DE60020807T2

DE60020807T2 - Verformbare Paste zum Füllen von Knochendefekten

Info

Publication number: DE60020807T2
Application number: DE60020807T
Authority: DE
Inventors: Arthur A. Gertzman; Moon Hae Sunwoo
Original assignee: Musculoskeletal Transplant Foundation
Current assignee: Musculoskeletal Transplant Foundation
Priority date: 1998-02-27
Filing date: 2000-02-22
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2020-02-23
Also published as: ES2241549T3; ATE333282T1; US6030635A; EP1477176B1; CA2294686A1; ATE297766T1; EP1127581A1; EP1477176A1; DE60020807D1; ES2270267T3; CA2294686C; EP1127581B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein chirurgisches Knochenprodukt und ist spezifischer ein fließbares Gel und ein verformbarer Kitt basierend auf demineralisierten Allograft-Knochenpartikeln, die in einen flüssigen Träger, umfassend ein Hydrogel, insbesondere Natriumhyaluronat, gemischt sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Verformbarer Kitt wird zur Korrektur chirurgischer Defekte, die durch ein Trauma, pathologische Erkrankung, chirurgische Intervention oder andere Situationen verursacht werden können, wo die Defekte mittels Knochenchirurgie behandelt werden müssen, verwendet. Es ist wichtig, dass man den Füller für den Defekt in der Form eines stabilen, viskosen Kitts zur Erleichterung der Platzierung des Knochenwachstumsmediums in die Operationsstelle, die gewöhnlich von ungleichmäßiger Form und Tiefe ist, vorliegen hat. Der Chirurg nimmt den Kitt auf einen Spatel oder ein anderes Instrument und spachtelt ihn in die Stelle oder nimmt ihn in seine/ihre Finger, um das knocheninduzierende Material in seine richtige Konfiguration zu formen, damit es in die zu korrigierende Stelle passt.
Viele Produkte sind zur Abdeckung dieses chirurgischen Bedarfs vorhanden. Ein Beispiel stellen aus dem Patienten gewonnene autologe Knochenpartikel oder -segmente dar. Wenn sie aus dem Patienten entnommen werden, sind sie von dem sie begleitenden Blut feucht und viskos. Dies wirkt zur Heilung des Defekts sehr gut, macht aber einen signifikanten sekundären chirurgischen Eingriff erforderlich, der zur Verlängerung des Eingriffs führt, wobei die Zeit verlängert wird, während der sich der Patient unter Anästhesie befindet und die Kosten erhöht. Außerdem ist mit diesem Verfahren eine signifikante Zunahme der Patientenmorbidität verbunden, da der Chirurg Knochen aus einem nicht betroffenen Ort des Patienten entnehmen muss, um genügend gesunden Knochen, Knochenmark und Blut zur Durchführung der Chirurgie zur Füllung des Defekts zu gewinnen. Dies führt zu signifikanten postoperativen Schmerzen.
Eine andere Produktgruppe beinhaltet die Verwendung anorganischer Materialien zur Bereitstellung einer Matrix, damit neuer Knochen an der Operationsstelle wachsen kann. Diese anorganischen Materialien schließen Hydroxyapatit ein, der aus Seekorallen gewonnen oder synthetisch hergeleitet wird. Die eine oder andere Form kann mit dem Blut und/oder Knochenmark des Patienten zur Bildung eines Gels oder eines Kitts vermischt werden. Kalziumsulfat oder Gips kann mit Wasser gemischt werden, um auf ähnliche Weise einen Kitt zu bilden. Diese anorganischen Materialien sind osteokonduktiv, sind aber bioinert und werden nicht in den natürlichen Knochen absorbiert oder in ihn umgebaut. Sie bleiben folglich als spröder Fremdkörper im Gewebe des Patienten unbegrenzt an Ort und Stelle zurück.
Allograft-Knochen stellt ein logisches Substitut für autologen Knochen dar. Er ist ohne weiteres verfügbar und schließt die chirurgischen Komplikationen und, wie vorstehend angemerkt, die mit autologem Knochen einhergehende Patientenmorbidität aus. Allograft-Knochen ist im Wesentlichen eine mit Kollagenfasern verstärkte Hydroxyapatit-Matrix, die aktive Bone Morphogenic Proteins (BMP; Knochen Morphogene Proteine) enthalten und in einer sterilen Form bereitgestellt werden kann. Die demineralisierte Form des Allograft-Knochens ist selbstverständlich sowohl osteoinduktiv als auch osteokonduktiv. Das demineralisierte Allograft-Knochengewebe wird durch einen gut etablierten biologischen Mechanismus vollständig in das Gewebe des Patienten inkorporiert. Es wird seit vielen Jahren in der Knochenchirurgie zum Füllen von zuvor besprochenen Knochendefekten verwendet.
Es ist im Stand der Technik weithin bekannt, dass Chirurgen seit mehreren Jahrzehnten Eigenblut des Patienten als ein Vehikel verwendet haben, in das Knochensplitter oder Knochenpulver oder deminieralisiertes Knochenpulver des Patienten gemischt wurde, um auf diese Weise eine Paste zum Füllen des Defekts zu bilden. Blut ist ein nützlicher Träger, weil es aus dem blutenden Operationsfeld zur Verfügung steht, es für den Patienten nicht immunogen ist und Bone Morphogenic Proteins enthält, welche die Wundheilung durch neues Knochenwachstum fördern. Gelagertes Blut von anderen Patienten weist jedoch die Defizienzen auf, die jedwede Bluttransfusion aufweisen würde, wie zum Beispiel Bluttyp-Inkompatibilität, die Möglichkeit einer Krankheitsübertragung und eine unbekannte BMP-Konzentration, die in hohem Maße vom Alter des Spenders abhängig sind.
Während Blut von vierzig Prozent (40 %) bis fünfzig Prozent (50 %) Zellmasse enthält, stellt es einen zufriedenstellenden Träger für demineralisiertes Knochenpulver dar, weil es sowohl Mono- als auch Polysaccharide enthält, die zur Blutviskosität beitragen und die Bulk-Viskosität für die Paste bereitstellt, die durch Mischen des Knochenpulvers und des Blutes hergestellt wird. Spezifische Monosaccharide im Blut sind Glucose bei einer Konzentration von 60 – 100 mg/100 ml (0,1 %) und Polysaccharide, wie zum Beispiel Hexose und Glucosamin bei ca. 0,1 %. Glucuronsäure liegt auch bei ca. 0,4 – 1,4 mg/100 ml (Durchschnitt 0,01 %) vor.
Die bei Verwendung des Blutes von Patienten als einen Träger für demineralisiertes Knochenpulver inhärenten Probleme bestehen in den Schwierigkeiten des Mischens desselben am Operationsort, der Schwierigkeit des Erhalts einer Knochenpastenkonsistenz, die im Operationsbereich leicht appliziert werden kann, das Raten beim Mischen einer brauchbaren Zusammensetzung am Ort und das Problem, dass man eine Knochenpaste oder ein Knochengel hat, welches) das optimale Knochenersatzwachstum fördert, die/das nicht von den Körperflüssigkeiten am Operationsort weggetragen wird oder einfach aus der Stelle des Knochendefekts herausfällt. Bei einem Versuch zur Lösung dieser und anderer Probleme wurden eine Anzahl anderer Versuche unter Verwendung anderer alternativer Gemische und Zusammensetzungen unternommen.
Demineralisierter Allograft-Knochen ist gewöhnlich in einer lyophilisierten oder gefriergetrockneten und sterilen Form zur Bereitstellung einer verlängerten Haltbarkeit verfügbar. Der Kochen in dieser Form ist gewöhnlich sehr grob und trocken und kann vom Chirurgen nur mit Schwierigkeiten manipuliert werden. Eine Lösung zur Verwendung von derartigem gefriergetrocknetem Knochen wurde in der Form eines Gels, GRAFTON^®, ein eingetragenes Warenzeichen von Osteotech Inc., bereitgestellt, bei dem es sich um ein einfaches Gemisch aus Glycerol und lyophilisiertem, demineralisiertem Knochenpulver einer Partikelgröße im Bereich von 0,1 cm bis 1,2 cm (1000 Mikron bis 12 000 Mikron), wie in US-Patent Nr. 5,073,373 offenbart, handelt.
GRAFTON funktioniert gut und ermöglicht dem Chirurgen, das Allograft-Knochenmaterial am Ort zu platzieren. Der Träger, Glycerol, weist jedoch ein sehr niedriges Molekulargewicht (92 Dalton) auf und ist in Wasser, der primären Komponente des Blutes, das an die Operationsstelle fließt, sehr gut löslich. Glycerol erfährt auch eine deutliche Reduktion der Viskosität, wenn seine Temperatur von Raumtemperatur (in der Regel 22 °C in einem Operationssaal) auf die Temperatur des Gewebes des Patienten, in der Regel 37 °C, ansteigt. Diese Kombination von hoher Wasserlöslichkeit und reduzierter Viskosität führt dazu, dass das Allograft-Knochenmaterial „läuft" und fast sofort nach der Platzierung von der Stelle wegfließt; dies verhindert die ordnungsgemäße Retention des Knochens am Ort, so wie er sorgfältig vom Chirurgen platziert wurde.
Es wurde versucht, diese Probleme mit dem GRAFTON-Gel unter Verwendung eines Allograft-Knochens mit einer viel größeren Partikelgröße, spezifisch Knochenlamellen oder -splittern zu lösen, die durch Zermahlen oder Schneiden des Knochens in Scheiben vor dem Mischen mit dem Glycerol-Träger hergestellt werden. Dies verbessert sowohl die Bulk-Viskosität als auch die Handhabungsmerkmale des Gemischs, lässt aber weiterhin das Problem der schnellen Dissipationsrate des Trägers und aufgrund der Löslichkeit des Glycerol-Trägers etwas Knochen zurück. Die größeren Partikel des demineralisierten Knochens können auch die Entwicklung von neuem Knochen durch den Patienten hinauszögern, weil die großen Knochenlamellen sich nicht so gut packen lassen wie die kleineren körnigen Partikel des Knochens. Dies lässt einen offeneren Raum zurück und könnte die Zeit verlängern, die zum Wachstum von neuem Knochen und zum ordnungsgemäßen Füllen des Defekts erforderlich ist. Eine andere Defizienz bei der Verwendung der Knochenlamellen besteht darin, dass die Enden der Knochenfragmente ungleichmäßig sind und wenn sie in den chirurgischen Defekt gepackt werden, sie ungleichmäßige Knochenfilamente zurücklassen, die aus dem Defekt vorstehen, was die Heilungsrate beeinträchtigen kann.
US-Patent Nr. 5,290,558 offenbart eine Zusammensetzung aus fließbarem, demineralisiertem Knochenpulver unter Verwendung eines osteogenen Knochenpulvers mit einer großen Partikelgröße im Bereich von ca. 0,1 bis ca. 1,2 cm, gemischt mit einer Polyhydroxy-Verbindung mit niedrigem Molekulargewicht, die von 2 bis ca. 18 Kohlenstoffatome, einschließlich einer Anzahl verschiedener Verbindungsklassen, wie zum Beispiel Monosaccharide, Disaccharide, in Wasser dispergierbare Oligosaccharide und Polysaccharide einschließt.
Folglich wurden die Vorteile hinsichtlich der Verwendung der kleineren Knochenpartikelgrößen, wie im Gel-Patent 5,073,373 offenbart, durch Verwendung von Knochenlamellen in der Form von Fäden oder Filamenten beeinträchtigt und halten den Glycerol-Träger mit niedrigem Molekulargewicht zurück. Dieser spätere Stand der Technik wird in den US-Patenten Nr. 5,314,476 und 5,507,813 offenbart, und die in diesen Patenten beschriebenen Gewebeformen sind im Handel als das GRAFTON Putty bzw. Flex bekannt.
Die Verwendung des Glycerol-Trägers mit sehr niedrigem Molekulargewicht macht zur Erlangung der Bulk-Viskosität auch die Verwendung einer sehr hohen Glycerol-Konzentration erforderlich. Glycerol und andere organische Lösungsmittel von ähnlichem niedrigem Molekulargewicht sind toxisch und reizen die umgebenden Gewebe. Es wurde überdies berichtet, dass Glycerol spezifisch neurotoxisch ist, und dieses Problem wird verschlimmert, wenn die Konzentration von Glycerol auf dem Niveau von 20 – 95 % liegt, wie im Patent 5,073,373 offenbart ist.
Ein anderer Versuch zur Lösung des Problems bezüglich der Knochenzusammensetzung wird in US-Patent Nr. 4,172,128 gezeigt, das demineralisiertes Knochenmaterial offenbart, das zur Rekonstruktion von Zahn- oder Knochenmaterial durch Zufügen eines Mucopolysaccharids zu einem mineralisierten kolloidalen Knochenmaterial mit einem Träger gemischt wird. Die Zusammensetzung wird aus einem demineralisierten, grob gemahlenen Knochenmaterial gebildet, das von menschlichen Knochen und Zähnen hergeleitet sein kann, das in einem Lösungsmittel aufgelöst wird, das eine kolloidale Lösung bildet, zu der eine physiologisch inerte Polyhydroxy-Verbindung, wie zum Beispiel Mucopolysaccharid oder Polyuronsäure, in einer Menge zugefügt wird, die zur Ausrichtung führt, wenn Wasserstoffionen oder mehrwertige Metallionen zur Bildung eines Gels zugefügt werden. Das Gel ist bei erhöhten Temperaturen über 35 °C fließbar und verfestigt sich, wenn es auf Körpertemperatur abgesenkt wird. Beispiel 25 des Patents merkt an, dass Mucopolysaccharide ausgeprägte ionotrope Effekte hervorrufen und dass Hyaluronsäure insbesondere für die räumliche Vernetzung verantwortlich ist. Bedauerlicherweise ist die Herstellung dieses Knochengels schwierig und macht eine vorgeformte Gelform erforderlich.
US-Patent Nr. 4,191,747 lehrt die Behandlung eines Knochendefekts mit grob gemahlenem, denaturiertem Knochenmehl, das frei von Fett gemacht und zu Pulver zermahlen wurde. Das Knochenmehl wird mit einem Polysaccharid in einer Kochsalzlösung gemischt und auf die Stelle des Knochendefekts appliziert.
Ein anderes Produkt im Stand der Technik stellt die Formulierung von deminieralisierten Allograft-Knochenpartikeln in Kollagen dar. Sowohl bovines als auch humanes Kollagen wurden für diese Applikation verwendet. Bovines Kollagen trägt das Risiko einer immunogenen Reaktion durch den Empfänger-Patienten. Vor kurzem wurde festgestellt, dass eine Krankheit der Rinder, die bovine spongiforme Enzephalopathie (BSE), vom bovinen Gewebe auf Menschen übertragen wird. Folglich trägt bovines Gewebe das Risiko für eine Krankheitsübertragung und stellt für Allograft-Gewebe keinen erwünschten Träger dar.
Humanes Kollagen ist frei von diesen Tierkrankheiten. Kollagen wird jedoch vom menschlichen Körper langsam absorbiert, insbesondere in einen Knochenort mit im Allgemeinen einem niedrigeren Vaskularitätsgrad. Die langsame Absorption des Kollagens kann das Wachstum von neuem Knochen verzögern und führt an der Stelle zur Bildung von Narbengewebe. Dies könnte zu einer nicht knöchernen Heilung und einem Ergebnis mit viel geringerer Zugfestigkeit führen.
Demgemäß ist der Stand der Technik, wie in der Glycerol- und anderer auf Trägern basierenden Technologie, zur Abgabe von demineralisiertem Allograft-Knochen an eine chirurgischen Knochenstelle ausgeführt, mit reichlich Problemen versehen und spricht die bei der Korrektur chirurgischer Defekte inhärenten Probleme nur teilweise an.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Knochenkitt mit einer nützlichen Bulk-Viskosität wurde unter Verwendung eines Natriumhyaluronats mit einem Molekulargewicht von 690 000 bis 3 000 000 Dalton erlangt. Die wässrige Lösung umfasst bevorzugt einen auf Natriumchlorid basierenden Phosphatpuffer, der die toxischen Probleme mit den hohen Konzentrationen der organischen Lösungsmittel mit niedrigem Molekulargewicht im Stand der Technik vermeidet.
Es wird erfindungsgemäß eine sterile verformbare Knochenzusammensetzung zur Anwendung an einer Stelle des Knochendefekts zur Förderung neuen Knochenwachstums an der Stelle bereitgestellt, umfassend ein Gemisch aus demineralisiertem osteogenem Knochenpulver in einem Hydrogelträger;
wobei das Knochenpulver eine Partikelgröße von ca. 100 bis ca. 850 Mikron aufweist;
wobei das Knochenpulver von ca. 25 bis ca. 35 Gew.-% der Zusammensetzung umfasst;
wobei der Träger Natriumhyaluronat in einer wässrigen Lösung darstellt, wobei das Natriumhyaluronat mit einem hohen Molekulargewicht im Bereich von 690 000 bis 3 000 000 Dalton und im Bereich von 1 Gew.-% bis 4,5 Gew.-% bezogen auf die Trägerlösung liegt.
Es kann folglich gesehen werden, dass der Stand der Technik versucht hat, den/das durch das Mischen von Blut mit Knochenpartikeln erhaltenen Kitt/Gel zu wiederholen, ohne die Notwendigkeit, die beiden an der Operationsstelle in nicht kontrollierten Anteilen und unter Zeit- und Raumeinschränkungen zusammenmischen zu müssen.
Die Auswahl von Natriumhyaluronat mit hohem Molekulargewicht ermöglicht die Verwendung des bevorzugten Granulats kleiner Partikelgröße aus demineralisiertem Allograft-Knochen. Diese kleinen Partikel lassen sich besser in den Wunddefekt packen und werden dadurch schneller absorbiert, wobei dem Knochendefekt ermöglicht wird, sich in den natürlichen Knochen des Patienten umzubauen.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung kann/können einer oder mehr des/der folgenden Vorteils/Vorteile erreicht werden: –

(i) Nutzung des demineralisierten pulverisierten Knochens in einer Partikelgröße, die zum Erlangen der Verformbarkeitsmerkmale, welche die Knochenmenge in der Formulierung ohne die Bildung eines körnigen, weniger formbaren Merkmals maximiert, nützlich ist.
(ii) Einen nicht toxischen Träger für die Knochenpartikel, die sich nicht ungünstig auf den Patienten auswirken.
(iii) Ein Knochendefektmaterial, das vom Arzt leicht gehandhabt werden kann und nicht degeneriert, wenn es mit dem Blutstrom an der Operationsstelle in Kontakt kommt.

In einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen wird mit der demineralisierten Knochenzusammensetzung ein Kalziumsalz verwendet, um die Heilung an der Knochendefektstelle zu unterstützen.
In anderen erfindungsgemäßen Ausführungsformen wird ein vorgemischter Knochenkitt/ein Knochengel in einem sauerstoffgeschützten Träger bereitgestellt, um den Kitt/das Gel vor Austrocknen oder Abbau zu schützen.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine demineralisierte Knochenpulverzusammensetzung zum Heilen von Knochendefekten. Die bevorzugte Ausführungsform von Beispielen I und II stellen die beste Form für die Kittzusammensetzung aus Natriumhyaluronat und Beispiele IV oder V für die Gelzusammensetzung aus Natriumhyaluronat dar. Diese und andere alternative erfindungsgemäße Ausführungsformen begegnen den beiden grundlegenden Defizienzen des Glycerol-Trägers und den Zusammensetzungen aus fließbaren Knochenpartikeln, die im Stand der Technik verwendet werden: erstens, dem niedrigen Molekulargewicht von Glycerol; und zweitens, der Verwendung großer Partikel und Lamellen zur Erlangung der bevorzugten Bulk-Viskosität. Die Typen des erfindungsgemäß verwendeten demineralisierten Knochens sind kortikales und kortikospongiöses Knochenpulver.
Das Mischen der Kombination von demineralisiertem, lyophilisiertem Allograft-Knochen einer Partikelgröße von 100 – 420 Mikron mit sehr niedrigen Konzentrationen dieser Hydrogele mit sehr hohem Molekulargewicht in einem geeigneten Träger produziert überraschenderweise einen verformbaren Kitt mit klinisch nützlichen knocheninduzierenden Eigenschaften. Die verformbare Eigenschaft ermöglicht dem Chirurgen, die Quantität des Knochenkitts oder -gels so zu formen, dass er/es genau passend für den chirurgischen Defekt ist. Die Manipulation des „Klumpens" aus Knochenkitt kann vorgenommen werden, ohne dass er an den Handschuhen des Chirurgen kleben bleibt, wobei er sich in gewisser Hinsicht wie ein beim Modellieren verwendeter nasser Ton verhält.
Den idealen Träger für den verformbaren Kitt stellt ein Natriumhyaluronat mit einem Molekulargewicht von ca. 7,0 × 10⁵ bis 3,0 × 10⁶ Dalton dar.
Das in den Beispielen ersichtliche Molekulargewicht des im Träger verwendeten Materials beträgt (1,2 × 10⁶ Dalton).
Demineralisierter, lyophilisierter Allograft-Knochen einer Partikelgröße von ca. 100 bis ca. 420 Mikron bei einer Konzentration von ca. 30 Gew.-% bis 35 Gew.-% wird in eine isotonische Kochsalzlösung aus 2 % Hyaluronsäure mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von ca. 1,2 Million Dalton gemischt und bildet einen hoch wünschenswerten verformbaren Knochenkitt. Hyaluronsäure wird im Allgemeinen als ein saures Mucopolysaccharid beschrieben. Es besteht die Ansicht, dass geeignete Mengen der Bone Morphogenic Proteins (BMP) entweder dem Gel oder Kitt auf jeder Stufe des Mischvorgangs zugefügt werden können, um eine beschleunigte Heilung an der Knochenstelle zu induzieren. BMP lenkt die Differenzierung pluripotenter Mesenchymzellen in Ostcoprogenitorzellen, die Osteoblasten bilden. Die Fähigkeit des gefriergetrockneten, demineralisierten kortikalen Knochens zur Übertragung dieses Knocheninduktionsprinzips unter Verwendung von im Knochen vorliegenden BMP ist im Stand der Technik überall bekannt. Die BMP-Menge im Knochen variiert jedoch, abhängig vom Alter des Knochenspenders und der Knochenverarbeitung. Sterilisation stellt beim Verarbeiten von menschlichem Knochen zur medizinischen Verwendung ein zusätzliches Problem dar, da Kochen, Autoklavieren und Bestrahlung über 2,0 mrad zum Zerstören oder Verändern der in der Knochenmatrix vorliegenden BMP ausreicht.
Nach Durchführung zahlreicher Experimente wurde gefunden, dass ein Gelprodukt mit optimalen Formbarkeits- und Handhabungseigenschaften ein Molekulargewicht aufweisen würde, das im Bereich von 690 000 bis 1 200 000 Dalton, mit einer Natriumhyaluronat-Konzentration im Bereich von 0,75 – 2,0 %, mit einer Knochenkonzentration im Bereich von 25 – 27 %, mit einer Partikelgröße von 100 – 820 Mikron liegt. Dies ergab HA-Lösungsviskositäten, die im Bereich von 1 800 cps bis 13 000 cps liegen. Es wurde auch gefunden, dass ein Kittprodukt mit optimalen Formbarkeits- und Handhabungseigenschaften ein Molekulargewicht im Bereich von 690 000 bis 1 200 000 Dalton, mit einer Natriumhyaluronat-Konzentration im Bereich von 2,0 – 4,5 %, mit einer Knochenkonzentration im Bereich von 30 – 33 %, mit einer Partikelgröße von 100 – 820 Mikron aufweisen würde. Dies ergab HA-Lösungsviskositäten im Bereich von 6 000 cps bis 275 000 cps. Es wurde gefunden, dass mit zunehmender Viskosität die Penetration abnimmt, und wenn die Viskosität gleich ist, die Zunahme des prozentualen Knochenpartikelgewichts zu einer Abnahme der Penetration führt.
Eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform besteht darin, die Anwesenheit von löslichem Kalzium an der Knochendefektstelle zu induzieren. Dies wird den Anstoß zu neuem Knochenwachstum durch den normalen biochemischen Mechanismus geben. Lösliches Kalzium kann an die Operationsstelle durch Verwendung eines Natriumphosphatpuffers mit einem pH von 6,8 bis 7,2 anstelle der isotonischen Kochsalzlösung angezogen werden. Der Phosphatpuffer zieht Kalziumkationen aus dem umgebenden gesunden Knochen an die Stelle an und schafft eine Äquilibrium-Konzentration des Kalziums genau an der Stelle des Heilens, an der neues Knochenwachstum am wünschenswertesten ist.
Jedwede Anzahl medizinisch nützlicher Substanzen kann erfindungsgemäß durch Zufügen der Substanzen zu der Zusammensetzung auf jedweder Stufe im Mischvorgang oder direkt zur Endzusammensetzung verwendet werden. Solche Substanzen schließen Kollagen und unlösliche Kollagenderivate, Hydroxyapatit und lösliche Feststoffe und/oder darin aufgelöste Flüssigkeiten ein. Auch eingeschlossen sind antivirale Mittel, wie zum Beispiel diejenigen, die gegen HIV und Hepatitis wirksam sind; antimikrobielle Mittel und/oder Antibiotika, wie zum Beispiel Erythromycin, Bacitracin, Neomycin, Penicillin, Polymyxin B, Tetracyclin, Viomycin, Chloromycetin und Streptomycin, Cefazolin, Ampicillin, Azactam, Tobramycin, Clindamycin und Gentamycin. Es wird auch angenommen, dass Aminosäuren, Peptide, Vitamine, Cofaktoren für die Proteinsynthese; Hormone; endokrines Gewebe oder Gewebefragmente; Synthesizers; Enzyme, wie zum Beispiel Kollagenase, Peptidasen, Oxidasen; Polymer-Zellgerüste mit Parenchymzellen; angiogene Arzneimittel und polymere Träger, die derartige Arzneimittel enthalten; Kollagengitter; biokompatible oberflächenaktive Mittel, antigene Mittel; zytoskelettale Mittel; Knorpelfragmente, lebende Zellen, wie zum Beispiel Chondrozyten, Knochenmarkzellen, mesenchymale Stammzellen, natürliche Extrakte, Gewebetransplantate, Bioadhäsiva, transformierender Wachstumsfaktor (TGF-β), insulinähnlicher Wachstumsfaktor (IGF-1); Wachstumshormone, wie zum Beispiel Somatotropin; Knochendigestionsmittel; Antitumormittel; Fibronektin; zelluläre Attraktanten und Anlagerungsmittel; Immunsuppressiva; Permeationsenhancer, z.B. Fettsäureester, wie zum Beispiel Laureat-, Myristat- und Stearat-Monoester von Polyethylenglykol, Enamin-Derivate und α-Ketoaldehyde können der Zusammensetzung zugefügt werden.
Die Erfindung kann weiter durch die folgenden Beispiele verstanden werden, wobei die prozentualen Anteile als prozentuale Gewichtsanteile bestimmt sind. In einigen Proben wurde ein Penetrationstest zur Messung der Bulk-Konsistenz der Formulierung verwendet. Der Test misst im Prinzip die Penetrationstiefe eines Metallkonus einer bekannten Masse, der für eine festgelegte Zeit in eine Probe der Formulierung insertiert wird. Je schwerer eine Formulierung ist, um so weniger Penetration tritt auf. Dieser Test wird vom ASTM-Verfahren D 1403-96: Standard Test Method for Cone preparation Lubricating Grease Using One Quarter and One-Half Scale Cone Equipment übernommen. Alle Beispiele könnten auch in einem aseptischen Milieu zur Aufrechterhaltung eines sterilen Endprodukts durchgeführt werden.
Erfindungsgemäße Beispiele
In den Beispielen ist das Molekulargewicht der verschiedenen verwendeten Trägerkomponenten wie folgt:
1) Natriumhyaluronat 1,2 × 10⁶ – 2,6 × 10⁶ Dalton
Beispiel I:
Ein verformbarer Kitt aus 2%iger Hyaluronsäure-Lösung in isotonischer Kochsalzlösung mit 250 – 420 Mikron kortikalem Allograft-Knochenpulver zu 30 %.
502 mg gefriergetrockneter kortikaler Allograft-Knochen einer Partikelgröße im Bereich von 250 – 420 Mikron wurden in 1 170 mg einer 2%igen Natriumhyaluronat-Lösung in isotonischer Kochsalzlösung gemischt. Die Knochenkomponente wird zugefügt, um eine Knochenkonzentration von 30 Gew.-% zu erlangen. Die Lösung wurde gut gemischt und 2 – 3 Stunden bei Raumtemperatur stehen gelassen, um einen verformbaren Kitt mit ausgezeichneten Formbarkeitseigenschaften bereitzustellen.
528 mg gefriergetrockneter kortikaler Allograft-Knochen einer Partikelgröße von 420 – 850 Mikron wurden in 522 mg einer 20%igen Pluronic F 108-Lösung in isotonischer Kochsalzlösung gemischt. Die Knochenkomponente wird zugefügt, um eine Knochenkonzentration von 50 Gew.-% zu erlangen. Die Lösung wurde gut gemischt und 2 – 3 Stunden bei Raumtemperatur stehen gelassen. Dies stellte einen Kitt mit schlechten Formbarkeitseigenschaften bereit.
Beispiel II:
Ein verformbarer Kitt aus einer 3%igen Hyaluronsäure-Lösung mit 100 – 300 Mikron kortikalem Allograft-Knochenpulver zu 33 %.
720 mg gefriergetrockneter kortikaler Allograft-Knochen einer Partikelgröße von 100-300 Mikron wurden in 1 402 mg einer 3%igen Natriumhyaluronat-Lösung in einer wässrigen Lösung eines auf Natriumchlorid basierenden Phosphatpuffers mit einer Viskosität im Bereich von ca. 230 000 cps bis ca. 275 000 cps gemischt. Die Knochenkomponente wird zur Erlangung einer Knochenkonzentration von 33 Gew.-% zugefügt. Die Lösung wurde gut gemischt und 2 – 3 Stunden bei Raumtemperatur stehen gelassen. Dies stellte einen verformbaren Kitt mit ausgezeichneten Formbarkeitseigenschaften bereit.
Beispiel III:
Ein verformbarer Kitt aus 1%iger Hyaluronsäure-Lösung mit 250 – 420 Mikron kortikalem Allograft-Knochenpulver zu 40 %.
605 mg gefriergetrockneter kortikaler Allograft-Knochen einer Partikelgröße von 250 – 420 Mikron wurden in 906 mg einer 1%igen Natriumhyaluronat-Lösung in isotonischer Kochsalzlösung gemischt. Die Knochenkomponente wurde zum Erlangen einer Knochenkonzentration von 40 Gew.-% zugefügt. Die Lösung wurde gut gemischt und 2 – 3 Stunden bei Raumtemperatur stehen gelassen. Dies stellte einen verformbaren Kitt mit schlechten Formbarkeitseigenschaften bereit.
Beispiel IV:
Ein fließbares Gel aus kortikalem Allograft-Knochengranulat einer Partikelgröße von 250 – 420 Mikron in einer 1%igen Hyaluronsäure-Lösung bei einem Knochengehalt von 25 Gew.-%.
503 mg gefriergetrockneter kortikaler Allograft-Knochen wurden in 1 502 mg einer 1 %igen Natriumhyaluronat-Lösung mit einer Viskosität im Bereich von 2 000 cps bis 6 000 cps in einer wässrigen auf Natriumchlorid basierenden Phosphatpuffer-Lösung gemischt. Die Lösung wurde gut gemischt und bei Raumtemperatur stehen gelassen, um ein fließbares Gel bereitzustellen.
Beispiel V:
Ein fließbares Gel aus kortikalem Allograft-Granulat einer Partikelgröße von 250 – 420 Mikron in einer 1 %igen Hyaluronsäure-Lösung bei einem Knochengehalt von 30 Gew.-%.
501 mg gefriergetrockneter kortikaler Allograft-Knochen wurden in 1 167 mg einer 1 %igen Natriumhyaluronat-Lösung in isotonischer Kochsalzlösung gemischt. Die Knochenkomponente wird zum Erlangen einer Knochenkonzentration von 30 Gew.-% zugefügt. Die Lösung wurde gut gemischt und 2 – 3 Stunden bei Raumtemperatur stehen gelassen. Dies stellte ein fließbares Gel bereit.
Beispiel VI:
Ein fließbares Gel aus kortikalem Allograft-Granulat einer Partikelgröße von 420 – 850 Mikron in einer 1%igen Hyaluronsäure-Lösung bei einem Knochengehalt von 25 Gew.-%.
501 mg gefriergetrockneter kortikaler Allograft-Knochen wurden in 1 501 mg einer 1%igen Natriumhyaluronat-Lösung in isotonischer Kochsalzlösung gemischt. Die Knochenkomponente wird zum Erlangen einer Knochenkonzentration von 25 Gew.-% zugefügt. Die Lösung wurde gut gemischt und 2 – 3 Stunden bei Raumtemperatur stehen gelassen. Dies stellte ein fließbares Gel bereit.
Beispiel VII:
Ein fließbares Gel aus kortikalem Allograft-Granulat einer Partikelgröße von 420 – 850 Mikron in einer 1%igen Hyaluronsäure-Lösung bei einem Knochengehalt von 30 Gew.-%.
500 mg gefriergetrockneter kortikaler Allograft-Knochen wurden in 1 166 mg einer 1 %igen Natriumhyaluronat-Lösung in isotonischer Kochsalzlösung gemischt. Die Knochenkomponente wird zum Erlangen einer Knochenkonzentration von 30 Gew.-% zugefügt. Die Lösung wurde gut gemischt und 2 – 3 Stunden bei Raumtemperatur stehen gelassen. Dies stellte ein fließbares Gel bereit.
In der folgenden Tabelle 1 sind die vorstehend angemerkten Beispiele I – VII in Vergleichsform dargelegt:
Zusammenfassend ist aus Tabelle I ersichtlich, dass:
Ein fließbares Gel aus ca. 25 – 30 % Knochenpulver (Partikelgröße im Bereich von 250 – 850 Mikron) hergestellt werden kann, das in ein in Lösung getragenes Hydrogel mit hohem Molekulargewicht, wie zum Beispiel 1 % Natriumhyaluronat (Beispiele IV, V, VI, VII), gemischt wurde.
Ein Kitt mit guter Formbarkeit aus ca. 30 – 40 % Knochenpulver (Partikelgröße im Bereich von 100 – 850 Mikron) hergestellt werden kann, das in eine Hydrogellösung, wie zum Beispiel 2 – 3 % Natriumhyaluronat oder 3 % Chitosan (Beispiele 1 und Π), gemischt wurde.
Beispiel III der Testergebnisse
weder ein erfolgreich fließbares Gel noch einen Kitt produzierte. Dies zeigt die Grenzen der Konzentrationen der entsprechenden Beispiele an. Partikelgrößen unter ca. 100 Mikron absorbieren zu schnell.
Die Zusammensetzung in einer sauerstofffreien Umgebung gemischt und verpackt werden sollte, um den Oxidationsabbau und den Viskositätsverlust auszuschließen. Das Mischen des demineralisierten Knochenpulvers in Hydrogellösung wird in einem eingeschlossenen sterilen Handschuhkasten mit einer sauerstofffreien Umgebung, wie zum Beispiel in einem mit Stickstoff, Argon oder anderem mit inertem Gas gefülltem Kasten, durchgeführt. Die gemischte verformbare Knochenzusammensetzung wird dann in einen sterilen Behälter, wie zum Beispiel einen undurchlässigen Spritzenzylinder oder ein Fläschchen platziert, dicht verschlossen und in eine sterile dicht verschlossene Verpackung gegeben, die mit einem inerten Gas gefüllt oder vakuumdicht verschlossen wird.
Die erfindungsgemäßen Prinzipien, bevorzugten Ausführungsformen und Arbeitsweisen wurden in der vorstehenden Beschreibung beschrieben. Die Erfindung sollte jedoch nicht als einschränkend auf die vorstehend beschriebenen bestimmten Ausführungsformen verstanden werden. Die hier beschriebenen Ausführungsformen sollen anstatt dessen eher als erläuternd und weniger als einschränkend angesehen werden. Variationen und Änderungen können von anderen durchgeführt werden, ohne aus dem, wie durch die folgenden Ansprüche definierten, erfindungsgemäßen Rahmen zu kommen:

Claims

Sterile verformbare Knochenzusammensetzung zur Anwendung an einer Stelle des Knochendefekts zur Förderung neuen Knochenwachstums an der Stelle, umfassend ein Gemisch aus demineralisiertem osteogenem Knochenpulver in einem Hydrogelträger; wobei das Knochenpulver eine Partikelgröße von ca. 100 bis ca. 850 Mikron aufweist; wobei das Knochenpulver von ca. 25 bis ca. 35 Gew.-% der Zusammensetzung umfasst; wobei der Träger Natriumhyaluronat in einer wässrigen Lösung darstellt, wobei das Natriumhyaluronat ein hohes Molekulargewicht im Bereich von 690 000 bis 3 000 000 Dalton aufweist und im Bereich von 1 Gew.-% bis 4,5 Gew.-% bezogen auf die Trägerlösung liegt.
Sterile verformbare Knochenzusammensetzung nach Anspruch 1, worin genanntes Gemisch morphogene Knochenproteine über die Menge hinausgehend einschließt, die im allogenen Knochen natürlich vorkommt.
Sterile verformbare Knochenzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, worin die wässrige Lösung einen auf Natriumchlorid basierenden Phosphatpuffer umfasst.
Sterile verformbare Knochenzusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin genanntes Knochenpulver kortikales Allograft-Knochenpulver oder kortikospongiöses Allograft-Knochenpulver darstellt.
Sterile verformbare Knochenzusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, welche eine Kittzusammensetzung darstellt, worin genanntes Knochenpulver demineralisiertes, lyophilisiertes Allograft-Knochenpulver darstellt und genannter Träger eine wässrige Lösung eines Natriumsalzes des Hyaluronsäure-Hydrogels umfasst, wobei die Nyaluronsäurekomponente im Bereich von 1 bis 4,5 Gew.-% bezogen auf die Trägerlösung liegt und ein Molekulargewicht von mindestens 10⁶ Dalton und eine Viskosität im Bereich von 6 000 bis ca. 275 000 cps aufweist.
Sterile verformbare Knochenkittzusammensetzung nach Anspruch 5, worin genannter Hydrogelträger eine 2 – 3%ige Hyaluronsäure-Konzentration aufweist, wobei der Rest der Trägerformulierung einen Natrium-Phosphatpuffer mit einem pH von 6,8 bis 7,2 enthält, wobei genannter Puffer Kalzium anzieht und dasselbe an der Stelle des Knochendefekts konzentriert.
Sterile verformbare Knochenkittzusammensetzung nach Anspruch 5 oder 6, einschließlich antimikrobieller Mittel und/oder Antibiotika, wie zum Beispiel Erythromycin, Bacitracin, Neomycin, Penicillin, Polymyxin B, Tetracyclin, Viomycin, Chloromycetin und Streptomycin, Cefazolin, Ampicillin, Azactam, Tobramycin, Clindamycin, Gentamycin und Vitaminen.
Sterile verformbare Knochenzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die eine Kittzusammensetzung darstellt und die Knochenwachstum induzierendes demineralisiertes, lyophilisiertes Allograft-Knochenpulver mit einer Partikelgröße im Bereich von ca. 100 bis ca. 420 Mikron in einem Natriumhyaluronat und einen Wasserträger umfasst, wobei der Knochengehalt der Zusammensetzung, der im Bereich von ca. 30 Gew.-% bis ca. 35 Gew.-% liegt und die Natriumhyaluronatkomponente mit hohem Molekulargewicht, die im Bereich von 2 Gew.-% bis 4,5 Gew.-% bezogen auf den Träger liegt, ein Molekulargewicht aufweist, das größer als 1 000 000 Dalton ist.
Sterile verformbare Knochengelzusammensetzung zur Anwendung an einer Stelle des Knochendefekts zur Förderung neuen Knochenwachstums an der Stelle, die eine neue Knochenwachstum induzierende Menge von demineralisiertem, lyophilisiertem Allograft-Knochenpulver mit einer Partikelgröße im Bereich von ca. 250 bis ca. 850 Mikron in einer Hyaluronsäure in einem wässrigen Hydrogelträger umfasst, wobei die Hyaluronsäurekomponente ca. 1 % des Trägers umfasst und ein Molekulargewicht über 1,0 × 10⁶ Dalton aufweist, wobei der Knochenpulvergehalt der Zusammensetzung im Bereich von ca. 25 % bis ca. 30 % liegt.
Sterile verformbare Knochengelzusammensetzung nach Anspruch 9, worin genanntes Knochenpulver eine Partikelgröße im Bereich von ca. 250 bis ca. 420 Mikron aufweist und wobei genannter Träger eine Viskosität von ca. 1 800 bis 13 000 cps aufweist.
Zusammensetzung nach Anspruch 9 oder 10, worin die wässrige Lösung einen auf Natriumchlorid basierenden Puffer umfasst.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, worin genanntes Knochenpulver hinzugefügte morphogene Knochenproteine einschließt.
Zusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin die Zusammensetzung lebende Zellen, wie zum Beispiel Chondrozyten, Knochenmarkzellen oder mesenchymale Stammzellen einschließt.