DE69531779T3

DE69531779T3 - Herstellung von autogenen körperersatzteilen

Info

Publication number: DE69531779T3
Application number: DE69531779T
Authority: DE
Inventors: K. Roger KHOURI; T. Kuber Medway SAMPATH; C. David Southborough RUEGER
Original assignee: Stryker Corp
Current assignee: Stryker Corp
Priority date: 1994-06-03
Filing date: 1995-06-02
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2015-06-03
Also published as: US6027743A; AU702220C; US20030064090A1; AU2691995A; ATE249849T1; CA2191584C; US20050089544A1; EP0762903B1; EP0762903B2; AU702220B2; US5906827A; WO1995033502A1; US6110482A; DE69531779T2; JPH10504202A; CA2191584A1; DE69531779D1; EP0762903A1; JP3504950B2

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft Materialien und Verwendungen solcher Materialien zur Reparatur und Regeneration vieler verschiedener Gewebe an einer einzigen Defektstelle in einem Säugetier. Die Erfindung betrifft insbesondere Materialien und Verwendungen solcher Materialien zur Herstellung autogener bzw. autologer Ersatzkörperteile in vivo, einschließlich von Skelettgelenken, die viele unterschiedliche Gewebe umfassen, wie beispielsweise Bänder, Gelenkknorpel und Knochengewebe.
Hintergrund der Erfindung
Skelettgelenke stellen eine bewegliche Einheit von zwei oder mehr Knochen dar. Synovial-Gelenke bzw. echte Gelenke sind hoch entwickelte Gelenke, die eine freie Bewegung ermöglichen. Weil die unteren Gliedmaßen der Säugetiere mit der Bewegung befasst sind und die oberen Gliedmaßen eine Vielfalt von Bewegungen bereitstellen, sind die meisten der Gelenke in den Extremitäten vom Synovial-Typ. Es existieren verschiedene Typen von Synovial-Gelenken bzw. echten Gelenken bzw. Junctura synovialis. Ihre Klassifikation beruht auf dem Typ der tatsächlichen Bewegung, die sie ermöglichen (uniaxial, biaxial und polyaxial). Sie werden gemäß ihren morphologischen Hauptmerkmalen unterschieden (Gelenk, Achse, condylär). Im Gegensatz zu fibrösen und knorpelartigen Gelenken, bei denen die Enden der Knochen in Durchgängigkeit mit dazwischen liegendem Gewebe zu finden sind, werden die Enden der Knochen in einem echten Gelenk zwar in Berührung gebracht, sind jedoch getrennt. Weil die Knochen innen nicht gebunden sind, ergibt sich die Integrität bzw. Vollständigkeit eines echten Gelenkes aus seinen Bändern und der Kapsel (die das Gelenk extern bindet) und in gewissem Ausmaß aus den umgebenden Muskeln. Bei echten Gelenken sind die benachbarten Knochenoberflächen mit einem Gelenk- oder Hyalin-Knorpel bedeckt und die Gelenkhöhle wird von einer Bindegewebskapsel umgeben, die das Gelenk von der es umgebenden vaskularisierten Umgebung abtrennt. Die Innenoberfläche der Kapsel ist von einer Synovial-Schicht oder "Membran" ausgekleidet, die Zellen enthält, die in die Sekretion der viskosen, gleitfähig machenden Synovial-Flüssigkeit bzw. Gelenk flüssigkeit involviert sind. Gray, Anatomy of the Human Body, Seiten 312; 333-336 (13. Ausgabe; C. C. Clemente, Hsg. (1985)).
Bei bestimmten echten Gelenken kann die Gelenk- oder Synovial-Höhle durch einen Meniskus aus einem Faserknorpel unterteilt sein. Die echten Gelenke, die zwei Knochen einschließen und die eine einzige Gelenkhöhle enthalten, werden als einfache Gelenke bezeichnet. Gelenke, die einen Meniskus enthalten, der zwei Höhlen ausbildet, werden als zusammengesetzte Gelenke bezeichnet. Der Begriff "zusammengesetztes Gelenk" wird für solche Gelenke verwendet, bei denen mehr als ein einzelnes Paar an Gelenkoberflächen vorliegt.
Der Gelenkersatz, insbesondere der echte Gelenkersatz, ist ein üblich durchgeführtes Verfahren in der orthopädischen Chirurgie. Jedoch ist das ideale Material zum Ersatz von Gelenken nach wie vor schwer fassbar. Typischerweise erfordert die Gelenkrekonstruktion die Heilung des Knochendefektes, des Gelenkknorpels und zusätzlich einer oder mehrerer der verbindenden Bänder. Bis jetzt existiert kein zufrieden stellendes klinisches Mittel zur einfachen Reparatur sowohl des Skelettknorpels als auch von Knochendefekten innerhalb eines Gelenkes, das zuverlässig lebensfähige, voll funktionsfähige und Gewicht tragende Gelenke zur Folge hat. Prothesen-Gelenke, die alle endogenen Gelenk-Gewebe ersetzen, umgehen einige dieser Probleme. Jedoch weisen Prothesen-Gelenke zahlreiche, wohl dokumentierte Beschränkungen auf, insbesondere bei jüngeren und hoch aktiven Patienten. Zusätzlich ist unter einigen Umständen ein prothetischer Gelenkersatz nicht möglich und die Reparaturoptionen sind auf Osteochondro-Allotransplantatmaterialien beschränkt.
Der Gelenk- oder Hyalin-Knorpel, der am Ende der Gelenk-Knochen zu finden ist, ist ein spezialisiertes, histologisch ausgeprägtes Gewebe und ist für die Verteilung der Belastungsbeständigkeit gegenüber Druckkräften verantwortlich, und für das glatte Gleiten, das Teil der Gelenkfunktion ist. Der Gelenk-Knorpel weist geringe oder keine selbst regenerierenden Eigenschaften auf. Somit wird, wenn der Gelenk-Knorpel zerrissen oder in seiner Dicke abgenutzt oder in anderer Weise als Funktion der Zeit, einer Erkrankung oder einer Verletzung geschädigt wird, seine Fähigkeit, die darunter liegende Knochenoberfläche zu schützen, beeinträchtigt.
Andere Knorpeltypen in Skelett-Gelenken schließen Faserknorpel und elastischen Knorpel ein. Sekundäre knorpelartige Gelenke werden durch Scheiben eines Faserknorpels gebildet, die die Wirbel in der Wirbelsäule verbinden. Im Faserknorpel ist das Mucopoly saccharid-Netzwerk mit hervortretenden Kollagen-Bündeln durchflochten und die Chondrozyten bzw. Knorpelzellen sind breiter verstreut als im Hyalin-Knorpel. Elastischer Knorpel enthält Kollagenfasern, die histologisch Elastin-Fasern ähnlich sind. Wie bei anderen Bindegeweben, ist die Bildung von knorpelartigem Gewebe ein komplexes biologisches Verfahren, das die Interaktion von Zellen und Kollagenfasern in einem einzigartigen biochemischen Milieu einschließt.
Knorpelgewebe, einschließlich Gelenkknorpel, fehlt anders als Bindegeweben Blutgefäße, Nerven, Lymphgefäße und Basalmembran. Der Knorpel ist aus Knorpelzellen zusammengesetzt, die ein reichliches extrazelluläres Milieu synthetisieren, zusammengesetzt aus Wasser, Kollagenen, Proteoglycanen und nicht-kollagenösen Proteinen und Lipiden. Kollagen dient dazu, Proteoglycane einzufangen und um dem Gewebe eine Zugfestigkeit zu verleihen. Typ-II-Kollagen ist im Knorpelgewebe das vorherrschende Kollagen. Die Proteoglycane sind aus einer variablen Anzahl von Glycosaminoglycan-Ketten, Keratinsulfat, Chrondroitinsulfat und/oder Dermatansulfat und N-gebundenen und O-gebundenen Oligosacchariden zusammengesetzt, die kovalent an einem Proteinkern gebunden sind. Die sulfatierten Glycosaminoglycane sind negativ geladen, was einen osmotischen Quelldruck zur Folge hat, der Wasser einzieht.
Im Gegensatz hierzu sind bestimmte Kollagene, wie beispielsweise die fibrotischen knorpelartigen Gewebe, die beispielsweise in Narbengewebe auftreten, Keloid- und typischerweise Narbentypgewebe, d. h. aus Kapillaren und reichlichen, irregulären dysorganisierten Bündeln aus Typ-I- und Typ-II-Kollagen zusammengesetzt.
Histologisch gesehen können Gelenk- oder Hyalin-Knorpel von anderen Formen von Knorpel unterschieden werden, sowohl durch ihre Morphologie als auch durch ihre Biochemie. Morphologisch gesehen ist Gelenkknorpel durch Oberflächen- gegen Mittel- gegen Tiefe-"Zonen" gekennzeichnet, die eine charakteristische Abstufung von Merkmalen von der Oberfläche des Gewebes zur Basis des Gewebes, das an den Knochen angrenzt, zeigen. In der oberflächlichen Zone beispielsweise sind die Knorpelzellen abgelacht und liegen zur Oberfläche parallel eingebettet in einem extrazellulären Netzwerk, das tangential angeordnetes Kollagen und wenige Proteoglycane enthält. In der mittleren Zone sind die Chondrozyten kugelförmig und sind von einem extrazellulären Netzwerk umgeben, das reich an Proteoglycanen und abgestuft organisierten Kollagenfasern ist. In der tiefen Zone, nahe dem Knochen, sind die Kollagenfasern vertikal orientiert. Die Konzentration der Keratinsulfat-reichen Proteoglycane erhöht sich mit zunehmendem Abstand von der Knorpeloberfläche. Für eine ausführliche Beschreibung einer Gelenk-Knorpel-Mikrostruktur, siehe beispielsweise (Aydelotte und Kuettner (1988), Conn. Tiss. Res. 18: 205; Zanetti et al. (1985), J. Cell Biol. 101: 53; und Poole et al., (1984), J. Anat. 136: 13).
Biochemisch gesehen kann Gelenk-Kollagen durch das Vorhandensein von Typ-II- und Typ-IX-Kollagen ebenso wie durch das Vorliegen von wohl charakterisierten Proteoglycanen und durch die Abwesenheit von Typ-X-Kollagen identifiziert werden, was mit einer Ersatzknochenbildung assoziiert ist.
Bei dem normalen Gelenkknorpel existiert ein Gleichgewicht zwischen Synthese und Zerstörung des oben beschriebenen extrazellulären Netzwerks. Jedoch tritt bei Gewebe, das einer wiederholten Verletzung unterworfen wird, beispielsweise einer, die auf eine Reibung zwischen schlecht aneinander ausgerichteten Knochen zurückzuführen ist, die miteinander in Berührung stehen, oder bei Gelenk-Erkrankungen, die durch einen Netto-Verlust von Gelenk-Knorpel gekennzeichnet sind, beispielsweise Osteoarthritis, ein Ungleichgewicht zwischen Synthese und Abbau auf.
Zwei Typen von Defekten werden in Gelenk-Oberflächen erkannt, d. h. Defekte mit volle-Dicke- und Oberflächendefekten. Diese Defekte unterscheiden sich nicht nur im Ausmaß der physischen bzw. physikalischen Schädigung des Knorpels sondern auch in der Natur der Heilungs-Reaktion, die jede Verletzungsart zeigen kann.
Defekte der Gelenkoberfläche in voller Dicke schließen eine Schädigung des Hyalin-Knorpels, der kalzifizierten Knorpel-Schicht und des subchondralen Knochen-Gewebes mit seinen Blutgefäßen und Knochenmark ein. Voll-Dicke-Defekte können ernsthaften Schmerz verursachen, weil die Knochenplatte sensorische Nervenenden enthält. Solche Defekte entstehen im Allgemeinen aus schweren Verletzungen und/oder während der späten Stadien einer degenerativen Gelenkerkrankung, wie beispielsweise einer Osteoarthritis. Voll-Dicke-Defekte können gelegentlich zu einer Blutung führen und zur Induktion einer Heilungsreaktion aus dem subchondralen Knochen. In einigen Fällen jedoch ist das gebildete Reparaturgewebe bzw. Ersatzgewebe ein vaskularisierter faseriger bzw. fibröser Knorpeltyp mit nicht ausreichenden biomechanischen Eigenschaften und persistiert nicht auf einer Langzeitbasis.
Im Gegensatz hierzu sind Oberflächendefekte im Gelenkknorpel-Gewebe auf das Knorpelgewebe selbst beschränkt. Solche Defekte sind berüchtigt, weil sie nicht abheilen und keine Neigung zu Heilungsreaktionen zeigen. Oberflächliche Defekte können als Fissuren, Soden oder Spalten in der Oberfläche des Knorpels auftreten oder sie können ein "Krebsfleisch"-Aussehen im betroffenen Gewebe aufweisen. Sie enthalten keine Blutgefäße (Blut-Spots), wie sie beispielsweise in Defekten mit voller Dicke ersichtlich sind. Oberflächliche Defekte mögen keine bekannte Ursache aufweisen, sie sind jedoch oftmals Ergebnis mechanischer Fehlanordnungen, die zur Abnutzung des Knorpelgewebes führen. Solche mechanischen Fehlanordnungen können durch eine Verletzung des Gelenkes, beispielsweise durch eine Ablösung von Tomo-Meniskus-Gewebe in das Gelenk, Meniskektomie, eine Laxation des Gelenkes durch ein gerissenes Band, eine Fehlausrichtung von Gelenken, Knochenfraktur oder Erbkrankheiten verursacht sein. Oberflächliche Defekte sind ebenfalls durch frühe Stadien von degenerativen Gelenk-Erkrankungen, wie beispielsweise einer Osteoarthritis, gekennzeichnet. Weil das Knorpelgewebe nicht innerviert oder vaskularisiert ist, heilen oberflächliche Defekte nicht und degenerieren oftmals zu Defekten mit voller Dicke.
Ein Ersatz mit Prothesen-Gelenken ist derzeit die bevorzugte Option für eine ernsthafte Degeneration einer Gelenk-Funktion, die den Verlust an Gelenk-Knorpel mit einschließt. Es wird angenommen, dass ein Mittel zur funktionellen Rekonstruktion von Gelenk-Komplexen, einschließlich der Regeneration und Heilung von Gelenkknorpel, einen tief greifenden Effekt auf die alloplastische Gelenks-Ersatzchirurgie und die Behandlung degenerativer Gelenk-Erkrankungen haben würde.
Wie auch Gelenkknorpel, weisen Gelenk-Bänder, die zur Verbindung interagierender Knochen im Gelenk dienen, nur geringe oder keine selbst regenerativen Eigenschaften auf. Bänder sind typischerweise aus im Wesentlichen parallelen Bündeln von weißem fibrösem Bindegewebe zusammengesetzt. Sie sind biegsam und flexibel und ermöglichen eine im Wesentlichen vollständige Bewegungsfreiheit, sind jedoch undehnbar, um eine Überdehnung der interagierenden Knochen im Gelenk zu vermeiden. Wie Knorpel fehlt dem Bändergewebe im Wesentlichen Blutgefäße und es weist nur geringe oder nicht vorhandene selbstregenerative Eigenschaften auf. Die chirurgische Heilung von Tomo- oder geschädigtem Band-Gewebe ist bis heute auf die Verwendung autogener bzw. autologer Transplantate oder synthetischer Materialien beschränkt, die chirurgisch an den Gelenkextremitäten des Knochens befestigt werden. Allogene Ligamente versagen typischerweise mechanisch, was vermutlich auf die Behandlungen zurückzuführen ist, die dazu erforderlich sind, um diese Materialien biokompatibel zu machen. In ähnlicher Weise sind Sehnen Seil- bzw. Tau-artige Strukturen, die Muskelfasern an Knochen oder Knorpel binden und die aus im Wesentlichen parallelen Fibroiden aus weißem Bindegewebe gebildet sind. Die Synovialkapsel bzw. Gelenkkapsel ist aus einer dünnen Schicht aus bandartigem Gewebe zusammengesetzt, das das Gelenk einschließt und es dem Gelenk ermöglicht, in der gleitfähig machenden Gelenkflüssigkeit gebadet zu werden. Das Innere der Gelenkkapsel ist mit einer dünnen Membran aus Bindegewebe ausgekleidet, die verzweigte Bindegewebskörperchen aufweist, die die Synovial-Membran definieren, und die in erster Linie zur Absonderung bzw. Sezernierung von Synovial-Flüssigkeit in den Hohlraum bzw. die Höhle verantwortlich ist Die Integrität dieser Membran ist deswegen zur Gewährleistung einer Quelle für die gleitfähig machenden Synovial-Flüssigkeit von Bedeutung. Eine Heilung dieser Gewebe im orthopädischen Kontext ist typischerweise auf die erneute Vernähung von existierendem Gewebe beschränkt.
Knochengewebe unterscheidet sich von den anderen hierin vorstehend beschriebenen Geweben signifikant, einschließlich von Knorpelgewebe. Insbesondere ist Knochengewebe vaskularisiertes Gewebe, zusammengesetzt aus sowohl Zellen als auch einem zweiphasigen Medium, das aus einem mineralisierten, anorganischen Bestandteil (in erster Linie Hydroxyapatit-Kristalle) und einem organischen Bestandteil zusammengesetzt ist, der in erster Linie Typ-I-Kollagen umfasst. Glycosaminoglycane bilden weniger als 2% dieses organischen Bestandteils und weniger als 1% des zweiphasigen Mediums selbst oder von Knochengewebe per se. Überdies liegt, bezüglich Knorpelgewebe, das Kollagen, das im Knochengewebe vorliegt, in einer hoch organisierten parallelen Anordnung vor.
Knochendefekte, gleichgültig, ob mit degenerativer, traumatischer oder kanzeröser Äthiologie, stellen eine beachtliche Herausforderung für den rekonstruktiven Chirurgen dar. Insbesondere ist die Rekonstruktion oder Reparatur von Skelettteilen schwierig, die Teil eines Multigewebs-Komplexes sind, wie es beispielsweise bei Säugetiergelenken der Fall ist.
Saugetier-Knochengewebe enthält bekanntermaßen ein oder mehrere proteinartige Materialien, die vermutlich während Wachstum und natürlicher Knochenheilung aktiv sind, und die eine Entwicklungskaskade zellulärer Ereignisse induzieren können, die eine Ersatzknochenbildung zur Folge haben. Die Entwicklungskaskade, die in die Ersatzknochen differenzierung involviert ist, besteht aus einer Chemotaxis mesenchymaler Zellen, der Proliferation von Vorläuferzellen zu Knorpelzellen und Osteoblasten, einer Differenzierung von Knorpel, einer vaskulären Invasion, Knochenbildung, Umformung und letztendlich einer Marksdifferentiation.
Echte osteogene bzw. osteogenetische Faktoren, die zum Induzieren der oben beschriebenen Kaskade von Ereignissen in der Lage sind, die eine Ersatzknochenbildung zur Folge haben, wurden nunmehr identifiziert, isoliert und kloniert. Diese Proteine, die in der Natur als Disufid-verbrückte dimere Proteine auftreten, werden in der Technik als "osteogene" Proteine, "osteoinduktive" Proteine und "Knochen-morphogenetische" Proteine bezeichnet. Gleichgültig, ob natürlich vorkommend oder synthetisch hergestellt, sind diese osteogenen Proteine, wenn sie in ein Säugetier typischerweise in Verbindung mit einem Substrat implantiert werden, das die Bindung, Proliferation und Differentiation von migratorischen Vorläuferzellen ermöglicht, zum Induzieren einer Rekrutierung empfänglicher Vorläuferzellen und zu einer Stimulierung deren Proliferation, zur Induktion der Differenzierung zu Knorpelzellen und Osteoblasten und weiter zu einer Induzierung der Differentiation von intermediärem Knorpel, einer Vaskularisierung, Knochenbildung, Umformung und zuletzt zu einer Marks-Differentiation in der Lage. Diese Proteine werden als Mitglieder der Vgr-1/OP1-Proteinunterfamilie der TGPβ-Supergen-Familie strukturell verwandter Proteine bezeichnet. Mitglieder schließen die Proteine ein, die in der Technik als OP1 (BMP-7), OP2 (BMP-6), BMP2, BMP3, BMP4, BMP5, BMP6, 60A, DPP, Vgr-1 und Vgl beschrieben werden. Siehe beispielsweise US 5011 691 ; US 5266663 , Ozkaynak et al. (1990) EMBO J. 9: 2065-2093, Wharton et al. (1991) PNAS 88: 9214-9218); (Ozkaynak (1992) J. Biol. Chem. 267: 25220-25227 und US 5266 683 ); (Celeste et al. (1990) PNAS 87: 9643-9847); (Lyons et al. (1989) PNAS 86: 4554-4558). Diese Offenbarungen beschreiben die Aminosäure- und DNA-Sequenzen, ebenso wie die chemischen und physikalischen Eigenschaften dieser Proteine. Siehe ebenfalls (Wozney et al. (1986) Science 242: 1528-1533); BMP 9 ( WO93/00432 , veröffentlicht am 7. Januar 1993); DPP (Padgett et al. (1987) Nature 325: 81-84; und Vg-1 (Weeks (1 987) Cell 51: 861-667).
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bioresorbierbare Matrix und Vorrichtung bereitzustellen, die zum Regenerieren von Körperteilen geeignet ist, die zwei oder mehr funktionell und strukturell verbundene, jedoch verschiedene Ersatzgewebe in einem Säugetier umfassen. Es ist eine weitere Aufgabe, Zusammensetzungen und Verwendungen solcher Zusammensetzungen zur Heilung oder vollständigen Wiederherstellung eines mechanisch und funktionell lebensfähigen Skelett-Gelenkes in einem Säugetier, insbesondere eines Gelenks oder Synovial-Gelenkes, ebenso wie anderer Körperteile bereitzustellen, die Knochen und bona fide Hyalin-Knorpel umfassen, ohne auf Prothesen-Vorrichtungen angewiesen zu sein. Es ist eine weitere Aufgabe, Materialien und Verwendungen solcher Materialien zur Heilung von Gewebsdefekten in einem Säugetiergelenk bereitzustellen, um ein mechanisch und funktionell lebensfähiges Gelenk zu bilden, das Knochen- und Gelenkknorpel, Band, Sehne, Synovialmembran und synoviales Kapselgewebe umfasst. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mittel zur Wiederherstellung von funktionellem nicht-mineralisiertem Gewebe in einem Skelett-Gelenk bereitzustellen, einschließlich des darin vorliegenden avaskulären Gewebes.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Vorrichtungen, wie in Anspruch 1 beansprucht, bereitgestellt. Bei einem Aspekt schließt der Ersatzkörperteil ein gesamtes Säugetierskelett-Gelenk oder einen Teil hiervon ein, einschließlich ein echtes oder Synovial-Gelenk. Wie hierin nachstehend beschrieben, sind die Zusammensetzungen der Erfindung ausreichend, um die mechanische und funktionelle Lebensfähigkeit der Gewebe, die mit einem Skelett-Gelenk assoziiert sind, einschließlich Knochen (und Knochenmark), Gelenkknorpel, Band, Sehne, Synovialkapsel und Synovialmembran-Gewebe, wieder herzustellen. Somit stellt die Erfindung Zusammensetzungen und Verwendungen solcher Zusammensetzungen zum Ersatz einer oder mehrerer der vielen verschiedenen Gewebe bereit, die ein Säugetierskelett-Gelenk definieren.
Die Erfindung stellt in einem anderen Aspekt deswegen eine Vorrichtung bereit, wie sie in Anspruch 1 beansprucht wird. Die Matrix umfasst Reste, die von zumindest zwei verschiedenen Geweben des Ersatzkörperteils abstammen. Es wird aus der hierin nachstehend bereitgestellten Beschreibung klar werden, dass die Matrix Reste einschließen kann, die für vier oder mehr unterschiedliche Gewebe spezifisch sind. Die Matrix ist biokompatibel und bioresorbierbar. Sie ist insbesondere ausreichend frei von pathogenen und antigenen Reizen, die eine Transplantat-Abstoßung zur Folge haben können. Vorzugsweise wird die Matrix aus einem auogenen oder xenogenen Körperteil gewonnen. Sie wird vorzugsweise von einem Säugetier-Spender, beispielsweise einem Kadaver, gewonnen. Der Körperteil kann durch Dehydratation inert oder "devitalisiert" gemacht werden, wie beispielsweise durch Ethanol-Extraktion und Lyophilisation, sodass kein restlicher zellulärer Metabolismus zurückbleibt, sodass jedoch die Funktion endogener Wachstumsfaktoren und dergleichen nach in-situ Rekonstitution durch endogene Körperflüssigkeiten wiederhergestellt werden kann. Der behandelte Körperteil, der nunmehr im Wesentlichen bezüglich antigener und pathogener Bestandteile abgereichert ist und nunmehr kompatibel ist, hält die Reste aufrecht, die für die vielfachen verschiedenen Gewebe spezifisch sind, die das zu ersetzende Körperteil bilden. Diese Reste schließen solche vielfachen verschiedenen Gewebe mit Dimensionen und strukturellen Beziehungen zueinander ein, die solche in dem zu ersetzenden Körperteil nachahmen.
Der so behandelten Matrix, die eine Nützlichkeit in den Vorrichtungen der Erfindung aufweist, fehlt eine signifikante mechanische Integrität im Vergleich mit nativem Gewebe und ist von selbst aus nicht ausreichend, um die Regeneration eines Ersatzkörperteils oder Gewebes, wenn es implantiert wird, zu induzieren. Jedoch wird durch Imprägnieren oder in anderer Weise Infundieren der Zwischenräume der Matrix mit osteogenem Protein, sodass das Protein auf den Oberflächen der Matrix abgelagert oder auf diesem absorbiert wird, die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung gebildet, und ist ausreichend, um die Bildung von neuem Gewebe in vivo zu induzieren, sodass die Regeneration eines mechanisch und funktionell lebensfähigen Ersatzkörperteils in-situ auftritt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ein vollständiges Skelett-Gelenk oder einen Teil hiervon, das aus einem Saugetier-Spender ausgeschnitten wird, der gegenüber dem Empfänger allogen oder xenogen ist. Wie hierin beschrieben behandelt, ist die Vorrichtung, die das allogene oder xenogene Skelett-Gelenk (1) enthält, biokompatibel, nämlich ist nicht pathogen und ausreichend nicht antigen, um eine Transplantat-Abstoßung in vivo zu vermeiden und (2) ist ausreichend, um die Bildung eines funktionell lebensfähigen autogenen Ersatzgelenkes in vivo zu induzieren, einschließlich der Erzeugung von funktionellem Knochen, Gelenkknorpel, Bändern und Kapselgewebe in der korrekten Beziehung zueinander, so dass sich ein strukturell und mechanisch funktionelles Ersatzgelenk ergibt.
In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine Vorrichtung bereit, die als Matrix bzw. Matrize zur Ausbildung eines funktionellen Skelett-Gelenkes oder eines Teils hiervon dienen kann, wie in Anspruch 1 beanspruch wird. Die neu geformten Gewebe nehmen die Form und Funktion der Originalgewebe im Skelett-Gelenk an.
Bei einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung wie in Ansprüchen 3 bis 5 und 7, 7-10, 13-14, 16-18, 20-22, 24-29 und 46-51 beanspruchte Verwendungen der Matrix und des osteogenen Proteins von Anspruch 1 zur Herstellung der oben beschriebenen Vorrichtung bereit. In einer Ausführungsform umfasst eine solche Verwendung die Bereitstellung einer Zufuhr von mesenchymalen Zellen zur implantierten Vorrichtung, wie durch Durchfädeln oder in anderer Weise Bereitstellen eines Muskellappens, der mit einer Blutzufuhr in einem hohlen Anteil der Vorrichtung perfundiert wird. In einer weiteren Ausführung wird die Vorrichtung an einem Ort im Körper des Individuums implantiert, die von der Defektstelle beabstandet ist bzw. verschieden ist, der jedoch die Erzeugung des Ersatzkörperteiles erlaubt. Das somit gebildete autogene Körperteil kann dann an der Defektstelle implantiert werden.
Wie aus der hierin bereitgestellten Beschreibung klar sein wird, dass die Erfindung bei der funktionellen und mechanischen Wiederherstellung eines oder mehrerer individueller Gewebe in einem Säugetierskelett-Gelenk, einschließlich des nicht-mineralisierten und avaskulären Gewebs in diesem, Anwendung findet. Somit stellt die Erfindung in einer Ausführungsform Vorrichtungen bereit, die zur Wiederherstellung, ohne Einschränkung, funktionellen Gelenkknorpels, von Bändern, Synovial-Membran und Synovialkapsel-Gewebe in der Lage sind. Die hierin beschriebenen Vorrichtungen können beispielsweise dazu verwendet werden, oberflächliche Gelenkknorpel-Defekte in einem Gelenk zu korrigieren, zerrissene oder beeinträchtigte Bänder und/oder Sehnen zu ersetzen, und Defekte der Synovialkapsel oder des Membrangewebes zu heilen.
Die Vorrichtungen zur Heilung von individuellem Skelettgelenk-Gewebe umfassen osteogenes Protein, abgelagert auf einer Matrix, die Reste enthält, die von mehreren verschiedenen Geweben eines Skelett-Gelenks abgeleitet sind, einschließlich, ohne Beschränkung, Knorpel, Band, Sehne, Synovialkapsel oder Synovialmembran-Gewebe. Die Matrix ist vorzugsweise aus allogenem oder xenogenem Gewebe abgeleitet und wird wie hierin beschrieben behandelt, um eine biokompatible, devitalisierte Matrix zu bilden.
Wenn sie gemäß der Verwendung in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, er füllen die Vorrichtungen der Erfindung und/oder die Gewebe, die sich aus ihrer Anwendung ergeben, im Wesentlichen die folgenden Kriterien eines bevorzugten Transplantat-Materials:

1. Sie haben die Bildung von mechanisch und funktionell lebensfähigen Geweben zur Folge, die normalerweise an der Stelle bzw. dem Ort vorliegen. Diese Gewebe weisen eine geeignete Größe und korrekte Strukturbeziehungen auf, so dass sie einen funktionellen Körperteil zur Folge haben. Insbesondere wird das Multi-Gewebsersatzteil, gleichgültig ob es in-situ an der Stelle der beabsichtigten Verwendung produziert wird oder davon entfernt produziert wird, eingebaut, mit benachbarten Geweben integriert, wobei es im Wesentlichen seine Form beibehält, und indem er eine abnormale Resorption vermeidet, unabhängig von den Konditionen, die an der Empfängerstelle vorliegen. Weiland et al. (1983) Clin. Orthop. 174: 61(1983).
2. Die Vorrichtungen sind dazu in der Lage, präzise ausgeformt und gebildet zu werden, um sich exakt an jeden Defekt anzupassen, wie auch immer komplex die Skelett- oder Organform, die ersetzt werden soll, ist.
3. Die Vorrichtungen weisen praktisch unbegrenzten Vorrat auf und sind relativ leicht zu gewinnen.
4. Die Vorrichtungen weisen eine minimale Morbidität auf der Spender-Seite auf.

Weiterhin versieht die vorliegende Erfindung den praktizierenden Fachmann mit Materialien und Verwendungen solcher Materialien für die Skelettgelenk-Reparatur bzw. -Heilung, einschließlich der Reparatur von Knochen- und Gelenkknorpel, der darin vorliegt, und die Probleme lösen, die unter Verwendung der Verfahren und Vorrichtungen nach dem Stand der Technik auftreten. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung die Bildung von bona fide Hyalin-Knorpel eher als Faserknorpel an einer Defektstelle induzieren. Unter Verwendung der hierin offenbarten Materialien und Verfahren bildet sich funktioneller Hyalin-Knorpel auf der Gelenkoberfläche des Knochens an einer Defektstelle und degeneriert über die Zeit nicht zu Faser-Knorpel. Im Gegensatz hierzu resultieren die Verfahren nach dem Stand der Technik zur Heilung von Knorpeldefekten im Allgemeinen letztendlich in der Entwicklung von Faser-Knorpel an der Defektstelle. Anders als Hyalin-Knorpel fehlt dem Faser-Knorpel die physiologische Fähigkeit, Gelenke wieder auf ihre volle Kapazität zu bringen. Somit, wenn die vorliegenden Materialien gemäß der vorliegenden Verfahren verwendet werden, kann der praktizierende Fachmann im Wesentlichen einen Knorpeldefekt in einem Gelenk funktionell wiederherstellen, insbesondere einen oberflächlichen Gelenkknorpel-Defekt, und kann im Wesentlichen die unerwünschte Bildung von Faser-Knorpel, die für die Verfahren nach dem Stand der Technik typisch sind oder eine Degeneration zu "Volle-Dicke-Defekten" vermeiden. Die Erfindung stellt ebenfalls Mittel zur Reparatur von individuellem Gewebe eines Gelenkes bereit, das nicht leicht reparierbar ist, individuell unter Verwendung der Verfahren des Stands der Technik und das in einigen Fällen früher einen Ersatz des gesamten Gelenkes durch eine Prothesen-Vorrichtung erforderte. Die Erfindung ermöglicht weiterhin die Verwendung allogener Ersatzmaterialien zur Reparatur des avaskulären Gewebes in einem Skelett-Gelenk und hat die Bildung von mechanisch und funktionell lebensfähigen Ersatzgeweben am Gelenkort zur Folge.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Während die Beschreibung mit Ansprüchen schließt, die den Gegenstand, der als die vorliegende Erfindung angesehen wird, speziell darlegt und besonders beansprucht, wird angenommen, dass die Erfindung durch die nachfolgende ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen besser verständlich ist, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen zur Hand genommen wird, bei denen:
1 eine fragmentarische Vorderansicht eines Säugetier-Kniegelenkes ist, wobei ausreichend Gewebe entfernt wird, um den Knorpel auf den Kondylen des Oberschenkelknochens, die Bänder, die Synovial-Membran, die Gelenkkapsel zu zeigen und weiterhin ein geschädigtes Areal im Gelenkknorpel zu zeigen, das einer Heilung bedarf;
2A bis 2D schematische Darstellungen der Elemente sind, die zur Erzeugung eines lebensfähigen, funktionellen glenohumeralen Halb-Gelenkes in einer Ausführungsform der Erfindung verwendet werden. 2A zeigt ein lyophilisiertes Allotransplantat; 2B zeigt osteogenetisches Protein zur Aufbringung auf das lyophilisierte Allotransplantat von 2A;
2C zeigt eine Muskelklappe aus kutanem Maximus-Muskel, der in den Schaft des lyophillisierten Allotransplantates eingefädelt werden muss; und 2D zeigt ein lebensfähiges, funktionelles Halb-Gelenk, das sich aus der Kombination der Elemente in den 2A, 2B und 2C ergibt. D repräsentiert eine Ausführungsform der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung
3A bis 3D schematische Darstellungen der vier Allotransplantate sind, die im Halb gelenk von Beispiel 2 (5 Wochen) getestet wurden und
4A bis 4D schematische Darstellungen der vier Allotransplantate sind, die im Halb-Gelenk von Beispiel 3 getestet wurden (6 Monate).
Ausführliche Beschreibung
Hierin werden neuartige Materialien und Verwendungen zur Heilung und Regeneration vielfacher verschiedener Gewebe eines Skelett-Gelenks beschrieben. Das Ersatzkörperteil ist ein Skelettgelenk, insbesondere ein echtes Gelenk, und schließt ohne Einschränkung Reste ein, die von Knochen, Knorpel, Band, Sehne, Synovialkapsel und Synovialmembran-Gewebe abgeleitet sind.
Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung bei einem Aspekt eine Vorrichtung, wie in Anspruch 1 beansprucht, bereit. Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff „Matrix" eine Struktur mit Zwischenräumen zur Anlagerung bzw. Bindung, Proliferation und Differentiation infiltrierender Zellen. Sie umfasst Reste, die von dem zu ersetzenden Gewebe abgeleitet sind, und weist eine Form und Dimension auf, die wenn sie implantiert ist, im Wesentlichen diejenige des erwünschten Ersatzgewebes nachahmt.
Wie hierin verwendet soll der Begriff "Rest" einen Bestandteil eines gegebenen Gewebes bedeuten, das aus den nicht-lebensfähigen Bestandteilen des gegebenen Gewebes abgeleitet ist. Eine Matrix, die diesen Rest (Reste) umfasst, wenn sie mit osteogenem Protein kombiniert wird, und die in ein Säugetier in einer Umgebung implantiert wird, die die lokale Umgebung des Gewebes unter physiologischen Bedingungen nachahmt und ausreichend zur Bildung eines spezifischen, mechanisch und funktionell lebensfähigen Ersatzgewebes ist.
Der Begriff "vielfache verschiedene Gewebe" soll physiologisch unterscheidbare Gewebe bedeuten, wie beispielsweise biochemisch oder ultrastrukturell unterscheidbare Gewebe, die an einem anatomisch ähnlichen Ort vorliegen. In einer Gelenk-Ersatzvorrichtung kann die Matrix beispielsweise Reste umfassen, die von Knochen, Knorpel, Band, Sehnen und Synovialmembran-Gewebe abgeleitet sind. Somit ist ein signifikanter Aspekt der Matrix der Erfindung eine einzelne Struktur, die Reste aus vielfachen, getrennten Geweben umfasst und die, wenn sie mit einem osteogenetischen Protein, wie hierin definiert, kombiniert wird, zum Induzieren der Heilung oder Regeneration eines Körperteils geeignet ist, der über eine Zeitspanne hinweg in vivo mechanisch und funktionell lebensfähig ist.
Wie hierin verwendet, sollen die Begriffe "Knochen" und "Gelenkknorpel" das Folgende bedeuten: Knochen bedeutet ein kalzifiziertes (mineralisiertes) Bindegewebe, das in erster Linie einen Verbundstoff aus abgelagertem Kalzium und Phosphat in Form von Hydroxyapatit, Kollagen (in erster Linie Typ-I-Kollagen) und Knochenzellen, wie beispielsweise Osteoblasten, Osteozyten und Osteoklasten ebenso wie das Knochenmarksgewebe umfasst, das sich im Inneren des echten Ersatzknochens bildet. Knorpel betrifft einen Typ an Bindegewebe, der Knorpelzellen in einem extrazellulären Netzwerk eingebettet enthält, das Kollagenfibrillen (vorherrschend Typ-II-Kollagen zusammen mit anderen untergeordneten Typen, beispielsweise Typen IX und XI), verschiedene Proteoglycane (beispielsweise Chondroitinsulfat-, Keratansulfat- und Dermatansulfat-Proteoglycane), andere Proteine und Wasser umfasst. Gelenkknorpel bedeutet Hyalin- oder Gelenk-Knorpel, ein avaskuläres, nicht-mineralisiertes Gewebe, das die Gelenkoberflächen des Anteils der Knochen in Gelenken bedeckt und die Bewegung in den Gelenken ermöglicht, ohne einen direkten Knochen-zu-Knochen-Kontakt und dadurch eine Abnutzung und eine Beschädigung der gegenüberliegenden Knochenoberflächen verhindert. Der größte Teil normalen gesunden Gelenk-Knorpels wird als "Hyalin" bezeichnet, d. h. er weist eine charakteristische Milchglas-Erscheinung auf. Unter physiologischen Bedingungen ruht Gelenkknorpelgewebe auf der darunter liegenden, mineralisierten Knochenoberfläche; der Ersatzknochen, der hoch vaskularisierte Ossikeln enthält. Diese in hohem Maße vaskularisierten Ossikel können diffusionsfähige Nährstoffe an den darüber liegenden Knorpel bereitstellen, jedoch nicht mesenchymale Stammzellen.
"Band" soll sowohl die Tau-artigen Strukturen von weißem fibrösem Bindegewebe, die die Vorderextremitäten von interagierenden Knochen befestigen, ebenso wie das Gewebe bedeuten, das eine Synovial-Kapsel bzw. Gelenk-Kapsel definiert. "Synovial-Membran" soll die Bindegewebsmembran definieren, die die Innenseite der Gelenkhöhle auskleidet und die in die Absonderung von Synovial-Flüssigkeit involviert ist. "Sehne" soll die Bindegewebsstruktur definieren, die den Muskel am Knochen befestigt.
Ersatzknochenteile
Wie hierin offenbart, stellt die vorliegende Erfindung Verwendungen und Zusammensetzungen zum Ersetzen und Heilen defekter Knochenteile bereit. Die Anwendungen schließen ein chirurgisches Ausschneiden des defekten Körperteiles, ein Implantieren einer Vorrichtung, die eine Matrix des Typs, der oben beschrieben ist, umfasst an der Stelle des Ausschnittes und, falls notwendig, eine chirurgische Heilung von Geweben ein, die der Stelle des Ausschnittes, wie hierin nachstehend beschrieben wird, benachbart sind. Es ist beispielsweise für den synovialen Gelenk-Ersatz wünschenswert, die Gelenkkapsel zu heilen, einschließlich der Synovial-Membran und der Bänder, um chirurgisch die Gelenkstruktur physiologischen Bedingungen anzupassen, wodurch eine avaskulare Umgebung erzeugt wird, die die Synovial-Höhle ist, und die in Synovial-Flüssigkeit gebadet ist. Es ist ebenfalls bevorzugt, die implantierte Vorrichtung an das umgebende Gewebe zu vernähen oder in anderer Weise mechanisch mit diesem temporär zu verbinden.
In einer Ausführungsform ist die Vorrichtung so konstruiert, dass sie die Pfanne oder die gesamte Säugetier-Skelettgelenkstruktur ersetzt und eine Matrix mit Resten einschließt, die von vielfachen, verschiedenen Geweben abgleitet sind, einschließlich zwei oder mehr von Knochen, Knorpel, Band, Sehne, Synovialkapsel und/oder Synovialmembran-Gewebe. Die Matrix umfasst devitalisiertes, nicht mineralisiertes Gewebe. In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Ersatzgewebe Gelenkknorpel, Band, Knochen, Sehne oder Synovialkapsel-Gewebe einschließen.
Bei einem teilweisen oder vollständigen Gelenkersatz wird bevorzugt, ist es jedoch nicht erforderlich, bei der Durchführung des Verfahrens den zusätzlichen Schritt einzuschließen, eine Muskelklappe bzw. Muskellappen in einen hohlen Anteil der implantierten Vorrichtung einzufädeln. Beispielsweise kann unter Verwendung des in Khouri, US 5,067,963 beschriebenen Verfahrens und hierin nachstehend beschrieben, eine Muskelklappe, die selbst mit einem osteogenetischen Protein vorbehandelt sein kann, chirurgisch in eine Kavität in der implantierten Matrix eingebracht werden, wie beispielsweise in die Mark-Kavität des devitalisierten Knochens, um eine Blutzufuhr bereitzustellen, um die Morphogenese von vaskularisiertem Gewebe zu beschleunigen und um eine fertige Versorgung für mesenchymale Stammzellen bereitzustellen.
Die Matrix der vorliegenden Erfindung weist eine Nützlichkeit als implantierbare Vorrichtung auf, wenn das osteogenetische Protein auf den Oberflächen der Matrix angeordnet ist, vorliegend in einer Menge, die ausreicht, um die Bildung jedes der Ersatzgewebe zu induzieren. Dies ermöglicht die Regeneration des Körperteils innerhalb des Säugetiers, einschließlich vielfacher Gewebe der geeigneten Größe, Beziehung und Funktion. Osteogene Proteine, die in der vorliegenden Erfindung als nützlich betrachtet werden, werden nachstehend beschrieben und wurden früher beispielsweise in US-Patent Nr. 4 968,590 , 5,256,499 und 5,266,683 beschrieben. Das osteogene Protein kann beispielsweise irgendeines der bekannten knochenmorphogenetischen Proteine und/oder Äquivalente hiervon sein, die hierin beschrieben und/oder im Stand der Technik beschrieben sind, und schließt Material aus natürlicher Quelle, rekombinantes Material und irgendein Material ein, das in anderer Weise produziert wird und das zum Induzieren einer Gewebsmorphogene in der Lage ist.
Die Verwendungen und Materialien der vorliegenden Erfindung sind insbesondere zur Heilung und/oder zum teilweisen oder vollständigen Ersatz von Säugetierkörper-Gelenken, einschließlich, ohne Beschränkung, Gelenken, insbesondere Gelenken, die von einer bandartigen Kapsel eingeschlossen und in Synovial-Flüssigkeit gebadet sind, nützlich.
Bei einigen echten Gelenken ist die Bewegung uniaxial, d. h. alle Bewegungen finden um eine Achse herum statt: Zu diesen zählt der Ginglymus oder das Scharniergelenk, bei dem die Bewegungsachse quer zu den Achsen der Knochen verläuft, und das Trochoid- oder Zapfengelenk, bei dem die Achse in Längsrichtung verläuft. Im Falle von biaxialen Synovial-Gelenken erfolgen die Bewegungen um zwei Achsen in einem rechten Winkel herum oder in irgendeinem anderen Winkel zueinander: Diese schließen die Chondyloid-, die Ellipsoid- und die Sattel-Gelenke ein. Es existiert eine dritte Art von Synovial-Gelenk, das spheroidale oder das Kugel- und Sockel-Gelenk, bei dem die Bewegungen polyaxial sind, d. h. es werden Bewegungen in einer unbegrenzten Anzahl von Achsen ermöglicht. Zuletzt existieren die ebenen oder Gleittyp-Synovial-Gelenke.
Bei den Scharnier-Gelenken sind die Gelenkoberflächen aneinander in einer solchen Weise geformt, sodass eine Bewegung in nur einer Ebene um die Querachse ermöglicht wird. Eine Biegung des Ellenbogen-gelenkes ist ein Beispiel hierfür; weitere Beispiele schließen die interphalangialen Gelenke sowohl der Finger als auch der Zehen ein. Bei Zapfengelenken tritt die Bewegung eines Zapfengelenkes um eine einzige Achse auf, es ist jedoch die Längsachse. Es existieren mehrere Zapfengelenke im menschlichen Körper, wie beispielsweise das proximale radioulnare Gelenk. In Kondylar-Gelenken tritt eine Bewegung in erster Linie in einer Ebene auf. Das tibiofemorale Gelenk des Kniegelenkes ist ein Beispiel hierfür. Beim Ellipsoid-Gelenk erfolgt die Bewegung um zwei Hauptachsen herum, die im rechten Winkel zueinander stehen. Beispiele für diese Gelenke schließen die radiokarpalen und metakarpophalangialen Gelenke ein. In einem Sattelgelenk ist das Gelenkende des proximalen Knochens in einer Achse konkav und in einer dazu senkrecht stehenden Achse konvex. Diese Oberflächen passen wechselseitig in konvexe und konkave Oberflächen des distalen Knochens. Das beste Beispiel eines Sattelgelenkes ist das karpometakarpale Gelenk des Daumens. Ein Kugel- und Sockel-Gelenk ist ein solches, bei dem der distale Knochen zu einer Bewegung um eine unbegrenzte Anzahl von Achsen mit einem gemeinsamen Zentrum herum in der Lage ist. Beispiele dieser Form eines Gelenkes sind in den Hüft- und Schultergelenken zu finden. Ein Ebene- oder Gleittyp-Gelenk ermöglicht ein Gleiten oder Abrutschen eines Knochens über den anderen. Anders als die oben beschriebenen Gelenke ist der Bewegungsumfang zwischen den Oberflächen durch die Bänder- oder Knochen-artige Fortsätze eingeschränkt, die das Gelenk umgeben. Dies ist die Form, die in den Gelenken zwischen den Gelenkfortsätzen bestimmter Wirbel vorliegen, die Karpal-Gelenke und die intermetatarsalen Gelenke.
Obwohl es in Betracht gezogen wird, dass die vorliegende Erfindung zur Reparatur von Defekten, einschließlich Knochen- und Gelenk-Knorpel an anderer Stelle in einem Säugetierkörper verwendbar ist, werden die Aspekte bzw. Grundgedanken der Erfindung hierin in Verbindung mit den Gelenkoberflächen auf dem Oberschenkelknochen in einem Kniegelenk 10 dargestellt, illustriert in 1.
1 illustriert ein Kniegelenk 10 zwischen dem Oberteil eines Oberschenkelknochens 11 und dem Oberteil eines Schienbeins 12. Zur Klarheit der Darstellung sind nur die Anteile 13 und 14 der medialen und lateralen kollateralen Bänder, die den Oberschenkelknochen 11 beweglich an das darunterliegende Schienbein 12 und das Wadenbein 15 befestigen, in 1 dargestellt. In ähnlicher Weise ist die Gelenkkapsel durch die äußere dunkle Auskleidung 25 und die Synovial-Membran dargestellt, die die Synovial-Höhle auskleidet und die gleitfähig machende Synovial-Flüssigkeit sezerniert, ist durch die innere dunkle Auskleidung 26 repräsentiert. Normalerweise zwischen den gegenüberliegenden Flächen des Oberschenkelknochens 11 und des Schienbeins 12 dazwischen gelegen sind laterale und mediale Meniskusknorpel 16 und 17 und vordere und hintere Kreuzbänder (nicht dargestellt). Konvex gekrümmte Kondylen 20 und 21 am unteren Ende des Schienbeins 11 werden normalerweise durch die Meniskusknorpel 16 bzw. 17 am oberen Ende des Schienbeins 12 gelagert.
Normalerweise wird das untere Ende des Schienbeins 11, einschließlich der Kondylen 20 und 21, von einer Schicht 22 aus einem Hyalin-Knorpelmaterial bedeckt, der als Gelenk-Knorpel 22 bezeichnet wird. Der Gelenk-Knorpel 22 bildet im Allgemeinen ein elastisches Polster, das auf der Oberfläche des unteren Endes des Oberschenkelhalsknochens 11 fixiert ist, um das Letztere von einer Abnutzung und einer mechanischen Erschütterung zu schützen. Darüber hinaus stellt der Gelenk-Knorpel 22, wenn er von der Synovial-Flüssigkeit im Kniegelenk 10 gleitfähig gemacht wird, eine Oberfläche bereit, die einfach auf den darunter liegenden Oberflächen der Meniskusknorpel 16 und 17 während der Biegung des Kniegelenkes 10 gleitbar ist (oder auf der oberen Oberfläche des Schienbeins 12 sollte ein oder beide der Meniskusknorpel 16 und 17 teilweise oder vollständig abwesend sein).
Ein Teil des Gelenkes kann durch eine Verletzung oder Erkrankung geschädigt werden oder exzessiv abgenutzt werden. 1 illustriert ein Beispiel eines geschädigten Areals 23.
Matrix-Erwägungen
Bei der vorliegenden Erfindung dient das Substrat als Gerüst, auf dem bestimmte zelluläre Ereignisse, vermittelt durch ein osteogenetisches Protein, notwendigerweise eintreten werden. Die spezifischen Reaktionen auf das osteogenetische Protein werden ultimativ durch die endogene Mikroumgebung an der Implantatstelle und durch das Entwicklungspotential der reagierenden Zellen vorgeschrieben. Wie es ebenfalls durch den Fachmann auf dem Gebiet erkannt werden wird, hängt die präzise Auswahl eines Substrats, das für die hierin offenbarten Matrices verwendet wird, teilweise vom zu heilenden Defekttyp, anatomischen Erwägungen, wie beispielsweise dem Umfang der Vaskularisierung an der Defektstelle und dergleichen ab.
Die Matrix der Erfindung kann wie folgt gewonnen werden. Ein Ersatzgewebe oder Körperteil, das als Ersatz-Körperteil verwendet werden soll und das zumindest zwei verschiedene Gewebe in Verbindung umfasst, um das Körperteil zu bilden, wird bereitgestellt, beispielsweise von einem Kadaver bzw. einem Leichnam oder von einer Knochenbank, und wird durch Ethanol-Behandlung behandelt und durch Lyophilisation dehydriert, so dass das verbleibende Material nicht pathogen ist und ausreichend nicht-antigen ist, um eine Transplantat-Abstoßung zu vermeiden. Wie oben beschrieben, umfasst das so behandelte Material, das in den Vorrichtungen der Erfindung eine Nützlichkeit aufweist, weiterhin die Reste des extrahierten Gewebes oder von Geweben, aus dem es abgleitet bzw. gewonnen ist. Eine Ersatzkörperteilmatrix, die so behandelt wird, ist weiterhin so dimensioniert, dass die Reste eine strukturelle Beziehung zueinander aufweisen, die diejenige des zu ersetzenden Körperteils nachahmt.
Matrices aus natürlicher Quelle
Geeignete allogene oder xenogene Matrices können wie hierin nachstehend beschrieben unter Verwendung von Verfahren erzeugt werden, die in der Technik wohl bekannt sind. Vorzugsweise wird das Ersatzkörperteil oder das Gewebe frisch gewonnen, und zwar aus einem Kadaver oder einer Gewebebank, die ihre Gewebe nach Gewinnung einfriert. In allen Fällen und wie es für den praktizierenden Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich ist, ist es bevorzugt, jedes Gewebe nach Gewinnung einzufrieren, insofern das Gewebe nicht zur sofortigen Anwendung entnommen wird. Vor Verwendung wird das Gewebe mit einem geeigneten Mittel behandelt, um zelluläre nicht-strukturelle Bestandteile des Gewebes zu extrahieren, um das Gewebe zu devitalisieren. Das Mittel sollte dazu in der Lage sein, irgendwelche wachstumshemmenden Bestandteile zu extrahieren, die mit dem Gewebe verbunden sind, ebenso wie irgendwelche Pathogene zu extrahieren oder in anderer Weise zu zerstören. Das sich ergebende Material ist eine Art zelluläre Matrix, die Zwischenräume definiert, die von Zellen infiltriert werden können, und ist im Wesentlichen bezüglich nicht strukturell assoziierter Bestandteile abgereichert.
Bei einem gegenwärtig bevorzugten Verfahren wird das Gewebe einer Methodik folgend devitalisiert, wie beispielsweise diejenige, die in der Technik zum Fixieren von Gewebe verwendet wird. Das Gewebe wird einem nicht-polaren Lösungsmittel ausgesetzt, wie beispielsweise 100% (200 Proof) Ethanol für eine Zeitspanne, die ausreichend ist, um den Wassergehalt des Gewebes im Wesentlichen durch Ethanol zu ersetzen und um die zelluläre Struktur des Gewebes zu zerstören. Typischerweise wird das Gewebe gegenüber 200 Proof Ethanol für mehrere Tage exponiert, bei einer Temperatur im Bereich von ungefähr 4 bis 40°C, und es wird Sorge getragen, die Lösung durch frischen Ethanol alle 6-12 Stunden zu ersetzen, bis zu einem solchen Zeitpunkt, wenn der Flüssigkeitsgehalt des Gewebes 70-90 Ethanol umfasst. Typischerweise ist eine Behandlung für 3-4 Tage geeignet. Das Volumen an Flüssigkeit, das zugesetzt wird, sollte mehr als ausreichend sein, um das Gewebe einzu tauchen. Das behandelte Gewebe wird dann lyophilisiert bzw. gefriergetrocknet. Die sich ergebende, trockene bzw. wasserfreie Matrix ist im Wesentlichen bezüglich nichtstruktureller Bestandteile abgereichert, behält jedoch sowohl intrazelluläre als auch extrazelluläre Matrixbestandteile, die von dem Gewebe abgeleitet sind.
Zahlreiche weitere Verfahren sind in der Technik zum Extrahieren von Geweben beschrieben, einschließlich von mineralisiertem Gewebe, wie beispielsweise Knochen, und um diese Gewebe für allogene oder xenogene Implantate biokompatibel zu machen. Siehe beispielsweise Sampath et al. (1983) PNAS 80: 6591-6595, US 5,011,691 und US-Patent Nr. 4,975,526 und 5,171,574 . Diese Veröffentlichungen beschreiben die Extraktion mit 4 M Guanidin-HCl, 50 mM Tris-HCl, pH 7,0 für 16 Stunden bei 4°C und verschiedene Deglycosylierungs- und Kollagenfibrill-modifizierende Mittel, einschließlich Flusssäure, Trifluoressigsäure, Trichlormethan, Acetonitril, Isopropanol, erhitzte saure wässrige Lösungen und verschiedene Kombinationen dieser Reagenzien. Die Offenbarungen der Patente ist hierin durch Bezugnahme mit aufgenommen. Wie hierin und nachstehend beschrieben kann, wenn die Matrix mit einem Fibrillen-modifizierenden Mittel behandelt wird, die behandelte Matrix zur Entfernung irgendwelcher extrahierten Bestandteile gewaschen werden, und zwar folgend einer Form des hierin nachstehend beschriebenen Verfahrens:

1. Suspendieren einer Matrixzubereitung in TBS (Tris-gepufferte Salzlösung) 1 g/200 ml und Rühren bei 4°C für 2 Stunden; oder in 6 M Urea, 50 mM Tris-HCl, 500 mM NaCl, pH 7,0 (UTES) oder Wasser und Rühren bei Raumtemperatur (RT) für 30 Minuten (ausreichend Zeit, um den pH zu neutralisieren);
2. Zentrifugieren und Wiederholen des Waschschrittes; und
3. Zentrifugieren; Verwerfen des Überstandes; Waschen des Rückstands mit Wasser; und darauf lyophilisieren.

Behandelte allogene oder xenogene Matrices weisen zur Erzeugung von Vorrichtungen zur Ausbildung von Ersatzkörperteilen, die vielfache verschiedene Gewebe umfassen, ebenso wie zur Erzeugung von Vorrichtungen zum Ersetzen individueller Gelenk-Gewebe, wie beispielsweise Bänder und Gelenkknorpel-Gewebe besondere Nützlichkeit auf. Beispielsweise kann eine Ersatzband-Vorrichtung aus einer allogenen Band-Matrix und osteogenetischem Protein formuliert und in einen Skelettgelenk-Ort unter Befolgung von chirurgischen Standardverfahren für den autogenen Band-Ersatz implantiert werden. In ähnlicher Weise kann eine allogene Gelenkknorpel-Vorrichtung aus devitalisiertem Knorpelgewebe oder anderem inerten, nicht-mineralisiertem Matrix-Material und osteogenetischem Protein gebildet werden und die Vorrichtung kann auf der subchondralen Knochenoberfläche als eine Schicht abgelagert werden. Alternativ kann eine formulierte Vorrichtung pulverisiert oder in anderer Weise mechanisch abgeschliffen bzw. abgeschabt werden, um Teilchen zu erzeugen, die zu einer Paste oder einem Gel, wie hierin beschrieben, zur Aufbringung auf die Knochenoberfläche formuliert werden können.
Erwägungen bezüglich der Formulierungen
Die Vorrichtungen der Erfindung können unter Verwendung irgendwelcher Verfahren formuliert werden, die in der Technik zur Formulierung osteogener Vorrichtungen beschrieben sind. Siehe beispielsweise US-Patent Nr. 6,266,683 . Kurz gesagt wird das osteogene Protein typischerweise in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst und mit der Matrix kombiniert. Man lässt die Bestandteile sich verbinden. Typischerweise wird das kombinierte Material darauf lyophilisiert, mit dem Ergebnis, dass das osteogene Protein auf den Obertflächen der Matrix abgelagert oder adsorbiert wird. Nützliche solubilisierende Lösungsmittel schließen ohne Beschränkung Ethanoltrifluoressigsäure-Lösung, beispielsweise 47,5% EtOH/0,01% TFA; und eine Acetonitrila/TFA-Lösung, Ethanol oder Ethanol in Wasser und physiologisch gepufferte Salzlösungen ein. Formulierungen in einem sauren Puffer können die Absorption an OP1 auf der Matrixoberfläche erleichtern. Für Ersatzkörperteil-Vorrichtungen der Erfindung ist die gegenwärtig bevorzugte Formulierungs-Vorschrift eine Inkubation der Matrix und des osteogenen Proteins in einer Ethanol/TFA-Lösung (beispielsweise 30-40 EtOH/0,01 bis 0,1% TFA) für 24 Stunden, gefolgt von Lyophilisation. Dieses Verfahren ist ausreichend, um 70-90% des Proteins auf der Matrixoberfläche zu adsorbieren oder zu präzipitieren.
Die Menge an osteogenem Protein, die verwendet wird, hängt von der Größe der Ersatzvorrichtung, die verwendet werden soll, und von der spezifischen Aktivität des osteogenen Proteins ab. Typischerweise können 0,5 mg-100 mg/10 g Matrix Trockengewicht vorteilhafterweise verwendet werden.
Zusätzlich zu osteogenen Proteinen können verschiedene Wachstumsfaktoren, Hormone, Enzyme, therapeutische Zusammensetzungen, Antibiotika oder andere bioaktive Mittel ebenfalls an ein Substrat adsorbiert oder mit diesem imprägniert werden und über die Zeit hinweg freigesetzt werden, wenn sie implantiert werden und die Matrix langsam adsorbiert wird. Somit können verschiedene bekannte Wachstumsfaktoren, wie beispielsweise EGF, PDGF, IGF, FGF, TGF-a und TGF-b in vivo freigesetzt werden. Die Matrix kann ebenfalls dazu verwendet werden, chemotherapeutische Mittel, Insulin, Enzyme, Enzyminhibitoren oder chemotaktische Chemoattraktanz-Faktoren freizusetzen.
Erwägungen bezüglich des Proteins
Wie hierin definiert, schließen die osteogenen Proteine, die in der Zusammensetzung und den Anwendungen der Erfindung von Nutzen sind, die Familie von dimeren Proteinen mit einer Ersatzknochen-Aktivität ein, wenn sie einem Säugetier in Verbindung mit einer Matrix implantiert werden, und die eine Subklasse der "Superfamilie" von "TGFβ-ähnlichen" Proteinen umfassen. Das osteogene Protein aus natürlicher Quelle in seiner reifen, nativen Form ist ein glycosyliertes Dimer, das typischerweise ein apparentes Molekulargewicht von ungefähr 30-36 kDa aufweist, wie durch SDS-PAGE bestimmt wurde. Wenn es reduziert wird, lässt das 30 kDa Protein zwei glycosylierte Peptid-Untereinheiten mit apparenten Molekülgewichten bzw. Molekülmassen von ungefähr 16 kDa und 18 kDa entstehen. Im reduzierten Zustand weist das Protein keine nachweisbare osteogenetische Aktivität auf. Das nicht glycosylierte Protein, das ebenfalls osteogene Aktivität aufweist, weist ein apparentes bzw. scheinbares Molekulargewicht von ungefähr 27 kDa auf. Wenn es reduziert ist, lässt das 27 kDa Protein zwei unglycosylierte Polypeptide mit Molekulargewichten von ungefähr 14 kDa bis 16 kDa entstehen, die zum Induzieren einer Ersatzknochenbildung in einem Säugetier in der Lage sind. Nützliche Sequenzen schließen solche ein, die die C-terminalen 102 Aminosäuresequenzen von DPP (von Drosophila), Vgl (von Xenopus), Vgr-1 (von der Maus), das OP1 und dergleichen Proteine, Proteine (siehe US-Patent Nr. 5,011,691 und Oppermann et al.), ebenso wie die als BMP2, BMP3, BMP4 bezeichneten Proteine (siehe WO88/00206 , US-Patent Nr. 5,013,649 und WO91/18098 ), BMP5 und BMP6 (siehe WO90/11366 , PCT/US90/01630 ) und BMP8 und 9 umfassen.
Die Mitglieder dieser Familie von Proteinen teilen ein konserviertes 6- oder 7-Cystein-Skelett im C-terminalen Bereich. Siehe beispielsweise 335-431 von SEQ ID NO: 1, dessen Sequenz die 6-Cystein-Skelett-Reste definiert, die hierin als "OPS" oder Reste 330-431 von SEQ ID NO. 1 bezeichnet werden, die 102 Aminosäuren umfassen und deren Sequenz das 7-Cystein-Skelett definiert.
Diese Familie von Proteinen schließt längere Formen eines gegebenen Proteins ebenso wie phylogenetische Spezies und Allel-Varianten und biosynthetische Mutanten ein, einschließlich Additions- und Deletions-Mutanten und -Varianten, wie beispielsweise solche, die das konservierte C-terminale Cystein-Skelett verändern können, vorausgesetzt, dass die Veränderung nach wie vor ermöglicht, dass das Protein eine dimere Spezies mit einer Konformation bildet, die zum Induzieren einer Knochenbildung in einem Säugetier in der Lage ist, wenn es dem Säugetier in Verbindung mit einer Matrix implantiert wird. Zusätzlich können die osteogenen Proteine, die in den Vorrichtungen dieser Erfindung von Nutzen sind, Formen einschließen, die variierende Glycosylierungsmuster und variierende N-Termini einschließen, können natürlich vorkommend oder biosynthetisch gewonnen sein und können durch Expression rekombinanter DNA in prokaryotischen oder eukaryotischen Wirtszellen erzeugt werden. Die Proteine sind als einzelne Spezies (beispielsweise als Homodimere) aktiv oder kombiniert als gemischte Spezies, einschließlich von Heterodimeren.
In einer Ausführungsform umfasst das osteogenetische Protein, das hierin betrachtet wird, OP1 oder OP1-verwandte Sequenzen. Nützliche OP1-Sequenzen werden in US-Patent Nr. 5,011,691 ; 5,108,753 und 5,266,683 erwähnt; in Ozkaynak et al. (1990) EMBOJ 9: 2085-2093; und Sampath et al. (1993) PNAS 90: 6004-6006. OPI-verwandte Sequenzen schließen xenogene Homologe, beispielsweise 60A von Drosophila, Wharton et al. (1991) PNAS 86: 9214-9218; und Proteine ein, die mehr als 60% Identität mit OPI in der C-terminalen 7-Cystein-Domäne teilen, vorzugsweise zumindest eine 65%-ige Identität. Beispiele von OPI-verwandten Sequenzen schließen BMP5, BMP6 (und deren Spezies-Homolog Vgr-I, Lyons et al. (1989) PNAS 86: 4554-4558), Celeste et al. (1990) PNAS 87: 9843-9847 und die internationale PCT-Anmeldung WO93/00432 ein; OP-2 (Sampath et al. (1990) J. Biol. Chem. 267: 13196-13205 ). Wie dem Fachmann auf dem Gebiet klar sein wird, können chimäre Konstrukte in einfacher Weise unter Verwendung von molekularbiologischen Standardverfahren und Mutagenese-Techniken erzeugt werden, die verschiedene Anteile unterschiedlicher Morphogene bzw. morphogenetischer Proteinsequenzen zur Erzeugung einer neuen Sequenz kombinieren und diese Formen des Proteins werden hierin ebenfalls betrachtet.
In einem anderen bevorzugten Aspekt betrachtet die Erfindung osteogene Proteine, die Spezies von Polypeptid-Ketten mit der generischen Aminosäuresequenz umfassen, die hierin als "OPX" bezeichnet werden, die die Homologien zwischen den verschiedenen identifizierten Spezies der osteogenen OP1- und OP2-Proteine aufnimmt und die durch die nachstehend und in SEQ ID NO. 3 präsentierte Aminosäuresequenz beschrieben ist.
und wobei Xaa bei Res. 2 = (Lys oder Arg); Xaa bei Res. 3 = (Lys oder Arg); Xaa bei Res. 11 = (Arg oder Gln); Xaa bei Res. 16 = (Gln oder Leu); Xaa bei Res. 19 = (Ile oder Val); Xaa bei Res. 23 = (Glu oder Gln); Xaa bei Res. 26 = (Ala oder Ser); Xaa bei Res. 35 = (Ala oder Ser); Xaa bei Res. 39 = (Asn oder Asp); Xaa bei Res. 41 = (Tyr oder Cys); Xaa bei Res. 50 = (Val oder Leu); Xaa bei Res. 52 = (Ser oder Thr); Xaa bei Res. 56 = (Phe oder Leu); Xaa bei Res. 57 = (Ile oder Met); Xaa bei :Res. 58 = (Asn oder Lys); Xaa bei Res. 60 = (Glu, Asp oder Asn); Xaa bei Res. 61 = (Thr, Ala oder Val); Xaa bei Res. 65 = (Pro oder Ala); Xaa bei Res. 71 = (Gln oder Lys); Xaa bei Res. 73 = (Asn oder Ser); Xaa bei Res. 75 = (Ile oder Thr); Xaa bei Res. 80 = (Phe oder Tyr); Xaa bei Res. 82 = (Asp oder Ser); Xaa bei Res. 84 = (Ser oder Asn); Xaa bei Res. 89 = (Lys oder Arg); Xaa bei Res. 91 = (Tyr oder His); und Xaa bei Res. 97 = (Arg oder Lys).
Bei einem noch weiter bevorzugten Grundgedanken wird eine oder beide der Polypeptidketten-Unter-einheiten des ostengen aktiven Dimers von Nukleinsäuren kodiert, die an DNA- oder RNA-Sequenzen hybridisieren, die die aktive Region von OP-1 unter stringenten Hybridisierungsbedingungen kodieren. Wie hierin verwendet, sind stringente Hybridisierungsbedingungen als Hybridisierung in 40% Formamid, 5 × SSPE, 5 × Denhardt's Lösung und 0,1% SDS bei 37°C über Nacht und Waschen in 0,1 × SSPE, 0,1% SDS bei 50°C definiert.
Unter Vorgabe der vorhergehenden Aminosäure- und DNA-Sequenzinformation, des Ausmaßes der Fähigkeiten auf dem Fachgebiet und der Offenbarungen zahlreicher Veröffentlichungen bezüglich osteogener Proteine, einschließlich US Patent-Nr. 5,011,691 und der offengelegten PCT-Anmeldung US 89/01469 , veröffentlicht am 19. Oktober 1969, können zahlreiche DNAs konstruiert werden, die zumindest die aktive Domäne eines osteogenen Proteins kodieren, das in den Vorrichtungen dieser Erfindung von Nutzen ist, und verschiedene Analoge hiervon (einschließlich Spezies- und Allel-Varianten und solcher, die gentechnische Mutationen enthalten), ebenso wie Fusionsproteine, trunkierte Formen der reifen Proteine, Deletions- und Additionsmutanten und ähnliche Konstrukte, die in den Vorrichtungen und Verfahren der Erfindung verwendet werden können. Darüber hinaus können DNA-Hybridisierungssonden aus Fragmenten irgendwelcher dieser Proteine konstruiert oder de novo aus den generischen bzw. Gattungsequenzen entwickelt werden. Diese Sonden können dann zum Screenen unterschiedlicher genomischer und cDNA-Banken bzw. -Bibliotheken zum Identifizieren zusätzlicher osteogener Proteine verwendet werden, die in den Prothesen-Vorrichtungen dieser Erfindung von Nutzen sind.
Die DNAs können vom Fachmann auf dem Gebiet unter Verwendung wohl bekannter DNA-Manipulationstechniken hergestellt werden, die eine genomische und cDNA-Isolierung, Konstruktion synthetischer DNA aus synthetisierten Oligonukleotiden und Kassetten-Mutagenesetechniken einschließen. 15-100-mer Oligonukleotide können auf einem DNA-Synthetisiergerät synthetisiert und durch Polyacrylamid-Gelelektrophorese (PAGE) in Tris-Borat-EDTA-Puffer aufgereinigt werden. Die DNA kann dann aus dem Gel elektroeluiert werden. Überlappende Oligomere können durch T4 Polynukleotidkinase phosphoryliert und in größeren Blocks Iigiert werden, die ebenfalls durch PAGE gereinigt werden können.
Die DNA aus in geeigneter Weise identifizierten Klonen kann dann isoliert, subkloniert (vorzugsweise in einen Expressionsvektor) und sequenziert werden. Plasmide, die interessierende Sequenzen enthalten, können dann zu einer geeigneten Wirtszelle zur Proteinexpression transfiziert und weiter charakterisiert werden. Der Wirt kann eine prokaryotische oder eukaryotische Zelle sein, weil das Unvermögen der Letzteren, ein Protein zu glycosylieren, die morphogenetische Aktivität des Proteins nicht zerstören wird. Nützliche Wirtszellen schließen E. coli, Saccharomyces, das Insekten/Baculovirus-Zellsystem, Myelomazellen, CHO-Zellen und verschiedene andere Säugetierzellen ein. Die Vektoren können zusätzlich verschiedene Sequenzen kodieren, um die korrekte Expression des rekombinanten Proteins zu fördern, einschließlich Transkriptionspromotor- und Terminationssequenzen, Enhancer-Sequenzen, bevorzugter Ribosomen-Bindungsstell-Sequenzen, bevorzugten mRNA-Leader-Sequenzen, bevorzugten Signalsequenzen zur Proteinsekretion und dergleichen.
Die DNA-Sequenz, die das interessierende Gen kodiert, kann ebenfalls manipuliert werden, so dass potentiell hemmende Sequenzen entfernt oder eine unerwünschte Sekundärstruktur-Bildung minimiert wird. Das rekombinante osteogene Protein kann ebenfalls als ein Fusionsprotein exprimiert werden. Nachdem es translatiert ist, kann das Protein aus den Zellen selbst aufgereinigt und aus dem Kulturmedium gewonnen werden. Alle biologisch aktiven Proteinformen umfassen dimere Spezies, die durch Disulfid-Brücken verbunden oder in anderer Weise assoziiert sind, erzeugt durch Falten und Oxidieren einer oder mehrerer der verschiedenen rekombinanten Polypeptid-Ketten innerhalb einer geeigneten eukaryotischen Wirtszelle oder in vitro nach Expression individueller Untereinheiten. Eine ausführliche Beschreibung osteogener Proteine, die aus rekombinanten DNA in E. coli exprimiert werden und in zahlreichen unterschiedlichen Säugetierzellen exprimiert werden, ist im US-Patent Nr. 5266 963 offenbart.
Alternativ können osteogene Polypeptid-Ketten chemisch unter Verwendung konventioneller Peptid-Synthesetechniken chemisch synthetisiert werden, die dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet wohl vertraut sind. Beispielsweise können die Proteine intakt oder in Teilen auf einem Festphasen-Peptidsynthesegerät unter Verwendung von Standardbetriebsverfahren synthetisiert werden. Vollständige Keilen werden dann entschützt und durch HPLC aufgereinigt (Hochdruckflüssigchromatographie). Wenn das Protein in Teilen synthetisiert wird, können die Teile unter Verwendung einer Standardmethodik zur Bildung des intakten Proteins Peptid-gebunden werden. Im Allgemeinen kann die Art und Weise, in der das osteogene Protein hergestellt wird, konventionell sein und bildet keinen Teil dieser Erfindung.
Beispiele
Die Mittel zum Herstellen und zur Verwendung der Matrices und Vorrichtungen der Erfindung ebenso wie andere Materialaspekte, die die Art und Nützlichkeit dieser Zusammensetzungen betreffen, einschließlich, wie der Gegenstand, der beansprucht wird, herzustellen und zu verwenden ist, wird aus dem Nachfolgenden weiter verstanden werden, das die beste Art und Weise darstellt, die gegenwärtig ins Auge gefasst wird, um die Erfindung auszuüben. Es wird klar sein, dass die Erfindung nicht auf eine so beispielhafte Arbeit oder auf die speziellen Details, die hierin in diesen Beispielen dargelegt sind, beschränkt ist.
Im Beispiel wird eine Halb-Gelenkrekonstruktion eines echten Synovial-Gelenkes in einem existierenden Gelenk-Ort aufgeschnitten. Wie der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennen wird, können die Verfahren und Zusammensetzungen der Erfindung in gleicher Weise auf die Bildung von Ersatzkörperteilen, die nicht Skelett-Gelenke sind, ebenso wie auf andere Skelett-Gelenke als Gelenk- oder Synovial-Gelenke angewendet werden. Darüber hinaus kann, falls erwünscht, das autogene Ersatz-Gelenk zuerst im Empfänger konstruiert werden, indem die Vorrichtung der Erfindung an einem anderen geeigneten Ort entfernt von der Defektstelle angeordnet wird, für eine Zeitspanne, die ausreichend ist, um die Bildung des Ersatzkörperteils zu induzieren, und der somit geformte autogene Körperteil wird dann im Gelenkort zur Verwendung vernäht.
Beispiel 1: Rekonstruktion eines Saugetier-Hemi-Gelenkes
Weiße Neuseeland-Kaninchen wurden als experimentelles Modell verwendet. Orthopädische Standard-Chirurgieausrüstung und -verfahren wurden verwendet.
Wie in 2A dargestellt, wurden Gelenkdefekte in einem Empfänger durch chirurgisches Ausschneiden des gesamten glenohumeralen Hemiartikularkomplexes mit den proximalen zwei Dritteln des Numerus erzeugt. Allotransplantate zur Implantation wurden aus Hemi-Gelenken hergestellt, die aus einem Spendertier mit der Gelenk-Oberfläche des glenohumeralen Gelenkes ausgeschnitten wurden. Alle Allotransplantate wurden in Ethanol extrahiert und unter Verwendung von Standardverfahren und wie hierin oben beschrieben lyophilisiert, um die Pathogenität und Antigenität des Materials zu zerstören. Insbesondere wurden intakte Gelenkkomplexe ausgeschnitten, entmarkt und durch Exposition gegenüber 200 ml bis 500 ml 200 Proof Ethanol für 72 Stunden bei 40°C Ethanol-behandelt. Frisches Ethanol wurde alle 6-8 Stunden bereitgestellt. Im Anschluss an die Ethanol-Behandlung wurde die Matrix lyophilisiert und in Ethanol/TFA mit oder ohne osteogenem Protein rehydriert. Die behandelten Halb-Gelenke umfassten devitalisierten Knochen, Gelenkknorpel, Band, Sehne, Synovial- bzw. Gelenkkapsel und Synovial-Membrangewebe.
Wie in 2B dargestellt wurden alle lyophilisierten, osteogenen Protein-behandelten Allotransplantate mit OP-1 wie in US 5,011,691 beschrieben beschichtet. Insbesondere wurde reifes, dimeres rekombinantes OP-1 (ThOP1) in einer Acetonitril-Trifluoressigsäure-Lösung solubilisiert, mit dem lyophilisierten Allotransplant kombiniert und implantiert. 15-20 mg Protein/8-10 g Matrix Trockengewicht wurden verwendet. Die distalen Knochenanteile aller Allotransplantate wurden am Ort mit einer 4-Loch-Titan-Miniplatte befestigt. Eine peinlich genaue chirurgische Rekonstruktion der Gelenkkapsel wurde durch Vernähen der lyophilisierten Kapselenden an die endogene Kapsel unter Verwendung chirurgischer Standardverfahren durchgeführt, die in der Technik wohl bekannt sind, unter Verwendung von chirurgischen Standardverfahren, die in der Technik wohl etabliert sind. Dies erzeugte erneut eine intakte Kapsel und Synovial- bzw. Gelenk-Auskleidung, wodurch das Gelenk-Milieu der transplantierten Gelenk-Oberfläche wiederhergestellt wurde. Eine Bewegung war fast unmittelbar nach dem chirurgischen Eingriff möglich, so dass erneut normale Gelenk-Bedingungen hergestellt wurden.
Bei einigen Tieren wurden lokale Muskellappen (kutaner Maximus-Muskel, 2C) in den Bereich des Defektes durch Einfädeln des Muskels in die Markhöhle des Allotransplantates eingebaut, wie in 2D beschrieben ist, unter Verwendung des Verfahrens von Khouri, wie beschrieben in US-Patent Nr. 5067963 . Kurz gesagt wurden vaskularisierte und herkömmliche Muskellappen unter Verwendung von Standardverfahren, die dem praktizierenden Fachmann in der Rekonstruktionschirurgie wohl bekannt sind, geschnitten, um eine perfundierende Blutzufuhr aufrechtzuerhalten und wurden in die Knochenmarkshöhlen der Allotransplantate eingefädelt.
Vorläufige Auswertungen der rekonstruierten Halbgelenke wurden durch serielle wöchentliche Radiographien unter Verwendung von Röntgenstrahlung und/oder Magnetresonanz-Bildgebung (MRI) erzielt. Histologische und mechanische bestätigende Auswertungen wurden nach Töten bei 5 Wochen und 6 Monaten nach dem chirurgischen Eingriff durchgeführt.
Mechanische Evaluationen involvierten den Standardbereich der Bewegung (ROM)-Messungen, die seriell bis zur Tötung erzielt wurden. Histologische Auswertungen involvierten die Färbung von Sagittalschnitten durch die gewonnenen Allotransplantate unter Verwendung von Standardtechniken.
Kurz gesagt kann die Identifizierung eines bona fade Gelenk-Knorpels unter Verwendung ultrastruktureller und/oder biochemischer Parameter erreicht werden. Beispielsweise bildet der Gelenk-Knorpel eine kontinuierliche Schicht aus Knorpelgewebe, der identifizierbare Zonen besitzt. Die oberflächliche Zone ist durch Knorpelzellen charakterisiert, die eine abgeflachte Morphologie und ein extrazelluläres Netzwerk aufweisen, das sich mit Toluidinblau nicht anfärben lässt oder schlecht anfärben lässt, was auf die relative Abwesenheit sulfatierter Proteoglycane hinweist. Knorpelzellen in den Mittel- und Tiefenzonen weisen eine kugelförmige Erscheinung auf und die Matrix enthält reichlich sulfatierte Proteoglycane, wie es durch Färbung mit Toluidinblau bewiesen wird. Kollagenfasern sind gegenwärtig diffus in der ganzen Matrix verteilt. Die Knorpelzellen besitzen reichlich rohes endoplasmatisches Retikulum und sind von extrazellulärem Netzwerk umge ben. Das perizelluläre Netzwerk enthält zahlreiche dünne nicht zusammengebundene Kollagenfasern. Das Kollagen in interterritorialem Netzwerk ist weniger verdichtet und in ein Elektronen durchlässiges, amorphes Material eingebettet, ähnlich dem Gelenkknorpel. Kollagenfasern im interterritorialen Bereich des Netzwerkes zeigen die periodische Bandenbildung, die für Kollagenfasern in der interterritorialen Zone von Knorpelgewebe charakteristisch ist.
Biochemisch gesehen weist das Vorhandensein von Typ-I- und Typ-IX-Kollagen in Knorpelgewebe auf den differenzierten Phänotyp von Knorpelzellen hin. Das Vorliegen von Typ-II- und/oder Typ-IX-Kollagen kann durch Standard-Gelelektrophorese, Western-Blot-Analyse und/oder immunhistochemische Färbung unter Verwendung beispielsweise kommerziell erhältlicher Antikörper bestimmt werden. Weitere biochemische Marker schließen Hämatoxilin, Eosin, Goldners Trichrom und Safranin-O ein.
Die Gelenknorpel-Regeneration wurde histologisch in den hierin beschriebenen Beispielen unter Verwendung von Glycosaminoglycan-spezifischen Färbungen und Techniken, die in der Technik wohl bekannt sind, histologisch ausgewertet. Für die initiale histologische Auswertung wurden die Defektstellen durch das Zentrum des Defektes in Längsrichtung zweifach geschnitten. Die sich ergebenden Hälften und das umgebende Gewebe wurden in Paraffin eingebettet und durch das Zentrum des Defektes hindurch geschnitten. Eine Hälfte jedes Defektes wurde zur histologischen Färbung mit Toluidinblau und/oder Hämatoxilin und Eosin, Goldners Trichrom und Safranin-O verwendet. Die andere Hälfte wurde bei der Herstellung von Schnitten zur Immunfärbung verwendet. Histologische Auswertungen involvierten die Bestimmung von: Glycosaminoglycan-Gehalt im Reparaturknorpel; Knorpel und Knorpelzell-Morphologie; und strukturelle Integrität und Morphologie an der Defektgrenzfläche. Die Morphologie des Reparaturknorpels wurde für den gebildeten Knorpeltyp dargestellt: Gelenk – gegen fibrotisch durch Auswertung des Glycosaminoglycan-Gehalts, des Ausmaßes der Knorpelablagerung und dergleichen.
Histologische Auswertungen unter Verwendung von Standardmethodologien, die im Stand der Technik gut charakterisiert sind, ermöglichen ebenfalls die Bestimmung von neuem Knochen und Knochenmarksbildung. Siehe beispielsweise US-Patent Nr. 5266 683 . In ähnlicher Weise kann die Band- und Gelenkkapsel-Integrität durch MRI, ebenso wie durch Histologie nach Tötung überwacht werden.
Beispiel 2: 5-wöchige Dauer (Kurzzeit)
Für die 5-Wochen-Studie wurden vier Gruppen mit 10 Kaninchen pro Gruppe lyophilisiertes Allotransplantat implantiert. Siehe 3A, 3B, 3C und 3D. In Gruppe 1 wurde ein lyophilisiertes Kontroll-Allotransplantat 30, das frei von osteogenem Protein war, implantiert (3A). In Gruppe 2 wurde experimentelles lyophilisiertes Allotransplantat 31 mit OP-1 vor der Implantation (3B) imprägniert. In Gruppe 3 wurde lyophilisiertes Kontroll-Allotransplantat 30, das frei von osteogenem Protein war, mit Muskellappen 32 implantiert, die in die Markhöhle 33 (3C) eingefädelt waren. In Gruppe 4 wurde ein experimentelles lyophilisiertes Allotransplantat 31 mit OP-1 vor der Implantation imprägniert und Muskellappen 32 wurden in die Markhöhle 33 (3D) eingefädelt.
Wie oben festgestellt folgten der Transplantatheilung nicht-invasive serielle Röntgenbestrahlungen und Standard-MRI (Magnetresonanz-Bildgebung). Durch Röntgenbestimmung wiesen Allotransplantate, die mit osteogenem Protein behandelt wurden, eine bemerkenswert verdickte Rinde postoperativ bei Woche 1 auf, im Vergleich zu Kontroll-Allotransplantaten (Gruppen 1, 3), die eine nur dünne, Eierschalen-artige Rinde zeigten. Zum Zeitpunkt 4 Wochen war die Großzahl der Kontroll-Allotransplantate gebrochen und instabil. Im Gegensatz hierzu verblieben OP-1-behandelte Allotransplantate (Gruppen 2, 4) stabil.
Eine MRI wurde als nicht-invasives Mittel zur anschließenden Neubildung von Gelenkknorpel in den Allotransplantaten verwendet. Ein dunkles Signal, das durch MRI produziert wurde, repräsentiert die Abwesenheit oder nicht-lebensfähigen Knorpel, wohingegen ein helles Signal lebensfähigen, lebendigen Knorpel anzeigt. Kontroll-Allotransplantate erzeugten lediglich ein dunkles Signal, wenn sie bei 1, 3 und 5 Wochen post-operativ getestet wurden. Diese MRI-Befunde wurden durch histologische Analyse bestätigt, die bei 5 Wochen postoperativ durchgeführt wurden. Ein Sagittalschnitt durch Kontroll-Allotransplantate zeigte eine degenerierte Gelenk-Oberfläche ohne lebende Zellen.
Im Gegensatz hierzu zeigten die MRI-Erkenntnisse der Gelenk-Kappe bzw. -Kapsel von OP-1-behandelten Allotransplantaten ein helles Signal bei Woche 3 postoperativ, was auf die Regeneration von lebensfähigem Gelenk-Knorpel hinweist. Eine histologische Analyse der OP-1-behandelten Allotransplantate zeigte bei Woche 5 eine Schicht aus neu erzeugtem Gelenk-Knorpel oben auf der Allotransplantat-Matrix. Die Allotransplantate von Gruppe 4 zeigten ein wenig dickere Knorpelschichten als solche von Gruppe 2, was nahe legt, dass der Zusatz des Muskellappens die Geschwindigkeit der Gelenk-Regeneration weiter erhöhen kann.
Zusätzlich erhielten Gelenke, die mit den OP-1-behandelten Allotransplantaten regeneriert wurden, einen nahezu normalen Bewegungsbereich zu dem Zeitpunkt zurück, zu dem sie 5 Wochen nach der Rekonstruktion gewonnen wurden. Der nahezu normale Bereich der Bewegung weist ebenfalls auf das Vorhandensein einer gleitfähig machenden Gelenkflüssigkeit hin. Im Gegensatz hierzu waren die gewonnenen Kontroll-Allotransplantate steif und bei Gewinnung kontrahiert. Somit waren die Hemi-Gelenk-Ersatzvorrichtungen der Erfindung bei der Ausbildung mechanisch und funktionell lebensfähiger Ersatzgelenke erfolgreich, mit einer intakten Kapsel und Synovium und funktionierendem Band, Knochen und Gelenkknorpel-Gewebe. Bei Fehlen von osteogenem Protein sind die Allotransplantate von sich aus nicht ausreichend, während sie vom Spender nicht abgestoßen werden, um ein funktionelles, Gewicht tragendes Gelenk zu erzeugen.
Beispiel 3: 6-monatige Dauer (Langzeit)
Für die 6-Monats-Studie wurde die Variable des Abschabens bzw. des Abschälens der alten Knorpel-Kappe in den lyophilisierten Allotransplantaten mit eingebracht. Kurz gesagt wurde dies durch mechanisches Abtrennen der Gelenkknorpel-Kappe der Gelenk-Oberfläche erreicht.
Die folgenden Gruppen wurden mit 4 Kaninchen pro Gruppe verwendet: In Gruppe 5 wurde lyophilisiertes Allotransplantat 34 mit einer abgeschälten Gelenkoberfläche und Muskellappen 32 implantiert (siehe 4A); in Gruppe 6 wurde lyophilisiertes Kontroll-Allotransplantat 30 mit nicht-abgeschälter Gelenk-Oberfläche und Muskellappen 32 implantiert (siehe 4B); in Gruppe 7 wurde lyophilisiertes Allotransplantat 35 mit einer abgeschälten Gelenkoberfläche und OP-1 und einem Muskellappen 36, behandelt mit OP-1, implantiert (siehe 4C); und in Gruppe 6 wurde ein lyophilisiertes Allotransplantat 37 mit einer nicht-abgeschälten Gelenk-Oberfläche und OP-1 und Muskellappen 36, der mit OP-1 behandelt wurde, implantiert (siehe 4D). Transplantate in den Gruppen 5-8 wurden 6 Wochen nach dem chirurgischen Eingriff gewonnen.
Basierend auf den Bildgebungsstudien vor der Gewinnung sind die zum Zeitpunkt 3 Monate nach der Operation gesammelten Ergebnisse mit den oben beschriebenen Ergeb nissen konsistent, die bei 5 Wochen gesammelt wurden. Intakte Allotransplantate, die mit OP-1 (Gruppe 8) behandelt wurden, regenerierten eine lebende Knorpel-Gelenkoberfläche zum Zeitpunkt 3 Wochen, wenn dies unter Verwendung von MRI evaluiert wurde. Diese Gelenkkappe liegt zum Zeitpunkt 3 Monate noch vor und ist sogar besser entwickelt. Ohne OP-1 Behandlung des Allotransplantates (Gruppe 6) existierte eine vernachlässigbare Knorpelregeneration bezüglich der OP-1-behandelten Gruppen.
In ähnlicher Weise erhielten Gruppe-8-Kaninchen (Allotransplantat + OP-1, nicht-abgeschält) einen nahezu normalen Bewegungsbereich (mehr als 80%) im rekonstruierten Gelenk zurück. Gruppe-7-Kaninchen (Allotransplantat + OP-1, abgeschält) erreicht nur 50% Bewegungsbereich und Gruppe 5 und 6 (kein OP-1) erreichten weniger als 30%.
Wie durch Histologie bestimmt wurde, waren die Vorrichtungen der Erfindung dazu in der Lage, sowohl die Knochen- als auch Gelenkknorpel-Bildung im geeigneten Kontext zueinander in einer Langzeitstudie (mehr als 6 Monate) zu induzieren und aufrechtzuerhalten. Insbesondere demonstrierten die Kaninchen von Gruppe 8 eine Gelenkknorpel-Bildung auf der Oberfläche des Knochens, wie es morphologisch durch das Vorliegen von ruhenden, zentralen und tieferen Zonen-Knorpelzellen unter Beweis gestellt wurde. Im Gegensatz hierzu wurde in Gruppen, die lediglich mit Muskellappen (Gruppe 5 und 6) behandelt wurden, der Muskel durch Narbengewebe ersetzt. In den Gruppen, die mit abgeschälten Knochen-Matrices behandelt wurden, wurde keine signifikante Knorpel-Regeneration identifiziert, was das Erfordernis von Knorpel-spezifischen Resten in der Gelenkknorpel-Bildung in einem nicht-vaskularisierten Milieu demonstriert.
Sowohl in der Kurzzeit- als auch in der Langzeitstudie ergaben sich mechanisch und funktionell lebensfähige Synovial-Gelenke aus den rekonstruierten Halb-Gelenken, die mit osteogenem Protein behandelt wurden, wie es durch Morphologie und Biochemie unter Beweis gestellt wurde. Zusätzlich bildete sich neues Gewebe, einschließlich Gelenk-Knorpel, entsprechend Form, Art und strukturellem Verhältnis zu dem Rest im devitalisierten Gewebe, das die Matrix der Vorrichtung bildete. Zusammen genommen demonstrieren diese Beispiele, dass eine Vorrichtung, die osteogenes Protein und abgeschälte, nicht-lebensfähige lyophillisierte devitalisierte Matrix enthält, zu einer lebensfähigen, mechanisch und strukturellen Ersatzkörperteil-Struktur transformiert werden kann, die viele verschiedene neu gebildete Gewebe umfasst, die die Form und Funktion eines Originalgewebes annehmen. Die Vorrichtung kann die normale Funktion eines zerstörten Körperteils wiederherstellen, einschließlich eines zerstörten Skelettgelenkes, der Wiederherstellung mechanisch und funktionell lebensfähiger vielfacher verschiedener Gewebe, einschließlich Knochen- und Knochenmark, Gelenk-Knorpel, Band, Sehne, Synovial-Kapsel und synovialem Membrangewebe. Überdies werden die Gewebe unter im Wesentlichen physiologischen Bedingungen wiederhergestellt, einschließlich, beispielsweise aus reagierenden Zellen, die in einer Gelenkumgebung vorliegen und ohne Exposition gegenüber avaskularisierten Muskellappen.
Eine Vorrichtung, die osteogene Protein behandelte Matrices umfasst, einschließlich lyophilisierte Allotransplantate oder Xenotransplantate, wie hierin offenbart, kann zur Bildung eines neuen, mechanisch, strukturell und funktionell lebensfähigen Ersatzgewebes führen und zu Ersatzkörperteilen, die vielfache verschiedene Gewebe umfassen, die durch Wirtszellen besiedelt werden und dies ohne irgendeine der Einschränkungen von Prothesenmaterialien.
Der Fachmann wird wissen, oder dazu in der Lage sein, sicherzustellen, ohne nicht mehr als Routine-Experimente zu verwenden, dass viele Äquivalente für die speziellen Ausführungsformen der hierin beschriebenen Erfindung existieren. Diese und alle anderen Äquivalente sollen durch die nachfolgenden Ansprüche mit umfasst werden.
Sequenzprotokoll

Claims

Vorrichtung, die zum Implantieren in ein Säugetier geeignet ist, und umfasst: a) eine biokompatible und bioresorbierbare oder biologisch abbaubare Matrix, die eine Einzelstruktur definiert, an der sich Infiltrationszellen anlagern können, worin die Matrix Reste umfasst, die abgeleitet sind von mehreren verschiedenen Geweben eines Skelettgelenks, wobei mindestens eines der Gewebe ein nicht nicht-mineralisiertes Gewebe ist; und b) ein exogenes osteogenes Protein, das sich auf der Oberfläche oder innerhalb der genannten Matrix befindet, worin die Matrix Teil oder alles einer devitalisierten Skelettgelenk-Struktur ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die zum Implantieren in ein Säugetier geeignet ist, um in vivo nicht mineralisiertes Gewebe in einem Skelettgelenk zu ersetzen, worin: a) das Skelettgelenk ein Halbgelenk ist (beispielsweise ein proximales oder distales Halbgelenk) und die Gewebe vom Typ dem zu ersetzenden Gewebe entsprechen; und b) die Anlagerung von Infiltrationszellen eine Regeneration des nicht-mineralisierten Gewebes in einem Skelettgelenk ermöglicht.
Verwendung der Matrix und des osteogenen Proteins nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 zur Herstellung einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 zum Reparieren eines Skelettgelenkdefektes in einem Säugetier.
Verwendung der Matrix und des osteogenen Proteins nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 zur Herstellung einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 zur in vivo-Bildung oder -Wiederherstellung von nicht mineralisiertem Gewebe in einem Skelettgelenk eines Säugetiers.
Verwendung der Matrix und des osteogenen Proteins nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 zur Herstellung einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 zur Verwendung in einem Verfahren zum in vivo-Reparieren eines Defekts in nicht mineralisiertem Gewebe in einem Skelettgelenk eines Säugetiers, wobei das Verfahren umfasst, Bereitstellen der Vorrichtung für den Defekt, um die Regeneration des genannten nicht mineralisierten Gewebes darin zu ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin das nicht mineralisierte Gewebe Gelenkknorpel ist.
Verwendung der Matrix und des osteogenen Proteins nach Anspruch 1 zur Herstellung einer Vorrichtung nach Anspruch 6 zur in vivo-Bildung von Gelenkknorpel in einem Skelettgelenk oder zum in vivo-Reparieren eines Gelenkknorpeldefektes (beispielsweise auf der Oberfläche eines Knochens) in einem Säugetier (beispielsweise in einer Synovialhöhle)
Verwendung der Matrix und des osteogenen Proteins nach Anspruch 6 zur Herstellung einer Vorrichtung nach Anspruch 3 zur Verwendung in einem Verfahren zur in vivo-Bildung von Gelenkknorpel in einem Skelettgelenk, wobei das Verfahren das Implantieren der Vorrichtung an einem Ort in dem Säugetier umfasst, um die Bildung von Gelenkknorpel darin zu induzieren.
Verwendung der Matrix und des osteogenen Proteins nach Anspruch 6 zur Herstellung einer Vorrichtung nach Anspruch 3 zur Verwendung in einem Verfahren zum in vivo -Reparieren eines Gelenkknorpeldefekts in einem Säugetier (beispielsweise auf der Oberfläche eines Knochens), wobei das Verfahren umfasst, Implantieren der Vorrichtung am Ort des Gelenkknorpeldefektes (beispielsweise durch Bereitstellen der Vorrichtung an der Knochenoberfläche), um die Bildung von Ersatzgelenkknorpel darin zu induzieren.
Verwendung nach Anspruch 9, wobei der Gelenkknorpeldefekt in einer Synovialhöhle ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die als Matrize zur in vivo-Bildung eines funktionellen Skelettgelenks oder eines Teils davon geeignet ist, umfassend, mehrere verschiedene Gewebe, wobei das osteogene Protein auf der Oberfläche der Matrix in einer Menge vorhanden ist, die ausreicht, um die Bildung der mehreren verschiedenen Gewebe zu induzieren, die Abmessungen und eine Form in Übereinstimmung mit dem zu reparierenden Skelettgelenk haben, um so die Regeneration eines funktionellen Skelettgelenks zu ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die dafür geeignet ist, ein stabiles, funktionelles Ersatzskelettgelenk, das Gelenkknorpel und Knochengewebe umfasst, an einer Skelettgelenkdefektstelle in einem Säugetier zu bilden, wobei: a) die Matrix ein Trägermaterial ist, das von einem Säugetierspenderskelettgelenk exzidiert wurde, wobei die Matrix Abmessungen und eine Form aufweist, die denen/der des zu ersetzenden Skelettgelenks ähnlich sind/ist, und Reste von Gelenkknorpel und Knochen umfasst, die so bemessen sind, dass sie bezüglich Form und Strukturbeziehung den zu ersetzenden mehreren verschiedenen Geweben entsprechen; und b) das osteogene Protein in einer Menge auf der Oberfläche der Matrix vorliegt, die ausreicht, um die Bildung von Knochen und zugehörigem Gelenkknorpelgewebe zu induzieren, wodurch die Regeneration eines funktionellen Ersatzskelettgelenks an der defekten Stelle ermöglicht wird.
Verwendung der Matrix und des osteogenen Proteins nach Anspruch 1, 11 oder 12 zur Herstellung einer Vorrichtung nach Anspruch 1, 11 oder 12 zur Bildung eines stabilen, funktionellen Ersatzskelettgelenks an einer Skelettgelenkdefektstelle in einem Säugetier.
Verwendung der Matrix und des osteogenen Proteins nach Anspruch 1, 11 oder 12 zur Herstellung einer Vorrichtung nach Anspruch 1, 11 oder 12 zur Verwendung in einem Verfahren zum Ersetzen eines defekten Skelettgelenks, umfassend, chirurgisches Exzidieren des defekten Skelettgelenks und Implantieren der Vorrichtung in die Exzisionsstelle.
Vorrichtung nach Anspruch 11, die zum Reparieren eines Skelettgelenkdefektes in einem Säugetier geeignet ist, worin: a) die Matrix mehrere verschiedene Reste von einem proximalen oder distalen Halbgelenk umfasst, einschließlich mindestens eines nicht mineralisierten Gelenkgewebes; und b) das osteogene Protein auf der Oberfläche der genannten Matrix vorliegt, daran adsorbiert oder darauf präzipitiert ist.
Verwendung der Matrix und des osteogenen Proteins nach Anspruch 15 zur Herstellung einer Vorrichtung nach Anspruch 15 zum Reparieren eines Skelettgelenkdefektes in einem Säugetier.
Verwendung der Matrix und des osteogenen Proteins nach Anspruch 15 zur Herstellung einer Vorrichtung nach Anspruch 15 zur in vivo-Bildung eines funktionellen Ersatzskelettgelenks in einem Säugetier.
Verwendung der Matrix und des osteogenen Proteins nach Anspruch 15 zur Herstellung einer Vorrichtung nach Anspruch 15 zur Verwendung in einem Verfahren zum Induzieren einer in vivo-Bildung eines Ersatzskelettgelenks in einem Säugetier, wobei das Verfahren umfasst, Implantieren der Vorrichtung in einen Ort eines Säugetiers, um die Bildung eines funktionellen Ersatzskelettgelenks zu induzieren, das mehrere verschiedene Gewebe darin umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die dafür geeignet ist, ein stabiles, funktionelles, vitalisiertes artikulierendes Skelettgelenk an einer defekten Stelle eines Säugetiers zu bilden, worin: a) die Matrix von einem Säugetierspenderskelettgelenk exzidiert wird; b) die Matrix Abmessungen und eine Form aufweist, die denen/der des Skelettgelenks ähnlich sind/ist, und Reste umfasst, die so bemessen sind, dass sie bezüglich Form und Strukturbeziehung den zu ersetzenden mehreren verschiedenen Geweben entsprechen; und c) das osteogene Protein in einer Menge vorliegt, die ausreicht, um die Bildung einer vitalisierten artikulierenden Oberfläche und von vitalisierten mehreren verschiedenen Geweben zu induzieren, so dass die Regeneration eines stabilen, funktionellen, vitalisierten artikulierenden Skelettgelenks an der defekten Stelle ermöglicht wird.
Verwendung der Matrix und des osteogenen Proteins nach Anspruch 19 zur Herstellung einer Vorrichtung nach Anspruch 19 zum Reparieren eines Skelettgelenkdefekts in einem Säugetier.
Verwendung der Matrix und des osteogenen Proteins nach Anspruch 19 zur Herstellung einer Vorrichtung nach Anspruch 19 zur Wiederherstellung eines stabilen, funktionellen, vitalisierten artikulierenden Skelettgelenks an einer Gelenkdefektstelle in einem Säugetier.
Verwendung der Matrix und des osteogenen Proteins nach Anspruch 19 zur Herstellung einer Vorrichtung nach Anspruch 19 zur Verwendung in einem Verfahren zur Wiederherstellung eines stabilen, funktionellen, vitalisierten artikulierenden Skelettgelenks an einer Gelenkdefektstelle in einem Säugetier, wobei das Verfahren umfasst, Bereistellen der Vorrichtung für die genannte Gelenkdefektstelle, um die Wiederherstellung eines stabilen, funktionellen, vitalisierten artikulierenden Skelettgelenks darin zu ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 19, die zur in vivo-Bildung mehrerer verschiedener, nicht mineralisierter Gewebe in einem stabilen, funktionellen, vitalisierten artikulierenden Skelettgelenk geeignet ist, worin die Reste eine Spezifität für mehrere verschiedene, nicht mineralisierende Gewebe haben oder davon abstammen, und das osteogene Protein in einer Menge vorliegt, die ausreicht, um die Bildung einer artikulierenden Oberfläche und mehrerer verschiedener nicht mineralisierter Gewebe zu induzieren, wodurch die Regeneration eines stabilen, funktionellen, vitalisierten artikulierenden Skelettgelenks an der genannten Defektstelle ermöglicht wird.
Verwendung der Matrix und des osteogenen Proteins nach Anspruch 23 zur Herstellung einer Vorrichtung nach Anspruch 23 zum Wiederherstellen mehrerer verschiedener nicht mineralisierter Gewebe in einem Skelettgelenk eines Säugetiers.
Verwendung der Matrix und des osteogenen Proteins nach Anspruch 23 für die Herstellung einer Vorrichtung nach Anspruch 23 zur Verwendung in einem Verfahren zur Wiederherstellung mehrerer verschiedener nicht mineralisierter Gewebe in einem Skelettgelenk eines Säugetiers, wobei das Verfahren umfasst, Bereitstellen der Vorrichtung an der Stelle des Gelenks, um die Wiederherstellung eines nicht mineralisierten Gewebes darin zu ermöglichen.
Verwendung nach Anspruch 25, wobei das wiederherzustellende, nicht mineralisierte Gewebe avaskuläres Gewebe umfasst.
Verwendung nach Anspruch 25, wobei das wiederherzustellende, nicht mineralisierte Gewebe ausgewählt ist unter Gelenkknorpel, Ligament, Tendo, Synovialkapsel, einer interagierenden Knochenanlagerungsstelle, einer Muskel-Knochen-Verbindungsstelle und Synovialmembrangewebe.
Verwendung nach einem der Ansprüche 5, 8 bis 10, 14, 18, 22 und 25 bis 27, wobei das wiederhergestellte oder ersetzte Skelettgelenk ein Synovialgelenk ist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 5, 8 bis 10, 14, 15, 18, 22 und 25 bis 28, wobei das Verfahren ferner den Schritt umfasst, Implantierens eines Muskellappens in einen hohlen Abschnitt der Matrix der Vorrichtung.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 6, 11, 12, 15, 19 und 23 oder Verwendung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, 7 bis 10, 13, 14, 16 bis 18, 20 bis 22 und 24 bis 29, wobei das osteogene Protein ausgewählt ist aus OP-1, OP-2, OPX, BMP2, BMP4, BMP5, BMP6, BMP9, einem Protein, umfassend die C-terminale 102 Aminosäuresequenz von DPP, VgI, 60A, Vgr-1, oder einem natürlich vorkommenden oder biosynthetischen oder rekombinanten Derivat davon oder einem Homodimer oder Heterodimer von einem oder mehreren der genannten Proteine.
Vorrichtung oder Verwendung nach Anspruch 30, wobei das osteogene Protein OP-1 oder ein verwandtes osteogenes Protein oder ein Homodimer oder Heterodimer davon ist.
Vorrichtung oder Verwendung nach Anspruch 31, wobei das verwandte osteogene Protein ein Gerüst mit Sechs oder Sieben Cysteinen in der C-terminalen Region umfasst.
Vorrichtung oder Verwendung nach Anspruch 31, wobei das osteogene Protein OP-1 oder ein Homodimer oder Heterodimer davon ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 6, 11, 12, 15, 19, 23 und 30 bis 33 oder Verwendung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, 7 bis 10, 13, 14, 16 bis 18, 20 bis 22, 24 bis 29 und 30 bis 33, wobei die Matrix durch Dehydrierung devitalisiert ist.
Vorrichtung oder Verwendung nach Anspruch 34, wobei die Matrix devitalisierte allogene oder xenogene Gewebe umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 6, 11, 12, 15, 19, 23 und 30 bis 35 oder Verwendung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, 7 bis 10, 13, 14, 16 bis 18, 20 bis 22, 24 bis 29 und 30 bis 36, wobei die Matrix Knochen und zugehörigen Gelenkknorpel umfasst, exzidiert von einem allogenen oder xenogenen Säugetierspenderskelettgelenk.
Vorrichtung oder Verwendung nach einem der Ansprüche 34 bis 36, wobei die Matrix devitalisiertes Gewebe von einem Säugetierspender umfasst.
Vorrichtung oder Verwendung nach einem der Ansprüche 34 bis 37, wobei die Matrix dehydratisiertes Säugetiergewebe umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 6, 11, 12, 15, 19, 23 und 30 bis 38 oder Verwendung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, 7 bis 10, 13, 14, 16 bis 18, 20 bis 22, 24 bis 29 und 30 bis 38, wobei mindestens eines der mehreren verschiedenen Geweben (beispielsweise mindestens eines der nicht-mineralisierten Gewebe) ausgewählt ist unter Gelenkknorpel, Ligament, Tendo, Synovialkapsel, einer interagierenden Knochenanlagerungsstelle, einer Muskel-Knochen-Verbindungsstelle und Synovialmembrangewebe.
Vorrichtung oder Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 38, wobei wenigstens eines der mehreren verschiedenen Gewebe (beispielsweise das nicht mineralisierte Gewebe) ein avaskuläres Gewebe ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 6, 11, 12, 15, 19, 23 und 30 bis 40 oder Verwendung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, 7 bis 10, 13, 14, 16 bis 18, 20 bis 22, 24 bis 29 und 30 bis 40, wobei die mehreren verschiedenen Gewebe Knorpel (beispielsweise Gelenkknorpel) und Knochen umfassen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 6, 11, 12, 15, 19, 23 und 30 bis 41 oder Verwendung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, 7 bis 10, 13, 14, 16 bis 18, 20 bis 22, 24 bis 29 und 30 bis 41, wobei das Skelettgelenk ein Synovialgelenk oder artikulierendes Gelenk oder einen Teil des Synovialgelenks oder artikulierenden Gelenks definiert.
Vorrichtung oder Verwendung nach Anspruch 42, wobei das Skelettgelenk ein Synovialgelenk ist oder umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 6, 11, 12, 15, 19, 23 und 30 bis 43 oder Verwendung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, 7 bis 10, 13, 14, 16 bis 18, 20 bis 22, 24 bis 29 und 30 bis 45, wobei die Vorrichtung ferner ein Material umfasst, ausgewählt unter Kollagen, Polymeren umfassend Monomere von Milchsäure, Glycolsäure, Buttersäure oder Kombinationen davon, Keramik wie Hydroxyapatit, Tricalciumphosphat oder Gemische davon.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 6, 11, 12, 15, 19, 23 und 30 bis 44 oder Verwendung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, 7 bis 10, 13, 14, 16 bis 18, 20 bis 22, 24 bis 29 und 30 bis 44, wobei die Vorrichtung einen formbaren Feststoff umfasst oder weiter ein Material umfasst, das zur Bindung von teilchenförmiger Materie geeignet ist, um einen formbaren Feststoff zu bilden.
Verwendung nach Anspruch 13, wobei die Stelle einen zu ersetzenden endogenen Körperteil definiert.
Verwendung nach Anspruch 13, wobei die Matrix ferner Reste umfasst, die so bemessen sind, dass sie bezüglich For und Strukturbeziehung mit den mehreren verschiedenen Geweben übereinstimmen.
Verwendung nach Anspruch 4 oder Anspruch 7, wobei die Matrix von allogenem oder xenogenem Gelenkknorpel abgeleitet ist.
Verwendung nach Anspruch 4 oder Anspruch 7, wobei die Vorrichtung einen formbaren Feststoff umfasst.
Verwendung nach Anspruch 4 oder Anspruch 7, wobei die Vorrichtung eine flexible Schicht umfasst.
Verwendung nach einem der Ansprüche 48 bis 50, wobei das osteogene Protein wie in Anspruch 30 definiert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 6, 11, 12, 15, 19, 23 und 30 bis 47 zur Verwendung zum Implantieren in ein Säugetier.