DE19632404A1 - Transplantierbare Knorpelgewebe mit immunsuppressiven Eigenschaften, Verahren zu ihrer Herstellung und Verwendung - Google Patents
Transplantierbare Knorpelgewebe mit immunsuppressiven Eigenschaften, Verahren zu ihrer Herstellung und VerwendungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft transplantierbare Knorpelgewebe mit immunsuppressiven
Eigenschaften, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung, im engeren
Sinne die künstliche Herstellung von Knorpelgeweben aus Zellen, einer
mechanischen Stützstruktur und einem Gel.
Künstlich hergestelltes Knorpelgewebe ist während und nach einer Transplantation
einer Reihe von negativen Einflüssen ausgesetzt, die eine langfristige Stabilität des
Gewebes gefährden. (Bujia-J; et al, Ann-Rheum-Dis. 1994 Apr; 53(4): 229-34).
Besonders wichtig ist dies z. B. bei Patienten, die unter Arthrose oder rheumatoider
Arthritis leiden. Hier muß das implantierte Gewebe den krankhaft degenerativen
und entzündlichen Prozessen lokal entgegenwirken.
Es sind mehrere Verfahren zur Herstellung transplantierbarer
Knorpelersatzgewebe bekannt (Vacanti CA et al, Plastic and Reconstructive
Surgery, 8: 753-759, 1991 und Sittinger M. et al., Biomaterials 1994, 15: 451-456).
Mit der DE 43 06 661 wird die Herstellung eines Transplantates aus Zellkulturen
beansprucht.
Es sind auch Möglichkeiten beschrieben worden, Zellen der Gelenkinnenhaut ex
vivo mit vorwiegend antientzündlichen Genen auszustatten und dann wieder zu
implantieren (Evans, C. H. and P. D. Robbins, 1994: Gene therapy for arthritis. In
Gene therapeutics: Methods and applications of direct gene transfer. J. A. Wolff,
editor. Birkhäuser, Boston, 312-343).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gewebetypischen Eigenschaften des
Transplantats zu stabilisieren und immunologische/entzündliche Prozesse im
Bereich des Transplantats zu unterdrücken oder abzugrenzen.
Die Aufgabe wurde durch eine genetische Manipulation von Zellen des
Transplantats gelöst und speziell dadurch, daß menschliche Zellen mit bestimmten
Genen, z. B. bone morphogenic protein, Interleukin-1-Rezeptor-Antagonist oder
TGF-β ausgestattet und danach zu einem neuen Knorpelgewebe gezüchtet
werden.
Erfindungsgemäß wird ein Gerüst aus Polymeren, z. B. resorbierbare Fasern,
vorgeformt, mit einer Zellsuspension gefüllt und die Suspension anschließend
verfestigt. Die Zellen produzieren in dieser dreidimensionalen Struktur eine neue
extrazelluläre Matrix (ECM). Diese Matrix bestimmt im wesentlichen die typischen
Eigenschaften eines Bindegewebes.
Die erfindungsgemäß hergestellten Knorpelgewebe besitzen insbesondere
immunsuppressive Eigenschaften.
Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß die erfindungsgemäße
Vorgehensweise zum in vivo Schutz und zur in vivo Erhaltung in vitro hergestellter
Knorpelgewebe geeignet ist und daß die erfindungsgemäßen Knorpelgewebe zur
Therapie von Knorpelschäden bei Patienten mit rheumatoider Arthritis eingesetzt
werden können. Es ist ferner überraschend, daß die erfindungsgemäß eingesetzte
semipermeable Membran, mit der die hergestellte Knorpelgewebe vor, während
und einige Zeit nach der Implantation umgeben werden, Schutz bieten vor
immunologischen und dedifferenzierenden Reaktivitäten.
Die erfindungsgemäßen transplantierbaren Knorpelgewebe bestehen aus einer
neuen extrazellulären Matrix (ECM) in dreidimensionalen Strukturen, aus
vermehrten Knorpelzellen, aus vernetzbaren/polymerisierbaren Polypeptiden oder
Polysacchariden und aus Zellen, die aufgrund gentechnischer Manipulation
Matrixmoleküle, immunsuppressive oder zelldifferenzierende Faktoren freisetzen.
Ihre Strukturen bestehen aus dreidimensionalen Faserstrukturen,
dreidimensionalen Geweben, aus Fibrin und aus einer das künstliche
Knorpelsystem umgebenden semipermeablen Membran.
Eine gewünschte Form besteht z. B. aus einem Silicon-Negativ, Faserwolle oder
Faserstrukturen aus resorbierbaren Polymeren, wie a-Hydroxysäuren und die
semipermeable Membran aus Polyelektrolytkomplexen, wie Polylysin oder
Hyaluronsäure.
Die Verfahren zur Herstellung von transplantierbarem Knorpelgewebe bestehen
darin, daß polymerisierbare Lösungen enthaltende Knorpelzellsuspensionen und
gentherapeutisch veränderte Zellen in dreidimensionale Strukturen gefüllt, mit
Thrombin verfestigt, die Zellen in dieser dreidimensionalen Struktur eine neue
extrazelluläre Matrix (ECM) produzieren und das Knorpelsystem mit einer
semipermeablen Membran umgeben wird.
Die polymerisierbaren Lösungen bestehen aus vernetzbaren/polymerisierbaren
Polypeptiden oder Polysacchariden und die veränderten Zellen aus Zellen, die
aufgrund gentechnischer Manipulation Matrixmoleküle, immunsuppressive oder
zelldifferenzierende Faktoren freisetzen.
Als Polypeptid wird Fibrinogen in der Weise eingesetzt, daß fibrinogenhaltige
Zellsuspensionen in Strukturen aus dreidimensionalen Faserstrukturen oder aus
dreidimensionalen Geweben gefüllt und mit Thrombin verfestigt werden.
Das Fibrinogen wird aus dem Patienten gewonnen, von dem die Zellen stammen
und/oder in den das dreidimensionale Knorpelgewebe implantiert werden soll.
Erfindungsgemäß werden alle oder ein Teil der Zellen mit einem oder mehreren
der folgenden Gene gentherapeutisch verändert: TGF-β, bone morphogenetic
proteins, Morphogene, Rezeptoren für Morphogene, antiinflammatorische Zytokine,
Zytokinantagonisten, wie IL-1-Antagonisten, IL-1-Rezeptorantagonist, TNF-
Antagonisten oder mit Proteaseinhibitoren (TIMP, PAI).
Dabei lassen sich verschiedene Zellen mit jeweils nur einer genetischen
Manipulation oder mehrere Zellen mit verschiedenen genetischen Manipulationen
mit unveränderten Zellen kombinieren. Die eingebrachten Gene werden
vorübergehend oder permanent exprimiert.
Überraschenderweise lassen sich Formgebung und genetische Manipulation
einsetzen, um eine Polarisierung, basierend auf einer ungleichen Verteilung von
genetisch manipulierten Zellen und unveränderten Zellen, zu erreichen.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß genetisch manipulierte und
unveränderte Zellen in getrennte künstliche Gewebe eingebracht und geformt und
zu einem Gesamtgewebe kombiniert oder geformte Gewebe mit genetisch
manipulierten Zellen und Gewebe mit unveränderten Zellen schichtweise oder
durch Umhüllung oder zwei bzw. mehrere Gewebe mit jeweils verschiedenen
genetischen Manipulationen schichtweise oder durch Umhüllung kombiniert
werden.
Gewebe, die genetisch manipulierte Zellen enthalten, lassen sich mit Geweben, die
genetisch unveränderten Zellen enthalten, kombinieren.
Transplantation von künstlich hergestelltem Knorpelgewebe zur
Therapie von Knorpelschäden bei Patienten mit rheumatoider Arthritis.
Mesenchymale Zellen einer Gewebeprobe eines Patienten werden in vitro
ausreichend in Monolayerkultur vermehrt und teilweise mit einem Gen für BMP
(bone morphogenetic protein) transfiziert. Die Zellen werden in einer
fibrinogenhaltigen Lösung suspendiert und dann in eine Trägerstruktur gebracht
(z. B. resorbierbare Polymervliese aus Polylaktid und Polyglykolid). Die Suspension
wird dann in der Struktur durch Thrombinzugabe verfestigt. Das Gewebe kann
sofort oder nach einer in vitro Reifung in das Gelenk des Patienten transplantiert
werden.
Vergleichbar zu Beispiel 1 wird ein Teil der Zellen mit einem
gewünschten Gen manipuliert und diese gentherapeutisch veränderte Population
unter Verwendung von Trägerstrukturen und Fibrin in eine bestimmte Form
gebracht. Dieser Struktur werden dann genetisch unveränderte Zellen ebenfalls
unter Verwendung formgebender Strukturen angelagert, so daß ein Diffusions- und
damit Wirkungsgradient für gentechnisch eingebrachte Wirkstoffe auf die
unbehandelten Zellen einwirken kann. Dies dient zur Polarisierung der in vitro
hergestellten Gewebestrukturen vergleichbar der Polarisierung im nativen
Gelenkknorpel.
Claims (23)
1. Transplantierbare Knorpelgewebe, bestehend aus einer neuen extrazellulären
Matrix (ECM) in dreidimensionalen Strukturen, aus vermehrten Knorpelzellen, aus
vernetzbaren/polymerisierbaren Polypeptiden oder Polysacchariden und aus
Zellen, die aufgrund gentechnischer Manipulation Matrixmoleküle,
immunsuppressive oder zelldifferenzierende Faktoren freisetzen.
2. Knorpelgewebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturen
aus dreidimensionalen Faserstrukturen, dreidimensionalen Geweben,
aus Fibrin und aus einer das künstliche Knorpelsystem umgebenden
semipermeablen Membran bestehen.
3. Knorpelgewebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine
gewünschte Form aus einem Silicon-Negativ, Faserwolle oder Faserstrukturen aus
resorbierbaren Polymeren, wie a-Hydroxysäuren und die semipermeable Membran
aus Polyelektrolytkomplexen, wie Polylysin oder Hyaluronsäure, besteht.
4. Verfahren zur Herstellung von transplantierbarem Knorpelgewebe nach
Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß polymerisierbare Lösungen
enthaltende Knorpelzellsuspensionen und gentherapeutisch veränderte Zellen in
dreidimensionale Strukturen gefüllt, mit Thrombin verfestigt, die Zellen in dieser
dreidimensionalen Struktur eine neue extrazelluläre Matrix (ECM) produzieren und
das Knorpelsystem mit einer semipermeablen Membran umgeben wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die polymerisierbaren
Lösungen aus vernetzbaren/polymerisierbaren Polypeptiden oder
Polysacchariden und die veränderten Zellen aus Zellen, die aufgrund
gentechnischer Manipulation Matrixmoleküle, immunsuppressive oder
zelldifferenzierende Faktoren freisetzen, bestehen.
6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Polypeptid
Fibrinogen eingesetzt wird und fibrinogenhaltige Zellsuspensionen in Strukturen
aus dreidimensionalen Faserstrukturen oder dreidimensionalen Geweben gefüllt
und mit Thrombin verfestigt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine
gewünschte Form, die aus einem Silicon-Negativ, Faserwolle oder Faserstrukturen
aus resorbierbaren Polymeren, wie a-Hydroxysäuren, besteht, verfestigt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine semipermeable
Membran aus Polyelektrolytkomplexen, wie Polylysin oder Hyaluronsäure, oder
eine Schicht aus Fibrin oder Kollagen eingesetzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Fibrinogen
aus dem Patienten gewonnen wird, von dem die Zellen stammen und/oder in den
das dreidimensionale Knorpelgewebe implantiert werden soll.
10. Verfahren nach Anspruch 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß alle oder ein
Teil der Zellen mit einem oder mehreren der folgenden Gene gentherapeutisch
verändert werden: TGF-β, bone morphogenetic proteins, Morphogene, Rezeptoren
für Morphogene, antiinflammatorische Zytokine, Zytokinantagonisten, wie IL-1-
Antagonisten, IL-1-Rezeptorantagonist, TNF-Antagonisten oder mit
Proteaseinhibitoren (TIMP, PAI).
11. Verfahren nach Anspruch 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene
Zellen mit jeweils nur einer genetischen Manipulation kombiniert werden.
12. Verfahren nach Anspruch 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Zellen mit
einer genetischen Manipulation oder mehrere Zellen mit verschiedenen
genetischen Manipulationen mit unveränderten Zellen kombiniert werden.
13. Verfahren nach Anspruch 4 bis 12 dadurch gekennzeichnet, daß die
eingebrachten Gene vorübergehend oder permanent exprimiert werden.
14. Verfahren Anspruch 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß genetisch
manipulierte und unveränderte Zellen in getrennte künstliche Gewebe eingebracht
und geformt und zu einem Gesamtgewebe kombiniert werden.
15. Verfahren Anspruch 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß geformte Gewebe
mit genetisch manipulierten Zellen und Gewebe mit unveränderten Zellen
schichtweise oder durch Umhüllung kombiniert werden.
16. Verfahren Anspruch 4 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere
Gewebe mit jeweils verschiedenen genetischen Manipulationen schichtweise oder
durch Umhüllung kombiniert werden.
17. Verfahren nach Anspruch 4 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewebe,
die genetisch manipulierte Zellen enthalten, kombiniert werden mit Geweben, die
genetisch unveränderten Zellen enthalten.
18. Verwendung von transplantierbaren Knorpelgeweben nach Anspruch 1 bis 3
zum in vivo Schutz und zur in vivo Erhaltung in vitro hergestellter Knorpelgewebe.
19. Verwendung nach Anspruch 18 bei Transplantationen zur Therapie von
Knorpelschäden.
20. Verwendung nach Anspruch 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß in vitro
hergestellte Knorpelgewebe eingesetzt werden, um vor, während und einige Zeit
nach der Implantation durch eine semipermeable Membran Schutz zu bieten vor
immunologischen und dedifferenzierenden Reaktivitäten.
21. Verwendung nach Anspruch 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß
Formgebung und genetische Manipulation eingesetzt werden, um eine
Polarisierung, basierend auf einer ungleichen Verteilung von genetisch
manipulierten Zellen und unveränderten Zellen, zu erreichen.
22. Verfahren nach Anspruch 4 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewebe
mit einer dichteren Zellschicht besiedelt und umschlossen werden.
23. Verfahren nach Anspruch 22 dadurch gekennzeichnet, daß die Zellschicht aus
Chondrozyten, Perichondrium-, Periost- oder Fibroblastenzellen bestehen.
Priority Applications (6)
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|---|---|---|---|
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| EP96941582A EP0801676A2 (de) | 1995-10-20 | 1996-10-18 | Neue künstliche gewebe, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung |
| JP51620297A JP3452366B2 (ja) | 1995-10-20 | 1996-10-18 | 新規人工組織、その製法およびその使用 |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001013826A1 (de) * | 1999-08-20 | 2001-03-01 | Metz Stavenhagen Peter | Wirbelsäulensegment |
| DE19944682A1 (de) * | 1999-08-20 | 2001-03-22 | Metz Stavenhagen Peter | Wirbelsäulensegment |
| DE19949290A1 (de) * | 1999-10-12 | 2001-04-26 | Albrecht Bettermann | Partikuläres Konstrukt zur Verwendung in der Transplantationsmedizin |
| DE102011002536A1 (de) * | 2011-01-11 | 2012-07-12 | Aesculap Ag | Verpackung, enthaltend ein medizinisches Produkt zur Behandlung von menschlichen oder tierischen Knorpelschäden |
-
1996
- 1996-08-02 DE DE19632404A patent/DE19632404A1/de not_active Ceased
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