EP1414295A2 - Method for the devitalisation of natural organs and/or for the preparation of extracellular matrices for tissue engineering - Google Patents

Method for the devitalisation of natural organs and/or for the preparation of extracellular matrices for tissue engineering

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Publication number
EP1414295A2
EP1414295A2 EP02774502A EP02774502A EP1414295A2 EP 1414295 A2 EP1414295 A2 EP 1414295A2 EP 02774502 A EP02774502 A EP 02774502A EP 02774502 A EP02774502 A EP 02774502A EP 1414295 A2 EP1414295 A2 EP 1414295A2
Authority
EP
European Patent Office
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organs
culture medium
autologous
cells
tissue
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02774502A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Peter Lamm
Gerd Juchem
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Original Assignee
Individual
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01NPRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
    • A01N1/00Preservation of bodies of humans or animals, or parts thereof
    • A01N1/02Preservation of living parts
    • A01N1/0236Mechanical aspects
    • A01N1/0242Apparatuses, i.e. devices used in the process of preservation of living parts, such as pumps, refrigeration devices or any other devices featuring moving parts and/or temperature controlling components
    • A01N1/0247Apparatuses, i.e. devices used in the process of preservation of living parts, such as pumps, refrigeration devices or any other devices featuring moving parts and/or temperature controlling components for perfusion, i.e. for circulating fluid through organs, blood vessels or other living parts
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01NPRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
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    • A01NPRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
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    • A01N1/02Preservation of living parts

Definitions

  • the invention relates to methods for the devitalization and preservation of human and animal organs and tissues, but preferably natural hollow organs and all of their components, in particular of blood vessels and heart valves. Furthermore, the invention relates to methods for the production of matrices for the partial and new structure of organs and tissues. In addition, the invention relates to organs and tissues, in particular natural and artificial hollow organs, which can be obtained by the processes according to the invention. Furthermore, the invention relates to the clinical use and use of the organs and tissues produced in medicine and veterinary medicine, preferably in cardiac and vascular surgery. The method according to the invention provides organs and tissues which have a higher mechanical stability and a better suitability for further processing by the methods of "tissue engineering" compared to the organs and tissues produced with conventional methods.
  • the immunological tolerance and antithrombogenicity of the processed organs and tissues is significantly improved by the washing-out process according to the invention of undesired cell degradation products and cell debris.
  • Such organs and tissues show a significantly reduced thrombogenicity and immunogenicity in comparison to the original starting organs and tissues and also in comparison to organs or tissues that were only partially produced according to the invention, that is to say without the washout process.
  • cross-linking agents such as Glutaraldehyde, formaldehyde, polyether oxides (“polyepoxy compound”), hexamethylene or acylazides.
  • An advantage of this technique is the possibility of long-term storage after pretreatment with this technique.
  • a disadvantage is the principle unsuitability of such pretreated tissue for use in body systems that are subject to high mechanical stress, such as the arterial tract. Veins and arteries pretreated in this way have so far been characterized by increased early occlusion rates and a high mechanical error rate. Attempts to detoxify "cross-linking agents” and then to rebuild them using "tissue engineering” methods have so far been unsuccessful.
  • the clinically most important preservation technique for organs and tissues is cryopreservation.
  • cryopreservation and storage of organs and body tissues for preservation and later use are known and clinically established.
  • the techniques used differ only slightly (Brockbank KGM. Basic Principles of Viable Tissue Preservation. In: Transplantation Techniques and Use of Cryopreserved Allograft Cardiac Valves and Vascular Tissue. DR Clarke (ed.), Adams Publishing Group Ltd., Boston. S 9-23.American Association of Tissue Banks Standards for Tissue Banking (1995), AATB, McLean, VA, USA European Association of Tissue Banks General Standards for Tissue Banking (1995), EATB, Vienna, Austria).
  • Cryopreservation is used primarily in the storage of human heart valves, the so-called "homografts", and in the storage of human veins or other tissues.
  • cryopreserved vein allografts are established procedures in bypass surgery (Brockbank KGM et al., Cryopreserved vein transplantation. J. Cardiac Surg. 7: 170-176, 1992; Gelbfish J. et al., Cryopreserved homologous saphenous vein: Early and late patency in coronary artery bypass surgical procedures. Ann. Thorac. Surg. 42:70, 1986; Fujitani RM et al., Cryoperserved saphenous vein allogenic homografts: An alternative conduit in lower extremity arterial reconstruction in infected fields. J. Vase. Surg.
  • cryopreserved veins show poor long-term progression (Bilfinger TV et al., Cryopreserved Veins in Myocardial Revascularization: Possible Mechanism for Their Increased Failure. Ann. Thorac. Surg. 63: 1063-69, 1997 and comment in Ann. Thorac. Surg. 64 : 1524-5, 1997. Marshin RS et al., Cryopreserved Saphenous Vein Allografts for Below Knee Lower Extremity Revascularization. Ann. Surg. 219: 664-72, 1994).
  • cryopreservation techniques for allo- and xenografts aim to ensure the highest possible degree of preservation of the vascular and microvascular donor endothelium after the cleaning process.
  • the degree of preservation of the donor endothelium of the cryopreserved tissue is given in the literature as 50% - 80% (Bambang LS et al., Effects of cryopreservation on the proliferation and anticoagulant activity of human saphenous vein endothelial cells. J. Thorac Cardiovasc. Surg. 110: 998-1004).
  • vascular endothelium as covering tissue of the inner or luminal side of all blood vessels and blood vessel valves
  • vascular endothelium is characterized, for example, by a large number of antiaggregatory, anticoagulant and profibrinolytic activities
  • tissue factor that initiates an immediate coagulation reaction in contact with plasma factors
  • the object of the present invention is therefore to provide a new, generally applicable method for the preservation and storage of organs and tissues, but in particular of hollow organs.
  • Another task was the provision of organs and tissues which have a higher mechanical stability and better suitability for further processing by the methods of "tissue engineering" compared to the organs and tissues produced using conventional methods.
  • the immunological tolerance and antithrombogenicity of the processed organs and tissues is significantly improved by the washing-out process according to the invention of undesired cell degradation products and cell debris.
  • Such organs and tissues show a significantly reduced thrombogenicity and immunogenicity in comparison to the original starting organs and tissues and also in comparison to organs and tissues that were not washed out according to the invention.
  • the present invention provides a method for the devitalization and preservation of organs and / or tissues, in which the organs and tissues are removed sterile and stored in a liquid until the "devitalized steady state" is reached, selected from the group consisting of: sterile water, a crystalloid liquid, a colloidal liquid, a lipid-containing liquid and a combination of the liquids mentioned.
  • cell debris, cellular degradation products and soluble substances are washed out under pressure (depending on the tissue or organ to be perfused) but preferably with physiological, ie the natural organ and tissue-specific perfusion pressures, with a liquid selected from the group consisting of the above-mentioned liquid ,
  • the washout is preferably pulsating, i.e. under variable (depending on the preservation time) pressure rise and pressure drop curves.
  • Tissue- and organ-specific pressure waves are thus used.
  • Suitable organ or tissue-specific pressure waves are determined by determining those pressure increases and pressure drop values (pressure waves) that are necessary to achieve devitalization in the respective organ or tissue.
  • the pressure increase (the rate of pressure increase), the pressure level and the pressure drop are determined for the respective organ or tissue and are optimal if the washout leads to the washout of cell debris while at the same time maintaining the extracellular matrix.
  • the preservation of the extracellular matrix and the successful washing out of cell debris (cell debris, remains) can be checked histologically. Conditions are chosen which in no way prevent the formation of the so-called "collagen cross linking". This can also be checked by histological examinations.
  • the present invention provides a method for producing matrices for the partial and new construction of organs and / or tissues.
  • This method comprises the steps of the devitalization and preservation of organs and / or tissues according to the method described above and the cell repopulation of the organs and tissues, for example reendothelialization. additionally a cultivation device is provided for use in one of the methods according to the invention.
  • the method according to the invention is for the production of modified endogenous organs and tissues for immediate clinical use of these organs and tissues, e.g. suitable in the case of arteries and veins, the immediate implantation of which, after going through the manufacturing process, without additional treatment (e.g. cryopreservation) of the vessels.
  • the organs and tissues produced according to the invention have significantly higher biomechanical stabilities than the same organs and tissues according to conventional storage and preservation methods (e.g. cryopreservation).
  • the invention provides methods which are suitable for further treatment of the crgane and tissue according to the invention by the methods of "tissue engineering" in a clinically absolutely harmless manner.
  • the present invention provides a method for lining hollow organs with a vascular endothelium, which are obtained with the inventive method for devitalization and preservation.
  • the method according to the invention makes it possible to use organic and / or artificial surfaces which have been precoated with components of the extracellular matrix (e.g. collagens, glycosaminoglycans etc.), such as e.g. pre-treat the inner surface of artificial hearts or PTFE and Dacron prostheses so that they have a significantly reduced thrombogenicity and immunogenicity compared to the surfaces that have not been pretreated.
  • components of the extracellular matrix e.g. collagens, glycosaminoglycans etc.
  • organs means parts of the body made up of cells and tissues that form a unit with certain tissues.
  • tissue used here means individual types of cell assemblies that have common functions and that build up the body.
  • Organs according to the invention are organs of the above definition that have undergone the manufacturing process according to the invention and can only perform their functions in whole or in part by additional further treatment in the form of cell repopulation of the organs, preferably by reendothelialization.
  • the cell repopulation is preferably carried out by methods of "tissue engineering”.
  • tissues according to the invention are tissues of the above definition which have undergone the manufacturing process according to the invention and can be used clinically both with and without further treatment in the form of cell repopulation of the organs, preferably reendothelialization, in particular by the methods of "tissue engineering”.
  • Hollow organs are also understood as tissues, as defined above. Hollow organs are, for example, blood vessels, blood vessel valves, lymphatic vessels, lymphatic valve valves, heart valves, ureters, vas deferens and bronchi.
  • Organic or artificial surfaces according to the invention are surfaces which have been precoated with extracellular matrix or matrix components and have been further treated with the method according to the invention.
  • crystalloid liquid means any form of buffered or unbuffered saline solutions.
  • Preferred salt solutions in the context of the invention are phosphate-buffered saline solutions or clinically approved electrolyte solutions (Ringer's solution).
  • colloidal liquid used here means solutions containing protein and / or sugar. Preferred colloidal liquids are medium 199 and board-cutting cardioplegic solution.
  • lipid-containing liquid means any form of fat-containing solutions.
  • dark means without the influence of a natural or artificial light source.
  • a transmural pressure gradient across the wall of approximately 20-100 mmHg is preferred.
  • a pressure gradient is applied to the liver via the natural blood flow and the organ environment.
  • “Sterile” means not exposed to germs.
  • variable flow means that various flow rates can be generated in the hollow organs via the bioreactors described in the patent.
  • the expression of adhesion factors from the endothelial cells can be increased by increasing the flow. This in turn facilitates the firm anchoring of the applied endothelial cells.
  • lyophilization describes a known method that is used to preserve unstable, aging biological substances.
  • the substances to be dried are quickly and gently frozen in a cold mixture (eg carbonic acid snow in methyl alcohol) and then under high vacuum (upper limit of the vacuum: 0.05 - 0.1 Torr)
  • the ice sublimes and the escaping water vapor is supported by the pump, supported by suitable hygroscopic means (eg freezer condenser) removed so quickly that the substance to be dried remains frozen as a result of the evaporative cooling.
  • antibiotics used here means fungal or bacterial metabolites and their modification products with inhibitory or killing action against viruses, bacteria and fungi.
  • the preferred antibiotics according to the invention include gentamicin.
  • the term “devitalization” means killing all cells and reducing the corresponding organs and tissues to the level of the extracellular matrix of the connective tissue. This condition is also referred to below as “achieving devitalization”. The achievement of devitalization can be checked histologically.
  • Devitalization means the state of the organs or tissues after devitalization. Devitalization is further characterized by the fact that major changes in the extracellular matrix, organs or tissues, such as intermolecular "crosslinking" of the collagens, have largely already taken place and these changes are irreversible.
  • tissue engineering means techniques that make it possible to isolate, cultivate and multiply various, sometimes organ-specific cells (eg reendothelialization of hollow organs such as arteries or veins). Ultimately, these techniques create new organs and tissues.
  • matrix used here means the basic structure for the reconstruction or the change of organs and tissues by methods of "tissue engineering". Cells in tissue culture are propagated on these "matrices”.
  • repopularization means vine colonization with organ- or tissue-specific cells, so-called “repopulation cells”.
  • Apoptosis (Greek: the leaves fall in the wind) is a process that is also called programmed cell death and is used to devitalize tissues and organs. Apoptosis is the most common form of cell death in the body. Apoptosis plays a fundamental role in maintaining tissue and organ homeostasis. The death of individual cells is an essential prerequisite for the survival of the entire organism, because the formation, design and maintenance of tissues is not only controlled by cell multiplication and differentiation, but also requires an orderly removal of cells that have become redundant or damaged. Apoptosis is defined by a large number of morphological and biochemical changes.
  • synthetic material as used herein means any organic and / or inorganic product suitable for such purposes.
  • the synthetic material is said to increase the mechanical stability of the organs and tissues according to the invention.
  • the invention thus relates to a method for the devitalization and preservation of organs or tissues until devitalization is achieved, comprising the sterile removal and storage of the organ or tissue in a liquid, selected from the group consisting of: sterile water, crystalloid liquid, colloidal liquid, lipid-containing liquid or a combination of the liquids mentioned and the subsequent - preferably pulsating - washing out of cell debris, cellular degradation products and soluble substances under pressure, preferably under physiological pressure, with a liquid selected from the group consisting of: sterile water, crystalloid liquid, colloidal Liquid, lipid-containing liquid or a combination of the liquids mentioned, preferred crystalloid liquids being Bretschneider's cardioplegic solution or medium 199 (Seromed).
  • a liquid selected from the group consisting of: sterile water, crystalloid liquid, colloidal liquid, lipid-containing liquid or a combination of the liquids mentioned, preferred crystalloid liquids being Bretschneider's cardioplegic solution or medium 199 (Se
  • the organ is stored in the dark for at least 2 weeks.
  • the method can also be carried out under the influence of light, but preferably under UV radiation. This leads to photo-oxidation of organs and tissues. However, better results are obtained when stored in the dark.
  • the removal of the organ or tissue from the dead (multi-organ donors) is particularly preferred.
  • multiple rinsing takes place in the same liquid in which the storage is also carried out before storage.
  • Cell debris, cellular degradation products and soluble substances can be stored and washed out in the same liquid.
  • a pressure gradient is generated across the tissue (for example in the case of hollow organs a transmural pressure gradient, ie pressure gradient across the wall of the hollow organ).
  • a pressure gradient is created between the natural, organ-specific blood and / or lymphatic vessels and the rest of the organ.
  • cell debris, cellular degradation products and soluble substances are washed out several times with organ- and tissue-specific pressure waves (depending on the organs and tissues to be treated).
  • the organs and tissues are preferably stored and washed out in a sterile liquid.
  • the washing-out process for hollow organs takes place in the cultivation device according to the invention (Fig. 1).
  • the organs and tissues are stored for at least 6 weeks in order to enable a "devital steady state". Storage is particularly preferably carried out under sterile conditions. In the case of veins, the particularly preferred storage time according to the invention is 6 months, after which washing out with pulsating pressure is preferably carried out.
  • the organs and / or tissues are stored at a pH between 3 and 9, preferably between 6.9 and 7.8, particularly preferably between 7.0 and 7.5 and at a temperature of 0 to 55 ° C. preferably 0 to 37 ° C, but particularly preferably at 4 ° C.
  • the organs and tissues are stored under reduced oxygen pressure, particularly preferably under anaerobic conditions.
  • the devitalization and / or storage according to the invention is carried out with gases which can be in the liquid form (such as liquid CO 2 ) or in the gaseous form.
  • gases which can be in the liquid form (such as liquid CO 2 ) or in the gaseous form.
  • the gas is preferably an inert gas.
  • the organs and / or tissues according to the invention can be dried after the devitalization and preservation according to the invention has been completed. This drying can be done by lyophilization or critical point drying after dewatering.
  • Organs and tissues that were produced with the method for devitalization and preservation according to the invention have a structurally modified basic structure (extracellular matrix) compared to the native, freshly removed organs (intermolecular "crosslinking” and side chain modifications, also as “collagen cross linking”) designated).
  • extracellular matrix extracellular matrix
  • crosslinking and side chain modifications, also as “collagen cross linking”
  • collagen cross linking also as “collagen cross linking”
  • organs and tissues ideally - even without a special pre-coating - offer the prerequisites for a partial or new build-up of the affected organs using methods of "tissue engineering".
  • the organs and tissues can also be clinically implanted directly without any further measures.
  • the method according to the invention enables the devitalization and preservation of hollow organs, for example blood vessels, blood vessel valves, lymphatic vessels, lymphatic valve valves, heart valves, ureters, vas deferens, bronchi and organs such as urinary bladders, livers, kidneys and hearts.
  • the method according to the invention achieves decisive advantages over previously conventional methods.
  • the organs and tissues produced in this way have significantly higher biomechanical stabilities than the same organs and tissues according to conventional storage and preservation methods (eg cryopreservation).
  • Fig. 5 In blood vessels produced according to the invention, there is a significantly increased burst pressure value compared to the same hollow organs after cryopreservation (Fig. 5). It is also of exceptional importance that the organs and tissues pretreated in this way are not or only slightly antigenic or thrombogenic.
  • Preferred hollow organs according to the invention if they are immediately re-implanted as arteries and veins, are completely deendothelialized and have a staining for keratan sulfate that goes beyond the cell boundaries, with the extracellular matrix of the affected hollow organs being otherwise largely retained. This applies in particular to the three-dimensional preservation of the conserved collagen structures. Due to the slow disintegration of the viable structures during the storage and conservation period, cells that normally survive cryopreservation also die (e.g. pericytes, "pericyte-like cells").
  • tissue factor initiating coagulation tissue factor initiating coagulation
  • the devitalization of organs and tissues is increased or accelerated in the method according to the invention, for example with the aid of low-molecular substances which directly or indirectly induce apoptosis.
  • a chemotherapeutic agent eg methotrexate
  • the intensification of the devitalization can take place during the storage of the organ or tissue according to the invention or in a preceding step.
  • Substances in the sense of the invention mean any substance that Apoptosis is induced directly or the interaction of signaling molecules that are involved in the induction of apoptosis is weakened or strengthened.
  • the chemotherapeutic agents mentioned above may be mentioned here.
  • the invention further relates to organs and tissues, in particular hollow organs, which are produced by the method according to the invention.
  • the hollow organs, and in particular the vessels, which are devitalized and preserved with the method according to the invention offer ideal conditions for their use as organ matrices (so-called scaffolds) in "tissue engineering" and, in the case of blood vessels, have autologous patients on the inner surface Endothelial cells are lined, better long-term openness rates than uncoated hollow organs or vessels.
  • organs and tissues for producing the matrices according to the invention for the partial and new construction of organs and / or tissues are available ubiquitously.
  • the matrices according to the invention can be produced without any effort, they are - compared to artificial surfaces - significantly less thrombogenic and far less susceptible to infections.
  • the production can also be carried out by trained, not specially trained personnel of the highest quality.
  • the blood vessels according to the invention produced in this way have the same surgical properties (such as, for example, sewability and stingability) as untreated endogenous blood vessels.
  • xenogenic blood vessels can also be implanted in humans without any further treatment after the preparation according to the invention.
  • the production of a hydrated matrix is particularly preferred.
  • the method according to the invention provides ideal matrices for the reconstruction or modification of these organs and tissues by means of "tissue engineering".
  • the invention relates to new culture media which are characterized in that conventional culture media such as basal media or full media are supplemented with autologous (ie body / patient's own) growth factors and / or with autologous (ie body / patient's own adhesion molecules) MEM Eagle, DMEM, Medium 199, MCDB 131, Ham's Medium, Iscore, RPMI (available e.g. from Life Technology, Germany or Geromed, Germany).
  • the cultivation and multiplication of various, partially organ-specific cells is made possible by the method according to the invention and in particular by the culture media according to the invention.
  • the organ-specific differentiation of the cells used is obtained or only produced by the culture media according to the invention.
  • the problems of multiplication and differentiation of these cells known from conventional techniques are meaningless.
  • the cells of the liver (hepatocytes) can be cultivated without any problems if culture media according to the invention supplemented with autologous growth factors are used.
  • the cells obtained in this way are used to modify or rebuild organs and tissues, whereby the organs and tissues can also be pretreated (e.g.
  • these organs and tissues serve as basic structures (scaffolds) for their modification by treatment with the above-mentioned cells obtained by the methods of "tissue engineering".
  • tissue engineering In this way, three-dimensional constructs are ideally generated, which can take over the respective functions of the organ or tissue to be imitated in whole or in part.
  • Devitalization and preservation that can be reimplanted in humans without any further pretreatment are human blood vessels, i.e. arteries and veins.
  • organs according to the invention by the method of devitalization and preservation can be used as matrices for the reconstruction of organs include human blood vessels, livers, kidneys, ureters and bladder.
  • Particularly preferred vessels according to the invention are allo- or xenogenic vessels (arteries, veins, lymphatic vessels) with and without lining with autologous endothelial cells on the inner surface.
  • the invention relates to a method for producing matrices for the partial and new structure of organs, comprising the steps of devitalizing and preserving organs and / or tissues by the method according to the invention and, after reaching the "devital steady state" according to the invention, repopularizing these organs and / or tissue, for example by reendothelialization.
  • autologous cells e.g. autologous endothelial cells for repopulation.
  • the use of the new culture media containing autologous growth factors and / or adhesion molecules is particularly preferred.
  • the re-endothelialization takes place after the devitalization and preservation of these organs and tissues.
  • matrices of xenogenic origin for the construction of a new vessel and its endothelialization (e.g. bovine chest wall arteries which have been subjected to the method according to the invention).
  • the invention therefore also relates to those organs and tissues which have been produced by the method according to the invention, comprising devitalization and preservation and reendothelialization.
  • the hollow organs according to the invention which were reendothelialized before their implantation, preferably have a lining with autologous endothelial cells on the inner surface or the luminal surface.
  • a particularly preferred embodiment of the present invention comprises vessels and their valves, which are lined with recipient autologous endothelial cells on the inner surface or the luminal surface.
  • Perfusion tests of endothelialized donor vessels according to the invention showed no differences in endothelial morphology and shear strength stability compared to completely intact, freshly obtained veins or arteries.
  • the endothelium of all blood vessels, vascular valves and cardiac cavities is not only characterized by the above-mentioned antithrombogenic features. In a healthy, intact state, it represents an immunologically important barrier against the mass of the defense cells in the blood (granulocytes, monocytes, lymphocytes), which slide by without direct contact with the endothelial layer.
  • the method according to the invention enables an absolutely confluent endothelial layer permanently anchored against the shear forces of the blood flowing past to be established on the luminal surface of a blood vessel or its flaps.
  • This acts as a complex anti-thrombogenic and anti-inflammatory catalyst to prevent thromboembolization of the hollow organs.
  • Organs that have been lined, modified or completely rebuilt with patient autologous cells not only do not trigger an immune response on their luminal surface, but experience has shown that they limit a possible immunological defense even in the area of deeper wall layers in such a way that there is no clinically relevant rejection the vessels come.
  • the new method completely prevents the slight residual rejection reaction that is still present in these vessels and enables for the first time while simultaneously using the inventive method new culture media with autologous growth factors, clinically relevant re-colonization of complex organs such as the liver or kidney, which have so far failed due to the antigenicity of the basic substance of these complex organs.
  • the present invention relates to the clinical use of complex organs which have been produced in accordance with the method according to the invention.
  • the cell repopulation in particular reendothelialization, is carried out without any pre-coating of the donor vessels with adhesion factors or serum solely by directly sowing and settling the cells, which were produced using the new culture media with autologous growth factors, on the inner surface of the vessel. This is not possible with any coating process known to date.
  • the invention therefore also relates to methods for producing and using the new culture media.
  • autologous growth factors and adhesion molecules are used for the first time as an additive to culture media and for the initial treatment of the organs and tissues to be repopularized.
  • the use of culture media according to the invention enriched with autologous growth factors and / or adhesion molecules is particularly advantageous in order to achieve a pre-coating of the hollow organs with autologous adhesion molecules or with growth and adhesion factors before sowing the cells.
  • These culture media according to the invention are preferably suitable for culturing cells from the vascular system of humans, in particular vascular endothelial cells.
  • basal media i.e. basic chemically defined culture media for various cell types are: Minimal Essential Medium (MEM) for the cultivation of adherent mammalian cells (Dulbecco R, GF Plaque production by the Polyoma virus. Virology. 1959; 8: 396-397), Medium 199 for the cultivation of mice -Fibroblasts or RPMI medium for the cultivation of tumor cells.
  • MEM Minimal Essential Medium
  • RPMI RPMI medium for the cultivation of tumor cells.
  • These media differ in their composition, among other things. of amino acids, vitamins, trace elements, organic salts and other organic substances that enable the growth of the cultivated cells.
  • basal media is used here synonymously with “basally chemically defined media”.
  • basic chemically defined media is used in tissue culture for culture media of known qualitative and quantitative chemical composition. In contrast, other media, here called full media, contain natural products such as Animal serum.
  • FCS fetal calf serum
  • NCS newborn calf serum
  • ECGS endothelial cell growth supplement
  • a further partial aspect of the invention therefore relates to methods in which autologous growth factors obtained in various ways either alone or in combination with autologous serum or in combination with other non-autologous ones Growth factors are added to the corresponding culture media. It is irrelevant whether preferred chemically defined media (e.g. MCDB 131) or so-called full media (e.g. Gibco HE-SFM) are used. In any case, 1. the growth of the cells, especially the endothelial cells, is significantly accelerated (growth curves, see Fig. 2), 2. the differentiation of the cells is significantly increased, and 3. the lifespan of the cells is multiplied.
  • preferred chemically defined media e.g. MCDB 1311
  • full media e.g. Gibco HE-SFM
  • the new culture media serve to increase growth, remodeling processes and reducing dedifferentiation processes of vascular cells in cell culture and are characterized in that a basal chemically defined medium or a full medium autologous (i.e. body / patient's own) growth factors and / or autologous adhesion molecules can be added.
  • the culture medium according to the invention comprises 5-30%, preferably 5-20%, particularly preferably 10-15% autologous serum.
  • Autologous serum means the patient's own serum (obtained from the patient) which contains the autologous growth factors and / or the autologous adhesion molecules and which is preferably not heat-inactivated.
  • recombinant growth factors can be added to the culture medium according to the invention.
  • suitable recombinant growth factors are bFGF, VEGF, EGF, TGF, "scatter factor", PDGF or a combination of these growth factors.
  • the autologous growth factors and adhesion molecules can be made from platelets and / or white blood cells.
  • the autologous growth factors and adhesion molecules are obtained from enriched platelets.
  • the autologous growth factors and adhesion molecules can be produced from coagulated autologous whole blood by centrifugation.
  • the autologous whole blood obtained is preferably stored for at least 1 hour at 37 ° C or for 6 hours at 4 ° C (see Figure 6).
  • glycosaminoglycan can additionally be added to the culture medium according to the invention.
  • Particularly preferred glycosaminoglycans are heparin, heparin sulfate, chondroitin, chondroitin sulfate, dermatin or dermatine sulfate.
  • the culture medium according to the invention can additionally be supplemented with transferrin, hydrocortisone, insulin, selenium or albumin.
  • the culture medium according to the invention is suitable for the cultivation of vascular cells, in particular endothelial cells, pericytes, "pericyte-like cells” and smooth muscle cells.
  • the culture medium is also suitable for growing non-vascular cells, in particular hepatocytes.
  • the culture medium can be used as a culture medium in the context of "tissue engineering". It is particularly suitable as a medium for "precoating" vascular prostheses, heart valves and bypasses in "tissue engineering”.
  • the culture medium according to the invention can be used as a preservation solution for tissue storage ("tissue banking").
  • the autologous growth factors can be obtained by mechanically destroying the body's own tissues.
  • the autologous growth factors can preferably be obtained by chemical and / or biochemical destruction of the body's own tissues.
  • the autologous growth factors can particularly preferably be obtained by apoptosis of the body's own tissue. Tissue destruction can also be carried out by ultrasound.
  • Obtaining autologous serum enriched with autologous growth factors released from blood cells Obtaining whole blood without anticoagulant substances by methods known to those skilled in the art.
  • the initiation of coagulation also activates blood cells, in particular platelets and white blood cells.
  • An initiation of coagulation and simultaneous activation of the blood cells can also be carried out by adding "activators” (eg HE / ml thrombin). This leads to the progressive release of growth factors (eg VEGF, PDGF, FGF). It is known, for example, that the Release of VEGF from the activated platelets reaches a maximum after 1 h at 37 ° C.
  • the clotted blood is therefore kept for at least stored for 1 h at 37 ° C or at least 6 hours at 4 ° C. Subsequently, the above-mentioned centrifugation and pipetting off of the supernatant, which contains a large part of the growth factors, takes place in order to obtain the serum with the growth factors contained therein.
  • Platelet-rich plasma is obtained by careful centrifugation (315 g for 10 minutes) and pipetting off the supernatant. Release of the autologous growth factors by degranulation of the platelets after recalcification and activation with preferably whole blood (1 ml to 10 ml platelet-rich plasma). Enriched growth factors can be concentrated by prior concentration of the platelets e.g. to 2 million / ml and subsequent activation as described above.
  • White blood cells are obtained, for example, by centrifuging citrated blood, pipetting off the "buffy coat” and subsequent activation (for example with FMLP).
  • concentrated white blood cells and platelets can be activated together. Serum rich in growth factors is obtained as above by centrifugation.
  • the cells are lysed by complement activation or apoptosis.
  • Dextranomer and polyacrylamide concentrators are commercially available (Sephadex from Pharmacia, Bio-Gel P from Bio-Rad Laboratories).
  • other concentrators such as silica gel, zeolites, dextramines, alginate gel, crosslinked agarose can be used.
  • the mixture obtained can be dialyzed against physiological solutions (Hanks salts, Earle's salts, basal media).
  • the coating of hollow organs according to the invention can be carried out with all the equipment customary for such measures, but the cultivation device (bioreactor) according to the invention is particularly suitable (FIG. 1).
  • the cultivation device bioreactor
  • FIG. 1 The following advantages resulted from the use of this cultivation device:
  • a constant, arbitrary pressure gradient is generated across the vein wall.
  • medium is transported over the vein wall, which is used to nourish the endothelial cells and, if necessary, other cells introduced into the vein wall.
  • any antigens that are still present in the vessel wall are washed out into the external medium.
  • the bioreactor according to the invention can be used for permanent perfusion, particularly of endothelialized hollow organs, if it appears necessary to particularly support certain differentiation states of cells. This leads to a significantly increased synthesis of the extracellular matrix, which particularly promotes the shear force stability of the applied endothelial layer of the affected hollow organs.
  • This device is a simple, easy-to-use, inexpensive and safe aid for the endothelialization of hollow organs of all kinds.
  • the cultivation device according to the invention is also suitable for the following processes: For the re-cellularization of prosthetic and organic material, in particular for re-endothelialization with and without perfusion of the hollow organ.
  • the flushing takes place by applying a transmural pressure gradient (pressure gradient over the wall of the hollow organ), which the Maintaining an osmotic and oncotic gradient between the tissue to be treated and the external medium, which is additionally desired for flushing out these substances, and by means of an additional exchange of the external medium.
  • a transmural pressure gradient pressure gradient over the wall of the hollow organ
  • the method according to the invention for the production of matrices for the partial and new construction of organs and tissues can be applied to all natural and artificial hollow organs and their components, for example natural blood vessels, blood vessel valves, lymphatic vessels, lymphatic valve valves, ureters and bladder, vas deferens, bronchi , with the heart and especially with heart valves.
  • so-called biological heart valves from xenogenic materials (for example from bovine pericardium)
  • the affected starting materials are often fixed with so-called cross-linking agents (e.g. glutaraldehyde). This extends the possible duration of storage of the raw materials concerned.
  • the starting materials are then mounted on so-called “stents” to achieve a biological form and biomechanical stability. These "stents” also serve as abutments for anchoring the surgical sutures during implantation. It is known that after implantation of such heart valves, there are chronic immunological processes which ultimately lead to degeneration of the affected heart valve.
  • the life of such heart valves after their implantation in humans is a maximum of 15 years, after which the heart valve must be replaced in a second operation with a significantly increased risk of surgery for the affected patient.
  • the cause of these immunological processes are antigenic structures of the starting tissue used for the production of heart valves.
  • Such antigenic structures are completely eliminated and the service life of biological heart valves is improved.
  • Such heart valves according to the invention can now be implanted without any further treatment. However, they can also be further treated with any preservative substance or technique previously used in the manufacture of biological heart valves.
  • the method according to the invention can preferably be used for the production of matrices for the partial and new construction of organs and tissues in donor vessels (veins or arteries) and in xenografts.
  • a particular advantage here is the possibility of treating these vessels with antiviral treatment before they are coated. This is possible because the vessel wall of the vessels manufactured according to the invention has a significantly higher mechanical stability than, for example, the wall of a cryopreserved vessel.
  • these organs are repopularized with cells in organ-specific three-dimensional rotary apparatus.
  • Rotary apparatuses of this type are commercially available (Rotary Cell Culture System TM from Synthecon, Ine, USA).
  • vessels that are lined with autologous endothelial cells on the inner surface the endothelial cells being obtained from other sources (e.g. peripheral blood, bone marrow, adipose tissue, genetically modified or produced endothelium, xenogeneic and, if appropriate, genetically modified xenogeneic endothelium) to use according to the invention.
  • patient-autologous epithelium can be produced by genetic engineering, so that epithelium is obtained which imitates the patient-autologous epithelium in its surface properties or immunological properties.
  • a precoating of artificial surfaces with cell populations is carried out, which are capable of forming extracellular matrix and then the surfaces pretreated in this way are transferred into the process according to the invention.
  • the further treatment of the surfaces produced in this way can be carried out using methods of "tissue engineering” or inorganic or organic chemistry (e.g. chemical coupling of antithrobogenic compounds). Further treatment with supporting substances such as e.g. Adhesion molecules take place.
  • the hollow organ according to the invention is additionally enclosed on the outer surface by a jacket made of a synthetic material.
  • This synthetic jacket can consist of a resorbable material, for example synthetic polyglyconic acid. Hollow organs that are surrounded by a jacket made of synthetic material have the advantage that they are stabilized for several months.
  • Fig. 4a and b show a vein according to the invention, which was removed 16 hours after its implantation in a patient. It shows a completely smooth surface without any attachment of fibrin, thrombo- and leukocytes.
  • Uncoated or coated vessels according to the invention are particularly used as aortocoronary bypasses for coronary artery disease and as vascular grafts for vascular reconstructions of any kind.
  • This relates, for example, to peripheral arterial occlusive disease, aneurysmal changes to vessels that require replacement of these vessels, and all repetitive operations on the heart and on the vessels.
  • these vessels are the ideal conduit for use in infected areas of the body. Further indications for the use of such vessels are a large number of congenital malformations (all types of shunt operations are mentioned as examples).
  • Such vessels are suitable for basic scientific studies such as arteriosclerosis research or permeation testing of pharmaceuticals.
  • arteriosclerosis research or permeation testing of pharmaceuticals.
  • implant uncoated vessels at any time without any pretreatment.
  • This also enables clinical storage of such vessels, as is known, for example, in the case of artificial prostheses.
  • the manufacturing process according to the invention thus provides for the first time in the history of medicine an organic alternative bypass that is available at all times for use on the heart.
  • Figure 1 shows a cultivation device (bioreactor) for use in the method according to the invention. It consists entirely of biologically inert, autoclavable parts and this device can be used to build up any pressure gradient across the vein wall. Furthermore, the vein can be perfused with any pressure and flow using a pump.
  • the cultivation device comprises a culture vessel (1) filled with medium in which the hollow organ is located (for example a vein (2)).
  • the lumen of the two vein ends is connected to the two outlets of the culture vessel by means of two adapters (3).
  • An adapter is connected to a computer controlled peristaltic pump (7).
  • the other adapter ends at a storage or discharge container (5) with a riser pipe (4). If the vessel (5) represents a discharge vessel, the line (6) must be connected to a storage vessel.
  • the pressure gradient ⁇ p (depending on the riser pipe (4) and pressure transmitter (8)) is set according to the desired pressure gradient across the vessel wall. If the pressure generated by the riser pipe (4) is sufficient, the apparatus can also be used without a pressure sensor (8).
  • the peristaltic pump (7) can be used to carry out a computer-assisted change of medium in the inner lumen of the vein or a continuous / discontinuous perfusion of the vessel (2).
  • Figure 2 shows the growth behavior of cultivated human macrovascular endothelial cells from the vena Saphena magna under different cultivation conditions and daily 50% medium change.
  • the medium (d) according to the invention offers by far the best culture conditions for human endothelial cells.
  • FIG 3 shows a modification of the cultivation device in Figure 1 for the pressure-dependent flushing of a hollow organ according to the invention.
  • the storage vessel I (11) contains the Liquid that is applied into the inner lumen of the hollow organ (2) under pressure (depending on the riser pipe (4) and pressure transmitter (9)) via the pump (7) and is collected in the discharge vessel I (5).
  • the storage vessel II (12) contains the liquid which is used to wash around the hollow organ (2) with the aid of the pump (8) and is collected in the discharge vessel II (6) with the liquid filtered over the wall of the hollow organ.
  • Figure 4 shows a vein according to the invention after implantation in comparison to a body's own vein.
  • Figures 4a and 4b show a vein according to the invention which was removed 16 hours after its implantation in a patient. When histologically evaluated, it shows a completely smooth surface without any attachment of fibrin, thrombo- and leukocytes.
  • Figure 4c shows the inner surface of a body's own vein, which was also used in this operation. It was completely thrombosed and showed histological evaluation of fibrin, thrombo- and leukocyte deposits.
  • Figure 5 shows the burst pressure values of a) freshly removed veins, b) cryopreserved veins immediately after thawing and c) veins according to the invention after 12 months of storage according to the invention.
  • Figure 6 shows a flow chart for obtaining autologous growth factors and adhesion molecules.
  • Example 1 Initiation of devitalization and preservation in blood vessels
  • Donor veins are removed sterile from the organ donor using conventional techniques. Due to their integrity, these vessels are still in the operating room examined. Any branches or side branches of the veins are ligated with surgical suture material (eg Ethibond 4/0) in the usual way.
  • the tubes are rinsed several times with crystalloid solution (e.g. Bretschneider's cardioplegic solution or Medium 199 (Seromed)) and then placed in a tube of approx. 1 cm caliber (either a sterile plastic tube or a specially made glass tube can be used for this).
  • the vessel is filled with medium 199 until it overflows and then stored at 4 ° C. in the dark.
  • the veins can also be filled with medium 199, closed at both ends with vessel clips, for example, and then stored in medium 199.
  • the storage should be at least 2 weeks, preferably 6 weeks, particularly preferably 6 months. Even after a storage time of more than 24 months, the vessel is still fully suitable for its use according to the invention.
  • the vessel can be implanted immediately after removal from the storage vessel. If desired, the inner surface of the hollow organ can be smoothed mechanically before implantation. For this purpose, a commercially available balloon catheter (Fogarty catheter) can be pulled through the hollow organ. This procedure is recommended because unevenness due to storage cannot be excluded.
  • Example 4 Patient-autologous endothelialization of veins modified according to the invention
  • an approximately 5 cm long piece of vein is removed from the recipient of the vein to be coated under local anesthesia.
  • the isolation and proliferation of isolated endothelial cells is carried out according to common cell culture techniques (Jaffe EA, Nachman RL, Becker CG, et al. Culture of human endothelial cells derived from umbilical veins. Identification by morphologic and immunologic criteria. J Clin Invest 52: 2745-56, 1973 ).
  • medium 199 (Seromed) supplemented with 20% autologous serum and 2 ng / ml recombinant bFGF (basic fibroblast growth factor) can be used as culture medium.
  • the stored donor vein according to the invention to be used is removed from its storage container.
  • the vein is either filled directly with the patient's autologous endothelial cell suspension without any further pretreatment (see below) or filled with patient's autologous serum and then incubated in the filled incubator at 37 ° C for 12 to 24 hours.
  • the two ends of the vein are provided with a continuous adapter plug (which is integrated), which in turn is closed by a removable plug.
  • the pre-coated vein is filled with a defined cell number (80,000-120,000 cells / cm 2 graft surface) of patient-autologous endothelium and closed by reinserting the stopper.
  • the vein is rotated for several hours in a rotary device [Kadletz M, Moser R, Preiss P, et al. In vitro lining of fibronectin coated PTFE grafts with cryopreserved saphenous vein endothelial cells. Thorac Cardiovasc Surg, 35 Spec No 2: 143-147, 11/1987]) rotated in the incubator at 37 ° C. This leads to uniform adhesion of the cells on the Graft inner surface.
  • the coated vein is then removed from the rotary device and placed in the special cultivation device (see FIGS. 1 and 3).
  • Example 5 Patient-autologous endothelialization of veins modified according to the invention using patient-autologous growth factors and adhesion molecules:
  • Approximately 500 ml of whole blood with anticoagulant substances are withdrawn from the patients to be operated on in the preoperative course.
  • Obtaining platelet-rich plasma plasma with enriched platelets (platelets)) by careful centrifugation (315 g for 10 minutes) and pipetting off the supernatant (platelet-rich plasma).
  • Preferred enriched growth factors can be obtained by previously concentrating the platelets to, for example, 2 million / ml and then activating them.
  • This serum according to the invention can optionally be concentrated using commercially available concentrators by removing water (for example dextranomer, polyacrylamide).
  • Dextranomer and polyacrylamide concentrators are commercially available (Sephadex from Pharmacia, Bio-Gel P from Bio-Rad Laboratories).
  • alternative other concentrators such as silica gel, zeolites, dextramines, alginate gel, "crosslinked” agarose can be used.
  • the mixture obtained can also be dialyzed against physiological solutions (Hanks salts, Earle's salts, basal media).
  • Example 6 Patient-autologous endothelialization of xenografts pretreated according to the invention:
  • the endothelialization of xenografts pretreated according to the invention is carried out in accordance with the method of Example 4 or 5.
  • Example 7 Patient autologous endothelialization from another vessel, e.g. an artery
  • the endothelialization of an artery is carried out in exactly the same way as the endothelialization of a vein described in Example 4 or 5.
  • Example 8 Epithelialization from another hollow organ, namely from a ureter.
  • the epithelialization of a ureter is carried out in accordance with the endothelialization described in Example 4, with the difference that urothelium is used instead of endothelium.
  • Example 9 Coating process, the endothelial cells being obtained from other sources (see above) Coating method as in example 4.
  • the corresponding endothelial cells are isolated from peripheral blood, bone marrow and abdominal fat by known methods. This isolation of endothelial cells has a clear benefit for patients, since these methods are also available for those patients who do not have a sufficient vascular substrate for the production of autologous endothelium. In addition, these procedures are less invasive to the patient.
  • the following examples relate to the use of the media according to the invention (media supplemented with autologous growth factors and adhesion molecules) in cell culture for tissue engineering.
  • Example 10 Isolation and Cultivation of Human Macrovascular Venous and Arterial Endothelial Cells:
  • the isolation is carried out as described above according to the Jaffe et al.
  • the cells are preferably cultivated in medium MCDB 131 with 20% autologous thrombocytic growth factor-rich serum (from 2 ⁇ 10 6 platelets / ml) additionally substituted with heparin (50 ⁇ g / ml).
  • Example 11 Isolation and cultivation of human smooth muscle cells from the media of the aorta
  • Enzymatic disintegration of media is preferred due to higher cell yields.
  • Pieces of human aorta are surgically freed from the intima and adventitia.
  • the media obtained must be free of remnants of the intima and adventitia.
  • the media is mechanically comminuted into 5 mm pieces and then incubated with a protease mixture (0.05% elastase type HI, 0.225% collagenase, 1% human albumin in PBS). At least 10 ml of protease solution is used for one gram of tissue. It is incubated at 37 ° C until the tissue is completely digested (generally 3-5 h).
  • the cell suspension is filtered through a nylon mesh (50 ⁇ m), centrifuged (190 g, 10 min) and resuspended in autologous culture medium (MI 99 + 20% autologous growth factor-rich serum).
  • autologous culture medium MI 99 + 20% autologous growth factor-rich serum.
  • the cells are sown at a density of 10 4 cells / cm 2 and incubated at 5% CO 2 , 37 ° C in the incubator.
  • a basal medium e.g. DMEM
  • an antibiotic additive e.g. Gentamicin 50 ng / ml
  • any hair and necrotic tissue that may be present are first removed from the skin, then the fatty tissue and vessels of the subcutis are carefully separated.
  • the cleaned skin is placed in a trypsin / EDTA solution (0.25% / 0.2%) for 18 hours at 4 ° C.
  • the 18-hour enzyme action on the skin is evident from its jelly-like nature.
  • PBS trypsin / EDTA solution
  • the dissociated tissue is then removed from the skin with forceps and suspended in nutrient medium. This cell suspension is filtered through a sterile gauze compress (or a nylon mesh 50 ⁇ m mesh size) to remove necrotic tissue debris.
  • the cell suspension is centrifuged (190 g, 10 min) and in autologous nutrient medium resuspended.
  • the cells are then sown in cell culture dishes.
  • the primary culture is kept in the incubator for 24 hours. After the 24 hours in which the cells can adhere to the bottom of the bottle, the medium is changed. Medium change takes place every 3 days.
  • the culture medium MCDB 153 (Boyce ST, Urn RG. Calcium-regulated differentiation of normal human epidermal keratinocytes in chemically defined clonal culture and serum-free serial culture. J Invest Dermatol. 1983; 81: 33s-40s) is substituted with insulin (5 mg / 1), hydrocortisone (1.4 ⁇ M, 0.5 mg / 1), ethanolamine (0.1 mM), phosphoethanolamine (0.1 mM) with 10% autologous serum and 10% autologous thrombocytic growth factors ( from 2xl0 6 platelets / ml) used.
  • Example 13 Isolation and cultivation of human dermal fibroblasts
  • the remaining skin is placed in a culture bottle with autologous nutrient medium (MI 99 with 10% autologous growth factor-rich serum). After a few days of incubation in the incubator (5% CO 2 , 37 ° C), fibroblasts grow out of the skin. After enough fibroblasts have grown out of the skin, the remaining skin is removed. Medium change takes place every 3 days.
  • autologous nutrient medium MI 99 with 10% autologous growth factor-rich serum
  • Example 14 Cultivation of human hepatocytes
  • the cells are sown at a density of 1.6 x 10 cells / cm in culture bottles.
  • William's E Medium Gibco, Grand Island, NY, USA substituted with 15% autologous growth factor and adhesion molecule-rich (growth factors from 2 x 10 6 / ml thrombocytes and 7 x 10 5 / ml leukocytes) serum, 25 mM HEPES, 5 ⁇ g / ml insulin, 0.5 ⁇ g / ml Hydrocortisone, 5 ⁇ g / ml transferrin, 100 U / ml penicillin, 100 ⁇ g / ml streptomycin used.
  • a 50% medium change takes place every 24 hours.
  • Example 15 Coating of an artificial surface (here PTFE prosthesis. Diameter 4 mm) with fibroblasts and subsequent further treatment according to the invention.
  • Example 13 For the isolation and cultivation of fibroblasts, see Example 13.
  • the sterile PTFE prosthesis to be coated is placed in autologous serum, taking care that the inner lumen of the prosthesis is completely wetted with the serum.
  • the prosthesis is then stored at 37 ° C for approx. 12 hours.
  • the prosthesis is then removed and filled with a fibroblast cell suspension (100,000 cells / cm 2 inner prosthesis surface).
  • the prosthesis is now rotated for 6-10 hours in a rotating apparatus (see also Example 4) in order to ensure uniform adhesion of the cells.
  • the coated prosthesis is then transferred to a bioreactor and cultivated there for 4 weeks until a layer of extracellular matrix formed by the fibroblasts and firmly attached to the inner lumen has a layer thickness of at least 10 ⁇ m.
  • the coated prosthesis is then transferred according to the invention into a devital steady state. After the devitalized steady state has been reached according to the invention, the prosthesis can either be implanted immediately or processed further as part of tissue engineering.
  • Example 16 Coating an artificial surface (here a polyurethane prosthesis, diameter 4 mm) with subintimal cells and subsequent further treatment according to the invention.
  • an artificial surface here a polyurethane prosthesis, diameter 4 mm
  • the subintimal cells are isolated from vessels which have been proteolytically isolated from the endothelial cells using the method described above (see example 10).
  • These cells are cultivated as in Example 13.
  • the further coating is carried out analogously to Example 15.
  • Example 17 Endothelialization of a coated artificial surface pretreated according to the invention (here PTFE prosthesis, 4 mm diameter).
  • a PTFE prosthesis prepared according to Example 15 is endothelialized according to Example 4 after the "devital steady state" has been reached.

Abstract

The invention relates to methods for devitalising and conserving human and animal organs and tissue, preferably natural hollow organs and the complete components thereof, in particular blood vessels and coronary valves. The invention further relates to methods for production of matrices for the partial and full construction of organs and tissues and furthermore to organs and tissue, in particular natural and artificial hollow organs, which may be obtained by said method. The invention also relates to the clinical application and use of organs thus produced in clinical and veterinary medicine, preferably in coronary and vascular surgery and novel culture media.

Description

Verfahren zur Devitalisierung natürlicher Organe und/oder zur Process for devitalizing natural organs and / or
Bereitstellung extrazellulärer Matrices zum "Tissue-Engineering"Provision of extracellular matrices for "tissue engineering"
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Devitalisierung und Konservierung menschlicher und tierischer Organe und Gewebe, bevorzugt jedoch natürlicher Hohlorgane und deren sämtlicher Bestandteile, insbesondere von Blutgefäßen und Herzklappen. Des weiteren betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung von Matrices für den Teil- und Neuaufbau von Organen und Geweben. Darüber hinaus betrifft die Erfindung Organe und Gewebe, insbesondere natürliche und künstliche Hohlorgane, die nach den erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich sind. Weiterhin betrifft die Erfindung den klinischen Einsatz und die Verwendung der hergestellten Organe und Gewebe in der Medizin und Veterinärmedizin, vorzugsweise in der Herz- und Gefaßchirurgie. Durch die erfindungsgemäßen Verfahren werden Organe und Gewebe bereitgestellt, die gegenüber den mit herkömmlichen Verfahren hergestellten Organen und Geweben eine höhere mechanische Stabilität und eine bessere Eignung zur weiteren Verarbeitung durch die Methoden des "Tissue-Engineerings" aufweisen. Insbesondere wird die immunologische Verträglichkeit und Antithrombogenität der bearbeiteten Organe und Gewebe durch das erfindungsgemäße Auswaschungsverfahren von unerwünschten Zellabbauprodukten und Zelldebris deutlich verbessert. Derartige Organe und Gewebe zeigen eine im Vergleich zu den ursprünglichen Ausgangsorganen und -geweben und ebenso eine im Vergleich zu Organen oder Geweben, die nur teilweise erfϊndungsgemäß, das heißt ohne den Auswaschvorgang, hergestellt worden sind, deutlich reduzierte Thrombogenität und Immunogenität.The invention relates to methods for the devitalization and preservation of human and animal organs and tissues, but preferably natural hollow organs and all of their components, in particular of blood vessels and heart valves. Furthermore, the invention relates to methods for the production of matrices for the partial and new structure of organs and tissues. In addition, the invention relates to organs and tissues, in particular natural and artificial hollow organs, which can be obtained by the processes according to the invention. Furthermore, the invention relates to the clinical use and use of the organs and tissues produced in medicine and veterinary medicine, preferably in cardiac and vascular surgery. The method according to the invention provides organs and tissues which have a higher mechanical stability and a better suitability for further processing by the methods of "tissue engineering" compared to the organs and tissues produced with conventional methods. In particular, the immunological tolerance and antithrombogenicity of the processed organs and tissues is significantly improved by the washing-out process according to the invention of undesired cell degradation products and cell debris. Such organs and tissues show a significantly reduced thrombogenicity and immunogenicity in comparison to the original starting organs and tissues and also in comparison to organs or tissues that were only partially produced according to the invention, that is to say without the washout process.
Bislang werden zur Lagerung von Organen und Körpergeweben, die einer erneuten Verwendung im Menschen wieder zugeführt werden sollen diverse Konservierungstechniken verwendet:To date, various preservation techniques have been used to store organs and body tissues that are to be reused in humans:
Die kurzzeitige Lagerung menschlicher Herzklappen für 3 bis 4 Tage in einem Antibiotika-Cocktail bei 4 °C wird dann vorgenommen, wenn bei Entnahme desThe short-term storage of human heart valves for 3 to 4 days in an antibiotic cocktail at 4 ° C is carried out when the
Spenderorgans bereits ein Empfänger für die betroffenen Herzklappen zur Verfügung steht und aufgrund der Schwere dessen Erkrankung kein Aufschub der Operation mehr geduldet werden kann. Diese Technik wird als "Fresh Wet" -Transplantation bezeichnet. Eine längere Aufbewahrung der Organe fuhrt zu deren Zerfall.Donor organ already has a recipient available for the affected heart valves stands and due to the severity of the disease, the operation can no longer be delayed. This technique is called "fresh wet" transplantation. Prolonged storage of the organs leads to their decay.
Des weiteren ist die Aufbewahrung von Organen nach Konservierung mit sogenannten "Cross-linking Agents", wie z.B. Glutaraldehyd, Formaldehyd, Polyetheroxide ("Polyepoxy Compound"), Hexamethylen oder Acylazide bekannt. Ein Vorteil dieser Technik ist die Möglichkeit zur langfristigen Lagerung nach Vorbehandlung mit dieser Technik. Ein Nachteil ist jedoch die prinzipielle Nichteignung derart vorbehandelten Gewebes für den Einsatz in Körpersysteme, die einer hohen mechanischen Belastung unterliegen, wie z.B. die arterielle Strombahn. Derartig vorbehandelte Venen und Arterien zeichneten sich bislang durch erhöhte Frühverschlussraten und eine hohe mechanische Fehlerquote aus. Versuche "Cross-linking Agents" zu enttoxifizieren und anschließend durch Methoden des "Tissue-Engineering" wieder aufzubauen verliefen bislang nicht erfolgreich.Furthermore, the preservation of organs after preservation with so-called "cross-linking agents", such as Glutaraldehyde, formaldehyde, polyether oxides (“polyepoxy compound”), hexamethylene or acylazides are known. An advantage of this technique is the possibility of long-term storage after pretreatment with this technique. A disadvantage, however, is the principle unsuitability of such pretreated tissue for use in body systems that are subject to high mechanical stress, such as the arterial tract. Veins and arteries pretreated in this way have so far been characterized by increased early occlusion rates and a high mechanical error rate. Attempts to detoxify "cross-linking agents" and then to rebuild them using "tissue engineering" methods have so far been unsuccessful.
Die klinisch bedeutsamste Konservieπ gstechnik von Organen und Geweben ist die Kryopräservation.The clinically most important preservation technique for organs and tissues is cryopreservation.
Die Kryopräservation und Lagerung von Organen und Körpergeweben zur Konservierung und späteren Verwendung, z.B. im Rahmen einer Transplantation, sind bekannt und klinisch etabliert. Die verwendeten Techniken unterscheiden sich dabei nur unwesentlich (Brockbank KGM. Basic Principles of Viable Tissue Preservation. In: Transplantation Techniques and Use of Cryopreserved Allograft Cardiac Valves and Vascular Tissue. DR Clarke (ed.), Adams Publishing Group Ltd., Boston. S 9-23. American Association of Tissue Banks Standards for Tissue Banking (1995), A.A.T.B., McLean, VA, U.S.A. European Association of Tissue Banks General Standards for Tissue Banking (1995), E.A.T.B., Vienna, Austria). Die Kryopräservation findet vor allem bei der Lagerung von menschlichen Herzklappen, den sogenannten "Homografts", und bei der Lagerung menschlicher Venen oder anderer Gewebe Verwendung.The cryopreservation and storage of organs and body tissues for preservation and later use, for example in the context of a transplant, are known and clinically established. The techniques used differ only slightly (Brockbank KGM. Basic Principles of Viable Tissue Preservation. In: Transplantation Techniques and Use of Cryopreserved Allograft Cardiac Valves and Vascular Tissue. DR Clarke (ed.), Adams Publishing Group Ltd., Boston. S 9-23.American Association of Tissue Banks Standards for Tissue Banking (1995), AATB, McLean, VA, USA European Association of Tissue Banks General Standards for Tissue Banking (1995), EATB, Vienna, Austria). Cryopreservation is used primarily in the storage of human heart valves, the so-called "homografts", and in the storage of human veins or other tissues.
Der Einsatz von kryopräservierten Venenallografts beispielsweise ist ein etabliertes Verfahren in der Bypasschirurgie (Brockbank KGM et al., Cryopreserved vein transplantation. J. Cardiac Surg. 7:170-176, 1992; Gelbfish J. et al., Cryopreserved homologous saphenous vein: Early and late patency in coronary artery bypass surgical procedures. Ann. Thorac. Surg. 42:70, 1986; Fujitani RM et al., Cryoperserved saphenous vein allogenic homografts: An alternative conduit in lower extremity arterial reconstruction in infected fields. J. Vase. Surg. 15: 519-526, 1992) und findet bei Patienten Verwendung, die nicht über genügend körpereigenes Gefäßmaterial verfugen, oder deren Gefäße qualitativ nicht geeignet sind. Häufig werden derart kryopräservierte Venen auch als Bypässe in infizierten Körperregionen eingesetzt. Hier verbietet sich der Einsatz prosthetischen Materials durch die hohe, materialbedingte, Inzidenz des Protheseninfekts.For example, the use of cryopreserved vein allografts is an established procedure in bypass surgery (Brockbank KGM et al., Cryopreserved vein transplantation. J. Cardiac Surg. 7: 170-176, 1992; Gelbfish J. et al., Cryopreserved homologous saphenous vein: Early and late patency in coronary artery bypass surgical procedures. Ann. Thorac. Surg. 42:70, 1986; Fujitani RM et al., Cryoperserved saphenous vein allogenic homografts: An alternative conduit in lower extremity arterial reconstruction in infected fields. J. Vase. Surg. 15: 519-526, 1992) and is used in patients who do not have sufficient body material or whose vessels are not of a suitable quality. Such cryopreserved veins are often used as bypasses in infected body regions. The use of prosthetic material is prohibited here due to the high, material-related, incidence of the prosthesis infection.
Allerdings zeigen kryopräservierte Venen einen schlechten Langzeitverlauf (Bilfinger TV et al., Cryopreserved Veins in Myocardial Revascularization: Possible Mechanism for Their Increased Failure. Ann. Thorac. Surg. 63: 1063-69, 1997 und Kommentar in Ann. Thorac. Surg. 64: 1524-5, 1997. Marshin RS et al., Cryopreserved Saphenous Vein Allografts for Below Knee Lower Extremity Revascularization. Ann. Surg. 219: 664-72, 1994). Ursächlich hierfür dürfte vor allem eine immunologisch bedingte Degeneration der Venenwand sein (Carpenter JP, Tomaszewski JE, Immunosuppression for Human Saphenous Vein Allograft Bypass Surgery: a Prospective Randomized Trial. J. Vase. Surg. 26: 32-42, 1997. Carpenter JP, Tomaszewski JE, Human Saphenous Vein Allograft Bypass Grafts: Immune Response. J. Vase. Surg. 27:492-9, 1998). Darüber hinaus werden häufig thrombotische Frühverschlüsse kryopräservierter Venen beobachtet. Beide Prozesse wurden bislang in vielen Publikationen auf die Beschädigung des Spenderendothels im Rahmen der Kryopräservierung, die bis zum vollständigen Fehlen desselben führen kann, oder auf eine eingeschränkte Funktionalität des erhaltenen Endothels zurückgeführt (Brockbank KGM et al., Cryopreserved vein transplantation. J. Cardiac Surg. 7:170-176, 1992; Brockbank KGM et al., Functional analysis of cyropreserved veins. J. Vase. Surg. 11: 94-102, 1990. Laub GW et al., Cryopreserved allograft veins as alternative coronary conduits: early phase results. Ann. Thorac. Surg. 54: 826-31,1992. Louagie YA et al., Viability of long term cryopreserved human saphenous veins. J. Cardiovasc. Surg. 31: 92-100, 1990).However, cryopreserved veins show poor long-term progression (Bilfinger TV et al., Cryopreserved Veins in Myocardial Revascularization: Possible Mechanism for Their Increased Failure. Ann. Thorac. Surg. 63: 1063-69, 1997 and comment in Ann. Thorac. Surg. 64 : 1524-5, 1997. Marshin RS et al., Cryopreserved Saphenous Vein Allografts for Below Knee Lower Extremity Revascularization. Ann. Surg. 219: 664-72, 1994). The main reason for this is probably an immunologically induced degeneration of the vein wall (Carpenter JP, Tomaszewski JE, Immunosuppression for Human Saphenous Vein Allograft Bypass Surgery: a Prospective Randomized Trial. J. Vase. Surg. 26: 32-42, 1997. Carpenter JP, Tomaszewski JE, Human Saphenous Vein Allograft Bypass Grafts: Immune Response. J. Vase. Surg. 27: 492-9, 1998). In addition, thrombotic early occlusions of cryopreserved veins are often observed. Both processes have so far been described in many publications on damage to the donor endothelium during cryopreservation, which can lead to the complete absence thereof, or on a restricted functionality of the endothelium obtained (Brockbank KGM et al., Cryopreserved vein transplantation. J. Cardiac Surg. 7: 170-176, 1992; Brockbank KGM et al., Functional analysis of cyropreserved veins. J. Vase. Surg. 11: 94- 102, 1990. Laub GW et al., Cryopreserved allograft veins as alternative coronary conduits: early phase results. Ann. Thorac. Surg. 54: 826-31, 1992. Louagie YA et al., Viability of long term cryopreserved human saphenous veins J. Cardiovasc. Surg. 31: 92-100, 1990).
Demzufolge zielen bislang bekannte und bereits patentierte Kryopräservationstechniken für Allo- und Xenografts darauf ab, einen möglichst hohen Erhaltungsgrad des vaskulären und mikrovaskulären Spenderendothels nach dem Reinigungsprozess zu gewährleisten. Der Erhaltungsgrad des Spenderendothels des kryopräservierten Gewebes wird in der Literatur mit 50% - 80% angegeben (Bambang LS et al., Effects of cryopreservation on the proliferation and anticoagulant activity of human saphenous vein endothelial cells. J. Thorac Cardiovasc. Surg. 110: 998-1004).As a result, previously known and already patented cryopreservation techniques for allo- and xenografts aim to ensure the highest possible degree of preservation of the vascular and microvascular donor endothelium after the cleaning process. The degree of preservation of the donor endothelium of the cryopreserved tissue is given in the literature as 50% - 80% (Bambang LS et al., Effects of cryopreservation on the proliferation and anticoagulant activity of human saphenous vein endothelial cells. J. Thorac Cardiovasc. Surg. 110: 998-1004).
In neuerer Zeit wird jedoch gerade dem vaskulären und mikrovaskulären Endothel im Rahmen der akuten und chronischen Organabstoßung eine Schlüsselposition beigemessen. Endothel-spezifische nicht HLA-Antigene, die zu einer Aktivierung von CD4 T-Zellen führen, ermöglichen es dem Spenderendothel - im Zusammenwirken mit weiteren akzessorischen Molekülen - fremde Antigene dem Immunsystem des Empfangers anzubieten. Die Freisetzung von nicht HLA-Antigenen durch beschädigte Endothelzellen führt zu einer chronischen Immunreaktion und möglicherweise zur Graftvaskulopathie und chronischen Abstoßung (Rose ML, Role of endothelial cells in allograft rejeetion. Vase. Med. 2(2): 105-14, 1997; Reul RM, Fang JC, Denton MD et al, CD 40 and CD 40 ligand (CD 154) are coexpressed in microvessels in vivo in human cardiac allograft rejeetion. Transpalantation 64(12): 1765-74, 1997; Salom RN, Maguire JA, Hancock WW, Endothelial activation and cytokine expression in human acute cardiac allograft rejeetion. Pathology 30(1): 24-29, 1998). Umgekehrt bewirkt die selektive Entfernung des Spenderendothels das Ausbleiben akuter Abstoßungsreaktionen im Tierexperiment (Ratte) (Ann. Surg. 206: 757-764, 1987), wo es anschließend zu einer spontanen Reendothelialisierung kommen kann. Derartig vorbehandelte Bypässe zeigten im Tierexperiment verbesserte Standzeiten.In recent times, however, the vascular and microvascular endothelium has been given a key position in the context of acute and chronic organ rejection. Endothelium-specific non-HLA antigens, which lead to an activation of CD4 T cells, enable the donor endothelium - in cooperation with other accessory molecules - to offer foreign antigens to the recipient's immune system. The release of non-HLA antigens by damaged endothelial cells leads to a chronic immune reaction and possibly to graft vasculopathy and chronic rejection (Rose ML, Role of endothelial cells in allograft rejeetion. Vase. Med. 2 (2): 105-14, 1997; Reul RM, Fang JC, Denton MD et al, CD 40 and CD 40 ligand (CD 154) are coexpressed in microvessels in vivo in human cardiac allograft rejeetion. Transpalantation 64 (12): 1765-74, 1997; Salom RN, Maguire JA, Hancock WW, Endothelial activation and cytokine expression in human acute cardiac allograft rejeetion. Pathology 30 (1): 24-29, 1998). Conversely, the selective removal of the donor endothelium causes the absence of acute rejection reactions in the animal experiment (rat) (Ann. Surg. 206: 757-764, 1987), where spontaneous reendothelialization can then occur. Bypasses pretreated in this way showed an improved service life in animal experiments.
Ausgehend vom Gedanken, dass die immunologisch bedingte Transplantatabstoßung von allen zellulären Bestandteilen des Transplantats ausgeht, wurden verschiedene Methoden zur Entfernung dieser Zellen entwickelt (U.S. Pat. No. 5,613,982). Dabei fanden diverse hydrolytische Enzyme (z.B. Proteasen, Lipasen, Nukleotidasen, Glykosidasen etc.), aber auch physikalisch-chemische Maßnahmen (Gebrauch hypotonischer Medien oder Detergentien, Dampf-Phasen-Frierprozesse, pH-Extreme etc.) Anwendung (U.S. Pat. No. 5,192,312; U.S. Pat. No. 5,632,778; U.S. Pat. No. 5,613,982, U.S. Pat. No. 5,843,182, WO 95/24873). Derartige Maßnahmen haben aber den prinzipiellen Nachteil, dass nie ausgeschlossen werden kann, dass diese Behandlungen auch die Festigkeit anderer, für die strukturelle Integrität von Hohlorganwänden ebenfalls entscheidender Komponenten, wie z.B. der Kollagene, insbesondere Typ I Kollagen, Proteoglykane oder Glykoproteine, schädigend beeinflussen. Dies ist um so wichtiger, da schwerste Komplikationen, die auf einer strukturellen Wandschwäche der kryopräservierten Venen beruhen, wie z.B. Einrisse der Venenwand oder Wandaussackungen (Aneurysmen) der Venen, die zu komplikationsträchtigen Reoperationen führen, die auch längere Zeit nach der Implantation in den Menschen auftreten können bestens bekannt sind (Lehalle B et al., Early rupture and degeneration of cryopreserved arterial allografts. J. Vase. Surg. 25: 751-2, 1997. Couvelard A. et al., Human allograft failure. Hum. Pathol. 26: 1313-20, 1995). Wenn dezellularisiertes Gewebe als Matrix für Rezellularisierungsmaßnahmen dient, wird es notwendig, das zu transplantierende Gewebe mit hohen Konzentrationen spezieller Adhäsionsfaktoren bzw. Wachstumsfaktoren zu inkubieren, um eine erneute Ansiedlung von Zellen in der Wand zu ermöglichen (U.S. Pat. No. 5,632,778 und 5,613,982 bzw. U.S. Pat. No. 5,192,312, U.S. Pat. No. 5,843,182, WO 95/24873). Derartige Präparate sind teuer, meist nicht für den klinischen Gebrauch zugelassen und es ist noch weitgehend unbekannt, in welchem Ausmaß unphysiologisch hohe Konzentrationen dieser Wirkstoffe die funktionelle Differenzierung von Geweben beeinflussen. Dies ist um so wichtiger, da, wie oben bereits erwähnt, nur vollständig differenziertes Endothel effektiv ist (Ku D et al., Human coronary vascular smooth muscle and endothelium-dependent responses after storage at -75°C. Cryobiology 29: 199-209, 1992).Based on the idea that the immunological graft rejection originates from all cellular components of the graft, various methods for removing these cells have been developed (US Pat. No. 5,613,982). Various hydrolytic enzymes (e.g. proteases, lipases, nucleotidases, glycosidases etc.), but also physical-chemical measures (use of hypotonic media or detergents, vapor phase freezing processes, pH extremes etc.) were used (US Pat. 5,192,312; U.S. Pat. No. 5,632,778; U.S. Pat. No. 5,613,982, U.S. Pat. No. 5,843,182, WO 95/24873). However, such measures have the fundamental disadvantage that it can never be ruled out that these treatments may also have a detrimental effect on the strength of other components which are also crucial for the structural integrity of hollow organ walls, such as, for example, collagens, in particular type I collagen, proteoglycans or glycoproteins. This is all the more important since the most serious complications, which are based on a structural wall weakness of the cryopreserved veins, such as tears in the vein wall or wall sacking (aneurysms) of the veins, which lead to complications-prone reoperations that also occur long after the implantation in humans can be well known (Lehalle B et al., Early rupture and degeneration of cryopreserved arterial allografts. J. Vase. Surg. 25: 751-2, 1997. Couvelard A. et al., Human allograft failure. Hum. Pathol. 26 : 1313-20, 1995). If decellularized tissue serves as a matrix for recellularization measures, it becomes necessary to incubate the tissue to be transplanted with high concentrations of special adhesion factors or growth factors in order to enable cells to resettle in the wall (US Pat. No. 5,632,778 and 5,613,982 and U.S. Pat. No. 5,192,312, U.S. Pat. No. 5,843,182, WO 95/24873). Such preparations are expensive, mostly not approved for clinical use and it is still largely unknown to what extent unphysiologically high concentrations of these active substances influence the functional differentiation of tissues. This is all the more important since, as mentioned above, only complete differentiated endothelium is effective (Ku D et al., Human coronary vascular smooth muscle and endothelium-dependent responses after storage at -75 ° C. Cryobiology 29: 199-209, 1992).
Es ist heute bekannt, dass nach herkömmlicher Kryopräservation immer noch ein gewisser Prozentsatz an viablen Spenderzellen verbleibt, was als Ansatzpunkt für immunologische Reaktionen diskutiert worden ist (Yankah AC et al., Antigenicity and fate of cellular components of heart valve allografts. In: Yankah AC, Hetzer R, Yacoub MH, eds. Cardiac valve allografts 1962-1987. Current concepts on the use of aortic and pulmonary allografts for heart valve substitutes. Darmstadt: Steinkopff Verlag 1988). Andere Autoren hingegen halten die Viabilität des Transplantates für immunologisch unbedeutend und belegen sogar eine bessere Standzeit viabler Transplantate (O' Brian MF et al., A comparison of aortic valve replacement with viable cryopreserved and valves, with note on chromosomal studies. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 94: 812-23, 1987. Angell WW et al., Long term function of viable frozen aortic homografts: a viable homograft valve bank. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 93: 815-22, 1987). Generell wird heute jedoch der viable Homograft bei der Kryopräservation bevorzugt. Beim Herzklappenersatz mit kryopräservierten Homografts wurde bei ABO kompatiblen Transplantaten eine milde Abstoßungsreaktion nachgewiesen, bei ABO inkompatiblen eine moderate akute Abstoßung. Bei beiden Formen der Abstoßung war eine T-Zell Aktivierung f ir 4-10 Tage nachweisbar. Eine klinische Relevanz bestand nicht (Fischlein T et al., Immunologie reaction and viability of cryopreserved homografts. Ann. Thorac. Surg. 60: 122-6, 1995).It is known today that a certain percentage of viable donor cells still remains after conventional cryopreservation, which has been discussed as a starting point for immunological reactions (Yankah AC et al., Antigenicity and fate of cellular components of heart valve allografts. In: Yankah AC , Hetzer R, Yacoub MH, eds. Cardiac valve allografts 1962-1987. Current concepts on the use of aortic and pulmonary allografts for heart valve substitutes. Darmstadt: Steinkopff Verlag 1988). Other authors, on the other hand, consider the viability of the graft to be immunologically insignificant and even prove that the life of viable grafts is longer (O 'Brian MF et al., A comparison of aortic valve replacement with viable cryopreserved and valves, with note on chromosomal studies. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 94: 812-23, 1987. Angell WW et al., Long term function of viable frozen aortic homografts: a viable homograft valve bank. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 93: 815-22, 1987). In general, however, viable homograft is preferred in cryopreservation today. A mild rejection reaction was found in heart valve replacement with cryopreserved homografts in ABO-compatible transplants, and moderate acute rejection in ABO-incompatible ones. In both forms of rejection, T cell activation was detectable for 4-10 days. There was no clinical relevance (Fischlein T et al., Immunologie reaction and viability of cryopreserved homografts. Ann. Thorac. Surg. 60: 122-6, 1995).
Außer diesen Nachteilen werden in der betreffenden Literatur bisher kaum die Erkenntnisse zur Verteilung antithrombogener bzw. prothrombogener Aktivitäten bzw. Wirkstrukturen in der Wand von Hohlorganen berücksichtigt. Während sich vaskuläres Endothel (als Deckgewebe der Innen- bzw. luminalen Seite von allen Blutgefäßen und Blutgefäßklappen) z.B. durch eine Vielzahl antiaggregatorischer, antikoagulatorischer und profibrinolytischer Aktivitäten auszeichnet (Z. Kardiol. 82: Suppl. 5, 13-21, 1993; FASEB J. 2: 116-123, 1988), sind zelluläre Komponenten der tieferen Gefäßwand vor allem durch die Expression von Gewebefaktor charakterisiert, der im Kontakt mit Plasmafaktoren eine sofortige Gerinnungsreaktion einleitet (Thrombosis Res. 81 : 1-41, 1996; J. Clin. Invest. 100: 2276-2285, 1997; FASEB J. 8: 385-390, 1994; Arterioscler. Thromb. Vase. Biol. 17: 1-9, 1997). Eine Abschirmung gerade der prothrombogenen Wandaktivitäten von Hohlorganen ist nicht nur bei Blutgefäßen und Blutgefäßklappen, sondern auch bei allen anderen kryopräservierten und nicht kryopräservierten natürlichen oder künstlichen Hohlorganen bzw. Gefäßen von größter physiologischer Bedeutung.Apart from these disadvantages, hardly any knowledge of the distribution of antithrombogenic or prothrombogenic activities or active structures in the wall of hollow organs has been taken into account in the relevant literature. While vascular endothelium (as covering tissue of the inner or luminal side of all blood vessels and blood vessel valves) is characterized, for example, by a large number of antiaggregatory, anticoagulant and profibrinolytic activities (Z. Kardiol. 82: Suppl. 5, 13-21, 1993; FASEB J . 2: 116-123, 1988), are cellular components of the deeper vascular wall all characterized by the expression of tissue factor that initiates an immediate coagulation reaction in contact with plasma factors (Thrombosis Res. 81: 1-41, 1996; J. Clin. Invest. 100: 2276-2285, 1997; FASEB J. 8: 385- 390, 1994; Arterioscler. Thromb. Vase. Biol. 17: 1-9, 1997). Shielding the prothrombogenic wall activity of hollow organs is of great physiological importance not only for blood vessels and blood vessel valves, but also for all other cryopreserved and non-cryopreserved natural or artificial hollow organs or vessels.
Es ist beispielsweise bekannt, dass die Thrombomodulinaktivität des verbliebenen Spenderendothels nach der Kryopräservation reduziert ist. Dies führt zu Einschränkung der antikoagulatorischen Funktion des Spenderendothels (Bilfϊnger TV et al., Cryopreserved veins in myocardial revascularization: possible mechanism for their increased failure. Ann. Thorac. Surg. 63: 1063-9, 1997). Zur Vermeidung der oben beschriebenen Nachteile wurde schon frühzeitig vorgeschlagen durch Methoden des "Tissue-Engineerings" neue oder veränderte Organe mit verbesserten antithrombogenen Eigenschaften zu entwickeln (Weinberg CB, Bell E. A blood vessel model construeted from collagen and eultured vascular cells. Science. 1986;231 :397-400.). Hierbei konnte auf Erfahrungen zurückgegriffen werden, die bei der Ansiedelung einer stabilen Endothelzellschicht an der Innenseite von Kunststoffprothesen gewonnen worden waren (Zilla P, Fasol R, Deutsch M, Fischlein T, Minar E, Hammerle A, Krupicka O, Kadletz M. Endothelial cell seeding of polytetrafluoroethylene vascular grafts in humans: a preliminary report. J Vase Surg. 1987;6:535-41.). Zilla et al. konnten überzeugend belegen, dass eine stabile Endothelzellschicht in der Tat die antithombogenen Eigenschaften solcher Prothesen verbessert. Eine Auskleidung von zu implantierenden Blutgefäßen mit vaskulärem Endothel ist heute ein erklärtes Ziel der Biotechnologie und des "Tissue-Engineerings".For example, it is known that the thrombomodulin activity of the remaining donor endothelium is reduced after the cryopreservation. This leads to a restriction of the anticoagulatory function of the donor endothelium (Bilfϊnger TV et al., Cryopreserved veins in myocardial revascularization: possible mechanism for their increased failure. Ann. Thorac. Surg. 63: 1063-9, 1997). In order to avoid the disadvantages described above, it was proposed early on to use tissue engineering methods to develop new or modified organs with improved antithrombogenic properties (Weinberg CB, Bell E. A blood vessel model constructed from collagen and eultured vascular cells. Science. 1986 ; 231: 397-400.). It was possible to draw on the experience gained from settling a stable endothelial cell layer on the inside of plastic prostheses (Zilla P, Fasol R, Deutsch M, Fischlein T, Minar E, Hammerle A, Krupicka O, Kadletz M. Endothelial cell seeding of polytetrafluoroethylene vascular grafts in humans: a preliminary report. J Vase Surg. 1987; 6: 535-41.). Zilla et al. were able to prove convincingly that a stable endothelial cell layer does indeed improve the antithombogenic properties of such prostheses. Lining blood vessels to be implanted with a vascular endothelium is now a declared goal of biotechnology and "tissue engineering".
Beim Versuch natürliche Hohlorgane mit Zellen zu besiedeln hat sich herausgestellt, dass die Vorbeschichtung der betroffenen Organe mit Serum, das dem Empfänger der derart veränderten Organe entnommen worden war, eine ideale Matrix zur Ansiedelung von Zellen darstellt (Lamm P et al. New autologous coronary bypass graft: First clinical experience with an autologous endothelialized cryopreserved allograft. J Thorac Cardiovasc Surg 117: 1217-9, 1999). Diese Vorbeschichtung zeichnet sich gegenüber einer Vorbeschichtung mit Fibronectin mit und ohne ein Proteoglycan (z.B. Heparinsulfat) (U.S. Pat. No. 5,192,312; U.S. Pat. No. 5,632,778; U.S. Pat. No. 5,613,982, U.S. Pat. No. 5,843,182, WO 95/24873, Zilla P. et al., Endothelial cell seeding of polytetrafluoroethylene grafts in humans. J. Vase. Surg. 6: 535-541, 1987) durch die Verkürzung des Beschichtungsverfahrens und den Verzicht auf eine Reihe - bei anderen Verfahren üblichen - klinisch bislang nicht zugelassener Substanzen (u.a. Fibronectin) aus.When trying to colonize natural hollow organs with cells, it turned out that the pre-coating of the organs affected with serum, which had been taken from the recipient of the organs modified in this way, is an ideal matrix for colonization of cells (Lamm P et al. New autologous coronary bypass graft: First clinical experience with an autologous endothelialized cryopreserved allograft. J Thorac Cardiovasc Surg 117: 1217-9, 1999). This pre-coating is distinguished from a pre-coating with fibronectin with and without a proteoglycan (eg heparin sulfate) (US Pat. No. 5,192,312; US Pat. No. 5,632,778; US Pat. No. 5,613,982, US Pat. No. 5,843,182, WO 95 / 24873, Zilla P. et al., Endothelial cell seeding of polytetrafluoroethylene grafts in humans. J. Vase. Surg. 6: 535-541, 1987) by shortening the coating process and dispensing with a number - clinically - common in other processes substances not previously approved (including fibronectin).
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine neue, allgemein anwendbare Methode zur Konservierung und Lagerung von Organen und Geweben, insbesondere jedoch von Hohlorganen bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe bestand in der Bereitstellung von Organen und Geweben, die gegenüber den mit herkömmlichen Verfahren hergestellten Organen und Geweben eine höhere mechanische Stabilität und eine bessere Eignung zur weiteren Verarbeitung durch die Methoden des "Tissue- Engineerings" aufweisen. Insbesondere wird die immunologische Verträglichkeit und Antithrombogenität der bearbeiteten Organe und Gewebe durch das erfindungsgemäße Auswaschungsverfahren von unerwünschten Zellabbauprodukten und Zelldebris deutlich verbessert. Derartige Organe und Gewebe zeigen im Vergleich zu den ursprünglichen Ausgangsorganen und -geweben und ebenso im Vergleich zu Organen und Geweben, die nicht erfindungsgemäß ausgewaschen wurden eine deutlich reduzierte Thrombogenität und Immunogenität.The object of the present invention is therefore to provide a new, generally applicable method for the preservation and storage of organs and tissues, but in particular of hollow organs. Another task was the provision of organs and tissues which have a higher mechanical stability and better suitability for further processing by the methods of "tissue engineering" compared to the organs and tissues produced using conventional methods. In particular, the immunological tolerance and antithrombogenicity of the processed organs and tissues is significantly improved by the washing-out process according to the invention of undesired cell degradation products and cell debris. Such organs and tissues show a significantly reduced thrombogenicity and immunogenicity in comparison to the original starting organs and tissues and also in comparison to organs and tissues that were not washed out according to the invention.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Abbildungen. Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Devitalisierung und Konservierung von Organen und/oder Geweben zur Verfügung, bei dem die Organe und Gewebe steril entnommen und bis zum Erreichen des "devitalen steady states" in einer Flüssigkeit gelagert werden, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: sterilem Wasser, einer kristalloiden Flüssigkeit, einer kolloidalen Flüssigkeit, einer lipidhaltigen Flüssigkeit und einer Kombination der genannten Flüssigkeiten. Anschließend werden Zelltrümmer, zelluläre Abbauprodukte sowie lösliche Stoffe unter Druck (abhängig vom zu perfundierenden Gewebe oder Organ) vorzugsweise jedoch mit physiologischen, d.h. den natürlichen organ- und gewebespezifischen Perfusionsdrucken, mit einer Flüssigkeit, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den vorstehend genannten Flüssigkeit, ausgewaschen.The solution to this problem results from the patent claims, the following description and the figures. The present invention provides a method for the devitalization and preservation of organs and / or tissues, in which the organs and tissues are removed sterile and stored in a liquid until the "devitalized steady state" is reached, selected from the group consisting of: sterile water, a crystalloid liquid, a colloidal liquid, a lipid-containing liquid and a combination of the liquids mentioned. Subsequently, cell debris, cellular degradation products and soluble substances are washed out under pressure (depending on the tissue or organ to be perfused) but preferably with physiological, ie the natural organ and tissue-specific perfusion pressures, with a liquid selected from the group consisting of the above-mentioned liquid ,
Die Auswaschung erfolgt dabei bevorzugt pulsierend, d.h. unter variablen (von der Präservationszeit abhängigen) Druckanstieg und Druckabfallkurven. Es werden somit gewebe- und organspezifische Druckwellen eingesetzt. Die Ermittlung geeigneter organ- oder gewebespezifϊscher Druckwellen erfolgt durch Ermittlung derjenigen Druckanstieg und Druckabfallwerte (Druckwellen), die notwendig sind, um eine Devitalisierung in dem jeweiligen Organ oder Gewebe zu erreichen. Der Druckanstieg (die Druckanstiegsgeschwindigkeit), das Druckniveau und der Druckabfall werden für das jeweilige Organ oder Gewebe bestimmt und sind dann optimal, wenn die Auswaschung zur Auswaschung von Zelldebris bei gleichzeitigem Erhalt der extrazellulären Matrix f hrt. Der Erhalt der extrazellulären Matrix und die erfolgreiche Auswaschung von Zelldebris (Zelltrümmern, -resten) kann histologisch überprüft werden. Es werden Bedingungen gewählt, die auf keinen Fall die Ausbildung des sogenannten „collagen cross linking" verhindern. Auch dies kann durch histologische Untersuchungen überprüft werden.The washout is preferably pulsating, i.e. under variable (depending on the preservation time) pressure rise and pressure drop curves. Tissue- and organ-specific pressure waves are thus used. Suitable organ or tissue-specific pressure waves are determined by determining those pressure increases and pressure drop values (pressure waves) that are necessary to achieve devitalization in the respective organ or tissue. The pressure increase (the rate of pressure increase), the pressure level and the pressure drop are determined for the respective organ or tissue and are optimal if the washout leads to the washout of cell debris while at the same time maintaining the extracellular matrix. The preservation of the extracellular matrix and the successful washing out of cell debris (cell debris, remains) can be checked histologically. Conditions are chosen which in no way prevent the formation of the so-called "collagen cross linking". This can also be checked by histological examinations.
Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Matrices für den Teil- und Neuaufbau von Organen und/oder Geweben zur Verfügung. Dieses Verfahren umfasst die Schritte der Devitalisierung und Konservierung von Organen und/oder Geweben nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren und die Zellrepopulation der Organe und Gewebe, z.B. die Reendothelialisierung. Zusätzlich wird ein Kultivationsgerät zur Verwendung in einem der erfindungsgemäßen Verfahren bereit gestellt.Furthermore, the present invention provides a method for producing matrices for the partial and new construction of organs and / or tissues. This method comprises the steps of the devitalization and preservation of organs and / or tissues according to the method described above and the cell repopulation of the organs and tissues, for example reendothelialization. additionally a cultivation device is provided for use in one of the methods according to the invention.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Herstellung veränderter körpereigener Organe und Gewebe zur sofortigen klinischen Verwendung dieser Organe und Gewebe, wie z.B. im Falle von Arterien und Venen, deren sofortige Implantation nach durchlaufen des Herstellprozesses ohne eine zusätzliche Weiterbehandlung (z.B. Kryopräservation) der Gefäße, geeignet. Die erfindungsgemäß hergestellten Organe und Gewebe verfügen über deutlich höhere biomechanische Stabilitäten, als die selben Organe und Gewebe nach herkömmlichen Lagerungs- und Konservierungsmethoden (z.B. Kryopräservation). Zusätzlich stellt die Erfindung Verfahren zur Verfügung, die geeignet sind, um die erfindungsgemäßen Crgane und Gewebe durch die Methoden des "Tissue Engineerings" in klinisch absolut unbedenklicher Weise weiterbehandeln zu können. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Auskleidung von Hohlorganen mit vaskulärem Endothel zur Verfügung, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Devitalisierung und Konservierung erhalten werden.The method according to the invention is for the production of modified endogenous organs and tissues for immediate clinical use of these organs and tissues, e.g. suitable in the case of arteries and veins, the immediate implantation of which, after going through the manufacturing process, without additional treatment (e.g. cryopreservation) of the vessels. The organs and tissues produced according to the invention have significantly higher biomechanical stabilities than the same organs and tissues according to conventional storage and preservation methods (e.g. cryopreservation). In addition, the invention provides methods which are suitable for further treatment of the crgane and tissue according to the invention by the methods of "tissue engineering" in a clinically absolutely harmless manner. In particular, the present invention provides a method for lining hollow organs with a vascular endothelium, which are obtained with the inventive method for devitalization and preservation.
Darüber hinaus ist es möglich durch das erfindungsgemäße Verfahren organische und/oder künstliche Oberflächen, die mit Komponenten der extrazellulären Matrix (z.B. Kollagene, Glykosaminoglykane etc.) vorbeschichtet wurden, wie z.B. die Innenoberfläche von Kunstherzen oder PTFE- und Dacronprothesen, so vor zu behandeln, dass sie eine - im Vergleich zu den nicht vorbehandelten Oberflächen - deutlich reduzierte Thrombogenität und Immunogenität aufweisen.In addition, the method according to the invention makes it possible to use organic and / or artificial surfaces which have been precoated with components of the extracellular matrix (e.g. collagens, glycosaminoglycans etc.), such as e.g. pre-treat the inner surface of artificial hearts or PTFE and Dacron prostheses so that they have a significantly reduced thrombogenicity and immunogenicity compared to the surfaces that have not been pretreated.
Definitionen Der Begriff "Organe" bedeutet, aus Zellen und Geweben zusammengesetzte Teile des Körpers, die eine Einheit mit bestimmten Geweben bilden.Definitions The term "organs" means parts of the body made up of cells and tissues that form a unit with certain tissues.
Der hier verwendete Begriff "Gewebe " bedeutet, einzelne Arten von Zellverbänden, die gemeinsame Funktionen besitzen und die den Körper aufbauen. "Erfindungsgemäße Organe" sind Organe der vorstehenden Definition, die den erfindungsgemäßen Herstellprozess durchlaufen haben und nur durch zusätzliche Weiterbehandlung in Form der Zellrepopulation der Organe, vorzugsweise durch Reendothelialisierung ihre Funktionen ganz oder teilweise ausüben können. Die Zellrepopulation erfolgt vorzugsweise durch Methoden des "Tissue-Engineerings".The term "tissue" used here means individual types of cell assemblies that have common functions and that build up the body. "Organs according to the invention" are organs of the above definition that have undergone the manufacturing process according to the invention and can only perform their functions in whole or in part by additional further treatment in the form of cell repopulation of the organs, preferably by reendothelialization. The cell repopulation is preferably carried out by methods of "tissue engineering".
"Erfindungsgemäße Gewebe" sind Gewebe der vorstehenden Definition, die den erfindungsgemäßen Herstellprozess durchlaufen haben und sowohl mit, als auch ohne Weiterbehandlung in Form der Zellrepopulation der Organe, vorzugsweise der Reendothelialisierung, insbesondere durch die Methoden des "Tissue Engineerings" klinisch verwendbar sind."Tissues according to the invention" are tissues of the above definition which have undergone the manufacturing process according to the invention and can be used clinically both with and without further treatment in the form of cell repopulation of the organs, preferably reendothelialization, in particular by the methods of "tissue engineering".
Als Gewebe, wie vorstehend definiert, werden auch Hohlorgane verstanden. Hohlorgane sind beispielsweise Blutgefäße, Blutgefäßklappen, Lymphgefäße, Lymphgefäßklappen, Herzklappen, Harnleiter, Samenleiter und Bronchien.Hollow organs are also understood as tissues, as defined above. Hollow organs are, for example, blood vessels, blood vessel valves, lymphatic vessels, lymphatic valve valves, heart valves, ureters, vas deferens and bronchi.
„Erfindungsgemäße organische- oder künstliche Oberflächen " sind Oberflächen, die mit extrazellulärer Matrix oder Matrixkomponenten vorbeschichtet wurden und mit dem erfindungsgemäßen Verfahren weiterbehandelt wurden.“Organic or artificial surfaces according to the invention” are surfaces which have been precoated with extracellular matrix or matrix components and have been further treated with the method according to the invention.
Der Begriff "kristalloide Flüssigkeit" bedeutet jede Form von gepufferten oder ungepufferten Salzlösungen. Bevorzugte Salzlösungen im Rahmen der Erfindung sind phosphatgepufferte Salinelösungen oder klinisch zugelassene Elektrolytlösungen (Ringerlösung).The term "crystalloid liquid" means any form of buffered or unbuffered saline solutions. Preferred salt solutions in the context of the invention are phosphate-buffered saline solutions or clinically approved electrolyte solutions (Ringer's solution).
Der hier verwendete Begriff der "kolloidalen Flüssigkeit" bedeutet protein- und/oder zuckerhaltige Lösungen. Bevorzugte kolloidale Flüssigkeiten sind Medium 199 und Brettschneidersche kardioplegische Lösung. Der Begriff "lipidhaltige Flüssigkeit" bedeutet jede Form von fetthaltigen Lösungen.The term "colloidal liquid" used here means solutions containing protein and / or sugar. Preferred colloidal liquids are medium 199 and board-cutting cardioplegic solution. The term "lipid-containing liquid" means any form of fat-containing solutions.
Der hier verwendete Begriff "dunkel" bedeutet ohne Einfluss einer natürlichen oder künstlichen Lichtquelle.The term "dark" used here means without the influence of a natural or artificial light source.
Der Begriff "unter Druck" bedeutet Perfusion von Geweben und Organen mit erfindungsgemäßen Flüssigkeiten unter Applikation von Druck, abhängig vom zu perfundierenden Gewebe oder Organ, vorzugsweise jedoch unter Applikation organ- und gewebespezifischer Druckwerte (d.h. den allgemein bekannten und für die betroffenen Gewebe und Organe typischen Blutdruckwerten (= den physiologischen Druck)). Im Falle von erfindungsgemäßen Hohlgefäßen wird ein transmuraler Druckgradient über die Wand von ca. 20 - 100 mmHg bevorzugt. Im Falle komplexer Organe, wie z.B. der Leber erfolgt die Applikation eines Druckgradienten via dem natürlichen Blutzufluss und der Organumgebung. "Steril" bedeutet keinen Keimen ausgesetzt.The term "under pressure" means perfusion of tissues and organs with fluids according to the invention under application of pressure, depending on the tissue or organ to be perfused, but preferably under application of organ and tissue-specific pressure values (ie the generally known and typical for the tissues and organs concerned Blood pressure values (= the physiological pressure)). In the case of hollow vessels according to the invention, a transmural pressure gradient across the wall of approximately 20-100 mmHg is preferred. In the case of complex organs, e.g. A pressure gradient is applied to the liver via the natural blood flow and the organ environment. "Sterile" means not exposed to germs.
Der Begriff "variabler Flow" bedeutet dass über den im Patent beschriebenen Bioreaktoren verschiedene Flussraten in den Hohlorganen erzeugt werden können. Dadurch kann beispielsweise in der Frühphase der erfindungsgemäßen Beschichtung von Hohlorganen mit Endothelzellen durch Anhebung des Flusses die Expression von Adhäsionsfaktoren aus den Endothelzellen gesteigert werden. Dies erleichtert wiederum die feste Verankerung der aufgebrachten Endothelzellen.The term "variable flow" means that various flow rates can be generated in the hollow organs via the bioreactors described in the patent. As a result, for example, in the early phase of coating hollow organs with endothelial cells according to the invention, the expression of adhesion factors from the endothelial cells can be increased by increasing the flow. This in turn facilitates the firm anchoring of the applied endothelial cells.
Der Begriff „Lyophilisation" beschreibt ein bekanntes Verfahren, das zur Konservierung labiler, alterierender biologischer Substanzen dient. Die zu trocknenden Substanzen werden in einer Kältemischung (z.B. Kohlensäureschnee in Methylalkohol) schnell und schonend eingefroren und anschließend unter Hochvakuum (obere Grenze des Vakuums: 0.05 - 0,1 Torr) gebracht. Das Eis sublimiert und der entweichende Wasserdampf wird durch die Pumpe, unterstützt durch geeignete hygroskopische Mittel (z.B. Tiefkühlkondensator) so schnell entfernt dass in Folge der Verdunstungskälte die zu trocknende Substanz im gefrorenen Zustande bleibt.The term "lyophilization" describes a known method that is used to preserve unstable, aging biological substances. The substances to be dried are quickly and gently frozen in a cold mixture (eg carbonic acid snow in methyl alcohol) and then under high vacuum (upper limit of the vacuum: 0.05 - 0.1 Torr) The ice sublimes and the escaping water vapor is supported by the pump, supported by suitable hygroscopic means (eg freezer condenser) removed so quickly that the substance to be dried remains frozen as a result of the evaporative cooling.
Der Begriff „Kritisch-Punkt Trocknung" beschreibt ein bekanntes Verfahren zum Trocknen biologischer Proben bei dem Wassers gegen ein Zwischenmedium (z.B. Ethanol) ausgetauscht wird und dieses Zwischenmedium dann erneut gegen CO2 ausgetauscht wird. Hierbei macht man sich den Effekt zunutze, dass bei bestimmten Bedingungen (nämlich oberhalb des sogenannten kritischen Punkts) nicht mehr zwischen flüssiger und gasförmiger Phase unterschieden werden kann und es so möglich ist, den direkten Phasenübergang flüssig => gasförmig zu umgehen.The term “critical point drying” describes a known method for drying biological samples in which water is exchanged for an intermediate medium (for example ethanol) and this intermediate medium is then exchanged again for CO 2. This takes advantage of the effect that certain ones have Conditions (namely above the so-called critical point) can no longer be differentiated between liquid and gaseous phases and it is thus possible to avoid the direct phase transition liquid => gaseous.
Der hier verwendete Begriff "Antibiotika" bedeutet pilzliche oder bakterielle Stoffwechselprodukte und deren Abwandlungsprodukte mit hemmender oder abtötender Wirkung gegen Viren, Bakterien und Pilze. Zu den erfindungsgemäß bevorzugten Antibiotika gehört unter anderem Gentamicin.The term "antibiotics" used here means fungal or bacterial metabolites and their modification products with inhibitory or killing action against viruses, bacteria and fungi. The preferred antibiotics according to the invention include gentamicin.
Der Begriff "Devitalisation" (= Devitalisierung) bedeutet Abtötung aller Zellen und die Reduktion der entsprechenden Organe und Gewebe auf das Niveau der extrazellulären Matrix des Bindgewebes. Dieser Zustand wird nachfolgend auch als "Erreichen der Devitalisierung" bezeichnet. Das Erreichen der Devitalisierung kann histologisch überprüft werden.The term "devitalization" means killing all cells and reducing the corresponding organs and tissues to the level of the extracellular matrix of the connective tissue. This condition is also referred to below as "achieving devitalization". The achievement of devitalization can be checked histologically.
Der hier verwendete Begriff "devitaler steady State" bedeutet den Zustand der Organe oder Gewebe nach Devitalisierung. Devitalisierung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass wesentliche Änderungen der extrazellulären Matrix, der Organe oder Gewebe, wie beispielsweise intermolekulares "Crosslinking" der Kollagene, bereits weitgehend abgelaufen sind und diese Änderungen irreversibel sind. Der Begriff "Tissue-Engineering" bedeutet Techniken, die es ermöglichen, verschiedene, teilweise organspezifische Zellen zu isolieren, zu kultivieren und zu vermehren (z.B. Reendothelialisation von Hohlorganen wie Arterien oder Venen). Letztendlich entstehen durch diese Techniken neue Organe und Gewebe.The term "devital steady state" used here means the state of the organs or tissues after devitalization. Devitalization is further characterized by the fact that major changes in the extracellular matrix, organs or tissues, such as intermolecular "crosslinking" of the collagens, have largely already taken place and these changes are irreversible. The term "tissue engineering" means techniques that make it possible to isolate, cultivate and multiply various, sometimes organ-specific cells (eg reendothelialization of hollow organs such as arteries or veins). Ultimately, these techniques create new organs and tissues.
Der hier verwendete Begriff "Matrix" bedeutet Grundgerüst für den Neuaufbau oder die Veränderung von Organen und Geweben durch Methoden des "Tissue-Engineerings". Zellen in der Gewebekultur werden auf diesen "Matrices" propagiert.The term "matrix" used here means the basic structure for the reconstruction or the change of organs and tissues by methods of "tissue engineering". Cells in tissue culture are propagated on these "matrices".
Der Begriff "Repopularisation" bedeutet die Rebesiedelung mit organ- oder gewebespezifischen Zellen, sog. "Repopulationszellen".The term "repopularization" means vine colonization with organ- or tissue-specific cells, so-called "repopulation cells".
Unter "Apoptose" (griechisch: das Fallen der Blätter im Wind) wird ein Vorgang verstanden, der auch programmierter Zelltod genannt wird und dazu benutzt wird, Gewebe und Organe zu devitalisieren. Apoptose ist die häufigste Form von Zelltod im Organismus. Apoptose spielt eine fundamentale Rolle zur Aufrechterhaltung der Homöostase von Geweben und Organen. Das Absterben einzelner Zellen ist eine essentielle Voraussetzung für das Überleben des gesamten Organismus, denn die Entstehung, Gestaltung und Erhaltung von Geweben wird nicht nur durch Zellvermehrung und Differenzierung gesteuert, sondern erfordert auch ein geordnetes Entfernen von überflüssig gewordenen oder geschädigten Zellen. Die Apoptose ist durch eine Vielzahl von morphologischen und biochemischen Veränderungen definiert. Diese Veränderungen umfassen das Schrumpfen der Zelle und die Kondensation des Chromatins, das sich an die Innenseite der Kernhülle anlagert und spezifisch in hochmolekulare Fragmente von 50 und 300 kbp (Kilobasenpaare) und in vielen Fällen in kleinere Fragmente von etwa 200 bp (Basenpaare) und einem Vielfachen davon gespalten. Zum gezielten Abbau von essentiellen Proteinen z.B. des Zytoskeletts werden spezifische Eiweiß-spaltende Enzyme wie Proteasen (Caspasen) aktiviert. Die Komposition der Plasmamembran verändert sich und die Zelle, insbesondere der Zellkern schrumpft, während die Zellorganellen relativ lange funktionsfähig bleiben. Schließlich zerfallt die Zelle in membranumschlossene Abschnürungen ("apoptotic bodies"), die von Phagocyten oder Nachbarzellen abgebaut werden. Wichtig ist, dass bei der Apoptose die Plasmamembran intakt bleibt, damit keine Entzündungsreaktion ausgelöst wird."Apoptosis" (Greek: the leaves fall in the wind) is a process that is also called programmed cell death and is used to devitalize tissues and organs. Apoptosis is the most common form of cell death in the body. Apoptosis plays a fundamental role in maintaining tissue and organ homeostasis. The death of individual cells is an essential prerequisite for the survival of the entire organism, because the formation, design and maintenance of tissues is not only controlled by cell multiplication and differentiation, but also requires an orderly removal of cells that have become redundant or damaged. Apoptosis is defined by a large number of morphological and biochemical changes. These changes include the shrinking of the cell and the condensation of chromatin, which attaches to the inside of the nuclear envelope and specifically into high molecular fragments of 50 and 300 kbp (kilobase pairs) and in many cases into smaller fragments of about 200 bp (base pairs) and one Multiple of them split. For the targeted breakdown of essential proteins, such as the cytoskeleton, specific protein-splitting enzymes such as proteases (caspases) are activated. The composition of the plasma membrane changes and the cell, in particular the nucleus, shrinks, while the cell organelles remain functional for a relatively long time. Finally, the cell disintegrates into membrane-bound constrictions ("apoptotic bodies") that are broken down by phagocytes or neighboring cells. It is important that the plasma membrane remains intact during apoptosis, so that no inflammatory reaction is triggered.
Der Begriff "synthetisches Material", wie hier verwendet, bedeutet jedes organische und/oder anorganische Produkt, das für solche Zwecke geeignet ist. Insbesondere soll das synthetische Material die mechanische Stabilität der erfindungsgemäßen Organe und Gewebe erhöhen.The term "synthetic material" as used herein means any organic and / or inorganic product suitable for such purposes. In particular, the synthetic material is said to increase the mechanical stability of the organs and tissues according to the invention.
Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Devitalisierung und Konservierung von Organen oder Geweben bis zum Erreichen der Devitalisierung, umfassend die sterile Entnahme und Lagerung des Organs oder Gewebes in einer Flüssigkeit, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: sterilem Wasser, kristalloider Flüssigkeit, kolloidaler Flüssigkeit, lipidhaltiger Flüssigkeit oder einer Kombination der genannten Flüssigkeiten und die anschließende - bevorzugt pulsierende - Auswaschung von Zelltrümmern, zellulären Abbauprodukten sowie löslichen Stoffen unter Druck, vorzugsweise unter physiologischem Druck, mit einer Flüssigkeit, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: sterilem Wasser, kristalloider Flüssigkeit, kolloidaler Flüssigkeit, lipidhaltiger Flüssigkeit oder einer Kombination der genannten Flüssigkeiten, wobei bevorzugte kristalloide Flüssigkeiten Bretschneiderscher Kardioplegischer Lösung oder Medium 199 (Seromed) sind. Weiterhin bevorzugt ist eine kristalloide Flüssigkeit, die einen Antibiotikazusatz enthält. Die Lagerung des Organs erfolgt in einer bevorzugten Ausfuhrungsform im Dunkeln für mindestens 2 Wochen. Das Verfahren kann ebenso unter Lichteinwirkung durchgeführt werden, bevorzugt jedoch unter UV Bestrahlung. Hierbei kommt es zur Photooxidation von Organen und Geweben. Bessere Ergebnisse werden jedoch bei Lagerung im Dunkeln erzielt.The invention thus relates to a method for the devitalization and preservation of organs or tissues until devitalization is achieved, comprising the sterile removal and storage of the organ or tissue in a liquid, selected from the group consisting of: sterile water, crystalloid liquid, colloidal liquid, lipid-containing liquid or a combination of the liquids mentioned and the subsequent - preferably pulsating - washing out of cell debris, cellular degradation products and soluble substances under pressure, preferably under physiological pressure, with a liquid selected from the group consisting of: sterile water, crystalloid liquid, colloidal Liquid, lipid-containing liquid or a combination of the liquids mentioned, preferred crystalloid liquids being Bretschneider's cardioplegic solution or medium 199 (Seromed). Also preferred is a crystalloid liquid that contains an antibiotic additive. In a preferred embodiment, the organ is stored in the dark for at least 2 weeks. The method can also be carried out under the influence of light, but preferably under UV radiation. This leads to photo-oxidation of organs and tissues. However, better results are obtained when stored in the dark.
Die Entnahme des Organs oder Gewebes von Toten (Multiorganspendern) ist besonders bevorzugt. In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausfuhrungsform erfolgt zusätzlich vor der Lagerung ein mehrfaches Spülen in der gleichen Flüssigkeit, in der auch die Lagerung erfolgt. Die Lagerung und Auswaschung von Zelltrümmern, zellulären Abbauprodukten und löslichen Stoffen kann in der gleichen Flüssigkeit erfolgen. Es ist hierbei erforderlich, dass im Falle von Geweben ein Druckgradient über das Gewebe (z.B. bei Hohlorganen ein transmuraler Druckgradient, d.h. Druckgradient über die Wand des Hohlorgans) erzeugt wird. Im Falle von Organen wird ein Druckgradient zwischen den natürlichen, organeigenen Blut, und/oder Lymphgefäßen und dem Restorgan erzeugt.The removal of the organ or tissue from the dead (multi-organ donors) is particularly preferred. In a further, particularly preferred embodiment, multiple rinsing takes place in the same liquid in which the storage is also carried out before storage. Cell debris, cellular degradation products and soluble substances can be stored and washed out in the same liquid. It is necessary here that in the case of tissues a pressure gradient is generated across the tissue (for example in the case of hollow organs a transmural pressure gradient, ie pressure gradient across the wall of the hollow organ). In the case of organs, a pressure gradient is created between the natural, organ-specific blood and / or lymphatic vessels and the rest of the organ.
In einer weiteren Ausfuhrungsform erfolgt die Auswaschung von Zelltrümmern, zellulären Abbauprodukten sowie löslichen Stoffen mit organ- und' gewebespezifischen Druckwellen mehrfach (abhängig von den zu behandelnden Organen und Geweben). Vorzugsweise erfolgt die Lagerung und Auswaschung der Organe und Gewebe in einer sterilen Flüssigkeit. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Auswaschverfahren für Hohlorgane in dem erfindungsgemäßen Kultivationsgerät (Abb. 1).In a further embodiment, cell debris, cellular degradation products and soluble substances are washed out several times with organ- and tissue-specific pressure waves (depending on the organs and tissues to be treated). The organs and tissues are preferably stored and washed out in a sterile liquid. In a particularly preferred embodiment, the washing-out process for hollow organs takes place in the cultivation device according to the invention (Fig. 1).
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Lagerung der Organe und Gewebe für mindestens 6 Wochen, um einen "devitalen steady State" zu ermöglichen. Die Lagerung erfolgt besonders bevorzugt unter sterilen Bedingungen. Im Falle von Venen beträgt die besonders bevorzugte erfindungsgemäße Lagerungszeit 6 Monate, wobei anschließend vorzugsweise eine Auswaschung mit pulsierendem Druck erfolgt.In a further embodiment of the method according to the invention, the organs and tissues are stored for at least 6 weeks in order to enable a "devital steady state". Storage is particularly preferably carried out under sterile conditions. In the case of veins, the particularly preferred storage time according to the invention is 6 months, after which washing out with pulsating pressure is preferably carried out.
In einer weiteren Ausfuhrungsform erfolgt die Lagerung der Organe und/oder Gewebe bei einem pH- Wert zwischen 3 und 9, bevorzugt zwischen 6.9 und 7.8, besonders bevorzugt zwischen 7,0 und 7,5 und bei einer Temperatur von 0 bis 55°C, bevorzugt 0 bis 37°C, besonders bevorzugt jedoch bei 4°C. In einer weiteren Ausfuhrungsform erfolgt die Lagerung der Organe und Gewebe unter reduziertem Sauerstoffdruck, besonders bevorzugt unter anaeroben Bedingungen.In a further embodiment, the organs and / or tissues are stored at a pH between 3 and 9, preferably between 6.9 and 7.8, particularly preferably between 7.0 and 7.5 and at a temperature of 0 to 55 ° C. preferably 0 to 37 ° C, but particularly preferably at 4 ° C. In a further embodiment, the organs and tissues are stored under reduced oxygen pressure, particularly preferably under anaerobic conditions.
In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die erfindungsgemäße Devitalisierung und/oder Lagerung mit Gasen, die in der flüssigen Form (wie z.B. flüssiges CO2), oder in der gasförmigen Form vorliegen können. Bevorzugt handelt es sich bei dem Gas um eine Edelgas.In a further embodiment, the devitalization and / or storage according to the invention is carried out with gases which can be in the liquid form (such as liquid CO 2 ) or in the gaseous form. The gas is preferably an inert gas.
Die erfindungsgemäßen Organe und/oder Gewebe können nach abgeschlossener erfindungsgemäßer Devitalisierung und Konservierung getrocknet werden. Diese Trocknung kann -durch Lyophilisierung oder Kritisch-Punkt Trocknung nach Entwässerung erfolgen.The organs and / or tissues according to the invention can be dried after the devitalization and preservation according to the invention has been completed. This drying can be done by lyophilization or critical point drying after dewatering.
Organe und Gewebe, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Devitalisierung und Konservierung hergestellt wurden, weisen im Vergleich zu den nativen, frisch entnommenen Organen ein strukturell verändertes Grundgerüst (extrazelluläre Matrix) auf (intermolekulares "Crosslinking" und Seitenkettenmodifikationen, auch als "collagen cross linking" bezeichnet). Diese Organe und Gewebe bieten in idealer Weise - auch ohne eine spezielle Vorbeschichtung - die Voraussetzung für einen Teil- oder Neuaufbau der betroffenen Organe durch Methoden des "Tissue-Engineerings". Darüber hinaus können die Organe und Gewebe, wie im Fall der vorbehandelten Blutgefäße, auch direkt, ohne jede weitere Maßnahme, klinisch implantiert werden.Organs and tissues that were produced with the method for devitalization and preservation according to the invention have a structurally modified basic structure (extracellular matrix) compared to the native, freshly removed organs (intermolecular "crosslinking" and side chain modifications, also as "collagen cross linking") designated). These organs and tissues ideally - even without a special pre-coating - offer the prerequisites for a partial or new build-up of the affected organs using methods of "tissue engineering". In addition, as in the case of the pretreated blood vessels, the organs and tissues can also be clinically implanted directly without any further measures.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Devitalisierung und Konservierung von Hohlorganen, beispielsweise von Blutgefäßen, Blutgefäßklappen, Lymphgefäßen, Lymphgefäßklappen, Herzklappen, Harnleitern, Samenleitern, Bronchien und Organen wie Harnblasen, Lebern, Nieren und Herzen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden entscheidende Vorteile gegenüber bislang üblichen Verfahren erreicht. Die so hergestellten Organe und Gewebe verfugen über deutlich höhere biomechanische Stabilitäten, als die selben Organe und Gewebe nach herkömmlichen Lagerungs- und Konservierungsmethoden (z.B. Kryopräservation). Bei erfindungsgemäß hergestellten Blutgefäßen zeigt sich ein, im Vergleich zu den selben Hohlorganen nach Kryopräservation, ein signifikant erhöhter Platzdruckwert (Abb. 5). Von außergewöhnlicher Bedeutung ist weiterhin, dass die so vorbehandelten Organe und Gewebe nicht oder nur wenig antigen oder thrombogen sind.The method according to the invention enables the devitalization and preservation of hollow organs, for example blood vessels, blood vessel valves, lymphatic vessels, lymphatic valve valves, heart valves, ureters, vas deferens, bronchi and organs such as urinary bladders, livers, kidneys and hearts. The method according to the invention achieves decisive advantages over previously conventional methods. The organs and tissues produced in this way have significantly higher biomechanical stabilities than the same organs and tissues according to conventional storage and preservation methods (eg cryopreservation). In blood vessels produced according to the invention, there is a significantly increased burst pressure value compared to the same hollow organs after cryopreservation (Fig. 5). It is also of exceptional importance that the organs and tissues pretreated in this way are not or only slightly antigenic or thrombogenic.
Bevorzugte erfindungsgemäße Hohlorgane sind, wenn sie als Arterien und Venen sofort wieder reimplantiert werden, vollkommen deendothelialisiert und weisen eine die Zellgrenzen überschreitende Anfarbung für Keratansulfat auf, bei ansonsten weitgehender Erhaltung der extrazellulären Matrix der betroffenen Hohlorgane. Dies betrifft insbesondere die dreidimensionale Erhaltung der konservierten Kollagenstrukturen. Durch den langsamen Zerfall der viablen Strukturen während der Lager- und Konservierungszeit kommt es zu einem Absterben auch solcher Zellen, die normalerweise die Kryopräservation überleben (z.B. Perizyten, "Pericyte like cells"). Die von diesen Zellen gebildeten Antigene, die nach einer Kryopräservation noch nachweisbar sind (im Falle der Perizyten, "Pericyte like cells" beispielsweise der die Gerinnung initiierende Gewebefaktor ("Tissue Factor")), sind nach Vorbehandlung mit dem neuen Verfahren nicht mehr nachweisbar.Preferred hollow organs according to the invention, if they are immediately re-implanted as arteries and veins, are completely deendothelialized and have a staining for keratan sulfate that goes beyond the cell boundaries, with the extracellular matrix of the affected hollow organs being otherwise largely retained. This applies in particular to the three-dimensional preservation of the conserved collagen structures. Due to the slow disintegration of the viable structures during the storage and conservation period, cells that normally survive cryopreservation also die (e.g. pericytes, "pericyte-like cells"). The antigens formed by these cells, which are still detectable after cryopreservation (in the case of pericytes, "pericyte like cells", for example, the tissue factor initiating coagulation ("tissue factor")) can no longer be detected after pretreatment with the new method.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird im erfindungsgemäßen Verfahren die Devitalisierung von Organen und Geweben, beispielsweise mit Hilfe niedermolekularer Substanzen, die die Apoptose direkt oder indirekt induzieren, verstärkt bzw. beschleunigt. In einer bevorzugten Ausfuhrungsform wird ein Chemotherapeutikum (z.B. Methotrexat) zur Induzierung der Apoptose und damit zur Verstärkung und Beschleunigung der Devitalisierung eingesetzt. Die Verstärkung der Devitalisierung beispielsweise mittels niedermolekularer Substanzen kann während der erfindungsgemäßen Lagerung des Organ oder Gewebes oder in einem vorgeschalteten Schritt erfolgen. Substanzen im Sinne der Erfindung bedeuten jede Substanz, die die Apoptose direkt induziert oder aber die Interaktion von Signalmolekülen abschwächt oder verstärkt, die an der Apoptoseinduktion beteiligt sind. Insbesondere seien hier die bereits oben erwähnten Chemotherapeutika genannt.In a further aspect of the invention, the devitalization of organs and tissues is increased or accelerated in the method according to the invention, for example with the aid of low-molecular substances which directly or indirectly induce apoptosis. In a preferred embodiment, a chemotherapeutic agent (eg methotrexate) is used to induce apoptosis and thus to intensify and accelerate devitalization. The intensification of the devitalization, for example by means of low molecular weight substances, can take place during the storage of the organ or tissue according to the invention or in a preceding step. Substances in the sense of the invention mean any substance that Apoptosis is induced directly or the interaction of signaling molecules that are involved in the induction of apoptosis is weakened or strengthened. In particular, the chemotherapeutic agents mentioned above may be mentioned here.
Weiterhin betrifft die Erfindung Organe und Gewebe, insbesondere Hohlorgane, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden. Die Hohlorgane und insbesondere die Gefäße, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren devitalisiert und konserviert werden, bieten ideale Voraussetzungen für ihre Verwendung als Organmatrices (sogenannte Scaffolds) beim "Tissue-Engineering" und weisen im Falle von Blutgefäßen, die auf der Innenoberfläche mit Patienten-autologen Endothelzellen ausgekleidet sind, bessere Langzeitoffenheitsraten auf als nicht beschichtete Hohlorgane bzw. Gefäße. Die Organe und Gewebe zur Herstellung der erfindungsgemäßen Matrices für den Teil- und Neuaufbau von Organen und/oder Geweben sind ubiquitär verfügbar. Die erfindungsgemäßen Matrices können ohne jeden Aufwand hergestellt werden, sie sind - im Vergleich zu künstlichen Oberflächen - deutlich weniger thrombogen und weitaus weniger anfällig für Infektionen. Die Herstellung kann darüber hinaus von angelernten, nicht speziell ausgebildetem Personal in höchster Qualität vollzogen werden. Im Falle von Blutgefäßen zeigen die so erzeugten erfindungsgemäßen Blutgefäße die gleichen Operationseigenschaften (wie z.B. Näh- und Stechbarkeit) wie unbehandelte körpereigene Blutgefäße. Es können ebenso erstmalig auch xenogene Blutgefäße ohne jede weitere Behandlung nach der erfindungsgemäßen Herstellung in den Menschen implantiert werden. Es besteht die Möglichkeit zur industriellen Umsetzung der erfindungsgemäßen Herstellung im größten Stil ohne jeden größeren Aufwand. Besonders bevorzugt ist hierbei jedoch die Herstellung einer hydratisierten Matrix.The invention further relates to organs and tissues, in particular hollow organs, which are produced by the method according to the invention. The hollow organs, and in particular the vessels, which are devitalized and preserved with the method according to the invention, offer ideal conditions for their use as organ matrices (so-called scaffolds) in "tissue engineering" and, in the case of blood vessels, have autologous patients on the inner surface Endothelial cells are lined, better long-term openness rates than uncoated hollow organs or vessels. The organs and tissues for producing the matrices according to the invention for the partial and new construction of organs and / or tissues are available ubiquitously. The matrices according to the invention can be produced without any effort, they are - compared to artificial surfaces - significantly less thrombogenic and far less susceptible to infections. The production can also be carried out by trained, not specially trained personnel of the highest quality. In the case of blood vessels, the blood vessels according to the invention produced in this way have the same surgical properties (such as, for example, sewability and stingability) as untreated endogenous blood vessels. For the first time, xenogenic blood vessels can also be implanted in humans without any further treatment after the preparation according to the invention. There is the possibility of industrial implementation of the manufacture according to the invention in the largest style without any great effort. However, the production of a hydrated matrix is particularly preferred.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden im Falle komplexer Organe, wie z.B. Leber und Niere, aber auch im Falle von Hohlorganen, ideale Matrices für den Neuaufbau oder die Veränderung dieser Organe und Gewebe durch Methoden des "Tissue-Engineerings" bereitgestellt. In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung neue Kulturmedien, die dadurch gekennzeichnet sind, dass übliche Kulturmedien wie Basalmedien oder Vollmedien mit autologen (also körper-/patienteneigenen) Wachstumsfaktoren und/oder mit autologen (also körper-/patienteneigenen Adhäsionsmolekülen supplementiert werden. Geeignete Basalmedien sind MEM Eagle, DMEM, Medium 199, MCDB 131, Ham's Medium, Iscore, RPMI (erhältlich z.B. bei Life Technology, Germany oder Geromed, Germany).In the case of complex organs, such as the liver and kidney, but also in the case of hollow organs, the method according to the invention provides ideal matrices for the reconstruction or modification of these organs and tissues by means of "tissue engineering". In a further embodiment, the invention relates to new culture media which are characterized in that conventional culture media such as basal media or full media are supplemented with autologous (ie body / patient's own) growth factors and / or with autologous (ie body / patient's own adhesion molecules) MEM Eagle, DMEM, Medium 199, MCDB 131, Ham's Medium, Iscore, RPMI (available e.g. from Life Technology, Germany or Geromed, Germany).
Die Kultivierung und Vermehrung verschiedener, teilweise organspezifischer Zellen wird durch das erfindungsgemäße Verfahren und insbesondere durch die erfindungsgemäßen •Kulturmedien ermöglicht. Durch die erfindungsgemäßen Kulturmedien wird die organspezifische Differenzierung der eingesetzten Zellen erhalten bzw. erst hergestellt. Beispielsweise sind die bei der Propagierung von Leberzellen (Hepatozyten) unter Verwendung der erfindungsgemäßen Kulturmedien und Verfahren die bei herkömmlichen Techniken bekannten Probleme der Vermehrung und Differenzierung dieser Zellen bedeutungslos. Das heißt, es gelingt problemlos, die Zellen der Leber (Hepatozyten) zu kultivieren, wenn erfindungsgemäße, mit autologen Wachstumsfaktoren supplementierte Kulturmedien Verwendung finden. Das gleiche trifft für die Zellen der Niere zu. Die so gewonnen Zellen dienen zur Modifikation oder auch dem Neuaufbau von Organen und Geweben, wobei die Organe und Gewebe auch ihrerseits vorbehandelt (z.B. kryopräserviert) sein können. Generell dienen diese Organe und Gewebe als Grundgerüste (Scaffolds) für deren Modifikation durch die Behandlung mit den oben erwähnten, durch die Methoden des "Tissue Engineerings", gewonnen Zellen. In idealer Weise werden dadurch dreidimensionale Konstrukte erzeugt, die die jeweiligen Funktionen des nachzuahmenden Organs oder Gewebes ganz oder teilweise übernehmen können.The cultivation and multiplication of various, partially organ-specific cells is made possible by the method according to the invention and in particular by the culture media according to the invention. The organ-specific differentiation of the cells used is obtained or only produced by the culture media according to the invention. For example, when propagating liver cells (hepatocytes) using the culture media and methods according to the invention, the problems of multiplication and differentiation of these cells known from conventional techniques are meaningless. This means that the cells of the liver (hepatocytes) can be cultivated without any problems if culture media according to the invention supplemented with autologous growth factors are used. The same applies to the cells of the kidney. The cells obtained in this way are used to modify or rebuild organs and tissues, whereby the organs and tissues can also be pretreated (e.g. cryopreserved). In general, these organs and tissues serve as basic structures (scaffolds) for their modification by treatment with the above-mentioned cells obtained by the methods of "tissue engineering". In this way, three-dimensional constructs are ideally generated, which can take over the respective functions of the organ or tissue to be imitated in whole or in part.
Beispiele für erfindungsgemäße Hohlorgane, die sofort nach dem Verfahren zurExamples of hollow organs according to the invention, which immediately after the process for
Devitalisierung und Konservierung ohne jede weitere Vorbehandlung in den Menschen reimplantiert werden können, sind menschliche Blutgefäße, also Arterien und Venen.Devitalization and preservation that can be reimplanted in humans without any further pretreatment are human blood vessels, i.e. arteries and veins.
Beispiele für erfindungsgemäße Organe, die nach dem Verfahren zur Devitalisierung und Konservierung als Matrices für den Neuaufbau von Organen verwendet werden können, sind u.a. menschliche Blutleiter, Lebern, Nieren, Harnleiter und Harnblasen.Examples of organs according to the invention by the method of devitalization and preservation can be used as matrices for the reconstruction of organs include human blood vessels, livers, kidneys, ureters and bladder.
Als besonders bevorzugte erfindungsgemäße Gefäße kommen allo- oder xenogene Gefäße (Arterien, Venen, Lymphgefäße) mit und ohne Auskleidung mit autologen Endothelzellen auf der Innenoberfläche in Betracht.Particularly preferred vessels according to the invention are allo- or xenogenic vessels (arteries, veins, lymphatic vessels) with and without lining with autologous endothelial cells on the inner surface.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Matrices für den Teil- und Neuaufbau von Organen, umfassend die Schritte der Devitalisierung und Konservierung von Organen und/oder Geweben nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und nach Erreichen des erfindungsgemäßen "devitalen steady states" die Repopularisation dieser Organe und/oder Gewebe, beispielsweise durch Reendothelialisierung. Besonders bevorzugt ist die Verwendung von autologen Zellen, z.B. autologen Endothelzellen für die Repopulation. Insbesondere bevorzugt ist dabei der Einsatz der neuen Kulturmedien, enthaltend autologe Wachstumsfaktoren und/oder Adhäsionsmoleküle.Furthermore, the invention relates to a method for producing matrices for the partial and new structure of organs, comprising the steps of devitalizing and preserving organs and / or tissues by the method according to the invention and, after reaching the "devital steady state" according to the invention, repopularizing these organs and / or tissue, for example by reendothelialization. The use of autologous cells, e.g. autologous endothelial cells for repopulation. The use of the new culture media containing autologous growth factors and / or adhesion molecules is particularly preferred.
Im Falle von Hohlorganen, zu denen u.a. allogene Gefäße, xenogene Gefäße und Harnleiter zählen, erfolgt nach der Devitalisierung und Konservierung dieser Organe und Gewebe die Reendothelialisierung. So ist es beispielsweise möglich, Matrices xenogenen Ursprungs für den Aufbau eines neuen Gefäßes und dessen Endothelialisierung (z.B. bovine Brustwandarterien, die dem erfindungsgemäßen Verfahren unterzogen wurden) zu verwenden.In the case of hollow organs, which include allogeneic vessels, xenogeneic vessels and ureters count, the re-endothelialization takes place after the devitalization and preservation of these organs and tissues. For example, it is possible to use matrices of xenogenic origin for the construction of a new vessel and its endothelialization (e.g. bovine chest wall arteries which have been subjected to the method according to the invention).
Die Erfindung betrifft daher auch solche Organe und Gewebe, die durch das erfindungsgemäße Verfahren, umfassend die Devitalisierung und Konservierung sowie die Reendothelialisierung hergestellt wurden. Die erfindungsgemäßen Hohlorgane, die vor ihrer Implantation reendothelialisiert wurden, weisen an der Innenoberfläche bzw. der luminalen Oberfläche vorzugsweise eine Auskleidung mit Patienten-autologen Endothelzellen auf. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst Gefäße und ihre Klappen, die mit Empfänger-autologen Endothelzellen auf der Innenoberfläche bzw. der luminalen Oberfläche ausgekleidet sind.The invention therefore also relates to those organs and tissues which have been produced by the method according to the invention, comprising devitalization and preservation and reendothelialization. The hollow organs according to the invention, which were reendothelialized before their implantation, preferably have a lining with autologous endothelial cells on the inner surface or the luminal surface. A particularly preferred embodiment of the present invention comprises vessels and their valves, which are lined with recipient autologous endothelial cells on the inner surface or the luminal surface.
Perfusionsversuche von endothelialisierten erfindungsgemäßen Spendergefäßen zeigten keine Unterschiede in der Endothelmorphologie und Scherkraftstabilität zu vollkommen intakten, frisch gewonnenen Venen oder Arterien.Perfusion tests of endothelialized donor vessels according to the invention showed no differences in endothelial morphology and shear strength stability compared to completely intact, freshly obtained veins or arteries.
Das Endothel aller Blutgefäße, vaskulären Klappen und Herzhöhlen ist nicht nur durch die oben genannten antithrombogenen Merkmale gekennzeichnet. Es stellt im gesunden, intakten Zustand eine immunologisch wichtige Barriere gegenüber der Masse der im Blut befindlichen Abwehrzellen (Granulozyten, Monozyten, Lymphozyten) dar, die ohne direkte Kontaktmöglichkeit mit der Endothelschicht vorbeigleiten.The endothelium of all blood vessels, vascular valves and cardiac cavities is not only characterized by the above-mentioned antithrombogenic features. In a healthy, intact state, it represents an immunologically important barrier against the mass of the defense cells in the blood (granulocytes, monocytes, lymphocytes), which slide by without direct contact with the endothelial layer.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht auf der luminalen Oberfläche eines Blutgefäßes bzw. seiner Klappen eine absolut konfluente, gegen die Scherkräfte des vorbeiströmenden Blutes dauerhaft verankerte Endothelschicht zu etablieren. Diese wirkt als komplexer antithrombogener und antiinflammatorischer Katalysator, um die Thromboembolisierung der Hohlorgane zu verhindern. Organe, die mit Patienten- autologen Zellen ausgekleidet, verändert oder gänzlich neuaufgebaut wurden, lösen nicht nur keine Immunantwort an deren luminaler Oberfläche aus, sondern schränken eine mögliche immunologische Abwehr auch im Bereich tieferer Wandschichten erfahrungsgemäß so ein, dass es nicht zu einer klinisch relevanten Abstoßung der Gefäße kommt. Im Gegensatz beispielsweise zu kryopräservierten und autolog endothelialisierten Blutgefässen verhindert das neue Verfahren erstmalig die bei diesen Gefäßen noch vorhandene leichte Restabstoßungsreaktion vollständig und ermöglicht erstmalig bei gleichzeitiger Verwendung des ebenfalls erfindungsgemäßen Einsatzes der neuen Kulturmedien mit autologen Wachstumsfaktoren eine klinikrelevante Rebesiedelung komplexer Organe wie beispielsweise der Leber oder der Niere, die bislang an der Antigenität der Grundsubstanz dieser komplexen Organe gescheitert sind.The method according to the invention enables an absolutely confluent endothelial layer permanently anchored against the shear forces of the blood flowing past to be established on the luminal surface of a blood vessel or its flaps. This acts as a complex anti-thrombogenic and anti-inflammatory catalyst to prevent thromboembolization of the hollow organs. Organs that have been lined, modified or completely rebuilt with patient autologous cells not only do not trigger an immune response on their luminal surface, but experience has shown that they limit a possible immunological defense even in the area of deeper wall layers in such a way that there is no clinically relevant rejection the vessels come. In contrast to, for example, cryopreserved and autologous endothelialized blood vessels, for the first time the new method completely prevents the slight residual rejection reaction that is still present in these vessels and enables for the first time while simultaneously using the inventive method new culture media with autologous growth factors, clinically relevant re-colonization of complex organs such as the liver or kidney, which have so far failed due to the antigenicity of the basic substance of these complex organs.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung den klinischen Einsatz komplexer Organe, die dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend hergestellt wurden.Furthermore, the present invention relates to the clinical use of complex organs which have been produced in accordance with the method according to the invention.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Zellrepopulation, insbesondere die Reendothelialisierung ohne jede Vorbeschichtung der Spendergefaße mit Adhäsionsfaktoren oder Serum allein durch die direkte Aussaat und Ansiedelung der Zellen, die unter Einsatz der neuen Kulturmedien mit autologen Wachstumsfaktoren hergestellt wurden, auf die Gefäßinnenoberfläche vorgenommen. Dies ist mit keinem bislang bekannten Beschichtungsverfahren möglich.In a particularly preferred embodiment, the cell repopulation, in particular reendothelialization, is carried out without any pre-coating of the donor vessels with adhesion factors or serum solely by directly sowing and settling the cells, which were produced using the new culture media with autologous growth factors, on the inner surface of the vessel. This is not possible with any coating process known to date.
Die Erfindung betrifft daher ebenfalls Verfahren zur Erzeugung und Verwendung der neuen Kulturmedien. Autologe Wachstumsfaktoren und Adhäsionsmoleküle werden erfindungsgemäß erstmalig als Zusatz zu Kulturmedien und zur Initialbehandlung der zu repopularisiereden Organe und Gewebe verwendet. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von mit autologen Wachstumsfaktoren und/oder Adhäsionsmolekülen angereicherten erfindungsgemäßen Kulturmedien, um vor der Aussaat der Zellen eine Vorbeschichtung der Hohlorgane mit autologen Adhäsionsmolekülen oder mit Wachstums- und Adhäsionsfaktoren zu erreichen. Diese erfindungsgemäßen Kulturmedien eignen sich bevorzugt zur Züchtung von Zellen aus dem Gefäßsystem des Menschen, insbesondere vaskulärer Endothelzellen. In der Biotechnologie, insbesondere für den Einsatz am Menschen, ist die Verwendung von nicht-autologen oder gentechnisch hergestellten Wachstumsfaktoren klinisch und forensisch oftmals problematisch. Dies drückt sich in eindrucksvoller Weise dadurch aus, dass nahezu jedes sich zur Zeit auf dem Markt befindliche Kulturmedium vom jeweiligen Hersteller trotz nachgewiesener Eignung für die Zellkultur, nicht für den Einsatz am Menschen freigegeben ist. Hierfür ursächlich sind die in der Regel diesen Medien zugefügten Bestandteile humanen oder tierischen Ursprungs, insbesondere bei den serumfreien Medien. Die sich daraus möglicherweise ergebenden Haftungsansprüche an die jeweiligen Hersteller verhindern einen klinischen Einsatz komplexer Wachstumsmedien am Menschen. Die erfindungsgemäßen Kulturmedien ermöglichen, dass die Züchtung humaner Zellen problemlos ist.The invention therefore also relates to methods for producing and using the new culture media. According to the invention, autologous growth factors and adhesion molecules are used for the first time as an additive to culture media and for the initial treatment of the organs and tissues to be repopularized. The use of culture media according to the invention enriched with autologous growth factors and / or adhesion molecules is particularly advantageous in order to achieve a pre-coating of the hollow organs with autologous adhesion molecules or with growth and adhesion factors before sowing the cells. These culture media according to the invention are preferably suitable for culturing cells from the vascular system of humans, in particular vascular endothelial cells. In biotechnology, especially for use in humans, the use of non-autologous or genetically engineered growth factors is often problematic clinically and forensically. This is impressively expressed by the fact that almost every culture medium currently on the market is not approved for use by humans, despite proven suitability for cell culture. This is caused by the media that are usually added to this media Components of human or animal origin, especially in the serum-free media. The resulting liability claims against the respective manufacturers prevent the clinical use of complex growth media in humans. The culture media according to the invention enable the cultivation of human cells to be problem-free.
Beispiele für Basalmedien, d.h. basale chemisch definierte Kulturmedien für verschiedene Zelltypen sind: Minimal Essential Medium (MEM) zur Züchtung von adhärenten Säugetierzellen (Dulbecco R, G. F. Plaque production by the Polyoma virus. Virology. 1959;8:396-397), Medium 199 für die Züchtung von Maus-Fibroblasten oder RPMI Medium zur Züchtung von Tumorzellen. Diese Medien unterscheiden sich in der Zusammensetzung u.a. von Aminosäuren, Vitaminen, Spurenelementen, organischen Salzen und anderer organischer Stoffe die das Wachstum der kultivierten Zellen ermöglichen.Examples of basal media, i.e. basic chemically defined culture media for various cell types are: Minimal Essential Medium (MEM) for the cultivation of adherent mammalian cells (Dulbecco R, GF Plaque production by the Polyoma virus. Virology. 1959; 8: 396-397), Medium 199 for the cultivation of mice -Fibroblasts or RPMI medium for the cultivation of tumor cells. These media differ in their composition, among other things. of amino acids, vitamins, trace elements, organic salts and other organic substances that enable the growth of the cultivated cells.
Der Begriff Basalmedien wird hier gleichbedeutend mit "basale chemisch definierte Medien" verwendet. Der Begriff "basale chemisch definierte Medien" wird in der Gewebekultur für Kulturmedien von bekannter qualitativer und quantitativer chemischer Zusammensetzung benutzt. Im Gegensatz dazu enthalten andere Medien, hier genannt Vollmedien Naturprodukte wie z.B. Tierserum.The term basal media is used here synonymously with "basally chemically defined media". The term "basic chemically defined media" is used in tissue culture for culture media of known qualitative and quantitative chemical composition. In contrast, other media, here called full media, contain natural products such as Animal serum.
Für die optimale Züchtung von Säugetierzellen werden basale chemisch definierte Medien mit verschiedenen Seren supplementiert. Vorzugsweise mit fetalem Kälberserum (FCS) oder Neugeborenem Kälberserum (NCS) und/oder mit anderen nicht genau definierten Wachstumsfaktoren (z.B. endothelial cell growth Supplement: ECGS).For the optimal cultivation of mammalian cells, basic chemically defined media are supplemented with various serums. Preferably with fetal calf serum (FCS) or newborn calf serum (NCS) and / or with other not precisely defined growth factors (e.g. endothelial cell growth supplement: ECGS).
Ein weiterer Teilaspekt der Erfindung betrifft daher Verfahren, bei dem autologe, auf verschiedene Weise gewonnene Wachstumsfaktoren entweder alleine oder in Kombination mit autologem Serum oder in Kombination mit anderen nicht-autologen Wachstumsfaktoren den entsprechenden Kulturmedien zugesetzt werden. Hierbei spielt es keine Rolle, ob bevorzugt basale chemisch definierte Medien (z.B. MCDB 131) oder sogenannte Vollmedien (z.B. Gibco HE-SFM) verwendet werden. In jedem Fall wird 1. das Wachstum der Zellen, insbesondere der Endothelzellen, deutlich beschleunigt (Wachstumskurven, siehe Abb. 2), 2. die Differenziertheit der Zellen signifikant erhöht und 3. die Lebensdauer der Zellen vervielfacht. Als weiterer, besonders hervorzuhebender Vorteil ist die absolute klinische Unbedenklichkeit der so aus chemisch definierten Medien entstehenden neuen Kulturmedien zu betonen, die erstmals die Voraussetzung für eine wirtschaftliche Verwertung fast aller bisher nach den Methoden des "Tissue Engineering" produzierten Produkte schafft. Dies dürfte ein , neuer Meilenstein für die Umsetzung in vitro hergestellter Gewebe- und Organe für die sichere Anwendung am Menschen sein.A further partial aspect of the invention therefore relates to methods in which autologous growth factors obtained in various ways either alone or in combination with autologous serum or in combination with other non-autologous ones Growth factors are added to the corresponding culture media. It is irrelevant whether preferred chemically defined media (e.g. MCDB 131) or so-called full media (e.g. Gibco HE-SFM) are used. In any case, 1. the growth of the cells, especially the endothelial cells, is significantly accelerated (growth curves, see Fig. 2), 2. the differentiation of the cells is significantly increased, and 3. the lifespan of the cells is multiplied. Another, particularly noteworthy advantage is the absolute clinical harmlessness of the new culture media thus created from chemically defined media, which for the first time creates the prerequisite for the economic exploitation of almost all products previously produced using the methods of "tissue engineering". This should be a new milestone for the implementation of tissue and organs manufactured in vitro for safe use in humans.
Detaillierte Beschreibung der erfindungsgemäßen Kulturmedien Die neuen Kulturmedien dienen zur Steigerung von Wachstum, Remodellierungsvorgängen und Reduktion von Entdifferenzierungsvorgängen von vaskulären Zellen in der Zellkultur und sind dadurch gekennzeichnet, dass einem basalen chemisch definierten Medium oder einem Vollmedium autologe (also körper- /patienteneigenen) Wachstumsfaktoren und/oder autologe Adhäsionsmoleküle zugesetzt werden. Das erfindungsgemäße Kulturmedium umfasst neben dem Basalmedium (= basales chemisch definiertes Medium) oder Vollmedium 5-30%, vorzugsweise 5-20%, insbesondere bevorzugt 10-15% autologes Serum. Autologes Serum meint patienteneigenes (von dem Patienten gewonnenes) Serum, das die autologen Wachstumsfaktoren und/oder die autologen Adhäsionsmoleküle enthält und vorzugsweise nicht hitzeinaktiviert ist.Detailed description of the culture media according to the invention The new culture media serve to increase growth, remodeling processes and reducing dedifferentiation processes of vascular cells in cell culture and are characterized in that a basal chemically defined medium or a full medium autologous (i.e. body / patient's own) growth factors and / or autologous adhesion molecules can be added. In addition to the basal medium (= basal chemically defined medium) or complete medium, the culture medium according to the invention comprises 5-30%, preferably 5-20%, particularly preferably 10-15% autologous serum. Autologous serum means the patient's own serum (obtained from the patient) which contains the autologous growth factors and / or the autologous adhesion molecules and which is preferably not heat-inactivated.
Zusätzlich können dem erfindungsgemäßen Kulturmedium rekombinante Wachstumsfaktoren zugesetzt werden. Beispiele für geeignete rekombinante Wachstumsfaktoren sind bFGF, VEGF, EGF, TGF, "Scatter-factor", PDGF oder eine Kombination dieser Wachstumsfaktoren. Die autologen Wachstumsfaktoren und Adhäsionsmoleküle können aus Blutplättchen und/oder weißen Blutkörperchen hergestellt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die autologen Wachstumsfaktoren und Adhäsionsmoleküle aus angereicherten Blutplättchen gewonnen. Weiterhin können die autologen Wachstumsfaktoren und Adhäsionsmoleküle aus geronnenem autologem Vollblut durch Zentrifugation hergestellt werden. Vorzugsweise wird das gewonnene autologe Vollblut für mindestens für 1 Stunde bei 37°C oder für 6 Stunden bei 4°C gelagert (siehe Abbildung 6).In addition, recombinant growth factors can be added to the culture medium according to the invention. Examples of suitable recombinant growth factors are bFGF, VEGF, EGF, TGF, "scatter factor", PDGF or a combination of these growth factors. The autologous growth factors and adhesion molecules can be made from platelets and / or white blood cells. In a preferred embodiment, the autologous growth factors and adhesion molecules are obtained from enriched platelets. Furthermore, the autologous growth factors and adhesion molecules can be produced from coagulated autologous whole blood by centrifugation. The autologous whole blood obtained is preferably stored for at least 1 hour at 37 ° C or for 6 hours at 4 ° C (see Figure 6).
In einer weiteren Ausfuhrungsform kann dem erfindungsgemäßen Kulturmedium zusätzlich Glycosaminoglycan zugegeben werden. Besonders bevorzugte Glycosaminoglycane sind Heparin, Heparinsulfat, Chondroitin, Chondroitinsulfat, Dermatin oder Dermatinsulfat.In a further embodiment, glycosaminoglycan can additionally be added to the culture medium according to the invention. Particularly preferred glycosaminoglycans are heparin, heparin sulfate, chondroitin, chondroitin sulfate, dermatin or dermatine sulfate.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Kulturmedium zusätzlich mit Transferrin, Hydrocortison, Insulin, Selen oder Albumin supplementiert werden.In a particularly preferred embodiment, the culture medium according to the invention can additionally be supplemented with transferrin, hydrocortisone, insulin, selenium or albumin.
Das erfindungsgemäße Kulturmedium ist zur Anzucht von vaskulären Zellen, insbesondere Endothelzellen, Perizyten, "Pericyte-like-cells" und glatten Muskelzellen geeignet. Weiterhin ist das Kulturmedium auch zur Anzucht von nicht vaskulärer Zellen, insbesondere von Hepatozyten geeignet.The culture medium according to the invention is suitable for the cultivation of vascular cells, in particular endothelial cells, pericytes, "pericyte-like cells" and smooth muscle cells. The culture medium is also suitable for growing non-vascular cells, in particular hepatocytes.
Darüber hinaus kann das Kulturmedium als Kultivationsmedium im Rahmen des "Tissue-Engineerings" verwendet werden. Insbesondere ist es als Medium zum "Precoating" (zur Vorbeschichtung) vaskulärer Prothesen, Herzklappen und Bypässen beim "Tissue-Engineering" geeignet. In einer bevorzugten Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Kulturmedium als Präservationslösung bei der Gewebe-Lagerung (dem "Tissue-Banking") eingesetzt werden. In einer weiteren Ausfuhrungsform können die autologen Wachstumsfaktoren durch mechanische Zerstörung körpereigener Gewebe gewonnen werden. Bevorzugt können die autologen Wachstumsfaktoren durch chemische und/oder biochemische Zerstörung körpereigener Gewebe gewonnen werden. Besonders bevorzugt können die autologen Wachstumsfaktoren durch Apoptose körpereigener Gewebe gewonnen werden. Weiterhin kann die Gewebezerstörung durch Ultraschall erfolgen.In addition, the culture medium can be used as a culture medium in the context of "tissue engineering". It is particularly suitable as a medium for "precoating" vascular prostheses, heart valves and bypasses in "tissue engineering". In a preferred embodiment, the culture medium according to the invention can be used as a preservation solution for tissue storage ("tissue banking"). In a further embodiment, the autologous growth factors can be obtained by mechanically destroying the body's own tissues. The autologous growth factors can preferably be obtained by chemical and / or biochemical destruction of the body's own tissues. The autologous growth factors can particularly preferably be obtained by apoptosis of the body's own tissue. Tissue destruction can also be carried out by ultrasound.
Nachfolgend sind bevorzugte Verfahren zur Gewinnung von autologem Serum beschrieben:Preferred methods for obtaining autologous serum are described below:
Gewinnung von autologem Serum:Obtaining autologous serum:
Entnahme von Vollblut ohne gerinnungshemmende Substanzen (wie z.B. Citrat) vom Empfänger des zu produzierenden Gewebes. Einleitung der physiologischen Gerinnung durch künstliche Oberflächen (z.B. Serumröhrchen) oder gerinnungsaktivierender Substanzen (z.B. Thrombin). Gewinnung des Serums durch Zentrifugation des entstehenden Blutkuchens bei 400 g für 10 Minuten. Anschließendes Abpipettieren des Überstandes (= Serum).Withdrawal of whole blood without anticoagulant substances (such as citrate) from the recipient of the tissue to be produced. Initiation of physiological coagulation through artificial surfaces (e.g. serum tubes) or coagulation activating substances (e.g. thrombin). Collection of the serum by centrifugation of the resulting blood cake at 400 g for 10 minutes. Then pipette off the supernatant (= serum).
Gewinnung von autologem Serum angereichert mit aus Blutzellen freigesetzten autologen Wachstumsfaktoren: Die Gewinnung von Vollblut ohne gerinnungshemmende Substanzen nach dem Fachmann bekannten Methoden. Durch Einleitung der Gerinnung (siehe oben) kommt es auch zur Aktivation von Blutzellen, insbesondere von Blutplättchen und weißen Blutkörperchen. Eine Initiierung der Gerinnung und gleichzeitige Aktivation der Blutzellen kann auch durch Zugabe von „Aktivatoren" (z.B. HE/ml Thrombin) erfolgen. Dabei kommt es zur progredienten Ausschüttung von Wachstumsfaktoren (z.B. VEGF, PDGF, FGF). Es ist beispielsweise bekannt, dass die Freisetzung von VEGF aus den aktivierten Blutplättchen nach 1 h bei 37°C ein Maximum erreicht. Um möglichst viele der Wachstumsfaktoren zu gewinnen, wird das geronnene Blut deshalb für mindestens eine 1 h bei 37 °C oder mindestens 6 Stunden bei 4 °C gelagert. Anschließend erfolgt zur Gewinnung des Serums mit den darin enthaltenen Wachstumsfaktoren die oben genannte Zentrifugation und das Abpipettieren des Überstandes, der einen Großteil der Wachstumsfaktoren enthält.Obtaining autologous serum enriched with autologous growth factors released from blood cells: Obtaining whole blood without anticoagulant substances by methods known to those skilled in the art. The initiation of coagulation (see above) also activates blood cells, in particular platelets and white blood cells. An initiation of coagulation and simultaneous activation of the blood cells can also be carried out by adding "activators" (eg HE / ml thrombin). This leads to the progressive release of growth factors (eg VEGF, PDGF, FGF). It is known, for example, that the Release of VEGF from the activated platelets reaches a maximum after 1 h at 37 ° C. In order to obtain as many of the growth factors as possible, the clotted blood is therefore kept for at least stored for 1 h at 37 ° C or at least 6 hours at 4 ° C. Subsequently, the above-mentioned centrifugation and pipetting off of the supernatant, which contains a large part of the growth factors, takes place in order to obtain the serum with the growth factors contained therein.
In einer weiteren Verfahrensvariante zur Herstellung von autologem Serum mit einem höherem Anteil von autologen Wachstumsfaktoren aus Blutzellen wird Citratblut gewonnen und die festen Bestandteile (Blutzellen) abzentrifugiert. Entsprechend dem gewünschten Anreicherungsfaktor wird ein Teil des Überstandes (Plasma) abpipettiert. Nach Resuspension der Blutzellen und Rekalzifikation wird die Gerinnung durch künstliche Oberflächen oder durch physiologische Aktivatoren (z.B. Vollblut oder Thrombin) eingeleitet. Die Gewinnung des Wachstumsfaktorenreichen Serums erfolgt wie oben beschrieben.In a further process variant for the production of autologous serum with a higher proportion of autologous growth factors from blood cells, citrate blood is obtained and the solid components (blood cells) are centrifuged off. A portion of the supernatant (plasma) is pipetted off in accordance with the desired enrichment factor. After resuspension of the blood cells and recalcification, coagulation is initiated by artificial surfaces or by physiological activators (e.g. whole blood or thrombin). The growth factor-rich serum is obtained as described above.
Nachstehend ist die Gewinnung von autologen Wachstumsfaktoren aus Blutzellen beschrieben:The extraction of autologous growth factors from blood cells is described below:
Gewinnung thrombozvtärer autologer Wachstumsfaktoren:Obtaining thrombocytic autologous growth factors:
Abnahme von Citratblut. Gewinnung von plättchenreichem Plasma durch vorsichtige Zentrifugation (315 g für 10 Minuten) und Abpipettieren des Überstandes. Freisetzung der autologen Wachstumsfaktoren durch Degranulation der Plättchen nach Rekalzifikation und Aktivierung mit bevorzugt Vollblut (1 ml auf 10 ml Plättchenreiches Plasma). Angereicherte Wachstumsfaktoren können durch vorheriges Ankonzentrieren der Plättchen z.B. auf 2 Million/ml und anschließender Aktivation wie vorstehend beschrieben gewonnen werden.Decrease in citrate blood. Platelet-rich plasma is obtained by careful centrifugation (315 g for 10 minutes) and pipetting off the supernatant. Release of the autologous growth factors by degranulation of the platelets after recalcification and activation with preferably whole blood (1 ml to 10 ml platelet-rich plasma). Enriched growth factors can be concentrated by prior concentration of the platelets e.g. to 2 million / ml and subsequent activation as described above.
Die Gewinnung von weißen Blutkörperchen erfolgt beispielsweise durch Zentrifugation von Citratblut, Abpipettieren des "Buffy coat" und anschließender Aktivation (z.B. mit FMLP). In einer weiteren Verfahrensform können ankonzentrierte weiße Blutkörperchen und Blutplättchen gemeinsam aktiviert werden. Die Gewinnung des Wachstumsfaktoren reichen Serums erfolgt wie oben durch Zentrifugation.White blood cells are obtained, for example, by centrifuging citrated blood, pipetting off the "buffy coat" and subsequent activation (for example with FMLP). In a further method form, concentrated white blood cells and platelets can be activated together. Serum rich in growth factors is obtained as above by centrifugation.
Gewinnung von autologen Wachstumsfaktoren aus Blutzellen und anderen Geweben durch mechanischen Aufschluss der Zellen:Obtaining autologous growth factors from blood cells and other tissues by mechanical disruption of the cells:
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Lyse der Zellen durch Komplementaktivierung oder Apoptose.In a preferred embodiment, the cells are lysed by complement activation or apoptosis.
Gewinnung von konzentriertem autologem Serum oder konzentriertem wachstumsfaktorenreichen Serums:Obtaining concentrated autologous serum or concentrated growth factor-rich serum:
Entzug von Wasser aus den Seren durch einen Konzentrator (z.B. Dextranomer, Polyacrylamid). Dextranomer und Polyacrylamid Konzentratoren sind kommerziell erhältlich (Sephadex von Pharmacia, Bio-Gel P von Bio-Rad Laboratories). Alternativ können andere Konzentratoren wie Silika-Gel, Zeolites, Dextramines, Alginate Gel, crosslinked Agarose verwendet werden.Withdrawal of water from the sera using a concentrator (e.g. dextranomer, polyacrylamide). Dextranomer and polyacrylamide concentrators are commercially available (Sephadex from Pharmacia, Bio-Gel P from Bio-Rad Laboratories). Alternatively, other concentrators such as silica gel, zeolites, dextramines, alginate gel, crosslinked agarose can be used.
Gegebenfalls kann das gewonnene Gemisch gegen physiologische Lösungen (Hanks Salze, Earle's Salze, Basalmedien) dialysiert werden.If necessary, the mixture obtained can be dialyzed against physiological solutions (Hanks salts, Earle's salts, basal media).
Neben der Zugabe von autologem Serum und autologen Wachstumsfaktoren in basale chemisch definierte Medien erwies sich der zusätzliche Zusatz von Heparin, Insulin, Hydrocortison, ggf. Transferrin und Selen als wachstumssteigernd. Insbesondere Heparin erwies sich als wichtiger Co-Faktor. Nachfolgend sind Verwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Kultivationsgeräts beschrieben:In addition to the addition of autologous serum and autologous growth factors in basically chemically defined media, the additional addition of heparin, insulin, hydrocortisone, possibly transferrin and selenium has been shown to increase growth. Heparin in particular proved to be an important co-factor. Possible uses of the cultivation device according to the invention are described below:
Die Beschichtung erfindungsgemäßer Hohlorgane kann mit allen für derartige Maßnahmen üblichen Apparaturen vorgenommen werden, besonders geeignet ist jedoch das erfindungsgemäße Kultivationsgerät (Bioreaktor) (Abb. 1). Es ergaben sich folgende Vorteile durch die Verwendung dieses Kultivationsgerätes:The coating of hollow organs according to the invention can be carried out with all the equipment customary for such measures, but the cultivation device (bioreactor) according to the invention is particularly suitable (FIG. 1). The following advantages resulted from the use of this cultivation device:
Es wird ein konstanter, beliebiger Druckgradient über die Venenwand erzeugt. Zusätzlich kommt es zum Transport von Medium über die Venenwand, das zur Ernährung der aufgebrachten Endothelzellen und ggf. anderer in die Venenwand eingebrachter Zellen dient. Außerdem werden möglicherweise noch vorhandene gefäßwandinhärente Antigene in das Außenmedium ausgewaschen. Zusätzlich kann mit dem erfindungsgemäßen Bioreaktor eine Dauerperfusion besonders von endothelialisierten Hohlorganen vorgenommen werden, falls es erforderlich erscheint, bestimmte Differenzierungszustände von Zellen besonders zu unterstützen. Hierbei kommt es zu einer deutlich gesteigerten Synthese der extrazellulären Matrix, die die Scherkraftstabilität der aufgebrachten Endothelschicht der betroffenen Hohlorgane besonders fördert. Bei diesem Gerät handelt es sich um ein einfaches, leicht zu handhabendes, kostengünstiges und sicheres Hilfsmittel zur Endothelialisierung von Hohlorganen jeder Art.A constant, arbitrary pressure gradient is generated across the vein wall. In addition, medium is transported over the vein wall, which is used to nourish the endothelial cells and, if necessary, other cells introduced into the vein wall. In addition, any antigens that are still present in the vessel wall are washed out into the external medium. In addition, the bioreactor according to the invention can be used for permanent perfusion, particularly of endothelialized hollow organs, if it appears necessary to particularly support certain differentiation states of cells. This leads to a significantly increased synthesis of the extracellular matrix, which particularly promotes the shear force stability of the applied endothelial layer of the affected hollow organs. This device is a simple, easy-to-use, inexpensive and safe aid for the endothelialization of hollow organs of all kinds.
Weiterhin ist das erfindungsgemäße Kultivationsgerät auch für folgende Prozesse geeignet: • Zur Rezellularisierung von prosthetischem und organischem Material, insbesondere zur Reendothelialisierung mit und ohne Perfusion des Hohlorgans.Furthermore, the cultivation device according to the invention is also suitable for the following processes: For the re-cellularization of prosthetic and organic material, in particular for re-endothelialization with and without perfusion of the hollow organ.
• In Modifikation (Abb. 3), zur Ausschwemmung ungewünschter löslicher und nichtlöslicher Stoffe aus prosthetischem und organischem Material, insbesondere von• In modification (Fig. 3), for flushing out unwanted soluble and insoluble substances from prosthetic and organic material, especially from
Hohlorganen. Die Ausschwemmung erfolgt durch Applikation eines transmuralen Druckgradienten (Druckgradient über die Wand des Hohlorgans), der der Aufrechterhaltung eines für die Ausschwemmung dieser Stoffe zusätzlich erwünschten osmotischen und onkotischen Gradienten zwischen dem zu behandelten Gewebe und dem Außenmedium dient und durch einen zusätzlichen Austausch des Außenmediums.Hollow organs. The flushing takes place by applying a transmural pressure gradient (pressure gradient over the wall of the hollow organ), which the Maintaining an osmotic and oncotic gradient between the tissue to be treated and the external medium, which is additionally desired for flushing out these substances, and by means of an additional exchange of the external medium.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Matrices für den Teil- und Neuaufbau von Organen und Geweben kann bei allen natürlichen und künstlichen Hohlorganen und deren Bestandteilen angewendet werden, beispielsweise bei natürlichen Blutgefäßen, Blutgefäßklappen, bei Lymphgefäßen, Lymphgefäßklappen, bei Harnleitern und Harnblase, Samenleitern, Bronchien, beim Herzen und insbesondere bei Herzklappen.The method according to the invention for the production of matrices for the partial and new construction of organs and tissues can be applied to all natural and artificial hollow organs and their components, for example natural blood vessels, blood vessel valves, lymphatic vessels, lymphatic valve valves, ureters and bladder, vas deferens, bronchi , with the heart and especially with heart valves.
Bei der Herstellung sogenannter biologischer Herzklappen aus xenogenen Materialien (beispielsweise aus bovinem Perikard) werden die betroffenen Ausgangsmaterialien oft mit sogenannten Quervernetzern (z.B. Glutaraldehyd) fixiert. Hierdurch verlängert sich die mögliche Dauer der Lagerung der betroffenen Ausgangsmaterialien. Anschließend werden die Ausgangsmaterialien auf sogenannte "Stents" zur Erreichung einer biologischen Form und biomechanischen Stabilität aufgezogen. Diese "Stents" dienen auch als Widerlager für das Verankern der chirurgischen Nähte bei der Implantation. Es ist bekannt, dass es nach Implantation derartiger Herzklappen zu chronisch ablaufenden immunologischen Vorgängen kommt, die letztendlich in einer Degeneration der betroffenen Herzklappe führen. In der Regel beträgt die Haltbarkeit solcher Herzklappen nach ihrer Implantation in den Menschen maximal 15 Jahre, danach muss ein Austausch der Herzklappe in einem Zweiteingriff mit deutlich erhöhtem Operationsrisiko für den betroffenen Patienten durchgeführt werden. Ursächlich für diese immunologischen Vorgänge sind antigene Strukturen des zur Herzklappenherstellung verwendeten Ausgangsgewebes. Bei Verwendung der erfindungemäßen Ausgangssubstanzen werden solche antigenen Strukturen vollständig beseitigt und die Standzeiten biologischer Herzklappen verbessert. Derartige erfindungsgemäße Herzklappen können nun ohne jede Weiterbehandlung implantiert werden. Sie können aber auch mit jeder bislang bei der Herstellung von biologischen Herzklappen verwendeten Präservationssubstanz oder Technik weiterbehandelt werden. Es konnte festgestellt werden, dass sich, im Falle von Hohlorganen, insbesondere von Venen, die mechanische Stabilität der beschichteten und unbeschichteten erfindungsgemäßen Hohlorgane nach 12-monatiger Lagerung nicht von der frisch entnommener Spendervenen (Platzdrucktest und histologische Untersuchungen der extrazellulären Matrix) unterschied. Allerdings zeigten die erfindungsgemäßen Gefäße eine, im Vergleich zu kryopräservierten Gefäßen, deutlich erhöhte mechanische Stabilität (Abb. 5).In the production of so-called biological heart valves from xenogenic materials (for example from bovine pericardium), the affected starting materials are often fixed with so-called cross-linking agents (e.g. glutaraldehyde). This extends the possible duration of storage of the raw materials concerned. The starting materials are then mounted on so-called "stents" to achieve a biological form and biomechanical stability. These "stents" also serve as abutments for anchoring the surgical sutures during implantation. It is known that after implantation of such heart valves, there are chronic immunological processes which ultimately lead to degeneration of the affected heart valve. As a rule, the life of such heart valves after their implantation in humans is a maximum of 15 years, after which the heart valve must be replaced in a second operation with a significantly increased risk of surgery for the affected patient. The cause of these immunological processes are antigenic structures of the starting tissue used for the production of heart valves. When using the starting substances according to the invention, such antigenic structures are completely eliminated and the service life of biological heart valves is improved. Such heart valves according to the invention can now be implanted without any further treatment. However, they can also be further treated with any preservative substance or technique previously used in the manufacture of biological heart valves. It was found that, in the case of hollow organs, in particular veins, the mechanical stability of the coated and uncoated hollow organs according to the invention after 12 months of storage did not differ from that of freshly removed donor veins (burst pressure test and histological examinations of the extracellular matrix). However, the vessels of the invention showed a significantly increased mechanical stability compared to cryopreserved vessels (Fig. 5).
Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Matrices für den Teil- und Neuaufbau von Organen und Geweben bei Spendergefäßen (Venen oder Arterien), sowie bei Xenografts angewendet werden. Ein besonderer Vorteil besteht hier in der Möglichkeit diese Gefäße vor ihrer Beschichtung antiviral zu behandeln. Dies ist möglich, da die Gefäßwand der erfmdungsgemäß hergestellten Gefäße eine deutlich höhere mechanische Stabilität aufweist, als beispielsweise die Wand eines kryopräservierten Gefäßes.The method according to the invention can preferably be used for the production of matrices for the partial and new construction of organs and tissues in donor vessels (veins or arteries) and in xenografts. A particular advantage here is the possibility of treating these vessels with antiviral treatment before they are coated. This is possible because the vessel wall of the vessels manufactured according to the invention has a significantly higher mechanical stability than, for example, the wall of a cryopreserved vessel.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt nach erfindungsgemäßer Auswaschung komplexer Organe die Repopularisierung dieser Organe mit Zellen in organspezifischen dreidimensionalen Rotationsapparaturen. Derartige Rotationsapparaturen sind kommerziell erhältlich (Rotary Cell Culture System™ der Firma Synthecon, Ine, USA).In a preferred embodiment, after washing out complex organs according to the invention, these organs are repopularized with cells in organ-specific three-dimensional rotary apparatus. Rotary apparatuses of this type are commercially available (Rotary Cell Culture System ™ from Synthecon, Ine, USA).
Es ist weiterhin möglich Gefäße, die mit Patienten-autologen Endothelzellen auf der Innenoberfläche ausgekleidet sind, wobei die Endothelzellen aus anderen Quellen (z.B. peripheres Blut, Knochenmark, Fettgewebe, gentechnisch verändertes oder hergestelltes Endothel, xenogenes und gegebenenfalls gentechnisch verändertes xenogenes Endothel) gewonnen worden sind, erfindungsgemäß zu verwenden. Darüber hinaus kann Patienten-autologes Epithel gentechnologisch hergestellt werden, so dass Epithel erhalten wird, das das Patienten-autologe Epithel in seinen Oberflächeneigenschaften bzw. immunologischen Eigenschaften imitiert.It is also possible to have vessels that are lined with autologous endothelial cells on the inner surface, the endothelial cells being obtained from other sources (e.g. peripheral blood, bone marrow, adipose tissue, genetically modified or produced endothelium, xenogeneic and, if appropriate, genetically modified xenogeneic endothelium) to use according to the invention. In addition, patient-autologous epithelium can be produced by genetic engineering, so that epithelium is obtained which imitates the patient-autologous epithelium in its surface properties or immunological properties.
In einer weiteren Ausführungsform (detailliert beschrieben in den Beispielen 15-17) wird eine Vorbeschichtung künstlicher Oberflächen mit Zellpopulationen durchgeführt, die befähigt sind, extrazelluläre Matrix zu bilden und anschließend erfolgt die Überführung der so vorbehandelten Oberflächen in das erfindungsgemäße Verfahren.In a further embodiment (described in detail in Examples 15-17), a precoating of artificial surfaces with cell populations is carried out, which are capable of forming extracellular matrix and then the surfaces pretreated in this way are transferred into the process according to the invention.
Die weitere Behandlung der so erzeugten Oberflächen kann durch Methoden des "Tissue Engineerings" oder der anorganischen oder organischen Chemie (z.B. chemische Ankoppelung von antithrobogenen Verbindungen) erfolgen. Weiterhin kann eine Weiterbehandlung mit unterstützenden Substanzen, wie z.B. Adhäsionsmolekülen erfolgen.The further treatment of the surfaces produced in this way can be carried out using methods of "tissue engineering" or inorganic or organic chemistry (e.g. chemical coupling of antithrobogenic compounds). Further treatment with supporting substances such as e.g. Adhesion molecules take place.
In einer, weiteren Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Hohlorgan zusätzlich auf der Außenoberfläche von einem Mantel aus einem synthetischen Material umschlossen. Dieses synthetische Mantel kann aus einem resorbierbaren Material bestehen, beispielsweise aus synthetischer Polyglyconsäure. Hohlorgane, die von einem Mantel aus synthetischem Material umgeben sind, weisen den Vorteil auf, dass sie für mehrere Monate stabilisiert sind.In a further embodiment, the hollow organ according to the invention is additionally enclosed on the outer surface by a jacket made of a synthetic material. This synthetic jacket can consist of a resorbable material, for example synthetic polyglyconic acid. Hollow organs that are surrounded by a jacket made of synthetic material have the advantage that they are stabilized for several months.
Im Vergleich zu bislang veröffentlichten Ergebnissen zur Antithrombogenität von Bindegewebe zeigen die erfindungsgemäßen Organe und Gewebe eine deutliche geringere Thrombogenität. Abb. 4a und b zeigen eine erfindungsgemäße Vene, die 16 Stunden nach ihrer Implantation in einen Patienten wieder entnommen wurde. Sie zeigt eine vollkommen glatte Oberfläche ohne jedwede Anheftung von Fibrin, Thrombo-, und Leukozyten. Die bei dieser Operation ebenfalls verwendeten körpereignen Arterien und Venen waren allesamt von Thrombo- und Leukozyten Anlagerungen (Fig 4c) überzogen und vollständig thrombosiert.The organs and tissues according to the invention show a significantly lower thrombogenicity in comparison to the results published to date on the antithrombogenicity of connective tissue. Fig. 4a and b show a vein according to the invention, which was removed 16 hours after its implantation in a patient. It shows a completely smooth surface without any attachment of fibrin, thrombo- and leukocytes. The body's own arteries and veins, which were also used in this operation, were all covered with platelet and leukocyte deposits (FIG. 4c) and completely thrombosed.
Die erfindungsgemäß hergestellten Organe können im gesamten Bereich der Medizin und Veterinärmedizin, der Chirurgie, insbesondere in der Herz- und Gefäßchirurgie verwendet werden. Besondere Verwendung finden unbeschichtete oder beschichtete erfindungsgemäße Gefäße als aortokoronare Bypässe bei koronarer Herzkrankheit und als Gefäßtransplantate bei Gefäßrekonstruktionen jeglicher Art. Dies betrifft z.B. die periphere arterielle Verschlusskrankheit, aneurysmatische Veränderungen an Gefäßen, die einen Ersatz dieser Gefäße notwendig machen, sowie sämtliche Wiederholungsoperationen am Herzen und an den Gefäßen. Insbesondere sind diese Gefäße das ideale Conduit für den Einsatz in infizierten Körpergebieten. Weitere Indikationen für den Einsatz derartiger Gefäße stellen eine Vielzahl angeborener Missbildungen dar (beispielhaft seien jegliche Formen von Shuntoperationen erwähnt). Zusätzlich eignen sich derartige Gefäße zu grundlagenwissenschaftlichen Untersuchungen wie z.B. Arterioskleroseforschung oder Permeationstestung von Pharmaka. Von besonderem Vorteil ist die Möglichkeit, unbeschichtete Gefäße jederzeit, ohne jede Vorbehandlung, implantieren zu können. Hierdurch wird auch eine klinische Vorratshaltung derartiger Gefäße, wie beispielsweise bei künstlichen Prothesen bekannt, ermöglicht. Der erfindungsgemäße Herstellprozess stellt somit erstmalig in der Geschichte der Medizin einen jederzeit verfügbaren organischen Alternativbypass zur Verwendung am Herzen zur Verfügung.The organs produced according to the invention can be used in the entire field of medicine and veterinary medicine, surgery, in particular in cardiac and vascular surgery be used. Uncoated or coated vessels according to the invention are particularly used as aortocoronary bypasses for coronary artery disease and as vascular grafts for vascular reconstructions of any kind. This relates, for example, to peripheral arterial occlusive disease, aneurysmal changes to vessels that require replacement of these vessels, and all repetitive operations on the heart and on the vessels. In particular, these vessels are the ideal conduit for use in infected areas of the body. Further indications for the use of such vessels are a large number of congenital malformations (all types of shunt operations are mentioned as examples). In addition, such vessels are suitable for basic scientific studies such as arteriosclerosis research or permeation testing of pharmaceuticals. Of particular advantage is the possibility of being able to implant uncoated vessels at any time without any pretreatment. This also enables clinical storage of such vessels, as is known, for example, in the case of artificial prostheses. The manufacturing process according to the invention thus provides for the first time in the history of medicine an organic alternative bypass that is available at all times for use on the heart.
Die Figuren dienen der Erläuterung der Erfindung.The figures serve to explain the invention.
Abbildung 1 zeigt ein Kultivationsgerät (Bioreaktor) zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren. Es besteht durchgängig aus biologisch inerten, autoklavierbaren Teilen und durch dieses Gerät kann ein beliebiger Druckgradient über die Venenwand aufgebaut werden. Des weiteren kann die Vene mit beliebigem Druck und Fluss mit Hilfe einer Pumpe perfundiert werden.Figure 1 shows a cultivation device (bioreactor) for use in the method according to the invention. It consists entirely of biologically inert, autoclavable parts and this device can be used to build up any pressure gradient across the vein wall. Furthermore, the vein can be perfused with any pressure and flow using a pump.
Das Kultivationsgerät umfasst ein mit Medium gefülltes Kulturgefaß (1), in dem sich das Hohlorgan befindet (z.B. eine Vene (2)). Das Lumen der beiden Venenenden ist mittels zweier Adapter (3) mit den beiden Auslässen des Kulturgefäßes verbunden. Ein Adapter ist mit einer Computer-kontrollierten peristaltischen Pumpe verbunden (7). Der andere Adapter endet an einem Vorrats- oder Abwurfgefaß (5) mit einem Steigrohr (4). Stellt das Gefäß (5) ein Abwurfgefaß dar, muss die Leitung (6) an ein Vorratsgefäß angeschlossen werden. Der Druckgradient Δp (abhängig vom Steigrohr (4) und Druckgeber (8)) wird nach gewünschtem Druckgradienten über die Gefäßwand eingestellt. Ist der durch das Steigrohr (4) gebildete Druck ausreichend, kann die Apparatur auch ohne Druckgeber (8) benutzt werden. Durch die peristaltische Pumpe (7) kann computergestützt ein Mediumwechsel im Innenlumen der Vene durchgeführt werden oder eine kontinuierliche/diskontinuierliche Perfusion des Gefäßes (2). Druckleitung (9), Zugangsports (10).The cultivation device comprises a culture vessel (1) filled with medium in which the hollow organ is located (for example a vein (2)). The lumen of the two vein ends is connected to the two outlets of the culture vessel by means of two adapters (3). An adapter is connected to a computer controlled peristaltic pump (7). The other adapter ends at a storage or discharge container (5) with a riser pipe (4). If the vessel (5) represents a discharge vessel, the line (6) must be connected to a storage vessel. The pressure gradient Δp (depending on the riser pipe (4) and pressure transmitter (8)) is set according to the desired pressure gradient across the vessel wall. If the pressure generated by the riser pipe (4) is sufficient, the apparatus can also be used without a pressure sensor (8). The peristaltic pump (7) can be used to carry out a computer-assisted change of medium in the inner lumen of the vein or a continuous / discontinuous perfusion of the vessel (2). Pressure line (9), access ports (10).
In Abbildung 2 ist das Wachstumsverhalten von kultivierten humanen makrovaskulären Endothelzellen aus der Vena Saphena magna unter verschiedenen Kultivationsbedingungen und täglichem 50% Mediumwechsel dargestellt. a) Kultivation der Zellen in Medium MCDB 131 mit 20% Pool Serum. b) Kultivation der Zellen in Medium MCDB 131 mit 20%» autologen Serum. c) Kultivation der Zellen in Medium MCDB131 mit 20 % Poolserum + 10 ng/ml rbFGF. d) Kultivation der Zellen in Medium MCDB 131 mit 20% erfindungsgemäßenFigure 2 shows the growth behavior of cultivated human macrovascular endothelial cells from the vena Saphena magna under different cultivation conditions and daily 50% medium change. a) Cultivation of the cells in medium MCDB 131 with 20% pool serum. b) Cultivation of the cells in medium MCDB 131 with 20% autologous serum. c) Cultivation of the cells in medium MCDB131 with 20% pool serum + 10 ng / ml rbFGF. d) Culturing the cells in medium MCDB 131 with 20% according to the invention
Wachstumsfaktorenreichen autologen Serum (aus Plättchenreichem Plasma: 2 Millionen Plättchen/ml).Autologous serum rich in growth factors (from platelet-rich plasma: 2 million platelets / ml).
Es ist ersichtlich, dass das erfindungsgemäße Medium (d) die weitaus besten Kulturbedingungen für menschliche Endothelzellen bietet.It can be seen that the medium (d) according to the invention offers by far the best culture conditions for human endothelial cells.
Abbildung 3 zeigt eine Modifikation des Kultivationsgerätes in Abbildung 1 zur erfindungsgemäßen druckabhängigen Spülung eines Hohlorganes. Hierbei findet keine Mediumrezirkulation statt (vgl. Abbildung. 1). Das Vorratsgefaß I (11) beinhaltet die Flüssigkeit, die in das Innenlumen des Hohlorgans (2) unter Druck (abhängig vom Steigrohr (4) und Druckgeber (9)) über die Pumpe (7) appliziert wird und im Abwurfgefaß I (5) aufgefangen wird. Das Vorratsgefäß II (12) beinhaltet die Flüssigkeit, die der Umspülung des Hohlorgans (2) mit Hilfe der Pumpe (8) dient und im Abwurfgefaß II (6) mit der über die Wand des Hohlorgans filtrierte Flüssigkeit gesammelt wird. Druckleitung (10), Zugangsports (13), Sterilfilter (14).Figure 3 shows a modification of the cultivation device in Figure 1 for the pressure-dependent flushing of a hollow organ according to the invention. There is no medium recirculation (see Figure 1). The storage vessel I (11) contains the Liquid that is applied into the inner lumen of the hollow organ (2) under pressure (depending on the riser pipe (4) and pressure transmitter (9)) via the pump (7) and is collected in the discharge vessel I (5). The storage vessel II (12) contains the liquid which is used to wash around the hollow organ (2) with the aid of the pump (8) and is collected in the discharge vessel II (6) with the liquid filtered over the wall of the hollow organ. Pressure line (10), access ports (13), sterile filter (14).
Abbildung 4 zeigt eine erfindungsgemäße Vene nach Implantation im Vergleich zu einer körpereigenen Vene. Die Abbildungen 4a und 4b zeigen eine erfindungsgemäße Vene, die 16 Stunden nach ihrer Implantation in einen Patienten wieder entnommen wurde. Sie zeigt bei histologischer Evaluierung eine vollkommen glatte Oberfläche ohne jedwede Anheftung von Fibrin, Thrombo- und Leukozyten. Im Vergleich dazu zeigt Abbildung 4c die Innenoberfläche einer bei dieser Operation ebenfalls verwendeten körpereigenen Vene. Sie war vollständig thrombosiert und zeigte bei histologischer Evaluierung Fibrin, Thrombo- und Leukozytenauflagerungen.Figure 4 shows a vein according to the invention after implantation in comparison to a body's own vein. Figures 4a and 4b show a vein according to the invention which was removed 16 hours after its implantation in a patient. When histologically evaluated, it shows a completely smooth surface without any attachment of fibrin, thrombo- and leukocytes. In comparison, Figure 4c shows the inner surface of a body's own vein, which was also used in this operation. It was completely thrombosed and showed histological evaluation of fibrin, thrombo- and leukocyte deposits.
In Abbildung 5 sind die Platzdruckwerte von a) frisch entnommenen Venen, b) kryopräservierten Venen unmittelbar nach dem Auftauen und c) erfindungsgemäßen Venen nach 12 monatiger erfindungsgemäßer Lagerung dargestellt. Abbildung 6 zeigt ein Ablaufschema zur Gewinnung von autologen Wachstumsfaktoren und Adhäsionsmolekülen.Figure 5 shows the burst pressure values of a) freshly removed veins, b) cryopreserved veins immediately after thawing and c) veins according to the invention after 12 months of storage according to the invention. Figure 6 shows a flow chart for obtaining autologous growth factors and adhesion molecules.
Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung und sind nicht als einschränkend aufzufassen.The following examples illustrate the invention and are not to be interpreted as restrictive.
Beispiel 1 : Einleitung der Devitalisierung und Konservierung bei BlutgefäßenExample 1: Initiation of devitalization and preservation in blood vessels
Spendervenen werden nach herkömmlicher Technik vom Organspender steril entnommen. Diese Gefäße werden auf ihre Integrität hin noch im Operationssaal untersucht. Etwaige Abgänge oder Seitenäste der Venen werden mit chirurgischen Nahtmaterial (z.B. Ethibond 4/0 ) in üblicher Technik ligiert. Die Gefäße werden mehrfach mit kristalloider Lösung (z.B. Bretschneiderscher Kardioplegischer Lösung oder Medium 199 (Seromed)) gespült und anschließend in ein Röhrchen von ca. 1 cm Kaliber verbracht (hierzu kann wahlweise ein steriles Kunststoffröhrchen oder ein speziell hierzu hergestelltes Glasgefäß verwendet werden). Das Gefäß wird bis zum Überlaufen mit Medium 199 gefüllt und anschließend bei 4°C in Dunkelheit gelagert. Wahlweise können die Venen auch mit Medium 199 gefüllt werden, an beiden Enden beispielsweise mit Gefäßclips verschlossen werden und anschließend in Medium 199 gelagert werden. Dies hat den Vorteil, dass das Gefäß, wenn es entnommen wird, nicht mehr kollabiert. Die Lagerung sollte mindestens 2 Wochen, bevorzugt 6 Wochen, besonders bevorzugt 6 Monate betragen. Das Gefäß ist selbst nach einer Lagerzeit von über 24 Monaten noch uneingeschränkt für seine erfindungsgemäße Verwendung geeignet. Das Gefäß kann nach einem mikrobiologischen Test mit nachgewiesener Sterilität und erfindungsgemäßen Spülungen nach Entnahme aus dem Lagerungsgefäß sofort implantiert werden. Nach Belieben kann die Innenoberfläche des Hohlorgans vor der Implantation mechanisch geglättet werden. Hierzu kann ein handelsüblicher Ballonkatheter (Fogarty-Katheter) durch das Hohlorgan gezogen werden. Dieses Verfahren empfiehlt sich, da lagerungsbedingte Unebenheiten nicht ausgeschlossen werden können.Donor veins are removed sterile from the organ donor using conventional techniques. Due to their integrity, these vessels are still in the operating room examined. Any branches or side branches of the veins are ligated with surgical suture material (eg Ethibond 4/0) in the usual way. The tubes are rinsed several times with crystalloid solution (e.g. Bretschneider's cardioplegic solution or Medium 199 (Seromed)) and then placed in a tube of approx. 1 cm caliber (either a sterile plastic tube or a specially made glass tube can be used for this). The vessel is filled with medium 199 until it overflows and then stored at 4 ° C. in the dark. Optionally, the veins can also be filled with medium 199, closed at both ends with vessel clips, for example, and then stored in medium 199. This has the advantage that the vessel no longer collapses when it is removed. The storage should be at least 2 weeks, preferably 6 weeks, particularly preferably 6 months. Even after a storage time of more than 24 months, the vessel is still fully suitable for its use according to the invention. After a microbiological test with proven sterility and irrigation according to the invention, the vessel can be implanted immediately after removal from the storage vessel. If desired, the inner surface of the hollow organ can be smoothed mechanically before implantation. For this purpose, a commercially available balloon catheter (Fogarty catheter) can be pulled through the hollow organ. This procedure is recommended because unevenness due to storage cannot be excluded.
Beispiel 2:Example 2:
Erfindungsgemäße Aufbereitung von Spendervenen gemäß Beispiel 1 mit einer Lagerzeit von 6 Monaten. Dadurch wird ein devitaler "steady-state" erreicht.Preparation of donor veins according to the invention according to Example 1 with a storage time of 6 months. In this way, a devital "steady state" is achieved.
Beispiel 3:Example 3:
Erfindungsgemäßes Verfahren gemäß Beispiel 2 bei einem pH- Wert von 7,0 und einer Temperatur von 18 - 22 °C. Beispiel 4: Patienten-autologe Endothelialisierung von erfindungsgemäß veränderten VenenProcess according to the invention according to Example 2 at a pH of 7.0 and a temperature of 18-22 ° C. Example 4: Patient-autologous endothelialization of veins modified according to the invention
Bei den zu operierenden Patienten werden im präoperativen Verlauf ca. 500 ml Vollblut ohne gerinnungshemmende Substanzen entnommen, bei 4°C für 24 Stunden gelagert und anschließend werden die festen Bestandteile abzentrifugiert. Das Serum wird bis zur weiteren Verwendung tiefgekühlt.Approximately 500 ml of whole blood without anticoagulant substances are withdrawn from the patients to be operated on, stored at 4 ° C for 24 hours and then the solid components are centrifuged off. The serum is frozen until further use.
In einer Voroperation wird bei dem Empfänger der zu beschichtenden Vene in lokaler Anästhesie ein etwa 5 cm langes Venenstück entnommen. Die Zellisolierung und Vermehrung isolierter Endothelzellen erfolgt nach gängigen Zellkulturtechniken (Jaffe EA, Nachman RL, Becker CG, et al. Culture of human endothelial cells derived from umbilical veins. Identification by morphologic and immunologic criteria. J Clin Invest 52: 2745-56, 1973). Als Kulturmedium kann beispielsweise Medium 199 (Seromed) supplementiert mit 20% autologem Serum und 2 ng/ml rekombinantem bFGF (basic fibroblast growth factor) verwendet werden. Nach dem Erreichen einer für die Beschichtung ausreichenden Zellzahl wird die gelagerte, zu verwendende erfindungsgemäße Spendervene aus ihrem Lagerungsbehälter entnommen. Die Vene wird entweder direkt, ohne jede weitere Vorbehandlung (siehe unten) mit der Patienten- autologen Endothelzell-Suspension gefüllt oder aber zunächst mit Patienten-autologem Serum gefüllt und dann im Brutschrank im gefüllten Zustand für 12 bis 24 Stunden bei 37°C inkubiert. Hierfür werden die beiden Enden der Vene mit einem durchgängigen Adapterstopfen (der eingebunden wird) versehen, der selbst wiederum durch einen wiederentfernbaren Stopfen verschlossen wird. Im Anschluss wird durch Entfernung der Stopfen das Serum abgelassen, die vorbeschichtete Vene mit einer definierten Zellzahl (80.000-120.000 Zellen/cm2 Graftoberfläche) Patienten-autologen Endothels gefüllt und durch Wiedereinführen der Stopfen verschlossen. Nun wird die Vene für mehrere Stunden in einem Rotationsgerät [Kadletz M, Moser R, Preiss P, et al. In vitro lining of fibronectin coated PTFE grafts with cryopreserved saphenous vein endothelial cells. Thorac Cardiovasc Surg, 35 Spec No 2: 143-147, 11/1987]) im Brutschrank bei 37°C rotiert. Dabei kommt es zur gleichmäßigen Adhäsion der Zellen auf der Graftinnenoberfläche. Danach wird die beschichtete Vene dem Rotationsgerät entnommen und in das spezielle Kultivationsgerät (siehe Fig. 1 und 3) eingebracht.In a preliminary operation, an approximately 5 cm long piece of vein is removed from the recipient of the vein to be coated under local anesthesia. The isolation and proliferation of isolated endothelial cells is carried out according to common cell culture techniques (Jaffe EA, Nachman RL, Becker CG, et al. Culture of human endothelial cells derived from umbilical veins. Identification by morphologic and immunologic criteria. J Clin Invest 52: 2745-56, 1973 ). For example, medium 199 (Seromed) supplemented with 20% autologous serum and 2 ng / ml recombinant bFGF (basic fibroblast growth factor) can be used as culture medium. After reaching a sufficient number of cells for the coating, the stored donor vein according to the invention to be used is removed from its storage container. The vein is either filled directly with the patient's autologous endothelial cell suspension without any further pretreatment (see below) or filled with patient's autologous serum and then incubated in the filled incubator at 37 ° C for 12 to 24 hours. For this purpose, the two ends of the vein are provided with a continuous adapter plug (which is integrated), which in turn is closed by a removable plug. Subsequently, the serum is drained by removing the stopper, the pre-coated vein is filled with a defined cell number (80,000-120,000 cells / cm 2 graft surface) of patient-autologous endothelium and closed by reinserting the stopper. Now the vein is rotated for several hours in a rotary device [Kadletz M, Moser R, Preiss P, et al. In vitro lining of fibronectin coated PTFE grafts with cryopreserved saphenous vein endothelial cells. Thorac Cardiovasc Surg, 35 Spec No 2: 143-147, 11/1987]) rotated in the incubator at 37 ° C. This leads to uniform adhesion of the cells on the Graft inner surface. The coated vein is then removed from the rotary device and placed in the special cultivation device (see FIGS. 1 and 3).
Beispiel 5: Patienten-autologe Endothelialisierung von erfindungsgemäß veränderten Venen unter Verwendung von Patienten-autologen Wachstumsfaktoren und Adhäsionsmolekülen:Example 5: Patient-autologous endothelialization of veins modified according to the invention using patient-autologous growth factors and adhesion molecules:
Die Endothelialisierung von erfindungsgemäß vorbehandelten Allografts wurde gemäß dem Verfahren des Beispiels 2 durchgeführt. Im Unterschied zu Beispiel 2 wurde jedoch zur Vorbeschichtung erfindungsgemäß autologes Wachstums- und adhäsionsfaktorenreiches Serum eingesetzt und zur Kultivation der Zellen mit erfindungsgemäß autologem Wachstumsfaktorenreichen Serum substituiertes Kulturmedium (MCDB 131 + 20 % erfindungsgemäßes Serum).The endothelialization of allografts pretreated according to the invention was carried out according to the method of Example 2. In contrast to example 2, however, autologous growth and adhesion factor-rich serum according to the invention was used for the precoating and culture medium substituted with serum according to the invention with autologous growth factor rich serum (MCDB 131 + 20% serum according to the invention).
Herstellung des autologen Wachstums- und adhäsionsfaktorenreichen Serums:Production of the autologous growth and adhesion factor-rich serum:
Bei den zu operierenden Patienten werden im präoperativen Verlauf ca. 500 ml Vollblut mit gerinnungshemmenden Substanzen (bevorzugt Citrat) entnommen. Gewinnung von plättchenreichem Plasma (Plasma mit angereicherten Blutplättchen (Thrombozyten)) durch vorsichtige Zentrifugation (315g für 10 Minuten) und Abpipettieren des Überstandes (Plättchen-reiches Plasma). Freisetzung der autologen Wachstumsfaktoren durch Degranulation der Plättchen nach Rekalzifikation und Aktivierung mit Vollblut (1 ml Vollblut auf 10 ml Plättchenreiches Plasma). Bevorzugt angereicherte Wachstumsfaktoren können durch vorheriges Ankonzentrieren der Plättchen auf z.B. 2 Million/ml und anschließender Aktivation s.o. gewonnen werden. Wahlweise kann dieses erfindungsgemäße Serum unter Verwendung von handelsüblichen Konzentratoren durch Entzug von Wasser ankonzentriert werden (z.B. Dextranomer, Polyacrylamid). Dextranomer und Polyacrylamid Konzentratoren sind kommerziell erhältlich (Sephadex von Pharmacia, Bio-Gel P von Bio-Rad Laboratories). Alternativ können andere Konzentratoren wie Silika-Gel, Zeolites, Dextramines, Alginate Gel, "crosslinked" Agarose verwendet werden.Approximately 500 ml of whole blood with anticoagulant substances (preferably citrate) are withdrawn from the patients to be operated on in the preoperative course. Obtaining platelet-rich plasma (plasma with enriched platelets (platelets)) by careful centrifugation (315 g for 10 minutes) and pipetting off the supernatant (platelet-rich plasma). Release of the autologous growth factors by degranulation of the platelets after recalcification and activation with whole blood (1 ml whole blood on 10 ml platelet-rich plasma). Preferred enriched growth factors can be obtained by previously concentrating the platelets to, for example, 2 million / ml and then activating them. This serum according to the invention can optionally be concentrated using commercially available concentrators by removing water (for example dextranomer, polyacrylamide). Dextranomer and polyacrylamide concentrators are commercially available (Sephadex from Pharmacia, Bio-Gel P from Bio-Rad Laboratories). alternative other concentrators such as silica gel, zeolites, dextramines, alginate gel, "crosslinked" agarose can be used.
Gegebenfalls kann das gewonnene Gemisch auch gegen physiologische Lösungen (Hanks Salze, Earle's Salze, Basalmedien) dialysiert werden.If necessary, the mixture obtained can also be dialyzed against physiological solutions (Hanks salts, Earle's salts, basal media).
Beispiel 6: Patienten-autologe Endothelialisierung von erfindungsgemäß vorbehandelten Xenografts:Example 6: Patient-autologous endothelialization of xenografts pretreated according to the invention:
Die Endothelialisierung von erfindungsgemäß vorbehandelten Xenografts wird entsprechend dem Verfahren des Beispiels 4 oder 5 durchgeführt.The endothelialization of xenografts pretreated according to the invention is carried out in accordance with the method of Example 4 or 5.
Beispiel 7: Patienten-autologe Endothelialisierung von einem anderen Gefäß, z.B. einer ArterieExample 7: Patient autologous endothelialization from another vessel, e.g. an artery
Die Endothelialisierung einer Arterie wird genauso durchgeführt wie die im Beispiel 4 oder 5 beschriebene Endothelialisierung einer Vene.The endothelialization of an artery is carried out in exactly the same way as the endothelialization of a vein described in Example 4 or 5.
Beispiel 8: Epithelialisierung von einem anderen Hohlorgan, nämlich von einem Harnleiter.Example 8: Epithelialization from another hollow organ, namely from a ureter.
Die Epithelialisierung von einem Harnleiter wird entsprechend der im Beispiel 4 beschriebenen Endothelialisierung durchgeführt, mit dem Unterschied, dass statt Endothel Urothel verwendet wird.The epithelialization of a ureter is carried out in accordance with the endothelialization described in Example 4, with the difference that urothelium is used instead of endothelium.
Beispiel 9: Beschichtungs verfahren, wobei die Endothelzellen aus anderen Quellen (s. o.) gewonnen werden Beschichtungsverfahren wie Beispiel 4. Die Isolation der entsprechenden Endothelzellen erfolgt aus peripherem Blut, Knochenmark und Bauchfett nach bekannten Methoden. Diese Isolierung von Endothelzellen hat für Patienten einen deutlichen Nutzen, da diese Verfahren auch für solche Patienten verfügbar sind, die über kein ausreichendes vaskuläres Substrat für die Gewinnung von autologem Endothel verfügen. Zusätzlich sind diese Verfahren weniger invasiv für den Patienten.Example 9: Coating process, the endothelial cells being obtained from other sources (see above) Coating method as in example 4. The corresponding endothelial cells are isolated from peripheral blood, bone marrow and abdominal fat by known methods. This isolation of endothelial cells has a clear benefit for patients, since these methods are also available for those patients who do not have a sufficient vascular substrate for the production of autologous endothelium. In addition, these procedures are less invasive to the patient.
Die nachfolgenden Beispiele beziehen sich auf die Verwendung der erfindungsgemäßen Medien (mit autologen Wachstumsfaktoren und Adhäsionsmolekülen supplementierte Medien) bei der Zellkultur für das Tissue-Engineering.The following examples relate to the use of the media according to the invention (media supplemented with autologous growth factors and adhesion molecules) in cell culture for tissue engineering.
Beispiel 10: Isolation und Kultivation humaner makrovaskulärer venöser und arterieller Endothelzellen:Example 10: Isolation and Cultivation of Human Macrovascular Venous and Arterial Endothelial Cells:
Die Isolierung erfolgt wie oben beschrieben nach der Methode Jaffe et al. Die Kultivation der Zellen erfolgt vorzugsweise in Medium MCDB 131 mit 20% autologem thrombozytärem Wachstumsfaktoren-reichen Serum (aus 2 xlO6 Blutplättchen/ml) substituiert zusätzlich mit Heparin (50 μg/ml). Beispiel 11 : Isolierung und Kultivation von humanen glatten Muskelzellen aus der Media der AortaThe isolation is carried out as described above according to the Jaffe et al. The cells are preferably cultivated in medium MCDB 131 with 20% autologous thrombocytic growth factor-rich serum (from 2 × 10 6 platelets / ml) additionally substituted with heparin (50 μg / ml). Example 11: Isolation and cultivation of human smooth muscle cells from the media of the aorta
Es existieren zwei Verfahren zur Isolierung von glatten Muskelzellen aus der Media der Aorta: 1. Auswachsen der glatten Muskelzellen aus Explantatstücken der Media oderThere are two methods for isolating smooth muscle cells from the media of the aorta: 1. Outgrowth of the smooth muscle cells from explant pieces of the media or
2. Enzymatische Desintegration von Media. Bevorzugt wird die Möglichkeit 2 aufgrund höherer Zellausbeuten. Stücke humaner Aorta werden chirurgisch von der Intima und von der Adventitia befreit. Die gewonnene Media muss frei sein von Resten der Intima und der Adventitia. Die Media wird mechanisch in 5 mm große Stücke zerkleinert und anschließend mit einem Proteasegemisch (0,05% Elastase Typ HI, 0,225% Kollagenase, 1% Humanalbumin in PBS) inkubiert. Für ein Gramm Gewebe wird mindestens 10 ml Proteaselösung verwendet. Es wird solange bei 37°C inkubiert, bis das Gewebe vollständig verdaut ist (im allgemeinen 3-5 h). Nach vollständiger Verdauung wird die Zellsuspension über ein Nylonnetz (50μm) filtriert, zentrifugiert (190g, 10 min) und in autologem Kulturmedium (Ml 99 + 20% autologes wachstumsfaktorenreiches Serum) resuspendiert. Die Zellen werden in einer Dichte von 104 Zellen/cm2 ausgesät und bei 5% CO2, 37°C im Brutschrank inkubiert.2. Enzymatic disintegration of media. Option 2 is preferred due to higher cell yields. Pieces of human aorta are surgically freed from the intima and adventitia. The media obtained must be free of remnants of the intima and adventitia. The media is mechanically comminuted into 5 mm pieces and then incubated with a protease mixture (0.05% elastase type HI, 0.225% collagenase, 1% human albumin in PBS). At least 10 ml of protease solution is used for one gram of tissue. It is incubated at 37 ° C until the tissue is completely digested (generally 3-5 h). After complete digestion, the cell suspension is filtered through a nylon mesh (50 μm), centrifuged (190 g, 10 min) and resuspended in autologous culture medium (MI 99 + 20% autologous growth factor-rich serum). The cells are sown at a density of 10 4 cells / cm 2 and incubated at 5% CO 2 , 37 ° C in the incubator.
Beispiel 12: Isolation und Kultivation humaner KeratinozytenExample 12: Isolation and Cultivation of Human Keratinocytes
Zur Isolierung von humanen Keratinozyten können die im Rahmen von Operationen übriggebliebenen Hautresektate verwendet werden. Für den Transport des Hautstücks wird ein Basalmedium (z.B. DMEM) mit einem Antibiotikazusatz (z.B. Gentamicin 50 ng/ml) zur Reduktion der natürlichen Hautflora und Prophylaxe einer Sekundärinfektion supplementiert.For the isolation of human keratinocytes, the skin resectates left over during surgery can be used. For the transport of the skin piece, a basal medium (e.g. DMEM) is supplemented with an antibiotic additive (e.g. Gentamicin 50 ng / ml) to reduce the natural skin flora and prevent secondary infection.
Von der Haut werden zunächst eventuell vorhandene Haare und nekrotisch.es Gewebe entfernt, danach wird das Fettgewebe und Gefäße der Subcutis vorsichtig abgetrennt. Zur Dissoziierung wird die gesäuberte Haut für 18 Stunden bei 4°C in eine Trypsin/EDTA-Lösung (0,25%/0,2%) gelegt. Die 18-stündige Enzymeinwirkung auf die Haut wird deutlich durch ihre geleeartige Beschaffenheit. Um die Haut von restlicher Trypsin/ EDTA Lösung zu befreien, wird sie mit PBS gewaschen. Danach wird das dissozierte Gewebe mit Pinzetten von der Haut entfernt und in Nährmedium suspendiert. Diese Zellsuspension wird durch eine sterile Mullkompresse (oder auch ein Nylonnetz 50 μm Maschenweite) filtriert um nekrotische Gewebetrümmer zu entfernen. Die Zellsuspension wird zentrifugiert (190 g, 10 min) und in autologem Nährmedium resuspendiert. Anschließend werden die Zellen in Zellkulturschalen ausgesät. Bei 5% CO2-Begasung und 37°C wird die Primärkultur für 24 Stunden im Brutschrank aufbewahrt. Nach Ablauf der 24 Stunden, in denen sich die Zellen am Flaschenboden festsetzen können, wird das Medium gewechselt. Mediumwechsel erfolgt alle 3 Tage.Any hair and necrotic tissue that may be present are first removed from the skin, then the fatty tissue and vessels of the subcutis are carefully separated. For dissociation, the cleaned skin is placed in a trypsin / EDTA solution (0.25% / 0.2%) for 18 hours at 4 ° C. The 18-hour enzyme action on the skin is evident from its jelly-like nature. To free the skin of residual trypsin / EDTA solution, it is washed with PBS. The dissociated tissue is then removed from the skin with forceps and suspended in nutrient medium. This cell suspension is filtered through a sterile gauze compress (or a nylon mesh 50 μm mesh size) to remove necrotic tissue debris. The cell suspension is centrifuged (190 g, 10 min) and in autologous nutrient medium resuspended. The cells are then sown in cell culture dishes. At 5% CO 2 fumigation and 37 ° C, the primary culture is kept in the incubator for 24 hours. After the 24 hours in which the cells can adhere to the bottom of the bottle, the medium is changed. Medium change takes place every 3 days.
Als Kulturmedium wird das Kulturmedium MCDB 153 (Boyce ST, Harn RG. Calcium- regulated differentiation of normal human epidermal keratinocytes in chemically defined clonal culture and serum-free serial culture. J Invest Dermatol. 1983;81:33s- 40s) substituiert mit Insulin (5 mg/1), Hydrocortison (1,4 μM, 0,5 mg/1), Ethanolamin (0,1 mM), Phosphoethanolamin (0,1 mM) mit 10% .autologem Serum und 10% autologer thrombozytärer Wachstumsfaktoren (aus 2xl06 Thrombozyten/ml) verwendet.The culture medium MCDB 153 (Boyce ST, Urn RG. Calcium-regulated differentiation of normal human epidermal keratinocytes in chemically defined clonal culture and serum-free serial culture. J Invest Dermatol. 1983; 81: 33s-40s) is substituted with insulin (5 mg / 1), hydrocortisone (1.4 μM, 0.5 mg / 1), ethanolamine (0.1 mM), phosphoethanolamine (0.1 mM) with 10% autologous serum and 10% autologous thrombocytic growth factors ( from 2xl0 6 platelets / ml) used.
Beispiel 13: Isolation und Kultivation humaner dermaler FibroblastenExample 13: Isolation and cultivation of human dermal fibroblasts
Nach Isolierung der Keratinozyten wird die restliche Haut in eine Kulturflasche mit autologem Nährmedium (Ml 99 mit 10 % autologem Wachstumsfaktorenreichen Serum) gegeben. Nach wenigen Tagen Inkubation im Brutschrank (5% CO2, 37°C) wachsen Fibroblasten aus der Haut heraus. Nachdem genügend Fibroblasten aus der Haut ausgewachsen sind, wird die Resthaut entfernt. Mediumwechsel erfolgt alle 3 Tage.After the keratinocytes have been isolated, the remaining skin is placed in a culture bottle with autologous nutrient medium (MI 99 with 10% autologous growth factor-rich serum). After a few days of incubation in the incubator (5% CO 2 , 37 ° C), fibroblasts grow out of the skin. After enough fibroblasts have grown out of the skin, the remaining skin is removed. Medium change takes place every 3 days.
Beispiel 14: Kultivation von humanen HepatozytenExample 14: Cultivation of human hepatocytes
Isolation von humanen Hepatozyten erfolgt nach der Methode Berry et al. (Berry MN et al., High-yield preparation of isolated hepatocytes from rat liver. In Laboratory Techniques in Biochemistry and Molecular Biology, vo. 21 (ed. RH Burdon and PH van Knippenberg), pp. 15-58. Elsevier: Amsterdam, New York, Oxford, 1991).Human hepatocytes are isolated by the Berry et al. (Berry MN et al., High-yield preparation of isolated hepatocytes from rat liver. In Laboratory Techniques in Biochemistry and Molecular Biology, vo. 21 (ed. RH Burdon and PH van Knippenberg), pp. 15-58. Elsevier: Amsterdam , New York, Oxford, 1991).
Die Aussaat der Zellen erfolgt in einer Dichte von 1,6 x 10 Zellen/cm in Kulturflaschen. Als Kulturmedium wird William' s E Medium (Gibco, Grand Island, NY, USA) substituiert mit 15% autologem Wachstumsfaktoren- und adhäsionsmolekülenreichen (Wachstumsfaktoren aus 2 x 106/ml Thrombozyten und 7 x 105/ml Leukozyten) Serums, 25 mM HEPES, 5 μg/ml Insulin, 0,5 μg/ml Hydrocortison, 5 μg/ml Transferrin, 100 U/ml Penicillin, 100 μg/ml Streptomycin verwendet. Ein 50%iger Mediumwechsel erfolgt alle 24 Stunden.The cells are sown at a density of 1.6 x 10 cells / cm in culture bottles. William's E Medium (Gibco, Grand Island, NY, USA) substituted with 15% autologous growth factor and adhesion molecule-rich (growth factors from 2 x 10 6 / ml thrombocytes and 7 x 10 5 / ml leukocytes) serum, 25 mM HEPES, 5 μg / ml insulin, 0.5 μg / ml Hydrocortisone, 5 μg / ml transferrin, 100 U / ml penicillin, 100 μg / ml streptomycin used. A 50% medium change takes place every 24 hours.
Beispiel 15: Beschichtung einer künstlichen Oberfläche (hier PTFE-Prothese. Durchmesser 4 mm) mit Fibroblasten und anschließender erfindungsgemäßer Weiterbehandlung.Example 15: Coating of an artificial surface (here PTFE prosthesis. Diameter 4 mm) with fibroblasts and subsequent further treatment according to the invention.
Isolierung und Kultivierung von Fibroblasten siehe Beispiel 13. Die zu beschichtende sterile PTFE-Prothese wird in autologes Serum eingelegt, wobei darauf geachtet wird, dass das Innenlumen der Prothese komplett mit dem Serum benetzt wird. Die Prothese wird anschließend für ca. 12 Stunden bei 37 °C gelagert. Anschließend wird die Prothese entnommen und mit einer Fibroblastenzellsuspension (100000 Zellen/cm2 innere Prothesenσberfläche) gefüllt. Die Prothese wird nun für 6 - 10 Stunden in einer Rotationsapparatur (siehe auch Bsp. 4) rotiert um eine gleichmäßige Adhäsion der Zellen zu gewährleisten. Anschließend wird die beschichtete Prothese in einen Bioreaktor überführt und dort 4 Wochen lang weiterkultiviert bis sich eine von den Fibroblasten gebildete, dem Innenlumen fest anliegende, Schicht extrazellulärer Matrix von einer Schichtdicke von mindestens 10 μm gebildet hat. Anschließend wird die beschichtete Prothese erfindungsgemäß in einen devitalen Steady State überführt. Nach erfindungsgemäßen Erreichen des devitalen Steady State kann die Prothese entweder sofort implantiert oder im Rahmen des Tissue Engineerings weiterverarbeitet werden.For the isolation and cultivation of fibroblasts, see Example 13. The sterile PTFE prosthesis to be coated is placed in autologous serum, taking care that the inner lumen of the prosthesis is completely wetted with the serum. The prosthesis is then stored at 37 ° C for approx. 12 hours. The prosthesis is then removed and filled with a fibroblast cell suspension (100,000 cells / cm 2 inner prosthesis surface). The prosthesis is now rotated for 6-10 hours in a rotating apparatus (see also Example 4) in order to ensure uniform adhesion of the cells. The coated prosthesis is then transferred to a bioreactor and cultivated there for 4 weeks until a layer of extracellular matrix formed by the fibroblasts and firmly attached to the inner lumen has a layer thickness of at least 10 μm. The coated prosthesis is then transferred according to the invention into a devital steady state. After the devitalized steady state has been reached according to the invention, the prosthesis can either be implanted immediately or processed further as part of tissue engineering.
Beispiel 16: Beschichtung einer künstlichen Oberfläche (hier Polyurethan-Prothese, Durchmesser 4 mm) mit subintimalen Zellen und anschließender erfindungsgemäßer Weiterbehandlung.Example 16: Coating an artificial surface (here a polyurethane prosthesis, diameter 4 mm) with subintimal cells and subsequent further treatment according to the invention.
Die Isolierung subintimaler Zellen erfolgt aus Gefäßen, welchen zuvor nach oben beschriebener Methode die Endothelzellen proteolytisch isoliert wurden (siehe Beispiel 10). Durch eine sich anschließende weitere 15-minütige proteo lyrische Desintegration der verbliebenen Zellen (= subintimale Zellen) auf der Innenoberfläche der Gefäße mit derselben Proteaselösung (Kollagenase) werden diese aus ihrem Zellverband herausgelöst und durch Ausspülen des Gefäßsegments gewonnen. Diese Zellen werden wie in Beispiel 13 kultiviert. Die weitere Beschichtung erfolgt analog Beispiel 15.The subintimal cells are isolated from vessels which have been proteolytically isolated from the endothelial cells using the method described above (see example 10). A subsequent 15-minute proteo-lyric disintegration of the remaining cells (= subintimal cells) on the inner surface of the vessels with the same protease solution (collagenase) removes them from their cell structure and rinses the vascular segment. These cells are cultivated as in Example 13. The further coating is carried out analogously to Example 15.
Beispiel 17: Endothelialisierung einer erfindungsgemäß vorbehandelten beschichteten künstlichen Oberfläche (hier PTFE-Prothese, 4 mm Durchmesser).Example 17: Endothelialization of a coated artificial surface pretreated according to the invention (here PTFE prosthesis, 4 mm diameter).
Eine gemäß Beispiel 15 vorbereitete PTFE-Prothese wird nach erreichtem "devitalen steady State" gemäß Beispiel 4 endothelialisiert. A PTFE prosthesis prepared according to Example 15 is endothelialized according to Example 4 after the "devital steady state" has been reached.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Devitalisierung und Konservierung von Organen und/oder Geweben, umfassend die folgenden Schritte: a) sterile Entnahme und lagern des Organs oder des Gewebes bis zum Erreichen der Devitalisierung in einer Flüssigkeit, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: sterilem Wasser, einer kristalloiden Flüssigkeit, einer kolloidalen Flüssigkeit, einer lipidhaltigen Flüssigkeit oder einer Kombination der genannten Flüssigkeiten, b) auswaschen von Zelltrümmern, zellulären Abbauprodukten sowie löslichen Stoffen unter Druck mit einer Flüssigkeit, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: sterilem Wasser, einer kristalloiden Flüssigkeit, einer kolloidalen Flüssigkeit, einer lipidhaltigen Flüssigkeit und einer Kombination der genannten Flüssigkeiten.1. A method for the devitalization and preservation of organs and / or tissues, comprising the following steps: a) sterile removal and storage of the organ or the tissue until devitalization is achieved in a liquid selected from the group consisting of: sterile water, one crystalloid liquid, a colloidal liquid, a lipid-containing liquid or a combination of the liquids mentioned, b) washing out cell debris, cellular degradation products and soluble substances under pressure with a liquid, selected from the group consisting of: sterile water, a crystalloid liquid, a colloidal Liquid, a liquid containing lipids and a combination of the liquids mentioned.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die sterile Entnahme des Organs und/oder Gewebes von Toten (Multiorganspendern) erfolgt.2. The method according to claim 1, wherein the sterile removal of the organ and / or tissue from the dead (multi-organ donors).
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Lagerung für mindestens 2 Wochen, vorzugsweise 6 Wochen, insbesondere bevorzugt 6 Monate im Dunkeln erfolgt.3. The method according to claim 1, wherein the storage takes place for at least 2 weeks, preferably 6 weeks, particularly preferably 6 months in the dark.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Lagerung unter sterilen Bedingungen erfolgt.4. The method of claim 1, wherein the storage is carried out under sterile conditions.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Flüssigkeit in der die Lagerung erfolgt eine kristalloide Flüssigkeit ist. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the liquid in which the storage takes place is a crystalloid liquid.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die kristalloide Flüssigkeit Medium 199 (Seromed) ist.6. The method of claim 5, wherein the crystalloid liquid is Medium 199 (Seromed).
7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die kristalloide Flüssigkeit Bretschneidersche Kardioplegische Lösung ist.7. The method of claim 5, wherein the crystalloid liquid is Bretschneider cardioplegic solution.
8. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die kristalloide Flüssigkeit einen Antibiotikazusatz enthält.8. The method of claim 5, wherein the crystalloid liquid contains an antibiotic additive.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Verfahren vor der Lagerung ein mehrfaches Spülen in der gleichen Flüssigkeit umfasst, in der die Lagerung erfolgt.9. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the method prior to storage comprises multiple rinsing in the same liquid in which the storage takes place.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Lagerung und Auswaschung der Organe und/oder Gewebe mit der gleichen Flüssigkeit erfolgt.10. The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the storage and washing out of the organs and / or tissue is carried out with the same liquid.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Lagerung bei einem pH- Wert von 3 bis 9 erfolgt.11. The method according to any one of claims 1 to 9, wherein the storage takes place at a pH of 3 to 9.
12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Lagerung bei einem pH- Wert von 6.9 bis 7.8 erfolgt.12. The method according to claim 10, wherein the storage takes place at a pH of 6.9 to 7.8.
13. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Lagerung bei einem pH- Wert von 7,0 bis 7,5 erfolgt.13. The method according to claim 10, wherein the storage takes place at a pH of 7.0 to 7.5.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Lagerung bei einer Temperatur von 0 bis 55°C erfolgt. 14. The method according to any one of claims 1 to 12, wherein the storage takes place at a temperature of 0 to 55 ° C.
15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Lagerung bei einer Temperatur von 0 bis 37°C erfolgt.15. The method according to claim 13, wherein the storage is carried out at a temperature of 0 to 37 ° C.
16. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Lagerung bei einer Temperatur von 4°C erfolgt.16. The method according to claim 13, wherein the storage takes place at a temperature of 4 ° C.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Lagerung unter reduziertem Sauerstoffdruck erfolgt.17. The method according to any one of claims 1 to 15, wherein the storage takes place under reduced oxygen pressure.
18. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Lagerung unter anaeroben Bedingungen erfolgt.18. The method according to claim 16, wherein the storage takes place under anaerobic conditions.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-15, wobei die Lagerung mit Gasen (in der flüssigen oder gasförmigen Phase) erfolgt.19. The method according to any one of claims 1-15, wherein the storage takes place with gases (in the liquid or gaseous phase).
20. Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Gas ein Edelgas ist.20. The method of claim 18, wherein the gas is a rare gas.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei das Auswaschen pulsierend erfolgt.21. The method according to any one of claims 1 to 20, wherein the washing is done pulsating.
22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Auswaschen von Zelltrümmern, zellulären Abbauprodukten, sowie löslichen Stoffen mehrfach erfolgt.22. The method according to claim 21, wherein the washing out of cell debris, cellular degradation products and soluble substances is carried out several times.
23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei mindestens eine 2-malige Auswaschung erfolgt, vorzugsweise im Abstand von 6 Wochen. 23. The method according to claim 22, wherein at least two washes are carried out, preferably at intervals of 6 weeks.
24. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erfindungsgemäß behandelten Organe und Gewebe nach Devitalisierung und Konservierung getrocknet werden.24. The method according to claim 1, wherein the organs and tissues treated according to the invention are dried after devitalization and preservation.
25. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Organe Hohlorgane sind.25. The method according to claim 1, wherein the organs are hollow organs.
26. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Auswaschung in einem Kultivationsgefäß erfolgt, umfassend ein mit einer Flüssigkeit gefülltes Kulturgefäß (1), zwei Adapter (3), die mit den beiden Auslässen des Kulturgefäßes verbunden sind, einen Schlauch, der mit einer Pumpe verbunden ist und einen weiteren Schlauch, . der an einem Vorrats- oder Abwurfgefaß (5) endet, wobei der Druckgradient Δp abhängig vom Steigrohr (4) und Druckgeber (8) ist.26. The method according to claim 1, wherein the washout takes place in a culture vessel, comprising a culture vessel (1) filled with a liquid, two adapters (3) which are connected to the two outlets of the culture vessel, a hose which is connected to a pump and another hose,. which ends at a storage or discharge vessel (5), the pressure gradient Δp being dependent on the riser pipe (4) and pressure transmitter (8).
27. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Auswaschung in einem Kultivationsgefäß gemäß Figur 1 erfolgt.27. The method according to claim 1, wherein the washing out takes place in a cultivation vessel according to FIG. 1.
28. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Organe und Gewebe ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: Blutgefäße, Blutgefäßklappen, Lymphgefäße, Lymphgefäßklappen, Harnleiter, Harnblasen, Samenleiter, Bronchien, Lebern, Nieren, Herzen und Herzklappen.28. The method according to claim 1, wherein the organs and tissues are selected from the group consisting of: blood vessels, blood vessel valves, lymphatic vessels, lymphatic valve valves, ureters, urinary bladders, vas deferens, bronchi, livers, kidneys, hearts and heart valves.
29. Organe oder Gewebe erhältlich durch das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 27. 29. Organs or tissues obtainable by the method according to one of claims 1 to 27.
30. Verfahren zur Herstellung von Matrices für den Teil- und Neuaufbau von Organen oder Geweben umfassend die folgenden Schritte: a) Devitalisierung und Konservierung von Organen und/oder Geweben nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 27, b) Zellrepopulation der Organe und Gewebe, vorzugsweise durch30. A method for producing matrices for the partial and new structure of organs or tissues comprising the following steps: a) devitalization and preservation of organs and / or tissues according to the method according to one of claims 1 to 27, b) cell repopulation of the organs and Tissue, preferably through
Reendothelialisierung.Re-endothelialization.
31. Verfahren nach Anspruch 29, wobei die Organe Hohlorgane sind.31. The method according to claim 29, wherein the organs are hollow organs.
32. Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Hohlorgane ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: allogenen Gefäßen, xenogenen Gefäßen und Harnleiter.32. The method according to claim 30, wherein the hollow organs are selected from the group consisting of: allogeneic vessels, xenogeneic vessels and ureters.
33. Organe erhältlich durch das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 29 bis 31.33. Organs obtainable by the method according to any one of claims 29 to 31.
34. Verfahren nach Anspruch 29, wobei die Repopulationszellen autologe Zellen sind, z.B. autologe Endothelzellen.34. The method of claim 29, wherein the repopulation cells are autologous cells, e.g. autologous endothelial cells.
35. Verfahren gemäß Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Reendothelialisierung durch Aussaat von Zellen auf der Innenfläche der Hohlorgane erfolgt.35. The method according to claim 29, characterized in that the reendothelialization is carried out by sowing cells on the inner surface of the hollow organs.
36. Verfahren gemäß Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Aussaat der Zellen eine Vorbeschichtung der Hohlorgane mit Adhäsionsmolekülen erfolgt.36. The method according to claim 29, characterized in that prior to the sowing of the cells, the hollow organs are precoated with adhesion molecules.
37. Verfahren gemäß Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Aussaat der Zellen eine Vorbeschichtung der Hohlorgane mit Patienten-autologem Serum erfolgt. 37. The method according to claim 29, characterized in that before the cells are sown, the hollow organs are precoated with patient-autologous serum.
38. Verfahren gemäß Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Aussaat der Zellen eine Vorbeschichtung der Hohlorgane mit Wachstums- und Adhäsionsfaktorenreichen Serum erfolgt.38. The method according to claim 30, characterized in that prior to sowing the cells, the hollow organs are precoated with serum rich in growth and adhesion factors.
39. Verfahren gemäß Anspruch 30, wobei die natürlichen und künstlichen Hohlorgane ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: Blutgefäße, Blutgefäßklappen, Lymphgefäße, Lymphgefäßklappen, Harnleiter, Harnblasen, Samenleiter, Bronchien, Herzen und Herzklappen.39. The method according to claim 30, wherein the natural and artificial hollow organs are selected from the group consisting of: blood vessels, blood vessel valves, lymphatic vessels, lymphatic valve valves, ureters, urinary bladders, vas deferens, bronchi, hearts and heart valves.
40. Verwendung der Gewebe oder Organe, erhältlich durch das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 28 in der Medizin und Veterinärmedizin.40. Use of the tissues or organs, obtainable by the method according to one of claims 1 to 28 in medicine and veterinary medicine.
41. Verwendung der Gefäße, erhältlich durch das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 28 in der Herz- und Gefäßchirurgie.41. Use of the vessels, obtainable by the method according to one of claims 1 to 28 in cardiac and vascular surgery.
42. Verwendung der Gefäße, erhältlich durch das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 28 als aortokoronaler Bypass oder als Gefäßtransplantat bei Gefäßrekonstruktionen.42. Use of the vessels, obtainable by the method according to one of claims 1 to 28 as an aortocoronal bypass or as a vascular graft for vascular reconstructions.
43. Verwendung der Gefäße, erhältlich durch das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 28 bei peripherer arterieller Verschlusskrankheit, aneurysmatischen Veränderungen der Gefäße, Wiederholungsoperationen am Herzen und an den Gefäßen und bei angeborenen Missbildungen von Gefäßen.43. Use of the vessels, obtainable by the method according to any one of claims 1 to 28 for peripheral arterial occlusive disease, aneurysmatic changes in the vessels, repeat operations on the heart and on the vessels and in the event of congenital malformations of the vessels.
44. Gewebe oder Organe, erhältlich durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich von einem Mantel aus einem synthetischen Material umschlossen sind. 44. Tissue or organs obtainable by the method according to one of claims 1 to 28, characterized in that they are additionally enclosed by a jacket made of a synthetic material.
45. Gewebe oder Organe, erhältlich durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich von einem Mantel aus einem synthetischen resorbierbaren Material umschlossen sind.45. Tissue or organs, obtainable by the method according to one of claims 1 to 29, characterized in that they are additionally enclosed by a jacket made of a synthetic resorbable material.
46. Gewebe oder Organe, erhältlich durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich von einem Mantel aus einem synthetischen resorbierbaren Material, das aus Polyglyconsäure besteht, umschlossen sind.46. Tissue or organs, obtainable by the method according to one of claims 1 to 28, characterized in that they are additionally enclosed by a jacket made of a synthetic resorbable material consisting of polyglyconic acid.
47. Kultivationsgerät zur Verwendung in einem Verfahren gemäß Anspruch 1, umfassend ein mit einer Flüssigkeit gefülltes Kulturgefaß (1), zwei Adapter (3), die mit den beiden Auslässen des Kulturgefäßes verbunden sind, einen Schlauch, der mit einer Computer-kontrollierten peristaltischen Pumpe verbunden ist und einen weiteren Schlauch, der an einem Vorrats- oder Abwurfgefaß (5) endet, wobei der Druckgradient Δp abhängig vom Steigrohr (4) und Druckgeber (8) ist.47. Cultivation device for use in a method according to claim 1, comprising a culture vessel (1) filled with a liquid, two adapters (3) connected to the two outlets of the culture vessel, a tube connected to a computer-controlled peristaltic pump is connected and a further hose which ends at a storage or discharge vessel (5), the pressure gradient Δp being dependent on the riser pipe (4) and pressure transmitter (8).
48. Kulturmedium zur Steigerung von Wachstum, Remodellierungsvorgängen und Reduktion von Entdifferenzierungsvorgängen von vaskulären Zellen in der Zellkultur, dadurch gekennzeichnet, das einem basalen chemisch definierten Medium oder einem Vollmedium autologe Wachstumsfaktoren und/oder48. culture medium for increasing growth, remodeling processes and reducing dedifferentiation processes of vascular cells in cell culture, characterized in that a basal chemically defined medium or a complete medium autologous growth factors and / or
Adhäsionsmoleküle zugesetzt werden.Adhesion molecules are added.
49. Kulturmedium gemäß Anspruch 48, wobei die autologen Wachstumsfaktoren und/oder Adhäsionsmoleküle in Form von autologem, nicht hitzeinaktiviertem Serum zugesetzt wird.49. Culture medium according to claim 48, wherein the autologous growth factors and / or adhesion molecules in the form of autologous, not heat-inactivated serum is added.
50. Kulturmedium gemäß Anspruch 48, wobei das Kulturmedium 5-30 % autologes Serum umfasst. 50. Culture medium according to claim 48, wherein the culture medium comprises 5-30% autologous serum.
51. Kulturmedium gemäß Anspruch 48, wobei das Kulturmedium 5-20 % autologes Serum umfasst.51. Culture medium according to claim 48, wherein the culture medium comprises 5-20% autologous serum.
52. Kulturmedium gemäß Anspruch 48, wobei das Kulturmedium 10-15 % autologes Serum umfasst.52. Culture medium according to claim 48, wherein the culture medium comprises 10-15% autologous serum.
53. Kulturmedium gemäß Anspruch 48 bis 52, dem zusätzlich rekombinante Wachstumsfaktoren zugesetzt werden.53. Culture medium according to claim 48 to 52, to which additional recombinant growth factors are added.
54. Kulturmedium gemäß Anspruch 48, wobei die autologen Wachstumsfaktoren und Adhäsionsmoleküle aus Blutplättchen hergestellt werden.54. Culture medium according to claim 48, wherein the autologous growth factors and adhesion molecules are produced from platelets.
55. Kulturmedium gemäß Anspruch 48, wobei die autologen Wachstumsfaktoren und Adhäsionsmoleküle aus weißen Blutkörperchen hergestellt werden.55. The culture medium according to claim 48, wherein the autologous growth factors and adhesion molecules are made from white blood cells.
56. Kulturmedium gemäß Anspruch 48, wobei die autologen Wachstumsfaktoren und Adhäsionsmoleküle aus Blutplättchen und weißen Blutkörperchen hergestellt werden.56. Culture medium according to claim 48, wherein the autologous growth factors and adhesion molecules are produced from platelets and white blood cells.
57. Kulturmedium gemäß Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, dass die autologen Wachstumsfaktoren und Adhäsionsmoleküle aus geronnenem autologem Vollblut durch Zentrifugation hergestellt werden.57. Culture medium according to claim 48, characterized in that the autologous growth factors and adhesion molecules are made from coagulated autologous whole blood by centrifugation.
58. Kulturmedium gemäß Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, dass das gewonnene autologe Vollblut für mindestens für 1 Stunde bei 37°C gelagert wird. 58. Culture medium according to claim 57, characterized in that the autologous whole blood obtained is stored for at least 1 hour at 37 ° C.
59. Kulturmedium gemäß Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, dass das gewonnene autologe Vollblut für mindestens für 6 Stunde bei 4°C gelagert wird.59. Culture medium according to claim 57, characterized in that the autologous whole blood obtained is stored at 4 ° C for at least 6 hours.
60. Kulturmedium gemäß Anspruch 54 und 57, dadurch gekennzeichnet, dass die autologen Wachstumsfaktoren und Adhäsionsmoleküle aus angereicherten60. Culture medium according to claim 54 and 57, characterized in that the autologous growth factors and adhesion molecules from enriched
Blutplättchen gewonnen werden.Platelets are obtained.
61. Kulturmedium gemäß Anspruch 53, wobei der rekombinante Wachstumsfaktor bFGF, VEGF, EGF, TGF, Scatter-factor, PDGF oder die Kombination dieser Wachstumsfaktoren ist.61. Culture medium according to claim 53, wherein the recombinant growth factor is bFGF, VEGF, EGF, TGF, scatter factor, PDGF or the combination of these growth factors.
62. Kulturmedium gemäß Anspruch 48 bis 61, wobei dem Medium zusätzlich Glycosaminoglycan zugegeben wird.62. Culture medium according to claim 48 to 61, wherein the medium additionally glycosaminoglycan is added.
63. Kulturmedium gemäß Anspruch 62, insbesondere wenn das Glycosaminoglycan Heparin, Heparinsulfat, Chondroitin, Chondroitinsulfat, Dermatin oder Dermatinsulfat ist.63. Culture medium according to claim 62, in particular if the glycosaminoglycan is heparin, heparin sulfate, chondroitin, chondroitin sulfate, dermatin or dermatine sulfate.
64. Kulturmedium gemäß Anspruch 48 bis 63, wobei dem Medium zusätzlich Transferrin zugegeben wird.64. Culture medium according to claim 48 to 63, wherein the medium additionally transferrin is added.
65. Kulturmedium gemäß Anspruch 48 bis 63, wobei dem Medium zusätzlich Hydrocortison zugegeben wird.65. Culture medium according to claim 48 to 63, wherein the medium additionally hydrocortisone is added.
66. Kulturmedium gemäß Anspruch 48 bis 63, wobei dem Medium zusätzlich Insulin zugegeben wird. 66. Culture medium according to claim 48 to 63, wherein the medium is additionally added insulin.
67. Kulturmedium gemäß Anspruch 48 bis 63, wobei dem Medium zusätzlich Albumin zugegeben wird.67. Culture medium according to claim 48 to 63, wherein the medium is additionally added albumin.
68. Kulturmedium gemäß Anspruch 48 bis 63, zur Anzucht von vaskulären Zellen, insbesondere Endothelzellen, Perizyten, "Pericyte-like-cells" und glatte68. Culture medium according to claim 48 to 63, for the cultivation of vascular cells, in particular endothelial cells, pericytes, "pericyte-like cells" and smooth
Muskelzellen.Muscle cells.
69. Kulturmedium gemäß Anspruch 47 bis 63, zur Anzucht nicht vaskulärer Zellen, insbesondere von Hepatozyten.69. Culture medium according to claim 47 to 63, for the cultivation of non-vascular cells, in particular of hepatocytes.
70. Kulturmedium gemäß Anspruch 48 bis 69, bei Verwendung zum "Precoating" vaskulärer Prothesen, Herzklappen und Bypässe beim "Tissue-Engineering".70. Culture medium according to claim 48 to 69, when used for "precoating" vascular prostheses, heart valves and bypasses in "tissue engineering".
71. Kulturmedium gemäß Anspruch 48 bis 70, bei Verwendung als Kultivationsmedium im Rahmen des "Tissue-Engineerings".71. Culture medium according to claim 48 to 70, when used as a culture medium in the context of "tissue engineering".
72. Kulturmedium gemäß Anspruch 48 bis 71, als Präservationslösung beim "Tissue-Banking".72. Culture medium according to claim 48 to 71, as a preservation solution in "tissue banking".
73. Kulturmedium gemäß Anspruch 48 bis 72, dadurch gekennzeichnet, dass die autologen Wachstumsfaktoren durch mechanische Zerstörung körpereigener Gewebe gewonnen werden.73. Culture medium according to claim 48 to 72, characterized in that the autologous growth factors are obtained by mechanical destruction of the body's own tissue.
74. Kulturmedium gemäß Anspruch 48 bis 73, dadurch gekennzeichnet, dass die autologen Wachstumsfaktoren durch chemische und/oder biochemische74. Culture medium according to claim 48 to 73, characterized in that the autologous growth factors by chemical and / or biochemical
Zerstörung körpereigener Gewebe gewonnen werden. Destruction of the body's own tissues.
75. Anspruch 48 bis 74, dadurch gekennzeichnet, dass die autologen Wachstumsfaktoren durch Apoptose körpereigener Gewebe gewonnen werden.75. Claims 48 to 74, characterized in that the autologous growth factors are obtained by apoptosis of the body's own tissue.
76. Kulturmedium gemäß Anspruch 74, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewebezerstörung durch Ultraschall erfolgt. 76. Culture medium according to claim 74, characterized in that the tissue destruction is carried out by ultrasound.
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