DE102010014327B4

DE102010014327B4 - Verfahren zur Gewinnung von Knochenersatzmaterial

Info

Publication number: DE102010014327B4
Application number: DE102010014327.8A
Authority: DE
Inventors: Dr. Wilhelmi Arnd; Dr. Gottwald Thomas
Original assignee: Tutogen Medical GmbH
Current assignee: Tutogen Medical GmbH
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2010-04-09
Publication date: 2017-12-14
Anticipated expiration: 2030-04-10
Also published as: WO2011124382A1; DE102010014327A1

Abstract

Verfahren zum Trennen von Fettmark von Knochenmaterial menschlichen oder tierischen, bei dem: – Knochenteile (20) auf zumindest solch eine Temperatur erwärmt werden, bei der sich das Fettmark der Knochenteile (20) zu verflüssigen beginnt; und – die erwärmten Knochenteile (20) im erwärmten Zustand zur Trennung des Fettmarks von dem Knochenmaterial der Knochenteile (20) zentrifugiert werden; dadurch gekennzeichnet, dass die Knochenteile (20) vor dem Erwärmen von kortikalen Knochenschichten befreit werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Knochenersatzmaterial und insbesondere ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1, mit dem sich Knochen-, insbesondere Fettmark von Knochenmaterial menschlichen oder tierischen, insbesondere bovinen Ursprungs entfernen lässt, wie dies dem Grunde nach im Wesentlichen aus der GB 775 003 A bekannt ist.
Derartiges Knochenersatzmaterial, das vorzugsweise aus spongiösen Knochenteilen menschlichen oder tierischen, insbesondere bovinen Ursprungs gewonnen wird, kann beispielsweise zur Auffüllung von Knochendefekten, zur Oberflächenanlagerung oder auch zur Überbrückung größerer Knochendefekte verwendet werden, wozu es in Form von Spänen, Schnitzeln, Partikeln, Formkörpern oder Würfeln oder dergleichen vorgehalten wird. Hierzu muss das Knochenersatzmaterial nicht nur keimfrei sondern auch frei von Knochen- und insbesondere Fettmark sein, damit das Knochenersatzmaterial bis zu seiner Verwendung ordnungsgemäß konserviert werden kann. Die Entfernung des Fettmarks von dem Knochenmaterial, aus dem das Knochenersatzmaterial gewonnen wird, ist für die Konservierung insbesondere deshalb wichtig, damit die bei der Konservierung verwendeten Prozesslösungen optimal in das Knochenmaterial eindringen und dessen innere und äußere Oberfläche benetzen können.
Üblicherweise erfolgt die Entfernung des Fettmarks vom Knochenmaterial mechanisch durch Abkratzen und anschließendes Absprühen mit einem Wasserstrahl. Da bei dieser eher grobmechanischen Entfernung des Fettmarks jedoch in aller Regel noch Reste an Fettmark zurückbleiben, müssen häufig weitere Bearbeitungsschritte durchgeführt werden, bei denen das restliche Fettmark beispielsweise unter Verwendung von chemisch wirksamen Lösungs- und/oder Entfernungs- bzw. Entfettungsmitteln entfernt wird.
Da dieses herkömmliche Verfahren zum Trennen von Fettmark von Knochenmaterial nicht nur mehrere Schritte erforderlich macht und somit zeit- und kostenintensiv ist, sondern infolge der chemischen Nachbehandlung auch das resultierende Knochenersatzmaterial angreift bzw. toxisch ist, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Trennen von Fettmark von Knochenmaterial anzugeben, welches nicht nur zeitsparender und damit wirtschaftlicher ist, sondern welches das resultierende Knochenersatzmaterial weniger angreift und keine cytotoxischen Reste im Knochen zurücklässt (Chloroform, Methanol etc.).
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zum Trennen von Fettmark von Knochenmaterial menschlichen oder tierischen, insbesondere bovinen Ursprungs gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Das erfindungsgemäße Verfahren macht sich die Eigenschaft des Fettmarks zunutze, dass sich dieses zu verflüssigen beginnt und geschmeidig wird, wenn es erwärmt wird, sodass es dazu tendiert, sich schwerkraft- bzw. gravitationsbedingt aus den Hohlräumen des von den Spongiosabälckchen gebildeten ”Schwamms” herauszulösen. Um diesen Effekt ausnützen zu können, wird erfindungsgemäß daher vorgeschlagen, die vorzugsweise spongiösen Knochenteile auf zumindest solch eine Temperatur zu erwärmen, bei der sich das Fettmark der Knochenteile zu verflüssigen beginnt, und anschließend die erwärmten Knochenteile im erwärmten Zustand zu zentrifugieren, sodass das Fettmark von dem vorzugsweise spongiösen Knochenmaterial aufgrund der durch die Zentrifugation erzeugten Fliehkraft getrennt wird.
Infolge der Zentrifugation wirken so hohe Fliehkräfte auf das verflüssigte Fettmark ein, dass dieses im Wesentlichen rückstandsfrei von dem Knochenmaterial entfernt wird. Folglich werden keine nachfolgenden Schritte erforderlich, um noch etwaige Fettreste von dem Knochenmaterial zu entfernen. Insbesondere kann die Trennung des Fettmarks von dem Knochenmaterial ohne die Verwendung von Zusatzstoffen in Form von chemischen Lösungs- und/oder Entfernungs- bzw. Entfettungsmitteln erfolgen, durch die das resultierende Knochenersatzmaterial angegriffen werden könnte. Ebenfalls ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Trennung des Fettmarks von dem Knochenmaterial unter Normaldruck, insbesondere ohne zusätzliche Druckbeaufschlagung der Knochenteile durch ein Druckfluid wie beispielsweise einen zum Absprühen benötigten Wasserstrahl. Insbesondere ist es jedoch von Bedeutung, dass allein durch die Zentrifugation der erwärmten Knochenteile im Wesentlichen das gesamte Fettmark von dem Knochenmaterial entfernt werden kann, sodass sich keine weiteren Verfahrensschritte zur Entfernung verbleibenden Fetts anschließen müssen, wodurch das erfindungsgemäße Verfahren zeitsparend und somit kostengünstig durchgeführt werden kann.
Damit die Entfernung des Fettmarks von dem Knochenmaterial infolge der Zentrifugation nicht durch kortikale Knochenschichten behindert wird, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, derartige kortikale Knochenschichten bereits vor dem Erwärmen der Knochenteile und somit auch vor der Zentrifugation der Knochenteile zu entfernen. Da durch die entfernten kortikalen Knochenschichten die in der Oberfläche der Knochenteile mündenden Trabekelzwischenräume nicht länger versperrt werden, können somit einzig und allein durch die Zentrifugation der Knochenteile sämtliche Fettmarkbestandteile im Wesentlichen rückstandsfrei von den Knochenteilen entfernt werden.
Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, den Zeichnungen und insbesondere aus den Unteransprüchen.
So ist es gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die Knochenteile auf eine Kerntemperatur von vorzugsweise etwa 50°C erwärmt werden, da sich bereits in diesem Temperaturbereich das Fettmark zu verflüssigen beginnt. Zwar können die Knochenteile auch auf höhere Temperaturen erwärmt werden; dies ist jedoch nicht erforderlich, da sich herausgestellt hat, dass das Fettmark bereits bei Temperaturen im Bereich von etwa 50°C derart geschmeidig wird, dass es bei der nachfolgenden Zentrifugation fliehkraftbedingt ohne weiteres aus den Trabekelzwischenräumen zwischen den Spongiosabälckchen austreten kann. Das Verfahren wird jedoch gemäß einer bevorzugten Ausführungsform so durchgeführt, dass die Kerntemperatur der Knochenteile nicht wesentlich über etwa 50°C, da sich ab diesem Temperaturbereich temperaturbedingte Gefügeveränderungen, insbesondere Kollagenschädigungen, in dem Knochenmaterial einstellen können, die die Festigkeit des Materials beeinträchtigen können.
Zwar ist es gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, die zu behandelnden Knochenteile in einem Wasserbad auf die gewünschte Kerntemperatur zu erwärmen, da durch das Wasser insbesondere dann eine zusätzliche Reinigung der Knochenteile erfolgt, wenn das Wasserbad eine gewisse Strömung besitzt. Insbesondere dann, wenn die Knochenteile jedoch bereits einer Vorreinigung unterzogen wurden, können die Knochenteile jedoch auch mit jeder anderen Art von Wärmequelle auf die gewünschte Kerntemperatur gebracht werden. Beispielsweise können die Knochenteile einem erwärmten Luftstrom oder einer Wärmestrahlungsquelle wie beispielsweise einer Infrarotwärmequelle ausgesetzt werden, um so durch Konvektion und Wärmeleitung bzw. Wärmestrahlung auf die gewünschte Kerntemperatur gebracht zu werden.
Sofern die Knochenteile in einem Wasserbad auf die gewünschte Kerntemperatur gebracht werden sollen, ist es gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, die Knochenteile in einem Wasserbad zu lagern, das eine Temperatur von etwa 55°C aufweist. Je länger sich dabei die Knochenteile in dem Wasserbad befinden, umso mehr nähert sich die Kerntemperatur der Knochenteile der Temperatur des Wassers des Wasserbades an, das beheizt sein kann.
Es hat sich herausgestellt, dass es ausreichend ist, die Knochenteile für etwa eine halbe Stunde in einem etwa 55°C warmen Wasserbad zu lagern, da diese Zeitspanne je nach Größe der einzelnen Knochenteile ausreichend ist, um die Kerntemperatur der Knochenteile auf etwa 50°C zu erhöhen. Sollten die Knochenteile jedoch etwas größere Abmessungen aufweisen, können diese für etwa eine Stunde in dem Wasserbad gelagert werden, damit die Knochenteile durch und durch ausreichend warm sind.
Wie bereits den voranstehenden Erläuterungen entnommen werden kann, können die Knochenteile auf unterschiedliche Temperaturen vorgewärmt werden, um die gewünschte Verflüssigung des Fettmarks zu erreichen. Grundsätzlich gilt jedoch, dass mit zunehmender Kerntemperatur der Knochenteile die Geschmeidigkeit des Fettmarks zunimmt, sodass sich das Fettmark umso leichter herauszentrifugieren lässt, je höher die Kerntemperatur der Knochenteile ist. Dementsprechend ist es gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, die Knochenteile einer umso höheren Erdbeschleunigung durch die Zentrifugation auszusetzen, je niedriger deren Kerntemperatur ist. In jedem Falle sollten die erwärmten Knochenteile jedoch bei zumindest dem 2500-fachen der Erdbeschleunigung, vorzugsweise bei mehr als dem 3500-fachen der Erdbeschleunigung und insbesondere bei etwa dem 4000-fachen der Erdbeschleunigung zentrifugiert werden, um das Fettmark im Wesentlichen rückstandsfrei von dem Knochenmaterial entfernen zu können.
Da die Zentrifugation der Knochenteile zumindest etwa acht Minuten, vorzugsweise jedoch zumindest etwa zehn Minuten lang durchgeführt werden kann, um das Fettmark im Wesentlichen rückstandsfrei von dem Knochenmaterial entfernen zu können, ist es gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, zumindest die Teile der für die Zentrifugation verwendeten Zentrifuge, die mit den erwärmten Knochenteilen in Kontakt gelangen, vor der Durchführung der Zentrifugation auf vorzugsweise etwa 40°C–50°C vorzuwärmen, damit die Knochenteile durch den Wärmeaustausch zwischen der Zentrifuge und den Knochenteilen während der Zentrifugation nicht zu stark abkühlen, sondern zumindest annähernd in ihrem erwärmten Zustand bleiben.
Dementsprechend ist es gemäß noch einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass die Zentrifugation bei einer gegenüber Zimmertemperatur erhöhten Umgebungstemperatur von vorzugsweise etwa 40°C–50°C durchgeführt wird, da hierdurch ebenfalls sichergestellt werden kann, dass die Knochenteile während der Zentrifugation nicht zu stark abkühlen. Sowohl die Vorerwärmung der mit den Knochenteilen in Kontakt gelangenden Zentrifugenteile als auch die Zentrifugation bei einer gegenüber Zimmertemperatur erhöhten Umgebungstemperatur erweist sich somit dahingehend als vorteilhaft, dass das Fettmark der Knochenteile während der Zentrifugation und insbesondere bis zum Ende der Zentrifugation ausreichend geschmeidig bleibt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass die Zentrifugation unter Verwendung einer Schwenkbecherzentrifuge durchgeführt wird, deren Zentrifugenbecher jeweils ein separates Reservoir zum Sammeln des von dem Knochenmaterial getrennten Fettmarks aufweisen. Das durch die Zentrifugation gewonnene Knochenersatzmaterial ”schwimmt” somit nicht in dem von dem Knochenmaterial getrennten Fettmark, welches aus dem Knochenmaterial herauszentrifugiert wurde, sodass das Knochenmaterial nach der Zentrifugation nicht nochmals extra von dem herauszentrifugierten Fettmark gereinigt werden muss.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist es dabei vorgesehen, dass das Sammelreservoir gebildet wird, indem ein Sieb oder ein Lochblech beabstandet zum Boden des jeweiligen Zentrifugenbechers vorgesehen wird, wobei das Sieb bzw. das Lochblech vorzugsweise auf einem Abstandhalter, insbesondere auf einem Abstandhalterring aufliegt, der seinerseits auf dem Boden des Zentrifugenbechers aufsitzt. Das während der Zentrifugation entfernte Fettmark tritt somit durch die Löcher in dem Sieb bzw. in dem Lochblech hindurch und sammelt sich in dem darunter befindlichen Sammelreservoir an, sodass das verbleibende Knochenmaterial nach Abschluss der Zentrifugation nicht mehr mit dem entfernten Fettmark in Berührung kommt. Vielmehr liegt das gewonnene Knochenersatzmaterial auf dem Sieb bzw. dem Lochblech auf und kann ohne nochmals mit dem entfernten Fettmark in Berührung zu kommen, aus dem Zentrifugenbecher entnommen werden.
Im Folgenden wird die Erfindung nun rein exemplarisch unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 eine schematische Querschnittdarstellung durch einen Zentrifugenbecher einer zur Zentrifugation der Knochenteile verwendeten Schwenkbecherzentrifuge zeigt; und
2 eine Draufsicht auf das Lochblech des in der 1 gezeigten Zentrifugenbechers zeigt.
Die schematische Darstellung der 1 zeigt einen oben offenen Zentrifugenbecher 10, der an seiner Unterseite durch einen Becherboden 12 verschlossen ist. Auf dem Becherboden 12 steht ein Abstandhalterring 14 auf, dessen Außendurchmesser im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Zentrifugenbechers 10 entspricht. Auf dem Abstandhalterring 14 liegt ein Lochblech 16 auf, das gemäß 2 eine Vielzahl von Löchern 22 aufweist. Zwischen dem Becherboden 12 und dem Lochblech 16 wird somit ein Sammelreservoir 18 gebildet, das dazu dient, Fettmark, welches unter Verwendung des Zentrifugenbechers 10 von Knochenteilen 20 getrennt wurde, zu sammeln.
Hierzu werden Knochenteile 20, vorzugsweise spongiöse Knochenteile 20, welche zuvor von kortikalen Knochenschichten befreit wurden, in einem etwa 55°C warmen Wasserbad für etwa eine Stunde gelagert, sodass die Knochenteile 20 eine Kerntemperatur von etwa 50°C aufweisen. Die Knochenteile 20 besitzen somit eine Kerntemperatur, bei der das Fettmark derselben ausreichend geschmeidig ist, um durch Zentrifugation von den Knochenteilen 20 entfernt werden zu können. Hierzu werden die Knochenteile 20 aus dem Wasserbad genommen oder das Wasser des Wasserbads wird dekantiert.
Unmittelbar im Anschluss daran werden die erwärmten Knochenteile 20 im erwärmten Zustand auf das Lochblech 16 gegeben, um die Knochenteile 20 anschließend unter Verwendung des Zentrifugenbechers 10 einer Zentrifugation zur Trennung des Fettmarks von dem Knochenmaterial unterziehen zu können. Während dieser Zentrifugation, welche vorzugsweise so durchzuführen ist, dass die erwärmten Knochenteile 20 eine Beschleunigung von etwa dem 4500-fachen der Erdbeschleunigung erfahren, tritt das verflüssigte Fettmark aus den Trabekelzwischenräumen zwischen den Spongiosabälckchen der Knochenteile 20 aus und gelangt durch die Löcher 22 in dem Lochblech 16 in das Sammelreservoir 18 unterhalb des Lochblechs 16.
Nachdem auf diese Weise nach einer etwa 10-minütigen Zentrifugation im Wesentlichen sämtliches Fettmark von den Knochenteilen 20 entfernt wurde, können diese dann zur Konservierung aus dem Zentrifugenbecher 10 entnommen werden.
Da das auf diese Art und Weise gewonnene Knochenersatzmaterial frei von Fettrückständen ist, kann das Knochenersatzmaterial unmittelbar im Anschluss an die Zentrifugation einer Konservierungsbehandlung unterzogen werden, bei der das Knochenersatzmaterial mit einer speziellen Prozesslösung behandelt wird. Aufgrund der Tatsache, dass das erfindungsgemäß gewonnene Knochenersatzmaterial im Wesentlichen frei von Fettmark ist, kann diese Prozesslösung auch in die kleinsten Zwischenräume des Knochenersatzmaterials eindringen, wie dies für eine dauerhafte Konservierung wünschenswert ist.
Bezugszeichenliste

10: Zentrifugenbecher
12: Becherboden
14: Abstandhalterring
16: Lochblech
18: Sammelreservoir
20: Knochenteile
22: Löcher

Claims

Verfahren zum Trennen von Fettmark von Knochenmaterial menschlichen oder tierischen, bei dem: – Knochenteile (20) auf zumindest solch eine Temperatur erwärmt werden, bei der sich das Fettmark der Knochenteile (20) zu verflüssigen beginnt; und – die erwärmten Knochenteile (20) im erwärmten Zustand zur Trennung des Fettmarks von dem Knochenmaterial der Knochenteile (20) zentrifugiert werden; dadurch gekennzeichnet, dass die Knochenteile (20) vor dem Erwärmen von kortikalen Knochenschichten befreit werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Knochenteile (20), bei denen es sich insbesondere um spongiöse Knochenteile (20) handelt, auf eine Kerntemperatur von vorzugsweise ca. 50°C erwärmt werden, wobei diese Erwärmung vorzugsweise in einem Wasserbad erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen der Knochenteile (20) erfolgt, indem diese in einem ca. 55°C warmen Wasserbad gelagert werden, insbesondere für etwa eine halbe Stunde, vorzugsweise für etwa eine Stunde.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erwärmten Knochenteile (20) bei zumindest dem 2500-fachen der Erdbeschleunigung, vorzugsweise bei mehr als dem 3500-fachen der Erdbeschleunigung und insbesondere bei etwa dem 4000-fachen der Erdbeschleunigung zentrifugiert werden, und/oder dass die Zentrifugation zumindest etwa acht Minuten, vorzugsweise zumindest etwa zehn Minuten lang durchgeführt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Teile der für die Zentrifugation verwendeten Zentrifuge, die mit den erwärmten Knochenteilen (20) in Kontakt gelangen, vor der Durchführung der Zentrifugation auf vorzugsweise etwa 40°C–50°C vorgewärmt werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrifugation bei einer gegenüber Zimmertemperatur erhöhten Umgebungstemperatur von vorzugsweise etwa 40°C–50°C durchgeführt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung des Fettmarks von dem Knochenmaterial, das insbesondere bovinen Ursprungs ist, ausschließlich durch die Zentrifugation, insbesondere ohne die Verwendung von Zusatzstoffen in Form von Lösungs- und/oder Entfernungs- bzw. Entfettungsmitteln erfolgt.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung des Fettmarks von dem Knochenmaterial unter Normaldruck, insbesondere ohne zusätzliche Druckbeaufschlagung der Knochenteile (20) durch ein Druckfluid erfolgt.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrifugation unter Verwendung eines Zentrifugenbechers (10) durchgeführt wird, der ein separates Reservoir (18) zum Sammeln des von dem Knochenmaterial getrennten Fettmarks aufweist.
Verfahren nach einem Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Sammelreservoir (18) gebildet wird, indem ein Sieb oder ein Lochblech (16) beabstandet zum Boden (12) des Zentrifugenbechers (10) vorgesehen wird, wobei das Sieb bzw. das Lochblech (16) vorzugsweise auf einem Abstandhalter, insbesondere auf einem Abstandhalterring (14), aufliegt, der seinerseits auf dem Boden (12) des Zentrifugenbechers (10) aufsitzt.