DD300262A7 - Metallspongiosa - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Metallspongiosa aus Titanium oder Tantal oder deren Legierungen in Form einer offenzelligen Drahtgitterstruktur, deren gesamte Oberflaeche mikrostrukturiert und bioaktiv geschichtet ist. Die Metallspongiosa dient als Knochenersatz in der Unfallchirurgie bzw. Orthopaedie und heilt bindegewebslos ein. Die Hohlraeume koennen vollstaendig oder teilweise mit resorbierbaren Biomaterialien gefuellt sein.{Metallspongiosa; metallisches Dauerimplantat; Bioaktivbeschichtung; Medizin; Unfallchirurgie; Orthopaedie; offenzelliges Stuetzgeruest; Titanium, mikrostrukturierte Oberflaeche; bindegewebsloses Einwachsen}

Description

aus Reinmetall können auch biokompatible Legierungen, beispielsweise Ti₆AI₄V Verwendung Finden. Die gesamte innere und äußere Metallspongiosaoberfläche ist mit einer bis zu 10pm starken bioaktiven Schicht versehen, die metallseitig aus reinem Oxid des Substratmaterials besteht und in Richtung zum Hohlraum bzw. zur Umgebung aber wachsende Mengen Kalziumphosphat bis zu einer Oberflächenkonzentration von 12% enthält. Die bioaktive Schicht ist außerdem derart mikrostrukturiert, daß pro mm² mindestens 10⁴ Poren mit einem Porendurchmesser > 1 pm und einer maximalen Porentiefe von Va der Bioaktivschichtstärke vorhanden sind. Die nach außen führenden Kanäle oder der gesamte Hohlraum können zusätzlich vollständig oder teilweise mit resorbierbaren Biomaterialien ausgefüllt sein. Der Vorteil der so aufgebauten Metallspongiosa besteht darin, daß die Gerüststruktur der natürlichen Spongiosastruktur sehr ähnlich ist, die chemische Zusammensetzung und die Mikrostrukturierung der Oberfläche den angrenzender. Knochen zum Einwachsen in das Implantat anregen. Tierexperimentelle Untersuchungen zeigen, daß bei einer lichten Weite der durchgängigen Kanäle von > 0,8mm das Implantat völlig vom Knochengewebe durchwachsen wird, wodurch sich das Implantat auch zur Defektüberbrückung bei noch nicht abgeschlossenem Längenwachstum jugendlicher Patienten eignet.

Ausführungsbeispiel

Ein rotationssymmetrisch geformter Metallspongiosa-Implantatkörper für eine Defektüberbrückung an der Speiche nach unfallbedingten Stücktrümmerbrüchen im Unterarmbereich hat eine Gesamtlänge von 42 mm und gliedert sich in drei zylindrische Abschnitte, deren mittlerer 30mm lange Abschnitt einen Durchmesser von 18 mm aufweist, während die beiden 6mm langen Enden einen Durchmesser von jo 6mm besitzen. Der implantatkörper besteht aus einem Stützgerüst aus Reinsttitaniumdrähten mit rechteckigem Querschnitt von 0,5 mm mal 1 mm, welche jeweils im Abstand von 2 mm alternierend mit zwei anderen Drähten stoffschlüssig über eine Länge von 1mm verbunden sind, so daß zwei benachbarte Drähte jeweils alle 5 mm verbunden sind und keine stoffschlüssig ungebundenen Drähte auftreten. Die jeweils 2 mm langen nicht stoffschlüssigen verbundenen Drahtabschnitte sind in unregelmäßiger Weise umgeformt und miteinander verschlauft, so daß eine offenzellige Drahtgitterstruktur mit unregelmäßig geformtem Hohlraum vorliegt, welcher durch Kanäle unterschiedlicher Form und Größe vugängig ist. Die Dichte des Implantatkörpers, dessen Form durch mehrere Kaltumformungen erreicht wird, beträgt 56% dor Dichte des Reintitaniums.

Die gesamte innere und äußere Oberfläche des Implantatkörpers trägt eine 5μηι dicke Titanlumoxidschicht, die an der Oberfläche 7% Kalziumphosphat enthält. Rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen der Oberfläche zeigt η auf einer Fläche von 1mm² 2 10⁴ Poren mit einem Mindestdurchmesser von 1 pm. Die Druckfestigkeit des Implantatkörp jrs beträgt > 300 N/mm².

In Betracht gezogene Druckschriften: DD 243855 (A61C8/00) DE-OS 3629813(A61F2/02)

Claims (2)

1. Metallspongiosa mitoffenzeiligerStrukturausTitanodereinerTitanlegierung mit durchbrochenen Oberflächenstrukturen in Form verbundener, unregelmäßig verschlaufter, kalt verformter Drähte, die mit einem bioaktiven Oxid allseitig beschichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallspongiosa aus einem Metallkörper mit regelmäßig punktförmig und stoffschlüssig verbundenen Drähten mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt besteht und daß die Schicht metallseitig aus reinem Oxid besteht und in Richtung der Umgebung wachsende Mengen an Kalziumphosphat zu einer Oberflächenkonzentration von 12% enthält und so mikrostrukturiert ist, daß pro mm² mindestens 10⁴ Poren mit einem Porendurchmesser > 1 μιη und einer maximalen Porentiefe von ¹Iz der Schichtdicke vorhanden sind.

2. Metallspongiosa nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Hohlräume vollständig oder teilweise mit resorbierenden Biomaterialien ausgefüllt sind.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Metalispongiosa zur Verwendung in der Humanmedizin, insbesondere in der Unfallchirurgie und der Orthopädie.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bekannt sind metallische Dauerimplantate aus bionierten reinen Metallen bzw. deren Legierungen, die beispielsweise in Form von Gelenkprothese in der Chirurgie Anwendung finden und deren fester Kontakt mit dem Knochen mit Hilfe von Knochenzement erfolgt.

Wegen der allmählichen Strukturveränderungen des Knochenzementes kommt es zur Auslockerung und zur Liegezeitverkürzung des Implantates. Aus diesem Grund werden zementfreie Implantatknochenverbindungen gewünscht. Bekannt hierzu ist, die Oberflächen der Metallimplantate in geeigneter Weise zu strukturieren oder mit gitterförmigen Elementen zu ummanteln, wie beispielsweise in AT-PS383268 beschrieben, wodurch eine formschlüssige Verankerung mit dem Knochengewebe ermöglicht werden soll. Besonders feste Implantat-Knochen-Verbunde sollen entstehen, wenn unregelmäßige offenzellige spongiosaähnliche Implantate oder Implantatoberflächen Anwendung finden, die einen trabekulären Einwuchs oder Durchwuchs von Knochen in das Implantat ermöglichen.

Nach HENSSGE (Focus MHL 2 [1985] 4,1-8) sind diese Metallspongiosa Gußkö-per, vorzugsweise aus Kobaltbasislegierungen, die als Soütä rimplantate zur Stabilisierung, zu Funktionszwecken bzw. zur Oberflächonstrukturierung für Gelenkersatzimplantate entwickelt wurden. Die Entwicklung auf diesem Gebiet ist noch nicht abgeschlossen (und gesicherte Langzeitergebnisse fehlen noch). Es ist allerdings bekannt, daß bei der Verwendung von Kobaltbasislegierur.gen kein bingegewebsloser Kontakt mit dem Knochen erreicht wird und es zu Abstoßungsreaktionen kommen kann. Außerdem ist die Herstellung der Metallspongiosa· Gußkörper technisch aufwendig und die Oberflächenreinheit ungenügend. Es ist auch allgemein bekannt. Titan oder Titanlegierungen für Implantate zu verwenden, wobei diese zusätzlich mit bioaktiven Materialien beschichtet sein können (DEOS3629813, DDPS243855). Hierbei beinhaltet der Herstellungsprozeß des Titanimplantats gemäß DEOS3629813 Arbeitsgänge (Schweißen, selektives Auflösen mittels Säure), die ein sehr aufwendiges Beseitigen biologisch unverträglicher Verunreinigungen erfordern. Des weiteren können an den Schweißstellen lokale Potentialdifferenzen zur Korrosion führen. In der DD-PS243855 wird in allgemeiner Form auf biegsame Metall- und Koramikstrukturen für Implantate verwiesen, ohne jedoch praktikable Ausgestaltungen zu benennen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist, eine hochfeste Metallspongiosa mit geringem technischen Aufwand zu schaffen, die eine lange Liegedauer garantiert, postoperativ sofort mindestens übungsstabil ist und die Hospitalisierungszeiten der Patienten verkürzt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hochfeste sr.hwermetallfreie oder schwermetallarme Metallspongiosa zu schaffen, die über die gesamte Oberfläche mikrostrukturiesi und bioaktiv ist und ein bindegewebsloses Einwachsen bzw. Durchwachsen des Knochengewebes fördert. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe unter Verwendung offenzelliger bioinerter Zellstrukturen aus Titan oder Titanlegierungen mit durchbrochenen Oberflächenstrukturen in Form verbundener, unregelmäßig verschlaufter und kalt verformter Drähte dadurch gelöst, daß die Metallspongiosa in der erforderlichen Gestalt aus miteinander in regelmäßigen Abständen punktförmig und stoffschlüssig verbundenen, sowie unregelmäßig formschlüssig miteinander verschlaufton, hochgradig kaltgeformten Drähten mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt aus Titanium oder Titaniumlegierungen, Tantal odor Tantallogierungen besteht, so daß ein Stützgerüst der Dichte von 50 bis 90% der Diciite des Substratmaterials mit unregelmäßig strukturierten Zellen vorliegt. Die Zellen haben miteinander Verbindung, so daß der gesamte Implantatkörper einen unregelmäßig durchbrochenen Hohlraum besitzt, der allseitig durch unregelmäßig geformte Kanäle dem einwachsenden Knochengewebe zugängig ist. Die Drähte haben einen Querschnitt bis 3 mm². Anstelle von Drähten