WO2013091865A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines bioartifiziellen gewebekonstrukts - Google Patents

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WO2013091865A1
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tissue construct
fibrinogen
mold
tissue
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Thomas APER
Mathias Wilhelmi
Axel Haverich
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Medizinische Hochschule Hannover
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    • B29L2031/00—Other particular articles
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a tissue construct with viable cells in an extracellular matrix, also referred to herein as a bioartificial tissue construct, an associated device for the production thereof, the tissue construct itself and its use.
  • a “bioartificial tissue construct” is understood to mean a product formed from a matrix material and differentiated and / or undifferentiated cells.
  • the matrix material such a material is preferred, as occurs naturally in extracellular matrices of tissues and also referred to as intercellular substance
  • Such artificially produced cell-matrix dressings are used instead of synthetic materials as a tissue substitute in the patient's body and can there well accepted and built into the patient's body due to the biological and by the body as immunologically tolerable identified or even the body's own (autologous) substances and to be transformed.
  • the invention relates to the production of tissue constructs as described above, ie "tissue engineering.”
  • tissue engineering An important field of work is the production of vascular prostheses there for the replacement of damaged arterial or venous areas and of bypass materials, ie tubular structures, the vessels
  • Another field of work relates in general to the production of tissue patches, which are used at various points of the human or animal body for augmenting or replacing tissue.
  • a decellularized allogeneic material here a collagen matrix
  • suitable sources of the allogeneic material are often subject to trials with regard to immunological compatibility.
  • the object of the invention is to provide an improved tissue construct with viable cells in a fibrin matrix, which can be obtained in a relatively short time from autologous materials with respect to the intended recipient and which has a structure similar to the natural template, which is a modification in the Body of the recipient (remodeling) is accessible.
  • the method according to the invention is one in which a matrix material and cells are shaped by means of a rotational casting process in a hollow mold into a hollow body, in particular a tubular one.
  • a tubular construct is obtained when the mold cavity is substantially tubular while, for example, a bubble-shaped construct is obtained when the mold cavity is more spherical or sack-shaped and in particular if it is only open on one side.
  • Rotational molding methods are known as such and need not be described in detail here. They have long been used in plastic engineering for the production of hollow parts. Liquid plastic is injected by injection into a rotating mold, so that a plastic film is formed on the inner wall of the hollow body. After removal from the mold, a hollow body is obtained. The techniques known from these methods are transferable to the invention.
  • a liquid matrix material and cells are introduced into the cavity provided for the tissue construct and molded into a hollow body in a rotary casting.
  • the matrix material used is a fibrinogen preparation which crosslinks to form a fibrin matrix.
  • the fibrinogen preparation may consist of several separated components, which are brought together during application in the mold or immediately before.
  • the cells are used as cell suspensions directly from a cell culture or from a cell sorter fraction. They can be obtained from blood or fat tissue or other sources, various methods are known. Preferred are autologous cells, as well as autologous fibrinogen.
  • the fibrinogen can be obtained from blood or blood plasma. Suitable methods for this are also known to the skilled person.
  • fibrinogen any substance that can be crosslinked or fibrinized to form a fibrin is used here. sable composition referred to.
  • the conversion of fibrinogen to fibrin occurs in nature during blood clotting. It is a reaction cascade that causes coagulation - a clumping of blood components - and thereby wound closure.
  • Fibrin glue polymerized fibrinogen, is used in surgery, both intracorporeally and in external wound care.
  • Commercial fibrin sealants are known and described for example in US 5,585,007 A and EP 0 592 242 B1. All uncrosslinked forms of fibrin are collectively referred to herein as fibrinogen. It may be uncrosslinked fibrin I or undissolved (dissolved) fibrin II.
  • crosslinked fibrin forms can be redissolved by particular means and then reused as fibrinogen.
  • the fibrinogen is crosslinked, for example, with thrombin, calcium ions and activation factor XIII.
  • Factor XIII is activated by thrombin in the presence of calcium ions.
  • Cross-linked fibrin II is formed from fibrin (monomer), or more generally from a fibrinogen.
  • a “fibrin preparation” in the context of this invention is understood as meaning a fibrinogen preparation which was mixed with a crosslinking agent immediately before use in step a) of the process or during
  • the fibrinogen preparation which was obtained shortly before use from at least two components, is quickly introduced into the rotating mold with the aid of the applicator and crosslinks there in the applied layer for a short time while rotating within a maximum of 10 minutes.
  • a commercially available fibrinogen solution is mixed with thrombin, calcium salt solution and protamine to antagonize the heparin and adjust the pH value
  • the fibrinogen preparation is based on a physiol ogischen value set.
  • Cells and matrix material may be sequentially layered or incorporated in admixture or in layers of different mixtures.
  • the matrix material must be liquid or pourable for this purpose. It is quick to process because it cross-links to a fibrin matrix during the process.
  • the fibrinogen preparation is generally a two-component preparation of fibrinogen monomers and a crosslinking or coagulating agent, as explained in more detail below.
  • One of the components may be premixed with the cells.
  • the method comprises the following steps: a) introduction of cells of at least one cell type and / or a fibrinogen preparation by means of an applicator into the rotating mold, wherein the applicator is displaced along the axis of rotation during introduction and wherein step a) is one or more times is carried out.
  • the introduction of the material takes place in the rotating mold, ie first the mold is set in rotation empty. Before or after that, an applicator is introduced into the mold in such a way that the delivery of cells and / or the one- or multi-component fibrinogen preparation into the already rotating mold takes place.
  • the applicator is displaced along the axis of rotation during the introduction of the material, so that the material, ie the cells and / or the fibrinogen preparation, are distributed uniformly in the mold.
  • This step can be done one or more times.
  • a mixture of cells and fibrinogen preparation namely fibrinogen and crosslinker, is used. This results in a uniform layer of fibrin and cells of at least one cell type.
  • step a) is carried out several times.
  • layers from fibrinogen preparation alone for example as intermediate layers or as a lining of the hollow mold, or according to a further variant layers alone from a cell suspension, which is placed in a thin layer on or between fibrin layers. Due to the constant rotation of the mold, the layers are sufficiently dimensionally stable during the application. The cells are still incorporated during the rotation period in the solidifying fibrin matrix.
  • At least one cell type or a cell fraction which may be suspended in culture solution or blood plasma, is introduced in a mixture or at the same time as the fibrinogen preparation.
  • 'Culture solutions can further components such as growth factors included.
  • the cells can also be applied in admixture with a component of an at least two-component fibrinogen preparation, and then preferably at the same time with a non-fibrin-containing component. It is particularly preferred to mix one or more cell types in advance with the crosslinking agent for the fibrinogen and to apply this mixture at the same time as the fibrinogen, for example by means of an application through a mixing chamber fed with two feed lines.
  • steps a) are carried out for a plurality of layers which, at the end of the process, each consist of fibrin matrix and a specific cell type contained therein.
  • cell type is to be understood as meaning that it may be a cell population with a specific characteristic and preferably a predominant cell type such as endothelial cells, muscle cells or fibroblasts, as well as undifferentiated cells such as endothelial progenitor cells from one or more of the b) Continuation of the rotation process until solidification of the fibrinogen into a dimensionally stable matrix to obtain a primary solidified tissue construct Even after completion of the application process with the aid of the applicator, the rotation is continued until the fibrinogen preparation by crosslinking or polymerization or coagulation a fibrin matrix has emerged.
  • a dimensionally stable matrix is to be understood as one that is no longer or at least no longer spontaneously fluid, ie after switching off the rotary drive, when the mold has come to rest, their outer shape and shape continues to hold a certain time.
  • the product thus obtained immediately after completion of the process is referred to as a primary solidified tissue construct, which, unlike a bioartificial over longer periods, for example, in the bioreactor generated construct consists only of cross-linked fibrin - the fibrin matrix - and contained, ie embedded individual cells. The cells have not yet expanded at this time and, in the case of using previously undifferentiated cells, further differentiated. c) demolding the tissue construct.
  • the dimensionally stable, primarily solidified tissue construct can then be removed from the mold.
  • the rotationally symmetrical construct is removed and optionally further processed.
  • an obtained tubular (tubular) tissue construct can be cut laterally and thus made into a flat tissue construct.
  • the rotationally symmetrical constructs can be converted by separation or splitting into flat constructs which correspond to the whole or a part of their original lateral surface.
  • tissue patches and, for example, skin replacement pieces can be obtained with the method.
  • a particular advantage of the method lies in its speed.
  • the solidification times for the individual layers are less than five minutes, more preferably less than three minutes.
  • the rotation of the mold is continued for at least 5 to 10 minutes. For safety reasons, a rotation period of 20 minutes after completion of the material entry is provided in the example.
  • multiple cell types are used simultaneously or sequentially.
  • the cell types are selected in particular from the group of fibroblasts, fibrocytes, muscle cells, in particular SMC or SPC, endothelial cells (EC), in particular EPC, including EOEC.
  • adipose tissue-associated cells such as Adipose tissue derived (stem) cells (ASC) can be used.
  • these cell types are preferably introduced into the rotating hollow mold within a fibrinogen preparation and particularly preferably in admixture with a component of a fibrinogen preparation, or simultaneously with the fibrinogen preparation, so that with each introduction of a new cell type Layer of fibrin matrix is formed with cells embedded therein.
  • Presently preferred examples include (a) the sequential application steps: introduction of 1st fibroblasts, 2nd smooth muscle cells, and 3rd endothelial cells in this order from the outside, i. the cavity wall, inwardly, i. to the mold center, (b) the simultaneous application of ASC and EC or (c) the exclusive use of ASC.
  • the introduction of the fibrinogen preparation and / or the cells is preferably carried out by spraying and more preferably in a layer thickness less than or equal to 1 mm and more preferably less than or equal to 0.5 mm.
  • the applicator is equipped with a spray head, ie a nozzle on the application head - the point at which the cells and / or fibrinogen are delivered into the rotating mold.
  • individual layer thicknesses are up to 0.4 and more preferably up to 0.3 mm.
  • the total layer thickness of a single- or multi-layered construct adds up to preferably 3 mm, more preferably up to 2 mm, and in other embodiments up to 1 mm, depending on the desired piece of fabric.
  • the introduction of the cells takes place during a rotation of between 100 g and 600 g, which in the usual sizes of vascular prostheses corresponds to rotational speeds of up to 6000 revolutions per minute.
  • a scaffold is used before the beginning of the cell and / or Fibrinogeneintrags or between several steps according to step a) of the method according to the invention.
  • the scaffold or support network is preferably made of metal and in particular has the shape of a metal grid lining the mold at the application site.
  • the metal may be a nickel-titanium alloy, and particularly Nitinol ®.
  • As material is a metal mesh "GSVS ® mesh" of Kips Bay Medical Inc., for example, suitable US. Even materials that are used for vascular stents, mesh or are designed in a grid, metal alloys, or plastic, can be used here.
  • the support structure facilitates immediate implantation of the primary solidified tissue construct, especially if it can not be prepared for further implantation by further treatment, for example in a bioreactor.
  • the demolded tissue construct it is possible to subject the demolded tissue construct to a post-treatment, for example in a bioreactor.
  • a post-treatment for example, a tubular primary solidified tissue construct can be clamped in a suitable bioreactor and aftertreated there. This can also happen under nature-like pulsatile or continuous flow conditions.
  • the obtained primary solidified tissue construct then stabilizes during a treatment period of hours to weeks and receives a higher tensile strength.
  • the above-mentioned reactor according to DE 199 15 610 A1 is suitable for the aftertreatment.
  • the tissue construct may be post-treated after demolding, as described above, or may be left in the mold and luminally treated.
  • the invention further comprises a device suitable for carrying out the method.
  • Rotationsguss vide are known as such from the plastics industry and need not be described in detail here. These are methods in which the mold is rotated about an axis during the injection molding or casting of the (injection) casting compound, so that the material is sprayed or spun during casting against the inner wall of the mold, hardens there and forms a hollow body
  • the mold can basically have any rotationally symmetrical shape. It may be spherical to create a bladder, but in a preferred case it is tubular, with the cross-section of the tube being able to vary, for example to produce a vessel of non-uniform vessel diameter.
  • the hollow mold may for example consist of a pipe open to one side or both sides. In the examples, a metal tube is used, which is lined with Teflon, or in the two Teflon half shells are inserted, which together form the inner mold. During demolding, the latter facilitates the removal of the freshly formed tissue construct.
  • a rotary drive is provided.
  • the mold is generally rotatable about a shaft be connected to a motor.
  • the device further comprises supply lines for liquid cell and fibrinogen preparations, which open in a mixing head of an applicator and guide means for moving the applicator with an associated application head along the axis of rotation of the mold.
  • the applicator may preferably consist of a tube with an application head, through which the materials can be delivered in a location-accurate.
  • the application head is a nozzle and a spray application is made.
  • the materials are dispensed in a thin stream or dropwise and distributed in the mold by the action of the centrifugal forces.
  • the applicator is moved along the axis of rotation, which causes a uniform coating order. This is particularly important for elongated and tubular molds.
  • the axis of rotation in particular in the tubular mold, is preferably set horizontally.
  • the device further preferably includes associated control and regulating means for the delivery of the liquid materials via the supply lines, the control of the mixing process, the control of the amount of applied materials and the application time, the feed of the applicator during retraction and extension and control or regulation the rotational speed.
  • Applicators are known in the art. Applicable or adaptable here are, for example, applicators, as shown in DE 698 38 457 T2 or DE 699 36 582 T2.
  • the hollow mold is formed as a hollow cylinder or tubular. It is also preferably coated on its inner surface with Teflon or equipped with a removable Teflon insert that can be designed in several parts to facilitate demolding.
  • the device may further comprise a device for producing a fibrinogen preparation from blood or fatty tissue.
  • a device for producing a fibrinogen preparation from blood or fatty tissue be included.
  • Methods are known in the prior art with which fibrinogen can be obtained from patient's blood very rapidly in order to generate fibrin glue in situ.
  • the advantage is that it is an autologous fibrin glue, ie blood of the patient is used, for which the vascular construct obtained by this method is provided.
  • an arrangement may be included which comprises an applicator as described above, further an apparatus for separating a fibrinogen, for example from plasma, as known inter alia from DE 695 20 375 T2 and other documents mentioned therein, and storage containers for the cross-linking agent and a blood or blood plasma addition site, from which the fibrinogen preparation is produced by means of this arrangement within the device according to the invention.
  • the device according to the invention comprises reservoirs or addition points and supply lines and optionally reservoirs for different cell suspensions, which are used in the invention.
  • the various types of cells to be used in the process may be previously cultured externally and then introduced into the device of the invention.
  • the device may include a cell sorter for providing various cell types derived from blood and / or adipose tissue.
  • the cell sorter delivers the separated cells via leads to the applicator.
  • Cell sorters are also known in the art and need not be further described here.
  • the process provides a direct process product, referred to herein as a primary solidified tissue construct.
  • a primary solidified tissue construct As already described above, it is possible to obtain a dimensionally stable structure within a few minutes.
  • the fibrinogen preparation consisting of a two-component system of fibrinogen preparations and associated crosslink is crosslinked relatively quickly and is dimensionally stable, so that the cells are quickly fixed in the applied layers.
  • the networking process will take place within a few minutes.
  • a feature of the invention is to form a layer of cells and fibrinogen preparation in the rotating mold. The centrifugal forces hold the thin layered cells in the fibrinogen until crosslinking has occurred. The rotation is continued until the layer is dimensionally stable. The same applies when applying several layers one above the other. In this way, the primary solidified construct receives a specifically adjustable cross-sectional structure.
  • the primary consolidated fabric construct consists of a dimensionally stable, i. no longer spontaneously flowable fibrin matrix and embedded cells. It is rotationally symmetrical, in particular tubular, or has been obtained from a rotationally symmetrical first construct by dividing and, if appropriate, joining together resulting multiple parts.
  • the original fabric construct can be cut open and spread on one side, for example.
  • the surface of the construct then corresponds to the shell shape of the rotary cavity mold.
  • a variety of cross-sectional structures are conceivable. For example, different cells may be separated by fibrinogen layers, or they may follow one another.
  • the tissue construct contains layers of (a) endothelial cells embedded in the fibrin matrix, smooth muscle cells and fibroblasts, or (b) only ASC or (c) ASC mixed with endothelial cells.
  • the preferred structure, in particular of Example (a) is such that the endothelial cells go to the luminal side a tubular construct are directed.
  • the tissue replacement piece can be used according to the invention as a prophetic tissue replacement in a patient's body.
  • the use is intended as a vascular prosthesis or bypass material.
  • sheet tissue replacements are obtained, which are used as patches, e.g. can be used as augmentation material. Further uses of the constructs according to the invention are possible.
  • the fabric construct according to the invention may further comprise a support framework made of metal or plastic, preferably a metal grid or metal net.
  • Fig. 1 first flowchart of a tissue construct manufacturing
  • Fig. 3 is a schematic representation of an apparatus for the
  • FIG. 4 is a schematic longitudinal section through a first, single-layer tissue construct.
  • Fig. 6 shows a schematic longitudinal section through a multilayer Tissue construct.
  • FIG. 1 shows a simplified flow chart for tissue construct production.
  • the fibrinogen solution and its crosslinker solution which together produce the fibrinogen preparation, can be mixed in a variety of ways with the cell-derived cell suspensions.
  • the procedure given in this example provides that the cell suspensions are first mixed with crosslinker solution and this mixture is mixed with the fibrinogen solution and applied directly.
  • the cell suspension 1 is mixed with the crosslinker solution, the mixture is mixed with fibrinogen solution and this mixture is applied, so that there is a first layer in the mold.
  • the second cell suspension 2 is mixed with the crosslinker solution, then mixed with the fibrinogen solution and finally applied. This results in a second layer, so that the cells of the second suspension come luminally above those from the first suspension.
  • an n-th cell suspension is mixed with crosslinker solution, then mixed with fibrinogen solution and applied in a n-th mixture.
  • the construct has n-layers.
  • the cells can be of autologous as well as xenogeneic or allogeneic origin.
  • the fibrinogen may also be purely autologous, xenogeneic or allogenic, or synthetic fibrinogen may be used.
  • Blood is taken under sterile conditions and mixed with 100 units of heparin per ml of blood.
  • the blood for 12 min. centrifuged at 600 g and 30 ° C.
  • the plasma will pipetted off and frozen at -20 ° C. for at least 24 hours to separate a fibrinogen preparation.
  • the monocyte fraction is aspirated and resuspended in equal parts in three vessels in phosphate buffered saline solution (PBS). Centrifugation of the suspensions at 300 g for 7 min. at 4 ° C. Decrease of the supernatant and resuspension of the remaining cell pellets with 10 ml endothelial cell medium, muscle cell medium or fibroblast medium.
  • Endothelial Cell Growth Medium-2 EMM-2
  • Smooth Muscle Growth Medium-2 SGM-2
  • Fibroblast Growth Medium-2 FGM-2
  • the media consists of the respective basal media to which the respective supplements are attached.
  • the suspensions are placed in each case a cell culture flask and incubated at 37 ° C and 5 vol .-% in the incubator.
  • the first medium change takes place after two days and then every three days.
  • the monocyte fraction is used to introduce progenitor cells for endothelial cells and smooth muscle cells and circulating fibroblasts (fibrocytes) into culture. During incubation with the respective specific culture medium, colony-forming cells develop on average after seven days.
  • the cells After reaching confluence, the cells are detached with trypsin and passaged one to three, so divided from one to three culture bottles.
  • the endothelial cell culture in EGM-2 medium is used after the first passage, the muscle cell culture in SGM-2 medium and the fibroblast culture in medium FGM-2 are passaged four to five times.
  • the fibrin preparation may be frozen at -20 ° C for up to 30 days until further use.
  • Fibrin preparation from (2) is heated to 37 ° C.
  • fibroblasts in the thrombin preparation with a cell density of 2 ⁇ 10 5 cells per milliliter b) muscle cells in the thrombin preparation with a cell density of 1, 5 ⁇ 10 6 cells per milliliter c) endothelial cells in the thrombin preparation with a cell density of 1 ⁇ 10 5 Cells per milliliter
  • sample log obtained from the patient's blood fibrinogen may be recovered using a VIVOSTAT ® system.
  • the self-crosslinking fibrinogen preparation contains thrombin (5 to 10 IU / ml) and calcium (30 to 40 mmol / I).
  • alternative cell recovery is possible.
  • cell harvesting is by centrifugation, optionally after mechanical tissue disintegration, followed by cell sorting, e.g. with FACS sorting or magnetic cell sorting with the Miltenyi system (Miltenyi Biotech GmbH, Bergisch Gladbach).
  • cell sorting e.g. with FACS sorting or magnetic cell sorting with the Miltenyi system (Miltenyi Biotech GmbH, Bergisch Gladbach).
  • Mechanical tissue shredding is required only when fatty tissue or other non-fluid tissue is used as the cell source.
  • the cell types obtained here can be mixed or individually, as obtained, sprayed on as a suspension or sprayed on in admixture with the fibrinogen preparation.
  • the hollow mold was exemplified by a brass tube
  • Inner diameter 8 mm were used.
  • the mold was rotated at up to 4000 revolutions per minute.
  • the application process was carried out at centrifugal forces between 150 and 330 g.
  • the applicator is first fully inserted into the mold and moved during the application process at a speed of about 4 to 5 mm / s along the axis of rotation through the mold and thereby pulled out of the mold.
  • a total of about 1 to 1, 2 ml of the solutions are sprayed in the mold, creating a layer about 0.3 to 0.4 mm thick.
  • the process can be repeated several times, so that a segment is formed with a total of about 1 mm thick wall in the mold. In the preferred example, three solutions were sprayed on
  • FIG. 2 shows a flow chart for the automated production of a tissue construct.
  • the more automated production of this example begins with the selection of blood and tissue cell sources. Preference is given to the use of autologous blood and fatty tissue of the patient for whom the tissue construct is intended.
  • tissue such as fatty tissue
  • tissue it is first crushed and then further processed.
  • the treatment of the adipose tissue can follow, for example, the information from WO 2008/137234 A1.
  • the blood and / or the minced tissue are centrifuged, the pellet is resuspended if necessary.
  • the cell mixtures thus obtained are fed to a cell sorter.
  • CellSorter are known as such.
  • FACS cell sorters may be used, or those that sort the cells after labeling with magnetic antibodies.
  • the individual steps within the cell sorting, namely marking, sorting and optionally demarcation, if necessary, are not shown here.
  • the cell sorter provides different cell fractions for the subsequent application, which is basically continued as described for FIG.
  • Figure 3 shows a device for the production of a tubular tissue construct laterally in cross-section.
  • the device as a whole designated 10 includes a mold 1 in the form of a lined with Teflon metal tube, which is guided by a block 2 and rotatably connected to a shaft 3. The rotation is indicated by a rotation arrow.
  • the drive motor is not shown in this figure.
  • an applicator 4 is inserted into the mold.
  • the applicator 4 has the form of a thin tube with an opening from which the supplied material can emerge and therefore forms an application head 40.
  • the applicator 4 can be moved back and forth along the axis of rotation of the mold 1, for which a rail or bank 50 is provided, on which a holder 42 for the applicator 4 is mounted longitudinally displaceable. By displacement along the longitudinal axis or axis of rotation of the hollow mold 1, the material delivered by the application head 40 is distributed spirally or successively in adjacent annular regions over the inner wall of the hollow mold 1.
  • the material to be distributed ie the cell suspensions or cell mixtures and the fibrinogen preparation, from which the layers of the construct to be formed are to be composed, are supplied via supply lines 60, 62, 64.
  • the number of supply lines is chosen only as an example.
  • the supply lines open into a not shown in this figure, in the holder 42 hidden mixing chamber of the applicator 4 to the applicator at the same time and in situ before application mixed to supply the various materials.
  • the materials can either be fed directly into the feed lines via the feed points 61, 63 and 65, for example by injection, or the feed lines are supplied out of the arrangement 70, the non-detailed elements such as fibrinocentrifuges, cell sorters, cell culture reservoirs , Reservoir for other components such as crosslinker solutions, rinsing solution and the like, as well as control and regulating means and additional mechanical components, such as pumps, etc. may contain.
  • the application head 40 can also be a spray head, as shown in more detail in FIG.
  • FIG. 4 shows a single applicator 4 with an application head 40 in the form of a nozzle, which is suitable for finely spraying the supplied solutions with the materials to be applied.
  • the applicator 4 is supplied in this illustrated example via two supply lines 60 and 62 with material solutions, which are brought together in a mixing chamber 44, mixed and immediately transported to the spray head or application head 40 and discharged through it.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a longitudinal section through a first, single-layer tissue construct. The representation is not to scale and the shape of the cells only hinted at.
  • the tissue construct 100 produced with a single-coat application consists of a layer of a fibrin matrix 110 obtained from fibrinogen and crosslinker, in which cells 120 are embedded.
  • the tissue construct 100 could now be further treated luminally before or after removal from the mold, wherein, for example, a coating could be applied on the side 140.
  • the construct can also be further treated in a bioreactor, not shown, wherein, for example luminal along the side 140, a flow stimulus with the aid of flowing culture medium can be applied. Also, for example, from the side 140 uniform or pulsating pressure can be applied to the fabric construct.
  • FIG. 6 shows another multilayered tissue construct 100 consisting of layers a), b) and c). These three layers were superimposed in three applications and contain different cell types 120a, 120b, and 120c, which are shown here in different forms only for the sake of better distinction. Again, the figure is not to scale, and the cell shape is arbitrary and purely symbolic. All three layers a), b) and c) in turn consist of the fibrin matrix 110, into which the respective cells 120a to 120c are introduced. As can be seen from FIG. 6, directly by the method, without further reshaping or remodeling, a specially structured construct is obtained which can be modeled on a natural structure. For this purpose, the cells selected in each case for the layers are selected according to the tissue to be imitated and arranged in the appropriate concentration and layer thickness. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Das Gewebekonstrukt mit lebensfähigen Zellen in einer extrazellulären Matrix aus Fibrin wird mit einem besonderen Verfahren hergestellt, bei welchem ein Matrixmaterial und Zellen mittels eines Rotationsgussverfahrens in einer Hohlform (1) zu einem insbesondere röhrenförmigen Hohlkörper geformt werden, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: (a) Einbringen von Zellen wenigstens eines Zelltyps und/oder einer Fibrinogenpräparation mit Hilfe eines Applikators (4) in die rotierende Hohlform (1), wobei der Applikator (4) während des Einbringens längs der Rotationsachse verschoben wird und wobei Schritt (a) ein- oder mehrmals durchgeführt wird; (b) Fortsetzen des Rotationsvorgangs bis zur Verfestigung des Fibrinogens zu einer formstabilen Matrix unter Erhalt eines primärverfestigten Gewebekonstrukts; (c) Entformen des Gewebekonstrukts. Das Konstrukt kann in relativ kurzer Zeit auch aus autologen Materialien erhalten werden.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines bioartifiziellen Ge- webekonstrukts
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gewebekon- strukts mit lebensfähigen Zellen in einer extrazellulären Matrix, hier auch als bioartifizielles Gewebekonstrukt bezeichnet, eine zugehörige Vorrichtung zu deren Herstellung, das Gewebekonstrukt selbst und dessen Ver- wendung.
Unter einem„bioartifiziellen Gewebekonstrukt" wird ein Erzeugnis verstanden, das aus einem Matrixmaterial und differenzierten und/oder undifferenzierten Zellen gebildet wird. Als Matrixmaterial wird ein solches Material bevorzugt, wie es auch in der Natur in extrazellulären Matrices von Geweben vorkommt und auch als Interzellularsubstanz bezeichnet wird. Derartige künstlich erzeugte Zell-Matrix-Verbände werden anstelle synthetischer Materialien als Gewebeersatz im Patientenkörper verwendet und können dort aufgrund der biologischen und vom Körper als immunologisch tole- rierbar identifizierten oder sogar körpereigenen (autologen) Substanzen vom Patientenkörper gut angenommen und in diesem eingebaut und umgebildet werden.
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Gewebekonstrukten, wie vorstehend beschrieben, also das„Tissue Engineering". Ein wichtiges Arbeitsgebiet ist dort die Herstellung von Gefäßprothesen zum Ersatz geschädigter Arterien- oder Venenpartien und von Bypass-Materialien, d.h. von tubulären Strukturen, die Gefäße ersetzen können. Ein weiteres Arbeitsgebiet betrifft allgemein die Herstellung von Gewebepatches, die an verschiedensten Stellen des menschlichen oder tierischen Körpers zur Augmentation oder zum Ersatz von Gewebe Verwendung finden.
Aus der DE 199 15 610 A1 ist ein Verfahren zur Besiedlung tubulärer Sub-
BESTÄTIGUNGSKOPIE strate aus einer dezellularisierten allogenen extrazellulären Matrix mit biologischen Zellen bekannt. Der Einsatz eines dezellularisierten allogenen Materials, hier einer Collagenmatrix, erfordert, dass geeignete Quellen für das allogene Material zur Verfügung stehen. Diese sind häufig mit Prob- lernen bezüglich der immunologischen Verträglichkeit behaftet.
In dem Artikel „Autologous Blood Vessels Engineered from Peripheral Blood Sample" T. Aper et al. , Eur. J Vase. Endovasc. Surg. 33, 33-39 (2007) wird demgegenüber die Herstellung eines Blutgefäßes aus rein au- tologem Material beschrieben, wobei die extrazelluläre Matrix aus einem Fibrin gebildet wird, das aus einer Blutprobe des Patienten gewonnen wurde. Die für die Gefäßprothese gewünschten Zellen werden dabei vermischt mit der autologen Fibrinogenpräparation röhrenförmig gegossen und fest werden gelassen. Dies geschieht durch eine Vernetzung des Fibrinogens zu Fibrin innerhalb der zwei Komponentenpräparation, die neben Fibrinogen zum Starten der Vernetzung Thrombin enthält. Das Gießen muss schnell erfolgen, da die Fibrinogenpräparation nur eine begrenzte Zeit bearbeitbar ist. Erstaunlicherweise wurde gefunden, dass die Zellen sich innerhalb der röhrenförmigen Struktur selbst organisieren und eine befriedigende Gefäßprothese ergeben. Probleme bestehen noch mit der Stabilität der erhaltenen gegossenen Prothese und mit der Herstellungsdauer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Gewebekon- strukt mit lebensfähigen Zellen in einer Fibrinmatrix bereitzustellen, welches in relativ kurzer Zeit auch aus bezüglich des vorgesehenen Empfängers autologen Materialien erhalten werden kann und welches eine der natürlichen Vorlage ähnliche Struktur aufweist, die einem Umbau im Körper des Empfängers (remodelling) zugänglich ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind ein Verfahren nach Anspruch 1 , eine zugehörige Vorrichtung nach Anspruch 9, ein Gewebekonstrukt nach Anspruch 14 und dessen Verwendung nach Anspruch 17 vorgesehen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein solches, bei welchem ein Matrixmaterial und Zellen mittels eines Rotationsgussverfahrens in einer Hohlform zu einem insbesondere röhrenförmigen Hohlkörper geformt werden. Abhängig von der Geometrie der Hohlform, d.h. deren innerer Oberfläche, auf der der gegossene Hohlkörper entsteht, wird ein tubuläres Konstrukt erhalten, wenn die Hohlform im Wesentlichen röhrenförmig ist, während beispielsweise ein blasenförmiges Konstrukt erhalten wird, wenn die Hohlform mehr kugel- oder sackförmig ist und insbesondere wenn sie dabei nur einseitig geöffnet ist.
Rotationsgussverfahren sind als solche bekannt und müssen hier nicht im Einzelnen beschrieben werden. Sie werden in der Kunststofftechnik seit langem zur Herstellung hohler Teile verwendet. Flüssiger Kunststoff wird im Spritzguss in eine rotierende Form eingebracht, so dass ein Kunststoff- film auf der Innenwand des Hohlkörpers gebildet wird. Nach dem Entformen erhält man einen Hohlkörper. Die aus diesen Verfahren bekannten Techniken sind auf die Erfindung übertragbar.
Bei der Erfindung werden ein flüssiges Matrixmaterial und Zellen in die für das Gewebekonstrukt vorgesehene Hohlform eingebracht und im Rotati- onsguss zu einem Hohlkörper geformt. Als Matrixmaterial wird eine Fibri- nogenpräparation verwendet, die zu einer Fibrinmatrix vernetzt. Die Fibri- nogenpräparation kann aus mehreren separierten Komponenten bestehen, die erst während der Applikation in die Hohlform oder unmittelbar davor zusammengeführt werden. Die Zellen werden als Zellsuspensionen direkt aus einer Zellkultur oder aus einer Zellsorterfraktion verwendet. Sie können aus Blut- oder Fettgewebe oder anderen Quellen gewonnen werden, hierfür sind verschiedene Verfahren bekannt. Bevorzugt sind autologe Zellen, ebenso wie autologes Fibrinogen. Das Fibrinogen kann aus Blut oder Blutplasma gewonnen werden. Geeignete Verfahren hierfür sind dem Fachmann ebenfalls bekannt.
Als„Fibrinogen" wird hier jede zu einem Fibrin vernetzbare bzw. polymeri- sierbare Zusammensetzung bezeichnet. Die Umwandlung von Fibrinogen zu Fibrin findet in der Natur bei der Blutgerinnung statt. Es handelt sich dabei um eine Reaktionskaskade, die eine Gerinnung - ein Zusammenklumpen von Blutbestandteilen - und dadurch einen Wundverschluss be- wirkt. Fibrinkleber, also polymerisiertes Fibrinogen, wird in der Chirurgie verwendet, und zwar sowohl intrakorporal wie auch bei der äußerlichen Wundversorgung. Kommerzielle Fibrinkleber sind bekannt und beispielsweise in US 5,585,007 A und EP 0 592 242 B1 beschrieben. Alle unvernetzten Formen des Fibrins werden hier zusammenfassend als Fibrinogen bezeichnet. Es kann sich um unvernetztes Fibrin I oder unver- netztes (gelöstes) Fibrin II handeln. Auch können vernetzte Fibrinformen durch besondere Mittel wieder in Lösung gebracht und dann erneut als Fibrinogen verwendet werden. Das Fibrinogen wird beispielsweise mit Thrombin, Calciumionen und Aktivierungsfaktor XIII vernetzt. Faktor XIII wird durch Thrombin im Beisein von Calciumionen aktiviert. Aus Fibrin (Monomer), bzw. allgemein aus einem Fibrinogen entsteht vernetztes Fibrin II. Unter einer „Fibrinpräparation" wird im Rahmen dieser Erfindung eine Fibrinogenzubereitung verstanden, die unmittelbar vor der Anwendung in Schritt a) des Verfahrens mit einem Vernetzungsmittel vermischt wurde oder die während der Applikation frisch vermischt wird. Die Fibrinogenprä- paration, die kurz vor der Anwendung aus wenigstens zwei Komponenten erhalten wurde, wird mit Hilfe des Applikators schnell in die rotierende Hohlform eingebracht und vernetzt dort in der aufgetragenen Schicht kurzfristig während des Rotierens binnen maximal 10 Minuten, vorzugsweise maximal 5 Minuten und in den besonders bevorzugten Beispielen binnen ca. 2 bis 3 Minuten. In den Beispielen wird eine kommerziell erhältlich Fibrinogenlösung mit Thrombin, Calciumsalzlösung und Protamin zur An- tagonisierung des Heparins und pH-Wert-Ausgleich vermischt. Der pH- Wert der Fibrinogenpräparation wird auf einen physiologischen Wert eingestellt. Zellen und Matrixmaterial können sequentiell geschichtet oder im Gemisch oder in Schichten aus verschiedenen Gemischen eingebracht werden. Das Matrixmaterial muss hierfür flüssig oder gießfähig sein. Es ist zügig zu verarbeiten, da es während des Vorgangs zu einer Fibrinmatrix vernetzt. Die Fibrinogenpräparation ist in der Regel eine Zweikomponentenpräpara- tion aus Fibrinogenmonomeren und einem Vernetzungs- bzw. Gerinnungsmittel, wie unten noch näher erläutert. Eine der Komponenten kann mit den Zellen vorvermischt sein. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: a) Einbringen von Zellen wenigstens eines Zelltyps und/oder einer Fibrinogenpräparation mit Hilfe eines Applikators in die rotierende Hohlform, wobei der Applikator während des Einbringens längs der Rotationsachse ver- schoben wird und wobei Schritt a) ein- oder mehrmals durchgeführt wird.
Das Einbringen des Materials erfolgt in die rotierende Form, d.h. zunächst wird die Form leer in Rotation versetzt. Zuvor oder danach wird ein Applikator in die Form so eingeführt, dass die Abgabe von Zellen und/oder der ein- oder mehrkomponentigen Fibrinogenpräparation in die bereits rotierende Hohlform hinein erfolgt. Der Applikator wird während des Einbringens des Materials längs der Rotationsachse verschoben, so dass sich das Material, d.h. die Zellen und/oder die Fibrinogenpräparation gleichmäßig in der Hohlform verteilen. Dieser Schritt kann ein- oder mehrmals durchgeführt werden. Bei einmaligem Einbringen gemäß Schritt a) wird eine Mischung aus Zellen und Fibrinogenpräparation, nämlich Fibrinogen und Vernetzer, verwendet. Hierdurch entsteht eine gleichmäßige Schicht aus Fibrin und Zellen wenigstens eines Zelltyps. Dieses Verfahren ist für einfache Konstrukte, geeignet. In der Regel ist vorgesehen, dass Schritt a) mehrfach ausgeführt wird. Bei einem mehrschichtigen Aufbau ist es möglich, Schichten allein aus Fibrinogenpräparation, beispielsweise als Zwischenschichten oder als Auskleidung der Hohlform einzubringen, oder gemäß einer weiteren Variante Schichten allein aus einer Zellsuspension, die in dünner Schicht auf oder zwischen Fibrinschichten gebracht wird. Durch die ständige Rotation der Form sind die Schichten beim Auftrag hinlänglich formstabil. Die Zellen werden noch während der Rotationsdauer in die sich verfestigende Fibrinmatrix eingebunden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass wenigstens ein Zelltyp oder eine Zellfraktion, die in Kulturlösung oder Blutplasma suspendiert sein kann, im Gemisch oder zugleich mit der Fibrinogenpräparation eingebracht wird. ' Kulturlösungen können weitere Bestandteile, wie z.B. Wachstumsfaktoren, enthalten. Die Zellen können auch im Gemisch mit einer Komponente einer wenigstens zweikomponentigen Fibrinogenpräparation appliziert werden, und zwar dann vorzugsweise zugleich mit einer nicht fibrinhaltigen Komponente. Besonders bevorzugt ist es, einen oder mehrere Zelltypen vorab mit dem Vernetzungsmittel für das Fibrinogen zu vermischen und diese Mischung zugleich mit dem Fibrinogen zu applizieren, beispielsweise mit Hilfe einer Applikation durch eine mit zwei Zuleitungen gespeiste Mischkammer. Vorzugsweise werden mehrere Wiederholungen des Schritts a) für mehrere Schichten durchgeführt, die am Ende des Verfahrens jeweils aus Fibrinmatrix und einem bestimmten darin enthaltenen Zelltyp bestehen.
Der Begriff „Zelltyp" ist dabei so zu verstehen, dass es sich sowohl um eine Zellpopulation mit bestimmter Charakteristik und vorzugsweise einem vorherrschenden Zelltyp wie beispielsweise Endothelzellen, Muskelzellen oder Fibroblasten handeln kann, als auch noch undifferenzierten Zellen wie beispielsweise endothelialen Vorläuferzellen aus einer oder mehrerer der oben genannten Zellquellen. b) Fortsetzen des Rotationsvorgangs bis zur Verfestigung des Fibrinogens zu einer formstabilen Matrix unter Erhalt eines primär verfestigten Gewe- bekonstrukts. Auch nach Abschluss des Applikationsvorgangs mit Hilfe des Applikators wird die Rotation fortgesetzt, bis aus der Fibrinogenpräparation durch Vernetzung bzw. Polymerisation oder Gerinnung eine Fibrin- matrix entstanden ist. Unter einer formstabilen Matrix ist dabei eine solche zu verstehen, die nicht mehr oder zumindest nicht mehr spontan fließfähig ist, d.h. die nach Abschalten des Rotationsantriebs, wenn die Hohlform zur Ruhe gekommen ist, ihre äußere Form und Gestalt weiterhin eine gewisse Zeit hält. Das so unmittelbar nach Abschluss des Verfahrens erhaltene Produkt wird als ein primärverfestigtes Gewebekonstrukt bezeichnet, das im Gegensatz zu einem bioartifziell über längere Zeiträume beispielsweise im Bioreaktor generierten Konstrukt bisher lediglich aus vernetztem Fibrin - der Fibrinmatrix - und darin enthaltenen, d.h. eingebetteten einzelnen Zellen besteht. Die Zellen haben sich zu diesem Zeitpunkt noch nicht weiter expandiert und, im Falle der Verwendung bisher undifferenzierter Zellen, weiterdifferenziert. c) Entformen des Gewebekonstrukts. Das formstabile primär verfestigte Gewebekonstrukt kann daraufhin entformt werden. Das rotationssymmetrische Konstrukt wird entnommen und gegebenenfalls weiter bearbeitet. Beispielsweise kann ein erhaltenes rohrförmiges (tubuläres) Gewebekonstrukt seitlich aufgeschnitten und so zu einem flächigen Gewebekonstrukt gemacht werden. Allgemein können die rotationssymmetrischen Konstruk- te durch Auftrennen oder Teilen in flächige Konstrukte umgewandelt werden, die dem Ganzen oder einem Teil ihrer ursprünglichen Mantelfläche entsprechen. Auf diese Weise sind mit dem Verfahren auch Gewebepatches und beispielsweise Hautersatzstücke zu erhalten. Ein besonderer Vorteil des Verfahrens liegt in seiner Geschwindigkeit. Zwei Komponenten Fibrinogenpräparationen, wie sie beispielsweise für die Wundversorgung bekannt sind, vernetzen sehr schnell, was ihren bisherigen Einsatz in Verfahren zur Herstellung bioartifizieller Gewebe wenig zweckmäßig erscheinen ließ. Durch die erfindungsgemäße Applikation in die rotierende Hohlform bei dünnem, gegebenenfalls mehrfachem Schichtauftrag kann sehr schnell eine gezielte Geometrie aufgebaut werden. Beispielsweise ist es möglich, eine tubuläre Struktur von ca. 15 cm Länge und 6 mm Durchmesser innerhalb von nur zwei bis drei Minuten aufzubauen und zu verfestigen. Vorzugsweise liegen die Verfestigungszeiten für die Einzelschichten unter fünf Minuten, weiter vorzugsweise unter drei Minuten. Nach Abschluss der Applikationsvorgänge wird die Rotation der Form noch für wenigstens 5 bis 10 Minuten fortgesetzt. Zur Sicherheit ist im Beispiel eine Rotationsdauer von 20 Minuten nach Abschluss des Materialeintrags vorgesehen.
Wie oben bereits beschrieben, werden in besonders bevorzugten Ausführungsformen mehrere Zelltypen gleichzeitig oder sequentiell verwendet. Die Zelltypen werden dabei insbesondere ausgewählt aus der Gruppe Fibroblasten, Fibrozyten, Muskelzellen, wie insbesondere SMC oder SPC, Endothelzellen (EC), wie insbesondere EPC, auch einschließlich EOEC. Auch können Fettgewebs-assoziierte Zellen, wie beispielsweise Adipose tissue derived (stem) cells (ASC) verwendet werden. Diese Zelltypen wer- den, wie oben bereits dargestellt, bevorzugt innerhalb einer Fibrino- genpräparation und besonders bevorzugt im Gemisch mit einer Komponente einer Fibrinogenpräparation, oder gleichzeitig mit der Fibrino- genpräparation in die rotierende Hohlform eingebracht, so dass mit jedem Einbringen eines neuen Zelltyps eine Schicht aus Fibrinmatrix mit darin eingebetteten Zellen gebildet wird.
Die derzeit bevorzugten Beispiele umfassen (a) die aufeinander folgenden Applikationsschritte: Einbringen von 1. Fibroblasten, 2. glatten Muskelzellen und 3. Endothelzellen in dieser Reihenfolge von außen, d.h. der Hohl- formwand, nach innen, d.h. zur Hohlformmitte, (b) die simultane Applikation von ASC und EC oder (c) die alleinige Verwendung von ASC.
Das Einbringen der Fibrinogenpräparation und/oder der Zellen erfolgt vorzugsweise durch Sprühen und besonders bevorzugt in einer Schichtdicke kleiner gleich 1 mm und weiter vorzugsweise kleiner gleich 0,5 mm. Für die Sprühapplikation ist der Applikator mit einem Sprühkopf, d.h. einer Düse am Applikationskopf - dem Punkt, an dem die Zellen und/oder das Fibrinogen in die rotierende Form abgegeben werden - ausgestattet. Bevorzugt sind allgemein bei diesem Verfahren Einzelschichtdicken bis zu 0,4 und weiter vorzugsweise bis zu 0,3 mm. Die Gesamtschichtdicke eines ein- oder mehrschichtigen Konstrukts summiert sich auf vorzugsweise bis zu 3 mm, weiter vorzugsweise bis zu 2 mm, und in anderen Ausführungs- formen bis zu 1 mm, in Abhängigkeit vom gewünschten Gewebestück.
In bevorzugten Ausführungsformen erfolgt das Einbringen der Zellen während einer Rotation mit zwischen 100 g und 600 g, was bei den üblichen Größen von Gefäßprothesen Umdrehungszahlen von bis zu 6000 Umdre- hungen pro Minute entspricht.
Weiterhin ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass vor Beginn des Zell- und/oder Fibrinogeneintrags oder zwischen mehreren Schritten gemäß Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens zusätzlich ein Stützgerüst eingesetzt wird. Das Stützgerüst oder Stütznetz besteht vorzugsweise aus Metall und hat insbesondere die Form eines die Hohlform am Applikationsort auskleidenden Metallgitters. Das Metall kann eine Nickel-Titan-Legierung sein und insbesondere Nitinol®. Als Material ist beispielsweise ein Metallnetz„gSVS® Mesh" von Kips Bay Medical Inc., USA, geeignet. Auch Materialien, die für Gefäßstents verwendet werden, netz- oder gitterförmig ausgestaltet sind, aus Metalllegierungen oder Kunststoff, können hier verwendet werden. Das Stützgerüst erleichtert die sofortige Implantation des primär verfestigten Gewebekonstrukts, ganz besonders wenn dieses nicht durch eine Weiterbehandlung, beispielswei- se in einem Bioreaktor für eine spätere Implantation noch vorbereitet werden kann.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, das entformte Gewebekonstrukt einer Nachbehandlung zu unterziehen, beispielsweise in einem Bioreaktor. Hierfür kann beispielsweise ein tubuläres primär verfestigtes Gewebekonstrukt in einen dafür geeigneten Bioreaktor eingespannt und dort nachbehandelt werden. Dies kann auch unter naturähnlichen pulsatilen oder kontinuierlichen Strömungsverhältnissen geschehen. Das erhaltene primär verfestigte Gewebekonstrukt stabilisiert sich dann während einer Behandlungsdauer von Stunden bis zu Wochen und erhält eine höhere Zugfestigkeit. Für die Nachbehandlung ist beispielsweise der oben genannte Reaktor nach der DE 199 15 610 A1 geeignet.
Das Gewebekonstrukt kann nach dem Entformen nachbehandelt werden, wie vorstehend beschrieben, oder es kann zunächst in der Form belassen und luminal behandelt werden. Die Erfindung umfasst weiterhin eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.
Rotationsgussverfahren sind als solches aus der Kunststofftechnik bekannt und brauchen hier nicht näher beschrieben zu werden. Es handelt sich um Verfahren, bei denen die Hohlform während des Einspritzens oder -gießens der (Spritz-)Gussmasse um eine Achse rotiert wird, so dass das Material beim Gießen an die Innenwand der Hohlform gespritzt oder geschleudert wird, dort aushärtet und einen Hohlkörper bildet. Die Hohlform kann im Grunde jede beliebige rotationssymmetrische Form aufweisen. Sie kann kugelförmig sein, um eine Blase zu erzeugen, in bevorzugtem Falle ist sie jedoch rohrförmig, wobei der Querschnitt des Rohres variieren kann, um beispielsweise ein Gefäß mit nicht gleichförmigem Gefäßdurchmesser zu erzeugen. Die Hohlform kann beispielsweise aus einem zu einer Seite oder zu beiden Seiten offenen Rohr bestehen. In den Beispielen wird ein Metallrohr verwendet, das mit Teflon ausgekleidet ist, oder in das zwei Teflonhalbschalen eingelegt sind, die gemeinsam die innere Hohlform bilden. Beim Entformen erleichtert letzteres die Entnahme des frisch gebildeten Gewe- bekonstrukts.
Um die rotierbare Hohlform anzutreiben, ist ein Rotationsantrieb vorgesehen. Hierfür wird die Hohlform im Allgemeinen über eine Welle drehfest mit einem Motor verbunden sein. Die Vorrichtung umfasst weiterhin Zuführungsleitungen für flüssige Zell- und Fibrinogenzubereitungen, die in einem Mischkopf eines Applikators münden sowie Führungsmittel für ein Bewegen des Applikators mit einem zugehörigen Applikationskopf längs der Rotationsachse der Hohlform. Der Applikator kann vorzugsweise aus einem Rohr mit einem Applikationskopf bestehen, durch den die Materialien ortsgenau abgegeben werden können. Im bevorzugten Fall ist der Applikationskopf eine Düse, und es erfolgt eine Sprühapplikation. Alternativ werden die Materialien in dünnem Strahl oder getropft abgegeben und ver- teilen sich in der Form durch die Wirkung der Zentrifugalkräfte. Der Applikator wird längs der Rotationsachse bewegt, was einen gleichmäßigen Schichtauftrag bewirkt. Dies ist besonders wesentlich bei länglichen und röhrenförmigen Hohlformen. Die Rotationsachse, insbesondere bei der röhrenförmigen Hohlform, wird vorzugsweise waagerecht gestellt. Die Vor- richtung umfasst weiterhin vorzugsweise zugehörige Steuer und Regelmittel für die Abgabe der flüssigen Materialien über die Zuführungsleitungen, die Steuerung des Mischvorgangs, die Steuerung der Menge der applizierten Materialien und die Applikationsdauer, den Vorschub des Applikators beim Ein- und Ausfahren sowie Steuerung oder Regelung der Drehge- schwindigkeit.
Applikatoren sind im Stand der Technik bekannt. Verwendbar bzw. hier adaptierbar sind beispielsweise Applikatoren, wie sie in DE 698 38 457 T2 oder DE 699 36 582 T2 gezeigt sind.
In bevorzugter Ausführungsform ist die Hohlform hohlzylindrisch oder rohr- förmig ausgebildet. Sie ist weiter vorzugsweise auf ihrer inneren Oberfläche mit Teflon beschichtet oder mit einem herausnehmbaren Tefloneinsatz ausgestattet, der mehrteilig ausgebildet sein kann, um das Entformen zu erleichtern.
Die Vorrichtung kann weiterhin in einer bevorzugten Ausführungsform ein Gerät zur Erzeugung einer Fibrinogenpräparation aus Blut oder Fettgewe- be umfassen. Im Stand der Technik sind Verfahren bekannt, mit denen sehr schnell aus Patientenblut Fibrinogen gewonnen werden kann, um damit in situ Fibrinkleber zu erzeugen. Der Vorteil besteht darin, dass es sich um einen autologen Fibrinkleber handeln, d.h. es wird Blut desjenigen Patienten verwendet, für den das Gefäßkonstrukt, das nach diesem Verfahren erhalten wird, vorgesehen ist. Innerhalb der Vorrichtung gemäß dieser Erfindung kann daher eine Anordnung enthalten sein, die einen Applikator wie vorstehend beschrieben umfasst, weiterhin eine Vorrichtung zur Abtrennung eines Fibrinogens beispielsweise aus Plasma, wie unter anderem aus DE 695 20 375 T2 und darin genannten weiteren Schriften bekannt, sowie Vorratsbehälter für die Vernetzungsmittel und eine Zugabestelle für Blut oder Blutplasma, aus dem mit Hilfe dieser Anordnung innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Fibrinogenpräparation hergestellt wird.
Weiterhin umfasst die Vorrichtung nach der Erfindung Vorratsbehälter oder Zugabestellen und Zuleitungen sowie gegebenenfalls Reservoire für verschiedene Zellsuspensionen, die im Rahmen der Erfindung genutzt werden. Die verschiedenen bei dem Verfahren einzusetzenden Zelltypen können zuvor extern kultiviert und dann in die Vorrichtung nach der Erfindung eingeführt werden.
Alternativ ist es auch möglich, dass die Vorrichtung einen Zelisorter zur Bereitstellung verschiedener aus Blut und/oder Fettgewebe gewonnener Zelltypen beinhaltet. Der Zelisorter liefert die getrennten Zellen über Zuleitungen zum Applikator. Zelisorter sind ebenfalls im Stand der Technik bekannt und müssen hier nicht näher beschrieben werden.
Das Verfahren liefert ein unmittelbares Verfahrensprodukt, das hier als primär verfestigtes Gewebekonstrukt bezeichnet wird. Wie oben bereits beschrieben, ist es möglich, innerhalb weniger Minuten eine formstabile Struktur zu erhalten. Die Fibrinogenpräparation, die aus einem Zweikomponenten-System aus Fibrinogenzubereitungen und zugehörigen Vernet- zern erhalten wird, vernetzt relativ schnell und wird formstabil, so dass die Zellen in den applizierten Schichten schnell fixiert werden. Der Vernetzungsvorgang läuft innerhalb weniger Minuten ab. Ein Kennzeichen der Erfindung ist es, eine Schicht aus Zellen und Fibrinogenpräparation in der rotierenden Form auszubilden. Durch die Zentrifugalkräfte werden die in dünner Schicht aufgebrachten Zellen in dem Fibrinogen festgehalten, bis die Vernetzung stattgefunden hat. Das Rotieren wird fortgesetzt, bis die Schicht formstabil ist. Entsprechendes gilt beim Aufbringen mehrerer Schichten übereinander. Auf diese Weise erhält das primär verfestigte Konstrukt einen gezielt einstellbaren Querschnittsaufbau.
Das primärverfestigte Gewebekonstrukt besteht aus einer formstabilen, d.h. nicht mehr spontan fließfähigen Fibrinmatrix und darin eingebetteten Zellen. Es ist rotationssymmetrisch, insbesondere rohrförmig oder aus ei- nem rotationssymmetrischen ersten Konstrukt durch Teilen und gegebenenfalls Zusammenfügen dadurch entstandener mehrerer Teile erhalten worden. Das ursprüngliche Gewebekonstrukt kann beispielsweise an einer Seite aufgeschnitten und ausgebreitet werden. Die Oberfläche des Kon- strukts entspricht dann der Mantelform der Rotationshohlform. Dabei be- finden sich in zwei oder mehr Schichten des Gewebekonstrukts unterschiedliche Zellverteilungen. Selbst bei Ausbringen nur einer Schicht aus Zellen und Fibrinogen mit dem Applikator in der Hohlform werden sich die Zellen durch den Einfluss der Zentrifugalkraft in einer Vorzugsebene befinden. Bei mehrschichtigem Aufbringen unterschiedlicher Mischungen sind die verschiedensten Querschnittsaufbauten denkbar. Verschiedene Zellen können beispielsweise durch Fibrinogenschichten getrennt sein, oder sie können aufeinander folgen.
Gemäß der besonders bevorzugten Ausführungsformen enthält das Ge- webekonstrukt Schichten aus (a) in die Fibrinmatrix eingebetteten Endothelzellen, glatten Muskelzellen und Fibroblasten oder (b) nur ASC oder (c) ASC im Gemisch mit Endothelzellen. Der bevorzugte Aufbau insbesondere des Beispiels (a) ist so, dass die Endothelzellen zur luminalen Seite eines rohrförmigen Konstrukts gerichtet sind.
Das Gewebeersatzstück kann erfindungsgemäß als prophetischer Gewebeersatz in einem Patientenkörper eingesetzt werden. Im Falle eines röh- renförmigen oder tubulären Verfahrensprodukts ist die Verwendung als Gefäßprothese oder Bypass-Material vorgesehen. Wird das Gewebekonstrukt, wie aus dem Verfahren erhalten, aufgeschnitten oder geteilt, erhält man flächige Gewebeersatzstücke, die als Patches, z.B. als Augmentationsmaterial eingesetzt werden können. Weitere Verwendungen der erfin- dungsgemäßen Konstrukte sind möglich.
Das Gewebekonstrukt nach der Erfindung kann weiterhin ein Stützgerüst aus Metall oder Kunststoff enthalten, vorzugsweise ein Metallgitter bzw. Metallnetz.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und Abbildungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 erstes Ablaufschema einer Gewebekonstruktherstellung
Fig. 2 Ablaufschema einer automatisierten Gewebekonstruktherstellung
Fig. 3 schematische Darstellung einer Vorrichtung für die
Herstellung eines Gewebekonstrukts
Fig. 4 schematische Darstellung einer Applikators mit Sprühkopf Fig. 5 schematischer Längsschnitt durch ein erstes, einschichtiges Gewebekonstrukt
Fig. 6 schematischer Längsschnitt durch ein mehrschichtiges Gewebekonstrukt.
Figur 1 zeigt ein vereinfachtes Ablaufschema für die Gewebekonstrukther- stellung. Die Fibrinogenlösung und die zugehörige Vernetzerlösung, die gemeinsam die Fibrinogenpräparation ergeben, können in verschiedener Weise mit den aus Kultur gewonnenen Zellsuspensionen vermischt werden. Die in diesem Beispiel angegebene Verfahrensführung sieht vor, dass die Zellsuspensionen zunächst mit Vernetzerlösung gemischt werden und diese Mischung mit der Fibrinogenlösung vermischt und unmittelbar appliziert wird. Zunächst wird also die Zellsuspension 1 mit der Vernetzerlösung gemischt, die Mischung wird mit Fibrinogenlösung gemischt und diese Mischung wird appliziert, so dass sich eine erste Schicht in der Hohlform ergibt. Sodann wird die zweite Zellsuspension 2 mit der Vernetzerlösung vermischt, anschließend mit der Fibrinogenlösung vermischt und schließlich appliziert. Es ergibt sich daraus eine zweite Schicht, so dass die Zellen der zweiten Suspension luminal über denen aus der ersten Suspension zu liegen kommen. Abschließend wird eine n-te Zellsuspension mit Vernetzerlösung gemischt, dann mit Fibrinogenlösung gemischt und in einer n-ten Mischung appliziert. Das Konstrukt besitzt n-Schichten.
Die Zellen können grundsätzlich sowohl autologen, wie auch xenogenen oder allogenen Ursprungs sein. Das Fibrinogen kann ebenfalls rein autolog, xenogen oder allogen sein, oder es kann synthetisches Fibrinogen eingesetzt werden.
Nachfolgend wird ein Beispielprotokoll für ein Herstellungsverfahren nach diesem Ablaufschema angegeben:
(1 ) Zellisolation und Kultivierung
Es wird Blut unter sterilem Kautelen entnommen und mit 100 Einheiten Heparin pro ml Blut vermischt. Zur Trennung der Zellen vom Plasma wird das Blut für 12 min. bei 600 g und 30 °C zentrifugiert. Das Plasma wird abpipettiert und zur Separierung einer Fibrinogenpräparation für mindestens 24 Stunden bei - 20 °C eingefroren. Nach Abnahme des Plasmas wird die Monozytenfraktion aspiriert und in gleichen Teilen in drei Gefäßen in phosphatgepufferter Salzlösung (phosphate buffered saline Solution = PBS) resuspendiert. Zentrifugation der Suspensionen bei 300 g für 7 min. bei 4 °C. Abnahme des Überstandes und Resuspension der verbliebenen Zellpellets mit jeweils 10 ml Endothelzellmedium, Muskelzellmedium bzw. Fibroblastenmedium. Verwendet werden Endothelial Cell Growth Medium- 2 (EGM-2), Smooth Muscle Growth Medium-2 (SGM-2) und Fibroblast Growth Medium- 2 (FGM-2) (jeweils von Lonza). Die Medien bestehen aus den jeweiligen Basalmedien, denen die jeweiligen Supplements beigefügt werden. Die Suspensionen werden in jeweils eine Zellkulturflasche gegeben und bei 37 °C und 5 vol.-% im Brutschrank inkubiert. Der erste Mediumwechsel erfolgt nach zwei Tagen und dann alle drei Tage. Mit der Mo- nozytenfraktion werden Vorläuferzellen für Endothelzellen und glatte Muskelzellen und zirkulierende Fibroblasten (Fibrozyten) in Kultur eingebracht. Während der Inkubation mit dem jeweiligen spezifischen Kulturmedium kommt es im Mittel nach sieben Tagen zum Auswachsen Kolonie- bildender Zellen.
Nach Erreichen der Konfluenz werden die Zellen mit Trypsin abgelöst und eins zu drei passagiert, also von einer auf drei Kulturflaschen aufgeteilt.
Die Endothelzellenkultur im Medium EGM-2 wird nach der ersten Passage verwendet, die Muskelzellenkultur im Medium SGM-2 und die Fibroblastenkultur im Medium FGM-2 werden vier bis fünf Mal passagiert.
(2) Generierunq einer Fibrinpräparation für die extra zelluläre Matrix 1. Nach Zentrifugation heparinsierten Blutes wird das Plasma abpipettiert und bei -20 °C für mindestens 24 Stunden eingefroren.
2. Auftauen des eingefrorenen Plasmas zunächst bei Raumtemperatur dann im Kühlschrank auf 4 °C. 3. Zentrifugation des aufgetauten Plasmas mit 450 g für 3 min bei 4 °C mit Bremse.
4. Abnahme des Überstandes. Das verbliebene Pellet geht ohne weitere Zusätze bei 37 °C in Lösung.
5. Die Fibrinpräparation kann bis zur weiteren Verwendung bis zu 30 Tage bei - 20 °C eingefroren werden.
(3) Generierung eines bioartifiziellen Gefäßersatzes
1. Fibrinpräparation aus (2) wird auf 37 °C erwärmt.
2. Generierung einer Thrombinpräpration (Vernetzerlösung), 1 ml bestehen aus:
- 20 Einheiten bovines Thrombin
- 400 μΙ Kalziumchloridlösung (50 mmol/L)
- 300 μΙ Protamin (5000 Einheiten/ml)
- 300 μΙ Aprotininlösung (230.000 KIU/ml)
3. Ablösen der Zellen aus (1) mit Trypsin, Zentrifugation mit 300 g für 7 min. und Resuspension der
a) Fibroblasten in der Thrombinpräparation mit einer Zelldichte von 2 x 105 Zellen pro Milliliter b) Muskelzellen in der Thrombinpräparation mit einer Zelldichte von 1 ,5 x 106 Zellen pro Milliliter c) Endothelzellen in der Thrombinpräparation mit einer Zelldichte von 1 x 105 Zellen pro Milliliter
4. Vermischen der Fibrinpräparation aus 1. und den mit den verschiedenen Zellsorten gemischten Vernetzerlösungen bzw. Thrombinprä- parationen aus 3. jeweils im Verhältnis 1 :1 für die verschiedenen Schritte des Verfahrens, das heißt zunächst 1 : 1 Mischung der Fibrinpräparation aus 1. mit der Thrombinpräparation gemäß a) durch gleichzeitiges Zuführen mittels eines Y-Konnektors zum Applikator und entsprechendes Vorgehen für die weiteren Verfahrensschritte durch Mischen der Fibrinpräparation mit den Thrombinpräparationen nach b) bzw. c), respektive. Die Applikation erfolgt wie zur Figur 3 beschrieben. weitere Beispielangaben: Fibrinoqenpräparation
Abweichend zum vorstehenden Beispielprotokoll kann aus Patientenblut gewonnenes Fibrinogen auch mit Hilfe eines VIVOSTAT®-Systems gewonnen werden. Die selbstvernetzende Fibrinogenpräparation enthält Thrombin (5 bis 10 IE/ml) und Calcium (30 bis 40 mmol/l). alternative Zellgewinnung
In einem alternativen Verfahren erfolgt die Zellgewinnung durch Zentrifu- gation, gegebenenfalls nach mechanischer Gewebezerkleinerung, und an- schließende Zellsortierung, z.B. mit FACS-Sorting oder magnetischem Cell-Sorting mit dem Miltenyi-System (Miltenyi Biotech GmbH, Bergisch Gladbach). Die mechanische Gewebezerkleinerung ist nur erforderlich, wenn Fettgewebe oder anderes nicht flüssiges Gewebe als Zellquelle verwendet wird. Die hier erhaltenen Zellsorten können gemischt oder einzeln, wie erhalten, als Suspension aufgesprüht oder im Gemisch mit der Fibrinogenpräparation aufgesprüht werden.
Spezifikationen des Verfahrens bzw. der Vorrichtung
Als Hohlform wurde beispielhaft ein Messingrohr
Länge: 120 mm
Innendurchmesser: 10 mm
Außendurchmesser: 12 mm verwendet, in das zwei Teflonhalbschalen
Länge: 120 mm Außendurchmesser: 10 mm
Innendurchmesser: 8 mm eingesetzt wurden. Die Form wurde mit bis zu 4000 Umdrehungen pro Mi- nute rotiert. Der Applikationsvorgang wurde bei Fliehkräften zwischen 150 und 330 g durchgeführt.
Der Applikator wird zunächst vollständig in die Gussform eingeschoben und während des Applikationsvorgangs mit einer Geschwindigkeit von ca. 4 bis 5 mm/s längs der Rotationsachse durch die Form bewegt und dabei aus der Gussform herausgezogen. Es werden insgesamt etwa 1 bis 1 ,2 ml der Lösungen in der Form aufgesprüht, wodurch eine etwa 0,3 bis 0,4 mm dicke Schicht entsteht. Der Vorgang kann mehrmals wiederholt werden, so dass ein Segment mit einer insgesamt etwa 1 mm dicken Wand in der Gussform entsteht. Im bevorzugten Beispiel wurden drei Lösungen aufgesprüht
1. Fibrinogenpräparation im Gemisch mit Fibroblastensuspen- sion
2. Fibrinogenpräparation im Gemisch mit suspendierten glatten
Muskelzellen
3. Fibrinogenpräparation im Gemisch mit suspendierten Endo- thelzellen. Jede der Schichten wurde mit etwa über 0,3 mm Schichtdicke aufgesprüht, so dass ein Präparat mit insgesamt etwa 1 mm Schichtdicke entstand. Nach Applikation der letzten Schicht wurde die Rotation in der Form noch für 15 bis 20 Minuten fortgesetzt. Danach wurde entformt. Durch die zeitlich aufeinander abgestimmte Zellapplikation wird bereits initial eine hierarchische Anordnung der Zellen und durch die Rotation eine Verdichtung von Zellen und Matrix erzielt. Figur 2 zeigt ein Ablaufschema für die automatisierte Herstellung eines Gewebekonstrukts. Die weitergehend automatisierte Herstellung nach diesem Beispiel beginnt mit der Auswahl der Zellquellen aus Blut und Gewebe. Bevorzugt ist die Verwendung von autologem Blut und Fettgewebe des Patienten, für den das Gewebekonstrukt vorgesehen ist. Sofern Gewebe, beispielsweise Fettgewebe, verwendet wird, wird es zunächst zerkleinert und dann weiterbearbeitet. Die Behandlung des Fettgewebes kann dabei zum Beispiel den Angaben aus der WO 2008/137234 A1 folgen. Das Blut und/oder das zerkleinerte Gewebe werden zentrifugiert, das Pellet gege- benenfalls resuspendiert.
Die so erhaltenen Zellenmischungen werden einem Cell-Sorter zugeführt. CellSorter sind als solche bekannt. Es können beispielsweise FACS-Cell- Sorter eingesetzt werden, oder solche, die die Zellen nach Markierung mit magnetischen Antikörpern sortieren. Die einzelnen Schritte innerhalb des Cell-Sortings, nämlich Markierung, Sortierung und gegebenenfalls Demar- kierung, soweit erforderlich, sind hier nicht dargestellt. Der Cell-Sorter stellt verschiedene Zellfraktionen für die nachfolgende Applikation bereit, die grundsätzlich wie zu Figur 1 beschrieben weitergeführt wird.
Figur 3 zeigt eine Vorrichtung für die Herstellung eines röhrenförmigen Gewebekonstrukts seitlich im Querschnitt. Die im Ganzen mit 10 bezeichnete Vorrichtung beinhaltet eine Hohlform 1 in Form eines mit Teflon ausgekleideten Metallrohrs, die durch einen Block 2 geführt und drehfest mit einer Welle 3 verbunden ist. Die Drehbewegung ist mit einem Rotationspfeil angedeutet. Der Antriebsmotor ist in dieser Figur nicht dargestellt. Vom offenen Ende der rohrförmigen Hohlform 1 her ist ein Applikator 4 in die Hohlform eingeführt. In diesem Beispiel besitzt der Applikator 4 die Form eines dünnen Röhrchens mit einer Öffnung, aus der das zugeführte Material austreten kann und die daher einen Applikationskopf 40 bildet. Tritt Material aus dem Applikationskopf 40 aus, während die Hohlform 1 rotiert, gelangt es zunächst durch die Schwerkraft an einen unter dem Applikationskopf 40 gelegenen Punkt innerhalb der Hohlform 1. Durch die gleichzeitige Rotation wird das Material jedoch ringförmig im Innenraum der Hohlform aufgetragen. Wie durch den Doppelpfeil angedeutet, kann der Applikator 4 längs zur Rotationsachse der Hohlform 1 hin und her bewegt werden, wofür eine Schiene oder Bank 50 vorgesehen ist, auf der eine Halterung 42 für die Applikator 4 längsverschieblich gelagert ist. Durch Verschieben entlang der Längsachse bzw. Rotationsachse der Hohlform 1 wird das durch den Applikationskopf 40 abgegebene Material spiralförmig oder nacheinander in angrenzenden Ringbereichen über die Innenwand der Hohlform 1 verteilt. Das zu verteilende Material, d.h. die Zellsuspensionen bzw. Zellgemische und die Fibrinogenpräparation, aus denen sich die Schichten des zu bildenden Konstrukts zusammensetzen sollen, werden über Zuführungsleitungen 60, 62, 64 zugeführt. Die Anzahl der Zuführungsleitungen ist nur beispielhaft gewählt. Die Zuführungsleitungen münden in eine in dieser Figur nicht dargestellte in der Halterung 42 verborgene Mischkammer des Applikators 4, um dem Applikator gleichzeitig und in situ vor der Applikation vermischt die verschiedenen Materialien zuzuführen. Die Materialien können entweder über die Zuführungspunkte 61 , 63 und 65, z.B. per Injektion direkt in die Zuführleitungen eingespeist werden, oder die Zuführleitungen werden aus der Anordnung 70 heraus versorgt, die nicht im Einzelnen dargestellte Elemente wie Fibrino- zentrifugen, Cell-Sorter, Zellkulturvorratsbehälter, Vorratsbehälter für weitere Komponenten wie Vernetzerlösungen, Spüllösung und dergleichen, sowie Steuerungs- und Regelmittel und zusätzliche mechanische Komponenten, wie Pumpen usw. enthalten kann. Der Applikationskopf 40 kann auch ein Sprühkopf sein, wie dies in Figur 4 näher dargestellt ist.
Figur 4 zeigt einen einzelnen Applikator 4 mit einem Applikationskopf 40 in Form einer Düse, die geeignet ist, die zugeführten Lösungen mit den zu applizierenden Materialien fein zu versprühen. Der Applikator 4 wird in diesem dargestellten Beispiel über zwei Zuführungsleitungen 60 und 62 mit Materiallösungen versorgt, die in einer Mischkammer 44 zusammengeführt, gemischt und sofort zum Sprühkopf bzw. Applikationskopf 40 weiter transportiert und durch diesen abgegeben werden. Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch ein erstes, einschichtiges Gewebekonstrukt. Die Darstellung ist nicht maßstabsgerecht und die Form der Zellen nur angedeutet. Das mit einschichtigem Auftrag erzeugte Gewebekonstrukt 100 besteht aus einer Schicht ei- ner aus Fibrinogen und Vernetzer erhaltenen Fibrinmatrix 110, in die Zellen 120 eingelagert sind. Durch die Zentrifugalkräfte haben sich die Zellen an einer während der Herstellung der hier nicht dargestellten Hohlform 1 zugewandten Seite 130 der Schicht aus der Fibrinmatrix 110 vermehrt angesammelt. Die Zellkonzentration ist daher über den Querschnitt nicht gleichmäßig. Das Gewebekonstrukt 100 könnte nun vor oder nach dem Entformen luminal weiterbehandelt werden, wobei beispielsweise auf der Seite 140 ein Coating aufgebracht werden könnte. Das Konstrukt kann auch in einem nicht dargestellten Bioreaktor weiterbehandelt werden, wobei z.B. luminal entlang der Seite 140 ein Strömungsreiz mit Hilfe von strömendem Kulturmedium aufgebracht werden kann. Auch kann beispielsweise von der Seite 140 gleichmäßiger oder pulsierender Druck auf das Gewebekonstrukt aufgebracht werden.
Figur 6 zeigt ein anderes, mehrschichtiges Gewebekonstrukt 100, das aus den Schichten a), b) und c) besteht. Diese drei Schichten wurden in drei Applikationsvorgängen übereinander aufgebracht und enthalten unterschiedliche Zelltypen 120a, 120b und 120c, die hier lediglich der besseren Unterscheidung wegen in unterschiedlicher Form dargestellt sind. Die Abbildung ist wiederum nicht maßstäblich, und die Zellform ist willkürlich und rein symbolisch zu betrachten. Alle drei Schichten a), b) und c) bestehen wiederum aus der Fibrinmatrix 1 10, in die die jeweiligen Zellen 120a bis 120c eingebracht sind. Wie aus Figur 6 zu erkennen, wird unmittelbar durch das Verfahren, ohne weitere Umbildung oder Remodelling ein speziell strukturiertes Konstrukt erhalten, das einem natürlichen Aufbau nach- gebildet sein kann. Hierfür werden die jeweils für die Schichten gewählten Zellen entsprechend dem nachzubildenden Gewebe ausgewählt und in passender Konzentration und Schichtdicke angeordnet. Bezugszeichenliste
10 Vorrichtung
1 Hohlform
2 Block (Halterung/Drehlagerung)
3 Welle
4 Applikator
40 Applikationskopf/Sprühkopf
42 Halterung (für 4)
44 Mischkammer (von 4)
50 Bank
60 Zuführungsleitung
61 Zuführungspunkt
62 Zuführungsleitung
63 Zuführungspunkt
64 Zuführungsleitung
65 Zuführungspunkt
70 Anordnung (Zellgewinnung, Zellsorting)
100 Gewebekonstrukt
1 10 Fibrinmatrix
120 Zellen (auch 120a, 120b, 120c)
130 (Außen-)Seite des Konstrukts
140 luminale Seite des Konstrukts a) - c) Schichten von 100

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Gewebekonstrukts (100) mit lebensfähigen Zellen (120) in einer extrazellulären Matrix (1 10), bei welchem ein Matrixmaterial und Zellen mittels eines Rotationsgussverfahrens in einer Hohlform (1 ) zu einem insbesondere röhrenförmigen Hohlkörper geformt werden,
mit folgenden Schritten:
(a) Einbringen von Zellen (120, 120a, 120b, 120c) wenigstens eines Zelltyps und/oder einer Fibrinogenpräparation mit Hilfe eines Applikators (4) in die rotierende Hohlform (1 ), wobei der Applikator (4) während des Einbringens längs der Rotationsachse verschoben wird und wobei Schritt (a) ein- oder mehrmals durchgeführt wird;
(b) Fortsetzen des Rotationsvorgangs bis zur Verfestigung des Fibrinogens zu einer formstabilen Matrix (1 10) unter Erhalt eines primärverfestigten Gewebekonstrukts (1 10);
(c) Entformen des Gewebekonstrukts (100).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zelltypen (120a, 120b, 120c) gleichzeitig oder sequentiell verwendet werden, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe: Fibroblasten, Fibrozyten, Muskelzellen wie insbesondere SMC oder SPC, Endothelzelien (EC) wie insbesondere EPC, auch einschließlich EOEC und aus Fettgewebe gewonnenen Zellen, wie beispielsweise Adipose Tis- sue derived (stem) cells (ASC).
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in aufeinander folgenden Applikationsschritten gemäß Schritt (a) Fibroblasten, glatte Muskelzellen und Endothelzelien oder in ein oder mehreren Applikationsschritten gemäß Schritt (a) lediglich ASC oder ASC im Gemisch mit Endothelzelien verwendet werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen (120) jeweils im Gemisch mit der Fibrinogenprä- paration oder zugleich mit der Fibrinogenpräparation oder im Gemisch mit einer Komponente der Fibrinogenpräparation, insbesondere im Gemisch mit einem Fibrinogenvernetzungsmittel appliziert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen der Zellen (120) und/oder der Fibrinogenpräparation durch Sprühen erfolgt, vorzugsweise in einer Schichtdicke < 1 mm, weiter vorzugsweise < 0,5 mm.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen der Zellen (120) während einer Rotation mit 100 g bis 650 g durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in die Hohlform (1) vor Beginn des Zell- und/oder Fibrino- geneintrags oder zwischen mehreren Schritten gemäß (a) zusätzlich ein Stützgerüst eingesetzt wird, vorzugsweise aus Metall oder Kunststoff und insbesondere in Form eines Gitters.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nachbehandlung des primärverfestigten Gewebekonstrukts (100) in einem Bioreaktor erfolgt.
Vorrichtung (10) zu Herstellung eines Gewebekonstrukts (100) mit lebensfähigen Zellen (120, 120a, 120b, 120c) in einer extrazellulären Matrix (1 10), bei welchem ein Matrixmaterial und Zellen mittels eines Rotationsgussverfahrens in einer Hohlform (1 ) zu einem Hohlkörper geformt werden, insbesondere für die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) eine rotierbare Hohlform (1 ),
einen Rotationsantrieb für die Hohlform (1 ),
Zuführungsleitungen (60, 62, 64) für flüssige Zell- und Fibrino— genzubereitungen, die in
einen Applikator (4) münden und
Führungsmittel (50) für ein Bewegen des Applikators (4) einschließlich eines zugehörigen Applikationskopfes (40) längs der Rotationsachse der Hohlform (1 )
umfasst.
10. Vorrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Applikator (4) am Applikationskopf (40) eine Düse umfasst und dass die Applikation eine Sprühapplikation ist.
11. Vorrichtung (10) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlform (1 ) hohlzylindrisch oder rohrförmig ist.
12. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) eine Anordnung zur Gewinnung von Fibrinogen aus Blut oder Fettgewebe umfasst.
13. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Zellsorter zur Bereitstellung verschiedener, vorzusgweise aus Blut oder Fettgewebe gewonnener Zelltypen (120) über die Zuleitungen (60, 62, 64) zum Applikator (4) umfasst.
14. Gewebekonstrukt (100) aus einer formstabilen Fibrinmatrix (110) und darin eingebetteten Zellen (120, 120a, 120b, 120c), insbesondere erhältlich nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebekonstrukt (100) rotationssymmetrisch ist oder aus einem rotationssymmetrischen ersten Konstrukt durch Teilen und ggf. Zusammenfügen von dadurch entstandenen Teilen erhalten wur- de und dass sich in zwei oder mehr Schichten (a, b, c) des Gewebekonstrukts (100) unterschiedliche Zellverteilungen befinden.
Gewebekonstrukt (100) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebekonstrukt (100) Schichten (a, b, c) aus in die Fibrinmatrix (1 10) eingebetteten Endothelzellen (120c), glatten Muskelzellen (120b) und Fibroblasten (120a) enthält, oder ein oder mehrere Schichten (a, b, c) aus in die Fibrinmatrix (1 10) eingebetteten ASC, alleine oder im Gemisch mit Endothelzellen.
Gewebekonstrukt (100) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Stützgerüst aus Metall oder Kunststoff, insbesondere ein Nitinolnetz enthält. 17. Verwendung eines tubulären Verfahrensprodukts nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder eines Gewebekonstrukts (100) nach einem der Ansprüche 14 bis 16 als Gefäßprothese.
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