!HU000007328T2! (19)
HU
(11) Lajstromszám:
E 007 328
(13)
T2
MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Magyar Szabadalmi Hivatal
EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA (51) Int. Cl.:
(30) Elsõbbségi adatok: 031051661 2003. 11. 05.
(73) Jogosult: Dritte Patentportfolio Beteiligungsgesellschaft mbH & Co. KG, 12529 Schönefeld / Waltersdorf (DE)
DE
(72) Feltalálók: ZEHBE, Rolf-Dieter, 13589 Berlin (DE); SCHUBERT, Helmut, 13465 Berlin (DE)
(54)
HU 007 328 T2
A61L 27/46
(21) Magyar ügyszám: E 04 797669 (22) A bejelentés napja: 2004. 11. 05. (96) Az európai bejelentés bejelentési száma: EP 20040797669 (97) Az európai bejelentés közzétételi adatai: EP 1680150 A1 2005. 05. 19. (97) Az európai szabadalom megadásának meghirdetési adatai: EP 1680150 B1 2009. 11. 04.
(2006.01) A61L 27/52 (2006.01) A61L 27/56 (2006.01) (87) A nemzetközi közzétételi adatok: WO 05044325 PCT/EP 04/012564
(74) Képviselõ: Kerény Judit, DANUBIA Szabadalmi és Jogi Iroda Kft., Budapest
Nitrogéntartalmú kompozit anyag, amelyet egy szilárd fázis elektromosan kiváltott kicsapásával állítunk elõ
A leírás terjedelme 10 oldal (ezen belül 2 lap ábra) Az európai szabadalom ellen, megadásának az Európai Szabadalmi Közlönyben való meghirdetésétõl számított kilenc hónapon belül, felszólalást lehet benyújtani az Európai Szabadalmi Hivatalnál. (Európai Szabadalmi Egyezmény 99. cikk (1)) A fordítást a szabadalmas az 1995. évi XXXIII. törvény 84/H. §-a szerint nyújtotta be. A fordítás tartalmi helyességét a Magyar Szabadalmi Hivatal nem vizsgálta.
1
HU 007 328 T2
A jelen találmány tárgya eljárás egy kompozit anyag elõállítására, az eljárással elõállított kompozit anyag és annak felhasználása. Az orvosi területen egyre inkább szükségessé válnak szervek és szövetek pótlására szolgáló szintetikus szövet hordozók. Ezt a területet általában „Tissue-Engineering” kifejezéssel illetik, ami arra vonatkozik, hogy a szöveteket és szerveket õssejtekbõl állítják elõ. Különösen jelentõsek azok a szövethordozók, amelyek messzemenõen egyeznek biológiai, biokémiai, biomechanikai és szerkezeti tulajdonságaikat illetõen a természetes szervvel vagy szövettel. Az utóbbi években a rekonstruktív és regeneratív gyógyászatban, a traumatológiában és az ortopédiában az izomváz területén a szövet hordozók különösen nagy jelentõségre tettek szert (csontpótlás, porcpótlás és ínpótlás). A jelenleg rendelkezésre álló hordozók tulajdonságai azonban sok tekintetben nem felelnek meg a természetes szövetnek, mert a természetes morfológia gyakran nem utánozza az eredetit és/vagy a biokémiai és/vagy biomechanikus tulajdonságok nem egyeznek. Az oszteokondrális hiányosságok helyreállításához sokat ígérõ terápiát ígér a Tissue-Engineering. Ennek során porcképzésre alkalmas sejteket viszünk be a porózus hordozóanyagokba, majd közvetlenül vagy in vitro elõtenyésztés után in vivo alkalmazzunk a kondrális defektusba. Ezeknek a hordozóanyagoknak ahhoz, hogy alkalmazhatók legyenek, ki kell elégíteniük olyan követelményeket, mint specifikus anyagtulajdonságok, különösen formastabilitás, késleltetett lebomlás, biokompatibilitás, sejttapadás, kondrokonduktivitás. Különösen jelentõsek orvosi és gazdasági szempontból a végtag-megbetegedések. Ezen az orvosi területen a legfájdalmasabbak azok a betegségek, amelyeknél roncsolódott a porc, és az az alatt fekvõ csontszerkezet. A porc regenerálódóképessége korlátozott, és rendszerint az egészséges porcnál rosszabb a minõsége. Számos kísérletet végeztek abban az irányban, hogy egészséges porcot vagy szubkondrális csontszövetet transzplantáljanak vagy tenyészetben tartsanak, mind ez idáig azonban sikeres pótlást ily módon nem lehetett elérni. Ahhoz, hogy sikeres porcpótlásként alkalmazzunk szintetikus anyagokat, a természetes rendszer sok különbözõ tulajdonságát kell figyelembe venni. Ilyen tulajdonságokhoz tartozik a biokémiai összetétel, a szerkezetazonosság (a zónális morfológia utánzása) és biokémiai tulajdonságok. Ilyen anyagokként természetes és szintetikus polimerek alapján számos szerzõ javasolt porózus habokat. A Tissue-Engineering-hez porózus anyagok gyártásának technológiáiról jó áttekintést nyújtanak Mikos és társai az Electronic Journal of Biotechnology, 3. kötet 2. számában, 2000. A szerzõk több eljárást írnak le nagy porozitású rácsszerkezetek elõállítására. Így például elõállítanak rácsszerkezeteket poliglikolsav szálakból háromdimenziós háló elõállítása révén („Fiber bonding”). Egy másik eljárás egy mátrixban pórusok elõállítására abból áll, hogy vízben oldódó porogént alkalmaznak, például sót. Ehhez egy polimert, politejsavat vagy poli(DL-tej-koglikolsavat) fel-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 2
2
oldanak a kloroformban vagy diklór-metánban, majd ezt egy Petri-csészébe öntik, amely porogénnel van megtöltve. Ennek során a porogén bediffundál a polimer mátrixba. Az oldószer lepárlása után a polimer porogén összetételû kompozitot 2 napra vízbe helyezik ahhoz, hogy eltávolítsák a porogént. A kapott rács porozitását a hozzáadott porogén mennyiségével lehet kontrollálni, amíg a pórusnagyság a porogénrészecskék nagyságától függ, például ha a porogén egy só, akkor a sókristály nagyságától függ. További eljárás abból áll, hogy a pórusképzõdésnél elkerülik a szerves oldószerek alkalmazását, ebben az esetben porogénként egy gázt használnak. Ehhez egy polimer szilárd lemezeit formára préselik, majd magas nyomáson gáz, illetve szén-dioxid hatásának teszik ki hosszabb idõtartamra. Ennek során legfeljebb 93%¹os porozitást és legfeljebb 100 mm pórusnagyságot érnek el, miközben a pórusok nagyrészt egymással kapcsolódnak. A porózus polimer rácsok elõállítására javasolt további technikák azon a koncepción alapulnak, hogy a porogén beépítése helyett fázisszétválasztást alkalmaznak. Az ilyen eljárások emulgeálásból és fagyasztva szárításból vagy folyadék-folyadék fázis szétválasztásból állnak. Az elsõ eljárásnál egy polimert például diklór-metánt feloldanak, majd desztillált vizet adnak hozzá emulzió kialakítására. A polimer/víz elegyet formába öntik, majd folyékony nitrogénbe helyezve hirtelen lehûtik. A lehûtés után a kapott rácsszerkezeteket –55 °C¹on fagyasztva szárítják, és ez a diszpergált víz és a polimer oldószer eltávolításához vezet. A folyadék-folyadék fázis szétválasztása a polimerben dús és polimerszegény fázisokat kapnak egy polimer oldaton belül. Ezután a polimerben szegény fázist eltávolítják, és így egy nagy porozitású polimer háló marad vissza. Egy hidrogél fázis szétválasztásának módszerét Yannas és munkatársai javasolták (US 4,955,893). Ehhez kollagén-glikózamino-glikán vizes szuszpenzióját egy csövön belül a csõ tengelye mentén lefagyasztják, ezáltal jégkristályok képzõdhetnek. Ezt követõen a fagyasztott anyagot szublimációs feltételek között vákuum hatásának teszik ki, ezáltal szublimálnak a képzõdött jégkristályok, és orientált porózus csatorna szerkezet marad vissza, amely alkalmas arra, hogy ezt követõen idegsejtekkel települjön be. Hasonló technikát írnak le az US 6,447,701 (Heschel és társai) szabadalmi leírásában, ennek során a polimer szuszpenziót különbözõ hõmérsékletû két felület közé vezetik, és eközben egymással szembekerülnek a felületek, és a különbözõ hõmérséklet alapján a polimer háló és a benne kialakult kristályok lényegében rendezett vagy homogén szerkezete alakul ki. A WO 03/022319 számú dokumentumban leírnak egy eljárást egy biokompatibilis polimer váz elõállítására, különösen kollagén hidrogél elõállítására, amelyet biokerámiával elkevernek, majd befagyasztanak. A technika állásában eddig leírt technológiák egyike sem vezet kielégítõ hordozóanyag elõállításához, amely egyidejûleg elégítené ki a biokémiai összetétel, zonális morfológia és biomechanikai tulajdonságok követelményeit.
1
HU 007 328 T2
Ennek megfelelõen a jelen találmánynak az volt a célja, hogy olyan eljárást biztosítsunk, amellyel olyan kompozit anyagok állíthatók elõ, melyek alkalmasak csont- vagy porcpótlásra, és egyben a kompozit anyagok természetközeli szövetmorfológiát mutatnak és biokompatibilisek, valamint biomechanikai és biokémiai tulajdonságaikat tekintve is a természetes szövettel kiemelkedõ egyezést mutatnak. Ezenkívül a jelen találmánynak az is célja volt, hogy biztosítsunk egy megfelelõ eljárást, amely egyszerûen kivitelezhetõ. A jelen találmány további célja az volt, hogy egy kompozit anyagot állítsunk elõ, amely különösen a természetes szövet anyag zonális morfológiáját, különösen a csont/porc szövetét kimagasló módon imitálja. Ezeket a feladatokat oldja meg a kompozit anyag elõállítására szolgáló eljárás, amely a következõ lépésekbõl áll: a) egy legalább egy további olyan komponenst tartalmazó hidrogél elõállítása, amely a hidrogélre helyezett elektromos tér hatására kicsapódik vagy szilárd fázist képez, b) a hidrogélre elektromos tér helyezése, c) strukturálás elõidézése, elõnyösen hidrogélben pórusképzés. Egy kiviteli forma szerint a b) és c) lépést idõben együtt vagy egymást követõen vagy egymás elõtt úgy lehet végrehajtani, hogy a két lépés közül az egyiket a másik kezdete elõtt kezdjük el anélkül, hogy a másik már lezárult volna. A c) lépést elõnyösen a hidrogél mélyhûtésével és/vagy a hidrogél fagyasztva szárításával és/vagy víz elektrolízisével és/vagy vizes oldatok elektrolízisével hajtjuk végre a hidrogélben. Az egyik kivitelezési forma szerint a b) lépést legalább két ellentétes pólusú elektróda segítségével hajtjuk végre. Egy kivitelezési formánál a b) lépésben a legalább egy további komponens, amely az elektromos tér hidrogélre történõ alkalmazása során kicsapódik vagy szilárd fázist, egy kristályos és/vagy amorf fázist vagy kristályos és amorf fázis kombinációját képezi. A b) lépésben elõnyös, ha a hidrogélre 3–30 V¹os feszültséget alkalmazunk, és/vagy a hidrogélen keresztül 0,5–5 A erõsségû áram folyik, elõnyösen 0,5 perctõl 120 percig. A feszültség így egyenfeszültség vagy váltófeszültség, az egyik kiviteli forma szerint a váltófeszültség frekvenciája 1–0,01 Hertz közötti tartományban van. Egy kivitelezési forma szerint a hidrogél egy vagy több vegyület hidrogélje, mégpedig a következõ csoportból kiválasztva: kollagén, különösen I vagy II típusú kollagén, telopeptidmentes kollagén, kollagén hidrolizátumok, proteoglikánok, glikózamino-glikánok, polimetakrilsavak, polimetakrilátok, poli(vinil-pirrolidon), poli(vinil-alkohol), zselatin, poliglikolsav, politejsav és politejsav és poliglikolsav kopolimerjei, glükóz, lipidek, foszfolipidek, urátok, hialuronsav, hialuronsavszármazékok, különösen hialuronsav-észterek, valamint ionos
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 3
2
komponensek, melyek lehetnek Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Cl–, HCO3–, HPO42–, SO42–, F–. Az egyik kivitelezési forma szerint a hidrogélre elektromos tér hatása következtében kicsapódó vagy szilárd fázist képezõ további komponens lehet kalciumkarbonát, kalcium-foszfát, különösen hidroxil-apatit, trikalcium-foszfát, brushit, oktakalcium-foszfát, amorf kalcium-foszfát, tetrakalcium-foszfát, monetit, kalciumhiányos hidroxil-apatit, valamint ionos komponensekbõl, például Na+-ból, K+-ból, Mg2+-ból, Ca2+-ból, Cl–-ból, HCO3–-ból, HPO42–-ból, SO42–-ból, F–-ból, valamint ionos komponensekbõl kiválasztott vegyületek. Az egyik kiviteli formában a hidrogél olyan komponenst is magában foglal, amely elektromosan vezetõképes, miközben ez a komponens legalább egy további komponenssel, amely a hidrogélre helyezett elektromos tér hatására kicsapódik vagy egy szilárd fázist képez, azonos vagy ettõl különbözik. Elõnyösen az elektromosan vezetõképes komponenst a hidrogélbe bevisszük vagy felvisszük a hidrogélre. Az egyik kivitelezési forma szerint az elektromosan vezetõképes komponens kémiailag és/vagy biológiailag inert, miközben elõnyös, hogy ha az elektromosan vezetõképes komponens nemesfém, különösen elemi arany és/vagy platina, valamint szén, különösen grafit. Ha az elektromos vezetõképességû komponenst bevisszük a hidrogélbe, akkor elõnyös, hogy ha egyenletesen vagy egyenlõtlenül eloszlik a hidrogélben. Amennyiben az elektromos vezetõképes komponenst a hidrogél felületére felvisszük, elõnyös, hogy ott felületkezeléssel strukturáljuk. Az egyik kivitelezési forma szerint a hidrogél olyan réteg formájában fordul elõ, amely a b) és/vagy c) lépés kivitelezése után van feltekercselve. Elõnyösen a hidrogél kémiailag és/vagy fizikailag térhálósított. Egy kivitelezési forma szerint a fagyasztva szárítást úgy végezzük, hogy a hidrogélt –1— –196 °C¹ra, elõnyösen –10— –50 °C¹ra befagyasztjuk, majd szublimáljuk. Egy kivitelezési forma szerint a hidrogél befagyasztását irányítva vagy irányítás nélkül, elõnyösen a hidrogél egy vagy több oldaláról végezzük, miközben elõnyös, hogy ha a hidrogél lefagyasztását közel fél órától négy óráig hajtjuk végre. Az irányítás nélküli lefagyasztás példája a gyors megmerevedés (sokkos fagyasztási eljárás), amely amorf, üvegszerû hidrogél állapotot idéz elõ. A találmány célja megoldódik a találmány szerinti eljárással elõállított kompozit anyag biztosításával. Egy kivitelezési forma szerint a jelen találmány szerinti kompozit anyagnak egy gél, elõnyösen részben hidratált gél vagy xerogél pórusfelmutató rétege van, amelyre egy szilárd fázis, elõnyösen egy kristályos és/vagy amorf fázis vagy kristályos és vagy amorf fázis kombinációja van felfüggesztve, és elõnyös, ha a pórusnagyság 10 mm-tõl 150 mm¹ig terjed. „Pórusnagyságon” a jelen találmány értelmében egy átlagos póruscsatorna-átmérõt értünk.
1
HU 007 328 T2
Egy kivitelezési formában a szilárd, elõnyösen kristályos és/vagy amorf fázis vagy a kristályos és amorf fázisok kombinációja egy kalcium-foszfát. Egy kivitelezési formában a jelen találmány szerinti kompozit anyaghoz tartozik továbbá legalább egy, a sejtnövekedést vagy a sejttelepedést vagy a sejttapadást fokozó anyag, amely elõnyösen egy növekedési faktor vagy egy magzati szérum vagy poli-L-lizin. Egy kivitelezési formában a kompozit anyag magában foglalja a szérumot, ahol a szérum autogén, szingén, allogén vagy xenogén eredetû. Egy elõnyös kivitelezési formában a legalább egy a sejt növekedését vagy a sejt telepítését vagy a sejt tapadását fokozó anyag szérum, ahol a szérum autogén, szingén, allogén vagy xenogén eredetû. Elõnyösen a növekedési faktor magában foglalhat TGF¹b szupercsaládot, különösen TGF-b1¹et. Az egyik kivitelezési forma szerint a magzati szérum állati magzati szérum, például magzati borjú szérum. Az egyik kivitelezési formában a kompozit anyag továbbá magában foglalhat biológiai sejteket, elõnyösen emberi vagy állati sejteket is. Egy másik változat szerint a kompozit anyag növényi sejteket foglal magában. A jelen találmány feladatait a találmány szerinti kompozit anyag alkalmazásával megoldjuk úgy is, mint biológiai sejtek hordozója, elõnyösen emberi vagy állati vagy növényi sejtek hordozója. Továbbá a jelen találmány megoldja a feladatot azáltal is, hogy biztosítunk egy kompozit anyagot a találmány szerint, amely alkalmas emberi vagy állati testekben szövetpótlásra. A találmány szerinti feladatokat azáltal is megoldjuk, hogy a találmány szerinti kompozit anyagot alkalmazzuk hordozóanyagként biológiai és/vagy kémiai és/vagy katalitikusan ható anyagokhoz a szennyvíztisztítás, szûrés, bioreaktor technika és/vagy katalízis területén. A „hidrogél” fogalom víztartalmú hidrofil molekulákon, elõnyösen polimereken alapuló gélt jelent, amelyek háromdimenziós háló formájában fordulnak elõ. Ezek a hálók a forma messzemenõ megtartása mellett vízben felduzzadnak egy egyensúlyi térfogatig. A hálóképzõdés fõleg az egyes polimer láncok kémiai összekapcsolódásával történik, de lehetséges a molekulaláncok egyes szegmensei között fizikailag is elektrosztatikus, hidrofób vagy dipol/dipol kölcsönhatások révén is. A „xerogélek” kifejezést olyan gélekre értjük, amelyek valamilyen módon elveszítik folyékonyságukat, például párologtatással, préseléssel vagy szívatással, miközben az is lehet, hogy a háló térbeli elrendezõdése megváltozik úgy, hogy a szerkezeti elemek közötti távolságok eltérõ dimenziót kapnak, mint a hidrogélben. „Gélek”¹en általában, mint itt is, formatartó, könnyen alakítható, folyadékokban és/vagy gázokban dús diszperz rendszereket értünk, amelyek legalább két komponenst tartalmaznak, amelyek többnyire egy szilárd, kolloid eloszlású hosszú és erõsen elágazó részecskékbõl és diszpergálószerként folyadékból (többnyire vízbõl) állnak. A szilárd anyag rendszerint kohe-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 4
2
rens, azaz a diszpergálószerben egy térbeli kiterjedésû hálót képez, miközben a részecskék a különbözõ pontokon mellék- vagy fõvegyértékekkel egymáson megtapadhatnak. Egy elektromos tér találmány szerinti hidrogélre történõ rárakódása történhet ismert módon elektródákon keresztül. Egy elõnyös kivitelezési forma szerint két elektródát alkalmazunk, amelyek egymással a hidrogél szemben lévõ oldalain lépnek érintkezésbe ezzel az elektromosságot vezetõ vegyülettel. A hidrogél fagyasztva szárításos eljárása ismert önmagában, és szerepel a technika állásában (például a 4,955,893 számú USA szabadalmi leírásban). A hidrogél lefagyasztási lépése elõnyösen irányított módon megy végbe úgy, hogy a jégkristályok kialakítása cellulárisan és elágazó módon strukturálva történik, és/vagy a víztartalmú anyagok megmerevedésénél érvényes fizikai törvények által adott módon. A lefagyasztási lépés azonban végbemehet irányítás nélkül is, erre az irányítás nélküli befagyasztásra példa az igen gyors megmerevedés (sokkfagyasztási eljárás), például 1–180 másodperc alatt, ez amorf üvegszerû hidrogél állapothoz vezet. Egy elõnyös kivitelezési formánál a hidrogél a legalább egy további komponens kialakuló szilárd fázisával kovalensen kapcsolódik. Ez például végbemehet kémiai térhálósodással vagy fizikai térhálósodással. A fizikai térhálósodás bekövetkezhet besugárzással (többnyire rövidhullámú sugárzással, például UV¹, gamma- vagy röntgensugárzással) és/vagy hõkezeléssel. A hatásmód elvileg hasonló, mint a kémiai térhálósításnál (reakcióképes kémiai csoportok vagy molekulák, amelyek más molekulákkal vagy csoportokkal kémiai kötéseket képeznek, és így a szerkezet stabilizálásához vezetnek). Egy elõnyös kivitelezési formánál a hidrogélhez tartozó elektromosan vezetõképes komponens biokompatibilis. A következõkben az ábrákra hivatkozunk, amelyeken az 1. ábra a találmány szerinti kompozit anyag egy kivitelezési formájának elõállításához ábrázol egy szerkezetet, a 2A. ábra egy találmány szerint elõállított kompozit anyag kiviteli formáját mutatja be, a 2B. ábra a találmány szerinti eljárással elõállított kompozit anyag egy másik kiviteli formáját mutatja, amely hematoxilin-eozinnal színezett porc sejthisztológiai képével van lefedve. A 2B. ábrán alkalmazott kisebb keret a találmány szerinti kompozit anyagot mutatja, míg a 2B. ábrán látható nagyobb keret a természetes porcot mutatja. A porcban lévõ sejt testek mint hematoxilin-eozinnal színezett sötét testecskék ismerhetõk fel. A képek szuperpozíciója a találmány szerinti kompozit anyag és a természetes szerkezetû egészséges porc jó egyezését mutatja. A találmányt a következõ példákkal szemléltetjük, amelyek nem korlátozó, csak ábrázoló jellegûek.
1
HU 007 328 T2
1. példa Peltier-elembõl és a hozzá tartozó hûtõtestbõl, valamint két platinaelektródából és henger alakú mintaedény köpenyébõl álló kísérleti szerkezetet sterilen elõkészítünk. A két platinaelektródát, melyek közül az egyik elektróda képezi a mintaedény alját, egy PTFE-csõvel együtt, amely a henger alakú próbaedény köpenyét képezi, egy nyomás alatti autoklávban 121 °C¹on telített gõz atmoszférában és max. 3 bar nyomáson 30 percig sterilizáljuk. A gyógyászatban szokásos más sterilizálási eljárások is lehetségesek. A hûtõ- és fûtõtestként szolgáló Peltier-elemet a próbaedénnyel érintkezésben lévõ felület megfelelõ polaritása révén 40 °C¹ra melegítjük. 5 g zselatint (sertésbõrbõl származó A típus, Sigma) 50 °C¹on 40 ml telített kalcium-foszfát-oldatban homogén feloldunk, a zselatinoldatból 5 ml¹t ezt követõen a kísérleti készülék steril próbaedényébe töltünk. A zselatinoldat betöltése után az oldatba merítjük a felsõ platinaelektródát. Ezt követõen a következõ lépéseket hajtjuk végre: 1a) A Peltier-elem pólusváltásával a próbaedénnyel érintkezésben lévõ felületen –30 °C¹os hõmérsékletet állítunk be. Egyidejûleg beállítunk a platinaelektródákon egy 15 V¹os feszültséget, ezáltal a víz elektrolitikusan elbomlik, és H2¹ és O2-gázbuborékok keletkeznek. Ezenkívül az alsó elektródán kalcium-foszfát-réteg képzõdik. Amint az elektródán zárt vasréteg alakul ki, amely a próbaedény alját
Irodalom
Korhonen és társai, J. Biomech., 903–909, 2002
Találmány szerinti kompozit anyag
5
10
15
20
25
30
2
képezi, megszûnik a gázfejlõdés, mert már további áramfolyás nem lehetséges. 1b) Az 1) ponttól eltérõen a víz elektrolitikus elbomlása már a Peltier-elem pólusváltása elõtt megy végbe (valamint ezzel kapcsolódóan a hõmérséklet –30 °C¹ra csökken), és ez csak akkor végzõdik, amikor már zárt vasréteg képzõdött. Az 1a) vagy 1b) alternatív lépések után mintegy 2 óra múlva az oldat teljesen irányítottan merevedik meg, és a próbaedény köpenyébõl egy steril dugattyúval kinyomjuk és azonnal egy fagyasztva szárítóba transzferáljuk. 12 óra fagyasztva szárítás után kivesszük a szárított hidrogélt a fagyasztva szárítóból. 1c) A szárított hidrogélt kémiailag aldehidtartalmú atmoszférában 6 óráig térhálósítjuk. Ezt követõen három mosást hajtunk végre steril 0,9%¹os konyhasóoldatban, hogy eltávolítsuk a szárított hidrogélbõl az aldehidmaradékokat. 1d) A szárított hidrogélt száraz 120 °C¹os atmoszférában hõkezelve térhálósítjuk. A példa szerint elõállított kompozit anyag megtekinthetõ az 1., 2A. és 2B. (kis keret) ábrákon. 2. példa Az 1. példa szerinti találmány szerinti kompozit anyag tulajdonságai. 2a) A találmány szerinti kompozit anyag mechanikai tulajdonságait egy speciális vizsgaszerkezettel teszteljük. Az anyag tulajdonságait a következõképpen közöljük:
Megjegyzés
E-modul [MPa]
Poisson-szám
femur
0,47±0,15
0,26±0,08
humerus
1,15±0,43
0,16±0,06
patella
0,72±0,19
0,21±0,05
(kísérleti dugattyú, átmérõ=8,0 mm) (találmány szerinti kompozit anyag
0,67±0,02
0,27
(kísérleti dugattyú, átmérõ=3,7 mm) marhaexplantátumok
E-modulon a rugalmassági modult, egy anyagspecifikus ismertetõt értünk. A Hook-féle törvényként ismert összefüggésben arányossági tényezõt ábrázol. A Poisson-szám haránt-összehúzódás, az anyag keresztmetszet-változása és hosszanti változása közötti arányt írja le. A mechanikai vizsgálatot 0,9%¹os konyhasóoldatban hajtjuk végre. A találmány szerinti kompozit anyag mechanikai tulajdonságai megközelítõleg a természetes szövet tartományában fekszenek. 2b) A találmány szerinti kompozit anyagban képzõdõ póruscsatornák átmérõjét rasterelektronmikroszkopikus képek kiértékelésével adjuk meg. A beállítható póruscsatorna-átmérõ 10 mm és 150 mm között van, és kedvezõen segíti elõ a póruscsatornák egyszerû betelepítését sejtekkel, valamint ennek diffúzió útján történõ jó tápanyagellátását. A sejtbetelepítésnél egy sejtszuszpenziót viszünk a találmány
45
50
szerinti kompozit anyagba, és az ily módon betelepített sejtek késõbb igen sûrû természetes szál fonatot képeznek, ahogy ez a természetes porcban található. Ezáltal a találmány szerinti kompozit anyag kiemelkedõ módon teszi lehetõvé a természetes porc/csont szövetek képzõdését, és betelepítés után hasonló szövetmorfológiát mutat, a biomechanikai tulajdonságok terén pedig kiemelkedõ egyezést mutat a természetes szövettel és biokompatibilis.
55
SZABADALMI IGÉNYPONTOK
60
1. Eljárás csont/porc pótlékként alkalmazható kompozit anyag elõállítására a következõ lépésekkel: a) egy legalább egy további alkotórészt tartalmazó hidrogélt állítunk elõ, amely ha a hidrogélre elektro-
5
1
HU 007 328 T2
mos teret helyezünk, kicsapódik vagy szilárd fázist képez, b) a hidrogélre elektromos teret helyezünk, c) egy strukturálódást idézünk elõ, elõnyösen a hidrogéllel pórust képezünk. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a b) és c) lépést idõben együtt, egymást megelõzõen vagy egymás után vagy úgy hajtjuk végre, hogy a két lépés közül az egyiket a másik lépés kezdete elõtt indítjuk be, anélkül, hogy a másik lépés már be lenne fejezve. 3. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a c) lépést a hidrogél mélyhûtésével és/vagy fagyasztva szárításával és/vagy víz elektrolízisével és/vagy vizes oldatok elektrolízisével a hidrogélben hajtjuk végre. 4. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a b) lépést legalább két ellenkezõ pólusú elektródával végezzük. 5. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a b) lépésben a legalább egy további komponens, amely az elektromos tér hidrogélre való helyezése során kicsapódik vagy egy szilárd fázist képez, kristályos és/vagy amorf fázist vagy a kristályos és amorf fázis kombinációját képezi. 6. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a b) lépésben a hidrogélre 3–20 V feszültséget engedünk és/vagy a hidrogélen keresztül 0,5 A–5 A erõsségû áramot vezetünk, elõnyösen 0,5–120 percen keresztül. 7. A 6. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a ráeresztett feszültség egyenfeszültség vagy váltófeszültség. 8. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a hidrogél egy vagy több vegyület hidrogélje, amely a következõk közül választható meg: kollagén, különösen l¹es vagy Il¹es típusú kollagén, telopeptidmentes kollagén, kollagén hidrolizátumok, proteoglikánok, glikózamino-glikánok, polimetakrilsavak, polimetakrilátok, poli(vinil-pirrolidon), poli(vinilalkohol), zselatin, poliglikolsav, politejsav, politejsav és poliglikolsav kopolimerjei, glükóz, lipidek, foszfolipidek, urátok, hialuronsav, hialuronsavszármazékok, különösen hialuronsav-észter, valamint ionos alkotórészek, melyek lehetnek Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Cl–, HCO3–, HPO42–, SO42–, F–. 9. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a legalább egy további alkotórész, amely az elektromos tér hidrogélre helyezésekor kicsapódik vagy szilárd fázist képez, a következõ csoportból választható: kalcium-karbonátok, kalcium-foszfátok, különösen hidroxil-apatit, trikalcium-foszfátok, brushit, oktakalcium-foszfát, amorf kalcium-foszfát, tetrakalcium-foszfát, monetit, kalciumhiányos hidroxilapatit, valamint ionos alkotórészekbõl képzett vegyületek, melyeket választhatunk Na+-ból, K+-ból, Mg2+-ból, Ca2+-ból, Cl–-ból, HCO3–-ból, HPO42–-ból, SO42–-ból vagy F–-ból. 10. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a hidrogél olyan alkotórészt
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 6
2
tartalmaz, amely elektromosan vezetõképes, miközben ez az alkotórész azonos vagy eltérõ azzal a legalább egy további olyan alkotórésszel összevetve, amely kicsapódik akkor, amikor elektromos térbe kerül a hidrogél, vagy szilárd fázist képez. 11. A 10. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az elektromos vezetõképességû komponenst a hidrogélbe visszük vagy hidrogélre visszük fel. 12. A 10–11. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az elektromosan vezetõképes alkotórész kémiailag és/vagy biológiailag inert. 13. A 12. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az elektromos vezetõképességû komponenst a következõ csoportból választjuk: nemesfémek, különösen arany és/vagy platina, valamint szén, különösen grafit. 14. A 11–13. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy amennyiben az elektromos vezetõképességû komponenst bevisszük a hidrogélbe, ott homogénen vagy inhomogénen oszlik el a hidrogélben. 15. A 11–13. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy amennyiben az elektromos vezetõképességû alkotórészt a hidrogél felületére visszük fel, ott felületi kezeléssel strukturáljuk. 16. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a hidrogél olyan réteg formájában fordul elõ, amelyeket a b) és/vagy c) lépés végrehajtása elõtt vagy után feltekercselünk. 17. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a hidrogélt kémiailag és/vagy fizikailag térhálósítjuk. 18. A 3–17. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a hidrogél befagyasztásával végrehajtott fagyasztva szárítást –1— –196 °C¹on hajtjuk végre, majd ezt követõen szublimáljuk. 19. A 18. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a hidrogél mélyhûtését irányítottan és/vagy nem irányítottan, elõnyösen a hidrogél egy vagy több oldaláról hajtjuk végre. 20. A 18–19. igénypontok szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a hidrogél mélyhûtését megközelítõleg fél órától négy óráig terjedõ idõtartamban végezzük. 21. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti eljárással elõállított kompozit anyag. 22. A 21. igénypont szerinti kompozit anyag, amelyet egy pórusokat mutató gélréteg jellemez, elõnyösen egy részben hidratált hidrogél vagy xerogél gélréteg, amelyre egy szilárd fázis, elõnyösen egy kristályos és/vagy amorf fázis vagy egy kristályos és amorf fázis kombinációja van csatlakoztatva. 23. A 21–22. igénypontok bármelyike szerinti kompozit anyag, amelyet 10 mm-tõl 150 mm¹ig terjedõ pórusnagyság jellemez. 24. A 21–23. igénypontok bármelyike szerinti kompozit anyag, azzal jellemezve, hogy a szilárd, elõnyösen kristályos és/vagy amorf fázis vagy a kristályos és amorf fázis kombinációja egy kalcium-foszfát. 25. A 21–24. igénypontok bármelyike szerinti kompozit anyag, amely még legalább egy sejtnövekedést
1
HU 007 328 T2
vagy sejttelepítést vagy sejtadhéziót fokozó anyagot tartalmaz. 26. A 25. igénypont szerinti kompozit anyag, azzal jellemezve, hogy a legalább egy sejtnövekedést vagy sejttelepítést vagy sejttapadást fokozó anyag egy növekedési faktor vagy egy magzati szérum vagy poli-Llizin, miközben a növekedési faktor elõnyösen a következõ csoportból választott: TGF¹b szupercsalád anyagai, különösen TGF-b1- és ahol a magzati szérum állati magzati szérum, például magzati borjúszérum. 27. A 25. igénypont szerinti kompozit anyag, azzal jellemezve, hogy a legalább egy sejtnövekedést vagy sejttelepítést vagy sejttapadást fokozó anyag szérum,
2
ahol a szérum autogén, szingén, allogén vagy xenogén eredetû. 28. A 21–27. igénypontok bármelyike szerinti kompozit anyag, azzal jellemezve, hogy tartalmaz még bio5 lógiai sejteket, elõnyösen emberi vagy állati sejteket vagy növényi sejteket. 29. A 21–28. igénypontok bármelyike szerinti kompozit anyag alkalmazása biológiai sejtek hordozójaként, elõnyösen emberi vagy állati sejtek vagy növényi 10 sejtek hordozójaként. 30. A 21–28. igénypontok bármelyike szerinti kompozit anyag emberi vagy állati testben szövetpótlásként történõ alkalmazásra.
7
HU 007 328 T2 Int. Cl.: A61L 27/46
8
HU 007 328 T2 Int. Cl.: A61L 27/46
9
Kiadja a Magyar Szabadalmi Hivatal, Budapest Felelõs vezetõ: Szabó Richárd osztályvezetõ Windor Bt., Budapest
