ITVI20070159A1 - Metodo di preparazione alla rivitalizzazione di un tessuto organico a-cellulare e dispositivo atto a realizzare tale metodo - Google Patents

Description

Descrizione del brevetto per invenzione industriale avente titolo:”METODO DI PREPARAZIONE ALLA RIVITALIZZAZIONE DI UN TESSUTO ORGANICO A-CELLULARE E DISPOSITIVO ATTO A REALIZZARE TALE METODO”.

DESCRIZIONE

L'invenzione riguarda un metodo di preparazione alla rivitalizzazione di un tessuto a-cellulare e concerne anche il dispositivo che realizza il metodo di preparazione a detta rivitalizzazione.

Come è noto nel settore medico, e più specificamente nel settore della chirurgia, diventa ogni giorno più importante poter disporre di tessuti innestabili in esseri viventi per sopperire alle crescenti necessità di sostituzione di parti di organi, o di organi in toto.

Appartiene alla tecnica medica, ed è conosciuta con il nome di “ingegneria tissutale”, la realizzazione di sostituti biologici che vengono preparati in laboratorio e poi applicati all'ospite, che sia esso animale o umano.

Secondo una tecnica nota, la preparazione di tessuti da trapiantare avviene in laboratorio mediante l’inserimento di cellule in una matrice costituita da un supporto di tipo inorganico chiamato generalmente “scaffold”.

Lo “scaffold”, inserito per ovviare ad un difetto dell’organo da trattare, favorisce l’organizzazione tridimensionale delle cellule fino alla completa formazione del tessuto.

Naturalmente tale scaffold deve subire un processo di degradazione fino alla sua completa scomparsa ed essere sostituito dal tessuto rigenerato, in questo favorito dalle cellule impiantate in detto scaffold.

I trapianti ottenuti con tale sistema possono essere ottenuti sia con scaffolds artificiali che di origine naturale (da “donatore"), ottenibili sia dall’uomo che dall’animale, come ad esempio la parete esofagea.

Per utilizzare uno scaffold proveniente da donatore e poi trapiantarlo in umano, è necessario trattare preventivamente il tessuto in modo da eliminare completamente tutte le cellule presenti tra le fibre del tessuto connettivo e reimmettere successivamente cellule umane appartenenti al soggetto ricevente (“ospite”) in modo tale da evitare reazioni di rigetto.

Le tecniche per realizzare uno scaffold, ovvero una matrice a-cellulare a partire da tessuti prelevati da donatore, sono note e non verranno per questo descritte con ampiezza, essendo sostanzialmente realizzate tramite immersione del tessuto da trattare in liquidi contenenti sostanze enzimatiche in grado di digerire e distruggere le cellule viventi contenute nel tessuto, mantenendo intatte le fibre di connettivo del tessuto stesso.

Una volta ottenuto un tessuto a-cellulare, pronto per ricevere cellule prelevate dall'ospite, si dispone tale tessuto o scaffold in una cosiddetta “capsula di Petri”, o analogo, che è una vaschetta utilizzata in ogni laboratorio biologico sul fondo della quale si appoggia il tessuto da rivitalizzare.

La rivitalizzazione avviene attraverso l'immissione di cellule staminali dell’individuo ricevente nutrite da un brodo di coltura che permette l’alimentazione, la vita delle cellule, la loro moltiplicazione e la loro diffusione.

Sostanzialmente le cellule staminali, che inizialmente sono appoggiate sulla superficie superiore del tessuto, si muovono attraverso gli interstizi naturali del tessuto stesso, interstizi che prima erano occupati dalle cellule dell’individuo donatore.

Dopo un certo periodo di tempo, con temperature controllate e con la presenza di sostanze nutritive presenti nel brodo di coltura, avviene il riposizionamento delle cellule vive negli interstizi del tessuto il quale diviene pronto per essere trapiantato nell’organo dell'individuo ricevente.

Si vuol notare che generalmente le cellule utilizzate per la rivitalizzazione dello scaffold sono cellule staminali che si differenzieranno, o che sono già differenziate, e assumeranno la funzione specifica dell’organo dove poi verrà trapiantato il tessuto rivitalizzato.

Il successo o l’insuccesso del trapianto del tessuto così trattato dipende dalla diffusione capillare delle cellule all’interno del tessuto. Se tale diffusione avviene con difficoltà, o avviene in modo solo superficiale e non in profondità, il tessuto trapiantato non si rivitalizza e si avvia verso la necrosi decretando quindi l’insuccesso del trapianto.

Da quanto sopraddetto è evidente che una condizione essenziale ed importante, nonché irrinunciabile, da raggiungere è quella della rivitalizzazione profonda del tessuto, in ogni parte dello stesso e soprattutto in tutto lo spessore dello stesso.

Attualmente, nonostante il trattamento di preparazione e di rivitalizzazione avvenga per un tempo sufficientemente lungo, non si ottengono risultati sicuri e tali da poter evitare l'insuccesso del trapianto.

Ciò è dovuto alla scarsa penetrazione in profondità delle cellule vive che debbono reimpiantarsi nello scaffold. In pratica questo inconveniente limita molto le possibilità di preparazione di tessuti adatti al trapianto in quanto i tessuti di spessore rilevante, non essendo penetrabili in profondità, non vengono rivitalizzati completamente dopo il trapianto. E’ evidente quindi che la tecnica attuale è adatta solo al trapianto di tessuti di spessore molto limitato, ad esempio non superiore a circa 0, 1 mm.

Lo scopo della presente invenzione è di realizzare un metodo di preparazione del tessuto a-cellulare che superi gli inconvenienti ora ricordati.

Più specificamente si vuole realizzare un metodo di preparazione del tessuto organico a-cellulare tale che quando tale tessuto viene rivitalizzato mediante cellule staminali, le cellule stesse possano essere facilitate nel loro ingresso e nell'inserimento in ogni meandro possibile dell’intreccio costituito dalle fibre del tessuto connettivo, in modo da ricreare sostanzialmente le stesse condizioni del tessuto prima della devitalizzazione.

Si vuole anche ottenere un significativo ed importante abbattimento del tempo di trattamento necessario per rivitalizzare lo scaffold a-cellulare quando vengono inserite le cellule vive che debbono preparare il tessuto al trapianto. Gli scopi dell’invenzione sono raggiunti dal metodo di preparazione del tessuto organico a-cellulare secondo il contenuto della rivendicazione 1.

Più precisamente tale metodo consiste nella realizzazione di una pluralità di fori sulla superficie del tessuto in preparazione; tali fori sono profondi almeno per una parte dello spessore, ma preferibilmente per tutto lo spessore del tessuto stesso. Questi fori vengono realizzati mediante un dispositivo contenente aghi, senza che si produca qualsivoglia alterazione (strappo, necrosi, diminuzione o aumento dello spessore, alterazione del contenuto in liquidi, coagulazione) del tessuto connettivo all’intorno del foro che viene realizzato.

La realizzazione dei fori attraverso lo spessore del tessuto da trattare può essere fatta con dispositivi e metodi diversi, purché l’esecuzione di tali fori non produca degrado del tessuto connettivo nell’intorno del foro e comunque dello scaffold in senso lato.

Secondo quanto verrà illustrato più avanti, l'obiettivo dell’invenzione ed il miglior risultato in termini qualitativi dei fori praticati nel tessuto si raggiunge attraverso l’applicazione alla punta di ciascun ago che realizza ciascun foro di una tensione ad alta frequenza, generalmente 4 MHz, che produce un passaggio di corrente elettrica debole, ma sufficiente ad aprire i legami tra le molecole del tessuto connettivo, così da realizzare un foro senza la rottura delle molecole stesse. Nello stesso tempo si realizzano fori di diametro ridotto, essenzialmente pari al diametro dell'ago che viene utilizzato.

È importante utilizzare aghi di bassissimo diametro, ad esempio dell’ordine di 50 μιη, e comunque sufficienti a far sì che le cellule possano facilmente entrare in tali fori e rivitalizzare il tessuto circostante.

È logico ed evidente che la realizzazione di numerosi fori significa la realizzazione di nuovi percorsi per l’innesto di cellule fino alle parti profonde del tessuto, il che garantisce la completa rivitalizzazione del tessuto stesso.

Con il metodo dell'invenzione non esistono in sostanza limiti di spessore per la preparazione di tessuti adatti ad essere trapiantati, in quanto la presenza di fori realizzabili per tutto lo spessore del tessuto e per tutta la superficie dello stesso, garantisce la piena rivitalizzazione. Questo perché le cellule vive che verranno reinserite nello scaffold a-cellulare potranno raggiungere il tessuto nella sua interezza,

Fa parte dell’invenzione anche il dispositivo che realizza il metodo di preparazione del tessuto organico secondo l'invenzione, le principali caratteristiche del quale sono espresse nella rivendicazione 10.

Ulteriori caratteristiche e particolarità dell’invenzione saranno meglio evidenziate nella descrizione di un preferito metodo di realizzazione dell’invenzione, dato a titolo indicativo ma non limitativo, e del relativo dispositivo realizzante tale metodo.

L'invenzione viene illustrata ora con l’ausilio delle tavole di disegno allegate dove:

- la fig. 1 rappresenta in forma schematica una sezione del dispositivo di una matrice di aghi sullo spessore del tessuto da preparare per la rivitalizzazione;

- la fig. 2 mostra uno degli aghi presenti sulla matrice;

- la fig. 3 mostra in vista la matrice di supporto degli aghi; - la fig. 4 mostra in vista schematica il dispositivo di movimentazione del supporto degli aghi.

Secondo l'invenzione, un tessuto organico privo di cellule e quindi preventivamente trattato, denominato scaffold, viene depositato sul fondo di una capsula di Petri, o analogo, in modo che appoggi in modo disteso su una superficie piana. Una pluralità dì aghi, come quello indicato con 1 e mostrato in fig. 2, viene disposto su una matrice ad esempio quadrata, indicata complessivamente con 3 in fig. 3, in modo da realizzare una disposizione ordinata di aghi e con distanze preferibilmente uguali ed equidistanti tra loro.

La testa 11 di ciascun ago 1 viene connessa elettricamente, ad esempio tramite una piastra metallica di conduzione 2 applicata alla testa di supporto 20 di detta matrice. Detta piastra 2 viene collegata ad un cavo elettrico 21 il quale è connesso aM’uscita di un generatore 4.

Tale generatore 4 è un generatore di tensione preferibilmente a 200-230 Volts, ma con una frequenza d’onda di 4 MHz, ottenuta con circuiti elettronici noti e che quindi non verranno illustrati per brevità.

Preferibilmente l’onda sinusoidale di tensione disponibile all'uscita 41 del generatore 4 è un’onda di tipo sinusoidale distorta e quindi con armoniche almeno del primo, del secondo e del terzo ordine.

La potenza del generatore 4 viene regolata in modo tale che la corrente disponibile sulla punta di ciascun elettrodo 1 sia compresa tra 2 e 2,5 mA.

Quando la punta di ciascun ago si appoggia sulla superficie 51 del tessuto organico 5, il contatto della punta di ciascun ago 1 con il tessuto organico fa passare una corrente, che abbiamo detto essere dell'ordine di 2-2,5 mA.

Tale corrente trasmette un’energia alle molecole circostanti che, come si è avuto riscontro in sede sperimentale, è pari alla cosiddetta “risonanza molecolare”. L’energia è cioè appena sufficiente a rompere i legami tra le molecole interessate dal passaggio di corrente, mentre nell’intorno non si produce alcun effetto né di rottura, né di strappo, né di necrosi, né di diminuzione o aumento dello spessore, alterazione del contenuto in liquidi, coagulazione o altro effetto degenerativo.

Sostanzialmente questa apertura dei legami molecolari equivale alla produzione di un micro foro che è in pratica dello stesso diametro di ciascun ago 1 , diametro che è dell’ordine di 50-55 μιη. Naturalmente potranno essere utilizzati aghi anche di diametro differente, superiore o inferiore a quello indicato, tenendo comunque conto che il diametro minimo dell’ago non potrà essere inferiore a quello delle cellule di rivitalizzazione.

La testa di supporto 20 della matrice 3 viene quindi spinta secondo la direzione degli aghi e procede in modo sufficientemente lento e tale che la punta dell’ago durante l’avanzamento trovi già il foro predisposto dal passaggio di corrente e dalla conseguente rottura dei legami molecolari. È comprensibile che in tal modo non si viene ad operare nessuno strappo del tessuto connettivo e quindi si ottiene un foro pari al piccolo diametro deM’ago inserito.

Ciò, come è stato prima ricordato, è di particolare importanza ed utilità perché le cellule che verranno reimmesse possono entrare in profondità nel tessuto e ivi trovare attecchimento nelle pareti del foro stesso, moltiplicarsi e rivitalizzare così con estrema rapidità tutto il tessuto organico.

Come si osserva in fig. 1 , preferibilmente ma non necessariamente, la penetrazione degli aghi 1 avviene trasversalmente rispetto alla superficie 51 dello scaffold 5, e ciò allo scopo di aumentare la lunghezza dei fori e quindi di massimizzare anche l'effetto di canalizzazione dello scaffold.

Esperimenti effettuati hanno evidenziato che con un angolo di 60° rispetto alla verticale, poiché si ottengono fori più lunghi dello spessore dello scaffold, questi sono di maggiore efficacia nel processo di rivitalizzazione.

Da prove di laboratorio si è visto che una dimensione utile della matrice 3 che raggruppa gli aghi 1 è dell'ordine di 1 cm<2>ed in tale matrice sono raggruppati circa 200 aghi. In tal caso la corrente erogata dal generatore 4 non supera i 500 mA.

Naturalmente l’operazione di penetrazione di foratura dovrà essere ripetuta per tutta la superficie 51 dello scaffold allo scopo di ottenere un’omogeneità di fori in tutto lo spessore e per tutta la superficie utile del tessuto da trapiantare.

A questo scopo l’invenzione prevede che il dispositivo che realizza la foratura sia vantaggiosamente provvisto di mezzi di movimentazione 30 della testa 20 di supporto secondo tre assi cartesiani e cioè secondo l'asse verticale, o trasversale Z, e secondo gli assi cartesiani X e Y paralleli al piano della superficie 51 e mostrati schematicamente in fig. 4.

Una volta effettuati i fori in una certa parte dello scaffold 5, la testa 2 può essere spostata e quindi l’operazione può essere ripetuta in modo ordinato e in modo da coprire totalmente la superficie 51.

È evidente che se la testa 20 di supporto della matrice 3 è collegata a mezzi di movimentazione programmati 30, ad esempio tramite motori del tipo passo-passo comandati da una centralina elettronica di comando, l'operazione può essere ripetuta in modo automatico, e sequenziale, nonché con la massima precisione.

Realizzata la serie di fori nel tessuto a-cellulare 5, così come è stato esposto, è evidente che tale tessuto privo di cellule può essere disposto su una capsula di Petri, o analogo, nella quale si immettono ora le cellule vive, generalmente di tipo staminale, dell'individuo che dovrà ricevere il tessuto trapiantato. Dette cellule staminali, opportunamente alimentate con un brodo di coltura, potranno facilmente e velocemente reinserirsi in tutti i fori realizzati dagli aghi 1 assicurando con ciò una rivitalizzazione completa ed efficace di tutto il tessuto da trapiantare.

Si comprende che con il metodo dell’invenzione, e con il dispositivo che lo realizza, si sono raggiunti tutti gli scopi dell’invenzione, in quanto si realizza una rivitalizzazione perfetta ed efficace tale da allontanare ogni possibilità di insuccesso nel trapianto che si deve eseguire. Inoltre la rivitalizzazione avviene in tempi molto più brevi della tecnica attuale e con risultati di pieno successo.

Claims (21)

1. RIVENDICAZIONI 1 ) Metodo di preparazione di un tessuto organico acellulare per la rivitalizzazione dello stesso tramite il reinserimento di cellule vive, caratterizzato dal fatto di prevedere le seguenti fasi: - disporre detto tessuto a-cellulare su di una superficie essenzialmente piana; - effettuare sulla superficie di detto tessuto una pluralità di fori, distribuiti su tale superficie, e tali che la loro profondità occupi almeno una parte dello spessore di tale tessuto, detti fori essendo atti a ricevere dette cellule vive al loro reinserimento.
2. 2) Metodo secondo la rivendicazione 1) caratterizzato dal fatto che detta pluralità di fori viene realizzata tramite uno o più aghi metallici connessi ad una sorgente di alimentazione elettrica, provocando sulla punta di ogni ago il passaggio di una corrente la cui intensità e la cui forma d'onda è tale da fornire un’energia sufficiente ad aprire i legami che uniscono le molecole del tessuto organico in prossimità della punta di tale ago, ciascun foro essendo tale che la punta di detto ago entri nello spazio reso libero dall’apertura di detti legami molecolari e realizzante detto foro.
3. 3) Metodo secondo la rivendicazione 1 ) o 2) caratterizzato dal fatto che detti uno o più aghi metallici sono alimentati con una tensione elettrica alternata di tipo essenzialmente sinusoidale con frequenza di circa 4 MHz.
4. 4) Metodo secondo la rivendicazione 3) caratterizzato dal fatto che detta tensione elettrica alimentante detti uno o più aghi presenta armoniche almeno fino al terzo ordine.
5. 5) Metodo secondo la rivendicazione 3) o 4) caratterizzato dal fatto che detta tensione elettrica applicata a detto uno o più aghi è dell'ordine di 200-230 Volts.
6. 6) Metodo secondo la rivendicazione 3) caratterizzato dal fatto che la corrente applicata a ciascun ago è dell’ordine di 2-2,5 mA.
7. 7) Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che la profondità di detti fori è pari allo spessore di detto tessuto organico.
8. 8) Metodo secondo una delle rivendicazioni da 1 ) a 6) caratterizzato dal fatto che la lunghezza di detti fori è superiore allo spessore di detto tessuto organico a-cellulare.
9. 9) Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 ) a 7) precedenti caratterizzato dal fatto che detta pluralità di fori ha direzione essenzialmente perpendicolare rispetto alla superficie di detto tessuto.
10. 10) Metodo secondo la rivendicazione 8) caratterizzato dal fatto che detta pluralità di fori ha direzione obliqua rispetto alla superficie di detto tessuto organico.
11. 11 ) Dispositivo atto a realizzare uno o più fori sulla superficie di un tessuto organico a-cellulare per ricevere cellule per la rivitalizzazione di detto tessuto, caratterizzato dal fatto di comprendere: - uno o più aghi metallici (1) disposti su di un supporto (20); una sorgente di alimentazione elettrica (4) connessa a detto uno o più aghi, atta a fornire alla punta di ciascun ago una corrente la cui intensità e la cui forma d’onda è tale da fornire un’energia sufficiente a provocare l'apertura dei legami delle molecole del tessuto organico che entra a contatto con la punta di detto ago.
12. 12) Dispositivo secondo la rivendicazione 1 1 ) caratterizzato dal fatto che detta sorgente di alimentazione elettrica consiste in un generatore di tensione essenzialmente sinusoidale della frequenza di 4 MHz circa.
13. 13) Dispositivo secondo la rivendicazione 12) caratterizzato dal fatto che detta tensione sinusoidale presenta armoniche almeno fino al terzo ordine.
14. 14) Dispositivo secondo la rivendicazione 11 ) caratterizzato dal fatto che la corrente applicata a detto ago è dell’ordine di 2-2,5 mA.
15. 15) Dispositivo secondo la rivendicazione 11 ) caratterizzato dal fatto di prevedere una pluralità di aghi ordinati su di un supporto (20) adatto a creare una matrice di aghi (3) con file essenzialmente parallele tra di loro, detti aghi essendo sostanzialmente equidistanti l’uno dall'altro.
16. 16) Dispositivo secondo la rivendicazione 11 ) caratterizzato dal fatto che il diametro di detto almeno un ago è di almeno 50-55 μηη.
17. 17) Dispositivo secondo la rivendicazione 11 ), caratterizzato dal fatto che il diametro di detto almeno un ago è superiore alla dimensione massima di una cellula di rivitalizzazione.
18. 18) Dispositivo secondo la rivendicazione 15) caratterizzato dal fatto che detti aghi sono disposti essenzialmente perpendicolari rispetto a detto supporto (20).
19. 19) Dispositivo secondo la rivendicazione 15) caratterizzato dal fatto che detto supporto (20) è disposto obliquo rispetto alla superficie del tessuto organico da forare.
20. 20) Dispositivo secondo la rivendicazione 11 ) caratterizzato dal fatto di presentare mezzi di movimentazione (30) di detto almeno un ago secondo almeno un asse incidente con la superficie di detto tessuto e secondo almeno un asse parallelo a detta superficie di detto tessuto organico.
21. 21 ) Dispositivo secondo la rivendicazione 20) caratterizzato dal fatto che detti mezzi di movimentazione prevedono il movimento secondo due assi cartesiani essenzialmente paralleli alla superficie di detto tessuto organico. Per incarico.