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Technisches
Gebiet
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Diese Erfindung bezieht sich auf
implantierbare biologische Gewebetransplantatkonstrukte, die für verschiedene
medizinische Anwendungen geeignet sind, und das Verfahren zur Herstellung
derartiger Transplantatkonstrukte. Im Besonderen wird submucosales
Gewebe verwendet, um rohrförmige, mehrschichtige
Konstrukte unterschiedlichen Durchmessers zu bilden. Die Gewebetransplantatkonstrukte
haben Anwendungen als arterielle und venöse Transplantate, als Ureter-
und Urethra-Ersatz und für verschiedene
Kanäle
und Shunts.
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Hintergrund
der Erfindung
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Forscher auf dem Gebiet der Chirurgie
hatten langjährig
gearbeitet, um neue Techniken und Materialien zur Verwendung als
Transplantate zu entwickeln, um beschädigte oder kranke Gewebestrukturen
zu ersetzen oder wiederherzustellen, insbesondere Knochen und Bindegewebe
wie beispielsweise Sehnen und Bänder,
und um eine Heilung von Brüchen
zu beschleunigen. Es ist heutzutage beispielsweise für einen
orthopädischen
Chirurgen durchaus üblich,
eine Patellarsehne autogenen oder allogenen Ursprungs zur Verwendung
als ein Ersatz für
ein gerissenes Kreuzband zu ernten. Die chirurgischen Verfahren
für derartige
Techniken sind gut bekannt. Des Weiteren ist es für Chirurgen üblich geworden aus
Kunststoff, Metall und/oder keramischen Materialien geformte implantierbare
Prothesen zur Rekonstruktion oder zum Ersatz von physiologischen
Strukturen zu verwenden. Trotz deren weiten Verwendung zeigen gegenwärtig verfügbare Prothesen,
die chirurgisch implantiert sind, viele begleitende Risiken für den Patienten.
Daher besteht bei Chirurgen ein Be darf nach einem nicht-immunogenen,
hochzugfestem Transplantatmaterial, welches für die chirurgische Wiederherstellung
von Knochen, Sehnen, Bändern
und anderen funktionellen Gewebestrukturen verwendet werden kann.
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Erst kürzlich haben Forscher daran
gearbeitet, biologische Gewebe zur Verwendung als Implantate und
zur Verwendung bei der Wiederherstellung von beschädigten oder
kranken Geweben zu entwickeln, da Kunststoffe und polymere Materialien
an diesen medizinischen Anwendungen Rückschritte aufweisen. Während Kunststoffe
und Polymere einige wünschenswerte
mechanische Eigenschaften (beispielsweise Zugfestigkeit) haben können, wurde es
gefunden, dass Kunststoffe infiziert wurden, und es wurde berichtet,
dass Kunststoffe in vasculären Anwendungen
eine Thrombogenese induzieren.
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Aus natürlichen Geweben hergestellte
röhrenförmige Prothesen
wurden in den letzten Jahren bei der chirurgischen Wiederherstellung
und dem Ersatz von kranken oder beschädigten Blutgefässen bei
menschlichen Patienten weit verbreitet eingesetzt. Natürliche Gewebeprothesen
fallen in drei allgemeine Klassen: autogene, homologe und heterologe
Prothesen. Gewebeprothesen aus autogenem Material wurden aus Geweben
hergestellt, die aus dem eigenen Körper des Patienten entnommen
wurden (beispielsweise saphenose Adertransplantate). Die Verwendung
von derartigen Prothesen eliminiert die Möglichkeit der Abstoßung der
implantierten Prothesen, aber sie erfordern eine mehr extensive
und zeitaufwändige
chirurgische Intervention mit innewohnenden Risiken für den Patienten.
Homologe natürliche
Gewebeprothesen werden aus Gewebe hergestellt, das von anderen Menschen
entnommen ist, während
heterologe natürliche
Gewebeprothesen aus Gewebe von anderen Arten hergestellt wird. Die Verwendung
von homologen und heterologen Nabelschnurgefäßen, wie beispielsweise vasculären und ureteralen
Prothesen, sind in den US-Patenten Nr. 3,894,530; 3,974,526 und
3,988,782 offenbart.
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Des Weiteren wurden autogene vasculäre Prothesen,
die aus Lagen von pericardialem Gewebe hergestellt wurden, von Yoshio
Sako, „Prevention
of Dilation in Autogenous Venous and Pericardial Grafts in the Thoracic
Aorta," Surgery,
30, Seiten 128–160 (1951)
und durch Robert G. Allen und Francis H. Cole, Jr., „Modified
Blalock Shunts Utilizing Pericardial Tube Grafts," Jour., Pediatr.
Surg., 12(3), Seiten 287–294
(1977). Heterologe vasculäre
Prothesen, die aus Lagen von pericardialem Gewebe von Schweinen
hergestellt wurden, sind offenbart worden von Ornvold K. et al., „Structural
Changes of Stabilized Porcine Pericardi – um after Experimental and Clinical
Implantation," in
Proc., Eur. Soc. for Artif. Organs, Vol. VI, Genf, Schweiz (1979).
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Die notwendigen Charakteristika einer
röhrenförmigen vasculären Prothese
sind biologische Kompatibilität,
adäquate
Festigkeit, Widerstandsfähigkeit
gegenüber
Infektionen, Widerstand gegenüber
biologischer Degradation, nicht-Thrombogenizität und Fehlen der Bildung von
Aneurysmen. In dieser Anmeldung verwendet, bedeutet der Begriff
biologische Kompatibilität,
dass die Prothese nicht-toxisch in der in vivo-Umgebung von deren
beabsichtigter Verwendung ist und nicht durch das physiologische
System des Patienten abgestoßen
wird (d. h. nicht-antigenisch ist). Des Weiteren ist es wünschenswert,
dass die Prothese in der Lage ist, zu ökonomischen Kosten in einer
breiten Vielzahl von Längen,
Durchmessern und Gestalten (beispielsweise gerade, kurvenförmig, gabelförmig) herstellbar
ist, an dem Körper
des Patienten und gegenüber
anderen röhrenförmigen Prothesen
der gleichen oder unterschiedlichen Art schnell anastomisiert wird
und in der Verwendung eine Dimensionsstabilität aufweist.
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GB-A-1195992 spezifiziert ein mehrschichtiges
submucosales röhrenförmiges Vasculärtransplantat.
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Wie in dem US-Patent 4,902,508 offenbart, wurden
vasculäre
Transplantatkonstrukte, die submucosales Darmgewebe enthalten, zuvor
beschrieben und zum Ersatz von beschädigten oder kranken Vasculärgeweben
verwendet. Die vasculären
Transplantatkonstrukte wurden durch Einführung eines Glasstabes von
geeignetem Durchmesser in das Lumen des submucosalen Gewebes und
Handvernähung
entlang der Naht des submucosalen Gewebes hergestellt. Die Vasculärtransplantate
aus submucosalem Gewebe sind während
der Chirurgie antiseptisch hergestellt und beanspruchen typischerweise einen
Chirurgen für
ungefähr
eine halbe Stunde zu deren Herstellen. Daher sind vorgefertigte,
vorsterilisierte Transplantate mit unterschiedlichen Durchmessern
wünschenswert,
um zu vermeiden, dass Zeit für
die Herstellung der Transplantatkonstrukte während des chirurgischen Vorganges
eingesetzt wird.
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Die US-A-4,502,159 beschreibt ein
rohrförmiges
Transplantat hergestellt aus pericardialem Gewebe, vorzugsweise
mit Ursprung aus Knochen, mit Längskanten,
die miteinander vernäht
sind, um das röhrenförmige Transplantat
zu bilden.
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Die Erstellung einer röhrenförmigen Prothese
der korrekten Länge
und Gestalt vereinfacht die Implantation und verlängert die
Funktionalität
des Implantats. Beispielsweise kann eine röhrenförmige Prothese, welche für die beabsichtigte
Anwendung zu lang ist, nach der Implantation abknicken, wobei die
Implantation einer Prothese, die zu kurz ist, übermäßige Spannung auf das Anastomoses
an dessen Enden ausüben,
wodurch ein Trauma auf das Anastomoses resultiert. Daher würde es wünschenswert sein,
eine Anordnung von röhrenförmigen Prothesen bereitzustellen,
die in dem Durchmesser variiert und die in jedem Punkt zwischen
deren Enden wieder auf eine gewünschte
Länge geschnitten
werden kann, ohne anderweitig die Prothese substanziell zu beschädigen.
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine röhrenförmige Prothese
enthaltend submucosales Gewebe und ein Verfahren zur Herstellung
einer derartigen Prothesen. Submucosales Gewebe, das in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung herge stellt wurde, wurde zuvor als
ein biokompatibles, nichtthrombogenes Transplantatmaterial beschrieben,
das die Wiederherstellung von beschädigtem oder krankem Wirtsgewebe
fördert.
Eine Vielzahl von Studien zeigte, dass die Submucosa von warmblütigen Wirbeltieren
in der Lage ist, eine Vermehrung von Wirtsgewebe zu induzieren,
Gewebestrukturen nachfolgend einer Implantation in einer Vielzahl von
in vivo Mikroumgebungen zu remodellieren und regenerieren, einschließlich dem
unteren Harntrakt, Körperwand,
Sehne, Band, Knochen cardiovasculäre Gewebe und das zentrale
Nervensystem. Nach der Implantation wurden eine zelluläre Infiltration
und eine schnelle Neovasculärisation
beobachtet und das submucosale Material wird in das Wirtsaustauschgewebe
mit lagespezifischen strukturellen und funktionellen Eigenschaften
remodelliert.
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Submucosales Gewebe kann aus verschiedenen
Gewebequellen erhalten werden, von für die Fleischproduktion gezüchteten
Tieren einschließlich beispielsweise
Schweinen, Rindern und Schafen oder anderen warmblütigen Wirbeltieren
geerntet werden. Insbesondere wird die Submucosa aus einer Vielzahl
von Gewebequellen isoliert, einschließlich dem Nahrungs-, Atmungs-,
Darm-, Harn- oder
Genitaltrakt von warmblütigen
Wirbeltieren. Im Allgemeinen wird Submucosa aus diesen Gewebequellen durch
Delamination der Submucosa von sowohl den glatten Muskelschichten
und den mucosalen Schichten hergestellt. Die Herstellung von Darmsubmucosa ist
beschrieben und beansprucht in dem US-Patent Nr. 4,902,508. Harnblasensubmucosa
und deren Herstellung ist beschrieben in dem US-Patent Nr. 5,554,389,
dessen Offenbarung hiermit ausdrücklich durch
Inbezugnahme mit eingeschlossen ist. Magensubmucosa wurde ebenfalls
unter Verwendung ähnlicher
Gewebezubereitungstechniken erhalten und charakterisiert. Eine solche
ist beschrieben in der US-A-6,099,567 mit dem Titel „STOMACH
SUBMUCOSA DERIVED TISSUE GRAFT",
eingereicht am 10. Dezember 1996. Zusammengefasst, wird Magensubmucosa
aus einem Segment des Magens in einer Prozedur hergestellt, die ähnlich der
Herstellung von Darmsubmucosa ist. Ein Segment von Magengewebe wird
zunächst
einer Abbrasion unter Verwendung einer Streichbewegung in Längsrichtung unterworfen,
um die äußeren Schichten
(insbesondere die glatten Muskelschichten) und die luminalen Bereiche
der Tunika Mucosa Schichten zu entfernen. Das resultierende submucosale
Gewebe hat eine Dicke von ungefähr
100 bis ungefähr
200 Mikrometer und besteht primär
(größer als
98%) aus azellularem, eosinophilfärbendem (H&E Färbung) extrazellulärem Matrixmaterial.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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In Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung wird eine implantierbare röhrenförmige Prothese enthaltend submucosales
Gewebe in der Form eines Röhrchens
hergestellt. Das röhrenförmige Konstrukt
weist ein erstes Blatt (Lage) von submucosalem Gewebe auf, welches
in die Form eines mehrlagigen Röhrchens
aus submucosalem Gewebe gerollt ist, und ein zweites Blatt aus submucosalem
Gewebe, welches um das Röhrchen
aus submucosalem Gewebe herum gewickelt ist. Das zweite Blatt von submucosalem
Gewebe wird auf das Röhrchen
aus submucosalem Gewebe herübergelegt,
so dass eine erste Kante in Kontakt mit dem submucosalem Gewebe
ist und die zweite gegenüberliegende
Kante entweder mit der ersten Kante vernäht ist oder sich über die
erste Kante hinaus erstreckt und mit dem zweiten Blatt eines submucosalen
Gewebes vernäht ist.
Die mehrlagigen röhrenförmigen Transplantatkonstrukte
nach der vorliegenden Erfindung wurden geformt, um fluiddichte Nähte zu haben
und können geformt
werden, um mit dem durch das Transplantatkonstrukt zu ersetzende
endogene Gewebe passend zu sein.
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Des Weiteren wird in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren für die Herstellung eines implantierbaren
Gewebetransplantatkonstrukts bereitgestellt, welches in der Form
eines Röhrchens
mit einer sich längs
entlang der Länge des
Transplantats erstreckenden Naht gebildet ist, wobei die Naht abgedichtet
wurde, um der Bewegung von Fluiden aus dem Lumen durch die Naht
zu dem Äußeren des
Röhrchens
zu widerstehen. Ein Verfahren der Bildung des röhrenförmigen submucosalen Konstrukts
nach der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Schritte:
- A Übereinanderlegen
eines Blattes (Lage) von submucosalem Gewebe um den Umfang eines Dorns,
um ein Röhrchen
aus submucosalem Gewebe mit einem mehrlagigen überlappenden Bereich zu bilden;
- B Fixierung der submucosalen Gewebeschichten in dem überlappenden
Bereich miteinander;
- C Überziehen
eines zweiten Blattes von submucosalem Gewebe auf das Röhrchen aus
submucosalem Gewebe, um ein zweites Röhrchen aus submucosalem Gewebe
zu bilden, wobei die Naht des zweiten Röhrchens aus submucosalem Gewebe
durch Nähte
abgedichtet ist; und
- D Kompression der übergezogenen
Schichten aus submucosalem Gewebe unter dehydratisierenden Bedingungen.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Konstruktion
von mehrlagigen röhrenförmigen Transplantatkonstrukten
aus Lagen aus submucosalem Gewebe, wobei die Wandungen der geformten
röhrenförmigen Prothese
keinerlei Perforationen enthält, die
einen direkten Durchgang aus dem Lumen des Röhrchens zu der äußeren Oberfläche gestattet.
Die mehrlagige röhrenförmige Prothese
nach der vorliegenden Erfindung hat eine ausreichende Festigkeit und
Haltbarkeit, um in vasculären
Anwendungen ohne Leckage oder Versagen der röhrenförmigen Prothese verwendet zu
werden.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung
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Die Erfindung wird des Weiteren in
Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen beschrieben, die bevorzugte Ausführungsbeispie le der Erfindung einschließlich spezifischer
Teile und Anordnungen von Teilen zeigen. Es ist beabsichtigt, dass
die Zeichnungen, die als ein Teil dieser Beschreibung eingeführt sind,
die bevorzugten Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung veranschaulichen und sie sollten in keiner
Weise als eine Beschränkung
des Schutzumfangs der Erfindung betrachtet werden.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer Kompressionskammer mit einem
mit submucosalem Gewebe überzogenen
Dorn, der in das Lumen der Kompressionskammer eingeführt ist.
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2 ist
eine Schnittansicht der Kompressionskammer nach 1.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht eines einzelnen Streifens aus submucosalem
Gewebe der helikal um den Dorn gewunden ist.
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4 ist
eine Schnittansicht eines mit submucosalem Gewebe überzogenen
Dorns, wobei ein Ende des Dorns abgedichtet wurde und das offene Ende
mit Vakuum beaufschlagt wird.
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5a ist
eine perspektivische Ansicht eines einzelnen Streifens eines wasserdurchlässigen Materials,
welches um einen viellöchrigen
Dorn gewunden ist.
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5b ist
eine perspektivische Ansicht eines viellöchrigen Dorns, der mit einem
einzelnen Streifen eines wasserdurchlässigen Materials umwickelt
ist, und ein erstes Blatt aus submucosalem Gewebe.
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5c ist
eine perspektivische Ansicht eines viellöchrigen Dorns, der mit einem
einzelnen Streifen aus wasserdurchlässigem Material umwickelt ist,
ein erstes Blatt aus submucosalem Gewebe und ein zweites Blatt aus
submucosalem Gewebe.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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In vielen medizinischen Anwendungen
ist eine implantierbare röhrenförmige Prothese
aus biologischem Gewebe wünschenswert.
Die vorliegende Erfindung stellt ein mehrlagiges Transplantatkonstrukt
aus biologischem Gewebe mit beliebiger Länge und beliebigem Durchmesser
bereit. Das Produkt kann manipuliert werden, um verschiedenen medizinischen
Anwendungen zu dienen, in welchen ein röhrenförmiges Konstrukt oder eine
Leitung gewünscht ist.
Beispiele von möglichen
Anwendungen sind Arterien- und
Venentransplantate, Ureter- und Urethra-Ersatzprodukte und verschiedene
Kanäle
und Shunts. Das Verfahren der Herstellung der röhrenförmigen Konstrukte nach der
vorliegenden Erfindung beinhaltet die Herstellung eines Blattes
aus submucosalem Gewebe in Übereinstimmung
mit dem US-Patent 4,902,508 und Überziehen
des Gewebes um einen Dorn mit geeignetem Durchmesser, um ein Röhrchen aus
submucosalem Gewebe zu bilden. Das Blatt aus submucosalem Gewebe
kann mehrere Male um den Dorn herum gewickelt werden, um ein mehrlagiges
Röhrchen
aus submucosalem Gewebe zu bilden. Ein zweites Blatt aus submucosalem
Gewebe wird anschließend
um den Umfang des gebildeten Röhrchens
aus submucosalem Gewege gewickelt und das Ende der zweiten Lage
aus submucosalem Gewebe wird mit dem Transplantatkonstrukt vernäht, um eine
wasserdichte Naht zu bilden, die sich längs entlang der Länge des
Röhrchens
erstreckt. Das submucosale Gewebe wird anschließend unter dehydratisierenden
Bedingungen komprimiert und wahlweise erwärmt, um die unitäre röhrchenförmige Prothese
nach der vorliegenden Erfindung zu erzeugen.
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Submucosales Gewebe, welches zur
Verwendung in der Bildung des vorliegenden Transplantatkonstrukts
geeignet ist, weist natürlich
assoziierte extrazelluläre
Matrixproteine, Glycoproteine und andere Faktoren auf. Insbesondere
schließen
die submucosalen Gewebe zur erfindungsgemäßen Verwendung Darmsubmucosa,
Magensubmucosa, Harnblasensubmucosa und Uterussubmucosa ein. Submucosales
Darmgewebe ist ein bevorzugtes Material und insbeson dere Submucosa
des Dünndarms.
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Geeignetes submucosales Darmgewebe weist
typischerweise die Tunica Submucosa auf, die von sowohl der Tunica
muscularis und wenigstens dem luminalen Bereich der Tunica mucosa
delaminiert ist. In einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung enthält
das submucosale Darmgewebe die Tunica submucosa und basiläre Bereiche
der Tunica mucosa einschließlich
dem Lamina muscularis mucosa und dem Stratum compactum, wobei es bekannt
ist, dass diese Schichten in der Dicke und in der Definition in
Abhängigkeit
von der Quelle der Wirbeltierart variieren.
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Die Herstellung von submucosalem
Darmgewebe zur Verwendung in Übereinstimmung
mit dieser Erfindung ist beschrieben in dem US-Patent Nr. 4,902,508. Ein Segment des
Darms eines Wirbeltieres, vorzugsweise geerntet von einer Schweine-, Schaf-
oder Rinderart, ohne aber andere Arten auszuschließen, wird
einem Materialabtrag unter Verwendung einer längsgerichteten Streichbewegung unterworfen,
um die äußeren Schichten,
die glatte Muskelgewebe enthalten, und die am weitesten innenliegenden
Lage, d. h. den luminalen Bereich der Tunica mucosa, zu entfernen.
Das submucosale Gewebe wird mit Salzlösung gewaschen und wahlweise sterilisiert.
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Als ein Gewebetransplantat unterliegt
submucosales Gewebe einer Remodellierung und induziert das Wachstum
von endogenen Geweben bei der Implantation in einen Wirt. Es ist
erfolgreich in vasculären
Transplantaten, zur Wiederherstellung von Harnblasen und Hernie,
Ersatz und Wiederherstellung von Sehnen und Bändern und Hauttransplantaten
verwendet worden. Wenn die Transplantatkonstrukte in derartigen
Anwendungen verwendet werden, scheinen diese nicht nur als eine
Matrix für
das Wiederwachstum der durch die Transplantatkonstrukte ersetzten
Gewebe zu dienen, sondern fördern oder
induzieren derartiges Wiederwachstum von endogenem Gewebe. Übliche Ereignisse
bei diesen Remodellierungsverfahren schließen ein: weitverbreitete und
sehr schnelle Neovasculärisation,
Vermehrung der Granulation von mesenchymalen Zellen, Biodegradation/Resorption
von implantiertem submucosalem Darmgewebematerial und Fehlen einer
Immunabstoßung.
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Die röhrenförmigen submucosalen Gewebetransplantatkonstrukte
nach der vorliegenden Erfindung können unter Verwendung konventioneller
Sterilisationstechniken sterilisiert werden, einschließlich Glutaraldehydgerbung,
Formaldehydgerbung bei saurem pH-Wert, Behandlung mit Propylenoxid
oder Ethylenoxid, Gasplasmasterilisation, Gammabestrahlung, Elektronenbestrahlung,
Peressigsäuresterilisation.
Sterilisationstechniken, welche die mechanische Festigkeit, Struktur
und biotropen Eigenschaften des submucosalen Gewebes nicht nachteilig
beeinflussen, sind bevorzugt. Beispielsweise kann starke Gammastrahlung
einen Verlust an Festigkeit der Blätter aus submucosalem Gewebe
bewirken. Bevorzugte Sterilisationstechniken umfassen die Exposition
des Transplantats gegenüber
Peressigsäure,
1–4 Mrad
Bestrahlung (mehr bevorzugt 1–2,5
Mrad an Gammabestrahlung), Behandlung mit Ethylenoxid oder Gasplasmasterilisation;
Peressigsäuresterilisation
ist das am meisten bevorzugte Sterilisationsverfahren. Typischerweise
wird das submucosale Gewebe zwei oder mehr Sterilisationsprozessen
unterworden. Nachdem das submucosale Gewebe sterilisiert ist, beispielsweise
durch chemische Behandlung, kann das Gewebe in einer Kunststoff-
oder Folienumhüllung
eingewickelt und erneut unter Verwendung von Elektronenstrahl- oder
Gammabestrahlungs-Sterilisationstechniken sterilisiert werden.
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Submucosales Gewebe kann in einem
hydratisierten oder dehydratisierten Zustand gelagert werden. Lyophilisiertes
oder luftgetrocknetes submucosales Gewebe kann rehydriert und in Übereinstimmung
mit dieser Erfindung ohne signifikanten Verlust von dessen biotropen
und mechanischen Eigenschaften verwendet werden.
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Die Blätter (Lagen) von submucosalem
Gewebe können
wie in dem US-Patent Nr. 5,275,826 beschrieben ist, konditioniert
werden, um die viskoelastischen Eigenschaften des submucosalen Gewebes
zu verändern.
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
wird Submucosa, die von der Tunica muscularis und dem luminalen
Bereich der Tunica mucosa delaminiert ist, konditioniert, um eine
Beanspruchung von nicht mehr als 20% zu haben. Das submucosale Gewebe
wird durch Dehnung, chemische Behandlung, enzymatische Behandlung
oder Exposition des Gewebes gegenüber anderen Umgebungsfaktoren
konditioniert. Nach einem Ausführungsbeispiel
werden die Streifen von submucosalem Darmgewebe durch Dehnung in
einer Längsrichtung
oder lateralen Richtung konditioniert, so dass die Streifen von
submucosalem Darmgewebe eine Beanspruchung von nicht mehr als 20%
haben.
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In einem Ausführungsbeispiel wird das submucosale
Gewebe durch Dehnung des Transplantatmaterials in Längsrichtung
zu einer Länge
gedehnt, die länger
als die Länge
des submucosalen Gewebes ist, aus welchem das Transplantatkonstrukt
gebildet wurde. Ein Verfahren der Konditionierung des Gewebes durch
Dehnung beinhaltet die Anwendung einer gegebenen Belastung auf das
submucosale Gewebe für
drei oder fünf
Zyklen. Jeder Zyklus besteht aus der Anwendung einer Belastung auf
das Transplantatmaterial für
fünf Sekunden,
gefolgt von einer Relaxationsphase für zehn Sekunden. Drei oder
fünf Zyklen
erzeugen ein Dehnungskonditioniertes Transplantatmaterial mit reduzierter
Beanspruchung. Das Transplantatmaterial geht nicht unmittelbar in
dessen ursprüngliche
Größe zurück, es verbleibt
in einer „gedehnten" Dimension. Wahlweise
kann das Transplantatmaterial durch Dehnung in der lateralen Richtung
vorkonditioniert werden.
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Nach einem Ausführungsbeispiel wird das submucosale
Gewebe unter Verwendung von 50% der vorbestimmten Grenzbelastung
gedehnt. Die „Grenzbelastung" ist die maximale
Belastung, die auf das submucosale Gewebe angewandt werden kann, ohne
dass dies in einem Versagen des Gewebes (d. h. dem Bruchpunkt des
Gewebes) resultiert. Die Grenzbelastung kann für einen gegebenen Strei fen von
submucosalem Gewebe basierend auf der Quelle und der Dicke des Materials
vorhergesagt werden. Dementsprechend umfasst ein Verfahren der Konditionierung
des Gewebes durch Dehnung die Anwendung von 50% der vorhergesagten
Grenzbelastung der Submucosa für
drei bis zehn Zyklen. Jeder Zyklus besteht aus der Aufbringung einer
Belastung auf das Transplantatmaterial für fünf Sekunden, gefolgt von einer
Relaxationsphase für
zehn Sekunden. Das resultierende konditionierte submucosale Gewebe hat
eine Beanspruchung von weniger als 30%, typischerweise eine Beanspruchung
von ungefähr
20% bis ungefähr
28%. Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
weist konditioniertes submucosales Gewebe eine Beanspruchung von
nicht mehr als 20% auf. Der Begriff Beanspruchung, wie er hier verwendet
wird, bezieht sich auf den maximalen Wert der Gewebeelongation vor
dem Versagen des Gewebes, wenn das Gewebe unter einer aufgebrachten Belastung
gedehnt wird. Es ist ausgedrückt
als eine Prozentangabe der Länge
des Gewebes vor der Belastung. Die konditionierten Submucosastreifen
können
verwendet werden, um das röhrenförmige Konstrukt
zu bilden oder alternativ kann das röhrenförmige Konstrukt nach dessen
Bildung konditioniert werden.
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Die röhrenförmigen Transplantatkonstrukte nach
der vorliegenden Erfindung werden als ein Mehrlaminat-Konstrukt
gebildet, in welchem ein erstes Blatt (Lage) von submucosalem Gewebe
in die Gestalt eines Röhrchens
aus submucosalem Gewebe geformt wird und ein zweites Blatt über das
Röhrchen
aus submucosalem Gewebe gelegt wird. Die Dimensionen der individuellen
Blätter
des verwendeten submucosalen Gewebes sind nicht kritisch und der
Begriff „Blatt
aus submucosalem Gewebe" ist
hier definiert, um submucosales Gewebe aus einer oder mehreren Quellen
von Wirbeltieren oder Organen in einer weiten Vielzahl von Größen und
Formen zu umfassen. Nachdem das zweite Blatt aus submucosalem Gewebe
auf dem Dorn schichtenförmig
aufgebracht ist, wird Druck auf die überlappenden Bereiche aufgebracht,
um die Submucosa gegen den Dorn zu drücken. In bevorzugten Ausführungsformen
sind die Oberflächen
des Dorns wasserdurchlässig.
Der Begriff „wasserdurchlässige Oberfläche" wie er hier verwendet
wird, umfasst Oberflächen,
die wasserabsorbierend, mikroporös
oder makroporös
sind. Makroporöse
Materialien umfassen perforierte Platten oder Siebe, die aus Kunststoff,
Metall, Keramik oder Holz hergestellt sind.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
die Vielzahl von Schichten des submucosalen Gewebes unter dehydratisierenden
Bedingungen komprimiert. Der Begriff „dehydratisierende Bedingungen" ist definiert, um
jegliche mechanische oder Umgebungsbedingung zu umfassen, welche
die Entfernung von Wasser aus dem submucosalen Gewebe fördert oder
induziert. Um die Dehydratation des komprimierten submucosalen Gewebes
zu fördern ist
wenigstens eine der beiden das Gewebe komprimierenden Oberflächen wasserdurchlässig. Die
Dehydratation des Gewebes kann wahlweise ferner durch Anwendung
von Blotting Materialien, Erwärmung
des Gewebes oder Blasen von Luft über das Äußere der zusammengedrückten Oberflächen gefördert werden.
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Submucosales Gewebe hat typischerweise eine
abluminale und eine luminale Oberfläche. Die luminale Oberfläche ist
die submucosale Oberfläche, die
dem Lumen der Organquelle zugewandt ist und typischerweise benachbart
zu einer inneren Mucosaschicht in vivo ist, wobei die abluminale
Oberfläche die
submucosale Oberfläche
ist, die von dem Lumen der Organquelle wegweist und typischerweise
in vivo in Kontakt mit glattem Muskelgewebe ist. In einer Ausführungsform
sind ein oder mehrere Blätter
von submucosalem Gewebe auf dem Dorn aufgewickelt, wobei die luminale
Oberfläche
des submucosalen Gewebes in Kontakt mit der Dornoberfläche ist.
Die luminale Oberfläche
des Blattes von submucosalem Gewebe ist daher dem Lumen des geformten
Röhrchens
aus submucosalem Gewebe zugewandt. Das Röhrchen aus submucosalem Gewebe
kann jedoch ebenso aus einem oder mehreren Blätter von submucosalem Gewebe
gebildet werden, wobei die abluminale Oberfläche dem Lumen des gebildeten
röhrchenförmigen Transplantatkonstrukts
zugewandt ist.
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In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform
wird eine röhrchenförmige Prothese
enthaltend ein erstes Blatt von submucosalem Gewebe, welches in
der Gestalt eines Röhrchens
aus submucosalem Gewebe geformt ist, und ein zweites Blatt aus submucosalem
Gewebe, welches umfänglich
um und in anhaftendem Kontakt mit dem Röhrchen aus submucosalem Gewebe
umwickelt ist, hergestellt, wobei die durch das Endstück des zweiten
Blattes aus submucosalem Gewebe gebildete Naht vernäht ist,
um eine wasserdichte Abdichtung zu bilden. Das Röhrchen aus submucosalem Gewebe
weist das erste Blatt aus submucosalem Gewebe auf, welches eine
erste Kante und eine zweite gegenüberliegende Kante aufweist,
die in der Gestalt eines Röhrchens geformt
sind, wobei die zweite gegenüberliegende Kante
des ersten Blattes sich über
die erste Kante des ersten Blattes ausdehnt, um einen mehrfach geschichteten überlappenden
Bereich aus submucosalem Gewebe zu definieren. Wie er hier verwendet wird,
bezieht sich der Begriff „überlappender
Bereich" auf den
Bereich des mehrschichtigen Röhrchens,
der durch einen Überlappungswinkel
(θ) definiert
ist, der sich zwischen der ersten und der zweiten Kante des ersten
Blattes des als Röhrchen
geformten submucosalen Gewebes erstreckt (siehe 5b). Die submucosalen Gewebeschichten
in dem überlappenden Bereich
sind unter Verwendung von dem Fachmann bekannter Standardtechniken
miteinander fixiert. Alternativ können die submucosalen Gewebeschichten miteinander
durch Behandlung des Gewebes mit Glutaraldehyd und „Vakuumverpressung" der überlappenden
Gewebeschichten behandelt sein, wie nachfolgend beschrieben ist.
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In einem Ausführungsbeispiel sind die Vielzahl
von Schichten aus submucosalem Gewebe in dem Überlappungsbereich miteinander
durch Behandlung mit einem Vernetzungsmittel, beispielsweise einem
Aldehyd wie beispielsweise Formaldehyd oder mehr bevorzugt Glutaraldehyd,
miteinander fixiert. In einem Ausführungsbeispiel kann die in
dem Röhrchen
aus submucosalem Gewebe gebildete Naht „punktgeschweißt" sein, um sicherzustellen, dass das
Endstück
sich nicht löst.
In Übereinstimmung
mit diesem Ausführungsbeispiel
wird ein mit χ%
Glutaraldehyd (oder anderes vernetzungsmittel oder adhäsives Mittel)
befeuchtetes Wattestäbchen entlang
des die Naht bildenden überlappenden
Bereichs gestrichen. Der Wert für χ ist ungefähr 0,1 bis ungefähr 1,0%,
mehr bevorzugt ungefähr
0,5%, aber es besteht eine Beziehung zwischen der Nahtweite, der
Konzentration an Glutaraldehyd und der Anzahl von Durchläufen, die
den Berstdruck bestimmt. In einer Ausführungsform kann das gesamte
Transplantatkonstrukt in eine verdünnte Lösung von Glutaraldehyd (enthaltend
ungefähr
0,1 bis ungefähr
1,0% Glutaraldehyd) eingetaucht und anschließend unter dehydratisierenden
Bedingungen komprimiert werden, um die Vielzahl von Schichten des
Röhrchens aus
submucosalem Gewebemiteinander zu fixieren. Zusätzlich können die Vielzahl von Schichten
aus submucosalem Gewebe in dem Überlappungsbereich
miteinander vernäht
werden, und in einem Ausführungsbeispiel
sind die Schichten des überlappenden
Bereichs durch Nähte
in Abwesenheit einer Behandlung mit einem Vernetzungsmittel miteinander vernäht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
ist das durch das erste Blatt aus submucosalem Gewebe gebildete
Röhrchen
aus submucosalem Gewebe derart gebildet, dass die erste und die
zweite gegenüberliegende
Kante des ersten Blattes aus submucosalem Gewebe im Wesentlichen
parallel zueinander sind, wie in 1 und 5b gezeigt ist. In dieser Ausführungsform
ist das Blatt aus submucosalem Gewebe in die Gestalt eines Röhrchens
mit einer Vielzahl von Schichten gerollt. Typischerweise weist das
Röhrchen
aus submucosalem Gewebe zwei Schichten aus submucosalem Gewebe auf
und die mehrfach überlappende
Region weist drei Schichten aus submucosalem Gewebe auf.
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Das Transplantatkonstrukt nach der
vorliegenden Erfindung weist des Weiteren ein zweites Blatt aus
submucosalem Gewebe auf, wobei das zweite Blatt in anhaftendem Kontakt
mit der äußeren Oberfläche des
Röhrchens
aus submucosalem Gewebe ist. In einem Ausführungsbeispiel sind die erste und
die zweite gegenüberliegende
Kante des zweiten Blattes aus submucosalem Gewebe miteinander über die
Länge des
Röhrchens
aus submucosalem Gewebe ohne Perforation des darunter liegenden Röhrchens
aus submucosalem Gewebe miteinander vernäht. In einer alternativen Ausführungsform
erstreckt sich die zweite gegenüberliegende
Kante des zweiten Blattes über
die erste Kante des zweiten Blattes und ist mit dem zweiten Blatt
aus submucosalem Gewebe ohne Perforation des darunter liegenden
Röhrchens
aus submucosalem Gewebe vernäht.
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In bevorzugten Ausführungsformen
ist der überlappende
Bereich des Röhrchens
aus submucosalem Gewebe von den Nähten, die in dem zweiten Blatt
aus submucosalem Gewebe ausgebildet sind, versetzt angeordnet (d.
h. der überlappende
Bereich steht nicht in Kontakt mit dem vernähten Bereich des zweiten Blattes).
In einem Ausführungsbeispiel
sind die in dem zweiten Blatt aus submucosalem Gewebe gebildeten
Nähte 90
bis 180° entlang
des Umfangs des Röhrchens
aus submucosalem Gewebe in Bezug auf den überlappenden Bereich angeordnet,
und in einem Ausführungsbeispiel
sind die Nähte
180° entlang
dem Umfang des Röhrchens
aus submucosalem Gewebe in Beziehung auf den überlappenden Bereich angeordnet
(siehe 5c).
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In Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel
weist die röhrchenförmige Prothese
ein erstes Blatt aus submucosalem Gewebe mit einer ersten und einer
zweiten Kante auf, die im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet
sind, welches in die Gestalt eines mehrschichtigen Röhrchens
mit einem überlappenden
Bereich gerollt ist, wobei die erste und die zweite Kante im Wesentlichen
parallel zueinander in dem geformten Röhrchen verbleiben und die Schichten
des überlappenden
Bereichs miteinander mit Nähten
oder durch Aussetzung gegenüber
einem Vernetzungsmittel miteinander fixiert sind. Das röhrchenförmige Konstrukt
weist des Weiteren ein zweites Blatt aus submucosalem Gewebe auf,
welches an die äußere Oberfläche des
gebildeten Röhrchens aus
submucosalen Gewebe angehaftet ist, wobei das zweite Blatt, welches
im Wesentlichen parallel zueinander angeordnete erste und zweite
Kanten aufweist, umfänglich
um das Röhrchen
aus submucosalem Gewebe gewickelt ist und die erste und zweite Kante
miteinander durch Nähte
fixiert sind.
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In Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel
ist die röhrchenförmige Prothese
nach der vorliegenden Erfindung durch die folgenden Schritte gebildet:
ein Dorn mit einem Durchmesser, der mit dem bevorzugten Durchmesser
des endgültigen Konstrukts
angepasst ist, wird ausgewählt.
Der Dorn ist typischerweise von zylindrischer Gestalt und weist in
bevorzugten Ausführungsformen
ein hohles Röhrchen
auf, welches wasserdurchlässig
ist. Ein erstes Blatt aus submucosalem Gewebe mit einer ersten Kante
und einer zweiten gegenüberliegenden
Kante wird anschließend
auf den Dorn aufgezogen, um ein Röhrchen aus submucosalem Gewebe
zu bilden, wobei die zweite gegenüberliegende Kante des ersten
Blattes aus submucosalem Gewebe sich über die erste Kante des ersten
Blattes aus submucosalem Gewebe hinaus erstreckt, um einen mehrschichtigen überlappenden
Bereich aus submucosalem Gewebe zu definieren. Die submucosalen
Gewebeschichten in dem überlappenden
Bereich werden anschließend miteinander
fixiert, um eine Naht zu bilden, die sich entlang der Länge des
gebildeten Röhrchens
erstreckt. Ein zweites Blatt aus submucosalem Gewebe, welches eine
erste Kante und eine zweite gegenüberliegende Kante aufweist,
wird anschließend
auf das Röhrchen
aus submucosalem Gewebe übergelegt
und die zweite gegenüberliegende
Kante des zweiten Blattes aus submucosalem Gewebe ist mit dem übergelegten
zweiten Blatt aus submucosalem Gewebe entlang der Länge des
Röhrchens
aus submucosalem Gewebe ohne Perforation des Röhrchens aus submucosalem Gewebe
vernäht.
In einer anderen Ausführungsform
sind die erste und die zweite Kante des zweiten Blattes aus submucosalem Gewebe
miteinander vernäht,
um ein einzelnes geschichtetes zweites Röhrchen zu bilden, welches das erste
Röhrchen
aus submucosalem Gewebe umschließt. Die Schichten aus submucosalem
Gewebe werden anschließend
unter dehydra tisierenden Bedingungen gegen den Dorn gepresst.
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Die Erfindung wird des Weiteren mit
Bezug auf bevorzugte Ausführungsbeispiele
beschrieben werden, wie sie in den Figuren veranschaulicht sind. Bezug
nehmend auf 1 ist ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
eines Dorns 10 zur Umwickelung von Blättern (Lagen) biologischen
Gewebes veranschaulicht. Der Dorn 10 ist ein hohles Metall-
oder Kunststoffrohr mit Löchern 12 in
der Wandung des Rohres entlang eines Bereichs desselben oder, alternativ,
entlang der gesamten Länge
des Metallrohres. Die Größe der Löcher in
dem Dorn 10 ist nicht kritisch, vorausgesetzt, dass der
Dorn ausreichend porös
ist, um eine Dehydratation des submucosalen Gewebes bei Kompression
des umwickelten submucosalen Gewebes 14 zu ermöglichen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der Dorn ein Metallrohr und, insbesondere, besteht das Metallrohr aus
Aluminium. Submucosales Gewebe 14 wird auf den Dorn 10 aufgezogen,
um ein mehrlagiges Röhrchen
aus submucosalem Gewebe zu bilden. Der mit submucosalem Gewebe bedeckte
Dorn wird anschließend
in den luminalen Raum einer Kompressionskammer 20 eingeführt, die
in einem Ausführungsbeispiel
verwendet wird, um das erfindungsgemäße röhrenförmige Konstrukt herzustellen.
Die Kompressionskammer 20 weist eine äußere Hülle 22, einen Blase 24 und
eine druckbeaufschlagbare Öffnung 26 auf.
Die Blase 24 kann an der inneren Wandung der äußeren Hülle 22 durch
verschiedene Techniken angebracht oder angehaftet sein, beispielsweise
mit einem Klebemittel oder durch Wärmeverbindung. Wie in 2 gezeigt, ist der umwickelte
Dorn 10 in der Kompressionskammer 20 eingeführt, wobei
die innere Membran 18 der Blase 24 das submucosale
Gewebe 14 kontaktiert und komprimiert, wenn ein Fluid in
die druckbeaufschlagbare Öffnung 26 eingeführt wird,
um die Blase 24 aufzublasen. Die Blase 24 wird auf
einen gewünschten
Druck aufgeblasen und der Druck wird aufrechterhalten, bis dass
das submucosale Gewebe ausreichend dehydratisiert worden ist.
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Wahlweise kann das Kompressions-
und Trocknungsverfahren mit einer Erwärmung des Gewebetransplantatkonstrukts
auf niedrige Temperaturen (d. h. weniger als ungefähr 50°C) unterstützt werden.
Des Weiteren kann Luft- oder ein Inertgas (beispielsweise Stickstoff)
durch das Lumen des Dorns als eine Alternative oder ein zusammenwirkendes Mittel
zur Förderung
des Trocknungsprozesses durchgeleitet werden. Das/die durch das
Lumen gezogene Luft/Gas kann wahlweise erwärmt werden, um die Geschwindigkeit
des Dehydratationsprozesses weiter zu beschleunigen. Die in den
Wandungen des Dorns 10 ausgebildeten Löcher 12 unterstützen den
Trocknungsprozess des submucosalen Gewebes 14, ihre Struktur
repräsentiert
jedoch lediglich eine Ausführungsform
eines Dorns, die zur erfindungsgemäßen Verwendung geeignet ist
(siehe 1). Der Dorn
kann ebenfalls als ein massiver Zylinder ausgebildet sein oder als
ein Rohr ohne Löcher.
Nach einer Ausführungsform
weist der Dorn ein hohles Rohr mit in der Wandung des Dorns ausgebildeten
Löchern
auf, und die Kompression des submucosalen Gewebes wird durch das
Ziehen eines Vakuums auf das Lumen des Dorns unterstützt.
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Alternativ kann die Kompression des
submucosalen Gewebes durch kontinuierliches Rollen des Dorns erzielt
werden, der die aufgewickelten Blätter aus biologischem Gewebe
in direktem Kontakt mit einer anderen Oberfläche zur Bereitstellung einer
direkten Kompressionskraft aufweist. Zusätzlich kann in einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel,
wie in 4 gezeigt, die
Anwendung eines Vakuums die gesamte Kompressionskraft zur Kompression
der überlappenden
Bereiche der mehrfachen Streifen aus submucosalem Gewebe bereitstellen
(Vakuumpressung). In dieser Ausführungsform
ist ein Dorn 30, der als ein hohles Rohr mit einer Vielzahl
von in der Wandung des Dorns 30 ausgebildeter Löcher 32 versehen
ist, mit mehreren Schichten von submucosalem Gewebe 34 überzogen.
Der Dorn 30 ist mit einem Stopfen 36 zur Abdichtung
des ersten Endes des Dorns 30 und einer endständigen Öffnung 40 zur Abführung von
Luft aus dem Lumen des Dorns versehen. Die endständige Öffnung 40 ist mit
einer vakuumerzeugenden Quelle verbunden und ein Vakuum wird auf
das Lumen des Dorns 30 gezo gen, wodurch Luft durch die
Vielzahl von Schichten des submucosalen Gewebes gezogen wird, während die
Gewebe gegeneinander zusammengedrückt werden. Eine undurchlässige Schicht
kann um die Vielzahl von Lagen aus submucosalem Gewebe umgewickelt sein
(beispielsweise kann der Dorn in einem Plastikbeutel 44 angeordnet
sein, der mit einer Klammer 46 an der Vakuumöffnung abgedichtet
ist), um eine zweite Oberfläche
bereitzustellen, die mit dem Dorn 30 zusammenwirkt, um
die mehreren Lagen aus submucosalem Gewebe 34 zwischen
der zweiten Oberfläche
und dem Dorn 30 zusammenzudrücken. Ein Vakuum wird aufgebracht,
im Allgemeinen in dem Bereich von 474,5–2370 hPa (35,6–177,8 cm
Hg oder 0,49–2,46
Kg/cm2) und mehr bevorzugt ist das aufgebrachte
Vakuum ungefähr
1726,5 hPa (129,5 cm Hg oder 1,76 Kg/cm2).
Wahlweise kann eine Heizdecke auf der Oberseite der Apparatur platziert
werden, um das submucosale Gewebe während der Kompression des Gewebes
zu erwärmen.
Nach der Kompression des submucosalen Gewebes für einen ausreichenden Zeitraum
wird das komprimierte submucosale Gewebe von dem Dorn als ein einheitlich zusammenhängendes
Gewebekonstrukt entfernt.
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Die mehrfachen Streifen von submucosalem Gewebe
werden typischerweise für
12 bis 48 Stunden bei Raumtemperatur komprimiert, obwohl Wärme ebenfalls
angewandt werden kann. Beispielsweise kann eine wärmende Decke
auf das Äußere der komprimierenden
Oberflächen
aufgebracht werden, um die Temperatur der komprimierten Gewebe auf ungefähr 40°C bis ungefähr 50°C zu erhöhen. Die überlappenden
Bereiche werden üblicherweise
für eine
Zeitdauer komprimiert, die durch den Grad der Dehydratation des
Gewebes bestimmt ist. Die Verwendung von Wärme erhöht die Dehydratationsrate und
verringert daher die Zeitdauer, die für die überlappenden Bereiche des Gewebes
zu deren Kompression benötigt
wird. Typischerweise wird das Gewebe für eine ausreichende Zeit komprimiert,
um ein steifes aber flexibles Material zu erzeugen. Eine ausreichende
Dehydratation des Gewebes wird ebenfalls durch eine Erhöhung der
Impedanz eines durch das Gewebe fließenden elektrischen Stromes
angezeigt. Wenn die Impe danz um 100–200 Ohm angestiegen ist, ist
das Gewebe ausreichend dehydratisiert und der Druck kann verringert
werden.
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In dem in 5a gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Dorn 50 zuerst
mit einem wasserdurchlässigen,
entfernbaren, porösen
Bandmaterial 52 umwickelt, bevor die Blätter aus submucosalem Gewebe
auf den Dorn 50 aufgelegt werden. Vorzugsweise weist das
entfernbare Bandmaterial 52 ein wasserdurchlässiges Material
auf, welches gegenüber
Zugausübung
widerstandsfähig
ist, einschließlich ein
poröses
Kunststoffmaterial oder anderes Material, welches nicht an dem submucosalen
Gewebe oder dem Dorn anhaftet. In einem Ausführungsbeispiel weist das poröse Bandmaterial 52 einen
umbilikalen Streifen auf. Die Schichten aus submucosalem Gewebe
werden anschließend
direkt auf dem Bandmaterial schichtenartig aufgebracht und getrocknet, um
ein unitäres
röhrenartiges
Konstrukt zu bilden. Nach der Trocknung des submucosalen Gewebes wird
das poröse
Bandmaterial 52 von dem Dorn 50 durch Ziehen an
dem ersten Ende 54 und dem zweiten Ende 56 des
wasserdurchlässigen
Materials 52 abgewickelt (siehe 5a). Die Entfernung des Bandes aus wasserdurchlässigem Material 52 belässt einen
Raum zwischen dem submucosalen Konstrukt und dem Dorn 50,
was die Entfernung des Konstruktes von dem Dorn ermöglicht.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel,
wie in den 5a–5c gezeigt, umfasst das Verfahren
zur Bildung des Konstruktes die Auswahl eines wasserdurchlässigen,
hohlen Dorns 50 mit geeignetem Durchmesser, eine spiralförmige Umwickelung
des Dorns 50 mit einem Streifen aus porösem Bandmaterial 52,
beispielsweise einem umbilikalen Streifen. Der Dorn ist vorzugsweise
wasserdurchlässig
und in einem Ausführungsbeispiel
mit einer Vielzahl von Löchern
versehen. Anschließend
wird die gewünschte Anzahl
von Umwickelungen eines ersten Blattes aus submucosalem Gewebe 60 aufgebracht,
wobei eine „Umwickelung
aus submucosalem Gewebe" als
ein Stück
aus submucosalem Gewebe definiert ist, das um 360° um den Dorn
gewickelt ist. Typischerweise stellen ein oder zwei Umwickelungen
eine Berstfestigkeit von ungefähr
1333,2– 2666,4
hPa (1000–2000 mmHg)
nach der unten beschriebenen Herstellung bereit. Das erste Blatt
aus submucosalem Gewebe 60 wird auf den Dorn 50 durch
eine Rollbewegung mit einer gewünschten
Anzahl von Schichten (typischerweise zwei) und einem überlappenden
Bereich 62 (definiert durch einen Überlappungswinkel (θ), der sich
zwischen der ersten Kante 64 und der zweiten gegenüberliegenden
Kante 66 des ersten Blattes aus submucosalem Gewebe 60 erstreckt)
aufgebracht, um ein Röhrchen
aus submucosalem Gewebe mit einem sich in Längsrichtung erstreckenden überlappenden
Bereich 62 zu bilden, der die Naht des Röhrchens
bildet (5b). Der Überlappungswinkel
liegt typischerweise in dem Bereich von ungefähr 20° bis ungefähr 90°, insbesondere typischerweise
ungefähr 20° bis ungefähr 40°, und in
einem Ausführungsbeispiel
ist der Überlappungswinkel
ungefähr
30°. Das submucosale
Gewebe wird auf den Dorn aufgewickelt, wobei das erste Ende 54 und
das zweite Ende des wasserdurchlässigen
Materials 56 exponiert belassen werden.
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Nach einem Ausführungsbeispiel kann die Naht
des umwickelten Gewebes „punktverschweißt" sein, um sicherzustellen,
dass die zweite gegenüberliegende
Kante 66 sich nicht löst.
In Übereinstimmung
mit dieser Ausführungsform
wird ein mit χ% Glutaraldehyd
(oder anderem vernetzenden oder adhäsivem Mittel) befeuchteten
Wattestäbchen über die Oberfläche des
Bereichs des submucosalen Gewebes gestrichen, der den Überlappungsbereich 62 bildet.
Der Wert für χ ist ungefähr 0,1 bis
ungefähr 1,0%,
mehr wahrscheinlich ungefähr
0,5%, aber es besteht eine Beziehung zwischen der Weite des überlappenden
Bereichs 62, der Konzentration an Glutaraldehyd und der
Anzahl der Durchläufe,
die den Berstdruck bestimmen. Die Schichten aus submucosalem Gewebe,
die den überlappenden
Bereich bilden, kann ebenso durch Eintauchen des gesamten Röhrchens
aus submucosalem Gewebe in eine Lösung eines Vernetzungsmittels
wie beispielsweise Glutaraldehyd vernetzt werden, um sicherzustellen, dass
sich das Endstück
nicht löst.
Das mit Glutaraldehyd behandelte Röhrchen aus sub mucosalem Gewebe
kann wahlweise unter dehydratisierenden Bedingungen komprimiert
werden, bevor die zweite Schicht aus submucosalem Gewebe über das
Röhrchen
aus submucosalem Gewebe aufgebracht wird (einschließlich Verwendung
von Vakuumpressung), um die Schichten aus submucosalem Gewebe weiter miteinander
zu verbinden.
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Alternativ kann die Naht des Röhrchens
aus submucosalem Gewebe durch Vernähung der mehreren Lagen des
Röhrchens
aus submucosalem Gewebe entlang dem Überlappungsbereich fixiert
werden. Die Verwendung von Nähten
macht den Bedarf einer Vernetzung der Schichten aus submucosalem Gewebe
des überlappenden
Bereichs entbehrlich.
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In Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung kann das erste Blatt aus submucosalem Gewebe auf den Dorn
in einer Vielzahl unterschiedlicher Orientierungen aufgewickelt
werden. In einem Ausführungsbeispiel
haben die Blätter
eine Weite, die gleich der Länge
des Dornes ist, so dass ein einzelnes Blatt den Dorn vollständig abdeckt,
wenn dieses um 360° um
den Dorn gewickelt ist (siehe 5b).
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Andere Umwickelungstechniken können verwendet
werden, um das erste Blatt aus submucosalem Gewebe zu einem Röhrchen aus
submucosalem Gewebe zu formen, sofern gegeben ist, dass keine Lücken zwischen
den Nähten
der überlappenden Gewebe
existieren. In einer Ausführungsform
kann das Blatt aus submucosalem Gewebe eine Weite von weniger als
der gewünschten
Länge des
gebildeten Röhrchens
aus submucosalem Gewebe haben. In dieser alternativen Ausführungsform
wird ein schmales Blatt aus submucosalem Gewebe 80 mehrere Male
um den Dorn 82 gewickelt, wobei das Blatt wenigstens teilweise überlappt,
wenn dieses auf den Dorn aufgezogen wird, wobei kein Bereich des
darunter liegenden Dorns exponiert verbleibt (siehe 3). Der Dorn ist wasserdurchlässig und
in einer Ausführungsform
mit einer Vielzahl von Löchern 84 versehen.
Das Ausmaß der Überlappung
in derartigen teilweise überlappenden
Blättern
aus submucosalem Gewebe liegt in dem Bereich zwischen 10 bis 60%
der Weite des einzelnen Blattes und mehr bevorzugt ist der überlappende
Bereich ein 50%iger Überlapp.
In einer Ausführungsform
können
mehrere Stücke
aus submucosalem Gewebe auf dem Dorn übereinandergelegt werden, sofern
gegeben ist, dass wenigstens ein Bereich eines jeden Stückes aus
submucosalem Gewebe mit einem Bereich eines anderen Stückes aus
submucosalem Gewebe, welches auf dem Dorn aufgewickelt ist, überlappt.
In einer weiteren Ausführungsform
kann ein langes, schmales Blatt aus submucosalem Gewebe spiralförmig auf
den Dorn mit einer Überlappung
aufgewickelt werden, gefolgt von einer spiralförmigen Umwickelung in der entgegengesetzten
Richtung. Hierdurch werden 4 Schichten aus submucosalem Gewebe bereitgestellt,
um dem Innendruck standzuhalten. In dieser Ausführungsform sollten durch überlappende Blätter aus
submucosalem Gewebe gebildete Nähte um
0,5 bis 3 cm und mehr bevorzugt zwischen 1–2 cm überlappen. In den Ausführungsformen,
in denen das erste Blatt aus submucosalem Gewebe, das zur Bildung
des Röhrchens
aus submucosalem Gewebe verwendet ist, eine Weite von weniger als
der Länge des
gewünschten
Röhrchens
aus submucosalem Gewebe aufweist, werden die Nähte des Röhrchens vorzugsweise durch
Exposition gegenüber
einem Vernetzungsmittel fixiert.
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Nach der Bildung des Röhrchens
aus submucosalem Gewebe wird anschließend ein zweites Blatt aus
submucosalem Gewebe 70 umfänglich um die äußere Oberfläche des
gebildeten Röhrchens aus
submucosalem Gewebe 60 umgewickelt. In einer Ausführungsform
wird das zweite Blatt aus submucosalem Gewebe 70 auf das
Röhrchen
aus submucosalem Gewebe 60 übergelegt, einmal um das Röhrchen umgewickelt
und die erste Kante 74 und die zweite gegenüberliegende
Kante 76 des zweiten Blattes aus submucosalem Gewebe werden
miteinander über
die Länge
des Röhrchens
aus submucosalem Gewebe mit Nähten 78 ohne
Perforation des Röhrchens
aus submucosalem Gewebe 60 vernäht (siehe 5c). Alternativ wird das zweite Blatt
aus submucosalem Gewebe über
das Röhrchen
aus submucosalem Gewebe gelegt, um das Röhrchen wenigstens einmal um gewickelt,
wobei die zweite gegenüberliegende
Kante des zweiten Blattes sich über die
erste Kante des zweiten Blattes aus submucosalem Gewebe hinaus erstreckt
und die zweite gegenüberliegende
Kante des zweiten Blattes wird über
die Länge
des Röhrchens
aus submucosalem Gewebe ohne Perforation des Röhrchens aus submucosalem Gewebe
vernäht.
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Zusätzlich kann, wenn das zweite
Blatt aus submucosalem Gewebe auf das aus dem ersten Blatt aus submucosalem
Gewebe gebildete submucosale Geweberöhrchen übergelegt wird, das zweite
Blatt mit dessen abluminaler Oberfläche oder dessen luminaler Oberfläche in Kontakt
mit dem Röhrchen
aus submucosalem Gewebe aufgelegt werden. Jede dieser Kombinationen
der Überlappung
der Blätter
aus submucosalem Gewebe aus dem gleichen oder verschiedenen Wirbeltieren
oder Organquellen wird bei Kompression von wenigstens den überlappenden Bereichen
unter Bedingungen, die eine Dehydratation des Gewebes erlauben,
ein unitäres,
röhrchenförmig geformtes,
submucosales Gewebetransplantatkonstrukt erzeugen.
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Nachdem der Dorn mit dem zweiten
Blatt aus submucosalem Gewebe umwickelt wurde, wird das submucosale
Gewebe unter dehydratisierenden Bedingungen komprimiert. In einer
Ausführungsform wird
das Gewebe unter Vakuum gepresst, wobei ein Ende des Dorns geschlossen
ist und das Innere des mit submucosalem Gewebe überdeckten Dorns ist mit einer
Vakuumpumpe verbunden. Das Vakuum bewirkt, dass der Atmosphärendruck
die submucosalen Gewebeschichten komprimiert, und in den Ausführungsformen,
welche ein Vernetzungsmittel zur Vernetzung der submucosalen Gewebeschichten miteinander
verwenden, bewirkt die Prozedur der Vakuumpressung dass das Vernetzungsmittel
die gesamte Dicke der Naht durchdringt. Der Prozess der Vakuumabdichtung
(Trocknung) ist üblicherweise nach
ungefähr
vier Stunden vollständig.
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Nachdem der Abdichtungs-/Trocknungsprozess
vollständig
ist, werden das erste und das zweite Ende (jeweils 54 und 56)
des wasserdurchlässigen porösen Bandmaterials 52 (beispielsweise
ein umbilikaler Streifen) ergriffen und in Längsrichtung gezogen. Der Streifen
entwindet sich einfach unter dem submucosalen Geweberöhrchen und
das Röhrchen aus
submucosalem Gewebe gleitet anschließend von dem Dorn leicht ab.
Das Ergebnis ist ein nahtloses Röhrchen,
welches wie ein Soda-Pop Strohhalm aussieht.
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In einer Ausführungsform kann ein Röhrchen aus
submucosalem Gewebe aus einem oder mehreren Blättern von submucosalem Gewebe
durch Umwickelung eines oder mehrerer Blätter aus submucosalem Gewebe
um den Umfang eines Dorns, Exposition des umwickelten submucosalen
Gewebes gegenüber
einem Vernetzungsmittel und Kompression des umwickelten Gewebes
unter dehydratisierenden Bedingungen hergestellt werden. Die Gewebeblätter können unter
Verwendung einer Vielzahl von Wickelungstechniken auf den Dorn aufgelegt
werden, vorausgesetzt, dass kein Zwischenraum zwischen den Nähten der überlappenden
Blätter
aus submucosalem Gewebe existiert. In einer Ausführungsform wird ein einzelnes
Blatt aus submucosalem Gewebe mit einem ersten Kantenbereich und
einem zweiten Kantenbereich auf einem Dorn aufgelegt, derart, dass
der erste und der zweite Kantenbereich des Blattes aus submucosalem
Gewebe überlappen,
um ein Röhrchen
aus submucosalem Gewebe zu bilden. In einer Ausführungsform erstreckt sich die
zweite Kante des Blattes aus submucosalem Gewebe über die
erste Kante des Blattes aus submucosalem Gewebe hinaus, wobei die
erste Kante im Wesentlichen parallel zu der zweiten Kante angeordnet
ist, um ein röhrenförmiges Heterolaminatkonstrukt
zu bilden, wie in 5b gezeigt.
Alternativ kann ein einzelnes schmales Blatt aus submucosalem Gewebe
spiralförmig
um den Dorn gewickelt werden, wie in 3 gezeigt
ist. Die überlappenden
Bereiche des Blattes aus submucosalem Gewebe werden anschließend mit
einem Vernetzungsmittel kontaktiert. In einer Ausführungsform
wird das gesamte Transplantatkonstrukt in einer vernetzenden Lösung eingetaucht.
Ein bevorzugtes vernetzendes Mittel ist Glutaraldehyd in einer Konzentration
in dem Bereich von ungefähr
0,1% bis ungefähr
1% Glutaraldehyd. Nach dem die überlappenden
Schichten von submucosalem Gewebe mit dem Vernetzungsmittel behandelt
wurden, werden die überlappenden
Schichten und dehydratisierenden Bedingungen komprimiert. In einer
Ausführungsform sind
die überlappenden
Schichten aus submucosalem Gewebe vakuumgepresst, wobei ein Ende
des Dorns geschlossen ist und das Innere des submucosalen Gewebes
mit einer Vakuumpumpe verbunden ist. Das Vakuum bewirkt, dass der
Atmosphärendruck
die submucosalen Gewebeschichten komprimiert, und die Durchführung der
Vakuumverpressung bewirkt, dass das Vernetzungsmittel die gesamte
Dicke des Transplantatkonstruktes durchdringt.
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Wie durch die Daten nach Beispiel
4 angezeigt wird, zeigen Röhrchen
aus submucosalem Gewebe, die mit einer Glutaraldehydlösung mit
wenigstens 1% Glutaraldehyd behandelt worden sind, eine signifikante
Haltbarkeit unter pulsierenden Drucktests. Des Weiteren stellt ein
Röhrchen
aus submucosalem Gewebe, das durch Umwickelung von Blättern aus
submucosalem Gewebe in ein Heterolaminatröhrchen gebildet und mit Glutaraldehyd
behandelt und vakuumverpresst ist, ein Röhrchen aus submucosalem Gewebe
mit einer glatten luminalen Oberfläche bereit.
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Es ist festzustellen, dass eine Glutaraldehydbehandlung
von Biomaterialien eine Kalzifikation, schlechte Wirtsgewebeinkorporation
und ultimatives mechanisches Versagen von Bioprothesen fördert. Um
diese störenden
Effekte der Glutaraldehydbehandlung von Biomaterialien zu minimieren,
werden die röhrenförmigen Konstrukte
nach der vorliegenden Erfindung relativ verdünnten Lösungen von Glutaraldehyd von
ungefähr
0,1% bis 1% Glutaraldehyd ausgesetzt. Mit Glutaraldehyd behandelte
röhrenförmige Konstrukte,
die in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung durch Behandlung mit einer Lösung enthaltend
weniger als 1% Glutaraldehyd gebildet sind, können in verschiedenen nichtvasculären Anwendungen
wie beispielsweise dem Ureter und Urethra-Ersatz und als verschiedene
Kanäle
und Shunts verwendet werden. Des Weiteren kann ein Röhrchen aus
submucosalem Gewebe, bei welchem die Nähte des submucosalen Geweberöhrchens durch
ein Vernetzungsmittel abgedichtet sind, an einem zweiten Blatt aus
submucosalem Gewebe gebunden werden, um die glutaraldehydgebundenen Nähte zu unterstützen. In
einer Ausführungsform wird
das Röhrchen
aus submucosalem Gewebe rehydratisiert und das zweite Blatt aus
submucosalem Gewebe ist um das Röhrchen
aus submucosalem Gewebe umgewickelt und gegen das Röhrchen aus submucosalem
Gewebe unter dehydratisierenden Bedingungen komprimiert. In einer
Ausführungsform wird
ein Röhrchen
aus submucosalem Gewebe aus einem Blatt aus submucosalem Gewebe
hergestellt und ist mit einer Glutaraldehydlösung (wobei die Konzentration
des Glutaraldehyds weniger als 1% und mehr bevorzugt weniger als
0,5% beträgt)
kontaktiert, vakuumverpresst und des Weiteren mit einem zweiten
Blatt aus submucosalem Gewebe, welches entlang dessen Längsrichtung
vernäht
ist, umwickelt, wie in 5c gezeigt.
Das zweite Blatt aus submucosalem Gewebe in dieser Ausführungsform
stellt eine ausreichende Unterstützung
gegenüber
dem darunter liegenden Röhrchen
aus submucosalem Gewebe bereit, so dass das Konstrukt in vasculären Anwendungen
einschließlich
Arterien- und Venenersatz trotz der niedrigen Konzentration des
zur Abdichtung des Röhrchens
aus submucosalem Gewebe verwendeten Vernetzungsmittel eingesetzt
werden kann.
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In einer Ausführungsform weist das Verfahren
der Herstellung einer röhrenförmigen Submucosaprothese
das Übereinanderlegen
eines ersten Streifens aus wasserdurchlässigem Material um den Umfang
eines Dorns und anschließendes
Auflegen eines zweiten Streifens aus wasserdurchlässigen Material
oberhalb des ersten Streifens aus wasserdurchlässigem Material auf. Ein erstes
Blatt aus submucosalem Gewebe mit einer ersten Kante und einer zweiten
gegenüberliegenden
Kante wird anschließend
auf das spiralförmig
umwickelte Material aufgelegt, um ein Röhrchen aus submucosalem Gewebe zu
bilden, wobei die zweite gegenüberliegende
Kante sich über
die erste Kante hinaus erstreckt, um einen mehrschichtigen überlappenden
Bereich aus submucosalem Gewebe zu definieren. Das Röhrchen aus submucosalem
Gewebe wird anschließend
gegen die Oberfläche
des Dorns unter dehydratisierenden Bedingungen gedrückt, um
ein röhrenförmig gestaltetes
Konstrukt zu bilden. Der zweite Streifen aus wasserdurchlässigem Material
wird anschließend von
dem Dorn entfernt, um das röhrenförmig gestaltete
Konstrukt von dem Dorn freizugeben. Die submucosalen Gewebeschichten
des überlappenden Bereichs
des freigegebenen Röhrchens
aus submucosalem Gewebe werden anschließend miteinander unter Verwendung
einer durchgehenden Naht miteinander vernäht, um sicherzustellen, dass
das Röhrchen
sich nicht abwickeln wird. Das röhrchenförmig gestaltete
Konstrukt wird anschließend
wieder auf dem Dorn platziert, indem das Röhrchen über den ersten Streifen aus
den Dorn bedeckenden wasserdurchlässigen Material übergegleitet
wird. Ein zweites Blatt aus submucosalem Gewebe mit einer ersten Kante
und einer zweiten gegenüberliegenden
Kante wird anschließend
auf das Röhrchen
aus submucosalem Gewebe aufgelegt. Die erste und die zweite gegenüberliegende
Kante des zweiten Blattes aus submucosalem Gewebe werden anschließend miteinander über die
Länge des
Röhrchens
aus submucosalem Gewebe ohne Perforation des Röhrchens aus submucosalem Gewebe
vernäht
und die Mehrzahl von Schichten aus submucosalem Gewebe werden miteinander
unter dehydratisierenden Bedingungen zusammengedrückt. Der
erste Streifen aus wasserdurchlässigem
Material wird anschließend
von dem Dorn entfernt, um die röhrenförmige Prothese von
dem Dorn freizugeben. In bevorzugten Ausführungsbeispielen überlappen
die Nähte
des zweiten Blattes aus submucosalem Gewebe nicht die in dem überlappenden
Bereich des Röhrchens
aus submucosalem Gewebe gebildeten Nähte.
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Die mehrfach laminierten Gewebetransplantatkonstrukte
können
gebildet werden, um im Wesentlichen isotrope Eigenschaften zu haben.
Diese im Wesentlichen isotropen (pseudoisotropen) Transplantate
werden aus wenigstens zwei Blättern
aus submucosalem Darmgewebe, welche von sowohl der Tunica muscularis
und dem luminalen Bereich der Tunica mucosa eines warmblütigen Wirbeltieres delaminiert
sind, hergestellt. Jedes der Blätter
aus submu cosalem Darmgewebe wird dahingehend charakterisiert, dass
diese eine mit der vorherrschenden Orientierung der Kollagenfasern
in den submucosalen Gewebeschichten korrespondierende Längsachse
aufweisen. Das Verfahren der Bildung der pseudoisotropen Transplantatkonstrukte
weist die Anordnung eines ersten Blattes aus submucosalem Gewebe
auf einem Dorn auf, Übereinanderlegen
des ersten Blattes mit wenigstens einem zusätzlichen Blatt von submucosalem
Gewebe, so dass die Längsachsen
von jedem einzelnen Blatt aus submucosalem Gewebe einen Winkel von
ungefähr
90° mit
der Längsachse
des anderen Blattes aus submucosalem Gewebe unter Bildung des Heterolaminattransplantats
bilden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
erzeugte biologische Gewebeimplantate oder Konstrukte überwinden
die Probleme der Fluidleckage um die Nahtlöcher von genähten biologischen
Geweben. Die Konstruktion mit zwei konzentrischen Röhrchen aus
submucosalem Gewebe, wobei die genähten Näht des Röhrchens von zwei Röhrchen relativ
zueinander versetzt sind, gefolgt durch eine Anhaftung der beiden
Röhrchen
aus submucosalem Gewebe miteinander, stellt sicher, dass die Nahtlöcher nicht
in der gebildeten Prothese undicht werden. Des Weiteren haben die
Ausführungsformen,
die eine Vernetzungsbehandlung anwenden, um die Naht des ersten
Röhrchens
abzudichten, klarerweise keine ausgebildeten Perforationen in der
Röhrchenwandung und
werden daher nicht undicht. Die erfindungsgemäß hergestellten Röhrchen zeigen
ein im Wesentlichen nahtloses Röhrchen,
welches nicht fluidundicht werden wird oder besondere mit einem
Auslaufen von Fluid verbundene Vorsichtsmaßnahmen erfordert. Diese Eigenschaft
ist besonders wichtig, wenn das Konstrukt als ein Vasculärtransplantat,
Ureterersatz oder als ein Shunt zu verwenden ist. Das Konstrukt
kann weiter manipuliert, d. h. geschnitten, gefalten, genäht usw.
werden, um sich an verschiedene medizinische Anwendungen anzupassen,
in welchen das submucosale Material nach der vorliegenden Erfindung
erforderlich ist.
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Beispiel 1
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Herstellung
von röhrenförmigen submucosalen
Gewebetransplantatkonstrukten
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In einer Ausführungsform weist das Verfahren
zur Bildung des Konstrukts die Auswahl eines wasserdurchlässigen,
hohlen Dorns von geeignetem Durchmesser und spiralförmige Umwickelung
des Dorns mit einem umbilikalen Streifen auf. Anschließend wird
die gewünschte
Anzahl von Umwickelungen des submucosalen Gewebes erzeugt, wobei eine „Umwickelung
mit submucosalem Gewebe" als ein
Stück von
Submucosagewebe definiert ist, welches um 360° um den Dorn gewickelt ist.
Typischerweise stellen ein oder zwei Umwickelungen eine Berstfestigkeit
von ungefähr
1333,2–2666,4
hPa (1000–2000
mmHg) nach der Herstellung bereit, wie unten beschrieben ist.
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Ein Blatt von submucosalem Gewebe
wird auf einer glatten flachen Oberfläche mit der mucosalen Seite
nach oben platziert. Der mit dem Streifen umwickelte Dorn wird auf
dieses aufgelegt, wobei die Längsachse
parallel zu der Längsachse
des submucosalen Gewebes verläuft.
Eine Rasierklinge wird anschließend
verwendet, um das submucosale Gewebe parallel zu der Achse des Dorns
zu schneiden, um eine lineare Kante des submucosalen Gewebes zu
bilden. Das submucosale Gewebe wird durch eine Rollbewegung mit
der gewünschten
Anzahl von Schichten (üblicherweise
zwei) auf den Dorn aufgebracht und ein Überlappungsbereich (definiert
durch einen Überlappungswinkel
(θ) mit
einer Ausdehnung von ungefähr
30° zwischen
den beiden lateralen Kanten des submucosalen Gewebes) bildet ein Röhrchen aus
submucosalem Gewebe mit einer sich in Längsrichtung erstreckenden Naht.
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Nachdem der Dorn vollständig umwickelt
ist, wird ein Ende des Dorns verschlossen und das Innere des mit
dem submucosalen Gewebe überzogenen Dorns
wird mit einer Vakuumpumpe verbunden. Das Vakuum bewirkt, dass ein
atmosphärischer
Druck die submucosalen Gewebeschichten zusammendrückt und
beschleunigt die De hydratation des submucosalen Gewebes. Der Vakuumdichtungs/Trocknungsprozess
ist üblicherweise
nach ungefähr
vier Stunden beendet.
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Nach der Trocknungs-/Abdichtungsbehandlung
werden die Enden des umbilikalen Streifens ergriffen und in Längsrichtung
gezogen. Der Streifen entwindet sich einfach unter dem submucosalen
Geweberöhrchen,
welches anschließend
leicht von dem Dorn abgleitet. Das Ergebnis ist ein nahtloses Röhrchen mit
dem Erscheinungsbild eines Soda-Pop Strohhalms.
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Andere Abdichtungsarten, Konzentrationen und
Wickelungstechniken können
verwendet werden. Beispielsweise ist eine Möglichkeit eine spiralförmige Windung
eines langen, schmalen Streifens aus submucosalem Gewebe auf dem
Dorn mit einer Überlappung,
gefolgt von einer spiralförmigen
Umwickelung in der entgegengesetzten Richtung ist eine andere. Dies
wird 4 Schichten von submucosalem Gewebe bereitstellen, um den inneren
Druck zu unterstützen.
Diese Doppelhelix könnte
mit der in 3 gezeigten
Umwickelungstechnik kombiniert werden. In Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung kann das submucosale Gewebe auf den Dorn in einer Vielzahl
von unterschiedlichen Orientierungen gewickelt werden. Die einzige
Beschränkung
ist, dass keine Zwischenräume
zwischen den Nähten der überlappenden
Gewebe existieren sollten. In bevorzugten Ausführungsformen sollten durch überlappende
Streifen von submucosalem Gewebe gebildete Nähte um 0,5–3 cm und mehr bevorzugt von
1–2 cm überlappen.
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Beispiel 2
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Punktschweißung von
submucosalen Gewebenähten
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In einer Ausführungsform kann die Naht des gewickelten
Gewebes „punktgeschweißt" werden, um sicherzustellen,
dass sich das Ende des Stückes nicht
löst. Gemäß einer
Ausführungsform
ist die Naht mit einem Vernetzungsmittel wie beispielsweise Glutaralde hyd
punktgeschweißt.
Ein mit χ%
Glutaraldehyd (oder ein anderes vernetzendes oder adhäsives Mittel)
befeuchtetes Wattestäbchen
wird über
die Überlappung,
welche die Naht ist, entlang gestrichen. Der Wert für χ ist ungefähr 0,1 bis
ungefähr
1%, wahrscheinlicher ungefähr
0,5%, aber es besteht eine Beziehung zwischen der Nahtweite, der
Glutaraldehydkonzentration und der Anzahl der Durchläufe, die
den Berstdruck bestimmen. Alternativ kann die Naht durch die Verwendung
eines Lasers punktgeschweißt
sein.
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In einer anderen Ausführungsform
kann die Naht des submucosalen Röhrchens
thermisch punktgeschweißt
sein, um die das Gewebe in ein unitäres Röhrchen aus Submucosa bindende
Naht weiter abzudichten. Es bestehen vier weitere Faktoren, die
die Qualität
einer an submucosalem Gewebe angewandten thermischen Punktschweißung kontrollieren:
1) Temperatur, 2) Kraft, 3) Zeit der Kraftanwendung und 4) die Gestalt
des thermischen Schweißwerkzeuges. Ein
gepunktetes Werkzeug macht eine Schweißung mit einem Loch. Ein flacher
Kopf erzeugt kein Loch und ein Kopf mit einem Radius kann ein kleines
Loch erzeugen.
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Unter Verwendung eines kleinen Lötkolbens mit
einem temperaturkalibrierten Kopf kann submucosales Gewebe an diskreten
Stellen aufgeschmolzen werden, um einen „Schweiß"punkt zwischen zwei Stücken aus
submucosalem Gewebe zu bilden. Durch Platzierung einer Probe aus
submucosalem Gewebe auf einer Glasplatte (zur Vermeidung einer Wärmesenke)
wird der erwärmte
Kopf auf das submucosale Gewebe aufgebracht, um die Temperatur und
die zur Anwendung notwendige Zeit zum Schmelzen des Gewebes zu bestimmen.
Studien wurden mit 1 cm breiten Streifen aus submucosalem Gewebe
durchgeführt,
die mit 1 cm überlappten,
um die Anzahl von thermischen Schweißpunkten zu bestimmen, die
notwendig ist, zwei Stücke
aus submucosalem Gewebe zusammenzuhalten. Fünf Punktschweißungen in
der 1 × 1
cm überlappenden
Fläche erzeugen
eine Schweißung,
die stärker
ist als die zum Brechen eines 1 cm weiten Streifens mit einer einzelnen
Dicke notwendigen Kraft.
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Ein gepunkteter Kopf erzeugt eine
kleine Schweißung
mit einem Loch; daher besteht die Herausforderung, die Parameter
zu identifizieren, die die stärkste
Verschweißung
mit dem kleinsten Loch erzeugen.
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Um die Punktschweißbedingungen
zu optimieren wurden die folgenden Experimente durchgeführt. 1 cm
breite und 10 cm lange Stücke
aus submucosalem Gewebe wurden verwendet und 50 Proben wurden erzeugt
und getestet, wobei drei oder vier Variable (Temperatur, Zeit, Kraft
und Kopfgestalt) konstant gehalten und eine variiert wurde. In diesen ersten
Studien wird der gepunktete Kopf verwendet werden. Anschließend werden
die Studien mit dem Kopf mit 0,5 mm Radius wiederholt werden, und
anschließend
mit einem flachen Kopf mit 1 mm Durchmesser. Das Ergebnis wird das
Rezept für
die stärkste
Schweißung
mit dem mittels eines Mikroskops gemessenen kleinsten Loches sein.
Wir werden ebenfalls die Bruchfestigkeit von ausgewählten Proben unter
Verwendung der MTS-Maschine bestimmen.
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b) Tiermodell
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Das Weanling-Rattenmodell wird verwendet, um
die Wirtsantwort auf die punktgeschweißten submucosalen Gewebestreifen
zu untersuchen. Eine Anästhesie
wird mit über
eine Gesichtsmaske verabreichtem Metafan induziert und aufrechterhalten.
Das ventrale Abdomen wird geklipst und für eine aseptische Chirurgie
präpariert.
Längseinschnitte
in die Haut werden in jedem abdominalen Quadranten gemacht. Anschließend werden
bilaterale subcutane Taschen in der Subcutis einer jeden Ratte durch stumpfe
Schnitte erzeugt. Eine 1 CM2 Testprobe wird anschließend subcutan
innerhalb jeder Tasche platziert und in ihrer Position mit einer
5–0 Polypropylennaht
an der darunter liegenden Fascia gesichert. Hauteinschnitte werden
mit einem einfach unterbrochenen Nahtmuster mit 5–0 Polypropylen
geschlossen. 24 Ratten werden in dieser Studie verwendet.
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Nach der verstrichenen Zeit wird
eine Euthanasie mit intrakardialem Kaliumchlorid (nach 1, 2, 4 und
8 Wochen nach der Implantation) durchgeführt.
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c) Morphologische Analysen
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Für
morphologische Untersuchungen entnommene Proben werden in Trump's-Fixierung für 24 Stunden
fixiert, anschließend
in Phosphatpuffer überführt. Proben
für lichtmikroskopische
Untersuchungen werden in Paraffin eingebettet und zu 2–3 μm Schnitte
sektioniert. Die Sektionen werden mit Hematoxylin und Eosin (H&E) für die allgemeine
Morphologie und mittels VonKossa-Färbung für die Untersuchung
der Kalzifikation gefärbt.
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Beispiel 3
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Herstellung
und Testen von submucosalen Geweberöhrchen
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Das Ziel dieser Studie ist es, Transplantate mit
einem äußeren Durchmesser
von 5,0 mm herzustellen. Ein mit einer Vielzahl von Löchern versehener
hohler Dorn mit einem Durchmesser von 4 mm wird spiralförmig mit
einem nicht-überlappenden
umbilikalen Streifen umwickelt. Anschließend werden die zweieinhalb
Umwickelungen des submucosalen Gewebes aufgebracht, um ein Röhrchen aus
submucosalem Gewebe zu bilden, und der überlappende Bereich wird mit
Glutaraldehyd in einer Gruppe und mit Nähten in einer anderen Gruppe
fixiert. Ein zweites Blatt aus submucosalem Gewebe wird anschließend um
das Röhrchen
aus submucosalem Gewebe umgewickelt und die gegenüberliegenden
Enden des zweiten Blattes aus submucosalem Gewebe werden miteinander
vernäht.
Nach dem Umwickeln wird ein Ende des Dorns mit einer Vakuumpumpe
verbunden und das andere Ende des Dorns wird geschlossen. Das resultierende
Vakuum in dem Dorn bewirkt, dass der Atmosphärendruck die Schichten aus
submucosalem Gewebe miteinander fest verpresst und zieht die Feuchtigkeit
aus dem submucosalen Gewebe, was ungefähr 24 Stunden erfordert.
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Nach dem Trocknen der Schichten aus
submucosalem Gewebe werden die Enden des umbilikalen Streifens ergriffen
und in Längsrichtung
gezogen. Der Streifen entwindet sich gleichmäßig unter dem submucösalen Geweberöhrchen,
welches anschließend
leicht von dem Dorn heruntergleitet.
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e) Statiktest
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Vor dem Bersttest wird jedes submucosale Gewebetransplantat
in 0,9% Salzlösung
bei 37°C
für 24
Stunden eingeweicht. Das Ziel dieser Prozedur ist es, die Haltbarkeit
der Nähte
zu bestimmen.
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Um die Berstfestigkeit zu bestimmen,
wird ein Ende des Röhrchens
aus submucosalem Gewebetransplantat an einem Passstück befestigt,
welches zur Anwendung von Druckluft verwendet wird. Das andere Ende
des röhrchenförmigen Submucosagewebetransplantats
wird mit einer Naht geschlossen und ansteigender Luftdruck wird
aufgebracht. Eine kontinuierliche Aufzeichnung des Druckes gegen
die Zeit ermöglicht
eine exakte Identifikation des Berstdrucks. Unser Ziel ist ein Berstdruck
von 1333,2 hPa (1000 mmHg) oder mehr. Eine erfolgreiche Herstellungstechnik
ist eine solche, welche eine Berstung (bei jeglichem Druck) ohne
Delamination erzeugt. Ein röhrchenförmiges submucosales
Gewebetransplantat, welches diesen Statiktest passiert, wird einem
Pulsationstest unterworfen.
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f) Pulsationstest
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Der kritische Zeitraum für ein röhrchenförmiges submucosales
Gewebetransplantat sind die ersten wenigen Wochen nachfolgend der
Implantation, wenn es in dem anfänglichen
Stadium der Remodellierung ist und warmem Blut mit einem statischen
(diastolischen) und einem pulsierenden Druck ausgesetzt ist. Während dieser
Zeit ist es essentiell, zu wissen, ob das Transplantat seine Festigkeit
während der
frühen
Remodellierung beibehalten wird. Dementsprechend führen wir
einen Pulsationsdrucktest mit dem Gewebetransplantat in Salzlösung bei
37°C durch.
Ein Pulsationsdruck von 266,4/200 hPa (200/150 mmHg) wird mit einer
Frequenz von 1/sec eingesetzt. Der Test wird für 2 Wochen fortgeführt, nach
welchen das Transplantat einem statischen Bersttest unterworfen
wird.
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Beispiel 4
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Pulsationstest
von Röhrchen
aus submucosalem Gewebe
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Um die Haltbarkeit von aus Submucosa
enthaltenen Röhrchenkonstrukten,
die entsprechend der Erfindung aus Blättern aus submucosalem Gewebe
hergestellt sind, zu testen, wurde ein Pulsationstestverfahren entwickelt.
Eine Pulsationsdruckpumpe wurde zusammengebaut, welche Druckpulse mit
einstellbarer Intensität
bei 4,5 Hz erzeugt. Das Arbeitsfluid für das System ist steriles Wasser.
Der Druck wird auf die gebildeten röhrchenförmigen Transplantatkonstrukte
aus submucosalem Gewebe aufgebracht, welche an dem Auslass der Pumpe
angebracht sind. Die Röhrchen
werden in Wasser bei 37°C
eingetaucht, um physiologische Bedingungen zu simulieren. Typischerweise
wird das Pulsationstestsystem bei einem Druck von 200/66,7 hPa (150/50
mmHg) oder 533,3/266,4 hPa (400/200 mmHg) betrieben. Ein Abfall
in dem aufgebrachten Druck zeigt ein Versagen des Gewebetransplantats an.
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Ergebnisse der Tests von
aus Submucosa erhaltenen Röhrchen
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Glutaraldehyd-behandelte
Röhrchen
aus submucosalem Gewebe
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Hydratisiertes submucosales Dünndarmgewebe
(2,5 Durchgänge)
wurde um einen mehrfach gelochten, hohlen Dorn gewickelt und in
eine verdünnte
Glutaraldehyd (GA)-Lösung
eingetaucht und wie zuvor beschrieben vakuumgetrocknet. Diese GA-behandelten
Röhrchen
aus submucosalem Gewebe wurden anschließend auf der Pulsationstestmaschine
getestet.
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Die mit > 1% GA-Lösung (Gew.-%) behandelten Transplantate
zeigten eine signifikante Haltbarkeit unter einem Pulsationsdruck
von 533,2/266,6 hPa (400/200 mmHg), die bei Überschreiten von 5,5 Millionen
Pulsationszyklen standhielten. Mit < 1% GA-Lösung (Gew.-%) behandelte Röhrchen waren signifikant
weniger haltbar und überstanden
weniger als fünfhunderttausend
Zyklen unter ähnlichen
Bedingungen. Dementsprechend stellt eine Behandlung der Röhrchen aus
submucosalem Gewebe mit einer 1% (Gew.-%) oder höheren GA-Lösung ein unitäres Röhrchen aus
submucosalem Gewebe mit der gewünschten
Haltbarkeit gegenüber
pulsierendem Druck bereit.
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Nicht behandelte, handgenähte Röhrchen aus
submucosalem Gewebe Hydratisiertes submucosales Dünndarmgewebe
wurde um einen mehrfach gelochten, hohlen Dorn gewickelt, vakuumgetrocknet,
die Naht genäht
und anschließend
mit einer zusätzlichen
Lage aus submucosalem Dünndarmgewebe
umwickelt und entlang dessen Länge
handgenäht,
wie in 5b und 5c gezeigt ist. Diese unbehandelten,
handgenähten
Röhrchen
wurden anschließend
auf der Pulsationstestmaschine getestet.
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Die Ergebnisse dieser Tests zeigten,
dass die handgenähten
Röhrchen
bei Überschreiten
von 6 Millionen Pulsationszyklen standhielten, wobei der Test beabsichtigterweise
beendet und die Haltbarkeitsgrenze nur noch festzustellen ist.