DE69633195T2

DE69633195T2 - Injektierbare oder implantierbare biomaterialien zum füllen oder abdecken von hohlräumen und lumen eines körpers

Info

Publication number: DE69633195T2
Application number: DE69633195T
Authority: DE
Inventors: M. Woonza RHEE; A. Richard BERG; H. George CHU; A. Frank DELUSTRO; M. Dan JOLIVETTE; A. Kimberly MCCULLOUGH
Original assignee: Cohesion Technologies Inc
Current assignee: Surgical Specialties US Corp
Priority date: 1995-12-18
Filing date: 1996-12-18
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2016-12-19
Also published as: JP2005320352A; AU708320B2; EP0876166B1; ATE273722T1; EP0876166A1; US5752974A; JP2000501975A; ES2227627T3; DE69633195D1; WO1997022372A1; AU1347397A

Description

Die vorliegende Erfindung liegt im Bereich von medizinischen Implantaten und Injektionen. Insbesondere betrifft sie das vollständige oder teilweise Blockieren, Vergrößern, Verschließen oder Füllen von verschiedenen biologischen Lumen oder Hohlräumen im Körper eines Patienten und stellt die Verwendung eines Biomaterials bei der Herstellung eines Medikaments für eine solche Behandlung bereit.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei Lumen (oder Lumina) handelt es sich um Hohlräume im Inneren einer röhrenförmigen Struktur, wie z. B. einer Arterie, Vene, Darm, Eileiter, Luftröhre und ähnliches. In einigen Fällen ist es wünschenswert, diese Hohlräume (spaces) zu vergrößern, zu blockieren oder zu füllen, um ein bevorzugtes biologisches Ergebnis zu bewirken. Ferner verursachen einige biologische Erkrankungszustände oder Behandlungen solcher Erkrankungszustände die Bildung von unerwünschten Hohlräumen innerhalb verschiedener Gewebe oder Organe des Körpers.
Eine wichtige Lumenstruktur ist der Eileiter (Fallopian tube), der jeweils einen des Paares von dünnen Gängen darstellt, welche die Gebärmutter mit der Region jedes Eierstocks im weiblichen Fortpflanzungssystem verbinden. Eine bestehende Form der Geburtenkontrolle ist die Unterbindung der beiden Eileiter zum Verhindern der Wanderung von Eiern oder Eizellen in die Gebärmutter, wodurch eine Schwangerschaft verhindert wird. Unglücklicherweise erfordert dieses Verfahren zur Geburtenkontrolle einen chirurgischen Eingriff und ist irreversibel, sofern nicht die Eileiter durchschnitten werden, um den ligierten Teil zu entfernen und die verbleibenden Bereiche der Eileiter erneut zu verbinden.
Als Ergebnis dieses chirurgischen Eingriffs besteht für die weibliche Patientin ein größeres Risiko für Komplikationen oder Fehler bei diesem Vorgang. Ferner ist diese Art von chirurgischem Eingriff teuer und erfordert einen Krankenhausaufenthalt. Folglich werden andere Methoden zur Geburtenkontrolle, die weniger risikoreich und kostengünstiger sind, bevorzugt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein allgemeines Verfahren zum vollständigen oder teilweisen Blockieren (blocking), Vergrößern (augmenting), Verschließen (sealing) oder Füllen (filling) eines biologischen Lumens oder Hohlraums innerhalb des Körpers eines Patienten umfasst das Verabreichen einer wirksamen Menge eines Biomaterials in das Lumen oder den Hohlraum. Ein besonders bevorzugtes Verfahren umfasst das Verabreichen durch Injektion in das Lumen oder den Hohlraum einer wirksamen Menge einer Biomaterialzusammensetzung umfassend ein Biomaterial und ein Vernetzungsmittel, bevor zwischen dem Biomaterial und dem Vernetzungsmittel eine wesentliche Vernetzung stattgefunden hat. Ein weiteres bevorzugtes Verfahren umfasst das Injizieren einer wirksamen Menge einer Biomaterialzusammensetzung umfassend ein teilchenförmiges dehydratisiertes vernetztes Biomaterial und einen nichtwässrigen Träger in das Lumen oder den Hohlraum. In einem alternativen Verfahren werden ein oder mehrere Stäbchen umfassend eine wirksame Menge einer dehydratisierten Biomaterialzusammensetzung umfassend ein vernetztes Biomaterial in das Lumen oder den Hohlraum implantiert.
Zu diesem Zweck stellt die Erfindung die Verwendung eines Biomaterials, gebildet aus einem Polymer und einem Vernetzungsmittel in Suspension oder Lösung, bei der Herstellung eines Arzneimittels zur Verwendung in einem Verfahren zum vollständigen oder teilweisen Blockieren, Vergrößern, Verschließen oder Füllen eines biologischen Lumens oder Hohlraums im Körper eines Patienten bereit, umfassend das Verabreichen einer wirksamen Menge des Biomaterials in das Lumen oder den Hohlraum, wobei das Vernetzungsmittel ein hydrophiles Vernetzungsmittel oder eine Mischung von hydrophilen und hydrophoben Vernetzungsmitteln ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Bevorzugte Biomaterialien zur Anwendung in der Erfindung
Für den Gebrauch bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung müssen die Biomaterialien biokompatibel, im wesentlichen nicht-immunogen und injizierbar, einfädelbar oder auf andere Art implantierbar sein. Es ist notwendig, dass solche Biomaterialien in pharmazeutisch reiner Form vorliegen oder fähig sind, in eine pharmazeutisch reine Form gereinigt zu werden, so dass sie in einen menschlichen Körper ohne Erzeugung einer signifikanten Immunantwort inkorporiert werden können. Biomaterialien zur Anwendung in der vorliegenden Erfindung sollten fähig sein, an der Stelle ihrer Einführung für bevorzugt 3 Monate oder länger bestehen zu bleiben, noch bevorzugter 6 Monate oder länger, am bevorzugtesten 1 bis 2 Jahre oder länger. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Ausdrücke "Biomaterial" und "Biomaterialzusammensetzung" in der vorliegenden Beschreibung abwechselnd verwendet werden und Mischungen von Biomaterialien, wie im folgenden beschrieben, umfassen.
Bevorzugte Biomaterialien zur Anwendung bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung umfassen im allgemeinen alle biokompatiblen, natürlich vorkommenden oder synthetischen Polymere und insbesondere natürlich vorkommende Proteine wie z. B. Collagen, verschiedene synthetische Polypeptide wie z. B. Poly(lysin); Polysaccharide wie z. B. Glucosaminoglycane; Proteoglycane und verschiedene polymere Hydrogele.
Proteine wie z. B. Collagen, Fibrin und Elastin sind besonders geeignet für eine Anwendung in den Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen verwendet, soll der Ausdruck "Collagen" jede Art von Collagen von jeder Quelle umfassen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Collagen, das von Gewebe extrahiert oder rekombinant produziert worden ist, Collagen-Analoga, Collagen-Derivate, modifizierte Collagene und denaturierte Collagene wie z. B. Gelatine.
Collagen ist die Hauptproteinkomponente von Knochen, Knorpel, Haut und Bindegewebe in Tieren. Collagen in nativer Form ist üblicherweise ein starres, stäbchenförmiges Molekül mit einer Länge von ungefähr 300 Nanometer (nm) und einem Durchmesser von 1,5 nm. Es umfasst drei Collagen-Polypeptide, die eine enge Tripel-Helix bilden. Die Collagen-Polypeptide sind durch einen langen mittleren Abschnitt gekennzeichnet, der die Wiederholungssequenz -Gly-X-Y- enthält, wobei es sich bei X und Y häufig um Prolin oder Hydroxyprolin handelt, gebunden an jedem Ende mit den "Telopeptid"-Regionen, die weniger als etwa 5 Prozent (%) des Moleküls ausmachen. Die Telopeptid-Region der Collagenketten sind im allgemeinen für die Vernetzung zwischen Ketten und für die Immunogenität des Proteins verantwortlich.
Im allgemeinen kann Collagen beliebigen Ursprungs bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, z. B. kann Collagen aus menschlichen oder anderen Säugerquellen extrahiert und gereinigt werden, wie z. B. Rinder- oder Schweinekorium und menschlicher Plazenta, oder das Collagen kann rekombinant oder auf andere Weise produziert werden. Die Herstellung von gereinigtem, im wesentlichen nicht-antigenem Collagen in Lösung aus Rinderhaut ist im Grunde genommen ein Drei-Stufen-Verfahren umfassend Solubilisierung, Enzymbehandlung und Reinigung, wie in den US Patenten Nr. 4,140,537 und 4,488,911 beschrieben. Das US Patent Nr. 5,428,022 des vorliegenden Anmelders offenbart Verfahren zur Extraktion und Reinigung von Collagen aus der humanen Plazenta. Die US Anmeldung Nr. 08/183648 des vorliegenden Anmelders offenbart Verfahren zur Herstellung von rekombinantem humanem Collagen in der Milch von transgenen Tieren, einschließlich transgenen Kühen. Die Bezeichnung "Collagen" oder "Collagenmaterial", wie sie in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen eingesetzt wird, bezieht sich auf alle Formen von Collagen, einschließlich jenen, die verarbeitet oder auf andere Art und Weise modifiziert worden sind.
Collagen jeden Typs, einschließlich, aber nicht beschränkt auf die Typen I, II, III, IV oder jede Kombination davon kann verwendet werden, auch wenn Typ I bevorzugt ist. Es kann entweder Atelopeptid- oder Telopeptid-enthaltendes Collagen eingesetzt werden, wenn jedoch Collagen aus einer xenogenen Quelle wie z. B. Rindercollagen eingesetzt wird, ist Atelopeptid-Collagen im allgemeinen bevorzugt, aufgrund seiner verringerten Immunogenität im Vergleich zu Telopeptid-enthaltendem Collagen.
Das Collagen zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung kann in fibrillärer oder nichtfibrillärer Form vorliegen. Es konnte gezeigt werden, dass fibrilläres Collagen eine erhöhte Fortdauer in vivo im Vergleich zu nichtfibrillärem Collagen aufweist. Jedoch besitzt die Verwendung von nichtfibrillärem Collagen bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung bestimmte Vorteile, die im folgenden in diesem Abschnitt besprochen werden. Die Bezeichnung "nichtfibrilläres Collagen", wie sie in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen eingesetzt wird, soll chemisch modifizierte Collagene wie z. B. succinyliertes Collagen und methyliertes Collagen umfassen, die beide nach den Verfahren hergestellt werden können, die im US Patent Nr. 4,164,559 beschrieben sind.
Das Collagen zur Anwendung bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung kann entweder vernetzt oder nichtvernetzt sein. Nichtvernetztes fibrilläres AtelopeptidCollagen ist von Collagen Corporation (Palo Alto, CA) in Collagenkonzentrationen von 35 mg/ml und 65 mg/ml unter den jeweiligen Marken Zyderm^® I Collagen und Zyderm^® II Collagen kommerziell erhältlich.
Collagen kann unter Verwendung von im Stand der Technik allgemein bekannten Verfahren vernetzt werden, wie z. B. mittels Wärme, Bestrahlung oder unter Verwendung von konventionellen chemischen Vernetzungsmitteln wie z. B. Aldehyden, Carbodiimiden, Epoxiden oder Imidazolen. Die US Patente Nr. 4,582,640 und 4,642,117 offenbaren Verfahren zur Herstellung von Aldehyd-vernetzten Collagenen. Glutaraldehyd-vernetztes fibrilläres Atelopeptid-Collagen ist kommerziell erhältlich in einer Collagenkonzentration von 35 mg/ml von der Collagen Corporation unter der Handelsmarke Zyplast^® Collagen Implant.
Nichtvernetzte und vernetzte Collagene zur Anwendung in der vorliegenden Erfindung liegen im allgemeinen in einer wässrigen Suspension in einer Konzentration zwischen etwa 20 mg/ml bis etwa 120 mg/ml vor, vorzugsweise zwischen etwa 30 mg/ml bis etwa 90 mg/ml.
Denaturiertes Collagen, das im allgemeinen als Gelatine bekannt ist, ist ebenfalls für die Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet.
Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung können ferner verschiedene synthetisch hergestellte Polypeptide eingesetzt werden. Wie in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen verwendet, umfasst die Bezeichnung "synthetisches Polypeptid" Polypeptide, die unter Verwendung von rekombinanten DNS-Techniken hergestellt worden sind, wie auch jene, die nach anderen Verfahren der chemischen Synthese hergestellt wurden. Poly(lysin), ein synthetisch hergestelltes Polymer der Aminosäure Lysin (145 MW) ist ein besonders bevorzugtes synthetisches Polypeptid. Poly(lysin)e wurden mit von 6 bis etwa 4000 primären Aminogruppen hergestellt, was Molekulargewichten von etwa 870 bis etwa 580.000 entspricht. Poly(lysin)e mit verschiedenen Molekulargewichten sind von Peninsula Laboratories, Inc. (Belmont, CA) kommerziell erhältlich.
Glucosaminoglycane zur Anwendung in der vorliegenden Erfindung umfassen, ohne Beschränkung, Hyaluronsäure, Chondroitinsulfat A, Chondroitinsulfat C, Dermatansulfat, Keratansulfat, Keratosulfat, Chitin, Chitosan, Heparin und Derivate oder Mischungen davon. Die bevorzugte Konzentration von Glucosaminoglycan variiert in Abhängigkeit des spezifischen Glucosaminoglycans (oder Mischung von Glucosaminoglycanen), das eingesetzt wird.
Proteoglycane, wie z. B. Decorin, Biglycan und Fibromodulin können ebenfalls in den Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Ein Proteoglycan besteht aus einem oder mehreren Glucosaminoglycanmolekülen, das an ein Kernprotein gebunden ist bzw. sind. In ihrem nativen Zustand innerhalb des Körpers eines Tieres werden im allgemeinen viele Glucosaminoglycane in Assoziation mit Kernproteinen gefunden, d. h. in Form von Proteoglycanen. Jedoch sind gewisse Glucosaminoglycane wie z. B. Hyaluronsäure nicht kovalent an Kernproteine gebunden, sondern können mit Protoglycanen über nichtkovalente Wechselwirkungen assoziiert sein. Hyaluronsäure kann auch allein auftreten, ohne Assoziation mit Proteinen.
Mischungen verschiedener Spezies von Glucosaminoglycanen oder Proteoglycanen, verschiedene Proteine oder Mischungen von verschiedenen Glucosaminoglycanen oder Proteoglycanen mit Proteinen können bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.
Eine bevorzugte polymere Hydrogel-Zusammensetzung umfasst ein erstes synthetisches Polymer, das unter Verwendung eines zweiten synthetischen Polymers vernetzt ist, wobei das erste synthetische Polymer zwei oder mehr nukleophile Gruppen enthält, und das zweite synthetische Polymer zwei oder mehr elektrophile Gruppen enthält, die fähig sind, kovalente Bindungen mit den nukleophilen Gruppen auf dem ersten synthetischen Polymer zu bilden. Das erste synthetische Polymer enthält bevorzugt zwei oder mehr Aminogruppen oder Thiolgruppen und ist bevorzugt ein synthetisches Polymer, das zwei oder mehr Lysinreste enthält (wie z. B. Poly(lysin)), ein synthetisches Polymer, das zwei oder mehr Cysteinreste enthält, oder ein Polyethylenglycol, das modifiziert worden ist, um zwei oder mehr Amino- oder Thiolgruppen zu enthalten. Das zweite synthetische Polymer ist vorzugsweise ein synthetisches hydrophiles oder hydrophobes Polymer, das zwei oder mehr Succinimidylgruppen enthält. Um ein vernetztes Polymernetzwerk zu bilden enthält das erste synthetische Polymer vorzugsweise drei oder mehr nukleophile Gruppen und das zweite synthetische Polymer enthält vorzugsweise drei oder mehr elektrophile Gruppen. Die nukleophilen Gruppen auf dem ersten synthetischen Polymer reagieren mit den elektrophilen Gruppen auf dem zweiten synthetischen Polymer, um ein kovalent gebundenes, vernetztes Polymernetzwerk zu bilden.
Besonders bevorzugte Biomaterialzusammensetzungen zur Anwendung bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung umfassen Biomaterialien wie z. B. Collagen oder Glucosaminoglycane, vernetzt unter Verwendung von synthetischen hydrophilen Polymeren, wie in den US Patenten Nr. 5,162,430; 5,324,775 und 5,328,955 offenbart. Bevorzugte synthetische hydrophile Polymere zur Anwendung in der vorliegenden Erfindung umfassen funktionell-aktivierte Polyethylenglycole, noch bevorzugter difunktionell-aktivierte Polyethylenglycole. Besonders bevorzugte difunktionell-aktivierte Polyethylenglycole sind in dem US Patent Nr. 5,328,955 offenbart.
Wie in dem US Patent Nr. 5,510,418 des vorliegenden Anmelders offenbart, müssen Glucosaminoglycane im allgemeinen entweder mittels Deacetylierung oder mittels Desulfatierung (oder beidem) chemisch modifiziert werden, um in der Lage zu sein, an synthetische hydrophile Polymermoleküle zu binden. Die Deacetylierung und Desulfatierung können beide durch Zugabe einer starken Base wie z. B. Natriumhydroxid zu dem Glucosaminoglycan durchgeführt werden. Die Deacetylierung und/oder Desulfatierung stellt primäre Aminogruppen auf dem Glucosaminoglycan bereit, die fähig sind, kovalent an funktionelle Gruppen auf synthetischen hydrophilen Polymeren wie verschiedenen Polyethylenglycolderivaten zu binden. Das US Patent Nr. 5,510,418 offenbart ferner Zusammensetzungen, worin Collagen und eine oder mehrere Spezies von Glucosaminoglycan unter Verwendung eines synthetischen hydrophilen Polymers miteinander vernetzt wurden, um ein heterogenes Konjugat zu bilden.
Eine besonders bevorzugte vernetzte Biomaterialzusammensetzung zur Anwendung in der vorliegenden Erfindung umfasst eine Mischung von partikulärem vernetztem fibrillärem Collagen und nichtvernetztem fibrillärem Collagen, die anschließend unter Verwendung eines synthetischen hydrophilen Polymers vernetzt wird, wie in der US Anmeldung Nr. 08/344,040 des vorliegenden Anmelders offenbart. Das partikuläre vernetzte fibrilläre Collagen ist vorzugsweise Glutaraldehyd-vernetztes fibrilläres Collagen und umfasst vorzugsweise zwischen etwa 25 bis etwa 95%, noch bevorzugter zwischen etwa 60 und etwa 80 Gew.-% der Endzusammensetzung. Das nichtvernetzte fibrilläre Collagen umfasst vorzugsweise zwischen etwa 5 bis etwa 75, noch bevorzugter zwischen etwa 20 bis etwa 40 Gew.-% der Endzusammensetzung. Das partikuläre vernetzte fibrilläre Collagen und nichtvernetzte fibrilläre Collagen werden zuerst gemischt und anschließend unter Verwendung eines synthetischen hydrophilen Polymers, das vorzugsweise ein funktionell-aktiviertes Polyethylenglycol ist, miteinander vernetzt.
Eine weitere bevorzugte Biomaterialzusammensetzung ist in der anhängigen US Anmeldung Nr. 08/403,358 des vorliegenden Anmelders offenbart. Diese Anmeldung offenbart eine Biomaterialzusammensetzung, die unter Verwendung von hydrophilen und hydrophoben Vernetzungsmitteln vernetzt wird, die gegenüber einem enzymatischen oder hydrolytischen Abbau beständiger sein können, so dass sie eine größere in vivo Fortdauer (persistence) als vernetzte Biomaterialzusammensetzungen aufweisen, die nur unter Verwendung von hydrophilen Vernetzungsmitteln hergestellt wurden. Bevorzugte hydrophobe Vernetzungsmittel umfassen jedes beliebige hydrophobe Polymer, das zwei oder mehr Succinimidylgruppen enthält oder derart chemisch derivatisiert werden kann, um diese zu enthalten. Kommerziell erhältliche hydrophobe Vernetzungsmittel, die zwei oder mehr Succinimidylgruppen enthalten, umfassen: Disuccinimidyl-suberat, Bis(sulfosuccinimidyl)suberat, Dithiobis(succinimidylpropionat), Bis(2-succinimidooxycarbonyloxy)ethyl-sulfon, 3,3'-Dithiobis(sulfosuccinimidyl)propionat sowie deren Analoga und Derivate. Bevorzugte hydrophile Vernetzungsmittel umfassen synthetische hydrophile Polymere, insbesondere funktionell-aktivierte Polyethylenglycol-Derivate, wie vorstehend angegeben. Die Bezeichnung "Vernetzungsmittel", wie sie in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen eingesetzt wird, soll Mischungen von Vernetzungsmitteln umfassen, wie z. B. eine Mischung eines synthetischen hydrophilen Polymers und eines hydrophoben Polymers, das zwei oder mehr Succinimidylgruppen enthält.
Die Biomaterialzusammensetzung ist vorzugsweise hydrophil, um zu ermöglichen, dass das Biomaterial in situ hydratisiert, wodurch eine enge Verbindung oder starke Haftung zwischen der Collagenzusammensetzung und der biologischen Komponente des Körpers erzeugt wird. Solch eine Haftung am Eigengewebe des Patienten verhindert ein Auslaufen und ermöglicht eine vollständige Blockierung der Öffnung oder des Hohlraums, die oder der blockiert werden soll. Das Wirtsgewebe sorgt auch für ein Umwachsen (incarnatio) über die Zeit, was die Haftung zwischen dem Biomaterial und dem Gewebe weiter verstärkt.
Die Hydrophilie der vorstehend besprochenen vernetzten Biomaterialzusammensetzungen kann wie folgt erhöht werden:

(a) Verwendung von nichtfibrillärem Collagen (insbesondere methylierten Collagen) als Biomaterial, das ein hohes Molverhältnis von synthetischem hydrophilem Polymer zu Collagen erfordert, um eine optimale Vernetzung zu erreichen; oder
(b) Verwendung eines synthetischen hydrophilen Polymers mit höherem Molekulargewicht zur Vernetzung des Biomaterials; oder
(c) Vernetzen einer Mischung eines hydrophilen Glucosaminoglycans wie z. B. Hyaluronsäure und Collagen miteinander unter Verwendung eines synthetischen hydrophilen Polymers.

Wie vorstehend unter (b) und zuvor in der Beschreibung besprochen, kann der Einsatz von nichtfibrillärem Collagen, bevorzugt methyliertem Collagen, als Biomaterial in der vorliegenden Erfindung von Vorteil sein, da methyliertes Collagen ein höheres Molverhältnis von synthetischem hydrophilem Polymer zu Collagen erfordert, um eine optimale Vernetzung zu erreichen, was zu einer Biomaterialzusammensetzung führt, die hydrophiler ist und in situ in größerem Ausmaß hydratisiert im Vergleich zu Zusammensetzungen, die unter Verwendung von fibrillärem Collagen hergestellt wurden. Verfahren zur Vernetzung von chemisch derivatisierten nichtfibrillären Collagenen, einschließlich methylierten und succinylierten Collagenen unter Verwendung von synthetischen hydrophilen Polymeren sind in dem US Patent Nr. 5,565,519 des vorliegenden Anmelders offenbart.
Jede der vorstehend genannten Biomaterialzusammensetzungen kann dehydratisiert werden, um ein festes Produkt zu bilden. Wie in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen verwendet, bedeutet die Bezeichnung "dehydratisiert", dass die Zusammensetzung getrocknet wurde, so dass sie im wesentlichen kein ungebundenes Wasser enthält. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Biomaterialzusammensetzung dehydratisiert, zerhackt oder geschnitten, so dass sie in partikulärer Form vorliegt, wenn sie in einem nichtwässrigen Träger zur Verabreichung mittels Injektion suspendiert wird. Die Biomaterialzusammensetzung wird vorzugsweise in Form einer dünnen Schnur extrudiert, bevor eine wesentliche Vernetzung zwischen dem Biomaterial und dem Vernetzungsmittel aufgetreten ist, dann lässt man die Vernetzung beenden und anschließend wird dehydratisiert. Wie im US Patent Nr. 5,308,889 beschrieben, wird die dehydratisierte vernetzte Schnur anschließend in kleine Stücke zerhackt, vor der Suspension in einem nichtwässrigen Träger in Vorbereitung auf eine Injektion in eine Gewebestelle.
Alternativ dazu kann die Biomaterialzusammensetzung in eine stäbchenförmige Form vor einer wesentlichen Vernetzung extrudiert werden, aus der Form entfernt werden, nachdem die Vernetzung abgeschlossen ist, und anschließend dehydratisiert werden (oder man lässt sie in der Form dehydratisieren). Ein oder mehrere der erhaltenen dehydratisierten vernetzten Biomaterialstäbchen können in den Körper eines Patienten mittels einem Katheter oder unter Verwendung eines weiteren geeigneten Verfahrens implantiert werden.
Nach der Injektion oder Implantation in den Körper eines Patienten werden die wie vorstehend beschrieben hergestellten dehydratisierten vernetzten Biomaterialzusammensetzungen rasch auf ungefähr 5 mal ihre ursprüngliche dehydratisierte Größe rehydratisiert. Das genaue Ausmaß des Anschwellens hängt von der Hydrophilie der Zusammensetzung ab, die durch Variieren des Biomaterials und/oder des Vernetzungsmittels, wie vorstehend beschrieben, erhöht werden kann.
Biomaterialzusammensetzungen zur Anwendung in der vorliegenden Erfindung können ferner ein oder mehrere biokompatible fluide Gleitmittel enthalten, wie z. B. Hyaluronsäure, Dextransulfat, Dextran, succinyliertes nichtvernetztes Collagen, methyliertes nichtvernetztes Collagen, Glucogen, Glycerol, Dextrose, Maltose, Triglyceride von Fettsäuren (wie z. B. Maiskeimöl, Sojabohnenöl und Sesamöl) und Eigelb-Phospholipid.
Verschiedene partikuläre Materialien können ebenfalls in Biomaterialzusammensetzungen zur Anwendung in der vorliegenden Erfindung eingeführt werden. Geeignete partikuläre Materialien umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, keramische Teilchen, partikuläres vernetztes oder nichtvernetztes fibrilläres Collagen, Poly(milchsäure) (poly(lactic)acid; PLA), Poly(glycolsäure) (PGA) und Copolymere davon (PLGA), Calciumcarbonat, Calciumsulfat, Gelatine-Kügelchen, Polytetrafluorethylen-Kügelchen, Siliconkautschuk-Kügelchen, Kügelchen von verschiedenen Hydrogelpolymeren (wie z. B. Polyacrylnitril-Polyacrylamid-Hydrogele), Siliciumcarbid-Kügelchen und Glas-Kügelchen.
Das US Patent Nr. 4,803,075 offenbart injizierbare Zusammensetzungen umfassend eine wässrige Suspension eines partikulären Biomaterials in einem biokompatiblen fluiden Gleitmittel. Das US Patent Nr. 5,352,715 offenbart eine injizierbare Zusammensetzung umfassend Collagen und biokompatible Keramik (vorzugsweise Calciumphosphat, am bevorzugtesten Tricalciumphosphat und/oder Hydroxyapatit-Teilchen innerhalb des Größenbereichs von 50 bis 250 Mikrometer, die in einem pharmazeutisch annehmbaren fluiden Träger vorliegen.
Die Biomaterialzusammensetzungen zur Anwendung in der vorliegenden Erfindung können ferner einen oder mehrere biologisch wirksame Stoffe umfassen. Die Bezeichnung "biologisch wirksamer Stoff" oder "Wirkstoff", wie er in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen eingesetzt wird, bezieht sich auf organische Moleküle, die in vivo biologische Wirkungen ausüben. Beispiele für Wirkstoffe umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Enzyme, Rezeptorantagonisten oder -agonisten, Hormone, Wachstumsfaktoren, autogenes Knochenmark, Antibiotika, antimikrobielle Mittel und Antikörper. Die Bezeichnung "Wirkstoff" (active agent) umfasst auch verschiedene Zelltypen, die in die Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung eingeführt werden können. Die Bezeichnung "Wirkstoff" umfasst ferner auch Kombinationen oder Mischungen von zwei oder mehr Wirkstoffen, wie vorstehend definiert.
Bevorzugte Wirkstoffe zur Anwendung in den Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen Wachstumsfaktoren wie z. B. Wachstumsfaktoren mit mitogenen Eigenschaften (transforming growth factors, TGFs), Fibroblasten-Wachstumsfaktoren (FGFs), von Thrombozyten gebildete Wachstumsfaktoren (platelet derived growth factors, PDGFs), epidermale Wachstumsfaktoren (EGFs), Bindegewebe-aktivierte Peptide (CTAPs), osteogene Faktoren und biologisch wirksame Analoga, Fragmente und Derivate solcher Wachstumsfaktoren. Mitglieder der Wachstumsfaktoren mit mitogenen Eigenschaften (TGF, transforming growth factor) Supergen-Familie, die multifunktionelle regulatorische Proteine darstellen, sind besonders bevorzugt. Mitglieder der TGF-Supergen-Familie umfassen die Beta-mitogenen Wachstumsfaktoren (z. B. TGF-β1, TGF-β2, TGF-β3), knochenmorphogene Proteine (z. B. BMP-1, BMP-2, BMP-3, BMP-4, BMP-5, BMP-6, BMP-7, BMP-8, BMP-9), Heparin-bindende Wachstumsfaktoren (z. B. Fibroblasten-Wachstumsfaktor (FGF), epidermaler Wachstumsfaktor (EGF), Thrombozyten-abstammender Wachstumsfaktor (PDGF), insulinähnlicher Wachstumsfaktor (IGF)); Inhibine (z. B. Inhibin A, Inhibin B), wachstumsdifferenzierende Faktoren (z. B. GDF-1) und Aktivine (z. B. Aktivin A, Aktivin B, Aktivin AB).
Die Mitglieder der TGF-Supergen-Familie sind multifunktionelle regulatorische Proteine. Zum Beispiel ist TGF-β2, ein homodimeres Peptid mit einem Molekulargewicht von 25000, in der Lage, ortsspezifische Heilungsprozesse zu induzieren, indem die Collagensynthese und -ablagerung erhöht werden, sowie in der Lage, Stellen von Weichteilreparatur zu remodellieren. TGF-β2 aktiviert ferner Osteoplasten zur Synthese von Collagen in vitro. Die häufigsten Quellen von TGF-β2 sind Knochen und Blutplättchen (Thrombozyten).
Die Wachstumsfaktoren können aus nativen oder natürlichen Quellen isoliert werden, wie z. B. aus Säugerzellen, oder können synthetisch hergestellt werden, z. B. mittels rekombinanter DNA-Techniken oder mittels verschiedener chemischer Verfahren. Zusätzlich können Analoga, Fragmente oder Derivate dieser Faktoren eingesetzt werden, mit der Maßgabe, dass sie wenigstens einen Teil der biologischen Aktivität des nativen Moleküls aufweisen. Zum Beispiel können Analoga durch Expression von Genen hergestellt werden, welche mittels sequenzspezifischer Mutagenese oder anderen biotechnologischen Techniken verändert wurden.
Die Art des verwendeten biologisch wirksamen Stoffes hängt von der jeweiligen Stelle und dem zu behandelnden Zustand ab. Die Menge an biologisch wirksamem Stoff, der in die Biomaterialzusammensetzung eingeführt wird, variiert in Abhängigkeit der Art, der Konzentration und der Menge des verwendeten Biomaterials, dem Geschlecht, Gewicht, Alter und der medizinischen Vorgeschichte des Patienten sowie der spezifischen zu behandelnden Stelle und Zustand. Im allgemeinen liegt das Gewichtsverhältnis von biologisch wirksamen Stoff zu Biomaterial im Bereich von etwa 1 : 5000 bis etwa 1 : 50000.
Antibiotika oder antimikrobielle Mittel können zu der Biomaterialzusammensetzung zugegeben werden, um die Gefahr einer Infektion an der Behandlungsstelle zu ver ringern. Zusätzlich können lokale Anästhetika an der Injektionsstelle verwendet werden, um Beschwerden zu minimieren. Jedes beliebige geeignete Additiv kann eingesetzt werden, solange es mit dem Biomaterial und dem spezifischen Patienten und der zu behandelnden Erkrankung kompatibel ist.
Die biologisch wirksamen Stoffe können zu dem Biomaterial während der Herstellung oder unmittelbar vor der Behandlung zugegeben werden. Es ist bevorzugt, jedoch nicht erforderlich, dass die biologisch wirksamen Stoffe derart in das Biomaterial inkorporiert werden, dass die Stoffe über eine Abgabe vom Depot-Typ freigesetzt werden. Auf diese Art und Weise können die Stoffe in die Gewebestelle und benachbarte Bereiche freigesetzt werden und üben ihre vorgesehenen therapeutischen Wirkungen über einen verlängerten Zeitraum aus.
Die biologisch wirksamen Stoffe können in die Biomaterialzusammensetzung mittels Beimischung eingeführt werden. Alternativ dazu können die Stoffe kovalent an das Biomaterial unter Verwendung eines Vernetzungsmittels wie z. B. einem funktionell-aktivierten Polyethylenglycol kovalent gebunden werden, oder an das Biomaterial unter Verwendung eines Bindungsliganden affinitätsgebunden werden. Verfahren zur kovalenten Bindung von biologisch wirksamen Stoffen wie z. B. Wachstumsfaktoren an Collagen unter Verwendung eines synthetischen hydrophilen Polymers wie z. B. einem funktionell-aktivierten Polyethylenglycol sind in dem US Patent Nr. 5,162,430 des vorliegenden Anmelders beschrieben. Verfahren zur Affinitätsbindung von biologisch wirksamen Stoffen an Collagen über Bindungsliganden wie z. B. Heparin sind in dem US Patent 5,693,341 des vorliegenden Anmelders beschrieben.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, dass Verfahren zum vollständigen oder partiellen Blockieren, Vergrößern, Verschließen oder Füllen verschiedener Lumen oder Hohlräume innerhalb des Körpers eines Patienten durchgeführt werden. Wie in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen verwendet, umfasst die Bezeichnung "Lumen" verschiedene Hohlorgane oder Gefäße des Körpers, wie z. B. Eileiter, Venen, Arterien, Darm, Luftröhre und ähnliches. Die Bezeichnung "Hohlraum" (void) umfasst jeden beliebigen Hohlraum, der durch angeborene Abnormalitäten, Krankheit, Alter und/oder Chirurgie erzeugt wurde, wie z. B. Entfernung von Tumoren oder anderen Wachstumsmassen. Als solche umfasst die Bezeichnung "Hohlraum" Läsionen, Fissuren, Fisteln, Zysten, Divertikel, Aneurysmen und weitere unerwünschte Hohlräume, die in einem beliebigen Gewebe oder Organ des Körpers vorliegen, und von angeborenen Abnormalitäten, Krankheit, Altern oder Chirurgie herrühren. Beispielsweise können die Verfahren zum Verschließen von Fissuren oder Spalten innerhalb eines Gewebes oder einer Struktur (z. B. einem Gefäß) oder von Verbindungen zwischen benachbarten Geweben oder Strukturen verwendet werden, um das Austreten von Blut oder anderen biologischen Flüssigkeiten zu verhindern.
Gemäß dem allgemeinsten Verfahren wird eine wirksame Menge einer Biomaterialzusammensetzung an die Stelle eines Lumens oder Hohlraums innerhalb des Körpers eines Patienten verabreicht. Die Bezeichnung "wirksame Menge", wie sie in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen eingesetzt wird, steht für die Menge an Biomaterial, die benötigt wird, um die jeweilige biologische Struktur zu vergrößern, zu blockieren oder zu füllen. Die an einen bestimmten Patienten verabreichte wirksame Menge an Biomaterial variiert in Abhängigkeit einer Reihe von Faktoren, einschließlich dem Geschlecht, dem Gewicht, dem Alter und dem allgemeinen Gesundheitszustand des Patienten, der Fähigkeit des Patienten, das Biomaterial zu absorbieren oder abzubauen; der Art, Konzentration und Konsistenz des Biomaterials und der besonderen Stelle und Zustand, die behandelt werden. Das Biomaterial kann über eine Reihe von Behandlungssitzungen verabreicht werden.
Wie vorstehend beschrieben, kann eine wirksame Menge von einem oder mehreren biologisch wirksamen Stoffen wie z. B. einem Wundheilungsmittel, einem Antibiotikum oder einem antimikrobiellen Mittel, in die Biomaterialzusammensetzung eingeführt werden. In diesem Zusammenhang bezieht sich "wirksame Menge" auf die Menge an biologisch wirksamem Stoff, Antibiotikum oder antimikrobiellem Mittel, das zum Erhalten der gewünschten therapeutischen Wirkung benötigt wird, wie z. B. einer verbesserten oder beschleunigten Heilung des Defekts oder Hohlraums, oder der Vorbeugung einer Infektion an der Verabreichungsstelle.
Wie in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen verwendet, bezieht sich die Bezeichnung "wirksame Menge", sowohl in Bezug auf ein Biomaterial als auch in Bezug auf einen biologisch wirksamen Stoff, auch auf jene Menge an Material, die für den jeweiligen Patienten, der der Behandlung unterzogen wird, pharmazeutisch und physiologisch annehmbar ist.
Nach einem bevorzugten Verfahren wird die Biomaterialzusammensetzung mittels Injektion in ein Lumen oder einen Hohlraum, die einer Behandlung bedürfen, verabreicht. Gemäß einem besonders bevorzugten Verfahren werden ein Biomaterial (einschließlich Mischungen von verschiedenen Biomaterialien) und ein Vernetzungsmittel unmittelbar vor der Injektion in die Behandlungsstelle vermischt, anschließend injiziert, bevor eine wesentliche Vernetzung zwischen dem Biomaterial und dem Vernetzungsmittel aufgetreten ist. Dies ermöglicht, dass die Biomaterialzusammensetzung mit der Vernetzung in situ fortfährt und verhindert die Blockierung der Spritzennadel mit geliertem Biomaterial. Ferner kann eine solche in situ Vernetzung die Verankerung des Biomaterials am Wirtsgewebe durch kovalente Bindung mit Collagenmolekülen, die innerhalb des Wirtsgewebes vorliegen, ermöglichen. Bevorzugte Vernetzungsmittel zur Anwendung bei der Durchführung dieses Verfahrens sind synthetische hydrophile Polymere und Mischungen von hydrophilen und hydrophoben Vernetzungsmitteln, wie im vorstehend Abschnitt beschrieben.
Gemäß einem alternativen Verfahren werden vernetzte Biomaterialzusammensetzungen, die wie im vorhergehenden Abschnitt beschrieben hergestellt wurden, in eine gewünschte Gestalt geformt, wie z. B. einem Stäbchen oder einer Schnur und werden anschließend dehydratisiert. Die dehydratisierte Biomaterialzusammensetzung wird dann in ein Lumen oder einen Hohlraum mittels einem Katheter, Endoskop oder weiteren Mitteln implantiert. Sobald es in Kontakt mit biologischen Flüssigkeiten in dem Körper des Patienten ist, rehydratisiert das dehydratisierte Biomaterial und schwillt in der Größe an, um das Lumen oder den Hohlraum zu füllen.
Nach einem weiteren allgemeinen Verfahren wird eine dehydratisierte vernetzte Biomaterialzusammensetzung, wie im vorstehenden Absatz beschrieben, zu kleinen Teilchen zerhackt oder geschnitten, in einem nichtwässrigen Träger suspendiert und anschließend injiziert, um ein Lumen oder Hohlraum, die einer Behandlung bedürfen, zu füllen.
Die vorstehend allgemein beschriebenen Verfahren sind besonders geeignet für eine reversible Form der Geburtenkontrolle oder Sterilität bei Frauen, worin das Biomaterial eingefädelt, injiziert oder implantiert wird, so dass die Eileiter gefüllt oder durch das Biomaterial blockiert sind, wodurch Eier und/oder Spermien daran gehindert werden, durch oder um das Biomaterial herum durchzugehen. Bei Anwendung dieses Ansatzes würde eine Schwangerschaft verhindert werden, da die Eizellen oder Eier, die sich in den Eileitern befinden, nicht in die Gebärmutter austreten würden und keinen Kontakt mit den Spermien haben würden. Die Blockierung und somit die Sterilität oder Geburtenkontrolle ist reversibel durch eine Entfernung des Biomaterials oder eine Resektion des Eileiters nach einer chirurgischen Behandlung, worin der blockierte Abschnitt des Eileiters ausgeschnitten und die übrigen Abschnitte des Eileiters wieder verbunden werden. Es ist bevorzugt, dass die Bereiche der Eileiter, die mit dem Biomaterial blockiert werden, jene sind, die direkt mit der Gebärmutter verbunden sind oder am nächsten zu ihr sind.
Die Verabreichung des Biomaterials für diese therapeutische Indikation kann über einen Katheter oder über Endoskope wie z. B. einem faseroptischen Endoskop, einem Hysteroskop und ähnlichem vorgenommen werden. Siehe "Hysteroscopic Approaches for Tubal Closures," John J. Sciarra, Research Frontiers in Fertility Regulation, 1980, Kapitel 26, Seiten 270–286. Vorzugsweise wird das Biomaterial in die Eileiter unter Verwendung eines Katheters injiziert, z. B. dem "Selective Salpingography Soft Torque^TM Katheter", "VS^TM Recanalization Katheter" oder dem "VS^TM Falloposcopy Katheter" (alle von Conceptus, Inc., San Carlos, CA).
Die Abgabe des Biomaterials mittels Injektion oder Implantation stellt ein Mittel bereit, das Biomaterial zielgerichtet an eine spezifische Stelle oder Lokalisierung einzuführen, wodurch das Biomaterial lokalisiert wird und systemische Nebenwirkungen minimiert werden. Zudem minimiert die Biokompatibilität des Materials jegliche immunologischen Reaktionen des Patienten gegen das Biomaterial. Ferner ist die Verabreichung des Biomaterials über Implantation oder Injektion minimal invasiv und kann im allgemeinen ambulant vorgenommen werden, was zu geringeren Kosten als bei anderen chirurgischen Formen der Sterilität oder Geburtenkontrolle führt. Dieses Verfahren vermeidet auch die Mitwirkungsbereitschaft des Patienten (compliance), da der Patient keine besonderen Anweisungen befolgen muss oder sich daran erinnern muss, andere Formen der Geburtenkontrolle wie z. B. Pillen, Diaphragma und ähnliches einzunehmen oder einzuführen. Es können jedoch zusätzliche Formen der Geburtenkontrolle angewendet werden, sofern erwünscht, insbesondere jene, die eine Krankheitsübertragung verhindern.
Das Biomaterial und die Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung können auch für Trachealokklusionen (Luftröhrenverschluss) für eine in utero Korrektur von fötalen angeborenen Defekten wie z. B. der angeborenen Kinderzwerchfell-Hernie (child congenital diaphragmatic hernia, CDH) verwendet werden. Siehe Longaker et al., "Maternal Outcomes After Open Fetal Surgery: A Review of the First 17 Human Cases", J. Amer. Med. Assoc., 265(6): 737–741 (1991). CDH induziert primär eine Lungen-Hypoplasie, wodurch die Fähigkeit eines Neugeborenen für einen ausreichenden Sauerstoffaustausch verringert wird. Dieser Zustand wird im allgemeinen mittels Ultraschall während der Schwangerschaft diagnostiziert und wird durch die Kompression der sich entwickelnden Lungen durch andere innere Organe verursacht, wie z. B. Darm, Magen oder Leber, aufgrund der Hernation des Zwerchfells. Der Riss des Zwerchfells ermöglicht es, dass die inneren Organe in die Brusthöhle wandern, wodurch die Entwicklung der Lungen eingeschränkt wird, da es weniger Platz für das Lungenwachstum gibt.
Durch Verschluss der fötalen Luftröhre steigt der intrapulmonäre Druck aufgrund der Flüssigkeitsansammlung in den Lungen langsam an. Dieser Druckanstieg treibt die inneren Organe langsam aus der Brusthöhle hinaus und ermöglicht die vollständige Entwicklung der fötalen Lungen, wodurch eine Lungen-Hypoplasie verhindert wird.
Es ist bevorzugt, dass das Verschlussverfahren bei der Geburt leicht umkehrbar ist, so dass der Säugling ohne Schwierigkeiten atmen kann. Glücklicherweise sorgt die Nabelverbindung zwischen Mutter und Kind für ausreichend Zeit, den Verschluss (occlusion) zu entfernen, bevor der Säugling alleine atmen muss. Es ist wichtig, dass die Lungenokklusionsmethode reproduzierbar, zuverlässig, reversibel und atraumatisch ist, wodurch die Gefahr für die Mutter und den Säugling sowohl zum Zeitpunkt der Okklusion als auch bei der Entfernung des Biomaterials, das die Okklusion verursacht, minimiert wird. Ferner dürfen die Wandzellen der Luftröhre wie auch die Luftröhre selbst nicht ernsthaft beschädigt werden.
Die Verabreichung des Biomaterials in die fötale Luftröhre kann mittels einer Injektion vorgenommen werden, unter Verwendung der Ultraschalltechnik oder eines faseroptischen Endoskops als Platzierungshilfe. Das Biomaterial wird innerhalb der Luftröhre eingeführt, um sie vollständig zu füllen, unter Ausbildung einer Säule des Materials. Vorzugsweise wird durch die Luftröhre eine chirurgische Naht oder ein Stich platziert, um das Biomaterial am Platz zu halten. Da sich die Luftröhre größenmäßig erweitert, wenn der Fötus heranreift, ist es wichtig, ein Biomaterial einzusetzen, das expandiert, so dass die Luftröhre weiterhin blockiert ist und das Biomaterial nicht hinausgedrängt wird. Daher ist das bevorzugte Biomaterial für diese Indikation eines, das stark hydrophil ist und mit einer Geschwindigkeit expandieren kann, die gleich ist zu jener der Wachstumsgeschwindigkeit der fötalen Luftröhre. Verfahren zur Erhöhung der Hydrophilie einer Biomaterialzusammensetzung sind in dem vorherigen Abschnitt beschrieben.
Dieses Verfahren der Verabreichung minimiert die chirurgischen Risiken für die Mutter und den Fötus im Vergleich zu anderen Okklusionsmethoden, wie das physikalische Zubinden der Luftröhre (siehe Longaker). Es ermöglicht auch eine einfache Entfernung, da das Biomaterial im allgemeinen geliert und sich in situ verfestigt und einfach mit Pinzetten oder ähnlichen Instrumenten entfernt werden kann. Dieses rasche und einfache Entfernungsverfahren verringert die Zeit ohne Atmung für den neugeborenen Säugling. Um die zeitliche Planung zu optimieren und die Entfernung des Biomaterials zu erleichtern, findet die Geburt im allgemeinen durch einen Kaiserschnitt statt.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht ferner die Durchführung von Verfahren zur Behandlung von unerwünschten Läsionen (Wunden), Fissuren, Divertikeln, Zysten, Fisteln, Aneurysmen oder weiteren unerwünschten Hohlräumen innerhalb des Körpers eines Patienten durch Verabreichung eines Biomaterials an die Stelle dieser Zustände. Das Biomaterial kann z. B. in Fisteln zwischen Eingeweiden oder in die Öffnung oder Mündung eines Organs vom Äußeren des Patientenkörpers injiziert, implantiert oder eingefädelt werden. Das Biomaterial füllt die Defekte, die durch diese pathologischen Zustände gebildet werden, und stimuliert die Fibroblasten-Infiltration und Heilung, was zum Einwachsen des Gewebes führt.
Das Biomaterial kann mittels Injektion durch eine schmale kalibrierte Nadel in eine der Fistelöffnungen eingeführt werden, wobei es die gesamten Verzweigungen der Öffnung füllt und in situ polymerisiert oder vernetzt wird. Alternativ dazu können dehydratisierte Schnüre oder Stäbchen der Materialien (wie vorstehend beschrieben hergestellt) in die Wunden durch eine Öffnung eingefädelt oder mittels einem Katheter eingeführt werden. Verschiedene Typen von Fisteln können nach diesem Verfahren behandelt werden und diese umfassen Analfisteln, arteriovenöse Fisteln Blasenfisteln, Carotis-kavernöse Fisteln, externe Fisteln, Magenfisteln, Darmfisteln, Parietalfisteln, Speichelfisteln, Vaginalfisteln, Anorektalfisteln und ähnliches.
Divertikel können ebenfalls behandelt werden. Diese abnormalen physiologischen Strukturen sind Taschen- oder Sack-Öffnungen eines röhrenförmigen oder sackförmigen Organs, wie z. B. dem Darm, der Blase und ähnlichem und können mit dem Biomaterial gefüllt oder durch dieses erweitert werden. Zysten, die abnormale Säcke mit einer Membranverkleidung sind, die Gas, Flüssigkeit oder semi-festes Material enthalten, können ebenfalls gefüllt werden wie auch Pseudozysten, bei denen es sich um eine Flüssigkeitsansammlung in einer zystenähnlichen Struktur (locule) handelt, jedoch ohne eine Epithelverkleidung oder andere membranartige Verkleidung. Beispiele für Zysten, die behandelt werden können, umfassen seröse Zysten, Talkdrüsenzysten, Dermoidzysten, Knochenzysten und ähnliches.
Ein weiteres Verfahren, das durch die vorliegende Erfindung ermöglicht wird, ist die Verabreichung eines Biomaterials zum vollständigen oder teilweisen Füllen von Hohlräumen, die als Ergebnis einer chirurgischen, chemischen oder biologischen Entfernung von unnötigen oder ungewünschten Wachstumsmassen, Flüssigkeiten, Zellen oder Geweben gebildet wurden. Das Biomaterial kann lokal an der Stelle des Hohlraums verabreicht werden, wodurch das zurückgebliebene und umgebende Gewebe vergrößert wird, um bei dem Heilungsprozess mitzuhelfen und eine Infektion zu minimieren. Dieser Anstieg (augmentation) ist insbesondere für Hohlräume geeignet, die nach einer Tumorentfernung erzeugt werden, wie z. B. nach Brustkrebschirurgie, Chirurgie zur Entfernung von tumorhaftem Bindegewebe, Knochen- oder Knorpelgewebe und ähnlichem.
Bei allen verschiedenen therapeutischen Indikationen, die mittels der vorliegenden Erfindung behandelt werden können, ist es bevorzugt, das Biomaterial genau in die Körperregion von Interesse einzuführen, so dass das Biomaterial entweder während der Behandlung an der Stelle gehalten wird oder für einen ausreichenden Zeitraum an der richtigen Stelle gehalten wird, um eine in situ Polymerisation für gewisse Biomaterialien zu ermöglichen. Das Biomaterial kann durch Verwendung einer Klammer, eines Ballonkatheters, eines Schirms (umbrella), eines chirurgischen Instruments oder ähnlichem lokalisiert werden. Die Injektion eines Biomaterials zwischen einem Doppelballonkatheter kann eingesetzt werden, um das Lumen vor und nach der Katheterspitze zu blockieren.
Ferner gibt es Verfahren, bei denen die endgültige Entfernung des Biomaterials erwünscht oder notwendig ist. In solchen Verfahren sollte das Biomaterial folglich zum Zeitpunkt der Entfernung in einer festen oder semi-festen Form vorliegen. Die Entfernung kann durch physikalische Mittel wie z. B. Chirurgie oder durch mechanische Mittel wie z. B. Druck oder Ansaugen durchgeführt werden. Das Biomaterial kann auch aus einem Lumen mittels Schnüren, Fäden und ähnlichem herausgezogen werden, die fest in dem Biomaterial eingebettet oder mit diesem verknüpft sind, um eine vollständige Entfernung zu ermöglichen.
Ein alternatives Verfahren zur Entfernung ist der in vivo Abbau des Biomaterials, z. B. durch Enzyme wie Collagenase. Die Abbaugeschwindigkeit in vivo und gegebenenfalls die Resorption durch den Körper können durch eine Anzahl von Faktoren gesteuert werden, einschließlich, ohne Beschränkung, der Art, Konzentration und Menge des Biomaterials und/oder Vernetzungsmittel (gegebenenfalls), die verwendet werden. Höher konzentrierte Materialien neigen dazu, eine größere in vivo Fortdauer zu besitzen. Vernetzte Biomaterialzusammensetzungen neigen dazu, in vivo länger als nichtvernetzte Formulierungen fortzudauern, fest vernetzte Biomaterialien (z. B. jene, für welche die Konzentration eines bestimmten eingesetzten Vernetzungsmittels optimiert worden ist) neigen dazu, länger fortzudauern als locker vernetzte Materialien. Wenn funktionell-aktivierte Polyethylenglycole als Vernetzungsmittel eingesetzt werden, können jene, die Etherbindungen enthalten, länger in vivo fortdauern als jene, die Esterbindungen enthalten, aufgrund der größeren Beständigkeit gegenüber einer Hydrolyse der Etherbindungen. Denaturierte Biomaterialien wie z. B. Gelatine (denaturiertes Collagen) zeigen die kürzeste in vivo Lebensdauer.
BEISPIELE
Der folgende experimentelle Abschnitt wird beispielhaft und nicht als Beschränkung angeboten. Die vorliegende Erfindung wird im folgenden ausführlich zum Zwecke der Klarheit und des Verständnisses beschrieben.
Beispiel 1
Meerschweinchenblase-Stresstest
Vernetzte Collagenstäbchen wurden wie folgt hergestellt: Fibrilläres Collagen (65 mg/ml, Collagenkonzentration, erhalten von Collagen Corporation, Palo Alto, CA) wurde unter Verwendung von Spritze-zu-Spritze-Mischen mit difunktionell-aktiviertem SG-PEG vermischt (DSG-PEG, 3800 MW, erhalten von Shearwater Polymers, Huntsville, AL) in einem 1 : 10 Molverhältnis von Collagen zu DSG-PEG. Die Collagen/DSG-PEG-Reaktionsmischung wurde in ein Rohr mit kleinem Durchmesser (ca. 3 mm Innendurchmesser) extrudiert. Die Reaktionsmischung wurde in dem Rohr inkubiert und man ließ sie über Nacht bei 37°C vernetzen. Das Rohr wurde in der Hälfte durchgeschnitten, um das vernetzte Collagengel in Form eines langen Fadens oder Stäbchens zu entfernen, das anschließend in einem Abzug (flow hood) unter Spannung, um es gerade zu halten, luftgetrocknet wurde.
Ein Stäbchen aus vernetztem Collagen, wie vorstehend beschrieben hergestellt, wurde in beide Harnleiter eines Meerschweinchenkadavers eingeführt und auf die richtige Länge geschnitten. Ungefähr 7 cc Wasser mit Fluorescinfarbstoff wurde in die Blase über die Harnröhre unter Verwendung einer feinen kalibrierten Nadel eingeführt, anschließend wurde die Harnröhre oberhalb der Nadeleinstichstelle abgebunden, um das Auslaufen der Blase zu verhindern. Die gefüllte Blase wurde unter ultraviolettem Licht betrachtet und es konnte festgestellt werden, dass das Stäbchen aus vernetztem Collagen nicht entfernt worden war und dass die Blase nicht auslief. Der Harnleiter diente als Modell für eine zellausgekleidete röhrenförmige Struktur, wie sie z. B. in einer Fistel gefunden werden kann.
Beispiel 2
Fötale Luftröhrenokklusion mit vernetztem Collagen für Zwerchfell-Hernie
Schwangere neuseeländische weiße weibliche Kaninchen wurden am Tag 23 der Schwangerschaft (Fälligkeit ist 31 Tage) operiert. Während das Mutterkaninchen unter einer allgemeinen Anästhesie stand, wurde die Gebärmutter freigelegt und die Fruchtblasen von einzelnen Föten wurden identifiziert. In einem Fötus wurde eine Zwerchfell-Hernie über eine linke Thorakotomie erzeugt, indem das Zwerchfell mit Zangen gefasst wurde und mit feinen Scheren geschnitten wurde. Der Fötus wurde zugenäht und in die Gebärmutter zurückgelegt.
Eine ähnlich erzeugte Zwerchfell-Hernie wurde an einem zweiten Fötus durchgeführt, dieser Fötus besaß jedoch eine Luftröhrenokklusion. Die Okklusion wurde mittels einer Mittelliniensektion der fötalen Luftröhre und Injektion einer mit dem Vernetzungsmittel gemischten Collagensuspension durch eine 25-Gauge Nadel direkt in die Luftröhre an der Lungenseite der Sektion durchgeführt. Der zweite Fötus wurde zugenäht und in die Gebärmutter zurückgelegt.
Ein dritter Fötus wurde einer Luftröhrenokklusion ohne Erzeugung einer Zwerchfell-Hernie unterzogen. Die übrigen Föten ließ man in der Gebärmutter ohne chirurgische Eingriffe entwickeln.
Nach der Operation der Föten wurde die Gebärmutter zugenäht und die Schwangerschaft ging bis zum Tag 30 weiter, zu diesem Zeitpunkt wurden die Föten getötet.
Das Feuchtlungengewicht und das Gesamtkörpergewicht der individuellen Föten wurden gemessen, und das Verhältnis von fötalem Feuchtlungengewicht zu Gesamtkörpergewicht (LW/BW) wurde berechnet, wie in der folgenden Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1 Fötales Feuchtlungengewicht und Gesamtkörpergewicht

DHTO: Zwerchfell-Hernie und Luftröhrenokklusion mit vernetztem Collagen
DH: nur Zwerchfell-Hernie
NO: keine Operation

Die in der Tabelle 1 dargestellten Ergebnisse zeigen, dass das vernetzte Collagen in der Lage ist, die Luftröhre zu verschließen, was zu einer normalen Lungenentwicklung in dem fötalen Kaninchen führt.

Claims

Verwendung eines Biomaterials, gebildet aus einem Polymer und einem Vernetzungsmittel in Suspension oder Lösung, bei der Herstellung eines Arzneimittels zur Verwendung in einem Verfahren zum vollständigen oder teilweisen Blockieren, Vergrößern, Verschließen oder Füllen eines biologischen Lumens oder Hohlraums im Körper eines Patienten umfassend das Verabreichen einer wirksamen Menge des Biomaterials in das Lumen oder den Hohlraum, wobei das Vernetzungsmittel ein hydrophiles Vernetzungsmittel oder eine Mischung von hydrophilen und hydrophoben Vernetzungsmitteln ist.
Die Verwendung gemäß Anspruch 1, worin das Polymer ein polymeres Hydrogel, ein Protein, ein synthetisches Polypeptid, ein Glucosaminoglycan, ein Proteoglycan oder Mischungen davon ist.
Die Verwendung gemäß Anspruch 2, worin das Polymer in dem verabreichbaren Arzneimittel in dem vernetzten Zustand vorliegt.
Die Verwendung gemäß Anspruch 2, worin das Biomaterial verabreicht wird, bevor eine wesentliche Vernetzung des Polymers stattgefunden hat.
Die Verwendung gemäß Anspruch 3 oder 4, worin das Polymer ein Protein ist.
Die Verwendung gemäß Anspruch 5, worin das Protein Collagen ist.
Die Verwendung gemäß Anspruch 6, worin das Collagen fibrilläres Collagen ist.
Die Verwendung gemäß Anspruch 7, worin das Collagen eine Mischung von partikulärem vernetztem fibrillärem Collagen und nichtvernetztem fibrillärem Collagen umfasst.
Die Verwendung gemäß Anspruch 8, worin das partikuläre vernetzte fibrilläre Collagen zwischen 25% bis 95% und das nichtvernetzte fibrilläre Collagen zwischen 5% bis 75 Gew.-% des Biomaterials umfasst.
Die Verwendung gemäß Anspruch 6, worin das Collagen nichtfibrilläres Collagen ist.
Die Verwendung gemäß Anspruch 10, worin das nichtfibrilläre Collagen methyliertes Collagen ist.
Die Verwendung gemäß Anspruch 6, worin das Collagen denaturiertes Collagen ist.
Die Verwendung gemäß Anspruch 3 oder 4, worin das Polymer ein Glucosaminoglycan darstellt, das Hyaluronsäure, Chondroitinsulfat A, Chondroitinsulfat C, Dermatansulfat, Keratansulfat, Keratosulfat, Chitin, Chitosan, Heparin oder ein Derivat davon ist.
Die Verwendung gemäß Anspruch 13, worin das Glucosaminoglycan Hyaluronsäure ist.
Die Verwendung gemäß Anspruch 2, worin das Polymer eine vernetzte Mischung von Collagen und einer oder mehrerer Spezies von Glucosaminoglycan umfasst.
Die Verwendung gemäß Anspruch 1, worin das Vernetzungsmittel ein Aldehyd, Carbodiimid, Epoxid oder Imidazol ist.
Die Verwendung gemäß Anspruch 1, worin das Vernetzungsmittel ein synthetisches hydrophiles Polymer ist.
Die Verwendung gemäß Anspruch 17, worin das synthetische hydrophile Polymer ein funktionell aktiviertes Polyethylenglycol ist.
Die Verwendung gemäß Anspruch 18, worin das synthetische hydrophile Polymer ein difunktionell aktiviertes Polyethylenglycol ist.
Die Verwendung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Biomaterial aus dem Polymer und einer Mischung von hydrophilen und hydrophoben Vernetzungsmitteln gebildet wird.
Die Verwendung gemäß Anspruch 20, worin das hydrophobe Vernetzungsmit tel ein hydrophobes Polymer ist, das vor dem Binden mit dem Biomaterial zwei oder mehr Succinimidylgruppen enthält.
Die Verwendung gemäß Anspruch 21, worin das hydrophobe Polymer ein Disuccinimidylsuberat, Bis(sulfosuccinimidyl)suberat, Dithiobis(succinimidylpropionat), Bis(2-succinimidooxycarbonyloxy)ethylsulfon, 3,3'-Dithiobis(sulfosuccinimidyl)propionat oder ein Analogon oder ein Derivat davon ist.
Die Verwendung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Biomaterial ein polymeres Hydrogel ist, das ein erstes synthetisches Polymer umfasst, das unter Verwendung eines zweiten synthetischen Polymers vernetzt wird, wobei das erste synthetische Polymer zwei oder mehr nukleophile Gruppen enthält und das zweite synthetische Polymer zwei oder mehr elektrophile Gruppen enthält, die im Stande sind, mit den nukleophilen Gruppen auf dem ersten synthetischen Polymers kovalente Bindungen zu bilden.
Die Verwendung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Biomaterial zusätzlich aus einem oder mehreren biokompatiblen flüssigen Gleitmitteln besteht, ausgewählt aus Hyaluronsäure, Dextransulfat, Dextran, succinyliertes nichtvernetztes Collagen, methyliertes nichtvernetztes Collagen, Glycogen, Glycerol, Dextrose, Maltose, Fettsäuretriglyceride und Eigelbphospholipid; und/oder das Biomaterial zusätzlich aus einem partikulärem Material gebildet wird, ausgewählt aus keramischen Teilchen, vernetztem oder nichtvernetztem partikulärem fibrillärem Collagen, Gelatinekügelchen, Polytetrafluorethylenkügelchen, Silikonkautschukkügelchen, Kügelchen von verschiedenen Hydrogelpolymeren, Siliciumcarbidkügelchen, Glaskügelchen und Mischungen davon; und/oder das Biomaterial zusätzlich aus einer wirksamen Menge von einem oder mehreren biologisch wirksamen Mitteln gebildet wird.
Die Verwendung gemäß Anspruch 24, worin die biologisch wirksamen Mittel ausgewählt werden aus Mitteln zur Wundheilung, Antibiotika und antimikrobiellen Mitteln.
Die Verwendung gemäß Anspruch 25, worin das biologisch wirksame Mittel ein Mittel zur Wundheilung ist, ausgewählt aus transformierenden Wachstumsfaktoren (transforming growth factors, TGFs), Fibroblasten-Wachstumsfaktoren (fibroblast growth factors, FGFs), Plättchen-abhängigen Wachstumsfaktoren (platelet derived growth factors, PDGFs), epidermale Wachstumsfaktoren (epidermal growth factors, EGFs), Bindegewebe-aktivierte Peptide (connective tissue activated peptides, CTAPs), osteogene Faktoren und biologisch wirksame Analoga, Fragmente und Derivate davon.
Die Verwendung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Lumen ein Eileiter, eine Luftröhre, eine Arterie, eine Vene oder ein Darm ist; und/oder der Hohlraum ein Aneurysma, Wunde, Fissur, Fistel, Zyste oder ein Divertikel irgendeines Organs ist.
Die Verwendung gemäß Anspruch 1, worin der Hohlraum im Körper eines Patienten als ein Ergebnis einer chirurgischen, chemischen oder biologischen Entfernung von unnötigen oder unerwünschten Verwachsungen, Fluiden, Zellen oder Geweben vorliegt.
Die Verwendung gemäß Anspruch 3, worin das vernetzte Biomaterial dehydratisiert wird und nach der Verabreichung rehydratisiert und größenmäßig anschwillt, wodurch ermöglicht wird, dass das Biomaterial das Lumen oder den Hohlraum blockiert oder füllt.
Die Verwendung gemäß Anspruch 29, worin das dehydratisierte vernetzte Biomaterial in partikulärer Form vorliegt, in einem pharmazeutisch verträglichen nichtwässrigen Träger suspendiert, und durch Injektion in das Lumen oder den Hohlraum verabreicht wird.
Die Verwendung gemäß Anspruch 29, worin das dehydratisierte vernetzte Biomaterial in Stäbchenform für eine Verabreichung in das Lumen oder den Hohlraum über einen Katheder oder ein Endoskop vorliegt.
Die Verwendung gemäß einem der Ansprüche 1, 2, 3 und 5–31, worin das Arzneimittel für eine Anwendung mittels Injektion oder Implantation ist, wonach das Biomaterial rehydratisiert und größenmäßig anschwillt, wodurch ermöglicht wird, dass das Biomaterial teilweise oder vollständig das Lumen oder den Hohlraum blockiert oder füllt.
Die Verwendung gemäß einem der Ansprüche 1, 2 und 4–28, worin das Arzneimittel für eine Anwendung mittels Injektion ist und worin das Arzneimittel verabreicht wird, bevor eine wesentliche Vernetzung stattgefunden hat.