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Die
Erfindung betrifft in erster Linie eine Zusammensetzung, die insbesondere
zur Behandlung von Knochen- und/oder Knorpeldefekten geeignet ist,
sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Zusammensetzung.
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Der
natürliche Knochen besteht zu etwa 70% aus anorganischen
Komponenten, insbesondere aus Hydroxylapatit, und zu etwa 20% aus
organischen Komponenten, insbesondere aus Kollagen Typ I, sowie
zu etwa 10% aus Wasser. Die organischen Komponenten werden durch
knochenbildende Zellen, sogenannte Osteoblasten, produziert sowie
sezerniert bzw. angelagert. Darüber hinaus sind zu einem
geringen Teil auch sogenannte Nicht-Kollagenproteine, insbesondere
Osteocalcin, Osteonektin und Osteopontin, Zytokine, Wachstumsfaktoren,
Proteoglykane sowie Fette im Knochen vorhanden.
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Der
natürliche Knochen ist einem ständigen Ab- und
Aufbau, dem sogenannten „re-modelling", unterworfen. Dabei
geht die Induktion der Kno chenneubildung, die sogenannte Osteogenese,
vom Knochen selbst aus, genauso wie es bei der Heilung von Frakturen
der Fall ist. Der Knochen besitzt somit die vollständige
Information, um funktionellen Knochen neu zu bilden.
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In
vielen Fällen sind der natürlichen Knochenregeneration
jedoch Grenzen gesetzt. Dies kann beispielsweise durch die Größe
eines Knochendefekts oder durch unterschiedliche funktionelle Störungen,
beispielsweise Stoffwechselerkrankungen, verursacht sein.
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Die
Behandlung von Knochendefekten in der medizinischen Versorgung spielt
vor allem in der Orthopädie, Unfallchirurgie, Kiefer-,
Gesichts- und Zahnchirurgie sowie in der Handchirurgie eine bedeutende
Rolle. Knochendefekte können unterschiedliche Ursachen
haben, beispielsweise können sie durch Zysten, Athropien,
Tumore usw. verursacht werden. Komplizierte Trümmerfrakturen,
Missbildungen und auch Implantatlockerungen stellen dabei große
Herausforderungen an eine Therapie. Daher liegt der Fokus der Behandlung
zunehmend auf der Rekonstruktion solcher Defekte durch geeignete
Materialien.
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In
diesem Zusammenhang stehen bereits eine Vielzahl verschiedener Materialien
zur Verfügung, und zwar einerseits solche, die im Körper
schlecht oder gar nicht bioresorbierbar sind, und andererseits solche,
die im Körper resorbiert werden.
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Zu
der ersten Gruppe gehören beispielsweise keramische Werkstoffe,
beispielsweise poröse Calciumphosphat-Keramiken. Solche
Materialien verfügen zwar über sogenannte osteokonduktive
Eigenschaften, d. h. sie sind in der Lage, eine strukturgebende
Matrix (Leitstruktur) mit ausreichender mechanischer Stabilität
für das sich regenerierende Knochengewebe zur Verfügung
zu stellen. Dementsprechend lagern sich die knochenbildenden Zellen
an solchen Materialien mit osteokonduktiven Eigenschaften an und
scheiden dann die Knochenmatrix um dieses Material und gegebenenfalls
auch innerhalb dieses Materials ab. Die genannten keramischen Materialien
haben allerdings den Nachteil, dass sie im Körper verbleiben
und, wie erwähnt, von dem neugebildeten Knochen nur überwachsen
und durchwachsen werden.
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Eine
Gruppe der bioresorbierbaren Knochenersatzmaterialien bilden beispielsweise
die synthetischen Polymere, wobei es sich insbesondere um Polylactid
oder Polyglycolid handeln kann. Solche Kunststoffmaterialien werden
in vivo abgebaut, in der Regel durch Hydrolyse, was dann je nach
eingesetztem Polymer zu einer Freisetzung von Abbauprodukten, beispielsweise
sauren Abbauprodukten wie Milchsäure oder Glykolsäure
führen kann. Dies ist dann unter Umständen mit
einer unerwünschten lokalen Übersäuerung
im Körper verbunden.
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Schließlich
gibt es aus der Weiterentwicklung bioresorbierbarer Knochenersatzmaterialien
Materialien, die überwiegend aus natürlichem Knochengewebe
oder aus daraus erhaltenen Extrakten bestehen. Dabei wird insbesondere
mit tierischem, vorzugsweise bovinen, porcinem oder equinem Knochengewebe
gearbeitet, wobei der Einsatz von equinem Knochengewebe besonders
bevorzugt ist.
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In
diesem Zusammenhang handelt es sich häufig um demineralisierte
Knochenmaterialien, bei welchen der anorganische Anteil (mineralischer
Anteil) bis auf Spuren nahezu vollständig entfernt wurde.
Die verbleibende organische Matrix, die im wesentlichen aus Kollagen
mit weiteren Proteinanteilen besteht, trägt alle funktionellen
Informationen des ursprünglichen Knochengewebes in sich.
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Zu
den zuletzt genannten Knochenersatzmaterialien wird zum einen auf
die
WO 91/06324 A1 und
die
WO 93/20857 A1 verwiesen,
in denen entsprechende Materialien und Verfahren zu deren Herstellung
offenbart sind. Zum anderen wird hingewiesen auf die von der Anmelderin
kom merziell vertriebenen Produkte COLLOSS
® und
COLLOSS
® E, die aus bovinen bzw.
equinem (E) Knochengewebe erhalten werden. Dementsprechend handelt
es sich bei diesen Produkten um Zusammensetzungen auf Basis von
Kollagen Typ I tierischen Ursprungs mit natürlich gebundenen
Wachstums- und Differenzierungsfaktoren, welche aus natürlichem
Knochengewebe extrahiert wurden. In der Regel werden diese Produkte
in Form eines lyophilisierten Extrakts bereitgestellt. Diese Produkte
besitzen sowohl eine osteokonduktive als auch eine osteoinduktive
Wirkung und besitzen darüber hinaus eine differenzierende
Wirkung auf Stammzellen.
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Der
Begriff der Osteoinduktivität soll im Zusammenhang mit
der vorliegenden Erfindung so verstanden werden, dass die entsprechenden
Wirkstoffe oder Materialien in der Lage sind, die Neubildung von
Knochen (Osteogenese) und damit das Knochenwachstum sowohl innerhalb
als auch außerhalb des menschlichen und/oder tierischen
Körpers einzuleiten und zu stimulieren (Osteostimulation)
und gegebenenfalls im Vergleich zum normalen Knochenwachstum zu
verstärken.
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Die
oben genannten Ausführungen zu Knochendefekten und deren
Behebung lassen sich im übrigen in analoger Weise auf Knorpeldefekte
und deren Behebung übertragen. In diesem Sinne sollen dementsprechend
auch die entsprechenden Begriffe der Chondrogenese, der Chondroinduktivität
und der chondrostimulativen Wirkung verstanden werden.
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Obwohl
die zuletzt genannten bioresorbierbaren Knochenersatzmaterialien
auf Basis von Knochengewebe, wie erwähnt, nicht nur osteoinduktive,
sondern auch osteokonduktive Eigenschaften besitzen, reicht ihre osteokonduktive
Wirkung bei bestimmten Anwendungen nicht aus. So handelt es sich
bei den Produkten der Anmelderin beispielsweise um lyophilisierte
Extrakte mit watteartiger Konsistenz, die nur begrenzt in nerhalb des
Körpers eine Stützfunktion übernehmen
können. Dementsprechend können derartige Materialien
mit formstabilen Füllmaterialien, die eine erhöhte
Osteokonduktivität bereitstellen, kombiniert werden. Dies
kann jedoch dazu führen, dass die Osteoinduktivität,
die die eigentlichen Knochenersatzmaterialien besitzen, durch den
Zusatz der Füllmaterialien reduziert wird. Dementsprechend
steht derzeit nicht für alle Applikationen dieser Knochenersatzmaterialien
auf Basis von Knochengewebe eine optimale Applikationsform zur Verfügung.
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Ausgehend
hiervon stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine neue Zusammensetzung,
insbesondere zur Behandlung von Knochen- und/oder Knorpeldefekten
bereitzustellen, die die genannten Nachteile zumindest teilweise,
vorzugsweise vollständig vermeidet. Dementsprechend soll
es sich bei dem neuen Knochenersatzmaterial um eine Zusammensetzung
handeln, die zum einen eine ausreichend hohe Osteoinduktivität
oder Chondroinduktivität bereitstellt, und es zum anderen
jedoch erlaubt, der Zusammensetzung weitere Bestandteile und Zusätze
hinzuzufügen, die die mechanische Stabilität und/oder
die Osteo- bzw. Chondrokonduktivität zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch die Zusammensetzung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungen dieser Zusammensetzung
sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 20 genannt.
Weiter umfasst die Erfindung das Verfahren mit den Merkmalen des
Anspruchs 21 mit seinen bevorzugten Ausführungen gemäß der
Ansprüche 22 und 25. Schließlich umfasst die Erfindung
noch die Verwendung gemäß Anspruch 26.
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Der
Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch
Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht.
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Die
erfindungsgemäße Zusammensetzung zeichnet sich
zum einen dadurch aus, dass sie mindestens ein Kollagen enthält,
das insbesondere tierischen Ursprungs ist. Dieses Kollagen umfasst
vorzugsweise mindestens einen osteoinduktiven oder chondroinduktiven
Wirkstoff. Zum anderen zeichnet sich die erfindungsgemäße
Zusammensetzung dadurch aus, dass neben dem genannten Kollagen mindestens
ein Zusatz aus mindestens einem Differenzierungs- und/oder Wachstumsfaktor
mit osteo- und/oder chondrostimulativer Wirkung enthalten ist.
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Bei
diesen Differenzierungs- oder Wachstumsfaktoren handelt es sich
in bekannter Weise vorzugsweise um Proteine oder Peptide, insbesondere
um Glykoproteine oder Glykopeptide. In diesem Zusammenhang sind
in erster Linie die Zytokine hervorzuheben. Alle entsprechenden
Begriffe sind dem Fachmann ohne weiteres bekannt.
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In
Weiterbildung handelt es sich bei den genannten Faktoren vorzugsweise
um humane Differenzierungs- oder Wachstumsfaktoren, so dass dem
oben definierten Kollagen insbesondere tierischen Ursprungs humane
Differenzierungs- oder Wachstumsfaktoren zugesetzt sind.
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In
diesem Zusammenhang sei ganz allgemein hervorgehoben, dass erfindungsgemäß natürlich
auch einem Kollagen humanen Ursprungs, das vorzugsweise mindestens
einen osteoinduktiven oder chondroinduktiven (humanen) Wirkstoff
aufweist, ein Zusatz humaner Differenzierungs- oder Wachstumsfaktoren
zugegeben sein kann. Es ist jedoch bevorzugt, wenn dieser Zusatz
humaner Differenzierungs- oder Wachstumsfaktoren zu einem entsprechenden
Kollagen (in Bezug auf den Menschen) xenogenen Ursprungs, d. h.
tierischen Ursprungs, insbesondere bovinen, porcinem oder equinem
Ursprungs hinzugegeben wird.
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Bei
den Differenzierungs- oder Wachstumsfaktoren handelt es sich bei
weiter bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung um rekombinant
hergestellte Differenzierungs- oder Wachstumsfaktoren. Dementsprechend
ist erfindungsgemäß ein Zusatz entsprechender
rekombinant hergestellter humaner Faktoren bevorzugt.
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Zu
dem Ausdruck „rekombinant" erübrigen sich nähere
Ausführungen, da dieser Ausdruck dem Fachmann ohne weiteres
bekannt ist. Bekanntlich handelt es sich beispielsweise bei rekombinant
hergestellten Proteinen um Proteine, die mit Hilfe von gentechnisch
veränderten Organismen, insbesondere Mikroorganismen hergestellt
sind.
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Bei
den erfindungsgemäß zugesetzten Differenzierungs-
oder Wachstumsfaktoren handelt es sich vorzugsweise um mindestens
ein Mitglied der TGF (Transforming Growth Factor-Familie. Bekanntlich
handelt es sich hier um Signalmoleküle, die zu den Zytokinen
gehören. Besonders hervorzuheben sind hierbei die Mitglieder
der TGF-β-Familie. Innerhalb dieser Familie ist die Untergruppe
der BMPs (Bone Morphogenetic Proteins) als besonders wichtig zu
nennen. Innerhalb dieser Untergruppe sind erfindungsgemäß besonders
wichtig BMP-2 und BMP-7.
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Weiter
hervorzuheben als Differenzierungs- oder Wachstumsfaktoren sind
VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor), IGF1 (Insuline Growth
Factor 1), FGF (Fibroblast Growth Factor) und PDGF (Platelet Derived
Growth Factor).
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In
diesem Zusammenhang sollen von den Differenzierungs- oder Wachstumsfaktoren
nicht nur die ausdrücklich genannten umfasst sein, sondern
auch deren funktionale Fragmente, d. h. alle Moleküle,
die die gleiche biologische Funktion auch mit veränderter
Struktur und/oder Sequenz bereitstellen.
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Wie
bereits ausgeführt umfasst das in der erfindungsgemäßen
Zusammensetzung enthaltene Kollagen insbesondere tierischen Ursprungs
vorzugsweise mindestens einen osteoinduktiven oder chondroinduktiven
Wirkstoff. In diesen Fällen ist es bevorzugt, wenn der
Zusatz aus mindestens einem Differenzierungs- und/oder Wachstumsfaktor
mit osteo- und/oder chondrostimulativer Wirkung in bestimmten Mengen
in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung enthalten
ist.
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In
diesem Zusammenhang sind Ausführungen der erfindungsgemäßen
Zusammensetzung hervorzuheben, bei denen dieser Zusatz, bezogen
auf die Menge an Kollagen mit osteoinduktivem oder chondroinduktivem
Wirkstoff, in einem Anteil von 0,005 bis 50 Gew.%, vorzugsweise
von 0,01 bis 40 Gew.% enthalten ist. Innerhalb des zuletzt genannten
Bereichs sind Zusammensetzungen weiter bevorzugt, bei denen der
Zusatz in einem Anteil von 0,05 bis 20 Gew.%, vorzugsweise von 0,1
bis 5 Gew.%, insbesondere von 0,5 bis 3 Gew.% enthalten ist.
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Grundsätzlich
sind die niedrigeren Anteile an Zusatz bevorzugt, da es sich bei
den entsprechenden Differenzierungs- und/oder Wachstumsfaktoren
um vergleichsweise teure Substanzen handelt.
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In
Weiterbildung ist in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
zusätzlich mindestens ein Füllmaterial enthalten,
das insbesondere auch dazu vorgesehen sein kann, der Zusammensetzung
zusätzliche mechanische Stabilität und/oder Formstabilität
zu geben. Vorzugsweise handelt es sich dabei um mindestens ein Füllmaterial
mit osteokonduktiven Eigenschaften im Sinne der oben gemachten Definition.
Dementsprechend bietet das Füllmaterial zusätzliche
Oberflächen für eine Zellproliferation und/oder
-differenzierung.
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Bei
dem erwähnten Füllmaterial kann es sich zum einen
vorzugsweise um Kollagen, insbesondere um Kollagen des Typs I, handeln.
Dieses Kollagen kann dabei vorzugsweise aus Haut oder insbesondere
aus Sehnen gewonnen sein. Basis ist hier insbesondere tierisches
Sehnenmaterial, wobei vorzugsweise equines Sehnenkollagen bereitgestellt
wird. Mit Vorteil kann es sich bei dem Kollagen, insbesondere dem
Kollagen des Typs I, um rekombinant hergestelltes Kollagen, vorzugsweise
um rekombinantes humanes Kollagen handeln. Derartige Füllmaterialien
sind in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
in der Regel vor zugsweise in den gleichen Mengen enthalten wie das
Kollagen mit osteoinduktivem oder chondroinduktivem Wirkstoff.
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Zum
anderen handelt es sich bei dem Füllmaterial vorzugsweise
um mindestens einen Stoff, der aus der Gruppe der keramischen Werkstoffe,
der biologisch verträglichen Metalle und der biologisch
verträglichen Polymere ausgewählt ist.
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Bei
den keramischen Werkstoffen kann es sich in vorteilhafter Weise
um Tricalciumphosphat (TCP), Hydroxylapatit (HA) oder Calciumsulfat,
sowie um Mischungen solcher Werkstoffe handeln. Bei dem Füllmaterial
Tricalciumphosphat ist insbesondere die Verwendung von β-Tricalciumphosphat
hervorzuheben. Solche Füllmaterialien sind, bezogen auf
das Gesamtvolumen der übrigen Bestandteile der Zusammensetzung,
vorzugsweise in Anteilen > 50
Vol.%, vorzugsweise > 80
Vol.%, enthalten.
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Die
genannten keramischen Füllmaterialien sind deshalb besonders
bevorzugt, da ihre ionogenen Komponenten die hauptsächlichen
Bestandteile der natürlichen mineralischen Knochensubstanz
bilden und daher ein geeignetes biomimetisches Material darstellen.
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Insbesondere
ist als keramischer Werkstoff für das Füllmaterial
das von der Anmelderin kommerziell vertriebene Produkt OSSAPLAST® zu nennen. Dabei handelt es sich
um ein bioresorbierbares und granuliertes β-Tricalciumphosphat
mit hoher interkonnektierender Porosität und großer
spezifischer Oberfläche.
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Des
weiteren ist es möglich, als biologisch verträgliche
Metalle sogenannte Leichtmetalle als Füllmaterial zu verwenden.
Vorzugsweise handelt es sich hierbei um Magnesium, Titan oder Tantal,
welche sich aufgrund ihrer Biokompatibilität und leichten
Handhabbarkeit besonders eignen. Magnesium zeichnet sich weiterhin
dadurch aus, dass es sich um ein bioresorbierbares Metall handelt.
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Bezüglich
der biologisch verträglichen Polymere wird auf die einleitenden
Ausführungen in dieser Beschreibung verwiesen und ausdrücklich
Bezug genommen. Wie erwähnt, kann es sich hierbei beispielsweise um
Polylactid oder Polyglykolid handeln.
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Schließlich
sind als Füllmaterialien auch Extrakte aus nativem Knochen
einsetzbar, wobei es sich hier insbesondere um sogenannte demineralisierte
Knochenmatrix (DBMs) handelt.
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Neben
den bereits diskutierten Füllmaterialien können
in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung noch
weitere Zusätze enthalten sein, insbesondere solche, die
eine weitere erwünschte biologische Wirkung im Bereich
des zu behandelnden Knochen- oder Knorpeldefekts entfalten. So kann
es sich bei solchen Wirkstoffen vorzugsweise um mindestens ein Zytostatikum
und/oder mindestens ein Antibiotikum handeln.
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Wie
bereits eingangs erwähnt, weist das in der erfindungsgemäßen
Zusammensetzung enthaltene Kollagen vorzugsweise mindestens einen
osteoinduktiven oder chondroinduktiven Wirkstoff auf. Diese Wirkstoffe
sind dabei insbesondere ausgewählt aus der Gruppe, umfassend
Leukotriene, Cytotactin, Thenascin, Laminin, Fibronektin sowie die
Zytokine, vorzugsweise BMP-1, BMP-2, BMP-7, IGF-1, TGF-β1,
FGF und PDGF.
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Dabei
ist es grundsätzlich möglich, derartige Wirkstoffe
durch eine Modifikation des Kollagens nachträglich in eine
solche Kollagenmatrix einzubringen. Vorzugsweise sind jedoch solche
Wirkstoffe bereits von vorneherein in der entsprechenden Kollagenmatrix
enthalten, d. h. das Kollagen wird zusammen mit diesen Wirkstoffen
aus einer natürlichen Umgebung, vorzugsweise aus natürlichem
Knochengewebe erhalten, insbesondere extrahiert. Dementsprechend
liegen die osteoinduktiven oder chondroinduktiven Wirkstoffe im
Kollagen in ihrer nativen Form vor.
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Mit
Vorteil enthält das in der erfindungsgemäßen
Zusammensetzung enthaltene Kollagen dabei sogenannte Rekrutierungsfaktoren,
insbesondere Chemotaktika (Chemotaxine), beispielsweise Leukotriene,
welche gezielt eine Infiltration der erfindungsgemäßen
Zusammensetzung mit Körperzellen, vorzugsweise mesenchymalen
Stammzellen, Knorpelvorläuferzellen, Fibroblasten und/oder
Thrombozyten, induzieren. Mit Vorteil zählen zu den Wirkstoffen
auch Substanzen, die als Familienmitglieder von Adhäsionsfaktoren
bekannt sind, beispielsweise Cytotactin, Thenascin, Laminin und/oder
Fibronektin. Diese Substanzen dienen vorzugsweise einer Fixierung
rekrutierter bzw. eingewanderter Zellen in die erfindungsgemäße
Zusammensetzung an deren Applikationsort (Implantationsort). Weiterhin
finden als Wirkstoffe der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
Wachstums- und/oder Maturationsfaktoren, vorzugsweise Zytokine Verwendung,
die für die Proliferation und Differenzierung der eingewanderten
Zellen erforderlich sind. Bei den Wachstumsfaktoren handelt es sich
vorzugsweise um die bereits erwähnten Knochenwachstumsfaktoren,
beispielsweise um BMPs, vorzugsweise BMP-2, BMP-4 und/oder BMP-7
sowie um IGF, insbesondere IGF-1, und um TGF, vorzugsweise TGF-β1.
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Die
genannten Faktoren liegen dabei vorzugsweise in dem Kollagen, das
insbesondere tierischen Ursprungs ist, in Form eines Wirkstoffkomplexes
vor, welcher zumindest einen Teil dieser Faktoren, vorzugsweise
alle diese Faktoren in Kombination enthält. Auf diese Weise
handelt sich bei dem in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
enthaltenen Kollagen um einen Träger für osteoinduktive
Information, wobei im wesentlichen alle Wirkstoffe bereitgestellt
werden, die in vivo für die Knochen- oder Knorpelneubildung
notwendig sind. Die genannten Wirkstoffe zeigen dabei, insbesondere
in Form eines Wirkstoffkomplexes, überlappende Wirkfunktionen,
so dass ein möglicher Aktivitätsverlust eines
oder mehrerer Wirkstoffe durch die anderen im Komplex enthaltenen
Wirkstoffe übernommen oder kompensiert werden kann.
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In
besonders bevorzugter Weise handelt es sich bei dem mit einem Wirkstoffkomplex
versehenen Kollagen tierischen Ursprungs um die bereits erwähnten
Produkte der Anmelderin, nämlich COLLOSS® (boviner Ursprung)
oder COLLOSS® E (equiner Ursprung),
wobei das Produkt COLLOSS® E bevorzugt
ist. Die genannten Produkte enthalten, wie erläutert, native
Wirkstoffe in einem Wirkstoffkomplex, so dass das Kollagen mit diesem
Wirkstoffkomplex eine native funktionale Einheit bildet, die in
ihrer Zusammensetzung in besonderer Weise mit der Umgebung übereinstimmt,
in der die Knochen- und/oder Knorpelneubildung induziert werden soll.
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Der
in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung vorzugsweise
enthaltene Kollagenextrakt mit Wirkstoffkomplex ist insbesondere
hergestellt bzw. herstellbar durch die Abfolge folgender Verfahrensschritte
- – Pulverisierung von Knochen,
- – gegebenenfalls Entfettung mit einem organischen Lösungsmittel,
- – Demineralisierung mit Säure, vorzugsweise
Salzsäure,
- – gegebenenfalls Inkubation mit Chelatbildnern, insbesondere
EDTA und/oder IRIS,
- – Extraktion mit Guanidin, insbesondere Guanidiniumhydrochlorid,
- – Aufreinigung des Extrakts und
- – gegebenenfalls Formgebung des Extrakts.
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Wie
bereits erwähnt kann das in der erfindungsgemäßen
Zusammensetzung enthaltene Kollagen grundsätzlich beliebigen
Ursprungs, einschließlich humanen Ursprungs sein. Insbesondere
ist das Kollagen jedoch tierischen Ursprungs, vorzugsweise bovinen,
porcinen oder equinen Ursprungs, wobei unter diesen wiederum Kollagen
equinen Ursprungs weiter bevorzugt ist.
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In
Weiterbildung liegt die erfindungsgemäße Zusammensetzung
vorzugsweise in poröser Form vor, wobei sie insbesondere
eine schwammartige Konsistenz aufweisen kann. Die Porosität
wird in die Zusammensetzung vorzugsweise über das gegebenenfalls
vorhandene Füllmaterial eingebracht, wobei hier vorzugsweise
die bereits beschriebenen keramischen Werkstoffe und dabei insbesondere
Tricalciumphosphat (TCP) Verwendung finden können.
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Die
Porosität ist vorzugsweise eine interkonnektierende Porosität,
d. h. die Porenstruktur ist sowohl zwischen den einzelnen Partikeln,
insbesondere des Füllmaterials, als auch innerhalb solcher
Partikel vorhanden.
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Eine
poröse Zusammensetzung ist besonders vorteilhaft für
die Infiltration von Körperzellen in diese Poren hinein,
insbesondere der entsprechenden Knochen- und/oder Knorpelzellen
bzw. deren Vorläuferzellen.
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Die
Poren der Zusammensetzung bzw. die Poren des Füllmaterials
besitzen vorzugsweise Porendurchmesser von mindestens 100 μm,
insbesondere Porendurchmesser zwischen 100 μm und 300 μm.
Porendurchmesser von ca. 200 μm sind besonders bevorzugt.
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In
Weiterbildung ist die erfindungsgemäße Zusammensetzung
vorzugsweise mindestens teilweise, insbesondere vollständig
bioresorbierbar. Auf diese Weise wird der Knochen- oder Knorpeldefekt
vollständig durch neuen Knochen bzw. Knorpel ersetzt.
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Es
ist ebenfalls noch weiter bevorzugt, wenn die erfindungsgemäße
Zusammensetzung als Lyophilisat, insbesondere Colyophilisat vorliegt.
Die so erhaltenen Vorteile werden im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren noch näher erläutert.
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Schließlich
ist noch hervorzuheben, dass die erfindungsgemäße
Zusammensetzung vorzugsweise als ein im wesentlichen formstabiler
Kör per vorliegt. Dabei kann es sich insbesondere um ein
poröses, schwammartiges Gebilde mit ausreichender mechanischer
Stabilität handeln. Auf diese Weise werden sowohl die notwendigen
osteoinduktiven/chondroinduktiven als auch die notwendigen osteokonduktiven/chondrokonduktiven
Eigenschaften für eine Neubildung von Knochen bzw. Knorpel
bereitgestellt.
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Die
erfindungsgemäße Zusammensetzung ist vorzugsweise
aseptisch hergestellt und darüber hinaus insbesondere steril
verpackt. So kann sie, beispielsweise vom Arzt, unmittelbar bei
der Behandlung des Knochen- oder Knorpeldefekts eingesetzt werden.
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Wie
bereits eingangs erläutert, umfasst die Erfindung auch
ein neues Verfahren zur Herstellung der vorstehend beschriebenen
erfindungsgemäßen Zusammensetzung. Dabei wird
mindestens ein Kollagen, insbesondere tierischen Ursprungs, welches
vorzugsweise mindestens einen osteoinduktiven oder chondroinduktiven
Wirkstoff aufweist, bereitgestellt. Dann wird dieses Kollagen mit
mindestens einem Zusatz aus mindestens einem Differenzierungs- oder
Wachstumsfaktor mit osteo- und/oder chondrostimulativer Wirkung,
und gegebenenfalls weiteren Zusätzen vermischt. Anschließend
werden alle in der Mischung enthaltenen Bestandteile gemeinsam zu
einem mindestens teilweise formstabilen, schwammartigen Körper
colyophilisiert.
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Bei
bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Verfahrens kann das Kollagen insbesondere tierischen Ursprungs,
welches vorzugsweise mindestens einen osteoinduktiven oder chondroinduktiven
Wirkstoff aufweist, vor dem Vermischen mit dem mindestens einen
Zusatz einer Behandlung mit mindestens einer Peptidase, insbesondere
einer sogenannten Endopeptidase unterworfen werden. Bei einer solchen Endopeptidase
handelt es sich insbesondere um Trypsin. Auf diese Weise werden
beispielsweise unerwünschte Proteine oder Peptide, zum
Beispiel Telopeptide, die in der Kollagenfraktion (mit oder ohne
Wirkstoff) enthalten sein können, aus dieser Kollagenfraktion
entfernt. Kollagen, insbesondere Kollagen des Typs I wird von solchen
Peptidasen, insbesondere Trypsin, zumindest während der üblicherweise
kurzen Behandlungsdauern, nicht angegriffen.
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Gegebenenfalls
wird die zu der beschriebenen Behandlung verwendete Peptidase, insbesondere
das Trypsin, nach der Behandlung wieder abgereichert oder vollständig
entfernt, um die Wirksamkeit der so erhaltenen Kollagenfraktion
nicht zu beeinträchtigen.
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Erfindungsgemäß kann
das Kollagen insbesondere tierischen Ursprungs vor dem Vermischen
mit dem Zusatz aufkonzentriert werden. Durch eine solche Aufkonzentration
ist es beispielsweise möglich, die Eigenschaften des erhaltenen
colyophilisierten schwammartigen Körpers einzustellen.
In diesem Zusammenhang ist hervorzuheben, dass der erhaltene schwammartige
Körper auch nach Zugabe von gegebenenfalls vorhandenen
Füllmaterialien eine homogene Verteilung der biologisch
aktiven Wirkstoffe innerhalb des schwammartigen Körpers
aufweisen sollte. Dieser Punkt kann deshalb kritisch sein, da die
Füllmaterialien gegebenenfalls in der Regel innerhalb des
schwammartigen Formkörpers ein viel größeres
Volumen einnehmen als die biologischen Wirkstoffe. Die biologischen
Wirkstoffe, die aus dem Kollagen insbesondere tierischen Ursprungs
und aus dem Zusatz mit den Differenzierungs- oder Wachstumsfaktoren
stammen, nehmen dementsprechend nur das Volumen zwischen den Partikeln
der Füllmaterialien ein.
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Durch
die Aufkonzentration der Kollagenfraktion mit den darin bereits
vorhandenen osteoinduktiven oder chondroinduktiven Wirkstoffen wird
gewährleistet, dass die Konzentration dieser Wirkstoffe
in der Kollagenfraktion und dann zusammen mit den Wirkstoffen aus
dem Zusatz groß genug ist, um im wesentlichen innerhalb
des gesamten Volumens der Zusammensetzung, d. h. vorzugsweise des
schwammartigen Körpers eine ausreichende Konzentration
der Wirkstoffe bereitzustellen.
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Wird
in den zuletzt geschilderten Fällen ein Extrakt aus Knochengewebe,
wie beispielsweise das Produkt COLLOSS® E
der Anmelderin bereitgestellt, so bedeutet dies, dass nach Abschluss
des in der Beschreibung erläuterten Herstellungsverfahren
für ein solches Produkt die erhaltene proteinhaltige Suspension,
gegebenenfalls nach einer Behandlung mit Peptidase, insbesondere
Trypsin, aufkonzentriert wird. Diese Hufkonzentration kann durch
dem Fachmann bekannte Verfahren erfolgen, beispielsweise in mindestens
einem Zentrifugationsschritt, mindestens einem Separationsschritt
durch eine geeignete Membran und/oder mindestens einem Abscheideschritt
durch Schwerkraft. So kann beispielsweise konkret eine proteinhaltige
Suspension des Produkts COLLOSS® E
mit einem Gehalt an Trockensubstanz (TS) von 1,5 bis 2,0 mg Protein/g
Suspension auf einen TS-Gehalt zwischen 2,0 bis 20,0 mg Protein/g
Suspension erhöht werden.
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Insbesondere
in den Fällen, bei denen in der Zusammensetzung als Füllmaterial
mit osteokonduktiven Eigenschaften ein keramischer Werkstoff, ein
biologisch verträgliches Metall, ein biologisch verträgliches
Polymer oder ein Extrakt aus nativem Knochen (DBM) enthalten ist,
kann es von Vorteil sein, bestimmte Verfahrensführungen
zu wählen. In diesen Fällen wird zunächst
ein solches Füllmaterial mit osteokonduktiven Eigenschaften
vorgelegt und mit Kollagen, insbesondere tierischen Ursprungs vermischt.
Bei diesem Vermischen wird dieses Kollagen in der Regel als Beschichtung
auf die inneren und äußeren Oberflächen
eines solchen porösen Füllmaterials mit osteokonduktiven
Eigenschaften aufgebracht. Das so erhaltene Material wird dann, vorzugsweise
nach mindestens einem Lyophilisierungsschritt, mit derjenigen Komponente
oder denjenigen Komponenten vermischt, die der Zusammensetzung eine
osteoinduktive/osteostimulative bzw. chondroinduktive/chondrostimulative
Wirkung verleihen. Dementsprechend handelt es sich dabei um mindestens
ein Kollagen insbesondere tierischen Ur sprungs mit osteoinduktivem
oder chondroinduktivem Wirkstoff und/oder um einen Zusatz aus mindestens
einem Differenzierungs- oder Wachstumsfaktor mit osteo- und/oder
chondrostimulativer Wirkung.
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Die
so letztendlich erhaltene Mischung wird dann in der bereits beschriebenen
Weise zu einem mindestens teilweise formstabilen, schwammartigen
Körper colyophilisiert.
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In
Weiterbildung ist das erfindungsgemäße Verfahren
so ausgestaltet, dass es unter aseptischen Bedingungen durchgeführt
wird, so dass die erhaltene erfindungsgemäße Zusammensetzung
in steriler Form vorliegt. Für die Sterilisation kommen
neben der aseptischen Verfahrensführung eine Vielzahl herkömmlicher nachträglicher
Sterilisationsverfahren in Betracht. Außerdem kann es erfindungsgemäß vorgesehen
sein, dass die einzelnen Komponenten der erfindungsgemäßen
Zusammensetzung vor ihrem Einsatz in dem erfindungsgemäßen
Verfahren steril gefiltert werden.
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In
entsprechender Weise wird die durch das erfindungsgemäße
Verfahren erhaltene erfindungsgemäße Zusammensetzung
steril verpackt.
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Schließlich
umfasst die Erfindung noch die Verwendung mindestens eines Differenzierungs-
und/oder Wachstumsfaktors mit osteo- und/oder chondrostimulativer
Wirkung als Zusatz zu mindestens einem Kollagen insbesondere tierischen
Ursprungs, welches vorzugsweise mindestens einen osteoinduktiven
oder chondroinduktiven Wirkstoff aufweist.
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Sowohl
bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens
als auch bezüglich der erfindungsgemäßen Verwendung
wird, soweit möglich und erforderlich, ausdrücklich
auf die entsprechenden Beschreibungsteile zu der erfindungsgemäßen
Zusammensetzung Bezug genommen und verwiesen. Dementsprechend werden die
dort offenbarten Merkmale ausdrücklich auch zu Merkmalen
des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen
Verwendung gemacht.
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Die
Erfindung ist mit einer ganzen Reihe von Vorteilen verbunden, die
im folgenden teilweise ausdrücklich hervorgehoben werden
sollen.
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So
ist es bei den entsprechenden Ausführungsformen der Erfindung
zum einen möglich, die Osteogenese oder Chondrogenese gezielt
zu induzieren und auch zu verstärken. Dies bewirkt in erster
Linie der Zusatz entsprechender Faktoren mit osteo- und/oder chondrostimulativer
Wirkung zu dem Kollagen insbesondere tierischen Ursprungs, dass
vorzugsweise selbst bereits mindestens einen osteoinduktiven oder
chondroinduktiven Wirkstoff aufweisen kann.
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Durch
diese Kombination wird es darüber hinaus ermöglicht,
Füllmaterialien, insbesondere solche mit osteokonduktiver
Wirkung, zusetzen zu können, die eine Stützfunktion
(Formstabilität) in die Zusammensetzung einbringen oder
eine bereits vorhandene verstärken. Damit lässt
sich die erfindungsgemäße Zusammensetzung im Wechselspiel
zwischen osteoinduktiver/osteokonduktiver Wirkung und notwendiger
Formstabilität/Stützfunktion optimieren. Insbesondere
lassen sich durch vergleichsweise geringe Anteile an Zusatz Verluste
an osteoinduktiver Wirkung, die durch die Zugabe von Füllmaterialien
verursacht werden, kompensieren oder überkompensieren.
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Weiter
wird durch die Erfindung eine fertige Zusammensetzung bereitgestellt,
die nicht erst unmittelbar vor der Applikation aus ihren Bestandteilen,
beispielsweise aus einem entsprechenden Kit, zusammengestellt, beispielsweise
zusammengemischt werden muss. Dies ist unter anderem auf die Colyophilisation
im Herstellungsverfahren zurückzuführen. Die erfindungsgemäße
Zusammensetzung ist eine gebrauchsfertige Zusammensetzung, die beispielsweise
vom Arzt unmittelbar appliziert werden kann. Hierbei ist ein großer
Vorteil, dass die Zusammensetzung steril hergestellt werden kann
und unmittelbar bei der Anwendung aus einer sterilen Verpackung
entnommen werden kann.
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Beispiele
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Zur
Herstellung erfindungsgemäßer Zusammensetzungen
wird wie folgt vorgegangen.
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Zunächst
wird das Produkt COLLOSS
® E der
Anmelderin bereitgestellt. Hierbei handelt es sich um den in der
Beschreibung diskutierten Kollagenextrakt aus equinem Knochengewebe,
dessen Herstellung in der Beschreibung ebenfalls dargestellt ist.
Zu dem entsprechenden Herstellungsverfahren wird auch nochmals ausdrücklich
auf die Offenbarung der
WO
93/20857 A1 verwiesen. Dieser Extrakt weist einen Wirkstoffkomplex natürlich
gebundener Faktoren in einer Matrix von Kollagen Typ I auf.
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Die
Bereitstellung von COLLOSS® E erfolgt
in Form einer wässrigen Suspension. Diese Suspension wird
mittels mindestens eines Separationsschrittes aufkonzentriert.
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Die
nach der Hufkonzentration erhaltene Suspension wird dann mit den
weiteren Zusätzen und Bestandteilen der Zusammensetzung
vermischt. Nachdem eine homogene Mischung erhalten wurde, werden
die in dieser Mischung enthaltenen Bestandteile gemeinsam colyophilisiert.
Es entsteht ein poröser, schwammartiger, formstabiler Körper,
der hervorragend zur Behandlung von Knochendefekten eingesetzt werden
kann.
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Damit
eine sterile Zusammensetzung erhalten wird, wird das gesamte Herstellungsverfahren
unter aseptischen Bedingungen durchgeführt, wobei die einzelnen
zugesetzten Bestandteile, soweit möglich, vorab steril
gefiltert werden.
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In
der beschriebenen Weise werden erfindungsgemäße
Zusammensetzungen aus den folgenden Bestandteilen erhalten:
| Nr. | Kollagenmatrix | Zusatz | weitere
Zusätze |
| 1 | 5
mg COLLOSS E | 0,01
mg humanes BMP-2 | - |
| 2 | 5
mg COLLOSS E | 2
mg humanes BMP-2 | - |
| 3 | 100
mg COLLOSS E | 0,01
mg humanes BMP-2 | - |
| 4 | 100
mg COLLOSS E | 2
mg humanes BMP-2 | - |
| 5 | wie
Nr. 1–Nr. 4 | wie
Nr. 1–Nr. 4 | 1
ml TOP (OSSAPLAST) |
| 6 | wie
Nr. 1–Nr. 4 | wie
Nr. 1–Nr. 4 | 1
ml TOP (OSSAPLAST) 5 mg Kollagen Typ I |
| 7 | wie
Nr. 1–Nr. 4 | wie
Nr. 1–Nr. 4 | 1
ml TOP (OSSAPLAST) 100 mg Kollagen Typ I |
| 8 | - | 0,01
mg humanes BMP-2 | 1
ml TOP (OSSAPLAST) 5–100 mg Kollagen Typ I |
| 9 | - | 2
mg humanes BMP-2 | 1
ml TOP (OSSAPLAST) 5–100 mg Kollagen Typ I |
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Bei
dem eingesetzten BMP-2 handelt es sich vorzugsweise um rekombinant
hergestelltes humanes BMP-2. Auch das in den Beispielen verwendete
Kollagen Typ I ist vorzugsweise rekombinantes humanes Kollagen.
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Dies
resultiert in dem Vorteil, dass bei Anwendung dieser Zusammensetzungen
am Menschen Knochenersatzmaterialien zum Einsatz kommen, die entweder
(außer osteokonduktiven Füllmaterialien) nur Materialien
enthalten, die mit menschlichem Material übereinstimmen
(s. Bei spiele 8 und 9), oder neben einem Anteil an tierischem Material,
vorzugsweise equinem Material, (außer osteokonduktiven
Füllstoffen) nur Zusätze enthalten, die mit dem
entsprechenden menschlichen Material übereinstimmen (s.
Beispiele 1 bis 7).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 91/06324
A1 [0011]
- - WO 93/20857 A1 [0011, 0072]