DE2201861A1

DE2201861A1 - Implantat fuer chirurgische Zwecke und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2201861A1
Application number: DE19722201861
Authority: DE
Inventors: Zdenek Dr Kresa; Otto Wichterle
Original assignee: Czech Academy of Sciences CAS
Current assignee: Czech Academy of Sciences CAS
Priority date: 1971-01-22
Filing date: 1972-01-15
Publication date: 1972-08-10
Also published as: IT948034B; NL7200661A; CS151338B1; US3818894A; GB1334691A; JPS5029596B1; FR2122952A5

Description

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PATENTANWALT

13. Januar 1972 Anw.-Akte: 75.439

PATENTANMELDUNG

:sssa:

Anmelder: Ceskoslovenskö akademie v§d., Praha I₇ Narodni tr.

Titels Implantat flir chirurgische Zwecke und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft ein Implantat fUr chirurgische Zwecke, vor allem fUr die operative Heilung der Stimmbänder, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Von atrophischen Prozessen oder durch einseitliche Bewegungsstörungen (z. B. bei der Lähmung des RUckdrehnerves (paresis nervi recurentis) betroffene Stimmbänder können durch keinerlei konservative Behandlung geheilt werden.

Zur Verbesserung der Stimme und Verringerung der subjektiven Beschwerden, wie z. B. der Übermäßigen StimmermUdung, wurden Versuche mit Injektionen von Paraffin oder von in Glyzerin emulgierten PoIy-

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tetrafluoräthylen- oder Polysiloxanpartikeln angestellt, weiter wurden auch Emulsionen in physiologischer Lösung verwendet, die aus Knorpeln der Nasenscheidewand operativ entnommen und fein zerkleinert wurden· Alle diese Methoden weisen den Nachteil auf, daß bei der Injektion nicht genau bestimmt werden kann, in welcher Richtung die injizierte Substanz die Stimmbänder durchdringen wird_o Die angeführten Stoffe, wie Paraffin usw., beginnen sich nach einiger Zeit in den Stimmbändern zu bewegen und entweichen in Richtung des Raumes unterhalb der Stimmbänder; der zerkleinerte Knorpel wird im Laufe der Zeit absorbiert, so daß der Erfolg solcher Operationen nur vorübergehend ist und die Form der Stimmbänder nach der Operation nicht vorausgesehen werden kann.

Bei der Lähiungdes nervus recurens wird manchmal auch eine Operation auf blutigem Wege vorgenommen, die mit einem Einschnitt und nachfolgender Narbe auf dem Hals verbunden ist. Bei diesen Operationen wird der Kehlkopf von außen - Üblicherweise durch einen Einschnitt zwischen den Schilddrüsenknorpeln - geöffnet und in das gelähmte Stimmband ein Teil einer Nasenscheidewandknorpel oder ein Kunststoffstück implantiert.

Alle angeführten Operationen konnten lediglich in indirekter Laryngoskopie und nur mit einer Hand vollzogen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aufgezählten Nachteile mit einem neuen Implantat zu beseitigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß das Implantat

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aus einem physiologisch inerten, in Wasser aufquellbaren Material besteht und das in trockenem, fUr die Operation zubereiteten Zustand die Form eines geraden oder gebogenen, mit einer Spitze versehenen Stäbchens aufweist.

Als inertes, mit Wasser aufquellbares Material kann ein hydrophiles Material mit einem linearen Aufquellvermögen im Bereich zwischen 10 - 45 % verwendet werden. Mit Vorteil wird fUr diese Zwecke ein Kopolymer des Glykolmethakrylats bzw. -akrylats mit bis zu 2 Gew.% Glykoldimethakrylats bzw. -akrylats und mit bis zu 3 Gew. % der Methakryl- bzw. Akrylsäure verwendet. Dieses Material kann auch durch andere hydrophile Materialien ähnlicher Eigenschaften, z. B. auf der Basis von Akrylamid, N-substituierten oder Ν,Ν-disubstituierten Akrylamid und deren Kopolymeren, ersetzt werden. Das Implantat kann auch Farbstoffe, Pigmente oder Kontrastmittel enthalten. Vorteilhaft ist es, wenn das Implantat im troctenen Zustand die gleiche Länge wie nach einer Gleichgewichtsaufquellung in Wasser aufweist. Sein Elastizitätsmodul kann - mit Ausnahme der Spitze bis unterhalb des dem Einfrierpunkte entsprechenden Wertes verringert werden.

Die Sammelbezeichnung Glykol in dem Ausdruck " Glykolmethakrylat ", bzw. " Glykolakrylat " bedeutet nicht nur das einfache Äthylenglykol, sondern auch das Diäthylenglykol, Triäthylenglykol, Propylenglykol, Butylenglykol u. ä., d. h. jedes beliebige hydrophile Diol.

Das erfindungsgemäße Implantat wird in der Weise zubereitet, daß aus

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einem physiologisch inerten, in Wasser aufquellbaren Material, mit Vorteil aus einem hydrophilen Gel, vorerst im Trockenzustand ein Stäbchen zubereitet wird, das vor oder nach der Trocknung mit einer Spitze versehen wird. Mit Vorteil wird dieses Stäbchen entweder aus einem Material hergestellt, das einen physiologisch inerten Weichmacher enthält, oder das Stäbchen wird erst nachfolgend mit einem Weichmacher imprägniert, wobei aus der Spitze oder aus den Stellen, aus welchen die Spitze zubereitet wird, der Weichmacher durch Extraktion entfernt wird. Das Stäbchen kann auch mit Wasser aufgequollen werden, worauf es so fixiert wird, daß seine Kontraktion in Längsrichtung verhindert wird. Das Stäbchen wird anschließend getrocknet und mit einer Spitze versehen. Eine andere Möglichkeit besteht dann darin, daß das Stäbchen Über den Einfrierpunkt erwärmt und in diesem Zustand gedehnt, hierauf abgekühlt und mit einer Spitze versehen wird.

Ein erfindungsgemäßes Implantat kann auch so hergestellt werden, daß aus dem physiologisch inerten, in Wasser aufquellbaren Material ein Körper ungleichmäßiger oder komplizierter Form angefertigt und nach Trocknung bei Temperaturen oberhalb des Einfrierpunktes in Form eines geraden oder gebogenen Stäbchens verformt wird, das dann mit einer Spitze versehen wird. In diesem Falle nimmt das Implantat nach Aufquellung unter dem Einfluß des Gestaltbeharrungsvermögens wieder die ursprungliche unregelmäßige oder komplizierte Form an.

Der fUr hydrophile Polymere im Trockenzustand charakteristische glasähnliche feste Zustand ist fUr die Einfuhrung in die Gewebe nur

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in der Umgebung der Einstichspitze unumgänglich nötig. FUr die verbleibenden Teile des Implantats ist der glasförmige Zustand nicht erforderlich. Der eigentliche Körper des Implantats nuß allerdings eine genügende Elastizität aufweisen, um seine Einfuhrung gegen den Widerstand des nachgebenden Gewebes zu ermöglichen, er muß aber nicht unbedingt glashart sein. Es genügt, wenn der Elastizitäts-

modul des eigentlichen Implantatkörpers höher als ungefähr 100 kg/cm ist. Als besonders vorteilhaft erwies sich ein Modul von ungefähr 1000 kg/cm · Ein beträchtliches Absinken der Sprödigkeit bei hydrophilen Materialien kann schon dann beobachtet werden, wenn ihr Elasti-

2 zitätsmodul im Trockenzustand, der 20 000 bis 50 000 kg/cm beträgt,

auf den Wert 5000 kg/cm herabgesetzt wird. Die angestrebte Verringerung des Moduls und die damit verbundene erhöhte Zähigkeit des Implantatkörpers kann durch Zugabe einer kleinen Menge eines geeigneten Weichmachers in das hydrophile dreidimensionale Netzwerk erreicht werden. Im einfachsten Falle kann dies sogar Wasser sein, das z. B. aus Wässrigen Natriumchloridlösungen absorbiert werden kann. Mit steigender Konzentration des Salzes in Wasser sinkt der Wassergehalt im Gel ab, das mit dieser Lösung im Gleichgewicht ist. So verwandelt sich beispielsweise der Zustand eines spärlich vernetzten Glykolmethakrylatgels durch längeres Stehen in einer 15 Jtigen

2 Salzlösung derart, daß sein Elastizitätsmodul nur ungefähr 500 kg/cm beträgt« Unter diesen Umständen wird auch die Spitze weichgemacht· Vor Anwendung muß demnach die scharfe Spitze zuerst derart getrocknet werden, daß das absorbierte Wasser aus den Übrigen Implantatteilen nicht entweichen kann, also z. B. auf die Weise, das das Implantat in eine Aluminiumfolie eingehüllt wird und es somit nur zur Trocknung der freigelegten Spitze kommt.

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Falls anstelle von Wasser ein nichtflUchtiger, physiologisch inerter Weichmacher verwendet wird, ist es möglich, ein Implantat herzustellen, dessen einzelne Teile bei verhältnismäßig lang andauernder guter Stabilität unterschiedliche Härten aufweisen. Bei erhöhter Temperatur kann in den Gel aus verdünnten Glycerinlösungen neben dem Wasser auch eine größere oder kleinere Menge von Glycerin absorbiert werden, das nach Trocknung des Gels dauernd im Gel zurückbleibt. Hierbei kann aus der Spitze durch nachfolgendes Eintauchen in Wasser praktisch alles Glycerin extrahiert werden, so daß sich der Glyceringehalt nur auf die Übrigen Teile des Implantats beschränkt. Bei geringen Glycerinkonzentrationen (0,2 - 2 %), bei welchen sich schon der gewünschte Effekt einstellt, verbleibt das Glycerin im trockenen, nur geringfügig aufgequollenem Zustand langfristig lokalisiert und es kommt zu keiner Migration in die nicht erweichten Spitze. Das Implantat kann in diesem Zustand ohne jede weiteren Vorkehrungen in steriler Verpackung zum augenblicklichen Einsatz bereitgestellt werden. Neben dem Glycerin kann als Weichmacher auch eine ganze Reihe weiterer Substanzen verwendet werden, die durch das Gel absorbiert werden und in unbedeutenden Mengen physiologisch unschädlich sind. Als Beispiele können Diacetin, Triäthylenglykol, Butadiol 1- 3, Urethan, Acetoin, der Diäthylester der Weinsäure, Ν,Ν'-Dilaktylharnstoff, das Amid der Milchsäure u.a. angeführt werden· Diese Substanzen werden in das Gel entweder aus wässrigen Lösungen oder aus Lösungen in anderen fluchtigen Verbindungen eingeführt, die eine starke Aufquellung des Gels hervorrufen und dadurch seine Struktur für eine rasche Diffusion des Weichmachers öffnen. Die gleichen Lösungsmittel können auch zum nachfolgenden Auswaschen des Weichmachers aus der Implantatspitze be-

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nutzt werden. Man kann allerdings auch so vorgehen, daß die Spitze von den Einwirkungen der Weichmacherlösungen dadurch geschützt wird, daß in diese Lösungen nur der Übrige Teil des Implantats eingetaucht wird oder aber daß die Spitze z. B. mit einem Paraffin-Überzug versehen wird.

Die Erfindung wird im folgenden an einigen DurchfUhrungsbeispielen näher erläutert.

Beispiel 1

In dünnwandige Glaskapillaren mit einem inneren Durchmesser von 0,8 - 2,5 mm und einer Länge von 30 mm wurde in horizontaler Lage mit einer Pipette folgendes Gemisch eingefüllt? 70 Teile Hydroxyäthylmethakrylat mit 0,2 % Äthylendimethakrylat, 15 Teile einer 0,22 ^igen wässrigen Ammoniumperoxydisulfatlösung und 15 Teile einer 0,25 #igen wässrigen Natriumpyrosulfitlösung. Durch Einwirkung von Kapillarkräften wird die Lösung auf die gesamte Länge der Röhrchen angesaugt. Die Polymerisation verläuft schon bei normaler Temperatur und ist nach 8 Stunden beendet. Die Isolierung der Gelstäbchen erfolgt durch Zerschlagen der Kapillaren und vorsichtige Separation der Glassplitter, oder - vorteilhafter - durch Auflösung der Glassubstanz in kalter 20 Jiiger Fluorwasserstoffsäure. Nach gründlichem Waschen in Wasser werden die Stäbchenenden, in denen die Polymerisation infolge der Sauerstoffdiffusion nur schlecht verlaufen ist, wie dieses durch deren größere Anquellung bewiesen wird, abgeschnitten. Mit einem scharfen Messer wird vorzugsweise im halbtrockenen Zustand ein Ende des Stäbchens unter einem Stark schrägen Winkel so zuge-

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schnitten, daß ein einer Injektionsnadel ähnliches Gebilde entsteht. Bei weiterer Trocknung kommt es in der Regel zu einer Deformation. Zum Zwecke der Rückführung des Stäbchens in seine ursprungliche Form und zur Beseitigung der inneren Spannungen wird das Gebilde Über den Erweichungspunkt, d. h. auf 120-140 C erwärmt, und dies entweder bei freier Lagerung auf einem ausgespannten Gewebe aus Terylen-Monofil oder durch Suspendieren im siedenden Xylol, Zur individuellen Bearbeitung der Schneide werden feine Feilen und feines Schmirgelpapier verwendet. Die Sterilisation erfolgt gegebenenfalls mit Äthylenoxyd.

Ähnlich können in Wasser aufquellende Gele auch aus anderen neutralen Monomeren, z. B. aus dem N-Methylamid der Methakrylsäure, aus Akrylamid, aus Vinylpyrolidon in Anwesenheit geeigneter Netzbildner, z.B. Methylenbisakrylamid, zubereitet werden. Es können auch ionisierbare Gruppen enthaltende Monomere, wie z. B. Mehtakrylsäure, eingesetzt werden, deren Zusatz in Mengen von einigen Prozenten bei spärlich vernetzten Gelen eine beträchtliche Erhöhung ihres Anquellvermögens in neutralen wässrigen Lösungen mit sich bringt. Eine ähnliche Erhöhung des Aaquellvermögens kann auch durch Veresterung der Hydroxylgruppen mit Schwefelsäure erzielt werden.

Beispiel 2

In eine 3 mm lange dünnwandige Silikonkautschukröhre einer inneren lichten Weite von 1,2 mm wurde mit einer Injektionsspritze das im Beispiel 1 angeführte Monomerengemisch eingefüllt. Nach Verschluß des gegenüberliegenden Endes wird in das Rohr mit der Injektions-

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spritze noch ein weiterer Kubikzentimeter des Gemisches eingefüllt, damit es zu einer Ausdehnung des Röhrchens kommt und dadurch die erwartete Polymerisationskontraktion ausgeglichen wird. Nach Verschluß des anderen Endes wird das Röhrchen in ein breites Glasrohr eingelegt, aus welchem mit einem Stickstoffstrom der gesamte Sauerstoff verdrängt wurde, wonach auch dieses Glasrohr verschlossen wird. Nach beendeter Polymerisation wird das Silikonröhrchen in seiner ganzen Länge durch zwei entgegenstehende Schnitte geöffnet. Nach Anhebung der entstandenen zwei Teile wird das abgegossene Stäbchen freigesetzt, das eine völlig regelmäßige, durch Kontraktionsblasen nicht beeinträchtigte Form aufweist. Nach Auswaschen in Wasser kann das Stäbchen mit Weichmachern imprägniert werden, z. B. auf die Weise, daß es bei 100 C in einer 3 #igen wässrigen Glycerinlösung erhitzt wird. Im Falle der Trocknung des Stäbchens bei seiner Fixation in Längsrichtung fällt dieses in einem Spannzustand an, was zur Folge hat, daß das Stäbchen bei neuerlicher Aufquellung unter physiologischen Bedingungen nur in die Breite, nicht aber in Längsrichtung aufquillt. Zur endgültigen Bearbeitung des Stäbchens muß noch seine Spitze bearbeitet werden: durch Eintauchen der Spitze in Wasser wird der Weichmacher entfernt, nach endgültiger Trocknung wird die harte Spitze mit feinem Schmirgel nachgeschliffen.

Beispiel 3

In die im Beispiel 1 beschriebenen Glaskapillaren wird folgendes Genisch angesaugt: 30 Teile Akrylonitril, 70 Teile Salpetersäure der Dichte 1.5 und 0,1 % Ammoniumperoxydisulfat. Die Kapillaren wurden in ein Druckgefäß eingelegt, die Luft mit Stickstoff weggespült und

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der Stickstoffdruck auf 3 at erhöht. Nach 5 Tagen wurden die Kapillaren dem Druckgefäß entnommen und 10 Stunden lang auf 45 C erwärmt. Ihre weitere Bearbeitung erfolgte in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 beschrieben. Das Volumenquellvermögen beträgt bei diesen Implantaten bis zu 60 %.

Die Operation, bei welcher das erfindungsgemäße Implantat verwendet wird, besteht darin, daß in direkter Laryngoskopie bei Benutzung eines mehrfach vergrößernden Operationsmikroskops mit Vorteil nach geringfügigem Anschneiden der Schleimhaut auf der oberen Fläche des Stimmbandes das Implantat mit der Spitze nach vorn in die im voraus bestimmte Stelle des Stimmbandes eingeführt wird. Das eingesetzte Implantat wird im Trockenzustand, praktisch bei Glashärte verwendet. Nach einigen Minuten quillt das Implantat in dem Gewebe an, vergrößert sein Volumen gemäß dem im voraus ausgestellten Plan, vergrößert dadurch die Masse des atrophischen Stimmbandes, verschiebt dessen Randteile mehr zur Mitte und verringert oder liquidiert den bisher vorhandenen Spalt zwischen den Stimmbändern bei der Stimmbildung. Durch diesen Mechanismus wird die Stimme in objektiv nachweisbarer Weise verbessert und es werden die subjektiven Beschwerden des Patienten, vor allem die StimmermUdung, beseitigt.

Auf ähnliche Weise ist es möglich, das Implantat bei Lähmungen des nervus recurens zu verwenden, wenn das betroffene Stimmband schlaff oder exkaviert ist, und das anderseitige Stimmband den entstandenen Defekt nicht mehr durch Überschlagen Über die Mittellinie kompensieren kann. In einem solchen Falle ist der Zweck des Implantats der gleiche wie bei der Stimmbandatrophie, d. h. den Ausgleich des exkavierten Stimmbandes zu bewirken. Hierdurch kommt es zur

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Verbesserung des Verschlusses des Stimmspalts und zur Verbesserung der Stimme, sowie auch der subjektiven Beschwerden des Patienten.

Die Anwendung eines Implantats gemäß dieser Erfindung bringt auch den weiteren Vorteil mit sich, daß der Patient praktisch schon einige Minuten nach der Operation sprechen kann, wogegen bei anderen Methoden eine absolute Stimmruhe - in der Regel 3 bis 7 Tage unumgänglich nötig ist.

Ähnlich wie bei den atrophischen Stimmbändern, kann das Implantat auch in anderen Bereichen der operativen Heilkunde atrophischer Prozesse, z. B. bei der Atrophie der Nasenschleimhaut und in anderen Fällen, verwendet werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE?

1·1Implantat für chirurgische Zwecke, vor allem fUr die operative
Heilung von Stimmbändern, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem physiologisch inerten, in Wasser aufquellbaren Material gebildet ist und daß es im trockenen, zur Operation
vorbereitetem Zustand die Form eines geraden oder gebogenen
Stäbchens aufweist.
2. Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das inerte, mit Wasser aufquellbare Material ein hydrophiles Material mit einem linearen Aufquellvermögen im Bereich zwischen 10 - 45 % ist.
3. Implantat nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrophile Material ein Kopolymer des Glykolmethakrylats, bzw. -akrylats ist, das bis zu 2 Gew. % des GIykoldimethakrylats, bzw. -akrylats und bis zu 3 Gew. % der
Methakryl- bzw. Akrylsäure enthält.
4. Implantat nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sein Elastizitätsmodul mit Ausnahme der Spitze unterhalb des dem Erweichungspunkt entsprechenden Wertes vermindert
wurde.
5. Implantat nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es Farbstoffe, Pigmente oder Kontrastmittel enthält.

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6. Implantat nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es im trockenen Zustand die gleiche Länge aufweist wie nach Gleichgewichtsaufquellung in Wasser bzw. in physiologischer Lösung.
7. Verfahren zur Herstellung eines Implantats nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem physiologisch inerten, in Wasser aufquellbaren Material, z. B. aus einem hydrophilen Gel, vorerst im Trockenzustand ein Stäbchen hergestellt wird, daß vor oder nach der Trocknung mit einer Spitze versehen wird,
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Stäbchen aus einem physiologisch inerten, im Wasser aufquellbaren Material hergestellt wird, das einen physiologisch inerten Weichmacher enthält oder das mit einem solchen Weichmacher imprägniert wird, wobei aus der Spitze oder der Stelle, aus welcher die Spitze hergestellt werden soll, der Weichmacher durch Extraktion entfernt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Stäbchen in Wasser aufgequollen wird, wonach es derart eingespannt wird, daß es keiner Kontraktion in Längsrichtung unterliegen kann, wonach es getrocknet und mit einer Spitze versehen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das getrocknete Stäbchen aus einem physiologisch

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inerten, in Wasser aufquellbaren Material oberhalb des Einfrierpunktes erwärmt wird, worauf es in diesem Zustand gedehnt und abgekühlt wird und anschließend mit einer Spitze versehen wird.

«,Verfahren zur Herstellung eines Implantats nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem physiologisch inerten, in Wasser aufquellbaren Material ein Körper ungleichmäßiger oder komplizierter Form hergestellt nach Trocknung bei einer Temperatur oberhalb des Einfrierpunkts in Form eines geraden oder gebogenen Stäbchens verformt wird, das abschließend mit einer Spitze versehen wird.

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