DE102007040252A1

DE102007040252A1 - Sprühapparat für Zellen und Methode zur Anwendung gesprühter Zellen

Info

Publication number: DE102007040252A1
Application number: DE102007040252A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Bornemann
Original assignee: Gerlach Jorg Prof Dr
Current assignee: Renovacare Sciences Corp
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2007-08-23
Publication date: 2008-06-12
Also published as: US20140107621A1; US20170304600A1; US9610430B2

Abstract

Ein Gerät zur elektronisch gesteuerte kontrollierten Verteilung geweberegenerierender Zellen, einschließlich Hautzellen, zum Anwachsen auf einer Fläche, welches aus einer 0.8-80 ml (bevorzugt 5-40 ml und am bevorzugtesten 5-20 ml) sterilen Zellsuspension mit Hilfe kontrolliertem komprimiertem Gas und Suspensionsbeimischung und/oder Komprimierung der Suspension ein Sprühen durch einen druck- und/oder flusskontrollierten Sprühkopf ermöglicht, wobei es mit konstantem Druck über 0.1-10 Minuten (bevorzugt über 1-5 Minuten, und am bevorzugtesten über 1-2 Minuten) in einer einzelnen oder mehren Aufspritzungen (bevorzugterweise drei Aufspritzungen) arbeitet, während es Suspensionströpfchen mit Zellen im Bereich von 50-500 ± 200 ml erzeugt, der Sprühkopf sterilisierbar ist und/oder mit einer sterilen chirurgischen Einegschlauchfolie abgedeckt werden kann, und welches die folgenden Methoden/Anwendung ermöglicht: (a) Aussetzen einer Gewebeprobe einschließlich Zellen, geeignet für die Anwendung am Patienten mindestens eines physikalischen und/oder chemischen dissoziierenden Mittels mit der Fähigkeit Zellen im Gewebe freizusetzen; (b) Einbringen von Zellen zum Sprühen, welche alternativ zu a) zuvor in vitro...

Description

ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Methode, Anwendungen und ein Gerät zur Produktion eines Sprüh-Zelltransplantates, daß sich als Wundauflage am Patienten eignet. In der Anwendung werden Zellen, geeignet zur Transplantation, in eine Lösung suspendiert und mittels eines Sprühgerätes zur kontrollierten Verteilung auf das Transplantationsgebiet verteilt.
BESCHREIBUNG
Beschrieben wird ein Gerät, Methoden und Anwendungen zur Transplantation von Zellen, insbesondere Hautzellen, in eine Wunde. Die vorliegende Erfindung eignet sich zur Erzeugung einer gleichförmig gesprühten Zellbesiedelungsoberfläche bzw. Wundauflage. Gesprühte Zellen sind von Interesse um eine Fläche abzudecken und auf dieser Zellregeneration zu ermöglichen, wie zum Beispiel bei Hautwunden. Zur Anwendung des Verfahrens und/oder des Apparates werden Zellen für die Zelltransplantation in einer Lösung suspendiert und mit dem Apparat zur Verteilung auf eine Wunde aufgesprüht.
STAND DER TECHNIK
Das Sprühen von Zellen ist von Interesse zur Verteilung einer Zellsuspension auf ein Gewebe oder eine Wunde, wie zum Beispiel in der allgemeinen Chirurgie um die Regeneration von Gewebetrauma zu unterstützen. Fachkundigen sind diverse Methoden zur Behandlung von Hautwunden bekannt. Zum Beispiel sind Hauttransplantationsmethoden bekannt, die darauf abzielen verletzte oder defekte Hautpartien des Körpers wiederherzustellen. Generell sind diese Art von Transplantationsmethoden gemäß ihrer Empfänger-Spenderbeziehung und Dicke klassifiziert. Die klinisch am häufigsten angewandte Transplantationsmethode ist die autologe Transplantation, wobei patienteneigenes Gewebe von einer Körperpartie genommen wird und auf einer anderen Körperpartie aufgetragen wird. Das übertragene Gewebe wächst im zugrunde liegenden Gewebe an. Derzeitig werden verschiedene Arten der Transplantation angewendet, unter anderem Spalthaut- und Vollhauttransplantation. Jede dieser Methoden muss unter bestimmten Bedingungen vorbereitet und angewendet werden und hat inhärente Vor- und Nachteile. Spalthaut Transplantationen erfordern oft beachtliches Geschick. Größere Spenderstellen sind schmerzhaft, resultieren in Narbenbildung, und die verfügbare Fläche schränkt die deckungsfähige Fläche ein. Obgleich Spalthaut Transplantation eine höhere Erfolgsrate als Vollhaut Transplantationen hat, ist sie kosmetisch weniger attraktiv. Vollhaut Transplantationen erfordern weniger Geschicklichkeit und die kosmetischen Ergebnisse sind besser als die der Spalthaut. Vollhaut Transplantationen wachsen jedoch nicht so gut an wie Spalthaut Transplantationen. Eine Variante der oben beschriebenen Transplantati onstechniken ist die so genannte Spalthaut-Mesh-Methode welches eine Form der Spalthaut- oder Vollhaut Transplantation ist, wobei Reihen paralleler Schlitze in das behandelte Gewebe geschnitten werden. Einige Vorteile der Netzwerk-/Maschenmethode sind unter anderem: größere Fläche zur Abdeckung des betroffenen Hautbereichs, Abfließen von Blut und Sekret unter dem Transplantationsgebiet und erhöhte Konformität des Transplantats zu Unebenheiten im Transplantationsbereich. Diese Methode ist mit guter Anhaftung des Transplantats nach Transplantation auf ein gesundes Wundgebiet sehr Erfolgreich.
Eine Alternative zu Spalthaut Transplantation ist die Methode der Blasenbildung durch Saugwirkung auf den Spenderbereich und nachfolgendes Entfernen der Haut über der entstandenen Blase und Transplantation auf den Empfängerbereich. Die Blase wird durch eine Ansaugvorrichtung erzeugt, wie z.B. Dermavac.TM, durch einen Saugdruck von ungefähr 250-300 mmHg über 1-2 Stunden. Anschließend wird die Blase entfernt und auf die Wunde aufgetragen. Die Heilungszeit beträgt 10-14 Tage. Diese Methode hat mehrere Nachteile, z.B. die Vorbereitungszeit für die Transplantation ist lang und Repigmentierung des Transplantationsbereichs ist nicht gewährleistet.
Mikrotransplantation ist eine weitere Methode für die großflächige Wundabdeckung. Sie erfordert das Abschneiden etlicher kleiner Gewebestücke vom Spendergewebe die auf einen Verband gelegt werden der wiederum auf die Wunde gelegt wird.
Eine weitere Methode zur Gewebeerzeugung in vitro ist die Epidermiskultur. Kultivierte autologe Epithelzellen die in konfluent gewachsenen „Hautzellsheets" aus Kulturschalen an vitro gewachsen sind, sind eine wichtige Hilfe in der Wundabdeckung bei Verbrennungen oder anderen Verletzungen bei welchen großflächig Hautgebiete zerstört sind. Weltweit gibt es viele Zentren mit Zellkultureinrichtungen deren Ziel es ist autologe Epidermis Sheet-Transplantate zur Verfügung zu stellen. Methodologisches Ziel autologer Epidermiszelltransplantate ist es, zur Transplantation geeignete, konfluente „Zellsheets" zu erlangen. Diese Methode schließt einige Nachteile bisheriger, angewendeter Methoden aus. Zum Beispiel reduzieren in vitro gewachsene autologe Epidermis Transplantate den Bedarf für Spenderfläche.
Leider wachsen diese autologen Sheet-Transplantate langsam an und erfordern 2-3 Wochen Zeit zur Kultivierung, was oft die verfügbare Vorbereitungszeit für den Empfänger übersteigt. Wesentlich ist, dass während der in vitro Wachstumsphase die Hautstammzellen durch Differenzierung verloren gehen. Außerdem verschlechtert Blasenbildung unter dem „Sheet" die Transplantationsergebnisse.
Navarro et al. (2000) and Wood et al. (2003) beschreiben die Anwendung einzelner, in Lösung suspendierter Zellen die über die Wunde verteilt werden und damit die Verwendung von „Sheets" ersetzen. Die Zellsuspension kann in einer Pipette, einer gewöhnlichen Augentropfen-Pipette, Injektionsspritze und/oder anderen ähnlichen Geräten zugestellt werden mit denen die Zellsuspension in kleinen Mengen auf den Transplantationsbereich gebracht wird. Als Methode der Wahl zur Zellverteilung ist eine mechanische handbetriebene Sprühmethode aus einer Haushaltsreinigerüblichen Sprühflasche beschrieben.
Die Sprühmethode löst generell einige oben beschrieben Probleme. Die handbetriebene Sprühmethode and Zellverteilung wird jedoch nicht in kontrollierter Weise durchgeführt und resultiert daher in ungleichmäßiger Zellverteilung.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Methode, ein Gerät, eine durch die angewandte Methode erzeugte Zellsuspension und Anwendungen, die unter Verbesserung der Sprühtransplantation die Nachteile der bisherigen Epidermiskultur Sheet-Transplantationsmethoden, zu verbessern sucht, gleichzeitig aber besser kontrollierbares Sprühen ermöglicht.
LITERATUR

Navarro FA, Stoner ML, Park CS, et al. Sprayed keratinocyte suspensions accelerate epidermal coverage in a porcine microwound model. J. Burn Care & Rehabilitation 2000;21(6):513-518.
Wood FM. Clinical potential of autologous epithelial suspension. J. Wounds 2003;15(1):16-22.
Wood FM, Allen P. The use of cultured epithelial autograft in the treatment of major burn injuries. J.Burn Care Rehab 2003;13(1):154-7.
Johnen C, Bräutigam K, Steffen I, Toman N, von Hesler F-W, Hartmann B, Ottomann C, A. Ekkernkamp A, Mehlitz T, Laurich O, Neuhaus P, Gerlach JC. Skin cell isolation for cell expansion is limited in patients using tobacco, alcohol, or are exhibiting diabetis mellitus. Burns 2006;32:194-200.

AUFGABENSTELLUNG
Erfindungsgemäß wird somit ein Verfahren zur Produktion einer Wundauflage verbessert bei dem Zellen suspendiert und mit Hilfe eines Gerätes, geeignet für die Anwendung am Patienten, durch einen kontrollierten Sprühkopf zur Verteilung auf das Transplantationsgebiet gesprüht werden. Diese Methode umfasst:
(a) Aussetzen einer Gewebeprobe einschließlich Zellen, geeignet für die Anwendung am Patienten, mindestens eines physikalischen und/oder chemischen dissoziierenden Mittels mit der Fähigkeit Zellen aus Gewebe herauszulösen; (b) Einbringen der Zellen, geeignet zur Transplantation am Patienten, in physiologische Lösung; (c) Filtern der zellulären Suspension zum Abfangen großer zellulärer Zusammenballungen; (d) Sprühen der Zellsuspension durch einen Sprühkopf unter kontrollierten Bedingungen.
Die Erfindung betrifft einen Apparat der mit Hilfe verdichtetem Gas und/oder verdichteter Lösung und/oder pumpengetriebener Düseneinführung durch einen sterilisierbaren Sprühkopf eine sterile Lösung mit Geweberegenerierenden Zellen auf eine Gewebefläche verteilt, wobei ein konstanter Druck und Fluss in einer einzelnen Einspritzung einen Sprühregen aus der Zellsuspension erzeugt und verteilt.
Erfindungsgemäß wird somit auch eine Zellsuspension angeben die nach der oben genannten Methode erzeugt wird. Bevorzugt für die Suspension sind autologe Zellen (e.g. isoliert vom Transplantationspatienten), oder Stammzellen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung, werden eine Methode und Verwendungen angegeben.
Weitere Aspekte and Vorteile der vorliegenden Erfindung werden mittels der folgenden Beschreibungen erläutert.
ABBILDUNGEN (siehe Anhang am Ende der Anmeldeschrift)
1: Ergebnisvergleich der Anwendung von Zellsheets mit der Sprühtransplantation.
1a: Im oberen Anteil sind gesprühte Zellen dargestellt, im unteren Anteil sind Zellen als Sheet dargestellt, es wird ersichtlich, dass vergleichbare Zellzahlen mit der Sprühmethode eine grössere Fläche abdecken, in der die Zellen sich dann vermehren können. Alternativ könnne für eine vergleichbare Fläche weniger Zellen eingesetzt werden, womit die in vitro Vermehrung der Zellen nicht mehr erforderlich ist.
1b: Im oberen Anteil sind Zellsheets dargestellt, deren geschlossene Fläche bei Wundsekretbildung zu Blasen führt, welche das Anwachsen der Zellen in der Wunde verhindern. Im unteren nteil ist erläutert, dass dies bei einem Sprühverfahren mit Einzelzellen nicht passieren kann.
Die beigefügten Abbildungen „1c" und „1d" dienen nur zur visualisierung, aufgrund der Fotodarstellung kann keine Reproduzierbarkeit gewährleistet werden, sie sind daher nicht bestandtteil der Patentanmeldeschrift. „1c" zeigt rechts ein Foto eines Sprühkopfprototypen und links ein Foto eines Zellsheets. „1d" zeigt rechts ein weiteres Foto eines Sprühkopfes und links einer Steuereinheit zum Betreiben des Sprühkopfes.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Das Ergebnis der Anwendung wird durch 1 beschrieben. 1 vergleicht zwei Anwendungsmethoden zur Wundabdeckung. Die Erfindungsgemäße Methode, das Aufsprühen von Hautzellen auf einen Wundbereich, ist auf der linken Seite dargestellt. Dies wird mit der derzeit aktuellen Hautapplikationsmethode verglichen, bei der konfluent angewachsene Keratinozytens heets verwendet werden (rechts). Die Anwendung gesprühter Zellen resultiert in einem verringerten Zellbedarf pro Fläche und ermöglicht damit bei begrenzten Spenderarealen einen größeren Behandlungsbereich. Die Anwendung einzelner Zellen, die keine geschlossenen Sheets bilden, verhindert die Bildung von Blasen unter den Zellsheets. Durch die Verringerung der benötigten Zellanzahl wird die Vermeidung einer in vitro Expansion und damit die Applikationszeit für den Patienten beschleunigt. Durch ein Vermeiden der in vitro Kultur wird die Differenzierung der Hautstammzellen vermieden und die Basalkeratinozyten bzw. Stammzellen sind in der Suspension erhalten.
Zellpräparationen verschienen Ursprungs/Herkunft können mit dieser Methode und/oder diesem Gerät angewendet werden. Dies beinhaltet Stammzellpräparate, autologe patienteneigene Zellen, wobei das Spendergewebe abgetragen und die Zellen aus dem Gewebe gelöst werden müssen. Die Zellen die zur Transplantation am Patient geeignet sind werden in einer Lösung ausgelegt die zur sofortigen Verteilung auf das Transplantationsgebiet geeignet ist.
Die vorliegende Erfindung hat, gegenüber vorherigen Methoden, Vorteile die wie folgt beschrieben werden.

1. Es ist eine zeitlich effiziente Methode der zellulären Gewebe-/Wundabdeckung in einer einzigen Operationssitzung.
2. Zellen werden dünn und gleichmäßig auf einer Wunde verteilt, dabei wird die Verwendung von Zellsheets vermieden.
3. Eine Methode wird bereitgestellt welche die Blasenbildung, verbunden mit herkömmlichen Sheet-Epidermiskulturen, verhindert.
4. Rasche Wundabdeckung bei Gewebewunden/-trauma/- verletzungen und auf Spendergebieten wird durch Vermeidung der in vitro Kultur unterstützt.
5. Das Spendergebiet für Hautzellen, das Biopsieentnahmegebiet, ist kleiner als ein Spalthautspendergebiet und die Nutzung von Spalthautspendergebieten wird reduziert oder eliminiert; die Expansionsrate der Zellen in der wunde ist verbessert; kleinere Verbrennungen heilen schneller; vorteilhaft für kleinere Gebiete der Hautrekonstruktion wie zu Beispiel bei Narben; verbesserte Narbenqualität.
6. Bereitstellung einer Behandlungsmethode für viele Hautfunktionsstörungen und Hautkrankheiten wie z.B. Epidermiserneuerung, Hautersatz nach Hautverlust, Angleichung nach Repigmentierung, Heilung von Brandwunden, Leukodermie, Vitiligo, Piebaldism, Narbenbehandlung z.B. nach schlechter Wundheilung, falsche Narbenausrichtung/-verformung durch Wundschrumpfung, Aknenarben; Erneuerung nach kosmetischer Dermabrasion, Erneuerung nach Laserbehandlung in Verbindung mit Hauterneuerung, Entfernung von Tätowierungen. Außerdem kann die Methode allgemein für Zellersatztherapie angewendet werden, einschließlich Nervenzellersatztherapie, Epithelzellenersatztherapie (wie z.B. Urotheliazellen, Wangenschleimhautzellen und Lungenepithelzellen), Endothelzellenersatztherapie und Knochenbildendevorlaeuferzellersatztherapie. Die Methode kann auch zur Stimulation der Gewebsregeneration nach chirurgisch erzeugten Wunden angewendet werden.
7. Ermöglichen eines Weges zur Nutzung von Zellpopulationen in einem Verhältnis vergleichbar mit dem in situ. Dies hat u.A. den Vorteil dass sich die Haut nach einer Hautransplantation wieder richtig repigmentieren kann. Aufgrund der direkten Nutzung der Zellsuspension haben Zellen wie Basalkeratinozyten, Langerhans Zellen, Fibroblasten und Melanocyten haben eine verbesserte Überlebensrate im Vergleich zu gewöhnlichen Kulturmethoden, die selektive Zellkultur zum Verlust bestimmter Zellenpopulationen wie z.B. Basalzellen führen kann.
8. Es gestattet frühere Operation und konsequenter Weise Heilung für den Patienten während der Behandlung.

ANWENDUNGSBEISPIEL
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf mindestens zwei Zellquellen, beide entsprechend geeignet zur Erneuerung und Regeneration von geschädigtem Gewebe:
(i) nicht-autologe Zellen, einschließlich Stammzellen und (ii) autologe Zellen, einschließlich patienteneigenen Vorläuferzellen
Die vorliegende Erfindung sieht eine Methode vor zur Herstellung einer autologen Zellsuspension. Aufgrund dieser Methode wird dem Patient Gewebe entnommen, bevorzugt durch eine Gewebsbiopsie. Es ist wichtig die Tiefe und den Umfang der Biopsie zu beachten, welche die Schwierigkeit des Eingriffes und die Länge der Erholungsphase für den Patienten beeinflusst. Erfindungsgemäß ist es bevorzugt dass der Spenderbereich mit dem Empfängerbereich entsprechend übereinstimmt, wie z.B. post-auricular für Kopf und Hals, Schenkel für untere Extremitäten, innerer Oberarm für obere Extremitäten und Handfläche für Fußsohle und umgekehrt.
Sobald eine Biopsie vom Patienten genommen wurde, wird die Gewebeprobe physikalischen und/oder chemischen Mitteln ausgesetzt welche die Zellen im Gewebe freisetzen. Methoden zur Auflösung von Zellschichten im Gewebe sind in Fachkreisen bekannt. Zum Beispiel kann die Auflösungsmethode via mechanischer oder chemischer Zersetzung sein. Als mechanische Mittle können z.B. kratzen des Gewebes mit einem Skalpell, zerkleinern des Gewebes, zerschneiden der Gewebslagen oder Gewebeperfusion angewendet werden. Als chemische Mittle können z.B. Enzymverdauung mit Trypsin, Dispase, Kollagenase, Trypsin-edta, Thermolysin, Pronase, Hyaluronidase, Elastase, Papain und Pancreatin angewendet werden. Es ist bevorzugt, das Gewebe in eine vorgewärmte Enzymlösung (37°C) zu legen die genügend Enzyme enthält um das Zellbindegewebe aufzulösen. Nachdem die Gewebeprobe lang genug in der Enzymlösung getränkt ist, wird sie herausgenommen und mit einer Lösung zum Vereinzeln der Zellen gespült. Die angewandte Salz-/Nährlösung sollte durch Verdünnung oder Neutralisierung die Enzymauswirkung erheblich reduzieren, bevorzugt aber völlig aufheben. Die Lösung sollte bevorzugt die folgenden Charakteristiken haben: (i) mindestens frei vom xenogenetischem Serum sein, (ii) in der Lage sein die Zellen am Leben zu erhalten bis sie dem Patienten übertragen werden und (iii) geeignet zur direkten Anwendung am Transplantationspatienten sein.
Nach Anwendung der Salz-/Nährlösung, werden die Zellschichten der Probe getrennt, die Zellen werden vom Gewebe gelöst und in einer Nährlösung suspendiert. Besteht die Probe aus Haut, wird die Dermis von der Epidermis getrennt um Zugang zu allen Hautzellen zu ermöglichen.
Die Zellen können von den Gewebeschichten verschiedentlich entfernt werden, zum Beispiel mit einem Skalpell vom Gewebe gekratzt werden. Zellen innerhalb der Haut beinhalten u.A. Basalkeratinozyten, Keratinozyten, Langerhans Zellen, Fibroblasten und Melano zyten. Nach der Ablösung vom Gewebe werden die Zellen in einer physiologischen Lösung, zum Beispiel Puffer und/oder Elektrolyte und Nährsubstanzen suspendiert.
Auch liefert die vorliegende Erfindung eine Methode zur Anwendung nicht-autologer Zellen. Um Zellen jeglicher Herkunft zu verwenden, werden die Zellen in physiologische Lösung suspendiert.
Die Lösung kann von einer einfachen Kochsalzlösung bis hin zu einer komplexeren Nährlösung reichen. Bevorzugt ist eine serumfreie Nährlösung, welche verschiedene Salze enthält, die denen, enthalten in den Körperflüssigkeiten, ähnlich sind; eine solche Lösung wird als physiologische Salzlösung bezeichnet. Phosphate oder andere ungiftige Substanzen können ebenfalls als Puffer dienen um den pH-Wert auf physiologischen Werten zu halten. Geeignete, bevorzugte Nährlösungen basieren auf Ringer-Laktat Lösungen, einschließlich Hartman's Lösung, Dialyse Lösungen und intravenöse Nährlösungen. Die Lösungen können Zucker, Aminosäuren und Energielieferanten enthalten
Vorzugsweise wird nach der Gewebsentnahme, oder bei der Auslegung nicht-autologer Zellen, nur eine kleine Menge Lösung auf die Gewebeprobe gegeben, um zu verhindern dass die Suspension zu flüssig wird und damit die Applikation auf das Transplantationsgebiet erschwert.
Die Zellsuspension wird dann, wie in der vorliegenden Erfindung beschrieben mittels des Sprühgerätes aufgesprüht.
Um besonders große Zellansammlungen in der Suspension zu verhindern, kann die Zellsuspension vor der Anwendung gefiltert, oder mit einer geeigneten Filtervorrichtung die am Gerät angebracht ist, gefiltert werden.
Vor der Anwendung mit dem Sprühgerät, oder sofort nach dem Filtern, kann die Zellsuspension auch zu der für die Anwendung geeigneten Zelldichte verdünnt werden.
Erfindungsgemäß wird eine sprühbare Zellsuspension bereitgestellt, für Geweberegeneration und Transplantationsmedizin geeignet ist. Ein wichtiger Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Möglichkeit der gleichmäßigen Zellverteilung unter kontrollierten Bedingungen.
Die Anzahl und Konzentration der Zellen in der Suspension die auf dem Transplantationsgebiet ausgestreut werden kann geändert werden indem die Zellkonzentration, oder die Menge der auf das Transplantationsgebiet aufzutragenden Suspension, modifiziert wird.
Ein weiterer Vorteil der Zellsuspension aus der haut, hergestellt bzw. gesprüht gemäß Methoden der vorliegenden Erfindung, ist das die Zusammenstellung der Zellen im Zellpräparat, die im Vergleich zur aktuellen Technik vergleichbar ist mit der Gegebenheit in situ. Sie enthält Basalkeratinozyten und Hautvorläuferzellen (Stammzellen) für Hautregeneration, welche üblicherweise in Epidermiskulturmethoden verloren gehen. Bei Anwendung letzterer Methode werden, für das Zellpräparat, gezielt Keratinozyten kultiviert, Zellbestandteile wie Hautvorläuferzellen, Fibroblasten und Melanozyten gehen verloren. Die Zellsuspension hergestellt nach hier beschriebener erfindungsgemäßen Methode hat eine Zellbeschaffenheit vergleichbar mit der vorhanden/präsent in situ.
Gemäß der Erfindung, wird ein Gerät mit einem Sprühkopf zur Zellverteilung vorgestellt. Die Suspension kann durch jegliche Art von Düse gespritzt werden, die Flüssigkeit in kleine, luftübertragene Tröpfchen umsetzt.
Erfindungsgemäß wird ein elektrisch kontrolliertes Gerät als medizinisches Instrument bereitgestellt welches den Sprühvorgang über einen sterilisierbaren Sprühkopf ermöglicht. Es ist bevorzugt dass das Gerät, über den Sprühkopf, eine Zellsuspension von 0.5-60 ± 20 ml steriler Zellsuspension freigibt. Bevorzugterweise transferiert das Gerät die Zellsuspension aus einer sterilisierbaren Einwegspritze, einschließlich 0.5-60 ml steriler Luer-lock Spritzen.
Bevorzugterweise kann das Gerät mit komprimiertem Gas, z.B. Druckluft, und/oder mit komprimierter Lösung für den Sprühkopf bedient werden; oder mit einem Motor der über die Zellsuspensionspumpe, die sterile Luer-lock Spritze mit der Zellsuspension nach Vorne drückt, bedient werden, ohne Gas beizumischen. Das Gerät ist vorzugsweise mit konstantem Druck über 0.5-10 ± 1.0 Minuten für eine einzelne Einspritzung, oder mehrer Einspritzungen in vergleichbarer Zeit, ausgestattet und erzeugt Suspensionströpfchen im Bereich von 50-500 ± 200 Mikrometer.
Das Gerät kann mit Instrumenten zur Druckmessung, Kontrolle der Parameter wie Fluss, Druck und/oder Temperatur ausgestattet sein.
Die vorliegende Erfindung kann vorzugsweise Zellsuspension von einem sterilisierbaren Behälter medizinischer Qualität, über einen Einwegfilter, geeignet zur Absonderung großer zellulärer Ansammlungen in den sterilisierbaren Sprühkopf überführen. Beliebige Filter die übergroße zelluläre Ansammlungen von der Zellsuspension trennen, können verwendet werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung trennt der Filter 5-100 Zellen, bevorzugt 10-60 Zellen und am Bevorzugtesten 20-40 Zellen.
Das Gerät kann aus zwei Elementen bestehen wobei: (i) das erste Element das Netzteil, die Gas- und Luftversorgung und die elektronischen Steuerungen beinhaltet, und (ii) das zweite Element den sterilisierbaren Sprühkopf und den Behälter mit der Zellsuspension umfasst. In diesem Fall sind beide Elemente durch Kabel/Draht/Schlauchsensor und Effektoranschluß verbunden welche sterilisierbar sind, oder sie sind mit einem sterilen Operationsfolienschlauch abgedeckt und haben entsprechende Anschlüsse zu den Elementen (i) und (ii).
Das Gerät kann aus zwei Elementen bestehen wobei beide Elemente drahtlos, zum Zweck des Datenaustausches, miteinander verbunden sind, einschließlich Blue Tooth Technologie um Sensoren/Effektorsteuerungen in beiden Elementen miteinander zu verbinden.
Weiterhin kann das Gerät erfindungsgemäß über Batterie betrieben werden was den Einsatz im Operationsraum einfach gestaltet. In diesem bevorzugten Fall, beinhaltet das Gerät eine einteilig Einheit die als Handgerät eingesetzt werden kann.
Nachdem die Zellsuspension auf dem Transplantationsgebiet verteilt wurde, kann die Wunde mit einem Verband abgedeckt werden. Bevorzugterweise werden der Heilungsprozess und die Wundpflege mit dem aktuellen standardmäßigen Protokoll für Transplantationstherapie/-patienten weiterverfolgt.

Claims

Ein Gerät zur elektronisch gesteuerte kontrollierten Verteilung geweberegenerierender Zellen, einschließlich Hautzellen, zum Anwachsen auf einer Fläche, welches aus einer 0.8-80 ml (bevorzugt 5-40 ml und am bevorzugtesten 5-20 ml) sterilen Zellsuspension mit Hilfe kontrolliertem komprimiertem Gas und Suspensionsbeimischung und/oder Komprimierung der Suspension ein Sprühen durch einen druck- und/oder flusskontrollierten Sprühkopf ermöglicht, wobei es mit konstantem Druck über 0.1-10 Minuten (bevorzugt über 1-5 Minuten, und am bevorzugtesten über 1-2 Minuten) in einer einzelnen oder mehren Aufspritzungen (bevorzugterweise drei Aufspritzungen) arbeitet, während es Suspensionströpfchen mit Zellen im Bereich von 50-500 ± 200 ml erzeugt, der Sprühkopf sterilisierbar ist und/oder mit einer sterilen chirurgischen Einegschlauchfolie abgedeckt werden kann, und welches die folgenden Methoden/Anwendung ermöglicht: (a) Aussetzen einer Gewebeprobe einschließlich Zellen, geeignet für die Anwendung am Patienten mindestens eines physikalischen und/oder chemischen dissoziierenden Mittels mit der Fähigkeit Zellen im Gewebe freizusetzen; (b) Einbringen von Zellen zum Sprühen, welche alternativ zu a) zuvor in vitro expandiert worden sein konnten, in eine physiologische Lösung; (c) Filtern der Zellsuspension die gemäß (a) und (b) hergestellt wurde um zelluläre Ansammlungen abzutrennen; und (d) Verteilen der Zellsuspension durch den gesteuerten Sprühkopf auf den Empfängerbereich/Zieloberfläche.
Ein Gerät nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Zellverteilung über einen Luft /Gaskompressor und einem Flüssigkeitsspritenvortriebsmotor gesteuert wird.
Ein Gerät nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Zellverteilung über einen Flüssigkeitsvortriebsmotor und Suspensionskompression in einem Pumpschlauch oder in einer Spritze gesteuert wird.
Ein Gerät nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass es mit Sensoren ausgestattet ist welche Fluss und/oder Druck, und/oder Temperatur, und/oder pH, und/oder Inhaltsstoffe messen.
Ein Gerät nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass es mit Sensoren ausgestattet ist welche Bedienungskontrollen für Fluss-, und/oder Druck-, und/oder Temperatursteuerung ermöglichen.
Ein Gerät nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass es Zellsuspensionen in sterilisierbaren Einwegkanuelen, einschließlich 0.5-60 ml steriler Luer-lock Kanuelen (vorzugsweise 1-50 ml und am Bevorzugtesten 5-20 ml Spritzen) übermitteln kann.
Ein Gerät nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass es Zellsuspensionen von einem sterilisierbaren Behälter, einschließlich Luer-lock Verbindungen, über einen Einwegfilter, geeignet zur Absonderung großer zellulärer Ansammlungen enthalten in der Zellsuspension, einschließlich Ansammlungen 5-100 Zellen (vorzugsweise 10-60 Zellen und am Bevorzugtes ten 20-40 Zellen) zum Sprühkopf übertragen kann.
Ein Gerät nach Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass es mit Batteriestrom betrieben wird.
Ein Gerät nach Anspruch 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass es aus zwei Elementen besteht wobei: (i) das erste Element das Netzteil, die Gas- und Luftversorgung und die elektronischen Steuerungen beinhaltet, und (ii) das zweite Element den sterilisierbaren Sprühkopf und den Behälter mit der Zellsuspension umfasst; wobei beide Elemente durch Kabel/Draht/Schlauchsensor und Effektoranschluß verbunden sind und entsprechende Anschlüsse zu den Elementen (i) und (ii) haben, wobei Anteile von (ii) und Verbindungen sterilisierbar sind, oder mit einem sterilen Einwegsoperationsfolienschlauch abgedeckt werden können.
Ein Gerät nach Anspruch 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass es aus zwei Elementen besteht und beide Elemente drahtlos, zum Zweck des Datenaustausches, miteinander verbunden sind, einschließlich „Blue Tooth" Technologie, um Sensoren/Effektorsteuerungen in beiden Elementen miteinander zu verbinden.
Ein Gerät nach Anspruch 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass es eine Lösung nutzt die Elektrolyte in physiologischer Zusammensetzung enthält, einschließlich Phosphatpufferlösung, Ringer-Laktat Lösung, Hartman's Lösung und periphere intravenöse Ernährungslösungen.
Eine Zellsuspension dadurch gekennzeichnet dass sie gemäß den Anforderungen der Methoden und des Gerätes, beschrieben in Ansprüchen 1 bis 11, hergestellt und gesprüht ist.
Eine Zellsuspension gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet dass sie gemäß mindestens einem der zuvor beschriebenen Ansprüchen, von autologen Zellen, einschließlich in vitro expandierten autologen Zellen hergestellt ist.
Eine Zellsuspension dadurch gekennzeichnet dass sie gemäß mindestens einem der zuvor beschriebenen Ansprüchen von adulten Stammzellen hergestellt ist.
Methode zur Verwendung der vorliegenden Erfindung nach mindestens einem der zuvor beschriebenen Ansprüchen und den dort genannten genannten Geräten für die Herstellung einer Zellsuspension bzw. Wundabdeckung mit einer Zellsuspension zur Behandlung von Patienten welche die folgenden Schritte beinhaltet: (a) Herstellung einer Zellsuspension gemäß der Methode in Ansprüchen 1 bis 14; (b) Anwendung der Suspension direkt auf den Bereich am Patienten welcher der Transplantation bedarf in einer Weise die das gleichmäßige Aufsprühen der Zellsuspension auf das Transplantationsgebiet fördert.
Methode nach Anspruch 16 und Anwendung einer intraoperative gewonnenen Suspension direkt auf den Bereich am Patienten in einer Weise die das gleichmäßige Aufsprühen der Zellsuspension auf das Transplantationsgebiet fördert.
Methode, gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, zur Abdeckung einer künstlichen Oberfläche oder einer Fläche aus Biomaterial für kommerzielle Anwendung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verwendung der Erfindung gemäß Ansprüchen 1-17 in der Zellbiologie, Biotechnologie, Materialherstellung, Stammzellenanwendung, Chirurgie, Tissue Engineering und Regenerativen Medizin.