C itosanfolie als Periost-ErsatzC itosan film as a periosteal replacement
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines biokompatiblen Materials auf Basis von Chitosan und einer Säure, z.B. als flexible Folie oder/und poröse Matrix, als Mittel auf dem Gebiet der Orthopädie, insbesondere als Periost- Ersatz.The invention relates to the use of a biocompatible material based on chitosan and an acid, e.g. as a flexible film and / or porous matrix, as an agent in the field of orthopedics, in particular as a periosteal replacement.
Die Deutsche Patentanmeldung 199 48 120.2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer biokompatiblen dreidimensionalen Matrix, wobei eine wässrige Lösung eines Chitosans und einer im Überschuss vorliegenden Säure, insbesondere einer Hydroxycarbonsäure, eingefroren wird und das Wasser bei vermindertem Druck absublimiert wird, wobei die überschüssige Säure vor dem Einfrieren oder nach dem Absublimieren des Wassers entfernt, insbesondere neutralisiert wird. Weiterhin wird eine durch das Verfahren erhältliche Matrix offenbart, die zur Herstellung von Implantaten verwendet werden kann. - — -German patent application 199 48 120.2 discloses a process for producing a biocompatible three-dimensional matrix, in which an aqueous solution of a chitosan and an acid present in excess, in particular a hydroxycarboxylic acid, is frozen and the water is sublimed under reduced pressure, the excess acid before the Freeze or removed after sublimation of the water, in particular neutralized. Furthermore, a matrix obtainable by the method is disclosed which can be used for the production of implants. - - -
Die Deutsche Patentanmeldung 101 17 234.6 offenbart biokompatible nichtporöse Materialien auf Basis von Chitosan und einer Säure, insbesondere einer Hydroxycarbonsäure. Diese Materialien können beispielsweise in Form einer Folie vorliegen.German patent application 101 17 234.6 discloses biocompatible non-porous materials based on chitosan and an acid, in particular a hydroxycarboxylic acid. These materials can be in the form of a film, for example.
Ausgehend von dieser Erkenntnis war es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, neue Anwendungen für Materialien auf Basis von Chitosan und einer Säure, insbesondere einer Hydroxycarbonsäure, bereitzustellen.Based on this finding, it was the object of the present invention to provide new applications for materials based on chitosan and an acid, in particular a hydroxycarboxylic acid.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft daher die Verwendung eines biokompatiblen Materials auf Basis von Chitosan und einer Säure,
insbesondere einer Hydroxycarbonsäure, als Mittel auf dem Gebiet der Orthopädie, beispielsweise als Ersatz des Periosts.A first aspect of the present invention therefore relates to the use of a biocompatible material based on chitosan and an acid, in particular a hydroxycarboxylic acid, as an agent in the field of orthopedics, for example as a replacement for the periosteum.
In einer ersten Ausführungsform liegt das Material in Form einer flexiblen, insbesondere nichtporösen Folie vor. Die Folie hat eine Dicke von kleiner oder gleich etwa 5 mm, beispielsweise zwischen 0, 1 μm und 1 mm, vorzugsweise 1 μm bis 200 μm, besonders bevorzugt etwa 50 μm bis 1 00 μm und ist erhältlich durch:In a first embodiment, the material is in the form of a flexible, in particular non-porous, film. The film has a thickness of less than or equal to approximately 5 mm, for example between 0.1 μm and 1 mm, preferably 1 μm to 200 μm, particularly preferably approximately 50 μm to 100 μm, and is obtainable from:
Bereitstellen einer wässrigen Lösung eines Chitosans und einer im Ü bersch uss vorliegenden Säure, i nsbesondere einerProvision of an aqueous solution of a chitosan and an excess acid, in particular one
Hydroxycarbonsäure,hydroxy,
Trocknen der Lösung ohne Einfrieren undDrying the solution without freezing and
Entfernen von überschüssigen Säuren vor oder/und nach demRemove excess acids before or / and after
Trocknen, vorzugsweise durch Neutralisation.Drying, preferably by neutralization.
Die Folie kann in vorgefertigten Streifen mit einer Breite von z.B. 1 mm - 10 mm hergestellt werden. Alternativ können die benötigten Folienstücke auch nach Bedarf, d.h. jeweils nach dem Ausmaß des Schadens bzw. der Größe "der'Läsion, zTB. während einerOperatiön angefertigt werden. Hierzu'kann die Folie passend oder etwas größer als benötigt zugeschnitten und durch Verkleben oder Vernähen an der Schadensstelle befestigt werden.The film can be produced in prefabricated strips with a width of, for example, 1 mm - 10 mm. Alternatively, the required pieces of foil can also as required, ie in each case by the extent of the damage and the size "of the 'lesion ZTB. During einerOperatiön be made. For this purpose,' the film can appropriately or slightly larger than required and tailored by gluing or sewing on the damage site.
Die Folien kann eine glatte Oberfläche aufweisen. Alternativ kann auch eine Folie mit einer ein- der beidseitig strukturierten Oberfläche eingesetzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Folie eine oder mehrere Noppen, die einen Durchmesser von beispielsweise 0, 1 cm bis 2 cm, insbesondere 0,5 cm bis 1 ,5 cm und besonders bevorzugt etwa 1 cm und eine Höhe von beispielsweise 0, 1 mm bis 5 mm, vorzugsweise 0,2 mm bis 2 mm aufweisen. Eine Folie mit strukturierter Oberfläche kann durch Gießen des Materials in eine entsprechende Form hergestellt werden.
Ein Anwendungsgebiet der Folie ist die Verwendung als Periost-Ersatz, beispielsweise bei operativen Eingriffen an Gelenken, insbesondere bei Knieoperationen. Es wurde auch gefunden, dass die Verwendung der erfindungsgemäßen Folie bei Knorpeldefekten den Heilungsprozess sowie die Knorpelbildung fördert. Die Folie kann sich an die jeweiligen gegebenen Bedingungen anpassen und ist zudem vernähbar. Unter diesen Bedingungen zeigen Chondrozyten, z.B. auch humane Chondrozyten, eine deutlich bessere Vermehrung als in anderen Matrices.The foils can have a smooth surface. Alternatively, a film with a surface structured on both sides can also be used. In a preferred embodiment, the film contains one or more knobs which have a diameter of, for example, 0.1 cm to 2 cm, in particular 0.5 cm to 1.5 cm and particularly preferably approximately 1 cm and a height of, for example, 0.1 mm up to 5 mm, preferably 0.2 mm to 2 mm. A film with a structured surface can be produced by pouring the material into an appropriate shape. One area of application of the film is the use as a periosteal replacement, for example for surgical interventions on joints, in particular for knee operations. It has also been found that the use of the film according to the invention promotes the healing process and the formation of cartilage in cartilage defects. The film can adapt to the given conditions and is also sewable. Under these conditions, chondrocytes, for example human chondrocytes, show a significantly better reproduction than in other matrices.
Die Folie kann als Träger für eine poröse dreidimensionale Matrix verwendet werden. Somit können biokompatible Verbundmaterialien bereitgestellt werden, die mindestens eine biokompatible Folie, wie zuvor beschrieben, und mindestens eine biokompatible poröse Matrix umfassen. Die biokompatible poröse Matrix ist vorzugsweise auf Basis von Chitosan und einer Säure, insbesondere einer Hydroxycarbonsäure aufgebaut. Es können jedoch auch andere poröse biokompatible Matrices verwendet werden.The film can be used as a support for a porous three-dimensional matrix. Thus, biocompatible composite materials can be provided which comprise at least one biocompatible film, as described above, and at least one biocompatible porous matrix. The biocompatible porous matrix is preferably based on chitosan and an acid, in particular a hydroxycarboxylic acid. However, other porous biocompatible matrices can also be used.
In einer' eiteren bevorzugten 'AusführungsTorm ist das biökompatible Material auf Basis von Chitosan und einer Säure eine poröse Matrix.In a ' further preferred ' embodiment, the biocompatible material based on chitosan and an acid is a porous matrix.
Besonders bevorzugt wird eine biokompatible poröse Matrix gemäß der deutschen Anmeldung 199 48 1 20.2 verwendet, die erhältlich ist durch:A biocompatible porous matrix according to German application 199 48 1 20.2 is particularly preferably used, which is obtainable by:
Bereitstellen einer wässrigen Lösung eines Chitosans und einer imProviding an aqueous solution of a chitosan and an im
Überschuss vorliegenden Säure, insbesondere einer Hydroxycarbonsäure,Excess acid present, especially a hydroxycarboxylic acid,
Einfrieren und Trocknen der Lösung, insbesondere durch Absublimieren bei verringertem Druck undFreezing and drying the solution, in particular by sublimation under reduced pressure and
Entfernen von überschüssiger Säure vor oder/und nach dem Einfrieren, insbesondere durch Neutralisation mit einer geeigneten Base, z.B. NaOH.
Die poröse Matrix kann beispielsweise als Matrix für Zellen in medizinischen oder veterinärmedizinischen Anwendungen eingesetzt werden. Es wurde gefunden, dass die poröse Matrix besonders gut zum Einwachsen von Chondrozyten geeignet ist. Die Chondrozyten können beispielsweise auch auf der Matrix vermehrt werden. Eine solche Vermehrung kann über einen Zeitraum von wenigen Tagen bis zu mehreren Wochen erfolgen.Removal of excess acid before or / and after freezing, in particular by neutralization with a suitable base, for example NaOH. The porous matrix can be used, for example, as a matrix for cells in medical or veterinary applications. It has been found that the porous matrix is particularly well suited for the ingrowth of chondrocytes. The chondrocytes can also be grown on the matrix, for example. Such an increase can take place over a period of a few days to several weeks.
Die poröse Matrix kann in vorgefertigten Stücken mit einem Volumen von z.B. 1 -1 O mm3, hergestellt werden. Alternativ können die benötigten Stücke nach Bedarf, z.B. während einer Operation, angefertigt werden. Hierzu kann die Matrix passend zugeschnitten und durch Verkleben oder Vernähen an der Schadensstelle befestigt werden.The porous matrix can be produced in prefabricated pieces with a volume of, for example, 1 -1 O mm 3 . Alternatively, the required pieces can be made as needed, for example during an operation. For this purpose, the matrix can be cut to size and attached to the damaged area by gluing or sewing.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Material als Kombination einer flexiblen Folie und einer porösen Matrix vorliegen. Die Folie und die Matrix können dabei als separate Komponenten eingesetzt werden, beispielsweise zur Rekonstruktion von Knorpelgewebe. Ein Beispiel für eine derartige Kombination von Materialien, bei der Folie und Matrix als separate Komponenten eingesetzt werden, ist in Abbildung 1 gezeigt. Gemäß Abbildung 1 wird an den Ort der Knorpelläsion (1 , 2) eine poröse Matrix (3) eingefügt, welche gegebenenfalls mit Chondrozyten besiedelt ist. Als Abdeckung wird eine Folie (4) verwendet. Die Folie (4) kann mit einem geeigneten Klebstoff, z.B. einem Fibrinkleber oder einem Gewebekleber, fixiert werden oder vernäht werden.In a further embodiment, the material can be a combination of a flexible film and a porous matrix. The film and the matrix can be used as separate components, for example for the reconstruction of cartilage tissue. An example of such a combination of materials, in which the film and matrix are used as separate components, is shown in Figure 1. According to Figure 1, a porous matrix (3) is inserted at the site of the cartilage lesion (1, 2), which may be populated with chondrocytes. A film (4) is used as a cover. The film (4) can be coated with a suitable adhesive, e.g. a fibrin glue or a tissue glue, can be fixed or sewn.
Auf analoge Weise wie in Abbildung 1 gezeigt, kann eine arthrotonische oder arthroskopische Operation am Knie zur Behandlung von Knorpeldefekten, beispielsweise eine autologe Chondrozytenimplantation, erfolgen. Hierzu wird der Defekt kürettiert und gegebenenfalls eine poröse Matrix, die mit Chondrozyten besiedelt ist, präzise eingepasst. Anstelle einer Matrix können auch mit Chondrozyten besiedelte Schwämmchen aus
einem . anderen, geeigneten Material verwendet werden. Weiterhin ist es möglich, in ein Säckchen eingenähte Zellen einzupflanzen, wobei das Säckchen bevorzugt aus der erfindungsgemäßen Matrix oder Folie besteht. Alternativ können auch Sphäroide unter die Matrix gespritzt werden. Die Fixierung des Transplantats erfolgt entweder durch Verkleben oder durch Vernähen . Anschließend erfolgt eine Abdeckung mit der erfindungsgemäßen Folie.In an analogous manner as shown in Figure 1, arthrotonic or arthroscopic surgery on the knee for the treatment of cartilage defects, for example an autologous chondrocyte implantation, can be carried out. For this purpose, the defect is curetted and, if necessary, a porous matrix populated with chondrocytes is precisely fitted. Instead of a matrix, sponges populated with chondrocytes can also be used one. other suitable material can be used. It is also possible to implant cells sewn into a sachet, the sachet preferably consisting of the matrix or film according to the invention. Alternatively, spheroids can also be injected under the matrix. The graft is fixed either by gluing or by suturing. Then the film according to the invention is covered.
Die Verwendung der erfindungsgemäßen Folien anstelle von Periostgewebe bietet viele Vorteile. Zunächst kann auf eine Zweitinzision am Patienten, welche zur Entnahme des Periostgewebes erforderlich ist, ebenso wie auf die zeitintensive und aufwändige Präparation des Periosts verzichtet werden. Zudem kann die erfindungsgemäße Folie in gleichbleibender Qualität und in der benötigten Größe einfach bereitgestellt werden. Die Abdeckung mit der Folie bewirkt eine stabile Verankerung der transplantierten Zellen am Ort der Läsion und fördert zudem den Heilungsprozess.The use of the films according to the invention instead of periosteal tissue offers many advantages. First, there is no need for a second incision on the patient, which is necessary to remove the periosteal tissue, as well as the time-consuming and time-consuming preparation of the periosteum. In addition, the film according to the invention can be easily provided in constant quality and in the required size. The covering with the film ensures a stable anchoring of the transplanted cells at the site of the lesion and also promotes the healing process.
" " Noch eine eitere bevorzugte Anwendung der Folie" betrifft eine Verwendung als biohybrides Implantat, z.B. als Kapsel- oder Röhrenstruktur gegebenenfalls in Kombination mit der porösen Matrix zur Verkapselung von Zellen, insbesondere Chondrozyten. In einer Ausführungsform wird eine Hülle bestehend aus der Folie, z.B. in Form eines Sacks oder einer röhrenartigen Struktur, bereitgestellt, in die Chondrozyten eingefüllt werden. Die Hülle wird an den Ort der Gelenkläsion implantiert und kann beispielsweise Förderung der Knorpelbildung bewirken. "" Another preferred application of the film " relates to use as a biohybrid implant, for example as a capsule or tube structure, optionally in combination with the porous matrix for encapsulating cells, in particular chondrocytes. In one embodiment, a shell consisting of the film, for example in the form of a sack or a tubular structure into which chondrocytes are filled in. The sheath is implanted at the site of the joint lesion and can, for example, promote cartilage formation.
Weiterhin kann das Material auf Chitosanbasis, insbesondere die Folie als Abdeckung von Gewebe, z.B. Knorpelgewebe oder Periostgewebe, nach Verletzungen und/oder während chirurgischer Eingriffe dienen.
Die erfindungsgemäße nichtporöse Folie, die poröse Matrix oder ein darauf basierendes Verbundsystem kann auch zur in vitro Kultivierung von Chondrozyten verwendet werden. Dabei können die Materialien zusätzliche Faktoren zum Zellwachstum, z.B. Zytokine, enthalten.Furthermore, the chitosan-based material, in particular the film, can serve as a covering of tissue, for example cartilage tissue or periosteal tissue, after injuries and / or during surgical interventions. The non-porous film according to the invention, the porous matrix or a composite system based thereon can also be used for the in vitro cultivation of chondrocytes. The materials can contain additional factors for cell growth, such as cytokines.
Die poröse Matrix kann gegebenenfalls anisotrope Strukturen, beispielsweise parallel ausgerichtete Faser oder/und Kammern aufweisen. Die anisotrope Matrix ist erhältlich durch:The porous matrix can optionally have anisotropic structures, for example fibers or / and chambers aligned in parallel. The anisotropic matrix is available through:
Bereitstellen einer wässrigen Lösung eines Chitosans und einer im Ü berschuss vorliegenden Säure, insbeso ndere ei nerProviding an aqueous solution of a chitosan and an excess acid, especially one
Hydroxycarbonsäure, anisotropes Einfrieren und Trocknen der Lösung, insbesondere durchHydroxycarboxylic acid, anisotropic freezing and drying of the solution, in particular by
Absublimation bei verringertem Druck undSublimation at reduced pressure and
Entfernen von überschüssiger Säure vor oder/und nach dem Einfrieren.Remove excess acid before or / and after freezing.
Das anisotrope Einfrieren umfasst vorzugsweise ein Einfrieren unter Verwendung von strukturierten Kälteelementen, z.B. Rohren in direktem oder indirektem Kontakt mit der Matrix während des Einfrierprozessesr Die Kältelemente können langgestreckt sein, um beispielsweise parallel ausgerichtete Fasern oder Kammern in der Matrix zu erhalten. Es können jedoch auch gekrümmte Strukturen, z.B. Nachbildungen des zu formenden Organs, als Kälteelemente verwendet werden.The anisotropic freezing preferably comprises freezing using structured cooling elements, e.g. Tubes in direct or indirect contact with the matrix during the freezing process. The cooling elements can be elongated, for example in order to obtain fibers or chambers in the matrix which are aligned in parallel. However, curved structures, e.g. Replicas of the organ to be molded can be used as cooling elements.
Die anisotrope poröse Matrix kann in einem biokompatiblen Verbundmaterialsystem zusammen mit einem anderen Material, beispielsweise mit einer biokompatiblen nichtporösen Folie eingesetzt werden. Die anisotrope Matrix bzw. das darauf basierende Verbundmaterialsystem kann zur in vitro Kultivierung von Zellen, beispielsweise Chondrozyten, oder als Implantat ohne vorherige Zellbesiedlung, entsprechend den zuvor genannten Anwendungen, eingesetzt werden.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Matrices und Folien auf Basis von Chitosan und Säuren erfolgt im Wesentlichen nach dem in den Deutschen Anmeldungen 1 99 48 1 20.2 und 101 1 7 234.6 angegebenen Verfahren, sofern nichts anderes angegeben ist. Vorzugsweise wird zunächst eine wässrige Lösung eines teilweise deacetylierten Chitosans und einer im Überschuss vorliegenden Säure hergestellt. Unter Überschuss wird dabei verstanden, dass der pH der wässrigen Lösung im Sauren liegt, vorzugsweise unterhalb von pH <4. Dadurch sind die freien Aminogruppen des Chitosans zumindest teilweise protoniert, wodurch die Löslichkeit in Wasser gesteigert wird. Die Säuremenge ist nicht kritisch. Sie muss lediglich so gewählt sein, dass das Chitosan in Lösung geht. Eine übermäßige Säurezugabe wird nach Möglichkeit vermieden, da überschüssige Säure wieder entfernt werden muss, und dadurch die Aufarbeitung bei großen Säuremengen erschwert wird. Günstig sind Säuremengen, die eine 0,05 bis 1 N, vorzugsweise 0, 1 bis 0,5 N, insbesondere 0, 1 bis 0,3 N Lösung ergeben. Die Chitosanmenge wird vorzugsweise so gewählt, dass sich eine 0,01 bis 0,5 M, vorzugsweise 0, 1 bis 0,3 M Lösung ergibt. Durch die Konzentration der Chitosanlösung kann Einfluss auf- die Struktur der Matrix, - insbesondere deren Porengröße genommen werden. Auf diese Weise lässt sich die Porengröße der Matrix auf den jeweiligen Zelltypus abstimmen, mit dem die Matrix besiedelt werden soll.The anisotropic porous matrix can be used in a biocompatible composite material system together with another material, for example with a biocompatible non-porous film. The anisotropic matrix or the composite material system based thereon can be used for the in vitro cultivation of cells, for example chondrocytes, or as an implant without prior cell colonization, in accordance with the aforementioned applications. The matrices and films according to the invention based on chitosan and acids are essentially produced by the process specified in German applications 1 99 48 1 20.2 and 101 1 7 234.6, unless stated otherwise. An aqueous solution of a partially deacetylated chitosan and an acid present in excess is preferably prepared first. Excess is understood to mean that the pH of the aqueous solution is acidic, preferably below pH <4. As a result, the free amino groups of the chitosan are at least partially protonated, which increases the solubility in water. The amount of acid is not critical. It only has to be chosen so that the chitosan goes into solution. Excessive acid addition is avoided if possible, since excess acid has to be removed again, and this makes processing with large amounts of acid more difficult. Amounts of acid which give a 0.05 to 1 N, preferably 0.1 to 0.5 N, in particular 0.1 to 0.3 N solution are favorable. The amount of chitosan is preferably chosen so that a 0.01 to 0.5 M, preferably 0.1 to 0.3 M solution results. The concentration of the chitosan solution can influence the structure of the matrix, in particular its pore size. In this way, the pore size of the matrix can be matched to the particular cell type with which the matrix is to be populated.
Chitosan hat wegen seiner Herstellung aus natürlichen Quellen kein einheitliches Molekulargewicht. Je nach Quelle und Aufbereitungsverfahren kann das Molekulargewicht zwischen 20 kDa bis über 1000 kDa betragen.Chitosan does not have a uniform molecular weight due to its production from natural sources. Depending on the source and processing method, the molecular weight can be between 20 kDa and over 1000 kDa.
Für die Herstellung der dreidimensionalen Matrix ist das Chitosan hinsichtlich seines Molekulargewichts keinen Beschränkungen unterworfen. Für die Herstellung der wässrigen Chitosanlösung wird eine Säure verwendet, bei der es sich um eine anorganische Säure oder vorzugsweise um eine organische Säure, besonders bevorzugt um eine Alkyl- oder Aryl-
Hyd roxycarbonsäure handelt. Geeignet sind insbesondere Hydroxycarbonsäuren mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen, wobei eine oder mehrere Hydroxylgruppen sowie eine oder mehrere Carboxylgruppen im Molekül vorhanden sein können. Spezifische Beispiele sind Glycolsäure, Milchsäure, Äpfelsäure, Weinsäure, Zitronensäure und Mandelsäure. Besonders bevorzugt ist Milchsäure.The chitosan is not subject to any restrictions in terms of its molecular weight for the production of the three-dimensional matrix. An acid, which is an inorganic acid or preferably an organic acid, particularly preferably an alkyl or aryl, is used for the preparation of the aqueous chitosan solution. Hyd roxycarboxylic acid. Hydroxycarboxylic acids with 2 to 12 carbon atoms are particularly suitable, it being possible for one or more hydroxyl groups and one or more carboxyl groups to be present in the molecule. Specific examples are glycolic acid, lactic acid, malic acid, tartaric acid, citric acid and mandelic acid. Lactic acid is particularly preferred.
Bei Herstellung einer porösen Matrix wird die Lösung aus Chitosan und Säure zunächst durch Zugabe von Base zumindest teilweise neutralisiert und dann eingefroren oder ohne vorherige Neutralisation direkt eingefroren. Die Neutralisation vor dem Einfrieren ist bevorzugt. Der pH-Wert nach der Neutralisation beträgt im Allgemeinen 5,0 bis 7,5, vorzugsweise 5,5 bis 7,0 und insbesondere 6,0 bis 7,0.When producing a porous matrix, the solution of chitosan and acid is first at least partially neutralized by adding base and then frozen or directly frozen without prior neutralization. Neutralization before freezing is preferred. The pH after neutralization is generally 5.0 to 7.5, preferably 5.5 to 7.0 and in particular 6.0 to 7.0.
Nach dem Einfrieren wird das Wasser unter vermindertem Druck absublimiert, beispielsweise im Druckbereich von 0,001 bis 3 hPa.After freezing, the water is sublimed under reduced pressure, for example in the pressure range from 0.001 to 3 hPa.
Zur Hersteilung einer nichtporösen Folie wird die Lösung nicht gefroren und absublimiert, -sondern ohne - Einfrieren bei gegebenenfalls -erhöhter Temperatur oder/und verringertem Druck getrocknet und vorzugsweise nach Trocknung neutralisiert. Die entstehende nichtporöse Matrix ist in feuchtem Zustand stark belastbar und dehnbar.To produce a non-porous film, the solution is not frozen and sublimed, but rather is dried without freezing at an optionally elevated temperature and / or reduced pressure and preferably neutralized after drying. The resulting non-porous matrix is strong and stretchy when wet.
Durch die große Anzahl von Amino- und Hydroxygruppen ist das Material beliebig modifizierbar. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind Liganden kovalent oder nicht kovalent an das Chitosan gebunden, vorzugsweise an die freien Aminogruppen des Chitosans. Als Liganden können z. B. Wachstumsstoffe, Proteine, Hormone, Heparin, Heparansulfate, Chondroitsulfate, Dextransulfate oder eine Mischung dieser Substanzen verwendet werden. Die Liganden dienen vorzugsweise zur Kontrolle und Verbesserung der Zellproliferation.
Das Zellwachstum auf der Matrix bzw. der Folie wird weiter verbessert, wenn die Matrix mit autologem Fibrin beschichtet ist.Due to the large number of amino and hydroxy groups, the material can be modified as required. In a preferred embodiment, ligands are covalently or non-covalently bound to the chitosan, preferably to the free amino groups of the chitosan. As ligands z. B. growth substances, proteins, hormones, heparin, heparan sulfates, chondroite sulfates, dextran sulfates or a mixture of these substances can be used. The ligands are preferably used to control and improve cell proliferation. The cell growth on the matrix or the film is further improved if the matrix is coated with autologous fibrin.
Die dreidimensionale Matrix kann mit eukaryontischen Zellen, z.B. mit humanen oder mit animalischen Zellen (beispielsweise vom Pferd, Hund oder Hai) besiedelt werden. Besonders geeignet sind Haizellen, da diese beim Empfänger keine wesentliche immunologische Antwort auslösen.The three-dimensional matrix can be connected to eukaryotic cells, e.g. can be colonized with human or with animal cells (for example from horses, dogs or sharks). Shark cells are particularly suitable because they do not trigger an essential immunological response in the recipient.
Die Materialien, wie zuvor beschrieben, können im humanmedizinischen und im tiermedizinischen Bereich eingesetzt werden, insbesondere bei orthopädischen Eingriffen an Knochen und Gelenken.The materials, as described above, can be used in human medicine and veterinary medicine, in particular in orthopedic interventions on bones and joints.
Die Materialien werden vor Einsatz in der Zellkultur sterilisiert, um Keimfreiheit zu garantieren . Die Sterilisation kann durch Temperaturbehandlung, z.B. durch Autoklavieren, Dampfbehandlung etc. oder/und durch Bestrahlung, z.B. Gammastrahlenbehandlung, erfolgen. Vorzugsweise erfolgt die Sterilisation in einer physiologisch verträglichen gepufferten Lösung, z.B. in PBS, um eine vollständige Benetzung der Matrix -bz-w- der Folie mit- Flüssigkeit — und- die Abwesenheit größerer Lufteinschlüsse sicherzustellen.The materials are sterilized before use in cell culture to guarantee sterility. The sterilization can be carried out by temperature treatment, e.g. by autoclaving, steam treatment etc. or / and by radiation, e.g. Gamma radiation treatment. Preferably the sterilization is carried out in a physiologically acceptable buffered solution, e.g. in PBS to ensure complete wetting of the matrix -bz-w- of the film with liquid - and- to ensure the absence of larger air pockets.
Bei Kultivierung der Zellen wird das Material in einem Zeitraum von ca. 5-8 Wochen oder länger abgebaut. Die Abbauzeiten können über den Deacetylierungsgrad des Chitosans und die Konzentration des Materials eingestellt werden.When the cells are cultivated, the material is broken down in a period of about 5-8 weeks or longer. The breakdown times can be adjusted via the degree of deacetylation of the chitosan and the concentration of the material.
Weiterhin soll die Erfindung durch die nachfolgenden Abbildungen und Beispiele erläutert werden.
Erläuterung der Abbildungen:The invention is further illustrated by the following figures and examples. Explanation of the pictures:
Abbildung 1 zeigt eine Kombination von Materialien, bei denen Folie und Matrix als separate Kombinationen eingesetzt werden.Figure 1 shows a combination of materials in which foil and matrix are used as separate combinations.
Die Abbildungen 2 bis 8 zeigen die erfindungsgemäße Anwendung einer Folie bei einer Knieoperation. In Abbildung 2 ist ein tiefer Knorpeldefekt in einem Rinderknie zu erkennen. Abbildung 3 zeigt die Auflage einer erfindungsgemäßen Folie mit Dicke von 70 μm als Periostersatz. In den Abbildungen 4 bis 6 ist der Prozess des Vernähens der Folie dargestellt. Abbildung 7 zeigt die vollständig vernähte Folie. In Abbildung 8 ist das Befüllen des Defekts, beispielsweise mit Sphäroiden, mittels Injektion unter die Folie zu erkennen.Figures 2 to 8 show the use of a film according to the invention in knee surgery. Figure 2 shows a deep cartilage defect in a bovine knee. Figure 3 shows the support of a film according to the invention with a thickness of 70 μm as a periosteroid. The process of sewing the film is shown in Figures 4 to 6. Figure 7 shows the completely sewn film. The filling of the defect, for example with spheroids, can be seen in Figure 8 by injection under the film.
BeispieleExamples
Beispiel 1 : Herstellung einer nichtporösen FolieExample 1: Production of a non-porous film
JMacb dem- in Beispiel 3 von DE- 199-48 1 20.2 beschriebenen Verfahren wird eine Mischung aus Chitosan und Milchsäure hergestellt. Die Lösung wird in eine Petrischale gegossen, bei 50 °C getrocknet und nach Entstehen eines glasklaren Filmes mit 1 M Natronlauge auf einen pH-Wert von 7 neutralisiert. Die entstehende Folie ist im feuchten Zustand stark belastbar und dehnbar.In accordance with the process described in Example 3 of DE 199-48 1 20.2, a mixture of chitosan and lactic acid is produced. The solution is poured into a petri dish, dried at 50 ° C. and, after the formation of a crystal-clear film, neutralized to a pH of 7 with 1 M sodium hydroxide solution. The resulting film is strong and stretchy when wet.
Durch gezielte Zugabe der Natronlauge von einer Seite her kann eine Folie mit "Memory-Effekt" erzeugt werden.
Beispiel 2: In vitro Kultivierung von ChondrozytenBy adding the sodium hydroxide solution from one side, a film with a "memory effect" can be created. Example 2: In vitro cultivation of chondrocytes
Es wurden Chondrozyten auf die Folie bzw. auf die Matrix aufgebracht und in vitro angezüchtet. Die Anzüchung von Chondrozyten gelingt in der Matrix insbesondere bei Porendurchmessern von etwa 20 μm bis 100 μm.
Chondrocytes were applied to the film or to the matrix and grown in vitro. Chondrocytes can be grown in the matrix particularly with pore diameters of approximately 20 μm to 100 μm.