ES2352879T3

ES2352879T3 - Membrana biopolimérica orientada.

Info

Publication number: ES2352879T3
Application number: ES00925894T
Authority: ES
Inventors: Debbie Yuen; Shu-Tung Li
Original assignee: Collagen Matrix Inc
Current assignee: Collagen Matrix Inc
Priority date: 1999-04-14
Filing date: 2000-04-06
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2020-04-06
Also published as: US6599524B2; DE60044873D1; EP1191911A4; WO2000061045A1; EP1191911B1; CA2369180A1; US6391333B1; AU4451600A; EP1191911A1; TW529958B; CA2369180C; US20020127270A1

Abstract

Una membrana en hoja que comprende una capa de fibras de colágeno orientadas, donde al menos la mitad de las fibras de colágeno están en una dirección general y donde la membrana tiene un espesor de 0.1 mm a 3.0 mm, una densidad de 0.1 g/cm 3 a 1.2 g/cm 3 , una temperatura de encogimiento hidrotérmico de 50ºC a 85ºC, una resistencia a halado de sutura de 0.1 kg a 5 kg, y una resistencia tensil de 10 kg/cm 2 a 150 kg/ 2 , y es permeable a moléculas que tienen pesos moleculares de 200 a 300,000 daltons.

Description

Antecedentes de la invención 5

Las aplicaciones médicas de las membranas biopoliméricas son numerosas. Véase por ejemplo, Shu-Tung Li, Biologic Biomaterials: Tissue-Derived Biomaterials (Collagen). In: Biomedical Engineering Handbook, Ed. J.D. Bronzino, 627-647, CRC Press. Inc. Boca Raton, FL, 1995.

Las membranas biopoliméricas tales como membranas de colágeno, pueden hacerse por secado con aire de una solución que contiene fibras biopoliméricas, o aplicando una solución ácida o básica de fibras biopoliméricas dispersas 10 sobre una superficie plana. Li divulga en la Patente de los Estados Unidos No. 5,206,028 un método para preparar una membrana de colágeno liofilizando primero una dispersión de colágeno para formar una esponja, la cual es luego humidificada, comprimida y sometida a entrecruzamiento químico. Por otro lado, Chu et al., divulgó en la Patente de los Estados Unidos No. 4,725,671 un método para preparar un gel a partir de una solución de atelocolágeno y luego comprimir y secar en aire el gel para formar una membrana de colágeno. 15

Las fibras biopoliméricas en membranas en lámina preparadas por los métodos de la técnica anterior están orientadas aleatoriamente. Tales membranas generalmente tienen baja resistencia mecánica y solamente son útiles en aplicaciones donde la resistencia mecánica del dispositivo no es un factor crítico para su función. No son suturables y suelen desgarrarse con un ligero tirón en la sutura.

Puesto que la mayoría de los materiales de reforzamiento de tejidos suaves requieren una resistencia mecánica extensa 20 de manera que puedan ser asegurados de forma fácil en su lugar bien utilizando suturas, grapas, herretes o tornillos, la fuerza mecánica se convierte en un factor crítico en el diseño de membranas basadas en fibras biopoliméricas para aplicaciones en la reparación de tejidos suaves.

Resumen de la Invención

Un aspecto de esta invención se relaciona con una membrana en hoja de acuerdo con la reivindicación 1 que contiene 25 al menos una capa de fibras de colágeno orientadas. Lo que se entiende por “orientadas” es que al menos la mitad de las fibras de colágeno están en una dirección general (esto es, “orientación de la fibra”) como se determina por el método descrito más abajo o por un método análogo. La membrana en hoja es generalmente plana, pero si se desea, puede estar curvada de alguna manera. Tiene un espesor de 0.1 mm a 3.0 mm (preferiblemente, 0.2 mm a 1.0 mm), una densidad de 0.1 g/cm3 a 1.2 g/cm3 (preferiblemente, 0.2 g/cm3 a 0.8 g/cm3), una temperatura de encogimiento 30 hidrotérmico de 50°C a 85°C (preferiblemente, 55°C a 70°C), una resistencia a tensión de sutura (tanto perpendicular como paralela a la orientación de la fibra) de 0.1 kg a 5 kg (preferiblemente, 0.3 kg a 3 kg), y una resistencia tensil de 10 kg/cm2 a 150 kg/cm2 (preferiblemente, 30 kg/cm2 a 80 kg/cm2), y es permeable a moléculas que tienen pesos moleculares de 200 a 300,000 daltons (preferiblemente, 1,000 a 50,000 daltons). Los parámetros antes citados pueden medirse fácilmente por métodos conocidos para una persona de experiencia normal en la técnica, algunos de los cuales 35 se describen en detalle más abajo.

Cuando una membrana en hoja se hace de dos o más capas de fibras de colágeno orientadas, las capas se aseguran una a otra mediante goma de fibrina, goma de colágeno (gel o esponja de colágeno húmeda), sutura (reabsorbible o no reabsorbible), formación de entrecruzamiento, o similares. De forma preferible, las fibras de colágeno en diferentes capas están orientadas respectivamente en direcciones diferentes. 40

Otro aspecto de esta invención se relaciona con un método para hacer una membrana de hoja de capa sencilla de fibras de colágeno orientadas. El método incluye: (1) reconstituir las fibras de colágeno, dispersas en una solución; (2) colocar las fibras de colágeno reconstituidas alrededor de un mandril; (3) hacer rotar el mandril para convertir las fibras de colágeno reconstituidas sobre el mandril en una membrana tubular de fibras de colágeno orientadas; (4) cortar la membrana tubular longitudinalmente después de que se ha secado sobre el mandril; (5) enrollar la membrana cortada 45 en una forma tubular que es una inversión de la membrana tubular; (6) insertar la membrana enrollada en una malla tubular; y (7) entrecruzar las fibras de colágeno para formar una membrana en lámina de fibras de colágeno orientadas.

Más abajo se describen diversos usos médicos de las membranas en lámina de esta invención. Otras características o ventajas de la presente invención serán evidentes a partir del siguiente dibujo de la descripción detallada de la invención, así como de las reivindicaciones anexas. 50

Breve descripción del dibujo

La Figura 1 es un aparato de fabricación para orientar fibras de colágeno reconstituidas.

Descripción detallada de la invención

Las membranas de la presente invención contienen al menos una capa de fibras orientadas en una dirección, y por lo tanto poseen mayor resistencia mecánica y resistencia al desgarre. Las propiedades mejoradas permiten que tales membranas se sometan a sutura, grapas, herretes, o tornillos en su lugar para reparar tejido suave.

Tales membranas pueden ser producidas dispersando fibras de colágeno en una solución acuosa. La reconstitución de 5 las fibras dispersas en una capa, y la orientación de las fibras reconstituidas. Las membranas pueden incluir agentes bioactivos seleccionados tales como factores de crecimiento, fármacos y similares.

Más abajo hay ejemplos de cómo pueden prepararse diferentes membranas de esta invención.

Un método para fabricar una membrana de capa sencilla reconstituida de la presente invención incluye las siguientes etapas: 10

a) formar una dispersión acuosa que contiene fibras de colágeno;

b) reconstituir las fibras;

c) orientar las fibras reconstituidas sobre un mandril rotatorio para formar una membrana tubular;

d) comprimir las fibras hidratadas para eliminar el exceso de solución;

e) secar las fibras orientadas sobre el mandril: 15

f) cortar la membrana perpendicular a la orientación de las fibras;

g) invertir la membrana; y

h) entrecruzar la membrana.

Un método para fabricar una membrana de doble capa reconstituida de la presente invención incluye las siguientes etapas: 20

a) dispersar las fibras en una solución acuosa;

b) reconstituir las fibras dispersas;

d) comprimir las fibras hidratadas para eliminar el exceso de solución;

e) secar las fibras comprimidas; 25

f) cortar la membrana perpendicular en la orientación de las fibras para formar una membrana de lámina;

g) colocar alrededor de la membrana de lámina una segunda membrana de lámina preparada de la misma forma;

h) invertir la membrana de dos capas; y

i) entrecruzar la membrana.

Un método para fabricar una membrana reconstituida de tres láminas de la presente invención incluye las siguientes 30 etapas:

a) dispersar fibras en una solución acuosa;

b) reconstituir las fibras dispersas;

d) comprimir las fibras así tratadas para eliminar el exceso de solución; 35

e) sobreponer una membrana prefabricada alrededor de la membrana tubular sobre el mandril;

f) orientar las fibras reconstituidas de nuevo alrededor de la membrana prefabricada sobre el mandril rotatorio;

g) comprimir las fibras hidratadas para eliminar el exceso de solución;

h) secar las fibras comprimidas sobre el mandril;

i) cortar la membrana seca tubular de tres capas perpendicular a la orientación de las fibras para formar una membrana de hoja de tres capas;

j) invertir la membrana;

k) y entrecruzar la membrana.

Las fibras de colágeno de tipo I se prefieren para la preparación de la membrana de la presente invención debido a su 5 biocompatibilidad y fácil accesibilidad. Otros materiales biopoliméricos, los cuales pueden ser bien naturales o sintéticos, incluyen pero no se limitan a, otros tipos de colágeno (por ejemplo, tipo II o tipo XXI), un análogo sintético de un biopolímero por técnicas de ingeniería genética, o una combinación de los mismos. Dependiendo de la aplicación clínica particular, la orientación de las fibras en una membrana puede ser de particular importancia. Por ejemplo, muchas aplicaciones quirúrgicas, se requiere un material de parche para reforzar un tejido enfermo. Así, en la reparación de una 10 hernia en la pared abdominal, una membrana orientada proporcionará una resistencia mucho mayor que una matriz convencional. También, una membrana utilizada en cirugías de implante periodontal y de dientes tiene que ser asegurada por suturas o herretes, y una membrana orientada, debido a su resistencia mecánica más alta, será más resistente al desgarre que la membrana convencional. La membrana también será útil en un parche de suspensión en el tratamiento de condiciones de incontinencia urinaria en pacientes femeninos. Más específicamente, una membrana 15 orientada puede servir como soporte mecánico para la pared de la vejiga para minimizar la movilidad de la uretra y el cuello de la vejiga. Otras aplicaciones incluyen el uso como un parche para tejido cardiaco del corazón y su uso como parche para la reparación del aura.

El control de la orientación de las fibras en una membrana reconstituida optimiza la función deseada de la membrana in vivo. En general, la resistencia a tensión de la sutura es más alta en la dirección perpendicular a la orientación de las 20 fibras que en la dirección paralela a la orientación de las fibras, mientras que la fuerza tensil es más fuerte en la dirección orientada de las fibras que en la dirección perpendicular a la orientación de las fibras. Una membrana hecha de dos o más capas de fibras biopoliméricas orientadas proporciona una resistencia a la tensión de sutura y resistencia mecánica potenciada en las respectivas direcciones.

En particular, una membrana basada en colágeno de la presente invención puede prepararse por los siguientes 25 métodos.

Primero, una fuente natural del colágeno tipo I, tal como piel, hueso, tendones o ligamentos es limpiada, lavada y las impurezas que no corresponden a colágeno son eliminadas por métodos bien conocidos en la técnica tales como los divulgados en la Patente de los Estados Unidos No. 5,512,291 y en Oneson, et al., J. Am. Leather Chemists Assoc. 65:440-450, 1970. 30

A continuación, se prepara una dispersión de colágeno. En general, el material de colágeno purificado se dispersa en una solución ácida. Pueden usarse bien un ácido orgánico tal como ácido acético (CH3COOH) o ácido láctico CH3CHOHCOOH) o un ácido inorgánico tal como ácido clorhídrico (Hcl) o ácido sulfúrico (H2SO2). La preparación de una dispersión de fibras de colágeno es bien conocida en la técnica tal como lo que se divulga en las Patentes de los Estados Unidos Nos. 3,157,524 y 5,326,350. Estas patentes se incluyen como referencias definidas en su totalidad. El 35 contenido sólido de las fibras de colágeno en la dispersión adecuado para la presente invención está en general entre 0.5% o 1.5%. Alternativamente, puede prepararse una dispersión de colágeno en una solución alcalina. Hidróxido de sodio (NaOH), hidróxido de potasio (KOH), hidróxido de calcio (Ca(OH)2) son las bases comunes que pueden utilizarse para preparar el colágeno disperso alcalino. Si es deseable incluir una molécula bioactiva en la membrana, la molécula bioactiva puede ser disuelta y mezclada con el colágeno disperso en la dispersión. Una alícuota de las fibras de 40 colágeno dispersas en ácido se pesa en un matraz. El colágeno disperso se reconstituye neutralizando el ácido con una base (tal como NH4OH o NAOH) hasta un pH de aproximadamente 5, que es el punto isoeléctrico de este material purificado. Otros agentes reconstituyentes tales como sales neutras, solventes no acuosas o similares pueden ser utilizados para reconstituir las fibras de colágeno. Las fibras de colágeno reconstituidas, pero aún altamente hidratadas, se orientan enrollando las fibras en un mandril rotatorio. Se muestra en la Figura 1 un aparato que se utiliza para 45 enrollar las fibras de colágeno reconstituidas. EL aparato 100 comprende un motor 101, un adaptador 102, un mandril 103 que encaja en una adaptador 102 y una cámara de alojamiento de dispersión 104. Las fibras de colágeno reconstituidas son vertidas primero lentamente en la cámara 104. El motor 101 con una velocidad predeterminada es encendido haciendo que las fibras reconstituidas 105 se enrollen sobre el mandril 103 para formar una membrana tubular. 50

El exceso de solución asociado con la membrana tubular puede ser eliminado comprimiendo el mandril rotatorio contra una superficie suave tal como una lámina de vidrio o de plástico. La membrana orientada parcialmente deshidratada se seca entonces. Dependiendo de las propiedades de permeabilidad deseadas de la membrana, el secado puede ser bien secado por aire o liofilización. El secado por aire produce una membrana que permite la permeación de iones o péptidos pequeños (con pesos moleculares menores de 2,000), mientras que las membranas liofilizadas permiten la permeación 55 de moléculas que varían de peso molecular desde 200 hasta 300,000 (tales como diversos factores de crecimiento y macro moléculas bioactivas). Las propiedades de permeabilidad deseadas de las membranas pueden obtenerse controlando el grado de deshidratación antes de la liofilización.

La membrana tubular seca es retirada entonces del mandril y cortada a lo largo del eje longitudinal del tubo. La membrana cortada se invierte entonces en una forma tubular de manera que la pared interna (externa del tubo original se convierta en la pared interna (externa). Si es necesario la curvatura del tubo invertido puede ser ajustada para crear una superposición entre los dos bordes de corte o dejando una brecha entre ellos. El tubo invertido, que tiene una curvatura reversa, es insertado en una malla tubular y entrecruzado con un agente de entrecruzamiento tal como un 5 compuesto de aldehído. El entrecruzamiento de la membrana invertida bajo una cierta curvatura inversa fuerza la membrana hacia una geometría de hoja plana después del entrecruzamiento. Preferiblemente, la malla tubular tiene diámetro ajustable de manera que pueda acomodar membranas invertidas de todas las curvaturas. Dependiendo del espesor de la membrana, puede utilizarse una malla tubular de diámetro más grande o más pequeño. La malla construida puede ser construida a partir de metales o plásticos biocompatibles (por ejemplo, acero inoxidable y 10 polipropileno).

La velocidad de rotación del mandril afecta el grado de orientación de las fibras de colágeno en una dirección dada. En general, una velocidad alta de rotación del mandril (por ejemplo, >700 rpm) genera un grado más alto de orientación de la fibra que una rotación a baja velocidad (por ejemplo, <50 rpm). Dependiendo de los requerimientos de las propiedades mecánicas generales, el grado de orientación puede ser ajustado mediante la velocidad de rotación del 15 mandril.

El grado de orientación de la fibra también depende del diámetro del mandril. Siendo todo lo demás igual, un mandril con un diámetro más pequeño produce un grado más alto de orientación de fibra. Preferiblemente, el mandril tiene un diámetro de aproximadamente 1.0 cm hasta aproximadamente 3.0 cm. Sin embargo, pueden utilizarse también otros tamaños si se desea. 20

Otro factor que contribuye a la orientación de la fibra es la cantidad de fibras reconstituidas por unidad de volumen. La cantidad de fibras de colágeno por unidad de volumen define el espesor de la membrana de un diámetro dado del mandril. Preferiblemente, la cantidad de fibras de colágeno (peso seco) por centímetro de longitud de un mandril de 1.25 centímetros de diámetro está en el rango de aproximadamente 0.2 hasta aproximadamente 0.8 gramos. El espesor de la membrana seca producido está en el rango de aproximadamente 0.2 mm hasta aproximadamente 0.8 mm. 25

Los grados de orientación pueden determinarse midiendo y comparando los ángulos agudos de intersección entre las fibras y un eje fijo, por ejemplo, el eje longitudinal de la membrana tubular. Con el fin de facilitar la determinación de los ángulos de intersección, puede utilizarse un colorante tal como azul de metileno para teñir las fibras y los ángulos agudos de intersección de las diversas fibras con respecto al eje fijo pueden entonces medirse fácilmente con un goniómetro. 30

El grado de entrecruzamiento determina la estabilidad in vivo de la membrana. Dependiendo de los requerimientos funcionales in vivo, el grado de entrecruzamiento puede controlarse concordantemente. El grado de entrecruzamiento en fase de solución puede ser controlado mediante la concentración, temperatura, pH y tiempo de entrecruzamiento. El entrecruzamiento en vapor puede ser controlado mediante la presión de vapor, temperatura y tiempo de entrecruzamiento. 35

Para membranas utilizadas para guiar la regeneración de tejidos en cirugías de implante periodontal y dental, es deseable que las membranas sean estables in vivo durante aproximadamente 8 a 16 semanas. Para otras aplicaciones tales como reparación de hernia, parche de suspensión, parche pericardiaco, o reparación de la dura, la estabilidad in vivo está generalmente en el rango de 6 a 12 meses.

La estabilidad in vivo depende de la naturaleza de los entrecruzamientos formados por los diversos agentes de 40 entrecruzamiento. En general, el glutaraldehído forma entrecruzamientos más estables que el formaldehído y la carbodiimida. Así, el glutaraldehído ha sido usado para entrecruzar tejidos de válvulas cardiacas para durabilidad in vivo, y el formaldehído ha sido utilizado frecuentemente para entrecruzar implantes reabsorbibles.

El grado de entrecruzamiento puede determinarse por métodos bien conocidos en la técnica tales como monitoreo de la temperatura de encogimiento hidrotérmico o determinando el número de entrecruzamientos intermoleculares. En 45 general, una temperatura de encogimiento hidrotérmico en el rango de 50ºC a 65ºC da como resultado la estabilidad in vivo de 8-16 semanas, y la temperatura de encogimiento hidrotérmico en el rango de 60ºC a 70ºC da como resultado la estabilidad in vivo durante 12 a 24 semanas. Para una estabilidad in vivo superior a 6 meses, la temperatura de encogimiento debería estar prevista en el rango de 70ºC a 85ºC.

Si es deseable tener una membrana de superficie activa específicamente diseñada, pueden utilizarse entonces métodos 50 de modificación química para enlazar de forma covalente una molécula bioactiva sobre la superficie de la membrana. Los grupos funcionales de la superficie del colágeno tales como los grupos amino de las cadenas laterales de lisinas e hidroxilisinas, los grupos carboxilo de las cadenas laterales de ácidos aspártico y glutámico, y los grupos hidroxilo de las cadenas laterales de la hidroxiprolina y las serinas y las treoninas pueden acoplarse con grupos funcionales reactivos de las moléculas bioactivas para formar enlaces covalentes utilizando agentes de acoplamiento bien conocidos en la 55 técnica tales como compuestos de aldehído, carbodiimidas y similares. Adicionalmente, puede utilizarse una molécula espaciadora para separar los grupos reactivos de la superficie en el colágeno y los grupos reactivos de las moléculas bioactivas para permitir más flexibilidad de tales moléculas sobre la superficie de la membrana.

En una membrana de dos capas, las orientaciones de las fibras pueden diseñarse de manera que refuercen las propiedades mecánicas en dos direcciones. Específicamente, una membrana de dos capas está formada por la superposición de una capa prefabricada sobre la parte superior de otra. Controlando el ángulo de orientaciones de fibras entre las dos capas, se definen las propiedades mecánicas de la membrana bicapa. Las dos capas pueden ser aseguradas una a la otra por goma biológica tal como goma de colágeno, goma de fibrina, o similares, o mediante 5 suturas. Las dos capas pueden ser aseguradas adicionalmente una a la otra mediante formación de entrecruzamiento utilizando agentes de entrecruzamiento tales como compuestos de aldehído. El proceso puede ser repetido para producir tantas capas como sea necesario, de tal manera que la geometría de la orientación de las fibras y las propiedades mecánicas finales están estrictamente correlacionadas y controladas. Alternativamente, puede construirse una membrana multicapa directamente sobre el mandril rotatorio. Utilizando fibras reconstruidas, se forma una primera 10 membrana de capa individual sobre un mandril rotatorio. A continuación se envuelve una hoja de membrana de capa individual prefabricada alrededor de la primera membrana de tal manera que las orientaciones de las fibras de las dos membranas se intersecten en un ángulo deseable. Se conforma entonces una segunda membrana sobre la parte superior de la membrana prefabricada superpuesta, formando una estructura similar a un sándwich con orientaciones controladas de las fibras. Si es necesario, pueden adicionarse capas adicionales de una forma análoga. El proceso 15 puede manipularse para producir una variedad de construcciones con orientaciones de fibra y propiedades mecánicas predeterminadas. Las membranas de capa múltiple pueden asegurarse mediante entrecruzamiento químico.

Sin una elaboración adicional, se cree que una persona experimentada en la técnica puede, con base en la descripción anterior, utilizar la presente invención en su grado máximo. Las siguientes realizaciones específicas son, por lo tanto, construidas de manera puramente ilustrativa, y no limitante del resto de la divulgación en manera alguna. Todas las 20 publicaciones citadas se incorporan aquí como referencia.

Preparación de fibras de colágeno purificadas

La grasa y la fascia del tendón flexor de bovino fueron retiradas cuidadosamente y lavadas con agua. El tendón lavado fue congelado y cortado tajándolo en láminas de 0.5 mm con un cortador de carne. Un kg de tendón húmedo tajado fue extraído primero con 5 litros de agua destilada a temperatura ambiente durante 24 horas. El extractante fue descartado 25 y se añadieron 5 litros de HCl 0.2 N en Na2SO4 0.5 M y las tajadas de tendón fueron extraídas a temperatura ambiente durante 24 horas. La solución ácida fue descartada y se añadieron 5 litros de Na2SO4 0.5 M para lavar el tendón y eliminar el ácido residual. El tendón extraído con ácido fue extraído entonces con 5 litros de NaOH 0.75 M en presencia de Na2SO4 1 M a temperatura ambiente durante 24 horas. La solución de base fue descartada entonces. La base residual fue neutralizada con HCl 0.01 normal a pH 5 seguido por varios cambios de agua destilada para eliminar las 30 sangres residuales asociadas con el tendón purificado. El tendón fue luego desengrasado con isopropanol (tendón: isopropanol = 1:5, v/v) durante 8 horas a 25ºC bajo agitación constante. El extractante se decanta y se añade un volumen igual de isopropanol y las tajadas de tendón se extraen durante la noche a 25ºC bajo agitación constante. El tendón desengrasado fue secado entonces bajo una cabina limpia. Las fibras de colágeno purificadas se almacenan en seco a temperatura ambiente para procesamiento posterior. 35

Preparación de dispersiones de fibra de colágeno

A. Preparación de fibras de colágeno dispersas en ácido

Se pesaron y dispersaron fibras de colágeno purificadas en ácido láctico 0.07 M, homogenizadas con un Homogenizador Silverson (East Longmeadow, MA), y luego se filtraron con un filtro de malla de acero inoxidable (40 mallas). La dispersión, que tenía un contenido de colágeno de 0.7% (p/v), es desaireada con vacío para eliminar el aire 40 atrapado.

B. Preparación de fibras de colágeno dispersas en alcalino

Alternativamente, se pesaron y dispersaron fibras de colágeno purificadas en NaOH 0.005 M, se homogenizaron con un Homogenizador Silverson (East Longmeadow, MA), y luego se filtraron con un filtro de malla de acero inoxidable (40 mallas). La dispersión, que tenía un contenido de colágeno de 1.0% (p/v) fue desaireada con vacío para eliminar el aire 45 atrapado en ella.

Fabricación de membranas de una capa individual orientada

Las fibras de colágeno dispersas en ácido (180 g) fueron reconstituidas añadiendo 20 ml de NH4OH al 0.3% hasta su punto isoeléctrico (pH 4.5-5.0). Las fibras reconstituidas fueron vertidas en un aparato de fabricación con un mandril de 1.25 cm de diámetro y fueron distribuidas de manera homogénea manualmente (Figura 1). Las fibras fueron orientadas 50 haciendo rotar el mandril a 250 rpm para formar una membrana tubular. La solución en exceso fue eliminada de la membrana tubular sobre el mandril comprimiendo la membrana contra dos placas de vidrio. Las fibras deshidratadas parcialmente sobre el mandril fueron liofilizadas (-10ºC durante 24 horas, 20ºC durante 16 horas a una presión menor de 200 millitorr) utilizando un liofilizador Virtis (Gardiner, N.Y.). La membrana tubular seca de fibras fue cortada a lo largo de la dirección longitudinal, esto es, perpendicular a la orientación de la fibra. La membrana cortada fue fijada 55 físicamente en una forma de sándwich entre dos pantallas de acero inoxidable semitubulares con la curvatura de la membrana invertida, y entrecruzada con vapor de formaldehido generado a partir de una solución de HCHO al 2% a 22ºC durante 5 a 10 horas. Las membranas entrecruzadas fueron enjuagadas de manera extensa en agua destilada y liofilizadas.

Fabricación de una membrana orientada de dos capas

Se preparó primero una goma de colágeno como sigue: Las fibras de colágeno dispersas en alcalino fueron liofilizadas bajo condiciones de liofilización estándar (-10ºC durante 48 horas, 20ºC durante 16 horas a una presión menor de 200 5 millitorr) utilizando un liofilizador Virtis para formar una esponja. La esponja liofilizada fue cortada del mismo tamaño que el tamaño de una membrana orientada de capa individual que había sido sometida a entrecruzamiento. La esponja fue humidificada durante 8 horas a 25ºC con vapor de agua en un contenedor cerrado. La esponja humidificada fue colocada en sándwich entre dos membranas orientadas de capa sencilla entrecruzadas de tal forma que la orientación de la membrana era aproximadamente 90º con respecto a la de la otra membrana. El conjunto general fue comprimido 10 utilizando una prensa mecánica para formar un conjunto de membrana cohesionante. La membrana fue entrecruzada luego con vapor de HCHO similar al descrito más arriba.

Alternativamente, se superpuso una membrana orientada entrecruzada sobre otra haciendo que la orientación de las fibras de las dos membranas se interceptaran en un ángulo de aproximadamente 90º. Las dos membranas superpuestas fueron suturadas entre sí utilizando una sutura 3-0 Dexon (Davis and Geck, Danbury, CT). 15

Fabricación de una membrana orientada de tres capas

Dos esponjas de colágeno humidificadas preparadas de la forma descrita más arriba fueron colocadas en sándwich entre tres membranas de colágeno orientadas sin entrecruzamiento teniendo las orientaciones de las fibras de las dos membranas superiores intercepción en un ángulo de aproximadamente 60º y las de las dos membranas de la parte inferior también al mismo ángulo. El conjunto de membrana fue luego entrecruzado de una manera descrita más arriba. 20

Alternativamente, las tres membranas orientadas entrecruzadas fueron suturadas entre sí con una sutura 3-0 Dexon.

Características mecánicas de las membranas orientadas

A. Orientación de la Fibra

La orientación de la fibra de una membrana orientada de esta invención se determina tiñendo primero las fibras con un material colorante (tal como azul de metileno para las fibras de colágeno). El ángulo agudo de intersección entre una 25 línea de referencia (por ejemplo, una línea correspondiente al eje longitudinal del mandril utilizado para preparar la membrana) y una fibra puede medirse fácilmente. Tales ángulos son medidos para un número de fibras estadísticamente significativo. En cada capa de una membrana orientada de esta invención, los ángulos agudos de al menos 50 ± 10% de las fibras, con respecto a la línea de referencia, están dentro de un rango relativamente estrecho, esto es, ± 30º. 30

B. Espesor

El espesor de la membrana se determina con un calibrador. El espesor de una membrana de la presente invención está generalmente dentro de 0.1 mm hasta 3.0 mm.

C. Densidad

Para determinar la densidad (g/cm3) de una membrana, la membrana se seca primero bajo ácido durante 24 horas o 35 sobre P205 durante 24 horas y se registra el peso seco. Las dimensiones (longitud, anchura y espesor) de la membrana se miden entonces con un calibrador. Así, la densidad es una medida de la cantidad por unidad de volumen de la membrana. La densidad de una membrana de la presente invención está en el rango de 0.1 g/cm3 a 1.2 g/cm3.

D. Temperatura de encogimiento hidrotérmico

Una membrana que tiene las dimensiones de 1.5 cm x 2.0 cm se conecta a un aparato de temperatura de encogimiento. 40 Véase Li et al., Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 331:25-32, 1994. La muestra se equilibra primero en un matraz de solución salina de fosfato (PBS). La solución se calienta a una velocidad de 1ºC por minuto. La longitud de las muestras se registra de forma continua. La temperatura de encogimiento hidrotérmica de la membrana se define como la temperatura a la cual la longitud comienza a cambiar (punto de arranque). La temperatura de encogimiento de una membrana de esta invención está en el rango de 50ºC a 85ºC. 45

E. Resistencia mecánica

Resistencia al halado de sutura perpendicular a la orientación de la fibra:

La resistencia al halado de la sutura de la membrana húmeda con la dirección de halado de la sutura perpendicular a las fibras se determina mediante un probador mecánico (Chatillon, Greensboro, NC). La membrana se corta a lo largo de la dirección perpendicular a la orientación de la fibra hasta un tamaño de 20 mm x 15 mm y se sumerge en solución salina 50 regulada con fosfato, pH 7.4 a 25ºC, durante aproximadamente 2 minutos. Se coloca una sutura (seda 3-0 negras trenzada, cono SH-1, Ethicon, Somerville, NJ) se coloca a través del lado de la membrana de 20 mm a aproximadamente 4 mm del borde. La sutura se ata en un nudo y se asegura al adaptador de gancho del probador tensil. Luego la muestra se asegura. La muestra es halada a una velocidad de 1.0 pulgadas/minuto hasta que la sutura sea extraída. La resistencia a la extracción de una membrana de esta invención está en el rango de 0.1 kg a 5.0 kg.

Resistencia al halado de sutura paralelo a la orientación de la fibra: 5

La resistencia al halado de sutura de la membrana que tiene fibras paralelas a la dirección de halado de la sutura se determina con un probador mecánico (Chatillon, Greensboro, NC). La membrana se corta a lo largo de la dirección paralela a la orientación de la fibra hasta un tamaño de 20 mm x 15 mm y se sumerge en solución salina regulada con fosfato, pH 7.4 a 25ºC, durante aproximadamente 2 minutos la prueba se lleva a cabo como se describió más arriba. La resistencia al halado de la sutura de una membrana de esta invención está en el rango de 0.1 kg a 5.0 kg. 10

Resistencia tensil perpendicular al eje de la fibra:

La resistencia mecánica de la membrana húmeda que está siendo halada en la dirección perpendicular a las fibras se determina con un probador mecánico (Chatillon, Greensboro, NC). La membrana se corta a lo largo de la dirección perpendicular a la orientación de la fibra en una forma de tambor con una perforación cúbica. La muestra se sumerge en solución salina regulada con fosfato, pH 7.4 a 25ºC durante aproximadamente 2 minutos. La muestra se asegura 15 entonces con una fijación de pinza, y se hala a una velocidad de 1.0 pulgadas/minuto hasta que la muestra es separada. La resistencia tensil de una membrana de esta invención está en el rango de 10 kg/cm2 a 150 kg/cm2.

Resistencia tensil paralela al eje de la fibra:

La resistencia mecánica de la membrana húmeda que está siendo halada en la dirección paralela a las fibras se determina mediante un probador mecánico (Chatillon, Greensboro, NC). La membrana se corta a lo largo de la dirección 20 paralela a la orientación de la fibra en una forma de tambor con una perforación cúbica. La muestra se sumerge en una solución salina regulada con fosfato, pH 7.4 a 25ºC durante aproximadamente 2 minutos. La prueba se lleva a cabo como se describió más arriba. La resistencia tensil de una membrana de esta invención está en el rango de 10 kg/cm2 a 150 kg/cm2.

F. Permeabilidad 25

Un corte en forma de disco de 2 centímetros de diámetro de una membrana de esta invención se inserta en un agujero entre dos compartimientos de una cámara especialmente diseñada, separándose por lo tanto completamente los dos compartimientos. Se añade un volumen fijo de PBS que contiene 50 µg de diversos tamaños de péptido y moléculas de proteína por ml a un compartimiento. El otro compartimiento se llena con un volumen fijo de PBS solamente. Las soluciones en ambos compartimientos se dejan equilibrar durante 24 horas. Se lleva a cabo entonces un ensayo para 30 determinar los tamaños de los péptidos y moléculas de proteína en el compartimiento que inicialmente solamente contenía PBS. La membrana de esta invención es permeable a moléculas que tienen pesos moleculares que varían de 200 a 300,000 daltons.

Uso de las membranas orientadas en cirugía dental

A. Cirugía periodontal 35

Se incluyen en el estudio pacientes con periodontitis avanzada. Más específicamente, todos los pacientes tiene al menos un par de lesiones periodontales contralaterales similares con profundidades de sonda ≥ 5 mm y evidencia radiográfica de pérdida de hueso ≥ al 40%. Cada paciente pasa a través de procedimientos de colgajo estándar, desbridamiento y mediciones de profundidad de hueso. Las membranas de colágeno de la presente invención son entonces dimensionadas y adaptadas a los defectos y los colgajos son recolocados y suturados. 40

B. Cirugía de implante de dientes

Se incluyen pacientes que sufren de aflojamiento de implantes dentales para cada paciente, se retira primero la prótesis y se secciona un colgajo de espesor completo para permitir un acceso adecuado al área afectada. El tejido de granulación y otros tejidos lesionados son retirados cuidadosamente. El material de relleno del hueso (autoinjerto, aloinjerto o cerámica sintética) se coloca entonces en el sitio defectuoso y se le da un contorno que se aproxime a la 45 anatomía ideal. Una membrana de colágeno reconstituida de la presente invención se recorta en la forma deseada y se coloca ajustadamente en el sitio tratado. La membrana y el material de relleno óseo se aseguran utilizando un kit de unión ósea (Imtec Corporation, Ardmore, OK) y el colgajo es reunido con un procedimiento de sutura estándar.

Uso de membranas orientadas en la reparación de hernia de pared abdominal

En este estudio se utilizan perros cruzados adultos que pesan de 18 a 30 kg. Bajo condiciones estériles, se lleva a cabo 50 una recepción subtotal de la porción musculofacial de la pared abdominal de cada perro. El defecto es reparado con membranas de colágeno reconstituidas de tamaño apropiado de la presente invención. La membrana se sutura pasando a través del espesor completo de la pared abdominal. Luego se cierra la herida.

Uso de membrana orientada en cirugía de incontinencia femenina

Pacientes femeninas con continencia urinaria tensionada genuina son candidatas para el procedimiento. Se hace una incisión en la pared vaginal anterior en su línea media desde un nivel justo por debajo del meatus de la uretra externo hasta un nivel justo por detrás de la posición del balón de Foley. El espacio retropúbico es penetrado en cada lado y se 5 utiliza una disección obtusa o aguda o ambas, para liberar gentilmente la fascia parauretral (fascia endopélvica) de las uniones laterales al ramus inferior del hueso púbico. Se coloca un parche de colágeno reconstituido de la presente invención en el sitio tratado y se aplica a la suburetra y a la base de la vejiga con suturas No. 4 Dexon (Davis and Geck, Danbury, CT). Se pasa una sutura No. 0 a través de las cuatro esquinas del parche de colágeno. Con cada pasada, la aguja también es pasada a través de la fascia endopélvica desprendida. 10

Se hace entonces una incisión en la piel suprapúbica transversa de 3 cm y las suturas previamente colocadas se pasan a través del área suprapúbica utilizando una aguja de suspensión Pereyra. La incisión vaginal luego se cierra con suturas absorbibles y las suturas se atan por encima del rectus fascia anterior.

Uso de la membrana orientada en la reparación de la dura

Se utilizaron perros cruzados adultos de 18 a 30 kg en este estudio. Se lleva a cabo una craneotomía frontoparietal 15 izquierda en cada animal. Se secciona un segmento del aura, que mide 4 cm x 3 cm y que se superpone al cortex frontal y parietal. Cada animal alterno recibe una lobectomía frontal izquierda de manera que el injerto cubrirá un área del cortex lesionado, así como del tacto. Se sutura en el lugar una membrana de colágeno de esta invención con suturas cercanamente interrumpidas de mercileno 5-0. El colgajo de hueso es reinsertado y el músculo, la fascia y la piel son cerradas con suturas 2-0. 20

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una membrana en hoja que comprende una capa de fibras de colágeno orientadas, donde al menos la mitad de las fibras de colágeno están en una dirección general y donde la membrana tiene un espesor de 0.1 mm a 3.0 mm, una densidad de 0.1 g/cm3 a 1.2 g/cm3, una temperatura de encogimiento hidrotérmico de 50ºC a 85ºC, una resistencia a 5 halado de sutura de 0.1 kg a 5 kg, y una resistencia tensil de 10 kg/cm2 a 150 kg/2, y es permeable a moléculas que tienen pesos moleculares de 200 a 300,000 daltons.
2. La membrana de hoja de la reivindicación 1 que comprende adicionalmente una segunda capa de fibras de colágeno orientadas aseguradas a la primera capa de fibras de colágeno orientadas, donde las fibras de colágeno de la primera y segunda capas están orientadas respectivamente en direcciones diferentes. 10
3. La membrana de hoja de la reivindicación 2 que comprende adicionalmente una tercera capa de fibras de colágeno orientadas asegurada a la segunda capa de fibras de colágeno orientadas, donde las fibras de colágeno de la primera, segunda y tercera capas están orientadas respectivamente en direcciones diferentes.
4. La membrana de hoja de la reivindicación 1, donde la membrana tiene un espesor de 0.2 mm a 1.0 mm, una densidad de 0.2 g/cm3 a 0.8 g/cm3, una temperatura de encogimiento hidrotérmico de 55 °C a 70 °C, una resistencia de 15 alado de sutura 0.3 kg a 3 kg, y una resistencia tensil de 30 kg/cm2 a 80 kg/cm2, y es permeable a moléculas que tienen pesos moleculares de 1,000 a 50,000 daltons.
5. La membrana de hoja de la reivindicación 4 que comprende adicionalmente una segunda capa de fibras de colágeno orientadas asegurada a la primera capa de fibras de colágeno orientadas, donde las fibras de colágeno de la primera y segunda capas están orientadas respectivamente en direcciones diferentes. 20
6. La membrana de hoja de la reivindicación 5 que comprende adicionalmente una tercera capa de fibras de colágeno orientadas asegurada a la segunda capa de fibras de colágeno orientadas, donde las fibras de colágeno de la primera, segunda y tercera capas están orientadas respectivamente en direcciones diferentes.
7. La membrana de hoja de la reivindicación 1 que comprende adicionalmente un agente bioactivo.
8. La membrana de hoja de la reivindicación 4 que comprende adicionalmente un agente bioactivo. 25
9. Un método para producir una membrana de hoja de capa sencilla de fibras de colágeno orientadas de acuerdo con la reivindicación 1, comprendiendo dicho método:

reconstituir fibras de colágeno dispersas en una solución;

colocar las fibras de colágeno reconstituidas alrededor de un mandril;

hacer rotar el mandril para convertir las fibras de colágeno reconstituidas sobre el mandril en una membrana tubular de 30 fibras de colágeno orientadas;

cortar longitudinalmente la membrana tubular;

enrollar la membrana cortada en una forma tubular que es una inversión de la membrana tubular; insertar la membrana enrollada en una malla tubular; y

entrecruzar las fibras de colágeno, formando por lo tanto una membrana de hoja de fibras de colágeno orientadas. 35
10. La membrana de hoja preparada por el método de la reivindicación 9.