DE102009011991A1 - Flat surgical implant for treatment of e.g. hernia, has planar support designed as web, grid or net, where bioactive substances develop anti-inflammatory effect and/or cell-growth promoting effect in contact with muscle or connective tissue - Google Patents
Flat surgical implant for treatment of e.g. hernia, has planar support designed as web, grid or net, where bioactive substances develop anti-inflammatory effect and/or cell-growth promoting effect in contact with muscle or connective tissue Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein chirurgisches Implantat mit einem Träger in flächiger Form. Solche Medizinprodukte werden beispielsweise im Rahmen chirurgischer und minimalinvasiver Eingriffe zum Zweck der Rekonstruktion von Bindegewebsdefekten in den menschlichen Körper eingebracht. Häufig in Form eines Bandes ausgebildet werden sie dabei beispielsweise zur Behandlung von Hernien, Harninkontinenz, Uterusprolapsen oder ähnlichen Störungen verwendet.The The invention relates to a surgical implant with a carrier in flat form. Such medical devices, for example as part of surgical and minimally invasive procedures for the purpose of Reconstruction of connective tissue defects in the human body brought in. Often trained in the form of a ribbon for example, for the treatment of hernias, urinary incontinence, uterine prolapses or similar interference.
Im Folgenden wird der Einfachheit halber bei der Erörterung des Standes der Technik und der Erfindung der Begriff Band verwendet, wobei dies im Rahmen dieser Erfindung keine Einschränkung auf die Ausgestaltung des chirurgischen Implantats in Form eines Bandes darstellt.in the The following will be included in the discussion for the sake of simplicity of the prior art and the invention uses the term band, this is not limiting in the context of this invention on the design of the surgical implant in the form of a Bandes represents.
Bänder sind in zahlreichen Anwendungsgebieten zu unverzichtbaren Implantaten geworden. Der Stand der Technik offenbart zahlreiche Ausgestaltungsformen für Bänder. Grundsätzlich sind resorbierbare und nicht-resorbierbare Bänder zu unterscheiden. Letztere bestehen beispielsweise aus einer synthetischen Netzstruktur oder aus einem synthetischen Gewebe. Auch biologische Materialien, synthetisiert oder tierischen Ursprungs, wie beispielsweise Kollagen oder dermale Matrix, finden Anwendung als Träger für nicht-resorbierbare Bänder. Resorbierbare Bänder bestehen ebenso meist aus organischen Stoffen, die tierischen Ursprungs sind oder synthetisiert werden. Diese zeichnen sich jedoch dadurch aus, daß sie in der Umgebung, in die sie implantiert werden, resorbieren, sich also innerhalb eines gewissen Zeitraums auflösen. Daher werden sie dann angewendet, falls sie nur temporär benötigt werden. Für eine dauerhafte Funktion werden nicht-resorbierbare Bänder verwendet. Weiterhin sind Bänder ausgebildet in verschiedenen geometrischen Formen auf dem Markt erhältlich, um den unterschiedlichen Anwendungen und Implantationstechniken gerecht zu werden. Auch quadratische oder runde Formen finden Verwendung.bands are indispensable implants in numerous fields of application become. The prior art discloses numerous embodiments for tapes. Basically, are absorbable and non-absorbable bands. Latter consist for example of a synthetic network structure or made of a synthetic fabric. Also biological materials, synthesized or of animal origin, such as collagen or dermal Matrix, find application as a carrier for non-absorbable Bands. Resorbable tapes are also mostly from organic matter of animal origin or synthesized become. However, these are characterized by the fact that they in the environment in which they are implanted, reabsorb themselves So dissolve within a certain period of time. Therefore they are then used, if they are only needed temporarily become. For a permanent function will be non-absorbable Used bands. Furthermore, bands are formed available in various geometric shapes on the market, around the different applications and implantation techniques to meet. Square or round shapes are also used.
Während der Implantationszeit treten als schwerwiegende Probleme bei allen bisher eingesetzten Bändern hauptsächlich die folgenden Probleme auf: Entzündungsreaktionen des umliegenden Gewebes und schlechtes Einwachsen in das umliegende Gewebe. Dies führt zu schwerwiegenden Funktionsstörungen, die in manchen Fällen eine oftmals schwierige Entfernung des Bandes notwendig machen. Ein gutes Einwachsen des Bandes in das umliegende Gewebe ist wichtig, um das Verbleiben des Bandes an der ursprünglichen Stelle und damit die erwünschte Funktionalität sicherzustellen. Resorbierbare Bänder weisen hier tendenziell eine bessere Gewebeverträglichkeit auf als nicht-resorbierbare Bänder, bieten dafür jedoch schlechtere mechanische Eigenschaften und sind aufgrund ihrer resorbierbaren Natur nur für die temporäre Anwendung geeignet.While The implantation time is a serious problem for everyone previously used bands mainly the following problems: Inflammatory reactions of the surrounding tissue and poor ingrowth into the surrounding tissue. this leads to to serious dysfunction, which in some cases make an often difficult removal of the band necessary. A good ingrowth of the band into the surrounding tissue is important to keep the tape in the original place and to ensure the desired functionality. Resorbable bands tend to have better tissue compatibility here on as non-absorbable bands, provide for it however, worse mechanical properties and are due to their absorbable nature suitable only for temporary use.
Um
die genannten Probleme zu lösen sind dem Stand der Technik
folgende Ansätze zu entnehmen:
Der Stand der Technik offenbart zahlreiche weitere Patente für implantierbare flächige Implantate, die auf dem Prinzip der Wirkstofffreigabe basieren. Dabei wird jedoch ein Reservoir an Wirkstoffen benötigt, das zwangsläufig beschränkt ist. Ist dieses Reservoir aufgebraucht, so nimmt die Oberfläche wieder ihre ursprünglichen Eigenschaften an. Das Implantat kann wieder Entzündungsreaktionen auslösen und eine gute Einbettung in das umliegende Gewebe kann nicht dauerhaft gewährleistet werden. Dies läßt die Anwendung bei längeren Implantationszeiten als wenig sinnvoll erscheinen. Zum besseren Einwachsen des Bandes in das umliegende Gewebe werden Wirkstoffe in das Gewebe freigegeben, jedoch die Eigenschaften der Oberfläche des Bandes selbst nicht dauerhaft verändert. Dies wird wiederum bei Ansätzen verfolgt, die Materialien tierischen Ursprungs als Träger für das Band vorschlagen. Jedoch können mit Materialien tierischen Ursprungs nicht immer die mechanischen Eigenschaften erzielt werden, die für die verschiedenen Anwendungen erforderlich sind und wie sie mit synthetischen Materialien einfach erreicht werden können.The prior art discloses numerous other patents for implantable planar implants based on the principle of drug release. However, a reservoir of active ingredients is needed, which is inevitably limited. If this reservoir is used up, the surface returns to its original properties. The implant can trigger inflammatory reactions again and a good embedding in the surrounding tissue can not be guaranteed permanently. This makes the application with longer implantation times as little sense. For better ingrowth of the band into the surrounding tissue, active substances are released into the tissue, but the properties of the surface of the band itself are not permanently changed. This, in turn, is being pursued in approaches that propose materials of animal origin as carriers for the tape. However, materials of animal origin do not always provide the mechanical properties which are required for the various applications and how they can be easily achieved with synthetic materials.
Der
vorliegenden Erfindung liegt entgegen dem verbesserungswürdigen
Stand der Technik ein anderer Ansatz zur Lösung der Problematik
von Entzündungsreaktionen und schlechtem Einwachsen von
Bändern in das umliegende Gewebe zugrunde:
Die Erfindung
schlägt einen Träger in flächiger Form vor,
bei dem an der Oberfläche ein entzündungshemmender
oder ein zellwachstumsfördernder Wirkstoff oder eine Kombination
aus beiden kovalent und langzeitstabil gebunden ist. Damit werden
die Wirkstoffe, welche der oben genannten Problematik entgegenwirken,
dauerhaft an die Oberfläche des Trägers gebunden.
Nicht nur in der ersten Zeit nach der Implantation, sondern auch
nach längeren Implantationszeiträumen (mehreren
Monaten bis Jahren) haben Bänder die negativen Eigenschaften
Entzündungsreaktionen auszulösen und nicht mit
Zellen besiedelt zu werden. Durch die dauerhafte und ganzflächige
Anbindung von entzündungshemmenden und zellwachstumsfördernden
Stoffen werden die Eigenschaften der Oberfläche des Bandes
grundlegend und dauerhaft verändert. Eine Wirkstofffreigabe
mit einer damit verbundenen systemischen Wirkung auf den Patienten
und eventuellen Nebenwirkungen findet nicht statt.Contrary to the prior art, the present invention is based on a different approach to solving the problem of inflammatory reactions and poor ingrowth of ligaments into the surrounding tissue:
The invention proposes a carrier in a flat form, in which an anti-inflammatory agent or a cell-growth-promoting active ingredient or a combination of both is bound covalently and with long-term stability at the surface. Thus, the active ingredients, which counteract the above-mentioned problem, permanently bonded to the surface of the carrier. Not only in the first time after implantation, but also after prolonged implantation periods (several months to years), ligaments have the negative properties of triggering inflammatory responses rather than being colonized with cells. Due to the permanent and full-surface connection of anti-inflammatory and cell growth-promoting substances, the properties of the surface of the band are fundamentally and permanently changed. A drug release with a related systemic effect on the patient and any side effects does not occur.
Die einzige chemische Bindungsmethode, die eine dauerhafte Verankerung eines Wirkstoffes auf der Oberfläche eines Bandes sicherstellt, ist die kovalente Bindung. Diese Bindung ist die stabilste bekannte chemische Bindungsform und weist Bindungsenergien auf, die im angestrebten Implantationsgebiet des menschlichen Körpers nicht überwunden werden, d. h. es findet keine Ablösung statt.The only chemical bonding method, which is a permanent anchorage of an active substance on the surface of a band ensures is the covalent bond. This bond is the most stable known chemical bond form and has binding energies that in the desired Implantation area of the human body is not overcome be, d. H. there is no replacement.
Als Pharmakophor wird die Gesamtheit der Eigenschaften eines Moleküls bezeichnet, die für dessen pharmakologische Wirkung verantwortlich sind. Dabei werden alle sterischen und elektronischen Eigenschaften, die notwendig sind um Wechselwirkungen mit einer bestimmten biologischen Zielstruktur zu ermöglichen und eine biologische Antwort auszulösen oder zu blockieren, berücksichtigt. Die dem Stand der Technik entnommenen Ansätze für implantierbare flächige Implantate basieren auf dem Prinzip der Wirkstofffreigabe. Die Wirkstoffe liegen dabei nach der Freigabe vom Implantat im umliegenden Gewebe in einer gelösten Form vor, in welcher deren Wirksamkeit gewährleistet ist. Da der in dieser Erfindung zugrundegelegte Ansatz auf einer dauerhaften Anbindung der Wirkstoffe ohne Wirkstofffreigabe basiert, ist es entscheidend, daß die Pharmakophoren der bioaktiven Wirkstoffe durch dauerhafte Bindung an die Oberfläche nicht in beeinträchtigt werden. Wie im Hinblick auf die Erfindung festgestellt wurde, kann die Bindung von Wirkstoffen an den Träger zu einer Abschwächung der zellwachstumsfördernden und entzündungshemmenden Eigenschaften führen, d. h. die Pharmakophoren wurden durch die Anbindung beeinträchtigt. Dies kann zum einen durch starke elektrostatische Wechselwirkungen des angebundenen Wirkstoffs mit der direkt angrenzenden Festkörperoberfläche des Trägers verursacht werden. Auch kann durch die ungeeignete Auswahl der Bindungsstellen am Wirkstoff bei der Anbindung eine Geometrie entstehen, welche die für die Wirksamkeit entscheidenden chemischen Prozesse verhindert. In diesem Falle spricht man von einer sterischen Hinderung. Daher ist erfindungsgemäß die Anbindung so zu gestalten, daß die Pharmakophoren nicht sterisch gehindert werden.When Pharmacophore is the totality of the properties of a molecule referred responsible for its pharmacological action. In doing so, all steric and electronic properties, the necessary to interact with a particular biological To enable target structure and trigger a biological response or block. The state of the art taken approaches for implantable planar Implants are based on the principle of drug release. The active ingredients lie after the release of the implant in the surrounding tissue in a dissolved form, in which their effectiveness is guaranteed. Since the underlying in this invention Approach to a permanent connection of drugs without drug release based, it is crucial that the pharmacophores of bioactive agents through permanent binding to the surface not be affected. As for the Invention has been found, the binding of drugs the carrier to a weakening of the cell growth promoting and lead to anti-inflammatory properties, d. H. the pharmacophores were affected by the binding. This can be due to strong electrostatic interactions of the bound drug with the directly adjacent solid surface caused by the wearer. Also may be due to the inappropriate Selection of binding sites on the drug in the binding one Geometry arise, which are the decisive for the effectiveness prevents chemical processes. In this case one speaks of a steric hindrance. Therefore, the invention is the Make connection so that the pharmacophores not sterically hindered.
So vergrößert beispielsweise das wahlweise Einfügen eines sogenannten Spacers (Zwischenmolekül) zwischen die Trägeroberfläche und den Wirkstoff deren Abstand und kann damit die oben erläuterte Abschwächung der biochemischen Aktivität der Wirkstoffe vermeiden. Weiterhin hat sich in manchen Fällen die wahlweise Endpunktanbindung des Wirkstoffs an den Spacer im Vergleich zu der Anbindung über mehrere Bindungsstellen des Wirkstoffs als vorteilhaft erwiesen, da dabei die funktionellen Gruppen des Wirkstoffs frei zugänglich bleiben und die Pharmakophoren nicht gestört werden.So increases, for example, the optional insertion a so-called spacer (intermediate molecule) between the Carrier surface and the drug whose distance and thus can the above-mentioned attenuation Avoid the biochemical activity of the active ingredients. Farther has in some cases the optional endpoint connection of the drug to the spacer compared to the attachment over several binding sites of the active ingredient proved to be advantageous because the functional groups of the active ingredient are freely accessible stay and the pharmacophores will not be disturbed.
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen kann der Träger in aus einem Polymer, wie Silikon, Polyurethan, Polyethylen, Polypropylen oder dergleichen bestehen. Auch Metalle oder Metalllegierungen, wie medizinischer Edelstahl oder dergleichen sind als Träger möglich und können wahlweise mit einem Polymer überzogen werden. Ebenso sind biologische Stoffe, wie zum Beispiel Schweinedarm-Kollagen oder dergleichen als Träger möglich, sofern an diesen eine kovalente Anbindung des bioaktiven Wirkstoffes möglich ist. Bevorzugte Ausführungsformen sind Träger in flächiger Form, an deren Oberfläche dauerhaft Pharmakophoren geschaffen werden, die in situ (am Implantationsort) entzündungshemmende oder zellwachstumsfördernde Wirkung oder beides entfalten, ohne dabei einen Wirkstoff freizugeben. Die Auswahl für die chemischen Komponenten der wahlweisen Spacer-Lage wird je nach Materialbeschaffenheit des Trägers und seiner Substratoberfläche getroffen. So können beispielsweise Spacer auf der Basis einer Propylsiloxyl-Verbindung, einer Adipinsäure-Verbindung, einer Polyethylenimin-Verbindung, einer Benzophenon-Verbindung oder dergleichen bestehen. Als bioaktive Wirkstoffe sind alle Stoffe geeignet, die entzündungshemmende oder zellwachstumsfördernde Eigenschaften in Kontakt mit glattem Muskelgewebe oder Bindegewebe aufweisen. Weiterhin ist eine ausreichende chemische Stabilität dieser Stoffe in situ notwendig, damit es während des gesamten Implantationszeitraumes des Bandes nicht durch chemische Reaktionen mit dem umliegenden Gewebe zu einer Degradation und damit zu einem Unwirksamwerden der Wirkstoffe kommt. Entsprechend des Anspruchs 1 der vorliegenden Erfindung sollen daher nur Wirkstoffe Verwendung finden, welche bei langzeitiger Implantation chemisch stabil bleiben, wie beispielsweise 2-Hydroxypropansäure, synthetische Cannabinoide, synthetische und biologische Poly- und Oligosaccharide oder dergleichen. Unter langzeitiger Implantation wird im Umfeld von Medizinprodukten im allgemeinen eine Dauer von 30 Tagen oder mehr verstanden.In preferred embodiments, the carrier may be made of a polymer such as silicone, polyurethane, polyethylene, polypropylene or the like. Also, metals or metal alloys such as medical grade stainless steel or the like are possible as a carrier and may optionally be coated with a polymer. Likewise, biological substances, such as pig intestine collagen or the like as a carrier are possible, if a covalent attachment of the bioactive agent is possible on these. Preferred embodiments are carriers in a flat form, on the surface of which pharmacophores are permanently created, which develop in situ (at the implantation site) anti-inflammatory or cell-growth-promoting action or both, without releasing an active ingredient. The choice for the chemical components of the optional spacer layer is made depending on the nature of the material of the carrier and its substrate surface. For example, spacers may be based on a propylsiloxyl compound, an adipic acid compound, a polyethylenimine compound, a benzophenone compound, or the like. Suitable bioactive agents are all substances which have anti-inflammatory or cell growth-promoting properties in contact with smooth muscle tissue or connective tissue. Furthermore, a sufficient chemical stability of these substances in situ is necessary so that it is not affected by chemical reactions with the. During the entire implantation period of the tape surrounding tissue leads to a degradation and thus to an inactivation of the active ingredients. According to claim 1 of the present invention, therefore, only drugs are to be used, which remain chemically stable with long-term implantation, such as 2-hydroxypropanoic acid, synthetic cannabinoids, synthetic and biological poly- and oligosaccharides or the like. Long-term implantation generally refers to a duration of 30 days or more in the field of medical devices.
Es
wurden beispielsweise experimentelle Untersuchungen mit erfindungsgemäß ausgerüsteten
Bändern aus Polypropylen durchgeführt, an denen
entzündungshemmende und zellwachstumsfördernde
Pharmakophoren an der Oberfläche geschaffen wurden, indem
das Cannabinoid HU-210 über einen Polyethylenimin-Spacer
kovalent angebunden wurde. Folgende Verbesserungen konnten nachgewiesen
werden:
Eine signifikante Anregung des Zellwachstums konnte
in vitro bei humanen glatten Muskelzellen beobachtet werden. Auf
der Oberfläche von unbeschichteten Bändern aus
Polypropylen wurde nach 48 h Inkubation in Zellsuspensionen mit
200.000 Zellen pro Milliliter bei 37°C kein Zellwachstum
festgestellt. Auf der Oberfläche von erfindungsgemäß ausgerüsteten Bändern
dagegen konnte mittels Fluoreszenzmikroskopie die Ansiedlung vitaler
Zellen und deren gesundes Wachstum nachgewiesen werden.For example, experimental studies have been conducted on polypropylene tapes equipped with the present invention to create anti-inflammatory and cell growth promoting pharmacophores on the surface by covalently attaching the cannabinoid HU-210 via a polyethyleneimine spacer. The following improvements could be proven:
Significant cell growth stimulation could be observed in vitro in human smooth muscle cells. On the surface of uncoated polypropylene tapes, cell growth was not observed after 48 h of incubation in cell suspensions at 200,000 cells per milliliter at 37 ° C. On the surface of ribbons equipped according to the invention, by contrast, it was possible to detect by fluorescence microscopy the colonization of vital cells and their healthy growth.
Im Tiermodell Ratte konnte in vivo eine deutliche Reduktion des Auftretens von Entzündungsreaktionen nach 90-tägiger Implantation der erfindungsgemäß ausgestatteten Bänder in das Bauchgewebe nachgewiesen werden. Die Auswertung erfolgte histologisch, als Referenz wurden unbehandelte Bänder aus Polypropylen analog implantiert. Die Analyse der explantierten beschichteten Bänder mittels Infrarotspektroskopie und energiedispersiver Röntgenspektroskopie zeigte, daß keine Degradation der Beschichtung oder Ablösung des Wirkstoffs stattfand. Somit liegt die erfindungsgemäße Langzeitstabilität des Beschichtung und chemische Stabilität der angebundenen Wirkstoffe vor.in the Animal model rat was able to significantly reduce the incidence in vivo of inflammatory reactions after 90 days of implantation the inventively equipped bands be detected in the abdominal tissue. The evaluation took place Histologically, untreated bands were used as reference Polypropylene implanted analogously. The analysis of the explanted coated Bands using infrared spectroscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy showed that no degradation of the coating or peeling of the drug took place. Thus, the invention is Long-term stability of the coating and chemical stability the tethered agents before.
Nachfolgend wird in Form einer Auflistung einzelner Verfahrensschritte ein beispielhaftes Beschichtungsverfahren zur kovalenten Anbindung des Cannabinoids HU-210 über einen Polyethylenimin-Spacer auf einem Band aus Polypropylen wiedergegeben:
- 1. Band für 2 Minuten in eine Lösung aus konzentrierter Schwefelsäure und Kaliumpermanganat einlegen.
- 2. Band mehrfach in deionisiertem Wasser spülen.
- 3. Band zur Anbindung der Spacer-Lage für 5 Minuten in eine wässrige Polyethylenimin-Lösung einlegen.
- 4. Band mehrfach in deionisiertem Wasser spülen.
- 5. Band zur Bildung der Cannabinoidlage auf der Spacer-Lage für 2 Stunden in eine wässrige Lösung aus HU-210 mit Cyanoborhydrid einlegen.
- 6. Band mehrfach in deionisiertem Wasser spülen.
- 1. Place tape in a solution of concentrated sulfuric acid and potassium permanganate for 2 minutes.
- 2. Rinse the tape several times in deionised water.
- 3. Insert tape for connection of the spacer layer for 5 minutes in an aqueous polyethyleneimine solution.
- 4. Rinse the tape several times in deionized water.
- 5. Place band for formation of the cannabinoid layer on the spacer layer for 2 hours in an aqueous solution of HU-210 with cyanoborohydride.
- 6. Rinse the tape several times in deionized water.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, in der Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:Further Features, details and advantages of the subject invention are in the following description, in the embodiments of the subject invention with reference to the accompanying drawings be explained in more detail. Show it:
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