CZ323699A3 - Kostní pasta - Google Patents
Kostní pasta Download PDFInfo
- Publication number
- CZ323699A3 CZ323699A3 CZ19993236A CZ323699A CZ323699A3 CZ 323699 A3 CZ323699 A3 CZ 323699A3 CZ 19993236 A CZ19993236 A CZ 19993236A CZ 323699 A CZ323699 A CZ 323699A CZ 323699 A3 CZ323699 A3 CZ 323699A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- bone
- composition
- gelatin
- dbm
- collagen
- Prior art date
Links
- 239000002639 bone cement Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 146
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 claims abstract description 118
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 30
- 230000002188 osteogenic effect Effects 0.000 claims abstract description 22
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;hydroxide;triphosphate Chemical compound [OH-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D 0.000 claims abstract description 21
- 239000007943 implant Substances 0.000 claims abstract description 17
- 102000007350 Bone Morphogenetic Proteins Human genes 0.000 claims abstract description 16
- 108010007726 Bone Morphogenetic Proteins Proteins 0.000 claims abstract description 16
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229940112869 bone morphogenetic protein Drugs 0.000 claims abstract description 13
- 239000005313 bioactive glass Substances 0.000 claims abstract description 12
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 7
- 230000000975 bioactive effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H tricalcium bis(phosphate) Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims abstract description 7
- 102000004887 Transforming Growth Factor beta Human genes 0.000 claims abstract description 6
- 108090001012 Transforming Growth Factor beta Proteins 0.000 claims abstract description 6
- 239000001506 calcium phosphate Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910000389 calcium phosphate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 235000011010 calcium phosphates Nutrition 0.000 claims abstract description 6
- -1 calderin Chemical compound 0.000 claims abstract description 6
- ZRKFYGHZFMAOKI-QMGMOQQFSA-N tgfbeta Chemical compound C([C@H](NC(=O)[C@H](C(C)C)NC(=O)CNC(=O)[C@H](CCC(O)=O)NC(=O)[C@H](CCCNC(N)=N)NC(=O)[C@H](CC(N)=O)NC(=O)[C@H](CC(C)C)NC(=O)[C@H]([C@@H](C)O)NC(=O)[C@H](CCC(O)=O)NC(=O)[C@H]([C@@H](C)O)NC(=O)[C@H](CC(C)C)NC(=O)CNC(=O)[C@H](C)NC(=O)[C@H](CO)NC(=O)[C@H](CCC(N)=O)NC(=O)[C@@H](NC(=O)[C@H](C)NC(=O)[C@H](C)NC(=O)[C@@H](NC(=O)[C@H](CC(C)C)NC(=O)[C@@H](N)CCSC)C(C)C)[C@@H](C)CC)C(=O)N[C@@H]([C@@H](C)O)C(=O)N[C@@H](C(C)C)C(=O)N[C@@H](CC=1C=CC=CC=1)C(=O)N[C@@H](C)C(=O)N1[C@@H](CCC1)C(=O)N[C@@H]([C@@H](C)O)C(=O)N[C@@H](CC(N)=O)C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(=O)N[C@@H](C)C(=O)N[C@@H](CC=1C=CC=CC=1)C(=O)N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)N[C@@H](C)C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N1[C@@H](CCC1)C(=O)N1[C@@H](CCC1)C(=O)N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(=O)N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)N[C@@H](CO)C(=O)N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(O)=O)C1=CC=C(O)C=C1 ZRKFYGHZFMAOKI-QMGMOQQFSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 claims abstract description 4
- 208000002607 Pseudarthrosis Diseases 0.000 claims abstract description 3
- 230000003239 periodontal effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 claims description 99
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 claims description 99
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 claims description 98
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 claims description 98
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 claims description 98
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 32
- 108010035532 Collagen Proteins 0.000 claims description 31
- 102000008186 Collagen Human genes 0.000 claims description 31
- 229920001436 collagen Polymers 0.000 claims description 31
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 31
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 239000000499 gel Substances 0.000 claims description 21
- 102000057297 Pepsin A Human genes 0.000 claims description 19
- 108090000284 Pepsin A Proteins 0.000 claims description 19
- 229940111202 pepsin Drugs 0.000 claims description 19
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 claims description 16
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 13
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 claims description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 12
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 11
- 239000012634 fragment Substances 0.000 claims description 9
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 claims description 9
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 8
- 210000000845 cartilage Anatomy 0.000 claims description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 8
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 7
- 235000014653 Carica parviflora Nutrition 0.000 claims description 6
- 241000243321 Cnidaria Species 0.000 claims description 6
- 239000003102 growth factor Substances 0.000 claims description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 6
- 241000894007 species Species 0.000 claims description 6
- 102000010780 Platelet-Derived Growth Factor Human genes 0.000 claims description 5
- 108010038512 Platelet-Derived Growth Factor Proteins 0.000 claims description 5
- 230000001054 cortical effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 5
- 230000005012 migration Effects 0.000 claims description 5
- 238000013508 migration Methods 0.000 claims description 5
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 claims description 5
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims description 5
- 210000002435 tendon Anatomy 0.000 claims description 5
- 241000283690 Bos taurus Species 0.000 claims description 4
- 208000037873 arthrodesis Diseases 0.000 claims description 4
- 230000008468 bone growth Effects 0.000 claims description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 3
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims description 3
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims description 3
- 210000003491 skin Anatomy 0.000 claims description 3
- 241000282465 Canis Species 0.000 claims description 2
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 claims description 2
- 108010066259 Collagraft Proteins 0.000 claims description 2
- 241000283073 Equus caballus Species 0.000 claims description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- CPGKMLVTFNUAHL-UHFFFAOYSA-N [Ca].[Ca] Chemical compound [Ca].[Ca] CPGKMLVTFNUAHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 claims description 2
- 230000003110 anti-inflammatory effect Effects 0.000 claims description 2
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 claims description 2
- 238000000071 blow moulding Methods 0.000 claims description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 2
- 210000002808 connective tissue Anatomy 0.000 claims description 2
- 238000005115 demineralization Methods 0.000 claims description 2
- 230000002328 demineralizing effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000004925 denaturation Methods 0.000 claims description 2
- 230000036425 denaturation Effects 0.000 claims description 2
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 2
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 2
- 239000004571 lime Substances 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 2
- 230000003637 steroidlike Effects 0.000 claims description 2
- 150000003431 steroids Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000000080 wetting agent Substances 0.000 claims description 2
- 230000002421 anti-septic effect Effects 0.000 claims 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 claims 1
- 101100348017 Drosophila melanogaster Nazo gene Proteins 0.000 claims 1
- 101710167839 Morphogenetic protein Proteins 0.000 claims 1
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 claims 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 claims 1
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 claims 1
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 claims 1
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 claims 1
- 230000003297 denaturating effect Effects 0.000 claims 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 claims 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims 1
- 230000002979 macrophagic effect Effects 0.000 claims 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims 1
- 230000005541 medical transmission Effects 0.000 claims 1
- 238000006213 oxygenation reaction Methods 0.000 claims 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 claims 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 claims 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 claims 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 claims 1
- 238000007666 vacuum forming Methods 0.000 claims 1
- 230000000399 orthopedic effect Effects 0.000 abstract description 7
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 13
- 230000011164 ossification Effects 0.000 description 13
- 239000013642 negative control Substances 0.000 description 12
- 230000004819 osteoinduction Effects 0.000 description 12
- 239000013641 positive control Substances 0.000 description 12
- LOKCTEFSRHRXRJ-UHFFFAOYSA-I dipotassium trisodium dihydrogen phosphate hydrogen phosphate dichloride Chemical compound P(=O)(O)(O)[O-].[K+].P(=O)(O)([O-])[O-].[Na+].[Na+].[Cl-].[K+].[Cl-].[Na+] LOKCTEFSRHRXRJ-UHFFFAOYSA-I 0.000 description 11
- 239000002953 phosphate buffered saline Substances 0.000 description 11
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 8
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 238000007918 intramuscular administration Methods 0.000 description 7
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 7
- 230000002138 osteoinductive effect Effects 0.000 description 7
- 239000000047 product Substances 0.000 description 7
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 239000005312 bioglass Substances 0.000 description 6
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 6
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 6
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 6
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 5
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 5
- 241000700159 Rattus Species 0.000 description 5
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 5
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 229940088598 enzyme Drugs 0.000 description 5
- 230000000278 osteoconductive effect Effects 0.000 description 5
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N Glutaraldehyde Chemical compound O=CCCCC=O SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 238000001479 atomic absorption spectroscopy Methods 0.000 description 4
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 241001447056 Uristes Species 0.000 description 3
- 230000036760 body temperature Effects 0.000 description 3
- 238000000502 dialysis Methods 0.000 description 3
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 3
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 3
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 238000011552 rat model Methods 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 102000000503 Collagen Type II Human genes 0.000 description 2
- 108010041390 Collagen Type II Proteins 0.000 description 2
- 239000004971 Cross linker Substances 0.000 description 2
- WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N Formaldehyde Chemical compound O=C WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 239000001045 blue dye Substances 0.000 description 2
- 210000002449 bone cell Anatomy 0.000 description 2
- 210000001185 bone marrow Anatomy 0.000 description 2
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000007850 degeneration Effects 0.000 description 2
- 210000003275 diaphysis Anatomy 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 2
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 2
- 235000015277 pork Nutrition 0.000 description 2
- 235000018102 proteins Nutrition 0.000 description 2
- 210000001139 rectus abdominis Anatomy 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 238000012453 sprague-dawley rat model Methods 0.000 description 2
- 238000007920 subcutaneous administration Methods 0.000 description 2
- 210000000689 upper leg Anatomy 0.000 description 2
- 238000010626 work up procedure Methods 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000012422 Collagen Type I Human genes 0.000 description 1
- 108010022452 Collagen Type I Proteins 0.000 description 1
- 102000001187 Collagen Type III Human genes 0.000 description 1
- 108010069502 Collagen Type III Proteins 0.000 description 1
- 206010010356 Congenital anomaly Diseases 0.000 description 1
- 229920002307 Dextran Polymers 0.000 description 1
- 108090000371 Esterases Proteins 0.000 description 1
- 239000001828 Gelatine Substances 0.000 description 1
- 206010018852 Haematoma Diseases 0.000 description 1
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 1
- 206010061246 Intervertebral disc degeneration Diseases 0.000 description 1
- YQEZLKZALYSWHR-UHFFFAOYSA-N Ketamine Chemical compound C=1C=CC=C(Cl)C=1C1(NC)CCCCC1=O YQEZLKZALYSWHR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000947422 Modiolus rectus Species 0.000 description 1
- 208000002193 Pain Diseases 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000012287 Prolapse Diseases 0.000 description 1
- 239000004792 Prolene Substances 0.000 description 1
- 206010037660 Pyrexia Diseases 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 241000251539 Vertebrata <Metazoa> Species 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 description 1
- 150000001299 aldehydes Chemical class 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000003444 anaesthetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000890 antigenic effect Effects 0.000 description 1
- 235000015278 beef Nutrition 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000004071 biological effect Effects 0.000 description 1
- 210000002805 bone matrix Anatomy 0.000 description 1
- 235000011089 carbon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 208000018180 degenerative disc disease Diseases 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 238000002224 dissection Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000004821 effect on bone Effects 0.000 description 1
- 238000006253 efflorescence Methods 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000013213 extrapolation Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 210000002082 fibula Anatomy 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 238000005227 gel permeation chromatography Methods 0.000 description 1
- 238000001879 gelation Methods 0.000 description 1
- 210000004013 groin Anatomy 0.000 description 1
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 1
- 230000005802 health problem Effects 0.000 description 1
- BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N hydridophosphorus(.) (triplet) Chemical compound [PH] BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 239000005457 ice water Substances 0.000 description 1
- 230000028993 immune response Effects 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 208000021600 intervertebral disc degenerative disease Diseases 0.000 description 1
- 230000007794 irritation Effects 0.000 description 1
- FZWBNHMXJMCXLU-BLAUPYHCSA-N isomaltotriose Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@H]1OC[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C=O)O1 FZWBNHMXJMCXLU-BLAUPYHCSA-N 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 229960003299 ketamine Drugs 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 239000006193 liquid solution Substances 0.000 description 1
- 239000013627 low molecular weight specie Substances 0.000 description 1
- 230000018984 mastication Effects 0.000 description 1
- 238000010077 mastication Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229940105631 nembutal Drugs 0.000 description 1
- 210000002445 nipple Anatomy 0.000 description 1
- 210000000963 osteoblast Anatomy 0.000 description 1
- 210000002997 osteoclast Anatomy 0.000 description 1
- 230000004820 osteoconduction Effects 0.000 description 1
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 description 1
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 1
- 238000005453 pelletization Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- WEXRUCMBJFQVBZ-UHFFFAOYSA-N pentobarbital Chemical compound CCCC(C)C1(CC)C(=O)NC(=O)NC1=O WEXRUCMBJFQVBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000005293 physical law Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 235000004252 protein component Nutrition 0.000 description 1
- 206010037844 rash Diseases 0.000 description 1
- 239000001044 red dye Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000005477 standard model Effects 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 210000000130 stem cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000008223 sterile water Substances 0.000 description 1
- 210000001562 sternum Anatomy 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000008093 supporting effect Effects 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000011477 surgical intervention Methods 0.000 description 1
- 210000002303 tibia Anatomy 0.000 description 1
- 230000008733 trauma Effects 0.000 description 1
- 230000001228 trophic effect Effects 0.000 description 1
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 1
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 1
- 208000016261 weight loss Diseases 0.000 description 1
- BPICBUSOMSTKRF-UHFFFAOYSA-N xylazine Chemical compound CC1=CC=CC(C)=C1NC1=NCCCS1 BPICBUSOMSTKRF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960001600 xylazine Drugs 0.000 description 1
Landscapes
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
Kostní pasta využitelnáv ortopedických oborech, např. při
rekonstrukci pseudoartróz, zvětšování periodontálního
oblouku, v kranioíaciální chirurgii, při fixacích implantátů a
jiných postupech, kdeje nutné generování nové kosti, přičemž
její složení obsahuje v podstatě biologicky vstřebatelnou
osteogenní složku v želatinové hmotě. V různých provedeních
je osteogenní složka vybírána z následujících možností: (i)
demineralizovaná kostní hmota (DBM); (ii) bioaktivní
sklokeramika, bioaktivní sklo, bioaktivní keramika,
fosforečno-vápenitá keramika, hydroxyapatit, uhličitan
hydroxyapatitu, koralický hydroxyapatit, kaldnovanákost,
fosforečnan vápenatý nebo podobnýmateriál; (iii) kostní
morfogenetický protein, růstové faktory TGF-β, PDGF nebo
jejich směsi, přírodní či rekombinované a (iv) směsi (i) až (iii).
Description
Kostní pasta
Oblast techniky
Vynález se týká nového osteogenního, osteoindukčniho složení pro použití v oblasti ortopedie ke spojování kostí, fixaci implantátů ke kosti, vyplňování kostních defektů a v libovolných dalších aplikacích, v nichž je potřebné osteoindukční osteogenni složeni.
Dosavadní stav techniky
Ve Spojených státech se provádí každoročně více než 100 000 zákroků týkajících se kostních štěpů (Cornell). Ve většině rekonstrukčních procesů se používá materiál štěpu jako výplň mezi kostními částicemi ve snaze dosáhnout nepřetržitým kontaktem mezi kostními částicemi rychlejšího a dokonalejšího hojeni v místě zákroku (i lepší mechanické integrity) (Bloebaum). V případech zvětšování kosti a spojů v oblasti páteře mohou tyto kostní štěpy tvořit celou strukturu štěpu, protože v dané oblasti nejsou žádné kostní fragmenty. S možnou výjimkou jednoho produktu (u jehož použití to návod nepovoluje) vyžadují všechny materiály štěpu chirurgický zásah s potřebnou kožní incisí.
Osteogenni materiály pro kostní štěpy mohou být rozděleny do dvou skupin, konkrétně na osteokondukční materiály a osteoindukční materiály. Přesná definice obou pojmů je předmětem diskusi, lze však říci, že ostekondukční štěpy vedou* pň implantování do kostní tkáně růst kosti přes defekty (Einhorn).
• · • · • · ·· · 4
Osteoindukční štěpy dokáží na druhé straně indukovat* v buňkách v příslušné oblasti, aby vytvořily kost samy (Einhom). Tyto osteoindukční štěpy budou vyvolávat tvorbu kosti, i když budou implantovány do jiné tkáně než kostní (např. při podkožní nebo nitrosvalové implantaci) (Einhorn; Benedict; Strates; Urist).
Všechny uměle vytvořené materiály pro kostní štěpy, které jsou nyní k dispozici, spadají do osteoindukční kategorie štěpů. Patří sem Bioglass®, Norian®, Collagraft®, koralický hydroxyapatit (pozn. pfekl.: hydroxyapatit ve formě zvápenatělé korálové pěny), práškový hydroxyapatit, krystalický a amorfní hydroxyapatit (hydroxylový apatit) a řada dalších produktů. Všechny tyto štěpy vycházejí ze své podobnosti s hyroxyapatitem přirozené kosti. Analogický mechanismus procesu vedení v kostech spočívá ve schopnosti těchto materiálů podporovat difúzi trofických faktorů a buněk po veimi rozsáhlých povrchových plochách a poskytováni mechanické podpory rostoucím tkáním. Výčet příslušných vlastnosti vybraných materiálů kostních štěpů je na obrázku 1.
Jinou kategorii v současné době dostupných materiálů kostních štěpů tvoří autoštěpy a aloštěpy. Nejsou-li příliš hrubě zpracovány, jsou tyto materiály obecně osteoindukční (Yazdi). Protože jde o tkáňové štěpy, jejich použití s sebou nese určitá rizika. Autoštěpy jsou spojeny s komplikacemi souvisejícími s místem ocfoěru přesahujícími 20 % (Younger). Zmražené či vymražené aloštěpy vyvolávají určitou imunologickou reakci a nejsou-ii správně sledovány, mohou přenášet choroby (Hordin). Poslední variantou aloštěpů je demineralizovaná kostní hmota.
Demineralizovanou kostní hmotu (zkratka DBM z anglického Demineralized Bone Matrix) poprvé popsal Senn v roce 1889 (Senn). Koncem šedesátých let byla znovu objevena, z velké části náhodou, kdy ji podrobně prostudovali Urist a Strates. Stala se hlavním produktem tkáňových bank po celém světě. Jak název napovídá, jedná se kost, která byla zbavena minerálů ošetřením kyselinou. Podrobné schéma procesu, jak vyrobit tento produkt, je na obrázku 2.
DBM dokáže vyvolat formováni kosti dokonce i v nekostnich tkáních během 4 týdnů (Strates; Urist; Lasa). Standardně se pro stanoveni aktivity DBM
-3používá podkožní nebo nrtrosvalové implantace (Nathan). Hlavním aktivním faktorem v DBM je pravděpodobně jeden nebo větší počet kostních morfogenetických proteinů (zkratka BMP z anglického Bone Morphogenetic Proteins) (viz patent Spojených států č. 4 294 753, který je zde uveden v odkazech). Další růstové faktory, mezi nimi např. TGF-beta (viz patent Spojených států č. 5 422 340, který je zde uveden v odkazech), růstový faktor získaný z krevních destiček (PDGF), a podobné složky, mohou být pro tuto funkci také důležité.
Biogiass® je materiál pro kostní štěpy. Jedná se o sklo z oxidů SÍ02, Na02, CaO, P2O5, které dokáže vytvořit bioaktivní povrchovou vrstvu hydroxyapatitového uhličitanu řádově v minutách po implantaci (Hench).
Užiti materiálu DBM a Biogiass je spojeno se dvěma problémy. Oba materiály jsou dodávány jako velké částice a nezůstávají vždy v oblasti, do niž jsou implantovány. (Scarborough; Frenkel). V důsledku hrubého složeni se také obtížně tvaruji a těžko se v operačni místnosti zpracovávají. Je tedy třeba vyvinout produkt, který neumožňuje migraci částic, a zároveň se s ním v operačním prostředí snadněji pracuje.
Jak je uvedeno v tabulce 1, objevilo se v posledních několika letech na trhu několik operačních past sloužících jako kostní výplň. Rozsah těchto produktů se pohybuje od jednoduchých směsí fyziologického roztoku s práškem podobným pisku až po nedávno vytvořený gel s názvem GRAFTON®, což je složení na bázi glycerolu, které neprovádí zesiťováni. Všechny tyto produkty se používají v ortopedii k rekonstrukci kostních defektů, jako jsou např. prázdná místa, dutiny, praskliny atp. Tyto defekty mohou být následkem úrazu či mohou být vrozené a známé pasty lze použit k jejich opravě nebo vyplnění, nebo k vytvoření nadstavby nad stávajícími kostními strukturami. Konečný cíl těchto postupů spočívá v tom, aby pasta vyvolala tvorbu kosti a aby bylo možno pastu nahradit při zachováni tvaru, který lékař vytvořil při aplikaci pasty.
» · · · » · · · ·· · ·· ·
-4Je žádoucí, aby kostní pasta byla osteokondukčnl (tzn. aby rozváděla kostní buňky do oblasti) a osteoindukční (tzn. indukovat v kmenových buňkách tvorbu kostních buněk, které začnou formovat novou kost). Obecně jsou kostní pasty, jež jsou v oboru známy, osteokondukčnl pouze se slabými osteoindukčními účinky. Proto nejsou tyto známé pasty vhodné pro vyplňování velkých dutých míst a často nemají ani správný účinek na formováni kosti ani u malých dutin. Se všemi v současné době dostupnými kostními pastami, včetně těch, které prokazují určitou osteoindukční aktivitu, se obtížně manipuluje, nezůstávají na místě implantace či prokazuji oba tyto nedostatky.
Jeden z komerčně dostupných produktů, GRAFTON® (viz patent Spojených států č. 5 484 601) je složení, neprovádějící zesíťování, přičemž se jedná o demineralizovaný kostní prášek rozpuštěný v polyhydroxylové sloučenině (např. glycerolu) nebo jejích esterech, obsahující další složky dle výběru, včetně želatiny. Tento materiál je pravděpodobně rychle odplavován z místa implantace, protože nosičem je giycerol, který je rozpustný ve vodě.
Patenty Spojených států č. 5 236 456 a 5 405 390 (O’Leary a Prewett) ukazují osteogenní gelové složení, tvořené demineralizovanou kostní hmotou (DBM) ošetřenou koncentrovanou kyselinou (3M HCI) a zahřátou na 40°C až 50°C. Patent stručně popisuje promíchání gelu s DBM a několika dalšími složkami. Postup výroby gelu však spočívá v tom, že vytváří zejména vlákna kolagenu (tzn. nárůst teploty nepostačuje k vytvoření želatiny). V důsledku toho nejsou kolagenová vlákna rozpustná v neutrálních roztocích. Aby se získal gel, patent stanovuje, že kolagen musí být rozpuštěn v kyselině s nízkým pH (např. v HCI nebo 1 %-ní kyselině octové s pH menším než 4,0). Složení s nízkým pH však nejsou v typickém případě příliš kompatibilní s biologickými implantáty. Je též třeba poznamenat, že ve sloupci 5, řádku 20, a ve sloupci 6, řádku 15, je stanoveno, že teplota, v niž gel tuhne, je 0 až 5°C, což vylučuje gelaci v podmínkách in vivo.
Patent Spojených států č. 4 440 750 (Glowacki a Pharris) ukazuje standardní enzymatický postup extrakce kolagenu z tkáně užitím pepsinu. Velmi ♦ · » · · • · · fl
-5jemně čištěný kolagen se získává ze zvlFat, přičemž před přípravou pracovního složeni je rekonstituován. Kolagen bez přidáni dalších chemikálií (např. aldehydů, chondritinsulfátu atp.), jež nejsou ve složení specifikovány, neprovádí zesíťování. Není zde uvedeno nastavení teploty a ani zmínka o zesíťováni.
V patentu Spojených států č. 4 394 370 a 4 472 840 (Jefferies) jsou zaznamenány komplexy rekonstituovaného kolagenu s demineralizovaným kostním či solubilizovaným kostním morfogenetickýcm proteinem, dle volby zesfténé s glutaraldehydem, jako osteogennl při implantaci in vivo. Rekonstituovaný kolagen podle těchto patentů je rozdrobený, lyofilizovaný a mikrokrystalický a byl předem dialyzován, aby se odstranila kyselina chlorovodíková použitá při přípravě kolagenu. Složení podle těchto patentů nezahrnuje konverzi kolagenu na želatinu předcházející zformování složení. Složení v daném stavu tedy neprovádí zesíťování.
Patent Spojených států č. 4 678 470 (Nashef a kol.) se zabývá nevstřebatelným materiálem pro kostní štěpy, obsahujícím demineralizovanou kostní hmotu, která síťovala po ošetření glutaraldehydem nebo jiným síťovadlem, suspendovanou v želatinovém nebo polotuhém nosiči. Za předpokladu, že demineralizovaná kost podle tohoto patentu je chemicky zesítěna, budou její schopnosti kostní indukce zničeny a složení v zásadě tvoří strukturální výplň nebo hmotu, do níž může vrůstat kost příjemce.
Ve WO 89/04646 (Jefferies) je popsán materiál pro rekonstrukci kostí, vyznačující se dobrou strukturální pevností. Materiál obsahuje demineralizovanou kostní hmotu, která je povrchově aktivována ošetřením glutaraldehydem nebo podobným síťovadlem za účelem zvýšení vazebných schopností s biokombatibilními hmotami. Výsledný materiál má tak pevnou strukturu, že jej ize před implantaci do biologického příjemce strojově obrábět.
Kostní pasta podle vynálezu vyhovuje potřebám stavu techniky, jelikož poskytuje materiál, s nímž se snadno manipuluje a lehce se skladuje, drží se na místě implantace, vykazuje osteokondukční i osteoindukční vlastnosti, je termálně • ·
-6• · • · · 4 • · · 4 • · « · · 4 • 4 • · ·· síťovatelný a je v podstatě biologicky vstřebatelný. Složení má přednostně formu gelu, obsahujícího minerálovou a proteinovou složku, u nichž bylo klinicky prokázáno, že vyvolávají rychlé vrůstání kosti. Složení lze dodat operatérovi v předem připravené injekční stříkačce, která je již připravena k výkonu. Při první dané teplotě je gel přednostně snadno formovatelný do libovolného tvaru a je adhezivní. Jakmile je gel již v biologickém prostředí, neboli při druhé, nižší, teplotě, ztvrdne do pružného prostorového útvaru, který není odplavován ani se jinak nepohybuje z místa implantace. Při růstu kosti se materiál štěpu stane zcela součásti biologického systému. Způsob vytvoření a použití tohoto složení je podrobně popsán níže.
Podstata vynálezu
Kostní pasta využitelná v ortopedických oborech, např. pn rekonstrukci pseudoartróz, zvětšování periodontálního oblouku, v kraniofaciální chirurgii, při fixacích implantátů, artrodéze v oblasti páteře či jiných kloubů, včetně spojů v oblasti páteře a při dalších postupech, kde je nutné generování nové kosti, přičemž její složeni obsahuje želatinu a další osteogenni komponenty. Želatina je přednostně termálně zesítěna a osteogenni složky se volí z následující skupiny:
(i) demineralizovaná kost, přednostně odebraná z druhů, do nichž má být implantována kostní pasta nebo (ii) bioaktivnf sklokeramika, BIOGLASS®, bioaktivní keramika, fosforečno-vápenřtá keramika, hydroxyapatit, uhličitan hydroxyapatitu, koralický hydroxyapatít, kalcinovaná kost, fosforečnan vápenatý a podobné materiály nebo jejich směsi a (iii) kostní morfogenetický protein, TGF-beta, PDGF nebo jejich směsi, přírodní či rekombinované a (iv) směsi (i) až (iii).
-7• a ··
Použye-li se (ii) či podobný materiál, zvýši se rozsah manipulovatelných vlastnosti pevnosti a osteoindukce, které vykazuje složeni. V případě (iii) se snižuje potřeba použití demineralizované kosti, což jinak slouží jako zdroj osteoindukčnich faktorů.
Demineralizovaná kost se ukázala jako velmi účinná při indukci formování kosti. Želatin slouží jako síťovatelná, adhezivní a snadno manipulovatelná hmota, v niž se přenášej! osteoindukční a osteokondukčnl prvky složeni. Lze zahrnout i další faktory, jako jsou antibiotika, kostní morfogenetické či jiné proteiny, ať jsou získávány z přírodních, či rekombinovaných zdrojů, smáčedla, glycerol, dextran, karboxymethylovou ceiulosu (CMC), růstové faktory, steroidy, nesteroidni a protizánětlivé sloučeniny nebo jejich kombinace či jakýkoli daiši materiál, podporujíc! žádouci vlastnosti základního složení vynálezu.
Složeni může být vymraženo nebo připraveno předem a lze jej dodat ve vhodném dávkovacím zařízení, jako je např. předem připravená injekční stříkačka. Gel je přednostně v tekutém nebo ve velmi tvárném stavu při teplotě zhruba nad 40°C, při teplotě rovnající se nebo mírně převyšující teplotu organismu, do níž je implantován (např. 38°C u lidského organismu), se však mění na tvrdý gel.
Přehled obrázků na výkresech
Na obrázku 1 je přehled stávajících materiálů pro kostní štěpy.
Obrázek 2 znázorňuje postup demineralizace kostí.
Na obrázku 3 je graf závislosti kinematické viskozity (jednotky - centistoky) na koncentrace (v %) pro lidskou želatinu zpracovávanou při různých teplotách ve fosforečném tlumivém fyziologickém roztoku (PBS).
Obrázek 4A je fotomikrograf části štěpu obsahující demineralizovanou kostní hmotu (DBM) bez nosiče po čtyřech týdnech nitrosvalové aplikace u krysy.
-8Obrázek 4B je fotomikrograf části štěpu obsahujíc! 33 % DBM v želatině (tzn. týká se pasty podle vynálezu) po čtyřech týdnech nítrosvalové aplikace u krysy.
Příklady provedeni vynálezu
Odbornici v oboru budou vědět, že specifické stránky složení tohoto vynálezu, postup jeho přípravy a použiti jsou aplikovatelné na složení tohoto typu používaná u jakéhokoli druhu obratlovců. Nicméně, jelikož tento nový materiál bude v ortopedii aplikován zejména na člověku, zaměřuje se následující popis na příklady využití materiálu v humánní medicíně.
Složení materiálu podle vynálezu obsahuje želatinu a další osteogenní složky. Želatina tvoři přednostně termální zesiťování a osteogenní složky se vybírají z následující skupiny:
(i) demineralizovaná kost, přednostně odebraná z druhů, do nichž má být implantována kostni pasta nebo (ii) bioaktivní skiokeramika, BIOGLASS®, bioaktivní keramika, fosforečno-vápenitá keramika, hydroxyapatit, uhličitan hydroxyapatitu, koralický hydroxyapatit, kalcinovaná kost, fosforečnan vápenatý a podobné materiály nebo jejich směsi a (iii) kostni morfogenetický protein, TGF-beta, PDGF nebo jejich směsi, přírodní či rekombinované a (iv) směsi (i) až (iii).
Složeni je při první teplotě (např. nad 38°C) tekuté a termální zesiťování se aktivizuje při druhé teplotě či mirně nad touto teplotou, odpovídající normální tělesné teplotě organismu, do něhož má být složení implantováno (tzn. u člověka při 38°C).
0
0 > 0 » 0
000
-9·0·
Pojmy “termálně zesltěný nebo termálně síťovatelný se zde používají k popisu vlastnosti složeni, kdy se v něm obsažené molekuly při dané teplotě a koncentraci nebo při nižších hodnotách teploty a koncentrace spojují takovým způsobem, že z roztoku obsahujícího tyto molekuly vzniká gel.
Pojem v podstatě biologicky vstřebatelný se zde používá k popisu schopnosti materiálu spolupracovat s nově zformovanou kosti a stát se její součásti. Např. demineralizovaná kostní hmota, která byla chemicky zesítěna s činidlem, jako je např. glutaraldehyd, se tedy nepovažuje za v podstatě biologicky vstřebatelnou. Avšak demineralizovaná kostní hmota sama o sobě, bioaktivni sklo nebo keramika, želatina a kostnf morfogenetické faktory jsou všechny považovány za v podstatě biologicky vstřebatelné, protože neposkytuji pouze strukturální oporu, ale kooperuji s nově zformovanou kostí.
Želatina funguje jako nosič a má schopnost termálního zesíťování ve velmi úzkém teplotním rozsahu. Tato reakce termálního zesíťování je převážně řízena fyzikálními zákonitostmi a vodíkovými vazbami mezi řetězci, a je tedy závislá na koncentraci a teplotě (Speriing). Navíc, jelikož je želatina v medicíně často využívána, její vlastnosti in vivo jsou důkladně prostudovány (McDonald). Nejznámějšl aplikací tohoto polymeru je pěnová houba. Studie ukázaly, že želatina je po implantaci jen mirně antigenní a lze ji v některých vlastnostech srovnávat s kolagenem. (McDonald). Kolagen však nemá schopnost termálního zesíťování, jež je pro složení podle vynálezu tak důležitá.
Zde se bioaktivnf sklo, jako je BIOGLASS®, bioaktivni keramika, fosforečno-vápenitá keramika, hydroxyapatít, uhličitan hydroxyapaiitu, hydroxyapatit, kalcinovaná kost, fosforečnan vápenatý a podobné materiály používají k rozšíření rozsahu manipulovatelných vlastností pevnosti a osteogeneze (osteoindukce a osteokondukce), jimiž se vyznačuje složení.
Výroba želatiny je založena na částečné hydrolýze kolagenu. Kolagen se získává z kůže, kostí, chrupavek, šlach a dalších pojivových tkání. Kůže a kosti jsou zdrojem molekul kolagenu Typu I a Typu III, zatímco šlachy jsou zdrojem
-10»· 44 • 4 • · »44 ··« <
» · ·· téměř čistého kolagenu Typu I a chrupavky dávají kolagen Typu II a vzácnější typy molekul kolagenu. Molekuly želatiny připomínají trojité šroubovice jako u kolagenu, jsou však částečně hydrolyzovány. V důsledku toho jsou v roztoku jen v malé míře organizovány. Jak však roztok chladne, začínají molekuly želatiny vytvářet šroubovité struktury. S tím, jak roztok dále chladne, poroste viskozita a dojde k fázové změně z roztoku na gel. Tato fázová změna je reverzibilní, dodá-li se tepelná energie.
Doba a teplota tuhnuti želatlnového roztoku jsou závislé na koncentraci želatiny v roztoku, molekulové hmotnosti a vnitřní viskozitě molekul želatiny a na pH roztoku. V izoelektrickém bodu neboli pH, při němž jsou molekuly želatiny elektricky neutrální, je doba tuhnutí nekratší.
Kolagen lze částečně hydrolyzovat několika metodami. Postup typu A je nejjednodušší a nejrychlejší, kdy se k částečné hydrolyzaci kolagenu používá zředěná kyselina (např. méně než 1M HCI). Zpracováni typu A se obecně používá u vepřové kůže a demineralizované hovězi kosti. Postup typu B využívá alkalický roztok k částečné hydrolyzaci kolagenu. Zpracování typu B se obecně aplikuje pro hovězi kůži a demineralizovanou hovězí kost. A nakonec lze k částečné hydrolyzaci kolagenu použit enzymy, jako je pepsin. Pepsin přednostně štěpí peptidové vazby mezi aromatickými aminokyselinami. Pepsin také působí jako esteráza, amidy aminokyselin však nejsou hydrolyzovány.
Jako jeden z příkladů tohoto postupu slouží želatina, připravovaná z kostí druhů, do nichž má být složení implantováno, rozdrcením kostí a zbaveni kostí tuku, po němž následuje ponoření po dobu 24 hodin do přibližně 300 mg/l pepsinu v 0,5M kyseliny octové při teplotě 33°C. Hodnota pH výsledného roztoku je nastavena pomocí hydroxidu sodného na 9,0 za účelem denaturace pepsinu, pak se s pomocí kyseliny chlorovodíkové vraci na 7,0. Teplota roztoku vzroste na 15 až 30 minut na 60°C a vrátí se na 4°C, aby došlo k denaturaci zbývajícího kolagenu a kompletní přeměně na želatinu. Výsledný roztok je filtrován za účelem odstraněni partikulárních složek a po dobu 48 hodin dialyzován proti destilované
-11 vodě v dialytické membráně s molekulovou propustností 50K-100K (50 K -100 K MWCO). Po lyofilizaci se želatina znovu rozpustí ve fosforečném tlumivém fyzilogickém roztoku (PBS) nebo ve vodě až na účinnou koncentraci, která činí asi 30 - 45 hmotnostních procent želatiny v roztoku.
Obsah želatiny ve složeni je přednostně mezi 20-45 % (hmotnostních procent - w/w). Želatinu lze získat ze stejných nebo jiných druhů v porovnání s těmi, do nichž má být složeni implantováno. Např. želatina z lidského, vepřového, hovězího, koňského nebo psího těla ze získává ze zdrojů kolagenu, jako jsou kosti, kůže, šlachy nebo chrupavky, a lze ji pak smíchat s DBM nebo s jinými osteogennimi materiály. Jak je uvedeno výše, mění se kolagen na želatinu vápenným louženlm, okyselením nebo enzymatickou extrakci např. pepsinem či podobným enzymatickým ošetřením, po němž následuje denaturace teplem nebo jinými prostředky. Želatinu lze z tkáně získat mastikací tkáně, po nfž následuje rozsáhlé ošetřeni směřující k narušení zeslťovaných vazeb v dlouhých kolagenových řetězcích. V jednom provedeni je tkáň rozmělněna, pak namočena na cca 24 - 72 hodin při teplotě asi 2QC až 40 °C do zředěné kyseliny, např. 0,1 normální kyseliny octové. Přednostně se přidá enzym, např. pepsin, v dostatečně vysoké koncentraci. Do zředěné kyseliny se na počátku ošetřeni přidává pepsin v koncentracích asi 10-20 000 i.u./litr, 100-2000 i.u./litr nebo v analogických koncentracích, přičemž perioda ošetřeni se přizpůsobuje podle použité koncentrace enzymu. Ze složeni se např. odstředěním odstraní pevné částice a ziská se materiál nad sedlinou v roztoku s molekulární hmotnosti asi 50 000 daltonů či vyšší. To lze provést jedním z řady postupů známých v oboru včetně dialyzace sedliny v membráně s molekulární hmotností 50 000 daltonů proti několika změnám roztoku, ultrafiltracl přes membránu s obdobnou molekulární propustností (MWCO) nebo gelovou permeační chromatografií přes médium s molekulární propustnosti 50 000 daltonů. Odbornici budou vědět, že čim vyšší MWCO želatiny, tím nižší výnos. Proto lze použit přípravky s nižším MWCO, až
-12• · · · · φ « φ φ φ » • · ··· · · φ • · · • ·«» ·· ·Φ asi do 1000 daltonů, přičemž je nutno si uvědomit, že pak mohou být získány i nežádoucí druhy s nízkou molekulární hmotností.
Želatinový roztok, který vznikne z této extrakce, je přednostně denaturovaný, např. tepelnou úpravou při teplotě přesahujici 50°C. Denaturovaný protein je pak uložen ve zmraženém stavu, může být vymražen či ve formě sraženiny, např. v těkavém organickém roztoku a rekonstituován v roztoku, jako je např. izotonický fyziologický roztok, v koncentraci mezi 30-45 % (w/w) želatiny.
Demineralizovaná kost je přednostně ve formě prášku a přednostně se skládá z částic o průměru v rozsahu 80 - 850 pm. Postupy výroby demineralizovaného kostního prášku jsou v oboru známy (viz např. Patent Spqených států č. 5 405 390, který je zde pro tento účel uveden v odkazech), proto zde nejsou rozebírány. Demineralizovaný kostní prášek, který se získává standardními postupy, se smíchá s želatinovým roztokem podle výše uvedeného popisu, aby vzniklo složeni obsahující asi 0 - 40 % (w/w) demineralizovaného kostního prášku. Tam, kde jsou přítomny kostní morfogenetické proteiny (BMP), je ve složeni potřebné menší množství DBM. BMP jsou přednostně přítomny v koncentraci mezi 0,0001 až 0,1 mg/ml, případně 0,001 mg/ml až 0,01 mg/hnl či v podobné koncentraci v závislosti na množství přítomného DBM (0 - 40 % w/w).
V určitém provedeni vynálezu a u určitých ortopedických aplikaci, v nichž je důležitá silová odolnost v ohybu tvořeném kostní pastou, se preferuje přídavek bioaktivnlho skla. Je-li přidáno bioaktivní sklo, snižuje adhezivitu složeni, avšak po ztuhnutí zvyšuje pevnost složení. Proto se do gelového (demineralizovaného) kostního složení přidává bioaktivnf sklo, např. BIOGLASS® o průměru asi 0,5 až 710 pm. Kromě toho se též uvažuje o složeni obsahujícím přibližně 0 až 40 % (w/w) bioaktivnlho skla s želatinou, tvořici 20 až 45 % (w/w) složeni.
Složeni připravovaná podle výše uvedeného popisu se snadno odebírají ze stříkačky, zejména po zvýšeni teploty nad 40°C, např. ponořením do vodní lázně, předepsaným ošetřením mikrovlnami, umístěním do ohřívače injekčních stříkaček nebo řadou jiných postupů, jak zahřát nádobu. Protlačený gel je
resilientnl, lepivý a lehce tvárný do jakéhokoli požadovaného tvaru. Kromě toho si složeni po ztvrdnutí zachovává silovou odolnost a bude špatně rozpustné ve fyziologickém roztoku.
Po uvedení obecného popisu složeni podle vynálezu, vezmeme-li v úvahu specifika pomocného příkladu uvedeného níže, následují pokyny pro přípravu a využití složeni podle vynálezu.
Želatina z DBM by měla být připravována při teplotě mezi 30 a 37°C. Když je získané množství při 37°C vyšší (60 %), kvalita je podle měření kinematické viskozity mírně nižší než kvalita při 30°C. Želatina přednostně vzniká limitovanou hydrolýzou kolagenu s enzymatickou podporou, přičemž enzymem může být pepsin afp. Koncentrace pepsinu nastavená na 300 U/L až 500 U/L funguje dobře, odborníci však budou vědět, že by základě zde uvedených poznatků mělo být otestováno velké množství enzymů. Odborníci budou vědět, že alternativou k metodě pracujicí s pepsinem je kyselé či alkalické zpracování kůže a šlachy.
Konečné složení přednostně obsahuje želatin s viskozitou při 44°C asi 3600 centipoise (měřeno na lineární stupnici viskozity/řídnutí - 0,87/s) nebo s kinematickou viskozitou při 44°C asi 0,7 centistoků. Koncentrace želatiny v nosné fázi (tzn. bez přidaných osteogenních složek) je přednostně 30 až 45 % (w/w), (přibližně 50 až 60 % objemových procent - w/v), čimž je zajištěn vznik gelu při 38°C v přiměřeném časovém intervalu. Odbornici budou samozřejmě vědět, že v závislosti na druhu organismu, do něhož bude složeni implantováno, budou potřebné různé teploty. Tyto požadavky lze splnit změnou koncentrace želatiny zvýšením koncentrace, je-li nutná vyšší teplota gelu, a snížením koncentrace, je-li nutná nižší teplota gelu.
Obsah DBM ve složení je zde vymezen koncentrací potřebnou k tomu, abychom získali kostnf formaci analogickou samotné DBM. Zjistili jsme, že účinné je asi 5 až 40 % (w/w) DBM ve složení. Méně než 5 % se zřejmě při formováni kosti neuplatní, pokud nejsou ve složení přidány BMS (složka iii), přičemž v tomto pilpadě může být koncentrace DBM podstatně snížena či zcela eliminována.
Přirozeně, že na základě tohoto poznatku budou již odborníci vědět, že dodáním různých koncentraci a složeni kostních morfogenetických proteinů nebo dalších osteogenních či osteoindukčních faktorů tze ovlivňovat hmotností procento DBM ve složeni směrem nahoru nebo dolů. Kromě toho je známo, že v závislosti na druhu, do něhož je složení knplantováno, je třeba hmotnostní procento DBM regulovat směrem nahoru či dolů.
Ve studiích prováděných in vivo jsme zjistili, že všechna složeni s obsahem DBM 15 až 33 % vytvářejí zvápenatělou tkáň. Zjistili jsme dobrou korelaci mezi množstvím DBM ve složeni a úrovní indukce kosti, je-li DBM větší než asi 19 % (w/w). Horní hmotnostní limit pro DBM je asi 38 až 40 % (w/w). Tuto složku je tedy žádoucí použít v rozsahu 0 až 40 % DBM, přednostně 5 až 30 % (w/w), 7 až 33 % (w/w) nebo 15 až 25 % (w/w).
Z histologického hlediska je patrné, že po implantaci do zvířecího organismu se žeiatinová fáze zcela vstřebá během cca 2 týdnů. Navíc se během dvou týdnů vytvoři chrupavka a mineralizovaná kost, přičemž asi ve čtvrtém týdnu dojde k dozrání kosti. Zvířata v těchto studiích neměla v průběhu studie vážné zdravotní problémy a nevykazovala ani známky podráždění, hematomů, bolesti, horečky ani úbytku hmotnosti. Složeni podle tohoto vynálezu, obsahujíc! želatinu nebo osteogenní prvky (i-iv), může sloužit jako nosič pro korové, spongiózni nebo korové a spongiózni kostni fragmenty. Tato složení jsou vhodná pro vyplňování větších kostnich dutin. Kromě toho plati, že když tyto kostní fragmenty nejsou demineralizovány, vykazuji další spektrum biologických vlastností, které želatina sama o sobě ani želatina s osteogennimi prvky (i-iv) nemá. Preferuje se velikost těchto kostních fragmentů od 80 pm do asi 10 mm.
V dalším provedení tohoto vynálezu je složení želatinových a osteogennich prvků (i-iv) zformováno do pevného tvaru injekčním, vakuovým nebo rotačním tvářením, vyfukováním nebo vytlačováním nebo jinými způsoby. Tyto prvky by měly mit přednostně tvar meziobratlových plotének, acetabulárních hemistér, trubte, elipsoidů pro výplň dutin a intrameduiárních vsuvek, které se
-15vhodným způsobem vkládal do intramedulárního kanálu různých kostí (tzn. do dřeňové části kosti), aby se zabránilo pronikáni kostniho cementu do zdravé kostní tkáně. Tyto tvary vzniknou např. tak, že se zvýši teplota složeni nad teplotu zkapalňování (např. cca 45°C), přičemž se umožní, aby složení vytvořilo gel ve formě příslušného tvaru. Pro takovéto formy je obsah želatiny přednostně tak velký, jak to je možné, aby se zajistilo, že tvar po implantaci do přfjemce-obratlovce zůstane pevný.
Odborník nalezne mnoho ortopedických aplikací kostní pasty podle vynálezu. Pro účely artrodézy spojeni v oblasti páteře bude však jedním z obzvláště preferovaných způsobů užiti tohoto složení časné či poúrazové stádium degenerace meziobratlové ploténky, sloužící zde spiše pro ilustraci než jako omezeni rozsahu vynálezu. Po diagnóze traumatu či degenerace následuje vytvoření malého otvoru nebo několika malých otvorů v meziobratlové chrupavce v místě degenerace. Kostní pasta je pak vstříknuta do meziobratlového prostoru, aby iniciovala artrodézu. Obdobný proces lze provést s jinými klouby či poškozenými kostmi.
Po uvedení obecného popisu vynálezu následuji příklady, ukazující specifické vlastnosti a aplikace vynálezu. Měli bychom mít na paměti, že vynález se v žádném případě neomezuje na specifické rysy níže uvedených příkladů a hranice vynálezu jsou definovány připojenými patentovými nároky.
Přikladl:
Vytvořeni želatiny, kinematická viskozita a kritická koncentrace pro želatinu pň 38 °C
V tomto experimentu byl zdrojem kolagenu prášek z demineralizované kortikálni komponenty lidské kosti v rozsahu velikosti 250 až 850 pm. Do trubice odstředivky byl přidán prášek z demineralizované kostní hmoty (DBM), 0,5M roztok kyseliny octové a pepsin. Trubice odstředivky byla po dobu 24 hodin *9 «
«9 ·· ·» »· ·· * · « * • · 9 9 9 ·
9 * ··· ··* • · 9 9
999 999 99 99 překlopena při požadované teplotě 4°C, 30°C, 33°C a 37°C. Hodnota pH byla nastavena na 9,0, pak snížena pomoci 1N NaOH a 1N HCI na 7,0 a byla provedena deaktivace pepsinu. Roztok byl umístěn na dobu 15 minut do vodní lázně teplé 60°C, a pak zchlazen ve vodě s ledem. Roztok b>1 odstředěn a kapalina nad sedlinou byla nalita do trubice dialytické ment) rány s molekulárni propustnosti 1000 daltonů. Kapalina nad sedlinou byla dialyzována, aby bylo dosaženo faktoru ředěni 1000:1, zmrazená a lyofilizována, dokud nebyla zcela suchá. Tento experiment byl pro každou teplotu proveden pětkrát.
Kinematické viskozity zředěných koncentrací želatiny ve výši 0,0625 w/v%; 0,125 w/v% a 0,5 wA/% ve fosforečném tlumivém fyziologickém roztoku (pH 7,4 při 25°C) byly měřeny Ubbelhodovým viskozimetrem při teplotě 44°C. Kinematické viskozity lidské želatiny zpracovávané při 4°C, 30°C, 33°C byty měřeny dvakrát, kromě hodnoty při 33°C, která byla měřena jen jednou. Kinematické viskozity (jednotky centiskoky) byly vyneseny do grafu v závislosti na koncentraci roztoku lidské želatiny, viz obrázek 3. Byla provedena extrapolace lineárního poklesu na nulu, a tak stanovena kinematická viskozita při nulové koncentraci. Byla určena optimální teplota zpracováni daná teplotou, která byla spojena s nejvyšší viskozitu při nulové koncentraci, nejvyšší strmostí lineárniho poklesu, nejvyššim výtěžkem a nakonec i vznikem želatiny generujícím pevné složení kosti při teplotě mírně převyšující teplotu lidského těla.
Jak se zvyšovala teplota zpracování, rostl výtěžek želatiny, normalizované pro stejný pepsin na poměr DBM (0,03 % w/v pepsinu/1 g DBM). Kinematická viskozita při nulové koncentraci, neboli úsek na ose y, měla opačný trend. Jak se zvyšovala teplota zpracováni, klesaly extrapolované kinematické viskozity, viz Tabulka 1.
Lidská želatina zpracovávaná při 30°C vykazovala nejvyšší strmost kinematické viskozity v závislosti na koncentraci při hodnotě 0,40 (centistoků/%), po niž následovala lidská želatina zpracovaná při 4°C s hodnotou 0,26 (centistoků/%), lidská želatina zpracovaná při 33°C s hodnotou 0,21
-17(centistoků/%) a nakonec lidská želatina zpracovaná pň 37°C s hodnotou 0,17 (centistoků/%), viz Tabulka 1.
Aby se našel vztah mezi kinematickou viskozitou a molekulární hmotností želatiny, musí být kinematická viskozita převedena na vnitřní viskozitu. Vnitřní viskozíta však není definována v důsledku polyelektrolytické povahy želatiny. Proto nelze stanovit přímý vztah mezi viskozitou a molekulární hmotností lidské želatiny.
Tabulka 1
Fyzikální vlastnosti lidské želatiny a lidské želatiny ve fosforečném tlumivém fyziologickém roztoku. Lidská želatina byla zpracovávána pil teplotách 4°C, 30°C, 33QC a 37°C od 1 g DBM a 0,03 w/v% roztoku pepsinu v 0,5N kyselině octové;
| Lidská želatina zpracovaná při různých teplotách | Průměrný výtěžek v % hmotnosti | Extrapolovaný úsek na ose y (centistoky) | Strmost lineárního poklesu (centiskoky/%) | ř hodnota lineárního poklesu |
| 4°C | 6 % (n=5) | 0,72 (pokus 1&2) | 0,26 (pokus 1&2) | 0,985 (pokus 1&2) |
| 30°C | 18 % (n=5) | 0,71 (pokus 1&2) | 0,40 (pokus 1&2) | 0,993 (pokus 1&2) |
| 33°C | 30 % (n=4) | 0,71 (pokus 1) | 0,21 (pokus 1) | 0,994 (pokus 1) |
| 37°C | 60 % (n=5) | 0,70 (pokus 1&2) | 0,17 (pokus 1&2) | 0,996 (pokus 1&2) |
Byla určena teplota tuhnutí pro různá složení kostních past, viz Tabulka 2. Ve složeních kostní pasty byla použita lidská želatina získaná z DBM pomocí pepsinu pil teplotě 33°C, 35 C a 37 °C. Koncentrace pepsinu se pohybovaly v rozmezí od 19 wAw% z celkového složení až do 25 w/w% celkového složení (což odpovídá 40 w/v% až 60 w/v% želatiny v nosné hmotě) ve fosforečném tlumivém fyziologickém roztoku (PBS) s pH 7,4. Všechna testovaná složeni kostní pasty obsahovala DBM v koncentraci 33 w/w% celkového složeni. Aby se vyzkoušelo, zda kostní pasta bude pevná, nebo tekutá, byly použity různé teploty prostředí tzn. 45°C, 43°C, 41°C, 40°C, 38°C a 35,5°C. Teplota tuhnutí byla stanovena následným snížením teploty prostředí a zvýšením teploty prostředí.
Tabulka 2
Teploty prostředí odpovídajíc! ztuhlým (tzn. injekčně neapíikovatelným) složením kostní pasty
| Lidská želatina jako procento celkové hmotnosti složeni | Teplota pň zpracováni 37°C | Teplota pň zpracování 35°C | Teplota pň zpracování 33°C |
| 25w/w% | < 35,5°C | < 35,5°C | 40,5°C |
| 24wAv% | <35,5°C | < 35,5°C | < 35,5°C |
| 22w/w% | <35,5°C | <35,5°C | < 35,5°C |
| 21 vj/w% | < 35,5°C | < 35,5°C | < 35,5°C |
| 19w/w% | < 35,5°C | < 35,5°C | < 35,5QC |
Proto je kritická koncentrace želatiny ve složení kostní pasty, která ztuhla mírně nad hodnotou teploty lidského těla, 38°C až 39°C, 25 w/w% celkového složení lidské želatiny, zpracované pň 33°C, přičemž 33 w/w% činila DBM a zbytek PBS. Lidská želatina zpracovaná pil 33°C měla kinematickou viskozitu při nulové koncentraci 0,71 centistoků. Roztoky lidské želatiny s nižšími kinematickými viskozitami měly kritické koncentrace zhruba přes 25 w/w%. Želatina s vyšší viskozitou než 0,71 centistoků tedy budou pravděpodobně tvořit termálni zesiťováni v koncentracích nižších než přibližně 25 % (w/w)Příklad 2: Složení a aktivita kostní pasty v podmínkách in vivo
Tato studie ukazuje, že kostní pasta podle vynálezu je osteoindukční. Kromě toho studie ukazuje velikosti částic pro komponentu DBM složeni, která dobře funguje pň podpoře růstu nové kosti u zvířete, do něhož je implantována.
Nitrosvalový model krysy je standardním modelem pro testování osteoindukčnosti demineralizované kosti a dalších osteoindukčních faktorů. Strates et al. používají tento model již mnoho let (Strates).
Jakje uvedeno v příkladu 1 výše, stanovili jsme, že želatina při 38°C má mit koncentraci 40 až 60 % w/w (30 až 45 % w/w roztoku bez přidaných osteogennich složek). Při této koncentraci želatina, působící jako nosná hmota, vytvoř! termální zesltění při 38°C během přibližně 8 minut. V této studii jsme pokládali otázku, kolik DBM musí být přítomno v této fixní 40 až 60 %-ní nosné želatinové hmotě k vyvolání formování kosti s příznivou korelaci v porovnání s pozitivními kontrolami. Porovnávali jsme 4 různá složení DBM/žeiatina s pozitivními kontrolami (pozn. překl.: zde pozitivní kontrola ve smyslu provedení se 100 % aktivní látky) a negativními kontrolami (pozn. překl.: zde negativní kontrola ve smyslu provedeni s0% aktivní látky) u nitrosvalového modelu krysy.
a) Příprava štěpu
Z čerstvě zabitých (maximálně před 24 hodinami, uchovaných v teplotě 4°C) Sprague-Dawleyových krys byly odebrány kosti stehenní, kosti holenní a kosti lýtkové. Z kosti byly odstraněny diafýzy, bylo provedeno odstraněni kostní dřeně disekčnl sondou a umyti sterilní vodou. Diafýzy pak byly demineralizovány v 0,6M HCI po dobu 24 hodin při teplotě 4°C s poměrem kostní hmoty ke kyselině 1/10 či nižším. Kostní segmenty byly lyofilizovány, a poté smíchány se suchým ledem a rozdrceny v laboratorním kostním mlýnku. Prášek DBM byl roztříděn síťováním a byly ponechány částice o velikosti 125 až 450 pm.
Zahřátím fosforečného tiumivého fyziologického roztoku (PBS) na 60°C byla vytvořena nosná hmota s želatinou o koncentraci 50 % (w/v), pak byla přidána vepřová želatina v práškové formě (Sigma, výkvět 300) a vše bylo důkladně rozmícháno. Nosná hmota dozrávala po dobu 15 minut (aby se vyrovnalo rozložení želatiny v roztoku), pak byla ponechána, aby zchladla na 50°C. V tomto okamžiku byla do želatinového roztoku přidána DBM v následujících množstvích: 0 (negativní kontrola), 15, 19, 24 a 33 % w/w celkového složeni. Složeni bylo ručně důkladně promícháno.
-20Štěpy byly připraveny vstříknutím vlákna složení do Petriho misky. Tato vlákna byla rozdělena na kratší úseky (cca 4 mm), zvážena a umístěna do sterilních Petriho misek. Pozitivní kontroly byly připraveny peletizacl DBM smíchané s PBS v odstředivce. Aby se během rizikových situaci při zákroku udržela integrita pelety, byly pelety zmrazený a takto implantovány.
b) Zákrok na krysách
Mladým Sprague-Dawleyovým krysám (200 až 410 g) bylo nitrosvalově podáno anestetikum ve složeni 86 mg/kg ketaminu a 13 mg/kg xylazinu (do stehna). Od vrcholu sterna až nad tříslo byl veden podélný řez. Boční části m. rectus abdominis byly zpřístupněny tupým oddělením tkáně na obou stranách zvířete. Ve svalu na každé straně byly vedeny tři krátké incise a byly vloženy implantáty. Následovalo sešití 1 až 2 stehy materiálem Prolene 3-0 (za účelem označeni místa a jako prevence vyhřeznutí implantované hmoty). Na každou stranu byla vložena jedna pozitivní a jedna negativní kontrola a dvě experimentální složení. Umístěni implantátů bylo náhodné s výjimkou toho, že každá krysa měla na jedné straně jednu pozitivní kontrolu a na druhé straně jednu negativní kontrolu.
Zvířata byla vrácena do klecí a byla jim podána potrava a voda ad-lib. Všichni členové studijní skupiny byly drženi po dobu 4 týdnů kromě jednoho zvířete (R1), které bylo po 2 týdnech usmrceno za účelem histologického rozboru.
Po 4 týdnech byla zvířata usmrcena předávkovánfm Nembutalem. M. rectus abdominis byl odstraněn ostrým oddělením tkáně, čímž bylo odejmuto maximální množství tkáně.
c) Analýza vzorků
Každý sval byl označen zářezem k vyznačení horní části zvířete a umístěn do Petriho misky se štítkem. Sval byl mammografickým zařízením zrentgenován s použitím mammografického filmu (DuPont). Rentgenogramy byly analyzovány
užitím digitálnt kamery spojené s počítačem Apple LCII vybaveným softwarem NIH Image 4.1. Obrazy byly zpracovány tak, aby byl osvícen stín implantátu, a počítáním obrazových bodů (pixelů) byla stanovena plocha stínu
Ze svalu byly odstraněny dva z každé skupiny vzorků a zafixovány v desetiprocentním tlumivém roztoku formalinu. Byly odebrány histologické řezy a další řezy byly zbarveny hematoxylin-eoslnem a Massonovým trichromem. Tyto histologické vzorky byty prohlédnuty kvalifikovaným patologem.
Zbývající vzorky byly odebrány ze svalové tkáně a spalovány po dobu 4,5 hodin v muflové peci pň teplotě 700 až 750°C. Byla stanovena hmotnost popela a normalizována na původní hmotnost štěpu. Popel byl rozpuštěn v 1,0N HCI a atomovou absorpční spektroskopii byl analyzován obsah vápníku.
Všechny analýzy byly provedeny jako slepé a dekódování bylo provedeno po zpracování dat
d) Histologie
Dvoutýdenní histologické vzorky 15 %-ního a 19 %-ního složení DBM ukázaly zformování kosti, dokonce i v tomto raném stadiu. Směr formováni kosti není bezprostředně patrný, ale zřejmě bude endochondrální. Čtyřtýdenní histologické vzorky ukázaly, že v místě implantace vznikla zralá kost. Jak ukázaly analýzy popela a procenta vápníku, byla kvalita vytvořené kosti srovnatelná s kvalitou přirozené kosti. Všechny štěpy obsahující DBM vedly k vytvoření kosti. Ty, které obsahovaly více než 20 % DBM, tvořily kosti nejvyšší kvality. Obrázky 4A a 4B znázorňují fotomikrografy částí štěpů po čtyřech týdnech in vivo u nitrosvalového krysího modelu. Zjistili jsme, že 33 % (w/w) DBM v želatinovém roztoku (obrázek 4B) podle tohoto vynálezu vyprodukovalo stejné množství nové kosti jako čistá, 100 %-ní DBM (obrázek 4A). V těchto obrázcích jsou přítomny následující struktury: 10 je zralá kost, jak dokazuje červené barvivo z Massonova barviva, 20 je nově utvořená chrupavka, jak dokazuje modré barvivo z Massonova barviva a přítomnost buněk, 30 je residuálnl DBM, jak dokazuje modré barvivo z
-22« · · · a · · · • · · · • · · · · · · • · • · « »
Massonova barviva a nepřítomnost buněk, z nichž vznikají všechny chrupavčité a kostní struktury ve svalovém řezu, a 40 je nezralá kost, jak dokazuje světle modré zbarvení a přítomnost buněk. Sledované buňky jsou osteoklasty degradující nově utvořenou chrupavku a osteoblasty ležící pod novou kostí. Kromě toho je v části obarvené Massonovým barvivém, z níž byly nasnímány černobílé fotografie, patrná svalová infiltrace do zralé kosti.
e) Analýza složeni
Užitím 2σ testu nebyl zjištěn žádný statisticky významný rozdíl v obsahu popela mezi negativní kontrolou, pozitivní kontrolou a složeními s 15 % až 19 % (w/w) DBM. To nutně nemusí znamenat, že tato složení nefungují (prohlídka rentgenogramů tento závěr vysvětluje). Spíše to znamená, že citlivost metody pracující s popelem neumožňuje detekci rozdílu. Studie dat pro 24 %-ní a 33 %-ní složení ukazuje podstatně lepší výsledky než pro 19 %-ní a 15 %-ní složeni a negativní kontroly, přičemž se podstatně neliší od (pozitivní) kontroly viz Tabu!. 3.
Tabulka 3
| Složeni (% DBM) | % získaného popela/ 9 štěpu | Standardní odchylka |
| 0 (negativní kontrola) | 10,1 | 9{n=6) |
| 15 | 5,5 | 12,7 (n=6) |
| 19 | 11,9 | 12,2(0=6) |
| 24 | 34,5 | 14,9 (n=5) |
| 33 | 30,0 | 8,0 (n=4) |
| 100 (pozitivní kontrola) | 31,9 | 8,8 (n=6) |
f) Atomová absorpční spektroskopie
Atomová absorpční spektroskopie složek popela DBM/zelatiny vytvořila ve vzorcích určité množství vápníku. Složeni o15%a19% nevykázala statisticky významný rozdíl v porovnání s negativní kontrolou. Očekává se však, že s větší citlivostí odběru by byly pozitivní účinky DBM v želatinovém nosiči v koncentracích
-23« *« · ♦ ·· ·· » · · · · · · * · · ♦ · • · · · ···» • · · · * · ······ • · · · · · ··· ···« ··· ··· ·· ·· již tak nízkých jako je 7 % (w/w) měřitelné. Průměrný obsah vápníku vytvořený složením vyšším nebo rovným 24 % byl úměrný hmotnosti DBM ve složení.
Tabulka 4
Porovnáni výsledků atomové absorpční spektroskopie spálených vzorků čtyř různých složeni DBM/želatina odebraných z krys po 4 týdnech in vivo
| Složení (% DBM w/w) | Průměrný obsah Ca/ gram | Standardní odchylka (σ) |
| 0 (negativní kontrola) | 1.2 | 1,2 (n=6) |
| 15 | 3,9 | 2,4 (n=4) |
| 19 | 7,3 | 7,5 (n=4) |
| 24 | 23,1 | 8,7 (n-3) |
| 33 | 28,0 | 4,4 (n=4) |
| 100 (pozitivní kontrola) | 81,3 | 30,0 (n=5) |
g) Digitální rentgenová analýza
Hrubá prohlldka/porovnánl rentgenovými paprsky ukazuje, že 24 %-nl a 33 %-ní složení se v podstatě neliší od pozitivních kontrol. Složení s 15 %-ním a 19 %-ním obsahem zřejmě nevytvářejí statisticky významnou kost. Očekává se však, že při větši citlivostí odběru by byly pozitivní účinky DBM v želatinovém nosiči měřitelné již v tak nízkých koncentracích, jako je 7 % (w/w). V místech s negativní kontrolou nebylo zřejmé pod rentgenovými paprsky vytvoření kosti. Proto docházíme k závěru, že DBM v koncentracích asi 24 % až 33 % (w/w) v želatině je aktivní v indukci tvorby kosti. Stejná data indikují, že koncentrace DBM menši než 20 % jsou méně efektivní v generování významné kosti v porovnání s pozitivními kontrolami. Je zaznamenáno, že Grafton obsahuje je 8 % DBM v glycerolovém nosiči.
ΐ. *
-2400 ·· • 9 0 · » « 0 0 · · 0 * 0 · 9 0 0 0 000000
0 0 · 0 0 00 0000 000 ·0 0 0 0 00
Tabulka 5
| Složeni (% DBM w/w) | Normalizovaná plocha (% pozitivních kontrol) | Standardní odchylka (σ> |
| 0 (negativní kontrola) | 0 | 0(n=10) |
| 15 | 2,8 | 1,9 (n=7) |
| 19 | 4,1 | 4,2 (n=7) |
| 24 | 33,0 | 15,2(n=10) |
| 33 | 36,7 | 14,9(n=10) |
| 100 (pozitivní kontrola) | 100 | 43,1 <n=10) |
Příklad 3
Postup výroby kostní pasty podle vynálezu
Tento příklad ukazuje postup výroby kostní pasty z želatiny a demineralizované kosti. Protože jsou potřebné zlomky celkové hmoty, jsou váženy následující složky (jsou dána procenta celkové hmotnosti složení):
Suchá demineralizovaná kost: 0 - 40 % (w/w)
Lyofilizovaná termálně zesltěná želatina: 20 - 45 % (w/w)
BIOGLASS®: 0 - 40 % (w/w)
Kostní morfogenetický protein: 0,001 mg/ml
Složky jsou za sucha důkladně zamíchány, rovnováhy složeni se docilí přidánim vody, fosforečného tlumivého roztoku nebo jiného fyziologicky přijatelného tekutého roztoku. Složení může být v této formě zabaleno či lyofilizováno pro pozdější rekonstrukci s vodou. Ohebnosti se docílí zahřátím na teplotu dostatečnou k překročení bodu kapalněni želatiny. Pak se umožní, aby složení vychladlo na teplotu, při níž vzniká gel.
Odkazy
Cornell, C.: Techniques in Orthopaedics 1992, 7, 55 - 63.
Bloebaum, R. D.: Human Bone Ingrowth and Materials; Bloebaum, R. D., Ed.; Society for Biomaterials: Denver, CO, 1996.
Einhom, T. A.; Enhancement of Bone Repair Using Biomaterials; Einhorn, T. A., Ed.; Society for Biomaterials: Denver, CO, 1996.
Benedict, J. J.: The Role of Carrier Matrices on Bone Induction in Vivo; Benedict, J. J., Ed.; Society for Biomaterials: Denver, CO, 1996.
Strates, B.; Tiedeman, J.: European Journal of Experimental Musculoskeletal Research 1993, 2, 61 - 67.
Urist, M. R.: Bone Morphogenic Protein; Urist, M. R. Ed.; W. B. Saunders Co.: Philadeplhia, 1992, s. 70 - 83.
Yazdi, M; Bernick, S.; Paule, W.; Nimmi, M.: Clinical Orthopaedics and Related Research 1991, 262, 281 - 285.
Younger, E.; Chapman, M.: Youngerof Orthopaedic Trauma 1989, 3,192 -195. Hardin, C. K.: Otolaringologic Clinics of North America 1994, 27, 911 - 925.
Senn, N.: The American Journal of Meical Sciences 1889, 98, 219 - 243.
Urist, M. R; Huo, Y. K.; Brownell, A. G.; Hohi, W. M.; Buyske, J.; Liefze, A.; Tempst, P.; Hunkapiller, M.; DeLange, R. J.: Procedures of National Acadamy of Sciences, USA 1984, 81, 371 - 375.
Urist, M. R.; Chang, J. J.; Lielze, A.; Huo, Z. K.; Brownell, A. G.; DeLang, R. J.: Methods in Enzymology 1987,146, 294 - 313.
Lasa, C.; Hollinger, J.; Drahám, W.; MacPhee, M.: Piastic and Reconstructive Surgery 1995, 96, 1409 -1417.
Nathan, R.; Bentz, H; Armstrong, R.; Piez, K.; Smestad, T.; Ellingsworth, L.; McPherson, J.; Sezedin, S.: Journal of Orthopaedic Research 1988, 6, 324- 334. Hench, L. L.; Andersson, O. H.: Bioactive Glasses; Hench, L. L; Andersson, O. H., Ed; World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd.: Singapore, 1993, s. 41 - 63.
Scarborough, N.: Bone Repair Using Allografts; Scarborough, N., Ed.; Society for Biomaterials, 1996.
Frenkel, S. R.; Moskovich, R.; Spivak, J.; Zhang, Z. H.; Prewett, A. B.: Spině 1993, 18, 1634-1639.
Sperling, L. H.: Introduction to Physical Polymer Science; John Wiley and Sons, lne.: New York, 1992.
McDonald, T. O.; Britton, B.; Borgmann, A. R.; Robb, C. A.: Toxicology 1977, 7, 37 - 44.
Culling, C. F. A.; Allison, R. T; Barr, W. T.: Cellular Pathology Technique; 4. ed.;
Claims (26)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Složení implantovatelné kostní pasty vyznačující se tím, že obsahuje želatinu jako nosič v podstatě biologicky vstřebatelných osteogenních složek pro použití příjemcem v případě potřeby.
- 2. Kostní pasta podle nároku 1, vyznačující se tím, že se používá při rekonstrukci pseudoartróz, zvětšování periodontálního oblouku, v kraniofaciální chirurgii, artrodéze páteře či jiných kloubů, při postupech týkajících se spojení v oblasti páteře a při fixaci implantátu.
- 3. Složení podle nároku 1, vyznačující se tím, že želatina tvoří termální zesítění při teplotě organismu, do něhož má být implantována, nebo mírně nad touto teplotou.
- 4. Složení podle nároku 3, vyznačující se tím, že uvedené složení tvoří gel při přibližně 38°C.
- 5. Složení podle nároku 3, vyznačující se tím, že uvedená želatina je přítomna v koncentraci mezi přibližně 20 až 45 % želatiny vyjádřeno podílem na hmotnosti složení.
- 6. Složení podle nároku 5, vyznačující se tím, že osteogenní složka je vybírána ze skupiny, již zastupují:(i) demineralizovaná kostní hmota (DBM);(ii) bioaktivní sklokeramika, bioaktivní sklo, bioaktivní keramika, fosforečno-vápenitá keramika, hydroxyapatit, uhličitan hydroxyapatitu, koralický hydroxyapatit, kalcinovaná kost, fosforečnan vápenatý nebo jejich směsi;(iii) kostní morfogenetický protein, růstový faktor TGF-beta, růstový faktor získaný z krevních destiček PDGF nebo jejich směsi, přírodní či rekombinované a (iv) směsi (i) až (iii).-284 4« 4 · 44·· « 4 · 4 4 4 444 4 4 4444Β 44444 4 44 4 4 4 4444 44 44 4 » 4
- 7. Složení podle nároku 6, vyznačující se tím, že želatina, demineralizovaná kostní hmota nebo obě jmenované se získávají z druhů, do nichž má být implantována kostní pasta.
- 8. Složení podle nároku 7, vyznačující se tím, že demineralizovaná kostní hmota je přítomna v přibližně 0 až 40 % celkové hmotnosti složení.
- 9. Složení podle nároku 8, vyznačující se tím, že demineralizovaná kostní hmota je přítomna v přibližně 15 až 33 % celkové hmotnosti složení.
- 10. Složení podle nároku 6, vyznačující se tím, že složka (ii) je přítomna v přibližně 0 až 40 % (hmotnostních procent) celkové hmotnosti složení.
- 11. Složení podle nároku 6, vyznačující se tím, že obsahuje antibiotika, kostní morfogenetické či jiné proteiny, ať jsou získávány z přírodních či rekombinovaných zdrojů, smáčedla, glycerol, karboxymethylovou celulosu, růstové faktory, steroidy, nesteroidní protizánětlivé sloučeniny nebo jejich kombinace.
- 12. Složení podle nároku 6, vyznačující se tím, že obsahuje přibližně mezi 0,0001 až 0,1 mg/ml kostního morfogenetického proteinu.
- 13. Složení podle nároku 1, vyznačující se tím, že se jedná o zmrzlý roztok nebo vymražený roztok.
- 14. Složení podle nároku 1, vyznačující se tím, že želatina je z lidského, hovězího, ovčího, koňského nebo psího zdroje nebo jejich směsí.
- 15. Složení podle nároku 1, vyznačující se tím, že želatina se získává ze zdrojů lidského kolagenu enzymatickou, kyselou nebo alkalickou extrakcí.-2916. Složení podle nároku 15, vyznačující se tím, že zdroje lidského kolagenu jsou lidská kůže, kost, chrupavka, šlacha, pojivové tkáně nebo jejich směsi.
- 17. Složení podle nároku 16, vyznačující se tím, že se tvoří ošetřením zdroje kolagenu pepsinem při přibližně 33°C, tepelnou denaturací takto ošetřeného kolagenu v řízených podmínkách, aby vznikla želatina, a smícháním takto vytvořené želatiny s osteogenní sloučeninou tak, že želatina je přítomna v konečné koncentraci přibližně 20 až 45 % hmotnostních.
- 18. Složení podle nároku 17, vyznačující se tím, že denaturace se docílí zahřátím alespoň na 50°C.
- 19. Složení podle nároku 18, vyznačující se tím, že želatina má molekulární hmotnost větší než 50000 daltonů.
- 20. Složení podle nároku 1, vyznačující se tím, že osteogenní složka je demineralizovaná kostní hmota v práškové formě, skládající se z částic v rozsahu velikosti průměru přibližně mezi 80 až 850 μιτι.
- 21. Složení podle nároku 20, vyznačující se tím, že obsahuje 0 až 40 % hmotnostních práškové demineralizované kostní hmoty za předpokladu, že chybí-li prášková demineralizovaná kostní hmota, je růstový faktor kosti přítomen v koncentraci alespoň 0,0001 mg/ml.
- 22. Složení podle nároku 21, vyznačující se tím, že uvedený růstový faktor kosti je morfogenetický protein, TGF-^ nebo jejich směs, ať přirozená, nebo v rekombinaci.
- 23. Složení podle nároku 6, vyznačující se tím, že bioaktivní sklo je o průměru přibližně 0,5 až 710 μιτι.
- 24. Složení podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje kortikální, spongiózní nebo kortikální a spongiózní kostní fragmenty.9 9·· ✓-30• · *9 « · · 9 · · · ♦ » ♦ ·9 9 9 9 9 9 9 9 9 · 9 ·9 9999· 9 9 · 9 99 ·9 9 99 9 » · 9 ·999 99 9» · · · · 9 9 ·
- 25. Složení podle nároku 24, vyznačující se tím, že uvedené kostní fragmenty jsou v rozsahu velikosti 80 pm až 10 mm.
- 26. Složení podle nároku 1, vyznačující se tím, že je formováno do pevného tvaru injekčním tvářením, vakuovým tvářením, rotačním tvářením, vyfukováním nebo vytlačováním nebo jiným způsobem.
- 27. Složení podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedený tvar se volí z následujících možností: meziobratlové ploténky, acetabulární hemisféry, trubice, elipsoidy, podlouhlé tvary a tvary U pro výplň dutin, vytvoření intramedulárních vsuvek a vklínění štěpů.• ·« » · ·· 99 ·· · · 99 ·· · 9 · · • · 9 9 9 9 9 99 9 9 9 · · ··&···9 9 9 9 9 9999 9999 999 999 99 99Obrázek 1Vybrané materiály pro kostnf štěpy
Materiál Štěpu Kategorie Fyzikální forma Distributor Poznámky Collagraft kondukCnl Pasta z kolagenového TCP a HA Zimmer Nevhodné pro velké štěpy. HA není znovu vstřebatelný. Nákladné. Norlan kondukCnl Reakční pasta, která tuhne SRS Nové zajímavé výsledky. Nevhodné pro velké štěpy. KoralickýHA kondukCnl Zvápenateiá korálová pěna z HA Interpore Dobré mechanické vlastnosti, obtížná manipulace Práškový HA kondukCnl HA v formě Částic v různých prezentacích různi Problémy s migraci z místa implantace. Není znovu vstřebatelný. Bloglass kondukcm SIO2, NazO. CaO. P2O5. sklo, tvoři uhličitan HA in vivo U.S. Biomaterials Problémy s migraci z místa implantace. Není znovu vstřebatelný. Autoštěp kosti indukční Obvykle kyčelnl nebo hofennl vklíněn) nebo pouze dřeň N/A > 20 % komplikaci souvisejících s místem odběru (Younger) AloStěp celé kosti kondukCnl nebo indukční Celě kostní segmenty nebo fragmenty, často obsahující uměle složky. Zmražené či vymražené Tkáňová baňka University of Florida (UFTB) a další tkáňové banky Indukční, je-ll omezeno zpracováni a sterilizace. KondukCnl při nadměrném zpracováni. Problém s pfenosem chorob Grafton indukční DBM v glycerolové matrici, předem připraveno ve stflkaCce Osteotech Problémy s migraci z místa implantace. (Frenkel) 778 Glycerol je neurofytické Činidlo DBM indukční Práškový nebo ve formé fragmentů, vymrazený UFTB nebo jiné tkáňové banky Problémy s migraci z místa implantace. (Lasa; Frenkel) Pozn. překl.; HA = zde zkratka pro hydroxyapaťit ·· · * • · *· ·Φ • φ φ • φ · φ • · · ···· *»φ Φ·« ·· ·· • · 9 · • ♦ · · • Φ·Φ ··· • · ΦΦ ·ΦObrázek 2PosUp demšneralizace kostiKrokč. Postup Účel 1 Asepticky odebrat dlouhé kosti, odstranit připojené tkáně 2 Rozdrtit kosti při 4°C na minimální velikost 80 mikronů Rychlejší demineralizace prášku 3 Ponořit při 4°C do peroxidu vodíku (3 %) na 24 hodin Okysličení proteinů, snížení antigenicity, antiseptický proces 4 Ponořit při 4°C do 70 %-niho ethanolu na 24 hodin Zbavení kosti tuku, snížení antigenicity, antiseptický proces 5 Ponořit při 4oC do 0,5N HCl na 24 hodin Rozpouští a odstraňuje minerální složky, odstraňuje kyselé rozpustné proteiny, snižuje antigenicitu, antiseptický proces 6 Prosit, aby se rozdělily částice v rozsahu 80 až 400 pm, > 400 pm, < 80 pm, odstranit velikost 80 pm Částice v rozsahu 80 až 400 jim se prodávají jako prášek DBM, > 400 pm jako fragmenty, < 80 pm je makrofagickou aktivitou in vivo absorbováno a je neúčinné, proto se odstraní 7 lyofilizace Umožňuje uložení při pokojové teplotě až po dobu 4 let, snížení antigenicity •j i
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ19993236A CZ323699A3 (cs) | 1998-03-12 | 1998-03-12 | Kostní pasta |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ19993236A CZ323699A3 (cs) | 1998-03-12 | 1998-03-12 | Kostní pasta |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ323699A3 true CZ323699A3 (cs) | 2000-08-16 |
Family
ID=5466379
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ19993236A CZ323699A3 (cs) | 1998-03-12 | 1998-03-12 | Kostní pasta |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ323699A3 (cs) |
-
1998
- 1998-03-12 CZ CZ19993236A patent/CZ323699A3/cs unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8652503B2 (en) | Bone paste | |
| US7045141B2 (en) | Allograft bone composition having a gelatin binder | |
| US6911212B2 (en) | Malleable putty and flowable paste with allograft bone having residual calcium for filling bone defects | |
| EP1127581B1 (en) | Malleable paste for filling bone defects | |
| US20020018796A1 (en) | Thermally sterilized bone paste | |
| US6437018B1 (en) | Malleable paste with high molecular weight buffered carrier for filling bone defects | |
| CA2457372C (en) | Composition for filling bone defects | |
| US20020076429A1 (en) | Bone paste subjected to irradiative and thermal treatment | |
| US20090269388A1 (en) | Allograft bone composition having a gelatin binder | |
| JP2004503330A (ja) | 骨インプラント及びその製法 | |
| US20120205274A1 (en) | Allograft bone composition having a gelatin binder | |
| JP2001509419A (ja) | 成形可能な生物活性組成物 | |
| CZ323699A3 (cs) | Kostní pasta | |
| AU2299502A (en) | Bone paste | |
| MXPA99008331A (es) | Pasta de hueso |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD00 | Pending as of 2000-06-30 in czech republic |