DE60105593T2

DE60105593T2 - Memory-thermoplaste und polymernetzwerke zum gewebeaufbau

Info

Publication number: DE60105593T2
Application number: DE60105593T
Authority: DE
Inventors: Andreas Lendlein; Ralf Knischka; Karl Kratz
Original assignee: MnemoScience GmbH
Current assignee: GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
Priority date: 2000-05-31
Filing date: 2001-05-31
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2021-06-01
Also published as: CA2410637A1; ES2230318T3; US20080305545A1; US20040110285A1; AU2001263946A1; DE60105593D1; WO2001091822A1; CA2410637C; EP1284756A1; ATE275986T1; EP1284756B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Formgedächtnis-Polymeren bei Gewebe-Engineering und betrifft ein Verfahren des Gewebe-Engineerings unter Verwendung von Formgedächtnis-Polymeren.
Bis heute wurden biologisch abbaubare und biologisch stabile thermoplastische- oder Netzwerk-Materialien, die biokompatibel sind, als Gerüst-Materialien beim Gewebe-Engineering verwendet. Verschiedene unterschiedliche Polymer-Substanzen wurden angewendet, von modifizierten biologischen Materialien bis zu vollsynthetischen Materialien. Große Fortschritte wurden beim Gewebe-Engineering unter Verwendung dieser Materialien realisiert, wie beispielsweise durch Gewebe-Engineering hergestellte Haut-Produkte und andere Produkte, die derzeit in der klinischen Pipeline sind.
Jedoch kann das Gerüst-Material nicht reagieren oder unabhängig von der zum Impfen verwendeten Oberfläche, einem Vaskulatur-Einwachsen oder einer Differenzierung von geimpften Zellen verändert werden. Die Materialien, die benötigt werden, sind daher:

– Materialien oder mit bioaktiven Substanzen beladene oder beschichtete Materialien, die die Möglichkeit haben, eine Strukturierung, eine Proliferation oder eine Differenzierung von Zellen in sich selbst zu induzieren;
– Materialien, die Freisetzungs-Kinetiken einer oder mehrerer bioaktiver Substanzen unabhängig steuern können durch Triggern eines Effekts, der poröse Strukturen über einen externen Stimulus öffnen oder schließen kann;
– Gerüste, die sich nur abbauen, nachdem ein externer Stimulus angesetzt wurde (Abbau auf Verlangen);
– Gerüste, die Kräfte an geimpften Zellen induzieren können.

Die Druckschriften WO-A 99/4217 und WO-A 99/42,528 offenbaren verschiedene SMP-Materialien.
Die Druckschrift EP-A 0422693 betrifft die Verwendung von SMP-Materialien in Gewebe-Engineering-Anwendungen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden.
Diese Aufgabe wurde gelöst mit der Verwendung und dem Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Unteransprüchen und in den Ansprüchen angegeben, die auf das Verfahren und das Polymer-Gerüst gerichtet sind.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 zeigt SMP-Teilchen, die für ein Gewebe- und/oder Zell-Engineering verwendet werden. Die Oberfläche des geimpften Teilchens kann durch Induzieren eines Formgedächtnis-Effekts erhöht werden.
2 zeigt, dass eine Trennung von gewachsenen Zellen und/oder Gewebe von SMP-Teilchen (Gerüst) erreicht werden kann durch Induzieren eines Abbau-Effekts und/oder eines Formgedächtnis-Effekts.
3 zeigt ein Beispiel der Verwendung eines SMP-Gerüsts für die Orientierung von Zellen und/oder Gewebe, das darauf gewachsen ist, durch Induzieren eines Formgedächtnis-Effekts. Darüber hinaus wird gezeigt, dass bioaktive Substanzen, die in dem SMP-Gerüst enthalten sind, aufgrund des Formgedächtnis-Effekts freigesetzt werden.
Zuerst werden die Formgedächtnis-Polymere (shape memory polymers; SMP) beschrieben, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
SMPs sind allgemein dadurch charakterisiert, dass sie Netzpunkte und flexible Segmente aufweisen. Diese Netzpunkte können chemischer oder physikalischer Natur sein.
SMPs sind gekennzeichnet als Phasen-entmischte lineare Block-Copolymere, die ein hartes Segment und ein weiches Segment aufweisen.
Einige physikalische Eigenschaften von SMPs, die von dem Vermögen verschieden sind, die Form im Gedächtnis zu behalten, werden signifikant verändert in Reaktion auf äußere Änderungen der Temperatur und der Belastung, speziell am Schmelzpunkt oder bei der Glasübergangs-Temperatur des weichen Segments. Diese Eigenschaften schließen den Elastizitätsmodul, die Härte, die Flexibilität, die Dampfpermeabilität, die Benetzung, den Brechungsindex und die Dielektrizitätskonstante ein. Der Elastizitätsmodul (das Verhältnis der Belastung in einem Körper zu der entsprechenden Spannung) eines SMP kann sich um einen Faktor von bis zu 200 ändern, wenn das Polymer auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts oder der Glasübergangs-Temperatur des weichen Segments erhitzt wird. Auch ändert sich die Härte des Materials dramatisch, wenn das weiche Segment bei oder oberhalb einer Temperatur seines Schmelzpunkts oder seiner Glasübergangs-Temperatur ist. Wenn das Material auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts oder oberhalb der Glasübergangs-Temperatur des weichen Segments erhitzt wird, kann das Benetzungsvermögen bis zu fünfmal höher sein als bei einem herkömmlichen Kautschuk-Produkt. Das Material kann leicht im Anschluß an zahlreiche thermische Zyklen seine ursprüngliche geformte Form wiedererlangen und kann auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts des harten Segments erhitzt und umgeformt und abgekühlt werden, wobei eine neue ursprüngliche Form fixiert wird.
Bevorzugte SMPs oder SMP-Zubereitungen können mehr als eine Form im Gedächtnis behalten. Beispielsweise kann die Zusammensetzung ein hartes Segment und wenigstens zwei weiche Segmente einschließen. Die T_trans des harten Segments ist wenigstens 10 °C und vorzugsweise 20 °C höher als die T_trans eines der weichen Segmente, und die T_trans jedes nachfolgenden weichen Segments ist wenigstens 10 °C und vorzugsweise 20 °C niedriger als die T_trans des vorangehenden weichen Segments. Ein Multiblock- Copolymer mit einem harten Segment mit einer relativ hohen T_trans und einem weichen Segment mit einer relativ niedrigen T_trans kann gemischt oder geblendet werden mit einem zweiten Multiblock-Copolymer mit einem harten Segment mit einer relativ niedrigen T_trans und demselben weichen Segment wie demjenigen in dem ersten Multiblock-Copolymer. Da die weichen Segmente in beiden Multiblock-Copolymeren identisch sind, sind die Polymere mischbar miteinander, wenn die weichen Segmente geschmolzen werden. Das resultierende Blend weist drei Übergangs-Temperaturen auf: eine für das erste harte Segment, eine für das zweite harte Segment und eine für das weiche Segment. Dementsprechend sind diese Materialien in der Lage, zwei unterschiedliche Formen im Gedächtnis zu behalten.
Gegenstände mit zwei oder mehr Formen im Gedächtnis können hergestellt werden durch Bilden einer Polymer-Zusammensetzung mit einem harten Segment, einem ersten weichen Segment und einem zweiten weichen Segment, wobei das erste weiche Segment einen Wert T_trans von wenigstens 10 °C unterhalb von dem des harten Segments und wenigstens 10 °C oberhalb von dem des zweiten weichen Segments aufweist. Nachdem die Zusammensetzung bei einer Temperatur oberhalb der T_trans des harten Segments geformt wurde, kann sie auf eine Temperatur unterhalb der Temperatur der T_trans des ersten weichen Segments und oberhalb der Temperatur der T_trans des zweiten weichen Segments abgekühlt und in eine zweite Form gebracht werden. Die Zusammensetzung kann in eine dritte Form gebracht werden, nachdem sie auf eine Temperatur unterhalb der T_trans des zweiten weichen Segments abgekühlt wurde. Die Zusammensetzung kann auf eine Temperatur oberhalb der T_trans des zweiten weichen Segments erhitzt werden und führt so die Zusammensetzung in die zweite Form zurück. Die Zusammensetzung kann auf eine Temperatur oberhalb der T_trans des ersten weichen Segments erhitzt werden und führt so die Zusammensetzung in die erste Form zurück. Die Zusammensetzung kann auch auf eine Temperatur oberhalb der Ttrans des harten Segments erhitzt werden; an diesem Punkt verliert die Zusammensetzung das Gedächtnis der ersten und zweiten Form und kann unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens umgeformt werden.
Der Ausdruck „biologisch abbaubar", wie er in der vorliegenden Beschreibung und in den Patentansprüchen verwendet wird, bezieht sich auf Materialien, die bioresorbierbar sind und/oder sich abbauen und/oder zerfallen, durch mechanischen Abbau bei Wechselwirkung mit einer physiologischen Umgebung, und zwar in Komponenten, die metabolisierbar oder ausscheidbar sind, im Verlauf einer Zeitdauer von Minuten bis drei Jahren, vorzugsweise weniger als einem Jahr, wobei sie die erforderliche strukturelle Unversehrtheit aufrechterhalten.
Ein Polymer ist ein Formgedächtnis-Polymer, wenn die ursprüngliche Form des Polymers dadurch wiedergewonnen wird, dass man es auf eine Temperatur oberhalb einer Form-Rückgewinnungs-Temperatur erhitzt (die definiert ist als die T_trans eines weichen Segments), selbst wenn die ursprüngliche geformte Form des Polymers mechanisch bei einer niedrigeren Temperatur als die Form-Gewinnungs-Temperatur zerstört wird oder wenn die im Gedächtnis behaltene Form durch Anwendung eines anderen Stimulus rückgewinnbar ist.
Der Ausdruck „Segment", wie er in der vorliegenden Beschreibung und in den Patentansprüchen verwendet wird, bezieht sich auf einen Block oder eine Sequenz eines ein Polymer bildenden Teils des Formgedächtnis-Polymers.
Die Begriffe „hartes Segment" und „weiches Segment", wie sie in der vorliegenden Beschreibung und in den Patentansprüchen verwendet werden, sind relative Terme, die sich auf die T_trans des Segments beziehen. Das/die harte(n) Segmente) weist weisen eine höhere T_trans auf als das/die weiche(n) Segment(e).
Die Formgedächtnis-Polymere können wenigstens ein hartes Segment und wenigstens ein weiches Segment einschließen oder können wenigstens eine Art von weichem Segment einschließen, worin wenigstens eine Art des/der weichen Segmente) vernetzt ist, und zwar ohne das Vorhandensein eines harten Segments.
Die harten Segmente können lineare Oligomere oder Polymere sein und können cyclische Verbindungen sein, wie beispielsweise Kronenether, cyclische Di-, Tri- oder Oligopeptide und cyclische Oligoesteramide.
Die physikalische Wechselwirkung zwischen harten Segmenten kann auf LadungsÜbertragungs-Komplexen, Wasserstoff-Bindungen oder anderen Wechselwirkungen beruhen, da einige Segmente Schmelz-Temperaturen aufweisen, die höher sind als die Zersetzungs-Temperatur. In diesen Fällen gibt es kein Schmelzen oder keine Glasübergangs-Temperatur für das Segment. Ein nicht-thermischer Mechanismus wie beispielsweise ein Lösungsmittel ist erforderlich, um die Bindung des Segments zu verändern.
Das Gewichtsverhältnis hartes Segment: weiche Segmente liegt zwischen etwa 5 : 95 und 95 : 5, vorzugsweise zwischen 20 : 80 und 80 : 20.
I. Polymer-Segmente
Die Segmente sind vorzugsweise Oligomere. Der Begriff „Oligomer" wie er in der vorliegenden Beschreibung und in den Patentansprüchen verwendet wird, bezieht sich auf ein lineares Ketten-Molekül, das ein Molekulargewicht bis hinauf zu 15.000 Da aufweist.
Die Polymere werden gewählt auf der Basis der gewünschten Glasübergangs-Temperatur(en) (wenn wenigstens ein Segment amorph ist) oder des/der Schmelzpunkt(e)s (wenn wenigstens ein Segment kristallin ist), was seinerseits auf den gewünschten Anwendungen beruht, wenn man die Anwendungs-Umgebung in Betracht zieht. Vorzugsweise ist das Zahlenmittel des Molekulargewichts des Polymer-Blocks größer als 400 und vorzugsweise im Bereich zwischen 500 und 15.000.
1 Wärmegehärtete oder thermoplastische Pol
Die Polymere können wärmegehärtete oder thermoplastische Polymere sein, obwohl thermoplastische Polymere aufgrund der Leichtigkeit ihrer Formung bevorzugt sein können.
Vorzugsweise liegt der Grad der Kristallinität des Polymers oder des Polymer-Blocks/ der Polymer-Blöcke zwischen 3 und 80 %, noch mehr bevorzugt zwischen 3 und 60 %. Wenn der Grad der Kristallinität größer als 80 % ist, während alle weichen Segmente amorph sind, weist die resultierende Polymer-Zusammensetzung schlechte Formgedächtnis-Eigenschaften auf.
Die Polymer-Segmente können natürlich oder synthetisch sein, obwohl synthetische Polymere bevorzugt sind. Die Polymer-Segmente können biologisch abbaubar oder nicht biolgisch abbaubar sein, obwohl die resultierende SMP-Zusammensetzung biolgisch abbaubar ist. Biokompatible Polymere sind besonders bevorzugt für medizinische Anwendungen. Allgemein bauen sich diese Materialien durch Hydrolyse, durch Kontakt mit Wasser oder Enzymen unter physiologischen Bedingungen durch Oberflächen-Erosion, Masse-Erosion oder eine Kombination daraus ab. Nicht biologisch abbaubare Polymere, wie sie für medizinische Zwecke verwendet werden, schließen vorzugsweise keine aromatischen Gruppen ein, die von denen verschieden sind, die in natürlich vorkommenden Aminosäuren vorhanden sind.
Repräsentative natürliche Polymer-Segmente und Polymere schließen ein: Proteine wie beispielsweise Zein, modifiziertes Zein, Casein, Gelatine, Glutin, Serumalbumin und Collagen und Polysaccharide wie beispielsweise Alginat, Cellulosen, Dextrane, Pullulan und Polyhyaluronsäure sowie Chitin, Poly-3-hydroxyalkanoat(e), insbesondere Poly-β-hydroxybutyrat, Poly-3-hydroxyoctanoat und Poly-3-hydroxyfettsäuren.
Repräsentative synthetische Polymer-Blöcke schließen ein: Polyphosphazene, Polyvinylalkohole, Polyamide, Polyesteramide, Polyaminosäure(n), synthetische Polyaminosäuren, Polyanhydride, Polycarbonate, Polyacrylate, Polyalkylene, Polyacrylamide, Polyalkylenglycole, Polyalkylenoxide, Polyalkylenterephthalate, Polyorthoester, Polyvinylether, Polyvinylester, Polyvinylhalogenide, Polyvinylpyrrolidon, Polyester, Polylactide, Polyglycolide, Polysiloxane, Polyurethane und Copolymere daraus.
Beispiele geeigneter Polyacrylate schließen ein: Polymethylmethacrylat, Polyethylmethacrylat, Polybutylmethacrylat, Polyisobutylmethacrylat, Polyhexylmethacrylat, Polyisodecylmethacrylat, Polylaurylmethacrylat, Polyphenylmethacrylat, Polymethylacrylat, Polyisopropylacrylat, Polyisobutylacrylat und Polyoctadecylacrylat.
Synthetische modifizierte natürliche Polymere schließen ein: Cellulose-Derivate wie beispielsweise Alkylcellulosen, Hydroxyalkylcellulosen, Celluloseether, Celluloseester, Nitrocellulosen und Chitosan. Beispiele geeigneter Cellulose-Derivate schließen ein: Methylcellulose, Ethylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose, Hydroxybutylmethylcellulose, Celluloseacetat, Celluloseproprionat, Celluloseacetatbutyrat, Celluloseacetatphthalat, Carboxymethylcellulose, Cellulosetriacetat und das Cellulosesulfat-Natriumsalz. Diese werden gemeinsam nachfolgend als „Cellulosen" bezeichnet.
Repräsentative synthetische abbaubare Polymer-Segmente oder Polymere schließen ein: Polyhydroxysäuren wie beispielsweise Polylactide, Polyglycolide und Copolymere daraus; Polyethylenterephthalat; Polyhydroxybuttersäure; Polyhydroxyvaleriansäure, Poly[lactid-co-(ε-caprolacton)]; Poly[glycolid-co-(ε-caprolacton)]; Polycarbonate, Polypseudoaminosäuren, Polyaminosäuren, Polyhydroxyalkanoat(e), Polyanhydride, Polyorthoester und Mischungen und Copolymere daraus.
Beispiele nicht biologisch abbaubarer Polymer-Segmente oder Polymere schließen ein: Ethylenvinylacetat, Polymethacrylsäure, Polyamide, Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polyvinylphenol und Copolymere und Mischungen daraus.
Schnell bioerudierbare Polymere wie beispielsweise Poly(lactid-co-glycolid)e, Polyanhydride und Polyorthoester, die Carboxyl-Gruppen aufweisen und zu einer Außenober fläche zeigen, wenn die glatte Oberfläche des Polymers erudiert, können auch verwendet werden. Zusätzlich sind Polymere, die labile Bindungen enthalten, wie beispielsweise Polyanhydride und Polyester, wohlbekannt für ihre hydrolytische Reaktivität. Ihre hydrolytischen Abbau-Raten können allgemein geändert werden durch einfache Änderungen im Polymer-Grundgerüst und ihrer Sequenz-Struktur.
Verschiedene Polymere wie beispielsweise Polyacetylen und Polypyrrol sind leitende Polymere. Diese Materialien sind besonders bevorzugt für Anwendungen, in denen elektrische Leitung wichtig ist. Beispiele dieser Anwendungen schließen Gewebe-Engineering und irgendeine biomedizinische Anwendung ein, bei der Zellwachstum stimuliert werden soll. Leitende Formgedächtnis-Polymere sind nützlich im Bereich des Gewebe-Engineerings zum Stimulieren des Wachstums von Gewebe, beispielsweise von Nervengewebe.
2. Hydrogele
Das Polymer kann in Form eines Hydrogels vorliegen (das typischerweise bis zu etwa 90 Gew.-% Wasser absorbiert) und kann gegebenenfalls ionisch mit mehrwertigen Ionen oder Polymeren vernetzt sein. Ionisches Vernetzen zwischen weichen Segmenten kann verwendet werden, um eine Struktur zu halten, die dann, wenn sie deformiert ist, wieder zurückgeformt werden kann, indem man die ionischen Vernetzungen zwischen den weichen Segmenten bricht. Das Polymer kann auch in Form eines Gels in von Wasser oder wässrigen Lösungsmitteln vorliegen. In diesen Polymeren kann die temporäre Form fixiert werden durch hydrophile Wechselwirkungen zwischen weichen Segmenten.
Hydrogele können gebildet werden aus Polyethylenglycol, Polyethylenoxid, Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Polyacrylaten, Polyethylenterephthalat, Polyvinylacetat und Copolymeren und Mischungen (Blends) daraus. Einige polymere Segmente wie beispielsweise Acrylsäure sind elastomer nur dann, wenn das Polymer hydratisiert ist und Hydrogele gebildet werden. Andere polymere Segmente wie beispielsweise Methacrylsäure sind kristallin und sind in der Lage, zu schmelzen, selbst wenn die Po lymere nicht hydratisiert sind. Jeder von beiden Typen von Polymer-Blöcken kann verwendet werden, und zwar abhängig von der gewünschten Anwendung und den gewünschten Verwendungs-Bedingungen.
3 Polymere die in der Lage sind ein Gel bei erhöhten Temperaturen zu bilden
Bestimmte Polymere wie beispielsweise Copolymere von Polyethylenoxid und Polypropylenoxid (PLURONICS^TM) sind löslich in Wasser bei Temperaturen unterhalb der Körpertemperatur und werden Hydrogele bei Temperaturen oberhalb von Körpertemperatur. Eine Einarbeitung dieser Polymere als Segmente in Formgedächtnis-Polymere versieht diese mit dem Vermögen, auf Änderungen der Temperatur in einer Weise zu reagieren, die gegenläufig zu der typischer Formgedächtnis-Polymere ist. Diese Materialien nehmen wieder ihre Form ein, wenn sie unter die Form-Rückgewinnungs-Temperatur abgekühlt werden und nicht, wenn sie auf eine Temperatur erhitzt werden, die oberhalb ihrer Form-Rückgewinnungs-Temperatur liegt. Dieser Effekt wird umgekehrter thermischer Formgedächtnis-Effekt genannt. Formgedächtnis-Polymer-Zusammensetzungen, die diese Polymer-Segmente einschließen, sind nützlich in verschiedenen biomedizinischen Anwendungen, bei denen das Polymer als Flüssigkeit eingebaut werden kann und abgekühlt wird, um eine intendierte Form in situ wiederzugewinnen. Der umgekehrte (inverse) thermische Formgedächtnis-Effekt kann erhalten werden durch Einarbeiten von zwei verschiedenen Segmente in ein Polymer, die bei Temperaturen unterhalb der T_misc mischbar sind, jedoch bei höheren Temperaturen unmischbar sind. Die Phasentrennung bei höheren Temperaturen stabilisiert die temporäre Form.
II Zusammenbau von Polymer-Segmenten
Das Formgedächtnis-Polymer schließt ein oder mehrere hartes) Segmente) und ein oder mehrere weiches) Segmente) ein, worin wenigstens eines der Segmente biologisch abbaubar ist oder wenigstens eines der Segmente an ein anderes Segment über eine biologisch abbaubare Bindung gebunden ist. Repräsentative biologisch abbaubare Bindungen schließen Ester-, Amid-, Anhydrid-, Carbonat- oder Orthoester-Bindungen ein.
1. Polymerstrukturen
Der Formgedächtnis-Effekt basiert auf der Polymer-Morphologie. In Bezug auf thermoplastische Elastomere ist die ursprüngliche Form eines Gegenstandes fixiert durch physikalische Vernetzungen, die durch das harte Segment verursacht werden. In Bezug auf Netzwerk-Polymere sind die weichen Segmente kovalent vernetzt, statt harte Segmente aufzuweisen. Die ursprüngliche Form wird eingestellt durch den Vernetzungs-Prozeß.
Im Gegensatz zu segmentierten Polyurethan-SMPs des Standes der Technik müssen die Segmente der Zusammensetzungen, die in der vorliegenden Beschreibung beschrieben sind, nicht linear sein. Die Segmente können partiell gepfropft oder in dendrimere Seitengruppen eingebunden werden.
A Thermoplastische und thermoelastische Polymere
Die Polymere können vorliegen in Form von linearen Diblock-, Triblock-, Tetrablock- oder Multiblock-Copolymeren, verzweigten Polymeren oder gepfropften Polymeren, thermoplastischen Elastomeren, die dendrtitische Strukturen enthalten und Mischungen daraus. Die thermoplastische Formgedächtnis-Polymer-Zusammensetzung kann auch eine Mischung aus einem oder mehreren Homo- oder Copolymeren) mit einem oder mehreren Diblock-, Triblock-, Tetrablock- oder Multiblock-Copolymeren, verzweigten Polymeren oder Pfropf-Polymeren sein. Diese Typen von Polymeren sind Fachleuten mit Sachverstand in diesem technischen Bereich wohlbekannt.
Der Ausdruck „abbaubar wärmegehärtet", wie er in der vorliegenden Beschreibung und in den Patentansprüchen verwendet wird, bezieht sich auf (i) wärmegehärtete SMPs, die nur ein weiches Segment enthalten, das spaltbare Bindungen enthält; und (ii) wärmegehärtete Polymere, die mehr als ein weiches Segment enthalten, worin wenigstens ein weiches Segment abbaubar ist oder worin die verschiedenen weichen Segmente über spaltbare Bindungen miteinander verbunden sind. Es gibt vier verschiedene Typen von wärmegehärteten Polymeren, die Formgedächtnis-Vermögen aufweisen. Diese schlie ßen ein: Polymer-Netzwerke, semi-interpenetrierende Netzwerke, interpenetrierende Netzwerke und gemischt interpenetrierende Netzwerke.
(i). Polymer-Netzwerke
Ein Polymer-Netzwerk wird hergestellt durch kovalentes Vernetzen von Makromonomeren, d.h. Polymeren, die polymerisierbare Endgruppen wie beispielsweise Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen enthalten. Der Polymerisations-Prozeß kann induziert werden unter Verwendung von Licht- oder Hitze-empfindlichen Initiatoren oder durch Härten mit ultraviolettem Licht („UV-Licht") ohne einen Initiator. Formgedächtnis-Polymer-Netzwerke werden hergestellt durch Vernetzen eines oder mehrerer Segmente(s), die einem oder mehreren thermischen Übergang/Übergängen entsprechen.
In einer Ausführungsform, die für biomedizinische Anwendungen bevorzugt ist, wird das Vernetzen durchgeführt unter Verwendung eines Photo-Vernetzers und erfordert keinen chemischen Initiator. Der Photo-Vernetzer eliminiert in vorteilhafter Weise den Bedarf für Initiator-Moleküle, die toxisch sein können.
(ii). Interpenetrierende Netzwerke
Interpenetrierende Netzwerke („IPN") sind definiert als Netzwerke, in denen zwei Komponenten vernetzt werden, jedoch nicht miteinander. Die Ursprungsform wird durch das Netzwerk mit der höchsten Vernetzungs-Dichte und die höchste mechanische Festigkeit bestimmt. Das Material weist wenigstens zwei Werte T_trans auf, die den verschiedenen weichen Segmenten beider Netzwerke entsprechen.
(iii) Gemischte interpenetrierende Netzwerke
Ein gemischtes IPN schließt wenigstens ein physikalisch vernetztes Polymer-Netzwerk (ein thermoplastisches Polymer) und wenigstens ein kovalent vernetztes Polymer-Netzwerk ein, das nicht durch irgendwelche physikalischen Verfahren abgetrennt werden kann. Die Ursprungsform wird festgesetzt durch das kovalent vernetzte Netzwerk. Die temporären Formen entsprechen den Werten T_trans der weichen Segmente und den Werten T_trans des harten Segments der thermoplastischen Elastomer-Komponente.
Ein besonders bevorzugtes gemischtes interpenetrierende Netzwerk wird hergestellt durch Polymerisieren eines reaktiven Makromonomers in Gegenwart eines thermoplastischen Polymers, beispielsweise durch Photo-Polymerisation von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen. Bei dieser Ausführungsform liegt das Gewichtsverhältnis des wärmegehärteten Polymers zu dem thermoplastischen Polymer vorzugsweise zwischen 5 : 95 und 95 : 5, noch mehr bevorzugt zwischen 20 : 80 und 80 : 20.
(iv). Semi-interpenetrierende Netzwerke
Semi-interpenetrierende Netzwerke („Semi-IPN") sind definiert als zwei unabhängige Komponenten, bei denen eine Komponente ein vernetztes Polymer ist (ein Polymer-Netzwerk) und die andere Komponente ein nicht-vernetztes Polymer ist (ein Homopolymer oder Copolymer), worin die Komponenten nicht durch physikalische Methoden getrennt werden können. Das Semi-IPN weist wenigstens einen thermischen Übergang entsprechend dem/den weichen Segmenten) und den Homo- oder Copolymer-Komponenten auf. Das vernetzte Polymer macht vorzugsweise zwischen etwa 10 und 90 Gew.-% der semi-interpenetrierenden Netzwerk-Zusammensetzung aus.
(v). Polymer-Mischungen
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Formgedächtnis-Polymer-Zusammensetzungen, die in der vorliegenden Beschreibung beschrieben sind, gebildet aus einer biologisch abbaubaren Polymer-Mischung. Eine biologisch abbaubare Polymer-Mischung in dem Sinne, wie der Ausdruck in der vorliegenden Beschreibung und in den Patentansprüchen verwendet wird, ist eine Mischung, die wenigstens ein biologisch abbaubares Polymer aufweist.
Die Formgedächtnis-Polymere können als physikalische Mischungen thermoplastischer Polymere existieren. In einer Ausführungsform kann eine Formgedächtnis-Polymer-Zusammensetzung hergestellt werden durch In-Wechselwirkung-Bringen oder Mischen zweier thermoplastischer Polymere. Die Polymere können semi-kristalline Homopolymere, semi-kristalline Copolymere, thermoplastische Elastomere mit linearen Ketten, thermoplastische Elastomere mit Seitenketten oder jede beliebige Art dentritischer Struktur-Elemente und verzweigte Copolymere sein, und diese können in irgendeiner Kombination der Polymere vermischt werden.
Beispielsweise können ein Multiblock-Copolymer mit einem harten Segment mit einer relativ hohen T_trans und ein weiches Segment mit einer relativ niedrigen T_trans gemischt oder geblendet werden mit einem zweiten Multiblock-Copolymer mit einem harten Segment mit relativ niedriger T_trans und demselben weichen Segment, wie es in dem ersten Multiblock-Copolymer enthalten ist. Die weichen Segmente in beiden Multiblock-Copolymeren können identisch sein, so daß die Polymere ineinander mischbar sind, wenn die weichen Segmente geschmolzen werden. Es gibt drei Übergangs-Temperaturen in der resultierenden Mischung, nämlich diejenige des ersten harten Segments, diejenige des zweiten harten Segments und diejenige des weichen Segments. Dementsprechend sind diese Materialien in der Lage, zwei verschiedene Formen im Gedächtnis zu behalten. Die mechanischen Eigenschaften dieser Polymere können eingestellt werden durch Ändern des Gewichtsverhältnisses der beiden Polymere.
Formgedächtnis-Mischungen können bessere Formgedächtnis-Vermögen haben als die Mischungs-Komponenten alleine. Formgedächtnis-Mischungen aus wenigstens einem Multiblock-Copolymer und wenigstens einem Homopolymer oder Copolymer. Im Prinzip können Di-, Tri-, Tetra-Block-Copolymere anstelle eines Multiblock-Copolymers verwendet werden.
Formgedächtnis-Mischungen sind in hohem Maße nützlich in industriellen Anwendungen, da ein breiter Bereich von mechanischen, thermischen und Formgedächtnis-Eigenschaften von nur zwei oder drei grundlegenden Polymeren durch Mischen in unterschiedlichen Gewichtsverhältnissen erhalten werden kann. Ein Doppelschnecken-Extruder ist ein Beispiel einer Standard-Prozeß-Anlage, die zum Mischen der Komponenten und Verarbeiten der Mischung verwendet werden könnte.
SMPs, die vorzugsweise in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind biologisch abbaubare und biokompatible SMPs, und zwar Polymer-Netzwerke wie auch thermoplastische Polymere, wie sie oben beschrieben wurden, die als Gerüst für ein Gewebe-Engineering verwendet werden.
Der Formgedächtnis-Effekt kann induziert werden auf thermalem Wege, mit Strahlung im nahen Infrarot-Bereich, mit UV-Strahlung, mit Ultraschall oder mit anderen Energiequellen. Der thermisch induzierte Formgedächtnis-Effekt beruht auf einem Glasübergangs-Punkt oder Schmelzpunkt oder auf einem anderen thermischen Effekt. Segmentierte Block-Copolyester-Urethane (thermoplastische Copolymere) können als Polymere mit physikalischen Vernetzungen verwendet werden. Die Copolymere können verwendet werden als thermisch stimulierte Formgedächtnis-Materialien mit hoher Spannungs-Wiedergewinnung und hoher endgültiger Wiedergewinnungsrate. Der Hauptvorteil der Verwendung von Copolymeren sind ihre verbesserten Verarbeitungs-Bedingungen, verglichen mit Polymeren mit chemischen Vernetzungen. Da nur physikalische Vernetzungen eingeführt werden, können alle herkömmlichen Verarbeitungs- techniken für thermoplatische Polymere verwendet werden, und die Materialien werden leicht wiederverwendbar im Fall nicht abbaubarer Anwendungen.
Wärmegehärtete Materialien mit viel besseren mechanischen Eigenschaften wie z.B. interpenetrierende und semi-interpenetrierende Netzwerke, die von denselben Monomeren für die Makrodiol-Synthese Gebrauch machen, jedoch von anderen multifunktionellen Kupplungsmitteln, z.B. Methacrylaten, können daher verwendet werden und sind bevorzugt.
Die Multiblock-Copolyester-Urethane sowie die Netzwerke können gekoppelte Co-Oligomere aus ε-Caprolacton, L,L,-Dilactid, D,L-Dilactid, Diglycolid und Paradioxanon umfassen. Die Kupplung wird durchgeführt unter Verwendung von 2,2(4),4-Trimethylhexandiisocyanat im Fall der thermoplastischen Materialien und unter Verwendung polymerisierbarer Methacrylat-Gruppen im Fall der wärmehärtenden Materialien. Eine Synthese wird typischerweise in zwei Stufen durchgeführt. Im ersten Schritt werden Makrodiole mit unterschiedlichen charakteristischen thermischen Eigenschaften über eine Ringöffnungs-Polymerisation (ring opening polymerization; ROP) der cyclischen Ester synthetisiert und gereinigt. Eine Copolymerisation von L-Milchsäure mit Glycolsäure unter Verwendung eines Zinn-Katalysators für eine Umesterung und Ethylenglycol als Initiator in einer Masse-Reaktion führen zu einem amorphen weichen Segment mit einer durch das Dilactid/Diglycolid-Verhältnis gesteuerten T_g.
Um Multiblock-Strukturen von den synthetisierten Makrodiolen zu erhalten, muß ein Kopplungs-Verfahren angewendet werden. Es gibt einige mögliche Verfahrensweisen von der Funktionalisierung mit einer polymerisierbaren Endgruppe zur direkten Kupplung mit einer difunktionellen Verbindung. Das Koppeln der verschiedenen Segmente wird beispielsweise durchgeführt unter Verwendung von 2,2(4),4-Trimethylhexandiisocyanat. Die Synthese ist beendet, wenn alle Isocyanat-Gruppen im IR-Spektrum verschwunden sind. Es ist hier sehr wichtig, eine Kupplungs-Verbindung zu verwenden, die keine zusätzlich kristalline Domain dem ziemlich komplexen Multiblock-System zufügt. Die Phasentrennung des Systems könnte untersucht werden unter Anwendungen von DSC und AFM. Im Fall der wärmehärtenden Materialien werden die synthetisierten Makrodiole unter Verwendung einer polymerisierbaren Endgruppe als Methacrylat-Gruppe funktionalisiert. Das Material wird in der gewünschten Form geschmolzen und dann unter Verwendung von z.B. UV-Licht gehärtet. Die Formgedächtnis-Übergangs-Temperatur kann durch unterschiedliche Monomer-Verhältnisse maßgeschneidert eingestellt werden.
Eine Vorbedingung für biomedizinische Produkte ist die Sterilisierbarkeit. Einige Verfahrensweisen sind zum Sterilisieren medizinischer Produkte verfügbar, wie beispielsweise Heiß-Sterilisation (Dampf oder trockene heiße Luft), Kalt-Sterilisation (Ethylenoxid, Formaldehyd oder ionisierende Strahlung) und Sterilisation in wässriger Lösung. Im Bereich der Sterilisation biologisch abbaubarer thermoplastischer Stoffe werden eine ganze Zahl von verschiedenen Verfahrensweisen bisher verwendet. Diese waren beispielsweise Plasma-Sterilisation sowie Behandlung mit Ethylenoxid bei 50 °C. Die Anwendung von Plasma-Sterilisation ist wirklich eine interessante Idee für die Modifikati on der Oberfläche solcher Materialien, jedoch nicht für die Sterilisation von Polymeren, und zwar aufgrund der induzierten Reaktionen auf der Oberfläche. Daher sind irgendwelche beobachteten Unterschiede in den charakteristischen Material-Eigenschaften schwierig zurückzuverfolgen. Dasselbe Problem existiert bei dem Ethylenoxid-Verfahren bei 50 °C. Aufgrund der Erweichung des Implantants wird Ethylenoxid in das Implantat eingearbeitet. Nach der Absenkung der Temperatur und des Ethylenoxid-Drucks gibt es nur eine geringe Freisetzung des Gases von dem Material. Toxische Reaktionen der eingesetzten Zellen könnten aufgrund des Ethylenoxids auftreten, das langsam freigesetzt wird, oder die charakteristischen Eigenschaften des SM-Materials könnten sich ändern.
Makrostrukturen:
Synthetische segmentierte Block-Copolyester-Urethane mit thermischen charakteristischen Formgedächtnis-Eigenschaften können hergestellt werden als gewebte Fasern oder Vlies-Fasern, poröse Schäume oder Filme, Membranen, Hohlfasern, Mono- oder Multi-Filainente sowie wärmegehärtete Formgedächtnis-Materialien, die als dünne Filme oder Kugeln verarbeitet werden.
Die Verarbeitung erfolgt in Mono- oder Multi-Filament-Fasern und der Bildung dreidimensionaler oder zweidimensionaler Strukturen durch unterschiedliche Techniken (gewebte Materialien, Vlies-Materialien), Bildung von Filmen durch verschiedene Techniken wie beispielsweise Schleuder-Gießen und die Bildung dreidimensionaler poröser Strukturen durch Salz-Auslaugen, thermisch induzierte Phasentrennung, Doppelemulsions-Technik oder Gasschäum-Prozesse. Die verschiedenen makroskopischen Formen könnten in noch besser ausgeklügelten Vorrichtungen kombiniert werden.
Diese Materialien können mit einer oder mehreren bioaktiven Substanzen und Zellen kombiniert werden.
Bioaktive Substanzen:
Repräsentative bioaktive Substanzen schließen ein: Wachstumsfaktoren, Haft-Proteine, angiogene Faktoren sowie andere Verbindungen.
Wachstumsfaktoren: Epidermaler Wachstumsfaktor (epidermal growth factor; EGF), Fibroblasten-Wachstumsfaktoren (fibroblast growth factors; FGFs), Hepatocyten-Wachstumsfaktor (hepatocyte growth factor; HGF), Insulin-ähnlicher Wachstumfaktor-1 (insulin-like growth factor-1; IGF-1), Insulin-ähnlicher Wachstumsfaktor 2 (insulinlike growth factor-2; IGF-2), Keratinocyten-Wachstums-Faktor (keratinocyte growth factor; KGF); Nerven-Wachstumsfaktor (nerve growth factor; NGF), von Blutplättchen abgeleiteter Wachstumsfaktor (platelet-derived growth factor; PDGF), transformierender Wachstumsfaktor-α (transforming growth factor-α; TGF-α), transformierende Wachstumsfaktoren-β (transforming growth factors-β; TGFs-β), vascular-endothelialer Wachstumsfaktor (vascular endothelial grwoth factor; VEGF), rekombinantes Human-Wachstums-Hormon (recombinant human growth hormone; rhGH); angiogenetische und anti-angiogenetische Faktoren (siehe beispielsweise US-Patent Nr. 6,024,688, angiogenetische Faktoren); J.M. Folkman, M. S. O'Reilly, Y. Cao).
Haft-Proteine:
RGD, RGDS, GRGDS, cyclische RGD-Peptide, PHSRN, KQAGDV, LDV, IDAPS, REDV, DGEA, KRLDGS, YIGSR, IKAKV, SIKVAV, CDPGYIGSR-NH2, Polylysin, Polyornithin, KRSR, RKKRRQRRR, RQK und RNR, VAPG, VGVAPG (Aminosäuren-Einbuchstaben-Code).
Bevorzugte bioaktive Substanzen sind nachfolgend angegeben:
Diese können in die Polymer-Matrix unter Beibehaltung ihrer vollen Aktivität eingebaut oder an der Oberfläche befestigt werden. Die Freisetzung einer oder mehrerer bioaktiver Substanzen) wird unter Anwendung des Formgedächtnis-Effekts gesteuert.
Zellen:
Die Zellen werden auf dem hergestellten Gerüst „ausgesät" und in einen Bioreaktor für die Proliferation der Zellen gegeben. Der Formgedächtnis-Effekt wird getriggert und so ein Strukturieren der Zellen durch die angewendeten Kräfte induziert. Die bioaktiven Verbindungen als Wachstumsfaktoren, Haft-Proteine, angiogenetische Faktoren und differenzierende Faktoren werden auf Anforderung durch ein Triggern des Formgedächtnis-Effekts freigesetzt. Zellen, die auf den Gerüsten „ausgesät" werden sollen, werden unter Anwendung von Standard-Techniken dissoziiert. Bevorzugte Zell-Typen sind mesenchymale adulte Stammzellen, Muskel-Stammzellen sowie bereits differenzierte Zellen wie Epithel-Zellen, glatte Muskelzellen, Herzmuskel-Zellen in Co-Kultur, Mesothelial-Zellen und Chondrocyten, Schwann-Zellen, Glia-Zellen. In einigen Fällen kann es auch wüschenswert sein, Nervenzellen einzuschließen. Verwiesen wird auf das US-Patent Nr. 5,869,041 (Vandenburgh) in Bezug auf Muskelzellen. Für im Gewebe-Enigneering hergestellte Organe, bei denen unterschiedliche Gewebe in einer Vorrichtung einbezogen werden müssen, können Co-Kulturen der verschiedenen Zellen angewendet werden.
Zellen sind vorzugsweise autologe Zellen, die durch Biopsie erhalten und in Kultur für eine anschließende Implantation expandiert wurden, obwohl Zellen von nahen Verwandten oder anderen Donoren derselben Spezies bei passender Immunosuppression verwendet werden können. Nach Zell-Expansion innerhalb der Kultur-Platte können die Zellen leicht unter Anwendung der üblichen Technik passagiert werden, bis eine adäquate Zahl von Zellen erreicht ist.
Der Formgedächtnis-Effekt wird verwendet, um Kräfte auf die ausgesäten Zellen zu induzieren. Diese Zellen werden auf einen zusammengezogenen Filme ausgesät. Für die Strukturierung von z.B. Skelett-Muskeln, Knorpel-Gewebe oder Nerven wird der Formgedächtnis-Effekt getriggert, und eine Kraft wird auf die ausgesäten Zellen einwirken lassen, die zu einer Anordnung der Zellen in Reihe in der gewünschten Richtung führt.
Beispiele von Gewebe-Engineering-Vorrichtungen:
Die vorbereiteten Formgedächtnis-Gerüste werden für das Aussäen von Zellen verwendet. Eine Möglichkeit ist die Verwendung von Muskelzellen in Kombination mit den SM-Polymer-Gerüsten.
Muskel-Transfer ist eine übliche Prozedur in der plastischen und rekonstruktiven Chirurgie sowie in anderen Chirurgie-Bereichen, ist jedoch verbunden mit dem Risiko der Morbidität für den Donor-Bereich. Die Fabrikation von Skelettmuskel-Gewebe sowie Glattmuskel-Gewebe in vitro bietet eine Alternative für diese Verfahrensweise. Die Schlüssel-Technologie für die Fabrikation von durch Gewebe-Engineering hergestellten Skelettmuskel-Gewebe liegt in der Anordnung der Zellen in Reihe und ihrer Strukturierung. Hier kann das neue interessante Formgedächtnis-Material in Kombination mit daran gebundenen Haft-Proteinen das Material sein, nach dem gesucht wurde, Zwei Möglichkeiten werden hier kurz angedeutet:
Eine Möglichkeit ist, einen transplantierbaren inneren Sphinkter-Muskel bereitzustellen. Ein sterilisierter, biologisch abbaubarer thermoplastischer Formgedächtnis-Elastomerfilm wird als Saat-Oberfläche für glatte Muskelzellen verwendet. Die Polymer-Oberfläche kann mit Haft-Proteinen oder Wachstumsfaktoren bepfropft sein, die auf Anforderung freigesetzt werden könnten.
Schweres Herzversagen ist unter den Todesurachen Nummer eins in westlichen Gesellschaften. Da Herzmuskel-Gewebe keine Stammzellen hat, müssen neue Ansätze für durch Gewebe-Engineering hergestelltes Herzmuskel-Gewebe entwickelt werden. Die neuen hervorragenden Formgedächtnis-Materialien liefern ein Gerüst mit steuerbaren programmierten Kräften, die eine Co-Kultur von Herzmuskel-Gewebe mit Skelettmus kel-Stammzellen beeinflussen. Eine zusätzliche Differenzierungs-Beschleunigung kann durch in dem Polymer-Gerüst eingearbeitete bioaktive Substanzen durchgeführt werden.
Die Herausforderung einer geordneten Integration eines komplexen arteriovenösen und kapillar-vasculären Baums in große lebende, durch Gewebe-Engineering hergestellte Organe ex vivo muss noch gelöst werden. Für das Haupt-Ziel einer Bereitstellung neuer Organe für eine Transplantation ist dies eine wichtige Vorraussetzung. Das Beschicken eines biologisch abbaubaren thermoplastischen Formgedächtnis-Gerüsts mit Angiogenese-Faktoren, bei denen die Freisetzung durch den Formgedächtnis-Effekt kontrolliert werden könnte, ist eine vollständig neue Technologie. Die Rekonstruktion ganzer Organe ist einfach nicht möglich, wenn es keine Chance gibt, ein funktionierendes arteriovenöses System in dem Implantat zu generieren. Eine weitere interessante Richtung ist das Engieering größerer Blutgefäße für eine Transplantation unter Verwendung von Formgedächtnis-Thermoplasten. Das Aussäen glatter Muskelzellen auf der Außenfläche eines Formgedächtnis-Röhrchens könnte als stabilisierender Teil für Blutgefäße verwendet werden. Die innere Oberfläche eines solchen Implantats kann mit Epithel-Zellen bedeckt werden, um eine Thrombose zu vermeiden.
Bevorzugte Formgedächtnis-Polymere (SMP), die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können sind Lactid-freie SMPs. Es wurde überraschend gefunden, dass die Lactid-freien SMPs ein Abbau-Verhalten zeigen, das sich von dem entsprechenden Verhalten Lactid-enthaltender SMPs unterscheidet. Während die letztgenannten kleine kristalline Teilchen bei Abbau produzieren, also Teilchen, die ein potentielles Gesundheitsrisiko präsentieren, wenn dieses Material in vivo verwendet wird, produzieren die Lactid-freien SMPs keine kleinen kristallinen Teilchen beim Abbau. Dies verbreitert die Möglichkeiten zur Verwendung solcher SMPs bei Gewebe-Engineering, insbesondere bei Verwendungen in vivo.
Eine weitere Möglichkeit, die SMPs zu verändern, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, ist die Bereitstellung von Überzügen auf den SMP-Gerüsten. Solche Überzüge können verwendet werden, um weiter die Steuerung der Abbau-Kinetiken oder die Freisetzung von Substanzen zu verbessern, wie beispielsweise der beschriebenen bioaktiven Substanz von dem SMP-Gerüst während dessen Verwendung bei Gewebe-Engineering.
Das Überziehen einer sich schnell abbauenden Verbindung mit einer sich langsam abbauenden Verbindung mit geringer Wasser-Permeabilität führt zu einem Abbau auf Wunsch. Der Formgedächtnis-Effekt wird verwendet, um den Diffusions-Koeffizienten von Wasser durch das sich langsam abbauende Material zu verändern oder einfach den Überzug durch Sher-Kräfte zu zerstören. Der Abbau des beschichtungsmäßig aufgebrachten Materials führt zu einem scharfen Verlust der strukturellen Integrität des implantierten Gerüsts.
Formgedächtnis-Polymere können so entworfen werden, dass sich die Abbau-Rate ändern lässt. Beispielsweise kann in einer Ausführungsform ein hydrolytisch abbaubares Polymer selektiv durch Aufbringen eines hydrophoben SMP-Überzugs geschützt werden, der zeitweise verhindert, dass Wasser die hydrolytisch abbaubaren Bindungen des Masse-Polymers erreicht. Das Schutzmerkmal des Überzugs kann dann modifiziert werden, wenn dies erwünscht ist, indem man einen externen Stimulus einwirken lässt, so dass die Diffusions-Eigenschaften des Überzugs in der Weise geändert werden, dass erlaubt wird, dass Wasser oder andere wässrige Lösungen durch den Überzug permeieren und den Abbau-Prozeß initiieren. Wenn die Hydrolyse-Rate relativ hoch ist, verglichen mit der Diffusions-Rate von Wasser, dann bestimmt die Diffusions-Rate von Wasser durch den Überzug die Abbau-Geschwindigkeit. In einer anderen Ausführungsform kann ein hydrophober Überzug, der aus dicht vernetzten weichen Segmenten besteht, als Diffusions-Barriere für Wasser oder wässrige Lösungen verwendet werden. Die weichen Segmente sollten wenigstens teilweise vernetzt sein über Bindungen, die durch Anwenden eines Stimulus gespalten werden können. Die Diffusions-Rate von Wasser kann durch Senken der Vernetzungs-Dichte erhöht werden.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens und der Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Tatsache, dass die SMPs mit Zellen „ausgesät" werden können, während das SMP in der temporären Form zugegen ist. Nach Proliferation der ausgesäten Zellen selbst in vivo während einer Rekonstruktion von zerstörtem Gewebe kann der Formgedächtnis-Effekt, d.h. die Änderung der Form und/oder des Volumens des SMP-Gerüsts, dazu verwendet werden, mechanische Kräfte auf das gewachsene Gewebe auszuüben, um eine Orientierung und/oder Differenzierung zu induzieren und/oder bioaktive Substanzen freizusetzen, die innerhalb des SMP-Gerüsts enthalten sind. Dies ermöglicht beispielsweise die Orientierung von Knorpel-Gewebe und/oder Muskel-Gewebe, das auf SMP-Gerüsten gewachsen ist, in vivo ohne das Erfordernis invasiver Chirurgie.
Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten SMP-Gerüste können in jeder beliebigen geeigneten Form verwendet werden, jedoch sind Sphären (Kügelchen), Pellets, Stäbe, Filme und Röhren bevorzugt. Verwendbar sind auch poröse Materialien und Schäume.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung und des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Möglichkeit, eine Abtrennung von SMP-Gerüst und darauf gewachsenem Gewebe unter Verwendung des Formgedächtnis-Effekts zu induzieren. Dieses Merkmal kann insbesondere während des Gewebe-Engineerings adhäsiver Zellen wie beispielsweise Knorpel-Zellen und/oder Keratinocyten verwendet werden.
Zum Kultivieren adhäsiver Zellen ist es nötig, dass jede Zelle physischen Kontakt zu ihren nächsten Nachbarn hat. Wenn die gesamte Oberfläche des Träger-Materials durch die Zellen besetzt ist, stoppt das Zell-Wachstum, und es findet eine Differenzierung statt. So beschränkt die Oberfläche des Träger-Materials das Wachstum der adhäsiven Zellen. Bis heute wurden für die Immobilisierung von adhäsiven Zellen oder bioaktiven Substanzen wie Enzymen, Peptiden, Wachstumsfaktoren oder Arzneimitteln biokompatible poröse Glaskugeln oder mit Collagen beschichtete Mikro-Träger auf der Basis von Dextran verwendet.
SM-Mikro-Träger, vorzugsweise poröse Kugeln, die durch externen Stimulus expandiert werden können, sind ein innovatives Werkzeug für einen effizienteren Weg des Kultivierens adhäsiver Zellen. Beispielsweise ruft ein Öffnen von Poren oder Kanälen durch SM-Übergang in der Schale der Mikro-Kugel ein gesteuertes kontinuierliches Quellen des Teilchen-Kerns hervor, d.h. eine kontinuierliche Vergrößerung der Mikro-Teilchen-Oberfläche. Diese durch Quellen induzierte Expansion erhöht die Mikro-Teilchen-Oberfläche im Bereich von 20 % bis 500 %, vorzugsweise von 50 % bis 200 %.
Ein weiterer schwieriger Schritt beim Kultivieren adhäsiver Zellen ist die Entfernung der Zellen von dem Träger-Material. Um die Zellen von dem Glas-Mikroträger oder mit Kollagen beschichteten Mikro-Träger zu entfernen, wird ein aggressiver Enzym-Cocktail verwendet, der den Verlust von Bioaktivität von nahezu 20 % bis 35 % der Zellen hervorruft. Daher ist das Bedürfnis einer Vorgehensweise zur minimalen oder nicht-invasiven Entfernung offensichtlich. Diese nicht-invasive Entfernung kann auch bewirkt werden durch schnellen Abbau der Mikro-Teilchen-Schale. Die Abbau-Kinetiken sowie die Formgedächtnis-Übergangs-Temperatur wird unter Anwendung unterschiedlicher Monomer-Verhältnisse maßgeschneidert. Eine andere Möglichkeit zur minimalen invasiven Entfernung der Zellen ist der Abbau auf Anforderung, der durch einen externen Stimulus induziert wird.
Andererseits wird auch ein zweiter Formgedächtnis-Effekt für eine leichte Entfernung adhäsiver Zellen ohne Verlieren ihrer Bioaktivität verwendet, und zwar aufgrund drastischer Änderungen in der Form der Mikro-Träger oder durch Umschalten der Oberflächen-Morphologie von glatt auf rauh oder in verschiedener Richtung. Die vorliegende Erfindung intelligenter Formgedächtnis-Mikro-Kugeln führt zu einem effizienteren Verfahren der Kultivierung jeder Art adhäsiver Zellen.
Mucosa-Zellen können beispielsweise bevorzugt auf Formgedächtnis-Mikro-Kugeln kultiviert werden, die ein rauhe Oberfläche aufweisen. Eine Abtrennung kann bewirkt werden durch Induzieren eines Formgedächtnis-Effekts, der die Oberflächen-Morphologie von rauh nach glatt ändert.
Die typische Größe der SM-Teilchen liegt zwischen 10 Nanometer und 2.000 Mikrometer, bevorzugt 200 Nanometer bis 800 Mikrometer. Die Form der Teilchen kann sphärisch (kugelförmig), ellipsoid, zylindrisch oder in Form eines statistischen Knäuels sein, ist jedoch vorzugsweise kugelförmig. Die Mikro-Kugeln können Hart-Kugeln oder Weich-Kugeln mit einem vorbestimmten Gehalt an Lösungsmittel (Gel) oder ein poröses Material mit einheitlicher oder gradientenartig angelegter Polymer-Dichte sein. Auch hohle Kugeln wie Micellen, Kern-Schale-Teilchen oder zwei- oder mehrschichtige Strukturen wie Vesikel wie beispielsweise „Zwiebeln" können als SM-Mikro-Kugeln verwendet werden.
Die SM-Mikro-Kugeln können elektrisch leitfähige oder magnetische Teilchen oder Teilchen für diagnostische Bildgebungs-Verfahren wie radioopaque Materialien oder biologisch aktive Moleküle, die verabreicht werden sollen, oder Verbindungen zur zielgerichteten Abgabe der Mikro-Kugeln einschließen.
Diese Mikro-Kugeln zeigen einen durch einen äußeren Stimulus induzierten SM-Übergang mit einer oder mehreren Formen im Gedächtnis bei makroskopischer oder mikroskopischer Längen-Skala. Die SM-Mikro-Kugeln bestehen aus biokompatiblen, biologisch abbaubaren Formgedächtnis-Polymeren, die wenigstens eine physikalische Vernetzung enthalten (Thermoplaste) oder kovalente Vernetzungen enthalten (Thermoset bzw. wärmegehärtete Materialien). Die Formgedächtnis-Polymere können auch einander durchdringende Netzwerke oder semi-interpenetrierende Netzwerke sein. Die verwendeten biokompatiblen, biologisch abbaubaren thermoplastischen Formgedächtnis-Mikro-Kugeln sind ein Multiblock-Copolymer mit amorphen und/oder kristallinen Domänen, die aus gekoppelten Co-Oligomeren von ε-Caprolacton, Ethylenglycol, Propylenglycol, L,L-Milchsäure, D,L-Milchsäure, Glycolsäure und Paradioxanon bestehen.
Für die SM-Mikro-Kugeln ist die Verwendung synthetischer segmentartig aufgebauter Block-Copolyester-Urethane mit thermischen Formgedächtnis-Eigenschaften als poröse Schäume oder Filme bevorzugt. Diese Materialien sind die poröse hydrophobe Struktur-Basis der Mikro-Teilchen. Die Multiblock-Copolyester-Urethane bestehen aus gekop pelten Co-Oligomeren von ε-Caprolacton, L,L-Milchsäure, D,L-Milchsäure, Glycolsäure und Paradioxanon. Die Kupplung wird unter Verwendung von 2,2(4),4-Trimethylhexandiisocyanat durchgeführt. Eine Synthese wird typischerweise in zwei Schritten durchgeführt. Im ersten Schritt werden Makrodiole mit verschiedenen thermischen charakteristischen Eigenschaften über Ringöffnungs-Polymerisation (ROP) der cyclischen Ester synthetisiert gereinigt. Eine Copolymerisation von L-Milchsäure mit Glycolsäure unter Verwendung eines Zinn-Katalysators für die Umesterung und Ethylenglycol als Initiator in einer Masse-Reaktion führt zu einem amorphen weichen Segment mit einem durch das Lactid-/Glycolid-Verhältnis gesteuertem Wen der T_g. Der Oligomerisations-Grad könnte unter Verwendung des Monomer-Initiator-Verhältnisses maßgeschneidert werden.
Für die kovalent vernetzten Polymer-Netzwerke werden die telechelen Makrodiole difunktionalisiert oder höher funktionalisiert, und zwar mit jeder beliebigen An von polymerisierbaren End-Gruppen, vorzugsweise Methacrylaten oder Acrylaten. Die Netzwerk-Bildung wird indüziert durch Radikal-Polymerisation, vorzugsweise durch Bestrahlung mit UV-Licht.
Die Synthese der gewünschten Mikro-Träger bezieht sich auf die Verarbeitung in der benötigten Form, das Programmieren des Formgedächtnis-Effekts und die Bestimmung der Rate und Kinetik des Polymer-Abbaus wie auch die Sterilisation des Materials in nicht-invasiver Weise.
Eine Verarbeitung der gewünschten Form bedeutet einerseits die Verwendung von Emulsions-Polymerisations-Techniken für die Synthese der Mikro-Teilchen. Andererseits können alle herkömmlichen Verfahrensweisen des Mahlens und Zerkleinerns von makroskopischen Materialien in Mikro-Teilchen verwendet werden, auch die Verwendung von Sprühtrocknungs-Verfahren ist zur Schaffung der Mikro-Kugeln möglich.
Die Bildung von dreidimensionalen porösen Strukturen kann induziert werden durch Auslaugen mit Salz, thermisch induzierte Phasen-Trennung, Doppel-Emulsions-Technik oder Gasschäum-Verfahren.
Das Programmieren des Formgedächtnis-Effekts bedeutet die Schaffung einer permanenten Struktur und Form der Vorrichtung durch Erhitzen in einer Form auf eine Temperatur oberhalb der Übergangs-Temperatur der oberen Domain und Ausbalancieren des Systems. Die temporäre Struktur wird durch Erhitzen auf einen Wert oberhalb der Übergangs-Temperatur der unteren Domänen, Fixieren der temporären Struktur und Abschrecken fixiert, beispielsweise durch die Aufbringung von Sher-Kraft auf die Mikro-Teilchen.
Die folgenden Synthese-Beispiele veranschaulichen die Herstellung von SMP-Materialien, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
Thermoplastische SMP mit Phasen-segregierten Block-Couolymeren
Block-Copolymere wurden hergestellt durch Verbinden von Makrodiolen mit Diisocyanat.
Synthese von telechelen Molekülen Oligomeren mit funktionellen Gruppen an beiden Enden:
Das telechele Makrodiol wurde synthetisiert durch Ring-Öffnungs-Polymerisation cyclischer Monomere mit Di(n-butyl-)zinnoxid als Umesterungs-Katalysator unter einer N₂-Atmosphäre.
α,ω-Dihydroxy-[oligo-(ethylenglycolglycolat-) ethylen-oligo-(ethylenglycolglycolat)] – (PDS 1200 und PDS 1300) wurde wie folgt hergestellt: Das Monomer p-Dioxan-2-on wurde erhalten durch Destillation (thermische Depolymersiation) des Oligomers vor der Verwendung. 57 g (0,63 Mol) des Monomers, 0,673 g (10,9 mMol), Ethylenglycol und 0,192 g (0,773 mMol) Di-(n-butyl-)zinnoxid wurden auf 80 °C für die Zeit von 24 h erhitzt. Das Ende der Reaktion (Gleichgewicht) wurde durch GPC bestimmt. Das Pro dukt wurde in heißem 1,2-Dichlorethan gelöst und durch einen Büchner-Trichter heiß filtriert, der mit Silica-Gel gefüllt war. Das Produkt wurde erhalten durch Fällung von Hexanen und Trocknen im Vakuum für die Zeit von 6 h.
α,ω-Dihydroxy-[oligo-(L-lactat-co-glycolat-) ethylen-oligo-(L-lactat-co-glycolat)] – (abgekürzt: PLGA2000-15) wurde wie folgt hergestellt: In einem 1.000 ml Zweihals-Rundboden-Kolben wurden 300 g (2,08 Mol) L,L-Dilactid, 45 g (0,34 Mol) Diglycolid und 4,94 g (0,80 Mol) Ethylenglycol zum Schmelzen bei 40 °C erhitzt und gerührt. 0,614 g (2,5 mMol) Di-(n-butyl-)zinnoxid wurden zugesetzt. Nach 7 h erreicht die Reaktion das Gleichgewicht_; die durch GPC bestimmt wurde. Die Reaktionsmischung wurde in 1,2-Dichlorethan gelöst und in einer Silica-Gel-Säule gereinigt. Das Produkt wurde erhalten durch Fällen in Hexanen und wurde im Vakuum 6 h lang getrocknet.
Makrodiole von ε-Caprolacton:
51,5 g (0,452 Mol) ε-Caprolacton, 565,6 mg (62,1 mMol) Ethylenglycol und 337,1 mg (1,49 mMol) Di-n-butyl-zinnoxid wurden bei 135 °C 6 h lang gerührt. Die Reaktionsmischung wurde in 1,2-Dichlorethan gelöst und in einer Silica-Gel-Säule gereinigt. Das Produkt wurde erhalten durch Fällung mit Hexanen und wurde im Vakuum 6 h lang getrocknet.
Polyaddition:
Die Makrodiole wurden in trockenem 1,2-Dichlorethan gelöst und über einem Molekular-Sieb durch azeotrope Soxleth-Destillation getrocknet. Der Wassergehalt (< 10 ppm) wurde bestimmt in Übereinstimmung mit dem Karl-Fischer-Verfahren. Frisch destilliertes Diisocyanat wurde in das Reaktionsgefäß mit einer Spritze gegeben, und eine Polymerisation wurde bei 80 °C unter Rühren durchgeführt. Die Reaktion wurde über GPC überwacht. Das Polymer wurde erhalten durch Fällung in Hexan, und eine Reinigung wurde durchgeführt durch wiederholtes Lösen in 1,2-Dichlorethan und Fällen in Hexan. Das End-Polymer wurde im Vakuum getrocknet.
Die Polyaddukte, die Caprolacton und Dioxan umfassen, werden nachfolgend mit „PDC" abgekürzt.
Die Gew.-%-Menge wurde an Oligo-(p-dioxanon) in dem Polymer wird angegeben mit der Probe ID.
Tabelle 1 Reaktionsparameter für PDC-Multiblock-Copolymere, die ODX und OCL umfassen.
Tabelle 2 Chemische Zusammensetzung und Molekulargewichte der PDC-Multiblock-Copolymere
Die Molekulargewichte der synthetisierten Materialien wurden gemessen durch relative GPC in Chloroform. Eine Kalibrierung erfolgte unter Verwendung enger Polystyrol-Standards.
Tabelle 5 Ausgewählte Formgedächtnis-Eigenschaften, bestimmt aus cyclischen thermomechnischen Experimenten zwischen –20 und 50 °C
Formgedächtnis-Eigenschaften können gemessen werden unter Anwendung cyclischer thermo-mechanischer Tests nach einem in der Literatur beschriebenen Verfahren (B.K. Kim, S.Y. Lee, M. Xu, Polymer 37 (1996), 5781). Das Material wird zu Filmen mit einer speziellen Dicke gepresst. In Form von „Hundeknochen" ausgebildete Proben wurden aus den Filmen ausgestanzt und in ein Gerät zum Testen der Zugfestigkeit angebracht, das mit einer Thermo-Kammer ausgestattet war.
Das Spannungs-Rückgewinnungs-Verhältnis R_f und die Form-Fixheit R_f können erhalten werden nach der Berechnung, die beschrieben wurde in: „H. Tobushi, H. Hara, E. Yamada, S. Hayashi; S. P. I. E. 2716, (1996), 46". Die Spannungs-Rückgewinnung hängt ab von der Zyklus-Zahl n und nähert sich schrittweise an 100 % nach einer Lernphase während des ersten Paars von Zyklen an. Die Form-Fixiertheit wird bestimmt durch die amorphen Bereiche, die in der Lage sind, entropische Elastizität nach der Form-Programmierung zu zeigen, und bleibt über die verschiedenen Zyklen konstant.
Die Formgedächtnis-Eigenschaften hängen stark von der Kombination der zwei Segmente ab. Das harte Segment ist verantwortlich für die mechanische Stabilität des Materials, und das weiche Segment ist verantwortlich für hohe Verhältnisse der Spannungs-Rückgewinnung.
1. Hydrolytischer Abbau thermoplastischer Formgedächtnis-Elastomere bei einem pH-Wert von 7, Masse- und Molekulargewichts-Verlust verschiedener Polymer-Proben bei 70 °C (☐ PDC10; (O PDC17; (Δ PDC31; ∇ PDC42).
Abbaubare Biomaterialien müssen Bindungen enthalten, die unter physiologischen Bedingungen gespalten werden können. Es kann ein enzymatisches oder hydrolytisches Schneiden der chemischen Bindungen erfolgen. Die hydrolytische Spaltung hat den Vorteil, dass die Abbau-Rate unabhängig von der Implantations-Stelle ist. Da Enzym-Konzentration im Körper signifikant in Abhängigkeit von dem Ort schwanken, hängt die enzymatisch katalysierte Spaltung chemischer Verbindungen stark von der Implantations-Stelle ab. Aus diesem Grund führten wir hydrolytisch spaltbare Bindungen für die Synthese biologisch abbaubarer thermoplastischer Formgedächtnis-Elastomere ein. Die Abbau-Kinetiken könnten geändert werden durch Modifikation der verwendeten Kombination von Vorstufen-Materialien. Eine Erhöhung der Menge an hartem Segment führt zu einem schnelleren Verlust an Masse und an Molekulargewicht.
Es gibt einige Verfahren zum charakterisieren des Abbaus eines Polymers, z.B. mechanische Eigenschaften, molare Masse und Gewicht.
Der Abbau-Prozeß könnte in drei Stufen aufgespalten werden. In der ersten Stufe findet eine Wasseraufnahme und ein Quellen des Polymers in erheblicher Menge in Abhängigkeit von der Hydrophobizität statt. Einige Ester-Bindungen werden gespalten. In der zweiten Stufe konnte ein erheblicher Verlust an molarer Masse beobachtet werden. Die Hydrolyse ist autokatalysiert durch saure Gruppen, die durch die Spaltung der Ester-Bindungen aufgebaut werden. Die mechanischen Eigenschaften brechen zusammen. Die dritte Stufe ist gekennzeichnet durch den Massen-Verlust der Probe. In einigen Fällen konnten hochkristalline Polymer-Teilchen am Ende des Abbau-Prozesses beobachtet werden. Der Abbau von Materialien auf Poly-L-Milchsäure-Basis führt zur Bildung solch hochkristalliner Teilchen. Wenn diese Teilchen eine zu große Größe, haben, könnte die Bildung fibröser Kapseln in vivo beobachtet werden. Der Abbau-Prozeß wird gestoppt, und die verkapselten Teilchen bleiben im Körper und können Entzündungen hervorrufen. Die Materialien zeigen auch einen nicht-linearen Masse-Verlust, der zu einer plötzlichen Freisetzung von Abbau-Produkten aus dem Bulk-Material und daher zu hohen Konzentrationen an z.B. Milchsäure führt, die Entzündungen hervorrufen können (K. Fu, D.W. Pack, A.M. Kilbanov, R.S. Langer, Pharm. Res. 17: 1, 100 (2000); K.A. Hooper, N.D. Macon, J. Kohn, J. Biomed. Mat. Res. 32, 443 (1998). Im Gegensatz zu diesen Polymeren zeigen die angewendeten Multiblock-Copolymere einen linearen Masse-Verlust und keine Bildung kristalliner Teilchen. Die neuen hervorragenden Multiblock-Formgedächtnis-Materialien zeigen einen Teilchen-freien Abbau in in vitro-Studien.
Synthese von Polye-Caprolactondimethacrylaten
Die Synthese von Poly-ε-caprolactondimethacrylaten (PCLDMA) erfolgt nach dem Verfahren, das beschrieben wurde von Aoyagi et al. (19). Das Verfahren wird beschrieben an dem Beispiel von PCLDMA2000 (Molekulargewicht = 2000). Einer Lösung von 20 g (10 mMol) Poly-ε-caprolactondiol und 5,3 ml Triethylamin (38 mMol) in 200 ml an trockenem THF wurden 3,7 ml (38 mMol) Methacrylochlorid tropfenweise bei 0 °C zugesetzt. Die Lösung ließ man nun auf Raumtemperatur erwärmen und rührte für 3 Tage. Danach wurde das ausgefällte Salz abfiltriert, und das Lösungsmittel wurde bei Raumtemperatur unter verringertem Druck verdampft. Das rohe Produkt wurde erneut in 200 ml Ethylacetat gelöst, wiederum filtriert und in einen zehnfachen Überschuß einer Mischung von Hexanen, Ethylether und Methanol (18 : 1 : 1) ausgefällt. Das farblose Präzipitat wurde gesammelt und in 100 ml Dichlorethan gelöst, erneut gefällt und sorgfältig unter verringertem Druck bei Raumtemperatur getrocknet. Der Grad an Methacrylierung wurde durch ¹H-NMR-Spektroskopie bestimmt.
Synthese der Polymer-Netzwerke:
Eine Mischung von Poly-ε-caprolactondimethacrylat und der passenden Menge an m-Butylacrylat wurde auf 10 °C oberhalb der Schmelztemperatur Tm erhitzt und in eine Form gefüllt, die aus zwei Glasplatten (25 mm × 75 mm) und einen Teflon-Abstandhalter von 0,6 mm Dicke gebildet wurde. Um eine gute Homogenität zu erreichen, wurde die Form bei Tm für eine weitere Stunde gelagert. Ein Photohärten erfolgte mit einer 100 Watt Quecksilberbogen-Lampe (Ultracure 100ss plus, Firma Efos) auf einer geheizten Platte bei Tm und dauerte, solange nichts anderes angegeben ist, 15 min. Die Entfernung zwischen Lampenkopf und Probe betrug 5,0 cm. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur wurde das isolierte Gewicht bestimmt (miso). Die Probe wurde extrahiert und mit einem 100-fachen Überschuß an Dichlormethan über Nacht gequollen, sorgfältig gewaschen und gewogen (msw). Nach Trocknen bei Raumtemperatur unter verringertem Druck wurde die Probe erneut gewogen (md).
Mechanische und thermomechanische Experimente:
Zugfestigkeits-Tests bei Raumtemperatur wurden an dem Gerät Instron 3100 durchgeführt. Experimente bei ausgedehnter Temperatur und thermocyclische Experimente wurden auf einem Gerät Zwick 1410 mit einer Climatix-Wärmekammer und einem Eurotherm-Temperatur-Steuergerät durchgeführt. Die Spannungs-Rate betrug 10 mm/min in allen Experimenten. Das thermocyclische Programm bestand aus (a) Aufheizen der Probe auf Th; Ausdehnen auf εm, Herunterkühlen auf T1 im ausgedehnten Zustand und (b) Entlasten auf 0 % Ausdehnung bei T1. Die Temperaturen Th und T1 wurden für wenigstens 10 Minuten gehalten, bevor man die Probe belastete oder entlastete. Jeder Zyklus (a) bis (b) wurde fünfmal wiederholt.
Tabelle 1 Copolymerisate aus PCLDMA2000 oder PCLDMA10000 und n-Butylacrylat
Quell-Grad Q der Filme: in Dichlormethan

Claims

Verwendung eines Formgedächtnis-Polymers in der Herstellung eines Gewebe-Engineering-Gerüsts zur Verwendung beim Gewebe-Engineeing, worin das Formgedächtnis-Polymer mit dissoziierten Zellen geimpft ist.
Verwendung nach Anspruch 1, worin die Formgedächtnis-Polymere geimpft werden, während sie in ihrer temporären Form sind.
Verwendung nach Anspruch 1, worin die Formgedächtnis-Polymere frei von Lactid-Einheiten sind.
Verfahren zum in vitro-Gewebe-Engineering, umfassend das Impfen eines Formgedächtnis-Polymers mit dissoziierten Zellen, das Vermehren der Zellen . und das Induzieren eines Formgedächtnis-Effekts des Formgedächtnis-Polymers.
Verfahren nach Anspruch 4, worin das verwendete Formgedächtnis-Polymer biologisch abbaubar ist.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, worin das Formgedächtnis-Polymer weiter wenigstens ein bioaktives Material umfaßt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin das Formgedächtnis-Polymer frei von Lactid-Einheiten ist.
Mit dissoziierten Zellen geimpftes Formgedächtnis-Polymer-Gerüst, dadurch gekennzeichnet, dass das Formgedächtnis-Polymer-Gerüst in seiner temporären Form vorliegt.
Formgedächtnis-Polymer-Gerüst nach Anspruch 8 mit einer Teilchengröße im Bereich von 10 nm bis 2000 μm.
Formgedächtnis-Polymer-Gerüst nach Anspruch 8 oder 9 in Form einer Kugel, eines Pellets, eines Stabs, eines Films, eines Röhrchens.
Formgedächtnis-Polymer-Gerüst nach Anspruch 9, worin der Formgedächtnis-Effekt zu einer Änderung der Form und/oder des Volumens des Gerüsts, einer Änderung der Oberflächen-Morphologie des Gerüsts von weich nach hart oder – in der verschiedenen Richtung – einer Erhöhung der Oberfläche des Gerüsts führt.