DD295981A5 - Verfahren zur herstellung eines materials mit angekoppelten wirkstoffen sowie das damit hergestellte material - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Materials mit angekoppelten Wirkstoffen sowie das damit hergestellte Material. Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren eines anorganischen glasigen oder glasig-kristallinen Materials, bestehend aus (Angaben in * 20-55 CaO; 5-25 Na2O; 0-15 K2O; 0-15 MgO; 30-50 P2O5; 0-15 SiO2; 0-40 Na2SO4 und/oder K2SO4, an das nach dem Abkuehlen ein Wirkstoff angekoppelt wird, der aus folgender Gruppe ausgewaehlt wird: antibiotische Arzneimittel, Proteine, Antikoerper, Antigene, Nucleinsaeuren, Zellen, Viren. Die Erfindung betrifft auch das hergestellte Material, das eine schnelle Loeslichkeit aufweist und als resorbierbares Implantat zum Auffuellen von Hohlraeumen und zur UEberbrueckung von Knochendefekten in der Humanmedizin eingesetzt werden kann.{Material, osteoinduktiv; Knochentransplantat; Reossifikation; Resorbierbarkeit; Antibiotika; Proteine; Antikoerper; Antigene; Nucleinsaeure; Zellen; Viren; Material, glasig; Material, glasig-kristallin; Wirkstoffkoppelung}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Herstellungsverfahren von Materialien, die definiert schnell löslich sind und in bezug auf ihre Anwendung keine toxischen Substanzen freisetzen. Sie können überall dort eingesetzt werden, wo definierte Lösungsgeschwindigkeiten in einem weiten Bereich notwendig sind, wie bei der Applikation von Wirkstoffen im Knochen- und im Weichgewebe sowie in ausgewählten Bereichen der Biotechnologie.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Materialien mit extrem schneller Löslichkeit sind an sich bekannt, wenn man natürlich vorkommende bzw. synthetisch erzeugte Salze in die Betrachtung einschließt. Jedoch wird durch die extrem schnelle Freisetzung aller Bestandteile häufig eine unphysiologische, ja teilweise toxische Konzentration von an sich physiologischen Bestandteilen dadurch erzeugt. Ein weiterer Nachteil ist, daß demzufolge auch eventuell daran gekoppelte Wirkstoffe spontan freigesetzt würden. In der Knochen- bzw. Bindegewebesubstitution haben sich derart einfache Salze ebenfalls nicht bewährt. Um diesen Nachteil zu beheben, wurden sogenannte resorbierbare Knochenersatzmaterialien auf der Basis von Tricalciumphosphat (TCP) oder Hydroxylapatit eingeführt, deren Resorptionsdauer in sehr vielen Anwendungsfällen nun wiederum zu lang ist. Diese Aussage ist unabhängig von eventuell an diese Stoffe gekoppelte Wirksubstanzen.

Auf dem Gebiet der bioaktiven Knochenersatzmaterialien werden, wie bereits erwähnt, resorbierbare Materialien nur aus dem Bereich der Calciumorthophosphate eingesetzt, wobei deren ursprünglich geringe Löslichkeit durch verschiedene chemische und mechanische Verfahren innerhalb bestimmter Grenzen variiert werden kann. (Vergl. hierzu auch: Bauer, G.; Hohenberger, G.: Ursachen des unterschiedlichen Verhaltens von bioaktiven Calciumphosphat-Keramiken im Organismus, cfi/Ber. DKG 66 [1989] [1/2], 23-27.)

Im EP0237043 wird die Darstellung von calciumphosphathaltigen biokompatiblen Schichtkörpern beschrieben, wobei der Grundkörper eine Schicht aufweist, die eine höhere Calciumfreisetzung ermöglicht als der Grundkörper selbst. Andere Lösungen verweisen ausdrücklich auf die lonen-Donator-Wirkung sowohl von Calciumionen als auch von Magnesium-, Natrium- und Kaliumionen. In DE2346739 wird unter diesem Gesichtspunkt ein Sinterprodukt aus Apatit, Glas/Vitrokeram und Permutit zur Verwendung als Implantatmaterial beschrieben.

Die in DD 248351 bzw. DE-053306648 beschriebenen bioaktiven Materialien vom CaO-P₂O₆-SiO₂-TyP zeigen in granulierter Form eine stärkere Freisetzung von Calcium-, Natrium-, Kalium- und Magnesiumionen, jedoch werden dabei gleichzeitig auch größere Mengenanteile an Silicium freigesetzt, so daß eine Verwendung dieser Materialien nur in kompakter Form möglich ist. Ferner ist die Anwendung von TCP als Trägermaterial für Wirkstoffe bekannt. Beispielsweise wird gemäß der EP-A-87662 TCP mit dem Wirkstoff (z. B. ein Antibiotikum, das Gentamycin sein kann) allein oder mit einem Bindemittel (z. B. CaSO₄) verpreßt. Auch ein „Einbringen" z. B. durch Tränken eines mit einer offenen (Rest-)Porosität ausgestatteten Körpers scheint vorbekannt (vergl. hierzu Randzio, J. et al.: Gentamycin-haltige ß-TCP-Keramik als „Drug depot"; Z. Zahnärztl. Implantologie II, [1986] 254-261).

Damit jedoch ein zu schnelles Ausschwemmen, keine zu schnelle Wirkstoffreisetzung erfolgt, wurden die Poren verschlossen.

So wird bspw. ein poröses TCP beschrieben, dessen Poren mit einer Mischung aus einem Antibiotikum und einem weiteren Füllstoff, insbesondere einer Aminosäure, verschlossen sind (EP-A-242672).

Um zu einer wirkungsvolleren, d. h. chemischen Ankoppelung zu gelangen, wurde im DD-WPA61F/320172/5 ein Verfahren beschrieben, auf das sich die vorliegende Beschreibung im weiteren stützt.

Bisher nicht entwickelt wurde ein Material mit definiert schneller Löslichkeit, das gerade jenen Bereich abdeckt, der die (noch) zu geringe Resorptionsfähigkeit bei Knochenersatzmaterialien, insbesondere des TCP's überwinden hilft.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, die geschilderten Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, d.h.. Materialien mit frei einstellbarer Resorbierbarkeit zu entwickeln und dabei eine chemische Ankoppelung von Wirkstoffen ermöglichen.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Material bereitzustellen, das sowohl in als auch ex vivo definiert schnell löslich ist und sich gut schmelzen, vergießen und in Granulatform herstellen läßt und an das Wirksubstanzen chemisch gekoppelt werden können.

Erfindungsgemäß wurde ein Material und ein Herstellungsverfahren für dieses Material entwickelt, das aus einem nachfolgend näher beschriebenen anorganischen Träger mit definierter Lösungsgeschwindigkeit und weiteren Wirkstoffen besteht. Als Wirkstoffe im Sinne der Erfindung werden antibiotische Arzneimittel (1), wie Oxytetracyclin, Sulfonamide, Gentamycin oder Chinolonderivate, Proteine oder Proteingemische (2), wie Enzyme, Albumin oder Antikörper (3), oder Antigene bzw. Nucleinsäuren (4) oder Zellen (5) oder Viren (6) verstanden. Zu dem anorganischen Trägermaterial gelangt man auf folgende Weise:

Schmilzt man Gemenge der Zusammensetzung von (Angaben in Masseteile in %)

0-14K₂O, vorzugsweise 0,1-14;

0-15 MgO, vorzugsweise 0,1-15; 30-55 P₂O₅

0-15 SiO₂, vorzugsweise 0,1-15;

0-40 Na2SO4 und/oder K₂SO4, vorzugsweise 0,1-35

ein, vergießt oder frittet sie, so erhält man spontan kristallisierte Glaskeramiken, die überraschenderweise eine bislang in der ASTM-Kartei sowie in der einschlägigen Fachliteratur nicht ausgewiesene kristalline Phase enthalten, die im Rahmen dieser Beschreibung mit „X" bezeichnet wird, bzw. man erhält Mischkristalle dieser Phase „X".

Röntgendiffraktometrisch wird diese Phase „X" bzw. werden Mischkristalle von dieser Phase in etwa durch folgende d-Werte und Intensitäten charakterisiert:

Zusammensetzungsbeispiel с

d-Wert:	3,945	3,650	3,904	3,618	3,892	3,611	3,875	3,600	3,384	3,199	2,885	2,717	2,552	2,351	2,239	2,164	1,980	1,827	1,597	1,569	1,517
Intensitäten:	20	20	20	20	15	20	20	20	2	8	90	100	10	10	20	8	40	8	10	10	10
Zusammensetzungsbeispiel а	Zusammensetzungsbeispiel d	Zusammensetzungsbeispiel b
d-Wert:	d-Wert:	d-Wert:	3,347	3,189	2,851	2,679	2,529	2,321	2,209	2,141	1,953	1,808	1,578	1,547	1,498
Intensitäten:	Intensitäten:	Intensitäten:	2	8	90	100	10	10	20	8	40	8	10	10	10
3,338	3,15	2,844	2,667	2,523	2,310	2,199	2,135	1,945	1,804	1,571	1,539	1,495
2	8	90	100	10	10	20	8	40	8	10	10	10
3,325	3,12	2,835	2,663	2,514	2,303	2,195	2,131	1,941	1,800	1,569	1,537	1,491
2	8	90	100	10	10	20	8	40	8	10	8	8

Diese kristalline Phase ist damit der in der Literatur als Phase „A" bezeichneten Phase ähnlich (vergl. hierzu: Ando, J.; Matsuno, S.: Ca₃(PO₄I₂-CaNaPO₄ System, Bulletin Chem.Soc. Japan 41 [1968] 342-347), von der sie sich jedoch durch erhebliche Linienverschiebungen und Intensitätsänderungen sowie durch das Fehlen einer starken Beugungslinie an der Netzebene (421) unterscheidet. Die Phase „A" wurde von Ando als eine Überstruktur des hexagonalen Calciumnatriumorthophosphats beschrieben, wobei er sowohl die Hoch- als auch die Tieftemperaturform des CaNaPO₄ als alpha- bzw. beta-Rhenanit bezeichnet und die bloße Formulierung Rhenanit folglich beide Formen einschließt. Diesem Sprachgebrauch bzw. dieser Definition des Rhenanits schließen wir uns in der vorliegenden Beschreibung an.

Dem Strukturtyp von „ A" ist auch die Phase „X" zuzuordnen, wobei allem Anschein nach bis über die Hälfte des Natriums durch Kalium ersetzt werden kann und auch Calcium teilweise durch Magnesium in dieser Struktur substituiert werden kann. Diese Substitutionen werden im allgemeinen, so auch hier, als Mischkristallbildung bezeichnet.

Die diese Phase enthaltenden Materialien zeigen nun auch die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich einer definiert schnellen Löslichkeit, insbesondere im Hinblick auf die Knochensubstitution. In tierexperimentellen Studien wurde zudem überraschenderweise gefunden, daß ein bestimmter Teil dieser Stoffe wiederum die Bindegewebsbildung induziert. Damit können diese Materialien in der Kombination mit Wirkstoffen sowohl im Knochen- als auch im Weichgewebe appliziert werden. Die neuen Materialien liegen im abgekühlten Zustand bei Raumtemperatur als Glas oder glasigkristallines Material vor und weisen im wesentlichen an sich physiologische Bestandteile auf. Die Lösungsgeschwindigkeit der Materialien wird entsprechend der Anwendung in weiten Grenzen, wie weiter unten genau beschrieben, so eingestellt, daß keine toxischen Reaktionen bzw. Überkonzentrationen von jedweden Bestandteilen impliziert werden.

Eine Aufweitung des Schmelzbereiches führt über die Phase „X" hinaus zu weiteren, an sich bekannten kristallinen Phasen. Es können zusätzlich oder jeweils für sich allein die Phase „A" bzw. deren Mischkristalle, Rhenanit bzw. dessen Mischkristalle in dem erfindungsgemäß erzeugten Material vorhanden sein. Diese Zusammensetzungsvariationen eignen sich ebenso zur Applikation in den genannten Anwendungsgebieten im Sinne der Zielstellung, wie auch die Einbeziehung der an sich bekannten Isomorphiebeziehungen der Sulfate des Kaliums und Natriums.

Dieses erweiterte Zusammensetzungsgebiet erstreckt sich damit auf die bereits eingangs genannten Komponenten in ihren Masseanteilen in %:

0,01-15K₂O

0-40 Na₂SO₄ und/oder K₂SO₄

Eine weitere Erhöhung des Calciumorthophosphatanteils führt jedoch zu zunehmend schwerer bzw. nicht schmelzbaren und nicht gießbaren Materialien, die sich damit sowohl von ihrem Herstellungsverfahren als auch in ihren Eigenschaften (Löslichkeiten) den bekannten Materialien nähern bzw. sich von den Erfindungszielen der vorliegenden Schrift entfernen. Besonders vorteilhafte Ausführungsformen liegen daher in den Konzentrationsbereichen (Masseanteile in %)

21-50 CaO, insbesondere 23-50 5-20 Na₂O, insbesondere 6-20 0,1-14 K₂O, insbesondere 2-14 0,1-12 MgO, insbesondere 0,5-10 32-48 P₂O₅, insbesondere 35-48 0,1-15 SiO₂, insbesondere 1-10 0,1-35 Na₂SO₄ und/oder K₂SO₄, insbesondere 0,1-20

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Materials besteht aus

22-55 CaO, 6-12 Na₂0,3-14 K₂0,2-8 MgO, 37-43 P₂O₆,0,5-10 SiO₂,0,5-20 Na₂SO₄ und/oder K₂SO₄.

Das erfindungsgemäße Material ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß es bei einer Temperatur im Bereich von 1200°C bis 1 550°C in eine gießfähige Schmelze überführt werden kann. Weitere Kennzeichen des Materials bestehen darin, daß die Schmelze bei einer Abkühlgeschwindigkeit von größer als etwa 150⁰C pro Minute in den glasigen Zustand bei Raumtemperatur überführt werden kann und daß die Schmelze bei Abkühlung unter normaler Abkühlgeschwindigkeit bzw. unter einer Abkühlgeschwindigkeit, die langsamer als etwa 35°C pro Minute erfolgt, spontan kristallisiert. Dabei bildet sich ein feinkristallines Gefüge aus.

Des weiteren wurde gefunden, daß spontan kristallisiertes Material gleicher chemischer Zusammensetzung wie das (unter extremen Abkühlbedingungen erhaltene) entsprechende Glas oder das aus dem Glas durch Temperung erzeugtes kristallines Material jeweils unterschiedliche Löslichkeiten aufweisen.

Es wurde weiterhin gefunden, daß die spontan kristallisierte Glaskeramik als kristalline Hauptbestandteile mindestens eine der Phasen des Rhenanits, Mischkristalle des Rhenanits, die Phase „A", Mischkristalle der Phase „A", die bereits oben genannte neue Phase „X" und/oder Mischkristalle der Phase „X" enthält. Das Material kann zusätzlich noch Glaserit und/oder kristallines Kaliumsulfat enthalten.

Wenn das Material als kristalline Hauptbestandteile Rhenanit bzw. Mischkristalle des Rhenanits enthält, so liegt die Zusammensetzung des Materials im Gemenge wie folgt vor (in Masseanteile in % und auf Oxidbasis berechnet):

30-40CaO; 15-20 Na₂O; 0-1 K₂O, vorzugsweise 0,01-0,1 K₂O; 0-5MgO, vorzugsweise 0,1-5 MgO; 40-55P₂O₅; 0-15SiO₂, vorzugsweise 0,1-8 SiO₂; 0-30 Na₂SO₄ und/oder K₂SO₄, vorzugsweise 0,1-25 Na₂SO₄ und/oder K₂SO₄.

Unter „kristalliner Hauptbestandteil" wird verstanden, daß der prozentuale Anteil der Komponente höher liegt als der Anteil anderer im Material vorhandener Komponenten.

Wenn das Material als kristalline Hauptbestandteile der Phase „A" enthält, so liegt die Zusammensetzung des Materials im Gemenge wie folgt vor (in Masseanteile in % und auf Oxidbasis berechnet):

40-50 CaO; 8-20 Na₂O; 0-1 K₂O, vorzugsweise 0,1-1 K₂O; 0-5 MgO, vorzugsweise 0,1-5 MgO; 40-50 P₂O₅; 3-20 SiO₂; 0-30 Na₂SO₄ und/oder K₂SO₄, vorzugsweise 0,1-25 Na₂SO₄ und/oder K₂SO₄.

Wenn das Material als kristalline Hauptbestandteile die Phase „X" bzw. Mischkristalle der Phase „X" enthält, so liegt die Zusammensetzung des Materials im Gemenge wie folgt vor (in Masseanteile in % und auf Oxidbasis berechnet):

22-45 CaO; 8-20 Na₂O; 0-14 K₂O, vorzugsweise 0,1-14 K₂O; 0-15 MgO, vorzugsweise 0,1-15 MgO; 30-55 P₂O₆; 0-15 SiO₂, vorzugsweise 0,1-15 SiO₂; 0-40 Na₂SO₄ und/oder K₂SO₄, vorzugsweise 0,1-35 Na₂SO₄ und/oder K₂SO₄.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist es, daß das Material biokompatibel ist, teilweise sogar bioaktiv im Sinne einer direkten Knochenanlagerung oder unter ständigem Lösen die Bildung neuen Knochengewebes ermöglicht.

Durch die Ankoppelung von Wirkstoffen, wie Antibiotika etc., wird dadurch keine Beeinflussung des generellen Verhaltens erfolgen, sofern es sich bei diesen Materialien nicht um Wirkstoffe handelt, von denen osteoinduktive Eigenschaften ausgehen.

Das Material kann beispielsweise als Granulat eingesetzt werden mit einer Körnung im Bereich von 63-1500 цт, vorzugsweise 200-500 bzw. 500-1000 цт.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines resorbierbaren Materials, das erfindungsgemäß glasig oder glasigkristallin sein kann und eine schnelle Löslichkeit aufweist. Das Verfahren besteht darin, daß man ein Gemenge, bestehend aus (in Masseanteile in % und auf Oxidbasis berechnet):

20-55 CaO; 5-25 Na₂O; 0-15 K₂O; 0-15 MgO; 30-55 P₂O₆; 0-15 SiO₂; 0-40 Na₂SO₄ und/oder K₂SO₄

mindestens 10 Minuten lang bei einer Temperatur von etwa 1 200 °C bis 1 580⁰C schmilzt und die Schmelze abkühlt. Bevorzugt einsetzbar sind die bereits weiter oben genannten bevorzugten Zusammensetzungen.

Wie bereits weiter oben dargestellt, kann die Abkühlung mit einer sehr hohen Abkühlgeschwindigkeit von wenigstens 150°C, besser jedoch 5 χ 10^2oC pro Minute erfolgen und dabei ein glasiges Material erhalten werden.

Doch der Hauptweg der Herstellung von erfindungsgemäßen schnell löslichen Materialien besteht im Schmelzen mit nachfolgender spontaner Kristallisation. Daher sollen im weiteren alle Ausführungen vorzugsweise auf diesen Verfahrensweg ausgerichtet sein. Dabei wird die Schmelze mit einer Geschwindigkeit von kleiner als ca. 35°C pro Minute abgekühlt, wobei die spontane Kristallisation auftritt. Vorteilhaft wird das spontan kristallisierte Material einem üblichen Temperungsprozeß unterzogen. Das erfolgt im Temperaturbereich von ca. 600⁰C bis 1200⁰C, in Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung und der zu erzeugenden Kristallphase, um den kristallinen Anteil - in der Regel handelt es sich dabei um die kristalline Hauptphase - noch weiter zu erhöhen. Der Zusammenhang von chemischer Zusammensetzung und Kristallphase wurde bereits weiter oben generell dargestellt. Es treten durch die erfindungsgemäße Behandlung die Kristallphasen des Rhenanits, der Phase „A", Mischkristalle der Phase „A", der Phase „X", Mischkristalle der Phase „X", Glaserit und/oder kristallines Kaliumsulfat in Erscheinung.

Für das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft ist es, P₂O₆ in Form von Phosphorsäure einzusetzen.

Eine vorteilhafte Materialform ist die Granulatform, so daß das aus der Schmelze abgekühlte und gegebenenfalls getemperte Material mittels üblicher Verfahren zerkleinert und klassiert wird.

Man kann die Sulfatanteile des Granulats dadurch reduzieren, daß das Granulat einer Behandlung mit destilliertem Wasser über einen Zeitraum von 0,1 bis 10 Stunden bei erhöhter Temperatur, vorzugsweise bei ca. 80⁰C bis 100°C auszusetzen. Dadurch wird eine Erhöhung der inneren Oberfläche des Materials erreicht, was sich in einer Erhöhung der Löslichkeit ausdrückt.

Wie bereits ausgeführt, kann das neue schnell lösliche Material als resorbierbares Knochenersatzmaterial eingesetzt werden, an das zusätzlich Wirkstoffe, wie Antibiotika etc., gekoppelt sind oder auch als reiner Wirkstoffträger im Weichgewebe.

In diesen Fällen ist es zweckmäßig, Granulat in gewünschter Körnung in die entsprechenden Körperregionen, z. B. postoperative Hohlräume im menschlichen Körper, einzubringen, wobei dies auch im Gemisch mit anderen Stoffen erfolgen kann, z.B. mit weniger schnell löslichen biokompatiblen Materialien gem. DD 258713.

Beim Einsatz zur Bindegewebsinduktion entscheidet ebenfalls zunächst die konkrete gewählte Zusammensetzung über den Erfolg der Behandlung; es können jedoch auch Gemische mit anderen Stoffen, die bekanntermaßen zu keiner Knochenanlagerung führen, in diesem Fall zur Anwendung gebracht werden.

Die Ankopplung von Wirkstoffen kann erfolgen nach dem in DD-WP A61F/320172/5 beschriebenen Verfahren. Die Ankoppelung von Wirkstoffen an das - zu Vergleichszwecken - völlig unbehandelte, an das mit OH~-Ionen tragenden Basen, die frei von toxischen Begeltkomponenten sind, vorbehandelte oder das mit Basen vorbehandelte und nachfolgend mit einem Organosilan silanisierte, erfindungsgemäße Trägermaterial erfolgt bei Temperaturen zwischen 0⁰C und 100 ⁰C, wobei vorzugsweise bei 10⁰C bis 50°C, insbesondere bei Raumtemperaturen gearbeitet wird. Die Inkubationszeiten liegen zwischen 5 und 300 Minuten. Als besonders günstige Inkubationszeiten haben sich Zeiten um 120 Minuten erwiesen.

Eingesetzte Wirkstoffmengen richten sich nach dem Verwendungszweck und liegen beispielsweise im Falle der Antibiotika zwischen 0,01 und 5 mg/ml Granulat. Für besondere Zwecke kann die Menge jedoch auch für diese Wirkstoffgruppe weit darüber liegen.

Als Wirkstoffe im Sinne der Erfindung werden antibiotische Arzneimittel (1), wie Oxytetracyclin, Sulfonamide, Gentamycin oder Chinolonderivate, Proteine oder Proteingemische (2), wie Enzyme, Albumin oder Antikörper (3), oder Antigene bzw. Nucleinsäuren (4) oder Zellen (5) oder Viren (6) verstanden.

Da das schnell resorbierbare Material auch als resorbierbares Knochenersatzmaterial geeignet ist, z. B. für die Füllung von Knochendefekten, sollte es auch bei der Bekämpfung osteomyelithischer Prozesse Anwendung finden können, wenn es gelingt, gleichzeitig auf diese Weise ein Antibiotikum in den Defekt mit einzubringen, das verzögert freigesetzt wird. Als aussichtsreiche Antibiotika wurden folgende Substanzen in die Untersuchungen mit Erfolg einbezogen: Oxytetracyclin (OTC), Sulfonamide, Gentamycin und Chinolonderivate.

Als Wirkstoffe im Sinne der vorliegenden Erfindung werden auch div. Proteine verstanden. Beispielsweise macht es sich für verschiedene weitere Prozesse sowohl im Fachbereich der Medizin als auch in dem der Biotechnologie erforderlich, Substanzen wie Humanserumalbumin (HSA), Rinderserumalbumin (RSA), Haptoglobine etc. und natürlich verschiedene Enzyme an das Trägermaterial anzukoppeln.

Diese Proteine können sowohl selbst wirken als auch dadurch, daß sie die weitere Anbindung eines weiteren Wirkstoffes

ermöglichen.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist es nahezu gleichgültig, ob die Basenbehandlung noch vor dem Silanisieren erfolgt. Es hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt, daß die Materialien sowohl ohne diese Base-Vorbehandlung silanisiert werden können als auch wurde gefunden, daß eine bemerkenswerte silanunspezifische Koppelung erfolgen kann (vergl.

Ausführungsbeispiele). Die letztgenannte Aussage trifft vorzugsweise auf Materialien zu, die ursprünglich erhebliche Sulfatanteile enthielten, die aber durch Kochen wieder weitestgehend entfernt wurden.

Um einen Vergleich zur In-vitro-Löslichkeit der neuartigen Materialien ziehen zu können, wurden zwei verschiedene Wege beschritten, einmal die Löslichkeitsbestimmung in einer Differentialkreislaufzelle und zum anderen durch eine Schnellmethode, die hier zur Kenntnis gegeben werden soll:

Das zu untersuchende Material wird zerkleinert und die für die Bestimmung gewählte Kornfraktion von 315-400pm wird entnommen. Das Probematerial wird mit Ethanol gewaschen und anschließend bei 110⁰C getrocknet. Es werden 10 Proben von jeweils ca. 2g der Untersuchungssubstanz auf der Analysenwaage eingewogen. Bidestilliertes Wasser wird auf 37°C erhitzt und jeweils 200ml im Becherglas werden mit den eingewogenen ca. 2g versetzt. Diese Probe bleibt 24h im Brutschrank bei 37°C, abgedeckt mit einem Uhrglas, stehen. Nach dieser Zeit werden die Proben in vorher ausgewogene Fritten quantitativ überführt.

Danach werden die Filter mit der Probensubstanz bei 11O⁰C getrocknet. Nach dem Abkühlen im Exsikkator erfolgt die erneute Wägung zur Ermittlung des Gewichtsverlustes nach:

(Einwaage in mg-Auswaage in mg) * 1000/Einwaage in mg = Ergebnis in mg Substanzverlust/g Einwaage Sodann wird die Standardabweichung berechnet.

Nach dieser Methode ergeben sich folgende Werte:

Material bzw. Material-Code*)

mg Substanzverlust/g Einwaage

Ca3(PO4I2	Charge 1	3,1 ± 0,39
	Charge 2	3,0 ± 0,63
	Charge 3	2,9 ± 0,60
	Charge 4	2,2 ±0,16
4CaOxP2O5	Charge 1	1,8 ±0,72
a	Charge 1	5,9 ± 0,27
	Charge 2	6,6 ± 0,55
	Charge 3	6,2 ± 0,28
b		5,7 ± 0,84
с		14,7 ±0,77
d	Charge 1, unbehandelt	93,6 ±3,57
	Charge 2, unbehandelt	87,6 ±1,22
	Charge 1, behandelt	23,1 ±1,23
e	unbehandelt	36,6 + 1,68
	behandelt	3,8 ± 0,77
f	(glasig, abgeschreckt)	54,9 ±7,12
g		9,8 ±1,98

Charge 10, unbehandelt 188,0 ± 0,99 (n = 5) Charge 10, unbehandelt 244,9 ± 0,5 (n = 6)

*) Zusammensetzungen siehe Tabelle.

Nach den Ergebnissen der Schnellmethode zur Bestimmung der Löslichkeit zeichnet es sich ab, daß man eine Grobeinteilung der Materialien nach den Hauptkristallphasen vornehmen kann:

Rhenanit bzw. Mischkristalle des Rhenantis ca. 3... 10mg/g

Phase „A" bzw. Mischkristalle der Phase „A" ca. 1 ...4mg/g

Phase „X" bzw. Mischkristalle der Phase „X" ca. 7...15mg/g.

Unter dem Zusatz der Sulfatanteile bzw. nach Durchführung einer entsprechenden Behandlung (Auslaugung) von Materialien mit hohen Sulfatanteilen, besitzt diese Einteilung dann natürlich keine Gültigkeit mehr; diese Werte werden dann wunschgemäß

noch erheblich übertroffen.

Festzustellen bleibt jedoch generell, daß insbesondere Materialien, die die (neue) Phase „X" bzw. Mischkristalle der Phase „X" enthalten, sich für die Herstellung der reinen und der mit Sulfatanteilen versehenen Mischschmelzen und daraus gewonnenen Produkten besonders gut eignen. Dies drückt sich u. a. in der guten Gießbarkeit der Schmelzen, der Homogenität der Materialien, der Auslaugfähigkeit bei Anwesenheit von Sulfaten etc. aus.

Ganz allgemein läßt sich für die Herstellung der erfindungsgemäßen abgestuft resorbierbaren Materialien feststellen, daß die Löslichkeit im Zeitraum von etwa 15 Tagen bis etwa 20 Monaten liegt, durch Zugabe von TCP entsprechend dem Anteil verlängert werden kann und innerhalb des o.g. Zeitraums in der Reihenfolge Kristallphase „X" —» Rhenanit —> Kristallphase „A"

die Löslichkeit abnimmt (siehe obige Tabelle und Schlußfolgerungen daraus). Das bedeutet, daß ein hoher Anteil an Kristallphase „X" eine schnellere Löslichkeit gewährleistet als ein hoher Rhenanitanteil, wobei entsprechende Sulfatgehalte die Löslichkeit weiter erhöhen und TCP-Gehalte sie verlängern können. Innerhalb dieser Regeln kann der Fachmann für ihn günstige Löslichkeiten je nach Anwendungszweck einstellen.

Ausführungsbeispiel

Die vorangestellten Ausführungen, die lediglich den vollen Umfang der Erfindung erkennen lassen, werden im folgenden durch wenige Beispiele konkreter erläutert. Die in der Tabelle 1 genannten Ansätze wurden geschmolzen und entsprechend der nachfolgenden Anwendungstests zerkleinert. Es wurden die kristallinen Phasen bestimmt, die Löslichkeit nach der beschriebenen Schnellmethode und in der Differentialkreislaufzelle getestet. Ein Teil dieser Ergebnisse wurde bereits im vorangestellten Abschnitt dargestellt

Im folgenden werden nun Beispiele zu einigen Untersuchungen im Hinblick auf die Anwendung gegeben.

Beispiele 1-19 (a bis s)

Tabelle 1 - Liste der Zusammensetzungsbeispiele:

Code-	Oxid-Zusammensetzung in Ma.-%	MgO	Na2O	K2O	P2O5	SiO2	Zusätze
Bezeichnung	CaO	5,4	8,3	13,3	40,1	8,9	—
a	24,0	5,52	13,70	6,94	41,48	7,38	-
b	25,11	-	8,3	13,3	40,1	8,9	-
с	31,5	5,4	8,3	13,3	40,1	8,9	10Na2SO4
d	24,0	5,52	13,70	6,94	41,48	7,38	10Na2SO4
e	25,11	6,04	9,27	14,12	34,05	9,05	-
f	26,63	6,73	10,32	15,64	38,63	10,00	—
g	18,68	4,64	11,27	17,48	40,85	—	—
h	25,76	4,64	11,27	17,48	40,85	-	8Na2SO4
i	25,76	-	13,7	6,94	41,48	7,38	-
j	32,75	-	13,7	6,94	41,48	7,38	4Na2SO4
к	32,75	5,52	8,84	13,54	40,54	7,21	-
I	24,35	5,52	8,84	13,54	40,54	7,21	4K2SO4
m	24,35	5,52	8,84	13,54	40,54	7,21	10K2SO4
η	24,35	5,52	8,84	13,54	40,54	7,21	30 Na2SO6
о	24,35	5,4	8,3	13,3	40,1	8,9	20Na2SO4
P	24,0						10 Na2SO4 und
		5,4	8,3	13,3	40,1	8,9	10K2SO4
q	24,0						4,5 Na2SO4 und
		5,52	8,84	13,54	40,54	7,21	4,5K2SO4
г	24,35						3Na2SO4 und
		4,64	11,27	17,48	40,85	—	18K2SO4
S	25,76

Beispiel 20

Die Verfahrensschritte der Behandlung des schnell resorbierbaren Materials mit einer OH-Ionen tragenden Base, die weitestgehend frei von toxischen Bestandteilen ist, und die Silanisierung sind Verfahrensschritte, die im wesentlichen nach einem gleichen Grundmuster durchgeführt werden und daher zuerst und separiert vorgestellt werden.

(a) Oberflächenbehandlung mit OH-Ionen tragenden Basen

A) Das Trägermaterial wird in einer wäßrigen NaOH-Lösung mit pH = 8,4 bei 9O⁰C 2 Stunden lang erhitzt. Danach erfolgt das Neutralwaschen mit Aqua, bidest. und anschließend wird das Material bei ca. 100⁰C 120 Minuten lang getrocknet.

B) Das Trägermaterial wird in einer wäßrigen Ca(OH)₂-Lösung mit pH = 8,4 bei 80°C 3 Stunden erhitzt. Die nachfolgnede Behandlung des Materials ist analog Beispiel A).

Auf diese Vorbehandlung wurde bei der Auswahl der nachfolgenden Beispiele verzichtet, da bei den ausgewählten Zusammensetzungen keine wesentlichen Erhöhungen der Wirkstoffbindung gegenüber sofort silanisierten Proben bei den Vorversuchen gefunden wurden.

Beispiel 21

(b) Silanisierung

I) Das mit einer Base vorbehandelte Trägermaterial wird mit einer 1%igen Lösung von gamma-Aminopropyltriethoxysilan im Ethanol/Wasser-Lösungsmittel (1:1) bei 50°C4 Stunden lang inkubiert. Nach dreimaligem Waschen mit PBS, pH =7,2, wurde das Trägermaterial mit einer 2%igen Glutardialdehyd-Lösung in PBS vermischt, für 2 weitere Stunden bei 37°C inkubiert und erneut dreimal in PBS gewaschen.

II) Das mit einer Base vorbehandelte Trägermaterial wird mit einer 1%igen Lösung von Glycidoxypropyltriethoxysilan im Ethanol/Wasser-Lösungsmittel (1:1) bei 50°C4 Stunden lang inkubiert. Nach dreimaligem Waschen mit PBS, pH = 7,2, war das Trägermaterial für weitere Kopplungsreaktionen vorbereitet.

Beispiel 22

(c) Wirkstoffträger-Koppelung

Es wurden zur Dreifachbestimmung jeweils 500 mg des Materials der Zusammensetzung d (Material 1) und des Materials der Zusammensetzung d, nachdem es zuvor 5h bei 60 Grad Celsius von Sulfatanteilen extrahiert wurde (Material 2), in der Korngröße von 63-200pm eingewogen.

Pro Material wurden Proben nach I) und nach II) silanisiert, als Vergleichsprobe diente unsilanisiertes Probenmaterial. Nach der Beendigung der einzelnen Silanisierungsschritte erfolgte die Zugabe von jeweils 5ml Oxytetracyclin(OTC)-Lösung (1 mg/ml). Nach 4h Inkubation im Kühlschrank erfolgte die Entnahme der OTC-Lösung mit Hilfe eines Filtersystems.

Die Berechnung des angekoppelten OTC-Anteils erfolgte auf der Grundlage spektrophotometrischer Messungen, indem die Konzentration der OTC-Lösung vor und nach der Inkubation bei einer Wellenlänge von 353 nm gemessen wurde. Folgende Ergebnisse in mg gebundenes OTC zu mg Granulat wurden erzielt:

Material

Leerwert (Silan-frei)

Silanisierungnach

0,0027 0,0037

0,0050 0,0060

0,0048 0,0044

Beispiele 23-26

Es wurden jeweils 500mg des Materials von Beispiel 22 mit 7ml Humanserumalbuminlösung (2mg/ml) bzw. 7ml Rinderalbuminlösung (2mg/ml) bzw. 5ml Gentamycinlösung (2,5mg/ml) bzw. 5ml Sulfacetamidlösung (0,3mg/ml) bei Raumtemperatur 2 Stunden inkubiert. In allen Fällen wurden ähliche Ergebnisse wie im Beispiel 22 erhalten.

Claims (14)

1. Verfahren zur Herstellung eines resorbierbaren Materials mit angekoppelten Wirkstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gemenge, bestehend aus (Masseanteile in % und auf Oxidbasis berechnet)

20-55% CaO; 5-25% Na₂O; 0-15% K₂O; 0-15% MgO; 30-50% P₂O₅; 0-15% SiO₂; 0-40% Na₂SO₄ und/oder K₂SO₄

mindestens 10 Minuten bei einer Temperatur von 1200⁰C bis 1 580⁰C schmilzt, die Schmelze mit einer Abkühlgeschwindigkeit von größer als 150°C/Min. oder kleiner als 35°C/Min. abkühlt und das erhaltene glasige oder glasig-kristalline Material, das gegebenenfalls zerkleinert und ausgelaugt werden kann, mit dem in flüssiger Phase befindlichen Wirkstoff über einen Zeitraum von wenigstens 5 Minuten inkubiert, wobei der Wirkstoff ausgewählt ist aus der Gruppe (1) antibiotische Arzneimittel wie Oxytetracyclin, Sulfonamide, Gentamycin, Chinolonderivate, oder (2) Proteine oder Proteingemische wie Enzyme, Albumine, Haptoglobine, oder (3) Antikörper, oder (4) Antigene oder Nucleinsäuren, oder (5) Zellen oder Viren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankoppelung des Wirkstoffes nach Behandlung des Materials mit einer OH-Ionen tragenden Base, die frei von toxischen Begleitkomponenten ist, und/oder einem Organosilan erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Silanbehandlung jedoch vor der Ankoppelung des Wirkstoffes eine Aktivierung des Materials mit Glutaraldehyd erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirkstoff ein antibiotisches Arzneimittel der Gruppe Oxytetracyclin, Sulfonamide, Gentamycin, Chinolonderivate ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirkstoff ein Protein oder Proteingemisch ist, insbesondere ein Enzym oder Enzymgemisch.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Inkubierung (Ankoppelung) in einem Zeitraum von 5 Minuten bis 20 Stunden, vorzugsweise bis 120 Minuten, bei einer Temperatur von 0⁰C bis 100°C, vorzugsweise bei Raumtemperatur erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemenge besteht aus

20-55% CaO, vorzugsweise 21-50, insbesondere 23-50

5-25% Na₂O, vorzugsweise 5-20, insbesondere 6-20

0,1-15% K₂O, vorzugsweise 0,1-14, insbesondere 2-14

0,1-15% MgO, vorzugsweise 0,1-12, insbesondere 0,5-10

30-50% P₂O₅, vorzugsweise 32-48, insbesondere 35-^48

0,1-15% SiO₂, vorzugsweise 2-15, insbesondere 3-15

0,1-35% Na₂SO₄ und/oder K₂SO₄, vorzugsweise 0,1-20, insbesondere 0,1-15.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemenge besteht aus

22-50 CaO; 6-12 Na₂O; 3-14 K₂O; 2-8 MgO; 37-43 P₂O₅; 0,5-10 SiO₂; 0,5-20 Na₂SO₄ und/oder K₂SO₄.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das spontan kristallisierte Material einem üblichen Temperaturprozeß unterzogen wird im Temperaturbereich von ca. 600⁰C bis 1 200°C in Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung um den kristallinen Anteil noch weiter zu erhöhen, wobei die Kristallphasen des Rhenanits, Mischkristalle des Rhenanits, der Phase „A", Mischkristalle der Phase „A", der Phase „X", Mischkristalle der Phase „X", Glaserit und/oder kristallines Kaliumsulfat in Erscheinung treten, in der Regel jedoch der Anteil der Hauptkristallphasen weiter erhöht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zerkleinerte Material einer Behandlung mit destilliertem Wasser über einen Zeitraum von 0,1 bis 10 Stunden bei erhöhter Temperatur, vorzugsweise bei 80⁰C bis 100⁰C, ausgesetzt wird, wenn der Gehalt an Natrium- oder Kaliumsulfat etwa gleich oder größer als 3 Masseanteile in % Ausgangsmenge beträgt.

11. Resorbierbares Material mit angekoppelten Wirkstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemenge vor dem Brennen des Materials folgende chemische Zusammensetzung (in Masseteile in % und auf Oxidbasis berechnet) aufweist

20 bis 55% CaO

5 bis 25% Na₂O

0,01 bis 15% K₂O

0 bis 15% MgO

30 bis 50% P₂O₅

0 bis 15% SiO₂

0 bis 40% Na₂SO₄ und/oder K₂SO₄

und das glasige oder glasig-kristalline Material mit schneller Löslichkeit einen chemisch angekoppelten Wirkstoff trägt, wobei der Wirkstoff ausgewählt ist aus der Gruppe (1) antibiotische Arzneimittel wie Oxytetracyclin, Sulfonamide, Gentamycin, Chinolonderivate, oder (2) Proteine oder Proteingemische wie Enzyme, Albumine, Haptoglobine, oder (3) Antikörper, oder (4) Antigene oder Nucleinsäuren, oder (5) Zellen oder Viren.

12. Material nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirkstoff ein antibiotisches Arzneimittel der Gruppe Oxytetracyclin, Sulfonamide, Gentamycin, Chinolonderivate ist.

13. Material nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirkstoff ein Protein oder Proteingemisch ist, insbesondere ein Enzym oder Enzymgemisch.

14. Material nach Anspruch 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des wirkstofftragenden glasigen oder glasig-kristallinen Materials bis zu 40% durch wirkstofftragendes reines Tricalciumphosphat oder gemäß DD 258713 oberflächenbehandeltes Tricalciumphosphat ersetzt sein kann.