DE3627316A1

DE3627316A1 - Collagenimplantate und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE3627316A1
Application number: DE19863627316
Authority: DE
Inventors: Sandu Pitaru; Matitiahu Noff
Original assignee: Ramot at Tel Aviv University Ltd
Current assignee: Ramot at Tel Aviv University Ltd
Priority date: 1985-08-13
Filing date: 1986-08-12
Publication date: 1987-02-19
Anticipated expiration: 2006-08-13
Also published as: FR2590175A1; DE3627316C2; US5002583A; IL76079A; FR2590175B1; IL76079A0; GB2178963B; GB8619603D0; GB2178963A

Description

In der modernen Medizin werden künstliche Implantate ver wendet, um chirurgisch Organe und Gewebe, die entweder durch Krankheit oder Traumen beeinflußt sind, und dement sprechend nicht mehr voll funktionieren, vollständig und/oder teilweise ersetzt. Beispielsweise können Gehör knöchelchen des Mittelohrs, Augenlinsen, Zähne und Gelenke durch künstliche Implantate ersetzt werden. Alle künst lichen Implantate werden so ausgebildet, daß sie aus biover träglichen bzw. biokompatiblen Materialien bestehen, d. h., die Materialien müssen

(a) nichttoxisch entweder für die umgebenden Gewebe oder die anderen Organe des Wirts sein und
(b) sie dürfen die immunologische Reaktion, durch die das Implantat abgestoßen werden kann, nicht erhöhen.

Nach den besten Kenntnissen der Anmelderin besitzen all diese Materialien keine biologischen Eigenschaften, und sie werden daher von dem Wirt nicht als integraler Teil des Körpers identifiziert. Die Folgerung dieser Tatsache ist die, daß das Implantat an die es umgebenden Gewebe durch biologische Bindung nicht gebunden wird, wie es der Fall ist, wenn entweder eine Knochen- oder Hauttransplanta tion erfolgt. Dementsprechend erfolgt die Verankerung der bekannten künstlichen Implantate an die umgebenden Gewebe durch physikalische und mechanische Maßnahmen (Schrauben, Zemente und poröse Oberflächen). Biologische Materialien (Collagen und andere) wurden zur Beschichtung der Ober fläche dieser Implantate verwendet, damit die Geweberepara tur, das Wachstum und die Adaption der Implantat-Gewebe grenzfläche verbessert wird. Diese werden von den umgeben den Geweben absorbiert oder zersetzt. Dadurch verbleibt die mechanische Verankerung als einziges bis heute bekann tes Verfahren, welches die Befestigung künstlicher Implan tate an die umgebenden Gewebe während einer begrenzten Zeit periode erlaubt. Diese auftretenden Erscheinungen zeigen an, daß die Scherkräfte, die an der Implantat-Gewebegrenz fläche während der Wirkung des Implantats wirken, eine Lockerung der mechanisch verankerten Implantate bewirken. Man nimmt daher an, daß durch das Fehlen einer biologischen Bindung zwischen der Oberfläche des Implantats und den es umgebenden Geweben der Hauptgrund für dieses Versagen ist.

Die Erfindung betrifft neue prosthetische Einrichtungen bzw. Elemente für die chirurgische Implantation in Menschen- und Tierkörper. Die neuen Implantate enthalten einen festen, vorzugsweise kompakten, Kern, der eine Oberflächenschicht aufweist, die mindestens einen Teil seiner Oberfläche bedeckt, wobei die Oberflächenschicht eine Matrix enthält, in die Collagenfasern eingearbeitet sind, deren Enden mindestens teilweise aus der Oberfläche dieser Schicht hervorragen. Die Oberflächenschicht umfaßt bevorzugt eine polymere Matrix, in die Collagenfasern eingebettet sind und bildet ein biolo gisches Substrat, welches dem Implantat einzigartige Eigen schaften verleiht. Das Kernmaterial kann irgendein geeigne tes hartes Material sein, wie Kunststoff, Metall, Metalle gierung, Keramik, verstärktes Material oder ähnliches, wel ches die erforderliche Biokompatibilität besitzt. Als Folge wird eine langlebende bzw. langhaltende biologische Bindung zwischen dem chirurgisch implantierten Element und dem Wirts gewebe erhalten. Das biologische Substrat wird entweder chemisch oder mechanisch mit dem festen Material, welches den Kern des erfindungsgemäßen prosthetischen Elements bildet, verbunden.

Das erfindungsgemäße prosthetische Element bzw. die erfin dungsgemäße prosthetische Einrichtung (diese Ausdrücke werden synonym verwendet) umfaßt zwei Hauptkomponenten, die eine integrale Struktur bilden,

(i) den Hauptkörper und
(ii) das biologische Substrat.

(i) Der Hauptkörper des prosthetischen Elements

Der Hauptkörper ergibt die Form des prosthetischen Elements und bestimmt seine biomechanischen und biophysikali schen Eigenschaften. Einzelheiten hinsichtlich der Bauart und Zusammensetzung des Hauptkörpers (Kern) verschiedener chirurgischer prosthetischer Elemente werden im folgenden erläutert.

(ii) Das biologische Substrat des chirurgischen prosthetischen Elements

Das biologische Substrat ermöglicht eine langhaltende biologische Verankerung zwischen der Oberfläche des prostheti schen Elements und dem Wirtsgewebe. Das biologische Substrat ist eine Verbundstruktur, welche aus zwei Komponenten be steht: einer geeigneten Matrix und Collagenfasern. Als Folge des einzigartigen Herstellungsverfahrens des biologischen Substrats werden die beiden Komponenten in einer Reihe von Schichten angeordnet, die nicht getrennt werden können und somit eine integrale Struktur bilden. Obgleich das biologi sche Substrat ein Ganzes bildet, wird im folgenden zur Er läuterung der vorliegenden Erfindung und als Beispiel eine Struktur mit drei Schichten näher beschrieben:

(a) Eine Innenschicht, die etwa 0,5 bis 5 mm dick ist und aus einem festen, bevorzugt plastischen, Polymeren besteht. Während des Herstellungsverfahrens des biologischen Substrats wird das plastische Polymere entweder mechanisch oder che misch an den Kern des prosthetischen Elements, abhängig von dem oder den Material(ien), aus dem der Kern besteht, gebunden.
(b) Eine etwa 0,2 mm bis etwa 5 mm dicke Zwischenschicht, welche aus einem plastischen Polymeren, wie bei (a) beschrie ben, und Collagenfibrillen mit einem Durchmesser von 0,1 bis 1 µ besteht, wobei die letzteren entweder als dreidimen sionales Netz oder in 0,01 bis 1 mm dicken Bündeln angeord net sind. Die Abstände zwischen den Collagenfibrillen, die ein solches Netz oder Bündel bilden, sind durch das plasti sche Polymere besetzt. Während der Verarbeitung des biolo gischen Substrats infiltriert das plastische Polymere das Fibrillennetz bzw. jede Masche davon. Dies bedeutet, daß die Mikrofibrillen und möglicherweise die Moleküle der Collagen fibrillen und -fasern mit dem Kunststoffpolymeren impräg niert werden. Diese Collagen-Polymer-Zwischenwirkung erreicht man durch das einzigartige Herstellungsverfahren des biologi schen Substrats, welches im folgenden näher erläutert wird.
(c) Eine Außenschicht, 0,5 bis 2,5 mm dick, welche entweder ein Netz aus Collagenfasern oder Bündel aus Collagen enthält, wobei die Fibrillen davon eine Kontinuität der Fibrillen der Zwischenschicht sind. Es ist somit die gleiche Collagen struktur in der Polymermatrix der Zwischenschicht des bio logischen Substrats eingebettet und stellt die Außenschicht des Substrats dar.

Die spezielle Beziehung zwischen dem plastischen Polymeren und den Collagenfasern in der oben bei (b) beschriebenen Zwischenschicht ergibt eine extrem starke Verankerung der Collagenfasern der Außenschicht. Versuche, die man durchge führt hat, um die Bindungsfestigkeit zwischen dem Collagen netz und dem plastischen Polymeren zu prüfen, zeigen, daß die Collagenfasern brechen, bevor sie von dem Kunststoff polymeren abgetrennt werden können, wenn eine mechanische Heraus stoßkraft bzw. eine mechanische Kraft angewendet wird.

Die Außenschicht des biologischen Substrats ist so ausge bildet, daß sie dazu dient, das Substrat biologisch an das es umgebende Wirtsgewebe zu verankern. Dies wird durch die Tatsache ermöglicht, daß die Collagenstruktur der Außen schicht eine biologische Matrix bildet, welche das Wirts gewebe, das mit ihr in Kontakt ist, stimuliert, zwischen den Collagenfasern zu wachsen und es an die Collagenfasern zu binden. Die praktische Bedeutung der biologischen Bindung ist die, daß die Collagenfasern des Collagennetzes einen integralen Teil des Wirtsgewebes bilden, mit dem sie eine Zwischenwirkung eingehen.

Da die gleichen Collagenfasern ebenfalls fest an der Poly mermatrix befestigt sind, wird das biologische erfindungs gemäße Substrat biologisch an das Wirtsgewebe gebunden bzw. daran befestigt. Aus dem Obigen ist offensichtlich, daß das biologische Substrat als einzigartiges Mittel zur biolo gischen Verankerung der neuen prosthetischen Einrichtung bzw. des Elements an das Wirtsgewebe dient.

Langfristig gesehen nimmt man an, daß die Collagenfasern der Außenschicht des biologischen Substrats, welches eine integrale Struktur mit den Wirtsgeweben bildet, durch die von den Wirtsgewebezellen gebildeten Collagenfasern ersetzt werden wird. Versuche haben angezeigt, daß die Kontinuität zwischen den neu gebildeten Collagenfasern der Außenschicht und den Collagenfasern in der Zwischenschicht erhalten bleibt. Somit wird auch die biologische Verankerung des erfindungs gemäßen prosthetischen Elements an das Wirtsgewebe während dem Collagen-Ersetzungsverfahren erhalten bleiben. Diese Konservierung ist möglich trotz der Tatsache, daß die "Ver ankerung" bricht, d. h. die Collagenfasern der Außenschicht werden kontinuierlich als Folge der physiologischen Umwand lung der Wirtsgewebe erneuert.

Die biologische Verankerung des erfindungsgemäßen prostheti schen Elements an das Wirtsgewebe ist wesentlich besser als die mechanische Verankerung gemäß dem Stand der Technik. Außerdem werden durch die biologische Verankerung die Schwächeschwierigkeiten, die mit den mechanisch gebundenen künstlichen Implantanten gemäß dem Stand der Technik asso ziiert sind, beseitigt. Die beiden Gründe hierfür sind:

1. die Wirtsgewebe identifizieren die Außenschicht des biologischen Substrats als biologisches Material. Als Folge davon werden nämlich die Collagenfasern in das Wirtsgewebe eingearbeitet und werden ein integraler Teil davon. Da die se Collagenfasern kontinuierlich während der physiologischen Umwandlung des Wirtsgewebes erneuert werden und ebenfalls innerhalb des plastischen Polymeren des biologischen Sub strats, wie oben beschrieben, eingebettet sind, wird eine langhaltende biologische Bindung zwischen dem künstlichen Implantat und dem Wirtsgewebe erhalten,
2. Die Scherkräfte, die sich an der Grenzfläche von Implantat und Gewebe ent wickeln, werden innerhalb des Wirtsgewebes durch die Collagen fasern des biologischen Substrats des erfindungsgemäßen prosthetischen Elements vermindert und translokalisiert. Daher werden die Hauptfaktoren, die eine Ablösung der mecha nisch befestigten künstlichen Implantate verursachen, als Folge der neuen biologischen Eigenschaften des erfindungs gemäßen prosthetischen Elements eliminiert, und es ist eine langdauernde Wirkung des Implantats möglich.

Materialien, welche für die Herstellung von chirurgischen prosthetischen erfindungsgemäßen Elementen bzw. Einrichtun gen verwendet werden können, sind:

a) Für die Herstellung des Hauptkörpers des prosthetischen Elements (sein Kern): 1. Metalle und Metallegierungen

Metallische Materialien werden verwendet, wenn das Implantat Beanspruchung bzw. Dehnung, Scher- und Torsions kräften beachtlicher Größe ausgesetzt ist. Beispiele solcher Metallmaterialien sind rostfreier Austenitstahl, Titan, Titanlegierungen und Kobaltlegierungen. Metallmaterialien werden für die Herstellung von Orthopädie- und Dentalimplan taten verwendet.

2. Kunststoffmaterialien bzw. plastische Materialien

Plastische Materialien werden verwendet, um spezielle biophysikalische Forderungen zu erfüllen. Beispielsweise:

(a) besteht der Hauptkörper von chirurgischen Augenimplanta ten aus plastischem Material, wie Polymethylmethacrylat, welches das Licht durchgehen läßt,
(b) hochdichtes Polyethy len wird für die Herstellung von artikularen Oberflächen von Gelenkimplantaten verwendet, damit die Forderung nach niedriger Reibung erfüllt wird. Beispiele geeigneter Kunst stoffmaterialien sind Acrylkohlenstoffe, wie Polymethylmeth acrylat, aromatische Acrylkohlenstoffe, Cyanoacrylat, Silicon kautschuke, Polyethylenderivate, Polyacetalderivate.

3. Keramikmaterialien

Keramikmaterialien werden für die Herstellung von artikularen Oberflächen von chirurgischen Gelenkimplantaten verwendet, wenn Oberflächen mit niedriger Reibung und niedri ger Abnutzung benötigt werden.

4. Mit Fasern verstärkte Kunststoffpolymere

Mit Fasern verstärkte Kunststoffpolymere sind eine Alternative zu Metallmaterialien für die Herstellung des Hauptkörpers des chirurgischen prosthetischen Elements. Beispiele hierfür sind mit Kohlenstoff verstärkte Polymere, mit Kohlenstoffasern verstärkte Polymere, mit Glasfasern verstärkte Polymere, mit Kunststoffasern verstärkte Poly mere, mit Collagenfasern verstärkte Polymere.

Materialien, welche für die Herstellung des biologischen Substrats des prosthetischen Elements verwendet werden. 1. Plastische Polymere

Beispiele von plastischen Polymeren, die für die Her stellung des biologischen Substrats verwendet werden, sind Acrylatderivate, Siliconkautschukderivate, Polyethylenderi vate, Polyacetalderivate. Gegebenenfalls können derartige Kunststoffpolymere durch Fasern, wie Kohlenstoffasern, Glas fasern, Kunststoffasern, Collagenfasern, verstärkt werden.

2. Collagene

Beispiele von Collagenen, die für die Herstellung des biologischen Substrats verwendet werden, sind Collagen Typ I, Collagen Typ II, Collagen Typ III.

3. Substanzen, welche zum Anreichern der Collagenfasern verwendet werden

Fibronectin, Wachstumsfaktor, der sich von Plättchen ableitet, morphogenetische Knochenproteine, Vitamin D und seine Metaboliten, Wachstumsfaktoren, Hormone, Collagene der Typen IV, V, VI, VII, VIII, IX, X.

Eigenschaften, die die Materialien, welche für die Her stellung der erfindungsgemäßen chirurgischen prosthetischen Elemente verwendet werden, besitzen müssen Eigenschaften, die die Materialien besitzen müssen, die für die Herstellung des Hauptkörpers verwendet werden Biologische Eigenschaften

Das Material des Hauptkörpers sollte ein bioverträg liches Material ohne cytologische oder toxische Wirkungen auf irgendeines der Körpergewebe sein.

Mechanische Eigenschaften

Der Hauptkörper sollte eine ausreichende mechanische Festigkeit besitzen, so daß er die Kräfte aushält, welche sich während der langen Implantatfunktion entweder im Hauptkörper oder an der Grenzfläche zwischen dem Hauptkör per und anderen bewegbaren oder nicht bewegbaren Teilen der prosthetischen Vorrichtung entwickeln.

Physikochemische Eigenschaften

(a) Der Hauptkörper sollte in irgendeiner der Körper flüssigkeiten unlöslich sein, wodurch seine Zersetzung ver hindert wird, wenn er in den Wirt implantiert wird.
(b) Der Hauptkörper sollte nicht irgendwelche Körperflüssigkeiten absorbieren noch seine Dimension ändern, wenn er in den Wirt implantiert ist.

Eigenschaften, die die Materialien besitzen müssen, welche für die Herstellung des biologischen Substrats ver wendet werden Kunststoffpolymeres Biologische Eigenschaften

Das Kunststoffpolymere sollte ein bioverträgliches Material ohne cytologische oder toxische Wirkungen auf irgendeines der Körpergewebe sein.

Mechanische Eigenschaften

Das Kunststoffpolymere sollte eine ausreichende me chanische Festigkeit besitzen, so daß es die Kräfte, welche sich bei der langdauernden Implantatfunktion entweder inner halb des Polymeren selbst oder an den Grenzflächen des bio logischen Substrats mit dem Hauptkörper des Implantats entwickeln, widerstehen kann. (Diese Eigenschaft muß sicherstellen, daß eine sichere Befestigung des biologischen Substrats an dem Hauptkörper des prosthetischen Elements erfolgt, wenn die Verbindung zwischen den Komponenten me chanisch ist)

Physikochemische Eigenschaften

(a) In diesem Festzustand sollte das Kunststoffpolymere in irgendeiner der Körperflüssigkeiten unlöslich sein, so daß verhindert wird, daß es, wenn es in den Wirt implantiert wird, zersetzt wird.
(b) Das Kunststoffpolymere sollte nicht irgendwelche Körperflüssigkeiten absorbieren noch seine Dimension ändern, wenn es in den Wirt implantiert wird.
(c) Damit das Einbetten der Collagenfasern innerhalb des Kunststoffpolymeren möglich wird, sollte es möglich sein, das letztere aus einem flüssigen Monomeren in ein festes Polymeres umzuwandeln. Die Umwandlung sollte bevorzugt bei einer Temperatur erfolgen, die 38°C nicht überschreitet, wodurch eine Denaturierung der Collagenfasern verhindert wird.
(d) Das plastische Material sollte in seinem flüssi gen Zustand und während seiner Umwandlung in den festen Zustand die Eigenschaft besitzen, daß es chemisch an eine feste Oberfläche, entweder aus dem gleichen Material oder aus einem ähnlichen Kunststoffmaterial, gebunden werden kann. (Diese Eigenschaft ist erforderlich, damit eine che mische Bindung des biologischen Substrats an den Hauptkör per der prosthetischen Einrichtung entweder mit einem ähn lichen oder mit den gleichen Kunststoffmaterialien, wie die, aus dem das biologische Substrat hergestellt ist, erfolgen kann.

Das Collagen Mechanische Eigenschaften

Die Collagenfasern des Collagennetzes und/oder der Bündel sollten stark genug sein, um die Kräfte auszuhalten, die sich während der Funktion des Implantats entwickeln. Die mechanische Festigkeit des Collagens hängt von drei Faktoren ab:

(a) der Breite der individuellen Collagen fasern,
(b) der Vernetzung zwischen den Collagenmolekülen innerhalb einer Fibrille und der Vernetzung zwischen den Mikrofibrillen und den Fibrillen und
(c) der Dichte des Netzes und/oder der Bündel (die Zahl der Collagenfasern pro Volumeneinheit).

Die mechanische Festigkeit des Colla gens verschiedener Implantate variiert entsprechend der Variation in der Beanspruchung und den Scherkräften, die an der Gewebe-Implantatgrenzfläche auftreten. Beispielsweise sollte die erforderliche Größe der mechanischen Festigkeit der Collagenkomponente, die ein Teil der chirurgischen prosthetischen Linse ist, kleiner sein als die eines chi rurgischen prosthetischen Zahns.

Es ist möglich, die mechanische Festigkeit der Collagenkom ponente des biologischen Substrats zur kontrollieren und zu regulieren, wenn diese in vitro aus einer Molekular lösung hergestellt wird, indem man das Verfahren der Fibrillierung und den Grad der intermolekularen und inter fibrillaren Vernetzung kontrolliert.

Biologische Eigenschaften

Die Collagenfasern sollten ihre gut bekannten biologi schen Eigenschaften nach der teilweisen Einbettung des Collagens und/oder der Bündel innerhalb der Polymermatrix der Zwischenschicht des biologischen Substrats beibehalten.

Biologische Substanzen für die Anreicherung des Collagen netzes der dritten Schicht des biologischen Substrats

Es ist bekannt, daß Collagen unterschiedliche biologische Substanzen bindet. Diese Substanzen werden zur Modulierung der Eigenschaften an der Implantat-Wirtsgewebe-Grenzfläche während der Entwicklung der biologischen Bindung verwendet.

Die biologischen Substanzen sollten für irgendwelche Körper organe oder Gewebe nichttoxisch sein.

Die Herstellung des biologischen Substrats und seine Bindung an den Hauptkörper des prosthetischen Elements - Allgemeine Betrachtungen

Die Herstellung des biologischen erfindungsgemäßen Substrats erfolgt gleichzeitig mit seiner Bindung an den Hauptkörper. Der Hauptkörper kann in diesem Fall aus zwei Arten von Materialien bestehen:

(a) dem Material, welches chemische Bindungen mit dem plastischen Polymeren des biologischen Substrats bilden kann. Beispiele solcher Materialien sind die unterschiedlichen bioverträglichen Kunststoffpolymeren, welche die erforderlichen physikalisch-chemischen Eigen schaften besitzen, damit sie für die Herstellung eines spe zifischen Implantats verwendet werden können, und
(b) ein Material, das keine chemischen Bindungen mit dem plasti schen Polymeren bilden kann. Die Oberfläche von künstlichen Implantaten, die aus dieser Art von Materialien herge stellt sind, sollte so ausgebildet sein, daß eine mechani sche Bindung des plastischen Polymeren an das biologische Substrat möglich ist. Beispiele solcher Materialien sind die verschiedenen Metallegierungen.

Die erste Stufe bei der Herstellung des biologischen Sub strats besteht darin, eine Schicht aus plastischem Polymer an die Oberfläche des festen Kerns zu binden. Diese Schicht stellt die Innenschicht des biologischen Substrats, wie oben beschrieben, dar. Um dies zu erreichen, wird die pla stische Komponente des biologischen Substrats entweder in flüssigem Zustand oder als Paste auf den Teil der Ober fläche des Implantats aufgetragen, der die Verankerung des Implantats an das Wirtsgewebe bewirken soll. Hier wird das plastische Polymere des biologischen Substrats in festen Zustand überführt. Das Härtungsverfahren kann entweder durch chemische oder physikalische Katalysatoren, wie Peroxid, ultraviolettes Licht oder Wärme, initiiert werden. Während des Härtungsverfahrens wird das plastische Material des biologischen Substrats an das Material des Hauptkörpers unter Bildung von entweder mechanischen oder chemischen Bindungen gebunden.

Die zweite Stufe ist die Herstellung der Collagenstruktur. Ein Collagennetz wird aus einer molekularen Lösung von Collagen hergestellt. Der Typ (Collagene Typ I, Typ II oder Typ III oder Gemische davon) und die Quelle des Collagens können entsprechend der Art des recipienten Wirtsgewebes und der gewünschten Eigenschaften der biologischen Bindung variiert werden. Durch Variation des pH-Wertes und der Temperatur der Lösung, der ionischen Zusammensetzung und Konzentration ist es möglich, die Größe der Collagenfasern zu kontrollieren. Eine Struktur aus Collagenbündeln des Typs I wird aus einem Strang bzw. einer Sehne erhalten.

Die individuellen Bündel werden durch enzymatische (Trysin und Hyaluronidase), gefolgt von einer mechanischen Trennung, erhalten. Die individuellen Collagenbündel werden auf eine Länge von 1 bis 5 mm getrimmt und anschließend einer enzyma tischen Behandlung (Trysin, Hyaluronidase) unterworfen, um die Glycoproteine und die Proteoglycane zu entfernen. Dann wird gewaschen und gegenüber destilliertem Wasser dialysiert.

Das Collagennetz wird stabilisiert, indem man die wäßrige Lösung, in der es hergestellt wurde, mit 70% Ethylalkohol ändert. Die Maschen der Collagenfasern werden so allmäh lich entwässert und können in einer Lösung aus einem orga nischen Lösungsmittel, wie Ethylalkohol, Ether, Chloroform oder einem Gemisch solcher Lösungsmittel, konserviert wer den.

Die dritte Stufe besteht in der teilweisen Einbettung des Collagenaggregats in die Polymermatrix des biologischen Substrats, d. h. die Herstellung der Zwischen- und Außen schichten des biologischen Substrats. Um dies durchzuführen, werden das Collagennetz oder die Collagenbündel in eine Monomerenlösung des plastischen Materials des biologischen Substrats eingetaucht. Dies erfolgt, um die Collagenfasern mit einem Monomeren zu imprägnieren, die durch die organi schen Lösungsmittel in dem Netz ersetzt werden. Dann wird eine Schicht aus Paste des plastischen Materials auf die zuvor hergestellte Schicht aus festem Kunststoffmaterial angewendet. Die Dicke dieser zweiten Schicht kann ent sprechend der Breite der Collagenstruktur variieren, die innerhalb des plastischen Polymeren eingebettet werden muß, abhängig von den gewünschten biomechanischen Eigen schaften. Während das plastische Material noch im flüssigen Zustand vorliegt, werden das Collagennetz und/oder die Bün del aus der Monomerenlösung entfernt und teilweise inner halb einer Paste aus Kunststoffmaterial eingebettet. Das plastische Material wird dann gehärtet. Während des Här tungsverfahrens wird der Außenteil des Collagennetzes und/oder die Bündel kontinuierlich mit einem organischen Lösungsmittel zur Entfernung von überschüssigem Kunststoff monomeren gewaschen.

Die Temperatur des Kunststoffmaterials sollte 38°C während des Härtungsverfahrens nicht überschreiten, damit eine De naturierung der Collagenfasern verhindert wird.

Vor und nach dem Einbettungsverfahren können die Fasern aus Collagen enthaltender Struktur einem Verfahren für die intermolekulare und/oder interfibrillare Vernetzung unter worfen werden. Dies kann man erreichen, indem man die Collagen fasern entweder Dämpfen von Gluteraldehyd, ultravioletter Bestrahlung oder Bestrahlung mit Gammawellen aussetzt.

Eine Form wird hergestellt, die der Collagennetzform ent spricht, bevor dieses teilweise in die Polymerenmatrix ein gebettet wird.

Eine Lösung aus Collagen I, hergestellt wie oben beschrieben, wird in die Form gegossen, und nach der Fibrillierung und Bildung des Collagennetzes wird die Collagenstruktur fixiert, ausreichend dialysiert, entwässert und bis zum "kritischen Punkt" getrocknet, d. h. bei solchen Temperatur- und Druckbedingungen, bei denen das Collagen keine nennens werte Formänderung erleidet. Eine Polymerpaste wird herge stellt und auf jene Teile des Collagennetzes aufgebracht, welche darin eingebettet werden sollen. Durch Variation der Viskosität der polymeren Zusammensetzung ist es möglich, die Penetrationstiefe in das Netz zu variieren. Zu diesem Zeitpunkt wird das Polymere gehärtet, so daß ein Teil der Collagenfasern aus der Oberfläche hervortritt.

Dieses Verfahren kann man zur Herstellung von Prothesen mit komplizierten geometrischen Formen verwenden.

Collagen ist das biologisch aktive Grundmaterial des erfin dungsgemäßen bioverträglichen Substrats. Eine herausragen de Eigenschaft des biologischen Substrats ist seine Fähig keit, daß es für die Anbringung und das Wachstum von Zellen dienen kann. Diese Eigenschaft des biologischen Sub strats wurde in einem in vitro-System untersucht. Es wurde gefunden, daß die Fähigkeit des Collagennetzes des biolo gischen Substrats, als Substrat für die Zellenanknüpfung und das Zellwachstum zu dienen, während der Herstellung des Substrats erhalten bleibt und daß es identisch ist zu der des demineralisierten Collagens vom Knochen oder der Zähne.

Beispiele für die Verwendung der neuen erfindungsgemäßen chirurgischen prosthetischen Elemente bzw. Vorrichtungen

(a) Die erfindungsgemäßen prosthetischen Vorrichtungen kön nen als künstliche Implantate verwendet werden, die so ge baut und bestimmt sind, daß sie nicht funktionierende Gehörknochen im Mittelohr ersetzen können. Die Hauptfunktion eines solchen Implantats besteht darin, die Vibrationen, die durch die tympanische Membran erzeugt werden, in die perilymphatische Flüssigkeit des Innenohrs weiterzuleiten. Damit diese Funktion erfüllt wird, muß das Implantat an seinen gegenüberliegenden Extremitäten an die Innenseite der tympanischen Membran befestigt werden und entweder an das Fundament der Stapes-Knochen oder an das ovale Fenster des knochenartigen Vestibulums. Das Implantat besteht aus seinem Hauptkörper und dem erfindungsgemäßen biologischen Substrat, welches entweder die gesamte Oberfläche des Im plantats bedecken kann oder welches an den sich gegenüber liegenden Extremitäten des Implantats angebracht ist, wo das biologische Substrat als biologische Verankerung so wohl an die Innenseite der tympanischen Membran und den Grundteil des Stapes-Knochens dient. Wenn das Implantat nicht an den Grundteil des Stapes befestigt werden kann, statt dessen an dem ovalen Fenster befestigt wird, dann ist das biologische Substrat nur an dem Teil des Implantats vorhanden, der mit der tympanischen Membran verankert wer den muß. Wenn die gesamten Implantatoberflächen mit dem biologischen Substrat überzogen sind, ist das Implantat mit einer dünnen Schicht aus Verbindungsgewebe und Epithel bedeckt, welches sich mit dem Collagennetz des biologischen Substrats verbindet. Diese Gewebe sind an den Extremitäten des Implantats mit den Geweben der recipienten Stellen kon tinuierlich bzw. gehen ineinander über. Das Implantat wird somit ein integraler Teil des Wirtsgewebes. Diese Art von biologischer Verankerung ermöglicht eine lebenslange Funktion des beschriebenen Implantats, welches überlegene Eigenschaften besitzt, verglichen mit den in der Vergangen heit verwendeten künstlichen Implantaten, die mechanisch verankert waren.
(b) Eine zusätzliche Verwendung liegt in dem ophthalmologi schen Gebiet. Zwei Arten von künstlichen Implantaten wer den auf diesem Gebiet eingeführt. Künstliche Linsen und künstliche Corneae. Beide werden an der Empfängerstelle mechanisch befestigt. Ein Versagen dieser Implantate, ins besondere der Cornea, bewirkt als Folge ihrer Ablösung von dem recipienten Gewebe. Bis heute sind chirurgische Kunst linsen das Hauptimplantat auf diesem Gebiet, und die Im plantation von künstlicher Cornea wurde wieder abge schafft.

Im allgemeinen sind die erfindungsgemäße künstliche Cornea und -Linsen entweder bikonvex oder bikonkav und konvexe Scheiben. Die Scheibe, welche der Hauptkörper ist, besteht aus einem Material, welches die geforderten optischen Eigen schaften aufweist, wie Polymethylmethacrylat und/oder Glas. Der periphere Rand der Scheibe ist eingeschnitten bzw. ein gezähnt und enthält das biologische Substrat, welches chemisch an die equatoriale Peripherie der Scheibe gemäß dem oben beschriebenen Verfahren gebunden ist. Die periphere Einschneidung dient als mechanische Retention des Implan tats, bis die biologische Bindung zwischen der künstlichen Cornea oder der künstlichen Linse und dem Verbindungsgewebe der Sklera oder der hinteren Kapsel der Linse gebildet wird. Die biologische Verankerung befestigt derartige Implantate an den Umgebungsträgergeweben, nachdem sie einmal gebildet wurde, sicher.

(c) Die erfindungsgemäßen prosthetischen Elemente oder Vor richtungen können auf dem Gebiet der Dentalimplantologie verwendet werden. Es gibt drei Arten von Implantaten:
- 1. Künstliche Implantate, die einen zusätzlichen Träger für die Zähne geben, welche als Folge von periodentalen Krankheiten mobil geworden sind. Solche Implantate sind konisch geformt und werden in den periapicalen Knochen durch den Wurzelkanal des Zahns implantiert. Damit das Implantat aufgenommen wird, müssen sowohl der Wurzelkanal als auch der periapicale Knochen mechanisch unter Verwendung eines geeigneten Satzes aus Wurzelbohrern und Feilen getrimmt werden. Der Hauptkörper des Implantats besteht aus einem Metallmaterial, wie Kobaltlegierung, Vitallium (Warenzeichen), Titan oder Titanlegierungen. Das Implantat wird an dem Zahn durch Zementierung dieses Teils des Implantat-Haupt körpers, der im Inneren des Wurzelkanals des Zahns lokali siert ist, befestigt. Der Teil des Implantat-Hauptkörpers, der sich über den Apex des Zahns in den periapicalen Knochen erstreckt, enthält auf seiner Außenoberfläche ein biologi sches Substrat. Die Collagenfasern der Außenschicht des biologischen Substrats sind mittels biologischer Substanzen angereichert, von denen bekannt ist, daß sie die Migration, Befestigung und Proliferation von Fibroblasten verbessern. Diese Zellen migrieren von dem apicalen periodontalen Liga ment und von dem benachbarten Knochen und kolonisieren das Collagennetz der Außenschicht des biologischen Substrats unter Bildung einer ligamentartigen Struktur zwischen der Oberfläche des Implantats und des umgebenden periapicalen Knochens. Da die Collagenfasern des Collagennetzes ein integraler Teil der faserförmigen Komponente dieser liga mentartigen Struktur wird, und da diese Komponente ebenfalls innerhalb des periapicalen Knochens eingebettet ist, wird eine faserförmige Verankerung des Implantats an dem peria picalen Knochengelenk bzw. -hülse erhalten. Diese Veranke rung besitzt ähnliche Eigenschaften wie die des periodon talen Ligaments, welches das Gewebe ist, welches normaler weise den Zahn in seiner Hülse verankert und stützt.
Der zusätzliche Träger, den man durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Implantats erhält, erleichtert somit eine Stabilisierung des losen Zahns und verhindert seinen Ver lust.
- 2. Eine zweite Art von neuem künstlichen Dentalimplantat gemäß der Erfindung ist so ausgebildet, daß es
  - (a) Zähne, die als Ergebnis von Verlust des Zahnmaterials, bedingt durch Karies oder durch endodontisches Versagen, extrahiert werden und
  - (b) Zähne, die als Folge eines Traumas ausreißen, ersetzen kann.
- Eine Voraussetzung für die Verwendung dieser Art von Dentalimplantat ist das Vorhandensein eines aus reichenden alveolaren Trägerknochens, an dem Reste des vitalen periodontalen Ligaments nach der Extraktion oder dem Abbrechen des Zahns zurückgeblieben sind. Diese Art von Implantat besitzt die Form einer Wurzel, eines Zahns mit einer einzigen Wurzel oder von Wurzeln von Zähnen mit mehreren Wurzeln. Der Implantat-Hauptkörper besteht aus einem Metall, das die oben beschriebenen erforderlichen Eigenschaften aufweist. Der periphere Teil des Hauptkör pers trägt das biologische Substrat. Entweder nach der Ex traktion oder nach dem Abreißen des Zahns wird ein geeig netes Implantat dieses Typs innerhalb der alveolaren Hülse implantiert. Eine ligamentartige Struktur, ähnlich wie sie oben in (c) 1. beschrieben wurde, verankert biologisch das Implantat an die Knochenhülse und an das gingivale Ver bindungsgewebe. Der occlusale Teil des Implantats ist so ausgebildet, daß er einen Stab aufnehmen kann, der eine supragingivale kronenförmige Struktur aufweist, um eine zahnärztliche Prothese zur Wiederherstellung aufzunehmen. Diese Struktur wird verwendet, um das Implantat benachbart zu den Zähnen zu befestigen, bis eine biologische Veranke rung gebildet wurde.
Ähnliche Dentalimplantate wurden gemäß dem Stand der Technik verwendet. Diese Implantate bestehen jedoch nur aus Metall material. Die Natur der Verankerung des Implantats an dem periapicalen Knochen war mechanisch, und man verließ sich auf die Adaption und die Haftun des Knochengewebes an der Oberfläche des Implantats. Wie oben jedoch erläutert wurde, haben diese bekannten Implantate oft versagt, bedingt durch die Scherkräfte, die auf die Implantat-Knochengrenzfläche durch Mikrobewegungen ausgeübt werden, die durch diese Im plantate während der Funktion des Zahns verursacht werden. Diese Kräfte bewirken eine Resorption des zu der Implantat oberfläche benachbarten Knochens, sein Ersatz durch Verbin dungsgewebe und dementsprechend den Verlust der Verankerung. Die ligamentartige Verankerung, die unter Verwendung der erfindungsgemäßen Implantate erhalten wird, erlaubt Mikro bewegungen an der Implantat-ligamentartigen-Gewebegrenz fläche. Diese Mikrobewegungen sind eine Voraussetzung für die Erhaltung der Homeostasis des Ligaments und des Knochens, in dem die Implantate verankert sind.
- 3. Die dritte Art von erfindungsgemäßem neuen chirurgi schen Dentalimplantat ist für die Implantation in zahnlose Flächen gedacht. Dieses Implantat besitzt eine geeignete Form für die Implantation in Flächen, wo die Menge an Knochen, die zum Tragen des Implantats verfügbar ist, be grenzt ist. Dieses Implantat besteht aus einem Infra-Zahn fleischteil und einem Supra-Zahnfleischteil. Der Infra-Zahn fleischteil enthält das erfindungsgemäße biologische Sub strat und ist so ausgebildet, daß er eine biologische Ver ankerung des Implantats an dem Knochen und an der Gingiva (Zahnfleisch) ergibt. Die Eigenschaften des Collagens des biologischen Substrats stimulieren das schnelle Wachstum von Knochen zu der Implantatoberfläche. Dementsprechend werden die freien Collagenfasern des Substrats innerhalb des neu gebildeten Gewebes eingebettet, wodurch das Implantat an dem Knochen, den es umgibt, und an dem Zahnfleisch befestigt wird.
(d) Die neue chirurgische erfindungsgemäße prosthetische Vorrichtung kann auf dem Gebiet der plastischen und rekonstruktiven Chirurgie verwendet werden. Als Beispiele werden drei Arten von Implantaten erläutert.
- 1. Künstliche Implantate, die dafür gedacht sind, daß sie relativ dünne harte Gewebematrices, wie Knorpel am Ohr und Knorpel und Knochen der Nase, ersetzen können.
- 2. Künstliche Implantate, die dafür gedacht sind, daß sie Körpergewebe ersetzen können und so ein neues Aussehen des Organs oder des Körpers bewirken.
- 3. Künstliche Implantate, die dafür gedacht sind, daß sie harte Strukturen im Inneren des Körpers, wie Knorpel von Trachea und/oder Bronchi des Atmungstraktsystems, er setzen können.

Das Implantat muß mit seiner gesamten Außenfläche an dem es umgebenden Gewebe befestigt werden. Der Hauptkörper des Implantats kann aus einem plastischen Polymeren, wie Poly methylmethacrylat, bestehen, und es ist vollständig mit dem biologischen Substrat bedeckt. Als Ergebnis der Entwick lung der biologischen Verankerung wird das Implantat in das Wirtsgewebe eingearbeitet.

Die biologische Verankerung des Implantats mit dem Gewebe, welches es umgibt, verhindert eine Einkapselung und Zysten bildung um das Implantat, wie es bei den Implantaten gemäß dem Stand der Technik der Fall ist.

Die Bauart des Implantats erfolgt gemäß den funktionellen, ästhetischen und anatomischen Forderungen. Das Implantat kann so ausgebildet sein, daß es eine fehlende Nase ersetzt oder es kann röhrenförmig sein oder es kann ein Teil einer Röhrenwandkonfiguration besitzen, um einen Teil der Trachea zu ersetzen, wodurch die Luftwege offen bleiben. Es kann ebenfalls so ausgebildet sein, daß es einen Teil der Sklera nach der chirurgischen Resection oder traumatischen Perfor ation ersetzen kann.

(e) Neue chirurgische prosthetische Elemente gemäß der Er findung werden auf dem Gebiet der orthopädischen Chirurgie verwendet. Drei Arten von Implantaten werden als Beispiele erläutert.
- 1. Implantate, die Teile von Knochen ersetzen können. Der Hauptkörper kann entweder aus Metallmaterialien oder aus Kunststoff oder aus einem Kunststoffverbundstoff bestehen. Der Hauptkörper ist vollständig mit dem biologi schen Substrat bedeckt, so daß das es umgebende Gewebe bio logisch an der gesamten Außenoberfläche gebunden werden kann. Die Einarbeitung des Implantats in das Knochengewebe ist vollständig und komplett.
- 2. Implantate, die für den gesamten oder teilweisen Ersatz von Gelenken geeignet sind. Im allgemeinen wird der Implan tat-Hauptkörper entsprechend dem derzeitigen Stand der Tech nik ausgebildet. Das künstliche Implantat besteht aus zwei Teilen mit einer Artikulation zwischen ihnen unter Bildung eines Gelenkes. Jeder Teil zeigt einen Extraknochen- und einen Intraknochenkegel. Der Extraknochenkegel trägt die künstliche Oberfläche. Der Teil des Hauptkörpers, der in den Knochen eingearbeitet wird, ist mit dem biologischen Sub strat bedeckt, wodurch die Knochenumgebung des Implantats verstärkt wächst und die Defekte füllt, welche während der Herstellungen der Empfangsstellen gebildet wurden. Die freien Collagenfasern des biologischen Substrats sind inner halb des neu gebildeten Gewebes eingebettet und befestigen somit das Implantat an dem es umgebenden Knochen.
- 3. Implantate, die dafür bestimmt sind, die Aktivierung von nichtchirurgischen Gliedprothesen, die an dem Rest des amputierten Glieds befestigt sind, zu ermöglichen. Das Im plantat wird in einem Muskel des verbleibenden amputierten Glieds implantiert. Das Implantat besteht entweder aus einem Kunststoff- oder Metallmaterial, welches vollständig mit dem biologischen Substrat bedeckt ist. Das biologische Sub strat ermöglicht die Befestigung des Implantats an dem Muskelverbindungsgewebe. Entweder ein Kunststoffseil oder ein Metallseil, das von dem Implantat heraussteht, überträgt die Kontraktionskräfte auf die nichtchirurgische Gliedpro these, wodurch ihre Aktivierung möglich wird. Die biologi sche Verankerung der Vorrichtung an das Muskelgewebe hält die Zugkräfte, die auf das Implantat während der Aktivierung der nichtchirurgischen Gliedprothese angewendet werden, aus. Diese neue Art von Implantat erlaubt eine einfache und physiologische Aktivierung einer nichtchirurgischen Gliedprothese und kann physiologische Gliedbewegungen nach ahmen.
(f) Die neuen erfindungsgemäßen chirurgischen prosthetischen Elemente können zur Verbindung von inneren Leitungs- bzw. Röhrensystemen des Körpers zu äußeren Behandlungseinrichtun gen verwendet werden. Das Implantat besteht entweder aus einem Metall- oder Kunststoffring, der teilweise im Körper eingebettet ist und teilweise über die Haut herausragt. Das biologische Substrat ist an die periphere Oberfläche des eingebetteten Teils des Ringes und an seinen inneren Rand gebunden. Das biologische Substrat ermöglicht die bio logische Befestigung des Gewebes in dem Röhren- bzw. Lei tungssystem und an jene der Haut und an andere Gewebe der Körperwand an die Ringoberfläche. Die biologische Befesti gung der Vorrichtung ist erforderlich, damit man eine voll ständige Abdichtung an der Grenzfläche zwischen Wirtsgewebe und Implantat enthält und so ein
- (a) Auslaufen der Körper flüssigkeiten und/oder Materialien aus dem Röhrensystem in das umgebende Gewebe verhindert,
- (b) eine Lockerung des Implantats verhindert und
- (c) die Entwicklung von Entzün dungen und Infektionen an der Stelle der Implantation ver hindert.

Beispiel 1

Dieses Beispiel erläutert die Bildung einer chirurgischen prosthetischen Einrichtung, die Belastung aushalten kann.

Ein Oberschenkelmetallschaft einer Kniegelenkprothese, hergestellt aus VITALLIUM, welches eine rauhe Oberfläche aufweist (ähnlich einer PCA-Prothese) wird entfettet, ge reinigt und getrocknet. Ein im Handel erhältliches Poly methylmethacrylat (PMMA), welches für Röntgenstrahlen durch lässig ist (Simplex P. von Northill Plastics Inc., England) wird verwendet. 20 cc eines flüssigen Monomeren dieses Materials werden mit 40 g pulverförmigem, teilweise poly merisiertem PMMA vermischt, und die erhaltene lose Paste wird 3 min bei 3000 Upm zentrifugiert. Das zentrifugierte Gemisch wird in einer Form um die rauhe Oberfläche des Ober schenkelschafts gehalten und kann während 10 Tagen härten. Alle Stufen werden bei 4°C durchgeführt. Man erhält so eine 3 mm dicke einheitliche Schicht aus PMMA, die an den Metall schaft gebunden ist.

Ein gelatineartiges Netz aus einem Typ I Human-Colllagen in 20 ml wäßriger Lösung wird entsprechend dem von Williams et al. (1978, 1979) beschriebenen Verfahren hergestellt. Die Konzentration des Collagens beträgt etwa 3,5 bis 4 mg/ml.

Das Gel wird auf eine Scheibe übertragen, so daß eine 5 mm dicke Schicht erhalten wird. Diese Schicht wird mit einer 100-W-Ultraviolettlampe während 60 min bestrahlt und dann in Reihen von Ethanol (50, 70, 80, 90, 95, 100%)-Lösun gen während ¹/₂ Stunde für jede Lösung entwässert. Das ab solute Ethanol wird durch flüssiges Monomeres aus Methyl methacrylat ersetzt, welches 90 ppm Hydrochinon enthält. Die Schicht aus Collagengel wird aus dem flüssigen Monomeren entnommen und auf eine flache Oberfläche gelegt. Eine 2 bis 3 mm dicke Schicht aus PMMA-Paste, hergestellt wie oben beschrieben, wird auf die Oberfläche der Collagen schicht aufgebracht und dort 10 min bei 4°C stehengelassen. Dann wird die Seite, welche die Paste aus der Mischung von PMMA und dem teilweise eingebetteten Collagen enthält, auf die Oberfläche des mit PMMA beschichteten Metallschafts auf getragen. Das Produkt wird sofort in ein Schüttelbad aus absolutem Ethanol bei 21°C während 1 Stunde eingetaucht. Unter Verwendung dieses Verfahrens erhält man ein biologi sches Substrat mit einer Dicke von 7 bis 8 mm. Die freie Collagenschicht ist 2 bis 3 mm dick, die PMMA-Schicht, wel che das eingebettete Collagen enthält, ist 2 bis 3 mm dick, und die Schicht aus PMMA, die an den Oberschenkelschaft gebunden ist, ist 3 mm dick. Nach dem Härten der PMMA-Paste wird das Produkt in absolutem Ethanol konserviert, bis es verwendet wird.

Beispiel 2 Herstellung einer künstlichen Linse

In diesem Beispiel wird die Herstellung eines prosthetischen Elements erläutert, das aus einem Kunststoffkern besteht, auf den das biologische Substrat aufgebracht ist. Man kann eine im Handel erhältliche künstliche Linse aus einem Acryl material verwenden. Der periphere Rand der Linse wird mit flüssigem Methylmethacrylatmonomeren während 5 min kon ditioniert. Eine 0,5-mm-Schicht aus loser Paste aus PMMA, hergestellt wie in Beispiel 1, wird auf den peripheren Rand der Linse aufgebracht. Eine 1 mm dicke Schicht aus Collagen netz wird hergestellt, entwässert und in absolutem Ethanol, wie in Beispiel 1 beschrieben, gehalten. Ein Streifen aus Collagennetz mit der gleichen Breite wie die des peripheren Rands der Linse wird aus der 1 mm dicken Collagenschicht herausgeschnitten und auf eine 0,5 mm dicke Schicht aus PMMA-Paste aufgebracht, unmittelbar nachdem diese auf den peripheren Rand der Linse aufgebracht wird. Nach Beendigung der Polymerisation wird das feste PMMA chemisch an die Acryl linse gebunden, und sein Oberflächenteil (0,5 mm in Dicke) enthält einen Teil des Collagennetzes des biologischen Sub strats. Eine 0,5 mm dicke Schicht aus freiem Collagennetz, die an den peripheren Rand der Linse gebunden ist, wird gemäß diesem Verfahren erhalten.

Beispiel 3 Herstellung eines Dentalimplantats

Dieses Beispiel erläutert ein Implantat, welches durch die Körperwand, Gingiva, hindurchdringt und einen inneren Teil des Körpers, den Knochen des Kiefers, mit einer Außenvor richtung einer Dentalprothese verbindet.

Ein aus Titan hergestellter Metallkern wird zur Herstellung des Implantats verwendet. Der Kern wird als Einheit erhal ten, wobei man ein Routinegießverfahren verwendet. Der Kern besteht aus drei Teilen:

(a) Einem inneren Teil, welcher aus:
- 1. einer horizontalen Supra-Knochenplatte mit den Dimensionen 10 bis 20 mm × 3 bis 5 mm × 0,5 bis 1 mm,
- 2. einem keilförmigen Infra-Knochenteil, dessen Grund teil mit dem unteren Kegel der Supra-Knochenplat te übereinstimmt. Die Dimensionen des Keils sind: die Länge und Breite des Keils sind an seinem Grundteil 1 bis 2 mm geringer als die der Supra- Knochenplatte, an die er befestigt wird, die Höhe des Keils beträgt 5 bis 10 mm. Der Neigungswin kel der seitlichen Schenkel des Keils ist 75°, bezogen auf die Ebene der Supra-Knochenplatte. Die Spitze des Keils zeigt eine runde Form. Die Oberfläche des Innenteils des Kerns ist gezähnt.
(b) ein Zwischenteil, welcher zylindrisch ist und einen Durchmesser von 3 bis 5 mm und eine Höhe von 3 bis 4 mm aufweist. Der Zylinder ist im Mittelpunkt des Oberflächen aspekts der horizontalen Platte des Innenteils angebracht. Der periphere Aspekt des Zylinders zeigt zwei Arten von Oberflächen: der tiefere Teil (2 bis 3 mm) ist gezähnt, und der Oberflächenteil (1 bis 2 mm) ist stark poliert.
(c) ein Supra-Zahnfleisch- oder intraoraler Teil ist deckungsgleich mit dem Zwischenteil. Er besitzt ein abge stumpftes konisches Aussehen. Der größere Grundteil des abgestumpften Kegels besitzt den gleichen Durchmesser wie der Zylinder des Zwischenteils, und der Durchmesser des kleineren Grundteils ist 0,5 bis 1 mm geringer.

Eine 0,5 mm dicke Schicht aus entweder PMMA-Paste oder einem im Handel erhältlichen Verbundmaterial aus Bis-γ-methyl acrylat und Glasfasern wird auf die gezähnte Oberfläche des Titankerns unter Verwendung des im Beispiel 1 beschriebenen Verfahrens aufgebracht. Eine 1 mm dicke Schicht aus Collagen netz in flüssigem Monomeren von einem der obenerwähnten Kunststoffe wird mit einer 1 mm dicken Schicht aus Paste des gleichen Materials, wie es mit dem Titankern verbunden wurde, aufgetragen und mit dem Kern, wie in Beispiel 1 be schrieben, verbunden.

Unter Verwendung dieses Verfahrens wird ein 2,5 mm dickes biologisches Substrat, befestigt an dem Titankern, erhalten. Die collagenfreie Schicht des Substrats ist etwa 0,5 mm dick, die Schicht aus Kunststoffmaterial, welches das Colla gen enthält, ist 1 mm dick und die tiefste Schicht aus reinem Kunststoffmaterial ist 1 mm dick.

Es soll bemerkt werden, daß die periphere Oberfläche des Zwischenteils des Implantats zwei Zwecken dient:

1. Der tiefste Teil, der das biololgische Substrat enthält, dient für die biologische Befestigung der Verbindungsgewebe des Zahnfleisches an der Implantat oberfläche.
2. Der Oberflächenteil, der eine stark polierte Ober fläche aufweist, dient für die Befestigung der Epi thelkomponente des Zahnfleiches an die Implantat oberfläche.

Die Entwicklung von langhaltenden epithelen und mesenchymalen Komponenten des Zahnfleisches an die Implantatoberfläche ist eine Voraussetzung für die Entwicklung einer perfekten Abdichtung an der Stelle, wo das Implantat durch die Körper wand hindurchdringt und mit der Außenumgebung kommuniziert. Diese Abdichtung ist erforderlich, damit Infektionen und Entzündungen an der Grenzfläche zwischen Implantat und ver lorenem Gewebe verhindert werden und wodurch eine langdauern de Funktion dieser Art von Implantat sichergestellt wird.

Claims

1. Implantate für die chirurgische Implantation in der Human- oder Veterinärmedizin, dadurch gekenn zeichnet, daß sie so ausgebildet sind, daß sie nach der Implantation mit dem sie umgebenden Gewebe eine integrale Struktur bilden und in Kombination einen festen Kern vorbestimmter Größe und Form aufweisen, wobei minde stens ein Teil der Oberfläche davon mit einer Matrix be schichtet ist, in die Collagenfasern eingebettet sind, und wobei mindestens ein Teil davon aus der Matrix her vorragt und eine Oberflächenschicht bildet.

2. Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Kernmaterial ein Metall, eine Metallegierung, ein Keramikmaterial, ein Polymeres oder ein verstärktes Material ist.

3. Implantat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Matrix, welche die Collagenfasern trägt, eine polymere Matrix ist.

4. Implantat nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Collagenfasern in der Matrix ein dreidimensionales Netzwerk bilden.

5. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Collagenfasern in der Matrix 10 bis 70 Gew.-% der an dem Kern haftenden Schicht ausmachen.

6. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix an den Kern mechanisch oder chemisch gebunden ist.

7. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix, die auf den festen Kern aufgebracht wird, eine dreischichtige Struk tur umfaßt, ausgehend von dem Kern: eine polymere Schicht, die an den festen Kern gebunden ist, eine polymere Matrix, worin die Collagenfasern eingebettet sind und wobei die Löcher in dem Collagennetzwerk mit dem Polymeren gefüllt sind, und eine Außenschicht, welche ein Collagennetz und/oder eine Struktur aus Collagenbündeln umfaßt.

8. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Matrix im Bereich von 0,5 mm und 10 mm liegt.

9. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es Adjuvanzien und Hilfsmittel enthält, welche die Eigenschaften des Collagens verbessern und die ausgewählt werden unter Fibronectin, sich vom Wachstumsfaktor ableitende Plättchen, morphoge nen Knochenproteinen, Vitamin D oder seinen Metaboliten, Wachstumsfaktoren und Hormonen und von anderen Arten von Collagenen.

10. Prostetisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Struktur aufweist, welche einen Ersatz der Gehörknöchelchen im Mittelohr erlaubt.

11. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es als Augenlinse oder als künstliche Hornhaut oder als künstlicher Teil der Sklera verwendet werden kann.

12. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es in der Zahnmedizin als Dentalimplantat verwendet wird.

13. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es in der plastischen oder rekonstruktiven Chirurgie verwendet wird.

14. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es in der kosmetischen oder plastischen Chirurgie verwendet wird.

15. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es als Ersatz für die Trachea und/oder den Easophagus und/oder Teile davon und/oder als Bronchien verwendet wird.

16. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es als Ersatz eines Knochens oder eines Teils davon in einem Patienten, der dafür einen Bedarf hat, verwendet wird.

17. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es in der orthopädi schen Chirurgie als Ersatz eines Gelenks in einem Patien ten, der einen Bedarf dafür hat, verwendet wird.

18. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es so ausgebildet ist, daß ein Innenteil des Körpers mit einer sich außerhalb des Körpers befindlichen Vorrichtung verbunden wird.

19. Verfahren zur Herstellung von Implantaten nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen starren Körper vorbestimmter Größe und Form her stellt, auf seiner Oberfläche eine Polymerschicht bindet, ein Netz und/oder Bündel von Collagenfasern herstellt, das Netz und/oder die Bündel mit einem geeigneten Monomeren, welches mit der auf den Kern aufgebrachten Polymerschicht verträglich ist, imprägniert, die Fasern unter Schicht bildung auf die polymere Trägerschicht aufbringt und das Polymere in situ polymerisiert, wobei ein Teil der Colla genfasern auf der Oberfläche des Implantats frei zurück bleiben.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekenn zeichnet, daß das Collagen modifiziert und gege benenfalls in der Netzstruktur vernetzt worden ist.

21. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Collagenfasern aus einer molekularen Lösung des Collagens bei kontrollierten Bedingungen gebildet werden und/oder direkt aus einer in- vivo-Quelle hergestellt werden.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern ein Polymeres ist und daß das das Collagen als Träger enthaltende Poly mere an ihn über chemische Bindungen gebunden ist.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein Monomeres auf den Kern aufgebracht und unter Bildung einer polymeren Ober flächenschicht polymerisiert wird.