CH680900A5 - - Google Patents
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Description
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CH 680 900 A5 CH 680 900 A5
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft osteoinduktives Knochenersatzmaterial auf Basis calciumphosphathaltiger Stoffe sowie Verfahren zur Herstellung desselben. The invention relates to osteoinductive bone replacement material based on substances containing calcium phosphate, and to processes for the production thereof.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Characteristic of the known technical solutions
Die Wirkung von Prostaglandinen ist in der Patentliteratur vielfältig beschrieben. The effect of prostaglandins is described in many ways in the patent literature.
Ganz allgemein werden Prostaglandine (PG) zur medikamentösen Behandlung von Entzündungszu-ständen (DE-3 404 209 A1), jedoch auch die von den PG abgeleiteten Derivate und Analoga zur Behandlung von arteriellen Verschlusskrankheiten (DE 3 631 169 A1), zur Behandlung der Schädigungen der Leber, der Bauchspeicheldrüse und der Niere (DE-3 427 797 A1), zur Behandlung von Zell-Schädigungen des Verdauungssystems, der Leber und der Bauchspeicheldrüse (DE-3 318 571 A1) genannt. Auffallend ist, dass anscheinend eine stärkere Hinwendung zur therapeutischen Nutzung der PG der E-Serie erfolgt. Beispielsweise werden PG der E-Reihe zur Erweiterung des Gebärmutterhalses eingesetzt (DE-3 307 816 A1), PG Ei, E2 und E3 dienen der Krebsprophylaxe (EP-106 571), PG E2 findet therapeutische Anwendung bei Erhöhung des Augendrucks und beim sog. grünen Star (Glaucoma) (EP-93 390), PG Ei wurde zur Behandlung von Schlagaderverengungen (Arteriostenosen) (EP-97 481) vorgeschlagen etc. In general, prostaglandins (PG) are used for the medicinal treatment of inflammatory conditions (DE-3 404 209 A1), but also the derivatives and analogs derived from the PG for the treatment of arterial occlusive diseases (DE 3 631 169 A1), for the treatment of damage the liver, the pancreas and the kidney (DE-3 427 797 A1), for the treatment of cell damage to the digestive system, the liver and the pancreas (DE-3 318 571 A1). It is striking that there is apparently a greater focus on the therapeutic use of the PG of the E series. For example, PGs from the E series are used to expand the cervix (DE-3 307 816 A1), PGs Ei, E2 and E3 are used for cancer prophylaxis (EP-106 571), PGs E2 are used therapeutically for increasing eye pressure and for so-called. glaucoma (EP-93 390), PG egg has been proposed for the treatment of artery narrowing (arteriostenosis) (EP-97 481) etc.
Eine weitere Serie von Beispielen geht auf die Kombination mit «pharmazeutisch akzeptierten Trägerstoffen» (EP-249 194) ein. In diesem Sinne sind Adsorbate von PG zu nennen, die an vorverkleisterte Stärke (DE-304 880 A1), Crospovidone (DE-3 304 867 A1) und Dextrane (DE-3 304 864 A1) gebunden sind. Another series of examples deals with the combination with "pharmaceutically acceptable carriers" (EP-249 194). In this sense, PG adsorbates are to be mentioned, which are bound to pre-gelatinized starch (DE-304 880 A1), crospovidone (DE-3 304 867 A1) and dextrans (DE-3 304 864 A1).
Andererseits ist z.B. Tricalciumphosphat (TCP) als Pharmakadepotträger für Gentamyzin etc. genannt worden (vergi. EP-34 004). Für die o.g. Anwendungen, d.h. in Verbindung mit PG, erscheint TCP als Trägerwerkstoff nicht geeignet, da z.B. es bekannt ist, dass TCP subkutan angewendet zu Reizungen führen kann. On the other hand, e.g. Tricalcium phosphate (TCP) has been mentioned as a pharmacological deposit vehicle for gentamycin etc. (Vergi. EP-34 004). For the above Applications, i.e. in connection with PG, TCP does not appear to be suitable as a carrier material, e.g. It is known that when applied subcutaneously, TCP can cause irritation.
In Knochengewebe hingegen sind das TCP bzw. geeignete Modifizierungen mit Erfolg zur Knochendefektbehebung angewendet worden und man kann auf die begrenzte Resorbierbarkeit dieses Knochenersatzmaterials verweisen (EP-A 237 043). Allerdings wurde vielfach in der wissenschaftlichen Literatur hierzu auf die zu langen Resorptionszeiten hingewiesen, d.h. eine verzögerte Reossifikation. In bone tissue, on the other hand, the TCP or suitable modifications have been successfully used to correct bone defects and one can refer to the limited resorbability of this bone substitute material (EP-A 237 043). However, the scientific literature has often referred to the too long absorption times, i.e. a delayed reossification.
In der wissenschaftlichen Literatur zur Anwendung der PG wurde in letzter Zeit u.a. auch auf eine die Knochenbildung beeinflussende Wirkung von Prostaglandin E2 hingewiesen (Jee, W.S.S. et al.: The ef-fects of PG E2 in growing rats: increased metaphyseal hard tissue and cortico-endosteal bone formation; Calcif. Tissue Int. Vol. 37 [1985] pp. 148-157). In dieser Arbeit wurden Bereiche eines eingeschränkten und eines verstärkten Knochenwachstums nachgewiesen. In the scientific literature on the use of PG, i.a. also pointed to an effect of prostaglandin E2 on the bone formation (Jee, WSS et al .: The ef-fects of PG E2 in growing rats: increased metaphyseal hard tissue and cortico-endosteal bone formation; Calcif. Tissue Int. Vol. 37 [ 1985] pp. 148-157). Areas of restricted and increased bone growth were identified in this work.
Im US-P 4 621 100 wird eine Behandlung der Osteoporose-Krankheit mit PG der E-Serie bzw. mit deren Derivaten auch für den Bereich der Humanmedizin vorgeschlagen. Die Wirkstoffzuführung erfolgt gemäss dem Erfindungsanspruch oral. Die beschriebene Wirkung der PG-Stoffe entsprechend der Beispiele ist mehr oder weniger als systemische, den gesamten Knochenbau betreffend, dargestellt. In US Pat. No. 4,621,100, treatment of osteoporosis disease with PG of the E series or with its derivatives is also proposed for the field of human medicine. The active ingredient is administered orally according to the claim of the invention. The described effect of the PG substances according to the examples is presented more or less as a systemic one, regarding the entire bone structure.
Unbekannt hingegen ist, wie PG beispielsweise vorteilhaft zur Behebung von mittelgrossen bis grossen Knochendefekten im Bereich der Humanmedizin eingesetzt werden könnten und wie man das Applizieren der in Frage kommenden geringen Dosen für derartige Anwendungen vorzugsweise auf diesen Defektbereich konzentriert. On the other hand, it is unknown how PG, for example, could advantageously be used to remedy medium-sized to large bone defects in the field of human medicine and how the application of the low doses in question for such applications is preferably concentrated on this defect area.
Ziel der Erfindung Aim of the invention
Es ist das Ziel der Erfindung, die geschilderten Nachteile des Standes der Technik zu überwinden. Wesen der Erfindung The aim of the invention is to overcome the disadvantages of the prior art described. Essence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein modifiziertes keramisches Knochenimplantat sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung zu entwickeln, das gezielt osteoinduktiv wirkt, die Reossifikation verbessert und zur Füllung von Knochendefekten der unterschiedlichsten Grösse geeignet ist, wodurch es in allen Bereichen der Chirurgie breite Anwendung finden kann. The invention has for its object to develop a modified ceramic bone implant and a method for its production, which has a targeted osteoinductive effect, improves reossification and is suitable for filling bone defects of various sizes, so that it can be widely used in all areas of surgery .
Diese Aufgabe wird mittels einem osteoinduktiven Knochenersatzmaterial gemäss dem Wortlaut nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäss behandelt man oberflächenreaktive (bioaktive) Materialien, die OH-Gruppen und/oder Silangruppen auf ihrer Oberfläche vorzuliegen haben, mit Prostaglandinen der E-Serie oder stabilisierten Prostaglandinen der E-Serie. Die über die OH-Gruppen erzielte Bindung mit PG führt zu einer verzögerten Freisetzung durch Desorption nach der Implantation in den Organismus von Tieren oder Menschen. Eine noch bessere Bindung und damit weiter verzögerte Freisetzung erreicht man, indem ein oberflächenreaktives (bioaktives) anorganisches Knochenersatzmaterial auf Basis calciumphosphathaltiger Stoffe silanisiert wird oder, sofern dies nicht ohne weiteres möglich ist, nach einer für diese Stoffe geeigneten Vorbehandlung mit Basen zur Aufbringung dieser OH-Gruppen silanisiert. Sodann können Prostaglandine der E-Serie oder stabilisierte Prostaglandine der E-Serie an diese Silanschicht angekoppelt werden. This object is achieved by means of an osteoinductive bone replacement material according to the wording according to claim 1. According to the invention, surface-reactive (bioactive) materials which have OH groups and / or silane groups on their surface are treated with prostaglandins of the E series or stabilized prostaglandins of the E series. The binding with PG achieved via the OH groups leads to a delayed release by desorption after implantation in the organism of animals or humans. An even better binding and thus further delayed release can be achieved by silanizing a surface-reactive (bioactive) inorganic bone substitute material based on calcium phosphate-containing substances or, if this is not easily possible, after a pretreatment with bases suitable for these substances to apply these OH- Groups silanized. Prostaglandins of the E series or stabilized prostaglandins of the E series can then be coupled to this silane layer.
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Diese chemische Ankoppelung bewirkt eine verzögerte Freisetzung. Die Verzögerungsrate ist dabei in jedem Fali höher als bei reiner Oberflächenadsorption. This chemical coupling causes a delayed release. The deceleration rate is higher in every case than with pure surface adsorption.
Als oberflächenreaktives (bioaktives) Knochenersatzmaterial bieten sich sowohl resorbierbare Materialien, wie alpha- und beta-Tricalciumphosphat (TCP), davon abgeleitete oberflächenmodifizierte Formen, die eine höhere Calciumfreisetzung, als der darunter liegende Grundkörper aufweisen als auch langzeitstabiles Knochenersatzmaterial an. Als oberflächenreaktives (bioaktives), langzeitstabiles Implantatmaterial werden Hydroxylapatit und entsprechende Glaskeramiken sowie deren oberflächenmodifizierte Formen angesehen, deren Oberflächenschicht eine höhere Calciumfreisetzung als der darunter liegende Grundkörper aufweist. Darüber hinaus können die genannten Stoffe auch als anorganisch-organischer Komposit angewendet werden, wobei das organische Material ein biokompatibles Polymeres aus den Gruppen Polyurethan, Epoxidharz, monomerfreier epoxidierter polymerer Kohlenwasserstoff, Polyhydroxybuttersäure, Polylaktate oder Poiycarbonsäure ist. Both resorbable materials, such as alpha and beta-tricalcium phosphate (TCP), derived surface-modified forms, which have a higher calcium release than the underlying body, as well as long-term stable bone substitute material are suitable as surface-reactive (bioactive) bone substitute material. Hydroxyapatite and corresponding glass ceramics as well as their surface-modified forms are considered as surface-reactive (bioactive), long-term stable implant material, the surface layer of which has a higher calcium release than the underlying body. In addition, the substances mentioned can also be used as an inorganic-organic composite, the organic material being a biocompatible polymer from the groups polyurethane, epoxy resin, monomer-free epoxidized polymeric hydrocarbon, polyhydroxybutyric acid, polylactates or polycarboxylic acid.
Dabei ist es gleichgültig, ob das anorganische Knochenersatzmaterial als Implantatformkörper oder ais Granulat mit dem PG der E-Serie in Verbindung gebracht wird. Während beim Implantatformkörper die freie Oberfläche für die adsorptive Bindung festliegt, ist dies bei der Verwendung eines Granulates zur Knochendefektfüllung nicht der Fall. Daher ist es im letzteren Fall sinnvoll, ein mit PG der E-Serie behandeltes Granulat mit einem unbehandelten Granulat kombiniert anzuwenden. Dieser Zwang einer kombinierten Anwendung kann z.B. dadurch eintreten, dass beim Ausräumen einer Knochenzyste die zur Füllung notwendige Menge vor der Operation nicht feststeht. It is irrelevant whether the inorganic bone substitute material is connected to the PG of the E-series as a molded implant body or as granules. While the free surface for the adsorptive bond is fixed in the molded implant body, this is not the case when using a granulate for filling the bone defect. Therefore, in the latter case it makes sense to use a granulate treated with PG of the E series combined with an untreated granulate. This requirement of a combined application can e.g. occur in that when clearing a bone cyst, the amount necessary for filling is not known before the operation.
Daher ist es erforderlich, die mit PG der E-Serie versehenen Implantatgranulate auf eine Menge zu beschränken, die garantiert zur Auffüllung eingesetzt werden muss. It is therefore necessary to limit the implant granules provided with PG of the E series to an amount that is guaranteed to be used for filling.
Der Gehalt der Prostaglandinkomponente wird im Bereich von ca. 2 bis 6, vorzugsweise 3 bis 4 Milligramm PG der E-Serie oder deren Derivate oder umgerechnet stabilisierte Formen der PG der E-Serie pro Patient liegen, wobei eine spontane Freisetzung stets unter ca. 3 Milligramm liegen sollte. The content of the prostaglandin component will be in the range of approx. 2 to 6, preferably 3 to 4 milligrams of PG of the E series or its derivatives or converted stabilized forms of PG of the E series per patient, with a spontaneous release always below approx. 3 Should be milligrams.
Granulate von beispielsweise verschiedenen TCP-Phasen bzw. Gemische von TCP-Phasen etc. werden häufig als resorbierbare Knochenersatzmaterialien verwendet. Granules of, for example, different TCP phases or mixtures of TCP phases etc. are often used as resorbable bone substitute materials.
Eine Erhöhung der Silanisierungsfähigkeit dieser auf der Oberfläche keine OH-Gruppen aufweisenden Stoffe wird durch eine eigens dafür entwickelte Behandlung mit einer Base erreicht, die von toxischen Begleitkomponenten frei sein sollte. An increase in the silanization ability of these substances without OH groups on the surface is achieved by a specially developed treatment with a base that should be free of toxic accompanying components.
Eine besondere Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass man Tricalciumphosphat-Formkörper oder -Granulat zunächst mit einer von toxischen Begleitkomponenten freien OH-Ionen tragenden Base behandelt. Dieses TCP-Material kann sowohl aus der alpha-TCP-Phase als auch aus der beta-TCP-Phase, gleichwohl auch aus Gemischen beider Phasen bestehen. Dieses Gemisch wiederum kann dabei innerhalb eines keramischen Gefüges als mechanisch fest verbunden zum Einsatz gelangen, es kann jedoch auch durch einfaches Vermischen entsprechender Phasenanteile gebildet werden. Darüber hinaus eignet sich auch oberflächenmodifiziertes TCP-Material, wie beispielsweise ein oberflächenbehandeltes alpha-TCP, das eine höhere Calciumfreisetzung als der darunter liegende Grundkörper aufweist (siehe DD 258 713). A special embodiment of the process according to the invention is characterized in that tricalcium phosphate shaped bodies or granules are first treated with a base containing OH components free of toxic accompanying components. This TCP material can consist of both the alpha-TCP phase and the beta-TCP phase, but also of mixtures of the two phases. This mixture in turn can be used within a ceramic structure as mechanically firmly connected, but it can also be formed by simply mixing the corresponding phase components. In addition, surface-modified TCP material is also suitable, such as a surface-treated alpha-TCP that has a higher calcium release than the underlying body (see DD 258 713).
Mit dem Begriff Granulat verbindet sich ein Partikelgemisch der Kornbereiche zwischen 63 bis 800 um vorzugsweise zwischen 200 bis 500 um für den Einsatz im stomatologischen Fachbereich und 200 bis 800 um für den Einsatz im orthopädischen Fachbereich. The term granulate is used to refer to a particle mixture of particle sizes between 63 to 800 μm, preferably between 200 to 500 μm for use in the stomatological field and 200 to 800 μm for use in the orthopedic field.
Für die Behandlung mit der OH-Ionen tragenden Base sind im Prinzip alle Basen geeignet, die frei von toxischen Begleitkomponenten sind, wie u.a auch NaOH, KOH, Ca(OH)2. In principle, all bases that are free of toxic accompanying components, such as NaOH, KOH, Ca (OH) 2, are suitable for the treatment with the base containing OH ions.
Diese Wahl der Base hat einen bestimmten Einfluss auf das Ergebnis der Freisetzung von Prostaglandinen der E-Serie oder stabilisierten Prostaglandinen der E-Serie und wird ferner unter dem Gesichtspunkt getroffen, ob die Anwesenheit von - an sich zwar geringen Mengen - an die Base bildenden Kationen dem vorgesehenen Einsatzzweck abträglich ist oder nicht. Die Behandlung mit einer OH-Ionen tragenden Base erfolgt prinzipiell her in entsprechenden wässrigen Lösungen der pH-Werte zwischen ca. 7,5 und 9,5. Im Hinblick auf die Stabilität von Prostaglandinen der E-Serie oder stabilisierten Prostaglandinen der E-Serie sollte der pH bei der Beladung des Granulates den Wert 9 nicht übersteigen. This choice of base has a certain influence on the result of the release of prostaglandins of the E series or stabilized prostaglandins of the E series and is also taken into account from the point of view of whether the presence of cations which form small amounts of the base is or is not detrimental to the intended use. The treatment with a base carrying OH ions is in principle carried out in corresponding aqueous solutions of pH values between approx. 7.5 and 9.5. With regard to the stability of prostaglandins of the E series or stabilized prostaglandins of the E series, the pH when loading the granules should not exceed 9.
Das Knochenersatzgranulat auf TCP-Basis wird in diese Lösung eingebracht und auf Temperaturen zwischen 50°C und dem Kochpunkt der Lösung ca. 30 bis 300 Minuten lang erhitzt. Eine Trocknung des TCP-Materials kann bei einer Temperatur zwischen ca. 60 bis 150°C erfolgen (0,5 bis 3 Stunden lang). The TCP-based bone replacement granules are introduced into this solution and heated to temperatures between 50 ° C. and the boiling point of the solution for about 30 to 300 minutes. The TCP material can be dried at a temperature between approx. 60 to 150 ° C (for 0.5 to 3 hours).
Es hat sich nun überraschend gezeigt, dass auf diese Weise vorbehandeltes TCP-Material analog zu anderen oberflächenreaktiven (bioaktiven) Trägerstoffen ebenfalls Prostaglandin der E-Serie oder stabilisierte Prostaglandine der E-Serie adsorptiv bzw. chemisch binden kann. Weiterhin wurde gefunden, dass durch Silanisierung und darauf folgende Ankopplung von Prostaglandinen der E-Serie oder stabilisierte Prostaglandine der E-Serie, die Freisetzung noch weiter verzögert werden kann. Es ist selbstverständlich, dass auf diese Weise die implantierte PG-Gesamtmenge höher sein kann als bei unbehandeltem Granulat. It has now surprisingly been found that TCP material pretreated in this way can also bind prostaglandin of the E series or stabilized prostaglandins of the E series in an adsorptive or chemical manner analogously to other surface-reactive (bioactive) carriers. It was also found that the release can be delayed further by silanization and subsequent coupling of prostaglandins of the E series or stabilized prostaglandins of the E series. It goes without saying that in this way the total amount of PG implanted can be higher than with untreated granules.
Damit ist eine längeranhaltende Freisetzung von PG bei Implantationen möglich. This enables a longer-lasting release of PG during implantations.
Die Silanisierung kann durch eine Vielzahl von Silanen der allgemeinen Formel: Silanization can be carried out using a large number of silanes of the general formula:
3 3rd
CH 680 900 A5 CH 680 900 A5
ORI ORI
5 5
R2 0 - Si - <CH2)n-R4 R2 0 - Si - <CH2) n-R4
10 10th
OR3 OR3
erfolgen, worin Ri, R2 und R3 gleich oder verschieden sein können, und Alkylreste mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise Ethylreste darstellen können; n eine ganze Zahl von 1 bis 5 ist und R4 die take place in which R 1, R 2 and R 3 can be identical or different and can represent alkyl radicals having 1 to 5 carbon atoms, preferably ethyl radicals; n is an integer from 1 to 5 and R4 is the
Gruppe -NH2, -COOH oder -CH-CH-R5 ist, wobei R5 ein Alkyirest mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen Group is -NH2, -COOH or -CH-CH-R5, where R5 is an alkyl radical having 1 to 5 carbon atoms
20 v oder Wasserstoff sein kann. Can be 20 v or hydrogen.
Die Versuche zeigten, dass häufig eine silanspezifische Bindungsfähigkeit von PG am Knochenersatzmaterial besteht. Vorzugsweise wurden die Silane gamma-Aminopropyltriethoxysilan und Glyci-doxypropyltriethoxysilan verwendet. The tests showed that PG often has a silane-specific ability to bind to bone substitute material. The silanes gamma-aminopropyltriethoxysilane and glycidoxypropyltriethoxysilane were preferably used.
25 Die Silanisierung erfolgt in der Regel mit 1 bis 10%igen Silanlösungen in einem Ethanol/Wasser/HCI-Gemisch im Mischungsverhältnis zwischen 40 zu 60 bis 60 zu 40, vorzugsweise einer 50%igen alkoholischen HCL-Lösung mit einem pH-Wert von 2,0 bis ca. 4,5. Die Behandlungsdauer variiert in Abhängigkeit vom Silan zwischen etwa 30 Minuten und 24 Stunden. Danach wird das silanisierte Knochenersatzmaterial in einer Phosphat-Puffer- oder PBS-Lösung unter annähernd physiologischen Bedingungen 30 hinsichtlich des pH-Wertes mehrfach gespült. Gegenbenenfalls kann auch mit einer alkoholischen Lösung gewaschen werden und sodann das Trägermaterial bei 150-250°C einem Trocknungsprozess unterzogen werden. 25 The silanization is usually carried out with 1 to 10% silane solutions in an ethanol / water / HCl mixture in a mixing ratio between 40 to 60 to 60 to 40, preferably a 50% alcoholic HCL solution with a pH of 2 , 0 to approx. 4.5. The treatment time varies depending on the silane between about 30 minutes and 24 hours. The silanized bone substitute material is then rinsed several times with respect to the pH in a phosphate buffer or PBS solution under approximately physiological conditions. Alternatively, it can also be washed with an alcoholic solution and then the carrier material can be subjected to a drying process at 150-250 ° C.
Bei der Verwendung des gamma-Aminopropyltriethoxysilans kann zusätzlich eine Aktivierung vor der Behandlung mit dem Wirkstoff vorgenommen werden. Zu diesem Zweck eignet sich u.a. eine 1 bis 10%ige 35 Glutardialdehyd-Lösung, wobei als Lösungsmittel PBS-Lösung dient oder eine 0,01 bis 0,1 molare Natrium-Kalium-Phosphatpufferlösung. Diese Aktivierung ist möglich durch eine mehrstündige, zumeist 24stündige Behandlung zwischen 5 und 40°C. Danach erfolgt erneutes Waschen. Als Prostaglandine kommen im Sinne der vorliegenden Erfindungsbeschreibung die PG der E-Serie, deren stabilisierte Formen der PG der E-Serie zum Einsatz, die an diese silanisierte Schicht angekoppelt werden. 40 Bei der Herstellung der Gemische für die Ankoppelung zwischen PG und dem anorganischen Material geht man so vor, dass zunächst die PG der E-Serie oder stabilisierte Formen der PG der E-Serie, vorzugsweise PG Ei und PG E2, in Wasser, PBS, in einem Gemisch bestehend aus 90% einer 150 millimola-ren TRIS-Puffer-Lösung und 10% Ethanol oder in einer ungepufferten Ethanol-Lösung gelöst werden. Es eignen sich besonders auch sog. stabilisierte PG, da mit der chemischen Stabilisierung zumeist eine 45 Verbesserung der Wasserlöslichkeit einhergeht. If gamma-aminopropyltriethoxysilane is used, it can also be activated before treatment with the active ingredient. For this purpose, i.a. a 1 to 10% 35 glutardialdehyde solution, PBS solution being used as the solvent, or a 0.01 to 0.1 molar sodium potassium phosphate buffer solution. This activation is possible through a treatment of between 5 and 40 ° C for several hours, usually 24 hours. Then wash again. In the sense of the present description of the invention, the PG of the E series, their stabilized forms of the PG of the E series, which are coupled to this silanized layer, are used as prostaglandins. 40 In the preparation of the mixtures for the coupling between PG and the inorganic material, the procedure is that first the PG of the E series or stabilized forms of the PG of the E series, preferably PG Ei and PG E2, in water, PBS, be dissolved in a mixture consisting of 90% of a 150 millimolar TRIS buffer solution and 10% ethanol or in an unbuffered ethanol solution. Stabilized PGs are also particularly suitable, since chemical stabilization usually results in an improvement in water solubility.
Die Knochenersatzmaterialien werden in einer entsprechenden wässrigen Lösung oder in einer 0,01 bis 0,1 molaren Phosphat-Puffer-Lösung (PBS) oder in einer alkoholischen Lösung (ca. 10 bis 50% Ethanol) mit einem Gehalt von ca. 100 Mikrogramm bis 5 Milligramm PG pro Milliliter Lösungsmittel ca. 15 bis 300 Minuten lang bei Raumtemperatur inkubiert. Der pH-Wert dieser Lösungen kann in den Grenzen 50 von ca. 4 bis 8 variieren, sinnvollerweise arbeitet man aber unter angenähert physiologischen Bedingungen bzw. im sauren Bereich. Die anschliessende Trocknung führt man bei ca. 37°C im Vakuum durch. The bone replacement materials are in a corresponding aqueous solution or in a 0.01 to 0.1 molar phosphate buffer solution (PBS) or in an alcoholic solution (approx. 10 to 50% ethanol) with a content of approx. 100 micrograms to Incubate 5 milligrams of PG per milliliter of solvent for about 15 to 300 minutes at room temperature. The pH value of these solutions can vary within the limits of 50 from approx. 4 to 8, but it makes sense to work under approximately physiological conditions or in the acidic range. The subsequent drying is carried out at about 37 ° C in a vacuum.
Dieses chemisch an oberflächenreaktive (bioaktive) Knochenersatzmaterialien angekoppelte PG der E-Serie bzw. stabilisierte Produkte aus PG der E-Serie ergibt bei der Implantation als Knochenersatzma-55 terial erheblich bessere Erfolge als bei der Verwendung nur eines dieser Stoffe, wobei der Einsatz von PG am Implantationsort selbst ohne dieses Verfahren kaum möglich ist. Andererseits ergibt die Verwendung der oberflächenreaktiven (bioaktiven) Implantatmaterialien für sich allein ebenfalls nicht einen solch guten Effekt der Osteoinduktion. Besonders deutlich wird dieser überraschende Effekt bei der Verwendung von resorbierbarem Knochenersatzmaterial, da neben einer stark verbesserten Knochen-60 neubildung - vermutlich durch die einhergehende Verbesserung der Versorgungslage des periimplantä-ren Gewebes - auch eine schnellere Resorption als angenehme und erwünschte Begleiterscheinung beobachtet werden konnte. This PG E series chemically coupled to surface reactive (bioactive) bone substitute materials or stabilized products from PG E series results in implantation as a bone substitute material 55 significantly better than when only one of these substances is used, with the use of PG at the implantation site is hardly possible even without this procedure. On the other hand, the use of surface-reactive (bioactive) implant materials does not in itself result in such a good effect of osteoinduction. This surprising effect becomes particularly clear when using resorbable bone substitute material, because in addition to a greatly improved new bone formation - presumably due to the associated improvement in the supply situation of the peri-implant tissue - faster resorption was also observed as a pleasant and desirable side effect.
Speziell für die Anwendung am Menschen ist es notwendig, unbedingt die Grenzkonzentrationen an PG einzuhalten, beispielsweise etwa 0,5 bis 6 Milligramm pro Implantation. Zum Zwecke der angespro-65 chenen Verdünnung, insbesondere bei der Behandlung von grosslumigen Knochendefekten, aber auch Especially for human use, it is absolutely necessary to adhere to the limit concentrations of PG, for example about 0.5 to 6 milligrams per implantation. For the purpose of the mentioned dilution, in particular in the treatment of large-lumen bone defects, but also
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zur weiteren Verzögerung der Freisetzung ist es möglich die behandelten Stoffe mit einem organischen, biokompatiblen, resorbierbaren (biodegradierbaren) Polymer zu umhüllen. Aus der Gruppe dieser Polymere eignen sich prinzipiell alle, wobei Polyhydroxibuttersäure, Gelatine, resorbierbare Polurethane und Polylactate besonders geeignet scheinen. Dabei erhält man zwangsläufig eine weitere Verzögerung der Freisetzung der Prostagladine der E-Serie oder deren Derivate oder stabilisierten Prostagladine der E-Serie. To further delay the release, it is possible to coat the treated substances with an organic, biocompatible, resorbable (biodegradable) polymer. In principle, all of these polymers are suitable, with polyhydroxybutyric acid, gelatin, resorbable polyurethanes and polylactates appearing to be particularly suitable. This inevitably results in a further delay in the release of the prostagladins of the E series or their derivatives or stabilized prostagladins of the E series.
Verzichtet man auf eine weitere Verzögerung der Freisetzung, so können diese Stoffe auch als Kombination in Form einfacher partikulärer Stoffvermischungen angewendet werden, um quasi eine Verdünnung der mit Prostaglandin der E-Serie oder deren Derivate oder stabilisierte Prostaglandine der E-Serie behandelten Granulate zu erreichen. Unter diesem Aspekt der einfachen Verdünnung sind natürlich auch weitere resorbierbare organische Materialien geeignet, die o.g. Bestimmungszweck bei der Umfül-lung nicht erfüllen können, wie beispielsweise Kollagen. Untersuchungen zeigten, dass gerade die kombinierte Anwendung von mit PG versehenen TCP-Granulat, mit PG-freiem, oberflächenmodifiziertem TCP und Kollagen zu den günstigsten Ergebnissen bei der Defektfüllung führte. If a further delay in release is dispensed with, these substances can also be used as a combination in the form of simple particulate substance mixtures in order to achieve a quasi dilution of the granules treated with prostaglandin of the E series or their derivatives or stabilized prostaglandins of the E series. From this aspect of simple dilution, other resorbable organic materials are of course also suitable which Can not fulfill the intended purpose during the transfer, such as collagen. Investigations showed that the combined use of PG-provided TCP granules, with PG-free, surface-modified TCP and collagen led to the best results in defect filling.
Die Erfindung soll nachstehend durch Beispiele näher erläutert werden. The invention will be explained in more detail below by examples.
Ausführunasbeispiele Execution examples
Der Verfahrensschritt der Behandlung des calciumphosphathaltigen Trägermaterials mit einer OH-Ionen tragenden Base, die weitestgehend frei von toxischen Bestandteilen ist, wird vorzugsweise dann durchgeführt, wenn es sich um ein TCP-Produkt handelt: The process step of treating the calcium phosphate-containing support material with a base which contains OH ions and is largely free of toxic constituents is preferably carried out when it is a TCP product:
(a) Oberflächenbehandlung mit OH-Ionen tragenden Basen (a) Surface treatment with bases carrying OH ions
A) Das Trägermaterial wird in einer wässrigen NaOH-Lösung mit pH = 8,0 bei 90°C 2 Stunden lang erhitzt. Anschliessend wird das Material bei ca. 100°C 120 Minuten lang getrocknet. A) The carrier material is heated in an aqueous NaOH solution with pH = 8.0 at 90 ° C for 2 hours. The material is then dried at approx. 100 ° C for 120 minutes.
B) Das Trägermaterial wird in einer wässrigen Ca(OH)2-Lösung mit pH = 8,4 bei 80°C 3 Stunden erhitzt. Die nachfolgende Behandlung des Materials ist analog Beispiel A). B) The carrier material is heated in an aqueous Ca (OH) 2 solution with pH = 8.4 at 80 ° C. for 3 hours. The subsequent treatment of the material is analogous to example A).
(b) Silanisierung (b) silanization
I) Das mit einer Base vorbehandelte Trägermaterial wird mit einer 1%igen Lösung von gamma-Amino-propyltriethoxysilan im Ethanol/Wasser-Lösungsmittel (1:1 ) bei 50°C 4 Stunden lang inkubiert. Nach dreimaligem Waschen mit je 20 ml 0,1 m Phosphat-Puffer-Lösung, pH = 7,2, wurde das Trägermaterial mit einer 2%igen Glutardialdehyd-Lösung in o.g. Phosphat-Puffer-Lösung vermischt, für 2 weitere Stunden bei 37°C inkubiert und erneut dreimal in Phosphat-Puffer-Lösung gewaschen. I) The base material pretreated with a base is incubated with a 1% solution of gamma-aminopropyltriethoxysilane in ethanol / water solvent (1: 1) at 50 ° C. for 4 hours. After washing three times with 20 ml 0.1 m phosphate buffer solution, pH = 7.2, the support material was washed with a 2% glutardialdehyde solution in the above. Phosphate buffer solution mixed, incubated for a further 2 hours at 37 ° C. and washed again three times in phosphate buffer solution.
II) Das mit einer Base vorbehandelte Trägermaterial wird mit einer 1%igen Lösung von Glyci-doxypropyltriethoxysilan im Ethanol/Wasser-Lösungsmittel (1:1) bei 50°C 4 Stunden lang inkubiert. Nach dreimaligem Waschen mit je 20 ml einer 0,1 m Phospat-Puffer-Lösung, pH = 7,2, war das Trägermaterial für weitere Kopplungsreaktionen vorbereitet. II) The base material pretreated with a base is incubated with a 1% solution of glycodoxypropyltriethoxysilane in ethanol / water solvent (1: 1) at 50 ° C. for 4 hours. After washing three times with 20 ml portions of a 0.1 m phosphate buffer solution, pH = 7.2, the support material was prepared for further coupling reactions.
(c) PG-Imprägnierung Beispiel 1 : (c) PG impregnation example 1:
Es wurden 2 Gramm eines alpha-TCP-Granulates der Korngrösse zwischen 200 bis 500 |im, das entsprechend dem Beispiel B) mit einer Base vorbehandelt wurde, entsprechend Beispiel I silanisiert, mit einer ethanolischen PGEi-Lösung, die insgesamt 10 Milligramm PG Ei enthielt, ca. 60 Minuten lang inkubiert und anschliessend bei 37°C im Vakuum getrocknet. 2 grams of an alpha-TCP granulate with a grain size between 200 and 500 μm, which had been pretreated according to example B) with a base, were silanized according to example I, with an ethanolic PGEi solution which contained a total of 10 milligrams of PG egg , incubated for about 60 minutes and then dried at 37 ° C. in vacuo.
Als Versuchsmodell wurden 4 Monate alten Wistarratten Defekte in der Tibiametaphyse gesetzt, die mit jeweils 0,2 Gramm von dem behandelten Material aufgefüllt wurden. Als Kontrollgruppe wurden Tiere ausgewählt, die unbehandeltes Material implantiert bekamen. Zur Bestimmung der Osteogenese und der Osteoinduktion wurden nach 3 Monaten die Tiere getötet und verschiedene histalogische Untersuchungen durchgeführt. As a test model, 4-month-old Wistar rats were placed in the tibial metaphysis, each filled with 0.2 grams of the treated material. Animals that received untreated material were implanted as a control group. To determine the osteogenesis and the osteoinduction, the animals were sacrificed after 3 months and various histalogical examinations were carried out.
Es zeigte sich, dass die Knochenneubildung und überraschend auch die Resorption in derjenigen Gruppe am weitesten vorangeschritten war, die mit PGEi behandeltes Material implantiert bekommen hatte. It was shown that new bone formation and, surprisingly, resorption had progressed furthest in the group that had received material treated with PGEi.
Beispiel 2: Example 2:
Es wurden 2 Gramm Implantatformkörper, bestehend aus einer Glaskeramik auf der Basis von Apatit und Wollastonit entsprechend dem Beispiel Ii silanisiert und sodann mit 2,5 ml einer ethanolischen Lösung 60 Minuten lang inkubiert, die 1 Milligramm PG Ei (4 Milligramm PG Ei pro Milliliter). Das behandelte Material wurde analog Beispiel 1 getrocknet und implantiert. Auch hier diente unbehandeltes Implantatmaterial als Vergleich. 2 grams of shaped implants, consisting of a glass ceramic based on apatite and wollastonite, were silanized in accordance with Example II and then incubated for 60 minutes with 2.5 ml of an ethanolic solution containing 1 milligrams of PG egg (4 milligrams of PG egg per milliliter) . The treated material was dried and implanted as in Example 1. Here too, untreated implant material served as a comparison.
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Es zeigte sich auch hier, dass die Knochenverbundbildung im Falle der mit PG behandelten Proben deutlich weiter vorangeschritten war. It was also shown here that the formation of the bone composite had progressed significantly further in the case of the samples treated with PG.
Beispiel 3: Example 3:
Es wurden 2 Gramm eines beta-TCP-Granulates der Korngrösse zwischen 100 und 300 um nach Beispiel B) mit einer Base behandelt, entsprechend Beispiel II silanisiert und entsprechend Beispiel 2, jedoch mit PG E2 behandelt, und analoge Tierversuche durchgeführt. 2 grams of a beta-TCP granulate with a grain size between 100 and 300 μm according to example B) were treated with a base, silanized according to example II and treated according to example 2, but with PG E2, and analogous animal experiments were carried out.
Auch hier wurde erwartungsgemäss ein analoges Versuchsergebnis zu Beispiel 1 erreicht. Es bestätigte sich der Eindruck, dass auch hier die Resorption durch die kombinierte Anwendung deutlich erhöht wurde, höher sogar als im Vergleich zu Proben, bei denen PG quasi physikalisch vermischt zugesetzt worden war. As expected, a test result similar to Example 1 was also achieved here. The impression that the resorption was significantly increased by the combined application was confirmed, even higher than in comparison with samples in which PG had been added virtually physically mixed.
Beispiel 4: Example 4:
Es wurden 4 Gramm eines Granulates, das zum Teil aus TCP bestand, mit einer wässrigen NaOH-Lö-sung mit pH = 7,8 bei 90°C 2 Stunden lang erhitzt. Anschliessend wurde das Material bei ca. 100°C ca. 120 Minuten lang getrocknet. Sodann wurde das Granulat mit 20 Milligramm eines stabilisierten PG E2, das in einer 50%igen Ethanol/Wasser-Lösung gelöst worden war, bei 37°C für 30 Minuten inkubiert und anschliessend im Vakuum getrocknet. 4 grams of a granulate, some of which consisted of TCP, were heated with an aqueous NaOH solution with pH = 7.8 at 90 ° C. for 2 hours. The material was then dried at approximately 100 ° C. for approximately 120 minutes. The granules were then incubated with 20 milligrams of a stabilized PG E2, which had been dissolved in a 50% strength ethanol / water solution, at 37 ° C. for 30 minutes and then dried in vacuo.
Es wurden Tierversuche entsprechend Beispiel 1 durchgeführt, wobei jeweils 0,3 Gramm des behandelten Granulates pro Versuchstier eingesetzt wurden. Animal experiments were carried out in accordance with Example 1, 0.3 gram of the treated granules being used per experimental animal.
Auch hier zeigte sich eine Verbesserung gegenüber der Kontrollgruppe, die PG-freies Material implantiert bekam. Here, too, there was an improvement over the control group that received PG-free material.
Beispiel 5: Example 5:
Es wurde ein PG-behandeltes alpha-TCP-Granulat, das entsprechend Beispiel 1 hergestellt wurde, mit der gleichen Menge an Kollagen vermischt. A PG-treated alpha-TCP granulate, which was produced in accordance with Example 1, was mixed with the same amount of collagen.
Als Versuchstiere wurden Minischweine vom Typ Minilewe verwendet. Es wurden Knochendefekte in der Grösse gesetzt, die ausreichten, um jeweils 0,5 Gramm des Gemisches aufzunehmen. Mini pigs of the mini lion type were used as experimental animals. Bone defects were set which were sufficient to accommodate 0.5 grams of the mixture.
Als Kontrolle dienten Defekte, die mit PG-freien TCP-Kollagen-Gemischen in analoger Weise aufgefüllt wurden. Auch hier zeigte sich, dass die Kombination mit PG (PGE1) zu einer deutlichen Verbesserung der Osteoneogenese führte. Defects served as controls, which were filled in with PG-free TCP-collagen mixtures in an analogous manner. Here, too, it was shown that the combination with PG (PGE1) led to a significant improvement in osteoneogenesis.
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