DE60023589T2

DE60023589T2 - Verfahren zur Herstellung eines osteokonduktiven Materials

Info

Publication number: DE60023589T2
Application number: DE60023589T
Authority: DE
Inventors: Michio Ito
Original assignee: Matsumoto Dental University
Current assignee: Matsumoto Dental University
Priority date: 1999-05-18
Filing date: 2000-05-17
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2020-05-18
Also published as: JP2000327515A; EP1053739B1; DE60023589D1; EP1053739A1; JP4472804B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines osteokonduktiven Materials vor allem zur Verwendung auf den Gebieten der dentalen, orthopädischen und plastischen Chirurgie, um die Bildung von neuem Knochen zu beschleunigen.
Im Allgemeinen wird das osteokonduktive Material in der Nachbarschaft oder in das Innere eines existierenden Knochens implantiert. In diesem Zustand kann das osteokonduktive Material einen neuen Knochen bilden, der mit dem existierenden Knochen verbunden ist.
Ein herkömmliches osteokonduktives Material des beschriebenen Typs ist bekannt, welches eine härtbare Zusammensetzung umfaßt, die Chitosan enthält. Die härtbare Zusammensetzung wird durch eine Mischung einer sauren wäßrigen Lösung von Chitosan, partikulärem Hydroxyapatit, Zinkoxid und/oder Magnesiumoxid hergestellt. Das herkömmliche osteokonduktives Material zeigt eine ausgezeichnete Affinität zu einem Zahn und einem Knochen und wird in einem neutralen Bereich gehärtet. Eine solche härtbare Zusammensetzung ist in der Japanischen Patentveröffentlichung (JP-A) Nr. H01-208347 (208347/1989) offenbart.
Das herkömmliche osteokonduktive Material ist jedoch insofern nachteilig, als ein langer Zeitraum bis zur Bildung von neuem Knochen von dem implantierten osteokonduktiven Material erforderlich ist.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines osteokonduktiven Materials bereitzustellen, das in der Lage ist, die Bildung von neuem Knochen zu beschleunigen.
Andere Ziele der vorliegenden Erfindung werden im Verlauf der Beschreibung klar werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines osteokonduktiven Materials bereitgestellt. Das Verfahren umfaßt die Schritte der Lösung von Chitosan durch eine saure wäßrige Lösung, um ein Chitosan-Sol zu produzieren, des Mischens eines Apatit-Pulvers in dem Chitosan-Sol, um ein Gemisch zu produzieren, des Trocknens des Gemisches zu einem getrockneten Material und der Adsorption von Ringer-Lösung in dem getrockneten Material, um einen elastischen Körper des osteokonduktiven Materials zu produzieren.
Kurze Beschreibung der Abbildung:
1 ist ein Flußschema, das ein bisheriges Verfahren zur Herstellung eines osteokonduktiven Materials beschreibt; und
2 ist ein Flußschema, das ein Verfahren zur Herstellung eines osteokonduktiven Materials gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschreibt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform:
Bezüglich 1 wird für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung zunächst die Beschreibung hinsichtlich eines Verfahrens zur Herstellung eines osteokonduktiven Materials nach bisheriger Technik gemacht.
In der Weise, wie sie hier nunmehr beschrieben wird, umfaßt das Verfahren in der bisherigen Technik einen ersten Schritt S1, einen zweiten Schritt S2, einen dritten Schritt S3, einen vierten Schritt S4, einen fünften Schritt S5 und einen sechsten Schritt S6.
Beim ersten Schritt S1 wird Chitosan hergestellt. Zu dem Chitosan wird eine saure wäßrige Lösung zugegeben, um das Chitosan aufzulösen. Als Resultat der Auflösung von Chitosan wird ein Chitosan-Sol produziert. Beim zweiten Schritt S2 wird ein Apatit-Pulver zu dem Chitosan-Sol zugegeben oder mit dem Chitosan-Sol gemischt. Beim dritten Schritt S3 wird ein Gemisch des Apatit-Pulvers und des Chitosan-Sols zu einem gekneteten Gemisch geknetet. Beim vierten Schritt S4 wird das geknetete Gemisch mittels einer wäßrigen Lösung neutralisiert, die die Verbindung enthält. Beim fünften Schritt S5 wird das geknetete Gemisch zu einem Trockenmaterial getrocknet. Beim sechsten Schritt S6 wird das Trockenmaterial mit destilliertem Wasser oder physiologischer Salzlösung adsorbiert. Somit wird das Trockenmaterial zu einem osteokonduktiven Material verarbeitet, das eine elastische Stärke wie Gummi hat.
Das osteokonduktive Material wird in eine Vielzahl von Stücken zerschnitten, von denen jedes eine optimale Größe haben kann, die dem kranken Teil entspricht. Zum Beispiel kann das Stück nach einer Operation wegen Periodontitis zwischen einen Kieferknochen und das Zahnfleisch geschoben werden, das den Kieferknochen umgibt, um den Kieferknochen wieder aufzubauen und das Wiederauftreten der Periodontitis zu vermeiden.
Mit diesem osteokonduktiven Material tritt keine Wanderung und kein Verlust des Apatit-Pulvers auf. Dies ist der Fall, weil das Chitosan-Sol in ein Gel umgewandelt wird, das somit das Apatit fixiert festhält. Bevor das Chitosan von einem Organismus vollständig absorbiert wird, wird osteoides Gewebe produziert und ersetzt einen neuen Knochen.
Das osteokonduktive Material ist jedoch dadurch von Vorteil, daß ein langer Zeitraum bis zur Bildung von neuem Knochen aus dem Implantat des osteokonduktiven Materials nicht erforderlich ist.
Bezüglich 2 wird die Beschreibung hinsichtlich eines Verfahrens zur Herstellung eines osteokonduktiven Materials gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung gemacht.
Bei der Weise, wie sie hier beschrieben wird, umfaßt das Verfahren einen ersten Schritt S11, einen zweiten Schritt S12, einen dritten Schritt S13, einen vierten Schritt S14, einen fünften Schritt S15, einen sechsten Schritt S16 und einen siebten Schritt S17.
Beim ersten Schritt S11 wird Chitosan hergestellt. Zu dem Chitosan wird eine saure wäßrige Lösung zugegeben, um das Chitosan aufzulösen. Als Resultat der Auflösung von Chitosan wird ein Chitosan-Sol produziert. Das Chitosan-Sol umfaßt zum Beispiel ein Chitin-Chitosan, eine physiologische Salzlösung und eine Säure. Als Säure kann Äpfelsäure, Malonsäure oder dergleichen verwendet werden.
Beim zweiten Schritt S12 wird ein Apatit-Pulver zu dem Chitosan-Sol zugegeben oder mit dem Chitosan-Sol gemischt. Als Apatit-Pulver wird chemisch synthetisiertes verwendet, welches aus Hydroxyapatit eines α-Tricalciumphosphats und/oder eines β-Tricalciumphosphats gemacht wird.
Beim dritten Schritt S13 wird ein Gemisch des Apatit-Pulvers und des Chitosan-Sols zu einem gekneteten Gemisch geknetet.
Beim vierten Schritt S14 wird das geknetete Gemisch mittels einer wäßrigen Lösung neutralisiert, die die Verbindung enthält. Als ein Resultat der Neutralisation hat das geknetete Gemisch einen pH-Wert von 7,0–10,0. In diesem Fall enthält die Verbindung mindestens ein Element, das ausgewählt ist aus der Gruppe der einwertigen oder zweiwertigen Metallelemente. Bei dem Beispiel, bei dem eine einwertige Metallverbindung in der Lösung enthalten ist, wird mindestens eine aus der Gruppe von Natriumchlorid, Natriumbicarbonat und Natriumpolyphosphat verwendet. Als in der Lösung enthaltene zweiwertige Metallverbindung wird mindestens eine aus der Gruppe von Zinkoxid und Calciumsilikat verwendet.
Beim fünften Schritt S15 wird zum Aseptisch-Machen des gekneteten Gemisches eine Trocknung durchgeführt, um ein Trockenmaterial zu produzieren. Beim sechsten Schritt S16 wird das Trockenmaterial durch Ethylenoxidgas unter hohem Druck aseptisch gemacht. Das Trockenmaterial ist das Material, das durch Anwendung von äußerer Kraft leicht zu Brechen ist.
Beim siebten Schritt S17 wird das Trockenmaterial bei oder vor der Verwendung als osteokonduktives Material mit Ringer-Lösung adsorbiert. Als Resultat wird das Trockenmaterial als das osteokonduktive Material zu einem elastischen Körper verarbeitet, der die elastische Stärke wie Gummi hat.
Spezifischer wird das Trockenmaterial etwa 5–10 Minuten in die Ringer-Lösung eingetaucht, die so eingestellt ist, daß sie einen pH-Wert von 7,0–10,0 hat. Das osteokonduktive Material wird durch die absorbierte Ringer-Lösung veranlaßt, ein elastischer Körper wie Gummi zu werden. Danach wird das osteokonduktive Material in eine Vielzahl von Filmstücken zerschnitten, von denen jedes eine optimale Größe haben kann, die einem kranken Teil entspricht. Zum Beispiel kann das Filmstück nach einer Operation wegen Periodontitis zwischen einen Kieferknochen und das Zahnfleisch geschoben werden, das den Kieferknochen umgibt, um den Kieferknochen wieder aufzubauen und das Wiederauftreten der Periodontitis zu vermeiden.
In der Weise, wie sie hier beschrieben ist, wurde ein Vergleich zwischen den osteokonduktiven Materialien durchgeführt, die unter Verwendung von Ringer-Lösung, physiologischer Salzlösung bzw. destilliertem Wasser hergestellt wurden. Bei jedem der folgenden Beispiele ist festzuhalten, daß das Chitosan-Sol physiologische Salzlösung und Äpfelsäure und Chitosan umfaßt und daß das osteokonduktive Material zu einem Film mit einer Dicke von 0,5 mm geformt wird und dann so geschnitten wird, daß er eine Breite von 2 mm und eine Länge von 3 mm hat.
[Beispiel 1]
Bei Beispiel 1 wurde das Trockenmaterial unter Verwendung von Ringer-Lösung zu dem osteokonduktiven Material verarbeitet. Das osteokonduktive Material wird als ein erstes osteokonduktives Material bezeichnet. Bei diesem Fall ergab die Lösung von 0,33 g CaCl₂, 0,3 g KCl und 8,6 g NaCl in destilliertem Wasser 1.000 ml Ringer-Lösung. Außerdem wurde der pH-Wert des osteokonduktiven Materials mit Natriumhydroxid und Natriumhydrogencarbonat eingestellt. Das Aseptisch-Machen unter hohem Druck wird 20 Minuten bei 120°C durchgeführt.
[Vergleichsbeispiel 2]
Im Vergleichsbeispiel 2 wurde das Trockenmaterial unter Verwendung von destilliertem Wasser zu dem osteokonduktiven Material verarbeitet. Das osteokonduktive Material wird als ein zweites osteokonduktives Material bezeichnet.
[Vergleichsbeispiel 3]
Im Vergleichsbeispiel 3 wurde das Trockenmaterial unter Verwendung von physiologischer Salzlösung zu dem osteokonduktiven Material verarbeitet. Das osteokonduktive Material wird als ein drittes osteokonduktives Material bezeichnet.
Als nächstes richtet sich die Beschreibung auf Tiertests unter Verwendung der osteokonduktiven Materialien, die in Beispiel 1, Vergleichsbeispiel 2 und Vergleichsbeispiel 3 erhalten worden waren.
Die Knochenhaut des Kopfskeletts bei jeder von vier Korallenratten wurde abgezogen. Das osteokonduktive Material wurde den Ratten am Kopfskelett unter die Knochenhaut implantiert. Danach wurden die Ratten nach einer Woche, zwei Wochen, drei Wochen, vier Wochen bzw. acht Wochen getötet. Es wurden Knochenfragmente der Ratten gesammelt, die mit dem osteokonduktiven Material gefüllt waren. Die Knochenfragmente wurden in 10%-iger Formalinlösung eingeweicht, um nicht zu verwesen. Als nächstes wurde mit den Knochenfragmenten mit 10%-igen Ethylendiamin-Tetraessigsäure-Dinatrium-Lösungen eine Decalcifizierung durchgeführt. Danach wurde jedes der Knochenfragmente in Paraffin eingebettet.
Verschiedene Lappen von etwa 4 μm wurden von diesen Knochenfragmenten produziert. Mit den Lappen wurde eine Färbung mit Hämatoxylin-Eosin durchgeführt und dann wurden sie auf im Stand der Technik bekannte Weise mit einem optischen Mikroskop untersucht. Das Resultat der Osteogenese für jede Woche ist im Folgenden ausgeführt.
[Zustand nach 1 Woche]
Bei Verwendung des ersten osteokonduktiven Materials wurde der neue Knochen an beiden Enden des osteokonduktiven Materials genau unterhalb des osteokonduktiven Materials beobachtet.
Bei Verwendung des zweiten osteokonduktiven Materials ist der neue Knochen kaum zu beobachten. Das osteokonduktive Material wurde von Bindegewebe umgeben. Der Abstand zwischen dem osteokonduktiven Material und dem Knochen eines lebenden Körpers ist noch weit.
Bei Verwendung des dritten osteokonduktiven Materials wurde der neue Knochen nur an dem Platz beobachtet, der nahe an beiden Enden des osteokonduktiven Materials ist. Das Bindegewebe wurde zwischen dem osteokonduktiven Material und dem Knochen des lebenden Körpers zugelassen.
[Zustand nach 2 Wochen]
Bei Verwendung des ersten osteokonduktiven Materials wuchs der neue Knochen an beiden Enden des osteokonduktiven Materials. Es wurde beobachtet, daß ein Teil des osteokonduktiven Materials genau unterhalb des osteokonduktiven Material durch den neuen Knochen ersetzt wurde.
Bei Verwendung des zweiten osteokonduktiven Materials schreitet das Bindegewebe fort und das osteokonduktive Material wird kaum absorbiert. An beiden Enden des osteokonduktiven Materials ist kaum Bildung von neuem Knochen zu sehen.
Bei Verwendung des dritten osteokonduktiven Materials wuchs der neue Knochen an beiden Enden des osteokonduktiven Materials. Das osteokonduktive Material wird kaum absorbiert.
[Zustand nach 4 Wochen]
Bei Verwendung des ersten osteokonduktiven Materials ist das osteokonduktive Material ziemlich verteilt. Es wurde viel von dem Teil beobachtet, wo sich neuer Knochen bildet.
Bei Verwendung des zweiten osteokonduktiven Materials schreitet die Dispergierung des osteokonduktiven Materials fort. Das Bindegewebe wächst von beiden Seiten ein und schreitet fort. Es wurde beobachtet, daß der neue Knochen an beiden Enden des osteokonduktiven Materials wächst.
Bei Verwendung des dritten osteokonduktiven Materials wuchs der neue Knochen an beiden Enden des osteokonduktiven Materials. Das osteokonduktive Material verteilt sich ziemlich und das Bindegewebe wird absorbiert und tritt an beiden Enden ein.
[Zustand nach 8 Wochen]
Bei Verwendung des ersten osteokonduktiven Materials wächst der neue Knochen an beiden Enden des osteokonduktiven Materials weiter. Etwa 1/2 des osteokonduktiven Materials wurde genau unterhalb des osteokonduktiven Materials durch neuen Knochen ersetzt. Das osteokonduktive Material in einem nahen Teil verteilt sich unter der Haut und die Absorption schritt fort.
Bei Verwendung des zweiten osteokonduktiven Materials verteilt sich das osteokonduktive Material ziemlich. Das Bindegewebe wird absorbiert und tritt an beiden Enden ein. Der neue Knochen wuchs kaum mehr als 4 Wochen.
Bei Verwendung des dritten osteokonduktiven Materials wuchs der neue Knochen an beiden Enden des osteokonduktiven Materials. Das osteokonduktive Material verteilt sich ziemlich. Es wurde jedoch nicht beobachtet, daß das osteokonduktive Material einen Teil hatte, der mit dem neuen Knochen verbunden war.
Mit dem vorstehend erwähnten Verfahren wird es möglich, ein erstes osteokonduktives Material bereitzustellen, das in der Lage ist, die Bildung von neuem Knochen zu beschleunigen. Das osteokonduktive Material dieser Erfindung ist von Nutzen auf den Gebieten der dentalen, orthopädischen und plastischen Chirurgie als ein füllendes oder bettendes Material bei der Wurzelkanalfüllung, Knochenfüllung und als Zahnunterstützung bei Alveolar pyorrhea.
Der dritte Schritt S13 in 2 kann bei dem Verfahren der Herstellung des osteokonduktiven Materials weggelassen werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Materials, das zur Verwendung als osteokonduktives Material geeignet ist, umfassend die Schritte: das Auflösen von Chitosan in einer sauren wässrigen Lösung zur Herstellung eines Chitosan-Sols, Mischen eines Apatit-Pulvers im Chitosan-Sol zur Herstellung eines Gemisches, Einstellen des pH-Werts des Gemisches mit Natriumhydroxid und Natriumhydrogencarbonat auf einen pH-Wert von 7,0 bis 10,0, Trocknen des Gemisches zu einem getrockneten Material, Aseptisch-Machen des getrockneten Materials unter Hochdruck nach dem Trocknungsschritt und Adsorbieren einer Ringer-Lösung in dem getrockneten Material zur Herstellung dieses Materials als elastischen Körper.
Verfahren gemäß Anspruch 1, das zusätzlich die Filmbildung des Gemisches nach dem Vermischungsschritt umfasst.
Material erhältlich nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1.
Material gemäß Anspruch 3, das in Gestalt eines Films gebildet ist.
Osteokonduktives Material erhältlich nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 zur Verwendung als Arzneimittel.
Verwendung des nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 erhältlichen osteokonduktiven Materials für die Herstellung eines Arzneimittels zur Beschleunigung der Knochenbildung.