DD285240A7 - METHOD FOR PRODUCING AN OSTEOINDUCTIVE BONE REPLACEMENT MATERIAL - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines osteoinduktiven Knochenersatzmaterials zur Behebung von Knochendefekten, Aufbauplastiken usw. im Bereich der Chirurgie, Orthopaedie u. Stomatologie sowie den hergestellten Werkstoff selbst. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein modifiziertes keramisches Knochenimplantat sowie ein Herstellungsverfahren dafuer zu entwickeln, das gezielt osteoinduktiv wirkt, die Reossifikation verbessert und zur Behebung von Knochendefekten geeignet ist. Erfindungsgemaesz wird ein bioaktives calciumphosphathaltiges Knochenersatzmaterial, das an seiner Oberflaeche OH-Gruppen und/oder Silangruppen aufweist, mit einem Prostaglandin (PG) der E-Reihe oder deren Derivate oder einer stabilisierten Form der PG oder E-Reihe oder Gemischen davon behandelt. Das Implantat ist dadurch gekennzeichnet, dasz es aus calciumphosphathaltigen Materialien mit an der Oberflaeche angelagertem Prostaglandin E und/oder dessen Derivaten und einer Umhuellung besteht.{Knochenersatzmaterial, osteoinduktiv, calciumphosphathaltig; Prostaglandin; Glaskeramik; Implantat, bioaktiv}The invention relates to a method for producing an osteoinductive bone replacement material for repairing bone defects, Aufbauplastiken etc. in the field of surgery, Orthopaedie u. Stomatology and the material itself. The object of the invention is to develop a modified ceramic bone implant and a production method therefor, which has a targeted osteoinductive effect, improves the reossification and is suitable for repairing bone defects. According to the invention, a bioactive calcium phosphate containing bone substitute material having on its surface OH groups and / or silane groups is treated with an E series prostaglandin (PG) or its derivatives or a stabilized form of the PG or E series or mixtures thereof. The implant is characterized in that it consists of calcium phosphate-containing materials with surface-bound prostaglandin E and / or its derivatives and a coating. {Bone substitute material, osteoinductive, calcium phosphate-containing; prostaglandin; Glass ceramics; Implant, bioactive}
Description
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft Herstellungsverfahren eines osteoinduktiven Knochenersatzwerkstoffes zur Behebung von Knochendefekten, Aufbauplastiken usw. im Bereich aller chirurgischen Disziplinen, einschließlich dem der Orthopädie, der Traumatologie und der Stomatologie sowie den damit hergestellten Werkstoff selbst.The invention relates to a method of producing an osteoinductive bone substitute material for repairing bone defects, structural elastics, etc. in the field of all surgical disciplines, including orthopedics, traumatology and stomatology, as well as the material itself.
Die Wirkung von Prostaglandinen ist in der Patentliteratur vielfältig beschrieben.The effect of prostaglandins is widely described in the patent literature.
Ganz allgemein werden Prostaglandine (PG) zur medikamentösen Behandlung von Entzündungszuständen (DE-3404209 A1),In general, prostaglandins (PG) are used for the medicinal treatment of inflammatory conditions (DE-3404209 A1),
jedoch auch die von den PG abgeleiteten Derivate und Analoga zur Behandlung von arteriellen Verschlußkrankheiten (DE 3631169 A1), zur Behandlung der Schädigungen der Leber, der Bauchspeicheldrüse und der Niere (DE-3427797 A1), zur Behandlung von Zell-Schädigun^^n des Verdauungssystems, der Leber und der Bauchspeicheldrüse (DE-3318571 A1) genannt.but also derived from the PG derivatives and analogs for the treatment of arterial occlusive diseases (DE 3631169 A1), for the treatment of damage to the liver, pancreas and kidney (DE-3427797 A1), for the treatment of cell damage of the Digestive system, the liver and the pancreas (DE-3318571 A1) called.
Auffallend ist, daß anscheinend eine stärkere Hinwendung zur therapeutischen Nutzung der PG der Ε-Serie er'olgt.Remarkably, it seems that there has been a greater emphasis on the therapeutic use of PG series PG.
Beispielsweise werden PG der E-Reih«? zur Erweiterung des Gebärmutterhalses eingesetzt (DE-3307816 A1), Pu E1, E2 und E3 dienen der Krebsprophylaxe (EP-106571), PG E2 findet therapeutische Anwendung bei Erhöhung des Augendrucks und beim sog. grünen Star (Glaucoma) (EP-93390), PG E, wurde zur Behandlung von Schlagaderverengungen (Arteriostenosen) (EP-For example, PG will be the e-series «? used for enlargement of the cervix (DE-3307816 A1), Pu E 1 , E 2 and E 3 are used for cancer prevention (EP-106571), PG E 2 is used therapeutically in increasing the eye pressure and the so-called. Green Star (Glaucoma) ( EP-93390), PG E, has been used for the treatment of arterial stenosis (arteriostenosis) (EP
97481) vorgeschlagen usw.97481), etc.
Eine weitere Serien von Beispielen geht auf die Kombination mit „pharmazeutisch akzeptierten Trägerstoffen" (EP-249194) ein.Another series of examples relates to the combination with "pharmaceutically accepted carriers" (EP-249194).
In diesem Sinne sind Adsorbate von PG zu nennen, die an vorverkleisterte Stärke (DE-304880 A1), Crospovidone (DE-3304876 A1) und Dextrane (DE-3304864 \ 1) gebunden sind.In this sense, adsorbates of PG are mentioned, which are bound to pregelatinized starch (DE-304880 A1), crospovidone (DE-3304876 A1) and dextrans (DE-3304864 \ 1).
Andererseits ist z. B. Tricalciumphosphat (TCP) als Pharmakadeptträger für Gentamyzin usw. genannt worden (vergl. EP-34004).On the other hand, z. For example, tricalcium phosphate (TCP) has been cited as a pharmaceutical antagonist for gentamycin, etc. (see EP-34004).
Für r ie o.g. Anwendungen, d. h. in Verbindung mit PG, erscheint TCP als Trägerwerkstoff nicht geeignet, da z. B. es bekannt ist, daß TCP subkutan angewendet zu Reizungen führen kann.For r o o. Applications, d. H. in connection with PG, TCP does not appear to be suitable as a carrier material, since z. For example, it is known that TCP administered subcutaneously may cause irritation.
In Knochengewebe hingegen sind das TCP bzw. geeignete Modifizierungen mit Erfolg zur Knochendefektbehebung angewendet worden und man kann auf die begrenzte Resorbierbarkeit dieses Knochenersatzmaterials verweisen (EP-A-237043). Allerdings wurde vielfach in der wissenschaftlichen Literatur hierzu auf die zu langen Resorptionszeiten hingewiesen, d. h. eine verzögerte Reossifikation.In bone tissue, on the other hand, the TCP or appropriate modifications have been successfully used for bone defect repair, and it is possible to refer to the limited absorbability of this bone replacement material (EP-A-237043). However, it has often been pointed out in the scientific literature on the too long absorption times, d. H. a delayed reossification.
In der wissenschaftlichen Literatur zur Anwendung der PG wurde in letzter Zeit u.a. auch auf eine die Knochenbildung beeinflussende Wirkung von Prostaglandin E2 hingewiesen (Jee, W. S. S. et al.: The effects of PG E2 in growing rats: increased metaphyseal hard tissue and cortico-endosteal bone formation; Calcif. Tissue Int. Vol. 37 (1985) pp. 148-157). In dieser Arbeit wurden Bereiche eines eingeschränkten und eines verstärkten Knochenwachstums nachgewiesen.In the scientific literature on the use of PG has recently been, inter alia, on a bone formation-influencing effect of prostaglandin E 2 pointed (Jee, WSS et al .: The effects of PG E 2 in growing rats: increased metaphyseal hard tissue and cortico- Endosteal bone formation; Calcif.Tissue Int.Vol. 37 (1985) pp. 148-157). In this work areas of restricted and enhanced bone growth were detected.
Im US-P 4621100 wird eine Behandlung der Osteoporose-Krankheit mit PG der Ε-Serie bzw. mit deren Derivaten auch für den Bereich der Humanmedizin vorgeschlagen. Die Wirks'oifzuführung erfolgt gemäß dem Erfindungsanspruch oral. Die beschriebene Wirkung der PG-Stoffe entsprechend f.er Beispiele ist mehr oder weniger als systemische, den gesamten Knochenbau betreffend, dargestellt.In US-P 4621100 a treatment of osteoporosis disease with PG of the Ε series or with their derivatives is also proposed for the field of human medicine. The Wirks'oifzuführung takes place according to the invention claim orally. The described effect of the PG substances according to the examples is more or less represented as systemic concerning the entire bone structure.
Die Einbringung von Breitbandmikrobioziden allgemein ist bereits in EP 58867 und EP 61108 beschrieben. Dabei wird ein KnochenimplanU t aus TCP-Keramik mit mikro- oder makroporöser Struktur mit einem Arzneimittelwirkstoff getränkt und danach mit einerr. polymeren biologisch abbaubaren Überzug überzogen. Bei beiden Patenten wird die Freisetzung des Wirkstoffes von dt r Diffusionsgeschwindigkeit der Arzneimittelwirkstoffe durch den polymeren Überzug bestimmt. Auf dem keramischen Grundkörper ist die Bindung nur unspezifisch und begrenzt. Nachteilig ist das zusätzliche Aufbringen eines polymeren Stoffes, der biokompatibel sein muß und dessen Resorbierbarkeit gewährleistet sein muß, da ansonsten die Polymerkapsel reinplantiert werden müßte. Neben der genauen Steuerung der Schichtdicke des Polymeren bringt diesThe introduction of broadband microbicides in general is already described in EP 58867 and EP 61108. In this case, a KnochenimplanU t from TCP ceramic with microporous or macroporous structure is soaked with a drug and then with a r. coated polymeric biodegradable coating. In both patents, drug release is determined by the rate of diffusion of the drugs through the polymeric coating. On the ceramic base, the bond is only unspecific and limited. A disadvantage is the additional application of a polymeric substance that must be biocompatible and its absorbability must be ensured, otherwise the polymer capsule would have to be reintegrated. In addition to the precise control of the layer thickness of the polymer brings this
zusätzliche Prou 3 bei der Implantation arzneimitteltragender Knochenersatzstoffe mit sich.additional Prou 3 in the implantation of drug-bearing bone substitutes with it.
Unbekannt hingegen ist, wie PG beispielsweise vorteilhaft zur Behebung von mittelgroßen bis großen Knochendefekten im Bereich der Humanmedizin eingesetzt werden könnten und wie man das Applizieren der in Frage kommenden geringen Dosen für derartige Anwendungen vorzugsweise auf diesen Defektbereich konzentriert.On the other hand, it is unknown how PG could be used, for example, advantageously for the remedy of medium to large bone defects in the field of human medicine and how the application of the low doses in question for such applications is preferably concentrated on this defect area.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Es ist das Ziel der Erfindung, die geschilderten Nachteile des Standes der Technik zu überwinden.It is the object of the invention to overcome the described disadvantages of the prior art.
Wesen der ErfindungEssence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein modifiziertes keramisches Knochenimplantat sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung zu entwickeln, das gezielt osteoinduktiv wirkt, die Reossifikation verbessert und zur Füllung von Knochendsfekten der unterschiedlichsten Größe geeignet ist, wodurch es in allen Bereichen der Chirurgie breite Anwendung finden kann. Erfindungsgemäß behandelt man oberflächenreaktive (bioaktive) Materialien, die OH-Gruppen und/oder Silangruppen auf ihrer Oberfläche vorzuliegen haben, mit Prostaglandin der Ε-Serie oder deren Derivate oder stabilisierten Prostaglandinen der Ε-Serie. Die über die OH-Gruppen erzielte Bindung mit PG führt zu einer verzögerten Freisetzung durch Desorption nach der Implantation in den Organismus von Tieren oder Menschen.The invention has for its object to develop a modified ceramic bone implant and a method for its production, which acts specifically osteoinductive, improves the reification and is suitable for filling bone defects of various sizes, which it can find wide application in all areas of surgery , According to the invention, surface-reactive (bioactive) materials which have OH groups and / or silane groups on their surface are treated with prostaglandin in the Ε series or its derivatives or stabilized prostaglandins of the Ε series. The binding with PG achieved via the OH groups leads to a delayed release by desorption after implantation into the organism of animals or humans.
Eine noch bessere Bindung und damit weiter verzögerv Freisetzung erreicht man, indem ein oberflächonreaktives (bioaktives) anorganisches Knochenersatzmaterial auf Basis calciumphosphathaltiger Stoffe silanisiert wird oder, sofern dies nicht ohne weiteres möglich ist, nach einer für diese Stoffe geeigneten Vorbehandlung mit Basen zur Aufbringung dieser OH-Gruppen silanisiert. Sodann können Prostaglandine der Ε-Serie oder deren Derivate oder stabilisierte Prostaglandine der Ε-Serie an diese Silanschicht angekoppelt werden.An even better binding and thus further delayed release is achieved by silanizing a surface-reactive (bioactive) inorganic bone substitute material based on calcium phosphate-containing substances or, if this is not readily possible, by pretreatment with bases suitable for these substances for applying this OH. Silanized groups. Then, Pro series prostaglandins or their derivatives or stabilized stag series prostaglandins can be coupled to this silane layer.
Diese chemische Ankoppelung bewirkt eine verzögerte Freisetzung. Die Verzögerungsrate ist dabei in jedem Fall höher als bei reiner Oberflächenadsorption.This chemical coupling causes a delayed release. The deceleration rate is in any case higher than with pure surface adsorption.
Als oberflächenreaktives (bioaktives) Knochenersatzmaterial bieten sich sowohl resorbierbare Materialien, wie alpha- und beta-Tricalciumphosphat (TCP), davon abgeleitete oberflächenmodifizierte Formen, die eine höhere Calciumfrüisetzjiig, als der darunter liegende Grundkörper aufweisen als auch langzeitstabiles Knochenersatzmaterial an. Als oberflächenreaktives (bioaktives), langzeitstabiles Implantatmaterial werden Hydroxylapatit und entsprechende Glaskeramiken sowie deren oberflächenmodifizierte Formen angesehen, deren Oberflächenschicht eine höhere Calciumfreisetzung als der darunter liegende Grundkörper aufweist. Darüber hinaus können die genannten Stoffe auch als anorganisch-organischer KompositAs a surface-reactive (bioactive) bone substitute material offer both absorbable materials, such as alpha and beta tricalcium phosphate (TCP), derived surface-modified forms, which have a higher Calciumfrüisetzjiig than the underlying body as well as long-term stable bone substitute material. As a surface-reactive (bioactive), long-term stable implant material hydroxyapatite and corresponding glass ceramics and their surface-modified forms are considered, the surface layer has a higher calcium release than the underlying body. In addition, the substances mentioned can also be used as an inorganic-organic composite
angewendet werden, wobei das organische Material ein biokompatibles Polymeres aus den Gruppen Polyurethan, Epoxidharz, monomerfreier epoxidiarter polymerer Kohlenwasserstoff, Polyhydroxybuttersäure, Polylaktate oder Polycarbonsäure ist. Dabei ist es gleichgültig, ob das anorganische Knochenersatzmaterial als Implantatformkörper oder als Granulat mit dem PG der Ε-Serie oder deren Derivaten in Verbindung gebracht wird. Während beim Implantatformkörper die freie Oberfläche für die adsorptive Bindung festliegt, ist dies boi der Verwendung eines Granulates zur Knochendefektfüllung nicht der Fall. Daher ist es im letzteren Fall sinnvoll, ein mit PG der Ε-Serie oder deron Derivate behandeltes Granulat mit einem unbehandelten Granulat kombiniert anzuwenden. Dieser Zwang einer kombinierten Anwendung kann z. B. dadurch eintreten, daß beim Ausräumen einer Knochenzyste die zur Füllung notwendige Menge vor der Operation nicht feststeht. Daher ist es erforderlich, die mit PG der Ε-Serie oder deren Derivate versehenen Implantatgranulate auf eine Menge zi· beschränken, die garantiert zur Auffüllung eingesetzt werden muß.wherein the organic material is a biocompatible polymer selected from the group consisting of polyurethane, epoxy resin, monomer-free epoxidized polymeric hydrocarbon, polyhydroxybutyric acid, polylactates or polycarboxylic acid. It does not matter whether the inorganic bone substitute material is brought into contact with the der-series PG or its derivatives as an implant molding or as granules. While the implant shaped body has the free surface for adsorptive binding, this is not the case with the use of granules for bone defect filling. Therefore, in the latter case, it is useful to use a granule treated with PG of the Ε series or deron derivatives combined with untreated granules. This compulsion of a combined application can, for. B. occur in that when clearing a bone cyst, the amount necessary for filling before the operation is not established. Therefore, it is necessary to limit the implant granules provided with der-series PG or its derivatives to an amount which is guaranteed to be used for replenishment.
Der Gehalt der Prostaglandinkomponente wird im Bereich von etwa 2 bis 6, vorzugsweise 3 bis 4 Milligramm PG der Ε-Serie oder deren Derivate oder umgerechnet stabilisierte Formen der PG der Ε-Serie pro Patient liegen, wobei eine spontane Freisetzung stets unter etwa 3 Milligramm liegen sollte.The content of the prostaglandin component will be in the range of about 2 to 6, preferably 3 to 4 milligrams of the Ε-series PG or derivatives thereof or equivalently stabilized forms of the der-series PG per patient, with spontaneous release always below about 3 milligrams should.
Granulatevon beispielsweise verschiedener. TCP-Phasen bzw. Gemische von TCP-Phasen usw. werde häufig als resorbierbare Knochenersatzmaterialien verwendet.Granules of, for example, various. TCP phases or mixtures of TCP phases etc. are often used as resorbable bone replacement materials.
Eine Erhöhung der Silanisierungsfähigkeit dieser auf der Oberfläche keine OH"-Gruppen aufweisenden Stoffe wird durch eine eigens dafür entwickelte Behandlung mit einer Base erreicht, die von toxischen Begleitkomponenten frei sein sollte. Eine besondere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dacVrch gekennzeichnet, daß man Tricalciumphosphat-Formkörper oder -Granulat zunächst mit einer von toxisch en Begleitkomponenten freien OH~-Ionen tragenden Base behandelt. Dieses TCP-Material kann sowohl aus der alpha-TCH-Vhase als auch aus der beta-TCP-Phase, gleichwohl auch aus Gemischen beider Phasen bestehen. Dieses Gemisch wiederum kann dabei innerhalb eines keramischen Gefüges als mechanisch fest verbunden zum Einsatz gefangen, es kann jedoch auch durch einfaches Vermischen entsprechender Phasenanteile gebildet werden. Darüber hinaus eignet sich auch oberflächenmodifiziertes TCP-Material, wie beispielsweise ein oberflächenbehandeltes alpha-TCP, das eine höhere Calciumfreisetzung als der darunter liegende Grundkörper aufweist (siehe DD 258713).An increase in the silanizing ability of these surface OH-free substances is achieved by a specially developed treatment with a base which should be free of toxic accompanying components A particular embodiment of the process according to the invention is characterized in that tricalcium phosphate shaped bodies or granules are first treated with an OH ~ -ion-bearing base free of toxic accompanying components.This TCP material can consist of both the alpha-TCH phase and the beta-TCP phase, but also of mixtures of both phases. This mixture, in turn, can be trapped within a ceramic structure as mechanically fixed for use, but it can also be formed by simply mixing appropriate phase fractions., In addition, surface-modified TCP material, such as a surface-treated alpha-TCP, is also suitable Cal ciumfreisetzung than the underlying body has (see DD 258713).
Mit dem Begriff Granulat verbindet sich ein Partikelgemisch der Kornbereiche zwischen 63 bis 800 Mikrometern, vorzugsweise zwischen 200 bis 500 Mikrometern für den Einsatz im stomatologischen Fachbereich und 200 bis 800 Mikrometern fürden Einsatz im orthopädischen Fachbereich.The term granulate combines a particle mixture of the grain ranges between 63 to 800 micrometers, preferably between 200 to 500 micrometers for use in the dental field and 200 to 800 micrometers for use in the orthopedic field.
Für die Behandlung mit der OH'-Ionen tragenden Base sind im Prinzip alle Basen geeignet, die frei von toxischen Begleitkomponenten sind, wie u. a. auch NaOH, KOH, Ca(OH)2. Diese Wahl der Base hat einen bestimmenden Einfluß auf das Ergebnis der Freisetzung von Prostaglandinen der Ε-Serie oder deren Derivaten oder stabilisierten Prostaglandin der E-Serie und wird ferner unter dem Gesichtspunkt getroffen, ob die Anwesenheit von - an sich zwar geringen Mengen - an die Base bildenden Kationen dem vorgesehenen Einsatzzweck abträglich ist oder nicht. Die Behandlung mit einer OH~-Ionen tragenden Base erfolgt prinzipiell her in entsprechenden wäßrigen Lösungen der pH-Werte zwischen etwa 7,5 und 9,5. Im Hinblick auf die Stabilität von Prostaglandinen der Ε-Serie oder deren Derivaten oder stabilisierten Prostaglandinen der Ε-Serie sollte der ph bei der Beladung des Granulates den Wert 9 nicht übersteigen. Das Knochenersatzgranulat auf TCP-Basis wird in diese Lösung eingebracht und auf Temperaturen zwischen 50°C und dem Kochpunkt der Lösung etwa 30 bis 300 Minuten lang erhitzt. Eine Trocknung des TCP-Materials kann bei einer Temperatur zwischen etwa 60 bis 15O0C erfolgen (0,5 bis 3 Stunden lang). Es hat sich nun überraschend gezeigt, daß auf diese Weise vorbehandeltes TCP-Material analog zu anderen oberflächenreaktiven (bioaktiven) Trägerstoffen ebenfalls Prostaglandin der Ε-Serie oder deren Derivate oder stabilisierte Prostaglandine der E-Serie adsorptiv bzw. chemisch binden kann. Weiterhin wurde gefunden, daß durch Silanisierung und darauf folgende Ankopplung von Prostaglandinen der E-Serie oder deren Derivate oder stabilisierte Prostaglandine der E-Serie, die Freisetzung noch weiter verzögert werden kann. Es ist selbstverständlich, daß auf diese Weise die implantierte PG-Gesamtmenge höher sein kann als bei unbehandeltem Granulat. Damit ist eine längeranhaltende Freisetzung von PG bei Implantationen möglich. Die Silanisierung kann durch eine Vielrahl von Silanen der allgemeinen Formel:For the treatment with the OH'-ion-bearing base, in principle all bases are suitable which are free of toxic accompanying components, such as, inter alia, NaOH, KOH, Ca (OH) 2 . This choice of base has a determining influence on the result of the release of Ε-series prostaglandins or their derivatives or stabilized prostaglandin E-series and is further taken from the point whether the presence of - in itself small amounts - to the Base forming cations the intended use is detrimental or not. The treatment with an OH.sup.- -ion-bearing base takes place in principle in corresponding aqueous solutions of the pH values between about 7.5 and 9.5. In view of the stability of Pro-series prostaglandins or their derivatives or stabilized stag-series prostaglandins, the ph should not exceed 9 when loading the granules. The TCP-based bone substitute granule is placed in this solution and heated to temperatures between 50 ° C and the boiling point of the solution for about 30 to 300 minutes. A drying of the TCP material can be carried out at a temperature between about 60 to 15O 0 C (0.5 to 3 hours long). It has now surprisingly been found that pretreated in this way TCP material analogous to other surface-reactive (bioactive) carriers also prostaglandin Ε series or their derivatives or stabilized prostaglandins of the E series adsorptive or chemically bind. Furthermore, it has been found that silanization and subsequent coupling of prostaglandins of the E series or their derivatives or stabilized prostaglandins of the E series, the release can be delayed even further. It is understood that in this way the total amount of PG implanted may be higher than that of untreated granules. This allows longer-lasting release of PG during implantation. The silanization can be achieved by a jet of silanes of the general formula:
OR1 I R^O-Si-(CH.:),,-R"OR 1 IR ^ O-Si- (CH.:) ,, - R "
OR-1 OR- 1
erfolgen, worin R1, R2 und R3 gleich oder verschieden sein können, und Alkylreste mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise Ethylreste darstellen können; η eine ganze Zahl von 1 bis 5 ist und R4 die Gruppe-NH2,-COOH oder -£(-{ - CH- 6 where R 1 , R 2 and R 3 may be the same or different, and may be alkyl radicals of 1 to 5 carbon atoms, preferably ethyl radicals; η is an integer from 1 to 5 and R 4 is the group -NH 2 , -COOH or - £ (- {- CH- 6
wot ji R5 ein Alkylrest mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen oder Wasserstoff sein kann.wot ji R 5 can be an alkyl radical having 1 to 5 carbon atoms or hydrogen.
Die Versuche zeigten, daß häufig eine silanspezifische Bindungsfähigkeit von PG am Kncchenersatzmaterial besteht.The experiments showed that there is often a silane-specific binding ability of PG on the bone replacement material.
Vorzugsweise wurden di<3 Silane gamma-Aminopropyltriethoxysilan und Glycidoxypropyltriethoxysilan verwendet.Preferably, the <3 silanes were gamma-aminopropyltriethoxysilane and glycidoxypropyltriethoxysilane.
Die Silanisierung erfolgt in der Regel mit 1 bis 10%igen Silanlösungen in einem Ethanol/Wasser/HCI-Gemisch im Mischungsverhältnis zwischen 40 zu 60 bis 60 zu 40, vorzugsweise einer 50%igen alkoholischen HCI-Lösung mit einem pH-Wert von 2,0 bis etwa 4,5. Die Behandlungsdauer variiert in Abhängigkeit vom Silan zwischen etwa 30 Minuten und 24 Stunden.The silanization is generally carried out with 1 to 10% silane solutions in an ethanol / water / HCl mixture in a mixing ratio of 40:60 to 60:40, preferably a 50% strength alcoholic HCl solution with a pH of 2, 0 to about 4.5. The duration of treatment varies between about 30 minutes and 24 hours, depending on the silane.
Danach wird das silanisierte Knochenersatzmaterial in einer Phosphat-Puffer- oder PBS-Lösung unter annäherndThereafter, the silanized bone substitute material in a phosphate buffer or PBS solution under approx
physiologischen Bedingungen hinsichtlich des pH-Wertes mehrfach gespült. Gegebenenfalls kann auch mit einer alkoholischer Lösung gewaschen werden und sodann das Trägermaterial bei 15^ -250°C einem Trocknungsprozeß unterzogen werden. Bei der Verwendung des gamma-Aminopropyltriethoxysilans kann zusätzlich eine Aktivierung vor der Behandlung mit dom Wirkstoff vorgenommen werden. Zu diesem Zweck eignet sich u. a. eine 1 bis 10%ige Glutardialdehyd-Lösung, wobei als Lösungsmittel PBS-Lösung dient oder eine 0,01- bis 0,1 molare Natrium-Kalium-Phosphatpufferlösung. Diese Aktivierung ist möglich durch eine mehrstündige, zumeist 24stündige Behandlung zwischen 5 und 40°C. Danach erfolgt erneutes Waschen. Als Prostaglandine kommen im Sinne der vorliegenden Erfindungsbeschreibung die PG der Ε-Serie, deren stabilisierte Formen oder Derivate der PG der Ε-Serie zum Einsatz, die an diese silanisierte Schicht angekoppelt werden.physiological conditions with respect to the pH rinsed several times. Optionally, it is also possible to wash with an alcoholic solution and then subject the support material to a drying process at 15-250 ° C. When using the gamma-aminopropyltriethoxysilane, activation may additionally be carried out before treatment with dom active substance. For this purpose u. a. a 1 to 10% glutaric dialdehyde solution, using as solvent PBS solution or a 0.01 to 0.1 molar sodium-potassium phosphate buffer solution. This activation is possible by a treatment of between 5 and 40 ° C for several hours, usually for 24 hours. Thereafter, it is washed again. For the purposes of the present invention description, prostaglandins are the PGs of the Ε series, their stabilized forms or derivatives of the PG series, which are coupled to this silanized layer.
Bei der Herstellung der Gemische für die Ankoppelung zwischen PG und dem anorganischen Material geht man so vor, daß zunächst die PG der Ε-Serie oder deren Derivate oder stabilisierte Formen der PG der Ε-Serie, vorzugsweise PG E) und PG E2, in Wasser, PBS, in einem Gemisch bestehend aus 90% einer 150 millimolaren TRIS-Puffer-Lösung und 10% Ethanol oder in einer ungepufferten Ethanol-Lösung gelöst werden. Es eignen sich besonders auch sog. stabilisierte PG, da mit der chemischen Stabilisierung zumeist eine Verbesserung der Wasserlöslichkeit einhergeht.In the preparation of the mixtures for the coupling between PG and the inorganic material is carried out so that first the PG series or their derivatives or stabilized forms of the PG series, series, preferably PG E) and PG E 2 , in Water, PBS, in a mixture consisting of 90% of a 150 millimolar TRIS buffer solution and 10% ethanol or dissolved in an unbuffered ethanol solution. Also, so-called stabilized PG are particularly suitable since chemical stabilization usually results in an improvement in water solubility.
Die Knochenersatzmaterialien werden in einer entsprechenden wäßrigen Lösung oder in einer 0,01- bis 0,1 molaron Phosphat-Puffer-Lösung (PBS) oder in einer alkoholischen Lösung (etwa 10 bis 50% Ethanol) mit einem Gehalt von etwa 100 Mikrogramm bis 5 Milligramm PG pro Milliliter Lösungsmittel etwa 15 bis 300 Minuten lang bei Raumtemperatur inkubiert, der pH-Wert dieser Lösungen kann in den Grenzen von etwa 4 bis 8 variieren, sinnvollerweise arbeitet man aber unter angenähert physiologischen Bedingungen bzw. im sauren Bereich. Die anschließende Trocknung führt man bei etwa 37°C im Vakuum durch. Dieses chemisch an oberflächenreaktive (bioaktive) Knochenersatzmaterialien angekoppelte PG der Ε-Serie oder deren Derivate bzw. stabilisierte Produkte aus PG der Ε-Serie ergibt bei der Implantation als Knochenersatzmaterial erheblich bessere Erfolge als bei der Verwendung nur eines dieser Stoffe, wobei der Einsatz von PG am Implantationsort selbst ohne dieses Verfahren kaum möglich ist. Andererseits ergibt die Verwendung der oberflächenreaktiven (bioaktiven) Implantatmaterialien für sich allein ebenfalls nicht einen solch guten Effekt der Osteoinduktion. Besonders deutlich wird dieser überraschende Effekt bei der Verwendung von resorbierbarem Knochenersatzmaterial, da neben einer stark verbesserten Knochenneubildung - vermutlich durch die einhergehende Verbesserung der Verscrgungslage des periimplantären Gewebes - auch eine schnellere Resorption als angenehme und erwünschte Begleiterscheinung beobachtet werden konnte.The bone replacement materials are dissolved in an appropriate aqueous solution or in a 0.01 to 0.1 molar of phosphate buffer solution (PBS) or in an alcoholic solution (about 10 to 50% ethanol) containing about 100 micrograms to 5 Milligrams of PG per milliliter of solvent for about 15 to 300 minutes incubated at room temperature, the pH of these solutions may vary within the limits of about 4 to 8, but it is useful to work under approximately physiological conditions or in the acidic range. The subsequent drying is carried out at about 37 ° C in a vacuum. This chemically coupled to surface-reactive (bioactive) bone substitute materials PG Ε series or derivatives thereof or stabilized products of PG Ε series results in implantation as a bone substitute material significantly better results than when using only one of these substances, the use of PG at the implantation site even without this method is hardly possible. On the other hand, the use of the surface-reactive (bioactive) implant materials alone does not give such a good effect of osteoinduction either. This surprising effect becomes particularly clear with the use of resorbable bone substitute material, since, in addition to a greatly improved formation of new bone - presumably due to the concomitant improvement in the layering of the peri-implant tissue - a faster absorption could also be observed as a pleasant and desirable concomitant.
Speziell für die Anwendung am Menschen ist es notwendig, unbedingt die Grenzkonzentrationen an PG einzuhalten, beispielsweise etwa 0,5 bis 6 Milligramm pro Implantation. Zum Zwecke der angesprochenen Verdünnung, insbesondere bei der Behandlung von großlumigen Knochendefekten, aber auch zur weiteren Verzögerung der Freisetzung ist es möglich die behandelten Stoffe mit einem organischen, biokompatiblen, resorbierbaren (biodegradierbaren) Polymer zu umhüllen. Aus der Gruppe dieser Polymere eigenen sich prinzipiell alle, wobei Polyhydroxibuttersäure, Gelantine, resorbierbare Polyurethane und Polylactate besonders geeignet scheinen. Dabei erhält man zwangsläufig eine weitere Verzögerung der Freisetzung der Prostglandine der E-Serie oder deren Derivate oder stabilisierten Prostaglandine der E-Serie.Especially for human use, it is necessary to strictly adhere to the limit concentrations of PG, for example, about 0.5 to 6 milligrams per implantation. For the purpose of the mentioned dilution, in particular in the treatment of large-sized bone defects, but also to further delay the release, it is possible to coat the treated substances with an organic, biocompatible, resorbable (biodegradable) polymer. From the group of these polymers are in principle all, with polyhydroxibutyric acid, gelatin, resorbable polyurethanes and polylactates seem particularly suitable. This inevitably results in a further delay in the release of Prostglandins of the E series or their derivatives or stabilized prostaglandins of the E series.
Verzichtet man auf eine weitere Verzögerung der Freisetzung, so können diese Stoffe auch als Kombination in Form einfacher partikulärer Stoffvermischungen angewendet werden, um quasi eine Verdünnung der mit Prostaglandin der E-Serie oder deren Derivate oder stabilisierte Prostaglandine der E-Serie behandelten Granulate zu erreichen. Unter diesem Aspekt der einfachen Verdünnung sind natürlich auch weitere resorbierbare organische Materialien geeignet, die o.g. Bestimmungszweck bei der Umhüllung nicht erfüllen können, wie beispielsweise Kollagen. Untersuchungen zeigten, daß gerade die kombinierte Anwendung von mit PG versehenen TCP-Granulat, mit PG-freiem, oberflächenmodifiziertem TCP und Kollagen zu den günstigsten Ergebnissen bei der Defektfüllung führteAbandoning further delay in release, these agents may also be used as a combination in the form of simple particulate mixtures to achieve quasi-dilution of granules treated with E series prostaglandin or its derivatives or stabilized E series prostaglandins. From this aspect of simple dilution, of course, other resorbable organic materials are also suitable, the above mentioned. Intended to serve in the enclosure, such as collagen. Investigations have shown that the combined use of PG-containing TCP granules, PG-free, surface-modified TCP and collagen led to the most favorable results in defect filling
Die Erfindung soll nachstehend durch Beispiele näher erläutert werden. The invention will be explained in more detail by examples.
Ausführungsbeispieleembodiments
Der Verfahrensschritt der Behandlung des calciumphosphathaltigen Trägermaterials mit einer OH~-Ionen tragenden Base, die weitestgehend frei von toxischen Bestandteilen ist, wird vorzugsv eise dann durchgeführt, wenn es sich um ein TCP-Produkt handelt: ,The process step of treating the calcium phosphate-containing support material with an OH.sup.- -ion-bearing base, which is largely free of toxic constituents, is preferably carried out if it is a TCP product:
(a) Oberflächenbehandlung mit OH~-Ionen tragenden Basen(a) Surface treatment with OH.sup. + ion-bearing bases
A). Das Trägermaterial wird in einer wäßrigen NaOH-Lösung mit pH = 8,0 bei 900C 2 Stunden lang erhitzt. Anschließend wird das Material bei etwa 1000C 120 Minuten lang getrocknet.A). The support material is heated in an aqueous NaOH solution with pH = 8.0 at 90 ° C. for 2 hours. Subsequently, the material is dried at about 100 ° C. for 120 minutes.
B) Das Trägermaterial wird in einer wäßrigen C i(OH)2-Lösung mit pH = 8,4 bei 80°C 3 Stunden erhitzt. Die nachfolgende Behandlung des Materials ist analog Beispiel A).B) The support material is heated in an aqueous C i (OH) 2 solution with pH = 8.4 at 80 ° C for 3 hours. The subsequent treatment of the material is analogous to Example A).
(b) Silanisierung(b) silanization
I) Das mit einer Base vorbehandelte Trägermaterial wird mit einer 1%igen Lösung von gamma-Aminopropyltriethoxysilan im Ethanol/Wasser-Lösungsmittel (1:1) bei 500C 4 Stunden lang inkubiert. Nach dreimaligem Waschen mit je 20ml 0,1 m Phosphat-Puffer-Lösung, pH = 7,2, wurde das Trägermaterial mit einer 2%igen Glutardialdehyd-Lösung in o.g. Phosphat-Puffer-Lösung vermischt, für 2 weitere Stunden bei 37°C inkubiert und erneut dreimal in Phosphat-Puffer-LÖsung gewaschen.I) The substrate pretreated with a base is incubated with a 1% solution of gamma-aminopropyltriethoxysilane in ethanol / water solvent (1: 1) at 50 ° C. for 4 hours. After washing three times with 20 ml of 0.1 M phosphate buffer solution, pH = 7.2, the support material was mixed with a 2% glutaraldehyde solution in the phosphate buffer solution mentioned above, for 2 more hours at 37 ° C. incubated and washed again three times in phosphate buffer solution.
II) Das mit einer Base vorbehandelte Trägermaterial wird mit einer 1%igen Lösung von Glycidoxypropyltriethoxysilan im Ethanol/Wasser-Lösungsmittel (1:1) bei 5O0C 4 Stunden lang inkubiert. Nach dreimaligem Waschen mit je 20 ml einer 0,1 m Phosphat-Puffer-Lösung, pH = 7,2, war das Trägermaterial für weitere Kopplungsreaktionen vorbereitet.II) The pretreated with a base carrier material with a 1% solution of glycidoxypropyltriethoxysilane in ethanol / water solvent (1: 1 incubated) at 5O 0 C for 4 hours. After washing three times with 20 ml of a 0.1 M phosphate buffer solution, pH = 7.2, the support material was prepared for further coupling reactions.
(c) PG-Imprägnierung(c) PG Impregnation
Beispiel 1. c.s wurden 2 Gramm eines alpIia-TCP-Granulates der Korngröße zwischen 200 bis 500 Mikrometern, das entsprechend dem Beispiel B) mit einer Base vorbehandelt wurde, entsprechond Beispiel I silanisiert, mit einer ethanolischen PGEt-Lösung, die insgesamt 10 Milligramm PG Ei enthielt, etwa 60 Minuten lang inkubiert und anschließend bei 37°C im Vakuum getrocknet.Example 1. c .s , 2 grams of alpIia-TCP granulate of grain size between 200 to 500 microns pre-treated with a base according to Example B) was silanized according to Example I with an ethanolic PGE t solution totaling 10 milligrams PG egg contained, incubated for about 60 minutes and then dried at 37 ° C in vacuo.
Als Versuchsmodell ./urden 4 Monate alten Wistarratten Defekte in derTibiametaphyse gesetzt, die mit jeweils 0,2 Gramm von dem behandelten Material aufgefüllt wurden. Als Kontrollgruppe wurden Tiere ausgewählt, die unbehandeltes Material implantiert bekamen. Zur Bestimmung der Ostoogenose und der Osteoinduktion wurden nach 3 Monaten dia Tiere getötet und verschieden histologische Untersuchungen durchgeführt.As a trial model, 4-month-old Wistar rats were found to have defects in the tibial metaphysis, which were filled with 0.2 gram each of the treated material. As a control group, animals were selected which received untreated material. For the determination of oestogenesis and osteoinduction, animals were killed after 3 months and various histological examinations were carried out.
Es zeigte sich, daß die Knochenneubildung und überraschend auch die Resorption in derjenigen Gruppe am weitesten vorangesi-.hritten war, die mit PGEi behandeltes Material implantiert bekommen hatte.It was found that the bone regeneration, and surprisingly also the absorption, was most advanced in the group implanted with PGEi-treated material.
Beispiel 2: Es wurden 2g Implantatformkörper, bestehend aus einer Glaskeramik auf der Basis von Apatit und Wollastonit entsprechend dem Beispiel Il silanisiert und sodann mit 2,5ml einer ethanolischen Lösung 60 Minuten lang inkubiert, die 1 Milligramm PG Et (4 Milligramm PG Ei pro Milliliter). Das behandelte Material wurde analog Beispiel 1 getrocknet und implantiert. Auch hier diente unbehandeltes Implantatmaterial als Vergleich.Example 2: 2 g implant tablets consisting of a glass ceramic based on apatite and wollastonite according to Example II were silanized and then incubated with 2.5 ml of an ethanolic solution for 60 minutes, containing 1 mg PG E t (4 mg PG egg per milliliter). The treated material was dried and implanted analogously to Example 1. Again, untreated implant material served as a comparison.
Es zeigte sich auch hier, daß die Knochenverbundbildung im Falle der mit PG behandelten Proben deutlich weiter vorangeschritten war.It was also shown here that bone formation in the case of the PG-treated samples was significantly more advanced.
Beispiel 3: Es wurden 2 Gramm eines beta-TCP-Granulates der Korngröße zwischen 100 und 300 Mikrometern nach Beispiel B) mit einer Base behandelt, entsprechend Beispiel Il silanisiert und entsprechend Beispiel 2, jedoch mit PG E2 behandelt, und analoge Tierversuche durchgeführt.Example 3: 2 grams of a beta-TCP granulate of particle size between 100 and 300 micrometers according to Example B) were treated with a base, silanized according to Example II and treated according to Example 2, but with PG E 2 , and carried out analogous animal experiments.
Auch hier wurde erwartungsgemäß ein analoges Versuchsergebnis zu Beispiel 1 erreicht. Es bestätigt? sich der Eindruck, daß auch hier die Resorption durch die kombinierte Anwendung deutlich erhöht wurde, höher sogar als im Vergleich zu Proben, bei denen PG quasi physikalisch vermischt zugesetzt worden war.As expected, an analogous test result to Example 1 was also achieved here. It confirms? The impression that the absorption was significantly increased by the combined application was even higher than in comparison to samples in which PG had been added physically mixed.
Beispiel 4: Es wurden 4 Gramm eines Granulates, das zum Teil aus TCP bestand, mit einer wäßrigen NaOH-Lösung mit pH = 7,8 bei 9O0C 2 Stunden lang erhitzt. Anschließend wurde das Material bei etwa 1000C etwa 120 Minuter, lang getrocknet. Sodann wurde das Granulat mit 20 Milligramm eines stabilisierten PG E2, das in einer 50%igen Ethanol/Wasser-Lösung gelöst worden war, bei 37°C für 30 Minuten inkubiert und anschließend im Vakuum getrocknet.Example 4: 4 grams of granules consisting in part of TCP were heated with 9O 0 C aqueous NaOH solution at pH 7,8 for 2 hours. Subsequently, the material was dried at about 100 ° C. for about 120 minutes, for a long time. Then, the granules were incubated with 20 milligrams of a stabilized PG E 2 dissolved in a 50% ethanol / water solution at 37 ° C for 30 minutes and then dried in vacuo.
Es wurden Tierversuche entsprechend Beispiel 1 durchgeführt, wobei jeweils 0,3 Gramm des behandelten Granulates pro Versuchstier eingesetzt wurden.Animal experiments were carried out according to Example 1, wherein in each case 0.3 grams of the treated granules per laboratory animal were used.
Auch hier zeigte sich eine Verbesserung gegenüber der Kontrollgruppe, die PG-freies Material implantie t bekam.Again, there was an improvement over the control group that received PG-free material.
Beispiel 5: Es wurde ein PG-behandeltes alpha-TCP-Granulat, das entsprechend Beispiel 1 hergestellt wurde, mit der gleichen Menge an Kollagen vermischt.Example 5: A PG-treated alpha-TCP granule prepared according to Example 1 was mixed with the same amount of collagen.
Als Versuchstiere wurden Minischweine vom Typ Minilewe verwendet. Es wurden Knochendefekte in der Größe gesetzt, die ausreichten, um jeweils 0,5 Gramm des Gemisches aufzunehmen.As experimental animals mini pigs of the type Minilewe were used. Bone defects were sized that were sufficient to accommodate 0.5 grams of the mixture each.
Als Kontrolle dienten Defekte, die mit PG-freien TCP-Kollagen-Gemischen in analoger Weise aufgefüllt wurden. Auch hier zeigte sich, daß die Kombination mit PG (PGE() zu einer deutlichen Verbesserung der Osteoneogenese führte.As a control served defects that were filled with PG-free TCP-collagen mixtures in an analogous manner. Again, it was shown that the combination with PG (PGE ( ) led to a significant improvement in osteoneogenesis.
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