CZ20002866A3 - Kostní implantát - Google Patents

Abstract

Kostní implantát, vyrobený z pevného agregátu plátků získaných z kostí, které mají chemické vazby mezi přilehlým povrchovým kolagenem. Alespoň jeden z plátků má plně nebo částečně demineralizovaný vnější povrch a nedemineralizovanou nebo částečně demineralizovanou vnitřní část. Popsány jsou rovněž různé další složky, které mohou být začleněny do kostního implantačního materiálu, jako jsou látky indukující růst kostí.

Description

Oblast vynálezu

Předložený vynález se vztahuje určenému k upravení, náhradě a/nebo zvířecího nebo lidského kosterního systému a ke způsobu výroby tohoto implantátu. Zvláště se tento vynález vztahuje ke kostnímu implantátu z pevného agregátu složek kosti, které jsou vzájemně spojeny chemickými vazbami mezi kolagenem na jejich povrchu.

Dosavadní stav techniky

Použití kostního autotransplantátu, alotransplantátu nebo xenotransplantátu je dobře známo jak v humáním, tak ve veterinárním lékařství. Viz Stevenson se spoluautory,

Clinical Orthopedics and Related Research, 323, 66-74, . (1996). Je známo, že zvláště transplantovaná kost zajišťuje podporu, urychluje hojení, vyplňuje kostní dutiny, odděluje kostní jednotky, jako jsou obratle, urychluje srůstání a stabilizuje místa zlomenin. V poslední době byla zpracovaná kost vyvinuta do různých tvarů k využití v nových chirurgických aplikacích, nebo jako nový materiál pro implantáty, které byly dříve vyráběny z látek nebiologického původu.

US patent č. 4 678 470 popisuje nevrstvený materiál pro kostní štěpy, vyráběný z kostí postupem, který zahrnuje působení glutaraldehydu. Kost může být rozdrcena, použita jako blok nebo zpracována do přesného tvaru. Kostní materiál se může také demineralizovat.

Kolagen je přirozeně se vyskytující biologický materiál a je u všech obratlovců složkou pojivové tkáně včetně kostí. Nativní kolagen tvoří řetězec aminokyselin, bohatý na glycin a stočený do trojité šroubovice; různými postupy lze do něj vnésti příčné vazby.

Je popsáno,še transglutamináza účinně zvyšuje adhesivní schopnost na stykové ploše mezi chrupavkami. Viz K. Jurgensen se spoluautory, The Journal od Bone and Joint Surgery, 79-A (2), 185 - 193, (1997).

US patent č. 5 507 813 popisuje plátky, které je možno chirurgicky implantovat a které jsou vyrobeny z podlouhlých kostních částic, případně deminaralizovaných, a obsahují biokompatibilní složky, adhesiva, plnidla, plastifikátory aj.

US patent č. 4 932 973 popisuje umělou organickou kostní hmotu s otvory nebo perforacemi, rozprostírajícími se v organické kostní hmotě. Otvory nebo perforace jsou uváděny jako centra tvorby chrupavky a kosti po implantaci organické kostní hmoty.

US patent č. 4 394 370 popisuje houbovitý materiál pro kusový kostní štěp, vyrobený z plně demineralizovaného kostního prášku nebo z kostních mikročástic a z rekonstituovaného kolagenu. Houbovitý štěp se případně může opatřit příčnými vazbami pomocí glutaraldehydu.

Jiný kusový porézní implantát je popsán v US patentu č.

683 459. Je vyroben z biodegradabilní makrostruktury, která má povahu síťoviny z pospojovaných otevřených buněk a biodegradabilní polymerní mikrostruktury, složené ze

základních chemotaktických látek, jako je hyaluronová kyselina.

Podstata vynálezu

Předložený vynález popisuje kostní implantát, vykazující díky chemickým vazbám mezi kolagenem na stykovém povrchu přilehlých, částečně demineralizovaných kostních.částic, ze kterých je implantát vyroben, dobrou mechanickou pevnost. Implantát je biokompatibilní a v upřednostňovaném ztělesnění může podporovat a/nebo zrychlovat růst kosti svou hojivou účinností a možností obsahovat látky indukující růst kosti.

Předmětem předkládaného vynálezu je proto kostní implantát, sestávající z pevného agregátu tvořeného složkami, získanými z kosti, přičemž jsou tyto složky, odvozené z kosti, navzájem vázány chemickými vazbami mezi kolagenem, nalézajícím sena jejich povrchu. Implantát má přitom vyhovující mechanickou pevnost a biokompatibilitu.

Dalším předmětem předkládaného vynálezu je vytvoření kostního implantátu, který může dle potřeby obsahovat další složku, jako podpůrnou částici nebo vlákno, plnidla, látky podporující růst kostí, jako jsou látky, výhodné z hlediska lékařského nebo chirurgického, nebo jejich kombinace.

Dalším přemetem předkládaného vynálezu je příprava kostního implantátu se síťovinou pórů, děrování, otvorů, kanálků nebo prostorů, které dovolují a podporují penetraci (pronikání) endogeních a exogeních léčebných látek a přítok krve, a současně umožňují inkorporaci jedné nebo více hojivých látek.

Dalším předmětem předkládaného vynálezu je příprava kostního implantátu, který může být upraven do různých tvarů a velikostí, které nejsou omezeny velikostí a/nebo typem donorové kosti, která je pro zhotovení kostního implantátu k dispozici.

Předmětem předkládaného vynálezu je rovněž vypracování způsobu výroby, který poskytne silný, biokompatibilní kostní implantát o jakékoliv velikosti.

V souhlasu s těmito a dalšími požadavky předkládaného vynálezu je uveden kostní implantát, který zahrnuje pevný agregát ze složek kosti, které jsou vzájemně spojeny chemickými vazbami mezi jejich povrchovým kolagenem.

V souladu s vynálezem je dále představen způsob výroby . kostního implantátu, který zahrnuje poskytnutí množství kostních částic s kolagenem na svém povrchu a vytvoření chemických vazeb mezi povrchovým kolagenem tak, aby se částice spojily do pevného agregátu.

Kostní implantát podle předkládaného vynálezu má ve srovnání s dřívějším stavem význačnou přednost v tom, že je biokompatibilní, neantigenní a vykazuje dobrou mehanickou pevnost.

Jinou význačnou předností uvedeného kostního implantátu ve srovnání s předchozím stavem je to, že může být nosičem a zajistit účinnou difúzi jedné nebo více látek, indukujících růst kosti, které podporují obnovení růstu kosti a/nebo urychlují hojení.

• 4 4 ·

Termín osteogenní, tak, jak zde použit, se vztahuje ke schopnosti látky indukovat novou tvorbu kosti za účasti živých buněk, vycházející z místa působení látky.

Termín osteokonduktivní, tak jak je zde použit, se vztahuje ke schopnosti látky nebo materiálu zajistit vytvoření inertních povrchů, receptivních pro tvorbu nové kosti.

Termín osteoínduktivní, tak jak je zde použit, se vztahuje ke schopnosti látky získávat buňky hostitele, které umožňují opravu kostní tkáně.

Termín složky odvozené z kosti se vztahuje k částem kosti jakékoliv velikosti, síly a konfigurace, včetně částic, vláken, proužků, plátků od tenkých po silné, apod., které lze získat mletím, plátkováním, řezáním nebo mechanickým zpracováním celé kosti.

Termín povrchový kolagen se vztahuje k výsledku demineralizace svrchu uvedených složek získaných z kosti, přičemž se demineralizace pohybuje od prakticky úplné (kdy složky odvozené z kosti představuj i převážně kolagen) až po částečnou nebo povrchní (kdy je povrchový kolagen jen na povrchu složek, získaných z kosti). Částečná nebo povrchní demineralizace poskytuje částice odvozené z kosti, které mají vazebnou oblast, tedy povrchový kolagen, ale zachovávají si zpevňovací oblast, tj. neporušenou mineralizovanou oblast složek získaných z kosti.

Přehled obrázků na výkresech

Různá ztělesnění jsou popsána níže ve vztahu k obrázkům

Obr.l poskytuje průřezové znázornění kosti v diafyzální oblasti, která byla řezána podélně do několika kortikálních kostních plátků;

Obr.2 poskytuje zvětšené perspektivní znázornění kostního implantátu podle předkládaného vynálezu, který zahrnuje plátky kosti, které jsou na povrchu částečně demineralizované, a vnitřní části, tvořené mineralizovanou nebo částečně demineralizovanou kostí;

Obr.3 poskytuje pohled na lidský femur s kostním implantátem podle předkládaného vynálezu, upraveného, jak ukazuje obr.3A, jako náhrada femorální kosti.

Obr.4 poskytuje částečný pohled na lidskou páteř s diskovým kostním implantátem podle předkládaného vynálezu, umístěném v meziobratlové poloze;

Obr.5 a 5A jsou pohledy na lidskou lebku s kostním implantátem podle předkládaného vynálezu, upraveným jako náhrada parietální kosti;

Obr.6 je zvětšený perspektivní pohled na kostní implantát podle předkládaného vynálezu s alternujícími vrstvami kostních plátků a kostek s kanálky mezi kostkami;

Obr.7 je částečný pohled na lidskou páteř, znázorňující umístění kostního implantátu z obr. 6 na místě fúze posterolaterálního intertransverzního výběžku; a

Obr.8A je zvětšený perspektivní pohled na kostní implantát podle předkládaného vynálezu s vrstvami kostních plátků, spojených chemickými vazbami, vytvořenými katalytickým působením tkáňové transglutaminázy, jak je znázorněno na obr. 8.

Kostní implantát podle předkládaného vynálezu zahrnuje pevný agregát složek získaných z kosti s chemickými vazbami mezi jejich povrchovými kolagenovými molekulami, které vážou sousedící kostní částice. K tomu, aby se odhalil kolagen, umístěný na vnějším povrchu kosti, je třeba kostní částice alespoň částečné demineralizovat. Demineralizační metody odstraňují minerální složky kosti pomocí roztoků kyselin. Metody, které jsou použity v předloženém vynálezu, jsou v oboru dobře známé, viz např. práci Reddiho se spoluautory., Proč. Nat. Acad. Sci., 6 9, 1601 - 1605, (1972), uvedenou zde jako odkaz. Rozsah demineralizace je určen koncentrací kyselého roztoku, tvarem kosti a délkou trvání demineralizačního postupu. V této věci lze odkázat na práci Lewandrowskiho se spoluautory, J. Biomed. Materials Res.,

31, 365-372, (1996), uvedenou zde rovněž jako odkaz. Zdroje složek, získaných z kosti, zde zahrnují kortikální a spongiozní kosti, které jsou allogenní, ale obsahují i xenogenní zdroje, jako hovězí a vepřové kosti.

Pokud jsou kostní implantáty vyráběny ze složek získaných z kostí, které byly jen povrchně demineralizovány, budou mít poměrně vysokou pevnost v tlaku, tj. takovou, která se blíží přírodní kosti. Pokud je tedy požadován kostní implantát s poměrně vysokou pevností v tlaku, tj. od asi 10 do cca 200 MPa, s výhodou od asi 20 do asi 100 MPa, je třeba použít složek získaných z kosti, které mají vysoký podíl svého původního minerálního obsahu, anebo jinak řečeno, byly jen povrchově demineralizovány.

Kostní implantáty podle předkládaného vynálezu mohou kromě složek získaných z kosti případně obsahovat jednu nebo více složek, jako jsou podpůrné částice, vlákna, plnidla, látky indukující kostní růst, adhesiva, změkčovadla, přísady, zvyšující ohebnost, biostatické nebo biocidní látky, látky usnadňující hydrataci, látky zajištující odolnost proti záření, kovové sítky apod. Příklady podpůrných částic zahrnují plně mineralizované kortikální a spongiosní kosti v jakékoliv podobě, včetně částic, plátků a tvarovaných částí kosti, grafit a pyrolytický uhlík. Příklady plnidel zahrnují minerální látky, jako hydroxyapatit, fosforečnan vápenatý a jiné soli vápníku, kostní prášek, plně mineralizované a částečně nebo plně demineralizované kortikální a spongiosní kosti v jakékoliv formě, včetně částic jako je demineralizovaný kostní prášek (nebo, jak se někdy nazývá, demineralizovaný kostní matrix), plátky a tvarované části kosti, grafit nebo pyrolytický uhlík, biosklo nebo biokeramiku nebo přirozené nebo syntetické polymery, např. bioabsorbovatelné polymery jako polyglykolid, polylactid, glykolidovo-laktidový kopolymer apod. a látky které nejsou bioabsorbovatelné, jako škroby, polymethylmethakrylát, polytetrafluoroethylen, polyurethan, polyethylen a nylon. Vhodná změkčovadla, látky zvyšující ohebnost a usnadňující hydrataci, zahrnují kapalné polyhydroxysloučeniny jako je glycerol, monacetin, diacetin a jejich směsi. Vhodné biostatické/biocidní látky zahrnují antibiotika, povidon, cukry a jejich směsi; vhodné povrchově aktivní látky zahrnují biokompatibilní neiontové, kationtové, aniontové a amfoterní povrchově aktivní látky a jejich směsi. Kostní implantát může ·<·· 99

9 · • 99 « 99 99 ·9

9 9 · 9 9 9

9 9 9 9 9 9

9 9 9 9 ,9 9 9

9 9 9 9 9 9 •99 99 ·· ·· také obsahovat látky podporující růst kostí, které zahrnují kteroukoliv z různých lékařsky a/nebo chirurgicky vhodných látek, uvedených níže.

Kostní implantát může mít jednu nebo více dutin, které mohou, pokud je to žádoucí, komunikovat s povrchem implantátu pomocí pórů, otvorů, perforací nebo kanálků, které byly za tímto účelem vytvořeny a které mají střední průměr od několika málo mikrometrů do několika milimetrů. Tyto dutiny a s nimi spojené póry, otvory, perforace a kanálky mohou být částečně nebo úplně vyplněny jednou nebo několika lékařsky/chirurgicky vhodnými,látkami, které podporují nebo urychlují novou tvorbu nebo hojení kostí v důsledku, např. nějakého osteogeního nebo osteokonduktivního působení. Vhodné látky tohoto druhu, které mohou být do kostního implantátu podle předkládaného vynálezu vneseny, zahrnují např. kolagen, nerozpustné deriváty kolagenu atd. a dále rozpustné pevné látky a/nebo kapaliny, v nichž se rozpouštějí, např. antivirové působky, zvláště ty, které působí proti HIV a hepatitidě, látky antimikrobiální a/nebo antibiotika, jako erythromycin, bacitracin, neomycin, penicilín, polymyxin B, tetracykliny, viomycin, chloromycetin a streptomyciny, cefazolin, ampicillin, azactam, tobramycin, clindamycin a gentamicin atd.; biocidní/biostatické cukry jako je dextrosa, glukosa aj. ; aminokyseliny, peptidy, vitaminy, anorganické složky, kofaktory pro synthesu bílkovin; hormony; endokrinní tkáně nebo tkáňové fragmenty; synthezátory; enzymy jako kolagenasu, peptidasy, oxidasy, atd.; polymerní sítě s parenchymatickými buňkami, angiogenní léčiva a polymerní nosiče obsahující tato léčiva; kolagenové sítě; antigenní působky; cytoskeletální působky; fragmenty chrupavky, živé buňky jako jsou chondrocyty, buňky kostní dřeně, «··· · ♦ · · · · · ·· ·· ·♦ · ·· · · · · mesenchymální kmenové buňky, přírodní extrakty, tkáňové transplantáty, kosti, demineralizované kosti, autogenní tkáň jako je krev, sérum, měkkou tkáň, kostní dřeň, atd.;

bioadhezivní látky, kostní morfogenní bílkoviny (BMP), transformační růstový faktor (TGF-beta), insulinový růstový faktor (IGF-1); růstové hormony, jako je somatotropin; kostní digestory; protinádorové látky; imunosupresory; angiogenní působky, jako je růstový faktor basických fibroblastů (bFGF); permeační urychlovače, např. estery mastných kyselin jako jsou polyethylenglykolové monoestery kyseliny laurové, myristové a stearové; deriváty enaminu, alfa-ketoaldehydy atd; a nukleové kyseliny. Tyto a podobné lékařsky/chirurgicky vhodné látky se mohou začlenit do kostního implantátu podle předkládaného vynálezu nebo do kterékoliv jeho složky odvozené z kosti v průběhu kteréhokoliv stadia přípravy implantátu. Vhodné metody začlenění zahrnují potahování, immersní sycení, plnění atd. Množství lékařsky/chirúrgícky výhodných látek může být velmi různé, přičemž optimální množství lze ve specifických případech snadno stanovit rutinním pokusem.

Kostní implantáty o jakémkoli žádoucím rozměru a/nebo tvaru lze získat např. obráběním nebo jinými postupy strojového tvarování, jako je lisování. Počítačovým modelováním specifického implantátu, následovaným počítačovou kontrolou tvaru implantátu, lze získat složitě tvarovaný kostní implantát, který je zamýšlenému místu aplikace s velkou přesností přizpůsoben na míru.

Tam, kde vynález zahrnuje agregáty prodloužených složek získaných z kosti, které lze podle vzhledu popsat jako filamenty, vlákna, nitě , štíhlé nebo úzké pásy, atd., lze se

4#44 44 4 44 ** ·♦

4 444 4 * ·· «

444 444 444·

44 44 444 44 4

4444 444 4444

44 444 44 44 44 kostní implantát z těchto složek vytvořit řadou metod. Tak na příklad vytvořením roztoku naho řídké kaše ve vhodném mediu, které může obsahovat činidlo pro vytvoření příčných vazeb, přičemž jakýkoliv podíl složek získaných z kosti může být částečně nebo úplně demineralizován a plně mineralizován. Tento roztok se může vytvarovat na kostní implantát jakéhokoliv tvaru podle tvaru formy, do které se nalije.

Forma se s výhodou tvaruje jako kost nebo její část, nebo jako implantát pro transplantaci. Jakmile se roztok složek získaných z kosti nalézá ve formě, lze jej známými postupy vytvrdit na pevný kostní implantát.

V rámci předkládaného vynálezu je rovněž doplnění nebo zvýšení tvarové stálosti a/nebo mechanické pevnosti kostního implantátu přidáním mechanických zpevňovacích složek, jako jsou čepy, šrouby, kolíky atd., které mohou být vyrobeny z přírodních nebo syntetických látek, z bioabsorbovatelných nebo biologicky neabsorbovatelných látek, a to pomocí laserového svařování tkání nebo ultrazvukového napojení atd.

V těchto implantátech, které se sestavují z relativně velkých složek získaných z kosti, jako jsou plátky, je možno tyto složky opatřit mechanicky do sebe zapadajícími prvky, jako je pero a drážka nebo čepový spoj, což usnadňuje jejich úpravu do konečné podoby a/nebo vzájemně tyto prvky bezpečnějším způsobem fixuje.

Kostní implantát, tak, je zde uveden, je určen k použití na místě, kde je kost porušena, např. poraněním, defektem, způsobeným během chirurgického zákroku, zhoubným bujením nebo vývojovou malformací. Kostní implantát o vhodném rozměru a tvaru může být použit jako štěp nebo náhrada při nej různějších orthopedických, neurochirurgických, orálních a

9999 99

9

9

9 9 9

99

9 9 9

99 maxillofaciálních chirurgických výkonech, jako je úprava jednoduchých a složitých fraktur a pseudoarthros, při vnějších a vnitřních fixacích, při rekonstrukci kloubů, jako je artrodéze (umělé znehybněni kloubu), vytvoření umělého kloubu, vytvoření kloubového lůžka kyčle, náhrada femorální a humerální hlavice, náhrada povrchu femorální hlavice a náhrada celého kloubu, při opravách páteře včetně spinální fúze a vnitřní fixace, v chirurgii tumorů, např. při vyplnění deficitních míst, discektomii, laminektomií, excísí tumorů míchy, při cervikálních a hrudních operacích, nápravě míšních poranění, nápravě skoliosy, lordosy a kyfosy, intermaxillární fixaci zlomenin, mentoplastii, náhradě temporomandibulárního kloubu, zesílení a rekonstrukci zubního lůžka, může bý použit jako přilehlé kostní štěpy, k umístění a revizi implantátů, atd. Jednotlivé kosti, které mohou být upraveny nebo nahrazeny zde uvedeným kostním implantátem zahrnují kosti etmoidální, frontální, nasální, okcipitální, parietální, temporální, mandibulární, maxillární, zygomatickou, krční, hrudní a bederní obratle, kost křížovou, žebra, prsní kost, klíční kost, lopatku, humerus, rádius, loketní kost,, karpální a metakarpální kosti, články prstu, kyčel, ischium, pubis, femur, tíbii, fibulu, patelu, calcaneus, tarsální a metatarsální kůstky.

Způsob výroby kostního implantátu podle předkládaného vynálezu zahrnuje opatření dostatečného množství složek získaných z kosti, vykazujících ve výchozím stavu povrchový kolagen, který se chemickými vazbami spojí s kolagenem sousedních částic a utvoří tak pevný agregát. Tyto chemické vazby se mohou vytvořit řadou známých metod včetně chemických reakcí, použití energie záření, což zahrnuje ozařování UV světlem, nebo mikrovlným ozářením, sušením a/nebo zahříváním

ΦΦΦΦ ·Φ • φ · • φ φ • φ φ • φ · · φφ φφ φ φφ φφ φφ

ΦΦΦ φ φ φ* · φφφ φφφφ φφ φφφ φφ φ ΦΦΦ φφφφ φφφ φφ φφ φφ a fotooxidací zprostředkovanou barvivý; dále dehydrotermálním postupem, při kterém se voda pomalu odstraňuje, zatímco kostní tkáň je vystavena vakuu; také enzymatickým působením k vytvoření chemických vazeb na každé styčné ploše kolagen kolagen. Přednostně se k vytvoření chemických vazeb používá chemické reakce.

Činidla k vytvoření chemických příčných vazeb zahrnují takové látky, které mají bifunkční nebo multifunční reaktivní skupiny a které reagují s funkčními skupinami aminokyselin, jako je funkční skupina ε-aminu u lysinu nebo hydroxylysinu, nebo karboxylové funkční skupiny asparagové a glutamové kyseliny. Tím, že reaguje s mnohočetnými funkčními skupinami na téže nebo různých kolagenových molekulách, vytváří chemické činidlo příčné zpevňovací přemostění.

Vhodná chemická činidla pro vytvoření příčných vazeb zahrnují .· mono- a dialdehydy, včetně glutaraldehydu a formaldehydu; polyepoxysloučeniny jako jsou polyglycidové ethery glycerolu, diglycidové ethery polyethylenglykolu, a jiné glycidové polyepoxy- a diepoxyethery; mořidla zahrnující oxidy kovů, jako dioxid titanu, dioxid chrómu, dioxid hliníku, dále organická mořidla a jiné rostlinné fenolické oxidy; chemikálie pro esterifíkaci karboxylových skupin, po níž následuje reakce s hydrazidem za vzniku acylazidových funkčních skupin v kolagenu; dicyklohexylkarbodíimid a jeho deriváty a další heterobifunkční síťující činidla; hexamethylendiisokyanát; cukry, včetně glukosy, budou rovněž síťovat kolagen.

Biologické materiály síťované glutaraldehydem mají v organismu sklon k nadměrnému zvápenatění (kalcifikaci). Pokud ···· 44 • 4 4 4

44

4·· 44

44 • 4 4 · • 4 4 « • 4 4 4

4 4 4

44 by to bylo považováno za nezbytné, je v tomto případě možné použít spolu s aldehydovými síťujícími činidly i látky kontrolující kalcifikací. Látky, kontrolující kalcifikaci, zahrnují : dimethylsulfoxid (DMSO), povrchově aktivní látky, difosfonáty, kyselinu aminoolejovou a kovové ionty, např. ionty železa a hliníku. Koncentraci těchto látek, kontrolujících kalcifikaci, mohou stanovit zkušení pracovníci běžnými postupy.

Chemickém síťování zahrnuje vystavení složek s povrchovým kolagenem, získaných z kosti, chemickým síťujícím činidlům, buď ponořením těchto složek' do roztoku chemického síťujícího činidla, nebo jejich vystavením parám chemického síťujícího činidla za podmínek, vhodných pro příslušnou síťující reakci. Takové podmínky zahrnují : vhodné pH a teplotu, a čas, pohybující se od minut do dnů, v závislosti na rozsahu požadovaného zesíťování a na aktivitě chemického síťujícího činidla. Kostní implantát se pak promývá k odstranění všech vylouhovatelných stop chemického činidla.

Pokud se použije enzymatického postupu, zahrnují použitelné enzymy ty, o kterých je v oboru známo, že katalyzuji síťující reakce na bílkovinách či peptídech, s výhodou na kolagenu, např. transglutaminasu, jak je popsáno v práci Jurgensena se spoluautory, The Journal of Bone and Joint Surgery, 79-A (2), 185-193, (1997), která je zde uvedena jako odkaz.

Tvorbu chemických vazeb je možno také vyvolat působením energie. Jedním způsobem, jak vyvolat tvorbu chemických vazeb působením energie, je využití metod, při kterých vznikají ze vzduchu vysoce reaktivní ionty kyslíku, které dále vyvolávají • Φ φφ φ φ φ φ φ φ · φ φ · φ φ φ · φ φ φ φ φφ φφφφ φφ φ · φ φφφ kyslíkové příčné vazby mezi povrchovým kolagenem. Takové metody zahrnují užití energie v podobě ultrafialového světla, mikrovlně energie a podobně. Jinou metodou, používající energie, je postup, známý jako fotooxidace pomocí barviv, při které se pro zesítění povrchového kolagenu používá chemické barvivo za působení viditelného světla.

Jinou metodou pro vytvoření chemických vazeb je dehydrothermální postup, který k zesíťování složek získaných z kosti využívá kombinace zahřátí a pomalého odstraňování vody, nejlépe ve vakuu. V tomto postupu chemicky reaguje hydroxyskupina z funkční skupiny na jedné kolagenové molekule s vodíkovým iontem funkční skupiny jiné kolagenové molekuly za vzniku vody, která se odstraní a vznikne vazba mezi kolagenovými molekulami.

Pokud jde o obrázky, obr.l znázorňuje, jak je kortikální část kosti 10., odebraná z diafyzální oblasti, řezána na kortikální kostní plátky 11 o různé síle tak, že je kost krájena podélně. Pokud je to třeba, mohou být kortikální kostní plátky 11 dále řezány na jednotnou velikost a tvar, jako u kostních plátků 21 kostního implantátu 20 na obr.2.

Obr. 2 ukazuje kostní implantát 20., zahrnující kortikální kostní plátky 21 s plně nebo částečně demineralizovaným vnějším povrchem s kolagenem vystaveným na povrchu, a nedemineralizovanou nebo částečně demineralizovanou dřeň 22 . Alternativně se může připravit jeden nebo více kostních plátků z prakticky úplně demineralizované kosti. Je také možno potáhnout kostní plátky jinou složkou, jako je demineralizovaný kostní prášek. Celá struktura vykazuje zesíťovaný kolagen na sousedících kostních «4 44

4 4 4

4« 4

4 4 4

4 4 4

44

4

4 ·

4444 44

4 4 · * • 4 · 4

4 · 4 4

4 4 4 4

44 444 plátcích, což mezi nimi zajišúují zvýšenou adhezi. Celková síla kostního implantátu je obvykle alespoň asi 2 až asi 20 mm. Kostní implantát 20 je možno pro účely implantování do organismu řezat, strojově zpracovat, nebo jinak tvarovat do jakéhokoliv jiného tvaru nebo rozměru. Jak je znázorněno na obr.3, je možno vyrobit v podstatě válcovitý kostní implantát 30 jako náhradu segmentu dlouhé kosti 31 u femuru 32 na obr.3. K vytvoření válce je možno tvarovat čtvercový nebo pravoúhlý kostní implantát na soustruhu na požadovaný průměr. Dutinu lze vytvořit odstraněním kostního materiálu , např. vrtačkou, nebo se může alternativně vytvořit sestavením vhodně tvarovaných vrstev složek získaných z kosti.

Jak ukazuje obr.4, diskovitý kostní implantát 40 je vsunut na místo intervertebrální vazivové chrupavky 41 na přední straně páteře 42.

Na obr.5 je parietální kostní implantát 50 upraven na velikost a tvar k vytvoření části parietální kosti na lebce 51 na obr. 5A

Na obr.6 je kostní implantát 60 vybudován z kostních plátků 61, připravených z povrchově demineralizované kortikální kosti, a z kostních kostek 62 o stejnoměrném čtvercovém průřezu, vyrobených z povrchově demineralizované pórovité kosti. Tyto plátky a kostky se sestaví ve střídavých vrstvách, jak ukazuje obrázek. Po sestavení se struktura podrobí úpravě k zesítění. Vzhledem k otevřené struktuře kostního implantátu 60, která je způsobena přítomností kanálků 63., dovoluje kostní implantát vaskulární penetraci nebo vrůstání kosti hostitele, a/nebo difúzi jedně nebo více lékařsky nebo chirurgicky užitečných látek z implantátu. Na »·«· ** · ρ» «· ·» • λ · · · · · · · 0 • t · · · · ···«

0 · * · · 0 · » «» · »··· ··· e < · · • 0 00 «00 *0 »0 00 obrázku je kostní implantát 60 instalován jako přídavný spinální štěp, připojený vsunutím příčných výběžků obratlů 71 do kanálků 63 k provedení posterolaterální fúze mezi příčnými výběžky na páteři 70 na obr.7.

Na obr.8A se kostní implantát 80 skládá z kostních plátků 81 s plně nebo částečně demineralizovaným vnějším povrchem. Jak ukazuje obr. 8, má kostní plátek jednu stranu pokrytou tkáňovou transglutaminázou 83 a přilehlý povrch kostního plátku je potažen roztokem CaCl₂ 82 . Při sestavování kostního implantátu 80 dojde ke styku mezi dvěma komplementárními stranami kostních plátků, výsledkem čehož je, že transglutamináza 83 katalyzujezesíůování kolagenu na stykové části přilehlých kostních plátků 81.

Následující příklady dále ozřejmují kostní implantát podle předkládaného vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Kortikální úsek kosti z diafysální oblasti byl za stálého vlhčení vodou podélně řezán na plátky o síle přibližně 1,5 mm za použití pily s diamantovým ostřím. Kortikální kostní plátky pak byly zamraženy na -70°C a mrazově sublimovaly po 48 hodin. Poté byly umístěny na 1,5 hodiny do přebytku 0,6 N HCl za stálého míchání, promývány vodou po dobu 5 minut a máčeny 1,5 hodiny ve fyziologickém roztoku, pufrovaném fosfátem. Kostní plátky byly poté sestaveny do vrstvené struktury a upevnněny svorkou. Svorkou

«··· e *	4«	• <· * • ·	« •	• •	• •	«· • · • ·
• •	4 •
• ·	•	•	• ·		•	•	•	• ·
··	··		···	··		··		*·

upevněná strutura pak byly umístěna na 48 hodin do roztoku 10% neutrálního, pufrovaného formaldehydu na 48 hodin,k zesíúování povrchově vystaveného kolagenu. Po zesíúování byla svorka odstraněna a struktura byla umístěna do nádoby, kde se po několik hodin promývala tekoucí vodou. Kostní implantát byl řezán do vhodného tvaru pásovou pilou a přenesen do přebytku vodného roztoku glycerolu. Po sedmi hodinách byl přebytek roztoku odstraněn a kostní implantát byl mrazově sublimován.

Příklad 2

Z kortikální kosti byla mletím získána podlouhlá, z kosti odvozená vlákna, která byla plně demineralizována v přebytku roztoku 0,6 N HCl. Tato vlákna byla promyta vodou a máčena.ve vodném roztoku glycerolu. K roztoku byla poté přidána plně mineralizovaná vlákna odvozená z kosti a roztok byl míchán a ponechán 12 hodin při teplotě místnosti. Roztok, obsahující máčená mineralizovaná a demineralizovaná vlákna odvozená z kosti, byl prolit sítem o hustotě 106 mikrometrů k zachycení vláken. Směs mineralizovaných a demineralizovaných vláken byla umístěna do válce a v lisu podrobena tlaku 10 000 - 50 000 psi (68,9 až 344,7 kPa) po dobu 15 minut a poté byla po dobu 2 až 12 hodin zahřívána na 37-55°C. Výsledná peletka kostního implantátu byla podrobena mrazové sublimaci a umístěna do diglycidového etheru polyethylenglykolu na 12 hodin při teplotě místnosti.

Příklad 3

Kostní plátky, připravené z lidské kortikální kosti, o síle cca 1 mm, šířce 7 mm a délce 50 mm, byly vystaveny na 10

minut O , 6N HCl k odhalení povrchového kolagenu. Kostní kostky, získané z lidské pórovité kosti, o rozměrech 10x10 mm, byly zpracovány tak, aby se odhalil povrchový kolagen na vnějších okrajích kostek. Všechny kostní plátky a kostky pak byly promyty vodou. Jednotlivé části byly poté sestaveny tak, že kostní plátky sousedily s kostkami, a sevřeny svorkou.

Celý útvar byl pak umístěn do roztoku 10% neutrálního pufrovaného formaldehydu na 3 hodiny k zesíťování povrchového kolagenu. Výsledný kostní implantát byl poté promyt vodou a nařezán pásovou pilkou do žádaného tvaru. Viz obr. 6.

Příklad 4

Plátky z lidské kortikální kosti o síle přibližně 1 mm byly povrchově demineralizovány 15 minut v 0,6N HCl a promyty tekoucí vodou. Tkáňová transglutamináza byla rekonstituována tak, aby poskytla roztok o koncentraci 1 mg/1 ml roztoku. Každý demineralizovaný kostní plátek byl poté na povrchu osušen, na jednu stranu byla nanesena tkáňová transglutamináza v množství 40 μΐ/cm² plochy a ekvivalentní objem O,1M CaCl₂ byl nanesen na přilehlý povrch sousedního demineralizovaného kostního plátku. Tento postup se následně opakoval. Výsledný kostní implantát byl upevněn svorkou a umístěn do vlhké komůrky na přibližně 30 minut k podpoře zesíťování; pak byl promyt vodou.

Příklad 5

Kortikální kostní plátky o síle přibližně 2 mm byly povrchově demineralizovány v roztoku 0,6N HCl po dobu 1 hodiny za stálého míchání. Kostní plátky pak byly potaženy suchým, demineralizovaným kostním práškem o velikosti částic

300 mikrometrů nebo menší a sestaveny do vrstev. Útvar byl upevněn svorkou a ponořen do roztoku 10% neutrálního pufrovaného formaldehydu na 12 hodin k umožnění zesíťování kolagenu. Výsledný kostní implantát byl promyt vodou k odstranění přebytku chemikálií.

Claims (30)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Kostní implantát zahrnující pevný agregát plátků, získaných z kosti,: které byly připraveny podélným krájením diafysální oblasti celé kortikální kosti, přičemž přilehlé kostní plátky jsou navzájem vázány chemickými vazbami mezi jejich povrchovým kolagenem, vyznačující se tím, že alespoň jeden z plátků má plně nebo částečně demineralízovaný vnější povrch a nedemineralizovanou nebo částečně demineralizovanou-vnitřní část.
2. 2. Kostní implantát podle nároku 1, vyznačuj í cí se tím, že obsahuje nejméně jednu další složku.
3. 3. Kostní implantát podle nároku 2, vyznačuj í cí se tím, že složka je vybrána ze skupiny, zahrnující podpůrné částice, podpůrná vlákna, plnidla, látky indukující růst kostí, růstové faktory, plně mineralizované kosti, adheziva, plastifikátory, přísady zvyšující ohebnost, buněčný materiál., genetický materiál, látky, kontrolující kalcifikaci, látky usnadňující hydrataci, biostatické látky, bíocídní látky, polymery, anorganické sloučeniny, látky zajišťující odolnost proti záření a kovové síťky.
4. 4. Kostní implantát podle nároku 1, vyznačuj í cí se tím, že pevný agregát plátků, získaných z kosti, má pevnost v tlaku od asi 10 do asi 200 MPa.
5. 5. Kostní implantát podle nároku 1, vyznačuj í cí se tím, že pevný agregát plátků, získaných z kosti, má pevnost v tlaku od cca 20 do cca 200 MPa.

   • · 0 · · · · · · 0

   00 · · 00 ··· 00 0 • · · · · · · · · · · • 0 00 000 00 00 00
6. 6. Kostní implantát podle nároku 1, v y z n a č u j £ cí se tím, že každý plátek je přibližně 1,5 mm silný.
7. 7. Kostní implantát podle nároku 1, vyznačuj £ cí se tím, že alespoň jeden plátek je plně deminerali zován.
8. 8. Kostní implantát podle nároku 1, vyznačuj £ cí se tím, že alespoň jeden plátek je pokrytý demineralizovaným kostním práškem.
9. 9. Kostní implantát podle nároku 1, vyznačující se t £ m , že plátky jsou před vzájemnou vazbou sousedních plátků prostřednictvím jejich povrchového kolagenu uspořádány do vrstevnaté struktury.
10. 10. Kostní implantát podle nároku 1, vyznačuj í cí se tím, že má celkový průměr od 2 do 2 0 mm.
11. 11. Kostní implantát podle nároku 1, vyznačuj £ cí se tím, že má čtvercový nebo obdélníkový tvar.
12. 12. Kostní implantát podle nároku 1, vyznačuj £ cí se tím, že má válcovitý tvar.
13. 13. Kostní implantát podle nároku 1, vyznačuj í cí se tím, že pevný agregát plátků, získaných z kosti, má póry, perforace, otvory, kanálky a prostory.
14. 14. Kostní implantát podle nároku 13, vyznačuj £23 jící se tím, že póry, perforace, otvory, kanálky a prostory mají v sobě začleněnu jednu nebo více látek, indukujících růst kosti nebo látek hojivých.
15. 15. Kostní implantát podle nároku 1, vyznačuj í cí se tím, že chemické vazby jsou vytvářeny vystavením plátků, získaných z kosti, chemickému síťujícímu činidlu.
16. 16. Kostní implantát podle nároku 15, vyznačují c í. s e t í m , že chemické síťující činidlo je vybráno ze skupiny, sestávající z monoaldehydů, dialdehydů, polyepoxysloučenin, vícemocných kovových oxidů, organických taninů, fenolických oxidů rostlinného původu, hydrazidu, dicyklohexykarbodiimidu, hexamethylendiisokyanátu, cukrů a enzymů.
17. 17. Kostní implantát podle nároku 15, vyznačující se tím, že plátky získané z kosti jsou vystaveny chemickému síťujícímu činidlu ponořením do roztoku chemického síťujícího činidla.
18. 18. Kostní implantát podle nároku 15, vyznačující se tím, že plátky získané z kosti jsou vystaveny chemickému síťujícímu činidlu vystavením kostních plátků parám chemického síťujícího činidla.
19. 19. Kostní implantát podle nároku 15, vyznačující se tím, že chemické síťující činidlo je polyepoxysloučenina.
20. 20. Kostní implantát podle nároku 15, vyznaču24 ······ · ·· ·· ·· ·· · ·♦ · · · · φ · • · · ··· · · · * φ φ · · · · φ · · · · · jící se tím, že chemické síťující činidlo je monoaldehyd nebo dialdehyd.
21. 21. Kostní . implantát podle nároku 15, vyznačující se tím, že chemické síťující činidlo je formaldehyd.
22. 22. Kostní implantát podle nároku 15, vy z n a č u jící se tím, že chemické síťující činidlo je diglycidylether polyethylenglykolu.
23. 23. Kostní implantát podle nároku 1, vyznačuj í cí se tím, že chemické vazby jsou vytvářeny působením energie.
24. 24. Kostní implantát podle nároku 23, vyznačuj ιοί se tím, že energií je teplo.
25. 25. Kostní implantát podle nároku 23, vyznačuj ící se tím, že energií je energie záření.
26. 26. Kostní implantát podle nároku 23, vyznačuj ιοί se tím, že energií je ultrafialové světlo nebo mikrovlnná energie.
27. 27. Kostní implantát podle nároku 23, vyznačuj ιοί se t í m , že vynaložení energie zahrnuje fotooxidaci, zprostředkovanou barvivý.
28. 28. Kostní implantát podle nároku 1, vyznačuj í c í se t í m , že chemické vazby jsou vytvářeny dehydrothermálním působením.

    ····«· · ·· ·· ·· • · · ··· · · · · · ··· · · · · · · · ·· · · · · ·«· * · · « · · · ··· ···· • · ·· ··· · · · · · ·
29. 29. Kostní implantát podle nároku 1, vyznačuj i cí se tím, že chemické vazby jsou vytvářeny enzymatickým působením.
30. 30. Kostní implantát podle nároku 29, vyznačující se tím, že enzymatické působení zahrnuje tkáňovou transglutaminázu.