DE2620890B2

DE2620890B2 -

Info

Publication number: DE2620890B2
Application number: DE2620890A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr. 6000 Frankfurt Deibig; Helmut Dr. 6231 Schwalbach Heide; Kari Dr. 6239 Lorsbach Koester; Roland Dr. 5236 Eschborn Reiner
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: Battelle Institut eV
Priority date: 1976-05-12
Filing date: 1976-05-12
Publication date: 1979-03-15
Also published as: DE2620890A1; DE2620890C3

Description

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Die Erfindung bezieht sich sowohl auf partiell resorbierbare als auch auf vollständig resorbierbare plastische Massen auf der Basis von gesinterten Calciumphosphaten für implantierbare Knochenersatz-, Knochenverbund- oder Prothesenverankerungswerkstoffe.

Für den Ersatz von Knochengewebe der hier in Frage kommenden Indikation werden bisher autologe, homoi-Ioga oder hererologe Knochentransplantate sowie Kunststoffe (Knochenzemente) verwendet Von diesen ^ Materialien ist jedoch nur das autologe Transplantat in biologischer Hinsicht vollwertig. Des besitzt allerdings den Nachteil, daß es nicht stabil genug ist; außerdem kann es nur in begrenzter Menge gewonnen werden. Hinzu kommt, daß zur Entnahme des Spans ein chirurgischer Eingriff notwendig ist

Die übrigen der genannten Materialien werden häufig als Fremdkörper im Gewebe abgekapselt, oder sie lösen, wie z.B. die bekannten Knochenzemente, Fremdkörperreaktionen aus.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine plastische Masse zu entwickeln, mit der Knochengewebe ersetzt werden kann und die nach der Implantation das Nachwachsen des natürlichen Gewebes zuläßt; ferner sollte das Implantat mechanisch stabil sein und ^M außerdem einen haltbaren Verbund zwischen Knochengewebe und Implantat gewährleisten.

Es hat sich nun gezeigt, daß sich diese Aufgabe in techwirch sehr fortschrittlicher Weise durch eine plastische Masse auf der Basis von gesintertem *» Calciumphosphaten lösen läßt, wenn diese Masse aus einer Mischung von Calciumphoiphaten mit weichen, plastischen, bioresistenten oder resorbieren Polymeren oder mit der Lösung eines solchen Polymeren in organischen Lösungsmitteln oder resorbierbaren, ^m niedermolekularen oder oligomeren organischen Materialien oder mit den Lösungen derselben besteht, wobei das Mengenverhältnis von Calciumphosphat zu dem Polymeren bzw. zu dem organischen Material, dem gelösten Polymeren oder dem gelösten organischen ^6S Material zwischen 5: t und i: 1 liegt

Als »bioresistent« werden Polymere bezeichnet, die im biologischen Milieu nicht abgebaut werden und ihre Eigenschaft beibehalten, Das Stetem von Caleiujnpbosphat und das Verhalten sowie die Eigenschaften der dabei entstehenden Produkte wurden u,a, von G, Trömel et al untersucht, entsprechende Phasendj«- gramme des Systems CaO-PiO₅ sind z.B. in »Phase Diagrams for Ceramists« The American Society (1964) S. 107 dargestellt.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsart der Erfindung ist das Calciumphosphat aus CaO und P2O5 im molaren Mengenverhältnis von etwa 3:1 zusammengesetzt Es kann in Pulver- oder Granulatform mit einer Korngröße zwischen 0,3 und 2 mm vorliegen.

Bei den bioresistenten Polymeren kann es sich um einen Kunststoff handeln, der nach der Implantation der Masse durch Vernetzung oder Weiterpolymerisation aushärtet Auch kann ein Polymerisat verwendet werden, das in einem im Blutserum löslichen Lösungsmittel gelöst ist, z. B. in Alkohol, Α«*οη oder Dimethylsulfoxid.

Als resorbierbares Material eignet sich ein Polymer oder eine Lösung eines solchen Polymeren. Als bevorzugte Beispiele sind Polyester der Glycolsäure, der Milchsäure, Polyamide der «-Aminosäuren, unmodifizierte oder modifizierte natürliche Polymere, wie Gelatine oder Stärke, zu nennen. Als resorbierbare Materialien sind auch niedermolekulare organische Verbindungen mit geringer bis mäßiger Serumlöslichkeit, wie Triclyceride hoher aliphatischen Carbonsäuren oder Ester von Polyhydroxyverbindungen gut geeignet

Die erfindungsgemäße Masse kann je nach Zusammensetzung nach der Implantation entweder plastisch bleiben oder aushärten. Sie kommt als Knochenersatzmaterial sowohl für den temporären als auch für den permanenten Knochenersatz infrage. Wie weit die implantierte Masse resorbiert und durch neugebildete Körpergewebe ersetzt wird oder nur teilweise mit körpereigenem Gewebe durchwachsen wird, hängt von der Wahl der verwendeten organischen Bestandteile ab. Ziel ist in jedem Fall der teilweise Ersatz bzw. das periphere oder totale Durchwachsen des Implantates durch körpereigenes Gewebe.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, daß aufgrund der Bioaktivität der Masse sehr schnell eine belastbare Naht zwischen den Knochengeweben oder eine belastbare Übergangszone Implantat/Knochengewebe entsteht Da die Resorption des Calciumphosphats und gegebenenfalls auch der Polymerkomponente mit dem Einwachsen von Knochengeweben einhergeht, bleibt diese mechanische Stabilität während des gesamten Heilungsprozesses und n/vn Beendigung dieser Phase bzw. nach Herstellung des endgültigen Verbundes zwischen Prothese und Knochengewebe erhalten. Die Bildung von gewebigen Abkapselungen, wie sie bei allen bekannten Methoden eintreten und die die Abstoßung des körperfremden Materials — dss Zements, der Prothese oder des implantierten Werkstoffes — einleiten, wird verhindert

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Erläuterung weiterer Einzelheiten anhand von Ausführungsbeispielen der Erfindung hervor.

Zur Synthese der Kalziumphosphat-Komponente der erfindungsgemäßen Masse wird in diesem Fall aus den Verbindungen CaHPO* und Kaliumcarbonat (CaCO₃), beide in chemisch reinster Form, ein homogenes Pulvergemenge hergestellt und zu großen, zylindrischen Tabletten verpreßt Diese Tabletten werden nun in einem Brennofen bei 1200" C 3 Stunden lang gesintert,

wobei sich nach der Formel

2CaHPO₄ + CaCO₃-* Ca₃P₂Og + H₇Ot+ CO?t

nahezu vollständig die Verbindung Trikatetumphosphat bildet,

Dieses Simerprodukt wird aufgemahlen, erneut verpreßt und noch einmal bei 1500°C 1 Stunde lang gesintert Nunmehr besteht das Material aus einer Mischung von «- und ß-Trikalziumphosphat und Resten einer kalziumphosphatischen Glasphase in einem bestimmten Mengenverhältnis, das sich bezüglich der Gewebeverträglichkeit und Resorbierbarkeit als optimal erwiesen hat Dieses Material wird abermals aufgemahlen und in einer Größe von ca. 0,3—0,7 mm abgesiebt

Beispiel 1

50 g Trilaurin (Triglycerid der Laurinsäure) werden in einem Knetwerk bei 50 bis 55"C mit 50 g des obengenannten Calciumphosphates zu einer homoge nen Masse verarbeitet Danach wird das Produkt durch Erhitzen auf 140⁰C keimfrei gemacht und steril verpackt

Der Chirurg erhält das Material portionsweise abgepackt 2s

Die in der vorgenannten Weise hergestellte Masse wird zur Tamponade einer Knochenhöhlung nach der Zystenresektion verwendet Dabei wird nach dem Herausschälen der Zyste und der üblichen Vorbereitung des Implantatlagers die Höhlung fest mit dem plastischen Material austamponiert, wobei die Nischen ausgefüllt werden. Zu/ Erleichterung der Verarbeitbarkeit kann das Material auf 50°C erwärmt werden. Nach dem Glätten der Oberfläche wird das Periost über dem Implantat vernäht

Je nach Größe des Implantates wird das Ersatzmaterial innerhalb weniger Tage bis Wochen von neugebildetem Bindegewebe und zunächst osteoidem Gewebe durchwachsen. Simultan dazu erfolgt die Resorption des Materials. Das eingewachsene Knochengewebe lagert sich auf dem Calciumphosphat ohne bindegewebige Zwischenschicht auf; es wird in physiologischer Weise mineralisiert und umgebaut Das Implantat ist nach wenigen Wochen — abhängig von der Größe des Implantateil — resorbiert und durch gesundes Knochengewebe ersetzt

Das molare Mengenverhältnis von CaO zu P2O5 lag in diesem Beispiel ebenso wie in den folgenden bei etwa 3 :1 (das entspricht etwa 54 Gew.-% CaO zu etwa 46 Gew.-% P7O5); bei dieser Zusammensetzung ergibt sich so eine optimale Resorbierbarkeit des gesinterten Calciumphosphats.

Beispiel 2

Zunächst wird die csiciumphosphatische Komponente in gleicher Weise wie in Beispiel 1 hergestellt Danach werden 50 g Calciumphosphat und 10 g Polymethylmethacrylat, gelöst in 40 g Methylmethacrylat, ver* mischt Die so erhaltene stabile Mischung wird vom Chirurgen tinter Zusatz eines für diese Zwecke üblichen Katalysators als pastös? Masse verarbeitet, die in diesem Fall innerhalb von 15 bis 20 Minuten völlig aushärtet.

Mit einer solchen Masse wird der Jochbogen ersetzt Dazu wird, die Masse nach chirurgischer Vorbereitung beider Jocbbogenenden in die gewünschte Form modelliert For durchblutete und lebensfähige Knochenstücke wird mit der Modelliermasse eine tragfähige Unterlage geschaffen.

Der histologische Befund ist analog zu Ausführuigsbeispiel 1, abgesehen davon, daß die organischen Bestandteile nicht resorbiert werden.

Beispiel 3

Durch Behandeln von Gelatine mit Ca(OH)rLösung und durch Entkalken wird eine 70%ige Gelatinpaste hergestellt Diese Paste wird mit Calciumphosphat-Pulver im Verhältnis 1 :2 innig vermischt Man erhält eine plastische Masse, die implantierbar ist und nach einiger Zeit im Körper unter Wasserabgabe härtet Das Implantat ist nach wenigen Wochen, abhängig von der Größe des Implantats, resorbiert und durch gesundes Knochengewebe ersetzt

Beispiel 4

In einer Rührapparatur werden unter Stickstoff in 43,6 Gew.-Teilen N-Methylpyrrolidon 28,2 Gew.-Teilcn Polysulfon gelöst Nach dem Einrühren von 282 Gew.-Teilen Tricalciumphosphat-Pulver erhält man eine Paste, die in Körperflüssigkeit unter Abgabe des N-Methylpyrrolidons erhärtet

Beispiel 5

Durch Mischen von 10 Teilen in einer UV-sensibilisierten Lösung von Methylmethacrylatcrylat und Polymethylmethacrylat und 10 Teilen Tricalciumphosphat-Pulver unter Lichtausschluß erhält man eine UF-Licht-härtende Paste.

Beispiel 6

Durch Mischen von 10 Teilen einer t/V-sensibilisierten Lösung aus Methylmethacrylat und Polymethylmethacrylat mit 10 Teilen Methylmethycrylat und 30 Teilen Tricalciumphosphat-Pulver entsteht eine UF-Licht'härtende Paste.

Beispiel 7

Unter Feuchtigkeitsausschluß werden 33,9 Gew.-Tei-Ie Polyvinylformiat in 32,4 Gew.-Teilen Ν,Ν-Dimethylacetanid gelöst Durch Fjnmischen von 333 Gew.-Teilen Tricalciumphosphat-Pulver entsteht eine Paste, die in Körperflüssigkeiten erhärtet

Beispiel 8

5 Teile Poly-Hydroxyäthylmethycrylat werden über Nacht in destilliertem Wasser gequollen und anschließend in die plastische Masse 5 Teile Tricalciumphosphat-Pulver eingearbeitet Die entstehende Masse besteht aus ca. 36,2 Gew.-% PoIy'Hydroxyäthylmethacrylat, ca. 36,2 Gew.-% Tricalciumpliosphat und ca. 27,6 Gew.-% Wasser und bleibt im wäßrigen Medium elastisch,

Claims

Patentansprüche;

1, Plastische Masse auf der Basis von gesinterten Calciumphosphaten für implantierbare Knochenersatz-, Knochenverbuod- oder Prothesenverankerungswerkstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß diese aus einer Mischung von Calciumphosphaten mit weichen, plastischen, bioresistenten oder resorbierbaren Polymeren oder mit der Lösung eines solchen Polymeren in organischen Lösungsmitteln oder resorbierbaren, niedermolekularen oder oligomeren organischen Materialien oder mit den Lösungen derselben besteht, wobei das Mengenverhältnis von Calriumphosphat zu dem Polymeren is bzw. zu dem organischen Material, dem gelösten Polymeren oder dem gelösten organischen Material zwischen 5 :1 und 1:1 liegt
2. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Molverhältnis von CaO und P₂O₅ im Calchimphosphat3:1 ist