DE69001672T2

DE69001672T2 - Neurologisches therapiesystem.

Info

Publication number: DE69001672T2
Application number: DE90910077T
Authority: DE
Inventors: Patrick Aebischer; Shelley Winn
Original assignee: Brown University Research Foundation Inc
Current assignee: Brown University Research Foundation Inc
Priority date: 1989-06-21
Filing date: 1990-06-20
Publication date: 1993-12-23
Anticipated expiration: 2010-06-21
Also published as: NO915074D0; ES2058923T3; DE69001672D1; AU5856590A; JPH05500620A; FI916066A0; WO1990015637A2; WO1990015637A3; CA2062746A1; EP0478671B1; NO915074L; NO300488B1; JP2738881B2; EP0478671A1; CA2062746C; DK0478671T3; AU632827B2; FI916066A7; ATE89485T1; KR0141583B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Das technische Gebiet der Erfindung ist die Behandlung von neurologischen Erkrankungen und speziell die Behandlung von Neurotransmitter-Defizienz- und -Fehlfunktions-Erkrankungen.
Neurotransmitter sind kleine Moleküle (Molekulargewicht weniger als 1 Kilodalton (kD)), die als chemisches Kommunikationsmittel zwischen Neuronen wirken. Sie werden durch das präsynaptische Neuron synthetisiert und in den synaptischen Spalt freigesetzt, wo sie dann Rezeptoren an postsynaptischen Neuronen beeinflussen.
Neurotransmitter-Defizite sind bei verschiedenen neurologischen Erkrankungen impliziert. Mangel an Neurotransmittervermitteltem synaptischem Kontakt verursacht neuropathologische Symptome und kann außerdem zu der letztendlichen Zerstörung der betroffenen Neuronen führen. Vor einiger Zeit wurde entdeckt und in der eigenen internationalen Anmeldung PCT//US88/04092 (WO89/04655) angegeben, daß eine lokalisierte Abgabe des relevanten Neurotransmitters an das Zielgewebe die Symptome umkehren kann, ohne daß ein spezieller synaptischer Kontakt erforderlich ist.
Beispielsweise ist Paralysis agitans, allgemeiner als Parkinson-Krankheit bekannt, durch einen Mangel des Neurotransmitters Dopamin im Striatum des Gehirns charakterisiert, und zwar sekundär zu der Zerstörung der Dopamin-sekretierenden Zellen der Substantia nigra. Erkrankte Personen zeigen Beugehaltung, Steifheit und Langsamkeit der Bewegung sowie rhythmisches Zittern der Glieder, wobei in sehr weit fortgeschrittenen Stadien der Krankheit häufig Dementia angetroffen wird.
Diese klinischen Symptome können durch die systemische Verabreichung von Dopamin-Vorläufern wie Levodopa (L-Dopa) (Calne et al. (1969) Lancet ii:973-976) oder Dopamin-Agonisten wie Bromocriptin (Calne et al. (1974) Bri. Med. J. 4:442-444) und (+)-4-Propyl-9-hydroxynaphthoxacin (de Yebenes et al. (1987) Movement Disorders 2:291-299) gebessert werden, die beide fähig sind, die Blut-Hirn-Schranke zu überwinden, und im Gehirn zu Dopamin umgewandelt werden. Dopamin selber kann wegen seiner Unfähigkeit, die Blut-Hirn- Schranke zu überwinden, nicht systemisch verabreicht werden.
Die Anwendung dieser Art von chemischer Therapie ist jedoch mit einer Reihe von Nachteilen verbunden. Beispielsweise werden auch andere neurologische Strukturen, die Dopamin als einen Neurotransmitter erkennen, beeinflußt. Außerdem wird es schwierig, die richtige Medikamentendosis über die Zeit zu verabreichen, weil das "therapeutische Fenster" enger wird (d. h., unmittelbar nach der Verabreichung ist der Patient überdosiert und zeigt exzessive spontane Bewegung; einige Zeit danach kann der Medikamentenpegel ungenügend werden, so daß der Patient erneut Parkinson-Symptome zeigt). Außerdem schließen die begrenzte Wirksamkeit und/oder Löslichkeit der meisten verfügbaren Dopamin-Agonisten kontinuierliche in vivo Infusionen als Mittel zur Verringerung von motorischen Defiziten bei Parkinsonismus aus. Was also benötigt wird, ist ein Verfahren zur kontinuierlichen oder aufbauenden Abgabe eines nicht abgebauten, aktiven Neurotransmitters an einen lokalisierten Zielbereich, der einen Mangel dieses Neurotransmitters aufweist.
Bei dem Versuch, eine kontinuierliche Zuführung von Dopamin und damit verwandten Medikamenten an das Gehirn mit einer kontrollierten Rate vorzusehen, wurden bereits osmotische Miniaturpumpen eingesetzt. Die begrenzte Löslichkeit und Stabilität von Dopamin und verwandten Medikamenten sowie die Reservoir-Beschränkungen haben jedoch die Brauchbarkeit dieser Technologie eingeschränkt. Eine kontrollierte Abgabe von Medikamenten wurde versucht durch Implantieren von Vorrichtungen, die ein Medikament aufwiesen, das in eine polymere Einrichtung eingelagert war (EP-A-0 290 891). Die kontrollierte Langzeitfreisetzung wurde auch versucht durch Implantieren von Dopamin, das in bioresorbierbaren Mikrokapseln eingekapselt war (McRae-Degueurce et al. (1988) Neurosci. Lett. 92:303-309). Die kontrollierte Langzeitfreisetzung eines Medikaments aus einem bioresorbierbaren Polymer basiert jedoch auf Volumen-Oberflächenerosion beispielsweise durch verschiedene hydrolytische Ereignisse, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Abbaus des Medikaments erhöht und die Erstellung von vorhersagbaren Freisetzungsraten erschwert wird.
Das Implantieren von Zellen, die fähig sind, den benötigten Neurotransmitter aufbauend zu produzieren, und zwar, wie berichtet wird, aufgrund von umgebungs- bzw. körpermilieubedingtem Bedarf, wurde ebenfalls versucht. Vor kurzem wurde die heilende Transplantation von Neurotransmitter-sekretierendem Gewebe unter Einsatz von Eigengewebe des Patienten durchgeführt, um keine Immunantwort hervorzurufen. Beispielsweise wurde Dopamin-sekretierendes Gewebe aus dem Nebennierenmark von an Parkinsonismus leidenden Patienten mit einigem Erfolg in ihr Striatum implantiert. Dieses Vorgehen wird aber nur bei Patienten angewandt, die jünger als 60 Jahre sind, weil die Nebenniere von älteren Patienten eventuell nicht genügend Dopamin-sekretierende Zellen enthält. Diese Einschränkung begrenzt die Brauchbarkeit des Verfahrens als ein Heilmittel, weil die Krankheit am häufigsten bei älteren Menschen auftritt.
Außerdem ist die Bauchchirurgie, die zur Entnahme von Teilen der Nebenniere durchzuführen ist, mit erheblichen Risiken verbunden. Ferner weiß man eigentlich nicht, ob die klinischen Symptome durch das Dopamin oder durch andere "Faktoren", die durch die implantierten Zellen erzeugt werden, oder das Trauma des chirurgischen Eingriffs selber gemildert werden. Tatsächlich wurden stereotaktische Operationen oder das Anbringen von präzise lokalisierten Läsionen im Gehirn bei jüngeren, weniger stark erkrankten Patienten ohne Transplantation vorgenommen, und dieses Vorgehen scheint eine ähnliche Besserung der Parkinson-Symptome zu ergeben. Das Verfahren ist aber risikoreich, und unter Neurochirurgen ist man immer noch verschiedener Auffassung in bezug auf die beste Art der Anbringung der Läsion und ihrer idealen Lage.
Alternativen zu der Transplantation des Gehirngewebes eines Patienten umfassen auch die Transplantation von Dopaminsekretierendem Gewebe, das entweder ein Allotransplantat (identisches Gewebe von einem Individuum der gleichen Art) oder ein xenotransplantat (ähnliches Gewebe von artfremder Herkunft) ist. Neuere Untersuchungen zeigen jedoch, daß zwar das Gehirn als "immunprivilegiert" angesehen wird, daß aber sowohl mit Allo- als auch mit Xenotransplantaten schließlich eine Abstoßung erfolgt. Dieses Problem macht die gleichzeitige Verabreichung von Immunsuppressoren notwendig, deren Einsatz mit einem eigenen Kreis von Komplikationen und schädlichen Nebenwirkungen verbunden ist.
Es besteht daher ein Bedarf für verbesserte Therapien bei Neurotransmitter-Mangelkrankheiten im allgemeinen und speziell ein Bedarf für neurologische Therapievorrichtungen, die die Funktionen von dysfunktionellen Neurotransmittererzeugenden Bereichen des Gehirns verbessern oder ersetzen können, ohne exzessives Trauma hervorzurufen. Insbesondere besteht ein Bedarf für ein Verfahren zur Abgabe von aktivem, nichtabgebautem Neurotransmitter an einen lokalisierten Bereich des Nervensystems eines Patienten, der einen Mangel dieses Neurotransmitters aufweist, wobei die korrekte Dosis desselben in aufbauender Weise über die Zeit abgegeben wird.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine implantierbare neurologische Therapievorrichtung bereitzustellen, die für die kontrollierte und Langzeit-Abgabe eines Neurotransmitters an einen Patienten brauchbar ist, und speziell eine Vorrichtung anzugeben, die Neurotransmitter an einen lokalisierten Bereich im Gehirn eines Subjekts abgeben kann.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine implantierbare Vorrichtung anzugeben, die Neurotransmitter enthält und diesen darin vor dem Abbau in vivo schützt, so daß er in einer aktiven Form an das Subjekt abgegeben wird. Eine andere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer implantierbaren Vorrichtung, die eine Menge von Neurotransmitter aufgrund von körpermilieubedingtem Bedarf in vivo abgeben kann. Eine weitere Aufgabe besteht in der Bereitstellung einer implantierbaren, schützenden Zellkultureinrichtung, die wieder entnehmbar ist und deren Inhalt mit neuer und/oder zusätzlicher Quelle von Neurotransmitter erneuerbar ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Es werden neurologische Therapievorrichtungen angegeben für die lokale und kontrollierte Abgabe eines Neurotransmitters an das Gehirn eines Subjekts, das an einem Neurotransmitter- Mangel oder einer -dysfunktion leidet. Es wurde gefunden, daß verschiedene polymere Materialien die Fähigkeit haben, verschiedene Substanzen vom "Effektor-Typ" wie Neurotransmitter und Wachstumsfaktoren vor Oxidation, Hydrolyse und Abbau zu schützen, wenn solche Substanzen darin eingebettet sind. Außerdem haben diese polymeren Materialien die Fähigkeit zur Langzeitfreisetzung der eingebetteten Substanz mit einer kontrollierten Rate. Es wurde vor kurzem außerdem gefunden, daß Zellen, die in eine schützende halbdurchlässige Membran eingekapselt und nicht in direktem Kontakt mit einem Zielgewebe sind, fähig sind, Neurotransmitter oder Wachstumsfaktor nach Maßgabe des Bedarfs der unmittelbaren Umgebung bzw. des Körpermilieus zu erzeugen.
Diese Entdeckungen wurden genutzt, um die neurologischen Therapievorrichtungen gemäß der Erfindung zu entwickeln. Eine solche Vorrichtung weist auf: eine biokompatible, implantierbare und wieder entnehmbare polymere Einlage, die eine Quelle eines Neurotransmitters enthält, wobei die Quelle mindestens eine Neurotransmitter-erzeugende Zelle aufweist; und eine Quelle von Wachstumsfaktor, die in enger Nähe zu den Neorotransmitter-erzeugenden Zellen angeordnet ist. Bei bevorzugten Ausführungsformen dieser Vorrichtung umfaßt die Quelle einen Neurotransmitter, der in die Einlage eingebettet ist. Die polymere Einlage schützt den darin eingebetteten Neurotransmitter vor Oxidation, enzymatischem Abbau und Hydrolyse. Sie kann jede Gestalt haben, die zur Abgabe von Neurotransmitter förderlich ist und von dem Empfänger aufgenommen werden kann. Bevorzugte Gestalten umfassen eine Faser oder einen Stab.
Brauchbare Neurotransmitter, die in die Einlage einzubetten sind, umfassen Gamma-Aminobuttersäure, Serotonln, Acetylcholin, Norepinephrin, Endorphine, Enkephaline und Dopamin. Alternativ können Vorläufer, Agonisten, aktive Analoga und wirksame Fragmente dieser Neurotransmitter (z. B. Dopamin- Vorläufer L-Dopa und Dopamin-Agonist Bromocriptin) eingesetzt werden.
Die polymere Einlage weist Poren auf, die einen Molekulargewichts-Ausschluß von ca. 1 kD bis ca. 1000 kD, aber bevorzugt von ca. 25 kD bis ca. 100 kD haben. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die polymere Einlage eine hydrophobe Matrix wie Ethylen-Vinylacetat-Copolymer auf. Bei einer anderen Ausführungsform weist die Einlage eine hydrophile Matrix wie etwa ein Hydrogel auf. Die Einlage kann außerdem einen undurchlässigen Bereich aufweisen, der bevorzugt durch eine äußere Beschichtung eines reinen polymeren Materials wie polyurethan oder Ethylen-Vinylacetat gebildet ist. Der undurchlässige Bereich kann dazu dienen, die Einlage als eine Leitung für Neurotransmitter oder eine sonstige darin eingebettete Substanz wirken zu lassen, und kann außerdem die Abgabe der Substanz an einen bestimmten anatomischen Bereich des Subjekts unterstützen.
Eine alternative neurologische Vorrichtung umfaßt eine wieder entnehmbare Quelle von Neurotransmitter und eine wieder entnehmbare Quelle von Wachstumsfaktor in enger gegenseitiger Nähe. Die Quelle von Neurotransmitter umfaßt mindestens eine Neurotransmitter-sekretierende Zelle, die in einer halbdurchlässigen Membran eingekapselt ist, um die Diffusion des Neurotransmitters durch sie zuzulassen.
Der hier verwendete Ausdruck "halbdurchlässig" soll biokompatible Membranen beschreiben, die die Diffusion von Molekülen mit relativ niedrigem Molekulargewicht zulassen, während sie gleichzeitig den Durchtritt solcher mit einem relativ hohen Molekulargewicht ausschließen.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung enthält die halbdurchlässige Membran des Behälters Poren mit einem Molekulargewichts-Ausschluß von ca. 50 kD bis ca. 100 kD. Diese Membran schließt den Durchtritt von großen Partikeln wie etwa solchen aus, die fähig sind, den Neurotransmitter abzubauen oder die Neurotransmitter-erzeugenden Zellen zu schädigen (z. B. Viren, Antikörper, Complement und verschiedene Proteasen). Die halbdurchlässige Membran kann aus verschiedenen polymeren Zusammensetzungen bestehen, beispielsweise aus einem Polyvinylchlorid, Polyacrylnitril, Polyvinylidenfluorid, Polystyrol, Polymethylmethacrylat, Polysulfon und Acryl-Copolymeren.
Die Neurotransmitter-sekretierende Zelle kann jede Zelle umfassen, von der bekannt ist, daß sie Neurotransmitter oder Agonisten, Vorläufer, aktive Analoga oder aktive Fragmente davon erzeugt, oder die zu deren Erzeugung manipuliert worden ist. Beispielsweise wirken chromaffine Zellen des Nebennierenmarks, embryonales ventrales Mittelhirngewebe und verschiedene Neuroblasten-Zellinien wie PC12 zur Abgabe von Dopamin und werden daher zum Einbau in die Vorrichtung bevorzugt. Bei einigen Aspekten der Erfindung ist die Zelle ein Allotransplantat (d. h. Zellen von einem anderen Individuum der gleichen Art wie das Subjekt, in das sie zu implantieren sind) oder ein Xenotransplantat (d. h. artfremde Zellen).
Die Quelle von Wachstumsfaktor ist so plaziert, daß sie ohne weiteres mit den in die halbdurchlässige Membran eingekapselten Neurotransmitter-sekretierenden Zellen in Kontakt gelangen kann. Der Wachstumsfaktor hält die Zell-Differenzierung aufrecht und/oder stimuliert die Erzeugung und Sekretion von Neurotransmitter. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Quelle von Wachstumsfaktor eine polymere Einlage mit darin eingebettetem Wachstumsfaktor auf. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Quelle mindestens eine Wachstumsfaktor-sekretierende Zelle, die in einer halbdurchlässigen Membran eingekapselt ist und die Diffusion des Wachstumsfaktors durch sie zuläßt. Der Wachstumsfaktor wird an die Neurotransmitter-sekretierenden Zellen abgegeben, während er aus der Einlage ausgelaugt wird oder durch die halbdurchlässige Membran diffundiert, nachdem er von den darin befindlichen Zellen sekretiert worden ist.
Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit bestimmten gezeigten Ausführungsformen beschrieben. Es ist jedoch ersichtlich, daß verschiedene Modifikationen, Zusätze und Abstriche vorgenommen werden können, ohne vom Rahmen oder Geist der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise sollte die Erfindung nicht so interpretiert werden, daß sie eine bestimmte Vorrichtungsgestalt, ein bestimmtes Material, einen bestimmten Neurotransmitter oder Wachstumsfaktor oder eine bestimmte Zellinie, die beispielhaft oder zur Veranschaulichung beschrieben werden, benötigt oder darauf beschränkt ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Das Verständnis der Erfindung ergibt sich im einzelnen aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen; die Zeichnungen zeigen in:
Fig. 1A
bis 1C schematische Darstellungen einer implantierbaren neurologischen Therapievorrichtung gemäß mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein Diagramm der kumulativen Freisetzungskinetik in vitro von acht Dopamin/Ethylen-Vinylacetat- Einlagen;
Fig. 3 ein Diagramm, das das Drehverhalten von Tieren nach der Implantierung von Dopamin enthaltenden neurologischen Therapievorrichtungen zeigt;
Fig. 4 ein Diagramm, das extrazelluläre Dopaminpegel im Hirn von Tieren zeigt, die akut implantierte, Dopamin enthaltende neurologische Therapievorrichtungen haben;
Fig. 5 ein Diagramm, das den extrazellulären Dopaminpegel im Hirn von drei Tieren mit einer implantierten Dopamin enthaltenden neurologischen Therapievorrichtung sieben Tage nach der Implantierung zeigt; und
Fig. 6 eine fotografische Darstellung einer REM-Aufnahme einer Dopamin/Copolymer-EVAc-Einlage, die Dopaminpartikel zeigt, die durch die Polymermatrix verteilt sind, und zwar (A) vor der Implantierung und (B) nach der Implantierung.

Genaue Beschreibung der Erfindung

Neurologische Therapievorrichtungen werden angegeben für die aufbauende und kontrollierte Abgabe eines Neurotransmitters, eines Vorläufers, Agonisten, aktiven Fragments oder aktiven Analogons davon an einen Zielbereich eines Subjekts, das an einer neurologischen Dysfunktion leidet.
Beispielhafte Ausführungsformen der neurologischen Therapievorrichtung der Erfindung sind in den Fig. 1A-1C gezeigt, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche oder im wesentlichen gleiche Elemente in den verschiedenen Darstellungen bezeichnen. Fig. 1A ist eine Vorrichtung mit einer implantierbaren, biokompatiblen polymeren Einlage, in der der Neurotransmitter eingebettet enthalten ist. Die Vorrichtung 100 hat eine zylindrische Kappe 20 mit Nuten 22 an ihren Seiten und eine polymere Einlage 30, die darin eingebetteten Neurotransmitter enthält. Die Einlage hat einen durchlässigen Bereich 32, einen undurchlässigen Bereich 34 und ein Ende 36. Neurotransmitter kann durch den durchlässigen Bereich 32, nicht jedoch durch den undurchlässigen Bereich 34 diffundieren.
Die Einlage der Neurotherapie-Vorrichtung wirkt als eine Leitung für die Quelle von Neurotransmitter oder Wachstumsfaktor sowie als gerichteter Durchgang zu dem anatomischen Bereich oder dem spezifischen Gewebe, das eine Behandlung benötigt. In Fig. 1A hat die Einlage die Gestalt eines Stabs. Es ist jedoch zu beachten, daß die Einlage jede Gestalt haben kann, die die Quelle von Neurotransmitter aufnehmen kann, ohne daß in dem Subjekt bei der chirurgischen Implantierung unnötiges Trauma verursacht wird.
Die neurologische Therapievorrichtung der Fig. 1B und 1C enthält eine Quelle von Neurotransmitter und eine Quelle von Wachstumsfaktor in enger Nachbarschaft. Die Vorrichtung 200 von Fig. 1B weist eine Einlage 30 auf, die darin eingebetteten Wachstumsfaktor enthält, und weist ferner eine halbdurchlässige Membran 50 auf, die darin eingekapselte Neurotransmitter-sekretierende Zellen 52 enthält. Die Membran 50 ist als U-Röhrchen ausgebildet. Es ist aber zu beachten, daß die halbdurchlässige Membran alternative Formen haben kann, die die Zellen aufnehmen können, beispielsweise kann sie als ein hohler Stab, ein Sack oder eine Vielzahl von Fasern ausgebildet sein.
Das U-Röhrchen 50 kann durch das Ende 26 oder 28 mit Zellen beladen werden. Die Enden 26 und 28 können reversibel mit im Reibsitz angebrachten Kappen 40 oder alternativ mit einem Epoxidkleber oder Fadenmaterial aus einem biokompatiblen und nichtresorbierbaren Material verschlossen sein. Bei der Vorrichtung 300 von Fig. 1C ist die halbdurchlässige Membran 50, die Neurotransmitter-sekretierende Zellen 52 enthält, von der stabförmigen halbdurchlässigen Membran 54 begleitet, die darin eingekapselte Wachstumsfaktor-sekretierende Zellen 56 enthält.
Der als Zielbereich für die Implantierung der neurologischen Therapievorrichtung vorgesehene Bereich ist bevorzugt das Gehirn, da es häufig der Ort vieler neurologischer Mangelerscheinungen und Dysfunktionen ist. Die Vorrichtungen 100, 200 und 300 können in das Gehirn chirurgisch so eingepflanzt werden, daß der durchlässige Bereich 32 der Einlage 30 oder die halbdurchlässige Membran 50 und 54 in unmittelbarem Kontakt mit Gehirngewebe und -flüssigkeiten ist. Nach dem Implantieren kann die zylindrische Kappe 20 dauerhaft am Schädel befestigt werden, indem sie beispielsweise eingeschraubt wird, und außerdem durch Aufbringen eines Klebstoffs oder eines Zements wie etwa Dentalzement auf die Kappe an der Verbindungsstelle zwischen Schädel und Kappe.
Wenn der Vorrat an Neurotransmitter oder Wachstumsfaktor in der Einlage 30 erschöpft ist, kann die Einlage entfernt und ausgewechselt werden. Die Entnahme der implantierten Einlage 30 kann erfolgen, indem sie aus der Kappe 20 beispielsweise mit einer Zange herausgezogen wird, nachdem die Vorrichtung freigelegt ist. Die Kappe 20 kann direkt unter dem Deckgewebe des Patienten positioniert sein. Die Einlage 30 kann durch eine neue Einlage ersetzt werden, wenn zusätzliche Neurotransmitter-Therapie erforderlich ist. In der halbdurchlässigen Membran 54 (Fig. 1C) eingekapselte Zellen können ebenfalls wieder entnommen werden, falls die Zellen aufhören, Neurotransmitter oder Wachstumsfaktor zu erzeugen, absterben oder nicht mehr benötigt werden, um die neurologische Dysfunktion zu korrigieren. Zellen in der Membran 50 können erneuert werden, indem die Zellen aus dem Ende 26 oder 28 durch Druck- oder Saugwirkung beispielsweise unter Verwendung einer Injektionsspritze entfernt werden.
Der durchlässige Bereich 32 der Einlage 30 wird an oder nahe dem Zielbereich implantiert, während der undurchlässige Bereich 34 den Neurotransmitter oder Wachstumsfaktor innerhalb der Grenzen der Einlage einschließt. Der durchlässige Bereich 32 weist ein polymeres Material auf, das Poren einer bestimmten Größe hat (d. h. das einen bestimmten Molekulargewichts-Ausschluß hat), die einige Moleküle vom Durchtritt ausschließen, während sie anderen den Durchtritt gestatten. Auf diese Weise wird die Diffusion von Neurotransmitter aus der Einlage zum Zielbereich oder von Wachstumsfaktor zu den Neurotransmitter-erzeugenden Zellen zugelassen, während gleichzeitig der Durchtritt von größeren schädlichen Elementen wie Viren, Antikörpern, Complement und diversen Proteasen wirkungsvoll unterbunden wird. Beispielsweise sind Einlagen mit Poren mit einem Molekulargewichts-Ausschluß von ca. 1 kD bis ca. 1000 kD brauchbar, wobei solche mit Poren mit einem Molekulargewichts-Ausschluß von ca. 25 kD bis ca. 100 kD besonders bevorzugt werden.
Die Einlage kann aus jedem biokompatiblen Material bestehen, das die gewünschte Porengröße hat und aus Materialien zusammengesetzt ist, die die Wirksamkeit der darin eingebetteten Substanz nicht einschränken. Hydrophile Matrizen wie etwa Hydrogele (z. B. Hydroxyethylmethacrylat, Polyvinylalkohol und Polyvinylpyrrolidon) und hydrophobe Matrizen wie etwa Ethylen-Vinylacetat sind besonders brauchbar.
Die neurologische Therapievorrichtung kann jeden Neurotransmitter abgeben, der den Mangel befriedigt oder die Dysfunktion heilt. Diese umfassen Gamma-Aminobuttersäure, Serotonin, Acetylcholin, Epinephrin, Norepinephrin, Dopamin, Enkephaline und Endorphine. Alternativ kann die Vorrichtung ein aktives Analogon, ein aktives Fragment oder ein aktives Derivat des Neurotransmitters liefern oder einen Vorläufer aufweisen, der nach Aufbereitung die gleiche Wirksamkeit wie der Neurotransmitter in der geeigneten Stelle in vivo liefert. Die Vorrichtung kann ferner einen Agonisten des Neurotransmitters aufweisen.
Eine Art des Vorsehens der Quelle von Neurotransmitter umfaßt den Einbau desselben in die polymere Einlage. Das Einkapselungsmaterial liefert eine schützende Umgebung für Substanzen wie Neurotransmitter oder Zellwachstumsfaktoren, die darin eingebettet sind, während gleichzeitig eine Langzeitfreisetzung der Substanz mit kontrollierter Rate daraus zugelassen wird. Beispielsweise wird durch die Verwendung einer polymeren Einlage, die aus hydrophoben Matrizen besteht, der Abbau von Neurotransmitter durch Hemmung der Oxidation und Hydrolyse des darin eingekapselten Neurotransmitters vermindert.
Ein beispielhaftes Verfahren zum Einbau der Effektor-Substanz (z. B. Neurotransmitter oder Wachstumsfaktor) in die Einlage umfaßt die Herstellung des Polymers aus einem Gemisch oder Komplex des polymeren Materials und der Substanz. Beispielsweise kann ein hydrophobes Material wie Ethylen- Vinylacetat(EVAc)-Copolymer in einem Lösungsmittel gelöst werden, dem ein Lyophilat eines Neurotransmitters wie etwa Dopamin zugefügt werden kann. Das Gemisch wird bewegt und durch Extrudieren aus einer Schmelze zu der gewünschten Gestalt geformt. Beim Abkühlen des Gemischs wird eine feste polymere Matrix gebildet, die durch die gesamte Matrix eingebetteten Neurotransmitter enthält (siehe Fig. 6). Kontakt der hydrophilen Matrix mit der wäßrigen Umgebung verursacht das langsame Auslaugen von Neurotransmitter daraus und führt zu der Ausbildung von Mikroporen durch die gesamte Matrix der Einlage.
Die Konzentration von dem hydrophoben Matrixmaterial Zugefügtem Neurotransmitter ist ein Faktor, der die Freisetzungsrate des Neurotransmitters bestimmt; je mehr Neurotransmitter eingebaut wird, umso höher ist die Freisetzungsrate. Die Teilchengröße des in das Matrixmaterial eingebauten Neurotransmitters ist eine weitere Variable; je größer die Teilchengröße, um so höher ist die Freisetzungsrate.
Die Freisetzung von Wachstumsfaktor aus einer polymeren Einlage kann durch die Menge von gleichzeitig eingebettetem Carrier-Protein kontrolliert werden; je mehr Carrier-Protein eingebettet wird, umso höher ist die Freisetzungsrate des Wachstumsfaktors. Das Verhältnis von Wachstumsfaktor zu Carrier-Protein hängt jedoch von den Wachstumsfaktorpegeln ab, die in der physiologischen Umgebung innerhalb eines therapeutischen Bereichs wirksam sind. Ein brauchbares Carrier-Protein ist eines, das die Fähigkeit hat, sich leicht aufzulösen, während es sich in der Matrix befindet, und die Fähigkeit hat, aus der Matrix auszulaugen. Mikroporen, durch die Wachstumsfaktor ausgelaugt werden kann, werden in der Matrix erzeugt, wenn das Carrier-Protein durch die wäßrige Umgebung gelöst wird. Ein solches Carrier- Protein ist Rinderserumalbumin (scheinbares Molekulargewicht = ca. 69 kD).
Die Freisetzungsrate kann auch durch die Menge von reinem, undurchlässigem polymerem Material kontrolliert werden, das die Einlage mit eingebetteter Effektor-Substanz überzieht; je mehr (oder je dicker die) Überzüge, umso niedriger ist die Freisetzungsrate. Materialien wie Polyurethan oder reines Ethylen-Vinylacetat sind für diesen Zweck besonders brauchbar.
Alternative Methoden zum Einbau der Quelle von Neurotransmitter umfassen das Vorsehen von Neurotransmitter-erzeugenden Zellen, begleitet von einer Quelle von Wachstumsfaktor, der in großer Nähe dazu positioniert ist. Bei dieser Ausführungsform dient eine halbdurchlässige Membran als schützende Zellkultureinrichtung für die Neurotransmittersekretierenden Zellen. Die Poren der Membran sollten ausreichend groß sein, um den Austausch von Stoffwechselprodukten mit Körperflüssigkeiten zu ermöglichen und die Diffusion von Neurotransmitter, der durch die darin befindlichen Zellen erzeugt wird, durch sie zuzulassen, jedoch ausreichend klein, um den Durchgritt größerer Elemente, die für die Zellen schädlich sind, zu blockieren. Poren mit einem Molekulargewichts-Ausschluß von ca. 50 kD bis 100 kD sind für diesen Zweck besonders gut geeignet.
Die halbdurchlässige Membran kann jede brauchbare Gestalt haben, beispielsweise U-Röhrchen, Hohlfaser, Zellsack oder -behälter oder Mikrokapsel. Wenn die Quelle von Wachstumsfaktor Wachstumsfaktor-erzeugende Zellen aufweist, werden auch sie in einer Membran eingekapselt, die den Austausch von Stoffwechselprodukten, die Erzeugung und Diffusion von Wachstumsfaktor, die Zellenerhaltung und das Wachstum (durch die Membrangrenzen begrenzt) zuläßt. Hinsichtlich einer weiteren Erläuterung solcher Einrichtungen wird auf die eigene internationale Anmeldung PCT/US88/04092 (WO 89/04655) verwiesen, auf deren Offenbarung hier Bezug genommen wird.
Alle Zellen, die den gewünschten Neurotransmitter oder Wachstumsfaktor sekretieren, können in die Vorrichtung eingebaut werden. Beispielsweise kann es sich um Zellen handeln, die den Neurotransmitter natürlich erzeugen, z. B. Neuronen. Solche Zellen sind nützlich, weil sie fähig sind, auf die allgemeine Umgebung anzusprechen, indem sie Neurotransmitter dann erzeugen, wenn er gebraucht wird. Die Zellen können aus einer Reihe von Quellen erhalten werden, etwa einem Körperorgan, das normalerweise einen bestimmten Neurotransmitter in vivo sekretiert. Beispielsweise können Gewebe des embryonalen ventralen Mittelhirns und des Nebennierenmarks (chromaffine Zellen), die normalerweise Dopamin erzeugen, eingesetzt werden. Diese Gewebe können ein Allooder ein Xenotransplantat sein. Alternativ kann die Zelle aus verschiedenen gezüchteten Neuroblasten-Zellinien wie etwa PC12 erhalten werden.
Ferner kann auch jede Zelle eingesetzt werden, die einen Vorläufer, einen Agonisten, ein aktives Analogon oder aktives Fragment eines gewünschten Neurotransmitters oder Wachstumsfaktors mit gleichartiger Neurotransmitter-Wirksamkeit sekretiert, und zwar einschließlich z. B. Zellen, die L- Dopa, einen Vorläufer von Dopamin, oder Bromocriptin, einen Dopamin-Agonisten, sekretieren.
Ferner sind für die praktische Anwendung der Erfindung auch alle Zellen brauchbar, die genmanipuliert sind, um einen Neurotransmitter oder Wachstumsfaktor zu exprimieren, oder ihre Agonisten, Vorläufer, Derivate, Analoga oder Fragmente davon, die gleichartige Effektor-Wirksamkeit haben. Nach einer Methode wird dabei das Gen, das den Neurotransmitter oder sein Analogon oder seinen Vorläufer codiert, entweder aus einer Zellinie isoliert oder durch DNA-Manipulation konstruiert. Das Gen kann dann in ein Plasmid eingebaut werden, das seinerseits zur Expression in eine Zelle wie etwa einen Fibroblasten transfiziert wird. (Siehe z. B. Maniatis et al., Molecular Cloning (1982), auf das hier für die weitere Erläuterung von Klonierungsvehikeln und Genmanipulationsverfahren Bezug genommen wird.) Die Zellen, die den Neurotransmitter exprimieren, können in vitro gezüchtet werden, bis eine geeignete Dichte erreicht ist.
Danach können die Zellen aus dieser Kultur in die neurologische Therapievorrichtung eingebracht werden, indem ein Bereich der bereits implantierten halbdurchlässigen Membran über eine an der Hautoberfläche liegende Öffnung damit geimpft wird. Alternativ können kleine Gewebsfragmente oder Kulturaggregate vorher in eine halbdurchlässige Umkapselungsmembran eingebracht werden, die dann in das Subjekt implantiert wird.
Verschiedene "Wachstumsfaktoren", die die Fähigkeit haben, Zellwachstum, Differenzierung und/oder Neurotransmitter- Sekretion zu stimulieren, können gleichzeitig mit den Neurotransmitter-sekretierenden Zellen implantiert werden, um eine erfolgreiche Abgabe von Neurotransmitter an das Subjekt zu gewährleisten. Diese Wachstumsfaktoren können für einen Zelltyp spezifisch sein, oder sie können eine allge-meine Auswirkung auf eine Reihe von verschiedenen Geweben haben. Im Fall von Neurotransmitter-erzeugenden Zellen wie etwa Neuronen können Wachstumsfaktoren wirksam sein, um die Neurotransmitter-Erzeugung zu unterhalten, und außerdem die Erhaltung und das Wachstum von Zellen fördern. Alternativ können Wachstumsfaktoren Nervenzellen in einem differenzierten Zustand halten. Brauchbare Zellwachstumsfaktoren umfassen, als Auswahl unter vielen, Nervenwachstumsfaktor (NGF), Fibroblastenwachstumsfaktor (FGF), aus Thrombozyten abgeleiteten Wachstumsfaktor (PDGF) und epidermalen Wachstumsfaktor (EGF). Außerdem können auch Effektoren von verschiedenen Membranrezeptoren wie Glutamat und Nicotin brauchbar sein.
Der Wachstumsfaktor kann in die Vorrichtung mit den Neurotransmitter-erzeugenden Zellen eingebaut werden, indem er in die polymere Matrix der Einlage eingebettet und in dem Behälter mit den Zellen plaziert wird. Der eingebettete Wachstumsfaktor wird aus der Einlage langsam in den Behälter ausgelaugt und wirkt dabei beispielsweise dahingehend, daß der differenzierte Zustand der Zellen darin aufrechterhalten wird, so daß sie fortfahren, Neurotransmitter zu erzeugen.
Die Umkapselungsmembran der Zellen, falls vorhanden, stellt kein Hindernis dar, weil sie für den Wachstumsfaktor durchlässig ist. Diese Einlage kann aus dem Behälter entfernt und ausgetauscht werden, wie oben beschrieben wurde.
Alternativ können Wachstumsfaktor-erzeugende Zellen wie etwa Hippocampus-Zellen oder Fibroblasten, die manipuliert sind, um NGF zu erzeugen (siehe beispielsweise Rosenberg et al. (1988) Science 242:1575-1578), eingekapselt und nahe den Neurotransmitter-sekretierenden Zellen wie oben beschrieben implantiert werden.
Die folgenden, nicht-einschränkenden Beispiele verdeutlichen bevorzugte Merkmale der Erfindung.

BEISPIEL I

Experimentelles Modell

Junge erwachsene (200-225 g) männliche Sprague-Dawley-Ratten (Charles River Laboratory, Wilmington, MA) wurden durch intramuskuläre Injektion eines 87/13 mg/kg-Gemischs von Ketamin (Ketalar*)/Xylazin (Rompun*) betäubt. Stereotaktische Injektionen von 6-OHDA (12 mg 6-OHDA in 6 µl 0,9 % Kochsalzlösung mit 0,05 mg/ml Ascorbinsäure) wurden in den anteromedialen Bereich der Substantia nigra (Koordinaten: -2,9 mm Bregma, 2,3 mm lateral und 8,1 mm tief zu der Dura, wobei der Schneidsteg auf 5,0 über der intraauralen Linie eingestellt war) durchgeführt. Zwei Wochen nach der Läsion wurde das Drehverhalten unter Anregung durch Apomorphin (APO) (0,05 mg/kg s.c.) ausgewertet. Das Verhalten wurde sowohl in einem offenen Feld als auch einem modifizierten Ungerstedt-Rotometer im wesentlichen gemäß der Beschreibung von Ungerstedt et al. (Brain Res. (1970) 24:485-493) charakterisiert. Tiere, die innerhalb eines 40-Minuten-Testzeitraums mehr als acht Drehungen/min zeigten, wurden für die Untersuchung ausgewählt. Gruppen von drei Tieren wurden in Kunststoffkäfigen mit einem zwölfstündigen Licht-Ein/Aus- Zyklus bei unbeschränkt verfügbarem Futter und Wasser untergebracht.

BEISPIEL 2

Intrakranielle Kanüleneinführung

Sechzehn Tiere erhielten intrastriäre Vorrichtungen aus 9,5 mm langen (Innendurchmesser 0,85 mm), halbdurchlässigen rohrförmigen Einlagen eines Polyvinylchlorid-Acryl-Copolymers (AC) mit einem Molekulargewichts-Ausschluß von 50 kD. Das distale Ende der Einlage wurde mit einer Lösung des gleichen Acryl-Copolymers verschlossen. Die ersten 6 mm vom offenen Ende der Einlage wurden mit einer Polyurethanlösung beschichtet, wodurch dieser Bereich undurchlässig gemacht und damit der Fluidaustausch zum Striatum begrenzt wurde.
Sterilisierte Therapievorrichtungen wurden stereotaktisch in das Striatum eingesetzt (+0,3 mm Bregma, 2,7 mm lateral bis zur Mittellinie und 8,0 mm tief bis zur Dura). Nach dem Implantieren wurden die Therapievorrichtungen durch gleichbeabstandetes Plazieren von 2 Knochenschrauben im Schädel befestigt, was eine Verankerung für Dentalzement ergab. Die proximale Öffnung wurde mit einem AC-Klebstoff verschlossen. Die Therapievorrichtung verblieb in vivo für die Dauer der Untersuchung.
Die Implantierung von leeren striären Therapievorrichtungen rief bei keinem der Tiere neue neurologische Defizite hervor. Zum Zeitpunkt der Implantierung der Acryl-Copolymer- Einlagen wurde die proximale Kappe der Therapievorrichtung hermetisch mit dem Rohr verschmolzen. Nach dem Entfernen der Kappe wurde das Lumen der Vorrichtung mit einer keine Zellen enthaltenden klaren Flüssigkeit gefüllt.

BEISPIEL 3

Herstellung von Dopamin-freisetzenden Einlagen

Ethylen-Vinylacetat-Copolymer(EVAc)-Harz (40 Gew.-% Vinylacetat, Elvax 40w, DuPont, Inc., Wilmington, DE) wurde 20mal in destilliertem Wasser und 95 % Ethanol gewaschen, um Verunreinigungen zu entfernen. Gereinigtes EVAc wurde anschließend in Methylenchlorid gelöst, um eine 10 % (Gew.-/Vol.) Lösung herzustellen. Dopamin (Sigma, St. Louis, MO) wurde in einem Mörser zu feinem Pulver zerstoßen, auf 50 µm gesiebt und der EVAc-Lösung auf eine Endkonzentration von 20 % Dopamin zu EVAc (Gew.-%) zugegeben. Die Dopamin/EVAc-Lösung wurde für 5 min mit Ultraschall beschallt, in einem Wirbelmischer für 15 min bewegt und in flüssigem Stickstoff rasch abgekühlt, um eine feste Matrix mit fixierten Dopaminpartikeln zu bilden. Das Methylenchlorid wurde durch Lyophilisierung entfernt.
Stränge mit einem Durchmesser von 0,5 mm wurden bei einer Temperatur von 55 ºC unter Druck extrudiert und zu 8 mm langen Stäben zerschnitten. Um die Dopaminfreisetzung zu verzögern, wurden drei Beschichtungen von 10 % EVAc auf jeden Stab durch wiederholtes Eintauchen aufgebracht, was in Stäben mit einem Enddurchmesser von 0,7 mm resultierte. Die Verteilung von Dopaminpartikeln in dem EVAc wurde mittels REM (AMRay-1000A, Lico, Inc., Bedford, MA) analysiert.

BEISPIEL 4

Freisetzungs-Kinetik in vitro

Die in vitro Freisetzungs-Kinetik wurde untersucht, indem ein 0,7 x 8 mm langer Stab in 1 ml von 0,9 % physiologischer Kochsalzlösung mit 0,05 mg/ml Ascorbinsäure (+) oder (-) 20 % Dopamin in einzelnen Nährböden bei 37 ºC inkubiert wurde. Täglich zu einem bestimmten Zeitpunkt wurde das Fluid gesammelt und seine Konzentration mittels Hochdruckflüssig- Chromatographie (HPLC) mit einem elektrochemischen Detektor gemessen. Das verwendete System enthielt ein Lösungsmittelabgabe-Modul Modell 5700 und einen elektrochemischen Multi- Elektroden-Detektor Coulochem Modell 5100A (ESA, Bedford, MA). Eine 20 µl-Teilmenge jeder Probe wurde auf die Säule (CA-HR 80; ESA) ohne Probenvorbehandlung injiziert. Die mobile Phase enthielt 0,05 M NaPO&sub4;, 0,2 M EDTA, 212 mg/l Heptansulfonsäure und 3 % Methanol bei einem pH von 2,6. Die Gesamtdurchlaufzeit betrug ungefähr 8 min. Die Konzentration jeder Verbindung wurde durch Vergleich mit der Spitzenhöhe von serienmäßigen verdünnten Standards, die mit jedem Assay durchgeführt wurden, bestimmt. Die Dopamin-Nachweisgrenze des verwendeten chromatographischen Systems war 50 pg.
Die Nährböden wurden nach jeder Messung mit frischer Kochsalz/Ascorbat-Lösung aufgefüllt. Die Dopamin-Freisetzung wurde als kumulative prozentuale Freisetzung berechnet.
Fig. 2 zeigt die kumulative Dopamin-Freisetzung von acht 0,7 x 8 mm 20 % Dopamin/EVAc-Stäben in 0,9 % physiologischer Kochsalzlösung mit 0,05 mg/ml Ascorbinsäure bei 37 ºC über 17 Tage (Fig. 2). Der Gesamt-Dopamingehalt vor den Freisetzungsuntersuchungen betrug 340 +/- 25 mg je Stab.

BEISPIEL 5

Untersuchungen in vivo

Erfolgreich operierte Tiere mit striären Therapievorrichtungen wurden betäubt und in einen stereotaktischen Apparat verbracht. Nach Mittellinien-Schnitt wurde die proximale Kappe auf der Therapievorrichtung lokalisiert und entfernt, und ein 20 % Dopamin/EVAc-Einlagenstab wurde in der Kappe der Vorrichtung plaziert. Das proximale Ende der Vorrichtung wurde erneut mit dem AC-Klebstoff abgedichtet. Der Hautverschluß erfolgte mit 6-0 Monofilament-Nylon (Ethicon, Inc., Somerville, NJ).
Das Drehverhalten wurde unter Anregung durch Apomorphin (0,05 mg/kg) 7 und 14 Tage nach der Beladung mit Dopamin/ EVAc bewertet. Der Dopamin/EVAc-Stab wurde dann aus dem Behälter unter Betäubung mit Methoxyfluoran am 14. Tag entfernt. Das Verhalten wurde zwei und vier Wochen danach analysiert.
Während der ersten Stunden nach der Implantierung rotierten die Tiere, die Dopamin/EVAc-Einlagen erhalten hatten, spontan kontralateral zu der Einpflanzungsseite, wogegen Tiere, die Kontroll-Einlagen erhalten hatten, kein solches Verhalten zeigten. Fig. 3 faßt die Auswirkung der APO-Anregung vor, während und nach der Implantierung einer 20 % Dopamin/ EVAc-Einlage im Vergleich mit Kontroll-Tieren, die nur EVAc- Einlagen erhalten hatten, zusammen. Die Kontroll-Tiere zeigten eine leichte Besserung des Drehverhaltens 7 Tage nach der Implantierung mit einer Rückkehr zu Vor-Implantierungs- Werten zu allen folgenden Zeitpunkten. Versuchstiere zeigten eine statistisch signifikante Abnahme des Drehverhaltens sowohl am Tag 7 als auch am Tag 14 nach der Implantierung (30,1 % am Tag 7 und 82,6 % am Tag 14). Zwei Wochen nach dem Entfernen der Dopamin freisetzenden Einlage nahm das Drehverhalten wieder zu, so daß am 42. Tag kein statistischer Unterschied zwischen der Kontroll- und der Versuchsgruppe verblieb.

BEISPIEL 6

Dopamin-Bestimmung

Die bei diesen Versuchen verwendeten Mikrodialyse-Sonden bestanden aus halbdurchlässigen AC-Röhrchen (600 µm Innendurchmesser, 8 mm Länge, Molekulargewichts-Ausschluß 50 kD), die durch ein Trockenstrahl-Naßspinnverfahren mit Phasenumkehrung hergestellt waren (de Yebenes et al. (1987) Movement Disorders 2:291-299). Einige Stunden vor dem Versuch wurde die Dialysesonde-Rückgewinnung bestimmt, indem die Sonde in ein Becherglas mit künstlichem zerebrospinalem Fluid (CSF) (150 mmol Na+, 1,4 mmol Ca&spplus;&spplus; , 0,8 mmol Mg&spplus;&spplus;, 1,0 mmol PO&sub4;, 155 mmol Cl-, pH 7,4) eingebracht wurde, das bekannte Konzentrationen von Dopamin, DOPAC und DHBA von 800 pg/20 ml mit 1 mg Ascorbinsäure in einer 100 ml-Lösung enthielt. Die Dopaminkonzentration wurde mittels HPLC mit einem elektrochemischen Detektor (EC) bestimmt. Das verwendete System umfaßte ein Lösungsmittelabgabe-Modul Modell 5700 (ESA, Bedford, MA) und einen elektrochemischen Multi- Elektroden-Detektor Coulochem Modell 5100A (ESA, Bedford, MA). Die relative Rückgewinnung der Dialysatsonden war 24-29 % bei Raumtemperatur. Dialysatwerte werden als pg pro 20minütiger Sammelperiode aufgezeichnet.
Für Analysen in vivo wurde eine Dialysesonde stereotaktisch nahe dem vorher implantierten Behälter in dem Ratten- Striatum angebracht. Das Tier wurde wie vorher beschrieben betäubt. Künstliches CSF wurde während des gesamten Experiments mit einer Durchflußrate von 2,5 ml/min durch die Sonde gepumpt. Das Dialysat wurde in 20-Minuten-Abständen in Röhrchen aufgefangen, die 5 ml 1,1 N Perchlorsäure enthielten. Die Probe wurde sofort mittels HPLC-EC analysiert.
Nach dem Sammeln einer Reihe von Proben, um eine Extrazellularflüssigkeit (ECF)-Dopamin-Uberlaufgrundlinie zu bestimmen, wurde eine 20 % Dopamin/EVAc-Einlage in der Therapievorrichtung angeordnet. Dialyseproben wurde in 20-Minuten- Intervallen nach der Implantierung gesammelt, um zu bestimmen, ob die ECF-Dopaminpegel durch die Dopamin-freisetzende Einlage beeinflußt wurden. Die Dopaminpegel wurden bei 3 Tieren sofort nach der Implantierung der Dopamin-EVAc-Einlagen und bei den 3 restlichen Tieren 7 Tage nach der Implantierung bestimmt.
Eine Teilmenge von 20 ml jeder Probe wurde auf die Säule (CA-HR 80, ESA) ohne Probenvorbehandlung aufgegeben. Die mobile Phase enthielt 0,05 M NaPO&sub4;, 0,2 M EDTA, 212 mg/l Heptansulfonsäure und 3 % Methanol bei einem pH von 2,6. Die Gesamtdurchlauf zeit mit Auflösung von Dopamin und DOPAC war ungefähr 11 min. Die Konzentration jeder Verbindung wurde durch Vergleich mit der Spitzenhöhe von seriellen verdünnten Standards bestimmt, die mit jedem Assay durchliefen.
Wie Fig. 4 zeigt, waren Dopaminpegel in der Extrazellularflüssigkeit von Läsionen aufweisendem Striatum durch Mikrodialyse beständig nicht nachweisbar. Zwanzig Minuten nach der Implantierung einer 20 % Dopamin-freisetzenden EVAc- Polymereinlage wurden hohe Dopaminwerte rückgewonnen. Die Dopaminwerte blieben während der nächsten 80 min erhöht. In einem mit Läsion versehenen Striatum, das sieben Tage nach der Implantierung von Dopamin/EVAc untersucht wurde, war die extrazelluläre striäre Dopaminkonzentration im Dialysat mit den Werten vergleichbar, die bei dem Akutexperiment nach Fig. 5 beobachtet wurden. Histologisch wurde gefunden, daß die Mikrodialysesonden 300-500 µm von den Vorrichtungen entfernt lagen.

BEISPIEL 7

Histologie

Nach Beendigung der Untersuchung wurden tief betäubte Tiere transkardial perfundiert. Das Gehirn wurde entfernt, und 25 µm dicke Schnitte wurden auf einem Gefrier-Schlittenmikrotom (AO Reichert Modell 976 C, Österreich) hergestellt und entweder direkt auf gläserne Objektträger, die mit 3- Aminopropyltriethoxysilan beschichtet waren, aufgebracht oder direkt in Trispuffer getaucht. Ausgewählte Schnitte wurden mit Kresylviolett für Nissl-Schollen eingefärbt. Diese histologische Analyse zeigte eine gleichbleibende Anordnung des Behälters in dem Striatum.
Andere Schnitte wurden für die immun-zytochemische Lokalisierung von Tyrosinhydroxylase (TH) unter Anwendung des Avidin-Biotin-Verfahrens behandelt. Gehirnschnitte wurden 2 Tage bei 4 ºC in primärem TH-Antiserum (Eugene Tech, Allendale, NJ) inkubiert. Inkubationen in dem sekundären Antiserum und dem Avidin-Biotin-Komplex (Vectors Labs, Burlingame, CA) wurden bei Raumtemperatur durchgeführt, und die Peroxidasereaktion wurde im wesentlichen wie von Winn et al. (J. Biomed. Mater. Res. (1989) 23:31-44) beschrieben entwickelt. Aufgespannte Objektträger wurden mit einem Zeiss-IM-35 analysiert, das an ein morphometrisches System (CUE-2, Olympus Corp., Lake Success, NY) kompatibel angeschlossen war.
Bei Beendigung der Untersuchung ergab die immun-histochemische Lokalisierung von TH an der Substantia nigra und dem Striatum eine mehr als 90 % betragende Zerstörung der nigrostratiären Bahn. Es wurde keine Keimbildung um die Vorrichtung herum beobachtet.
Die 20 % Dopamin/EVAc-Einlage wurde mittels REM unter Verwendung eines AMRay-1000A-Geräts (Lico, Inc., Bedford, MA) vor und zwei Wochen nach der Implantierung untersucht (Fig. 6). Querschnitts-REM zeigte eine gleichmäßige Verteilung von Dopaminpartikeln, die durch die gesamte Polymermatrix suspendiert waren (Fig. 6A). Zwei Wochen nach Inkubation in physiologischer Kochsalzlösung und in vivo zeigten die Polymereinlagen eingestreute Vertiefungen und Löcher, was auf eine Auflösung von Dopaminpartikeln hinweist (Fig. 6B).

BEISPIEL 8

Implantierung von Einlagen, die Dopamin-erzeugende Zellen und Nervenwachstumsfaktor freisetzen

EVAc-Einlagen, die 0,01-0,2 % Nervenwachstumsfaktor (NGF) enthielten, wurden wie in Beispiel 3 beschrieben hergestellt, wobei jedoch Dopamin durch NGF ersetzt ist. NGF/ EVAc-Einlagen wurden in die striären Neurotherapie-Vorrichtungen von erfolgreich operierten Tieren implantiert, wie in Beispiel 5 beschrieben. Eine Suspension von chromaffinen Nebennierenmarkzellen wurde durch enzymatische Dissoziation präpariert. Die Suspension wurde in die halbdurchlässige Membran durch Injektion von Zellen in Suspension eingeimpft. Das proximale Ende der Vorrichtung wurde mit AC-Klebstoff dicht verschlossen, und der Hautverschluß erfolgte mit 6-0 Monofilament-Nylon (Ethicon, Inc., Somerville, NH). Das Drehverhalten wurde wie in Beispiel 5 beschrieben an den Tagen 7, 14, 21 und 28 nach Beladung mit NGF/EVAc und Zellen ausgewertet.
Verhaltensänderungs-Tests und die histologische Analyse nach der Implantierung wurden wie in den Beispielen 5-7 beschrieben durchgeführt und ergaben im wesentlichen die gleichen Resultate.

Claims

1. Neurologische Therapievorrichtung (100) zur lokalen und kontrollierten Abgabe eines Neurotransmitters an das Gehirn eines Subjekts, wobei die Vorrichtung biokompatibel, implantierbar, wieder entnehmbar ist und eine Quelle eines Neurotransmitters zur kontrollierten Freisetzung des Neurotransmitters aufweist, wobei die Quelle wenigstens eine Neurotransmitter-produzierende Zelle (52) aufweist, die in eine halbdurchlässige Membran (50) eingekapselt ist, die die Diffusion des Neurotransmitters durch sie zuläßt; und ferner gekennzeichnet durch: eine Wachstumsfaktor-Quelle, die in unmittelbarer Nähe zu den Neurotransmitter-produzierenden Zellen (52) positioniert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Neurotransmitter (a) ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Gamma- Aminobuttersäure, Serotonin, Acetylcholin, Norepinephrin, Endorphinen, Enkephalinen, Dopamin sowie Vorläufern, Agonisten, wirksamen Analoga und wirksamen Fragmenten davon; oder (b) L-Dopa oder Bromocriptin ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die halbdurchlässige Membran (50), in die die Neurotransmitter-sekretierende Zelle (52) eingekapselt ist, für Viren, Antikörper, Complement und Proteasen undurchlässig ist und die halbdurchlässige Membran Poren aufweist, die einen Molekulargewichts- Ausschluß von 50 kD bis 100 kD haben.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die halbdurchlässige Membran (50) ein Acryl-Copolymer aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Neurotransmittersekretierende Zelle (52) folgendes aufweist: ein Allotransplantat oder ein Xenotransplantat eines Neurons, eine chromaffine Nebennierenmark-Zelle oder eine PC12-Zelle; oder eine Zelle, die genmanipuliert ist, um den genannten Neurotransmitter zu erzeugen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Wachstumsfaktor- Quelle eine implantierbare, biokompatible, polymere Einlage (30) aufweist, die diesen Wachstumsfaktor enthält.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die polymere Einlage (30) Poren, die einen Molekulargewichts-Ausschluß von 1 kD bis 1000 kD haben, bevorzugt Poren, die einen Molekulargewichts-Ausschluß von 25 kD bis 100 kD haben, aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei (a) die polymere Einlage (30) eine hydrophobe Matrix, beispielsweise ein Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, aufweist; oder (b) die polymere Einlage (30) eine hydrophile Matrix, beispielsweise ein Hydrogel, aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die polymere Einlage (30) außerdem eine Außenbeschichtung aus einem undurchlässigen Material, z. B. Polyurethan oder Ethylen-Vinylacetat, aufweist, die einen Teil der Einlage bedeckt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Wachstumsfaktor- Quelle mindestens eine Wachstumsfaktor-sekretierende Zelle (56) aufweist, die in eine halbdurchlassige Membran (54) eingekapselt ist, wobei die Membran die Diffusion des Wachstumsfaktors durch sie zuläßt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die halbdurchlässige Membran (54), in die die Wachstumsfaktor-sekretierende Zelle (56) eingekapselt ist, für Viren, Antikörper, Complement und Proteasen undurchlässig ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die halbdurchlässige Membran (54) Poren aufweist, die einen Molekulargewichts- Ausschluß von 50 kD bis 100 kD haben.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die halbdurchlässige Membran (54) ein Acryl-Copolymer aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Wachstumsfaktorsekretierende Zelle (56) ein Allotransplantat oder ein Xenotransplantat oder eine Zelle aufweist, die genmanipuliert ist, um diesen Wachstumsfaktor zu erzeugen.