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WO2021224321A1 - Aufbau einer physiologischen haut-material-konnektion - Google Patents

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WO2021224321A1
WO2021224321A1 PCT/EP2021/061829 EP2021061829W WO2021224321A1 WO 2021224321 A1 WO2021224321 A1 WO 2021224321A1 EP 2021061829 W EP2021061829 W EP 2021061829W WO 2021224321 A1 WO2021224321 A1 WO 2021224321A1
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WO
WIPO (PCT)
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implant
polymer
porogen
porous
fiber
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Ceased
Application number
PCT/EP2021/061829
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English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias WEIGEL
Bastian Christ
Jörn PROBST
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Publication date
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Priority to US17/923,805 priority patent/US20240024090A1/en
Publication of WO2021224321A1 publication Critical patent/WO2021224321A1/de
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    • A61L2300/404—Biocides, antimicrobial agents, antiseptic agents
    • A61L2300/406—Antibiotics

Definitions

  • the present invention relates to an implant comprising at least one three-dimensional porous structural element made of at least one synthetic polymer, the at least one porous structural element being irreversibly connected to an implant element by means of at least one adhesive polymer, a method for its production and its uses.
  • the skin represents a natural barrier and protects the body from external environmental influences such as rain and UV rays, but also from pathogens and chemical substances. If this skin barrier is damaged, pathogens such as bacteria can easily penetrate the body and multiply there.
  • the skin barrier is also damaged by transcutaneous implants such as catheters or external fixators to heal complicated bone fractures. Implant materials always trigger a foreign body reaction in the body, which varies in strength depending on the patient and material. Therefore, the implant material is never completely enclosed by the skin. As a result, germs nestle between the implant material and the human tissue. Transcutaneous implants, especially on the transcutaneous stoma, therefore have to be cleaned at all times, causing high costs in the area of patient care and often leading to serious disease progression due to bacteria.
  • Catch-time applications serve the purpose of improving the quality of life of the patients as long as possible.
  • implants such as bone conduction hearing aids, transcutaneous, osseointegrated prosthesis systems or CAPD catheters for peritoneal dialysis.
  • Further applications such as a retroauricular fixed port for hemodialysis are in development.
  • transcutaneous implants there is a risk of bacterial infections, some of which are life-threatening, which often lead to the loss of the implant and the need for revision surgery.
  • the challenge of preventing infection on the transcutaneous implant lies in the realization of a permanently mechanically resilient connection between the implant and the adjacent cutaneous tissue.
  • WO201 1/147409 A3 describes endoprostheses which are obtained by electro-spinning nanofibers onto the surface of a metallic implant.
  • the present invention is therefore based on the technical problem of providing means and methods which overcome the problems and disadvantages discussed above.
  • the present invention is based on the technical problem of providing an implant and a method for producing an implant that enables an advantageous connection between the implant and the adjacent tissue and in particular to prevent the migration of bacteria and / or germination of the implant-tissue interface, in particular to enable the implant to grow into the surrounding tissue as naturally as possible.
  • the present invention is also based on the technical problem of providing a method for producing such an implant.
  • the present invention solves the problem on which it is based by providing the teachings of the independent claims.
  • the present invention accordingly provides an implant comprising at least one three-dimensional porous structural element made of at least one synthetic polymer, wherein the at least one porous structural element is irreversibly connected to an implant element by means of at least one adhesive polymer.
  • the three-dimensional porous structural element is made of at least one synthetic polymer selected from the group consisting of electrospun porous fiber fleece made of nanofibers of at least one synthetic fiber polymer, porous sponge, porous membrane and foamed porous polymer.
  • the three-dimensional porous structural element made of at least one synthetic polymer is an electrospun porous fiber fleece made of nanofibers of at least one synthetic fiber polymer.
  • the present invention accordingly provides, in a preferred embodiment, an implant which comprises at least one electrospun porous fiber fleece made of nanofibers at least one synthetic fiber polymer, the at least one porous fiber fleece being irreversibly connected to an implant element by means of at least one adhesive polymer.
  • the present invention advantageously provides a mechanically particularly resilient and bacteria-tight connection between the surrounding tissue and the implant.
  • the implant according to the invention allows an implant element to be connected to the surrounding tissue of the implant recipient via the at least one porous structural element, in particular electro-spun porous fiber fleece, irreversibly, i.e. permanently connected to the implant element according to the invention.
  • the at least one porous structural element, in particular electrospun nonwoven fabric, used according to the invention irreversibly connected to the implant element is porous, i.e. has pores, and in an optional embodiment can be colonized with cells in vitro, in vivo or in vitro and in vivo.
  • the implant according to the invention allows the implant element to grow into the implant site as naturally as possible, corresponding to physiological natural processes, whereby a foreign body reaction is minimized as much as possible and the surrounding tissue, in particular skin tissue, can grow tightly and mechanically on the implant element.
  • the porous structure provided according to the invention of the at least one porous structural element allows cells to be colonized in vitro and / or in vivo and thus creates in the immediate vicinity of the Implant element has a tissue structure that is as close as possible to the natural tissue, with a mechanically highly stable, bacteria-tight connection being created via the irreversible adhesive-polymer-mediated bond of the at least one porous structural element, in particular electrospun porous fiber fleece, to the implant element.
  • the porous structure provided according to the invention of the at least one porous structural element, in particular electrospun porous fiber fleece enables the implant element to grow directly into the surrounding tissue.
  • the procedure according to the invention also allows the implant element to be shielded from the body by using the at least one porous structural element, in particular electro-spun porous fiber fleece, which may be foreign to the body, in particular artificial, by using the at least one porous structural element that is as physiologically structured as possible, thus reducing or avoiding possible foreign body reactions at the same time but to enable a physiologically and mechanically resilient integration of the implant element in the tissue.
  • the at least one porous structural element in particular electro-spun porous fiber fleece, which may be foreign to the body, in particular artificial
  • the present invention is therefore advantageous in that it enables a permanently mechanically loadable connection between the implant and the adjacent tissue, in particular cutaneous tissue.
  • the invention enables the tissue, in particular the skin tissue, to seal against the implant in a bacteria-proof manner and advantageously not disrupt physiological processes in the surrounding tissue, in particular the skin, so that regular regeneration of the surrounding tissue, in particular the skin, is made possible .
  • the production of the synthetic polymers, in particular fiber polymers, can be carried out according to the invention with conventional electrospinnable materials that are insoluble in water and optionally ethanol.
  • PCL and polyamide 6 are particularly preferred and particularly suitable for a skin model material and thus indicate the particular suitability of the polyesters and polyamides.
  • inorganic organic hybrid materials in particular based on organically modified silanes, poly (hydroxyethoxy) cyclosiloxanes and titanium-oxo-carboxo complexes.
  • the at least one synthetic polymer, in particular synthetic fiber polymer is selected from the group consisting of Polyester, polyether, polyamide, polyamine, polyacrylonitrile, polyolefin, polypeptide, polypeptoid, polysaccharide, polyoxazoline and inorganic-organic hybrid material.
  • an inorganic-organic hybrid material which can be used as a synthetic polymer, in particular a synthetic fiber polymer, is an organically modified silane, a poly (hydroxyethoxy) cyclosiloxane or a titanium-oxo-carboxo complex.
  • the at least one synthetic polymer, in particular synthetic fiber polymer is a polyester, in particular PCL (polycaprolactone).
  • the at least one synthetic polymer, in particular synthetic fiber polymer is a polyamide, in particular PA6.
  • the at least one synthetic polymer, in particular synthetic fiber polymer can be a biodegradable polymer, in particular fiber polymer.
  • the at least one synthetic polymer, in particular synthetic fiber polymer can be a permanently stable and / or non-biodegradable polymer, in particular fiber polymer.
  • the at least one synthetic polymer, in particular the synthetic fiber polymer can have an anti-profile, anti-inflammatory, anti-migration, anti-inflammatory, anti-angiogenic, cytostatic, anti-restenotic, anti-neoplastic, antibacterial and / or anti-fungal effect, in particular an antibiotic effect.
  • the at least one adhesive polymer is a crosslinked or uncrosslinked polymer, in particular a crosslinked or non-crosslinked poly-hydroxyethyl methacrylate (poly-HEMA) polymerized [2- (methacryloyloxy) ethyl] trimethylammonium chloride (METAC), polymerized 2- Aminoethyl methacrylate (AEMA) or a copolymer of at least two of the monomers made up of HEMA, METAC or AEMA.
  • the adhesive polymer is a copolymer produced from HEMA and METAC, in particular produced from a 10 to 1 mixture of HEMA and METAC (based on% by weight).
  • the at least one adhesive polymer can have an anti-profile, anti-inflammatory, anti-migration, anti-inflammatory, anti-angiogenic, cytostatic, anti-residue, anti-neoplastic, antibacterial and / or anti-fungal, in particular antibiotic, effect.
  • Particularly preferred adhesive polymers exhibiting such activity are cationic polymers, in particular polymers which have primary amines or quaternary ammonium units in their side chain.
  • the pore size of the porous structural element in particular porous electrospun fiber fleece, is 0.1 ⁇ m to 800 ⁇ m, in particular 0.1 ⁇ m to 300 ⁇ m, in particular 0.5 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the porous structural element can be fixed beforehand in an embedding material, in particular paraffin, ice or resin and then thin sections can be generated.
  • the pore size and the pore volume are determined with a confocal microscope, in particular by means of confocal reflection microscopy, in particular at a temperature of 20 to 25 ° C, in particular 20 ° C.
  • the porous structural element in particular porous electrospun nonwoven, has a thickness of 50 ⁇ m to 300 ⁇ m, in particular 100 ⁇ m to 250 ⁇ m, in particular 150 ⁇ m to 250 ⁇ m.
  • the implant element is constructed from an organic material, an inorganic material or an organic-inorganic hybrid material, in particular from plastic, metal and / or a metal compound.
  • the implant element can be constructed from at least one metal and / or at least one metal compound, in particular TiN (titanium nitride).
  • Implant element can be constructed from at least one metal and / or at least one metal compound and be coated with polymers or carbon layers, in particular diamond-like carbon layers, for example diamond-like carbon (DLC).
  • DLC diamond-like carbon
  • the implant element can in particular be a
  • Be implant element made of plastic and / or metal-coated plastic.
  • the implant element can be constructed from plastic and coated with polymers and / or carbon layers, in particular diamond-like carbon layers, for example DLC.
  • the porous structural element in particular electro-spun porous fiber fleece, is cell-free.
  • Implant element with at least one, in particular one or more than one, in particular two, three, four, five, six, seven, eight, nine, ten, in particular eleven identical or different porous three-dimensional structural elements, in particular porous electrospun nonwovens, each be irreversibly connected, in particular be at least partially connected over a large area.
  • the implant in particular the porous structural element, in particular electrospun porous fiber fleece, has cells of at least one cell type, in particular human or animal cells, in particular human cells.
  • the cells can in particular be autologous or allogeneic cells.
  • the cells of at least one cell type present according to the invention in the implant can be introduced into the implant provided according to the invention in vitro, i.e. ex vivo, in particular by sowing and culturing. In another embodiment, this can
  • the implant provided according to the invention without cells provided is implanted in the body and then used there as a substrate for in-growth of the body's own or at least introduced, for example sprayed-in, cells in vivo.
  • the porous structural element in particular electrospun porous fiber fleece, in particular dermal fibroblasts and / or keratinocytes, in particular human dermal fibroblasts and / or human keratinocytes.
  • the implant in particular the porous structural element, in particular electrospun porous fiber fleece, of the present invention has cells of at least two different cell types.
  • the implant has cells at least two different cell types, in particular cells at least three different cell types, the cells preferably being in the form of tissues, in particular tissue layers, in particular in epidermal or subepidermal tissue layers. This enables a tissue- and / or cell-specific individualization of the implant according to the invention, so that it can be specifically adapted to an implantation site prior to implantation at or in an implantation site.
  • the at least two cells present in the implant in particular the porous structural element, in particular the electrospun porous fiber fleece, in particular in the form of one or more tissues, can be present in an extracellular matrix, in particular one that is formed after sowing and Culturing the cells has formed on the porous structural element.
  • an implant which is suitable for implantation in the skin and, in a preferred embodiment, has dermal fibroblasts and / or keratinocytes.
  • the implant can also be suitable for implantation in other implant sites, in particular epithelial or endothelial tissue, in particular for implantation in the mucous membrane, trachea, stomach, intestine, bladder or vessels.
  • corresponding epithelial or endothelial-specific cell types are inserted into the implant provided according to the invention, in particular a porous structural element, in particular electrospun porous fiber fleece, in particular by sowing the cells into the porous structural element and cultivating them in vitro.
  • the present implant is a transcutaneous implant, in particular a full-skin model, in particular a three-dimensional full-skin model.
  • the implant in particular the porous structural element, in particular electrospun porous fiber fleece, and / or the at least one adhesive polymer has at least one active ingredient, in particular an antibiotic active ingredient.
  • the active ingredient has an anti-proliferative, anti-inflammatory, anti-migration, anti-inflammatory, anti-angiogenic, cytostatic, anti-restenotic, anti-neoplastic, anti-bacterial and / or anti-fungal effect.
  • the active ingredient is particularly preferably streptomycin, penicillin, vancomycin or gentamycin.
  • the electrospun porous fiber fleece can be produced by i) providing at least one porogen and at least one synthetic fiber polymer, ii) electrospinning the at least one fiber polymer with addition of the at least one porogen to obtain an electrospun porogen-containing fiber fleece and iii) removing the at least one porogen from the electrospun porogen-containing fiber fleece obtained in process step ii) to obtain an electrospun porous fiber fleece.
  • the electrospinning of the at least one fiber polymer in process step ii) can preferably be carried out with a voltage of 6 kV to 25 kV, in particular 8 to 10 kV, in particular 10 to 20 kV.
  • the relative humidity (at room temperature) during electro spinning can preferably be 10 to 90%, in particular 20 to 80%, in particular 25 to 40%, in particular be set in this way.
  • Additional polymers for electrospinning the at least one fiber polymer in process step ii) can, in a preferred embodiment, be electrospun simultaneously and / or alternately via separate nozzles or cannulas with suitable positioning. Furthermore, additional polymers can be dissolved directly in the solution of the at least one fiber polymer in process step ii) and spun as a polymer mixture.
  • the porogen can preferably be removed by dissolving in suitable solvents, in particular water, organic solvents, for example alcohols, in particular ethanol, or in particular physiological solutions, in particular PBS.
  • suitable solvents in particular water, organic solvents, for example alcohols, in particular ethanol, or in particular physiological solutions, in particular PBS.
  • the removal of the porogen can preferably also take place by biodegradation and / or bioresorption in vitro or in vivo.
  • the at least one porogen is electro-co-spun with the at least one fiber polymer or added to the at least one fiber polymer by means of electro spraying during electro-spinning.
  • process step ii) is carried out as electro-co-spinning of the at least one porogen with the at least one fiber polymer to obtain an electro-spun porogen-containing fiber fleece.
  • method step ii) is carried out in such a way that during the electrospinning of the at least one fiber polymer the at least one porogen is added in the form of electro spraying to obtain an electrospun porogen-containing fiber fleece.
  • process step ii) is carried out as a discontinuous, at least one interruption and at least two phases, electrospinning of the at least one fiber polymer.
  • the at least one porogen is added in at least one interruption of the electrospinning, that is to say between at least two phases of the discontinuous electrospinning.
  • process step ii) is carried out discontinuously in at least two phases and that At least one porogen is added between individual phases of the electrospinning process.
  • the at least one porogen is provided in fiber form and / or in particle form in process step i) and added to the at least one fiber polymer in process step ii).
  • the porogen is a porogen polymer or a porogen mineral salt, in particular sodium chloride.
  • the porogen polymer is a water-soluble polymer, in particular PVP (polyvinylpyrrolidone) or PEG (polyethylene glycol), or an inorganic-organic hybrid material, in particular a titanium-oxo-carboxo complex.
  • PVP polyvinylpyrrolidone
  • PEG polyethylene glycol
  • an inorganic-organic hybrid material in particular a titanium-oxo-carboxo complex.
  • the implant according to the invention can be produced by the method steps x) providing an implant element, at least one adhesive system and at least one three-dimensional porous structural element made of at least one synthetic polymer and y) at least partially contacting and connecting the three-dimensional porous structural element by means of the adhesive system the implant element to maintain the implant.
  • the inventive implant that can be produced in this way is characterized in that the three-dimensional porous structural element provided in method step x) is a porous obtained by electrospinning at least one fiber polymer with the addition of at least one porogen and subsequent removal of the porogen from the fiber polymer Fiber fleece is.
  • the implant can be produced by the process steps a) providing at least one porogen, an implant element, at least one adhesive system and at least one synthetic fiber polymer, b) electrospinning of the at least one fiber polymer while adding the at least one porogen to obtain an electrospun porogen-containing fiber fleece, c) at least partially Contacting and connecting the at least one fiber fleece to the implant element by means of the adhesive system, and d) removing the at least one porogen from the fiber fleece.
  • method step c) can be carried out before method step d) and the implant can be obtained in method step d).
  • process step c) can be carried out in such a way that the at least partial contacting and joining of the fiber fleece by means of the adhesive system takes place using the electrospun porogen-containing fiber fleece obtained in process step b) and then in process step d) the process step b) at least one porogen added to the at least one fiber polymer is removed.
  • process step c) can be carried out after process step d) and the implant can be obtained in process step c).
  • the method according to the invention provides that method step d) is carried out before method step c), that is, the removal of the at least one porogen from the nonwoven using the method obtained in method step b) electrospun porogen-containing fiber fleece and after removing the at least one porogen from the electrospun porogen-containing fiber fleece then in process step c) at least partial contacting and bonding of the at least one porous fiber fleece obtained in process step d) by means of the adhesive system with the implant element takes place.
  • the adhesive system comprises at least one inducible polymerizable monomer, in particular HEMA (hydroxyethyl methacrylate), AEMA or METAC or a mixture of at least two of these monomers.
  • HEMA hydroxyethyl methacrylate
  • AEMA hydroxyethyl methacrylate
  • METAC methyl methacrylate
  • other monomers can also be used which polymerize thermally, photocatalytically, triggered by a catalyst, click chemistry or SIPGP.
  • monomers are preferably used according to the invention which have at least one of the following functional groups: acrylate, methacrylate, vinyl, norbomene, thiol, azide, alkyne, alkene, amine, hydroxy, carboxylate, thiol -, isocyanate, cyanine, nitrile, anhydride, styrene or ester group.
  • the adhesive system comprises a mixture of HEMA and METAC, in particular a mixture in a ratio of 10 to 1 (% by weight).
  • the at least one fiber polymer can be dissolved in an organic solvent, in particular 1,1, 3,3,3-hexafluoro-2-propanol or ethanol.
  • the adhesive system comprises, in addition to the at least one inducible polymerizable monomer, at least one component selected from the group consisting of crosslinking component, viscosity modulator, radical initiator, cell adhesion improver and linker molecules.
  • Adhesive system in addition to the inducible polymerizable monomer also have at least one crosslinking component, for example multi-armed and star-shaped oligomers or inorganic-organic hybrid materials, in particular titanium (IV) bis (ammonium lactate) dihydroxide, titanium-oxo-alkoxo-carboxo clusters, carboxylate-coordinated Zirconium alkoxides, alkoxysilanes or organically modified silanes.
  • crosslinking component for example multi-armed and star-shaped oligomers or inorganic-organic hybrid materials, in particular titanium (IV) bis (ammonium lactate) dihydroxide, titanium-oxo-alkoxo-carboxo clusters, carboxylate-coordinated Zirconium alkoxides, alkoxysilanes or organically modified silanes.
  • Adhesive system have at least one viscosity modulator, for example HEMA polymers, in particular PEG or PVP, in particular those with a chain length of 30,000 to 50,000.
  • HEMA polymers for example PEG or PVP, in particular those with a chain length of 30,000 to 50,000.
  • At least one viscosity modulator can be present in the adhesive system used according to the invention in a weight ratio of 20 to 30% by weight.
  • free radical initiators in particular catalysts, can also be present and used in the adhesive system used according to the invention. Accordingly, in a particularly preferred embodiment, it is provided that the at least one adhesive system has free-radical initiators such as azoisobutyronitrile, dibenzoyl peroxide, camphorquinone or inorganic peroxides.
  • the adhesive system preferably used according to the invention can be designed in such a way that polymerization takes place via click chemistry.
  • amines in particular in the form of AEMA (aminoethyl methacrylate), can be present in the adhesive system, in particular to improve cell adhesion to the implant element.
  • AEMA aminoethyl methacrylate
  • linker molecules especially bisphosphonates, can be present in the adhesive system, preferably those that can form ionic bonds with the surface of the implant element, especially the metallic implant element, and participate in the connection and contacting.
  • the implant is a transcutaneous, percutaneous or perdermal implant, in particular a transcutaneous implant.
  • the implant is a catheter, a fixator, a trichotomic instrument, an endo-exo-prosthesis, in particular a transcutaneous osseointegrated prosthesis, an artificial anus, a percutaneous endoscopic gastrostomy device, a percutaneous endoscopic jejunostomy device, a bone conduction hearing device, a CAPD catheter, in particular for peritoneal dialysis, a retroauricular fixed port for hemadialysis, a PEG probe, a transcutaneous sensor or a transcutaneous electronic device, in particular for nerve stimulation.
  • the present invention also relates to a method for producing an implant, comprising the method steps x) providing at least one three-dimensional porous structural element made of at least one synthetic polymer, an implant element and at least one adhesive system and y) at least partially contacting and connecting the at least one three-dimensional porous structural element to the implant element by means of the adhesive system in order to obtain the implant.
  • an active ingredient in particular an antibiotic active ingredient, is additionally provided in method step x).
  • the at least one active ingredient in particular antibiotic active ingredient, is brought into contact with the at least one three-dimensional porous structural element and / or the adhesive system and connected to the implant element.
  • cells of at least one cell type in particular dermal fibroblasts and / or keratinocytes, in particular human dermal fibroblasts and / or human keratinocytes, are placed on the at least one porous three-dimensional structural element connected to the implant element introduced, in particular sown and cultivated, and a cell-containing implant obtained.
  • This method is preferably an in vitro method.
  • the invention also relates to an implant which can be produced by a method according to method steps x) and y), in particular x) and y) and z).
  • the aforementioned method for producing an implant is provided, the three-dimensional porous structural element provided in method step x) being designed as an electrospun porous fiber fleece and being able to be produced by electrospinning with the addition of at least one porogen and removal of the porogen .
  • the present invention therefore also relates in particular to a method for producing an implant comprising the method steps a) providing at least one porogen, an implant element, at least one adhesive system and at least one synthetic fiber polymer, b) electrospinning of the at least one porogen with the addition of the at least one Porogen for obtaining an electrospun porogen-containing fiber fleece and c) at least partially contacting and connecting the at least one fiber fleece to the implant element by means of the adhesive system, and d) removing the at least one porogen from the fiber fleece.
  • process step c) can be carried out before process step d) or process step d) before process step c).
  • method step c) takes place before method step d), that is to say the method comprises method steps a), b), c) and d) in the specified chronological order, the implant being obtained in step d).
  • a method for producing an implant is also provided, with method steps a), b), c), d) being carried out in the chronological order a), b), d) and c), wherein in step c) the implant is obtained.
  • an active ingredient in particular an antibiotic active ingredient, is additionally provided in method step a).
  • the at least one active ingredient in particular antibiotic active ingredient, is electrospun together with the at least one fiber polymer in process step b) and / or the implant obtained in process step d) is loaded, incubated or impregnated with the at least one active ingredient.
  • cells of at least one cell type in particular dermal fibroblasts and / or keratinocytes, in particular human dermal fibroblasts and / or human keratinocytes, are placed on the at least one porous electrospun that is connected to the implant element Cultivated fiber fleece and obtained a cell-containing implant on which, in a preferred embodiment, tissue or tissue layers, for example an epidermis, can be built up.
  • this method is an in vitro method.
  • the at least one fiber fleece is connected to the implant element by means of the adhesive system in such a way that Areas of the porous structural element, in particular of the porous fiber fleece, which are intended for the integration of cells, are not filled during or after the use of the adhesive system by polymerization of the inducible polymerizable monomer, in particular HEMA.
  • the fiber fleece connected to the implant element has pores that are not filled with the adhesive polymer and also with the adhesive polymer.
  • the pores filled with the adhesive polymer are preferably located in the contact area, in particular the adhesion surface, between the implant element and the fiber fleece, in particular not on the surface of the porous implant.
  • the pores not filled with the adhesive polymer are preferably located in the regions of the porous fiber fleece facing away from the implant element, in particular their surface, in particular on the surface of the implant.
  • connection by means of the at least one adhesive system can be carried out in at least two phases, in particular several phases, which each lead to at least two layers, in particular several layers.
  • the three-dimensional porous structural element provided according to the invention made of a synthetic polymer, in particular the electrospun porous nonwoven fabric provided according to the invention made of nanofibers of at least one synthetic fiber polymer can be partially contacted and connected to the at least one implant element in method step x) or c), wherein the partial contact and connection is a planar contact and connection, in particular arranged in parallel on the implant.
  • the partial contact and connection is a planar contact and connection, in particular arranged in parallel on the implant.
  • the adhesive system according to process steps x) and a) can also have at least one crosslinking component in addition to the inducible polymerizable monomer, for example star-shaped oligomers or inorganic-organic hybrid materials, in particular titanium-oxo-alkoxo-carboxo Cluster.
  • at least one crosslinking component advantageously leads, without being bound by theory, to an increase Three-dimensionality of the adhesive point, which ensures increased adhesion and / or bacteria-proof connection of the at least one porous structural element, in particular the electrospun porous fiber fleece with the implant element.
  • the at least one active ingredient according to method steps x) and a), the at least one adhesive polymer and / or the at least one synthetic polymer has an anti-proliferative, anti-inflammatory, anti-migrative, anti-inflammatory, anti-angiogenic, cytostatic, anti-restenotic, anti-neoplastic, antibacterial and / or antifungal effect.
  • the at least one active ingredient is in particular streptomycin, penicillin, vancomycin or gentamycin.
  • the joining in process steps y) and c) is carried out in the process according to the invention in the form of a polymerization, in particular an induced polymerization, in particular a “self-initiated surfaces photo polymerization and photographiting” (SIPGP), a thermally induced radical polymerization or a light-induced radical polymerization carried out.
  • a polymerization in particular an induced polymerization, in particular a “self-initiated surfaces photo polymerization and photographiting” (SIPGP), a thermally induced radical polymerization or a light-induced radical polymerization carried out.
  • SIPGP self-initiated surfaces photo polymerization and photographiting
  • the invention also relates to an implant which can be produced by a method according to method steps a) to d), in particular method steps a) to e).
  • the present invention also relates to a method for introducing an implant according to the invention into the human or animal body, in particular for therapeutic, cosmetic or nutritional purposes.
  • the invention also relates to the use of the implant according to the invention for the treatment and / or diagnosis of the human or animal body.
  • the implant is used as a medical product, the product being implanted in the patient without cells. This takes place prefers the biological connection in the dermis, as well as the bacteria-tight closure through the epidermis solely through the self-healing powers of the patient.
  • the implant is used, in particular as an ATMP (advanced therapy medicinal product), the implant initially populated with, for example, autologous or allogeneic cells, for example fibroblasts and keratinocytes, for example of the patient, and then as cell-containing implant is implanted.
  • ATMP advanced therapy medicinal product
  • Another preferred embodiment of the invention combines the use as a cell-free implant (medical product) and a cellular implant.
  • the cell-free implant (medical product) is implanted and then autologous or allogeneic cells are introduced onto / into the implant, for example via a spray, whereby, for example, allogeneic fibroblasts and keratinocytes can be applied.
  • nanofiber is understood to mean a fiber with a thread diameter ⁇ 1000 nm, in particular a diameter in a range from 100 to 1000 nm, in particular 100 to 900 nm, in particular 200 to 800 nm.
  • a “fiber polymer” is understood to mean a polymer that is suitable for forming a fiber, in particular a nanofiber.
  • biodegradable means that the element in question, in particular substance, in particular polymer, is degraded by biological processes, in particular naturally occurring biological processes, in particular biological processes naturally occurring in a human or animal body can and thus loses its structural and / or material integrity.
  • an “implant site” is understood to mean the location on or in the body of the implant recipient into which the implant according to the invention is implanted.
  • an “implant recipient” is understood to mean a human or animal organism, in particular a living organism, which consists of therapeutic, diagnostic, cosmetic, nutritional, lifestyle or other considerations an implant is required.
  • synthetic polymer is understood to mean that the polymer was produced using at least one artificial step and, because of this at least one artificial step, differs from naturally occurring polymers, in particular one in an artificial, non-naturally occurring polymer System and / or using at least one component, in particular a substance, which is present in a system that does not occur naturally.
  • synthetic fiber polymer is understood to mean that the polymer is suitable for the formation of a fiber and was produced using at least one artificial step and differs from naturally occurring polymers due to this at least one artificial step, in particular a component, in particular a substance, that is present in an artificial, non-naturally occurring system and / or using at least one component that is present in a naturally non-occurring system.
  • the term “irreversibly connected” means that the physical connection provided according to the invention between the implant element and the at least one porous structural element while maintaining the integrity of the implant and the elements of the implant, in particular the porous structural element and the implant element , is not solvable.
  • An “irreversible connection” is therefore particularly permanent, in particular under biological conditions, in particular those occurring in human or animal living bodies.
  • the term “flatly connected” is understood to mean that at least one flat part of a porous structural element designed as a three-dimensional flat structure, in particular a porous fiber fleece, is in contact and connected with this flat part with a flat part of a surface of an implant element , in particular connected, in particular glued, by means of an adhesive system, in particular an adhesive polymer.
  • the term “three-dimensional full-skin model” is used to connect an implant element via at least one adhesive polymer to at least one porous structural element of the present invention, in particular an electro-spun porous fiber fleece made of nanofibers of at least one synthetic fiber polymer of the present invention, understood that has cells of at least one cell type that differentiate into at least one tissue, in particular several tissues, in particular different tissue layers, in particular an epidermal and / or subepidermal skin layer, wherein the full skin model in a particularly preferred embodiment corresponds to a naturally occurring skin and where in In a preferred embodiment, the cells are embedded in an extracellular matrix.
  • phase of a discontinuous electrospinning is understood to mean temporal sections of the electrospinning which are characterized by interruptions separating these temporal sections of the electrospinning.
  • electrospun porous fiber fleece is synonymous with the term “electrospun porous fiber fleece made from nanofibers of at least one synthetic fiber polymer”.
  • the processes according to the invention are distinguished by a sequence of process steps i), ii) and iii) or x) and y) and optionally z) or a), b), c) and d) and optionally e).
  • the process steps take place in the order given in the present disclosure, unless stated otherwise or can be seen from a person skilled in the art.
  • FIG. 1 (A) Positioning of the porous fiber fleece according to the invention on the transcutaneous implant element.
  • the arrows indicate the orientation of the fleece on the transcutaneous implant element.
  • (B) The implant element - tissue - interaction surface can be increased by means of a further fiber fleece from below.
  • the fiber fleece is physiologically integrated into the dermis (above the subcutis) and an epidermis above the fiber fleece seals the implant connection against bacteria.
  • FIG. 2 Detailed and functional illustration of the connection between the transcutaneous implant according to the invention and the cutaneous tissue.
  • transcutaneous implant element (2) continuous lines starting from the implant element represent the porous nanofiber nonwovens according to the invention; (3) gray area represents the area of the bond; (4) thin, short lines represent collagen or other connective tissue proteins; (5) fibroblast or other tissue toe; (6) Stratum Comeum; (7) stratum granulosum; (8) stratum spinosum; (9) stratum basals; (10) basement membrane; (11) adipocyte; (12) epidermis; (13) dermis; (14) Subcutis
  • FIG. 3 Measurement of some cytokines from primary human macrophages after 48 hours of incubation.
  • the following cytokines were measured: (A) Interleukin 1 beta; (B) interleukin 6; (C) TNF alpha; (D) interleukin 8 and (E) interleukin 10.
  • FIG. 4 (A) The injury to a skin equivalent can heal through the use of the porous fiber fleece according to the invention and thus shows the ability of the fiber fleece to integrate in vitro. (B) In addition to being integrated into skin models, the fiber fleece according to the invention can itself also serve as a substrate for the production of skin equivalents.
  • FIG. 5 Structural properties of the porous fiber fleece according to the invention.
  • A Light microscope image of a paraffin section of the fiber fleece. Determination of the fleece thickness in mhi (B) and pore size in mhi (C) through the cross-sections.
  • B Determination of the fleece thickness in mhi
  • C pore size in mhi
  • D Confocal reflection micrograph of the fiber structure.
  • E, F Determination of the mesh passage areas between the individual fibers.
  • FIG. 6 Bonding of the porous fiber fleece according to the invention to a metal sample body (implant element).
  • A Cylindrical metal specimen 2 cm in diameter.
  • B Schematic representation of the bonding of four fiber webs according to the invention to the test specimen.
  • C Photograph of the bonded nonwovens on the test specimen. SEM images of the bond with embedded fibers (D) and the area without bond (E).
  • Figure 7 Measurement of the maximum force load on the bond in tensile and torsional loads. The directions of loading are shown in Figure 6C.
  • FIG. 8 Exemplary representation of the modification of the monomer mixture.
  • A Photograph of a tensile specimen made from the polymerized adhesive material.
  • B Example of tensile measurement of the adhesive polymer.
  • FIG. 9 Testing of the bacterial interaction (in vitro) of a miniaturized transcutaneous implant.
  • A Overview image of the entire implant: The cutout in the middle shows the position of the implant. The material around the cutout, framed by interruptions, is the adhesive material with enclosed fibers. The fiber fleece, which was colonized with fibroblasts, is shown with a continuous frame.
  • the figures (BE) show isolated bacteria (arrows). Examples:
  • Example 1 Porous electro-spun nonwoven method 1
  • Flexible and plastically deformable synthetic polymers are provided according to process step a).
  • the polymer solution is transferred into a syringe and fitted with a metal cannula. Two of these syringes are built into a syringe pump in the electric spinner and a flow rate of 0.55 ml / h is set.
  • the distance between the tip of the cannula and the rotating collector (diameter: 33 cm) is moved to 15 cm and the cannulas are then connected to a high-voltage source.
  • Example 2 Porous electro-spun nonwoven method 2
  • polymers are provided and used as porogen in this method. These can be incorporated simultaneously between the fiber-polymer by electro-spinning in the form of fibers or via electro spraying in the form of particles.
  • Water-soluble polymers in particular PVP or PEG, serve as the porogenic material.
  • inorganic organic hybrid materials can also be used, which are based in particular on titanium-oxo-carboxo complexes.
  • a solution of PVP in ethanol with a concentration of 30% (m / v) is used for the electrospinning of polymer fibers as porogen.
  • PA6 for example PA6
  • PA6 PA6
  • PA6 PA6
  • This process can be carried out as a continuous spinning process over a period of 3 hours.
  • this process can also be combined with the manual addition of NaCl particles (example 1) as a discontinuous process.
  • concentrations of 8-20% (m / v) and voltages of 10-20 kV are used in the case of PVP. These parameters can be varied depending on the desired particle size (porogen size).
  • the porogens from Example 2 are removed by the spinning process by dissolving them in water, PBS (or other physiological salt solutions) or ethanol.
  • Example 3 Section of contacting the implant element with the porous fiber fleece (bonding) according to process step c)
  • the two components must be glued together according to the invention.
  • the mechanical characteristics of the bond such as modulus of elasticity or tensile strength, should not be significantly lower than those of the fibers. If this is not the case, the forces and strains that occur may not be able to be absorbed by the fibers and a predetermined breaking point could form in the bond.
  • This connection is preferably carried out via a UV-triggered polymerization.
  • the implant element is contacted and connected to the fiber fleece according to step c).
  • the porous fiber fleece is provided with a hole that has a smaller diameter than the implant.
  • the implant is then pushed through the hole in the porous fiber fleece to the adhesive position. Due to the difference in diameter, the porous material is stretched at the contact point and a parallel contact surface is formed between the porous fiber fleece and the implant.
  • the liquid monomer of the adhesive system is then applied to the adhesive point using a pipette.
  • the adhesive system provided for this purpose containing the monomer hydroxyethyl methacrylate (HEMA), can first penetrate into the pores of the fiber fleece.
  • the subsequent polymerization leads to the hardening and filling of the fleece pores (FIG. 6).
  • the UV Exposure limited locally by a diaphragm ( Figures 2 and 6).
  • the polymerization mechanism used is either self-initiated surface photopolymerization and photografting (SIPGP) or a thermally or light-induced radical polymerization by adding radical initiators. Both embodiments offer the possibility of entering into covalent bonds between the implant and the fiber fleece by splitting off hydrogen atoms on the substrates.
  • this covalent bond can be used directly via the polymerization described.
  • linker molecules can preferably be used which, on the one hand, form ionic bonds on the metal surface (bisphosphonates) and, on the other hand, can take part in the polymerization.
  • implant elements with inert surfaces, such as TiN, with polymers or diamond-like carbon layers (DLC), particularly stable covalent bonds can preferably be achieved through these polymerizations.
  • a minimum value of 10 N for an implant with a diameter of 2 cm can preferably be defined as the threshold value for a minimum load-bearing capacity.
  • This method for contacting the implant element with the porous fiber fleece according to process step c) uses the polymerization via SIPGP.
  • the advantage of this polymerization is that radical-like states are generated directly in HEMA monomers by the UV radiation and these then polymerize. In this way, the use of potentially toxic radical starters can preferably be dispensed with.
  • the bonding takes place in several phases, which lead to several layers, as a result of which the adhesive surface on the implant is initially wetted with the monomer and can covalently bond to the surface through the polymerisation.
  • the fiber fleece is then pushed onto the implant, wetted with the monomer at the relevant stand and exposed using a UV lamp (example parameters: light output 150 mW / cm 2 , duration 1.5 min) or a UV laser.
  • a UV lamp example parameters: light output 150 mW / cm 2 , duration 1.5 min
  • the wetting and exposure step is repeated at least three times.
  • a total of two or four fiber fleeces can be attached to the implant element be connected. In the case of long exposure times, it is preferable to ensure suitable cooling, as otherwise damage to the implant or the fiber fleece can occur.
  • a radical initiator for example dibenzoyl peroxide or camphorquinone
  • the adhesive system for example dibenzoyl peroxide or camphorquinone.
  • the advantages are an accelerated reaction time, a higher degree of crosslinking and lower exposure intensity. This makes this method particularly suitable for UV- or temperature-sensitive materials, especially PCL as a fiber fleece. Similar to method 1 according to example 4, the polymerizations are preferably to be carried out in at least two phases.
  • HEMA is particularly preferably used as the adhesive monomer for contacting and connecting the implant element to the porous fiber fleece according to process step c) (bonding), which polymerizes to polyHEMA under UV exposure.
  • the polymer formed is present only in unbranched molecular chains, which limits the mechanical properties.
  • the bond forms a hydrogel-like state. An increase in the mechanical load-bearing capacity of this bond can preferably be achieved through cross-linking.
  • further molecules for crosslinking in particular star-shaped oligomers or inorganic-organic multicore clusters such as titanium-oxo-alkoxo-carboxo clusters, are used in the adhesive system (FIG. 8).
  • Preferred crosslinking components based on titanium complexes are commercial solutions of titanium (IV) bis (ammonium lactato) dihydroxide or a synthesized sol consisting of titanium-alkoxo-carboxo clusters: 1) Here, 1 mol of titanium ethylate is placed in 5 mol of ethanol and 0, 15 to 1 mol of lactic acid (as an 85% aqueous solution) mixed at room temperature for at least 2 hours. The sol is then hydrolyzed with 0.1 to 20 mol of water while stirring for at least 2 hours. The sol can be used concentrated, undiluted or diluted with ethanol for bonding.
  • HEMA aminoethyl methacrylate
  • amines can be incorporated into the polymer system, thereby improving cell adhesion.
  • the possibly comparatively low viscosity of the HEMA makes it difficult to bond to the implant, which can preferably be done in the vertical state due to the geometry of the implant.
  • HEMA-soluble polymers are dissolved in the monomer.
  • PEG or PVP with chain lengths of 30,000 to 50,000 and a mass content in the monomer solution between 20% and 30% are used for this purpose.
  • These solutions lead to a particularly effective bond because, on the one hand, the local polymerization is improved and, on the other hand, the curing time can be reduced.
  • Example 7 Method of producing skin equivalent on nanofiber nonwovens
  • the implant can be implanted cell-free or already populated with cells in vitro.
  • the porous fiber fleece which has already been connected to the implant element, can be colonized with fibroblasts.
  • an epidermis can be built up in vitro on the fibroblast-colonized nonwoven fabric.
  • This method can produce a transcutaneous implant directly connected to a skin equivalent, which can thus already be connected to skin in vitro.
  • a skin model was built up on the basis of the porous fiber fleece.
  • This process makes it possible to generate a reconstructed human epidermis (rhE) on the biologized material in the subsequent step.
  • rhE human epidermis
  • 600,000 keratinocytes / cm 2 are sown on the biologized fiber fleece.
  • a subsequent airlift culture creates a complete epidermis after 2-3 weeks of culture (based on Jannasch et al., Experimental Parasitology, 150, 22-30, 2015).
  • a full-skin model based on the porous fiber fleeces is provided.
  • Example 8 Anchoring the implant in the skin
  • the fiber fleece is first partially glued flat (parallel) to the implant element (example 3, 4 or 5) and is oriented more deeply by 90 ° radially from the implant element to the outside (FIG. 1 A; illustrated by arrows) (method step c)), then the at least one porogen is removed (method step d)).
  • Advantages of this fleece orientation are, on the one hand, that a large adhesion surface is generated on the implant element and, on the other hand, that a maximum contact, integration and thus also anchoring volume can be achieved in the skin tissue. To increase the mechanical load capacity, this process can also be repeated with a downward orientation (FIG. 1B).
  • the porous structure of the fiber fleece enables integration and mechanical anchoring in the dermal part of the surrounding skin (FIG. 2).
  • cells first migrate in vivo into the fiber fleece from the surrounding dermal tissue (fibroblasts, macrophages, possibly endothelial cells). These colonize the fiber fleece and fill the pores with natural connective tissue.
  • the bacteria-proof closure takes place through the formation of an epidermis over the dermally integrated fiber fleece up to the implant element.
  • a nonwoven fabric imitating the connective tissue was developed according to the present invention.
  • the nano-fibers required for this are generated using the electrospinning method in accordance with step b).
  • the incorporation of particulate or fibrous porogens in the nanofiber fleece is generated using the electrospinning method in accordance with step b).
  • the later leaching out of these porogens according to step d) creates a porous nanofiber fleece, which enables the migration and colonization of the body's own cells.
  • this procedure reduces the inflammation ( Figure 3) and foreign body reaction, and on the other hand it enables independent integration into the dermis.
  • both biodegradable polymers for example polyesters such as PCF, and permanently stable polymers, in particular polyamides, can be used as polymers.
  • polyesters such as PCF
  • permanently stable polymers in particular polyamides

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Implantat, umfassend mindestens ein dreidimensionales poröses Strukturelement aus mindestens einem synthetischen Polymer, wobei das mindestens eine poröse Strukturelement mittels mindestens eines Klebstoff-Polymers mit einem Implantatelement irreversibel verbunden ist, Verfahren zu dessen Herstellung sowie Verwendungen desselben.

Description

BESCHREIBUNG
Aufbau einer physiologischen Haut-Material-Konnektion
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Implantat, umfassend mindestens ein dreidimensionales poröses Strukturelement aus mindestens einem synthetischen Polymer, wobei das mindestens eine poröse Strukturelement mittels mindestens eines Klebstoff-Polymers mit einem Implantatelement irreversibel verbunden ist, Verfahren zu dessen Herstellung sowie Verwendungen desselben.
Die Haut stellt eine natürliche Barriere dar und schützt den Körper vor äußeren Umwelteinflüssen wie Regen und UV-Strahlen, aber auch vor Krankheitserregern und chemischen Substanzen. Wird diese Hautbarriere verletzt, können Krankheitserreger, zum Beispiel Bakterien, leicht in den Körper eindringen und sich dort vermehren. Auch durch transkutane Implantate wie Katheter oder äußere Fixateure zur Heilung komplizierter Knochenbrüche wird die Hautbarriere verletzt. Implantatmaterialien lösen im Körper stets eine Fremdkörperreaktion aus, die je nach Patient und Material unterschiedlich stark ausfällt. Daher wird das Implantatmaterial nie vollständig von der Haut umschlossen. Als Resultat nisten sich Keime zwischen dem Implantatmaterial und dem menschlichen Gewebe ein. Transkutane Implantate, besonders am transkutanen Stoma, müssen daher stets gereinigt werden, verursachen dadurch hohe Kosten im Bereich der Patientenversorgung und führen oftmals bakterienbedingt zu schweren Krankheitsverläufen.
Strategien, um eine Verkeimung des Implantats, besonders im Bereich des Stomas, zu verhindern, werden dringend benötigt. Den hohen Bedarf zeigt die Vielzahl an transkutanen Implantaten, die für mehrere Wochen, Monate oder gar lebenslang die Hautbarriere durchdringen. Patienten, deren Therapiephase über mehrere Wochen oder Monate verläuft, werden oft mit künstlichen Zugängen versorgt. Beispiele sind unter anderem die Tracheatomie, perkutane endoskopische Gastrostomie oder Katheter (zum Beispiel ein PICC Katheter).
Fangzeitige Anwendungen dienen dem Zweck, die Febensqualität der Patienten möglichst lebenslang zu verbessern. Dazu gehören Implantate wie Knochenleitungshörgeräte, transkutane, osseointegrierte Prothesensysteme oder CAPD-Katheder für die Bauchfelldialyse. Weitere Anwendungen wie etwa ein retroaurikulär fixierter Port zur Hämodialyse sind in der Entwicklung. Bei all diesen transkutanen Implantaten besteht das Risiko von zum Teil lebensgefährlichen bakteriellen Infektionen, welche nicht selten auch zum Verlust des Implantats und einer notwendigen Revisionsoperation führen.
Daher wird nach Lösungen gesucht, das dermale Gewebe mechanisch belastbar und bakteriendicht an transkutane Implantate zu binden.
Die Herausforderung, eine Infektion am transkutanen Implantat zu verhindern, liegt in der Realisierung einer dauerhaft mechanisch belastbaren Verbindung zwischen Implantat und anliegendem kutanen Gewebe.
DE 195 290 36 Al beschreibt einen Verbundwerkstoff umfassend ein Kollagenfilz, verwendbar zur Herstellung von Verbundwerkstoffen und Implantaten.
DE 19728489 Al beschreibt ein filzähnliches Kollagennanofaservlies, welches durch Verklebung mit einem Implantat verbunden wird.
WO201 1/147409 A3 beschreibt Endoprothesen, welche durch Elektro spinning von Nanofasern auf die Oberfläche eines metallischen Implantats erhalten werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, Mittel und Verfahren bereitzustellen, die vorstehend erörterte Probleme und Nachteile überwinden. Insbesondere liegt der vorliegenden Erfindung das technische Problem zugrunde, ein Implantat und ein Verfahren zur Herstellung eines Implantats bereitzustellen, das eine vorteilhafte Verbindung zwischen Implantat und anliegendem Gewebe ermöglicht und insbesondere ein Einwandern von Bakterien und/oder ein Verkeimen der Implantat-Gewebeschnittstelle zu verhindern, insbesondere ein möglichst natürliches Einwachsen des Implantates in das umliegende Gewebe zu ermöglichen.
Der vorliegenden Erfindung liegt auch das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Implantats bereitzu stellen.
Die vorliegende Erfindung löst das ihr zugrundeliegende Problem durch die Bereitstellung der Lehren der unabhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung stellt demgemäß ein Implantat bereit, umfassend mindestens ein dreidimensionales poröses Strukturelement aus mindestens einem synthetischen Polymer, wobei das mindestens eine poröse Strukturelement mittels mindestens eines Klebstoff-Polymers mit einem Implantatelement irreversibel verbunden ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das dreidimensionale poröse Strukturelement aus mindestens einem synthetischen Polymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus elektroversponnenes poröses Faservlies aus Nanofasem mindestens eines synthetischen Faser-Polymers, poröser Schwamm, poröse Membran und aufgeschäumtes poröses Polymer.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das dreidimensionale poröse Strukturelement aus mindestens einem synthetischen Polymer ein elektroversponnenes poröses Faservlies aus Nanofasem mindestens eines synthetischen Faser- Polymers.
Die vorliegende Erfindung stellt demgemäß in bevorzugter Ausführungsform ein Implantat bereit, welches mindestens ein elektroversponnenes poröses Faservlies aus Nanofasem mindestens eines synthetischen Faserpolymers umfasst, wobei das mindestens eine poröse Faservlies mittels mindestens eines Klebstoff-Polymers mit einem Implantatelement irreversibel verbunden ist.
Die vorliegende Erfindung stellt vorteilhafterweise eine mechanisch besonders belastbare und bakteriendichte Verbindung zwischen umliegendem Gewebe und Implantat bereit. Das erfindungsgemäße Implantat erlaubt es, ein Implantatelement über das erfindungsgemäß mit dem Implantatelement irreversibel, das heißt dauerhaft verbundene, mindestens eine poröse Strukturelement, insbesondere elektroversponnene poröse Faservlies, mit dem umliegenden Gewebe des Implantatempfängers zu verbinden. Das erfindungsgemäß eingesetzte mindestens eine irreversibel mit dem Implantatelement verbundene poröse Strukturelement, insbesondere elektroversponnene Faservlies, ist porös, weist also Poren auf, und kann in optionaler Ausführungsform in vitro, in vivo oder in vitro und in vivo mit Zellen besiedelt werden. Das erfindungsgemäße Implantat erlaubt nach Integration in die Implantatstelle ein möglichst natürliches, physiologischen natürlichen Prozessen entsprechendes schnelles Einwachsen des Implantatelements in die Implantatstelle, wobei eine Fremdkörperreaktion möglichst minimiert und das umliegende Gewebe, insbesondere Hautgewebe, dicht und mechanisch belastbar an das Implantatelement anwachsen kann. Die erfindungsgemäß vorgesehene poröse Struktur des mindestens einen porösen Strukturelements, insbesondere porösen Faservlieses, erlaubt in vitro und/oder in vivo eine Zellbesiedelung und schafft damit in der unmittelbaren Umgebung des Implantatelementes eine dem natürlichen Gewebe möglichst angenäherte Gewebestruktur, wobei darüber hinaus über die irreversible Klebstoff-Polymer-vermittelte Bindung des mindestens einen porösen Strukturelements, insbesondere elektroversponnenen porösen Faservlieses, an das Implantatelement eine mechanisch hochstabile bakteriendichte Verbindung geschaffen wird. Die erfindungsgemäß vorgesehene poröse Struktur des mindestens einen porösen Strukturelements, insbesondere elektroversponnenen porösen Faservlieses, ermöglicht ein direktes Anwachsen des Implantatelements in das umgebene Gewebe. Die erfindungsgemäße Verfahrensweise erlaubt es darüber hinaus, das für den Körper gegebenenfalls fremde, insbesondere künstliche Material des Implantatelementes durch Verwendung des möglichst physiologisch aufgebauten mindestens einen porösen Strukturelements, insbesondere elektroversponnenen porösen Faservlieses, vom Körper abzuschirmen, so mögliche Fremdkörperreaktionen zu reduzieren oder zu vermeiden, gleichzeitig aber eine physiologisch und mechanisch belastbare Integration des Implantatelements im Gewebe zu ermöglichen.
Die vorliegende Erfindung ist daher vorteilhaft insofern, als dass durch sie eine dauerhaft mechanisch belastbare Verbindung zwischen Implantat und anliegendem Gewebe, insbesondere kutanem Gewebe, ermöglicht wird. Vorteilhafterweise ermöglicht die Erfindung, dass das Gewebe, insbesondere das Hautgewebe, bakteriendicht mit dem Implantat abschließt und in vorteilhafter Weise physiologische Prozesse des umliegenden Gewebes, insbesondere der Haut, nicht gestört werden, sodass eine regelmäßige Regeneration des umliegenden Gewebes, insbesondere der Haut, ermöglicht wird.
Die Herstellung der synthetischen Polymere, insbesondere Faser-Polymere, kann erfindungsgemäß mit fachüblichen elektrospinnbaren sowie Wasser- und ggf. Ethanol unlöslichen Materialien durchgeführt werden. Besonders bevorzugt und insbesondere für ein Hautmodell-Material geeignet sind PCL und Polyamid 6 (Figur 2B) und zeigen damit die besondere Eignung der Polyester und Polyamide an. Des Weiteren können auch anorganisch organische Hybridmaterialen, insbesondere auf Basis von organisch-modifizierten Silanen, Poly(hydroxyethoxy)cyclosiloxanen und Titan-oxo-carboxo-Komplexen, verwendet werden.
Bevorzugt können auch Mischungen der synthetischen Polymere, insbesondere anorganisch organische Hybridmaterialien mit organischen Polymeren eingesetzt werden.
In einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine synthetische Polymer, insbesondere synthetische Faser-Polymer, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyester, Polyether, Polyamid, Polyamin, Polyacrylnitril, Polyolefin, Polypeptid, Polypeptoid, Polysaccharid, Polyoxazolin und anorganisch-organisches Hybridmaterial.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist ein anorganisch-organisches Hybridmaterial, das als synthetisches Polymer, insbesondere synthetisches Faser- Polymer, eingesetzt werden kann, ein organisch-modifiziertes Silan, ein Poly(hydroxyethoxy)cyclosiloxan oder ein Titan-Oxo- Carboxo-Komplex.
In besonders bevorzugter Ausführungsform ist das mindestens eine synthetische Polymer, insbesondere synthetische Faser- Polymer, ein Polyester, insbesondere PCL (Polycaprolacton).
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine synthetische Polymer, insbesondere synthetische Faserpolymer, ein Polyamid, insbesondere PA6.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das mindestens eine synthetische Polymer, insbesondere synthetische Faser-Polymer, ein biodegradierbares Polymer, insbesondere Faser-Polymer, sein.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das mindestens eine synthetische Polymer, insbesondere synthetische Faser-Polymer, ein dauerhaft stabiles und/oder nicht-biodegradierbares Polymer, insbesondere Faser-Polymer, sein.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann das mindestens eine synthetische Polymer, insbesondere das synthetische Faser-Polymer, eine antiprofilerative, antiinflammatorische, antimigrative, antiphlogistische, antiangiogene, cytostatische, antirestenotische, antineoplastische, antibakterielle und/oder antimykotische Wirkung aufweisen, insbesondere antibiotische Wirkung aufweisen.
In einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine Klebstoff- Polymer ein vernetztes oder unvemetztes Polymer, insbesondere ein vernetztes oder nicht- vernetztes Poly-Hydroxyethylmethacrylat (Poly-HEMA) polymerisiertes [2- (Methacryloyloxy)ethyl]trimethylammoniumchlorid (METAC), polymerisiertes 2- Aminoethylmethacrylat (AEMA) oder ein Copolymer aus mindestens zwei der Monomere aufgebaut aus HEMA, METAC oder AEMA. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Klebstoff-Polymer ein Copolymer hergestellt aus HEMA und METAC, insbesondere hergestellt aus einer 10 zu 1-Mischung HEMA und METAC (bezogen auf Gew.-%).
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann das mindestens eine Klebstoff-Polymer eine antiprofilerative, antiinflammatorische, antimigrative, antiphlogistische, antiangiogene, cytostatische, antirestentotische, antineoplastische, antibakterielle und/oder antimykotische, insbesondere antibiotische Wirkung aufweisen. Derartige Aktivität aufweisende besonders bevorzugte Klebstoff-Polymere sind kationische Polymere, insbesondere Polymere, die in ihrer Seitenkette primäre Amine bzw. quartäre Ammoniumeinheiten besitzen.
In einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform beträgt die Porengröße des porösen Strukturelements, insbesondere porösen elektroversponnenen Faservlieses, 0,1 pm bis 800 pm, insbesondere 0,1 pm bis 300 pm, insbesondere 0,5 pm bis 100 pm.
Als Messverfahren der Poren hinsichtlich der Porengrößen und des Porenvolumens dienen Untersuchungen mittels mikroskopischer Aufnahmen, insbesondere Lichtmikroskope, Rasterelektronenmikroskopie oder Konfokalmikro skopie. Das poröse Strukturelement kann dafür zuvor in einem Einbettmaterial fixiert werden, insbesondere Paraffin, Eis oder Harz und anschließend Dünnschnitte generiert werden. Insbesondere erfolgt die Bestimmung der Porengröße und des Porenvolumens mit einem konfokalen Mikroskop, insbesondere mittels konfokaler Reflexionsmikroskopie, insbesondere bei einer Temperatur von 20 bis 25 °C, insbesondere 20 °C.
In einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform weist das poröse Strukturelement, insbesondere poröse elektroversponnene Faservlies, eine Dicke von 50 pm bis 300 pm, insbesondere 100 pm bis 250 pm, insbesondere 150 pm bis 250 pm, auf.
In einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform ist das Implantatelement aus einem organischen Material, einem anorganischen Material oder einem organisch-anorganischem Hybridmaterial aufgebaut, insbesondere aus Kunststoff, Metall und/oder einer Metallverbindung. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann das Implantatelement aus mindestens einem Metall und/oder mindestens einer Metallverbindung, insbesondere TiN (Titannitrid), aufgebaut sein.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das
Implantatelement aus mindestens einem Metall und/oder mindestens einer Metallverbindung aufgebaut sein und mit Polymeren oder Kohlenstoffschichten, insbesondere diamantähnlichen Kohlenstoffschichten, zum Beispiel Diamond like Carbon (DLC) beschichtet sein.
In besonders bevorzugter Ausführungsform kann das Implantatelement insbesondere ein
Implantatelement aus Kunststoff oder/und metallbeschichtetem Kunststoff sein.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das
Implantatelement aus Kunststoff aufgebaut sein und mit Polymeren oder/und Kohlenstoffschichten, insbesondere diamantähnlichen Kohlenstoffschichten, zum Beispiel DLC, beschichtet sein.
In einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform ist das poröse Strukturelement, insbesondere elektroversponnene poröse Faservlies, zellfrei.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das
Implantatelement mit mindestens einem, insbesondere einem oder mehr als einem, insbesondere zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn, insbesondere elf gleichen oder verschiedenen porösen dreidimensionalen Strukturelementen, insbesondere porösen elektroversponnenen Faservliesen, jeweils irreversibel verbunden sein, insbesondere zumindest teilweise flächig verbunden sein.
In einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform weist das Implantat, insbesondere das poröse Strukturelement, insbesondere elektroversponnene poröse Faservlies, Zellen mindestens eines Zelltyps auf, insbesondere humane oder tierische Zellen, insbesondere humane Zellen. Die Zellen können insbesondere autologe oder allogene Zellen sein.
Die erfindungsgemäß in dem Implantat, insbesondere porösen Strukturelement, insbesondere elektroversponnenen porösen Faservlieses, vorhandenen Zellen mindestens eines Zelltyps können in vitro, das heißt ex vivo, in das erfindungsgemäß bereitgestellte Implantat eingebracht werden, insbesondere durch Aussäen und Kultivieren. In einer anderen Ausführungsform kann das erfindungsgemäß bereitgestellte Implantat ohne Zellen bereitgestellt in den Körper implantiert und dort dann als Substrat für ein Einwachsen von körpereigenen oder zumindest eingebrachten, zum Beispiel eingesprayten Zellen in vivo dienen.
In einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform weist das poröse Strukturelement, insbesondere elektroversponnene poröse Faservlies, insbesondere dermale Fibroblasten und/oder Keratinozyten, insbesondere humane dermale Fibroblasten und/oder humane Keratinozyten auf.
In einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform weist das Implantat, insbesondere das poröse Strukturelement, insbesondere elektroversponnene poröse Faservlies, der vorliegenden Erfindung Zellen mindestens zwei verschiedener Zelltypen auf. In besonders bevorzugter Ausführungsform weist das Implantat Zellen mindestens zwei verschiedener Zelltypen auf, insbesondere Zellen mindestens drei verschiedener Zelltypen auf, wobei die Zellen bevorzugt in Form von Geweben, insbesondere Gewebeschichten vorliegen, insbesondere in epidermalen oder subepidermalen Gewebeschichten. Dies ermöglicht eine Gewebe- und/oder zellspezifische Individualisierung des erfindungsgemäßen Implantats, sodass dieses vor Implantation an oder in eine Implantations stelle an diese spezifisch angepasst werden kann.
In besonders bevorzugter Ausführungsform können die mindestens zwei in dem Implantat, insbesondere dem porösen Strukturelement, insbesondere dem elektroversponnenen porösen Faservlies, vorliegenden Zellen, insbesondere vorliegend in Form eines oder mehrerer Gewebe, in einer extrazellulären Matrix vorliegen, insbesondere einer solchen, die sich nach Aussäen und Kultivieren der Zellen auf dem porösen Strukturelement gebildet hat.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird ein Implantat bereitgestellt, das sich zur Implantation in die Haut eignet und in bevorzugter Ausführungsform dermale Fibroblasten und/oder Keratinozyten aufweist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das Implantat auch für die Implantation in andere Implantatstellen, insbesondere Epithel- oder Endothelgewebe geeignet sein, insbesondere zur Implantation in die Schleimhaut, Trachea, Magen, Darm, Blase oder Gefäße.
Für eine Ausbildung des Implantats für die genannten Epithel- oder Endothelgewebe werden in bevorzugter Ausführungsform entsprechende Epithel- oder Endothel-spezifische Zelltypen in das erfindungsgemäß bereitgestellte Implantat, insbesondere porösen Strukturelement, insbesondere elektroversponnenen porösen Faservlies eingebracht, insbesondere durch Aussäen der Zellen in das poröse Strukturelement und Kultivieren derselben in vitro.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das vorliegende Implantat ein Transkutanimplantat, insbesondere ein Vollhautmodell, insbesondere ein dreidimensionales Vollhautmodell.
In einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform weist das Implantat, insbesondere das poröse Strukturelement, insbesondere elektroversponnene poröse Faservlies, und/oder das mindestens eine Klebstoff-Polymer mindestens einen Wirkstoff, insbesondere einen antibiotischen Wirkstoff auf.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Wirkstoff eine antiproliferative, antiinflammatorische, antimigrative, antiphlogistische, antiangiogene, cytostatische, antirestenotische, antineoplastische, antibakterielle und/oder antimykotische Wirkung auf. Bevorzugt ist der Wirkstoff insbesondere Streptomycin, Penicillin, Vancomycin oder Gentamycin.
In einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform ist das elektroversponnene poröse Faservlies herstellbar durch i) Bereitstellen von mindestens einem Porogen und mindestens einem synthetischen Faser- Polymer, ii) Elektroverspinnen des mindestens einen Faser-Polymers unter Hinzufügen des mindestens einen Porogens zum Erhalt eines elektroversponnenen Porogen-haltigen Faservlieses und iii) Entfernen des mindestens einen Porogens aus dem in Verfahrens schritt ii) erhaltenen elektroversponnenen Porogen-haltigen Faservlies zum Erhalt eines elektroversponnenen porösen Faservlieses.
Das Elektroverspinnen des mindestens einen Faser-Polymers in Verfahrens schritt ii) kann bevorzugt mit einer Spannung von 6 kV bis 25 kV, insbesondere 8 bis 10 kV, insbesondere 10 bis 20 kV, durchgeführt werden. Die relative Luftfeuchtigkeit (bei Raumtemperatur) beim Elektro spinnen kann bevorzugt 10 bis 90 %, insbesondere 20 bis 80 %, insbesondere 25 bis 40 % betragen, insbesondere so eingestellt werden. Zusätzliche Polymere zum Elektroverspinnen des mindestens einen Faser-Polymers in Verfahrens schritt ii) können in bevorzugter Ausführungsform über separate Düsen oder Kanülen mit geeigneter Positionierung gleichzeitig und/oder abwechselnd elektroversponnen werden. Des Weiteren können zusätzliche Polymere direkt in der Lösung des mindestens einen Faser-Polymers in Verfahrensschritt ii) gelöst und als Polymermischung versponnen werden.
Das Entfernen des Porogens kann bevorzugt durch Lösen in geeigneten Lösungsmitteln, insbesondere Wasser, organischen Lösemitteln, zum Beispiel Alkohole, insbesondere Ethanol, oder insbesondere physiologischen Lösungen, insbesondere PBS erfolgen.
Das Entfernen des Porogens kann bevorzugt auch durch Biodegradation und/oder Bioresorption in vitro oder in vivo erfolgen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass in Verfahrens schritt ii) das mindestens eine Porogen mit dem mindestens einen Faser-Polymer elektro-co-versponnen oder dem mindestens einen Faser-Polymer mittels Elektro spray ing während des Elektroverspinnens zugefügt wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird Verfahrensschritt ii) als Elektro-Co- Verspinnen des mindestens einen Porogens mit dem mindestens einen Faser-Polymer zum Erhalt eines elektroversponnenen Porogen-haltigen Faservlieses durchgeführt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird Verfahrens schritt ii) so durchgeführt, dass während des Elektroverspinnens des mindestens einen Faser-Polymers das mindestens eine Porogen in Form von Elektro spray ing hinzugefügt wird zum Erhalt eines elektroversponnenen Porogen-haltigen Faservlieses.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass Verfahrens schritt ii) als diskontinuierliches, mindestens eine Unterbrechung und mindestens zwei Phasen aufweisendes, Elektroverspinnen des mindestens einen Faser-Polymers ausgeführt wird. Hierbei wird in mindestens einer Unterbrechung des Elektroverspinnens, das heißt, zwischen mindestens zwei Phasen des diskontinuierlichen Elektroverspinnens, das mindestens eine Porogen hinzugegeben. Demgemäß ist in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass Verfahrens schritt ii) diskontinuierlich in mindestens zwei Phasen durchgeführt wird und das Hinzufügen mindestens eines Porogens zwischen einzelnen Phasen des Elektroverspinnens erfolgt.
In einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform wird in Verfahrens schritt i) das mindestens eine Porogen in Faserform und/oder in Partikelform bereitgestellt und in Verfahrens schritt ii) dem mindestens einen Faser-Polymer hinzugefügt.
In einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform ist das Porogen ein Porogen-Polymer oder ein Porogen-Mineralsalz, insbesondere Natriumchlorid.
In einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform ist das Porogen-Polymer ein wasserlösliches Polymer, insbesondere PVP (Polyvinylpyrrolidon) oder PEG (Polyethylenglycol), oder ein anorganisch-organisches Hybridmaterial, insbesondere ein Titan-Oxo-Carboxo- Komplex.
In einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Implantat herstellbar durch die Verfahrensschritte x) Bereitstellen von einem Implantatelement, mindestens einem Klebstoffsystem und mindestens einem dreidimensionalen porösen Strukturelement aus mindestens einem synthetischen Polymer und y) zumindest teilweises Kontaktieren und Verbinden des dreidimensionalen porösen Strukturelementes mittels des Klebstoffsystems mit dem Implantatelement zum Erhalt des Implantates.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das so herstellbare erfindungsgemäße Implantat dadurch gekennzeichnet, dass das dreidimensionale poröse Strukturelement bereitgestellt in Verfahrens schritt x) ein durch Elektroverspinnen mindestens eines Faser- Polymers unter Hinzufügen mindestens einen Porogens und anschließendes Entfernen des Porogens aus dem Faser-Polymer erhaltenes poröses Faservlies ist.
In einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform ist das Implantat herstellbar durch die V erfahrens schritte a) Bereitstellen von mindestens einem Porogen, einem Implantatelement, mindestens einem Klebstoffsystem und mindestens einem synthetischen Faser-Polymer, b) Elektroverspinnen des mindestens einen Faser-Polymers unter Hinzufügen des mindestens einen Porogens zum Erhalt eines elektroversponnenen Porogen-haltigen Faservlieses, c) zumindest teilweises Kontaktieren und Verbinden des mindestens einen Faservlieses mittels des Klebstoffsystems mit dem Implantatelement, und d) Entfernen des mindestens eines Porogens aus dem Faservlies.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann Verfahrens schritt c) vor Verfahrensschritt d) durchgeführt werden und in Verfahrensschritt d) das Implantat erhalten werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann Verfahrensschritt c) so durchgeführt werden, dass das zumindest teilweise Kontaktieren und Verbinden des Faservlieses mittels des Klebstoffsystems unter Einsatz des in Verfahrensschritt b) erhaltenen elektroversponnenen Porogen-haltigen Faservlieses geschieht und anschließend in Verfahrens schritt d) das in Verfahrens schritt b) dem mindestens einen Faser-Polymer hinzugefügte mindestens eine Porogen entfernt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann Verfahrensschritt c) nach Verfahrensschritt d) durchgeführt werden und in Verfahrensschritt c) das Implantat erhalten werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Verfahrensweise vorsieht, dass Verfahrens schritt d) vor Verfahrens schritt c) durchgeführt wird, das heißt, dass das Entfernen des mindestens einen Porogens aus dem Faservlies unter Einsatz des in Verfahrens schritt b) erhaltenen elektroversponnenen Porogen-haltigen Faservlieses geschieht und nach Entfernen des mindestens einen Porogens aus dem elektroversponnenen Porogen- haltigen Faservlies anschließend in Verfahrensschritt c) ein zumindest teilweises Kontaktieren und Verbinden des mindestens einen in Verfahrens schritt d) erhaltenen porösen Faservlieses mittels des Klebstoffsystems mit dem Implantatelement erfolgt.
In einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform umfasst das Klebstoffsystem mindestens ein induzierbar polymerisierbares Monomer, insbesondere HEMA (Hydroxyethylmethacrylat) , AEMA oder METAC oder eine Mischung mindestens zwei dieser Monomeren. Erfindungsgemäß können auch andere Monomere verwendet werden, die über thermisch, photokatalytisch, durch einen Katalysator getriggert, über Klick-Chemie oder SIPGP polymerisieren. Insbesondere werden erfindungsgemäß bevorzugt Monomere verwendet, die mindestens eine der folgenden funktionellen Gruppen aufweisen: Acrylat-, Methacrylat-, Vinyl-, Norbomen-, Thiol-, Azid-, Alkin-, Alken-, Amin-, Hydroxy-, Carboxylat-, Thiol-, Isocyanat-, Cyanin-, Nitril-, Anhydrid-, Styrol- oder Estergruppe.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Klebstoffsystem eine Mischung aus HEMA und METAC, insbesondere eine Mischung in einem Verhältnis von 10 zu 1 (Gew.-%).
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das mindestens eine Faser-Polymer in einem organischen Lösemittel gelöst sein, insbesondere l,l,l,3,3,3-Hexafluoro-2-Propanol oder Ethanol.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Klebstoffsystem neben dem mindestens einen induzierbar polymerisierbaren Monomer mindestens eine Komponente, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Vernetzungskomponente, Viskositätsmodulator, Radikalstarter, Zelladhäsionsverbesserer und Linkermoleküle.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das
Klebstoffsystem zusätzlich zu dem induzierbar polymerisierbaren Monomer auch mindestens eine Vernetzungskomponente aufweisen, zum Beispiel mehrarmige und sternförmige Oligomere oder anorganisch-organische Hybridmaterialien, insbesondere Titan(IV)bis(ammonium lactat)dihydroxid, Titan-Oxo-Alkoxo-Carboxo-Cluster, Carboxylat-koordinierte Zirkon- Alkoxide, Alkoxysilane oder organisch modifizierte Silane.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das
Klebstoffsystem mindestens einen Viskositätsmodulator aufweisen, zum Beispiel HEMA- Polymere, insbesondere PEG oder PVP, insbesondere solche mit einer Kettenlänge von 30000 bis 50000.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann in dem erfindungsgemäß eingesetzten Klebstoffsystem mindestens ein Viskositätsmodulator in einem Gewichtsverhältnis von 20 bis 30 Gew.-% vorliegen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können in dem erfindungsgemäß eingesetzten Klebstoffsystem auch Radikalstarter, insbesondere Katalysatoren vorliegen und eingesetzt werden. Demgemäß wird in einer besonders bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass das mindestens eine Klebstoffsystem Radikalstarter wie Azoisobutyronitril, Dibenzoylperoxid, Campherchinon oder anorganische Peroxide aufweisen.
Darüber hinaus kann das erfindungsgemäß bevorzugt eingesetzte Klebstoffsystem so ausgebildet sein, dass eine Polymerisation über Klick-Chemie erfolgt.
In bevorzugter Ausführungsform können in dem Klebstoffsystem, insbesondere zur Verbesserung der Zelladhäsion an das Implantatelement, Amine, insbesondere in Form von AEMA ( Aminoethy lmethacry lat) , vorliegen .
In bevorzugter Ausführungsform können, insbesondere bei Einsatz von metallischen Implantatelementen, Linkermoleküle, insbesondere Bisphosphonate, im Klebstoffsystem vorliegen, bevorzugt solche, die ionische Bindungen mit der Oberfläche des Implantatelements, insbesondere des metallischen Implantatelements, eingehen können und an der Verbindung und Kontaktierung teilnehmen.
In einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform ist das Implantat ein transkutanes, perkutanes oder perdermales Implantat, insbesondere ein transkutanes Implantat.
In einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform ist das Implantat ein Katheder, ein Fixateur, ein trichotomisches Instrument, eine Endo-Exo-Prothese, insbesondere eine transkutane osseointegrierte Prothese, ein künstlicher Darmausgang, eine perkutane endoskopische gastrostomische Vorrichtung, eine perkutane endoskopische jejunostomische Vorrichtung, ein Knochenleitungshörgerät, ein CAPD-Katheder, insbesondere für die Bauchfelldialyse, ein retroaurikulärer fixierter Port zur Hämadialyse, eine PEG-Sonde, ein transkutaner Sensor oder eine transkutane elektronische Vorrichtung, insbesondere zur Nervenstimulation.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Implantates, umfassend die Verfahrensschritte x) Bereitstellen von mindestens einem dreidimensionalen porösen Strukturelement aus mindestens einem synthetischen Polymer, einem Implantatelement und mindestens einem Klebstoffsystem und y) zumindest teilweises Kontaktieren und Verbinden des mindestens einen dreidimensionalen porösen Strukturelementes mittels des Klebstoffsystems mit dem Implantatelement zum Erhalt des Implantats.
In einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform wird in Verfahrens schritt x) zusätzlich ein Wirkstoff, insbesondere ein antibiotischer Wirkstoff, bereitgestellt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird in Verfahrens schritt y) der mindestens eine Wirkstoff, insbesondere antibiotische Wirkstoff, mit dem mindestens einen dreidimensionalen porösen Strukturelement und/oder dem Klebstoffsystem in Kontakt gebracht und mit dem Implantatelement verbunden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden im Anschluss an Verfahrensschritt y) in einem Verfahrensschritt z) Zellen mindestens eines Zelltyps, insbesondere dermale Fibroblasten und/oder Keratinozyten, insbesondere humane dermale Fibroblasten und/oder humane Keratinozyten auf dem mit dem Implantatelement verbundenen mindestens einen porösen dreidimensionalen Strukturelement eingebracht, insbesondere ausgesät und kultiviert, und ein zellhaltiges Implantat erhalten. Dieses Verfahren ist in bevorzugter Weise ein in vitro-Verfahren.
Die Erfindung betrifft in einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform auch ein Implantat herstellbar nach einem Verfahren gemäß der Verfahrens schritte x) und y), insbesondere x) und y) und z).
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein vorgenanntes Verfahren zur Herstellung eines Implantates bereitgestellt, wobei das in Verfahrens schritt x) bereitgestellte dreidimensionale poröse Strukturelement als elektroversponnenes poröses Faservlies ausgebildet ist und durch ein Elektroverspinnen unter Hinzufügen mindestens eines Porogens und Entfernen des Porogens herstellbar ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher insbesondere auch ein Verfahren zur Herstellung eines Implantats umfassend die Verfahrensschritte a) Bereitstellen von mindestens einem Porogen, einem Implantatelement, mindestens einem Klebstoffsystem und mindestens einem synthetischen Faser-Polymer, b) Elektroverspinnen des mindestens einen Porogens unter Hinzufügen des mindestens einen Porogens zum Erhalt eines elektroversponnenen Porogen-haltigen Faservlieses und c) zumindest teilweises Kontaktieren und Verbinden des mindestens einen Faservlieses mittels des Klebstoffsystems mit dem Implantatelement, und d) Entfernen des mindestens eines Porogens aus dem Faservlies.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann Verfahrens schritt c) vor Verfahrensschritt d) oder Verfahrensschritt d) vor Verfahrensschritt c) durchgeführt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt Verfahrens schritt c) vor Verfahrens schritt d), das heißt das Verfahren umfasst die Verfahrensschritte a), b), c) und d) in der angegebenen zeitlichen Reihenfolge, wobei in Schritt d) das Implantat erhalten wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines Implantates vorgesehen, wobei die Verfahrensschritte a), b), c), d) in der zeitlichen Reihenfolge a), b), d) und c) durchgeführt werden, wobei in Schritt c) das Implantat erhalten wird.
In einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform wird in Verfahrens schritt a) zusätzlich ein Wirkstoff, insbesondere ein antibiotischer Wirkstoff, bereitgestellt.
In einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform wird der mindestens eine Wirkstoff, insbesondere antibiotische Wirkstoff, zusammen mit dem mindestens einen Faser-Polymer in Verfahrens schritt b) elektroversponnen und/oder das in Verfahrensschritt d) erhaltene Implantat mit dem mindestens einen Wirkstoff beladen, inkubiert oder imprägniert.
In einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform werden im Anschluss an Verfahrensschritt d) in einem Verfahrensschritt e) Zellen mindestens eines Zelltyps, insbesondere dermale Fibroblasten und/oder Keratinozyten, insbesondere humane dermale Fibroblasten und/oder humane Keratinozyten, auf dem mit dem Implantatelement verbundenen mindestens einen porösen elektroversponnenen Faservlies kultiviert und ein zellhaltiges Implantat erhalten, auf welchem in bevorzugter Ausführungsform Gewebe oder Gewebeschichten, zum Beispiel eine Epidermis, aufgebaut werden können. Dieses Verfahren ist in bevorzugter Ausführungsform ein in vitro-Verfahren.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das Verbinden des mindestens einen Faservlieses mittels des Klebstoffsystems mit dem Implantatelement so durchgeführt, dass Bereiche des porösen Strukturelementes, insbesondere des porösen Faservlieses, die für die Integration von Zellen bestimmt sind, nicht bei oder nach Einsatz des Klebstoffsystems durch Polymerisation des induzierbar polymerisierbaren Monomers, insbesondere HEMA, ausgefüllt werden.
In besonders bevorzugter Ausführungsform weist das mit dem Implantatelement verbundene Faservlies sowohl nicht mit dem Klebstoff-Polymer und als auch mit dem Klebstoff-Polymer ausgefüllte Poren auf. Bevorzugt liegen die mit dem Klebstoff-Polymer ausgefüllten Poren im Kontaktbereich, insbesondere der Adhäsionsfläche, zwischen Implantatelement und Faservlies, insbesondere nicht an der Oberfläche des porösen Implantats. Bevorzugt liegen die nicht mit dem Klebstoff-Polymer ausgefüllten Poren in den vom Implantatelement abgewandten Bereichen des porösen Faservlieses, insbesondere deren Oberfläche, insbesondere an dessen Oberfläche des Implantats.
In besonders bevorzugter Ausführungsform kann das Verbinden mittels des mindestens einen Klebstoffsystems in mindestens zwei Phasen, insbesondere mehreren Phasen durchgeführt werden, die jeweils zu mindestens zwei Schichten, insbesondere mehreren Schichten führen.
In besonders bevorzugter Ausführungsform kann das erfindungsgemäß vorgesehene dreidimensionale poröse Strukturelement aus einem synthetischen Polymer, insbesondere das erfindungsgemäß vorgesehene elektroversponnene poröse Faservlies aus Nanofasem mindestens eines synthetischen Faserpolymers, teilweise mit dem mindestens einem Implantatelement in Verfahrens schritt x) oder c) kontaktiert und verbunden werden, wobei die teilweise Kontaktierung und Verbindung eine flächige, insbesondere parallel am Implantat angeordnete Kontaktierung und Verbindung, ist. Auf diese Art und Weise wird eine möglichst große Adhäsionsfläche des mindestens einen porösen Strukturelementes am Implantatelement erzeugt und eine maximale Kontakt- Integration und damit auch Verankerung svolumen im Gewebe erzielt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Klebstoffsystem gemäß der Verfahrensschritte x) und a) zusätzlich zu dem induzierbar polymerisierbaren Monomer auch mindestens eine Vernetzungskomponente aufweisen, zum Beispiel sternförmige Oligomere oder anorganisch-organische Hybridmaterialien, insbesondere Titan-Oxo-Alkoxo-Carboxo-Cluster. Der Einsatz von mindestens einer Vernetzungskomponente führt vorteilhafterweise, ohne an die Theorie gebunden zu sein, zu einer erhöhten Dreidimensionalität der Klebstoffstelle, welches erhöhte Adhäsion und/oder bakteriendichtes Verbinden des mindestens einen porösen Strukturelements, insbesondere des elektroversponnenen porösen Faservlieses mit dem Implantatelement gewährleistet.
In einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform weist der mindestens eine Wirkstoff gemäß der Verfahrensschritte x) und a), das mindestens ein Klebstoff-Polymer und/oder das mindestens eine synthetische Polymer eine antiproliferative, antiinflammatorische, antimigrative, antiphlogistische, antiangiogene, cytostatische, antirestenotische, antineoplastische, antibakterielle und/oder antimykotische Wirkung auf.
In bevorzugter Ausführungsform ist der mindestens eine Wirkstoff insbesondere Streptomycin, Penicillin, Vancomycin oder Gentamycin.
In erfindungsgemäß bevorzugter Ausführungsform wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren das Verbinden in Verfahrens schritt y) und c) in Form einer Polymerisation, insbesondere einer induzierten Polymerisation, insbesondere einer „self-initiated surfaces photo polymerization and photographiting“ (SIPGP), einer thermisch induzierten radikalischen Polymerisation oder einer Licht-induzierten radikalischen Polymerisation durchgeführt.
Die Erfindung betrifft in einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform auch ein Implantat herstellbar nach einem Verfahren gemäß der Verfahrensschritte a) bis d), insbesondere der Verfahrens schritte a) bis e).
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Einbringen eines erfindungsgemäßen Implantates in dem menschlichen oder tierischen Körper, insbesondere zur therapeutischen, kosmetischen oder ernährungsphysiologischen Zwecken.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Implantates zur Behandlung und/oder Diagnose des menschlichen oder tierischen Körpers.
Es bestehen verschiedene Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Implantat anzuwenden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Anwendung des Implantats als Medizinprodukt, wobei das Produkt zellfrei in den Patienten implantiert wird. Dabei erfolgt bevorzugt die biologische Anbindung in der Dermis, sowie der bakteriendichte Verschluss durch die Epidermis allein über die Selbstheilungskräfte des Patienten.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Anwendung des Implantats, insbesondere als ATMP (advanced therapy medicinal product), wobei das Implantat zunächst mit zum Beispiel autologen oder allogenen Zellen, zum Beispiel Fibroblasten und Keratinozyten, zum Beispiel des Patienten, besiedelt und anschließend als zellhaltiges Implantat implantiert wird. Diese Methode beschleunigt erheblich den Heilungsprozess.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kombiniert die Anwendung als zellfreies Implantat (Medizinprodukt) und zelluläres Implantat. Dabei wird zunächst das zellfreie Implantat (Medizinprodukt) implantiert und anschließend autologe oder allogene Zellen auf/in das Implantat eingebracht, zum Beispiel über ein Spray, wobei zum Beispiel allogene Fibroblasten und Keratinozyten appliziert werden können.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „Nanofaser“ eine Faser mit einem Fadendurchmesser < 1000 nm verstanden, insbesondere einem Durchmesser in einem Bereich von 100 bis 1000 nm, insbesondere 100 bis 900 nm, insbesondere 200 bis 800 nm.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird unter einem „Faser-Polymer“ ein Polymer verstanden, das zur Ausbildung einer Faser, insbesondere einer Nanofaser geeignet ist.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „biodegradierbar“ verstanden, dass das betreffende Element, insbesondere Substanz, insbesondere Polymer, durch biologische Prozesse, insbesondere natürlicherweise vorkommende biologische Prozesse, insbesondere natürlicherweise in einem menschlichen oder tierischen Körper vorkommende biologische Prozesse, abgebaut werden kann und so seine strukturelle und/oder stoffliche Integrität verliert.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einer „Implantatstelle“ der Ort am oder im Körper des Implantatempfängers verstanden, in den das erfindungsgemäße Implantat implantiert wird.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem „Implantatempfänger“ ein menschlicher oder tierischer Organismus, insbesondere lebender Organismus, verstanden, der aus therapeutischen, diagnostischen, kosmetischen, ernährungsphysiologischen, Lifestyle-bedingten oder sonstigen Erwägungen heraus ein Implantat benötigt.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „synthetischen Polymer“ verstanden, dass das Polymer unter Einsatz mindestens eines artifiziellen Schrittes hergestellt wurde und sich aufgrund dieses mindestens einen artifiziellen Schrittes von natürlicherweise vorkommenden Polymeren unterscheidet, insbesondere ein in einem künstlichen, nicht natürlicherweise vorkommenden System und/oder unter Nutzung von mindestens einer in einem natürlicherweise nicht vorkommenden System vorhandenen Komponente, insbesondere Stoff hergestellt wurde.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „synthetisches Faser- Polymer“ verstanden, dass das Polymer zur Ausbildung einer Faser geeignet ist und unter Einsatz mindestens eines artifiziellen Schrittes hergestellt wurde und sich aufgrund dieses mindestens einen artifiziellen Schrittes von natürlicherweise vorkommenden Polymeren unterscheidet, insbesondere ein in einem künstlichen, nicht natürlicherweise vorkommenden System und/oder unter Nutzung von mindestens einer in einem natürlicherweise nicht vorkommenden System vorhandenen Komponente, insbesondere Stoff hergestellt wurde.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „irreversibel verbunden“ verstanden, dass die erfindungsgemäß vorgesehene physische Verbindung zwischen dem Implantatelement und dem mindestens einen porösen Strukturelement unter Erhalt der Integrität des Implantats und der Elemente des Implantates, insbesondere des porösen Strukturelements und des Implantatelementes, nicht lösbar ist. Eine „irreversible Verbindung“ ist daher insbesondere dauerhaft, insbesondere unter biologischen, insbesondere in menschlichen oder tierischen lebenden Körpern vorkommenden Bedingungen.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „flächig verbundene“ verstanden, dass zumindest ein flächiger Teil einer als dreidimensionale flächige Struktur ausgebildeten porösen Strukturelementes, insbesondere porösen Faservlieses, mit diesem flächigen Anteil mit einem flächigen Anteil einer Oberfläche eines Implantatelementes in Kontakt und verbunden, insbesondere mittels eines Klebstoffsystems, insbesondere eines Klebstoff- Polymers verbunden, insbesondere verklebt ist. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „dreidimensionales Vollhau tmodell“ ein Implantatelement verbunden über mindestens ein Klebstoff-Polymer mit mindestens einem porösen Strukturelement der vorliegenden Erfindung, insbesondere einen elektroversponnenen porösen Faservlies aus Nanofasem mindestens eines synthetischen Faser- Polymers der vorliegenden Erfindung, verstanden, das Zellen mindestens eines Zelltyps aufweist, die eine Differenzierung in mindestens ein Gewebe, insbesondere mehrere Gewebe, insbesondere verschiedene Gewebeschichten, insbesondere eine epidermale und/oder subepidermale Hautschicht aufweisen, wobei das Vollhautmodell in besonders bevorzugter Ausführungsform einer natürlicherweise vorkommenden Haut entspricht und wobei in bevorzugter Ausführungsform die Zellen in eine extrazelluläre Matrix eingebettet sind.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung werden unter dem Begriff einer „Phase“ eines diskontinuierlichen Elektroverspinnens zeitliche Abschnitte des Elektroverspinnens verstanden, die durch diese zeitlichen Abschnitte des Elektroverspinnens trennende Unterbrechungen gekennzeichnet sind.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird der Begriff „elektroversponnenes poröses Faservlies“ gleichbedeutend mit dem Begriff „elektroversponnenes poröses Faservlies aus Nanofasem mindestens eines synthetischen Faser-Polymers“ verstanden.
Die erfindungsgemäßen Verfahren zeichnen sich durch eine Abfolge von Verfahrens schritten i), ii) und iii) beziehungsweise x) und y) sowie optional z), beziehungsweise a), b), c) und d) sowie optional e) aus. In besonders bevorzugter Ausführungsform finden die Verfahrens schritte, sofern nicht anders angegeben oder fachmännisch ersichtlich, in der in der vorliegenden Offenbarung angegebenen Reihenfolge statt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen den einzelnen explizit angegebenen Verfahrens schritten keine weiteren Verfahrens schritte durchgeführt werden.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unter an Sprüchen .
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Beispiele und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:
Figur 1: (A) Positionierung des erfindungsgemäßen porösen Faservlieses am transkutanten Implantatelement. Die Pfeile verdeutlichen die Vliesorientierung am transkutanen Implantatelement. (B) Durch ein weiteres Faservlies von unten kann die Implantatelement - Gewebe - Interaktionsfläche erhöht werden. Das Faservlies ist mit in der Dermis (oberhalb der Subcutis) physiologisch integriert und eine Epidermis über dem Faservlies versiegelt die Implantat-Anbindung gegenüber Bakterien.
Figur 2: Detaillierte und funktionelle Darstellung der Verbindung zwischen erfindungsgemäßen transkutanem Implantat und dem kutanen Gewebe. (1) transkutanes Implantatelement; (2) durchgehende Striche ausgehend vom Implantatelement stehen die erfindungsgemäße porösen Nanofaservliese dar; (3) graue Fläche repräsentiert den Bereich der Klebung; (4) dünne kurze Striche stehen Kollagen beziehungsweise andere Proteine des Bindegewebes dar; (5) Fibroblast beziehungsweise andere Gewebezehe; (6) Stratum Comeum; (7) Stratum Granulosum; (8) Stratum Spinosum; (9) Stratum Basale; (10) Basalmembran; (11) Adipozyt; (12) Epidermis; (13) Dermis; (14) Subcutis
Figur 3: Messung von einigen Zytokinen von primären humanen Makrophagen nach 48 Stunden Inkubation. Als Material diente ein dichtes Nanofaservlies aus Polyamid (Kontrolle), ein poröses Nanofaservlies gemäß der Erfindung aus Polyamid und eine Glaspetrischale als inerte Kontrolle. Gemessen wurden folgende Zytokine: (A) Interleukin 1 beta; (B) Interleukin 6; (C) TNF alpha; (D) Interleukin 8 und (E) Interleukin 10.
Figur 4: (A) Die Verletzung eines Hautäquivalents kann durch das Einsetzen des erfindungsgemäßen porösen Faservlieses verheilen und zeigt damit die Integrationsfähigkeit des Faservlieses in vitro. (B) Neben der Integration in Hautmodelle kann das erfindungsgemäße Faservlies selbst auch als Substrat für die Herstellung von Hautäquivalenten dienen.
Figur 5: Strukturelle Eigenschaften des erfindungsgemäßen porösen Faservlieses. (A) Lichtmikroskopische Aufnahme eines Paraffinschnittes des Faservlieses. Bestimmung der Vliesdicke in mhi (B) und Porengröße in mhi (C) durch die Querschnitte. (D) Konfokal-Reflexionsmikroskopische Aufnahme der Faserstruktur. (E, F) Bestimmung der Maschendurchtrittsflächen zwischen den Einzelfasern.
Figur 6: Klebung der erfindungsgemäßem porösen Faservliese an einen Metallprobekörper (Implantatelement). (A) Zylindrischer Metallprobekörper mit 2 cm Durchmesser. (B) Schematische Darstellung der Klebung von vier erfindungsgemäßen Faservliesen an den Probekörper. (C) Fotographie der verbundenen Faservliese am Probekörper. REM-Aufnahmen der Klebung mit eingebetteten Fasern (D) sowie den Bereich ohne Klebung (E).
Figur 7 : Messung der maximalen Kraftbelastung der Klebung in Zug- und Torsionsbelastung. Die Belastungsrichtungen sind in Figur 6C dargestellt.
Figur 8: Beispielhafte Darstellung der Modifizierung der Monomermischung. (A) Fotographie eines Zugprobekörpers aus dem polymerisierten Klebematerial. (B) Beispiel einer Zugmessung des Klebstoff-Polymers. Mischungen aus HEMA und Quervernetzer (anorganisch-organische Titan-oxo-alkoxo-carboxo-Cluster) im Volumen- Verhältnis 15:1 und 30:E
Figur 9: Testung der Bakterieninteraktion (in vitro) eines miniaturisieren transkutanen Implantats. (A) Übersichtsbild des gesamten Implantats: Aussparung in der Mitte stellt die Position des Implantats dar. Das durch Unterbrechungen umrahmte Material um die Aussparung ist das Klebematerial mit eingeschlossenen Fasern. Durchgehend umrahmt ist das Faservlies dargestellt, welches mit Fibroblasten besiedelt wurde. Die Figuren (B-E) zeigen vereinzeln gefundene Bakterien (Pfeile). Beispiele:
Beispiel 1: Poröses elektro versponnenes Faservlies Methode 1
Es werden flexible und plastisch verformbare synthetische Polymere gemäß Verfahrensschritt a) bereitgestellt. Eingesetzt wurde eine Lösung aus Polyamid 6 (PA 6) gelöst in 1,1, 1,3, 3, 3- Hexafluoro-2-propanol mit einer Konzentration von 12 % (m/v). Die Polymerlösung wird in eine Spritze überführt und mit einer metallischen Kanüle versehen. Zwei dieser Spritzen werden im Elektro Spinner jeweils in eine Spritzenpumpe eingebaut und ein Durchfluss von 0,55 ml/h eingestellt. Der Abstand zwischen Kanülenspitze und rotierendem Kollektor (Durchmesser: 33 cm) wird auf 15 cm verfahren und anschließend die Kanülen mit einer Hochspannungsquelle konnektiert. Weitere Parameter des Spinprozesses sind eine Spannung von 8-10 kV an den Kanülen, eine relative Luftfeuchtigkeit von 30 % sowie eine Rotation des Kollektors von 100 U/min. Jeweils nach 3-5 Minuten wird der Spinnprozess gestoppt, die Oberfläche mit Ethanol angefeuchtet und anschließend mit NaCl-Partikeln als Porogen gemäß Verfahrens schritt b) bestreut. Diese Abfolge wiederholt sich 30-mal bis zur Fertigstellung des Faservlieses. Der Einfluss der NaCl-Partikelgröße auf die Struktur der Faservliese ist nur geringfügig (Figur 5: Partikeldurchmesser NaCl L (L: Large): 80-125 pm; NaCl S (S: Small): 1-80 pm). Die Partikel werden anschließend mit Wasser oder PBS gemäß Schritt d) aus dem Faservlies gelöst. Ein teilweises Kontaktieren und Verbinden des so erhaltenen porösen Faservlieses gemäß Verfahrens schritt c) mittels eines Klebstoffsystems mit dem Implantatelement kann gemäß Beispiel 3 bis 6 vor oder nach Schritt d) erfolgen, insbesondere vor Schritt d).
Beispiel 2: Poröses elektro versponnenes Faservlies Methode 2
Anstelle des manuellen Auftragens der NaCl-Partikel als Porogen gemäß Verfahrensschritt b) werden in dieser Methode Polymere als Porogen bereitgestellt und eingesetzt. Diese können gleichzeitig zwischen das Faser-Polymer durch Elektro spinnen in Form von Fasern oder über Elektro spray ing in Form von Partikeln eingearbeitet werden. Als Porogenmaterial dienen dabei wasserlösliche Polymere, insbesondere PVP oder PEG. Des Weiteren können auch anorganisch organische Hybridmaterialien angewendet werden, welche insbesondere auf Titan-oxo-carboxo- Komplexen basieren.
Zum Elektroverspinnen von Polymerfasem als Porogen wird eine Lösung aus PVP in Ethanol mit einer Konzentration von 30 % (m/v) verwendet. Im Elektro-Co-Spinnverfahren mit beispielsweise PA6 (Beispiel 1) kann dabei ebenfalls ein Abstand von 15 cm sowie eine Spannung von 8-10 kV eingestellt werden. Dieses Verfahren kann als kontinuierlicher Spinnprozess über eine Dauer von 3 h durchgeführt werden. Des Weiteren ist dieses Verfahren aber auch kombinierbar mit einer manuellen Zugabe von NaCl-Partikel (Beispiel 1) als diskontinuierlichen Prozess.
Zum Elektroverspinnen von Polymerpartikeln als Porogen werden im Falle von PVP Konzentrationen von 8 - 20 % (m/v) und Spannungen von 10 - 20 kV angewendet. Diese Parameter können je nach gewünschter Partikelgröße (Porogengröße) variiert werden.
Die Entfernung der Porogene aus Beispiel 2 nach dem Spinnverfahren erfolgt durch Lösen in Wasser, PBS (oder anderen physiologischen Salzlösungen) oder Ethanol.
Beispiel 3: Abschnitt Kontaktierung des Implantatelements mit dem porösen Faservlies (Klebung) gemäß Verfahrensschritt c)
Da das Faservlies den bakteriendichten Kontakt zum Implantat bei Krafteinwirkung nicht aufrechterhalten kann, ist erfindungsgemäß eine Verklebung der beiden Komponenten erforderlich. In bevorzugter Ausführungsform sollten die mechanischen Kennwerte der Klebung wie E-Modul oder Zugfestigkeit möglichst nicht signifikant geringer ausfallen als die der der Fasern. Ist dies nicht der Fall, können auftretende Kräfte und Dehnungen möglicherweise nicht von den Fasern abgefangen werden und es könnte sich eine Sollbruchstelle in der Verklebung bilden. Diese Verbindung erfolgt bevorzugt über eine UV-getriggerte Polymerisation. Nach Bereitstellung des mindestens einen Porogens und mindestens eines synthetischen Faser-Polymers gemäß Schritt a), sowie anschließender Elektroverspinnung gemäß Schritt b) (siehe Beispiele 1 und 2) erfolgt die Kontaktierung und das Verbinden des Implantatelements mit dem Faservlies gemäß Schritt c). Dabei wird das poröse Faservlies mit einem Loch versehen, welches einen kleineren Durchmesser als das Implantat aufweist. Das Implantat wird anschließend durch das Loch im porösen Faservlies an die Klebeposition geschoben. Durch den Durchmesserunterschied wird das poröse Material an der Kontaktstelle gedehnt und es bildet sich eine parallele Kontaktfläche zwischen porösen Faservlies und Implantat. Anschließend wird das flüssige Monomer des Klebstoffsystems auf die Klebestelle mittels einer Pipette aufgetragen. Das hierzu bereitgestellte Klebstoffsystem, enthaltend das Monomer Hydroxyethylmethacrylat (HEMA), kann zunächst in die Poren des Faservlieses eindringen. Die anschließende Polymerisation führt zur Aushärtung und Ausfüllung der Vliesporen (Figur 6). Um zu verhindern, dass der äußere Bereich des Vlieses, welcher zur Hautintegration bestimmt ist, nicht polymerisiert, wird die UV- Belichtung durch eine Blende lokal begrenzt (Figuren 2 und 6). Als Mechanismus der Polymerisation wird entweder self-initiated surface photopolymerization and photografting (SIPGP) oder eine thermisch oder Licht-induzierte radikalische Polymerisation durch Zugabe von Radikalstarten angewendet. Beide Ausführungsformen bieten die Möglichkeit, durch die Abspaltung von Wasserstoffatomen an den Substraten kovalente Bindungen zwischen Implantat und Faservlies einzugehen. Dies ermöglicht eine besonders dauerhafte und mechanisch belastbare Klebung. Bei der Anwendung von organischen Substraten (Faservlies und Implantatelement aus Kunststoff) ist diese kovalente Anbindung über die beschriebene Polymerisation direkt anwendbar. Bei metallischen Implantatelementen können bevorzugt Linkermoleküle eingesetzt werden, welche zum einen an der Metalloberfläche ionische Bindungen eingehen (Bisphosphonate) und zum anderen in der Polymerisation teilnehmen können. Durch Beschichtungen von Implantatelementen mit inerten Oberflächen, wie TiN, mit Polymeren oder diamantähnlichen Kohlenstoff-Schichten (DLC) können bevorzugt besonders stabile kovalente Anbindungen durch diese Polymerisationen erreicht werden. Bevorzugt kann als Schwellenwert für eine minimale Belastbarkeit bevorzugt ein Mindestwert von 10 N für ein Implantat mit 2 cm Durchmesser definiert werden. Mit der genannten Klebung konnte bis zum Versagen der Klebung eine maximale Kraft von über 20 N bei Zug- sowie Torsionsbelastung gemessen werden (Figur
7).
Beispiel 4: Klebung Methode 1
Diese Methode zur Kontaktierung des Implantatelements mit dem porösen Faservlies gemäß Verfahrens schritt c) nutzt die Polymerisation über SIPGP. Der Vorteil dieser Polymerisation ist, dass radikalähnliche Zustände durch die UV-Strahlung direkt in HEMA-Monomeren erzeugt werden und diese daraufhin polymerisieren. Dadurch kann bevorzugt auf die Anwendung von potentiell toxischen Radikalstartem verzichtet werden. Die Verklebung verläuft in bevorzugter Ausführungsform dabei in mehreren Phasen, die zu mehreren Schichten führt, wodurch zunächst die Klebefläche am Implantat mit dem Monomer benetzt wird und durch die Polymerisierung an der Oberfläche kovalent anbinden kann. Anschließend wird das Faservlies auf das Implantat aufgeschoben, an der relevanten Stehe mit dem Monomer benetzt und mittels UV-Lampe (Beispielparameter: Lichtleistung 150 mW/cm2, Dauer 1,5 min) oder UV-Laser belichtet. Zur vollständigen Ausfüllung der Freiräume im Faservlies mit PolyHEMA wird der Benetzungs- und Belichtungsschritt mindestens dreimal wiederholt. Je nach Anwendungsdauer des Implantats können dadurch insgesamt zwei beziehungsweise vier Faservliese am Implantatelement angebunden werden. Bei langen Belichtungszeiten sollte bevorzugt auf eine geeignete Kühlung geachtet werden, da sonst Schäden am Implantat oder dem Faservlies entstehen können.
Beispiel 5: Klebung Methode 2
Für die radikalische Polymerisation zur Kontaktierung des Implantatelements mit dem porösen Faservlies gemäß Verfahrensschritt c) wird im Klebstoffsystem ein Radikalstarter eingesetzt, zum Beispiel Dibenzoylperoxid oder Campherchinon. Vorteile sind dabei eine beschleunigte Reaktionszeit, höherer Vernetzungsgrad und geringere Belichtungsintensität. Dadurch ist diese Methode vor allem für UV- oder temperaturempfindlichere Materialien geeignet, insbesondere PCL als Faservlies. Ähnlich wie in Methode 1 gemäß Beispiel 4 sind die Polymerisationen bevorzugt in mindestens zwei Phasen durchzuführen.
Beispiel 6: Materialauswahl für Klebung
Als Klebstoff-Monomer für das Kontaktieren und Verbinden des Implantatelements mit dem porösen Faservlies gemäß Verfahrensschritt c) (Klebung) dient besonders bevorzugt HEMA, welches unter UV-Belichtung zu polyHEMA polymerisiert. Das gebildete Polymer hegt dabei allein in unverzweigten Molekülketten vor, was die mechanischen Eigenschaften einschränkt. In Kontakt mit wässriger Umgebung bildet sich dabei ein hydrogelähnlicher Zustand der Klebung. Eine Steigerung der mechanischen Belastbarkeit dieser Klebung kann bevorzugt über Quervernetzungen erreicht werden. Dazu werden in bevorzugter Ausführung zusätzlich zu HEMA-Monomeren weitere Moleküle zur Vernetzung, insbesondere sternförmige Oligomere oder anorganisch-organische mehrkemige Cluster, wie Titan-oxo-alkoxo-carboxo-Cluster, in dem Klebstoffsy stem eingesetzt (Figur 8).
Bevorzugte Vernetzung skomponenten auf Basis von Titankomplexen sind kommerzielle Lösungen aus Titan(IV)bis(ammonium lactato)dihydroxid oder ein synthetisiertes Sol bestehend aus Titan- Alkoxo-Carboxo-Clustern: 1) Hierbei wird 1 mol Titanethylat in 5 mol Ethanol vorgelegt und 0,15 bis 1 mol Milchsäure (als 85%ige wässrige Lösung) bei Raumtemperatur für mind. 2h vermischt. Anschließend wird das Sol mit 0,1 bis 20 mol Wasser unter Rühren für mind. 2h hydrolysiert. Das Sol kann aufkonzentriert, unverdünnt oder mit Ethanol verdünnt zur Verklebung verwendet werden. 2) 1 mol Titanethylat wird in 5 bis 20 mol Ethanol vorgelegt und anschließend mit 0,15 bis 1 mol Methacrylsäure, Mandelsäure, Essigsäure, Propionsäure, Äpfelsäure, Zitronensäure oder Mischungen aus den genannten Säuren als Pulver zugegeben und für mindesten 2h unter Refluxieren vermischt. Das entstehende klare Sol wird anschließend auf mindestens Raumtemperatur, insbesondere auf mindestens < 0 0 C abgekühlt, und mit 0,1 bis 1 mol Wasser für mind. 5h hydrolysiert. Das jeweilige Sol kann aufkonzentriert, unverdünnt oder mit Ethanol verdünnt zur Verklebung verwendet werden.
Durch seinen hohen Anteil an Sauer stoffgruppen ist die Adhäsionsfähigkeit von Zellen auf diesem Material in manchen Fällen eingeschränkt. Da es aber erwünscht ist, dass die Epidermis möglichst nah am Implantat abschließt, kann eine Verbesserung der Zelladhäsion in bevorzugter Weise wünschenswert. Durch die Zugabe von Aminoethylmethacrylat (AEMA) können, je nach Anteil, Amine in das Polymersystem eingearbeitet und damit die Zelladhäsion verbessert werden. Die unter Umständen vergleichsweise geringe Viskosität des HEMAs erschwert die Verklebung am Implantat, welche durch die Geometrie des Implantats bevorzugt im senkrechten Zustand erfolgen kann. Zur Erhöhung der Viskosität werden in bevorzugter Ausführungsform HEMA-lösliche Polymere im Monomer gelöst. Dazu dienen insbesondere PEG oder PVP mit Kettenlängen von 30000 bis 50000 und einem Massengehalt in der Monomerlösung zwischen 20 % und 30 %. Diese Lösungen führen zu einer besonders effektiven Klebung, da zum einen die örtliche Polymerisation verbessert und zum anderen die Aushärtungszeit reduziert werden kann.
Beispiel 7: Methode Herstellung Hautäquivalent auf Nanofaservliesen
Das Implantat kann zellfrei oder bereits in vitro mit Zellen besiedelt implantiert werden. Für ein zelluläres transkutanes Implantat kann zum Beispiel das poröse Faservlies, welches bereits mit dem Implantatelement verbunden wurde, mit Fibroblasten besiedelt werden. Zusätzlich kann auf dem mit Fibroblasten besiedelten Faservlies in vitro eine Epidermis aufgebaut werden. Dieses Verfahren kann ein transkutanes Implantat direkt verbunden mit einem Hautäquivalent erzeugen, welches dadurch bereits in vitro mit Haut verbunden sein kann. Erfindungsgemäß wurde ein Hautmodel auf Basis der porösen Faservliese aufgebaut.
Für die Herstellung des Hautmodells gemäß Verfahrens schritt e) werden nach Kontaktieren und Verbinden des mindestens einen Faservlieses mittels des Klebstoffsystems mit dem Implantatelement und Entfernung des Porogens gemäß Verfahrensschritt d) jeweils zwei erfindungsgemäß erhaltene poröse Vliese übereinander in Zellkronen eingespannt. Anschließend werden 30000 Fibroblasten/cm2 auf dem Faservlies ausgesät. Diese werden für zwei Wochen kultiviert und besiedeln dabei das gesamte Volumen des Faservlieses. Durch die Supplementation von Ascorbinsäure-Derivaten (z.B. Ascorbinsäure 2-phosphat; Konzentration: 500 mM) erfolgt eine natürliche Stimulation der Synthese von extrazellulärer Matrix. Diese Proteine werden im gesamten Faservlies erzeugt und biologisieren dabei die vorgegebene Nanofaserstruktur. Dieses Verfahren macht es möglich, im anschließenden Schritt eine rekonstruierte humane Epidermis (rhE) auf dem biologisierten Material zu generieren. Dafür werden 600000 Keratinozyten/cm2 auf dem biologisierten Faservlies ausgesät. Über eine anschließende Airlift- Kultur erfolgt die Ausbildung einer vollständigen Epidermis nach 2-3 Wochen Kulturdauer (angelehnt an Jannasch et al., Experimental Parasitology, 150, 22 - 30, 2015). Dadurch wird erfindungsgemäß ein Vollhau tmodell auf Basis der porösen Faservliese bereitgesteht.
Beispiel 8: Verankerung des Implantats in der Haut
Nach Bereitstellung eines erfindungsgemäßen Implantatelements und erfindungsgemäßen Faservlieses gemäß Verfahrens schritten a) und b) (Beispiel 1 oder 2) wird das Faservlies zunächst teilweise flächig (parallel) am Implantatelement angeklebt (Beispiel 3, 4 oder 5) und orientiert sich tiefergehend um 90° radial vom Implantatelement nach außen (Figur 1 A; durch Pfeile verdeutlicht) (Verfahrens schritt c)), anschließend wird das mindestens ein Porogen entfernt (Verfahrens schritt d)). Vorteile dieser Vliesorientierung sind, dass zum einen eine große Adhäsionsfläche am Implantatelement erzeugt wird und zum anderen, dass ein maximales Kontakt-, Integrations- und damit auch Verankerungsvolumen im Hautgewebe erzielt werden kann. Zur Erhöhung der mechanischen Belastbarkeit kann dieser Prozess zusätzlich nach unten orientiert wiederholt werden (Figur 1B).
Die poröse Struktur des Faservlieses ermöglicht eine Integration und mechanische Verankerung im dermalen Teil der umliegenden Haut (Figur 2). Nach der Implantation erfolgt in vivo zunächst die Migration von Zellen in das Faservlies aus dem umliegenden dermalen Gewebe (Fibroblasten, Makrophagen, ggf. Endothelzellen). Diese besiedeln das Faservlies und füllen die Poren mit natürlichem Bindegewebe. Nach dieser dermalen Integration (mechanische Verbindung) erfolgt der bakteriendichte Verschluss durch Ausbildung einer Epidermis über dem dermal integrierten Faservlies bis hin zum Implantatelement.
Um eine Integration in die Dermis erreichen zu können, wurde gemäß der hier vorliegenden Erfindung daher ein das Bindegewebe imitierende Faservlies entwickelt. Nach Bereitstellen des mindestens einen synthetischen Faser-Polymers und mindestens eines Porogens gemäß Schritt a) werden die dafür benötigten Nano-Fasern über das Verfahren des Elektrospinnens gemäß Schritt b) generiert. Während dieses Prozesses erfolgt die Einarbeitung von partikulären oder faserförmigen Porogenen im Nanofaservlies. Das spätere Herauslösen dieser Porogene gemäß Schritt d) erzeugt ein poröses Nanofaservlies, welches die Migration und Besiedlung von körpereigenen Zellen ermöglicht. Dieses Vorgehen reduziert zum einen die Entzündungs- (Figur 3) und Fremdkörperreaktion, zum anderen ermöglicht es die selbstständige Integration in die Dermis. Je nach Anwendungsdauer (von Wochen und Monate bis zu vielen Jahren) können als Polymere sowohl biodegradierbare Polymere, z.B. Polyester wie PCF, als auch dauerhaft stabile Polymere, insbesondere Polyamide, eingesetzt werden. Die Integrationsfähigkeit dieser porösen Nanofaservliese in Hautgewebe wurde nachgewiesen, indem verwundete in-vitro Hautäquivalente, nach Einsetzen der Faservliese, vollständig verheilten (Figur 4A). Eine weitere Eigenschaft dieser Faservliese ist, dass diese als Grundstruktur für den Aufbau von in-vitro Hautäquivalenten angewendet werden können (Figur 4B).
Beispiel 9: Wirkstoffaddition
Bis zum bakteriendichten Verschluss durch die Ausbildung der Epidermis zum Implantat besteht die Gefahr einer Infektion, welche den Heilungsprozess erheblich behindert. Daher sind antibakterielle Eigenschaften des Materials wünschenswert. Dies kann insbesondere erzielt werden, indem antibiotische Wirkstoffe direkt in die Spinnlösung und damit direkt im Spinnprozess in die Nanofasem eingearbeitet werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, das fertige Implantat in Wirkstofflösungen zu inkubieren. Die Wirkstoffe werden in die Fasern und dem Klebematerial eingelagert und können nach der Implantation ausdiffundieren.
In einem miniaturisierten Modell (Implantatdurchmesser 2 mm) wurde die Bakterieninteraktion mit einem, mit Fibroblasten besiedelten, Implantat getestet. Dafür wurden 4 poröse Polyamidfaservliese (Herstellung Beispiel 1) mit einem als Metallstift (2 mm Durchmesser) ausgeführten Implantatelement verklebt (gemäß Beispiel 4). Anschließend erfolgte die Aussaat von 30000 Fibroblasten/cm2 auf dem, am Implantatelement angebundenen, Faservlies. Die Kulturdauer betrug zunächst 2 Wochen (siehe Beispiel 7) in DMEM mit den Zusätzen FCS (10 % v/v), Ascorbinsäure 2-phosphat (500 mM) sowie Penicillin und Streptomycin. Anschließend wurde für 4 Tage auf Antibiotika-freies Medium gewechselt, um Antibiotikarückstände aus dem Zell- Nanofaserverbund, also dem Implantat, zu waschen. (Figur 9). Für den Bakterientest wurden 108 CFU Staphylococcus aureus auf das Faservlies-Implantat gegeben und nach 24 h analysiert. Dabei zeigte sich, dass keine Bakterien auf und im Klebematerial (unterbrochen umrahmter Bereich, Figur 9) überleben konnten. Auch das mit Zellen besiedelte Faservlies zeigte bereits nach 24 h das Abtöten fast aller Bakterien durchgängig umrahmt, Figur 9).

Claims

ANSPRÜCHE
1. Implantat umfassend mindestens ein dreidimensionales poröses Strukturelement aus mindestens einem synthetischen Polymer, wobei das mindestens eine poröse Strukturelement mittels mindestens eines Klebstoff-Polymers mit einem Implantatelement irreversibel verbunden ist.
2. Implantat nach Anspruch 1, wobei das dreidimensionale poröse Strukturelement ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus elektroversponnenes poröses Faservlies aus Nanofasern mindestens eines synthetischen Faser-Polymers, poröser Schwamm, poröse Membran und aufgeschäumtes poröses Polymer.
3. Implantat nach Anspruch 1 oder 2, wobei das mindestens eine synthetische Polymer, insbesondere synthetische Faser-Polymer, ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyester, Polyether, Polyamid, Polyamin, Polyacrylnitril, Polyolefine, Polypeptid, Polypeptoid, Polysaccharid, Polyoxazolin und anorganisch-organisches Hybridmaterial.
4. Implantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Klebstoff-
Polymer ein vernetztes oder unvemetztes Polymer, insbesondere ein vernetztes oder unvernetztes Poly-Hydroxyethylmethacrylat (Poly-HEMA) polymerisiertes [2-
(Methacryloyloxy)ethyl]trimethylammoniumchlorid (METAC), polymerisiertes 2- Aminoethylmethacrylat (AEMA) oder ein Copolymer aus mindestens zwei der Monomere HEMA, METAC oder AEMA ist.
5. Implantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Porengröße des porösen Strukturelements, insbesondere des elektroversponnenen porösen Faservlieses, 0,1 pm bis 800 pm, insbesondere 0,1 pm bis 500 pm, insbesondere 0,5 pm bis 300 pm beträgt.
6. Implantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das poröse Strukturelement, insbesondere elektroversponnene poröse Faservlies, eine Dicke von 50 pm bis 300 pm, insbesondere 100 pm bis 250 pm, insbesondere 150 pm bis 250 pm aufweist.
7. Implantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Implantatelement aus einem organischen Material, einem anorganischen Material oder einem organisch-anorganischem Hybridmaterial aufgebaut ist, insbesondere ein Implantatelement aus Kunststoff und/oder Metall, und/oder einer Metallverbindung, ist.
8. Implantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das poröse Strukturelement, insbesondere elektroversponnene poröse Faservlies, zellfrei ist.
9. Implantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das poröse Strukturelement, insbesondere elektroversponnene poröse Faservlies, Zellen mindestens eines Zelltyps aufweist, insbesondere dermale Fibroblasten und/oder Keratinozyten, insbesondere humane dermale Fibroblasten und/oder humane Keratinozyten.
10. Implantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Implantat ein dreidimensionales Vollhautmodell ist.
11. Implantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Implantat, insbesondere das poröse Strukturelement, insbesondere das elektroversponnene poröse Faservlies, und/oder das mindestens eine Klebstoff-Polymer, mindestens einen Wirkstoff, insbesondere einen antibiotischen Wirkstoff aufweist.
12. Implantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 11, wobei das elektroversponnene poröse Faservlies herstellbar ist durch i. Bereitstellen von mindestens einem Porogen und mindestens einem synthetischen Faser-Polymer, ii. Elektroverspinnen des mindestens einen Faser-Polymers unter Hinzufügen des mindestens eines Porogens zum Erhalt eines elektroversponnenen Porogen-haltigen Faservlieses und iii. Entfernen des mindestens einen Porogens aus dem in Verfahrens schritt ii) erhaltenen elektroversponnenen Porogen-haltigen Faservlies zum Erhalt eines elektroversponnenen porösen Faservlieses.
13. Implantat nach Anspruch 12, wobei in Verfahrens schritt ii) das mindestens eine Porogen mit dem mindestens einem Faser-Polymer elektrocoversponnen oder dem mindestens einem Faser- Polymer mittels Elektro spray ing während des Elektroverspinnens zugefügt wird.
14. Implantat nach Anspruch 12, wobei das Elektroverspinnen in Verfahrensschritt ii) diskontinuierlich in mindestens zwei Phasen durchgeführt wird und das Hinzufügen mindestens eines Porogens zwischen einzelnen Phasen des Elektroverspinnens erfolgt.
15. Implantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 14, wobei in Verfahrensschritt i) das mindestens eine Porogen in Faserform und/oder in Partikelform bereitgestellt und in Verfahrens schritt ii) dem mindestens einen Faser-Polymer hinzugefügt wird.
16. Implantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 15, wobei das Porogen ein Porogen-Polymer oder ein Porogen-Mineralsalz ist.
17. Implantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 16, wobei das Porogen-Polymer ein wasserlösliches Polymer, insbesondere PVP (Polyvinylpyrrolidon), PEG (Polyethylenglycol) oder ein anorganisch-organisches Hybridmaterial, insbesondere ein Titan-Oxo-Carboxo- Komplex, ist.
18. Implantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 17, wobei das Implantat herstellbar ist durch a) Bereitstellen von mindestens einem Porogen, mindestens einem synthetischen Faser-Polymer, mindestens einem Klebstoffsystem und mindestens einem Implantatelement, b) Elektroverspinnen des mindestens einen Faser-Polymers unter Hinzufügen des mindestens eines Porogens zum Erhalt eines elektroversponnenen Porogen-haltigen Faservlies, c) zumindest teilweises Kontaktieren und Verbinden des mindestens einen Faservlieses mittels des Klebstoffsystems mit dem Implantatelement und d) Entfernen des mindestens einen Porogens aus dem Faservlies, wobei Verfahrensschritt c) vor Verfahrens schritt d) oder Verfahrens schritt c) nach Verfahrensschritt d) durchgeführt wird und jeweils anschließend das Implantat erhalten wird.
19. Implantat nach Anspruch 18, wobei das Klebstoffsystem mindestens ein induzierbar polymerisierbares Monomer umfasst, insbesondere HEMA (Hydroxyethylmethacrylat), [2- (Methacryloyloxy)ethyl]trimethylammoniumchlorid (METAC), 2-Aminoethylmethacrylat (AEMA) oder eine Mischung mindestens zwei dieser Monomere.
20. Implantat nach Anspruch 18 oder 19, wobei das Klebstoffsystem eine Vernetzungskomponente aufweist.
21. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei das Implantat ein transkutanes, perkutanes oder perdermales Implantat ist, insbesondere ein transkutanes Implantat.
22. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei das Implantat ein Katheter, ein Fixateur, ein trichotomisches Instrument, eine Endo-Exo-Prothese, insbesondere eine transkutane osseointegrierte Prothese, ein künstlicher Darmausgang, eine perkutane endoskopische gastrostomische Vorrichtung, eine perkutane endoskopische jejunostomische Vorrichtung, ein Knochenleitungshörgerät, ein CAPD-Katheter, insbesondere für die Bauchfelldialyse, ein retroaurikulärer fixierter Port zur Hämadialyse, eine PEG-Sonde, ein transkutaner Sensor oder eine transkutane elektronische Vorrichtung, insbesondere zur Nervenstimulation, ist.
23. Verfahren zur Herstellung eines Implantats, insbesondere nach einem der Ansprüche 2 bis 22, umfassend die Verfahrensschritte: a) Bereitstellen von mindestens einem Porogen, mindestens einem synthetischen Faser-Polymer, mindestens einem Klebstoffsystem und mindestens einem Implantatelement, b) Elektroverspinnen des mindestens einen Faser-Polymers unter Hinzufügen des mindestens einen Porogens zum Erhalt eines elektroversponnenen Porogen- haltigen Faservlies und c) zumindest teilweises Kontaktieren und Verbinden des mindestens einen
Faservlieses mittels des Klebstoffsystems mit dem Implantatelement und d) Entfernen des mindestens einen Porogens aus dem Faservlies, wobei
Verfahrensschritt c) vor Verfahrens schritt d) oder Verfahrens schritt c) nach Verfahrensschritt d) durchgeführt wird und jeweils anschließend das Implantat erhalten wird.
24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei das Verbinden in Verfahrensschritt d) in Form einer Polymerisation, insbesondere einer induzierten Polymerisation, insbesondere einer „self-initiated surface photo polymerization and photographting“ (SIPGP), einer thermisch-induzierten radikalischen Polymerisation oder eine Licht-induzierten radikalischen Polymerisation erfolgt.
25. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 23 oder 24, wobei in Verfahrens schritt a) zusätzlich ein Wirkstoff, insbesondere ein antibiotischer Wirkstoff, bereitgestellt wird.
26. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 23 bis 25, wobei der mindestens eine
Wirkstoff, insbesondere antibiotische Wirkstoff, zusammen mit dem mindestens einen mindestens einen Faser-Polymer in Verfahrens schritt b) elektro-co-versponnen wird und/oder das in Verfahrens schritt d) erhaltene Implantat mit dem mindestens einen Wirkstoff beladen, inkubiert oder imprägniert, wird.
27. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 23 bis 26, wobei der mindestens eine
Wirkstoff eine antiproliferative, antiinflammatorische, antimigrative, antiphlogistische, antiangiogene, cytostatische, antirestenotische, antineoplastische, antibakterielle und/oder antimykotische Wirkung aufweist, insbesondere Streptomycin, Penicillin, Vancomycin oder Gentamycin, ist.
28. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 23 bis 27, wobei im Anschluss an den
Erhalt des Implantates nach Verfahrens schritt d) oder c) in einem Verfahrensschritt e) Zellen mindestens eines Zelltyps, insbesondere dermale Fibroblasten und/oder Keratinozyten, insbesondere humane dermale Fibroblasten und/oder humane Keratinozyten, auf dem mit dem Implantatelement verbundenen mindestens einen porösen elektroversponnenen Faservlies kultiviert werden und ein zellhaltiges Implantat erhalten wird.
29. Implantat herstellbar nach einem der Verfahren gemäß der Ansprüche 23 bis 28.
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