzung als dünne Schicht direkt auf die zu behandelnde Oberfläche ausgebracht wird. Die flüs- sige Zell-Hydrogel-Zusammensetzung verfestigt sich unter Ausbildung einer Matrix und die darin enthaltenen Zellen bilden anschließend ein neues Gewebe. Zur Bildung des Hydrogels können Polysaccharide wie Alginate, Polyphosphazene und Polyacrylate verwendet werden. Zur Verbesserung der Adhäsion der Zell- Hydrogel-Zusammensetzung auf der behandelten Organoberfläche kann ein biologisch verträglicher Klebstoff wie Methacrylat oder Methyl-α-cyanoacrylat eingesetzt werden. Die zu behandelnde Oberfläche kann innerhalb oder außerhalb des Körpers liegen.US 5,944,754 describes a method for generating new tissue on the surface of a mammalian tissue or organ using a hydrogel composition containing living mammalian cells, a liquid cell hydrogel composition being applied as a thin layer directly to the surface to be treated. The river cell-hydrogel composition solidifies to form a matrix and the cells contained therein subsequently form a new tissue. Polysaccharides such as alginates, polyphosphazenes and polyacrylates can be used to form the hydrogel. A biologically compatible adhesive such as methacrylate or methyl-α-cyanoacrylate can be used to improve the adhesion of the cell hydrogel composition to the treated organ surface. The surface to be treated can be inside or outside the body.
Die US 5,762,966 offenbart die Verwendung einer aus Vertebraten stammenden Submucosa-Matrix als Transplantat für geschädigte Harnblasen-Bereiche. Als Beispiel wird die Verwendung von intestinalem Tuni- ca submucosa-Gewebe vom Hund als Xenograft im Schwein beschrieben.US 5,762,966 discloses the use of a submucosal matrix derived from vertebrates as a graft for damaged urinary bladder areas. The use of intestinal tunica submucosa tissue from dogs as xenograft in pigs is described as an example.
Die US 5,851,833 beschreibt ein Verfahren zur Isolierung und Kultivierung von Säuger-Urothelzellen, wobei die Zellen auf einer biologisch verträglichen, biologisch abbaubaren polymeren Matrix kultiviert werden. Die die kultivierten Zellen enthaltende Matrix kann zur Wiederherstellung oder als Ersatz für geschädigtes Urothelgewebe verwendet werden. Die Matrix selbst besteht aus Polymeren wie Polyglycolsäure oder Polymilchsäure. Gegebenenfalls kann die Anlagerung der Urothelzellen an die Matrix verbessert werden, indem die Polymermatrix mit Ba- salmembran-Verbindungen, Agar, Gelatine, Kollagen, Fibronectin etc. beschichtet wird. Die verwendeten Zellen können in vitro an der Matrix proliferieren, und anschließend zusammen mit der Matrix in einen Empfängerorganismus eingebracht werden. Die Zellen können aber auch unmittelbar nach Adhäsion an der Matrix in den Empfänger übertragen werden.No. 5,851,833 describes a method for isolating and cultivating mammalian urothelial cells, the cells being cultivated on a biologically compatible, biodegradable polymer matrix. The matrix containing the cultured cells can be used to restore or replace damaged urothelial tissue. The matrix itself consists of polymers such as polyglycolic acid or polylactic acid. If necessary, the attachment of the urothelial cells to the matrix can be improved by coating the polymer matrix with basal membrane compounds, agar, gelatin, collagen, fibronectin, etc. The cells used can proliferate on the matrix in vitro, and then together with the matrix into one Recipient organism are introduced. The cells can also be transferred to the receiver immediately after adhesion to the matrix.
Die WO 98/06445 beschreibt ein Verfahren zur Ver- mehrung oder Wiederherstellung von Gewebe unter Verwendung isolierter Blasen-Mucosa. In einem Beispiel wird gezeigt, dass eine allogene Blasen- Mucosa, auf die in vitro vermehrte Urothel- und Muskelzellen ausgesät/aufgebracht wurden, nach In- kubation in vitro und Transplantation in Rezipien- ten neues Blasengewebe bilden kann, das sich histo- logisch und funktioneil nicht von nativem Blasengewebe unterscheiden läßt.WO 98/06445 describes a method for multiplying or restoring tissue using isolated bladder mucosa. One example shows that an allogeneic bladder mucosa, to which urothelial and muscle cells have been seeded / applied in vitro, can form new bladder tissue after histological incubation in vitro and transplantation in recipients does not distinguish functionally from native bladder tissue.
Die WO 98/10775 beschreibt ein Gewebetransplantat zur Förderung der Wiederherstellung von geschädigten Gewebestrukturen warmblütiger Vertebraten, die mit dem Nervensystem im Zusammenhang stehen, wobei das Transplantat intestinales Submucosa-Gewebe eines warmblütigen Vertebraten und/oder einen Verdau davon sowie einen Wachstumsfaktor umfaßt. Bei dem Wachstumsfaktor handelt es sich um einen Gefäßepithel-Wachstumsfaktor, Nerven-Wachstumsfaktor oder Fibroblasten-Wachstumsfaktor . Das mit dem Wachstumsfaktor behandelte Submucosa-Gewebe kann entwe- der direkt transplantiert oder nach enzymatischem Verdau in fluidisierter Form injiziert werden. Das Verfahren wird beispielsweise zur Regeneration von Rückenmark, Neuroglia, Dura mater, Pia mater und Arachnoidea eingesetzt.WO 98/10775 describes a tissue graft for promoting the restoration of damaged tissue structures of warm-blooded vertebrates associated with the nervous system, the graft comprising intestinal submucosal tissue of a warm-blooded vertebrate and / or a digest thereof and a growth factor. The growth factor is a vascular epithelium growth factor, nerve growth factor or fibroblast growth factor. The submucosa tissue treated with the growth factor can either be transplanted directly or injected in fluidized form after enzymatic digestion. The method is used, for example, to regenerate the spinal cord, neuroglia, dura mater, pia mater and arachnoid.
Gabella und Uvelius beschreiben in Neurosciences, 83 (1998), 645-653, die Transplantation eines gro- ßen Teils des Ganglion pelvinum erwachsener Ratten in die Harnblase der gleichen Tiere. Bei allen Ganglion-Transplantaten blieb der allgemeine Aufbau im wesentlichen erhalten. Zum Zeitpunkt der Trans- plantation degenerierten zwar die Synapsen, später bildeten sich jedoch neue Synapsen. Insgesamt zeigte sich, dass die ins Blasengewebe transplantierten Becken-Nervenzellen unter Erhaltung ihrer Morphologie langfristig überleben und wachsen konnten.Gabella and Uvelius describe in Neurosciences, 83 (1998), 645-653, the transplantation of a large part of the ganglion pelvinum of adult rats in the bladder of the same animals. The general structure of all ganglion grafts remained essentially unchanged. Although the synapses degenerated at the time of the transplant, new synapses were formed later. Overall, it was shown that the pelvic nerve cells transplanted into the bladder tissue could survive and grow in the long term while maintaining their morphology.
Die im Stand der Technik bekannten in vitro-Organe oder in vitro-Gewebe weisen zahlreiche Nachteile auf. So wirkt sich bei vielen dieser Systeme häufig nachteilig aus, dass die zur Herstellung verwendete Matrix teilweise oder vollständig aus körperfremden Materialien besteht. Bei Verwendung solcher Materialien ergeben sich nach erfolgter Transplantation beziehungsweise Implantation oft mechanische, strukturelle, funktioneile oder Verträglichkeitsprobleme. Beispielsweise hat sich gezeigt, dass ar- tifizielle Blasenwand-Grafts, die unter Verwendung permanenter, das heißt biologisch nicht-abbaubarer, synthetischer Materialien hergestellt wurden, nach einer bestimmten Zeit im Körper mechanisch versagen. Darüber hinaus kommt es bei solchen Grafts häufig zu einer sehr starken Bildung von Harnstein. Artifizielle Blasen-Grafts, die unter Verwendung von biologisch abbaubaren Matrixmaterialien hergestellt wurden, führen andererseits im Lauf der Zeit zur Ablagerung von Fibroblasten, zur Vernarbung, zur Kontraktur, das heißt dauerhaften Verkürzung, des Transplantats und zu einem verminderten Reservoirvolumen. Probleme haben sich auch bei Matrizes gezeigt, die auf Kollagen basieren. So konnten zwar in einigen Fällen Kollagen-Matrizes enthaltende Blasengrafts relativ langfristig die Funktion des nativen Organs ersetzen, in den meisten Fällen wurden sie jedoch Undefinierten Schrumpfungsprozessen unterworfen. Zumindest bei einigen Kollagen-Matrizes scheint dies mit deren spongiösen, quervernetzten Struktur, die untypisch für lebendes Gewebe ist, im Zusammen- hang zu stehen.The in vitro organs or in vitro tissues known in the prior art have numerous disadvantages. In many of these systems, for example, the fact that the matrix used for the production consists partly or completely of foreign materials is disadvantageous. When such materials are used, mechanical, structural, functional or compatibility problems often arise after the transplantation or implantation has taken place. For example, it has been shown that artificial bladder wall grafts, which were produced using permanent, that is to say biodegradable, synthetic materials, fail mechanically in the body after a certain time. In addition, such grafts often result in a very strong formation of urinary stones. Artificial bladder grafts made using biodegradable matrix materials, on the other hand, lead to the deposition of fibroblasts, scarring, contracture, i.e. permanent shortening, of the graft and a reduced reservoir volume over time. Problems have also been shown with matrices based on collagen. In some cases, bladder grafts containing collagen matrices have been able to replace the function of the native organ for a relatively long time, but in most cases they have been subjected to undefined shrinkage processes. At least with some collagen matrices, this seems to be related to their cancellous, cross-linked structure, which is atypical for living tissue.
Ein anderer Nachteil vieler im Stand der Technik beschriebener in vitro-Organe oder in vitro-Gewebe besteht darin, dass sie selbst nach längerer Verweilzeit im Körper nicht die Gewebeschichtung auf- weisen beziehungsweise ausbilden, die dem morphologischen Aufbau des nativen Gewebes oder Organs entspricht. Dies bedeutet, dass diese in vitro-Organ- oder Gewebesysteme im Körper auch keinen vollständigen funktioneilen Ersatz für native Organe oder Gewebe darstellen.Another disadvantage of many in vitro organs or in vitro tissues described in the prior art is that even after a prolonged residence time in the body they do not have or develop the tissue layer that corresponds to the morphological structure of the native tissue or organ. This means that these in vitro organ or tissue systems in the body are not a complete functional replacement for native organs or tissues.
Bei einigen der bekannten Verfahren zur Herstellung von in vitro-Organ- oder Gewebesystemen ist des Weiteren nicht gewährleistet, dass die verwendeten Zellen, sofern es sich um bereits weitestgehend differenzierte Zellen handelt und diese Zellen in vitro einer Kultivierung unterworfen werden, nach mehreren Kultivierungs-Passagen auch ihren natürlichen Stoffwechsel aufrecht erhalten. Dieses Problem ist insbesondere bei der Kultivierung von Knorpel- zellen bekannt, die im Verlauf der Kultivierung häufig einer Dedifferenzierung unterliegen. Es betrifft aber auch andere Zelltypen. Viele der bekannten dreidimensionalen Strukturen zur Kultivierung von Zellen können häufig dem jeweiligen Organ- oder Gewebedefekt nicht spezifisch angepasst werden. Ein großer Nachteil besteht eben- falls darin, dass sich viele der artifiziellen Grafts nur zur Wiederherstellung beziehungsweise zum Ersatz relativ kleiner beschädigter oder erkrankter Bereiche eines Organs eignen, nicht jedoch zum Ersatz eines ganzen Organs. Weiterhin ist nicht gewährleistet, dass die artifiziellen Organ- oder Gewebegrafts dauerhaft und differenziert an der Stelle des Defektes verbleiben und damit die Regeneration des entsprechenden Organs oder Gewebes o- der deren Funktionsübernahme ermöglichen.In some of the known methods for producing in vitro organ or tissue systems, there is furthermore no guarantee that the cells used, provided that they are already largely differentiated cells and these cells are subjected to cultivation in vitro, after several cultivation passages also maintain their natural metabolism. This problem is particularly known in the cultivation of cartilage cells, which are often subject to dedifferentiation in the course of the cultivation. But it also affects other cell types. Many of the known three-dimensional structures for culturing cells can often not be specifically adapted to the particular organ or tissue defect. Another major disadvantage is that many of the artificial grafts are only suitable for restoring or replacing relatively small damaged or diseased areas of an organ, but not for replacing an entire organ. Furthermore, there is no guarantee that the artificial organ or tissue grafts will remain permanently and differentiated at the location of the defect and thus enable the regeneration of the corresponding organ or tissue or its function.
Ein erheblicher Nachteil der im Stand der Technik bekannten in vitro-Organe oder in vitro-Gewebe besteht nicht zuletzt darin, dass ihre Herstellung oft mehrere Wochen dauert. Die relativ lange Herstellungszeit stellt insbesondere dann einen großen Nachteil dar, wenn eine schnelle Wiederherstellung oder ein schneller Ersatz eines beschädigten oder erkrankten Gewebes oder Organs erforderlich ist, beispielsweise nach einem Unfall oder bei einer rapiden Verschlechterung des Zustandes eines Patien- ten.Last but not least, a considerable disadvantage of the in vitro organs or in vitro tissues known in the prior art is that they often take several weeks to produce. The relatively long production time is a major disadvantage, in particular, if a rapid restoration or a quick replacement of a damaged or diseased tissue or organ is required, for example after an accident or if the patient's condition deteriorates rapidly.
Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht also darin, Verfahren und Mittel zur Herstellung menschlicher oder tierischer in vitro-Gewebe oder in vitro-Organe bereit- zustellen, die die vorstehend beschriebenen Nachteile im Stand der Technik überwinden und die sich insbesondere dazu eignen, diese in vitro- Organ- oder Gewebesysteme in sehr kurzer Zeit herzustellen, wobei die Gewebeschichtung der so hergestellten Gewebe oder Organe weitestgehend den nativen menschlichen oder tierischen Geweben oder Orga- nen entspricht und wobei sich die so hergestellten Gewebe oder Organe insbesondere zur Verwendung als dauerhaftes funktionsfähiges Transplantat oder als Testsystem eignen.The technical problem on which the present invention is based is therefore to provide methods and means for producing human or animal in vitro tissues or in vitro organs which overcome the above-described disadvantages in the prior art and which are particularly suitable for this in vitro To produce organ or tissue systems in a very short time, the tissue layering of the tissues or organs produced in this way largely corresponds to the native human or animal tissues or organs, and the tissues or organs produced in this way are particularly suitable for use as a permanently functional graft or as a test system suitable.
Die Erfindung löst das ihr zugrunde liegende Prob- lern insbesondere durch die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines ein- oder mehrschichtigen menschlichen oder tierischen in vitro- Gewebes oder eines vollständigen oder partiellen, menschlichen oder tierischen in vitro-Hohlorgans, umfassend, vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge:The invention solves the problem on which it is based, in particular by providing a method for producing a single-layer or multilayer human or animal in vitro tissue or a complete or partial, human or animal in-vitro hollow organ, comprising, preferably in the stated Sequence:
a) das Behandeln einer biologisch verträglichen, biologisch abbaubaren oder nicht abbaubaren plattenförmigen Matrix mit einem biolo- gisch verträglichen, biologisch abbaubaren Klebemittel oder konditioniertem Medium,a) treating a biodegradable, biodegradable or non-degradable plate-shaped matrix with a biologically compatible, biodegradable adhesive or conditioned medium,
b) das Ausbringen von isolierten gewebe- oder organtypischen oder gewebe- oder organuntypi- schen mesenchymalen und/oder epithelialen Ge- webestücken einer Biopsie auf die Matrix zum Auswachsen der primären Zellen, das heißt Ansetzen einer Explantkultur, und/oder das Aussäen von mindestens einem Typ einer isolierten differenzierten oder nicht-differenzierten ge- webe- oder organtypischen oder gewebe- oder organuntypischen Zelle, die zuvor in vitro kultiviert und vermehrt wurde, in geringer Zelldichte auf der Matrix,b) the application of isolated tissue-type or organ-type or tissue-type or organ-non-typical mesenchymal and / or epithelial tissue pieces of a biopsy to the matrix for the growth of the primary cells, that is to say the establishment of an explant culture, and / or the sowing of at least one Type of an isolated differentiated or non-differentiated tissue- or organ-typical or tissue- or organ-untypical cell, previously in vitro was cultivated and propagated, in low cell density on the matrix,
c) das Kultivieren der Explant-Zellen und/oder zuvor in vitro kultivierte Zellen und gegebe- nenfalls neurogene Zellen enthaltenden Matrix unter geeigneten Bedingungen, undc) the culturing of the explant cells and / or cells previously cultured in vitro and, if appropriate, the matrix containing neurogenic cells under suitable conditions, and
d) das Schneiden der Matrix in gewünschter Form und Größe und/oder Ausformen der Matrix zu einem Hohlorgan.d) cutting the matrix into the desired shape and size and / or shaping the matrix into a hollow organ.
In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung werden zeitlich nach Schritt b) und zeitlich vor Schritt c) isolierte, gewebe- oder organtypische oder gewebe- oder organuntypische, neurogene Zellen in geringer Zelldichte auf der Matrix ausgesät.In a preferred embodiment of the invention, neurogenic cells which are isolated, tissue-typical or organ-typical or tissue-typical or tissue-untypical, are sown in low cell density on the matrix after step b) and before step c).
Das erfindungsgemäße Verfahren ist also dadurch gekennzeichnet, dass zunächst eine biologisch verträgliche, biologisch abbaubare, plattenförmige Matrix mit einem biologisch verträglichen, biologisch abbaubaren Klebemittel oder konditioniertem Medium behandelt, insbesondere beschichtet, besprüht oder getränkt wird. Anschließend werden epi- theliale oder mesenchymale Gewebestücke und/oder zuvor in vitro kultivierte und vermehrte Zellen, die typisch für das herzustellende Gewebe oder Or- gan sind, auf die behandelte Matrix aufgebracht. In einer bevorzugten Ausführungsform werden danach i- solierte neurogene Zellen auf der behandelten Matrix ausgesät. Erfindungsgemäß ist insbesondere in besonderer Ausführung vorgesehen, dass auf der Un- terseite der Matrix neurogene Zellen sowie Muskel- zellen und Fibroblasten aufgebracht werden, während auf der Oberseite der Matrix Epithelzellen aufgebracht werden. Die zellhaltige Matrix wird anschließend kurzzeitig in vitro kultiviert und nach der Kultivierung und unmittelbar vor der Verwendung als Transplantat in die gewünschte Form gebracht. Entweder wird die zellbesiedelte Matrix-Platte so zurechtgeschnitten, dass sie der Form eines zu behandelnden Gewebedefekts angepaßt ist, oder sie wird zu einem Hohlorgan ausgeformt, beispielsweise in eine Zylinder- oder Blasenform gebracht.The method according to the invention is thus characterized in that first a biologically compatible, biodegradable, plate-shaped matrix is treated, in particular coated, sprayed or soaked, with a biologically compatible, biodegradable adhesive or conditioned medium. Subsequently, epithelial or mesenchymal pieces of tissue and / or cells which have previously been cultured and grown in vitro and which are typical of the tissue or organ to be produced are applied to the treated matrix. In a preferred embodiment, isolated neurogenic cells are then sown on the treated matrix. According to the invention, it is particularly provided in a special embodiment that neurogenic cells and muscle cells on the underside of the matrix cells and fibroblasts are applied while epithelial cells are applied to the top of the matrix. The cell-containing matrix is then briefly cultivated in vitro and brought into the desired shape after cultivation and immediately before use as a transplant. Either the cell-populated matrix plate is cut so that it conforms to the shape of a tissue defect to be treated, or it is shaped into a hollow organ, for example brought into a cylinder or bubble shape.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von in vitro-Geweben oder in vitro-Organen, insbesondere in vitro-Hohlorganen, weist gegenüber den im Stand der Technik beschriebenen Verfahren mehrere entscheidende Vorteile auf, die unter anderem aus der erfindungsgemäßen Verwendung eines Klebemittels oder konditionierten Mediums resultieren. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass durch die er- findungsgemäße Behandlung der Matrix mit einem Klebemittel oder einem konditionierten Medium die Herstellungsdauer für ein in vitro-Gewebe oder in vitro-Organ gegenüber den im Stand der Technik beschriebenen Verfahren insgesamt wesentlich verkürzt wird.The method according to the invention for the production of in vitro tissues or in vitro organs, in particular in vitro hollow organs, has several decisive advantages over the methods described in the prior art, which result inter alia from the use according to the invention of an adhesive or conditioned medium. Surprisingly, it has been shown that treating the matrix according to the invention with an adhesive or a conditioned medium significantly shortens the manufacturing time for an in vitro tissue or in vitro organ compared to the methods described in the prior art.
Da die Matrix vor dem Aussäen der Zellen mit dem Klebemittel oder konditioniertem Medium behandelt wird, besitzen die ausgesäten Zellen beziehungsweise die aufgebrachten Explantkultur-Zellen eine er- heblich verbesserte Haftung an der Matrix. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass, wenn das erfindungsgemäße in vitro-Hohlorgan oder in vitro- Gewebe unter Verwendung isolierter, zuvor in vitro kultivierter und vermehrter Zellen hergestellt wird, aufgrund der verbesserten Adhäsion der Zellen an der Matrix gegenüber den Stand der Technik be- schriebenen Verfahren wesentlich weniger Zellen auf die Matrix ausgebracht werden müssen. Das wiederum bedeutet, dass die in vitro-Vorkultivierung der später auf der Matrix auszusäenden Zellen erheblich verkürzt werden kann. Die in vitro-Vorkultivierung dient primär dazu, ausreichend Zellmaterial zum Aussäen auf die Matrix zur Verfügung zu stellen. Da entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren weniger Zellen zum Aussäen benötigt werden, kann somit die Vorkultivierung der Zellen erheblich verkürzt werden, weil eine geringere Zelldichte erreicht werden muss. Insbesondere bei Verwendung als Transplantat kann auch die Kultivierung der gewebe- oder organtypische Zellen und gegebenenfalls neurogene Zellen enthaltenden Matrix aufgrund der verbesser- ten Adhäsion der Zellen an der Matrix wesentlich verkürzt werden. Beispielsweise reicht es aus, die Matrix mit den Zellen nur wenige Stunden, vorzugsweise die Nacht über zu kultivieren, bis die darauf ausgesäten/aufgebracht Zellen einen (se i- ) konfluenten Zellmonolayer bilden. Bei Verwendung von Explantkulturen kann der Zeitraum von der Biop- sieentnahme bis zum fertigen Transplantat auf zwei Wochen verkürzt werden. Die Zellen enthaltende Matrix kann also bereits nach sehr kurzer Kultivierung zur Transplantation verwendet werden, obwohl die darauf enthaltenen Zellen noch keine vollständigen und funktionsfähigen Gewebeschichten ausgebildet haben, sondern nur (semi-) konfluente Monolayer. Soll die zellhaltige Matrix als Testsystem verwen- det werden, kann sie natürlich auch so lange kultiviert werden, bis die organtypischen Gewebeschichten des gewünschten Zielorgans vollständig ausgebildet sind.Since the matrix is treated with the adhesive or conditioned medium before the cells are sown, the sown cells or the applied explant culture cells have a considerably improved adhesion to the matrix. Surprisingly, it has been shown that if the in vitro hollow organ according to the invention or in vitro Tissue is produced using isolated, previously in vitro cultured and propagated cells, because of the improved adhesion of the cells to the matrix compared to the methods described in the prior art, significantly fewer cells have to be applied to the matrix. This in turn means that the in vitro pre-cultivation of the cells to be subsequently sown on the matrix can be considerably shortened. The in vitro pre-cultivation primarily serves to provide sufficient cell material for sowing on the matrix. Since fewer cells are required for sowing in accordance with the method according to the invention, the pre-cultivation of the cells can thus be considerably shortened because a lower cell density must be achieved. Particularly when used as a transplant, the cultivation of the tissue- or organ-typical cells and possibly the matrix containing neurogenic cells can also be significantly shortened due to the improved adhesion of the cells to the matrix. For example, it is sufficient to cultivate the matrix with the cells only for a few hours, preferably overnight, until the cells sown / applied thereon form a (se i-) confluent cell monolayer. When using explant cultures, the period from taking the biopsy to the finished graft can be reduced to two weeks. The matrix containing cells can therefore be used for the transplantation after a very short cultivation, although the cells contained on it have not yet formed complete and functional tissue layers, but only (semi) confluent monolayers. Should the cell-containing matrix be used as a test system Det, it can of course also be cultivated until the organ-typical tissue layers of the desired target organ are completely formed.
Bei Verwendung der zellhaltigen Matrix zu Transplantationszwecken wird die vollständige Ausbildung der einzelnen organtypischen Gewebeschichten und somit die vollständige Funktionsfähigkeit des in vitro hergestellten Transplantats erfindungsgemäß erst in vivo erreicht. Diese bevorzugte erfindungsgemäße Vorgehensweise ahmt daher durch das Setzen von in vitro generierten „Zellinseln" in vorteilhafter Weise den primären Wundheilungsprozess nach. Vorteilhafterweise werden die auf der transplan- tierten Matrix enthaltenen Zellen der (semi-) kon- fluenten Monolayer in vivo, das heißt im Organismus, in den die zellhaltige Matrix als Transplantat eingebracht wurde, über Diffusionsprozesse ernährt. Im Gegensatz dazu könnten vollständig ausgebildete Gewebeschichten in vivo erst dann ernährt werden, wenn eine Vaskularisierung dieser Gewebe stattgefunden hat .When the cell-containing matrix is used for transplantation purposes, the complete formation of the individual tissue layers typical of the organ and thus the full functionality of the graft produced in vitro is only achieved in vivo according to the invention. This preferred procedure according to the invention therefore imitates the primary wound healing process by setting in vitro generated “cell islands”. Advantageously, the cells of the (semi-) confluent monolayer contained on the transplanted matrix become in vivo, that is to say in Organism into which the cell-containing matrix has been inserted as a graft is nourished by diffusion processes, whereas fully developed tissue layers could only be nourished in vivo if these tissues had been vascularized.
Die erfindungsgemäß verwendete Matrix wirkt sich sowohl auf die Ausbildung der Zellmonolayer in vitro als auch auf die Ausbildung der vollständigen organtypischen Gewebeschichten in vivo vorteilhaft aus. Bei der Matrix handelt es sich vorzugsweise um eine aus einer biologischen Quelle stammende oder aus einem biologischen Material hergestellte acel- luläre Matrix, die vorzugsweise aus Kollagen oder anderen Stoffen, beispielsweise Chitosan, besteht und darüber hinaus eine Vielzahl anderer Substan- zen, wie Chondroitinsulfat, Fibronectin und Wachstumsfaktoren, enthält. Dadurch werden die auf der Matrix enthaltenen Zellen mit Nährstoffen versorgt und gleichzeitig wird nach Transplantation in den Organismus die Regeneration vieler Gewebe gefördert. Die Matrix wird in vivo nach der Regeneration der einzelnen Gewebeschichten des in vitro-Gewebes oder -Organs entweder komplett abgebaut oder verbleibt dauerhaft im Organismus.The matrix used according to the invention has an advantageous effect both on the formation of the cell monolayers in vitro and on the formation of the complete organ-typical tissue layers in vivo. The matrix is preferably a cellular matrix which originates from a biological source or is produced from a biological material and which preferably consists of collagen or other substances, for example chitosan, and also a large number of other substances. zen, such as chondroitin sulfate, fibronectin and growth factors. This provides the cells contained on the matrix with nutrients and at the same time promotes the regeneration of many tissues after transplantation into the organism. After regeneration of the individual tissue layers of the in vitro tissue or organ, the matrix is either completely broken down or remains permanently in the organism.
Durch die in bevorzugter Ausführung der Erfindung vorgesehene Einbeziehung neurogener Zellen im erfindungsgemäßen Verfahren wird erreicht, dass in vivo die Vaskularisierung der transplantierten zellhaltigen Matrix schneller erfolgt, da das Ein- wachsen von Zellen aus den Wundrändern stark beschleunigt wird. Die auf der Matrix enthaltenen neurogenen Zellen bewirken, dass nach Abschluss der Gewebebildungs- und Wundheilungsprozesse im Körper ein auch unter nervösen Gesichtspunkten funktions- fähiger Organersatz erhalten wird.The inclusion of neurogenic cells in the method according to the invention, which is provided in a preferred embodiment of the invention, ensures that vascularization of the transplanted cell-containing matrix takes place more rapidly in vivo, since the growth of cells from the wound edges is greatly accelerated. The neurogenic cells contained on the matrix ensure that after the tissue formation and wound healing processes in the body have been completed, an organ replacement that is also functional from a nervous point of view is obtained.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Verfahren werden somit tierische oder humane in vitro-Gewebe- oder Organsysteme erhalten, die bereits nach kurzer Zeit transplantiert werden können, wobei die vollständi- ge Ausbildung der organtypischen Gewebeschichten in vivo erfolgt. Dadurch wird erreicht, dass die transplantierten in vitro-Hohlorgane oder in vitro- Gewebe bezüglich ihres Aufbaus weitgehend den nativen Organen oder Geweben entsprechen und somit die Funktion der ersetzten nativen Organe oder Gewebe in vivo übernehmen können. Da die verwendeten Materialien keine immunogenen Stoffe enthalten, werden Abstoßungsreaktionen seitens des Empfängerorganismus minimiert und die Überlebenszeit der Transplantate wird wesentlich erhöht. Die erfindungsgemäß hergestellten in vitro-Gewebe oder in vitro-Organe können nach entsprechender Kultivierung auch in vitro für Testzwecke verwendet werden, um beispielsweise die Wirkung potentieller Medikamente auf einzelne Zelltypen, einzelne Gewebeschichten oder ein vollständiges Gewebe oder Organ zu unter- suchen.With the aid of the methods according to the invention, animal or human in vitro tissue or organ systems are thus obtained which can be transplanted after a short time, the complete formation of the organ-typical tissue layers taking place in vivo. It is thereby achieved that the transplanted in vitro hollow organs or in vitro tissues largely correspond in structure to the native organs or tissues and can therefore take over the function of the replaced native organs or tissues in vivo. Since the materials used do not contain immunogenic substances, Rejection reactions on the part of the recipient organism are minimized and the survival time of the grafts is significantly increased. The in vitro tissues or in vitro organs produced according to the invention can, after appropriate cultivation, also be used in vitro for test purposes, for example to investigate the effect of potential medicaments on individual cell types, individual tissue layers or a complete tissue or organ.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff „biologisch verträgliche, biologisch abbaubare oder nicht abbaubare plattenförmige Matrix" eine ebene flache Struktur, an der Zellen haften und sich vermehren können, wobei die Bestandteile dieser Struktur im Körper eines Rezi- pienten keine immunologischen, toxischen oder sonstigen Reaktionen hervorrufen und im Körper des Re- zipienten metabolisiert werden können, wobei auch die Metabolisierungsprodukte keine immunologische oder toxischen Reaktionen hervorrufen und darüber hinaus im Fall der abbaubaren Matrix im Körper des Rezipienten gut resorbierbar sind. Die erfindungsgemäß verwendete biologisch verträgliche Matrix zeichnet sich daher auch durch gute Resorbierbar- keit aus. Vorzugsweise besteht die Matrix hauptsächlich aus Kollagen oder anderen Stoffen wie z.B. Chitosan oder einem Gemisch davon. Darüber hinaus enthält die erfindungsgemäß verwendete Matrix vor- zugsweise Substanzen, die das Wachstum und/oder die Vermehrung der an ihr haftenden Zellen fördern. Die erfindungsgemäß verwendete Matrix kann natürlichen Ursprungs sein oder synthetisch hergestellt worden sein. Vorzugsweise ist sie acellulär. Das heißt, obwohl sie beispielsweise aus einer biologischen Quelle, beispielsweise einem Gewebe, stammen kann, enthält sie aufgrund ihrer Aufarbeitung keine Zell- Strukturen, sondern nur ein Kollagengerüst, das weitestgehend der komplexen extrazellulären Matrix entspricht, oder ein Gerüst anderer Stoffe, wie z.B. ein Chitosan-Gerüst . Die erfindungsgemäß verwendete Matrix ist in der räumlichen Projektion e- ben, das heißt, sie weist vor und während des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise die Form einer Platte auf. Sie besitzt jedoch eine solche Elastizität oder Flexibilität, dass sie im letzten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahren zu einem dreidimensionalen Körper, beispielsweise einen Zylinder, ausgeformt werden kann. Die erfindungsgemäß eingesetzte Matrix zeichnet sich daher auch durch eine gute Formbarkeit aus.In connection with the present invention, the term “biodegradable, biodegradable or non-degradable plate-shaped matrix” means a flat, flat structure to which cells can adhere and multiply, the components of this structure in the body of a recipient not being immunological, toxic or cause other reactions and can be metabolized in the body of the recipient, the metabolizing products also not causing any immunological or toxic reactions and, moreover, in the case of the degradable matrix in the recipient's body, are readily absorbable The matrix consists mainly of collagen or other substances such as chitosan or a mixture thereof. In addition, the matrix used according to the invention preferably contains substances that promote growth and / or promote the multiplication of the cells adhering to it. The matrix used according to the invention can be of natural origin or has been produced synthetically his. It is preferably acellular. This means that although it can come, for example, from a biological source, for example a tissue, due to its processing, it does not contain any cell structures, but only a collagen scaffold that largely corresponds to the complex extracellular matrix, or a scaffold of other substances, such as a Chitosan framework. The matrix used according to the invention is level in spatial projection, that is to say it has the shape of a plate before and during the method according to the invention. However, it has such elasticity or flexibility that it can be shaped into a three-dimensional body, for example a cylinder, in the last step of the method according to the invention. The matrix used according to the invention is therefore also characterized by good moldability.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der verwendeten biologisch abbaubaren, biologisch verträglichen Matrix um eine Kollagen-haltige Matrix.In a preferred embodiment of the invention, the biodegradable, biologically compatible matrix used is a collagen-containing matrix.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Kollagen-haltige Matrix eine VET-BIO-SIS T™- Matrix von Cook Deutschland GmbH, Mönchengladbach, Deutschland. Diese im Handel erhältliche Matrix wird aus der Dünndarm-Submucosa vom Schwein hergestellt. Sie ist bereits desinfiziert, so dass alle Bakterien und viralen Komponenten entfernt sind. Sie enthält Kollagen vom Typ I, III und V sowie Fibronectin, Decorin, Hyaluronsäuren, Chondroitin- sulfat A, Heparinsulfate und Wachstumsfaktoren, insbesondere TGFß und bFGF. Die VET-BIO-SIS-T- Matrix wird üblicherweise als operatives Patch zur Wiederherstellung und Verstärkung von Gewebe verwendet. Die Matrix unterstützt die Wundheilung und Gewebeneuformung durch Herstellung eines biologisch verträglichen absorbierbaren Stützgewebes, das als Gerüst für das Gewebewachstum dient. Die VET-BIO- SIS T™-Matrix ist vor allem zur Herstellung von tierischen in vitro-Geweben beziehungsweise in vitro-Hohlorganen geeignet, nicht jedoch zur Herstellung menschlicher Gewebe oder Organe.In a particularly preferred embodiment, the collagen-containing matrix is a VET-BIO-SIS T ™ matrix from Cook Deutschland GmbH, Mönchengladbach, Germany. This commercially available matrix is made from the pig's small intestine submucosa. It is already disinfected so that all bacteria and viral components are removed. It contains type I, III and V collagen as well as fibronectin, decorin, hyaluronic acids, chondroitin sulfate A, heparin sulfates and growth factors, especially TGFß and bFGF. The VET-BIO-SIS-T matrix is usually used as an operative patch to restore and strengthen tissue. The matrix supports wound healing and tissue reforming by producing a biologically compatible, absorbable support tissue that serves as a scaffold for tissue growth. The VET-Biosis T ™ matrix is particularly suitable for the production of animal in vitro tissues or in vitro hollow organs, but not for the production of human tissues or organs.
In einer anderen besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei der verwendeten Kollagen-haltigen Matrix um die Stratasis™- Matrix von Cook Urological, Spencer, Indiana, USA. Wie die VET-BIO-SIS-T™-Matrix wird die Stratasis™- Matrix ebenfalls aus der Dünndarm-Subsubmucosa vom Schwein hergestellt. Statasis™-Matrix ist insbesondere zur Herstellung von menschlichen in vitro- Geweben oder menschlichen in vitro-Hohlorganen geeignet.In another particularly preferred embodiment of the invention, the collagen-containing matrix used is the Stratasis ™ matrix from Cook Urological, Spencer, Indiana, USA. Like the VET-BIO-SIS-T ™ matrix, the Stratasis ™ matrix is also made from pork small intestine subsubmucosa. Statasis ™ matrix is particularly suitable for the production of human in vitro tissues or human in vitro hollow organs.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die verwendete Kollagen- haltige Matrix unter Verwendung von rekombinantem humanem Kollagen vom Typ I und/oder von rekombinantem humanem Kollagen vom Typ III hergestellt. Bei Kollagen vom Typ I handelt es sich um Kollagen, das vorwiegend in Haut, Knochen und Sehnen vorkommt, während das hämostatischere Kollagen vom Typ III hauptsächlich in Blutgefäßen vorkommt. Die Verwendung einer aus rekombinantem humanem Kollagen bestehenden Matrix zur Herstellung eines in vitro- Organs oder in vitro-Gewebes bietet gegenüber der Verwendung einer Matrix, die aus einer natürlichen Quelle, wie der Dünndarm-Subsubmucosa vom Schwein isoliert wurde, mehrere entscheidende Vorteile. Da das in einer solchen Matrix enthaltene Kollagen menschlichen Ursprungs ist, wird das Potential für Immunreaktionen erheblich gesenkt. Eine rekombinan- tes humanes Kollagen enthaltende Matrix ist im Gegensatz zu einer aus natürlichen Quellen isolierten Matrix auch frei von pathogenen Agenzien, wie bakteriellen Keimen, Viren, Prionen und ähnlichen.In a further particularly preferred embodiment of the invention, the collagen-containing matrix used is produced using recombinant human collagen type I and / or recombinant human collagen type III. Type I collagen is collagen found primarily in skin, bones and tendons, while the more hemostatic type III collagen occurs primarily in blood vessels. The use of a matrix consisting of recombinant human collagen for the production of an in vitro Organ or in vitro tissue offers several key advantages over the use of a matrix isolated from a natural source such as porcine small intestine submucosa. Since the collagen contained in such a matrix is of human origin, the potential for immune reactions is significantly reduced. In contrast to a matrix isolated from natural sources, a recombinant matrix containing human collagen is also free of pathogenic agents, such as bacterial germs, viruses, prions and the like.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der verwendeten biologisch abbaubaren, biologisch verträglichen Matrix um eine Chitosan-haltige Matrix. Chitosan ist ein Substanzgemisch, das bei Zerlegung von Chitin durch alkalische Mittel erhalten wird. Bei Chitin handelt es sich um ein Aminozucker-haltiges Polysaccharid, das aus tierischen Organismen, insbesondere Arthro- poden, aber auch aus der Zellwand von Pilzen isoliert werden kann. Chitin besteht aus Ketten von ß- 1, 4-glykosidisch verknüpften N-Acetyl-D-glucosamin- (NAG) -Resten. Bei Chitosan handelt es sich um Chitin, das in unterschiedlichem Maße desacetyliert und depolymerisiert sein kann. Verfahren zur Herstellung von Chitosan sind beispielsweise in Malet- te et al., Ann. Thor. Surg., 36 (1983), 55, beschrieben. Chitosan besitzt gel- und filmbildende Eigenschaften. Untersuchungen haben gezeigt, dass Chitosan das exophytische Wachstum von Kallus bei der Regeneration von Knochengewebe reduzieren kann und das Einwachsen vaskulärer glatter Muskeln in vaskuläre Grafts fördert (Malette et al . , in: Chi- tin in Nature and Technology (Herausgeber Muzzarel- li, Jeuniaux und Gooday) , (1986), 435-442, Plenum Press, New York) . Auch wurde gezeigt, dass Chitosan keine nachteilige Wirkung auf den Heilungsprozess urogenitaler Wunden ausübt (Bartone und Adickes, J. Urol., 140 (1988), 1134-1137). In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, zur Herstellung einer Matrix insbesondere Chitosan einzusetzen, das zu etwa 80% bis zu etwa 90% deacety- liert ist und ein Molekulargewicht von 600 000 bis 800 000 aufweist.In a further preferred embodiment of the invention, the biodegradable, biologically compatible matrix used is a chitosan-containing matrix. Chitosan is a mixture of substances that is obtained when chitin is broken down by alkaline means. Chitin is an amino sugar-containing polysaccharide that can be isolated from animal organisms, especially arthropods, but also from the cell wall of fungi. Chitin consists of chains of β-1,4-glycosidically linked N-acetyl-D-glucosamine (NAG) residues. Chitosan is chitin, which can be deacetylated and depolymerized to different degrees. Methods for the production of chitosan are described, for example, in Malette et al., Ann. Thor. Surg., 36 (1983), 55. Chitosan has gel and film-forming properties. Studies have shown that chitosan can reduce the exophytic growth of callus in the regeneration of bone tissue and promote the ingrowth of vascular smooth muscles in vascular grafts (Malette et al., In: Chi- tin in Nature and Technology (ed. Muzzarelli, Jeuniaux and Gooday), (1986), 435-442, Plenum Press, New York). It has also been shown that chitosan has no adverse effect on the healing process of urogenital wounds (Bartone and Adickes, J. Urol., 140 (1988), 1134-1137). In a preferred embodiment of the invention, chitosan, which is about 80% to about 90% deacety- lated and has a molecular weight of 600,000 to 800,000, is used in particular to produce a matrix.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem „Klebemittel" eine Substanz oder ein Substanzgemisch verstanden, mit dem Gewebe oder Zellen miteinander oder mit einer Matrix verbunden werden können, wobei die Adhäsion, das heißt die Haftung der Zellen oder Gewebe aneinander oder an der Matrix verbessert wird. Das erfindungsgemäß verwendete Klebemittel ist vorzugsweise biologisch verträglich und biologisch abbaubar, das heißt, es enthält keine Bestandteile, die im Körper eine toxische, immunologische oder sonstige Reaktion hervorrufen. Die Bestandteile des erfindungsgemäß verwendeten Klebemittels werden im Körper metaboli- siert, wobei die Metabolisierungsprodukte ebenfalls keine immunologischen oder toxischen Reaktionen hervorrufen.In connection with the present invention, an “adhesive” is understood to mean a substance or a mixture of substances with which tissue or cells can be connected to one another or to a matrix, the adhesion, that is to say the adhesion of the cells or tissue to one another or to the matrix The adhesive used according to the invention is preferably biocompatible and biodegradable, ie it contains no constituents that cause a toxic, immunological or other reaction in the body. The constituents of the adhesive used according to the invention are metabolized in the body, the Metabolism products also do not cause immunological or toxic reactions.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Fibrin-Kleber als Klebemittel eingesetzt. Ein Fibrin-Kleber ist dadurch gekennzeichnet, dass er Fibrinogen- und Thrombin-Bestandteile enthält. Vorzugsweise liegen diese beiden Hauptkomponenten des Fibrin-Klebers zunächst getrennt vor und kommen erst beim eigentlichen Verkleben der Gewebe und/oder Zellen mit der Matrix in Kontakt. Bei der Verklebung von Geweben und/oder Zellen mit einer Matrix unter Verwendung eines aus zwei Komponenten bestehenden Fibrin- Klebers wird vorzugsweise zunächst die Matrix mit der Fibrinogen-Komponente, beispielsweise einer Fibrinogen enthaltenden Lösung behandelt, indem die Matrix beispielsweise in dieser Fibrinogen-Lösung getränkt wird oder die Fibrinogen-Lösung auf die Matrix gesprüht wird. Die Thrombin-Komponente wird vorzugsweise erst später zusammen mit den auszusäenden gewebetypischen Zellen und/oder neurogenen Zellen auf die Matrix aufgetragen.In a particularly preferred embodiment of the present invention, a fibrin adhesive is used as the adhesive. A fibrin glue is characterized in that it contains fibrinogen and thrombin components. Preferably lie these two main components of the fibrin adhesive initially appear separately and only come into contact with the matrix when the tissues and / or cells are actually bonded. When tissue and / or cells are bonded to a matrix using a fibrin adhesive consisting of two components, the matrix is preferably first treated with the fibrinogen component, for example a solution containing fibrinogen, by soaking the matrix in this fibrinogen solution, for example or the fibrinogen solution is sprayed onto the matrix. The thrombin component is preferably only later applied to the matrix together with the tissue-typical cells and / or neurogenic cells to be sown.
Bei Anwendung eines Fibrin-Klebers laufen Prozesse ab, die im wesentlichen der letzten Phase der Blutgerinnung beispielsweise beim Wundverschluß entsprechen. Bei der Verklebung der Zellen an der Mat- rix wird, ebenso wie bei der Blutgerinnung, Fibrinogen durch Thrombin unter Abspaltung der Fibrino- peptide A und B zu monomerem Fibrin umgesetzt. Mo- nomeres Fibrin seinerseits bildet spontan durch End-zu-End- und Seit-zu-Seit-Anlagerung aggregier- tes Fibrin. In Gegenwart von Calciumchlorid, das beispielsweise in handelsüblichen Fibrin-Klebern enthalten ist, wird das aggregierte Fibrin dann in polymeres Fibrin umgewandelt, wobei sich kovalente Bindungen zwischen benachbarten γ- und α-Ketten der Fibrinmonomere bilden. Nachdem die zellhaltige Matrix als Transplantat in einen Körper eingebracht wurde, fördert das durch den Fibrin-Kleber gebildete polymere Fibrin wie bei der normalen Wundheilung z.B. das Einsprossen von Fibroblasten in das Wundgebiet, wobei Fibrin die Funktion einer Leitschiene übernimmt. Dieser Prozess stellt ein multifakto- rielles Geschehen dar, bei dem Thrombin, Fibrin und Faktor XIII eine stimulierende Wirkung auf die Fibroblastenproliferation ausüben. Danach setzt im Körper der allmähliche proteolytische Abbau des Fibrinnetzes ein.When a fibrin adhesive is used, processes take place which essentially correspond to the last phase of blood clotting, for example in the case of wound closure. When the cells are bonded to the matrix, just as with blood coagulation, fibrinogen is converted by thrombin to form monomeric fibrin by splitting off the fibrinopeptides A and B. For its part, monomeric fibrin spontaneously forms aggregated fibrin through end-to-end and side-to-side attachment. In the presence of calcium chloride, which is contained, for example, in commercially available fibrin adhesives, the aggregated fibrin is then converted into polymeric fibrin, covalent bonds being formed between adjacent γ and α chains of the fibrin monomers. After the cell-containing matrix has been introduced into a body as a graft, the polymeric fibrin formed by the fibrin adhesive promotes as in normal wound healing For example, the infusion of fibroblasts into the wound area, with fibrin acting as a guardrail. This process is a multifactorial process in which thrombin, fibrin and factor XIII have a stimulating effect on fibroblast proliferation. The gradual proteolytic degradation of the fibrin network then begins in the body.
In besonders bevorzugter Ausführungsform der Erfin- düng handelt es sich bei dem Fibrin-Kleber um einen handelsüblichen Fibrin-Kleber zur biologischen Wundversorgung, beispielsweise um Tissucol -Fibrin- Kleber. Tissucol®-Fibrin-Kleber enthält neben Thrombin und Fibrinogen Calciumchlorid und geringe Mengen an Plasminogen, welches in vivo durch Kal- likrein und andere Gewebefaktoren zu Plasmin umgesetzt und somit die Fibrinolyse in Gang setzt. Das durch den Fibrin-Kleber gebildete Fibrin wird somit im Körper allmählich abgebaut.In a particularly preferred embodiment of the invention, the fibrin adhesive is a commercially available fibrin adhesive for biological wound care, for example Tissucol-fibrin adhesive. In addition to thrombin and fibrinogen, Tissucol ® fibrin glue contains calcium chloride and small amounts of plasminogen, which is converted to plasmin in vivo by calcium pure and other tissue factors and thus triggers fibrinolysis. The fibrin formed by the fibrin glue is thus gradually broken down in the body.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung des vorstehend definierten Klebemittels, insbesondere Fibrin-Klebers, zur Herstellung von menschlichen oder tierischen ein- oder mehrschichtigen in vitro- Geweben oder vollständigen oder partiellen Hohlor- ganen.The invention also relates to the use of the adhesive defined above, in particular fibrin adhesive, for the production of human or animal single or multilayer in vitro tissues or complete or partial hollow organs.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Matrix mit konditioniertem Medium vorbehandelt. Kondi- tioniertes Medium ist dadurch gekennzeichnet, dass es 24 Stunden mit den zu transplantierenden Zellen vor deren Aufbringen auf die Kollagenmembran kulti- viert wurde. Durch diese Kultivierung wird das Medium mit von den Zellen freigesetzten Wachstumsfaktoren angereichert. Die Vorbehandlung der Kollagenmembran mit konditioniertem Medium bewirkt ein ver- bessertes Anhaften, Proliferieren und Überleben der Zellen auf der Membran.In a further particularly preferred embodiment of the present invention, the matrix is pretreated with conditioned medium. Conditioned medium is characterized in that it cultivates 24 hours with the cells to be transplanted before they are applied to the collagen membrane. was fourth. This cultivation enriches the medium with growth factors released by the cells. The pretreatment of the collagen membrane with conditioned medium improves the adherence, proliferation and survival of the cells on the membrane.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Herstellung eines ein- o- der mehrschichtigen menschlichen oder tierischen in vitro-Gewebes oder eines vollständigen oder partiellen, menschlichen oder tierischen in vitro- Hohlorgans mindestens ein Typ, vorzugsweise jedoch mehrere Typen, von isolierten differenzierten oder nicht-differenzierten gewebe- oder organspezifi- sehen oder gewebe- und organunspezifischen Zellen, die zuvor in vitro kultiviert und vermehrt wurden, in geringer Zelldichte auf der mit einem Klebemittel oder konditioniertem Medium vorbehandelten Matrix aufgebracht werden.In a preferred embodiment of the invention it is provided that for the production of a single or multilayer human or animal in vitro tissue or a complete or partial, human or animal in vitro hollow organ at least one type, but preferably several types, of isolated differentiated or non-differentiated tissue- or organ-specific or tissue- and organ-unspecific cells, which were previously cultivated and propagated in vitro, are applied in low cell density to the matrix pretreated with an adhesive or conditioned medium.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden zur Herstellung eines ein- oder mehrschichtigen menschlichen oder tierischen in vitro-Gewebes oder eines vollständigen oder partiellen, menschlichen oder tierischen in vitro- Hohlorgans epitheliale und/oder mesenchymale Zellen, die aus Gewebeanteilen einer Biopsie als sogenannte Explantkulturen gewonnen werden, auf der mit einem Klebemittel oder konditioniertem Medium vorbehandelten Matrix aufgebracht. Die Explantkulturen aus mukosalen bzw. submukosalen Gewebsanteilen werden hierbei direkt auf der Membran angelegt. Dabei wird das als Biopsie gewonnene Gewebe mittels einer Schere in einen mukosalen und einen submukosalen Teil getrennt. Die jeweiligen Gewebsanteile werden in ca. 2 x 2 mm2 große Stückchen zerkleinert und auf die Membran aufgebracht. Die mukosalen Gewebs- Stückchen werden im Fall der Kollagenmembran auf die glatte Seite, die submukosalen Gewebsstückchen auf der rauen Seite aufgebracht. Die Kulturen werden dann für 10 bis 14 Tage inkubiert.In another preferred embodiment of the invention, epithelial and / or mesenchymal cells, which consist of tissue parts of a biopsy as so-called explant cultures, are used to produce a single- or multi-layered human or animal in vitro tissue or a complete or partial, human or animal in vitro hollow organ be obtained, applied to the matrix pretreated with an adhesive or conditioned medium. The explant cultures from mucosal or submucosal tissue parts are applied directly to the membrane. The tissue obtained as a biopsy is examined using a Scissors separated into a mucosal and a submucosal part. The respective tissue portions are chopped into 2 x 2 mm 2 pieces and applied to the membrane. In the case of the collagen membrane, the mucosal tissue pieces are applied to the smooth side, the submucosal tissue pieces to the rough side. The cultures are then incubated for 10 to 14 days.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden epitheliale und/oder mesenchymaleIn a further preferred embodiment of the invention, epithelial and / or mesenchymal
Zellen, die aus Gewebeanteilen einer Biopsie als sogenannte Explantkulturen gewonnen werden, und i- solierte, zuvor in vitro kultivierte und vermehrteCells obtained from tissue parts of a biopsy as so-called explant cultures and isolated, previously cultivated and propagated in vitro
Zellen kombiniert auf der vorbehandelten Matrix ausgebracht, um ein in vitro-Gewebe oder ein in vitro-Hohlorgan herzustellen. Beispielsweise kann die Membran gleichzeitig mit epithelialen Zellen, die mittels Explantkultur vermehrt werden, und mitCells combined applied to the pretreated matrix to produce an in vitro tissue or an in vitro hollow organ. For example, the membrane can coexist with epithelial cells, which are expanded by explant culture, and with
Muskelzellen und Fiboblasten, die zuvor in vitro vermehrt wurden, besiedelt werden.Muscle cells and fiboblasts that were previously grown in vitro are colonized.
Die auszusäenden isolierten Zellen und/oder Explantkultur-Zellen werden im Allgemeinen so ausgewählt, dass sie mit dem in vitro herzustellenden Zielorgan oder Zielgewebe kompatibel sind. Vorzugs- weise handelt es sich bei den ausgesäten Zellen und/oder Explantkulturzellen um Zellen, die normalerweise in dem herzustellenden Zielorgan oder Zielgewebe vorgefunden werden. Besteht das herzustellende in vitro-Gewebe oder -Organ aus mehreren histologisch und funktioneil unterscheidbaren Gewebeschichten und/oder Zellanhäufungen, werden für jede Gewebeschicht und jede Zellanhäufung typische Zelltypen ausgesät oder aufgebracht, wobei die erfindungsgemäß erhaltene Schichtung der Zelltypen in bevorzugter Ausführung der natürlichen Schichtung gleicht. So werden beispielsweise zur Herstellung einer in vitro-Harnblase Urothelzellen, Muskelzellen, Fibroblasten und neurogene Zellen ausgesät o- der aufgebracht. Zur Herstellung einer in vitro- Darmwand werden beispielsweise Mucosazellen, Muskelzellen, Fibroblasten und neurogene Zellen ausge- sät oder aufgebracht.The isolated cells and / or explant culture cells to be sown are generally selected so that they are compatible with the target organ or target tissue to be produced in vitro. The seeded cells and / or explant culture cells are preferably cells which are normally found in the target organ or target tissue to be produced. If the in vitro tissue or organ to be produced consists of several histologically and functionally distinguishable tissue layers and / or cell clusters, typical for each tissue layer and each cell cluster Cell types are sown or applied, the layering obtained according to the invention preferably being the same as the natural layering. For example, urothelial cells, muscle cells, fibroblasts and neurogenic cells are sown or applied to produce an in vitro urinary bladder. To produce an in vitro intestinal wall, for example, mucosa cells, muscle cells, fibroblasts and neurogenic cells are sown or applied.
Der Ausdruck „in geringer Zelldichte aussäen" bedeutet, dass pro cm2 Matrix-Oberfläche 0,01 x 106 Zellen bis 1 x 107 Zellen, vorzugsweise 0,05 x 106 Zellen bis 2 x 106 Zellen ausgesät oder aufgebracht werden. Vorzugsweise werden pro cm2 Matrix- Oberfläche 0,1 bis 0,5 x 106 Urothelzellen und Muskelzellen und 0,01 bis 0,05 x 10δ Fibroblasten ausgesät oder aufgebracht.The expression “sowing in low cell density” means that 0.01 cm × 10 6 cells to 1 × 10 7 cells, preferably 0.05 × 10 6 cells to 2 × 10 6 cells, are sown or applied per cm 2 matrix surface. Preferably 0.1 to 0.5 x 10 6 urothelial cells and muscle cells and 0.01 to 0.05 x 10 δ fibroblasts are seeded or applied per cm 2 matrix surface.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung um- fasst der Begriff „Zelle" insbesondere isolierte, natürlicherweise vorkommende oder gentechnisch veränderte menschliche oder tierische Zellen oder deren Vorläufer. Natürlicherweise vorkommende Zellen können Zellen sein, die nicht-krankhaft verändert, krankhaft verändert, nicht-entartet oder entartet sind. „Krankhaft veränderte Zellen" sind Zellen, deren normale Zellfunktionen, wie Stoffwechselleistungen, Reizbeantwortung, Motilität oder Reduplikation, gestört oder geschädigt sind. Der Begriff „entartet" umfasst alle Veränderungen einer normalen Zelle, beispielsweise Zellpolymorphie, Anisozy- tose, Kernpoly orphie, Polychromasie, gestörte Kern-Plasma-Relation und Aneuploidie, die zu einer gestörten Differenzierung oder zu einer Entdiffe- renzierung und zu einem deregulierten Wachstum der Zelle führen können, und betrifft insbesondere Zel- len maligner Tumore. Unter dem Begriff „gentechnisch veränderte Zellen" werden in der Erfindung alle Zellen verstanden, die mit Hilfe gentechnischer Verfahren manipuliert wurden, wobei entweder Fremd-DNA in die Zelle eingeschleust wurde oder die eigene DNA der Zelle, beispielsweise durch Deletio- nen, Inversionen und Anlagerungen, modifiziert wurde.In connection with the present invention, the term “cell” encompasses in particular isolated, naturally occurring or genetically modified human or animal cells or their precursors. Naturally occurring cells can be cells which have been changed non-pathologically, pathologically changed, not degenerate or "Pathologically altered cells" are cells whose normal cell functions, such as metabolism, stimulus response, motility or reduplication, are disturbed or damaged. The term “degenerate” encompasses all changes in a normal cell, for example cell polymorphism, anisocytosis, nuclear polyphosphy, polychromasia, disturbed Nuclear-plasma relation and aneuploidy, which can lead to disturbed differentiation or to undifferentiation and to a deregulated growth of the cell, and particularly affects cells of malignant tumors. In the invention, the term “genetically modified cells” is understood to mean all cells which have been manipulated with the aid of genetic engineering methods, with either foreign DNA being introduced into the cell or the cell's own DNA, for example by deletions, inversions and additions , was modified.
Zur Herstellung eines menschlichen oder tierischen in vitro-Organ- oder Gewebesystems können darüber hinaus, bezogen auf den späteren Empfängerorganismus, autologe, homologe oder heterologe Zellen verwendet werden. In bevorzugten Ausführungsformen sind die Zellen homologe oder allogene Zellen, die von einem Donor der gleichen Art gewonnen werden, so dass nach Transplantation des in vitro hergestellten Organs oder in vitro hergestellten Gewebes Immunreaktionen im Wirtsorganismus vermieden oder vermindert werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die Zellen aus dem Organis- mus gewonnen, in den anschließend das erfindungsgemäß hergestellte in vitro-Organ oder -Gewebe verbracht werden soll. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei den verwendeten Zellen um menschliche oder tieri- sehe Stammzellen.To produce a human or animal in vitro organ or tissue system, autologous, homologous or heterologous cells can also be used, based on the subsequent recipient organism. In preferred embodiments, the cells are homologous or allogeneic cells, which are obtained from a donor of the same type, so that immune reactions in the host organism are avoided or reduced after transplantation of the organ or tissue produced in vitro. In a particularly preferred embodiment, the cells are obtained from the organism into which the in vitro organ or tissue produced according to the invention is then to be placed. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the cells used are human or animal stem cells.
Die erfindungsgemäß verwendeten Zellen werden in vitro kultiviert und vermehrt, um die Anzahl der Zellen zu erhöhen, die anschließend zur Herstellung eines in vitro-Gewebes oder in vitro-Hohlorgans auf der mit einem Klebemittel oder konditioniertem Medium behandelten Matrix ausgebracht werden können. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff "Kultivieren und Vermehren von Zellen in vitro" ein außerhalb, der natürlichen Umgebung, das heißt beispielsweise außerhalb des Körpers, stattfindendes Aufrechterhalten der Lebens- funktionen von Zellen in einer geeigneten Umgebung, beispielsweise unter Zu- und Abfuhr von Stoffwech- seledukten und -produkten, wobei die gewählten Bedingungen die Teilung der Zellen und somit deren Vermehrung gewährleisten.The cells used according to the invention are cultivated in vitro and multiplied by the number of Increase cells, which can then be applied to produce an in vitro tissue or in vitro hollow organ on the matrix treated with an adhesive or conditioned medium. In connection with the present invention, the term “cultivating and multiplying cells in vitro” means that the vital functions of cells take place outside of the natural environment, that is to say outside the body, for example, in a suitable environment, for example with addition and removal Removal of metabolic products and products, the selected conditions guaranteeing the division of the cells and thus their multiplication.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Kultivierung und Vermehrung der Zellen in einem zur Zellkultur geeigneten Vollmedium, beispielsweise DMEM- Medium, M199-Medium, F12-Medium etc. erfolgt. Das zur Kultivierung und Vermehrung der Zellen verwen- dete Medium kann weitere Zusätze, wie eine Puffersubstanz, beispielsweise Hepes-Puffer, Serum, beispielsweise fötales Kälberserum (FCS) , Antibiotika, etc., enthalten.According to the invention, the cells are cultivated and propagated in a full medium suitable for cell culture, for example DMEM medium, M199 medium, F12 medium, etc. The medium used for culturing and multiplying the cells can contain further additives, such as a buffer substance, for example Hepes buffer, serum, for example fetal calf serum (FCS), antibiotics, etc.
Ein Zellkulturmedium, das Bestandteile wie FCS ent- hält, die aus natürlichen, insbesondere tierischen Quellen gewonnen wurden, kann möglicherweise patho- gene Agenzien, wie Viren, Prionen, bakterielle Keime und ähnliche, enthalten. Bei Verwendung derartiger Zellkulturmedien zur Kultivierung und Vermeh- rung der erfindungsgemäß eingesetzten Zellen besteht daher das potentielle Risiko, dass solche pa- thogenen Agenzien auf die Zellen übertragen werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist daher vorgesehen, dass die erfindungsgemäß verwendeten Zellen in einem vollsynthetischen Medium kultiviert werden. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem „vollsynthetischen Medium" ein Medium einschließlich aller erforderlichen Zusätze verstanden, dessen Bestandteile ausschließlich unter Verwendung chemischer Syntheseverfahren und/oder gentechni- scher Verfahren (DNA-Rekombinationsverfahren) hergestellt und nicht aus tierischen Ausgangsmaterialien, insbesondere nicht aus Geweben, Organen, Körperflüssigkeiten oder sonstigen Körperteilen eines Säugetiers, gewonnen wurden. Bei der gentechnischen Herstellung eines oder mehrerer Bestandteile des vollsynthetischen Mediums erfolgt die Expression dieser Bestandteile daher vorzugsweise in einer prokaryotischen Wirtszelle, beispielsweise einer gramnegativen oder grampositiven Wirtszelle, oder einer eukaryotischen nicht-tierischen Wirtszelle, beispielsweise einer Pilz- oder pflanzlichen Wirtszelle.A cell culture medium containing components such as FCS, which have been obtained from natural, in particular animal sources, may possibly contain pathogenic agents, such as viruses, prions, bacterial germs and the like. If cell culture media of this type are used to cultivate and multiply the cells used according to the invention, there is therefore the potential risk that such pathogenic agents are transferred to the cells. In a particularly preferred embodiment of the invention, it is therefore provided that the cells used according to the invention are cultivated in a fully synthetic medium. In the context of the present invention, a “fully synthetic medium” is understood to mean a medium including all necessary additives, the components of which are produced exclusively using chemical synthesis processes and / or genetic engineering processes (DNA recombination processes) and not from animal starting materials, in particular not from Tissues, organs, body fluids or other parts of the body of a mammal, and in the genetic engineering of one or more components of the fully synthetic medium, the expression of these components is therefore preferably carried out in a prokaryotic host cell, for example a gram-negative or gram-positive host cell, or a eukaryotic non-animal Host cell, for example a fungal or plant host cell.
Bei der Kultivierung und Vermehrung der Zellen in vitro bJ.eib.en deren ektodermale, mesodermale oder endodermale Prägung erhalten. Nach Differenzierung der Zellen bilden sich deren spezifisch entwickelte Zellfunktionen, wie spezifische Stoffwechselleistungen, spezifisches Reizbeantwortungsvermögen, Mo- tilitätseigenschaften, etc., wieder aus, das heißt die Zellen weisen nach Kultivierung, Vermehrung und anschließender Differenzierung einen dem Ursprungszustand ähnlichen Differenzierungsstatus auf. Gegebenenfalls ist der Ursprung der Zellen des Harn- traktes variierbar, das heißt, dass beispielsweise Blasenzellen für Urethra oder Ureter oder Nierenbecken einsetzbar sind. In einer bevorzugten Ausführungsform ist auch vorgesehen, Muskelzellen und Fibroblasten aus anderen Organen, zum Beispiel Haut, zur Besiedelung der Matrix zu verwenden.When the cells are cultivated and propagated in vitro, their ectodermal, mesodermal or endodermal characteristics are preserved. After differentiation of the cells, their specifically developed cell functions, such as specific metabolic performance, specific stimulus response capacity, mobility characteristics, etc., form again, that is to say that the cells have a differentiation status similar to the original state after cultivation, multiplication and subsequent differentiation. If necessary, the origin of the cells of the urinary tract can be varied, which means that, for example, bladder cells can be used for urethra or ureter or kidney pelvis. In a preferred embodiment, provision is also made to use muscle cells and fibroblasts from other organs, for example skin, to colonize the matrix.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die auszusäenden Zellen aus einer menschlichen oder tierischen Biop- sie-Prob stammen, die dem nativen Zielgeweb.e oder Zielorgan in vivo entnommen wurde. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff "Biopsie-Probe" eine Gewebeprobe, die einem lebenden Organismus als ungezielte Biopsieprobe, das heißt als sogenannte Blindpunktion, durch Punktion mit einer Hohlnadel, unter Anwendung spezieller Instrumente wie Zangen, Stanzinstrumente, Biopsieson- den, Bürsten, Schlingen und ähnlicher Instrumenten oder operativ mit dem Skalpell, oder als gezielte Biopsie unter Ultraschall- oder Röntgenkontrolle beziehungsweise im Rahmen einer Endoskopie oder La- paroskopie entnommen wurde. Vor der weiteren Verwendung wird das gewonnene bioptische Material vorzugsweise histologischen, cytologischen, immunhis- tologischen, histochemischen oder gentechnologischen Kontrollen sowie einer zusätzlichen Testung auf Viren, Bakterien, Prionen und andere pathogene Agenzien unterworfen.In a particularly advantageous embodiment of the invention, it is provided that the cells to be sown come from a human or animal biopsy sample that was taken from the native target tissue or target organ in vivo. In the context of the present invention, the term “biopsy sample” means a tissue sample that a living organism can take as an untargeted biopsy sample, that is to say as a so-called blind puncture, by puncturing with a hollow needle, using special instruments such as pliers, punching instruments, and biopsy probes. Brushes, slings and similar instruments or surgically with a scalpel, or as a targeted biopsy under ultrasound or X-ray control or as part of an endoscopy or laparoscopy. Before further use, the bioptic material obtained is preferably subjected to histological, cytological, immunohistological, histochemical or genetic engineering controls and an additional test for viruses, bacteria, prions and other pathogenic agents.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Biopsieprobe aus einer menschlichen oder tierischen Harnröhre entnommen wurde. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestal- tung ist vorgesehen, dass die Biopsieprobe aus einer menschlichen oder tierischen Harnblase stammt. In noch einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Biopsieprobe aus einem menschlichen beziehungsweise tierischen Harnleiter oder Nierenbecken stammt. Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, dass die Biopsieprobe aus einem menschlichen oder tierischen Samenleiter oder Eileiter stammen kann. Erfindungsgemäß ist eb n- falls vorgesehen, dass die Biopsieprobe aus einem menschlichen oder tierischen Blutgefäß, menschlichem oder tierischem Dünndarm oder menschlichem o- der tierischem Dickdarm stammt.In an advantageous embodiment of the invention it is provided that the biopsy sample was taken from a human or animal urethra. In a further advantageous embodiment It is intended that the biopsy sample comes from a human or animal bladder. In a further embodiment of the invention it is provided that the biopsy sample comes from a human or animal ureter or kidney pelvis. It is also provided according to the invention that the biopsy sample can come from a human or animal vas deferens or fallopian tubes. According to the invention, it is also provided that the biopsy sample comes from a human or animal blood vessel, human or animal small intestine or human or animal large intestine.
Zur Gewinnung von isolierten Zellen wird die gewon- nene Biopsieprobe vorzugsweise mit Hilfe einer Schere, eines Skalpells und/oder einer Pinzette und/oder eines ähnlich geeigneten Instrumentes mechanisch in einzelne Gewebeschichten getrennt. Anschließend werden die einzelnen Gewebeschichten me- chanisch zerkleinert. Erfindungsgemäß ist insbesondere vorgesehen, dass die mechanisch getrennten und zerkleinerten Gewebeschichten unter Verwendung eines Protease-Gemisches, beispielsweise des BZ1- Gemisches (Röche) , das Collagenase I, Collagenase II, Dispase und neutrale Proteasen (Caseinase) enthält, enzymatisch verdaut werden, um einzelne isolierte Zelltypen zu gewinnen und spezifisch anzureichern. Durch die enzymatische Verdauung wird insbesondere die Interzellularsubstanz abgebaut, die ein wesentlicher Bestandteil der Binde- und Stützgewebe ist und aus Fasern und der lichtmikroskopisch homogenen Grundsubstanz besteht, die chemisch hauptsächlich Mucopolysaccharide und Proteine umfasst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die unter Verwendung von Proteasen durchgeführte enzy- matische Spaltung der getrennten und zerkleinerten Gewebeschichten durch Zugabe eines Inhibitors, ins- besondere durch Zugabe von Serum oder anderen Inhibitoren wie zum Beispiel Sojab.ohnen-Trypsin- Inhibitor gestoppt wird.To obtain isolated cells, the biopsy sample obtained is preferably mechanically separated into individual tissue layers using scissors, a scalpel and / or tweezers and / or a similarly suitable instrument. The individual tissue layers are then mechanically shredded. According to the invention, it is provided in particular that the mechanically separated and comminuted tissue layers are digested enzymatically by using a protease mixture, for example the BZ1 mixture (Röche), which contains collagenase I, collagenase II, dispase and neutral proteases (caseinase) to obtain isolated cell types and to enrich them specifically. The enzymatic digestion degrades in particular the intercellular substance, which is an essential part of the connective and supporting tissues and consists of fibers and the light-microscopic homogeneous basic substance, which chemically mainly consists of mucopolysaccharides and proteins includes. It is provided according to the invention that the enzymatic cleavage of the separated and comminuted tissue layers carried out using proteases is stopped by adding an inhibitor, in particular by adding serum or other inhibitors such as soy bean trypsin inhibitor.
Die eigentliche Trennung der einzelnen Zelltypen erfolgt erfindungsgemäß jedoch über eine in vitro- Vorkultivierung des nach der proteolytischen Spaltung erhaltenen Zellgemisches. Erfindungsgemäß werden insbesondere zellspezifische Medien verwendet, die sich dadurch auszeichnen, dass das Wachstum erwünschter Zellen gefördert wird, während das Wachs- rum nicht-gewünschter Zelltypen unterdrückt wird. Jedes proteolytische Zellgemisch einer zuvor mechanisch getrennten und zerkleinerten Gewebeschicht wird daher erfindungsgemäß in unterschiedlichen gewebespezifischen Medien kultiviert, um gezielt spe- zifische Zelltypen dieser Geweb Schicht zu vermehren und anzureichern. Beispielsweise ist vorgesehen, dass zur Anreicherung von Muskelzellen aus Harnblasen-Biopsien ein Smooth muscle cell-Serum (Promocell C-22060) geringen Serumgehalts verwendet wird. Zur Anreicherung von Fibroblasten aus Harnblasen-Biopsien wird vorzugsweise serumfreies Medium (Promocell C-23010) verwendet. Zur Anreicherung von Mucosazellen aus Harnblasen-Biopsien wird vorzugsweise serumfreies Keratinozytenmedium (GibcoBRL 17005034) verwendet. Andere Medien zur Selektion und Vermehrung der jeweiligen Zelltypen insbesondere Medien, die vollständig chemisch definiert sind, wie z.B. EpiLife (Cascade Biologics Inc.) können ebenfalls zur Anwendung kommen. Die Vorkultivierung der Zellen in vitro erfolgt nach herkömmlichen Verfahren zur Kultivierung menschlicher oder tierischer Zellen . So können die Zellen beispielsweise auf Mikrotiterplatten oder auf dem Boden von Kulturgefäßen, wie Flaschen, kultiviert werden . Vorzugsweise erfolgt die Kultivierung epithelialer Zellen auf Kollagen-beschichteten Flaschen, die Kultur der Muskelzellen, Fibroblasten und neurona- len Zellen in unbeschichteten Flaschen . Während der in vitro-Vorkultivierung der einzelnen Zelltypen einer Gewebeschicht werden die Zellen j edes Zellty- pes vorzugsweise zwei- oder dreimal einer Passage in frisches Medium unterworfen, wobei der Medium- Wechsel alle zwei bis drei Tage erfolgt, insbesondere dann, wenn die Zellschicht eine Konfluenz von etwa 50 bis 75% aufweist .However, the actual separation of the individual cell types takes place according to the invention via in vitro pre-cultivation of the cell mixture obtained after the proteolytic cleavage. According to the invention, cell-specific media are used in particular, which are distinguished in that the growth of desired cells is promoted while the growth of undesired cell types is suppressed. Each proteolytic cell mixture of a previously mechanically separated and comminuted tissue layer is therefore cultivated according to the invention in different tissue-specific media, in order to specifically multiply and enrich specific cell types of this tissue layer. For example, it is provided that a smooth muscle cell serum (Promocell C-22060) low serum content is used to enrich muscle cells from bladder biopsies. Serum-free medium (Promocell C-23010) is preferably used to enrich fibroblasts from bladder biopsies. Serum-free keratinocyte medium (GibcoBRL 17005034) is preferably used to enrich mucosa cells from bladder biopsies. Other media for the selection and multiplication of the respective cell types, in particular media which are completely chemically defined, such as, for example, EpiLife (Cascade Biologics Inc.) can also apply. The cells are precultivated in vitro using conventional methods for cultivating human or animal cells. For example, the cells can be cultivated on microtiter plates or on the bottom of culture vessels such as bottles. Epithelial cells are preferably cultivated on collagen-coated bottles, and the culture of muscle cells, fibroblasts and neuronal cells in uncoated bottles. During the in vitro pre-cultivation of the individual cell types of a tissue layer, the cells of each cell type are preferably subjected to a passage into fresh medium two or three times, the medium being changed every two to three days, especially when the cell layer is one Has confluence of about 50 to 75%.
Nach zwei- bis dreimaliger Passage in vitro können die vorkultivierten und angereicherten Zellen j edes Zelltypes auf der erfindungsgemäßen Matrix ausgesät oder aufgebracht werden . Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass zur Herstellung eines aus mehreren Gewebeschichten bestehenden in vitro-Hohlorganes, das insbesondere als Transplantat Verwendung finden soll, Zellen auf mindestens einer Seite der Matrix ausgesät oder aufgebracht werden. Beispielsweise werden auf der Unterseite der Matrix nur Muskelzellen ausgesät, wobei die restlichen Komponenten nach Implantation vom Empfänger geliefert werden . In ei- ner anderen Ausführungsform werden beispielsweise auf der Oberseite der Matrix (glatt erscheinende Seite) die Zellen von mindestens einem Zelltyp und auf der Unterseite der Matrix die Zellen von min- destens einem anderen oder dem gleichen Zelltyp ausgesät oder aufgebracht. Vorzugsweise werden auf der Oberseite der Matrix solche Zellen ausgesät o- der aufgebracht, die im nativen Organ die das Lumen begrenzende Zellschicht bilden. Auf der Unterseite der Matrix (rau erscheinende Seite) werden vorzugsweise die Zellen ausgesät oder aufgebracht, die im nativen Organ die Zellschichten bilden, die dem Lumen des Hohlorganes abgewandt sind. Selbstverständ- lieh ist es auch möglich, nur eine Seite der Matrix mit Zellen zu besäen, beispielsweise um ein einschichtiges oder mehrschichtiges Gewebe herzustellen, das insbesondere zur Transplantation oder für Testzwecke eingesetzt werden soll.After two to three passages in vitro, the precultivated and enriched cells of any cell type can be sown or applied to the matrix according to the invention. According to the invention, cells are sown or applied to at least one side of the matrix in order to produce an in vitro hollow organ consisting of several tissue layers, which is to be used in particular as a transplant. For example, only muscle cells are sown on the underside of the matrix, with the remaining components being delivered by the recipient after implantation. In another embodiment, for example, the cells of at least one cell type on the top of the matrix (smooth-appearing side) and the cells of at least one cell type on the bottom of the matrix. seeded or applied at least to another or the same cell type. Preferably cells are sown or applied to the top of the matrix which form the cell layer delimiting the lumen in the native organ. The cells that form the cell layers in the native organ that face away from the lumen of the hollow organ are preferably sown or applied on the underside of the matrix (rough-appearing side). Of course, it is also possible to sow cells on only one side of the matrix, for example in order to produce a single-layer or multi-layer tissue which is to be used in particular for transplantation or for test purposes.
Zur Herstellung von beispielsweise einem in vitro- Harnblasen-Hohlorgan werden Muskelzellen und Fibroblasten, die aus einer Harnblasen-Biopsie stammen und wie vorstehend beschrieben isoliert und angereichert wurden, auf der Unterseite der Matrix ausgesät/aufgebracht. Dementsprechend werden auf der Oberseite der erfindungsgemäß verwendeten Matrix aus einer Harnblasenbiopsie stammende Urothelzellen ausgesät/aufgebracht.To produce, for example, an in vitro urinary bladder hollow organ, muscle cells and fibroblasts, which originate from a urinary bladder biopsy and have been isolated and enriched as described above, are sown / applied on the underside of the matrix. Accordingly, urothelial cells originating from a bladder biopsy are sown / applied to the top of the matrix used according to the invention.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Zellen auf der Unterseite und auf der Oberseite der Matrix in einer Dichte von 0,01 x 106 bis 0,1 - 0,5 x 106 Zellen/cm2 Matrix, vorzugsweise in einer Dichte von 0,1 x 106 bis 0,5 x 105 Zellen/cm2 ausgesät oder aufgebracht werden. Zur Herstellung eines erfin- dungsgemäßen in vitro Harnblasen-Hohlorgans werden beispielsweise pro cm2 Unterseite der Matrix 0,5 x 106 Muskelzellen und 0,05 x 106 Fibroblasten ausge- sät/aufgebracht, während pro cm Oberseite der Matrix 0,5 x 106 Urothelzellen benötigt werden.According to the invention, the cells on the underside and on the top of the matrix have a density of 0.01 × 10 6 to 0.1-0.5 × 10 6 cells / cm 2 matrix, preferably in a density of 0, 1 x 10 6 to 0.5 x 10 5 cells / cm 2 are sown or applied. To produce an in vitro urinary bladder hollow organ according to the invention, for example, 0.5 × 10 6 muscle cells and 0.05 × 10 6 fibroblasts are removed per cm 2 underside of the matrix. sows / applied, while 0.5 x 10 6 urothelial cells are required per cm top of the matrix.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass gleich- zeitig mit den isolierten und angereicherten Zellen, die aus Biopsie-Proben gewonnen und in vitro kultiviert wurden, oder später neurogene Zellen auf die mit einem Klebemittel/konditioniertem Medium behandelte Matrix ausgebracht werden.In a particularly preferred embodiment of the present invention, it is provided that, at the same time as the isolated and enriched cells, which were obtained from biopsy samples and cultured in vitro, or later, neurogenic cells are applied to the matrix treated with an adhesive / conditioned medium ,
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung werden unter "neurogenen Zellen" Nervenzellen verstanden, die aus größeren Nervenzellstrukturen beziehungsweise Nervenzellgeweben wie einem Ganglion o- der einem Nervenplexus stammen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zur Herstellung eines speziellen in vitro-Hohlorganes die verwendeten neurogenen Zellen entweder aus dem gleichen nativen Organ oder aus einem anderen Organ stammen. Zur Herstellung eines in vitro-Harnblasen-Hohlorganes können bei- spielsweise neurogene Zellen aus dem nativen Blasengewebe isoliert werden. Die neurogenen Zellen können jedoch auch aus einem anderen Organ, beispielsweise den Taeniae coli, das heißt den drei Streifen der Längsmuskelschicht des Kolons, iso- liert werden. Im Gegensatz zu den anderen auf der Matrix ausgesäten/aufgebrachten Zellen werden die neurogenen Zellen nach ihrer Isolierung unter Verwendung herkömmlicher Verfahren nicht in vitro kultiviert, sondern unmittelbar nach Isolierung direkt auf der Matrix ausgebracht. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die isolierten neurogenen Zellen in einer Dichte von 1 x 102 Zellen/cm2 auf der Unterseite der Matrix ausgesät/aufgebracht werden.In connection with the present invention, “neurogenic cells” are understood to mean nerve cells that come from larger nerve cell structures or nerve cell tissues such as a ganglion or a nerve plexus. It is provided according to the invention that the neurogenic cells used either come from the same native organ or from another organ to produce a special in vitro hollow organ. To produce an in vitro urinary bladder hollow organ, for example, neurogenic cells can be isolated from the native bladder tissue. However, the neurogenic cells can also be isolated from another organ, for example the Taeniae coli, that is to say the three strips of the longitudinal muscle layer of the colon. In contrast to the other cells sown / applied on the matrix, the neurogenic cells after their isolation are not cultivated in vitro using conventional methods, but are applied directly to the matrix immediately after isolation. According to the invention it is provided that the isolated neurogenic cells are sown / applied at a density of 1 x 10 2 cells / cm 2 on the underside of the matrix.
Nach dem Ausbringen der Zellen wird die zellhaltige Matrix unter geeigneten Bedingungen kultiviert, so dass ein in vitro-Gewebe oder in vitro-Organ erhalten wird, das entweder zur Transplantation oder für Testzwecke verwendet werden kann. Geeignete Bedingungen zur Kultivierung der zellhaltigen Matrix umfassen unter anderem ein geeignetes Zellkulturmedi- um, vorzugsweise DMEM-/F12-Medium, eine geeignete Temperatur, vorzugsweise 37°C, sowie eine geeignete Gasatmosphäre, die vorzugsweise 7% C02 enthält. Soll die zellbesiedelte Matrix später zur Transplantation verwendet werden, wird die Matrix so lange kultiviert, bis die auf der Unter- beziehungsweise Oberseite der Matrix befindlichen gewebe- oder organtypischen Zellen einen Monolayer, also eine vollständige einzellige Schicht gebildet haben. Die Bildung eines Zellmonolayers wird bei- spielsweise bei Verwendung von in vitro vorkultivierten Zellen schon durch eine Kultivierung über Nacht erreicht. Anschließend kann die Zellmonolayer enthaltende Matrix transplantiert werden. Bei Verwendung der zellhaltigen Matrix für Testzwecke kann die Kultivierung natürlich so lange erfolgen, bis alle organtypischen Gewebeschichten des herzustellenden Gewebes oder Organs vollständig ausgebildet sind. Unter diesen Bedingungen wird eine Kultur der Zellen in ihrem jeweiligen zellspezifischen Medium angestrebt. Hierfür werden die Transplantate in eigens dafür hergestellten Kulturkammern kultiviert. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die auf der Matrix ausgebrachten Zellen während und/oder nach der Kultivierung hinsichtlich ihrer Funktion, ihrer Morphologie und/oder ihres Diffenzierungsstatus überprüft werden. Die Erfindung betrifft daher auch unter Verwendung solcher Zellen durchgeführte Screening- und Diagnoseverfahren, wobei die Zellen gemäß den vorstehend beschriebenen Verfahren kultiviert und wäh- rend und/oder danach untersucht werden, beispielsweise auf pharmakologische, toxikologische, physiologische, morphologische und/oder molekularbiologische Parameter. Im Rahmen dieser Untersuchungen können auch die Auswirkungen potentieller Medika- mente, Krankheitserreger, Antigene oder ähnlichen auf die kultivierten Zellen untersucht werden. Dabei werden in bevorzugter Ausführungsform die Zellen in An- und Abwesenheit eines Agens untersucht und die beobachteten Auswirkungen werden miteinan- der verglichen.After the cells have been deployed, the cell-containing matrix is cultivated under suitable conditions, so that an in vitro tissue or in vitro organ is obtained which can be used either for transplantation or for test purposes. Suitable conditions for culturing the cell-containing matrix include, inter alia, a suitable cell culture medium, preferably DMEM / F12 medium, a suitable temperature, preferably 37 ° C., and a suitable gas atmosphere which preferably contains 7% CO 2 . If the cell-populated matrix is to be used later for transplantation, the matrix is cultivated until the tissue or organ-typical cells located on the bottom or top of the matrix have formed a monolayer, that is to say a complete single-cell layer. The formation of a cell monolayer is achieved, for example, when using cells which have been precultivated in vitro by culturing overnight. The matrix containing cell monolayers can then be transplanted. If the cell-containing matrix is used for test purposes, the cultivation can of course be carried out until all organ-typical tissue layers of the tissue or organ to be produced are completely formed. A culture of the cells in their respective cell-specific medium is sought under these conditions. For this purpose, the grafts are cultivated in specially made culture chambers. In an advantageous embodiment of the invention it is provided that the cells applied to the matrix are checked during and / or after the cultivation with regard to their function, their morphology and / or their differentiation status. The invention therefore also relates to screening and diagnostic methods carried out using such cells, the cells being cultivated and examined during and / or after the methods described above, for example for pharmacological, toxicological, physiological, morphological and / or molecular biological parameters. In the context of these investigations, the effects of potential medications, pathogens, antigens or the like on the cultivated cells can also be investigated. In a preferred embodiment, the cells are examined in the presence and absence of an agent and the observed effects are compared with one another.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kultivierung der Zellen an der Matrix zur Herstellung eines in vitro-Gewebes in einem Zellreaktor erfolgt. Unter einem Zellreaktor wird im Zusammenhang mit der Erfindung eine Vorrichtung zur automatischen Vermehrung von Zellen und/oder zur automatischen Herstellung von in vitro-Geweben verstanden. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Zellreaktor um einen Compu- ter-gestützten Bioreaktor vom Typ Kerator. Ein Zellreaktor besteht aus mindestens einer Zellwachs- tumskammer und einer Medium enthaltenden Kammer, die durch eine semipermeable Membran, beispielswei- se die erfindungsgemäß verwendete Kollagen-haltige Matrix, getrennt sind, wobei die Membran als Träger für die herzustellende Zellschicht dient. Der Vorteil einer Herstellung eines in vitro-Gewebes in einem Zellreaktor besteht insbesondere darin, dass das Verfahren unter Computerkontrolle automatisch abläuft, wobei ein sehr gleichmäßiges Wachstum der einzelnen Zellschichten erreicht wird und gleichzeitig eine Kontamination mit Keimen vermieden wird. Die in dem Bioreaktor hergestellte zellbesie- delte Membran oder Matrix kann sowohl für Transplantationszwecke als auch für Testzwecke verwendet werden.In a particularly preferred embodiment of the invention, the cells are cultivated on the matrix in order to produce an in vitro tissue in a cell reactor. In connection with the invention, a cell reactor is understood to be a device for the automatic multiplication of cells and / or for the automatic production of in vitro tissues. The cell reactor is preferably a computer-based bioreactor of the Kerator type. A cell reactor consists of at least one cell growth chamber and a medium-containing chamber which is separated by a semipermeable membrane, for example se the collagen-containing matrix used according to the invention are separated, the membrane serving as a carrier for the cell layer to be produced. The advantage of producing an in vitro tissue in a cell reactor is, in particular, that the process runs automatically under computer control, whereby a very uniform growth of the individual cell layers is achieved and at the same time contamination with germs is avoided. The cell-covered membrane or matrix produced in the bioreactor can be used both for transplantation purposes and for test purposes.
Die vorliegende Erfindung umfasst daher in bevor- zugter Ausführungsform die Kultivierung menschlicher oder tierischer Zellen zur Herstellung von ein- oder mehrschichtigen menschlichen oder tierischen in vitro-Geweben oder menschlichen oder tierischen in vitro-Hohlorganen, die sich als Trans- plantat beziehungsweise partieller oder vollständiger Ersatz für ein erkranktes oder geschädigtes Gewebe oder Organ im Körper eines Menschen oder eines Tieres verwenden lassen. E findungsgemäß ist insbesondere vorgesehen, dass die zellhaltige Matrix erst nach Kultivierung, das heißt nach Ausbildung der Zellmonolayer , und unmittelbar vor Transplantation in die Form gebracht wird, in der sie transplantiert werden soll. Sollen beispielsweise nur kleinere Bereiche eines erkrankten oder geschädig- ten Gewebes oder Hohlorgans im Körper eines Menschen oder Tieres ersetzt werden, so kann die zeilbesiedelte Matrix-Platte unmittelbar nach der Kultivierung im Operationssaal durch den Mediziner durch mechanische Bearbeitung, beispielsweise mit einem Skalpell oder einer Schere, in Größe und Form dem Defekt angepaßt werden. Die entsprechend dem Defekt zurecht geschnittene zellbesiedelte Platte wird dann eingenäht und zusätzlich unter Verwendung eines Gewebeklebers, beispielsweise eines Fibrinklebers, im Defekt fixiert.In a preferred embodiment, the present invention therefore comprises the cultivation of human or animal cells for the production of single-layer or multilayer human or animal in vitro tissues or human or animal in vitro hollow organs, which can be used as a graft or partial or complete replacement to be used for a diseased or damaged tissue or organ in the body of a human or animal. According to the invention, it is provided in particular that the cell-containing matrix is brought into the form in which it is to be transplanted only after cultivation, that is to say after the cell monolayer has been formed, and immediately before transplantation. For example, if only small areas of a diseased or damaged tissue or hollow organ in the body of a human or animal are to be replaced, the line-populated matrix plate can be used by the doctor immediately after cultivation in the operating room can be adapted in size and shape to the defect by mechanical processing, for example with a scalpel or scissors. The cell-populated plate cut according to the defect is then sewn in and additionally fixed in the defect using a tissue adhesive, for example a fibrin adhesive.
Umfasst der erkrankte oder beschädigte Bereich eines Hohlorgans, beispielsweise eines Harnleiters, größere Abschnitte, wird die zellbesiedelte Matrix- Platte zu einem geeigneten Hohlorgan geformt. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem „Hohlorgan" ein Organ verstanden, bei dem das Gewebe partiell oder vollständig einen Hohlraum umschließt, wobei die lichte Weite oder der Durchmesser des Hohlorgans als Lumen bezeichnet wird. Die Formung der zellbesiedelten Matrix-Platte zu einem gewünschten Hohlorgan bedeutet daher, dass eine oder mehrere zeilbesiedelte Matrix-Platten in die dreidimensionale Körperform mit den entsprechenden Abmessungen gebracht wird/werden, die das native Organ besitzt.If the diseased or damaged area of a hollow organ, for example a ureter, comprises larger sections, the cell-populated matrix plate is shaped into a suitable hollow organ. In connection with the present invention, a “hollow organ” is understood to mean an organ in which the tissue partially or completely encloses a cavity, the clear width or the diameter of the hollow organ being referred to as lumen. The formation of the cell-populated matrix plate into one The desired hollow organ therefore means that one or more row-populated matrix plates are / are brought into the three-dimensional body shape with the corresponding dimensions that the native organ has.
Soll beispielsweise ein partieller in vitro- Harnleiter hergestellt werden, wird die zellbesie- delte Matrix-Platte in der entsprechenden Größe zu- rechtgeschnitten und dann in eine Röhren- oder Zylinderform gebracht. Eine Röhren- oder Zylinderform kann beispielsweise durch eine chirurgische Naht fixiert werden und zusätzlich unter Verwendung ei- nes Gewebeklebers, beispielsweise eines Fibrin- Klebers verstärkt werden. Die Zylinderform kann zusätzlich oder ausschließlich mit chirurgischen Nahtverfahren fixiert werden. Beispielsweise kann die zellbesiedelte Matrix an ihren Kanten durch eine 3,0 oder 4,0-Naht oder durch kleine chirurgische Klemmen gesichert werden. Bei zusätzlicher Verwen- düng eines Fibrin-Klebers werden die Enden der zellbesiedelten Matrix-Platte mit dem Kleber bestrichen oder besprüht und danach kurzzeitig zusam- mengepresst. Ist der zu ersetzende Abschnitt eines Hohlorgans sehr groß, können gegebenenfalls mehrere zeilbesiedelte Matrices durch chirurgische Nahtverfahren und/oder Anwendung eines Fibrin-Klebers miteinander verbunden werden, um so ein größeres in vitro-Hohlorgan herzustellen.If, for example, a partial in vitro ureter is to be produced, the cell-coated matrix plate is cut to the appropriate size and then brought into a tube or cylinder shape. A tubular or cylindrical shape can, for example, be fixed by a surgical suture and additionally reinforced using a tissue adhesive, for example a fibrin adhesive. The cylindrical shape can additionally or exclusively with surgical Seam processes can be fixed. For example, the edges of the cell-populated matrix can be secured by a 3.0 or 4.0 suture or by small surgical clamps. If a fibrin adhesive is also used, the ends of the cell-populated matrix plate are brushed or sprayed with the adhesive and then briefly pressed together. If the section of a hollow organ to be replaced is very large, several line-populated matrices can optionally be connected to one another by surgical suturing and / or the use of a fibrin adhesive in order to produce a larger in vitro hollow organ.
Die Herstellung eines in vitro-Hohlorgans erfolgt ebenfalls unmittelbar nach der Kultivierung der Matrix/Matricen und vor der Transplantation. Vorzugsweise erfolgt die Herstellung des in vitro- Hohlorgans durch den Mediziner im Operationssaal.An in vitro hollow organ is also produced immediately after the cultivation of the matrix / matrices and before the transplantation. The in vitro hollow organ is preferably produced by the medical practitioner in the operating room.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch ein partielles oder vollständiges menschliches oder tierischen in vitro-Harnröhren-Hohlorgan, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und einem gegebenenfalls anschließenden und/oder vorausgehenden Kultivierungsverfahren herkömmlicher Art herge- stellt wurde, wobei Urothelzellen, Muskelzellen, Fibroblasten und gegebenenfalls neurogene Zellen verwendet wurden. Das in vitro-Harnröhren-Hohlorgan kann als partieller oder vollständiger Ersatz für eine geschädigte oder erkrankte tierische oder menschliche Harnröhre verwendet werden. Ein in vitro hergestelltes Harnröhren-Hohlorgan beziehungsweise ein in vitro Harnröhren-Ersatz kann bei- spielsweise nach einer Harnröhrenverletzung, das heißt einer offenen oder geschlossenen Verletzung der Urethra infolge Gewalteinwirkung im Bereich von Becken, Damm oder anderen Verletzungen der Blase, bei Harnröhrenfehlbildungen, beispielsweise Epispa- die, Hypospadie, partieller oder totaler Oblitera- tion oder Stenose eingesetzt werden.The present invention therefore also relates to a partial or complete human or animal in vitro urethral hollow organ which has been produced by the method according to the invention and, if appropriate, a subsequent and / or preceding cultivation method of a conventional type, urothelial cells, muscle cells, fibroblasts and optionally neurogenic Cells were used. The in vitro urethral hollow organ can be used as a partial or complete replacement for a damaged or diseased animal or human urethra. An in vitro manufactured urethral hollow organ or an in vitro urethral replacement can for example, after a urethral injury, that is, an open or closed injury to the urethra as a result of violence in the area of the pelvis, perineum or other bladder injuries, in the case of urethral malformations, for example epispadia, hypospadias, partial or total obliteration or stenosis.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein partielles oder vollständiges menschliches oder tierisches in vitro-Harnblasen-Hohlorgan, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und einem gegebenenfalls anschließenden und/oder vorausgehenden Kultivierungsverfahren herkömmlicher Art hergestellt wurde, wobei Muskelzellen, Fibroblasten, U- rothelzellen und gegebenenfalls neurogene Zellen verwendet wurden. Das in vitro-Harnblasen-Hohlorgan kann als partieller oder vollständiger Ersatz für eine geschädigte oder erkrankte tierische oder menschliche Harnblase verwendet werden. Ein in vitro hergestellter Harnblasen-Ersatz kann beispielsweise bei Harnblasenfehlbildungen, Blasendystrophie, zum Beispiel Blasenekstrophie, Harnblasen- carcinom oder bei sekundär verursachten Schrumpfblasen infolge neurogener, hyperreflexibler Blasen- funktionsstörungen eingesetzt werden. Bei Verwendung zur chirurgischen Sanierung einer neurogenen Harnblase werden insbesondere die Komplikationen vermieden, die bei der Blasenaugmentation mit Darm oder bei der Autoaugmentationen auftreten können.The present invention also relates to a partial or complete human or animal in vitro urinary bladder hollow organ which has been produced by the method according to the invention and a subsequent and / or preceding cultivation method of a conventional type, where appropriate, muscle cells, fibroblasts, urothelial cells and optionally neurogenic cells were used. The in vitro urinary bladder hollow organ can be used as a partial or complete replacement for a damaged or diseased animal or human bladder. An urinary bladder replacement manufactured in vitro can be used, for example, for bladder malformations, bladder dystrophy, for example bladder ecstrophy, bladder carcinoma or for secondary shrinkage blisters caused by neurogenic, hyperreflexible bladder dysfunction. When used for the surgical rehabilitation of a neurogenic bladder, the complications that can occur during bladder augmentation with the intestine or during auto-augmentation are avoided.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein partielles oder vollständiges menschliches oder tierisches in vitro-Harnleiter-Hohlorgan sowie ein in vitro-Nierenbecken, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und einem gegebenenfalls anschließenden und/oder vorausgehenden Kultivierungsverfahren herkömmlicher Art hergestellt wurde, wobei Urothel- zellen, Muskelzellen, Fibroblasten und gegebenenfalls neurogene Zellen verwendet wurden. Das in vitro-Harnleiter-Hohlorgan kann als partieller oder vollständiger Ersatz für einen erkrankten oder geschädigten menschlichen oder tierischen Harnleiter verwendet werden. Ein in vitro hergestellter Harnleiterersatz kann beispielsweise bei Nierenbeckenabgangsengen, subpelvinen Stenosen, Harnleiterfehlbildungen wie dem kongenitalen Megaureter, bei Obliteration oder Stenose im Verlauf, zum Beispiel bei Steinleiden oder nach operativen Eingriffen, bei spezifischen Formen von Harnleiterentzündungen oder traumatischen Läsionen eingesetzt werden.The present invention also relates to a partial or complete human or animal in vitro ureter hollow organ and a in vitro renal pelvis, which was produced by the method according to the invention and a subsequent and / or preceding cultivation method of a conventional type, using urothelial cells, muscle cells, fibroblasts and optionally neurogenic cells. The in vitro ureter hollow organ can be used as a partial or complete replacement for a diseased or damaged human or animal ureter. An in vitro urethral replacement can be used, for example, for kidney pelvic stenosis, subpelvine stenoses, ureter malformations such as the congenital megaureter, for obliteration or stenosis in the course of time, for example for stone problems or after surgery, for specific forms of ureter inflammation or traumatic lesions.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein partielles oder vollständiges menschliches oder tierisches in vitro-Samenleiter-Hohlorgan, das nach dem e findungsgemäßen Verfahren und einem gegebenenfalls anschließenden und/oder vorausgehenden Kultivierungsverfahren herkömmlicher Art hergestellt wurde, wobei Epithelzellen, Muskelzellen, Fibroblasten und gegebenenfalls neurogene Zellen verwendet werden. Der in vitro-Samenleiter kann als partieller oder vollständiger Ersatz für einen menschlichen oder tierischen Samenleiter verwendet werden. Ein in vitro hergestellter Samenleiter- Ersatz kann beispielsweise bei Samenleiteraplasie, Obstruktionen des Samenleiters infolge von Entzündungen oder zur Wiederherstellung der Kontinuität (Vasovasostomie) infolge einer Refertilisierung beim Zustand nach Vasektomie eingesetzt werden.The present invention also relates to a partial or complete human or animal in vitro vas deferens hollow organ, which was produced according to the method according to the invention and an optional subsequent and / or preceding cultivation method of a conventional type, using epithelial cells, muscle cells, fibroblasts and optionally neurogenic cells become. The in vitro vas deferens can be used as a partial or complete replacement for a human or animal vas deferens. An in vitro produced vas deferens can be used, for example, for vas deferens, obstruction of the vas deferens due to inflammation or to restore continuity (Vasovasostomy) due to refertilization in the state after vasectomy.
Die vorliegende' Erfindung betrifft auch ein partielles oder vollständiges menschliches oder tieri- sches in vitro-Eileiter-Hohlorgan, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und einem gegebenenfalls anschließenden und/oder vorausgehenden Kultivierungsverfahren herkömmlicher Art hergestellt wurde, wobei Flimmerepithelzellen, Muskelzellen, Fibroblasten und gegebenenfalls neurogene Zellen verwendet wurden. Der in vitro-Eileiter kann als partieller oder vollständiger Eileiter-Ersatz für einen menschlichen oder tierischen Eileiter verwendet werden. Ein in vitro hergestellter Eileiter- Ersatz kann beispielsweise nach Obliteration des Eileiters verwendet werden.The present 'invention relates also to a partial or complete human or animal ULTRASONIC in vitro tubal hollow organ, which has been prepared by the process according to the invention and an optionally subsequent and / or preceding culturing methods of conventional type, where ciliated epithelial cells, muscle cells, fibroblasts and optionally neurogenic Cells were used. The in vitro fallopian tube can be used as a partial or complete fallopian tube replacement for a human or animal fallopian tube. A fallopian tube replacement made in vitro can be used, for example, after obliteration of the fallopian tube.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein in vitro hergestelltes partielles oder vollständiges Blutgefäß-Hohlorgan, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und einem gegebenenfalls anschließenden und/oder vorausgehenden Kultivierungsverfahren herkömmlicher Art hergestellt wurde, wobei Endothel- zellen, Muskelzellen und Fibroblasten verwendet wurden. Das in vitro-Blutgefäß kann als partieller oder vollständiger Ersatz für ein menschliches oder tierisches Blutgefäß verwendet werden. Ein in vitro hergestellter Blutgefäßersatz kann beispielsweise bei der Beseitigung oder Umgehung von Strömungshindernissen bei Verschlusskrankheiten, der Beseiti- gung pathologischer Strömungsverhältnisse, beispielsweise bei Varikosis, Aneurysma, Angiom und arteriovenöser Fistel, oder bei Änderung der Strö- mungsrichtung beispielsweise durch Anlage eines gefäßchirurgischen S unts usw. verwendet werden.The present invention also relates to a partial or complete blood vessel hollow organ produced in vitro, which was produced by the method according to the invention and a subsequent and / or preceding cultivation method of a conventional type, where appropriate, using endothelial cells, muscle cells and fibroblasts. The in vitro blood vessel can be used as a partial or complete replacement for a human or animal blood vessel. A blood vessel replacement manufactured in vitro can be used, for example, to remove or circumvent flow obstacles in occlusive diseases, to eliminate pathological flow conditions, for example in varicosis, aneurysm, angioma and arteriovenous fistula, or to change the flow. direction can be used, for example, by creating a vascular surgical sub, etc.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein partielles oder vollständiges menschliches oder tierisches in vitro-Dünndarm-Hohlorgan, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und einem gegebenenfalls anschließenden und/oder vorausgehenden Kultivierungsverfahren herkömmlicher Art hergestellt wurde, wobei Mucosazellen, Muskelzellen, Fibroblasten und gegebenenfalls neurogene Zellen verwendet wurden. Das in vitro-Dünndarm-Hohlorgan kann als Ersatz für Bereiche eines menschlichen o- der tierischen Dünndarms verwendet werden. Ein in vitro hergestellter Dünndarmersatz kann beispiels- weise nach vollständiger oder partieller Dünndarmresektion bei Dünndarmtumoren, chronisch entzündlichen Darmerkrankungen oder anderweitigem Verlust (Darminfarkt, Volvulus, neurogene Schädigung) eingesetzt werden. Es ist geeignet "Pouches" anzule- gen, wie sie zum Beispiel im Rahmen von Dickdarmoder Dünndarmoperationen Verwendung finden.The present invention also relates to a partial or complete human or animal in vitro small intestine hollow organ which has been produced by the method according to the invention and an optional subsequent and / or preceding cultivation method of a conventional type, using mucosa cells, muscle cells, fibroblasts and optionally neurogenic cells , The in vitro small intestine hollow organ can be used as a replacement for areas of a human or animal small intestine. A small bowel replacement manufactured in vitro can be used, for example, after complete or partial small bowel resection for small bowel tumors, inflammatory bowel diseases or other loss (intestinal infarction, volvulus, neurogenic damage). It is suitable to apply "pouches", such as those used for colon or small bowel surgery.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein partielles oder vollständiges menschliches oder tierisches in vitro-Dickdarm-Hohlorgan, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und einem gegebenenfalls anschließenden und/oder vorausgehenden Kultivierungsverfahren herkömmlicher Art hergestellt wurde, wobei Mucosazellen, Muskelzellen, Fibroblasten und gegebenenfalls neurogene Zellen verwendet wurden. Das in vitro-Dickdarm-Hohlorgan kann als Ersatz für Bereiche eines menschlichen o- der tierischen Dickdarms verwendet werden. Ein in vitro hergestellter Dickdarm-Ersatz kann beispielsweise bei vollständiger oder teilweiser Resektion infolge einer chronisch entzündlichen Darmentzündung, eines Dickdarmcarcinoms oder bei angeborenen Innervationsstörungen (Hirschsprung-Krankheit) verwendet werden.The present invention also relates to a partial or complete human or animal in vitro large intestine hollow organ which was produced by the method according to the invention and a subsequent and / or preceding cultivation method of a conventional type, using mucosa cells, muscle cells, fibroblasts and optionally neurogenic cells , The in vitro large intestine hollow organ can be used as a replacement for areas of a human or animal colon. An in Colon replacement produced in vitro can be used, for example, for complete or partial resection due to inflammatory bowel inflammation, colon cancer or for congenital innervation disorders (Hirschsprung's disease).
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls die Herstellung einer mit Fibroblasten besiedelten Matrix zur operativen Beseitigung/Deckung von Fisteln die beispielsweise vom Urogenitaltrakt oder Darm ihren Ausgang nehmen. Die Fisteln können beispielsweise durch entzündliche Darmerkrankungen und durch operative Eingriffe verursacht sein. Zur Herstellung der mit Fibroblasten besiedelten Matrix werden Fibroblasten entweder aus der Haut oder aus den betreffenden Organen isoliert und kultiviert.The present invention also relates to the production of a matrix populated with fibroblasts for the surgical removal / covering of fistulas which originate, for example, from the urogenital tract or intestine. The fistulas can be caused, for example, by inflammatory bowel diseases and by surgical interventions. To produce the matrix populated with fibroblasts, fibroblasts are either isolated from the skin or from the organs in question and cultured.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls die Herstellung einer mit Fibroblasten besiedelten Matrix in Form einer Schlinge zur operativen Hebung von Organen beispielsweise der Harnblase bei Frauen mit Beckenbodenschwäche.The present invention also relates to the production of a matrix populated with fibroblasts in the form of a loop for the operative lifting of organs, for example the urinary bladder, in women with weak pelvic floor.
Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung umfasst die Verwendung der erfindungsgemäß hergestellten dreidimensionalen ein- o- der mehrschichtigen menschlichen oder tierischen in vitro-Organ- oder Gewebesysteme als Testsysteme.Another particularly preferred embodiment of the invention comprises the use of the three-dimensional one- or multilayer human or animal in vitro organ or tissue systems produced according to the invention as test systems.
Aufgrund der Komplexität der erfindungsgemäß hergestellten in vitro-Organ- oder Gewebesysteme, insbesondere durch die Verwendung primärer Zellen, ihre Anordnung in ihrer natürlicherweise vorliegenden Schichtung und durch die Einbeziehung neurogener Zellen, können die in vitro-Systeme gezielt für verschiedene Fragestellungen der chemischpharmazeutischen Industrie verwendet werden. Diese Komplexität der erfindungsgemäßen in vitro-Systeme erlaubt es, die Wirkung eines Stimulus auf einzelne Zellpopulationen sowie auf die Interaktion der Zellen zu untersuchen. Insbesondere die Verwendung neurogener Zellen erlaubt frühzeitige Aussagen über die Wirkungen von Wirkstoffen auf Nervenzellen, die bislang nicht erfasst werden konnten. Beispielsweise eignen sich die erfindungsgemäßen in vitro- Systeme zur Produktprüfung, insbesondere im Hinblick auf Wirksamkeit, Wirkmechanismus, unerwünsch- te Nebenwirkungen, beispielsweise Reiz-, Toxizi- täts- und Entzündungswirkungen, oder Verträglichkeit von Wirkstoffen. Erfindungsgemäß werden unter dem Begriff Wirkstoff jedwede Stoffe, aber auch andere Agenzien, beispielsweise physikalische Ein- flussgrößen wie elektromagnetische Strahlen, Radioaktivität, Wärme, Schall oder ähnliches verstanden, welche biologische Zellen oder Teile davon, insbesondere Zellorganellen, beeinflussen oder erkennen können. Derartige Wirkstoffe können insbesondere chemischer Natur sein, zum Beispiel Diagnostika o- der Therapeutika. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung werden unter Diagnostika jedwede Stoffe verstanden, die spezifisch das Vorhandensein von Zuständen, Prozessen oder Substanzen bezie- hungsweise deren Abwesenheit erkennen können und insbesondere Rückschlüsse auf Krankheitszustände geben können. Diagnostika weisen häufig erkennende und markierende Funktionen auf. Unter dem Begriff Therapeutika werden insbesondere solche Stoffe ver- standen, die entweder prophylaktisch oder krank- heitsbegleitend eingesetzt werden können, um Krank- heitszustände zu vermeiden, zu lindern oder zu beseitigen. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Er- findung werden unter Krankheiten auch Zustände wie unnatürliche Gemütszustände, Schwangerschaften, Alterserscheinungen, Entwicklungsstörungen oder ähnliches verstanden. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen tierischen und menschlichen in vitro-Gewebe- oder in vitro-Hohlorgan-Testsysteme können die Wirksamkeit beziehungsweise der Wirkmechanismus und/oder die Nebenwirkungen von Wirkstoffen wesentlich genauer analysiert werden als bei herkömmlichen Testsystemen. Die ein- und mehrschichtigen in vitro Ge- webe- oder Hohlorgansysteme können darüber hinaus zum Screenen von potentiellen Wirkstoffen und zur Untersuchung der Eigenschaften wie Spezifitäten sowie von Interaktionen von Wirkstoffen mit Zielzellen verwendet werden.Due to the complexity of the in vitro organ or tissue systems produced according to the invention, in particular due to the use of primary cells, their arrangement in their natural state Layering and the inclusion of neurogenic cells, the in vitro systems can be used specifically for various questions in the chemical-pharmaceutical industry. This complexity of the in vitro systems according to the invention makes it possible to investigate the effect of a stimulus on individual cell populations and on the interaction of the cells. In particular, the use of neurogenic cells allows early statements to be made about the effects of active substances on nerve cells that could not previously be recorded. For example, the in vitro systems according to the invention are suitable for product testing, in particular with regard to effectiveness, mechanism of action, undesirable side effects, for example irritation, toxicity and inflammation effects, or tolerance of active ingredients. According to the invention, the term “active ingredient” means any substance, but also other agents, for example physical influencing variables such as electromagnetic radiation, radioactivity, heat, sound or the like, which can influence or recognize biological cells or parts thereof, in particular cell organelles. Such active ingredients can be, in particular, of a chemical nature, for example diagnostic or therapeutic agents. In connection with the present invention, diagnostic agents are understood to mean any substances that can specifically recognize the presence of conditions, processes or substances or their absence and, in particular, can provide conclusions about disease states. Diagnostics often have recognizing and marking functions. Such substances are used in particular under the term therapeutic agents. stands that can be used either prophylactically or accompanying the disease in order to avoid, alleviate or eliminate illnesses. In connection with the present invention, diseases are also understood to mean conditions such as unnatural states of mind, pregnancies, signs of aging, developmental disorders or the like. With the aid of the animal and human in vitro tissue or in vitro hollow organ test systems according to the invention, the effectiveness or the mechanism of action and / or the side effects of active substances can be analyzed much more precisely than in conventional test systems. The single-layer and multilayer in vitro tissue or hollow organ systems can also be used to screen potential active substances and to investigate properties such as specificities and the interactions of active substances with target cells.
Diese Tests von Wirkstoffen, Therapeutika und Diagnostika an den erfindungsgemäßen tierischen oder menschlichen in vitro-Gewebe- oder in vitro- Hohlorgan-Testsystemen können sowohl herkömmliche morphologische oder histologische Verfahren als auch herkömmliche biochemische, toxikologische, immunologische und/oder molekularbiologische Verfahren umfassen. Die Wirkungen von Substanzen oder A- genzien auf die Zellen der erfindungsgemäßen dreidimensionalen in vitro-Organ- oder Gewebesysteme lassen sich beispielsweise anhand der Freisetzung von Stoffen, beispielsweise Cytokinen oder Mediatoren, durch Zellen, sowie anhand ihrer Wirkungen auf die Genexpression, den Stoffwechsel, die Prolifera- tion, die Differenzierung und die Reorganisation der Zellen eines in vitro-Organ- oder Gewebetestsystems ermitteln. Unter Verwendung von Verfahren zur Quantifizierung der Zellschädigung, insbesonde- re unter Verwendung eines Vitalfarbstoffes, wie eines Tetrazoliumderivates, können beispielsweise cy- totoxische Wirkungen auf Zellen nachgewiesen werden.These tests of active substances, therapeutic agents and diagnostic agents on the animal or human in vitro tissue or in vitro hollow organ test systems according to the invention can include conventional morphological or histological methods as well as conventional biochemical, toxicological, immunological and / or molecular biological methods. The effects of substances or agents on the cells of the three-dimensional in vitro organ or tissue systems according to the invention can be determined, for example, by the release of substances, for example cytokines or mediators, by cells, and by their effects on gene expression, the metabolism, the proliferation tion, the differentiation and reorganization of the cells of an in vitro organ or tissue test system. Using methods for quantifying cell damage, in particular using a vital dye such as a tetrazolium derivative, for example, cytotoxic effects on cells can be detected.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ura- fasst daher Verfahren zur Untersuchung der pharma- kologischen Wirkungen von Wirkstoffen, Diagnostika und Therapeutika auf menschliche oder tierische Gewebe unter Verwendung der erfindungsgemäß hergestellten menschlichen oder tierischen in vitro- Hohlorgan- oder in vitro-Gewebesysteme, wobei die in vitro-Organ- oder Gewebesysteme mit dem zu untersuchenden Wirkstoff behandelt werden und die in An- und Abwesenheit des zu untersuchenden Wirkstoffes erhaltenen Ergebnisse miteinander verglichen werden.A preferred embodiment of the invention therefore includes methods for examining the pharmacological effects of active ingredients, diagnostics and therapeutic agents on human or animal tissue using the human or animal in vitro hollow organ or in vitro tissue systems produced according to the invention, the in vitro organ or tissue systems are treated with the active substance to be investigated and the results obtained in the presence and absence of the active substance to be investigated are compared with one another.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die erfindungsgemäß hergestellten menschlichen oder tierischen in vitro-Organ- oder Gewebesysteme zur Untersuchung gewebe- oder organspezifischer Krankheiten und zur Entwicklung neuer Behandlungsmöglichkeiten für diese Krankheiten verwendet. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die erfindungsgemäßen in vitro-Dünndarm- und/oder in vitro- Dickdarmsysteme zur Untersuchung von chronischentzündlichen Darmerkrankungen wie Morbus Crohn und Colitis ulcerosa verwendet. Diese Krankheiten sind durch schubartige destruierende Entzündungsreaktionen der Darmschleimhaut gekennzeichnet. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, Biopsieproben von Patienten mit einer chronisch entzündlichen Darmerkrankung zu entnehmen und unter Verwendung der erfindungsgemäßen Verfahren in vitro Gewebe oder ein partielles Darmorgan herzustellen. An diesen in vitro-Geweben oder in vitro-Organen können dann potentielle Wirkstoffe untersucht werden. Noch eine andere vorteil- hafte Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Verwendung des erfindungsgemäß hergestellten in vitro- Harnblasensystems zur Untersuchung von neurogenen, hyperreflexiblen und areflexiblen Blasenstörungen.In a further particularly preferred embodiment of the invention, the human or animal in vitro organ or tissue systems produced according to the invention are used to examine tissue or organ-specific diseases and to develop new treatment options for these diseases. In an advantageous embodiment of the invention, the in vitro small intestine and / or in vitro large intestine systems according to the invention are used for the investigation of inflammatory bowel diseases such as Crohn's disease and ulcerative colitis. These diseases are characterized by relapsing, destructive inflammatory reactions of the intestinal mucosa. The invention provides for taking biopsy samples from patients with chronic inflammatory bowel disease and for producing tissue or a partial intestinal organ using the methods according to the invention. Potential active substances can then be examined on these in vitro tissues or in vitro organs. Yet another advantageous embodiment of the invention includes the use of the in vitro urinary bladder system produced according to the invention for the investigation of neurogenic, hyperreflexible and areflexible bladder disorders.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden primäre Zellen und/oder Zelllinien von Patienten mit einer spezifischen Krankheit, beispielsweise einer spezifischen Darmerkrankung, verwendet, um daraus patientenspezifische in vitro- Organ- oder Gewebesysteme, beispielsweise ein pati- entenspezifisches in vitro-Darmsystem, zu etablieren und daran die Wirksamkeit bestimmter Therapien und/oder Medikamente zu untersuchen und zu beurteilen.In a particularly advantageous embodiment of the invention, primary cells and / or cell lines from patients with a specific disease, for example a specific bowel disease, are used in order to use them to produce patient-specific in vitro organ or tissue systems, for example a patient-specific in vitro intestinal system establish and use it to examine and assess the effectiveness of certain therapies and / or medications.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung um- fasst die Verwendung der erfindungsgemäßen menschlichen oder tierischen dreidimensionalen in vitro- Organ- oder Gewebesysteme zur Untersuchung der Mechanismen der Tumorpathogenese und zur Untersuchung von Wirkstoffen auf ihre Eignung als Arzneimittel, zum Beispiel gegen einen spezifischen Tumor. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein aus entarteten Zellen, insbesondere der vorstehend genannten Organe oder Gewebe, aufgebautes in vitro-Organ- oder Gewebetestsystem zur Gewinnung größerer Mengen eines entarteten Zellmaterials verwendet. Das gewonnene Material wird dann mit herkömmlichen Verfahren, beispielsweise histo- logischen, biochemischen, molekularbiologischen o- der immunologischen Verfahren, weiter analysiert, um beispielsweise morphologische Änderungen entarteter Zellen oder die Ausschüttung spezifischer Stoffe genauer zu untersuchen oder um Transkriptions- und/oder Expressionsprofile zu erstellen. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird an einem aus entarteten Zellen aufgebauten in vitro-Organ- oder Gewebetestsystem die Wirkung von Arzneimitteln oder anderen Substanzen, beispielsweise im Hinblick auf deren Fähigkeit zur Hemmung der Zellteilung, studiert.A preferred embodiment of the invention comprises the use of the human or animal three-dimensional in vitro organ or tissue systems according to the invention for examining the mechanisms of tumor pathogenesis and for examining active substances for their suitability as medicaments, for example against a specific tumor. In an advantageous embodiment of the invention, degenerated cells, in particular the organs or tissues mentioned above, built in vitro organ or tissue test system used to obtain larger amounts of a degenerate cell material. The material obtained is then further analyzed using conventional methods, for example histological, biochemical, molecular biological or immunological methods, in order, for example, to examine morphological changes in degenerated cells or the release of specific substances in more detail or to create transcription and / or expression profiles , In a further advantageous embodiment of the invention, the effect of drugs or other substances, for example with regard to their ability to inhibit cell division, is studied on an in vitro organ or tissue test system constructed from degenerate cells.
Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung umfasst die Verwendung der erfin- dungsgemäßen in vitro-Organ- oder Gewebesysteme zur Überprüfung gentechnisch veränderter Zellen, insbesondere der vorstehend genannten Gewebe und Organe. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden Zellen getestet, die im Hinblick auf eine Gentherapie zur Ausschaltung genbedingter Fehlfunktionen beziehungsweise Wiederherstellung normaler Genfunktionen bei Erkrankungen der vorstehend genannten Organe gentechnisch modifiziert wurden.Another particularly preferred embodiment of the invention comprises the use of the in vitro organ or tissue systems according to the invention for checking genetically modified cells, in particular the aforementioned tissues and organs. In an advantageous embodiment of the invention, cells are tested which have been genetically modified with a view to a gene therapy to eliminate gene-related malfunctions or to restore normal gene functions in diseases of the organs mentioned above.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung wird anhand von Figur 1 und von Beispielen näher erläutert.Further advantageous embodiments result from the subclaims. The invention is explained in more detail with reference to FIG. 1 and examples.
Figur 1 zeigt mittels B-TK26 gefärbte Muskelzellen einen Tag nach deren Aufbringen auf eine Kollagen- Matrix.FIG. 1 shows muscle cells stained with B-TK26 one day after they have been applied to a collagen matrix.
Beispiel 1example 1
Herstellung eines in vitro-Harnblasen-HohlorgansProduction of an in vitro hollow urinary bladder
1. Materialien1. Materials
Medien:Media:
Smooth muscle cell medium - low serum ( P-romocell C-Smooth muscle cell medium - low serum (P-romocell C-
22060 ( Supplement : C-39265 ) )22060 (Supplement: C-39265))
Fibroblast cell medium - low serum ( B-romocell C-Fibroblast cell medium - low serum (B-romocell C-
23010 ( Supplement : C-39315 ) ) Keratinocyte growth medium serumfrei (GibcoBRL23010 (Supplement: C-39315)) Keratinocyte growth medium serum-free (GibcoBRL
17005034 ( Supplement : 37000015 ) )17005034 (Supplement: 37000015))
F12-Medium (GibcoBRL 21765-029 )F12 medium (GibcoBRL 21765-029)
DMEM (GibcoBRL 41966-029 )DMEM (GibcoBRL 41966-029)
FCS ( SIGMA F-7524 )FCS (SIGMA F-7524)
BZ1 (Röche 1988417) :9 mg B-roteasen/ml BBS EDTA/Trypsin (lx) (Sigma T-3924)BZ1 (Röche 1988417): 9 mg B-roteases / ml BBS EDTA / trypsin (lx) (Sigma T-3924)
Trypsin-Inhibitor aus Sojabohnen (Gibco 17075-011) BBS mit Antibiotikazusatz Transportmedium mit Antibiotikazusatz (DMEM)Trypsin inhibitor from soybeans (Gibco 17075-011) BBS with added antibiotics Transport medium with added antibiotics (DMEM)
Antibiotika:antibiotics:
Claforan: 0.15 mg/ml (1 ml auf 500 ml BBS/DMEM; Glaxo Claforan 2.0) Amphotericin: 2.5 E/ml (5 ml auf 500 ml BBS/DMEM; GibcoBRL 15290-018)Claforan: 0.15 mg / ml (1 ml to 500 ml BBS / DMEM; Glaxo Claforan 2.0) Amphotericin: 2.5 U / ml (5 ml to 500 ml BBS / DMEM; GibcoBRL 15290-018)
Gentamycin: 50 μg/ml (0.5 ml auf 500 ml BBS/DMEM; GibcoBRL 15750-037) Gentamycin: 50 μg / ml (0.5 ml to 500 ml BBS / DMEM; GibcoBRL 15750-037)
2. Verfahren2. Procedure
A. BiopsieaufbereitungA. Biopsy preparation
Am ersten Tag wird eine Biopsieprobe steril entnommen, in ein Transportmedium gegeben und in diesem in ein Labor transportiert. Von jeder Biopsie wird am Tag der Entnahme ein etwa 1 bis 2 cm2 großes Stück für immunhistologische und andere ggf. molekularbiologische Untersuchungen entfernt und eingefroren. Die restliche Biopsie wird die Nacht über bei 4°C im Transportmedium gelagert. Zur Kontrolle aller verwendeten Medien und Buffer wird eine Sterilkontrolle der Lösung angelegt.On the first day, a biopsy sample is taken sterile, placed in a transport medium and transported to a laboratory in it. An approximately 1 to 2 cm 2 piece for immunohistological and other possibly molecular biological examinations is removed from each biopsy and frozen on the day of removal. The rest of the biopsy is stored overnight at 4 ° C in the transport medium. A sterile control of the solution is created to check all media and buffers used.
Am zweiten Tag wird die Biopsie aus dem Transportmedium entnommen und eine Kultur des Transportmedi- ums wird zur Sterilkontrolle angelegt.On the second day, the biopsy is removed from the transport medium and a culture of the transport medium is created for sterile control.
Die Muscularis- und Mucosa-Schichten der Biopsieprobe werden mittels einer Schere getrennt. Die getrennten Schichten werden anschließend mittels einer Schere zerkleinert, so dass die Gewebestücke kleiner als 0,5 mm2 sind. Die zerkleinerten Gewebeschichten werden anschließend dreimal in BBS, enthaltend Claforan, Amphotericin und Gentamycin, gewaschen und dann gewogen.The muscularis and mucosa layers of the biopsy sample are separated using scissors. The separated layers are then shredded using scissors so that the tissue pieces are smaller than 0.5 mm 2 . The shredded tissue layers are then washed three times in BBS containing Claforan, Amphotericin and Gentamycin and then weighed.
Anschließend wird die zerkleinerte Muscularis- schicht enzymatisch verdaut, wobei 0,4 - 0,5 g in 3 ml B-rotease enthaltendes Medium 15 Minuten bei 37 °C inkubiert werden (1:5; 1 ml BZ1:4 ml F12 Medium). Anschließend werden nochmals 2 ml 1:5 verdünntes BZ1 hinzugegeben und die Verdauungsreaktion wird 15 Minuten weitergeführt. Die zerkleinerte Mucosa- schicht wird identisch behandelt, wobei allerdings das BZl-B-roteasegemisch 1:10 in Fl2-Medium verdünnt wird. Nach der Spaltung der Gewebeschicht mit B o- teasen wird der Reaktionsansatz mikroskopisch untersucht und mit FCS auf 10 ml oder mit Soja- Trypsin-Inhibitor auf 50 ml aufgefüllt, um die Reaktion zu stoppen. Die verdaute Muscularisschicht wird in Medium resuspendiert. 25 ml davon werden in ein neues 50 ml-Falconröhrchen überführt, so dass ein Röhrchen für die Kultur der glatten Muskelzellen und ein Röhrchen für die Kultur der Fibroblasten zur Verfügung steht. Beide Ansätze werden zum Absetzen der größeren Gewebestückchen etwa 5 Minuten stehen gelassen. Die Zellen im Überstand werden in ein neues 50 ml-Falconröhrchen ü- berführt. Danach werden die Zellen bei etwa 1000 Upm 10 Minuten zentrifugiert . Anschließend wird das Pellet dreimal in 15 ml des jeweiligen zellspezifi- sehen Mediums gewaschen.The crushed muscularis layer is then digested enzymatically, with 0.4-0.5 g in 3 ml of B-rotease medium being incubated for 15 minutes at 37 ° C. (1: 5; 1 ml of BZ1: 4 ml of F12 medium). Then another 2 ml of 1: 5 diluted BZ1 are added and the digestive reaction turns 15 Minutes continued. The crushed mucosa layer is treated identically, although the BZl-B rotease mixture is diluted 1:10 in Fl2 medium. After the tissue layer has been cleaved with boteases, the reaction mixture is examined microscopically and made up to 10 ml with FCS or to 50 ml with soy trypsin inhibitor in order to stop the reaction. The digested muscularis layer is resuspended in medium. 25 ml of this is transferred to a new 50 ml falcon tube so that one tube is available for the culture of smooth muscle cells and one tube for the culture of fibroblasts. Both batches are left for about 5 minutes to settle the larger pieces of tissue. The cells in the supernatant are transferred to a new 50 ml falcon tube. The cells are then centrifuged at about 1000 rpm for 10 minutes. The pellet is then washed three times in 15 ml of the respective cell-specific medium.
Die abgesetzten Pellets der verdauten Muscularisschicht werden verworfen, während das Pellet des Mucosaschicht mit 15 ml Keratinocytenmedium dreimal gewaschen wird.The settled pellets of the digested muscularis layer are discarded while the pellet of the mucosal layer is washed three times with 15 ml of keratinocyte medium.
Die Muskelzellen und Fibroblasten werden mikroskopisch gezählt, in 12 ml zellspezifisches Medium aufgenommen und in jeweils 6 Vertiefungen einer Mikrotiterplatte mit 24 Vertiefungen ausgesät/aufgebracht, wobei pro Vertiefung 1 ml aufge- tragen wird. Die Urothelzellen werden ebenfalls gezählt, in 6 ml Keratinocytenmedium aufgenommen und jeweils 3 ml Zellsuspension werden auf zwei 9 cm2 Kollagenbeschichteten Petrischalen verteilt.The muscle cells and fibroblasts are counted microscopically, taken up in 12 ml of cell-specific medium and seeded / applied in 6 wells of a microtiter plate with 24 wells, 1 ml being applied to each well. The urothelial cells are also counted, taken up in 6 ml of keratinocyte medium and 3 ml of cell suspension are distributed over two 9 cm 2 collagen-coated petri dishes.
Von den restlichen Mucosastückchen wird eine Explantkultur auf Kollagen-beschichteten Petrischalen mit einem Durchmesser von 10 cm durchgeführt. Hierzu werden die Mucosastücke in 1,5 ml Medium mit 200 μl Thrombin versetzt. Die Petrischale wird mit Fibrin-haltigem Medium (200 μl. Fibrin in 1,5 ml Keratinocytenmedium) vorgespült und dann wird der Ü- berstand entfernt, so dass die Petrischale vollständig benetzt ist. Die Thrombin-haltige Zeil- beziehungsweise Gewebesuspension wird in der Mitte der Petrischale aufgebracht, wobei sie polymeri- siert .From the remaining pieces of mucosa, an explant culture is carried out on collagen-coated petri dishes with a diameter of 10 cm. For this purpose, 200 μl thrombin are added to the mucosa pieces in 1.5 ml medium. The petri dish is rinsed with fibrin-containing medium (200 μl. Fibrin in 1.5 ml keratinocyte medium) and then the supernatant is removed so that the petri dish is completely wetted. The cell or tissue suspension containing thrombin is applied in the middle of the Petri dish, where it polymerizes.
Am nächsten Tag werden bei allen Zellkulturen die Überstände abgenommen und entweder in einer Mikro- titerplatte mit 24 Vertiefungen oder eine frische Petrischale mit einer 9 cm2 Kollagen-beschichteten Oberfläche überführt, um weitere Zellen zu gewinnen. Etwa alle zwei bis drei Tage wird ein Medienwechsel vorgenommen, wobei die Passage der Zellen bei einer Konfluenz von etwa 50 bis 75 % erfolgt. Im Fall der Urothelzellen werden diese in eine Kollagen-beschichtete Flasche mit einer Beschichtungs- fläche von 25 cm2, im Falle der glatten Muskelzellen und Fibroblasten in zwei Flaschen mit einer Kultivierungsfläche von 25 cm2 überführt.The next day, the supernatants are removed from all cell cultures and either transferred to a 24-well microtiter plate or a fresh petri dish with a 9 cm 2 collagen-coated surface in order to collect additional cells. The medium is changed approximately every two to three days, the passage of the cells taking place at a confluence of approximately 50 to 75%. In the case of urothelial cells, these are transferred to a collagen-coated bottle with a coating area of 25 cm 2 , in the case of smooth muscle cells and fibroblasts in two bottles with a cultivation area of 25 cm 2 .
Die Ablösung der Fibroblasten und Muskelzellen erfolgt, indem 100 μl EDTA/Trypsin, vorgewärmt bei 37 °C, pro Vertiefung einer 24 Vertiefungen enthaltenden Mikrotiterplatte gegeben werden und 10 min bei 37 °C inkubiert wird. Die Ablösung der Zellen wird mikroskopisch kontrolliert. Die Reaktion wird mit 100 μl FCS oder 900 μl Sojabohnen-Inhibitor gestoppt. Die Überstände von jeweils 6 Vertiefungen werden vereinigt und die Zellen werden abzentrifu- giert. Das gewonnene Zellpellet wird zweimal im entsprechenden zellspezifischen Medium gewaschen und die Zellen werden anschließend um den Faktor 1:3 verdünnt.The fibroblasts and muscle cells are detached by adding 100 μl of EDTA / trypsin, preheated to 37 ° C, are added per well of a microtiter plate containing 24 wells and incubated at 37 ° C for 10 min. The detachment of the cells is checked microscopically. The reaction is stopped with 100 ul FCS or 900 ul soybean inhibitor. The supernatants from 6 wells are combined and the cells are centrifuged off. The cell pellet obtained is washed twice in the appropriate cell-specific medium and the cells are then diluted by a factor of 1: 3.
Die Ablösung der Urothelzellen erfolgt, indem die Zellen mit 3 ml vorgewärmten 0,2%-igen EDTA 10 Minuten bei 37 °C inhibiert werden. Das EDTA wird da- nach abpippetiert . Anschließend werden die Urothelzellen zum zweiten Mal mit 1,5 ml 0,1 % Trypsin/0,2 % EDTA 5 bis 10 Minuten inkubiert. Danach wird die Reaktion mit 5 ml FCS oder 10 ml Sojabohnen- Inhibitor gestoppt. Die Zellen werden zentrifu- giert, zweimal in 15 ml Keratinocytenmedium gewaschen und um den Faktor 1:2 verdünnt.The urothelial cells are detached by inhibiting the cells with 3 ml of prewarmed 0.2% EDTA at 37 ° C. for 10 minutes. The EDTA is then pipetted off. The urothelial cells are then incubated for a second time with 1.5 ml of 0.1% trypsin / 0.2% EDTA for 5 to 10 minutes. The reaction is then stopped with 5 ml FCS or 10 ml soybean inhibitor. The cells are centrifuged, washed twice in 15 ml of keratinocyte medium and diluted by a factor of 1: 2.
Herstellung der zellbesäten MatrixProduction of the cell-seeded matrix
Die Matrix wird in DMEM/F12 10 % FCS getränkt. Im Anschluss daran wird die Membran in 3 ml DMEM/F12, die 1:2 mit Fibrinogenlösung (Fibrinogenlösung des Fibrinklebemittels von Tissucol) vermischt wurde, inkubiert. Die Zellpellets für die Unterseite der Membran, das heißt Muskelzellen, Fibroblasten und neurogene Zellen, werden in 1,5 ml DMEM/Fl2-Medium aufgenommen. Zu dieser Zellsuspension wird ein gleiches Volumen Thrombinlösung (das heißt zweite Komponente des Fibrinklebers) zugegeben und gemischt. Diese Lösung von 3 ml wird homogen auf der Unterseite der Fibrin-durchtränkten Matrix verteilt. Hierbei kommt es zur Polymerisierung der Zellsuspension. Pro Quadratzentimeter Unterseite der Membran werden 0,5 x 106 Muskelzellen, 0,05 x 106 Fibroblasten und 1 x 102 neurogene Zellen ausgesät/aufgebracht. Nach der Polymerisierung wird die Membran umgedreht. Die Urothelzellen werden nach Standardprotokoll isoliert und ebenfalls in 3 ml DMEM/F12-Medium, das außerdem die Thrombinlösung enthält, suspendiert und auf der Oberseite der Membran verteilt. Pro cm2 Oberseite werden dabei 0,5 x 106 Urothelzellen benötigt. Nach der Polyme- risierung der Oberseite wird die Membran die Nacht über bei 37 °C und 7 % C02 in DMEM/F12 kultiviert und danach transplantiert. The matrix is soaked in DMEM / F12 10% FCS. The membrane is then incubated in 3 ml of DMEM / F12, which was mixed 1: 2 with fibrinogen solution (fibrinogen solution of the fibrin adhesive from Tissucol). The cell pellets for the underside of the membrane, i.e. muscle cells, fibroblasts and neurogenic cells, are taken up in 1.5 ml DMEM / Fl2 medium. An equal volume of thrombin solution (i.e. second one) is added to this cell suspension Component of the fibrin adhesive) added and mixed. This 3 ml solution is distributed homogeneously on the underside of the fibrin-soaked matrix. This causes the cell suspension to polymerize. 0.5 x 10 6 muscle cells, 0.05 x 10 6 fibroblasts and 1 x 10 2 neurogenic cells are sown / applied per square centimeter underside of the membrane. After the polymerization, the membrane is turned over. The urothelial cells are isolated according to the standard protocol and likewise suspended in 3 ml of DMEM / F12 medium, which also contains the thrombin solution, and distributed on the top of the membrane. 0.5 x 10 6 urothelial cells are required per cm 2 top. After the upper side has been polymerized, the membrane is cultivated overnight in DMEM / F12 at 37 ° C. and 7% CO 2 and then transplanted.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren zur Herstellung eines ein- oder mehrschichtigen menschlichen oder tierischen in vitro- Gewebes oder eines vollständigen oder partiellen, menschlichen oder tierischen in vitro-Hohlorgans, umfassend das:1. A method for producing a single or multi-layered human or animal in vitro tissue or a complete or partial, human or animal in vitro hollow organ, comprising:
a) Behandeln einer biologisch verträglichen, biologisch abbaubaren plattenförmigen Matrix mit einem biologisch verträglichen, biologisch abbaubaren Klebemittel oder konditioniertem Medium,a) treating a biologically compatible, biodegradable plate-shaped matrix with a biologically compatible, biodegradable adhesive or conditioned medium,
b) Ausbringen von isolierten gewebe- oder organtypischen oder gewebe- oder organuntypi- sehen mesenchymalen und/oder epithelialen Gewebestücken einer Biopsie auf die Matrix zum Auswachsen der primären Zellen, das heißt Ansetzen einer Explantkultur, und/oder das Aussäen von mindestens einem Typ einer isolierten differenzierten oder nicht-differenzierten gewebe- oder organtypischen oder gewebe- oder organuntypischen Zelle, die zuvor in vitro kultiviert und vermehrt wurde, in geringer Zelldichte auf der Matrix, c) Kultivieren der Explant-Zellen und/oder zuvor in vitro kultivierte Zellen und gegebenenfalls neurogene Zellen enthaltenden Matrix unter geeigneten Bedingungen, undb) applying isolated tissue-type or organ-type or tissue-type or organ-untypical mesenchymal and / or epithelial tissue pieces of a biopsy to the matrix for the growth of the primary cells, that is to say the preparation of an explant culture, and / or the sowing of at least one type of an isolated one differentiated or non-differentiated tissue or organ-typical or tissue or organ-untypical cell, which was previously cultivated and grown in vitro, in low cell density on the matrix, c) culturing the explant cells and / or cells previously cultured in vitro and, if appropriate, matrix containing neurogenic cells under suitable conditions, and
d) Schneiden der Matrix in gewünschter Form und Größe und/oder Ausformen der Matrix zu einem Hohlorgan.d) cutting the matrix into the desired shape and size and / or shaping the matrix into a hollow organ.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Anschluss an Schritt b) und vor Schritt c) isolierte, gewebe- oder organtypische oder gewebe- oder organuntypi- sche, neurogene Zellen in geringer Zelldichte auf der Matrix ausgesät werden.2. The method according to claim 1, wherein after step b) and before step c) isolated, tissue- or organ-typical or tissue- or organ-typical, neurogenic cells are sown in low cell density on the matrix.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei der biologisch verträglichen Matrix um eine a- celluläre Kollagen-haltige Matrix handelt.3. The method according to claim 1 or 2, wherein the biologically compatible matrix is an acellular collagen-containing matrix.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die acelluläre Kollagen-haltige Matrix aus der Dünndarm-Submueosa vom Schwein hergestellt ist.4. The method of claim 3, wherein the acellular collagen-containing matrix is made from the porcine small intestine submueosa.
5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die acelluläre Kollagen-haltige Matrix aus ' rekombinantem humanem5. The method of claim 3, wherein the acellular collagen-containing matrix of ' recombinant human
Kollagen hergestellt ist.Collagen is made.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei der biologisch verträglichen Matrix um eine a- celluläre Chitosan-haltige Matrix handelt.6. The method according to claim 1 or 2, wherein the biologically compatible matrix is an acellular chitosan-containing matrix.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die acelluläre Chitosan-haltige Matrix aus Chitosan hergestellt ist, das zu etwa 80% bis zu etwa 90% deacetyliert ist und ein Molekulargewicht von 600 000 bis 800 000 aufweist.7. The method of claim 6, wherein the acellular chitosan-containing matrix is made from chitosan that deacetylates to about 80% to about 90% and has a molecular weight of 600,000 to 800,000.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das zur Behandlung der Matrix verwendete Klebe- mittel ein Fibrin-Kleber zur biologischen Wundversorgung ist, der mindestens die beiden Komponenten Fibrinogen und Thrombin umfaßt, oder konditionier- tes Medium.8. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the adhesive used to treat the matrix is a fibrin adhesive for biological wound care, which comprises at least the two components fibrinogen and thrombin, or conditioned medium.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Matrix zu- erst mit der Fibrinogen-Komponente des Fibrin- Klebers behandelt wird und die Thrombin-Komponente des Fibrin-Klebers danach zusammen mit den in vitro kultivierten Zellen und/oder neurogenen Zellen auf die Matrix aufgetragen wird oder die Matrix zuerst mit konditioniertem Medium behandelt wird und die kultivierten Zellen im Anschluß in konditioniertem Medium aufgebracht werden.9. The method according to claim 8, wherein the matrix is first treated with the fibrinogen component of the fibrin adhesive and the thrombin component of the fibrin adhesive is then applied to the matrix together with the in vitro cultivated cells and / or neurogenic cells or the matrix is first treated with conditioned medium and the cultivated cells are subsequently applied in conditioned medium.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei es sich bei den in vitro kultivierten gewebe- oder organtypischen oder gewebe- oder organuntypi- schen Zellen um nicht-krankhaft veränderte, nichtentartete, krankhaft veränderte, entartete oder gentechnisch veränderte Zellen oder ein Gemisch davon handelt.10. The method according to any one of claims 1 to 9, wherein the in vitro cultured tissue or organ-typical or tissue or organ-typical cells are non-pathologically modified, non-degenerate, pathologically modified, degenerate or genetically modified cells or a mixture is about it.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die in vitro kultivierten gewebe- oder organtypischen oder gewebe- oder organuntypischen Zellen aus einer menschlichen oder tierischen Biopsie-Probe stammen. 11. The method according to claim 10, wherein the in vitro cultured tissue or organ-typical or tissue or organ-untypical cells come from a human or animal biopsy sample.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Biopsie- Probe aus einer menschlichen oder tierischen Harnröhre stammt.12. The method of claim 11, wherein the biopsy sample is from a human or animal urethra.
13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Biopsie- Probe aus einer menschlichen oder tierischen Harnblase stammt. •13. The method of claim 11, wherein the biopsy sample is from a human or animal bladder. •
14. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Biopsieprobe aus einem menschlichen oder tierischen Harnleiter oder Nierenbecken stammt.14. The method of claim 11, wherein the biopsy sample comes from a human or animal ureter or kidney pelvis.
15. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Biopsieprobe aus einem menschlichen oder tierischen Samenleiter stammt.15. The method of claim 11, wherein the biopsy sample is from a human or animal vas deferens.
16. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Biopsieprobe aus einem menschlichen oder tierischen Eilei- ter stammt.16. The method according to claim 11, wherein the biopsy sample comes from a human or animal fallopian tube.
17. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Biopsie- Probe aus einem menschlichen oder tierischen Blutgefäß stammt.17. The method of claim 11, wherein the biopsy sample is from a human or animal blood vessel.
18. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Biopsie- Probe aus menschlichem oder tierischem Dünndarm stammt.18. The method of claim 11, wherein the biopsy sample is from human or animal small intestine.
19. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Biopsieprobe aus menschlichem oder tierischem Dickdarm stammt.19. The method of claim 11, wherein the biopsy sample is from human or animal colon.
20. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Biopsieprobe aus menschlicher oder tierischer Haut stammt. 20. The method of claim 11, wherein the biopsy sample is from human or animal skin.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 20, wobei die Biopsie-Probe mit Hilfe einer Schere, eines Skalpells, einer Pinzette und/oder eines ähnlichen geeigneten Instruments mechanisch in einzelne Gewebeschichten getrennt und die einzelnen Gewebeschichten mechanisch zerkleinert werden.21. The method according to any one of claims 11 to 20, wherein the biopsy sample is mechanically separated into individual tissue layers with the aid of scissors, a scalpel, tweezers and / or a similar suitable instrument, and the individual tissue layers are mechanically comminuted.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 21, wobei die mechanisch getrennten und zerkleinerten Gewebeschichten zur Gewinnung einzelner isolierter Zelltypen einem separaten enzymatischen Verdau unter Verwendung eines Protease-Gemisches unterworfen werden.22. The method according to any one of claims 11 to 21, wherein the mechanically separated and comminuted tissue layers are subjected to a separate enzymatic digestion using a protease mixture in order to obtain individual isolated cell types.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 22, wobei der enzymatische Verdau der getrennten und zerkleinerten Gewebeschichten durch Zugabe von FCS oder Sojabohnen-Trypsin-Inhibitor gestoppt wird.23. The method according to any one of claims 11 to 22, wherein the enzymatic digestion of the separated and crushed tissue layers is stopped by adding FCS or soybean trypsin inhibitor.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 21, wobei das durch enzymatischen Verdau oder durch Explantkultivierung gewonnene Zellgemisch jeder Ge- webeschicht zur Anreicherung von Zellen jedes Zelltyps einer separaten in vitro-Kultivierung in einem zellspezifischen Medium unterworfen wird.24. The method according to any one of claims 11 to 21, wherein the cell mixture obtained by enzymatic digestion or by explant cultivation of each tissue layer for the enrichment of cells of each cell type is subjected to a separate in vitro cultivation in a cell-specific medium.
25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei das zellspezifische Medium ein Medium ist, dessen Bestandteile mittels chemischer Syntheseverfahren und/oder gentechnischer Verfahren hergestellt sind.25. The method according to claim 24, wherein the cell-specific medium is a medium, the components of which are produced by means of chemical synthesis processes and / or genetic engineering processes.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 25, wobei die Zellen jedes Zelltyps während der in vitro-Kultivierung bei einer Konfluenz von 50% bis 75% einer Passage in frisches Medium unterworfen werden.26. The method according to any one of claims 11 to 25, wherein the cells of each cell type during in vitro cultivation at a confluence of 50% to 75% of a passage must be subjected to fresh medium.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 26, wobei die Zellen jedes Zelltyps nach der zweiten oder dritten Passage in vitro zum Aussäen auf der biologischen Matrix verwendet werden.27. The method according to any one of claims 11 to 26, wherein the cells of each cell type are used after the second or third passage in vitro for sowing on the biological matrix.
28. Verfahren nach Anspruch 27, wobei die kultivierten Zellen von mindestens einem Zelltyp auf der Unterseite der Matrix ausgesät werden.28. The method according to claim 27, wherein the cultivated cells are sown by at least one cell type on the underside of the matrix.
29. Verfahren nach Anspruch 27, wobei die kultivierten Zellen von mindestens einem anderen Zelltyp auf der Oberseite der Matrix ausgesät werden.29. The method of claim 27, wherein the cultured cells are sown by at least one other cell type on top of the matrix.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 29, wobei die kultivierten Zellen auf der Unterseite und auf der Oberseite des Matrix in einer Dichte von 0,01 x 10δ bis 1 x 10δ Zellen/cm2 Matrix ausgesät werden.30. The method according to any one of claims 27 to 29, wherein the cultivated cells are sown on the underside and on the top of the matrix in a density of 0.01 x 10 δ to 1 x 10 δ cells / cm 2 matrix.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 30, wobei es sich bei den auf der Matrix ausgebrachten neurogenen Zellen um aus Darmtänien oder aus nati- vem Blasengewebe isolierte Zellen handelt.31. The method according to any one of claims 1 to 30, wherein the neurogenic cells applied to the matrix are cells isolated from intestinal tannins or from native bladder tissue.
32. Verfahren nach Anspruch 31, wobei die neurogenen Zellen in einer Dichte von 1 x 102 Zellen/cm2 auf der Unterseite der Matrix ausgesät werden.32. The method of claim 31, wherein the neurogenic cells are sown at a density of 1 x 10 2 cells / cm 2 on the underside of the matrix.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 32, wobei die Matrix mit den ausgesäten kultivierten Zellen und neurogenen Zellen unter geeigneten Kultivierungsbedingungen mindestens die Nacht über o- der im Fall der Explantkultivierung 10 bis 14 Tage kultiviert wird.33. The method according to any one of claims 1 to 32, wherein the matrix with the seeded cultivated cells and neurogenic cells under suitable cultivation conditions at least overnight over o which is cultivated for 10 to 14 days in the case of explant cultivation.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 21, wobei die mechanisch getrennten und zerkleinerten Gewebeschichten zur Gewinnung einzelner isolierter Zelltypen einer Explantkultur auf einer Matrix unterworfen werden.34. The method according to any one of claims 11 to 21, wherein the mechanically separated and comminuted tissue layers are subjected to an explant culture on a matrix to obtain individual isolated cell types.
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 34, wobei die Herstellung des in vitro-Gewebes in einem Zellreaktor erfolgt.35. The method according to any one of claims 1 to 34, wherein the production of the in vitro tissue takes place in a cell reactor.
36. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 35, wobei die kultivierte Zellen und neurogene Zellen enthaltende flache Matrix zu einem zylinderförmigen Hohlorgan mit einem dem nativen Organ entsprechen- den Durchmesser geformt wird und die Zylinderform der Matrix unter Verwendung eines Fibrinklebers und/oder von chirurgischem Nahtmaterial fixiert wird.36. The method according to any one of claims 1 to 35, wherein the cultured cells and neurogenic cells containing flat matrix is formed into a cylindrical hollow organ with a diameter corresponding to the native organ and the cylindrical shape of the matrix using a fibrin glue and / or surgical Suture material is fixed.
37. Partielles oder vollständiges menschliches oder tierisches in vitro-Harnröhren-Hohlorgan, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und 21 bis 36.37. Partial or complete human or animal in vitro urethral hollow organ, produced according to one of claims 1 to 12 and 21 to 36.
38. Partielles oder vollständiges menschliches oder tierisches in vitro-Harnblasen-Hohlorgan, herge- stellt nach einem der Ansprüche 1 bis 11, 13 und 21 bis 36.38. Partial or complete human or animal in vitro urinary bladder hollow organ, produced according to one of claims 1 to 11, 13 and 21 to 36.
39. Partielles oder vollständiges menschliches oder tierisches in vitro-Harnleiter/Nierenbecken- Hohlorgan, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 11, 14 und 21 bis 36.39. Partial or complete human or animal in vitro ureter / renal pelvis Hollow organ, produced according to one of claims 1 to 11, 14 and 21 to 36.
40. Partielles oder vollständiges menschliches oder tierisches in vitro-Samenleiter-Hohlorgan, herge- stellt nach einem der Ansprüche 1 bis 11, 15 und 21 bis 36.40. Partial or complete human or animal in vitro vas deferens hollow organ, produced according to one of claims 1 to 11, 15 and 21 to 36.
41. Partielles oder vollständiges menschliches oder tierisches in vitro-Eileiter-Hohlorgan, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 11, 16 und 21 bis 36.41. Partial or complete human or animal in vitro oviduct hollow organ, produced according to one of claims 1 to 11, 16 and 21 to 36.
42. Partielles oder vollständiges menschliches oder tierisches in vitro-Blutgefäß-Hohlorgan, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 11, 17 und 21 bis 35.42. Partial or complete human or animal in vitro blood vessel hollow organ, produced according to one of claims 1 to 11, 17 and 21 to 35.
43. Partielles oder vollständiges menschliches oder tierisches in vitro-Dünndarm-Hohlorgan, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 11, 18 und 21 bis 35.43. Partial or complete human or animal in vitro small intestine hollow organ, produced according to one of claims 1 to 11, 18 and 21 to 35.
44. Partielles oder vollständiges menschliches oder tierisches in vitro-Dickdarm-Hohlorgan, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 11, 19 und 21 bis 36.44. Partial or complete human or animal in vitro large intestine hollow organ, produced according to one of claims 1 to 11, 19 and 21 to 36.
45. Partielles oder vollständiges menschliches oder tierisches in vitro-Bindegewebsäquivalent, herge- stellt nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und 20 bis 36.45. Partial or complete human or animal in vitro connective tissue equivalent, produced according to one of claims 1 to 11 and 20 to 36.
46. Verwendung eines partiellen oder vollständigen menschlichen oder tierischen in-vitro-Harnröhren- Hohlorgans nach Anspruch 36 als Transplantat zur Behandlung geschädigter oder erkrankter Harnröhrenbereiche.46. Use of a partial or complete human or animal in vitro urethral Hollow organ according to claim 36 as a graft for the treatment of damaged or diseased urethral areas.
47. Verwendung eines partiellen oder vollständigen menschlichen oder tierischen in-vitro-Harnblasen-47. Use of a partial or complete human or animal in vitro bladder
Hohlorgans nach Anspruch 38 als Transplantat zur Behandlung geschädigter oder erkrankter Harnblasenbereiche.Hollow organ according to claim 38 as a graft for the treatment of damaged or diseased urinary bladder areas.
48. Verwendung eines partiellen oder vollständigen menschlichen oder tierischen in-vitro-Harnleiter/48. Use of a partial or complete human or animal in vitro ureter /
Nierenbecken-Hohlorgans nach Anspruch 39 als Transplantat zur Behandlung geschädigter oder erkrankter Harnleiterbereiche .Hollow kidney organ as claimed in claim 39 as a graft for the treatment of damaged or diseased areas of the ureter.
49. Verwendung eines partiellen oder vollständigen menschlichen oder tierischen in-vitro-Samenleiter-49. Use of a partial or complete human or animal in vitro vas deferens
Hohlorgans nach Anspruch 40 als Transplantat zur Behandlung geschädigter oder erkrankter Samenleiterbereiche.Hollow organ according to claim 40 as a graft for the treatment of damaged or diseased vas deferens.
50. Verwendung eines partiellen oder vollständigen menschlichen oder tierischen in-vitro-Eileiter-50. Use of a partial or complete human or animal in vitro fallopian tube
Hohlorgans nach Anspruch 41 als Transplantat zur Behandlung geschädigter oder erkrankter Eileiterbereiche.Hollow organ according to claim 41 as a graft for the treatment of damaged or diseased fallopian tube areas.
51. Verwendung eines partiellen oder vollständigen menschlichen oder tierischen in-vitro-Blutgefäß-51. Use of a partial or complete human or animal in vitro blood vessel
Hohlorgans nach Anspruch 42 als Transplantat zur Behandlung geschädigter oder erkrankter Blutgefäßbereiche. Hollow organ according to claim 42 as a graft for the treatment of damaged or diseased blood vessel areas.
52. Verwendung eines partiellen oder vollständigen menschlichen oder tierischen in-vitro-Dünndarm- Hohlorgans nach Anspruch 43 als Transplantat zur Behandlung geschädigter oder erkrankter Dünndarmbe- reiche .52. Use of a partial or complete human or animal in vitro small intestine hollow organ according to claim 43 as a graft for the treatment of damaged or diseased areas of the small intestine.
53. Verwendung eines partiellen oder vollständigen menschlichen oder tierischen in-vitro-Dickdarm- Hohlorgans nach Anspruch 44 als Transplantat zur Behandlung geschädigter oder erkrankter Dickdarmbe- reiche.53. Use of a partial or complete human or animal in vitro large intestine hollow organ according to claim 44 as a transplant for the treatment of damaged or diseased areas of the large intestine.
54. Verwendung eines partiellen oder vollständigen menschlichen oder tierischen in vitro- Bindegewebsäquivalents nach Anspruch 45 als Transplantat zur Behandlung von Fisteln und zur „Hebung" von Organen in Form einer Schiingenplastik.54. Use of a partial or complete human or animal in vitro connective tissue equivalent according to claim 45 as a graft for the treatment of fistulas and for "lifting" organs in the form of a loop plastic.
55. Verwendung eines ein- oder mehrschichtigen menschlichen oder tierischen in vitro- Gewebesystems, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 36 oder eines partiellen oder vollständigen, menschlichen oder tierischen in vitro-Hohlorgans nach einem der Ansprüche 37 bis 45 als Testsystem zur Bestimmung der Wirkung eines Wirkstoffes auf menschliche oder tierische Zellen, wobei der Wirkstoff mit dem in vitro-Organ- oder Gewebesystem in Kontakt gebracht wird und die Wechselwirkung zwischen dem in vitro-Organ- oder Gewebesystem und dem Wirkstoff bestimmt wird.55. Use of a single- or multi-layered human or animal in vitro tissue system, produced according to one of claims 1 to 36 or a partial or complete, human or animal in vitro hollow organ according to one of claims 37 to 45 as a test system for determining the effect of an active substance on human or animal cells, the active substance being brought into contact with the in vitro organ or tissue system and the interaction between the in vitro organ or tissue system and the active substance being determined.
56. Verwendung eines ein- oder mehrschichtigen menschlichen oder tierischen in vitro- Gewebesystems, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 36 oder eines partiellen oder vollständigen, menschlichen oder tierischen in vitro-Hohlorgans nach einem der Ansprüche 37 bis 45 als Testsystem zur Bestimmung der Wirkung von Wirkstoffen auf krankhaft veränderte menschliche oder tierische Zellen, wobei der Wirkstoff mit dem krankhaft veränderte Zellen enthaltenden in vitro-Organ- oder Gewebesystem in Kontakt gebracht wird und die Wechselwirkung zwischen dem krankhaft veränderte Zellen enthaltenden in vitro-Organ- oder Gewebesystem und dem Wirkstoff bestimmt wird. 56. Use of a single or multi-layer human or animal in vitro tissue system, produced according to one of the claims 1 to 36 or a partial or complete, human or animal in vitro hollow organ according to one of claims 37 to 45 as a test system for determining the effect of active substances on pathologically modified human or animal cells, the active substance with the pathologically modified cells containing in vitro Organ or tissue system is brought into contact and the interaction between the pathologically modified cells containing in vitro organ or tissue system and the active substance is determined.
PCT/EP2002/010605 2001-09-24 2002-09-20 Methods for producing in-vitro hollow organs WO2003029446A2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10146903.9 2001-09-24
DE10146903A DE10146903C1 (en) 2001-09-24 2001-09-24 In vitro preparation of tissue and organs, useful as grafts for repairing defects and for testing compounds, by seeding matrix that is treated to improve cellular adhesion

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2003029446A2 true WO2003029446A2 (en) 2003-04-10
WO2003029446A3 WO2003029446A3 (en) 2003-09-12

Family

ID=7700019

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2002/010605 WO2003029446A2 (en) 2001-09-24 2002-09-20 Methods for producing in-vitro hollow organs

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE10146903C1 (en)
WO (1) WO2003029446A2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005113747A2 (en) 2004-05-21 2005-12-01 Fraunhofer Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Multicellular tissue and organ culture systems

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004025080B4 (en) * 2003-06-23 2007-05-03 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Multicellular test systems

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998006445A1 (en) * 1996-08-16 1998-02-19 Children's Medical Center Corporation Bladder submucosa seeded with cells for tissue reconstruction
WO1998010775A1 (en) * 1996-09-16 1998-03-19 Purdue Research Foundation Composition and method for repairing neurological tissue
WO1999000152A2 (en) * 1997-06-27 1999-01-07 Augustinus Bader Biosynthetic transplant and method for the production thereof
WO2000066036A2 (en) * 1999-04-30 2000-11-09 Massachusetts General Hospital Fabrication of vascularized tissue using microfabricated two-dimensional molds

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998006445A1 (en) * 1996-08-16 1998-02-19 Children's Medical Center Corporation Bladder submucosa seeded with cells for tissue reconstruction
WO1998010775A1 (en) * 1996-09-16 1998-03-19 Purdue Research Foundation Composition and method for repairing neurological tissue
WO1999000152A2 (en) * 1997-06-27 1999-01-07 Augustinus Bader Biosynthetic transplant and method for the production thereof
WO2000066036A2 (en) * 1999-04-30 2000-11-09 Massachusetts General Hospital Fabrication of vascularized tissue using microfabricated two-dimensional molds

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SCHAEFER BIRGIT M ET AL: "Autologous transplantation of urothelium into demucosalized gastrointestinal segments: Evidence for epithelialization and differentiation of in vitro expanded and transplanted urothelial cells." JOURNAL OF UROLOGY, Bd. 159, Nr. 1, Januar 1998 (1998-01), Seiten 284-290, XP008016529 ISSN: 0022-5347 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005113747A2 (en) 2004-05-21 2005-12-01 Fraunhofer Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Multicellular tissue and organ culture systems
US9375514B2 (en) 2004-05-21 2016-06-28 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. Multicellular tissue and organ culture systems

Also Published As

Publication number Publication date
WO2003029446A3 (en) 2003-09-12
DE10146903C1 (en) 2002-11-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7319035B2 (en) Biological scaffolding material
JP4798405B2 (en) Method for producing cell-derived extracellular matrix membrane
EP1803472B1 (en) Biomaterial for suture
Mazlyzam et al. Reconstruction of living bilayer human skin equivalent utilizing human fibrin as a scaffold
DE60028616T2 (en) METHODS AND COMPOSITIONS FOR THE RECONSTRUCTION OF MULTILAYER TISSUE STRUCTURES
US20070286880A1 (en) Inoculated spongiform scaffold for transplantation and tissue regeneration
EP1747264A2 (en) Multicellular tissue and organ culture systems
WO2001068811A2 (en) Method for in vitro production of three-dimensional vital cartilage or bone tissue and use thereof as transplant material
DE10026789B4 (en) Cartilage replacement and process for its manufacture
DE69913543T2 (en) DERMAL SCAFFOLDING BASED ON A NEUTRALIZED CHITOSAN SPONGE OR A NEUTRALIZED MIXED CHITOSAN COLLAGEN SPONGE
DE102006026591B4 (en) Method for isolating collagen from collagen-containing tissue
DE10026482A1 (en) Process for the production of a bioartificial graft
WO2001040444A2 (en) Method and compositions for producing cell transplants
Ziegelaar Tissue Engineering of a Tracheal Equivalent
DE10146903C1 (en) In vitro preparation of tissue and organs, useful as grafts for repairing defects and for testing compounds, by seeding matrix that is treated to improve cellular adhesion
CA2395117A1 (en) Spore-like cells and uses thereof
US20230067199A1 (en) Organ extracellular matrix-derived scaffold for culture and transplantation of organoid and method of preparing the same
DE102007005946A1 (en) Therapeutic composition and use of a cell-free substance
US20090246247A1 (en) Composite enterocystoplasty
RU2254146C2 (en) Bioactive complex for organogenesis
JP6097000B2 (en) Method for obtaining a three-dimensional structure for tissue engineering
Sasimonthon Craniofacial bone defect repair with polymer scaffold and cell-derived matrix
Almelkar et al. Transformation of a human placenta into a pre-vascularised breast implant.
KR0156685B1 (en) Method for testing the effect of drug
WO2013037349A1 (en) Method for producing a biological tissue construct and use of specifically obtained autologous cells

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A2

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE SK TR

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase