ES2249459T3

ES2249459T3 - Biomaterial que incluye tejido de cornea animal.

Info

Publication number: ES2249459T3
Application number: ES01955510T
Authority: ES
Inventors: Alessandro Verona; Roberto Erminio Parravicini
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-07-11
Filing date: 2001-07-10
Publication date: 2006-04-01
Anticipated expiration: 2021-07-10
Also published as: WO2002004037A1; US20040044407A1; BR0112565A; AU2001277669A1; ATE304871T1; EP1307246B1; DE60113550D1; JP2004502499A; US7323010B2; EP1307246A1; DE60113550T2

Abstract

Biomaterial caracterizado porque incluye tejido de estroma de la córnea de una córnea animal.

Description

Biomaterial que incluye tejido de córnea animal.

Campo técnico

La presente invención tiene que ver con material tisular. En particular, tal biomaterial puede ser utilizado para la producción de válvulas cardíacas.

La presente invención se relaciona con el campo de la reparación o el reemplazo de tejidos humanos o animales afectados por procesos patológicos, y particularmente con el uso de un biomaterial tisular derivado de la córnea animal que se ha hecho inmunológicamente biocompatible y sometida a métodos de procesamiento adecuados para la obtención de productos simples o compuestos destinados a la implantación.

Antecedentes en el estado de la técnica

Es bien conocido, en implantología, el uso de biomateriales de origen humano o animal para ser implantados en el cuerpo de un paciente.

A pesar del logro de importantes objetivos en la producción de sustitutos prostéticos derivados de la tecnología de materiales y del tratamiento de tejidos de origen animal, la totalidad de las características requeridas de un implante permanente no han sido aún completamente llenadas.

En particular, los tejidos biológicos tomados de un animal y desvitalizados convenientemente son comúnmente utilizados en el campo biomédico como implantes o para la producción de prótesis. Por ejemplo, algunos pericardios bovinos o tejido valvular cardiaco de cerdo han sido utilizados para la producción de válvulas cardíacas.

Por ejemplo, toda la patente estadounidense US-A-4.692.164 describe una válvula cardíaca cuyas cúspides están hechas de un material biológico explantado de la aorta de un animal o de un ser humano.

La patente estadounidense US-A-4.755.593 describe también el uso de un biomaterial tratado que incluye algún tejido peritoneal.

Las desventajas importantes están actualmente asociadas con las ventajas derivadas de los implantes hechos de tejidos animales. Consideradas entre éstas están una posible antigenicidad, una cierta perdida de las características mecánicas, y la degeneración biológica de los tejidos.

Los esfuerzos de investigación interdisciplinaria está animados por la búsqueda de nuevos biomateriales y la realización de métodos de tratamiento de tejidos biológicos capaces de mejorar tanto las características mecánicas como las biológicas.

Sin embargo, el uso de este tipo de tejido involucra una serie de problemas ya que ellos contienen grasas y otras sustancias que deben ser removidas por medio de un tratamiento complejo antes de que el tejido pueda ser implantado en el organismo viviente.

Revelación de la invención

El ánimo principal de la presente invención es, por lo tanto, el de proveer un biomaterial tisular fácil de encontrar que tenga características biológicas y mecánicas tales como hacerlo compatible, por ejemplo, con la elaboración de válvulas cardíacas.

Por lo tanto, de acuerdo con la presente invención, un biomaterial es elaborado para ser usado en dispositivos médicos caracterizados por que incluyen tejido de estroma de una córnea de animal, particularmente de una córnea de pescado.

Además, un propósito adicional de la presente invención es la de producir una válvula cardiaca innovadora utilizando el biomaterial anteriormente mencionado.

Por lo tanto, la presente invención tiene el propósito de enfrentar y resolver aspectos fundamentales relacionados con el uso de un biomaterial como un implante permanente en el organismo humano o de animal. En este contexto, la estabilidad biofísica del mismo juega un papel importante, y la posibilidad de un procesamiento posterior, tal como hacerlo utilizable para la construcción de implantes simples o compuestos.

La investigación ha sido conducida con el ánimo de identificar una posible fuente de material biológico con las características potenciales deseadas. Tal investigación ha conducido al hallazgo del material considerado como más adecuado y, dentro del alcance de tal, para la identificación de un componente particular constituyendo al tejido seleccionado.

Además, se ha preparado un método de extracción de cadáveres de animales de realización simple y segura que no altera las características deseadas del material.

También se ha realizado un método de conservación de tejido que se inactivó, con características mecánicas inalteradas para hacerlo estéril y disponible para implantación.

La disponibilidad del tejido biológico también ha sido evaluada y ha probado ser completamente capaz de resolver los problemas correlacionados con la producción industrial de prótesis o de implantes.

Además, la remoción y el procesamiento del tejido biológico bajo condiciones de frescura, esto es, antes del desarrollo del fenómeno autolítico y la degradación bacterial, típicos de los tejidos de cadáveres, es una característica que es completamente ejecutada por la invención.

Más detalladamente, de acuerdo con la presente invención, el biomaterial tisular se produce de acuerdo con las siguientes etapas:

1.: El hallazgo y la explantación del órgano del cual se saca el biomaterial.

2.: Preparación mecánica

3.: Tratamiento químico

4.: Construcción del producto final (simple o compuesto)

5.: Esterilización y empaque

En particular:

1. El hallazgo y la explantación del órgano del cual se saca el biomaterial

Los glóbulos oculares de cadáveres de animales, preferiblemente de pescado (y dentro del campo específico, atún), libres de lesiones macroscópicas por medio de un examen objetivo detallado, se remueven completos, bajo condiciones de conservación óptimas (frescura).

La córnea de pescado, particularmente de atún, es fisiológicamente capaz de soportar un estrés considerable, ya que puede resistir hasta 40-50 atmósferas de presión cuando el pez está bajo el agua.

Los glóbulos oculares, por ejemplo del atún, puede removerlos personal capacitado y preservarlos inmediatamente, preferiblemente en solución buffer salina de fosfato a pH 7,4 y 4ºC. Sin embargo, pueden utilizarse soluciones alternativas de preservación.

La remoción del órgano bajo condiciones de frescura y el inicio de las etapas de procesamiento posteriores en tiempos muy rápidos son de particular importancia, con el propósito de prevenir el fenómeno de la degradación enzimática y/o bacterial del tejido biológico.

2. Preparación mecánica

Habiendo transferido cada órgano explantado dentro de un medio preferiblemente libre de contaminación microbiológica ambiental, el personal capacitado procede con la remoción en el laboratorio del componente del órgano destinado para la producción del biomaterial. Una investigación profunda ha identificado, en el componente constituyente al estroma de la córnea al material biológico con las características más apropiadas para la producción de un material adecuado para el objetivo propuesto de la presente invención.

El estroma se explanta por incisión del limbo de la córnea con un escalpelo oftálmico especial y disección cerrada de la capa del estroma de las capas subyacentes utilizando tijeras romas. Alternativamente, para la remoción del componente estromal, es posible utilizar una inyección de fluido (por ejemplo, una inyección de una solución fisiológicamente estéril, o, alternativamente, una solución de buffer salino de fosfato a pH 7,4) entre las diferentes capas de la córnea, u otro método comúnmente usado en cirugía oftalmológica.

La ejecución del procedimiento de remoción del tejido requiere de máximo cuidado y de la estratagema técnica necesaria para obtener una muestra uniforme que tenga las dimensiones adecuadas para la producción del biomaterial. Es posible, por lo tanto, obtener muestras de tejido de forma generalmente redonda (ovoidea en algunas especies animales) con un diámetro de 4 cm o más (más grande o más pequeño dependiendo del tamaño del animal), en cualquier caso, suficiente para la producción posterior del biomaterial.

Los lavados repetidos, preferiblemente con una solución fisiológicamente estéril, o, alternativamente, con una solución de buffer salino de fosfato a pH 7,4, del tejido biológico durante la explantación, ayuda a obtener un material libre de impurezas.

También se tiene particular cuidado de no someter al material en discusión a tracción o distorsión, con el propósito de preservar sus características biológicas y mecánicas.

Después de terminada la explantación, un lavado adicional del tejido, preferiblemente con solución fisiológica estéril, completa la etapa de preparación del tejido fresco.

El tejido explantado es entonces montado preferiblemente en un soporte con el propósito de mantener sus características dimensionales inalteradas.

Luego se procede con el alojamiento del tejido, preferiblemente montado sobre el soporte, en un contenedor especial que contiene el fijador adecuado para el tratamiento posterior, para la construcción del biomaterial.

Se tiene particular cuidado para que todas las superficies del tejido entre en contacto de forma igual con el fijador.

3. Tratamiento químico

El tejido, montado preferiblemente sobre un soporte adecuado, es alojado entonces en contenedores especiales con soluciones químicas.

La fijación del tejido tiene lugar preferiblemente con una solución de glutaraldehido en concentraciones variables desde 0,1% hasta 5% (preferiblemente 0,4%) en solución de buffer salino de fosfato a pH 7,4 por períodos variables (preferiblemente 3 meses). Sin embargo, pueden emplearse períodos más cortos o más prolongados para fijación del tejido.

El propósito de fijar el tejido por medio de este procedimiento es el de causar un incremento en los enlaces cruciformes del colágeno tisular, un factor conclusivo para darle al tejido una mayor resistencia a la biodegradación y para reducir o anular su antigenicidad.

Soluciones químicas alternativas, a diferentes presiones, son utilizadas con el propósito de impartir características biológicas y mecánicas que son particularmente bienvenidas en un biomaterial.

En el caso de uso por contacto, con el flujo hemático del biomaterial, objeto de la invención, también se contempló el tratamiento del mismo con los así llamados materiales bioactivos (por ejemplo, heparina, antibióticos, agentes anticalcificación y drogas en general), con el propósito de darle características adicionales potencialmente favorables (prevención del fenómeno de calcificación, antitrombogenicidad incrementada, etc.)

4. Construcción del producto final (simple o compuesto)

El biomaterial obtenido de las etapas de procesamiento descritas anteriormente es tomado posteriormente de los contenedores, en los cuales ha sido sometido a los métodos de fijación química, con el propósito de ser sometido a procedimientos adicionales de procesamiento, preferiblemente manuales, por parte de personal calificado, para obtener productos que pueden ser utilizados en el campo biomédico, particularmente en el campo de la cirugía reconstructiva o de reemplazo de órganos o tejidos humanos o de animales.

El biomaterial es sometido a inspección macroscópica o microscópica antes de ser enviado a la línea de producción de los productos finales.

Se identifican posibles anomalías en las etapas de procesamiento anteriores, para proceder con la selección de los materiales adecuados para el procesamiento adicional de acuerdo con parámetros estandarizados.

El examen bajo luz polarizada con alta magnificación permite la verificación de la preservación de la integridad estructural del componente de colágeno del material fijado, la identificación de daños o perforaciones del tejido biológico, y la preservación de las características dimensionales. Pueden llevarse a cabo exámenes adicionales con el propósito de garantizar el despacho de muestras de biomaterial que posean las características óptimas deseadas para la etapa de procesamiento final.

Para la producción de productos particulares (por ejemplo, prótesis valvular cardiaca), se evalúan también los parámetros, principalmente la simetría de los colgajos obtenidos a partir del biomaterial, la homogeneidad del espesor, etc.

Pueden usarse materiales biocompatibles (por ejemplo, tereftalato de polietileno, politetrafluoroetileno), junto con el biomaterial, para la producción de prótesis compuestas.

Pueden usarse procedimientos de procesamiento, tales como el de sacabocados o modelación del biomaterial, para la producción de placas de biomaterial para diferentes usos en el campo biomédico, particularmente en la cirugía reconstructiva o de reemplazo de órganos o tejidos.

5. Esterilización y empaque

Los productos finales simples o compuestos, obtenidos a partir de las etapas de procesamiento del biomaterial, son sometidos entonces a aprobación por medio de etapas de validación estandarizadas con el propósito de excluir productos que fallen en ajustarse a las características y al uso, a partir de las siguientes etapas.

La esterilización del biomaterial ocurre preferiblemente por inmersión en una solución de glutaraldehido al 0,6% y etanol al 20% en solución de buffer salino de fosfato a pH 7,4.

La esterilización del biomaterial, al igual que todos los productos médicos destinados a la implantación en el organismo humano o de animal, resulta ser esencial. El propósito es el de anular la carga bacterial que pueda estar presente en los implantes, previniendo así de esta manera, el comienzo de infecciones en el organismo huésped.

Los métodos alternativos de esterilización del biomaterial pueden incluir agentes químicos (por ejemplo, formaldehído, etc.), gas (por ejemplo, óxido de etileno), radiación (por ejemplo, rayos beta o gama).

Además, la crioconsevación del biomaterial a temperaturas extremadamente bajas puede representar un método adicional de conservación y esterilización.

El empaque del biomaterial tiene lugar en contenedores especialmente elaborados con el propósito de conservar inalteradas las características biológicas, mecánicas y de conservación en general del material por períodos prolongados de tiempo.

El lavado del biomaterial, por medio del paso repetido por una solución fisiológica estéril durante tiempos estándar, es fundamental antes de la implantación en el organismo para remover cualquier residuo de sustancias químicas. Este procedimiento es una práctica aceptada en el curso de todos los implantes de materiales biológicos previamente tratados con sustancias químicas.

Aplicaciones

El biomaterial, objeto de la presente invención, ha sido usado convenientemente para la construcción de prótesis valvulares cardíacas (las así llamadas "válvulas biológicas") con características innovadoras no solamente debidas al uso del biomaterial en discusión sino debido a las peculiaridades estructurales y a las estructuras expresamente estudiadas con el propósito de mejorar el desempeño hemodinámico de los implantes.

Las válvulas producidas han sido objeto de investigación in vitro e in vivo para el examen del desempeño hemodinámico, duración y comportamiento biológico.

La construcción de las válvulas hace uso de un procesamiento manual (sacabocados, plegamiento, sutura, etc.) de segmentos de biomaterial de acuerdo con la invención, y una posible combinación de los mismos con materiales sintéticos (por ejemplo, tereftalato de polietileno, politetrafluoroetileno, etc.).

Los prototipos de las prótesis valvulares cardíacas han sido elaborados con una configuración monocúspide, o con dos, tres o cuatro colgajos producidos con el biomaterial objetivo principal de la presente invención.

Las válvulas han sido elaboradas de tejido biológico utilizando ya sea simplemente el biomaterial, objeto de la invención, o una combinación del presente biomaterial con otros biomateriales, especialmente de bovino o de pericardio animal en general.

Las prótesis valvulares cardiacas han sido elaboradas combinando el biomaterial con tejidos sintéticos.

El biomaterial bajo discusión, en la forma de una placa o en forma tubular ha experimentado pruebas in vitro e in vivo para verificar su aplicabilidad en áreas del organismo tales como los vasos sanguíneos, órganos de la cavidad, vísceras, y como placas para la corrección de anomalías cardíacas congénitas (defectos interarteriales o interventriculares). Además, el uso del biomaterial objeto de la presente invención es posible como un componente de un sistema artificial de asistencia cardiocirculatoria, tal como, por ejemplo, una membrana para un corazón artificial, o una válvula para un corazón artificial.

Breve descripción de los dibujos

Se describirá ahora una modalidad no limitante de la presente invención, con referencia a los diseños adjuntos, en los cuales:

- la figura 1 muestra una vista axonométrica de una válvula cardiaca que incluye al biomaterial, objeto principal de la presente invención;

- la figura 2 muestra una vista axonométrica de una estructura de soporte usada en la válvula cardiaca de la figura 1; y

- la figura 3 representa una vista axonométrica de la cubierta de la estructura de la figura 2.

La mejor manera de llevar a cabo la invención

En la figura 1 se denota con 10 a una válvula cardiaca completa.

Esta válvula cardiaca 10 incluye una estructura 11 (figura 2) de soporte que representa, como si fuera, el "alma" metálica que soporta a toda la estructura que compone a la válvula cardiaca 10 en si misma.

La estructura metálica 11 está convenientemente, pero no necesariamente, hecha de polipropileno, o de una aleación con base en titanio, aluminio y vanadio, y tiene forma básicamente toroidal.

Sobre esta estructura toroidal 11 se encuentra unida, en una forma conocida en si misma, una parte externa de cubierta 12, por ejemplo elaborada en Terylene o en PTFE (politetrafluoroetileno), y una parte interna de cubierta 13 elaborada con un material fluoroplástico de poro fino. La parte externa 12 también un anillo de sutura 14 (figuras 2, 3), que permite el aseguramiento de la válvula cardiaca 10 por medio de una sutura al corazón del paciente. El sistema de aseguramiento de la parte externa 12 y de la parte interna 13 a la estructura 11 es en si misma conocida y no será descrita en detalle.

En forma más particular, con referencia a la figura 2, la estructura 11 incluye una moldura superior 11a', una moldura inferior 11b cuyo curso es idéntico a aquel de la moldura 11a, y una serie de soportes ligeramente arqueados 11c, cada uno de los cuales se integra tanto con la moldura 10a como con la moldura 11b. Los soportes ligeramente arqueados 11c son responsables por la forma toroidal citada de la estructura 11.

La forma toroidal particular de la válvula cardiaca 10 y las características de los materiales con los cuales está construida, son los responsables por la elasticidad de la misma durante la etapa de sístole y diástole del corazón en el cual está implantada la válvula 10.

Como se muestra en la figura 1, la válvula cardiaca 10 se completa con una multitud de cúspides 15, que en la forma de la modalidad mostrada en la figura son tres y en forma como la de un sector de un circulo.

Se dice incidentalmente que, aún si existen tres cúspides 15 en la modalidad mostrada, es posible considerar alternativas que presentan solamente una o dos cúspides.

El costado curvo 15a de cada una de las cúspides 15 se sutura sobre la moldura superior 11a en si misma, mientras que cada uno de los costados rectos 15b de los dos costados rectos 15b de cada cúspide 15 descansa ligeramente sobre un costado recto 15b de una cúspide adyacente 15.

Durante la etapa de sístole la sangre es empujada en la dirección F1 y, debido a la energía de manejo que posee, en su paso a través de la válvula 10, para deformar las cúspides 15 y para pasar entre los intersticios 16 que deja libres entre los dos costados rectos 15b de las dios cúspides adyacentes 15.

Por lo tanto, es de extrema importancia que las cúspides 15 sean hechas de un material que tenga muy buenas características mecánicas, una mayor resistencia al uso y al ataque de origen biológico y quími-
co.

Como hemos dicho, la profunda investigación ha identificado en el primer componente constituyente del estroma de la córnea, las características más adecuadas para la producción de un biomaterial idóneo para la producción de las cúspides 15.

Claims

1. Biomaterial caracterizado porque incluye tejido de estroma de la córnea de una córnea animal.

2. Biomaterial como el de la reivindicación 1, en el cual dicha córnea animal es una córnea de pescado.

3. Biomaterial como el de la reivindicación 2, en el cual dicho pescado es atún.

4. Biomaterial caracterizado porque incluye al menos una porción del biomaterial reivindicado en las reivindicaciones 1-3 y al menos una porción de un material artificial biocompatible, tal como tereftalato de polietileno o politetrafluoroetileno.

5. Biomaterial caracterizado porque incluye al menos una porción del biomaterial reivindicado en las reivindicaciones 1-4 y al menos una porción de otro biomaterial biocompatible, tal como pericardio animal, particularmente, pericardio de bovino.

6. Placa que incluye al biomaterial como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones anteriores para su aplicación en vasos sanguíneos, órganos de la cavidad o viceversa.

7. Placa que incluye al biomaterial como en cualquiera de las reivindicaciones 1-5, para la corrección de anomalías cardiacas congénitas.

8. Placa que incluye al biomaterial como en cualquiera de las reivindicaciones 1-5, como componente de un sistema artificial de asistencia cardiocirculatoria.

9. Kit que incluye un biomaterial como el reivindicado en la reivindicaciones 1-5 y una estructura soporte del mismo biomaterial.

10. Prótesis o implante hecho al menos parcialmente con un biomaterial como el reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones 1-5.

11. Válvula cardiaca (10) que incluye una estructura soporte (11), algún medio de recubrimiento (12, 13) de dicha estructura (11), algún medio de aseguramiento (14) al corazón del paciente, y al menos una cúspide (15) capaz de abrir el flujo sanguíneo durante la etapa de sístole y de cerrar dicho flujo en la etapa de diástole; la válvula cardiaca (10) caracterizada porque dicha al menos una cúspide (15) está hecha con un tejido orgánico obtenido de un estroma de la córnea de un pez.

12. Válvula cardiaca (10) como la reivindicada en la reivindicación 11 en la cual dicha córnea es una córnea de atún.