DE2906650C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Trans­ plantatkonserven durch Dehydratisieren von biologischem, kolla­ genem Material.

Zum Ersatz von biologischem Gewebe, z. B. Haut, Sehnen, Gefäßen, Nerven, Dura mater etc. wird bereits autologes, d. h. vom gleichen Patienten stammendes Gewebe verwendet. Zur Entnahme ist jedoch beim ohnehin schon geschwächten Patienten eine 2. Operation er­ forderlich, die außerdem aseptisches Arbeiten und einen hohen Zeitaufwand erfordert. Die Alternative zu einer Zweitoperation stellt eine gebrauchsfertige homologe oder heterologe Transplan­ tatkonserve dar, die dem Chirurgen bei Bedarf jederzeit zur Ver­ fügung steht.

Ein bekanntes Herstellungsverfahren für biologische Transplantate bedient sich der Gefriertrocknung. Hierbei wird das wasserhaltige kollagene Material bei ca. -25°C eingefroren und das enthaltene Wasser in der Zustandsform Eis durch Sublimieren im Vakuum ent­ fernt. Daraus resultiert ein kollagenes Gewebematerial, welches nur einen geringen Wassergehalt aufweist und in sterilem Zustand praktisch beliebig lange unter Erhalt seiner Eigenschaften aufbe­ wahrt und bei Bedarf gebrauchsfertig verwendet werden kann. Die Methode der Gefriertrocknung hat bei der Konservierung besonders eines flächigen kollagenen Gewebematerials jedoch mehrere Nach­ teile.

Kollagen ist ein Strukturprotein, sein Fasergeflecht quillt in feuchtem Zustand, wobei seine Dicke zunimmt. Durch das Tieffrieren wird der gequollene Zustand des kollagenen Gewebes sozusagen fixiert. Im Falle eines flächigen kollagenen Materials, z. B. der Dura mater, resultiert also ein relativ dickes, schwammartiges Material, dessen Handhabung als Transplantat dadurch eingeschränkt ist. Seine Dicke beträgt z. B. 0,66 mm.

Die beim Einfrieren zwischen den Fasern und Fibrillen entstehenden Eiskristalle lockern das kollagene Fasergefüge auf. Im histologi­ schen Bild ist deshalb ein deutlicher Unterschied zwischen einem gefriergetrockenten kollagenen Gewebe und dem entsprechenden Ge­ webe im ursprünglichen, nativen Zustand ersichtlich. Infolge der Eiskristallbildung und der nachfolgenden Sublimation entstehen somit Hohlräume im Gewebe, wodurch sich seine Eigenschaften, wie z. B. Elastizität, verglichen mit dem Nativgewebe, stark ver­ schlechtern. Die Elastizitätsgrenze, als Maß für die Elastizität, beträgt bei der Nativdura z. B. 1,8 kp, bei der gefriergetrockneten Dura z. B. 0,88 kp.

Ein weiteres Kriterium für die Qualität eines Transplantates - speziell für Ersatzplastiken - ist der Begriff der inneren Ober­ fläche. Die innere Oberfläche ist ein Maß für den Grad der Frei­ legung der Fibrillen und Fasern. Je weitgehender die Freilegung, d. h. je geringer die partielle Verleimung des Fasergefüges ist, desto größer ist die innere Oberfläche. Sie beträgt bei idealer Freilegung des Geflechtes ca. 20 m²/g. Der Wert der inneren Ober­ fläche ist deshalb ein wichtiges Kriterium, da das transplantier­ te Gewebenetz umso besser als Leitschiene für einsprießendes Bin­ degewebe fungieren kann, je mehr freie Fibrillen und Fasern in paralleler Regelmäßigkeit vorliegen.

Infolge einer partiellen Verleimung von Fasern und Fibrillen be­ trägt die innere Oberfläche gefriergetrockneter Durakonserve nur ungefähr 5-10 m²/g (gemessen mit Stickstoffadsorptionsmethode).

Ein anderes Verfahren bedient sich der chemischen Konservierung. Dieses Verfahren ist nachteilig, da das Gewebemate­ rial mit chemischen Mitteln behaftet ist, die in das Operations­ gebiet eingeschleppt werden.

Aufgrund der aufgezeigten Nachteile der bisherigen Verfahren ist es die Aufgabe der Erfindung, ein schonenderes Verfahren aufzu­ zeigen, welches die bei der Konservierung erforderlichen Eigen­ schaften eines kollagenen Transplantates nicht oder nur unwesent­ lich beeinträchtigt.

Es wurde nun überraschend gefunden, daß die gewünschten Eigen­ schaften eines kollagenen Gewebes, z. B. der Dura mater, weitgehend erhalten bleiben, wenn die Dehydratisierung mittels organischer, mit Wasser mischbaren Lösungsmittel erfolgt. Das Verfahren ist besonders wirtschaftlich, da im Vergleich zum Gefriertrocknungs­ verfahren nur ein wesentlich geringerer apparativer Aufwand er­ forderlich ist.

Durch die Lösungsmitteldehydratisierung nach dem erfindungsge­ mäßen Verfahren erfolgt nach Maßgabe des Wasserentzuges eine Ent­ quellung des kollagenen Gewebes, wodurch z. B. bei einem flächigen kollagenen Gewebe, wie der Dura mater, relativ dünnes, kompaktes Transplantatmaterial entsteht. Seine Dicke beträgt z. B. 0,47 mm. Wegen der nichtgeschädigten Struktur des multidirektionalen Fasergeflechts ist das Gewebe durch keinerlei Vakuolen aufge­ lockert, was zur Folge hat, daß ein wegen seiner Eigenschaften gut verwertbares und wegen der geringeren Dicke und seiner Ge­ schmeidigkeit für den Arzt gut zu handhabendes Material entsteht.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Transplantat­ konserven ermöglicht eine Dehydratisierung und Freilegung bis in den Feinbau der Fibrille des kollagenen Gewebes, so daß ein Ver­ leimen von Fibrille und Faser unterbunden wird. Infolge der op­ timalen Freilegung von Faser und Fibrille weist das biologische Material, z. B. Dura mater, im histologischen Bild eine dem Nativ­ gewebe sehr ähnliche morphologische Struktur auf.

Es ergeben sich somit Eigenschaften, die dem Nativgewebe weit­ gehend entsprechen. Die Elastizität bleibt praktisch erhalten, und die Dehnbarkeit ist gleichzeitig äußerst gering. Die Ela­ stizitätsgrenze beträgt z. B. 1,45 kp.

Diese Eigenschaften determinieren die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Transplantatkonserven zu einem idealen Material für Ersatzplastiken, z. B. für die Deckung von Bauch­ wanddefekten.

Das Verfahren zur Herstellung von Transplantatkonserven mittels organischer, mit Wasser mischbaren Lösungsmitteln bringt somit gegenüber den bisher bekannten Methoden eine Reihe von Vorteilen, indem es zum Konservieren von biologischen kollagenen Materia­ lien, wie Haut, Gefäßen, Nerven, Sehnen, Faszien, Knorpel, Dura mater etc. geeignet ist.

Mit besonderem Vorteil werden als Dehydratisierungsmittel Methanol, Äthanol, Propanol, Isopropanol, Aceton, Methyl-Äthylketon oder Gemische dieser Lösungsmittel verwendet.

Bei einer möglichen Ausführungsform der Erfindung wird diese so verwirklicht, daß die Dehydrisierung kontinuierlich im Gegen­ stromverfahren erfolgt. Hierdurch wird ständig neues Lösungsmittel herangeführt, das dementsprechend eine hohe Aufnahmebereitschaft für das zu entziehende Wasser aufweist.

Andererseits ist es auch mit Vorteil möglich, daß die Dehydratisie­ rung diskontinuierlich über mehrere Stufen erfolgt. Dabei verbleibt das Transplantatgewebe z. B. über einen bestimmten Zeitraum in einem ersten Gefäß mit Lösungsmittel und wird danach in ein weiteres Ge­ fäß mit dem gleichen oder einem anderen Lösungsmittel umgesetzt, wenn die Fähigkeit des ersten Lösungsmittels, Wasser zu entziehen, nachläßt. Je nach den Erfordernissen können noch weitere Stufen folgen, bis der angestrebte Endzustand erreicht ist.

Als günstig erweist es sich, daß die Dauer der Dehydratisierungs­ behandlung 2 bis 24 Stunden, insbesondere 5 bis 12 Stunden, beträgt.

Mit Vorteil erfolgt die Trocknung des lösungsmittelfeuchten kolla­ genen Transplantats bei niedrigem Druck zwischen 0,1 bar und 0,95 bar, insbesondere bei 0,5 bar. Durch die Druckabsenkung gegen­ über dem Atmosphärendruck wird die Verdunstung des Lösungsmittels und damit der Trocknungsvorgang beschleunigt.

Andererseits kann es, z. B. aus verfahrensökonomischen Gründen, auch vorteilhaft sein, daß die Trocknung des Transplantats bei Atmosphärendruck erfolgt.

Schließlich kann erfindungsgemäß die Trocknung des lösungsmittel­ feuchten kollagenen Transplantats bei Temperaturen von 10-70°C, insbesondere bei 37° vorgenommen werden. Die Temperatur von 37°C entspricht etwa der Körpertemperatur, so daß sichergestellt ist, daß das Gewebe keinen thermischen Schaden nimmt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Transplantat­ konserven kann entsprechend den nachstehend aufgeführten Beispie­ len durchgeführt werden:

Beispiel 1

Dura mater wird dem menschlichen Körper entnommen und in geeigneter Weise von antigenen Stoffen und Enzymen befreit. Zur Konservierung werden die so gereinigten Gewebestücke durch dreimaliges Einlegen in Aceton je 12 Stunden lang behandelt. Die Lösungsmittelmenge beträgt dabei 500% des Naßge­ wichtes des Gewebes. Nach Entnahme der Durastücke aus dem letzten Lösungsmittelbad erfolgt eine Trocknung bei reduziertem Druck von 0,5 bar.

Die dehydratisierte Dura weist nach dem Trocknungsprozeß einen Wassergehalt von 5% auf. Ihre Dicke beträgt 0,45 mm, die innere Oberfläche 21 m²/g, die Elastizitätsgrenze 1,40 kp. Im histolo­ gischen Bild zeigt die Konserve eine der Nativdura weitgehend identische Struktur, die Fasern sind durch keine Vakuolen aufge­ lockert.

Nach dem Verpacken in feuchtigkeitsdichten Beuteln und Sterilisieren mit Gammastrahlen mit einer Min­ destdosis von 2,5 Mrad, ist die Dura mater-Konserve praktisch unbeschränkt lagerfähig und für Transplantationen gebrauchsfertig.

Beispiel 2

Sehnenstücke werden wie nach Beispiel 1 gereinigt. Durch nach­ einanderfolgendes Einlegen in sechs Bäder von Isopropanol wird das Gewebe dehydratisiert. Dabei verbleiben die Sehnenstücke je 10 Stunden lang in der Alkohollösung. Die Alkoholmenge in den Bädern beträgt 50% des Naßgewichtes des Gewebes. Nach Entnahme aus dem letzten Alkoholbad werden die Sehnenstücke 12 Stunden bei 0,5 bar vom restlichen Alkohol befreit. Der resultierende Wassergehalt beträgt 10%.

Beispiel 3

Die dem menschlichen Körper entnommene Faszialata wird in geeig­ neter Weise von antigenen Stoffen und Enzymen befreit. Zur Kon­ servierung wird die Faszialata jeweisl 5 Stunden lang in drei hintereinandergeschaltete Bäder mit Isopropanol dehydratisiert. Die Alkoholmenge beträgt dabei jeweils 500% des Naßgewichts des Gewebes. Die so behandelte Faszialata wird dem letzten Bad ent­ nommen und bei Atmosphärendruck - und Raumtemperatur ca. 20°C - getrocknet.

Der resultierende Wassergehalt beträgt 9%. Das Transplantat wird in feuchtigkeitsdichten Kunststoff- bzw. Aluminiumbeuteln verpackt und mit 2,5 Mrad bestrahlt.

In diesem Zustand ist die Faszialatakonserve praktisch unbegrenzt lagerfähig und für Transplantationen gebrauchsfertig.

Claims (2)

1. Verfahren zum Konservieren von Transplantat durch Dehydratisieren von kollagenen Material, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem organischen, mit Wasser mischbaren Lösungsmittel dehydratisiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel Methanol, Äthanol, Propanol, Isopropanol, Aceton, Methyl-Äthylketon oder Gemische dieser Lösungsmittel verwendet werden.