用于处理动物或人来源的生物组织，如猪、牛心包膜或人尸体心脏瓣膜的方法及相应处理的生物组织

摘要

用于处理动物或人来源的戊二醛稳定化生物组织，如猪、牛心包膜或人尸体心脏瓣膜的方法提供了尤其是胶原组织的物理等离子体处理，用于提高生物相容性、细胞建群及其耐久性。

说明书

本发明涉及用于处理动物和人来源的生物组织，如猪心脏瓣膜、牛心 包膜的心脏瓣膜或人尸体心脏瓣膜的方法，及相应处理的生物组织。

关于本发明的背景，应该说明的是应用动物来源的不同预处理生物组 织(如胶原基质)的操作方法尤其在组织处理过程中正在用于将来改善治 疗方法的多个外科领域中获得重要性。认为相关应用领域在心血管外科中， 但认为矫形外科和神经外科也是使用领域。

对胶原基质在心血管外科中的应用而言，必须保证良好的血液相容性 和机械稳定性。例如，在该上下文中，动物来源的心脏瓣膜(如猪瓣膜或 牛心包膜的瓣膜)仅被提及为具有小直径和生物或机械血泵泵室的生物学 脉管假体。在矫形外科治疗中，稳定的胶原基质对软骨、韧带和腱的替代 尤其重要。在神经外科学中，最终将认为例如肿瘤手术后用于关闭颅骨的 胶原组织是本发明的使用领域。

待从置换心脏瓣膜的实例中解释本发明基于的专门问题。因此在全世 界每年植入超过200,000个患者的置换心脏瓣膜中，约50％由人工机械心 脏瓣膜制成，50％由基于猪心脏瓣膜和来自牛心包膜的瓣膜的生物植入物 制成。用于永久康复治疗的机械心脏瓣膜的植入需要施用凝血抑制药疗法， 以避免来自假体的栓塞。因此，以该方式照料的患者实际上变成了“人造血 友病患者”。

动物来源的生物心脏瓣膜有这样的问题，它们必须用戊二醛进行处理， 以实现长期稳定性。由于因此由戊二醛产生的游离醛基，生物心脏瓣膜本 身具有毒性效应，并因而不能建群(colonize)到细胞。细胞建群应该使这 些生物瓣耐用得多。然而，在细胞建群之前脱毒是必需的。来自现有技术 的医学研究在该上下文中是已知的，其中使用结合游离醛基的物质。在该 上下文中参考以下文献参考：

Ann Thorac Surg 1992；53：207-216中的Gott J.P.，Chih P.，Dorsey L.， Jay J.L.，Jett G.K.，Schoen F.J.，Girardot J.M.，Guyton R.A.“Calcification of porcine valves：a successful new method of antimineralisation”；J Cardiovasc Surg 1989；4：69-73中的Jones M.，Eidbo E.E.，Hilbert S.L.， Ferrans V.J.，Clarck R.E.“Anticalcification treatments of bioprosthetic heart valves：in vivo studies in sheep”；Ann Thorac Surg 1996；62：772-7中 的M.，Sider J.，Fitzal F.，Zelenka C.，Windberger U.，Grimm M.“Impact of glutaraldehyde on calcifcation of pericardial bioprosthetic heart valve material”和最后Ann Thorac Surg 1988；46：309-16中的Webb C.L.，Benedict J.J.，Schoen F.J.，Linden J.A.，Levy R.J.“Inhibition of bioprosthetic valve calcification with aminodiphosphonate covalently bound material to residual aldehyde groups”。

此外，进行测试以在柠檬酸的帮助下实现脱毒作用。这是部分成功的， 如Gulbins H.，Goldemund A.，Anderson I.，Haas U.，Uhlig A.，Meiser B.， Reichart B.“Preseeding with autologous fibroblasts improves endothelialisation of glutaraldehyde-fixed porcine aortic valves”in J Thorac Cardiovasc Surg 2003；125：592-601中公开。

其中达到的脱毒程度仅为20到30％。

用戊二醛固定的组织适当脱毒和移植后身体自身组织的相应包被性 (coatability)-所谓的“内皮化”可能达到不用施用药剂抑制血液凝固而能 终生维持心脏瓣膜的目标。

本发明范围内的另一实例是小孔径脉管假体。目前该类型的移植物通 常由塑料(即PTFE或PET)制成。它们尤其在用作腿外周脉管、主动脉 冠状动脉旁路和外周透析旁路的脉管置换应用中具有相当高的关闭率。在 这些假体区域中脉管关闭的后果是显著的，包括小腿截肢、导致死亡的心 肌梗塞或旁路修正的必要。此处，如果这种类型的组织可以被脱毒并内皮 化，或在血流中被内皮化，那么猪、牛或山羊供体脉管形式的动物来源小 孔径戊二醛固定的生物组织也能带来实质性的改良。同样在肌肉泵应用中， 如果与血液接触的组分其生物相容性可以例如通过合适的脱毒措施得到提 高，则可以避免血栓栓塞并发症。

动物来源的胶原基质形式的该类型生物组织的其它应用领域可以是稳 定并生物相容性的戊二醛固定并脱毒的生物组织，其用于治疗髋、膝和踝 关节的骨关节炎。此外，损伤或肿瘤手术后在相应的戊二醛固定并脱毒牛 心包膜作为大脑保护性应用的帮助下，闭合颅骨的其它应用可想到应用于 例如胸腔外科作为胸腔壁或隔膜替代物、用于腹部外科用于腹壁置换或用 于ENT领域作为鼓膜替代物。

对于现有技术所提出的问题，本发明基于公开用于处理动物或人来源 胶原组织的方法及相应处理的生物组织的目的，所述组织的生物相容性和 长期稳定性以这样的方式提高使得在身体内使用组织的时间可以显著延 长——在最佳情况下达到永久使用的能力。

本发明的基本概念提供了生物组织的物理等离子体处理以解决这些问 题。

测试已经显示，由于这种物理等离子体处理(其中所用的气体被激发 并形成自由基，并且其化学中和了因戊二醛固定产生游离醛基引起的毒 性)，相比于现有技术可以实现显著改良的脱毒，作为改良组织移植性质 的第一步。提及的测试已经产生了超过80％的脱毒程度。关闭的内皮表面 因此可以建群在测试组织的血液接触面上。

可以使用处理气态氧的实例简单地概括等离子体处理过程中主要进行 的化学过程。因此，等离子体中存在的组分，即氧离子和激发氧在与组织 表面上烃的反应中形成二氧化碳和水。因此，在脱毒意义上，可使用该反 应去除组织表面上存在的醛基，如通过戊二醛固定产生的醛基。

在权利要求2和3中给出了等离子体气体方法所用的优选方法条件， 其中氧优选作为激发气体使用。然而，也可使用氮、氢和氩。通过高频电 磁场，尤其通过微波场来有利地实施能量输入用于产生等离子体。

上述等离子体气体方法通常通过向真空处理室中引入待离子化的气体 来进行。此外，也可以在大气条件下使用具有激发反应的等离子流以大气 等离子体来进行等离子处理。在移植物表面引导等离子流，于是发生局部 纯化。这因反应气体中存在的氧离子与烃和组织表面发生反应并形成二氧 化碳和水而发生。

虽然在大气条件下的等离子处理中，干燥形式组织的预处理不再是必 需的，并因而甚至可以直接处理其原始状态的湿组织，但对于处理室中开 始提及的等离子气体方法处理生物组织而言，如果在等离子处理前，尤其 通过真空和温度的影响通常将水性生物组织进行干燥，对脱毒结果是非常 有利的。

因而生物组织在处理期间保持完全无水。

将水分应用于进行等离子处理用于移植用途的组织，例如将其置于液 体中。其因此保持其原始粘度，并例如在猪心脏瓣膜的长期相应实施中持 久有弹性并长期稳定。

在权利要求8到10中给出了本发明方法的特别优选的研发，根据所述 方法提供了经等离子处理的组织，其具有生物相容性的含金属涂层。该涂 层是移植物表面上额外的生物相容性组分，其持久地促进细胞生长。

选择用于实施含金属涂层的方法是PACVD方法，其在人工医学移植 物塑料材料表面的涂布中已经实现关于用其处理的表面生物相容性的令人 信服的结果。该含金属涂层选自金属Ti、Ta、Nb、Zr、Hf、Ir、Au、Pd、 Pt、Ag和Cu。在该上下文中，已经证明钛尤其成功并已经在许多类型的 移植物应用中作为尤其生物相容性材料使用了很长时间。还提及的涂层材 料银和铜可额外地或单独地引入涂层中作为抗菌剂。

权利要求11到14涉及动物或人来源的生物组织，例如可用作人或动 物体内的移植物。根据本发明，可以使至少与身体接触的表面根据本发明 进行等离子处理用于脱毒。如上所述，通过生物组织上的生物相容性的含 金属涂层来改良生物相容性。所述生物组织优选为心脏瓣膜、脉管假体、 机械或生物机械血泵的血液接触面、用于颅骨开口的封闭插入物、软骨、 骨、腱、隔膜、胸腔壁、腹壁或鼓膜替代物。

在实施方案中，以下描述更密切地描述了本发明：

猪心脏瓣膜用作动物来源胶原组织的实例，其待用作人体中的移植物。

从供体动物中取出后，为了稳定，以常规方式进行制备、去细胞并用 戊二醛固定。在该情况下，将瓣膜浸入0.1到0.4％的戊二醛溶液并在3到 6mm Hg的低压力下，于流动溶液中固定24到48小时。

以该方式制备的猪心脏瓣膜然后在真空并维持温度下缓慢干燥，并因 此完全脱水。

此后，在处理室内对猪心脏瓣膜进行等离子处理。为此目的，将所述 处理室完全抽真空，然后引入氧气。通过输入例如40kHz或13.56MHz 的高频电磁场或用微波激发来激发等离子体。通过与其连接的能量供给来 激发并自由基化处理室中存在的氧气。

该等离子气体根据以下反应方程式作用于戊二醛固定的移植物表面上 的烃基C_xH_y上：

C_xH_y+(x+y/4)O₂→x CO₂+y/2 H₂O。

由此可见，移植物表面上的烃，例如乙醛被转化成相对无害的化合物 二氧化碳和水，其可容易地从移植物表面除去。

上述等离子处理然后继续在移植物表面上应用含金属的涂层。为此目 的，将气体前体输入涂布室，并在等离子能量的影响下分离成其原子成分。 因此产生的离子沉降在表面。通常，在PACVD方法的帮助下，钛最初用 作含金属的涂层。另外，在EP 0 897 997 B1中使用涂布塑料物质基质的实 例详细描述了像这样的方法。

用于预处理和涂布的反应器压力在0.1到1030毫巴之间。当应用等离 子体时，压力理想地应该＞50毫巴。对于预处理，以0.04Nl/分钟的气体体 积流量将工作气体(例如氧气)引入反应器中。在稳定端压至约1毫巴后， 电容性等离子体输入在20W的功率下持续发生60秒。然后中断气体供给 并将反应室完全抽真空。以0.09Nl/分钟的气体体积流量在前体 Ti[N(CH₃)₂]₄上引导载气(氢)进行涂布，并将其引入涂布室中。涂布持 续时间为约300秒，调整的等离子体功率为20W。然后再次中止气体供给 并向涂布室通气。

在用于等离子体装载和涂布猪心脏瓣膜的这种真空处理之后，这些再 次置于液体中，使得它们因供给的液体而恢复其原始稠度。