WO2015185219A1 - Production of a component for cultivating a joint surface implant - Google Patents

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WO2015185219A1
WO2015185219A1 PCT/EP2015/001146 EP2015001146W WO2015185219A1 WO 2015185219 A1 WO2015185219 A1 WO 2015185219A1 EP 2015001146 W EP2015001146 W EP 2015001146W WO 2015185219 A1 WO2015185219 A1 WO 2015185219A1
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Michael Jagodzinski
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Michael Jagodzinski
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Definitions

  • the invention relates to a manufacturing method for custom-made components, which are used in the cultivation of a joint surface implant. Furthermore, the invention relates to a method of cultivating a joint surface implant and a method for implanting a joint surface implant.
  • the body's own tissue is available as a substitute material, but at the time of removal, defects at the donor site and, in some cases, other tissue properties (eg tendon as ligament replacement) must be accepted.
  • tissue properties eg tendon as ligament replacement
  • the reconstruction of tissues with a multi-layered structure eg cartilage bone or tendon bone
  • a foreign body transplantation is available. This alternative has the disadvantages of a stronger rejection and foreign body reaction and the potential transmission of infectious diseases.
  • tissue engineering Most of the previously known methods of tissue engineering (so-called tissue engineering) have the disadvantage that the cultivation of new tissue takes place in technically demanding and cost-intensive laboratories, which results in high costs with insufficiently secured superiority over less expensive therapy methods.
  • Bioreactors are known from US Pat. No. 6,228,117 B1, which are intended to ensure an organism-like supply of a tissue construct with nutrients, oxygen and electrolytes in order to support cell proliferation and cell differentiation. Disadvantages of these devices include the need to remove cells from the donor or recipient organism and vorzuhalten for these methods in a complex and costly manner clean room laboratories.
  • An object of the invention is to provide a method of cultivating articular surface implants in vivo, which enables targeted mechanical stimulation of the implants.
  • Another object of the invention is to provide a suitable method for implanting a so-cultivated articular implant.
  • the invention relates to a method for producing a customized component for use in the cultivation of a joint surface implant, comprising the following steps:
  • step (f) realizing the implantable component by presenting the virtual component model obtained from step (e).
  • the method can be used to grow a human articular surface implant or to grow an articular surface implant.
  • the defect-related and the defect-distant bone tissue may be human or animal tissue.
  • defects in the first bone tissue below the defective joint surface are imaged, so that a defect region can be defined so that the area of the defective joint surface as well as the area of any underlying bone damage can be completely detected. without selecting a too large area and thus sacrificing healthy tissue.
  • the depicted defect near bone tissue typically includes involved and uninvolved bone tissue.
  • discrete bone tissue also includes bone tissue that is facing the defect site on the opposite side of the joint, i. lies on the bone opposite the defect. The detection of unrelated bone tissue on the opposite bone during modeling can serve to define the defect area so that the surface of the scaffold or of the implant to be cultivated is precisely modeled.
  • the real generation of the component by presenting the virtual model can be done, for example, by milling or cutting from a non-individually manufactured product.
  • the defect articular surface may be at all joints with hyaline cartilage or fibrocartilage.
  • the defective articular surface is located in the knee joint, hip joint or shoulder joint.
  • the defective joint surface lies in the intervertebral region or on the intervertebral disc. Join these joints Defects often occur and can be treated with a suitable articular implant.
  • the involved bone tissue is the femur and the uninvolved bone tissue is the patella.
  • the defect-distant bone tissue is part of a pelvic bone or a bone of the pelvic girdle.
  • the iliac crest is particularly suitable for the contemplated breeding of articular implants in vivo in addition to mechanical stimulation.
  • the tomographic imaging technique is computed tomography (CT) or
  • Magnetic Resonance Imaging A combination of both image data records can also be used.
  • the component is a scaffold for the articular surface implant, a trial implant, a template, a surgical tool for bone processing, or a component of an implantable breeding hood.
  • several or all of said components can be prepared, steps (a) to (d) being performed only once, and steps (e) and (f) separately for each of the produced components.
  • steps (a) to (d) being performed only once, and steps (e) and (f) separately for each of the produced components.
  • two imaging methods (a) and (b) in a single appointment and a bundled modeling operation (c) and (d) to model a plurality of tailored components is sufficient.
  • the custom component is a three-dimensional scaffold for the articular surface implant. This should be identical in shape to the defect area and is therefore and under submission of the defect area modeled. Thus, a scaffold custom-made with regard to the shape and size of the defect area is modeled and created real.
  • the scaffold may consist of a molded hydrogel or a protein-based scaffold. It is conceivable that the scaffold is divided into at least two sections which differ with respect to the structure of the scaffold, for example the type of hydrogel. Suitable materials include collagen, fibrin, poly sugars, e.g. Chitosan or glycosaminoglycans (GAGs), e.g. Hyaluronic acid-based materials, polyesters, polylactic acid (PLA), polyglycolic acid (PGA) and polycaprolactone (PCL).
  • Suitable materials include collagen, fibrin, poly sugars, e.g. Chitosan or glycosaminoglycans (GAGs), e.g. Hyaluronic acid-based materials, polyesters, polylactic acid (PLA), polyglycolic acid (PGA) and polycaprolactone (PCL).
  • Suitable methods for real production of the scaffold include nanofiber self-assembly, textile methods, SCPL (Solvent Casting & Particulate Leaching), foaming, emulsification or freeze-drying, TIPS (Thermally Induced Phase Separation), electrospinning.
  • SCPL Solvent Casting & Particulate Leaching
  • TIPS Thermally Induced Phase Separation
  • electrospinning 3D printing of polymer particles, FDM (Fused Deposition Modeling) or LaBP (Laser Assisted BioPrinting) may be suitable in the context of the present method.
  • tissue cells such as autogenous bone cells or progenitor cells are introduced into the scaffold, which later promote tissue formation at the scaffold.
  • growth factors are immobilized on the scaffold, which also later promote tissue formation at the scaffold.
  • suitable growth factors include: Fibroblast Growth Factors (FGF), Transforming Growth Factors (TGF), Platelet Derived Growth Factors (PDGF), Epidermal Growth Factors (EGF) or Insuline Like Growth Factors (IGF).
  • FGF Fibroblast Growth Factors
  • TGF Transforming Growth Factors
  • PDGF Platelet Derived Growth Factors
  • EGF Epidermal Growth Factors
  • IGF Insuline Like Growth Factors
  • thread is not to be understood strictly in the sense of a braided fiber strand, but rather comprises thread-like or wire-shaped structures in general.
  • Suitable threads may for example consist of resorbable or non-absorbable plastic.
  • the tailored component is a trial implant.
  • the trial implant has a head section which is at least partially identical in shape to the defect region. At least in sections means that at least a substantial part of the lateral surface should be identical in shape, while for example the portion of the defect region which images the articular surface need not be imaged on the trial implant.
  • the head section is used in the application to fit the breeding site or destination before the scaffold or implant are used.
  • the trial implant can have a handle section, which is used for easier handling.
  • the head section is modeled prior to real production of the trial implant as part of the procedure presenting the defect area or breeding area.
  • the trial implant is made of a plastic, preferably polyamide. The production can be done for example by milling or by sintering. One possible manufacturing variant involves laser sintering, in particular in the context of a rapid prototyping method. The use of a 3D printer is conceivable.
  • the custom component is a template.
  • This template can promote targeted removal of bone material at the breeding site or target site.
  • the template is coming up their actual production modeled by presenting a virtual model. Depending on whether the template is to be used at the breeding site or at the destination, the modeling will be based on the first model and the defect area, or on the second model and the breeding area.
  • the template preferably has a support area that represents a negative mold to the surface of the bone tissue in the adjacent to the breeding site or destination area of each existing bone tissue there.
  • the template is designed so that the physician can orient himself at the insertion of striking bony reference points, which are easily recognizable during surgery and allow reliable placement of the template. Accordingly, the virtual definition of the breeding place and destination can be selected. It has means for guiding one or more tools for bone processing, such as holes for a drill or slots for cutting tool.
  • the custom component is a bone contouring surgical tool, such as a cutting tool.
  • the tailor-made tool also serves for purposeful removal of bone material at the breeding or destination site. It is modeled prior to its actual production by presenting the corresponding virtual model.
  • the tailored component is a component of an implantable breeding hood.
  • the component is modeled by presenting the second model and / or the breeding area.
  • the implantable breeding hood has a framework on which a screen is held.
  • the custom-made component may in particular be the framework.
  • the terms scaffolding and umbrella are not necessarily to be understood in the sense of a single component.
  • the framework can be composed of several discrete parts.
  • the screen can be made up of several - in
  • the respective discrete parts may differ in their properties.
  • the screen can be movably held on the scaffold.
  • the framework and screen can be combined to form a single integral component.
  • the screen can be made of a rigid or elastic plastic material.
  • a preferred choice of material is PEEK, PET or a bioinert porous material such as a ceramic.
  • the framework may consist of a preferably rigid plastic material.
  • a preferred choice of material is also PEEK, PET or a bioinert porous material such as a ceramic.
  • means may be provided on the scaffold for attachment to the defect-removed bone tissue.
  • Plastic materials used are preferably non-absorbable and biocompatible.
  • the scaffold and / or screen may either be impermeable to water or may be porous (especially open-pored) and water-permeable.
  • the latter allows a targeted supply of the tissue construct with tissue fluid and nutrients, while no cells or the like can happen.
  • Suitable average pore sizes are, for example, in the range of between 1 and 100 nm, preferably in the range of between 5 and 50 nm.
  • Tissue fluid and nutrients passing through the pores promote growth and differentiation of the cells present in the scaffold or expectant implant.
  • growth factors can be immobilized on deformable and / or rigid components. Suitable growth factors have been described above in connection with the scaffold.
  • the possibly deformable character of the breeding hood or the movable storage of the breeding hood or of sections thereof causes that in the implanted state Covered area reversibly deformed by the action of external force and therefore the implant maturing therein can be mechanically stimulated.
  • the framework causes the covered area to always have a certain volume and not implode. This way you can protect the maturing implant.
  • the framework may take the form of a bridge which has individually adapted bearing surfaces in the end regions, which forms a negative mold to the surface of the defect-distant bone tissue in the region adjacent to the breeding region and which is bent up between the two end regions.
  • the means for attachment may be arranged at the end regions. It may, for example, be one or more openings for screws.
  • the invention further relates to a method for cultivating a joint surface implant in the patient's own body, comprising the following steps:
  • step (D) performing a second surgical procedure on the patient, wherein the articular implant is removed from the breeding pit.
  • the first step (A) is optional.
  • the process according to steps (B) to (C) can also be carried out independently of the preparation process according to the invention using components which are not individually adapted. Nevertheless, the previous implementation of a production process according to the invention or the use of individual components prepared according to the invention is preferred.
  • the method can be used to grow a human articular surface implant or to grow an articular surface implant.
  • the defect-related and the defect-distant bone tissue may be human or animal tissue.
  • the patient may be a human or animal patient.
  • the articular surface implant may generally be one of joints with hyaline cartilage or fibrocartilage. In one embodiment, it is an implant for the knee joint, hip joint or shoulder joint. In another embodiment, it is an implant for the intervertebral area or an intervertebral disc implant.
  • the breeding pit can be worked into the iliac crest of the patient.
  • the properties of the scaffold are preferably as described in connection with the production method according to the invention, regardless of whether the scaffold was actually produced individually within the scope of a production method according to the invention or not.
  • the scaffold is manufactured by a manufacturing method according to the invention.
  • the breeding pit and the scaffold received therein are covered with a breeding hood during the first surgical procedure.
  • the breeding hood preferably has a framework on which a screen is held.
  • the properties of the framework and / or screen are preferably as described in connection with the production method according to the invention, regardless of whether the framework and / or screen were produced individually within the scope of a production method according to the invention manufactured a manufacturing process according to the invention.
  • step (A) it is expedient that the shape of the breeding pit corresponds to the shape of the virtually defined breeding area.
  • incorporation of the breeding pit is done using a custom template.
  • incorporation of the breeding pit is done using a custom bone processing tool.
  • the properties of stencil and / or tool are preferably as described in connection with the production method according to the invention.
  • the insertion of the scaffold is preceded by a fitting of the breeding pit with the trial implant.
  • the fitting includes inserting the head portion of the trial implant into the breeding pit to determine fit accuracy. If the accuracy of the fit is insufficient, a fine machining of the breeding pit can be carried out. This process can be repeated several times if necessary.
  • the maturity period is 6 to 12 weeks. There is typically no further intervention between the first and second surgical procedures.
  • the hood continuously covers the breeding pit and the scaffold or the forming implant.
  • the method according to the invention makes it possible to grow a joint surface implant with a multilayer structure (cartilage on bone) under conditions similar to those encountered at the implantation site (nutrient supply, mechanical stress). This allows tissue to ripen with a functional structure. Breeding takes place at a site that differs from the site of implantation and can be chosen independently.
  • the invention further relates to a method for implanting a joint surface implant, the method comprising the following steps:
  • step (ii) is preceded by a production process according to the invention or a cultivation process according to the invention.
  • the use of custom-made components made according to the invention is preferred.
  • bone tissue involved in the third surgical procedure is removed within the scope of the virtually defined defect area.
  • the removal of the involved bone tissue is accomplished using a custom template or a custom bone processing tool.
  • inserting the implant is preceded by a fitting of the target site with the trial implant.
  • the fitting includes inserting the head portion of the trial implant into the recess at the target site to determine fit accuracy. If the accuracy of fit is insufficient, the recess can be fine-machined at the destination. This process can be repeated several times if necessary.
  • FIG. 1 shows a flow chart showing the working sequence of an embodiment of a production method according to the invention
  • FIG. 3 shows a schematic representation of processes during the maturation time of an embodiment of a breeding method according to the invention
  • FIG. 4 shows a further schematic representation of processes during the
  • FIG. 5 shows a further schematic representation of processes during the
  • FIG. 6 schematic representations of the scaffold implanted in the body together with the breeding hood according to one embodiment of a breeding method according to the invention
  • FIG. 7 shows the difference between an implant grown in the context of a method according to the invention and a comparison implant
  • Intervention of an embodiment of an implantation method according to the invention are performed.
  • FIG. 1 shows a flow chart in which a possible sequence of method steps for a production method of individually adapted components for use in the cultivation of a joint surface implant, as provided according to the invention, is described.
  • a computed tomography (CT) method for thin slice imaging ( ⁇ 0.5 mm isotropic voxel size) of bone tissue is performed.
  • This imaging is done on the one hand for the hemipelvis and on the other hand for both adjacent to the damaged joint bone, the bone with the joint surface to be replaced and the opposite bone.
  • the visualized bone sections may be parts of the femur and patella on the one hand and a portion of the iliac crest on the other hand.
  • a virtual, three-dimensional model of the imaged bone parts is created on the basis of the sectional image. It can for example, the I-Plan and Freeform programs will be used. Smoothing of the model can be done with Meshlab ® .
  • step 3 based on the previously created model, a virtual definition of a defect area on the bone with the articular surface to be replaced takes place.
  • the defect area should include damaged or located below a damaged articular bone tissue. This area delineation can be made, for example, with l-PLAN ® .
  • the result is a first definition of the shape of the desired implant (corresponds to the negative of the defect area).
  • the joint-side surface of the implant or defect region is modeled in step 4.
  • This surface should correspond to the desired surface after treatment, ie a healthy and with the opposite bone / cartilage of the joint ideally cooperating joint surface mimic.
  • the definition is based on the virtual model of the uninvolved tissue on the opposite bone / cartilage of the joint.
  • a Buhl operation may be used in this modeling.
  • step 5 an estimate is made as to what strength cartilage tissue should have on the articular surface of an implant to be manufactured. Furthermore, a virtual smoothing of the virtual model takes place.
  • step 6 this now finished, virtual model of the implant or defect area is used in order to select a suitable site for breeding the implant on the basis of the virtual model of the iliac crest.
  • the breeding area is the virtual counterpart of an artificially recessed pit in the iliac crest, which is intended to breed an implant.
  • the dimensions of the breeding area are chosen so that the modeled implant can be inserted into the breeding area.
  • step 7 the virtual modeling of an implantable breeding hood, which is intended to cover the breeding pit during breeding of the implant and to ensure optimal conditions for growing.
  • the harvesting hood advantageously comprises a rigid framework and a rigid or flexible umbrella.
  • the screen may be rigidly or movably supported on the scaffold, or may form a single integral part with the scaffold.
  • Their modeling in step 7 takes place, in particular, in that properties of the framework and / or umbrella are adapted to the individual circumstances of the breeding area, for example with regard to the size and shape, the locations for attachment means to bone or the shape of bearing surfaces.
  • step 7 the virtual exemption of the implant takes place.
  • a virtual modeling of various tools, templates and trial implants takes place.
  • a set of such tools, templates and trial implants are designed for the treatment of the defect site in the joint and for the cultivation of the breeding site.
  • These tools, templates and trial implants serve to make it easier for the surgeon during surgery to make a recess shaped according to the created model at the correct location of the bone.
  • the template may be a surgical template that allows for the placement of a drill in the correct direction at the correct location. Oscillating saws, hollow drills or chisels or milling can be used here.
  • Trial implants advantageously have a head portion that has the same shape as the modeled defect area or breeding area. This is how it is done Surgeons during surgery will be able to fine-tune the shape of the area during surgery.
  • the implant is produced from a suitable material, such as a porous biomaterial or autologous material, such as bone tissue.
  • a suitable porous biomaterial is a three-dimensionally shaped hydrogel.
  • the plastic modeled implant is fabricated using LaBP (Laser-assisted BioPrinting), maintaining the model created in Section 7.
  • Steps 1-10 correspond to a production method according to the invention.
  • Steps 11 and 12 symbolize a possibly subsequently occurring first surgical intervention within the scope of a breeding method according to the invention and a third surgical procedure which may subsequently be performed as part of an implantation method according to the invention.
  • FIG. 1 The processes which take place during the first surgical procedure within the scope of a breeding method according to the invention are illustrated in FIG.
  • FIG. 2 a schematically illustrates the iliac crest 20 of a patient who has a previously virtually defined breeding area.
  • a drilling template 21 produced as part of a manufacturing method according to the invention is placed.
  • a recess called a breeding pit is incorporated in the breeding area.
  • the template is then removed and the shape and dimensions of the breeding pit are fine-tuned by the surgeon using a trial implant if necessary.
  • a scaffold is sunk in the breeding pit, as shown in Figure 2b.
  • the dimensions of the breeding pit correspond approximately to the dimensions of the scaffold 22 for the implant.
  • FIG. 2c shows how the breeding pit with inserted scaffold 22 was covered by a screen 23 belonging to a custom-made breeding hood.
  • the shield 23 has previously been custom-made in the context of a manufacturing process according to the invention, and fits exactly on the corresponding point of the pelvis.
  • This screen 23 may be, for example, a plastic layer, such as a PEEK layer.
  • the screen may for example consist of porous material to allow nutrients and tissue fluid to pass. However, the screen 23 can also be made impermeable to water at least in sections.
  • cells or growth factors can be immobilized on the screen.
  • certain cells or growth factors may also be applied to the implant.
  • FIG. 2d shows how a frame 24 belonging to the breeding hood is subsequently placed on the screen 23.
  • It is preferably made of a rigid plastic material, such as PEEK. It can be solid or porous.
  • the framework 24 has previously been custom-made in the context of a manufacturing process according to the invention, and fits exactly on the corresponding location of the pelvis. It has dimensions that are chosen to be the desired one Area at the desired height is exactly covered.
  • the scaffold has holes 25 at appropriate locations for anchoring to the patient's iliac crest.
  • Figures 3 to 6 are schematic representations of operations during the maturation period of an embodiment of a breeding method according to the invention.
  • a hood 100 for covering the breeding pit and the scaffold or expectant implant has a contour 101, which is composed in sections of a flexible, water-impermeable plastic film 102 and sections of a dimensionally stable, liquid-permeable membrane 103. On the basis of the dimensionally stable membrane 103, the hood 100 may be fixed to the bone tissue of the patient.
  • a scaffold 105 of a three-dimensionally shaped hydrogel is arranged.
  • growth factors may be immobilized.
  • the scaffold 105 has in the exemplary embodiment shown two discrete zones 106 and 107, which differ with regard to the structure and / or composition of the hydrogel. Zone 106 is for culturing bone cells, while zone 107 is for culturing cartilage cells. Depending on the type of tissue structure desired, the same or different growth factors may be immobilized in the respective zones 106 and 107, respectively.
  • By the reference numeral 108 cells are shown schematically, with which the device according to the invention is loaded in the context of a method according to the invention, before the loaded device is temporarily implanted in the human or animal body.
  • the scaffold may be a scaffold 105 which has already been matched with regard to the desired shape of the implant to be cultivated and which has been obtained as part of a production method according to the invention.
  • it is conceivable that it is an unshaped Scaffold 105a.
  • Reference numerals 106a, 107a and 108a denote different zones and cells of the unshaped scaffold 105a.
  • reference symbol 109 schematically represents tissue fluid which penetrates through the liquid-permeable porous membrane 103 into the interior of the chamber 104 and rinses the scaffold 105 in addition to the loaded autogenous cells 108.
  • the tissue fluid 109 contains nutrients that are supplied to the cells 108 in the scaffold 105.
  • growth factors can be immobilized, which also come into contact with the scaffold 105 or the autogenous cells 108 seated thereon. Growth factors can also be immobilized on scaffold 105 itself.
  • cuttings of blood vessels 110 into the tissue construct forming in the scaffold 105 can be recognized.
  • the tissue construct can be supplied with nutrients and oxygen from these lumps 110.
  • the seeding of blood vessels takes place from the side of the bone tissue 112 of the patient.
  • FIG. 5 shows a cross section through an implanted hood and scaffold 105 according to FIGS. 3 and 4, wherein the upper illustration shows the arrangement before or immediately after the implantation, and the lower illustration shows the device a certain time after implantation.
  • the contour 101 of the hood comprises porous sections, on the inside of which growth factors 113 are immobilized.
  • tissue fluid 109 penetrates through the at least partially porous hood and flows through and around the scaffold 105 or the implant that is forming.
  • FIG. 6 shows how the arrangement of breeding pit, scaffold and hood 100 sits below a muscle 111 on the iliac crest bone 112. Of the Muscle may exert a force F on the assembly, this force being communicated to the scaffold 105 by the flexible components 102 of the contour 101 of the hood. Thus, the forming tissue is exposed to mechanical stimuli that simulate mechanical stimuli at the later site.
  • FIG. 7 compares the histology of implants after six weeks of breeding.
  • the comparison implant shown in Figure 7a was grown without mechanical influence.
  • the implant shown in FIG. 7b was inventively bred under the influence of mechanical compression forces.
  • the mechanical compression forces arise on the iliac crest of the patient during the normal, everyday movement and are passed on to the implant by the partially flexible construction of the breeding hood.
  • the histological result shown shows that the regenerated tissue 30 is much thinner and more compact under mechanical influence (FIG. 7b) than without such a stimulus (FIG. 7a).
  • the cartilage tissue 30 according to FIG. 7b is optimally adapted in its nature to the requirements at the implantation site.
  • FIG. 1 The processes which take place during the third surgical procedure in the context of an implantation method according to the invention are illustrated in FIG.
  • FIG. 8 a schematically illustrates a femoral roll 40 of a patient, which has a previously virtually defined defect region.
  • the illustrated femoral roll belongs to a human patient, but of course it is of course also encompassed by the invention that the methods according to the invention are performed with regard to an animal thigh roll.
  • a drilling template 41 produced as part of a manufacturing method according to the invention is placed. Under use This drilling template 41 as well as possibly using custom-made tools removes defective bone tissue at the defect area.
  • the template is then removed and the shape and dimensions of the recess are fine-tuned by the surgeon using a trial implant 42, if desired. This is shown in FIG. 8b.
  • the finished recess 43 can be seen in FIG. 8c.
  • the implant 44 is sunk with the cartilaginous joint surface in the prepared recess at the destination with a plunger.
  • the recessed implant is shown in FIG. 8d.
  • the methods according to the invention enable a cultivation of articular surface implants in the body of the patient.
  • the target tissue similar properties at smaller sampling defects.
  • transplantation of the implant may occur at a later time to give the injured breeding site time to heal (e.g., after infection).
  • the costs for the implant are reduced compared to previous methods and the effort is reduced.
  • the implants are mechanically stronger after cultivation and more similar to the target tissue in terms of functional structure. It is also the formation of a multi-phase tissue structure possible.

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Abstract

The invention relates to a method for producing an individually adapted component for use in the cultivation of a joint surface implant, which method comprises the following steps: (a) carrying out tomographic imaging of bone tissue near the defect in the area of a defective joint surface and creating a first, virtual and three-dimensional model of the first bone tissue; (b) carrying out tomographic imaging of bone tissue located away from the defective joint surface and creating a second, virtual and three-dimensional model; (c) virtual definition of a defect area that is to be replaced in the bone tissue near the defect, on the basis of the first model; (d) if appropriate, virtual definition of a cultivation area in the bone tissue away from the defect on the basis of the second model; wherein the shape of the cultivation area corresponds at least in parts to the shape of the defect area; (e) virtual modelling of an individually adapted component on the basis of the first and/or second model and/or the defect area and/or cultivation area; and (f) actual production of the implantable component on the basis of the virtual component model obtained from step (e). The invention further relates to a method for cultivating a joint surface implant in the patient's own body. Furthermore, the invention relates to a method for implanting a joint surface implant.

Description

HERSTELLUNG EINER KOMPONENTE ZUR ZÜCHTUNG EINES  PREPARATION OF A COMPONENT FOR BREEDING A
GELENKFLÄCHENIMPLANTATS  JOINT SPACE IMPLANT
Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für maßgefertigte Komponenten, die in der Züchtung eines Gelenkflächenimplantats Anwendung finden. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren Züchtung eines Gelenkflächenimplantats sowie ein Verfahren zur Implantation eines Gelenkflächenimplantats. The invention relates to a manufacturing method for custom-made components, which are used in the cultivation of a joint surface implant. Furthermore, the invention relates to a method of cultivating a joint surface implant and a method for implanting a joint surface implant.
Durch Unfälle, Tumoren, Infektionen oder das Einbringen von Implantaten und Prothesen können Defekte an Sehnen, Knochen und Gelenkflächen entstehen, deren Rekonstruktion unzureichend gelöst ist. Accidents, tumors, infections or the introduction of implants and prostheses can lead to defects in tendons, bones and articular surfaces whose reconstruction is inadequately resolved.
Als Ersatzmaterial steht körpereigenes Gewebe zur Verfügung, bei dessen Entnahme aber Defekte an der Entnahmestelle und zum Teil andersgeartete Gewebeeigenschaften (z.B. Sehne als Bandersatz) in Kauf genommen werden müssen. Insbesondere macht die Rekonstruktion von Geweben mit einem mehrschichtigen Aufbau (z.B. Knorpel-Knochen oder Sehne-Knochen) Schwierigkeiten, da die Nachbildung derartiger Gewebe mit den zur Verfügung stehenden Entnahmematerialien nur unzureichend gelingt. Als Alternative steht eine körperfremde Transplantation (sog. Allograft) zur Verfügung. Diese Alternative hat die Nachteile einer stärkeren Abstoßungs- und Fremd körperreaktion und der potentiellen Übertragung von Infektionserkrankungen. The body's own tissue is available as a substitute material, but at the time of removal, defects at the donor site and, in some cases, other tissue properties (eg tendon as ligament replacement) must be accepted. In particular, the reconstruction of tissues with a multi-layered structure (eg cartilage bone or tendon bone) makes difficulties because the replication of such tissue with the available sampling materials succeeds only inadequately. As an alternative, a foreign body transplantation (so-called allograft) is available. This alternative has the disadvantages of a stronger rejection and foreign body reaction and the potential transmission of infectious diseases.
Die meisten bisher bekannten Verfahren der Gewebezüchtung (sog. Tissue Engineering) haben den Nachteil, dass die Kultivierung von neuem Gewebe in technisch anspruchsvollen und kostenintensiven Laboren erfolgt, wodurch sich hohe Kosten bei unzureichend gesicherter Überlegenheit gegenüber weniger aufwendigen Therapieverfahren ergeben. Most of the previously known methods of tissue engineering (so-called tissue engineering) have the disadvantage that the cultivation of new tissue takes place in technically demanding and cost-intensive laboratories, which results in high costs with insufficiently secured superiority over less expensive therapy methods.
Künstliche, zellfreie Implantate werden beispielsweise in der US 2004/0127995 A1 oder der US 2004/0064194 A1 beschrieben. Derartige Implantate bilden körpereigenes Gewebe bisher unzureichend nach. Vor allem fehlt eine Besiedelung mit körpereigenen Zellen und es erfolgt der zum Teil erheblich verzögerte oder eingeschränkte Abbau nach Implantation. Artificial, cell-free implants are described, for example, in US 2004/0127995 A1 or US 2004/0064194 A1. Such implants have been insufficient to replicate the body's own tissue. Above all, there is a lack of colonization with endogenous cells and there is the sometimes considerably delayed or limited degradation after implantation.
Aus der US 6,228,117 B1 sind Bioreaktoren bekannt, die eine dem Organismus ähnliche Versorgung eines Gewebekonstrukts mit Nährstoffen, Sauerstoff und Elektrolyten gewährleisten sollen, um eine Zellvermehrung und Zelldifferenzierung zu unterstützen. Nachteile dieser Vorrichtungen umfassen die Notwendigkeiten, die Zellen aus dem Spender- bzw. Empfängerorganismus zu entnehmen und für diese Verfahren in aufwändiger und kostenintensiver Weise Reinraumlabors vorzuhalten. Bioreactors are known from US Pat. No. 6,228,117 B1, which are intended to ensure an organism-like supply of a tissue construct with nutrients, oxygen and electrolytes in order to support cell proliferation and cell differentiation. Disadvantages of these devices include the need to remove cells from the donor or recipient organism and vorzuhalten for these methods in a complex and costly manner clean room laboratories.
Aus der US 6,348,069 B1 sind subcutane Implantate bekannt, die innerhalb des gleichen oder eines anderen Organismus kultiviert werden, um eine Zellbesiedelung zu erreichen und ein 3-dimensionales Gewebekonstrukt zu erzeugen. Bisher fehlen derartige Entwicklungen für den muskoloskeletalen Bereich, bei denen die Gewebekonstrukte anderen Bedürfnissen unterliegen. ln-vitro Studien haben gezeigt, dass die mechanische Stimulation sowohl für Sehnen-, als auch für Knochenzellen und insbesondere für Vorläuferzellen einen wichtigen Beitrag zur Differenzierung des Gewebes leistet. In diesem Zusammenhang sind die Studien Jagodzinski, M., Breitbart, A., et al. (2008) "Influence ofperfusion and cyclic compression on proliferation and differentiation of bone marrow stromal cells in 3-dimensional culture" J Biomech 41(9): 1885- 891 ; Jagodzinski, M., Drescher, M., et al. (2004) "Effects of cyclic longitudinal mechanical strain and dexamethasone on osteogenic differentiation of human bone marrow stromal cells" Eur Cell Mater 7: 35-41 , discussion 41 ; und Jagodzinski, M., Hankemeier, S., et al. (2005) "Influence of cyclic mechanical strain and heat of human tendon fibroblasts on HSP-72" Eur J Appl Physiol: 1-8 zu nennen. From US 6,348,069 B1 subcutaneous implants are known, which are cultivated within the same or another organism to achieve cell colonization and to produce a 3-dimensional tissue construct. So far, such developments are missing for the musculoskeletal area, where the tissue constructs are subject to other needs. In vitro studies have shown that mechanical stimulation for tendon and bone cells, and especially for progenitor cells, makes an important contribution to differentiation of the tissue. In this regard, the studies Jagodzinski, M., Breitbart, A., et al. (2008) "Influence of perfusion and cyclic compression on proliferation and differentiation of bone marrow stromal cells in 3-dimensional culture" J Biomech 41 (9): 1885-891; Jagodzinski, M., Drescher, M., et al. (2004) "Effects of cyclic longitudinal mechanical strain and dexamethasone on osteogenic differentiation of human bone marrow stromal cells" Eur Cell Mater 7: 35-41, discussion 41; and Jagodzinski, M., Hankemeier, S., et al. (2005) "Influence of cyclic mechanical strain and heat of human tendon fibroblasts on HSP-72" Eur J Appl Physiol: 1-8.
Bisher ist keine Entwicklung bekannt, die diese Effekte direkt bei der Kultivierung von Gewebekonstrukten in vivo berücksichtigt. So far no development is known which takes these effects directly into account in the cultivation of tissue constructs in vivo.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Züchtung von Gelenkflächenimplantaten in vivo bereitzustellen, das eine gezielte mechanische Stimulation der Implantate ermöglicht. An object of the invention is to provide a method of cultivating articular surface implants in vivo, which enables targeted mechanical stimulation of the implants.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein geeignetes Verfahren zur Implantation eines so gezüchteten Gelenkflächenimplantats bereitzustellen. Another object of the invention is to provide a suitable method for implanting a so-cultivated articular implant.
Letztlich ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, um Komponenten wie Knochenbearbeitungswerkzeuge, Scaffolds und Zuchtkammern für die Züchtung eines Gelenkflächenimplantats maßgeschneidert herstellen zu können. Vor diesem Hintergrund betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer individuell angepassten Komponente zur Verwendung in der Züchtung eines Gelenkflächenimplantats, das die folgenden Schritte umfasst: Finally, it is an object of the invention to provide a method to tailor components such as bone processing tools, scaffolds and culture chambers for the cultivation of a joint surface implant. Against this background, the invention relates to a method for producing a customized component for use in the cultivation of a joint surface implant, comprising the following steps:
(a) Durchführung eines tomographischen Bildgebungsverfahrens an defektnahem Knochengewebe im Bereich einer defekten Gelenkfläche und Erstellung eines ersten, virtuellen und dreidimensionalen Modells des ersten Knochengewebes; (a) performing a tomographic imaging procedure on defect-related bone tissue in the area of a defective articular surface and creating a first, virtual and three-dimensional model of the first bone tissue;
(b) Durchführung eines tomographischen Bildgebungsverfahrens an defektfernem Knochengewebe abseits der defekten Gelenkfläche und Erstellung eines zweiten, virtuellen und dreidimensionalen Modells; (b) performing a tomographic imaging procedure on defect-distant bone tissue away from the defective articular surface and creating a second, virtual and three-dimensional model;
(c) virtuelle Definition eines zu ersetzenden Defektbereichs im defektnahen Knochengewebe anhand des ersten Modells; (c) virtual definition of a defect region to be replaced in defect-related bone tissue on the basis of the first model;
(d) gegebenenfalls, virtuelle Definition eines Zuchtbereichs im defektfernen Knochengewebe anhand des zweiten Modells, wobei die Form des Zuchtbereichs zumindest abschnittsweise der Form des Defektbereichs entspricht; (d) optionally, a virtual definition of a breeding area in the defect-distant bone tissue based on the second model, wherein the shape of the breeding area corresponds at least in sections to the shape of the defect area;
(e) virtuelle Modellierung einer unter Vorlage des ersten und/oder zweiten Modells und/oder des Defektbereichs und/oder Zuchtbereichs individuell angepassten Komponente; und (e) virtual modeling of a component customized upon presentation of the first and / or second model and / or the defect area and / or breeding area; and
(f) reale Herstellung der implantierbaren Komponente unter Vorlage des aus Schritt (e) erhaltenen virtuellen Komponentenmodells. Das Verfahren kann zur Züchtung eines Gelenkflächenimplantats für den Menschen oder zur Züchtung eines Gelenkflächenimplantats für Tiere dienen. Entsprechend kann es sich bei dem defektnahen und bei dem defektfernen Knochengewebe um menschliches oder tierisches Gewebe handeln. (f) realizing the implantable component by presenting the virtual component model obtained from step (e). The method can be used to grow a human articular surface implant or to grow an articular surface implant. Accordingly, the defect-related and the defect-distant bone tissue may be human or animal tissue.
Im Rahmen des tomographischen Bildgebungsverfahrens am defektnahen Knochengewebe im Bereich einer defekten Gelenkfläche werden auch Defekte im ersten Knochengewebe unterhalb der defekten Gelenkfläche abgebildet, sodass ein Defektbereich so definiert werden kann, dass der Bereich der defekten Gelenkfläche sowie der Bereich etwaiger darunterliegender Knochenschäden vollständig erfasst werden kann, ohne einen zu großen Bereich auszuwählen und damit gesundes Gewebe zu opfern. Das abgebildete defektnahe Knochengewebe umfasst typischerweise involviertes und unbeteiligtes Knochengewebe. Unbeteiligtes Knochengewebe umfasst insbesondere auch Knochengewebe, das mit Blick auf die Defektstelle an der gegenüberliegenden Seite des Gelenks, d.h. am dem Defekt gegenüberliegenden Knochen liegt. Die Erfassung unbeteiligten Knochengewebes am gegenüberliegenden Knochen kann während der Modellierung dazu dienen, den Defektbereich so zu definieren, dass die Oberfläche des Scaffolds bzw. des zu züchtenden Implantats präzise modelliert wird. Within the framework of the tomographic imaging method on defect-related bone tissue in the region of a defective joint surface, defects in the first bone tissue below the defective joint surface are imaged, so that a defect region can be defined so that the area of the defective joint surface as well as the area of any underlying bone damage can be completely detected. without selecting a too large area and thus sacrificing healthy tissue. The depicted defect near bone tissue typically includes involved and uninvolved bone tissue. In particular, discrete bone tissue also includes bone tissue that is facing the defect site on the opposite side of the joint, i. lies on the bone opposite the defect. The detection of unrelated bone tissue on the opposite bone during modeling can serve to define the defect area so that the surface of the scaffold or of the implant to be cultivated is precisely modeled.
Die reale Erzeugung der Komponente unter Vorlage des virtuellen Modells kann beispielsweise durch Fräsen oder Schneiden aus einem nicht individuell gefertigten Produkt erfolgen. The real generation of the component by presenting the virtual model can be done, for example, by milling or cutting from a non-individually manufactured product.
Generell kann die defekte Gelenkfläche an allen Gelenken mit hyalinem Knorpel oder Faserknorpel liegen. In einer beispielhaften Ausführungsform liegt die defekte Gelenkfläche im Kniegelenk, Hüftgelenk oder Schultergelenk. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform liegt die defekte Gelenkfläche im Zwischenwirbelbereich bzw. an der Bandscheibe. An diesen Gelenken treten Defekte häufig auf und lassen sich mit einem geeigneten Gelenkflächenimplantat behandeln. In einem konkreten Beispiel liegen das involvierte Knochengewebe am- Oberschenkelknochen und das unbeteiligte Knochengewebe an der Kniescheibe. Generally, the defect articular surface may be at all joints with hyaline cartilage or fibrocartilage. In an exemplary embodiment, the defective articular surface is located in the knee joint, hip joint or shoulder joint. In another exemplary embodiment, the defective joint surface lies in the intervertebral region or on the intervertebral disc. Join these joints Defects often occur and can be treated with a suitable articular implant. In one specific example, the involved bone tissue is the femur and the uninvolved bone tissue is the patella.
In einer Ausführungsform ist das defektferne Knochengewebe Teil eines Beckenknochens bzw. eines Knochens des Beckengürtels. Der Beckenkamm ist zur vorliegend angedachten Züchtung von Gelenkflächenimplantaten in vivo nebst mechanischer Stimulation besonders geeignet. In one embodiment, the defect-distant bone tissue is part of a pelvic bone or a bone of the pelvic girdle. The iliac crest is particularly suitable for the contemplated breeding of articular implants in vivo in addition to mechanical stimulation.
In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem tomographischen Bildgebungsverfahren um Computertomografie (CT) oderIn one embodiment, the tomographic imaging technique is computed tomography (CT) or
Magnetresonanztomografie (MRT) handelt. Auch eine Kombination beider Bilddatensätze kann Verwendung finden. Magnetic Resonance Imaging (MRI). A combination of both image data records can also be used.
In einer Ausführungsform handelt es sich bei der Komponente um einen Scaffold für das Gelenkflächenimplantat, ein Probeimplantat, eine Schablone, ein chirurgisches Werkzeug zur Knochenbearbeitung, oder um einen Bestandteil einer implantierbaren Zuchthaube. Im Rahmen des Verfahrens können mehrere oder alle der genannten Komponenten hergestellt werden, wobei Schritte (a) bis (d) lediglich einmal durchgeführt werden, und Schritte (e) und (f) für jede einzelne der hergestellten Komponenten gesondert. So reicht die Durchführung zweier bildgebender Verfahren (a) und (b) im Rahmen eines einzigen Termins sowie eine gebündelte Modellierungsoperation (c) und (d) aus, um eine Mehrzahl an maßgeschneiderten Komponenten modellieren zu können. In one embodiment, the component is a scaffold for the articular surface implant, a trial implant, a template, a surgical tool for bone processing, or a component of an implantable breeding hood. Within the scope of the process, several or all of said components can be prepared, steps (a) to (d) being performed only once, and steps (e) and (f) separately for each of the produced components. Thus, the implementation of two imaging methods (a) and (b) in a single appointment and a bundled modeling operation (c) and (d) to model a plurality of tailored components is sufficient.
In einer Ausführungsform handelt es sich bei der bzw. einer maßgeschneiderten Komponente um einen dreidimensionalen Scaffold für das Gelenkflächenimplantat. Dieser soll formidentisch zum Defektbereich sein und wird daher und unter Vorlage des Defektbereichs modelliert. Es wird also ein mit Blick auf Form und Größe des Defektbereichs maßgefertigter Scaffold modelliert und real erzeugt. In one embodiment, the custom component is a three-dimensional scaffold for the articular surface implant. This should be identical in shape to the defect area and is therefore and under submission of the defect area modeled. Thus, a scaffold custom-made with regard to the shape and size of the defect area is modeled and created real.
Der Scaffold kann aus einem geformten Hydrogel oder einem proteinbasierten Gerüst bestehen. Dabei ist denkbar, dass der Scaffold in wenigstens zwei Abschnitte unterteilt ist, die sich hinsichtlich des Aufbaus des Scaffolds, beispielsweise der Art des Hydrogels unterscheiden. Geeignete Materialien umfassen Kollagen, Fibrin, Polyzucker wie z.B. Chitosan oder Glycosaminoglykane (GAGs) wie z.B. Hyaluronsäure-basierte Materialien, Polyester, Polymilchsäure (PLA), Polyglycolsäure (PGA) und Polycaprolacton (PCL). Geeignete Verfahren zur realen Herstellung des Scaffolds umfassen Nanofaser-Selbstorganisation, textile Methoden, SCPL (Solvent Casting & Particulate Leaching), Schäumen, Emulgieren bzw. Gefriertrocknen, TIPS (Thermally Induced Phase Separation), Elektrospinning. Insbesondere 3D-Drucken von Polymerpartikeln, FDM (Fused Deposition Modelling) oder LaBP (Laser-assisted BioPrinting) können im Rahmen des vorliegenden Verfahrens geeignet sein. The scaffold may consist of a molded hydrogel or a protein-based scaffold. It is conceivable that the scaffold is divided into at least two sections which differ with respect to the structure of the scaffold, for example the type of hydrogel. Suitable materials include collagen, fibrin, poly sugars, e.g. Chitosan or glycosaminoglycans (GAGs), e.g. Hyaluronic acid-based materials, polyesters, polylactic acid (PLA), polyglycolic acid (PGA) and polycaprolactone (PCL). Suitable methods for real production of the scaffold include nanofiber self-assembly, textile methods, SCPL (Solvent Casting & Particulate Leaching), foaming, emulsification or freeze-drying, TIPS (Thermally Induced Phase Separation), electrospinning. In particular, 3D printing of polymer particles, FDM (Fused Deposition Modeling) or LaBP (Laser Assisted BioPrinting) may be suitable in the context of the present method.
Gegebenenfalls werden Gewebezellen wie beispielsweise autogene Knochenzellen oder Vorläuferzellen in den Scaffold eingetragen, die später die Gewebebildung am Scaffold begünstigen. Optionally, tissue cells such as autogenous bone cells or progenitor cells are introduced into the scaffold, which later promote tissue formation at the scaffold.
Gegebenenfalls werden Wachstumsfaktoren am Scaffold immobilisiert, die ebenfalls später die Gewebebildung am Scaffold begünstigen. Beispiele für geeignete Wachstumsfaktoren umfassen: Fibroblast Growth Factors (FGF), Transforming Growth Factors (TGF), Platelet Derived Growth Factors (PDGF), Epidermal Growth Factors (EGF) oder Insuline Like Growth Factors (IGF). Letztere IGF können insbesondere bei der Entstehung von Knorpelgeweben eine zentrale Rolle spielen. Ferner kann in den Scaffold wenigstens ein Faden eingearbeitet werden, der anschließend das vernähen am Zuchtort oder finalen Implantationsort oder eine Entnehme vom Zuchtort, oder eine generelle Handhabung erleichtern kann. Faden ist vorliegend nicht streng im Sinne eines geflochtenen Faserstranges zu verstehen, sondern umfasst faden- bzw. drahtförmige Gebilde im Allgemeinen. Geeignete Fäden können beispielsweise aus resorbierbarem oder auch aus nicht resorbierbarem Kunststoff bestehen. If necessary, growth factors are immobilized on the scaffold, which also later promote tissue formation at the scaffold. Examples of suitable growth factors include: Fibroblast Growth Factors (FGF), Transforming Growth Factors (TGF), Platelet Derived Growth Factors (PDGF), Epidermal Growth Factors (EGF) or Insuline Like Growth Factors (IGF). The latter IGFs can play a central role, in particular in the development of cartilage tissue. Furthermore, at least one thread can be incorporated into the scaffold, which can then facilitate the suturing at the breeding site or final implantation site or a removal from the breeding site, or a general handling. In the present case, thread is not to be understood strictly in the sense of a braided fiber strand, but rather comprises thread-like or wire-shaped structures in general. Suitable threads may for example consist of resorbable or non-absorbable plastic.
In einer Ausführungsform handelt es sich bei der maßgeschneiderten Komponente um ein Probeimplantat. Das Probeimplantat weist einen zum Defektbereich zumindest abschnittsweise formidentischen Kopfabschnitt auf. Zumindest abschnittsweise bedeutet, dass zumindest ein wesentlicher Teil der Mantelfläche formidentisch sein sollen, während beispielsweise der Abschnitt des Defektbereichs, welcher die Gelenkfläche abbildet, nicht am Probeimplantat abgebildet sein muss. Der Kopfabschnitt dient in der Anwendung zum Fitten des Zuchtortes oder Zielortes, bevor der Scaffold bzw. das Implantat eingesetzt werden. Neben dem Kopfabschnitt kann das Probeimplantat einen Griff abschnitt aufweisen, der zur einfacheren Handhabung dient. Der Kopfabschnitt wird vor der realen Herstellung des Probeimplantats im Rahmen des Verfahrens unter Vorlage des Defektbereichs oder Zuchtbereichs modelliert. In einer Ausführungsform wird das Probeimplantat aus einem Kunststoff, vorzugsweise aus Polyamid, gefertigt. Die Fertigung kann beispielsweise durch Fräsen oder durch Sintern erfolgen. Eine mögliche Herstellungsvariante umfasst Lasersintern, insbesondere im Rahmen eines Rapid-Prototyping-Verfahrens. Auch der Einsatz eines 3D-Druckers ist denkbar. In one embodiment, the tailored component is a trial implant. The trial implant has a head section which is at least partially identical in shape to the defect region. At least in sections means that at least a substantial part of the lateral surface should be identical in shape, while for example the portion of the defect region which images the articular surface need not be imaged on the trial implant. The head section is used in the application to fit the breeding site or destination before the scaffold or implant are used. In addition to the head section, the trial implant can have a handle section, which is used for easier handling. The head section is modeled prior to real production of the trial implant as part of the procedure presenting the defect area or breeding area. In one embodiment, the trial implant is made of a plastic, preferably polyamide. The production can be done for example by milling or by sintering. One possible manufacturing variant involves laser sintering, in particular in the context of a rapid prototyping method. The use of a 3D printer is conceivable.
In einer Ausführungsform handelt es sich bei der maßgeschneiderten Komponente um eine Schablone. Diese Schablone kann eine zielgerichtete Abtragung von Knochenmaterial am Zuchtort oder Zielort begünstigen. Die Schablone wird vor deren realer Herstellung unter Vorlage eines virtuellen Modells modelliert. Je nach dem, ob die Schablone am Zuchtort oder am Zielort zur Anwendung kommen soll, erfolgt die Modellierung anhand des ersten Modells und des Defektbereichs, oder anhand des zweiten Modells und des Zuchtbereichs. Die Schablone weist vorzugsweise einen Auflagebereich auf, der eine Negativform zur Oberfläche des Knochengewebes im an den Zuchtort oder Zielort angrenzenden Bereich des dort jeweils vorhandenen Knochengewebes darstellt. Die Schablone ist so gefertigt, dass der Arzt sich bei der Einsetzung an markanten knöchernen Referenzpunkten orientieren kann, die bei einer Operation leicht erkennbar sind und eine zuverlässige Platzierung der Schablone ermöglichen. Entsprechend kann die virtuelle Definition des Zuchtortes und Zielortes gewählt werden. Sie weist Mittel zur Führung eines oder mehrerer Werkzeuge zur Knochenbearbeitung auf, beispielsweise Löcher für einen Bohrer oder Schlitze für Schneidewerkzeug. In one embodiment, the custom component is a template. This template can promote targeted removal of bone material at the breeding site or target site. The template is coming up their actual production modeled by presenting a virtual model. Depending on whether the template is to be used at the breeding site or at the destination, the modeling will be based on the first model and the defect area, or on the second model and the breeding area. The template preferably has a support area that represents a negative mold to the surface of the bone tissue in the adjacent to the breeding site or destination area of each existing bone tissue there. The template is designed so that the physician can orient himself at the insertion of striking bony reference points, which are easily recognizable during surgery and allow reliable placement of the template. Accordingly, the virtual definition of the breeding place and destination can be selected. It has means for guiding one or more tools for bone processing, such as holes for a drill or slots for cutting tool.
In einer Ausführungsform handelt es sich bei der maßgeschneiderten Komponente um ein chirurgisches Werkzeug zur Knochenbearbeitung, beispielsweise um ein Schneidwerkzeug. Auch das maßgeschneiderte Werkzeug dient einer zielgerichteten Abtragung von Knochenmaterial am Zucht- oder Zielort. Es wird vor dessen realer Herstellung unter Vorlage des entsprechenden virtuellen Modells modelliert. In one embodiment, the custom component is a bone contouring surgical tool, such as a cutting tool. The tailor-made tool also serves for purposeful removal of bone material at the breeding or destination site. It is modeled prior to its actual production by presenting the corresponding virtual model.
In einer Ausführungsform handelt es sich bei der maßgeschneiderten Komponente um einen Bestandteil einer implantierbaren Zuchthaube. Der Bestandteil wird unter Vorlage des zweiten Modells und/oder des Zuchtbereichs modelliert. Die implantierbare Zuchthaube weist ein Gerüst auf, an dem ein Schirm gehalten ist. Bei der maßgefertigten Komponente kann es sich insbesondere um das Gerüst handeln. Die Begriffe Gerüst und Schirm sind nicht notwendigerweise im Sinne eines einzigen Bauteils zu verstehen. Das Gerüst kann sich aus mehreren diskreten Teilen zusammensetzen. Ebenso kann der Schirm sich aus mehreren - in In one embodiment, the tailored component is a component of an implantable breeding hood. The component is modeled by presenting the second model and / or the breeding area. The implantable breeding hood has a framework on which a screen is held. The custom-made component may in particular be the framework. The terms scaffolding and umbrella are not necessarily to be understood in the sense of a single component. The framework can be composed of several discrete parts. Similarly, the screen can be made up of several - in
diskreten Teilen zusammensetzen. Die jeweiligen diskreten Teile können sich in ihren Eigenschaften unterscheiden. Der Schirm kann beweglich am Gerüst gehalten sein. In einer anderen denkbaren Variante können Gerüst und Schirm zu einem einzigen integralen Bauteil vereinigt sein. put together discrete parts. The respective discrete parts may differ in their properties. The screen can be movably held on the scaffold. In another conceivable variant, the framework and screen can be combined to form a single integral component.
Der Schirm kann aus einem starren oder elastischen Kunststoffmaterial bestehen. Eine bevorzugte Materialwahl ist PEEK, PET oder ein bioinertes poröses Material wie beispielsweise eine Keramik. Das Gerüst kann aus einem vorzugsweise starren Kunststoffmaterial bestehen. Eine bevorzugte Materialwahl ist ebenfalls PEEK, PET oder ein bioinertes poröses Material wie beispielsweise eine Keramik. In einer Ausführungsform können am Gerüst Mittel zu dessen Befestigung am defektfernen Knochengewebe vorhanden sein. Verwendete Kunststoffmaterialien sind vorzugsweise nicht resorbierbar und biokompatibel. The screen can be made of a rigid or elastic plastic material. A preferred choice of material is PEEK, PET or a bioinert porous material such as a ceramic. The framework may consist of a preferably rigid plastic material. A preferred choice of material is also PEEK, PET or a bioinert porous material such as a ceramic. In one embodiment, means may be provided on the scaffold for attachment to the defect-removed bone tissue. Plastic materials used are preferably non-absorbable and biocompatible.
Gerüst und/oder Schirm (oder Abschnitte davon) können entweder wasserundurchlässig sein, oder sie können porös (insb. offenporig) und wasserdurchlässig sein. Letzteres ermöglicht eine gezielte Versorgung des Gewebekonstrukts mit Gewebeflüssigkeit und Nährstoffen, während keine Zellen oder dergleichen passieren können. Geeignete mittlere Porengrößen liegen beispielsweise im Bereich von zwischen 1 bis 100 nm, vorzugsweise im Bereich von zwischen 5 und 50 nm. Durch die Poren hindurchtretende Gewebeflüssigkeit und Nährstoffe unterstützen Wachstum und Differenzierung der im Scaffold bzw. werdenden Implantat befindlichen Zellen. In einer Ausführungsform können an verformbaren und/oder starren Bestandteilen Wachstumsfaktoren immobilisiert werden. Geeignete Wachstumsfaktoren wurden weiter oben im Zusammenhang mit dem Scaffold beschrieben. The scaffold and / or screen (or sections thereof) may either be impermeable to water or may be porous (especially open-pored) and water-permeable. The latter allows a targeted supply of the tissue construct with tissue fluid and nutrients, while no cells or the like can happen. Suitable average pore sizes are, for example, in the range of between 1 and 100 nm, preferably in the range of between 5 and 50 nm. Tissue fluid and nutrients passing through the pores promote growth and differentiation of the cells present in the scaffold or expectant implant. In one embodiment, growth factors can be immobilized on deformable and / or rigid components. Suitable growth factors have been described above in connection with the scaffold.
Der ggf. verformbare Charakter der Zuchthaube oder die bewegliche Lagerung der Zuchthaube oder von Abschnitten davon bewirkt, dass der im implantierten Zustand überdeckte Bereich durch Krafteinwirkung von außen reversibel verformt und das darin heranreifende Implantat daher mechanisch stimuliert werden kann. Das Gerüst bewirkt, dass der überdeckte Bereich stets ein gewisses Volumen aufweist und nicht implodiert. Sie können so das heranreifende Implantat schützen. Das Gerüst kann die Gestalt einer Brücke annehmen, die in den Endbereichen individuell angepasste Auflageflächen aufweist, die eine Negativform zur Oberfläche des defektfernen Knochengewebes im an den Zuchtbereich angrenzenden Bereich darstellt, und die zwischen den beiden Endbereichen aufgebogen ist. Die Mittel zur Befestigung können an den Endbereichen angeordnet sein. Es kann sich beispielsweise um einen oder mehrere Durchbrüche für Schrauben handeln. The possibly deformable character of the breeding hood or the movable storage of the breeding hood or of sections thereof causes that in the implanted state Covered area reversibly deformed by the action of external force and therefore the implant maturing therein can be mechanically stimulated. The framework causes the covered area to always have a certain volume and not implode. This way you can protect the maturing implant. The framework may take the form of a bridge which has individually adapted bearing surfaces in the end regions, which forms a negative mold to the surface of the defect-distant bone tissue in the region adjacent to the breeding region and which is bent up between the two end regions. The means for attachment may be arranged at the end regions. It may, for example, be one or more openings for screws.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Züchtung eines Gelenkflächenimplantats im eigenen Körper des Patienten, das die folgenden Schritte umfasst: The invention further relates to a method for cultivating a joint surface implant in the patient's own body, comprising the following steps:
(A) gegebenenfalls, Durchführen eines Herstellungsverfahrens nach Anspruch 1 ; (A) optionally, performing a manufacturing method according to claim 1;
(B) Durchführen eines ersten operativen Eingriffs am Patienten, wobei ein Scaffold für das Gelenkflächenimplantat in einer Zuchtgrube versenkt wird, die in defektfernes Knochengewebe abseits der durch das Implantat zu ersetzenden, defekten Gelenkfläche eingearbeitet wird; (B) performing a first surgical procedure on the patient, wherein a scaffold for the articular implant is sunk in a breeding pit, which is incorporated into the defect-distant bone tissue away from the defective joint surface to be replaced by the implant;
(C) Abwarten einer Reifeperiode; und (C) waiting for a maturity period; and
(D) Durchführen eines zweiten operativen Eingriffs am Patienten, wobei das Gelenkflächenimplantat aus der Zuchtgrube entnommen wird. Der erste Schritt (A) ist optional. Das Verfahren gemäß Schritten (B) bis (C) kann grundsätzlich auch unabhängig vom erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren unter Verwendung von nicht individuell angepassten Komponenten durchgeführt werden. Gleichwohl ist die vorhergehende Durchführung eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens bzw. die Verwendung von erfindungsgemäß hergestellten, individuellen Komponenten bevorzugt. (D) performing a second surgical procedure on the patient, wherein the articular implant is removed from the breeding pit. The first step (A) is optional. In principle, the process according to steps (B) to (C) can also be carried out independently of the preparation process according to the invention using components which are not individually adapted. Nevertheless, the previous implementation of a production process according to the invention or the use of individual components prepared according to the invention is preferred.
Das Verfahren kann zur Züchtung eines Gelenkflächenimplantats für den Menschen oder zur Züchtung eines Gelenkflächenimplantats für Tiere dienen. Entsprechend kann es sich bei dem defektnahen und bei dem defektfernen Knochengewebe um menschliches oder tierisches Gewebe handeln. Bei dem Patienten kann es sich um einen menschlichen oder tierischen Patienten handeln. The method can be used to grow a human articular surface implant or to grow an articular surface implant. Accordingly, the defect-related and the defect-distant bone tissue may be human or animal tissue. The patient may be a human or animal patient.
Bei dem Gelenkflächenimplantat kann es sich generell um eines für Gelenke mit hyalinem Knorpel oder Faserknorpel handeln. In einer Ausführungsform handelt es sich um ein Implantat für das Kniegelenk, Hüftgelenk oder Schultergelenk. In einer anderen Ausführungsform handelt es sich um ein Implantat für den Zwischenwirbelbereich bzw. ein Bandscheibenimplantat. Die Zuchtgrube kann in den Beckenkamm des Patienten eingearbeitet werden. The articular surface implant may generally be one of joints with hyaline cartilage or fibrocartilage. In one embodiment, it is an implant for the knee joint, hip joint or shoulder joint. In another embodiment, it is an implant for the intervertebral area or an intervertebral disc implant. The breeding pit can be worked into the iliac crest of the patient.
Die Eigenschaften des Scaffolds sind vorzugsweise so, wie diese im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren beschrieben wurden, unabhängig davon, ob der Scaffold tatsächlich im Rahmen eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens individuell hergestellt wurde oder nicht. In einer Ausführungsform wird der Scaffold durch ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahrens gefertigt. The properties of the scaffold are preferably as described in connection with the production method according to the invention, regardless of whether the scaffold was actually produced individually within the scope of a production method according to the invention or not. In one embodiment, the scaffold is manufactured by a manufacturing method according to the invention.
In einer Ausführungsform werden die Zuchtgrube und der darin aufgenommene Scaffold während des ersten operativen Eingriffs mit einer Zuchthaube überdeckt. Die Zuchthaube weist vorzugsweise ein Gerüst auf, an dem ein Schirm gehalten ist. Die Eigenschaften von "Gerüst und/oder Schirm sind vorzugsweise wie im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren beschrieben, unabhängig davon, ob Gerüst und/oder Schirm im Rahmen eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens individuell hergestellt wurden oder nicht. In einer Ausführungsform werden Gerüst und/oder Schirm durch ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahrens gefertigt. In one embodiment, the breeding pit and the scaffold received therein are covered with a breeding hood during the first surgical procedure. The breeding hood preferably has a framework on which a screen is held. The properties of the framework and / or screen are preferably as described in connection with the production method according to the invention, regardless of whether the framework and / or screen were produced individually within the scope of a production method according to the invention manufactured a manufacturing process according to the invention.
Sofern das Herstellungsverfahren gemäß Schritt (A) durchgeführt wird, ist es zweckmäßig, dass die Form der Zuchtgrube der Form des virtuell definierten Zuchtbereichs entspricht. In einer Ausführungsform erfolgt Einarbeitung der Zuchtgrube unter Verwendung einer maßgefertigten Schablone. In einer Ausführungsform erfolgt Einarbeitung der Zuchtgrube unter Verwendung eines maßgefertigten Werkzeugs zur Knochenbearbeitung. Die Eigenschaften von Schablone und/oder Werkzeug sind vorzugsweise wie im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren beschrieben. If the production method according to step (A) is carried out, it is expedient that the shape of the breeding pit corresponds to the shape of the virtually defined breeding area. In one embodiment, incorporation of the breeding pit is done using a custom template. In one embodiment, incorporation of the breeding pit is done using a custom bone processing tool. The properties of stencil and / or tool are preferably as described in connection with the production method according to the invention.
In einer Ausführungsform geht dem Einsetzen des Scaffolds ein Fitting der Zuchtgrube mit dem Probeimplantat voraus. Das Fitting umfasst ein Einsetzen des Kopfabschnittes des Probeimplantats in die Zuchtgrube, um die Passgenauigkeit zu ermitteln. Bei mangelhafter Passgenauigkeit kann eine Feinbearbeitung der Zuchtgrube erfolgen. Dieser Vorgang kann bei Bedarf mehrfach wiederholt werden. In one embodiment, the insertion of the scaffold is preceded by a fitting of the breeding pit with the trial implant. The fitting includes inserting the head portion of the trial implant into the breeding pit to determine fit accuracy. If the accuracy of the fit is insufficient, a fine machining of the breeding pit can be carried out. This process can be repeated several times if necessary.
In einer Ausführungsform beträgt die Reifeperiode 6 bis 12 Wochen. Zwischen erstem und zweitem operativen Eingriff erfolgt typischerweise kein weiterer Eingriff. Die Haube überdeckt während der Reifezeit fortwährend die Zuchtgrube und den Scaffold bzw. das sich formende Implantat. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, ein Gelenkflächenimplantat mit mehrschichtigem Aufbau (Knorpel auf Knochen) unter Bedingungen zu züchten, die ähnlich den Bedingungen wie diese am Implantationsort anzutreffen sind (Nährstoffversorgung, mechanische Belastung). So kann Gewebe mit einem funktionellen Aufbau heranreifen. Die Züchtung erfolgt an einer Stelle, die sich vom Implantationsort unterscheidet und davon unabhängig gewählt werden kann. In one embodiment, the maturity period is 6 to 12 weeks. There is typically no further intervention between the first and second surgical procedures. During the maturing period, the hood continuously covers the breeding pit and the scaffold or the forming implant. The method according to the invention makes it possible to grow a joint surface implant with a multilayer structure (cartilage on bone) under conditions similar to those encountered at the implantation site (nutrient supply, mechanical stress). This allows tissue to ripen with a functional structure. Breeding takes place at a site that differs from the site of implantation and can be chosen independently.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Implantation eines Gelenkflächenimplantats, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: The invention further relates to a method for implanting a joint surface implant, the method comprising the following steps:
(i) Durchführen eines Herstellungsverfahrens nach Anspruch 1 , oder Züchten eines Gelenkflächenimplantats im Rahmen eines Verfahrens gemäß Anspruch 11 ; und (i) performing a manufacturing method according to claim 1, or growing a joint surface implant in a method according to claim 11; and
(ii) Durchführen eines dritten operativen Eingriffs am Patienten, wobei involviertes Knochengewebe entfernt und durch das Implantat ersetzt wird. (ii) performing a third surgical procedure on the patient, with involved bone tissue removed and replaced by the implant.
Dem Implantationsverfahren gemäß Schritt (ii) geht ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren oder ein erfindungsgemäßes Zuchtverfahren voraus. Die Verwendung von erfindungsgemäß hergestellten, maßgefertigten Komponenten ist bevorzugt. The implantation process according to step (ii) is preceded by a production process according to the invention or a cultivation process according to the invention. The use of custom-made components made according to the invention is preferred.
In einer Ausführungsform wird im Rahmen des dritten operativen Eingriffs involviertes Knochengewebe im Umfang des virtuell definierten Defektbereichs entfernt. In one embodiment, bone tissue involved in the third surgical procedure is removed within the scope of the virtually defined defect area.
In einer Ausführungsform erfolgt das Entfernen des involvierten Knochengewebes unter Verwendung einer maßgefertigten Schablone oder eines maßgefertigten Werkzeugs zur Knochenbearbeitung. ln einer Ausführungsform geht dem Einsetzen des Implantats ein Fitting des Zielorts mit dem Probeimplantat voraus. Das Fitting umfasst ein Einsetzen des Kopfabschnittes des Probeimplantats in die Ausnehmung am Zielort, um die Passgenauigkeit zu ermitteln. Bei mangelhafter Passgenauigkeit kann eine Feinbearbeitung der Ausnehmung am Zielort erfolgen. Dieser Vorgang kann bei Bedarf mehrfach wiederholt werden. In one embodiment, the removal of the involved bone tissue is accomplished using a custom template or a custom bone processing tool. In one embodiment, inserting the implant is preceded by a fitting of the target site with the trial implant. The fitting includes inserting the head portion of the trial implant into the recess at the target site to determine fit accuracy. If the accuracy of fit is insufficient, the recess can be fine-machined at the destination. This process can be repeated several times if necessary.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der Figuren und nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele erläutert. In den Figuren zeigen: Further details and advantages of the invention will be explained with reference to the figures and embodiments described below. In the figures show:
Figur 1 : einen Flowchart, der die Arbeitsabfolge einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens FIG. 1 shows a flow chart showing the working sequence of an embodiment of a production method according to the invention
Figur 2: Abbildungen mehrerer Schritte, die im Rahmen des ersten operativen Figure 2: Illustrations of several steps taken in the context of the first operational
Eingriffs einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zuchtverfahrens durchgeführt werden;  Intervention of an embodiment of a breeding method according to the invention are carried out;
Figur 3: eine schematische Darstellung von Vorgängen während der Reifezeit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zuchtverfahrens; FIG. 3 shows a schematic representation of processes during the maturation time of an embodiment of a breeding method according to the invention;
Figur 4: eine weitere schematische Darstellung von Vorgängen während der FIG. 4 shows a further schematic representation of processes during the
Reifezeit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zuchtverfahrens;  Maturing time of an embodiment of a breeding method according to the invention;
Figur 5: eine weitere schematische Darstellung von Vorgängen während der FIG. 5 shows a further schematic representation of processes during the
Reifezeit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zuchtverfahrens; Figur 6: schematische Darstellungen des im Körper implantierten Scaffolds nebst Zuchthaube gemäß einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zuchtverfahrens; Maturing time of an embodiment of a breeding method according to the invention; FIG. 6: schematic representations of the scaffold implanted in the body together with the breeding hood according to one embodiment of a breeding method according to the invention;
Figur 7: Darstellung des Unterschiedes zwischen einem im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens gezüchteten Implantats zu einem Vergleichsimplantat; und FIG. 7 shows the difference between an implant grown in the context of a method according to the invention and a comparison implant; and
Figur 8: Abbildungen mehrerer Schritte, die im Rahmen des dritten operativen Figure 8: Illustrations of several steps taken in the context of the third operational
Eingriffs einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Implantationsverfahrens durchgeführt werden.  Intervention of an embodiment of an implantation method according to the invention are performed.
Figur 1 zeigt einen Flowchart, in dem eine mögliche Abfolge an Verfahrensschritten für ein Herstellungsverfahren individuell angepasster Komponenten zur Verwendung in der Züchtung eines Gelenkflächenimplantats, wie es gemäß der Erfindung vorgesehen ist, beschreibt. FIG. 1 shows a flow chart in which a possible sequence of method steps for a production method of individually adapted components for use in the cultivation of a joint surface implant, as provided according to the invention, is described.
In einem ersten Schritt 1 wird ein computertomografisches Verfahren (CT) zur dünnschichtigen Schnittbildgebung (<0,5 mm isotropische Voxelgröße) von Knochengewebe durchgeführt. Diese Bildgebung erfolgt einerseits für die Hemipelvis und andererseits für beide am beschädigten Gelenk angrenzenden Knochen, der Knochen mit der zu ersetzenden Gelenkfläche und der gegenüberliegende Knochen. Beispielsweise kann es sich bei den visualisierten Knochenabschnitten um Teile von Femur und Kniescheibe einerseits sowie einen Abschnitt des Beckenkammes andererseits handeln. In a first step 1, a computed tomography (CT) method for thin slice imaging (<0.5 mm isotropic voxel size) of bone tissue is performed. This imaging is done on the one hand for the hemipelvis and on the other hand for both adjacent to the damaged joint bone, the bone with the joint surface to be replaced and the opposite bone. For example, the visualized bone sections may be parts of the femur and patella on the one hand and a portion of the iliac crest on the other hand.
In einem weiteren Schritt 2 erfolgt anhand des Schnittbildes ein virtuelles, dreidimensionales Modell der abgebildeten Knochenpartien erstellt. Dabei können beispielsweise die Programme I-Plan und Freeform zum Einsatz kommen. Ein Glätten des Modells kann anhand Meshlab® erfolgen. In a further step 2, a virtual, three-dimensional model of the imaged bone parts is created on the basis of the sectional image. It can For example, the I-Plan and Freeform programs will be used. Smoothing of the model can be done with Meshlab ® .
In Schritt 3 erfolgt anhand des zuvor erstellten Modells eine virtuelle Definition eines Defektbereichs am Knochen mit der zu ersetzenden Gelenkfläche. Der Defektbereich soll beschädigtes bzw. unterhalb einer beschädigten Gelenkfläche liegendes Knochengewebe umfassen. Diese Bereichsabgrenzung kann beispielsweise mit l-PLAN® vorgenommen werden. Es entsteht eine erste Definition der Form des gewünschten Implantats (entspricht dem Negativ des Defektbereichs). In step 3, based on the previously created model, a virtual definition of a defect area on the bone with the articular surface to be replaced takes place. The defect area should include damaged or located below a damaged articular bone tissue. This area delineation can be made, for example, with l-PLAN ® . The result is a first definition of the shape of the desired implant (corresponds to the negative of the defect area).
Nach erfolgter erster Definition eines Implantats bzw. Defektbereichs wird in Schritt 4 die gelenkseitige Oberfläche des Implantats bzw. Defektbereichs modelliert. Diese Oberfläche soll der gewünschten Oberfläche nach erfolgter Behandlung entsprechen, also eine gesunde und mit dem gegenüberliegenden Knochen/Knorpel des Gelenks ideal zusammenwirkende Gelenkfläche nachbilden. Die Definition erfolgt insoweit anhand des virtuellen Modells des unbeteiligten Gewebes am gegenüberliegenden Knochen/Knorpel des Gelenks. Gegebenenfalls kann eine Buhl-Operation bei dieser Modellierung zur Anwendung kommen. After the first definition of an implant or defect region, the joint-side surface of the implant or defect region is modeled in step 4. This surface should correspond to the desired surface after treatment, ie a healthy and with the opposite bone / cartilage of the joint ideally cooperating joint surface mimic. The definition is based on the virtual model of the uninvolved tissue on the opposite bone / cartilage of the joint. Optionally, a Buhl operation may be used in this modeling.
In Schritt 5 wird eine Schätzung dahingehend abgegeben welche Stärke Knorpelgewebe an der gelenkseitigen Oberfläche eines zu fertigenden Implantats aufweisen soll. Ferner erfolgt ein virtuelles Glätten des virtuellen Modells. In step 5, an estimate is made as to what strength cartilage tissue should have on the articular surface of an implant to be manufactured. Furthermore, a virtual smoothing of the virtual model takes place.
In Schritt 6 wird dieses nun fertige, virtuelle Modell des Implantats bzw. Defektbereichs genützt, um anhand des virtuellen Modells des Beckenkammes eine geeignete Stelle zur Züchtung des Implantats auszuwählen. Es erfolgt eine virtuelle Modellierung eines Zuchtbereichs am Beckenkamm. Der Zuchtbereich ist das virtuelle Gegenstück einer künstlich ausgenommenen Grube im Beckenkamm, die zur Zucht eines Implantats dienen soll. Die Abmessungen des Zuchtbereichs werden so gewählt, dass das modellierte Implantat in den Zuchtbereich eingefügt werden kann. In step 6, this now finished, virtual model of the implant or defect area is used in order to select a suitable site for breeding the implant on the basis of the virtual model of the iliac crest. There is a virtual modeling of a breeding area on the iliac crest. The breeding area is the virtual counterpart of an artificially recessed pit in the iliac crest, which is intended to breed an implant. The dimensions of the breeding area are chosen so that the modeled implant can be inserted into the breeding area.
In Schritt 7 erfolgt die virtuelle Modellierung einer implantierbaren Zuchthaube, welche während der Züchtung des Implantats die Zuchtgrube überdecken soll und optimale Bedingungen für das Heranwachsen sicherstellen soll. Die Zuchthaube umfasst vorteilhafterweise ein starres Gerüst und einen starren oder flexiblen Schirm. Der Schirm kann starr oder beweglich am Gerüst gehalten sein, oder mit dem Gerüst ein einziges integrales Teil bilden. Deren Modellierung in Schritt 7 erfolgt insbesondere dahingehend, dass Eigenschaften des Gerüsts und/oder Schirms an die individuellen Gegebenheiten des Zuchtbereichs angepasst werden, beispielsweise hinsichtlich der Größe und Form, der Orte für Befestigungsmittel an Knochen oder der Form von Auflageflächen. In step 7, the virtual modeling of an implantable breeding hood, which is intended to cover the breeding pit during breeding of the implant and to ensure optimal conditions for growing. The harvesting hood advantageously comprises a rigid framework and a rigid or flexible umbrella. The screen may be rigidly or movably supported on the scaffold, or may form a single integral part with the scaffold. Their modeling in step 7 takes place, in particular, in that properties of the framework and / or umbrella are adapted to the individual circumstances of the breeding area, for example with regard to the size and shape, the locations for attachment means to bone or the shape of bearing surfaces.
Ferner erfolgt in Schritt 7 die virtuelle Freistellung des Implantats. Furthermore, in step 7, the virtual exemption of the implant takes place.
In Schritt 8 erfolgt eine virtuelle Modellierung verschiedener Werkzeuge, Schablonen und Probeimplantate. Es wird je ein Satz derartiger Werkzeuge, Schablonen und Probeimplantate für die Bearbeitung der Defektstelle im Gelenk und für die Bearbeitung der Zuchtstelle entworfen. Diese Werkzeuge, Schablonen und Probeimplantate dienen dazu, es dem Chirurgen während der Operation zu vereinfachen, an der richtigen Stelle des Knochens eine gemäß dem erstellten Modell geformte Ausnehmung anzufertigen. Bei der Schablone kann es sich beispielsweise um eine Bohrschablone handeln, welche das Ansetzen eines Bohrers an der richtigen Stelle in die richtige Richtung ermöglicht. Hier können oszillierende Sägen, Hohlbohrer oder Meisel oder Fräsen verwendet werden. Probeimplantate haben vorteilhafterweise einen Kopfabschnitt, der dieselbe Form aufweist wie der modellierte Defektbereich bzw. Zuchtbereich. So wird es dem Chirurgen während der Operation ermöglicht, die Form des jeweiligen Bereichs während der Operation feinanzupassen. In step 8, a virtual modeling of various tools, templates and trial implants takes place. A set of such tools, templates and trial implants are designed for the treatment of the defect site in the joint and for the cultivation of the breeding site. These tools, templates and trial implants serve to make it easier for the surgeon during surgery to make a recess shaped according to the created model at the correct location of the bone. For example, the template may be a surgical template that allows for the placement of a drill in the correct direction at the correct location. Oscillating saws, hollow drills or chisels or milling can be used here. Trial implants advantageously have a head portion that has the same shape as the modeled defect area or breeding area. This is how it is done Surgeons during surgery will be able to fine-tune the shape of the area during surgery.
Unter Punkt 9 erfolgt eine Produktion des Implantats aus einem geeigneten Material, wie beispielsweise einem porösen Biomaterial oder autologem Material wie Knochengewebe. Ein Beispiel für ein geeignetes poröses Biomaterial ist ein dreidimensional geformtes Hydrogel. Die Fertigung des aus Kunststoff modellierten Implantats erfolgt anhand LaBP (Laser-assisted BioPrinting) unter Vorhaltung des unter Punkt 7 erstellten Modells. Under point 9, the implant is produced from a suitable material, such as a porous biomaterial or autologous material, such as bone tissue. An example of a suitable porous biomaterial is a three-dimensionally shaped hydrogel. The plastic modeled implant is fabricated using LaBP (Laser-assisted BioPrinting), maintaining the model created in Section 7.
Unter Punkt 10 erfolgt die Herstellung von Bestandteilen der Zuchthaube, sowie die Herstellung von Schneidwerkzeugen, Schablonen und Probeimplantaten. Die Fertigung des aus Polyamid bestehenden Probeimplantats und der Kunststoffschablone erfolgt durch Lasersintern im Rahmen eines Rapid- Prototyping-Verfahrens unter Vorhaltung des unter Punkt 7 erstellten Modells. Under point 10, the manufacture of components of the breeding hood, as well as the production of cutting tools, templates and trial implants. The production of the trial implant consisting of polyamide and the plastic template takes place by laser sintering in the context of a rapid prototyping method under provision of the model created under point 7.
Schritte 1-10 korrespondieren zu einem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren dar. Schritte 11 und 12 symbolisieren einen ggf. anschließend erfolgenden ersten chirurgischen Eingriff im Rahmen eines erfindungsgemäßen Zuchtverfahrens sowie einen ggf. anschließend erfolgenden dritten chirurgischen Eingriff im Rahmen eines erfindungsgemäßen Implantationsverfahrens. Steps 1-10 correspond to a production method according to the invention. Steps 11 and 12 symbolize a possibly subsequently occurring first surgical intervention within the scope of a breeding method according to the invention and a third surgical procedure which may subsequently be performed as part of an implantation method according to the invention.
Die Vorgänge, die sich während des ersten chirurgischen Eingriffs im Rahmen eines erfindungsgemäßen Zuchtverfahrens abspielen, werden in Figur 2 illustriert. The processes which take place during the first surgical procedure within the scope of a breeding method according to the invention are illustrated in FIG.
Figur 2a stellt schematisch den Beckenkamm 20 eines Patienten dar, der einen zuvor virtuell definierten Zuchtbereich aufweist. Auf diesen Zuchbereich wird eine im Rahmen eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens gefertigte Bohrschablone 21 aufgesetzt. Unter Verwendung dieser Bohrschablone 21 sowie gegebenenfalls unter Verwendung maßgefertiger Werkzeuge wird im Zuchtbereich eine als Zuchtgrube bezeichnete Ausnehmung eingearbeitet. Anschließend wird die Schablone abgenommen, und die Form und Abmessungen der Zuchtgrube werden vom Chirurgen gegebenenfalls unter Verwendung eines Probeimplantats feinabgestimmt. FIG. 2 a schematically illustrates the iliac crest 20 of a patient who has a previously virtually defined breeding area. On this breeding area, a drilling template 21 produced as part of a manufacturing method according to the invention is placed. Using this drill template 21 as well optionally using custom-made tools, a recess called a breeding pit is incorporated in the breeding area. The template is then removed and the shape and dimensions of the breeding pit are fine-tuned by the surgeon using a trial implant if necessary.
Anschließend wird ein Scaffold in der Zuchtgrube versenkt, wie dies in Figur 2b dargestellt ist. Die Abmessungen der Zuchtgrube entsprechen in etwa den Abmessungen des Scaffolds 22 für das Implantat. Subsequently, a scaffold is sunk in the breeding pit, as shown in Figure 2b. The dimensions of the breeding pit correspond approximately to the dimensions of the scaffold 22 for the implant.
In Figur 2c wird dargestellt, wie Zuchtgrube mit eingesetztem Scaffold 22 von einem zu einer maßgefertigten Zuchthaube gehörenden Schirm 23 abgedeckt wurde. Der Schirm 23 wurde zuvor im Rahmen eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens maßgefertigt, und passt genau auf die entsprechende Stelle des Pelvis. Bei diesem Schirm 23 kann es sich beispielsweise um eine Kunststoffschicht, wie beispielsweise eine PEEK-Schicht handeln. Der Schirm kann beispielsweise aus porösem Material bestehen, um Nährstoffe und Gewebsflüssigkeit durchlassen zu können. Der Schirm 23 kann aber auch zumindest abschnittsweise wasserundurchlässig ausgeführt sein. Am Schirm können gegebenenfalls Zellen oder Wachstumsfaktoren immobilisiert werden. Gegebenenfalls können auch gewisse Zellen oder Wachstumsfaktoren auf das Implantat aufgebracht werden. FIG. 2c shows how the breeding pit with inserted scaffold 22 was covered by a screen 23 belonging to a custom-made breeding hood. The shield 23 has previously been custom-made in the context of a manufacturing process according to the invention, and fits exactly on the corresponding point of the pelvis. This screen 23 may be, for example, a plastic layer, such as a PEEK layer. The screen may for example consist of porous material to allow nutrients and tissue fluid to pass. However, the screen 23 can also be made impermeable to water at least in sections. Optionally, cells or growth factors can be immobilized on the screen. Optionally, certain cells or growth factors may also be applied to the implant.
In Figur 2d wird dargestellt, wie auf den Schirm 23 anschließend ein zur Zuchthaube gehörendes Gerüst 24 aufgesetzt. Es besteht vorzugsweise aus einem starren Kunststoffmaterial, wie beispielsweise PEEK. Es kann solide gefertigt sein oder porös sein. Das Gerüst 24 wurde zuvor im Rahmen eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens maßgefertigt, und passt genau auf die entsprechende Stelle des Pelvis. Es hat Abmessungen, die so gewählt sind, dass der gewünschte Bereich in der gewünschten Höhe genau abgedeckt wird. Das Gerüst weist Bohrlöcher 25 an geeigneten Stellen auf, um es am Beckenkamm des Patienten verankern zu können. FIG. 2d shows how a frame 24 belonging to the breeding hood is subsequently placed on the screen 23. It is preferably made of a rigid plastic material, such as PEEK. It can be solid or porous. The framework 24 has previously been custom-made in the context of a manufacturing process according to the invention, and fits exactly on the corresponding location of the pelvis. It has dimensions that are chosen to be the desired one Area at the desired height is exactly covered. The scaffold has holes 25 at appropriate locations for anchoring to the patient's iliac crest.
Figuren 3 bis 6 zeigen schematische Darstellungen von Vorgängen während der Reifezeit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zuchtverfahrens. Figures 3 to 6 are schematic representations of operations during the maturation period of an embodiment of a breeding method according to the invention.
Eine Haube 100 zur Abdeckung der Zuchtgrube und des Scaffolds bzw. werdenden Implantats weist eine Kontur 101 auf, die sich abschnittsweise aus einer flexiblen, wasserundurchlässigen Kunststofffolie 102 und abschnittsweise aus einer formstabilen, flüssigkeitsdurchlässigen Membran 103 zusammensetzt. Anhand der formstabilen Membran 103 kann die Haube 100 am Knochengewebe des Patienten fixiert sein. A hood 100 for covering the breeding pit and the scaffold or expectant implant has a contour 101, which is composed in sections of a flexible, water-impermeable plastic film 102 and sections of a dimensionally stable, liquid-permeable membrane 103. On the basis of the dimensionally stable membrane 103, the hood 100 may be fixed to the bone tissue of the patient.
In der Kammer 104 unter der Haube 100 ist ein Scaffold 105 aus einem dreidimensional geformten Hydrogel angeordnet. Am Scaffold 105 können Wachstumsfaktoren immobilisiert sein. Der Scaffold 105 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei diskrete Zonen 106 und 107 auf, die sich hinsichtlich der Struktur und/oder Zusammensetzung des Hydrogels unterscheiden. Die Zone 106 dient der Kultivierung von Knochenzellen, während die Zone 107 der Kultivierung von Knorpelzellen dient. In den jeweiligen Zonen 106 bzw. 107 können je nach Art des gewünschten Gewebeaufbaus dieselben oder unterschiedliche Wachstumsfaktoren immobilisiert sein. Mit dem Bezugszeichen 108 werden schematisch Zellen dargestellt, mit denen die erfindungsgemäße Vorrichtung im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens beladen wird, bevor die beladene Vorrichtung temporär in den menschlichen oder tierischen Körper implantiert wird. Bei dem Scaffold kann es sich um einen bereits mit Blick auf die gewünschte Form des zu züchtenden Implantats abgestimmten Scaffold 105 handeln, der im Rahmen eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens erhalten wurde. Alternativ ist denkbar, dass es sich um einen ungeformten Scaffold 105a handelt. Die Bezugszeichen 106a, 107a und 108a bezeichnen unterschiedliche Zonen und Zellen des ungeformten Scaffolds 105a. In the chamber 104 under the hood 100, a scaffold 105 of a three-dimensionally shaped hydrogel is arranged. At scaffold 105, growth factors may be immobilized. The scaffold 105 has in the exemplary embodiment shown two discrete zones 106 and 107, which differ with regard to the structure and / or composition of the hydrogel. Zone 106 is for culturing bone cells, while zone 107 is for culturing cartilage cells. Depending on the type of tissue structure desired, the same or different growth factors may be immobilized in the respective zones 106 and 107, respectively. By the reference numeral 108 cells are shown schematically, with which the device according to the invention is loaded in the context of a method according to the invention, before the loaded device is temporarily implanted in the human or animal body. The scaffold may be a scaffold 105 which has already been matched with regard to the desired shape of the implant to be cultivated and which has been obtained as part of a production method according to the invention. Alternatively it is conceivable that it is an unshaped Scaffold 105a. Reference numerals 106a, 107a and 108a denote different zones and cells of the unshaped scaffold 105a.
In Figur 4 ist mit dem Bezugszeichen 109 schematisch Gewebeflüssigkeit dargestellt, die durch die flüssigkeitsdurchlässige poröse Membran 103 in das innere der Kammer 104 dringt und den Scaffold 105 nebst der beladenen autogenen Zellen 108 anspült. Die Gewebeflüssigkeit 109 enthält Nährstoffe, mit denen die im Scaffold 105 befindlichen Zellen 108 versorgt werden. In den Poren bzw. an der Innenseite der porösen Membran 103 können Wachstumsfaktoren immobilisiert sein, die ebenfalls mit dem Scaffold 105 bzw. den daran sitzenden autogenen Zellen 108 in Kontakt treten. Auch am Scaffold 105 selbst können Wachstumsfaktoren immobilisiert sein. Ferner sind in Figur 4 Einsprossungen von Blutgefäßen 110 in das sich im Scaffold 105 bildende Gewebekonstrukt erkennbar. Das Gewebekonstrukt kann anhand dieser Einsprossungen 110 mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgt werden. Die Einsprossung von Blutgefäßen erfolgt von Seiten des Knochengewebes 112 des Patienten. In FIG. 4, reference symbol 109 schematically represents tissue fluid which penetrates through the liquid-permeable porous membrane 103 into the interior of the chamber 104 and rinses the scaffold 105 in addition to the loaded autogenous cells 108. The tissue fluid 109 contains nutrients that are supplied to the cells 108 in the scaffold 105. In the pores or on the inside of the porous membrane 103, growth factors can be immobilized, which also come into contact with the scaffold 105 or the autogenous cells 108 seated thereon. Growth factors can also be immobilized on scaffold 105 itself. Furthermore, in FIG. 4, cuttings of blood vessels 110 into the tissue construct forming in the scaffold 105 can be recognized. The tissue construct can be supplied with nutrients and oxygen from these lumps 110. The seeding of blood vessels takes place from the side of the bone tissue 112 of the patient.
Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch eine implantierte Haube und Scaffold 105 gemäß Figuren 3 und 4, wobei die obere Abbildung die Anordnung vor bzw. unmittelbar nach der Implantierung zeigt, und die untere Abbildung die Vorrichtung eine gewisse Zeit nach der Implantierung. Die Kontur 101 der Haube umfasse poröse Abschnitte, an deren Innenseite Wachstumsfaktoren 113 immobilisiert sind. In der unteren Abbildung kann erkannt werden, dass Gewebeflüssigkeit 109 durch die zumindest abschnittsweise poröse Haube dringt und den Scaffold 105 bzw. das sich bildende Implantat durch- und umspült. FIG. 5 shows a cross section through an implanted hood and scaffold 105 according to FIGS. 3 and 4, wherein the upper illustration shows the arrangement before or immediately after the implantation, and the lower illustration shows the device a certain time after implantation. The contour 101 of the hood comprises porous sections, on the inside of which growth factors 113 are immobilized. In the lower illustration, it can be seen that tissue fluid 109 penetrates through the at least partially porous hood and flows through and around the scaffold 105 or the implant that is forming.
In Figur 6 ist dargestellt, wie die Anordnung aus Zuchtgrube, Scaffold und Haube 100 unterhalb eines Muskels 111 auf dem Beckenkammknochen 112 sitzt. Der Muskel kann eine Kraft F auf die Anordnung ausüben, wobei diese Kraft anhand der flexiblen Bestandteile 102 der Kontur 101 der Haube an den Scaffold 105 weitergegeben wird. So wird das sich bildende Gewebe mechanischen Reizen ausgesetzt, die mechanische Reize am späteren Einsatzort nachbilden. FIG. 6 shows how the arrangement of breeding pit, scaffold and hood 100 sits below a muscle 111 on the iliac crest bone 112. Of the Muscle may exert a force F on the assembly, this force being communicated to the scaffold 105 by the flexible components 102 of the contour 101 of the hood. Thus, the forming tissue is exposed to mechanical stimuli that simulate mechanical stimuli at the later site.
In Figur 7 wird die Histologie von Implantaten nach sechswöchiger Zucht verglichen. Das in Figur 7a dargestellte Vergleichs-Implantat wurde ohne mechanischen Einfluss gezüchtet. Das in Figur 7b dargestellte Implantat wurde erfindungsgemäß unter Einfluss mechanischer Kompressionskräfte gezüchtet. Die mechanischen Kompressionskräfte entstehen am Beckenkamm des Patienten während des normalen, alltäglichen Bewegungsablaufs und werden durch den teilweise flexiblen Aufbau der Zuchthaube an das Implantat weitergegeben. Der abgebildete histologische Befund zeigt, dass sich das Regeneratgewebe 30 unter mechanischem Einfluss sehr viel dünner und kompakter ausbildet (Figur 7b) als ohne derartigen Reiz (Figur 7a). Das Knorpelgewebe 30 gemäß Figur 7b ist in seiner Beschaffenheit optimal an die Anforderungen am Implantationsort angepasst. FIG. 7 compares the histology of implants after six weeks of breeding. The comparison implant shown in Figure 7a was grown without mechanical influence. The implant shown in FIG. 7b was inventively bred under the influence of mechanical compression forces. The mechanical compression forces arise on the iliac crest of the patient during the normal, everyday movement and are passed on to the implant by the partially flexible construction of the breeding hood. The histological result shown shows that the regenerated tissue 30 is much thinner and more compact under mechanical influence (FIG. 7b) than without such a stimulus (FIG. 7a). The cartilage tissue 30 according to FIG. 7b is optimally adapted in its nature to the requirements at the implantation site.
Die Vorgänge, die sich während des dritten chirurgischen Eingriffs im Rahmen eines erfindungsgemäßen Implantationsverfahrens abspielen, werden in Figur 8 illustriert. The processes which take place during the third surgical procedure in the context of an implantation method according to the invention are illustrated in FIG.
Figur 8a stellt schematisch eine Oberschenkelrolle 40 eines Patienten dar, der einen zuvor virtuell definierten Defektbereich aufweist. Die dargestellte Oberschenkelrolle gehört einem menschlichen Patienten, alternativ ist allerdings selbstverständlich auch von der Erfindung umfasst, dass die erfindungsgemäßen Verfahren mit Blick auf eine tierische Oberschenkelrolle durchgeführt werden. Auf diesen Defektbereich wird eine im Rahmen eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens gefertigte Bohrschablone 41 aufgesetzt. Unter Verwendung dieser Bohrschablone 41 sowie gegebenenfalls unter Verwendung maßgefertigter Werkzeuge wird am Defektbereich defektes Knochengewebe abgetragen. FIG. 8 a schematically illustrates a femoral roll 40 of a patient, which has a previously virtually defined defect region. The illustrated femoral roll belongs to a human patient, but of course it is of course also encompassed by the invention that the methods according to the invention are performed with regard to an animal thigh roll. On this defect area, a drilling template 41 produced as part of a manufacturing method according to the invention is placed. Under use This drilling template 41 as well as possibly using custom-made tools removes defective bone tissue at the defect area.
Anschließend wird die Schablone abgenommen, und die Form und Abmessungen der Ausnehmung werden vom Chirurgen gegebenenfalls unter Verwendung eines Probeimplantats 42 feinabgestimmt. Dies ist in Figur 8b dargestellt. The template is then removed and the shape and dimensions of the recess are fine-tuned by the surgeon using a trial implant 42, if desired. This is shown in FIG. 8b.
Die fertige Ausnehmung 43 ist aus Figur 8c ersichtlich. The finished recess 43 can be seen in FIG. 8c.
Anschließend wird das Implantat 44 mit der knorpeligen Gelenkfläche in der präparierten Ausnehmung am Zielort mit einem Stößel versenkt. Das versenkte Implantat ist in Figur 8d dargestellt. Subsequently, the implant 44 is sunk with the cartilaginous joint surface in the prepared recess at the destination with a plunger. The recessed implant is shown in FIG. 8d.
Zusammenfassend ergibt sich bei Anwendung einer erfindungsgemäßen Methode durch die sofortige Einsetzbereitschaft des Implantats, welche durch die zielgerichtete und unter mechanischem Einfluss erhaltene Knorpelschicht resultiert, ein um bis zu 50 % geringerer Zeitraum, der für die Heilung benötigt wird. In summary, when applying a method according to the invention by the immediate Einsetzbereitschaft of the implant, which results from the targeted and obtained under mechanical influence cartilage layer, resulting in up to 50% less period, which is needed for healing.
Zusammenfassend ergibt sich, dass die erfindungsgemäßen Verfahren eine Kultivierung von Gelenkflächenimplantaten im Körper des Patienten ermöglichen. Es ergeben sich gegenüber bisher bekannten Implantaten bessere, dem Zielgewebe ähnlichere Eigenschaften bei kleineren Entnahmedefekten. Zudem kann die Transplantation des Implantats zu einem späteren Zeitpunkt erfolgen, um dem geschädigten Zuchtort Zeit zur Heilung (z.B. nach Infektion) zu geben. Die Kosten für das Implantat werden gegenüber bisherigen Verfahren reduziert und der Aufwand verringert. Die Implantate sind nach der Züchtung mechanisch belastbarer und dem Zielgewebe hinsichtlich des funktionellen Aufbaus ähnlicher. Es ist auch die Ausbildung eines mehrphasigen Gewebeaufbaus möglich. In summary, it can be seen that the methods according to the invention enable a cultivation of articular surface implants in the body of the patient. There are better compared to previously known implants, the target tissue similar properties at smaller sampling defects. In addition, transplantation of the implant may occur at a later time to give the injured breeding site time to heal (e.g., after infection). The costs for the implant are reduced compared to previous methods and the effort is reduced. The implants are mechanically stronger after cultivation and more similar to the target tissue in terms of functional structure. It is also the formation of a multi-phase tissue structure possible.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung einer individuell angepassten Komponente zur Verwendung in der Züchtung eines Gelenkflächenimplantats, dadurch gekennzeichnet, 1. A process for the preparation of a customized component for use in the cultivation of a joint surface implant, characterized
dass es die folgenden Schritte umfasst: that it includes the following steps:
(a) Durchführung eines tomographischen Bildgebungsverfahrens an defektnahem Knochengewebe im Bereich einer defekten Gelenkfläche und Erstellung eines ersten, virtuellen und dreidimensionalen Modells des ersten Knochengewebes; (a) performing a tomographic imaging procedure on defect-related bone tissue in the area of a defective articular surface and creating a first, virtual and three-dimensional model of the first bone tissue;
(b) Durchführung eines tomographischen Bildgebungsverfahrens an defektfernem Knochengewebe abseits der defekten Gelenkfläche und Erstellung eines zweiten, virtuellen und dreidimensionalen Modells; (c) virtuelle Definition eines zu ersetzenden Defektbereichs im defektnahen Knochengewebe anhand des ersten Modells; (b) performing a tomographic imaging procedure on defect-distant bone tissue away from the defective articular surface and creating a second, virtual and three-dimensional model; (c) virtual definition of a defect region to be replaced in defect-related bone tissue on the basis of the first model;
(d) gegebenenfalls, virtuelle Definition eines Zuchtbereichs im defektfernen Knochengewebe anhand des zweiten Modells, wobei die Form des Zuchtbereichs zumindest abschnittsweise der Form des Defektbereichs entspricht; (d) optionally, a virtual definition of a breeding area in the defect-distant bone tissue based on the second model, wherein the shape of the breeding area corresponds at least in sections to the shape of the defect area;
(e) virtuelle Modellierung einer unter Vorlage des ersten und/oder zweiten Modells und/oder des Defektbereichs und/oder Zuchtbereichs individuell angepassten Komponente; und (e) virtual modeling of a component customized upon presentation of the first and / or second model and / or the defect area and / or breeding area; and
(f) reale Herstellung der implantierbaren Komponente unter Vorlage des aus Schritt (e) erhaltenen virtuellen Komponentenmodells. (f) realizing the implantable component by presenting the virtual component model obtained from step (e).
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die defekte Gelenkfläche an einem Gelenk mit hyalinem Knorpel oder Faserknorpel liegt, beispielsweise im Kniegelenk, Hüftgelenk, Schultergelenk oder Zwischenwirbelbereich des Patienten. A method according to claim 1, characterized in that the defective articular surface is located at a joint with hyaline cartilage or fibrocartilage, for example in the knee joint, hip joint, shoulder joint or intervertebral region of the patient.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das defektferne Knochengewebe am Beckenkamm liegt. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the defect-distant bone tissue is located on the iliac crest.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem tomographischen Bildgebungsverfahren um Computertomografie (CT) oder Magnetresonanztomografie (MRT) handelt. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the tomographic imaging method is computed tomography (CT) or magnetic resonance tomography (MRT).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Komponente um einen dreidimensionalen Scaffold für das Implantat, ein Probeimplantat, eine Schablone, ein chirurgisches Werkzeug zur Bearbeitung von Knochengewebe, oder um einen Bestandteil einer implantierbaren Zuchthaube handelt. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the component is a three-dimensional scaffold for the implant, a trial implant, a template, a surgical tool for processing bone tissue, or a component of an implantable breeding hood.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Komponente um einen dreidimensionalen Scaffold für das Implantat handelt, der formidentisch zum Defektbereich ist und unter Vorlage des Defektbereichs modelliert wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the component is a three-dimensional scaffold for the implant which is identical in shape to the defect region and is modeled on presentation of the defect region.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Komponente um ein Probeimplantat handelt, das einen zu einem Abschnitt des Defektbereichs oder Zuchtbereichs formidentischen Kopfabschnitt aufweist, der unter Vorlage des Defektbereichs oder des Zuchtbereichs modelliert wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that it is the component is a trial implant, which has a head portion which is identical in shape to a section of the defect area or breeding area, which is modeled on presentation of the defect area or the breeding area.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Komponente um eine Schablone oder um ein chirurgisches Werkzeug zur Knochenbearbeitung handelt, die bzw. das unter Vorlage des ersten oder zweiten Modells und des Defektbereichs oder Zuchtbereichs modelliert wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the component is a template or a surgical tool for bone processing, which is modeled by presenting the first or second model and the defect area or breeding area.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der bzw. einer Komponente um einen Bestandteil einer implantierbaren Zuchthaube handelt, der unter Vorlage des zweiten Modells und/oder des Zuchtbereichs modelliert wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that it is the component or a component of an implantable breeding hood, which is modeled on presentation of the second model and / or the breeding area.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die implantierbare Zuchthaube ein Gerüst aufweist, an dem ein Schirm gehalten ist, und dass es sich bei der modellierten Komponente um Gerüst und/oder Schirm handelt. 10. The method according to claim 9, characterized in that the implantable breeding hood has a framework on which a screen is held, and that it is the modeled component to scaffold and / or screen.
11. Verfahren zur Züchtung eines Gelenkflächenimplantats im eigenen Körper des Patienten, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: 11. A method of cultivating an articular surface implant in the patient's own body, the method comprising the steps of:
(A) gegebenenfalls, Durchführen eines Herstellungsverfahrens nach Anspruch 1 ; (A) optionally, performing a manufacturing method according to claim 1;
(B) Durchführen eines ersten operativen Eingriffs am Patienten, wobei ein Scaffold für das Gelenkflächenimplantat in einer Zuchtgrube versenkt wird, die in defektfernes Knochengewebe abseits der durch das Implantat zu ersetzenden, defekten Gelenkfläche eingearbeitet wird; (B) performing a first surgical procedure on the patient, wherein a scaffold for the articular implant is sunk in a breeding pit, which is incorporated into the defect-distant bone tissue away from the defective joint surface to be replaced by the implant;
(C) Abwarten einer Reifeperiode; und (C) waiting for a maturity period; and
(D) Durchführen eines zweiten operativen Eingriffs am Patienten, wobei . das Gelenkflächenimplantat aus der Zuchtgrube entnommen wird. (D) performing a second surgical procedure on the patient, wherein. the articular implant is removed from the breeding pit.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich um ein Gelenkflächenimplantat für ein Gelenk mit hyalinem Knorpel oder Faserknorpel handelt, beispielsweise das Kniegelenk, Hüftgelenk, Schultergelenk oder ein Wirbelgelenk des Patienten, und/oder dass die Zuchtgrube in den Beckenkamm des Patienten eingearbeitet wird. 12. The method according to claim 11, characterized in that it is a joint surface implant for a joint with hyaline cartilage or fibrocartilage, such as the knee joint, hip joint, shoulder joint or vertebral joint of the patient, and / or that the breeding pit in the iliac crest of the patient is incorporated.
13. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Scaffold durch ein Herstellungsverfahrens gemäß Anspruch 1 gefertigt wird. 13. The method according to claim 11, characterized in that the scaffold is manufactured by a manufacturing method according to claim 1.
14. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zuchtgrube und der darin aufgenommene Scaffold während des ersten operativen Eingriffs mit einer Zuchthaube überdeckt werden, die ein Gerüst aufweist, an dem ein Schirm gehalten ist, wobei Gerüst und/oder Schirm vorzugsweise durch das Herstellungsverfahrens gemäß Anspruch 1 gefertigt werden. 14. The method according to claim 11, characterized in that the breeding pit and the scaffold received therein are covered during the first surgical procedure with a breeding hood having a frame on which a screen is held, said framework and / or screen preferably by the Manufacturing process according to claim 1 are manufactured.
15. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Zuchtgrube der Form eines im Rahmen eines Herstellungsverfahrens gemäß Anspruch 1 virtuell definierten Zuchtbereichs entspricht und/oder dass die Einarbeitung der Zuchtgrube unter Verwendung einer/eines im Rahmen des Herstellungsverfahrens gemäß Anspruch 1 gefertigten Schablone oder chirurgischen Werkzeugs zur Knochenbearbeitung erfolgt. 15. The method according to claim 11, characterized in that the shape of the breeding pit corresponds to the shape of a production area virtually defined within the scope of a manufacturing method according to claim 1 and / or that the incorporation of the breeding pit using a manufactured in the manufacturing process according to claim 1 Template or surgical tool for bone processing is done.
16. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass dem Einsetzen des Scaffolds ein Fitting der Zuchtgrube mit einem Probeimplantat vorausgeht, das im Rahmen eines Herstellungsverfahrens gemäß Anspruch 1 gefertigt wurde. 16. The method according to claim 11, characterized in that the insertion of the scaffold precedes a fitting of the breeding pit with a trial implant, which was manufactured in the context of a manufacturing method according to claim 1.
17. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Reifeperiode 6 bis 12 Wochen beträgt. 17. The method according to claim 11, characterized in that the maturation period is 6 to 12 weeks.
18. Verfahren zur Implantation eines Gelenkflächenimplantats, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (i) Durchführen eines Herstellungsverfahrens nach Anspruch 1 , oder Züchten eines Gelenkflächenimplantats im Rahmen eines Verfahrens gemäß Anspruch 11 ; und 18. A method for implanting a joint surface implant, the method comprising the following steps: (i) performing a manufacturing method according to claim 1, or growing a joint surface implant in a method according to claim 11; and
(ii) Durchführen eines dritten operativen Eingriffs am Patienten, wobei involviertes Knochengewebe entfernt und durch das Implantat ersetzt wird. (ii) performing a third surgical procedure on the patient, with involved bone tissue removed and replaced by the implant.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das involvierte Knochengewebe im Umfang im Rahmen eines Herstellungsverfahrens gemäß Anspruch 1 virtuell definierten Defektbereichs entfernt wird und/oder dass die Entfernung unter Verwendung einer/eines im Rahmen des Herstellungsverfahrens gemäß Anspruch 1 gefertigten Schablone oder Werkzeugs zur Knochenbearbeitung erfolgt. 19. The method according to claim 18, characterized in that the involved bone tissue in the scope in the context of a manufacturing method according to claim 1 virtually defined defect area is removed and / or that the removal using a manufactured in the manufacturing process according to claim 1 stencil or tool for bone processing.
20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass dem Einsetzen des Implantats ein Fitting des Zielortes mit einem im Rahmen eines Herstellungsverfahrens gemäß Anspruch 1 gefertigten Probeimplantat vorausgeht. 20. The method according to claim 18, characterized in that the insertion of the implant is preceded by a fitting of the target site with a manufactured in the context of a manufacturing method according to claim 1 trial implant.
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