DE2947985C2

DE2947985C2 -

Info

Publication number: DE2947985C2
Application number: DE19792947985
Authority: DE
Inventors: Sergej I. Belych; Anatolij B. Davydov; Gennadij L. Moskau/Moskva Su Chromov; Anatolij D. Moskovskaja Oblast' Su Moscenskij; Ilja A. Movsovic; Gennadij I. Rojtberg; Gennadij L. Voskresenskij; Gelj G. Moskau/Moskva Su Persin; Valerij A. Belgorod-Dnestrovskij Odesskaja Oblast' Su Moskvitin
Original assignee: VSESOJUZNYJ NAUCNO-ISSLEDOVATEL'SKIJ I ISPYTATEL'NYJ INSTITUT MEDICINSKOJ TECHNIKI MOSKAU/MOSKVA SU
Current assignee: VSESOJUZNYJ NAUCNO-ISSLEDOVATEL'SKIJ I ISPYTATEL'NYJ INSTITUT MEDICINSKOJ TECHNIKI MOSKAU/MOSKVA SU
Priority date: 1979-11-28
Filing date: 1979-11-28
Publication date: 1987-07-16
Also published as: DE2947985A1

Description

Die vorliegende Erfindung aus dem Bereich der Medizintechnik betrifft ein biodestruktives Material für Verbindungselemente für Knochengewebe.

Ein Teilbereich der Medizintechnik betrifft die Herstellung von Verbindungselementen, die für die traumatologische Hilfeleistung erforderlich sind. Derartige Elemente können Stifte, Stäbe, Klammern, Lamellen uam. sein, die zur Fixierung der Knochenteile bei Frakturen bestimmt sind.

Gegenwärtig werden in der medizinischen Praxis vorrangig aus Metallegierungen hergestellte Verbindungselemente verwendet, die jedoch eine Reihe von Nachteilen aufweisen.

Zu diesen zählt in erster Linie die Notwendigkeit, die metallischen Verbindungselemente nach der Wiederherstellung des Knochengewebes operativ zu entfernen. Außerdem führt die Verwendung von Metallegierungen häufig zu einer ausgeprägten Reaktion des Knochengewebes, und bei Verwendung magnesiumhaltiger Legierungen ist eine Entwicklung gasförmiger und toxischer Produkte möglich.

Es sind bereits Versuche bekannt, polymere Materialien, z. B. Polymethylmethacrylat, für derartige Verbindungselemente zu verwenden (vgl. I. I. Bljumin, A. W. Heifiz "Bulletin der Chirurgie und Anästhesiologie", 1955, II, 80-83). Polymethylmethacrylat wies jedoch nicht die für derartige Verbindungselemente zu fordernden hohen Festigkeitseigenschaften auf. Außerdem wird Polymethylmetharcrylat vom Körper nicht resorbiert, was wie im Falle von Metallelementen eine neuerliche Operation erforderlich macht, um das Verbindungselement wieder zu entfernen.

Bekannt sind auch Versuche, Eiweißfraktionen des menschlichen Blutes als Material für Verbindungselemente des Knochengewebes zu verwenden (G. W. Golowin "Fragen der Wiederherstellungschirurgie, Traumatologie und Orthopädie", Swerdlowsk, 1957, 6, 211-217). Ein derartiges Material weist jedoch nur sehr niedrige physikalisch-mechanische Eigenschaften auf, und außerdem ist seine Resorptionszeit im Körper etwas geringer als die für die Wiederherstellung des Knochengewebes erforderliche Zeit.

Die Verwendung von Materialien, die aus einer bewehrenden Komponente in Form von Fasern oder Gewebe, z. B. Glasfasern, Kohlenfasern, Glasgewebe, und einem polymeren Bindemittel, z. B. einem ungesättigten Polyäther, Epoxid, Polyimid uam., bestehen, hat für Verbindungselemente des Knochengewebes trotz hoher Festigkeitseigenschaften keine positiven Ergebnisse erbracht, da die genannten Stoffe entweder toxisch sind oder vom Körper nicht resorbiert werden.

Aus der DE-AS 29 17 037 ist ferner eine arzneimittelhaltige Mehrkomponentenmasse bekannt, die aus einer physikalischen Mischung von Polymermaterialien besteht, die zur Herstellung einer homogenen Masse erhitzt und verpreßt werden müssen. Die Mehrkomponentenmassen sind teilweise resorbierbar, da ein Teil ihrer Zusammensetzung von einem resorbierbaren Polylactid gebildet wird. Nach der Resorbierung dieses Bestandteils bleibt der nicht resorbierbare Bestandteil, insbesondere ein Polyacrylat oder Polymethacrylat, zurück und wird in das Bindegewebe eingebaut. Aus der bekannten Mehrkomponentenmasse hergestellte Elemente stellen daher Elemente für eine dauerhafte Implantation dar.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein biodestruktives Material für Verbindungselemente für Knochengewebe zu schaffen, daß über die Fähigkeit verfügt, innerhalb der erforderlichen Zeit für die Knochenregenerierung allmählich vom Körper resorbiert zu werden, das nichttoxisch ist und über physikalisch-mechanische Kennwerte verfügt, die eine zuverlässige Fixierung der Knochenbruchstücke bei der Implantation der Verbindungselemente gewährleisten.

Diese Aufgabe wird durch ein biodestruktives Material aus einer Polymermatrix und aus einem Faserstoff als bewehrende Komponente der Verbindungselemente für Knochengewebe gelöst, das durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gekennzeichnet ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Das erfindungsgemäße biodestruktive Material setzt sich somit aus einer Matrix aus einem nichttoxischen Copolymeren aus hydrophilen Gliedern und hydrophoben Gliedern der angegebenen Art und einer bewehrenden Komponente zusammen, die aus nichttoxischen, vom Körper resorbierbaren Fasern und Fäden besteht.

Die als hydrophobe Glieder des Copolymeren verwendbaren "Alkylacrylate" können z. B. Äthylacrylat, Methylmethacrylat oder Butylmethacrylat sein.

Die Fasern, die die bewehrende Komponente der Matrix bilden, können synthetische nichttoxische Fasern und Fäden aus einem resorbierbaren Polyamid, Oxycellulose, Polyvinylalkohol oder aus deren Gemischen sowie nichttoxische, im lebenden Körper resorbierbare Naturfasern oder -fäden sein, z. B. Katgut-, Kollagen-, Dextran- und andere ähnliche Fäden und Fasern.

Das für die Polymermatrix gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete Copolymere kann nach einer bekannten Technologie durch Copolymerisation der Ausgangsmonomeren für die hydrophilen und hydrophoben Glieder im Medium inerter Lösungsmittel, z. B. Benzol, Toluol, und in Gegenwart von Aktivatoren für die radikalische Polymerisation, z. B. Azo-bis-isobuttersäurenitril oder 4,4-Azo-bis-(4-cyanpentansäure), hergestellt werden.

Die Copolymeren enthalten 20 bis 40 Gew.-% an hydrophilen Gliedern. Liegt der Gehalt an hydrophilen Gliedern im Copolymeren unter 20 Gew.-%, ist die Biodestruktivität des Polymeren im lebenden Körper vermindert. Eine Erhöhung des Gehaltes an hydrophilen Gliedern im Copolymeren auf über 40 Gew.-% führt zu einer Erhöhung der Quellung und gewährleistet die Beibehaltung der erforderlichen Festigkeitseigenschaften für den Zeitraum der Konsolidierung der Knochenbruchstücke nicht.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen biodestruktiven Materials erfolgt so, daß das Ausgangscopolymere in einem inerten organischen Lösungsmittel, z. B. Aceton, Toluol oder Äthylacetat, aufgelöst wird und dann die Fäden oder Fasern der bewehrenden Komponente mit der erhaltenen Polymerlösung durchtränkt und danach so lange getrocknet werden, bis sich das Lösungsmittel praktisch vollkommen verflüchtigt hat. Im fertigen Material kann der Gewichtsanteil der Matrix im Bereich von 20 bis 50 Gew.-% und der Gewichtsanteil der bewehrenden Komponente im Bereich von 50 bis 80 Gew.-% liegen. Ein solches Gewichtsverhältnis von Matrix und bewehrender Komponente wird im Hinblick auf die Gewährleistung der erforderlichen physikalisch-mechanischen Eigenschaften des Materials gewählt, die die Verbindungselemente für eine Verbindung der Knochenteile bei Knochenverletzungen bzw. Knochenfrakturen aufweisen müssen.

Das erfindungsgemäße biodestruktive Material weist folgende Vorteil auf:

1. Es macht die Durchführung einer zusätzlichen Operation zur Entfernung des Verbindungselements überflüssig.
2. Es ermöglicht es, die Abmessungen des Verbindungselements unmittelbar während der Operation durch seine Bearbeitung den individuellen Besonderheiten der zu fixierenden Knochenbruchstücke anzupassen und schränkt die Beweglichkeit der an die Bruchstücke angrenzenden Gelenke während der Konsolidierungsperiode nicht ein.

Zur Herstellung von Verbindungselementen, z. B. von Stiften, Klammern, Stäben, wird das erfindungsgemäße biodestruktive Material in Preßformen gefüllt und bei einer Erwärmung bis auf 200°C und unter einem spezifischen Druck bis zu 29,42 MPs verpreßt. Nach dem Abkühlen der Preßform wird der Druck entfernt und das fertige Erzeugnis aus der Form entnommen.

Ein bevorzugtes biodestruktives Material ist eines, bei dem für die Polymermatrix ein Copolymeres aus Methylmethacrylat und N-Vinylpyrrolidon und als bewehrende Komponente resorbierbare Polyamidfasern verwendet werden. Die Ausgangskomponenten eines solchen Materials sind leicht verfügbar und Handelsprodukte, und die physikalisch-mechanischen Eigenschaften dieses Materials erfüllen die gewünschten Anforderungen.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die verschiedene Zusammensetzungen des erfindungsgemäßen Materials und die dazugehörigen physikalisch-mechanischen Eigenschaften zeigen.

Beispiel 1

28,8 g Polyamidfasern werden mit einer Acetonlösung durchtränkt, die 11,2 g eines Copolymeren aus Methylmethacrylat und N-Vinylpyrrolidon enthält, wobei der N-Vinylpyrrolidongehalt im Copolymeren 31,2 Gew.-% beträgt.

Nach dem Durchtränken werden die Fasern getrocknet, bis das Lösungsmittel vollständig entfernt ist. Das so hergestellte Material wird in eine Preßform gefüllt und bei einer Temperatur von 160°C und unter einem Druck von 27,46 MPa gepreßt. Nach dem Abkühlen der Preßform auf 40°C wird der Druck entfernt, die Preßform auseinandergenommen und das Erzeugnis entnommen.

In diesem Beispiel ist das Erzeugnis ein Stift mit einem Durchmesser von 12 mm, einer Länge von 410 mm und folgenden Eigenschaften:

Biegefestigkeit264,78 MPa Elastizitätsmodul bei Biegung4432,6 MPa Resorptionszeit im Körperca. 2 Jahre Dauer der zuverlässigen
Fixierung der Bruchstücke8 bis 9 Monate

Beispiel 2

Die Vorgehensweise des Beispiels 1 wird wiederholt, mit dem Unterschied, daß 8 g Copolymeres aus Methylmethacrylat und N-Vinylpyrrolidon und 32 g Polyamidfasern verwendet werden. Das hergestellte Verbindungselement ist ein Stift mit den Abmessungen gemäß Beispiel 1 und folgenden Eigenschaften:

Biegefestigkeit235,36 MPa Elastizitätsmodul bei Biegung3196,97 MPa Resorptionszeit im Körperca. 2 Jahre Dauer der zuverlässigen
Fixierung der Bruchstücke8 bis 9 Monate

Beispiel 3

Die Vorgehensweise von Beispiel 1 wird wiederholt, mit dem Unterschied, daß 20 g des Copolymeren aus Methylmethacrylat und N-Vinylpyrrolidon und 20 g Polyamidfasern verwendet werden. Das aus einem Material hergestellte Elemente ist ein Stift mit den Abmessungen wie in Beispiel 1 und folgenden Eigenschaften:

Biegefestigkeit255,95 MPa Elastizitätsmodul bei Biegung3863,82 MPa Resorptionszeit im Körperca. 2 Jahre Dauer der zuverlässigen
Fixierung der Bruchstücke8 bis 9 Monate

Beispiel 4

Für die Herstellung eines Verbindungselements verwendet man ein biodestruktives Material, das 30,1 g eines Copolymeren von Methylmethacrylat und N-Vinylpyrrolidon (Gehalt an N-Vinylpyrrolidon 39,6 Gew.-%) sowie 66,9 g Carboxyäthylcellulosefasern (Polymerisationsgrad 330) enthält. Das Verbindungselement ist ein Stift mit einem Durchmesser von 13 mm und einer Länge von 415 mm, der gemäß Beispiel 1 hergestellt wurde. Er weist folgende Eigenschaften auf:

Biegefestigkeit185,35 MPa Elastizitätsmodul bei Biegung2451,66 MPa Resorptionszeit im Körper1,7 Jahre Dauer der zuverlässigen
Fixierung der Bruchstücke4,5 bis 6 Monate

Beispiel 5

Die Herstellung des biodestruktiven Materials sowie des Verbindungselements wird wie in Beispiel 1 durchgeführt, mit dem Unterschied, daß 28,2 g eines Copolymeren von Methylmethacrylat und N-Vinylpyrrolidon (Gehalt an N-Vinylpyrrolidon 33,6 Gew.-%) und 64,7 g Polyamidfasern sowie 4,1 g Carboxymethylcellulosefasern verwendet werden.

Der aus diesem Material hergestellte Stift hat die Abmessungen gemäß Beispiel 4 und folgende Eigenschaften:

Biegefestigkeit278,51 MPa Elastizitätsmodul bei Biegung2451,66 MPa Resorptionszeit im Körper1 Jahr und 9 Monate Dauer der zuverlässigen
Fixierung der Bruchstücke5 bis 7 Monate

Beispiel 6

Die Herstellung des biodestruktiven Materials und des Verbindungselements erfolgen wie in Beispiel 1 mit dem Unterschied, daß 20,1 g eines Copolymeren von Methylmethacrylat und N-Vinylpyrrolidon (Gehalt an N-Vinylpyrrolidon 35,2 Gew.-%), 12,7 g Katgutfäden und 38,2 g Polyamidfasern verwendet werden. Der aus diesem Material hergestellte Verbindungsstift mit Abmessungen wie in Beispiel 1 hat folgende Eigenschaften:

Biegefestigkeit211,82 MPa Elastizitätsmodul bei Biegung961,05 MPa Resorptionszeit im Körper1,4 Jahre Dauer der zuverlässigen
Fixierung der Bruchstücke3 bis 5 Monate

Beispiel 7

Die Herstellung des biodestruktiven Materials und des Verbindungselements erfolgt gemäß Beispiel 1 mit dem Unterschied, daß 20,1 g Copolymeres von Butylmethacrylat und N-Vinylpyrrolidon und 69,2 g Polyamidfasern verwendet werden. Der aus diesem Material hergestellte Stift weist folgende Eigenschaften auf:

Biegefestigkeit188,29 MPa Elastizitätsmodul bei Biegung902,21 MPa Resorptionszeit im Körperca. 2,7 Jahre Dauer der zuverlässigen
Fixierung der Bruchstücke9 Monate

Beispiel 8

Die Herstellung des biodestruktiven Materials und des Verbindungselements erfolgt gemäß Beispiel 1 mit dem Unterschied, daß 32 g eines Copolymeren von Acrylamid und Äthylacrylat (Gehalt an Acrylamid 22 Gew.-%) und 69 g Carboxyäthylcellulosefasern verwendet werden. Der aus diesem Material hergestellte Verbindungsstift hat folgenden Eigenschaften:

Biegefestigkeit175,54 MPa Elastizitätsmodul bei Biegung853,18 MPa Resorptionszeit im Körper1,3 Jahre Dauer der zuverlässigen
Fixierung der Bruchstücke3 bis 5 Monate

Claims

1. Biodestruktives Material aus einer Polymermatrix und aus einem Faserstoff als bewehrende Komponente für Verbindungselemente für Knochengewebe, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix aus einem resorbierbaren Copolymeren aus nichttoxischen hydrophilen Gliedern in Form von N-Vinyl pyrrolidon, Acrylamid, Vinylcaprolactam, Äthylenglykolmono methacrylat, Methacrylamid und Acrylsäure und hydrophoben Gliedern in Form von Alkylacrylaten, Vinylacetat und α-Äthoxycyanacrylat besteht, wobei der Anteil der hydrophilen Glieder in der Matrix im Bereich von 20 bis 40 Gew.-% liegt, und daß der Faserstoff aus nichttoxischen, vom Körper resorbierbaren Fasern oder Fäden besteht.

2. Biodestruktives Material nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß als Alkylacrylat Methylmethacrylat enthalten ist.

3. Biodestruktives Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die resorbierbaren Fasern oder Fäden aus einem resorbierbaren Polyamid, Oxycellulose, Poly vinylalkohol oder deren Mischungen bestehen.

4. Biodestruktives Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix aus einem Copolymeren aus Methylmethacrylat und N-Vinylpyrrolidon besteht, in dem der N-Vinylpyrrolidongehalt 25 bis 28 Gew.-% beträgt, und daß die bewehrende Komponente von resorbierbaren Polyamidfasern gebildet wird.

5. Biodestruktives Material nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Matrix am Gesamtmaterial 20 bis 50 Gew.-% und der Anteil der Fasern oder Fäden 50 bis 80 Gew.-% beträgt.