DE102012213246A1

DE102012213246A1 - Stützkörper in Form von Oligopoden, Füllmittel und Kit zur Behandlung von Gewebedefekten

Info

Publication number: DE102012213246A1
Application number: DE201210213246
Authority: DE
Inventors: Johannes Wimber
Original assignee: Aesculap AG
Current assignee: Aesculap AG
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2014-01-30

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Stützkörper in Form von Oligopoden zur Behandlung von Gewebedefekten, vorzugsweise Knochendefekten. Weiterhin betrifft die Erfindung ein die Stützkörper umfassendes Füllmittel sowie ein die Stützkörper bzw. das Füllmittel umfassendes Kit zur Behandlung von Gewebedefekten, insbesondere Knochendefekten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Stützkörper in Form von Oligopoden zur Behandlung von Gewebedefekten, ein die Stützkörper umfassendes Füllmittel sowie ein Kit zur Behandlung von Gewebedefekten.
Allgemein stellt die Verankerung von Osteosynthesesystemen im osteoporotischen Knochen eine große Herausforderung dar.
Bekannt sind sogenannte Zementaugmentationsschrauben, welche auf herkömmlichen dorsalen Pedikelschrauben oder ventralen Wirbelkörperschrauben beruhen. Bei diesen Schrauben handelt es sich um kanulierte Schrauben, welche im distalen Bereich zusätzliche radiale Öffnungen besitzen. Nach dem Setzen der Schrauben wird durch die Kanulierung Knochenzement injiziert, der sich mit dem spongiösen Knochen verzahnt und einen verbesserten Schraubenhalt bewirkt. Zementaugmentationsschrauben stellen häufig die einzige Möglichkeit dar, um im osteoporotischen Knochen noch eine ausreichende Verankerung zu ermöglichen.
Allerdings ist das Konzept der Zementaugmentationsschrauben mit einigen Nachteilen behaftet. So muss die Zementinjektion unter ständiger Röntgenkontrolle erfolgen, um eine unkontrollierte Ausbreitung des Zements zu verhindern. Hinzu kommt, dass das Zeitfenster zum Injizieren des Knochenzements sehr limitiert ist, insbesondere wenn mehrere Schrauben nacheinander augmentiert werden sollen. Weiterhin besteht das grundsätzliche Risiko eines unkontrollierten Austritts des Zements in das venöse System oder in den Spinalkanal des Patienten. Dieses Risiko besteht insbesondere bei der Verwendung von niedrigviskosen Zementen. Darüber hinaus ist das Mischen des Knochenzements aufwändig und seine Applikation fehleranfällig. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass der Injektionsprozess irreversibel ist. Bei perkutanen Techniken erweist sich zudem das Andocken eines geeigneten Applikationssystems häufig als schwierig. Außerdem ist zwar eine Schraubenrevision grundsätzlich möglich, nicht jedoch eine Zementrevision.
Ein schraubenförmiges Implantat zum Füllen einer Gewebekavität geht aus der Druckschrift US 2010/0076497 A1 hervor.
Eine expandierbare poröse Netztasche, welche unter anderem zum Füllen von Knochenkavitäten geeignet ist, ist aus der EP 2 108 323 A2 bekannt.
Aus der WO 2005/094735 A2 ist ein eine Mehrzahl biokompatibler Stützkörper umfassendes, trockenfließfähiges Füllmittel zum Ausbilden einer Stützstruktur in einem Knocheninnenraum bekannt. Die Stützkörper liegen in Form von großvolumigen Formkörpern wie beispielsweise Tetraedern vor. Aufgrund ihrer großvolumigen Ausgestaltung können sich jedoch nur unmittelbar benachbart liegende Stützkörper gegenseitig berühren, was prinzipiell zu Lasten der Strukturstabilisierung der durch die Stützkörper gebildeten Stützstruktur geht.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhaftere technische Lösung zur Behandlung von Gewebedefekten, insbesondere Knochendefekten, bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Stützkörper mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, ein Füllmittel mit den Merkmalen des Anspruchs 12 sowie ein Kit mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Bevorzugte Ausführungsformen der Stützkörper sowie des Füllmittels sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 11 sowie 13. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht.
Bei den erfindungsgemäßen Stützkörpern handelt es sich um Stützkörper, welche zur Anwendung bei der Behandlung von Gewebedefekten, insbesondere Knochendefekten, vorzugsweise osteoporotischen Knochendefekten, vorgesehen sind. Die Stützkörper eignen sich dabei insbesondere zum Aus- bzw. Befüllen von Gewebekavitäten, insbesondere Knochenkavitäten, vorzugsweise durch Osteoporose bedingte Knochenkavitäten. In anderen Worten, die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Stützkörper eignen sich insbesondere zur Verwendung als Gewebeersatzmaterial, insbesondere Knochenersatzmaterial.
Besonders zeichnen sich die Stützkörper dadurch aus, dass sie in Form von Oligopoden („Oligofüssler“) ausgebildet sind.
Mit anderen Worten werden durch die vorliegende Erfindung medizinische bzw. chirurgische Stützkörper in Form von Oligopoden zur Anwendung bei den oben genannten Indikationen bereitgestellt.
Unter dem Ausdruck „Oligopoden“ sollen im Sinne der vorliegenden Erfindung mehrbeinige Formkörper verstanden werden, deren Beine in einen Mittelteil des Formkörpers münden.
Die Anzahl der Beine der Oligopoden kann grundsätzlich variieren. Die Beine nehmen bevorzugt derartige Raumwinkel zueinander ein, die ihnen (den Beinen) den größtmöglichen und gleichmäßigen Abstand zueinander gewährleisten (maximale Raumaufspannung über die freien Enden bzw. Spitzen der Beine). Mit anderen Worten bilden die Beine sphärisch gleich verteilte Raumwinkel zueinander aus bzw. sind über sphärisch gleich verteilte Raumwinkel voneinander beabstandet. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die Fließeigenschaften der Oligopoden isotrop sind.
Erfindungsgemäß ist es jedoch in einer alternativen Ausführungsform durchaus vorstellbar, dass die Raumwinkel zwischen den Beinen variieren. Die in einem solchen Fall eher flachen Oligopoden könnten prinzipiell mittels eines flachen und insbesondere breiten Instruments in einen entsprechenden Gewebedefekt eingebracht werden.
Der Ausdruck „Stützkörper“ bezeichnet im Sinne der vorliegenden Erfindung Formkörper, welche den in einem Gewebedefekt, insbesondere Knochendefekt, typischerweise auftretenden natürlichen Kräften standhalten, ohne wesentlich deformiert oder gar zerstört zu werden.
Der Pluralausdruck „Stützkörper“ bzw. „Oligopoden“ definiert im Sinne der vorliegenden Erfindung wenigstens einen Stützkörper bzw. wenigstens einen Oligopoden, im Hinblick auf die erfindungsgemäß vorgeschlagene Verwendung jedoch in der Regel eine Mehrzahl, d.h. zwei oder mehr, Stützkörper bzw. Oligopoden.
Im Gegensatz zu den aus der WO 2005/094735 A2 bekannten, großvolumigen Stützkörpern erlauben die erfindungsgemäßen Stützkörper aufgrund ihrer Ausbildung als Oligopoden eine deutlich größere gegenseitige Überlappung bzw. Durchdringung, insbesondere in einem komprimierten Zustand der Stützkörper, woraus eine höhere Strukturstabilisierung einer auf der gegenseitigen Überlappung bzw. Durchdringung (gegenseitiges Ineinandergreifen) der Stützkörper basierenden, übergeordneten Stützstruktur („Superstruktur“) resultiert. Zur Ausbildung der Stützstruktur greifen die Oligopoden vorzugsweise derart ineinander ein, dass Kräfte nicht nur auf unmittelbar benachbarte Oligopoden, sondern auch auf weiter entfernt liegende Oligopoden übertragen werden können. Mit besonderem Vorteil ist die Stützstruktur spongiosaartig ausgebildet (spongiosartige Stützstruktur).
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die oligopodenförmige Ausbildung der Stützkörper gleichzeitig auch eine kleinvolumige Ausbildung derselben bedingen kann, wodurch eine bessere Anpassung an Gewebedefekte, insbesondere knöcherne Defekte, ermöglicht wird.
Zudem lassen sich die Eigenschaften der Stützkörper bzw. einer durch sie gebildeten, übergeordneten Stützstruktur gezielt an den jeweils zu behandelnden Gewebedefekt anpassen, indem die Stützkörper charakterisierende Strukturparameter entsprechend eingestellt werden. Geeignete Parameter können die Länge, der Durchmesser und/oder – im Falle von Oligopoden mit konusförmigen Beinen – der entsprechende Konuswinkel sein.
Hierdurch lassen sich insbesondere die Fließdichte und Packungsdichte der Stützkörper bzw. Oligopoden sowie die Strukturstabilisierung und Porosität einer durch die Stützkörper bzw. Oligopoden gebildeten, übergeordneten Stützstruktur gezielt beeinflussen.
Unter dem Ausdruck „Fließdichte“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung die Anzahl der Stützkörper bzw. Oligopoden pro Volumeneinheit in einem lockeren, d.h. nicht komprimierten, Zustand der Stützkörper bzw. Oligopoden verstanden werden, insbesondere während des Einbringens der Stützkörper bzw. Oligopoden in einen zu behandelnden Gewebedefekt, insbesondere Knochendefekt.
Unter dem Ausdruck „Packungsdichte“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung die Anzahl der Stützkörper bzw. Oligopoden pro Volumeneinheit in einem komprimierten bzw. verdichteten Zustand der Stützkörper bzw. Oligopoden verstanden werden, insbesondere nach Einbringen eines Implantats in eine durch die Stützkörper bzw. Oligopoden gebildete Stützstruktur, wobei das Implantat eine Verdichtung der Stützstruktur bewirkt und es sich bei dem Implantat bevorzugt um eine Osteosynthese-Schraube, insbesondere konusförmige Osteosynthese-Schraube, handelt.
Die Oligopoden weisen bevorzugt eine Fließdichte auf, welche deutlich abweicht von ihrer Packungsdichte.
Die Oligopoden weisen in einer bevorzugten Ausführungsform konusförmig bzw. konusabschnittsförmig ausgebildete Beine auf. Bevorzugt sind die konusförmigen Beine gleichzeitig auch rotationssymmetrisch ausgebildet. In der Regel sind sämtliche Beine der Oligopoden jeweils konusförmig und insbesondere rotationssymmetrisch ausgebildet.
Vorzugsweise weisen die Beine der Oligopoden einen Konuswinkel von 5 ° bis 25 °, insbesondere 7 ° bis 15 °, auf. Unter dem Konuswinkel soll vorliegend – wie in der Verfahrenstechnik auch – der halbe Kegelwinkel verstanden werden. In gedanklicher Fortsetzung seiner Flächen lässt sich jeder Konus zu seinem ursprünglichen Kegel ergänzen, in dessen Spitze der sogenannte Kegelwinkel liegt. Dieser Winkel wird bei einem rotationssymmetrischen Konus durch die Zentralachse halbiert.
Die Beine der Oligopoden können eine Länge von 0.5 mm bis 5 mm, insbesondere 1.5 mm bis 2.5 mm, aufweisen.
Des Weiteren können die Beine der Oligopoden einen mittleren Durchmesser von 0.2 mm bis 3 mm, insbesondere 0.3 mm bis 0,7 mm, aufweisen. Unter dem mittleren Durchmesser soll im Sinne der vorliegenden Erfindung der sich abhängig von der Länge der Beine und insbesondere einem Konuswinkel einstellende Durchmesser auf der halben Länge eines Beines verstanden werden.
Insbesondere die in den vorangegangenen Ausführungsformen beschriebenen Strukturparameter ergeben Oligopoden mit einer für das Einbringen der Oligopoden in einen zu behandelnden Gewebedefekt optimalen Fließdichte, so dass insbesondere auch schlechter zugängliche Gewebedefekte, insbesondere Gewebedefekte mit Hinterschnitten, ohne größere Mühen und insbesondere lunkerfrei mit den Oligopoden befüllt werden können. Weiterhin tragen die in den vorangegangenen Ausführungsformen beschriebenen Strukturparameter in besonderem Maße zu einer Strukturstabilisierung einer durch die Oligopoden innerhalb eines Gewebedefektes gebildeten Stützstruktur bei, welche die in einem Gewebe typischerweise auftretenden Kräfte ohne (nennenswerte) Deformation oder gar Zerstörung der Stützstruktur zu tragen vermag. Schließlich erlauben die in den vorangegangen Ausführungsformen beschriebenen Strukturparameter insbesondere die Ausbildung einer offenporösen, durch die Oligopoden gebildeten Stützstruktur, insbesondere auch in einem komprimierten Zustand der Oligopoden bzw. der durch sie gebildeten Stützstruktur. Die Ausbildung einer offenporösen Stützstruktur hat wiederum den Vorteil, dass hierdurch das Einwachsen von Gewebe, insbesondere Knochengewebe, sowie das Einbringen eines eine Verdichtung der Stützstruktur bewirkenden Implantats wie beispielsweise einer konusförmig bzw. konusabschnittsförmig ausgebildeten Implantatschraube, vorzugsweise Knochenschraube, begünstigt werden. Durch die Verdichtung der Stützstruktur ist eine zusätzliche Strukturstabilisierung erzielbar. Dadurch kann mit besonderem Vorteil eine hohe Primärstabilität insbesondere bei der Versorgung von osteoporotischen Knochendefekten gewährleistet werden. Eine offenporöse Stützstruktur erlaubt außerdem mit besonderem Vorteil das Einspritzen einer Matrixmasse wie insbesondere eines Füllstoffes, worauf im Folgenden noch näher eingegangen werden wird.
Die Oligopoden der vorliegenden Erfindung weisen bevorzugt jeweils zwei bis maximal neun Beine auf. Entsprechend können die Oligopoden ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Tripoden, Tetrapoden, Pentapoden, Hexapoden, Heptapoden, Oktapoden, Nonapoden und Mischungen davon.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei den Oligopoden um Tetrapoden. So stellte sich völlig überraschend heraus, dass sich tetrapodenförmig ausgebildete Stützkörper im Hinblick auf die Behandlung von Gewebedefekten, insbesondere Knochendefekten, durch außergewöhnliche Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich Ihrer Fließdichte und Packungsdichte sowie hinsichtlich der Strukturstabilisierung und Porosität einer durch sie gebildeten, übergeordneten Stützstruktur auszeichnen. So konnte insbesondere festgestellt werden, dass sich tetrapodenförmige Stützkörper in einem unverdichteten bzw. unkomprimierten und lastfreien Zustand als fliessfähiges Schüttgut verhalten, wohingegen sie in einem verdichteten bzw. komprimierten und unter Last befindlichen Zustand durch gegenseitige Überlappung bzw. Durchdringung der Tetrapoden bzw. Tetrapodenbeine eine formstabile und insbesondere spongiosa-ähnliche Stützstruktur ausbilden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Tetrapoden im Allgemeinen keine oder keine nennenswerten Hinterschnitte aufweisen, weswegen sie sich (im Gegensatz zu Oligopoden mit mehr Beinen) noch mittels Spritzgießverfahren herstellen lassen.
Die Oligopoden sind in einer weiteren Ausführungsform aus einem Material gebildet, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Metalle, Metalllegierungen, Keramiken, nicht resorbierbare Polymere, resorbierbare Polymere und Mischungen davon.
Bevorzugt sind die Oligopoden aus einem Metall gebildet, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Titan, Tantal, Niob, Wolfram, Zirkonium und Mischungen, insbesondere Legierungen, davon.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Oligopoden aus einer Keramik bzw. einem keramischen Material gebildet, welche bzw. welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Tantaloxid, Aluminiumoxid, Calciumphosphat, insbesondere Tricalciumphosphat, Phosphide, Boride wie beispielsweise Niobborid und/oder Wolframborid, Carbide wie beispielsweise Aluminiumcarbid, Borcarbid, Niobcarbid, Siliziumcarbid, Tantalcarbid, Titancarbid, Wolframcarbid, Vanadiumcarbid und/oder Zirkoniumcarbid, Nitride wie beispielsweise Bornitrid, Chromnitrid, Siliziumnitrid, Tantalnitrid, Titannitrid und/oder Zirkoniumnitrid, Silicide wie beispielsweise Tantalsilicid, Wolframsilicid und/oder Zirkoniumsilicid und Mischungen davon.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Oligopoden aus einem Polymer gebildet, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyetheretherketon (PEEK), Polyglykolsäure, Polymilchsäure, Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen (PE), Polyethylen hoher Dichte (HDPE), ultrahochmolekulares Polyethylen (UHMWPE), Polystyrol, Polyester wie beispielsweise Polyethylenterephthalat, Poly-ε-caprolacton, Polyglykolid, Polylactid, Poly-paradioxanon, Poly-hydroxybutyrat, insbesondere Poly-3-hydroxybutyrat und/oder Poly-4-hydroxybutyrat, Polyamide, Polypropylen, fluorierte, insbesondere perfluorierte, Polymere wie beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE), Polytrifluorchlorethylen (PTFCE), Polyvinylfluorid (PVF), Polyvinylidendifluorid (PVDF) und/oder Copolymere aus Hexafluorpropylen und Tetrafluroethylen, Biopolymere, insbesondere Proteine, beispielsweise Kollagen, Elastin, Retikulin, Fibronektin und/oder Gelatine, und/oder Mucopolysaccharide, insbesondere Hyaluronsäure, Heparin, Heparansulfat, Chondroitinsulfat, Dermatansulfat, Keratansulfat, und Mischungen davon.
In einer weiteren Ausführungsform weisen die Oligopoden Wirkstoffe, insbesondere in Form einer Beschichtung, auf. Die Wirkstoffe sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus osteoinduktive Wirkstoffe, osteokonduktive Wirkstoffe, antimikrobielle, insbesondere antibiotische, Wirkstoffe, schmerzlindernde Wirkstoffe, zellwachstumsfördernde Wirkstoffe, zelldifferenzierende Wirkstoffe, Zytokine, Salze davon und Mischungen davon.
Geeignete Wirkstoffe können insbesondere ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus knochenmorphogenetische Proteine, insbesondere knochenmorphogenetisches Protein 1 (BMP 1), knochenmorphogenetisches Protein 2 (BMP 2), knochenmorphogenetisches Protein 3 (BMP 3), knochenmorphogenetisches Protein 3B (BMP 3B), knochenmorphogenetisches Protein 4 (BMP 4), knochenmorphogenetisches Protein 5 (BMP 5), knochenmorphogenetisches Protein 6 (BMP 6), knochenmorphogenetisches Protein 7 (BMP 7), knochenmorphogenetisches Protein 8A (BMP 8A), knochenmorphogenetisches Protein 8B (BMP 8B), knochenmorphogenetisches Protein 10 (BMP 10) und/oder knochenmorphogenetisches Protein 15 (BMP 15), Interferone, Interleukine, insbesondere Interleukin 1-β und/oder Interleukin-6, Koloniestimmulierende Faktoren, Chemokine, Gentamycin, Polyhexamethylenbiguanid (PHMB), Silberverbindungen, insbesondere Silbersalze, bevorzugt in Form von Nanopartikeln, und Mischungen davon.
Zur Erhöhung der Strukturstabilisierung einer durch die Oligopoden gebildeten, übergeordneten Stützstruktur kann es in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Oligopoden wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig, mit einem Material beschichtet sind, welches mittels Aktivierung, beispielsweise mittels eines chemischen und/oder physikalischen Stimulus wie beispielsweise Temperatur, Licht, Bestrahlung oder dergleichen, in eine die Oligopoden miteinander verklebende bzw. „versinternde“ Beschichtung oder Matrix überführbar ist. Durch die Verklebung der Oligopoden ist eine Relativbewegung zwischen den Oligopoden nicht mehr möglich, wodurch die Strukturstabilisierung einer durch die Oligopoden gebildeten Stützstruktur erhöht wird.
Als Beschichtungsmaterialien kommen zweckmäßigerweise alle aktivierbaren biokompatiblen Klebstoffe in Betracht. Beispielsweise kann es sich bei dem Beschichtungsmaterial um einen durch eine Kochsalzlösung oder eine andere Flüssigkeit aktivierbaren Klebstoff handeln.
Darüber hinaus kommen mittels UV-Licht aushärtbare Klebstoffe in Betracht. Mit einem solchen Klebstoff beschichtete und insbesondere transparente Oligopoden können beispielsweise mittels eines temporär eingebrachten, Lichtleiter aufweisenden Plexiglasimplantats ausgehärtet werden, welches im Anschluss durch das Original-Implantat derselben Form ersetzt wird.
Weiterhin kann es sich bei dem Beschichtungsmaterial um ein Protein, insbesondere extrazelluläres Protein, und/oder ein Polysaccharid, insbesondere Mucopolysaccharid, handeln. Bevorzugte Beschichtungsmaterialien können demnach ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Kollagen, Elastin, Retikulin, Fibronektin, Gelatine, Hyaluronsäure, Heparin, Heparansulfat, Chondroitinsulfat, Dermatansulfat, Keratansulfat und Mischungen davon.
Weiterhin kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, die Oligopoden zusammen mit einem dünnflüssigen, biokompatiblen Material in einen zu behandelnden Gewebedefekt einzubringen. Das dünnflüssige Material dient dabei mit besonderem Vorteil der Aushärtung und damit ebenfalls einer Stabilisierung einer durch die Oligopoden gebildeten Stützstruktur. Auf diese Weise ist die in situ Herstellung eines Compound-Implantats möglich. Bezüglich geeigneter Materialien wird auf die in den vorangegangenen Ausführungsformen im Zusammenhang geeigneter Klebstoffe bzw. Beschichtungsmaterialien beschriebenen Materialien sowie auf die im Folgenden noch im Zusammenhang des erfindungsgemäßen Kits beschriebenen Füllstoffe Bezug genommen.
Die Oligopoden können nach einem Verfahren hergestellt sein, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Spritzgießen, insbesondere Pulverspritzgießen, Fein-Spritzgießen, Rapid-Prototyping, Stereolithografie, insbesondere von biokompatiblen Kunststoffen, Lasersintern, insbesondere von Keramik- oder Titanpulvern, und 3D-Drucktechniken. Bei dem Pulverspritzgießen kann es sich grundsätzlich um ein Metallspritzgießen (MIM: Metal Injection Moulding) oder ein Keramikspritzgießen (CIM: Ceramic Injection Moulding) handeln.
Die Oligopoden liegen in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform als Granulat, insbesondere Knochenersatzgranulat, vor.
Das Einbringen der erfindungsgemäßen Oligopoden in einen zu behandelnden Gewebedefekt, insbesondere Knochendefekt, kann grundsätzlich mittels Einschieben oder Einspritzen bzw. Injektion erfolgen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Füllmittel zur Behandlung von Gewebedefekten, insbesondere Knochendefekten, vorzugsweise durch Osteoporose bedingten Knochendefekten wie insbesondere Knochenkavitäten. Das Füllmittel ist insbesondere zum Aus- bzw. Befüllen von Gewebekavitäten, insbesondere Knochenkavitäten, vorzugsweise von durch Osteoporose bedingten Knochenkavitäten, geeignet. Mit anderen Worten ist das Füllmittel vorzugsweise als Gewebeersatzmaterial, insbesondere Knochenersatzmaterial, verwendbar.
Das Füllmittel zeichnet sich dadurch aus, dass es die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Stützkörper bzw. Oligopoden umfasst. Das Füllmittel kann insbesondere aus den Stützkörpern bzw. Oligopoden gemäß der vorliegenden Erfindung bestehen.
Bevorzugt liegt das Füllmittel in Form eines Granulats vor. Dabei kann das Granulat Oligopoden unterschiedlicher Größen aufweisen. Insbesondere kann das Granulat drei unterschiedlich große Oligopoden aufweisen bzw. aus solchen Oligopoden bestehen. Beispielsweise kann das Granulat einen Anteil an großen Oligopoden von 10 Gew.-%, einen Anteil an mittelgroßen Oligopoden von 30 Gew.-% und einen Anteil an kleinen Oligopoden von 60 Gew.-% aufweisen, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Granulats. Dadurch kann mit besonderem Vorteil eine noch größere Strukturstabilisierung erzielt werden. Die Determinanten für die Größe der großen Oligopoden sind insbesondere der Durchmesser und die Gewindegeometrie von Osteosynthese-Implantaten, insbesondere Kompressionsschrauben, sowie die Fließfähigkeit des Granulats dar. Für die Größe der kleinen Oligopoden sind in der Regel sowohl die Fertigungstechnologie als auch eine klinisch akzeptierte Mindestgröße bestimmend.
Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile des Füllmittels, insbesondere der Stützkörper bzw. Oligopoden, wird vollständig auf die bisherige Beschreibung Bezug genommen.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Kit zur Behandlung von Gewebedefekten, insbesondere Knochendefekten, vorzugsweise osteoporotischen Knochendefekten. Auch das Kit eignet sich vorzugsweise zum Aus- bzw. Befüllen von Gewebekavitäten, insbesondere Knochenkavitäten, bevorzugt von durch Osteoporose bedingten Knochenkavitäten. Das Kit umfasst die folgenden Komponenten:

a) Stützkörper oder ein Füllmittel gemäß der vorliegenden Erfindung und
b) wenigstens eine weitere Komponente, welche ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus eine Austragsvorrichtung für die Stützkörper oder das Füllmittel, ein eine durch die Stützkörper bzw. das Füllmittel gebildete Stützstruktur verdichtendes, insbesondere komprimierendes, Implantat, ein aktivierbarer, insbesondere aushärtbarer, Klebstoff, ein Bindemittel (bzw. Bindemittel), ein Füllstoff (bzw. Füllstoffe) und Kombinationen davon.

Bei dem vorstehend genannten Implantat handelt es sich vorzugsweise um ein Osteosynthese-Implantat. Ein geeignetes Osteosynthese-Implantat stellt eine vorzugsweise konusförmig bzw. konusabschnittsförmig ausgebildete Knochen- oder Kompressionsschraube dar. Bevorzugt weist das Implantat einen konisch ausgebildeten bzw. konusförmigen Gewindekern auf, um eine Verdichtung der Stützstruktur zu erleichtern. Die Außenform des Implantats kann insbesondere überwiegend zylindrisch ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Implantat, insbesondere in Form einer Schraube, an seiner Spitze breitere Gewindeflanken besitzen, um einen besseren Halt in der Stützstruktur zu gewährleisten.
Als Bindemittel kommen beispielsweise Proteine, insbesondere extrazelluläre Proteine, und/oder Polysaccharide, insbesondere Mucopolysaccharide, in Betracht. Bezüglich in Frage kommender Proteine und/oder Polysaccharide wird vollständig auf die in der bisherigen Beschreibung genannten Proteine und Polysaccharide Bezug genommen.
Die Füllstoffe können mit besonderem Vorteil zu einer Erhöhung der Strukturstabilisierung einer durch die Oligopoden gebildeten, übergeordneten Stützstruktur bzw. Verhinderung oder Reduzierung einer Relativbewegung zwischen den Oligopoden beitragen. Hierzu sind keine sonderlich harten oder steifen Füllstoffe erforderlich. Vielmehr können auch weiche Füllstoffe zum Einsatz kommen.
Geeignete Füllstoffe können insbesondere Keramiken bzw. keramische Materialien sein. Insoweit wird ebenfalls vollständig auf die in der bisherigen Beschreibung genannten Keramiken bzw. keramischen Materialien verwiesen.
Als weitere geeignete Füllstoffe seien beispielhaft aufschäumbare bzw. einen Schaumbildner enthaltende, biokompatible Zusammensetzungen genannt. In diesem Fall können die Stützstrukturen bzw. Oligopoden mit besonderem Vorteil auch als Armierungsstrukturen für den gebildeten Schaum wirken.
Weitere geeignete Füllstoffe können Proteine und/oder Polysaccharide, insbesondere extrazelluläres Proteine und/oder Mucopolysaccharide, sein. Geeignete Proteine und/oder Polysaccharide können ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Kollagen, Elastin, Retikulin, Fibronektin, Gelatine, Hyaluronsäure, Heparin, Heparansulfat, Chondroitinsulfat, Dermatansulfat, Keratansulfat und Mischungen davon.
Der Füllstoff kann weiterhin in Form eines Gels, insbesondere Hydrogels, vorliegen. Mit besonderem Vorteil kann einzig die raumfüllende Wirkung eines Gels die Lockerung bzw. Destabilisierung der Stützstruktur verhindern und die Oligopoden zu einer Kraftübertragung über ihre gemeinsame Struktur zwingen. Beispielsweise kann der Füllstoff in Form eines Kollagengels, insbesondere Kollagenhydrogels, vorliegen.
Die in den beiden vorangegangen Absätzen beschriebenen Füllstoffe haben den Vorteil, dass es sich in der Regel um eher weiche Füllstoffe handelt, die lediglich eine Lockerung einer durch die Oligopoden gebildeten, übergeordneten Stützstruktur verhindern und insbesondere eine komprimierte, lastübertragende Stützstruktur aufrechterhalten.
Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Kits, insbesondere der Stützkörper und/oder des Füllmittels, wird ebenso vollständig auf die bisherige Beschreibung verwiesen.
An dieser Stelle sollen die Vorteile der vorliegenden Erfindung noch einmal wie folgt zusammengefasst werden:
Die Ausbildung der Stützkörper als Oligopoden, insbesondere Tetrapoden, ermöglicht die Realisierung außergewöhnlicher Eigenschaftskombinationen. So verhalten sich die Stützkörper in einem lockeren, uneingeengten bzw. unverdichteten und insbesondere lastfreien Zustand als fließfähiges Schüttgut, ohne dass die Verwendung irgendwelcher fluider Trägersubstanzen, welche den Stützkörpern Fließeigenschaften verleihen könnten, erforderlich wären.
In einem eingeengten bzw. verdichteten Zustand, insbesondere unter Lasteinwirkung, ist dagegen mit besonderem Vorteil die Ausbildung einer formstabilen, spongiosa-ähnlichen Stützstruktur, welche auf einem gegenseitigen Ineinandergreifen der Oligopoden bzw. Oligopodenbeine beruht, möglich. Auf diese Weise ist eine außerordentlich hohe Strukturstabilisierung erzielbar, was insbesondere bei der Behandlung von Gewebekavitäten, insbesondere Knochenkavitäten, bevorzugt osteoporotischen Knochenkavitäten, von Vorteil ist.
Bevorzugt werden die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Stützkörper als eine Art „Einspritz-Spongiosa“ verwendet.
Zudem besitzt eine durch die Oligopoden gebildete, übergeordnete Stützstruktur mit besonderem Vorteil eine derartige Porosität, dass das Einwachsen von Gewebe, vorzugsweise Knochen, und insbesondere das Einbringen von diese Stützstruktur verdichtenden Implantaten, vorzugsweise konusförmigen bzw. konusabschnittsförmigen Implantaten, erleichtert wird.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass beim Einbringen der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Stützkörper in einen Gewebedefekt Flüssigkeiten und Luft aufgrund der vorzugsweise offenporösen Struktur der sich durch gegenseitiges Ineinandergreifen der Oligopoden bzw. Oligopodenbeine bildenden Stützstruktur entweichen kann, wodurch ein lunkerfreies Aus- bzw. Befüllen des Defektes begünstigt wird.
Außerdem sind die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Stützkörper komplikationslos und universal bzw. systemunabhängig einsetzbar.
Damit macht die vorliegende Erfindung die Anwendung komplexer Implantationstechniken wie beispielsweise Dübel-, Spreiz-, Klingen- und Stenttechniken sowie insbesondere die aufwendige und problematische Handhabung von konventionellen Füllmaterialien wie beispielsweise eines Knochenzements überflüssig. Insbesondere entfallen Probleme, welche auf Hitzeentstehung bei der Komponentenaushärtung sowie Folgeoperationen im Falle von harten Zementeinschlüssen zurückgehen können.
Die genannten und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich insbesondere auch aus der nun folgenden Beschreibung der Figuren sowie des Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Unteransprüchen. Dabei können die einzelnen Merkmale der Erfindung für sich allein oder in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die beschriebenen Ausführungsformen dienen lediglich zur Erläuterung und zum besseren Verständnis der Erfindung und sind in keiner Weise einschränkend zu verstehen.
Figurenbeschreibung
1 zeigt eine photographische Aufnahme von tetrapodenförmig ausgebildeten Stützkörpern. Deutlich ist zu erkennen, dass durch das gegenseitige Ineinandergreifen der Tetrapodenbeine eine übergeordnete Stützstruktur ausgebildet wird.
2 zeigt eine photographische Aufnahme einer Austragsvorrichtung, welche mit tetrapodenförmig ausgebildeten Stützkörpern befüllt ist. Im Vergleich zu den in 1 abgebildeten Stützkörpern liegen die in der 2 dargestellten Stützkörper in einer höheren Packungsdichte vor. Gleichzeitig weist die durch die Tetrapoden gebildete Stützstruktur in diesem vergleichsweise verdichteten Zustand noch eine deutlich erkennbare Porosität auf.
3 zeigt schematisch eine aus Tetrapoden-Einheiten zusammengesetzte Superstruktur. Die Tetrapoden-Einheiten sind über als Sollbruchstellen wirkende minimale Stützstrukturen mit einander verbunden, die sich beim Mahlen der Superstruktur unter Ausbildung eines Tetrapodengranulats lösen.
4 zeigt schematisch eine aus acht Tetrapoden-Einheiten zusammengesetzte „Kraftzelle“ der in 3 dargestellten Superstruktur.
5 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Tetrapoden 100. Dieser besitzt vier Beine 110, die in einem Raumwinkel von 109.5 ° bzw. im Wesentlichen von 109.5 ° zueinander angeordnet sind. Die Beine 110 sind konusförmig bzw. konusabschnittsförmig ausgebildet und münden in einen gemeinsamen Mittelteil (Zentrum) 115 des Tetrapoden 100.
Herstellungsbeispiel:
Mittels Lasersintern wird eine aus einzelnen Tetrapoden-Einheiten gebildete Superstruktur (siehe 3) hergestellt. Beispielsweise können sich hierfür jeweils 8 Tetrapoden-Einheiten derart mit den Beinen berühren, dass die Keimzelle eines regelmäßigen Gitters entsteht (siehe 4). Diese Superstruktur bietet den einzelnen Tetrapoden-Einheiten die nötige Stabilität für die Herstellung im Lasersinterprozess. Eine hohe Volumenausnutzung kann auf diese Weise mit einer Porosität kombiniert werden, die ausreicht, um nicht versintertes Material durch Rütteln oder Ausblasen leicht von der Struktur trennen zu können.
Die Tetrapoden-Einheiten sind lediglich durch minimale Stützstrukturen miteinander verbunden. Beim Mahlen der Superstruktur lösen sich diese als Sollbruchstellen dienenden Stützstrukturen, da ihre Festigkeit deutlich unter derjenigen der Tetrapodenbeine liegt. Dieser Mahlprozess kann sinnvollerweise in mehreren Stufen ablaufen, um den Ausschuss an dennoch zerstörten Tetrapoden zu minimieren. Die Superstruktur wird also bevorzugt schrittweise in zunehmend kleinere Korngrößen aufgebrochen. Am Ende dieser Prozesskette erhält man ein Granulat aus Tetrapoden. Bruchstücke von Fehlteilen oder noch verbundenen Tetrapoden-Einheiten können ausgesiebt werden.
Es gibt zahlreiche, dem Lasersinterprozess zugängliche, biokompatible Materialien. Aufgrund ihrer Materialeigenschaften und Langzeiterfahrungen als Implantatwerkstoff sind jedoch Titan, Titanlegierungen und/oder Polyetheretherketon (PEEK) für diese Anwendungen in diesem Prozess in besonderer Weise geeignet. Dabei kommt Polyetheretherketon (PEEK) insbesondere aufgrund geringerer Beeinträchtigungen bei möglichen Revisionsoperationen in Frage.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 20100076497 A1 [0005]
EP 2108323 A2 [0006]
WO 2005094735 A2 [0007, 0018]

Claims

Stützkörper in Form von Oligopoden zur Behandlung von Gewebedefekten, insbesondere Knochendefekten.
Stützkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oligopoden konusförmig bzw. konusabschnittsförmig und insbesondere rotationssymmetrisch ausgebildete Beine aufweisen.
Stützkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beine einen Konuswinkel von 5 ° bis 25 °, insbesondere 7 ° bis 15 °, aufweisen.
Stützkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oligopoden Beine mit einer Länge von 0.5 mm bis 5 mm, insbesondere 1.5 mm bis 2.5 mm, aufweisen.
Stützkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oligopoden Beine mit einem mittleren Durchmesser von 0.2 mm bis 3 mm, insbesondere 0.3 mm bis 0.7 mm, aufweisen.
Stützkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oligopoden ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Tripoden, Tetrapoden, Pentapoden, Hexapoden, Heptapoden, Oktapoden und Mischungen davon.
Stützkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Oligopoden um Tetrapoden handelt.
Stützkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oligopoden aus einem Material gebildet sind, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Metalle, Metalllegierungen, Keramiken, nichtresorbierbare Polymere, resorbierbare Polymere und Mischungen davon.
Stützkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oligopoden wenigstens teilweise mit einem Material beschichtet sind, welches mittels Aktivierung in eine die Oligopoden miteinander verklebende Beschichtung überführbar ist.
Stützkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oligopoden nach einem Verfahren hergestellt sind, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Spritzgussverfahren, Rapid Prototyping, Stereolithographie, 3-D-Drucktechniken und Lasersintern.
Stützkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oligopoden als Granulat vorliegen.
Füllmittel, umfassend Stützkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Stützkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 11 oder Füllmittel nach Anspruch 12 als Gewebeersatzmaterial, insbesondere Knochenersatzmaterial.
Kit, umfassend die folgenden Komponenten: a) Stützkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 11 oder 13 oder ein Füllmittel nach Anspruch 12 oder 13 und b) wenigstens eine weitere Komponente, welche ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus eine Austragsvorrichtung für die Stützkörper oder das Füllmittel, ein eine durch die Stützkörper bzw. das Füllmittel gebildete Stützstruktur verdichtendes Implantat wie beispielsweise eine Knochenschraube, ein aktivierbarer, insbesondere aushärtbarer, Klebstoff, ein Bindemittel, ein Füllstoff und Kombinationen davon.