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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Herstellen von biokompatiblen
Schäumen
mit einer mikrogemusterten Oberfläche, angeordnet auf und integral
mit wenigstens einer Oberfläche
des Schaumes.
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Hintergrund
der Erfindung
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Offenzellige,
poröse,
biokompatible Schäume
sind dafür
erkannt worden, ein beträchtliches
Potential zur Verwendung bei der Reparatur und Regeneration von
Gewebe aufzuweisen. Frühe
Anstrengungen in der Gewebereparatur fokussierten sich auf die Verwendung
von amorphem biokompatiblem Schaum als poröse Pfropfen, um Hohlräume im Knochen
zu füllen.
Brekke et al. (
US 4,186,448 )
beschrieben die Verwendung von porösen Gewebepfropfen zusammengesetzt
aus Polyhydroxysäurepolymeren, wie
Polylactid, zur Heilung von Knochenhohlräumen. Mehrere Ansätze sind
durchgeführt
worden in der letzteren Vergangenheit, um Tissue Engineering-Gerüste (TE)
unter Verwendung unterschiedlicher Verfahren herzustellen. Beispielsweise
US 5,522,895 (Mikos) und
5,514,378 (Mikos, et al.) unter Verwendung von bleichbaren Stoffen;
US 5,755,792 (Brekke) und
5,133,755 (Brekke) unter Verwendung von Vakuumschäumungsmethoden;
US 5,716,413 (Walter et
al.) und 5,607,474 (Athanasiou et al.) unter Verwendung von ausgefällten Polymergelmassen;
US 5,686,091 (Leong et al.)
und 5,677,355 (Shalaby, et al.) unter Verwendung von Polymerschmelzen
mit flüchtigen
Verbindungen, die bei Temperaturen von größer als Raumtemperatur sublimieren;
und
US 5,770,193 (Vacanti
et al.), 5,769,899 (Schwanz et al.) und 5,711,960 (Shikinami) unter
Verwendung von faserartigen Gerüsten
auf Textilbasis. Hinsch et al. (EPA 274,893) beschreibt einen porösen, offenzelligen
Schaum aus Polyhydroxsäuren
mit Porengrößen von
etwa 10 bis etwa 200 μm
für den
Einwuchs von Blutgefäßen und
Zellen. Der von Hinsch beschriebene Schaum könnte ebenfalls mit Fasern,
Garnen, Geflechten, gestrickten Stoffen, Baumwollstoffen und dergleichen
verstärkt
sein.
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Die
obigen Methoden weisen Begrenzungen auf in bezug auf das Herstellen
von porösen
Gerüsten
mit gesteuerten Oberflächentexturen.
Die Gerüste
sind glattwandig und mangeln an den Oberflächenmerkmalen, die die Anfügung von
Zellen fördern,
deren Proliferation und deren Differenzierung in Phenotypen, die
für den
spezifischen Gewebetyp geeignet sind.
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Oberflächenmerkmale
sind dafür
bekannt, Zelladhäsion,
-migration, -proliferation und -differenzierung zu beeinflussen.
Die Adhäsion
und Migration von Osteoblasten entlang von Oberflächenmerkmalen
auf Implantaten ist intensiv von vielen Gruppen untersucht worden,
einschließend
Jack Ricci et al. (siehe Morphological Characteristics of Tendon
Cells Cultured On Synthetic Fibers, J. Biomed. Mater. Res., J. Ricci
et al., Band 18, Seiten 1073–87,
1984). Der Einfluß der
Oberflächentopographie
auf die Proliferation und Differenzierung von osteoblastartigen MG-63-Zellen
ist in Surface Roughness Modulates the Local Production of Growth
Factors and Cytokines by Osteoblast-like MG-63 Cells, J. Biomed
Mater. Res., Kieswetter et al., Band 32, Seiten 55–63, 1996 und
Effect of Titanium Surface Roughness on Proliferation, Differentiation,
and Protein Synthesis of Human Osteoblast-line Cells (MG63), J.
Biomed. Mater. Res., Martin et al., Band 29, Seiten 389–401, 1995, beschrieben
worden.
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Die
ideale Implantatoberfläche
ist eine, die Gewebeeinwuchs und -heilung fördert. Im Falle von Knochen
spielen vier Oberflächeneigenschaften
von Implantaten eine Rolle in der Anziehung von primitiven Mesenchymalstammzellen
und ihrer Differenzierung in Osteoblasten an der Knochen-Implantat-Grenzfläche während des
Heilungsverfahrens. Die vier Oberflächeneigenschaften sind Zusammensetzung,
Oberflächenenergie,
Topographie und Rauhigkeit. Dies wird weiter in Underlying Mechanisms
at the Bone-biomaterial Interface, J. Cell. Biochem., Z. Schwartz
et al., Band 56, Seiten 340–7,
1994, beschrieben. Eine weitere Untersuchung, die in An Evaluation
of Variables Influencing Implant Fixation by Direct Bone Apposition,
J. Biomed. Mater. Res., K. Thomas et al., Band 19, Seiten 875–901, 1985,
beschrieben wurde, hat gezeigt, daß die Textur, definiert als
eine Kombination aus Rauhigkeit und Topographie, eine größere Rolle
in der Zellreaktion als das Implantatmaterial spielt.
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Für texturierte
Implantatoberflächen
ist gezeigt worden, eine bessere Knochenfixierung als Implantate
mit glatter Oberfläche
herzustellen, siehe Removal Torques For Polished and Rough Titanium Implants,
Int. J. Maxillofac. Impl. L. Carlsson et al., Band 3, Seiten 21–24, 1988,
und The Influence of Various Titanium Surfaces on the Interface
Shear Strength Between Implants and Bone, Clinical Implant Materials:
Advances in Biomaterials, H.-J. Wilke et al., Band 9, Seiten 309–314, 1990.
Eine Oberflächenmusterbildung
ist gezeigt worden, um einen großen Einfluß auf das Zellverhalten zu
haben, sowohl in Gewebekulturexperimenten (siehe Optimization of Surface
Micromorphology for Enhanced Osteoblast Responses In Vitro, Int.
J. Oral Maxillofac. Impl., K. Bowers et al., Band 7, Seiten 302–310, 1992)
als auch in vivo (siehe Influence of Surface Characteristics on
Bone Integration of Titanium Implants: A Histomorphometric Study
in Miniatur Pigs, J. Biomed. Mater. Res., D. Buser et al., Band
25, Seiten 889–902,
1991). Zusätzlich
ist der Effekt der Implantatoberflächentextur auf die erzeugte
Art der extrazellulären
Matrix (ECM) in Orientation of ECM Protein Deposition, Fibroblast
Cytoskeleton, and Attachment Complex Components on Silicon Microgrooved
Surfaces, J. Biomed. Mater. Res., E. Den Braber et al., Band 40,
Seite 291, 1998 beschrieben worden.
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Mehrere
Mehrschrittverfahren zum Herstellen texturierter Oberflächen auf
polymeren Schäumen
sind bekannt. Shalaby und Roweton (U.S. 5,969,020, 5,899,804, 5,847,012,
5,677,355 und WO 9505083) beschreiben ein Verfahren zum Erzeugen von
Mustern von Poren auf Schaumoberflächen über die Extraktion eines flüchtigen
Materials, um das Polymer zu schäumen.
Ein weiterer Ansatz, um Schäume
mit gemusterten Oberflächen
herzustellen, wird von Griffith et al. (WO 9947922) vorgeschlagen.
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Die
Begrenzung der oben beschriebenen Methoden zur Bildung von Schäumen mit
gemusterten Oberflächen
ist, daß sie
mehrere Verarbeitungsschritte erfordern. Da die Anzahl von Verarbeitungsschritten
erhöht
ist, ist die Möglichkeit
der Abstoßung des
Endprodukts erhöht,
ebenso wie die Kosten des resultierenden Produkts.
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Noch
ein weiterer Ansatz zum Herstellen von Schäumen mit gemusterten Oberflächen wird
von Vacanti et al. (WO 9640002) beschrieben. Hier werden mehrere
feste Herstellungsverfahren mit freier Form (SFF) beschrieben. Beispiele
von SFF-Verfahren schließen
Stereolithographie (SLA), selektives Lasersintern (SLS), ballistische
Teilchenherstellung (BPM), Verschmelzungsabscheidungsmodellgebung
(FDM) und dreidimensionales Drucken (3DP) ein. Ein weiterer Ansatz,
um poröse,
polymere Strukturen mit Kanälen
zu erzeugen, wird in A Polymer Foam Conduit Seeded with Schwann
Cells Promotes Guided Peripheral Nerve Regeneration, Tissue Engineering,
Hadlock et al., Band 6, Seiten 119–127, 2000, beschrieben.
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Alle
oben erwähnten
Verfahren erfordern entweder einen zusätzlichen Schritt, um die texturierte
Oberfläche über Ätzen, Mikrobearbeitung,
Prägung,
Bleichen, Rundrasierung oder Laserbohrung, herzustellen, oder weitere ähnliche
Verfahren, oder sie sind sehr komplex und erfordern spezialisierte teure
Ausrüstung.
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Ferner
sind die resultierenden gemusterten Oberflächen nicht vollständig in
den Strukturen integriert und können
Unterschiede in bezug auf den Abbau und die Gewebereaktion unter
in vivo-Bedingungen unterworfen sein.
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Die
vorliegende Erfindung liefert ein einfaches, einstufiges Verfahren
zum Herstellen von biokompatiblen Schäumen enthaltend ein Mikromuster, das
angeordnet ist auf und integral ist mit wenigstens einer Oberfläche des
Schaums. Die Struktur des Mikromusters liefert eine Organisation
auf dem Mikrostrukturniveau und ein Templat, das eine zelluläre Invasion, Proliferation
und Differenzierung erleichtert, wodurch schließlich eine Regeneration des
funktionellen Gewebes resultiert.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist gerichtet auf ein Verfahren zum Herstellen
eines Schaums, wobei das Verfahren umfaßt: Kontaktieren einer Polymerlösung mit
einer Oberfläche
einer Form, wobei die Lösung
gelöst
darin ein biokompatibles Polymer umfaßt, wobei die Form, angeordnet
auf wenigstens einer Oberfläche
derselben, eine dreidimensionale negative Konfiguration eines vorgegebenen
Mikromusters umfaßt,
das auf wenigstens einer Oberfläche
des Schaums angeordnet werden und integral mit diesem sein soll,
Lyophilisieren der Lösung,
während
sie mit der mikrogemusterten Oberfläche der Form in Kontakt ist,
wodurch ein lyophilisierter Schaum mit Mikrostruktur bereitgestellt
wird, und Entfernen des lyophilisierten Schaums mit Mikrostruktur
aus der Form. Gemäß der Erfindung
hergestellte Schäume umfassen
ein vorgegebenes und ausgelegtes Mikromuster auf wenigstens einer
Oberfläche,
welches Muster effektiv ist, um Gewebereparatur, -einwuchs oder
-regeneration zu erleichtern, oder effektiv ist, um eine Lieferung
eines Proteins oder eines therapeutischen Agens bereitzustellen.
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Die
Gewebereaktion gegenüber
Gerüsten mit
solchen ausgelegten Oberflächen
kann abhängig von
der gewünschten
Reaktion maßgeschneidert werden.
Eine Änderung
des Oberflächenmikromusters
wird das Bioabsorptionsprofil ändern
und wird eine unterschiedliche Mikroumgebung für Zelladhäsion und -migration bereitstellen,
die beide vorteilhaft in einer Vielzahl von medizinischen Anwendungen
sind.
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Bevorzugte
Strukturen mit Mikromuster sind insbesondere geeignet für die Regeneration
von Gewebe zwischen zwei oder mehr unterschiedlichen Gewebearten.
Für ein
mehrzelluläres
System könnte im
einfachsten Fall eine erste Zellart auf einer Seite des Schaumgerüsts mit
einem spezifischen, vorgegebenen Oberflächenmikromuster vorhanden sein, ausgelegt,
um Einwuchs der Zelle zu erleichtern, während eine zweite Zellart auf
der anderen Seite des Schaumgerüsts
mit einem unterschiedlichen, vorgegebenen Mikromuster vorhanden
sein könnte, ausgelegt,
um Wachstum des zweiten Zelltyps zu erleichtern. Beispiele solcher
Regeneration schließen ohne
Begrenzung ein (a) Gefäßgewebe:
mit Glattmuskel auf der Außenseite
und Endothelialzellen auf der Innenseite, um Gefäßstrukturen zu regenerieren; und
(b) osteochondrales Gewebe: durch Implantieren mit einem Oberflächenmikromuster,
das Chondrozyten auf einer Oberfläche des Schaums anzieht, und
einer unterschiedlichen Mikrostruktur, die Osteoblasten oder Präosteoblasten
auf der gegenüberliegenden
Oberfläche
anzieht.
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Kurze Beschreibung
der Figuren
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer Form mit Mikromuster, die in
der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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2 ist
eine vergrößerte Ansicht
des texturierten Einsatzes für
die in 1 gezeigte Form.
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3 ist
eine Aufsicht eines Schaumgerüsts mit
einer zufälligen
Anordnung von säulenförmigen Poren
variierender Größe.
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4 ist
eine Aufsicht eines Schaumgerüsts gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einer Anordnung von regelmäßig angeordneten säulenförmigen Poren.
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5 ist
ein Mikrograph einer Aufsicht eines Schaumgerüsts mit säulenartigen Poren mit unterschiedlichen
Querschnittsformen.
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6 ist
ein Mikrograph einer Aufsicht einer Schaumoberfläche, hergestellt aus einer
Form mit einem regelmäßigen Muster
von Vorsprüngen
in der Form von pyramidalen Kegelstümpfen.
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7 ist
eine Aufsicht der Form, die verwendet wird, um den Schaum nach 4 herzustellen.
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8 ist
eine Seitenansicht der Form, die verwendet wird, um den Schaum nach 4 herzustellen.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Es
ist bevorzugt, daß im
Tissue Engineering verwendete Schäume (d. h. Gewebereparatur,
-einwuchs oder -regeneration) ein Mikromuster aufweisen, angeordnet
auf und integral mit einer Oberfläche des Schaums, das eine Organisation
auf dem mikrostrukturellen Niveau bereitstellt, das ein Templat
liefert, das eine zelluläre
Organisation und eine Regeneration von Gewebe erleichtert, das die
anatomischen, biomechanischen und biochemischen Merkmale von normalem
Gewebe aufweist. Diese Schäume
mit Mikrostruktur können
verwendet werden, um Gewebe zu reparieren, darin einzuwachsen oder
zu regenerieren (einschließend
Organe) bei Tieren, wie Haustieren, Primaten und Menschen. Die vorliegende
Erfindung liefert Verfahren zum Herstellen eines porösen, biokompatiblen,
bioabsorbierbaren, polymeren Schaums, der ein solches Mikromuster
enthält,
angeordnet auf und integral mit wenigstens einer Oberfläche des
Schaums. Das bzw. die Mikromuster, das bzw. die auf der bzw. den
Oberfläche(n) solcher
Schäume
anzuordnen ist bzw. sind oder integral mit diesen zu bilden ist
bzw. sind, können
ausgelegt werden, um mit einer spezifischen, vorgegebenen Anwendung
durch Lyophilisierung des Schaums in einer Form passend zu sein,
die eine dreidimensionale, negative Konfiguration des vorgegebenen
und ausgelegten Mikromusters aufweist, angeordnet auf wenigstens
einer der Wände,
dem Fußboden
oder dem Deckel der Form, die in Kontakt sein soll mit der Polymerlösung. Absorbierbare
polymere Schaumgerüste
mit solchen Oberflächenmerkmalen
mit Mikromuster weisen klare Vorteile gegenüber Gerüsten mit glatten Oberflächen auf.
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Die
Oberflächenmerkmale
mit Mikromuster solcher Schäume
können
gesteuert werden, um für eine
vorgegebene und gewünschte
Anwendung geeignet zu sein, durch Auswahl der geeigneten Formmuster,
um eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften zu erhalten: (1)
Poren von kontrollierter Größe, die
Wege für
zellulären
Einwuchs und Nährstoffdiffusion
bereitstellen, bevorzugt mit Porendurchmesser oder minimalem Querschnittsabstand
im Bereich von etwa 10 μm
bis etwa 1.000 μm,
bevorzugt etwa 20 μm
bis etwa 200 μm;
(2) eine Vielzahl von Porenformen im Bereich von im wesentlichen
kreisförmigem
Querschnitt zu solchen mit sehr hohen Längenverhältnissen; (3) Gradient in der
Porengröße oder
der Form über
eine Richtung der Oberflächentextur
für ein
bevorzugtes Zellkultivieren; (4) Oberflächenporen, die Kanäle werden,
die entweder tief in oder vollständig
durch den Schaum zur verbesserten Zellinvasion, Vaskularisierung
und Nährstoffdiffusion laufen;
und (5) oberflächengemusterte
Schäume, co-lyophilisiert
oder beschichtet mit pharmazeutisch aktiven Verbindungen, einschließend, jedoch
nicht begrenzt auf biologische Faktoren, wie RGD's, Wachstumsfaktoren (PDGF, TGF-β, VEGF, BMP, FGF,
etc.) und dergleichen.
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Eine
Vielzahl von absorbierbaren Polymeren kann verwendet werden, um
Schaumgerüste
mit Mikromuster gemäß der vorliegenden
Erfindung herzustellen. Beispiele von geeigneten, biokompatiblen,
bioabsorbierbaren Polymeren, die verwendet werden könnten, schließen Polymere
ein, die ausgewählt werden
aus der Gruppe bestehend aus aliphatischen Polyestern, Poly(aminosäuren), Copoly(etherestern), Polyalkylenoxalaten,
Polyamiden, Tyrosin abgeleiteten Polycarbonaten, Poly(iminocarbonaten),
Polyorthoestern, Polyoxaestern, Polyamidoestern, Polyoxaestern enthaltend
Amingruppen, Poly(anhydriden), Polyphosphazenen, Biomolekülen (d.
h. Biopolymeren, wie Collagen, Elastin, bioabsorbierbare Stärken, etc.)
und Mischungen derselben. Zu Zwecken dieser Erfindung schließen aliphatische
Polyester ein, sind jedoch nicht begrenzt auf Homopolymere und Copolymere
von Lactid (welches Milchsäure,
D-, L- und meso-Lactid einschließt), Glykolid (einschließend Glykolsäure), ε-Caprolacton, p-Dioxanon
(1,4-Dioxan-2-on), Trimethylencarbonat (1,3-Dioxan-2-on), Alkylderivate
von Trimethylencarbonat, δ-Valerolacton, β-Butyrolacton, γ-Butyrolacton, ε-Decalacton, Hydroxybutyrat
(Wiederholungseinheiten), Hydroxyvalerat (Wiederholungseinheiten),
1,4-Dioxepan-2-on (einschließend
sein Dimer 1,5,8,12-Tetraoxacyclotetradecan-7,14-dion), 1,5-Dioxepan-2-on, 6,6-Dimethyl-1,4-dioxan-2-on,
2,5-Diketomorpholin, Pivalolacton, alpha,alpha-Diethylpropiolacton,
Ethylencarbonat, Ethylenoxalat, 3-Methyl-1,4-dioxan-2,5-dion, 3,3-Diethyl-1,4-dioxan-2,5-dion, 6,8-Dioxabicyclooctan-7-on
und Polymermischungen derselben. Poly(iminocarbonat) für den Zweck dieser
Erfindung schließt,
wie beschrieben von Kemnitzer und Kohn im Handbook of Biodegradable
Polymers, herausgegeben von Domb, Kost und Wisemen, Hardwood Academic
Press, 1997, Seiten 251–272,
ein. Copoly(etherester), für
die Zwecke dieser Erfindung, schließen solche Copolyesterether ein,
die im Journal of Biomaterials Research, Band 22, Seiten 993–1009, 1988
von Cohn und Younes, und in Polymer Preprints (ACS Division of Polymer Chemistry),
Band 30(1), Seite 498, 1989, von Cohn, (z. B. PEO/PLA) beschrieben
werden. Polyalkylenoxalate für
den Zweck dieser Erfindung schließen solche ein, die in den
US 4,208,511 ; 4,141,087; 4,130,639;
4,140,678; 4,105,034; und 4,205,399 (deren Inhalte hierin durch
Bezugnahme vollständig
eingeschlossen sind) beschrieben werden. Polyphosphazene, co-, ter-,
und höher
geordnete, gemischte Monomere basierend auf Polymeren hergestellt
aus L-Lactid, D,L-Lactid, Milchsäure,
Glykolid, Glykolsäure,
para-Dioxanon, Trimethylencarbonat und ε-Caprolacton, wie solche beschrieben
von Allcock in The Encyclopedia of Polymer Science, Band 13, Seiten 31–41, Wiley
Intersciences, John Wiley & Sons, 1988,
und von Vandorpe, Schacht, Dejardin and Lemmouchi im Handbook of
Biodegradable Polymers, herausgegeben von Domb, Kost und Wisemen,
Hardwood Academic Press, 1997, Seiten 161–182. Polyanhydride aus Disäuren der
Form HOOC-C
6H
4-O-(CH
2)
m-O-C
6H
4-COOH, wo m eine ganze Zahl im Bereich von
2 bis 8 ist, und Copolymere derselben mit aliphatischen alpha-omega-Disäuren von
bis zu 12 Kohlenstoffen. Polyoxaester, Polyoxaamide und Polyoxaester
enthaltend Amine und/oder Amidogruppen werden in einem oder mehreren
der folgenden
US 5,464,929 ;
5,595,751; 5,597,579; 5,607,687; 5,618,552; 5,620,698; 5,645,850;
5,648,088; 5,698,213; 5,700,583; und 5,859,150 (die Inhalte derselben
sind hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit eingeschlossen), beschrieben.
Polyorthoester, wie solche, die von Heller im Handbook of Biodegradable
Polymers, herausgegeben von Domb, Kost und Wisemen, Hardwood Academic
Press, 1997, Seiten 99–118
(hierin durch Bezugnahme eingeschlossen) beschrieben werden.
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Gegenwärtig sind
aliphatische Polyester die bevorzugten absorbierbaren Polymere zum
Herstellen von Schaumgerüsten
gemäß der vorliegenden Erfindung.
Aliphatische Polyester können
Homopolymere, Copolymere (statistisch, Block, segmentiert, verjüngte (tappered)
Blöcke,
Pfropf, Triblock, etc.) mit einer linearen, verzweigten oder sternförmigen Struktur
sein. Bevorzugt sind lineare Copolymere. Geeignete Monomere zum
Herstellen von aliphatischen Homopolymeren und Copolymeren können ausgewählt werden
aus der Gruppe bestehend aus, jedoch nicht begrenzt darauf, Milchsäure, Lactid,
einschließend
L-, D-, meso- und
D,L-Mischungen), Glykolsäure,
Glykolid, ε-Caprolacton,
p-Dioxanon (1,4-Dioxan-2-on), Trimethylencarbonat (1,3-Dioxan-2-on) delta-Valerolacton,
beta-Butyrolacton, epsilon-Decalacton,
2-5,-Diketomorpholin, Pivalolacton, alpha,alpha-Diethylpropiolacton,
Ethylencarbonat, Ethylenoxalat, 3-Methyl-1,4-dioxan-2,5-dion, 3,3-Diethyl-1,4-dioxan-2,5-dion,
gamma-Butyrolacton, 1,4-Dioxepan-2-on, 1,5-Dioxepan-2-on, 6,6-Dimethyl-dioxepan-2-on,
6,8-Dioxabicyclooctan-7-on und Kombinationen derselben.
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Elastomere
Copolymere sind ebenfalls besonders geeignet in der vorliegenden
Erfindung. Geeignete bioabsorbierbare biokompatible Elastomere schließen ein,
sind jedoch nicht begrenzt auf solche, die ausgewählt werden
aus der Gruppe bestehend aus elastomeren Copolymeren von ε-Caprolacton und
Glykolid (bevorzugt mit einem Molverhältnis von ε-Caprolacton zu Glykolid von etwa 35:65
bis etwa 65:35, bevorzugter von 45:55 bis 35:65), elastomeren Copolymeren
von ε-Caprolacton
und Lactid, einschließend
L-Lactid, D-Lactid und Mischungen derselben, oder Milchsäurecopolymere
(bevorzugt mit einem Molverhältnis
von ε-Caprolacton
zu Lactid von etwa 35:65 bis etwa 65:35 und bevorzugter von 45:55 bis
30:70 oder von 95:5 bis 85:15), elastomeren Copolymeren von p-Dioxanon
(1,4-Dioxan-2-on) und Lactid einschließend L-Lactid, D-Lactid und
Milchsäure
(bevorzugt mit einem Molverhältnis
von p-Dioxanon zu Lactid von etwa 40:60 bis etwa 60:40), elastomeren
Copolymeren von ε-Caprolacton
und p-Dioxanon (bevorzugt mit einem Molverhältnis von ε-Caprolacton zu p-Dioxanon von etwa 30:70
bis etwa 70:30), elastomeren Copolymeren von p-Dioxanon und Trimethylencarbonat
(bevorzugt mit einem Molverhältnis
von p-Dioxanon zu Trimethylencarbonat von etwa 30:70 bis etwa 70:30),
elastomeren Copolymeren von Trimethylencarbonat und Glykolid (bevorzugt
mit einem Molverhältnis
von Trimethylencarbonat zu Glykolid von etwa 30:70 bis etwa 70:30), elastomerem
Copolymer von Trimethylencarbonat und Lactid einschließend L-Lactid,
D-Lactid, Mischungen derselben oder Milchsäurecopolymere (bevorzugt mit
einem Molverhältnis
von Trimethylencarbonat zu Lactid von etwa 30:70 bis etwa 70:30) und
Mischungen derselben. Beispiele geeigneter bioabsorbierbarer Elastomere
werden in den
US 4,045,418 ;
4,057,537 und 5,468,253 beschrieben, deren Inhalte hierin vollständig durch
Bezugnahme eingeschlossen sind. Diese elastomeren Polymere werden
eine inhärente
Viskosität
von etwa 1,2 dL/g bis etwa 4 dL/g, bevorzugt eine inhärente Viskosität von etwa
1,2 dL/g bis etwa 2 dL/g und am bevorzugtesten eine inhärente Viskosität von etwa
1,4 dL/g bis etwa 2 dL/g, bestimmt bei 25°C in einer Lösung von 0,1 g pro Deciliter
(g/dL) an Polymer in Hexafluorisopropanol (HFIP), aufweisen.
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Bevorzugt
werden die Elastomere eine hohe prozentuale Dehnung und einen geringen
Modul aufweisen, während
sie eine gute Zugfestigkeit und gute Erholungseigenschaften besitzen.
In den bevorzugten Ausführungsformen
dieser Erfindung wird das Elastomer, aus dem die Schäume gebildet
werden, eine prozentuale Dehnung von größer als etwa 200% und bevorzugt
größer als
etwa 500% zeigen. Ihre Eigenschaften, welche das Maß der Elastizität des bioabsorbieren
Elastomers messen, werden erreicht, während eine Zugfestigkeit von
größer als
etwa 500 psi, bevorzugt größer als
etwa 1.000 psi und eine Reißfestigkeit
von größer als
etwa 50 lbs/inch, bevorzugt größer als
etwa 80 lbs/inch bewahrt werden.
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Das
Polymer oder Copolymer, das zum Bilden von Schaumgerüsten gemäß der vorliegenden Erfindung
geeignet ist zur Verwendung in der Geweberegeneration, hängt von
mehreren Faktoren ab. Die chemische Zusammensetzung, die räumliche Verteilung
der Bestandteile, das Molekulargewicht des Polymers und der Kristallinitätsgrad diktieren
alle in einem gewissen Ausmaß das
in-vitro- und in-vivo-Verhalten des Polymers.
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Jedoch
hängt die
Auswahl der Polymere, um Gradientenschäume zur Geweberegeneration
herzustellen, in großem
Maße von
den folgenden Faktoren ab (ist jedoch nicht darauf begrenzt): (a)
Bioabsorptionskinetiken (oder Bio-Abbaukinetiken); (b) mechanische
Leistung in-vivo; und (c) Zellreaktion auf das Material in bezug
auf Zellanfügung,
-proliferation und -migration und -differenzierung und (d) Biokompatibilität.
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Die
Fähigkeit
des Materialsubstrats, in einer zeitgemäßen Weise in der Körperumgebung
zu resorbieren, ist entscheidend. Jedoch können die Unterschiede in der
Absorptionszeit unter in-vivo-Bedingungen
ebenfalls die Basis zur Kombination von zwei unterschiedlichen Polymeren
sein. Beispielsweise wird ein Copolymer aus 35:65 ε-Caprolacton
und Glykolid (ein verhältnismäßig schnell
absorbierendes Polymer) mit 40:60 ε-Caprolacton und (L)-Lactidcopolymer (ein
verhältnismäßig langsam
absorbierendes Polymer) vermischt, um einen Schaum zu bilden. Ein
solcher Schaum könnte
mehrere unterschiedliche physikalische Strukturen aufweisen, abhängig von
der verwendeten Verarbeitungsmethode. Die zwei Bestandteile können entweder
statistisch miteinander verbundene biokontinuierliche Phasen sein, oder
die Bestandteile können
einen Gradienten durch die Dicke aufweisen oder einen laminatartigen Verbund
mit einer gut integrierten Grenzfläche zwischen den zwei Bestandteilsschichten
aufweisen. Die Mikrostruktur dieser Schäume kann optimiert werden,
um die gewünschten
anatomischen Merkmale des Gewebes, das bearbeitet werden soll, zu regenerieren
oder zu reparieren.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist, Polymermischungen zu verwenden,
um Strukturen zu bilden, die von einer Zusammensetzung zu einer
anderen Zusammensetzung in einer gradientenartigen Architektur übergehen.
Schäume
mit dieser Gradientenarchitektur sind insbesondere vorteilhaft in
Tissue Engineering Anwendungen, um die Struktur von natürlich vorkommendem
Gewebe, wie Knorpel (Gelenk, Meniskus, Septum, Luftröhre, etc.)
Esophagen, Haut, Knochen- und Gefäßgewebe, zu reparieren oder
zu regenerieren. Beispielsweise kann durch Mischen eines Elastomers
aus ε-Caprolacton-co-Glykolid mit ε-Caprolacton-co-Lactid
(d. h. mit einem Molverhältnis
von 5:95) ein Schaum hergestellt werden, der von einem weicheren
schwammartigen Schaum zu einem steiferen, festeren Schaum ähnlich dem Übergang
von Knorpel zu Knochen übergeht.
Selbstverständlich können andere
Polymermischungen verwendet werden für ähnliche Gradienteneffekte,
oder um unterschiedliche Gradienten bereitzustellen, wie unterschiedliche
Absorptionsprofile, Spannungsreaktionsprofile oder unterschiedliche
Elastizitätsgrade.
Zusätzlich
können
diese Schäume
verwendet werden für
Organreparaturaustausch- oder -regenerationsstrategien, die von
diesen einzigartigen Gerüsten Nutzen
ziehen können,
einschließend,
jedoch nicht begrenzt auf Bandscheibe, Schädelgewebe, Dura, Nervengewebe,
Leber, Pankreas, Niere, Blase, Milz, Herzmuskel Skelettmuskel, Sehnen,
Bänder
und Brustgewebe.
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Diese
elastomeren Polymere können
geschäumt
werden durch Lyophilisierung, überkritisches
Lösungsmittelschäumen (d.
h. wie es in
EP 464,163
B1 beschrieben wird), Gasinjektionsextrusion, Gasinjektionsformen
oder Gießen
mit einem extrahierbaren Material (d. h. Salzen, Zucker oder irgendeinem
anderen Mittel, das Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist).
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Die
Schaumgerüste
mit Mikrostruktur der vorliegenden Erfindung können durch ein Polymer-Lösungsmittel-Phasentrennverfahren
hergestellt werden. Im allgemeinen kann eine Polymerlösung in
zwei Phasen durch eine der vier Methoden getrennt werden: (a) thermisch
induzierte Gelierung/Kristallisation; (b) Nicht-Lösungsmittel
induzierte Trennung von Lösungsmittel-
und Polymerphasen; (c) chemisch induzierte Phasenseparation, und
(d) thermisch induzierte Spinodalzersetzung. Die Polymerlösung wird
in einer kontrollierten Weise in entweder zwei getrennte Phasen
oder zwei bikontinuierliche Phasen getrennt. Ein anschließendes Entfernen der
Lösungsmittelphase
beläßt gewöhnlicherweise eine
poröse
Struktur mit einer Dichte, die kleiner ist als diejenige des Massenpolymers,
und mit Poren im Mikrometerbereich, siehe Microcellular Foams Via Phase
Separation, J. Vac. Sci, Technolol., A. T. Young, Band 4(3), Mai/Juni
1986. Die in der Herstellung dieser Schäume involvierten Schritte schließen ein
Auswählen
der richtigen Lösungsmittel
für die
zu lyophilisierenden Polymere und ein Herstellen einer homogenen
Lösung
ein. Als nächstes
wird die Polymerlösung
einem Gefrier- und Vakuumtrocknungszyklus unterzogen. Die Gefrierschrittphase
trennt die Polymerlösung
und der Vakuumtrocknungsschritt entfernt das Lösungsmittel durch Sublimation und/oder
Trocknung, was eine poröse
Polymerstruktur oder einen verbundenen, offenzelligen, porösen Schaum
zurückläßt.
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Geeignete
Lösungsmittel
für bevorzugte
absorbierbare aliphatische Polyester schließen ein, sind jedoch nicht
begrenzt auf Lösungsmittel,
die ausgewählt
sind aus einer Gruppe bestehend aus Ameisensäure, Ethylformat, Essigsäure, Hexafluorisopropanol
(HFIP), cyclischen Ethern (d. h. THF, DMF und PDO), Aceton, Acetaten
von C2- bis C5-Alkohol (wie Ethylacetat und t-Butylacetat), Glyme
(d. h. Monoglyme, Ethylglyme, Diglyme, Ethyldiglyme, Triglyme, Butyldiglyme
und Tetraglyme), Methylethylketon, Dipropylenglykolmethylether,
Lactonen (wie γ-Valerolacton, δ-Valerolacton, β-Butyrolacton, γ-Butyrolacton),
1,4-Dioxan, 1,3-Dioxolan,
1,3-Dioxolan-2-on (Ethylencarbonat), Dimethylcarbonat, Benzol, Toluol,
Benzylalkohol, p-Xylol, Naphthalen, Tetrahydrofuran, N-Methylpyrrolidon,
Dimethylformamid, Chloroform, 1,2-Dichlormethan, Morpholin, Dimethylsulfoxid,
Hexafluoracetonsesquihydrat (HFAS), Anisol und Mischungen derselben.
Unter diesen Lösungsmitteln
ist das bevorzugte Lösungsmittel 1,4-Dioxan.
Eine homogene Lösung
des Polymers in dem Lösungsmittel
wird unter Verwendung von Standardverfahren hergestellt.
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Die
anwendbare Polymerkonzentration oder Menge an Lösungsmittel, die eingesetzt
werden kann, wird mit jedem System variieren. Als eine allgemeine
Regel kann die Menge an Polymer in der Lösung von etwa 0,5% bis etwa
90% und bevorzugt von etwa 0,5% bis etwa 30 Gew.-%, abhängig zu
einem großen
Ausmaß von
der Löslichkeit
des Polymers in einem gegebenen Lösungsmittel und den Endeigenschaften
des gewünschten
Schaums, variieren.
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Zusätzlich können Feststoffe
zu dem Polymer-Lösungsmittel-System
zugegeben werden. Einer der Zwecke der zugegebenen Teilchen könnte daran
liegen, die Zusammensetzung der resultierenden Schaumoberflächen zu
modifizieren. Wenn sich die Teilchen aus der Lösung an der Bodenfläche absetzen,
werden Bereiche erzeugt, welche die Zusammensetzung der zugegebenen
Feststoffe aufweisen werden, nicht diejenige des geschäumten polymeren Materials.
In einer weiteren Ausführungsform
können die
zugegebenen Feststoffe stärker
konzentriert nahe der Oberseite, den Seiten oder dem Boden des Schaums
mit Mikromuster sein, was Zusammensetzungsänderungen an all diesen Oberflächen bewirkt. Ein
Beispiel wäre,
wenn die zugegebenen Feststoffe metallisch wären und die Form aus magnetischem Material
hergestellt wäre,
oder umgekehrt. Die zu dem Polymer-Lösungsmittel-System zugegebenen Feststoffe
werden bevorzugt nicht mit dem Polymer oder dem Lösungsmittel
reagieren. Feststoffe, wie Bariumsulfatteilchen, können ebenfalls
als Markierungsmittel zugegeben werden, um die Konstrukte strahlenundurchlässig zu
machen. Geeignete Feststoffe schließen Materialien ein, die Geweberegeneration
oder -neuwuchs fördern,
Puffer, Verstärkungsmaterialien
oder Porositätsmodifizierungsmittel.
Geeignete Feststoffe schließen
ein, sind jedoch nicht begrenzt auf Teilchen aus demineralisiertem
Knochen, Calciumphosphatteilchen, Bioglasteilchen oder Calciumcarbonatteilchen
zur Knochenreparatur, bleichbare Feststoffe zur Porenerzeugung und
Teilchen von bioabsorbierbaren Polymeren, die in dem Lösungsmittelsystem
nicht löslich
sind, zum Verstärken,
oder um Poren zu erzeugen, wenn sie absorbiert werden. Geeignete
bleichbare Feststoffe schließen ein,
sind jedoch nicht begrenzt auf nicht-toxische bleichbare Materialien,
die ausgewählt
sind aus der Gruppe bestehend aus Salzen (d. h. Natriumchlorid, Kaliumchlorid,
Calciumchlorid, Natriumtartrat, Natriumcitrat und dergleichen),
biokompatiblen Mono- und Disacchariden (d. h. Glucose, Fruktose,
Dextrose, Maltose, Lactose und Sucrose), Polysacchariden (d. h.
Stärke,
Alginat, Chitosan), wasserlöslichen Proteinen
(d. h. Gelatine und Agarose). Zusätzlich können nicht-bioabsorbierbare Materialien zugegeben
werden, wie biokompatible Metalle, einschließend, jedoch nicht begrenzt
auf rostfreien Stahl, Kobaltchrom, Titan und Titanlegierungen, oder
bioinerte keramische Teilchen, einschließend, jedoch nicht begrenzt
auf Aluminiumoxid-, Zirkoniumoxid- und Calciumphosphatteilchen,
oder Teilchen von nicht-bioabsorbierbaren Polymeren, einschließend, jedoch
nicht begrenzt auf Polyethylen, PVA, PMMA, Silikon, PEO, PEG und
Polyurethane, oder natürliche
Biopolymere, einschließend,
jedoch nicht begrenzt auf Zellulose(Holz)-Teilchen, Chitin, Keratin,
Seide oder Kollagenteilchen. Im allgemeinen werden all diese Materialien
einen durchschnittlichen Durchmesser von kleiner als etwa 1,0 mm
aufweisen und werden bevorzugt einen durchschnittlichen Durchmesser
von 50 bis etwa 500 μm
aufweisen. Die Teilchen werden im allgemeinen etwa 1 bis etwa 50
Vol.-% des Gesamtvolumens der Teilchen und der Polymer-Lösungsmittel-Mischung
ausmachen (wobei der gesamte Vol.-%-Anteil 100 Vol.-% ausmacht).
Die bleichbaren Materialien können
durch Eintauchen des Schaums mit dem bleichbaren Material in einem
Lösungsmittel entfernt
werden, in welchem das Teilchen für eine ausreichende Zeitdauer
löslich
ist, um ein Ausbleichen von im wesentlichen allen Teilchen zu erlauben, welches
jedoch nicht den Schaum auflöst
oder nachteilig verändert.
Das bevorzugte Extraktionslösungsmittel
ist Wasser, am bevorzugtesten destilliertes, deionisiertes Wasser.
Dieses Verfahren wird in der
US
5,514,378 beschrieben, die hierin durch Bezugnahme eingeschlossen
ist (siehe Spalte 6). Bevorzugt wird der Schaum nach Beendigung
des Bleichverfahrens bei niedriger Temperatur und/oder in Vakuum
getrocknet, um eine Hydrolyse des Schaums zu minimieren, sofern
nicht eine beschleunigte Absorption des Schaums gewünscht ist.
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Nachdem
die Polymer-Lösungsmittel-Mischung
gebildet ist, wird die Mischung dann verfestigt. Für ein spezifisches
Polymer-Lösungsmittel-System
können
der Verfestigungspunkt, die Schmelztemperatur und der scheinbare
Glasübergang
des Polymer-Lösungsmittel-Systems unter Verwendung von
Standardmethoden der Differentialscanningkalometrie (DSC) bestimmt
werden. In der Theorie, jedoch in keiner Weise den Umfang der vorliegenden Erfindung
begrenzend, wird angenommen, daß, wenn
ein Polymer-Lösungsmittel-System
abgekühlt wird,
eine anfängliche
Verfestigung bei etwa oder unterhalb dem Gefrierpunkt des Lösungsmittels
auftritt. Dies entspricht dem Gefrieren eines beträchtlichen Teils
des Lösungsmittels
im System. Das anfängliche Gefrieren
erscheint als ein erster exothermer Peak. Ein zweiter Gefrierpunkt
tritt auf, wenn das verbleibende Lösungsmittel, das mit dem Polymer
assoziiert ist, sich verfestigt. Der zweite Gefrierpunkt wird durch
einen zweiten exothermen Peak markiert. Der offensichtliche Tg ist
die Temperatur, bei der das vollständig gefrorene System die erste
endotherme Verschiebung beim Wiederaufwärmen zeigt.
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Ein
wichtiger, zu steuernder Parameter ist die Geschwindigkeit des Gefrierens
des Polymer-Lösungsmittel-Systems.
Die Art der Porenmorphologie, die während des Gefrierschritts eingeschlossen
wird, ist eine Funktion der Lösungsthermodynamiken,
der Gefriergeschwindigkeit, der Temperatur, auf die abgekühlt wird,
der Konzentration der Lösung,
homogener oder heterogener Keimbildung, etc. Eine detaillierte Beschreibung
dieser Phasenseparations phänomene
kann in den hier bereitgestellten Verweisen gefunden werden (siehe
Microcellular Foams Via Phase Separation, A. T. Young, J. Vac. Sci.
Technol., Band A 43, May/Juni 1986; und Thermodynamics of Formation
of Porous Poymeric Membrane from Solutions, S. Matsuda, Polymer,
J., Band 23, Nr. 5, S. 435–444,
1991.
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Schaumgerüste der
vorliegenden Erfindung werden hergestellt durch Injizieren, Gießen oder
anderweitiges Anordnen der Polymerlösung in Kontakt mit einer Gießform mit
Mikromuster und Abkühlen der
Form in einem geeigneten Bad oder einem Gefrierregal, so daß der Schaum
lyophilisiert wird, wodurch ein lyophilisierter Schaum mit Mikrostruktur
bereitgestellt wird. Mit Mikromusterung ist gemeint, daß die Form
auf wenigstens einer Oberfläche
derselben, die in Kontakt mit der Polymerlösung anzuordnen ist, eine dreidimensionale
Negativkonfiguration eines vorgegebenen und ausgelegten Mikromusters,
das auf wenigstens einer Oberfläche
des Schaumgerüsts anzuordnen
ist und mit diesem integral sein soll, umfaßt. Das vorgegebene Design
wird abhängen
von der tatsächlich
beabsichtigten Verwendung des Schaums.
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Form 10, umfassend eine
Basis 20, Seitenwände 30 und
eine Oberfläche 40 der
Basis 20. Musterbildungsstreifen 52, 54, 56 und 58 werden
parallel auf der Oberfläche 40 angeordnet.
Obwohl eine parallele Ausrichtung der vier Musterbildungsstreifen 52, 54, 56 und 58 in 1 gezeigt
ist, kann irgendeine Anzahl von Streifen und ebenfalls irgend eine
gewünschte
Ausrichtung vorgesehen sein.
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2 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Abschnitts einer Form 10. Musterbildungsstreifen 54 ist auf
der Oberfläche 40 der
Basis 20 gezeigt. Musterbildungsstifte 60 stehen
aus der Oberfläche
der Musterbildungsstreifen 54 hervor, wodurch eine dreidimensionale
Negativkonfiguration des vorgegebenen und ausgelegten Mikromusters,
das auf einer Oberfläche
des Schaums anzuordnen ist und mit diesem integral sein soll, bereitgestellt
wird. Obwohl Musterbildungsstifte 60 in 2 mit
einem kreisförmigen Querschnitt
gezeigt sind und in einer regelmäßigen Anordnung
angeordnet sind, werden tatsächliche vorgegebene
und gewünschte
Musterbildungsstiftquerschnitte und Ausrichtungsanordnungen abhängen von
der bestimmten Verwendung und der erforderten Leistung des resultierenden
Schaumgerüsts mit
Mikromuster. In 3 umfaßt Schaum 30 unregelmäßig beabstandete
säulenartige
Poren 32 von variierendem Durchmesser oder minimalem Querschnittsabstand.
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In 4 umfaßt Schaum 40 eine
Anordnung von regelmäßig beabstandeten,
säulenartigen
Poren 42. Mit 7 umfaßt Form 70, die verwendet
wird, um Schaum 40 in 4 herzustellen,
Oberfläche 72 einer
Anordnung von regelmäßig beabstandeten
Vorsprüngen 74,
die kollektiv eine dreidimensionale Negativkonfiguration des Mikromusters
des Schaums 40 in 4 umfassen. 8 zeigt
eine Seitenansicht von Form 70 mit Vorsprüngen 74.
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Irgendein
Material, das leicht in die benötigte Auflösung zu
verarbeiten ist, und das sich nicht in dem Lösungsmittel lösen wird,
kann verwendet werden, um eine Form mit Mikromuster für dieses
Verfahren herzustellen. Dies schließt nicht nur Metalle ein, sondern
ebenfalls Keramiken und einige Polymere. Für die Form geeignete Metalle
schließen ohne
Begrenzung Aluminium, rostfreien Stahl und andere Metallegierungen
ein. Keramische Materialien schließen ohne Begrenzung Alumiumoxid,
Zirkoniumoxid und Siliziumoxid ein. Das bevorzugte Metall ist Aluminium,
während
Aluminiumoxid und Silikon die bevorzugte Keramik bzw. das bevorzugte
Polymer sind. Diese Materialien wurden aufgrund ihrer geringen Kosten,
Widerstandsfähigkeit
gegenüber Korrosion
in Lösungsmitteln
und Einfachheit der Verarbeitbarkeit ausgewählt.
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Formen
dieses Typs können
hergestellt werden durch eine Vielzahl von Mikroformungs- oder Mikroverarbeitungsmethoden,
die bekannt sind, einschließend
Spritzguß,
Laserbohren, Laserschneiden, Sputterverarbeitung unter Verwendung
von Ionen- oder Elektronenstrahlmahlen, YAG-Laserschneiden und elektrisches
Entladungsbearbeiten, das ansonsten als das „EDM"-Verfahren bekannt ist. Das bevorzugte
Verfahren ist, Elektroentladungsverarbeitung zu verwenden, ein übliches
Mikroverarbeitungsverfahren, bei dem eine kleine Elektrode auf dem
Substrat entlädt,
wodurch das Substrat mit der Form der Elektrode, wie sie sich entlädt, geätzt wird.
Dies Verfahren ist kostengünstig,
genau und reproduzierbar. Das Verfahren bietet sich für eine große Vielzahl
von Materialien und Geometrien an.
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Alternativ
kann die Polymerlösung
durch einen Atomisierer atomisiert und auf eine kaltgemusterte Oberfläche gesprüht werden,
d. h. eine Form bewirkend eine Verfestigung des Sprays Schicht für Schicht.
Die kalte Oberfläche
kann eine medizinische Vorrichtung oder ein Teil derselben oder
ein Film sein. Die Form des verfestigten Sprays wird ähnlich sein
zu der Form der Oberfläche,
auf die es aufgesprüht
worden ist. Alternativ kann die Mischung nach Verfestigung in Form
geschnitten oder gebildet werden, während sie gefroren ist. Unter
Verwendung dieser und weiterer Verfahren können die Schäume hergestellt
oder geformt werden in einer Vielzahl von Formen und Größen (d.
h. röhrenförmige Formen, verzweigte
röhrenförmige Formen,
kugelförmige
Formen, halbkugelförmige
Formen, dreidimensionale polygonale Formen, ellipsoidale Formen
(d. h. nierenförmig),
Ringformen, konische Formen, Kegelstumpfformen, pyramidale Formen,
sowohl als feste als auch hohle Konstrukte und Kombinationen derselben).
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Alternativ
ist ein weiteres Verfahren, um geformte geschäumte Teile mit Oberflächen mit
Mikrostruktur herzustellen, einen kalten Finger zu verwenden (ein
Metallteil mit Mikromuster, dessen Oberfläche das Innere des herzustellenden
Schaums darstellt). Der kalte Finger wird in eine Lösung des
Polymers in einem geeigneten Lösungsmittel
eingetaucht und entfernt. Dies ist wie ein Eintauchen eines Eiscremestiels
in warme Schokolade, die zu einer harten, kalten Haut gefriert,
oder Eintauchen einer Form in einen Latex aus Kautschuk, um Handschuhe
oder Kondome zu bilden. Die Dicke und Morphologie des erzeugten
Schaums sind eine Funktion der Temperatur, der Verweilzeit und der
Rückzugsgeschwindigkeit des
kalten Fingers in der Mischung. Eine längere Verweilzeit, ein kälterer Finger
und ein langsameres Rückziehen
werden eine dickere Beschichtung erzeugen. Nach dem Zurückziehen
wird der kalte Finger auf einer Fixierung einer großen thermischen Masse
angeordnet, die in Kontakt ist mit dem Gefriertablett des Lyophilisators.
Von diesem Punkt sind die Primär-
und Sekundärtrocknungsverfahren
wie oben beschrieben. Dieses Verfahren ist insbesondere gut geeignet,
um Röhren,
verzweigte röhrenartige
Strukturen oder Hülsen herzustellen,
die geformt werden können,
um für
Vorrichtungen oder Teile einer Tieranatomie (zur Reparatur, Regeneration
oder Vermehrung von Gewebe) passend zu sein.
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Zusätzlich kann
die Polymerlösung
mit verschiedenen Einsätzen
verfestigt werden, die mit der Lösung
integriert sind, wie Filme, Baumwollstoffe, Webstoffe, Vliesstoffe,
gestrickte oder geflochtene textile Strukturen. Zusätzlich kann
die Lösung
hergestellt werden in Verbindung mit einer weiteren Struktur, wie
einem orthopädischem
Implantat (z. B. Schrauben, Stifte, Nägel und Platten) oder vaskulärem oder
verzweigtem röhrenförmigen Konstrukt
(als ein Gerüst
für ein
vaskularisiertes oder geführtes
Organ). Diese Einsätze
werden aus wenigstens einem biokompatiblen Material hergestellt
sein und können nicht-absorbierbar, absorbierbar
oder eine Kombination derselben sein.
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Die
Polymerlösung
in einer Form mit Mikrostruktur unterliegt einem gerichteten Kühlen durch die
Wand der Form, die in Kontakt mit dem Gefriertrocknerregal ist,
das einem thermischen Zyklus unterzogen wird. Die Form und ihre
Oberfläche
können aus
praktisch jedem Material hergestellt werden, das nicht mit dem Polymer-Lösungsmittel-System
wechselwirkt, obwohl es bevorzugt ist, ein hochleitfähiges Material
zu haben. Die Wärmetransferfront
bewegt sich aufwärts
von dem Lyophilisatorregal durch die Formwand in die Polymerlösung. Wenn
die Temperatur der Mischung unter den Gelier- und/oder Gefrierpunkt
kommt, wird die Mischung ebenfalls phasengetrennt.
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Die
Morphologie dieses phasengetrennten Systems wird an Ort und Stelle
während
des Gefrierschritts des Lyophilisierungsverfahrens eingeschlossen,
und die Erzeugung der offenen Poren wird beim Beginn des Vakuumtrocknens
initiiert, was in der Sublimation des Lösungsmittels resultiert. Jedoch wird
die Mischung im Behälter
oder der Form, der bzw. die gekühlt
wird von einer Wärmesenke,
sich vor dem vollständigen
Gefrieren verfestigen. Obwohl die Mischung fest erscheinen kann,
erscheint es anfänglich
etwas restliches Lösungsmittel
verbunden mit dem Polymer zu geben, das nicht kristallisiert ist.
Es wird angenommen, was jedoch in keiner Weise die vorliegende Erfindung
begrenzt, daß eine Gefrierfront
sich durch die Mischung von der Wärmesenkung bewegt, um die Verfestigung
zu vervollständigen,
nachdem die Mischung sich anscheinend verfestigt hat. Das Material
vor der Gefrierfront wird zu einer gegebenen Zeit nicht so kalt
sein wie das Material hinter der Front und wird nicht in einem vollständig gefrorenen
Zustand sein.
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Der
Verfahrenszyklus zum Herstellen von biokompatiblen Schäumen wird
beträchtlich
reduziert durch Durchführen
des Sublimationsschritts oberhalb der Glasübergangstemperatur und unterhalb
der Verfestigungstemperatur der Mischung (bevorzugt gerade unterhalb
der Verfestigungstemperatur). Die kombinierte Zykluszeit aus (Gefrieren
+ Primärtrocknen
+ Sekundärtrocknen)
ist viel schneller als im Stand der Technik beschrieben. Beispielsweise
ist der kombinierte Zyklus für
aliphatische Polyester unter Verwendung von flüchtigen Lösungsmitteln im allgemeinen kürzer als
72 Stunden, bevorzugt kürzer
als 48 Stunden, bevorzugter kürzer
als 24 Stunden und am bevorzugtesten kürzer als 10 Stunden. Tatsächlich kann
der kombinierte Zyklus mit einigen aliphatischen Polyestern in weniger
als 3 Stunden für
Schäume
für eine
Dicke von 1 mm oder weniger; weniger als 6 Stunden für Schäume mit
einer Dicke von etwa 2 mm und weniger als 9 Stunden für Schäume mit
einer Dicke von etwa 3 mm durchgeführt werden. Man vergleiche
dies mit dem Stand der Technik, wo typischerweise 72 Stunden oder
mehr benötigt
werden. Die restlichen Lösungsmittelkonzentrationen
in diesen Schäumen,
die durch dieses Verfahren hergestellt werden, werden sehr gering
sein. Wie für
aliphatische Polyesterschäume
hergestellt unter Verwendung von 1,4-Dioxan als ein Lösungsmittel beschrieben, war
die Restkonzentration an 1,4-Dioxan kleiner als 10 ppm (parts per
million), bevorzugter weniger als 1 ppm und am bevorzugtesten weniger als
100 ppb (parts per billion).
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Verschiedene
Proteine (einschließend
kurzkettige Peptide), Wachstumsagentien, chemotaktische Agentien
und therapeutische Agentien (Antibiotika, Analgetika, entzündungshemmende
Mittel, Antiabstoßungs-
z. B. Immunosuppressiva) und Antikrebsarzneimittel) oder keramische
Teilchen können zu
den Schäumen
während
des Verarbeitens zugegeben werden, absorbiert auf der Oberfläche oder nachträglich eingefüllt in die
Schäume,
nachdem die Schäume
gebildet sind. Beispielsweise können
die Poren des Schaums teilweise oder vollständig mit biokompatiblen, resorbierbaren,
synthetischen Polymeren oder Biopolymeren (wie Collagen oder Elastin)
oder biokompatiblen keramischen Materialien (wie Hydroxyapatit)
und Kombinationen derselben gefüllt
werden (die Materialien enthalten können oder nicht, die Gewebewachstum
durch die Vorrichtung fördern).
Geeignete Materialien schließen
ein, sind jedoch nicht begrenzt auf Autotransplantat-, Homotransplantat-
oder Xenotransplantatknochen, Knochenmark, morphogene Proteine (BMP's), Epidermalwachstumsfaktor
(EGF), Fibroblastwachstumsfaktor (FGF), von Blutplättchen abgeleiteten
Wachstumsfaktor (PDGF), insulinabgeleiteter Wachstumsfaktor (IGF-I
und IGF-II), transformierende Wachstumsfaktoren (TGF-β), Vaskularendothelialwachstumsfaktor
(VEGF) oder andere osteoinduktive oder osteokonduktive Materialien,
die auf dem Fachgebiet bekannt sind. Biopolymere könnten ebenfalls
als konduktive oder chemotaktische Materialien verwendet werden,
oder als Lieferbindemittel für
Wachstumsfaktoren. Beispiele könnten
rekombinantes oder vom Tier abgeleitetes Collagen oder Elastin oder
Hyaluronsäure
sein. Bioaktive Beschichtungen oder Oberflächenbehandlungen könnten ebenfalls
an die Oberfläche
der Materialien angefügt
werden. Beispielsweise könnten
bioaktive Peptidsequenzen (RGD's)
angefügt
werden, um Proteinabsorption und eine anschließende Zellgewebeanfügung zu
erleichtern. Therapeutische Agentien können ebenfalls mit diesen Schäumen geliefert
werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung können
die Polymere und Mischungen, die zum Bilden des Schaumes verwendet werden,
therapeutische Agentien enthalten. Um diese Schäume zu bilden, würde das
zuvor beschriebene Polymer mit einem therapeutischen Agens vor dem
Bilden des Schaums vermischt oder in den Schaum eingeladen werden,
nachdem er gebildet worden ist. Die Vielzahl an unterschiedlichen
therapeutischen Agentien, die in Verbindung mit den Schäumen der
vorliegenden Erfindung verwendet werden können, ist riesig. Im allgemeinen
schließen therapeutische
Agentien, die über
die pharmazeutischen Zusammensetzungen der Erfindung verabreicht
werden können,
ohne Begrenzung ein: Antiinfektiva, wie Antibiotika und Antivierenmittel;
chemotherapeutische Mittel (d. h. Antikrebsmittel); Antiabstoßungsmittel;
Analgetika und analgetische Kombinationen; entzündungshemmende Mittel; Hormone, wie
Steroide; Wachstumsfaktoren (knochenmorphogene Proteine (d. h. BMP's 1–7), knochenmorphogenartige
Proteine (d. h. GFD-5, GFD-7 und GFD-8) Epidermalwachstumsfaktor
(EGF), Fibroblastwachstumsfaktor (d. h. FGF 1–9), von Blutplättchen abgeleiteter
Wachstumsfaktor (PDGF), insulinartiger Wachstumsfaktor (IGF-I und
IGF-II), transformierende Wachstumsfaktoren (d. h. TGF-β I–III), Vaskularendothelialwachstumsfaktor
(VEGF)); und andere natürlich
abgeleitete oder genetisch erzeugte Proteine, Polysaccharide, Glykoproteine
oder Lipoproteine. Diese Wachstumsfaktoren werden in The Cellular and
Molecular Basis of Bone Formation and Repair von Vicki Rosen und
R. Scoot Thies, veröffentlicht von
R. G. Landes Company, beschrieben, was hierin durch Bezugnahme eingeschlossen
ist.
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Schäume mit
Mikromuster enthaltend bioaktive Materialien können durch Mischen eines oder mehrerer
therapeutischer Agentien mit dem verwendeten Polymer, um den Schaum
herzustellen, oder mit dem Lösungsmittel
oder mit der Polymer-Lösungsmittel-Mischung
zubereitet und geschäumt werden.
Alternativ könnte
ein therapeutisches Agens auf dem Schaum bevorzugt mit einem pharmazeutisch
annehmbaren Träger
beschichtet werden. Jeder pharmazeutische Träger kann verwendet werden,
der den Schaum nicht löst.
Die therapeutischen Agentien können
als eine Flüssigkeit,
als ein feinverteilter Feststoff oder irgendeine andere geeignete physikalische
Form vorliegen. Typischerweise, jedoch optional, wird die Matrix
ein oder mehrere Additive einschließen, wie Verdünnungsmittel,
Träger, Füllstoffe,
Stabilisatoren oder dergleichen.
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Die
Menge an therapeutischem Agens wird abhängen von dem bestimmten Arzneimittel,
das eingesetzt wird, und dem zu behandelnden medizinischen Zustand.
Typischerweise stellt die Menge an Arzneimittel etwa 0,001 bis etwa
70, typischer etwa 0,001 bis etwa 50, am typischsten etwa 0,001
bis etwa 20 Gew.-% der Matrix dar. Die Quantität und die Art des integrierten
Polymers in die Arzneimittelliefermatrix wird variieren abhängig von
dem gewünschten Freisetzungsprofil
und der eingesetzten Menge an Arzneimittel.
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Bei
Kontakt mit Körperfluiden
wird das Arzneimittel freigegeben. Die Oberfläche mit Mikrostruktur, spezifischerweise
die Fläche
der Oberflächenporen
und ebenso die prozentuale Porosität der Oberfläche, werden
den Oberflächenbereich
des Schaums bestimmen und können
geändert
werden, um die Geschwindigkeit der Arzneimittelfreisetzung zu verändern. Wenn
das Arzneimittel in den Schaum integriert ist, wird dann das Arzneimittel
freigegeben, wenn der Schaum einem allmählichen Abbau unterliegt (hauptsächlich durch
Hydrolyse). Die Freisetzungsgeschwindigkeit des Arzneimittels wird
teilweise abhängen
von der Löslichkeit
des Arzneimittels in Wasser. Die bevorzugte mikrogemusterte Schaumlieferträgersubstanz
würde eine
größere Porengröße und eine
geringere Porosität
aufweisen, wenn eine ausgedehnte Arzneimittelfreisetzung gewünscht ist. Auf
der anderen Seite würde
die bevorzugte, mikrogemusterte Schaumlieferträgersubstanz eine kleinere Porengröße und eine
höhere
Porosität
aufweisen, wenn eine schnelle Arzneimittelfreisetzung gewünscht ist.
Bevorzugte Porenflächen
werden im Bereich von weniger als 1 μm2 bis
2.000 μm2 sein. Die bevorzugte prozentuale Porosität wird im
Bereich von 10 bis 97% liegen. Dies kann in einer verlängerten
Lieferung (über
beispielsweise 1 bis 5.000 Stunden, bevorzugt 2 bis 800 Stunden)
von effektiven Mengen (beispielsweise 0,0001 mg/kg/Stunde bis 10 mg/kg/Stunde)
des Arzneimittels resultieren. Diese Dosierungsform kann verabreicht
werden, wie sie notwendig ist, abhängig von dem zu behandelnden Subjekt,
der Schwere der Krankheit, der Beurteilung des verschreibenden Arztes
und dergleichen. Folgend dieser oder ähnlichen Verfahrensweisen werden
Fachleute auf dem Gebiet in der Lage sein, eine Vielzahl von Zubereitungen
herzustellen.
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Der
Schaum mit Mikrostruktur kann ebenfalls als ein Gerüst für die Erzeugung
von Gewebe dienen. Die Oberflächenstruktur
mit Mikromuster würde
förderlich
für das
Wachstum von Zellen sein. Wie in vorangegangenen Patenten (Vacanti,
U.S. 5,770,417) umrissen, können
Zellen von einem Patienten (vor oder während einer Operation, um das
Gewebe zu reparieren) geerntet werden, und die Zellen können unter
sterilen Bedingungen bearbeitet werden, um einen spezifischen Zelltyp
(d. h. pluripotente Zellen, Stammzellen oder Vorstufenzellen, wie
die Mesenchymalstammzellen, beschrieben in Caplan,
US 5,486,359 , etc.) bereitzustellen.
Geeignete Zellen, die mit den Schaumgerüsten in Kontakt gebracht werden
können
oder eingesäht
werden, schließen ein,
sind jedoch nicht begrenzt auf Myocyten, Adipocyten, Fibromyoblasten,
Ectodermalzelle, Muskelzellen, Osteoblast (d. h. Knochenzellen),
Chondrozyt (d. h. Knorpelzellen), Endothelialzellen, Fibroblasten, Pankreaszellen,
Hepatocyt, Gallengangzellen, Knochenmarkszellen, Nervenzellen, Urogenitalzellen (einschließend nephritische
Zellen) und Kombinationen derselben. Verschiedene zelluläre Strategien könnten mit
diesen Gerüsten
verwendet werden (d. h. autogene, allogene, xenogene Zellen, etc.).
Die Zellen können
ebenfalls eingesetztes DNA kodierend ein Protein enthalten, was
die Anfügung,
Proliferation oder Differenzierung von Gewebe stimulieren könnte. Der
Schaum würde
in einer Zellkultur angeordnet werden und die Zellen auf oder in
der Struktur ausgesäht
werden. Der Schaum würde
in einer sterilen Umgebung gehalten werden und dann in den Spenderpatienten
implantiert werden, sobald die Zellen in die Mikrostruktur der Vorrichtung
eingedrungen sind. Das in vitro-Sähen der Zellen könnte ein
schnelleres Entwicklungs- und Differenzierungsverfahren für das Gewebe
liefern. Es ist klar, daß die
zelluläre
Differenzierung und die Erzeugung von Gewebe spezifischer extrazellulärer Matrix
entscheidend ist für
das Tissue Engineering eines funktionellen Implantats.
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Die
Schaumgerüste
mit Mikrostruktur der vorliegenden Erfindung können unter Verwendung herkömmlicher
Sterilisationsverfahren sterilisiert werden, wie eine Sterilisation
auf Strahlungsbasis (d. h. Gamma-Strahlen), Sterilisation auf chemischer
Basis (Ethylenoxid) oder anderer geeigneter Vorgehensweisen. Bevorzugt
wird das Sterilisationsverfahren mit Ethylenoxid bei einer Temperatur
zwischen 52–55°C für eine Zeit
von 8 Stunden oder weniger durchgeführt. Nach der Sterilisation
können
die Schaumgerüste
in einer geeigneten, sterilisierten, feuchtigkeitsresistenten Verpackung
zum Transport und zur Verwendung in Krankenhäusern und anderen Gesundheitspflegeeinrichtungen
verpackt werden.
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Die
folgenden Beispiele veranschaulichen die Prinzipien und die Praxis
dieser Erfindung, obwohl sie nicht hierauf begrenzt ist. Zahlreiche
zusätzliche
Ausführungsformen
innerhalb des Umfangs und Geists der Erfindung werden Fachleuten
auf dem Gebiet offensichtlich werden.
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In
diesen Beispielen werden bestimmte Abkürzungen verwendet, wie PCL,
um polymerisiertes ε-Caprolacton
zu bezeichnen, PGA, um polymerisiertes Glykolid zu bezeichnen, PLA,
um polymerisiertes (L)-Lactid zu bezeichnen. Zusätzlich geben die Prozentangaben
vor dem Copolymer die entsprechenden Mol-% Anteile jedes Bestandteils
an.
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Die
in den folgenden Beispielen verwendeten Polymere waren entweder
ein 35/65 Copolymer aus PCL/PGA, ein 60/40-Copolymer aus PLA/PCL oder
eine 1:1-Mischung der beiden.
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Beispiel 1: Herstellung
eines Schaums mit Mikrostruktur mit unregelmäßig beabstandeten säulenförmigen Poren.
-
Dieses
Beispiel beschreibt die Herstellung eines Schaums mit senkrechten
Kanälen,
die Durchlässe
für Nährstofftransport
und geführte
Geweberegeneration bereitstellen werden.
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Schritt A. Herstellung
einer 10 Gew.-%/Gew.-% homogenen Lösung aus 35/65 PCL/PGA in 1,4-Dioxan
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Eine
10 Gew.-%/Gew.-% Polymerlösung wurde
durch Auflösen
von 1 Teil 35/65 PCL/PGA mit 9 Teilen Lösungsmittel 1,4-Dioxan (Fisher
Scientific, Fair Lawn, NJ) hergestellt. Die Lösung wurde in einem Kolben
mit einem magnetischen Rührstäbchen hergestellt.
Um das Copolymer vollständig
aufzulösen,
wurde die Mischung sanft auf 70°C
erwärmt
und kontinuierlich für
5 Stunden gerührt.
Eine klare homogene Lösung
wurde dann durch Filtern der Lösung durch
einen extragroben Porositätsfilter
(Pyrex brand Extractionszwinge mit Frittenscheibe) unter Verwendung
von trockenem Stickstoff filtriert, um bei der Filtration dieser
viskosen Lösung
zu helfen.
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Schritt B. Herstellen
einer Silikonform mit Mikromuster bereitstellend unregelmäßig beabstandete
säulenförmige Poren.
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Ein
Silikonbogen und drei Metallstifte mit unterschiedlichem Durchmesser
von 130 μm,
200 μm und
250 μm wurden
hergestellt. Jeder Stift wurde auf eine Länge von 1 Inch geschnitten.
Die Stifte wurden in den Silikonbogen in einer unregelmäßigen Anordnung
eingesetzt.
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Schritt C. Lyophilisierung
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Ein
Lyophilisator mit Labormaßstab
(Model Freezemobile 6 von VIRTIS) wurde in diesem Experiment verwendet.
Der Gefriertrockner wurde angeschaltet und die Regalkammer bei 20°C bei Umgebung
für etwa
30 Minuten gehalten. Thermoelemente, um die Regaltemperatur zu überwachen,
wurden zur Überwachung
angefügt.
Die in Schritt A hergestellte homogene Polymerlösung wurde in die Aluminiumform
unmittelbar vor dem tatsächlichen
Start des Zyklus eingegossen. Die Aluminiumform war 5 inch mal 5
Inch und wies einen glatten Boden und glatte Wände auf. Die Randhöhe der Form
war 2,5 cm. Der in Schritt B hergestellte Silikonbogen wurde auf
den Formboden aufgelegt.
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Die
Aluminiumform mit der Lösung
wurde auf dem Regal des Lyophilisators angeordnet, der bei 20°C gehalten
wurde. Der Zyklus wurde gestartet und die Regaltemperatur bei 20°C für 30 Minuten
für ein
thermisches Konditionieren gehalten. Dann wurde die Lösung auf –5°C durch Kühlen des
Regals auf –5°C gekühlt. Nach
60 Minuten Einfrieren bei –5°C wurde ein
Vakuum beaufschlagt, um ein Primärtrocknen
des Dioxans durch Sublimation zu initiieren. Ein Primärtrocknen
unter Vakuum bei –5°C entfernte
den größten Teil
des Lösungsmittels.
Am Ende dieses Trocknungsschritts war das erreichte Vakuumniveau etwa
100 mTorr. Eine zweite Trocknung unter einem Vakuum von 100 mTorr
wurde in zwei Stufen durchgeführt,
um das adsorbierte Dioxan zu entfernen. In der ersten Stufe wurde
die Regaltemperatur auf 5°C angehoben
und bei dieser Temperatur für
1,5 Stunden gehalten. Am Ende der ersten Stufe wurde die zweite
Trocknungsstufe begonnen. In der zweiten Trocknungsstufe wurde die Regaltemperatur
auf 20°C
angehoben und bei dieser Temperatur für 1,5 Stunden gehalten. Am
Ende der zweiten Stufe wurde der Lyophilisator auf Raumtemperatur
gebracht und das Vakuum aufgehoben.
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Der
resultierende Schaum, der in 3 gezeigt
ist, war etwa 2 mm dick. Die hierin beschriebenen Bedingungen sind
typisch, und Betriebsbereiche hängen
von Faktoren ab, wie Konzentration der Lösung, Polymermolekulargewichte
und Zusammensetzungen, Volumen der Lösung, Formparameter, Maschinenvabrialen,
wie Kühlgeschwindigkeit,
und Erwärmungsgeschwindigkeiten.
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Beispiel 2: Herstellung
eines Schaums mit regelmäßig beabstandeten
säulenartigen
Poren.
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Dieses
Beispiel beschreibt die Herstellung eines 40/60 PCL/PLA-Schaums
mit senkrechten Kanälen,
die Durchlässe
für Nährstoffstransport
und geführte
Geweberegeneration bereitstellen würden.
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Schritt A. Herstellung
einer 5 Gew.-%/Gew.-% homogenen Lösung aus 40/60 PCL/PLA in 1,4-Dioxan
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Eine
5 Gew.-%/Gew.-% Polymerlösung
wird durch Auflösen
von 1 Teil Polymer aus 40/60 PCL/PLA mit 19 Teilen des Lösungsmittels – 1,4-Dioxan – hergestellt.
Diese Lösung
wird wie in Beispiel 1 beschrieben zubereitet.
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Schritt B. Herstellen
einer Metallform, Bereitstellen regelmäßig beabstandeter säulenartiger
Poren
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Eine
Aluminiumform mit einer Anordnung von regelmäßig beabstandeten Stiften wurde
ausgelegt und über
Elektroentladungsbearbeitung erzeugt. Stifte waren 500 μm hoch und
100 μm im
Durchmesser. Der Abstand zwischen Stiften war 400 μm.
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Schritt C. Lyophilisierung
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Dieser
Schaum wurde wie in Beispiel 1, Schritt C, beschrieben bearbeitet,
unter Verwendung der in obigen Schritt B hergestellten Form und
Einsätze.
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Der
resultierende Schaum ist in 4 gezeigt.
Diese säulenartigen
Poren weisen optimalerweise einen Durchmesser im Bereich von etwa
10 μm bis
etwa 1.000 μm
auf, mit einem optimalen Abstand von etwa 10 μm bis etwa 1.000 μm, abhängig von
der spezifischen Anwendung. Diese Poren können als Kanäle dienen,
die nicht nur Gewebeeinwuchs und Vaskularisierung des Bereichs erlauben, sondern
ebenfalls eine Diffusion von Nährstoffen
und Abfallprodukten durch das neugeformte Gewebe ermöglichen.
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Beispiel 3: Herstellung
eines Schaums mit verschieden geformten, säulenartigen Poren.
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Schritt A. Herstellen
einer 5 Gew.-%/Gew.-% homogenen Lösung aus 50:50 (Gewicht) von
(35/65 PCL/PGA):(40/60 PCL/PLA) in 1,4-Dioxan
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Eine
5 Gew.-%/Gew.-% Polymerlösung
aus 50:50 (Gewicht) von (35/65 PCL/PGA):(40:60 PCL/PLA) wird hergestellt
durch Auflösen
von 1 Teil Polymer (0,5 Teile von 35/65 PCL/PGA und 0,5 Teile 40/60
PCL/PLA) mit 19 Teilen des Lösungsmittels 1,4-Dioxan.
Die Lösung
wurde wie in Beispiel 1, Schritt A, beschrieben zubereitet.
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Schritt B. Herstellen
einer Silikonform mit Stiften mit verschiedenen Querschnittsformen
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Der
Silikonbogen enthaltend Anordnungen von Stiften mit verschiedenen
Querschnittsformen, wie Quadraten, Sechsecken, Rechtecken, Kreisen, Ovalen,
etc., wurde wie in Beispiel 1, Schritt B, hergestellt. Diese unregelmäßig geformten,
säulenartigen
Poren weisen optimalerweise minimale Querschnittsabstände im Bereich
von etwa 10 μm
bis etwa 1.000 μm,
bevorzugt etwa 20 bis etwa 200 μm,
mit einem optimalen Abstand von etwa 10 μm bis etwa 1.000 μm, abhängig von
der spezifischen Anwendung auf. Der Bogen wird auf dem Formboden
angeordnet, bevor er in Kontakt mit der Polymerlösung angeordnet wird.
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Schritt C. Lyophilisierung
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Dieser
Schaum wird wie in Beispiel 1, Schritt C, beschrieben hergestellt,
unter Verwendung der in Schritt B, oben, hergestellten Form. 5 zeigt
eine Oberfläche
des hergestellten Schaums folgend dem in diesem Beispiel dargelegten
Verfahren.
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Beispiel 4: Herstellung
eines Schaums mit Mikrostruktur mit pyramidalen, kegelstumpfförmigen Poren.
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Schritt A. Herstellen
einer 5 Gew.-%/Gew.-% homogenen Lösung aus 40/60 PCL/PGA in 1,4-Dioxan
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Eine
5 Gew.-%/Gew.-% Polymerlösung
wird durch Auflösen
von 1 Teil Polymer von 40/60 PCL/PLA mit 19 Teilen des Lösungsmittels
1,4-Dioxan hergestellt. Diese Lösung
wird wie in Beispiel 1, Schritt A, zubereitet.
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Schritt B. Herstellen
einer keramischen Form bereitstellend pyramidale, kegelstumpfförmige Poren.
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Eine
Aluminiumoxidform (Al2O3) mit pyramidalen, kegelstumpfförmigen Vorsprüngen mit
regelmäßigem Abstand
wurde spritzgußgeformt.
Die Längen
der unteren und oberen Basen sind 1.300 μm bzw. 400 μm. Die Höhe des Kegelstumpfs jeder Pyramide
und Abstand zwischen zwei unteren Basen ist 1.000 μm bzw. 700 μm.
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Schritt C. Lyophilisierung
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Dieser
Schaum wurde wie in Beispiel 1 unter Verwendung der in Schritt B
oben hergestellten Form verarbeitet. 6 zeigt
einen Schaum, der folgend dem in diesem Beispiel dargelegten Verfahren
hergestellt wurde.